Станок для продольного разрезания слитков кремния

Заявляемое устройство относится к устройствам для последующей обработки монокристаллов или гомогенного поликристаллического материала с определенной структурой, в частности, к станкам для продольного разрезания слитков поликристаллического кремния. Задачей, на решение которой нацелен предлагаемый станок, - повысить эффективность осаждения в начальной фазе процесса осаждения кремния и снизить расход электроэнергии. Технический результат при использовании заявляемого устройства выражается в получении прутков-основ квадратного сечения слитков поликристаллического кремния длиной 2 м и более. Указанный технический результат достигается тем, что в известном станке, содержащий станину с направляющими, колонку, каретку со шлифовальной головкой, систему охлаждения рабочей зоны, отличительной особенностью является то, что станина снабжена дополнительно ходовым винтом, соединенным с мотор-редуктором, в цепи питания которого установлен тиристорный преобразователь частоты, а шлифовальная головка содержит несколько отрезных алмазных кругов, кроме того, на столе смонтирована плита со шпонкой и на плите установлены подвижные промежуточные опоры с пазами. Учитывая особые условия эксплуатации, устройство отличается тем, что, насадок системы охлаждения снабжен соплами, направленными в зону резания каждого отрезного алмазного круга. Кроме того, станок снабжен каскадным отстойником для осаждения частиц кремния и местным отводом водорода, выделяющегося при взаимодействии охлаждающей воды с кремнием.

Заявляемое устройство относится к устройствам для последующей обработки монокристаллов или гомогенного поликристаллического материала с определенной структурой, в частности, к станкам для продольного разрезания слитков поликристаллического кремния.

В настоящее время поликристаллический кремний получают осаждением на нагретые до 1050-1100 градусов круглые прутки-основы диаметром 5-7 мм методом

водородного восстановления трихлорсилана или тетрахлорида. Круглые прутки-основы получают бестигельной зонной плавкой, выращивая с пьедестала в вакууме на установках «Кристалл-503».

Более эффективным при получении поликристаллического кремния является использование прутков-основ квадратного сечения, которые можно получить продольным разрезанием слитков поликристаллического кремния. Поскольку начальная площадь поверхности квадратных прутков-основ, по сравнению с круглыми, выше в 1,3 раза, это позволяет повысить эффективность осаждения в начальной фазе процесса осаждения и снизить расход электроэнергии. В настоящее время отечественной промышленностью станки для продольного разрезания слитков поликристаллического кремния не выпускаются.

Из уровня техники известны станки моделей «Алмаз-4», «Алмаз-6», «Алмаз-12», выпускаемые отечественной промышленностью, которые могут осуществлять только поперечное разрезание слитков кремния.

Известен плоскошлифовальный станок модели 3Б722, изготавливаемый Липецким станкостроительным заводом, с прямоугольным столом длиной 1 м и горизонтальным шпинделем, который использован в качестве базовой модели для создания станка с продольным разрезанием слитков поликристаллического кремния и который был выбран заявителем за прототип.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства относится то, что оно также обеспечивает только поперечное разрезание слитков.

Задачей, на решение которой нацелен предлагаемый станок, - повысить эффективность осаждения в начальной фазе процесса осаждения кремния и снизить расход электроэнергии.

Технический результат при использовании заявляемого устройства выражается в получении прутков-основ квадратного сечения слитков поликристаллического кремния длиной 2 м и более.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном станке, содержащем станину с направляющими, колонку, каретку со шлифовальной головкой, систему охлаждения рабочей зоны, отличительной особенностью является то, что станина снабжена дополнительно ходовым винтом, соединенным с мотор - редуктором, в цепи питания которого установлен тиристорный преобразователь частоты, а шлифовальная головка содержит несколько отрезных алмазных кругов, кроме того, на столе смонтирована плита со шпонкой и на плите установлены подвижные промежуточные опоры с пазами.

Учитывая особые условия эксплуатации, устройство отличается тем, что, насадок системы охлаждения снабжен соплами, направленными в зону резания каждого отрезного алмазного круга. Кроме того, станок снабжен каскадным отстойником для осаждения частиц кремния и местным отводом водорода, выделяющегося при взаимодействии охлаждающей воды с кремнием.

Установка ходового винта обеспечила возвратно-поступательное движение станине и позволила производить разрезание слитков длиной до 2,3 м, так как длина стола увеличилась до 2,4 м.

Соединение ходового винта с мотор-редуктором, в цепи питания которого содержится тиристорный преобразователь частоты, позволило варьировать режимы резания при врезании алмазных кругов в слиток, разрезании слитка и затем при выходе кругов из слитка, что, в свою очередь, позволило сократить количество сколов на слитках кремния и получаемых прутках-основах. На шлифовальной головке отрезные алмазные круги установлены с шагом, равным ширине прутка-основы. В комплект станочных приспособлений входят гребенки, устанавливаемые в прорезанные паза слитка, и хомуты, удерживающих прутки-основы в пучке, что позволяет сначала одновременно разрезать слиток на полосы, а затем после поворота разрезанного на полосы слитка на 90 градусов и на прутки-основы без их поломки.

Установка на столе плиты со шпонкой подвижных промежуточных опор с пазами для выхода отрезных алмазных кругов позволило устанавливать на столе слитки поликристаллического кремния разной длины.

При исследовании заявителем отличительных признаков описываемого устройства не было выявлено из имеющихся патентных и научно-технических источников информации каких-либо аналогичных известных решений, характеризующихся

признаками, идентичными всем существенным признакам данного изобретения. Равно как, заявителем не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований на достижение технического результата.

Предлагаемый станок для продольного разрезания слитков поликристаллического кремния иллюстрируется чертежами, представленными на фиг.1 и фиг.2.

На фиг.1 представлена первая операция - разрезание слитка на пластины. На фиг.2 представлены разрезы А-А и Б-Б, демонстрирующие разрезание полученных на предыдущей стадии пластин на прутки-основы.

Станок для продольного разрезания слитков поликристаллического кремния содержит станину 1, колонки 2, каретку 3 со шлифовальной головкой 4, стол 5, ходовой винт 6, соединенный клиноременной передачей с мотор-редуктором 8. В цепи питания мотор-редуктора 8 установлен тиристорный преобразователь частоты 10, при помощи которого производится регулирование числа оборотов выходного вала мотор-редуктора 8, а, следовательно, и скорости подачи стола 5. На шлифовальной головке 4 установлены отрезные алмазные круги 11 с шагом, равным ширине прутка-основы. Вблизи зоны врезания отрезных алмазных кругов 11 в слиток 12 установлен насадок подвода охлаждающей воды 13 с соплами 14, направленными на каждый рез. На столе 5 смонтирована плита 15, в центре которой на шпонке 16 размещены подвижные радиусные промежуточные опоры 17 для установки слитка 12. В промежуточных опорах 17 выполнены пазы 18 для выхода отрезных алмазных кругов 11. На шпильках 19 плиты 15 устанавливаются прижимы 20 для закрепления слитка 12. Станок снабжен комплектом станочных приспособлений, в который входят плоские подвижные промежуточные опоры 21, гребенки 22 и хомуты 23. Слив охлаждающей воды со стола осуществляется в каскадный отстойник 24, в котором производится осаждение частиц кремния.

Работа станка осуществляется следующим образом. На плите 15 в радиусных подвижных промежуточных опорах 17 устанавливается слиток 12 и закрепляется с помощью прижимов 20. Шлифовальная головка 4 с отрезными алмазными кругами 11 устанавливается у торца слитка 12. Включается в работу шлифовальная головка 4 и осуществляется подача стола 5 от мотор-редуктора 8 через клиноременную передачу 7, ходовой винт 6 и гайку 9. При этом тиристорным преобразователем частоты 10 устанавливается минимальная скорость подачи стола 5 со слитком 12, соответствующая режиму врезания отрезных алмазных кругов 11 в слиток 12. После врезания тиристорным преобразователем частоты 10 устанавливается требуемая оптимальная скорость резания. С выходом разрезанного на полосы участка слитка 12 из-под шлифовальной головки в прорезанные пазы устанавливаются гребенки 22 и полосы скрепляются хомутами 23.

После выходе отрезных алмазных кругов 11 из слитка 12 вновь устанавливается минимальная скорость подачи стола 5.

Полученные в результате продольной резки полосы слитка поворачиваются на 90 градусов, устанавливаются на плоские подвижные промежуточные опоры 21 и закрепляются прижимами 20. Аналогичным образом производится разрезание полос слитка 12 на прутки-основы квадратного сечения, причем перед зоной резания прижимы 20 и хомуты 23 снимаются, а после зоны резания вновь устанавливаются гребенки 22 для предотвращения излома прутков и скрепляются в пучок хомутами 23.

Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о том, что при использовании заявленного устройства выполнена следующая совокупность условий:

- станок, воплощающий заявленное устройство для получения прутков-основ квадратного сечения слитков поликристаллического кремния длиной 2 м и более, предназначен для использования в промышленности, а именно для более эффективного получения слитков поликристаллического кремния

- для заявленного устройства в том виде, как оно охарактеризовано в независимом пункте изложенной формулы, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных в заявке средств и методов;

- станок для продольного разрезания слитков кремния при его осуществлении, способно обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.

1. Станок для продольного резания слитков кремния, содержащий станину с направляющими, колонку, каретку со шлифовальной головкой, систему охлаждения рабочей зоны, отличающийся тем, что станина снабжена дополнительно ходовым винтом, соединенным с мотор-редуктором, в цепи питания которого установлен тиристорный преобразователь частоты, а шлифовальная головка содержит несколько отрезных алмазных кругов, кроме того, на столе смонтирована плита со шпонкой, на которой установлены подвижные промежуточные опоры с пазами.

2. Станок по п.1, отличающийся тем, что насадок системы охлаждения снабжен соплами, направленными в зону резания каждого отрезного алмазного круга.

3. Станок по п.1, отличающийся тем, что станина сообщается с каскадным отстойником.