晶体制造感应加热组件和感应器组件的制作方法

本发明涉及一种晶体制造感应加热组件，用于在设计为晶体制造装置的负载中对熔化过程进行感应加热，以及一种用于在设计为晶体制造装置的负载中进行感应加热的方法，该方法具有优选通过熔化过程制造高纯度晶体的方法步骤，尤其用于半导体生产。这种或类似类型的设备和方法例如在下列出版物中有所描述：cn111621844a、cn112481700a、cn109722712a、wo2017181765a1。本发明还涉及一种用于感应加热负载、尤其熔化过程的感应器组件，优选在制造高纯度晶体时，例如用于半导体生产，该感应器组件可与感应激励组件连接，该感应激励组件优选具有感应发生器，该感应发生器带有连接在下游的外电路。所述外电路通常具有电抗、尤其电容，这些电抗与连接到它们上的电感组件一起构成振荡回路。所述感应发生器通常将供电网络中的电能转换成频率可变的交流电压，其频率在所述振荡回路的谐振频率的范围内。根据不同的应用，频率范围可在几百赫兹到几百千赫之间。本发明还涉及一种带有这种感应器组件和感应激励组件的感应加热组件。本发明还涉及使用前面描述的组件来控制和/或调节感应加热负载、尤其熔化过程的功率输出和/或部分区域的温度，优选在制造高纯度晶体时，例如用于半导体生产。

背景技术：

1、感应激励组件通常被设计成自由振荡器，这意味着，它们的频率接近振荡回路的谐振频率，所述振荡回路包括外电路中的电抗以及与其相连的感应器组件。当谐振频率发生变化时，感应激励组件的频率通常也会发生变化。

2、为了对负载进行感应加热，通常希望能够相互独立地调节和/或控制负载各部分区域的温度和/或功率输出。为此，通常使用上述类型的两个独立感应加热组件，它们分别包括感应器组件和与其相连的感应激励组件。由于感应激励组件的频率与振荡回路的谐振频率相适应并且两个相邻的振荡回路通常并不完全相同，因此相邻的感应激励组件的振荡频率往往略有不同。这会导致所谓的差频振荡，这是非常不希望的。此外，振荡回路会将能量相互耦合到相应另一个振荡回路中，并且感应激励组件在此会受到如此强烈的干扰，以至于难以为各自的振荡回路设定正确的频率。这也是非常不希望的。例如，在de102015214666a1中公开了一种存在这一问题的组件。在该文献中，提出了在各自端部带有反绕组的感应器作为解决方案。然而，这种反绕组只能部分解决问题，不能用于每种组件。

技术实现思路

1、本发明的任务是提供一种开头提到的晶体制造感应加热组件、一种感应加热方法、一种感应器组件、一种开头提到的感应加热组件和/或一种开头提到的用途，通过所述组件和/或用途，使得负载的各个部分区域中的温度和/或功率输出能够彼此无关地以可靠和低干扰的方式可调和/或可控地运行。

2、所述任务通过根据本发明的一个实施方案所述的晶体制造感应加热组件、根据本发明的一个实施方案所述的方法、根据本发明的一个实施方案所述的感应器组件、根据本发明的一个实施方案所述的感应加热组件或根据本发明的一个实施方案所述的用途解决。

3、根据本发明的设备或本发明的方法的其他构型可以由其他实施方案和说明书中得出。

4、因此，公开了一种晶体制造感应加热组件，用于对设计为晶体制造装置的负载中的熔化过程进行感应加热，其包括：

5、a)所述负载，

6、b)感应器，该感应器分为多个感应器区段，这些感应器区段尤其串联连接，并布置在待加热负载的附近，从而通过所述感应器区段可以在所述负载中感应出适合加热所述负载的电流，其中通过所述感应器区段之一的电流可以受到影响，以及

7、c)控制装置，尤其开关装置，其与两个感应器区段的连接点相连，其中该控制装置构造成使得流经另一个感应器区段的电流的一部分被分支到阻抗。

8、还公开了一种在设计为晶体制造装置的负载中进行感应加热的方法，其包括以下方法步骤：

9、a)优选通过熔化过程制造高纯度晶体，尤其用于半导体生产；

10、b)通过分为多个感应器区段的感应器中的电流的感应来加热负载，所述感应器区段尤其串联连接，并布置在待加热负载的附近，从而使得通过所述感应器区段在所述负载中感应出加热所述负载的电流；

11、c)通过将流经另一个感应器区段的电流的一部分分支到阻抗来影响所述感应器区段中的一个感应器区段中的电流。

12、还公开了一种用于感应加热负载的感应器组件，其可与感应激励组件连接，包括：

13、a)感应器，所述感应器分为多个感应器区段，所述感应器区段尤其串联连接，其中所述感应器区段设置成布置在待加热负载的附近，从而使得通过所述感应器区段能够在所述负载中感应出可加热所述负载的电流；

14、b)阻抗，所述阻抗与两个感应器区段的连接点相连；

15、c)与所述阻抗相连的控制装置，尤其开关装置，其设置成使得它可以通过所述感应器区段中的一个感应区段来影响所述电流。

16、在此，这指的是全部感应器区段都被布置成使得通过所述感应器区段能够在所述负载中感应出可加热所述负载的电流。

17、通过这种方法和/或上述两种组件或布置之一，可以控制和/或调节布置在可受控制装置影响的感应器区段附近的负载的部分区域的温度和/或功率输出。

18、感应激励组件优选具有感应发生器，该带有连接在下游的外电路。

19、感应激励组件优选具有频率调节装置，该频率调节装置适配于由外电路和感应器组件构成的振荡回路的谐振频率。

20、感应发生器优选是中频发生器(mf发生器)。这是指优选能提供1khz至100khz频率的电源。

21、感应发生器优选针对20a及以上、尤其100a及以上的有效输出电流进行设计。

22、感应器可以具有多个绕组，所述绕组辐射在所述感应器中产生的交变磁场，所述交变磁场可以在负载中产生感应出电流。为此，感应器可以将负载包围起来，或者也可以布置在负载附近。

23、在一个设计方案中，感应器组件的特征是感应器区段中的至少一个、优选多个、尤其全部能够用液体冷却。尤其，这个/这些感应器区段的绕组可以贴靠在可以用液体冷却的体上。优选地，作为替代或补充，这个/这些感应器区段可以由可以用液体冷却的管构成。这样可以实现特别有效的冷却。为了进行液体冷却，可以提供与感应加热过程的冷却系统的连接。这样就可以一同利用该冷却系统。

24、所述感应器区段可以串联。所述感应器区段可以上下叠置，使得使其产生的磁场直接相互连接。例如，它们可以呈柱状或螺旋状布置在彼此上。这种感应器组件经常例如在熔化过程中使用。尤其在熔化过程，例如用于制造高纯度晶体(例如用于半导体生产)的熔化过程中，经常使用这种感应器组件。由于熔化坩埚不同区域的温度和/或向熔化过程的功率输出应能够以不同方式控制和/或调节，因此一直以来都在寻找一种感应器各区段之间不相互干扰的解决方案。现在这个问题已经得到解决。尤其通过只使用一种激励频率解决了这个问题，因为感应器组件可以利用唯一一个感应激励组件来运行。

25、在一个设计方案中，感应器组件的感应器可分为两个以上的感应器区段，每个感应器区段尤其串联连接，其中在所述感应器区段的连接点上分别连接有阻抗，所述阻抗分别可以通过控制装置、尤其开关装置进行控制，从而使得它可以影响通过分配给它的感应器区段的电流。通过这种方式，可以更精细地控制和/或调节各个部分区域中的温度和/或输出到负载的功率。在此，这指的是全部感应器区段都布置成使得通过所述感应器区段可以在所述负载中感应出可以加热所述负载的电流。

26、在一个设计方案中，可将多个与控制装置、尤其开关设装置相连的阻抗连接到一个连接点，并且尤其将所述负载的部分区域保持在不同的温度。通过这种方式，可以在各个部分区域中更精细地控制和/或调节温度和/或输出给负载的功率。这使得该组件可以特别良好地适用于熔化过程，如制造高纯度晶体(例如用于半导体生产)所需的熔化过程。

27、在一个设计方案中，感应器组件设计成可以通过各自的控制装置影响布置在感应器区段附近的负载的部分区域中的温度。

28、在一个设计方案中，感应器组件的特征是，控制装置设置成使得它可以通过相应的阻抗影响所述电流，尤其设计成使得可以将所述电流在相应的连接点处分为通过阻抗的电流分量和通过感应器区段的电流分量，其中通过感应器区段的电流可以受到相应控制装置的影响。

29、在一个设计方案中，感应器组件的特征是，所述阻抗中的至少一个、优选多个、尤其全部都具有电抗部分和电感部分，并且尤其没有或只有微小的电容部分。所谓"微小的电容部分"，是指在对于感应器组件设置的工作频率下，该部分相对于电感部分可以忽略不计。这样可以防止在阻抗和感应器区段之间形成不希望的振荡回路。

30、在一个设计方案中，感应器组件的特征是，所述阻抗中的至少一个、优选多个、尤其全部都具有线圈质量q大于1、尤其大于10、尤其大于100的线圈。线圈质量q在电气工程中是一种特殊的质量因数。它表示线圈的电抗与有效电阻之比。线圈质量越高，阻抗损耗越小。

31、在一个设计方案中，感应器组件的特点是，所述阻抗中的至少一个、优选多个、尤其全部都具有用绞合线实施的线圈。高频绞合线，也称为hf绞合线，是一种由大量细线组成的绞合线，这些细线通常相互绝缘，它们尤其能够如此交织在一起，以至于平均而言，每一根细线在绞合线的整体横截面中占据尽可能多的位置。高频范围内的更高质量是基于有效参与电流流动的横截面的增大，所述横截面在实心线的情况下由于集肤效应和邻近效应而受到明显限制。不过，事实也表明，在高电流(例如大于等于100a)的情况下，使用高频绞线会变得复杂，因为此时发热量会过高，而绞线的冷却非常不容易。

32、在一个设计方案中，感应器组件的特点是，所述阻抗中的至少一个、优选多个、尤其全部都具有可以用液体冷却的线圈。尤其，线圈的绕组可以贴靠在可以用液体冷却的体上。替换或附加地，绕组优选由可以用液体冷却的管构成。这样可以实现特别有效的冷却。为了进行液体冷却，可以提供与感应加热过程的冷却系统的连接。这样就可以一同利用该冷却系统。

33、在一个设计方案中，感应器组件的特点是，所述阻抗中的至少一个、优选多个、尤其全部都被设计和/或布置成使得通过阻抗的电流不能在负载中感应出电流。这样就能在温度和/或功率输出方面特别可靠地控制和/或调节所述负载的布置在可受控制装置影响的感应器区段附近的部分区域中的电流。

34、在一个设计方案中，感应器组件的特点是，所述控制装置中的至少一个、优选多个、尤其全部具有可双向切换的电气半导体开关，优选两个反并联的晶体管，尤其igbt。这样就能实现非常快速和非常精确的调节。

35、为了解决所述任务，还公开了一种感应加热组件，用于利用上述设计方案之一中的感应器组件对负载进行感应加热，其特征在于，设置有感应激励组件，用于为所述感应器组件提供交流电。

36、在一个设计方案中，感应加热组件的特征是，只提供一个感应激励组件，用于为所述感应器组件提供交流电。这样就不会出现不希望的差频振荡。

37、为了解决所述任务，还公开了一种用感应器对负载进行针对性感应加热的方法，所述感应器分为多个感应器区段，这些感应器区段尤其串联连接并布置在要加热负载的附近，从而使得在所述负载中通过所述感应器区段感应出加热该负载的电流，其中通过所述感应器区段之一的电流可以受到影响，其方式是，控制装置、尤其开关装置将流经另一个感应器区段的电流的一部分分支到阻抗，该阻抗与两个感应器区段的连接点相连。

38、还公开了一种前面描述的组件的用途，用于控制和/或调节被感应加热的负载、尤其熔化过程的部分区域中的功率输出和/或温度，优选用于制造高纯度晶体，例如用于半导体生产。

39、还公开了一种本文描述的晶体制造感应加热组件，其包括本文描述的感应器组件和/或感应加热组件。

40、还公开了一种本文描述的感应加热方法，该方法使用本文描述的感应器组件和/或感应加热组件。