CN105829587A

CN105829587A - 观察晶锭生长过程的视见部件及包括其的晶锭生长装置

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Publication number: CN105829587A
Application number: CN201480070054.3A
Authority: CN
Inventors: 金成赫; 罗光夏; 张现洙
Original assignee: LG Siltron Inc
Current assignee: SK Siltron Co Ltd
Priority date: 2013-12-19
Filing date: 2014-08-01
Publication date: 2016-08-03
Anticipated expiration: 2034-08-01
Also published as: WO2015093706A1; US20160319458A1; EP3093377A4; EP3093377B1; JP2016539907A; KR20150071851A; US9994969B2; CN105829587B; JP6239765B2; EP3093377A1; KR101554394B1

Abstract

一种用于观察晶锭生长过程的视见部件，根据实施方式，所述视见部件用于观察腔室的内部，所述腔室提供了进行晶锭生长过程的空间，所述视见部件包括：主体部，所述主体部布置在所述腔室的一侧，并且具有与所述腔室的内部相连的孔；窗口，所述窗口插入所述主体部的孔中以维持所述腔室的密封状态，并且使光从所述腔室的内部透过所述窗口；以及窗口吹扫部，安装在所述主体部的侧表面上来形成空气幕以防止外部空气进入所述窗口。根据实施方式，所提出的视见部件具有的优点是：不仅防止玻璃的污染还能对污染的玻璃进行自清洁。因此，通过所述视见部件能够清楚地观察在所述腔室的内部生长的晶锭，并且因此基于准确观察的过程数据来确定过程条件，从而生产高质量的晶锭。

Description

观察晶锭生长过程的视见部件及包括其的晶锭生长装置

技术领域

本发明涉及一种用于观察晶锭生长的视见部件以及包括该视见部件的晶锭生长装置。

背景技术

硅单晶晶锭为常见的晶片材料，其利用丘克拉斯基法(CZ法)来制备。

CZ法为晶锭生长方法，该晶锭生长方法通过将硅放置在石英坩埚中，对石英坩埚进行加热以引起硅的熔融，以及随后在使晶种晶体与硅熔体接触的状态下旋转并且逐步地提拉晶种晶体来使硅熔体在晶种单晶表面上固化，从而生长出预定的直径的晶锭的生长。

这种晶锭生长装置设置在腔室的内部。该腔室设置了在其内进行预定过程以生长用于晶片的晶锭的空间，该晶片用在电组件(诸如半导体)的材料中。

此外，由于腔室是密封的以防止污染物进入到腔室的内部并且维持内部气氛，所以在腔室的一侧安装有单独的视见部件，用于观察在腔室的内部生长的晶锭。

通过这些视见部件，通过裸眼能够观察晶锭的生长，并且通过直径测量传感器、熔融间隙(M/G)测量传感器等能够测量过程数据，诸如生长的晶锭的直径、熔融间隙(meltgap)。

下文中，由于过程条件(诸如晶锭提拉速度、加热器功率等)在考虑上述测量的实时过程数据来确定，所以腔室内部的过程数据的准确测量是决定晶锭质量的重要因素。

然而，问题在于，腔室内部的石英坩埚中产生的气体或汽化的掺杂剂会导致污染视见部件的玻璃污染。

具体地，由于汽化的掺杂剂导致玻璃的下表面的污染以及不透明，所以难以观察到腔室的内部并且导致过程数据(诸如通过视见部件测得的直径)的错误。

为了防止这种错误，虽然提出一种用于调节传感器的移动速度、传感器的灵敏性等的方法，但是仍然不足以降低该错误的影响。

因此，问题在于：根据这些不准确的过程数据确定的过程数据导致生长的晶锭的质量劣化。

发明内容

本发明解决上述问题，并且提供了一种视见部件和包括该视见部件的晶锭生长装置，所述视见部件通过防止窗口污染能够准确地观察晶锭的生长。

本实施方式的用于观察晶锭生长过程的视见部件为用于观察腔室的内部的视见部件，所述腔室提供用于在其内进行晶锭的生长过程的空间，所述视见部件包括：主体部，所述主体部布置在所述腔室的一侧，并且具有与所述腔室的内部相连的孔；窗口，所述窗口插入所述主体部的孔中以维持所述腔室的密封状态，并且使光从所述腔室的内部透过所述窗口；以及窗口吹扫部，所述窗口吹扫部布置在所述主体部的一侧，并且形成空气幕以防止外部空气接近所述窗口。

本实施方式的晶锭生长装置包括：腔室，所述腔室设置有用于在其内进行晶锭生长过程的空间，并且是密封的；石英坩埚，所述石英坩埚布置在所述腔室的内部并且用于容纳硅熔体；提拉构件，所述提拉构件通过使晶种浸渍在所述硅熔体中、旋转晶种以及提拉晶种来引起所述晶锭的生长；以及视见部件，所述视见部件安装在所述腔室的一侧并且使所述腔室的内部的光透过以能够观察所述腔室的内部的过程条件；其中，所述视见部件包括：主体部，所述主体部布置在所述腔室的一侧，并且具有与所述腔室的内部相连的孔；窗口，所述窗口插入所述主体部的孔中以维持所述腔室的密封状态并且使光从所述腔室的内部透过所述窗口；以及窗口吹扫部，所述窗口吹扫部布置在所述主体部的一侧并且形成空气幕以防止外部空气接近所述窗口。

所提出的实施方式的视见部件具有的优点是：防止玻璃的污染并且对所述视见部件的污染的玻璃进行自清洁。

通过所述视见部件可清楚地观察在所述腔室的内部生长的晶锭。

此外，通过所述视见部件，可准确地测量腔室内部的过程数据，诸如，生长的晶锭的直径。

因此，本实施方式具有的优点是：凭借准确测量的过程数据，通过确定晶锭生长过程条件能够生产高质量的晶锭。

附图说明

图1为示出了晶锭生长装置的示意图。

图2为示出了目标直径测量值与通用晶锭生长装置的直径测量值之间差异的图表；以及示出了目标提拉速度与通用晶锭生长装置的平均提拉速度之间差异的图表。

图3为示出了根据本发明的第一实施方式的晶锭生长装置的横截面的示意图，在该晶锭生长装置中，安装有窗口吹扫部。

图4为示出了根据本发明的第二实施方式的视见部件的平面图，所述视见部件形成有效的空气幕。

图5为示出了从上侧看的根据本发明的第二实施方式的窗口吹扫部的横截面立体图。

图6为示出了从侧面看的根据本发明的第二实施方式的窗口吹扫部的横截面立体图。

图7为示出了根据本发明的第二实施方式的窗口吹扫部的侧视图。

图8为示出了根据本发明的第三实施方式的窗口吹扫部的分解立体图。

具体实施方式

下文中，将参照所附附图来描述本实施方式。然而，能够限定的是，本发明的精神范围中，本实施方式不仅包括本实施方式的所公开的内容，并且在并发明的精神中，本实施方式还包括相对于所提出的实施方式进行的变型(诸如增加、删除或改变组件)。

图1为示出了晶锭生长装置的示意图。

晶锭生长装置的通用组件布置在腔室10的内部，并且腔室10是密封的，视见部件100被设置用于观察在腔室10的内部生长的晶锭(IG)。

视见部件100安装在腔室10的一侧，用于观察腔室10的内部的过程状态；以及在视见部件中设置窗口以使光透过以及维持腔室10的密封状态。

通过该窗口110，通过裸眼能够观察晶锭生长过程，并且在窗口10的外部设置有传感器，并且因此，通过窗口110测量过程状态(诸如晶锭的直径)，并且该测量的过程状态作为过程数据输出。

由于过程条件(诸如提拉速度)基于过程数据来确定，所以过程数据的准确测量对晶锭的质量具有很大的影响。

具体地，由于晶锭的直径在过程状态中是否均匀是决定晶锭质量的关键因素，所以只有在通过视见部件100准确测量晶锭直径的情况下，才能生产具有均匀直径的晶锭。

除了晶锭的直径之外，被确定为腔室10内部的过程状态的因素包括：熔融间隙(M/G)，其为热屏蔽件40与硅熔体(S)之间高度差等。然而，下文中，为了便于描述，过程状态将被描述为生长的晶锭的直径。

同时，在晶锭生长过程的进行过程中，视见部件100的窗口110可被污染而变得不透明。

具体地，由于在导致晶锭生长在硅熔体(其中含有锑(Sb)掺杂剂)中的过程期间，汽化的锑吸附在窗口110上，存在这样的情况：窗口110被雾化污染至根本不能观察腔室10的内部的程度。在该情况下，通过雾化污染的窗口10测得的晶锭直径的数据是错误的，与晶锭的实际直径存在差异。

多种传感器，诸如，红外传感器(IR传感器)、CCD摄像机或高温计可用作传感器200，其测量晶锭的直径并且将测量的晶锭的直径作为过程数据输出。自动直径控制(ADC)传感器可用作控制部，其通过分析输出的过程数据和改变提拉速度(P/S)来控制晶锭的直径。

在本实施方式中，对于直径测量数据，可使用ADC值；并且对于测量ADC值的传感器以及利用ADC值控制直径的控制部，可使用ADC传感器单元200，但是自然地，本发明并不限于此。

参照图2，在晶锭的主体生长过程之初，目标ADC值(ADCSP目标值)和ADC值(ADCSP实际值)之间的差异较低，并且在根据ADC值控制的平均提拉速度(平均P/S)与目标提拉速度(目标P/S)之间也存在较小的差异。

在此，“目标”表示在进行该过程之前预先设定的目标值，并且基于该值来进行该过程。换言之，通过比较过程期间检测的ADC值与目标ADC值来控制提拉速度，并且当控制的提拉速度接近目标提拉速度时，晶锭的直径是均匀的并且由此生产高质量的晶锭。

然而，能够看到的是，随着主体生长过程进行到后半部分，目标ADC值和测量的ADC值之间的差异(y)快速地增加，并且因此，目标提拉速度与平均提拉速度之间的差异(x)也是增加的。

在晶锭以该方式生产的情况下，晶锭的直径随着主体生长过程进行到后半部分而发生改变，并且因此，产生晶锭质量下降的问题。

为了解决上述问题，视见部件100被配置用于防止窗口的污染以及去除窗口的污染，该视见部件100安装在本实施方式的晶锭生长装置中。

<第一实施方式>

图3为示出了根据本发明的第一实施方式的晶锭生长装置的横截面的示意图，在晶锭生长装置中，安装有窗口吹扫部。

参照图3，根据本实施方式的晶锭生长装置包括：腔室10；石英坩埚20，用于容纳硅熔体；加热器30，用于加热石英坩埚20；晶种夹具70，用于固定晶种，其与硅熔体中的晶锭接触并且提拉晶锭；提拉构件，用于使晶种夹具70提起、降落和旋转；热屏蔽件40，在石英坩埚20的上侧中，热屏蔽件主体与硅熔体之间形成熔融间隙(M/G)；以及惰性气体喷射单元50，用于将惰性气体供应到腔室10的内部以控制惰性气体的流动和气氛。

根据本实施方式的晶锭生长装置包括：视见部件100，用于观察腔室10的内部；并且进一步包括：ADC传感器单元200，其从腔室10的外部通过视见部件100测量晶锭的直径，并且利用测量的数据通过控制提拉速度来控制晶锭的直径。

具体地，视见部件100包括：主体部120，其布置在腔室10内并且具有能够观察腔室10的内部的孔；窗口110，其布置在主体部120的顶部并且光能够透过该窗口以能够观察腔室10的内部；以及窗口吹扫部130，其喷射气体以防止窗口110污染。

更具体地，主体部120可由管状物构成，该管状物安装在腔室10的上侧并且具有能够观察腔室内部的过程状态的孔。例如，主体部可由圆柱形管构成，该圆柱形管从腔室10的上部延伸至上侧以面向正在生长的晶锭的弯月面，并且其内直径约为45cm。

窗口孔设置在主体120的上侧。窗口110设置在该窗口孔中，并且能够透过光的透明材料玻璃111插入在窗口110中。

玻璃111可由玻璃以及能够透过光的多种材料制成。此外，上述玻璃优选地由具有耐热性并且能使晶锭不受污染的石英玻璃制成。

窗口吹扫部130位于主体部120和窗口110之间，并且该窗口吹扫部喷射惰性气体以防止污染物接近窗口110。

窗口吹扫部130可包括气体喷射单元131，其朝向玻璃111的下侧喷射惰性气体。因此，可形成空气幕，其防止污染物进入玻璃111，并且使玻璃与外部空气热绝缘。

气体喷射单元131可放置在窗口吹扫部130一侧上的任何地方。例如，如图3所示，气体喷射单元131可沿与腔室10的上部相对的方向布置在窗口吹扫部130上，但并不限于此。

此外，与所示不同，气体喷射单元131可布置在腔室10上侧的窗口吹扫部130上。

换言之，根据腔室10的形状和视见部件100的形状，气体喷射单元131可布置在用于将惰性气体喷射至玻璃111的最佳位置上。

此外，通过调整喷嘴的角度以及朝向玻璃111喷射空气，气体喷射单元131可去除吸附至玻璃111的污染物。

同时，如上所述，视见部件100分为窗口110、主体部120和窗口吹扫部130，并且分别描述各个部件。然而，也可以整体配置上述视见部件。

例如，能够形成这样的结构：玻璃插入到圆柱形管的内部的孔中，其中，该圆柱形管从腔室10的上部延伸，并且气体喷射单元安装在圆柱形管的侧表面上以朝向玻璃喷射气体。

但是，在该实施方式中，窗口吹扫部130和窗口110可由凸缘构成，用于维持腔室10的密封状态。

例如，窗口吹扫部130可如此布置：具有孔的吹扫主体132布置在主体部120的上部，其中，在它们之间插入有O状吹扫环133；并且窗口110可如此布置：具有孔的窗口主体部112布置在吹扫主体132的上部，其中，在它们之间插入有O状窗口环113。此时，视见部件100的孔可通过进一步绕玻璃111布置的垫圈和O状环来完全密封，其中，玻璃111插入在窗口主体112的孔中。

多个螺旋槽可分别设置在窗口110、主体部120和窗口吹扫部130上。窗口110、主体部120和窗口吹扫部130通过在螺旋槽中固定的螺栓140来彼此紧固地联接。

换言之，在本实施方式中，窗口吹扫部130通过凸缘与主体部120的上侧联接，窗口110通过凸缘与窗口吹扫部130的上侧联接，以维持腔室10的密封状态。然而，本实施方式并不限于此。

同时，为了将气体供应至气体喷射单元131，气体供应部170通过气体管线150与气体喷射单元131相连，并且因此，惰性气体被供应至气体喷射单元131。

此时，在气体管线150中，安装气体阀160和气体流量计以调节气体的供应压并且检查喷射的气体流速，从而可控制恰当的气体供应压和总气体流速。

例如，从窗口吹扫部130喷射的气体为惰性气体，并且Ar气可用作惰性气体。氩气的供应压被限定在约2.5kg/cm²至约2.8kg/cm²之间。喷射的总气体流速优选为20lpm或更低。

气体供应部170可独立地配置，以将气体仅供应至窗口吹扫部130，并且气体管线150可配置为从将惰性气体供应至已有惰性气体喷射单元50的管线分支。

根据上述本发明的第一实施方式，存在以下优点：通过防止玻璃的污染以及去除吸附的污染物，可准确地观察、测量腔室内部的过程状态，进而可利用准确测量的数据控制过程条件，从而可生产高质量的晶锭。

同时，视见部件100倾斜地延伸以面向如上所述的弯月面。此时，视见部件100的面向上腔室11(晶锭在其中生长)的侧表面是指视见部件100的上部，视见部件100的面向下腔室10的侧表面(与视见部件100的上部相对)是指视见部件100的下部。

优选地，将气体从视见部件100的上部喷射至视见部件100的下部以为如上所述倾斜的视见部件100形成有效的空气幕。

此外，腔室10内部的惰性气体从上腔室11(晶锭在其中生长)流动至下腔室10，从而优选地，气体喷射单元131将气体从视见部件100的上部喷射至视见部件100的下部以不影响这样的气体的流动。

换言之，在上腔室11和视见部件100(视见部件100的上部件)之间安装气体喷射单元131，并且因此当气体朝向视见部件100的下部喷射时，有效地防止污染物接近玻璃111。

此时，由于上腔室11和视见部件100之间的空间是狭窄的，所以可能难以配置气体喷射单元131和气体管线150。

<第二实施方式>

除了窗口吹扫部130的结构之外，本发明的第二实施方式的结构与第一实施方式的结构相同，因此本文将省略对第二实施方式和第一实施方式之间相同部件的描述。

本发明的第二实施方式的视见部件100具有位于视见部件100的下部的气体喷射单元131，然而，由于窗口吹扫部130在视见部件100的上部(面向气体喷射单元131的安装部)喷射气体，所以能够形成有效的空气幕。

图4为示出了根据本发明的第二实施方式的视见部件的平面图，所述视见部件形成有效的空气幕；图5为示出了从上侧看的根据本发明第二实施方式的窗口吹扫部的横截面立体图；图6为示出了从侧面看的根据本发明第二实施方式的窗口吹扫部的横截面立体图；以及图7为示出了窗口吹扫部的侧视图。

参照图4至图7，窗口吹扫部130由凸缘形成。气体导向件134设置在由凸缘形成的吹扫主体132的内部，供应的气体移动穿过该气体导向件；并且在气体导向件134和吹扫主体132之间设置有排气口135，该排气口喷射移动的气体。

通过该排气口135，当气体喷射单元131将气体从吹扫主体132的一侧供应至其内部时，该供应的气体沿气体导向件134移动至排气口135，并且，排出从该排气孔135移动来的气体，从而形成空气幕。

换言之，排气口135形成在从吹扫主体132喷射气体的位置处，并且当气体喷射单元131和排气口135通过气体导向件134彼此相连时，气体喷射单元131能够将气体喷射到所需的位置，无论气体的供应位置如何。

在本实施方式中，气体喷射单元131安装在吹扫主体132上，面向视见部件100的下部；排气口135设置在吹扫主体132上，面向视见部件100的上部；以及气体喷射单元131和排气口135通过沿吹扫主体132形成的气体导向件134彼此相连。

通过这些配置，从视见部件100的下部喷射的气体沿气体导向件134移动，并且可从视见部件100的上部喷射。

此时，配置多个排气口135以使空气幕的面积变宽，并且排气口被配置为具有孔的形状，其沿横向方向延伸，与所示不同。

根据上述第二实施方式的结构，由于窗口吹扫部能够有效地形成空气幕，所以具有这样的优点：防止玻璃的污染，并且并不影响腔室内部的气体流动。

同时，气体供应部170可与控制部190相连。

控制部190可根据过程控制从气体供应部170喷射的气体供应压。

例如，在晶锭生长过程期间，诸如熔融过程、掺入掺杂剂期间，或集中产生污染物期间，可增大气体供应压。

<第三实施方式>

图8为示出了根据本发明的第三实施方案的窗口吹扫部的分解立体图。

除了窗口吹扫部130的结构之外，本发明的第三实施方式的结构与第一实施方式的结构相同，并且因此本文将省略对第三实施方式与第二实施方式和第一实施方式之间相同部件的描述。

在本发明的第三实施方式中，倾斜的块状物(Jaw)136布置在排气口135与玻璃111的下表面之间，并且因此，从排气孔135排出的气体通过穿过倾斜的块状物136来分流。因此，通过第三实施方式，在玻璃111的下侧水平表面上形成均匀且致密的空气幕。

更具体地，本发明的第三实施方式的窗口吹扫部包括喷射气体的第一窗口吹扫部130；以及与其下表面联接的第二窗口吹扫部180。

第一窗口吹扫部130包括供应气体的气体喷射单元131；对供应的气体进行导向的气体导向件134；沿垂直方向喷射经导向的气体的排气口135；以及使排出的气体分流的倾斜的块状物136。

窗口吹扫部180与第一窗口吹扫部130的下表面以距离倾斜的块状物预定空间地联接，因此该排出的气体通过该预定的空间喷射到玻璃111的下侧。

换言之，通过第二窗口吹扫部180的主体181阻断沿垂直方向从排气口135排出的气体，因此该气体在分流至倾斜的块状物136和主体181之间的预定空间之后被喷射。因此，可形成致密且均匀的空气幕。

根据该第三实施方式的结构，由于在玻璃111的下侧形成致密且均匀的空气幕，所以有效地防止玻璃111的底表面的污染。

本发明涉及用于晶片生产的晶锭生长装置，以及在所述晶锭生长装置中使用的视见部件。因此，本发明具有工业实用性。

Claims

1.一种用于观察腔室的内部的视见部件，所述腔室提供用于在其内进行晶锭生长过程的空间，所述视见部件包括：

主体部，所述主体部布置在所述腔室的一侧，并且具有与所述腔室的内部相连的孔；

窗口，所述窗口插入所述主体部的孔中以维持所述腔室密封状态，并且使光从所述腔室的内部透过所述窗口；以及

窗口吹扫部，所述窗口吹扫部用于朝向所述窗口喷射气体。

2.根据权利要求1所述的视见部件，其中，利用凸缘，所述窗口吹扫部与所述主体部的上侧联接。

3.根据权利要求2所述的视见部件，其中，利用凸缘，所述窗口与所述窗口吹扫部的上侧联接。

4.根据权利要求2所述的视见部件，其中，所述窗口吹扫部包括：吹扫主体和气体喷射单元，所述吹扫主体与所述主体部的上侧联接并且具有与所述主体部的孔相连的吹扫孔，所述气体喷射单元从所述吹扫主体的一侧喷射气体并且形成空气幕。

5.根据权利要求4所述的视见部件，其中，所述气体喷射单元包括气体喷嘴，所述气体喷嘴能够控制气体喷射的方向。

6.根据权利要求4所述的视见部件，其中，在所述吹扫主体中设置有气体导向件，所述气体导向件为由所述气体喷射单元供应的气体的移动路径；并且在所述气体导向件和所述吹扫主体之间设置有排气件用于喷射该移动后的气体。

7.根据权利要求6所述的视见部件，其中，设置有多个排气口。

8.根据权利要求6所述的视见部件，其中，所述排气件沿横向方向具有细长形，以将气体喷射至较大面积。

9.根据权利要求1所述的视见部件，进一步包括倾斜的块状物，用于在所述窗口吹扫部中使喷射的气体分流。

10.一种晶锭生长装置，所述晶锭生长装置包括：

腔室，所述腔室设置有用于在其内进行晶锭生长过程的空间，并且是密封的；

石英坩埚，所述石英坩埚布置在所述腔室的内部并且用于容纳硅熔体；

提拉构件，所述提拉构件通过使晶种浸渍在所述硅熔体中、旋转晶种以及提拉晶种来引起晶锭的生长；以及

视见部件，所述视见部件安装在所述腔室的一侧并且使所述腔室的内部的光透过以观察所述腔室的内部的过程条件；

其中，所述视见部件包括：主体部，所述主体部布置在所述腔室的一侧，并且具有与所述腔室的内部相连的孔；窗口，所述窗口插入所述主体部的孔中以维持所述腔室的密封状态，并且使光从所述腔室的内部透过所述窗口；以及窗口吹扫部，所述窗口吹扫部用于朝向所述窗口喷射气体。

11.根据权利要求10所述的晶锭生长装置，其中，进一步包括：传感器部，所述传感器部通过所述视见部件测量所述晶锭生长过程的状态。

12.根据权利要求11所述的晶锭生长装置，其中，所述传感器部为直径测量传感器，用于测量由所述硅熔体生长的晶锭的直径。

13.根据权利要求10所述的晶锭生长装置，进一步包括：气体供应部，用于将气体供应至所述窗口吹扫部；以及气体管线，用于连接所述气体供应部和所述窗口吹扫部。

14.根据权利要求10所述的晶锭生长装置，其中，在所述硅熔体中包括作为掺杂剂的锑。

15.根据权利要求13所述的晶锭生长装置，进一步包括：控制部，所述控制部与所述气体供应部相连并且用于根据晶锭生长过程控制气体喷射压力。

16.一种用于观察腔室的内部的视见部件，所述腔室设置有在其内进行晶锭生长过程的空间，所述视见部件包括：

窗口，所述窗口维持所述腔室的密封状态，并且能够观察所述腔室的内部；以及

窗口吹扫部，所述窗口吹扫部朝向所述窗口喷射气体以防止所述窗口被污染。