包括加热器的锭生长装置的制作方法

1.本实用新型涉及包括加热器的锭生长装置，更具体地，涉及包括提高锭制造能效的加热器的锭生长装置。


背景技术：

2.作为半导体用单晶硅晶圆制造用锭的制造方法，通常使用丘克拉斯基(czochralski)晶体生长法。
3.在丘克拉斯基晶体生长法中，在将硅放入坩埚后，通过对坩埚进行加热来使硅熔融。而且，在单晶晶种(single crystal seed)与这种熔融的硅相接触的状态下，通过旋转及向上提拉，来使具有规定直径的锭(ingot)生长。
4.在现有的锭制造装置中，在坩埚周边设置以电阻加热方式释放辐射热量的加热器。这种加热器将通过对坩埚进行加热来生成熔融硅。
5.但是，现有的采用电阻加热方式的加热器不仅对坩埚进行加热，还对锭生长装置的内部整体进行加热，因而存在耗电大的问题。


技术实现要素：

6.本实用新型一实施方式的目的在于，提供可改善用于生成熔融硅的能效的包括加热器的锭生长装置。
7.本实用新型一实施方式的包括加热器的锭生长装置可包括：坩埚，用于收容熔融硅；生长炉，具备用于设置上述坩埚的内部空间；基座，以包围上述坩埚的外侧面的方式形成与上述坩埚的外侧面相对应的形状；以及加热器，用于对上述基座进行加热，上述加热器可包括：线圈，固定于从上述基座的外侧面隔开规定间隔的位置，通过沿着上述基座的外侧面卷绕来产生磁场，借助由上述磁场产生的电磁感应来对上述基座进行加热；以及外罩，通过以包围上述线圈的外侧面的方式形成来支撑上述线圈，用于阻断上述线圈向上述生长炉的内部空间露出。
8.在此情况下，上述线圈能够以沿着上述基座的外侧面多次卷绕的方式形成，可在上述线圈的外侧面形成多个螺母。
9.在此情况下，上述外罩可包括：外罩本体，形状与上述基座的外侧面相对应；以及螺母阻断部，配置于上述外罩本体的内部，用于阻断上述多个螺母向外部露出。
10.在此情况下，上述螺母阻断部的形状可与螺栓形状相对应。
11.在此情况下，上述外罩能够以与上述基座相隔开的方式配置。
附图说明
12.图1为简要示出本实用新型一实施例的包括加热器的锭生长装置的图。
13.图2为示出本实用新型一实施例的包括加热器的锭生长装置中的基座和外罩的立体图。
14.图3为示出本实用新型一实施例的包括加热器的锭生长装置中的基座和加热器的分解立体图。
15.图4为放大图1中所示的a部分的图。
16.图5为示出本实用新型另一实施例的锭生长装置用加热器的制造方法中的线圈形成步骤的立体图。
17.图6为示出本实用新型另一实施例的锭生长装置用加热器的制造方法中的模具的分解立体图。
18.图7为示出本实用新型另一实施例的锭生长装置用加热器的制造方法中的多个销结合步骤的图。
19.图8为示出本实用新型另一实施例的锭生长装置用加热器的制造方法中的去除多个销的状态的图。
20.图9为示出通过本实用新型另一实施例的锭生长装置用加热器的制造方法制造的外罩的立体图。
21.图10为示出本实用新型另一实施例的锭生长装置用加热器的制造方法的流程图。
22.附图标记的说明
23.100：锭生长装置
24.110：生长炉
25.115：坩埚
26.120：基座
27.130：坩埚支架
28.200：加热器
29.210：线圈
30.220：外罩
具体实施方式
31.在本说明书及本实用新型要求保护范围中使用的单词和术语不应限定于通常所理解的含义或词典中的含义来解释，立足于创作人可以为了以最佳的方法说明自己的本实用新型而对术语和概念进行定义的原则，应解释成符合本实用新型的技术思想的含义和概念。
32.因此，在本说明书中记载的实施例和附图中所示的结构属于本实用新型的优选一实施例，并不全面代表本实用新型的技术思想，在本实用新型的申请时间点上，相应结构可存在能够进行代替的多种等同物和变形例。
33.在本说明书中，“包括”或“具有”等的术语应理解为仅用于说明记载于说明书上的特征、数字、步骤、动作、结构要素、部件或它们的组合的存在，而不是预先排除一个或一个以上的其他特征、数字、步骤、动作、结构要素、部件或它们的组合的存在或附加可能性。
34.只要没有特殊情况，某个结构要素位于其他结构要素的“前方”、“后方”、“上部”或“下部”等的表述不仅包括以与其他结构要素直接接触的方式位于其他结构要素的“前方”、“后方”、“上部”或“下部”的情况，还包括在中间设置其他结构要素的情况。并且，只要没有特殊情况，某个结构要素与其他结构要素“相连接”等的情况不仅包括直接相连接的情况，
还包括间接相连接的情况。
35.以下，参照附图来对本实用新型实施例的锭生长装置进行说明。在本说明书中，为了简化附图，在对本实用新型实施例的锭生长装置进行说明的过程中，将不会详细示出或不示出与本实用新型的内容无关的结构，将以与本实用新型的思想相关的内容为中心来对本实用新型的锭生长装置进行说明。
36.在本说明书中，附图中所示的x轴与y轴互相垂直，与z轴互相垂直。而且，附图中所示的上述y轴与上述z轴互相垂直。而且，将上述z轴的箭头方向所指的方向称为上侧。下侧则意味着与上述上侧相反的方向。
37.图1为简要示出本实用新型一实施例的包括加热器的锭生长装置的图。
38.参照图1，本实用新型一实施例的锭生长装置100可包括生长炉110、坩埚115、基座120、基座支撑部130以及加热器200。
39.生长炉110具备维持真空状态的内部空间110a，使得锭i在内部空间110a生长。在上述内部空间110a设置后述的坩埚115。
40.可在上述生长炉110设置真空泵(未图示)和非活性气体供给部(未图示)。上述真空泵可使得上述内部空间110a维持真空气氛。并且，上述非活性气体供给部可向上述内部空间110a供给非活性气体。例如，上述非活性气体可以是氩(ar)。
41.上述坩埚115可收容于上述生长炉110的上述内部空间110a。上述坩埚115可收容熔融硅m。上述坩埚115可大致形成倒置圆顶(reverse dome)形状。并且，上述坩埚115的形状并不限定于倒置圆顶形状，可形成气缸形状等的多种形状。
42.而且，上述坩埚115可由二氧化硅(silica)材质形成。但是，上述坩埚115并不限定于由二氧化硅材质形成的情况，可由在约1400℃以上的温度下具有耐热性并能够承受剧烈的温度变化的多种材质形成。而且，在使单晶晶种s与收容于上述坩埚115的熔融硅m相接触的状态下，可通过使得与上述生长炉110的上侧相连接的金属线w朝向上侧提拉上述单晶晶种s，来使具有规定直径的锭i生长。
43.并且，可在上述生长炉110设置用于向上述坩埚115定量供给固态硅原料的定量供给部(未图示)。上述定量供给部(未图示)可通过从材料供给部(未图示)接收上述固态硅原料来向上述坩埚115进行供给。上述坩埚115可使得从上述定量供给部供给的固态硅原料熔融并收容熔融硅m。
44.上述基座120(susceptor)可包围上述坩埚115的外侧面。上述基座120可支撑上述坩埚115。上述基座120的内侧面可形成与上述坩埚115的外侧面相对应的形状。例如，若上述坩埚115形成倒置圆顶形状，则上述基座120也可形成倒置圆顶形状。上述基座120可包括石墨(graphite)材质。并且，上述基座120并不限定于由石墨材质形成的情况，可由耐热性高并具有导体性质的多种材质形成。
45.因此，即使因上述坩埚115采用二氧化硅材质而在高温条件下产生变形，上述基座120也能够以使得上述坩埚115维持收容上述熔融硅m的状态的方式包围并支撑上述坩埚115。而且，由上述二氧化硅形成的坩埚115可通过阻断上述熔融硅m与由上述石墨材质形成的基座120相接触来防止石墨成为上述熔融硅m的杂质。
46.并且，在上述生长炉110的下侧配置用于支撑上述基座120的基座支撑部130。上述基座支撑部130的上端可形成与上述基座120的下端相对应的形状。并且，在上述基座支撑
部130在上述生长炉110的下侧支撑上述基座120的状态下，上述基座支撑部130可与上述基座120一同旋转。因此，可在上述坩埚115收容上述熔融硅m的状态下，上述坩埚115可与基座120一同旋转。
47.并且，在上述生长炉110设置以可使上述基座支撑部130进行旋转的方式提供旋转力的驱动部(未图示)。上述基座支撑部130以可旋转的方式与上述驱动部相连接。若上述驱动部接收电源并向上述基座支撑部130提供旋转力，则上述坩埚115将与上述基座120一同旋转。
48.上述加热器200设置于上述生长炉110的内部空间110a。上述加热器200包括线圈210及外罩220。
49.上述线圈210固定于从上述基座120的外侧面隔开规定间隔的位置，能够以沿着上述坩埚115的外侧面卷绕的方式形成。例如，上述线圈210可形成螺旋形状、旋涡形状，或可形成在使上述线圈210的一部分沿着水平方向卷绕在上述坩埚115的外侧面的同时使得上述线圈210的其他部分倾斜地卷绕在上述坩埚115的外侧面的形状，如上所述，可形成多种形状。上述线圈210可由铜材质形成。但是，上述线圈210并不仅仅限定于由铜材质形成的情况，而是可由具有导电性的多种材质形成。
50.上述线圈210可通过接收电源来产生磁场。上述线圈210可借助因磁场而产生的电磁感应来在上述基座120产生电流。而且，在上述基座120产生的电流将被转换成热能。因此，上述线圈210可通过感应加热方式来对上述基座120进行加热。随着上述基座120被加热，上述基座120可对上述坩埚115进行加热。
51.上述外罩220以包围上述线圈210的外侧面的方式形成。上述外罩220能够以使得上述线圈210维持规定形状(例：螺旋形状等)的方式支撑上述线圈210。上述外罩220可阻断上述线圈210向外部露出。其中，上述外部意味着上述线圈210的外部，即，上述生长炉110的上述内部空间110a。因此，上述外罩220可通过阻断上述线圈210向上述生长炉110的上述内部空间110a露出，来在上述线圈210接收电源并形成磁场的情况下，防止在上述真空状态下因等离子现象而产生电弧放电(arc discharge)或因上述线圈210与存在于上述生长炉110的内部空间110a中的非活性气体(例：氩)相接触而产生电弧放电。
52.对于上述线圈210和上述外罩220，将在后续内容中参照附图来进行详细说明。
53.并且，在上述生长炉110的下侧配置用于支撑上述外罩220的外罩支撑部140。上述外罩支撑部140可大致形成圆筒形状。可在形成上述圆筒形状的上述外罩支撑部140的内部配置上述基座支撑部130。并且，上述外罩支撑部140的上端形成与上述外罩220的下端相对应的形状，从而上述外罩220可配置于上述外罩支撑部140的上端。
54.图2为示出本实用新型一实施例的包括加热器的锭生长装置中的基座和外罩的立体图，图3为示出本实用新型一实施例的包括加热器的锭生长装置中的基座和加热器的分解立体图，图4为放大图1中所示的a部分的图。
55.参照图2至图4，上述线圈210能够以沿着上述基座120的外侧面多次卷绕成螺旋形的方式形成。上述线圈210可包括：第一线圈210a，沿着上述基座120的外侧面卷绕；第二线圈210b，与上述第一线圈210a隔开，沿着上述基座120的外侧面卷绕；以及第三线圈210c，与上述第二线圈210b隔开，沿着上述基座120的外侧面卷绕。
56.参照图4，当沿着上下方向观察时，上述第一线圈210a与上述第二线圈210b之间的
隔开间隔可达到第一间隔。上述第二线圈210b与上述第三线圈210c之间的隔开间隔可达到第二间隔。并且，上述第一间隔和上述第二间隔可相同。并且，根据本实用新型的多种实施例，上述第一间隔可大于上述第二间隔。并且，上述线圈210可根据上述线圈210卷绕在上述基座120的外侧面的次数来包括第四线圈、第五线圈、第六线圈等的多个线圈。可根据以上述线圈210沿着上述基座120的外侧面卷绕的次数为基础的上述多个线圈的数量及上述多个线圈之间的间隔来调节在上述线圈210产生的磁场。
57.并且，可在上述线圈210的外侧面形成多个螺母230。上述多个螺母230能够以朝向上述外罩220的外侧面的方式通过焊接方式紧固于上述线圈210的外侧面。上述多个螺母230可与为了制造上述外罩220而与模具相连接的螺栓(未图示)相连接。
58.并且，上述多个螺母230和上述线圈210可由相同材质形成。例如，在上述线圈210由铜材质形成的情况下，上述多个螺母230可由铜材质形成。随着使得上述多个螺母230的材质和上述线圈210的材质相同，上述线圈210可防止在接收电源的情况下因上述多个螺母230而导致电阻增加。
59.并且，上述外罩220可包括外罩本体221及螺母阻断部222。
60.上述外罩本体221可形成与上述基座120的外侧面相对应的形状。例如，上述外罩本体221大致形成倒置圆顶形状，在中心区域形成开口。上述基座120的下部侧可经过上述开口来被之前所述的基座支撑部130(参照图1)支撑。
61.并且，上述外罩本体221可由非金属材质形成。并且，上述外罩本体221可由陶瓷材质形成。例如，上述陶瓷可包含氧化铝(al2o3)、二氧化硅(sio2)以及二氧化锆(zro2)中的至少一种。随着上述外罩本体221由陶瓷材质形成，即使在高温状态下，也可防止外罩本体221受损。
62.并且，上述外罩本体221能够以与上述基座120相隔开的方式配置。而且，在上述基座120与上述外罩本体221之间形成阻断空间125。在上述基座120借助因上述线圈210而产生的电磁感应来被加热的情况下，上述阻断空间125防止上述基座120的热量重新传递至上述外罩本体221。即，上述阻断空间125可通过防止因上述基座120的热量向上述坩埚115之外的位置传递而造成的能量损失，来改善上述锭生长装置的能效。
63.并且，可在上述外罩本体221的下端部221a形成紧固孔211a。上述紧固孔211a可形成与上述外罩支撑部140的上端141相对应的形状。可通过向上述紧固孔211a插入上述外罩支撑部140的上端141来使得上述外罩支撑部140稳定地支撑上述外罩220。
64.并且，根据本实用新型的多种实施例，可在上述生长炉110设置用于对上述基座120的温度进行测定的传感器(未图示)。在此情况下，用于测定温度的传感器可以是光传感器。而且，可在上述外罩本体221的侧面形成用于使从上述传感器发出的光进行移动的贯通孔(未图示)。从上述传感器发出的光经过上述贯通孔到达上述基座120并反射，上述传感器可通过接收反射回来的上述光来测定上述基座120的温度。
65.上述螺母阻断部222可配置于上述外罩本体221的内部。上述螺母阻断部222可阻断上述多个螺母230向外部露出。上述螺母阻断部222能够形成与销的形状相对应的形状。在制造上述外罩220的过程中，若去除与上述多个螺母230相连接的螺栓，则上述螺母阻断部222可对在上述外罩本体221所形成的螺栓形状的孔进行密封。
66.并且，上述螺母阻断部222可由与上述外罩本体221相同的材质形成。并且，上述螺
母阻断部222可由非金属材质形成。并且，上述螺母阻断部222可由陶瓷材质形成。例如，上述陶瓷可包含氧化铝(al2o3)、二氧化硅(sio2)以及二氧化锆(zro2)中的至少一种。
67.以下，参照附图来对本实用新型另一实施例的锭生长装置用加热器的制造方法进行说明。
68.图5为示出本实用新型另一实施例的锭生长装置用加热器的制造方法中的线圈形成步骤的立体图，图6为示出本实用新型另一实施例的锭生长装置用加热器的制造方法中的模具的分解立体图，图7为示出本实用新型另一实施例的锭生长装置用加热器的制造方法中的多个销结合步骤的图，图8为示出本实用新型另一实施例的锭生长装置用加热器的制造方法中的去除多个销的状态的图，图9为示出通过本实用新型另一实施例的锭生长装置用加热器的制造方法制造的外罩的立体图，图10为示出本实用新型另一实施例的锭生长装置用加热器的制造方法的流程图。
69.参照图5至图10，本实用新型另一实施例的锭生长装置用加热器的制造方法可包括线圈形成步骤s110、多个螺母结合步骤s120、模具准备步骤s130、线圈收容步骤s140、多个销结合步骤s150、第一耐火物注入步骤s160、外罩制造步骤s170、多个销去除步骤s180以及第二耐火物注入步骤s190。在此情况下，与本实用新型一实施例的锭生长装置中的加热器200的线圈210相比，本实用新型另一实施例的锭生长装置用加热器200
′
的线圈210
′
可使得以螺旋形卷绕的次数更多。因此，本实用新型另一实施例的锭生长装置用加热器200
′
的大小可大于上述本实用新型一实施例的锭生长装置的加热器200的大小。即，本实用新型另一实施例的锭生长装置用加热器200
′
仅在线圈的卷绕次数和加热器的大小方面存在不同之处，本实用新型另一实施例的锭生长装置用加热器的制造方法可适用于本实用新型一实施例的锭生长装置用加热器的制造方法。而且，在本实用新型另一实施例的锭生长装置用加热器的结构要素与本实用新型一实施例的结构要素相同或相似的情况下，由之前的说明进行代替。
70.如图5所示，在上述线圈形成步骤s110中，上述线圈210
′
卷绕并放置在线圈支撑部件310。上述线圈支撑部件310可形成与上述基座的外侧面相对应的形状。例如，在上述基座形成倒置圆顶形状的情况下，上述线圈支撑部件310也可形成倒置圆顶形状。
71.上述线圈支撑部件310能够以使得上述线圈210
′
形成螺旋形状的方式支撑上述线圈210
′
。
72.在上述多个螺母结合步骤s120中，可通过焊接方式来使上述多个螺母230
′
与上述线圈210的外侧面相结合。
73.在上述模具准备步骤s130中，可提供具备用于收容上述线圈210
′
的内部空间的模具。如图6所示，上述模具可包括第一模具320以及第二模具330。
74.上述第一模具320可形成包围螺旋形状的上述线圈210
′
的形状。上述第二模具330可形成与上述第一模具320相对应的形状。而且，上述第二模具330的大小可大于上述第一模具320的大小。并且，上述第一模具320可收容于上述第二模具330的内部。
75.在上述线圈收容步骤s140中，上述模具可收容上述线圈210
′
。上述线圈210
′
收容于上述第二模具330，上述第一模具320可部分覆盖上述线圈210
′
。即，上述线圈210
′
可收容于上述第一模具320与上述第二模具330之间。
76.在上述多个销结合步骤s150中，上述第二模具330可通过多个销333来与上述多个
螺母230
′
相结合。
77.上述多个销333可由螺栓形状形成。上述多个销333可通过螺栓紧固方式来与上述多个螺母230
′
相结合。
78.并且，上述第一模具320和上述第二模具330可通过紧固部件331来相结合。因此，上述第一模具320和上述第二模具330可通过上述紧固部件331相结合，可由此维持收容上述线圈210
′
的状态。
79.在上述第一耐火物注入步骤s160中，向上述模具注入耐火物。
80.上述耐火物可通过混合92重量百分比至94重量百分比的陶瓷粉末和6重量百分比至8重量百分比的水而成。上述陶瓷粉末和上述水可通过混合器混合。并且，上述陶瓷粉末可包含氧化铝(al2o3)、二氧化硅(sio2)以及二氧化锆(zro2)中的至少一种。
81.并且，上述第一耐火物注入步骤s160可包括通过振动装置向上述模具施加振动的振动步骤。上述振动步骤可提高收容上述线圈210
′
的模具320、330内的上述耐火物的密度。
82.在上述外罩制造步骤s170中，可通过使上述耐火物凝固来制造包围上述线圈210
′
的外罩220
′
。
83.上述外罩制造步骤s170可包括在室温条件下对耐火物进行24个小时至48个小时的干燥的第一耐火物干燥步骤。随着在室温条件下对上述耐火物进行干燥，可改善干燥过程中的能效。
84.并且，根据本实用新型的多种实施例，上述外罩制造步骤s170可包括在约100℃至350℃的温度下对耐火物进行48个小时至72个小时的干燥的第二耐火物干燥步骤。并且，上述耐火物可在约350℃的温度下烧结。随着在约100℃至350℃的温度下对上述耐火物进行干燥，可提高上述耐火物的密度。
85.在上述多个销去除步骤s180中，可去除通过上述第二模具330的紧固孔330a紧固的上述多个销333。可在上述外罩220
′
通过上述多个销333形成形状与上述多个销333相对应的螺旋孔。在此情况下，可通过旋拧(screw)方式使上述多个销333旋转并通过上述螺旋孔来从上述外罩220
′
分离。
86.在上述第二耐火物注入步骤s190中，可向通过上述多个销去除步骤而生成的螺旋孔注入耐火物。上述耐火物的材质可与之前所述的上述第一耐火物注入步骤s160中的耐火物的材质相同。
87.而且，在上述第二耐火物注入步骤s190之后，可通过使耐火物凝固来制造如图9所示的加热器200
′
。
88.可在上述加热器200
′
的外侧面形成与上述线圈210
′
的一侧相连接的第一端子211
′
以及与上述线圈210
′
的另一侧相连接的第二端子212
′
。上述第一端子211
′
及上述第二端子212
′
可与从外部供给的电源电连接。
89.以上，对本实用新型的实施例进行了说明，但本实用新型的思想并不限定于在本说明书中提出的实施例，理解本实用新型的思想的本实用新型所属技术领域的普通技术人员可在相同的思想范围内通过结构要素的附加、变更、删除、添加等来轻松提出其他实施例，但这也属于本实用新型的思想范围内。