驱动单元测量设备和具有该设备的硅晶体生长设备的制作方法

驱动单元测量设备和具有该设备的硅晶体生长设备
[0001]
相关申请的交叉引用
[0002]
本申请根据35u.s.c.
§
119要求于2019年7月22日提交的韩国专利申请第10-2019-0088179号的优先权，其全文以参见的方式纳入本文，如同在本文中充分阐述一样。
技术领域
[0003]
本发明涉及一种硅单晶体生长设备，并且更具体地涉及一种用于精确测量分别驱动坩埚和籽晶线缆的驱动单元的设备。


背景技术：

[0004]
硅晶片的制造工序包括：单晶体生长工序，该单晶体生长工序用于制造单晶硅锭；切片工序，该切片工序通过对单晶硅锭进行切片来获得薄盘状的晶片；边缘磨削工序，该边缘磨削工序用于对晶片的外周部分进行机加工，以防止由上述切片工序获得的晶片开裂和变形；精磨工序，该精磨工序用于去除由于机械加工而留在晶片上的损坏，以改善晶片的平整度；抛光工序，该抛光工序用于对晶片进行镜面抛光；以及清洁工序，该清洁工序用于去除附着于晶片的残留物或异物。
[0005]
其中，在单晶体生长工序中，单晶锭通过单晶体生长设备从籽晶逐渐生长。
[0006]
单晶体生长设备可包括：腔室，在腔室中形成有空间；坩埚，该坩埚安装在腔室中，并且多晶原料被充填到坩埚中并被熔化；加热单元，该加热单元用于加热坩埚，从而将原料熔化以形成硅的融熔溶液；以及牵拉单元，该牵拉单元逐渐拉起单晶锭，该单晶锭是通过将籽晶浸入硅熔体溶液中而生长而成的。
[0007]
在单晶体生长过程中，坩埚可以由坩埚驱动单元旋转或垂直升高。此外，牵拉单元可包括籽晶线缆、能够使籽晶线缆升高/旋转的线缆驱动单元以及安装在籽晶线缆的端部上以悬置硅籽晶的籽晶夹头。
[0008]
如上所述，在单晶体生长设备中，坩埚和籽晶线缆可分别通过坩埚驱动单元和牵引单元执行籽晶生长所需的垂直升高或轴向旋转。
[0009]
此处，坩埚驱动单元和牵拉单元、即单晶体生长设备的驱动单元可通过以适当的速度和位移驱动坩埚和籽晶线缆来控制单晶体生长锭的质量。
[0010]
然而，由于单晶体生长设备的驱动单元的测量在相关领域中是由工作人员的肉眼观察、计算等来验证和校正，因此存在工艺复杂的问题并且降低了精度的可靠性。此外，用于使坩埚旋转的轴和用于拉升籽晶的籽晶线缆是消耗品并且随着使用次数的增加而磨损。
[0011]
然而，由于上述测量方法是在不考虑消耗品的磨损程度的情况下测量驱动单元的方法，因此存在难以精确测量驱动单元的状态的问题。


技术实现要素：

[0012]
因此，本发明涉及提供一种驱动单元测量设备和包括该驱动单元测量设备的硅单晶体生长设备，该硅单晶体生长设备能够以更高的精度和容易度测量驱动单元，并且通过
驱动单元的速度验证来精确地控制驱动单元的速度和位移。
[0013]
本发明提供了一种驱动单元测量设备，该设备包括：坩埚支承件，该坩埚支承件用于支承坩埚；牵拉单元，该牵拉单元用于在坩埚的上部使籽晶升高或旋转；坩埚驱动单元，该坩埚驱动单元用于使坩埚支承件旋转或升高；平头螺母，该平头螺母可拆卸地联接于牵拉单元；坩埚轴检查夹具，该坩埚轴检查夹具可拆卸地联接于坩埚驱动单元；以及位移测量单元，该位移测量单元联接于平头螺母和坩埚轴检查夹具，并测量牵拉单元和坩埚驱动单元的高度和旋转位移中的至少一个。坩埚驱动单元可包括：坩埚轴，该坩埚轴用于使坩埚支承件旋转；坩埚轴旋转部，该坩埚轴旋转部用于使坩埚轴旋转；以及坩埚轴牵拉部，该坩埚轴牵拉部用于使坩埚轴上下运动。
[0014]
可联接有坩埚轴检查夹具，以代替坩埚轴。
[0015]
坩埚轴检查夹具可包括：基板；轴，该轴的一端联接于基板的中央区域；以及联接于轴的另一端的渐缩衬套。
[0016]
基板可具有圆盘形状。
[0017]
基板可具有平坦的上表面，以便与平头螺母平行。
[0018]
渐缩衬套可具有从上部到下部变尖的形状。
[0019]
平头螺母可包括：水平板，该水平板与基板并排配置；以及配重连接部，该配重连接部从水平板的上部联接于牵拉单元。
[0020]
牵拉单元可包括：籽晶线缆；牵拉单元，该牵拉单元用于使籽晶线缆的一端升高或旋转；以及籽晶夹头，该籽晶夹头安装于籽晶线缆的另一端。
[0021]
配重连接部可以可拆卸地联接于籽晶夹头。
[0022]
配重连接部可具有形成在其内侧的螺纹，并且可旋到籽晶夹头上。
[0023]
位移测量单元可包括联接于坩埚轴检查夹具的至少一个位移传感器。
[0024]
位移测量单元可包括：第一位移传感器，该第一位移传感器联接于坩埚轴检查夹具；第二位移传感器，该第二位移传感器联接于坩埚轴检查夹具；以及参考螺母，该参考螺母联接于坩埚轴检查夹具。
[0025]
第一位移传感器和第二位移传感器以及参考螺母可安装在坩埚轴检查夹具的基板的上部。
[0026]
位移测量单元还可包括近程传感器，该近程传感器联接于平头螺母以测量旋转位移。
[0027]
近程传感器和参考螺母可相对于坩埚轴检查夹具和平头螺母的旋转中心轴线同心地配置。
[0028]
位移测量单元还可包括引导件，该引导件联接于坩埚轴检查夹具，以引导平头螺母和坩埚轴检查夹具的运动。
[0029]
引导件可包括多个杆状构件，这些杆状构件联接于坩埚轴检查夹具的基板的边缘区域。
[0030]
同时，本发明提供了一种驱动单元测量设备，该设备包括：腔室；牵拉单元，该牵拉单元具有用于将耔晶固定在腔室的上部处的籽晶线缆、用于使籽晶线缆的一端升高或旋转的牵拉部、以及安装于籽晶线缆的另一端的籽晶夹头，并且使籽晶升高或旋转；坩埚驱动单元，该坩埚驱动单元具有坩埚轴、用于使坩埚轴旋转的坩埚轴旋转部、以及用于使坩埚轴升
高的坩埚轴牵拉部，并且在腔室的下部处使坩埚旋转或升高；平头螺母，该平头螺母可拆卸地联接于牵拉单元；坩埚轴检查夹具，该坩埚轴检查夹具可拆卸地联接于坩埚驱动单元而不是坩埚轴；以及位移测量单元，该位移测量单元联接于平头螺母和坩埚轴检查夹具，并测量牵拉单元和坩埚驱动单元的高度和旋转位移中的至少一个。
[0031]
同时，本发明提供了一种硅单晶体生长设备，该硅单晶体生长设备包括上述驱动单元测量设备中的任何一个。
附图说明
[0032]
图1是根据一种实施例的单晶体生长设备的框图。
[0033]
图2是根据一种实施例的单晶体生长设备的驱动单元测量设备的立体图。
[0034]
图3是图2的主要部分的放大图。
[0035]
图4是图2的正视图，并且示出了测量籽晶线缆的垂直位移的工序。
[0036]
图5是图2的正视图，并且示出了测量坩埚轴检查夹具的垂直位移的工序。
[0037]
图6是图2中的坩埚轴检查夹具以及位移测量单元的区域的放大立体图。
[0038]
图7是图3的主要部分的放大图，并且示出了用于测量旋转位移的位移测量单元。
[0039]
图8示出了通过位移测量单元测量旋转位移的工序。
具体实施方式
[0040]
在下文中，通过对附图和实施例的描述来更为明确地示出实施例。在实施例的描述中，当描述为每层(膜)、每个区域、每个图案或每个结构形成在基材、每层(膜)、每个区域、每个垫子或每个图案的“上方/上”或“下方/下”时，上述描述同时包括“直接”或“间接”(通过插入另一层)地形成于“上方/上”和“下方/下”。此外，将与附图相关地对每层的“上方/上”或“下方/下”的标准进行描述。
[0041]
为了方便和清晰地进行描述，附图中的尺寸可以放大、省略或者示意性地示出。此外，每个部件的尺寸不完全匹配其实际尺寸。进一步地，在对附图的描述中，相似的附图标记表示相似的元件。
[0042]
下文将参照附图描述原料供给单元和具有该原料供给单元的单晶体生长设备。
[0043]
图1是根据一种实施例的单晶体生长设备的框图。
[0044]
如图1所示，根据本发明的一种实施例的单晶体生长设备1包括腔室100、坩埚200、加热单元300、坩埚驱动单元400、牵拉单元500和驱动单元测量设备“a”。
[0045]
腔室100可形成有空间，在该空间中执行单晶体生长工序，并且还可以在腔室100内部执行驱动单元测量工序。根据腔室100所联接的位置，腔室100可包括主体腔室110、穹顶腔室120和牵拉腔室130。
[0046]
坩埚200可以安装在主体腔室110中，并且穹顶腔室120可在主体腔室110的上端处形成覆盖部。主体腔室110和穹顶腔室120提供用于使多晶硅原料生长为硅单晶锭的环境，并且可以是其中具有容纳空间的缸体。牵拉腔室130位于穹顶腔室120的上端处，并且可以是用于牵拉所生长的单晶硅锭的空间。
[0047]
坩埚200可配置在主体腔室110内部，并且可由位于坩埚200的下部处的坩埚支承件230支承。坩埚200可具有石英坩埚210以及围绕石英坩埚210的石墨坩埚220的双重结构。
坩埚200可由坩埚支承件230支承。坩埚200可以由坩埚驱动单元400来旋转或升高，该坩埚驱动单元400使坩埚支承件230旋转或升高。
[0048]
加热单元300可布置在主体腔室110内部，以与坩埚200的外周表面间隔开。通过用加热单元300加热坩埚200，可以将坩埚200中的原料转化为硅融熔溶液。绝热材料310可安装在加热单元300与主体腔室110的内壁之间，以防止加热单元300的热量从主体腔室110泄漏。
[0049]
坩埚驱动单元400可使坩埚支承件230旋转或升高，以使腔室100内部的坩埚200升高或旋转。例如，坩埚驱动单元400可包括坩埚轴410、坩埚轴旋转部420和坩埚轴牵拉部430。
[0050]
坩埚轴410可在沿轴向方向旋转的同时使坩埚200旋转，同时支承坩埚支承件230的中央区域。在作为辅助材料、即消耗品使用一段时间之后，坩埚轴410可用新部件替换。此外，当使用一种实施例的驱动单元测量设备“a”来测量坩埚驱动单元400的状态时，坩埚轴410可与坩埚驱动单元400分离。即，当测量驱动单元时，坩埚轴410可利用稍后描述的坩埚轴检查夹具600(参见图2至图6)代替。
[0051]
坩埚轴旋转部420可使坩埚轴410旋转。例如，坩埚轴旋转部420可包括诸如驱动马达、皮带轮、皮带等之类的部件，但未详细示出。
[0052]
坩埚轴牵拉部430可将坩埚轴410升高至腔室内部的预定高度。例如，坩埚轴牵拉部430可包括驱动马达和缸、皮带轮、皮带等。
[0053]
如上所述，包括坩埚轴410、坩埚轴旋转部420和坩埚轴牵拉部430的坩埚驱动单元400可通过使坩埚轴410旋转或升高来使腔室内部的坩埚200旋转或升高。
[0054]
即，坩埚驱动单元400可向坩埚200提供与坩埚旋转(c/r)和坩埚提升(c/l)对应的驱动力。因此，驱动单元测量设备“a”可测量坩埚驱动单元400的c/r和c/l是否属于正常范围，以及坩埚轴410的磨损、倾斜等。
[0055]
牵拉单元500可在坩埚200的上部使籽晶升高或旋转。牵拉单元500可包括固定部510、牵拉部520和联接部530，固定部510用于固定和支承籽晶或待生长物体，牵拉部520的一端连接于固定部510，以用于使生长的物体(例如，单晶锭)向上或向下运动，联接部530安装于固定部510的另一端并联接于该物体。
[0056]
固定部510可以是线缆类型或轴类型，并且联接部530可连接于固定部510的一端。固定部510可被称为籽晶线缆(以下称为籽晶线缆)。联接部530具有预定的重量并且能可拆卸地联接于之后描述的驱动单元测量设备“a”的籽晶或平头螺母700。联接部530可被称为籽晶夹头或类似物。
[0057]
牵拉部520可通过使用马达等来使连接于籽晶线缆510的物体向上或向下运动。即，牵拉部520可向籽晶线缆510提供籽晶旋转(s/r)和籽晶提升(s/l)。因此，驱动单元测量设备“a”可测量籽晶线缆510的s/r和s/l是否属于正常范围，以及籽晶线缆510的磨损、倾斜等。
[0058]
如上所述，在单晶体生长设备1中，坩埚200和籽晶线缆510可通过坩埚驱动单元400和牵拉单元500来沿竖直方向y执行升高或者沿轴向方向r执行旋转(c/r、c/l、s/r、s/l)。
[0059]
驱动单元测量设备“a”可精确地测量上述坩埚驱动单元400和牵拉单元500的沿垂
直方向y的高度或沿轴向方向r的旋转。
[0060]
图2是根据本发明的一种实施例的单晶体生长设备的驱动单元测量设备的立体图，图3是图2的主要部分的放大图，图4是图2的正视图，并且示出了测量籽晶线缆的垂直位移的工序，图5是图2的正视图，并且示出了测量坩埚轴检查夹具的垂直位移的工序，图6是图2中的坩埚轴检查夹具以及位移测量单元的区域的放大立体图，图7是图3的主要部分的放大图，并且示出了用于测量旋转位移的位移测量单元，并且图8示出了通过位移测量单元测量旋转位移的工序。
[0061]
如图2至8所示，一种实施例的驱动单元测量设备“a”可包括平头螺母700、坩埚轴检查夹具600和位移测量单元800。
[0062]
平头螺母700能可拆卸地联接于牵拉单元500。更具体地，平头螺母700能拆卸地联接于位于牵拉单元500的籽晶线缆510下方的籽晶夹头。
[0063]
例如，平头螺母700可包括水平板720和配重连接部710。
[0064]
如图2和3所示，水平板720成形为盘形，并且可具有大于牵拉单元500的籽晶夹头530的直径的尺寸。水平板720的下部可形成为平坦的，并且可配置成处于水平状态。
[0065]
配重连接部710联接于水平板720的上部，并且可具有与籽晶夹头530的直径相同尺寸的圆柱形状。籽晶夹头530的下部可形成为具有较小直径的联接区域并且形成有螺纹。
[0066]
配重连接部710可具有形成在其内侧的螺纹，以用于螺纹连接至籽晶夹头530。因此，籽晶夹头530的下联接区域可在螺纹连接的同时插入到配重连接部710的内侧。配重连接部710可在水平板720的上部处联接于牵拉单元500的籽晶夹头530。
[0067]
即，包括上述构造的平头螺母700可在联接于籽晶夹头530的同时安装在籽晶线缆510上。当测量籽晶线缆510和坩埚轴检查夹具600的垂直位移或旋转位移时，平头螺母700可用作参考点。即，平头螺母700的水平板720的平坦底表面可以是驱动单元测量的参考点。平头螺母700的水平板720可与稍后将要描述的坩埚轴检查夹具600的基板610平行配置。
[0068]
坩埚轴检查夹具600能可拆卸地联接于坩埚驱动单元400。当安装在单晶体生长设备1上以用于测量驱动单元时，坩埚轴检查夹具600可被联接以代替如上所述的图1的坩埚轴410。此外，为了测量驱动单元，图1的坩埚和坩埚支承件可与腔室100分离。
[0069]
如图6所示，坩埚轴检查夹具600可包括基板610、轴620和渐缩衬套630。
[0070]
基板610具有盘状，并且其上表面可形成为平坦的，以与上述平头螺母700平行。
[0071]
轴620的一端可联接于基板610的中央区域，另一端可联接于渐缩衬套630。轴620的长度可实施为尺寸与坩埚轴410的尺寸相同或略小于坩埚轴410的尺寸。
[0072]
渐缩衬套630与轴620的另一端相联接，并且可具有从上部到下部变尖的形状。渐缩衬套630可位于轴620的下部，并且可将轴620固定在坩埚驱动单元400内部。
[0073]
为此，渐缩衬套630可具有与坩埚轴410的下部区域对应的形状。即，渐缩衬套630可在以紧密配合的形状插入安装有坩埚轴410的坩埚驱动单元400内部的渐缩插入槽中的同时紧密联接。
[0074]
上述坩埚轴检查夹具600还可起到用于测量驱动单元的参考的作用，以提高测量精度。即，由于坩埚轴410是消耗品，因此它可能不适合作为测量驱动单元的参考，因为它在使用后磨损或扭曲。
[0075]
因此，由于坩埚轴检查夹具600以平衡和水平的方式安装在坩埚驱动单元400中，
故它可用作对牵拉单元500的籽晶线缆510的位移进行测量的参考。
[0076]
位移测量单元800可联接于平头螺母700和坩埚轴检查夹具600，并可测量牵拉单元500和坩埚驱动单元400的高度和旋转位移中的至少一个。
[0077]
首先，位移测量单元800可包括联接于坩埚轴检查夹具600的至少一个位移传感器。该位移传感器可在垂直运动期间测量籽晶线缆510或坩埚轴检查夹具600的位移。此时，为了更精确的测量，位移传感器可具有多个位移传感器810和820，这些位移传感器具有不同的测量范围。
[0078]
即，位移测量单元800可包括联接于坩埚轴检查夹具600的第一位移传感器810和第二位移传感器820。第一位移传感器810和第二位移传感器820可安装在坩埚轴检查夹具600的基板610的上部。由于基板610沿水平方向是平坦的，因此第一位移传感器810和第二位移传感器820可测量沿垂直方向的精确位移。
[0079]
例如，第一位移传感器810和第二位移传感器820可以是激光传感器。因此，第一位移传感器810和第二位移传感器820向上发射激光，并且所发射的激光从位于位移传感器810和820的上部的平头螺母700的水平板720反射回来。
[0080]
如图4所示，当坩埚轴检查夹具600固定并且籽晶线缆510通过使用这样的原理而垂直向上运动时，位移传感器810和820可测量从水平板720的参考点h1到运动点h2的垂直位移s/l。
[0081]
另一方面，如图5所示，当籽晶线缆510的位置固定并且坩埚轴检查夹具600垂直向下运动时，位移传感器810和820可测量从水平板720的参考点h1到运动点h3的垂直位移s/l。
[0082]
如上所述，当坩埚轴检查夹具600或籽晶线缆510上下运动时，位移传感器810和820可精确地测量垂直位移s/l。
[0083]
同时，如图6至8所示，位移测量单元800还可包括参考螺母830以及近程传感器840，参考螺母830联接于坩埚轴检查夹具600，用于测量驱动单元的旋转位移，并且近程传感器840联接于平头螺母700。
[0084]
参考螺母830可安装在坩埚轴检查夹具600的基板610的上部处，并且近程传感器840可安装在平头螺母700的水平板720上。
[0085]
还包括上述构造的位移测量单元800可测量当籽晶线缆510旋转或者坩埚轴检查夹具600通过坩埚轴旋转部分420旋转时的旋转位移。
[0086]
例如，如图8所示，近程传感器840和参考螺母830可相对于平头螺母700和坩埚轴检查夹具600的旋转中心轴线同心地配置。因此，如图8a所示，近程传感器840和参考螺母830彼此同心地间隔开，并且如图8b所示，当坩埚轴检查夹具600或籽晶线缆510旋转时，它们可彼此重叠。
[0087]
当近程传感器840对与参考螺母830相重叠的情况进行计数并测量转数时，位移测量单元800可测量坩埚轴检查夹具600或籽晶线缆510的旋转位移s/r和c/r。
[0088]
同时，如图2至图5所示，位移测量单元800还可包括引导件640、650和660。
[0089]
引导件640、650和660可引导运动，使得在驱动单元的测量期间引起垂直位移或水平位移的坩埚轴检查夹具600和平头螺母700不会彼此分离。
[0090]
为此，引导件640、650和660可联接于坩埚轴检查夹具600，以引导平头螺母700和
坩埚轴检查夹具600的运动。例如，引导件640、650和660可包括多个杆状构件，这些杆状构件联接于坩埚轴检查夹具600的基板610的边缘区域。引导件640、650和660示出了总共三个杆状构件彼此间隔开预定距离，但是本发明不限于此，并且可以各种形状和数量来实现。
[0091]
如上所述，根据本发明的驱动单元测量设备和包括该驱动单元的硅单晶体生长设备，由于可更精确地执行对驱动单元的位移(旋转速度和垂直移动)的实际测量，因此可减少驱动单元的驱动误差，并且可改善质量分散。
[0092]
因此，根据本发明的驱动单元测量设备和包括该驱动单元的硅单晶体生长设备，由于可更精确地执行对驱动单元的位移(旋转速度和垂直移动)的实际测量，因此可减少驱动单元的驱动误差，并且可改善质量分散。
[0093]
在上述实施例中描述的特征、结构和效果包含在本发明的至少一种实施例中，但是并不必仅限于一种实施例。此外，上述实施例所属的技术领域的技术人员可将与上述实施例相关联的图示特征、结构和效果与其它的实施例进行组合或修改。因此，应当理解的是，上述组合和修改包括在本发明的范围中。
[0094]
参考标记说明
[0095]
1:单晶体生长设备 100:腔室
[0096]
200:坩埚210:晶体坩埚
[0097]
220:石墨坩埚 230:坩埚支承件
[0098]
300:加热单元 310:隔热材料
[0099]
400:坩埚驱动单元410:坩埚轴
[0100]
420:坩埚轴旋转部430:坩埚轴牵拉部
[0101]
500:牵拉单元510:固定部(籽晶线缆)
[0102]
520:牵拉部530:联接部(籽晶夹头)
[0103]
600:坩埚轴检查夹具610:基板
[0104]
620:轴630:渐缩衬套
[0105]
640,650,660:引导件700:平头螺母
[0106]
710:配重连接部720:水平板
[0107]
800:位移测量单元810:第一位移传感器
[0108]
820:第二位移传感器830:参考螺母
[0109]
840:近程传感器a：驱动单元测量设备