1.本实用新型涉及用于预熔向主坩埚供给的硅的预熔装置，更详细地，涉及一种用于预熔向主坩埚供给的硅的预熔装置，该装置能够精密测量向硅锭生长坩埚投入的熔融硅的投入量，从而可以有效进行投入量的控制。


背景技术：

2.单晶硅是用于大部分半导体部件的基本材料，这些物质制备为具有高纯度的单晶体，这些制备方法之一为提拉法。
3.在这种提拉法所使用的普通的硅锭生长装置中，在装入于坩埚的熔融硅的表面放置单晶硅的籽晶后，通过缓慢提拉来使硅锭生长。
4.在这种提拉法中，向坩埚内部持续注入固态的多晶硅来补充消耗的熔融硅以使硅锭持续生长的方法为连续生长型提拉法(ccz)。即，向上述坩埚内部连续供给多晶硅粒子和掺杂剂来使熔融硅表面始终保持恒定水平，从而补充硅锭生长过程中熔融硅的消耗量。
5.在这种连续生长型提拉法(ccz)中，通常在坩埚内部设置隔板来形成具有内部坩埚和外部坩埚的双重坩埚，来防止固态的多晶硅附着在硅锭上，并使以固态供给的多晶硅在外部坩埚完全熔融后再向内部坩埚流动。
6.美国授权专利第7635414号公开了一种溢流方式的结构，在此情况下向预备坩埚内供给固体原料，并且仅向硅锭生长坩埚投入相当于上升液面的原料。
7.在硅的情况下，液态时的比重高于固态时的比重，所供给的固态的硅材料因比重而浮在液态的熔融硅的液面。利用这种原理，该实用新型具有如下结构，即，设置于预备坩埚的隔板阻隔漂浮在液面的固体原料的流入，通过隔板下部形成的空间移动的液化硅通过位于预备坩埚并延伸至硅锭生长坩埚的供给排管注入硅锭生长坩埚。
8.这种预备坩埚由污染低、耐热性高的石英材质形成，若这种预备坩埚的本体、隔板、供给排管由石英材质构成，则会引起成本的增加，而且处理各部件时发生破损的隐患会增加。
9.并且，当高温工序结束时，剩余熔融硅凝固时发生的体积膨胀可能导致本体以及供给排管等的破损，由于将昂贵的石英材质部件只能使用第一次，因此成本可能增加，而且存在风险增加的缺点，例如在工序运行上需要非常注意冲击等。
10.为了预防上述缺点，在工序不运行时也要加热上述预备坩埚，还需要单独设置用于加热熔融硅以使熔融硅的温度在每个移送区间均不会下降的加热系统，因此具有设计复杂、提高设备的制造成本，并且增加能耗的问题。
11.并且，熔融硅在用于向硅锭生长坩埚供给熔融硅的供给排管的出口处熔敷并固化而堵塞供给排管，从而无法持续供给熔融硅，最终需要停止硅锭生长装置的运行并进行维修，像这样会影响设备的连续运行，从而降低生产性，具有难以生产质量均匀的硅锭的问题。
12.现有技术文献
13.专利文献
14.美国授权专利第7635414号


技术实现要素：

15.本实用新型用于解决上述问题，本实用新型的技术问题在于，提供一种连续硅锭生长装置的预熔部及其控制方法，该预熔部在向用于硅锭生长的坩埚供给熔融硅的过程中，能够排除因固化而熔敷或固着的现象，可使设备持续运行，从而可以提高生产性，并使硅锭的质量均匀。
16.并且，本实用新型的技术问题在于，提供一种用于预熔向主坩埚供给的硅的预熔装置及其控制方法，该装置能够准确测量向用于硅锭生长的坩埚补充供给的熔融硅的量。
17.本实用新型的技术问题不限于上述提及的技术问题，本实用新型所属技术领域的普通技术人员可以从以下记载中明确理解未提及的其他技术问题。
18.为了解决上述问题，根据本实用新型的一实施方式，公开一种用于预熔向主坩埚供给的硅的预熔装置，其包括：预备坩埚，用于在接收固态的硅材料来进行加热以使其成为熔融状态的硅后，向硅锭生长的主坩埚供给熔融状态的硅；预备坩埚移动模块，用于移动上述预备坩埚的位置，使得上述预备坩埚能够加热上述固态的硅或者向上述主坩埚供给上述熔融状态的硅；以及控制部，通过操作上述预备坩埚移动模块来控制上述预备坩埚的位置。
19.上述预备坩埚可包括呈上部开放的容器形态的容器部，上述预备坩埚能够在第一位置或第二位置之间移动位置，上述第一位置为在上述预备坩埚的上述容器部中装有上述固态的硅材料或上述熔融硅的姿势，上述第二位置为上述预备坩埚的上述熔融硅流向上述主坩埚的位置，上述预备坩埚移动模块可使上述预备坩埚在上述第一位置与上述第二位置之间的范围内倾斜。
20.上述预备坩埚移动模块可以包括：支撑部件，以能够旋转的方式支撑上述预备坩埚中的朝向上述主坩埚的一侧；以及升降机，通过上述控制部的控制，来使从上述预备坩埚的一侧朝向与上述主坩埚侧相反的方向隔开的另一侧上升或下降。
21.上述支撑部件可以至少设置有一对，以支撑上述预备坩埚的两侧。
22.上述支撑部件可以呈向上方延伸的销形态，上述预备坩埚在与上述支撑部件相连的底面可形成有销收容槽以收容上述销形态的上述支撑部件的上端。
23.上述升降机可以包括：升降杆，向上方延伸；以及驱动部，使上述升降杆沿上下方向升降。上述预备坩埚在与上述升降杆相连的底面可形成有杆收容槽，以收容上述升降杆的上端。
24.上述支撑部件和上述升降机能够铰链结合于上述预备坩埚。
25.上述预备坩埚移动模块可以包括用于测量上述预备坩埚的重量的重量测量部。
26.上述重量测量部可以通过测量作用于上述升降机的荷重来测量上述预备坩埚的重量。
27.上述控制部可在上述预备坩埚向主坩埚供给上述熔融状态的硅之前对上述预备坩埚的重量进行第一次测量，在上述预备坩埚向上述主坩埚供给上述熔融状态的硅以后对上述预备坩埚的重量进行第二次测量，可以通过测量的两个重量之差来测量向上述主坩埚供给的上述熔融硅的量。
28.上述控制部可以在上述预备坩埚从上述第一位置向上述第二位置移动的中间对上述预备坩埚的重量进行第一次测量，可以在上述预备坩埚从上述第二位置向上述第一位置移动的中间对上述预备坩埚的重量进行第二次测量。
29.上述控制部可以在通过上述升降机升降的上述预备坩埚的另一侧上升时对上述预备坩埚的重量进行第一次测量，可以在通过上述升降机升降的上述预备坩埚的另一侧下降时对上述预备坩埚的重量进行第二次测量。
30.当对上述预备坩埚的重量进行第二次测量时，可以在上述预备坩埚的另一侧下降后再次上升的状态下进行测量来排除上述升降机间隙的影响。
31.对上述预备坩埚的重量进行第一次测量和第二次测量时的上述预备坩埚的倾斜度相同。
附图说明
32.当结合附图阅读时，可以更好地理解以下说明的本技术的优选实施例的详细说明以及以上说明的摘要。出于例示本实用新型的目的，附图中示出了优选实施例。但应该理解的是，本技术不限于所示的准确配置和方案。
33.图1为示出本实用新型一实施方式的具有用于预熔向主坩埚供给的硅的预熔装置的连续硅锭生长装置的一例的图。
34.图2为示出设置于图1的上述连续硅锭生长装置的预熔部的预备坩埚位于第一位置时的图。
35.图3为示出设置于图1的上述连续硅锭生长装置的预熔部的预备坩埚位于第二位置时的图。
36.图4为示出本实用新型一实施方式的用于预熔向主坩埚供给的硅的预熔装置的预备坩埚及预备坩埚移动模块的立体图。
37.图5为示出图4的上述预备坩埚的底面的图。
38.图6为分步骤示出上述预备坩埚倾斜状态的图。
39.图6的(a)部分为示出上述预备坩埚位于第一位置的状态的图。
40.图6的(b)部分为示出上述预备坩埚位于第一重量测量位置的状态的图。
41.图6的(c)部分为示出上述预备坩埚位于第二位置的状态的图。
42.图6的(d)部分为示出上述预备坩埚位于第二重量测量位置的状态的图。
43.图6的(e)部分为示出上述预备坩埚返回到第一位置的状态的图。
44.图7为示出本实用新型一实施方式的用于预熔向主坩埚供给的硅的预熔装置控制方法的流程图。
45.附图标记的说明
46.10：硅锭
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20：熔融硅
47.30：固态的硅材料
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100：连续硅锭生长装置
48.110：生长炉
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114：提拉装置
49.120：主坩埚
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130：材料供给部
50.140：定量供给部
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160：控制部
51.170：预熔部
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172：预备坩埚
52.174：销收容槽
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176：杆收容槽
53.182：预备坩埚加热模块
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183：本体
54.184：加热空间
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185：开口
55.188：加热器
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192：预备坩埚移动模块
56.193：升降杆
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194：支撑部件
57.195：驱动部
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196：升降机
58.197：重量测量部
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s110：熔融步骤
59.s120：熔融硅补充步骤
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s130：返回步骤
60.s140：熔融硅供给量测量步骤
61.s142：第一次重量测量步骤
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s144：第二次重量测量步骤
具体实施方式
62.在本说明书及实用新型要求保护范围中使用的单词和术语不应以常规或词典中的含义来限定地进行解释，而应根据创作人可以为了以最佳的方法说明自己的实用新型而定义术语和概念的原则，以符合本实用新型技术思想的含义和概念来解释。
63.因此，记载于本说明书中的实施例和附图中示出的结构仅仅为本实用新型的优选实施例，而不代表本实用新型的全部技术思想，因此在本实用新型的申请时间点，还可以存在可替代这些的多种等同技术方案和变形例。
64.在本说明书中，“包括”或“具有”等术语只为指出说明书上记载的特征、数字、步骤、操作、结构要素、部件或它们的组合的存在而已，而不应理解为预先排除一个或一个以上的其他特征或数字、步骤、操作、结构要素、部件或它们的组合的存在或附加的可能性。
65.若无特别说明，某结构要素位于其他结构要素的“前方”、“后方”、“上部”或“下部”不但是指与其他结构要素直接接触而配置于“前方”、“后方”、“上部”或“下部”，还包括它们中间还配置有其他结构要素的情况。并且，若无特别说明，某结构要素与其他结构要素“连接”不但是指相互直接连接，还包括以间接方式相互连接的情况。
66.以下，参照附图说明根据本实用新型一实施例的连续硅锭生长装置100。
67.如图1所示，本实施例的连续硅锭生长装置100的预熔部170可以设置于连续硅锭生长装置100。
68.上述连续硅锭生长装置100可以包括生长炉110、主坩埚120、材料供给部130、定量供给部140以及预熔部170。
69.上述生长炉110的内部可以形成硅锭10生长的空间，可以形成用于设置上述主坩埚120的空间。
70.上述主坩埚120可以盛装并加热用于生长硅锭10的熔融硅20。这种主坩埚120能够呈上侧开口的容器形态，整体上能够呈圆形以形成口的一部分。
71.熔融硅20在上述坩埚120中生长为硅锭10，生长的硅锭10可以被缓慢提拉来使其大小和长度逐渐变大。在上述生长炉110中可以设置用于提拉上述硅锭10的提拉装置114等。
72.上述材料供给部130可以为熔融为熔融硅20之前的固态多晶硅等固态的硅材料30的保管空间。
73.并且，上述定量供给部140可以从上述材料供应部130接收硅材料30，并对接收的上述硅材料30的量进行计量。
74.可向后述的预熔部170供给在上述定量供给部140计量的上述固化的硅材料30。
75.上述预熔部170设置于上述腔室的一侧，接收在上述定量供给部140计量的上述固化的硅材料30，可以通过加热使接收的上述固化的硅材料30完全液化为熔融硅20。而且，上述预熔部170可以向上述主坩埚120供给上述熔融硅20。
76.上述预熔部170可以将从上述定量供给部140接收的上述固态的硅材料30完全熔融后，向上述主坩埚120供给上述熔融硅20。
77.为此，上述预熔部170可以包括：预备坩埚172，用于收容从上述定量供给部140供给的上述固态的硅材料30；以及预备坩埚加热模块182，形成用于配置上述预备坩埚172的加热空间184，加热上述预备坩埚172。
78.因此，从上述定量供给部140供给的固态的硅材料30收容于上述预备坩埚172，上述预备坩埚172位于上述加热空间184并被加热，从而可以将接收的上述固态的硅材料30制成上述熔融硅20的状态。
79.在此情况下，上述预备坩埚加热模块182可以包括：本体183，形成用于收容上述预备坩埚172的加热空间184；以及加热器188，设置于上述本体183，用于加热上述预备坩埚172。
80.在此情况下，可以在上述加热空间184中的朝向上述主坩埚120的一侧形成开口185。
81.并且，上述预备坩埚172可以在通过加热器188将收容的硅材料30加热来熔化为熔融的熔融硅20的状态后，向一侧倾斜来将上述熔融硅20以倒入的方式供给到上述主坩埚120。
82.在本实施例的说明中，将从上述预熔部170朝向主坩埚120的方向称为一侧，而将相反侧称为另一侧。
83.即，上述预备坩埚172的姿势可以被控制成第一位置和第二位置中的任何一种，上述第一位置用于收容上述硅材料30并熔融收容的硅材料30，上述第二位置倾斜，以将加热的上述熔融硅20倒入上述主坩埚120来供给，上述第一位置可以表示上述预备坩埚172以不致使收容于上述预备坩埚172的上述硅材料30或上述熔融硅20向上述预备坩埚172的外侧溢出或流出而倾斜的角度，上述第二位置则可以表示上述预备坩埚172以使其收容的熔融硅20向主坩埚120流出或倾倒而倾斜的角度。
84.在此情况下，当上述预备坩埚172位于第一位置时，上述预备坩埚172与设置面形成的角度可以为θ1，当上述预备坩埚172位于第二位置时，上述预备坩埚172与设置面形成的角度可以为θ3。并且，上述设置面作为设置上述连续硅锭生长装置100的底面，可以为与地面平行的面。
85.为此，可以设置用于移动上述预备坩埚172的预备坩埚移动模块192以及用于控制上述预备坩埚移动模块192的控制部160。
86.如图2及图3所示，在本实用新型的实施例中，上述预备坩埚移动模块192可以使上述预备坩埚172中的朝向主坩埚120的一侧向上述主坩埚120倾斜来将收容于上述预备坩埚172的熔融硅20倒入上述主坩埚120。
87.上述预备坩埚172包括呈上侧开口的容器形态的容器部，当上述预备坩埚172位于上述第二位置时，上述预备坩埚172中的朝向上述主坩埚120的上述容器部一侧的侧面能够以开放的方式形成，使得上述预备坩埚172的熔融硅20能够轻松地流向上述主坩埚120。当然，本实用新型不限于此，上述预备坩埚172中的朝向上述主坩埚120的上述容器部一侧的侧面能够具有低于另一侧面的高度，或者可以呈多种形态，例如一部分可以开放以形成单独的排出口等。
88.并且，当位于上述第一位置时，为了不使上述预备坩埚172收容的硅材料30以及熔融硅20溢出，在上述第一位置中，一侧开放的上述预备坩埚172能够以上述预备坩埚172的开口的侧面朝向上侧的方式倾斜。
89.当然，在上述预备坩埚172不是一侧开放的形态的情况下，当位于第一位置时，上述预备坩埚172也可以不倾斜而是保持水平状态。
90.并且，当位于上述第二位置时，为了能够使收容于上述预备坩埚172的熔融硅20更有效地流向主坩埚120，上述预备坩埚172在上述第二位置能够以上述预备坩埚172的一侧面朝向下侧的方式倾斜。
91.由此，若上述预备坩埚172向第二位置倾斜，则上述预备坩埚172内的熔融硅20可以通过上述预备坩埚172的开口的侧面在重力作用下顺着倾斜的角度流出并落入上述主坩埚120。
92.为此，上述预备坩埚移动模块192可以包括：支撑部件194，以能够使上述预备坩埚172的一侧相对于上述本体183旋转的方式支撑；以及升降机196，通过上述控制部160的控制，在从上述支撑部件194朝向另一侧隔开的地点以能够使上述预备坩埚172的另一侧部沿上下方向上升及下降的方式升降。
93.上述支撑部件194能够呈从上述预备坩埚加热模块的本体183的底面朝向上方延伸的销形态，其上端部能够呈圆形。
94.并且，在上述预备坩埚中，可以在与上述支撑部件194的上端相连的底面形成半球形态的销收容槽174，以能够收容上述销形态的支撑部件194的上端。
95.上述支撑部件194能够以相互隔开的方式设置有一对，以支撑上述预备坩埚172的两侧。
96.而且，上述升降机196能够在朝向由上述预备坩埚172的上述支撑部件194支撑的地点的另一侧隔开的位置的一个地点支撑上述预备坩埚172。
97.因此，上述一对支撑部件194和上述升降机196三点支撑上述预备坩埚172，从而可以稳定地支撑上述预备坩埚172。
98.另一方面，如图2及图3所示，上述升降机196可以包括升降杆193以及驱动部195。
99.上述升降杆193能够以从上述预备坩埚172的下侧向上述预备坩埚172的底面向上延伸，可通过上述驱动部195上升及下降，上述升降杆193的末端能够呈球形。
100.上述驱动部195能够升降上述升降杆193。这种驱动部195可以由马达及齿轮的结构来实现，或者也可以由多种结构及方式实现，例如由液压、气压等手段实现。
101.并且，如图4及图5所示，可以在上述预备坩埚172中的与上述升降杆193的上端相连的底面形成半球形态的杆收容槽176，以收容上述销形态的升降杆193的上端。
102.因此，上述支撑部件194和上述升降机196呈销或杆形态，在上述预备坩埚172形成
用于收容它们的收容槽，从而可以形成为由重力支撑的结构，而不受其他约束。
103.即，由于由销及槽的结构来支撑被施加高热量的预备坩埚172，而没有其他约束装置，因而具有最大限度地排除因热变形引起的破损或固着等缺陷发生的隐患的效果。
104.当然，也可以制成支撑部件194和升降机196铰链结合在上述预备坩埚172的底面的结构。
105.另一方面，本实施例的预备坩埚移动模块192可以包括重量测量部197。
106.上述重量测量部197作为测量上述预备坩埚172的重量的结构要素，能够向控制部发送经测量的数值。
107.如上所述的重量测量部197能够测量作用于上述升降机196的荷重，在本实施例中，可以通过与上述升降杆相结合来测量用于支撑上述预备坩埚172的升降杆193的重量的负荷传感器等来实现。但本实用新型不限于此，可以通过多种可能的结构及方法来测量上述预备坩埚172的重量。
108.另一方面，上述控制部160可通过控制上述升降机196的上述驱动部195来控制上述升降杆193的升降，由此控制上述预备坩埚172的角度，同时，可以通过上述重量测量部197测量的信号来测量上述预备坩埚172的重量。
109.并且，上述控制部160可以通过测量上述预备坩埚172的重量，来计算从上述预备坩埚172向主坩埚120追加供给的熔融硅20的量。
110.例如，如图6的(b)部分所示，在上述预备坩埚172向主坩埚120供给上述熔融硅20之前对上述预备坩埚172的重量进行第一次测量，如图6的(d)部分所示，在从上述预备坩埚172向主坩埚120供给熔融硅20之后对上述预备坩埚172的重量进行第二次测量，可以通过两个重量之差来测量向主坩埚120供给的熔融硅20的量。
111.为此，当上述预备坩埚172从第一位置向第二位置移动时，可以在暂时停止上述预备坩埚172的移动的状态下，对上述预备坩埚172的重量进行第一次测量，当上述预备坩埚172从第二位置向第一位置移动时，可以在暂时停止上述预备坩埚172的移动的状态下，对上述预备坩埚172的重量进行第二次测量，之后，可以通过第一次测量时测量的重量和第二次测量时测量的重量之差来测量向主坩埚120供给的熔融硅20的量。
112.即，当为了向主坩埚120供给熔融硅20而使通过上述预备坩埚的升降机196升降的上述预备坩埚172的另一侧上升时，可以在暂时停止上述预备坩埚172的移动的状态下对上述预备坩埚172的重量进行第一次测量，在上述预备坩埚172供给熔融硅20以后，当通过上述预备坩埚172的升降机196升降的另一侧下降时，可以在暂时停止上述预备坩埚172的移动的状态下对上述预备坩埚172的重量进行第二次测量，通过第一次测量时测量的重量和第二次测量时测量的重量之差来测量向主坩埚120供给的熔融硅20的量。
113.当然，当测量预备坩埚172的重量时，不必在停止状态下测量上升预备坩埚172，而是可以进行多种变形，例如在预备坩埚172以恒定的等速度移动的过程中进行测量，或者与预备坩埚172是否移动以及以等速度移动无关地进行测量等。
114.在此情况下，在进行第一次测量和第二次测量时的重量测量地点，上述预备坩埚172的倾斜度可以为相同的θ2。
115.上述θ2可以为当上述坩埚172的倾斜度为θ2时，不使装入上述预备坩埚172的固态的硅材料30或熔融硅20向上述预备坩埚172外部溢出的角度。
116.另一方面，当齿轮等部件作为上述升降机196的驱动部195来起作用时，由于间隙等引起的部件之间的游隙，可能发生重量测量的误差，在本实施例中，为了最小化这种重量测量的误差，在对上述预备坩埚172的重量进行第二次测量时，在使上述预备坩埚172相对于θ2角度更向θ1角度侧旋转来使上述预备坩埚172的另一侧下降后，在重新上升到θ2角度的状态下进行测量，从而可以排除上述升降机196的间隙的影响。
117.以下，将对用于预熔向主坩埚供给的硅的预熔装置的控制方法的一实施例进行说明，上述预熔装置作为前述的连续规定生长装置100的预熔部170，用于测量在向主坩埚120供给熔融硅20时的供给量。
118.如图7所示，本实施例的用于预熔向主坩埚供给的硅的预熔装置的控制方法可以包括熔融步骤s110、熔融硅补充步骤s120、返回步骤s130以及熔融硅供给量测量步骤s140。
119.上述熔融步骤s110为对投入到位于第一位置的上述预备坩埚172的上述固态的硅材料30进行加热来熔化为熔融硅20状态的步骤。
120.在上述熔融步骤s110中，如图6所示，上述预备坩埚172可以具有θ1的角度，上述预备坩埚172内可以装有熔融硅20。
121.如图6的(c)部分所示，上述熔融硅补充步骤s120可以为使上述第一位置的上述预备坩埚172向第二位置倾斜来向上述主坩埚120供给上述预备坩埚172的熔融硅20的步骤。
122.而且，如图6的(d)部分所示，在上述熔融硅补充步骤之后执行上述预备坩埚172返回至第一位置的返回步骤s130。
123.另一方面，上述熔融硅供给量测量步骤s140为测量通过上述预备坩埚172向主坩埚120供给的熔融硅20的量的步骤，可以包括第一次重量测量步骤s142以及第二次重量测量步骤s144。
124.如图6的(b)部分所示，上述第一次重量测量步骤s142为当上述预备坩埚172从第一位置向第二位置移动时，在暂时停止上述预备坩埚172的移动的状态下测量上述预备坩埚172的重量的步骤。在此情况下，上述预备坩埚172可以位于θ2角度。
125.并且，如图6的(d)部分所示，上述第二次重量测量步骤s144为当上述预备坩埚172从第二位置向第一位置移动时，在暂时停止上述预备坩埚172的移动的状态下测量上述预备坩埚172的重量的步骤。在此情况下，上述预备坩埚172可以位于θ2角度。
126.并且，在上述第二次重量测量步骤中，在通过升降机196下降的上述预备坩埚172下降超过θ2角度后，可在重新上升至θ2角度的状态下进行测量。这是为了排除上述升降机196的间隙的影响。
127.因此，上述控制部160可以通过在上述第一次重量测量步骤s142中测量的重量和在上述第二次重量测量步骤s144中测量的重量之差，来准确测量在上述熔融硅补充步骤s120中通过上述预备坩埚172向主坩埚120供给的熔融硅20的量。
128.如上所述，观察了本实用新型的优选实施例，除了上述实施例之外，在不脱离本实用新型的宗旨或范畴的情况下，本实用新型还可以具体化为其他特定形式，这对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员而言是显而易见的。因此，上述实施例应视为是例示性的而非限制性的，由此，本实用新型不限于上述描述，而是可以在随附的实用新型要求保护范围的范畴及其等同范围内进行变更。