专利名称：用于制造锭块的设备和方法
技术领域：
本发明涉及用于制造锭块(ingot)的设备和方法，且更特定来说，涉及可抑制热 损失(heat loss)且在锭块的中心与其侧面部分中具有相同的固化速度(solidification speed)的用于制造锭块的设备和方法。
背景技术：
随着对环境问题和能源枯竭的关注近来正在增加，对作为具有高能量效率的丰富 且不影响生态的替代能源的太阳能电池(solar cell)的关注也正在增加。根据太阳能电 池的源材料将太阳能电池分类为晶体太阳能电池(crystalline solar cell)、非晶太阳能 电池(amorphous solar cell)以及化合物太阳能电池(compound solar cell)。当今尤其 广泛使用晶体硅太阳能电池(crystalline silicon solar cell)。将晶体硅太阳能电池分类为单晶硅太阳能电池和多晶硅太阳能电池。由于单晶硅 太阳能电池的衬底质量较高，因此其转换效率优良，但衬底的制造成本较高。相反，多晶硅 太阳能电池的转换效率低于单晶硅太阳能电池的转换效率，但衬底的制造成本较低。因此， 近年来，对多晶硅太阳能电池的需求增加，且需要具有较高转换效率且成本较低的多晶硅 太阳能电池。为了满足此需求，需要降低多晶硅衬底的成本且提高其质量。尤其需要增加高 纯度多晶硅锭块的产量。此类多晶硅锭块通常是通过以下方式形成将硅原材料(raw material)放在坩埚(crucible)中，使材料熔化，且接着从坩埚的底部开始在单个方向上 使材料固化。使用此方法的设备通常包含位于坩埚下方的冷却部件。所述冷却部件即使在熔化 硅原材料时也持续地使冷却剂(coolant)循环，且暴露于坩埚。因此，用于熔化硅原材料的 热受到损失，从而增加熔化时间且因此增加处理时间。另外，由于在相关技术的多晶硅锭块制造设备中在硅熔化物(siliconmelt)的中 心与其侧面部分之间固化速度有所不同，因此晶体方向性(crystal directivity)受到降 级。也就是说，由于坩埚的侧面部分的温度高于坩埚的下部部分的温度，因此坩埚中的硅熔 化物的中心比其侧面部分更快地固化。这是因为冷却部件安置于坩埚下方。因此，由于固 化界面(solidification interface)向上凸出，因此多晶硅锭块的晶体部分地倾斜而未在 垂直方向上均勻成形，且因此，多晶硅锭块的质量受到降级。
发明内容
技术问题本发明提供一种用于制造锭块的设备和方法，其可抑制热损失且减少处理时间。本发明还提供一种用于制造锭块的设备和方法，其中在锭块的中心与其侧面部分 之间固化速度是均勻的，进而改善锭块的晶体方向性。技术解决方案
根据示范性实施例，一种用于制造锭块的设备包含坩埚，其用于容纳原材料；加 热部件，其用于加热所述坩埚；支撑件，其用于支撑所述坩埚；绝热部件，其安置于所述加 热部件的外部；以及冷却部件，其安置于所述支撑件下方而可旋转。所述加热部件可包含上部加热器，其安置于所述坩埚的上方；以及侧部加热器， 其安置于所述坩埚的旁边。所述加热部件可包含上部加热器，其安置于所述坩埚的上方；以及下部加热器， 其安置于所述支撑件与所述冷却部件之间。所述绝热部件可与所述支撑件间隔开预定距离。所述冷却部件可包含至少一个冷却线路；以及冷却绝缘部件和冷却传递部件， 其彼此耦合以包围所述冷却线路。所述冷却线路可具有桶形状，且所述冷却绝缘部件和所述冷却传递部件可具有半 桶形状。当熔化所述原材料时所述冷却绝缘部件可安置于所述冷却线路的上方，且当固化 所述原材料时所述冷却传递部件可逐渐旋转以安置于所述冷却线路的上方。所述设备可包含可移动的绝缘板，其移动以封闭所述绝热部件与所述支撑件之 间的空间；以及移动部件，其连接到所述可移动的绝缘板以移动所述可移动的绝缘板。所述可移动的绝缘板可经配置以水平或垂直移动。对所述可移动的绝缘板的驱动 可与对所述冷却部件的驱动联结。所述设备可包含支撑部件，其用于支撑所述冷却部件的下部部分；以及可移动 的部件，其连接到所述支撑部件以垂直移动所述支撑部件。根据另一示范性实施例，一种制造锭块的方法包含将原材料放在坩埚中；使用 安置于所述坩埚外部的加热部件来熔化所述原材料以形成熔化物；以及旋转安置于所述坩 埚下方的冷却部件，以将所述冷却部件的冷却传递到所述坩埚的下部部分和所述坩埚的侧 面部分，使得所述熔化物固化以形成所述锭块。有利作用根据本发明的锭块制造设备包含位于坩埚下方的冷却部件，且旋转所述冷却部件 以使其在硅原材料的熔化期间被覆盖且在硅原材料的固化期间被缓慢打开，从而防止热损失。另外，在用于防止从热区产生热发射的绝热部件与用于支撑坩埚和模具的支撑件 之间形成预定空间，且将包含可旋转的冷却绝缘部件和可旋转的冷却传递部件的冷却部件 安置于支撑件的下方，并使冷却绝缘部件和冷却传递部件包围冷却线路。另外，旋转的冷却 部件的冷却不仅传递到坩埚的下部部分，而且通过形成于绝热部件与支撑件之间的空间传 递到坩埚的侧面部分，使得熔化硅在其中心处与在其侧面部分处同时固化。因此，可抑制热损失，且在锭块的中心与其侧面部分之间固化速度可为均勻的，使 得可完全在垂直方向上形成晶体以制造具有优良晶体方向性的锭块。另外，通过固化熔化 硅而形成的锭块的颗粒大小可得以增加。
可从以下结合附图做出的描述中更详细地理解示范性实施例，在附图中
图1是说明根据示范性实施例的用于制造多晶硅锭块的设备的横截面图。图2到图7是说明根据示范性实施例的制造多晶硅锭块的方法的横截面图。图8是说明根据另一示范性实施例的用于制造多晶硅锭块的设备的横截面图。图9到图12是说明根据另一示范性实施例的制造多晶硅锭块的方法的横截面图。图13是说明根据另一示范性实施例的用于制造多晶硅锭块的设备的横截面图。图14是说明根据另一示范性实施例的用于制造多晶硅锭块的设备的横截面图。图15和图16是说明根据另一示范性实施例的用于制造多晶硅锭块的设备和方法 的横截面图。附图主要组件符号说明100腔室
110热区
120埚
130模具
140支撑件
150加热部件
160绝热部件
170冷却部件
180可移动的绝缘板
190移动部件
具体实施例方式下文中，将参看附图详细地描述具体实施例。然而，本发明可用不同形式来体现， 且不应解释为限于本文陈述的实施例。事实上，提供这些实施例以使得本揭示内容将为详 尽且完整的，且将把本发明的范围完整地传达给所属领域的技术人员。在图中，可能为了说 明的清楚而夸大每一元件的尺寸，且每一元件的尺寸可能不同于每一元件的实际尺寸。相 同参考标号始终指代相同元件。根据以下实施例制造多晶硅锭块，但本发明不限于此，且因 此可在本发明的范围内制造各种锭块。图1是说明根据示范性实施例的用于制造多晶硅锭块的设备的横截面图。图2到 图7是说明根据示范性实施例的通过使用用于制造多晶硅锭块的设备来制造多晶硅锭块 的方法的横截面图。参看图1，根据当前实施例的用于制造多晶硅锭块的设备包含腔室(chamber) (100)，其中具有热区(hot zone) (10)；腔室冷却线路(chambercooling line) (110)，其安 置于腔室(100)的壁内；坩埚(120)，其经配置以熔化硅原材料；模具(mold) (130)，其包围 坩埚(120)；支撑件(support) (140)，其经配置以支撑坩埚(120)和模具(130)；加热部件 (150)，其经配置以加热并熔化坩埚(120)中的硅；绝热部件(heat insulation member) (160)，其经配置以防止从热区(10)产生热发射；以及冷却部件(170)，其经配置以冷却熔 化的硅。热区(10)是在其中产生热且熔化硅的空间，且特定来说是绝热部件(160)的内部 空间，也就是在其中安置坩埚(120)、模具(130)、支撑件(140)和加热部件(150)的空间。 加热部件(150)包含上部加热器(151)和侧部加热器(152)，其分别安置于坩埚(120)的上部侧面和侧部侧面处。冷却部件(170)包含冷却线路(171)和包围冷却线路(171)的 冷却调整零件(cooling adjustment part) (174)。冷却调整零件(174)包含包围冷却线 路(171)的冷却绝缘部件(cooling insulationmember) (172)和冷却传递部件(cooling transfer member)(173)。腔室(100)具有长方体(rectangular parallelepiped)形状以在其中具有热区 (10)，且其上部部分为可打开的。在熔化硅时，腔室(100)处于真空状态或处于低于大气压 的压力下。为此，在腔室(100)的一侧处安置真空泵(vacuum pump)(未图示)和阀(valve) (未图示)。腔室冷却线路(110)安置于腔室(100)的壁内。致冷剂(refrigerant)或冷 却剂流过腔室冷却线路(110)以控制腔室(100)的内部温度。为此，在腔室(100)的一侧 上安装温度传感器(temperature sensor)(未图示)。因此，致冷剂或冷却剂根据由温度 传感器测得的腔室(100)的内部温度而流过腔室冷却线路(110)，使得可适当地维持腔室 (100)的内部温度。坩埚(120)可具有上部部分敞开的长方体形状，且硅在其中熔化和固化。坩埚 (120)由例如石英(quartz)或石墨(graphite)等材料形成，所述材料即使在硅熔化所处 的近似1450°C的高温下也具有优良的形状稳定性。坩埚(120)可一体式形成或组装而成。 举例来说，可通过借助螺钉固定平面底部部件和侧部部件来组装坩埚(120)。模具(130)可包围特定来说由石英形成的坩埚(120)，且具有上部部分敞开的长 方体形状。模具(130)可由石墨形成。支撑件(140)可安置于模具(130)下方以支撑坩埚(120)和模具(130)，且由具有 优良导热率(heat conductivity)的材料(例如石墨)形成。加热部件(150)经配置以加热并熔化坩埚(120)中的硅，且包含上部加热器(151) 和侧部加热器(152)，其分别安置于坩埚(120)的上部侧面和侧部侧面处。上部加热器 (151)和侧部加热器(152)连接到安置于腔室(100)外部的电源装置(未图示)，且使用从 电源装置供应的电力来发射热。多个温度传感器(未图示)可安置于上部加热器(151)和 侧部加热器(152)附近，且由温度传感器感测的温度可在腔室(100)外部的零件上显示。绝热部件(160)防止从热区(10)产生热发射，且包含第一绝热部件(161)和第 二绝热部件(162)，用以包围加热部件(150)以及热区(10)的上部部分和侧面部分；第三 绝热部件(163)，其安置于热区(10)的下部侧面处；以及第四绝热部件(164)，其从第三绝 热部件(163)的下部部分延伸到腔室(100)的下部表面。绝热部件(160)包围热区(10)。 在此情况下，绝热部件(160)可具有用以容纳热区(10)的任何形状，例如，可以一体形式或 组装形式提供。第一绝热部件(161)可从第二绝热部件(162)移除。第三绝热部件(163) 与支撑件(140)间隔开预定距离，使得预定空间安置于第三绝热部件(163)与支撑件(140) 之间。冷却部件(170)的冷却可通过第三绝热部件(163)与支撑件(140)之间的空间引入， 且传递到坩埚(120)的侧面部分，即，传递到坩埚(120)与侧部加热器(152)之间的空间。冷却部件(170)冷却热区(10)以固化坩埚(120)中熔化的硅。多个冷却部件 (170)提供于热区(10)下方，且冷却部件(170)中的每一者包含致冷剂或冷却剂从中流过 的冷却线路(171)，以及包围冷却线路(171)且调整冷却部件(170)的冷却的冷却调整零件 (174)。冷却调整零件(174)包含冷却绝缘部件(172)和冷却传递部件(173)，其彼此耦合 以包围冷却线路(171)。冷却线路(171)可横跨热区(10)的下部部分(即，支撑件(140)的下部侧面)，且具有桶(barrel)形状，例如圆形桶形状、四方桶形状或多边形桶形状。举 例来说，冷却绝缘部件(172)和冷却传递部件(173)可具有半桶形状，且彼此耦合(冷却线 路(171)位于其间)以包围冷却线路(171)。冷却绝缘部件(172)由绝热材料形成，且冷 却传递部件(173)由导热材料形成。冷却部件(170)通过安置于腔室(100)外部的旋转 驱动部件(rotation driving member)(未图示)旋转。包含冷却线路(171)的冷却部件 (170)可整个旋转，或者除了冷却线路(171)以外，仅冷却调整零件(174)可旋转。冷却部件 (170)的旋转可降低或维持热区(10)的温度。也就是说，当熔化硅时，冷却绝缘部件(172) 安置于冷却线路(171)的上方，使得坩埚(120)维持硅的熔点，且当固化硅时，旋转冷却部 件(170)以使得冷却传递部件(173)安置于冷却线路(171)的上方以降低热区(10)的温 度。当固化硅时，旋转冷却部件(170)以逐渐增加冷却传递部件(173)安置于冷却线(171) 上方的区域且逐渐降低热区(10)的温度。冷却部件(170)的冷却不仅传递到热区(10)的 下部部分，而且通过第三绝热部件(163)与支撑件(140)之间的空间传递到坩埚(120)的 侧面部分，使得硅在坩埚(120)的侧面部分和坩埚(120)的下部部分两者中同时固化。冷 却部件(170)可在相同方向或不同方向上旋转。举例来说，冷却部件(170)中安置于其中 心部分的侧面处的至少一者可顺时针旋转，且其它者可逆时针旋转。或者，举例来说，冷却 部件(170)中的奇数者可顺时针旋转，且偶数者可逆时针旋转。然而，本发明不限于此。在根据如上所述的当前实施例的用于制造多晶硅锭块的设备中，当熔化硅原材料 时，冷却部件(170)的安置于坩埚(120)下方的冷却绝缘部件(172)安置于冷却线路(171) 上方，且当固化硅原材料时，旋转冷却部件(170)以使得冷却传递部件(173)逐渐移动到冷 却线路(171)的上部侧面，进而防止热损失。现在将参看图2到图7描述使用如上所述配置的多晶硅锭块制造设备的根据另一 示范性实施例的多晶硅锭块制造方法。参看图2，打开腔室(100)和第一绝热部件(161)的上部部分，将高纯度硅原材料 (20)放在坩埚(120)中，且接着密封腔室(100)和第一绝热部件(161)的上部部分。此时， 可将η型或ρ型杂质以及硅原材料(20)放在坩埚(120)中以控制晶体硅的电特性。使用 真空泵(未图示)和阀(未图示)将经密封的腔室(100)的内部维持于真空状态或小于大 气压的压力，例如其范围为从近似10_2托到近似10_4托。此时，冷却绝缘部件(172)安置在 安置于热区(10)下方的冷却部件(170)的冷却线路(171)上方。因此，虽然致冷剂或冷却 剂流过冷却线路(171)，但从冷却线路(171)的向上冷却传递受到抑制。或者，可阻止致冷 剂或冷却剂流过冷却线路(171)。即使在此情况下，冷却绝缘部件(172)也可安置于冷却线 路(171)上方。接下来，参看图3，操作加热部件(150)以加热坩埚(120)。此时，加热部件(150) 在硅原材料(20)可熔化的温度下(例如，在近似1450°C的温度下)加热坩埚(120)。随着 坩埚(120)被加热，硅原材料(20)在坩埚(120)中逐渐熔化而形成硅熔化物(30)。同样， 此时，在热区(10)下方的冷却部件(170)的冷却绝缘部件(172)安置于冷却线路(171)上方。参看图4到图6，当硅原材料(20)完全熔化且达到热稳定状态时，硅原材料(20) 的固化开始。为此，使致冷剂或冷却剂循环通过冷却线路(171)，且顺时针或逆时针缓慢旋 转冷却部件(170)。当冷却传递部件(173)的至少一个部分安置于冷却线路(171)的上部CN 102131963 A
说明书
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侧面和热区(10)的下部侧面时，硅熔化物(30)从其下部部分开始固化。此时，可逐渐旋转 冷却传递部件(173)，且同时，可减少从加热部件(150)发射的热。通过冷却传递部件(173) 传递的冷却线路(171)的冷却还不仅传递到热区(10)的下部部分，而且通过第三绝热部件 (163)与支撑件(140)之间的空间传递到坩埚(120)的侧面部分。因此，由于硅熔化物(30) 不仅在坩埚(120)的下部部分中而且在坩埚(120)的侧面部分中同时固化，因此固化界面 是水平的。也就是说，调整冷却部件(170)的旋转速度且调整来自加热部件(150)的热以 控制固化速度且形成水平固化界面。此时，硅熔化物(30)在坩埚(120)的整个内部下部部 分中均勻固化，且硅颗粒(silicon grain)垂直生长。随着冷却传递部件(173)移动到冷 却线路(171)的上部侧面，硅颗粒持续垂直生长。参看图7，旋转冷却部件(170)，直到冷却传递部件(173)完全到达冷却线路(171) 的上部侧面为止。冷却传递部件(173)持续安置于冷却线路(171)的上部侧面上，直到硅 熔化物(30)在坩埚(120)中完全固化而形成多晶硅锭块(50)为止。此时，持续降低加热 部件(150)的温度。由于冷却线路(171)的冷却不仅传递到热区(10)的下部部分，而且通 过第三绝热部件(163)与支撑件(140)之间的空间传递到坩埚(120)的侧面部分，因此硅 熔化物(30)以水平固化界面固化而形成多晶硅锭块(50)。在多晶硅锭块(50)制成之后， 可使用加热部件(150)对多晶硅锭块(50)进行热处理。可在多晶硅锭块(50)不熔化的温 度下(例如，在范围为从近似900°C到近似1200°C的温度下)对多晶硅锭块(50)进行热处 理。当在硅熔化物(30)的固化期间硅颗粒生长时，可能由于热应力(thermal stress)而 在多晶硅锭块(50)中发生各种缺陷。对多晶硅锭块(50)进行热处理可使缺陷减到最少。 在对多晶硅锭块(50)进行热处理时，可阻止冷却部件(170)的冷却。也就是说，可停止致 冷剂或冷却剂流过冷却线路(171)而不旋转冷却部件(170)，或者可旋转冷却部件(170)以 使得冷却绝缘部件(172)安置于冷却线路(171)上方。由此，在多晶硅锭块(50)制成之后，当将吹扫气体(purge gas)注射到腔室(100) 中且调整腔室(100)的内部温度以达到大气压时，打开腔室(100)以取出多晶硅锭块(50)。在根据当前实施例的多晶硅锭块制造设备中，由于在第三绝热部件(163)与支撑 件(140)之间形成空间，且旋转的冷却部件(170)的冷却不仅传递到坩埚(120)的下部部 分，而且通过第三绝热部件(163)与支撑件(140)之间的空间传递到坩埚(120)的侧面部 分，因此硅熔化物(30)在其中心部分和侧面部分中同时固化。然而，可使用可移动的绝缘 板，使得第三绝热部件(163)与支撑件(140)之间的空间先被封闭，且接着根据冷却部件 (170)的旋转而打开。现在将参看图8描述根据另一示范性实施例的包含可移动的绝缘板的多晶硅锭 块制造设备，且将参看图9到图12描述使用多晶硅锭块制造设备的多晶硅锭块制造方法。参看图8，根据当前实施例的多晶硅锭块制造设备包含腔室(100)，其中具有热 区(10)；腔室冷却线路(110)，其安置于腔室(100)的壁内；J甘埚(120)，其经配置以熔化硅 原材料；模具(130)，其包围坩埚(120)；支撑件(140)，其经配置以支撑坩埚(120)和模具 (130)；加热部件(150)，其经配置以加热并熔化坩埚(120)中的硅；绝热部件(160)，其经 配置以防止从热区(10)产生热发射；以及冷却部件(170)，其经配置以冷却熔化的硅。此 外，根据当前实施例的多晶硅锭块制造设备包含可移动的绝缘板(180)，其安置于绝热部 件(160)的一部分与支撑件(140)之间的空间中且可垂直移动；以及移动部件(190)，其连接到可移动的绝缘板(180)以垂直移动所述可移动的绝缘板(180)。由于除了可移动的绝 缘板(180)和移动部件(190)以外当前实施例的其余部分与参看图1描述的先前实施例相 同，因此将主要描述可移动的绝缘板(180)和移动部件(190)。可移动的绝缘板(180)封闭第三绝热部件(163)与支撑件(140)之间的空间。可 移动的绝缘板(180)的上部部分的宽度可大于第三绝热部件(163)与支撑件(140)之间 的空间的宽度，且可移动的绝缘板(180)的其余部分的宽度可小于第三绝热部件(163)与 支撑件(140)之间的空间的宽度。也就是说，可移动的绝缘板(180)包含板，其封闭第 三绝热部件(163)与支撑件(140)之间的空间且其中具有开口 ；以及细长延伸部分(slim extension part)，其从板的边缘向下延伸。所述延伸部分用以在第三绝热部件(163)与支 撑件(140)之间的空间内垂直移动可移动的绝缘板(180)。可移动的绝缘板(180)首先低 于侧部加热器(152)的下部部分，且向上移动以覆盖侧部加热器(152)与坩埚(120)之间 的空间。随着冷却部件(170)旋转，可移动的绝缘板(180)进一步向上移动以打开第三绝 热部件(163)与支撑件(140)之间的空间。更详细来说，打开支撑件(140)与可移动的绝 缘板(180)的延伸部分之间的空间。冷却部件(170)的冷却通过打开的空间传递到坩埚 (120)的侧面部分。当可移动的绝缘板(180)向上移动时，可移动的绝缘板(180)的板阻止 来自冷却部件(170)的冷却传递到板的上部侧面。可移动的绝缘板(180)的延伸部分抑制 侧部加热器(152)的热传递。因此，硅的固化界面在其中心和边缘处可为水平的。由于可 移动的绝缘板(180)的板放置于支撑件(140)的上部侧面上，因此可在支撑件(140)上形 成阶梯部分(stepped part)。移动部件(190)连接到可移动的绝缘板(180)的下部部分，以垂直移动可移动的 绝缘板(180)。移动部件(190)通过穿过腔室(100)的下部部分的开口而连接到垂直驱动 部件(未图示)。也就是说，移动部件(190)由垂直驱动部件垂直移动，且因此，可移动的绝 缘板(180)也垂直移动。使移动部件(190)垂直移动的垂直驱动部件与用于驱动冷却部件 (170)的旋转驱动部件(未图示)联结。也就是说，将旋转驱动部件驱动到预定程度，且接 着，驱动垂直驱动部件，使得冷却部件(170)旋转且可移动的绝缘板(180)向上移动。可考 虑冷却部件(170)的冷却传递部件(173)安置于冷却线路(171)的上部侧面上的距离，且 考虑可移动的绝缘板(180)到达的最大高度，来调整旋转驱动部件的速度和垂直驱动部件 的速度。现在将参看图9到图12描述使用如上所述配置的多晶硅锭块制造设备的根据另 一示范性实施例的多晶硅锭块制造方法。参看图9，将高纯度硅原材料(20)放在坩埚(120)中，且接着密封腔室(100)。使 用真空泵(未图示)和阀(未图示)将经密封的腔室(100)的内部维持于真空状态或小于 大气压的压力。此时，冷却绝缘部件(172)安置在安置于热区(10)下方的冷却部件(170) 的冷却线路(171)上方。可移动的绝缘板(180)的上部部分封闭第三绝热部件(163)与支 撑件(140)之间的空间。接下来，参看图10，操作加热部件(150)，以在能够熔化硅原材料(20)的温度下加 热坩埚(120)。随着坩埚(120)被加热，硅原材料(20)在坩埚(120)中逐渐熔化而形成硅 熔化物(30)。同样，此时，在热区(10)下方的冷却部件(170)的冷却绝缘部件(172)安置 于冷却线路(171)上方。可移动的绝缘板(180)继续封闭第三绝热部件(163)与支撑件(140)之间的空间。参看图11，当硅原材料(20)完全熔化且到达热稳定状态时，硅原材料(20)的固化 开始。为此，使致冷剂或冷却剂循环通过冷却线路(171)，且顺时针或逆时针缓慢旋转冷却 部件(170)，且将冷却部件(170)旋转到预定程度，且接着，向上移动所述移动部件(190)， 以向上移动所述可移动的绝缘板(180)。当冷却部件(170)的冷却传递部件(173)安置于 冷却线路(171)的上部侧面和热区(10)的下部侧面处时，硅熔化物(30)从其下部部分开 始固化。可移动的绝缘板(180)向上移动以形成第三绝热部件(163)与支撑件(140)之间 的空间，且冷却部件(170)的冷却通过第三绝热部件(163)与支撑件(140)之间的空间传 递到坩埚(120)的侧面部分。可移动的绝缘板(180)的板抑制向坩埚(120)的安置于可移 动的绝缘板(180)上方的侧面部分传递冷却。因此，可防止硅熔化物(30)的边缘中的固化 快于其中心中的固化。由此，随着冷却部件(170)旋转以增加冷却传递部件(173)安置于 冷却线路(171)上方的区域，可移动的绝缘板(180)的向上移动距离也增加。因此，当可移 动的绝缘板(180)的向上移动距离增加时，可移动的绝缘板(180)与坩埚(120)的侧面部 分之间的空间增加，且因此，硅熔化物(30)的固化厚度增加。在冷却部件(170)缓慢旋转 时，可缓慢减少来自加热部件(150)的热。参看图12，旋转冷却部件(170)，直到冷却传递部件(173)完全安置于冷却线路 (171)的上部侧面上为止，且最大程度地向上移动可移动的绝缘板(180)。维持冷却传递部 件(173)安置于冷却线路(171)的上部侧面上的状态和可移动的绝缘板(180)安置于最大 高度处的状态，直到硅熔化物(30)在坩埚(120)中完全固化而形成多晶硅锭块(50)为止。 此时，持续降低加热部件(150)的温度。由于冷却线路(171)的冷却不仅传递到热区(10) 的下部部分，而且通过第三绝热部件(163)与支撑件(140)之间的空间传递到坩埚(120) 的侧面部分，因此硅熔化物(30)水平地固化而形成多晶硅锭块(50)。在多晶硅锭块(50) 制成之后，可使用加热部件(150)对多晶硅锭块(50)进行热处理。当在硅熔化物(30)的 固化期间硅颗粒生长时，可能由于热应力而在多晶硅锭块(50)中发生各种缺陷。对多晶硅 锭块(50)进行热处理可使缺陷减到最少。如上所述，已相对于以上实施例具体描述了本发明的技术想法，但应注意，提供前 述实施例只是为了说明而不是限制本发明。可提供各种实施例以允许所属领域的技术人员 理解本发明的范围，但本发明不限于此。举例来说，如图13中说明，支撑部件(195)支撑冷却部件(170)，且连接到支撑 部件(195)的下部部分的移动部件(191)安置于腔室(100)的下部侧面处，使得冷却部件 (170)可旋转，从而向上移动。由此，当冷却部件(170)向上移动时，冷却部件(170)的冷却 更快地传递，使得硅熔化物(30)可更快地固化。另外，如图14中说明，加热部件(150)可包含上部加热器(151)和下部加热器 (153)，而没有侧部加热器(152)。下部加热器(153)安置于支撑件(140)与冷却部件(170) 之间。当冷却部件(170)旋转时，以与上部加热器(151)的方式相同的方式缓慢降低下部 加热器(153)的加热温度。另外，如图15中说明，冷却线路(171)可安置于腔室(100)的下部部分中，且下部 加热器(153)可安置于支撑件(140)与冷却线路(171)之间。下部加热器(153)中的一者 或一者以上可用彼此间隔开的线路的形式来安装，且冷却绝缘部件(172)可包围下部加热器(153)。首先将具有半桶形状的冷却绝缘部件(172)水平安置于下部加热器(153)下方， 且旋转冷却绝缘部件(172)以使其垂直安置于下部加热器(153)的侧面部分处，如图16中 说明。旋转冷却绝缘部件(172)，以将冷却线路(171)的冷却逐渐传递到坩埚(120)的下部 部分和侧面部分，使得硅熔化物(30)固化以制造硅锭块。虽然在以上实施例中可移动的绝缘板(180)垂直移动，但在另一实施例中可移动 的绝缘板可水平移动。也就是说，可移动的绝缘板可从第三绝热部件(163)的上部侧面移 动到支撑件(140)的上部侧面，以打开和封闭第三绝热部件(163)与支撑件(140)之间的 空间。虽然根据以上实施例来制造多晶硅锭块，但可在本发明的范围内制造例如石墨和 碳化硅(silicon carbide, SiC)锭块等各种锭块。
权利要求
1.一种用于制造锭块的设备，其包括 坩埚，其用于容纳原材料；加热部件，其用于加热所述坩埚； 支撑件，其用于支撑所述坩埚； 绝热部件，其安置于所述加热部件的外部；以及 冷却部件，其安置于所述支撑件下方而可旋转。
2.根据权利要求1所述的用于制造锭块的设备，其特征在于所述加热部件包括 上部加热器，其安置于所述坩埚的上方；以及侧部加热器，其安置于所述坩埚的旁边。
3.根据权利要求1所述的用于制造锭块的设备，其特征在于所述加热部件包括 上部加热器，其安置于所述坩埚的上方；以及下部加热器，其安置于所述支撑件与所述冷却部件之间。
4.根据权利要求1所述的用于制造锭块的设备，其特征在于所述绝热部件与所述支撑 件间隔开预定距离。
5.根据权利要求1所述的用于制造锭块的设备，其特征在于所述冷却部件包括 至少一个冷却线路；以及冷却绝缘部件和冷却传递部件，其彼此耦合以包围所述冷却线路。
6.根据权利要求5所述的用于制造锭块的设备，其特征在于所述冷却线路具有桶形 状，且所述冷却绝缘部件和所述冷却传递部件具有半桶形状。
7.根据权利要求5所述的用于制造锭块的设备，其特征在于当熔化所述原材料时所述 冷却绝缘部件安置于所述冷却线路的上方，且当固化所述原材料时所述冷却传递部件逐渐 旋转以安置于所述冷却线路的上方。
8.根据权利要求4所述的用于制造锭块的设备，其进一步包括可移动的绝缘板，其移动以封闭所述绝热部件与所述支撑件之间的空间；以及 移动部件，其连接到所述可移动的绝缘板，以移动所述可移动的绝缘板。
9.根据权利要求8所述的用于制造锭块的设备，其特征在于所述可移动的绝缘板经配 置以水平或垂直移动。
10.根据权利要求9所述的用于制造锭块的设备，其特征在于对所述可移动的绝缘板 的驱动与对所述冷却部件的驱动联结。
11.根据权利要求1所述的用于制造锭块的设备，其进一步包括 支撑部件，其用于支撑所述冷却部件的下部部分；以及移动部件，其连接到所述支撑部件，以垂直移动所述支撑部件。
12.一种制造锭块的方法，其包括 将原材料放在坩埚中；使用安置于所述坩埚外部的加热部件来熔化所述原材料，以形成熔化物；以及 旋转安置于所述坩埚下方的冷却部件，以将所述冷却部件的冷却传递到所述坩埚的下 部部分和所述坩埚的侧面部分，使得所述熔化物固化以形成锭块。
全文摘要
本发明关于一种用于制造锭块的设备和方法。根据本发明用于制造锭块的设备包含坩埚，其用于容纳原材料；加热部件，其用于加热坩埚；支撑件，其用于支撑坩埚；绝热部件，其安置于加热部件的外部且与支撑件间隔开；以及可旋转的冷却部件，其安置于支撑件下方而支撑坩埚。根据本发明，旋转的冷却部件的冷却不仅传递到坩埚的下部部分，而且通过形成于绝热部件的下部部分与支撑件之间的空间传递到坩埚的侧面部分，使得熔化硅的中心和侧面部分可同时固化，进而制造具有优良晶体方向性的硅锭块。
文档编号C30B15/10GK102131963SQ200980133230
公开日2011年7月20日 申请日期2009年8月11日 优先权日2008年8月26日
发明者朴完雨, 权赫大, 李仁河, 梁熙哲, 都镇永, 金奉哲, 高桢翊 申请人:亚威科股份有限公司