CN101676440A - 用于提拉单晶的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于从熔体中提拉单晶的装置，所述单晶在上颈部和下颈部之间具有加宽部。装置包括具有用于缠绕提拉缆线的缆线鼓的提拉装置以及用于对单晶上颈部的重量减载的支承装置。支承装置包括支承环，所述支承环具有开口并且具有固定在支承环上的抓持夹具，所述抓持夹具互相相对并且可以关于所述轴承轴枢转，其中所述抓持夹具可以从等待位置执行双向枢转运动进入保持位置中，在保持位置中抓持夹具延伸到所述开口中并且在所述加宽部下面；缆线鼓，所述缆线鼓在所述抓持夹具的轴承轴的两侧上用于缠绕承载缆线和固定在所述抓持夹具上的辅助缆线；并且用于改变所述辅助缆线的缆线路径的辅助辊，由此所述抓持夹具可以作枢转运动。

Description

用于提拉单晶的装置

技术领域

本发明涉及一种从熔体提拉单晶的装置，其中所述单晶具有位于两个颈部的加宽部。

背景技术

为了降低成本的目的，期望得到的单晶产品可以达到最大可能的晶体直径和晶体长度。这对于硅单晶(单晶硅)的例子而言尤其明显，所述硅单晶根据Czochralski方法在工业规模上被提拉具有300mm的标称直径以及超过300kg的重量。用于生产具有450mm的标称直径的单晶的对应加工方法已经被开发出来。

当籽晶被放置在熔体上时，在单晶提拉(牵拉)之前，热冲击导致必须被消除的位错(dislocation)。已证明通过最初提拉相对细的颈部而消除位错，在这种情况中，从晶体中清除位错。在重单晶的情况中，尤其是在重量超过300kg的硅单晶的情况中，颈部中的拉伸强度通常太弱以至于不能承受负载。因此实际上可以接受的是在负载达到临界之前对颈部减载(relieve)。为了这个目的，颈部加宽并且再次缩窄以便在上颈部和下颈部之间产生加宽部。下颈部被构造为比上颈部更粗并且相应地具有更大的拉伸强度。为了对上颈部减载，应用一支承装置，所述支承装置在加宽部的下方接合并且至少部分地承载单晶的重量。例如，加宽部可以被形成为双椎体或者球体的形式。

美国专利申请文献US 2008/0022922A1描述了一种支承装置，所述支承装置包括具有开口和抓持夹具的支承环，所述抓持夹具在支承环上彼此相对设置，所述抓持夹具可以相对于轴线倾斜。抓持夹具可以实现从等待位置到保持位置的倾斜运动，在保持位置中，抓持夹具延伸到开口中并处于加宽部下方。支承装置具有抓持夹具不可逆地掉落到保持位置的缺点。下降的夹具的无阻尼的下降促进了威胁晶体的连续单晶生长的微粒的产生。另外，抓持夹具不再可以移动回到等待位置，从而在出现位错之后回熔晶体。

根据美国专利文献US 5843229，支承装置也可以设置成其可以可逆地在加宽部下方接合。这可以依靠具有两个臂的抓持装置实现，所述两个臂在旋转点交叉并且借助于液压操作缸体相互朝向和相互远离运动。这个实施例的缺点在于臂以剪切的方式相互经过，因此可以预计在生长单晶的周围一定会有较高程度的微粒形成。此外，操作期间缸体同样产生微粒。然而，为了保护单晶而使用阻挡微粒的护罩是不够的，这是因为护罩需要为臂留有引入口。另外，引入口需要有足够的宽度，以避免阻碍臂的侧向运动。

发明内容

因此本发明的目的为提供一种具有支承装置的用于提拉单晶的装置，依靠所述支承装置可以可逆地对上颈部减载，因此在生长单晶的周围预计不会有较高程度的微粒形成。

所述目的依靠一种从熔体中提拉出具有上颈部与下颈部之间的加宽部的单晶的装置，所述装置包括用于提拉单晶的提拉装置，其中所述提拉装置具有用于缠绕提拉缆线的缆线鼓；以及用于对单晶的上颈部的重量减载的支承装置，所述支承装置包括支承环，所述支承环包含开口以及紧固在支承环上的抓持夹具，从而所述抓持夹具彼此相对并且可以绕轴承的轴线转动，其中抓持夹具可以实现从等待位置到保持位置的可逆的枢转运动，在保持位置中，抓持夹具延伸到开口中并且位于加宽部下方；缆线鼓，所述缆线鼓用于缠绕承载缆线以及辅助缆线，其中所述承载缆线和辅助缆线在抓持夹具的轴承的轴线的两侧上被紧固在抓持夹具上；以及用于改变辅助缆线的缆线路径的辅助辊，由此实现抓持夹具的枢转运动。

根据本发明的装置可以可逆地对单晶的上颈部减载。尽管抓持夹具也被认为是单晶周围微粒的潜在来源，但是抓持夹具可以以可控和仔细的方式调整，以使其仅仅很少地触发位错事件。在保持位置中，抓持夹具以机械稳定的方式固定以保证可靠的负载传递。

根据本发明，两个或者多个抓持夹具一组的抓持夹具被可枢转地安装在支承环中，并且分别在用于枢转运动的轴线的两侧上在两个缆线(承载缆线和辅助缆线)上悬置，从而因为对应的辅助缆线相对于相关的承载缆线垂直移动而导致抓持夹具的受控的和可逆的枢转运动。此外，在抓持夹具处于折入的保持位置时，承载缆线和辅助缆线相对于籽晶保持器的同步垂直运动允许受控的负载传递。在本发明的优选实施例中，两个抓持夹具通过两个承载缆线和两个辅助缆线被移动，所述缆线缠绕在总共两个缆线鼓上，所述缆线鼓各部分在一共用的驱动轴上运转。因此，仅仅需要一个驱动电机，以实现所有缆线以及因而整个支承装置的同步垂直移动。为了完成辅助缆线相对于承载缆线的垂直移动，至少辅助缆线在从缆线鼓延伸出之后分别经由一个引导辊被引导，并且两个辅助辊借助于一驱动器以受控的方式移动到辅助缆线的缆线路径中，因此，辅助辊的缆线路径被延长。

在本发明的特别优选实施例中，用于缠绕提拉缆线的缆线鼓和该缆线鼓的驱动器、用于缠绕承载缆线和辅助缆线的的缆线鼓及这些缆线鼓的驱动器、以及辅助辊和辅助辊的驱动器在一共用的水平工作台上被紧固，所述共用水平工作台可以被设置为绕提拉缆线的轴线作旋转运动。这种结构意味着对于籽晶保持器和支承装置的旋转仅仅需要一个驱动电机，并且不会出现同步旋转运动的问题。

附图说明

参照附图以下将更详细地说明本发明。

图1示出了根据本发明优选结构的、用于制造硅单晶的装置。

图2示出了抓持夹具处于等待位置的支承环。

图3示出了抓持夹具处于保持位置的支承环。

图4示出了在抓持夹具处于保持位置的状态中的提拉装置和支承装置的各元件。

图5示出了在抓持夹具处于等待位置的状态中的提拉装置和支承装置的各元件。

具体实施方式

根据图1的装置包括真空炉1，在所述真空炉的内部中，石墨加热电阻器2在石英玻璃坩埚4中产生硅熔体3。在缆线鼓7借助于升降电机9被旋转时，使用缠绕在缆线鼓7上的提拉缆线6从硅熔体3提拉硅单晶5。缆线鼓7和升降电机9位于一单元中，所述单元被称为缆线旋转头部并且可以借助于旋转电机10被旋转，从而提拉缆线6和单晶5也可以绕它们各自的轴线连续旋转。当具有大约300kg或者更多重量的重单晶被提拉时，在引晶之后需要消除冲击位错的细硅颈部11的承重能力不再足够，因此晶体的重量需要负载支承。为了这个原因，在细颈部11的提拉之后是双锥体13的提拉，随之提拉具有相应更高的承重能力的粗颈部12，然后，单晶以更加具体的方式被划分为初始锥、具有恒定直径的部分以及锥底。为了在提拉的过程中支承单晶以及以机械的方式对细颈部11减载，使用支承装置，在所述支承装置中，两个抓持夹具在在一环形体内被可枢转地安装，所述环形体在下文中被称为支承环。在图2和图3中详细示出了支承环16和抓持夹具。抓持夹具在等待位置由附图标记17表示，并且在保持位置由附图标记18表示。抓持夹具的向内指向的端部被设置成，在抓持夹具18处于保持位置时，该端部可以与单晶5的双锥体13接触。在每个抓持夹具紧固至两个缆线(承载缆线14，辅助缆线15)以及缆线作用点在轴承的轴线两侧位于抓持夹具上的情况下，以受控的和可逆的方式实现抓持夹具的枢转运动。抓持夹具的枢转运动通过缆线14、15的相对垂直运动被触发。当支承装置处于卸载状态中时，辅助缆线15可以借助于相对于承载缆线14的运动而使抓持夹具向外或者向内枢转。

支承环16设有用于抓持夹具的止挡件，在已经达到保持位置之后，所述止挡件防止抓持夹具18的继续枢转运动。在抓持夹具18已经占据保持位置之后，缆线14、15的同步向上运动开始，直到抓持夹具的向内指向的端部与单晶5的双锥体13接触。考虑所述缆线的弹性，缆线14、15的进一步轻微的向上运动导致了在双锥体13上施加的支承力，所述力对细颈部11减载。在这种情况中，承载缆线14大致用作为这样一种承载缆线，其中单晶的重量借助于支承环16中的止挡件以及抓持夹具的轴承被部分地传递至该承载缆线。

用于缠绕提拉缆线6的缆线鼓7以及所述缆线鼓的行程驱动器9连同用于缠绕承载缆线14和辅助缆线15的缆线鼓21及所述缆线鼓的行程驱动器8在一共用的水平工作台19上被安装(图4)。工作台19被设置为借助于旋转驱动器10绕提拉缆线6的轴线旋转。因此驱动器8和驱动器9可以相互独立地驱动提拉缆线6的垂直运动以及支承装置的缆线14、15的同步垂直运动。因为细颈部11的减载将在抓持夹具18与单晶5的双锥体13接触之后以受控的方式开始，所以可以在缆线鼓7、21上方插入引导辊24、25，缆线6、14、15延伸越过所述引导辊并且所述引导辊的轴承分别与负载单元(load cell)相连，因此在任何时间都可以得到与由各个缆线的重量导致的负载有关的电信号。为了确保所有缆线6、14、15每个都与引导辊24、25垂直地延伸，缆线鼓有利地在它们的驱动轴22、23上被安装成，在缆线缠绕以及解开时，缆线鼓可以横向移动并且如果需要的话可以被调整。

通过分别利用一个独立的驱动器以及一个独立的缆线鼓以及还利用用于每个承载缆线14和每个辅助缆线15的引导辊来实现缆线14、15彼此相互的移动，从而使得抓持夹具枢转。然而，特别有利的是分别针对一对缆线14、15利用一个共用的缆线鼓21，其中所述这对缆线紧固至同一抓持夹具。这确保了在相关的缆线鼓21旋转时两个缆线14、15的完全同步的垂直运动。用于使抓持夹具枢转的相对运动通过一小辅助辊27被触发，所述小辅助辊被引入辅助缆线15的缆线路径中并因而延长了所述缆线路径(图5)。在完全向内指向的抓持夹具18与双锥体13相接触的负载支承系统的情况中，小辅助辊27从辅助缆线15的缆线路径被完全移开并且因此不能干扰用于确定支承装置的支承力的重量测量(图4)。

对于所有缆线鼓21尤其有利的是使用一共用的驱动轴23，这意味着所有缆线14、15的完全同步垂直运行，并且可以使用单个驱动器8作用于抓持夹具。第二驱动轴22与缆线鼓7的独立驱动器9一起可用来卷起提拉缆线6。因此，从提拉缆线6向支承装置的承载缆线14转移负载的整个过程可以通过以下措施被控制，即在考虑到来自引导辊24、25的重量的重量信号的情况下控制用于驱动轴22、23的驱动器8和驱动器9。如果支承装置处于卸载状态(图5)，则第三驱动轴26可以使用相对弱的和简单的驱动器来致使小辅助辊27移动进入辅助缆线15的缆线路径。因此辅助缆线15相对于承载缆线14向上移动一确定的距离，并且这导致抓持夹具向外枢转。在抓持夹具17的这个等待位置中，支承装置可以借助于所有缆线14、15的同步向上运动而移动进入闲置位置。

Claims (5)

1.一种用于从熔体提拉单晶的装置，其中所述单晶具有位于上颈部与下颈部之间的加宽部，所述装置包括：

提拉装置，所述提拉装置用于提拉所述单晶、并包含用于缠绕提拉缆线的缆线鼓；以及

支承装置，所述支承装置用于对所述单晶的重量的所述上颈部减载，所述支承装置包括：

支承环，所述支承环包含开口以及抓持夹具，所述抓持夹具在所述支承环上被紧固以使得所述抓持夹具彼此相对并可以绕一轴承的轴线枢转，所述抓持夹具可以实现从等待位置到保持位置的可逆的枢转运动，在所述保持位置中，所述抓持夹具延伸到所述开口中并且在所述加宽部下方；

缆线鼓，所述缆线鼓用于缠绕承载缆线和辅助缆线，所述承载缆线和辅助缆线在所述抓持夹具的轴承的轴线的两侧上被紧固在所述抓持夹具上；以及

用于改变所述辅助缆线的缆线路径的辅助辊，由此实现所述抓持夹具的枢转运动。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括一工作台，所述工作台绕所述提拉缆线的轴线旋转，并且在所述工作台上安装用于缠绕所述提拉缆线的所述缆线鼓、用于缠绕所述提拉缆线和所述辅助缆线的所述缆线鼓、以及所述辅助辊。

3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，还包括一共用的缆线鼓，该共用的缆线鼓用于缠绕紧固在同一抓持夹具上的承载缆线和辅助缆线。

4.根据权利要求1至3任一所述的装置，其特征在于，还包括一用于缠绕所述承载缆线和所述辅助缆线的所述缆线鼓的共用的驱动器。

5.一种利用根据权利要求1至4中任一所述的装置提拉单晶的方法。

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