CN114232071B - 一种单晶炉拉晶装置 - Google Patents

Abstract

本申请涉及单晶炉，尤其涉及一种单晶炉拉晶装置，包括：机架；外轴、内轴，夹持机构，夹持机构连接于外轴的底部，以及驱动机构包括：第一驱动组件，第一驱动组件固定于固定座上并作用于外轴，用于驱动外轴和内轴在第一方向上移动；第二驱动组件，第二驱动组件固定于移动座上并作用于内轴，用于独立驱动内轴在第一方向上移动；以及旋转驱动组件，旋转驱动组件固定于移动座上并作用于外轴，用于驱动外轴旋转。本申请采用内轴和外轴分别提升的方式，在晶棒缩颈从而得到夹持部，在驱动下提升外轴和托板，再通过工艺要求对晶棒进行第二次放肩，并以预设的速度进行拉晶，从而使得拉制出的晶棒的重量作用于托板上，减小细晶的受力。

Description

一种单晶炉拉晶装置

技术领域

本申请涉及单晶炉，尤其是涉及一种单晶炉拉晶装置。

背景技术

直拉法硅单晶技术是目前主流的一种生产半导体硅单晶的技术，单晶硅生长是在惰性保护性气体的环境下，用高纯石墨电阻式加热器将盛放在高纯石英坩埚内高温熔化，在持续的低压氩气保护下，硅晶体在合适的温度与生长速度下，在一根细小的籽晶上逐淅结晶成一根单晶体。

现有技术中，随着市场发展的需求，硅单晶尺寸正在朝着大尺寸、大重量的趋势发展，大尺寸的硅单晶也就意味着单晶炉拉制出的晶棒的重量更大。单晶炉一般通过连接石墨夹头，石墨夹头上夹持籽晶，通过籽晶直接进行引晶，引晶过程中会在籽晶生长一段细晶，之后生长的晶棒的全部重量都施加在细晶上。在大直径晶棒生长过程中，由于籽晶和细颈细小，容易在大负载、高晶转过程中出现偏心折断，导致晶棒掉落发生生产安全事故，不仅会对炉体造成损失同时也可能会对周围环境工作人员产生危险。

因此，现有技术的技术问题在于：在大直径晶棒生长过程中细晶容易断裂。

发明内容

本申请提供一种单晶炉拉晶装置，解决了现有技术中在大直径晶棒生长过程中细晶容易断裂的技术问题；达到减小细晶断裂的可能的技术效果。

本申请提供的一种单晶炉拉晶装置，采用如下的技术方案：

一种单晶炉拉晶装置，包括：机架，所述机架包括；固定座，所述固定座固定；移动座，所述移动座具有第一方向移动的自由度；外轴，所述外轴呈中空，所述外轴连接于所述移动座上且具有轴向旋转的自由度；内轴，所述内轴位于所述外轴的内部，且所述内轴与所述外轴呈共轴，所述内轴连接于所述外轴，且具有第一方向移动的自由度；夹持机构，所述夹持机构连接于所述外轴的底部，所述夹持机构包括：承重杆，所述承重杆连接于所述外轴的底部；托板，所述托板固定连接于所述承重杆上；以及夹块，所述固定于所述托板上，所述夹块至少具有两个，且所有夹块关于所述内轴的中心轴呈中心对称，所有夹块之间形成夹持空间；以及驱动机构，所述驱动机构包括：第一驱动组件，所述第一驱动组件固定于所述固定座上并作用于所述外轴，用于驱动所述外轴和所述内轴在第一方向上移动；第二驱动组件，所述第二驱动组件固定于所述移动座上并作用于所述内轴，用于独立驱动所述内轴在第一方向上移动；以及旋转驱动组件，所述旋转驱动组件固定于所述移动座上并作用于所述外轴，用于驱动所述外轴旋转。

作为优选，所述固定座包括第一座和第二座，所述第一座和所述第二座沿第一方向布置，所述移动座容置于所述第一座和第二座之间；所述外轴穿设并连接于所述移动座和所述第二座上。

作为优选，所述外轴与内轴之间设置有定位组件，所述定位组件包括：定位套，所述定位套固定于所述外轴的内壁上，所述定位套的中心位置具有方形通道，所述方形通道与所述内轴呈共轴设置；方轴，所述方轴穿设于所述方形通道内，且与所述方形通道的内壁贴合，所述方轴连接于所述内轴上，且与所述内轴共轴设置。

作为优选，在内轴与外轴之间设置有密封组件，所述密封组件包括：环形连接座，所述环形连接座位于所述内轴与所述外轴之间，所述环形连接座与所述外轴共轴设置，且所述环形连接座的顶部固定连接于所述外轴上；环形密封件，所述环形密封件固定于所述环形连接座的底部，且所述环形密封件的侧壁与所述内轴相抵触。

作为优选，所述承重杆具有多个，所述承重杆轴向均匀分布于所述外轴的底部，且所述承重杆沿第一方向设置；所述托板呈环形且与所述外轴共轴设置，所述夹块均匀分布于所述托板上。

作为优选，每个所述夹块的设置方向经过所述托板的圆心，所述夹块位于所述托板的上方且夹块的第一端与托板转动连接，每个所述夹块的第二端朝向所述托板的圆心，且所有夹块的第二端之间形成所述夹持空间；其中，所述夹块的下底面可抵触于托板上，使得所述夹块被限位于所述托板上方。

作为优选，所述托板上方设置有隔离罩，所述隔离罩罩设所述夹持空间；所述隔离罩具有锥形顶部，在所述锥形顶部上开设有通孔，所述通孔与所述内轴呈共轴设置。

作为优选，所述第一驱动组件包括：丝杆，所述丝杆沿第一方向设置，且丝杆连接于所述固定座上，且所述丝杆通过螺纹与所述移动座连接；第一电机，所述第一电机固定于所述固定座上，第一电机连接并作用于所述丝杆轴向，用于驱动所述丝杆旋转。

作为优选，所述第二驱动组件包括：电缸，所述电缸沿第一方向设置，所述电缸固定连接于所述移动座上，且所述电缸的输出杆连接并作用于所述内轴。

作为优选，所述旋转驱动组件包括：第一同步轮，所述第一同步轮连接于所述移动座上，第一同步带，所述第一同步带连接于所述外轴与所述第一同步轮之间，使得所述外轴被带动旋转；以及第三电机，所述第三电机连接并作用于所述第一同步轮。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1、本申请采用内轴和外轴分别提升的方式，首先利用籽晶进行引晶而形成细晶，细晶经过夹持空间并达到夹块以上的位置，通过工艺进行第一次放肩，在晶棒的尺寸大于夹持空间之后再通过工艺将晶棒缩颈从而得到夹持部，在驱动下提升外轴和托板，从而将晶棒的夹持部被夹持在每个夹块上，之后再通过工艺要求对晶棒进行第二次放肩，并以预设的速度进行拉晶，从而使得拉制出的晶棒的重量作用于托板上，减小细晶的受力，减小细晶由于负载过重而导致断裂的可能。解决了现有技术中在大直径晶棒生长过程中细晶容易断裂的技术问题；达到减小细晶断裂的可能的技术效果。

2、内轴与外轴之间设置有定位组件，在驱动外轴转动时，能够保持内轴和外轴同步转动，无需在内轴和外轴上分别设置旋转驱动，在减小成本的同时还能够提高内轴和外轴同步在转动的精度，防止内轴和外轴之间存在旋转速度差而导致晶棒品质不佳。

3、在托板上设置有隔离罩，隔离罩罩设夹持空间，在晶棒的顶部形成保护，减小晶棒上氧化物堆积。

附图说明

图1是本申请中拉晶装置的立体示意图；

图2是本申请中拉晶装置的第一座、第二座示意图；

图3是图2的正向剖视图；

图4是图3中A的放大图；

图5是图3中B的放大图；

图6是图3中C的放大图；

图7是图3中D的放大图；

图8是本申请中拉晶装置的夹持机构示意图；

图9是图8中E的放大图；

图10是本申请中拉晶装置的夹持机构额剖视图；

图11是本申请中拉晶装置的防护罩示意图；

图12是本申请中拉晶装置的驱动机构示意图；

图13是本申请中拉晶装置的旋转驱动组件示意图；

图14是图13中F的放大图；

图15是本申请中拉晶装置的第一旋转驱动件示意图；

图16是图13中G的放大图；

图17是本申请中拉晶装置的工作状态示意图；

图18是图17的剖视图；

图19是本申请拉晶装置的夹持洗晶的示意图。

附图标记说明：100、机架；101、第一座；102、第二座；103、移动座；104、支撑框；105、导向杆；106、上限位杆；107、下限位杆；200、外轴；201、连接法兰；300、内轴；301、圆轴；302、方轴；303、石墨夹头；304、籽晶；305、细晶；306、夹持部；400、第一轴承座；401、第一轴承；500、第二轴承座；501、第二轴承；502、密封套管；503、第一密封圈；601、环形连接座；602、环形密封件；603、第二密封圈；604、第三密封圈；701、定位套；800、夹持机构；801、承重杆；802、托板；803、夹持空间；804、夹块；8041、夹块本体；8042、夹块座；8043、限位块；8044、弧形凹面；8045、斜面；805、隔离罩；8051、锥形部；901、第一驱动组件；9011、丝杆；9012、滑块；9013、第一电机；902、第二驱动组件；9021、电缸座；9022、电缸；9023、万向接头；1001、第一同步轮；1002、第一同步带；1003、传动杆；1004、传动块；1005、第一从动轮；1006、第三电机；1007、滑槽；1008、第二同步轮；1009、第二同步带；1010、第二从动轮。

具体实施方式

本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

本申请提供一种单晶炉拉晶装置，解决了现有技术中在大直径晶棒生长过程中细晶容易断裂的技术问题；达到减小细晶断裂的可能的技术效果。

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

本申请中所述的拉晶装置应用于单晶炉中，利用单晶炉拉制硅单晶的过程一般为：将硅原料放入主炉室的坩埚中，并对硅原料进行加热直至熔融状态，通过一端籽晶相同熔融状态的硅中进行引晶，引晶的同时驱动籽晶绕轴旋转并提升，从而提拉出一端极细的细晶，细晶的尺寸一般在4-6mm之间，通过工艺进行放肩，从而在细晶上生长出较大尺寸的晶棒。

一种单晶炉的拉晶装置，如图1-2所示，包括机架100、外轴200、内轴300、夹持机构800以及驱动机构。机架100相对固定，机架100作为外轴200、内轴300、夹持机构800以及驱动机构的安装基础。外轴200与内轴300连接于机架100上，内轴300的底部用于连接籽晶304，并通过升降的驱动方式向熔融的硅料中进行引晶；外轴200的底部连接有夹持机构800，在晶棒上生长出夹持部306之后，夹持机构800用夹持夹持部306，并承受晶棒的重力作用，以减小晶棒对细晶305的作用力。驱动机构用于驱动外轴200和内轴300的旋转，以满足晶体生产的转速要求，同时还用于驱动内轴300和外轴200的升或降的驱动，在晶体生长得到夹持部306之后，调节内轴300和外轴200之间的相对位置，使得晶棒能够受力于夹持机构800上。

机架100，如图1-2所示，机架100作为外轴200、内轴300、夹持机构800以及驱动机构的安装基础。机架100包括移动座103和固定座，固定座的位置相对固定，移动座103的位置则可相对移动，具体地说，固定座包括第一座101和第二座102，第一座101位于第二座102的正上方，移动座103容置于第一座101和第二座102之间的空间内，第一座101、移动座103以及第二座102以从上到下的方式排列，且第一座101、移动座103以及第二座102位于同一竖直空间内。

第一座101和第二座102为两块相互平行的呈水平设置的安装板，两块安装板大小相同且位于同一竖直空间上，在两个安装板之间固定连接有支撑框104，支撑框104的设置方向呈第一方向，第一方向是指竖直方向，移动座103位于支撑框104内；进一步的，在第一座101与第二座102之间还设置有若干导向杆105，导向杆105呈竖直方向设置，且每个导向杆105的第一端固定连接于第一座101，每个导向杆105穿过移动座103，第二端固定连接于第二座102，其中，导向杆105与移动座103不接触。在一个实施例中，导向杆105的数量为4个，且位于第一座101的四角。在驱动下，使得移动座103能够在支撑框104内沿导向杆105移动，即移动座103能够在第一方向即竖直方向上移动。

移动座103位于第一座101和第二座102之间，且移动座103的设置方向与第一座101、第二座102的方向平行，在移动座103的上顶面固定连接有上限位杆106，上限位杆106的设置方向为第一方向，上限位杆106用于限定移动座103与第一座101之间的最小距离；在移动座103的下底面固定连接有下限位杆107，下限位杆107的设置方向为第一方向，下限位杆107用于限定移动座103与第二座102之间的最小距离，上限位杆106与下限位杆107能够有效防止移动座103的移动过程中与第一座101或第二座102发生碰撞。

外轴200用于对晶棒的承重。外轴200为长直且中空的管状，外轴200连接于移动座103上，外轴200具有一个轴向旋转的自由度，即外轴200旋转的连接于移动座103上，且外轴200能够绕轴自转。如图3-5所示，外轴200呈竖直方向布置，外轴200穿设于第二座102和移动座103上，外轴200与第二座102、移动座103分别转动连接。外轴200通过第一轴承座400与移动座103连接，第一轴承座400呈中空的管状，具体地说，第一轴承座400贯的穿插设于移动座103上，同时第一轴承座400套设于外轴200的外部，第一轴承座400的外壁与移动座103固定连接，第一轴承座400的内壁通过第一轴承401与外轴200连接。

如图3、4所示，第一轴承座400的高度高于移动座103的上表面，使得第一轴承座400的顶部位于移动座103上方；第一轴承座400的外壁上设置有一圈台阶，台阶与移动座103的上表面相抵触，且台阶与移动座103之间通过螺栓固定连接，使得第一轴承座400与被固定于移动座103上。第一轴承座400的内部设置外轴200，外轴200与第一轴承座400之间通过第一轴承401连接，第一轴承401与第一轴承座400呈共轴设置，第一轴承401的外圈与第一轴承座400的内壁固定连接，第一轴承401的内圈与外轴200的外壁固定连接，使得外轴200连接于第一轴承座400上，且通过第一轴承401使得外轴200相对于第一轴承座400或移动座103可绕轴自转。

同理，外轴200连接于第二座102上，外轴200具有一个轴向旋转的自由度，即外轴200旋转的连接于第二座102上，且外轴200能够绕轴自转。外轴200穿设于第二座102上，外轴200与第二座102转动连接。如图3、5所示，外轴200通过第二轴承座500与第二座102连接。具体地说，第二轴承座500贯的穿插设于第二座102上，同时第二轴承座500套设于外轴200的外部，第二轴承座500的外壁与第二座102固定连接，第二轴承座500的内壁通过第二轴承501与外轴200连接。

与第一轴承座400相同的，第二轴承座500也通过设置的台阶固定于第二座102上。如图3、5所示，第二轴承座500的内部设置外轴200，其中外轴200套设有密封套管502，密封套管502与外轴200的外壁相抵触，且密封套管502与外轴200之间设置有第一密封圈503，第一密封圈503嵌设于密封套管502的内壁上且与外轴200的外壁相抵触。第一轴承座400与密封套管502之间通过第二轴承501连接，第二轴承501的内圈与密封套管502的外壁固定连接，第二轴承501的外圈与第二轴承座500的内壁固定连接，使得外轴200通过密封套管502连接于第二轴承座500上，且通过第二轴承501使得外轴200和密封套管502相对于第二轴承座500可绕轴自转。其中，支撑框104具有一个底板，支撑框104通过底板固定连接于第二座102上，第二轴承座500也可通过螺栓固定连接于底板上。

内轴300用于引晶。如图6所示，内轴300呈长直状，内轴300位于外轴200内部，内轴300从上到下包括圆轴301和方轴302，其中，圆轴301、方轴302均与外轴200呈共轴设置，圆轴301与方轴302之间固定连接；圆轴301位于外轴200的内部，方轴302固定于圆轴301的底部且延伸至外轴200的外部，位于外轴200外部的方轴302底部固定连接有石墨夹头303，石墨夹头303与内轴300共轴设置，石墨夹头303用于夹持籽晶304。

圆轴301的顶部与外轴200的顶部固定连接，圆轴301的顶部外轴200的顶部之间设置有密封组件，如图4所示，密封组件包括环形连接座601和环形密封件602，具体的，环形连接做呈管状且与外轴200共轴设置，在环形连接座601的顶部具有台阶，环形连接座601上的台阶通过螺栓固定于外轴200的顶部，使得环形连接件与外轴200固定连接。其中，环形连接座601的顶部侧壁与外轴200的内壁相抵触，环形连接座601的顶部侧壁与外轴200的内壁之间设置有第二密封圈603，第二密封圈603具有多个，且在环形连接座601的顶部侧壁上嵌设有第二密封圈603，第二密封圈603与外轴200的内壁相抵触，从而达到密封的效果。环形密封件602位于环形连接座601的底部，环形密封件602与环形连接座601呈共轴设置且与环形连接座601的底部固定连接，具体的，环形连接件为一环形接头，环形连接件的内侧壁与内轴300的外壁相抵触，环形连接件的内侧壁与内轴300的外壁之间设置有第三密封圈604，第三密封圈604具有多个，第三密封圈604嵌设于环形连接件的内壁且抵触于内轴300的外壁。通过密封组件的设置，使得外轴200的顶部保持密封，减小热量向上传导。

定位组件用于保持内轴300与外轴200同步旋转。如图7所示，定位组件包括方轴302和定位套701，定位套701位于外轴200的内部，定位套701固定于外轴200的内壁上，定位套701的中心位置具有方形通道，方形通道的中心轴与内轴300呈共轴设置；方轴302可以为上述方轴302，作为内轴300的一部分；方轴302也可以套设于内轴300外部，与定位套701配合，使得内轴300与外轴200保持同步旋转；在一个实施例中，方轴302为内轴300的一部分，方轴302固定连接于圆轴301的底部，方轴302与圆轴301呈共轴设置，方轴302与方形通道配合，方轴302穿过方形通道与方形通道的内壁相贴合，使得外轴200在旋转的同时，能够通过定位组件带动方轴302(或内轴300)同步旋转。进一步的，在外轴200的底部同样也设置有定位套701，对方棒进行定位以满足内轴300、外轴200同步旋转的同时，还能够起到对外轴200的底部封口的效果，减少热量进入外轴200内部。

夹持机构800，如图8-10所示，夹持机构800用于夹持晶棒顶部的夹持部306，以承受晶棒整体重量，使得施加在细晶305上的作用力减小，防止细晶305无法承受晶棒重量而断裂。如图9、10所示，夹持机构800通过连接法兰201固定连接于外轴200的底部，连接法兰201与外轴200呈共轴设置，连接法兰201与外轴200底部的圆周固定连接，夹持机构800连接于连接法兰201上，夹持机构800包括承重杆801、托板802以及夹块804，承重杆801的设置方向呈第一方向设置，承重杆801的顶部固定连接于连接法兰201上，承重杆801的数量可以为一个或多个，在一个实施例中，承重杆801的数量为三个，三个承重杆801关于内轴300侧呈中心对称分布。托板802呈圆环形，托板802与内轴300呈共轴设置，且托板802所在平面与每个承重杆801相垂直，承重杆801固定连接于托板802的圆周位置上，在一个实施例中，由于承重杆801的数量为三个，相应的，每个承重杆801的底部固定连接于托板802的圆周上。环形的托板802内部具有圆形通道，圆形通道与内轴300呈共轴，使得内轴300能够经过从托板802的正中心位置经过。

夹块804，如图10、11所示，夹块804用于构成夹持空间803以夹持晶棒的夹持部306。夹块804设置于托板802的上表面，夹块804的数量至少具有两个，两个夹块804关于内轴300呈中心对称，从而在两个夹块804之间形成夹持空间803，在一个实施例中，夹块804的数量为三个，三个夹块804均固定连接于托板802的圆周上，三个夹块804关于内轴300呈中心对称。具体的，夹块804包括夹块座8042、夹块本体8041以及限位块8043，夹块座8042作为夹块本体8041的安装基础，夹块本体8041通过夹块座8042连接于托板802上，夹块座8042固定连接于托板802的圆周上，三个夹块座8042关于内轴300呈中心对称；夹块本体8041则连接于夹块座8042上，具体的，夹块本体8041的第一端铰接于夹块座8042上，使得夹块本体8041相对于托板802能够纵向转动，每个夹块本体8041的第二端均朝向托板802的圆心上，在所有夹块本体8041之间形成夹持空间803，夹持空间803用夹持夹持部306的缩颈部分，使得夹持部306能够被承托于三个夹块本体8041上。

如图11所示，在每个夹持本体的第二端上端面上设置有弧形凹面8044，使得在所有夹持本体的第二端之间形成呈圆柱装的空间，使得适应于晶棒形状。进一步的，在每个夹块本体8041的第二端的底部设置有斜面8045，斜面8045的方向朝向托板802，通过设置了弧形凹面8044和斜面8045，增大晶棒拉出时夹块本体8041与晶棒之间的接触面积，以防止晶棒表面被夹块本体8041所划伤。

如图11所示，限位块8043用于限制夹块本体8041的位置，使得夹块本体8041无法旋转到托板802以下的位置，限位块8043位于夹块本体8041与托板802(或固定座)之间，限位块8043固定于托板802上，在一个实施例中，限位块8043与夹块座8042一体成型，且固定于托板802上，夹块本体8041在旋转过程中可与限位块8043相抵触，在抵触时，夹块本体8041无法再继续向托板802方向旋转。可选的，夹块本体8041的连接方式还可以直接铰接于托板802上，夹块本体8041可与托板802的上表面相抵触，使得夹块本体8041限位于托板802的上方位置。进一步的，在夹块本体8041向上旋转过程中，由夹块座8042的侧边对夹块本体8041进行限位，使得夹块本体8041的旋转范围被限位于夹块座的侧壁和限位块之间。

托板802的中心位置的圆心通道用于内轴300和籽晶304通过，在驱动下，内轴300和籽晶304下降直至籽晶304接触熔融的硅原料中，硅原料在籽晶304上生长成细晶305，通过工艺要求实现硅原料在细晶305上放肩，在放肩的晶体直径大于夹持空间803之后再通过工艺进行缩颈，从而得到夹持部306，提升细晶305和夹持部306经过托板802的圆心通道，在夹持部306上提过程中，夹持部的直径大于夹持空间，因此夹持部与夹块本体之间相互接触，在夹持部的作用下，每个夹块本体被向上驱动旋转，在夹持部位于夹块本体的上端位置之后，驱动外轴上升，从而使得夹持部306的底端被三个夹块804承托，从而将晶体的重力作用从细晶305转移到承重杆801上，防止晶棒重力作用导致细晶305断裂。

进一步的，在托板802的上方设置有隔离罩805，如图12所示，隔离罩805用于对晶体顶部进行隔绝，减小晶体上氧化物的堆积，隔离罩805包括柱状侧部和锥形顶部，柱状侧部位固定于托板802的圆周上，锥形顶部连接于柱状侧部上，锥形顶部设置方向朝上，在其中，每个承重杆801穿过锥形顶部以增加隔离罩805的稳定性，通过设置的隔离罩805使得夹块804与夹持空间803均被隔离罩805罩设住，从而减小晶棒顶部氧化物的堆积。

驱动机构，如图13所示，驱动机构用于驱动外轴200和内轴300的旋转，以满足晶体生产的转速要求，同时还用于驱动内轴300和外轴200的升或降的驱动，在晶体生长得到夹持部306之后，调节内轴300和外轴200之间的相对位置，使得晶棒能够受力于夹持机构800上。驱动机构包括第一驱动组件901、第二驱动组件902以及旋转驱动组件，第一驱动组件901固定于固定座上并作用于外轴200，用于驱动外轴200和内轴300在第一方向上移动；第二驱动组件902，第二驱动组件902固定于移动座103上并作用于内轴300，用于独立驱动内轴300在第一方向上移动；旋转驱动组件，旋转驱动组件固定于移动座103上并作用于外轴200，用于驱动外轴200旋转。

第一驱动组件901，如图13所示，第一驱动组件901固定于固定座上并作用于外轴200，用于驱动外轴200和内轴300在第一方向上移动。第一驱动组件901包括丝杆9011、滑块9012以及第一电机9013，丝杆9011设置于第一座101和第二座102之间，丝杆9011的设置方向与导向杆105的设置方向相同，丝杆9011的第一端通过丝杆9011座连接于第一座101上，丝杆9011的第二端穿过移动座103固定于第二座102上；滑块9012通过螺纹连接于丝杆9011上，具体的，滑块9012嵌设于移动座103内，且与移动座103固定连接；第一电机9013固定于第一座101的顶部，第一电机9013通过减速机与丝杆9011的轴向连接。通过第一电机9013驱动丝杆9011转动，使得滑块9012能够在丝杆9011上沿丝杆9011方向移动，从而带动移动座103在丝杆9011方向上移动，即实现移动座103的升降。其中，第一驱动组件的数量为两组，分别设置于外轴200的两侧，通过第一电机9013驱动丝杆9011，两个丝杆9011同向转动，使得每个丝杆9011上的滑块9012上升或下降，同时带动移动座103上升或下降，移动座103与外轴200之间的位置相对固定，移动座103升降的同时带动外轴200和内轴300共同上升或下降。

第二驱动组件902，如图13所示，第二驱动组件902固定于移动座103上并作用于内轴300，用于单独驱动内轴300在第一方向上移动。第二驱动组件902包括电缸座9021和电缸9022，电缸座9021位于第一轴承座400的上方，且与第一轴承座400连接，在电缸座9021与第一轴承座400之间设置有压力传感器，压力传感器的两端分别连接第一轴承座400和电缸座9021，压力传感器用于检测晶棒由于重力而产生对内轴300的作用力；电缸9022沿第一方向设置，电缸9022固定于电缸座9021上，且电缸9022的输出杆通过一个万向接头9023与内轴300的顶部连接，使得在内轴300与外轴200旋转的情况下，电缸9022不被带动旋转。通过电缸9022驱动，电缸9022的输出杆作用于内轴300的顶部，电缸9022的输出轴伸出或回缩以驱动内轴300的上升或下降；在第一驱动组件901和第二驱动组件902配合使得内轴300和外轴200之间能够具有不同的移动速度。可选的，还可以利用气缸替代电缸9022来驱动内轴300的升降。

旋转驱动组件，如图14-16所示，旋转驱动组件固定于移动座103上并作用于外轴200，用于驱动外轴200旋转。旋转驱动组件第一旋转驱动件和第二旋转驱动件，第一旋转驱动件用于驱动内轴300和外轴200绕轴自转，以满足晶体生长的转速要求，从而得到高品质晶棒；第二旋转驱动件用于驱动密封套管502转动，保持密封套管502与外轴200同步转动，防止密封套管502与外轴200之间存在转速差而导致第一密封圈503摩擦受损。

第一旋转驱动件用于驱动内轴300和外轴200绕轴自转。如图14-16所示，第一旋转驱动件包括第一同步轮1001、第一同步带1002、传动杆1003、传动块1004、第一从动轮1005以及第三电机1006。传动杆1003位于第一座101和第二座102之间，传动杆1003的第一端连接于第一座101，传动杆1003的第二端穿过移动座103并连接于第二座102上，传动杆1003的设置方向为第一方向，且传动干具有一个绕轴旋转的自由度，使得传动杆1003可绕轴自转。第一同步轮1001与传动块1004套设于传动杆1003外部，第一同步轮1001与传动杆1003呈共轴设置，且第一同步轮1001通过传动块1004连接于移动座103，其中，第一同步轮1001的内圈与传动杆1003之间不接触或不紧密贴合，使得第一同步轮1001与传动块1004能够随移动座103共同上升或下降。第一从动轮1005套设于外轴200外部，且第一从动轮1005的内圈与外轴200的外壁固定连接，第一同步带1002传动连接于第一同步轮1001与第一从动轮1005之间，通过驱动第一同步轮1001使得外轴200被同步带所带动旋转。第三电机1006作为第一旋转驱动件的动力源，第三电机1006固定于支撑框104或第二座102上，第三电机1006通过减速机连接传动杆1003，用于驱动传动杆1003旋转。

在传动杆1003与传动块1004之间设置有滑移组件，通过滑移组件使得传动杆1003在带动第一同步轮1001转动时候不会影响第一同步带1002随移动座103升或降，具体的，如图15所示，滑移组件包括滑槽1007和凸条，其中，凸条未图示，滑槽1007开设于传动杆1003上，且滑槽1007的开设方向与传动杆1003的设置方向相同；凸条设置于传动块1004的内侧，凸条与与滑槽1007相配合，使得传动块1004与第一同步轮1001在升降的同时能够被传动杆1003驱动而转动，使得第一同步轮1001的旋转和升降互补干涉。进一步的，凸条可以仅设置于传动杆1003内侧，也可设置于第一同步轮1001的内侧，或传动块1004与第一同步轮1001的内侧均设置有凸条。可选的，滑移组件还可以是另一种方式设置：滑槽1007开设于传动块1004内侧，而凸条设置于传动杆1003上。

第二旋转驱动件用于驱动密封套管502转动，保持密封套管502与外轴200同步转动，防止密封套管502与外轴200之间存在转速差而导致第一密封圈503摩擦受损。如图13、16所示，第二旋转驱动件包括第二同步轮1008、第二同步带1009以及第二从动轮1010，第二旋转驱动件同样以第三电机1006作为动力源，具体的，第二同步轮1008套设于传动杆1003上，且第二同步轮1008的内圈与传动杆1003的外壁固定连接，使得传动杆1003旋转而带动第二同步轮1008转动，第二从动轮1010套设于外轴200上，第二从动轮1010的内圈与外轴200的外壁不接触，且第二从动轮1010的底部与密封套管502固定连接，第二同步带1009则传动连接于第二同步轮1008与第二从动轮1010之间，在第三电机1006的驱动下使得密封套管502被驱动旋转。第一旋转驱动件与第二旋转驱动件均以第三电机1006作为动力源，并通过第一同步带1002、第二同步带1009分别传导至外轴200和密封套管502上，使得密封套管502的转速与外轴200保持相同，密封套管502与外轴200之间不存在相对速度差，防止密封套管502与外轴200之间存在转速差而导致第一密封圈503摩擦受损。

工作原理/步骤：

本申请所述的拉晶装置适用于单晶炉拉晶过程，在拉晶过程中，首先在细晶305的基础上放肩、缩颈后生成一夹持部306，通过夹持机构800将夹持部306承托住，利用外轴200或承重杆801来承受晶棒的重力作用，减小由于晶棒重力而产生对细晶305的作用力，防止细晶305负载过大而断裂。

在拉晶初期，在内轴300上通过石墨夹头303连接籽晶304，第一座101和第二座102的位置固定，内轴300和外轴200的位置应当满足：外轴200底部的托板802位于熔融的硅原料上方，且籽晶304经过托板802的圆形通道位于托板802的下方并能够浸没于熔融的硅原料中。利用第一旋转驱动件驱动外轴200旋转，第三电机1006驱动传动杆1003绕轴自转，通过第一同步带1002带动外轴200旋转，且外轴200与内轴300之间通过定位组件和连接件连接，使得内轴300与外轴200同步旋转，在转速满足晶转要求时，此时通过PLC控制电缸9022工作，电缸9022一缓慢的速度向上提升内轴300，而外轴200高度不变，在内轴300缓慢提升的过程中，在籽晶304上引出得到细晶305，通过工艺要求，在细晶305的基础上进行晶棒的放肩，从而形成半径逐渐增大晶体，如图17、18所示，在晶体提升经过托板802的圆形通道且晶体的体积大于夹持空间803之后，再通过工艺对晶体进行缩颈，从而得到夹持部306，此时，外轴200静止，内轴300在驱动下继续提升，夹持部306和每个夹块本体接触，由于夹持部306的尺寸大于夹持空间，因此夹持部306作用于夹块本体并使得夹块本体向上翻动，直至夹持部306超过托板20mm；在得到夹持部306之后通过工艺在夹持部的基础上进行第二次放肩，在夹持部306的基础上继续生长晶体。

在夹持部306位于托板上方之后，通过PLC控制电缸9022驱动内轴300缓慢下降；而通过第一驱动组件901驱动外轴200提升，第一驱动组件901通过第一电机9013驱动丝杆9011旋转，使得螺纹连接于丝杆9011上的滑块9012能够沿丝杆9011所在的第一方向移动，滑块9012与移动座103相固定，移动座103通过导向杆105进行导向限位，从而带动移动座103在第一方向上升或下降。其中，外轴200提升速率-内轴300下降速率＝预设的正常拉晶速率，在夹持部306稳定被承托于三个夹持本体上之后(一般通过设定时间以判定是否被承托住)，再反馈至PLC，进而控制电缸9022停止工作，第一电机9013保持工作，且将外轴200的的提升速率降低至预设的正常拉晶速率。

技术效果：

1、本申请采用内轴300和外轴200分别提升的方式，首先利用籽晶304进行引晶而形成细晶305，通过工艺进行第一次放肩，在晶棒的尺寸大于夹持空间803之后再通过工艺将晶棒缩颈从而得到夹持部306，在得到夹持部306之后，通过工艺在夹持部的基础上进行第二次放肩，在夹持部306的基础上继续生长晶体；同时在驱动下提升外轴200和托板802，从而将晶棒的夹持部306被夹持在每个夹块804上，从而使得拉制出的晶棒的重量作用于托板802上，减小细晶305的受力，减小细晶305由于负载过重而导致断裂的可能。解决了现有技术中在大直径晶棒生长过程中细晶305容易断裂的技术问题；达到减小细晶305断裂的可能的技术效果。

2、内轴300与外轴200之间设置有定位组件，在驱动外轴200转动时，能够保持内轴300和外轴200同步转动，无需在内轴300和外轴200上分别设置旋转驱动，在减小成本的同时还能够提高内轴300和外轴200同步在转动的精度，防止内轴300和外轴200之间存在旋转速度差而导致晶棒品质不佳。

3、在托板802上设置有隔离罩805，隔离罩805罩设夹持空间803，在晶棒的顶部形成保护，减小晶棒上氧化物堆积。

尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种单晶炉拉晶装置，其特征在于，包括：

机架，所述机架包括：

固定座，所述固定座包括第一座、第二座以及导向杆；

移动座，所述移动座通过所述导向杆滑移连接于所述第一座和所述第二座之间，所述移动座具有第一方向移动的自由度；

外轴，所述外轴呈中空，所述外轴连接于所述移动座上且具有轴向旋转的自由度；其中，第一方向和轴向均为竖直方向；

内轴，所述内轴位于所述外轴的内部，且所述内轴与所述外轴呈共轴，所述内轴连接于所述外轴，且具有第一方向移动的自由度，所述内轴的底部连接有籽晶；

夹持机构，所述夹持机构连接于所述外轴的底部，所述夹持机构包括：

承重杆，承重杆具有多个，所述承重杆连接于所述外轴的底部；

托板，所述托板固定连接于所述承重杆上；以及

夹块，所述固定于所述托板上，所述夹块至少具有两个，且所有夹块关于所述内轴的中心轴呈中心对称，所有夹块之间形成夹持空间；所述夹块包括夹块座、夹块本体以及限位块，夹块本体通过夹块座连接于托板上，夹块座固定连接于托板上；夹块本体的第一端转动连接于夹块座上，使得夹块本体相对于托板能够纵向转动；限位块用于限制夹块本体的位置；

其中，所述托板呈环形且内部具有圆形通道；

驱动机构，所述驱动机构包括：

第一驱动组件，所述第一驱动组件固定于所述固定座上并作用于所述外轴，用于驱动所述外轴和所述内轴在第一方向上移动；

第二驱动组件，所述第二驱动组件固定于所述移动座上并作用于所述内轴，用于独立驱动所述内轴在第一方向上移动；以及

旋转驱动组件，所述旋转驱动组件固定于所述移动座上并作用于所述外轴，用于驱动所述外轴旋转。

2.根据权利要求1所述的一种单晶炉拉晶装置，其特征在于，所述固定座包括第一座和第二座，所述第一座和所述第二座沿第一方向布置，所述移动座容置于所述第一座和第二座之间；所述外轴穿设并连接于所述移动座和所述第二座上。

3.根据权利要求1所述的一种单晶炉拉晶装置，其特征在于，所述外轴与内轴之间设置有定位组件，所述定位组件包括：

定位套，所述定位套固定于所述外轴的内壁上，所述定位套的中心位置具有方形通道，所述方形通道与所述内轴呈共轴设置；

方轴，所述方轴穿设于所述方形通道内，且与所述方形通道的内壁贴合，所述方轴连接于所述内轴上，且与所述内轴共轴设置。

4.根据权利要求1所述的一种单晶炉拉晶装置，其特征在于，在内轴与外轴之间设置有密封组件，所述密封组件包括：

环形连接座，所述环形连接座位于所述内轴与所述外轴之间，所述环形连接座与所述外轴共轴设置，且所述环形连接座的顶部固定连接于所述外轴上；

环形密封件，所述环形密封件固定于所述环形连接座的底部，且所述环形密封件的侧壁与所述内轴相抵触。

5.根据权利要求1所述的一种单晶炉拉晶装置，其特征在于，所述承重杆具有多个，所述承重杆轴向均匀分布于所述外轴的底部，且所述承重杆沿第一方向设置；所述托板呈环形且与所述外轴共轴设置，所述夹块均匀分布于所述托板上。

6.根据权利要求5所述的一种单晶炉拉晶装置，其特征在于，每个所述夹块的设置方向经过所述托板的圆心，所述夹块位于所述托板的上方且夹块的第一端与托板转动连接，每个所述夹块的第二端朝向所述托板的圆心，且所有夹块的第二端之间形成所述夹持空间；其中，所述夹块的下底面可抵触于托板上，使得所述夹块被限位于所述托板上方。

7.根据权利要求6所述的一种单晶炉拉晶装置，其特征在于，所述托板上方设置有隔离罩，所述隔离罩罩设所述夹持空间；所述隔离罩具有锥形顶部，在所述锥形顶部上开设有通孔，所述通孔与所述内轴呈共轴设置。

8.根据权利要求1所述的一种单晶炉拉晶装置，其特征在于，所述第一驱动组件包括：

丝杆，所述丝杆沿第一方向设置，且丝杆连接于所述固定座上，且所述丝杆通过螺纹与所述移动座连接；

第一电机，所述第一电机固定于所述固定座上，第一电机连接并作用于所述丝杆轴向，用于驱动所述丝杆旋转。

9.根据权利要求1所述的一种单晶炉拉晶装置，其特征在于，所述第二驱动组件包括：

电缸，所述电缸沿第一方向设置，所述电缸固定连接于所述移动座上，且所述电缸的输出杆连接并作用于所述内轴。

10.根据权利要求1所述的一种单晶炉拉晶装置，其特征在于，所述旋转驱动组件包括：

第一同步轮，所述第一同步轮连接于所述移动座上，

第一同步带，所述第一同步带连接于所述外轴与所述第一同步轮之间，使得所述外轴被带动旋转；以及

第三电机，所述第三电机连接并作用于所述第一同步轮。

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