KR20220039596A

KR20220039596A - 액티브 밸런싱 씨드 리프트

Info

Publication number: KR20220039596A
Application number: KR1020210122309A
Authority: KR
Inventors: 제시 카메론 파워스
Original assignee: 린턴 크리스탈 테크놀로지스 코포레이션
Priority date: 2020-09-22
Filing date: 2021-09-14
Publication date: 2022-03-29
Also published as: TW202231944A; US20220090292A1; CN114250509A

Abstract

결정 성장 시스템은 케이블에 의해 지지된 씨드 결정을 회전 및 들어올리기 위한 회전식 씨드 리프트 어셈블리를 포함한다. 씨드 리프트 어셈블리는 케이블을 스풀의 둘레에 감도록 회전하며 그에 의해 케이블을 들어올리는 스풀을 포함한다. 스풀은 회전함에 따라, 케이블을 축 방향으로 변위시키는 것을 회피하기 위해 축 방향으로 이동한다. 카운터웨이트 어셈블리의 리드스크류는 커플링(예를 들면, 스풀 스핀들에 결합된 스프로킷 및 체인 커플링)을 통해 스풀에 기계적으로 결합된다. 스풀이 회전함에 따라, 리드스크류는 스풀의 회전 속도에 비례하는 속도로 회전한다. 리드스크류에 의해 구동되는 가동(movable) 카운터웨이트는 그래서 축 방향과 반대(예를 들면, 스풀의 이동과 반대) 방향으로 이동하도록 구동된다. 카운터웨이트 어셈블리는 그래서 스풀의 이동에 의해 도입되었을 수 있는 질량 중심의 변화를 상쇄하도록 구성된다.

Description

액티브 밸런싱 씨드 리프트 {ACTIVE BALANCING SEED LIFT}

관련 출원에 대한 상호 참조

본 출원은 2020년 9월 22일자로 제출되고 발명의 명칭이 "씨드 리프팅 및 회전 시스템용의 액티브 밸런싱 메커니즘"인 미국 가특허 출원 번호 제63/081,824호 및 2021년 1월 12일자로 제출되고 발명의 명칭이 "액티브 밸런싱 씨드 리프트"인 미국 가특허 출원 제63/136,345호의 권익을 주장하며, 이들 출원의 개시내용은 그 전체가 참고로 본 명세서에 편입되어 있다.

기술분야

본 발명은 일반적으로 결정 성장 장비에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 씨드 결정(seed crystal)을 위한 액티브 밸런싱 리프트에 관한 것이다.

큰 결정체들, 특히 단결정 잉곳들(monocrystalline ingots)은 다양한 기술 분야에서 극히 중요하다. 현대의 전자기기와 관련하여, 단결정 실리콘은 집적 회로용 웨이퍼들 및 광기전 패널들의 컴포넌트들과 같은 다양한 기능에 사용되는 특히 중요한 소스 재료이다. 단결정 구조는 입계(grain boundaries)가 없는 연속적인 결정 격자를 포함하며 단일 요소 또는 복수의 요소(예를 들면, 도핑된 물질들)로 제작될 수 있다.

단결정 실리콘을 생성하는 데 자주 사용되는 한 가지 제조 기법은 초크랄스키(Czochralski) 방법으로, 이 방법은 씨드 결정을 물질의 용융 배쓰(molten bath)에 침지시킨 후, 씨드 결정을 회전시키면서 용융 배쓰로부터 씨드 결정을 천천히 당겨 떼내는 방법이다. 하지만, 현재의 기법들은 진동, 불균형, 및 기타 유사한 문제들로 인해 초래되는 비효율을 겪고 있다. 올바르게 수행되지 않으면, 불량이 발생할 수 있으며 결과로 생성되는 잉곳은 입계를 포함할 수 있는 다결정 잉곳이 될 수 있다. 입계는 다양한 용도에서 문제가 될 수 있으므로, 불량 잉곳은 용융 및 재성장시켜야 할 수 있으며, 이는 시간과 에너지를 낭비할 수 있다. 단결정 성장 절차는 종종 오랜 시간(예를 들면, 수십 시간 또는 수일 정도)이 걸리므로, 모든 불량은 생산 효율성에 중대한 영향을 줄 수 있다.

단결정 실리콘과 같은 큰 단결정체들을 효율적으로 제조하기 위한 개선된 장비에 대한 요구가 존재한다.

본 발명의 특정 양태들은 씨드 리프팅 어셈블리에 관한 것으로, 씨드 결정(seed crystal)을 지지하는 케이블을 내보내기 위한 케이블 포트를 갖는 플랫폼 베이스; 스풀(spool)의 길이를 따라 연장되는 나선형 수집 그루브(helical collection groove)를 갖는 스풀 - 스풀이 스풀 축을 따라 종방향으로 이동함에 따라 스풀은 케이블을 수집 그루브 내에 감기 위해 회전축을 중심으로 회전 가능함 -; 및 플랫폼 베이스에 결합된 카운터웨이트 어셈블리(counterweight assembly)로서, 스풀의 회전이 카운터웨이트 리드스크류의 회전을 유발하도록 스풀에 회전 가능하게 결합되는 카운터웨이트 리드스크류; 및 카운터웨이트 리드스크류에 결합된 가동 카운터웨이트 - 카운터웨이트 리드스크류의 회전은 스풀 축에 평행한 카운터웨이트 축을 따라 가동 카운터웨이트의 슬라이딩을 유발함 - 를 포함하는, 카운터웨이트 어셈블리를 포함하고, 제1 방향으로의 스풀의 종방향 이동에 응답하여, 카운터웨이트 어셈블리는 스풀의 종방향 이동에 의해 유발되는 임의의 질량 중심의 변위를 상쇄시키기에 충분한 양만큼 제1 방향과 반대 방향으로 가동 카운터웨이트를 슬라이딩시키도록 구성된다.

본 발명의 특정 양태들은 결정 성장 시스템에 관한 것으로, 용융물을 포함하는 도가니를 갖는 성장 챔버; 케이블 중심선을 따라 케이블에 의해 성장 챔버 내에 드리워진(suspended) 씨드 결정; 및 성장 챔버의 상단부에 회전 가능하게 결합되고 케이블 중심선을 따라 어셈블리 질량 중심을 갖는 씨드 리프트 어셈블리 - 씨드 리프트 어셈블리는 성장 챔버 내에서 케이블을 지지하고, 씨드 리프트 어셈블리는 케이블을 들어올리기 위한 스풀 및 가동 카운터웨이트를 가지며, 스풀은 케이블이 들어올려짐에 따라 케이블 중심선에 대해 이동하는 스풀 질량 중심을 가지고, 가동 카운터웨이트는 카운터웨이트 질량 중심을 가지며, 어셈블리 질량 중심이 케이블 중심선을 따라 유지되도록 케이블 중심선에 대한 스풀 질량 중심의 이동이 카운터웨이트 질량 중심의 조화된 이동(coordinated movement)을 유발하도록 가동 카운터웨이트는 스풀에 기계적으로 결합됨 - 를 포함한다.

본 발명의 특정 양태들은 결정을 성장시키는 방법에 관한 것으로, 씨드 리프트 어셈블리에 의해 지지되는 케이블 - 케이블은 케이블 중심선을 가짐 - 에 의해 씨드 결정을 용융물로 하강시키는 단계; 동시에 씨드 리프트 어셈블리를 회전시키고 케이블을 들어올리는 단계를 포함하고, 케이블을 들어올리는 단계는: 씨드 리프트 어셈블리의 컴포넌트의 이동 - 컴포넌트의 이동은 컴포넌트의 질량 중심이 케이블 중심선에 대해 이동되게 함 - 을 통해 케이블을 들어올리는 단계; 및 컴포넌트의 이동에 응답하여 가동 카운터웨이트 - 가동 카운터웨이트는, 씨드 리프트 어셈블리의 질량 중심을 케이블 중심선을 따라 유지시키기 위해 케이블 중심선에 대한 컴포넌트의 질량 중심의 이동이 카운터웨이트 질량 중심의 이동에 의해 상쇄되도록 컴포넌트에 기계적으로 결합됨 - 를 자동으로 이동시키는 단계를 포함한다.

본 발명의 추가 구현예들 및/또는 양태들은 그 간략한 설명이 아래에 제공된 도면들을 참조하여 이루어지는 다양한 구현예의 상세한 설명을 고려하면 본 기술분야의 통상의 기술자에게 분명해질 것이다.

본 명세서는 이하의 첨부 도면들을 참조하며, 상이한 도면들에서 동일한 참조 번호들의 사용은 동일하거나 대응하는 컴포넌트들을 예시하기 위한 것이다.
도 1은 본 발명의 특정 양태들에 따른, 씨드 리프트 어셈블리를 갖는 결정 성장 시스템의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 특정 양태들에 따른, 씨드 리프트 어셈블리의 정면의 그래픽 투영도이다.
도 3은 본 발명의 특정 양태들에 따른, 씨드 리프트 어셈블리의 정면의 부분 절취 그래픽 투영도이다.
도 4는 본 발명의 특정 양태들에 따른, 액티브 밸런스 카운터웨이트 어셈블리를 도시하는 씨드 리프트 어셈블리의 부분 절취 배면도이다.
도 5는 본 발명의 특정 양태들에 따른, 액티브 밸런스 카운터웨이트 어셈블리의 부분 절취 확대 배면도이다.
도 6은 본 발명의 특정 양태들에 따른, 액티브 밸런스 카운터웨이트 어셈블리의 선택된 컴포넌트들의 그래픽 투영도이다.
도 7은 본 발명의 특정 양태들에 따른, 액티브 밸런스 카운터웨이트 어셈블리의 카운터웨이트의 그래픽 투영도이다.
도 8은 본 발명의 특정 양태들에 따른, 스풀 및 가동 카운터웨이트를 나타내는, 씨드 리프트 어셈블리의 배면의 부분 절취 그래픽 투영도이다.
도 9는 본 발명의 특정 양태들에 따른, 스풀이 제1 스풀 위치에 있고 가동 카운터웨이트가 제1 카운터웨이트 위치에 있는 상태의 씨드 리프트 어셈블리의 개략적인 평면도이다.
도 10은 본 발명의 특정 양태들에 따른, 스풀이 제2 스풀 위치에 있고 가동 카운터웨이트가 제2 카운터웨이트 위치에 있는 상태의 씨드 리프트 어셈블리의 개략적인 평면도이다.
도 11은 본 발명의 특정 양태들에 따른, 카운터웨이트 어셈블리의 개략적인 배면도이다.
도 12는 본 발명의 특정 양태들에 따른, 씨드 리프트를 액티브하게 밸런싱시키는 프로세스를 묘사하는 플로차트이다.

본 발명의 특정 양태들 및 특징들은 케이블에 의해 지지된 씨드 결정(seed crystal: 종 결정 또는 종자 결정이라고도 함)을 회전 및 들어올리기 위한 회전식 씨드 리프트 어셈블리를 포함하는 결정 성장 시스템에 관한 것이다. 씨드 리프트 어셈블리는 케이블을 스풀의 둘레에 감도록 회전하며 그에 의해 케이블을 들어올리는 스풀을 포함한다. 스풀은 회전함에 따라, 케이블을 축 방향으로 변위시키는 것을 회피하기 위해 축 방향으로 이동한다. 카운터웨이트 어셈블리의 리드스크류는 커플링(예를 들면, 스프로킷 및 체인 커플링)을 통해 스풀에 기계적으로 결합된다. 스풀이 회전함에 따라, 리드스크류는 스풀의 회전 속도에 비례하는 속도로 회전한다. 리드스크류에 의해 구동되는 가동(movable) 카운터웨이트는 그래서 축 방향과 반대 방향으로 이동하도록 구동된다. 카운터웨이트 어셈블리는 그래서 추가 케이블이 스풀의 둘레에 감김에 따라 스풀의 이동 및 스풀의 질량의 증가에 의해 도입되었을 수 있는 질량 중심의 변화를 상쇄하도록 구성된다.

단결정 실리콘 잉곳들의 생성과 같은, 특정 결정 성장 기법들은 밀폐된 인클로저 내에서 물질의 용융물(예를 들면, 실리콘과 같은 메탈로이드) 위에 드리워진 씨드 결정을 이용한다. 씨드 결정은 용융물과 접촉하도록 하강된 다음, 결정화된 물질(예를 들면, 성장하는 결정)의 신생 잉곳(nascent ingot)의 형성을 가능하게 하도록 제어된 방식으로 상승 및 회전된다. 씨드 결정이 용융물의 표면으로부터 계속 들어올려짐에 따라, 신생 단결정 잉곳은 원하는 길이에 이를 때까지 계속 성장한다. 씨드 결정과 신생 잉곳은 용융물 위의 수용 챔버 내로 수직으로 끌어올려질 수 있다.

결정 성장 프로세스는 잉곳의 최종 크기(end size)에 따라 상이한 시간이 걸릴 수 있다. 예에서, 단결정 실리콘의 원통형 잉곳을 약 5 내지 7 미터의 길이로 성장시키는 데에는 약 2일이 소요될 수 있다. 그 시간 동안 시스템에의 임의의 충분한 교란은 결과적으로 얻어지는 잉곳에 중대한 결함을 초래할 수 있으며, 이는 불량 잉곳으로 이어질 수 있다. 불량 잉곳은 재용융 및 재성장시켜야 할 필요가 있을 수 있는데, 이는 매우 고비용일 수 있다. 본 발명의 특정 양태들은 씨드 성장 시스템이 (예를 들면, 케이블의) 흔들림 및/또는 다른 교란이 저감된 상태로 작동할 수 있게 하는 개선에 관한 것이다.

고효율로 바람직하고 재현 가능한 결과들을 달성하기 위해서는, 씨드 결정과 신생 잉곳을 드리우고, 회전시키며, 들어올리는 데 사용되는 케이블의 효율적이면서 정밀한 제어를 제공하는 것이 중요할 수 있다. 수용 챔버의 상단에 위치된 씨드 리프트 어셈블리는 케이블의 회전 및 리프팅을 제어할 수 있다. 케이블은 케이블 포트에서 씨드 리프트 어셈블리로부터 나올 수 있다.

회전을 제어하기 위해, 씨드 리프트 어셈블리 전체는 회전축을 중심으로 회전될 수 있도록 수용 챔버에 회전 가능하게 결합된다. 회전축은 씨드 리프트 어셈블리를 나가는 케이블과 동일한 직선상에(예를 들면, 수용 챔버 내의 케이블과 동일한 직선상에) 있을 수 있다. 씨드 리프트 어셈블리의 베이스는 수용 챔버의 상단에 회전 가능하게 결합되고 (예를 들면, 회전 모터에 의해) 원하는 속도로(예를 들면, 1 내지 40 RPM과 같이 수 RPM 또는 수십 RPM 정도로) 회전하도록 구동된다.

케이블을 들어올리는 데 사용되는 메커니즘들은 씨드 리프트 어셈블리의 회전식 베이스에 의해 지지되며, 그래서 또한 수용 챔버에 대해 회전한다. 몇몇 경우에는, 스풀이 회전됨(예를 들면, 10분의 몇 RPM 또는 수 RPM 정도의 속도로 회전됨)에 따라 그루브에 케이블을 모으는(예를 들면, 감는) 그루브형 스풀(grooved spool) 또는 드럼을 포함하는 케이블 윈치 시스템에 의해 케이블이 들어올려질 수 있다. 프로세스 중에 케이블이 그 자체와 겹치지 않도록 하고 그래서 케이블이 스풀의 회전축을 따라 축방향으로 변위되지 않도록 케이블 윈치 시스템은 또한 스풀을 그 회전축을 따라 축방향으로 병진이동시킨다. 그래서, 성장 프로세스 전체에 걸쳐, 스풀은 시작 위치로부터 종료 위치까지 축방향으로 이동한다. 또한 성장 프로세스가 진행됨에 따라 추가 케이블이 스풀의 둘레에 감겨지므로, 스풀과 감겨진 케이블의 전체적인 통합 질량은 성장 프로세스 전체에 걸쳐 증가한다. 그래서, 성장 프로세스의 시작으로부터 성장 프로세스의 종료까지, 스풀의 질량 중심(center of mass: CoM)은 시작 위치로부터 종료 위치로 쉬프트된다. 달리 명시되지 않는 한 본 명세서에서 사용되는 경우, 스풀과 관련하여 "질량 중심"이라는 용어는 스풀 및 스풀의 둘레에 감겨진 임의의 케이블(예를 들면, 스풀의 축방향 변위와 함께 축방향으로 변위되는 케이블)의 질량 중심을 지칭한다.

씨드 리프트 어셈블리의 다양한 컴포넌트들은 상이한 중량을 가지므로, 씨드 리프트 어셈블리의 CoM을 케이블 포트의 중심 및/또는 케이블 포트로부터 나올 때의 케이블의 중심선과 정렬된 위치로 이동시키기 위해 하나 이상의 정적 카운터웨이트(static counterweights)가 다양한 위치에서 씨드 리프트 어셈블리의 베이스에 결합될 수 있다. 즉, 케이블이 케이블 포트를 나와서 수용 챔버를 하향 통과할 때 케이블의 중심을 통과하여 축방향으로 연장되는 선이 케이블 중심선으로 알려질 수 있다. 씨드 리프트 어셈블리의 CoM은 케이블 포트의 중심 위의 위치와 같이 이 선을 따라 어딘가에 위치될 수 있다.

하지만, 케이블이 들어올려지고 있는 동안에 스풀의 CoM이 움직이기 때문에, 씨드 리프트 어셈블리의 CoM은 보통 성장 프로세스 과정 중에 케이블 중심선을 벗어나는 경향이 있게 된다. 씨드 리프트 어셈블리의 CoM이 케이블 중심선과 일치하지 않고 및/또는 씨드 리프트 어셈블리의 회전축 상에 있지 않게 되면, 케이블에 진동 및 바람직하지 않은 궤도(orbits)가 유발될 수 있다. 따라서, 본 발명의 특정 양태들 및 특징들에 따르면, 씨드 리프트 어셈블리 전체의 CoM이 케이블 중심선 및/또는 씨드 리프트 어셈블리의 회전축과 정렬된 상태로 유지되도록 스풀의 CoM의 이동을 상쇄하기 위해 액티브 카운터웨이트 시스템이 사용될 수 있다.

액티브 카운터웨이트는, 스풀의 회전 - 및 그에 따른 스풀의 CoM의 축방향 이동 - 이 자동으로 가동 카운터웨이트의 이동을 유발하며 그래서 가동 카운터웨이트의 CoM을 이동시키도록 스풀에 기계적으로 결합될 수 있다. 이 기계적 결합은 카운터웨이트의 CoM이 항상 스풀의 CoM을 상쇄하도록 정밀하게 정확한 양으로 이동되도록 할 수 있다.

몇몇 경우에, 기계적 결합은 스프로킷 및 체인 커플링을 포함할 수 있으나, 항상 그럴 필요는 없다. 스풀을 구동하는 스핀들(spindle)에 위치된 스프로킷은 카운터웨이트를 구동하는 리드스크류 상의 대응하는 스프로킷에 (예를 들면, 체인을 통해) 결합될 수 있다. 그래서, 스풀의 회전은 반드시 스풀의 스핀들의 회전을 포함하게 되며, 이는 다시 리드스크류를 회전시키며, 이는 다시 카운터웨이트를 구동한다.

몇몇 경우에, 카운터웨이트는 휠 세트(set of wheels)에 의해서와 같이, 채널 내에서 슬라이딩 가능하게 지지되는 블록일 수 있다. 카운터웨이트는 카운터웨이트 상의 너트와 계합하는 리드스크류와 같은 적절한 기계식 액추에이터를 사용하여 구동되며, 그래서 한 방향 또는 다른 방향으로의 리드스크류의 회전은 카운터웨이트가 채널 내에서 제1 축방향 또는 제2 축방향으로 슬라이딩하도록 할 수 있다. 다른 기계식 액추에이터들도 사용될 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 기계식 액추에이터들은 전기를 사용하지 않고 구동될 수 있는 임의의 유형의 액추에이터를 포함할 수 있다. 예를 들면, 몇몇 경우에, 기계식 액추에이터는 유압 액추에이터, 공압 액추에이터, 자기 액추에이터, 강성 벨트 또는 강체 체인 액추에이터, 및/또는 다른 그러한 액추에이터들을 포함할 수 있다. 예에서, 유압 액추에이터는 스풀의 축방향 이동이 카운터웨이트의 이동을 유발하는 제2 유압 피스톤으로 유압 유체를 가압하는 제1 유압 피스톤과 계합하도록 함으로써 사용될 수 있다. 이러한 예에서는, 씨드 리프트 어셈블리의 CoM이 원하는 위치에 유지되도록 카운터웨이트가 스풀의 이동에 비례하는 거리를 이동하도록 제1 및 제2 유압 피스톤의 크기(예를 들면, 피스톤 헤드 면적)가 조정될 수 있다.

제1의 예시적인 씨드 리프트 어셈블리에서, 스풀은 154 ㎜ 또는 대략 154 ㎜의 피치 직경(예를 들면, 스풀의 상반 측들에 걸친 케이블 중심 사이의 직경)과 8 ㎜ 또는 대략 8 ㎜의 피치(예를 들면, 순차적인 감김(swrap)에서 케이블의 중심 사이의 거리)를 가질 수 있다. 피치는 스풀이 전회전(full rotation)시에 축방향으로 이동하는 거리와도 같다. 이 예에서, 스풀은 13.1 kg 또는 대략 13.1 kg의 중량을 가질 수 있고 가동 카운터웨이트는 9.26 kg 또는 대략 9.26 kg의 중량을 가질 수 있으며, 그래서 0.707 또는 대략 0.707의 카운터웨이트의 중량 대 스풀의 중량의 비율을 제공한다. 씨드 리프트 어셈블리의 총 중량은 176.5 kg 또는 대략 176.5 kg이 될 수 있으며, 회전 컴포넌트들 모두의 중량은 163.4 kg 또는 대략 163.4 kg이 된다.

스풀은 159.5 ㎜ 또는 대략 159.5 ㎜의 최대 이동 거리를 가질 수 있다. 카운터웨이트는 189 ㎜ 또는 대략 189 ㎜의 최대 이동 거리를 가질 수 있다. 그래서, 최대 스풀 이동량 대 최대 카운터웨이트 이동량의 비율은 0.844 또는 대략 0.844이다. 따라서, 바람직한 결과를 달성하기 위해서는, 0.844에 가깝지만 이보다는 더 큰 스풀 이동량과 웨이트 이동량 사이의 실제 비율을 설정하는 것이 중요할 수 있다.

제1의 예시적인 구성에서, 카운터웨이트 시스템은 6 ㎜ 또는 대략 6 ㎜의 리드(lead)를 갖는 리드스크류에 부착된 26 치(26-tooth)의 카운터웨이트 스프로킷에 결합된 40 치(40-tooth)의 스풀 스프로킷(예를 들면, 1.5385의 스풀 대 카운터웨이트의 스프로킷 비율)을 포함할 수 있는데, 이는 0.867의 스풀 이동량 대 카운터웨이트 이동량의 비율이 되게 할 수 있다.

제2의 예시적인 구성에서, 카운터웨이트 시스템은 4 ㎜ 또는 대략 4 ㎜의 리드를 갖는 리드스크류에 부착된 18 치(18-tooth)의 카운터웨이트 스프로킷에 결합된 40 치(40-tooth)의 스풀 스프로킷(예를 들면, 2.2222의 스풀 대 카운터웨이트의 스프로킷 비율)을 포함할 수 있는데, 이는 0.900의 스풀 이동량 대 카운터웨이트 이동량의 비율이 되게 할 수 있다.

제3의 예시적인 구성에서, 카운터웨이트 시스템은 6 ㎜ 또는 대략 6 ㎜의 리드를 갖는 리드스크류에 부착된 19 치(19-tooth)의 카운터웨이트 스프로킷에 결합된 30 치(30-tooth)의 스풀 스프로킷(예를 들면, 1.5789의 스풀 대 카운터웨이트의 스프로킷 비율)을 포함할 수 있는데, 이는 0.844의 스풀 이동량 대 카운터웨이트 이동량의 비율이 되게 할 수 있다.

제2의 예시적인 씨드 리프트 어셈블리에서, 스풀은 13.1 kg 또는 대략 13.1 kg의 중량을 가질 수 있고 가동 카운터웨이트는 7 kg 또는 대략 7 kg의 중량을 가질 수 있으며, 그래서 0.534 또는 대략 0.534의 카운터웨이트의 중량 대 스풀의 중량의 비율을 제공한다. 스풀은 159.5 ㎜ 또는 대략 159.5 ㎜의 최대 이동 거리를 가질 수 있다. 카운터웨이트는 242 ㎜ 또는 대략 242 ㎜의 최대 이동 거리를 가질 수 있다. 그래서, 최대 스풀 이동량 대 최대 카운터웨이트 이동량의 비율은 0.659 또는 대략 0.659이다. 따라서, 바람직한 결과를 달성하기 위해서는, 0.659에 가깝지만 이보다는 더 큰 스풀 이동량과 웨이트 이동량 사이의 실제 비율을 설정하는 것이 중요할 수 있다.

제1의 예시적인 구성에서, 카운터웨이트 시스템은 6 ㎜ 또는 대략 6 ㎜의 리드를 갖는 리드스크류에 부착된 30 치(30-tooth)의 카운터웨이트 스프로킷에 결합된 60 치(60-tooth)의 스풀 스프로킷(예를 들면, 2의 스풀 대 카운터웨이트의 스프로킷 비율)을 포함할 수 있는데, 이는 0.667의 스풀 이동량 대 카운터웨이트 이동량의 비율이 되게 할 수 있다.

제2의 예시적인 구성에서, 카운터웨이트 시스템은 6 ㎜ 또는 대략 6 ㎜의 리드를 갖는 리드스크류에 부착된 18 치(18-tooth)의 카운터웨이트 스프로킷에 결합된 36 치(36-tooth)의 스풀 스프로킷(예를 들면, 2의 스풀 대 카운터웨이트의 스프로킷 비율)을 포함할 수 있는데, 이는 0.667의 스풀 이동량 대 카운터웨이트 이동량의 비율이 되게 할 수 있다.

제3의 예시적인 구성에서, 카운터웨이트 시스템은 4 ㎜ 또는 대략 4 ㎜의 리드를 갖는 리드스크류에 부착된 18 치(18-tooth)의 카운터웨이트 스프로킷에 결합된 54 치(54-tooth)의 스풀 스프로킷(예를 들면, 3의 스풀 대 카운터웨이트의 스프로킷 비율)을 포함할 수 있는데, 이는 0.667의 스풀 이동량 대 카운터웨이트 이동량의 비율이 되게 할 수 있다.

제3의 예시적인 씨드 리프트 어셈블리에서, 스풀은 13.1 kg 또는 대략 13.1 kg의 중량을 가질 수 있고 가동 카운터웨이트는 17 kg 또는 대략 17 kg의 중량을 가질 수 있으며, 그래서 1.298 또는 대략 1.298의 카운터웨이트의 중량 대 스풀의 중량의 비율을 제공한다. 스풀은 159.5 ㎜ 또는 대략 159.5 ㎜의 최대 이동 거리를 가질 수 있다. 카운터웨이트는 100 ㎜ 또는 대략 100 ㎜의 최대 이동 거리를 가질 수 있다. 그래서, 최대 스풀 이동량 대 최대 카운터웨이트 이동량의 비율은 1.595 또는 대략 1.595이다. 따라서, 바람직한 결과를 달성하기 위해서는, 1.595에 가깝지만 이보다는 더 큰 스풀 이동량과 웨이트 이동량 사이의 실제 비율을 설정하는 것이 중요할 수 있다.

제1의 예시적인 구성에서, 카운터웨이트 시스템은 4 ㎜ 또는 대략 4 ㎜의 리드를 갖는 리드스크류에 부착된 24 치(24-tooth)의 카운터웨이트 스프로킷에 결합된 30 치(30-tooth)의 스풀 스프로킷(예를 들면, 2의 스풀 대 카운터웨이트의 스프로킷 비율)을 포함할 수 있는데, 이는 1.600의 스풀 이동량 대 카운터웨이트 이동량의 비율이 되게 할 수 있다.

제2의 예시적인 구성에서, 카운터웨이트 시스템은 4 ㎜ 또는 대략 4 ㎜의 리드를 갖는 리드스크류에 부착된 28 치(28-tooth)의 카운터웨이트 스프로킷에 결합된 35 치(35-tooth)의 스풀 스프로킷(예를 들면, 2의 스풀 대 카운터웨이트의 스프로킷 비율)을 포함할 수 있는데, 이는 1.600의 스풀 이동량 대 카운터웨이트 이동량의 비율이 되게 할 수 있다.

제3의 예시적인 구성에서, 카운터웨이트 시스템은 3 ㎜ 또는 대략 3 ㎜의 리드를 갖는 리드스크류에 부착된 18 치(18-tooth)의 카운터웨이트 스프로킷에 결합된 30 치(30-tooth)의 스풀 스프로킷(예를 들면, 3의 스풀 대 카운터웨이트의 스프로킷 비율)을 포함할 수 있는데, 이는 1.600의 스풀 이동량 대 카운터웨이트 이동량의 비율이 되게 할 수 있다.

원하는 결과들을 달성하기 위해, 카운터웨이트의 변위량과 스풀의 변위량 사이의 비는 스풀의 질량(예를 들면, 스풀의 공질량(empty mass)), 스풀 둘레에 감겨진 케이블의 질량, 및 카운터웨이트의 질량을 기초로 할 수 있다. 예를 들어, 보다 무거운 스풀의 경우, 카운터웨이트의 질량이 증가될 수 있고 및/또는 변위비(displacement ratio)가 조정될 수 있다. 변위비는 스풀 스프로킷과 카운터웨이트 스프로킷 사이의 기어비(gear ratio)와 카운터웨이트 리드스크류의 피치를 기초로 달성될 수 있다. 이들 변수(예를 들면, 질량, 비, 거리, 피치 등) 중 어느 하나가 먼저 설정될 수 있다. 예를 들어, 몇몇 경우에는, 스풀의 질량, 케이블의 질량, 및 스풀의 이동 거리가 설정될 수 있으며, 이 경우에는 카운터웨이트의 이동 거리 및/또는 카운터웨이트의 질량이 설정된 변수들을 기초로 계산될 수 있다. 다른 예에서는, 케이블의 질량과 카운터웨이트의 질량이 설정될 수 있고, 스풀의 질량이 설정된 변수들을 기초로 계산될 수 있다. 다른 예에서는, 원하는 변위비가 설정될 수 있고, 원하는 변위비를 달성하기 위해 기어비 및/또는 리드스크류 피치가 계산될 수 있다.

여기서는 윈치 기반의 리프트 시스템을 참조하여 설명되고 있으나, 본 발명의 특정 양태들 및 특징들은 다른 스타일의 씨드 리프팅 메커니즘들을 포함한 씨드 리프트 어셈블리의 임의의 가동 컴포넌트의 CoM의 이동을 상쇄하는 데 사용될 수 있다.

이들 예시적인 실례는 독자에게 여기서 논의되는 일반적인 주제에 대해 소개하기 위해 주어지는 것으로, 개시된 개념들의 범위를 한정하고자 함은 아니다. 이하의 섹션들은 동일한 숫자들이 동일한 요소들을 나타내는 도면들을 참조하여 다양한 추가 특징들 및 예들을 설명하며, 방향성 기술(directional descriptions)이 예시의 목적으로 사용되고 있으나 본 발명을 한정하는 데 사용되어서는 안 된다. 본 명세서의 도해에 포함된 요소들은 축척에 맞춰 그려지지는 않을 수 있다.

도 1은 본 발명의 특정 양태들에 따른 씨드 리프트 어셈블리(102)를 갖는 결정 성장 시스템(100)의 개략도이다. 결정 성장 시스템(100)은 단결정 실리콘계 결정들과 같은 임의의 적절한 결정들을 성장시키는 데 사용될 수 있다. 결정 성장 시스템(100)은 도가니(116)를 포함하는 퍼니스 탱크(furnace tank)(114)를 포함할 수 있다. 퍼니스 탱크(114)는 도가니(116)에 열을 제공할 수 있다. 도가니(116)는 초기에는, 용융물(112)을 형성할 때까지 가열될 수 있는 고체 물질로 채워질 수 있다. 도가니(116)는 제1 방향으로 회전하도록 제어될 수 있다.

수용 챔버(106)가 퍼니스 탱크(114)의 상부에 결합될 수 있다. 수용 챔버(106)는 임의의 적절한 길이로 연장될 수 있다. 씨드 리프트 어셈블리(102)는 수용 챔버(160)의 상단부에 결합될 수 있다. 씨드 리프트 어셈블리(102)는 베어링(107)을 통해서와 같이, 수용 챔버(106)의 상단부에 회전 가능하게 결합될 수 있다. 회전 모터(106)가 수용 챔버(160)의 중심을 축방향으로 통과하는 (및 수용 챔버(160) 내의 케이블의 중심선을 축방향으로 통과하는) 회전축(118)을 중심으로 한 씨드 리프트 어셈블리(102)의 회전을 제어할 수 있다.

씨드 리프트 어셈블리(102)는 수용 챔버(106)를 통해서 퍼니스 탱크(114) 내로 케이블(104)을 드리울 수 있다. 케이블(104)의 원위단(예를 들면, 씨드 리프트 어셈블리(102)로부터 가장 먼 단부)에 씨드 결정(seed crystal)(108)이 유지된다. 씨드 결정은 용융물(112)과 동일한 물질의 작은 단결정일 수 있다.

결정 성장 시스템(100)은 성장 프로세스의 시작과 종료 사이에서 묘사된다. 성장 프로세스의 시작 시에, 씨드 리프트 어셈블리(102)는 씨드 결정(108)이 용융물(112)에 접촉할 때까지 케이블(104)을 하강시킬 수 있다. 다음으로, 씨드 리프트 어셈블리(102)는 신생 잉곳(nascent ingot)(110)이 형성되도록 하면서 씨드 결정(108)을 (예를 들면, 0 내지 600 ㎜/hr와 같이 시간당 수, 수십, 또는 수백 밀리미터 정도의 속도로) 한결같이 들어올릴 수 있다. 최적의 결정 성장을 얻기 위해, 씨드 리프트 어셈블리(102)는 케이블(104)을 들어올리면서 동시에 도가니(116)의 회전 방향과 반대 방향으로 회전할 수 있다. 케이블(104)이 들어올려짐에 따라, 신생 잉곳(110)이 용융물(112)로부터 인출되며, 그래서 신생 잉곳(110)의 단결정 구조와 정렬된 상태로 새로운 물질이 신생 잉곳(110)의 하단부에서 고화되도록 한다.

성장 프로세스 중에, 씨드 리프트 어셈블리(102)는 성장 프로세스가 종료될 때까지, 케이블(104) 및 그에 따라 신생 잉곳(110)을 수용 챔버(106) 내에까지 들어올리게 된다. 성장 프로세스는 신생 잉곳(110)이 원하는 길이에 도달할 때, 도가니(116) 내의 물질이 소모되었을 때, 씨드 리프트 어셈블리(102)가 케이블(104)을 더 이상 올릴 수 없을 때 등에 종료될 수 있다.

예시의 목적으로, 씨드 리프트 어셈블리는 커버(covering) 또는 덮개(shroud) 없이 묘사된다. 몇몇 경우에는, 수용 챔버(106) 및 퍼니스 탱크(114) 내에서 원하는 환경을 유지하는 것을 돕기 위해 커버 또는 덮개가 씨드 리프트 어셈블리를 둘러쌀 수 있다. 커버 또는 덮개는 신생 잉곳(110)을 둘러싼 가스 환경이 제어될 수 있게 하면서 분진과 오염물질을 차단할 수 있다.

본 명세서에서 보다 상세히 개시되는 바와 같이, 씨드 리프트 어셈블리(102)는 회전축(118)을 따라 씨드 리프트 어셈블리(102)의 질량 중심을 유지하는 액티브 카운터밸런스(active counterbalance)를 포함할 수 있다.

도 2는 본 발명의 특정 양태들에 따른 씨드 리프트 어셈블리(202)의 정면의 그래픽 투영도이다. 씨드 리프트 어셈블리(202)는 도 1의 씨드 리프트 어셈블리(102)와 같은 임의의 적절한 씨드 리프트 어셈블리일 수 있다. 씨드 리프트 어셈블리(202)는 다양한 컴포넌트가 장착될 수 있는 베이스 플레이트(224)를 포함할 수 있다. 케이블은 베이스 플레이트(224)의 하측에 있는 케이블 포트(220)로부터 나갈 수 있다.

씨드 리프트 어셈블리(202)는 스풀 하우징(228) 내에 위치된 스풀을 포함할 수 있다. 케이블은 스풀 둘레에 감겨질 수 있으며, 그래서 스풀이 회전을 통해 케이블을 하강 및 상승시키도록 제어할 수 있게 한다. 케이블은 스풀로부터 풀려서는 위쪽으로 지나가서 케이블 풀리 어셈블리(230) 내의 풀리 둘레를 지나고 난 후, 다시 아래로 내려와서 케이블 포트(220)로부터 나갈 수 있다. 케이블 풀리 어셈블리(230) 내의 풀리는 케이블을 케이블 포트(220)의 중심에 유지시키는 것을 용이하게 할 수 있다.

스풀의 회전은 스풀 모터(232)에 의해 제어될 수 있다. 스풀 모터(232)는 기어박스(222)를 구동할 수 있으며, 기어박스(222)는 다시 스풀의 회전을 구동하는 스풀 스핀들을 구동할 수 있다. 예를 들어, 스풀 스핀들은 스풀 스핀들의 회전이 대응하는 스풀의 회전을 유발하도록 스풀에 회전 고정될 수 있다.

씨드 리프트 어셈블리(202)의 컴포넌트들을 제어 및 모니터링하는 데 사용되는 전자기기를 수용하기 위해 전자기기 인클로저(234)가 베이스 플레이트(224) 상에 위치될 수 있다. 본 명세서에서 설명되는 바와 같이, 씨드 리프트 어셈블리(202)의 밸런스의 중심을 케이블 포트(220)의 중심에 유지시키는 것이 유용할 수 있다. 그래서, 베이스 플레이트(224)의 일측에 무거운 장비(예를 들면, 스풀 모터(232), 스풀 기어박스(222), 및 스풀 하우징(228) 부분들)가 존재하기 때문에, 베이스 플레이트(224)의 타측에는 하나 이상의 정적 카운터웨이트(static counterweights)(226)가 위치될 수 있다.

도 3은 본 발명의 특정 양태들에 따른 씨드 리프트 어셈블리(302)의 정면의 부분 절취 그래픽 투영도이다. 씨드 리프트 어셈블리(302)는 도 1의 씨드 리프트 어셈블리(102)와 같은 임의의 적절한 씨드 리프트 어셈블리일 수 있다. 도 3에 묘사된 바와 같이, 스풀 하우징과 같은 몇몇 컴포넌트는 예시의 목적상 묘사되지 않았다.

스풀(338)은 스풀 스핀들(340)에 의해 구동되고, 스풀 스핀들(340)은 스풀 기어박스(322)에 의해 구동되며, 스풀 기어박스(322)는 다시 스풀 모터(332)에 의해 구동된다. 스풀 스핀들(340)이 회전하여 스풀(338)을 회전시킴에 따라, 스풀 스핀들은 스풀 스프로킷(336)을 또한 회전시킬 수 있다. 스풀 스핀들(340)을 따라서의 스풀(338)의 축방향 병진이동이 반대 방향으로의 카운터웨이트의 대응하는 축방향 병진이동을 유발하도록, 스풀 스프로킷은 스풀을 카운터웨이트 어셈블리(334) 내의 가동 카운터웨이트에 기계적으로 결합할 수 있다.

케이블(304)은 스풀(338)의 그루브를 나와서 케이블 풀리 어셈블리(330)로 들어간 후에 아래쪽으로 지향되어 케이블 포트(320)로부터 나가는 것으로 묘사되어 있다.

또한, 도 3의 씨드 리프트 장치(302)는 제1 정적 카운터웨이트(326) 및 제2 정적 카운터웨이트(342)를 갖는 베이스 플레이트(324)를 포함한다. 제1 및 제2 정적 카운터웨이트(326, 342)는 씨드 리프트 장치(302)의 고정 컴포넌트들에 대한 고정 카운터밸런스(stationary counterbalance)로서 기능할 수 있다. 스풀(338)의 밸런스의 중심이 제1 방향으로(예를 들면, 도 3에 묘사된 우측에서 좌측으로) 이동됨에 따라, 카운터웨이트 어셈블리(334)의 가동 카운터웨이트는 반대 방향으로(예를 들면, 도 3에 묘사된 좌측에서 우측으로) 이동하여 스풀(338)의 균형을 잡을 수 있다.

도 4는 본 발명의 특정 양태들에 따른 액티브 밸런스 카운터웨이트 어셈블리(444)를 도시하는 씨드 리프트 어셈블리(402)의 부분 절취 배면도이다. 씨드 리프트 어셈블리(402)는 도 1의 씨드 리프트 어셈블리(102)와 같은 임의의 적절한 씨드 리프트 어셈블리일 수 있다. 전자기기 인클로저(434) 및 카운터웨이트 어셈블리(444)의 하우징들의 커버들은 예시의 목적상 묘사되지 않았다.

전자기기 어셈블리(434)는 씨드 리프트 장치(402)를 제어 및/또는 모니터링하는 데 사용되는 전자기기들(450)을 포함할 수 있다. 몇몇 경우에, 카운터웨이트 어셈블리(444)는 전자기기 어셈블리(434)의 아래에 위치될 수 있다. 카운터웨이트 어셈블리(444)는 베이스 플레이트(424)에 직접 결합될 수 있으나, 항상 그럴 필요는 없다. 하지만, 카운터웨이트(446)의 질량 중심을 베이스 플레이트(424)로부터 더 멀리 이격되기보다는 베이스 플레이트(424)에 더 가깝게 유지하는 것이 바람직할 수 있다.

카운터웨이트 어셈블리(444)는 리드스크류(448)에 의해 구동되는 카운터웨이트를 포함할 수 있다. 카운터웨이트(446)는 축방향으로(예를 들면, 리드스크류(448)의 축의 방향의 축방향으로) 이동하도록 구동될 수 있다. 카운터웨이트(446)는 채널(492) 내에 슬라이딩 가능하게 장착될 수 있다. 본 명세서에서 보다 상세히 개시되는 바와 같이, (예를 들면, 스풀 모터(432)에 의해 구동되는) 스풀의 이동은 리드스크류(448)를 회전시킬 수 있으며, 그에 의해 카운터웨이트(446)의 축방향 이동을 유발할 수 있다.

몇몇 경우에는, 예컨대 리드스크류(448)의 회전을 모니터링하기 위해 인코더(452)가 리드스크류(448)에 선택적으로 결합될 수 있다. 리드스크류(448)의 회전을 모니터링하는 것은 카운터웨이트(446)의 위치, 스풀의 위치, 및 케이블(및 그에 따라 신생 잉곳)의 위치에 대한 통찰을 제공할 수 있다. 인코더(452)를 스풀 스핀들이 아니라 리드스크류(448)에 결합함으로써, 인코더(452)의 질량 중심은 회전축(418)에 더 가깝게 위치될 수 있으며, 그에 따라 인코더(452)의 질량을 상쇄시키는 데 필요한 정적 카운터웨이트(예를 들면, 카운터웨이트(442))의 전체량을 저감시킬 수 있다.

도 5는 본 발명의 특정 양태들에 따른, 액티브 밸런스 카운터웨이트 어셈블리(544)의 부분 절취 확대 배면도이다. 카운터웨이트 어셈블리(544)는 도 4의 카운터웨이트 어셈블리(444)와 같은 임의의 적절한 카운터웨이트 어셈블리일 수 있다.

카운터웨이트 어셈블리(544)는 카운터웨이트 어셈블리(544)의 하우징의 채널(492) 내에 위치된(예를 들면, 슬라이딩 가능하게 위치된) 카운터웨이트(546)를 포함할 수 있다. 채널(492)의 사용이 도 4에 묘사되어 있으나, 안정화 바(stabilizing bars), 캐리지 등과 같은 다른 기법들이 카운터웨이트(546)의 원치 않는 움직임(예를 들면, 비축방향 움직임)을 제한하는 데 사용될 수 있다.

채널(492)은 카운터웨이트 어셈블리(544)의 하우징의 다양한 벽들로 형성될 수 있다. 몇몇 경우에는, 적어도 하나의 벽(예를 들면, 후방 벽, 또는 도 5의 지면(page)과 동일한 평면상에 있으며 지면으로부터 나오는 쪽으로 향하는 벽)이 상부 벽 부분(554)과 하부 벽 부분(556) 사이의 개구부와 같은, 분할부(split) 또는 개구부(opening)를 포함할 수 있다. 이러한 분할 벽은 필요한 경우에 카운터웨이트(546)에의 접근을 용이하게 할 수 있다.

또한, 이러한 분할 벽은 엔드스톱(endstops)(562, 564)이 카운터웨이트(546)에 결합되고 상부 벽 부분(554)과 하부 벽 부분(556) 너머로 연장될 수 있게 할 수 있다. 엔드스톱(562, 564) 각각은 블록을 통해 카운터웨이트(546)에 결합된 조정 가능한 스톱(stop)을 포함할 수 있다. 각 엔드스톱(562, 564)은 채널(492)의 상반 단부들에 인접한 각각의 리미트 스위치(limit switches)(558, 560)와 계합할 수 있다. 몇몇 경우에, 리미트 스위치들(558, 560)은 채널(492) 내와 같이 다른 곳에 위치될 수도 있는데, 이 경우에 리미트 스위치들(558, 560)은 카운터웨이트(546) 자체에 의해 결합될 수 있다. 하지만, 도 5에 묘사된 엔드스톱들(562, 564) 및 리미트 스위치들(558, 560)을 사용함으로써, 카운터웨이트(546)의 이동 범위 - 및 그에 따라 스풀의 이동 범위와 케이블 이동 범위 - 는 원하는 엔드스톱(562, 564)의 위치를 조정함으로써(예를 들면, 블록 내의 조정 가능한 스톱의 조정 및/또는 카운터밸런스(546) 상의 블록의 조정을 통해) 제어될 수 있다.

원활한 슬라이딩 가능 운동을 용이하게 하기 위해, 카운터밸런스(546)는 하나 이상의 휠(566)을 포함할 수 있다. 휠들(566)은 상부 벽 부분(554) 및 하부 벽 부분(556)과 같은 채널(492)의 다양한 벽과 계합할 수 있다. 몇몇 경우에는, 휠들(566)에 부가적으로 또는 휠들(566) 대신에 다른 마찰 저감 기법들이 사용될 수 있다.

인코더(552)가 커플링(553)(예를 들면, 축방향 샤프트 커플링)을 통해 리드스크류(568)에 결합될 수 있다.

도 6은 본 발명의 특정 양태들에 따른, 액티브 밸런스 카운터웨이트 어셈블리(644)의 선택된 컴포넌트들의 그래픽 투영도이다. 카운터웨이트 어셈블리(644)는 도 4의 카운터웨이트 어셈블리(444)와 같은 임의의 적절한 카운터웨이트 어셈블리일 수 있다. 씨드 리프트 어셈블리의 다양한 컴포넌트는 예시의 목적상 묘사되지 않았다. 카운터웨이트 어셈블리(644)의 하우징이 묘사되지 않아서, 카운터웨이트(646)는 그 휠들(666)을 포함하여 보다 상세히 볼 수 있다.

스풀 모터가 스풀 기어박스(622)를 구동함에 따라, 스풀 기어박스(622)는 스풀 스핀들을 구동하고, 스풀 스핀들은 다시 스풀을 회전시킨다. 스풀의 회전 및 그에 따른 스풀의 축방향 이동이 카운터웨이트(646)의 대응하는 반대 이동을 구동하도록 스풀은 카운터웨이트(646)에 결합될 수 있다.

스풀과 카운터웨이트(646)를 서로 기계적으로 결합하기 위해 다양한 기법들이 사용될 수 있으나, 도 6에는 스프로킷 및 체인 기법이 묘사되어 있다. 스풀 기어박스(622)에 의한 스풀 스핀들의 회전은 스풀과 스풀 스프로킷(636) 양자 모두를 회전시킨다. 스풀 스프로킷(636)은 스풀 스프로킷(636)을 카운터밸런스 스프로킷(668)에 결합하는 체인(670)을 통해 리드스크류(648)에 회전 결합될 수 있다. 스풀 스프로킷(636)은 스풀 스핀들에 대해 회전 고정될 수 있고, 카운터밸런스 스프로킷(668)은 리드스크류(648)에 대해 회전 고정될 수 있다. 그래서, 스풀 스핀들의 회전은 리드스크류(648)의 대응하는 회전을 유발한다. 스풀 스핀들 - 및 그에 따른 스풀 - 대 리드스크류(648)의 RPM(revolutions per minute)의 비는 스풀 스프로킷(636)과 카운터밸런스 스프로킷(668)의 크기 비로 정의될 수 있다.

예를 들어, 40 치(40 teeth)의 크기를 갖는 스풀 스프로킷(636)과 18 치(18 teeth)의 크기를 갖는 카운터밸런스 스프로킷(668)은 0.45의 비율이 될 수 있다. 그래서, 스풀 스핀들 및 그에 따른 스풀의 매 0.450 회전당, 리드스크류(648)는 1 회전할 수 있다. 리드스크류(648)의 리드(예를 들면, 싱글 스타트(single-start) 리드스크류의 경우 리드스크류(648)의 피치)에 따라, 카운터밸런스(646)의 축방향 변위는 스풀 스핀들의 각 회전에 대해 계산될 수 있다. 위의 예에서 리드스크류(648)의 리드가 4 ㎜이면, 스풀 스핀들의 각 회전은 카운터밸런스(646)의 대응하는 8.889 ㎜의 축방향 변위를 초래하게 될 것이다.

도 7은 본 발명의 특정 양태들에 따른, 액티브 밸런스 카운터웨이트 어셈블리의 카운터웨이트(746)의 배면 측의 그래픽 투영도이다. 카운터웨이트(746)는 도 4의 카운터웨이트(446)와 같은 임의의 적절한 카운터웨이트일 수 있다. 예시의 목적으로, 카운터웨이트(746)는 투명하게 묘사되어 있다.

카운터웨이트(746)는 임의의 적절한 형상일 수 있으나, 몇몇 경우에는 직사각형 형상이 사용된다. 카운터웨이트(746)는 다수의 휠(766A, 766B, 766C, 766D, 766E, 766F, 766G, 766H)을 포함할 수 있다. 임의의 개수가 사용될 수 있으나, 몇몇 경우에는 8개의 휠이 사용된다. 휠들(766A, 766B)은 서로 카운터웨이트(746)의 상반 단부들에서 상부 후방 측에 위치될 수 있다. 휠들(766A, 766B)은 채널의 상부 벽 부분(예를 들면, 도 5의 상부 벽 부분(554))과 계합할 수 있다. 대응하는 휠들(766E, 766F)이 서로 카운터웨이트(746)의 상반 단부들에서 하부 후방 측에 위치될 수 있다. 휠들(766E, 766F)은 채널의 하부 벽 부분(예를 들면, 도 5의 하부 벽 부분(556))과 계합할 수 있다. 휠들(766C, 766D)은 카운터웨이트(746)의 각각의 상부 및 하부 측에 위치되어, 채널 내의 대응하는 표면들과 계합할 수 있다.

휠들(766G, 766H)은 서로 카운터웨이트(746)의 상반 단부들에서 카운터웨이트(746)의 하부 전방 측에 위치될 수 있다. 몇몇 경우에는, 카운터웨이트(746)의 상부 전방 측에는 휠들이 사용되지 않는다. 성장 프로세스 동안에(예를 들면, 신생 잉곳이 형성되는 동안에) 리드스크류(748)의 회전 방향 때문에, 카운터웨이트(746)는 리드스크류(748)의 축(749)을 중심으로 방향 776으로 회전하도록 압박받게 된다. 방향 776으로 회전하도록 압박받을 때, 휠들(766G, 766H)은 채널의 대응하는 벽에 밀어붙여지는 한편, 카운터웨이트(746)의 상부 전방 측은 해당 벽으로부터 멀어지도록 압박받게 된다. 그래서, 원활한 작동이 가장 필요할 때(예를 들면, 신생 잉곳이 형성되고 있고 케이블이 들어올려지고 있는 동안) 원활한 작동이 보장될 수 있는 한편, 원활한 작동이 그다지 중요한 관심사가 아닐 때(예를 들면, 케이블을 용융물 쪽으로 하강시키고 있는 동안)에만 사용되게 되는 일부 휠을 제외함으로써 사용되는 휠들의 총 개수를 또한 줄일 수 있다. 또한, 더 적은 수의 휠들을 사용할 수 있는 능력은 카운터웨이트(746)의 전체 크기를 축소시키는 것을 용이하게 할 수 있다(예를 들면, 카운터웨이트(746) 재료는 휠보다 밀도가 더 높기 때문에, 휠에 의해 점유되지 않는 체적은 카운터웨이트 재료에 의해 점유될 수 있으며, 그래서 휠들을 위한 더 적은 수의 절취부(cutouts) 또는 개구부는 약간 더 작은 체적에 동일한 양의 질량이 수용되게 할 수 있다.

카운터웨이트(746)를 구동하기 위해, 리드스크류(748)는 너트(774)와 상호작용할 수 있다. 너트(774)는 카운터웨이트(746)에 회전 고정될 수 있다. 카운터웨이트 내의 공동(cavity)(772)은 카운터웨이트(746)의 일부 또는 전부를 통해 연장될 수 있고 리드스크류(748)의 직경보다 큰 직경을 가질 수 있으며, 그래서 카운터웨이트(746)가 리드스크류(748)를 따라 위로(예를 들면, 근위쪽으로) 이동할 수 있게 한다. 리드스크류(748)가 회전함에 따라, 너트(774)는 카운터웨이트(746)에 회전 고정된 상태로 유지되고, 카운터웨이트(746)는 다시 채널에 대해 실질적으로 회전 고정된 상태로 유지된다. 그래서, 리드스크류(748)의 회전은 너트(774)가 리드스크류(748)를 따라 위로(예를 들면, 근위쪽으로) 또는 아래로(예를 들면, 원위쪽으로) 이동하게 한다.

도 8은 본 발명의 특정 양태들에 따른, 스풀(838) 및 가동 카운터웨이트(842)를 나타내는, 씨드 리프트 어셈블리(802)의 배면의 부분 절취 그래픽 투영도이다. 씨드 리프트 어셈블리(802)는 도 1의 씨드 리프트 어셈블리(102)와 같은 임의의 적절한 씨드 리프트 어셈블리일 수 있다. 예시의 목적상 씨드 리프트 어셈블리(802)의 특정 컴포넌트들은 묘사되지 않았다.

케이블(804)이 스풀(838)에 감겨 있는 것이 보인다. 케이블(804)은 케이블 포트(820)를 통해 베이스 플레이트(824)를 통과하여 씨드 리프트 어셈블리(802)에 들어갈 수 있다. 케이블(804)은 위쪽으로 풀리(894) 위를 지나고 난 후, 다시 아래로 스풀(838)의 그루브 내로 지향될 수 있다. 그래서, 스풀(838)이 회전함에 따라, 케이블은 점진적으로 스풀(838) 둘레에 감긴다. 케이블 포트(820)는 씨드 리프트 어셈블리(802)의 회전축 및 씨드 리프트 어셈블리(802)의 질량 중심과 정렬될 수 있다.

스풀(838)은 회전함에 따라, 또한 (예를 들면, 도 8에서 보이는 지면(page)으로 들어가는) 축방향으로 병진이동한다. 또한, 스풀(838)은 회전함에 따라, 카운터웨이트 어셈블리의 리드스크류(848)가 카운터웨이트 스프로킷(868)을 통해 회전하게 한다. 리드스크류(848)의 회전은 그래서 스풀(838)과 반대(예를 들면, 도 8에서 보이는 지면으로부터 나오는) 방향으로 카운터웨이트(842)의 축방향 이동을 유발하며, 그에 따라 스풀(838)의 이동에 의해 유발되었을 수 있는 모든 CoM 변위를 상쇄한다.

도 9는 본 발명의 특정 양태들에 따른, 스풀(938)이 제1 스풀 위치에 있고 가동 카운터웨이트(946)가 제1 카운터웨이트 위치에 있는 상태의 씨드 리프트 어셈블리(902)의 개략적인 평면도이다. 씨드 리프트 어셈블리(902)는 도 1의 씨드 리프트 어셈블리(102)와 같은 임의의 적절한 씨드 리프트 어셈블리일 수 있다. 몇몇 경우에, 제1 스풀 위치와 제1 카운터웨이트 위치는 결정 성장 프로세스의 시초(예를 들면, 케이블을 용융물로부터 들어올리기 시작할 때)의 시작 스풀 위치 및 시작 카운터웨이트 위치에 해당할 수 있다. 케이블(904)은 케이블 포트(920)를 통해 씨드 리프트 어셈블리(902)에 들어갈 수 있다.

씨드 리프트 어셈블리(902)의 측방향 중심선(988)(또는 측방향 평면)은 케이블 포트(920)의 중심을 통해(예를 들면, 및 씨드 리프트 어셈블리(902)의 질량 중심(978)을 통해) 연장되고 스풀 스핀들(940)의 축에 수직인 선(또는 평면)으로 정의될 수 있다. 측방향 중심선(988)(또는 측방향 평면)은 도 9에 묘사된 바와 같이 씨드 리프트 어셈블리(902)를 "좌"측 및 "우"측으로 분리할 수 있다.

씨드 리프트 어셈블리(902)의 종방향 중심선(990)(또는 종방향 평면)은 케이블 포트(920)의 중심을 통해(예를 들면, 및 씨드 리프트 어셈블리(902)의 질량 중심(978)을 통해) 연장되고 스풀 스핀들(940)의 축에 평행한 선(또는 평면)으로 정의될 수 있다. 종방향 중심선(990)(또는 종방향 평면)은 도 9에 묘사된 바와 같이 씨드 리프트 어셈블리(902)를 "상부"측 및 "하부"측으로 분리할 수 있다.

제1 스풀 위치에서, 스풀(938)은 스풀 스핀들(940)을 따라 근위에 위치된다. 스풀(938)은 그 그루브(984) 내에 감겨진 케이블(986)의 몇 회전을 포함한다. 스풀의 질량 중심(982)이 묘사되어 있는데, 측방향 중심선(988)의 좌측 및 종방향 중심선(990)의 하부에 놓인다.

제1 카운터웨이트 위치에서, 카운터웨이트(946)는 리드스크류(948)를 따라 원위에 위치된다. 몇몇 경우에는, 제1 카운터웨이트 위치에서, 제1 엔드스톱(964)이 제1 리미트 스위치(960)와 계합할 수 있다. 카운터웨이트의 질량 중심(980)이 묘사되어 있는데, 측방향 중심선(988)의 우측에 또는 스풀의 질량 중심(982)으로부터 측방향 중심선(988)의 반대측에 놓인다. 카운터웨이트의 질량 중심(980)은 종방향 중심선(990)의 상부에 또는 스풀의 질량 중심(982)으로부터 종방향 중심선(990)의 반대측에 놓인다.

스풀(938)이 회전되어 추가 케이블(904)을 감으면, 스풀(938)은 스풀 스핀들(940)을 따라 원위로(예를 들면, 도 9에서 보이는 좌측에서 우측으로) 이동하게 된다. 스풀의 질량 중심(982)은 측방향 중심선(988) 쪽으로 이동하게 되며, 몇몇 경우에는 측방향 중심선(988) 너머로 이동하게 된다. 스풀(938)이 회전하면, 스풀 스프로킷(936)이 회전하여 체인(970)으로 하여금 카운터웨이트 스프로킷(968)을 회전시키게 하는데, 이는 다시 리드스크류(948)를 회전시켜 카운터웨이트(946)가 스풀(938)과 반대 방향으로 축방향으로 이동하도록 구동한다(예를 들면, 카운터웨이트(946)는 도 9에서 보이는 우측으로부터 좌측으로 이동할 수 있다). 카운터웨이트의 질량 중심(980)은 측방향 중심선(988) 쪽으로 이동하게 되며, 몇몇 경우에는 측방향 중심선(988) 너머로 이동한다. 몇몇 경우에는, 스풀의 질량 중심(982)이 측방향 중심선(988)에 도달할 때, 카운터웨이트의 질량 중심(980)도 측방향 중심선(988)에 도달하게 되지만 항상 그럴 필요는 없다.

그래서, 스풀의 질량 중심(982)이 케이블 포트(920)의 중심에 대해 이동함에 따라, 카운터웨이트의 질량 중심(980)은 대응하는 반대 방향으로 이동하여 씨드 리프트 어셈블리(902)의 질량 중심(978)을 (예를 들면, 케이블 포트(920)의 중심에서 또는 그 위에서 및/또는 씨드 리프트 어셈블리(902)의 회전축을 따라서) 동일한 위치에 유지시킨다.

도 10은 본 발명의 특정 양태들에 따른, 스풀이 제2 스풀 위치에 있고 가동 카운터웨이트가 제2 카운터웨이트 위치에 있는 상태의 씨드 리프트 어셈블리의 개략적인 평면도이다. 씨드 리프트 어셈블리(1002)는 도 1의 씨드 리프트 어셈블리(102)와 같은 임의의 적절한 씨드 리프트 어셈블리일 수 있다. 몇몇 경우에, 제2 스풀 위치와 제2 카운터웨이트 위치는 결정 성장 프로세스의 종료시(예를 들면, 케이블이 최고 설정점까지 들어올려진 후)의 종료 스풀 위치 및 종료 카운터웨이트 위치에 해당할 수 있다. 케이블(1004)은 케이블 포트(1020)를 통해 씨드 리프트 어셈블리(1002)에 들어갈 수 있다.

씨드 리프트 어셈블리(1002)의 측방향 중심선(1088)(또는 측방향 평면)은 케이블 포트(1020)의 중심을 통해(예를 들면, 및 씨드 리프트 어셈블리(1002)의 질량 중심(1078)을 통해) 연장되고 스풀 스핀들(1040)의 축에 수직인 선(또는 평면)으로 정의될 수 있다. 측방향 중심선(1088)(또는 측방향 평면)은 도 10에 묘사된 바와 같이 씨드 리프트 어셈블리(1002)를 "좌"측 및 "우"측으로 분리할 수 있다.

씨드 리프트 어셈블리(1002)의 종방향 중심선(1090)(또는 종방향 평면)은 케이블 포트(1020)의 중심을 통해(예를 들면, 및 씨드 리프트 어셈블리(1002)의 질량 중심(1078)을 통해) 연장되고 스풀 스핀들(1040)의 축에 평행한 선(또는 평면)으로 정의될 수 있다. 종방향 중심선(1090)(또는 종방향 평면)은 도 10에 묘사된 바와 같이 씨드 리프트 어셈블리(1002)를 "상부"측 및 "하부"측으로 분리할 수 있다.

제2 스풀 위치에서, 스풀(1038)은 스풀 스핀들(1040)을 따라 원위에 위치된다. 스풀(1038)은 그 그루브(1084) 내에 감겨진 케이블(1086)의 다수의 회전을 포함한다. 스풀의 질량 중심(1082)이 묘사되어 있는데, 측방향 중심선(1088)의 우측 및 종방향 중심선(1090)의 하부에 놓인다.

제2 카운터웨이트 위치에서, 카운터웨이트(1046)는 리드스크류(1048)를 따라 근위에 위치된다. 몇몇 경우에는, 제2 카운터웨이트 위치에서, 제2 엔드스톱(1062)이 제2 리미트 스위치(1058)와 계합할 수 있다. 카운터웨이트의 질량 중심(1080)이 묘사되어 있는데, 측방향 중심선(1088)의 좌측에 또는 스풀의 질량 중심(1082)으로부터 측방향 중심선(1088)의 반대측에 놓인다. 카운터웨이트의 질량 중심(1080)은 종방향 중심선(1090)의 상부에 또는 스풀의 질량 중심(1082)으로부터 종방향 중심선(1090)의 반대측에 놓인다.

스풀(1038)이 회전되어 감겨진 케이블(1086)을 풀면, 스풀(1038)은 스풀 스핀들(1040)을 따라 근위로(예를 들면, 도 10에서 보이는 우측에서 좌측으로) 이동하게 된다. 스풀의 질량 중심(1082)은 측방향 중심선(1088) 쪽으로 이동하게 되며, 몇몇 경우에는 측방향 중심선(1088) 너머로 이동하게 된다. 스풀(1038)이 회전하면, 스풀 스프로킷(1036)이 회전하여 체인(1070)으로 하여금 카운터웨이트 스프로킷(1068)을 회전시키게 하는데, 이는 다시 리드스크류(1048)를 회전시켜 카운터웨이트(1046)가 스풀(1038)과 반대 방향으로 축방향으로 이동하도록 구동한다(예를 들면, 카운터웨이트(1046)는 도 10에서 보이는 좌측으로부터 우측으로 이동할 수 있다). 카운터웨이트의 질량 중심(1080)은 측방향 중심선(1088) 쪽으로 이동하게 되며, 몇몇 경우에는 측방향 중심선(1088) 너머로 이동하게 된다. 몇몇 경우에는, 스풀의 질량 중심(1082)이 측방향 중심선(1088)에 도달할 때, 카운터웨이트의 질량 중심(1080)도 측방향 중심선(1088)에 도달하게 되지만 항상 그럴 필요는 없다.

그래서, 스풀의 질량 중심(1082)이 케이블 포트(1020)의 중심에 대해 이동함에 따라, 카운터웨이트의 질량 중심(1080)은 대응하는 반대 방향으로 이동하여 씨드 리프트 어셈블리(1002)의 질량 중심(1078)을 (예를 들면, 케이블 포트(1020)의 중심에서 또는 그 위에서 및/또는 씨드 리프트 어셈블리(1002)의 회전축을 따라서) 동일한 위치에 유지시킨다.

도 11은 본 발명의 특정 양태들에 따른, 카운터웨이트 어셈블리(1144)의 개략적인 배면도이다. 카운터웨이트 어셈블리(1144)는 도 1의 씨드 리프트 어셈블리(102)와 같은 임의의 적절한 씨드 리프트 어셈블리에 사용될 수 있는 대체 스타일의 카운터웨이트 어셈블리이다.

카운터웨이트 어셈블리(1144)는 본 명세서에 개시된 다른 카운터웨이트 어셈블리들과 유사할 수 있으나, 카운터웨이트(1146)는 선형 레일(1196) 상을 이동하는 캐리지(1147)에 결합될 수 있다. 카운터웨이트(1146), 캐리지(1147), 및 레일(1196)은 씨드 리프트 어셈블리의 반대 측에 있는 컴포넌트들에 대한 카운터웨이트들로 기능할 수 있는데, 카운터웨이트(1146)와 캐리지(1147)는 스풀의 이동을 보상하도록 이동 가능하다.

리드스크류(1148)는, 카운터웨이트 스프로킷(1168)에 의한 리드스크류(1148)의 회전이 캐리지(1147)를 레일(1196)을 따라 축방향으로 이동시키도록 캐리지(1147)에 결합될 수 있다. 캐리지(1147)의 롤러들(1199)은 레일(1196)을 따라 슬라이딩하는 캐리지(1147)를 저마찰로 유지하도록 레일(1196)의 트랙(1198) 내에 감합될 수 있다. 몇몇 경우에, 롤러들(1199)은 휠 또는 베어링의 형태일 수 있다. 몇몇 경우에, 선형 레일(1196)은 "T"자형 트랙(1198)을 갖는 압출 성형물일 수 있다.

카운터웨이트(1146)는 캐리지(1147)에 결합될 수 있다. 몇몇 경우에, 카운터웨이트(1146)는 단일 위치에서만 캐리지(1147)에 결합될 수 있으나, 항상 그럴 필요는 없다. 몇몇 경우에, 카운터웨이트(1146)는 복수의 축방향 위치(예를 들면, 도 11에서 보이는 좌측에서 우측으로의 위치들)에서 캐리지(1147)에 결합될 수 있다. 그러한 경우에, 카운터웨이트(1146)는 예컨대, 스풀의 중량 중심에 대해 카운터웨이트(1146)와 캐리지(1147)의 통합 중량 중심의 위치를 미세 튜닝하기 위해 캐리지(1147)에 대해 축방향으로 조정될 수 있다.

몇몇 경우에, 레일(1196)은 2개 이상의 레일로 대체될 수 있다. 몇몇 경우에, 캐리지(1147)의 축방향 이동은 리드스크류(1148) 대신에 대체의 선형 액추에이터를 사용하여 구동될 수 있다.

도 12는 본 발명의 특정 양태들에 따른, 씨드 리프트를 액티브하게 밸런싱시키는 프로세스(1200)를 묘사하는 플로차트이다. 프로세스(1200)는 도 1의 결정 성장 시스템(100)과 같은 임의의 적절한 결정 성장 시스템에 의해 수행될 수 있다.

블록 1202에서, 씨드 결정이 용융물로 하강된다. 씨드 결정은 씨드 리프트 어셈블리에 의해 자체적으로 지지되는 케이블 또는 유사한 플렉시블 지지체에 부착된다. 씨드 결정은 하강되어 용융물과 접촉하고 결정 형성의 씨딩(seeding)을 시작할 수 있다.

블록 1204 및 블록 1206에서, 각각 씨드 리프트 어셈블리가 회전되고 씨드 결정이 들어올려진다. 블록 1204와 1206은 동시에 발생할 수 있다. 블록 1204에서 씨드 리프트 어셈블리를 회전시키는 것은 씨드 결정을 용융물에 대해 회전시키는 것을 포함한다. 몇몇 경우에, 블록 1204에서 씨드 리프트 어셈블리를 회전시키는 것은 용융물을 포함하는 도가니가 반대 방향으로 회전하는 동안 이루어진다.

블록 1206에서 씨드 결정을 들어올리는 것은 블록 1208에서 케이블을 스풀에 감는 것을 포함할 수 있다. 블록 1208에서 케이블을 스풀에 감는 것은 스풀을 축방향으로 변위시키는 것, 및 그에 따라 스풀의 질량 중심을 씨드 리프트 어셈블리의 질량 중심에 대해 축방향으로 변위시키는 것을 포함한다. 스풀은 카운터웨이트 어셈블리의 가동 카운터웨이트에 기계적으로 결합되기 때문에, 블록 1208에서 케이블을 스풀에 감는 것은 또한 블록 1210에서 가동 카운터웨이트를 자동으로 이동시킨다. 블록 1210에서의 가동 카운터웨이트의 이동은 카운터웨이트의 질량 중심이 블록 1208에서의 스풀의 질량 중심의 축방향 변위와 반대 방향으로 씨드 리프트 어셈블리의 질량 중심에 대해 변위되도록 한다. 블록 1210에서의 카운터웨이트의 질량 중심의 변위는 블록 1208에서의 스풀의 질량 중심의 변위를 자동으로 상쇄하며, 그에 의해 씨드 리프트 어셈블리의 질량 중심을 적소에 유지시킨다(예를 들면, 씨드 리프트 어셈블리의 질량 중심의 이동을 회피한다). 블록 1208 및 1210은 동시에 발생한다.

몇몇 경우에, 선택적인 블록 1212에서, 가동 카운터웨이트의 엔드스톱은 씨드 리프트 어셈블리의 리미트 스위치(예를 들면, 카운터웨이트 어셈블리의 리미트 스위치)와 계합할 수 있다. 리미트 스위치가 계합되면, 시스템은 자동으로 하나 이상의 동작을 수행할 수 있다. 몇몇 경우에, 카운터웨이트의 종료 위치에 위치된 리미트 스위치는 프로세스(1200)가 블록 1214에서 종료되게 할 수 있다.

프로세스(1200)는 특정 순서의 특정 블록들을 참조하여 설명되어 있으나, 추가 및/또는 더 적은 수의 블록과 함께 임의의 적절한 순서가 사용될 수 있다. 예를 들면, 몇몇 경우에 프로세스(1200)는 블록 1202에서 씨드 결정을 용융물로 하강시키는 것의 일부로서 또는 그 후에 리미트 스위치를 계합하는 것을 더 포함한다. 다른 예에서, 몇몇 경우에 프로세스(1200)는 가동 카운터웨이트의 엔드스톱과 어떠한 리미트 스위치도 계합하는 것을 포함하지 않는다.

케이블을 감는 스풀을 참조하여 설명되었으나, 몇몇 경우에는 씨드 리프트 어셈블리의 질량 중심에 대한 씨드 리프트 어셈블리의 다른 컴포넌트의 질량 중심의 이동을 위해 (예를 들면, 블록 1210을 참조하여 설명된 바와 같이) 기계적으로 결합된 가동 카운터웨이트에 의한 액티브 밸런싱이 이루어질 수 있다.

예시된 구현예들을 포함한 본 발명의 특정 양태들의 전술한 설명은 예시 및 설명의 목적으로만 제시되었으며, 개시된 정확한 형태들로 한정하거나 망라적인 것을 의도하지는 않는다. 이들의 다수의 수정, 개조, 및 사용이 본 기술분야의 통상의 기술자에게는 분명할 것이다. 본 발명의 사상 또는 범위로부터 일탈함이 없이 본 명세서의 개시내용에 따라 개시된 구현예들에 다수의 변경이 이루어질 수 있다. 그래서, 본 발명의 폭과 범위는 전술한 구현예들 어느 것에 의해서도 제한되어서는 안 된다.

본 발명은 하나 이상의 구현예와 관련하여 예시 및 설명되었으나, 본 명세서 및 첨부 도면을 읽고 이해하면 본 기술분야의 통상의 기술자에게는 동등한 변경 및 수정이 이루어지거나 알려지게 될 것이다. 또한, 본 발명의 특정 특징이 여러 구현예 중 하나와 관련해서만 개시되었을 수 있으나, 이러한 특징은 임의의 주어진 또는 특정 적용에 바람직하고 유리할 수 있는 다른 구현예들의 하나 이상의 다른 특징과 결합될 수 있다.

본 명세서에서 사용되는 용어는 단지 특정 구현예들을 설명하는 것을 목적으로 하며, 본 발명을 한정고자 함이 아니다. 본 명세서에서 사용되는 경우, 단수 형태들("a", "an", 및 "the")은 문맥이 명백하게 달리 나타내지 않는 한 복수 형태도 포함함을 의도한다. 또한, "포함하는", "포함한다", "갖는", "갖는다", "구비한" 또는 이들의 변형의 용어들은 상세한 설명 및/또는 청구범위에서 사용되는 한, 이러한 용어들은 "포함하는(comprising)"이라는 용어와 유사한 방식으로 포괄적임을 의도한다.

아래에서 사용되는, 일련의 예에 대한 참조는 이접적으로(disjunctively) 이들 예 각각(예를 들면, "예 1 내지 4"는 "예 1, 2, 3, 또는 4"로 이해되어야 함)에 대한 참조로 이해되어야 한다.

예 1은 씨드 리프팅 어셈블리로서, 씨드 결정(seed crystal)을 지지하는 케이블을 내보내기 위한 케이블 포트를 갖는 플랫폼 베이스; 스풀(spool)의 길이를 따라 연장되는 나선형 수집 그루브(helical collection groove)를 갖는 스풀 - 스풀이 스풀 축을 따라 종방향으로 이동함에 따라 스풀은 케이블을 수집 그루브 내에 감기 위해 회전축을 중심으로 회전 가능함 -; 및 플랫폼 베이스에 결합된 카운터웨이트 어셈블리(counterweight assembly)로서, 스풀의 회전이 카운터웨이트 리드스크류의 회전을 유발하도록 스풀에 회전 가능하게 결합되는 카운터웨이트 리드스크류; 및 카운터웨이트 리드스크류에 결합된 가동 카운터웨이트 - 카운터웨이트 리드스크류의 회전은 스풀 축에 평행한 카운터웨이트 축을 따라 가동 카운터웨이트의 슬라이딩을 유발함 - 를 포함하는, 카운터웨이트 어셈블리를 포함하고, 제1 방향으로의 스풀의 종방향 이동에 응답하여, 카운터웨이트 어셈블리는 스풀의 종방향 이동에 의해 유발되는 임의의 질량 중심의 변위를 상쇄시키기에 충분한 양만큼 제1 방향과 반대 방향으로 가동 카운터웨이트를 슬라이딩시키도록 구성된다.

예 2는 예 1의 어셈블리로서, 스풀을 회전시키기 위해 스풀에 결합된 스풀 스핀들(spool spindle)을 더 포함하고, 스풀 스핀들은 스풀 스프로킷을 포함하고, 카운터웨이트 리드스크류는 카운터웨이트 스프로킷을 포함하며, 카운터웨이트 리드스크류는 스풀 스프로킷과 카운터웨이트 스프로킷 사이의 커플링을 통해 스풀에 회전 가능하게 결합된다.

예 3은 예 2의 어셈블리로서, 스풀 스프로킷과 카운터웨이트 스프로킷 사이의 커플링은 드라이브 체인을 포함한다.

예 4는 예 3의 어셈블리로서, 스풀은 스풀 질량을 가지며; 케이블은 스풀 둘레에의 케이블의 단일 권선(single winding)의 질량으로 정의되는 케이블 권선 질량을 가지고; 가동 카운터웨이트는 카운터웨이트 질량을 가지며; 스풀의 종방향의 이동 거리와 가동 카운터웨이트의 슬라이딩 거리 사이의 변위비(displacement ratio)는 스풀 질량, 케이블 권선 질량, 및 카운터웨이트 질량에 기초하여 정의되고; 및 스풀 스프로킷과 카운터웨이트 스프로킷 사이의 기어비(gear ratio)는 변위비와 카운터웨이트 리드스크류의 피치에 기초한다.

예 5는 예 1 내지 예 4의 어셈블리로서, 스풀은 제1 스풀 위치와 제2 스풀 위치 사이에서 스풀 축을 따라 종방향으로 이동 가능하고, 가동 카운터웨이트는 제1 카운터웨이트 위치와 제2 카운터웨이트 위치 사이에서 카운터웨이트 축을 따라 슬라이딩 가능하며, 스풀이 제1 스풀 위치에 있을 때 가동 카운터웨이트는 제1 카운터웨이트 위치에 있고, 스풀이 제2 스풀 위치에 있을 때 가동 카운터웨이트는 제2 카운터웨이트 위치에 있다.

예 6은 예 1 내지 예 5의 어셈블리로서, 카운터웨이트 어셈블리는 복수의 채널 벽을 갖는 채널을 더 포함하고, 가동 카운터웨이트는 채널 내에서 가동 카운터웨이트를 슬라이딩 가능하게 지지하는 복수의 휠을 포함한다.

예 7은 예 1 내지 예 6의 어셈블리로서, 하나 이상의 리미트 스위치를 더 포함하고, 카운터웨이트 어셈블리는, 가동 카운터웨이트에 결합되고 가동 카운터웨이트의 이동에 기초하여 하나 이상의 리미트 스위치와 계합하도록 위치된 하나 이상의 엔드스톱(endstops)을 더 포함한다.

예 8은 결정 성장 시스템으로서, 용융물을 포함하는 도가니를 갖는 성장 챔버; 케이블 중심선을 따라 케이블에 의해 성장 챔버 내에 드리워진(suspended) 씨드 결정; 및 성장 챔버의 상단부에 회전 가능하게 결합되고 케이블 중심선을 따라 어셈블리 질량 중심을 갖는 씨드 리프트 어셈블리 - 씨드 리프트 어셈블리는 성장 챔버 내에서 케이블을 지지하고, 씨드 리프트 어셈블리는 케이블을 들어올리기 위한 스풀 및 가동 카운터웨이트를 가지며, 스풀은 케이블이 들어올려짐에 따라 케이블 중심선에 대해 이동하는 스풀 질량 중심을 가지고, 가동 카운터웨이트는 카운터웨이트 질량 중심을 가지며, 어셈블리 질량 중심이 케이블 중심선을 따라 유지되도록 케이블 중심선에 대한 스풀 질량 중심의 이동이 카운터웨이트 질량 중심의 조화된 이동(coordinated movement)을 유발하도록 가동 카운터웨이트는 스풀에 기계적으로 결합됨 - 를 포함한다.

예 9는 예 8의 시스템으로서, 씨드 리프트 어셈블리는 스풀을 포함하는 복수의 구조적 및 기능적 컴포넌트를 포함하고, 씨드 리프트 어셈블리는 케이블 중심선에 대해 이동하지 않는 하나 이상의 정적 카운터웨이트(static counterweight)를 더 포함하며, 하나 이상의 정적 카운터웨이트 및 가동 카운터웨이트는 어셈블리 질량 중심을 케이블 중심선을 따라 설정하도록 크기가 이루어지고 위치된다.

예 10은 예 8 또는 예 9의 시스템으로서, 씨드 리프트 어셈블리는 스풀을 회전시키기 위해 스풀에 결합된 스풀 스핀들을 포함하고, 스풀 스핀들은 스풀 스프로킷을 포함하며, 가동 카운터웨이트는 카운터웨이트 스프로킷을 갖는 카운터웨이트 리드스크류에 의해 구동되고, 카운터웨이트 리드스크류는 스풀 스프로킷과 카운터웨이트 스프로킷 사이의 커플링을 통해 스풀에 회전 가능하게 결합된다.

예 11은 예 10의 시스템으로서, 스풀은 스풀 질량을 가지며; 케이블은 스풀 둘레에의 케이블의 단일 권선의 질량으로 정의되는 케이블 권선 질량을 가지고; 가동 카운터웨이트는 카운터웨이트 질량을 가지며; 스풀의 종방향의 이동 거리와 가동 카운터웨이트의 슬라이딩 거리 사이의 변위비(displacement ratio)는 스풀 질량, 케이블 권선 질량, 및 카운터웨이트 질량에 기초하여 정의되고; 및 스풀 스프로킷과 카운터웨이트 스프로킷 사이의 기어비(gear ratio)는 변위비와 카운터웨이트 리드스크류의 피치에 기초한다.

예 12는 예 8 내지 예 11의 시스템으로서, 가동 카운터웨이트는 씨드 리프트 어셈블리의 채널 내에서 가동 카운터웨이트를 슬라이딩 가능하게 지지하기 위한 복수의 휠을 포함한다.

예 13은 예 8 내지 예 12의 시스템으로서, 하나 이상의 리미트 스위치를 더 포함하고, 카운터웨이트 어셈블리는, 가동 카운터웨이트에 결합되고 가동 카운터웨이트의 이동에 기초하여 하나 이상의 리미트 스위치와 계합하도록 위치된 하나 이상의 엔드스톱을 더 포함한다.

예 14는 결정을 성장시키는 방법으로서, 씨드 리프트 어셈블리에 의해 지지되는 케이블 - 케이블은 케이블 중심선을 가짐 - 에 의해 씨드 결정을 용융물로 하강시키는 단계; 동시에 씨드 리프트 어셈블리를 회전시키고 케이블을 들어올리는 단계를 포함하고, 케이블을 들어올리는 단계는: 씨드 리프트 어셈블리의 컴포넌트의 이동 - 컴포넌트의 이동은 컴포넌트의 질량 중심이 케이블 중심선에 대해 이동되게 함 - 을 통해 케이블을 들어올리는 단계; 및 컴포넌트의 이동에 응답하여 가동 카운터웨이트 - 가동 카운터웨이트는, 씨드 리프트 어셈블리의 질량 중심을 케이블 중심선을 따라 유지시키기 위해 케이블 중심선에 대한 컴포넌트의 질량 중심의 이동이 카운터웨이트 질량 중심의 이동에 의해 상쇄되도록 컴포넌트에 기계적으로 결합됨 - 를 자동으로 이동시키는 단계를 포함한다.

예 15는 예 14의 방법으로서, 컴포넌트는 스풀이고, 컴포넌트의 이동을 통해 케이블을 들어올리는 단계는 케이블을 스풀의 둘레에 감는 단계를 포함한다.

예 16은 예 15의 방법으로서, 가동 카운터웨이트는 카운터웨이트 스프로킷을 갖는 카운터웨이트 리드스크류의 회전에 의해 이동되고, 스풀은 스풀 스프로킷을 갖는 스풀 스핀들에 의해 회전되며, 가동 카운터웨이트는 카운터웨이트 스프로킷과 스풀 스프로킷 사이의 커플링을 통해 스풀에 기계적으로 결합된다.

예 17은 예 16의 방법으로서, 케이블은 스풀 둘레에의 케이블의 단일 권선의 질량으로 정의되는 케이블 권선 질량을 가지고; 가동 카운터웨이트는 카운터웨이트 질량을 가지며; 스풀의 종방향의 이동 거리와 가동 카운터웨이트의 슬라이딩 거리 사이의 변위비는 스풀 질량, 케이블 권선 질량, 및 카운터웨이트 질량에 기초하여 정의되고; 및 스풀 스프로킷과 카운터웨이트 스프로킷 사이의 기어비는 변위비와 카운터웨이트 리드스크류의 피치에 기초한다.

예 18은 예 14 내지 예 17의 방법으로서, 씨드 결정을 용융물로 하강시키는 단계는: 가동 카운터웨이트를 시작 위치로 이동시키는 단계; 및 가동 카운터웨이트의 시작 위치로의 이동에 응답하여 가동 카운터웨이트에 결합된 시작 엔드스톱(start endstop)으로 시작 리미트 스위치를 트리거하는 단계를 포함한다.

예 19는 예 14 내지 예 18의 방법으로서, 가동 카운터웨이트를 종료 위치로 이동시키는 단계; 및 가동 카운터웨이트의 종료 위치로의 이동에 응답하여 가동 카운터웨이트에 결합된 종료 엔드스톱(end endstop)으로 종료 리미트 스위치를 트리거하는 단계 - 종료 리미트 스위치를 트리거하는 단계는 케이블을 들어올리는 단계를 중지시킴 - 를 더 포함한다.

예 20은 예 14 내지 예 19의 방법으로서, 가동 카운터웨이트는 씨드 리프트 어셈블리의 채널 내에서 가동 카운터웨이트를 슬라이딩 가능하게 지지하기 위한 복수의 휠을 포함한다.

Claims

씨드 리프팅 어셈블리로서,
씨드 결정(seed crystal)을 지지하는 케이블을 내보내기 위한 케이블 포트를 갖는 플랫폼 베이스;
스풀(spool)의 길이를 따라 연장되는 나선형 수집 그루브(helical collection groove)를 갖는 스풀 - 상기 스풀이 스풀 축을 따라 종방향으로 이동함에 따라 상기 스풀은 상기 케이블을 상기 수집 그루브 내에 감기 위해 회전축을 중심으로 회전 가능함 -; 및
상기 플랫폼 베이스에 결합된 카운터웨이트 어셈블리(counterweight assembly)로서,
상기 스풀의 회전이 카운터웨이트 리드스크류의 회전을 유발하도록 상기 스풀에 회전 가능하게 결합되는 카운터웨이트 리드스크류; 및
상기 카운터웨이트 리드스크류에 결합된 가동 카운터웨이트 - 상기 카운터웨이트 리드스크류의 회전은 상기 스풀 축에 평행한 카운터웨이트 축을 따라 상기 가동 카운터웨이트의 슬라이딩을 유발함 -:
를 포함하는 상기 카운터웨이트 어셈블리:
를 포함하고,
제1 방향으로의 상기 스풀의 종방향 이동에 응답하여, 상기 카운터웨이트 어셈블리는 상기 스풀의 종방향 이동에 의해 유발되는 임의의 질량 중심의 변위를 상쇄시키기에 충분한 양만큼 상기 제1 방향과 반대 방향으로 상기 가동 카운터웨이트를 슬라이딩시키도록 구성되는,
어셈블리.
제1 항에 있어서,
상기 스풀을 회전시키기 위해 상기 스풀에 결합된 스풀 스핀들(spool spindle):
을 더 포함하고,
상기 스풀 스핀들은 스풀 스프로킷을 포함하고, 상기 카운터웨이트 리드스크류는 카운터웨이트 스프로킷을 포함하며, 상기 카운터웨이트 리드스크류는 상기 스풀 스프로킷과 상기 카운터웨이트 스프로킷 사이의 커플링을 통해 상기 스풀에 회전 가능하게 결합되는,
어셈블리.
제2 항에 있어서,
상기 스풀 스프로킷과 상기 카운터웨이트 스프로킷 사이의 상기 커플링은 드라이브 체인을 포함하는,
어셈블리.
제3 항에 있어서,
상기 스풀은 스풀 질량을 가지며; 상기 케이블은 상기 스풀 둘레에의 상기 케이블의 단일 권선(single winding)의 질량으로 정의되는 케이블 권선 질량을 가지고; 상기 가동 카운터웨이트는 카운터웨이트 질량을 가지며; 상기 스풀의 종방향의 이동 거리와 상기 가동 카운터웨이트의 슬라이딩 거리 사이의 변위비(displacement ratio)는 상기 스풀 질량, 상기 케이블 권선 질량, 및 상기 카운터웨이트 질량에 기초하여 정의되고; 및 상기 스풀 스프로킷과 상기 카운터웨이트 스프로킷 사이의 기어비(gear ratio)는 상기 변위비와 상기 카운터웨이트 리드스크류의 피치에 기초하는,
어셈블리.
제1 항에 있어서,
상기 스풀은 제1 스풀 위치와 제2 스풀 위치 사이에서 상기 스풀 축을 따라 종방향으로 이동 가능하고, 상기 가동 카운터웨이트는 제1 카운터웨이트 위치와 제2 카운터웨이트 위치 사이에서 상기 카운터웨이트 축을 따라 슬라이딩 가능하며, 상기 스풀이 상기 제1 스풀 위치에 있을 때 상기 가동 카운터웨이트는 상기 제1 카운터웨이트 위치에 있고, 상기 스풀이 상기 제2 스풀 위치에 있을 때 상기 가동 카운터웨이트는 상기 제2 카운터웨이트 위치에 있는,
어셈블리.
제1 항에 있어서,
상기 카운터웨이트 어셈블리는 복수의 채널 벽을 갖는 채널을 더 포함하고, 상기 가동 카운터웨이트는 상기 채널 내에서 상기 가동 카운터웨이트를 슬라이딩 가능하게 지지하는 복수의 휠을 포함하는,
어셈블리.
제1 항에 있어서,
하나 이상의 리미트 스위치:
를 더 포함하고,
상기 카운터웨이트 어셈블리는, 상기 가동 카운터웨이트에 결합되고 상기 가동 카운터웨이트의 이동에 기초하여 상기 하나 이상의 리미트 스위치와 계합하도록 위치된 하나 이상의 엔드스톱(endstops)을 더 포함하는,
어셈블리.
결정 성장 시스템으로서,
용융물을 포함하는 도가니를 갖는 성장 챔버;
케이블 중심선을 따라 케이블에 의해 상기 성장 챔버 내에 드리워진(suspended) 씨드 결정; 및
상기 성장 챔버의 상단부에 회전 가능하게 결합되고 상기 케이블 중심선을 따라 어셈블리 질량 중심을 갖는 씨드 리프트 어셈블리 - 상기 씨드 리프트 어셈블리는 상기 성장 챔버 내에서 상기 케이블을 지지하고, 상기 씨드 리프트 어셈블리는 상기 케이블을 들어올리기 위한 스풀 및 가동 카운터웨이트를 가지며, 상기 스풀은 상기 케이블이 들어올려짐에 따라 상기 케이블 중심선에 대해 이동하는 스풀 질량 중심을 가지고, 상기 가동 카운터웨이트는 카운터웨이트 질량 중심을 가지며, 상기 어셈블리 질량 중심이 상기 케이블 중심선을 따라 유지되도록 상기 케이블 중심선에 대한 상기 스풀 질량 중심의 이동이 상기 카운터웨이트 질량 중심의 조화된 이동(coordinated movement)을 유발하도록 상기 가동 카운터웨이트는 상기 스풀에 기계적으로 결합됨 -:
를 포함하는, 시스템.
제8 항에 있어서,
상기 씨드 리프트 어셈블리는 상기 스풀을 포함하는 복수의 구조적 및 기능적 컴포넌트를 포함하고, 상기 씨드 리프트 어셈블리는 상기 케이블 중심선에 대해 이동하지 않는 하나 이상의 정적 카운터웨이트(static counterweight)를 더 포함하며, 상기 하나 이상의 정적 카운터웨이트 및 상기 가동 카운터웨이트는 상기 어셈블리 질량 중심을 상기 케이블 중심선을 따라 설정하도록 크기가 이루어지고 위치되는,
시스템.
제8 항에 있어서,
상기 씨드 리프트 어셈블리는 상기 스풀을 회전시키기 위해 상기 스풀에 결합된 스풀 스핀들을 포함하고, 상기 스풀 스핀들은 스풀 스프로킷을 포함하며, 상기 가동 카운터웨이트는 카운터웨이트 스프로킷을 갖는 카운터웨이트 리드스크류에 의해 구동되고, 상기 카운터웨이트 리드스크류는 상기 스풀 스프로킷과 상기 카운터웨이트 스프로킷 사이의 커플링을 통해 상기 스풀에 회전 가능하게 결합되는,
시스템.
제10 항에 있어서,
상기 스풀은 스풀 질량을 가지며; 상기 케이블은 상기 스풀 둘레에의 상기 케이블의 단일 권선의 질량으로 정의되는 케이블 권선 질량을 가지고; 상기 가동 카운터웨이트는 카운터웨이트 질량을 가지며; 상기 스풀의 종방향의 이동 거리와 상기 가동 카운터웨이트의 슬라이딩 거리 사이의 변위비(displacement ratio)는 상기 스풀 질량, 상기 케이블 권선 질량, 및 상기 카운터웨이트 질량에 기초하여 정의되고; 및 상기 스풀 스프로킷과 상기 카운터웨이트 스프로킷 사이의 기어비(gear ratio)는 상기 변위비와 상기 카운터웨이트 리드스크류의 피치에 기초하는,
시스템.
제8 항에 있어서,
상기 가동 카운터웨이트는 상기 씨드 리프트 어셈블리의 채널 내에서 상기 가동 카운터웨이트를 슬라이딩 가능하게 지지하기 위한 복수의 휠을 포함하는,
시스템.
제8 항에 있어서,
하나 이상의 리미트 스위치:
를 더 포함하고,
상기 카운터웨이트 어셈블리는, 상기 가동 카운터웨이트에 결합되고 상기 가동 카운터웨이트의 이동에 기초하여 상기 하나 이상의 리미트 스위치와 계합하도록 위치된 하나 이상의 엔드스톱을 더 포함하는,
시스템.
결정을 성장시키는 방법으로서,
씨드 리프트 어셈블리에 의해 지지되는 케이블 - 상기 케이블은 케이블 중심선을 가짐 - 에 의해 씨드 결정을 용융물로 하강시키는 단계; 및
동시에 상기 씨드 리프트 어셈블리를 회전시키고 상기 케이블을 들어올리는 단계:
를 포함하고,
상기 케이블을 들어올리는 단계는:
상기 씨드 리프트 어셈블리의 컴포넌트의 이동 - 상기 컴포넌트의 이동은 상기 컴포넌트의 질량 중심이 상기 케이블 중심선에 대해 이동되게 함 - 을 통해 상기 케이블을 들어올리는 단계; 및
상기 컴포넌트의 이동에 응답하여 가동 카운터웨이트 - 상기 가동 카운터웨이트는, 상기 씨드 리프트 어셈블리의 질량 중심을 상기 케이블 중심선을 따라 유지시키기 위해 상기 케이블 중심선에 대한 상기 컴포넌트의 질량 중심의 이동이 카운터웨이트 질량 중심의 이동에 의해 상쇄되도록 상기 컴포넌트에 기계적으로 결합됨 - 를 자동으로 이동시키는 단계:
를 포함하는, 방법.
제14 항에 있어서,
상기 컴포넌트는 스풀이고, 상기 컴포넌트의 이동을 통해 상기 케이블을 들어올리는 단계는 상기 케이블을 상기 스풀의 둘레에 감는 단계를 포함하는,
방법.
제15 항에 있어서,
상기 가동 카운터웨이트는 카운터웨이트 스프로킷을 갖는 카운터웨이트 리드스크류의 회전에 의해 이동되고, 상기 스풀은 스풀 스프로킷을 갖는 스풀 스핀들에 의해 회전되며, 상기 가동 카운터웨이트는 상기 카운터웨이트 스프로킷과 상기 스풀 스프로킷 사이의 커플링을 통해 상기 스풀에 기계적으로 결합되는,
방법.
제16 항에 있어서,
상기 케이블은 상기 스풀 둘레에의 상기 케이블의 단일 권선의 질량으로 정의되는 케이블 권선 질량을 가지고; 상기 가동 카운터웨이트는 카운터웨이트 질량을 가지며; 상기 스풀의 종방향의 이동 거리와 상기 가동 카운터웨이트의 슬라이딩 거리 사이의 변위비는 상기 스풀 질량, 상기 케이블 권선 질량, 및 상기 카운터웨이트 질량에 기초하여 정의되고; 및 상기 스풀 스프로킷과 상기 카운터웨이트 스프로킷 사이의 기어비는 상기 변위비와 상기 카운터웨이트 리드스크류의 피치에 기초하는,
방법.
제14 항에 있어서,
상기 씨드 결정을 상기 용융물로 하강시키는 단계는:
상기 가동 카운터웨이트를 시작 위치로 이동시키는 단계; 및
상기 가동 카운터웨이트의 상기 시작 위치로의 이동에 응답하여 상기 가동 카운터웨이트에 결합된 시작 엔드스톱(start endstop)으로 시작 리미트 스위치를 트리거하는 단계:
를 포함하는,
방법.
제14 항에 있어서,
상기 가동 카운터웨이트를 종료 위치로 이동시키는 단계; 및
상기 가동 카운터웨이트의 상기 종료 위치로의 이동에 응답하여 상기 가동 카운터웨이트에 결합된 종료 엔드스톱(end endstop)으로 종료 리미트 스위치를 트리거하는 단계 - 상기 종료 리미트 스위치를 트리거하는 단계는 상기 케이블을 들어올리는 단계를 중지시킴 -:
를 더 포함하는, 방법.
제14 항에 있어서,
상기 가동 카운터웨이트는 상기 씨드 리프트 어셈블리의 채널 내에서 상기 가동 카운터웨이트를 슬라이딩 가능하게 지지하기 위한 복수의 휠을 포함하는,
방법.