TW202231944A - 主動平衡種子提昇器 - Google Patents

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傑西 卡梅倫 鮑爾斯
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美商林頓晶體科技公司
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Abstract

一種晶體生長系統包括一旋轉種子提昇總成，以旋轉及提昇由一纜線支撐之一種晶。該種子提昇總成包括一線軸，該線軸旋轉以將該纜線捲繞在該線軸周圍，從而升高該纜線。當該線軸旋轉時，其在一軸向方向上移動，以避免該纜線在該軸向方向上移位。一配重總成中之一導螺桿經由一耦接件(例如，耦接至該線軸主軸之一鏈輪及鏈條耦接件)機械地耦接至該線軸。當該線軸旋轉時，該導螺桿因此以與該線軸之旋轉速率成比例之一速率旋轉。因此，由該導螺桿驅動之一可移動配重被驅動以在與該軸向方向相反之一方向上移動(例如，與該線軸之該移動相反)。因此，該配重總成係經配置成以抵消原本將由該線軸之移動引入的質心變化。

Description

主動平衡種子提昇器
本發明總體係關於晶體生長設備，更具體言之，係關於用於種晶之主動平衡提昇器。
大晶體，特別是單晶錠，對於各種技術領域係非常重要的。對於現代電子件，單晶矽為用於各種功能之特別重要之源材料，諸如用於積體電路之晶圓及光伏板之組件。單晶結構包括無晶粒邊界之連續晶格，且可由單一元素或多種元素(例如，摻雜材料)製成。
通常用於製造單晶矽之一種製造技術為直拉(Czochralski)法，該方法涉及將種晶浸入材料之熔池中，接著在旋轉種晶之同時緩慢地將種晶拉離熔池。然而，當前技術受到由振動、不平衡及其他類似問題引起之低效率之影響。若未正確地執行，則可能發生故障，且所得到之錠可能為可包括晶界之多晶錠。由於晶界對於各種用途而言可能係有問題的，因此失效之錠可能必須被熔化及再生長，此浪費時間及能量。由於單晶生長過程經常花費長時間(例如，在數十小時或數天之量級)，因此任何故障都會對生產效率產生顯著後果。
需要經改善的、用於有效地製造大單晶(諸如，單晶矽)之設備。
本發明之某些態樣係關於一種種子提昇總成，該總成包含平台基部、線軸及配重總成，其中平台基部具有纜線埠，纜線埠用於輸出支撐種晶之纜線；線軸具有沿著線軸之長度延伸之螺旋狀收集槽，隨著線軸沿著線軸軸線縱向移動，線軸可圍繞旋轉軸線旋轉以將纜線捲繞至收集槽中；及配重總成耦接至平台基部，配重總成包括配重導螺桿及可移動配重，其中配重導螺桿可旋轉地耦接至線軸，使得線軸之旋轉引起配重導螺桿之旋轉；及可移動配重耦接至配重導螺桿，其中配重導螺桿之旋轉引起可移動配重沿著與線軸軸線平行之配重軸線滑動；且其中，因應線軸在第一方向上之縱向移動，配重總成係經配置成以使可移動配重在與第一方向相反之方向上滑動足以抵消由線軸之縱向移動引起之任何質心位移之量。
本發明之某些態樣係關於晶體生長系統，該系統包含：生長室，其具有容納熔體之坩堝；種晶，其沿著纜線中心線藉由纜線懸掛在生長室內；及種子提昇總成，其可旋轉地耦接至生長室之頂端且具有沿著纜線中心線之總成質心，種子提昇總成在生長室內支撐纜線，種子提昇總成具有用於升高纜線之線軸且具有可移動配重，線軸具有線軸質心，質心在纜線升高時相對於纜線中心線移動，可移動配重具有配重質心，其中可移動配重機械地耦接至線軸，使得線軸質心相對於纜線中心線之移動引起配重質心之協調移動，使得總成質心沿著纜線中心線保持。
本發明之某些態樣係關於一種用於生長晶體之方法，該方法包含：藉由由種子提昇總成支撐之纜線將種晶降低至熔體，纜線具有纜線中心線；及同時旋轉種子提昇總成且升高纜線，其中升高纜線包括：藉由種子提昇總成之組件之移動升高纜線，其中組件之移動使得組件之質心相對於纜線中心線移動；及因應組件之移動而自動地移動可移動配重，其中可移動配重機械地耦接至組件，使得組件之質心相對於纜線中心線之移動被配重質心之移動抵消，以維持種子提昇總成沿著纜線中心線之質心。
考慮到參考附圖做出之各種實施之詳細描述，本發明之其他實施及/或態樣對於一般熟習此項技術者將為顯而易見的，下面提供對附圖之簡要描述。
相關申請案之交叉參考
本申請案主張於2020年9月22日申請且標題為''ACTIVE BALANCING MECHANISM FOR SEED LIFTING AND ROTATING SYSTEM''之美國臨時專利申請案第63/081,824號及2021年1月12日申請且標題為''ACTIVE BALANCEING SEED LIFT''之美國臨時專利申請案第63/136,345號的權益，該等美國臨時專利申請案之揭示內容特此以全文引用之方式併入。
本發明之某些態樣及特徵係關於晶體生長系統，該系統包括旋轉種子提昇總成以旋轉及提昇由纜線支撐之種晶。種子提昇總成包括線軸，線軸旋轉以將纜線捲繞在線軸周圍，從而升高纜線。當線軸旋轉時，其沿著軸向方向移動，以避免纜線在軸向方向上移位。配重總成中之導螺桿經由耦接件(例如，鏈輪及鏈條耦接件)機械地耦接至線軸。當線軸旋轉時，導螺桿因此以與線軸之旋轉速率成比例之速率旋轉。因此，由導螺桿驅動之可移動配重被驅動以在與軸向方向相反之方向上移動。因此，配重總成係經配置成以抵消由於線軸之移動及隨著額外纜線捲繞在線軸上而增大之線軸質量而引入之質心變化。
某些晶體生長技術(諸如，產生單晶矽錠)利用在密封外殼內懸浮在材料(例如，準金屬，諸如矽)之熔體上方的種晶。種晶被降低以接觸熔體，接著以受控方式升高及旋轉以允許形成初生之結晶材料(例如，生長晶體)之錠。隨著種晶繼續提昇遠離熔體表面，初生之單晶錠繼續生長，直至達到所需之長度。可將種晶及初生錠豎直向上拉入熔體上方之接收室中。
根據錠之最終尺寸，晶體生長過程可能需要不同之時間量。在實例中，單晶矽之圓柱形錠生長至長度約5至7米可能花費約兩天。在此段時間期間對系統之任何足夠之干擾都會導致所得到之錠中之顯著缺陷，此可能導致錠失效。失效之錠可能需要重新熔化及重新生長，此可能係非常昂貴的。本發明之某些態樣係關於允許種子生長系統以減少之振動(例如，纜線之振動)及/或其他干擾進行操作之改良。
為了以高效率達成所要且可再現之結果，提供用於懸掛、旋轉及升高種晶及初生錠之纜線之有效及精確之控制係重要的。位於接收室頂部之種子提昇總成可控制纜線之旋轉及提昇。纜線可在纜線埠處自種子提昇總成退出。
為了控制旋轉，整個種子提昇總成可旋轉地耦接至接收室，使得其可圍繞旋轉軸線旋轉。旋轉軸線可與離開種子提昇總成之纜線共線(例如，與接收室中之纜線共線)。種子提昇總成之基部可旋轉地耦接至接收室之頂部且被驅動(例如，藉由旋轉馬達)而以所要之速度(例如，在每分鐘1轉或數十轉之量級上，諸如1至40 RPM)旋轉。
用於升高纜線之機構由種子提昇總成之旋轉基部支撐，且因此亦相對於接收室旋轉。在一些情況下，纜線可藉由纜線絞盤系統提昇，該纜線絞盤系統包括帶槽之線軸或捲筒，當線軸旋轉(例如，以每分鐘數十轉或幾轉之量級之速度旋轉)時，該帶槽之線軸或捲筒將纜線收集(例如，捲起)在槽中。纜線絞盤系統亦沿其旋轉軸線軸向平移線軸，使得纜線在該過程期間不會自身重疊，因此纜線不沿著線軸之旋轉軸線軸向移位。因此，在整個生長過程中，線軸自開始位置軸向移動至結束位置。另外，由於隨著生長過程之進行，額外纜線捲繞在線軸周圍，因此線軸與捲繞纜線之總組合質量在整個生長過程中增加。因此，自生長過程之開始至生長過程之結束，線軸之質心(CoM)自開始位置移動至結束位置。除非另有說明，否則本文所用之術語「質心」在其涉及線軸時係指線軸及捲繞在線軸周圍之任何纜線(例如，隨著線軸之軸向位移而軸向位移之纜線)之質心。
由於種子提昇總成之各種組件具有不同重量，一或多個靜態配重可在不同位置耦接至種子提昇總成之基部，以當種子提昇總成自纜線埠離開時將種子提昇總成之CoM移動至與纜線埠之中心及/或纜線之中心線對準之位置。換言之，當纜線離開纜線埠並向下穿過接收室時，軸向延伸穿過纜線中心之線可稱為纜線中心線。種子提昇總成之CoM可沿著該線位於某處，諸如，在纜線埠之中心上方之位置處。
然而，由於線軸之CoM在纜線升高時之移動，種子提昇總成之CoM在生長過程期間通常傾向於遠離纜線中心線變化。若種子提昇總成之CoM與纜線中心線不匹配及/或不落在種子提昇總成之旋轉軸線上，則在纜線中可能引起振動及不合需要之軌道。因此，根據本發明之某些態樣及特徵，主動配重系統可用於抵消線軸之CoM之移動，使得整個種子提昇總成之CoM保持與纜線中心線及/或種子提昇總成之旋轉軸線對準。
主動配重可機械地耦接至線軸，使得線軸之旋轉及線軸之CoM之軸向移動自動地引起可移動配重之移動，從而移動可移動配重之CoM。此種機械耦接可確保配重之CoM始終以精確之正確量移動，以抵消線軸之CoM。
在一些情況下，機械耦接件可包括鏈輪及鏈條耦接件，但情況並非始終如此。位於主軸上之驅動線軸之鏈輪可耦接(例如，經由鏈條)至導螺桿上驅動配重之對應鏈輪。因此，線軸之旋轉必然包括線軸之主軸之旋轉，線軸之主軸之旋轉又旋轉導螺桿，導螺桿之旋轉又驅動配重。
在一些情況下，配重可為可滑動地(諸如，藉由一組輪)支撐在通道中之塊。配重可使用任何合適之機械致動器(諸如，與配重上之螺母接合之導螺桿)來驅動，使得導螺桿在一個方向或另一個方向上之旋轉使配重在通道內在第一軸向方向或第二軸向方向上滑動。可使用其他機械致動器。如本文所使用，機械致動器可包括可在不使用電力之情況下被驅動之任何類型之致動器。舉例而言，在一些情況下，機械致動器可包括液壓致動器、氣動致動器、磁致動器、剛性帶或剛性鏈致動器、及/或其他此類致動器。在實例中，液壓致動器可藉由使線軸之軸向移動接合第一液壓活塞來使用，該第一液壓活塞將液壓流體加壓至第二液壓活塞中，該第二液壓活塞引起配重之移動。在此類實例中，第一液壓活塞及第二液壓活塞(例如，活塞頭區域)之尺寸可被調節，使得配重移動與線軸之移動成比例之距離，使得種子提昇總成之CoM保持在所要位置。
在第一實例種子提昇總成中，線軸可具有等於或約154 mm之螺距直徑(例如，穿過線軸之相對側之纜線之中心之間的直徑)及等於或約8 mm之螺距(例如，連續捲繞時纜線之中心之間的距離)。螺距亦等於線軸在整個旋轉中軸向行進之距離。在該實例中，線軸可具有等於或約13.1 kg之重量，且可移動配重可具有等於或約9.26 kg之重量，提供了配重與線軸重量之等於或約0.707之比率。種子提昇總成之總重量可等於或約176.5 kg，所有旋轉組件之重量等於或約163.4 kg。
線軸可具有等於或約159.5 mm之最大行進距離。配重可具有等於或約189 mm之最大行進距離。因此，最大線軸行程與最大配重行程之比率等於或約為0.844。因此，為了達成所要結果，建立線軸行程與重量行程之間的接近但大於0.844之實際比率可能係重要的。
在第一例示性組態中，配重系統可包括40齒之線軸鏈輪，該線軸鏈輪耦接至26齒配重鏈輪(例如，線軸與配重鏈輪之比率為1.5385)，該26齒配重鏈輪附接至具有等於或約6 mm之導程之導螺桿，此可使得線軸行程與配重行程之比率為0.867。
在第二例示性組態中，配重系統可包括40齒線軸鏈輪，該線軸鏈輪耦接至18齒配重鏈輪(例如，線軸與配重鏈輪之比率為2.2222)，該18齒配重鏈輪附接至具有等於或約4 mm之導程之導螺桿，此可使得線軸行程與配重行程之比率為0.900。
在第三例示性組態中，配重系統可包括30齒線軸鏈輪，該線軸鏈輪耦接至19齒配重鏈輪(例如，線軸與配重鏈輪之比率為1.5789)，該19齒配重鏈輪附接至具有等於或約6 mm之導程之導螺桿，此可使得線軸行程與配重行程之比率為0.844。
在第二例示性種子提昇總成中，線軸可具有等於或約13.1 kg之重量，且可移動配重可具有等於或約7 kg之重量，提供了等於或約0.534之配重重量與線軸重量之比率。線軸可具有等於或約159.5 mm之最大行進距離。配重可具有等於或約242 mm之最大行進距離。因此，最大線軸行程與最大配重行程之比率等於或約為0.659。因此，為了達成所要結果，建立線軸行程與重量行程之間的接近但大於0.659之實際比率可能係重要的。
在第一實例結構中，配重系統可包括耦接至30齒配重鏈輪(例如，線軸與配重鏈輪之比率為2)之60齒線軸鏈輪，該30齒配重鏈輪附接至具有等於或約6 mm之導程之導螺桿，此可使得線軸行程與配重行程之比率為0.667。
在第二例示性構造中，配重系統可包括耦接至18齒配重鏈輪(例如，線軸與配重鏈輪之比率為2)之36齒線軸鏈輪，該18齒配重鏈輪附接至具有等於或約6 mm之導程之導螺桿，此可使得線軸行程與配重行程之比率為0.667。
在第三實例構造中，配重系統可包括耦接至18齒配重鏈輪(例如，線軸與配重鏈輪之比率為3)之54齒線軸鏈輪，該18齒配重鏈輪附接至具有等於或約4 mm之導程之導螺桿，此可使得線軸行程與配重行程之比率為0.667。
在第三例示性種子提昇總成中，線軸可具有等於或約13.1 kg之重量，且可移動配重可具有等於或約17 kg之重量，提供了配重重量與線軸重量之等於或約1.298之比率。線軸可具有等於或約159.5 mm之最大行進距離。配重可具有等於或約100 mm之最大行進距離。因此，最大線軸行程與最大配重行程之比率等於或約1.595。因此，為了達成所要結果，建立線軸行程及重量行程之間的接近但大於1.595之實際比率可能係重要的。
在第一例示性組態中，配重系統可包括耦接至24齒配重鏈輪(例如，線軸與配重鏈輪之比率為2)之30齒線軸鏈輪，該30齒鏈輪附接至具有等於或約4 mm之導程之導螺桿，此可使得線軸行程與配重行程之比率為1.600。
在第二例示性組態中，配重系統可包括耦接至28齒配重鏈輪(例如，線軸與配重鏈輪之比率為2)之35齒線軸鏈輪，該28齒配重鏈輪附接至具有等於或約4 mm之導程之導螺桿，此可使得線軸行程與配重行程之比率為1.600。
在第三例示性組態中，配重系統可包括耦接至18齒配重鏈輪(例如，線軸與配重鏈輪之比率為3)之30齒線軸鏈輪，該18齒配重鏈輪附接至具有等於或約3 mm之導程之導螺桿，此可使得線軸行程與配重行程之比率為1.600。
為了達成所要結果，配重之位移量與線軸之位移量之間的比率可基於線軸之質量(例如，線軸之空質量)、捲繞在線軸周圍之纜線之質量及配重之質量。舉例而言，對於較重之線軸，配重之質量可增加及/或位移比率可調節。位移比率可基於線軸鏈輪與配重鏈輪之間的齒輪比率及配重導螺桿之螺距來達成。可首先設定此等變數(例如，質量、比率、距離、螺距等)中之任一者。舉例而言，在一些情況下，可設定線軸之質量、纜線之質量及線軸之行進距離，在此種情況下，可基於設定之變數來計算配重之行進距離及/或配重之質量。在另一實例中，可設定纜線之質量及配重之質量，且可基於設定之變數來計算線軸之質量。在另一實例中，可設定所要位移比率，且可計算齒輪比率及/或導螺桿螺距以達成所要位移比率。
雖然在本文中參考基於絞盤之提昇系統進行描述，但本發明之某些態樣及特徵可用於抵消種子提昇總成之任何可移動組件(包括其他類型之種子提昇機構)之CoM之移動。
給出此等說明性實例以向讀者介紹本文所論述之一般主題，且此等說明性實例不旨在限制所揭示之構思之範圍。以下部分參考附圖描述了各種額外特徵及實例，在附圖中相同之數字表示相同之元件，且方向描述用於說明之目的，但不應用於限制本發明。包括在本文中之說明中之元件可能並非按比例繪製的。
圖1為根據本發明之某些態樣的具有種子提昇總成102之晶體生長系統100之示意圖。晶體生長系統100可用於生長任何合適之晶體，諸如單晶矽基晶體。晶體生長系統100可包括其中含有坩堝116之爐罐114。爐罐114可向坩堝116提供熱量。坩堝116可最初填充有固體材料，該固體材料可被加熱直至形成熔體112。坩堝116可被控制為在第一方向上旋轉。
接收室106可耦接至爐罐114之頂部。接收室106可延伸任何合適之長度。種子提昇總成102可耦接至接收室106之頂端。種子提昇總成102可旋轉地耦接至接收室106之頂端，諸如藉由軸承107。旋轉馬達106可控制種子提昇總成102圍繞旋轉軸線118之旋轉，該旋轉軸線118軸向地穿過接收室106之中心(且在接收室106內軸向地穿過纜線之中心線)。
種子提昇總成102可藉由接收室106將纜線104向下懸掛並進入爐罐114。在纜線104之遠端(例如，離種子提昇總成102最遠之端部)保持種晶108。種晶可為與熔體112相同材料之小的單晶體。
在生長過程之開始與結束之間描繪了晶體生長系統100。在生長過程開始時，種子提昇總成102可降低纜線104直至種晶108接觸熔體112。接著，種子提昇總成102可穩定地升高種晶108 (例如，以每小時數毫米、數十毫米或數百毫米之量級之速度，諸如0至600 mm/hr)，同時允許形成初生錠110。為了獲得最佳之晶體生長，種子提昇總成102可在與坩堝116之旋轉方向相反之方向上旋轉，同時升高纜線104。當纜線104升高時，初生錠110被拉出熔體112，允許新材料在初生錠110之底部固化，與初生錠110之單晶結構對準。
在生長過程期間，種子提昇總成102將升高纜線104，且因此將初生錠110升高至接收室106中，直至生長過程結束。當初生錠110達到所要長度時、當坩堝116中之材料膨脹時、當種子提昇總成102不能再進一步升高纜線104時、或者其他情況，生長過程可結束。
為了說明之目的，描繪了無覆蓋物或護罩之種子提昇總成。在一些情況下，覆蓋物或護罩可種子提昇總成以幫助在接收室106及爐罐114內維持所要環境。覆蓋物或護罩可防止灰塵及污染物，同時允許控制圍繞初生錠110之氣體環境。
如本文中進一步詳細揭示的，種子提昇總成102可包括沿著旋轉軸線118維持種子提昇總成102之質心之主動平衡裝置。
圖2為根據本發明之某些態樣的種子提昇總成202之前部之圖形投影。種子提昇總成202可為任何合適之種子提昇總成，諸如圖1之種子提昇總成102。種子提昇總成202可包括基板224，在基板224上可安裝各種組件。纜線可自基板224之下側上之纜線埠220引出。
種子提昇總成202可包括位於線軸殼體228內之線軸。纜線可捲繞在線軸周圍，允許線軸藉由旋轉來控制纜線之下降及升高。纜線可自線軸展開，並在向下藉由纜線埠220並自纜線埠220引出之前在纜線滑輪總成230內向上穿過且圍繞滑輪。纜線滑輪總成230內之滑輪可便於將纜線維持在纜線埠220之中心。
線軸之旋轉可由線軸馬達232控制。線軸馬達232可驅動變速箱222，變速箱222又驅動線軸主軸，線軸主軸驅動線軸之旋轉。舉例而言，線軸主軸可以可旋轉地固定至線軸，使得線軸之旋轉引起線軸之對應旋轉。
電子件外殼234可位於基板224上，以容納用於控制及監測種子提昇總成202之組件之電子件。如本文所述，將種子提昇總成202之平衡中心維持在纜線埠220之中心係有用的。因此，由於在基板224之一側上存在重型設備(例如，線軸馬達232、線軸變速箱222及線軸殼體228之部分)，一或多個靜態配重226可位於基板224之相對側上。
圖3為根據本發明之某些態樣的種子提昇總成302之前部之局部剖面圖形投影。種子提昇總成302可為任何合適之種子提昇總成，諸如，圖1之種子提昇總成102。如圖3所示，為了說明之目的，未描繪一些組件，諸如線軸殼體。
線軸338由線軸主軸340驅動，線軸主軸340由線軸變速箱322驅動，線軸變速箱322又由線軸馬達332驅動。當線軸主軸340轉動以旋轉線軸338時，線軸主軸亦可旋轉線軸鏈輪336。線軸鏈輪可將線軸機械地耦接至配重總成334內之可移動配重上，使得線軸338沿線軸主軸340之軸向平移引起配重在相反方向上之對應軸向平移。
所描繪之纜線304離開線軸338之凹槽並進入纜線滑輪總成330，接著被向下引導並離開纜線埠320。
另外，圖3之種子提昇設備302包括具有第一靜態配重326及第二靜態配重342之基板324。第一靜態配重326及第二靜態配重342可用作種子提昇設備302之靜止組件之靜止平衡力。當線軸338之平衡中心在第一方向上(例如，如圖3所描繪之自右向左)移動時，配重總成334之可移動配重可在相反方向上(例如，如圖3所描繪之自左向右)移動以平衡線軸338。
圖4為根據本發明之某些態樣的種子提昇總成402之局部剖面後視圖，其展示主動平衡配重總成444。種子提昇總成402可為任何合適之種子提昇總成，諸如圖1之種子提昇總成102。為了說明之目的，未描繪電子件外殼434及配重總成444之殼體之覆蓋物。
電子件外殼434可包括用於控制及/或監測種子提昇設備402之電子件450。在一些情況下，配重總成444可位於電子件總成434下方。配重總成444可直接耦接至基板424，但情況並非始終如此。然而，所要將配重446之質心維持在更靠近基板424之位置，而非進一步與基板424間隔開。
配重總成444可包括由導螺桿448驅動之配重。配重446可被驅動以軸向移動(例如，在導螺桿448之軸線方向上軸向移動)。配重446可以可滑動地安裝在通道492內。如本文進一步詳細揭示的，線軸之移動(例如，由線軸馬達432驅動)可使得導螺桿448旋轉，從而引起配重446之軸向移動。
在一些情況下，編碼器452可視情況耦接至導螺桿448，以便監測導螺桿448之旋轉。監測導螺桿448之旋轉可提供對配重446之位置、線軸之位置及纜線(及由此之初生錠)之位置之洞察。藉由將編碼器452耦接至導螺桿448而非連接至線軸主軸，編碼器452之質心能夠位於更靠近旋轉軸線418之位置，從而減少抵消編碼器452之質量所需之靜態配重(例如，配重442)的總量。
圖5為根據本發明之某些態樣的主動平衡配重總成544之局部剖面放大後視圖。配重總成544可為任何合適之配重總成，諸如圖4之配重總成444。
配重總成544可包括位於(例如，可滑動地位於)配重總成544之殼體之通道492內的配重546。雖然在圖4中描繪了通道492之使用，但可使用其他技術來限制配重546之不合需要之移動(例如，非軸向移動)，諸如穩定桿、滑架等。
通道492可由配重總成544之殼體之各種壁形成。在一些情況下，至少一個壁(例如，後壁，或與圖5中之頁面共面並面向頁面外之壁)可包括裂縫或開口，諸如上壁部分554與下壁部分556之間的開口。若需要，則此種裂縫壁可便於接近配重546。
另外，此種裂縫壁可允許端部止擋件562、564耦接至配重546且延伸穿過上壁部分554及下壁部分556。端部止擋件562、564中之每一者可包括藉由塊耦接至配重546之可調節止擋件。每個端部止擋件562、564可接合與通道492之相對端相鄰之對應限位開關558、560。在一些情況下，限位開關558、560可位於其他地方，諸如在通道492內，在此種情況下，限位開關558、560可由配重546本身接合。然而，藉由使用圖5所描繪之端部止擋件562、564及限位開關558、560，平衡塊546之行進範圍及線軸之行進範圍及纜線之行進範圍可藉由調節所要端部止擋件562、564之位置(例如，藉由調節塊內之可調節止擋件及/或調節平衡塊546上之塊)來控制。
為了便於平穩之可滑動運動，平衡塊546可包括一或多個輪566。輪566可接合通道492之各種壁，諸如上壁部分554及下壁部分556。在一些情況下，除了輪566之外或代替輪566，亦可使用其他減少摩擦之技術。
編碼器552可經由耦接件553 (例如，軸向移動耦接件)耦接至導螺桿568。
圖6為根據本發明之某些態樣的主動平衡配重總成644之選擇組件之圖形投影。配重總成544可為任何合適之配重總成，諸如圖4之配重總成444。為了說明之目的，未描繪種子提昇總成之各種組件。在未描繪配重總成644之殼體之情況下，可更詳細地看到配重646，包括其輪666。
當線軸電機驅動線軸變速箱622時，線軸變速箱622驅動線軸主軸，線軸主軸又旋轉線軸。線軸可耦接至配重646，使得線軸之旋轉及線軸之軸向移動驅動配重646之對應相反移動。
雖然可使用各種技術將線軸與配重646機械耦接在一起，但在圖6中描繪了鏈輪及鏈條技術。線軸之藉由線軸變速箱622之旋轉使線軸及線軸鏈輪636兩者旋轉。線軸鏈輪636可藉由將線軸鏈輪636耦接至平衡鏈輪668之鏈條670旋轉地耦接至導螺桿648。線軸鏈輪636可相對於線軸主軸旋轉地固定，而平衡鏈輪668可相對於導螺桿648旋轉地固定。因此，線軸主軸之旋轉引起導螺桿648之對應旋轉。線軸主軸之每分鐘轉數(及因此線軸)與導螺桿648之比率可由線軸鏈輪636與平衡鏈輪668之尺寸比率來界定。
例如，具有40齒尺寸之線軸鏈輪636及具有18齒尺寸之平衡鏈輪668可產生0.45之比率。因此，對於線軸主軸之每0.450轉(且因此對於線軸之每0.450轉)，導螺桿648可旋轉1轉。根據導螺桿648之導程(例如，若為單頭導螺桿，則為導螺桿648之螺距)，可針對線軸主軸之每次旋轉來計算平衡塊646之軸向位移。在上述實例中，若導螺桿648之導程為4 mm，則線軸主軸之每次旋轉將使得配重646之對應8.889 mm軸向位移。
圖7為根據本發明之某些態樣的主動平衡配重總成之配重746之後側之圖形投影。配重746可為任何合適之配重，諸如圖4之配重446。為了說明之目的，配重446被描述為透明的。
配重746可為任何合適之形狀，儘管在某些情況下使用矩形形狀。配重746可包括多個輪766A、766B、766C、766D、766E、766F、766G、766H。可使用任何數量之輪，但在一些情況下使用八個輪。輪766A、766B可位於配重746之彼此相對端部處之頂部後側上。輪766A、766B可接合通道之上壁部分(例如，圖5之上壁部分554)。對應輪766E、766F可位於配重746之彼此相對端部處之底部後側上。輪766E、766F可接合通道之下壁部分(例如，圖5之下壁部分556)。輪766C、766D可位於配重746之對應頂側及底側上，以接合通道中之對應表面。
輪766G、766H可在配重746之彼此相對端部處位於配重746之底部前側上。在一些情況下，在配重746之頂部前側不使用輪。由於導螺桿746在生長過程期間之旋轉方向(例如，在形成初生錠之同時)，將迫使配重746圍繞導螺桿748之軸線749在方向776上旋轉。當輪766G、766H被迫在方向776上旋轉時，輪766G、766H將被推靠在通道之對應壁上，而配重746之頂部前側將被迫遠離該壁。因此，當最需要平滑操作時(例如，在形成初生錠及提昇纜線之同時)可確保平滑操作，同時亦藉由排除僅在平滑操作不重要時(例如，在纜線朝向熔體下降之同時)使用之一些輪來減少所使用之輪之總數。另外，使用較少之輪之能力可有助於減小配重746之整體尺寸(例如，因為配重746材料比輪更密，所以未被輪佔據之任何體積可由配重材料佔據，且因此用於輪之較少之切口或開口可允許相同質量配合在稍微較小之體積中)。
為了驅動配重746，導螺桿748可與螺母774相互作用。螺母774可旋轉地固定至配重746。配重內之空腔772可延伸穿過配重746中之一些或全部，且直徑大於導螺桿748之直徑，從而允許配重746沿著導螺桿748向上(例如，向近端)移動。當導螺桿748旋轉時，螺母774保持旋轉地固定至配重746，配重746又保持相對於通道大致旋轉地固定。因此，導螺桿748之旋轉使得螺母774沿著導螺桿748向上(例如，向近端)或向下(例如，向遠端)移動。
圖8為根據本發明之某些態樣的種子提昇總成802之後部之局部剖面圖形投影，其展示線軸838及可移動配重842。種子提昇總成802可為任何合適之種子提昇總成，諸如圖1之種子提昇總成102。為了說明之目的，未描繪種子提昇總成802之某些組件。
可看到纜線804捲繞在線軸838上。纜線804可藉由纜線埠820經由基板824進入種子提昇總成802。纜線804可在被向下引導回並進入線軸838之凹槽之前向上穿過滑輪894且越過滑輪894。因此，當線軸838旋轉時，纜線逐漸捲繞在線軸838周圍。纜線埠820可與種子提昇總成802之旋轉軸線及種子提昇總成802之質心對準。
當線軸838旋轉時，線軸838亦軸向平移(例如，平移至圖8所示之頁面中)。又，當線軸838旋轉時，其使得配重總成之導螺桿848藉由配重鏈輪868旋轉。因此，導螺桿848之旋轉引起配重842在與線軸838相反之方向上軸向移動(例如，自圖8所示之頁面中出來)，從而抵消原本由線軸838之移動引起的任何CoM位移。
圖9為根據本發明之某些態樣的種子提昇總成902之示意性俯視圖，其中線軸938處於第一線軸位置且可移動配重946處於第一配重位置。種子提昇總成902可為任何合適之種子提昇總成，諸如圖1之種子提昇總成102。在一些情況下，第一線軸位置及第一配重位置可對應於晶體生長過程氣勢時(例如，在開始自熔體升高纜線時)之開始線軸位置及起始配重位置。纜線904可經由纜線埠920進入種子提昇總成902。
種子提昇總成902之橫向中心線988 (或橫向平面)可界定為延伸穿過纜線埠920之中心(例如，且穿過種子提昇總成902之質心978)且與線軸940之軸線垂直之線(或平面)。橫向中心線988(或橫向平面)可將種子提昇總成902分成如圖9所描繪之「左」側及「右」側。
種子提昇總成902之縱向中心線990 (或縱向平面)可界定為延伸穿過纜線埠920之中心(例如，且穿過種子提昇總成902之質心978)且與線軸940之軸線平行之線(或平面)。縱向中心線988 (或縱向平面)可將種子提昇總成902分成如圖9所描繪之「頂部」側及「底部」側。
在第一線軸位置，線軸938沿著線軸主軸940近端地置放。線軸938在其凹槽984中包括數轉捲繞纜線986。線軸質心982被描繪，且擱置在橫向中心線988之左側及縱向中心線990之底部。
在第一配重位置，配重946位於沿著導螺桿948之遠端。在一些情況下，在第一配重位置，第一端部止擋件964可接合第一限位開關960。配重質心980被描繪，且擱置在橫向中心線988之右側，或者擱置在橫向中心線988之與線軸質心982相對之一側上。配重質心980擱置在縱向中心線990之頂部，或者擱置在縱向中心線990之與線軸質心982相對之一側上。
當線軸938旋轉以捲起額外纜線904時，線軸938將沿著線軸主軸940向遠端移動(例如，自左至右，如圖9中所示)。線軸質心982將朝著橫向中心線988移動，且在一些情況下，移動經過橫向中心線988。當線軸938旋轉時，線軸鏈輪936旋轉且使得鏈條970旋轉配重鏈輪968，配重鏈輪968又旋轉導螺桿948以驅動配重946在與線軸938相反之方向上軸向移動(例如，配重946可自右向左移動，如圖9中所示)。配重質心980將朝著橫向中心線988移動，且在一些情況下，移動經過橫向中心線988。在一些情況下，當線軸質心982到達橫向中心線988時，配重質心980亦將到達橫向中心線988，但情況並非始終如此。
因此，當線軸質心982相對於纜線埠920之中心移動時，配重質心980在對應之相反方向上移動，以將種子提昇總成902之質心978維持在相同之位置(例如，在纜線埠920之中心處或在纜線埠920之中心上方及/或沿著種子提昇總成902之旋轉軸線)。
圖10為根據本發明之某些態樣的種子提昇總成之示意性俯視圖，其中線軸處於第二線軸位置且可移動配重處於第二配重位置。種子提昇總成1002可為任何合適之種子提昇總成，諸如圖1之種子提昇總成102。在一些情況下，第二線軸位置及第二配重位置可對應於晶體生長過程結束時(例如，在纜線已經升高至其最高設定值之後)之結束線軸位置及結束配重位置。纜線1004可經由纜線埠1020進入種子提昇總成1002。
種子提昇總成1002之橫向中心線1088 (或橫向平面)可界定為延伸穿過纜線埠1020之中心(例如，且穿過種子提昇總成1002之質心1078)且與線軸1040之軸線垂直之線(或平面)。橫向中心線1088 (或橫向平面)可將種子提昇總成1002分成如圖10所描繪之「左」側及「右」側。
種子提昇總成1002之縱向中心線1090 (或縱向平面)可界定為延伸穿過纜線埠1020之中心(例如，且穿過種子提昇總成1002之質心1078)且與線軸1040之軸線平行之線(或平面)。縱向中心線1088 (或縱向平面)可將種子提昇總成1002分成如圖10所描繪之「頂部」側及「底部」側。
在第二線軸位置，線軸1038沿著線軸1040定位在遠端。線軸1038在其凹槽1084中包括數轉捲繞纜線1086。線軸質心1082被描繪，且擱置在橫向中心線1088之右側及縱向中心線1090之底部。
在第二配重位置，配重1046沿著導螺桿1048定位在近端。在一些情況下，在第二配重位置，第二端部止擋件1062可接合第二限位開關1058。配重質心1080被描繪，且擱置在橫向中心線1088之左側，或者擱置在橫向中心線1088之與線軸質心1082相對之一側上。配重質心1080擱置在縱向中心線1090之頂部，或者擱置在縱向中心線1090之與線軸質心1082相對之一側上。
當線軸1038旋轉以展開捲繞纜線1086時，線軸1038將沿著線軸1040向近端移動(例如，自右向左移動，如圖10中所示)。線軸質心1082將朝著橫向中心線1088移動，且在一些情況下，移動經過橫向中心線1088。當線軸1038旋轉時，線軸鏈輪1036旋轉且使得鏈條1070旋轉配重鏈輪1068，配重鏈輪1068又旋轉導螺桿1048以驅動配重1046在與線軸1038相反之方向上軸向移動(例如，配重1046可自左向右移動，如圖10中所示。配重質心1080將朝著橫向中心線1088移動，且在一些情況下，移動經過橫向中心線1088。在一些情況下，當線軸質心1082到達橫向中心線1088時，配重質心1080亦將到達橫向中心線1088，但情況並非始終如此。
因此，當線軸質心1082相對於纜線埠1020之中心移動時，配重質心1080在對應之相反方向上移動，以將種子提昇總成1002之質心1078維持在相同位置(例如，在纜線埠1020之中心處或在纜線埠1020之中心上方及/或沿著種子提昇總成1002之旋轉軸線)。
圖11為根據本發明之某些態樣的配重總成1144之示意性後視圖。配重總成1144為替代類型之配重總成，其可用於任何合適之種子提昇總成，諸如圖1之種子提昇總成102。
配重總成1144可類似於如本文中所揭示之其他配重總成，但配重1146可耦接至在線性導軌1196上行進之滑架1147。配重1146、滑架1147及導軌1196可用作種子提昇總成之相對側上之組件之配重，配重1146及滑架1147可移動以抵消線軸之移動。
導螺桿1148可耦接至滑架1147，使得導螺桿1148藉由配重鏈輪1168之旋轉將使得滑架1147沿導軌1196軸向移動。滑架1147之滾軸1199可裝配在導軌1196之軌道1198內，以維持滑架1147沿導軌1196以低摩擦滑動。在一些情況下，滾軸1199可為輪或軸承之形式。在一些情況下，線性導軌1196可為具有「T」形軌道1198之擠壓件。
配重1146可耦接至滑架1147。在一些情況下，配重1146可僅在單一位置耦接至滑架1147，但情況並非始終如此。在一些情況下，配重1146可在多個軸向位置(例如，自左至右之位置，如圖11所示)處耦接至滑架1147。在此種情況下，配重1146可相對於滑架1147軸向調節以微調配重1146與滑架1147之組合重心之位置，諸如相對於線軸之重心。
在一些情況下，導軌1196可用兩個或更多個導軌代替。在一些情況下，可使用代替導螺桿1148之替代線性致動器來驅動滑架1147之軸向移動。
圖12為描繪根據本發明之某些態樣的用於主動平衡種子提昇器之過程1200之流程圖。過程1200可藉由任何合適之晶體生長系統(諸如，圖1之晶體生長系統100)來執行。
在區塊1202，將種晶降低至熔體。種晶附接至本身由種子提昇總成支撐之纜線或類似之可撓性支撐件。種晶可降低以接觸熔體並開始形成種晶。
在區塊1204及區塊1206，分別旋轉種子提昇總成且升高種晶。區塊1204與區塊1206可同時發生。在區塊1204處旋轉種子提昇總成包括引起種晶相對於熔體旋轉。在一些情況下，在區塊1204處旋轉種子提昇總成，同時使含有熔體之坩堝在相反方向上旋轉。
在區塊1206處升高種晶可包括在區塊1208處將纜線捲繞至線軸上。在塊1208處將纜線捲繞至線軸上包括相對於種子提昇總成之質心使線軸軸向位移，且因此使線軸之質心軸向位移。因為線軸機械地耦接至配重總成之可移動配重，所以在區塊1208處將纜線捲繞至線軸上亦自動地使得可移動配重在區塊1210處移動。在區塊1210處之可移動配重之移動使得配重質心在與區塊1208處之線軸質心之軸向位移相反之方向上相對於種子提昇總成之質心移位。在區塊1210處之配重質心之移位自動地抵消在區塊1208處之線軸質心之移位，從而將種子提昇總成之質心維持在適當位置(例如，避免種子提昇總成之質心之移動)。區塊1208與區塊1210同時發生。
在一些情況下，在可選區塊1212處，可移動配重之端部止擋件可接合種子提昇總成之限位開關(例如，配重總成之限位開關)。當限位開關被接合時，系統可自動執行一或多個動作。在一些情況下，位於配重之結束位置之限位開關可使得過程1200在區塊1214結束。
雖然參考某些順序之某些區塊來描述過程1200，但可使用任何適當之順序，及額外及/或更少之區塊。舉例而言，在一些情況下，過程1200進一步包括在區塊1202處接合限位開關作為將種晶降低至熔體之一部分或在將種晶降低至熔體之後在區塊1202處接合限位開關。在另一實例中，在一些情況下，過程1200不包括使任何限位開關與可移動配重之端部止擋件接合。
雖然參考捲繞纜線之線軸進行描述，但在一些情況下，可發生具有機械耦接之可移動配重之主動平衡(例如，如參考區塊1210所描述之)，以使得種子提昇總成之不同組件之質心相對於種子提昇總成之質心移動。
前面對本發明之某些態樣之描述(包括所示之實施方式)，僅僅係為了說明及描述之目的，而不旨在窮舉或限制所揭示之精確形式。對於熟習此項技術者而言，其各種修改、改變及使用將為顯而易見的。在不脫離本發明之精神或範圍之情況下，可根據本文之揭示內容對所揭示之實施進行多種改變。因此，本發明之廣度及範圍不應受到上述任何實施之限制。
儘管已經結合一或多個實施說明且描述了本發明，但在閱讀及理解本說明書及附圖後，熟習此項技術者將會想到或知道等效之改變及修改。此外，雖然本發明之特定特徵可僅相對於幾個實施中之一者來揭示，但此種特徵可與其他實施之一或多個其他特徵相結合，此對於任何給定之或特定之應用係所要且有利的。
本文使用之術語僅僅係為了描述特定之實施，而不旨在限制本發明。如本文所用，單數形式「一個」、「一種」及「該」旨在亦包括複數形式，除非上下文另外清楚地指示。此外，就術語「包括(including)」、「包括(includes)」、「具有(having)」、「具有(has)」、「具有(with)」或其變體在具體實施方式及/或申請專利範圍中使用而言，此等術語旨在以與術語「包含(comprising)」類似之方式包括在內。
如以下所使用的，對一系列實施方式之任何提及應被理解為分別提及彼等實施方式中之每一者(例如，「實例1至4」應理解為「實例1、2、3或4」)。
實例1為種子提昇總成，其包含：平台基部，其具有纜線埠，纜線埠用於輸出支撐種晶之纜線；線軸，其具有沿著線軸之長度延伸之螺旋狀收集槽，隨著線軸沿著線軸軸線縱向移動，線軸可圍繞旋轉軸線旋轉以將纜線捲繞至收集槽中；及耦接至平台基部之配重總成，配重總成包括：配重導螺桿，其可旋轉地耦接至線軸，使得線軸之旋轉引起配重導螺桿之旋轉；及耦接至配重導螺桿之可移動配重，其中配重導螺桿之旋轉引起可移動配重沿著與線軸軸線平行之配重軸線滑動；且其中，因應線軸在第一方向上之縱向移動，配重總成係經配置成以使可移動配重在與第一方向相反之方向上滑動足以抵消由線軸之縱向移動引起之任何質心位移之量。
實例2為實例1之總成，其進一步包含耦接至線軸以旋轉線軸之線軸主軸，其中線軸主軸包括線軸鏈輪，其中配重導螺桿包括配重鏈輪，且其中配重導螺桿可經由線軸鏈輪與配重鏈輪之間的耦接件旋轉地耦接至線軸。
實例3為實例2之總成，其中線軸鏈輪與配重鏈輪之間的耦接件包括驅動鏈。
實例4為實例3之總成，其中線軸具有線軸質量；其中纜線具有界定為圍繞線軸之纜線之單一繞線之質量之纜線繞線質量；其中可移動配重具有配重質量；其中基於線軸質量、纜線繞線質量及配重質量界定線軸之縱向移動距離與可移動配重之滑動距離之間的位移比率；且其中線軸鏈輪與配重鏈輪之間的傳動比率係基於位移比率及配重導螺桿之螺距。
實例5為實例1至4之總成，其中線軸可沿著線軸在第一線軸位置與第二線軸位置之間縱向移動，其中可移動配重可沿著配重軸線在第一配重位置與第二配重位置之間滑動，其中當線軸處於第一線軸位置時，可移動配重處於第一配重位置，且其中當線軸處於第二線軸位置時，可移動配重處於第二配重位置。
實例6為實例1至5之總成，其中配重總成進一步包括具有複數個通道壁之通道，且其中可移動配重包括在通道內可滑動地支撐可移動配重之複數個輪。
實例7為實例1至6之總成，其進一步包含一或多個限位開關，其中配重總成進一步包括一或多個端部止擋件，該一或多個端部止擋件耦接至可移動配重，且經定位以基於可移動配重之移動接合一或多個限位開關。
實例8為一種晶體生長系統，其包含：生長室，具有含有熔體之坩堝；種晶，沿著纜線中心線藉由纜線懸掛在生長室內；及種子提昇總成，可旋轉地耦接至生長室之頂部端部且具有沿著纜線中心線之總成質心，種子提昇總成在生長室內支撐纜線，種子提昇總成具有用於升高纜線之線軸且具有可移動配重，線軸具有線軸質心，線軸質心在纜線被升高時相對於纜線中心線移動，可移動配重具有配重質心，其中可移動配重機械地耦接至線軸，使得線軸質心相對於纜線中心線之移動引起配重質心之協調移動，使得總成質心保持沿著纜線中心線。
實例9為實例8之系統，其中種子提昇總成包括複數個結構及功能組件，結構及功能組件包括線軸，其中種子提昇總成進一步包括相對於纜線中心線不移動之一或多個靜態配重，且其中一或多個靜態配重及可移動配重之尺寸及位置設置成沿著纜線中心線建立總成質心。
實例10為實例8或9之系統，其中種子提昇總成包括耦接至線軸以旋轉線軸之線軸主軸，其中線軸主軸包括線軸鏈輪，其中可移動配重由具有配重鏈輪之配重導螺桿驅動，且其中配重導螺桿可經由線軸鏈輪與配重鏈輪之間的耦接件旋轉地耦接至線軸。
實例11為實例10之系統，其中線軸具有線軸質量；其中纜線具有纜線繞線質量，纜線繞線質量界定為圍繞線軸之纜線之單一繞線之質量；其中可移動配重具有配重質量；其中基於線軸質量、纜線繞線質量及配重質量界定線軸之縱向移動距離與可移動配重之滑動距離之間的位移比率；且其中線軸鏈輪與配重鏈輪之間的傳動比率係基於位移比率及配重導螺桿之螺距。
實例12為實例8至11之系統，其中可移動配重包括複數個輪，以在種子提昇總成之通道內可滑動地支撐可移動配重。
實例13為實例8至12之系統，其進一步包含一或多個限位開關，其中配重總成進一步包括一或多個端部止擋件，該一或多個端部止擋件耦接至可移動配重，且經定位以基於可移動配重之移動接合一或多個限位開關。
實例14為一種用於生長晶體之方法，其包含：藉由由種子提昇總成支撐之纜線將種晶降低至熔體，纜線具有纜線中心線；同時旋轉種子提昇總成並升高纜線，其中升高纜線包括：藉由種子提昇總成之組件之移動升高纜線，其中組件之移動使得組件之質心相對於纜線中心線移動；及因應組件之移動自動地移動可移動配重，其中可移動配重機械地耦接至組件，使得組件之質心相對於纜線中心線之移動被配重質心之移動抵消，以將種子提昇總成之質心維持沿著纜線中心線。
實例15為實例14之方法，其中組件為線軸，且其中藉由組件之移動升高纜線包括將纜線捲繞在線軸周圍。
實例16為實例15之方法，其中可移動配重藉由具有配重鏈輪之配重導螺桿之旋轉而移動，其中線軸藉由具有線軸鏈輪之線軸主軸而旋轉，且其中可移動配重經由配重鏈輪與線軸鏈輪之間的耦接件而機械地耦接至線軸。
實例17為實例16之方法，其中纜線具有纜線繞線質量，纜線繞線質量界定為圍繞線軸之纜線之單一繞線之質量；其中可移動配重具有配重質量；其中基於線軸質量、纜線繞線質量及配重質量界定線軸之縱向移動距離與可移動配重之滑動距離之間的位移比率；且其中線軸鏈輪與配重鏈輪之間的傳動比率係基於位移比率及配重導螺桿之螺距。
實例18為實例14至17之方法，其中將種晶降低至熔體包括：將可移動配重移動至開始位置；及回應於可移動配重向起始位置之移動，觸發具有耦接至可移動配重之開始端部止擋件之開始限位開關。
實例19為實例14至18之方法，其進一步包含：將可移動配重移動至結束位置；及回應於可移動配重向結束位置之移動，觸發具有耦接至可移動配重之端部止擋件之結束限位開關，其中結束限位開關之觸發停止纜線之升高。
實例20為實例14至19之方法，其中可移動配重包括複數個輪，以便在種子提昇總成之通道內可滑動地支撐可移動配重。
100:晶體生長系統 102:種子提昇總成 104:纜線 106:接收室 107:軸承 108:種晶 110:初生錠 112:熔體 114:爐罐 116:坩堝 118:旋轉軸線 202:種子提昇總成 220:纜線埠 222:變速箱 224:基板 226:靜態配重 228:線軸殼體 230:纜線滑輪總成 232:線軸馬達 234:電子件外殼 302:種子提昇總成 304:纜線 320:纜線埠 322:線軸變速箱 324:基板 326:第一靜態配重 330:纜線滑輪總成 332:線軸馬達 336:線軸鏈輪 338:線軸 340:線軸主軸 342:第二靜態配重 402:種子提昇設備 418:旋轉軸線 424:基板 432:線軸馬達 434:電子件總成 442:配重 444:配重總成 446:配重 448:導螺桿 450:電子件 452:編碼器 492:通道 544:配重總成 546:配重 552:編碼器 554:上壁部分 556:下壁部分 558:限位開關 560:限位開關 562:端部止擋件 564:端部止擋件 566:輪 568:導螺桿 622:線軸變速箱 636:線軸鏈輪 644:主動平衡配重總成 646:配重 648:導螺桿 666:輪 668:平衡鏈輪 670:鏈條 746:配重 748:導螺桿 749:軸線 766A:輪 766B:輪 766C:輪 766D:輪 766E:輪 766F:輪 766G:輪 766H:輪 772:空腔 774:螺母 776:方向 802:種子提昇總成 804:纜線 820:纜線埠 824:基板 838:線軸 842:可移動配重 848:導螺桿 868:配重鏈輪 894:滑輪 902:種子提昇總成 904:纜線 920:纜線埠 936:線軸鏈輪 938:線軸 940:線軸 946:可移動配重 948:導螺桿 960:第一限位開關 964:第一端部止擋件 968:配重鏈輪 970:鏈條 978:質心 980:配重質心 982:線軸質心 984:凹槽 986:纜線 988:橫向中心線 990:縱向中心線 1002:種子提昇總成 1004:纜線 1036:線軸鏈輪 1038:線軸 1040:線軸 1046:配重 1048:導螺桿 1058:第二限位開關 1062:第二端部止擋件 1068:配重鏈輪 1070:鏈條 1078:質心 1080:配重質心 1082:線軸質心 1084:凹槽 1086:纜線 1088:橫向中心線 1090:縱向中心線 1144:配重總成 1146:配重 1147:滑架 1148:導螺桿 1168:配重鏈輪 1196:線性導軌 1198:軌道 1199:滾軸 1200:過程 1202:區塊 1204:區塊 1206:區塊 1208:區塊 1210:區塊 1212:區塊 1214:區塊
本說明書參考以下附圖，其中在不同圖中使用相同附圖標記旨在說明相同或類似之組件。
圖1為根據本發明之某些態樣的具有種子提昇總成之晶體生長系統之示意圖。
圖2為根據本發明之某些態樣的種子提昇總成之前部之圖形投影。
圖3為根據本發明之某些態樣的種子提昇總成之前部之局部剖面圖形投影。
圖4為展示根據本發明之某些態樣的主動平衡配重總成之種子提昇總成之局部剖面後視圖。
圖5為根據本發明之某些態樣的主動平衡配重總成之局部剖面放大後視圖。
圖6為根據本發明之某些態樣的主動平衡配重總成之選擇組件之圖形投影。
圖7為根據本發明之某些態樣之主動平衡配重總成之配重之圖形投影。
圖8為根據本發明之某些態樣的種子提昇總成之後部之局部剖面圖形投影，其展示線軸及可移動配重。
圖9為根據本發明之某些態樣的種子提昇總成之示意性俯視圖，其中種子提昇總成具有處於第一線軸位置之線軸及處於第一配重位置之可移動配重。
圖10為根據本發明之某些態樣的種子提昇總成之示意性俯視圖，其中種子提昇總成具有處於第二線軸位置之線軸及處於第二配重位置之可移動配重。
圖11為根據本發明之某些態樣的配重總成之示意性後視圖。
圖12為描繪根據本發明之某些態樣的用於主動平衡種子提昇器之過程之流程圖。
202:種子提昇總成
220:纜線埠
222:變速箱
224:基板
226:靜態配重
228:線軸殼體
230:纜線滑輪總成
232:線軸馬達
234:電子件外殼

Claims (20)

  1. 一種種子提昇總成，其包含： 一平台基部，其具有一纜線埠，該纜線埠用於輸出支撐一種晶之一纜線； 一線軸，其具有沿著該線軸之一長度延伸之一螺旋狀收集槽，隨著該線軸沿著一線軸軸線縱向移動，該線軸能夠圍繞一旋轉軸線旋轉以將該纜線捲繞至該收集槽中；及 一配重總成，其耦接至該平台基部，該配重總成包括： 一配重導螺桿，其可旋轉地耦接至該線軸，使得該線軸之旋轉引起該配重導螺桿之旋轉；及 一可移動配重，其耦接至該配重導螺桿，其中該配重導螺桿之旋轉引起該可移動配重沿著與該線軸軸線平行之一配重軸線滑動；且 其中，因應該線軸在一第一方向上之縱向移動，該配重總成係經配置成以使該可移動配重在與該第一方向相反之一方向上滑動足以抵消由該線軸之該縱向移動引起之任何質心位移之一量。
  2. 如請求項1之總成，其進一步包含耦接至該線軸以旋轉該線軸之一線軸主軸，其中該線軸主軸包括一線軸鏈輪，其中該配重導螺桿包括一配重鏈輪，且其中該配重導螺桿經由該線軸鏈輪與該配重鏈輪之間的一耦接件而可旋轉地耦接至該線軸。
  3. 如請求項2之總成，其中該線軸鏈輪與該配重鏈輪之間的該耦接件包括一驅動鏈。
  4. 如請求項3之總成，其中該線軸具有一線軸質量；其中該纜線具有一纜線繞線質量，該纜線繞線質量界定為圍繞該線軸之該纜線之單一繞線之質量；其中該可移動配重具有一配重質量；其中基於該線軸質量、該纜線繞線質量及該配重質量界定該線軸之一縱向移動距離與該可移動配重之一滑動距離之間的一位移比率；且其中該線軸鏈輪與該配重鏈輪之間的一傳動比率係基於該位移比率及該配重導螺桿之一螺距。
  5. 如請求項1之總成，其中該線軸能夠沿著該線軸軸線在一第一線軸位置與一第二線軸位置之間縱向移動，其中該可移動配重能夠沿著該配重軸線在一第一配重位置與一第二配重位置之間滑動，其中當該線軸處於該第一線軸位置時，該可移動配重處於該第一配重位置，且其中當該線軸處於該第二線軸位置時，該可移動配重處於該第二配重位置。
  6. 如請求項1之總成，其中該配重總成進一步包括具有複數個通道壁之一通道，且其中該可移動配重包括在該通道內可滑動地支撐該可移動配重之複數個輪。
  7. 如請求項1之總成，其進一步包含一或多個限位開關，其中該配重總成進一步包括一或多個端部止擋件，該一或多個端部止擋件耦接至該可移動配重且經定位以基於該可移動配重之移動接合該一或多個限位開關。
  8. 一種晶體生長系統，其包含： 一生長室，其具有含有一熔體之一坩堝； 一種晶，其沿著一纜線中心線藉由一纜線懸掛在該生長室內；及 一種子提昇總成，其可旋轉地耦接至該生長室之一頂部端部且具有沿著該纜線中心線之一總成質心，該種子提昇總成在該生長室內支撐該纜線，該種子提昇總成具有用於升高該纜線之一線軸且具有一可移動配重，該線軸具有一線軸質心，該線軸質心在該纜線被升高時相對於該纜線中心線移動，該可移動配重具有一配重質心，其中該可移動配重機械地耦接至該線軸，使得該線軸質心相對於該纜線中心線之移動引起該配重質心之協調移動，使得該總成質心保持沿著該纜線中心線。
  9. 如請求項8之系統，其中該種子提昇總成包括複數個結構及功能組件，包括該線軸，其中該種子提昇總成進一步包括相對於該纜線中心線不移動之一或多個靜態配重，且其中該一或多個靜態配重及該可移動配重之尺寸及位置設置成沿著該纜線中心線建立該總成質心。
  10. 如請求項8之系統，其中該種子提昇總成包括耦接至該線軸以旋轉該線軸之一線軸主軸，其中該線軸主軸包括一線軸鏈輪，其中該可移動配重由具有一配重鏈輪之一配重導螺桿驅動，且其中該配重導螺桿經由該線軸鏈輪與該配重鏈輪之間的一耦接件可旋轉地耦接至該線軸。
  11. 如請求項10之系統，其中該線軸具有一線軸質量；其中該纜線具有一纜線繞線質量，該纜線繞線質量界定為圍繞該線軸之該纜線之單一繞線之質量；其中該可移動配重具有一配重質量；其中基於該線軸質量、該纜線繞線質量及該配重質量界定該線軸之一縱向移動距離與該可移動配重之一滑動距離之間的一位移比率；且其中該線軸鏈輪與該配重鏈輪之間的一傳動比率係基於該位移比率及該配重導螺桿之一螺距。
  12. 如請求項8之系統，其中該可移動配重包括複數個輪，以將該可移動配重可滑動地支撐在該種子提昇總成之一通道內。
  13. 如請求項8之系統，其進一步包含一或多個限位開關，其中該配重總成進一步包括一或多個端部止擋件，該一或多個端部止擋件耦接至該可移動配重且經定位以基於該可移動配重之移動接合該一或多個限位開關。
  14. 一種用於生長一晶體之方法，其包含： 藉由由一種子提昇總成支撐之一纜線將一種晶降低至一熔體，該纜線具有一纜線中心線；及 同時旋轉該種子提昇總成且升高該纜線，其中升高該纜線包括： 經由該種子提昇總成之一組件之移動升高該纜線，其中該組件之移動使得該組件之一質心相對於該纜線中心線移動；及 因應該組件之移動而自動地移動一可移動配重，其中該可移動配重機械地耦接至該組件，使得該組件之該質心相對於該纜線中心線之移動被一配重質心之移動抵消，以使該種子提昇總成之一質心維持沿著該纜線中心線。
  15. 如請求項14之方法，其中該組件為一線軸，且其中經由該組件之移動升高該纜線包括將該纜線捲繞在該線軸周圍。
  16. 如請求項15之方法，其中該可移動配重藉由具有一配重鏈輪之一配重導螺桿之旋轉而移動，其中該線軸藉由具有一線軸鏈輪之一線軸主軸而旋轉，且其中該可移動配重經由該配重鏈輪與該線軸鏈輪之間的一耦接件而機械地耦接至該線軸。
  17. 如請求項16之方法，其中該纜線具有一纜線繞線質量，該纜線繞線質量界定為圍繞該線軸之該纜線之單一繞線之質量；其中該可移動配重具有一配重質量；其中基於該線軸質量、該纜線繞線質量及該配重質量界定該線軸之一縱向移動距離與該可移動配重之一滑動距離之間的一位移比率；且其中該線軸鏈輪與該配重鏈輪之間的一傳動比率係基於該位移比率及該配重導螺桿之一螺距。
  18. 如請求項14之方法，其中將該種晶降低至該熔體包括： 將該可移動配重移動至一開始位置；及 回應於該可移動配重移動至該開始位置，觸發具有耦接至該可移動配重之一開始端部止擋件之一開始限位開關。
  19. 如請求項14之方法，其進一步包含： 將該可移動配重移動至一結束位置；及 回應於該可移動配重移動至該結束位置，觸發具有耦接至該可移動配重之一結束端部止擋件之一結束限位開關，其中該結束限位開關之觸發停止該纜線之該升高。
  20. 如請求項14之方法，其中該可移動配重包括複數個輪，以將該可移動配重可滑動地支撐在該種子提昇總成之一通道內。
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