專利名稱：用于提拉單晶的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種從熔體提拉單晶的裝置，其中所述單晶具有位于 兩個(gè)頸部的加寬部。
背景技術(shù)：
為了降低成本的目的，期望得到的單晶產(chǎn)品可以達(dá)到最大可能的 晶體直徑和晶體長(zhǎng)度。這對(duì)于硅單晶(單晶硅)的例子而言尤其明顯，
所述硅單晶根據(jù)Czochralski方法在工業(yè)規(guī)模上被提拉具有300 mm的 標(biāo)稱直徑以及超過(guò)300 kg的重量。用于生產(chǎn)具有450 mm的標(biāo)稱直徑 的單晶的對(duì)應(yīng)加工方法已經(jīng)被開(kāi)發(fā)出來(lái)。
當(dāng)籽晶被放置在熔體上時(shí)，在單晶提拉(牽拉)之前，熱沖擊導(dǎo) 致必須被消除的位錯(cuò)(dislocations已證明通過(guò)最初提拉相對(duì)細(xì)的頸 部而消除位錯(cuò)，在這種情況中，從晶體中清除位錯(cuò)。在重單晶的情況 中，尤其是在重量超過(guò)300 kg的硅單晶的情況中，頸部中的拉伸強(qiáng)度 通常太弱以至于不能承受負(fù)載。因此實(shí)際上可以接受的是在負(fù)載達(dá)到 臨界之前對(duì)頸部減載(relieve)。為了這個(gè)目的，頸部加寬并且再次縮 窄以便在上頸部和下頸部之間產(chǎn)生加寬部。下頸部被構(gòu)造為比上頸部 更粗并且相應(yīng)地具有更大的拉伸強(qiáng)度。為了對(duì)上頸部減載，應(yīng)用一支 承裝置，所述支承裝置在加寬部的下方接合并且至少部分地承載單晶 的重量。例如，加寬部可以被形成為雙椎體或者球體的形式。
美國(guó)專利申請(qǐng)文獻(xiàn)US 2008/0022922A1描述了一種支承裝置，所 述支承裝置包括具有開(kāi)口和抓持夾具的支承環(huán)，所述抓持夾具在支承 環(huán)上彼此相對(duì)設(shè)置，所述抓持夾具可以相對(duì)于軸線傾斜。抓持夾具可 以實(shí)現(xiàn)從等待位置到保持位置的傾斜運(yùn)動(dòng)，在保持位置中，抓持夾具 延伸到開(kāi)口中并處于加寬部下方。支承裝置具有抓持夾具不可逆地掉 落到保持位置的缺點(diǎn)。下降的夾具的無(wú)阻尼的下降促進(jìn)了威脅晶體的
4連續(xù)單晶生長(zhǎng)的微粒的產(chǎn)生。另外，抓持夾具不再可以移動(dòng)回到等待 位置，從而在出現(xiàn)位錯(cuò)之后回熔晶體。
根據(jù)美國(guó)專利文獻(xiàn)US 5843229,支承裝置也可以設(shè)置成其可以可 逆地在加寬部下方接合。這可以依靠具有兩個(gè)臂的抓持裝置實(shí)現(xiàn)，所 述兩個(gè)臂在旋轉(zhuǎn)點(diǎn)交叉并且借助于液壓操作缸體相互朝向和相互遠(yuǎn)離 運(yùn)動(dòng)。這個(gè)實(shí)施例的缺點(diǎn)在于臂以剪切的方式相互經(jīng)過(guò)，因此可以預(yù) 計(jì)在生長(zhǎng)單晶的周圍一定會(huì)有較高程度的微粒形成。此外，操作期間 缸體同樣產(chǎn)生微粒。然而，為了保護(hù)單晶而使用阻擋微粒的護(hù)罩是不 夠的，這是因?yàn)樽o(hù)罩需要為臂留有引入口。另外，引入口需要有足夠 的寬度，以避免阻礙臂的側(cè)向運(yùn)動(dòng)。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明的目的為提供一種具有支承裝置的用于提拉單晶的裝 置，依靠所述支承裝置可以可逆地對(duì)上頸部減載，因此在生長(zhǎng)單晶的 周圍預(yù)計(jì)不會(huì)有較高程度的微粒形成。
所述目的依靠一種從熔體中提拉出具有上頸部與下頸部之間的加 寬部的單晶的裝置，所述裝置包括用于提拉單晶的提拉裝置，其中所 述提拉裝置具有用于纏繞提拉纜線的纜線鼓；以及用于對(duì)單晶的上頸 部的重量減載的支承裝置，所述支承裝置包括支承環(huán)，所述支承環(huán)包 含開(kāi)口以及緊固在支承環(huán)上的抓持夾具，從而所述抓持夾具彼此相對(duì) 并且可以繞軸承的軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，其中抓持夾具可以實(shí)現(xiàn)從等待位置到保 持位置的可逆的樞轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，在保持位置中，抓持夾具延伸到開(kāi)口中并 且位于加寬部下方；纜線鼓，所述纜線鼓用于纏繞承載纜線以及輔助 纜線，其中所述承載纜線和輔助纜線在抓持夾具的軸承的軸線的兩側(cè) 上被緊固在抓持夾具上；以及用于改變輔助纜線的纜線路徑的輔助輥， 由此實(shí)現(xiàn)抓持夾具的樞轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
根據(jù)本發(fā)明的裝置可以可逆地對(duì)單晶的上頸部減載。盡管抓持夾 具也被認(rèn)為是單晶周圍微粒的潛在來(lái)源，但是抓持夾具可以以可控和 仔細(xì)的方式調(diào)整，以使其僅僅很少地觸發(fā)位錯(cuò)事件。在保持位置中， 抓持夾具以機(jī)械穩(wěn)定的方式固定以保證可靠的負(fù)載傳遞。根據(jù)本發(fā)明，兩個(gè)或者多個(gè)抓持夾具一組的抓持夾具被可樞轉(zhuǎn)地 安裝在支承環(huán)中，并且分別在用于樞轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的軸線的兩側(cè)上在兩個(gè)纜 線(承載纜線和輔助纜線)上懸置，從而因?yàn)閷?duì)應(yīng)的輔助纜線相對(duì)于 相關(guān)的承載纜線垂直移動(dòng)而導(dǎo)致抓持夾具的受控的和可逆的樞轉(zhuǎn)運(yùn) 動(dòng)。此外，在抓持夾具處于折入的保持位置時(shí)，承載纜線和輔助纜線 相對(duì)于籽晶保持器的同步垂直運(yùn)動(dòng)允許受控的負(fù)載傳遞。在本發(fā)明的 優(yōu)選實(shí)施例中，兩個(gè)抓持夾具通過(guò)兩個(gè)承載纜線和兩個(gè)輔助纜線被移 動(dòng)，所述纜線纏繞在總共兩個(gè)纜線鼓上，所述纜線鼓各部分在一共用 的驅(qū)動(dòng)軸上運(yùn)轉(zhuǎn)。因此，僅僅需要一個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，以實(shí)現(xiàn)所有纜線以 及因而整個(gè)支承裝置的同步垂直移動(dòng)。為了完成輔助纜線相對(duì)于承載 纜線的垂直移動(dòng)，至少輔助纜線在從纜線鼓延伸出之后分別經(jīng)由一個(gè) 引導(dǎo)輥被引導(dǎo)，并且兩個(gè)輔助輥借助于一驅(qū)動(dòng)器以受控的方式移動(dòng)到 輔助纜線的纜線路徑中，因此，輔助輥的纜線路徑被延長(zhǎng)。
在本發(fā)明的特別優(yōu)選實(shí)施例中，用于纏繞提拉纜線的纜線鼓和該 纜線鼓的驅(qū)動(dòng)器、用于纏繞承載纜線和輔助纜線的的纜線鼓及這些纜 線鼓的驅(qū)動(dòng)器、以及輔助輥和輔助輥的驅(qū)動(dòng)器在一共用的水平工作臺(tái) 上被緊固，所述共用水平工作臺(tái)可以被設(shè)置為繞提拉纜線的軸線作旋 轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。這種結(jié)構(gòu)意味著對(duì)于籽晶保持器和支承裝置的旋轉(zhuǎn)僅僅需要 一個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，并且不會(huì)出現(xiàn)同步旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的問(wèn)題。


參照附圖以下將更詳細(xì)地說(shuō)明本發(fā)明。
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選結(jié)構(gòu)的、用于制造硅單晶的裝置。
圖2示出了抓持夾具處于等待位置的支承環(huán)。 圖3示出了抓持夾具處于保持位置的支承環(huán)。 圖4示出了在抓持夾具處于保持位置的狀態(tài)中的提拉裝置和支承 裝置的各元件。
圖5示出了在抓持夾具處于等待位置的狀態(tài)中的提拉裝置和支承 裝置的各元件。
具體實(shí)施例方式
根據(jù)圖1的裝置包括真空爐1，在所述真空爐的內(nèi)部中，石墨加
熱電阻器2在石英玻璃坩堝4中產(chǎn)生硅熔體3。在纜線鼓7借助于升 降電機(jī)9被旋轉(zhuǎn)時(shí)，使用纏繞在纜線鼓7上的提拉纜線6從硅熔體3 提拉硅單晶5。纜線鼓7和升降電機(jī)9位于一單元中，所述單元被稱 為纜線旋轉(zhuǎn)頭部并且可以借助于旋轉(zhuǎn)電機(jī)IO被旋轉(zhuǎn)，從而提拉纜線6 和單晶5也可以繞它們各自的軸線連續(xù)旋轉(zhuǎn)。當(dāng)具有大約300kg或者 更多重量的重單晶被提拉時(shí)，在引晶之后需要消除沖擊位錯(cuò)的細(xì)硅頸 部11的承重能力不再足夠，因此晶體的重量需要負(fù)載支承。為了這個(gè) 原因，在細(xì)頸部11的提拉之后是雙錐體13的提拉，隨之提拉具有相 應(yīng)更高的承重能力的粗頸部12，然后，單晶以更加具體的方式被劃分 為初始錐、具有恒定直徑的部分以及錐底。為了在提拉的過(guò)程中支承 單晶以及以機(jī)械的方式對(duì)細(xì)頸部11減載，使用支承裝置，在所述支承 裝置中，兩個(gè)抓持夾具在在一環(huán)形體內(nèi)被可樞轉(zhuǎn)地安裝，所述環(huán)形體 在下文中被稱為支承環(huán)。在圖2和圖3中詳細(xì)示出了支承環(huán)16和抓持 夾具。抓持夾具在等待位置由附圖標(biāo)記17表示，并且在保持位置由附 圖標(biāo)記18表示。抓持夾具的向內(nèi)指向的端部被設(shè)置成，在抓持夾具 18處于保持位置時(shí)，該端部可以與單晶5的雙錐體13接觸。在每個(gè) 抓持夾具緊固至兩個(gè)纜線(承載纜線14，輔助纜線15)以及纜線作用 點(diǎn)在軸承的軸線兩側(cè)位于抓持夾具上的情況下，以受控的和可逆的方 式實(shí)現(xiàn)抓持夾具的樞轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。抓持夾具的樞轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)通過(guò)纜線14、 15的 相對(duì)垂直運(yùn)動(dòng)被觸發(fā)。當(dāng)支承裝置處于卸載狀態(tài)中時(shí)，輔助纜線15可 以借助于相對(duì)于承載纜線14的運(yùn)動(dòng)而使抓持夾具向外或者向內(nèi)樞轉(zhuǎn)。 支承環(huán)16設(shè)有用于抓持夾具的止擋件，在已經(jīng)達(dá)到保持位置之 后，所述止擋件防止抓持夾具18的繼續(xù)樞轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。在抓持夾具18已 經(jīng)占據(jù)保持位置之后，纜線14、 15的同步向上運(yùn)動(dòng)開(kāi)始，直到抓持夾 具的向內(nèi)指向的端部與單晶5的雙錐體13接觸?？紤]所述纜線的彈性， 纜線14、 15的進(jìn)一步輕微的向上運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致了在雙錐體13上施加的支 承力，所述力對(duì)細(xì)頸部ll減載。在這種情況中，承載纜線14大致用 作為這樣一種承載纜線，其中單晶的重量借助于支承環(huán)16中的止擋件以及抓持夾具的軸承被部分地傳遞至該承載纜線。
用于纏繞提拉纜線6的纜線鼓7以及所述纜線鼓的行程驅(qū)動(dòng)器9 連同用于纏繞承載纜線14和輔助纜線15的纜線鼓21及所述纜線鼓 的行程驅(qū)動(dòng)器8在一共用的水平工作臺(tái)19上被安裝(圖4)。工作臺(tái) 19被設(shè)置為借助于旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器10繞提拉纜線6的軸線旋轉(zhuǎn)。因此驅(qū) 動(dòng)器8和驅(qū)動(dòng)器9可以相互獨(dú)立地驅(qū)動(dòng)提拉纜線6的垂直運(yùn)動(dòng)以及支 承裝置的纜線14、 15的同步垂直運(yùn)動(dòng)。因?yàn)榧?xì)頸部11的減載將在抓 持夾具18與單晶5的雙錐體13接觸之后以受控的方式開(kāi)始，所以可 以在纜線鼓7、 21上方插入引導(dǎo)輥24、 25，纜線6、 14、 15延伸越過(guò) 所述引導(dǎo)輥并且所述引導(dǎo)輥的軸承分別與負(fù)載單元(load cell)相連， 因此在任何時(shí)間都可以得到與由各個(gè)纜線的重量導(dǎo)致的負(fù)載有關(guān)的電 信號(hào)。為了確保所有纜線6、 14、 15每個(gè)都與引導(dǎo)輥24、 25垂直地延 伸，纜線鼓有利地在它們的驅(qū)動(dòng)軸22、 23上被安裝成，在纜線纏繞以 及解開(kāi)時(shí)，纜線鼓可以橫向移動(dòng)并且如果需要的話可以被調(diào)整。
通過(guò)分別利用一個(gè)獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)器以及一個(gè)獨(dú)立的纜線鼓以及還利 用用于每個(gè)承載纜線14和每個(gè)輔助纜線15的引導(dǎo)輥來(lái)實(shí)現(xiàn)纜線14、 15彼此相互的移動(dòng)，從而使得抓持夾具樞轉(zhuǎn)。然而，特別有利的是分 別針對(duì)一對(duì)纜線14、 15利用一個(gè)共用的纜線鼓21，其中所述這對(duì)纜 線緊固至同一抓持夾具。這確保了在相關(guān)的纜線鼓21旋轉(zhuǎn)時(shí)兩個(gè)纜線 14、 15的完全同步的垂直運(yùn)動(dòng)。用于使抓持夾具樞轉(zhuǎn)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)通過(guò) 一小輔助輥27被觸發(fā)，所述小輔助輥被引入輔助纜線15的纜線路徑 中并因而延長(zhǎng)了所述纜線路徑(圖5)。在完全向內(nèi)指向的抓持夾具18 與雙錐體13相接觸的負(fù)載支承系統(tǒng)的情況中，小輔助輥27從輔助纜 線15的纜線路徑被完全移開(kāi)并且因此不能干擾用于確定支承裝置的 支承力的重量測(cè)量(圖4)。
對(duì)于所有纜線鼓21尤其有利的是使用一共用的驅(qū)動(dòng)軸23，這意 味著所有纜線14、 15的完全同步垂直運(yùn)行，并且可以使用單個(gè)驅(qū)動(dòng)器 8作用于抓持夾具。第二驅(qū)動(dòng)軸22與纜線鼓7的獨(dú)立驅(qū)動(dòng)器9 一起可 用來(lái)巻起提拉纜線6。因此，從提拉纜線6向支承裝置的承載纜線14 轉(zhuǎn)移負(fù)載的整個(gè)過(guò)程可以通過(guò)以下措施被控制，即在考慮到來(lái)自引導(dǎo)輥24、 25的重量的重量信號(hào)的情況下控制用于驅(qū)動(dòng)軸22、 23的驅(qū)動(dòng) 器8和驅(qū)動(dòng)器9。如果支承裝置處于卸載狀態(tài)(圖5)，則第三驅(qū)動(dòng)軸 26可以使用相對(duì)弱的和簡(jiǎn)單的驅(qū)動(dòng)器來(lái)致使小輔助輥27移動(dòng)進(jìn)入輔 助纜線15的纜線路徑。因此輔助纜線15相對(duì)于承載纜線14向上移動(dòng) 一確定的距離，并且這導(dǎo)致抓持夾具向外樞轉(zhuǎn)。在抓持夾具17的這個(gè) 等待位置中，支承裝置可以借助于所有纜線14、 15的同步向上運(yùn)動(dòng)而 移動(dòng)進(jìn)入閑置位置。
權(quán)利要求
1.一種用于從熔體提拉單晶的裝置，其中所述單晶具有位于上頸部與下頸部之間的加寬部，所述裝置包括提拉裝置，所述提拉裝置用于提拉所述單晶、并包含用于纏繞提拉纜線的纜線鼓；以及支承裝置，所述支承裝置用于對(duì)所述單晶的重量的所述上頸部減載，所述支承裝置包括支承環(huán)，所述支承環(huán)包含開(kāi)口以及抓持夾具，所述抓持夾具在所述支承環(huán)上被緊固以使得所述抓持夾具彼此相對(duì)并可以繞一軸承的軸線樞轉(zhuǎn)，所述抓持夾具可以實(shí)現(xiàn)從等待位置到保持位置的可逆的樞轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，在所述保持位置中，所述抓持夾具延伸到所述開(kāi)口中并且在所述加寬部下方；纜線鼓，所述纜線鼓用于纏繞承載纜線和輔助纜線，所述承載纜線和輔助纜線在所述抓持夾具的軸承的軸線的兩側(cè)上被緊固在所述抓持夾具上；以及用于改變所述輔助纜線的纜線路徑的輔助輥，由此實(shí)現(xiàn)所述抓持夾具的樞轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，還包括一工作臺(tái)， 所述工作臺(tái)繞所述提拉纜線的軸線旋轉(zhuǎn)，并且在所述工作臺(tái)上安裝用 于纏繞所述提拉纜線的所述纜線鼓、用于纏繞所述提拉纜線和所述輔 助纜線的所述纜線鼓、以及所述輔助輥。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于，還包括一共用 的纜線鼓，該共用的纜線鼓用于纏繞緊固在同一抓持夾具上的承載纜 線和輔助纜線。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1至3任一所述的裝置，其特征在于，還包括一 用于纏繞所述承載纜線和所述輔助纜線的所述纜線鼓的共用的驅(qū)動(dòng)器o
5. —種利用根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一所述的裝置提拉單晶的方法o
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于從熔體中提拉單晶的裝置，所述單晶在上頸部和下頸部之間具有加寬部。裝置包括具有用于纏繞提拉纜線的纜線鼓的提拉裝置以及用于對(duì)單晶上頸部的重量減載的支承裝置。支承裝置包括支承環(huán)，所述支承環(huán)具有開(kāi)口并且具有固定在支承環(huán)上的抓持夾具，所述抓持夾具互相相對(duì)并且可以關(guān)于所述軸承軸樞轉(zhuǎn)，其中所述抓持夾具可以從等待位置執(zhí)行雙向樞轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)進(jìn)入保持位置中，在保持位置中抓持夾具延伸到所述開(kāi)口中并且在所述加寬部下面；纜線鼓，所述纜線鼓在所述抓持夾具的軸承軸的兩側(cè)上用于纏繞承載纜線和固定在所述抓持夾具上的輔助纜線；并且用于改變所述輔助纜線的纜線路徑的輔助輥，由此所述抓持夾具可以作樞轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
文檔編號(hào)C30B15/30GK101676440SQ20091017045
公開(kāi)日2010年3月24日 申請(qǐng)日期2009年8月26日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月17日
發(fā)明者A·米勒, A·米厄, J-A·胡貝爾 申請(qǐng)人:硅電子股份公司