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Einrichtung zum tiegelfreien Zonenschmelzen
Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum tiege1freienZonenschmelzen von Halbleiterstäben, insbesondere Siliziumstäben, mit einer metallenen Hochvakuumkammer, in welcher der HalbleiterStab in. aufrechter Stellung an beiden Enden gehaltert wird. Eine derartige bekannte Einrichtung wird er- findungsgemäss in der Weise verbessert, dass Boden und Decke der Kammer mit ihren seitlichen Wandungen unlösbar verbunden sind, und dass von den beiden Stabhalterungen die eine am Boden und die andere an der Decke der Kammer angebracht ist, dass die Kammer durch eine seitliche, verschliessbare Öffnung für die Bedienung zugänglich ist, und dass eine zweite seitliche Öffnung für den Anschluss einer Hochvakuumpumpeinrichtung vorgesehen ist.
Die Erfindung beruht auf folgenden Überlegungen :
Bei einer bekannten Einrichtung zum tiegelfreien Zonenschmelzen unter Hochvakuum befindet sich der zu behandelnde Stab mit der Heizvorrichtung unter einer metallenen Glocke von verhältnismässig gro- sser Weite, die auf eine Bodenplatte vakuumdicht aufgesetzt ist. Diese Einrichtung weist jedoch den Nach-
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in der Bodenplatte befinden. Ferner ist der Rohrstutzen zum Anschluss der Evakuierungseinrichtung am Boden angebracht, so dass Fremdkörper oder abgedampftes Material in den Rohrstutzen und damit in die Vakuumpumpe geraten können. Durch den Platzmangel wird der Durchmesser des Auschlussstatzens begrenzt, so dass ein verhältnismässig langer Zeitraum zur Herstellung des Vakuums nötig ist.
Zum Auswechseln eines Stabes oder zur Bedienung der Hilfseinrichtungen innerhalb der Glocke muss die Glocke mittels einer besonderen Hebevorrichtung abgehoben werden.
Diese Nachteile fallen bei der neuen. Einrichtung weg. Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung ergibt sich dadurch, dass für das Vakuumgehäuse eine Quaderform mit vorzugsweise rechteckiger Grundfläche gewählt wird. Die eine Seitenwand kann mit einer Tür und die andere mit dem Anschluss für die Vakuumpumpe versehen werden, dessen Durchmesser somit nicht durch Platzmangel begrenzt wird. Ein Anschluss für die Vorvakuumpumpe kann an einer dritten Seitenwand angebracht werden. Weitere Einzelheiten werden im folgenden an Hand der Figuren erläutert :
Die Fig. l zeigt ein Ausführungsbeispiel der Zonenschmelzeinrichtung in vereinfachter perspektivi- scher Darstellung, teilweise gesenniten.
Fig. 2 zeigt dieselbe Einrichtung im Schnitt längs des strichpunktierten Linienzuges IIL-IH (Fig. 3) von vom gesehen, Fig. 3 ist eine Draufsicht im Schnitt längs der strichpunktierte Linie H-n (Fig. 2).
Nach Fig. l hat das Gehäuse 2 die Gestalt einer quaderförmigen Kammer. Ihre Vorderwand wird von einer Verschlussplatte 3 gebildet, die nach Art einer Tür ausgebildet sein kann. Die Kammerwandungen und die Tür haben eine an sich bekannte Wasserkühlung, z, B. mittels aufgelöteter Kupferrohre. die der Einfachheit halber in der Zeichnung weggelassen ist. Ein Beobachtungsfenster 30, das sich angenähert über die gesamte Länge des Halbleiterstabes 6 erstreckt, ermöglicht die Beobachtung des Schmelz- oder ZiehVorganges. Ein Anschlussstutzen 4 für die Vakuumpumpeinrichtung 5 befindet sich an der Hinterwand.
Im Gehäuse 2 sind der Stab 6 und seine Haltevorrichtungen 7 angeordnet. An den vakuumdicht herausge- fühtten Wellen 8, die nur als Stumpfe angedeutet sind, greifen an sich bekannte Antriebs- und Steuervor- richtungen an, mit denen die Haltevorrichtungen in Längsrichtung verschoben und/oder in Umdrehung
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versetzt werden können. Ferner sind eine Heizspule 11 mit Zuführungen 12 und einer Transportvorrichtung 13 dargestellt. Ein Schirm 14 in Form eines Halbzylinders, der in Fig. 1 in der Mitte unterbrochen
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und vor der Ablagerung von derdampftem Material. Ferner ist eine Greifvorrichtung, bestehend aus einer Welle 18 und einem Greifer 15 vorgesehen.
In den Fig. 2 und 3 sind gleiche Teile wie in Fig. 1 mit gleichen Bezugsziffern versehen. Die Ausführung der Verschlussplatte 3 nach Art einer Tür, nämlich mit seitlicher Ausschwenkung an der Vorderwand, ist aus Fig. 3 zu ersehen. Die Tür 3 erhält eine Gummidichtung 28, die angeschraubt oder in. eine Nut eingelegt oder auf ähnliche Art befestigt wird. Die Tür ist mit einem oder mehreren, vorzugsweise seitlich angebrachten Doppelscharnieren 21 versehen, die bei geschlossener Tür angenähert gestreckt sind.
Dadurch wird der vakuumdichte Verschluss de} Tür durch den äusseren Druck ohne merkllche seitliche Verschiebung bei Druckänderungen ermöglicht. Zur Bedienung erhält die Tür einen Handgriff 29. Das Beobachtungsfenster 30 ist durch eine Hartglasscheibe 23, deren Stärke entsprechend derDruckbeanspruchung gewählt wird, mit einer Dichtung 22, vorzugsweise Gummidichtung, verschlossen. In einem gewissen Abstand, etwa von der Dicke der Hartglasscheibe 23, ist aussen auf Abstandsröhrchen 26 eine durchsichtige Scheibe 27 aus splitterfreiem Glas, vorzugsweise Polymemylmetacrylat (Plexiglas) zum Schutz des Beobachters angebracht.
Zum Schutze der Hartglasscheibe 23 gegen Verschmutzung durch abgedampftes Material ist innen eine dünne Glasscheibe 24 eingesetzt, die mittels einer Spreizfeder 25 gehalten wird und zum Zweck der Säuberung leicht auswechselbar ist. Sie kann aber auch beispielsweise durch eine oder mehrere angeschraubte Blattfedern gehalten werden. Zum Schutze der Augen des Beobachters kann die Scheibe 27 dunkel gefärbt sein, so dass zur Beobachtung des Schmelzvorganges keine Schutzbrille mehr benötigt wird.
Damitdervon abgedampftem Material gebildete Innenbelagdes Beobachtungsfensters nicht schon nach kurzer Betriebszeit so dicht werden kann, dass er die Beobachtung behindert, soll der senkrechte Abstand des Beobachtungsfensters von der Achse der Stabhalterungen 7 mindestens das Fünffache der lichten Weite der ringförmigen Heizspule 11 betragen. Hienach sind die Stellen festgelegt, an welchen die Wellen 8 mit je einer vakuumdichten Drehdurchführung durch den Boden bzw. die Decke derVakuumkammer 2 hindurchgeführt sind.
Die Heizvorrichtung, welche in einer Ecke der Vakuumkammer angeordnet ist, besteht im wesentlichen aus derHeizspulell, die vorteilhaft als Flachspule ausgeführt ist unddenHalbleiterstab 6 umschliesst, sowie den Stromzuführungen 12 und der mit einer vakuumdichtenDurchführung durch denBoden geführten
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zentrischen Rohren besteht, die zugleich zur Zu- und Abfuhr des Heizstromes dienen können. Die Wasserkühlung der Heizspule, bei der die Wasserzu- und abführung durch die Spulentransportvorrichtung erfolgt, ist in der Zeichnung nicht dargestellt.
Der Wärmeschirm 14 kann an der Decke des Vakuumgehäuses festgeschraubt sein. Für ihn kann eine besondere Wasserkühlung mittels aufgelöteter Kupferrohre vorgesehen sein.
In einer andern, vorzugsweise der Tür gegenüberliegenden Ecke ist eine Greifvorrichtung fürden Halb- leiterstab angebracht. Diese Vorrichtung erleichtert die Bedienung und ermöglicht unter Umständen die Einsparung mehrerer Arbeitsgänge, z. B. Öffnen und Schliessen der Tür, Einsetzen eines Stabes und Eva- kuierung des Gehäuses, und bewirkt dadurch eine erhebliche Zeitersparnis, z. B. in dem Falle, dass zwischen zwei in denHalierungen eingespannten Stabstücken oder Impflingen ein drittes Stück eingesetztund festgeschmolzen werden soll. Die Greifer 15 sind mittels Stellschrauben 17 auf den an Boden und Decke drehbar gelagerten und durch Zahnräder 19 angetriebenen Wellen 18 verschiebbar befestigt.
Die Wellen 18 werden über die Zahnräder 19 durch das Zahnrad 20 angetrieben, das von aussen betätigt werden kann.
Die Betätigung erfolgt vorteilhaft über ein selbstsperrendes Getriebe, z. B. ein Schneckenradgetriebe 31, 32. Zum Schutz des Halbleiterstabes gegen Verunreinigungen sind auf die Enden der Greifer Röhrchen 16 aus hitzebeständigem und abriebfestem Material, vorzugsweise aus Quarz, aufgesetzt.
In einer der beiden noch freien vorderen Ecken der Vakuumkammer kann eine rohrförmige Kühlfalle angebracht sein, die in der Zeichnung nicht dargestellt ist. Sie kann beispielsweise an der Decke hängend angebracht und mit ihrem oberen, offenen Ende durch die Decke vakuumdicht hindurchgeführt sein, so dass sie von aussen z. B. mit flüssiger Luft gefüllt werden kann.
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