DD235679A1 - Vorrichtung zum abstuetzen des kristalls beim tiegellosen zonenschmelzen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf die Herstellung stabfoermiger Einkristalle unter Anwendung eines Duennhalses. Ziel der Erfindung ist es, Nebenwirkungen bei der Stuetzung des Kristalls im kegelfoermigen Bereich zu vermindern. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Vorrichtung mit Stuetzelementen diese so auszubilden und anzuordnen, dass ihr Einschwenken in die Stuetzstellung vor der Beruehrung mit dem Kegel erfolgt. Erfindungsgemaess wird das bei einer Stuetzvorrichtung, die synchron mit der unteren Ziehspindel rotiert dadurch erreicht, dass die Stuetzvorrichtung einen pendelnd aufgehaengten Ring hat, an dem mindestens drei regelmaessig verteilte Stuetzarme angeordnet sind, die in der Warteposition schraeg nach oben gerichtet sind und in Stuetzposition, die erreicht ist, wenn die Stuetzarme bei der Abwaertsbewegung der Ziehspindel deren oberes Ende passiert haben, in eine waagerechte Lage fallen, und dass der aeussere Rand des Ringes zwischen mindestens einer Bimetallklammer angeordnet ist, der ein Heizer zugeordnet ist. Fig. 1

Description

einer Klammer angeordnet ist, die an der Tragevorrichtung befestigt ist, wobei mindestens ein Schenkel der Klammer aus Bimetall besteht, dem ein Heizer zugeordnet ist, und wobei die Klammer bei Erhitzung durch den Heizer geöffnet ist.

Es ist zweckmäßig, daß jeder Stützarm aus einem Hebel besteht, der an einem Ende gelagert ist und am anderen Ende eine Lagerschneide aufweist, der ein Rondensegment mit einer Lagerpfanne zugeordnet ist, wobei der Hebel und das Rondensegment durch eine Feder miteinander verbunden sind. Das Rondensegment liegt beim Stützvorgang am Kristall an.

Weiterhin ist es zweckmäßig, daß ein mitrotierender Ring aus gut wärmeleitendem Material zur Übertragung der Wärme des Heizers auf das Bimetall angeordnet ist.

Die Klammern sind vorteilhaft mittels Federgelenken befestigt, so daß sie um kleine Schwenkbeträge leicht beweglich sind, jedoch in radialer und tangentialer Richtung eine hohe Steifigkeit haben.

Bei dieser Stützvorrichtung liegen die Stützarme zunächst an der unteren Ziehspindel an. Beim Absenken der Ziehspindel im Verlaufe des Züchtungsprozesses passieren die Stützarme das obere Ende der Ziehspindel und fallen in die Stützstellung. Beim weiteren Absenken derZiehspihdel berühren sie schließlich den kegelförmigen Bereich des Kristalls. Da der Ring, auf dem die Stützarme angeordnet sind, pendelnd aufgehängt ist und infolge der Beheizung des Bimetalls die Klammern geöffnet sind, können sich die Stützarme ohne Belastung des Dünnhalses an den Kristall anlegen. Da sich die Stützarme schon vor der Berührung mit dem Kristall in Stützstellung befinden, kommt es auch nicht zu Erschütterungen im Kristall.

Nach dem Antasten der Stützarme am Kristall wird die Beheizung des Bimetalls beendet, so daß sich die Klammer schließt und den Ring mit den Stützarmen arretiert. Damit wird der Kristall gestützt, ohne daß unzulässige Kräfte auf den Dünnhals einwirken.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung so(l in einem Ausführungsbeispiel an Hand von Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig.! : eine Seitenansicht der Stützvorrichtung, teilweise im Schnitt,

Fig.2a-c: die Stellung der Stützvorrichtung in unterschiedlichen Phasen des Kristallzüchtungsprozesses

Auf der oberen Seite eines Schlittens 1, der in axialer Richtung auf der Ziehspindel 2 verschiebbar ist, ist eine Tragevorrichtung angeordnet, die eine obere Plattform 3a und eine untere Plattform 3 b hat. An der oberen Plattform 3a ist mittels dreier dünner Drähte 4, die um 120° versetzt angeordnet sind, ein Ring 5 pendelnd aufgehängt. Die Führungslager des Schlittens 1 sind in axialer und dessen Mitnehmer in Drehrichtung durch angefederte Gegenlager spielfrei gestaltet. Die Masse des Schlittens einschließlich die der Aufbauten und Zusatzmassen wird durch eine Haltefeder 6 in vorgegebener Höhe gehalten. Am Ring 5 sind drei regelmäßig verteilte und in einem bestimmten Bereich nach oben aus dem Durchmesserbereich der Ziehspindel 2 schwenkbare Stützarme 7 angeordnet. Jeder dieser Stützarme7 besteht im wesentlichen aus einem einarmigen Hebel 8 mit einer Lagerschneide 9 sowie einem Rondensegment 10 mit einer Lagerpfanne 11, die der Lagerschneide 9 zugeordnet ist. Der Hebel 8 und das Rondensegment 10 sind über eine Feder 12 miteinander verbunden.

Am äußeren Umfang des Ringes 5 sind Bleche 13 angeordnet, die durch Klammern 14festgehalten werden können. Ein Schenkel 15 der Klammern 14 ist aus Bimetall und wird durch einen gehäusefesten Heizer 16 gesteuert, dessen Wärmestrom über einen mitrotierenden Kupferring 17 dem Bimetall zugeleitet wird. Bei Abkühlung der Bimetalle werden die Bleche festgehalten und auf diese Weise mit der unteren Plattform 3 b fest verbunden. Die Klammern 14 sind mittels Federgelenken 18 an der unteren Plattform 3 b befestigt, so daß sie um kleine Schwenkbeträge leicht beweglich sind, wobei sie jedoch in radialer und tangentialer Richtung eine hohe Steifigkeit haben. .

In der Fig. 2 a ist die oberste Stellung der Ziehspindel dargestellt/Der Schlitten 1 befindet sich in seineroberen Stellung. Die

Stützarme liegen an der Ziehspindel 2 an und kippen nach Passieren der sich senkenden Stirnfläche der Ziehspindel 2 der—-

Drehachse der Ziehspindel in eine waagerechte Lage. Beim weiteren Absenken der Ziehspindel 2 gelangt der Kristallkegel in die Stützebene (Fig.2b), wobei die pendelnd aufgehängten Stützarme bei aufgeheizten Klammern 14 zunächst noch frei beweglich sind und sich nach dem Oberflächenprofil des Kegels ausrichten können. Nach Beendigung des Ausrichtvorganges wird der Heizer 16 abgeschaltet, so daß die zentrierenden Stützkörper fixiert sind. Bei entsprechender Dimensionierung der Haltefeder 6 werden die Massenkräfte des bis zu diesem Zeitpunkt gezogenen Kristalls sowie die hinzukommenden des weiter wachsenden Kristalls langsam entsprechend der Federsteifigkeit von ihr aufgenommen und der Dünnhals wird entlastet. Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, daß auch bei exzentrischer Lage des Kreises, der die Antastpunkte berührt, zur Ziehachse die beim Antasten auftretenden radial wirkenden Kräfte sehr klein sind, Stöße vermieden werden und der Querschnitt des Dünnhalses nur durch Druckkräfte, die einen Bruchteil der Massenkräfte des Silizium-Kristalls sind, belastet wird. /

Claims (4)

1. Erfindungsanspruch:

   1. Vorrichtung zum Abstützen des Kristalls beim tiegellosen Zonenschmelzen, mit einem auf der unteren Ziehspindel in axialer Richtung verschiebbaren Schlitten, dessen Führungslager in axialer Richtung und dessen Mitnehmer in Drehrichtung spielfrei gestaltet sind, gekennzeichnet dadurch, daß auf der Stirnseite des Schlittens (1), zu dessen Höhenpositionierung z. B. eine Haltefeder (6) vorgesehen ist, eine Tragevorrichtung angeordnet ist, die aus Trägern und zwei übereinander angeordneten Ringplattformen (3a; 3b) besteht, daß an der oberen Plattform (3a) ein Ring (5) pendelnd aufgehängt ist, an dem drei regelmäßig verteilte Stützarme (7) angeordnet sind, die in der Warteposition schräg nach oben gerichtet sind und mit ihrem freien Ende an der Ziehspindel (2) anliegen und die in Stützposition, die erreicht ist, wenn die Stützarme (7) bei der Abwärtsbewegung der Ziehspindel deren oberes Ende passiert haben, in eine Lage fallen, bei der die freien Enden der Stützhebel auf einem Kreis liegen, dessen Durchmesser zwischen dem des Dünnhalses und dem des Kristalls liegt, daß der äußere Rand des Ringes (5) zwischen mindestens einer Klammer (14) angeordnet ist, die an der Tragevorrichtung befestigt ist, wobei mindestens ein Schenkel (15) der Klammer (14) aus Bimetall besteht, dem ein Heizer (16) zugeordnet ist, und wobei die Klammer (14) bei Erhitzung durch den Heizer (16) geöffnet ist.
2. 2. Vorrichtung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß jeder Stützarm (7) aus einem Hebel (8) besteht, der an einem Ende gelagert ist und am anderen Ende eine Lagerschneide (9) aufweist, derein Rondensegment (10) mit einer Lagerpfanne zugeordnet ist, wobei der Hebel (8) und das Rondensegment (10) durch eine Feder (12) miteinander verbunden sind.
3. 3. Vorrichtung nach Punkt 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß ein mitrotierender Ring (17) aus gut wärmeleitendem Material zur Übertragung der Wärme des Heizers (16) auf das Bimetall angeordnet ist.
4. 4. Vorrichtung nach Punkt 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß die Klammern (14) mittels Federgelenken (18) befestigt sind.

   Hierzu 2 Seiten Zeichnungen

   Anwendungsgebiet der Erfindung

   Die Erfindung ist beim tiegellosen Zonenschmelzen von Halbleitereinkristallen, ζ. B. von Siliziumeinkristallen in Stabform auf einem Dünnhals anwendbar.

   Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

   Beim Verfahren zum tiegelfreien Zonenschmelzen von Halbleitereinkristallen auf einem Dünnhals wird der Kristall vom Durchmesser des Dünnhalses allmählich auf den erforderlichen Durchmesser gebracht, wobei der Übergang nahezu kegelförmig ausgebildet ist. Für die Stützung des Kristalls in diesem kegelförmigen Bereich sind bereits Vorrichtungen bekannt (z.B. DD-PS 159087,159088,159649). Bei diesen wird der kegelförmige Bereich nach Erreichen einer vorher festgelegten Masse des Kristalls durch einen Stützring, der auf der unteren Ziehspindel gelagert ist und mit dieser rotiert, gestützt. Diese Anordnungen haben den Nachteil, daß sie die kegelförmigen Bereiche der Kristalle nicht ohne negative Nebenwirkungen stützen können. Die Ursache hierfür ist darin zu sehen, daß die kegelförmigen Bereiche erheblich von einem Kegel mit kreisförmigen Querschnitten abweichen können.

   Zwar wurde versucht, diesen Nachteil durch die schwimmende Lagerung des Stützringes zu vermeiden, jedoch ist dieser nur bei Versatz der Längsachse des Kegels gegenüber der Achse der Ziehspindel wirksam, während es bei Abweichungen vom kreisförmigen Querschnitt zu einer Abstützung kommen kann, bei der Biegemomente am Dünnhals auftreten. Dabei kann es zum Bruch des Dünnhalses kommen.

   Weiterhin sind Vorrichtungen bekannt (DE-OS 2626311, 2626377), bei denen Stützelemente gegen den Kegel geschwenkt und in Stützstellung arretiert werden. Diese Vorrichtungen haben den Nachteil, daß durch das Heranschwenken der Stützelemente an den Kegel Biege- und Torsionsmomente am Dünnhals auftreten. Weiterhin kann die Einstellung wegen der Reibung zwischen den Stützelementen und dem Kristall sowie in einem Stellgetriebe nicht genügend feinfühlig vorgenommen werden, wodurch der Dünnhals ebenfalls unzulässig beansprucht werden kann. ν

   Ziel der Erfindung

   Ziel der Erfindung ist es, die Nebenwirkungen bei der Stützung des Kristalls im kegelförmigen Bereich zu vermindern.

   Darlegung des Wesens der Erfindung

   Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Vorrichtung mit Stützelementen diese so auszubilden und anzuordnen, daß ihr Einschwenken in die Stützstellung vor der Berührung mit dem Kegel erfolgt. Erfindungsgemäß wird das bei einer Stützvorrichtung,' bei der auf der unteren Ziehspindel ein in axialer Richtung verschiebbarer Schlitten angeordnet ist, dessen Führungslager in axialer Richtung und dessen Mitnehmer in Drehrichtung durch angefederte Gegenlager spielfrei gestaltet sind, dadurch erreicht, daß auf der Stirnseite des Schlittens, zu dessen Höhenpositionierung z. B. eine Haltefeder vorgesehen ist, eine Tragevorrichtung angeordnet ist, die aus Trägern und zwei übereinander angeordneten Ringplattformen besteht, daß an der oberen Plattform ein Ring pendelnd aufgehängt ist, an dem mindestens drei regelmäßig verteilte Stützarme angeordnet sind, die in der Warteposition schräg nach oben gerichtet sind und mit ihrem freien Ende an der Ziehspindel anliegen und die in Stützposition, die erreicht ist, wenn die Stützarme bei der Abwärtsbewegung der Ziehspindel deren oberes Ende passiert hatten, in eine Lage fallen, bei der die freien Enden der Stützarme auf einem Kreis liegen, dessen Durchmesser zwischen dem des Dünnhalses und dem des Kristalls liegt, daß der äußere Rand des Ringes zwischen mindestens