DD264489A1 - Anordnung zur lagerung von ziehspindeln - Google Patents

Abstract

Anordnung zur Lagerung von Ziehspindeln fuer die Herstellung einkristalliner Halbleitermaterialstaebe, insbesondere von versetzungsfreier Qualitaet nach dem Czochralsky-Verfahren. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, rohrfoermige Ziehspindeln mit kleinem Durchmesser so zu lagern und abzudichten, dass sie sowohl den Erfordernissen der Hochdruckkristallzuechtung genueben, aber auch die Benutzung von solchen Anlagentypen der tiegelfreien Kristallzuechtung ermoeglichen, deren Antriebssysteme einem Grundgestell zugeordnet sind. Erfindungsgemaess wird das dadurch erreicht, dass das Gehaeuse einer radial steifen Dichtung fest mit einer die Ziehspindel umschliessende Huelse verbunden ist, die durch eine radiale Gummirundringdichtung mit einem innen ballig geformten PTFE-Bundring der Ziehspindelbewegung mit gleichfoermig und leitgaengiger Kegelbewegung bei gleichzeitig axial sicherem Hartanschlag folgt. Fig. 2

Description

Bundring der Ziehspindelbewegung mit gleichförmig und leichtgängiger Kegelbewegung bei gleichzeitig axial sicherem Hartanschlag folgt. Die Kegelüewegung und der Hartanschlag wird durch zwei Kreuzkippschippen und ein flächiges, radiale Bewegung zulassendes Axialwalzlager, zwischen dem Gehäuse und einem umschließenden Deckel des jeweiligen Druckgofäßteils, erreicht. Die axial-synchrone Ziehspindelbewegung und der radiale Toleranzausgleich wird durch ein Kardangelenk gewährleistet.

Durch diese Anordnung zur Lagerung wird eine weitgehende Unabhängigkeit von der Art der Dichtelemonte, eine erhöhte Sicherheit des Kristallziehvorganges und eine Ausschaltung des stick-slip-Effektes hervorgerufen.

Ausführungsbeispiel

Das Ausführungsbeispiel wird anhand zweier zeichnerischer Darstellungen erläutert. Dabei gibt Figur 1 einen Überblick über das Zusammenwirken von Toleranzen und Verlagerungen. In einem Torgestell 21, bestehend aus Hauptsäule 22 und Führungssäule 23, sind Schlitten 24 geführt und gelagert und haben gegenüber dem Torgestell die durch Pfeile gekennzeichnete Lagetoleranz- und Verlagerungsmöglichkeiten.

Die mit „A" bezeichnete Einzelheit ist Gegenstand von Fig. 2. In Figur 2 werden zwei Hochdruckdichtungssätze 2 aus einer PTFE-Komposition (mit Graphit) im Sinne einer doppelten Querlagerung in einem Gehäuse 1 geführt, das auf der druckzugewandten Seite durch Spannflansch 11 und zwei Halbringe 12 mit einem rohrförmigen Ausgleichteil 13 verbunden ibt. Dieses Teil wird am anderen Ende auf eine kleinstmögliche, die Ziehspindel 3 mit Spiel umschließende, axial kurze Hülsenform 4 verjüngt und im Übergang beider Rohrformen mit einer flanschartigen Ringform 14 ausgeführt. Zur Abdichtung und zur Gewährleistung einer Kegelbowegung mit geringstem Kraftaufwand wird die Hülse 4 durch einen Rundring 6 in einer Nut von Boden oder Deckel eines Druckgefäßes 9 gegen dieses abgedichtet, wobei Pondelbewegungen im 1/10mm-Bereich allein durch die Walkbewegung des Gummiwerkstoffs des Rundrings aufgofangen werden. Sind größere Winkelbewogungen zu erwarten, z. B. weil die Ziehspindel einen größeren Schlag aufweist, so kann im Sinne der Minimierung der Querkräfte zusätzlich ein innen balliger PTFE-Bundring 6 zwischen Hülse 4 und Ziehspindel 3 angeordnet sein, so daß aber in jedem Falle der Berührungspunkt von Bundring oder PTFE-Buchse mit der Ziehspindel 3 sowohl den Ort ihrer Lagerung als auch den Wurzelpunkt der Kegelbewegung bilden. Bei Druckbelastung auf die I iülsenstirn 4 treten Axialkräfte auf, die über den Flanschring 14 des Ausgleichteils 13 auf einen Hartanschlag 15 wirken, der als Deckel eines den Flanschring umschließenden Gehäuses ausgebildet ist. 7ur Minimierung der bei einer Pendelbewegung auftretenden Reibungsquerkräfte ist 7wischen beiden Anschlägen ein Axiallager 16 angeordnet, dessen Kugelring sich zwischen den planparallel (ohne Laufrille) ausgeführten Lage: flächen bewegt; weiterhin sind zwecks Ausgleich der Winkelverkippung bzw. -Taumelbewegung zwei Kreuzkippscheibon ' 17 vorhanden. Letztere stützen sich in zwei 90°zueinanderstehenden Ebenen z. B. durch jo zwei Axialdruckstifte 18gegeneinander

ab.

. Die Umfangkräfte der Dichtung 2 werden durch einen Radialstift 19 in einer Nut des Flanschringes aogefangen. Antriebsseitig ist die Ziehspindel 3 in einer gleichartigen Rundring- bzw. Rundring- und PTFE-Ring-Anordnung gelagert und gedichtet. Die zur Ziehspindelstirn hin auftretende Kegelbewegung wird hier durch einen Kardan 10 aufgefangen, dessen Ringe ein Radialspiel zulassen und dessen Querkraftwirkungen dadurch minimiert werden, daß Rund- und Kardanring eng nebeneinander angeordnet sind.

Während der äußere Kardanring am antreibenden Getriebeglied festgelegt ist, nimmt der innere Kardanring die Ziehspindel durch Reibschluß mit, wozu zwei Halbringe 20 in einer Ziehspindelnut durch eine Verschraubung axial verspannt werden und so eine gleichförmige Hub* und Rotationsbewegung gewährleistet ist. Das antreibende, rohrförmige Getriebeglied bildet einen druckgefäßartigen Abschluß des Druckraumes und kann verfahrenstechnologisch genutzt werden.

Mit der beschriebenen Vorrichtung treten praktisch keine Querkräfte in den Dichtungen auf, wodurch auch ihre Lebensdauer erhöht wird, aber vor allem ein sehr guter stick-slip-freier Gleichlauf erzielt wird, da auch die Ziehspindelverbiegung praktisch gleich Null ist. Das hat sich auch vorteilhaft beim Verfahren des Druckgefäß-Oberteils (zwecks Beschichtung) erwiesen, wo naturgemäß größere Verlagerungen der Ziehspindeldurchführung gegenüber dem Antriebsteil auftreten. Einen Überblick über das Zusammenwirken von Toleranzen und Verlagerungen zeigt Figur 1.

f*-*^W— * - -»-,f+J»,- Γ _^J...

Claims (3)

1. -1- 264 439 Patentansprüche:

   1. Anordnung zur Lagerung von Ziehspindeln beim Czochralsky Verfahren, insbesondere von rohrförmigen Ziehspindeln mit kleinem Durchmesser, dadurch gekennzeichnet daß das Gehäuse (1) einer radial steifen Dichtung (2) fest mit einer die Ziehspindel (3) umschließenden Hülse (4) verbunden ist, die durch eine radiale Gummirundringdichtung (5) mit einem innen ballig geformten PTFE-Bundring (6) der Ziehspindelbewegung mit gleichförmig und leichtgängiger Kegelbewegung bei gleichzeitig axial sicherem Hartanschlag folgt.
2. 2. Anordnung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kegelbewegung und der Hartanschlag durch zwei Kreuzkippscheiben (7) und ein flächiges, radiale Bewegung zulassendes Axialwälzlager (8), zwischen dem Gehäuse (1) und einem umschließenden Deckel des jeweiligen Druckgefäßteils (9), erreicht werden.
3. 3. Anordnung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Antriebsteil die axial-synchrone Ziehspindelbewegung und der radiale Toleranzausgleich durch ein Kardangelenk (10) jowaiirleistet wird.

   Hierzu 2 Seiten Zeichnungen

   Anwendungsgebiet der Erfindung

   Die Erfindung findet Anwondung bei der Herstellung einkristalliner Halbleitermatorialstäben, insbesondere von versetzungsfreier Qualität nach dem Czochralsky Verfahren.

   Charakteristik des bekannten Standes der Technik

   Bekannt sind Lösungen, wo die Ziehspindeln in einem als Support gestalteten Ausleger spielfrei gelagert sind. Dabei ist der Ausleger mit seiner Führungsbahn entweder einem Maschinengestell zugeordnet, das auch die Montagebasis für das Arbeitsgefäß bildet, oder direkt mit dem Arbeitsgefäß fest verbunden. Im ersten Fall ist die Maßbezugsebene der Ziehspindel wegabhängig an ein Toleranzsystem außerhalb des Arbeitsgefäßes gebunden, dossen eigenes Toleranzsystem am Berührungsort von Ziehspindel und Dichtung zunächst eine getriebekinematische Überbestimmung bedingt, die sich noch vergrößert, wenn z. B. das Oberteil des Arbeitsgefäßes zwecks Beschickung an einer gesonderten Führung des Maschinengestells unabhängig von derZiehspindelstellung verfahren wird. Bei vakuum- und normaldruckbetriebenen Anlagen wurden diese bewegungsabhängigen Summentoleranzen durch die radiale und exzentrische Anpassungsfähigkeit der gummielastischen Wellondichtringe in der Dichtlippenebene aufgefangen. Die hierzu vorgeschlagenen Lösungen (DE 2343779, DD 0152587) sind jedoch für Hochdruck ungeeignet.

   Andererseits würde bei dem Einsatz harte Dichtelemente die Ziehspindeln mit einer umlaufenden Biegebelastung entsprechend ihrer Mornentanstellung im wegeabhängigen Toleranzfeld, einschließlich ihrem Rundfehler, beaufschlagt sein. Dadurch würde derZiohvorgang gestört und eine hoho radiale Betastung der Dichtung hervorgerufen. Weiterhin sind Lösungen bekannt (DD 126766, DD 143525), die Ziehspindel direkt mittels spezieller Führungen am Arbeitsgefäß zu lagern. In diesen Fällen ist die radiale Beweglichkeit zwischen Ziehspindel und antreibenden Getriebeglied durch mechanischgetriebetechnische Lösungen erforderlich, wobei die Ziehspindeln wegen der in sie hineinragenden Antriebsgewindespindeln größere Durchmesser aufweisen. Weiterhin sind die Antriebskräfte unnötig hoch und der Ziehspindelhohlraum ist technologisch nicht nutzbar. Außerdem sind diese Lösungen für Hochdruckanlagen nicht brauchbar, weil die hohen Drücke einerseits kleine Spindeldurchmesser erfordern und andererseits relativ harte Dichtungswerkstoffe voraussetzen. Weiterhin sind die Lösungen DE 3520165 und DE 3520180 bekannt, wo die Wellen während einer Umdrehung Biegelastwechseln ausgesetzt sind, da offensichtlich größere Kräfte und Reibmomente zur Betätigung der Ausgleichglieder erforderlich sind. Bei den erfolgenden Ausgleichbewegungen müssen stick-slip Bewegungen auftreten.

   Ziel der Erfindung

   Ziel der Erfindung ist es, eine erhöhte Sicherheit des Kristallziehvorganges bei multivalenter Nutzung der Anlagen zum tiegelfreien Zonenschmelzen auch unter Hochdruckbedingungen zu erreichen.

   Darlegung des Wesens der Erfindung

   Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, rohrförmige Ziehspindeln mit kleinem Durchmesser so zu lagern und abzudichten, daß sie sowohl den Erfordernissen der Hochdruckkristallzüchtung genügen, aber auch die Benutzung von solchen Anlagentypen der tiegelfreien Kristallzüchtung ermöglichen, deren Antriebssysteme einem Grundgestell zugeordnet sind. Erfindungsgemäß wird das dadurch erreicht, daß das Gehäuse einer radial steifen Dichtung fest mit einer die Ziehspindel umschließenden Hülse verbunden ist, die durch eine radiale Gummiringdichtung mit einem innen ballig geformten PTFE-