DD264489A1

DD264489A1 - ARRANGEMENT FOR STORING PULLING SPINDLES

Info

Publication number: DD264489A1
Application number: DD30747087A
Authority: DD
Inventors: Karlheinz Trompa
Original assignee: Akad Wissenschaften Ddr
Priority date: 1987-10-01
Filing date: 1987-10-01
Publication date: 1989-02-01

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. 2Arrangement for the storage of drawing spindles for the production of monocrystalline Halbleitermaterialstaebe, in particular of dislocation-free quality by the Czochralsky method. The invention has for its object to store pipe-shaped drawing spindles with a small diameter and sealed so that they both satisfy the requirements of Hochdruckchryschtung, but also allow the use of such types of crucible-free Kristallzrawung whose drive systems are assigned to a base frame. According to the invention this is achieved in that the housing of a radially rigid seal is fixedly connected to a pulling spindle Huelse, which follows by a radial rubber circular seal with an internally spherically shaped PTFE collar of Ziehspindelbewegung with gleichfoermig and leitgaengiger cone movement at the same time axially secure hard stop. 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.Bundle of the drawing spindle movement with uniform and smooth-running cone movement with simultaneously axially secure hard stop follows. The Kegelüewegung and the hard stop is achieved by two Kreuzkippschippen and a flat, radial movement permitting Axialwalzlager, between the housing and an enclosing lid of the respective Druckgofäßteils. The axial-synchronous pulling spindle movement and the radial tolerance compensation is ensured by a universal joint.

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.By this arrangement for storage a high degree of independence from the nature of the Dichtelemonte, increased security of the crystal pulling process and elimination of the stick-slip effect is caused.

embodiment

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.The embodiment will be explained with reference to two drawings. FIG. 1 gives an overview of the interaction of tolerances and displacements. In a door frame 21, consisting of the main column 22 and guide column 23, slide 24 are guided and stored and have opposite the door frame marked by arrows position tolerance and displacement options.

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 18gegeneinanderIn FIG. 2, two high-pressure seal sets 2 made of a PTFE composition (with graphite) are guided in the form of a double transverse bearing in a housing 1, which on the side facing the pressure by clamping flange 11 and two half rings 12 are connected to a tubular compensating part 13. At the other end, this part is tapered to a smallest possible axial short sleeve mold 4 enclosing the drawing spindle 3 with play and executed with a flange-like ring mold 14 in the transition of both tube shapes a cone bowing with minimal effort, the sleeve 4 is sealed by a round ring 6 in a groove of the bottom or lid of a pressure vessel 9 against this, with Pondelbewegungen be picked up in the 1 / 10mm range solely by the flexing movement of the rubber material of the round ring are larger Winkelbewogungen too expect, for example, because the pulling spindle a gr having a greater impact, it may be in the sense of minimizing the transverse forces in addition an inner spherical PTFE collar 6 between the sleeve 4 and 3, so that in each case the point of contact of collar or PTFE bushing with the pulling spindle 3 both the place their storage as well as the root point of the cone movement form. When pressure is applied to the end face 4, axial forces occur, which act on the flange ring 14 of the compensating part 13 on a hard stop 15, which is designed as a cover of a housing surrounding the flange ring. In order to minimize the friction transverse forces occurring during a pendulum movement, an axial bearing 16 is arranged between the two stops, the ball ring of which moves between the plane-parallel (without running groove) position surfaces; Furthermore, two Kreuzkippscheibon '17 are available to compensate for the Winkelverkippung or -Taumelbewegung. The latter are based in two mutually 90 ° planes z. B. by jo two Axialdruckstifte 18gegeneinander

ab.from.

. 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., The circumferential forces of the seal 2 are caught by a radial pin 19 in a groove of the flange ring. The drive side, the pulling spindle 3 is mounted and sealed in a similar Rundring- or circular ring and PTFE ring assembly. The Kegelbewegung occurring towards the Ziehspindelstirn here is captured by a gimbal 10, the rings allow a radial play and its lateral force effects are minimized by the fact that round and gimbal are arranged close to each other.

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.While the outer gimbal is fixed to the driving gear member, the inner gimbal takes frictional engagement with the pulling spindle, for which two half rings 20 in a Ziehspindelnut be braced by a screw axially and so a uniform Hub * and rotational movement is ensured. The driving, tubular gear member forms a pressure vessel-like conclusion of the pressure chamber and can be used procedurally.

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.With the described device occur virtually no lateral forces in the seals, whereby their life is increased, but above all a very good stick-slip-free synchronization is achieved because the Ziehspindelverbiegung is virtually zero. This has also proved advantageous in the process of the pressure vessel upper part (for the purpose of coating), where naturally larger displacements of the drawing spindle feed-through relative to the drive part occur. An overview of the interaction of tolerances and displacements is shown in FIG. 1.

f*-*^W— * - -»-,f+J»,- Γ _^J...f * - * ^W - * - - »-, f + J», - Γ _ ^ J ...

Claims

-1- 264 439 Claims:

1. An arrangement for the storage of drawing spindles in the Czochralsky method, in particular of tubular drawing spindles with a small diameter, characterized in that the housing (1) of a radially rigid seal (2) fixed to the drawing spindle (3) enclosing sleeve (4) is connected, which follows by a radial Gummirundringdichtung (5) with an internally spherically shaped PTFE collar (6) of the drawing spindle movement with uniform and smooth-running cone movement at the same time axially secure hard stop.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the conical movement and the hard stop by two Kreuzkippscheiben (7) and a two-dimensional, radial movement permitting Axialwälzlager (8), between the housing (1) and an enclosing lid of the respective pressure vessel part (9). , be achieved.

3. Arrangement according to claim 1, characterized in that in the drive part, the axially synchronous pulling spindle movement and the radial tolerance compensation by a universal joint (10) is jowaiirleistet.

For this 2 pages drawings

Field of application of the invention

The invention finds application in the production of monocrystalline Halbleitermatorialstäben, in particular of dislocation-free quality according to the Czochralsky method.

Characteristic of the known state of the art

Solutions are known where the drawing spindles are stored without play in a designed as a support boom. In this case, the boom is associated with its guideway either a machine frame, which also forms the mounting base for the working vessel, or directly connected to the working vessel. In the first case, the Maßbezugsebene the pulling spindle is dependent on a tolerance system tied outside the working vessel, dossen own tolerance system at the touch location of the pulling spindle and seal initially a gearbox kinematical over-determination conditionally, which increases even if z. B. the upper part of the working vessel for the purpose of feeding to a separate guide of the machine frame is moved independently of the Ziehspindelstellung. In vacuum and normal pressure operated plants these motion-dependent sum tolerances were absorbed by the radial and eccentric adaptability of the rubber-elastic Wellondichtringe in the sealing lip plane. However, the proposed solutions (DE 2343779, DD 0152587) are unsuitable for high pressure.

On the other hand, in the use of hard sealing elements, the drawing spindles would be subjected to an all-round bending load corresponding to their set position in the path-dependent tolerance field, including their round error. This would interfere with the process and produce a high radial impact on the gasket. Furthermore, solutions are known (DD 126766, DD 143525) to store the drawing spindle directly by means of special guides on the working vessel. In these cases, the radial mobility between the drawing spindle and the driving gear member is required by mechanical transmission solutions, the drawing spindles having larger diameters because of the drive thread spindles projecting into them. Furthermore, the driving forces are unnecessarily high and the pulling spindle cavity is not technologically usable. In addition, these solutions are not useful for high pressure equipment, because the high pressures on the one hand require small spindle diameter and on the other hand require relatively hard sealing materials. Furthermore, the solutions DE 3520165 and DE 3520180 are known, where the waves are exposed during a turn Biegelastwechseln, since obviously greater forces and friction moments for actuating the balancing members are required. During the compensating movements stick-slip movements must occur.

Object of the invention

The aim of the invention is to achieve increased security of the crystal pulling process with multivalent use of facilities for crucible-free zone melting, even under high pressure conditions.

Explanation of the essence of the invention

The invention has for its object to store and seal tubular small diameter spindles so that they meet both the requirements of high-pressure crystal growth, but also allow the use of such types of crucible-free crystal growth whose drive systems are assigned to a base frame. According to the invention this is achieved in that the housing of a radially rigid seal is fixedly connected to a sleeve enclosing the pulling spindle, which by a radial rubber sealing ring with an internally spherically shaped PTFE