DE102005041591B4

DE102005041591B4 - Sicherheitseinrichtung und Verfahren zum Auslösen einer Notabschaltung einer Kristallzüchtungsanlage

Info

Publication number: DE102005041591B4
Application number: DE200510041591
Authority: DE
Inventors: Alfred Dipl.-Ing. Pardubitzki; Anton Günther
Original assignee: Siltronic AG
Current assignee: Siltronic AG
Priority date: 2005-09-01
Filing date: 2005-09-01
Publication date: 2007-03-29
Anticipated expiration: 2025-09-02
Also published as: DE102005041591A1

Abstract

Sicherheitseinrichtung zum Auslösen einer Notabschaltung einer Kristallzüchtungsanlage, umfassend einen unter Zug stehenden stromdurchflossenen elektrischen Leiter, der auf Höhe eines unteren Endes einer Kühleinrichtung zum Kühlen eines wachsenden Kristalls lösbar befestigt ist, wobei sich die Befestigung bei Berührung mit einer Schmelze löst und eine dadurch bewirkte Entspannung des Leiters den Stromfluss unterbricht, was die Notabschaltung der Kristallzüchtungsanlage auslöst.

Description

Gegenstand der Erfindung ist eine Sicherheitseinrichtung zum Auslösen einer Notabschaltung einer Kristallzüchtungsanlage und ein die Sicherheitseinrichtung verwendendes Verfahren.

Bei der Züchtung von Kristallen ist es häufig von Vorteil, dass ein nach der Czochralski-Methode aus einer Schmelze gezogener Kristall mit einer Kühleinrichtung gekühlt wird. So hängt die Bildung von Punktdefekten während der Herstellung von Einkristallen aus Silizium unter anderem vom axialen Temperaturgradienten an der Phasengrenze von flüssiger Schmelze und wachsendem Einkristall ab. In der EP 725 169 B1 ist ein Beispiel einer Kühleinrichtung beschrieben, mit der der axiale Temperaturgradient günstig beeinflusst werden kann. Es ist auch häufig wünschenswert, dass der Abstand zwischen der Kühleinrichtung und der Schmelze möglichst gering ist. Dadurch entsteht ein beträchtliches Risiko, dass sich die Kühleinrichtung und die Schmelze berühren, zumal es üblich ist, ein mit dem Wachsen des Einkristalls einhergehendes Absinken des Schmelzenspiegels beispielsweise durch Anheben des Tiegels auszugleichen. Die Kühleinrichtung kann nicht nur unbrauchbar werden, wenn sie in die Schmelze eintaucht, sondern auch soweit zerstört werden, dass Kühlmittel, beispielsweise Wasser, in die Schmelze gelangt und eine Explosion auslöst. Es ist daher notwendig, Vorkehrungen zu treffen, die einen solchen Unfall verhindern.

Gemäß der EP 725 169 B1 besteht das untere Ende der Kühleinrichtung aus einem massiven Kühlkörper, der kein Kühlmittel führt. Damit kann auch kein Kühlmittel austreten, selbst wenn der Kühlkörper in die Schmelze eintaucht. Darüber hinaus ist in diesem Fall vorgesehen, den Kühlkörper vom Kühlmittel führenden Teil der Kühleinrichtung automatisch zu lösen, so dass dieser Teil mit der Schmelze nicht in Berührung kommen kann. Nachteilig daran ist, dass die Kühlwirkung des Kühlkörpers geringer ist und dass ein Eintauchen des Kühlkörpers in die Schmelze grundsätzlich in Kauf genommen wird.

Es ist auch eine Lösung des Problems denkbar, die darin besteht, bei Berührung der Kühleinrichtung und der Schmelze einen Stromkreis zu schließen und daraufhin eine Notabschaltung der Kristallzüchtungsanlage auszulösen. Nachteilig an einer solchen Vorgehensweise ist, dass durch Ionisationseffekte das Bestehen eines geschlossenen Stromkreises vorgetäuscht wird, was zu einer Fehlabschaltung führt. Es ist ebenfalls problematisch, dass eine unbeabsichtigte Unterbrechung der Stromzuführung zur Folge hat, dass nicht bemerkt wird, wenn sich Kühleinrichtung und Schmelze berühren.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Sicherheitseinrichtung der eingangs genannten Art bereitzustellen, die eine Notabschaltung der Kristallzüchtungsanlage möglichst zuverlässig auslöst.

Gegenstand der Erfindung ist eine Sicherheitseinrichtung zum Auslösen einer Notabschaltung einer Kristallzüchtungsanlage, umfassend einen unter Zug stehenden stromdurchflossenen elektrischen Leiter, der auf Höhe eines unteren Endes einer Kühleinrichtung zum Kühlen eines wachsenden Kristalls lösbar befestigt ist, wobei sich die Befestigung bei Berührung mit einer Schmelze löst und eine dadurch bewirkte Entspannung des Leiters den Stromfluss unterbricht, was die Notabschaltung der Kristallzüchtungsanlage auslöst.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der elektrische Leiter an der Kühleinrichtung befestigt. Er besteht vorzugsweise aus einem Material, das die Verwendbarkeit des Kristalls nicht beeinträchtigt, wenn es in den Kristall gelangen sollte. Ein Leiter aus Wolfram ist daher für den Fall der Züchtung von Kristallen aus Silizium besonders geeignet. Es ist auch bevorzugt, dass der Leiter durch ein ihn umgebendes Quarzrohr elektrisch isoliert ist. Besonders bevorzugt ist es auch, wenn die Kühleinrichtung und der Leiter Teile desselben Stromkreises sind.

Gegenstand der Erfindung ist auch ein Verfahren zum Auslösen einer Notabschaltung einer Kristallzüchtungsanlage, wobei unter Zug stehender stromdurchflossener elektrischer Leiter auf Höhe eines unteren Endes einer Kühleinrichtung zum Kühlen eines wachsenden Kristalls lösbar befestigt wird, und die Befestigung beim Berühren einer Schmelze gelöst und der Stromfluss durch eine dadurch bewirkte Entspannung des Leiters unterbrochen wird, woraufhin die Notabschaltung der Kristallzüchtungsanlage ausgelöst wird.

Erfindungsgemäß wird während der Kristallzüchtung ein Stromfluss in einem Stromkreis aufrechterhalten, und der Stromfluss unterbrochen, falls sich die Kühleinrichtung und die Schmelze berühren oder zu berühren drohen, und die Notabschaltung der Kristallzüchtungsanlage ausgelöst. Bei einer bevorzugten Art der Notabschaltung werden der Tiegel und/oder die Kühleinrichtung in eine Position bewegt, in der ausgeschlossen ist, dass sich Kühleinrichtung und Schmelze berühren. Nachdem der Stromfluss auch die Betriebsbereitschaft der Sicherheitseinrichtung signalisiert, ist deren unbemerkter Ausfall nicht möglich.

Die Figur zeigt eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung. Wesentliches Element der Vorrichtung ist ein Wolfram-Seil 8, das durch eine Feder 10 unter Zugspannung steht. Die Feder ist mit Hilfe einer Klemme 5 vorgespannt. Das Seil ist an einem unteren Ende in einem Halter 16 eingehängt und wird durch einen Knoten 18 daran gehindert, durch die Feder 10 vom Halter 16 gezogen zu werden. Der Knoten dient als Befestigung, die sich löst, wenn sie mit der Schmelze in Berührung kommt. Der Halter ist mit Schrauben 13 an einer Kühleinrichtung 17 zum Kühlen eines aus einer Schmelze gezogenen Kristalls befestigt. Die Kühleinrichtung 17 ist nur teilweise dargestellt. Der Knoten und das untere Ende der Kühleinrichtung, das zur Oberfläche der Schmelze gerichtet ist, liegen ungefähr auf gleicher Höhe, so dass bei einer Annäherung an die Schmelze beide gleichzeitig mit der Schmelze in Berührung kommen. Soll vermieden werden, dass die Kühleinrichtung die Schmelze berühren kann, wird der Knoten etwas näher zur Schmelze angeordnet als das untere Ende der Kühleinrichtung. Das Seil 8 ist in Quarzrohren 1, 2, 3 und 4 geführt, die es elektrisch isolieren und von der Umgebung abschirmen. Das Quarzrohr 2 ist oben und in der Mitte mit Führungselementen 14 und 15 am Halter 16 abgestützt. Zwischen den Quarzrohren 3 und 4 befindet sich eine Verbindungsschelle 7 zum Montieren der Quarzrohre an die Kristallzüchtungsanlage. Eine Klemme 6 dient zur Herstellung des elektrischen Kontakts des Seils 8 zu einer Stromdurchführung an der Kristallzüchtungsanlage. Schließlich sind noch Schrauben 9 und 11 zum Klemmen des Seils vorgesehen. Während der Züchtung eines Kristalls fließt elektrischer Strom durch einen Stromkreis, der das Seil 8 und die Kühleinrichtung 17 umfasst. Gerät die Kühleinrichtung zu nahe an die Schmelze, so dass der Knoten 18, mit dem das Seil 8 am Halter 16 befestigt ist, gelöst wird, zieht die Feder 10 das Seil in das Quarzrohr 2 zurück, wodurch der Stromfluss unterbrochen wird. Diese Situation ist das auslösende Signal für die Maschinensteuerung der Kristallzüchtungsanlage, um die Notabschaltung der Anlage zu vollziehen. Dabei wird die Kristallzüchtungsanlage in einen gesicherten Zustand überführt, in dem ausgeschlossen ist, dass sich die Kühleinrichtung 17 und die Schmelze berühren.

Claims

Sicherheitseinrichtung zum Auslösen einer Notabschaltung einer Kristallzüchtungsanlage, umfassend einen unter Zug stehenden stromdurchflossenen elektrischen Leiter, der auf Höhe eines unteren Endes einer Kühleinrichtung zum Kühlen eines wachsenden Kristalls lösbar befestigt ist, wobei sich die Befestigung bei Berührung mit einer Schmelze löst und eine dadurch bewirkte Entspannung des Leiters den Stromfluss unterbricht, was die Notabschaltung der Kristallzüchtungsanlage auslöst.
Sicherheitseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Leiter an der Kühleinrichtung befestigt ist.
Sicherheitseinrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Leiter aus Wolfram besteht.
Sicherheitseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch ein Quarzrohr, das den Leiter umgibt und elektrisch isoliert.
Sicherheitskühlrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühleinrichtung und der Leiter Teile desselben Stromkreises sind.
Verfahren zum Auslösen einer Notabschaltung einer Kristallzüchtungsanlage, wobei ein unter Zug stehender stromdurchflossener elektrischer Leiter auf Höhe eines unteren Endes einer Kühleinrichtung zum Kühlen eines wachsenden Kristalls lösbar befestigt wird, und die Befestigung beim Berühren einer in einem Tiegel befindlichen Schmelze gelöst und der Stromfluss durch eine dadurch bewirkte Entspannung des Leiters unterbrochen wird, woraufhin die Notabschaltung der Kristallzüchtungsanlage ausgelöst wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Notabschaltung der Tiegel und/oder die Kühleinrichtung in eine Position gebracht werden, in der die Kühleinrichtung die Schmelzen nicht kann.