DE102020100331A1

DE102020100331A1 - Kristallunterstützung und Kristallziehanlage mit einer solchen Kristallunterstützung

Info

Publication number: DE102020100331A1
Application number: DE102020100331.5A
Authority: DE
Inventors: Hans-Jürgen Ahlborn
Original assignee: PVA TePla AG
Current assignee: PVA TePla AG
Priority date: 2020-01-09
Filing date: 2020-01-09
Publication date: 2021-07-15
Also published as: US20230040130A1; KR20220123667A; WO2021139857A1; CN114929948A; DE112021000484A5; EP4087958A1

Abstract

Die Kristallunterstützung weist zwei Klinken (3, 4) mit Haltbacken (10) auf. Im Gegensatz zur bisher bekannten Anlage verlaufen die Haltebacken (10) nicht parallel zu den Schwenkachsen der Klinken, sonder vorzugsweise senkrecht dazu. Dies erlaubt es, die Klinken steil anzuordnen, da nicht mehr die Gefahr besteht, dass die Klinken (3, 4) von der Stützkraft seitlich weggedrückt werden. Des Weiteren können die Tragseile unmittelbar an den Klinken (3, 4) befestigt werden.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kristallunterstützung für eine Kristallziehanlage, welche zwei um jeweils eine Schwenkachse klappbare Klinken, die an eine Halsverdickung des zu ziehenden Kristalls anlegbare Haltebacken besitzen und Mittel zum Verbinden der Klinken mit einem Tragseil der Kristallziehanlage aufweist, wobei die Klinken eine Anlageposition, in der sie an der Halsverdickung anliegen, und eine Löseposition einnehmen können, in der sie von der Halsverdickung entfernt sind.
Derartige Kristallunterstützungen werden in Kristallziehanlagen eingesetzt, um Kristalle mit einem großen Durchmesser aus der Schmelze ziehen zu können. Beim Ziehen eines Kristalls wird zunächst aus einem Impfling ein Hals erzeugt, der - um eine möglichst gleichmäßige Kristallstruktur zu erzeugen - möglichst dünn gehalten wird. Erst wenn zu erwarten ist, dass keine Fehler in der Kristallstruktur mehr vorliegen, wird mit dem Ziehen des eigentlichen Kristalls begonnen, der - um Wafer mit einem möglichst großen Durchmesser zu erhalten - möglichst dick sein soll. Des Weiteren soll der Kristall möglichst lang sein, was zu einem hohen Kristallgewicht führt.
Der gezogene Kristall hängt beim Ziehen lediglich an dem dünnen Hals, so dass die Gefahr besteht, dass dieser reißt.
Es wurde daher schon vorgeschlagen, bevor mit dem Ziehen des eigentlichen Kristalls begonnen wird, zunächst eine Verdickung im Hals zu erzeugen, die von einer seilzugbetätigten Kristallunterstützung untergriffen werden kann. Der zu ziehende Kristall hängt damit nicht nur am Hals, sondern wird über die Verdickung von der Kristallunterstützung getragen.
Den bisherigen vorgeschlagenen Kristallunterstützungen ist gemeinsam, dass an einem den Kristall bzw. den Kristallhals umgebenden Träger zwei Klinken angeordnet sind, deren Schwenkachsen tangential zum Kristall verlaufen und deren freie Enden Haltebacken aufweisen, die unter die Kristallverdickung geklappt werden. Die Haltebacken bzw. eine Trennebene zwischen den Haltebacken verlaufen dabei parallel zu den Schwenkachsen. Da die Klinken schräg von unten gegen die Verdickung drücken, werden neben den axialen Kräften auch radiale Kräfte ausgeübt, die es erforderlich machen, den Träger entsprechend stabil auszuführen, damit die Klinken nicht seitlich weggedrückt werden. Man könnte daran denken, die Klinken relativ steil anzuordnen. Dies birgt aber die Gefahr, dass die Klinken an der Halsverdickung abrutschen.
Die Erfindung beruht somit auf der Aufgabe, eine kompakte und stabile Kristallunterstützung zu schaffen, die möglichst leicht aufgebaut ist.
Zur Lösung des Problems schlägt die Erfindung vor, dass die Haltebacken in der Anlageposition spiegelsymmetrisch zu einer Trennebene ausgerichtet sind, wobei die Trennebene unter einem Winkel zu wenigstens einer der Schwenkachsen verläuft.
Dies hat zur Folge, dass die Klinken steil ausgerichtet werden können, da die auf die Klinken wirkenden Kräfte kein oder nur ein kleines Drehmoment um die Schwenkachse erzeugen. Die Hauptabstützkräfte wirken vielmehr parallel zu den Schwenkachsen. Durch die steile Anordnung der Klinken benötigt die Kristallunterstützung wenig Platz und kann somit kompakt aufgebaut werden. Weiterhin sind die Klinken stärker auf Druck als auf Biegung beansprucht, was eine Leichtbau-Konstruktion erlaubt. Die steile Abstützung des Kristalls ist schwingungsarm, was positive Rückwirkungen auf die Steuerung des Ziehvorganges hat.
Der Aufbau ist besonders einfach, wenn die Schwenkachsen parallel oder koaxial zueinander verlaufen und wenn die Trennebene senkrecht dazu verläuft.
Bei einer koaxialen Anordnung der Schwenkachse wird eine radiale Kraftkomponente fast vollständig vermieden, so dass die Lager der Schwenkachsen lediglich die nicht zu vermeidenden axialen Kräfte, die vom Gewicht des Kristalls herrühren, aufnehmen müssen.
Die Betätigung der Klinken erfolgt vorzugsweise mit Tragseilen. Daher ist jede Klinke mit Tragseilhalterungen verbunden.
Vorzugsweise sind diese an den Klinken um eine parallel zur Schwenkachse verlaufende Achse gelagert.
Zur Betätigung der Klinken sieht die Erfindung vor, dass die Klinken schwenkbar an einem einen zentralen Freiraum aufweisenden Träger gelagert sind, an dessen Oberseite sich zwei Steuerseilhalterungen befinden. Wenn der Träger heruntergelassen wird, werden die Klinken von den in Position bleibenden Tragseilen gegeneinander geklappt.
Der Träger erlaubt es auch, die Steuerseilhalterungen versetzt gegenüber den Schwenkachsen anzuordnen. Damit können die Steuerseile und die Tragseile in einer Ebene angeordnet werden, was eine kompakte Anordnung der Seilzugtrommeln erlaubt.
Einen sehr schmalen Aufbau der Kristallunterstützung erhält man, wenn die Schwenkachsen von Lagerstummeln gebildet sind, an denen die Steuerseilhalterungen befestigt sind.
Vorzugsweise werden zwei Klinken eingesetzt, die gleich aufgebaut sind. Eine Klinke hat eine bügelförmige Form, wobei an den Enden des Bügels die Lagerung in der Schwenkachse erfolgt. Seitlich des Zenits des Bügels befindet sich ein Sockel, der senkrecht vom Bügel absteht und an dessen dem Zenit des Bügels zugewandten Seite eine schräg oder senkrecht zum Bügel verlaufende Kante liegt, die die Haltebacke bildet. Die Haltebacke weist eine halbrunde Ausnehmung auf, in die sich die Verdickung einlegen kann. An der Rückseite der Bügel sind die Seilhalterungen gelagert.
Je zwei Klinken werden so zusammen im Träger angeordnet, dass ihre Innenseiten mit dem Sockel einander gegenüber liegen, wobei die Klinken, wenn sie gegeneinander geklappt werden, die Vorsprünge aneinander vorbei gleiten, so dass die Haltebacken sich gegenüber liegen und eine geschlossene kreisförmige Ausnehmung bilden, in dem sich die Kristallverdickung einlegen kann.
Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf eine Kristallziehanlage mit einer Kristallunterstützung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass sich im Kopf der Kristallziehanlage auf gleicher Höhe eine Tragseiltrommel und eine Steuerseiltrommel befinden, wobei das Tragseil und das Steuerseil jeweils auf der Seite der zugeordneten Trommel einlaufen, die der jeweils anderen Trommel zugewandt ist.
Im Folgenden soll anhand eines Ausführungsbeispieles die Erfindung näher erläutert werden. Dazu zeigen:

1 in einer perspektivischen Darstellung eine erste Ausführungsform der Erfindung,
2 in einer perspektivischen Darstellung eine zweite Ausführungsform der Erfindung und
3 in einer Draufsicht die Aufhängung der Seilzüge an zwei Trommeln.

Zunächst wird auf die 1 Bezug genommen. Diese zeigt eine Kristallunterstützung 1 mit einem ringförmigen Träger 2, an dem gegenüberliegend zwei Klinken 3, 4 in Schwenklagern 8 gelagert sind, deren Achsen in einer gemeinsamen, durch das Zentrum des Trägers verlaufenden Geraden 5 liegen. Um 90° versetzt zu der Geraden 5 befinden sich am Träger 2 zwei Steuerseilhalterungen 6, die mit Steuerseileiltrommeln im Kopf der Kristallzieheinrichtung verbunden werden.
Jede Klinke 3, 4 besteht aus einem bogenförmigen Bügel 7, deren nach unten, zum Träger 2 gerichteten Enden in jeweils einem der Schwenklager 8 enden, das aus einem nach innen in den Träger gerichteten Lagerstummel besteht, auf den die Enden aufgesteckt sind. Der Bügelbogen weist nach oben, d. h. in Richtung auf den Kopf der Kristallzieheinrichtung.
Die beiden Bügel 7 liegen sich spiegelsymmetrisch gegenüber, wobei die einander zugewandten Seiten der Bügel 7 jeweils einen Sockel 9 aufweisen. Die Sockel 9 sind gegeneinander und gegenüber der Mitte des Bügels 7 versetzt, so dass bei aufgestellten Klinken 3, 4 die zum Zentrum des Trägers weisenden Innenseiten der Sockel sich gegenüberliegen und jeweils eine Haltebacke 10 bilden.
Wenn die Klinken gegeneinander geklappt werden, laufen die Innenseiten der Sockel 9 aneinander vorbei, so dass sich die Haltebacken 10 in einem geringen Abstand gegenüber liegen. Eine Trennebene zwischen den Haltebacken 10 verläuft somit senkrecht zu der Geraden 5. Die Haltebacken 10 besitzen einen Abstand, der so groß gewählt ist, dass er ein wenig größer ist als die Dicke des Halses 12 eines Kristalls unterhalb einer Kristallverdickung 13, so dass die Sockel 9 zu beiden Seiten des Halses 12 vorbei gleiten, wenn beide Klinken in ihre aufgestellte Anlageposition gebracht werden, wie sie für die links in der 1 dargestellten Klinke gezeigt ist.
Jede Haltebacke 10 weist eine halbkreisförmige Aussparung 14 in ihrer Innenseite auf, die bei aufgestellten Klinken 3, 4 gegenüberliegen, so dass sich eine konusförmige Aufnahme bildet, die die Halsverdickung 13 von unten weitgehend umschließt.
An den Rückseiten der Bügel 7 sind schwenkbare Tragseilhalterungen 16 gelagert, die mit einer Tragseiltrommel im Kopf der Kristallzieheinrichtung verbunden sind. Bei dieser Ausführung liegen die Tragseile und die Steuerseile in einer Ebene.
In der 2 ist eine weitere Ausführung gezeigt, bei der auf einen ringförmigen Träger verzichtet wird. Der Träger reduziert sich vielmehr auf Lagerstummel 17, auf denen die Klinken 3, 4 gelagert und mit Steuerseilhalterungen 6 verbunden sind. An den Rückseiten der Klinken 3, 4 befindet sich jeweils ein Ausleger 18, in dem die Tragseilhalterungen 16 für die Klinken 3, 4 schwenkbar gelagert sind.
Die Kristallunterstützung wird beim Ziehen eines Kristalls mit angehoben, wobei sich die Klinken 3, 4 nach außen geklappt kurz unterhalb der Halsverdickung 13 in ihrer Löseposition befinden. Wenn der Kristall eine bestimmte Größe und ein bestimmtes Gewicht erreicht hat, werden die Klinken 3, 4 nach innen geklappt, indem z. B. der Träger 2 bzw. die Lagerstummel 17 abgesenkt werden. Dazu werden die Steuerseile abgelassen und die Tragseile zunächst in ihrer Position gelassen. Dies hat zwangsläufig zur Folge, dass die Klinken 3, 4 nach oben in ihre Halteposition und damit gegeneinander geklappt werden, wodurch die Haltebacken 10 die Aufnahme für die Halsverdickung 13 bilden. Durch Ziehen an den Tragseilen werden die Haltebacken 10 von unten an die Halsverdickung 13 gelegt, so dass die Tragseile das Gewicht des Kristalls übernehmen.
Insbesondere bei den Ausführungen, in denen die Steuerseile und die Tragseile in einer Ebene liegen, kann ein Seiltrommelpaar genutzt werden, wie dies in der 3 dargestellt ist. Beide Seiltrommeln 19, 20 sind etwa hantelförmig ausgebildet und verlaufen parallel zueinander. Jede Hantel besteht aus zwei Köpfen, die über eine im Querschnitt kleinere Stange miteinander verbunden sind. Jeder Kopf einer Hantel dient zur Aufnahme eines Seils, wobei die Steuerseile zur Steuerung der Kristallunterstützung, also zum Ein- und Ausklappen der Klinken an den beiden Köpfen der einen Seiltrommel 19 und die Tragseile, die an die Klinken angreifen, an den Köpfen der anderen Seiltrommel 20 aufgewickelt werden.
Die Seile laufen dabei jeweils an der Innenseite der Seiltrommel 19, 20, das ist die Seite, die der jeweils anderen Seiltrommel 20, 19 zugewandt ist, in die Köpfe ein. Die Antriebe 21, 22 für die Seiltrommeln 19, 20 liegen parallel zu den Seiltrommeln 19, 20 und werden jeweils über eine doppelte Umlenkung 23, 24 auf die zugehörige Seiltrommel 19, 20 übertragen.
Bezugszeichenliste

1: Kristallunterstützung
2: Träger
3: Klinke
4: Klinke
5: Gerade
6: Steuerseilhalterungen
7: Bügel
8: Schwenklager
9: Sockel
10: Haltebacke
12: Hals
13: Halsverdickung
14: Aussparung
16: Tragseilhalterungen
17: Lagerstummel
18: Ausleger
19: Seiltrommel
20: Seiltrommel
21: Antrieb
22: Antrieb
23: Umlenkung
24: Umlenkung

Claims

Kristallunterstützung für eine Kristallziehanlage, welche zwei um jeweils eine Schwenkachse klappbare Klinken (3, 4), die an eine Halsverdickung (13) des zu ziehenden Kristalls anlegbare Haltebacken (10) besitzen, und Mittel zum Verbinden der Klinken (3, 4) mit einem Tragseil der Kristallziehanlage aufweist, wobei die Klinken (3, 4) eine Anlageposition, in der sie an der Halsverdickung (13) anliegen und eine Löseposition einnehmen können, in der sie von der Halsverdickung (13) entfernt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltebacken (10) in der Anlageposition spiegelsymmetrisch zu einer Trennebene ausgerichtet sind, wobei die Trennebene unter einem Winkel zu wenigstens einer der Schwenkachsen verläuft.
Kristallunterstützung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwenkachsen parallel oder koaxial zueinander verlaufen und dass die Trennebene senkrecht dazu verläuft.
Kristallunterstützung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Klinken (3, 4) mit Tragseilhalterungen (16) verbunden sind.
Kristallunterstützung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragseilhalterungen (16) an den Klinken (3, 4) um eine parallel zur Schwenkachse verlaufende Achse gelagert sind.
Kristallunterstützung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Klinken (3, 4) schwenkbar an einem einen zentralen Freiraum aufweisenden Träger (2) gelagert sind, an dessen Oberseite sich zwei Steuerseilhalterungen (6) befinden.
Kristallunterstützung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerseilhalterungen (6) versetzt gegenüber den Schwenkachsen angeordnet sind.
Kristallunterstützung einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die die Schwenkachsen von Lagerstummeln (17) gebildet sind, an denen Steuerseilhalterungen (6) befestigt sind.
Kristallunterstützung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede Klinke (3, 4) von einem Bügel (7) gebildet ist, wobei an den Enden des Bügels (7) die Lagerung in der Schwenkachse erfolgt und seitlich des Zenits des Bügels (7) sich jeweils ein Sockel (9) befindet, der senkrecht vom Bügel (7) absteht und an dessen dem Zenit des Bügels zugewandter Seite eine schräg oder senkrecht zum Bügel verlaufende Innenseite liegt, die die Haltebacke (10) bildet.
Kristallziehanlage mit einer Kristallunterstützung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich im Kopf der Kristallziehanlage auf gleicher Höhe eine Tragseilstrommel (19) und eine Steuerseiltrommel (20) befinden, wobei das Tragseil und das Steuerseil jeweils auf der Seite der zugeordneten Trommel (19, 20) einlaufen, die der anderen Trommel (20, 19) zugewandt ist.