-
Vorrichtung zum Einspannen des Endes eines Stabes bei Apparaturen
zum tiegellosen Zonenschmelzen In der Halbleitertechnik ist eine Reihe von Verfahren
bekannt, bei denen ein Stab aus kristallisierbarem Material an seinen Enden in einem
Behandlungsgefäß gehaltert werden muß. Solche Verfahren sind z. B. das tiegellose
Zonenschmelzen oder die Abscheidung von Material aus der Gasphase auf einen Trägerstab.
Insbesondere beim tiegellosen Zonenschmelzen kommt es dabei auf eine gut zentrierte
vertikale Halterung des Stabes an. Nun sind im allgemeinen an den zu behandelnden
Halbleiterstäben vorbereitende Behandlungsvorgänge zur Säuberung der Oberfläche
notwendig, die man aus verschiedenen Gründen nicht gern in der Zonenschmelz-bzw.
Abscheidungsapparatur vornehmen möchte. Es ist deshalb häufig ein Wechseln des Behandlungsgefäßes
notwendig. Wenn man aber den gereinigten Stab nun in die eigentliche Apparatur einspannen
möchte, so sind hierzu wiederum Manipulationen notwendig, welche an der Oberfläche
des Stabes. erneut Verunreinigungen erzeugen würden. Außerdem ist es schwierig,
den Stab zu zentrieren. Diese Schwierigkeiten können bei einer Vorrichtung zum Einspannen
des Endes eines Stabes aus kristallisierbarem, insbesondere halbleitendem Material
bei Apparaturen zum tiegellosen Zonenschmelzen und Anordnungen zum Abscheiden von
Material aus der Gasphase.auf einen Trägerstab beseitigt werden, wenn erfindungsgemäß
diese Vorrichtung aus einem eine das zugespitzte Ende des Stabes aufnehmende, sich
konisch verjüngende Einpassung aufweisenden Haltekörper, der einerseits mit mehreren
radial gegen den mit seinem Ende in der Einpassung gelagerten Stab einschwenkbaren,
mit je einer beweglich gelagerten Greifbacke versehenen gleich langen Hebeln derart
verbunden ist, daß der Stab durch das Zusammenwirken der Einpassung und der in entsprechender
Weise gegen den zylindrischen Mantel des Stabes gepreßten Greifbacken fest eingespannt
ist, und der andererseits eine um die Achse des Haltekörpers drehbare Spannscheibe,
die mit die Stellung der Hebel und damit den Druck der Greifbacken gegen den Mantel
des Stabes regulierenden Führungen versehen ist sowie eine Arretierung für die Spannscheibe
aufweist, besteht.
-
F i g.1 zeigt außer einer Zentrierglocke b, deren Wirkung noch beschrieben
wird, einen Längsschnitt durch eine Haltevorrichtung gemäß der Erfindung, während
F i g. 2 einen Querschnitt etwas unterhalb der Höhe A -B in F i g.1 darstellt.
-
Der Haltekörper c, der seinerseits an der Behandlungsapparatur des
Halbleiters befestigt werden kann, besitzt eine konische Einpassung e, welche das
zugespitzte Ende des Halbleiterstabes a aufnimmt. Am Haltekörper c sind mehrere
Hebel h derart drehbar befestigt, daß sie in radialer Richtung zur Einpassung e
geschwenkt werden, also eine Drehung in einer die Achse des Haltekörpers c enthaltenden
Ebene ausführen können. Durch die Art der Halterung der Hebel h ist andererseits
eine Drehung dieser Hebel senkrecht zu diesen Ebenen ausgeschlossen. Jeder Hebel
ist mit je einer Greifbacke i ausgerüstet, welche drehbar am Ende des einen Armes
der Hebel h gelagert ist und dem Stab a unmittelbar gegenübersteht.
Die Greifbacken i sind ihrerseits zwangläufig so gelagert, daß sie ebenfalls jeweils
nur innerhalb einer Meridianebene des mit seinem Ende zentriert in der Einpassung
e gelagerten Stabes a gedreht werden können. Es empfiehlt sich, den Greifbacken
i die aus der F i g. 1 erkennbare Form zu geben. Sie bestehen aus zwei eben aufeinandergelegten,
jedoch nicht starr miteinander verbundenen Blechen, welche an der Berührungsstelle
mit dem Stab a nach entgegengesetzten Richtungen auseinandergebogen sind und dort
die eigentliche Greiffläche bilden. Die Fläche dieser mit dem Stab in unmittelbarer
Berührung stehenden Teile beträgt zweckmäßigerweise einige Quadratmillimeter. Es
können, wie aus F i g. 1 ersichtlich ist, zwei Berührungsflächen der Greifbacken
mit dem Stab a vorgesehen sein, von denen sich die eine oberhalb, die andere unterhalb
der Lagerung der Greifbacken i an den Hebeln h befindet.
-
Die Hebel h sind am besten sternförmig zu der Einpassung e angeordnet,
so daß die Greifbacken von verschiedenen Seiten her gegen den Stab a gepreßt werden
können. Um den hierzu notwendigen
Druck zu erreichen, befindet sich
im Beispielsfall an der dem Stab gegenüberliegenden Seite des Haltekörpers c eine
um die durch die Einpassung e des Haltekörpers c gehende Achse drehbare Spannscheibe
f, welche eine der Zahl der Hebel 1a entsprechende Anzahl von zu der Achse des Haltekörpers
c nicht konzentrisch verlaufenden Führungsnuten g (F i g. 2) aufweist. In die z.
B. in ihrer Längsrichtung in Form einer Spi..ralkurve gekrümmten Führungsnuten g
sind die Hebel h (im Beispielsfall mit den anderen, nicht die Greifbacken i tragenden
Hebelarmen) gleitend verschiebbar angeordnet, so daß bei einer Drehung der Spannscheibe
in der einen Richtung die Greifbacken i vom Stab entfernt, bei Drehung in die andere
Richtung dagegen dem Stab a so weit genähert werden können, bis der Stab a fest
durch die Greifbacken i in der Einpassung e gehalten wird. Um die Spannscheibe f
festzuhalten, dient eine Arretiervorrichtung in Gestalt einer Schraubmutter k, welche
in angezogenem Zustand die Spannscheibe f gegen den Haltekörper c preßt und dann
eine Verschiebung der Spannscheibe f und damit eine Bewegung der Hebel h verhindert.
-
Die Spannscheibe f sitzt auf ihrer mit dem Haltekörper c starr verbundenen
Drehachse nicht fest auf, sondern besitzt bei gelöster Haltemutter k einen gewissen
Spielraum, der es gestattet, die Spannscheibe f trotz der in den Führungen g eingreifenden
Hebel h etwas in radialer Richtung zu verschieben. Dementsprechend kann sich bei
Exzentrizität des Stabes a die Spannscheibe f entsprechend der dann bei Berührung
ihrer Greifbacken i nicht in gleicher Weise gegen die Mittelachse geneigten Hebel
h ebenfalls exzentrisch zur Mittelachse einstellen und wird dann durch die angezogene
Mutter k in dieser Lage festgehalten.
-
Die Teile der Halterung bestehen zweckmäßigerweise aus Metall, welches
möglichst keine Verunreinigungen bei der Behandlung des Stabes erzeugt. Ein Beispiel
hierfür ist V 2A-Stahl. Die Greifbackeni bestehen vorteilhafterweise aus Molybdän.
-
Die Anwendung der Haltevorrichtung nach der Erfindung empfiehlt sich
beispielsweise in Verbindung mit einer Zentrierglocke b, auf die der Haltekörper
c aufgesetzt ist. Diese Zentrierglocke besteht aus einem erweiterten, bezüglich
des Querschnittes an den Querschnitt des Haltekörpers c angepaßten Teil und einem
verjüngten Teil, dessen lichter Querschnitt nicht viel größer als der des Stabes
a ist. Dieser Teil ist von einem Kolben d abgeschlossen, der in dem verjüngten Teil
der Zentrierungsglocke in dessen Längsrichtung verschiebbar ist und einerseits ebenfalls
eine konische Einpassung e aufweist, in der das andere Ende des Stabes a ruht. Die
Zentrierglocke dient, wie schon ihr Name sagt, zur Zentrierung des Stabes a in der
von der Erfindung vorgeschlagenen Halterung. In ihr können gleichzeitig der thermischen
Behandlung vorhergehende Behandlungen zur Säuberung des Stabes vorgenommen werden.
Zu diesem Zweck wird der Stab a zunächst in die aus Quarz oder Glas bestehende Zentrierglocke
b eingelegt, so daß sein unteres Ende in der Einpassung e des Kolbens d zu liegen
kommt. Dann wird die Behandlung, z. B. eine Abätzung, und die erforderliche Spülung
des Stabes vorgenommen. Hierauf wird die Zentrier- und Spannvorrichtung gemäß der
Erfindung auf die Zentrierglocke in der aus F i g. 1 ersichtlichen Weise aufgesetzt
und der Kolben d so weit verschoben, bis das andere Ende des Stabes a in der Einpassung
e des Führungskörpers c und in der Einpassung des Kolbens d sich zentriert hat.
Das Spannen des Stabes wird durch Drehen der Spannscheibe f bewirkt, die durch ihre
drei Spiralnuten g die drei Hebel h mit den beweglichen Spannbacken i gegen
den Stab a führt. Bei Exzentrizität des Stabes a stellt sich die Spannscheibe
f entsprechend der dann exzentrisch liegenden, den Stab a umfassenden Greifbacken
i ebenso exzentrisch zur Mittelachse ein (was infolge der seitlichen Verschiebbarkeit
der Spannscheibe f möglich ist). Durch Drehen der Klemmutter k werden die Spannscheiben
f und damit die Greifbacken i in gespanntem Zustand festgehalten, wobei die
dann gegen Drehung gesicherte Klemmschraube k ein Verrücken der Spannscheibe f beim
Festdrehen der Klemmmutter k verhindert.
-
Nach Abheben der Zentrier- und Spannvorrichtung c von der Zentrierglocke
b kann diese mit dem zentrisch gespannten Stab a in die entsprechende Zonenschmelz-
oder Abscheidungsapparatur eingesetzt werden, wobei die Haltevorrichtung gemäß der
Erfindung in gleicher Weise wie auf die Zentrierglocke b aufgesetzt werden kann.
Das andere Ende des Stabes wird zweckmäßig in eine gleichdimensionierte Haltevorrichtung
der beschriebenen Art eingespannt. Eine weitere Berührung des Stabes ist somit nicht
notwendig.