DE19608374A1 - Vorrichtung zum Ziehen von Einkristallen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ziehen von Einkristallen aus einer in einem Tiegel be­ findlichen Schmelze unter Vakuum oder unter Schutzgas bei vermindertem Druck, wobei der Tiegel in einer Vakuumkammer angeordnet und durch die Wärmestrahlung eines Heizelements erhitzbar ist und wobei ein Ziehelement oberhalb der Schmelze vorgesehen ist, mit dem der Kristall von der Schmelzenoberfläche aus nach oben zu in eine Schleusenkammer herausziehbar ist, sowie mit einem Ventilteller, der zwischen die Schleusenkammer und der Vakuumkammer schwenkbar ist und die vakuum­ dichte Trennung der Schleusenkammer von der Vaku­ umkammer gestattet.

Üblicherweise wird der in der Schleusenkammer am Impfling hängende Kristall von einem besonderen Handlingsystems durch die an der Schleusenkammer vorgesehene seitliche Öffnung gegriffen, dann vom Impfling abgetrennt und schließlich mit Hilfe des Handlingsystems aus der von einer Klappe ver­ schließbaren Öffnung seitlich aus der Schleusen­ kammer herausgefahren.

Dies bekannte Verfahren hat eine Reihe von Nach­ teilen, die alle aus der besonderen Empfindlich­ keit des Kristalls gegenüber Stößen und Erschütte­ rungen resultieren. Darüber hinaus besteht die Ge­ fahr, daß der Kristall nicht richtig vom Handling­ system erfaßt wird, weil er in der Schleusenkammer hängend nicht frei zugänglich ist.

Es sind auch Vorrichtungen bekannt, bei denen nach dem Ziehprozeß und nach dem Belüften der Schleu­ senkammer diese zusammen mit der sperrigen und schweren Ziehwelle und mit dem Wellenantrieb am Gestell der Vorrichtung verschwenkt wird, so daß der Kristall auf einem unter die Schleusenkammer gefahrenen Transportwagen abgesenkt werden bzw. von diesem übernommen werden kann. Derartige Vor­ richtungen haben jedoch den ganz entscheidenden Nachteil, daß bei der Größe einer Ziehvorrichtung und dem Gewicht ihrer Einzelteile die für den Ziehprozeß erforderliche Stellung der einzelnen Teile zueinander im Dauerbetrieb nicht gewährlei­ stet werden kann, insbesondere ist es erfahrungs­ gemäß kaum möglich die empfindliche und hochpräzi­ se Ziehwelle mitsamt ihrem Antrieb immer wieder winkelgenau in ihre Arbeitsposition oberhalb der Schmelze zu manövrieren.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu­ grunde, eine Vorrichtung des eingangs genannten Typs so auszubilden, daß der fertige Kristall si­ cher und stoßfrei aus der Schleusenkammer entnehm­ bar ist, und zwar ohne daß empfindliche Teile der Vorrichtung aus ihrer Arbeitslage entfernt werden müssen. Insbesondere soll die Vorrichtung platz­ sparend und preiswert in der Herstellung sein.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Paar zueinander parallele, auf der der Schleu­ senkammer zugewandten Seite des Ventiltellers an­ geordnete Stützleisten oder Profilzuschnitte, die beim Verschwenken des Ventiltellers mit entspre­ chend konfigurierten Ausnehmungen zusammenwirken, die an einem den aus der Schmelze gezogenen Kri­ stall umgreifenden und sich zu diesem koaxial er­ streckenden, an der Innenwand der Tür oder Klappe der Schleusenkammer gehaltenen Rohrstück vorgese­ hen sind, wobei der Abstand der beiden Profilzu­ schnitte zueinander geringer bemessen ist als der Durchmesser des vom Rohrstück umgriffenen Kri­ stalls.

Vorzugsweise sind die Profilzuschnitte von Trag­ bolzen gehalten, die auf der der Schleusenkammer zugewandten Seite des Ventiltellers fest angeord­ net sind, wobei die Stützleisten oder Profilzu­ schnitte von diesen Tragbolzen nach oben zu ent­ fernbar sind.

Der mit den Tragbolzen versehene Ventildeckel ist dazu von einer Hub- und Schwenkvorrichtung gehal­ ten und geführt, die an der Schleusenkammer ange­ ordnet und geeignet ist, deren untere Öffnung zu verschließen, wenn der Ziehprozeß beendet ist.

Mit Vorteil sind die Profilzuschnitte als Ringzy­ lindersegmente konfiguriert, wobei die Rotati­ onsachsen der sie beschreibenden Kreisbögen mit der Schwenkachse der Hub- und Schwenkvorrichtung zusammenfallen.

Um einen sicheren Halt des Kristalls im Rohrstück zu gewährleisten, sind die einander zugekehrten Zylinderflächen der beiden parallelen Profilzu­ schnitte mit je einer kreiskegelstumpfförmigen Vertiefung versehen, wobei diese Vertiefungen ein­ ander diametral gegenüberliegend angeordnet und entsprechend dem unteren Ende des lotrecht in der Schleusenkammer hängenden Kristalls ausgeformt sind.

Die Erfindung läßt die verschiedensten Ausfüh­ rungsmöglichkeiten zu; eine davon ist in den an­ hängenden Zeichnungen näher dargestellt, und zwar zeigen:

Fig. 1 den Längsschnitt der Schleusenkammer mit einem darin angeordneten Rohrstück und der am Gehäuse der Schleusenkammer befe­ stigten Hub- und Schwenkvorrichtung so­ wie den Schleusenkammerdeckel mit Ven­ tilteller,

Fig. 2 die Draufsicht auf die Hub- und Schwenk­ vorrichtung gemäß Fig. 1 teilweise im Schnitt und

Fig. 3 einen einzelnen Profilzuschnitt bzw. ei­ ne Stützleiste in perspektivischer An­ sicht, vergrößert dargestellt.

Die Vorrichtung besteht im wesentlichen aus der Schleusenkammer 6 mit Klappe oder Kammertür 12, der an der Schleusenkammer 6 seitlich angeordneten Hub- und Schwenkvorrichtung 16 mit Hubarm 21 und Ventildeckel 7, den auf dem Ventildeckel 7 fest angeordneten vier Tragbolzen 14, 14′; 15, 15′, den auf den Tragbolzen abgestützten bzw. aufliegenden Profilzuschnitten oder Stützleisten 8, 9, dem an der Schleusenkammertür 12 an Haken 22, 23 aufge­ hängten Rohrstück oder Traghülse 13 und dem auf dem zylindrischen Seitenwandteil der Vakuumkammer 3 abgestützten Schleusenkammerdeckel 20.

Bei der hier beschriebenen Vorrichtung wird beim Chargieren zunächst eine Stützeinrichtung in Ge­ stalt der Profilzuschnitte 8, 9 aus hitzebeständi­ gem und für den Kontakt mit dem Kristall 5 geeig­ netem Material auf dem Ventilteller 7 auf entspre­ chend vorgesehenen Tragbolzen 14, 14′; 15, 15′ abge­ setzt und in die Offenstellung gebracht. Dann wird das Rohrstück 13, ebenfalls aus hitzebeständigem und für den Kontakt mit dem Kristall 5 geeigneten Material, an der Innenseite der Schleusentür 12 an den dafür vorgesehenen Haken 22, 23 eingehängt und bei deren Schließung in die Mitte der Schleusen­ kammer geschwenkt.

Der Ziehprozeß wird in der üblichen Weise durchge­ führt, wobei der wachsende Kristall 5 automatisch mit Hilfe des Ziehelementes 4 in das Rohrstück 13 gezogen wird. Nach dem Durchfahren der Ventilöff­ nung kann diese verschlossen werden. Dabei werden beim Einschwenken des Ventiltellers 7 die Profil­ zuschnitte oder Stützleisten 8, 9 in entsprechende Aussparungen 10, 11 des Rohrstücks 13 eingeführt. Beim anschließenden Absenken des Ventiltellers 7 zentrieren sich die Profilzuschnitte 8, 9 automa­ tisch und den Aussparungen 10, 11 und werden schließlich von den Bolzen 14, 14′; 15, 15′ abgeho­ ben. Jetzt wird mit dem Vorschub nach unten gefah­ ren, bis die Kristallspitze in die Vertiefungen 18, 19 der Profilzuschnitte 8, 9 eintaucht. Die Po­ sition der Kristallspitze wird im Schauglas 24 der Schleusentür 12 oder mit Hilfe einer Lichtschranke überwacht.

Die Trennung des Kristalls 5 vom Impfkristallhal­ ter 25 erfolgt entweder automatisch durch Öffnen der Schleusentür 12 (undefinierter Bruch am Kri­ stallhals) oder mit einem Schneidewerkzeug durch eine oder zwei separate Öffnungen 26 an der Schleuse 6. Alternativ kann mit Hilfe eines auto­ matisch verstellbaren Lasers 27 die Trennstelle erzeugt werden, wobei die Position der Ziehwelle 4 zur Orientierung dient.

Bezugszeichenliste

3 Vakuumkammer
4 Ziehelement
5 Kristall
6 Schleusenkammer
7 Ventilteller
8 Profilzuschnitt, Stützleiste
9 Profilzuschnitt, Stützleiste
10 Ausnehmung
11 Ausnehmung
12 Schleusenkammertür
13 Rohrstück, Traghülse
14, 14′ Bolzen, Tragbolzen
15, 15′ Bolzen, Tragbolzen
16 Hub- und Schwenkvorrichtung
17 Schwenkachse
18 kreiskegelstumpfförmige Vertiefung
19 kreiskegelstumpfförmige Vertiefung
20 Schleusenkammerdeckel
21 Hubarm
22 Haken
23 Haken
24 Schauglas
25 Impfkristallhalter
26 Öffnung
27 Laser
28 Gehäuse der Schwenkvorrichtung

Claims (5)

1. Vorrichtung zum Ziehen von Einkristallen aus einer in einem Tiegel befindlichen Schmelze unter Vakuum oder unter Schutzgas bei vermin­ dertem Druck, wobei der Tiegel in einer Vaku­ umkammer (3) angeordnet und durch die Wär­ mestrahlung eines Heizelementes erhitzbar ist und wobei ein Ziehelement (4) oberhalb der Schmelze vorgesehen ist, mit dem der Kristall (5) von der Schmelzenoberfläche aus nach oben zu in eine Schleusenkammer (6) herausziehbar ist, sowie mit einem Ventilteller (7), der zwischen die Schleusenkammer (6) und die Va­ kuumkammer (3) schwenkbar ist und die vakuum­ dichte Trennung der Schleusenkammer (6) von der Vakuumkammer (3) gestattet, gekennzeich­ net durch ein Paar zueinander parallele, auf der der Schleusenkammer (6) zugewandten Seite des Ventiltellers (7) angeordnete Stützlei­ sten oder Profilzuschnitte (8, 9), die beim Verschwenken des Ventiltellers (7) mit ent­ sprechend konfigurierten Ausnehmungen (10, 11) zusammenwirken, die an einem den aus der Schmelze gezogenen Kristall (5) umgreifenden und sich zu diesem koaxial erstreckenden, an der Innenwand der Tür (12) der Schleusenkam­ mer (6) gehaltenen Rohrstück (13) vorgesehen sind, wobei der Abstand (A) der beiden Stütz­ leisten oder Profilzuschnitte (8, 9) geringer bemessen ist als der Durchmesser (B) des vom Rohrstück (13) umgriffenen Kristalls (5).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Profilzuschnitte (8, 9) von Bolzen (14, 14′; 15, 15′) gehalten sind, die auf der der Schleusenkammer (6) zugewandten Seite des Ventiltellers (7) fest angeordnet sind, wobei die Profilzuschnitte (8, 9) von diesen Tragbolzen (14, 14′; 15, 15′) nach oben zu ent­ fernbar sind.

3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, da­ durch gekennzeichnet, daß der mit Bolzen (14, 14′; 15, 15′) versehene Ventildeckel (7) von einer Hub- und Schwenkvorrichtung (16) an der Schleusenkammer (6) gehalten und geführt ist.

4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß die Stützleisten oder Profilzuschnitte (8, 9) als Ringzylinder­ segmente konfiguriert sind, wobei die Rotati­ onsachsen der sie beschreibenden Kreisbögen mit der Schwenkachse (17) der Hub- und Schwenkvorrichtung (16) zusammenfallen.

5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vor­ hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich­ net, daß die einander zugekehrten Zylinder­ flächen der beiden einander parallelen Pro­ filzuschnitte (8, 9) mit je einer kreiskegel­ stumpfförmigen Vertiefung (18, 19) versehen sind, wobei diese Vertiefungen (18, 19) einan­ der diametral gegenüber liegend angeordnet und entsprechend dem unteren Ende des lot­ recht in der Schleusenkammer (6) hängenden Kristalls (5) ausgeformt sind.