DE4122120A1

DE4122120A1 - Vorrichtung zum kristallziehen

Info

Publication number: DE4122120A1
Application number: DE4122120A
Authority: DE
Inventors: Dieter Dr Drechsel
Original assignee: Leybold AG
Current assignee: Balzers und Leybold Deutschland Holding AG
Priority date: 1991-07-04
Filing date: 1991-07-04
Publication date: 1993-01-07
Also published as: JPH05229890A; US5599390A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Kristallziehen vorzugsweise aus der Schmelze, insbesondere eine Einkri stallziehvorrichtung, mit einem zwischen einem Ziehkessel und einer Schleusenkammer angeordneten Schleusenventil, das zu Beginn des Ziehvorgangs geöffnet wird und dadurch eine Einschleusöffnung für den zu ziehenden Kristall freigibt, das einen Schließkörper aufweist, der zusammen mit einer Dichtung nach Beendigung des Ziehvorgangs die Einschleusöffnung schließt und damit den Ziehkessel von der Schleusenkammer vakuumdicht trennt.

Auf dem Gebiet des Kristallzüchtens sind eine Vielzahl von unterschiedlichen Verfahren bekannt, zum Beispiel Kristallzüchten aus der Gasphase, aus der Lösung, aus der Schmelze. Die verschiedenen Verfahren zum Kristall züchten aus der Schmelze haben wegen ihrer weit entwickelten Verfahrenstechnik und der Produktionsquan tität eine Vorrangstellung gegenüber anderen Züchtungs methoden erreicht.

Beim Kristallzüchten aus der Schmelze werden Tiegelver fahren unterschiedlichster Art angewendet. So existiert das sogenannte Kyropoulus-Verfahren, das durch ein Eintauchen eines gekühlten Keimkristalls in die Schmelze gekennzeichnet ist. Weiterhin existiert das sogenannte Czochralski-Verfahren, bei dem ein Kristall aus der Schmelze gezogen wird.

Außerdem existiert das Bridgman-Verfahren, das gekenn zeichnet ist durch ein vertikales Senken eines Tiegels im Temperaturgradienten. Schließlich existiert das tiegelfreie, vertikale Zonenschmelzen.

Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist generell überall dort anwendbar, wo es auf den Wärmestrahlenschutz für eine oder mehrere Dichtungen für den Schließkörper eines Schleusenventils gegenüber der Wärmestrahlung des heißen Kristalls während des Kristallziehvorgangs ankommt.

Im Prospekt der Firma Leybold mit der Hennzeichnung 045.9.60.61.045.02 5.02.89 T & D und dem Titel "Crystal Growing" werden Vorrichtungen und Verfahren zum Kristall ziehen aus der Schmelze beschrieben. Dieser Stand der Technik kann als Ausgangsbasis für die vorliegende Erfindung herangezogen werden.

Zum Stand der Technik gehört weiterhin die offengelegte europäische Patentanmeldung 03 89 284.

Dort wird nach einer nicht wörtlichen Übersetzung des englischen Anspruchs 1 der europäichen Offenlegungsschrift ein Schleusenventil beschrieben, das in einer Einkristall ziehvorrichtung eingesetzt wird. Das Schleusenventil öffnet und schließt die Verbindung zwischen einer Haupt kammer (main chamber) und einer oberen Ziehkammer (upper pull chamber). Das Schleusenventil weist einen rahmenför migen Körper, einen vertikalen Verbindungskanal zwischen Hauptkammer und der oberen Ziehkammer auf.

Der Schließkörper des Schleusenventils kann durch eine Welle um eine Achse gedreht werden und auf- und abbewegt werden. Es existiert ein Hebel zum Drehen der Welle um ihre Achse. Es ist weiterhin eine Antriebsvorrichtung vorgesehen, die die Welle auf- und abbewegen kann. An der Welle ist ein horizontaler Arm angebracht. Dieser Arm trägt den Schließkörper und hält ihn in horizontaler Position. Dieser Schließkörper dient zum Schließen und Öffnen des oben genannten vertikalen Verbindungskanals. Weiterhin ist ein Flansch vorgesehen, der eine Öffnung umgibt, welche den Verbindungskanal zwischen Hauptkammer und oberer Ziehkammer bildet.

In der europäischen Offenlegungsschrift wird vorgeschla gen, daß im kreisrunden Schließkörper eine Ausnehmung vorgesehen wird, durch die ein kreisförmiger Zylinder gebildet wird. Der oben beschriebene Flansch hat einen kreisförmigen Rand, der vertikal nach oben gerichtet ist. Der äußere Durchmesser dieses Rands ist etwas kleiner als der Innendurchmesser des kreisförmigen Zylinders. Der kreisförmige Zylinder des Schließkörpers wird beim Schließen der Einschleusöffnung sozusagen über den kreisförmigen Rand des Flansches "gestülpt". Eine ringför mige Dichtung ist in einer Nut, die in der Außenwand des Randes des Flanschs angebracht ist, angeordnet. Diese Dichtung tritt beim Aufsetzen (Überstülpen) des kreisför migen Zylinders des Schließkörpers in schleifende Berüh rung mit der Innenwand des kreisförmigen Zylinders des Schließkörpers.

Beim Gegenstand der europäischen Offenlegungsschrift treten eine Reihe von Nachteilen auf:

Schleifende Dichtungen erfordern sorgfältig bearbeitete Gleitflächen. Trotz der sorgfältigen Bearbeitung der Gleitflächen haben schleifende Dichtungen nur eine sehr begrenzte Lebensdauer. Dies trifft besonders dann zu, wenn, wie im vorliegenden Fall, bei der Anwendung von schleifenden Dichtungen in Anlagen zum Kristallziehen aus der Schmelze keine Fett- oder Ölschmierung der Dichtung durchgeführt werden darf. Aus verfahrenstech nischen Gründen muß die Arbeitsatmosphäre der Kristall ziehvorrichtung fett- und ölfrei bleiben. Die begrenzte Lebensdauer der Dichtung nach der europäischen Offenle gungsschrift erklärt sich daher im wesentlichen aus der starken Scherbeanspruchung der Dichtung.

Der Erfindung liegen folgende Aufgaben zugrunde

Die Nachteile des Standes der Technik sollen vermieden werden. Die Dichtung des Schließkörpers soll frei sein von Scherbeanspruchungen während des Schließvorgangs. Die Dichtung soll außerdem gegenüber der Strahlung des heißen Kristalls während des Ziehvorgangs geschützt sein. Insbesondere soll eine Verbrennung der Dichtung vermieden werden.

Die gestellten Aufgaben werden erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Dichtung als eine im wesentlichen nur durch Druck ohne Scherungsbeanspruchung und ohne Reibung beaufschlagte Dichtung ausgebildet ist, die durch eine Schutzvorrichtung gegenüber der Wärmestrahlung des heißen Kristalls während des Ziehens des Kristalls geschützt ist.

Insbesondere wird vorgeschlagen, daß der Schließkörper als Deckel ausgebildet ist, der beim Schließen auf eine vorzugsweise ringförmige Dichtung aufsitzt, daß zwischen der Dichtung und der Einschleusöffnung ein Wandelement angeordnet ist, das als Wärmestrahlschutz für die Dichtung dient.

Dabei kann vorgesehen werden, daß das Wandelement als Rohrstutzen ausgebildet ist, der am Ziehkessel angeformt ist.

Insbesondere wird vorgeschlagen, daß das Wandelement als Rohrstutzen ausgebildet ist, der am Ziehkessel durch Ausdrehen angeformt ist.

Alternativ wird vorgeschlagen, daß das Wandelement als Rohrstutzen ausgebildet ist, der am Ziehkessel befestigt wird.

Vorzugsweise kann vorgesehen werden, daß der Rohrstutzen am Ziehkessel angeschweißt wird.

Durch die Erfindung werden folgende Vorteile erreicht: Die gestellten Aufgaben werden gelöst und die Nachteile des Standes der Technik werden vermieden. Die Dichtung ist einmal frei von Scherbeanspruchungen während des Schließvorgangs und zum anderen gegenüber der Strahlung des heißen Kristalls während des Ziehvorgangs geschützt.

Weitere Einzelheiten der Erfindung, der Aufgabenstellung und der erzielten Vorteile sind der folgenden Beschreibung zweier Ausführungsbeispiele der Erfindung zu entnehmen.

Diese Ausführungsbeispiele werden anhand von drei Figuren erläutert.

Fig. 1 zeigt die Teile einer bekannten Einkristallzieh vorrichtung, die dem Schleusenventil benachbart sind.

Fig. 2 und 3 zeigen jeweils ein Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Bei der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbei spiele der Erfindung wird von einem Stand der Technik ausgegangen, wie er sich in Form der oben zitierten Schriften, insbesondere in Form der genannten europäischen Offenlegungsschrift, darstellt.

Die Beschreibungen und die Figuren dieser Schriften können zur Erläuterung der Ausgangsbasis für die nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiele der Erfindung herange zogen werden.

Die bekannte Einkristallziehvorrichtung nach Fig. 1 weist einen Ziehkessel 1 und eine Schleusenkammer 2 auf. Zwischen Ziehkessel und Schleusenkammer ist das Schleusen ventil angeordnet. Die Position des Schleusenventils ist mit der Bezugsziffer 3 gekennzeichnet.

In Fig. 1 ist aus Gründen der Übersicht vom Schleusenven til lediglich dessen Schließkörper 4 dargestellt, der als Deckel ausgebildet ist. Weitere Einzelheiten des Schleusenventils können dem Stand der Technik, beispiels weise der oben genannten europäischen Offenlegungsschrift, entnommen werden.

Der Schließkörper, beziehungsweise der Deckel 4, ist in Fig. 1 in seiner, die Einschleusöffnung schließenden Position dargestellt.

Der Querschnitt der Einschleusöffnung trägt die Bezugs ziffer 5. Der Querschnitt ist in Fig. 1 in der Art einer Maßlinie mit Doppelpfeil eingetragen. Mit 5 wird auch die Einschleusvorrichtung selbst bezeichnet.

Der Deckel sitzt in seiner Schließposition auf einer Dichtung 6 auf. Die Dichtung ist ringförmig ausgebildet und in einer Ringnut im Bauteil 7 untergebracht.

Der Bauteil 7 ist als Rohrstück ausgebildet, durch das nach Entfernung des Deckels 4, während des Ziehvorgangs der Kristall nach oben in Richtung des Pfeils 8 in die Schleusenkammer 2 gezogen wird.

Beim Stand der Technik gemäß Fig. 1 ist beim Ziehen des Kristalls die Dichtung 6 der Wärmestrahlung des heißen Kristalls ausgesetzt. Wie in der Beschreibungseinleitung erwähnt, kann es dabei zur Verbrennung der Dichtung kommen.

In Fig. 2 wird eine nach dem Grundgedanken der Erfindung vorgenommene Umgestaltung des Bereichs II der Fig. 1 gezeigt. Der Bereich II zeigt die Dichtung 9 und die benachbarten Bauteile. Da die Dichtung und die benachbar ten Bauteile vorwiegend Rotationskörper sind, trifft die Abbildung gemäß II auch auf den in Bezug auf die Mittelachse 10 der Einkristallziehvorrichtung gegenüber liegenden entsprechenden Bereich in Fig. 1 spiegelbild lich zu.

Die Dichtung 9 ist in einer Nut 11 untergebracht, die stirnseitig im Bauteil 12 eingefräst ist. Das Bauteil 12 ist ein Rohrstück, das bei geöffnetem Schleusenventil den Ziehkessel mit der Schleusenkammer verbindet. Durch dieses Rohrstück hindurch wird während des Ziehvorgangs der heiße Kristall gezogen. Das Rohrstück wird durch einen Wassermantel 14 gekühlt. Auf der Dichtung 9 sitzt der Deckel 13 des Schleusenventils auf.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist ein Wandelement 15 vorgesehen, das die Dichtung 9 gegen die Wärmestrahlung des heißen Kristalls schützt. In Fig. 2 ist dieses Wandelement als angeschweißter Rohrstutzen ausgebildet.

Beim Gegenstand der Fig. 3 ist die als Schutzvorrichtung gegenüber der Wärmestrahlung des heißen Kristalls dienende Wand als angeformter Rohrstutzen 16 ausgebildet.

Der Rohrstutzen kann durch spanabhebende Bearbeitung (Drehen) des Bauteils 19 hergestellt werden.

In der Stirnfläche 20 des Bauteils 19 ist eine Nut 17 angebracht für die Aufnahme der nicht dargestellten Dichtung. Mit 18 ist im Querschnitt ein Wassermantel dargestellt für die Kühlung des Bauteils 19 und der benachbarten Bauteile.

Ein Vergleich der Ausführungsbeispiele nach den Fig. 2 und 3 mit dem Gegenstand der oben genannten europäischen Offenlegungsschrift zeigt deutlich, daß die erfindungs gemäße Dichtung nicht auf Scherung oder Reibung bean sprucht wird.

Durch die getroffenen Maßnahmen: Schutz gegen Wärmestrah lung durch ein Wandelement und Vermeidung einer Scherbean spruchung wird eine überraschend große Verlängerung der Lebensdauer der Dichtung erreicht. Dadurch ist ein längerer ununterbrochener Einsatz der Einkristall ziehvorrichtung möglich, was zu einer erheblichen Einsparung an Herstellungskosten führt.

Liste der Einzelteile

1 Ziehkessel
2 Schleusenkammer
3 Schleusenventil, Position
4 Schließkörper, Deckel
5 Querschnitt, Einschleusöffnung
6 Dichtung
7 Bauteil, Rohrstück
8 Pfeil
9 Dichtung
10 Mittelachse
11 Nut
12 Rohrstück, Bauteil
13 Deckel
14 Wassermantel
15 Wandelement, Rohrstutzen
16 Rohrstutzen
17 Nut
18 Wassermantel
19 Rohrstück, Bauteil
20 Stirnfläche

Claims

1. Vorrichtung zum Kristallziehen vorzugsweise aus der Schmelze, insbesondere eine Einkristallziehvorrichtung, mit einem zwischen einem Ziehkessel und einer Schleusen kammer angeordneten Schleusenventil, das zu Beginn des Ziehvorgangs geöffnet wird und dadurch eine Einschleus öffnung für den zu ziehenden Kristall freigibt, das einen Schließkörper aufweist, der zusammen mit einer Dichtung nach Beendigung des Ziehvorgangs die Einschleusöffnung schließt und damit den Ziehkessel von der Schleusenkammer vakuumdicht trennt, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung als eine im wesentlichen nur durch Druck ohne Scherbeanspruchung und ohne Reibung beaufschlagte Dichtung (9) ausgebildet ist, die durch eine Schutzvorrichtung gegenüber der Wärmestrahlung des heißen Kristalls während des Ziehens des Kristalls geschützt ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schließkörper als Deckel (13) ausgebildet ist, der beim Schließen auf eine vorzugsweise ringförmige Dichtung (9) aufsitzt, daß zwischen der Dichtung und der Einschleusöffnung (5) ein Wandelement (15, 16) angeordnet ist, das als Wärmestrahlschutz für die Dichtung (9) dient.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß das Wandelement als Rohrstutzen (16) ausgebildet ist, der am Ziehkessel angeformt ist.

4. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorangegan genen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Wandele ment als Rohrstutzen (16) ausgebildet ist, der am Zieh kessel durch Ausdrehen angeformt ist.

5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorangegan genen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Wandele ment als Rohrstutzen ausgebildet ist, der am Ziehkessel befestigt ist.

6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorangegan genen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Wand element als Rohrstutzen (15) ausgebildet ist, der am Ziehkessel angeschweißt ist.