DE977636C

DE977636C - Device for movably holding an elongated body made of crystalline material, in particular of semiconductor material, during crucible zone melting

Info

Publication number: DE977636C
Application number: DES37495A
Authority: DE
Inventors: Reimer Dr-Ing Emeis
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1954-02-07
Filing date: 1954-02-07
Publication date: 1967-11-02

Description

Vorrichtung zur beweglichen Halterung eines langgestreckten Körpers aus kristallinem Stoff, insbesondere aus Halbleiterstoff, beim tieclellosen Zonenschmelzen Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur beweglichen Halterung eines langgestrecktenKörpers aus kristallinem Stoff, insbesondere aus Halbleiterstoff, beim tiegellosen Zonenziehen. Dabei wird bekanntlich der vorzugsweise stabförmige Kristallkörper an seinen beiden Enden gehaltert. Es besteht dann häufig die Aufgabe, daß wenigstens eine der beiden Halterungen sowohl in Längsrichtung bewegbar als auch um die Längsachse drehbar sein soll. Zu diesem Zweck ist erfindungsgemäß eine Welle, an deren einem Ende sich der zu behandelnde Körper befindet, mit ihrem anderen Ende an einem in einer drehbaren Längsführung gleitenden Übertragungsglied befestigt, das mit einem durch Gewinde längsbewegbaren Schlitten in Längsrichtung formschlüssig, jedoch drehbar gekuppelt ist. Dadurch sind die beiden Bewegungen, die Längs- und die Drehbewegung, unabhängig voneinander und können durch verschiedene Antriebsmotoren erzeugt und jede für sich geregelt werden, so da,ß der Ziehvorgang bequem in jeder gewünschten Weise gesteuert werden kann. Die Antriebsmotoren können von der Ziehvorrichtung getrennt aufgestellt und die Antriebskräfte durch vorteilhaft mit Kardangelenken ausgestattete und leicht lösbar gekuppelte Wellen erschütterungsfrei übertragen werden. Die Halterungsvorrichtung nimmt wenig Raum ein und kann an der Außenseite des Gehäuses angebracht sein, in welchem der Ziehprozeß im Vakuum oder unter Schutzgas stattfindet. Lediglich die drehbare und längsbewegliche Welle ist vakuumdicht durch die Gehäusewandung hindurchgeführt. Die verschiedenen Teile der Vorrichtung sind leicht zugänglich und daher bequem zu handhaben. Durch die gedrungen: e Bauart und das geringe Gewicht der Halterungsvorrichtung wird die Öffnung und Schließung des Gehäuses, an der sie befestigt ist, leichtgemacht.Device for movably holding an elongated body from crystalline material, especially from semiconductor material, in deep zone melting The invention relates to a device for movably supporting an elongated body made of crystalline material, especially semiconductor material, in the case of crucible-free zone pulling. It is known that the preferably rod-shaped crystal body is attached to both of its Ends held. There is then often the task that at least one of the two Brackets both movable in the longitudinal direction and rotatable about the longitudinal axis should be. For this purpose, according to the invention, a shaft, at one end of which is the body to be treated is located with its other end on a rotatable Longitudinal guide sliding transmission member attached, which is threaded with a longitudinally movable carriage in the longitudinal direction positively, but rotatably coupled is. This means that the two movements, the longitudinal and the rotary movement, are independent from each other and can be generated by different drive motors and each for itself can be regulated so that the drawing process can be conveniently controlled in any desired manner can be. The drive motors can be set up separately from the pulling device and the driving forces by advantageously equipped with universal joints and light releasably coupled shafts can be transmitted vibration-free. The holding device takes up little space and can be attached to the outside of the housing, in which the drawing process takes place in a vacuum or under protective gas. Only that The rotatable and longitudinally movable shaft is passed through the housing wall in a vacuum-tight manner. The various parts of the device are easily accessible and therefore convenient to handle. Penetrated by: e design and low weight the mounting device will open and close the housing to which it is attached is attached, made easy.

In der Zeichnung sind verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.Various exemplary embodiments of the invention are shown in the drawing shown.

Fig. i zeigt eine Halterungsvorrichtung im Schnitt, von der Seite gesehen, und Fig. 2 einen Schnitt in der Ebene 2 in Draufsicht; in Fig.3 ist eine andere Vorrichtung im Schnitt, von der Seite gesehen, dargestellt.Fig. I shows a mounting device in section, from the side seen, and FIG. 2 shows a section in plane 2 in plan view; in Fig.3 is a another device in section, seen from the side, shown.

Eiach Fig. i und 2 ist eine Welle 2, welche durch einen flanschartigen Gehäuseteil 8 vakuumdicht hindurchgeführt ist, an ihrem unteren Ende mit einer Fassung 23 versehen, in der ein Ende des Schmelzlings z. B. durch Schrauben festgeklemmt werden kann. Das obere Ende der Welle :2 ist in ein Übertragungsglied 4 zentrisch eingeschraubt und gesichert. Das Übertragungsglied 4 ist mit Bohrungen versehen, mit denen es auf Führungsbolzen 3 gleitet. Diese Führungsbolzen 3 bilden mit den Endplatten 24 und 25, in welche ihre Enden eingelassen sind, eine umlaufende Führungseinrichtung. An der oberen Endplatte 25 befindet sich ein Getrieberad 26. Dessen Welle durchsetzt eine Getriebeplatte g, die durch Stehbolzen 7 mit dem Flansch 8 fest verbunden ist. Außen befindet sich ein drehbarer Zylinder 6 mit Innengewinde. Ein mit entsprechendem Außengewinde versehener ringförmiger Schlitten 5 ist mit Bohrungen an den Stehbolzen 7 in Längsrichtung geführt und gegen Verdrehung gesichert. An diesem Schlitten 5 ist der Übertragungsteil 4 mittels eines auch in Achsrichtung tragenden Lagers, z. B. eines Doppel-Schulterkugellagers 27, drehbar gelagert. 28 und 29 sind gewöhnliche Kugellager. Der mit einem Zahnkranz versehene Zylinder 6 und das Getrieberad 26 werden mittels Schnecken 3o angetrieben, die mit in der Zeichnung nicht dargestellten Antriebsmotoren durch ein bewegliches und leicht lösbares Gestänge gekuppelt sein können. Als Antriebsmotoren werden Gleichstrom-Nebenschlußmotoren wegen ihres eindeutig bestimmten Drehzahlverhaltens und ihrer leichten Regelbarkeit bevorzugt.Eiach Fig. I and 2 is a shaft 2, which by a flange-like Housing part 8 is passed through in a vacuum-tight manner, at its lower end with a socket 23 provided, in which one end of the melting piece z. B. clamped by screws can be. The upper end of the shaft: 2 is centered in a transmission link 4 screwed in and secured. The transmission member 4 is provided with bores, with which it slides on guide pin 3. These guide pins 3 form with the End plates 24 and 25, in which their ends are embedded, a circumferential guide device. A gear wheel 26 is located on the upper end plate 25, the shaft of which passes through it a gear plate g, which is firmly connected to the flange 8 by stud bolts 7. Outside there is a rotatable cylinder 6 with an internal thread. One with a corresponding Externally threaded annular slide 5 is bored on the stud bolts 7 guided in the longitudinal direction and secured against rotation. On this slide 5 is the transmission part 4 by means of a bearing that also supports in the axial direction, z. B. a double shoulder ball bearing 27 rotatably mounted. 28 and 29 are common Ball-bearing. The cylinder 6 provided with a ring gear and the gear wheel 26 are driven by means of screws 3o, which are not shown in the drawing Drive motors can be coupled by a movable and easily detachable linkage can. As drive motors, direct current shunt motors are unique because of them certain speed behavior and their easy controllability are preferred.

Die Vorrichtung arbeitet in der Weise, daß durch die Schnecke 3o der Zylinder 6 um seine Achse gedreht und dadurch der Schlitten 5 in senkrechter Richtung bewegt wird. Er nimmt den Übertragungsteil 4 mit und verschiebt somit die daran befestigte Welle ebenfalls in senkrechter Richtung. Durch die andere Schnecke 31 wird über das Schneckenrad 26 die aus den Teilen 24, 25 und 3 bestehende Führungseinrichtung in Umlauf versetzt und mit dieser der übertragrungsteil 4 und somit auch die daran befestigte Welle 2.The device works in such a way that by the screw 3o of Cylinder 6 rotated about its axis and thereby the carriage 5 in the vertical direction is moved. It takes the transmission part 4 with it and thus moves the one on it attached shaft also in the vertical direction. Through the other screw 31 the guiding device consisting of parts 24, 25 and 3 becomes via the worm wheel 26 put in circulation and with this the transmission part 4 and thus also the one on it fixed shaft 2.

Die Teile 6, und 7 können ihre Rollen miteinander tauschen, indem der Zylinder 6 fest mit dem Flansch 8 verbunden und die Platte g mit den daran befestigten Führungsbolzen 7 drehbar angeordnet wird. Die erwähnten beidem. Teile können auch ihre Lage tauschen; es kann nämlich die Führungseinrichtung 7, 9 außen und der Gewindeteil 6 innen liegen. Dabei muß unter Umständen der Schlitten geteilt werden, derart, daß ein Teil nur verschiebbar und ein anderer sowohl verschiebbar als auch drehbar ist.The parts 6 and 7 can exchange their roles with one another in that the cylinder 6 is fixedly connected to the flange 8 and the plate g with the guide pins 7 attached to it is rotatably arranged. The two mentioned. Parts can also swap their positions; namely, the guide device 7, 9 can be on the outside and the threaded part 6 on the inside. Under certain circumstances, the slide must be divided in such a way that one part is only displaceable and another is both displaceable and rotatable.

Ein Ausführungsbeispiel dieser Art ist in Fig. 3 dargestellt. Die Welle io der Halterung wird hier in einem geschlitzten Innenrohr i i, das drehbar und mit einem Antriebsrad 12 gekuppelt ist, durch Stifte 13 gleitend geführt. Die Stifte 13 greifen über die Rohrschlitze hinaus über eine Buchse 14, die sowohl drehbar als auch gleitend auf und ab bewegbar ist. Die Buchse 14 ist von einem Mittleren Rohr 15 umgeben, das ebenfalls geschlitzt und drehbar gelagert ist. Es ist mit einem Antriebsrad 16 gekuppelt und mit Außengewinde versehen, auf welchem zwei Wandermuttern 17 laufen. Letztere sind gegen Verdrehung gesichert durch Stifte 18, die in Schlitzen eines als Gehäuse dienenden Außenrohres ig auf und ab gleiten können. In den Zwischenraum zwischen den Wandermuttern 17 ragen stiftförmige Ansätze 2o der Buchse 14 hinein, die sich durch die Schlitze des mittleren Rohres 15 hindurch erstrecken. Durch die Stifte 20 wird demnach sowohl die Längsbewegung der Wandermuttern 17 als auch die Drehbewegung des mittleren Rohres 15 auf die Buchse 14 übertragen. Von der letzteren wird jedoch die Drehbewegung nicht weiterübertragen, sondern es wird nur die Längsbewegung durch die Stifte 13 abgenommen und auf die Welle io übertragen. Unabhängig davon wird der Welle io eine Drehbewegung von dem Innenrohr ii über die Stifte 13 erteilt. Die beiden Wandermuttern 17 mit den Stiften 18 und die Buchse 14 mit den Stiften 2o erfüllen also bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel dieselbe Aufgabe wie der einteilige Schlitten 5 bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. i und 2.An embodiment of this type is shown in FIG. The shaft io of the holder is guided in a slidable manner by pins 13 in a slotted inner tube ii, which is rotatable and coupled to a drive wheel 12. The pins 13 reach beyond the tube slots via a bushing 14 which is both rotatable and slidable up and down. The socket 14 is surrounded by a central tube 15, which is also slotted and rotatably mounted. It is coupled to a drive wheel 16 and provided with an external thread on which two traveling nuts 17 run. The latter are secured against rotation by pins 18 which can slide up and down in slots of an outer tube serving as a housing. In the space between the traveling nuts 1 7, pin-shaped projections 2o of the socket 14 protrude, which extend through the slots of the central tube 1 5 . By means of the pins 20, both the longitudinal movement of the traveling nuts 17 and the rotary movement of the central tube 15 are accordingly transmitted to the bushing 14. From the latter, however, the rotary movement is not transmitted, but only the longitudinal movement is picked up by the pins 13 and transmitted to the shaft io. Independently of this, the shaft io is given a rotary movement by the inner tube ii via the pins 13. The two traveling nuts 17 with the pins 18 and the socket 14 with the pins 2o thus fulfill the same task in the present exemplary embodiment as the one-piece slide 5 in the exemplary embodiment according to FIGS. 1 and 2.

Das Außenrohr ig ist mit einem seiner beiden Enden an einem Vakuumbehälter 2i, von dem nur ein Teil der Wandung dargestellt ist, oder an einem lösbaren Teil desselben, insbesondere am Boden oder Deckel, befestigt, durch welchen die Welle io vakuumdicht hindurchgeführt ist. Am andere Ende des Außenrohres ig befindet sich ein Getriebekopf, bestehend aus einer Lagerplatte 22 und den darin gelagerten Übertragungsorganen, wie Stirnrädern 32, 33, Kegelrädern 34 35 oder/und Kardanwelle 36, zur Übertragung der Antriebsbewegung von in der Zeichnung nicht dargestellten Antriebsmotoren auf die Triebräder i2 und 16.The outer tube ig is with one of its two ends on a vacuum container 2i, of which only part of the wall is shown, or on a detachable part the same, in particular on the bottom or cover, attached through which the shaft io is passed through in a vacuum-tight manner. At the other end of the outer tube ig is located a gear head, consisting of a bearing plate 22 and the transmission elements mounted therein, such as spur gears 32, 33, bevel gears 34, 35 and / or cardan shaft 36, for transmission the drive movement of drive motors not shown in the drawing the driving wheels i2 and 16.

Diese Ausführungsform mit ihren drei Rohren verschiedener Weite, welche gleichachsig ineinander angeordnet sind, zeichnet sich dadurch aus, daß sie aus leicht erhältlichen Halbfabrikaten besonders einfach herstellbar ist und daß die beweglichen Teile durch das ruhend angeordnete Außenrohr gut geschützt sind. Trotzdem sind in der gezeichneten Lage, in der die Schlitze in einer Ebene liegen, die lösbaren Stifte 18 und 2o von außen sichtbar und bequem zugänglich, so daß die Welle io leicht eingesetzt bzw. die ganze Vorrichtung von der Welle io bequem abgehoben werden kann. Die Vorrichtung arbeitet folgendermaßen: Die von einem Elektromotor über die Getriebeteile 35, 34 und 32 auf das Antriebsrad 12 übertragene Drehbewegung pflanzt sich auf das innere Rohr 11 und von diesem über die Querstifte 13 auf die Welle 1o fort. Von einem zweiten Hilfsmotor wird eine Drehbewegung mittels der Kardanwelle 36 und des Ritzels 33 auf das Antriebsrad 16 und das mittlere Rohr 15 übertragen. Durch das Gewinde des letzteren werden die beiden Wandermuttern 17 aufwärts oder abwärts bewegt. Die Wandermuttern 17 übertragen ihre Längsbewegung auf die Stifte 2o der Zwischenbuchse 14 und damit auf diese selbst, die zugleich die Drehbewegung des mittleren Rohres 15 mitmacht. Auf die Stifte 13 der Welle 1o wird diese Drehbewegung jedoch nicht übertragen, sondern nur die Längsbewegung.This embodiment with its three tubes of different widths, which are coaxially arranged one within the other, is characterized in that they are readily available semi-finished products is particularly easy to manufacture and that the moving parts are well protected by the stationary outer tube. Nevertheless are in the position shown in which the slots are in one plane, the detachable Pins 18 and 2o visible from the outside and easily accessible, so that the shaft io easily used or the entire device can be easily lifted off the shaft io. the Device works as follows: The one from an electric motor through the gear parts 35, 34 and 32 to the drive wheel 12 transmitted rotary movement is planted on the inner tube 11 and from this via the transverse pins 13 on the shaft 1o away. from a second auxiliary motor is a rotary movement by means of the cardan shaft 36 and the The pinion 33 is transferred to the drive wheel 16 and the central tube 15. By the Thread of the latter, the two traveling nuts 17 are moved up or down. The traveling nuts 17 transmit their longitudinal movement to the pins 2o of the intermediate socket 14 and thus to this itself, which at the same time is the rotary movement of the central tube 15 participate. However, this rotary movement is not applied to the pins 13 of the shaft 1o transferred, but only the longitudinal movement.

Die beschriebenen und dargestellten Vorrichtungen können sowohl in der gezeichneten. Lage mit senkrechter Welle als auch in jeder beliebigen anderen Lage, z. B. auch waagerecht, in Anordnungen zum Reinigen von halbleitenden. und anderen kristallinen Stoffen wie auch zum Ziehen von Einkristallen verwendet werden.The devices described and illustrated can be used in both the drawn. Position with a vertical wave as well as in any other Location, e.g. B. also horizontally, in arrangements for cleaning semiconducting. and other crystalline materials as well as for pulling single crystals.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Device for movably holding an elongated body made of crystalline material, in particular made of semiconductor material, during crucible-free zone pulling, characterized in that a shaft (2), at one end of which is the body to be treated, with its other end is attached to a transmission member (4) sliding in a rotatable longitudinal guide (3), which is coupled positively but rotatably in the longitudinal direction to a slide (5) which can be moved longitudinally by means of a thread.

2. Apparatus according to claim 1, characterized by three tubes of different widths in a coaxial arrangement with one between the outer and the middle tube, one of which, preferably the middle, rotatable is stored, arranged traveling nut, which is provided on the externally threaded middle tube runs, and with stops sliding in longitudinal slots of the outer tube is provided, and with one between the central tube and the rotatably mounted Inner tube arranged socket with lugs, which through longitudinal slots of the middle Tube through with the traveling nut in engagement, and with that of the inner tube enclosed shaft end approaches, which are through longitudinal slots of the inner The pipe is positively coupled in the longitudinal direction with the aforementioned socket are.