DD235679A1 - DEVICE FOR SUPPORTING THE CRYSTAL IN TIEGELLOSZ ZONENSCHMELZEN - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf die Herstellung stabfoermiger Einkristalle unter Anwendung eines Duennhalses. Ziel der Erfindung ist es, Nebenwirkungen bei der Stuetzung des Kristalls im kegelfoermigen Bereich zu vermindern. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Vorrichtung mit Stuetzelementen diese so auszubilden und anzuordnen, dass ihr Einschwenken in die Stuetzstellung vor der Beruehrung mit dem Kegel erfolgt. Erfindungsgemaess wird das bei einer Stuetzvorrichtung, die synchron mit der unteren Ziehspindel rotiert dadurch erreicht, dass die Stuetzvorrichtung einen pendelnd aufgehaengten Ring hat, an dem mindestens drei regelmaessig verteilte Stuetzarme angeordnet sind, die in der Warteposition schraeg nach oben gerichtet sind und in Stuetzposition, die erreicht ist, wenn die Stuetzarme bei der Abwaertsbewegung der Ziehspindel deren oberes Ende passiert haben, in eine waagerechte Lage fallen, und dass der aeussere Rand des Ringes zwischen mindestens einer Bimetallklammer angeordnet ist, der ein Heizer zugeordnet ist. Fig. 1The invention relates to the production of stabfoermiger single crystals using a Duennhalses. The aim of the invention is to reduce side effects in the support of the crystal in the conical region. The invention is based on the object in a device with support elements form and arrange them so that their pivoting takes place in the Stuetzstellung before contact with the cone. According to the invention, this is achieved with a support device which rotates in synchronism with the lower drawing spindle in that the support device has a pendulum suspended ring, on which at least three regularly distributed support arms are arranged, which are directed upwards in the waiting position and in support position, the is reached, when the support arms have passed in the downward movement of the pulling spindle whose upper end, fall in a horizontal position, and that the outer edge of the ring is disposed between at least one bimetallic clamp, which is associated with a heater. Fig. 1

Description

einer Klammer angeordnet ist, die an der Tragevorrichtung befestigt ist, wobei mindestens ein Schenkel der Klammer aus Bimetall besteht, dem ein Heizer zugeordnet ist, und wobei die Klammer bei Erhitzung durch den Heizer geöffnet ist.a bracket is attached to the carrying device, wherein at least one leg of the clamp consists of bimetal, which is associated with a heater, and wherein the clip is opened when heated by the heater.

Es ist zweckmäßig, daß jeder Stützarm aus einem Hebel besteht, der an einem Ende gelagert ist und am anderen Ende eine Lagerschneide aufweist, der ein Rondensegment mit einer Lagerpfanne zugeordnet ist, wobei der Hebel und das Rondensegment durch eine Feder miteinander verbunden sind. Das Rondensegment liegt beim Stützvorgang am Kristall an.It is expedient that each support arm consists of a lever which is mounted at one end and at the other end has a bearing blade which is associated with a Ronde segment with a bearing cup, wherein the lever and the Ronde segment are interconnected by a spring. The blanking segment abuts the crystal during the supporting process.

Weiterhin ist es zweckmäßig, daß ein mitrotierender Ring aus gut wärmeleitendem Material zur Übertragung der Wärme des Heizers auf das Bimetall angeordnet ist.Furthermore, it is expedient that a co-rotating ring of good heat conducting material for transmitting the heat of the heater is arranged on the bimetal.

Die Klammern sind vorteilhaft mittels Federgelenken befestigt, so daß sie um kleine Schwenkbeträge leicht beweglich sind, jedoch in radialer und tangentialer Richtung eine hohe Steifigkeit haben.The brackets are advantageously fixed by means of spring joints, so that they are easily movable to small pivot amounts, but in the radial and tangential direction have a high rigidity.

Bei dieser Stützvorrichtung liegen die Stützarme zunächst an der unteren Ziehspindel an. Beim Absenken der Ziehspindel im Verlaufe des Züchtungsprozesses passieren die Stützarme das obere Ende der Ziehspindel und fallen in die Stützstellung. Beim weiteren Absenken derZiehspihdel berühren sie schließlich den kegelförmigen Bereich des Kristalls. Da der Ring, auf dem die Stützarme angeordnet sind, pendelnd aufgehängt ist und infolge der Beheizung des Bimetalls die Klammern geöffnet sind, können sich die Stützarme ohne Belastung des Dünnhalses an den Kristall anlegen. Da sich die Stützarme schon vor der Berührung mit dem Kristall in Stützstellung befinden, kommt es auch nicht zu Erschütterungen im Kristall.In this support device, the support arms are initially on the lower pulling spindle. When lowering the pulling spindle in the course of the breeding process, the support arms pass the upper end of the pulling spindle and fall into the supporting position. Upon further lowering the pulling spike, they eventually touch the conical portion of the crystal. Since the ring, on which the support arms are arranged, is pendulum suspended and due to the heating of the bimetal, the brackets are opened, the support arms can invest without stress of the thin neck to the crystal. Since the support arms are already in contact with the crystal before contact with the crystal, there are no vibrations in the crystal.

Nach dem Antasten der Stützarme am Kristall wird die Beheizung des Bimetalls beendet, so daß sich die Klammer schließt und den Ring mit den Stützarmen arretiert. Damit wird der Kristall gestützt, ohne daß unzulässige Kräfte auf den Dünnhals einwirken.After touching the support arms on the crystal, the heating of the bimetal is terminated, so that the clip closes and locks the ring with the support arms. Thus, the crystal is supported without impermissible forces acting on the thin neck.

Ausführungsbeispielembodiment

Die Erfindung so(l in einem Ausführungsbeispiel an Hand von Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigen:The invention will be explained in more detail in one embodiment with reference to the drawings, in which:

Fig.! : eine Seitenansicht der Stützvorrichtung, teilweise im Schnitt,Fig.! : a side view of the support device, partly in section,

Fig.2a-c: die Stellung der Stützvorrichtung in unterschiedlichen Phasen des Kristallzüchtungsprozesses2a-c: the position of the support device in different phases of the crystal growing process

Auf der oberen Seite eines Schlittens 1, der in axialer Richtung auf der Ziehspindel 2 verschiebbar ist, ist eine Tragevorrichtung angeordnet, die eine obere Plattform 3a und eine untere Plattform 3 b hat. An der oberen Plattform 3a ist mittels dreier dünner Drähte 4, die um 120° versetzt angeordnet sind, ein Ring 5 pendelnd aufgehängt. Die Führungslager des Schlittens 1 sind in axialer und dessen Mitnehmer in Drehrichtung durch angefederte Gegenlager spielfrei gestaltet. Die Masse des Schlittens einschließlich die der Aufbauten und Zusatzmassen wird durch eine Haltefeder 6 in vorgegebener Höhe gehalten. Am Ring 5 sind drei regelmäßig verteilte und in einem bestimmten Bereich nach oben aus dem Durchmesserbereich der Ziehspindel 2 schwenkbare Stützarme 7 angeordnet. Jeder dieser Stützarme7 besteht im wesentlichen aus einem einarmigen Hebel 8 mit einer Lagerschneide 9 sowie einem Rondensegment 10 mit einer Lagerpfanne 11, die der Lagerschneide 9 zugeordnet ist. Der Hebel 8 und das Rondensegment 10 sind über eine Feder 12 miteinander verbunden.On the upper side of a carriage 1, which is slidable in the axial direction on the pulling spindle 2, a carrying device is arranged, which has an upper platform 3a and a lower platform 3 b. At the upper platform 3a is suspended by means of three thin wires 4, which are arranged offset by 120 °, a ring 5 pendulum suspended. The guide bearings of the carriage 1 are designed free of play in the axial and the driver in the direction of rotation by spring-loaded abutment. The mass of the carriage including the structures and additional masses is held by a retaining spring 6 in a predetermined amount. On the ring 5 three regularly distributed and in a certain range upwards from the diameter range of the pull spindle 2 pivotable support arms 7 are arranged. Each of these Stützarme7 consists essentially of a one-armed lever 8 with a bearing blade 9 and a Ronde segment 10 with a bearing cup 11 which is associated with the bearing blade 9. The lever 8 and the Ronde segment 10 are connected to each other via a spring 12.

Am äußeren Umfang des Ringes 5 sind Bleche 13 angeordnet, die durch Klammern 14festgehalten werden können. Ein Schenkel 15 der Klammern 14 ist aus Bimetall und wird durch einen gehäusefesten Heizer 16 gesteuert, dessen Wärmestrom über einen mitrotierenden Kupferring 17 dem Bimetall zugeleitet wird. Bei Abkühlung der Bimetalle werden die Bleche festgehalten und auf diese Weise mit der unteren Plattform 3 b fest verbunden. Die Klammern 14 sind mittels Federgelenken 18 an der unteren Plattform 3 b befestigt, so daß sie um kleine Schwenkbeträge leicht beweglich sind, wobei sie jedoch in radialer und tangentialer Richtung eine hohe Steifigkeit haben. .At the outer periphery of the ring 5 sheets 13 are arranged, which can be held by clamps 14. A leg 15 of the brackets 14 is made of bimetal and is controlled by a housing-fixed heater 16, the heat flow is fed via a co-rotating copper ring 17 to the bimetal. Upon cooling of the bimetals, the sheets are held and thus firmly connected to the lower platform 3 b. The brackets 14 are fixed by means of spring joints 18 on the lower platform 3 b, so that they are easily movable to small pivot amounts, but they have a high rigidity in the radial and tangential direction. ,

In der Fig. 2 a ist die oberste Stellung der Ziehspindel dargestellt/Der Schlitten 1 befindet sich in seineroberen Stellung. DieIn Fig. 2 a, the uppermost position of the pulling spindle is shown / The carriage 1 is in its upper position. The

Stützarme liegen an der Ziehspindel 2 an und kippen nach Passieren der sich senkenden Stirnfläche der Ziehspindel 2 der—-Support arms are applied to the pulling spindle 2 and tilt after passing the descending end face of the pulling spindle 2 of--

Drehachse der Ziehspindel in eine waagerechte Lage. Beim weiteren Absenken der Ziehspindel 2 gelangt der Kristallkegel in die Stützebene (Fig.2b), wobei die pendelnd aufgehängten Stützarme bei aufgeheizten Klammern 14 zunächst noch frei beweglich sind und sich nach dem Oberflächenprofil des Kegels ausrichten können. Nach Beendigung des Ausrichtvorganges wird der Heizer 16 abgeschaltet, so daß die zentrierenden Stützkörper fixiert sind. Bei entsprechender Dimensionierung der Haltefeder 6 werden die Massenkräfte des bis zu diesem Zeitpunkt gezogenen Kristalls sowie die hinzukommenden des weiter wachsenden Kristalls langsam entsprechend der Federsteifigkeit von ihr aufgenommen und der Dünnhals wird entlastet. Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, daß auch bei exzentrischer Lage des Kreises, der die Antastpunkte berührt, zur Ziehachse die beim Antasten auftretenden radial wirkenden Kräfte sehr klein sind, Stöße vermieden werden und der Querschnitt des Dünnhalses nur durch Druckkräfte, die einen Bruchteil der Massenkräfte des Silizium-Kristalls sind, belastet wird. /Rotary axis of the pulling spindle in a horizontal position. Upon further lowering of the pulling spindle 2, the crystal cone enters the support plane (Fig.2b), wherein the pendulum-suspended support arms are initially free to move when heated brackets 14 and can align themselves to the surface profile of the cone. After completion of the alignment process, the heater 16 is turned off, so that the centering support body are fixed. With appropriate dimensioning of the retaining spring 6, the inertial forces of the pulled up to this time crystal and the advent of the further growing crystal are slowly absorbed according to the spring stiffness of her and the thin neck is relieved. The advantage of the solution according to the invention is that even with eccentric position of the circle touching the probing points to the drawing axis which occur when probing radially acting forces are very small, shocks are avoided and the cross section of the neck only by compressive forces, a fraction of the Mass forces of the silicon crystal are charged. /

Claims (4)

Erfindungsanspruch:Invention claim: 1. Vorrichtung zum Abstützen des Kristalls beim tiegellosen Zonenschmelzen, mit einem auf der unteren Ziehspindel in axialer Richtung verschiebbaren Schlitten, dessen Führungslager in axialer Richtung und dessen Mitnehmer in Drehrichtung spielfrei gestaltet sind, gekennzeichnet dadurch, daß auf der Stirnseite des Schlittens (1), zu dessen Höhenpositionierung z. B. eine Haltefeder (6) vorgesehen ist, eine Tragevorrichtung angeordnet ist, die aus Trägern und zwei übereinander angeordneten Ringplattformen (3a; 3b) besteht, daß an der oberen Plattform (3a) ein Ring (5) pendelnd aufgehängt ist, an dem drei regelmäßig verteilte Stützarme (7) angeordnet sind, die in der Warteposition schräg nach oben gerichtet sind und mit ihrem freien Ende an der Ziehspindel (2) anliegen und die in Stützposition, die erreicht ist, wenn die Stützarme (7) bei der Abwärtsbewegung der Ziehspindel deren oberes Ende passiert haben, in eine Lage fallen, bei der die freien Enden der Stützhebel auf einem Kreis liegen, dessen Durchmesser zwischen dem des Dünnhalses und dem des Kristalls liegt, daß der äußere Rand des Ringes (5) zwischen mindestens einer Klammer (14) angeordnet ist, die an der Tragevorrichtung befestigt ist, wobei mindestens ein Schenkel (15) der Klammer (14) aus Bimetall besteht, dem ein Heizer (16) zugeordnet ist, und wobei die Klammer (14) bei Erhitzung durch den Heizer (16) geöffnet ist.1. Device for supporting the crystal in the crucible zone melting, with a slidable on the lower pulling spindle in the axial direction carriage whose guide bearing in the axial direction and the driver in the direction of rotation are designed free of play, characterized in that on the front side of the carriage (1), for its height positioning z. B. a retaining spring (6) is provided, a carrying device is arranged, which consists of carriers and two superimposed ring platforms (3 a, 3 b) that on the upper platform (3 a) a ring (5) is suspended pendulum, at the three regularly distributed support arms (7) are arranged, which are directed in the waiting position obliquely upwards and rest with its free end on the pulling spindle (2) and in the supporting position, which is achieved when the support arms (7) during the downward movement of the pulling spindle have passed their upper end, fall into a position in which the free ends of the support levers lie on a circle whose diameter is between that of the thin neck and that of the crystal, that the outer edge of the ring (5) between at least one clamp (14 ), which is attached to the carrying device, wherein at least one leg (15) of the clamp (14) consists of bimetal, which is associated with a heater (16), and wherein the clip (14) when heated by the heater (16) is opened. 2. Vorrichtung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß jeder Stützarm (7) aus einem Hebel (8) besteht, der an einem Ende gelagert ist und am anderen Ende eine Lagerschneide (9) aufweist, derein Rondensegment (10) mit einer Lagerpfanne zugeordnet ist, wobei der Hebel (8) und das Rondensegment (10) durch eine Feder (12) miteinander verbunden sind.2. Device according to item 1, characterized in that each support arm (7) consists of a lever (8) which is mounted at one end and at the other end a bearing blade (9), which assigned a Ronde segment (10) with a bearing cup is, wherein the lever (8) and the Ronde segment (10) by a spring (12) are interconnected. 3. Vorrichtung nach Punkt 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß ein mitrotierender Ring (17) aus gut wärmeleitendem Material zur Übertragung der Wärme des Heizers (16) auf das Bimetall angeordnet ist.3. Device according to item 1 and 2, characterized in that a co-rotating ring (17) made of good heat conducting material for transmitting the heat of the heater (16) is arranged on the bimetal. 4. Vorrichtung nach Punkt 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß die Klammern (14) mittels Federgelenken (18) befestigt sind.4. Device according to item 1 to 3, characterized in that the clamps (14) by means of spring joints (18) are attached. Hierzu 2 Seiten ZeichnungenFor this 2 pages drawings Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention Die Erfindung ist beim tiegellosen Zonenschmelzen von Halbleitereinkristallen, ζ. B. von Siliziumeinkristallen in Stabform auf einem Dünnhals anwendbar.The invention is in the crucible zone melting of semiconductor single crystals, ζ. B. of silicon single crystals in rod form on a thin neck applicable. Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions Beim Verfahren zum tiegelfreien Zonenschmelzen von Halbleitereinkristallen auf einem Dünnhals wird der Kristall vom Durchmesser des Dünnhalses allmählich auf den erforderlichen Durchmesser gebracht, wobei der Übergang nahezu kegelförmig ausgebildet ist. Für die Stützung des Kristalls in diesem kegelförmigen Bereich sind bereits Vorrichtungen bekannt (z.B. DD-PS 159087,159088,159649). Bei diesen wird der kegelförmige Bereich nach Erreichen einer vorher festgelegten Masse des Kristalls durch einen Stützring, der auf der unteren Ziehspindel gelagert ist und mit dieser rotiert, gestützt. Diese Anordnungen haben den Nachteil, daß sie die kegelförmigen Bereiche der Kristalle nicht ohne negative Nebenwirkungen stützen können. Die Ursache hierfür ist darin zu sehen, daß die kegelförmigen Bereiche erheblich von einem Kegel mit kreisförmigen Querschnitten abweichen können.In the method for crucible-free zone melting of semiconductor single crystals on a thin neck, the crystal is gradually brought from the diameter of the thin neck to the required diameter, wherein the transition is formed almost conical. Devices for supporting the crystal in this tapered region are already known (e.g., DD-PS 159087, 159088, 159649). In these, the tapered portion is supported after reaching a predetermined mass of the crystal by a support ring which is mounted on the lower pulling spindle and rotates therewith. These arrangements have the disadvantage that they can not support the conical regions of the crystals without negative side effects. The reason for this is to be seen in the fact that the conical areas may differ significantly from a cone with circular cross-sections. Zwar wurde versucht, diesen Nachteil durch die schwimmende Lagerung des Stützringes zu vermeiden, jedoch ist dieser nur bei Versatz der Längsachse des Kegels gegenüber der Achse der Ziehspindel wirksam, während es bei Abweichungen vom kreisförmigen Querschnitt zu einer Abstützung kommen kann, bei der Biegemomente am Dünnhals auftreten. Dabei kann es zum Bruch des Dünnhalses kommen.Although it was attempted to avoid this disadvantage by the floating support of the support ring, but this is effective only at offset of the longitudinal axis of the cone relative to the axis of the drawing spindle, while it can come in deviations from the circular cross-section to a support, in the bending moments at the thin neck occur. This can lead to the rupture of the thin neck. Weiterhin sind Vorrichtungen bekannt (DE-OS 2626311, 2626377), bei denen Stützelemente gegen den Kegel geschwenkt und in Stützstellung arretiert werden. Diese Vorrichtungen haben den Nachteil, daß durch das Heranschwenken der Stützelemente an den Kegel Biege- und Torsionsmomente am Dünnhals auftreten. Weiterhin kann die Einstellung wegen der Reibung zwischen den Stützelementen und dem Kristall sowie in einem Stellgetriebe nicht genügend feinfühlig vorgenommen werden, wodurch der Dünnhals ebenfalls unzulässig beansprucht werden kann. νFurthermore, devices are known (DE-OS 2626311, 2626377), in which support elements are pivoted against the cone and locked in support position. These devices have the disadvantage that occur by the pivoting of the support elements on the cone bending and torsional moments on the thin neck. Furthermore, the adjustment can not be made sufficiently sensitive due to the friction between the support elements and the crystal and in a control gear, whereby the thin neck can also be claimed inadmissible. ν Ziel der ErfindungObject of the invention Ziel der Erfindung ist es, die Nebenwirkungen bei der Stützung des Kristalls im kegelförmigen Bereich zu vermindern.The aim of the invention is to reduce the side effects in the support of the crystal in the conical region. Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Vorrichtung mit Stützelementen diese so auszubilden und anzuordnen, daß ihr Einschwenken in die Stützstellung vor der Berührung mit dem Kegel erfolgt. Erfindungsgemäß wird das bei einer Stützvorrichtung,' bei der auf der unteren Ziehspindel ein in axialer Richtung verschiebbarer Schlitten angeordnet ist, dessen Führungslager in axialer Richtung und dessen Mitnehmer in Drehrichtung durch angefederte Gegenlager spielfrei gestaltet sind, dadurch erreicht, daß auf der Stirnseite des Schlittens, zu dessen Höhenpositionierung z. B. eine Haltefeder vorgesehen ist, eine Tragevorrichtung angeordnet ist, die aus Trägern und zwei übereinander angeordneten Ringplattformen besteht, daß an der oberen Plattform ein Ring pendelnd aufgehängt ist, an dem mindestens drei regelmäßig verteilte Stützarme angeordnet sind, die in der Warteposition schräg nach oben gerichtet sind und mit ihrem freien Ende an der Ziehspindel anliegen und die in Stützposition, die erreicht ist, wenn die Stützarme bei der Abwärtsbewegung der Ziehspindel deren oberes Ende passiert hatten, in eine Lage fallen, bei der die freien Enden der Stützarme auf einem Kreis liegen, dessen Durchmesser zwischen dem des Dünnhalses und dem des Kristalls liegt, daß der äußere Rand des Ringes zwischen mindestensThe invention is based on the object in a device with support elements form and arrange them so that their pivoting takes place in the support position prior to contact with the cone. According to the invention, this is arranged in a supporting device, 'in which on the lower pulling spindle slidable in the axial direction slide whose guide bearing in the axial direction and its driver in the direction of rotation are formed by spring-loaded counter bearing clearance, achieved in that on the front side of the carriage, for its height positioning z. B. a retaining spring is provided, a support device is arranged, which consists of carriers and two superimposed ring platforms, that on the upper platform a ring is suspended pendulum, are arranged on the at least three regularly distributed support arms, in the waiting position obliquely upward are directed and abut with its free end to the pulling spindle and in the support position, which is reached when the support arms had passed in the downward movement of the pulling spindle whose upper end, in a position in which the free ends of the support arms lie on a circle whose diameter lies between that of the thin neck and that of the crystal, that the outer edge of the ring between at least