DE69014223T2

DE69014223T2 - Abschlussventil für Einkristallziehapparat.

Info

Publication number: DE69014223T2
Application number: DE69014223T
Authority: DE
Inventors: Atsushi Iwasaki; Koji Mizuishi; Michiaki Oda
Original assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Priority date: 1989-03-24
Filing date: 1990-03-22
Publication date: 1995-06-22
Anticipated expiration: 2010-03-23
Also published as: DE69014223D1; US5020775A; EP0389284A2; JP2628370B2; EP0389284B1; JPH02252687A; EP0389284A3

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Abschlußventil, das in einer Einkristall-Ziehvorrichtung zum Öffnen und Schließen eines Durchlasses zwischen einer Hauptkammer und einer oberen Ziehkammer der Einkristall-Ziehvorrichtung verwendet wird.
Eine Einkristall-Ziehvorrichtung ist ausgelegt, damit eine Einkristallstange aus einer Schmelze eines polykristallinen Materials auf der Grundlage des CZ-Verfahrens (Czochralski Verfahren) wächst und hochgezogen wird. Eine herkömmliche Einkristall-Ziehvorrichtung besteht hauptsächlich aus einer Hauptkammer, und in dieser Kammer befinden sich ein Schmelztiegel aus Quarz zur Aufnahme des Rohrmaterials zur Kristallisierung, eine Kohlenstoffheizeinrichtung, die den Schmelztiegel umgibt, um das Rohmaterial zu schmelzen, einen Wärmeisolator, der ebenfalls aus Kohlenstoff hergestellt ist und die Heizeinrichtung umgibt, usw. Oberhalb der Hauptkammer ist eine obere Ziehkammer vorgegeben, aus der der Einkristallbarren (oder Stange), der von der Hauptkammer nach oben gebracht worden ist, entfernt wird. Ein Abschlußventil ist zwischen der Hauptkammer und der oberen Ziehkammer zum Öffnen und Schließen des Durchlasses zwischen den zwei Kammern vorgesehen. Die vorliegende Erfindung betrifft diese Art von Abschlußventil, insbesondere das, von dem eine bevorzugte Ausführungsform in Fig. 1 der beigefügten Zeichnungen dargestellt ist.
In der herkömmlichen Einkristall-Ziehvorrichtung wird der Wachs- und Ziehvorgang des Einkristalls in einer inerten Gasatmosphäre bei verringertem Druck durchgeführt, um den Niederschlag von Siliciumoxiden zu verhindern, die sich auf den kalten Innenwänden der Kammern ansammeln. Die Oxide werden ursprünglich als ein Ergebnis der Reaktionen gebildet, die zwischen der Schmelze und dem Quarztiegel stattfinden, und danach verdampfen die Oxide von der Oberfläche der Schmelze in die Atmosphäre und schlagen sich an den Wänden nieder. Einige der Oxidansammlungen bewirken häufig eine Störung bei der Kristallisierung des Einkristalls, wenn sie in die Schmelze tropfen. Auch erleichtert der Betrieb bei einem verringerten Druck die Verringerung beim Verbrauch des teueren Inertgases, das verwendet wird, um die Atmosphäre herzustellen. Somit werden, bevor der Einkristallbarren nach oben gezogen wird, zwischen der Hauptkammer und der oberen Ziehkammer eine volle Verbindung miteinander hergestellt, indem das Abschlußventil geöffnet wird, und die Kammern werden mit dem Inertgas bei verringertem Druck gefüllt.
Wenn der Wachs- und Ziehvorgang bei dem Einkristallbarren abgeschlossen ist, wird der Barren in die obere Ziehkammer angehoben und aus einer hermetisch abdichtenden Tür herausgenommen, die in der Seitenwand der oberen Ziehkammer vorgesehen ist. Bevor jedoch die Tür geöffnet wird, wird das Abschlußventil häufig geschlossen, so daß der verringerte Innendruck der Hauptkammer von der Außenatmosphäre getrennt ist, um dadurch zu ermöglichen, daß die hohe Temperatur des Systems in der Hauptkammer beibehalten wird, wie sie ist, wodurch mit dem nächsten Kristallisierungsvorgang begonnen werden kann, ohne daß das ganze restliche polykristalline Material vollständig erneut geschmolzen werden muß. Wenn somit die Tür der oberen Ziehkammer geöffnet wird, gleicht sich der Innendruck der oberen Ziehkammer mit dem Atmosphärendruck aus, während der Innendruck der Hauptkammer so niedrig gehalten wird, wie er war, als der letzte Ziehvorgang durchgeführt worden ist.
Es ist deshalb notwendig, die Luft in der oberen Ziehkammer durch das inerte Gas zu ersetzen und den Innendruck auf einen Wert zu verringern, der so niedrig ist, wie der der Hauptkammer, bevor das Abschlußventil für den nächsten Kristallisierungs-(Zieh-)vorgang geöffnet worden war. Dieser Austausch des Gases wird in der folgenden Weise durchgeführt: Zuerst wird die Türe der oberen Ziehkammer geschlossen und die Luft in der oberen Ziehkammer wird durch eine Vakuumpumpe abgezogen, bis der Innendruck beispiels 0,1 Millibar (absoluter Druck) wird. Dann wird das inerte Gas in die obere Ziehkammer eingeführt, bis deren Innendruck beispielsweise 200 Millibar wird. Dieser Vorgang wird zwei- bis fünfmal durchgeführt, um die Luft vollständig durch das inerte Gas zu ersetzen, und beim letzten Mal wird der Innendruck gleich dem Innendruck der Hauptkammer, beispielsweise 100 Millibar gemacht. Dann wird das Abschlußventil geöffnet und es wird mit dem Einkristall-Ziehvorgang begonnen.
Es wird nun das Dichtungssystem des herkömmlichen Abschluß ventils unter Bezugnahme auf Fig. 6(a) der beigefügten Zeichnungen erläutert, die einen Dichtungsabschnitt eines herkömmlichen Abschlußventils zeigt, wobei der Abschnitt dem Abschnitt A des bevorzugten Abschlußventils der vorliegenden Erfindung entspricht, das in Fig. 1 gezeigt ist. Ein geschlossener Dichtungsring 117, wie ein O-Ring, ist in eine Nut eingebettet, die in dem oberen Rand des erhöhten Steges der Durchlaßöffnung hergestellt ist, die mit der Hauptkammer in Verbindung steht. Das mit dem Bezugszeichen 115 bezeichnete Element ist ein Verschluß, der dem Element 15 in Fig. 1 entspricht. Da der Verschluß 115 mit einer aufgebrachten Kraft von beispielsweise 60 kg nach unten durch einen Luftzylinder 18 (in Fig. 1 gezeigt und später beschrieben) gedrückt wird, wenn das Abschlußventil geschlossen wird, wird die Dichtungswirkung durch den Dichtungsring 117 durchgeführt. In dem Fall des Abschlußventils, das in Fig. 6 der Zeichnungen gezeigt ist, ist der geschlossene Dichtungsring 117 in die untere Seite des kreisförmigen Verschlusses 115 so eingebettet, daß der Dichtungsring 117 die horizontale, obere Randseite des vorstehenden Steges der Öffnung berührt, die mit der Hauptkammer in Verbindung steht, wenn das Abschlußventil geschlossen ist. Somit wird die Abdichtung des Zwischenraums zwischen der oberen Ziehkammer und der Hauptkammer durchgeführt, wenn der Luftzylinder 18 den Verschluß 115 nach unten drückt.
Wenn jedoch die Luft in der oberen Ziehkammer durch die Unterdruckpumpe bei dem Versuch abgezogen wird, die Luft durch inertes Gas zu ersetzen, wird der Innendruck der oberen Ziehkammer auf einen viel kleineren Druck als der Innendruck der Hauptkammer verringert, beispielsweise auf 0,1 Millibar. Dann drückt der Innendruck der Hauptkammer den Verschluß 15 mit einer Kraft F nach oben, die dem Druckunterschied proportional ist, wodurch der Verschluß 115, der die durch den Luftzylinder 18 aufgebrachte, nach unten gerichtete Kraft überwindet, sich selbst in eine hohere Lage anhebt, wo die erhöhte, nach unten gerichtete Kraft des Luftzylinders 18 die nach oben gerichtete Kraft F ausgleicht, wie es in Fig. 6(a) und 6(b) gezeigt ist. Derart angehoben ermöglicht der Verschluß 15, daß inertes Gas von der Hauptkammer in die obere Ziehkammer leckt, wie es durch die Pfeile in Fig. 6 gezeigt ist. Als ein Ergebnis findet eine anormale Verringerung des Innendrucks der Hauptkammer statt und weiteres Gas diffundiert bei dem Austauschvorgang in der oberen Ziehkammer zurück in die Hauptkammer, um dadurch die inerte Atmosphäre darin zu verunreinigen. Übrigens wäre in dem Fall des obigen Beispiels der Druckwerte, wenn der Durchmesser d des Dichtungsrings 250 mm ist, die Anhebekraft F ungefähr 49 kg.
Es wird auch auf die Offenbarung der DE-A-1519173 hingewiesen.
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Abschlußventil zu schaffen, das in einer Einkristall-Ziehvorrichtung verwendet wird und das nicht gestattet, daß Gase von der Hauptkammer lecken, selbst wenn der Verschluß etwas angehoben wird, wenn die Luft in der oberen Ziehkammer abgezogen wird, so daß ein anormales Absinken des Innendrucks der Hauptkammer und eine Verunreinigung des inerten Gases in der Hauptkammer verhindert werden.
Die vorliegende Erfindung schafft, ein Abschlußventil, das in einer Einkristall-Ziehvorrichtung zum Öffnen und Schließen eines Verbindungsdurchlasses zwischen einer Hauptkammer und einer oberen Ziehkammer der Einkristall-Ziehvorrichtung verwendet wird, wobei das genannte Ventil aufweist einen Rahmenkörper, einen vertikalen Durchlaß zur Verbindung der Hauptkammer mit der oberen Ziehkammer, einen vertikalen Schaft, der sich um seine Achse drehen und vertikal hin- und herbewegen kann, einen Hebel zum Drehen des Schafts um die Schaftachse, eine Antriebseinrichtung zum Antreiben des Schafts, sich vertikal hin- und her zu bewegen, einen horizontalen Arm, der an dem Schaft an einem Ende befestigt ist, eine Verschlußeinrichtung, die horizontal durch den Arm zum Schließen und Öffnen des vertikalen Durchlasses gehalten wird, und einen Flansch, der eine Öffnung begrenzt, die den Durchlaß mit der Hauptkammer verbindet, dadurch gekennzeichnet, daß ein Hohlraum, von dem wenigstens der untere Abschnitt in der Form eines Kreiszylinders gebildet ist, in dem Boden einer kreisförmigen Verschlußeinrichtung hergestellt ist; daß der Flansch einen kreisförmigen, erhabenen Rand hat, der sich vertikal nach oben erstreckt und dessen Außendurchmesser etwas kleiner als der Durchmesser des kreisförmigen, zylindrischen Abschnittes des Hohlraums der Verschlußeinrichtung ist; und daß eine geschlossene, kreisförmige Dichtungseinrichtung teilweise in einer vertikalen Eingriffsseite eingebettet ist, die sich verschiebt, wenn der genannte kreisförmige, zylindrische Abschnitt des Hohlraums der Verschlußeinrichtung an dem genannten kreisförmigen, erhabenen Rand eingreift.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der genannte in dem Boden der Verschlußeinrichtung hergestellte Hohlraum vollständig in der Form eines Kreiszylinders geformt.
Bei anderen bevorzugten Ausführungsformen ist die geschlossene, kreisförmige Dichtungseinrichtung teilweise entweder in der äußeren, vertikalen Wand des erhabenen Randes des Flansches oder der inneren, vertikalen Wand der Verschlußeinrichtung eingebettet.
Da der kreisförmige, erhabene Rand einen etwas kleineren Außendurchmesser als der Innendurchmesser des zylindrischen Hohlraums der kreisförmigen Verschlußeinrichtung hat, überdeckt der Verschluß den kreisförmigen, erhabenen Rand des Flansches verschiebbar, und da eine geschlossene, kreisförmige Dichtungseinrichtung in einer der beiden Gleitseiten eingebettet ist, wird die Dichtungswirkung sogar beibehalten, während die Gleitbewegung zwischen den zwei Gleitflächen auftritt, wenn der Verschluß etwas durch den Innendruck der Hauptkammer angehoben wird.
Deshalb tritt bei einer Einkristall-Ziehvorrichtung, die mit dem Abschlußventil der Erfindung ausgerüstet ist, kein Lekken von inertem Gas aus der Hauptkammer in die obere Ziehkammer auf, während das Abschlußventil geschlossen ist, selbst wenn der Innendruck der oberen Ziehkammer wesentlich kleiner als derjenige der Hauptkammer wird. Somit werden eine anormale Verringerung des Innendrucks der Hauptkammer sowie die Verunreinigung des inerten Gases in der Hauptkammer aufgrund der Rückdiffusion von Luft aus der oberen Ziehkammer wirksam verhindert.
Die Erfindung wird weiter nur in beispielhafter Weise unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen:
Fig. 1 ein vertikaler Querschnitt eines Abschlußventils der Erfindung ist;
Fig. 2 eine Draufsicht auf dasselbe Abschlußventil ist, das in Fig. 1 gezeigt ist;
Fig. 3 eine vergroßerte Ansicht des Bereiches desselben Abschlußventils ist, das in Fig. 1 gezeigt ist, der allgemein von einer Punkt-Strich-Kreislinie mit dem Bezugszeichen A eingeschlossen ist;
Fig. 4 eine vertikale Ansicht einer Einkristall-Ziehvorrichtung ist, die hauptsächlich im Querschnitt gezeigt ist;
Fig. 5 eine Schnittansicht des Dichtungsabschnittes einer anderen Ausführungsform des Abschlußventils ist, das ähnlich der Fig. 3 ist; und
Fig. 6(a) und 6(b) Querschnittsansichten des Dichtungsabschnittes von herkömmlichen Abschlußventilen sind.
Eine Ausführungsform der Erfindung wird unter Bezugnahme der Fig. 1 bis 4 beschrieben. In Fig. 1 ist ein vertikaler Querschnitt eines Abschlußventils 10 gemäß der Erfindung gezeigt. Fig. 2 zeigt eine Draufsicht auf dasselbe Abschluß ventil 10. Fig. 3 ist eine vergrößerte Ansicht des Bereiches desselben Abschlußventils 10, der hauptsächlich von einer punkt-Strich-Kreislinie mit dem Bezugszeichen A eingeschlossen ist, in dem zu sehen ist, daß das Ventil geschlossen ist. Fig. 4 ist eine vertikale Ansicht einer Einkristall- Ziehvorrichtung 1, die hauptsächlich im Querschnitt gezeichnet ist.
Zunächst ist in Fig. 4 die Einkristall-Ziehvorrichtung 1 schematisch gezeigt. Das Bezugszeichen 2 bezeichnet eine Hauptkammer (gewöhnlich einfach als Kammer bezeichnet), die einen geraden, zylindrischen Behälter (Rohr) aus rostfreiem Stahl umfaßt. Der untere Abschnitt der Kammer 2 ist nicht gezeigt. Innerhalb der Kammer 2 befinden sich ein Schmelztiegel 3, eine Schmelztiegelstützeinrichtung 4, eine Heizeinrichtung 5, eine Wärmeisolierung 6, usw. Der Schmelztiegel 3 ist aus Quarz hergestellt und ist auf der Stützwelle 4 angebracht, die sich um ihre Achse drehen kann. Die Heizeinrichtung 5 ist aus Kohlenstoff hergestellt und hat ebenso wie die Wärmeisolation 6 die Form eines zylindrischen Rohrs, das koaxial zu der Stützwelle 4 angeordnet ist, so daß die Heizeinrichtung 5 den Schmelztiegel 3 umgibt. Der Wärmeisolator 6, der ebenfalls aus Kohlenstoff hergestellt ist, umgibt die Heizeinrichtung 5.
Eine hervorstehende Abdeckung 2a mit einem mittleren, mit einem Flansch versehenen Loch ist oben auf der Hauptkammer 2 vorgesehen. Ein Abschlußventil 10 ist oben auf dem mittleren Flansch der Abdeckung 2a vorgesehen, und kann die mit einem Flansch versehene Öffnung öffnen und schließen. Eine zylindrische, obere Ziehkammer 7 aus rostfreiem Stahl weist einen mit einem Flansch versehenen Boden auf und ist vertikal oben auf dem Abschlußventil 10 uber dem mit Flansch ausgebildeten Boden so vorgesehen, daß die obere Ziehkammer 7 koaxial zu der mit dem Flansch ausgebildeten Öffnung der Abdeckung 2a ist. Eine hermetisch abdichtbare zu öffnende und schließende Tür 8 ist auf der Seite der oberen Ziehkammer so vorgesehen, daß ein Barren W, der von dem Schmelztiegel 3 angehoben worden ist, aus der oberen Ziehkammer 7 herausgenommen werden kann. Das Abschlußventil 10, das zwischen der oberen Ziehkammer 7 und der Hauptkammer 2 vorgesehen ist, kann die zwei Kammern miteinander verbinden bzw. voneinander trennen.
Unter Bezugnahme auf die Fig. 1 und 2 wird nun das Abschlußventil 10 im einzelnen beschrieben.
In Fig. 1 bezeichnet das Bezugszeichen 9 einen Flansch, der hermetisch auf den Flansch der Abdeckung 2a der Hauptkammer 2 passen kann, und der Flansch 9 ist an einem kastenförmigen Hauptköper 11 des Abschlußventils 10 befestigt. Ein flacher Flansch 12, der einstückig die Oberseite des kastenförmigen Hauptkörpers 11 bildet, ist so vorgesehen, daß ihre Öffnung koaxial zu der des Flansches 9 ist. Der flache Flansch 12 ist vollständig dicht an dem Bodenflansch der oberen Ziehkammer 7 angebracht.
Ein vertikaler Schaft 13 ist in dem Abschlußventil so vorgesehen, daß sich der Schaft 13, der den kastenförmigen Hauptkörper 11 durchdringt, vertikal verschieben und um seine Achse drehen kann. Ein Arm 14 ist an dem mittleren Abschnitt des Schafts 13 so angebracht, daß der Arm horizontal auslenken kann, wenn sich der Schaft 13 dreht. Der Arm 14 ist vollständig in dem kastenförmigen Hauptkörper 11 enthalten. Ein Verschluß 15, der in der Form eine Petri Schale oder einer Kappe für ein Kameraobjektiv ist, ist an der Unterseite des freien Endes des Armes 14 mit sechs Bolzen 16 in einer solchen Weise befestigt, daß die vertiefte Seite des Verschlusses 15 nach unten weist. Somit ist der Verschluß 15 angeordnet, daß er sich horizontal auslenken kann, wenn sich der Schaft 13 dreht, und ist angeordnet, sich nach oben und unten zu bewegen, wenn sich der Schaft 13 nach oben und unten verschiebt.
In Fig. 1 befindet sich der Schaft 13 in seiner oberen Position und der Verschluß 15 nimmt die kappenfreie Position ein. Wenn der Schaft 13 nach unten aus der oberen Position verschoben wird, wird der Arm 14 zusammen mit dem Verschluß 15 nach unten verschoben. Nun ist die hohle Seite des Verschlusses 15 so ausgelegt, daß, wenn der Verschluß 15 nach unten verschoben worden ist, der obere Teil des Flansches 9, der erhaben ist, um einen Rand 9b an der Flanschplatte zu bilden, in die Vertiefung des Verschlusses 15 paßt, wodurch der Verschluß 15 seine Dichtungsposition einnimmt. Wenn der Flansch 9 derart durch den Verschluß 15 übergriffen ist, ist die Verbindung zwischen der Hauptkammer 2 und der oberen Ziehkammer 7 unterbrochen. Um diese Unterbrechung zu erleichtern, ist ein O-Ring 17, der aus Fluor enthaltendem Gummi hergestellt ist, teilweise in eine Nut 9c eingebettet, die über die Seitenwand des Randes 9b herumläuft. Wenn der Verschluß 15 in der geschlossenen Position ist, drückt die Innenwand des Randes 15b des Verschlusses 15 den O-Ring 17 zusammen, wie es in Fig. 3 gezeigt ist. Die innere Randkante 15c des Randes 15b des Verschlusses 15 ist abgeschrägt, um den O-Ring 17 nicht zu beschädigen.
Ein Luftzylinder 18, der von einer zylindrischen Stütze 19 gehalten wird, die auf dem Hauptkörper 11 steht, ist oberhalb und koaxial zu dem Schaft 13 vorgesehen. Eine sich vertikal von dem Boden des Luftzylinders 18 erstreckende Stange 18a ist mit dem oberen Ende des Schafts 13 verbunden. Somit wird der Schaft 13 vertikal mittels des Luftzylinders 18 verschoben. Ein Hebel 20 ist mit seinem einen Ende an der Stange 18a angebracht, so daß der Schaft 13 gedreht wird, wenn der Hebel 20 von Hand betätigt wird, damit er sich horizontal dreht. Die zylindrische Stütze 19 hat ein Fenster, durch das sich der Hebel 20 nach außen erstreckt und aufgrund dessen der Hebel 20 die Freiheit hat, horizontal auszulenken und sich vertikal zu bewegen.
Bezugnehmend auf die Fig. 2 nimmt der Verschluß 15, der mit unterbrochener Linienführung gezeichnet ist, entweder die Dichtungsposition oder die nicht abgedichtete Position ein, wobei der mit einer Doppelpunkt-Strich-Linie gezeichnete Verschluß 15 die zurückgezogene Position einnimmt, in der sich die Hauptkammer 12 und die obere Ziehkammer 7 in Verbindung befinden. Das Bezugszeichen 21 bezeichnet eine Abdeckung, von der das meiste des Verschlusses 15 aufgenommen wird, wenn der Verschluß 15 die zurückgezogene Position einnimmt.
Als nächstes wird die Arbeitsweise des Abschlußventils 10 erläutert.
Es wird anfangs angenommen, daß sich der Verschluß 15 gegenwärtig in der nicht abgedichteten Position befindet, wie es in Fig. 1 gezeigt ist. Wenn der Hebel 20 in Uhrzeigerrichtung gedreht wird, wie es in Fig. 2 gezeigt ist (die mit Pfeilen mit unterbrochenen Linien gezeigte Richtung), wird die Stange 18a in der gleichen Richtung zusammen mit dem Schaft 13, dem Arm 14 und dem Verschluß 15 gedreht, wodurch der Arm 14 und der Verschluß 15 in die Abdeckung 21 zuruckgezogen werden, wie es durch die Doppelpunkt-Strich-Linie gezeigt ist. Nun besteht zwischen der Hauptkammer 2 und der oberen Ziehkammer 7 eine volle Verbindung über das Abschluß ventil 10, und die beiden Kammern sind mit Argongas gefüllt und der verringerte Innendruck darin beträgt 100 Millibar.
Mit den wie oben beschrieben angeordneten Elementen wird die Heizeinrichtung 5 mit Strom versorgt, um das polykristalline Material (wie polykristallines Silicium) zu erwärmen und zu schmelzen, das in dem Schmelztiegel 3 enthalten ist. Wenn das polykristalline Material vollständig geschmolzen ist, wird ein Keimkristall, nicht gezeigt, von der oberen Ziehkammer abgesenkt, bis die Spitze des Keimkristalls in die Schmelze eintaucht. Dann wird der Keimkristall gedreht und langsam angehoben, wodurch ein Einkristallbarren W (der mit einer Doppelpunkt-Strich-Linie in Fig. 4 gezeichnet ist) nach oben in die obere Ziehkammer 7 gezogen wird. Nun wird das Abschlußventil 10 in der folgenden Weise geschlossen.
Es wird erneut auf die Fig. 1 und 2 bezug genommen; der Hebel 20 wird in der Gegenuhrzeigerrichtung gedreht, wie es in der Fig. 2 gezeigt ist (die durch durchgezogene Pfeile angegebene Richtung), wodurch die Stange 18a in derselben Pichtung zusammen mit dem Schaft 13, dem Arm 14 und dem Verschluß 15 gedreht wird. Somit verlassen der Arm 14 und der Verschluß 15 die Abdeckung 21 und nehmen die überdeckungsfreie Position ein, die mit der durchgezogenen oder unterbrochenen Linie in Fig. 2 oder durch den schraffierten Querschnitt in Fig. 1 gezeichnet ist. Bei dieser Gelegenheit wird der Verschluß 15 unmittelbar oberhalb von und koaxial zu dem Flansch 9 angeordnet.
Nun wird der Luftzylinder 18 so betätigt, daß die Stange 18a nach unten verschoben wird, um dadurch den Schaft 13 zu drücken, damit er sich nach unten bewegt (wie es durch den durchgezogenen Pfeil in Fig. 1 gezeigt ist). Dieser Vorgang bringt gleichzeitig den Hebel 20, den Arm 14 und den Verschluß 15 zusammen um die gleiche Größe nach unten. Diese Größe wird ausgelegt, damit sie ausreicht, den Verschluß 15 in die Dichtungsposition zu bringen, die teilweise in Fig. 3 gezeigt ist. In dieser Dichtungsposition wird die mittlere Öffnung in dem Flansch 9 durch den Verschluß 15 geschlossen. Dieses Verschließen der mit einem Flansch ausgerüsteten Öffnung wird vollständig erreicht, wenn die Innenwand des Randes 15b des Verschlusses 15 den O-Ring 17 zusammendrückt, wie es in Fig. 3 gezeigt ist. Aufgrund dieser sogenannten Seitenabdichtungswirkung leckt das Argongas überhaupt nicht aus dem Abschlußventil 10.
Bei derart geschlossenem Abschlußventil 10 wird die Tür 8, die in Fig. 4 gezeigt ist, geöffnet, und der Einkristallbarren W wird, wie er gewachsen ist, aus der oberen Ziehkammer 7 entfernt. Wenn die Tür 8 geöffnet wird, dringt Luft in die obere Ziehkammer 7 ein, wodurch sich der Druck darin mit einem Atmosphärendruck ausgleicht. Jedoch wird durch das vollständig geschlossene Abschlußventil 10 der Innendruck der Hauptkammer 2 bei 100 Millibar beibehalten, wie er war, als die Einkristallstange W angehoben worden ist.
Vor dem Öffnen des Abschlußventils 10, um den Einkristallziehbetrieb wieder aufzunehmen, wird die Atmosphärenluft in der oberen Ziehkammer 7 durch das gleiche inerte Gas bei verringertem Druck in der folgenden Weise ersetzt. Zuerst wird die Tür 8 der oberen Ziehkammer 7 geschlossen, und die Luft in der oberen Ziehkammer 7 wird durch eine nicht gezeigte Vakuumpumpe abgezogen, bis der Innendruck 0,1 Millibar (absoluter Druck) wird. Dann wird das inerte Gas in die obere Ziehkammer 7 eingeführt, bis ihr Innendruck 200 Millibar wird. Dieser Vorgang wird zwei- bis fünfmal wiederholt, so daß die Luft vollständig durch inertes Gas ersetzt wird, und beim letzten Mal wird der Innendruck gleich dem Innendruck der Hauptkammer gemacht, das heißt 100 Millibar. Dann wird das Abschlußventil geöffnet.
Wenn der Innendruck der oberen Ziehkammer 7 auf 1 Millibar verringert wird, drückt der Innendruck (100 Millibar) der Hauptkammer 2 den Verschluß 15 nach oben und der Verschluß 15 wird etwas nach oben verschoben, eine Position einzunehmen, die in Fig. 3 durch die Doppelpunkt-Strich-Linie gezeichnet ist. Aufgrund des O-Rings 9c, der mit der vertikalen Innenwand des Randes 15e des Verschlusses 15 in Berührung ist, bewirkt die Verschiebung des Verschlusses 15 nach oben nur, daß sich die vertikale Innenwand des Randes 15b an dem O-Ring 9c verschiebt, ohne die Berührung mit ihm zu verlieren, und somit wird die vollständige Abdichtung beibehalten. Deshalb leckt das Argongas in der Hauptkammer 2 nicht heraus, und der Gasaustauschvorgang kann mit hohem Wirkungsgrad durchgeführt werden.
Wenn der Gasaustauschvorgang abgeschlossen ist, wird das Abschlußventil 10 in der folgenden Weise geöffnet. Zuerst wird der Luftzylinder 18 betätigt, die Stange 18a nach oben zu ziehen, wodurch der Verschluß 15 zusammen mit dem Schaft 13, dem Hebel 20 und dem Arm 14 angehoben wird, die nicht überdeckte Position einzunehmen, in der der Verschluß 15 unmittelbar oberhalb des und koaxial zu dem Flansch 9 angeordnet ist. Dann wird der Hebel 20 in der Uhrzeigerrichtung gedreht, wie es in Fig. 2 gezeigt ist, wodurch sich der Verschluß 15 in die Abdeckung 21 bewegt, um die zurückgezogene Position einzunehmen. Somit sind die Hauptkammer 2 und die obere Ziehkammer 7 in vollständige Verbindung miteinander gebracht.
Obgleich bei dieser Ausführungsform der O-Ringe 17 in die Nut 9c eingebettet ist, die in dem Flansch 9 hergestellt ist, ist es auch alternativ möglich, die Seitenabdichtungswirkung der Erfindung zu erreichen, indem eine Nut in der Innenwand des Randes 15b des Verschlusses 15 hergestellt und der O-Ring 17 in die Nut eingebettet wird, wie es in Fig. 5 gezeigt ist. In beiden Fällen ist die Nut, um die sichere Befestigung des O-Rings in der Nut zu erleichtern, so geformt, daß sich der Querschnitt der Nut in Richtung zu der Oberfläche des Elements verjungt, in dem die Nut hergestellt ist.
Aus der obigen Erläuterung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es klar, daß, da das Seitenabdichtungssystem bei dem Abschlußventil der Einkristall-Ziehvorrichtung angewendet worden ist, das Dichtungsvermögen des Abschlußventils nicht unterbrochen wird, selbst wenn der Innendruck der Hauptkammer 2 größer als der Innendruck der oberen Ziehkammer 7 wird und der Verschluß 15 etwas gegen den Druck des Luftzylinders 18 angehoben wird, der den Verschluß 15 nach unten drückt. Daher wird das Gas in der Hauptkammer 2 daran gehindert, durch das Abschlußventil hindurch zu lecken, und somit tritt eine anormale Verringerung des Innendrucks der Hauptkammer 2 nicht auf. Auch tritt eine Verunreinigung der inneren Atmosphäre der Hauptkammer 2 nicht auf.

Claims

1. Ein Abschlußventil, das in einer Einkristall-Ziehvorrichtung zum Öffnen und Schließen eines Verbindungsdurchlasses zwischen einer Hauptkammer und einer oberen Ziehkammer der Einkristall-Ziehvorrichtung verwendet wird, wobei das genannte Ventil aufweist einen Rahmenkörper (11), einen vertikalen Durchlaß zur Verbindung der Hauptkammer mit der oberen Ziehkammer, einen vertikalen Schaft (13), der sich um seine Achse drehen und vertikal hin- und herbewegen kann, einen Hebel (20) zum Drehen des Schafts (13) um die Schaftachse, eine Antriebseinrichtung (18) zum Antreiben des Schafts (13), sich vertikal hin- und her zu bewegen, einen horizontalen Arm (14), der an dem Schaft (13) an einem Ende befestigt ist, eine Verschlußeinrichtung (15), die horizontal durch den Arm (14) zum Schließen und Öffnen des vertikalen Durchlasses gehalten wird, und einen Flansch (9) , der eine Öffnung begrenzt, die den Durchlaß mit der Hauptkammer verbindet, dadurch gekennzeichnet,

daß ein Hohlraum, von dem wenigstens der untere Abschnitt in der Form eines Kreiszylinders gebildet ist, in dem Boden einer kreisförmigen Verschlußeinrichtung (15) hergestellt ist;

daß der Flansch (9) einen kreisförmigen, erhabenen Rand (9b) hat, der sich vertikal nach oben erstreckt und dessen Außendurchmesser etwas kleiner als der Durchmesser des kreisförmigen, zylindrischen Abschnittes des Hohlraums der Verschlußeinrichtung (15) ist; und

daß eine geschlossene, kreisförmige Dichtungseinrichtung (17) teilweise in einer vertikalen Eingriffsseite eingebettet ist, die sich verschiebt, wenn der genannte kreisförmige, zylindrische Abschnitt des Hohlraums der Verschlußeinrichtung (15) an dem genannten kreisförmigen, erhabenen Rand (9b) eingreift.

2. Ein Abschlußventil, wie in Anspruch 1 beansprucht, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte in dem Boden der Verschlußeinrichtung (15) hergestellte Hohlraum vollständig in der Form eines Kreiszylinders geformt ist.

3. Ein Abschlußventil, wie in Anspruch 1 oder 2 beansprucht, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte geschlossene, kreisförmige Dichtungseinrichtung (17) teilweise in der äußeren, vertikalen Wand des kreisförmigen, erhabenen Randes (9b) des Flansches eingebettet ist.

4. Ein Abschlußventil, wie in Anspruch 1 oder 2 beansprucht, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte geschlossene, kreisförmige Dichtungseinrichtung (17) teilweise in der inneren, vertikalen Wand der Verschlußeinrichtung (15), die den genannten Hohlraum begrenzt, eingebettet ist.

5. Ein Abschlußventil, wie in irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4 beansprucht, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte geschlossene, kreisförmige Dichtungseinrichtung (17) ein O-Ring ist, der aus einem fluorenthaltenden Gummi hergestellt ist.

6. Ein Abschlußventil, wie in irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4 beansprucht, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte geschlossene, kreisförmige Abdichtungseinrichtung (17) in einer Nut begrenzt ist, die einen Querschnitt aufweist, der sich in der Richtung zu der Oberfläche der Wand verjüngt, in der die genannte Nut hergestellt ist.

7. Ein Abschlußventil, wie in irgendeinem der Ansprüche 1 bis 6 beansprucht, dadurch gekennzeichnet, daß das untere Ende der inneren, vertikalen Wand der Verschlußeinrichtung (15), die den genannten Hohlraum begrenzt, abgeschrägt ist.