DE69603149T2

DE69603149T2 - Vorrichtung zur Ziehung Einkristallen

Info

Publication number: DE69603149T2
Application number: DE69603149T
Authority: DE
Inventors: Shigemaru Maeda; Kouji Mizuishi
Original assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Priority date: 1995-12-25
Filing date: 1996-12-13
Publication date: 1999-12-30
Anticipated expiration: 2016-12-14
Also published as: DE69603149D1; KR970043341A; US5833750A; EP0783047B1; JP3402038B2; EP0783047A1; KR100523342B1; JPH09175894A

Description

Bereich der Erfindung:

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Kristallziehvorrichtung, die zum Ziehen eines Impfkristalls aus einer Polykristallmaterialschmelze verwendet wird, um somit einen Einkristall zu erhalten.

Beschreibung der verwandten Technik:

Herkömmlicherweise sind ein Ziehverfahren (das Czochralskiverfahren, im Anschluß als das "CZ"- Verfahren bezeichnet) und ein tiegelfreies Zonenziehen als Verfahren zum Erhalt eines Einkristalls aus einem polykristallinen Material wie Silizium bekannt. Beim CZ-Verfahren wird zuerst ein polykristallines Material geschmolzen, und ein Impfkristall wird aus der Schmelze des polykristallinen Materials gezogen. Bei diesem Verfahren wird eine Welle oder ein Kabel verwendet, um den Impfkristall zu ziehen.
Fig. 7 zeigt ein Beispiel einer herkömmlichen Kristallziehvorrichtung, welche ein Kabel verwendet. Wie in Fig. 7 gezeigt, beinhaltet die Kristallziehvorrichtung 100 eine Kammer 101, einen Tiegel 102, der innerhalb der Kammer 101 angebracht ist, eine Heizvorrichtung 105, die um den Tiegel 102 herum angeordnet ist, eine Tiegelhaltewelle 107 und einen Drehmechanismus 108 zur Drehung des Tiegels 102, eine Impfkristallspannvorrichtung 22 zum Halten eines Impfkristalls S aus Silizium, ein Kabel 1 zum Ziehen der Impfkristallspannvorrichtung 22 und einen Windungsmechanismus 109 zum Drehen oder Hochwinden des Kabels 1. Der Tiegel 102 besteht aus einem Quartzabschnitt 103 zur Unterbringung einer Schmelze L darin und einem Graphitabschnitt 104, der den Quartzabschnitt 103 umgibt. Ein wärmedämmender Zylinder 106 ist außen um den Umfang der Heizvorrichtung 105 angebracht.
Im Anschluß wird ein Verfahren zum Züchten eines Einkristalls unter Verwendung der oben beschriebenen Kristallziehvorrichtung 100 beschrieben.
Zuerst wird ein hochgereinigtes polykristallines Material aus Silizium bis zu einer Temperatur, die höher als sein Schmelzpunkt ist (ungefähr 1400ºC), erwärmt, so daß es schmilzt. Anschließend wird das Kabel 1 herausgelassen, so daß die Spitze des Impfkristalls S mit der Oberfläche der Schmelze L an deren im wesentlichen zentralen Bereich in Kontakt kommt oder in diese getaucht wird. Die Tiegelhaltewelle 107 wird dann in die gewünschte Richtung gedreht, und das Kabel 1 wird unter Drehung aufgewickelt, um den Impfkristall S zu ziehen. Somit wird der Vorgang zum Züchten eines Einkristalls begonnen. Danach wird dieser Vorgang fortgesetzt, wobei die Ziehgeschwindigkeit und die Temperatur geeignet eingestellt werden, so daß ein Einkristallblock C mit einer im wesentlichen zylindrischen Form erhalten wird.
Fig. 8 ist eine Querschnittansicht, welche die detaillierte Struktur der Impfkristallspannvorrichtung 22 und den Endabschnitt des Kabels 1 zeigt, die bei der herkömmlichen Kristallziehvorrichtung 100 verwendet werden, um den Impfkristall S zu halten und am Kabel 1 auf zuhängen.
Wie in Fig. 8 gezeigt, besteht die Impfkristallspannvorrichtung 22 aus einem Spannvorrichtungskörper 23, einem Impfkristallstift 24, einem Kabelstift 29 und einer Mutter 30. Der Spannvorrichtungskörper 23 besteht aus einem Kohlenstoffmaterial und ist zylindrisch geformt. Unten am Spannvorrichtungskörper 23 wird ein konkaver Abschnitt 23H1 bereitgestellt, welcher eine grundlochartige Form hat und sich von der Bodenfläche des Spannvorrichtungskörpers 23 nach oben erstreckt. Der Impfkristall S ist am Spannvorrichtungkörper 23 befestigt, indem nach Einschub des Impfkristalls S in den konkaven Abschnitt 23H1 der Impfkristallstift 24 in den Spannvorrichtungskörper 23 eingeschoben wird. Der Impfkristallstift 24 besteht zum Beispiel aus einem kohlenstoffaserverstärkten Rohlenverbundstoff oder aus einem ähnlichen Material.
Ein Befestigungsteil 26, der ein Stiftloch 26H aufweist, ist an der Spitze des Kabels 1 befestigt. Ein konkaver Abschnitt 23H2, der eine grundlochartige Form hat und sich von der oberen Fläche des Spannvorrichtungskörpers 23 erstreckt, ist im oberen Teil des Spannvorrichtungskörpers 23 gebildet. Der Befestigungsteil 26 wird vom konkaven Abschnitt 23H2 aufgenommen. Im oberen Teil des Spannvorrichtungskörpers 23 ist auch ein Stiftloch 23H3 gebildet, das waagerecht durch den Spannvorrichtungskörper 23 hindurchläuft. Ein Bolzengewinde ist an der Spitze des Kabelstifts 29 gebildet, und ein Muttergewinde ist in der Mutter 30 gebildet.
Demgemäß kann durch Einschub des Kabelstifts 29 in das Stiftloch 23H3 nach Einschub des Befestigungsteils 26 in den konkaven Abschnitt 23H2 und anschließend durch Befestigen und Anziehen der Mutter 30 die Impfkristallspannvorrichtung 22 am Kabel 1 befestigt werden.
Bei der oben beschriebenen herkömmlichen Kristallziehvorrichtung wird jedoch, da der Verbindungsbereich zwischen dem Kabel und der Spannvorrichtung bezüglich der Mittellinie des Kabels asymmetrisch ist, aufgrund der Exzentrizität bei Drehung des Kabels während des Vorgangs zum Ziehen eines Einkristalls eine "Verbiegung" erzeugt.
Darüberhinaus kann der Durchmesser des Kabelstifts aufgrund der Stärke des oberen Teils des Spannvorrichtungskörpers und weiterer Beschränkungen nur wenig vergrößert werden. Wenn die Spannvorrichtung daher über einen längeren Zeitraum in der Nähe der Schmelze in einer Atmosphäre mit einer hohen Temperatur verwendet wird, kommt es zu einem "Verklemmen" zwischen dem Kabelstift und der Mutter. Wenn ein solches Verklemmen auftritt, dauert es lange, bis das Kabel von der Impfkristallspannvorrichtung entfernt werden kann, damit das Kabel oder dergleichen ersetzt werden können. In FR 2562915 ist die Spitze des Kabels mit einem Crimpabschnitt und einem kugelförmigen Abschnitt versehen und wird von einer durchlöcherten Stützplatte gehalten.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um die eingangs erwähnten Probleme zu lösen, und es ist ein Ziel der Erfindung, eine Kristallziehvorrichtung bereitzustellen, welche es dem Kabel erlaubt, sich während des Vorgangs zum Ziehen eines Einkristalls frei zu drehen, und welche die Befestigung des Kabels an einer Impfkristallspannvorrichtung und seine Entfernung von der Spannvorrichtung erleichtert.
Die vorliegende Erfindung ist eine Kristallziehvorrichtung, wie in den Ansprüchen beschrieben, welche ein Kabel, das über einer Schmelze eines kristallinen Materials senkrecht bewegbar ist, und eine Impfkristallhaltevorrichtung, die am Kabel befestigt ist, um einen Impfkristall zu halten, einschließt. Das Kabel wird nach unten bewegt, um den Impfkristall mit der Schmelze in Berührung zu bringen, und wird danach hochgezogen, um einen Einkristall des kristallinen Materials zu züchten. Ein Befestigungsteil mit einer Drehfläche, deren Achse der Rotationssymmetrie mit der Mittellinie des Kabels übereinstimmt, ist in der Nähe der Spitze des Kabels am Kabel befestigt. Ein Stützelement bestehend aus einer Vielzahl von Elementen ist am Impfkristallhalter abnehmbar befestigt. Das Stützelement weist einen Unterbringungsraum auf, um das Kabel und den Befestigungsteil unterzubringen, und der Ansatzabschnitt des Unterbringungsraums berührt und hält den Befestigungsteil.
Bei der erfindungsgemäßen Kristallziehvorrichtung wird der Verbindungsabschnitt zwischen dem Kabel und dem Impfkristallhalter bezüglich der Mittellinie des Kabels symmetrisch, so daß eine Verbiegung des Einkristalls, der dem Ziehvorgang unterzogen wird, vermieden werden kann.
Weiterhin kann der Impfkristallhalter leicht vom Kabel entfernt werden.
Vorzugsweise weist der Befestigungsteil einen Crimpabschnitt, der durch Crimpen in der Nähe der Spitze des Kabels am Kabel befestigt werden soll, und einen kugelförmigen Abschnitt, der mittels des Crimpabschnitts am Kabel befestigt ist, auf. Das Stützelement besteht aus zwei Elementen und ist mittels Verschraubung am oberen Teil des Impfkristallhalters abnehmbar befestigt. Der Ansatzabschnitt des Unterbringungsraums bildet einen Zwischenraum in der Form eines Stumpfkegels.
Vorzugsweise besteht der Impfkristallhalter aus einem ersten und einem zweiten Teil. Der erste Teil hält den Impfkristall, der zweite Teil ist mittels Verschraubung am oberen Abschnitt des ersten Teils abnehmbar befestigt, und der Halter ist mittels Verschraubung am oberen abschnitt des zweiten Teils abnehmbar befestigt.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Verschiedene weitere Ziele, Merkmale und viele der Nebenvorteile der vorliegenden Erfindung werden klar verständlich, wenn sie unter Bezugnahme auf die folgende detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen zusammen mit den beigelegten Zeichnungen ersichtlicher wird, in denen:
Fig. 1 eine Schnittansicht ist, welche die detaillierte Struktur einer Impfkristallspannvorrichtung, der Spitze eines Kabels und der daran angrenzenden abschnitte einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform einer Kristallziehvorrichtung zeigt;
Fig. 2 eine Seitenansicht ist, welche die weitere detaillierte Struktur der Spitze des in Fig. 1 gezeigten Kabels zeigt;
Fig. 3 eine perspektivische Ansicht ist, welche die weitere detaillierte Struktur der in Fig. 1 gezeigten Impfkristallspannvorrichtung zeigt;
Fig. 4A-4D Diagramme zur Veranschaulichung eines ersten Verfahrens zur Herstellung der in Fig. 1 gezeigten Kupplung sind;
Fig. 5A-5D Diagramme zur Veranschaulichung eines zweiten Verfahrens zur Herstellung der in Fig. 1 gezeigten Kupplung sind;
Fig. 6 eine Schnittansicht ist, welche die detaillierten Strukturen einer Impfkristallspannvorrichtung, der Spitze eines Kabels und der daran angrenzenden Abschnitte bei einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform der Kristallziehvorrichtung zeigt;
Fig. 7 eine Schnittansicht ist, welche die Gesamtstruktur einer Kristallziehvorrichtung zeigt; und
Fig. 8 eine Schnittansicht ist, welche die detaillierten Strukturen einer
Impfkristallspannvorrichtung, der Spitze eines Kabels und der daran angrenzenden Abschnitte bei einer herkömmlichen Kristallziehvorrichtung zeigt.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Erfindungsgemäße Ausführungsformen werden jetzt unter Bezugnahme auf die beigelegten Zeichnungen im Detail beschrieben.
Fig. 1 zeigt die Teilstrukturen einer Impfkristallspannvorrichtung, der Spitze eines Kabels und der daran angrenzenden Abschnitte in einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kristallziehvorrichtung. Fig. 2 zeigt eine detaillierte Seitenansicht der Spitze des Kabels, während Fig. 3 eine detaillierte perspektivische Ansicht der Impfkristallspannvorrichtung zeigt. Andere Bestandteile als die Impfkristallspannvorrichtung und die Spitze des Kabels haben Strukturen, die denen, die in Fig. 7 gezeigt sind, gleichen.
Wie in Fig. 1-3 gezeigt, beinhaltet die Kristallziehvorrichtung der ersten Ausführungsform eine Impfkristallspannvorrichtung 2A und einen Befestigungsteil 6A, der an der Spitze eines Kabels 1 befestigt wird.
Die Impfkristallspannvorrichtung 2A besteht aus einem Spannvorrichtungskörper 3A, einem Impfkristallstift 4A, den Kupplungen 5A1 und 5A2 und einer Kappe 7A. Der Spannvorrichtungskörper 3A besteht aus einem Kohlenstoffmaterial und ist im allgemeinen zylindrisch geformt. Ein konkaver Abschnitt 3HA1, der eine grundlochartige Form hat und sich von der unteren Fläche des Spannvorrichtungskörpers 3A nach oben erstreckt, ist unten am Spannvorrichtungskörper 3A gebildet. Ein Impfkristall S ist am
Spannvorrichtungskörper 3A befestigt, indem nach Einschub des Impfkristalls 5 in den konkaven Abschnitt 311k1 der Impfkristallstift 4k in den Spannvorrichtungskörper 3k eingeschoben wird. Der Impfkristallstift 4A besteht zum Beispiel aus einem kohlenstoffverstärkten Verbundstoff oder einem ähnlichen Material.
Ein Befestigungsteil 6A ist an der Spitze des Kabels 1 befestigt. Dieser Befestigungsteil 6A besteht aus einem Metall wie Molybdän und weist einen kugelförmigen Abschnitt 9A und einen zylindrischen Crimpabschnitt 10A, der integral unter dem kugelförmigen Abschnitt 9A gebildet wird, auf. Der kugelförmige Abschnitt 9A weist ein Durchgangsloch 911k auf, das senkrecht durch den kugelförmigen Abschnitt 9A hindurchläuft. Der Crimpabschnitt 10k weist ein Durchgangsloch 1011k auf, das mit dem Durchgangsloch 911k verbunden ist und senkrecht durch den Crimpabschnitt 10k durchläuft. Die Spitze des Kabels 1 wird durch diese Durchgangslöcher 911k und 1011k geführt, und der Crimpabschnitt 10k wird dann mittels eines nicht abgebildeten Werkzeugs oder dergleichen gecrimpt, um an der Spitze des Kabels 1 befestigt zu werden (siehe Fig. 2).
Die jeweiligen Kupplungen 5A1 und 5A2 weisen eine Form auf, die durch Zerteilung eines im allgemeinen bolzenförmigen Teils in zwei Teile, die dieselbe Form haben, erhalten wird. Da die beiden Kupplungen 5A1 und 5A2 dieselbe Struktur aufweisen, wird im Anschluß nur die Kupplung 5A1 beschrieben. Die Kupplung 5A1 besteht aus einem Metall wie Molybdän und weist einen halbzylindrischen Kopfteil 11A1 und einen halbzylindrischen Unterteil 12A1, dessen Radius kleiner als der des Kopfteils 11A1 ist, auf.
Auf der gebogenen Seite der halbzylindrischen Umfangsfläche des Unterteils 12A1 ist ein Bolzengewinde 12SA1 gebildet (siehe Fig. 3).
Auf der flachen Seite der halbzylindrischen Umfangsfläche der Kupplung 5A1 sind ein Kabelloch 11HA1, ein kegelförmiger Lochabschnitt 11CA1, der mit dem Kabelloch 11HA1 verbunden ist, und ain Unterbringungslochabschnitt 12KM gebildet.
Das Kabelloch 11KM wird durch eine Rille mit einem halbkreisförmigen Querschnitt gebildet. Die Mitte des Halbkreises der Rille trifft mit der Mitte des Halbkreises des Kopfteils 11A1 zusammen. Der Durchmesser des Halbkreises der Rille ist ein wenig größer als der Außendurchmesser des Kabels 1. Der kegelförmige Lochabschnitt 11CM wird durch eine Rille gebildet, die einen halbkreisförmigen Querschnitt hat, dessen Radius gleich dem des Kabellochs 11KM an der Grenze zwischen dem Kabelloch 11HA1 und dem kegelförmigen Lochabschnitt 11CM ist und linear zum Unterbringungsloch 12HA1 hin größer wird. Der kegelförmige Lochabschnitt 11CM hat eine Form, die erhalten wird, indem die Form eines Stumpfkegels halbiert wird. Der Unterbringungslochabschnitt 12HA1 ist durch eine Rille mit einem halbkreisförmigen Querschnitt gebildet. Die Mitte dieses Halbkreises trifft mit der Mitte des Halbkreises des Unterteils 12A1 zusammen, und der Durchmesser des Halbkreises des Unterbringungslochabschnitts 128A1 ist gleich dem Durchmesser am unteren Ende des kegelförmigen Lochabschnitts 11CA1 (siehe Fig. 3).
Die andere Kupplung 5A2 weist dieselbe Struktur wie die der oben beschriebenen Kupplung 5A1 auf. Das heißt, die Kupplung 5A2 weist einen halbzylindrischen Kopfteil 11A2 (nicht abgebildet) und einen Unterteil 12A2 (nicht abgebildet) auf. Auf der gebogenen Seite des Unterteils 12A2 (nicht abgebildet) ist ein Bolzengewinde 12SA2 (nicht abgebildet) gebildet, während auf der flachen Seite der Kupplung 5A2 ein Kabelloch 11HA2 (nicht abgebildet), ein kegelförmiger Lochabschnitt 11CA2 (nicht abgebildet) und ein Unterbringungslochabschnitt 12HA2 (nicht abgebildet) gebildet sind.
Der Kopfteil 1112 (nicht abgebildet) entspricht dem in Fig. 3 gezeigten Kopfteil 11A1; der Unterteil 12A2 (nicht abgebildet) entspricht dem in Fig. 3 gezeigten Unterteil 12A1; das Bolzengewinde 12SA2 (nicht abgebildet) entspricht dem in Fig. 3 gezeigten Bolzengewinde 12511; das Kabelloch 11HA2 (nicht abgebildet) entspricht dem in Fig. 3 gezeigten Kabelloch 11AH1; der kegelförmige Lochabschnitt 11CA2 (nicht abgebildet) entspricht dem in Fig. 3 gezeigten kegelförmigen Lochabschnitt 11CM; und der Unterbringungslochabschnitt 128A2 (nicht abgebildet) entspricht dem in Fig. 3 gezeigten Unterbringungslochabschnitt 12HA1.
Im oberen Teil des Spannvorrichtungskörpers 3A sind ein konkaver Abschnitt 3HA2, der sich von der oberen Fläche des Spannvorrichtungskörpers 3A nach unten erstreckt, wodurch er einen scheiben- oder ringartigen Querschnitt aufweist, und ein konkaver Abschnitt 3HA3, der eine grundlochartige Form hat und sich vom konkaven Abschnitt 38A2 nach unten erstreckt, gebildet. Ein Muttergewinde 3SA1 ist an der Innenfläche des konkaven Abschnitts 3HA3 gebildet (siehe Fig. 1).
Der kugelförmige Abschnitt 9A und der Crimpabschnitt 10A des Befestigungsteils 6A, der mittels eines wie oben beschriebenen Crimpvorgangs am Kabel 1 befestigt worden ist, sind zwischen den Kupplungen 5A1 und 5A2 gelagert, um in einem im wesentlichen zylindrischen Hohlraum, der durch den kegelförmigen Lochabschnitt 11CA1, den nicht abgebildeten kegelförmigen Lochabschnitt 11CA2, das Unterbringungsloch 12HA1 und das nicht abgebildete Unterbringungsloch 12HA2 der Kupplungen 5A1 und 5A2 gebildet wird, untergebracht zu werden. Die Kupplungen 5A1 und 5A2 werden in enge Berührung miteinander gebracht, und das Bolzengewinde 12SA1 und das nicht abgebildete Bolzengewinde 12SA2 der Kupplungen 5A1 und 5A2 werden mit dem jeweiligen Muttergewinde 3SA1 verschraubt. Anschließend werden die Kupplungen 5A1 und 5A2 angezogen, wodurch die Spitze des Kabels 1 am Spannvorrichtungskörper 3A befestigt werden kann.
In der oben beschriebenen Struktur ist der Verbindungsabschnitt zwischen dem Kabel 1 und der Impfkristallspannvorrichtung 2A bezüglich der Mittellinie des Kabels 1 symmetrisch, und der kugelförmige Abschnitt 9A berührt die inneren Flächen der kegelförmigen Lochabschnitte 11CA1 und 11CA2 durch eine kreisförmige Kontaktlinie. Wenn also das Kabel 1 eine "Verbiegung" hat oder wenn die Impfkristallspannvorrichtung 2A bezüglich der senkrechten Richtung ein wenig geneigt ist, werden die Position und die Ausrichtung der Impfkristallspannvorrichtung 2A berichtigt, so daß die Mittellinie der Impfkristallspannvorrichtung 2A in der senkrechten Richtung liegt, wenn eine senkrechte Kraft auf die Impfkristallspannvorrichtung 2A in eine Richtung, welche diese nach unten zieht, aufgebracht wird. Diese Berichtigung wird als Folge eines Ungleichgewichts der Kräfte bewirkt, die an Kontaktstellen, an denen der kugelförmige Abschnitt 9A die kegelförmigen Lochabschnitte 11CA1 und 11CA2 berührt, erzeugt werden.
Somit ist es möglich, das Auftreten einer "Verbiegung", die ansonsten bei Rotation des Kabels während des Vorgangs zum Ziehen eines Einkristalls erzeugt wird, zu verhindern.
Außerdem kann die Impfkristallspannvorrichtung 2A im Vergleich zu einer herkömmlichen Impfkristallspannvorrichtung leicht vom Kabel 1 entfernt werden.
Des Weiteren kann, sogar in dem Fall, daß eine Schmelze L während des Kristallziehvorgangs verfestigt und ein Einkristallblock C daher an der verfestigten Schmelze L befestigt ist, ein "Gleiten" an den Kontaktstellen zwischen dem kugelförmigen Abschnitt 9A und den kegelförmigen Lochabschnitten 11CA1 und 11CA2 in der Drehrichtung um die Mittellinie des Kabels bewirkt werden. Somit kann verhindert werden, daß verschiedene Teile der Kristallziehvorrichtung beschädigt werden.
Aufgrund des Gewichts eines Einkristalls, der gezogen wird, werden die oben beschriebenen Kupplungen 5A1 und 5A2 nicht nur einer senkrechten Teilkraft, sondern auch einer waagerechten Teilkraft ausgesetzt. Da die waagerechte Teilkraft den kugelförmigen Abschnitt 9A gegen die Kabellöcher 118A1 und 118A2 klemmt, so daß die Kupplungen 5A1 und 5A2 in der waagerechten Richtung voneinander getrennt sind, besteht die Möglichkeit, daß die Verbindung zwischen dem Kabel 1 und der Impfkristallspannvorrichtung 2 sich löst. Um dieses Problem zu überwinden, wird, wie in Fig. 1 gezeigt, eine Rappe 7A an den Kupplungen 5A1 und 5A2 befestigt. Die Kappe 7A weist ein Kabelloch 7HA1, welches durch die Rappe 7A hindurchläuft, sowie einen konkaven Abschnitt 78A2, welcher eine scheiben- oder ringartige Form hat und nach unten gerichtet ist, auf. Die Rappe 7A ist an den oberen Teilen der Kupplungen 5A1 und 5A2 montiert, um die oberen Teile der Kupplungen 5A1 und 5A2 zu befestigen und der waagerechten Teilkraft, die aufgrund der Einklemmung des kugelförmigen Abschnitts 9A auf die Kupplungen 5A1 und 5A2 einwirkt, zu widerstehen. Diese Struktur verbessert die Sicherheit. Wenn die Kappe 7A befestigt ist, ist es nötig, den Befestigungsteil 6A zwischen den Kupplungen 5A1 und 5A2 anzubringen, nachdem der an der Spitze des Kabels 1 befestigte Befestigungsteil 6A durch das Kabelloch 7HA1 der Rappe 7A hindurchgeführt worden ist.
Im folgenden wird ein Verfahren zur Herstellung der oben beschriebenen Kupplungen 5A1 und 5A2 unter Bezugnahme auf Fig. 4A-4D beschrieben.
Ein stabförmiges Material M1 (Fig. 4A) wird geschnitten, um ein im allgemeinen bolzenförmiges Zwischenstück M2 zu bilden (Fig. 48). Dieses Zwischenstück M2 wird unter Verwendung eines nicht abgebildeten Schneiders oder dergleichen in der Mitte auseinander geschnitten, um zwei gleiche Teile zu erhalten. Ein Kabelloch, ein kegelförmiger Lochabschnitt und ein Unterbringungslochabschnitt werden auf der Oberfläche der flachen Seite der jeweiligen Teile (Fig. 4C) gebildet, um zwei vollständige Kupplungen zu erhalten.
Wenn jedoch die Kupplungen gemäß diesem Verfahren hergestellt werden, geht ein Abschnitt des Zwischenstücks M2, der eine Dicke t hat, die der Dicke des nicht abgebildeten Schneiders entspricht, als Späne oder dergleichen verloren. Wenn also die beiden Kupplungen in enge Berührung gebracht werden, bilden sie eine unvollständige zylindrische Form, in welcher der Durchmesser an dem Abschnitt, der vom Scheiden unbetroffen bleibt, D wird und der Durchmesser an dem Abschnitt, der vom Schneiden betroffen ist, (D-t) (Fig. 4D) wird. Wenn die zwei ineinandergreifenden Kupplungen keinen wirklichen zylindrischen Querschnitt haben, kat es zu Spiel zwischen den Kupplungen und dem Spannvorrichtungskörper, und es wird unmöglich, die Bolzengewindeteile der Kupplungen an dem Spannvorrichtungskörper anzuschrauben. Zusätzlich kann dies zu Beschädigungen der Gewinderillen oder der Gewindegründe führen oder das Hinunterfallen der Impfkristallspannvorrichtung verursachen.
Um das oben beschriebene Problem zu lösen, werden die Kupplungen vorzugsweise gemäß einem in Fig. 5 gezeigten Verfahren hergestellt.
Das heißt, zwei quadratische, stabförmige Materialien M3 und M4 werden vorbereitet, und eine Fläche 53 des Materials M3 und eine Fläche 54 des Materials M4 werden hochglanzpoliert (Fig. 5A). Anschließend werden die Materialien M3 und M4 an ihren Enden eingespannt, so daß die Flächen 53 und 54 in enge Berührung gebracht werden und die Zentren der einander berührenden Flächen 53 und 54 mit dem Drehzentrum zusammentreffen. In diesem Zustand werden die Materialien M3 und M4 in die Materialien M5 und M6, die zusammen eine zylindrische Form haben, geschnitten (Fig. 58). Anschließend werden die Materialien M5 und M6 weiter geschnitten, um Zwischenstücke zu erhalten, die zusammen eine im allgemeinen bolzenartige Form haben, und die Zwischenstücke werden voneinander getrennt. Ein Kabelloch, ein kegelförmiger Lochabschnitt und ein Unterbringungslochabschnitt werden auf der Oberfläche der flachen Seite der jeweiligen Zwischenstücke gebildet (Fig. 5C).
Wenn die Kupplungen gemäß der oben beschriebenen Art und Weise hergestellt werden, wird, wenn die beiden Kupplungen in enge Berührung gebracht werden, der Durchmesser an allen Umfangsstellen D, so daß ein kompletter kreisförmiger Querschnitt erhalten werden kann (Fig. 5D).
Im Anschluß wird eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Fig. 6 zeigt die Teilstrukturen einer Impfkristallspannvorrichtung, der Spitze eines Kabels und daran angrenzenden Teile in einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kristallziehvorrichtung. Andere Teile als die Impfkristallspannvorrichtung und die Spitze des Kabels haben dieselbe Struktur wie die in Fig. 7 gezeigten Teile.
Wie in Fig. 7 gezeigt, beinhaltet die Kristallziehvorrichtung der zweiten Ausführungsform eine Impfkristallspannvorrichtung 28 und einen Befestigungsteil 6B, der an der Spitze eines Kabels 1 befestigt wird.
Die Impfkristallspannvorrichtung 28 besteht aus einem Spannvorrichtungskörper 3B, einem Impfkristallstift 4B, den Kupplungen 5B1 und 5B2 und einer Kappe 7B.
Die zweite Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform dadurch, daß ein Spannvorrichtungskörper 3B aus einem Kohlenstoffmaterial, das eine im wesentlichen zylindrische Form hat, und ein Halter 8 aus einem Metall wie Molybdän anstelle des Spannvorrichtungskörpers 3A verwendet werden und daß der Spannvorrichtungskörper 3B und der Halter 8 miteinander mittels Verschraubung verbunden werden.
Der Impfkristallstift 4B, die Kupplungen 5B1 und 5B2, die Kappe 7B und der Befestigungsteil 6B, die andere Teile sind als der Spannvorrichtungskörper 3B und der Halter 8, haben jeweils dieselbe Struktur wie der in der ersten Ausführungsform verwendete Impfkristallstift 4A, die Kupplungen Ski und 5A2, die Kappe 7A und der Befestigungsteil 6A. Obwohl einige der Teilelemente des Impfkristallstifts 4B, der Kupplungen 5B1 und 5B2, der Kappe 7B und des Befestigungsteils 6B der zweiten Ausführungsform nicht dargestellt sind, entsprechen diese jeweils den Teilelementen des Impfkristallstifts 4A, der Kupplungen 5A1 und 5A2, der Kappe 7A und des Befestigungsteils 6A der ersten Ausführungsform, wobei die Teilelemente der vorliegenden Ausführungsform entsprechende Verweissymbole haben, die jeweils "B" anstelle des "A" als Teil des Symbols oder als Tiefzahl beinhalten.
Am unteren Teil des Spannvorrichtungskörpers 3B ist ein Einsatzloch 3HB1 mit einer im allgemeinen zylindrischen Form bereitgestellt, das sich von der unteren Fläche des Spannvorrichtungskörpers 3B nach oben erstreckt. Ein Impfkristall S ist am Spannvorrichtungskörper 3B befestigt, indem der Impfkristallstifts 4B in den Spannvorrichtungskörper 3B eingeschoben wird, nachdem der Impfkristall S in das Einschubloch 3HB1 eingeschoben worden ist.
Im oberen Teil des Spannvorrichtungskörpers 3B ist ein Einschubloch 3HB2 bereitgestellt, welches sich von der oberen Fläche des Spannvorrichtungskörpers 3B nach unten erstreckt. Ein Bolzengewinde 3SB1 ist an der Innenfläche des Einschublochs 3HB2 gebildet. Die Einschublöcher 35B1 und 3HB2 können miteinander verbunden sein oder können voneinander unabhängige Grundlöcher sein.
Im unteren Teil des Halters 8 ist ein mit einer im allgemeinen zylindrischen Form gebildeter Vorsprung 8M bereitgestellt, welcher einen kleineren Durchmesser als der des unteren Teils aufweist und sich vom unteren Teil nach unten erstreckt. Ein Bolzengewinde 8SB2 ist am Außenumfang des Vorsprungs 8M gebildet. Der Halter 8 kann daher durch Verschraubung des Bolzengewindes 8SB2 des Vorsprungs 8M mit dem Muttergewinde 3S81 des Einschublochs 3HB2 des Spannvorrichtungskörpers 3B und durch Anziehen des Halters 8 am oberen Teil des Spannvorrichtungskörpers 3B befestigt werden.
Im oberen Teil des Halters 8 sind ein konkaver Abschnitt 8H81, welcher sich von der oberen Fläche des Halters 8 nach unten erstreckt und einen scheiben- oder ringförmigen Querschnitt hat, und ein konkaver Abschnitt 8882, welcher eine grundlochartige Form hat und sich vom konkaven Abschnitt 88B1 nach unten erstreckt, gebildet. Ein Muttergewinde 8581 ist an der Innenfläche des konkaven Abschnitts 8HB2 gebildet.
Somit kann die Spitze des Kabels 1 auf gleiche Art und Weise wie bei der ersten Ausführungsform am Spannvorrichtungskörper 3B befestigt werden. Das heißt, der kugelförmige Abschnitt 9B und der Crimpabschnitt 108 des Befestigungsteils 6B, der durch einen Crimpvorgang an der Spitze des Kabels 1 befestigt worden ist, werden zwischen den Kupplungen 5B1 und 5B2 angebracht, so daß sie in einem im allgemeinen zylindrischen Hohlraum, der durch die kegelförmigen Lochabschnitte 11CB und die Unterbringungslochabschnitte 12HB der Kupplungen 5B1 und 582 gebildet wird, untergebracht werden. Die Kupplungen 5B1 und 582 werden miteinander in enge Berührung gebracht, und das am Außenumfang der Unterteile der Kupplungen 5B1 und 5B2 gebildete Bolzengewinde 1258 wird an dem der Innenfläche des konkaven Abschnitts 8HB2 des Halters 8 gebildeten Muttergewinde 8S82 verschraubt. Anschließend werden die Kupplungen 5B1 und 5B2 angezogen, wodurch die Spitze des Kabels 1 am Spannvorrichtungskörper 3B befestigt wird.
Die Kappe 7B wird aus demselben Grund wie bei der ersten Ausführungsform an den Kupplungen 5B1 und 582 befestigt. Die Rappe 7B weist ein Kabelloch 7HB1, welches durch die Kappe 7B hindurchgeht, und einen konkaven Abschnitt 7HB2, der eine scheiben- oder ringartige Form hat und nach unten gerichtet ist, auf. Die Kappe 7B wird an den oberen Teilen der Kupplungen 581 und 5B2 befestigt, um die oberen Teile der Kupplungen 581 und 582 zu fixieren und um der waagerechten Teilkraft, die aufgrund der Einklemmung des kugelförmigen Abschnitts 9B auf die Kupplungen 5B1 und 5H&sub2; einwirkt, zu widerstehen. Diese Struktur verbessert die Sicherheit.
Die Kristallziehvorrichtung der zweiten Ausführungsform hat dieselbe Funktion und liefert dieselben Wirkungen wie die der ersten Ausführungform. Die Kristallziehvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform kann daher die Erzeugung von "Verbiegungen" verhindern, die ansonsten während des Vorgangs zum Ziehen eines Einkristalls erzeugt werden würden.
Weiters kann, da das Gewicht des Halters 8 auf die Impfkristallspannvorrichtung 2B einwirkt, eine nach unten gerichtete Kraft auch in einem Anfangsstadium, in dem ein Einkristall noch nicht sehr gewachsen ist, auf die Impfkristallspannvorrichtung 2B aufgebracht werden. Demnach kann, wenn das Kabel 1 schon in einem Anfangsstadium eine "Verbiegung" hat, die Impfkristallspannvorrichtung 2B so gehalten werden, daß ihre Mittellinie senkrecht ist.
Außerdem ist es nicht nötig, den mit den Kupplungen verbundenen Abschnitt zu entfernen, such wenn der Spannvorrichtungskörper 38 aus irgendeinem Grund, zum Beispiel aufgrund von Verschleiß, ausgetauscht wird. Dadurch wird das Austauschen des Spannvorrichtungskörpers 3B im Vergleich zu der ersten Ausführungsform einfacher.
Der Spannvorrichtungskörper 3A oder der Spannvorrichtungskörper 38 und der Halter 8 in den oben beschriebenen Ausführungsformen dienen als Impfkristallhalter, der am Kabel befestigt wird, um einen Impfkristall zu halten.
Der Spannvorrichtungskörper 38 dient als erstes Element, und der Halter 8 dient als zweites Element.
Der Befestigungsteil 6A oder 6B dient als Befestigungselement. Die Kupplungen 5A1 und 5A2 oder 5B1 und 5B2 dienen als Stützelement.
Der im allgemeinen zylindrische Hohlraum, der von den kegelförmigen Lochabschnitten 11CA1 und 11CA2 (nicht abgebildet) und den Unterbringungslochabschnitten 128A1 und 12HA2 (nicht abgebildet) der Kupplungen 5A1 und 5A2 gebildet wird, oder der im allgemeinen zylindrische Hohlraum, der von den kegelförmigen Lochabschnitten 11C8 und den Unterbringungslochabschnitten 12HB der Kupplungen 5B1 und 5B2 gebildet wird, dienen als Unterbringungshohlraum.
Die kegelförmigen Lochabschnitte 11CA1 und 11CA2 (nicht abgebildet) der Kupplungen 5A1 und 5A2 oder die kegelförmigen Lochabschnitte 11CB der Kupplungen 5B1 und 582 dienen weiterhin als Ansatzabschnitt des Unterbringungshohlraums.
In der obigen Beschreibung der Ausführungsformen wird ein Halbleiter wie Silizium als ein Material zur Züchtung eines Einkristalls erwähnt. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt, und andere kristalline Materialien können verwendet werden.
In den oben beschriebenen Ausführungsformen bestehen der Spannvorrichtungskörper der Impfkristallspannvorrichtung aus einem Kohlenstoffmaterial, der Impfkristallstift aus einem kohlenstoffverstärkten Verbundstoff und die Kupplungen und dergleichen aus einem Metall wie Molybdän. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Die oben beschriebenen Teile können aus anderen Materialien bestehen, unter der Bedingung, daß die Materialien der hohen Temperatur einer Schmelze widerstehen können, ausreichend stark sind, um das Gewicht eines Einkristalls, der gezogen wird, zu tragen, und Eigenschaften aufweisen, die weder Unreinheiten in die Schmelze oder den Einkristall einführen noch eine schädliche Reaktion verursachen. Zum Beispiel können Molybdän, Wolfram und dergleichen als metallische Materialien verwendet werden und Materialien auf Kohlenstoffbasis wie Graphit und kohlenstoffverstärkter Kohlenstoffverbundstoff und Keramikmaterialien wie Nitridkeramik und Carbidkeramik können verwendet werden.
In den oben beschriebenen Ausführungsformen ist der Crimpabschnitt des Befestigungsteils, der an der Spitze eines Kabels befestigt ist, einstückig mit dem kugelförmigen Abschnitt gebildet. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt, und der Crimpabschnitt kann getrennt vom kugelförmigen Abschnitt hergestellt werden.
In den oben beschriebenen Ausführungsformen ist der kugelförmige Abschnitt oberhalb des Crimpabschnitts als Befestigungsteil bereitgestellt. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt und erforderlich ist nur, daß ein Abschnitt in der Nähe des Kabels eine kugelförmige Fläche aufweist. Zum Beispiel kann ein halbkugelförmiges Element, das nur in seinem oberen Teil eine kugelförmige Fläche aufweist, verwendet werden. Als Alternative kann der Abschnitt in der Nähe des Kabels ein Spheroid sein, dessen Achse der Rotationsymmetrie mit der Mittellinie des Kabels zusammentrifft oder das eine konvexe Drehfläche haben kann, deren Achse der Rotationssymmetrie mit der Mittellinie des Kabels zusammentrifft.
In der oben beschriebenen Ausführungsform weist der Crimpabschnitt eine zylindrische Form auf. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt, und der Crimpabschnitt kann ein röhrenförmiges Element, das einen polygonalen Querschnitt wie einen dreieckigen, einen rechteckigen oder einen fünfeckigen Querschnitt aufweist, oder ein röhrenförmiges Element sein, das einen elliptischen Querschnitt oder einen beliebigen anderen Querschnitt aufweist. Das untere Ende der Röhre kann offen oder geschlossen sein.
In den oben beschriebenen Ausführungsformen weisen die Abschnitte der Kupplungen, welche den kugelförmigen Abschnitt halten, eine kegelförmige Fläche auf. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Die Abschnitte können eine halbkugelförmige Fläche, eine ellipsoidische Drehfläche, deren Achse der Rotationssymmetrie mit der Mittellinie des Kabels zusammentrifft, oder eine Drehfläche, deren Achse der Rotationssymmetrie mit der Mittellinie des Kabels zusammentrifft, aufweisen.
In den oben beschriebenen Ausführungsformen werden die Kupplungen gebildet, indem ein im allgemeinen bolzenförmiges Element halbiert wird. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt, und es kann dreimal oder öfter geteilt werden. Das bolzenförmige Element kann weiterhin ungleichmäßig zerteilt werden.
In den oben beschriebenen Ausführungsformen ist der kugelförmige Abschnitt mit Hilfe des Crimpabschnitts am Kabel befestigt. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt, und der kugelförmige Abschnitt oder ein Abschnitt, der den kugelförmigen Abschnitt von unten hält, kann anderweitig am Kabel befestigt werden. Zum Beispiel können andere Arten mechanischer Verbindung, wie Verbolzung und Verschraubung, und andere Arten von Verbindungen als eine mechanische Verbindung, wie eine Verbindung durch Schmelzen, verwendet werden.

Claims

1. Eine Kristallziehvorrichtung bestehend aus:

einem Seil (1), das senkrecht um eine Schmelze (L) des kristallinen Materials bewegt werden kann; und

einem Kristallkeimhalter (3A; 3B,8), der an dem Seil befestigt ist und zum Halten eines Kristallkeims (S) ausgerichtet ist, wobei das Seil nach unten bewegt werden kann, damit der Kristallkeim mit der Schmelze in Berührung kommt, und anschließend gezogen wird, um ein Einkristall aus dem kristallinen Material zu züchten;

wobei eine Befestigung (6A; 6B) mit einer Drehfläche, deren Drehachsensymmetrie sich mit der Mittellinie des Seils deckt, an dem Seil in der Nähe seiner Spitze befestigt wird; und ein Halteteil (5A; 58) abnehmbar an dem Kristallkeimhalter befestigt ist wobei der Halteteil einen Unterbringungsraum (12HA; 12H8) aufweist; um das Seil und die Befestigung unterzubringen, wobei der Unterbringungsraum einen Absatzteil (11CA; 11C8) aufweist, der die Befestigung berührt und haltet;

dadurch gekennzeichnet, daß:

der Halteteil aus einer Vielzahl von Verbindungsteilen (5A1, 5A2; 5B1, 5B2) besteht, die gemeinsam den Unterbringungsraum einschließlich des Absatzteils bilden.

2. Kristallziehvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Befestigung einen gekräuselten Teil (10A; 10B), der durch Kräuseln an dem Seil in der Nähe seiner Spitze befestigt werden soll, und einen kugelförmigen Teil (9A; 9B), der durch den gekräuselten Teil an dem Seil befestigt wird, aufweist;

der Halteteil aus zwei Verbindungsteilen (5A1, 5A2; 581, 582) besteht und abnehmbar an dem oberen Teil des Kristallkeimhalters angeschraubt ist; und der Absatzteil des Unterbringungsraums einen Raum in der Form eines Regelstumpfs bildet.

3. Kristallziehvorrichtung gemäß Anspruch 2, wobei der Kristallkeimhalter aus einem ersten und einem zweiten Element (3B,8) besteht, wobei das erste Element (3B) zum Halten des Kristallkeims ausgerichtet ist und das zweite Element (8) abnehmbar an dem oberen Teil des ersten Elements angeschraubt ist und der Halteteil abnehmbar an dem oberen Teil des zweiten Elements angeschraubt ist.