Пристрій для повторного завантаження матеріалу в тигель

1 Пристрій для повторного завантаження матеріалу в тигель, що включає резервуар, підтримуючі елементи, розташовані в нижньому торці резервуара, і вузол кріплення резервуара до механізму переміщення, який відрізняється тим, що додатково містить фіксуюче кільце, що розташовано зовні резервуара і жорстко зв'язано з ним, при цьому резервуар постачено днищем, що відчиняється, а вузол кріплення резервуара виконано у вигляді послідовно з'єднаних гнучких тяг, що проходять по бічній поверхні уздовж прямолінійної твірної резервуара з двох протилежних Винахід відноситься до вирощування монокристалів кремнію за методом Чохральського, зокрема, до пристроїв для повторного завантаження матеріалу в тигель і може бути застосовано на установках вирощування монокристалів кремнію, обладнаних шлюзовим пристроєм для забезпечення півнеперервного вирощування монокристалів При вирощуванні монокристалів кремнію за методом Чохральського злиток кремнію витягають із розплаву кремнію на затравку необхідної орієнтації Для запобігання окисленню розплаву та вигоранню графітових деталей теплового вузла в робочій камері, у якій проводять плавлення кремнію і витягування злитка з розплаву, створюють інертну атмосферу Півнеперервний спосіб вирощування монокристалів кремнію передбачає вивантаження з робочої камери установки вирощеного злитка кремнію і проведення повторного завантаження тигля з залишком розплаву новою порцією матеріалу Для забезпечення по його боків з утворенням ПІДВІСКИ над верхньою основою резервуара, а нижні КІНЦІ крайніх тяг з'єднано з можливістю руху з ВІДПОВІДНИМИ підтримуючими елементами 2 Пристрій по п 1, який відрізняється тим, що днище виконано з двох частин 3 Пристрій по п 2, який відрізняється тим, що днище виконано з двох рівних симетричних частин 4 Пристрій по одному з пунктів 1-3, який відрізняється тим, що резервуар виконано у вигляді циліндра 5 Пристрій по одному з пунктів 1-4, який відрізняється тим, що резервуар виконано з суцільними стінками 6 Пристрій по одному з пунктів 1-5, який відрізняється тим, що підвіску гнучкої тяги заведено в хомут, з'єднаний із механізмом переміщення 7 Пристрій по одному з пунктів 1-6, який відрізняється тим, що вузол кріплення включає щонайменше три послідовно з'єднані гнучкі тяги вторного завантаження тигля без порушення при цьому герметичності робочої камери і без охолодження тигля, використовують пристрої для повторного завантаження матеріалу в тигель, за допомогою яких здійснюють повторне завантаження тигля безпосередньо в робочій камері Відомо пристрій для повторного завантаження матеріалу в тигель, який виконано у виді стрижня з завантажувального матеріалу, що має вузол кріплення до механізму переміщення (А Я Нашельский Технология спеціальних материалов электронной техники 1993, с 165) [1] Стрижень являє собою полікристалічний кремній певного розміру Пристрій працює таким чином Злиток монокристала кремнію, що витягнутий на затравку з тигля, відокремлюють від розплаву, переміщають із робочої камери і, після проведення шлюзування, вивантажують із верхньої камери У верхній камері матеріал для повторного завантажування тигля - полікристалічний О ю (О 46145 стрижень - за допомогою вузла кріплення зєднують із механізмом переміщення, у якості якого може використовуватися механізм переміщення затравки Після проведення шлюзування полікристалічний стрижень кремнію переміщують у робочу камеру, установлюють над тиглем і опускають до поверхні розплаву, що знаходиться в тиглі Стрижень починає плавитися, заповнюючи в такий спосіб тигель Однак, за допомогою такого пристрою неможливо робити повторне завантаження тигля з матеріалу у вигляді роздрібнених шматків полікремню або забракованих вирощених раніше злитків, а також неможливо при повторному завантаженні проводити підлегування розплаву Найбільш близьким є пристрій для повторного завантаження матеріалу в тигель, що включає резервуар, підтримуючі елементи, що розташовані в нижньому торці резервуара, і вузол кріплення резервуара до механізму переміщення ( US, №4 39 Л 352, 1987, М кп С ЗО В 15/02) Підтримуючі елементи виконані з танталу і здатні витримувати при кімнатній температурі вагу завантаження При підвищеній температурі підтримуючі елементи деформуються Відомий пристрій працює таким чином Злиток монокристала кремнію, що витягнутий на затравку з тигля, відривають від розплаву, переміщають із робочої камери в камеру шлюзування і, після проведення шлюзування, вивантажують із верхньої камери У верхню камеру вводять резервуар з повторним завантаженням у виді шматків полікремнію циліндричної форми, між якими при необхідності додатково закладають легуючий матеріал, за допомогою вузла кріплення з'єднують резервуар із механізмом переміщення, у якості якого може використовуватися механізм переміщення затравки Після проведення шлюзування резервуар переміщають у робочу камеру, розміщують над тиглем і опускають на визначену відстань до тиглю таким чином, щоб торець резервуара знаходився в безпосередній близькості від розплаву При підвищеній температурі підтримуючі елементи починають деформуватися, дозволяючи повторному завантаженню потрапити в тигель із розплавом Незважаючи на те, що цей пристрій не має недоліків вищеописаного, однак характеризується слабкою керованістю при повторному завантажуванні матеріалу Вказане завантажування залежать від властивостей матеріалу підтримуючих елементів, від температури в робочій камері і при наявністі залишкового деформування танталових елементів стає некерованим У деяких випадках це може привести до аварійної ситуації Наприклад, при деформуванні підтримуючих елементів на висоті більшій за необхідну завантажувальний матеріал при попаданні в тигель приводить до вихлюпування розплаву Задачею винаходу є удосконалення пристрою для повторного завантаження тигля шляхом додаткового постачання резервуара днищем і фіксуючим кільцем, а також з'єднання підтримуючих елементів із гнучкими тягами, зв'язаними з механізмом переміщення, що забезпечує регульоване завантаження тигля 4 Поставлена задача вирішується запропонованим пристроєм для повторного завантаження матеріалу в тигель, що включає резервуар, підтримуючі елементи, що розташовані в нижньому торці резервуара, і вузол кріплення резервуара до механізму переміщення, який додатково постачено фіксуючим кільцем, розташованим зовні резервуара і жорстко зв'язаним із ним, при цьому резервуар постачено днищем, що відчиняється, а вузол кріплення резервуара виконано у виді послідовно з'єднаних гнучких тяг, що проходять по бічній поверхні уздовж прямолінійної твірної резервуара з двох протилежних його боків з утворенням ПІДВІСКИ над верхньою основою резервуара, а нижні КІНЦІ крайніх тяг з'єднано з можливістю руху з ВІДПОВІДНИМИ підтримуючими елементами При цьому, днище виконано з двох частин, краще з двох рівних симетричних частин Резервуар може бути виконано у виді циліндра, краще із суцільними стінками Для зручності, що дозволяє здійснювати повторне завантаження без з'єму затравки із механізму переміщення, підвіску гнучкої тяги заведено в хомут, що з'єднаний із механізмом переміщення При цьому вузол кріплення включає щонайменше три послідовно з'єднані гнучкі тяги У запропонованому винаході регульоване розкриття нижньої частини резервуара відбувається під впливом власної ваги матеріалу завантаження при рухливому з'єднанні підтримуючих елементів із гнучкими тягами, зв'язаними з механізмом переміщення Пристрій для повторного завантаження переміщують в установці вирощування кристалів при закритому днищі, що утримується в закритому стані за допомогою підтримуючих елементів Коли гнучкі тяги натягнуті, то підтримуючі елементи притиснуті до днища і надійно утримують днище в закритому стані Коли пристрій для повторного завантаження за допомогою механізму переміщення доставлено безпосередньо до тиглю, механізм переміщення продовжує опускатися з регульованою швидкістю При зіткненні фіксуючого кільця з упором установки вирощування кристалів, відбувається зупинка руху резервуара, і, внаслідок того, що механізм переміщення продовжує опускатися, послабляється натяг гнучких тяг Це приводить до ослаблення рухомо зв'язаних підтримуючих елементів У результаті днище під впливом ваги завантаження відчиняється, що дозволяє завантаженню звільнитися Винахід пояснюється малюнками, на яких зображено на Фіг 1 - завантажений пристрій для повторного завантаження тигля поза установкою для вирощування монокристалічних злитків, на Фіг 2 - днище резервуара, на Фіг 3 - завантажений пристрій для повторного завантаження тигля в установці для вирощування монокристалічних злитків, на Фіг 4 - пристрій для повторного завантаження тигля в установці для вирощування монокристалічних злитків після завантаження тигля Як показано на фігурах 1-4, пристрій для повторного завантаження сировини в тигель включає резервуар 1 для матеріалу 2, що завантажу 46145 ється Резервуар 1 постачено днищем, що відчиняється, яке може складатися з однієї або декількох частин У кращому варіанті виконання винаходу днище, що відчиняється, виконано з двох рівних симетричних частин 3 і 4, кожна з який з'єднана з резервуаром 1 за допомогою петель 5 і 6 ВІДПОВІДНО (Фіг 2) У торці резервуара 1 розташовані підтримуючі елементи 7 і 8, що рухомо зв'язані з гнучкими тягами ВІДПОВІДНО 9 і 10 Зазначені тяги 9 і 10 проходять по бічній поверхні уздовж прямолінійної твірної резервуара 1, при цьому кожна з них проходить з однієї з двох протилежних боків резервуара Верхній кінець кожної з тяг 9 і 10 з'єднано з одним із КІНЦІВ гнучкої тяги 11 безпосередньо або через елемент 12 Резервуар 1 постачено фіксуючим кільцем 13, розташованим зовні резервуара 1 і жорстко зв'язаний із ним, наприклад за допомогою стояків 14 і 15 Гнучка тяга 11 утворює над верхньою основою резервуара 1 підвіску, за допомогою якої резервуар 1 кріпиться до механізму переміщення 16 Як механізм переміщення 16 використовують штатний механізм переміщення затравки 17 і вирощеного злитка Підвіску з'єднують із механізмом переміщення 16 безпосередньо або через хомут 18 Резервуар 1 може мати форму прямої призми, у кращому варіанті виконання винаходу резервуар 1 виконано у вигляді циліндра, який може бути суцільним, із тугоплавкого матеріалу, наприклад молібдену або ніобію При необхідності гнучкі тяги 9 і 10 можуть бути складовими, тобто складатися із декілька відрізків Механізм переміщення 16 розміщено в установці вирощування монокристалів, яка складається з верхньої камери 19, робочої камери 20 та пристрою для шлюзування ( на Фіг 3 не показано) У робочій камері 20 розміщено тигель 21 із розплавом 22, нагрівач 23 і екран 24 У нижній частині верхньої камери 19 розташовано виступаючий елемент 25 У залежності від конструкції установки для вирощування монокристалів виступаючий елемент 25 може бути розташований у верхній частині робочої камери 20 Пристрій працює таким чином У резервуар 1 пристрою для повторного завантаження матеріалу в тигель укладається матеріал 2, що завантажується, для дозавантаження розплаву 22 При необхідності разом із полікремнієм, у якості якого використовують стрижні, шматки полікремнію будь-якої форми, наприклад, шматки забракованих раніше вирощених злитків, у нижню частину резервуара завантажують лігатуру Після проведення шлюзування з верхньої камери 19 установки для вирощування монокрісталів вивантажують вирощений злиток У верхній камері установки для вирощування монокристалів на тримач затравки 17 підвішують хомут 18, не знімаючи затравку 17, і в хомут 18 заводять підвіску гнучкої тяги 11 резервуара 1 із матеріалом 2 для доза вантаження тигля 21 Підвіску гнучкої тяги 11 можна розмістити безпосередньо на механізмі переміщення 16, але в цьому випадку тримач затравки і затравку 17 необхідно зняти Гнучка тяга 11 через гнучкі тяги 9 і 10 натягає підтримуючі елементи 7 і 8, які у такому положенні утримують ВІДПОВІДНІ частини З і 4 днища в закритому стані У такому стані резервуар 1 із завантаженням 2 за допомогою механізму переміщення 16 після проведення шлюзування потрапляє в робочу камеру 20 Резервуар 1 із завантаженням 2 опускають до тигля 21, що розміщений усередині нагрівача 23 і екрана 24, доти, поки фіксуюче кільце 13 не прийде в зіткнення з виступаючим елементом 25 верхньої камери 19 (ФігЗ) Подальше опускання механізму переміщення 16 приводить до ослаблення натягу гнучкої тяги 11, а також гнучких тяг 9 і 10, тому що рух резервуара 1 зупинено за допомогою фіксуючого кільця 13 Оскільки підтримуючі елементи 7 і 8, рухомо зв'язані з ВІДПОВІДНОЮ гнучкою тягою 9 або 10, при ослабленні натягу вони перестають підтримувати днище у закритому стані Це приводить до того, що під дією ваги завантаження частини днища 3 і 4 відчиняються При цьому матеріал 2 потрапляє в розплав 22 (Фіг 4) Оскільки ослаблення тяги 11 контролюється, а також регулюється за допомогою механізму переміщення 16, вивантаження матеріалу 2 із резервуара 1 проходить керовано Після вивантаження матеріалу за допомогою механізму переміщення 16 резервуар 1 піднімають у верхню частину робочої камери 20, і, після шлюзування, у верхню камеру 19 установки для вирощування монокристалічних злитків У тому випадку, коли після дозавантажування тигля 21 одержаного розплаву утворилося достатньо для вирощування монокристалічного злитка, хомут 18 разом із порожнім резервуаром 1 вивантажують із верхньої камери, проводять її шлюзування і починають процес вирощування монокристала У тому випадку, коли після повторного завантаження і плавлення завантаження у тиглі 21 розплаву недостатньо, то повторне завантаження тигля повторюють ще раз Таким чином, запропонований пристрій забезпечує регульоване завантаження тигля при повторному його завантаженні 46145 13 ФІГ. 2 Фіг. 1 46145 10 19 20 Фіг З ФІГ А ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна (044)456-20- 90 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)216-32-71