УСТАНОВКА ДЛЯ ВЫРАЩИВАНИЯ МОНОКРИСТАЛЛОВ, НАПРИМЕР, САПФИРОВ Российский патент 2010 года по МПК C30B15/00 C30B15/26 C30B17/00 C30B29/20 

Изобретение относится к устройствам для выращивания объемных монокристаллов из расплавов, например, сапфира методом Чохральского, Киропулоса, и может быть использована в электронной и полупроводниковой промышленности.

Известна установка для выращивания монокристаллов, например, оксидов (сапфиров), содержащая цилиндрическую камеру с крышкой и поддоном, установленный в камере блок боковых тепловых экранов, тигель для расплава с размещенным над ним затравкодержателем, связанным со штоком, несущую поворотный кронштейн колонну с приводами вращения и перемещения штока, вакуумную систему, систему питания со шкафом управления и систему охлаждения (патент GB 1322582, кл. С30В 15/00, 04.07.1973).

Однако установка имеет некоторые недостатки:

- подъем крышки производится совместно со штоком. Это не позволяет снимать выращенный кристалл из тигля, не разрушая затравку;

- боковые тепловые экраны, выполненные из металла, а не из керамики, которая служит дополнительной теплоизоляцией;

- не имеет механизма, позволяющего обслуживать установку: съем и установку тигля, тепловых экранов, монтаж и демонтаж камеры.

Задача изобретения - устранение вышеперечисленных недостатков, а также повышение производительности, возможности выращивания объемных монокристаллов цилиндрической формы в автоматическом режиме, повышение совершенства структуры монокристалла и обеспечение постоянства его размеров по всей длине за счет применения высокоточных механизмов управления на базе промышленного компьютера.

Технический результат достигается тем, что в установке для выращивания монокристаллов, например, сапфиров, содержащей цилиндрическую камеру с крышкой и поддоном, установленный в камере блок тепловых экранов, тигель для расплава с размещенным над ним затравкодержателем, связанным со штоком, несущую поворотный кронштейн колонну с приводами вращения и перемещения штока, вакуумную систему, систему питания со шкафом управления и систему охлаждения, блок тепловых экранов включает верхние и нижние экраны, при этом установка снабжена механизмом подъема крышки, который представляет собой привод, установленный на поворотном кронштейне колонны, связанный с крышкой камеры гибким элементом, выполненным в виде цепи, причем привод механизма подъема имеет регулируемую муфту предельного момента, настроенную на усилие, достаточное для подъема крышки, но проскальзывающую при подъеме штока и неподвижной крышке. А также установка снабжена установленным на колонне с возможностью поворота вокруг оси колонны подъемником для подъема тигля и нижних тепловых экранов, причем подъемник снабжен съемником для установки и съема тигля, при этом верхние тепловые экраны закреплены на внутренней стороне крышки, имеющей снаружи три смотровых окна. Кроме того, поддон камеры имеет водоохлаждаемую заглушку с каналом подачи инертного газа, а шкаф управления оснащен дистанционным пультом в виде электронного маховичка, установленного на его боковой поверхности.

На фиг.1 изображен общий вид установки;

на фиг.2 - общий вид камеры;

на фиг.3 - привод механизма подъема с муфтой;

на фиг.4 - съемник для выемки и установки тигля;

на фиг.5 - разрез В-В, крышка с блоком верхних тепловых экранов;

на фиг.6 - разрез Б-Б, схема заглушки.

Установка содержит цилиндрическую камеру 1 с крышкой 2 и поддоном 3, блок боковых верхних и нижних тепловых экранов 4, 5, 6, тигель 7 для расплава с размещенным над ним затравкодержателем 8, связанным со штоком 9, колонну 10, несущую поворотный кронштейн 11, с приводами 12, 13 вращения и перемещения штока 9, вакуумную систему 14, систему питания со шкафом 15 управления и систему 16 охлаждения.

Камера 1 выполнена двухсекционной 17, 18. В нижней секции 17 на поддоне 3 установлены нижние тепловые экраны 6 и тигель 7. В верхней секции 18 камеры 1 установлены два охлаждаемых токоввода 19, на которых закреплены нагреватели 20. А верхние тепловые экраны 5 закреплены на внутренней стороне крышки 2 камеры 1 для предотвращения слипания экранов 5 и тигля 7.

Для наблюдения за технологическим процессом крышка 2 камеры 1 имеет три смотровых окна 21, причем одно из окон 22 предназначено для установки видеокамеры.

Открытие и закрытие крышки 2 осуществляется механизмом подъема крышки, который представляет собой привод 23 установленный на поворотном кронштейне 11 колонны 10, связанный с крышкой 2 камеры 1 гибким элементом 24, выполненным в виде цепи.

Привод 23 механизма подъема имеет регулируемую муфту 25 предельного момента, настроенную на усилие, достаточное для подъема крышки 2, но проскальзывающую при подъеме штока 9 и неподвижной крышке 2.

Установка снабжена подъемником 26, установленным на колонне 10 с возможностью поворота вокруг оси колонны 10 для подъема экранов 5, 6, тигля 7 и других целей. Подъемник 26 снабжен съемником 27 для установки и съема тигля 7.

Поддон 3 камеры 2 имеет водоохлаждаемую заглушку 28 для регулирования теплового поля растущего кристалла. В заглушке 28 выполнен канал 29 подачи инертного газа для удаления выделений из расплава.

Для оперирования затравкой 8 шкаф 15 управления оснащен пультом 30 дистанционного управления в виде электронного маховичка.

Установка работает следующим образом.

В тигель 7 загружают исходный материал, герметизируют камеру 2, вакууммируют ее и, включив нагреватель 20, поднимают температуру, расплавляя загрузку. Затем, включив привод 12 перемещения штока 9, опускают затравку к расплаву, прогревают ее и контактируют с расплавом. Далее, подобрав необходимую скорость роста, перемещают шток 9 затравки вверх и вращают его. Оператор контролирует процесс затравления через смотровое окно 21, или видеокамерой, манипулируя затравкой при помощи пульта 30 дистанционного управления, оснащенного электронным маховичком. После затравления оператор включает программу роста. Процесс выращивания кристалла производится в автоматическом режиме.

Изобретение относится к устройствам для выращивания объемных монокристаллов из расплавов, например, сапфира методом Чохральского, Киропулоса, и может быть использовано в электронной и полупроводниковой промышленности. Установка содержит цилиндрическую камеру 1 с крышкой 2 и поддоном 3, установленный в камере блок тепловых экранов, тигель для расплава с размещенным над ним затравкодержателем, связанным со штоком 9, несущую поворотный кронштейн 11 колонну 10 с приводами вращения 12 и перемещения 13 штока 9, вакуумную систему 14, систему питания со шкафом управления 15 и систему охлаждения 16. Блок тепловых экранов включает верхние и нижние экраны, при этом установка снабжена механизмом подъема крышки, представляющим собой привод 23, установленный на поворотном кронштейне 11 и связанный с крышкой 2 камеры 1 гибким элементом 24, выполненным в виде цепи, причем привод 23 механизма подъема крышки имеет регулируемую муфту предельного момента, настроенную на усилие, достаточное для подъема крышки 2, но проскальзывающую при подъеме штока 9 и неподвижной крышке, кроме того, установка снабжена установленным на колонне с возможностью поворота вокруг оси колонны подъемником 26 для подъема тигля и нижних тепловых экранов, причем подъемник 26 снабжен съемником для установки и съема тигля, при этом верхние тепловые экраны закреплены на внутренней стороне крышки 2 камеры 1, имеющей снаружи три смотровых окна 21, 22, а поддон 3 камеры 1 имеет водоохлаждаемую заглушку с каналом подачи инертного газа, а шкаф управления оснащен дистанционным пультом 30 в виде электронного маховичка, установленного на боковой поверхности шкафа. Технический результат изобретения заключается в повышении производительности, возможности выращивания объемных монокристаллов цилиндрической формы в автоматическом режиме, повышении совершенства структуры монокристалла и обеспечении постоянства его размеров по всей длине за счет применения высокоточных механизмов управления на базе промышленного компьютера. 6 ил.

Установка для выращивания монокристаллов, например, сапфиров, содержащая цилиндрическую камеру с крышкой и поддоном, установленный в камере блок тепловых экранов, тигель для расплава с размещенным над ним затравкодержателем, связанным со штоком, несущую поворотный кронштейн колонну с приводами вращения и перемещения штока, вакуумную систему, систему питания со шкафом управления и систему охлаждения, отличающаяся тем, что блок тепловых экранов включает верхние и нижние экраны, при этом установка снабжена механизмом подъема крышки, представляющим собой привод, установленный на поворотном кронштейне и связанный с крышкой камеры гибким элементом, выполненным в виде цепи, причем привод механизма подъема крышки имеет регулируемую муфту предельного момента, настроенную на усилие, достаточное для подъема крышки, но проскальзывающую при подъеме штока и неподвижной крышки, кроме того, установка снабжена установленным на колонне с возможностью поворота вокруг оси колонны подъемником для подъема тигля и нижних тепловых экранов, причем подъемник снабжен съемником для установки и съема тигля, при этом верхние тепловые экраны закреплены на внутренней стороне крышки камеры, имеющей снаружи три смотровых окна, а поддон камеры имеет водоохлаждаемую заглушку с каналом подачи инертного газа, а шкаф управления оснащен дистанционным пультом в виде электронного маховичка, установленного на боковой поверхности шкафа.