DE10008532C1

DE10008532C1 - Vorrichtung und Verfahren zum Ablösen der Haube einer Prozesskammer

Info

Publication number: DE10008532C1
Application number: DE2000108532
Authority: DE
Inventors: Swen Kaeselau
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2000-02-24
Filing date: 2000-02-24
Publication date: 2001-08-16
Anticipated expiration: 2020-02-25

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrich tung sowie ein Verfahren zum Ablösen der Haube einer Prozesskammer von einer Auflage wie beispielsweise dem Auflageflansch der Prozesskammer.

Die Vorrichtung und das Verfahren finden in erster Linie im Bereich der Halbleiterfertigung Anwendung. Bei der Herstellung von Siliziumbauteilen werden die Sili ziumscheiben bzw. Wafer in einer Prozesskammer unter schiedlichen Prozessgasen, wie beispielsweise Ammoniak, Silan, Dichlorsilan oder Sauerstoff ausgesetzt. Zur Durchführung eines Diffusionsprozesses werden diese Ga se bei hohen Temperaturen oberhalb von 600°C in die Prozesskammer eingeleitet, die ausreichend gegenüber der Umgebungsatmosphäre abgedichtet sein muss.

Die Prozesskammer und die darin befindlichen Ein bauteile bestehen in der Regel aus temperaturbeständi gem Quarzglas. Durch chemische Reaktionen und gegebe nenfalls andere Prozessabläufe in der Prozesskammer werden auf den Wafern Schichten abgeschieden, die auch die von den Prozessgasen beaufschlagten Innenseiten und Einbauteile der Prozesskammer belegen. Es ist daher re gelmäßig erforderlich, die Prozesskammer und die Ein bauteile zu demontieren und zu reinigen.

Die Prozesskammer setzt sich im Wesentlichen aus einer Quarzglocke 1 als Haube sowie einem Flansch 2 zu sammen, auf dem die Quarzglocke aufliegt. Eine typische Ausgestaltung einer Prozesskammer ist in Fig. 1 darge stellt. Zur Abdichtung des Innenraums der Prozesskammer von der Umgebung ist eine gute Abdichtung zwischen dem Flansch 2 und der Quarzglocke 1 erforderlich. Diese Ab dichtung wird durch einen in einer Nut des Flansches 2 liegenden O-Ring 3 erreicht, auf dem die Quarzglocke 1 mit ihrer Stirnfläche aufliegt. Für die Reinigung des Innenraums der Prozesskammer ist es erforderlich, die Quarzglocke vom Flansch abzuheben. Durch die hohen Tem peraturen, denen die Prozesskammer bei der Prozessie rung von Wafern, insbesondere beim Diffusionsprozess, ausgesetzt ist, kommt es jedoch zum Verkleben von Quarzglocke 1, O-Ring 3 und Flansch 2, so dass ein ein faches Abheben der Quarzglocke nicht möglich ist.

Stand der Technik

Zur Durchführung von Wartungs- und Reinigungsar beiten an den Prozesskammern von Diffusionsöfen wird die komplette Prozesskammer aus dem Diffusionsöfen aus geschwenkt, auf eine Vorrichtung gesetzt und zum Demon tieren in einen Wartungsbereich gefahren.

Zum Lösen der Quarzglocke vom Flansch wird dann zunächst ein Lösungsmittel, beispielsweise Isopropanol oder Aceton, in den Spalt zwischen Flansch und Quarz glocke eingebracht. Anschließend wird ein dünner Edel stahldraht mit einem Durchmesser von ca. 0,3 mm um die Quarzglocke herum in den Spalt gelegt. Die überstehen den Enden des Drahtes werden durch eine Nut im Flansch wieder ausgefädelt und um zwei Knebel gewickelt. Durch wechselseitiges Ziehen an den Knebeln wird anschließend versucht, den O-Ring mit dem Draht zu durchtrennen.

Dieses Verfahren ist jedoch sehr kraft- und zeit aufwendig. Bei der Anwendung dieser Technik reißt sehr oft der Draht und es kann zum Verspritzen des Lösungs mittels kommen. Weiterhin können hierdurch die Dicht flächen an Quarzglocke und Flansch beschädigt werden. Durch die spitzen Drahtenden und das verspritzte Lö sungsmittel, das in die Augen gelangen kann, besteht eine erhöhte Verletzungsgefahr.

Die DE-OS 29 21 404 A1 beschreibt eine Vorrichtung zum Ablösen eines haubenartigen Druckbehälters von ei ner Auflage, der aus einem Behältermantel sowie einem Behälterdeckel aus Glas besteht. Die Vorrichtung weist einen Spannring mit einem Spannmechanismus zum Umspan nen des Behälterdeckels in einer Ebene auf, wobei der Spannring von einem Tragring untergriffen wird, der an eine Hebevorrichtung angeschlossen ist. Der haubenarti ge Druckbehälter wird nach Lösen eines Bajonettver schlusses zwischen Bodenplatte und Druckbehälter durch Betätigung der Hebevorrichtung von der Bodenplatte ab gehoben.

Die DE 37 21 942 A1 beschreibt eine Vorrichtung zum Lösen und Schließen von Flanschverbindungen bei Prozesskammern. Die beiden Teile, Oberteil und Unter teil, der Prozesskammer weisen jeweils einen Flansch auf, über den sie miteinander verbunden sind. Für die Verbindung der beiden Flansche wird ein Klemmring mit einem rillenförmigen Querschnitt als Verschlusselement vorgeschlagen. Zum Trennen des Oberteils der Prozesskammer vom Unterteil wird der Klemmring gelöst und das Oberteil abgehoben, wobei die obige Haft-Problematik beim Einsatz dieser Vorrichtung offensichtlich keine Rolle spielt.

Ausgehend von der obigen Problematik besteht die Aufgabe der Erfindung darin, eine Vorrichtung und ein Verfahren anzugeben, die ein zeitsparendes, leichtes und gefahrloses Ablösen der Haube einer Prozesskammer von dem Flansch ermöglicht.

Darstellung der Erfindung

Die Aufgabe wird mit der Vorrichtung und dem Ver fahren nach den Ansprüchen 1 bzw. 9 gelöst. Vorteilhaf te Ausgestaltungen der Vorrichtung sowie des Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die vorliegende Vorrichtung setzt sich aus einem Klemmring und einem Spannmechanismus zum Umspannen der Haube in einer Ringebene, d. h. der Hauptebene des Klemmringes, zusammen. Der Klemmring ist mit zumindest drei Gewindehülsen oder Gewindebohrungen mit Schrauben versehen, die sich senkrecht zur Ringebene erstrecken. Die Gewindehülsen oder -bohrungen und die zugehörigen Schrauben weisen ein Feingewinde auf und sind gleichmä ßig über den Umfang des Klemmringes verteilt angeord net. Die Gewindehülsen können hierbei entweder am Au ßenumfang des Klemmringes mit diesem fest verbunden oder als Gewindebohrungen im Klemmring ausgebildet sein. Die Schrauben müssen eine größere Länge aufweisen als die Gewindehülsen oder -bohrungen, um durch Abstüt zung auf der Auflage das Ablösen der Haube von der Auf lage bewirken zu können.

Beim Einsatz dieser Vorrichtung wird der Klemmring zunächst über die Haube gelegt. Er wird in einem Ab stand zur Auflage bzw. zum Flansch mit Hilfe des Spann mechanismus festgezogen, der geringer ist als die Dif ferenz zwischen der Länge der Schrauben und der Länge der Gewindebohrungen bzw. Gewindehülsen. Anschließend werden die Schrauben gleichmäßig angezogen, bis sich die Haube durch die durch das Anziehen der Schrauben erzeugte Abdrückkraft von der Auflage löst.

Durch die beschriebene Vorrichtung und das zugehö rige Verfahren ist es möglich, die Quarzglocke einer Prozesskammer auf einfache Weise schnell und gefahrlos sowie ohne den Einsatz von Lösungsmitteln vom Flansch zu trennen. Die Vorrichtung lässt sich hierbei sehr ko stengünstig herstellen. Sie lässt sich bei allen Pro zesskammern einsetzen, bei denen eine haftende Verbin dung zwischen der Haube und einer Auflage gelöst werden soll.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Klemmring zweiteilig ausgeführt und mit vier Gewinde bohrungen versehen, die in gleichem Abstand zueinander und zum Zentrum bzw. Mittelpunkt des Klemmringes ange ordnet sind. Jeweils zwei Gewindebohrungen befinden sich hierbei auf einer Klemmringhälfte.

Es versteht sich von selbst, dass der Klemmring auch aus mehr als zwei Teilen zusammengesetzt sein kann. Bei der Ausgestaltung ist jeweils darauf zu ach ten, dass für jedes Teil die gleiche Anzahl von Gewin debohrungen bzw. Gewindehülsen vorgesehen ist, um eine symmetrische Verteilung der beim Anziehen der Schrauben auftretenden Kräfte zu bewirken.

In einer weiteren Ausführungsform sind am Außenum fang des Klemmringes Nuten bzw. Einschnitte vorgesehen, die eine bessere Anpassung des Klemmringes an unter schiedliche Durchmesser der Quarzglocken ermöglichen. Bei der Anordnung dieser Einschnitte ist wiederum auf eine symmetrische Verteilung über den Umfang des Klemm ringes und in Bezug auf die Gewindebohrungen bzw. Ge windehülsen zu achten. Eine besonders vorteilhafte Aus gestaltung ergibt sich mit einem zweiteiligen Klemmring mit zwei identisch großen Hälften, die jeweils in glei chem Abstand von beiden Enden einen Einschnitt aufwei sen.

Der Spannmechanismus setzt sich vorzugsweise aus einem Spanngurt und einem Spanngurtschloss zusammen. Der Spanngurt wird hierbei um den Außenumfang des Klemmringes gelegt, festgezogen und mit Hilfe des Spanngurtschlosses fixiert. Zur Führung des Spanngurtes sind vorzugsweise entsprechende Haltebügel oder Füh rungsnuten am Umfang des Klemmringes angebracht, durch die der Spanngurt gehalten bzw. geführt und gegen Ab rutschen gesichert wird.

Neben diesem Spanngurt lassen sich selbstverständ liche auch andere bekannte Spannmechanismen zum Fest ziehen des Klemmringes einsetzen.

Vorzugsweise ist der Klemmring an seiner Innensei te bzw. an seinem Innenumfang mit einer elastischen Einlage versehen, die eine bessere Anpassung an die Au ßenfläche der Quarzglocken ermöglicht. Das elastische Material sollte hierbei den Anforderungen an die bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen erforderli chen Reinraumbedingungen genügen.

Bei der Durchführung des Verfahrens ist es von Vorteil, wenn die Anordnung der Gewindehülsen bzw. Ge windebohrungen der Anordnung von Befestigungsbohrungen entspricht, wie sie in der Regel am Flansch bereits vorhanden sind. Diese Befestigungsbohrungen am Flansch dienen der Befestigung der Prozesskammer im Diffusi onsofen. Bei Wartungsarbeiten werden diese Befestigun gen gelöst, so dass die Befestigungsbohrungen frei sind. Durch die bevorzugte Ausgestaltung der Schrauben mit Zentrierzapfen können diese beim Ablösen der Quarz glocke in die Befestigungsbohrungen eingesetzt werden. Hierdurch wird ein Abrutschen oder Verkippen der Schrauben beim Anziehen verhindert.

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Zeich nungen ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsge dankens nochmals erläutert. Hierbei zeigen:

Fig. 1 schematisch ein Beispiel für den Aufbau einer Prozesskammer;

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel für die erfindungsge mäße Vorrichtung im Einsatz an einer Prozess kammer gemäß Fig. 1;

Fig. 3 einen Schnitt durch die Anordnung der Fig. 2 parallel zur Ringebene; und

Fig. 4 ein Beispiel für eine Schraube und eine Ge windehülse der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Wege zur Ausführung der Erfindung

Fig. 1 zeigt den typischen Aufbau einer Prozess kammer eines Diffusionsofens zur Prozessierung von Si liziumwafern. Die Prozesskammer besteht aus der Quarz glocke 1, die auf einem Flansch 2 aufsitzt. Zur Abdich tung zwischen Flansch 2 und Quarzglocke 1 ist in einer Nut des Flansches ein O-Ring 3 als Dichtring vorgese hen. In der Figur sind weiterhin die Befestigungsboh rungen 10 für den Flansch zu erkennen. Durch die Pro zessierung bei erhöhten Temperaturen kommt es zu einer Verklebung zwischen Quarzglocke 1, O-Ring 3 und Flansch 2. Diese Haftverbindung muss bei Wartungsarbeiten zur Reinigung der Innenflächen der Prozesskammer gelöst werden.

Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel für die vor liegende Vorrichtung zum Lösen der Quarzglocke 1 vom Flansch 2. Die Vorrichtung besteht aus einem Klemmring 4, der um die Quarzglocke 1 gelegt und mit Hilfe einer Spannvorrichtung festgezogen wird. Die Spannvorrichtung setzt sich in diesem Beispiel aus dem Spanngurt 5 und einem in Fig. 3 dargestellten Spanngurtschloss 6 zu sammen. Am Innenumfang des Klemmringes 4 ist eine elastische Einlage 11, im vorliegenden Beispiel Silikon gummi mit einer Dicke von 6 mm, angebracht, die Uneben heiten der Quarzglocke 1 ausgleicht. Die Einlage 11 verhindert weiterhin ein Abrutschen des Klemmringes von der Quarzglocke beim Festziehen der Schrauben 8. Diese Schrauben 8 sitzen in Gewindebohrungen 7, die gleichmä ßig über den Umfang des Klemmringes 4 verteilt angeord net sind. Die Schrauben selbst sind in diesem Beispiel mit Zentrierzapfen 9 versehen, die beim Anlegen des Klemmringes 4 in Befestigungsbohrungen 10 des Flansches 2 eingesetzt werden, wie dies in Fig. 2 zu erkennen ist. Die Gewindebohrungen bzw. Gewindehülsen 7 im Klemmring 4 sind hierbei kürzer als die Schrauben 8. Dies ist erforderlich, um nach dem Festziehen des Klemmringes 4 die erforderliche Abdrückkraft auf den Flansch 2 ausüben zu können.

Zum Lösen der Quarzglocke 1 wird der Klemmring 4 zunächst lose über die Quarzglocke gesetzt. Die Ab drückschrauben 8 werden mit dem Zentrierzapfen 9 in die im Flansch befindlichen Bohrungen 10 eingesetzt. An schließend werden der Klemmring 4 und die Abdrück schrauben 8 zueinander ausgerichtet, so dass die Schrauben 8 senkrecht zu Flansch 2 und Klemmring 4 ste hen. Mit dem Spanngurt 5 wird der Klemmring schließlich fest an die Quarzglocke 1 gedrückt. Nun werden die Ab drückschrauben 8 gleichmäßig angezogen. Durch diese Kraft wird eine Abdrückbewegung erzeugt, deren Richtung in der Fig. 2 durch die Pfeile angedeutet ist. Durch diese Abdrückbewegung wird die Quarzglocke 1 vom Flansch 2 gelöst und abgehoben.

Für diesen Vorgang ist es erforderlich, die Schrauben 8 sowie die zugehörigen Gewindehülsen 7 mit einem Feingewinde zu versehen, durch das die Kräfte gut dosiert werden können. Der Einsatz eines Normalgewindes hätte eine schnelle Zerstörung der empfindlichen Quarz glocke 1 zur Folge.

Im rechten Teil der Fig. 2 ist schließlich als Detailansicht die Ausbildung eines Haltebügels 13 zur Führung des Spanngurtes 5 dargestellt. Dieser Haltebü gel wird über Schrauben 14 am Klemmring 4 befestigt. Eine beispielhafte Anordnung dieser Haltebügel am Klemmring kann der Fig. 3 entnommen werden.

Fig. 3 zeigt hierbei einen Schnitt durch die An ordnung der Fig. 2 in einer Ebene parallel zur Ebene des Klemmringes. In dieser Figur sind sehr gut die zweiteilige Ausführung des Klemmringes 4 sowie die sym metrische Anordnung der Gewindebohrungen 7 zu erkennen. Neben der zweiteiligen Ausführung des Klemmringes 4 ist dieser mit zwei zusätzlichen Einschnitten bzw. Nuten 12 versehen. Die Nuten 12 und die durch die zweiteilige Ausgestaltung des Klemmringes 4 auftretenden Zwischen räume zwischen beiden Klemmringhälften sind unter einem Winkel von 90° zueinander angeordnet. Die Figur zeigt weiterhin eine mögliche Anordnung der Haltebügel 13 am Umfang des Klemmringes 4 sowie das Spanngurtschloss 6 zum Festspannen des Spanngurtes 5.

Der Klemmring 4 der vorliegenden Vorrichtung wird vorzugsweise aus einem Kunststoffmaterial gefertigt. Dies ist auf sehr kostengünstige Weise möglich. Die Dicke des Klemmringes senkrecht zur Ringebene beträgt im vorliegenden Beispiel ca. 40 mm. Eine große Dicke ist vorteilhaft, um die Stärke der Flächenpressung auf die empfindliche Quarzglocke 1 so gering wie möglich zu halten. Die Dicke des Klemmringes in der Ringebene be trägt hier ca. 56 mm, wobei an der Stelle der Nuten 12 die Dicke auf eine Restdicke von ca. 10 mm reduziert ist. Als Abdrückschrauben 8 wurden in diesem Beispiel Schrauben vom Typ M10 × 0,5 eingesetzt. Bei Einsatz die ses Klemmringes liegt der Abstand zwischen der Unter kante des Klemmringes und der Oberfläche des Flansches 2 bei etwa 60 mm.

Fig. 4 zeigt schließlich ein Beispiel für die Ausgestaltung einer Schraube 8 (M10 × 0,5) und einer Ge windehülse 7, wie sie bevorzugt bei der erfindungsgemä ßen Vorrichtung eingesetzt werden.

Die Schraube 8 setzt sich aus einem oberen Gewin deabschnitt 8a sowie einem unteren Abschnitt 8b ohne Gewinde zusammen, wie aus der Figur ersichtlich ist. Am unteren Ende ist eine Bohrung in der Schraube 8 vorge sehen, in die ein Kunststoffstopfen 15 eingepresst ist. Dieser Kunststoffstopfen 15 verhindert eine Beschädi gung des Flansches 2 während des Abdrückvorganges.

Bei dieser Ausführungsform der Schrauben 8 müssen diese zunächst vollständig, d. h. bis an das Ende des Gewindeabschnittes 8a in die Gewindehülsen 7 des Klemm ringes 4 eingeschraubt werden. Hierdurch wird ein pa ralleles Ansetzen - parallel zum Flansch bzw. senkrecht zur Auflagefläche des Flansches - gewährleistet und ein Verkanten verhindert. Anschließend wird der Klemmring 4 mit den Schrauben 8 am Flansch 2 angesetzt und festgezogen. Durch gleichmäßiges Anziehen der Schrauben 8 kann nun die Quarzglocke 1 abgehoben werden.

Am gegenüberliegenden Ende der Schraube 8 ist ebenfalls eine Bohrung eingebracht und mit einem Gewin de versehen, in die eine Innensechskantschraube 16 (BIN 912 M6 × 15) eingeschraubt und mittels eines Klebers fi xiert ist. Diese Ausgestaltung erspart die Herstellung eines Schlüsselansatzes (Sechs- oder Vierkant) zur Dre hung der Schraube 8, der sehr klein ausfallen müsste und daher der Gefahr einer schnellen Zerstörung ausge setzt wäre. Durch das Anbringen der Innensechskant schraube lässt sich jedoch ein gängiger stabiler Schraubenschlüssel (hier: Imbus 5 mm) zum Anziehen der Schraube 8 verwenden.

Die Gewindehülsen 7, die in entsprechenden Bohrun gen am Klemmring 4 sitzen, sind vorzugsweise mit einem Bund 17 ausgestaltet, wie in Fig. 4 zu erkennen ist. Dieser Bund 17 sitzt an der dem Flansch 2 zugewandten Seite des Klemmringes 4 und verhindert somit ein Durch drücken der Hülse 7 beim Abdrückvorgang.

Bezugszeichenliste

1

Haube bzw. Quarzglocke

2

Auflage bzw. Flansch

3

O-Ring

4

Klemmring

5

Spanngurt

6

Spanngurtschloss

7

Gewindehülse bzw. Gewindebohrung

8

Schraube

8

a oberer Gewindeabschnitt

8

b unterer Abschnitt

9

Zentrierzapfen

10

Befestigungsbohrung

11

elastische Einlage

12

Einschnitt bzw. Nut

13

Haltebügel

14

Schraube für Haltebügel

15

Kunststoffstopfen

16

Innensechskantschraube

17

Bund

Claims

1. Vorrichtung zum Ablösen der Haube (1) einer Pro zesskammer von einer seitlich über die Haube hinausragenden Auflage (2), mit einem Klemmring (4) und einem Spannmechanismus (5, 6) zum Umspannen der Haube in einer Ringebene, dadurch gekennzeichnet, dass der Klemmring (4) mit zumindest drei Schrau ben (8) in Gewindehülsen oder -bohrungen (7) ver sehen ist, die sich senkrecht zur Ringebene er strecken, ein Feingewinde aufweisen und gleichmä ßig über den Umfang des Klemmringes verteilt ange ordnet sind, und wobei die Schrauben (8) eine grö ßere Länge aufweisen als die Gewindehülsen oder -bohrungen (7), um durch Abstützung auf der Aufla ge (2) das Ablösen der Haube (1) von der Auflage (2) bewirken zu können.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Klemmring (4) zweiteilig ausgeführt ist und vier Schrauben (8) in Gewindehülsen oder - bohrungen (7) auf weist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Klemmring (4) am Außenumfang Einschnitte (12) aufweist, die senkrecht zur Ringebene verlau fen.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannmechanismus (5, 6) aus einem Spann gurt (5) mit einem Spanngurtschloss (6) besteht.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Klemmring (4) über den Umfang verteilte Aufnahmebügel (13) zur Führung des Spanngurtes (5) aufweist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Klemmring (4) am Innenumfang mit einer elastischen Einlage (11) versehen ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schrauben (8) Zentrierzapfen (9) aufwei sen.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schrauben (8) an ihrem vom Schraubenkopf abgewandten Ende mit einer Kunststoffauflage (15) versehen sind.

9. Verfahren zum Ablösen der Haube (1) einer Prozess kammer von einer Auflage (2), die seitlich über die Haube (1) hinausragt, mit einer Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem

- der Klemmring (4) der Vorrichtung um die Haube (1) gelegt wird,
- in einem Abstand von der Auflage (2) festgezogen wird, der geringer ist als die Differenz zwischen der Länge der sich senkrecht zur Ringebene am Klemmring (4) erstreckenden Schrauben (8) und der Länge der Gewindehülsen (7), und
- die Schrauben (8) anschließend gleichmäßig ange zogen werden, bis sich die Haube (1) durch Abstüt zen der Schrauben (8) an der Auflage (2) von die ser löst.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Schrauben (8) vor dem Festziehen des Klemmringes (4) in Befestigungsbohrungen (10) der Auflage (2) eingesetzt werden.