DE102008019427A1

DE102008019427A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Diffusionsbehandlung von Werkstücken

Info

Publication number: DE102008019427A1
Application number: DE102008019427A
Authority: DE
Inventors: Udo Willkommen; Christian Klenke; Thomas Bock; Andreas Dutkowiak; Peter Linhart; Sebastian Müller; Christian Brückner; Vivian Prof. Alberts
Original assignee: Von Ardenne Anlagentechnik GmbH
Current assignee: Von Ardenne GmbH
Priority date: 2008-04-17
Filing date: 2008-04-17
Publication date: 2009-10-29

Abstract

Bei einem Verfahren zur Diffusionsbehandlung von Werkstücken, bei dem dieselben Werkstücke mindestens zwei aufeinanderfolgenden, unter Prozessatmosphäre in je einer Reaktionskammer stattfindenden Diffusionsprozessen unterzogen werden, wird vorgeschlagen, dass die Werkstücke zwischen aufeinanderfolgenden Diffusionsprozessen durch einen zwischen den Reaktionskammern angeordneten evakuierten Bereich bewegt werden. Zur Durchführung des vorgeschlagenen Verfahrens wird bei einer Vorrichtung zur Diffusionsbehandlung von Werkstücken, die eine erste Reaktionskammer mit Mitteln zur Evakuierung, Mitteln zur Gaszufuhr und Mitteln zur Beheizung der ersten Reaktionskammer umfasst, vorgeschlagen, dass mindestens eine zweite Rekationskammer mit Mitteln zur Evakuierung, Mitteln zur Gaszufuhr und Mitteln zur Beheizung der zweiten Reaktionskammer vorgesehen ist und dass zwischen zwei aufeinanderfolgenden Reaktionskammern eine Transferkammer mit Mitteln zur Evakuierung und Mitteln zur Gaszufuhr angeordnet ist.

Description

Nachfolgend werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Diffusionsbehandlung von Werkstücken, beispielsweise bei der Herstellung einer Absorberschicht für photovoltaische Energiewandler, beschrieben.
Die Implantation von Fremdatomen eines so genannten Dotanden in eine Schicht oder in das Grundmaterial eines elektronischen Bauteiles oder eines integrierten Schaltkreises wird vorgenommen, um die Eigenschaften dieser Schicht, meistens die Leitfähigkeit oder die Kristallstruktur, gezielt zu verändern. Es gibt hierfür verschiedene Verfahren, z. B. Diffusion, Resublimation aus der Gasphase, Co-Verdampfung, Co-Abscheidung oder Beschuss mittels hochenergetischen Teilchenkanonen (Ionenimplantation). Beispielsweise werden Atome des Dotanden in so genannten Diffusionsöfen bei hohen Temperaturen in das Halbleitermaterial eingebracht, um dort gezielt die elektrische Leitfähigkeit oder mechanische Eigenschaften des Werkstoffs zu beeinflussen. Einige derartige Prozesse finden bei einem Druck statt, der geringer ist als der Atmosphärendruck bei Normalbedingungen.
Photovoltaische Energiewandler, die auch als Solarzellen bezeichnet werden, sind elektronische Bauelemente, die die Energie des Sonnenlichts direkt in elektrische Energie umwandeln. Nach ihrem Aufbau unterscheidet man Dickschicht- und Dünnschicht-Solarzellen. Dünnschicht-Solarzellen weisen häufig einen mehrschichtigen Aufbau auf, wobei die Energieumwandlung in der so genannten Absorberschicht stattfindet, die meist aus einem so genannten Verbindungshalbleiter gefertigt ist. Verbindungshalbleiter mit hohem Absorptionsvermögen wie die Chalkopyrite, eine Gruppe von I-III-VI Verbindungen, werden als Absorber in Dünnschicht-Photovoltaikmodulen mit Wirkungsgraden über 10% bereits industriell hergestellt. Als Halbleiter für die Photovoltaik werden neben CuInS2 vor allem CuInSe2 sowie deren Derivate Cu(In,Ga)S2 bzw. Cu(In,Ga)Se2 verwendet. Als einwertiges Element wird neben Kupfer auch Silber, als dreiwertige Elemente neben Indium und Gallium auch Aluminium und Eisen, und als sechswertige Elemente neben Schwefel auch Selen und Tellur verwendet. Durch Veränderung der Zusammensetzung können die Gitterkonstante und der Bandabstand des Halbleiters in gewissen Grenzen eingestellt werden.
Zur Herstellung einer Dünnschichtsolarzelle werden auf einem Trägersubstrat, beispielsweise Flachglas, die benötigten Schichten nacheinander abgeschieden. Der Rückseitenkontakt kann beispielsweise durch eine erste Elektrode in Form einer Molybdänschicht von 500 bis 1000 nm Dicke gebildet sein, die in einem Sputterprozess direkt auf das Trägersubstrat aufgebracht wurde. Die Absorberschicht kann gemäß einer Ausgestaltung des Verfahrens durch gleichzeitiges Sputtern von Kupfer mit Gallium oder/und Indium und anschließendes Dotieren mit Selen oder/und Schwefel hergestellt werden, wobei Selen oder/und Schwefel unter hoher Temperatur aus der Gasphase von H2Se bzw. H2S abgeschieden wird. Anschließend wird als zweite Elektrode eine transparente Frontkontaktschicht hergestellt. Zwischen den einzelnen hier genannten Schichten können weitere Schichten angeordnet sein, auf die an dieser Stelle nicht weiter eingegangen wird.
Bei der Verwendung bekannter Diffusionsöfen ist der maximalen Größe der verwendbaren Trägersubstrate eine Grenze gesetzt, die durch die maximal verfügbare Größe der Diffusionskammer definiert ist. Um Verunreinigungen des Prozesses durch das Wandmaterial der Diffusionskammer zu verhindern und gleichzeitig deren Temperaturbeständigkeit und eine ausreichende Festigkeit hinsichtlich der Druckdifferenz zwischen dem Innenraum der Diffusionskammer und der Atmosphäre sowie eine ausreichende chemische Beständigkeit zu gewährleisten, wird diese aus einem Quarzrohr gefertigt. Das größte derzeitig kommerziell verfügbare Quarzrohr hat jedoch nur einen Durchmesser von 640 mm und weist eine Wandstärke von ca. 10 mm auf. Durch diese Maße ist der Rahmen für die Größe der behandelbaren Trägersubstrate begrenzt, zumal bei der gleichzeitigen Diffusionsbehandlung einer gestapelten Anordnung flächiger Substrate nicht der gesamte, kreisrunde Querschnitt des Quarzrohrs nutzbar ist. Hinzu kommt, dass auch die Trägereinrichtung, auf der die Trägersubstrate in gestapelter Anordnung gelagert sind, einen Teil des Querschnitts des Quarzrohrs in Anspruch nimmt. Weiterhin kann in einem derartigen Diffusionsofen nur jeweils ein Diffusionsprozess durchgeführt werden. Muss ein zweiter Diffusionsprozess an demselben Trägersubstraten durchgeführt werden, so müssen entweder die Trägersubstrate aus dem ersten Diffusionsofen entfernt und in einen zweiten Diffusionsofen eingebracht werden oder in dem ersten Diffusionsofen muss ein Gaswechsel des Prozessgases durchgeführt werden. Dazu erfolgt meist ein Zwischenschritt, in dem mit einem Spülgas gespült wird, um danach das Reaktivgas für den zweiten Diffusionsprozess einzulassen und dabei wieder aufzuheizen.
Bei einem Verfahren zur Diffusionsbehandlung von Werkstücken, bei dem dieselben Werkstücke mindestens zwei aufeinanderfolgenden, unter Prozessatmosphäre in je einem Reaktionsbereich, beispielsweise einer Reaktionskammer, stattfindenden Diffusionsprozessen unterzogen werden, wird daher vorgeschlagen, dass die Werkstücke zwischen aufeinanderfolgenden Diffusionsprozessen durch einen zwischen den Reaktionsbereichen, beispielsweise zwei aufeinanderfolgenden Reaktionskammern, angeordneten Transferbereich bewegt werden. Auf diese Weise wird die Durchführung von zwei oder mehr aufeinander folgenden Diffusionsprozessen an denselben Werkstücken einfacher, schneller und kostengünstiger. Die Durchführung des Verfahrens ermöglicht eine mehrstufige Diffusionsbehandlung von Werkstücken im Durchlaufverfahren.
Der Begriff „unter Prozessatmosphäre” bedeutet im Zusammenhang mit den hier beschriebenen Verfahren und Vorrichtungen eine Atmosphäre, die ein Gas oder Gasgemisch aus einem Inertgas oder/und einem Reaktivgas enthält.
In einer Ausgestaltung des Verfahrens, bei dem die Werkstücke durch eine erste Eintrittsöffnung in eine erste Reaktionskammer eingebracht werden, wobei die erste Reaktionskammer evakuiert und mit einem ersten Reaktivgas befüllt ist und in der ersten Reaktionskammer eine erste Prozesstemperatur herrscht, die Werkstücke für eine erste Prozesszeit in der ersten Reaktionskammer gehalten und anschließend aus der ersten Reaktionskammer entnommen werden, ist vorgesehen, dass die Werkstücke durch eine der ersten Eintrittsöffnung gegenüberliegende erste Austrittsöffnung aus der ersten Reaktionskammer entnommen und durch eine evakuierbare, mit einem Spülgas spülbare Transferkammer zu einer zweiten Reaktionskammer bewegt werden, durch eine zweite Eintrittsöffnung in die zweite Reaktionskammer eingebracht werden, wobei die zweite Reaktionskammer mit einem zweiten Reaktivgas befällt ist und in der zweiten Reaktionskammer eine zweite Prozesstemperatur herrscht, die Werkstücke für eine zweite Prozesszeit in der zweiten Reaktionskammer gehalten und anschließend durch eine der zweiten Eintrittsöffnung gegenüberliegende zweite Austrittsöffnung aus der zweiten Reaktionskammer entnommen werden.
Bei dem vorgeschlagenen Verfahren kann weiter vorgesehen sein, dass die Werkstücke vor dem ersten oder/und zwischen zwei aufeinanderfolgenden oder/und nach dem letzten Diffusionsprozess mit einem Spülgas gespült werden. Auf diese Weise werden möglicherweise in der Nähe der Werkstücke verbliebene Moleküle des in dem vorhergehenden Diffusionsprozess verwendeten Reaktivgases entfernt, so dass der nachfolgende Diffusionsprozess nicht negativ beeinflusst wird und dass Reste der teils giftigen Reaktivgase vor der Entnahme der Werkstü cke aus der Vorrichtung, in der das Verfahren durchgeführt wird, nicht in die Atmosphäre gelangen.
Weiter kann vorgesehen sein, dass die Werkstücke vor dem Einbringen in den ersten Reaktionsbereich oder/und nach dem Entnehmen aus dem letzten Reaktionsbereich in einem Transferbereich, der beispielsweise evakuierbar oder/und mit einem Inertgas befüllbar sein kann, bereitgestellt werden. Hierdurch bleiben die in den Reaktionsbereichen ablaufenden Diffusionsprozesse ungestört von der außerhalb der Vorrichtung, in der das Verfahren durchgeführt wird, herrschenden Atmosphäre und die ansonsten unvermeidlichen Wärmeverluste werden größtenteils verhindert, so dass die Temperaturverhältnisse in den Reaktionsbereichen außergewöhnlich stabil gehalten werden können.
Zur Durchführung des vorgeschlagenen Verfahrens wird bei einer Vorrichtung zur Diffusionsbehandlung von Werkstücken, die einen ersten Reaktionsbereich, beispielsweise eine Reaktionskammer, mit Mitteln zur Evakuierung, Mitteln zur Gaszufuhr und Mitteln zur Beheizung des ersten Reaktionsbereichs umfasst, vorgeschlagen, dass mindestens ein zweiter Reaktionsbereich, beispielsweise eine Reaktionskammer, mit Mitteln zur Evakuierung, Mitteln zur Gaszufuhr und Mitteln zur Beheizung des zweiten Reaktionsbereichs vorgesehen ist und dass zwischen zwei aufeinanderfolgenden Reaktionsbereichen ein Transferbereich, beispielsweise eine Transferkammer, mit Mitteln zur Evakuierung und Mitteln zur Gaszufuhr angeordnet ist.
Wenn die Reaktionsbereiche durch Reaktionskammern realisiert sind, so können an den Ein- und Austrittsöffnungen der Reaktionskammern Mittel zum Verschließen derselben vorgesehen sein, jedoch kann es bei geeigneter Ausgestaltung der Vorrichtung zur Atmosphärentrennung auch ausreichend sein, im Bereich der Ein- und Austrittsöffnungen der Reaktionskammern Mittel zur Evakuierung oder/und Gasduschen oder/und andere geeignete Mittel vorzusehen. Wenn an den Ein- und Austrittsöffnungen der Reaktionskammern Mittel zum Verschließen der Reaktionskammern vorgesehen sind, so können diese beispielsweise als Klappenventile ausgeführt sein.
Durch die Anordnung eines Transferbereichs zwischen zwei aufeinander folgenden Reaktionsbereichen ist es möglich, die Werkstücke von einem Reaktionsbereich in einen anschließenden Reaktionsbereich zu bewegen, ohne die Werkstücke zwischendurch der Atmosphäre auszusetzen. Auf diese Weise werden Verunreinigungen der Werkstücke vermieden, die in den Werkstücken aus dem vorangehenden Diffusionsprozess gespeicherte Wärmeenergie wird für den anschließenden Diffusionsprozess größtenteils erhalten und die Durchführung mehrerer Diffusionsprozesse kann im Durchlaufverfahren und damit einfacher, schneller und kostengünstiger als bei bekannten Vorrichtungen zur Diffusionsbehandlung erfolgen.
In Ausgestaltungen der vorgeschlagenen Vorrichtung ist vorgesehen, dass vor dem ersten Reaktionsbereich oder/und nach dem letzten Reaktionsbereich ein Transferbereich angeordnet ist. Der vor dem ersten Reaktionsbereich angeordnete Transferbereich ermöglicht es, Werkstücke so rechtzeitig bereitzustellen, dass diese ohne Störung der in dem jeweiligen Reaktionsbereich herrschenden Prozessatmosphäre in den Reaktionsbereich eingebracht werden können, sobald die zuvor darin behandelten Werkstücke aus dem Reaktionsbereich entfernt wurden. Der nach dem letzten Reaktionsbereich angeordnete Transferbereich stellt einen Pufferbereich für die Werkstücke dar, die alle Reaktionsbereiche durchlaufen haben, bevor diese aus der Vorrichtung entnommen werden.
In Weiterbildung der beschriebenen Vorrichtung wird vorgeschlagen, dass eine alle Reaktionskammern einschließende Außenkammer mit einer Eintrittsschleuse und einer Austrittsschleuse und mit Mitteln zur Evakuierung vorgesehen ist, deren vor, hinter und zwischen den Reaktionskammern liegende Bereiche die Transferkammern bilden. Mit anderen Worten soll eine Außenkammer vorgesehen werden, in deren Innenraum alle Reaktionskammern beispielsweise nebeneinander oder hintereinander angeordnet sind, dass die zwischen ihnen verblei benden Freiräume als evakuierbare Transferkammern wirken. Dies kann bei entsprechender Gestaltung der Außenkammer im Verhältnis zur Anordnung der Reaktionskammern in ihrem Innern dazu führen, dass alle vor, zwischen und hinter den Reaktionskammern liegenden, als Transferkammern wirkenden Freiräume miteinander verbunden sind. In diesem Fall können beispielsweise die Mittel zur Evakuierung der Außenkammer zwischen zwei Transferkammern angeordnet werden, so dass diese Mittel zur Evakuierung die gleichzeitige Evakuierung der angrenzenden Transferkammern bewirken.
Weiter kann vorgesehen sein, dass die Außenkammer Mittel zur Gaszufuhr aufweist. Dabei ist in einer Ausgestaltung der Vorrichtung vorgesehen, dass die Mittel zur Gaszufuhr in die Außenkammer so ausgebildet sind, dass im Bereich der Eintrittsöffnung oder/und Austrittsöffnung mindestens einer Reaktionskammer Gasauslässe vorgesehen sind. Hierdurch ist es möglich, die Werkstücke vor dem ersten oder/und zwischen zwei aufeinanderfolgenden oder/und nach dem letzten Diffusionsprozess mit einem Spülgas zu spülen. In weiterer Ausgestaltung der Vorrichtung sind die Gasauslässe der Mittel zur Gaszufuhr in die Außenkammer getrennt steuerbar, so dass Spülgas jeweils nur an den Orten und zu den Zeitpunkten ausgegeben wird, an denen dort Werkstücke vorbeitransportiert werden.
Zum Transport der Werkstücke durch die Vorrichtung kann eine Transporteinrichtung vorgesehen sein, die beispielsweise zwei oder mehr unabhängig voneinander steuerbare Abschnitte aufweisen kann. Dadurch können mehrere Werkstücke oder mehrere Chargen von Werkstücken, die sich gleichzeitig innerhalb der Vorrichtung befinden, unabhängig voneinander zwischen zwei Abschnitten der Vorrichtung, beispielsweise einer Reaktionskammer und einer Transferkammer, hin und her bewegt oder bedarfsweise in einem solchen Abschnitt gehalten werden, um sie einer Diffusionsbehandlung auszusetzen oder vor dem ersten oder nach dem letzten Diffusionsprozess oder zwischen zwei Diffusionsprozessen zwischen zu lagern.
Es kann weiter vorgesehen sein, dass alle Reaktionskammern einen in der Transportrichtung der Werkstücke durch die Reaktionskammer gesehen rechteckigen Querschnitt aufweisen. Einerseits sind dadurch größere Querschnitte darstellbar als bei den üblichen, aus einem Quarzrohr gebildeten Reaktionskammern, so dass auch die zu behandelnden Werkstücke wesentlich größer sein können als bei Verwendung bekannter Diffusionsöfen. Dadurch werden das zu evakuierende Volumen der Reaktionskammer sowie das benötigte Volumen an Reaktivgas, bezogen auf die behandelbare Werkstoffoberfläche pro Charge, deutlich verringert.
Dabei kann weiter vorgesehen sein, dass die Reaktionskammern von ebenen Quarz- oder Keramikplatten begrenzt sind. Für den Fall, dass die Transferkammern zwischen den Reaktionskammern angeordnet sind, müssen die Quarzplatten an ihren zur Atmosphäre weisenden Außenflächen durch Stützstrukturen, beispielsweise die Quarzplatten einhüllende Stahlplatten, umhüllt sein, damit die Quarzplatten dem Druckunterschied zwischen der Atmosphäre und dem in der Reaktionskammer herrschenden Druck widerstehen können, falls dieser wesentlich geringer ist als der Atmosphärendruck. Wenn jedoch eine Außenkammer vorgesehen ist, die die Reaktionskammern vollständig einschließt und die ihrerseits evakuierbar ist, so ist es nicht nötig, derartige Stützstrukturen vorzusehen, da in diesem Fall sowohl innerhalb wie auch außerhalb der Reaktionskammer der gleiche Druck herrscht und dadurch auch ebene Quarzplatten der Einwirkung einer möglicherweise verbleibenden Druckdifferenz standhalten können.
In einer weiteren Ausgestaltung der vorgeschlagenen Vorrichtung ist vorgesehen, dass alle Reaktionskammern durch die Mittel zur Evakuierung der Außenkammer evakuierbar sind. Der bauliche Aufwand für die Vorrichtung verringert sich dadurch deutlich, weil keine dedizierten Vakuumpumpen für jede einzelne Reaktionskammer benötigt werden. Falls jedoch Reaktionskammern über eigene Vakuumpumpen verfügen, so kann vorgesehen sein, dass die Mittel zur Evakuierung jeder Reaktionskammer getrennt steuerbar sind, wodurch es möglich ist, die Vakuumbedingungen innerhalb der einzelnen Reaktionskammer unterschiedlich zu gestalten, beispielsweise um sie an den in der jeweiligen Reaktionskammer stattfindenden Diffusionsprozess anzupassen.
Zur besseren Anpassung der Prozessbedingungen an den in der jeweiligen Reaktionskammer stattfindenden Diffusionsprozess kann weiterhin vorgesehen sein, dass die Mittel zur Gaszufuhr jeder Reaktionskammer oder/und die Mittel zur Beheizung jeder Reaktionskammer getrennt steuerbar sind. Außerdem kann die beschriebene Vorrichtung so gestaltet sein, dass die Mittel zur Beheizung mindestens einer Reaktionskammer an der Außenseite der Reaktionskammer angeordnet sind.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels und einer zugehörigen Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen
1 eine beispielhafte Ausführungsform der beschriebenen Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens im Längsschnitt,
2 die Ausführungsform aus 1 in einer Draufsicht,
3 eine zweite Ausführungsform in einer Draufsicht,
4 eine dritte Ausführungsform in einer Draufsicht,
5 eine dritte Ausführungsform in einer Draufsicht.
Die Darstellung der verschiedenen Anlagenkomponenten ist in den Figuren stark schematisiert und sollte in keiner Weise einschränkend verstanden werden. Beispielsweise ist es dem Fachmann ohne weiteres geläufig, wie die Mittel zur Beheizung der Reaktionskammern gestaltet und angeordnet werden können, um eine möglichst gleichmäßige Temperaturverteilung zu erzielen. Hierzu können beispielsweise die Mittel zur Beheizung flächig ausgebildet und an der Außenseite der Reaktionskammer angeordnet sein. In analoger Weise ist es eine Routinearbeit für den Fachmann, die Form und Anordnung der anderen Komponenten, wie der Mittel zur Evakuierung, Mittel zur Gaszufuhr, Transporteinrichtung usw. so zu gestalten, dass das gewünschte Ergebnis erzielt wird.
In dem Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Diffusionsbehandlung von Werkstücken, wie es in 1 und 2 dargestellt ist, sind in einer Außenkammer 1 mit einer Eintrittsschleuse 13 und einer Austrittsschleuse 14 zwei Reaktionskammern 2 zur Durchführung verschiedener Diffusionsprozesse linear hintereinander angeordnet.
Vor, hinter und zwischen den Reaktionskammern 2 sind Transferkammern 16 gebildet. Sie werden durch die jeweiligen vor, hinter und zwischen den Reaktionskammern 2 liegenden Abschnitte der Außenkammer 1 repräsentiert, da die Außenkammer 1 selbst evakuiert ist und auf diese Weise sichergestellt ist, dass die Werkstücke zwischen den aufeinanderfolgenden Diffusionsprozessen durch einen zwischen den Reaktionskammern 2 angeordneten evakuierten Bereich bewegt werden.
Zu diesem Zweck sind in den Bereichen der Außenkammer 1, die die Transferkammern 16 bilden, Mittel zur Evakuierung 11 angeordnet. Weiterhin sind in der Außenkammer 1 unmittelbar vor und hinter jeder Reaktionskammer 2 Mittel zur Gaszufuhr 12 vorgesehen, die so ausgebildet sind, dass im Bereich der Eintrittsöffnung und Austrittsöffnung jeder Reaktionskammer 2 Gasauslässe vorgesehen sind. Dadurch werden die Werkstücke vor, zwischen und nach dem letzten Diffusionsprozess mit einem Spülgas gespült. Die Mittel zur Evakuierung 11 und die Mittel zur Gaszufuhr 12 der Außenkammer 1 sind getrennt und unabhängig voneinander steuerbar.
Die beiden Reaktionskammern 2 sind quaderförmig und von ebenen Quarzplatten begrenzt, so dass sie einen rechteckigen Querschnitt aufweisen. Beide Reaktionskammern 2 weisen jeweils getrennt und unabhängig voneinander steuerbare Mittel zur Evakuierung 21, Mittel zur Gaszufuhr 22 und Mittel zur Beheizung 23 der Reaktionskammern 2 auf.
Weiterhin ist eine Transporteinrichtung 15 zum Transport der Werkstücke durch die Vorrichtung vorgesehen, die mehrere hintereinander angeordnete Abschnitte aufweist. Die Transporteinrichtung 15 erstreckt sich durch die gesamte Außenkammer 1 und durch beide Reaktionskammern 2, wobei die in den Transferkammern 16 liegenden Abschnitte und die in den Reaktionskammern 2 liegenden Abschnitte der Transporteinrichtung 15 getrennt und unabhängig voneinander steuerbar sind. Die einzelnen Abschnitte der Transporteinrichtung 15 wirken dabei so zusammen, dass Substrate von einem Abschnitt auf den nächsten angrenzenden Abschnitt übergeben werden können, so dass ein Transport der Substrate durch die gesamte Vorrichtung sichergestellt ist.
Bei der Draufsicht auf die Vorrichtung in 2 wurde aus Übersichtlichkeitsgründen auf die Darstellung einiger Komponenten der Vorrichtung verzichtet, um den prinzipiellen Aufbau der Reaktionskammern 2 innerhalb der Außenkammer 1 zu verdeutlichen. Das gleiche gilt für die in den 3, 4 und 5 dargestellten Ausführungsbeispiele.
In 4 ist eine Ausführungsform der Vorrichtung zur Diffusionsbehandlung von Werkstücken gezeigt, bei der, ähnlich wie bei der Vorrichtung aus den 1 und 2, zwei Reaktionskammern 2 linear hintereinander angeordnet sind. Allerdings ist diese Vorrichtung modular aufgebaut. Jede Reaktionskammer 2 ist in einer eigenen Außenkammer 1 angeordnet. Jede Außenkammer 1 verfügt vor der jeweiligen Reaktionskammer 2 über einen Bereich, der im Betrieb der Vorrichtung als Transferkammer 16 wirkt. Die Außenkammern 1 sind so miteinander verbunden, dass sie gemeinsam einen Vakuumbehälter bilden, zu dem weiterhin eine an die zweite Außenkammer 1 anschließende, separate Transferkammer 3 gehört. Die Eingangsschleuse 13 der Vorrichtung ist am vorderen Ende der ersten Außenkammer 1 angebracht, während die Ausgangsschleuse 14 am Ende der separaten Transferkammer 3 angebracht ist.
Der modulare Aufbau ermöglicht eine flexible Konfiguration der Vorrichtung, wobei selbstverständlich auch Vorrichtungen mit nur einer oder mehr als zwei Reaktionskammern 2 möglich sind. In gleicher Weise kann die Anordnung der Transferkammern 3, 16 variiert werden oder einzelne Transferkammern 3, 16 vergrößert oder weggelassen werden. Die Transferkammern 16 können auch ausschließlich als separate Transferkammern 3 ausgeführt sein, so dass jede Außenkammer 1 nur unwesentlich größer ist als die darin angeordnete Reaktionskammer 2.
Bei dem Ausführungsbeispiel in 3 handelt es sich wiederum um die Anordnung zweier Reaktionskammern 2 innerhalb einer gemeinsamen Außenkammer 1, wobei jedoch die Reaktionskammern 2 nebeneinander angeordnet ist, so dass zwischen den Reaktionskammern 2 ein Wechsel der Transportrichtung der Substrate erfolgt. Dadurch sind die Eingangsschleuse 13 und die Ausgangsschleuse 14 der Vorrichtung nebeneinander auf derselben Seite der Außenkammer 1 angeordnet.
In ähnlicher Weise sind bei dem Ausführungsbeispiel in 5 drei Reaktionskammern 2 innerhalb einer gemeinsamen Außenkammer 1 nebeneinander angeordnet, so dass zwischen der ersten und zweiten Reaktionskammer 2 und zwischen der zweiten und dritten Reaktionskammer 2 ein Wechsel der Transportrichtung der Substrate erfolgt. Dadurch sind bei diesem Ausführungsbeispiel die Eingangsschleuse 13 und die Ausgangsschleuse 14 der Vorrichtung an gegenüberliegenden Seiten der Außenkammer 1 angeordnet.

1: Außenkammer
11: Mittel zur Evakuierung
12: Mittel zur Gaszufuhr
13: Eingangsschleuse
14: Ausgangsschleuse
15: Transporteinrichtung
16: Transferbereich/Transferkammer
2: Reaktionsbereich/Reaktionskammer
21: Mittel zur Evakuierung
22: Mittel zur Gaszufuhr
23: Mittel zur Beheizung
3: separate Transferkammer

Claims

Verfahren zur Diffusionsbehandlung von Werkstücken, bei dem dieselben Werkstücke mindestens zwei aufeinanderfolgenden, unter Prozessatmosphäre in je einer Reaktionskammer (2) stattfindenden Diffusionsprozessen unterzogen werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstücke zwischen aufeinanderfolgenden Diffusionsprozessen durch einen zwischen den Reaktionskammern (2) angeordneten Transferbereich (16) bewegt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstücke durch eine erste Eintrittsöffnung in eine erste Reaktionskammer (2) eingebracht werden, wobei die erste Reaktionskammer (2) evakuiert und mit einem ersten Reaktivgas befüllt ist und in der ersten Reaktionskammer (2) eine erste Prozesstemperatur herrscht, die Werkstücke für eine erste Prozesszeit in der ersten Reaktionskammer (2) gehalten und anschließend aus der ersten Reaktionskammer (2) entnommen werden, die Werkstücke durch eine der ersten Eintrittsöffnung gegenüberliegende erste Austrittsöffnung aus der ersten Reaktionskammer (2) entnommen und durch eine evakuierte, mit einem Spülgas spülbare Transferkammer (3, 16) zu einer zweiten Reaktionskammer (2) bewegt werden, durch eine zweite Eintrittsöffnung in die zweite Reaktionskammer (2) eingebracht werden, wobei die zweite Reaktionskammer (2) mit einem zweiten Reaktivgas befüllt ist und in der zweiten Reaktionskammer (2) eine zweite Prozesstemperatur herrscht, die Werkstücke für eine zweite Prozesszeit in der zweiten Reaktionskammer (2) gehalten und anschließend durch eine der zweiten Eintrittsöffnung gegenüberliegende zweite Austrittsöffnung aus der zweiten Reaktionskammer (2) entnommen werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstücke vor dem ersten oder/und zwischen zwei aufeinanderfolgenden oder/und nach dem letzten Diffusionsprozess mit einem Spülgas gespült werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstücke vor dem Einbringen in die erste Reaktionskammer (2) in einer evakuierten Umgebung (3, 16) bereitgestellt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstücke nach dem Entnehmen aus der letzten Reaktionskammer (2) in einer evakuierten Umgebung (3, 16) bereitgestellt werden.
Vorrichtung zur Diffusionsbehandlung von Werkstücken, umfassend eine erste Reaktionskammer (2) mit Mitteln zur Evakuierung (21), Mitteln zur Gaszufuhr (22) und Mitteln zur Beheizung (23) der ersten Reaktionskammer (2), dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine zweite Reaktionskammer (2) mit Mitteln zur Evakuierung (21), Mitteln zur Gaszufuhr (22) und Mitteln zur Beheizung (23) der zweiten Reaktionskammer (2) vorgesehen ist und dass zwischen zwei aufeinanderfolgenden Reaktionskammern (2) eine Transferkammer (3, 16) mit Mitteln zur Evakuierung (11) und Mitteln zur Gaszufuhr (12) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass vor der ersten Reaktionskammer (2) eine Transferkammer (3, 16) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass nach der letzten Reaktionskammer (2 eine Transferkammer (3, 16) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine alle Reaktionskammern (2) einschließende Außenkammer (1) mit einer Eintrittsschleuse (13) und einer Austrittsschleuse (14) und mit Mitteln zur Evakuierung (11) vorgesehen ist, deren vor, hinter und zwischen den Reaktionskammern (2) liegende Bereiche die Transferkammern (16) bilden.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenkammer (1) weiterhin Mittel zur Gaszufuhr (12) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Gaszufuhr (12) in die Außenkammer (1) so ausgebildet sind, dass im Bereich der Eintrittsöffnung oder/und Austrittsöffnung mindestens einer Reaktionskammer (2) Gasauslässe vorgesehen sind.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasauslässe der Mittel zur Gaszufuhr (12) in die Außenkammer (1) getrennt steuerbar sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Transporteinrichtung (15) zum Transport der Werkstücke durch die Vorrichtung vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Transporteinrichtung (15) mindestens zwei unabhängig voneinander steuerbare Abschnitte aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass alle Reaktionskammern (2) einen rechteckigen Querschnitt aufweisen.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass alle Reaktionskammern (2) von ebenen Quarz- oder Keramikplatten begrenzt sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass alle Reaktionskammern (2) durch die Mittel zur Evakuierung (11) der Außenkammer (1) evakuierbar sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Evakuierung (21) jeder Reaktionskammer (2) getrennt steuerbar sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Gaszufuhr (22) jeder Reaktionskammer (2) getrennt steuerbar sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Beheizung (23) jeder Reaktionskammer (2) getrennt steuerbar sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Beheizung (23) mindestens einer Reaktionskammer (2) an der Außenseite der Reaktionskammer (2) angeordnet sind.