DE102018215284B4 - Pipe plug for a process pipe and process unit - Google Patents

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Abstract

Rohrverschluss (4) für ein Prozessrohr (6) zum thermischen Behandeln von Substraten, insbesondere Halbleitersubstraten, im Unterdruck, wobei das Prozessrohr (6) ein geschlossenes Ende (11) und ein offenes Ende (12) aufweist, wobei das Prozessrohr (6) in einem Prozessbereich einen ersten Innendurchmesser (PRD1) und benachbart zum offenen Ende (12) einen zweiten, größeren Innendurchmesser (PRD2) aufweist, wobei das Prozessrohr (6) am offenen Ende (12) eine erste axial weisende Anlagekante (22) und am Übergang zwischen erstem und zweitem Innendurchmesser (PRD1-PRD2) eine zum offenen Ende (12) gerichtete, zweite axial weisende Anlagekante (20) aufweist, wobei der Rohrverschluss (4) folgendes aufweist:ein erstes Türelement (42) mit einem ersten Außendurchmesser (RVD1), der größer ist als der zweite Innendurchmesser (PRD2) des Prozessrohrs (6) und mit einer ringförmigen Anlagefläche, die mit oder ohne Zwischenlage einer Dichtung zur Anlage an der ersten Anlagekante (22) des Prozessrohrs (4) bemessen ist;ein zweites, topfförmiges Element (38) miteiner umlaufenden ersten Seitenwand (57) und einem Boden (56), die einen Aufnahmeraum bilden, wobei die erste Seitenwand (57) einen zweiten Außendurchmesser (RVD2) aufweist, der kleiner ist als der erste Innendurchmesser (PRD1) des Prozessrohrs (6),einem in Axialrichtung vom Boden (56) beabstandeten und sich von der ersten Seitenwand (57) radial erstreckenden Flansch (58), der einen dritten Außendurchmesser (RVD3) aufweist, der größer als der erste Innendurchmesser (PRD1) des Prozessrohrs (6) und kleiner als der zweite Innendurchmesser (PRD2) des Prozessrohrs (6) ist, wobei der Flansch (58) eine axial weisende Anlagefläche (62) aufweist, die zur Anlage an der zweiten Anlagekante (20) des Prozessrohrs bemessen ist, undwenigstens einem Wärmeisolierungselement in dem durch erste Seitenwand (57) und Boden (56) gebildeten Aufnahmeraum;wobei das zweite Element (38) in einer Axialrichtung beweglich an dem ersten Türelement (42) angebracht ist und über eine Vorspanneinheit (40) in einer Richtung weg vom ersten Türelement (42) vorgespannt ist, wobei die Bewegung weg vom ersten Türelement (42) begrenzt ist,wobei der Flansch (58) des zweiten Elements (38) in der Axialrichtung näher am ersten Türelement (42) liegt als die erste Seitenwand (57), undwobei der Bereich zwischen dem Flansch (58) des zweiten Elements (38) und dem ersten Türelement (42) frei von einer Wärmeisolierung ist.Tube closure (4) for a process tube (6) for the thermal treatment of substrates, in particular semiconductor substrates, under reduced pressure, the process tube (6) having a closed end (11) and an open end (12), the process tube (6) in a process area has a first inner diameter (PRD1) and adjacent to the open end (12) a second, larger inner diameter (PRD2), wherein the process tube (6) has a first axially pointing contact edge (22) at the open end (12) and at the transition between first and second inner diameter (PRD1-PRD2) has a second axially pointing contact edge (20) directed towards the open end (12), the pipe closure (4) having the following:a first door element (42) with a first outer diameter (RVD1), which is larger than the second inside diameter (PRD2) of the process pipe (6) and with an annular abutment surface which, with or without the interposition of a seal, abuts against the first abutment edge (22) of the process pipe (4) is sized; a second cup-shaped member (38) having a peripheral first sidewall (57) and a bottom (56) defining a receiving space, said first sidewall (57) having a second outer diameter (RVD2) smaller than that first inside diameter (PRD1) of the process tube (6),a flange (58) axially spaced from the bottom (56) and radially extending from the first sidewall (57) and having a third outside diameter (RVD3) greater than the first Inner diameter (PRD1) of the process pipe (6) and smaller than the second inner diameter (PRD2) of the process pipe (6), the flange (58) having an axially facing abutment surface (62) for abutting against the second abutment edge (20) of the process pipe, andat least one thermal insulation element in the accommodation space defined by the first side wall (57) and floor (56);wherein the second element (38) is movably attached to the first door element (42) in an axial direction and is biased via a biasing unit (40) in a direction away from the first door panel (42), movement away from the first door panel (42) being limited, with the flange (58) of the second panel (38) closer in the axial direction on the first door panel (42) as the first side wall (57), and wherein the area between the flange (58) of the second panel (38) and the first door panel (42) is free of thermal insulation.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Rohrverschluss für ein Prozessrohr zum thermischen Behandeln von Substraten, insbesondere Halbleitersubstraten, im Unterdruck, sowie eine Prozesseinheit zum thermischen Behandeln von Substraten, insbesondere Halbleitersubstraten, im Unterdruck, mit einem Prozessrohr und einem Rohrverschluss.The present invention relates to a tube closure for a process tube for the thermal treatment of substrates, in particular semiconductor substrates, in a vacuum, and a process unit for the thermal treatment of substrates, in particular semiconductor substrates, in a vacuum, having a process tube and a tube closure.

In unterschiedlichsten technischen Bereichen ist eine thermische Prozessierung von Substraten im Unterdruck notwendig, bei denen ein Prozessraum des Prozessrohrs zur Aufnahme der Substrate über einen Rohrverschluss gegenüber der Umgebung sowohl thermisch als auch Drucktechnisch isoliert werden muss. Dabei gibt es ganz unterschiedliche Vorrichtungen mit unterschiedlichsten Rohrverschlüssen.Thermal processing of substrates in negative pressure is necessary in a wide variety of technical areas, in which a process chamber of the process tube for receiving the substrates has to be insulated from the environment via a tube closure, both thermally and in terms of pressure. There are very different devices with different pipe closures.

Ein Beispiel einer solchen Vorrichtung, die zur Dotierung und Beschichtung von Halbleitermaterial bei niedrigem Druck geeignet ist, ist in der DE 10 2007 063 363 A1 beschrieben, die im Folgenden als Ausgangsdruckschrift bezeichnet wird. Bei der Behandlung von Halbleitermaterial ist in der Regel eine bestimmte Vakuumdichtheit beispielsweise zum Erreichen eines Drucks unter 300 mBar erforderlich. Gleichzeitig sollten die einen Prozessbereich bildenden Materialien das Halbleitermaterial nicht Kontaminieren und die Ausgangs- und Reaktionsprodukte für die Behandlung sollten nicht mit Materialien in Kontakt kommen, die dadurch angegriffen würden. Bei der in der Ausgangsdruckschrift gezeigten Vorrichtung ist das Prozessrohr aus Quarz ausgebildet und weist ein geschlossenes Ende sowie ein offenes Ende auf. Das Prozessrohr weist einen Prozessbereich mit einem offenen Ende auf, wobei der Prozessbereich einen ersten Innendurchmesser aufweist. Im Bereich des offenen Endes des Prozessbereichs ist am Außenumfang desselben ein Kragen angeglast, der einen Innendurchmesser aufweist, der größer ist als der Außendurchmesser des Prozessbereichs und der das Prozessrohr in Axialrichtung über den Prozessbereich hinaus verlängert. An der Stirnseiten des offenen Endes des Prozessbereichs sowie an der Stirnseite des freien Endes des Kragens werden in Axialrichtung weisende und in Axialrichtung beabstandete Dichtflächen gebildet.An example of such a device, suitable for doping and coating semiconductor material at low pressure, is in US Pat DE 10 2007 063 363 A1 described, which is referred to below as the original publication. When treating semiconductor material, a certain vacuum tightness is generally required, for example to achieve a pressure below 300 mbar. At the same time, the materials forming a process area should not contaminate the semiconductor material and the starting and reaction products for the treatment should not come into contact with materials that would be attacked thereby. In the device shown in the original document, the process tube is made of quartz and has a closed end and an open end. The process tube has an open-ended process section, the process section having a first inner diameter. In the area of the open end of the process area, a collar is glazed on the outer circumference thereof, which has an inner diameter that is larger than the outer diameter of the process area and which extends the process tube in the axial direction beyond the process area. Sealing surfaces pointing in the axial direction and spaced apart in the axial direction are formed on the end face of the open end of the process area and on the end face of the free end of the collar.

Der in der Ausgangsdruckschrift verwendete Rohrverschluss besitzt eine Tür zum abdichtenden Eingriff mit der Dichtfläche am freien Ende des Kragens sowie einen Quarzstopfen an der Innenseite der Tür, der zum Eingriff mit der innenliegenden Dichtfläche am offenen Ende des Prozessbereichs konfiguriert ist. Dabei ist der Quarzstopfen so konfiguriert, dass er den Prozessbereich bündig am offenen Ende über eine Quarz-Quarz Dichtung abschließt. Mithin ist der Gesamte Prozessbereich von Quarz umgeben, das sich als geeignetes Material erwiesen hat, das einerseits Prozesse nicht kontaminiert und andererseits gegenüber Ausgangs- und Reaktionsprodukten von Prozessen sowie hohen Temperaturen unempfindlich ist.The tube closure used in the parent reference has a door for sealing engagement with the sealing surface at the free end of the collar and a quartz plug on the inside of the door configured for engagement with the internal sealing surface at the open end of the process area. The quartz plug is configured in such a way that it seals the process area flush at the open end with a quartz-quartz seal. Consequently, the entire process area is surrounded by quartz, which has proven to be a suitable material that, on the one hand, does not contaminate processes and, on the other hand, is insensitive to the starting and reaction products of processes and to high temperatures.

Die in der Ausgangsdruckschrift beschriebene Vorrichtung ist insbesondere so ausgelegt, dass im Bereich der Quarz-Quarz Dichtung eine hohe Temperatur im Wesentlichen gleich der Prozesstemperatur vorherrscht, um eine Kondensation von Bestandteilen der Prozessgasatmosphäre zu verhindern. So ist speziell die Phosphordotierung bei niedrigem Druck mit Phosphorchlorid als Dotierstoff beschrieben, bei der die Gefahr einer Kondensation von Phosphoroxid an Oberflächen mit einer Temperatur deutlich niedriger als die Prozesstemperatur besteht. Um eine solche Kondensation im Bereich des Rohrverschlusses zu vermeiden liegt die Quarz-Quarz Dichtung im Bereich hoher Temperatur im Wesentlichen gleich der Prozesstemperatur. Durch die hohe Temperatur im Bereich der Quarz-Quarz Dichtung kann hier eine Kondensation von Bestandteilen der Prozessgasatmosphäre in den Fällen verhindert werden, in der bei der Prozesstemperatur keine Kondensation auftritt. Während die Quarz-Quarz Dichtung jedoch keine ausreichende Vakuumdichtheit vorsieht, kann eine solche an der zweiten Dichtung zwischen Tür und Kragen vorgesehen werden, die einerseits auf einer niedrigeren Temperatur gehalten werden kann und die über die Quarz-Quarz Dichtung von der Prozessatmosphäre ausreichend getrennt ist, dass andere Materialien eingesetzt werden können.The device described in the original publication is designed in particular in such a way that in the area of the quartz-quartz seal a high temperature essentially equal to the process temperature prevails in order to prevent condensation of components of the process gas atmosphere. In particular, phosphorus doping at low pressure with phosphorus chloride as the dopant is described, with which there is a risk of phosphorus oxide condensing on surfaces with a temperature that is significantly lower than the process temperature. In order to avoid such condensation in the area of the pipe closure, the quartz-quartz seal is essentially the same as the process temperature in the high-temperature range. Due to the high temperature in the area of the quartz-quartz seal, condensation of components of the process gas atmosphere can be prevented in cases where no condensation occurs at the process temperature. However, while the quartz-quartz seal does not provide sufficient vacuum tightness, one can be provided on the second seal between the door and the collar, which on the one hand can be kept at a lower temperature and is sufficiently separated from the process atmosphere by the quartz-quartz seal, that other materials can be used.

Ferner wird auf JP 2 564 010 B2 hingewiesen, die einen Wärmebehandlungsofen für Halbleiterscheiben aufweist, insbesondere einen Ofen zur Wärmebehandlung von Halbleiterscheiben, bei dem der Ofenabdeckungskörper an dem offenen Ende des Ofenkernrohrkörpers gerieben wird. Die Offenbarung betrifft einen Wärmebehandlungsofen für Halbleiterwafer, in dem eine verlängerte Stufe ausgebildet ist, bei der der Ofenabdeckkörper in Kontakt mit dem Öffnungsende des Ofenkernrohrkörpers gerieben wird.Furthermore, on JP 2 564 010 B2 is pointed out, which comprises a wafer heat treatment furnace, particularly a wafer heat treatment furnace in which the furnace cover body is rubbed at the open end of the furnace core tube body. The disclosure relates to a heat treatment furnace for semiconductor wafers in which an extended step is formed where the furnace cover body is rubbed in contact with the opening end of the furnace core tube body.

Ferner wird auf die CN 107 201 549 A hingewiesen, die einen Rohrverschluss für ein Prozessrohr mit innen und außen liegenden Türelementen aufweist. Das innenliegende Türelement weist einen Teil auf, der sich in das Prozessrohr hinein erstreck, um eine daran angebrachte Heizvorrichtung im Prozessraum anzuordnen und eine Temperatur am Türende hoch zu halten. Insbesondere soll ein Temperaturabfall im Bereich des inneren Türelements vermieden werden. Das innen liegende Türelement weist eine Wärmeisolierungskomponente auf, die sich unter anderem zwischen der Abdichtung des innen liegenden Türelements mit dem Prozessrohr und dem äußeren Türelement erstreckt, um diese gegeneinander zu isolieren, wodurch die Temperatur an der Abdichtung des innen liegenden Türelements mit dem Prozessrohr hoch gehalten wird.
Jedoch gibt es auch Prozesse, bei denen selbst bei der Prozesstemperatur eine Kondensation von Bestandteilen der Prozessgasatmosphäre auftreten kann. Mithin würde eine solche Kondensation bei der in der Ausgangsdruckschrift beschriebene Vorrichtung unter anderem auch im Bereich der Quarz-Quarz Dichtung auftreten und könnte hier für Probleme sorgen. Dies gilt insbesondere wenn die kondensierten Materialien bei der hohen Temperatur flüssig sind und dadurch den Bereich der Quarz-Quarz Dichtung verkleben können, was nach einer Abkühlung beim Öffnen des Rohrverschlusses zu Beschädigungen führen kann.Furthermore, on the CN 107 201 549 A pointed out, which has a pipe closure for a process pipe with inside and outside door elements. The interior door panel has a portion extending into the process pipe to place an attached heater in the process space and keep a temperature at the door end high. In particular, a temperature drop in the area of the inner door element should be avoided. The interior door panel has a thermal insulation component located, among other things, between the sealing of the interior door panel to the process pipe and the outer door panel to insulate them from each other, thereby keeping the temperature high at the seal of the inner door panel to the process pipe.
However, there are also processes in which condensation of components of the process gas atmosphere can occur even at the process temperature. Consequently, such a condensation would also occur in the device described in the original document, among other things, in the area of the quartz-quartz seal and could cause problems here. This applies in particular if the condensed materials are liquid at the high temperature and can therefore clog the area of the quartz-quartz seal, which can lead to damage after cooling when opening the pipe closure.

Ferner wird auf CN 105 483 831 A hingewiesen; die eine sekundäre Dichtungsvorrichtung für ein Diffusionssystem mit reduziertem Druck aufweist, die ein Quarzrohr mit einem konzentrischen inneren Dichtungsende und einem äußeren Dichtungsende umfasst, wobei das innere Dichtungsende mit einem primären Dichtungstürkörper verbunden ist und eine Reaktionskammer bildet, wobei das äußere Dichtungsende mit einem sekundären Dichtungstürkörper verbunden ist und eine Übergangskammer bildet und der sekundäre Dichtungstürkörper mit einer Schubausgleichsanordnung verbunden ist, um zu verhindern, dass der sekundäre Dichtungstürkörper das äußere Dichtungsende zerdrückt. Die Sekundärdichtungsvorrichtung ist einfach und zuverlässig aufgebaut.Furthermore, on CN 105 483 831 A pointed out; having a secondary sealing apparatus for a reduced pressure diffusion system comprising a quartz tube having a concentric inner sealing end and an outer sealing end, the inner sealing end being connected to a primary sealing door body and forming a reaction chamber, the outer sealing end being connected to a secondary sealing door body and forming a transition chamber and the secondary seal door body is connected to a thrust balance assembly to prevent the secondary seal door body from crushing the outer seal end. The secondary sealing device is constructed simply and reliably.

Ein solcher Prozess ist zum Beispiel die Bordotierung von Halbleitermaterial in einer Bortribromid (BBr3)-Atmosphäre bei Unterdruck und hohen Temperaturen. Aufgrund des geringen Dampfdrucks kann gegebenenfalls selbst bei den hohen für den Prozess eingesetzten Temperaturen eine Kondensation von Bortrioxid (B2O3) nicht verhindert werden. Darüber hinaus ist kondensiertes Bortrioxid bei den eingesetzten Prozesstemperaturen in der Regel flüssig, was im Bereich einer auf Prozesstemperatur liegenden Quarz-Quarz Dichtung, wie bei der in der Ausgangsdruckschrift beschriebenen Vorrichtung zu Verklebungen führen kann. Insbesondere kann flüssiges Bortrioxid mittels Kapillarwirkung in den Bereich der Quarz-Quarz Dichtung gezogen werden, wo es zu flächigen Verklebungen führen kann. Ähnliche Probleme können auch bei anderen Prozessen auftreten, bei denen bei Prozesstemperatur kondensierte Materialien flüssig sind und dadurch kleben können.Such a process is, for example, the boron doping of semiconductor material in a boron tribromide (BBr3) atmosphere at low pressure and high temperatures. Because of the low vapor pressure, condensation of boron trioxide (B 2 O 3 ) may not be prevented even at the high temperatures used for the process. In addition, condensed boron trioxide is usually liquid at the process temperatures used, which can lead to sticking in the area of a quartz-quartz seal that is at the process temperature, as in the device described in the original publication. In particular, liquid boron trioxide can be drawn into the area of the quartz-quartz seal by means of capillary action, where it can lead to extensive adhesions. Similar problems can also arise in other processes where materials condensed at the process temperature are liquid and can therefore stick.

Die vorliegende Erfindung ist nun darauf gerichtet, wenigstens eines der oben genannten Probleme zu überwinden.The present invention is now directed to overcoming at least one of the above problems.

Erfindungsgemäß ist ein Rohrverschluss für ein Prozessrohr nach Anspruch 1 vorgesehen sowie eine Prozesseinheit zum thermischen Behandeln von Substraten nach Anspruch 10. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich unter anderem aus den Unteransprüchen.According to the invention, a pipe closure for a process pipe according to claim 1 is provided, as well as a process unit for the thermal treatment of substrates according to claim 10. Further refinements of the invention result, inter alia, from the dependent claims.

Insbesondere ist ein Rohrverschluss für ein Prozessrohr zum thermischen Behandeln von Substraten, insbesondere Halbleitersubstraten, im Unterdruck, beschrieben, wobei das Prozessrohr ein geschlossenes Ende und ein offenes Ende aufweist, wobei das Prozessrohr in einem Prozessbereich einen ersten Innendurchmesser und benachbart zum offenen Ende einen zweiten, größeren Innendurchmesser aufweist, und wobei das Prozessrohr am offenen Ende eine erste axial weisende Anlagekante und am Übergang zwischen erstem und zweitem Innendurchmesser eine zum offenen Ende gerichtete, zweite axial weisende Anlagekante aufweist. Der Rohrverschluss weist ein erstes Türelement mit einem ersten Außendurchmesser, der größer ist als der zweite Innendurchmesser des Prozessrohrs und mit einer ringförmigen Anlagefläche, die mit oder ohne Zwischenlage einer Dichtung zur Anlage an der ersten Anlagekante des Prozessrohrs bemessen ist sowie ein zweites, topfförmiges Element mit einem einer umlaufenden ersten Seitenwand und einem Boden, die einen Aufnahmeraum bilden auf. Die erste Seitenwand besitzt einen zweiten Außendurchmesser, der kleiner ist als der erste Innendurchmesser des Prozessrohrs, und einen in Axialrichtung vom Boden beabstandeten und sich von der ersten Seitenwand radial erstreckenden Flansch, der einen dritten Außendurchmesser aufweist, der größer als der erste Innendurchmesser des Prozessrohrs und kleiner als der zweite Innendurchmesser des Prozessrohrs, wobei der Flansch eine axial weisende Anlagefläche aufweist, die zur Anlage an der zweiten Anlagekante des Prozessrohrs bemessen ist, wobei wenigsten ein Wärmeisolierungselement in dem durch die erste Seitenwand und den Boden gebildeten Aufnahmeraum vorgesehen ist. Das zweite Element ist in einer Axialrichtung beweglich an dem ersten Element angebracht und über eine Vorspanneinheit in einer Richtung weg vom ersten Element vorgespannt ist, wobei die Bewegung weg vom ersten Element begrenzt ist. Der Flansch des zweiten Elements liegt in der Axialrichtung näher am ersten Element als die erste Seitenwand und der Bereich zwischen dem Flansch des zweiten Elements und dem ersten Element ist frei von einer Wärmeisolierung. Der Rohrverschluss ermöglicht eine zweistufige Abdichtung (innen-außen) mit den bekannten Vorteilen. Dadurch, dass der erste Seitenwandteil und Boden des zweiten Elements wenigstens teilweise in den Bereich des Prozessrohrs mit dem ersten Innendurchmesser eingeführt werden kann, ist es möglich die innen liegende Dichtung auf einer Temperatur zu halten, die wesentlichen unter der Prozesstemperatur im Prozessrohr liegt. Insbesondere kann die Wärmeisolierung im Aufnahmeraum eine Wärmeübertragung in Richtung der innen liegenden Dichtung unterdrücken, während eine Wärmeübertragung von der innen liegenden Dichtung zum ersten (außen liegenden und somit kühleren) Element möglich ist. Insbesondere kann hierdurch das Auftreten flüssigen Kondensats im Bereich der innenliegenden Dichtung vermieden werden.In particular, a tube closure for a process tube for the thermal treatment of substrates, in particular semiconductor substrates, in a vacuum is described, the process tube having a closed end and an open end, the process tube having a first inner diameter in a process area and a second inner diameter adjacent to the open end. having a larger inner diameter, and wherein the process tube at the open end has a first axially pointing contact edge and at the transition between the first and second inner diameters has a second axially pointing contact edge directed towards the open end. The pipe closure has a first door element with a first outer diameter that is larger than the second inner diameter of the process pipe and with an annular contact surface, which is dimensioned with or without the interposition of a seal for contact with the first contact edge of the process pipe, and a second, cup-shaped element one of a peripheral first side wall and a floor, which form a receiving space. The first sidewall has a second outside diameter smaller than the first inside diameter of the process tube and a flange spaced axially from the bottom and extending radially from the first sidewall and having a third outside diameter larger than the first inside diameter of the process tube and smaller than the second inner diameter of the process tube, wherein the flange has an axially facing abutment surface which is dimensioned for abutment against the second abutment edge of the process tube, wherein at least one thermal insulation element is provided in the accommodation space formed by the first side wall and the base. The second member is movably attached to the first member in an axial direction and is biased in a direction away from the first member via a biasing unit, the movement away from the first member being limited. The flange of the second member is closer to the first member than the first side wall in the axial direction, and the area between the flange of the second member and the first member is free from thermal insulation. The pipe closure enables a two-stage seal (inside-outside) with the well-known advantages. By allowing the first sidewall portion and bottom of the second member to be at least partially inserted into the region of the process tube having the first internal diameter, it is possible to maintain the internal seal at a temperature that is significant slightly below the process temperature in the process pipe. In particular, the thermal insulation in the receiving space can suppress heat transfer in the direction of the inner seal, while heat transfer from the inner seal to the first (outer and therefore cooler) element is possible. In particular, this can prevent the occurrence of liquid condensate in the area of the internal seal.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform besteht das zweite Element aus Quarz, das einerseits gegenüber vielen Prozessatmosphären beständig ist und keine Verunreinigungen in Prozesse einbringt. Optional weist die erste Seitenwand des zweiten Elements einen opak ausgebildeten Bereich auf, um eine Leitung von Wärmestrahlung innerhalb der Seitenwand zu unterdrücken. Die erste Seitenwand des zweiten Elements erstreckt sich ausgehend von der axial weisenden Anlagefläche des Flansches bevorzugt über eine Länge von wenigstens 30 mm, bevorzugt wenigstens 60 mm in Axialrichtung, um einen ausreichenden Abstand der innen liegenden Dichtung zum Prozessbereich des Prozessrohrs vorzusehen. Bevorzugt sind wenigstens zwei Wärmeisolierungselemente aus unterschiedlichen Materialien in dem Aufnahmeraum vorgesehen, wobei das benachbart zum Boden des Aufnahmeraums liegende Wärmeisolierungselement eine höhere Wärmebeständigkeit aufweist als ein weiter vom Boden entfernt liegendes Wärmeisolierungselement.In a preferred embodiment, the second element consists of quartz, which on the one hand is resistant to many process atmospheres and does not introduce any impurities into processes. Optionally, the first side wall of the second element has an opaque region in order to suppress conduction of thermal radiation within the side wall. Starting from the axially facing contact surface of the flange, the first side wall of the second element preferably extends over a length of at least 30 mm, preferably at least 60 mm in the axial direction in order to provide a sufficient distance between the inner seal and the process area of the process pipe. At least two thermal insulation elements made of different materials are preferably provided in the accommodation space, with the thermal insulation element lying adjacent to the floor of the accommodation space having a higher heat resistance than a thermal insulation element lying further away from the floor.

Bei einer Ausführungsform weist das zweite Element an der zum ersten Türelement weisenden Seite des Flansches eine umlaufende sich Axial erstreckende zweite Seitenwand mit einem vierten Außendurchmesser (RVD4) auf, der größer als der zweite Außendurchmesser (RVD2) und kleiner als oder gleich groß wie der dritte Außendurchmesser (RVD3) ist. Die zweite Seitenwand kann am Innenumfang eine Vielzahl von Befestigungsvorsprüngen zum Eingriff mit einem mit der Vorspanneinheit verbundenen Befestiger aufweisen.In one embodiment, on the side of the flange facing the first door panel, the second member has a circumferential, axially extending second sidewall having a fourth outside diameter (RVD 4 ) that is greater than the second outside diameter (RVD 2 ) and less than or equal to is the third outer diameter (RVD 3 ). The second sidewall may have a plurality of fastener tabs on the inner periphery for engagement with a fastener associated with the biasing assembly.

Für eine optionale Kühlung kann das erste Türelement wenigstens einen internen Durchlass mit einem Zuleitungsanschluss und einem Ausleitungsanschluss zum Hindurchleiten eines Kühlmediums aufweisen. Ferner kann das erste Türelement wenigstens einen Gasversorgungsanschluss zur Verbindung mit einer externen Gasversorgung aufweisen, wobei sich der Gasversorgungsanschluss zu einer zum zweiten Element weisenden Seite des ersten Türelements öffnet und zwar an einer Position radial innerhalb seiner ringförmigen Anlagefläche. Hierdurch ist es möglich in einem Raum zwischen der innerer und der äußeren Dichtung eine gewünschte Gasatmosphäre einzustellen.For optional cooling, the first door element can have at least one internal passage with a feed connection and a discharge connection for passing a cooling medium through. Further, the first door member may have at least one gas supply port for connection to an external gas supply, the gas supply port opening to a second member facing side of the first door member at a position radially inward of its annular abutment surface. This makes it possible to set a desired gas atmosphere in a space between the inner and the outer seal.

Für eine gute Abdichtung weist das erste Türelement im Bereich der ringförmigen Anlagefläche eine Vertiefung zur Aufnahme eines ringförmigen Dichtelements auf.For a good seal, the first door element has a recess in the area of the ring-shaped contact surface for receiving a ring-shaped sealing element.

Ferner ist eine Prozesseinheit mit einem Prozessrohr und einem Rohrverschluss des zuvor beschriebenen Typs beschrieben, wobei der Rohrverschluss so bemessen ist, dass er in einer geschlossenen Position im offenen Ende des Prozessrohrs derart positionierbar ist, dass seine ringförmige Anlagefläche mit oder ohne Zwischenlage einer Dichtung zur Anlage an der ersten Anlagekante des Prozessrohrs kommt und die axial weisende Anlagefläche des Flansches zur Anlage an der zweiten Anlagekante des Prozessrohrs kommt, wodurch sich die erste Seitenwand und der Boden mit dem dadurch gebildeten Aufnahmeraum des zweiten Elements in den Bereich des Prozessrohrs mit erstem Innendurchmesser erstreckt. Bei einer solchen Prozesseinheit ergeben sich die schon oben genannten Vorteile.Also described is a process unit having a process tube and a tube plug of the type described above, the tube plug being sized to be positioned in a closed position in the open end of the process tube such that its annular abutment surface abuts with or without the interposition of a gasket comes to the first contact edge of the process pipe and the axially pointing contact surface of the flange comes to rest against the second contact edge of the process pipe, whereby the first side wall and the base with the resulting receiving space of the second element extends into the region of the process pipe with the first inner diameter. The advantages already mentioned above result from such a process unit.

Bevorzugt besteht das Prozessrohr aus Quarz und ist optional in wenigstens einem Teilbereich des Prozessrohrs, der in der geschlossenen Position des Rohrverschlusses die erste Seitenwand des zweiten Elements umgibt, opak ausgebildet.The process tube is preferably made of quartz and is optionally opaque in at least a partial region of the process tube that surrounds the first side wall of the second element in the closed position of the tube closure.

Das Prozessrohr kann über einen Teilbereich seiner Länge von einer Heizeinheit und einer die Heizeinheit und das Prozessrohr umgebenden thermischen Isolierung umgeben sein, wobei die Heizeinheit in Axialrichtung von dem Abschnitt des Prozessrohrs, der in der geschlossenen Position des Rohrverschlusses die erste Seitenwand des zweiten Elements umgibt, beabstandet ist. Optional ist wenigstens der Abschnitt des Prozessrohrs, der in der geschlossenen Position des Rohrverschlusses die erste Seitenwand des zweiten Elements umgibt, von wenigstens einem Ring aus thermisch isolierendem Material umgeben.The process tube can be surrounded over a portion of its length by a heating unit and thermal insulation surrounding the heating unit and the process tube, the heating unit being axially separated from that section of the process tube which surrounds the first side wall of the second element in the closed position of the tube closure. is spaced. Optionally, at least the portion of the process pipe surrounding the first side wall of the second member in the closed position of the pipe plug is surrounded by at least one ring of thermally insulating material.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert; in den Zeichnungen zeigt:

  • 1 eine schematische Seitenansicht einer Prozesseinheit mit Prozessrohr und Rohrverschluss in einer geöffneten Position des Rohrverschlusses;
  • 2 eine schematische Schnittdarstellung der Prozesseinheit gemäß 1;
  • 3 eine schematische Schnittdarstellung der Prozesseinheit gemäß 1 mit dem Rohrverschluss in einer geschlossenen Position;
  • 4 eine vergrößerte schematische Schnittdarstellung eines Verschlussbereiches der Prozesseinheit, gemäß einer alternativen Ausführungsform.
The invention is explained in more detail below using exemplary embodiments with reference to the drawings; in the drawings shows:
  • 1 a schematic side view of a process unit with process pipe and pipe closure in an open position of the pipe closure;
  • 2 a schematic sectional view of the process unit according to FIG 1 ;
  • 3 a schematic sectional view of the process unit according to FIG 1 with the pipe shutter in a closed position;
  • 4 an enlarged schematic sectional view of a closure area of the Pro processing unit, according to an alternative embodiment.

In der nachfolgenden Beschreibung verwendete Richtungsangaben, wie oben oder unten, links oder rechts, beziehen sich auf die Darstellung in den Figuren und sind in keiner Weise einschränkend, obwohl es sich auch um bevorzugte Anordnungen handeln kann.Directional information used in the following description, such as up or down, left or right, relates to the representation in the figures and is in no way restrictive, although preferred arrangements may also be involved.

Die 1 bis 3 zeigen unterschiedliche Ansichten einer ersten Ausführungsform einer Prozesseinheit 1, die insbesondere für eine thermische Behandlung von Halbleitersubstraten im Unterdruck geeignet ist. Die Prozesseinheit besteht im Wesentlichen aus einer Prozessrohreinheit 3 und einer Verschlusseinheit 4, sowie weiteren nicht näher dargestellten Einheiten, wie beispielsweise einer Gasversorgung, einer Unterdruckeinheit, einer Bewegungseinheit für die Verschlusseinheit und einer Steuereinheit, wie es für den Fachmann geläufig ist.the 1 until 3 show different views of a first embodiment of a process unit 1, which is particularly suitable for a thermal treatment of semiconductor substrates in a vacuum. The process unit consists essentially of a process pipe unit 3 and a closure unit 4, as well as other units not shown in detail, such as a gas supply, a vacuum unit, a moving unit for the closure unit and a control unit, as is familiar to the person skilled in the art.

Die Prozessrohreinheit 3 besteht im Wesentlichen aus einem Prozessrohr 6, einer Heizeinheit 7, Einer Isoliereinheit 8 sowie einer Aufnahme und Trageinheit 9, wie am Besten in den Schnittdarstellungen der 2 und 3 zu erkennen ist. Das Prozessrohr 6 besteht bei der bevorzugten Ausführungsform aus Quarz, das einerseits eine bei den eingesetzten Temperaturen gute Wärmestabilität aufweist, Prozesse im Halbleiterbereich nicht verunreinigt und auch gegenüber Ausgangs- und Reaktionsprodukten von Prozessen unempfindlich ist. Das Prozessrohr 6 besitzt einen runden Querschnitt und über einen Großteil seiner Länge, insbesondere über einen Prozessbereich hinweg einen konstanten ersten Innendurchmesser PRD1. In dem Prozessbereich kann zum Beispiel ein Waferboot, das eine Vielzahl von Wafern trägt eingesetzt werden, wie es in der Technik bekannt ist. Alternativ kann auch ein anderes, Substrate aufnehmendes Gestell statt eines Waferbootes eingesetzt werden. Im Allgemeinen kann jede Art von Substrat, welches einem Prozess bei Unterdruck und bei erhöhter Temperatur ausgesetzt werden soll mit oder ohne Träger eingesetzt werden. Das Prozessrohr 6 besitzt ein im Wesentlichen geschlossenes Ende 11 sowie ein offenes Ende 12. Das geschlossene Ende 11 wird durch einen sich verjüngenden Endteil 14 des Prozessrohrs 6 am linken Ende desselben gebildet. Durch die Verjüngung wird der erste Innendurchmesser PRD1 auf einen Auslass-Innendurchmesser reduziert, sodass an dem freien Ende des Endteils 14 eine nicht dargestellte Unterdruckeinheit angeschlossen werden kann, über die das Innere des Prozessrohrs 6 auf Unterdruck gebracht werden kann. Natürlich kann hierüber auch in geeigneter Weise eine Belüftung erfolgen. Eine solche kann aber zum Beispiel auch über eine in den Figuren angedeutete Lanze 16 erfolgen, die sich in abgedichteter Weise durch den Endteil 14 hindurch in das Innere des Prozessrohrs 6 erstreckt. Die Lanze 16 kann in geeigneter und bekannter Weise mit einer Gasversorgung in Verbindung stehen, um zum Beispiel ein oder mehrere Prozessgas(e) und/oder ein Spülgas in das Prozessrohr einzuleiten. Die Lanze 16 erstreckt sich über eine Wesentliche Länge des Prozessrohrs 6 und besitzt einen Auslass der näher am offenen Ende 12 des Prozessrohrs 6 als am geschlossenen Ende 11 liegt. Die Lanze 16 kann als Koaxialleitung ausgebildet sein, um hierüber zum Beispiel unterschiedliche Gase einzuleiten, die sich erst im Prozessrohr 6 vermischen sollen und sie kann über die Länge mehrere Auslässe aufweisen. Eine solche Ausgestaltung ist in der Technik allgemein bekannt und beispielsweise auch in der Ausgangsdruckschrift angedeutet.The process tube unit 3 essentially consists of a process tube 6, a heating unit 7, an insulating unit 8 and a receiving and carrying unit 9, as best seen in the sectional views of FIG 2 and 3 can be seen. In the preferred embodiment, the process tube 6 consists of quartz, which on the one hand has good thermal stability at the temperatures used, does not contaminate processes in the semiconductor sector and is also insensitive to starting and reaction products of processes. The process tube 6 has a round cross section and a constant first inner diameter PRD 1 over a large part of its length, in particular over a process area. For example, a wafer boat carrying a plurality of wafers may be employed in the process area, as is known in the art. As an alternative, another rack holding substrates can also be used instead of a wafer boat. In general, any type of substrate that is to be subjected to a vacuum and elevated temperature process can be used, with or without a support. The process tube 6 has a substantially closed end 11 and an open end 12. The closed end 11 is defined by a tapered end portion 14 of the process tube 6 at the left end thereof. The taper reduces the first inside diameter PRD 1 to an outlet inside diameter, so that a vacuum unit (not shown) can be connected to the free end of the end part 14, via which the interior of the process pipe 6 can be brought to vacuum. Ventilation can of course also be carried out in a suitable manner in this way. However, this can also take place, for example, via a lance 16 indicated in the figures, which extends in a sealed manner through the end part 14 into the interior of the process tube 6 . The lance 16 may be connected to a gas supply in any suitable and known manner, for example to introduce one or more process gas(es) and/or a purge gas into the process tube. The lance 16 extends a substantial length of the process tube 6 and has an outlet closer to the open end 12 of the process tube 6 than to the closed end 11 . The lance 16 can be designed as a coaxial line in order to introduce different gases, for example, which are only intended to mix in the process pipe 6, and it can have a number of outlets along its length. Such a configuration is generally known in the art and is also indicated, for example, in the original publication.

Das offene Ende 12 des Prozessrohrs 6 wird durch einen Endabschnitt 18 des Prozessrohrs 6 mit einem vergrößerten, zweiten Innendurchmesser PRD2 gebildet. Der zweiten Innendurchmesser PRD2 ist über die Länge des Endabschnitts 18 im Wesentlichen konstant. Der Endabschnitt 18 kann durch unterschiedlichste Mittel hergestellt werden, insbesondere kann er als separates Element an das Prozessrohr 6 angeglast werden, wodurch sich eine integrale Struktur ergibt. Er kann aber zum Beispiel auch durch Stauchen des Endes des Prozessrohrs 6, bei einer Temperatur an oder knapp über der Glasübergangstemperatur zum lokalen Erhöhen der Materialstärke und anschließendes Ausfräsen der gewünschten Kontur erreicht werden. Dem Fachmann werden sich hier unterschiedliche Ansätze ergeben, um den Endabschnitt 18 auszubilden. Am Übergang zwischen dem ersten Innendurchmesser PRD1 zum zweiten Innendurchmesser PRD2 wird eine axial weisende Stufe gebildet, in der benachbart zum Endabschnitt 18 eine umlaufende Nut 19 ausgebildet ist. Hierdurch wird eine ringförmige, axial zum offenen Ende weisende Anlagekante 20 gebildet. Eine axial weisende Anlagekante 22 wird auch am freien Ende, sprich der Stirnseite des Endabschnitts 18 gebildet. Eine weitere Anlagekante 24 wird beim Übergang vom ersten Innendurchmesser PRD1 zum zweiten Innendurchmesser PRD2 auch am Außenumfang gebildet, wobei diese Anlagekante 24 axial in die entgegengesetzte Richtung zu den Anlagekanten 20, 22 weist. Das Prozessrohr 6 weist im Wesentlichen eine gleichbleibende Materialstärke auf, sodass die Außenkontur im Wesentlichen der Innenkontur folgt.The open end 12 of the process tube 6 is formed by an end section 18 of the process tube 6 with an enlarged, second inner diameter PRD 2 . The second inner diameter PRD 2 is substantially constant over the length of the end section 18 . The end section 18 can be produced by a wide variety of means, in particular it can be glass-coated onto the process tube 6 as a separate element, resulting in an integral structure. However, it can also be achieved, for example, by upsetting the end of the process tube 6 at a temperature at or just above the glass transition temperature to locally increase the material thickness and then milling out the desired contour. A person skilled in the art will find different approaches to forming the end section 18 . At the transition between the first inner diameter PRD 1 and the second inner diameter PRD 2 , an axially pointing step is formed, in which a circumferential groove 19 is formed adjacent to the end section 18 . As a result, an annular contact edge 20 pointing axially toward the open end is formed. An axially pointing contact edge 22 is also formed at the free end, ie the end face of the end section 18 . A further bearing edge 24 is also formed on the outer circumference at the transition from the first inner diameter PRD 1 to the second inner diameter PRD 2 , this bearing edge 24 pointing axially in the opposite direction to the bearing edges 20 , 22 . The process pipe 6 essentially has a constant material thickness, so that the outer contour essentially follows the inner contour.

Das Prozessrohr 6 ist über eine vorbestimmte Länge, die länger ist als ein Aufnahme- und Prozessbereich des Prozessrohrs 6 von der Heizeinheit 7 umgeben. Diese kann als eine in der Technik bekannte Heizkassette mit einer umlaufenden Widerstands-Heizspule oder auch in anderer Weise aufgebaut sein. Auch kann eine Anordnung von Heizstrahlern auf Lampenbasis vorgesehen sein. Die Heizeinheit 7 ist insbesondere geeignet über Wärmestrahlung den im Prozessrohr liegenden Prozessbereich aufzuheizen. Auch aus diesem Grund ist Quarz für das Prozessrohr 6 besonders geeignet, da es für Wärmestrahlung im Wesentlichen transparent ist. Die Heizeinheit 7 ist mit einer nicht dargestellten Steuereinheit verbunden, um in geeigneter Weise zum Erreichen einer gewünschten Prozesstemperatur angesteuert zu werden. Im Inneren des Prozessrohrs und/oder benachbart zur Heizeinheit 7 können ein oder mehrere Temperatursensoren angeordnet sein, die mit der Steuereinheit kommunizieren, um die Heizeinheit 7 in geeigneter Weise anzusteuern zu können, wie es bekannt ist. Die Heizeinheit 7 besitzt, wie angedeutet, bevorzugt eine Länge die größer ist als ein Aufnahme- und Prozessbereich des Prozessrohrs 6, um über diesen Bereich eine möglichst homogene Temperatur einstellen zu können.The processing pipe 6 is surrounded by the heating unit 7 over a predetermined length longer than a receiving and processing portion of the processing pipe 6 . This may be in the form of a heating cartridge with a surrounding resistive heating coil as is known in the art, or in other ways be constructed. An arrangement of radiant heaters based on lamps can also be provided. The heating unit 7 is particularly suitable for heating the process area located in the process tube by thermal radiation. For this reason, too, quartz is particularly suitable for the process tube 6, since it is essentially transparent to thermal radiation. The heating unit 7 is connected to a control unit, not shown, in order to be controlled in a suitable manner in order to achieve a desired process temperature. Inside the process pipe and/or adjacent to the heating unit 7 there can be one or more temperature sensors which communicate with the control unit in order to be able to control the heating unit 7 in a suitable manner, as is known. As indicated, the heating unit 7 preferably has a length that is greater than a receiving and processing area of the process tube 6 in order to be able to set a temperature that is as homogeneous as possible over this area.

Die Heizeinheit 7 ist in Radialrichtung sowie an ihren axialen Enden von einem thermisch isolierenden Material 26 umgeben, welches Teil der Isoliereinheit 8 ist. Benachbart zu den axialen Enden der Heizeinheit 7 erstreckt sich das thermisch isolierende Material 26 bis zum Prozessrohr 6, wie zum Beispiel in 2 zu erkennen ist. Hier kann jegliches thermisch isolierendes Material eingesetzt werden, wie es in der Technik bekannt ist. Insbesondere kann hier eine Hochtemperatur-Wolle eingesetzt werden, die sich um die Heizeinheit 7 und das Prozessrohr 6 schmiegt und durch eine geeignete Umhüllung am Platz gehalten wird. Obwohl dies nicht dargestellt ist, kann zusätzliches isolierendes Material auch im Bereich des Endteils 14 vorgesehen sein. Die Isoliereinheit 8 weist ferner einen Ring 28 aus isolierendem Material auf, der zwischen der Anlagekante 24 am Außenumfang des Prozessrohrs 6 und einer Aufnahme und Tragplatte 30 der Aufnahme und Trageinheit 9 angeordnet ist. Der Ring 28 kann aus einem anderen Material bestehen, als das Material 26, da hier niedrigere Temperaturen als direkt benachbart zur Heizeinheit 7 auftreten. Darüber hinaus kann die Isoliereinheit 8 weitere, nicht dargestellte thermisch isolierende Elemente aufweisen. Insbesondere kann zum Beispiel auch im Bereich des Endabschnitts 18 ein Ring aus isolierendem Material vorgesehen sein, das diesen Bereich radial umgibt. Auch hier kann ein anderes Material gewählt werden, da wiederum niedrigere Temperaturen als im Bereich der Heizeinheit 7 oder im Bereich des Rings 28 auftreten.The heating unit 7 is surrounded in the radial direction and at its axial ends by a thermally insulating material 26 which is part of the insulating unit 8 . Adjacent to the axial ends of the heating unit 7, the thermally insulating material 26 extends to the process tube 6, as for example in FIG 2 can be seen. Any thermally insulating material known in the art can be used here. In particular, a high-temperature wool can be used here, which nestles around the heating unit 7 and the process pipe 6 and is held in place by a suitable covering. Although not shown, additional insulating material may also be provided in the area of the end portion 14. The insulating unit 8 also has a ring 28 made of insulating material, which is arranged between the contact edge 24 on the outer circumference of the process tube 6 and a receiving and supporting plate 30 of the receiving and supporting unit 9 . The ring 28 can consist of a different material than the material 26, since lower temperatures occur here than directly adjacent to the heating unit 7. In addition, the insulating unit 8 can have further, not shown, thermally insulating elements. In particular, for example, a ring made of insulating material can also be provided in the area of the end section 18, which ring radially surrounds this area. A different material can also be selected here, since again lower temperatures occur than in the area of the heating unit 7 or in the area of the ring 28 .

Die Aufnahme und Trageinheit 9 wird durch zwei beabstandete Aufnahme und Tragplatten 30 gebildet, die in geeigneter Weise zum Beispiel über Längsstreben miteinander verbunden sein können. Die Aufnahme und Tragplatten 30 besitzen jeweils eine Mittelöffnung, die zur Durchführung des Prozessrohrs 6 (im Bereich des ersten Innendurchmessers PRD1) bemessen ist. Sie können das Prozessrohr 6 direkt aufnehmen, wie in 2 und 3 dargestellt oder über ein zum Beispiel isolierendes Zwischenteil, wie nachfolgend noch näher erläutert wird. Die Aufnahme und Tragplatten 30 sind in Axialrichtung beidseitig des isolierenden Materials 26 positioniert. Alternativ kann aber auch auf eine separate Aufnahme und Trageinheit 9 verzichtet werden und das Prozessrohr einfach durch die Heizeinheit und/oder End-Ringe derselben getragen werden.The receiving and supporting unit 9 is formed by two spaced receiving and supporting plates 30 which can be connected to one another in a suitable manner, for example via longitudinal struts. The receiving and support plates 30 each have a central opening which is dimensioned for the passage of the process tube 6 (in the area of the first inner diameter PRD 1 ). You can pick up the process pipe 6 directly, as in 2 and 3 shown or via an insulating intermediate part, for example, as will be explained in more detail below. The receiving and supporting plates 30 are positioned on both sides of the insulating material 26 in the axial direction. Alternatively, however, a separate receiving and carrying unit 9 can also be dispensed with and the process pipe can simply be carried by the heating unit and/or end rings of the same.

Nachfolgend wird nun die Verschlusseinheit 4 näher erläutert, die geeignet ist das offene Ende 12 des Prozessrohrs 6 vakuumdicht zu verschließen. Die Verschlusseinheit 4 wird im Wesentlichen durch eine erste, außen liegende Türelement 36, eine zweite, innen liegende Türeinheit 38 und eine Verbindungsanordnung 40 gebildet, welche das Türelement 36 und die Türeinheit 38 verbindet.The closure unit 4 , which is suitable for closing the open end 12 of the process pipe 6 in a vacuum-tight manner, is now explained in more detail below. The closure unit 4 is essentially formed by a first door element 36 on the outside, a second door unit 38 on the inside and a connecting arrangement 40 which connects the door element 36 and the door unit 38 .

Die außen liegende Türelement 36 wird durch ein im Wesentlichen plattenförmiges Türelement 42 gebildet, dass eine axial zum Prozessrohr 6 weisende erste Seite (Innenseite), eine vom Prozessrohr 6 weg weisende zweite Seite (Außenseite) und eine Umfangskante aufweist, die einen ersten Außendurchmesser RVD1 des Rohrverschlusses 4 definiert. Das Türelement 42 ist bevorzugt aus Metall und kann insbesondere aus Aluminium bestehen. Das Türelement 42 ist im Wesentlichen Kreisförmig und der erste Außendurchmesser RVD1 ist größer als der zweite Innendurchmesser PRD2 des Prozessrohrs 6 und sogar größer als der Außendurmesser des Prozessrohrs 6 im Endabschnitt 18.The outer door element 36 is formed by an essentially plate-shaped door element 42 that has a first side (inside) pointing axially toward the process pipe 6, a second side (outside) pointing away from the process pipe 6, and a peripheral edge that has a first outer diameter RVD 1 of the pipe closure 4 defined. The door element 42 is preferably made of metal and can in particular be made of aluminum. The door member 42 is substantially circular and the first outside diameter RVD 1 is larger than the second inside diameter PRD 2 of the process pipe 6 and even larger than the outside diameter of the process pipe 6 in the end section 18.

An der Innenseite des Türelements 42 ist eine ringförmige Anlagefläche, die mit oder ohne Zwischenlage einer Dichtung zur Anlage an der Anlagekante 22 an der Stirnseite des Endabschnitts 18 bemessen ist, ausgebildet. Diese Anlagefläche kann insbesondere durch eine ringförmige Nut gebildet werden, in der eine Dichtung aufgenommen ist. Allerdings kann auch auf eine Dichtung verzichtet werden, wenn das Material des Türelements 42 so gewählt ist, dass auch ohne Zwischenlage eine ausreichende Abdichtung mit der Anlagekante 22 vorgesehen werden kann, um eine gewünschte Vakuumdichtheit zu erreichen. An der Innenseite des Türelements 42 ist ferner eine Vielzahl von Sackbohrungen vorgesehen, in der Führungsstifte 44 der Verbindungsanordnung 40 aufgenommen werden können, wie nachfolgend noch näher erläutert wird.On the inside of the door element 42 there is an annular contact surface which is dimensioned for contact with the contact edge 22 on the end face of the end section 18 with or without the interposition of a seal. This contact surface can be formed in particular by an annular groove in which a seal is accommodated. However, a seal can also be dispensed with if the material of the door element 42 is selected in such a way that a sufficient seal can be provided with the contact edge 22 even without an intermediate layer, in order to achieve a desired vacuum tightness. Also provided on the inside of the door element 42 is a multiplicity of blind bores, in which the guide pins 44 of the connection arrangement 40 can be accommodated, as will be explained in more detail below.

Das Türelement 42 weist ferner eine Durchgangsbohrung auf, in der ein Anschlussstutzen 46 der zur Anbindung an eine nicht dargestellte Gasversorgung, insbesondere eine Stickstoffversorgung, geeignet ist. An der Außenseite des Türelements 42 ist eine umlaufende Nut 48 ausgebildet, und zwar im Bereich oder der Nähe der ringförmigen Anlagefläche an der Innenseite. Die umlaufende Nut 48 ist durch ein an der Außenseite befestigtes Ringelement 49 abgedeckt, sodass ein im Wesentlichen geschlossener Kühlkanal gebildet wird. Über Anschlüsse 50 im Ringelement 49 kann die Nut 48 als Kühlkanal mit einem Kühlmittel, wie beispielsweise Wasser durchströmt werden.The door element 42 also has a through hole in which a connecting piece 46 is suitable for connection to a gas supply, not shown, in particular a nitrogen supply. On the outside of the door element 42 a circumferential groove 48 is formed in the area or near the annular abutment surface on the inside. The peripheral groove 48 is covered by a ring element 49 fastened on the outside, so that an essentially closed cooling channel is formed. A coolant, such as water for example, can flow through the groove 48 as a cooling channel via connections 50 in the annular element 49 .

Die zweite, innen liegende Türeinheit 38 wird im Wesentlichen durch ein topfförmiges Quarzteil 54 sowie eine Isoliereinheit 55 gebildet. Das Quarzteil 54 weist einen Boden 56, eine erste umlaufende Seitenwand 57, einen Flansch 58 und eine zweite umlaufende Seitenwand 59 auf. Der Boden 56 und die erste Seitenwand 57 definieren einen zweiten Außendurchmesser RVD2 der Verschlusseinheit 4 der kleiner ist als der erste Innendurchmesser PRD1 des Prozessrohrs 6. Die erste Seitenwand 57 erstreckt sich vom Boden 56 axial in Richtung des Türelements 42 und bildet im inneren einen Aufnahmeraum der durch den Boden 56 in eine Richtung begrenzt ist. Am vom Boden 56 entfernten Ende der Seitenwand 57 ist der Flansch 58 ausgebildet, der ringförmig ist und sich radial (im Wesentlichen parallel zum Boden 56) von der Seitenwand nach außen erstreckt. Der Flansch 58 definiert einen dritten Außendurchmesser RVD3 der Verschlusseinheit 4 der größer ist als der erste Innendurchmesser PRD1 des Prozessrohrs 6 aber kleiner als der zweite Innendurchmesser PRD2 des Prozessrohrs 6. Mithin ist der Flansch 58 so bemessen, dass er in den Endabschnitt 18 Prozessrohrs 6 eingeführt werden kann und eine axial weisende Anlagefläche 62 definiert, die zur Anlage an der innen liegenden Anlagekante 20 am Prozessrohr 6 bemessen ist.The second, inner door unit 38 is essentially formed by a pot-shaped quartz part 54 and an insulating unit 55 . The quartz part 54 has a base 56, a first peripheral side wall 57, a flange 58 and a second peripheral side wall 59. FIG. The bottom 56 and the first side wall 57 define a second outside diameter RVD 2 of the closure unit 4 which is smaller than the first inside diameter PRD 1 of the process tube 6. The first side wall 57 extends from the bottom 56 axially towards the door element 42 and forms an inner one Recording space which is limited by the floor 56 in one direction. At the end of side wall 57 remote from floor 56 is formed flange 58 which is annular and extends radially outwardly (substantially parallel to floor 56) from the side wall. The flange 58 defines a third outer diameter RVD 3 of the closure unit 4 which is larger than the first inner diameter PRD 1 of the process tube 6 but smaller than the second inner diameter PRD 2 of the process tube 6. The flange 58 is therefore dimensioned in such a way that it fits into the end section 18 Process tube 6 can be inserted and defines an axially facing contact surface 62 which is dimensioned for contact with the inner contact edge 20 on the process tube 6 .

Die zweite umlaufende Seitenwand 59 erstreckt sich von dem Flansch 58 axial in Richtung zum Türelement 42. In der Darstellung besitzt die zweite Seitenwand 59 einen Außendurchmesser gleich dem Außendurchmesser des Flansches, sie kann aber auch einen kleineren Außendurchmesser besitzen, der beispielsweise zwischen dem Außendurchmesser RVD2 der ersten Seitenwand dem zweiten Außendurchmesser RVD3 des Flansches liegt. Jedenfalls muss der Außendurchmesser der zweiten Seitenwand 59 kleiner sein als der zweite Innendurchmesser PRD2 des Prozessrohrs 6. Am Innenumfang der zweiten Seitenwand 59 ist eine Vielzahl von Verriegelungsvorsprüngen 64 ausgebildet, von denen einer in 2 und 3 angedeutet ist und dessen Funktion nachfolgend noch näher erläutert wird.The second peripheral sidewall 59 extends axially from the flange 58 toward the door member 42. The second sidewall 59 is shown as having an outside diameter equal to the outside diameter of the flange, but it may have a smaller outside diameter, for example between outside diameter RVD 2 of the first side wall lies with the second outer diameter RVD 3 of the flange. In any case, the outer diameter of the second side wall 59 must be smaller than the second inner diameter PRD 2 of the process tube 6. A plurality of locking projections 64 are formed on the inner circumference of the second side wall 59, one of which is in 2 and 3 is indicated and its function is explained in more detail below.

Die Isoliereinheit der zweiten Türeinheit 38 wird durch eine Vielzahl von thermisch isolierenden Elementen 66 gebildet, die zur Aufnahme in dem durch den Boden 56 und die erste Seitenwand 57 gebildeten Aufnahmeraum bemessen sind. In der Darstellung sind drei Elemente 66 dargestellt, wobei die Anzahl natürlich von der Darstellung abweichen kann. Insbesondere kann auch ein einzelnes Element vorgesehen sein, wobei jedoch wenigsten zwei Elemente 66 bevorzugt werden. Bei der Verwendung einer Vielzahl von Elementen können diese aus unterschiedlichen Materialien bestehen, wobei das Element 66 direkt benachbart zum Boden 56 zum Beispiel eine höhere Wärmebeständigkeit haben kann als das hierzu benachbarte vom Boden 56 weiter entfernet Element 66. Zusätzliche nicht dargestellte thermisch isolierende Elemente können auch in dem von der zweiten Seitenwand 59 umschlossenen Bereich vorgesehen sein.The insulating unit of the second door unit 38 is formed by a plurality of thermally insulating elements 66 sized to be received in the receiving space formed by the floor 56 and the first side wall 57 . Three elements 66 are shown in the illustration, although the number can of course deviate from the illustration. In particular, a single element can also be provided, although at least two elements 66 are preferred. If a plurality of elements are used, these can consist of different materials, whereby element 66 directly adjacent to floor 56 can, for example, have a higher heat resistance than element 66 adjacent thereto and further away from floor 56. Additional thermally insulating elements, not shown, can also be provided in the area enclosed by the second side wall 59 .

Nachfolgend wird nun die Verbindungseinheit 40 näher erläutert, welche das Türelement 36 und die Türeinheit 38 in Axialrichtung zueinander beweglich verbindet. Die Verbindungseinheit 40 weist die schon genannten Führungsstifte 44, Vorspannelemente in Form von Federn 70 und eine Anbringungsplatte 72 auf. In der Darstellung sind vier Führungsstifte 44, wobei in der Regel eine höhere Anzahl vorgesehen sein kann, die Gruppenweise auf imaginären konzentrischen Kreislinien angeordnet sein können, wobei pro Gruppe bevorzugt wenigsten drei gleichmäßig beabstandete Führungsstifte 44 vorgesehen sind. Die Führungsstifte 44 weisen jeweils einen Schaftteil und einen Kopfteil auf, wobei der Schaftteil teilweise in den Bohrungen in der ersten Seite des Türelements 42 aufgenommen und befestigt sind. Hierzu kann der Schafteil zum Beispiel ein Gewinde aufweisen, das in ein Gewinde in den Bohrungen des Türelements 42 eingeschraubt werden kann. Der Kopfteil ist am freien Ende der Führungsstifte 44, ausgebildet und dient als Anschlag, wie nachfolgend noch näher erläutert wird.The connection unit 40 which connects the door element 36 and the door unit 38 so that they can move relative to one another in the axial direction will now be explained in more detail below. The connection unit 40 has the guide pins 44 already mentioned, biasing elements in the form of springs 70 and a mounting plate 72 . In the illustration, there are four guide pins 44, although a higher number can usually be provided, which can be arranged in groups on imaginary concentric circular lines, with at least three equally spaced guide pins 44 preferably being provided per group. The guide pins 44 each have a shank portion and a head portion, the shank portion being partially received and secured within the bores in the first side of the door panel 42 . For this purpose, the shank part can have a thread, for example, which can be screwed into a thread in the bores of the door element 42 . The head part is formed at the free end of the guide pins 44 and serves as a stop, as will be explained in more detail below.

Jeden Führungsstift 44 umgebend ist ein Vorspannelement in Form einer Feder 70 vorgesehen, dessen eines Ende das Türelement 42 kontaktiert und dessen anderes Ende die Anbringungsplatte 72 kontaktiert und an diesem befestigt ist. Die Federn 70 sind jeweils als Druckfedern ausgestaltet, sodass sie die Anbringungsplatte 72 in Axialrichtung weg von dem Türelement 42 vorspannen. Der Kopfteil der Führungsstifte 44 ist jeweils so in einer jeweiligen Feder 70 aufgenommen, dass er die Bewegung in Axialrichtung begrenzt. Die Führungsstifte 44 begrenzen ferner eine seitliche Bewegung der Federn 70 und somit der daran angebrachten Anbringungsplatte 72, sodass diese sich nur über einen begrenzten Bereich in Axialrichtung relativ zum Türelement 42 bewegen kann. Die Anbringungsplatte 72 ist wiederum über die Verriegelungsvorsprünge 64 am Innenumfang der zweiten Seitenwand 59 mit dem Quarzteil 54 verbunden. Insbesondere kann zwischen Anbringungsplatte 72 und den Verriegelungsvorsprünge 64 eine Bajonettverbindung vorgesehen werden.Surrounding each guide pin 44 is a biasing member in the form of a spring 70 having one end contacting the door member 42 and the other end contacting and fixed to the mounting plate 72 . The springs 70 are each configured as compression springs to bias the mounting plate 72 away from the door panel 42 in the axial direction. The head portion of each guide pin 44 is received in a respective spring 70 so as to limit movement in the axial direction. The guide pins 44 also limit lateral movement of the springs 70 and hence the attached mounting plate 72 so that it can only move axially relative to the door panel 42 over a limited range. The mounting plate 72 is in turn connected to the quartz part 54 via the locking projections 64 on the inner periphery of the second side wall 59 . In particular, between the mounting plate 72 and the Verriege ment projections 64 a bayonet connection can be provided.

Mithin ist das Quarzteil 54 in Axialrichtung beweglich mit dem Türelement 42 verbunden, und von diesem weg vorgespannt. Dabei ist die Bewegung auf eine Bewegung nur in Axialrichtung beschränkt, wobei die Länge der Bewegung ebenfalls beschränkt ist, zum Beispiel auf eine Länge von wenigen mm. Die Verbindungsanordnung 40 ist so ausgelegt, dass der axiale Abstand zwischen der ringförmigen Anlagefläche an der Innenseite des Türelements 42 und der Anlagefläche 62 am Flansch 58 im unbelasteten Zustand der Vorspannelemente größer ist als der axiale Abstand zwischen den Anlagekanten 22 und 20 am Prozessrohr 6. Dabei ist der Abstand jedoch um einen Betrag größer, der kleiner ist als die mögliche axiale Bewegung des Quarzteils 54 bezüglich des Türelements. Hierdurch wird sichergestellt, dass die ringförmige Anlagefläche an der Innenseite des Türelements 42 und der Anlagefläche 62 am Flansch 58 im geschlossenen Zustand des Verschlusselementes 4, der in 3 dargestellt ist, sicher die jeweiligen Anlagekanten 22 und 20 am Prozessrohr 6 kontaktieren.Thus, the quartz member 54 is axially movably connected to the door member 42 and biased away therefrom. In this case, the movement is restricted to a movement only in the axial direction, with the length of the movement also being restricted, for example to a length of a few mm. The connection arrangement 40 is designed such that the axial distance between the annular contact surface on the inside of the door element 42 and the contact surface 62 on the flange 58 in the unloaded state of the prestressing elements is greater than the axial distance between the contact edges 22 and 20 on the process pipe 6 however, the distance is greater by an amount less than the possible axial movement of the quartz member 54 with respect to the door member. This ensures that the annular contact surface on the inside of the door element 42 and the contact surface 62 on the flange 58 in the closed state of the closure element 4, which is in 3 is shown, securely contact the respective contact edges 22 and 20 on the process pipe 6 .

Natürlich kann die Verbindungsanordnung 40 auch anders aufgebaut sein, um eine entsprechende Axialbeweglichkeit und Vorspannung zwischen Quarzteil 54 und Türelement 42 vorzusehen.Of course, the connection arrangement 40 can also be constructed differently in order to provide a corresponding axial mobility and pretension between the quartz part 54 and the door element 42 .

Anhand der 4 wird nun eine weitere Ausführungsform einer Prozesseinheit 1 näher erläutert, wobei die Prozesseinheit 1 im Wesentlichen den gleichen Aufbau besitzt, wie oben beschrieben, sodass in der folgenden Beschreibung dieselben Bezugszeichen wie zuvor für gleiche oder äquivalente Bauteile verwendet werden und primär auf die Unterschiede zur zuvor beschriebenen Ausführungsform eingegangen wird. 4 zeigt einen Endbereich des Prozessrohrs 6 mit einer aufgenommenen Verschlusseinheit 4. Das Prozessrohr 6 besitzt den gleichen Aufbau wie zuvor beschrieben mit geschlossenem Ende (nicht gezeigt) und offenem Ende 12. Am offenen Ende 12 ist wiederum ein Endabschnitt 18 ausgebildet, der im Vergleich zu einem ersten Innendurchmesser PRD1 des Prozessrohrs 6 einen zweiten, größeren Innendurchmesser PRD2 aufweist. Hierdurch wird am Übergang wieder eine ringförmige, axial zum offenen Ende weisende Anlagekante 20 gebildet, sowie eine axial weisende Anlagekante 22 am freien Ende des Endabschnitts 18. Ein Bereich 80 des Prozessrohrs 6, der benachbart zum Endabschnitt 18 liegt, und der die Verschlusseinheit 4 im geschlossenen Zustand überlappt, ist opak ausgebildet. Dies kann durch eine geeignete lokale Dotierung des Quarzmaterials oder auf andere Weise durch lokale Behandlung des Quarzmaterials erreicht werden, wie der Fachmann erkennen kann. Hierdurch kann eine Leitung von Wärmestrahlung in der Wand des Prozessrohrs 6 in Richtung der Anlagefläche 20 unterbunden werden. Der Bereich 80 ist von dem Ring 28 aus isolierendem Material umgeben. Ansonsten kann das Prozessrohr 6 den gleichen Aufbau besitzen wie zuvor beschrieben. Ferner weist die Isoliereinheit 8 im Bereich der Mittelöffnung der Aufnahme- und Tragplatte 30 ein zusätzliches isolierendes Ringelement 82 auf, das das Prozessrohr 6 thermisch bezüglich der Aufnahme- und Tragplatte 30 isoliert. Das Element 82 besitzt eine ausreichende Festigkeit, um das Prozessrohr 6 in der Mittelöffnung der Aufnahme- und Tragplatte 30 tragen zu können.Based on 4 A further embodiment of a process unit 1 will now be explained in more detail, the process unit 1 essentially having the same structure as described above, so that in the following description the same reference symbols as before are used for the same or equivalent components and primarily to the differences from the previously described embodiment is received. 4 shows an end area of the process tube 6 with a recorded closure unit 4. The process tube 6 has the same structure as described above with a closed end (not shown) and an open end 12. At the open end 12, in turn, an end section 18 is formed which, compared to a first inner diameter PRD 1 of the process pipe 6 has a second, larger inner diameter PRD 2 . As a result, an annular contact edge 20 pointing axially toward the open end is again formed at the transition, as well as an axially pointing contact edge 22 at the free end of end section 18 closed state overlaps, is formed opaque. This can be achieved by appropriate local doping of the quartz material or otherwise by local treatment of the quartz material, as will be appreciated by those skilled in the art. In this way, conduction of thermal radiation in the wall of the process pipe 6 in the direction of the contact surface 20 can be prevented. Area 80 is surrounded by ring 28 of insulating material. Otherwise, the process tube 6 can have the same structure as previously described. Furthermore, the insulating unit 8 has an additional insulating ring element 82 in the area of the central opening of the receiving and supporting plate 30 , which thermally insulates the process pipe 6 with respect to the receiving and supporting plate 30 . The element 82 has sufficient strength to support the process tube 6 in the central opening of the receiving and supporting plate 30 can.

Die Verschlusseinheit 4 ist im Wesentlichen gleich aufgebaut wie die zuvor beschriebene Verschlusseinheit 4 mit erster, außen liegender Türelement 36, zweiter, innen liegender Türeinheit 38 und Verbindungsanordnung 40. Die außen liegende Türelement 36 gleicht im Wesentlichen der zuvor beschriebenen Türelement 36 mit der Ausnahme, dass 4 im Bereich der ringförmigen Anlagefläche an der Innenseite des Türelements 42 eine Nut zur Aufnahme eines Dichtelements 84 zeigt.The locking unit 4 is constructed essentially the same as the locking unit 4 described above with the first, outer door element 36, the second, inner door unit 38 and the connecting arrangement 40. The outer door element 36 is essentially the same as the door element 36 described above, with the exception that 4 shows a groove for receiving a sealing element 84 in the region of the ring-shaped contact surface on the inside of the door element 42 .

Auch die innen liegende Türeinheit 38 gleicht im Wesentlichen der zuvor beschriebenen Türeinheit 38, jedoch ist der erste Seitenwand 57 verlängert, sodass sich ein axial verlängerter Aufnahmeraum für thermisch isolierende Elementen 66 ergibt. So ist gemäß 4 auch eine gegenüber der ersten Ausführungsform größere Anzahl von Elementen 66 vorgesehen. Darüber hinaus ist ein Bereich 88 der Seitenwand 57 opak ausgebildet. Insbesondere ist der Teilbereich der Seitenwand 57 opak ausgebildet, der in der geschlossenen Position der Verschlusseinheit 4 den Bereich 80 des Prozessrohrs 6 überlappt, wie in 4 dargestellt ist.The interior door unit 38 is also essentially the same as the previously described door unit 38, but the first side wall 57 is lengthened, resulting in an axially lengthened accommodation space for thermally insulating elements 66. That's according to 4 a greater number of elements 66 than in the first embodiment is also provided. In addition, a region 88 of the side wall 57 is opaque. In particular, that portion of the side wall 57 that overlaps the portion 80 of the process tube 6 when the closure unit 4 is in the closed position, as shown in FIG 4 is shown.

Die Verbindungsanordnung 40 ist gleich aufgebaut wie zuvor beschrieben. Der wesentliche Unterschied in den Ausführungsformen liegt somit im Vorsehen der opaken Bereiche 80 und 88 sowie in der Verlängerung der Seitenwand 57 um den Quarz-Quarz Kontaktbereich zwischen Anlagefläche 20 und Flansch 58 weiter vom Prozessraum im Prozessrohr 6 zu entfernen und besser thermisch zu isolieren.The connection arrangement 40 is constructed in the same way as previously described. The essential difference in the embodiments lies in the provision of the opaque areas 80 and 88 and in the extension of the side wall 57 in order to remove the quartz-quartz contact area between the contact surface 20 and the flange 58 further from the process space in the process tube 6 and to better thermally insulate it.

Nachfolgend wird nun der Betrieb der Prozesseinheit 1 anhand des Beispiels einer Bordotierung von Halbleiterwafern in einer BBr3 Gasatmosphäre im Unterdruck und bei erhöhter Prozesstemperatur näher erläutert. Zunächst wird die Verschlusseinheit 4 in eine offene Position gebracht, in der die Beladung des Prozessrohrs 6 über das offene Ende 12 ermöglicht wird, wie es bekannt ist. Insbesondere wird ein mit Halbleiterwafern beladenes Waferboot in das Prozessrohr 6 geladen. Anschließend wird die Verschlusseinheit 4 in eine geschlossene Position gebracht (siehe Beispielsweise 3 oder 4), in der eine innen liegende Quarz-Quarz Dichtung im Bereich der Anlagefläche 20 und des Flansches 58 gebildet wird sowie eine außen liegend Dichtung im Bereich der Anlagefläche 22 und der ringförmigen Anlagefläche am Türelement 42. In dieser Position kann der Innenraum des Prozessrohrs 6 auf einen erforderlichen Unterdruck gebracht werden, wobei eine ausreichende Vakuumdichtheit durch die außen liegende Dichtung nicht aber die Quarz-Quarz Dichtung vorgesehen wird. Der zwischen den beiden Dichtungen gebildete Raum kann mit einem Spülgas wie beispielsweise Stickstoff beaufschlagt werden, wobei eine geringe Strömung desselben über die Quarz-Quarz Dichtung in Richtung Prozessraum in Kauf genommen werden kann.The operation of the process unit 1 will now be explained in more detail below using the example of boron doping of semiconductor wafers in a BBr 3 gas atmosphere under reduced pressure and at an elevated process temperature. First, the closure unit 4 is placed in an open position allowing loading of the process tube 6 through the open end 12, as is known. In particular, a wafer boat loaded with semiconductor wafers is loaded into the process pipe 6 . Then the locking unit 4 in brought to a closed position (see example 3 or 4 ), in which an internal quartz-quartz seal is formed in the area of the contact surface 20 and the flange 58 as well as an external seal in the area of the contact surface 22 and the annular contact surface on the door element 42. In this position, the interior of the process tube 6 can open a necessary negative pressure must be brought, whereby a sufficient vacuum tightness is provided by the external seal but not the quartz-quartz seal. The space formed between the two seals can be charged with a flushing gas such as nitrogen, whereby a small flow of the same over the quartz-quartz seal in the direction of the process space can be accepted.

Der Prozessraum wird über die Heizeinheit 7 auf die Prozesstemperatur gebracht und über die Lanze 16 wird BBr3 eingeleitet. Im Fall von BBr3 als Prozessgas kann es nun zu einem Kondensieren von B2O3 am Prozessrohr 6 kommen, und zwar selbst bei den Prozesstemperaturen, die darüber hinaus in der Regel über dem Schmelzpunkt von B2O3 liegen, sodass das Kondensat aus B2O3 bei der Prozesstemperatur flüssig ist.The process space is brought to the process temperature via the heating unit 7 and BBr 3 is introduced via the lance 16 . In the case of BBr 3 as the process gas, B 2 O 3 can now condense on the process pipe 6, even at the process temperatures, which are also usually above the melting point of B 2 O 3 , so that the condensate from B 2 O 3 is liquid at the process temperature.

In beiden Ausführungsformen kann dadurch, dass sich das Quarzteil 54 in der geschlossenen Position der Verschlusseinheit 4 wenigstens teilweise in den Bereich des Prozessrohrs 6 mit dem ersten Innendurchmesser PRD1 erstreckt, die Quarz-Quarz Kontaktfläche auf einer Temperatur gehalten werden, die unterhalb des Schmelzpunktes von B2O3 liegt, sodass dort kondensierendes B2O3 nicht flüssig ist. Hierdurch kann ein Verkleben der Quarz-Quarz Kontaktfläche durch flüssiges Kondensat vermieden werden. Über die innen liegende Quarz-Quarz Dichtung kann ferner die außen liegende Dichtung ausreichend gegenüber der Prozessatmosphäre isoliert werden, dass eine Beeinträchtigung der in diesem Bereich eingesetzten Materialien durch die Prozessatmosphäre sowie eine Beeinträchtigung des Prozesses durch die Materialien vermieden werden kann. Ferner ermöglicht die außen liegende Dichtung eine ausreichende Vakuumdichtheit. Der Rohrverschluss und die Prozesseinheit können immer dort mit Vorteil eingesetzt werden, wo eine zweistufige Abdichtung (innen-außen) vorteilhaft ist und eine Prozessatmosphäre aus der am Prozessrohr Bestandteile kondensieren, die bei der Prozesstemperatur flüssig und somit klebrig sind, bei einer tieferen Temperatur hingegen fest und nicht klebend sind.In both embodiments, because the quartz part 54 extends at least partially into the region of the process tube 6 with the first inner diameter PRD 1 when the closure unit 4 is in the closed position, the quartz-quartz contact surface can be kept at a temperature below the melting point of B 2 O 3 is located so that B 2 O 3 condensing there is not liquid. This can prevent the quartz-quartz contact surface from sticking together due to liquid condensate. The inner quartz-quartz seal can also be used to sufficiently isolate the outer seal from the process atmosphere so that the materials used in this area are not adversely affected by the process atmosphere and the materials are not adversely affected by the process. Furthermore, the external seal enables sufficient vacuum tightness. The pipe closure and the process unit can always be used to advantage where a two-stage seal (inside-outside) is advantageous and a process atmosphere from which components condense on the process pipe that are liquid and therefore sticky at the process temperature, but solid at a lower temperature and are not sticky.

Die Erfindung wurde zuvor anhand bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung näher erläutert, ohne auf die konkreten Ausführungsformen beschränkt zu sein. Insbesondere können die unterschiedlichen Merkmale der Ausführungsformen frei miteinander kombiniert oder ausgetauscht werden, sofern entsprechende Kompatibilität gegeben ist. The invention was explained in more detail above on the basis of preferred embodiments of the invention, without being restricted to the specific embodiments. In particular, the different features of the embodiments can be freely combined with one another or exchanged, provided there is appropriate compatibility.

Bezugszeichenliste

1
Prozesseinheit
3
Prozessrohreinheit
4
Verschlusseinheit/ Rohrverschlusses
6
Prozessrohr
7
Heizeinheit
8
Isoliereinheit
9
Aufnahme und Trageinheit
11
geschlossenes Ende
12
offenes Ende
14
Endteil
16
Lanze
18
Endabschnitt
19
umlaufende Nut
20
Anlagekante
22
Anlagekante
24
Anlagekante
26
Material
28
Ring
30
Tragplatte(n)
36
Türelement
38
Türeinheit/ topfförmiges Element
40
Verbindungsanordnung/ Vorspanneinheit
42
Türelement
44
Führungsstifte
46
Anschlussstutzen
48
Nut
49
Ringelement
50
Anschlüsse
54
Quarzteil
55
Isoliereinheit
56
Boden
57
erste (umlaufende) Seitenwand
58
Flansch
59
zweite (umlaufende) Seitenwand
62
Anlagefläche
64
Verriegelungsvorsprünge
66
Elementen
70
Federn
72
Anbringungsplatte
80
Bereich
82
zusätzliches isolierendes Ringelement
84
Dichtelements
88
Bereich
Reference List
1
process unit
3
process pipe unit
4
Closure unit/ pipe closure
6
process tube
7
heating unit
8th
isolation unit
9
recording and carrying unit
11
closed end
12
open end
14
end part
16
lance
18
end section
19
circumferential groove
20
contact edge
22
contact edge
24
contact edge
26
material
28
ring
30
support plate(s)
36
door panel
38
Door unit/cup-shaped element
40
Connection arrangement / pretensioning unit
42
door panel
44
guide pins
46
connecting piece
48
groove
49
ring element
50
connections
54
quartz part
55
isolation unit
56
floor
57
first (circumferential) side wall
58
flange
59
second (circumferential) side wall
62
contact surface
64
locking protrusions
66
elements
70
feathers
72
mounting plate
80
area
82
additional insulating ring element
84
sealing element
88
area

Claims (14)

Rohrverschluss (4) für ein Prozessrohr (6) zum thermischen Behandeln von Substraten, insbesondere Halbleitersubstraten, im Unterdruck, wobei das Prozessrohr (6) ein geschlossenes Ende (11) und ein offenes Ende (12) aufweist, wobei das Prozessrohr (6) in einem Prozessbereich einen ersten Innendurchmesser (PRD1) und benachbart zum offenen Ende (12) einen zweiten, größeren Innendurchmesser (PRD2) aufweist, wobei das Prozessrohr (6) am offenen Ende (12) eine erste axial weisende Anlagekante (22) und am Übergang zwischen erstem und zweitem Innendurchmesser (PRD1-PRD2) eine zum offenen Ende (12) gerichtete, zweite axial weisende Anlagekante (20) aufweist, wobei der Rohrverschluss (4) folgendes aufweist: ein erstes Türelement (42) mit einem ersten Außendurchmesser (RVD1), der größer ist als der zweite Innendurchmesser (PRD2) des Prozessrohrs (6) und mit einer ringförmigen Anlagefläche, die mit oder ohne Zwischenlage einer Dichtung zur Anlage an der ersten Anlagekante (22) des Prozessrohrs (4) bemessen ist; ein zweites, topfförmiges Element (38) mit einer umlaufenden ersten Seitenwand (57) und einem Boden (56), die einen Aufnahmeraum bilden, wobei die erste Seitenwand (57) einen zweiten Außendurchmesser (RVD2) aufweist, der kleiner ist als der erste Innendurchmesser (PRD1) des Prozessrohrs (6), einem in Axialrichtung vom Boden (56) beabstandeten und sich von der ersten Seitenwand (57) radial erstreckenden Flansch (58), der einen dritten Außendurchmesser (RVD3) aufweist, der größer als der erste Innendurchmesser (PRD1) des Prozessrohrs (6) und kleiner als der zweite Innendurchmesser (PRD2) des Prozessrohrs (6) ist, wobei der Flansch (58) eine axial weisende Anlagefläche (62) aufweist, die zur Anlage an der zweiten Anlagekante (20) des Prozessrohrs bemessen ist, und wenigstens einem Wärmeisolierungselement in dem durch erste Seitenwand (57) und Boden (56) gebildeten Aufnahmeraum; wobei das zweite Element (38) in einer Axialrichtung beweglich an dem ersten Türelement (42) angebracht ist und über eine Vorspanneinheit (40) in einer Richtung weg vom ersten Türelement (42) vorgespannt ist, wobei die Bewegung weg vom ersten Türelement (42) begrenzt ist, wobei der Flansch (58) des zweiten Elements (38) in der Axialrichtung näher am ersten Türelement (42) liegt als die erste Seitenwand (57), und wobei der Bereich zwischen dem Flansch (58) des zweiten Elements (38) und dem ersten Türelement (42) frei von einer Wärmeisolierung ist.Tube closure (4) for a process tube (6) for the thermal treatment of substrates, in particular semiconductor substrates, under reduced pressure, the process tube (6) having a closed end (11) and an open end (12), the process tube (6) in a process area has a first inner diameter (PRD 1 ) and adjacent to the open end (12) a second, larger inner diameter (PRD 2 ), wherein the process tube (6) has a first axially pointing bearing edge (22) at the open end (12) and at the Transition between the first and second inner diameter (PRD 1 -PRD 2 ) has a second axially pointing contact edge (20) directed towards the open end (12), the pipe closure (4) having the following: a first door element (42) with a first outer diameter (RVD 1 ), which is larger than the second inside diameter (PRD 2 ) of the process tube (6) and with an annular abutment surface which, with or without the interposition of a gasket, is designed to abut against the first abutment edge (22) of the proc essrohrs (4) is sized; a second cup-shaped member (38) having a peripheral first sidewall (57) and a bottom (56) defining a receiving space, said first sidewall (57) having a second outer diameter (RVD 2 ) smaller than the first inner diameter (PRD 1 ) of the process tube (6), a flange (58) spaced axially from the bottom (56) and radially extending from the first sidewall (57) and having a third outer diameter (RVD 3 ) greater than the first inner diameter (PRD 1 ) of the process tube (6) and smaller than the second inner diameter (PRD 2 ) of the process tube (6), the flange (58) having an axially facing abutment surface (62) for abutting against the second abutment edge (20) of the process tube, and at least one thermal insulation element in the receiving space formed by the first side wall (57) and floor (56); the second member (38) being movably attached to the first door panel (42) in an axial direction and being biased in a direction away from the first door panel (42) via a biasing unit (40), the movement away from the first door panel (42) is limited, wherein the flange (58) of the second member (38) is closer to the first door member (42) in the axial direction than the first side wall (57), and wherein the area between the flange (58) of the second member (38) and the first door member (42) is devoid of thermal insulation. Rohrverschluss (4) nach Anspruch 1, wobei das zweite Element (38) aus Quarz besteht und optional in der ersten Seitenwand (57) einen opak ausgebildeten Bereich aufweist.Pipe closure (4) after claim 1 , wherein the second element (38) consists of quartz and optionally has an opaque region in the first side wall (57). Rohrverschluss (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich die erste Seitenwand (57) des zweiten Elements (38) ausgehend von der axial weisenden Anlagefläche des Flansches (58) über eine Länge von wenigstens 30 mm, bevorzugt wenigstens 60 mm in Axialrichtung erstreckt.Pipe closure (4) according to one of the preceding claims, the first side wall (57) of the second element (38) extending from the axially pointing contact surface of the flange (58) over a length of at least 30 mm, preferably at least 60 mm in the axial direction . Rohrverschluss (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche , wobei wenigstens zwei Wärmeisolierungselemente aus unterschiedlichen Materialien in dem Aufnahmeraum vorgesehen sind, wobei das benachbart zum Boden (56) des Aufnahmeraums liegende Wärmeisolierungselement eine höhere Wärmebeständigkeit aufweist als ein weiter vom Boden (56) entfernt liegendes Wärmeisolierungselement.Pipe closure (4) according to one of the preceding claims, wherein at least two thermal insulation elements made of different materials are provided in the receiving space, the thermal insulation element lying adjacent to the bottom (56) of the receiving space having a higher heat resistance than a thermal insulating element further away from the bottom (56). . Rohrverschluss (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das zweite Element (38) an der zum ersten Türelement (42) weisenden Seite des Flansches (58) eine umlaufende sich Axial erstreckende zweite Seitenwand (59) mit einem vierten Außendurchmesser (RVD4) aufweist, der größer als der zweite Außendurchmesser (RVD2) und kleiner als oder gleich groß wie der dritte Außendurchmesser (RVD3) ist.Pipe closure (4) according to one of the preceding claims, wherein the second element (38) on the side of the flange (58) facing the first door element (42) has a circumferential, axially extending second side wall (59) with a fourth outer diameter (RVD 4 ) which is greater than the second outer diameter (RVD 2 ) and less than or equal to the third outer diameter (RVD 3 ). Rohrverschluss (4) nach Anspruch 5, wobei die zweite Seitenwand (59) am Innenumfang eine Vielzahl von Befestigungsvorsprüngen zum Eingriff mit einem mit der Vorspanneinheit (40) verbundenen Befestiger aufweist.Pipe closure (4) after claim 5 wherein the second side wall (59) has a plurality of fastening projections on the inner periphery for engagement with a fastener connected to the biasing unit (40). Rohrverschluss (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste Türelement (42) wenigstens einen internen Durchlass mit einem Zuleitungsanschluss und einem Ausleitungsanschluss zum Hindurchleiten eines Kühlmediums aufweist.Pipe closure (4) according to one of the preceding claims, wherein the first door element (42) has at least one internal passage with a supply connection and a discharge connection for conducting a cooling medium therethrough. Rohrverschluss (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste Türelement (42) wenigstens einen Gasversorgungsanschluss zur Verbindung mit einer externen Gasversorgung aufweist, wobei sich der Gasversorgungsanschluss zu einer zum zweiten Element (38) weisenden Seite des ersten Türelements (42) öffnet und zwar an einer Position radial innerhalb seiner ringförmigen Anlagefläche.Pipe closure (4) according to one of the preceding claims, wherein the first door element (42) has at least one gas supply connection for connection to an external gas supply, the gas supply connection opens to a second member (38) facing side of the first door member (42) at a position radially inward of its annular abutment surface. Rohrverschluss (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste Türelement (42) im Bereich der ringförmigen Anlagefläche eine Vertiefung zur Aufnahme eines ringförmigen Dichtelements aufweist.Pipe closure (4) according to one of the preceding claims, in which the first door element (42) has a depression in the region of the annular contact surface for receiving an annular sealing element. Prozesseinheit (1) zum thermischen Behandeln von Substraten, insbesondere Halbleitersubstraten, im Unterdruck, mit einem Prozessrohr (3) und einem Rohrverschluss (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Prozessrohr (3) folgendes aufweist: ein geschlossenes erstes Ende (11); wenigstens eine Gaszuleitung zur Verbindung mit einer Prozessgasversorgung; wenigstens eine Gasausleitung zur Verbindung mit einer Absaugeinheit; und ein dem geschlossenen ersten Ende (11) gegenüberliegendes offenes Ende (12), wobei das Prozessrohr (3) in einem Prozessbereich einen ersten Innendurchmesser (PRD1) aufweist sowie benachbart zum offenen Ende (12) einen zweiten größeren Innendurchmesser (PRD2), wobei das Prozessrohr am offenen Ende (12) eine erste axial weisende Anlagekante (20) und am Übergang zwischen erstem und zweitem Innendurchmesser (PRD1-PRD2) eine zum offenen Ende weisende, zweite axial weisende Anlagekante (22) aufweist, wobei der Rohrverschluss (4) so bemessen ist, dass er in einer geschlossenen Position im offenen Ende (12) des Prozessrohrs (3) derart positionierbar ist, dass seine ringförmige Anlagefläche mit oder ohne Zwischenlage einer Dichtung zur Anlage an der ersten Anlagekante (20) des Prozessrohrs (3) kommt und die axial weisende Anlagefläche eines Flansches (58) zur Anlage an der zweiten Anlagekante (22) des Prozessrohrs (3) kommt, wodurch sich eine erste Seitenwand (57) und ein Boden (56) mit dem dadurch gebildeten Aufnahmeraum des zweiten Elements (38) in den Bereich des Prozessrohrs (3) mit erstem Innendurchmesser (PRD1) erstreckt.Process unit (1) for the thermal treatment of substrates, in particular semiconductor substrates, under reduced pressure, having a process tube (3) and a tube closure (4) according to one of the preceding claims, the process tube (3) having the following: a closed first end (11) ; at least one gas supply line for connection to a process gas supply; at least one gas outlet for connection to a suction unit; and an open end (12) opposite the closed first end (11), wherein the process tube (3) has a first inner diameter (PRD 1 ) in a process region and a second larger inner diameter (PRD 2 ) adjacent to the open end (12), wherein the process tube has a first axially pointing contact edge (20) at the open end (12) and at the transition between the first and second inner diameter (PRD 1 -PRD 2 ) a second axially pointing contact edge (22) pointing towards the open end, the pipe closure (4) dimensioned to be positioned in a closed position within the open end (12) of the process tube (3) such that its annular abutment surface, with or without the interposition of a gasket, abuts against the first abutment edge (20) of the process tube ( 3) comes and the axially pointing contact surface of a flange (58) comes to rest against the second contact edge (22) of the process tube (3), whereby a first side wall (57) and a bottom (56) with the thus formed receiving space of the second element (38) in the region of the process pipe (3) with the first inner diameter (PRD 1 ). Prozesseinheit (1) nach Anspruch 10, wobei das Prozessrohr (3) aus Quarz besteht und optional in wenigstens einem Teilbereich des Prozessrohrs (3), der in der geschlossenen Position des Rohrverschlusses (4) die erste Seitenwand (57) des zweiten Elements (38) umgibt, opak ausgebildet ist.Process unit (1) after claim 10 , wherein the process tube (3) consists of quartz and is optionally formed opaque in at least a partial region of the process tube (3) that surrounds the first side wall (57) of the second element (38) in the closed position of the tube closure (4). Prozesseinheit (1) nach Anspruch 10 oder 11, wobei das Prozessrohr (3) über einen Teilbereich seiner Länge von einer Heizeinheit (7) und einer die Heizeinheit (7) und das Prozessrohr (3) umgebenden thermischen Isolierung (8) umgeben ist, wobei die Heizeinheit (7) in Axialrichtung von dem Abschnitt des Prozessrohrs (3), der in der geschlossenen Position des Rohrverschlusses (4) die erste Seitenwand (57) des zweiten Elements (38) umgibt, beabstandet ist.Process unit (1) after claim 10 or 11 , wherein the process tube (3) is surrounded over a portion of its length by a heating unit (7) and thermal insulation (8) surrounding the heating unit (7) and the process tube (3), the heating unit (7) being axially separated from the Section of the process pipe (3) surrounding the first side wall (57) of the second element (38) in the closed position of the pipe closure (4), is spaced apart. Prozesseinheit (1) nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei wenigstens der Abschnitt des Prozessrohrs (3), der in der geschlossenen Position des Rohrverschlusses (4) die erste Seitenwand (57) des zweiten Elements (38) umgibt, von wenigstens einem Ring (28) aus thermisch isolierendem Material umgeben ist.Process unit (1) according to one of Claims 10 until 12 wherein at least the portion of the process pipe (3) surrounding the first side wall (57) of the second element (38) in the closed position of the pipe plug (4) is surrounded by at least one ring (28) of thermally insulating material. Prozesseinheit (1) nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei das Prozessrohr (3) über wenigstens 80% seiner Länge den zweiten Innendurchmesser aufweist.Process unit (1) according to one of Claims 10 until 13 , wherein the process tube (3) has the second inner diameter over at least 80% of its length.
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