DE19521716A1 - Prozeßrohr mit Endverschluß - Google Patents
Prozeßrohr mit EndverschlußInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Prozeßrohr, insbesondere für einen
bei der Halbleiterherstellung eingesetzten Prozeßofen.
Prozeßöfen dienen zur Behandlung von Gegenständen unter
bestimmten vorgegebenen Prozeßbedingungen. Aus der Halblei
tertechnik sind beispielsweise Prozeßöfen bekannt, mit denen
Halbleiterscheiben unter vorgegebenen Druck- und Temperatur
bedingungen prozessiert werden, um vorgegebene Schichten zu
erzeugen. Beispielsweise können mit derartigen Öfen, die auch
als Reaktoren bezeichnet werden, die Epitaxieschichten,
Isolationsschichten oder leitfähige Schichten auf der Halb
leiterscheibe erzeugt werden. Diese Schichten werden übli
cherweise durch Abscheidung aus einer Gasphase des abzuschei
denden Materials hergestellt.
Insbesondere für die Herstellung von TEOS-, TEAS-, Nitrid-Sili
ziumoxid- oder Polysiliziumschichten werden derartige
Reaktoren mit erniedrigtem Gasdruck betrieben. Schematische
Anordnungen der Reaktoren oder Prozeßöfen sind beispielsweise
aus der Veröffentlichung D. Widmann, H. Mader, H. Friedrich:
Technologie hochintegrierter Schaltungen, Springer-Verlag,
1988, Seite 36 bekannt.
Grundsätzlich ist die Abdichtung eines Endverschlusses
problematisch. Selbst für Öfen, die bei Temperaturen unter
halb 1000°C betrieben werden, ergibt sich für die Dichtung
des Flansches ein Wärmeproblem. Obwohl der Flansch aufgrund
eines auftretenden Temperaturgradienten nicht mehr den hohen
Temperaturen der inneren Prozeßkammer ausgesetzt ist, muß der
Flansch gekühlt werden, da die bekannten Dichtungen, den z. B.
bei Niedertemperaturöfen auftretenden flanschseitigen Tempe
raturen bis 350°C nicht standhalten.
Die Kühlung des Flansches führt zu Kältezonen, die ihrerseits
Ablagerungen bewirken, die je nach durchgeführtem Prozeß
unterschiedlich, aber immer nachteilig sind. Diese
Ablagerungen führen zu einem häufig notwendigem Austausch des
Prozeßrohres und zu einer Erhöhung der Defektdichte auf den
prozessierten Gegenständen, insbesondere den Halbleiterschei
ben. Darüber hinaus ist bei bestimmten Prozessen, beispiels
weise bei einer TEOS-Abscheidung die Prozeßstabilität durch
den Temperaturgradienten zwischen Rohr und Flansch aufgrund
der Flanschkühlung niedrig.
Neben der Dichtung betrifft ein anderes Problem der
Flanschanbindung an das Prozeßrohr die Befestigung des Flan
sches. Üblicherweise werden Edelstahlschrauben eingesetzt-,
deren Gewinde bei längerem Betrieb verrieben werden bzw.
anders ausgedrückt, die Schrauben fressen. Bei einem wie
vorstehend geschilderten notwendigen Austausch des Prozeßroh
res können dann die Schrauben reißen, wodurch zusätzliche
Reparaturkosten entstehen, und die Stillstandszeiten anwach
sen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Prozeßrohr
anzugeben, das eine verbesserte Abdichtung des endseitigen
Verschlusses ermöglicht.
Diese Aufgabe löst die Erfindung mit den Merkmalen des Pa
tentanspruchs 1.
Die Erfindung hat den Vorteil, daß beim Einsatz eines Prozeß
rohres für Ofenprozesse unter 1000°C eine Kühlung des end
seitigen Verschlusses entfallen kann. Dadurch wird die Gefahr
von Ablagerungen der Prozeßgase verringert, so daß sich die
Standzeiten des Rohres deutlich erhöhen. Weiterhin wird
insbesondere in der Halbleitertechnologie die Defektdichte
bei der Scheibenprozessierung niedriger gehalten. Schließlich
läßt sich ein Rohraustausch in erheblich kürzerer Zeit be
werkstelligen als bei einem bekannten Prozeßrohr.
Ausgestaltungen der Erfindung sind in Unteransprüchen gekenn
zeichnet.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispie
len näher erläutert, die in den Figuren der Zeichnung darge
stellt sind. Es zeigen:
Fig. 1 einen Querschnitt durch einen ersten endseitigen Ver
schluß eines horizontal angeordneten Prozeßrohres,
Fig. 2 einen Querschnitt durch einen zweiten endseitigen
Verschluß eines horizontal angeordneten Prozeßrohres,
Fig. 3 einen Querschnitt und eine Draufsicht auf einen Basis
ring,
Fig. 4 einen Querschnitt durch einen ersten endseitigen
Flansch gemäß Fig. 1,
Fig. 5 einen Querschnitt und eine Draufsicht auf eine Bajo
nettklaue,
Fig. 6 Querschnitte durch einen Zylinder und einen darin
geführten Kolben,
Fig. 7 einen Querschnitt durch den keilförmigen Dichtring,
Fig. 8 Querschnitte durch verschiedene weitere Dichtungen,
Fig. 9 Querschnitte zur Erläuterung der Abdichtung des Flan
sches gegen einen Deckel,
Fig. 10 einen Querschnitte durch einen zweiten endseitigen
Flansch gemäß Fig. 2 und ein Detail zur Erläuterung der
Abdichtung des Flansches gegen den Deckel,
Fig. 11 Querschnitte des Deckels und von Deckeldetails,
Fig. 12 einen Querschnitt durch einen dritten endseitigen
Verschluß für ein vertikal angeordnet es Prozeßrohr und
Fig. 13 Querschnitte durch Details der Fig. 12.
Gemäß Fig. 1 ist ein Querschnitt durch einen endseitigen
Verschluß eines horizontal angeordneten Prozeßrohres 1 darge
stellt. Der Verschluß enthält einen Basisring 2, einen end
seitigen Flansch 3 und einen keilförmigen Dichtring 4. Basis
ring 2 und Flansch 3 sind mit Hilfe einer Preßvorrichtung mit
den Elementen 5 bis 7 gegeneinander gepreßt.
Der Basisring 2, der in Fig. 3 detaillierter dargestellt ist,
ist gegen den Außenmantel des Prozeßrohres mit einem Zen
trierring 10 (Fig. 8d) abgedichtet, die in der Öffnung O10
eingelegt ist. Am äußeren Umfang hat der Basisring einen
Bajonettanschluß 20. Der Basisring enthält weiterhin Öffnun
gen OF1 und OF2, in die Führungs- bzw. Zentrierstifte ein
greifen können.
Der in Fig. 4 näher dargestellte Flansch 3 enthält am rohrsei
tigen Ende eine schräg zur Rohrachse verlaufende Ringfläche
RF, die in einem vorgegebenen Winkel W1 zur Rohrachse derart
verläuft, daß mit dem Rohrmantel ein zum Rohrende hin ausge
richteter keilförmiger Spalt entsteht. Der Flansch 3 enthält
weiterhin eine Nase, an der ein Geräteanschluß 9 angesetzt
werden kann, um die erforderlichen Prozeßgase abzuführen. In
dem Bereich, der mit dem Ende des Prozeßrohres in Kontakt zu
kommen hat, sind Nuten O11 und O12 vorgesehen, in die ein
Einlegeband 11 bzw. ein Rohranschlag 12 als Dichtpuffer (Fig.
8c, b) für eine axiale bzw. radiale Abdichtung des Flansches
zum Rohr eingebracht werden können.
An der vom Rohrende abgewandten Seite des Basisringes greift
eine Klaue 5 an, die mit einer Schraube S an einem Zylinder 8
befestigt ist. Die in Fig. 5 näher dargestellte Klaue 5 ist
bajonettförmig ausgebildet, um in das Bajonettgegenstück des
Basisrings 2 eingreifen zu können. Die Klaue weist Öffnungen
OS auf, durch die die Schrauben S zur Befestigung an dem
Zylinder 6 geführt sind. Es ist nicht erforderlich, daß die
Klaue einen umlaufenden Ring bildet.
Der in Fig. 6a näher dargestellte Zylinder hat eine Öffnung
O7, in der ein Stahlringkolben 7 geführt ist. Auf die endsei
tige Stirnfläche des Kolbens 7 drückt eine Dichtmanschette 8
als Dichtung, die in Fig. 8a) detailliert dargestellt ist. Der
Zylinder 6 ist mit der Klaue 5 verschraubt. Durch einen
Druckanschluß D läßt sich in die Kolbenführung O7 des Zylin
ders 6 ein Druckgas, vorzugsweise Stickstoff einführen, das
über die Dichtung 8 auf den Zylinder 7 wirkt.
Wie anhand der Zusammenstellungszeichnung der Fig. 1 erkennbar
ist, greifen die Preßvorrichtung und der Basisring aufgrund
des Bajonettverschlusses in engem Kontakt ineinander. Der
Kolben 7 der Preßvorrichtung drückt bei Beaufschlagung des
Zylinders mit einem Druckgas gegen ein Gegenstück G des
Flansches 3, so daß der Flansch 3 und der Basisring 2 relativ
gegeneinander gedrückt werden. Dadurch wird der an der
Ringfläche RF des Flansches angesetzte keilförmige Dichtring
4 in den zwischen den Flansch und dem Prozeßrohr gebildeten
keilförmigen Spalt gepreßt.
Der Dichtring 4, der in Fig. 7 detailliert dargestellt ist,
kommt mit seiner Sitzfläche SF1 mit der Ringfläche RF des
Flansches und mit seiner Sitzfläche SF2 mit dem Außenmantel
des Prozeßrohres 1 in Kontakt. Der Keilwinkel W2 des Dicht
ringes 4 ist vorzugsweise kleiner als der Winkel W1, den die
Ringfläche RF mit der Rohrachse einschließt. Beispielsweise
kann W1 18° oder mehr betragen, während W2 17° beträgt. Der
Dichtring 4 hat eine Druckfläche DF, die in einem Winkel W3
zur Normalen auf die Rohrachse geneigt ist, damit eine ent
sprechende Preßfläche des Basisrings auf die Dichtung drücken
kann. Vorzugsweise ist W2 gleich W3. Die Preßfläche PF des
Basisrings 20 ist in einem Winkel W4 zur Normalen auf die
Rohrachse geneigt, der W3 entspricht.
Der keilförmige Dichtring 4 enthält Polytetrafluorethylen mit
dem Handelsnamen Teflon. Entweder ist der Dichtring rein aus
Teflon oder aus Teflon mit einer Verstärkung aus glasfaser
verstärktem Kunststoff. Gleiches gilt für die Dichtungen 8,
10, 11 und 12. Üblicherweise ist Teflon für Temperaturen bis
320°C spezifiziert. Teflon hat die Eigenschaft, bei höheren
Temperaturen zunehmend zu fließen. Im Ausführungsbeispiel
wird der keilförmige Dichtring 4 auch bei einem Fließen
aufgrund der Keilanordnung stärker in den keilförmigen Spalt
zwischen Prozeßrohr 1 und Flansch 3 gedrückt. Dadurch, daß
der Keilwinkel des keilförmigen Dichtrings kleiner als der
Keilwinkel der Ringfläche RF des Flansches 3 ist, erfolgt die
Abdichtung insbesondere an der Keilspitze. Aufgrund des
Unterdrucks im Prozeßrohr und des Drucks des Basisrings auf
die Druckfläche DF der keilförmigen Dichtung 4 wird demnach
die Dichtung in den Keilspalt gezogen und dichtet trotz der
Fließeigenschaften von Teflon an der Keilspitze mit der
größten Dichtkraft.
Der keilförmige Dichtring 4 kann in einfacher Weise durch
Drehen eines Teflonstücks hergestellt werden. Es ist zu
betonen, daß für die Winkel W1 und W2 auch andere Maße ge
wählt werden können, beispielsweise W1 20° und W2 17° oder
18°.
Der Kolben 7 der Preßvorrichtung ist als Stahlringkolben
ausgebildet, der das Gegenstück G des Flansches gegen den mit
Hilfe des Zentrierrings 10 und der Bajonettanordnung der
Preßvorrichtung und des Basisrings fixierten Basisring 2
drückt. Zum Öffnen des Flansches ist es lediglich erforder
lich, den Druck auf den Kolben 7 zu entspannen, damit der
Druck des Kolbens auf das Gegenstück 6 verringert wird. An
schließend wird der Bajonettverschluß zwischen der Preßvor
richtung und dem Basisring geöffnet sowie der Flansch und an
schließend das Rohr entfernt. Der Einbau erfolgt in umgekehr
ter Reihenfolge, indem auf das neue Prozeßrohr zunächst der
mit dem Zentrierring 10 versehene Basisring 2 und
anschließend der Flansch aufgesetzt wird, der mit Hilfe der
Preßvorrichtung zum Basisring 2 ausgerichtet wird. Indem der
Kolben 7 mit Druck beansprucht wird, wird der Flansch 3 gegen
den Basisring gepreßt, so daß die Dichtung 4 in dem keilför
migen Ringspalt drücken und das Prozeßrohr abdichten kann.
Als Druckgas für den Kolben 7 wird dem Zylinder 6 vorzugs
weise Stickstoff zugeführt, um Verunreinigungen zu vermeiden.
Fig. 2 zeigt im Querschnitt eine Zusammenstellung eines end
seitigen Verschlusses des Prozeßrohres, der sich für die
Anbringung eines Deckels eignet. In ähnlicher Weise wie in
Fig. 1 wird ein Flansch 30, der in Fig. 10 detailliert in einer
anderen Ausführung dargestellt ist, mit Hilfe einer nicht
dargestellten Preßvorrichtung gemäß Fig. 1 gegen einen fixier
ten Basisring 2 gedrückt, so daß die Dichtung 4 in einen
keilförmigen Ringspalt drücken kann. Der Basisring 10 ist mit
einem Zentrierring gegen den Rohraußenmantel zentriert. Der
Flansch 30 ist mit Dichtmanschetten 11 und 12 gemäß Fig. 8 b,c
versehen, die den Flansch in axialer Richtung und in radialer
Richtung gegen das Prozeßrohr puffern. Der Flansch 30 hat
einen Auslaß A1, an dem eine Vorrichtung zum Einlaß oder zum
Auslaß von Prozeßgasen angebracht werden kann. Das Detail Y
des Flansches 30 gemäß Fig. 1 ist in Fig. 9b näher dargestellt.
In axialer Richtung enthält der Flansch 30 zackenförmige
Ringe ZR1 und ZR2. In einer Abänderung zum Flansch 30 gemäß
Fig. 2 mündet zwischen ZR1 und ZR2 ein Loch L, das mit einem
Anschluß A2 zum Anschluß einer Gaszu- oder Abführanlage
verbunden ist. Das Detail Y mit Loch L und A2 eignet sich für
eine Abdichtung des Prozeßrohres mit differentieller Abpum
pung, mit der sich bei entsprechender Abdichtung des Flan
sches mit Hilfe eines Deckels bei einem Rohrinnendruck von
etwa 10-4 Torr Leckraten unterhalb von 0,5 mTorr/min erzielen
lassen. Die auf die zackenförmigen Dichtringe des Details Y
drückende Dichtung ist in Fig. 9a dargestellt.
Der in Fig. 11 dargestellte Querschnitt durch einen Deckel AD
hat eine ringförmige Dichtnut mit einem Detail X, das in Fig.
11b bzw. 11c näher dargestellt ist. In der Dichtnut sind
gemäß Detail X ebenfalls zackenförmige Ringe angeordnet, die
den Ringen des Details Y gemäß Fig. 9 entsprechen und auf der
anderen Seite der Dichtung gemäß Fig. 9a gegen entsprechende
Zacken drücken.
Gemäß Fig. 10 ist eine Dichtfläche des Flansches 30 darge
stellt, dessen Detail Z Fig. 10b detailliert zeigt. Diese
geringförmig gewölbte Dichtfläche eignet sich für Normalbe
dingungen, die Leckraten unterhalb 3 mTorr/min zulassen.
Fig. 12 zeigt im Unterschied zu den Fig. 1 bis 11, in denen ein
horizontal angeordnetes Prozeßrohr beschrieben ist, ein
vertikal angeordnetes Prozeßrohr. Das vertikale Prozeßrohr
103 ist in einen Flansch 101 gesteckt und axial gegen dieses
abgepuffert. Ein Basisring 100 drückt einen keilförmigen
Dichtring 102 in einen keilförmigen Spalt zwischen dem
Flansch 101 und dem Prozeßrohr 103. In diesem Ausführungsbei
spiel sind der Flansch und der Basisring miteinander ver
schraubbar.
Fig. 13 zeigt die Details der Fig. 12.
Bei einem erfindungsgemäßen Prozeßrohr mit endseitigem Ver
schluß ist es möglich, einen Rohrwechsel innerhalb von weni
gen Stunden durchzuführen, während bei bisherigen Prozeßroh
ren etwa 2 Tage erforderlich waren. Die einfache Abdichtung
erlaubt es weiterhin, einfache Prozeßrohre zu verwenden, die
als Zylinderrohre ausgebildet sind. Bisher notwendige Glas
bläserarbeiten, beispielsweise um am rohrseitigen Ende des
Prozeßrohres einen Kugelschliff mit entsprechender Absaugvor
richtung anzubringen, sind nicht mehr erforderlich. Dadurch
erlaubt die Erfindung die Verwendung erheblich vereinfachter
mechanischer Bauteile, die sich nicht nur in verringerten
Wartungszeiten auswirken, sondern auch verlängerte Standzei
ten des Prozeßrohres ermöglichen, da aufgrund der nicht mehr
notwendigen Kühlung des Flansches geringere parasitäre Ef
fekte entstehen.
Claims (15)
1. Prozeßrohr, insbesondere zur Prozessierung von Halbleiter
scheiben, mit einem endseitigen Flansch (3) und einem zuge
ordneten Basisring (2), die relativ zueinander derart ange
ordnet sind, daß ein keilförmiger Dichtring (4) in einen
keilförmigen Spalt gepreßt wird, der durch das Prozeßrohr (1)
und eine schräg zur Rohrachse verlaufende Ringfläche (RF) des
Flansches (3) gebildet ist.
2. Prozeßrohr nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß in den Basisring (2) eine Preßvorrichtung (5, 6, 7, 8)
eingreift, die den Basisring und den Flansch gegeneinander
preßt.
3. Prozeßrohr nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Basisring einen Bajonettanschluß hat.
4. Prozeßrohr nach Anspruch 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Preßvorrichtung eine am Basisring (2) angreifende
Klaue (5) und einen damit verbundenen Zylinder (6) enthält
und daß in den Zylinder ein Kolben (7, 8) geführt wird, der
gegen ein Gegenstück (G) des Flansches (3) drückt.
5. Prozeßrohr nach Anspruch 2 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Preßvorrichtung und der Basisring über ein Bajonett
ineinandergreifen.
6. Prozeßrohr nach Anspruch 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Preßvorrichtung durch eine Schraubverbindung zwischen
Flansch und Basisring geformt ist.
7. Prozeßrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Basisring gegen den Rohrmantel des Prozeßrohrs und
daß der Flansch gegen den Rohrmantel und die Stirnfläche des
Prozeßrohrs abgedichtet sind.
8. Prozeßrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß der keilförmige Dichtring (4) eine schräg zur Rohrachse
verlaufende Dichtfläche (SF1) hat, die mit der Rohrachse
einen Keilwinkel (W2) einschließt, der kleiner ist als der
Winkel (W1), den die schräg zur Rohrachse verlaufende Ring
fläche (RF) des Flansches (3) mit der Rohrachse einschließt.
9. Prozeßrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Basisring eine schräge Preßfläche (PF) hat, die gegen
eine abgeschrägten Fläche (DF) des keilförmigen Dichtrings
drückt.
10. Prozeßrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Flansch einen Geräteanschluß (A1, A2) für Prozeßgase
hat.
11. Prozeßrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Flansch über eine Dichtvorrichtung (X, Y, Z) mit
einem Deckel (AD) verschließbar ist.
12. Prozeßrohr nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Dichtvorrichtung flanschseitig eine leicht konvexe
Dichtfläche (Z) enthält.
13. Prozeßrohr nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Dichtvorrichtung flanschseitig und deckelseitig
mehrere zackenförmige Ringe (X, Y) enthält, die einander
zugeordnet sind und zwischen denen das Dichtelement angeord
net ist.
14. Prozeßrohr nach einer der Ansprüche 1 bis 13,
dadurch gekennzeichnet,
daß der keilförmige Dichtring Polytetrafluoräthylen enthält.
15. Prozeßrohr nach Anspruch 14,
dadurch gekennzeichnet,
daß der keilförmige Dichtring mit glasfaserverstärktem
Kunststoff verstärkt ist.
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
DE1995121716 DE19521716C2 (de) | 1995-06-14 | 1995-06-14 | Prozeßrohr mit Endverschluß |
Applications Claiming Priority (1)
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---|---|---|---|
DE1995121716 DE19521716C2 (de) | 1995-06-14 | 1995-06-14 | Prozeßrohr mit Endverschluß |
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DE19521716A1 true DE19521716A1 (de) | 1996-12-19 |
DE19521716C2 DE19521716C2 (de) | 2000-03-30 |
Family
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---|---|---|---|
DE1995121716 Expired - Fee Related DE19521716C2 (de) | 1995-06-14 | 1995-06-14 | Prozeßrohr mit Endverschluß |
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