DE2526569A1

DE2526569A1 - Rohr aus glasigem werkstoff mit unrundem stroemungsquerschnitt und wenigstens einem verjuengten endbereich, insbesondere zur durchfuehrung halbleitertechnologischer verfahren, und verfahren zu seiner herstellung

Info

Publication number: DE2526569A1
Application number: DE19752526569
Authority: DE
Inventors: Horst Albrecht; Heinz Herzog; Heinrich Mohn
Original assignee: Heraeus Schott Quarzschmelze GmbH
Current assignee: Heraeus Quarzglas GmbH and Co KG
Priority date: 1975-06-13
Filing date: 1975-06-13
Publication date: 1976-12-16
Also published as: FR2314150A1; CH612657A5; FR2314150B1; JPS5244822A; GB1529385A; DE2526569B2

Description

Hanau, den 9.Juni 1975 PA-Dr.Hn/F

Heraeus Quarzschmelze GmbH Hanau am Main

Patent- und Gebrauchsmusterhilfsanmeldung

^i:Eohr aus glasigem Werkstoff mit unrundem Strömungsquerschnitt und wenigstens einem verjüngten Endbereich, insbesondere zur Durchführung halbleitertechnologischer Verfahren, und Verfahren zu seiner Herstellung."

Die Erfindung bezieht sich auf ein Rohr aus glasigem Werkstoff, wie Glas oder Quarzglas, mit einem unrunden, vorzugsweise vieleckigen Strömungsquerschnitt, wobei wenigstens ein Endbereich des Rohres zur Reduzierung des Strömungsquerschnittes unter Bildung einer Kappe stetig verjüngt ist, insbesondere zur Durchführung halbleitertechnologischer Verfahren, und auf ein Verfahren zur Herstellung solcher Rohre.

Rohre aus Quarzglas, die entsprechend der vorstehend charakterisierten Art ausgebildet sind, sind bekannt. Sie weisen einen rechteckigen oder ovalen Strömungsquerschnitt auf. Das eine Ende des Rohres ist mit einer Kappe versehen, an die ein Stutzen angesetzt ist. Die Rohre werden zur Durchführung von Epitaxie-Verfahren auf dem Gebiet der Halbleitertechnologie, verwendet. Die Standzeiten dieser bekannten Rohre sind recht gut. Das Bruchrisiko dieser Rohre ist zwar nicht übermässig gross, jedoch auch nicht vernachlässigbar klein. Es beruht darauf, dass die Kappen dieser Rohre Inhomogenitäten aufweisen, die sich aus dem Herstellungsverfahren der Rohre, und zwar insbesondere der Kappe ergeben.

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Die bekannten Epitaxie-Rohre hat man nach zwei unterschiedlichen Verfahren hergestellt. Bei dem einen Verfahren wurde zunächst aus vorgeschnittenen Wandteilen aus Quarzglas durch Verschweissen der einzelnen Teile miteinander eine Kappe gebildet, deren freier rechteckiger Querschnitt sich zum einen Ende hin stetig verkleinert, also verjüngt. Das Kappenende mit dem grössten Querschnitt wird danach mit einem Quarzglasrohr rechteckigen Querschnitts verschweisst. Nach dem anderen Verfahren wird von einem Rohr rechteckigen Querschnitts ausgegangen und die Kappe in der Weise hergestellt, dass zunächst an einem Ende des Rohres eine Kappen-"krone" geschnitten wird und anschliessend die "Zacken" der Krone in Richtung auf die Rohrachse hin umgebogen und an ihren Kanten miteinander zur Bildung der sich im Querschnitt verjüngenden Kappe verschweisst werden. Bei beiden Verfahren ergeben sich im Bereich der Schweisstrecken Inhomogenitäten im Quarzglas, durch die die Bruchgefahr erhöht wird. Ausserdem ist das Bruchrisiko bei der Herstellung der Rohre nicht unerheblich, weil empfindliche Einzelteile oder Zacken be- und verarbeitet werden müssen.

Aufgabe der Erfindung ist es, das Bruchrisiko bei Rohren der eingangs charakterisierten Art auch im Kappenbereich auf das gleiche Mass herabzusetzen wie für den sich an die Kappe anschliessenden Rohrteil und die Herstellungskosten der Rohre zu senken.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäss dadurch, dass der verjüngte, kappenartige Endbereich schweissnahtfrei ausgebildet ist. Vorteilhafterweise sind die erfindungsgemassen Rohre einstückig ausgebildet. Sie besitzen insbesondere einen rechteckigen, ovalen oder quadratischen Strömungsquerschnitt. Rohre mit rechteckigem Strömungsquerschnitt

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dessen Querschnittsdiagonale im nicht verjüngten Rohrteilstück grosser als 100 mm ist, haben sich besonders zur Durchführung halbleitertechnologischer Verfahren, wie Epitaxie-Verfahren, bewährt. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenigstens im verjüngten kappenartigen Endbereich des Rohres die Kanten der Rohrinnenwand abgerundet auszubilden. Hierdurch werden die Strömungsverhältnisre für Gase im Rohrinneren wesentlich verbessert. Auch bei den erfindungsgemässen Rohren kann an das verjüngte Rohrende ein Rohrstutzen angesetzt, insbesondere angeschweisst sein.

In der Pig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäss ausgebildeten Rohres in Ansicht dargestellt.

Fig. 2 zeigt einen Längsschnitt durch das Rohr gemäss Pig.

Anhand der schematischen Figuren 3 bis 6 werden Verfahren erläutert, die sich zur Herstellung erfinäungsgemässer Rohre als besonders vorteilhaft herausgestellt haben.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, ist das Rohr aus Quarzglas einstückig ausgebildet. Es besitzt einen Rohrteil 1 mit rechteckigem Strömungsquerschnitt 2. An den Rohrteil schliesst sich ein verjüngter, kappenartiger und schweissnahtfreier Endbereich 3 an, an den der Stutzen 4 angeschweisst ist. Die Querschnittsdiagonale 5 ist grosser als 100 mm.

Aus Fig. 2 ist deutlich zu erkennen, dass die Kanten 6, 7 am Übergang zwischen dem Rohrteil 1 und der Kappe 3 abgerundet sind.

Die Herstellung eines erfindungsgemäss ausgebildeten Rohres erfolgt in der Weise, dass als Ausgangsmaterial ein Rohr mit unrundem, also beispielsweise rechteckigem Querschnitt

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in an sich bekannter Weise mittels der Vorrichtung 12 in Rotation (Pfeil 8) versetzt wird. Während der Rotation wird der Endbereich 3 des Rohres mittels einer im Abstand vom Rohr angeordneten Heizquelle 9 gleichmässig bis zum Plastischwerden des Rohrwerkstoffs erhitzt. Unter Aufrechterhaltung der Rotation wird der plastische Endbereich 3 unter Verwendung eines der gewünschten Verjüngung des Strömungsquerschnitts angepassten Innenformwerkzeuges 10 und/oder Aussenformwerkzeuges 11 verformt. Als Innenformwerkzeug 10 wird beispielsweise ein Dorn aus Graphit verwendet, der während des Verformungsvorgangs, wie durch Pfeil 13 angedeutet, in Richtung der Rohrachse 14 bewegbar ist. Der plastische Endbereich schlägt sich auf dem Innenformwerkzeug nieder und bildet nach Erkalten die Kappe 3· Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, während der Verformung des plastischen Endbereichs einen Unterdruck im Inneren des Rohres aufrechtzuerhalten, beispielsweise durch Absaugen der Luft über die Leitung 15 mittels der Pumpe 25·

Zusätzlich zu dem Innenformwerkzeug 10 kann, wie Fig. 4 zeigt, auch noch ein Aussenformwerkzeug 11, beispielsweise das schematisch angedeutete Aussenkopierwerkzeug, verwendet werden, wodurch der Verformungsvorgang verbessert wird, insbesondere eine gleichmässigere Wandstärke der Kappe 3 erzielt werden kann. Dieses Aussenkopxerwerkzeug ist, wie durch das Pfeilkreuz 16 angedeutet, sowohl parallel als auch senkrecht zur Rohrachse 14 bewegbar. Wie schon erwähnt, kann die Verformung des Endbereichs 3 auch unter Verwendung nur eines Aussenformwerkzeuges erfolgen.

Die Verjüngung des plastischen Endbereichs zur Kappe 3 ist auch, wie in Fig. 5 dargestellt, dadurch möglich, dass über diesen Endbereich eine der Kappe 3 entsprechende Form 19 aus Graphit geschoben wird und unter Aufrechterhaltung eines

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Überdrucks durch Einleiten eines gegenüber dem Rohrwerkstoff inerten Gases über die Leitung 17 im Rohrinneren der plastisch Werkstoff gegen die Wände dieser Form geblasen wird. Anstelle oder zusätzlich zum Gasüberdruck kann auch noch ein Presswerkzeug 18 (Fig. 6) verwendet werden, um ein gutes Anliegen des plastischen Werkstoffes an die Form 19 und eine gleichmassige Kappenwandstärke zu erlangen.

Für eine gleichmässige Erhitzung des Endbereichs bis zum Plastischwerden des Rohrwerkstoffes hat es sich bewährt, die Heizquelle 9 unter Aufrechterhaltung konstanter Heizleistung derart auf die Rohrachse 14- zu- bzw. von ihr wegzubewegen, dass der kürzeste Abstand Jed.es durch die Heizzone rotierenden Umfangpunktes des Endbereichs von der Heizquelle gleich ist.

Eine gleichmässige Erhitzung des Endbereichs bis zum Plastisch werden des Rohrwerkstoffes ist auch dadurch erzielbar, dass unter Beibehaltung eines konstanten Abstands zwischen Rohrachse 14 und Heizquelle 9 die Heizleistung der Heizquelle in Abhängigkeit vom kürzesten Abstand jedes Umfangpunktes des Endbereiches von der Heizquelle derart verändert wird, dass jede Flächeneinheit des Endbereichs beim Durchgang durch die Heizzone mit der gleichen Energiemenge beaufschlagt wird.

Als Heizquelle haben sich insbesondere Gasbrenner als geeignet erwiesen.

Sollte die HeizzonenerStreckung parallel zur Rohrachse kleiner sein als die Länge der Kappe, so wird die Heizquelle parallel zur Rohrachse über eine der Länge des zu verformenden Endbereichs entsprechenden Strecke verschoben, um eine

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Erhitzung des gesamten Endbereichs bis zum Plastischwerden sicherzustellen.

Gegenüber den eingangs erwähnten Verfahren zur Herstellung von Epitaxie-Rohren hat das erfindungsgemässe nicht nur den Vorteil, dass Verluste an Rohrwerkstoff vermieden werden, sondern dass die Kappe in einem Arbeitsgang hergestellt werden kann, so dass der mit dem Schneiden, Putzen und Schweissen verbundene Kostenaufwand und auch das Bruchrisiko erheblich gesenkt werden.

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Claims

Pat entansprüche

1. Rohr aus glasigem Werkstoff, wie Glas oder Quarzglas, mit einem unrunden, vorzugsweise vieleckigen Strömungsquerschnitt, "bei dem wenigstens ein Endbereich des Rohres zur Reduzierung des Strömungsquerschnitts unter Bildung einer Kappe stetig verjüngt ist, insbesondere zur Durchführung halbleitertechnologischer Verfahren, dadurch gekennzeichnet, dass der verjüngte, kappenartige Endbereich schweissnahtfrei ausgebildet ist.

2. Rohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es einstückig ist.

3. Rohr nach den Ansprüchen 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungsquerschnitt rechteckig, oval oder quadratisch ist.

U-. Rohr nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei rechteckigem Strömungsquerschnitt die Querschnittsdiagonale im nichtverjüngten Rohrteilstück grosser als 100 mm ist.

5. Rohr nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4-, dadurch gekennzeichnet, dass für Rohre mit vieleckigem Strömungsquerschnitt wenigstens im verjüngten, kappenartigen Endbereich die Kanten der Rohrinnenwand abgerundet sind.

6. Rohr nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an das verjüngte Rohrende

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- 8 ein Rohrstutzen angesetzt, insbesondere angeschweisst wird.

7. Verfahren zur Herstellung eines Rohres mit einem unrunden, vorzugsweise vieleckigen StrÖmungsquerschnitt aus glasigem Werkstoff, wie Glas oder Quarzglas, das wenigstens einen Endbereich aufweist, der zu einer Kappe verjüngt ist, insbesondere zur Durchführung halbleitertechnologischer Verfahren, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr in an sich bekannter Weise in Rotation versetzt, während der Rotation der Endbereich mittels einer im Abstand vom Rohr angeordneten Heizquelle gleichmässig bis zum Plastischwerden erhitzt und unter Aufrechterhaltung der Rotation der plastische Endbereich unter Verwendung eines der gewünschten Verjüngung angepassten Innen- und/oder Aussenfonawerkzeuges verformt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzielung der gleichmässigen Erhitzung des Endbereichs die Heizquelle unter Aufrechterhaltung konstanter Heizleistung derart auf die Rohrachse zu- bzw. von ihr wegbewegt wird, dass der kürzeste Abstand «jedes durch die Heizzone rotierenden Umfangpunktes des Endbereichs von der Heizquelle gleich ist.

9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass unter Beibehaltung eines konstanten Abstandes zwischen Rohrachse und Heizquelle die Heizleistung der Heizquelle in Abhängigkeit vom kürzesten Abstand jedes Umfangpunktes des Endbereichs von der Heizquelle derart verändert wird, dass jede Flächeneinheit des Endbereichs beim Durchgang durch die Heizzone mit der gleichen Energiemenge beaufschlagt wird.

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10. Verfahren nach den Ansprüchen 7 und 8 oder 9i dadurch gekennzeichnet, dass die Heizquelle parallel zur Rohrachse über eine der Länge des zu verformenden Endbereichs entsprechenden Strecke verschoben wird.

11. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass während der Verformung des plastischen Endbereichs mittels eines Innenformwerkzeugs ein Unterdruck im Inneren des Rohres aufrechterhalten wird.

12. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 10, dadurch gekennzeichnet, dass während der Verformung des plastischen Endbereichs mittels eines Aussenformwerkzeugs ein Überdruck im Inneren des Rohres aufrechterhalten wird.

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