NL2004536C2

NL2004536C2 - METHOD FOR PRODUCING A GAS FLOW AND DIFFUSION OVEN.

Info

Publication number: NL2004536C2
Application number: NL2004536A
Authority: NL
Inventors: Udo Willkommen; Andreas Dutkowaik; Christoph Koeckert
Original assignee: Ardenne Anlagentech Gmbh
Priority date: 2007-11-30
Filing date: 2010-04-12
Publication date: 2011-03-01
Also published as: NL2004536A

Description

Werkwijze voor het produceren van een gasstroming en diffusie-oven Beschrijving 5 [0001] In het onderstaande wordt een werkwijze voor het produceren van een gasstroming in de reactiekamer van een diffusie-oven beschreven en een diffusie-oven met een reactiekamer voor de behandeling van substraten.Method for producing a gas flow and diffusion furnace Description 5 A process for producing a gas flow in the reaction chamber of a diffusion furnace and a diffusion furnace with a reaction chamber for the treatment of substrates is described below. .

[0002] Voor de uitvoering van een diffusiewerkwijze in een diffusie-oven worden substraten in de reactiekamer van een diffusie-oven ingebracht. Vervolgens wordt de 10 diffusie-oven gesloten, geëvacueerd, met een gas of gasmengsel gevuld, een gekozen druk onder de atmosfeerdruk ingesteld en worden de substraten opgewarmd. Tijdens een daarop volgende reactietijd wordt dan een reactiegas of een reactiegasmengsel toegevoerd.For carrying out a diffusion process in a diffusion furnace, substrates are introduced into the reaction chamber of a diffusion furnace. Subsequently, the diffusion oven is closed, evacuated, filled with a gas or gas mixture, a selected pressure is set under atmospheric pressure and the substrates are heated. During a subsequent reaction time, a reaction gas or a reaction gas mixture is then supplied.

[0003] Diffusie-ovens zijn bekend. Een diffusie-oven omvat een reactiekamer, die 15 door een reactiebuis wordt omsloten, een buitenomhulsel, dat de reactiebuis omsluit, verwarmingselementen, die tussen de reactiebuis en het buitenomhulsel zijn aangebracht, middelen voor het afsluiten van beide einden van de reactiebuis, middelen voor het afsluiten van beide einden van het buitenomhulsel, middelen voor het produceren van een vacuüm alsmede middelen voor het toevoeren en afvoeren van een reactiegas in de en uit 20 de reactiekamer.Diffusion furnaces are known. A diffusion furnace comprises a reaction chamber enclosed by a reaction tube, an outer sheath enclosing the reaction tube, heating elements disposed between the reaction tube and the outer sheath, means for closing both ends of the reaction tube, means for sealing sealing both ends of the outer envelope, means for producing a vacuum, and means for supplying and discharging a reaction gas into and out of the reaction chamber.

[0004] Dergelijke diffusie-ovens worden voor veel processen bij de halfgeleider-vervaardiging zoals bijvoorbeeld diffusie, oxidatie, LPCVD-processen (Low Pressure Chemical Vapor Deposition) en voor de dottering van zonnecellen toegepast.Such diffusion furnaces are used for many processes in semiconductor manufacture such as, for example, diffusion, oxidation, LPCVD processes (Low Pressure Chemical Vapor Deposition) and for the doping of solar cells.

[0005] Bij een thermisch geïnduceerd gasfasediffusieproces beoogt men bijvoor-25 beeld om chemische reacties op de oppervlakte van substraten uit te voeren.In a thermally induced gas phase diffusion process, it is envisaged, for example, to carry out chemical reactions on the surface of substrates.

[0006] In diffusie-ovens kunnen buisvormige, zich in de langsrichting uitstrekkende houdersystemen met een groot volume voor de opname van meerdere substraten worden toegepast, waarbij substraten meestal in een stapel worden aangebracht. De reactiebuis is met een inrichting voor het produceren van een vacuüm verbonden. Verder zijn derge- 30 lijke diffusie-ovens voorzien van verwarmingselementen, die voor de gerichte opwarming respectievelijk temperatuurgeleiding van de substraten in de reactiekamer geschikt zijn. Deze verwarmingselementen zijn vaak in de zone tussen een buitenomhulsel en de reactiebuis van de diffusie-oven op zodanige wijze aangebracht, dat deze de substraten 2 door de daardoor geproduceerde straling verwarmen. Een onderverdeling van de verwarmingselementen in groepen, zowel aan de zijde van de inrichting als ook aan de zijde van de besturing biedt het voordeel van een verbeterde homogeniteit bij de temperatuur-geleiding van de substraten in de reactiekamer.In diffusion furnaces, tubular, longitudinally extending container systems with a large volume can be used for receiving multiple substrates, with substrates usually being arranged in a stack. The reaction tube is connected to a device for producing a vacuum. Furthermore, such diffusion furnaces are provided with heating elements which are suitable for the targeted heating or temperature conduction of the substrates in the reaction chamber. These heating elements are often arranged in the zone between an outer casing and the reaction tube of the diffusion furnace in such a way that they heat the substrates 2 by the radiation produced thereby. A subdivision of the heating elements into groups, both on the device side and on the control side, offers the advantage of an improved homogeneity in the temperature conduction of the substrates in the reaction chamber.

5 [0007] Voor speciale diffusie-ovens, waarin reactiegassen worden toegepast, die agressief met metaaloppervlakken reageren, wordt als bouwmateriaal voor de reactiekamer een kwarts toegepast. Een dergelijke, bijvoorbeeld uit kwartsglas bestaande reactiekamer, maakt het mogelijk, dat de warmtestraling van de buiten de reactiekamer aangebrachte verwarmingselementen de substraten onbelemmerd bereikt en deze 10 verwarmt.[0007] For special diffusion furnaces in which reaction gases are used which react aggressively with metal surfaces, a quartz is used as the building material for the reaction chamber. Such a reaction chamber, for example consisting of quartz glass, makes it possible for the heat radiation of the heating elements arranged outside the reaction chamber to reach the substrates without hindrance and to heat them.

[0008] Een tijdens de uitvoering van een thermische werkwijze mogelijk verloop in een diffusie-oven omvat bijvoorbeeld, dat de in de diffusie-oven aangebrachte substraten aan een bepaald temperatuurregime, dit wil zeggen een bepaald temperatuur-tijd-verloop worden blootgesteld. Hiervoor worden de substraten in eerste instantie door inschakelen 15 van de verwarmingselementen in een eerste opwarmfase verwarmd en op een bepaald eerste temperatuumiveau gebracht. Op dit eerste temperatuumiveau worden de substraten gedurende de periode van een eerste gespecificeerde reactietijd gehouden. Vervolgens kan de temperatuur van de substraten naar een verder tweede temperatuumiveau omhoog worden gebracht en gedurende de periode van een tweede reactietijd op dit niveau wor-20 den gehouden. Na verloop van de reactietijd of van de reactietijden van de thermische werkwijze worden de substraten afgekoeld.A course possible in a diffusion furnace during the execution of a thermal process comprises, for example, that the substrates arranged in the diffusion furnace are exposed to a certain temperature regime, i.e. a certain temperature-time course. For this purpose, the substrates are initially heated by switching on the heating elements in a first heating-up phase and brought to a certain first temperature level. At this first temperature level, the substrates are held for the period of a first specified reaction time. Subsequently, the temperature of the substrates can be raised to a further second temperature level and maintained at this level during the period of a second reaction time. After the reaction time or the reaction times of the thermal process have elapsed, the substrates are cooled.

[0009] Bij dergelijke diffusie-ovens wordt voor de verbetering van de tempera-tuurhomogeniteit zowel op als ook tussen de in de reactiekamer aangebrachte substraten tijdens de opwarm- en afkoelfase een gestuurde gasbeweging door middel van een 25 gasomloopsysteem geproduceerd. Deze gasbeweging is gericht van de ingangszijde naar de uitgangszijde van de diffusie-oven. Dienovereenkomstig worden de substraten parallel ten opzichte van elkaar en met de langste zijde daarvan in de richting van de gasbeweging in de reactiekamer op afstanden ten opzichte van elkaar aangebracht.In such diffusion furnaces, a controlled gas movement by means of a gas circulation system is produced for the purpose of improving the temperature homogeneity both on and between the substrates arranged in the reaction chamber during the heating and cooling phase. This gas movement is directed from the input side to the output side of the diffusion furnace. Accordingly, the substrates are arranged in parallel with each other and with the longest side thereof in the direction of gas movement in the reaction chamber at distances from each other.

[0010] De ingangs- en de uitgangszijde van de reactiekamer is steeds van een 30 aansluiting voor een gasleiding voorzien. De aan deze aansluitingen bevestigde gasleidingen verbinden de ingangszijde en de uitgangszijde van een gasgeleidings-inrichting - bijvoorbeeld van een ventilator - met de reactiekamer, zodat een gesloten systeem ontstaat, waarin het gas aan de uitgangszijde van de reactiekamer kan worden 3 afgezogen en aan de ingangszijde weer naar de reactiekamer kan worden toegevoerd.The input and the output side of the reaction chamber are always provided with a connection for a gas line. The gas lines attached to these connections connect the input side and the output side of a gas-conducting device - for example, of a fan - to the reaction chamber, so that a closed system is created in which the gas can be extracted at the output side of the reaction chamber and at the input side can be returned to the reaction chamber.

[0011] De op zodanige wijze door middel van het gasomloopsysteem geproduceerde gasomloop wordt in de opwarmfase en/of de afkoelfase van de substraten gebruikt om een versnelling van de fase zelf en een verbetering van de temperatuurhomogeniteit 5 op en tussen de substraten te bereiken.The gas circulation produced in this way by means of the gas circulation system is used in the heating-up phase and / or the cooling phase of the substrates to achieve an acceleration of the phase itself and an improvement of the temperature homogeneity on and between the substrates.

[0012] Een nadeel van dergelijke diffusie-ovens bestaat eruit, dat het externe gasomloopsysteem moet voldoen aan hoge eisen met betrekking tot temperatuurbesten-digheid en dichtheid. Een verder nadeel bestaat uit de door het gasomloopsysteem veroorzaakte energieverliezen, omdat niet alleen de reactiekamer, maar ongewenst ook het 10 gasomloopsysteem zelf in een opwarmfase van de substraten opgewarmd moet worden. Bovendien vergroot het gasomloopsysteem de benodigde hoeveelheid ruimte van een diffusie-oven en vereist dienovereenkomstige blokkeerafsluiters aan de ingangs- en uit-gangszijde om een afsluiten van de proceskamer tijdens een reactietijd te garanderen.A disadvantage of such diffusion furnaces is that the external gas circulation system must meet high requirements with regard to temperature resistance and density. A further disadvantage consists of the energy losses caused by the gas circulation system, because not only the reaction chamber, but undesirably also the gas circulation system itself must be heated in a heating phase of the substrates. In addition, the gas bypass system increases the required amount of space of a diffusion furnace and requires corresponding blocking valves on the input and output side to ensure a shutdown of the process chamber during a reaction time.

[0013] Derhalve dient in het onderstaande een diffusie-oven te worden aangegeven, 15 die de temperatuurhomogeniteit op en tussen de substraten verbetert en de nadelen van de bekende diffusie-ovens vermijdt.Therefore, a diffusion furnace should be indicated below, which improves the temperature homogeneity on and between the substrates and avoids the disadvantages of the known diffusion furnaces.

[0014] Bij een diffusie-oven met een reactiekamer voor de behandeling van substraten wordt derhalve voorgesteld, dat in de reactiekamer middelen voor het produceren van een gasstroming zijn aangebracht.In a diffusion furnace with a reaction chamber for the treatment of substrates, it is therefore proposed that means for producing a gas flow are provided in the reaction chamber.

20 [0015] Een dergelijk middel voor het produceren van een gasstroming maakt het mogelijk om een gasstroming in de reactiekamer van een difïusie-oven zonder een buiten de reactiekamer aangebrachte inrichting voor de gasgeleiding te produceren. Door een actief geproduceerde gasstroming in de reactiekamer wordt de temperatuurhomogeniteit op en tussen de in de reactiekamer tijdens een diffusiewerkwijze aangebrachte substraten 25 verbeterd, omdat zonder externe of interne middelen voor het produceren van een actieve gasbeweging alleen een gasbeweging door convectie kan worden veroorzaakt.Such a gas flow producing means makes it possible to produce a gas flow in the reaction chamber of a diffusion furnace without a gas conduction device disposed outside the reaction chamber. Actively produced gas flow in the reaction chamber improves the temperature homogeneity on and between the substrates arranged in the reaction chamber during a diffusion process, because without external or internal means for producing an active gas movement, only a gas movement can be caused by convection.

[0016] In een verdere uitvoering van de beschreven diffusie-oven is erin voorzien, dat het middel voor het produceren van een gasstroming een beluchtingsrotor is.In a further embodiment of the diffusion furnace described, it is provided that the means for producing a gas flow is an aeration rotor.

[0017] Door een in de reactiekamer aangebrachte beluchtingsrotor wordt een actieve 30 gasstroming geproduceerd, doordat het gas in een eerste richting naar de beluchtingsrotor toe wordt aangezogen en in dezelfde of een andere richting van de beluchtingsrotor af wordt bewogen.[0017] An active gas flow is produced by an aeration rotor arranged in the reaction chamber by the gas being sucked in a first direction towards the aeration rotor and being moved away from the aeration rotor in the same or a different direction.

44

[0018] In een speciale uitvoering is erin voorzien, dat de beluchtingsrotor een radiale beluchtingsrotor is.In a special embodiment, it is provided that the aeration rotor is a radial aeration rotor.

[0019] Bij de toepassing van een radiale beluchtingsrotor wordt het gas parallel respectievelijk axiaal ten opzichte van de aandrijfas in een eerste richting aangezogen en 5 door de rotatie van de radiale beluchtingsrotor over 90° afgebogen en radiaal in meerdere tweede uitblaasrichting naar buiten geblazen.When a radial aeration rotor is used, the gas is sucked in parallel or axially with respect to the drive shaft in a first direction and is deflected through 90 ° by the rotation of the radial aeration rotor and blown out radially in several second blow-out directions.

[0020] Een mogelijke stap om het bestaande probleem op te lossen bestaat eruit, dat de beluchtingsrotor op een aandrijfas is bevestigd, die met een motor is verbonden.A possible step to solve the existing problem is that the aeration rotor is mounted on a drive shaft connected to a motor.

[0021] Voor het produceren van een actieve gasbeweging door de radiale 10 beluchtingsrotor wordt deze in een rotatiebeweging gebracht. Voor dit doel is de radiale beluchtingsrotor, die op een aandrijfas is bevestigd en via deze met een motor is verbonden, door middel van deze motor aangedreven.[0021] For producing an active gas movement through the radial aeration rotor, it is brought into a rotational movement. For this purpose, the radial aeration rotor, which is mounted on a drive shaft and is connected via it to a motor, is driven by this motor.

[0022] Een verdere mogelijke stap bestaat eruit, dat de motor buiten de reactiekamer is aangebracht.A further possible step is that the motor is arranged outside the reaction chamber.

15 [0023] De motor van de radiale beluchtingsrotor kan buiten de reactiekamer zijn aangebracht. Door deze aanbrengingsvariant hoeft de motor niet te voldoen aan de voorwaarden voor de toepassing in een reactiekamer. Door een dienovereenkomstig lagerhuis wordt de aandrijfas gelagerd en de reactiekamer van de omgevingsatmosfeer gescheiden. Zodoende is het ene einde van de aandrijfas in atmosfeer met de motor 20 verbonden en het tweede einde in de reactiekamer met de radiale beluchtingsrotor.The motor of the radial aeration rotor can be arranged outside the reaction chamber. Due to this application variant, the motor does not have to meet the conditions for use in a reaction chamber. The drive shaft is supported by a corresponding bearing housing and the reaction chamber is separated from the ambient atmosphere. Thus, one end of the drive shaft is connected in atmosphere to the motor 20 and the second end in the reaction chamber to the radial aeration rotor.

[0024] In een verdere mogelijke uitvoering is erin voorzien, dat in de reactiekamer eerste middelen voor de beïnvloeding van de stroming zijn aangebracht.In a further possible embodiment, provision is made for first means for influencing the flow to be provided in the reaction chamber.

[0025] Voor de geleiding en verbetering van de actieve gasbeweging in de reactiekamer kunnen middelen voor de beïnvloeding van de stroming worden toegepast.For the guidance and improvement of the active gas movement in the reaction chamber, means for influencing the flow can be used.

25 Zodoende kan de gasstroom worden beïnvloed en kan de temperatuurhomogeniteit van de substraten worden verbeterd.Thus, the gas flow can be influenced and the temperature homogeneity of the substrates can be improved.

[0026] In een bijzondere uitvoering is erin voorzien, dat het eerste middel voor de beïnvloeding van de stroming een plaat is.In a special embodiment, provision is made for the first means for influencing the flow to be a plate.

[0027] Bijvoorbeeld bij een uit meerdere substraten bestaande substraatstapel, 30 waarin rechthoekige substraten zijn aangebracht, waarvan de uitstrekking in de langsrichting aanzienlijk groter is dan de breedte daarvan, waarbij de substraten met de uitstrekking in de langsrichting daarvan in de gasaanzuigrichting en parallel ten opzichte van elkaar met tussenruimtes tussen deze zijn aangebracht, dient de gasstroom bij 5 voorkeur in de tussenruimtes tussen de substraten geproduceerd te worden.For example, in the case of a substrate stack consisting of several substrates, in which rectangular substrates are arranged, the extension of which is considerably greater in the longitudinal direction than the width thereof, the substrates having the elongation in the longitudinal direction thereof in the gas suction direction and parallel to from each other with gaps between them, the gas stream should preferably be produced in the gaps between the substrates.

[0028] In dit geval kan een virtueel kanaal, waarin de gasstroom geleid dient te worden enerzijds door de in de substraatstapel steeds aan de buitenzijde aangebrachte substraten zelf worden begrensd. Anderzijds worden middelen voor de beïnvloeding van 5 de stroming in de vorm van een plaat toegepast, waarbij twee platen op zodanige wijze worden aangebracht, dat het virtuele kanaal wordt gevormd. In dit geval wordt het virtuele kanaal door de buitenste substraten rechts en links en door twee platen aan de bovenzijde en de onderzijde begrensd.In this case, a virtual channel into which the gas flow is to be guided can, on the one hand, be limited by the substrates always arranged on the outside in the substrate stack. On the other hand, means for influencing the flow in the form of a plate are used, wherein two plates are arranged in such a way that the virtual channel is formed. In this case, the virtual channel is limited by the outer right and left substrates and by two plates on the top and bottom.

[0029] In de volgende uitvoering is erin voorzien, dat in de reactiekamer een tweede 10 middel voor de beïnvloeding van de stroming is aangebracht.In the following embodiment it is provided that a second means for influencing the flow is provided in the reaction chamber.

[0030] Voor de verdere verbetering van de temperatuur homogeniteit, kan het verloop van de gasstroom door een tweede middel voor de beïnvloeding van de stroming in de reactiekamer verder worden verbeterd. Hiervoor zijn middelen toegepast, waarmee de gasstroom gelijkend op het in het bovenstaande beschreven virtuele kanaal geleid kan 15 worden. In dit geval wordt het kanaal echter reëel door een dienovereenkomstige geschikte inrichting gevormd.For the further improvement of the temperature homogeneity, the course of the gas flow by a second means for influencing the flow in the reaction chamber can be further improved. Means have been used for this purpose, with which the gas flow similar to the virtual channel described above can be conducted. In this case, however, the channel is actually formed by a suitable suitable device.

[0031] In een uitvoeringsvorm is erin voorzien, dat het tweede middel voor de beïnvloeding van de stroming trechtervormig is.In one embodiment, the second means for influencing the flow is funnel-shaped.

[0032] Voor de verdere verbetering van de temperatuurhomogeniteit kan de 20 gasstroom in de zone tussen de substraatstapel en de beluchtingsrotor door een als trechter uitgevoerd middel voor de beïnvloeding van de stroming worden geleid. Hierbij kan de opening aan de ingang van de trechter op zodanige wijze zijn vormgegeven, dat deze is aangepast aan de vorm van de kopzijde van de substraatstapel. De opening aan de uitgang van de trechter is bij voorkeur cirkelvormig en kleiner. Deze trechter wordt zodanig 25 aangebracht, dat de hartlijn daarvan in een gasaanzuigrichting is gericht, waarbij de aangepaste opening daarvan aan de ingang een minimale afstand ten opzichte van de substraatstapel heeft en de opening daarvan aan de uitgang in de nabijheid van het middelpunt van de beluchtingsrotor is.For the further improvement of the temperature homogeneity, the gas flow in the zone between the substrate stack and the aeration rotor can be passed through a funnel-shaped means for influencing the flow. The opening at the entrance of the hopper can be designed in such a way that it is adapted to the shape of the end face of the substrate stack. The opening at the outlet of the funnel is preferably circular and smaller. This funnel is arranged such that its axis is directed in a gas suction direction, the adjusted opening thereof at the entrance having a minimum distance to the substrate stack and the opening thereof at the exit in the vicinity of the center of the aeration rotor is.

[0033] Zodoende kan het tussen de substraten - in het virtuele kanaal - stromende 30 gas van het einde van de substraatstapel direct naar de beluchtingsrotor worden geleid en zodoende het verloop van de gasstroom worden verbeterd.Thus, the gas flowing between the substrates - in the virtual channel - from the end of the substrate stack can be led directly to the aeration rotor and thus the course of the gas flow can be improved.

[0034] In een uitvoering is erin voorzien, dat de reactiekamer als een cilinder met een mantelvlak en twee tegenoverliggende kopwanden is uitgevoerd.In one embodiment, it is provided that the reaction chamber is in the form of a cylinder with a lateral surface and two opposite end walls.

66

[0035] In een verdere uitvoering is erin voorzien, dat de hoogte h van de cilinder groter is dan de diameter d.In a further embodiment, it is provided that the height h of the cylinder is greater than the diameter d.

[0036] Een reactiekamer van een diffusie-oven kan in een cilindrische vorm worden uitgevoerd, waarbij de kopwanden een cirkelvorm hebben. Speciaal bij het gebruik van 5 agressieve reactiegassen wordt een uit een kwartsglas vervaardigde reactiekamer toegepast, die op van voordeel zijnde wijze als een kwartsbuis vervaardigd kan worden. Voor de vorming van de reactiekamer wordt de kwartsbuis met middelen voor het afsluiten van de beide einden van de kwartsbuis afgesloten.A reaction chamber of a diffusion furnace can be made in a cylindrical shape, the end walls having a circular shape. Especially when aggressive reaction gases are used, a reaction chamber made from a quartz glass is used, which can advantageously be produced as a quartz tube. For the formation of the reaction chamber, the quartz tube is closed with means for closing off both ends of the quartz tube.

[0037] In een andere uitvoering is erin voorzien, dat de beluchtingsrotor aan een van 10 de kopwanden is aangebracht.In another embodiment it is provided that the aeration rotor is arranged on one of the end walls.

[0038] Aan een van de beide kopwanden van de cilindrische reactiekamer kan een beluchtingsrotor zijn aangebracht.An aeration rotor may be provided on one of the two end walls of the cylindrical reaction chamber.

[0039] In een speciale uitvoering is erin voorzien, dat de beluchtingsrotor in het middelpunt van de kopwand is aangebracht, waarbij de as van de beluchtingsrotor de 15 kopwand onder een rechte hoek snij dt.In a special embodiment it is provided that the aeration rotor is arranged in the center of the head wall, the axis of the aeration rotor intersecting the head wall at a right angle.

[0040] De wijze van aanbrengen van de beluchtingsrotor kan zodanig plaatsvinden, dat de aandrijfas van de beluchtingsrotor door het middelpunt van een cirkelronde kopwand verloopt.The manner of mounting the aeration rotor can take place in such a way that the drive shaft of the aeration rotor runs through the center of a circular end wall.

[0041] In een uitvoeringsvorm is erin voorzien, dat het tweede middel voor de 20 beïnvloeding van de stroming voor de beluchtingsrotor is aangebracht.In one embodiment it is provided that the second means for influencing the flow is arranged in front of the aeration rotor.

[0042] Voor de verbetering van de actief geproduceerde gasstroming in de reactiekamer kan voor de beluchtingsrotor een middel voor de beïnvloeding van de stroming worden aangebracht, waarmee de gasstroom wordt gebundeld en geleid. Door dit middel kan de gasstroom in de zone tussen de substraatstapel en de beluchtingsrotor 25 worden geleid.To improve the actively produced gas flow in the reaction chamber, a means for influencing the flow can be provided for the aeration rotor, with which the gas flow is bundled and guided. By this means the gas flow can be conducted in the zone between the substrate stack and the aeration rotor.

[0043] Volgens de uitvinding wordt het doel met een diffusie-oven met een reactiekamer voor de behandeling van substraten met betrekking tot de werkwijze bereikt, doordat in de reactiekamer een gesloten interne gasomloop wordt geproduceerd.According to the invention, the object is achieved with a diffusion furnace with a reaction chamber for the treatment of substrates with respect to the process, in that a closed internal gas circulation is produced in the reaction chamber.

[0044] De actieve gasstroom in de reactiekamer wordt op zodanige wijze 30 geproduceerd, dat deze in een gesloten kringloop in de reactiekamer verloopt.The active gas stream in the reaction chamber is produced in such a way that it runs in a closed circuit in the reaction chamber.

[0045] In een bijzondere uitvoeringsvorm is erin voorzien, dat de gasomloop op zodanige wijze plaatsvindt, dat het gas in een centrale zone van de reactiekamer in een eerste stromingsrichting beweegt, aan een eerste einde van de reactiekamer in een aan de 7 eerste stromingsrichting tegengestelde tweede stromingsrichting wordt afgebogen, in een buitenste zone van de reactiekamer in de tweede stromingsrichting wordt bewogen en aan een tweede einde van de reactiekamer weer in de eerste stromingsrichting wordt afgebogen.In a special embodiment it is provided that the gas circulation takes place in such a way that the gas moves in a central zone of the reaction chamber in a first flow direction, at a first end of the reaction chamber in a direction opposite to the first 7 flow direction the second flow direction is deflected, is moved in an outer zone of the reaction chamber in the second flow direction and is deflected again in the first flow direction at a second end of the reaction chamber.

5 [0046] In een tweede bijzondere uitvoeringsvorm is erin voorzien, dat de gasomloop in een cilindervormige reactiekamer wordt geproduceerd, waarbij de centrale zone van de reactiekamer de zone dicht bij de as van de cilinder is, ten minste een afbuiging van de gasstroom door middel van een beluchtingsrotor plaatsvindt en de buitenste zone van de reactiekamer de zone dicht bij het mantelvlak van de cilinder is.In a second special embodiment, it is provided that the gas bypass is produced in a cylindrical reaction chamber, the central zone of the reaction chamber being the zone close to the axis of the cylinder, at least a deflection of the gas flow by means of of an aeration rotor and the outer zone of the reaction chamber is the zone close to the lateral surface of the cylinder.

10 [0047] In een verdere bijzondere uitvoeringsvorm is erin voorzien, dat de beluchtingsrotor dicht bij een eerste kopwand van de cilindervormige reactiekamer wordt aangebracht.In a further special embodiment, provision is made for the aeration rotor to be arranged close to a first end wall of the cylindrical reaction chamber.

[0048] In een andere uitvoeringsvorm is erin voorzien, dat ten minste een afbuiging van de gasstroom door een kopwand van de cilindervormige reactiekamer plaatsvindt.In another embodiment, provision is made for at least one deflection of the gas flow to take place through a front wall of the cylindrical reaction chamber.

15 [0049] De gesloten gasomloop in de reactiekamer kan zoals in het onderstaande is beschreven plaatsvinden. In een centrale zone dicht bij de as van de cilinder stroomt het gas door de tussenruimtes tussen de substraten in een eerste stromingsrichting. Deze eerste stromingsrichting kan de gasaanzuigrichting zijn, waarin de gasstroom zich naar de beluchtingsrotor toe beweegt, die aan de eerste kopwand van de cilindervormige reactieka-20 mer is aangebracht. Dit proces wordt door de zuigwerking bijvoorbeeld van een radiale beluchtingsrotor ondersteund. Door de radiale beluchtingsrotor zelf wordt de gasstroom in de richting daarvan veranderd en stroomt zo in meerdere uitblaasrichtingen radiaal ten opzichte van de as van de radiale beluchtingsrotor daarvan af. Deze stromingsrichtingen veranderen, wanneer de gasstroom het mantelvlak van de cilindrische reactiekamer be-25 reikt. Het gas stroomt dan in meerdere deelstromen langs het mantelvlak in een tweede stromingsrichting. Deze tweede stromingsrichting is tegengesteld aan de eerste stromingsrichting. De gasstroom wordt bij het bereiken van de tweede kopwand van de cilinder-vormige reactiekamer in de richting daarvan veranderd en in de tweede stromingsrichting afgebogen, waarin deze dan in de tussenruimtes tussen de substraten naar binnen stroomt. 30 Zodoende wordt de interne kringloop van de gasstroom gesloten.The closed gas circulation in the reaction chamber can take place as described below. In a central zone close to the axis of the cylinder, the gas flows through the interstices between the substrates in a first flow direction. This first flow direction can be the gas suction direction in which the gas flow moves towards the aeration rotor, which is arranged on the first end wall of the cylindrical reaction chamber. This process is supported by the suction action of, for example, a radial aeration rotor. The gas flow in the direction thereof is changed by the radial aeration rotor itself and thus flows radially with respect to the axis of the radial aeration rotor in several blow-out directions. These flow directions change when the gas stream reaches the lateral surface of the cylindrical reaction chamber. The gas then flows in several partial flows along the lateral surface in a second flow direction. This second flow direction is opposite to the first flow direction. Upon reaching the second end wall of the cylindrical reaction chamber, the gas flow is changed in its direction and deflected in the second flow direction, in which it then flows in into the interspaces between the substrates. Thus, the internal cycle of the gas stream is closed.

[0050] De oplossing dient in het onderstaande aan de hand van een uitvoerings-voorbeeld nader te worden toegelicht. In de bijbehorende tekeningen toont: 8 figuur 1 substraten, die voor de behandeling in een diffusie-oven aangebracht zijn met een beluchtingsrotor, figuur 2 substraten met een beluchtingsrotor en eerste middelen voor de beïnvloeding van de stroming en 5 figuur 3 substraten met een beluchtingsrotor en eerste en tweede middelen voor de beïnvloeding van de stroming.The solution is to be explained in more detail below with reference to an exemplary embodiment. In the accompanying drawings: Figure 8 shows substrates which have been provided for treatment in a diffusion oven with an aeration rotor, Figure 2 substrates with an aeration rotor and first means for influencing the flow and Figure 3 substrates with an aeration rotor and first and second means for influencing the flow.

[0051] Een diffusie-oven voor de uitvoering van een diffusie werkwijze bestaat meestal uit de reactiekamer, die bijvoorbeeld door een reactiebuis wordt gevormd, 10 meerdere verwarmingselementen, die in verschillend aan te sturen groepen onderverdeeld kunnen zijn en om de reactiekamer heen zijn aangebracht, alsmede een buitenomhulsel, dat voor het vermijden van warmteverliezen op overeenkomstige wijze is geïsoleerd. Deze onderdelen van een diffusie-oven zijn in de figuren van de tekening niet afgebeeld.A diffusion furnace for carrying out a diffusion process usually consists of the reaction chamber, which is formed, for example, by a reaction tube, a plurality of heating elements, which may be subdivided into different groups to be controlled and arranged around the reaction chamber, and an outer casing which is similarly insulated for avoiding heat losses. These parts of a diffusion furnace are not shown in the figures of the drawing.

[0052] In de reactiekamer worden tijdens het bedrijf van de diffusie-oven 15 afzonderlijke substraten of meerdere in de vorm van een substraatstapel aangebracht.During the operation of the diffusion furnace, separate substrates or several in the form of a substrate stack are provided in the reaction chamber.

[0053] Figuur 1 toont een uit meerdere substraten 1 bestaande substraatstapel 2. De substraten 1 worden door een niet nader afgebeelde opname-inrichting op zodanige wijze vastgehouden, dat deze parallel ten opzichte van elkaar steeds met een tussenruimte zijn aangebracht. In het voorbeeld zijn rechthoekige substraten 1 afgebeeld, waarbij een langs- 20 zijde groter is dan de andere beide afmetingen. In een ander voorbeeld zouden ook meerdere vierkante of cirkelvormige substraten 1 in de opname-inrichting aangebracht kunnen worden.Figure 1 shows a substrate stack 2 consisting of several substrates 1. The substrates 1 are held by a recording device (not shown in more detail) in such a way that they are always arranged parallel to each other with a gap. In the example, rectangular substrates 1 are shown, one longitudinal side being larger than the other two dimensions. In another example, a plurality of square or circular substrates 1 could also be provided in the recording device.

[0054] Onafhankelijk van het aantal en de vorm van de substraten is het van voordeel, wanneer tussen de substraten 1 tussenruimtes ontstaan op zodanige wijze, dat 25 tussen deze een gas kan doorstromen.Irrespective of the number and shape of the substrates, it is advantageous if gaps are created between the substrates 1 in such a way that a gas can flow between them.

[0055] In de figuur 1 is door middel van een streep-streep-lijn een mogelijke uitvoering van een cilindervormige reactiekamer afgebeeld.Figure 1 shows a possible embodiment of a cylindrical reaction chamber by means of a dash-and-dash line.

[0056] In een opwarmfase van de substraten worden de niet afgebeelde verwarmingselementen bij geschakeld en verwarmen de substraten 1.In a heating phase of the substrates, the heating elements (not shown) are switched on and the substrates heat 1.

30 [0057] Voor de versnelling van het verwarmingsproces is in de reactiekamer een beluchtingsrotor 3 aangebracht. Deze is door middel van een aandrijfas 4 met een motor 5 verbonden. De door de motor 5 geproduceerde draaibeweging wordt via de aandrijfas 4 op de beluchtingsrotor 3 overgedragen.For the acceleration of the heating process, an aeration rotor 3 is arranged in the reaction chamber. This is connected to a motor 5 by means of a drive shaft 4. The rotary movement produced by the motor 5 is transmitted via the drive shaft 4 to the aeration rotor 3.

99

[0058] In het voorbeeld is de beluchtingsrotor 3 als een radiale beluchtingsrotor uitgevoerd. In een andere oplossing kan bijvoorbeeld een axiale beluchtingsrotor worden gebruikt.In the example, the aeration rotor 3 is designed as a radial aeration rotor. In another solution, for example, an axial aeration rotor can be used.

[0059] Een voordeel van de radiale beluchtingsrotor 3 bestaat eruit, dat het gas 5 parallel respectievelijk axiaal ten opzichte van de aandrijfas 4 in een gasaanzuigrichting 6 wordt aangezogen en door de rotatie van de radiale beluchtingsrotor 3 over 90° wordt afgebogen en radiaal in meerdere uitblaasrichtingen 7 naar buiten wordt geblazen. Zodoende bewerkstelligt de radiale beluchtingsrotor 3 zonder extra kosten en inspanningen met betrekking tot de inrichting een beïnvloeding van de stroming of een 10 verandering van de richting van de gasstroom in de reactiekamer.An advantage of the radial aeration rotor 3 is that the gas 5 is sucked in parallel or axially with respect to the drive shaft 4 in a gas suction direction 6 and is deflected through 90 ° by the rotation of the radial aeration rotor 3 and radially in several blowing directions 7 is blown out. The radial aeration rotor 3 thus effects, without additional costs and efforts with regard to the device, an influence on the flow or a change in the direction of the gas flow in the reaction chamber.

[0060] Wordt de radiale beluchtingsrotor 3 op een voordelige wijze aan een eerste kopwand van een zich bijvoorbeeld in de langsrichting uitstrekkende cilindervormige reactiekamer toegepast, dan stroomt het gas na het uitblazen uit de radiale beluchtingsrotor 3 naar de zijwand van de reactiekamer - dus het mantelvlak van de 15 cilinder - en langs deze parallel ten opzichte van de zijwand in de richting van de tegenoverliggende tweede kopwand van de reactiekamer, zoals in de figuur 1 door verschillende andere gasstromingspijlen is afgebeeld.If the radial aeration rotor 3 is advantageously applied to a first end wall of a cylindrical reaction chamber extending for example in the longitudinal direction, the gas flows from the radial aeration rotor 3 to the side wall of the reaction chamber after the blow-out, i.e. the lateral surface. of the cylinder - and along this parallel to the side wall in the direction of the opposite second end wall of the reaction chamber, as shown in FIG. 1 by various other gas flow arrows.

[0061] In het uitvoeringsvoorbeeld is de radiale beluchtingsrotor 3 aan de als uitgangszijde 9 aangeduide kopzijde van de substraatstapel 2 aangebracht. Zoals in de 20 figuur 1 is afgebeeld, is het van voordeel om de as van de aandrijfas 4 van de radiale beluchtingsrotor 3 parallel ten opzichte van de langste zijde van de in de proceskamer aangebrachte substraten 1 te richten. Afhankelijk of onafhankelijk van dit richtings-kenmerk kan de as van de aandrijfas 4 van de radiale beluchtingsrotor 3 op zodanige wijze zijn gericht, dat deze door het virtuele middelpunt van een willekeurige substraatstapel 2 25 verloopt.In the exemplary embodiment, the radial aeration rotor 3 is arranged on the end side of the substrate stack 2 designated as the output side 9. As shown in Figure 1, it is advantageous to align the axis of the drive shaft 4 of the radial aeration rotor 3 parallel to the longest side of the substrates 1 provided in the process chamber. Depending on or independently of this directional characteristic, the axis of the drive shaft 4 of the radial aeration rotor 3 can be oriented in such a way that it runs through the virtual center of any substrate stack 2.

[0062] Nadat de gasstroom de tweede tegenoverliggende kopwand van de reactiekamer heeft bereikt, wordt deze daardoor afgebogen in de gasaanzuigrichting 6 en stroomt daarin bij voorkeur aan een ingangszijde 8 in de tussenruimtes van de substraatstapel 2 naar binnen.After the gas stream has reached the second opposite end wall of the reaction chamber, it is thereby deflected in the gas suction direction 6 and preferably flows in there at an entrance side 8 into the interstices of the substrate stack 2.

30 [0063] Veroorzaakt door de roterende radiale beluchtingsrotor 3 wordt aan de uitgangszijde 9 van de substraatstapel 2 een onderdruk geproduceerd, die de in de gasaanzuigrichting 6 gerichte gasstroming produceert. Dit proces bevordert het doorstromen van de substraatstapel 2 en zodoende een homogenisering van de 10 temperatuurverdeling op en tussen de substraten 1.Caused by the rotary radial aeration rotor 3, an underpressure is produced on the output side 9 of the substrate stack 2, which produces the gas flow directed in the gas suction direction 6. This process promotes the flow through of the substrate stack 2 and thus a homogenization of the temperature distribution on and between the substrates 1.

[0064] Op zodanige wijze beweegt het gas zich in een gesloten gaskringloop in de reactiekamer van de difïusie-oven.In this way the gas moves in a closed gas cycle in the reaction chamber of the diffusion furnace.

[0065] Voor de verdere verbetering van van de gasgeleiding kan erin voorzien 5 worden, dat middelen voor de beïnvloeding van de stroming direct naast de substraten 1 worden aangebracht.For the further improvement of the gas conduction it can be provided that means for influencing the flow are provided directly next to the substrates 1.

[0066] Voor de in figuur 2 afgebeelde substraatstapel 2 kunnen de middelen voor de beïnvloeding van de stroming in de vorm van twee platen zijn uitgevoerd, die boven en onder de substraatstapel 2 op zodanige wijze worden aangebracht, dat een zich in de 10 langsrichting uitstrekkend door de tussenruimtes tussen de substraten uitgevoerd virtueel kanaal wordt gevormd.[0066] For the substrate stack 2 shown in Figure 2, the means for influencing the flow can be in the form of two plates which are arranged above and below the substrate stack 2 in such a way that a longitudinally extending one virtual channel executed by the gaps between the substrates.

[0067] Het virtuele kanaal wordt enerzijds door de eerste middelen voor de beïnvloeding van de stroming zelf aan twee tegenover liggende zijden gevormd. Anderzijds wordt in dit geval het kanaal door de steeds buitenste substraten eveneens aan 15 twee tegenover elkaar liggende zijden gevormd, die ten opzichte van de eerste zijden over 90° zijn gedraaid. Bij een gebruik van andere substraatvormen zijn eventueel meer dan twee van dergelijke platen noodzakelijk om een virtueel kanaal op van voordeel zijnde wijze uit te voeren.The virtual channel is formed on the one hand by the first means for influencing the flow itself on two opposite sides. On the other hand, in this case the channel is also formed by the always outer substrates on two opposite sides which are rotated through 90 ° with respect to the first sides. With the use of other substrate shapes, more than two of such plates are possibly necessary to implement a virtual channel in an advantageous manner.

[0068] Bij een dienovereenkomstige positionering van de substraatstapel in figuur 1 20 dicht bij een zijwand van de reactiekamer kan hetzelfde effect ook met slechts een plaat worden bereikt.With a corresponding positioning of the substrate stack in Figure 1 close to a side wall of the reaction chamber, the same effect can also be achieved with only one plate.

[0069] Figuur 3 toont naast de substraatstapel 2, de beluchtingsrotor 3, de aandrijfas 4 en de motor 5 twee eerste middelen voor de stromingsbeïnvloeding 10, die zoals in het bovenstaande zijn beschreven, boven en onder de substraatstapel 2 zijn aangebracht, en 25 een tweede trechtervormig middel voor de stromingsbeïnvloeding 11, dat tussen de substraatstapel 2 en de beluchtingsrotor is aangebracht.Figure 3 shows, in addition to the substrate stack 2, the aeration rotor 3, the drive shaft 4 and the motor 5, two first means for influencing the flow 10, which, as described above, are arranged above and below the substrate stack 2, and a second funnel-shaped means for influencing the flow 11, which is arranged between the substrate stack 2 and the aeration rotor.

[0070] Door deze middelen wordt de doorstroming van de tussenruimtes tussen de substraten en als gevolg daarvan de temperatuurhomogeniteit verbeterd. Door het met de middelen 10 en de zijdelingse substraten gevormde virtuele kanaal wordt de gasstroom in 30 de gasaanzuigrichting 6 geleid. Vervolgens geleidt het trechtervormige middel 11 de gasstroom direct verder, nu in een reëel uitgevoerd kanaal, naar het middelpunt van de radiale beluchtingsrotor 3 toe. Voor de verbetering van deze gasgeleiding is de ingangszijde van het middel 11 qua vorm aan de uitgangszijde 9 van de substraatstapel 2 aangepast en met 11 een zo gering mogelijke tussenruimte naar de substraatstapel 2 toe aangebracht. Door middel van deze uitvoering kan de in een eerste stromingsrichting stromende gasstroom van de in een tweede, aan de eerste richting tegengestelde stromingsrichting stromende gasstroom op zodanige wijze worden gescheiden, dat deze elkaar onderling niet beïnvloe-5 den.By these means, the flow of the gaps between the substrates and as a result thereof the temperature homogeneity is improved. The gas flow is guided in the gas suction direction 6 through the virtual channel formed with the means 10 and the lateral substrates. Subsequently, the funnel-shaped means 11 conducts the gas flow directly further, now in a real channel, towards the center of the radial aeration rotor 3. To improve this gas conduction, the input side of the means 11 is adapted in shape to the output side 9 of the substrate stack 2 and is arranged with 11 as small a gap as possible towards the substrate stack 2. By means of this embodiment, the gas flow flowing in a first flow direction can be separated from the gas flow flowing in a second flow direction opposite to the first direction in such a way that they do not influence each other.

[0071] Zonder een dergelijke scheiding kunnen zogenaamde kortsluitingen in de interne gaskringloop ontstaan, bijvoorbeeld wanneer een gasdeelstroom na het verlaten van de radiale beluchtingsrotor 3 in een uitblaasrichting 7 niet langs het mantelvlak naar de tegenoverliggende kopwand maar door het mantelvlak afgebogen direct terug naar het 10 middelpunt van de radiale beluchtingsrotor 3 stroomt.Without such a separation, so-called short circuits can occur in the internal gas circuit, for example when a gas partial flow after leaving the radial aeration rotor 3 in an outlet direction 7 is not directly deflected along the lateral surface to the opposite end wall, but immediately deflected by the lateral surface. center of the radial aeration rotor 3 flows.

[0072] In andere uitvoeringen kunnen voor het produceren van een actieve interne gaskringloop meerdere middelen voor het produceren van een gasstroming worden aangebracht. Bijvoorbeeld kan aan elke van de tegenover elkaar liggende kopwanden van de cilindervormige reactiekamer een beluchtingsrotor worden aangebracht, waarbij deze op 15 zodanige wijze worden bedreven, dat een gaskringloop wordt gevormd.In other embodiments, a plurality of means for producing a gas flow may be provided to produce an active internal gas cycle. For example, an aeration rotor can be provided on each of the opposite end walls of the cylindrical reaction chamber, wherein they are operated in such a way that a gas cycle is formed.

[0073] Bij het gebruik van een axiale beluchtingsrotor kunnen aanvullende middelen voor de beïnvloeding van de stroming, die in de uitgeblazen gasstroom worden aangebracht, een verandering van de richting vergelijkbaar met die van de radiale beluchtingsrotor bewerkstelligen.When using an axial aeration rotor, additional means for influencing the flow that are introduced into the blown gas stream can effect a change in direction similar to that of the radial aeration rotor.

20 [0074] Voor de betere invoer van de gasstroom in de substraatstapel 2, kunnen ook voor deze stapel middelen voor de beïnvloeding van de stroming worden aangebracht.[0074] For the better introduction of the gas stream into the substrate stack 2, means for influencing the flow can also be provided for this stack.

1212

Verwiizingsciiferliist 1 substraat 2 substraatstapel 5 3 beluchtingsrotor 4 aandrijfas 5 motor 6 gasaanzuigrichting 7 uitblaasrichting 10 8 ingangszijde van de substraatstapel 9 uitgangszijde van de substraatstapel 10 eerste middel voor de beïnvloeding van de gasstroming 11 tweede middel voor de beïnvloeding van de gasstroming 15Heating centrifuge 1 substrate 2 substrate stack 5 3 aeration rotor 4 drive shaft 5 motor 6 gas suction direction 7 discharge direction 10 8 input side of the substrate stack 9 output side of the substrate stack 10 first means for influencing gas flow 11 second means for influencing gas flow 15

Claims

Method for producing a gas flow in a cylindrical reaction chamber of a diffusion furnace, characterized in that a closed internal gas circulation is produced in the reaction chamber.

2. A method according to claim 1, characterized in that the gas circulation takes place in such a way that the gas moves in a central zone of the reaction chamber in a first flow direction, at a first end of the reaction chamber in a second direction opposite to the first flow direction. flow direction is deflected, moves in an outer zone of the reaction chamber in the second flow direction and is deflected again in the first flow direction at a second end of the reaction chamber.

3. Method as claimed in claim 2, characterized in that the gas circulation is produced in a cylindrical reaction chamber, wherein the central zone of the reaction chamber is the zone close to the axis of the cylinder, at least a deflection of the gas flow by takes place by means of an aeration rotor (3) and the outer zone of the reaction chamber is the zone close to the lateral surface of the cylinder.

Method according to claim 3, characterized in that the aeration rotor is arranged close to a first end wall of the cylindrical reaction chamber.

Method according to claim 3 or 4, characterized in that at least one deflection of the gas flow takes place through a front wall of the cylindrical reaction chamber. 25