NL2002126C2

NL2002126C2 - DIFFUSION OVEN AND METHOD FOR TEMPERATURE GUIDANCE.

Info

Publication number: NL2002126C2
Application number: NL2002126A
Authority: NL
Inventors: Udo Willkommen; Hans-Christian Hecht; Sabine Gregor; Vivian Alberts; Christoph Koeckert
Original assignee: Ardenne Anlagentech Gmbh
Priority date: 2007-10-25
Filing date: 2008-10-23
Publication date: 2010-06-07
Also published as: DE102008052571A1; NL2004793C2; NL2004793A; NL2002126A1

Description

Diffiisie-oven en werkwijze voor de temperatuurgeleidingDiffusion oven and method for temperature conduction

Beschrijving 5Description 5

[0001] De uitvinding heeft betrekking op een difiusie-oven bestaande uit een reactie-kamer, die 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 10 afsluiten van beide einden van het buitenomhulsel, middelen voor het produceren van een vacuüm alsmede middelen voor het toevoeren van een reactiegas of reactiegasmengsel in de rcactickamcr.The invention relates to a diffusion oven consisting of a reaction chamber enclosed by a reaction tube, an outer casing enclosing the reaction tube, heating elements arranged between the reaction tube and the outer casing, means for sealing off from both ends of the reaction tube, means for closing both ends of the outer casing, means for producing a vacuum, and means for supplying a reaction gas or reaction gas mixture into the reaction chamber.

[0002] De uitvinding heeft ook betrekking op een werkwijze voor de temperatuurgeleiding van in een reactiekamer van een diffusie-oven ingebrachte substraten, waarbij substra- 15 ten in de reactiekamer van een diffusie-oven worden ingebracht, de difiusie-oven vervolgens wordt afgesloten, geëvacueerd, met een gas of gasmengsel wordt gevuld, een gekozen druk onder atmosfeerdmk wordt ingesteld, wordt opgewarmd en waarbij tijdens een reactietijd een reactiegas of reactiegasmengsel wordt toegevoerd.The invention also relates to a method for the temperature conduction of substrates introduced into a reaction chamber of a diffusion furnace, wherein substrates are introduced into the reaction chamber of a diffusion furnace, the diffusion furnace then being sealed, is evacuated, filled with a gas or gas mixture, a selected pressure is adjusted to atmospheric temperature, is heated and a reaction gas or reaction gas mixture is supplied during a reaction time.

[0003] Dergelijke difiusie-ovens worden voor veel processen bij de halfgeleiderver-20 vaardiging zoals bijvoorbeeld diffusie, oxidatie, LPCVD-processen (Low Pressure Chemical[0003] Such diffusion furnaces are used for many processes in the semiconductor manufacture such as, for example, diffusion, oxidation, LPCVD processes (Low Pressure Chemical).

Vapor Deposition) en voor de dotering van zonnecellen toegepast.Vapor Deposition) and for the doping of solar cells.

[0004] Bij een thermisch geïnduceerd gasfasediffusieproces bestaat het doel er bijvoorbeeld uit om chemische reacties op het oppervlak van substraten uit te voeren.For example, in a thermally induced gas phase diffusion process, the aim is to perform chemical reactions on the surface of substrates.

[0005] Difiusie-ovens bestaan meestal uit houdersystemen met een groot volume voor 25 de opname van meerdere substraten, die als een stapel ingericht kunnen worden en zijn vaak met een inrichting voor het produceren van een vacuüm verbonden. Verder zijn dcrgclijkc 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 het buitenomhulsel en de reactiebuis van 30 de diffusie-oven op zodanige wijze aangebracht, dat deze de substraten door de daardoor geproduceerde straling verwarmen.Differential furnaces usually consist of large volume container systems for receiving multiple substrates that can be arranged as a stack and are often connected to a device for producing a vacuum. Furthermore, 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 the outer casing and the reaction tube of the diffusion furnace in such a way that they heat the substrates by the radiation produced thereby.

[0006] In speciale difiusie-ovens, waarin reactiegassen worden toegepast, die agressief reageren met metaaloppervlakken, wordt als bouwmateriaal voor de reactiekamer een kwarts 2 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 verwarmt.In special diffusion furnaces, in which reaction gases are used which react aggressively with metal surfaces, a quartz 2 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 from the heating elements arranged outside the reaction chamber to reach the substrates without hindrance and to heat them.

[0007] Een tijdens de uitvoering van een thermische werkwijze mogelijk verloop in de 5 diffiisie-oven omvat bijvoorbeeld, dat de in de difiusie-oven aangebrachte substraten aan een bepaald temperatuurregime, dit wil zeggen een bepaald temperatuur-tijd-vcrloop worden blootgesteld. Hiervoor worden de substraten in eerste instantie door inschakelen van de verwarmingselementen in een eerste opwarmfase verwarmd en op een bepaald eerste tempe-ratuumiveau gebracht. De substraten worden gedurende de periode van een eerste gespecifi-10 ceerde reactietijd op die temperatuur gehouden. Vervolgens kan de temperatuur van de substraten tot een verder tweede temperatuumiveau omhoog worden gebracht en gedurende de periode van een tweede reactietijd worden gehouden op die temperatuur. Na aflopen van de reactietijd of van de reactietijden van de thermische werkwijze worden de substraten afgekoeld.A course in the diffusion furnace that is possible during the execution of a thermal process comprises, for example, that the substrates arranged in the diffusion furnace are exposed to a specific temperature regime, that is to say a specific temperature-time course. For this purpose, the substrates are initially heated by switching on the heating elements in a first heating phase and brought to a certain first temperature level. The substrates are kept at that temperature during 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 that temperature during the period of a second reaction time. After the end of the reaction time or the reaction times of the thermal process, the substrates are cooled.

15 [0008] Bij de uitvoering van dergelijke werkwijzen in een diffusie-oven moeten de temperatuurverschillen zowel op een substraat zelf als ook tussen meerdere in een substraat-stapel of substraatpakket aangebrachte substraten binnen een tolerantiebereik liggen, omdat anders ongelijke kwalitatieve resultaten ontstaan.[0008] When carrying out such methods in a diffusion furnace, the temperature differences both on a substrate itself and also between several substrates arranged in a substrate stack or substrate package must lie within a tolerance range, because otherwise unequal qualitative results will arise.

[0009] Een nadeel van de bekende stand van de techniek bestaat eruit, dat de benodig-20 de hoeveelheid tijd voor het opwarmen van de in de reactiekamer ingebrachte substraten door de verwarmingselementen als ook voor het afkoelen van de substraten na de uitvoering van de gasdiffiisiewerkwijze groot is.A drawback of the prior art consists in that the amount of time required for heating up of the substrates introduced into the reaction chamber by the heating elements and also for cooling the substrates after the gas diffusion process has been carried out is big.

[0010] De uitvinding beoogt zodoende een diffusie-oven en een werkwijze voor de temperatuurgeleiding te verschaffen, waarmee de benodigde hoeveelheid tijd voor het op- 25 warmen en/of afkoelen van de substraten in de reactiekamer wordt gereduceerd.The invention therefore has for its object to provide a diffusion furnace and a method for temperature conduction, with which the amount of time required for heating and / or cooling the substrates in the reaction chamber is reduced.

[0011] Volgens de uitvinding wordt het doel met een difiusie-oven van de in de aanhef genoemde soort bereikt, doordat de middelen voor het afsluiten van beide einden van de reactiebuis elk een aansluiting voor een eerste gasleiding hebben, die met een eerste gasom-loopsysteem zijn verbonden en doordat de middelen voor het afsluiten van beide einden van 30 het buitenomhulsel elk een aansluiting voor een tweede gasleiding hebben, die met een tweede gasomloopsysteem zijn verbonden.According to the invention, the object is achieved with a diffusion furnace of the type mentioned in the preamble, in that the means for closing off both ends of the reaction tube each have a connection for a first gas line which is connected to a first gas line. loop system and in that the means for closing off both ends of the outer casing each have a connection for a second gas line which are connected to a second gas circulation system.

[0012] Volgens de uitvinding is er in voorzien om door middel van een eerste gasomloopsysteem een gerichte gasbeweging in de reactiebuis van de diffusie-oven en door middel 3 van een tweede gasomloopsysteem een gerichte gasbeweging in de zone tussen de reactie-buis en het buitenomhulsel van de diflusie-oven te produceren. De gasomloopsystemen zijn steeds als gesloten systemen uitgevoerd, waarbij het eerste gasomloopsysteem bovendien nog geschild is voor vacuüm.According to the invention, a directed gas movement in the reaction tube of the diffusion furnace is provided by means of a first gas bypass system and by means of a second gas bypass system a directed gas movement in the zone between the reaction tube and the outer casing from the diffusion oven. The gas circulation systems are always designed as closed systems, whereby the first gas circulation system is furthermore peeled for vacuum.

5 [0013] In een uitvoering van de uitvinding is erin voorzien, dat het eerste gasomloopsysteem uit een een gestuurde gasbeweging producerende eerste gasgeleidingsinrichting bestaat, die door middel van eerste gasleidingen met de aansluitingen van de middelen voor het afsluiten van beide einden van de reactiebuis zijn verbonden.In an embodiment of the invention, it is provided that the first gas circulation system consists of a first gas-conducting device producing a controlled gas movement, which are connected by means of first gas lines with the connections of the means for closing off both ends of the reaction tube. connected.

[0014] Het eerste gasomloopsysteem omvat een aansluiting op de uitgangszijde van de 10 reactiebuis, die door middel van een gasleiding met de ingangszijde van een eerste gasgeleidingsinrichting is verbonden. De uitgangszijde van de gasgeleidingsinrichting is eveneens door een gasleiding met de aansluiting aan de ingangszijde van de reactiebuis verbonden. Zodoende ontstaat een gesloten omloopsysteem, waarin door de eerste gasgeleidingsinrichting een gerichte en bestuurbare gasstroom wordt geproduceerd.The first gas bypass system comprises a connection on the output side of the reaction tube, which is connected by means of a gas line to the input side of a first gas-conducting device. The output side of the gas-conducting device is also connected by a gas line to the connection on the input side of the reaction tube. A closed circulation system is thus created, in which a directed and controllable gas stream is produced by the first gas-conducting device.

15 [0015] In een verdere uitvoering van de uitvinding is erin voorzien, dat het tweede gasomloopsysteem uit een een gestuurde gasbeweging producerende tweede gasgeleidingsinrichting bestaat, die door middel van twee gasleidingen met de aansluitingen van de middelen voor het afsluiten van beide einden van het buitenomhulsel zijn verbonden.[0015] In a further embodiment of the invention, it is provided that the second gas circulation system consists of a second gas-conducting device producing a controlled gas movement which, by means of two gas pipes, with the connections of the means for closing off both ends of the outer casing are connected.

[0016] Het tweede gasomloopsysteem omvat een aansluiting aan de uitgangszijde van 20 het buitenomhulsel van de diflusie-oven, die door middel van een tweede gasleiding met de ingangszijde van een tweede gasgeleidingsinrichting is verbonden. De uitgangszijde van deze gasgeleidingsinrichting is eveneens door een tweede gasleiding met de aansluiting aan de ingangszijde van het buitenomhulsel van de diflusie-oven verbonden. Zodoende ontstaat een gesloten tweede omloopsysteem, waarin door de tweede gasgeleidingsinrichting eveneens 25 een gerichte en bestuurbare gasstroom wordt geproduceerd.The second gas circulation system comprises a connection on the output side of the outer casing of the diffusion furnace, which is connected to the input side of a second gas-conducting device by means of a second gas pipe. The output side of this gas-conducting device is also connected by a second gas line to the connection on the input side of the outer casing of the diffusion furnace. This creates a closed second bypass system, in which a directed and controllable gas stream is also produced by the second gas-conducting device.

[0017] In een bijzondere uitvoering van dc uitvinding is erin voorzien, dat dc gasomloopsystemen steeds ten minste een koelinrichting bevatten.In a special embodiment of the invention, it is provided that the gas circulation systems always comprise at least one cooling device.

[0018] In beide gasomloopsystemen kunnen koelinrichtingen worden toegepast, die in een afkoelfase het doorstromende gas alkoelen.Cooling devices can be used in both gas circulation systems which cool the flowing gas in a cooling phase.

30 [0019] In een uitvoeringsvorm van de uitvinding is erin voorzien, dat de koelinrichting een warmtewisselaar is.[0019] In an embodiment of the invention, it is provided that the cooling device is a heat exchanger.

[0020] De koelinrichtingen kunnen als warmtewisselaars worden uitgevoerd. Zodoende bestaat de mogelijkheid om de afgevoerde energie voor een ander proces te gebruiken.The cooling devices can be designed as heat exchangers. Thus there is the possibility of using the discharged energy for a different process.

44

[0021] In een uitvoering van de inrichting is erin voorzien, dat het eerste gasomloop-systeem een afsluiter aan de ingangszijde en een afsluiter aan de uitgangszijde voor het afsluiten van het gasomloopsysteem omvat.In an embodiment of the device it is provided that the first gas bypass system comprises a shut-off valve on the input side and a shut-off valve on the output side for closing off the gas bypass system.

[0022] Het eerste gasomloopsysteem is voorzien van afsluiters, die een scheiding van 5 het omloopsysteem in verschillende zones mogelijk maken. Met het sluiten van een aan de aansluiting van de ingangszijde van de reactiebuis aangebrachte eerste afsluiter en het gelijktijdig sluiten van een aan de aansluiting van de uitgangszijde van de reactiebuis aangebrachte tweede afsluiter wordt de zone van de reactiekamer van het eerste gasomloopsysteem gescheiden en de reactiekamer gesloten.The first gas circulation system is provided with valves, which enable separation of the circulation system in different zones. With the closure of a first valve arranged on the connection of the input side of the reaction tube and the simultaneous closure of a second valve arranged on the connection of the output side of the reaction tube, the zone of the reaction chamber of the first gas circulation system is separated and the reaction chamber is closed .

10 [0023] In een verdere uitvoering van de inrichting is erin voorzien, dat de gasomloop- systemen een om de koelinrichting of de koelinrichtingen heen gaande bypass omvatten.[0023] In a further embodiment of the device, provision is made for the gas bypass systems to comprise a bypass surrounding the cooling device or the cooling devices.

[0024] Volgens de uitvinding is het eerste gasomloopsysteem in de zone van de warmtewisselaar zodanig vormgegeven, dat het gas ofwel door de warmtewisselaar heen of daarlangs, door middel van een bypassinrichting, geleid kan worden. Hiervoor zijn in de ingangs- 15 en uitgangszijde van de warmtewisselaar de gasleidingen steeds van een dienovereenkomstige omschakclafsluitcr voorzien en de aftakkingen van deze afsluiters met een bypass-gasleiding met elkaar verbonden.According to the invention, the first gas circulation system in the zone of the heat exchanger is designed such that the gas can be passed either through the heat exchanger or along it, by means of a bypass device. For this purpose, the gas lines are always provided with a corresponding switch valve in the input and output side of the heat exchanger and the taps of these valves are connected to each other with a bypass gas line.

[0025] Deze bypass-functionaliteit kan bijvoorbeeld aan het begin van een aikoelfase worden gebruikt om een oververhitten en vernielen van de warmtewisselaar te vermijden 20 respectievelijk de vernieling van de substraten als gevolg van te grote temperatuurverschillen tussen substraat en in circulatie gebracht gas te verhinderen.This bypass functionality can be used, for example, at the start of a cooling phase to prevent overheating and destruction of the heat exchanger or to prevent the destruction of the substrates as a result of excessive temperature differences between the substrate and the gas circulated.

[0026] In een uitvoeringsvariant is erin voorzien, dat de gasomloopsystemen een verwarming omvatten.In an embodiment variant, it is provided that the gas circulation systems comprise heating.

[0027] In een opwarmfase kan door middel van een of meerdere in de gasleidingzone 25 aangebrachte verwarmingen een verwarming van het doorstromende gas worden bewerkstelligd en zodoende de benodigde hoeveelheid tijd voor verwarming worden verkort.[0027] In a heating-up phase, heating of the gas flowing through can be effected by means of one or more heaters arranged in the gas line zone 25 and thus the amount of time required for heating is shortened.

[0028] Volgens de uitvinding wordt het doel met een diffusie-oven, omvattend een reactiekamer met middelen voor het afsluiten van beide einden van de reactiekamer, die steeds een aansluiting voor een gasleiding omvatten en een gasomloopsysteem, waarbij het 30 middel voor het afsluiten van het einde van de reactiekamer aan een uitgangszijde door middel van een eerste gasleiding met een ingangszijde van een gasgeleidingsinrichting voor het produceren van een gestuurde gasbeweging in de reactiekamer en een uitgangszijde van de gasgeleidingsinrichting door middel van een tweede gasleiding met het middel voor het 5 afsluiten van het einde van de reactiekamer aan een ingangszijde is verbonden, ook bereikt, doordat in een van de gasleidingen een gasstroomverhitter is aangebracht.According to the invention, the object becomes a diffusion furnace, comprising a reaction chamber with means for closing both ends of the reaction chamber, which always comprise a connection for a gas line and a gas circulation system, the means for closing off the end of the reaction chamber on an output side by means of a first gas line with an input side of a gas conductor device for producing a controlled gas movement in the reaction chamber and an output side of the gas conductor device by means of a second gas line with the means for closing off the end of the reaction chamber is connected to an input side, also achieved in that a gas flow heater is arranged in one of the gas pipes.

[0029] Voor de verbetering van de besturing van de gastemperatuur en zodoende van het temperatuurverschil ΔΤ tussen ingangs- en uitgangszijde van de reactiekamer wordt het 5 gas in het gasomloopsysteem via een gasstroomverhitter geleid.To improve the control of the gas temperature and thus of the temperature difference ΔΤ between the input and output sides of the reaction chamber, the gas is led into the gas bypass system via a gas flow heater.

[0030] Een positionering van de gasstroomverhitter in een directe nabijheid van de ingangszijde van de reactiekamer heeft het voordeel, dat het door de gasstroomverhitter verhitte gas zich op de verdere baan door de gasleiding en de afsluiter aan de ingangszijde slechts in onaanzienlijke mate afkoelt, de energieverliezen zodoende gering zijn.A positioning of the gas flow heater in a direct vicinity of the input side of the reaction chamber has the advantage that the gas heated by the gas flow heater cools only to a considerable extent on the further path through the gas line and the shut-off valve on the input side, energy losses are therefore low.

10 [0031] Door middel van een dienovereenkomstige besturing van de gasstroomverhitter, die van ten minste een tcmpcratuurscnsor is voorzien, kan de temperatuur van het aan de ingangszijde van de reactiekamer naar binnen stromende gas in een uitvoering van de beschreven diifusie-oven op zodanige wijze worden geregeld, dat een gespecificeerd temperatuurverschil ΔΤ niet wordt overschreden.[0031] By means of a corresponding control of the gas flow heater, which is provided with at least one temperature sensor, the temperature of the gas flowing in at the entrance side of the reaction chamber in an embodiment of the described diifusion furnace can be controlled in such a way. be arranged that a specified temperature difference ΔΤ is not exceeded.

15 [0032] In een verdere uitvoering van de beschreven diflusie-oven is erin voorzien, dat de gasstroomverhitter middelen voor de gerichte geleiding van de gasstroom heeft.[0032] In a further embodiment of the diffusion furnace described, it is provided that the gas flow heater has means for the directed conduction of the gas flow.

[0033] Door deze middelen dient de gasstroom zodanig te worden beïnvloed, dat een verbeterde verwarming van het doorstromende gas ten opzichte van een niet in de stroming daarvan beïnvloede gasstroom optreedt.The gas flow must be influenced by these means in such a way that an improved heating of the gas flowing through with respect to a gas flow not influenced by its flow occurs.

20 [0034] De middelen voor de gerichte geleiding van de gasstroom kunnen bijvoorbeeld stromingsgeleidingsplaten zijn.The means for the directed conduction of the gas flow can be, for example, flow guide plates.

[0035] Door middel van deze stromingsgeleidingsplaten kan de gasstroom gericht in de stroming daarvan worden beïnvloed.By means of these flow guide plates, the gas flow can be specifically influenced in the flow thereof.

[0036] In een van voordeel zijnde uitvoering van de uitvinding is erin voorzien, dat de 25 stromingsgeleidingsplaten zodanig zijn uitgevoerd, dat deze een spiraalvormige beweging van het doorstromende gas door de gasstroomverhitter afdwingen.In an advantageous embodiment of the invention, it is provided that the flow guide plates are designed such that they force a spiral movement of the flowing gas through the gas flow heater.

[0037] Voor de verbetering van het rendement van de gasstroomverhitter is deze voorzien van dienovereenkomstige stromingsgeleidingsplaten. Doormiddel van deze stromingsgeleidingsplaten wordt een spiraalvormige doorstroming van de gasstroomverhitter 30 afgedwongen. Door deze afgedwongen langere baan door de gasstroomverhitter wordt het rendement ten opzichte van een doorstroming in een langsrichting, dit wil zeggen over de kortste baan, verbeterd.To improve the efficiency of the gas flow heater, it is provided with corresponding flow guide plates. By means of these flow guide plates, a spiral flow of the gas flow heater 30 is forced. This enforced longer path through the gas flow heater improves the efficiency with respect to a flow in a longitudinal direction, i.e. over the shortest path.

[0038] De spiraalvormige beweging van het gas wordt door de toepassing van meerde- 6 re op een afstand ten opzichte van elkaar aangebrachte stromingsgeleidingsplaten bereikt. Deze hebben een cirkelvorm, waarbij de diameter zodanig is gedimensioneerd, dat de platen in de gasleiding aangebracht kunnen worden. Elke stromingsgeleidingsplaat heeft een niet centrische opening, bijvoorbeeld in de vorm van een cirkeluitsnijding. De stromingsgelei-5 dingsplaten zijn op dezelfde afstanden parallel ten opzichte van elkaar in de gasstroomverhit-ter aangebracht op zodanige wijze, dat deze steeds over een bepaalde hoek in dezelfde richting ten opzichte van elkaar zijn verdraaid, waarbij de draaihock al naargelang het aantal n van de stromingsgeleidingsplaten volgens 360% bepaald kan worden.The spiral movement of the gas is achieved by the use of several flow guide plates arranged at a distance from one another. These have a circular shape, the diameter of which is dimensioned such that the plates can be arranged in the gas line. Each flow guide plate has a non-centric opening, for example in the form of a circle cut-out. The flow guide plates are arranged at the same distances parallel to each other in the gas flow heater in such a way that they are always rotated through a certain angle in the same direction with respect to each other, the rotation hock depending on the number n the flow guide plates can be determined according to 360%.

[0039] In een speciale uitvoering van de uitvinding is erin voorzien, dat de gasstroom-10 verhitter meerdere staafVormige en parallel ten opzichte van elkaar aangebrachte buisver- warmingslichamen omvat.[0039] In a special embodiment of the invention, it is provided that the gas flow heater comprises a plurality of rod-shaped tube heating bodies arranged parallel to each other.

[0040] Volgens de uitvinding kan de gasstroomverhitter uit meerdere parallel ten opzichte van elkaar aangebrachte buisvormige verwarmingsstaven zijn opgebouwd. Deze kunnen in een vacuümflens worden gesoldeerd. Op afstanden ten opzichte van de vacuüm- 15 flens en parallel ten opzichte daarvan zijn de stromingsgeleidingsplaten aangebracht, die de verwarmingsstaven voor de verbetering van de stabiliteit fixeren.According to the invention, the gas flow heater can be constructed from a plurality of tubular heating rods arranged parallel to each other. These can be soldered in a vacuum flange. At distances from the vacuum flange and parallel to it, the flow guide plates are provided which fix the heating rods to improve stability.

[0041] Bij een werkwijze voor de temperatuurgeleiding van in een reactiekamer van een diffiisie-oven aangebrachte substraten is erin voorzien, dat in een opwarmfase de substraten in de reactiekamer door verwarmingselementen worden verwarmd en een eerste gasom- 20 loop in de reactiekamer wordt geproduceerd, doordat een gas in de reactiekamer door middel van een eerste gasomloopsysteem uit de reactiekamer via een uitgangszijde wordt afgezogen en via een ingangszijde van de reactiekamer weer wordt toegevoerd.In a method for the temperature conduction of substrates arranged in a reaction chamber of a diffusion furnace, it is provided that the substrates in the reaction chamber are heated by heating elements in a heating phase and that a first gas circulation is produced in the reaction chamber, in that a gas in the reaction chamber is extracted from the reaction chamber via an output side by means of a first gas circulation system and is supplied again via an input side of the reaction chamber.

[0042] De gestuurde gasomloop in het eerste gasomloopsysteem, die een in de langs-richting van de reactiebuis gerichte gasbeweging in de reactiebuis produceert, heeft een 25 verbetering van de temperatuurhomogeniteit in de reactiekamer en in het bijzonder op en tussen de in de reactiekamer aangebrachte substraten tot gevolg.The controlled gas circulation in the first gas circulation system, which produces a gas movement in the reaction tube directed in the longitudinal direction of the reaction tube, has an improvement of the temperature homogeneity in the reaction chamber and in particular on and between the reaction chamber arranged in the reaction chamber. substrates.

[0043] Tn een uitvoering van de werkwijze is erin voorzien, dat een extra verwarming van het in het eerste gasomloopsysteem omlopende gas plaatsvindt.In an embodiment of the method, provision is made for additional heating of the gas circulating in the first gas bypass system.

[0044] Volgens de uitvinding kan een extra verwarming van het in het gasomloopsys-30 teem omlopende gas worden bereikt, doordat een warmtewisselaar voor de verwarming wordt gebruikt. Een verdere mogelijkheid bestaat uit het gebruik van extra verwarmingen in een of meerdere zones van de eerste gasleiding, bij voorkeur in de zone van de aansluiting op de ingangszijde van de reactiebuis.According to the invention, an additional heating of the gas circulating in the gas circulation system can be achieved by using a heat exchanger for heating. A further possibility consists of the use of additional heaters in one or more zones of the first gas line, preferably in the zone of the connection on the input side of the reaction tube.

77

[0045] In een bijzondere uitvoering van de werkwijze is erin voorzien, dat het na een bereiken van een gespecificeerde streeftemperatuur van de substraten en van een gespecificeerde druk de eerste gasomloop wordt uitgeschakeld en de reactiekamer aan de ingangs- en uitgangszijde wordt gesloten.In a special embodiment of the method, it is provided that, after reaching a specified target temperature of the substrates and a specified pressure, the first gas circulation is switched off and the reaction chamber is closed on the input and output side.

5 [0046] Wordt aan het einde van de opwarmfase een gespecificeerde temperatuur bereikt, dus bijvoorbeeld een eerste temperatuumiveau, waarop de substraten gedurende de periode van een eerste gespecificeerde reactietijd moeten worden gehouden, dan is het mogelijk om de zone van de reactiekamer af te sluiten, doordat een afsluiter aan de ingangs-zijde en een afsluiter aan de uitgangszijde wordt gesloten.[0046] If a specified temperature is reached at the end of the heating-up phase, that is, for example a first temperature level, at which the substrates must be kept during the period of a first specified reaction time, it is possible to close off the zone of the reaction chamber. by closing a valve on the input side and a valve on the output side.

10 [0047] Na beëindiging van het reactieproces kunnen de afsluiters weer worden geo pend en kan de gasomloop in het eerste gasomloopsysteem worden gestart.After termination of the reaction process, the valves can be opened again and the gas circulation in the first gas circulation system can be started.

[0048] Na dit reactieproces kan alternatief voor het openen van de afsluiters ook een afzuigen van het procesgas uit de reactiebuis worden uitgevoerd.After this reaction process, as an alternative to opening the valves, suction of the process gas from the reaction tube can also be carried out.

[0049] In een uitvoeringsvariant van de werkwijze is erin voorzien, dat in een afkoelfa-15 se een eerste gasomloop in de reactiekamer wordt geproduceerd, doordat een gas in de reactiekamer door middel van een eerste gasomloopsysteem uit de reactiekamer via een uitgangszijde wordt afgezogen en via een ingangszijde weer naar de reactiekamer wordt toegevoerd en doordat een tweede gasomloop in een de reactiekamer omgevend buitenomhulsel wordt geproduceerd, doordat een gas in het buitenomhulsel door middel van een 20 tweede gasomloopsysteem uit het buitenomhulsel via een uitgangszijde wordt afgezogen en via een ingangszijde weer naar het buitenomhulscl wordt toegevoerd.In an embodiment variant of the method, it is provided that a first gas circulation is produced in the reaction chamber in a cooling phase by a gas being extracted from the reaction chamber via a first gas circulation system via a first gas circulation system and is fed back to the reaction chamber via an input side and because a second gas circulation is produced in an outer casing surrounding the reaction chamber, because a gas in the outer casing is extracted from the outer casing by means of a second gas circulation system and via an input side to the outer envelope is supplied.

[0050] Voor de verdere verbetering van de effectiviteit van de koeling tijdens een aikoelfase is erin voorzien om naast het eerste interne gasomloopsysteem een tweede extern gasomloopsysteem te gebruiken.For the further improvement of the effectiveness of the cooling during a cooling phase, provision is made for the use of a second external gas circulation system in addition to the first internal gas circulation system.

25 [0051] Beide gasomloopsystemen zijn voorzien van dienovereenkomstige middelen voor het koelen van het doorstromende gas en werken bij voorkeur op zodanige wijze, dat de gasstromingen in de diffusie-oven tegengesteld zijn. Terwijl de gasstroom in het binnenste van de reactiebuis van de ingangszijde van de reactiebuis naar de uitgangszijde daarvan verloopt stroomt het gas om de reactiebuis aan de buitenzijde heen, maar in het buitenomhul-30 sel van de uitgangszijde van de reactiebuis naar de ingangszijde van de reactiebuis. Deze gasbeweging in tegengestelde richting maakt een versnelling van de afkoelfase rekening houdend met een noodzakelijke temperatuurhomogeniteit speciaal in de zone van de substraten mogelijk.Both gas circulation systems are provided with corresponding means for cooling the flowing gas and preferably operate in such a way that the gas flows in the diffusion furnace are opposite. While the gas flow in the interior of the reaction tube extends from the input side of the reaction tube to the output side thereof, the gas flows around the reaction tube on the outside, but in the outer casing from the output side of the reaction tube to the input side of the reaction tube . This gas movement in the opposite direction allows an acceleration of the cooling phase taking into account a necessary temperature homogeneity especially in the zone of the substrates.

88

[0052] In een uitvoeringsvorm van de uitvinding is erin voorzien, dat het in het eerste gasomloopsysteem omlopende gas door middel van een eerste koelinrichting en het in het tweede gasomloopsysteem omlopende gas door middel van een tweede koelinrichting wordt gekoeld.In an embodiment of the invention it is provided that the gas circulating in the first gas circulation system is cooled by means of a first cooling device and the gas circulating in the second gas circulation system is cooled by means of a second cooling device.

5 [0053] In een andere uitvoeringsvorm van de uitvinding is erin voorzien, dat een warmtewisselaar als koelinrichting wordt gebruikt.[0053] In another embodiment of the invention, it is provided that a heat exchanger is used as a cooling device.

[0054] Per gasomloopsysteem kan een koelinrichting voor het koelen van het doorstromende gas worden toegepast. Daarbij kan een dergelijke koelinrichting bijvoorbeeld uit een of meer warmtewisselaars zijn opgebouwd.A cooling device for cooling the gas flowing through can be used per gas circulation system. Such a cooling device can for instance be built up from one or more heat exchangers.

10 [0055] De uitvinding dient in het onderstaande aan de hand van een uitvoeringsvoor- bccld nader te worden tocgclicht. In de bijbehorende tekening toont: figuur 1 een difliisie-oven volgens de uitvinding in een langsdoorsnedeaibeelding met een binnenste en een buitenste gasomloopsysteem, 15 figuur 2 een verdere difïUsie-oven volgens de uitvinding met een gasomloopsysteem, figuur 3 een uitvoeringsvorm van een gasstroomverhitter en figuur 4 een deel van de gasleiding in een T-vorm, waarin de gasstroomverhitter is aangebracht.The invention should be explained in more detail below with reference to an exemplary embodiment. In the accompanying drawing: figure 1 shows a diffusion furnace according to the invention in a longitudinal sectional view with an inner and an outer gas circulation system, figure 2 shows a further diffusion furnace according to the invention with a gas circulation system, figure 3 shows an embodiment of a gas flow heater and figure 4 shows a part of the gas line in a T-shape, in which the gas flow heater is arranged.

20 [0056] De difiusie-oven in figuur 1 bestaat uit de reactiekamer 1, die door de reactie-buis 2 wordt omslotcn, meerdere verwarmingselementen 4, die in verschillende aan te sturen groepen 4.1, 4.2, 4.3 onderverdeeld kunnen zijn en om de reactiebuis 2 heen zijn aangebracht alsmede het buitenomhulsel 3, dat voor het vermijden van warmteverliezen op overeenkomstige wijze is geïsoleerd.The diffusion furnace in figure 1 consists of the reaction chamber 1, which is enclosed by the reaction tube 2, a plurality of heating elements 4, which can be subdivided into different groups 4.1, 4.2, 4.3 to be controlled and around the reaction tube 2, as well as the outer casing 3, which has been insulated in a corresponding manner to avoid heat losses.

25 [0057] In de reactiekamer 1 zijn substraten 7 afzonderlijk of in de vorm van een uit meerdere substraten 7 bestaande substraatstapel aangebracht.In the reaction chamber 1, substrates 7 are arranged individually or in the form of a substrate stack consisting of several substrates 7.

[0058] Tussen de reactiebuis 2 en het buitenomhulsel 3 van de diffusie-oven zijn de verwarmingselementen 4 op zodanige wijze aangebracht, dat deze door de verwarmingsstra-30 ling daarvan de substraten 7 in de reactiekamer 1 verwarmen. De beide einden van de reactiebuis 2 worden door de middelen voor het afsluiten van de reactiebuis 5 afgesloten. Verder omvat de reactiebuis een aansluiting aan de uitgangszijde 8 en aan de ingangszijde 9 voor de verbinding met een gasleiding.[0058] The heating elements 4 are arranged between the reaction tube 2 and the outer casing 3 of the diffusion furnace in such a way that they heat the substrates 7 in the reaction chamber 1 through their heating radiation. The two ends of the reaction tube 2 are closed off by the means for closing off the reaction tube 5. The reaction tube further comprises a connection on the output side 8 and on the input side 9 for connection to a gas line.

99

[0059] Aan beide einde van het buitenomhulsel 3 zijn middelen voor het afsluiten 6 aangebracht, die eveneens steeds elk een aansluiting voor de aansluiting van een gasleiding omvatten.At both ends of the outer casing 3, means for closing off 6 are provided, which likewise each each comprise a connection for the connection of a gas pipe.

[0060] Via een verdere, niet afgebeelde aansluiting kan een reactiegas in de reactieka-5 mer 1 worden ingevoerd. Bovendien is de reactiekamer 1 verbonden met een vacuümpomp en kan een aansluiting voor het afVoeren van het reactiegas hebben. Deze kenmerken zijn eveneens niet afgebeeld.A reaction gas can be introduced into the reaction chamber 1 via a further connection, not shown. In addition, the reaction chamber 1 is connected to a vacuum pump and may have a connection for discharging the reaction gas. These characteristics are also not shown.

[0061] Voor de versnelling volgens de uitvinding van de opwarm- en/of afkoelfase van een diflusiewerkwijze is de diffüsie-oven voorzien van een eerste en een tweede gasomloop- 10 systeem.For the acceleration according to the invention of the heating and / or cooling phase of a diffusion process, the diffusion furnace is provided with a first and a second gas circulation system.

[0062] Het eerste gasomloopsystccm bestaat uit een eerste gasgclcidingsinrichting 12 en bijbehorende eerste gasleidingen 16, die de eerste gasgeleidingsinrichting 12 via de eerste gasleidingen 16 met de aansluiting van de ingangszijde 9 en de aansluiting van de uitgangszijde 8 van de reactiebuis 2 verbinden.The first gas circulation system consists of a first gas circulation device 12 and associated first gas lines 16, which connect the first gas guide device 12 via the first gas lines 16 to the connection of the input side 9 and the connection of the output side 8 of the reaction tube 2.

15 [0063] Dit gasomloopsysteem is een gesloten systeem, wordt ook als zogenaamd intem gasomloopsysteem aangeduid en is geschikt voor vacuüm gerealiseerd, dit wil zeggen een door de op de reactiebuis 2 aangesloten vacuümpomp geproduceerde onderdruk wordt ook door de gasomloop in het interne gasomloopsysteem niet nadelig beïnvloed. Het is zodanig geconstmeerd, dat de reactiebuis 2 in de langsrichting daarvan doorstroomd kan 20 worden.[0063] This gas circulation system is a closed system, is also referred to as a so-called inert gas circulation system and is suitably realized for vacuum, i.e. an underpressure produced by the vacuum pump connected to the reaction tube 2 is not adversely affected by the gas circulation in the internal gas circulation system. affected. It is constructed in such a way that the reaction tube 2 can be flowed through in the longitudinal direction thereof.

[0064] In het bijzonder het eerste gasomloopsysteem is bovendien voorzien van afslui-terinrichtingen 18 voor het afsluiten van de reactiebuis 2, die in de zone van de aansluiting van de ingangszijde 9 en in de zone van de aansluiting van de uitgangszijde 8 van de reactiebuis 2 zijn aangebracht.In particular, the first gas bypass system is furthermore provided with shut-off devices 18 for closing off the reaction tube 2, which in the zone of the connection of the input side 9 and in the zone of the connection of the output side 8 of the reaction tube 2 are provided.

25 [0065] Het tweede gasomloopsysteem bestaat uit een tweede gasgeleidingsinrichting 13 en bijbehorende tweede gasleidingen 17, die de tweede gasgeleidingsinrichting 13 via de tweede gasleidingen 17 met de aansluiting van de ingangszijde 11 en de aansluiting van de uitgangszijde 10 van het buitenomhulsel 3 verbinden.The second gas circulation system consists of a second gas-conducting device 13 and associated second gas lines 17, which connect the second gas-conducting device 13 via the second gas lines 17 to the connection of the input side 11 and the connection of the output side 10 of the outer casing 3.

[0066] Het tweede gasomloopsysteem is eveneens een gesloten gasomloopsysteem, 30 waarbij het de ruimte tussen de reactiebuis 2 en het buitenomhulsel 3, dit wil zeggen aan de atmostèerzijde van de gasdiflusie-oven doorstroomt. Dit gasomloopsysteem is het zogenaamde externe gasomloopsysteemThe second gas circulation system is also a closed gas circulation system, wherein it flows through the space between the reaction tube 2 and the outer casing 3, i.e. on the atmost side of the gas diffusion oven. This gas circulation system is the so-called external gas circulation system

[0067] Beide gasomloopsystemen kunnen ook steeds of meerdere koelinrichtingen, 10 bijvoorbeeld gerealiseerd als warmtewisselaars 14 en 15, omvatten.Both gas circulation systems can also always comprise one or more cooling devices, for example realized as heat exchangers 14 and 15.

10068] In een speciale uitvoering van de uitvinding kunnen deze warmtewisselaars 14 en 15 zowel voor het koelen als ook voor de verwarming van het doorstromende gas worden gebruikt.In a special embodiment of the invention, these heat exchangers 14 and 15 can be used both for cooling and also for heating the flowing gas.

5 [0069] Voor de versnelling van het opwarmproces in een opwarmfase is er volgens de uitvinding in voorzien, dat naast de gebruikelijke bijschakeling van de verwarmingselementen 4 een gasomloop in de langsrichting van de reactiebuis 2 wordt geproduceerd. Deze door het interne gasomloopsysteem geproduceerde gasstroom maakt een, ten opzichte van de gebruikelijke convectie, verbeterde gas- en warmteverdeling in de reactiekamer 1 mogelijk. Zo-10 doende worden de temperatuurverschillen zowel op een substraat als ook tussen verschillende naast elkaar aangebrachte substraten verbeterd.For the acceleration of the heating process in a heating phase it is provided according to the invention that, in addition to the usual connection of the heating elements 4, a gas circulation is produced in the longitudinal direction of the reaction tube 2. This gas stream produced by the internal gas bypass system permits an improved gas and heat distribution in the reaction chamber 1 compared to the conventional convection. Thus, the temperature differences are improved both on a substrate and also between different adjacent substrates.

[0070] De gasomloop van het interne gasomloopsysteem is zodanig gedimensioneerd, dat tussen de ingangszijde en de uitgangszijde van de reactiebuis 2 een temperatuurverschil ontstaat, dat binnen een vereist tolerantiebereik voor de homogeniteit van de substraattempe- 15 ratuur ligt. Zodoende wordt een reducering van de benodigde hoeveelheid tijd in de opwarmfase bereikt en gelijktijdig worden door temperatuurverschillen veroorzaakte spanningen van de substraten 7 vermeden.The gas bypass of the internal gas bypass system is dimensioned such that a temperature difference arises between the input side and the output side of the reaction tube 2 that is within a required tolerance range for the homogeneity of the substrate temperature. Thus a reduction of the required amount of time in the heating phase is achieved and at the same time stresses of the substrates 7 caused by temperature differences are avoided.

[0071] Bovendien kan nog een in de zone van de gasleiding 16 aan de ingangszijde aangebrachte verwarming 20 worden bijgeschakeld, waarmee een verdere verwarming van 20 de doorgeleide gasstroom plaatsvindt.Moreover, a heating 20 arranged in the zone of the gas line 16 on the input side can also be switched on, with which a further heating of the conducted gas flow takes place.

[0072] Aan de ingangszijde en uitgangszijde zijn afsluiters 18 aangebracht, die aan het einde van de opwarmfase met het afschakelen van het interne gasomloopsysteem gesloten kunnen worden. Zodoende kan de reactiekamer 1 voor het invoeren van een procesgas worden afgesloten.Valves 18 are provided on the input side and output side, which valves can be closed at the end of the heating-up phase by switching off the internal gas circulation system. Thus, the reaction chamber 1 can be closed prior to the introduction of a process gas.

25 [0073] Optioneel bestaat in een verdere uitvoering de mogelijkheid om de warmtewisselaars 14 en/of 15 voor de verwarming van het doorstromende gas in de opwarmfase te gebruiken.[0073] Optionally, in a further embodiment, it is possible to use the heat exchangers 14 and / or 15 for heating the flowing gas in the heating phase.

[0074] Voor de versnelling van het afkoelproces in een afkoelfase is er volgens de uitvinding in voorzien, dat na beëindiging van de reactieprocessen in de reactiekamer 1 de 30 afsluiters 18 worden geopend en de gasomloop in het interne gasomloopsysteem wordt gestart. Aan het begin van de afkoelfase is er optioneel in voorzien om door een bypass de in het interne gasomloopsysteem aangebrachte warmtewisselaar 14 te ontwijken. Door deze maatregel wordt bereikt, dat een vernieling van de warmtewisselaar 14 door aanvankelijk 11 zeer hoge temperaturen van het via de uitgangszijde 8 afgevoerde gas wordt vermeden en verder het vernielen van de substraten als gevolg van te grote temperatuurverschillen tussen substraat en in circulatie gebracht gas wordt verhinderd. Na het bereiken van een gespecificeerde temperatuur wordt de bypassfunctie opgeheven en de warmtewisselaar 14 voor de 5 verdere afkoeling van het omlopende gas gebruikt.For accelerating the cooling process in a cooling phase, it is provided according to the invention that after termination of the reaction processes in the reaction chamber 1, the valves 18 are opened and the gas circulation in the internal gas circulation system is started. At the start of the cooling phase it is optionally provided to bypass the heat exchanger 14 arranged in the internal gas circulation system by a bypass. By this measure it is achieved that destruction of the heat exchanger 14 by initially very high temperatures of the gas discharged via the outlet side 8 is avoided and furthermore the destruction of the substrates as a result of too large temperature differences between the substrate and the gas put into circulation is prevented. prevented. After reaching a specified temperature, the bypass function is canceled and the heat exchanger 14 is used for further cooling of the circulating gas.

[0075] Het interne gasomloopsysteem, dat is voorzien van een gerichte temperatuurge-leiding/besturing, werkt op zodanige wijze, dat al naargelang specificaties voor de gastempe-raturen tussen de ingangszijde en de uitgangszijde van de reactiebuis 2 een zich instellend temperatuurverschil niet wordt overschreden. Zodoende wordt een maximaal acceptabele 10 aikoeltemperatuurgradiënt bereikt en worden spanningen in de substraten 7 vermeden.The internal gas bypass system, which is provided with a directed temperature conduction / control, operates in such a way that, depending on specifications for the gas temperatures between the input side and the output side of the reaction tube 2, an adjustable temperature difference is not exceeded. . A maximum acceptable cooling temperature gradient is thus achieved and stresses in the substrates 7 are avoided.

[0076] Aanvullend op het interne gasomloopsysteem wordt het externe gasomloopsysteem gestart. Dit kan in de tijd gelijk of met een gespecificeerde verplaatsing in de tijd plaatsvinden.In addition to the internal gas bypass system, the external gas bypass system is started. This can take place at the same time or with a specified displacement over time.

[0077] Ook dit gasomloopsysteem bevat een warmtewisselaar 15, die een afkoeling 15 van het doorstromende gas realiseert. Door middel van dit externe systeem wordt een gas- stroom tussen de reactiebuis 2 en het buitenomhulsel 3 in de langsrichting van de reactiebuis 2 geproduceerd en deze zone gekoeld.This gas circulation system also comprises a heat exchanger 15, which realizes a cooling 15 of the gas flowing through. By means of this external system, a gas stream is produced between the reaction tube 2 and the outer casing 3 in the longitudinal direction of the reaction tube 2 and this zone is cooled.

[0078] Bij voorkeur zijn de gasstroomrichtingen van het interne en van het externe gasomloopsysteem in de difïusie-oven tegengesteld. Terwijl het gas in de reactiebuis 2 aan de 20 ingangszijde 9 naar binnen en aan de uitgangszijde 8 naar buiten stroomt, stroomt het gas van het externe gasomloopsysteem aan de ingangszijde 11 van het buitenomhulsel 3 naar binnen en aan de uitgangszijde 10 van het buitenomhulsel 3 naar buiten. Door de tegengestelde gasrichting wordt de temperatuurhomogeniteit in de afkoelfase verbeterd en de benodigde hoeveelheid tijd gereduceerd.Preferably, the gas flow directions of the internal and external gas bypass system in the diffusion furnace are opposite. While the gas in the reaction tube 2 flows inwards on the input side 9 and outwards on the output side 8, the gas flows from the external gas circulation system on the input side 11 of the outer casing 3 and on the output side 10 of the outer casing 3 towards Outside. Due to the opposite gas direction, the temperature homogeneity in the cooling phase is improved and the required amount of time is reduced.

25 [0079] De diffusie-oven 22 in de figuur 2 bestaat uit de reactiekamer 1, die wordt gevormd door een reactiebuis, meerdere verwarmingselementen 4, die in verschillende aanstuurbare groepen onderverdeeld kunnen zijn en om de reactiekamer heen zijn aangebracht alsmede het buitenomhulsel 3, dat voor het vermijden van warmteverliezen op overeenkomstige wijze is geïsoleerd.The diffusion oven 22 in Figure 2 consists of the reaction chamber 1, which is formed by a reaction tube, a plurality of heating elements 4, which can be subdivided into different controllable groups and arranged around the reaction chamber and the outer casing 3, that is similarly insulated to avoid heat losses.

30 [0080] In de reactiekamer 1 worden tijdens het bedrijf van de diffusie-oven substraten 7 afzonderlijk of in de vorm van een uit meerdere substraten 7 bestaande substraatstapcl aangebracht.In the reaction chamber 1, during operation of the diffusion furnace, substrates 7 are applied individually or in the form of a substrate step consisting of several substrates 7.

[0081] Tussen de de reactiekamer 1 vormende reactiebuis en het buitenomhulsel 3 van 12 de difïusie-oven 22 zijn de verwarmingselementen 4 op zodanige wijze aangebracht dat deze door de verwarmingsstraling daarvan de substraten 7 in de reactiekamer 1 verwarmen. De einden van de reactiekamer worden door de middelen voor het sluiten van de reactiekamer afgesloten. Deze hebben elk een aansluiting, die steeds met een daarbij behorende gasleiding 5 25 of 26 is verbonden.Between the reaction tube forming the reaction chamber 1 and the outer casing 3 of the diffusion furnace 22, the heating elements 4 are arranged in such a way that they heat the substrates 7 in the reaction chamber 1 through their heating radiation. The ends of the reaction chamber are closed off by the means for closing the reaction chamber. These each have a connection that is always connected to a corresponding gas line 5 or 26.

[0082] Via een verdere niet afgebeelde aansluiting kan een reactiegas of reactiegas-mengsel in de reactiekamer worden ingevoerd. Bovendien is de reactiekamer verbonden met een vacuümpomp en kan een aansluiting voor het afVoeren van het reactiegas of reactiegas-mengsel hebben. Deze kenmerken zijn eveneens niet afgebeeld.Via a further connection, not shown, a reaction gas or reaction gas mixture can be introduced into the reaction chamber. In addition, the reaction chamber is connected to a vacuum pump and may have a connection for discharging the reaction gas or reaction gas mixture. These characteristics are also not shown.

10 [0083] Zowel aan de uitgangszijde 23 als ook aan de ingangszijde 24 van de reactiekamer 1 is steeds een afsluiter 18 aangebracht. Door middel van deze afsluiters 18 wordt het gas in het gasomloopsysteem van het gas in de reactiekamer gescheiden. Dit is noodzakelijk in het geval, wanneer binnen een reactietijd een diflusieproces in de reactiekamer 1 dient te verlopen. Zodoende wordt een naar binnen dringen van een agressief reactiegas in het 15 gasomloopsysteem verhinderd.Both on the output side 23 and also on the input side 24 of the reaction chamber 1, a valve 18 is always arranged. By means of these valves 18, the gas in the gas bypass system is separated from the gas in the reaction chamber. This is necessary in the case where a diffusion process in the reaction chamber 1 must take place within a reaction time. This prevents an aggressive reaction gas from penetrating into the gas circulation system.

[0084] De uitgangszijde 23 van de difïusie-oven 22 is door middel van de eerste gasleiding 25 met de ingangszijde van de gasgeleidingsinrichting 12 verbonden. Optioneel kan bijvoorbeeld in een afkoelfase van de substraten 7 een warmtewisselaar 14 in de eerste gasleiding 25 worden ingeschakeld, die voor de verdere afkoeling van het gas in het gasom- 20 loopsysteem en zodoende in de reactiekamer 1 wordt gebruikt.The output side 23 of the diffusion furnace 22 is connected by means of the first gas line 25 to the input side of the gas-conducting device 12. Optionally, for example, in a cooling phase of the substrates 7, a heat exchanger 14 in the first gas line 25 can be switched on, which is used for further cooling of the gas in the gas bypass system and thus in the reaction chamber 1.

[0085] De uitgangszijde van de gasgeleidingsinrichting 12 is door middel van de tweede gasleiding 26 met de ingangszijde 24 van de reactiekamer 1 verbonden.The output side of the gas-conducting device 12 is connected by means of the second gas line 26 to the input side 24 of the reaction chamber 1.

[0086] In dit gasomloopsysteem wordt door middel van de gasgeleidingsinrichting 12 een gestuurde gasbeweging in de reactiekamer 1 geproduceerd, waarbij speciaal de gasbe- 25 weging tussen de substraten 7 voor de verbetering van de temperatuurhomogeniteit op en tussen de substraten 7 zorgt.In this gas bypass system, a controlled gas movement in the reaction chamber 1 is produced by means of the gas-conducting device 12, the gas movement between the substrates 7 in particular providing for the improvement of the temperature homogeneity on and between the substrates 7.

[0087] Volgens de uitvinding is in een directe nabijheid van de ingangszijde 24 van de reactiekamer 1 de gasstroomverhitter 21 binnen het vacuümdichte gasomloopsysteem aangebracht.According to the invention, the gas flow heater 21 is arranged within a vacuum-tight gas circulation system in a direct vicinity of the entrance side 24 of the reaction chamber 1.

30 [0088] Voor dit doel kan een deel van de tweede gasleiding 26, zoals in figuur 4 is afgebeeld, in de vorm van een T-stuk 31 worden uitgevoerd. De gasstroomverhitter 21 wordt dan in de opening 32 ingebracht en aan de flens van het T-stuk 31 vacuümdicht vastgeschroefd. Bij voorkeur stroomt het gas bij de tegenover de opening 32 liggende zijde naar 13 binnen en bij de over 90° gedraaide opening naar buiten.For this purpose, a part of the second gas line 26, as shown in Figure 4, can be in the form of a T-piece 31. The gas flow heater 21 is then inserted into the opening 32 and screwed tightly to the flange of the T-piece 31 vacuum-tight. Preferably, the gas flows in at the side opposite the opening 32 and out at the opening turned through 90 °.

10089] De gasstroomverhitter 21 bestaat, zoals in figuur 3 is afgebeeld, uit een elektro-aansluitkast 27, die een elektrische verbinding tussen een niet afgebeelde buitenste aansluit-leiding en de verwarmingselementen van de gasstroomverhitter 21 tot stand brengt, de 5 verwarmingselementen in de vorm van buisverwarmingslichamen 30, die parallel ten opzichte van elkaar zijn aangebracht, een vacuümflens 28, waarin de buisverwarmingslichamen 30 zijn bevestigd en die een vacuümdicht afsluiten van de gasleiding aan de opening 32 garandeert, en de stromingsgeleidingsplaten 29. Deze stabiliseren de buisverwarmingslichamen 30 in de gasstroomverhitter 21 en zorgen door op overeenkomstige wijze aangebrachte openingen in 10 de stromingsgeleidingsplaten 29 voor een spiraalvormige gasbeweging in de gasstroomverhitter 21.The gas flow heater 21 consists, as shown in Figure 3, of an electrical connection box 27, which establishes an electrical connection between an outer connection line (not shown) and the heating elements of the gas flow heater 21, the heating elements in the form of tube heating bodies 30 arranged parallel to each other, a vacuum flange 28, in which the tube heating bodies 30 are mounted and which ensures a vacuum-tight closure of the gas line at the opening 32, and the flow guide plates 29. These stabilize the tube heating bodies 30 in the gas flow heater 21 and through correspondingly arranged openings in the flow guide plates 29 ensure a spiral gas movement in the gas flow heater 21.

10090] In een speciale realisering is de gasstroomverhitter 21 met een bundel aan buisverwarmingslichamen 30 met een totaal vermogen van 17 kW uitgevoerd. De verwar-mingslussen zijn in een vacuümflens DN 150 CF ingesoldeerd. De gasstroomverhitter 21 15 beschikt over een geïntegreerd thermo-element voor het bepalen van de werkelijke temperatuur. Door middel van een besturingsrelais worden in een driehoekschakeling drie verwar-mingskringen voorzien van een spanning van 400 V. De gasstroomverhitter 21 beschikt over een programmeerbare besturing, door middel waarvan deze in een afkoel- of opwarmfase van de difiusie-oven op overeenkomstige wijze wordt gestuurd.10090] In a special implementation, the gas flow heater 21 is provided with a bundle of tube heating bodies 30 with a total power of 17 kW. The heating loops are soldered in a DN 150 CF vacuum flange. The gas flow heater 21 has an integrated thermo element for determining the actual temperature. By means of a control relay, in a triangular circuit three heating circuits are provided with a voltage of 400 V. The gas flow heater 21 has a programmable control, by means of which it is controlled in a corresponding manner in a cooling or heating phase of the diffusion oven .

20 [0091] De afsluiters 18 worden bijvoorbeeld in een afkoelfase van de substraten 7 na een eerste of tweede reactietijd geopend en de gasgeleidingsinrichting 12 bijgeschakeld. Zodoende wordt een gasstroom geproduceerd, waardoor het gas in de reactiekamer 1 aan de uitgangszijde 23 wordt afgezogen en via de ingangszijde 24 weer naar de reactiekamer 1 wordt toegevoerd. Op de baan van het gas via de afsluiter 18 aan de uitgangszijde 23, de 25 eerste gasleiding 25, de gasgeleidingsinrichting 12, de tweede gasleiding 26 en de afsluiter 18 aan de ingangszijde 24 wordt het gas afgekoeld. Deze afkoeling is speciaal aan het begin van de afkoelfase, als gevolg van de hoge temperatuur van het gas in de reactiekamer 1 van ongeveer 550° C en van het in tegenstelling hiermee niet verwarmde gasomloopsysteem te groot. Zodoende kan het voorgeschreven temperatuurverschil ΔΤ, waarbij de substraten 7 in 30 de kwaliteit niet nadelig worden beïnvloed, in geen geval worden gehandhaafd.[0091] The valves 18 are, for example, opened in a cooling phase of the substrates 7 after a first or second reaction time and the gas-conducting device 12 is switched on. A gas stream is thus produced, through which the gas is extracted in the reaction chamber 1 on the exit side 23 and is fed back via the entrance side 24 to the reaction chamber 1. The gas is cooled on the path of the gas via the valve 18 on the output side 23, the first gas line 25, the gas-conducting device 12, the second gas line 26 and the valve 18 on the input side 24. This cooling is too large especially at the start of the cooling phase, due to the high temperature of the gas in the reaction chamber 1 of about 550 ° C and the gas circulation system, which is not heated in this way, is too large. Thus, the prescribed temperature difference ΔΤ, in which the quality of the substrates 7 is not adversely affected, can in no case be maintained.

[0092] De verbeterde temperatuurgeleiding volgens de uitvinding wordt gerealiseerd, doordat het gas bij het doorstromen van de gasstroomverhitter 21, die bij voorkeur direct voor de ingangszijde 24 en in het gesloten gasomloopsysteem is aangebracht, aanvullend 14 wordt opgewarmd. Terwijl in de stand van de techniek de gasleiding 25 of 26 van de buitenzijde wordt opgewarmd en zodoende alleen de oppervlakte van de gasleiding 25 of 26 zelf warmte kan afgeven en zodoende het gas in het binnenste kan verwarmen, wordt door het inbrengen van de gasslroomverhitter 21 in het gesloten systeem de voor de warmlegeleiding 5 geschikte oppervlakte van het vcrwarmingssystcem vergroot, doordat de gasstroomverhitter 21 een veelvoud van langwerpige, parallel ten opzichte van elkaar aangebrachte verwar-mingsstavcn omvat.The improved temperature conduction according to the invention is realized in that the gas is additionally heated on flowing through the gas flow heater 21, which is preferably arranged directly in front of the entrance side 24 and in the closed gas circulation system. While in the state of the art the gas line 25 or 26 is heated from the outside and thus only the surface of the gas line 25 or 26 can itself give off heat and thus can heat the gas in the interior, the introduction of the gas flow heater 21 in the closed system, the surface of the heating system suitable for the heat conduction 5 increases in that the gas flow heater 21 comprises a plurality of elongated heating positions arranged parallel to each other.

[0093] Omdat de verwarming van het doorstromende gas onder andere wezenlijk afhankelijk is van de voor de warmleafgifte geschikte oppervlakte van het verwarmingssys- 10 teem, wordt de effectiviteit door de oplossing volgens de uitvinding verbeterd.[0093] Since the heating of the gas flowing through is inter alia substantially dependent on the surface of the heating system suitable for heat release, the effectiveness of the solution according to the invention is improved.

[0094] Door middel van een besturingseenheid van de gasstroomverhitter 21, die van temperatuursensors aan de uitgang van de gasstroomverhitter 21 zelf en/of aan de ingangs-zijde 24 van de reactiekamer 1 is voorzien, wordt de gasstroomverhitter 21 zodanig gestuurd, dat het maximaal acceptabele temperatuurverschil ΔΤ wordt aangehouden. Een 15 verdere sensor kan ook de gastemperatuur aan de uitgangszijde 23 meten.By means of a control unit of the gas flow heater 21, which is provided with temperature sensors at the output of the gas flow heater 21 itself and / or on the input side 24 of the reaction chamber 1, the gas flow heater 21 is controlled such that it is maximally acceptable temperature difference ΔΤ is used. A further sensor can also measure the gas temperature on the output side 23.

[0095] Zodoende kan dc temperatuur van het in dc reactiekamer 1 naar binnen stromende gas worden geregeld.Thus, the temperature of the gas flowing into the reaction chamber 1 can be controlled.

[0096] Tijdens de afkoelfase wordt door middel van de gasstroomverhitter 21 het doorstromende gas bijvoorbeeld aan het begin dienovereenkomstig sterk opgewarmd om te 20 voldoen aan de specificatie van het maximaal toelaatbare temperatuurverschil ΔΤ.During the cooling phase, the gas flowing through the gas stream heater 21, for example at the beginning, is accordingly strongly heated up in order to satisfy the specification of the maximum permissible temperature difference ΔΤ.

[0097] Vervolgens wordt het verwarmingvermogen van de gasstroomverhitter 21 bij een doorlopende bewaking van ΔΤ gereduceerd om een afkoelen van het gas in de reactiekamer 1 te bereiken.Subsequently, the heating power of the gas flow heater 21 is reduced with continuous monitoring of Δ bereiken to achieve a cooling of the gas in the reaction chamber 1.

[0098] De gasstroomverhitter 21 kan ook in een opwarmfase van de diffusie-oven 22, 25 waarin het gasomloopsystccm is bijgcschakcld, worden gebruikt voor dc extra verwarming van het doorstromende gas.The gas flow heater 21 can also be used in a heating phase of the diffusion furnace 22, in which the gas circulation system is connected, for additional heating of the gas flowing through.

[0099] De gasstroomverhitter 21 is zodanig uitgevoerd, dat het gas niet op de kortste baan daar doorheen kan stromen, maar door meerdere op afstanden aangebrachte stro-mingsgeleidingsplaten een spiraalvormige baan door de gasstroomverhitter 21 moet afleggen.The gas flow heater 21 is designed such that the gas cannot flow through it on the shortest path, but must travel a spiral path through the gas flow heater 21 through a plurality of spaced flow guide plates.

30 [0100] Door deze vormgeving wordt de effectiviteit van de gasstroomverhitter 21 verhoogd en zodoende de gasverwarming verbeterd.[0100] This design increases the effectiveness of the gas flow heater 21 and thus improves the gas heating.

1515

Verwiizingsciiferliist 1 reactiekamer 2 reactiebuis 5 3 buitenomhulsel 4 verwarmingselement 5 middelen voor het afsluiten van de reaetiebuis 6 middelen voor het afsluiten van het buitenomhulsel 7 substraat 10 8 aansluiting van de uitgangszij de van de reactiebuis 9 aansluiting van de ingangszij de van de reactiebuis 10 aansluiting van de uitgangszijde van het buitenomhulsel 11 aansluiting van de ingangszijde van het buitenomhulsel 12 eerste gasgeleidingsinrichting 15 13 tweede gasgeleidingsinrichting 14 eerste warmtewisselaar 15 tweede warmtewisselaar 16 gasleidingen van het eerste gasomloopsysteem 17 gasleidingen van het tweede gasomloopsysteem 20 18 afsluiter 19 bypass 20 verwarming 21 gasstroomverhitter 22 difïüsie-oven 25 23 uitgangszijde 24 ingangszijde 25 eerste gasleiding van het eerste gasomloopsysteem 26 tweede gasleiding van het eerste gasomloopsysteem 27 elektro-aansluitkast 30 28 vacuümflens 29 stromingsgeleidingsplaten 30 buisverwarmingslichaam 31 T-vormige gasleidingdeel 32 opening voor gasstroomverhitter 35Heating centrifuge 1 reaction chamber 2 reaction tube 5 outer casing 4 heating element 5 means for closing the reaction tube 6 means for closing the outer casing 7 substrate 10 8 connection of the output side of the reaction tube 9 connection of the input side of the reaction tube 10 connection of the output side of the outer casing 11 connection of the input side of the outer casing 12 first gas-conducting device 15 13 second gas-conducting device 14 first heat exchanger 15 second heat exchanger 16 gas pipes of the first gas circulation system 17 gas pipes of the second gas circulation system 20 18 valve 19 bypass 20 heating 21 gas flow heater 22 diffusion system oven 25 23 output side 24 input side 25 first gas line of the first gas circulation system 26 second gas line of the first gas circulation system 27 electrical connection box 30 28 vacuum flange 29 flow guide plates 30 tube heating body 31 T-shaped gas line el 32 opening for gas flow heater 35

Claims

1. A diffusion furnace consisting of a reaction chamber enclosed by a reaction tube, an outer casing enclosing the reaction tube, heating elements arranged between the reaction tube and the outer casing, means for closing off both ends of the reaction tube, means for sealing both ends of the outer casing, means for producing a vacuum and means for supplying a reaction chamber or reaction gas mixture into the reaction chamber, characterized in that the means for sealing both ends of the reaction tube (5) each comprise a connection for a first gas line (16), which are connected to a first gas circulation system, and that the means for closing both ends of the outer casing (6) each have a connection for a second gas line (17) which are connected to a second gas bypass system.

Device according to claim 1, characterized in that the first gas circulation system consists of a first gas-conducting device (12) which produces a controlled gas movement and which is connected to the connections (8 and 9) of the means for closing off by means of first gas pipes (16). are connected from both ends of the reaction tube (2).

Device according to claim 1, characterized in that the second gas circulation system consists of a second gas-conducting device (13) which produces a controlled gas movement and which by means of two gas pipes (17) with the connections (10 and 11) of the means for closing off from both ends of the outer case (3).

Device according to one of claims 2 or 3, characterized in that the gas circulation systems always contain at least one cooling device.

Device according to claim 4, characterized in that the cooling device is a heat exchanger (14 or 15). 30

Device according to claim 2, characterized in that the gas circulation system comprises a valve (18) on the input side and a valve (18) on the output side for closing off the gas circulation system.

Device according to claim 4, characterized in that the gas circulation systems comprise a bypass (19) that goes around the cooling device or the cooling devices.

Device according to claim 2, characterized in that the gas circulation systems comprise a heater (20). 10

A diffusion furnace, comprising a reaction chamber with means for closing both ends of the reaction chamber, which always comprise a connection for a gas line and a gas bypass system, the means for closing the end of the reaction chamber on an exit side by means of of a first gas line having an input side of a gas-conducting device for producing a controlled gas movement in the reaction chamber and an output side of the gas-conducting device is connected by means of a second gas line to the means for closing the end of the reaction chamber on an input side , characterized in that a gas flow heater (21) is arranged in one of the gas lines. 20

Device according to claim 9, characterized in that the gas flow heater (21) comprises means for the directed conduction of the gas flow.

11. Device as claimed in claim 10, characterized in that the means for the directed guidance of the gas flow are flow guide plates.

Device according to claim 11, characterized in that the flow guide plates are designed such that they force a spiral movement of the flowing gas through the gas flow heater (21). 30

Device according to claim 9, characterized in that the gas flow heater (21) comprises a plurality of tube-shaped body heating bodies arranged parallel to each other.

14. Method for the temperature conduction of substrates introduced into a reaction chamber of a diffusion furnace, wherein in a heating phase the substrates in the reaction chamber are heated by heating elements and wherein a first gas circulation is produced in the reaction chamber by producing a gas in the reaction chamber by means of from a first gas circulation system is extracted from the reaction chamber via an exit side and is fed back to the reaction chamber via an entrance side.

Method according to claim 14, characterized in that additional heating of the gas circulating in the first gas circulation system takes place. 10

Method according to claim 14, characterized in that after a specified target temperature of the substrates and of a specified pressure is reached, the first gas circulation is switched off and the reaction chamber is closed on the input and output side. 15

A method for the temperature conduction of substrates introduced into a reaction chamber of a diffusion furnace, characterized in that a first gas circulation is produced in the reaction chamber in a cooling phase by a gas in the reaction chamber being discharged from the reaction chamber by means of a first gas circulation system an output side is sucked off and fed back via an input side to the reaction chamber and that a second gas circulation is produced in an outer casing surrounding the reaction chamber, because a gas in the outer casing is extracted from the outer casing by means of a second gas circulation system via an output side and is fed back to the outer casing via an input side. 25

A method according to claim 17, characterized in that the gas circulating in the first gas circulation system is initially heated by means of a heating device and subsequently cooled by means of a first cooling device and the gas circulating in the second gas circulation system by means of a second cooling device is cooled.

Method according to claim 18, characterized in that a heat exchanger is used as a cooling device.