NL2004793A

NL2004793A - DIFFUSION OVEN AND METHOD FOR TEMPERATURE GUIDANCE.

Info

Publication number: NL2004793A
Application number: NL2004793A
Authority: NL
Inventors: Christoph Koeckert; Udo Willkommen; Hans-Christian Hecht; Sabine Gregor; Vivian Alberts
Original assignee: Ardenne Anlagentech Gmbh
Priority date: 2007-10-25
Filing date: 2010-06-01
Publication date: 2010-09-08
Also published as: DE102008052571A1; NL2004793C2; NL2002126C2; NL2002126A1

Description

Diffusie-oven en werkwijze voor de temperatuurgeleidingBeschrijvingDiffusion oven and method for temperature conduction Description

[0001] De uitvinding heeft betrekking op een diffusie-oven bestaande uit een reac-tiekamer, die door een reactiebuis wordt omsloten, een buitenomhulsel, dat de reactiebuisomsluit, verwarmingselementen, die tussen de reactiebuis en het buitenomhulsel zijnaangebracht, middelen voor het afsluiten van beide einden van de reactiebuis, middelen i voor het afsluiten van beide einden van het buitenomhulsel, middelen voor het producerenvan een vacuüm alsmede middelen voor het toevoeren van een reactiegas of reactiegas-mengsel in de reactiekamer.The invention relates to 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 sealing 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 temperatuurge¬leiding van in een reactiekamer van een diffusie-oven ingebrachte substraten, waarbijsubstraten in de reactiekamer van een diffusie-oven worden ingebracht, de diffusie-ovenvervolgens wordt afgesloten, geëvacueerd, met een gas of gasmengsel wordt gevuld, eengekozen druk onder atmosfeerdruk wordt ingesteld, wordt opgewarmd en waarbij tijdenseen 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 is subsequently sealed, evacuated, a gas or gas mixture is filled, a selected pressure is set under atmospheric pressure, is heated and a reaction gas or reaction gas mixture is supplied during a reaction time.

[0003] Dergelijke diffusie-ovens worden voor veel processen bij de halfgeleiderver-i vaardiging zoals bijvoorbeeld diffusie, oxidatie, LPCVD-processen (Low Pressure Che¬mical Vapor Deposition) en voor de dotering van zonnecellen toegepast.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) and for the doping of solar cells.

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

[0005] Diffusie-ovens bestaan meestal uit houdersystemen met een groot volumevoor de opname van meerdere substraten, die als een stapel ingericht kunnen worden enzijn vaak met een inrichting voor het produceren van een vacuüm verbonden. Verder zijndergelijke diffusie-ovens voorzien van verwarmingselementen, die voor de gerichteopwarming respectievelijk temperatuurgeleiding van de substraten in de reactiekamergeschikt zijn. Deze verwarmingselementen zijn vaak in de zone tussen het buitenomhulsel 1 en de reactiebuis van de diffusie-oven op zodanige wijze aangebracht, dat deze de substra¬ten door de daardoor geproduceerde straling verwarmen.Diffusion furnaces usually consist of large volume container systems for receiving multiple substrates, which can be arranged as a stack and are often 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 the outer casing 1 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 diffusie-ovens, waarin reactiegassen worden toegepast, die agres¬sief reageren met metaaloppervlakken, 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 aangebrachteverwarmingselementen 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 is used as 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.

[0007] Een tijdens de uitvoering van een thermische werkwijze mogelijk verloop inde diffusie-oven omvat bijvoorbeeld, dat de in de diffusie-oven aangebrachte substratenaan een bepaald temperatuurregime, dit wil zeggen een bepaald temperatuur-tijd-verloopworden blootgesteld. Hiervoor worden de substraten in eerste instantie door inschakelenvan de verwarmingselementen in een eerste opwarmfase verwarmd en op een bepaaldeerste temperatuumiveau gebracht. De substraten worden gedurende de periode van eeneerste gespecificeerde reactietijd op die temperatuur gehouden. Vervolgens kan de tempe¬ratuur van de substraten tot een verder tweede temperatuumiveau omhoog worden ge¬bracht en gedurende de periode van een tweede reactietijd worden gehouden op die tem¬peratuur. Na aflopen van de reactietijd of van de reactietijden van de thermische werkwij¬ze worden de substraten afgekoeld.A course possible in the diffusion furnace 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, i.e. a specific 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. 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 reaction time or the reaction times of the thermal process have expired, the substrates are cooled.

[0008] Bij de uitvoering van dergelijke werkwijzen in een diffusie-oven moeten detemperatuurverschillen zowel op een substraat zelf als ook tussen meerdere in een sub-straatstapel of substraatpakket aangebrachte substraten binnen een tolerantiebereik liggen,omdat anders ongelijke kwalitatieve resultaten ontstaan.When carrying out such processes 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 are obtained.

[0009] Een nadeel van de bekende stand van de techniek bestaat emit, dat de beno¬digde hoeveelheid tijd voor het opwarmen van de in de reactiekamer ingebrachte substra¬ten door de verwarmingselementen als ook voor het afkoelen van de substraten na deuitvoering van de gasdiffusiewerkwijze groot is.A drawback of the prior art is that the amount of time required for heating up the substrates introduced into the reaction chamber by the heating elements as well as 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 detemperatuurgeleiding te verschaffen, waarmee de benodigde hoeveelheid tijd voor hetopwarmen en/of afkoelen van de substraten in de reactiekamer wordt gereduceerd.The object of the invention is therefore to provide a diffusion furnace and a method for temperature control, with which the amount of time required for heating up and / or cooling the substrates in the reaction chamber is reduced.

[0011] Volgens de uitvinding wordt het doel met een diffusie-oven van de in deaanhef genoemde soort bereikt, doordat de middelen voor het afsluiten van beide eindenvan de reactiebuis elk een aansluiting voor een eerste gasleiding hebben, die met eeneerste gasomloopsysteem zijn verbonden en doordat de middelen voor het afsluiten vanbeide einden van het buitenomhulsel elk een aansluiting voor een tweede gasleidinghebben, 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 are connected to a first gas bypass 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 eerstegasomloopsysteem een gerichte gasbeweging in de reactiebuis van de diffusie-oven en door middel van een tweede gasomloopsysteem een gerichte gasbeweging in de zonetussen de reactiebuis en het buitenomhulsel van de diffusie-oven te produceren. Degasomloopsystemen zijn steeds als gesloten systemen uitgevoerd, waarbij het eerstegasomloopsysteem bovendien nog geschikt is voor vacuüm.According to the invention there is provided, by means of a first gas bypass system, a directed gas movement in the reaction tube of the diffusion furnace and by means of a second gas circulation system, a directed gas movement in the zone between the reaction tube and the outer casing of the diffusion furnace to produce. The gas circulation systems are always designed as closed systems, with the first gas circulation system also being suitable for vacuum.

[0013] In een uitvoering van de uitvinding is erin voorzien, dat het eerste gasom¬loopsysteem uit een een gestuurde gasbeweging producerende eerste gasgeleidingsinrich-ting bestaat, die door middel van eerste gasleidingen met de aansluitingen van de midde¬len 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 which produces a controlled gas movement and which is connected by means of first gas lines to the connections of the means for closing off both ends of the reaction tube are connected.

[0014] Het eerste gasomloopsysteem omvat een aansluiting op de uitgangszijde vande reactiebuis, die door middel van een gasleiding met de ingangszijde van een eerstegasgeleidingsinrichting is verbonden. De uitgangszijde van de gasgeleidingsinrichting iseveneens door een gasleiding met de aansluiting aan de ingangszijde van de reactiebuisverbonden. Zodoende ontstaat een gesloten omloopsysteem, waarin door de eerste gasge¬leidingsinrichting 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. In this way a closed circulation system is created in which a directed and controllable gas flow is produced by the first gas-conducting device.

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

[0016] Het tweede gasomloopsysteem omvat een aansluiting aan de uitgangszijdevan het buitenomhulsel van de diffusie-oven, die door middel van een tweede gasleidingmet de ingangszijde van een tweede gasgeleidingsinrichting is verbonden. De uitgangszij¬de van deze gasgeleidingsinrichting is eveneens door een tweede gasleiding met de aan¬sluiting aan de ingangszijde van het buitenomhulsel van de diffusie-oven verbonden.Zodoende ontstaat een gesloten tweede omloopsysteem, waarin door de tweede gasgelei¬dingsinrichting eveneens een gerichte en bestuurbare gasstroom wordt geproduceerd.The second gas bypass system comprises a connection on the output side of the outer casing of the diffusion furnace, which is connected by means of a second gas line to the input side of a second gas-conducting device. 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. In this way a closed second by-pass system is created, in which the second gas-conducting device also provides a directed and controllable gas stream is produced.

[0017] In een bijzondere uitvoering van de uitvinding is erin voorzien, dat de gasom¬loopsystemen 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, diein een afkoelfase het doorstromende gas afkoelen.Cooling devices can be used in both gas circulation systems which cool the flowing gas in a cooling phase.

i [0019] In een uitvoeringsvorm van de uitvinding is erin voorzien, dat de koelinrich¬ting een warmtewisselaar is.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. Zo¬doende bestaat de mogelijkheid om de afgevoerde energie voor een ander proces te ge- bruiken.The cooling devices can be designed as heat exchangers. In this way there is the possibility of using the discharged energy for a different process.

[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 hetafsluiten 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 scheidingvan het omloopsysteem in verschillende zones mogelijk maken. Met het sluiten van eenaan de aansluiting van de ingangszijde van de reactiebuis aangebrachte eerste afsluiter enhet gelijktijdig sluiten van een aan de aansluiting van de uitgangszijde van de reactiebuisaangebrachte tweede afsluiter wordt de zone van de reactiekamer van het eerste gasom- 1 loopsysteem gescheiden en de reactiekamer gesloten.The first gas bypass system is provided with valves, which enable separation of the bypass system in different zones. With the closing of a first valve arranged on the connection of the input side of the reaction tube and the simultaneous closing 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 bypass system is separated and the reaction chamber is closed. .

[0023] In een verdere uitvoering van de inrichting is erin voorzien, dat de gasom-loopsystemen een om de koelinrichting of de koelinrichtingen heen gaande bypass omvat¬ten.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 dewarmtewisselaar zodanig vormgegeven, dat het gas ofwel door de warmtewisselaar heenof daarlangs, door middel van een bypassinrichting, geleid kan worden. Hiervoor zijn inde ingangs- en uitgangszijde van de warmtewisselaar de gasleidingen steeds van eendienovereenkomstige omschakelafsluiter voorzien en de aftakkingen van deze afsluitersmet 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 switching valve on 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 afkoelfa-se worden gebruikt om een oververhitten en vernielen van de warmtewisselaar te vermij¬den respectievelijk de vernieling van de substraten als gevolg van te grote temperatuurver¬schillen 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 avoid overheating and destruction of the heat exchanger or the destruction of the substrates due to excessive temperature differences between the substrate and in circulation. prevent gas from being introduced.

[0026] In een uitvoeringsvariant is erin voorzien, dat de gasomloopsystemen eenverwarming 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 gasleidingzo-ne aangebrachte verwarmingen een verwarming van het doorstromende gas wordenbewerkstelligd en zodoende de benodigde hoeveelheid tijd voor verwarming wordenverkort.In a heating phase, heating of the gas flowing through can be effected by means of one or more heaters arranged in the gas line zone and thus the amount of time required for heating is shortened.

[0028] Volgens de uitvinding wordt het doel met een diffusie-oven, omvattend eenreactiekamer met middelen voor het afsluiten van beide einden van de reactiekamer, diesteeds een aansluiting voor een gasleiding omvatten en een gasomloopsysteem, waarbijhet middel voor het afsluiten van het einde van de reactiekamer aan een uitgangszijde door middel van een eerste gasleiding met een ingangszijde van een gasgeleidingsinrichtingvoor het produceren van een gestuurde gasbeweging in de reactiekamer en een uitgangs-zijde van de gasgeleidingsinrichting door middel van een tweede gasleiding met hetmiddel voor het afsluiten van het einde van de reactiekamer aan een ingangszijde is ver¬bonden, ook bereikt, doordat in een van de gasleidingen een gasstroomverhitter is aange¬bracht.According to the invention, the object with a diffusion furnace, comprising a reaction chamber with means for closing both ends of the reaction chamber, which always comprise a gas line connection and a gas bypass system, the means for closing 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 the end of the reaction chamber is connected on an input side, also achieved because a gas flow heater is fitted in one of the gas pipes.

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

[0030] Een positionering van de gasstroomverhitter in een directe nabijheid van deingangszijde van de reactiekamer heeft het voordeel, dat het door de gasstroomverhitterverhitte gas zich op de verdere baan door de gasleiding en de afsluiter aan de ingangszijdeslechts in onaanzienlijke mate afkoelt, de energieverliezen zodoende gering zijn.Positioning the gas flow heater in a direct vicinity of the entrance side of the reaction chamber has the advantage that the gas heated by the gas flow heater on the further path through the gas line and the shut-off valve on the entrance side cools down to an appreciable extent, thus reducing the energy losses. to be.

[0031] Door middel van een dienovereenkomstige besturing van de gasstroomverhit¬ter, die van ten minste een temperatuursensor is voorzien, kan de temperatuur van het aande ingangszijde van de reactiekamer naar binnen stromende gas in een uitvoering van debeschreven diffusie-oven op zodanige wijze worden geregeld, dat een gespecificeerdtemperatuurverschil ΔΤ niet wordt overschreden.By means of a corresponding control of the gas flow heater, which is provided with at least one temperature sensor, the temperature of the incoming gas from the input side of the reaction chamber can be controlled in an embodiment of the described diffusion furnace in such a way arranged that a specified temperature difference ΔΤ is not exceeded.

[0032] In een verdere uitvoering van de beschreven diffusie-oven is erin voorzien, 1 dat de gasstroomverhitter middelen voor de gerichte geleiding van de gasstroom heeft.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 eenverbeterde verwarming van het doorstromende gas ten opzichte van een niet in de stro¬ming 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 occurs with respect to a gas flow not influenced by its flow.

[0034] De middelen voor de gerichte geleiding van de gasstroom kunnen bijvoor¬beeld stromingsgeleidingsplaten zijn.The means for directing the gas flow can be, for example, flow guide plates.

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

[0036] In een van voordeel zijnde uitvoering van de uitvinding is erin voorzien, datde stromingsgeleidingsplaten zodanig zijn uitgevoerd, dat deze een spiraalvormige bewe- i ging 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 dezevoorzien van dienovereenkomstige stromingsgeleidingsplaten. Door middel van dezestromingsgeleidingsplaten wordt een spiraalvormige doorstroming van de gasstroomver- hitter afgedwongen. Door deze afgedwongen langere baan door de gasstroomverhitterwordt het rendement ten opzichte van een doorstroming in een langsrichting, dit wilzeggen over de kortste baan, verbeterd.To improve the efficiency of the gas flow heater, it is provided with corresponding flow guide plates. A spiral flow of the gas flow heater is forced by means of this flow guide plates. Due to this forced longer path through the gas flow heater, the efficiency compared to a flow in a longitudinal direction, i.e. over the shortest path, is improved.

[0038] De spiraalvormige beweging van het gas wordt door de toepassing vanmeerdere op een afstand ten opzichte van elkaar aangebrachte stromingsgeleidingsplatenbereikt. Deze hebben een cirkelvorm, waarbij de diameter zodanig is gedimensioneerd,dat de platen in de gasleiding aangebracht kunnen worden. Elke stromingsgeleidingsplaatheeft een niet centrische opening, bijvoorbeeld in de vorm van een cirkeluitsnijding. Destromingsgeleidingsplaten zijn op dezelfde afstanden parallel ten opzichte van elkaar in degasstroomverhitter aangebracht op zodanige wijze, dat deze steeds over een bepaalde hoekin dezelfde richting ten opzichte van elkaar zijn verdraaid, waarbij de draaihoek al naarge¬lang het aantal n van de stromingsgeleidingsplaten volgens 3607η 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. 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, wherein the angle of rotation can already be determined by the number n of the flow guide plates according to 3607η to become.

[0039] In een speciale uitvoering van de uitvinding is erin voorzien, dat de gas¬stroomverhitter meerdere staafvormige en parallel ten opzichte van elkaar aangebrachtebuisverwarmingslichamen omvat.In a special embodiment of the invention it is provided that the gas flow heater comprises a plurality of rod-shaped heating elements arranged parallel to each other.

[0040] Volgens de uitvinding kan de gasstroomverhitter uit meerdere parallel tenopzichte van elkaar aangebrachte buisvormige verwarmingsstaven zijn opgebouwd. Dezekunnen in een vacuümflens worden gesoldeerd. Op afstanden ten opzichte van de vacu-umflens en parallel ten opzichte daarvan zijn de stromingsgeleidingsplaten aangebracht, 1 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 vaneen diffusie-oven aangebrachte substraten is erin voorzien, dat in een opwarmfase desubstraten in de reactiekamer door verwarmingselementen worden verwarmd en eeneerste gasomloop in de reactiekamer wordt geproduceerd, doordat een gas in de reactie¬kamer door middel van een eerste gasomloopsysteem uit de reactiekamer via een uit-gangszijde wordt afgezogen en via een ingangszijde van de reactiekamer weer wordttoegevoerd.In a method for the temperature conduction of substrates arranged in a reaction chamber of a diffusion furnace, it is provided that in a heating-up phase the substrates in the reaction chamber are heated by heating elements and a first gas circulation is produced in the reaction chamber by producing a gas in the reaction Chamber is extracted from the reaction chamber by means of a first gas circulation system and fed back through an input side of the reaction chamber.

[0042] De gestuurde gasomloop in het eerste gasomloopsysteem, die een in delangsrichting van de reactiebuis gerichte gasbeweging in de reactiebuis produceert, heeft 1 een verbetering van de temperatuurhomogeniteit in de reactiekamer en in het bijzonder open 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, results in an improvement of the temperature homogeneity in the reaction chamber and in particular open between the substrates arranged in the reaction chamber.

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

[0044] Volgens de uitvinding kan een extra verwarming van het in het gasomloop-systeem omlopende gas worden bereikt, doordat een warmtewisselaar voor de verwar¬ming wordt gebruikt. Een verdere mogelijkheid bestaat uit het gebruik van extra verwar¬mingen in een of meerdere zones van de eerste gasleiding, bij voorkeur in de zone van deaansluiting op de ingangszijde van de reactiebuis.According to the invention, additional heating of the gas circulating in the gas bypass 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 connection on the input side of the reaction tube.

[0045] In een bijzondere uitvoering van de werkwijze is erin voorzien, dat het na eenbereiken van een gespecificeerde streeftemperatuur van de substraten en van een gespeci¬ficeerde druk de eerste gasomloop wordt uitgeschakeld en de reactiekamer aan de in-gangs- 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. .

1 [0046] Wordt aan het einde van de opwarmfase een gespecificeerde temperatuurbereikt, dus bijvoorbeeld een eerste temperatuumiveau, waarop de substraten gedurendede periode van een eerste gespecificeerde reactietijd moeten worden gehouden, dan is hetmogelijk om de zone van de reactiekamer af te sluiten, doordat een afsluiter aan de in¬gangszijde en een afsluiter aan de uitgangszijde wordt gesloten.If a specified temperature is reached at the end of the heating-up phase, i.e. 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 valve on the entrance side and a valve on the exit side is closed.

[0047] Na beëindiging van het reactieproces kunnen de afsluiters weer wordengeopend en kan de gasomloop in het eerste gasomloopsysteem worden gestart.After completion 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 eenafzuigen van het procesgas uit de reactiebuis worden uitgevoerd.After this reaction process, alternative to opening the valves, it is also possible to extract the process gas from the reaction tube.

[0049] In een uitvoeringsvariant van de werkwijze is erin voorzien, dat in een af- | koelfase een eerste gasomloop in de reactiekamer wordt geproduceerd, doordat een gas inde reactiekamer door middel van een eerste gasomloopsysteem uit de reactiekamer via eenuitgangszijde wordt afgezogen en via een ingangszijde weer naar de reactiekamer wordttoegevoerd en doordat een tweede gasomloop in een de reactiekamer omgevend bui¬tenomhulsel wordt geproduceerd, doordat een gas in het buitenomhulsel door middel vaneen tweede gasomloopsysteem uit het buitenomhulsel via een uitgangszijde wordt afgezo¬gen en via een ingangszijde weer naar het buitenomhulsel wordt toegevoerd.In an embodiment variant of the method, provision is made for an output During the cooling phase, a first gas circulation is produced in the reaction chamber by a gas in the reaction chamber being extracted from the reaction chamber via a first gas circulation system and fed back to the reaction chamber via an input side, and in that a second gas circulation in an outer casing surrounding the reaction chamber is produced by extracting a gas in the outer casing by means of a second gas circulation system from the outer casing via an output side and being fed back to the outer casing via an input side.

[0050] Voor de verdere verbetering van de effectiviteit van de koeling tijdens eenafkoelfase is erin voorzien om naast het eerste interne gasomloopsysteem een tweedeextern 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.

1 [0051] Beide gasomloopsystemen zijn voorzien van dienovereenkomstige middelenvoor het koelen van het doorstromende gas en werken bij voorkeur op zodanige wijze, datde gasstromingen in de diffusie-oven tegengesteld zijn. Terwijl de gasstroom in het bin¬nenste 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 hetbuitenomhulsel van de uitgangszijde van de reactiebuis naar de ingangszijde van dereactiebuis. Deze gasbeweging in tegengestelde richting maakt een versnelling van deafkoelfase rekening houdend met een noodzakelijke temperatuurhomogeniteit speciaal inde zone van de substraten mogelijk.Both gas circulation systems are provided with corresponding means for cooling the gas flowing through and preferably operate in such a way that the gas flows in the diffusion furnace are opposite. As 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.

[0052] In een uitvoeringsvorm van de uitvinding is erin voorzien, dat het in heteerste gasomloopsysteem omlopende gas door middel van een eerste koelinrichting en hetin het tweede gasomloopsysteem omlopende gas door middel van een tweede koelinrich¬ting 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.

i [0053] In een andere uitvoeringsvorm van de uitvinding is erin voorzien, dat eenwarmtewisselaar als koelinrichting wordt gebruikt.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 door¬stromende gas worden toegepast. Daarbij kan een dergelijke koelinrichting bijvoorbeelduit 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 be constructed, for example, from one or more heat exchangers.

[0055] De uitvinding dient in het onderstaande aan de hand van een uitvoerings-voorbeeld nader te worden toegelicht. In de bijbehorende tekening toont: figuur 1 een diffusie-oven volgens de uitvinding in een langsdoorsnedeafbeelding meteen binnenste en een buitenste gasomloopsysteem, 1 figuur 2 een verdere diffusie-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 isaangebracht.The invention is to be explained in more detail below with reference to an exemplary embodiment. In the accompanying drawing: figure 1 shows a diffusion oven according to the invention in a longitudinal sectional view with an inner and an outer gas circulation system, figure 2 shows a further diffusion oven according to the invention with a gas circulation system, figure 3 shows an embodiment of a gas flow heater and figure 4 a part of the gas line in a T-shape, in which the gas flow heater is arranged.

[0056] De diffiisie-oven in figuur 1 bestaat uit de reactiekamer 1, die door de reac¬tiebuis 2 wordt omsloten, meerdere verwarmingselementen 4, die in verschillende aan testuren groepen 4.1, 4.2, 4.3 onderverdeeld kunnen zijn en om de reactiebuis 2 heen zijnaangebracht alsmede het buitenomhulsel 3, dat voor het vermijden van warmteverliezenop 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 may be subdivided into different test hour groups 4.1, 4.2, 4.3 and around the reaction tube 2. as well as the outer casing 3, which has been insulated correspondingly for avoiding heat losses.

1 [0057] In de reactiekamer 1 zijn substraten 7 afzonderlijk of in de vorm van een uitmeerdere substraten 7 bestaande substraatstapel aangebracht.In the reaction chamber 1, substrates 7 are provided separately or in the form of a multiple substrate 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 verwarmings-straling daarvan de substraten 7 in de reactiekamer 1 verwarmen. De beide einden van dereactiebuis 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 ingangszijde9 voor de verbinding met een gasleiding.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 by the means for closing the reaction tube 5. Furthermore, the reaction tube comprises a connection on the output side 8 and on the input side 9 for connection to a gas line.

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

[0060] Via een verdere, niet afgebeelde aansluiting kan een reactiegas in de reactie-i kamer 1 worden ingevoerd. Bovendien is de reactiekamer 1 verbonden met een vacuüm- pomp en kan een aansluiting voor het afVoeren van het reactiegas hebben. Deze kenmer¬ken zijn eveneens niet afgebeeld.A reaction gas can be introduced into the reaction chamber 1 via a further connection, not shown. Moreover, the reaction chamber 1 is connected to a vacuum pump and may have a connection for discharging the reaction gas. These features are also not shown.

[0061] Voor de versnelling volgens de uitvinding van de op warm- en/of afkoelfasevan een diffusiewerkwijze is de diffusie-oven voorzien van een eerste en een tweedegasomloopsysteem.For the acceleration according to the invention of the hot and / or cooling phase of a diffusion process, the diffusion furnace is provided with a first and a second gas bypass system.

[0062] Het eerste gasomloopsysteem bestaat uit een eerste gasgeleidingsinrichting 12 en bijbehorende eerste gasleidingen 16, die de eerste gasgeleidingsinrichting 12 via deeerste gasleidingen 16 met de aansluiting van de ingangszijde 9 en de aansluiting van deuitgangszijde 8 van de reactiebuis 2 verbinden.The first gas by-pass system consists of a first gas-conducting device 12 and associated first gas lines 16, which connect the first gas-conducting 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.

[0063] Dit gasomloopsysteem is een gesloten systeem, wordt ook als zogenaamdintern gasomloopsysteem aangeduid en is geschikt voor vacuüm gerealiseerd, dit wilzeggen een door de op de reactiebuis 2 aangesloten vacuümpomp geproduceerde onder¬druk wordt ook door de gasomloop in het interne gasomloopsysteem niet nadelig beïn¬vloed. Het is zodanig geconstrueerd, dat de reactiebuis 2 in de langsrichting daarvandoorstroomd kan worden.This gas circulation system is a closed system, is also referred to as a so-called internal gas circulation system and is suitably realized for vacuum. This means that 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. Flood. It is constructed in such a way that the reaction tube 2 can flow through in the longitudinal direction.

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

[0065] Het tweede gasomloopsysteem bestaat uit een tweede gasgeleidingsinrichting 13 en bijbehorende tweede gasleidingen 17, die de tweede gasgeleidingsinrichting 13 viade tweede gasleidingen 17 met de aansluiting van de ingangszijde 11 en de aansluitingvan 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,waarbij het de ruimte tussen de reactiebuis 2 en het buitenomhulsel 3, dit wil zeggen aande atmosfeerzijde van de gasdiffusie-oven doorstroomt. Dit gasomloopsysteem is hetzogenaamde externe gasomloopsysteem.The second gas bypass system is also a closed gas bypass system, wherein it flows through the space between the reaction tube 2 and the outer shell 3, i.e. on the atmosphere side of the gas diffusion furnace. This gas circulation system is the so-called external gas circulation system.

[0067] Beide gasomloopsystemen kunnen ook steeds of meerdere koelinrichtingen,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.

[0068] In een speciale uitvoering van de uitvinding kunnen deze warmtewisselaars14 en 15 zowel voor het koelen als ook voor de verwarming van het doorstromende gasworden 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 gas flowing through.

' [0069] Voor de versnelling van het opwarmproces in een opwarmfase is er volgensde uitvinding in voorzien, dat naast de gebruikelijke bijschakeling van de verwarmings¬elementen 4 een gasomloop in de langsrichting van de reactiebuis 2 wordt geproduceerd.Deze door het interne gasomloopsysteem geproduceerde gasstroom maakt een, ten op¬zichte van de gebruikelijke convectie, verbeterde gas- en warmteverdeling in de reactie-kamer 1 mogelijk. Zodoende worden de temperatuurverschillen zowel op een substraat alsook 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 flow produced by the internal gas circulation system enables 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 between different adjacent substrates.

[0070] De gasomloop van het interne gasomloopsysteem is zodanig gedimensio¬neerd, dat tussen de ingangszijde en de uitgangszijde van de reactiebuis 2 een tempera¬tuurverschil ontstaat, dat binnen een vereist tolerantiebereik voor de homogeniteit van desubstraattemperatuur ligt. Zodoende wordt een reducering van de benodigde hoeveelheidtijd in de opwarmfase bereikt en gelijktijdig worden door temperatuurverschillen veroor¬zaakte 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 lies within a required tolerance range for the homogeneity of the substrate temperature. In this way a reduction of the required amount of time in the heating-up 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 ingangszijdeaangebrachte verwarming 20 worden bij geschakeld, waarmee een verdere verwarmingvan de doorgeleide gasstroom plaatsvindt.In addition, a heating 20 provided in the zone of the gas line 16 on the input side can be connected, with which a further heating of the conducted gas flow takes place.

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

[0073] Optioneel bestaat in een verdere uitvoering de mogelijkheid om de warmte¬wisselaars 14 en/of 15 voor de verwarming van het doorstromende gas in de opwarmfasete gebruiken.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 deafsluiters 18 worden geopend en de gasomloop in het interne gasomloopsysteem wordtgestart. Aan het begin van de afkoelfase is er optioneel in voorzien om door een bypass dein het interne gasomloopsysteem aangebrachte warmtewisselaar 14 te ontwijken. Doordeze maatregel wordt bereikt, dat een vernieling van de warmtewisselaar 14 door aanvan¬kelijk zeer hoge temperaturen van het via de uitgangszijde 8 afgevoerde gas wordt verme¬den en verder het vernielen van de substraten als gevolg van te grote temperatuurverschil¬len tussen substraat en in circulatie gebracht gas wordt verhinderd. Na het bereiken vaneen gespecificeerde temperatuur wordt de bypassfunctie opgeheven en de warmtewisse¬laar 14 voor de verdere afkoeling van het omlopende gas gebruikt.For the acceleration of 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, shut-off valves 18 are opened and the gas circulation is started in the internal gas circulation system. At the start of the cooling phase, it is optionally provided to avoid heat exchanger 14 installed in the internal gas circulation system by a bypass. This measure achieves that destruction of the heat exchanger 14 is avoided by initially very high temperatures of the gas discharged via the outlet side 8 and furthermore the destruction of the substrates as a result of too large temperature differences between the substrate and the substrate. circulated gas is 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 temperatuur-geleiding/besturing, werkt op zodanige wijze, dat al naargelang specificaties voor degastemperaturen tussen de ingangszijde en de uitgangszijde van de reactiebuis 2 een zichinstellend temperatuurverschil niet wordt overschreden. Zodoende wordt een maximaalacceptabele afkoeltemperatuurgradiënt bereikt en worden spanningen in de substraten 7vermeden.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, a self-adjusting 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 gasomloop¬systeem gestart. Dit kan in de tijd gelijk of met een gespecificeerde verplaatsing in de tijdplaatsvinden.In addition to the internal gas bypass system, the external gas bypass system is started. This can be done in time or with a specified displacement in the time location.

i [0077] Ook dit gasomloopsysteem bevat een warmtewisselaar 15, die een afkoelingvan het doorstromende gas realiseert. Door middel van dit externe systeem wordt eengasstroom tussen de reactiebuis 2 en het buitenomhulsel 3 in de langsrichting van dereactiebuis 2 geproduceerd en deze zone gekoeld.This gas circulation system also comprises a heat exchanger 15, which realizes a cooling 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 externegasomloopsysteem in de diffusie-oven tegengesteld. Terwijl het gas in de reactiebuis 2aan de ingangszijde 9 naar binnen en aan de uitgangszijde 8 naar buiten stroomt, stroomthet gas van het externe gasomloopsysteem aan de ingangszijde 11 van het buitenomhulsel3 naar binnen en aan de uitgangszijde 10 van het buitenomhulsel 3 naar buiten. Door detegengestelde gasrichting wordt de temperatuurhomogeniteit in de afkoelfase verbeterd ende 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 at the entrance side 9 and outwards at the exit side 8, the gas from the external gas circulation system flows inwards at the entrance side 11 of the outer casing 3 and outwards at the output side 10 of the outer casing 3. Due to the opposite gas direction, the temperature homogeneity in the cooling phase is improved and the required amount of time is reduced.

[0079] De diffusie-oven 22 in de figuur 2 bestaat uit de reactiekamer 1, die wordtgevormd door een reactiebuis, meerdere verwarmingselementen 4, die in verschillendeaanstuurbare groepen onderverdeeld kunnen zijn en om de reactiekamer heen zijn aange¬ bracht alsmede het buitenomhulsel 3, dat voor het vermijden van warmteverliezen opovereenkomstige wijze is geïsoleerd.The diffusion furnace 22 in Figure 2 consists of the reaction chamber 1, which is formed by a reaction tube, a plurality of heating elements 4, which may be subdivided into different controllable groups and arranged around the reaction chamber and the outer casing 3, which has been insulated accordingly for avoiding heat losses.

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

[0081] Tussen de de reactiekamer 1 vormende reactiebuis en het buitenomhulsel 3van de diffusie-oven 22 zijn de verwarmingselementen 4 op zodanige wijze aangebrachtdat deze door de verwarmingsstraling daarvan de substraten 7 in de reactiekamer 1 ver¬warmen. De einden van de reactiekamer worden door de middelen voor het sluiten van de i reactiekamer afgesloten. Deze hebben elk een aansluiting, die steeds met een daarbijbehorende gasleiding 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 25 or 26.

[0082] Via een verdere niet afgebeelde aansluiting kan een reactiegas of reactiegas-mengsel in de reactiekamer worden ingevoerd. Bovendien is de reactiekamer verbondenmet een vacuümpomp en kan een aansluiting voor het afvoeren van het reactiegas ofreactiegasmengsel 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.

[0083] Zowel aan de uitgangszijde 23 als ook aan de ingangszijde 24 van de reactie¬kamer 1 is steeds een afsluiter 18 aangebracht. Door middel van deze afsluiters 18 wordthet gas in het gasomloopsysteem van het gas in de reactiekamer gescheiden. Dit is nood¬zakelijk in het geval, wanneer binnen een reactietijd een diffusieproces in de reactiekamer1 dient te verlopen. Zodoende wordt een naar binnen dringen van een agressief reactiegasin het 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 circulation 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 the penetration of an aggressive reaction gas into the gas circulation system.

[0084] De uitgangszijde 23 van de diffusie-oven 22 is door middel van de eerstegasleiding 25 met de ingangszijde van de gasgeleidingsinrichting 12 verbonden. Optioneelkan bijvoorbeeld in een afkoelfase van de substraten 7 een warmtewisselaar 14 in deeerste gasleiding 25 worden ingeschakeld, die voor de verdere afkoeling van het gas in hetgasomloopsysteem 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 detweede 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 gasgeleidingsinrichting12 een gestuurde gasbeweging in de reactiekamer 1 geproduceerd, waarbij speciaal degasbeweging tussen de substraten 7 voor de verbetering van de temperatuurhomogeniteitop en tussen de substraten 7 zorgt.In this gas bypass system a controlled gas movement is produced in the reaction chamber 1 by means of the gas conductor device 12, wherein the gas movement between the substrates 7 in particular ensures 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 gasomloopsysteemaangebracht.According to the invention, the gas flow heater 21 is arranged within a vacuum-tight gas circulation system in a direct proximity to the entrance side 24 of the reaction chamber 1.

[0088] Voor dit doel kan een deel van de tweede gasleiding 26, zoals in figuur 4 isafgebeeld, in de vorm van een T-stuk 31 worden uitgevoerd. De gasstroomverhitter 21wordt dan in de opening 32 ingebracht en aan de flens van het T-stuk 31 vacuümdichtvastgeschroefd. Bij voorkeur stroomt het gas bij de tegenover de opening 32 liggendezijde naar binnen en bij de over 90° gedraaide opening naar buiten.For this purpose, 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. Preferably, the gas flows in at the side opposite the opening 32 and out at the opening turned through 90 °.

[0089] De gasstroomverhitter 21 bestaat, zoals in figuur 3 is afgebeeld, uit eenelektro-aansluitkast 27, die een elektrische verbinding tussen een niet afgebeelde buitenste 1 aansluitleiding en de verwarmingselementen van de gasstroomverhitter 21 tot standbrengt, de verwarmingselementen in de vorm van buisverwarmingslichamen 30, dieparallel ten opzichte van elkaar zijn aangebracht, een vacuümflens 28, waarin de buisver¬warmingslichamen 30 zijn bevestigd en die een vacuümdicht afsluiten van de gasleidingaan de opening 32 garandeert, en de stromingsgeleidingsplaten 29. Deze stabiliseren debuisverwarmingslichamen 30 in de gasstroomverhitter 21 en zorgen door op overeenkom¬stige wijze aangebrachte openingen in de stromingsgeleidingsplaten 29 voor een spiraal¬vormige gasbeweging in de gasstroomverhitter 21.The gas flow heater 21 consists, as shown in Fig. 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. which are arranged parallel to each other, a vacuum flange 28, in which the tube heating bodies 30 are mounted and which ensures a vacuum-tight sealing 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 correspondingly arranged openings in the flow guide plates 29 for a spiral gas movement in the gas flow heater 21.

[0090] In een speciale realisering is de gasstroomverhitter 21 met een bundel aanbuisverwarmingslichamen 30 met een totaal vermogen van 17 kW uitgevoerd. De ver-warmingslussen zijn in een vacuümflens DN 150 CF ingesoldeerd. De gasstroomverhitter21 beschikt over een geïntegreerd thermo-element voor het bepalen van de werkelijketemperatuur. Door middel van een besturingsrelais worden in een driehoekschakeling drieverwarmingskringen voorzien van een spanning van 400 V. De gasstroomverhitter 21beschikt over een programmeerbare besturing, door middel waarvan deze in een afkoel- ofopwarmfase van de diffüsie-oven op overeenkomstige wijze wordt gestuurd.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 heater21 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 furnace.

[0091] De afsluiters 18 worden bijvoorbeeld in een afkoelfase van de substraten 7 naeen eerste of tweede reactietijd geopend en de gasgeleidingsinrichting 12 bij geschakeld.Zodoende wordt een gasstroom geproduceerd, waardoor het gas in de reactiekamer 1 aande uitgangszijde 23 wordt afgezogen en via de ingangszijde 24 weer naar de reactiekamer 1 1 wordt toegevoerd. Op de baan van het gas via de afsluiter 18 aan de uitgangszijde 23, deeerste gasleiding 25, de gasgeleidingsinrichting 12, de tweede gasleiding 26 en de afsluiter18 aan de ingangszijde 24 wordt het gas afgekoeld. Deze afkoeling is speciaal aan hetbegin van de afkoelfase, als gevolg van de hoge temperatuur van het gas in de reactieka- mer 1 van ongeveer 550° C en van het in tegenstelling hiermee niet verwarmde gasom-loopsysteem te groot. Zodoende kan het voorgeschreven temperatuurverschil ΔΤ, waarbijde substraten 7 in de kwaliteit niet nadelig worden beïnvloed, in geen geval worden ge¬handhaafd.The valves 18 are opened, for example, in a cooling phase of the substrates 7 after a first or second reaction time and the gas-conducting device 12 is switched on. Thus, a gas flow is produced, whereby the gas in the reaction chamber 1 is extracted at the output side 23 and via the input side. 24 is fed back to the reaction chamber 11. 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 especially too large 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 gereali¬seerd, doordat het gas bij het doorstromen van de gasstroomverhitter 21, die bij voorkeurdirect voor de ingangszijde 24 en in het gesloten gasomloopsysteem is aangebracht,aanvullend wordt opgewarmd. Terwijl in de stand van de techniek de gasleiding 25 of 26van de buitenzijde wordt opgewarmd en zodoende alleen de oppervlakte van de gasleiding i 25 of 26 zelf warmte kan afgeven en zodoende het gas in het binnenste kan verwarmen,wordt door het inbrengen van de gasstroomverhitter 21 in het gesloten systeem de voor dewarmtegeleiding geschikte oppervlakte van het verwarmingssysteem vergroot, doordat degasstroomverhitter 21 een veelvoud van langwerpige, parallel ten opzichte van elkaaraangebrachte verwarmingsstaven omvat.The improved temperature conduction according to the invention is achieved by additionally heating the gas as it flows through the gas flow heater 21, which is preferably 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 heat conduction is increased, because the gas flow heater 21 comprises a plurality of elongated heating rods arranged parallel to each other.

[0093] Omdat de verwarming van het doorstromende gas onder andere wezenlijkafhankelijk is van de voor de warmteafgifte geschikte oppervlakte van het verwarmings¬systeem, wordt de effectiviteit door de oplossing volgens de uitvinding verbeterd.Since the heating of the gas flowing through is inter alia substantially dependent on the surface of the heating system suitable for heat emission, the effectiveness is improved by the solution according to the invention.

[0094] Door middel van een besturingseenheid van de gasstroomverhitter 21, dievan temperatuursensors aan de uitgang van de gasstroomverhitter 21 zelf en/of aan de i ingangszijde 24 van de reactiekamer 1 is voorzien, wordt de gasstroomverhitter 21 zoda¬nig gestuurd, dat het maximaal acceptabele temperatuurverschil ΔΤ wordt aangehouden.Een 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 maintained. A further sensor can also measure the gas temperature on the output side 23.

[0095] Zodoende kan de temperatuur van het in de reactiekamer 1 naar binnenstromende gas worden geregeld.Thus, the temperature of the gas entering the reaction chamber 1 can be controlled.

[0096] Tijdens de afkoelfase wordt door middel van de gasstroomverhitter 21 hetdoorstromende gas bijvoorbeeld aan het begin dienovereenkomstig sterk opgewarmd omte 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 heated up correspondingly to meet the specification of the maximum permissible temperature difference ΔΤ.

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

[0098] De gasstroomverhitter 21 kan ook in een opwarmfase van de diffusie-oven22, waarin het gasomloopsysteem is bij geschakeld, worden gebruikt voor de extra ver¬warming van het doorstromende gas.The gas flow heater 21 can also be used in the heating phase of the diffusion furnace 22, in which the gas circulation system is connected, for the additional heating of the gas flowing through.

[0099] De gasstroomverhitter 21 is zodanig uitgevoerd, dat het gas niet op de kortstebaan daar doorheen kan stromen, maar door meerdere op afstanden aangebrachte stro-mingsgeleidingsplaten een spiraalvormige baan door de gasstroomverhitter 21 moetafleggen.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.

[0100] Door deze vormgeving wordt de effectiviteit van de gasstroomverhitter 21verhoogd en zodoende de gasverwarming verbeterd.By this design, the effectiveness of the gas flow heater 21 is increased and thus the gas heating is improved.

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

Claims

A diffusion furnace comprising a reaction chamber with means for closing off both ends of the reaction chamber, each comprising a gas line connection and a gas bypass system, the means for closing the end of the reaction chamber on an exit side by means of a first side gas line with an input side of a gas conduction device for producing a controlled gas movement in the reaction chamber and an output side of the gas conductor 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.

Device according to claim 1, characterized in that the gas flow heater (21) comprises means for the directed conduction of the gas flow.

Device according to claim 2, characterized in that the means for the directional guidance of the gas flow are flow guide plates.

Device according to claim 3, characterized in that the flow guide plates 1 are designed such that they force a spiral movement of the flowing gas through the gas flow heater (21).

The device according to claim 1, characterized in that the gas flow heater (21) comprises a plurality of rod-shaped tubular heating elements arranged parallel to each other.

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

Method according to claim 6, characterized in that additional heating of the gas circulating in the first gas circulation system takes place.

A method according to claim 6, characterized in that after a specified target temperature of the substrates and a specified pressure is reached, the first gas circulation is switched off and the reaction chamber is closed on the input and output sides. i