DE1946384A1 - Vorrichtung zur Verhinderung einer unerwuenschten Rueckdiffusion von Gasen in das Praeparationsrohr von Rohroefen - Google Patents

Description

• Vorrichtung zur Verhinderung einer unerwünschten Rückdiffusion von Gasen in das Präparationsrohr von Rohrofen Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verhinderung einer unerwünschten Rückdiffusion von Gasen, insbesondere der atmosphärischen Luft, in das offene, von einer Schutzgas und/oder Transportströmung durchflossene Präparationsrohr von Rohröfen insbesondere der Halbleitertechnik sowie von horizontalen Rohranlagen der Epitaxie0 In Figur 1 ist eine schematische Darstellung einer Rohrofen anordnung angegeben, wie sie beispielsweise in der Halblei tertechnik Verwendung findet0 Der Buchstabe R bezeichnet das waagerechte Präparationsrohr, das beispielsweise aus Quarz hergestellt ist. Das Rohr wird im allgemeinen mit ge ringer Geschwindigkeit von einem Schutzgas für die im Inneren befindlichen Halbleiterpräparate durchströmtO Dieses Schutz gas übernimmt.häutig auch den Tratlsport anderer Gasphasen, welche bei den jeweiligen Verfahren für die Präparation verwendet werden und bei chemischem Reaktionen oder Abschei dungen an den Präparaten eine Rolle spielen0 3ei manchen Präparationsmethoden wird hingegen ein fester oder flüssiger Stoff im Präparationsrohr durch Reaktion mit Gasen in gasförmige Reaktionsprodukte umgesetzt. Im gasstrom findet-dann an Kristallen eine Rückreaktion statt, wobei sich der transportierte Stoff abscheidet0 Bei dem Verfahren der Epitaxie wird im Präparationsrohr beispielsweise in seiner Mitte durch eine Zufuhrung eine gasförmige Silicium- Chloroform-Verbindung eingebracht, die zusammen mit dem Dampf eines dotierenden Elementes nach beiden Seiten durch das Präparationsrohr strömt, wobei Silicium epitaxial auf Si-Substraten abgeschieden wird0 Der Querschnittsdurchmesser des Präparationsrohres eines Rohrofens beträgt einige Zentimeter und die Länge ungefähr zwei bis drei Meter. Diese Abmessungen des Präparationsrohres variieren bei den verschiedenen Ausführungen der Rohröfen oder horizontalen Spitaxieanlageno In Fig0 1 ist an die linke Rohröffnung für die Beschreibung der Bewegungsvorgänge von Gasphasen im Rohr R der Ursprung x = o einer Längenkoordinate gelegt. Die positive Richtung der x-Koordinate zeigt von der linken Rohröffnung bei x = o ausgehend in das Rohr hinein. Das rechte Rohrende ist durch die Länge x = L des Rohres gekennzeichnet0 Die elektrisch gesteuerte Heizung H umschließt das Rohr. Die Temperaturverteilung längs des Rohres verläuft im allgemeinen konstant, Das Schutzgas, zO3. Argon oder- Stickstoff, wird bei L mit einem Schlauch S in das Rohr eingeführt und strömt von rechts nach links mit geringer Xeschwindigkeit v (einige Zentimeter pro Sekunde) durch das Rohr bis zum linken Rohrausgang an der Stelle x = Oo Der Rohrquerschnitt an der Stelle x = L auf der rechten Seite ist durch eine Kappe verschlossen, welche nur eine relativ kleine öffnung für die Zuführung des Schutzgases mit einem Schlauch oder Glas rohr s freiläßt. Auf der linken Seite an der Stelle x = o ist das Präparationsrohr in den meisten Fällen über seinen ganzen Querschnitt offen0 Die Markierungen A und B sollen in das Rohr R hineingeschobene Präparate darstellen, die von dem Schutzgas, welches das Rohr von rechts nach links durchströmt, überstrichen werden0 Betrachten wir unter verschiedenen anderen Möglichkeiten nur ein repräsentatives Beispiel. Bei B befindet sich ein kleines Gefäß mit einer Phosphorverbindung, z030 P205, die bei einer einstellbaren Temperatur eine gewünschte Menge Phosphor in gasförmigem Zustand an den Strom des Schutzgases N2 abgibt. Der Phosphordampf wird in diesem Gasstrom ohne Reaktion mittransportiert. An der Stelle A liegen im Rohr scheibenförmige Halbleiterpräparate. In diesen Halbleiterkristallen findet infolge des vorbeigeführten Gasstromes eine die Halbleiterkristalle dotierende Diffusion von Phosphoratomen von der Kristalloberfläche aus statt. Dieses Verfahren wird in der technologischen Fachsprache kurz als Diffusion aus der Gasphase bezeichnet0 Für die vorliegende Erfindung ist nun der folgende Sachverhalt von Bedeutung Gemäß Fig. 1 ist das Präparationsrohr an seinem linken Ende bei x = o offene Dort tritt folglich das von rechts nach links durch das Rohr R hindurchströmende Schutzgas mit seiner geringen Strömungsgeschwindigkeit v in die freie Luftatmosphäre aus. An dieser linken Rohröffnung findet andererseits aber auch eine Diffusionsbewegung der Zimmerluft gegen die Strömung des Schutzgases in das Rohr hinein statt. Ersichtlich handelt es sich hierbei um einen unerwünschten und in der Praxis unkontrollierten Ein flußO Die Halbleiterkristalle an der Stelle A in Fig0 t sol len im Sinne des Verfahrens nur mit dem Schutzgas und der von B herkommenden dotierenden Gasphase, keinesfalls aber mit spuren der atmosphärischen Luft, insbesondere °2' in Berührung kommend Durch die bisherige technische Praxis wird zwar bestätigt, daß sich der ideale aus technologischen Gründen geforderte Zustand eines nur mit Schutzgas gefüllten Präparationsrohres R wenigstens angenähert in tolerierbaren Grenzen realisieren läßt0 Für die Präparationstechnik von Halbleiterkristallen ist jedoch der Vorgang der Rückdiffusion einer äußeren Gasphase gegen die Strömung des Schutzgases wegen der verbreiteten und vielseitigen technologischen hnwendungen von grundsätzlichem Interesse0 Nach dem bisherigen Stand der Technik hat man bei offene haltenem Rohrausgang x0 die Rückdiffusion der Luft in das Präparationsrohr durch die Geschwindigkeit v der gesamten Schutzgasströmung reguliert. Diese Geschwindigkeit v ist jedoch relativ klein (einige Zentimeter pro Sekunde) und es wird hierbei die gesamte Gasme-nge der Schutzgasströmung zur Regulierung verwendet. Es sei darauf hingewiesen, daß die Strömungsgeschwindigkeit v an der inneren Rohrwand des Präparationsrohres sowohl im laminaren als auch im turbulen ten Strömungszustand verschwindet0 Demzufolge dringt die Luft in das Rohrinnere in der Nähe der inneren Rohrwand praktisch unbeeinflußt von der steuernden S«römungsgeschwindigkeit v eine Hieraus erhellt, daß die Abwendung einer unerwünschten Rückdiffusion der atmosphärischen Luft in das Innere des Präparationsrohres in der nach dem Stande der Technik üblichen Weise qualitativ schwerfällig und ohne große Variationsmöglichkeiten in der Steuerung isto In quantitativer Hinsicht sind die Verhältnisse sogar im allgemeinen unbekannt und wer den mehr oder weniger gefühls-mäßig gehandhabt0 In machen Fäl len wird der Ausgang des Präparationsrohres wenigstens zeitweilig mit einer Kappe versehen. Die Ausströmung des Schutz gases erfolgt hierbei durch ein in der Kappe steckendes Röhrchen0 Diese Methode ist jedoch ebenfalls aus verschiedenen uründen unbefriedigend0 Das Problem der unerwünschten Rückdiffusion der Luft in-das Innere des Präparationsrohres R existiert prinzipiell auch für die in der Abschlußkappe steckenden Rohrausgänge der Schutzgasströmung. Eine Variationsfähigkeit in der Regulierung der unerwünschten Rücdiffusion der Luft ist auch bei dieser Maßnahme ebenso wenig gegeben wie ohne AbschlußkappeO"In der Praxis muß aber die Kappe bisweilen abgenommen werden0 Die sich dabei ergebenden Verhältnisse hinsicfttlich der Anwesenheit unerwünschter Luft mengen im Präparationsrohr entziehen sich praktisch einer quantitativen Kontrolle, Außerdem wird die ungehinderte Be tätigung eines Schiebers zum Einfügen der Halbleiterkörper durch eine Abochlußkappe am Ausgang xO des Präparationsrohres sehr erheblich eingeschränkt0 Bei jedem Abnehmen der Xappe findet eine besonders starke RW¢kdiffusion erneut statt, da der Konzentrationsgradient der «ruft besonders hoch ist0 Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, aus Gründen einer Verbesserung der Qualität insbesondere von Halbleiterpräparaten und einer Anhebung der fabrikationsmäßigen Ausbeutezahlen sowie allgemein wegen einer erwünschten Erhöhung der Sicherheit und Reinheit von im Präparationsrohr durchgeführten Verfahren, die Rückdiffusion eines unerwünschten Gases, wie zOB. Luft, in das Rohrinnere wesent lich mehr als bisher zu unterdrücken oder ganz zu vermeiden0 Bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art ist gemäß der Erfindung zur Lösung der vorstehenden Aufgabe vorgesehen, daß ein dünnes, hakenformiges Röhrchen mit einer ersten klammerartigen, auf den Rand des offenen Ausgangs eines Präparationsrohres aufsteckbaren Biegung versehen ist, daß das Röhrchen an seinem Ende mindestens eine Düsenöffnung auf weist, die mit einem trichterförmigen Ausgang versehen ist, daß das Röhrchen vor der Düsenöffnung eine zweite Biegung aufweist, so daß die Düsenöffnung des mit der ersten Biegung auf das Präparationsrohrende aulgesteckten Röhrchens sich ungefähr in der Rohrachse im Innern des Präparationsrohres befindet und nach dem Ausgang des Präparationsrohres hin ge öffnet ist, und daß der Abstand zwischen ester und zweiter Biegung des Röhrchens und die trichterförmige öffnung so bemessen sind, daß der Mantel des aus der Düsenöffnung austretenden Schutzgasstrahls mit seiner kegelförmigen, räumlichen Ausdehnung die ganze öffnung des Präparationsrohres voll ausfüllt und die Randzone der inneren Wand des Präparations rohres überdeckt, wobei die Strömungsgeschwindigkeit des durch das Röhrchen transportierten Schutzgases durch eine Druckregeleinrichtung derart regulierbar ist, daß die Strahl geschwindigkeit im Querschnitt des Ausgangs des Präparationsrohres überall größer ist als die hiervon unabhängig einstellbare maximale Strömungsgeschwindigkeit der Schutzgas und/oder Transportströmung im PrEparationsrohrO Durch die vorliegende Erfindung wird die unerwünschte Rückdiffusion von Gasen in das Rohrinnere in sehr einfacher und unaufwendiger Weise verhindert. Eine Vorrichtung gemäß der Erfindung kann an jeder im Betrieb befindlichen OCenanordnung oder Epitaxieanlage mit horizontalem Präparationsrohr ohne nennenswerte Unkosten angebracht werden0 Wesentlich hierbei ist, daß bestehende Ofen- oder Epitaxieanlagen deshalb nicht verändert zu werden brauchen0 Weitere Merkmale und Einzelheiten der'Erfindung ergeben sich aus den nachfolgenden Erläu-terungen sowie aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren In Figur 2 ist ein Längsschnitt des Präparationsrohres R eines Rohrofens schematisch dargestellt, Der Längeschnitt verläuft längs der Rohrachse. Demzufolge bedeutet 21 die Rohrrand des Rohres R. An der Stelle x befindet sich der offene Rohrausgang. In Figur 1 befindet sich dort der Ursprung x = o der tängenkoordinate x. Eine Unterlage 22 für Halbleitersubstrate kann durch den Schieber 23 an eine g-ewünschte Stelle im Inneren des Rohres geschoben werden Die rechte Seite von Figur 2 stellt nicht die Begrenzung des Präparationsrohres R dar. Dieses ist vielmehr wesentlich länger zu denken0 Für eine Darstellung der vorliegenden Erfindung wird jedoch nur das hier gezeichnete Endstück des Rohres R in der Nähe seines offenen Ausganges bei xO benötigto Die Rohrströmung des von rechts nach links durch das Präparationsrohr R mit einer Geschwindigkeit v strömenden Schutzgases ist in Fig. 2 durch den Geschwindigkeitspfeil v veranschaulicht. Diese Geschwindigkeit v bedeutet beispiels weise die maximale Geschwindigkeit der parabolischen Geschwindigkeitsverteilung in einer laminaren Schutzgasströmung. Sie kann aber auch als die mitt-lere Strömungsgeschwindigkeit in der Rohrströmung des Schutzgases angesehen werden0 Dies ist in jedem Falle eine Frage der VereinbarungO Die erfindungsgemäße Vorrichtung besteht gemäß Figur 2 aus dem Röhrchen 24; welches in der angegebenen Weise vermöge einer klammerartig ausgebildeten Biegung auf den oberen Rand des offenen Ausganges xO des Präparationsrohres R gesteckt werden kann0 Ersichtlich ist das Röhrchen 24 hakenförmig gekrümmt und reicht mit dem gebogenen Endteil einige Zentimeter in das Rohr R hinein0 Am Ende des Röhrchens befindet sich eine kleine Düsenöffnung 25, die mit einem trichterförmigen Ausgang 26 umgeben ist. Die Düsenöffnung 25 befindet sich ungefähr in der Rohrachse des Präparationsrohres R und zeigt ersichtlich in Richtung der Schutzgasströmung aus dem Rohr R heraus auf den Rohrausgang xO hine Das Röhrchen 24 ist vorzugsweise aus feuerfestem Glas, aus Quarz oder aus einem Metall hergestellt0 Es hat einen äußeren Durchmesser von etwa 4 mm Dicke-und einen inneren Durchmesser von etwa 2 - 3 mm. Die Düsenöffnung 25 hat einen Durchmesser von etwa 1 mmO Die Winkelöffnung des trichterScrmigen Ausganges 26, der ersichtlich über die Dusenöffnung 25 des Röhrchens 24 um etwa 1cm hinaussteht, beträgt ungefähr 450.
• Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann das unerwünschte Eindringen der aisosphärchen Luft in das Präparationsrohr R gegen cie Rohrströmung des Schutzgases gesteuert und verhindert werden Wie aus der Darstellung in Figur 2 zu ersehen, wird durch das Röhrchen 24 ein keelförmiger Strahl eines Schutzgases G aus dem offenen Ausgang x0 des Präparationsrohres herausgeblaser. Hierbei ist darauf zu achten, daß der Mantel des Strahlkegels noch etwa * bis 3 cm vor dem Ausgang x0 des Präparationsrohres R auf dessen innere Rohrwand 2'.- auftrifft, so daß der Strahl mit seiner kegelf" rmigen räumlichen Ausdehnung die ganze Rohröffnung des Präparationsrohres voll ausfüllt und eine Strecke der inneren Rohrwand des Rohres R von etwa 1 bis 3 cm Tiefe überdeckt. Ersichtlich läßt sich auf diese Weise mit einer Vorrichtung gemäß der Erfindung die unerwünschte Rückdiffusion der Luft in das Präparations rohr mit sehr einfachen Mitteln unabhängig von der Rohrströmung des Schutzgases steuern und in gewünschter Weise auch quantitativ regulieren0 Die Rückdiffusion der Luft in das Präparationsrohr R kann somit erheblich reduziert und praktisch vermieden werden. Hierbei ergeben sich folgende Vor züge und Gesichtspunkte: Die unerwünschte Rückdiffusion der atmosphärischen Luft in das Präparationsrohr R des Rohrofens kann im Vergleich zur oben erwähnten Methode nach dem Stande der Technik durch den,aus der Düse 25 ausgeblasenen Strahlkegel eines Schutz gases unabhängig von der Rohrströmung im Präparationsrohr drastisch reduziert und praktisch verhindert werden0 Diese Regelung ist also von der Schutzgasströmung des P'räparationsrohres R mit der Strömungsgeschwindigkeit v unabgängig0 Der aus der Düse 25 austretende Strahl eines Schutzgases soll zweckmäßig so eingestellt werden, daß die Strahlgeschwindigkeit v im Rohrausgang x0 des Präparationsrohres an allen Stellen des Rohrquerschnitts größer als die maxi male Geschwindigkeit v der Rohrströmung des Schutzgases ist0 Diese Einstellung erfolgt durch den manipulierbaren Druck an der Gaszuführung des Röhrchens 24; Im Vergleich zu der transportierbaren Gasmenge des Schutzgases im Präparationsrohr R ist die gasmenge in dem aus der Düse 25 austretenden Strahlungskegel gering. Daher ist die zur Vermeidung einer unerwünschten Rückdiffusion de Luft in das Präparationsrohr R benötigte zusätzliche Schutzgas menge in bezug auf Unkosten ohne Bedeutung. Wesentlich ist vielmehr die mit geringstem Aufwand ermöglichte beliebig einstellbare beträchtliche Erhöhung der Strahlgeschwindigkeit v im Vergleich zur Stromungsgeschwindigkeit v der Rohrströmung des Schutzgases im Präparationsrohr Ro Weiter unten wird zu Figur 8 ausgeführt, daß die in dem kegelförmigen Strahl mit der Strahlgeschwindigkeit U3i aus 25 ausgeblasene Schutzgasmenge von der viel größeren Gasmenge des im Präparationsrohr mit der Geschwindigkeit v strömenden Schutzgases gespeist wird, da unter den vorliegenden Verhältnissen der Strahl einen Teil des Schutzgases der Rohrströmung aufgrund eines bekannten hydrodynamischen Effektes in sich hineinreißt.
• Die Tiefe der Düse 25 i Präparationsrohr R und die Kegelöffnung des aus 23 ausgeblasenen Schutzgasstrahls sind so einzustellen, daß der kegelförmige Strahl, wie dies in Figur 8 gezeigt wird, bereits eine gewisse Strecke vor der Rohröffnung x0 auf die innere Rohrwand 2f auftrifft0 In Figur 8 ist diese Strecke durch x - x' gekennzeichnet0 Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß der Schutzgasstrahl mit wesentlich größerer Geschwindigkeit als diejenige in der Rohrströmung direkt an der inneren Rohrwand entlangstreicht, Hierdurch wird die Strömungsgeschwindigkeit besonders in der Nähe der inere Rohrwand erheblich vergrößert0 Denn die Strömungsgeschwindigkeit in der ursprunglichen Rohrströmung des Schutzgases ist in der Nähe der inneren Rohr wand stark reduziert, so daß die unerwünschte Rückdiffusion der Luft gerade in der Nähe der inreren Rohrwand praktisch ungehindert in das Innerc des Präparationsrohres vordringen kann. Dieser Sachverhalt wird in der soeben angegebenen Wei se stark modifiziert. Längs der Strecke x0 x' wird die Strö mungsgeschwindigkeit in der Nähe der inneren Rohrwand unabhängig von der Rohrströmung des Schutzgases im Inneren des Rohres R einstellbar erheblich vergrößert. Die resultierende Schichtdicke der Gasströmung mit praktisch verschwindender Strömungsgeschwindigkeit unmittelbar an der inneren Rohrwand wird hiedurch stark verkleinert. q t wird die gerade in der Nähe der inneren Rohrwand bevorzugt stattfindende Rückdiffus ion er Luft in das Innere des Präparationsrohres drastisch einstellbar mduziert und praktisch weitgehend ausgeschaltet. In Figur 9 wird darüberhinaus in einer schema tischen Darstellung gezeigt, wie ein längs der inneren Rohrwand 21 in das Rohr R vordringender Diffusionsstrom der atmosphärischen Luft auf der Rückseite des aus 25 ausge blasenen Schutzgasstrahls durch den dort vorhandenen Sog in den Strahlkegel hineingerissen und mit dem Strahl aus dem Rohr R herausbefördert wird0 Die Geschwindigkeiten vA im Schutzgasstrahl können für ein Röhrchen 24 vor dessen Verwendung mit einem Staurohr in bekannter Weise gemessen und ein für allemal in Zusammenhang mit dem Druck am Eingang des Röhrchens 24 geeicht werden0 In Figur 3 und Fig. 4 ist das Röhrchen 24 der Vorrichtung gemäß der Erfindung noch einmal für sich allein von der Seite und von vorn (beim Blick auf die Düse 25j dargestellt0 Figur 2 zeigte das Röhrchen 24 bei seiner Verwendung am offenen Ausgang des Präparationsrohres Ro In Figur 3 und F gç 4 sollen die charakteristischen Abmessungen eines Röhrchens 24 in ihren ungefähren Größen angegeben werden0 Diese Abmessungen variieren jedoch von Fall zu Fall etwas je nach den Abmessungen und technologischen Verhältnissen eines vorgegebenen Präparationerohres Re Ein Röhrchen 24 kann vorzugsweise aus Quarz oder aus feuerfestem Glas oder aus einem Metall hergestellt seine Seine Dicke d beträgt zweckmäßig ungefähr 3 - 4 nim.- Der innere Durchmesser des Röhrchens 24 ist ungefähr 2 - 3 mm groß. Die Höhe a des klammerartig ausgebildeten Knies ist etwa 1 cm hoch0 Mit diesem Knie wird das Röhrchen 24 zweckmäßig auf den oberen Rand des Präparationsrohres R gesteckt, wie dies in Figur 2 dargestellt ist. Die in das Präparationsrohr R hineinreichen de Tiefe b des Röhrchens 24 beträgt etwa 5 ois 6- cm. Die Abmessung c der Biegung vor der Düse 25 ist so zu bemessen, daß die Düse 25 sich ungefähr im Zentrum des Rohrquerschnitts des Präparationsrohres R befindet. Im allgemeinen wird c etwa 2,5 bis 3 cm betragen0 Die Düsenöffnung der Düse 25 ist hinsichtlich ihres Durchmessers ungefähr @ mm großD Die Strahlbreite und der Strahlöffnungswinkel wird durch den trichterförmigen Ausgang 26 bestimmt, der etvia 5 cm über die Düsenöffnung 25 hinausragt, wie dies aus Figur 2 bzwO Fig. 3 zu ersehen istv Die Winkelöffnung dieses trichterför migen Ausganges 26 beträgt ungefähr 45°. Bei einem Röhrchen 24 braucht die Zuführung nicht wie in Figur 2, Fig. 5 und Fig0 4 nach oben fortgeführt zu werden. Die Zuführung für ein Schutz gas a kann auch durch ein seitlich abgebogenes Stück des Röhr chens 24 erfolgen0 Diese Variation ist nicht besonders abgebildet worden0 In Figur 5 ist eine Vorrichtung gemäß der Erfindung nicht von der Seite wie in Fig. 2 sondern von vorn dargestellt0 Man blickt bei der Fig. 5 von außen in die öffnung des Präparationsrohres R hinein. Die Abmessursgen d, a und c sind aus Figo 3 und Fig. 4 entsprechend in diese Figur hineingezeichnet worden Das mit dem Bezugszeichen 2 versehene Teil ist ersichtlich die Rohrwandung des Präparationsrohres Ro Im vorliegenden Fall sind zwei Schieber 23 für Präparate, die nebeneinander in das Innere des Präparationsrohres R hinein führen, in Figo 5 angedeutete In Figur 6 ist eine Weiterbildung der Erfindung schematisch dargestellt0 Der Blick in das Präparationsrohr R in Längs richtung seiner Achse ist hier ebenso wie in Fig. 5 ausge richtet. Man sieht von außen in die öffnung des Rohres R hinein. Die Weiterbildung der Erfindung besteht in einer flachen Verbreiterung des Düsenträgers am Ende des Röhrchens 24, so daß nun mindestens zwei Düsenöffnungen auf gleicher Höhe nebeneinanderstehene Der Abstand dieser Düsenöffnungen voneinander beträgt ungefähr 008 bis cm. Der trichterför mige Ausgang 26 ist entsprechend abgeflacht und seitlich ver breitert, wie dies aus Fig. 6 zu ersehen ist0 In Figo 7 ist dieser fit zwei Düsenöffnungen versehene Teil des Röhrchens 24 von oben gesehen dargestellt0 Dieser in Fig0 7 dargestellte Teil des Röhrchens 24 reicht ersichtlich in der Zeichnung nur bis zw-der Biegung c (Fig0 3) aus Grün den besserer Anschaulichkeit0 Der Grund für die in Fig. 6 aufgezeigte Weiterbildung der Erfindung ist der folgende. Wenn zwei Düsenöffnungen vorhanden sind, entstehen zwei etwas gegeneinander verschobene, sich gegenseitig durchdringende StrahlkegelO Auf diese Weise wird eine bei nur einer Düsenöffnung eintretende "Schatten wirkung" des Schiebers 23 und des Röhrchens 24 in bezug auf die innere Rohrwand 2" im Strahlkegel des Schutzgases ver hindert0 Ein aus zwei Strahlkegeln bestehender Strahl eines Schutzgases-kann die Rohrwand 21 r in einer Tiefe xO -(siehe Fig0 8) überall ohne Aussparungen durch "Schattenwirkung" erreichens Eine Wirkung zur Verhinderung der Rückdiffusion der Luft insbesondere in der Nähe der inneren Rohrwand 21 wird auch durch eine in Figur 6 dargestellte Vorrichtung gemäß der Erfindung uneingeschränkt an allen Stellen des Rohrquerschnittes am Ausgang des Präparationsrohres R gewährleistetO Die in Fig. 8 und Fig. 9 schematisch dargestellten Wirkungen des aus der Düse 25 aus btenden Strahles eines Schutzgases in bezug auf die in der Nähe der inneren Rohrwand 21 in das Rohr R eindringende atmosphärische Luft ist bereits weiter oben erwähnt worden, In Fig. 8 und Fig. 9 ist ebenso wie in Figo 2 ein Längsschnitt des Präparationsrohres R längs seiner Rohrachse dargestellt0 An der mit dem Bezugszeichen 25 versehenen Stelle befindet sich die Düsenöffnung des hier absichtlich nicht mit eingezeichneten Röhrchens 24¢ Der von der Stelle 25 ausgehende Strahl eines Schutzgases trifft mit seiner kegelförmigen Begrenzung g bei x auf die innere Rohrwand von 2", überstreicht somit die ringförmige innere Rohrwandfläche von x' bis xO und tritt am Rohrausgang bei xO aus dem Rohr R aus. Durch die Erhöhung der Strömungs geschwindigkeit t des Strahles im vergleich zur Strömung geschwindigkeit v der Rohrs-trömung wird somit zweckmäßig besonders in der Nähe der inneren Rohrwand die resultierende Strömungsgeschwindigkeit einstellbar so weit vergrößert, daß der in das Rohr R eindringende Luftstrom quantitativ steuerbar auf ein bestimmtes Maß reduziert und praktisch abgedrosselt werden kann0 Diese Steuerung kann beispielsweise über einen Hahn oder ein Ventil erfolgen0 Bei der ursprünglichen Rohrströmung im Präparationsrohr R nimmt die Strömungsgeschwindigkeit v sowohl bei laminarer als auch bei turbulenter Strömung in der Nähe der inneren Rohrwand auf Null abO Demzufolge kann besonders in der Nähe der inneren Rohrwand eine von der Gegensrömung nicht beeinflußte Rückdiffusion der atmoslirischen Luft in das Innere des Präparationsrohres stattfinden0 Aus den bisherigen Ausführungen geht hervor, daß dieser unerwünschte Vorgang durch den aus der Düse 25 austretenden Strahl eines Schutzgases praktisch verhindert werden kann0 Durch eine Vorrichtung gemäß der Erfindung kann die gegen die Rückdiffusion gerichtete Gegenwirkung unabhängig von der Rohrströmung so gesteuert werden, daß bestimmte Transnortgrößen auf ein quantitativ definierbares Mindestmaß reduziert werden0 Die Erfindung ermöglicht somit nicht nur eine qualitative Verbesserung der technologisch unbefriedigenden Verhältnisse, vielmehr wird durch die Erfindung auch eine quantitative steuerbare Reduzierung der Rückdiffusion ermöglicht0 In Fig. 8 wird die durch den Strahlkegel mit der Strahlgeschwindigkeit v ç unter den oben erläuterten Voraussetzungen stattfindende Veränderung einer laminaren Rohrströmung der Geschwindigkeit v dargestellt0 Die Pfeile s1 und s2 bezeichnen schematisch den räumlichen Verlauf von Stromfäden der Rohrströmung. Dieser Verlauf zeigt, wie Moleküle der -Rohrströmung im Präparationsrohr R in den bei 25 eingeführten Strahlkegel eines Schutzgases hineingerissen werden. Hierdas fe wird der Strahlkegel nicht nur aus seiner Düse 45 sondern auch aus der Rohrströmung des Rohres R ma-teriell gespeist. Dieser Sachverhalt ist deshalb von Bedeutung, weil die ursprünglich im Strahl vor handene Gasmenge klein ist gegen die in der Rohrströmung transportierte Gasmenge eines ochutzgasesO In Fig 9 ist anhand einer repräsentativen Stromlinie S3 des in das Präparationsrohr längs der inneren Rohrwand 21 eindringenden Diffusionsstromes der atmosphärischen Luft ebenfalls schematisch dargestellt, wie diese Luftmenge nicht weiter in das Rohr R hinein vordringen kann, sondern in den Strahlkegel des Schutzgases hineingerisscn und somit aus dem Präparationsrohr hinaus transportiert wird0 Abschließend sei-noch auf den Umstand hinzuweisen, daß bei einer Vorrichtung gemäß er Erfindung die unerwünschte Rück diffusion der Luft in das Präparationsrohr R quantitativ steuerbar reduziert und verhindert werden kann, ohne daß das Präparationsrohr R bei x = o durch eine Kappe abgeschlossen zu werden brauchsJo gleiter oben sind bei der Erläuterung des Standes der Technik die technologischen Nachteile bei Verwendung von Rohrkappen erörtert worden Aus den Ausführungen geht hervor, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Anwen dung gebracht erden kann, ohne daß die bisher verwendeten technologischen Mittel der Rohröfen verändert zu werden brauchenO Dies ist ein weiterer beträchtlicher Vorteil0 15 Patentansprüche 9 Figuren

Claims (1)

1. P a t e n t a n s p r ü c h e Vorrichtung zur Verhinderung einer unerwünschten Rückdiffusion von Gasen, insbesondere 1er atmosphärischen Luft, in das offene, von einer Schutzgas- und/oder Transportströmung durchflossene Präparationsrohr von Rohröfen insbesondere der Halbleitertechnik sowie von horizontalen Rohranlagen er Epitaxie, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß ein dünnes, hakenförmm ges Röhrchen mit einer ersten klammerartigen, auf den Rand des offenen Ausgangs eines Präparationsrohres aufsteckbaren Biegung versehen ist, daß das Röhrchen an seinem Ende mindestens eine Düsenöffnung aufweist, daß das Röhrchen vor der Düsenöffnung eine zweite Biegung aufweist, so daß die Düsenöffnung des mit der ersten Biegung auf das Präparationsrohrende aufgesteckten Röhrchens sich ungefähr in der Rohrachse im Innern des Präparationsrohres befindet und nach dem Ausgang des Präparationsrohres hin geöffnet ist, und daß der Abstand zwischen erster und zweiter Biegung des Röhrchens und die trfchterförmige öffnung so bemessen sind, daß der Mantel des aus der Düsenöffnung austretenden Schutzgas strahls mit seiner kegelförmigen, räumlichen Ausdehnung die ganze öffnung des Präparationsrohres voll ausfüllt und die Randzone der inneren Nand des Präparationsrohres überdeckt, wobei die Strömungsgeschwindigkeit des durch das Röhrchen transportierten ochutzgases durch eine Druckregeleinrichtung derart regulierbar ist, daß die Strahl geschwindigkeit im Querschnitt des Ausgangs des Präparationsrohres überall größer ist als die hiervon unabhängig einstellbare maximale Strömungsgeschwindigkeit der Schutzgas und/oder Transportströmung im Präparationsrohr.

   2. Vorriöhtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n nz e i c h n e t, daß die am Ende des dünnen Röhrchens angebrachte Düsenöffnung einen über die Düsenöffnung trick terförmig hinausragenden, den Strahl begrenzenden Ausgang aufweist 3o Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, d-a d u r c h. g ek e n n z e i c h n e t, daß das dünne Röhrchen aus feuerfestem Glas besteht 4.Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g ek e n n z e i c h n e t, daß das dünne Röhrchen aus Quarz bes-eht e 5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g ek e n n z e i c h n e t, daß das dünne Röhrchen aus Metall besteht.

   6o Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das dünne Röhrchen einen äußeren Durchmesser von etwa 4 mm Dicke und einen inneren Durch messer von etwa 2 - 3 mm aufweist, 7o Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d ad u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Düsenöffnung einen Durchmesser von etwa 1 mm aufweist.

   8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, d ad u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Winkelöffnung des trichterförmigen Ausgangs, der über die Dü-Düsenöffnung des- Röhrchens um etwa 1 cm hinaussteht, ungefähr 45° beträgt0 9 Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Höhe der ersten klammerartigen Biegung des Röhrchens etwa 1 cm und der Abstand zwl ehen erster und zweiter Biegung des Röhrchens etwa 5 - 6 cm beträgt und daß die Höhe der zwei ten Biegung vor der Düsenöffnung des Röhrchens derart bemessen ist, daß die Düsenöffnung bei auf das Präparationsrohr aufgestecktem Röhrchen ungefähr im Zentrum des Rohrquerschnittes des Präparationsrohres angeordnet ist c0 Vorrichtung nach einem der ansprüche 1 bis 9, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das Röhr chen an seinem Ende zwei auf gleicher Höhe nebeneinanderstehende Düsenöffnungen aufweist und daß der trichter förmige Ausgang entsprechend abgeflacht und seitlich verbreitert isto 11 Vorrichtung nach Anspruch 10, da d u r c h g e k e n nz e i c h n e t, dan der Abstand zweier Düsenöffnungen ungefähr 0,8 - 1 cm beträgt0 12 Vorrichtung nach Anspruch 1, d a u u r c h g e k e n nz e i c h n e t, daß die Druckregeleinrichtung ein Hahn ventil ist0 13o Verfahren zum Betrieb einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 22, d a d u r c h g e k e n n z e i c hn e t, daß durch das Röhrchen ein Schutzgasstrom gelei tet wird, wobei die Strömungsgeschwindigkeit des Schutzgasstromes im Röhrchen von der Strömungsgeschwindigkeit der Schutzgas und/oder Transportströmung im Präparationsrohr unabhängig ist, so daß die Einstellung der Strömungsgeschwindigkeit der Schutzgas und/oder Transportströmung im Präparationsrohr nur für den Präparationsprozess selbst verfügbar wird0 140 Verfahren nach 'Anspruch 13, d a d u r c h g e k e n nz e i c h n e t, daß der aus der Düse des Röhrchens austretende Schutzgasstrahl so eingestellt wird, daß die Strahlgeschwindigkeit im Rohrausgang des Präparationsrohres an allen Stellen des Rohrquerschnittes größer als die maximale Geschwindigkeit der Schutzgas- und/oder Transportströmung im Präparationsrohr ist, wobei diese einstellung durch den manipulierbaren Druck an der Schutzgaszuführung des Röhrchens vorgenommen wird, so daß insbesondere in der Nähe der inneren Rohrwand des Präparationsrohres die resultierende Strömungsgeschwin digkeit einstellbar so weit vergrößert wird, daß der in das Präparationsrohr eindringende Luftstrom quantitativ steuerbar auf ein bestimmtes Maß reduziert und praktisch abgedrosselt wird0 15o Verfahren nach Aspruch 13 oder 14, d a d u r c h g ek e n n z e i c h n e t, daß die Düsenöffnung ungefähr im Zentrum des Rohrouerschnittes des Präparationsrohres in einem solchen Abstand vom Präparationsrohrende angeordnet und durch die Düsenöffnung ein Schutzgasstrom mit einer solchen Strömungsgeschwindigkeit in Richtung des Präparationsrohrendes geblasen wird, daß der anteil des Strahlkegels noch etwa 1 - 3 cm vor dem Ausgang des Präparationsrohres auftrifft, so daß der Strahl mit seiner kegelförmigen räumlichen Ausdehnung die ganze Rohröffnung des Präparationsrohres voll ausf;llt und eine Strecke der inneren Rohrwand des Präparationsrohres von etwa 1 - 3 cm Tiefe überdeckte L e e r s e i t e