DE102011001789A1 - Continuous heat treatment method of substrate for solar cell, involves operating transport rollers in groups such that each group of rollers has different substrate transport speeds and/or substrate transport velocity gradients - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Durchlauf-Substratwärmebehandlungsverfahren, bei welchem auf Transportelementen eines Substrattransportsystems aufliegende Substrate zu deren Wärmebehandlung kontinuierlich durch eine Durchlauf-Substratwärmebehandlungsanlage transportiert werden, sowie eine Durchlauf-Substratwärmebehandlungsanlage, durch welche auf Transportelementen eines Substrattransportsystems aufliegende Substrate zu deren Wärmebehandlung kontinuierlich transportiert werden.The present invention relates to a continuous substrate heat treatment process in which substrates resting on transport elements of a substrate transport system are continuously conveyed through a continuous substrate heat treatment plant for their heat treatment, and a continuous substrate heat treatment system through which substrates resting on transport elements of a substrate transport system are continuously transported for heat treatment thereof.
Durchlauf-Substratwärmebehandlungsanlagen sind seit Jahrzehnten in verschiedenen Gebieten der Technik etabliert. Verbreitete Anlagentypen sind beispielsweise Durchlauföfen, die zum Transport von Substraten ein Förderband einsetzen. Als Transportvorrichtungen sind neben Forderbändern auch Rollenanordnungen und Anordnungen von wechselseitig angehobenen und bewegten Balken bekannt. Bei vielen Durchlauf-Substratwärmebehandlungsanlagen erfolgt der Transport der Substrate systembedingt kontinuierlich mit einer konstanten Transportgeschwindigkeit. In einer solchen Durchlauf-Substratwärmebehandlungsanlage mit einer festgelegten Transportgeschwindigkeit werden die Temperatur- und Zeitparameter für die Substratbearbeitung durch geeignete Heizelemente und durch die Länge der Transportwege relativ zu den Heizelementen bestimmt. Bei einer solchen Anlage sind die Temperaturen der Substrate als Funktion der Substratbearbeitungszeit eng an die konstruktiven Gegebenheiten der Anlage geknüpft und wenig flexibel.Continuous substrate heat treatment systems have been established in various fields of technology for decades. Common plant types are, for example, continuous furnaces which use a conveyor belt for transporting substrates. As transport devices next to conveyor belts and roller assemblies and arrangements of mutually raised and moving beams are known. In the case of many continuous substrate heat treatment systems, the transport of the substrates takes place system-conditioned continuously at a constant transport speed. In such a continuous substrate heat treatment system with a fixed transport speed, the temperature and time parameters for substrate processing are determined by suitable heating elements and by the length of the transport paths relative to the heating elements. In such a system, the temperatures of the substrates as a function of substrate processing time are closely linked to the structural conditions of the system and not very flexible.
Aus der Druckschrift
Mit dem bekannten Transportsystem sind innerhalb des Ofens verschiedene Substrattransportgeschwindigkeiten möglich, und der Ofen erreicht dadurch eine erhöhte Flexibilität. Nachteilig an diesem Transportsystem ist der Einsatz von Förderbändern. Förderbänder müssen zusätzlich zu den Substraten erwärmt und abgekühlt werden, sodass Energie vergeudet wird und Temperaturänderungen langsam und träge verlaufen. Auf der Länge eines Förderbandes ist die Geschwindigkeit der Substrate konstant und entsprechend unflexibel. Dadurch erfolgt beispielsweise der Transport durch einen Randbereich einer Bearbeitungskammer mit geringerer Temperaturdefiniertheit mit der gleichen Geschwindigkeit wie durch einen zentralen Bereich der Bearbeitungskammer mit einer hohen Temperaturdefiniertheit. In diesem Beispiel ist der langsame Transport in dem Bereich mit geringer Temperaturdefiniertheit für eine Substrattemperaturschwankung verantwortlich, die letztlich zu einer Qualitätseinbuße der in dem bekannten Ofensystem wärmebehandelten Substrate führt.With the known transport system, different substrate transport speeds are possible within the oven, and the oven thereby achieves increased flexibility. A disadvantage of this transport system is the use of conveyor belts. Conveyor belts must be heated and cooled in addition to the substrates, so that energy is wasted and temperature changes are slow and sluggish. Over the length of a conveyor belt, the speed of the substrates is constant and accordingly inflexible. As a result, for example, the transport through an edge region of a processing chamber with a lower temperature definition occurs at the same speed as through a central region of the processing chamber with a high temperature definition. In this example, the slow transport in the low-temperature-defined region is responsible for substrate temperature variation, which ultimately results in a degradation of the substrates heat-treated in the known furnace system.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Durchlauf-Substratwärmebehandlungsanlage und ein entsprechendes Durchlauf-Substratwärmebehandlungsverfahren vorzuschlagen, die eine flexible Beeinflussung der Temperatur-Zeit-Charakteristik der Wärmebehandlung der Substrate mit geringem anlagentechnischen Aufwand ermöglichen.It is therefore the object of the present invention to propose a continuous substrate heat treatment system and a corresponding continuous substrate heat treatment process, which allow a flexible influencing of the temperature-time characteristic of the heat treatment of the substrates with little equipment outlay.
Die Aufgabe wird durch ein Durchlauf-Substratwärmebehandlungsverfahren der eingangs definierten Gattung gelöst, bei welchem die Substrate während ihres gesamten Durchlaufes durch die Durchlauf-Substratwärmebehandlungsanlage auf Transportrollen aufliegend transportiert werden und während ihres Transports durch die Durchlauf-Substratwärmebehandlungsanlage durch wenigstens zwei Substrattransportabschnitte transportiert werden, in welchen durch die Transportrollen voneinander verschiedene Substrattransportgeschwindigkeiten und/oder Substrattransportgeschwindigkeitsverläufe vorgesehen werden.The object is achieved by a continuous substrate heat treatment process of the type defined above, in which the substrates are transported resting on transport rollers during their entire passage through the continuous substrate heat treatment plant and transported through at least two substrate transport sections during their transport through the continuous substrate heat treatment plant different substrate transport speeds and / or Substrattransportgeschwindigkeitsverläufe be provided by the transport rollers from each other.
Überraschenderweise kann bei dieser Lösung mit einem Antrieb der Substrate unter Verwendung kostengünstiger massiver Transportrollen, welche bisher nur zur Realisierung konstanter Substrattransportgeschwindigkeit eingesetzt wurden, eine flexible Variation der Substrattransportgeschwindigkeiten erreicht. Bei einem Antrieb mit Förderbändern kann die Geschwindigkeit auf einem Förderband nur insgesamt geändert werden. Bei der vorgeschlagenen Lösung, bei der der Substrattransport grundsätzlich über Transportrollen erfolgt, kann die Geschwindigkeit hingegen innerhalb kurzer Abschnitte, im Extremfall von Rolle zu Rolle flexibel abgepasst werden. Bei Bedarf können auch an mehreren Abschnitten der Durchlauf-Substratwärmebehandlungsanlage die lokalen Transportgeschwindigkeiten der Substrate verändert werden.Surprisingly, in this solution with a drive of the substrates using cost-effective massive transport rollers, which were previously used only to realize a constant substrate transport speed, achieved a flexible variation of the substrate transport speeds. In the case of a drive with conveyor belts, the speed on a conveyor belt can only be changed overall. In the proposed solution, in which the substrate transport basically takes place via transport rollers, the speed, however, can be flexibly adjusted within short sections, in extreme cases from roll to roll. If necessary, also at several sections of the Pass-through substrate heat treatment plant, the local transport speeds of the substrates are varied.
Die Realisierung unterschiedlicher Rotationsgeschwindigkeiten verschiedener Transportrollen stellt auf der Basis von Transportrollenantrieben aus dem Stand der Technik einen erheblichen Aufwand dar, da die bekannten Antriebsvorrichtungen für die erfindungsgemäße Lösung völlig unbrauchbar sind und der Antrieb der Transportrollen völlig neu konzipiert werden muss. Überraschenderweise wurde allerdings herausgefunden, dass mit wirtschaftlichem technischen Aufwand deutliche Qualitätsverbesserungen des Wärmebehandlungsverfahrens möglich sind und dass zudem die Kosten des Durchlauf-Substratwärmebehandlungsverfahrens insgesamt gegenüber dem Stand der Technik reduziert werden können. Das Potenzial dieser Lösung wird zusätzlich dadurch erhöht, dass nicht nur festgelegte verschiedene Substrattransportgeschwindigkeiten gewählt werden können, sondern dass auch Substrattransportgeschwindigkeitsverläufe realisiert werden können. Die Substrattransportgeschwindigkeitsverläufe können beispielsweise dafür verwendet werden, bekannte Verlaufe anderer Parameter, wie beispielsweise das Einschwingen der Anlagentemperatur nach der Inbetriebnahme der Anlage oder ein langsameres Trocknen von ausnahmsweise nass gereinigten Substraten, zu kompensieren.The realization of different rotational speeds of different transport rollers on the basis of transport roller drives from the prior art is a considerable effort, since the known drive devices for the inventive solution are completely unusable and the drive of the transport rollers must be completely redesigned. Surprisingly, however, it has been found that with economic technical effort significant quality improvements of the heat treatment process are possible and that also the costs of the continuous substrate heat treatment process can be reduced compared to the prior art. The potential of this solution is additionally increased by the fact that not only can fixed different substrate transport speeds be selected, but also that substrate transport speed profiles can be realized. The substrate transport speed profiles can be used, for example, to compensate for known courses of other parameters, such as the settling of the system temperature after commissioning of the system or a slower drying of exceptionally wet cleaned substrates.
Die mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens wärmebehandelten Substrate können beispielsweise Solarzellen sein, die unter Verwendung von monokristallinen, polykristallinen oder von Dünnschicht-Halbleitern produziert werden. Die Substrate können jedoch auch beliebige andere Substrate sein, die einem Substratwärmebehandlungsverfahren unterzogen werden.The substrates heat-treated by means of the method according to the invention can be, for example, solar cells which are produced using monocrystalline, polycrystalline or thin-film semiconductors. However, the substrates may also be any other substrates that undergo a substrate heat treatment process.
Beim Einsatz des erfindungsgemäßen Durchlauf-Substratwärmebehandlungsverfahrens für die Wärmebehandlung von Solarzellen kann einer der zwei unterschiedlichen Substrattransportabschnitte zum Beispiel ein Ausbrennabschnitt, in welchem aus einer Silberpaste und einer Aluminiumpaste organische Bestandteile herausgebrannt werden, ein Sinterabschnitt, in welchem Metallpartikel zu einem elektrischen Leiter gesintert werden, oder ein Feuerungsabschnitt, in welchem eine Silberpaste durch chemische Reaktion mit einer Siliziumnitrid-Antireflexionsschicht die Siliziumnitrid-Antireflexionsschicht durchdringt und gleichzeitig eine gut leitfähige, silberhaltige Struktur ausbildet, sein. Beispielsweise zur Einstellung einer gewünschten Silizium-Aluminium-Eutektikum-Mikrostruktur ist eine Kontrolle und Regelung des Temperaturverlaufs in Abhängigkeit von der Bearbeitungszeit vorteilhaft. Vorteilhafte Temperaturen, Temperaturanstiegsgeschwindigkeiten und -abkühlgeschwindigkeiten hängen dabei erheblich von der Herstellungstechnologie der Solarzellensubstrate ab. Diese Technologie unterliegt einer kontinuierlichen Weiterentwicklung und Verbesserung. Durch die Möglichkeit, verschiedene Substrattransportgeschwindigkeiten und Substrattransportgeschwindigkeitsverläufe zu verwenden, kann das erfindungsgemäße Verfahren flexibel an geänderte Anforderungen angepasst werden.When employing the continuous substrate heat treatment method of the solar cell heat treatment according to the present invention, one of the two different substrate transporting portions, for example, a burnout portion in which organic components are burned out of a silver paste and an aluminum paste, a sintered portion in which metal particles are sintered into an electric conductor, or a firing section in which a silver paste penetrates the silicon nitride antireflection layer by chemical reaction with a silicon nitride antireflection layer and at the same time forms a highly conductive silver-containing structure. For example, to set a desired silicon-aluminum eutectic microstructure, control and regulation of the temperature profile as a function of the processing time are advantageous. Advantageous temperatures, temperature rise rates and cooling rates depend considerably on the production technology of the solar cell substrates. This technology is subject to continuous development and improvement. Due to the possibility of using different substrate transport speeds and substrate transport speed profiles, the method according to the invention can be flexibly adapted to changing requirements.
In einer Variante des erfindungsgemäßen Durchlauf-Substratwärmebehandlungsverfahrens werden an den wenigstens zwei Substrattransportabschnitten unterschiedliche Substratwärmebehandlungstemperaturen und/oder unterschiedliche Substratwärmebehandlungstemperaturverläufe vorgesehen. Häufig müssen mit einem Substratwärmebehandlungsverfahren nacheinander unterschiedliche Teilverfahrensaufgaben gelöst werden. Dies ist beispielsweise auch bei dem oben bereits genannten Beispiel der Temperaturbehandlung von Metallpasten der Fall. Das Ausbrennen der organischen Bestandteile aus den Pasten muss zunächst bei geringerer Temperatur und ausreichender Zeit erfolgen, da ein zu schnelles Aufheizen oder zu hohe Temperaturen zu einem explosionsartigen Verdampfen organischer Bestandteile führen, welche zu einer Schädigung der aus den Pasten auszubildenden metallischen Strukturen führen können. Für den Sinterschritt, in dem Metallpartikel aus einer ehemaligen Metallpaste zusammenbacken, ist dann eine höhere Temperatur erforderlich. Der Sinterschritt von Aluminiumpartikeln auf einem Silizium-Substrat kann auch gleichzeitig für die Ausbildung des Silizium-Aluminium-Eutektikums dienen, das als Rückseitenkontaktmaterial der Solarzelle dient, wobei das Überschreiten der eutektischen Temperatur von 575°C erforderlich ist. In dem Sinterschritt konnten vorteilhafterweise die Qualität und die Gleichmäßigkeit der hergestellten Solarzellen durch die Optimierung der Substratwärmebehandlungstemperaturverläufe verbessert werden.In a variant of the continuous substrate heat treatment method according to the invention, different substrate heat treatment temperatures and / or different substrate heat treatment temperature profiles are provided on the at least two substrate transport sections. Frequently, different sub-process tasks must be successively solved with a substrate heat treatment process. This is also the case, for example, in the case of the above-mentioned example of the temperature treatment of metal pastes. The burning out of the organic constituents from the pastes must first be carried out at a lower temperature and a sufficient time, since too rapid heating or too high temperatures lead to an explosive evaporation of organic constituents, which can lead to damage of the metallic structures to be formed from the pastes. For the sintering step, in which metal particles from a former metal paste cake, then a higher temperature is required. The sintering step of aluminum particles on a silicon substrate may also simultaneously serve to form the silicon-aluminum eutectic serving as the back contact material of the solar cell, exceeding the eutectic temperature of 575 ° C. In the sintering step, the quality and the uniformity of the produced solar cells could advantageously be improved by optimizing the substrate heat treatment temperature characteristics.
In einer bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Durchlauf-Substratwärmebehandlungsverfahrens werden die unterschiedlichen Substrattransportgeschwindigkeiten und/oder Substrattransportgeschwindigkeitsverläufe in den wenigstens zwei Substrattransportabschnitten genutzt, um bei einem vorgegebenen Temperatur-Ort-Profil in den wenigstens zwei Substrattransportabschnitten ein gewünschtes Temperatur-Zeit-Profil an den Substraten einzustellen. Vorgaben für die Temperatur-Zeit-Profile können beispielsweise in flexiblen Entwicklungsanlagen erstellt werden. In dem erfindungsgemäßen Verfahren können solche Vorgaben auf das Durchlauf-Substratwärmebehandlungsverfahren mit anlagentechnisch vorgegebenen Temperatur-Ort-Profilen übertragen werden, wobei die unterschiedlichen Substrattransportgeschwindigkeiten und/oder Substrattransportgeschwindigkeitsverläufe verwendet werden, um die gewünschten Temperatur-Zeit-Verläufe der Substrate zu realisieren.In a preferred variant of the continuous substrate heat treatment process according to the invention, the different substrate transport speeds and / or Substrattransportgeschwindigkeitsverläufe used in the at least two substrate transport sections to set at a predetermined temperature-location profile in the at least two substrate transport sections a desired temperature-time profile at the substrates. Specifications for the temperature-time profiles can be created, for example, in flexible development facilities. In the method according to the invention, such specifications can be transferred to the continuous substrate heat treatment method with system-specific temperature-local profiles, wherein the different substrate transport speeds and / or substrate transport speed profiles are used to realize the desired temperature-time profiles of the substrates.
In einer Option des erfindungsgemäßen Durchlauf-Substratwärmebehandlungsverfahrens wird die Transportgeschwindigkeit der Substrate in einer zwischen wenigstens zwei Substrattransportabschnitten mit unterschiedlichen Substrattransportgeschwindigkeiten vorgesehenen Beschleunigungszone erhöht oder verringert. Die Substrate sind durch ihre Trägheit zunächst bestrebt, ihre vorhandene Geschwindigkeit beizubehalten. Eine abrupte Änderung der Geschwindigkeit ist daher nicht möglich. Für eine Änderung der Geschwindigkeit muss den Substraten hingegen entweder kinetische Energie zugeführt oder entnommen werden. Der Austausch kinetischer Energie mit den Substraten erfolgt vorzugsweise in einer Beschleunigungszone, in welcher eine positive oder negative Beschleunigung erfolgt und folglich die Substratgeschwindigkeit erhöht oder verringert wird. In der Beschleunigungszone kann die Änderung der Geschwindigkeit vorteilhaft, ohne negative Effekte ausgeführt werden.In one option of the continuous substrate heat treatment method according to the invention, the transport speed of the substrates is increased or reduced in an acceleration zone provided between at least two substrate transport sections with different substrate transport speeds. The substrates, by their inertia, initially strive to maintain their existing velocity. An abrupt change in speed is therefore not possible. For a change in the speed, however, either kinetic energy has to be added or removed from the substrates. The exchange of kinetic energy with the substrates is preferably carried out in an acceleration zone in which a positive or negative acceleration takes place and consequently the substrate speed is increased or decreased. In the acceleration zone, the change in speed can be advantageously carried out without negative effects.
In verschiedenen Einsatzmöglichkeiten des erfindungsgemäßen Durchlauf-Substratwärmebehandlungsverfahrens wird in wenigstens einem der wenigstens zwei Substrattranportabschnitte eine Oxidation, eine Schichtabscheidung, eine Trocknung und/oder eine Ausgasung und/oder eine Sinterung wenigstens einer auf den Substraten vorgesehenen Schicht, ein Feuerungsschritt, ein Substratschmelzschritt und/oder eine Dotierstoffaktivierung bei anderer Substrattransportgeschwindigkeit als in wenigstens einem anderen der wenigstens zwei Substrattransportabschnitte der Durchlauf-Substratwärmebehandlungsanlage durchgeführt.In various possible applications of the continuous substrate heat treatment process according to the invention, at least one of the at least two substrate transport sections comprises oxidation, layer deposition, drying and / or outgassing and / or sintering of at least one layer provided on the substrates, a firing step, a substrate melting step and / or dopant activation is performed at a different substrate transport speed than in at least one other of the at least two substrate transport portions of the continuous substrate heat treatment equipment.
Unter dem Einfluss von Wärme werden verschiedene Wirkungen erzielt. Diese Wirkungen sind nicht nur von Temperatur und Zeit, sondern auch von der die Substrate umgebenden Atmosphäre abhängig. In einer Sauerstoffatmosphäre ist beispielsweise unter dem Einfluss von Wärme eine Oxidation, d. h. die Ausbildung einer Oxidschicht mit gewünschter Dicke, möglich. In einer Atmosphäre, die wenigstens einen thermisch aktivierbaren Precursor enthält, ist beispielsweise auch eine CVD-Abscheidung möglich. Es können jedoch auch andere Abscheidungen, wie PVD-Abscheidungen oder plasmagestützte Abscheidungen, vorgesehen sein, wobei die Substrate gleichzeitig auf eine erforderliche Temperatur erwärmt werden.Under the influence of heat, various effects are achieved. These effects are dependent not only on temperature and time, but also on the atmosphere surrounding the substrates. For example, in an oxygen atmosphere, under the influence of heat, oxidation, ie. H. the formation of an oxide layer with the desired thickness, possible. In an atmosphere containing at least one thermally activatable precursor, for example, a CVD deposition is possible. However, other depositions, such as PVD depositions or plasma enhanced depositions may also be provided, with the substrates being simultaneously heated to a required temperature.
Das erfindungsgemäße Durchlauf-Substratwärmebehandlungsverfahren kann aber auch der reinen Wärmebehandlung des Substrats bzw. des beschichteten Substrats dienen. Mit einer solchen reinen Wärmebehandlung können verschiedene Effekte erzielt werden, beispielsweise eine Trocknung, eine Ausgasung oder eine Sinterung. Je nach Ziel des Wärmebehandlungsverfahrens sind verschiedene Temperaturen oder Temperaturbereiche einsetzbar. Zur Trocknung von Substraten, wobei Lösungsmittel in die Dampfphase überführt werden, genügen in manchen Anwendungen bereits Temperaturen unter der Siedetemperatur des Lösungsmittels. Teilweise ist das Lösungsmittel aber auch an das Substrat gebunden, sodass höhere Trocknungstemperaturen erforderlich sind. Beispielsweise ist Wasser an eine Siliziumoberfläche sowohl physikalisch als auch chemisch gebunden, wobei zum Entfernen physikalisch gebundenen Wassers Temperaturen von 130°C genügen und zum Entfernen des chemisch gebundenen Wassers Temperaturen von etwa 700°C erforderlich sind. In Trocknungs- und Ausgasungsschritten wird jedoch nicht nur Wasser entfernt, sondern auch andere Lösungsmittel oder Substanzen. Beispielsweise werden aus Silber- und Aluminiumpasten durch Temperaturbehandlung organische Bestandteile der Pasten entfernt, wodurch die metallischen Bestandteile auf dem Substrat zurückbleiben. Diese metallischen Bestandteile müssen miteinander verbunden werden, damit gute metallische Leiter entstehen. Das Verbinden dieser Metallpartikel wird auch als Sintern bezeichnet.However, the continuous substrate heat treatment process according to the invention can also serve for the pure heat treatment of the substrate or of the coated substrate. With such a pure heat treatment, various effects can be achieved, for example drying, outgassing or sintering. Depending on the objective of the heat treatment process, different temperatures or temperature ranges can be used. For drying substrates in which solvents are converted into the vapor phase, temperatures below the boiling point of the solvent are already sufficient in some applications. In some cases, the solvent is also bound to the substrate, so that higher drying temperatures are required. For example, water is bonded to a silicon surface both physically and chemically, with temperatures of 130 ° C being sufficient to remove physically bound water, and temperatures of about 700 ° C being required to remove the chemically bound water. In drying and degassing steps, however, not only water is removed but also other solvents or substances. For example, by thermal treatment, organic constituents of the pastes are removed from silver and aluminum pastes, leaving the metallic constituents on the substrate. These metallic components must be joined together to form good metallic conductors. The joining of these metal particles is also referred to as sintering.
Als Feuerungsschritte werden beispielsweise Einbrennschritte bezeichnet, wobei beispielsweise eine Silberpaste eine Siliziumnitrid-Antireflexionsschicht durchdringt. Substratschmelzschritte werden beispielsweise durchgeführt, um eine oberflächliche Aufschmelzung eines Substrats zum Zwecke der Dotierung oder Kontaktausbildung zu erreichen. Dotierstoffaktivierungen werden durchgeführt, um bereits in einen Halbleiter eingebrachte Dotierstoffatome in die Halbleiterstruktur elektrisch aktiv einzubinden, nach der Dotierstoffaktivierung sind die Dotierstoffe elektrisch aktiv. Die aufgezählten und andere Wärmebehandlungsschritte stellen jeweils eigene Anforderungen an Temperatur und Zeit. In einem Durchlauf-Substratwärmebehandlungsverfahren ist es dabei günstig, für verschiedene Wärmebehandlungsschritte verschiedene Substrattransportabschnitte der Durchlauf-Substratwärmebehandlungsanlage vorzusehen. Diese Substrattransportabschnitte können auf die geeignete Temperatur geheizt sein und/oder durch eine entsprechende mechanische Länge und Substrattransportgeschwindigkeit für eine geeignete Behandlungszeit eingestellt sein.Firing steps are, for example, firing steps, wherein, for example, a silver paste penetrates a silicon nitride antireflection layer. Substrate melting steps are performed, for example, to achieve superficial melting of a substrate for the purpose of doping or contact formation. Dopant activations are carried out in order to electrically integrate already introduced into a semiconductor dopant atoms in the semiconductor structure, after the dopant activation, the dopants are electrically active. The enumerated and other heat treatment steps each have their own requirements for temperature and time. In a continuous substrate heat treatment process, it is advantageous to provide different substrate transport sections of the continuous substrate heat treatment plant for different heat treatment steps. These substrate transport sections may be heated to the appropriate temperature and / or adjusted by a corresponding mechanical length and substrate transport speed for a suitable treatment time.
In einer speziellen Variante des erfindungsgemäßen Durchlauf-Substratwärmebehandlungsverfahrens wird an wenigstens einem der zwei Substrattransportabschnitte eine Trocknung wenigstens einer auf den Substraten vorgesehenen Schicht ausgeführt und an wenigstens einem weiteren der wenigstens zwei Substrattransportabschnitte ein Feuerungsschritt an den Substraten ausgeführt, wobei die Substrattransportgeschwindigkeit während der Trocknung geringer als während des Feuerungsschritts ist.In a specific variant of the continuous substrate heat treatment process according to the invention, at least one of the two substrate transport sections is at least dried to at least one layer provided on the substrates and at least one further of the at least two substrate transport sections Firing step performed on the substrates, wherein the substrate transport speed during drying is less than during the firing step.
Bei der Trocknung einer Schicht muss das zu trocknende Lösungsmittel aus dem Inneren der Schicht an ihre Oberfläche gelangen, wo es verdunsten oder sublimieren kann. Für das Trocknen darf die Temperatur nicht zu hoch gewählt werden, da sonst das Lösungsmittel innerhalb der Schicht Gasbläschen bilden könnte, die unter einem hohen Druck stehen und zu Schichtablösungen oder Schichtschäden führen könnten. Der Trocknungsschritt, beispielsweise einer Aluminiumpaste, wird deshalb bei relativ niedrigen Temperaturen und einer ausreichend langen Zeit durchgeführt. Dabei wird die benötigte lange Zeit unter anderem durch eine niedrige Substrattransportgeschwindigkeit realisiert. In einem Feuerungsschritt ist unter Umständen die Zeit der Wärmebehandlung unerheblich, und es ist lediglich erforderlich, dass eine bestimmte kritische Temperatur überschritten wird. Solche kritischen Temperaturen sind beispielsweise die eutektische Temperatur des Silizium-Aluminium-Eutektikums bei 575°C und der Beginn einer Ätzwirkung einer Silberpaste auf einer Siliziumnitridschicht bei 800°C. Zur Ausbildung eines gewünschten Aluminium-Silizium-Eutektikum-Kontakts ist lediglich ein kurzes Überschreiten der eutektischen Temperatur günstig, da bei einer kurzen Wärmebehandlung eine geringe Rauhigkeit des erstarrten Eutektikums erreicht wird. Die gewünschte kurze Substratwärmebehandlungszeit wird durch eine hohe Substrattransportgeschwindigkeit in dem dem Feuerungsschritt zugeordneten Substrattransportabschnitt erreicht.When drying a layer, the solvent to be dried must reach the surface from the inside of the layer, where it can evaporate or sublime. For drying, the temperature should not be too high, as otherwise the solvent within the layer could form gas bubbles which are under high pressure and could lead to delamination or damage to the layer. The drying step, for example, an aluminum paste, is therefore performed at relatively low temperatures and for a sufficiently long time. The required long time is achieved, inter alia, by a low substrate transport speed. In a firing step, the time of the heat treatment may be insignificant, and it is only necessary that a certain critical temperature be exceeded. Such critical temperatures are, for example, the eutectic temperature of the silicon-aluminum eutectic at 575 ° C. and the beginning of an etching effect of a silver paste on a silicon nitride layer at 800 ° C. For the formation of a desired aluminum-silicon-eutectic contact, only a short exceeding of the eutectic temperature is favorable, since with a short heat treatment, a low roughness of the solidified eutectic is achieved. The desired short substrate heat treatment time is achieved by a high substrate transport speed in the substrate transport section associated with the firing step.
In einer wirtschaftlich vorteilhaften Variation des erfindungsgemäßen Durchlauf-Substratwärmebehandlungsverfahrens werden die Substrate auf wenigstens zwei nebeneinander verlaufenden Spuren durch die Durchlauf-Substratwärmebehandlungsanlage transportiert, wobei die Substrattransportgeschwindigkeit auf den einzelnen Spuren separat eingestellt wird. Qualitativ hochwertige Produkte zeichnen sich dadurch aus, dass jedes Produkt die gleichen definierten Eigenschaften hat. Die Wärmebehandlung von Substraten auf nebeneinander verlaufenden Spuren, wobei die Substrattransportgeschwindigkeit auf den einzelnen Spuren separat eingestellt wird, ist eine Möglichkeit, alle Substrate mit einer gut angeglichenen Wärmebehandlungswirkung zu prozessieren. Durch die unterschiedlichen Transportgeschwindigkeiten auf den einzelnen Spuren ist es möglich, andere Abweichungen auf diesen Spuren zu korrigieren. Zum Beispiel könnte eine zentrale Spur in Transportrichtung eine höhere Temperatur aufweisen als Randspuren, bei denen durch Wärmeableitung Abweichungen von der Zieltemperatur zu kleineren Temperaturen zu verzeichnen sind. Die geringere Temperatur auf den Randspuren wird in diesem Beispiel durch eine geringere Substrattransportgeschwindigkeit auf den Randspuren kompensiert.In an economically advantageous variation of the continuous substrate heat treatment process of the invention, the substrates are transported on at least two adjacent tracks through the continuous substrate heat treatment equipment, with the substrate transport speed being set separately on the individual tracks. High-quality products are characterized by the fact that every product has the same defined characteristics. The heat treatment of substrates on adjacent tracks, with the substrate transport speed being set separately on the individual tracks, is one way to process all substrates with a well-balanced heat treatment effect. Due to the different transport speeds on the individual tracks, it is possible to correct other deviations on these tracks. For example, a central track in the direction of transport could have a higher temperature than marginal tracks in which deviations from the target temperature to smaller temperatures can be detected by heat dissipation. The lower temperature on the edge tracks is compensated in this example by a lower substrate transport speed on the edge tracks.
Die Aufgabe der Erfindung wird ferner durch eine Durchlauf-Substratwärmebehandlungsanlage der eingangs genannten Gattung gelöst, bei welcher die Transportelemente des Substrattransportsystems Transportrollen sind, auf welchen die Substrate während ihres gesamten Durchlaufes durch die Durchlauf-Substratwärmebehandlungsanlage aufliegen, und die Substrattransportgeschwindigkeit und/oder der Substrattransportgeschwindigkeitsverlauf in wenigstens zwei Substrattransportabschnitten der Durchlauf-Substratwärmebehandlungsanlage durch die Transportrollen voneinander verschieden einstellbar ist bzw. sind.The object of the invention is further achieved by a continuous substrate heat treatment system of the type mentioned, in which the transport elements of the substrate transport system are transport rollers on which the substrates rest during their entire passage through the continuous substrate heat treatment system, and the substrate transport speed and / or the substrate transport speed course in at least two substrate transport sections of the continuous substrate heat treatment system can be set differently from one another by the transport rollers.
In den erfindungsgemäßen Durchlauf-Substratwärmebehandlungsanlagen werden als Transportelemente Transportrollen verwendet. Der Durchmesser von Transportrollen ist viel kleiner als die Länge von Förderbändern. Daher ist die Flexibilität des Transportrollenantriebs besonders groß. Die Transportrollen bewegen sich in erfindungsgemäßen Durchlauf-Substratwärmebehandlungsanlagen nicht, wie im Stand der Technik üblich, alle mit einer konstanten Geschwindigkeit, sondern es sind mehrere, wenigstens zwei Substrattransportabschnitte ausgebildet, in denen die Rotationsgeschwindigkeit der Transportrollen separat einstellbar ist. Dadurch können Substrate in einem Transportabschnitt mit einer ersten Geschwindigkeit und in einem zweiten Substrattransportabschnitt mit einer zweiten, von der ersten Substrattransportgeschwindigkeit verschiedenen Geschwindigkeit bewegt werden.In the continuous substrate heat treatment systems according to the invention, transport rollers are used as transport elements. The diameter of transport rollers is much smaller than the length of conveyor belts. Therefore, the flexibility of the transport roller drive is particularly large. The transport rollers do not move in pass-through substrate heat treatment systems according to the invention, as is usual in the prior art, all at a constant speed, but there are a plurality of at least two substrate transport sections in which the rotational speed of the transport rollers can be set separately. As a result, substrates can be moved in a transport section at a first speed and in a second substrate transport section at a second speed different from the first substrate transport speed.
In einer vorteilhaften Ausbildung einer erfindungsgemäßen Durchlauf-Substratwärmebehandlungsanlage sind an den wenigstens zwei Substrattransportabschnitten jeweils andere Substratwärmebehandlungstemperaturen und/oder andere Substratwärmebehandlungstemperaturverläufe einstellbar. Diese Substrattransportabschnitte sind in Transportrichtung hintereinander angeordnet, sodass nacheinander verschiedene Wärmebehandlungsschritte ausführbar sind. Durch die unterschiedlichen Geschwindigkeiten in den wenigstens zwei Substrattransportabschnitten können die Bearbeitungszeiten und die Aufheiz- und Abkühltemperaturverläufe beeinflusst werden. Für einen Wärmebehandlungsschritt kann dabei ein einziger Substrattransportabschnitt vorgesehen sein. Bei Bedarf können jedoch auch mehrere Substrattransportabschnitte für einen einzigen Wärmebehandlungsschritt vorgesehen sein. Beispielsweise kann der Eingangsbereich einer Wärmebehandlungskammer mit einem separaten Substrattransportabschnitt ausgestattet sein, sodass beim Einfahren in die Kammer eine besonders hohe oder niedrige Geschwindigkeit gewählt werden kann.In an advantageous embodiment of a continuous substrate heat treatment system according to the invention, in each case other substrate heat treatment temperatures and / or other substrate heat treatment temperature profiles can be set at the at least two substrate transport sections. These substrate transport sections are arranged one behind the other in the transport direction, so that successive different heat treatment steps can be carried out. Due to the different speeds in the at least two substrate transport sections, the processing times and the heating and cooling temperature profiles can be influenced. For a heat treatment step, a single substrate transport section may be provided. However, if desired, multiple substrate transport sections may be provided for a single heat treatment step. For example, the entrance of a heat treatment chamber may be equipped with a separate substrate transport section, so that when entering the chamber a particularly high or low speed can be selected.
In einer bevorzugten Ausführung der erfindungsgemäßen Durchlauf-Substratwärmebehandlungsanlage ist zwischen zwei Substrattransportabschnitten mit unterschiedlichen Substrattransportgeschwindigkeiten eine Beschleunigungszone für die Substrate vorgesehen. In der Beschleunigungszone kann die Geschwindigkeit der Substrate entweder durch eine positive Beschleunigung erhöht werden oder durch eine negative Beschleunigung reduziert werden. Der Transport von Substraten durch eine Durchlaufanlage soll generell zuverlässig arbeiten, d. h. unter anderem soll die Transportrichtung der Substrate sicher eingehalten werden und ein Abrieb von den Substraten unter Ausbildung von Verunreinigungen soll vermieden werden. Diese Ziele werden von einer Transporteinrichtung für konstante Geschwindigkeiten erfüllt. Die Realisierung unterschiedlicher Geschwindigkeiten ist hingegen vor allem in Substratwärmebehandlungsanlagen, die für hohe Temperaturen vorgesehen sind, technisch anspruchsvoll. Das Beschleunigen der Substrate ist mit einem technischen Aufwand verbunden, der wiederum aus wirtschaftlichen Aspekten möglichst klein zu halten ist. Die Änderung der Geschwindigkeit innerhalb der Durchlauf-Substratwärmebehandlungsanlage kann besonders vorteilhaft durch die Ausbildung von Beschleunigungszonen realisiert werden, in denen die technischen Mittel für die Beschleunigung der Substrate konzentriert sind.In a preferred embodiment of the continuous substrate heat treatment system according to the invention, an acceleration zone for the substrates is provided between two substrate transport sections with different substrate transport speeds. In the acceleration zone, the speed of the substrates can either be increased by a positive acceleration or reduced by a negative acceleration. The transport of substrates through a continuous system should generally work reliably, i. H. Among other things, the transport direction of the substrates should be safely adhered to and abrasion of the substrates to form impurities should be avoided. These goals are met by a constant speed conveyor. The realization of different speeds, however, especially in substrate heat treatment systems, which are intended for high temperatures, technically demanding. The acceleration of the substrates is associated with a technical effort, which in turn is to keep as small as possible for economic reasons. The change in velocity within the continuous substrate heat treatment equipment can be realized particularly advantageously by the formation of acceleration zones in which the technical means for accelerating the substrates are concentrated.
In einer möglichen Version der erfindungsgemäßen Durchlauf-Substratwärmebehandlungsanlage ist der Abstand der Transportrollen in der Beschleunigungszone geringer oder größer als in den durch die Beschleunigungszone verbundenen Substrattransportabschnitten. Durch einen reduzierten Abstand der Transportrollen und eine entsprechend erhöhte Anzahl von Transportrollen pro Länge kann die auf die Substrate übertragbare Energie erhöht werden. Wenn in der Beschleunigungszone wenig Energie von den Transportrollen auf die Substrate übertragen werden soll, kann auch ein größerer Abstand zwischen den Transportrollen oder eine geringere Dichte pro Länge von Transportrollen vorgesehen sein, wodurch die Kosten der Beschleunigungszone reduziert werden können.In one possible version of the continuous substrate heat treatment system according to the invention, the spacing of the transport rollers in the acceleration zone is smaller or larger than in the substrate transport sections connected by the acceleration zone. By reducing the distance between the transport rollers and a correspondingly increased number of transport rollers per length, the energy that can be transferred to the substrates can be increased. If little energy is to be transferred from the transport rollers to the substrates in the acceleration zone, a greater distance between the transport rollers or a lower density per length of transport rollers can also be provided, whereby the costs of the acceleration zone can be reduced.
In bevorzugten Anwendungen der erfindungsgemäßen Durchlauf-Substratwärmebehandlungsanlage ist wenigstens einer der wenigstens zwei Substrattransportabschnitte eine Oxidationszone, eine Schichtabscheidungszone, eine Trocknungszone, eine Ausgaszone, eine Sinterzone, eine Feuerungszone, eine Schmelzzone und/oder eine Dotierstoffaktivierungszone der Durchlauf-Substratwärmebehandlungsanlage. In einer Oxidationszone findet eine Reaktion der Substratoberfläche oder von Bereichen der Substratoberfläche mit einem Oxidationsmittel, beispielsweise Sauerstoff, statt. Dabei wird durch die Reaktion von Substratoberfläche und Oxidationsmittel eine Oxidschicht ausgebildet. Das Oxidationsmittel kann auch ein anderer Stoff als Sauerstoff, beispielsweise Ammoniak oder Fluor, sein. In einer Schichtabscheidungszone wird eine Schicht auf dem Substrat abgeschieden, ohne dass das Substrat selbst an der Schichtausbildung beteiligt ist. Bei dem Schichtabscheidungsverfahren kann es sich beispielsweise um ein physikalisches Verfahren (PVD) oder ein chemisches Verfahren (CVD) handeln.In preferred applications of the continuous substrate heat treatment equipment of the present invention, at least one of the at least two substrate transport sections is an oxidation zone, a stratification zone, a drying zone, an outgassing zone, a sintering zone, a firing zone, a melting zone and / or a dopant activation zone of the continuous substrate heat treatment system. In an oxidation zone, a reaction of the substrate surface or regions of the substrate surface with an oxidizing agent, such as oxygen, takes place. In this case, an oxide layer is formed by the reaction of substrate surface and oxidant. The oxidizing agent can also be a substance other than oxygen, for example ammonia or fluorine. In a film deposition zone, a film is deposited on the substrate without the substrate itself being involved in film formation. The layer deposition method may be, for example, a physical process (PVD) or a chemical process (CVD).
Wenigstens einer der Substrattransportabschnitte kann auch eine Trocknungszone sein, in welcher beispielsweise ein flüchtiger Bestandteil einer Schicht verdampft und abgepumpt wird. Wenigstens einer der Substrattransportabschnitte kann auch eine Ausgaszone sein, in der gebundenes Gas bei einer hohen Temperatur von dem Substrat entfernt wird. Des Weiteren kann wenigstens einer der Substrattransportabschnitte eine Sinterzone sein, in der Partikel zu einem Verbund gesintert werden. In anderen Beispielen dient wenigstens einer der Substrattransportabschnitte der Durchlauf-Substratwärmebehandlungsanlage als Feuerungszone, als Schmelzzone oder als Dotieraktivierungszone, wobei bei der Substratbearbeitung wenigstens ein Material eingebrannt wird, wenigstens ein Material aufgeschmolzen wird oder wenigstens ein Dotierstoff aktiviert wird.At least one of the substrate transport sections may also be a drying zone in which, for example, a volatile constituent of a layer is evaporated and pumped off. At least one of the substrate transport sections may also be an outgassing zone in which bound gas is removed from the substrate at a high temperature. Furthermore, at least one of the substrate transport sections may be a sintering zone in which particles are sintered into a composite. In other examples, at least one of the substrate transport sections of the continuous substrate heat treatment plant serves as a firing zone, as a melting zone or as Dotieraktivierungszone, wherein in the substrate processing at least one material is baked, at least one material is melted or at least one dopant is activated.
In einer günstigen Weiterbildung der erfindungsgemäßen Durchlauf-Substratwärmebehandlungsanlage weist die Durchlauf-Substratwärmebehandlungsanlage wenigstens zwei Spuren für einen nebeneinander erfolgenden Substrattransport durch die Durchlauf-Substratwärmebehandlungsanlage auf, wobei die Substrattransportgeschwindigkeit auf den einzelnen Spuren separat einstellbar ist. Unter Spuren werden erfindungsgemäß Pfade für Substrate verstanden, auf denen die Substrate durch die Durchlauf-Substratwärmebehandlungsanlage bewegt werden. Zur Erreichung eines großen Substratdurchsatzes können Durchlauf-Substratwärmebehandlungsanlagen zwei oder mehr Spuren aufweisen, auf denen Substrate parallel bearbeitet werden. Dabei ist in der Regel auf allen Substraten der gleiche Wärmebehandlungserfolg gewünscht, unabhängig davon, auf welcher Spur die Substrate die Durchlauf-Substratwärmebehandlungsanlage passiert haben. Durch Randeffekte oder andere parasitäre Effekte können in Durchlauf-Substratwärmebehandlungsanlagen Abweichungen, beispielsweise der Temperatur, auftreten, die dazu führen, dass auf verschiedenen Spuren verschiedene Wärmebehandlungserfolge erzielt werden. Durch den Einsatz unterschiedlicher Substrattransportgeschwindigkeiten auf den einzelnen Spuren oder zumindest auf Substrattransportabschnitten dieser Spuren können die Abweichungen der Wärmebehandlungserfolge auf den einzelnen Spuren kompensiert werden, und die Qualität der Produktion kann entsprechend erhöht werden.In an expedient development of the continuous substrate heat treatment plant according to the invention, the continuous substrate heat treatment plant has at least two tracks for a side by side substrate transport through the continuous substrate heat treatment plant, wherein the substrate transport speed can be set separately on the individual tracks. Traces are understood according to the invention to be paths for substrates on which the substrates are moved through the continuous substrate heat treatment system. To achieve high substrate throughput, continuous substrate heat treatment equipment may have two or more tracks on which substrates are processed in parallel. As a rule, the same heat treatment success is desired on all substrates, irrespective of the track on which the substrates have passed the continuous substrate heat treatment plant. By edge effects or other parasitic effects, in continuous substrate heat treatment plants deviations, for example the temperature, can occur, which lead to different heat treatment successes being achieved on different tracks. By using different substrate transport speeds on the individual tracks or at least on substrate transport sections of these tracks, the Deviations of the heat treatment successes on the individual tracks can be compensated, and the quality of production can be increased accordingly.
In einem möglichen Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Durchlauf-Substratwärmebehandlungsanlage sind in den wenigstens zwei Substrattransportabschnitten unterschiedliche Drehzahlübersetzungsverhältnisse durch verschiedene Durchmesser von Antriebswelle und/oder Transportrolle konstruktiv eingestellt. Die erfindungsgemäße Durchlauf-Substratwärmebehandlungsanlage weist eine Vielzahl von Transportrollen auf, wobei üblicherweise mehrere Transportrollen über eine gemeinsame Antriebswelle angetrieben werden. Die Drehbewegung der Antriebswelle wird dann auf Drehbewegungen der Transportrollen, beispielsweise durch Riemenantrieb, übertragen, wobei die Durchmesser von Antriebswelle und Transportrolle in Form von Durchmessern von Riemenscheiben ausgebildet sind. Durch unterschiedliche Durchmesser der Riemenscheiben können unterschiedliche Drehzahlübersetzungsverhältnisse eingestellt werden. Auf diese Weise können von einer einzigen Antriebswelle Transportrollen mit unterschiedlicher Rotationsgeschwindigkeit angetrieben werden. Eine solche Ausbildung des Substrattransportantriebs ist kostengünstig, aber unflexibel. Ein solcher Antrieb ist daher günstig dort einsetzbar, wo der Produktionsablauf optimiert und fest vorgegeben ist.In one possible embodiment of the continuous substrate heat treatment system according to the invention, different speed transmission ratios are set constructively in the at least two substrate transport sections by means of different diameters of drive shaft and / or transport roller. The continuous substrate heat treatment system according to the invention has a plurality of transport rollers, wherein usually a plurality of transport rollers are driven by a common drive shaft. The rotational movement of the drive shaft is then transmitted to rotational movements of the transport rollers, for example by belt drive, wherein the diameters of the drive shaft and the transport roller in the form of diameters of pulleys are formed. Different diameters of the pulleys mean that different speed ratios can be set. In this way, transport rollers with different rotational speeds can be driven by a single drive shaft. Such a design of the substrate transport drive is inexpensive, but inflexible. Such a drive is therefore suitable for use where the production process is optimized and fixed.
In einer anderen Ausbildung der erfindungsgemäßen Durchlauf-Substratwärmebehandlungsanlage weisen die wenigstens zwei Substrattransportabschnitte voneinander separate Antriebseinheiten für die Transportrollen auf. Die separaten Antriebseinheiten können optimal an den jeweiligen Transportabschnitt angepasst werden. Durch eine Drehzahl-Regelung separater Antriebseinheiten wird eine flexible Steuerbarkeit erreicht. Vorteilhafterweise werden die verschiedenen Steuereinheiten für die verschiedenen Antriebseinheiten in einem gemeinsamen Steuerungssystem zusammengefasst, damit das gemeinsame Steuerungssystem eine Kollision von Substraten vermeiden kann.In another embodiment of the continuous substrate heat treatment system according to the invention, the at least two substrate transport sections have separate drive units for the transport rollers. The separate drive units can be optimally adapted to the respective transport section. By a speed control of separate drive units flexible controllability is achieved. Advantageously, the various control units for the various drive units are combined in a common control system, so that the common control system can avoid a collision of substrates.
In einer günstigen Weiterbildung der erfindungsgemäßen Durchlauf-Substratwärmebehandlungsanlage weisen jeder der zwei Substrattransportabschnitte und die Beschleunigungszone jeweils eine separate Antriebseinheit auf, und für die Beschleunigungszone ist ein Substratdetektor vorgesehen, der mit einer Schalteinheit für die der Beschleunigungszone zugeordnete Antriebseinheit gekoppelt ist. Mit dem Substratdetektor kann die Durchlauf-Substratwärmebehandlungsanlage feststellen, dass ein Substrat die Beschleunigungszone erreicht hat. Daraufhin kann mit einer Schalteinheit für die Beschleunigungszone die Antriebseinheit der Beschleunigungszone auf eine höhere oder geringere Geschwindigkeit geregelt werden, sodass die Substratgeschwindigkeit in der Beschleunigungszone erhöht oder reduziert wird und an den nachfolgenden Substrattransportabschnitt angepasst wird. Auf diese Weise werden die Substrate gemeinsam mit den Transportrollen beschleunigt, und es treten keine problematischen unterschiedlichen Geschwindigkeiten zwischen Transportrollen und Substraten auf.In a favorable development of the continuous substrate heat treatment system according to the invention, each of the two substrate transport sections and the acceleration zone each have a separate drive unit, and a substrate detector is provided for the acceleration zone, which is coupled to a switching unit for the drive unit associated with the acceleration zone. With the substrate detector, the continuous substrate heat treatment equipment can determine that a substrate has reached the acceleration zone. Thereupon, with an acceleration zone switching unit, the acceleration zone drive unit can be controlled to a higher or lower speed so that the substrate speed in the acceleration zone is increased or reduced and adjusted to the subsequent substrate transport section. In this way, the substrates are accelerated together with the transport rollers, and there are no problematic different speeds between transport rollers and substrates.
In einer alternativen Ausbildung der erfindungsgemäßen Durchlauf-Substratwärmebehandlungsanlage ist die Beschleunigungszone als eine schiefe Ebene ausgebildet. Zur Beschleunigung von Substraten ist nicht in jedem Fall eine aufwändige Sensorik und Elektronik erforderlich, es sind stattdessen auch einfache mechanische Ausbildungen, wie eine schiefe Ebene, möglich. Auf einer abfallenden schiefen Ebene kann die Substrattransportgeschwindigkeit durch die Erdbeschleunigung erhöht werden, auf einer ansteigenden schiefen Ebene kann die Substrattransportgeschwindigkeit entsprechend reduziert werden.In an alternative embodiment of the continuous substrate heat treatment system according to the invention, the acceleration zone is formed as an inclined plane. To accelerate substrates is not always a complex sensor and electronics required, it is instead also simple mechanical training, such as an inclined plane, possible. On a sloping inclined plane, the substrate transport speed can be increased by the gravitational acceleration, on a rising inclined plane, the substrate transport speed can be reduced accordingly.
In einer anderen Alternative einer erfindungsgemäßen Durchlauf-Substratwärmebehandlungsanlage weist die Beschleunigungszone einen Greifmechanismus zum Transport der Substrate zwischen zwei Substrattransportabschnitten mit unterschiedlichen Substrattransportgeschwindigkeiten auf. Der Greifmechanismus kann beispielsweise ein Roboterarm sein, der beim Zugreifen synchron zu einem ersten Substrattransportabschnitt bewegt wird, dort das Substrat aufnimmt, anschließend beschleunigt wird und abschließend das Substrat synchron zu einem zweiten Substrattransportabschnitt ablegt. Ein solcher Greifmechanismus ist einerseits zwar aufwändig, andererseits bietet er auch Vorteile, wie beispielsweise eine große mögliche Beschleunigung.In another alternative of a continuous substrate heat treatment system according to the invention, the acceleration zone has a gripping mechanism for transporting the substrates between two substrate transport sections with different substrate transport speeds. The gripping mechanism may, for example, be a robot arm which, when accessed, is moved synchronously to a first substrate transport section, receives the substrate there, is subsequently accelerated and finally deposits the substrate synchronously with a second substrate transport section. On the one hand, such a gripping mechanism is expensive, but on the other hand it also offers advantages, such as a great potential acceleration.
In einer weiteren Ausbildung der Substrat-Wärmebehandlungsanlage ist der Beschleunigungszone wenigstens ein Luftkissen oder Gebläse zur Beeinflussung der Transportgeschwindigkeit der Substrate zugeordnet. Auf Luftkissen ist ein reibungsfreier Transport von Substraten möglich, daher sind Luftkissen vorteilhaft für die Ausbildung von Beschleunigungszonen geeignet. Durch geeignete Luftströmungen auf dem Luftkissen, die beispielsweise durch Gebläse erzeugt werden, kann die Transportgeschwindigkeit der Substrate auf dem Luftkissen erhöht oder reduziert werden.In a further embodiment of the substrate heat treatment system, the acceleration zone is assigned at least one air cushion or blower for influencing the transport speed of the substrates. On air cushion a frictionless transport of substrates is possible, therefore, air cushions are advantageously suitable for the formation of acceleration zones. By suitable air currents on the air cushion, which are generated for example by blowers, the transport speed of the substrates can be increased or reduced on the air cushion.
In einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist zwischen einer Antriebseinheit und den Transportrollen der Beschleunigungszone ein Getriebe mit einer stufenlos veränderbaren Übersetzung vorgesehen. Durch dieses Getriebe mit einer stufenlos veränderbaren Übersetzung wird eine relativ große Flexibilität bei relativ geringem Aufwand erreicht.In another embodiment of the invention, a transmission with a continuously variable transmission is provided between a drive unit and the transport rollers of the acceleration zone. By this transmission with a continuously variable ratio relatively high flexibility is achieved at relatively low cost.
In einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Durchlauf-Substratwärmebehandlungsanlage ist eine Antriebswelle für Transportrollen der Beschleunigungszone zumindest abschnittsweise als Konus ausgebildet, und an der Antriebswelle ist ein Stellglied zur wahlweisen Einstellung des Drehzahlübersetzungsverhältnisses zwischen Antriebswelle und Transportrolle vorgesehen. Durch die konische Ausbildung der Antriebswelle, wobei durch den Konus beispielsweise ein Riemen angetrieben wird, ist das Drehzahlübersetzungsverhältnis zwischen Antriebswelle und Abtriebswelle variabel. Bei der Abtriebswelle kann es sich beispielsweise um eine Transportrolle oder um eine Welle handeln, die mehrere Transportrollen antreibt. Mit dem Stellglied kann ein gewünschter Durchmesser des Konus ausgewählt werden, sodass mit Konus und Stellglied ein stufenloses Getriebe ausgebildet wird. In one embodiment of the continuous substrate heat treatment system according to the invention, a drive shaft for transport rollers of the acceleration zone is formed at least in sections as a cone, and on the drive shaft, an actuator for selectively setting the speed ratio between drive shaft and transport roller is provided. Due to the conical design of the drive shaft, wherein for example a belt is driven by the cone, the speed ratio between the drive shaft and the output shaft is variable. The output shaft can be, for example, a transport roller or a shaft that drives a plurality of transport rollers. With the actuator, a desired diameter of the cone can be selected so that with a cone and actuator a continuously variable transmission is formed.
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, deren Aufbau, Funktion und Vorteile sollen im Folgenden anhand von Figuren näher erläutert werden, wobeiPreferred embodiments of the present invention, their structure, function and advantages will be explained in more detail below with reference to figures, wherein
Anders als im Stand der Technik ist bei dem erfindungsgemäßen Durchlauf-Substratwärmebehandlungsverfahren die Geschwindigkeit der durch die Durchlauf-Substratwärmebehandlungsanlage
Die erhöhte Geschwindigkeit im Profil v2 ist räumlich in einem Substrattransportabschnitt der Durchlauf-Substratwärmebehandlungsanlage
Zum Substrattransport sind verschiedene Substrattransportabschnitte A, B, C vorgesehen, wobei in jedem dieser Substrattransportabschnitte A, B, C in dem in
In dem Substrattransportabschnitt C ist eine nochmals höhere Transportgeschwindigkeit für die Substrate
In dem Ausführungsbeispiel von
Zur Aktivierung der Beschleunigung in der Beschleunigungszone X wird in dem gezeigten Beispiel das Signal eines Substratdetektors
Analog zu der hier dargestellten Beschleunigungszone X kann in der erfindungsgemäßen Durchlauf-Substratwärmebehandlungsanlage
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