DE102012111636A1 - Device for thermal treatment of substrates in treatment chamber, comprises transport device for transporting substrates, gas conducting device, and radiation device comprising electrode pair comprising anode, cathode and discharge chamber - Google Patents

Device for thermal treatment of substrates in treatment chamber, comprises transport device for transporting substrates, gas conducting device, and radiation device comprising electrode pair comprising anode, cathode and discharge chamber Download PDF

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Abstract

Device for thermal treatment of substrates (2) in a treatment chamber, comprises (a) a transport device in the treatment chamber for transporting the substrates, (b) a gas conducting device (8) for supplying and discharging an inert gas, and (c) a radiation device in the treatment chamber, for irradiating the substrates, which is arranged immediately above the surface of the substrates, and comprises at least one electrode pair (5) comprising an anode (52), a cathode (51) and a discharge chamber, in which a gas discharge with emission of electromagnetic radiation, is generated. Device for thermal treatment of substrates (2) in a treatment chamber, comprises (a) a transport device in the treatment chamber for transporting the substrates, (b) a gas conducting device (8) for supplying and discharging an inert gas, and (c) a radiation device in the treatment chamber, for irradiating the substrates, which is arranged immediately above the surface of the substrates, and comprises at least one electrode pair (5) comprising an anode (52), a cathode (51) and a discharge chamber between the anode and the cathode, in which a gas discharge with emission of electromagnetic radiation, is generated. The anode and the cathode are respectively connected to a voltage supply. Independent claims are also included for: (1) a system for producing and subsequently thermally treating coated substrates, comprising a device for depositing thin functional layers on the substrates at low temperature, and the above device for thermal treatment of substrates; (2) thermally treating the substrates in the treatment chamber, comprising (i) introducing the substrates into the treatment chamber by the transport device, (ii) filling the treatment chamber with an inert gas using the gas conducting device, and (iii) heating the substrates by absorbing the radiation of the radiation device, where upon applying a high voltage between the anode and the cathode, a gas discharge emitting electromagnetic radiation, is generated; and (3) producing and subsequently thermally treating the coated substrates, comprising depositing the thin functional layers on the substrates at low temperature, and the above method.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum thermischen Behandeln von Substraten, insbesondere zum thermischen Nachbehandeln beschichteter Substrate. Die Erfindung betrifft auch ein System und ein Verfahren zum Herstellen und zum anschließenden thermischen Behandeln beschichteter Substrate.The invention relates to a device and a method for the thermal treatment of substrates, in particular for the thermal aftertreatment of coated substrates. The invention also relates to a system and method for making and subsequently thermally treating coated substrates.

Zur thermischen Behandlung von Substraten wird typischerweise eine Heizvorrichtung in einer Behandlungskammer eingesetzt. Das Substrat wird meist komplett aufgeheizt. Diese Prozesse dauern typischerweise von einigen Minuten bis hin zu Stunden und sie sind für temperaturempfindliche Substrate, die sich bei Temperaturbelastung verändern oder dabei gar zerstört werden, nicht geeignet. For the thermal treatment of substrates, a heating device is typically used in a treatment chamber. The substrate is usually completely heated. These processes typically last from a few minutes to hours and are not suitable for temperature-sensitive substrates that change or are even destroyed by temperature stress.

In der Photovoltaik werden Funktionsschichten, beispielsweise transparente leitfähige Oxide (TCO) oder low-E-Schichtsysteme (Schichtstapel mit niedriger Emissivität), auf Glassubstraten oder Kunststoffsubstraten aufgebracht und danach in kurzer Zeit temperiert, sodass ohne thermische Belastung der Substrate die gewünschten Eigenschaften der Funktionsschichten erzielt werden können. Dabei werden typischerweise Blitzlampen zum Kurzzeittempern beschichteter Substrate verwendet.In photovoltaics, functional layers, for example transparent conductive oxides (TCO) or low-E layer systems (layer stacks with low emissivity), are applied to glass substrates or plastic substrates and then tempered in a short time, so that without thermal loading of the substrates achieves the desired properties of the functional layers can be. Flash lamps are typically used to flash-coat coated substrates.

In der DE 10 2006 005 025 A1 ist ein Verfahren zur thermischen Nachbehandlung hochleitfähiger, transparenter Metalloxid-Schichten mittels Blitzlampen-Temperung beschrieben, bei dem eine flüssige Zusammensetzung, enthaltend ein elektrisch leitfähiges Metalloxid, und ein Dispersionsmittel, in Form einer Schicht auf ein Substrat aufgebracht wird. Danach wird die in Form einer Schicht aufgebrachte Zusammensetzung bestrahlt mit einem Strahlungsblitz polychromatischer Strahlung, wobei eine Halogenlampe oder Xe-Gasentladungslampe mit Wellenlängen von 180 nm bis 2500 nm und einer Dauer des Strahlungsblitzes von 0,01 ms bis 10000 ms und einer effektiven Leistungsdichte von 0,01 kW/cm2 bis 200 kW/cm2 verwendet wird. Somit kann ein Substrat ohne thermische Belastung mit einer transparenten, elektrisch leitfähigen Schicht ausgestattet werden.In the DE 10 2006 005 025 A1 describes a process for the thermal aftertreatment of highly conductive, transparent metal oxide layers by means of flash-lamp annealing, in which a liquid composition containing an electrically conductive metal oxide, and a dispersant, is applied in the form of a layer on a substrate. Thereafter, the layered composition is irradiated with a polychromatic radiant flash, wherein a halogen lamp or Xe gas discharge lamp having wavelengths of 180 nm to 2500 nm and a duration of the radiation flash of 0.01 ms to 10000 ms and an effective power density of 0 , 01 kW / cm2 to 200 kW / cm2 is used. Thus, a substrate can be equipped with a transparent, electrically conductive layer without thermal stress.

Derzeit haben herkömmliche Blitzlampen aufgrund der Bauart eine schlechte Lichtemission im UV-Bereich. Die Blitzlampe besteht typischerweise aus einem Glasrohr mit zwei Elektroden, die im Glasrohr an den gegenüberliegenden Enden des Glasrohrs angeordnet sind. Bei Anlegen einer Spannung zwischen zwei Elektroden wird eine Gasentladung mit Aussendung von elektromagnetischer Strahlung erzeugt. Diese Gasentladung sendet sichtbares und unsichtbares (UV, IR) Licht aus. Das UV-Licht wird in einem Wellenlängenbereich zwischen 400nm und 200nm teilweise und unterhalb von 200nm fast vollständig innerhalb des Glases absorbiert und gelangt nicht nach außen. Dadurch emittieren Blitzlampen hauptsächlich sichtbares Licht.Currently, conventional flash lamps have a poor light emission in the UV range due to the design. The flashlamp typically consists of a glass tube with two electrodes arranged in the glass tube at the opposite ends of the glass tube. When a voltage is applied between two electrodes, a gas discharge is generated with the emission of electromagnetic radiation. This gas discharge emits visible and invisible (UV, IR) light. The UV light is absorbed almost completely within the glass in a wavelength range between 400nm and 200nm partially and below 200nm and does not leak out. As a result, flash lamps emit mainly visible light.

Funktionsschichten wie TCO und low-E-Schichtsysteme absorbieren aber nur geringfügig im Bereich des sichtbaren Lichts, sodass ein großer Anteil des von Blitzlampen generierten Lichts nicht genutzt werden kann. Eine Erhöhung der UV-Lichtemission von Blitzlampen und damit eine Verbesserung deren Effizienz kann durch bestimmtes Glas mit verbesserter UV-Durchlässigkeit erzielen werden. Beispielsweise kann Quarzglas mit einem hohen Reinheitsgrad als Lampenkörper verwendet werden, sodass die Lichtabsorption im Wellenlängenbereich zwischen 400nm und 200nm nur gering ist. Der hohe Reinheitsgrad ist aber mit hohen Kosten verbunden und wirtschaftlich nicht geeignet.However, functional layers such as TCO and low-E layer systems absorb only slightly in the range of visible light, so that a large proportion of the light generated by flash lamps can not be used. An increase in the UV light emission of flash lamps and thus an improvement in their efficiency can be achieved by specific glass with improved UV transmission. For example, quartz glass with a high degree of purity can be used as the lamp body, so that the light absorption in the wavelength range between 400 nm and 200 nm is only slight. The high degree of purity is associated with high costs and economically not suitable.

Durch die Lichtabsorption im UV-Bereich bedingt, kommt es zu Schädigungen des Glases, der sogenannten Solarisation, die im Laufe der Betriebsdauer akkumulieren und schließlich ein Wechsel des Glases erforderlich machen. Due to the absorption of light in the UV range, there is damage to the glass, the so-called solarization, which accumulate over the course of the operation and eventually make a change of the glass required.

Die DE 100 39 383 A1 offenbart eine Blitzlampe, die insbesondere für Anwendungen im UV-Bereich (Wellenlänge < 450 nm) geeignet ist. Dabei wird für den Körper der Blitzlampe ein niedrigschmelzendes Glas mit guter UV-Durchlässigkeit in Verbindung mit einer auf Glaslot basierenden Einschmelztechnik für die Elektroden verwendet. Weiterhin werden ein möglichst hoher Xenon-Fülldruck, eine vergleichsweise hohe Ladespannung und eine Zündelektrode verwendet. Die Brennlänge bzw. der Abstand zwischen den Elektroden liegt zwischen 15 und 25 mm. Somit gelangt man zu einer guten UV-Ausbeute einer wirtschaftlich herstellbaren Blitzlampe. The DE 100 39 383 A1 discloses a flash lamp which is particularly suitable for applications in the UV range (wavelength <450 nm). In this case, a low-melting glass with good UV transmission is used for the body of the flash lamp in conjunction with a glass solder-based melting technique for the electrodes. Furthermore, the highest possible xenon filling pressure, a comparatively high charging voltage and an ignition electrode are used. The focal length or the distance between the electrodes is between 15 and 25 mm. Thus one arrives at a good UV yield of an economically producible flash lamp.

Blitzlampen mit einer langen Lampenlänge benötigen eine Kühlung um die Lebensdauer der Lampen zu gewährleisten. Die Kühlung erfolgt typischerweise durch ein Gas, wie Stickstoff oder Luft. Für Blitzlampen mit einer hohen, zeitlich gemittelten Leistung wird alternativ Wasser verwendet. Das Kühlmedium (Wasser oder Gas) absorbiert UV-Licht unterhalb einer bestimmten Wellenlänge, sodass es auch bei einem hohen Reinheitsgrad von Glas zu einem deutlichen Effizienzverlust der Lampen im UV-Bereich kommt.Flash lamps with a long lamp length require cooling to ensure the life of the lamps. The cooling is typically by a gas, such as nitrogen or air. For flash lamps with a high, time-averaged power alternative water is used. The cooling medium (water or gas) absorbs UV light below a certain wavelength, so that there is a significant loss of efficiency of the lamps in the UV range, even with a high degree of purity of glass.

Bei sehr hohen Lichtintensitäten wird die Innenfläche des Glasrohrs durch das Plasma so stark erhitzt, dass Glas verdampft und nach der Gasentladung wieder auf der Innenfläche kondensiert. Das kondensierte Material bildet einen milchfarbigen Film auf der Innenwandung des Glases. Dieser absorbiert noch mehr Licht im Vergleich zu einem unbenutzten Glas. Insbesondere erhöht sich dann auch die Absorption im sichtbaren Bereich, sodass es zur Überhitzung des Glases und somit zu einem Bersten der Lampe kommen kann.At very high light intensities, the inner surface of the glass tube is so strongly heated by the plasma that glass evaporates and condenses again on the inner surface after the gas discharge. The condensed material forms a milky colored film on the inner wall of the glass. This absorbs even more light compared to an unused glass. In particular, then increases the Absorption in the visible range, so that it can lead to overheating of the glass and thus to a bursting of the lamp.

Durch Xenon-Ionen im Plasma der Gasentladung, die auf die negativ geladene Kathodenoberfläche auftreffen, kommt es zum sogenannten Kathodensputtern, d.h. einer Abtragung des Kathodenmaterials, welches dann als brauner Niederschlag auf der Innenwandung des Glasrohrs im Bereich der Kathode im Laufe der Lebensdauer einer Blitzlampe akkumuliert. Dieser Niederschlag absorbiert in zunehmendem Maße Licht, sodass es wiederum zu einer Überhitzung des Glases und somit zu einem Bersten der Lampe kommen kann.Xenon ions in the plasma of the gas discharge impinging on the negatively charged cathode surface cause so-called cathode sputtering, i. a removal of the cathode material, which then accumulates as a brown precipitate on the inner wall of the glass tube in the region of the cathode during the life of a flash lamp. This precipitate increasingly absorbs light, which in turn can lead to overheating of the glass and thus bursting of the lamp.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum thermischen Behandeln von Substraten zu schaffen, mit denen die vorgenannten Nachteile vermieden werden und damit eine effektive thermische Behandlung von Substraten erreicht werden kann. The invention is therefore based on the object to provide an apparatus and a method for the thermal treatment of substrates, with which the aforementioned disadvantages are avoided and thus an effective thermal treatment of substrates can be achieved.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 14 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.This object is achieved by a device with the characterizing features of claim 1 and a method having the characterizing features of claim 14. Advantageous embodiments of the invention are specified in the dependent claims.

Erfindungsgemäß wird die thermische Behandlung von Substraten, insbesondere die thermische Behandlung von Oberflächen der beschichteten Substrate, durch impulsartige elektromagnetische Strahlung ausgeführt. Dabei werden die Substrate durch Absorption der Strahlung mit einer bestimmten Strahlungsintensität und Dauer gezielt erwärmt.According to the invention, the thermal treatment of substrates, in particular the thermal treatment of surfaces of the coated substrates, is carried out by pulsed electromagnetic radiation. The substrates are specifically heated by absorbing the radiation with a specific radiation intensity and duration.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum thermischen Behandeln von Substraten in einer Behandlungskammer umfasst folgende Bauteile:

  • (a) eine Transporteinrichtung in der Behandlungskammer zum Transport der Substrate durch die Behandlungskammer sowie zum Einschleusen und Ausschleusen der Substrate in die bzw. aus der Behandlungskammer,
  • (b) eine Gasführungseinrichtung zur Zufuhr und Abfuhr eines Inertgases in die bzw. aus der Behandlungskammer,
  • (c) eine Strahlungseinrichtung in der Behandlungskammer zum Bestrahlen der Substrate, wobei die Strahlungseinrichtung unmittelbar über der Oberfläche der Substrate angeordnet ist, wobei die Strahlungseinrichtung ein oder mehrere Elektrodenpaare umfasst, die jeweils aus einer Anode und einer Kathode bestehen und jeweils an eine Spannungsversorgung angeschlossen sind, wobei zwischen der Anode und der Kathode ein Entladungsraum liegt, in dem eine Gasentladung mit Aussendung von elektromagnetischer Strahlung erzeugbar ist.
The device according to the invention for the thermal treatment of substrates in a treatment chamber comprises the following components:
  • (a) a transport device in the treatment chamber for transporting the substrates through the treatment chamber and for introducing and discharging the substrates into and out of the treatment chamber,
  • (b) a gas guiding means for supplying and discharging an inert gas into and out of the treating chamber,
  • (c) a radiation device in the treatment chamber for irradiating the substrates, wherein the radiation device is arranged directly above the surface of the substrates, the radiation device comprising one or more electrode pairs, each consisting of an anode and a cathode and each connected to a power supply , wherein between the anode and the cathode is a discharge space in which a gas discharge with emission of electromagnetic radiation can be generated.

Gegenüber herkömmlichen Vorrichtungen zum thermischen Behandeln von Substraten, bei denen eine oder mehrere Blitzlampen in einer Behandlungskammer eingesetzt und Gasentladungen in den Blitzlampen erzeugt werden, wird die erfindungsgemäße Gasentladung direkt über der Oberfläche der Substrate in der Behandlungskammer erzeugt, d. h. ohne Lampenkörper bzw. ohne Glas zwischen Gasentladung und Substraten. Aufgrund des fehlenden Glases kann die gesamte ausgesendete Strahlung mit möglichst geringem Strahlungsverlust direkt auf die Substrate gelangen. Die Lichtemission im UV-Bereich kann vollständig genutzt werden und damit können dünne Funktionsschichten, beispielsweise transparente leitfähige Oxide oder low-E-Schichtsysteme, effizient temperiert werden.In contrast to conventional devices for the thermal treatment of substrates in which one or more flash lamps are used in a treatment chamber and gas discharges are generated in the flash lamps, the gas discharge according to the invention is generated directly above the surface of the substrates in the treatment chamber, i. H. without lamp body or without glass between gas discharge and substrates. Due to the lack of glass, the total emitted radiation can reach the substrates with the least possible radiation loss. The light emission in the UV range can be fully utilized and thus thin functional layers, for example transparent conductive oxides or low-E layer systems, can be heated efficiently.

Bei entsprechender Ausgestaltung, z. B. bei einem geringen Abstand zwischen Elektrodenachse und Substrat, kann das Plasma der Gasentladung selbst zur Erwärmung der Funktionsschichten beitragen, d. h. es wird teilweise auch die kinetische Energie der Xenon-Teilchen genutzt und nicht nur das emittierte UV-Licht.With appropriate design, for. B. at a small distance between the electrode axis and substrate, the plasma of the gas discharge itself contribute to the heating of the functional layers, d. H. It is partly the kinetic energy of xenon particles used and not only the emitted UV light.

In einer Ausgestaltung der Erfindung sind die Kathoden und die Anoden, bestehend aus hochtemperatur-widerstandsfähigem Metall mit geringer Elektronenaustrittsarbeit, auf den gegenüberliegenden Seitenwandungen der Behandlungskammer jeweils in einer Reihe angeordnet. Vorzugsweise sind die Anoden auf der einen quer zur Transportrichtung angeordneten Seitenwandung und die Kathoden auf der anderen Seitenwandung angeordnet.In one embodiment of the invention, the cathodes and the anodes, consisting of high-temperature-resistant metal with low electron work function, are arranged in each case on the opposite side walls of the treatment chamber in a row. Preferably, the anodes are arranged on the one transverse to the transport direction side wall and the cathodes on the other side wall.

Vorteilhaft besteht die Kammerwandung der Behandlungskammer aus Strahlung reflektierendem Material. Vorzugsweise besteht die Kammerwandung aus Aluminium, aufgrund der relativen hohen Reflexion im UV-Bereich.Advantageously, the chamber wall of the treatment chamber consists of radiation-reflecting material. Preferably, the chamber wall made of aluminum, due to the relatively high reflection in the UV range.

Weiterhin ist die Kammerwandung auf der Innenseite mit einem elektrischen Isolator versehen. Beispielsweise kann die Behandlungskammer auf den Innenwandungen mit Kacheln aus Quarzglas oder Aluminiumoxid ausgekleidet werden. Bei Verwendung eines Aluminiumoxids für elektrische Isolierung kann die Behandlungskammer alternativ aus Stahl gefertigt werden, aufgrund der Intransparenz des Aluminiumoxids.Furthermore, the chamber wall is provided on the inside with an electrical insulator. For example, the treatment chamber can be lined on the inner walls with tiles of quartz glass or aluminum oxide. Alternatively, when using alumina for electrical insulation, the treatment chamber may be made of steel due to the lack of transparency of the alumina.

Mit zunehmendem Abstand zwischen der Kathode und der Anode ist die Zündung einer Gasentladung über die Elektrodenpaare schwieriger. Diese Schwierigkeit bei der Zündung kann beseitigt werden durch eine externe Zündung mittels einer in den Isolator eingebetteten Zündelektrode. With increasing distance between the cathode and the anode, the ignition of a gas discharge across the electrode pairs is more difficult. This difficulty in ignition can be eliminated by an external ignition by means of an ignition electrode embedded in the insulator.

Vorzugsweise erstreckt sich die Zündelektrode auf den gesamten Abstand zwischen der Kathode und der Anode.Preferably, the ignition electrode extends to the entire distance between the cathode and the anode.

Bei externer Zündung wird eine Gleichspannung an die Elektroden der Lampe angelegt und eine Wechselspannung an die Zündelektrode.With external ignition, a DC voltage is applied to the electrodes of the lamp and an AC voltage to the ignition electrode.

Um unerwünschte Entladung in der Behandlungskammer zu vermeiden, wird die Transporteinrichtung, beispielsweise Transportrollen, aus elektrisch isolierendem Material gefertigt. Vorzugsweise bestehen die Transportrollen aus Quarzglas, welche mit Kordeln aus z. B. Silikatfasern oder Glasfasern zur Vermeidung von Schäden am Substrat umschlungen sind.To avoid unwanted discharge in the treatment chamber, the transport device, such as transport rollers, made of electrically insulating material. Preferably, the transport rollers made of quartz glass, which with cords of z. B. silicate fibers or glass fibers are wrapped around to avoid damage to the substrate.

Zum Erzeugen einer Lichtstrahlung wird vorzugsweise Xenon verwendet. Vorzugsweise liegt der Fülldruck des Xenons zwischen 50 mbar und 1000 mbar. Um eine hohe Lichtemission im UV-Bereich zu erzielen, liegt der Fülldruck bevorzugt bei 60 mbar. Bei diesem Druck ist ein Wärmetransport durch Konvektion noch ausreichend gut möglich.Xenon is preferably used to generate a light radiation. The filling pressure of the xenon is preferably between 50 mbar and 1000 mbar. In order to achieve a high light emission in the UV range, the filling pressure is preferably 60 mbar. At this pressure, convection heat transport is still possible.

Weiterhin weist die erfindungsgemäße Vorrichtung einen geschlossenen Gaskreislauf auf, der durch die Behandlungskammer verläuft. In diesem Gaskreislauf befindet sich die Gasführungseinrichtung.Furthermore, the device according to the invention has a closed gas circulation, which runs through the treatment chamber. In this gas cycle is the gas guide device.

Die Gasführungseinrichtung weist wenigstens eine Vakuumpumpe, Gasführungsrohre und einen Wärmetauscher auf, um einen effektiven Gasfluss durch die Behandlungskammer zu erreichen. Der Wärmetauscher kann das durch die Gasentladung erwärmte Inertgas auf eine optimale Temperatur abkühlen und damit eine effiziente und stabile Strahlung ermöglichen. Weiterhin kann die Gasführungseinrichtung eine Reinigungseinheit enthalten zur Entfernung von Partikeln oder gasförmigen Verunreinigungen. The gas guiding device has at least one vacuum pump, gas guide tubes and a heat exchanger in order to achieve an effective gas flow through the treatment chamber. The heat exchanger can cool the inert gas heated by the gas discharge to an optimum temperature and thus enable efficient and stable radiation. Furthermore, the gas guiding device may include a cleaning unit for removing particles or gaseous impurities.

Um kein Gas während des Ein- und Ausschleusens der Substrate zu verlieren, weist die Gasführungseinrichtung zusätzlich einen Gasvorratsbehälter auf.In order not to lose any gas during the feeding and discharging of the substrates, the gas guiding device additionally has a gas storage container.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum thermischen Behandeln von Substraten kann in einem System integriert werden, in dem dünne Funktionsschichten direkt nach der Abscheidung bei niedriger Temperatur gezielt temperiert werden. Das System kann auf verschiedene Weise konfiguriert werden. Beispielsweise wird ein sogenanntes in-line-System angewendet, das wenigstens eine Behandlungskammer zur Abscheidung (Beschichtungskammer) und eine Behandlungskammer zur thermischen Nachbehandlung (Temperkammer) umfasst. Die Funktionsschichten werden erst in der Beschichtungskammer auf die Substrate aufgebracht und anschließend in der Temperkammer thermisch behandelt. Alternativ können Abscheidungen und thermische Nachbehandlungen in einer einzigen Behandlungskammer erfolgen.The device according to the invention for the thermal treatment of substrates can be integrated in a system in which thin functional layers are specifically tempered directly after the deposition at low temperature. The system can be configured in several ways. For example, a so-called in-line system is used which comprises at least one deposition treatment chamber (coating chamber) and one thermal treatment treatment chamber (annealing chamber). The functional layers are first applied to the substrates in the coating chamber and then thermally treated in the annealing chamber. Alternatively, depositions and thermal aftertreatments can be done in a single treatment chamber.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum thermischen Behandeln von Substraten in einer Behandlungskammer umfasst folgende Schritte:

  • (a) Einschleusen der Substrate in die Behandlungskammer mittels einer Transporteinrichtung,
  • (b) Befüllen der Behandlungskammer mit einem Inertgas mittels einer Gasführungseinrichtung,
  • (c) Erwärmen der Substrate durch Absorption der Strahlung einer unmittelbar über der Oberfläche der Substrate angeordneten Strahlungseinrichtung, umfassend ein oder mehrere Elektrodenpaare, die jeweils aus einer Anode und einer Kathode bestehen und jeweils an eine Spannungsversorgung angeschlossen sind, wobei bei Anlegen einer Hochspannung zwischen der Anode und der Kathode eine Gasentladung erzeugt wird, die elektromagnetische Strahlung aussendet.
The method according to the invention for the thermal treatment of substrates in a treatment chamber comprises the following steps:
  • (a) introducing the substrates into the treatment chamber by means of a transport device,
  • (b) filling the treatment chamber with an inert gas by means of a gas guiding device,
  • (c) heating the substrates by absorbing the radiation of a radiation device located immediately above the surface of the substrates, comprising one or more pairs of electrodes, each consisting of an anode and a cathode and each connected to a power supply, wherein when applying a high voltage between the Anode and the cathode generates a gas discharge that emits electromagnetic radiation.

In einer Ausführungsform der Erfindung wird zwischen allen Elektrodenpaaren ein gleicher Strom gehalten und damit eine gleiche Strahlungsintensität erzeugt. Dabei muss jedes Elektrodenpaar mit einer unabhängigen Spannungsversorgung, beispielsweise einem Kondensator mit einer bestimmten Ladespannung, verbunden sein. In one embodiment of the invention, an equal current is maintained between all pairs of electrodes and thus generates an equal radiation intensity. Each pair of electrodes must be connected to an independent power supply, for example a capacitor with a specific charging voltage.

In einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird die Zündung der Gasentladung zwischen der Kathode und der Anode mittels einer Zündelektrode ausgeführt. Bei externer Zündung wird eine Gleichspannung an die Elektroden (Kathode, Anode) angelegt und eine Wechselspannung an die Zündelektrode.In another embodiment of the invention, the ignition of the gas discharge between the cathode and the anode is carried out by means of an ignition electrode. With external ignition, a DC voltage is applied to the electrodes (cathode, anode) and an AC voltage to the ignition electrode.

Zum Erzeugen einer Gasentladung wird die Behandlungskammer mit Xenon gefüllt, wobei der Fülldruck zwischen 50 mbar und 1000 mbar, bevorzugt 60 mbar, liegen kann.To generate a gas discharge, the treatment chamber is filled with xenon, wherein the filling pressure between 50 mbar and 1000 mbar, preferably 60 mbar, may be.

Bei Anlegen einer gepulsten Spannung zwischen der Kathode und der Anode wird eine gepulste Gasentladung erzeugt. Damit können die Substrate mit von der Gasentladung ausgesendeter elektromagnetischer Strahlung, bevorzugt kurzwelliger elektromagnetischer Strahlung, impulsartig bestrahlt werden. Upon application of a pulsed voltage between the cathode and the anode, a pulsed gas discharge is generated. Thus, the substrates can be irradiated in a pulsed manner with electromagnetic radiation emitted by the gas discharge, preferably short-wave electromagnetic radiation.

Die Substrate werden in die Behandlungskammer transportiert und danach wird die Behandlungskammer mit dem Inertgas gefüllt. Das Inertgas kann während der Behandlung in einem geschlossenen Gaskreislauf transportiert werden, wobei das Inertgas durch die Gasführungseinrichtung in die Behandlungskammer geführt und gekühlt wird. Nach der Behandlung werden die Substrate aus der Behandlungskammer ausgeschleust und das Inertgas über die Gasführungseinrichtung wieder in die Behandlungskammer befördert.The substrates are transported into the treatment chamber and then the treatment chamber is filled with the inert gas. The inert gas can during a treatment in a closed gas circulation are transported, wherein the inert gas is guided by the gas guide device into the treatment chamber and cooled. After the treatment, the substrates are discharged from the treatment chamber and the inert gas is conveyed back into the treatment chamber via the gas guiding device.

Um Eigenschaften der Funktionsschichten auf Substraten zu optimieren, werden die Substrate direkt nach Abscheidung der Funktionsschichten bei niedriger Temperatur mit dem erfindungsgemäßen Verfahren anschließend thermisch behandelt.In order to optimize properties of the functional layers on substrates, the substrates are subsequently thermally treated directly after deposition of the functional layers at low temperature using the method according to the invention.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels und einer zugehörigen Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt die zugehörige Zeichnungsfigur eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Systems zum Beschichten und zum anschließenden thermischen Behandeln von Substraten im Längsschnitt.The invention will be explained in more detail with reference to an embodiment and an accompanying drawing. The accompanying drawing figure shows a schematic representation of a system according to the invention for coating and subsequent thermal treatment of substrates in longitudinal section.

Ein sogenanntes in-line-System 1 zum Beschichten und zum anschließenden thermischen Nachbehandeln von Substraten 2 ist in 1 dargestellt. Das Substrat 2 wird durch eine Schleuse 31 durch gewöhnliche Transportrollen 41 in die Beschichtungskammer 11 befördert und anschließend die Beschichtungskammer 11 evakuiert. In der Beschichtungskammer 11 wird eine Funktionsschicht 21 auf das Substrat 2 aufgebracht. Die Abscheidung erfolgt typischerweise bei niedriger Temperatur, beispielsweise eine transparente leitfähige Oxidschicht mittels Sputtern bei einer Temperatur unterhalb von 180 °C. A so-called in-line system 1 for coating and subsequent thermal aftertreatment of substrates 2 is in 1 shown. The substrate 2 is through a lock 31 through ordinary transport wheels 41 in the coating chamber 11 transported and then the coating chamber 11 evacuated. In the coating chamber 11 becomes a functional layer 21 on the substrate 2 applied. Deposition is typically at low temperature, for example a transparent conductive oxide layer by sputtering at a temperature below 180 ° C.

Das Substrat 2 wird dann von der Beschichtungskammer 11 durch Transportrollen 42, bestehend aus Quarzglas, in die zuvor evakuierte Temperkammer 12 transportiert. In der Temperkammer 12 befinden sich Elektrodenpaare 5, die jeweils aus einer Kathode 51 und Anode 52 bestehen und jeweils mit einer unabhängigen Spannungsversorgung (nicht dargestellt) verbunden sind. Die Kathoden 51 und die Anoden 52 sind jeweils in einer Reihe auf gegenüberliegenden Seiten in die Kammerwand eingebracht. Die Temperkammer 12 kann beispielsweise aus Aluminium gebaut werden und mit einem elektrischen Isolator 6, beispielsweise Kacheln aus Quarzglas, ausgekleidet sein.The substrate 2 is then removed from the coating chamber 11 through transport rollers 42 , consisting of quartz glass, in the previously evacuated annealing chamber 12 transported. In the annealing chamber 12 there are electrode pairs 5 , each made up of a cathode 51 and anode 52 exist and each with an independent power supply (not shown) are connected. The cathodes 51 and the anodes 52 are each introduced in a row on opposite sides in the chamber wall. The annealing chamber 12 For example, it can be made of aluminum and with an electrical insulator 6 , For example, tiles made of quartz glass, be lined.

Die Temperkammer 12 wird mit Xenon mit einem Fülldruck zwischen 50 mbar und 1000 mbar befüllt. Um eine hohe Lichtemission im UV-Bereich zu erzielen liegt der Fülldruck bevorzugt bei 60 mbar. Bei Anlegen einer Hochspannung zwischen der Kathode 51 und der Anode 52 wird eine Gasentladung erzeugt, die Lichtstrahlung aussendet. Zur Aufnahme elektrischer Energie kann beispielsweise ein Kondensator verwendet werden, wobei der Kondensator potentialfrei sein soll. Die Energie kann beispielsweise einer transformierten und gleichgerichteten Wechselspannung entnommen werden, wobei die Ladung der Kondensatoren durch eine für jedes Elektrodenpaar separate Transformatorenwicklung auf der Sekundärseite und anschließende Gleichrichtung erfolgen kann.The annealing chamber 12 is filled with xenon with a filling pressure between 50 mbar and 1000 mbar. In order to achieve a high light emission in the UV range, the filling pressure is preferably 60 mbar. When a high voltage is applied between the cathode 51 and the anode 52 a gas discharge is generated which emits light radiation. For example, a capacitor can be used to absorb electrical energy, wherein the capacitor should be potential-free. The energy can be taken, for example, a transformed and rectified AC voltage, the charge of the capacitors can be done by a separate transformer for each electrode pair transformer winding on the secondary side and subsequent rectification.

Die Zündung der Gasentladung zwischen der Kathode 51 und der Anode 52 kann durch eine in den Isolator 6 eingebettete Zündelektrode 7, die sich auf die gesamte Länge zwischen der Kathode 51 und der Anode 52 erstreckt, erfolgen.The ignition of the gas discharge between the cathode 51 and the anode 52 can through one in the insulator 6 embedded ignition electrode 7 that extends to the entire length between the cathode 51 and the anode 52 extends, take place.

Nach dem Ende der Behandlung wird das Substrat 2 in die zuvor evakuierte Kammer 13 transportiert. Nach dem Schließen der Schleuse 33 zwischen Temperkammer 12 und Kammer 13 wird das Xenon durch eine Vakuumpumpe 81 für Xenon über einen Wärmetauscher 82 wieder in die Temperkammer 12 befördert.After the end of treatment, the substrate becomes 2 in the previously evacuated chamber 13 transported. After closing the lock 33 between annealing chamber 12 and chamber 13 The xenon is powered by a vacuum pump 81 for xenon via a heat exchanger 82 back to the annealing chamber 12 promoted.

Die Kammer 13 kann bei ausreichend hohem Fülldruck bereits als Wärmetauscher fungieren, sodass der Wärmetauscher 82 entfallen kann.The chamber 13 can already act as a heat exchanger at sufficiently high filling pressure, so that the heat exchanger 82 can be omitted.

Zum Ausschleusen des Substrats 2 wird die Kammer 13 belüftet. Für einen weiteren Prozesszyklus muss die Beschichtungskammer 11 wieder mit Hilfe einer Vakuumpumpe 9 evakuiert werden.For discharging the substrate 2 becomes the chamber 13 ventilated. For a further process cycle, the coating chamber 11 again with the help of a vacuum pump 9 be evacuated.

Alternativ können auch alle Prozessschritte (Abscheidungen, thermische Behandlungen) über die Temperkammer 12 allein erfolgen. Dabei ist ein Vorratsbehälter 83 für Xenon erforderlich, um kein Xenon zu verlieren.Alternatively, all process steps (deposits, thermal treatments) via the annealing chamber 12 done alone. This is a storage container 83 required for xenon so as not to lose xenon.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
System system
1111
Beschichtungskammer coating chamber
1212
Temperkammer annealing
1313
Kammer chamber
22
Substrat substratum
2121
Funktionsschicht functional layer
3131
Schleuse lock
3232
Schleuse lock
3333
Schleuse  lock
3434
Schleuse lock
4141
Transportrollen transport wheels
4242
Transportrollen transport wheels
55
Elektrodenpaar electrode pair
5151
Kathode cathode
5252
Anode anode
66
Isolator insulator
77
Zündelektrode ignition electrode
88th
Gasführungseinrichtung Gas guide device
8181
Vakuumpumpe vacuum pump
82 82
Wärmetauscher heat exchangers
8383
Vorratsbehälter reservoir
8484
Gasleitungen gas lines
99
Vakuumpumpe vacuum pump

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102006005025 A1 [0004] DE 102006005025 A1 [0004]
  • DE 10039383 A1 [0008] DE 10039383 A1 [0008]

Claims (20)

Vorrichtung zum thermischen Behandeln von Substraten (2) in einer Behandlungskammer (12), folgende Bauteile umfassend: (a) eine Transporteinrichtung (42) in der Behandlungskammer (12) zum Transport von Substraten (2), (b) eine Gasführungseinrichtung (8) zur Zufuhr und Abfuhr eines Inertgases, (c) eine Strahlungseinrichtung in der Behandlungskammer zum Bestrahlen der Substrate (2), wobei die Strahlungseinrichtung unmittelbar über der Oberfläche der Substrate (2) angeordnet ist, wobei die Strahlungseinrichtung ein oder mehrere Elektrodenpaare (5) umfasst, die jeweils aus einer Anode (52) und einer Kathode (51) bestehen und jeweils an eine Spannungsversorgung angeschlossen sind, wobei zwischen der Anode (52) und der Kathode (51) ein Entladungsraum liegt, in dem eine Gasentladung mit Aussendung von elektromagnetischer Strahlung erzeugbar ist. Device for the thermal treatment of substrates ( 2 ) in a treatment chamber ( 12 ), comprising the following components: (a) a transport device ( 42 ) in the treatment chamber ( 12 ) for transporting substrates ( 2 ), (b) a gas guiding device ( 8th for the supply and removal of an inert gas, (c) a radiation device in the treatment chamber for irradiating the substrates ( 2 ), wherein the radiation device immediately above the surface of the substrates ( 2 ), wherein the radiation device has one or more electrode pairs ( 5 ), each consisting of an anode ( 52 ) and a cathode ( 51 ) and each connected to a power supply, wherein between the anode ( 52 ) and the cathode ( 51 ) is a discharge space in which a gas discharge with emission of electromagnetic radiation can be generated. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kathoden (51) und die Anoden (52) auf den gegenüberliegenden Seitenwandungen der Behandlungskammer (12) jeweils in einer Reihe angeordnet sind.Device according to claim 1, characterized in that the cathodes ( 51 ) and the anodes ( 52 ) on the opposite side walls of the treatment chamber ( 12 ) are each arranged in a row. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammerwandung der Behandlungskammer (12) aus Strahlung reflektierendem Material, bevorzugt aus Aluminium, besteht.Device according to claim 1 or 2, characterized in that the chamber wall of the treatment chamber ( 12 ) of radiation-reflecting material, preferably of aluminum. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammerwandung auf der Innenseite mit einem elektrischen Isolator (6), bevorzugt bestehend aus Quarzglas, versehen ist.Apparatus according to claim 3, characterized in that the chamber wall on the inside with an electrical insulator ( 6 ), preferably consisting of quartz glass, is provided. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Zündelektrode (7) in den Isolator (6) eingebettet ist. Apparatus according to claim 4, characterized in that at least one ignition electrode ( 7 ) in the isolator ( 6 ) is embedded. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zündelektrode (7) sich auf den gesamten Abstand zwischen der Kathode (51) und der Anode (52) erstreckt.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the ignition electrode ( 7 ) to the total distance between the cathode ( 51 ) and the anode ( 52 ). Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungseinrichtung (8) impulsartig elektromagnetische Strahlung aussendet.Apparatus according to claim 1, characterized in that the radiation device ( 8th ) emits electromagnetic radiation impulsively. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Transporteinrichtung (42) aus elektrisch isolierendem Material, bevorzugt aus Quarzglas, besteht.Apparatus according to claim 1, characterized in that the transport device ( 42 ) made of electrically insulating material, preferably of quartz glass. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Inertgas Xenon ist und dessen Fülldruck zwischen 50 mbar und 1000 mbar, bevorzugt 60 mbar, liegt. Apparatus according to claim 1, characterized in that the inert gas is xenon and its filling pressure between 50 mbar and 1000 mbar, preferably 60 mbar, is located. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen geschlossenen Gaskreislauf aufweist, der durch die Behandlungskammer (12) verläuft, wobei die Gasführungseinrichtung (8) einen Teil des Gaskreislaufs bildet. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the device comprises a closed gas circulation passing through the treatment chamber ( 12 ), wherein the gas guiding device ( 8th ) forms part of the gas cycle. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasführungseinrichtung (8) wenigstens eine Vakuumpumpe (81), Gasführungsrohre (84), und einen Wärmetauscher (82) aufweist.Apparatus according to claim 1 or 10, characterized in that the gas guiding device ( 8th ) at least one vacuum pump ( 81 ), Gas guide tubes ( 84 ), and a heat exchanger ( 82 ) having. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasführungseinrichtung (8) einen Gasvorratsbehälter (83) aufweist.Apparatus according to claim 1 or 10, characterized in that the gas guiding device ( 8th ) a gas storage tank ( 83 ) having. System (1) zum Herstellen und zum anschließenden thermischen Behandeln beschichteter Substrate (2), umfassend eine Vorrichtung zum Abscheiden dünner Funktionsschichten (21) auf Substraten (2) bei niedriger Temperatur und eine Vorrichtung zum thermischen Behandeln von Substraten (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 12.System ( 1 ) for producing and subsequently thermally treating coated substrates ( 2 ), comprising a device for depositing thin functional layers ( 21 ) on substrates ( 2 ) at low temperature and a device for the thermal treatment of substrates ( 2 ) according to one of claims 1 to 12. Verfahren zum thermischen Behandeln von Substraten (2) in einer Behandlungskammer (12), folgende Schritte umfassend: (a) Einschleusen der Substrate (2) in die Behandlungskammer (12) mittels einer Transporteinrichtung (42), (b) Befüllen der Behandlungskammer (12) mit einem Inertgas mittels einer Gasführungseinrichtung (8), (c) Erwärmen der Substrate (2) durch Absorption der Strahlung einer unmittelbar über der Oberfläche der Substrate (2) angeordneten Strahlungseinrichtung, umfassend ein oder mehrere Elektrodenpaare (5), die jeweils aus einer Anode (52) und einer Kathode (51) bestehen und jeweils an eine Spannungsversorgung angeschlossen sind, wobei bei Anlegen einer Hochspannung zwischen der Anode (52) und der Kathode (51) eine Gasentladung erzeugt wird, die elektromagnetische Strahlung aussendet.Process for the thermal treatment of substrates ( 2 ) in a treatment chamber ( 12 ), comprising the following steps: (a) introduction of the substrates ( 2 ) into the treatment chamber ( 12 ) by means of a transport device ( 42 ), (b) filling the treatment chamber ( 12 ) with an inert gas by means of a gas guiding device ( 8th ), (c) heating the substrates ( 2 ) by absorption of radiation just above the surface of the substrates ( 2 ) arranged radiation device, comprising one or more pairs of electrodes ( 5 ), each consisting of an anode ( 52 ) and a cathode ( 51 ) and each connected to a power supply, wherein when a high voltage between the anode ( 52 ) and the cathode ( 51 ) generates a gas discharge that emits electromagnetic radiation. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen allen Elektrodenpaaren (5) ein gleicher Strom gehalten wird, sodass eine gleiche Strahlungsintensität erzeugt wird.Method according to claim 14, characterized in that between all electrode pairs ( 5 ) is maintained a same current, so that an equal radiation intensity is generated. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Zündung der Gasentladung zwischen der Kathode (51) und der Anode (52) mittels einer Zündelektrode (7) ausgeführt wird.A method according to claim 14 or 15, characterized in that the ignition of the gas discharge between the cathode ( 51 ) and the anode ( 52 ) by means of an ignition electrode ( 7 ) is performed. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Behandlungskammer (12) mit Xenon mit einem Fülldruck zwischen 50 mbar und 1000 mbar, bevorzugt 60 mbar, befüllt wird.A method according to claim 14, characterized in that the treatment chamber ( 12 ) with xenon with a filling pressure between 50 mbar and 1000 mbar, preferably 60 mbar, is filled. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Substrate (2) mit elektromagnetischer Strahlung impulsartig bestrahlt werden.Process according to claim 14, characterized in that the substrates ( 2 ) are pulsed with electromagnetic radiation. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Inertgas in einem geschlossenen Gaskreislauf transportiert wird, wobei das Inertgas durch die Gasführungseinrichtung (8) in die Behandlungskammer (12) geführt und gekühlt wird.A method according to claim 14, characterized in that the inert gas is transported in a closed gas cycle, wherein the inert gas by the gas guiding device ( 8th ) into the treatment chamber ( 12 ) is guided and cooled. Verfahren zum Herstellen und zum anschließenden thermischen Behandeln beschichteter Substrate (2), umfassend ein Verfahren zum Abscheiden dünner Funktionsschichten (21) auf Substraten (2) bei niedriger Temperatur und ein Verfahren zum thermischen Behandeln von Substraten (2) nach einem der Ansprüche 14 bis 19.Process for the preparation and subsequent thermal treatment of coated substrates ( 2 ), comprising a method for depositing thin functional layers ( 21 ) on substrates ( 2 ) at a low temperature and a method for the thermal treatment of substrates ( 2 ) according to one of claims 14 to 19.
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