ES2858203T3 - Caja de proceso, disposición y método para procesar un sustrato revestido - Google Patents
Caja de proceso, disposición y método para procesar un sustrato revestido Download PDFInfo
- Publication number
- ES2858203T3 ES2858203T3 ES13735262T ES13735262T ES2858203T3 ES 2858203 T3 ES2858203 T3 ES 2858203T3 ES 13735262 T ES13735262 T ES 13735262T ES 13735262 T ES13735262 T ES 13735262T ES 2858203 T3 ES2858203 T3 ES 2858203T3
- Authority
- ES
- Spain
- Prior art keywords
- partition
- heat treatment
- casing
- process box
- cavity
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
- B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
- B05D1/00—Processes for applying liquids or other fluent materials
- B05D1/60—Deposition of organic layers from vapour phase
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
- H01L21/673—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere using specially adapted carriers or holders; Fixing the workpieces on such carriers or holders
- H01L21/6735—Closed carriers
- H01L21/67353—Closed carriers specially adapted for a single substrate
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
- B05C—APPARATUS FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
- B05C5/00—Apparatus in which liquid or other fluent material is projected, poured or allowed to flow on to the surface of the work
- B05C5/001—Apparatus in which liquid or other fluent material is projected, poured or allowed to flow on to the surface of the work incorporating means for heating or cooling the liquid or other fluent material
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
- H01L21/673—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere using specially adapted carriers or holders; Fixing the workpieces on such carriers or holders
- H01L21/6735—Closed carriers
- H01L21/67389—Closed carriers characterised by atmosphere control
- H01L21/67393—Closed carriers characterised by atmosphere control characterised by the presence of atmosphere modifying elements inside or attached to the closed carrierl
Abstract
Caja de proceso (1) para procesar un sustrato revestido (2), que comprende las características siguientes: - una carcasa (3) que puede cerrarse de manera hermética a gas y que delimita una cavidad (11), - la carcasa (3) presenta al menos una sección de carcasa (7, 9; 28) acoplable con un equipo de refrigeración (14) destinado a refrigerarla, - la carcasa (3) comprende al menos una segunda sección de carcasa (5, 6; 27, 29) que está construida de modo que el sustrato (2) pueda ser tratado térmicamente por medio de una radiación de calentamiento electromagnética incidente, cumpliéndose que la al menos una segunda sección de carcasa (5, 6; 27, 29) es diferente de la al menos una primera sección de carcasa (7, 9; 28), - la carcasa (3) está provista de al menos un conducto de paso de gas cerradizo (16) que desemboca en la cavidad (11) y está destinado a vacuizar la cavidad (11) y a introducir gas de proceso en ella, - la cavidad (11) está subdividida por al menos un tabique (20) en un espacio de proceso (21) para recibir el sustrato (2) y un espacio intermedio (22), disponiendo el tabique (20) de una o más aberturas (23, 24, 37), caracterizada por que el tabique está dispuesto entre el sustrato (2) y la primera sección de carcasa (7, 9; 28) acoplable con el equipo de refrigeración (14), estando construido el tabique (20) de modo que, durante el tratamiento térmico, una pérdida de masa, desde el espacio de proceso (21), de una materia gaseosa generada por el tratamiento térmico del sustrato revestido (2) sea de menos de 50%, preferiblemente menos de 20% y más preferiblemente menos de 10%, estando construido el tabique (20) de modo que una relación de superficies, formada por una superficie de abertura total (25) de las una o más aberturas (23, 24, 37) dividida por un superficie interior (26) del espacio de proceso (21), esté en el intervalo 5 x 10-5 a 5 x 10-4.
Description
DESCRIPCIÓN
Caja de proceso, disposición y método para procesar un sustrato revestido
La invención se refiere a una caja de proceso, una disposición y un método para procesar un sustrato revestido. Se refiere especialmente al procesamiento de un sustrato que está revestido con capas precursoras para fabricar un absorbedor constituido por un semiconductor compuesto para células solares de capa delgada.
Los sistemas estratificados fotovoltaicos para transformar directamente la luz solar en energía eléctrica son suficientemente conocidos. Éstos se denominan comúnmente “células solares”, refiriéndose el término “células solares de capa delgada” a sistemas estratificados con pequeños espesores de solo unos pocos micrómetros que necesitan sustratos para lograr una resistencia mecánica suficiente. Los sustratos conocidos comprenden vidrio inorgánico, plásticos (polímeros) o metales, especialmente aleaciones metálicas, y, en función del respectivo espesor de capa y las propiedades específicas del material, pueden estar configurados como placas rígidas o láminas flexibles.
Respecto de la capacidad de manipulación tecnológica y del rendimiento, se han manifestado como ventajosas las células solares de capa delgada con absorbedores de semiconductores compuestos. En la bibliografía de patentes se han descrito ya múltiples veces células solares de capa delgada. Únicamente a modo de ejemplo cabe remitirse a este respecto a los documentos DE 4324318 C1 y EP 2200097 A1.
En las células solares de capa delgada se utilizan predominantemente como absorbedores unos semiconductores compuestos constituidos por compuestos de calcopirita, especialmente cobre-indio/galio-diazufre/diseleniuro, abreviado por la fórmula Cu(In,Ga)(S,Se)2 , o compuestos de kesterita, especialmente cobre-cinc/estañodiazufre/diseleniuro, abreviado por la fórmula Cu2(Zn,Sn)(S,Se)4. Entre las diferentes posibilidades para fabricar el semiconductor compuesto se han impuesto sustancialmente dos métodos en los últimos años. Éstos son la coevaporación de los elementos individuales sobre un sustrato caliente y la aplicación sucesiva de los elementos en capas individuales (capas predecesoras o precursoras) sobre un sustrato frío, por ejemplo por pulverización catódica, en combinación con un tratamiento térmico rápido (RTP = Rapid Thermal Processing), en el que tiene lugar la formación de cristales propiamente dicha y la transformación de fase de las capas precursoras para obtener el semiconductor compuesto. La actuación de dos etapas últimamente citada se ha descrito minuciosamente, por ejemplo, en J. Palm et al., “CIS module pilot processing applying concurrent rapid selenization and sulfurization of large área thin film precursors”, Thin Solid Films 431-432, páginas 414-522 (2003).
En la fabricación a escala industrial de módulos solares de capa delgada el procesamiento térmico RTP de capas precursoras se efectúa en instalaciones en línea en las que los sustratos revestidos se alimentan sucesivamente a diferentes cámaras de proceso. Un método de esta clase es conocido, por ejemplo, por el documento EP 0662247 B1.
El tratamiento térmico RTP de capas precursoras es un proceso complejo que requiere tasas de calentamiento rápido en el rango de algunos K/s, una distribución de temperatura homogénea sobre el sustrato (lateralmente) y a través del espesor del sustrato, temperaturas máximas superiores a 500°C y un control exacto de la atmósfera del proceso. En particular, en la producción de un compuesto de calcopirita hay que garantizar una presión parcial suficientemente alta, controlable y reproducible de los elementos calcógenos (Se y/o S) fácilmente volátiles, aplicados, por ejemplo, sobre el sustrato, y una alimentación controlada de gas de proceso (por ejemplo, H2 , N2 , Ar, H2S, H2Se, S gaseoso, Se gaseoso). Por ejemplo, una selenización en línea de una pila de capas precursoras metálicas de CuInGa requiere una cantidad suficiente de Se para lograr una selenización completa. Una clara perdida de Se conduce a una transformación incompleta de las capas precursoras en el compuesto de calcopirita e incluso una débil pérdida de Se da como resultado una merma de potencia del módulo solar de capa delgada terminado.
Es conocido el recurso de limitar el espacio de proceso alrededor del sustrato revestido por medio de una caja de proceso. La caja de proceso permite que la presión parcial de componentes calcógenos fácilmente volátiles, como selenio o azufre, se mantenga al menos muy ampliamente constante durante el tratamiento térmico. Además, se reduce la exposición de la cámara de proceso a gases corrosivos. Una caja de proceso de esta clase es conocida, por ejemplo, por el documento DE 102008022784 A1.
En las instalaciones en línea utilizadas para la fabricación a escala industrial de módulos solares de capa delgada los sustratos revestidos o las cajas de proceso cargadas con ellos recorren en funcionamiento indexado las diferentes cámaras de proceso en las que éstos se transportan intermitentemente hacia la respectiva cámara de proceso siguiente. Las cámaras de proceso están construidas en general como cámaras cerradizas de manera hermética a gas (vacuizables), ya que todo el trayecto del proceso tiene que ser vaciado por bombeado o vacuizado para retirar oxígeno y agua. Aun cuando se efectúe un procesamiento de los sustratos de manera habitual a presión normal (o con una pequeña depresión por motivos de seguridad), es necesaria una hermeticidad a gas de las cámaras de proceso para evitar la infusión de oxígeno y agua en el trayecto del proceso y la salida de gases tóxicos. Únicamente se bombea y vacía cíclicamente una esclusa de entrada y salida.
En general, la construcción de las cámaras de proceso es compleja y técnicamente exigente, ya que la necesaria hermeticidad a vacío impone muy altos requisitos a los materiales y componentes de instalación empleados, como conducto de paso de vacío, especialmente conductos de paso giratorios, válvulas, rodillos de transporte, estaciones de atraque de gas, placas de refrigeración y compuertas de vacío. Por este motivo, los costes de inversión para este paso de proceso suponen una proporción no despreciable de la totalidad de los costes de inversión de una fábrica solar. Además, se ha visto en la práctica que los componentes técnicamente complicados y relativamente caros que están diseñados para producir una hermeticidad al vacío de las cámaras de proceso están expuestos a un desgaste manifiestamente elevado por efecto del transporte de los sustratos revestidos o las cajas de proceso, el calentamiento a altas temperaturas máximas de más de 500°C y la corrosiva atmósfera del proceso, pudiendo dejar de ser herméticos. En caso de un fallo, se interrumpe la cadena de producción completa debido a los trabajos de mantenimiento necesarios.
La solicitud de patente US No. 2005/0238476 A1 muestra un dispositivo para transportar un sustrato en una atmósfera controlada con una carcasa que comprende un espacio de sustrato vacuizable para el sustrato y un espacio anexo. El espacio de sustrato y el espacio anexo están separados uno de otro por un tabique con nanoporos, formando el tabique una microbomba basada en el principio de Knudsen (termoósmosis). El espacio de sustrato presenta una placa de refrigeración (placa de descontaminación), no estando dispuesto el tabique entre el sustrato y la placa de refrigeración. Por el contrario, la placa de refrigeración está dispuesta siempre en una posición opuesta al sustrato. Además, el espacio anexo está térmicamente desacoplado, por el tabique calentable, de la sección de carcasa o espacio de sustrato refrigerado por la placa de refrigeración. Para el mecanismo de bombeo es necesario un sistema de calentamiento.
Frente a esto, el problema de la presente invención radica en crear una posibilidad de que se puedan someter sustratos revestidos a un tratamiento térmico en una instalación sensiblemente más sencilla en el aspecto técnico y más barata. Este y otros problemas se resuelven según la propuesta de la invención por medio de una caja de proceso, una disposición y un método para procesar un sustrato revestido según las reivindicaciones parejas independientes. Formas de realización preferidas de la invención se deprenden de las características de las reivindicaciones subordinadas.
Según la invención, se muestra una caja de proceso para procesar un sustrato revestido que puede utilizarse discrecionalmente como caja de proceso transportable o estacionaria.
En el sentido de la invención, la expresión “sustrato” se refiere a un cuerpo plano que dispone de dos superficies mutuamente opuestas, estando aplicada de una manera típica sobre una de las dos superficies una estructura estratificada que contiene una pluralidad de capas. La otra superficie del sustrato está en general sin revestir. Por ejemplo, se trata de un sustrato revestido con capas precursoras o predecesoras de un semiconductor compuesto (por ejemplo un compuesto de calcopirita o de kesterita) para fabricar un módulo solar de capa delgada que tiene que someterse a un tratamiento térmico RTP.
La caja de proceso según la invención comprende una carcasa mediante la cual está formada o delimitada una cavidad cerradiza de manera hermética a gas (vacuizable). La altura interna de la cavidad está dimensionada preferiblemente de modo que en el más corto tiempo posible se puedan bombear y evacuar gases y se puedan satisfacer los altos requisitos referentes a contenido de oxígeno y presión parcial de agua durante un tratamiento térmico RTP. La carcasa puede, en principio, estar fabricada a base de cualquier material adecuado para el uso pretendido, por ejemplo metal, vidrio, cerámica, vitrocerámica, materiales carbonosos reforzados con fibras de carbono o grafito.
Es esencial este caso que la carcasa de la caja de proceso presente una o más secciones de carcasa que estén concebidas cada una de ellas para posibilitar un tratamiento térmico por efecto de una radiación de calentamiento electromagnética incidente sobre la sección de carcasa. Las secciones de carcasa que sirven para el tratamiento térmico pueden ser con este fin transparentes, parcialmente transparentes u opacas para la radiación de calentamiento electromagnética destinada a procesar el sustrato. Por ejemplo, las secciones de carcasa que sirven para el tratamiento térmico consisten en vitrocerámica. Las secciones de carcasa que sirven para el tratamiento térmico pueden contener especialmente también un material (por ejemplo grafito) o consistir en un material de esta clase que sea adecuado para absorber al menos en parte, especialmente por completo, la radiación de calentamiento electromagnética de radiadores de calentamiento a fin de que ellas mismas sean calentadas. La sección de carcasa calentada puede servir entonces de fuente de calor secundaria para calentar el sustrato, lo que puede conducir especialmente a una homogeneización de la distribución del calor.
La carcasa de la caja de proceso comprende también una o más (primeras) secciones de carcasa atemperables o activamente refrigerables cuya temperatura pueda ajustarse a un valor de temperatura prefijable. A este fin, las secciones de carcasa pueden acoplarse o estar acopladas termotécnicamente cada una de ellas con un equipo de atemperado o refrigeración (externo). Las primeras secciones de carcasa están conectadas o pueden conectarse (flúidicamente), por ejemplo, al equipo de refrigeración y, por tanto, poder ser refrigeradas, mientras que las segundas secciones de carcasa no están conectadas al equipo de refrigeración y, por tanto, no pueden ser
refrigeradas. Asimismo, la carcasa comprende una o más (segundas) secciones de carcasa no atemperables o refrigerables, es decir, no acoplables ni acopladas con el equipo de atemperado o refrigeración, las cuales consisten en las secciones de carcasa que posibilitan un tratamiento térmico por efecto de una radiación de calentamiento electromagnética incidente sobre la sección de carcasa, es decir que está situadas en el campo de radiación de los radiadores de calentamiento. Las primeras secciones de carcasa son diferentes de las segundas secciones de carcasa.
Las (primeras) secciones de carcasa atemperables o refrigerables se pueden refrigerar activamente con respecto a la temperatura del sustrato y de las secciones de carcasa que posibilitan un tratamiento térmico por efecto de una radiación de calentamiento electromagnética incidente y están situadas en el campo de radiación de los radiadores de calentamiento. Las secciones de carcasa atemperables o refrigerables de la caja de proceso pueden atemperarse o refrigerarse activamente antes, durante y/o después de un tratamiento térmico del sustrato revestido. Tal como se emplea aquí y en lo que sigue, la expresión “refrigerable” se refiere a un atemperado (refrigeración) de la sección de carcasa a una temperatura que sea más baja que la temperatura del sustrato durante el tratamiento térmico o de las secciones de carcasa que posibiliten un tratamiento térmico por efecto de una radiación de calentamiento electromagnética incidente y estén situadas en el campo de radiación de los radiadores de calentamiento. Por ejemplo, se atempera la sección de carcasa a una temperatura comprendida dentro del intervalo de 20°C a 200°C. Gracias a este atemperado (refrigeración) las juntas de plástico (elastómeros, fluorelastómeros) habituales en la técnica del vacío y otros componentes estándar relativamente baratos se pueden emplear para sellar al vacío la caja de proceso, las cuales no aguantan permanentemente temperaturas de más de 200°C.
Asimismo, la carcasa de la caja de proceso comprende al menos un conducto de paso de gas cerradizo (por ejemplo con una válvula), que desemboca en la cavidad, para vacuizar la cavidad e introducir gas de proceso en la carcasa. A este fin, el conducto de paso de gas puede desembocar especialmente en el espacio intermedio. El gas de proceso puede contener, por ejemplo, gases reactivos como H2S, HbSe, vapor de S, vapor de Se o H2 , y también gases inertes como N2 , He o Ar.
En la caja de proceso según la invención la cavidad formada por la carcasa está subdividida por al menos un tabique en un espacio de proceso para recibir el sustrato revestido y un espacio intermedio, estando dispuesto el tabique entre el sustrato revestido y la (primera) sección de carcasa activamente refrigerada, es decir, acoplable o acoplada con el equipo de refrigeración. El espacio de proceso está delimitado exclusivamente por el al menos un tabique y una o más (segundas) secciones de carcasa no atemperables, es decir, no acopladas con el equipo de refrigeración. Es esencial que el tabique sirva de barrera de difusión (barrera de vapor) para realizar un intercambio de gas entre el espacio de proceso y el espacio intermedio durante el tratamiento térmico, pero posibilite al menos temporalmente, antes y después del tratamiento térmico, un intercambio de gas entre el espacio de proceso y el espacio intermedio de modo que sean posibles un bombeo de evacuación de materias gaseosas desde el espacio de proceso y un llenado con gas de proceso a través del tabique. A este fin, el tabique dispone de una o más aberturas o perforaciones a través de las cuales se unen reotécnicamente uno con otro el espacio de proceso y el espacio intermedio. En general, las aberturas pueden presentar cualquier forma deseada, por ejemplo una forma de hendidura o de agujero redondo, y también pueden estar dispuestas en los bordes.
En una ejecución ventajosa el tabique no llega hasta una pared de carcasa y así queda una abertura, especialmente una rendija, entre el tabique y la pared de carcasa.
En particular, el tabique puede consistir en un material poroso o un material provisto de tubos (tubos rectos, oblicuos o acodados) o puede comprender una material de esta clase.
A modo de ejemplo, pero no forzosamente, la dimensión más pequeña, por ejemplo un radio o un diámetro, de una respectiva abertura del tabique puede ser mayor que la longitud media de recorrido libre de las partículas de gas en el espacio de proceso.
En general, se forma por el tabique un espacio de proceso para procesar el sustrato revestido que está separado del espacio intermedio por el tabique de una manera casi hermética a gas. A diferencia de un espacio de proceso abierto, que permite un intercambio de gas libre entre el espacio de proceso y el entorno exterior, y de un espacio de proceso hermético a gas, en el que está completamente suprimido ese intercambio de gas entre el espacio de proceso y el entorno exterior, el intercambio de gas entre el espacio de proceso y el espacio intermedio está inhibido por el tabique. Esta barrera de vapor se basa en la dependencia de la longitud de recorrido libre respecto de la presión: a una presión casi normal (700-1000 mbar) la difusión está inhibida por las aberturas relativamente pequeñas. Por el contrario, si se bombea y vacía el espacio intermedio a presiones en el rango del prevacío (10 1000 pbar), se incremente fuertemente la longitud de recorrido libre y el tabique representa aún solamente una débil barrera de difusión para el intercambio de gas. El espacio de proceso puede bombearse y vaciarse a través del tabique y, después del bombeo de vaciado, penetra también gas de proceso en el espacio de proceso a través de la entrada a la caja de proceso. En particular, mediante el tabique casi hermético a gas se puede mantener constante,
al menos en muy amplio grado, la presión parcial de componentes calcógenos fácilmente volátiles, como selenio o azufre, durante el tratamiento térmico en el espacio de proceso.
En general, la caja de proceso según la invención está construida de modo que pueda abrirse o cerrarse para cargarla con un sustrato revestido y para retirar el sustrato procesado o bien pueda ensamblarse y desarmarse de nuevo (sin destrucción).
Gracias a la caja de proceso según la invención se pueden conseguir varias ventajas. Así, gracias a la construcción hermética a gas de la cavidad con al menos un conducto de paso de gas cerradizo, que desemboca en la cavidad, son posibles una vacuización del espacio de proceso, especialmente para bombear y evacuar gases de proceso corrosivos y reducir el contenido de oxígeno y la presión parcial del agua, así como un barrido con gas inerte y un llenado con gas de proceso. Por tanto, no es necesario construir esclusas y estaciones de proceso herméticas a gas o vacuizables para el tratamiento térmico de los sustratos, con lo que se puede simplificar fuertemente la instalación en el aspecto técnico y se pueden reducir considerablemente los costes para su fabricación y mantenimiento. Dado que están presentes gases de proceso corrosivos exclusivamente en la cavidad de la caja de proceso, se puede evitar un elevado desgaste de componentes de la instalación como rodillos de transporte para transportar la caja de proceso o radiadores de calentamiento para el tratamiento térmico del sustrato revestido. Además, se puede prescindir ventajosamente de partes movidas en la zona apta para vacío (caja de proceso) de la instalación. Se puede conseguir rápida y eficientemente una vacuización de la cavidad de la caja de proceso. Esto rige igualmente para un llenado con gas de proceso, pudiendo utilizarse el gas de proceso en una cantidad mínima y con eficiencia de coste. El atemperado (refrigeración activa) de al menos una sección de carcasa de la caja de proceso posibilita una reducción del desgaste de especialmente componentes aptos para vacío de la caja de proceso durante el tratamiento térmico y eventualmente un reforzamiento de la refrigeración activa del sustrato revestido después del tratamiento térmico. Gracias al tabique actuante de barrera de difusión o de vapor se puede impedir una condensación de componentes volátiles producidos durante el tratamiento térmico, tal como los elementos calcógenos azufre y selenio, sobre la sección de carcasa atemperada (activamente refrigerada) para minimizar así la pérdida de componentes volátiles en la atmósfera del proceso y mantener al menos muy ampliamente constante la presión parcial de los mismos en la atmósfera del proceso. Por tanto, se puede minimizar el consumo de elementos calcógenos volátiles y se puede mejorar la calidad de los semiconductores compuestos fabricados. Además, gracias al tabique se puede reducir aún más el espacio de proceso con respecto a la cavidad de la caja de proceso. Gracias a la caja de proceso hermética a gas el sustrato introducido en la caja de proceso está bien protegido frente a influencias climatológicas. En una instalación de producción la caja de proceso cargada puede transportarse entre diversas estaciones de proceso sin que el sustrato revestido tenga que retirarse de la caja de proceso. La caja de proceso puede cargarse facultativamente con uno o más sustratos revestidos, pudiendo preferirse una carga con varios sustratos para aumentar el rendimiento.
Como ya se ha explicado, gracias al tabique se consigue una subdivisión casi hermética a gas de la cavidad en un espacio de proceso y un espacio intermedio, a cuyo fin el tabique está provisto de una o más aberturas. Según la invención, el tabique está construido de modo que, durante el tratamiento térmico, una pérdida de masa, desde el espacio de proceso, de una materia gaseosa generada por el tratamiento térmico del sustrato revestido sea de menos de 50%, preferiblemente de menos de 20% y más preferiblemente de menos de 10% de la masa de la materia gaseosa generada durante el tratamiento térmico. Según la invención, el tabique está construido con este fin de modo que una relación de superficies, formada por una superficie de abertura (total) de las una o más aberturas dividida por una superficie interior (cara interna) del espacio de proceso esté en el intervalo de 5 x 10-5 a 5 x 10-4. Se consigue así de manera ventajosa que la superficie de abertura (total) de las una o más aberturas del tabique sea, por un lado, suficientemente grande para posibilitar una progresiva vacuización del espacio de proceso y un llenado con gas de proceso y, por otro lado, sea suficientemente pequeña de modo que el tabique sirva de eficaz barrera de vapor o de difusión para componentes volátiles generado durante el tratamiento térmico en el espacio de proceso.
En una ejecución especialmente ventajosa de la caja de proceso el tabique contiene o consiste en un material que tiene un coeficiente de dilatación térmica tal que una superficie de abertura (total) de las una o más aberturas se reduzca por efecto del calentamiento del tabique durante el tratamiento térmico a un máximo de 50%, preferiblemente un máximo de 30% y más preferiblemente un máximo de 10% del valor de partida (superficie de abertura total antes del tratamiento térmico). Ventajosamente, el tabique contiene o consiste con este fin en un material con un coeficiente de dilatación térmica de más de 5 x 10-6 K-1. De esta manera, se crea un tabique de temperatura controlada en el que, por un lado, en el estado más frío se consiguen por efecto de una mayor superficie de abertura (total) un bombeo de vaciado especialmente eficiente del espacio de proceso y un llenado del espacio de proceso con gas de proceso, y, por otro lado, en el estado más caliente durante el proceso de tratamiento se consigue por efecto de una menor superficie de abertura (total) una inhibición especialmente eficaz de la difusión de materias gaseosa generadas durante el tratamiento térmico desde el espacio de proceso hasta el espacio intermedio. En particular, el tabique puede estar construido de modo que, durante el tratamiento térmico, la superficie de abertura (total) se reduzca al menos aproximadamente a cero para que se suprima prácticamente por completo un intercambio de gas entre el espacio de proceso y el espacio intermedio durante el tratamiento térmico.
En una ejecución ventajosa de la caja de proceso según la invención la carcasa de la caja de proceso comprende un fondo, una tapa y un chasis que une el fondo y la tapa uno con otra. El fondo y la tapa están construidos ambos
como placas, consistiendo el fondo y/o la tapa en un material (por ejemplo vitrocerámica) tal que el sustrato revestido pueda tratarse térmicamente por la energía radiante de una radiación de calentamiento alimentada al lado inferior del fondo y/o al lado superior de la tapa. La sección de carcasa atemperable (activamente refrigerable) está formada por al menos una sección de chasis. Asimismo, el chasis puede estar provisto del al menos un conducto de paso de gas cerradizo, que desemboca en la cavidad, y de al menos una acometida de gas para vacuizar la cavidad y proveer deliberadamente el espacio de proceso con una atmósfera de gas determinada durante determinados pasos del proceso.
En el estado montado de la caja de proceso la cavidad es de una construcción hermética a gas, pudiendo estar formada, por ejemplo, la tapa como retirable del chasis para que, de una manera sencilla, se pueda cargar el espacio de proceso con un sustrato revestido o bien se pueda descargar el sustrato procesado. En una ejecución especialmente ventajosa de la caja de proceso el chasis comprende una primera parte de chasis fijamente unida con el fondo y una segunda parte de chasis fijamente unida con la tapa, pudiendo ensamblarse las dos partes de chasis una con otra de manera hermética a gas para conformar la cavidad.
En una ejecución alternativa a ésta la caja de proceso comprende una carcasa con una sección de carcasa monopieza dotada de una abertura de carcasa que puede cerrarse, por ejemplo, lateralmente de manera hermética a gas por medio de una parte de cierre preferiblemente atemperable (activamente refrigerable). El tabique es, por ejemplo, preferiblemente paralelo a la parte de cierre.
En otra ejecución ventajosa de la invención la sección de carcasa acoplable con un equipo de refrigeración presenta un conducto de paso de gas cerradizo (por ejemplo por una válvula) que desemboca en el espacio intermedio y está destinado a extraer/alimentar al menos una materia gaseosa (por ejemplo vacuizar e introducir gas de proceso), Ese conducto de paso de gas está provisto, por ejemplo, de una acometida de gas, especialmente una válvula para controlar la corriente de gas. Gracias a la refrigeración de la sección de carcasa se pueden emplear juntas de plástico habituales en la técnica del vacío y otros componentes estándar relativamente baratos para sellar el vacío del dispositivo. En particular, la sección de carcasa refrigerada con un conducto de paso de gas consiste en la parte de cierre para cerrar la abertura de carcasa.
La invención se extiende también a una disposición para procesar un sustrato revestido que comprende una caja de proceso construida como se ha descrito anteriormente, uno o más radiadores de calentamiento para generar una radiación de calentamiento electromagnética, que están dispuestos al lado de la al menos un sección de carcasa de la caja de proceso que sirve para el tratamiento térmico, y al menos un equipo de atemperado o refrigeración que está termotécnicamente acoplado con la al menos una sección de carcasa atemperable (activamente refrigerable) para su atemperado (refrigeración activa).
En la disposición anterior los radiadores de calentamiento están dispuestos de manera especialmente ventajosa de tal forma que el espacio intermedio se encuentre al menos en parte, especialmente por completo, fuera de un campo de radiación común de los radiadores de calentamiento. Gracias a esta medida se puede conseguir que se ajuste un gradiente de temperatura (barrera de temperatura) entre el tabique y la sección de carcasa atemperada (activamente refrigerada) de la caja de proceso. Preferiblemente, el gradiente de temperatura es tal que se alcance en el tabique una temperatura de proceso preajustada para tratar térmicamente el sustrato revestido. Los radiadores de calentamiento pueden estar dispuestos con este fin, por ejemplo, exclusivamente por encima y/o por debajo del espacio de proceso.
Además, la invención se extiende a un método para procesar un sustrato revestido en una caja de proceso transportable o estacionaria que está construida como se ha descrito anteriormente. El método comprende los pasos siguientes:
- introducir el sustrato revestido en una cavidad de la caja de proceso,
- cerrar la cavidad de la caja de proceso de una manera hermética a gas,
- tratar térmicamente el sustrato revestido por medio de una radiación electromagnética que se genera por unos radiadores de calentamiento dispuestos fuera de la caja de proceso y que incide sobre al menos una sección de carcasa de la caja de proceso que sirve para el tratamiento térmico, generándose al menos una materia gaseosa por el sustrato revestido durante el tratamiento térmico,
- atemperar o refrigerar al menos una sección de carcasa de la caja de proceso durante y eventualmente después del tratamiento térmico,
- inhibir la difusión de la materia gaseosa generada durante el tratamiento térmico hacia la sección de carcasa atemperada o refrigerada por medio de un tabique provisto de una o más aberturas que está dispuesto entre el sustrato revestido y la sección de carcasa atemperada o refrigerada.
En el método no se atempera o refrigera la al menos una sección de carcasa que sirve para el tratamiento térmico y sobre la cual incide la radiación de calentamiento.
En una ejecución ventajosa del método un espacio intermedio situado entre el tabique y la sección de carcasa atemperada o refrigerada no es irradiado al menos en parte, especialmente por completo, por la radiación de calentamiento electromagnética.
En otra ejecución ventajosa del método se reduce una superficie de abertura (total) de las una o más aberturas del tabique durante el tratamiento térmico por efecto del calentamiento del tabique a un máximo de 50%, preferiblemente un máximo de 30% y más preferiblemente un máximo de 10% del valor de partida (superficie de abertura total antes del tratamiento térmico).
En otra ejecución ventajosa del método se vacuiza la cavidad de la caja de proceso antes y/o después del tratamiento térmico del sustrato revestido y/o se la llena con un gas de proceso (con depresión o sobrepresión). Breve descripción de los dibujos
Se explicará ahora la invención con más detalle haciendo referencia a las figuras adjuntas. Muestran en representación simplificada no realizada a escala:
La figura 1, una representación generalizada en corte transversal de una caja de proceso según la invención para procesar un sustrato revestido;
La figura 2, una vista en perspectiva de la caja de proceso de la figura 1 con una parte de cierre frontal; Las figuras 3A-3C, con ayuda de diferentes representaciones, un ejemplo de realización de la caja de proceso según la invención;
La figura 4, una variante de la caja de proceso de las figuras 3A-3C con dos partes de chasis ensamblables; y Las figuras 5A-5F, diferentes variantes de un tabique de temperatura controlada de la caja de proceso según la invención.
En las figuras se ilustra una caja de proceso horizontalmente orientada en una posición de trabajo típica. Se sobrentiende que la caja de proceso puede estar también orientada de otra manera y que las indicaciones de posición y dirección efectuadas en la descripción siguiente se refieren únicamente a la representación de la caja de proceso en las figuras, no debiendo quedar limitada la invención por tales indicaciones.
Se considerarán primeramente las figuras 1 y 2, en las que se muestran una representación generalizada en corte de una caja de proceso 1 según la invención para procesar un sustrato revestido 2 (figura 1) y una vista en perspectiva de esa caja de proceso 1 con una parte de cierre frontal 9 (figura 2). La caja de proceso 1 sirve para procesar un sustrato 2 revestido en un lado, por ejemplo para el tratamiento térmico de capas precursoras con el fin de transformarlas en un semiconductor compuesto, especialmente un compuesto de calcopirita. Aunque solo se muestra un único sustrato 2, la caja de proceso 1 podría utilizarse igualmente para procesar dos o más sustratos 2. La caja de proceso 1 comprende una carcasa 3, aquí, por ejemplo, de forma paralelepipédica, con una pared de carcasa 4 que se compone de una pared de fondo 5, una pared de cubierta 6 y una pared lateral periférica 7. La pared de carcasa 4 delimita una cavidad 11 hermética a gas o vacuizable que puede cerrarse de manera hermética a gas con una parte de cierre retirable 9. Como se muestra en la figura 2, la carcasa 3 puede presentar, por ejemplo, una abertura de carcasa frontal 8 que puede cerrarse con una parte de cierre 9, asentable sobre ella a manera de puerta, que forma una parte de la pared lateral 7. En general, la abertura de carcasa 8 y la parte de cierre correspondiente 9 pueden emplazarse facultativamente en una sección cualquiera de la pared de carcasa 4. La pared de fondo 5 sirve, en una zona central, de superficie de soporte para el sustrato 2, pudiendo igualmente estar previstos también unos distanciadores o elementos de apoyo correspondientes.
La pared de carcasa 4 de la caja de proceso 1 puede consistir en un mismo material o en materiales diferentes uno de otro. Materiales típicos son metal, vidrio, cerámica, vitrocerámica, materiales carbonosos reforzados con fibras de carbono o grafito. Es esencial en este caso que la pared de cubierta 6 y la pared de fondo 5 estén construidas cada una de ellas de modo que sea posible un tratamiento térmico del sustrato revestido 2 por medio de energía térmica alimentada desde fuera por una radiación de calentamiento electromagnética. En una disposición 10 esquemáticamente insinuada en la figura 1 la energía térmica puede ser alimentada por unos radiadores de calentamiento 12 dispuestos, por ejemplo, en fila por encima de la pared de cubierta 6 y por debajo de la pared de fondo 5. Por ejemplo, la pared de cubierta 6 y la pared de fondo 5 consisten con este fin en un material que es transparente o al menos parcialmente transparente para la radiación electromagnética aportada, por ejemplo vitrocerámica. La pared de cubierta 6 y la pared de fondo 5 pueden también consistir tan solo seccionalmente en un material de esta clase. Igualmente, es posible también que la pared de cubierta 6 y la pared de fondo 5 consistan en un material o comprendan un material que sea adecuado para absorber al menos en parte, especialmente por completo, la radiación electromagnética a fin de que se calienten ellas mismas, por ejemplo grafito. En este caso, la pared de cubierta 6 y la pared de fondo 5 sirven de fuentes de calor secundarias pasivamente calentadas.
Como puede apreciarse en la figura 2, la pared de carcasa 4, aquí, por ejemplo, la parte de cierre 9, está provista de dos acometidas de refrigerante 13, 13’ que sirven de entrada o salida de refrigerante en un sistema de conducción de refrigerante, no representado explícitamente, que atraviesa al menos seccionalmente, en particular por completo, la pared lateral periférica 7. Mediante el refrigerante introducido se puede atemperar al menos seccionalmente la
pared lateral periférica 7 a una temperatura preajustable o se la puede refrigerar activamente con respecto a las temperaturas del sustrato durante el tratamiento térmico. A este fin, las dos acometidas de refrigerante 13, 13’ pueden unirse reotécnicamente con un equipo de atemperado o refrigeración 14 para preparar y enfriar el refrigerante. En general, en la caja de proceso se atemperan o refrigeran solamente las secciones de carcasa que no sirven para el tratamiento térmico del sustrato revestido 2 por medio de la energía térmica alimentada desde fuera en forma de una radiación de calentamiento electromagnética, aquí, por ejemplo, la pared lateral periférica 7 o al menos una sección de ella. En el presente ejemplo se atempera o refrigera únicamente la parte de cierre 9. Como refrigerante puede emplearse, por ejemplo, aceite o agua. El atemperado o la refrigeración activa puede conseguirse alternativamente también por medio de una refrigeración por contacto (conducción de calor) gracias al contacto con cuerpos de refrigeración (por ejemplo placas de refrigeración), un soplante (refrigeración por convección) o sin contacto por medio de cuerpos de refrigeración distanciados (refrigeración por radiación).
La carcasa 3 comprende también un conducto de paso de gas 16 provisto de una válvula 15 que desemboca en la cavidad 11. El conducto de paso de gas 16 está dispuesto aquí, por ejemplo, en la parte de cierre frontal 9. A través de una acometida de gas 17 se puede vacuizar la cavidad 11 por conexión a un equipo de bombeo y vaciado 18 (por ejemplo una bomba de vacío). Además, la acometida de gas 17 puede conectarse a un equipo de suministro de gas 19 para barrer la cavidad 11 introduciendo un gas de barrido inerte o para llenarla con un gas de proceso reactivo bajo depresión o sobrepresión. Mediante la válvula 15 (por ejemplo una válvula de varias vías) se puede facultativamente abrir el conducto de paso de gas 16 o cerrarlo de una manera hermética a gas. La cavidad 11 tiene una altura interna relativamente pequeña que está, por ejemplo, en el intervalo de 7 a 12 mm para posibilitar una vacuización progresiva y un llenado eficiente con gas de proceso.
La cavidad 11 está subdividida de manera casi hermética a gas por un tabique 20 de forma de listón en un espacio de proceso 21 y un espacio intermedio 22, estando alojado el sustrato revestido 2 exclusivamente en el espacio de proceso 21. El conducto de paso de gas 16 desemboca en el espacio intermedio 22. El tabique 20 está provisto de una o más aberturas o perforaciones a través de las cuales el espacio de proceso 21 está reotécnicamente unido con el espacio intermedio 22.
Como puede apreciarse en la representación en corte vertical de la figura 1, el tabique 20, que se extiende en dirección vertical desde la pared de fondo 5 en dirección a la pared de cubierta 6, no llega del todo hasta la pared de cubierta 6 y así queda una rendija 23 en calidad de abertura del tabique 20. En la figura 2 se muestra una variante en la que el tabique 20 se extiende hasta la pared de cubierta 6 y está provisto de una pluralidad de hendiduras horizontales 24 dispuestas aproximadamente centradas en una fila y actuantes como aberturas. El espacio de proceso 21 está reotécnicamente unido con el espacio intermedio 22 a través de la rendija 23 o las hendiduras 24 de modo que sea posible un recíproco intercambio de gas, pero se le inhiba debido a la pequeña dimensión vertical o altura de la rendija 23 o las hendiduras 24. Por tanto, el tabique 20 actúa como una barrera de difusión o de vapor entre el espacio de proceso 21 y el espacio intermedio 22.
La propiedad del tabique 20 como barrera de difusión o de vapor se basa en la dependencia de la longitud de recorrido libre respecto de la presión: a presión casi normal (700-1000 mbar) la difusión es inhibida por la abertura o aberturas relativamente pequeñas del tabique 20. Por el contrario, si a presiones en el rango de prevacío (10-1000 pbar) se bombea y vacía el espacio intermedio 22, se incrementa fuertemente la longitud de recorrido libre y el tabique 20 solamente representa todavía una débil barrera de difusión para el intercambio de gas. Por tanto, el espacio de proceso 21 puede ser bombeado y vaciado a través del tabique 20 y el gas de proceso, después del bombeo de vaciado por la entrada al espacio intermedio 22, puede entrar también en el espacio de proceso 21. Por otro lado, gracias al tabique 20 se puede mantener en el espacio de proceso 21 al menos muy ampliamente constante durante el tratamiento térmico del sustrato 2 la presión parcial de componentes calcógenos fácilmente volátiles, como selenio o azufre, que se difunden/evaporan hacia fuera del sustrato revestido 2 durante el tratamiento térmico. El tabique 20 actúa así, por ejemplo, como barrera de selenio durante el tratamiento térmico de un sustrato 2.
En general, una superficie de abertura (común) 25 de la rendija 23 o las hendiduras 24 está dimensionada de modo que, durante el tratamiento térmico del sustrato 2, una pérdida de masa, desde el espacio de proceso 21, de una materia gaseosa generada por el tratamiento térmico del sustrato revestido 2 en el espacio de proceso 21 sea de menos de 50%, preferiblemente menos de 20% y más preferiblemente menos de 10% de la masa de la materia gaseosa generada en el espacio de proceso 21. A este fin, el tabique 20 está construido de modo que una relación de superficies, formada por la superficie de abertura 25 dividida por una superficie interior o cara interna 26 del espacio de proceso 21, esté en el intervalo de 5 x 10-5 a 5 x 10-4.
Por ejemplo, la cara interna 26 del espacio de proceso 21 tiene un tamaño de 1,2 m2. Una altura media de la rendija 23 está, por ejemplo, en el intervalo de 50 a 100 gm, lo que corresponde a una superficie de abertura 25 en el intervalo de 2 a 5 cm2. El tabique 20 tiene, por ejemplo, una altura de 9 mm. Resulta de estos valores una relación de superficies de 1,5 x 10-4.
Gracias al tabique 20 que sirve de barrera de vapor o de difusión se puede suprimir al menos en muy amplio grado una difusión, hacia el espacio intermedio 22, de componentes volátiles producidos durante el tratamiento térmico en
el espacio de proceso 21, con lo que se impide una condensación de los componentes volátiles en la pared lateral atemperada (activamente refrigerada) 7, aquí especialmente la parte de cierre 9. Por tanto, la atmósfera del proceso en el espacio de proceso 21 puede mantenerse al menos aproximadamente constante.
Como se ilustra en la figura 2, el espacio intermedio 22 se encuentra al menos en parte, especialmente por completo, fuera de un campo de radiación (común) de los radiadores de calentamiento 12 de modo que se forme durante el tratamiento térmico un gradiente de temperatura en el espacio intermedio 22 desde el tabique 20 hasta la pared lateral atemperada (activamente refrigerada) 7, aquí especialmente la parte de cierre 9. Este gradiente de temperatura sirve de “barrera de temperatura” para proteger componentes aptos para vacío de la caja de proceso 1 frente a una alta carga térmica. A este fin, los radiadores de calentamiento 12 están dispuestos exclusivamente por encima o por debajo del espacio de proceso 21 delante o hasta el tabique 20. Los radiadores de calentamiento 12 terminan cada uno de ellos al menos unos pocos centímetros delante del espacio intermedio 22 o del tabique 20. Por otro lado, los radiadores de calentamiento 12 están dispuestos de modo que se forme un gradiente de temperatura creciente tal que se alcance delante o al menos a la altura del tabique 20 una temperatura de proceso deseada para tratar térmicamente el sustrato revestido 2 desde la pared lateral 7, especialmente la parte de cierre 9, hasta el tabique 20 a fin de asegurar una transformación suficiente de las capas precursoras del sustrato 2 en el semiconductor compuesto.
En la forma de realización general ilustrada en la figura 1 el tabique 20, el espacio intermedio 22 y la sección o secciones atemperables o refrigerables de la pared lateral 7 pueden estar formados lateralmente en una dirección, en dos direcciones o en sentido periférico (chasis). En la forma de realización de la figura 2 el tabique 20, el espacio intermedio 22 y la sección atemperable de la pared lateral 7 (parte de cierre 9) están construidos solamente en una dirección del espacio.
El sustrato 2 consiste, por ejemplo, en vidrio con un espesor en el intervalo de 1 mm a 4 mm, especialmente 2 mm a 3 mm. El sustrato 2 está provisto de una estructura estratificada, no explícitamente representada, que consiste, por ejemplo, en capas precursoras de un absorbedor (por ejemplo un compuesto de calcopirita o de kesterita) que tienen que someterse a un tratamiento RTP. Por ejemplo, la estructura estratificada consiste en una secuencia de capas de nitruro de silicio/molibdeno/cobre-indio-galio/selenio. Por ejemplo, la capa de nitruro de silicio tiene un espesor en el intervalo de 50 nm a 300 nm, la capa de molibdeno tiene un espesor en el intervalo de 200 nm a 700 nm, la capa de cobre-indio-galio tiene un espesor en el intervalo de 300 nm a 1000 nm y la capa de selenio tiene un espesor en el intervalo de 500 nm a 2000 nm.
La caja de proceso 1 puede montarse de una sencilla manera automatizada y puede cargarse o descargarse a través de la abertura de carcasa 8. El tabique 20 tiene que moverse siempre al abrir y cerrar la caja de modo que el sustrato 2 pueda ponerse dentro de ella.
Haciendo referencia a las figuras 3A-3C se describe con ayuda de diferentes representaciones otro ejemplo de realización de la caja de proceso 1 ilustrada en forma general en la figura 1.
Según este ejemplo, la caja de proceso 1 comprende una placa de fondo 27 sobre la cual está asentado de manera suelta, pero sellable, un chasis periféricamente cerrado 28, Seria imaginable unir el chasis 28 fijamente con la placa de suelo 27. Como puede apreciarse bien en las representaciones en corte vertical de las figuras 3A y 3B, la placa de fondo 27 sirve, en una zona central, de base de soporte para el sustrato 2, pudiendo estar previstos igualmente unos distanciadores o elementos de apoyo correspondientes. Sobre el chasis 28 está asentada en forma suelta una placa de cubierta plana 29. Retirando del chasis 28 la placa de cubierta 29 se puede cargar la caja de proceso 1, de manera sencilla, con el sustrato revestido 2, especialmente en forma automatizada, o se puede extraer el sustrato procesado 2. La figura 3A muestra la caja de proceso 1 abierta con la placa de cubierta 29 levantada y la figura 3B muestra la caja de proceso 1 cerrada con la placa de cubierta 29 asentada sobre el chasis 28.
En la caja de proceso 1 están dispuestos en forma de pila, unos sobre otros o unos debajo de otros, la placa de suelo 27, el chasis 28 y la placa de cubierta 29, y éstos delimitan conjuntamente la cavidad 11 hermética a gas o vacuizable. La cavidad 11 está subdividida de manera casi hermética a gas por el tabique 20 de forma de listón, configurado como periféricamente cerrado de acuerdo con el chasis 28, en el espacio de proceso (interior) 21 y el espacio intermedio periférico (exterior) 22. El espacio intermedio 22 rodea el espacio de proceso 21. Análogamente a la figura 1, el tabique 20 de forma de listón se extiende en sentido vertical desde la placa de fondo 27 en dirección a la placa de cubierta 29, quedando un estrecha rendija 23 entre el tabique 20 y la placa de cubierta 29. El espacio de proceso 21 está reotécnicamente unido con el espacio intermedio 22 por medio de la rendija 23 de modo que sea posible un recíproco intercambio de gas, si bien el tabique 20 actúa como barrera de difusión o de vapor. Se hace referencia a las pertinentes explicaciones relativas a la figura 1.
Como puede apreciarse en la figura 3C, el conducto de paso de gas 16 provisto de la válvula 15 desemboca, a través del chasis 28, en el espacio intermedio 22 para vacuizar la cavidad 11, barrerla con un gas de barrido inerte (por ejemplo N2) y llenarla con un gas de proceso. El gas de proceso introducido por el conducto de paso de gas 16 puede contener, por ejemplo, gases reactivos, como H2S, H2Se, vapor de S, vapor de Se o H2 , y gases inertes, como N2 , He o Ar.
Como puede apreciarse también en la figura 3C, el chasis 28 está provisto de las dos acometidas de refrigerante 13, 13’ que sirven de entrada o salida de refrigerante en un sistema de conducción de refrigerante, no explícitamente representado, que atraviesa una amplia extensión del chasis 28. Mediante el refrigerante introducido en el chasis 28 se puede atemperar (refrigerar activamente) el chasis 28 durante y, en caso deseado, también después del tratamiento térmico del sustrato 2. A este fin, las dos acometidas de refrigerante 13, 13’ están reotécnicamente unidas con el equipo de refrigeración 14 para preparar y enfriar el refrigerante. El chasis 28 consiste preferiblemente en un material con una alta conductividad calorífica, por ejemplo un material metálico, especialmente acero fino.
La placa de fondo 27 y la placa de cubierta 29 están construidas cada una de ellas de modo que sea posible un tratamiento térmico del sustrato revestido 2 por medio de energía térmica alimentada por encima o por debajo de la caja de proceso 1 en forma de radiación electromagnética. Se hace referencia a las pertinentes explicaciones relativas a la figura 1. Por ejemplo, la placa de fondo 27 y la placa de cubierta 29 consisten con este fin en vitrocerámica.
Gracias al tabique 20 que sirve de barrera de vapor o de difusión se puede suprimir al menos en muy amplio grado una difusión, en el espacio intermedio 22, de componentes volátiles producidos durante el tratamiento térmico en el espacio proceso 21 de modo que se impida una condensación de los componentes volátiles en el chasis atemperado (activamente refrigerado) 28. La atmósfera del proceso en el espacio de proceso 21 puede mantenerse así al menos aproximadamente constante.
En la figura 4 se representa una variante de la caja de proceso 1 de las figuras 3A-3C. Para evitar repeticiones innecesarias se representan únicamente las diferencias con respecto a las figuras 3A-3C y en lo demás se hace referencia a las pertinentes explicaciones relativas a éstas. Según esta variante, la caja de proceso 1 se diferencia en que el chasis 28 consta de dos partes de chasis 30, 31 que pueden ensamblarse una con otra de manera hermética a gas. Así, está prevista una primera parte de chasis inferior 30 que dispone de una primera superficie de asiento 32 contra la cual está aprisionada la placa de fondo 27 por un primer elemento de apriete 34 a fin de establecer una firme unión. De manera correspondiente, está prevista una segunda parte de chasis superior 31 que dispone de una segunda superficie de asiento 33 contra la cual está aprisionada la placa de cubierta 29 por un segundo elemento de apriete 35 a fin de establecer una firme unión. Como se insinúa por la doble flecha, la segunda parte de chasis 31 puede separarse de la primera parte de chasis 30 para cargar la caja de proceso 1 con el sustrato 2 o para extraer el sustrato procesado 2. Por otro lado, las dos partes de chasis 30, 31 pueden ensamblarse de manera hermética a gas, asegurándose la hermeticidad a gas requerida por medio de unos elementos de junta 36. La caja de proceso 1 se caracteriza por una capacidad de carga y descarga especialmente sencilla y automatizable.
Se hace ahora referencia a las figuras 5A-5F, en las que se ilustran diferentes variantes del tabique 20 de la caja de proceso 1. Se trata cada vez de un tabique 20 de temperatura controlada que está hecho con este fin a base de un material que tiene un coeficiente de dilatación térmica tal que, debido al calentamiento del tabique 20 durante el tratamiento térmico, se reduzca una superficie de abertura total 25 de las respectivas aberturas o perforaciones a un máximo de 50%, preferiblemente un máximo de 30% y más preferiblemente un máximo del 10% del valor de partida (superficie de abertura total 25 antes del tratamiento térmico). A este fin, el tabique 20 consiste en un material con un coeficiente de dilatación térmica de más de 5 x 10-6 K-1. Ejemplos de este material son vitrocerámicas con un coeficiente de dilatación térmica de 9 x 10-6 K-1, óxido de aluminio (AhOa) con un coeficiente de dilatación térmica en el intervalo de 6,5 x 10-6 K-1 a 9 x 10-6 K-1, óxido de circonio y óxido de magnesio con un coeficiente de dilatación térmica en el intervalo de 10 x 10-6 K-1 a 13 x 10-6 K-1. El material del tabique 20 tiene que ser, además, estable frente a la temperatura y resistente a la corrosión.
En las figuras 5A y 5B se muestra en sendas representaciones en corte vertical el tabique 20 de la caja de proceso 1 configurado como un listón vertical. Según estas figuras, el tabique 20 no llega hasta la pared de cubierta 6 o la placa de cubierta 29, por lo que queda la rendija 23 en calidad de abertura para establecer la unión reotécnica del espacio de proceso 21 y el espacio intermedio 22. En la figura 5A se muestra una situación en la que la pared lateral 7 o el chasis 28 están atemperados a una temperatura T=150°C, mientras que el tabique 20 tiene una temperatura T=50°C. El material del tabique 20 está relativamente frío y la rendija 23 está ampliamente abierta. La dimensión vertical o la altura media (anchura interna) de la rendija 23 está en el intervalo de 50 a 100 pm para una altura del tabique 20 de aproximadamente 10 mm. Durante el calentamiento se dilata de manera relativamente fuerte el material del tabique 20, reduciéndose la altura media de la rendija (figura 5B). Por ejemplo, durante un calentamiento del tabique 20 a una temperatura T=450°C (diferencia de temperatura 400°C) se produce una variación de la dimensión vertical del tabique 20 de aproximadamente 40 pm, con lo que se reduce la altura media de la rendija 23 a un valor en el intervalo de 10 a 50 pm, es decir, como máximo un 50% del valor de partida.
En las figuras 5C y 5D se muestra una variante con ayuda de una vista en planta del tabique 20. Para evitar repeticiones innecesarias se explican únicamente las diferencias con respecto a las figuras 5A y 5B y en lo demás se hace referencia a las explicaciones relativas a ellas. Según esta variante, el tabique 20 de forma de listón se extiende desde la pared de fondo 5 o la placa de fondo 27 hasta la pared de cubierta 6 o la placa de cubierta 29, estando practicadas una o más rendijas verticales 23 en forma de perforaciones del tabique 20. La anchura de la rendija medida en dirección horizontal está en el intervalo de 50 a 100 pm (figura 5C). Gracias a una mayor
dimensión - en comparación con la altura de 10 mm - de las zonas del tabique comprendidas entre dos rendijas 23 se puede conseguir, al calentar el tabique 20 a una temperatura de, por ejemplo, T=450°C, una carrera relativamente grande que puede ascender, por ejemplo, a varias veces 100 pm. En particular, se puede reducir aquí la superficie de abertura total de las rendijas 23 a, por ejemplo, un máximo de 50% del valor de partida.
En las figuras 5E y 5F se muestra otra variante con ayuda de una vista en planta del tabique 20. Para evitar repeticiones innecesarias se explican de nuevo únicamente las diferencias con respecto a las figuras 5A y 5B y en lo demás se hace referencia a las explicaciones relativas a ellas. Según esta variante, en lugar de una rendija 23 está prevista una pluralidad de agujeros redondos 37 que están formados cada uno de ellos en forma de perforaciones del tabique 20. Partiendo de una situación en la que la temperatura del tabique 20 asciende, por ejemplo, a T=150°C (figura 5E), se puede conseguir, mediante un calentamiento del tabique 20 a una temperatura de, por ejemplo T=450°C, una reducción del diámetro de la abertura de los agujeros redondos 37 (figura 5F). En particular, se puede reducir aquí la superficie de abertura total de los agujeros redondos 37 a, por ejemplo, un máximo de 50% del valor de partida.
La caja de proceso 1 según la invención posibilita un procesamiento de sustratos 2 en una instalación en la que las estaciones de proceso no tienen que construirse como cámaras aptas para vacío, por lo que se aminoran considerablemente los costes de inversión. Además, se puede evitar un elevado desgaste de componentes de la instalación por efecto de altas temperaturas y gases corrosivos. En la caja de proceso 1 puede efectuarse de manera controlada una transformación de materiales precursores en absorbedores durante el tratamiento térmico RTP. La caja de proceso 1 favorece la fabricación de sustratos revestidos 2 para módulos solares de capa delgada con altos requisitos de superioridad o calidad.
Caja de proceso
Sustrato
Carcasa
Pared de carcasa
Pared de fondo
Pared de cubierta
Pared lateral
Abertura de carcasa
Parte de cierre
Disposición
Radiador de calentamiento
13, 13' Acometida de refrigerante
14 Equipo de refrigeración
15 Válvula
16 Conducto de paso de gas
17 Acometida de gas
18 Equipo de bombeo de vaciado
19 Equipo de suministro de gas
20 Tabique
21 Espacio de proceso
22 Espacio intermedio
23 Rendija
24 Hendidura
25 Superficie de abertura
26 Cara interna
27 Placa de fondo
28 Chasis
29 Placa de cubierta
30 Primera parte de chasis
31 Segunda parte de chasis
32 Primera superficie de asiento
33 Segunda superficie de asiento
34 Primer elemento de apriete
35 Segundo elemento de apriete
36 Elemento de junta
37 Agujero redondo
Claims (14)
1. Caja de proceso (1) para procesar un sustrato revestido (2), que comprende las características siguientes:
- una carcasa (3) que puede cerrarse de manera hermética a gas y que delimita una cavidad (11),
- la carcasa (3) presenta al menos una sección de carcasa (7, 9; 28) acoplable con un equipo de refrigeración (14) destinado a refrigerarla,
- la carcasa (3) comprende al menos una segunda sección de carcasa (5, 6; 27, 29) que está construida de modo que el sustrato (2) pueda ser tratado térmicamente por medio de una radiación de calentamiento electromagnética incidente, cumpliéndose que la al menos una segunda sección de carcasa (5, 6; 27, 29) es diferente de la al menos una primera sección de carcasa (7, 9; 28),
- la carcasa (3) está provista de al menos un conducto de paso de gas cerradizo (16) que desemboca en la cavidad (11) y está destinado a vacuizar la cavidad (11) y a introducir gas de proceso en ella,
- la cavidad (11) está subdividida por al menos un tabique (20) en un espacio de proceso (21) para recibir el sustrato (2) y un espacio intermedio (22), disponiendo el tabique (20) de una o más aberturas (23, 24, 37), caracterizada por que el tabique está dispuesto entre el sustrato (2) y la primera sección de carcasa (7, 9; 28) acoplable con el equipo de refrigeración (14), estando construido el tabique (20) de modo que, durante el tratamiento térmico, una pérdida de masa, desde el espacio de proceso (21), de una materia gaseosa generada por el tratamiento térmico del sustrato revestido (2) sea de menos de 50%, preferiblemente menos de 20% y más preferiblemente menos de 10%, estando construido el tabique (20) de modo que una relación de superficies, formada por una superficie de abertura total (25) de las una o más aberturas (23, 24, 37) dividida por un superficie interior (26) del espacio de proceso (21), esté en el intervalo 5 x 10-5 a 5 x 10-4.
2. Caja de proceso (1) según la reivindicación 1, en la que el tabique (20) contiene un material que tiene un coeficiente de dilatación térmica tal que una superficie de abertura total (25) de las una o más aberturas (23, 24, 37) se reduzca por efecto del calentamiento del tabique (20) durante el tratamiento térmico a un máximo de 50%, preferiblemente un máximo de 30% y más preferiblemente un máximo de 10% de una superficie de abertura total (25) antes del tratamiento térmico.
3. Caja de proceso (1) según cualquiera de las reivindicaciones 1 y 2, en la que el tabique (20) contiene un material con un coeficiente de dilatación térmica de más de 5 x 10-6 K-1.
4. Caja de proceso (1) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en la que la carcasa (3) comprende un fondo (27), una tapa (29) y un chasis (28) que une el fondo (27) y la tapa (29) uno con otra, estando formada la sección de carcasa acoplable con un equipo de refrigeración (14) por al menos una sección de chasis (28).
5. Caja de proceso (1) según la reivindicación 4, en la que el chasis (28) comprende una primera parte de chasis (30) fijamente unida con el fondo (27) y una segunda parte de chasis (31) fijamente unida con la tapa (29), pudiendo ensamblarse las dos partes de chasis (30, 31) una con otra de manera hermética a gas para conformar la cavidad (11).
6. Caja de proceso (1) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en la que la carcasa (3) comprende:
- una sección carcasa monopieza (5-7) que delimita la cavidad (11) y está dotada de una abertura de carcasa (6),
- una parte de cierre (9) para cerrar la abertura de carcasa (6) de una manera hermética a gas.
7. Caja de proceso (1) según la reivindicación 6, en la que la sección de carcasa acoplable con un equipo de refrigeración (14) contiene la parte de cierre (9).
8. Disposición (10) para procesar un sustrato revestido (2), que comprende:
- una caja de proceso (1) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7,
- uno o más radiadores de calentamiento (12) para generar una radiación de calentamiento electromagnética, que están dispuestos al lado de la al menos una segunda sección de carcasa (5, 6; 27, 29) de la caja de proceso (1) que sirve para el tratamiento térmico,
- al menos un equipo de refrigeración (14) que está acoplado con la al menos una primera sección de carcasa (7, 9; 28) para su refrigeración.
9. Disposición (10) según la reivindicación 8, en la que los radiadores de calentamiento (12) están dispuestos de modo que el espacio intermedio (22) se encuentre al menos en parte, especialmente por completo, fuera de un campo de radiación común de los radiadores de calentamiento (12).
10. Disposición (10) según la reivindicación 9, en la que los radiadores de calentamiento (12) están dispuestos exclusivamente por encima y/o por debajo del espacio de proceso (21).
11. Método para procesar un sustrato revestido (2) en una caja de proceso transportable o estacionaria (1) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, que comprende los pasos siguientes:
- introducir el sustrato revestido (2) en una cavidad (11) de la caja de proceso (1),
- cerrar la cavidad (11) de la caja de proceso (1) de una manera hermética a gas,
- tratar térmicamente el sustrato revestido (2) por medio de una radiación electromagnética que se genera por unos radiadores de calentamiento (12) dispuestos fuera de la caja de proceso (1) y que incide sobre al menos una segunda sección de carcasa (5, 6; 27, 29) de la caja de proceso (1) que sirve para el tratamiento térmico, generándose al menos una materia gaseosa por el sustrato revestido (2) durante el tratamiento térmico, - refrigerar la al menos una primera sección de carcasa (7, 9; 28) de la caja de proceso (1) durante y eventualmente después del tratamiento térmico,
- inhibir la difusión de la materia gaseosa generada durante el tratamiento térmico hacia la sección de carcasa refrigerada (7, 9; 28) por medio de un tabique (20) provisto de una o más aberturas (23, 24, 37) que está dispuesto entre el sustrato revestido (2) y la sección de carcasa refrigerada (7, 9; 28).
12. Método según la reivindicación 11, en el que un espacio intermedio (22) situado entre el tabique (20) y la sección de carcasa refrigerada (7, 9; 28) no es irradiado al menos en parte, especialmente por completo, por la radiación de calentamiento electromagnética.
13. Método según cualquiera de las reivindicaciones 12 o 13, en el que se reduce una superficie de abertura total (25) de las una o más aberturas (23, 24, 37) del tabique (20) durante el tratamiento térmico por efecto del calentamiento del tabique a un máximo de 50%, preferiblemente un máximo de 30% y más preferiblemente un máximo de 10% del valor de partida antes del tratamiento térmico.
14. Método según cualquiera de las reivindicaciones 11 a 13, en el que se vacuiza la cavidad (11) de la caja de proceso (1) antes y/o después del tratamiento térmico del sustrato revestido (2) y/o se la llena con un gas de proceso.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP12175596 | 2012-07-09 | ||
| PCT/EP2013/064516 WO2014009386A1 (de) | 2012-07-09 | 2013-07-09 | Prozessbox, anordnung und verfahren zum prozessieren eines beschichteten substrats |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES2858203T3 true ES2858203T3 (es) | 2021-09-29 |
Family
ID=48782320
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ES13735262T Active ES2858203T3 (es) | 2012-07-09 | 2013-07-09 | Caja de proceso, disposición y método para procesar un sustrato revestido |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20150165475A1 (es) |
| EP (1) | EP2870623B1 (es) |
| JP (1) | JP6257616B2 (es) |
| KR (1) | KR101801452B1 (es) |
| CN (1) | CN104919579B (es) |
| ES (1) | ES2858203T3 (es) |
| WO (1) | WO2014009386A1 (es) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2870625B1 (de) * | 2012-07-09 | 2021-01-06 | (CNBM) Bengbu Design & Research Institute for Glass Industry Co., Ltd. | Anlage und verfahren zum prozessieren von substraten |
| ES2862409T3 (es) * | 2012-07-09 | 2021-10-07 | Cnbm Bengbu Design & Res Institute For Glass Industry Co Ltd | Dispositivo y método para el tratamiento térmico de un objeto |
| US9480565B2 (en) | 2015-02-02 | 2016-11-01 | On-X Life Technologies, Inc. | Rapid deployment artificial chordae tendinae system |
| EP3736355A1 (de) * | 2019-05-06 | 2020-11-11 | (CNBM) Bengbu Design & Research Institute for Glass Industry Co., Ltd. | Verfahren und vorrichtung zur herstellung eines chalkogenhaltigen verbindungshalbleiters |
| JP7334507B2 (ja) * | 2019-07-03 | 2023-08-29 | 東京エレクトロン株式会社 | シール構造、真空処理装置及びシール方法 |
Family Cites Families (19)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5536918A (en) * | 1991-08-16 | 1996-07-16 | Tokyo Electron Sagami Kabushiki Kaisha | Heat treatment apparatus utilizing flat heating elements for treating semiconductor wafers |
| US5303671A (en) * | 1992-02-07 | 1994-04-19 | Tokyo Electron Limited | System for continuously washing and film-forming a semiconductor wafer |
| JP3386127B2 (ja) | 1992-09-22 | 2003-03-17 | シーメンス アクチエンゲゼルシヤフト | 基板上に黄銅鉱半導体を迅速に作成する方法 |
| DE4324318C1 (de) | 1993-07-20 | 1995-01-12 | Siemens Ag | Verfahren zur Serienverschaltung einer integrierten Dünnfilmsolarzellenanordnung |
| US6331212B1 (en) * | 2000-04-17 | 2001-12-18 | Avansys, Llc | Methods and apparatus for thermally processing wafers |
| JP3901958B2 (ja) * | 2000-08-24 | 2007-04-04 | 東京エレクトロン株式会社 | 熱処理装置設定温度の作成方法、および熱処理方法 |
| KR20020037695A (ko) * | 2000-11-14 | 2002-05-22 | 히가시 데쓰로 | 기판 처리장치 및 기판 처리방법 |
| US6707011B2 (en) * | 2001-04-17 | 2004-03-16 | Mattson Technology, Inc. | Rapid thermal processing system for integrated circuits |
| JP3902000B2 (ja) * | 2001-12-12 | 2007-04-04 | 株式会社ルネサステクノロジ | 半導体装置の製造方法、成膜時間の決定方法 |
| US6709470B2 (en) * | 2002-04-15 | 2004-03-23 | Wafermasters, Inc. | Benchtop processing |
| EP1540259A2 (en) * | 2002-09-10 | 2005-06-15 | FSI International, Inc. | Thermal process station with heated lid |
| US7110665B2 (en) * | 2003-10-01 | 2006-09-19 | Canon Kabushiki Kaisha | Thermal treatment equipment, thermal treatment method and manufacturing method of image display apparatus |
| FR2869452B1 (fr) | 2004-04-21 | 2006-09-08 | Alcatel Sa | Dispositif pour le transport de substrats sous atmosphere controlee |
| DE102005062977B3 (de) * | 2005-12-28 | 2007-09-13 | Sulfurcell Solartechnik Gmbh | Verfahren und Vorrichtung zur Umsetzung metallischer Vorläuferschichten zu Chalkopyritschichten von CIGSS-solarzellen |
| US9103033B2 (en) * | 2006-10-13 | 2015-08-11 | Solopower Systems, Inc. | Reel-to-reel reaction of precursor film to form solar cell absorber |
| DE102008022784A1 (de) | 2008-05-08 | 2009-11-12 | Avancis Gmbh & Co. Kg | Vorrichtung und Verfahren zum Tempern von Gegenständen in einer Behandlungskammer |
| EP2200097A1 (en) | 2008-12-16 | 2010-06-23 | Saint-Gobain Glass France S.A. | Method of manufacturing a photovoltaic device and system for patterning an object |
| DE102009037299A1 (de) * | 2009-08-14 | 2011-08-04 | Leybold Optics GmbH, 63755 | Vorrichtung und Behandlungskammer zur thermischen Behandlung von Substraten |
| EP2609617B1 (de) * | 2010-08-27 | 2020-07-15 | (CNBM) Bengbu Design & Research Institute for Glass Industry Co., Ltd. | Vorrichtung und verfahren zur wärmebehandlung mehrerer mehrschichtkörper |
-
2013
- 2013-07-09 JP JP2015520962A patent/JP6257616B2/ja active Active
- 2013-07-09 WO PCT/EP2013/064516 patent/WO2014009386A1/de active Application Filing
- 2013-07-09 ES ES13735262T patent/ES2858203T3/es active Active
- 2013-07-09 CN CN201380046832.0A patent/CN104919579B/zh active Active
- 2013-07-09 EP EP13735262.1A patent/EP2870623B1/de active Active
- 2013-07-09 KR KR1020157000235A patent/KR101801452B1/ko active IP Right Grant
- 2013-07-09 US US14/413,569 patent/US20150165475A1/en not_active Abandoned
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20150023650A (ko) | 2015-03-05 |
| KR101801452B1 (ko) | 2017-11-24 |
| JP6257616B2 (ja) | 2018-01-10 |
| US20150165475A1 (en) | 2015-06-18 |
| EP2870623A1 (de) | 2015-05-13 |
| CN104919579A (zh) | 2015-09-16 |
| EP2870623B1 (de) | 2021-01-13 |
| JP2015524998A (ja) | 2015-08-27 |
| CN104919579B (zh) | 2018-02-06 |
| WO2014009386A1 (de) | 2014-01-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| ES2858203T3 (es) | Caja de proceso, disposición y método para procesar un sustrato revestido | |
| ES2804758T3 (es) | Dispositivo y método para recocer objetos en una cámara de tratamiento | |
| ES2859505T3 (es) | Instalación y método para procesar sustratos | |
| ES2581378T3 (es) | Dispositivo de procesamiento y procedimiento para procesar productos de procesamiento apilados | |
| KR100929728B1 (ko) | 대면적 기판 처리 시스템용 로드락 챔버 | |
| US20140076494A1 (en) | Processing system | |
| ES2946533T3 (es) | Dispositivo para formar un espacio de cámara reducido y procedimientos para posicionar cuerpos multicapa | |
| JP2007023380A5 (es) | ||
| KR20130087502A (ko) | 로드락 배치 오존 경화 | |
| ES2862409T3 (es) | Dispositivo y método para el tratamiento térmico de un objeto | |
| ES2841067T3 (es) | Caja de procesamiento, disposiciones y procedimientos para procesar sustratos revestidos | |
| KR101684929B1 (ko) | 발열체 및 히터 어셈블리 그리고 그것을 갖는 클러스터 설비 | |
| KR101473176B1 (ko) | 열처리 장치 | |
| KR101473172B1 (ko) | 열처리 장치 | |
| KR20190039497A (ko) | 진공 밀봉을 위한 로크 밸브, 진공 챔버 및 진공 프로세싱 시스템 | |
| US20130059431A1 (en) | Device and method for substrate processing | |
| JP2003282446A (ja) | 半導体製造装置 |