ES2859505T3 - Instalación y método para procesar sustratos - Google Patents
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Abstract
Instalación (100) para procesar sustratos (2) revestidos, con las siguientes características: - al menos una caja (1) de procesamiento que puede ser evacuada para alojar al menos un sustrato (2), con una carcasa (3) que se puede cerrar de forma impermeable a los gases y que forma una cavidad (11), presentando la carcasa (3) al menos una primera sección (7, 9, 28) de carcasa que se puede acoplar con un dispositivo (14) de refrigeración para su refrigeración, incluyendo la carcasa al menos una segunda sección (5, 6) de carcasa que está configurada de tal modo que el sustrato (2) puede ser sometido a tratamiento térmico mediante radiación térmica electromagnética incidente, siendo la al menos una segunda sección (5, 6) de carcasa diferente a la al menos una primera sección (7, 9, 28) de carcasa, estando dividida la cavidad (11) mediante al menos una pared (20) de separación en un espacio (21) de procesamiento para alojar el sustrato (2) y un espacio intermedio (22), disponiendo la pared (20) de separación de una o más aberturas (23, 24, 37), estando configurada la pared (20) de separación de tal modo que, durante el tratamiento térmico, una pérdida de masa de una sustancia gaseosa generada por el tratamiento térmico del sustrato revestido al exterior del espacio de procesamiento corresponde a menos de un 50%, preferiblemente a menos de un 20%, más preferiblemente a menos de un 10%, de la masa de la sustancia gaseosa generada durante el tratamiento térmico, estando una relación de superficies, formada por una superficie de abertura de la o las aberturas dividida por una superficie interior del espacio de procesamiento, dentro del intervalo de 5 x 10-5 a 5 x 10-4, estando dispuesta la pared (20) de separación entre el sustrato (2) y la sección (7, 9, 28) de carcasa que se puede acoplar con el dispositivo (14) de refrigeración, y estando provista la carcasa (3) de al menos un paso (16) de gas que se puede cerrar y que desemboca en la cavidad (11) para la evacuación de la cavidad (11) y para la introducción de gas en la misma; - un dispositivo (14) de refrigeración para refrigerar una sección (7, 9, 28) de carcasa de la caja (1) de procesamiento; - al menos una unidad (103-105) de carga/descarga para cargar y/o descargar la caja (1) de procesamiento; - al menos una unidad (101) de calefacción para calentar el sustrato (2) en la caja (1) de procesamiento; - al menos una unidad (102) de refrigeración para refrigerar el sustrato (2) en la caja (1) de procesamiento; - al menos un dispositivo (18) de vaciado por bomba para vaciar por bomba la cavidad (11) de la caja (2) de procesamiento; - al menos un dispositivo (19) de suministro de gas para introducir en la cavidad (11) de la caja (1) de procesamiento al menos un gas; - al menos un mecanismo (108) de transporte que está configurado para realizar un movimiento relativo entre, por un lado, la caja (1) de procesamiento y, por otro lado, la unidad (101) de calefacción, la unidad (102) de refrigeración y la unidad (103-105) de carga/descarga.
Description
DESCRIPCIÓN
instalación y método para procesar sustratos
La invención se refiere a una instalación y un método para procesar sustratos revestidos en cajas de procesamiento. Los sistemas de capas fotovoltaicos para la conversión directa de luz solar en energía eléctrica son suficientemente conocidos. Éstos se designan generalmente como "células solares", refiriéndose el concepto "células solares de capa delgada" a sistemas de capas con espesores pequeños, de tan solo unos micrómetros, que requieren sustratos para una resistencia mecánica suficiente. Los sustratos conocidos incluyen vidrio inorgánico, plásticos (polímeros) o metales, en particular aleaciones metálicas, y, dependiendo del espesor de capa respectivo y de las propiedades de material específicas, pueden estar configurados como placas rígidas o como láminas flexibles.
En lo que respecta a la manejabilidad tecnológica y la eficiencia, se ha comprobado que resultan ventajosas las células solares de capa delgada con absorbentes formados por semiconductores compuestos. En la literatura de patentes ya se han descrito en muchos casos células solares de capa delgada. A este respecto, únicamente a modo de ejemplo se remite a las publicaciones DE 4324318 C1 y EP 2200097 A1.
En las células solares de capa delgada, como absorbentes se utilizan principalmente semiconductores compuestos de compuestos de calcopirita, en particular cobre-indio/galio-diazufre/diseleniuro, abreviado mediante la fórmula Cu(In,GA)(S,Se)2 , o compuestos de kesterita, en particular cobre-zinc/estaño-diazufre/diseleniuro, abreviado mediante la fórmula Cu2(Zn,Sn)(S,Se)4. Entre las diferentes posibilidades de producción de los semiconductores compuestos, en los últimos años se han impuesto esencialmente dos métodos. Se trata de la vaporización conjunta de los elementos individuales sobre un sustrato caliente y de la aplicación sucesiva de los elementos en capas individuales (capas precursoras) sobre un sustrato frío, por ejemplo mediante pulverización iónica, junto con un tratamiento térmico rápido (RTP = Rapid Thermal Processing), en el que se producen la formación de cristal y la transformación de fase propiamente dichas de las capas precursoras para formar el semiconductor compuesto. Este último método en dos etapas se describe detalladamente, por ejemplo, en J. Palm et al., "CIS module pilot processing applying concurrent rapid selenization and sulfurization of large area thin film precursors", Thin Solid Films 431-432, pp. 414-522 (2003).
En la fabricación industrial de módulos solares de capa delgada, el tratamiento térmico RTP de las capas precursoras tiene lugar en instalaciones en serie, en las que los sustratos revestidos se conducen por orden a diferentes cámaras de procesamiento. Por ejemplo, por el documento EP 0662247 B1 se conoce un método de este tipo.
El tratamiento térmico RTP de capas precursoras es un proceso complejo que requiere tasas de calentamiento rápidas, del orden de unos K/s, una distribución de temperatura a lo largo del sustrato (lateral) y a lo largo del espesor del sustrato, temperaturas máximas por encima de 500 °C, así como un control exacto de la atmósfera de procesamiento. En particular, en la producción de un compuesto de calcopirita se ha de garantizar una presión parcial suficientemente alta, controlable y reproducible de los elementos calcógenos volátiles (Se y/o S) aplicados sobre el sustrato y un suministro controlado de gas de procesamiento (por ejemplo H2 , N2 , Ar, H2S, H2Se, gas de S, gas de Se). Por ejemplo, una selenización en serie de una pila metálica de capas precursoras de CuInGa requiere una cantidad de Se suficiente para una selenización completa. Una pérdida notable de Se conduce a una conversión incompleta de las capas precursoras en el compuesto de calcopirita, e incluso una ligera pérdida de Se resulta en una reducción del rendimiento del módulo solar de capa delgada acabado.
Ya se conoce el método consistente en delimitar el espacio de procesamiento alrededor del sustrato revestido mediante una caja de procesamiento. La caja de procesamiento permite mantener constante, al menos en la mayor medida posible, la presión parcial de los componentes calcógenos volátiles, como selenio o azufre, durante el tratamiento térmico. Además se reduce la exposición de la cámara de procesamiento a gases corrosivos. Por ejemplo, por el documento DE 102008022784 A1 se conoce una caja de procesamiento de este tipo.
En las instalaciones en serie utilizadas en la fabricación industrial de módulos solares de capa delgada, los sustratos revestidos o las cajas de procesamiento cargadas con éstos pasan por diferentes cámaras de procesamiento en el servicio indexado, siendo transportados por impulsos a la siguiente cámara de procesamiento respectiva. En general, las cámaras de procesamiento están realizadas como cámaras que pueden ser evacuadas, ya que todo el recorrido de procesamiento ha de ser vaciado por bomba para extraer oxígeno y agua. Si bien un procesamiento de los sustratos tiene lugar normalmente a presión normal o con una ligera presión negativa, las cámaras de procesamiento han de ser impermeables a los gases para evitar la entrada por difusión de oxígeno y agua en el recorrido de procesamiento y la salida de gases tóxicos. Únicamente se vacían con bomba cíclicamente las esclusas de entrada y de salida.
Por ejemplo, en el documento CN 102024870 A se muestra una instalación en serie con cajas de procesamiento.
En general, la construcción de cámaras de procesamiento que pueden ser evacuadas es compleja y técnicamente exigente, ya que la estanqueidad al vacío necesaria impone las más altas exigencias a los materiales y los componentes de instalación utilizados, como pasos a prueba de vacío, en particular pasos giratorios, válvulas, rodillos de transporte, dispositivos de acoplamiento de gas, placas de refrigeración y correderas de vacío. Por este motivo, los
costes de inversión para esta etapa de proceso representan una parte nada insignificante de los costes de inversión totales de una fábrica solar. Además, en la práctica se ha comprobado que estos componentes técnicamente costosos y relativamente caros están sometidos a un desgaste claramente elevado y pueden perder la estanqueidad debido al transporte de los sustratos revestidos o cajas de procesamiento, al calentamiento a altas temperaturas máximas de más de 500 °C y a la atmósfera de procesamiento corrosiva. En caso de avería, los trabajos de mantenimiento necesarios interrumpen la cadena de fabricación completa.
La solicitud de patente de EE. UU. n° 2005/0238476 A1 muestra un dispositivo para el transporte de un sustrato en una atmósfera controlada, con una carcasa que incluye un espacio de sustrato que puede ser evacuado para el sustrato y un espacio secundario. El espacio de sustrato y el espacio secundario están separados entre sí por una pared de separación con nanoporos, constituyendo la pared de separación una microbomba basada en el principio de Knudsen (termoósmosis). El espacio de sustrato presenta una placa de refrigeración (placa de descontaminación), no estando dispuesta la pared de separación entre el sustrato y la placa de refrigeración. Más bien, la placa de refrigeración está dispuesta siempre en una posición opuesta al sustrato. Además, la placa de separación calefactable desacopla térmicamente el espacio secundario y la sección de carcasa o el espacio de sustrato refrigerado por la placa de refrigeración. Para el mecanismo de bombeo es necesaria una calefacción.
En cambio, el objetivo de la presente invención consiste en crear una posibilidad de someter sustratos revestidos a un tratamiento térmico en una instalación esencialmente más sencilla desde el punto de vista técnico y más económica. Este y otros objetivos se resuelven según la propuesta de la invención mediante una instalación y un método para procesar sustratos revestidos de acuerdo con las reivindicaciones secundarias. De las características indicadas en las reivindicaciones subordinadas se desprenden formas de realización preferidas de la invención.
De acuerdo con la invención se muestra una instalación para procesar sustratos revestidos que incluye una o más cajas de procesamiento. Las cajas de procesamiento están previstas en cada caso para alojar al menos un sustrato e incluyen una carcasa que se puede cerrar de forma impermeable a los gases (que puede ser evacuada), que forma una cavidad. La carcasa incluye al menos una sección de carcasa que está configurada de tal modo que el sustrato puede ser sometido a tratamiento térmico mediante radiación térmica electromagnética que incide sobre la sección de carcasa. Además, la carcasa está provista además de al menos un paso de gas que se puede cerrar y que desemboca en la cavidad para la evacuación de la cavidad y para la introducción de gas en la misma.
La instalación incluye además al menos una unidad de carga/descarga para cargar la caja de procesamiento con un sustrato y/o para sacar el sustrato de la caja de procesamiento, al menos una unidad de calefacción para calentar (tratamiento térmico) el sustrato en la caja de procesamiento, al menos una unidad de refrigeración para refrigerar el sustrato en la caja de procesamiento, así como al menos un dispositivo de vaciado por bomba para vaciar por bomba la cavidad de la caja de procesamiento y al menos un dispositivo de suministro de gas para introducir en la cavidad de la caja de procesamiento al menos un gas, en particular un gas de barrido y/o de proceso.
La instalación incluye además al menos un mecanismo de transporte que está configurado para realizar un movimiento relativo entre, por un lado, la caja de procesamiento y, por otro lado, la unidad de calefacción, la unidad de refrigeración y la unidad de carga/descarga. En este contexto, el mecanismo de transporte puede estar configurado para mover una caja de procesamiento transportable en relación con las unidades estacionarias de calefacción, refrigeración y carga/descarga. Alternativamente, la caja de procesamiento es estacionaria y el mecanismo de transporte está configurado para mover la unidad de calefacción, la unidad de refrigeración y la unidad de carga/descarga en relación con la caja de procesamiento estacionaria. En este contexto, la unidad de calefacción, la unidad de refrigeración y la unidad de carga/descarga se pueden mover de forma individual en cada caso, independientemente de las otras unidades respectivas. No obstante, también es posible que la unidad de calefacción, la unidad de refrigeración y la unidad de carga/descarga se muevan conjuntamente (de forma sincrónica).
Por lo tanto, en la instalación según la invención no es necesario configurar la unidad de calefacción, la unidad de refrigeración y la unidad de carga/descarga como cámaras de procesamiento que pueden ser evacuadas, pudiendo configurarse la instalación de forma técnicamente muy sencilla, de modo que los costes de inversión y mantenimiento son relativamente bajos. Además, las unidades están sometidas a un desgaste relativamente bajo, ya que mediante las cajas de procesamiento que se pueden cerrar de forma impermeable a los gases es posible evitar una carga con sustancias corrosivas.
En consecuencia, en una configuración ventajosa de la instalación según la invención, la unidad de carga/descarga, la unidad de calefacción y la unidad de refrigeración están configuradas como unidades que no pueden ser evacuadas. Ello no impide que la unidad de calefacción, la unidad de refrigeración y la unidad de carga/descarga puedan estar rodeadas por un cerramiento común o por un cerramiento individual en cada caso, que puede estar conectado en particular a una aspiración de aire de salida, pero no estando configurados los cerramientos como cámaras que pueden ser evacuadas.
En una configuración ventajosa de la instalación según la invención, el dispositivo de vaciado por bomba y el dispositivo de suministro de gas están integrados en la unidad de carga/descarga, lo que puede resultar ventajoso en cuanto a la técnica de proceso para el tratamiento térmico de sustratos.
La instalación según la invención incluye una o más cajas de procesamiento, en las que la carcasa presenta al menos una (primera) sección de carcasa que se puede acoplar o que está acoplada (en cuanto a la técnica de calor) con un dispositivo regulador de temperatura o de refrigeración para regular su temperatura o para refrigerarla de forma activa, y en particular al menos una (segunda) sección de carcasa cuya temperatura no se puede regular o que no se puede refrigerar, es decir, que no está acoplada térmicamente con el dispositivo de refrigeración. Las primeras secciones de carcasa están conectadas o se pueden conectar (en cuanto a la técnica de flujo) por ejemplo al dispositivo de refrigeración y, por lo tanto, se pueden refrigerar, mientras que las segundas secciones de carcasa no están conectadas al dispositivo de refrigeración y, por lo tanto, no se pueden refrigerar. La primera sección de carcasa es diferente a la segunda sección de carcasa. La segunda sección de carcasa que no puede ser refrigerada consiste en particular en aquella sección de carcasa que está configurada de tal modo que el sustrato se puede someter a tratamiento térmico mediante radiación térmica electromagnética que incide sobre la sección de carcasa. Mediante la regulación de temperatura o refrigeración de la primera sección de carcasa se puede evitar un desgaste elevado de componentes con capacidad de vacío de la caja de procesamiento.
Además, la cavidad de la caja de procesamiento está dividida por al menos una pared de separación en un espacio de procesamiento para alojar el sustrato y un espacio intermedio, disponiendo la pared de separación de una o más aberturas y estando dispuesta la misma entre el sustrato y la primera sección de carcasa cuya temperatura se puede regular mediante el dispositivo de refrigeración. Mediante la pared de separación se puede evitar una condensación de sustancias gaseosas, que se forman en el espacio de procesamiento durante el tratamiento térmico, en la primera sección de carcasa.
La instalación según la invención incluye además dicho dispositivo de regulación de temperatura o de refrigeración para regular la temperatura de la primera sección de carcasa de la caja de procesamiento o para refrigerar la misma de forma activa.
En una configuración ventajosa de la instalación según la invención, la unidad de carga/descarga, la unidad de calefacción y la unidad de refrigeración están dispuestas en cada caso de forma estacionaria a lo largo de un recorrido de transporte circulatorio para las cajas de procesamiento, y en concreto de tal modo que las cajas de procesamiento pueden pasar de forma unidireccional por el recorrido de transporte para procesar sustratos. En este caso, el mecanismo de transporte está configurado para transportar las cajas de procesamiento de forma unidireccional.
Otra configuración ventajosa de la instalación según la invención incluye una disposición en línea de unidades estacionarias, que consiste en una unidad de calefacción, dos unidades de refrigeración situadas a ambos lados de la unidad de calefacción, y dos unidades de carga/descarga para cargar y/o descargar la caja de procesamiento, entre las que están situadas las otras unidades, siendo las cajas de procesamiento transportables y estando configurado el mecanismo de transporte para un transporte bidireccional de las cajas de procesamiento. Alternativamente, dichas unidades de la disposición de esta configuración de la instalación son transportables y las cajas de procesamiento son estacionarias, estando configurado el mecanismo de transporte para un transporte bidireccional de las unidades.
Otra configuración ventajosa de la instalación según la invención incluye una disposición en línea de grupos estacionarios de unidades, consistiendo los grupos en cada caso en una unidad de refrigeración, una unidad de calefacción, una unidad de refrigeración y una unidad de carga/descarga, en particular en este orden, siendo las cajas de procesamiento transportables y estando configurado el mecanismo de transporte para un transporte bidireccional de las cajas de procesamiento. Alternativamente, las unidades son transportables en cada caso y las cajas de procesamiento son estacionarias, estando configurado el mecanismo de transporte para un transporte bidireccional de las unidades.
Otra configuración ventajosa de la instalación según la invención incluye una disposición en línea de grupos estacionarios de unidades, consistiendo los grupos en cada caso en una unidad de refrigeración, una unidad de calefacción y una unidad de carga/descarga, en particular en este orden, siendo las cajas de procesamiento transportables y estando configurado el mecanismo de transporte para un transporte bidireccional de las cajas de procesamiento. Alternativamente, las unidades son transportables en cada caso y las cajas de procesamiento son estacionarias, estando configurado el mecanismo de transporte para un transporte bidireccional de las unidades.
En otra configuración ventajosa de la instalación según la invención, el dispositivo de vaciado por bomba y/o el dispositivo de suministro de gas y/o el dispositivo de regulación de temperatura o de refrigeración están acoplados permanentemente a una caja de procesamiento durante un movimiento relativo entre, por un lado, la caja de procesamiento y, por otro lado, la unidad de calefacción, la unidad de refrigeración y la unidad de carga/descarga.
La invención abarca además un método para procesar sustratos revestidos, que incluye las etapas consistentes en:
- cargar una cavidad de una caja de procesamiento que puede ser evacuada con al menos un sustrato revestido;
- cerrar la cavidad de la caja de procesamiento de forma impermeable a los gases;
- vaciar por bomba la cavidad de la caja de procesamiento;
- llenar la cavidad de la caja de procesamiento con al menos un gas, en particular para barrer la cavidad con al menos un gas inerte y/o para llenar la cavidad con al menos un gas de procesamiento, pudiendo llenarse la cavidad con presión negativa o sobrepresión;
- someter el sustrato a tratamiento térmico mediante radiación térmica electromagnética que es generada por radiadores de calentamiento dispuestos fuera de la caja de procesamiento y que incide sobre al menos una sección de carcasa de la caja de procesamiento que sirve para el tratamiento térmico;
- refrigerar el sustrato caliente;
- sacar el sustrato de la caja de procesamiento.
En una configuración ventajosa del método según la invención, en la que la caja de procesamiento circula de forma unidireccional a lo largo de un recorrido de transporte cerrado, la caja de procesamiento se transporta sucesivamente a una unidad de carga para cargar la caja de procesamiento con un sustrato, al menos a una unidad de calefacción para someter el sustrato a tratamiento térmico, al menos a una unidad de refrigeración para refrigerar el sustrato y al menos a una unidad de descarga para sacar el sustrato de la caja de procesamiento.
Otra configuración ventajosa del método según la invención incluye las etapas consistentes en:
- cargar una caja de procesamiento transportable con un sustrato mediante una unidad de carga/descarga estacionaria;
- transportar la caja de procesamiento, en particular en una dirección, hasta una unidad de calefacción estacionaria y someter el sustrato a tratamiento térmico;
- transportar la caja de procesamiento, en particular en dicha dirección o en la dirección contraria, hasta una unidad de refrigeración estacionaria y refrigerar el sustrato;
- transportar la caja de procesamiento, en particular en la dirección contraria, hasta la unidad de carga/descarga y sacar el sustrato.
Una configuración alternativa del método según la invención incluye las etapas consistentes en:
- cargar una caja de procesamiento estacionaria con un sustrato mediante una unidad de carga/descarga transportable;
- retirar la unidad de carga/descarga, en particular en una dirección, de la caja de procesamiento;
- transportar una unidad de calefacción, en particular en dicha dirección, hasta la caja de procesamiento y someter el sustrato a tratamiento térmico;
- retirar la unidad de calefacción, en particular en la otra dirección, de la caja de procesamiento;
- transportar una unidad de refrigeración, en particular en dicha dirección o en la dirección contraria, hasta la caja de procesamiento y refrigerar el sustrato;
- retirar la unidad de refrigeración, en particular en dicha dirección o en la dirección contraria, de la caja de procesamiento;
- transportar la unidad de carga/descarga, en particular en la dirección contraria, hasta la caja de procesamiento y sacar el sustrato.
Otra configuración ventajosa del método según la invención incluye las etapas consistentes en:
- cargar una primera caja de procesamiento transportable con un primer sustrato mediante una primera unidad de carga/descarga estacionaria;
- cargar una segunda caja de procesamiento transportable con un segundo sustrato mediante una segunda unidad de carga/descarga estacionaria;
- transportar la primera caja de procesamiento, en particular en una dirección, hasta una unidad de calefacción estacionaria y someter el primer sustrato a tratamiento térmico;
- transportar la primera caja de procesamiento, en particular en la dirección contraria, hasta una primera unidad de refrigeración estacionaria y refrigerar el primer sustrato;
- transportar la segunda caja de procesamiento, en particular en la dirección contraria, hasta la unidad de calefacción y someter el segundo sustrato a tratamiento térmico;
- transportar la segunda caja de procesamiento, en particular en dicha dirección, hasta una segunda unidad de refrigeración estacionaria y refrigerar el segundo sustrato;
- transportar la primera caja de procesamiento, en particular en la dirección contraria, hasta la primera unidad de carga/descarga y sacar el primer sustrato;
- transportar la segunda caja de procesamiento, en particular en dicha dirección, hasta la segunda unidad de carga/descarga y sacar el segundo sustrato.
Una configuración alternativa del método según la invención incluye las etapas consistentes en:
- cargar una primera caja de procesamiento estacionaria con un primer sustrato mediante una primera unidad de carga/descarga;
- retirar la primera unidad de carga/descarga, en particular en una dirección, de la primera caja de procesamiento;
- cargar una segunda caja de procesamiento estacionaria con un segundo sustrato mediante una segunda unidad de carga/descarga;
- retirar la segunda unidad de carga/descarga, en particular en la dirección contraria, de la segunda caja de procesamiento;
- transportar una unidad de calefacción, en particular en dicha dirección, hasta la primera caja de procesamiento y someter el primer sustrato a tratamiento térmico;
- retirar la unidad de calefacción, en particular en la dirección contraria, de la primera caja de procesamiento; - transportar una primera unidad de refrigeración, en particular en dicha dirección, hasta la primera caja de procesamiento y refrigerar el primer sustrato;
- retirar la primera unidad de refrigeración, en particular en la dirección contraria, de la primera caja de procesamiento;
- transportar la unidad de calefacción, en particular en la dirección contraria, hasta la segunda caja de procesamiento y someter el segundo sustrato a tratamiento térmico;
- retirar la unidad de calefacción, en particular en dicha dirección, de la segunda caja de procesamiento y someter el segundo sustrato a tratamiento térmico;
- transportar una segunda unidad de refrigeración, en particular en la dirección contraria, hasta la segunda caja de procesamiento y refrigerar el segundo sustrato;
- retirar la segunda unidad de refrigeración, en particular en dicha dirección, de la segunda caja de procesamiento;
- transportar la primera unidad de carga/descarga, en particular en la dirección contraria, hasta la primera caja de procesamiento y sacar el primer sustrato;
- transportar la segunda unidad de carga/descarga, en particular en dicha dirección, hasta la segunda caja de procesamiento y sacar el segundo sustrato.
Otra configuración ventajosa del método según la invención, en la que durante el tratamiento térmico de un sustrato se genera al menos una sustancia gaseosa a través del sustrato revestido, incluye las etapas consistentes en:
- regular la temperatura o refrigerar activamente al menos una (primera) sección de carcasa de la caja de procesamiento durante el tratamiento térmico y en caso dado después del mismo;
- inhibir la difusión de una sustancia gaseosa generada durante el tratamiento térmico del sustrato hacia la (primera) sección de carcasa de temperatura regulada o refrigerada mediante una pared de separación provista de una o más aberturas, que está dispuesta entre el sustrato revestido y la (primera) sección de carcasa de temperatura regulada o refrigerada.
En el método según la invención, la al menos una sección de carcasa de la caja de procesamiento que sirve para el tratamiento térmico, sobre la que incide la radiación térmica, no se somete a regulación de temperatura o no se refrigera.
En otra configuración ventajosa del método según la invención, un espacio intermedio, que se encuentra entre la pared de separación y la (primera) sección de carcasa de temperatura regulada o refrigerada, no es irradiada en parte, en particular por completo, por la radiación térmica electromagnética.
En otra configuración ventajosa del método según la invención, una superficie (total) de abertura de la o las aberturas de la pared de separación se reduce durante el tratamiento térmico mediante calentamiento de la pared de separación a un máximo de un 50%, preferiblemente a un máximo de un 30%, más preferiblemente a un máximo de un 10%, del valor inicial (superficie de abertura total antes del tratamiento térmico).
En otra configuración ventajosa del método según la invención, la cavidad de la caja de procesamiento se evacúa antes del tratamiento térmico del sustrato revestido y/o se llena con un gas de procesamiento (con presión negativa o sobrepresión).
En las diferentes configuraciones del método según la invención en las que la caja de procesamiento es estacionaria y la unidad de calefacción, la unidad de refrigeración y la unidad de carga/descarga se transportan en relación con la caja de procesamiento estacionaria, la unidad de calefacción, la unidad de refrigeración y la unidad de carga/descarga se pueden mover en cada caso de forma individual, independientemente de las otra unidades respectivas. No obstante, también es posible que la unidad de calefacción, la unidad de refrigeración y la unidad de carga/descarga se muevan conjuntamente (de forma sincrónica).
Como ya se ha descrito, la caja de procesamiento para procesar un sustrato revestido se puede utilizar opcionalmente como caja de procesamiento transportable o como caja de procesamiento estacionaria.
En el sentido de la invención, la expresión "sustrato" se refiere a un cuerpo plano que dispone de dos superficies opuestas entre sí, estando aplicada sobre una de las dos superficies una estructura de capas que normalmente incluye una pluralidad de capas. Por regla general, la otra superficie del sustrato no está revestida. Por ejemplo, se trata de un sustrato revestido con capas precursoras de un semiconductor compuesto (por ejemplo un compuesto de calcopirita o kesterita) para la producción de un módulo solar de capa delgada, que ha de ser sometido a un tratamiento térmico RTP.
La caja de procesamiento incluye una carcasa mediante la cual está conformada o delimitada una cavidad que se puede cerrar de forma impermeable a los gases (que puede ser evacuada). Preferiblemente, la altura libre de la cavidad está dimensionada de tal modo que los gases se puedan evacuar por bomba y se satisfagan las altas exigencias en relación con el contenido de oxígeno y la presión parcial de agua en un tratamiento térmico RTP en el menor tiempo posible. En principio, la carcasa puede estar hecha de cualquier material adecuado para el uso previsto, por ejemplo metal, vidrio, cerámica, vitrocerámica, materiales de carbono reforzados con fibra de carbono, o grafito.
En este contexto es esencial que la carcasa de la caja de procesamiento presente una o más secciones de carcasa configuradas en cada caso para posibilitar un tratamiento térmico mediante radiación térmica electromagnética que incide sobre la sección de carcasa. Con este fin, las secciones de carcasa que sirven para el tratamiento térmico pueden ser transparentes, parcialmente transparentes u opacas a la radiación térmica electromagnética para el procesamiento del sustrato. Por ejemplo, las secciones de carcasa que sirven para el tratamiento térmico consisten en vitrocerámica. En particular, las secciones de carcasa que sirven para el tratamiento térmico también pueden incluir o consistir en un material (por ejemplo grafito) adecuado para absorber la radiación térmica electromagnética de radiadores de calentamiento al menos parcialmente, en particular por completo, para su propio calentamiento. La sección de carcasa calentada puede servir entonces como fuente de calor secundaria para calentar el sustrato, lo que puede conducir en particular a una homogeneización de la distribución del calor.
La carcasa de la caja de procesamiento incluye además una o más (primeras) secciones de carcasa de temperatura regulable o que pueden ser refrigeradas, cuya temperatura se puede ajustar a un valor de temperatura previamente determinable o refrigerar de forma activa. Con este fin, las secciones de carcasa se pueden acoplar o están acopladas en cuanto a la técnica de calor en cada caso con un dispositivo (externo) de regulación de temperatura o de refrigeración. Además, la carcasa incluye una o más (segundas) secciones de carcasa de temperatura no regulable, es decir que no se pueden acoplar o no están acopladas con el dispositivo de regulación de temperatura o de refrigeración, consistiendo las mismas en particular en aquellas secciones de carcasa que posibilitan un tratamiento térmico mediante radiación térmica electromagnética que incide sobre la sección de carcasa, es decir, que están en el campo de radiación de los radiadores de calentamiento.
Las secciones de carcasa de temperatura regulable o que pueden ser refrigeradas se pueden refrigerar de forma activa en relación con la temperatura del sustrato y aquellas secciones de carcasa que posibilitan un tratamiento térmico mediante radiación térmica electromagnética incidente y que están situadas en el campo de radiación de los radiadores de calentamiento. Las secciones de carcasa de la caja de procesamiento de temperatura regulable o que pueden ser refrigeradas se pueden someter a regulación de temperatura (refrigerar de forma activa) antes, durante y/o después de un tratamiento térmico del sustrato revestido.
Tal como se utiliza aquí y en lo sucesivo, la expresión "que puede ser refrigerado" se refiere a una regulación de temperatura o una refrigeración de la (primera) sección de carcasa a una temperatura más baja que la temperatura del sustrato durante el tratamiento térmico o de aquellas secciones de carcasa que posibilitan un tratamiento térmico mediante radiación térmica electromagnética incidente y que están situadas en el campo de radiación de los radiadores de calentamiento. Por ejemplo, la sección de carcasa se regula a una temperatura o se refrigera a una temperatura en el intervalo de 20 °C a 200 °C. Mediante esta regulación de temperatura se pueden utilizar las juntas de plástico usuales en la técnica de vacío (elastómeros, fluoroelastómeros) y otros componentes estándares relativamente económicos para hermetizar al vacío la caja de procesamiento, que sin embargo no resisten de forma duradera temperaturas superiores a 200 °C.
Además, la carcasa de la caja de procesamiento incluye al menos un paso de gas que se puede cerrar (por ejemplo mediante una válvula) y que desemboca en la cavidad para la evacuación de la cavidad y para la introducción de gas de procesamiento en la cavidad. Con este fin, el paso de gas puede desembocar en particular en el espacio intermedio. El gas de procesamiento puede contener, por ejemplo, gases reactivos, como H2S, HbSe, vapor de S, vapor de Se o H2 , así como gases inertes, como N2 , He o Ar.
En la caja de procesamiento, la cavidad formada por la carcasa está dividida mediante al menos una pared de separación en un espacio de procesamiento para alojar el sustrato revestido y un espacio intermedio, estando dispuesta la pared de separación entre el sustrato revestido y la sección de carcasa que tiene temperatura regulada (refrigerada de forma activa), es decir, que se puede acoplar o está acoplada con el dispositivo de refrigeración. El espacio de procesamiento está delimitado exclusivamente por la al menos una pared de separación y una o más
secciones de carcasa del procesador que no tienen temperatura regulada, es decir, que no están acopladas con el dispositivo de refrigeración.
En este contexto es esencial que la pared de separación sirva como barrera de difusión (barrera de vapor) para un intercambio de gas entre el espacio de procesamiento y el espacio intermedio durante el tratamiento térmico, pero que al menos temporalmente, antes y después del tratamiento térmico, permita un intercambio de gas entre el espacio de procesamiento y el espacio intermedio, de modo que sea posible una extracción por bomba de sustancias gaseosas del espacio de procesamiento, un barrido con un gas de barrido, así como un llenado con un gas de procesamiento, a través de la pared de separación. Con este fin, la pared de separación dispone de una o más aberturas o perforaciones que conectan el espacio de procesamiento y el espacio intermedio entre sí en cuanto a la técnica de flujo. En general, las aberturas pueden presentar cualquier forma, por ejemplo una forma de agujero alargado o circular, y también estar situadas en zonas marginales.
En una configuración ventajosa, la pared de separación no llega hasta una pared de carcasa, de modo que entre la pared de separación y la pared de carcasa queda una abertura, en particular un intersticio.
La pared de separación puede consistir en particular en un material poroso o en un material provisto de tubos (tubos rectos, oblicuos o acodados), o incluir un material de este tipo.
Por ejemplo, aunque no forzosamente, la dimensión más pequeña, por ejemplo un radio o diámetro, de una abertura respectiva de la pared de separación es más grande que la trayectoria libre media de la partículas de gas en el espacio de procesamiento.
Por lo tanto, mediante la pared de separación se forma un espacio de procesamiento para procesar el sustrato revestido, que está separado del espacio intermedio de forma prácticamente impermeable a los gases por medio de la pared de separación. A diferencia de un espacio de procesamiento abierto, que permite un libre intercambio de gas entre el espacio de procesamiento y el entorno exterior, y a diferencia de un espacio de procesamiento impermeable a los gases, en el que se impide por completo dicho intercambio de gas entre el espacio de procesamiento y el entorno exterior, la pared de separación inhibe el intercambio de gas entre el espacio de procesamiento y el espacio intermedio. Esta barrera de vapor se basa en que la trayectoria libre depende de la presión: a presión prácticamente normal (700 1.000 mbar), las aberturas relativamente pequeñas inhiben la difusión. En cambio, si el espacio intermedio se vacía por bomba a presiones en el intervalo de prevacío (10-1.000 pbar), la trayectoria libre aumenta en gran medida y la pared de separación ya solo constituye una débil barrera de difusión para el intercambio de gas. El espacio de procesamiento se puede vaciar por bomba a través de la pared de separación y, después del vaciado por bomba en la caja de procesamiento, el gas de procesamiento también fluye al interior del espacio de procesamiento. En particular, la pared de separación prácticamente impermeable a los gases permite mantener constante en el espacio de procesamiento, al menos en la mayor medida posible, la presión parcial de componentes calcógenos volátiles, como selenio o azufre, durante el tratamiento térmico.
En general, la caja de procesamiento está configurada de tal modo que se puede abrir o cerrar, o montar y desmontar de nuevo (de forma no destructiva), para cargarla con un sustrato revestido y para sacar el sustrato procesado.
Mediante la caja de procesamiento se pueden lograr varias ventajas. Así, mediante la configuración impermeable a los gases de la cavidad con al menos un paso de gas que se puede cerrar y que desemboca en la cavidad, es posible una evacuación del espacio de procesamiento, en particular para extraer por bomba gases de procesamiento corrosivos y reducir el contenido de oxígeno y la presión parcial de agua, así como un barrido con gas inerte y un llenado con gas de procesamiento. Por ello no es necesario realizar esclusas y unidades de procesamiento de forma impermeable a los gases o de modo que puedan ser evacuadas para el tratamiento térmico de los sustratos, lo que permite simplificar mucho la instalación técnicamente y reducir considerablemente los costes de la producción y el mantenimiento de la misma. No obstante, la estación de carga/descarga, la estación de calefacción y la estación de refrigeración pueden estar a su vez rodeadas por un cerramiento común o por un cerramiento individual en cada caso, que están conectados en particular a una aspiración de aire de salida, pero que no están configurados como cámaras que pueden ser evacuadas. Dado que los gases de procesamiento corrosivos solo están presentes en la cavidad de la caja de procesamiento, se puede evitar un desgaste elevado de componentes de la instalación, como rodillos de transporte para el transporte de la caja de procesamiento o radiadores de calentamiento para el tratamiento térmico del sustrato revestido. Además, ventajosamente se puede prescindir de piezas móviles en el área con capacidad de vacío (caja de procesamiento) de la instalación. La evacuación de la cavidad de la caja de procesamiento se puede lograr con rapidez y eficacia. Esto es igualmente aplicable a un llenado con gas de procesamiento, pudiendo utilizarse el gas de procesamiento en una cantidad mínima de manera rentable. La regulación de temperatura (refrigeración activa) de al menos una sección de carcasa de la caja de procesamiento permite reducir el desgaste en particular de componentes con capacidad de vacío de la caja de procesamiento durante el tratamiento térmico y, en caso dado, favorecer la refrigeración activa del sustrato revestido después del tratamiento térmico. La pared de separación, que actúa como barrera de difusión o de vapor, permite evitar una condensación de componentes volátiles producidos durante el tratamiento térmico, como los elementos calcógenos azufre y selenio, sobre la sección de carcasa de temperatura regulada (refrigerada de forma activa), para de este modo minimizar la pérdida de componentes volátiles
en la atmósfera de procesamiento y mantener constante su presión parcial, al menos en la mayor medida posible, en la atmósfera de procesamiento. Por lo tanto, se puede minimizar el consumo de elementos calcógenos volátiles y mejorar la calidad de los semiconductores compuestos producidos. Además, el espacio de procesamiento se puede reducir aún más en relación con la cavidad de la caja de procesamiento por medio de la pared de separación. Mediante la caja de procesamiento impermeable a los gases, el sustrato cargado en la caja de procesamiento está bien protegido frente a influencias ambientales. En una instalación de producción, la caja de procesamiento se puede transportar entre diferentes unidades de procesamiento sin necesidad de sacar el sustrato revestido de la caja de procesamiento. La caja de procesamiento se puede cargar opcionalmente con uno o varios sustratos revestidos, pudiendo ser preferible una carga con varios sustratos para aumentar el rendimiento.
Como ya se ha indicado, mediante la pared de separación se logra dividir la cavidad de forma prácticamente impermeable a los gases en un espacio de procesamiento y un espacio intermedio, estando provista la pared de separación con una o más aberturas para este fin. La pared de separación está configurada de tal modo que, durante el tratamiento térmico, una pérdida de masa de una sustancia gaseosa generada por el tratamiento térmico del sustrato revestido al exterior del espacio de procesamiento corresponde a menos de un 50%, preferiblemente a menos de un 20%, más preferiblemente a menos de un 10%, de la masa de la sustancia gaseosa generada durante el tratamiento térmico. Con este fin, de acuerdo con la invención la pared de separación está configurada de tal modo que una relación de superficies, formada por una superficie de abertura (total) de la o las aberturas dividida por una superficie interior (área interior) del espacio de procesamiento, está dentro del intervalo de 5 x 10-5 a 5 x 10-4. De este modo se puede lograr ventajosamente que la superficie de abertura (total) de la o las aberturas de la pared de separación por un lado sea suficientemente grande para posibilitar una evacuación rápida del espacio de procesamiento y un llenado con gas de barrido o de procesamiento y, por otro lado, sea suficientemente pequeña para que la pared de separación sirva como barrera de vapor o difusión eficaz para componentes volátiles producidos durante el tratamiento térmico en el espacio de procesamiento.
En una configuración especialmente ventajosa de la caja de procesamiento, la pared de separación incluye o consiste en un material que tiene un coeficiente de dilatación térmica tal que una superficie de abertura (total) de la o las aberturas se reduce mediante calentamiento de la pared de separación durante el tratamiento térmico a un máximo de un 50%, preferiblemente a un máximo de un 30%, más preferiblemente a un máximo de un 10%, del valor inicial (superficie de abertura total antes del tratamiento térmico). Con este fin, la pared de separación ventajosamente incluye o consiste en un material con un coeficiente de dilatación térmica de más de 5 x 10-6 K-1. De este modo se crea una pared de separación de temperatura controlada en la que, por un lado, en el estado más frío, gracias a una mayor superficie de abertura (total) se logra un vaciado por bomba del espacio de procesamiento especialmente eficiente así como un llenado del espacio de procesamiento con gas de barrido o de procesamiento y, por otro lado, en el estado más caliente durante el tratamiento térmico, gracias a una menor superficie de abertura (total) por la dilatación térmica se logra una inhibición especialmente eficaz de la difusión de sustancias gaseosas generadas durante el tratamiento térmico desde el espacio de procesamiento al espacio intermedio. En particular, la pared de separación puede estar configurada de manera que durante el tratamiento térmico la superficie de abertura (total) se reduzca al menos aproximadamente a cero, de modo que durante el tratamiento térmico se impida prácticamente por completo un intercambio de gas entre el espacio de procesamiento y el espacio intermedio.
En una configuración ventajosa de la caja de procesamiento, la carcasa de la caja de procesamiento incluye un suelo, una tapa y un marco que une el suelo y la tapa entre sí. El suelo y la tapa están realizados en cada caso, por ejemplo, en forma de placas, consistiendo el suelo y/o la tapa en un material (por ejemplo vitrocerámica) tal que el sustrato revestido puede ser sometido a tratamiento térmico mediante la energía de radiación de una radiación térmica dirigida a la cara inferior del suelo y/o a la cara superior de la tapa. La sección de carcasa de temperatura regulable (que puede ser refrigerada de forma activa) está formada por al menos una sección de marco. Del mismo modo, el marco puede estar provisto del al menos un paso de gas que se puede cerrar y que desemboca en la cavidad para evacuar la cavidad y dotar el espacio de procesamiento selectivamente de una atmósfera de gas determinada durante determinadas etapas de proceso.
En el estado montado de la caja de procesamiento, la cavidad está configurada de forma impermeable a los gases, pudiendo estar configurada la tapa por ejemplo de forma desmontable del marco, de modo que el espacio de procesamiento se puede cargar de forma sencilla con un sustrato revestido o el sustrato procesado se puede sacar del mismo. En una configuración especialmente ventajosa de la caja de procesamiento, el marco incluye una primera parte de marco unida de forma fija con el suelo y una segunda parte de marco unida de forma fija con la tapa, pudiendo unirse las dos partes de marco entre sí de forma impermeable a los gases para formar la cavidad.
En una configuración alternativa a ésta, la caja de procesamiento incluye una carcasa con una sección de carcasa de una sola pieza con una abertura de carcasa que se puede cerrar de forma impermeable a los gases mediante un elemento de cierre preferiblemente de temperatura regulable (que puede ser refrigerado de forma activa), por ejemplo lateralmente. La pared de separación se extiende por ejemplo en dirección paralela al elemento de cierre. Además se muestra una disposición para procesar un sustrato revestido, con una caja de procesamiento configurada tal como se describe más arriba, uno o más radiadores de calentamiento para generar radiación térmica electromagnética, que están dispuestos en posición adyacente a la al menos una sección de carcasa de la caja de procesamiento que sirve
para el tratamiento térmico, así como un dispositivo de regulación de temperatura y refrigeración, que está acoplado (en cuanto a la técnica de calor) con la al menos una sección de carcasa de temperatura regulable (que puede ser refrigerada) para regular la temperatura de la misma.
En la disposición arriba indicada, los radiadores de calentamiento están dispuestos de forma especialmente ventajosa de tal modo que el espacio intermedio está situado al menos en parte, en particular por completo, fuera de un campo de radiación común de los radiadores de calentamiento. A través de esta medida se puede lograr que se establezca un gradiente de temperatura (barrera de temperatura) entre la pared de separación y la sección de carcasa de temperatura regulable (refrigerada de forma activa) de la caja de procesamiento. Preferiblemente, el gradiente de temperatura es de tal manera que en la pared de separación se alcanza una temperatura de procesamiento para el tratamiento térmico del sustrato revestido. Con este fin, los radiadores de calentamiento pueden estar dispuestos, por ejemplo, exclusivamente por encima y/o por debajo del espacio de procesamiento.
Breve descripción de los dibujos
La invención se explica ahora más detalladamente con referencia a las figuras adjuntas. Se muestran en representación simplificada y no a escala:
La Figura 1 es una representación en sección transversal generalizada de una caja de procesamiento para procesar un sustrato revestido;
la Figura 2 es una vista en perspectiva de la caja de procesamiento de la Figura 1 con un elemento de cierre frontal;
las Figuras 3A-3C, por medio de diferentes representaciones, es un ejemplo de realización de la caja de procesamiento de la Figura 1;
la Figura 4 es una variante de la caja de procesamiento de las Figuras 3A-3C con dos partes de marco que se pueden unir;
las Figuras 5A-5F son diferentes variantes de una pared de separación de temperatura controlada de la caja de procesamiento;
las Figuras 6-9, por medio de vistas esquemáticas, son diferentes ejemplos de realización de la instalación según la invención para procesar sustratos en cajas de procesamiento.
En las Figuras 1 a 5A-5F se ilustra una caja de procesamiento orientada en dirección horizontal en una posición de trabajo típica. Se entiende que la caja de procesamiento también puede estar orientada de otro modo y que las indicaciones de posición y dirección dadas en la siguiente descripción se refieren únicamente a la representación de la caja de procesamiento en las figuras, no debiendo interpretarse esto como restrictivo.
Considérense en primer lugar las Figuras 1 y 2, en las que se muestra una representación en sección transversal generalizada de una caja 1 de procesamiento para procesar un sustrato 2 revestido (Figura 1), así como una vista en perspectiva de dicha caja 1 de procesamiento con un elemento 9 de cierre frontal (Figura 2).
La caja 1 de procesamiento sirve para procesar un sustrato 2 revestido por una cara, por ejemplo para el tratamiento térmico de capas precursoras con el fin de transformarlas en un semiconductor compuesto, en particular un compuesto de calcopirita. Si bien solo se muestra un único sustrato 2, la caja 1 de procesamiento podría utilizarse para procesar dos o más sustratos 2.
La caja 1 de procesamiento incluye una carcasa 3, en este caso en forma de paralelepípedo, con una pared 4 de carcasa que está compuesta por una pared 5 de suelo, una pared 6 de cubierta y una pared lateral 7 circunferencial. La pared 4 de carcasa delimita una cavidad 11 impermeable a los gases o que puede ser evacuada, que se puede cerrar de forma impermeable a los gases mediante un elemento 9 de cierre desmontable. Tal como se muestra en la Figura 2, la carcasa 3 presenta por ejemplo una abertura 8 de carcasa frontal, que se puede cerrar mediante un elemento 9 de cierre que se puede sobreponer a modo de puerta y que constituye una parte de la pared lateral 7. En general, la abertura 8 de carcasa y el elemento 9 de cierre correspondiente pueden estar situados opcionalmente en cualquier sección de pared de la pared 4 de carcasa. La pared 5 de suelo sirve en un área central como superficie de apoyo para el sustrato 2, pudiendo estar previstos igualmente distanciadores o elementos de apoyo correspondientes.
La pared 4 de carcasa de la caja 1 de procesamiento puede consistir en un mismo material o en materiales diferentes entre sí. Algunos materiales típicos son metal, vidrio, cerámica, vitrocerámica, materiales de carbono reforzados con fibra de carbono, o grafito. Lo esencial en este contexto es que la pared 6 de cubierta y la pared 5 de suelo estén configuradas en cada caso de tal modo que sea posible un tratamiento térmico del sustrato 2 revestido mediante energía térmica suministrada desde fuera en forma de radiación térmica electromagnética. En una disposición 10 indicada esquemáticamente en la Figura 1, la energía térmica puede ser suministrada mediante radiadores 12 de calentamiento dispuestos, por ejemplo en línea, por encima de la pared 6 de cubierta y por debajo de la pared 5 de suelo. Con este fin, la pared 6 de cubierta y la pared 5 de suelo consisten, por ejemplo, en un material transparente o al menos parcialmente transparente para la radiación electromagnética irradiada, por ejemplo vitrocerámica. La pared 6 de cubierta y la pared 5 de suelo también pueden consistir en un material de este tipo únicamente en algunas secciones. Del mismo modo, también es posible que la pared 6 de cubierta y la pared 5 de suelo consistan en un
material adecuado para absorber la radiación electromagnética al menos en parte, en particular por completo, para su propio calentamiento, por ejemplo grafito. En este caso, la pared 6 de cubierta y la pared 5 de suelo sirven como fuentes de calor secundarias, calentadas de forma pasiva.
Tal como se puede distinguir en la Figura 2, la pared 4 de carcasa, en este caso por ejemplo el elemento 9 de cierre, está provista de dos conexiones 13, 13' de fluido refrigerante que sirven como entrada y salida, respectivamente, para fluido refrigerante en un sistema de conductos de fluido refrigerante, no representado detalladamente, que pasa al menos por algunas secciones de la pared lateral 7 circunferencial, preferiblemente por toda ella. Por medio del fluido refrigerante introducido se puede regular la temperatura de algunas secciones de la pared lateral 7, preferiblemente de toda ella, a una temperatura que se puede predeterminar, o se puede refrigerar activamente en relación con las temperaturas de sustrato durante el tratamiento térmico. Con este fin, las dos conexiones 13, 13' de fluido refrigerante se pueden conectar en cuanto a la técnica de flujo a un dispositivo 14 de regulación de temperatura o de refrigeración para preparar y refrigerar el fluido refrigerante. En general, en la caja 1 de procesamiento solo se someten a regulación de temperatura o se refrigeran activamente aquellas secciones de carcasa que no se utilizan para el tratamiento térmico del sustrato 2 revestido mediante energía térmica suministrada desde fuera en forma de radiación térmica electromagnética, en este caso por ejemplo la pared lateral 7 circunferencial o al menos una sección de la misma. En el presente ejemplo solo se regula la temperatura del elemento 9 de cierre o solo se refrigera el mismo. Como fluido refrigerante se puede utilizar, por ejemplo, aceite o agua. Alternativamente, la regulación de temperatura o la refrigeración activa también se pueden lograr a través de una refrigeración por contacto (conducción térmica) mediante contacto con cuerpos refrigeradores (por ejemplo placas de refrigeración), un soplante (refrigeración por convección), o sin contacto mediante cuerpos refrigeradores distanciados (refrigeración por radiación).
La carcasa 3 incluye además un paso 16 de gas provisto de una válvula 15, que desemboca en la cavidad 11. El paso 16 de gas está dispuesto aquí, por ejemplo, en el elemento 9 de cierre frontal. La cavidad 11 se puede evacuar a través de una conexión 17 de gas mediante conexión a un dispositivo 18 de vaciado por bomba (bomba de vacío). Además, la conexión 17 de gas se puede conectar a un dispositivo 19 de suministro de gas para barrer la cavidad 11 mediante introducción de un gas de barrido inerte o para llenar la misma con un gas de procesamiento reactivo. Un llenado con el gas de procesamiento puede tener lugar con presión negativa o con sobrepresión. El paso 16 de gas opcionalmente se puede abrir o cerrar de forma impermeable a los gases por medio de la válvula 15 (por ejemplo una válvula de varias vías). La cavidad 11 tiene una altura libre relativamente pequeña, que por ejemplo está dentro del intervalo de 7 a 12 mm, para posibilitar una evacuación rápida y un llenado eficiente con gas de procesamiento.
La cavidad 11 está dividida de forma prácticamente impermeable a los gases mediante una pared 20 de separación en forma de listón en un espacio 21 de procesamiento y un espacio intermedio 22, estando alojado el sustrato 2 revestido exclusivamente en el espacio 21 de procesamiento. El paso 16 de gas desemboca en el espacio intermedio 22. La pared 20 de separación está provista de una o varias aberturas o pasos, mediante las cuales el espacio 21 de procesamiento está conectado en cuanto a la técnica de flujo con el espacio intermedio 22.
Tal como se puede distinguir en la representación en sección vertical de la Figura 1, la pared 20 de separación, que se extiende en dirección vertical desde la pared 5 de suelo hacia la pared 6 de cubierta, no llega del todo hasta la (cara interior de la) pared 6 de cubierta, de modo que queda un intersticio 23 como abertura de la pared 20 de separación. En la Figura 2 se muestra una variante en la que la pared 20 de separación se extiende hasta la pared 6 de cubierta y está provista de una pluralidad de ranuras 24 horizontales dispuestas por ejemplo en una fila central. El espacio 21 de procesamiento está conectado en cuanto a la técnica de flujo con el espacio intermedio 22 a través del intersticio 23 o de las ranuras 24, de modo que es posible un intercambio recíproco de gas, pero éste está inhibido debido a la dimensión vertical o altura reducida del intersticio 23 o de la ranuras 24. Por lo tanto, la pared 20 de separación actúa como barrera de difusión o de vapor entre el espacio 21 de procesamiento y el espacio intermedio 22.
Las propiedad de la pared 20 de separación de actuar como barrera de difusión o de vapor se basa en que la trayectoria libre depende de la presión: a presión prácticamente normal (700-1.000 mbar), la difusión a través de la(s) abertura(s) relativamente pequeña(s) de la pared 20 de separación está inhibida. En cambio, si el espacio intermedio 22 se vacía por bomba a presiones en el intervalo de prevacío (10-1.000 pbar), la trayectoria libre aumenta en gran medida y la pared 20 de separación ya solo constituye una débil barrera de difusión para el intercambio de gas. Por lo tanto, el espacio 21 de procesamiento se puede vaciar por bomba a través de la pared 20 de separación y, después del vaciado por bomba, el gas de procesamiento también puede fluir al interior del espacio 21 de procesamiento mediante entrada en el espacio intermedio 22. Por otro lado, mediante la pared 20 de separación se puede mantener constante en el espacio 21 de procesamiento, al menos en la mayor medida posible, la presión parcial de componentes calcógenos volátiles, como selenio o azufre, que se difunden/evaporan del sustrato 2 revestido durante el tratamiento térmico del sustrato 2. Por lo tanto, la pared 20 de separación actúa, por ejemplo, como barrera de selenio durante el tratamiento térmico de un sustrato 2.
En general, una superficie 25 de abertura (común) del intersticio 23 o de las ranuras 24 está dimensionada de tal modo que, durante el tratamiento térmico del sustrato 2, una pérdida de masa de una sustancia gaseosa generada por el tratamiento térmico del sustrato 2 revestido al exterior del espacio 22 de procesamiento corresponde a menos de un
50%, preferiblemente a menos de un 20%, más preferiblemente a menos de un 10%, de la masa de la sustancia gaseosa generada durante el tratamiento térmico en el espacio 21 de procesamiento. Con este fin, la pared 20 de separación está configurada de tal modo que una relación de superficies, formada por la superficie 25 de abertura dividida por una superficie interior o área interior 26 del espacio 21 de procesamiento, está dentro del intervalo de 5 x 10-5 a 5 x 10-4.
Por ejemplo, el área interior 26 del espacio 21 de procesamiento tiene un tamaño de aproximadamente 1,2 m2. Una altura media de intersticio del intersticio 23 está, por ejemplo, dentro del intervalo de 50 a 100 pm, correspondientemente a una superficie 25 de abertura dentro del intervalo de 2 a 5 cm2. La pared 20 de separación tiene una altura de, por ejemplo, 9 mm. A partir de estos valores resulta una relación de superficies de 1,5 x 10-4.
Mediante la pared 20 de separación que sirve como barrera de vapor o de difusión se puede impedir, al menos en la mayor medida posible, una difusión de componentes volátiles producidos en el espacio 21 de procesamiento durante el tratamiento térmico al espacio intermedio 22, con lo que se evita una condensación de los componentes volátiles en la pared lateral 7 de temperatura regulada (refrigerada de forma activa), en este caso en especial el elemento 9 de cierre. Por lo tanto, la atmósfera de procesamiento en el espacio 21 de procesamiento se puede mantener al menos aproximadamente constante.
Tal como se ilustra en la Figura 2, el espacio intermedio 22 está situado al menos en parte, en particular por completo, fuera de un campo de radiación (común) de los radiadores 12 de calentamiento, de modo que durante el tratamiento térmico se establece un gradiente de temperatura en el espacio intermedio 22 desde la pared 20 de separación hacia la pared lateral 7 de temperatura regulada (refrigerada de forma activa), en este caso en especial el elemento 9 de cierre. Este gradiente de temperatura sirve como "barrera de temperatura" para la protección de componentes con capacidad de vacío de la caja 1 de procesamiento frente a una alta carga térmica. Con este fin, los radiadores 12 de calentamiento están dispuestos exclusivamente por encima o por debajo del espacio 21 de procesamiento delante de la pared 20 de separación o hasta la misma. Los radiadores 12 de calentamiento terminan en cada caso al menos unos centímetros delante del espacio intermedio 22 o de la pared 20 de separación. Por otro lado, los radiadores 12 de calentamiento están dispuestos de tal modo que se establece un gradiente de temperatura ascendente, de tal modo que se alcanza una temperatura de procesamiento deseada para el tratamiento térmico del sustrato 2 revestido desde la pared lateral 7, en especial el elemento 9 de cierre, hacia la pared 20 de separación delante de la pared 20 de separación o al menos a la altura de ésta, para 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, la pared 20 de separación, el espacio intermedio 22 y la o las secciones de la pared lateral 7 de temperatura regulable o que pueden ser refrigeradas pueden estar configurados lateralmente en una dirección, en dos direcciones o de forma circunferencial (marco). En la forma de realización de la Figura 2, la pared 20 de separación, el espacio intermedio 22 y la sección de la pared lateral 7 (elemento 9 de cierre) de temperatura regulable o que puede ser refrigerada están realizadas solamente en una dirección.
El sustrato 2 consiste por ejemplo en vidrio con un espesor dentro del intervalo de 1 mm a 4 mm, en particular de 2 mm a 3 mm. El sustrato 2 está provisto de una estructura de capas no representada detalladamente, que consiste, por ejemplo, en capas precursoras de un absorbente (por ejemplo, compuesto de calcopirita o de kesterita), que han de ser sometidas a un tratamiento térmico RTP. Por ejemplo, la estructura de capas consiste en una sucesión de las capas nitruro de silicio/molibdeno/cobre-indio-galio/selenio. Por ejemplo, la capa de nitruro de silicio tiene un espesor dentro del intervalo de 50 nm a 300 nm, la capa de molibdeno un espesor dentro del intervalo de 200 nm a 700 nm, la capa de cobre-indio-galio un espesor dentro del intervalo de 300 nm a 1.000 nm, y la capa de selenio un espesor dentro del intervalo de 500 nm a 2.000 nm.
La caja 1 de procesamiento se puede montar fácilmente de forma automatizada y cargar o descargar a través de la abertura 8 de carcasa. En este contexto, la pared 20 de separación se ha de mover durante la apertura y el cierre de tal modo que se pueda introducir el sustrato 2.
Con referencia a las Figuras 3A-3C, por medio de diferentes representaciones se describe otro ejemplo de realización de la caja 1 de procesamiento ilustrada de forma general en la Figura 1.
Por consiguiente, la caja 1 de procesamiento incluye una placa 27 de suelo sobre la que está colocado en una zona marginal de forma suelta, pero de modo que puede ser hermetizado, un marco 28 cerrado de forma circunferencial. Sería concebible unir el marco 28 de forma fija con la placa 27 de suelo. Tal como se puede distinguir bien en las representaciones en sección vertical de las Figuras 3A y 3B, la placa 27 de suelo sirve en un área central como apoyo para el sustrato 2, pudiendo estar previstos igualmente distanciadores o elementos de apoyo correspondientes. Sobre el marco 28 está colocada suelta una placa 29 de cubierta plana. Retirando la placa 29 de cubierta del marco 28, la caja 1 de procesamiento se puede cargar fácilmente con el sustrato 2 revestido, en particular de forma automática, o el sustrato 2 procesado se puede sacar de la misma. La Figura 3A muestra la caja 1 de procesamiento abierta con la placa 29 de cubierta levantada, la Figura 3B muestra la caja 1 de procesamiento cerrada con la placa 29 de cubierta colocada sobre el marco 28.
En la caja 1 de procesamiento, la placa 27 de suelo, el marco 28 y la placa 29 de cubierta están dispuestos apilados uno sobre otro o uno debajo de otro, y delimitan conjuntamente la cavidad 11 impermeable a los gases o que puede ser evacuada. La cavidad 11 está dividida de forma prácticamente impermeable a los gases en el espacio 21 de procesamiento (interior) y el espacio intermedio 22 (exterior) circunferencial por medio de la pared 20 de separación en forma de listón, configurada de forma circunferencial cerrada en correspondencia con el marco 28. El espacio intermedio 22 rodea el espacio 21 de procesamiento. De forma análoga a la Figura 1, la pared 20 de separación en forma de listón se extiende en dirección vertical desde la placa 27 de suelo hacia la placa 29 de cubierta, quedando un intersticio 23 estrecho entre la pared 20 de separación y la placa 29 de cubierta. El espacio 21 de procesamiento está conectado en cuanto a la técnica de flujo con el espacio intermedio 22 a través del intersticio 23, de modo que es posible un intercambio recíproco de gas, actuando la pared 20 de separación no obstante como barrera de difusión o de vapor. En relación con las realizaciones respectivas se remite a la Figura 1.
Tal como se puede distinguir en la Figura 3C, el paso 16 de gas provisto de la válvula 15 a través del marco 28 desemboca en el espacio intermedio 22 para evacuar la cavidad 11, barrer la misma con un gas de barrido inerte (por ejemplo N2) y llenarla con un gas de procesamiento. El gas de procesamiento introducido a través del paso 16 de gas puede contener, por ejemplo, gases reactivos, como H2S, H2Se, vapor de S, vapor de Se o H2 , así como gases inertes, como N2 , He o Ar.
Tal como se puede distinguir también en la Figura 3C, el marco 28 está provisto de las dos conexiones 13, 13' de fluido refrigerante, que sirven como entrada y salida, respectivamente, para fluido refrigerante en un sistema de conductos de fluido refrigerante, no representado detalladamente, que pasa por una parte extensa del marco 28. El marco 28 se puede someter a regulación de temperatura (refrigerar de forma activa) durante y, si así se desea, después del tratamiento térmico del sustrato 2 por medio del fluido refrigerante introducido en el marco 28. Con este fin, las dos conexiones 13, 13' de fluido refrigerante están conectadas en cuanto a la técnica de flujo al dispositivo 14 de refrigeración para preparar y refrigerar el fluido refrigerante. El marco 28 consiste preferiblemente en un material con alta conductividad térmica, por ejemplo en un material metálico, en particular acero fino.
La placa 27 de suelo y la placa 29 de cubierta están configuradas en cada caso de tal modo que es posible un tratamiento térmico del sustrato 2 revestido mediante energía térmica en forma de radiación térmica electromagnética suministrada por encima o por debajo de la caja 1 de procesamiento. En relación con las realizaciones respectivas se remite a la Figura 1. Con este fin, la placa 27 de suelo y la placa 29 de cubierta consisten, por ejemplo, en vitrocerámica.
Mediante la pared 20 de separación que sirve como barrera de vapor o de difusión se puede impedir, al menos en la mayor medida posible, una difusión de componentes volátiles producidos en el espacio 21 de procesamiento durante el tratamiento térmico al espacio intermedio 22, con lo que se evita una condensación de los componentes volátiles en el marco 28 de temperatura regulada (refrigerado de forma activa). Por lo tanto, la atmósfera de procesamiento en el espacio 21 de procesamiento se puede mantener al menos aproximadamente constante.
En la Figura 4 está representada una variante de la caja 1 de procesamiento de las Figuras 3A-3C. Con el fin de evitar repeticiones innecesarias, únicamente se presentan las diferencias con respecto a las Figuras 3A-3C y por lo demás se hace referencia a las explicaciones correspondientes a dichas figuras. Como se puede ver, la caja 1 de procesamiento se diferencia en el sentido de que el marco 28 consiste en dos partes 30, 31 de marco que se pueden unir entre sí de forma impermeable a los gases. Así está prevista una primera parte 30 de marco inferior, que dispone de una primera superficie 32 de apoyo contra la que está sujeta la placa 27 de suelo mediante un primer elemento 34 de sujeción para una unión fija. Correspondientemente está prevista una segunda parte 31 de marco superior, que dispone de una segunda superficie 33 de apoyo contra la que está sujeta la placa 29 de cubierta mediante un segundo elemento 35 de sujeción para una unión fija. Tal como se indica mediante la flecha doble, la segunda parte 31 de marco se puede levantar de la primera parte 30 de marco para cargar la caja 1 de procesamiento con el sustrato 2 o para sacar el sustrato 2 procesado. Por otro lado, las dos partes 30, 31 de marco se pueden unir entre sí de forma impermeable a los gases, estando asegurada la impermeabilidad a los gases exigida por medio de elemento 36 de obturación. La caja 1 de procesamiento se caracteriza por la posibilidad de automatizar de forma especialmente sencilla la carga y descarga.
Ahora se hace referencia a las Figuras 5A-5F, en las que se ilustran diferentes variantes de la pared 20 de separación de la caja 1 de procesamiento. Se trata en cada caso de una pared 20 de separación de temperatura controlada, que para este fin consiste en un material que tiene un coeficiente de dilatación térmica tal que una superficie 25 de abertura total de las aberturas o perforaciones respectivas se reduce mediante calentamiento de la pared 12 de separación durante el tratamiento térmico a un máximo de un 50%, preferiblemente a un máximo de un 30%, más preferiblemente a un máximo de un 10%, del valor inicial (superficie 25 de abertura total antes del tratamiento térmico). Con este fin, la pared 20 de separación consiste en un material con un coeficiente de dilatación térmica de más de 5 x 10-6 K-1. Algunos ejemplos al respecto son determinadas vitrocerámicas con un coeficiente de dilatación térmica de 9 x 10-6 K-1, óxido de aluminio (AbOs) con un coeficiente de dilatación térmica de dentro del 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 dentro del intervalo de 10 x 10-6 K-1 a 13 x 10-6 K-1. El material de la pared 20 de separación ha de ser además resistente a la temperatura y a la corrosión.
En las Figuras 5A y 5B se muestra la pared 20 de separación de la caja 1 de procesamiento, configurada como un listón vertical, en cada caso en una representación en sección vertical. Como se puede ver, la pared 20 de separación no llega hasta la pared 6 de cubierta o la placa 29 de cubierta, de modo que queda el intersticio 23 como abertura para la conexión en cuanto a la técnica de flujo del espacio 21 de procesamiento y el espacio intermedio 22. En la Figura 5A se muestra una situación en la que la temperatura de la pared lateral 7 o el marco 28 está regulada a T = 150 °C, mientras que la pared 20 de separación tiene una temperatura T = 50 °C. El material de la pared 20 de separación está relativamente frío, el intersticio 23 está muy abierto. La dimensión vertical o altura media de intersticio (altura libre) del intersticio 23 está dentro del intervalo de 50 a 100 pm con una altura de la pared 20 de separación de aproximadamente 10 mm. Al calentarse, el material de la pared 20 de separación experimenta una dilatación relativamente grande, con lo que se reduce la altura media de intersticio (Figura 5B). Por ejemplo, en caso de un calentamiento de la pared 20 de separación a una temperatura T = 450 °C (diferencia de temperatura 400 °C) se obtiene un cambio de la dimensión vertical de la pared 20 de separación de aproximadamente 40 pm, de modo que la altura media de intersticio del intersticio 23 se reduce a un valor dentro del intervalo de 10 a 50 pm, es decir, a un máximo de un 50% del valor inicial.
En las Figuras 5C y 5D se muestra una variante por medio de una vista superior de la pared 20 de separación. Con el fin de evitar repeticiones innecesarias, únicamente se presentan las diferencias con respecto a la Figura 5A y la Figura 5B y por lo demás se hace referencia a las explicaciones correspondientes a dichas figuras. Como se puede ver, la pared 20 de separación en forma de listón se extiende desde la pared 5 de suelo o la placa 27 de suelo hasta la pared 6 de cubierta o la placa 29 de cubierta, estando configurados uno o más intersticios 23 verticales en forma de perforaciones de la pared 20 de separación. La anchura de intersticio medida en dirección horizontal está dentro del intervalo de 50 a 100 pm (Figura 5C). Mediante una dimensión de las áreas de pared de separación entre dos intersticios 23 más grande en comparación con la altura de 10 mm, si la pared 20 de separación se calienta a una temperatura de, por ejemplo, T = 450 °C se puede lograr una carera relativamente grande, que puede ser de, por ejemplo, varios cientos de pm. En particular, aquí se puede reducir la superficie de abertura total del intersticio 23 a, por ejemplo, un máximo de un 50% del valor inicial.
En las Figuras 5E y 5F se muestra otra variante por medio de una vista superior de la pared 20 de separación. Con el fin de evitar repeticiones innecesarias, únicamente se presentan las diferencias con respecto a la Figura 5A y la Figura 5B y por lo demás se hace referencia a las explicaciones correspondientes a dichas figuras. Como se puede ver, en lugar de un intersticio 23 está prevista una pluralidad de agujeros circulares 37, que están configurados en cada caso en forma de perforaciones de la pared 20 de separación. Partiendo de una situación en la que la temperatura de la pared 20 de separación es de, por ejemplo, T = 150 °C (Figura 5E), mediante un calentamiento de la pared 20 de separación a una temperatura de, por ejemplo, T = 450 °C se puede lograr una reducción del diámetro de abertura de los agujeros circulares 37 (Figura 5F). En particular, aquí se puede reducir la superficie de abertura total de los agujeros circulares 37 a, por ejemplo, un máximo de un 50% del valor inicial.
Ahora se hace referencia a la Figura 6, en la que, por medio de una vista esquemática, se ilustra un ejemplo de realización de una instalación 100 para procesar sustratos 2 revestidos en cajas 1 de procesamiento según la Figura 1 a las Figuras 5A-5F. La instalación 100 está diseñada para un tratamiento térmico RTP de sustratos 2 revestidos para la producción de módulos solares de capa delgada. Los sustratos 2 están revestidos en cada caso con capas precursoras de un semiconductor compuesto que sirve como absorbente, en particular del tipo de compuesto de calcopirita o kesterita.
Como se puede ver, la instalación 100 incluye diferentes unidades 101-104 para procesar los sustratos 2 revestidos en cajas 1 de procesamiento, que aquí están dispuestas una tras otra a modo de una instalación en serie. Las diferentes unidades 101-104 no están configuradas como cámaras de procesamiento que pueden ser evacuadas, sino que están dispuestas en un espacio 106 de instalación común, que está rodeado por una carcasa 107 de instalación, como unidades de procesamiento que pueden ser individualizadas funcional y estructuralmente. Las unidades 101 104 pueden en cada caso estar dispuestas abiertas en el espacio 106 de instalación o estar rodeadas por una carcasa de dispositivo independiente, pero que no puede ser evacuada. Ventajosamente, la carcasa de cada unidad está conectada a una aspiración de aire de salida. En este contexto es esencial que en la instalación 100 solo se utilicen las cajas 1 de procesamiento como componentes de instalación que pueden ser evacuados. Dado que, a excepción de las cajas 1 de procesamiento, la instalación 100 está libre de componentes que pueden ser evacuados, su aplicación técnica es sustancialmente más sencilla en comparación con instalaciones en serie convencionales para el tratamiento térmico RTP y los costes de inversión de la instalación 100 son considerablemente más bajos.
Tal como se ilustra en la Figura 6, la instalación 100 incluye una disposición en línea de unidades 101 -104, que consiste en una unidad 103 de carga, una unidad 101 de calefacción, una unidad 102 de refrigeración y una unidad 104 de descarga, que están dispuestas en este orden a lo largo de un recorrido de transporte circulatorio (cerrado) para cajas 1 de procesamiento.
La unidad 103 de carga sirve para cargar automáticamente una caja 1 de procesamiento con un sustrato 2 revestido. Con este fin, la unidad 103 de carga dispone de un órgano prensor controlado por programa o de modo informático
para abrir y cerrar la caja 1 de procesamiento, que además sirve para una manipulación del sustrato 2 revestido con el fin de introducir el mismo en la caja 1 de procesamiento. También puede estar previsto un órgano prensor independiente para la manipulación del sustrato 2. Además, en la unidad 103 de carga están integrados un dispositivo 18 de vaciado por bomba para evacuar la cavidad 11 de una caja 1 de procesamiento así como un dispositivo 19 de suministro de gas (alimentación de gas) para introducir en la caja 1 de procesamiento un gas de barrido y/o gas de procesamiento, que se pueden conectar en cada caso a la conexión 17 de gas de la caja 1 de procesamiento.
La unidad 101 de calefacción sirve para calentar y someter a tratamiento térmico un sustrato 2 introducido en una caja 1 de procesamiento para una conversión de las capas precursoras en el semiconductor compuesto. Con este fin presenta una pluralidad de radiadores 12 de calentamiento, que están dispuestos, por ejemplo, en dos filas por encima y por debajo de una caja 1 de procesamiento. En la Figura 3B está ilustrada una disposición correspondiente de radiadores 12 de calentamiento. Además, en la unidad 101 de calefacción está integrado un dispositivo 14 de regulación de temperatura o de refrigeración para someter a regulación de temperatura o para refrigerar activamente una sección de carcasa de la caja 1 de procesamiento durante el tratamiento térmico del sustrato 2.
La unidad 102 de refrigeración sirve para la refrigeración activa de un sustrato 2 caliente después del tratamiento térmico de éste y, con este fin, está configurada para posibilitar una refrigeración por contacto (conducción térmica) mediante cuerpos refrigeradores acercados a la caja 1 de procesamiento, por ejemplo placas de refrigeración, y/o una refrigeración mediante un soplante (refrigeración por convección), por ejemplo mediante una corriente circulante de aire, argón o nitrógeno, y/o una refrigeración sin contacto mediante cuerpos refrigeradores, por ejemplo placas de refrigeración, dispuestos por encima y/o por debajo de la caja 1 de procesamiento (refrigeración por radiación).
La unidad 104 de descarga sirve para sacar de forma automatizada un sustrato 2 procesado de una caja 1 de procesamiento. Con este fin, la unidad 104 de descarga, de forma correspondiente a la unidad 103 de carga, dispone de un órgano prensor controlado por programa o de modo informático para abrir o cerrar la caja 1 de procesamiento.
En la instalación 100 de la Figura 6 se pueden procesar simultáneamente sustratos 2 revestidos en varias cajas 1 de procesamiento y, en este contexto, éstos pueden ser conducidos sucesivamente a las diferentes unidades 101-104, estando previsto con este fin un mecanismo 108 de transporte unidireccional, no representado detalladamente, para el transporte de las cajas 1 de procesamiento a lo largo del recorrido de transporte. Un transporte de las cajas 1 de procesamiento puede tener lugar, por ejemplo, sobre rodillos de transporte accionados (por ejemplo rodillos de muñón), que soportan las cajas 1 de procesamiento por las superficies de suelo inferiores de éstas. La velocidad de transporte fuera de las unidades 101 -104 es, por ejemplo, hasta de 1 m/s.
El funcionamiento de la instalación 100 se muestra mediante un ejemplo concreto, haciéndose referencia únicamente a la disposición geométrica de las unidades 101-104 mostrada en la Figura 6 para simplificar la descripción de los procesos.
En primer lugar se lleva un sustrato 2 revestido a la unidad 103 de carga, en la que una caja 1 de procesamiento se carga con el sustrato 2. En este contexto, con ayuda del órgano prensor se abre la caja 1 de procesamiento, se coloca el sustrato 2 dentro de la caja 1 de procesamiento y a continuación se cierra de nuevo la caja 1 de procesamiento. Además, la cavidad 11 de la caja 1 de procesamiento cargada se vacía por bomba o se evacúa mediante el funcionamiento del dispositivo 18 de vaciado por bomba, para sacar oxígeno y agua de la cavidad 11. Con este fin, el dispositivo 18 de vaciado por bomba se conecta automáticamente a la conexión 17 de gas de la caja 1 de procesamiento. A continuación, la conexión 17 de gas se conecta al dispositivo 19 de suministro de gas y la cavidad 11 cargada se barre con un gas de barrido inerte (por ejemplo N2 , He o Ar). En caso dado, el proceso de vaciado por bomba y de barrido se puede repetir varias veces. A continuación, la cavidad 11 de la caja 1 de procesamiento se llena con un gas de procesamiento (por ejemplo, gases reactivos, como H2S, H2Se, vapor de S, vapor de Se, así como gases inertes, como N2 , He o Ar). Por ejemplo, como gas de procesamiento se introduce H2S (hasta 200-400 mbar). La caja 1 de procesamiento se puede llenar con presión negativa o con sobrepresión.
El dispositivo 19 de suministro de gas y el dispositivo 18 de vaciado por bomba también pueden estar conectados conjuntamente a la conexión 17 de gas, por ejemplo mediante una válvula 15 de varias vías. La caja 1 de procesamiento está ahora preparada para un tratamiento térmico del sustrato 2 revestido.
Después de desacoplar el dispositivo 19 de suministro de gas y el dispositivo 18 de vaciado por bomba de la caja 1 de procesamiento, la caja 1 de procesamiento se transporta desde la unidad 103 de carga hasta la unidad 101 de calefacción, y las dos conexiones 13, 13' de fluido refrigerante de la caja 1 de procesamiento se conectan al dispositivo 14 de refrigeración. Después se lleva a cabo un tratamiento térmico rTp de la capas precursoras, en el que el sustrato 2 revestido se calienta mediante los radiadores 12 de calentamiento, por ejemplo con una velocidad de calentamiento de 1 °C/s a 50 °C/s, a una temperatura de, por ejemplo, 350 °C a 800 °C, en particular de 400 °C a 600 °C. En este contexto, por ejemplo unas capas precursoras de cobre, indio, galio y selenio en una atmósfera que contiene azufre y/o selenio se convierten en una capa semiconductora de composición Cu(In,Ga)(S,Se)2. Por ejemplo se produce una selenización y sulfuración a una presión en la caja 1 de procesamiento de menos de 800 mbar en H2S puro.
Durante el tratamiento térmico mediante la unidad 101 de calefacción, el marco 28 de la caja 1 de procesamiento se somete a regulación de temperatura o se refrigera a una temperatura de, por ejemplo, 150 °C por medio de fluido refrigerante circulante. Después del tratamiento térmico, el dispositivo 14 de refrigeración se desacopla de la caja 1 de procesamiento. Alternativamente, por ejemplo sería posible una refrigeración por contacto con cuerpos refrigeradores a través de conducción térmica, una refrigeración por radiación con cuerpos refrigeradores o una refrigeración por convección para regular la temperatura del marco 28 o para refrigerar el mismo.
A continuación, la caja 1 de procesamiento se transporta desde la unidad 101 de calefacción hasta la unidad 102 de refrigeración, y la unidad 102 de refrigeración refrigera el sustrato 2 caliente. El sustrato 2 caliente se refrigera con, por ejemplo, hasta 50 °C/s hasta una temperatura necesaria para la técnica de proceso, por ejemplo de 10 °C a 380 °C. Adicionalmente puede estar prevista una refrigeración mediante fluido refrigerante circulante que entra en las dos conexiones 13, 13' de fluido refrigerante o sale de las mismas. Con este fin, la unidad 102 de refrigeración correspondientemente configurada se conecta a las dos conexiones 13, 13' de fluido refrigerante.
Una vez que el sustrato 2 ha alcanzado la temperatura deseada, la caja 1 de procesamiento se transporta desde la unidad 102 de refrigeración hasta la unidad 104 de descarga, en la que, por medio del órgano prensor, se abre la caja 1 de procesamiento y se saca el sustrato 2 procesado, de modo que éste se puede conducir a otro procesamiento para producir el módulo solar de capa delgada. A continuación, la caja 1 de procesamiento se cierra de nuevo y se conduce a lo largo del recorrido de transporte hasta la unidad 103 de carga, donde se puede volver a cargar con un sustrato 2 que ha de ser procesado. Las cajas 1 de procesamiento cargadas o descargadas circulan cíclicamente por el recorrido de transporte.
La instalación 100 en serie ilustrada por medio de la Figura 6 se puede cargar por lotes, pudiendo procesarse simultáneamente cajas 1 de procesamiento cargadas en las diferentes unidades 101-104. En particular, un sustrato 2 caliente se puede refrigerar de forma activa en la unidad 102 de refrigeración, mientras que otro sustrato 2 se somete a un tratamiento térmico RTP en la unidad 101 de calefacción. Al mismo tiempo, en la unidad 103 de carga y en la unidad 104 de descarga se pueden cargar y descargar, respectivamente, cajas 1 de procesamiento. Las cajas 1 de procesamiento se pueden transportar en cada caso de una unidad a la siguiente de acuerdo con un ritmo o un tiempo de ciclo previamente determinable.
Aunque no se muestra en la Figura 6, la instalación 100 puede presentar igualmente una pluralidad de unidades 101 de calefacción y/o una pluralidad de unidades 102 de refrigeración y/o uno o más recorridos de refrigeración.
En la instalación 100, mediante el uso de las cajas 1 de procesamiento que pueden ser evacuadas y la falta de necesidad (a diferencia de las instalaciones en serie convencionales) de evacuar las unidades 101-104 o de dotar las mismas de una atmósfera de procesamiento controlada, en principio es posible mantener las cajas 1 de procesamiento en una posición estacionaria y mover en cada caso únicamente las unidades respectivas, es decir, la unidad 103 de carga, la unidad 104 de descarga, la unidad 101 de calefacción y la unidad 102 de refrigeración, en relación con las cajas 1 de procesamiento estacionarias. Así, sería concebible que la unidad 103 de carga acercada a una caja 1 de procesamiento estacionaria abriera la misma, la cargara con un sustrato 2 revestido y a continuación la cerrara de nuevo. Después de vaciar por bomba, barrer y llenar la cavidad 11 de la caja 1 de procesamiento con un gas de procesamiento y de retirar la unidad 103 de carga, se acercan los radiadores 12 de calentamiento de la unidad 101 de calefacción y se lleva a cabo el tratamiento térmico del sustrato 2 revestido. A continuación se retiran los radiadores 12 de calentamiento y se acerca la unidad 102 de refrigeración para refrigerar el sustrato 2 caliente. Por último se retira la unidad 102 de refrigeración, y la caja 1 de procesamiento cargada se abre mediante la unidad 104 de descarga y el sustrato 2 procesado se saca de la caja 1 de procesamiento. Para ello, las diferentes unidades 101 -104 se pueden mover, por ejemplo conjuntamente (de forma sincrónica), a lo largo del recorrido de procesamiento circulatorio por medio del mecanismo 108 de transporte. No obstante, también sería posible un movimiento independiente de las diferentes unidades 101-104. Un procesamiento simultáneo de una pluralidad de sustratos 2 en varias cajas 1 de procesamiento estacionarias es posible de forma sencilla. En las cajas 1 de procesamiento estacionarias pueden permanecer conectados permanentemente en cada caso el dispositivo 18 de vaciado por bomba, el dispositivo 19 de suministro de gas y el dispositivo 14 de refrigeración.
Por lo tanto, la instalación 100 para procesar sustratos 2 revestidos se diferencia fundamentalmente de instalaciones en serie convencionales para el tratamiento térmico RTP de sustratos revestidos, ya que las diferentes unidades 101 104 no han de ser realizadas como cámaras de procesamiento que puedan ser evacuadas. Además, la instalación 100 no requiere conexiones de entrada y salida que puedan ser evacuadas y no hay ningún componente móvil en el área con capacidad de vacío de la instalación 100, de modo que componentes de la instalación, como radiadores de calentamiento, rodillos de transporte y otros componentes, se pueden realizar de forma económica y están fácilmente accesibles. Las cajas 1 de procesamiento son los únicos componentes con capacidad de vacío. En caso de avería y falta de hermeticidad de una caja 1 de procesamiento, solo es necesario sustituir una única caja 1 de procesamiento y la instalación 100 puede seguir en funcionamiento. El tratamiento térmico de sustratos 2 en cajas 1 de procesamiento estacionarias es posible sin problemas.
Con referencia a la Figura 7, por medio de una vista esquemática se describe otro ejemplo de realización de una instalación 100 para procesar sustratos en cajas de procesamiento según la Figura 1 a las Figuras 5A-5F. Con el fin de evitar repeticiones innecesarias, solo se explican las diferencias con respecto a la instalación 100 de la Figura 6 y por lo demás se hace referencia a las explicaciones correspondientes a dichas figuras.
Como se puede ver, la instalación 100 incluye una disposición en línea de unidades, que consisten en una unidad 101 de calefacción, dos unidades 102 de refrigeración, que están situadas a ambos lados de la unidad 101 de calefacción, y dos unidades 105 de carga/descarga, entre las que están situadas las otras unidades 101, 102.
Las unidades 105 de carga/descarga presentan una construcción igual entre sí y sirven respectivamente para la carga automatizada de una caja 1 de procesamiento con un sustrato 2 revestido y para la extracción automatizada del sustrato 2 que ha sido sometido a tratamiento térmico de la caja 1 de procesamiento, para lo que está previsto un órgano prensor. Además, las unidades 105 de carga/descarga disponen en cada caso del dispositivo 18 de vaciado por bomba para evacuar la cavidad 11 de una caja 1 de procesamiento así como del dispositivo 19 de suministro de gas para introducir gas de barrido y/o gas de procesamiento en la caja 1 de procesamiento, que se pueden conectar en cada caso a la conexión 17 de gas de la caja 1 de procesamiento. Las unidades 101, 102 de calentamiento y refrigeración están construidas como en la instalación 100 de la Figura 6.
En la instalación 100 de la Figura 7 se pueden procesar sustratos 2 revestidos en dos cajas 1 de procesamiento transportables y, en este proceso, los mismos se pueden conducir en las cajas 1 de procesamiento sucesivamente a las diferentes unidades, estando previsto para este fin un mecanismo 108 de transporte bidireccional no representado con mayor detalle.
El funcionamiento de la instalación 100 se muestra mediante un ejemplo concreto, haciéndose referencia únicamente a la disposición geométrica de las unidades 101, 102, 105 mostrada en la Figura 7 para simplificar la descripción de los procesos.
En primer lugar se lleva un primer sustrato 2 a la unidad 105 de carga/descarga derecha, donde una primera caja 1 de procesamiento se carga con el sustrato 2 y a continuación la cavidad 11 de la caja 1 de procesamiento se evacúa, se barre con un gas de barrido y se llena con un gas de procesamiento. A continuación, la primera caja 1 de procesamiento se transporta hasta la unidad 101 de calefacción y se lleva a cabo un tratamiento térmico rTp . Una vez finalizado el tratamiento térmico RTP, la primera caja 1 de procesamiento se transporta a la unidad 102 de refrigeración derecha, para refrigerar el primer sustrato 2 caliente por medio de la unidad 102 de refrigeración.
Todavía durante el tratamiento térmico del primer sustrato 2 mediante la unidad 101 de calefacción, un segundo sustrato 2 se transporta a la unidad 105 de carga/descarga izquierda y se carga en una segunda caja 1 de procesamiento, y la cavidad 11 cargada de la segunda caja 1 de procesamiento se evacúa, se barre con gas de barrido y se llena con gas de procesamiento. A continuación del transporte de la primera caja 1 de procesamiento desde la unidad 101 de calefacción hasta la unidad 102 de refrigeración derecha, la segunda caja 1 de procesamiento se conduce hasta la unidad 101 de calefacción y el segundo sustrato 2 se somete a un tratamiento térmico.
Todavía durante el tratamiento térmico del segundo sustrato 2, el primer sustrato 2 refrigerado se transporta hasta la unidad 105 de carga/descarga derecha y se saca de la primera caja de procesamiento. A continuación, la primera caja 1 de procesamiento se carga con otro sustrato 2 a través de la unidad 105 de carga/descarga derecha y la caja de procesamiento se prepara para el tratamiento térmico mediante evacuación, barrido con gas de barrido y llenado con gas de procesamiento.
Una vez finalizado el tratamiento térmico del segundo sustrato 2 que se encuentra en la unidad 101 de calefacción, la segunda caja de procesamiento se transporta hasta la unidad 102 de refrigeración izquierda y el segundo sustrato 2 caliente se refrigera. A continuación, la primera caja 1 de procesamiento con el otro sustrato se introduce en la unidad 101 de calefacción para su tratamiento térmico.
Por lo tanto, en la instalación 100 de la Figura 7, las dos cajas 1 de procesamiento se mueven de un lado a otro entre la unidad 101 de calefacción y la unidad 105 de carga/descarga izquierda o la unidad 101 de carga/descarga derecha. En este contexto, las cajas 1 de procesamiento solo recorren en cada caso caminos de transporte relativamente cortos, con lo que existe la posibilidad de que el dispositivo 18 de vaciado por bomba, el dispositivo 19 de suministro de gas y el dispositivo 14 de refrigeración permanezcan en cada caso conectados permanentemente a las dos cajas 1 de procesamiento, por ejemplo mediante conductos flexibles (por ejemplo mangueras).
Por lo tanto, en la instalación 100 de la Figura 7 se pueden procesar al mismo tiempo dos sustratos 2 revestidos, existiendo la posibilidad, por medio de las dos unidades 105 de carga/descarga y las dos unidades 102 de refrigeración, de someter un sustrato 2 a un tratamiento térmico mediante la unidad 101 de calefacción mientras que otro sustrato 2 se enfría mediante una de las dos unidades 102 de refrigeración después de su tratamiento térmico. Dado que el período de tiempo para refrigerar un sustrato 2 caliente normalmente es más largo que el período de tiempo para el tratamiento térmico del mismo, el tiempo de utilización de la unidad 101 de calefacción se puede
aumentar en comparación con el caso en el que la unidad 101 de calefacción solo está asignada a una única unidad 102 de refrigeración. Mediante la utilización más intensa de la unidad 101 de calefacción se puede aumentar la capacidad de procesamiento de sustratos 2 procesados y se pueden reducir los costes de producción generados por cada módulo solar de capa delgada.
Dado que, a diferencia de una instalación en serie, las unidades 101, 102, 105 no son recorridas por las cajas 1 de procesamiento de forma unidireccional, también sería posible no disponer las unidades 101, 102, 105 en línea, sino por ejemplo desplazadas entre sí o en forma de estrella.
La posibilidad, ya descrita para la instalación 100 de la Figura 6, de procesar los sustratos 2 en cada caso en cajas 1 de procesamiento estacionarias se puede realizar de forma especialmente sencilla con la instalación 100 de la Figura 7, ya que únicamente es necesario mover las unidades 101,102, 105 correspondientes de un lado a otro con respecto a las cajas 1 de procesamiento estacionarias con caminos de transporte relativamente cortos. Un transporte de las unidades 101, 102, 105 podría tener lugar, por ejemplo, de forma conjunta (en sincronía), desplazándose la unidad 105 de carga/descarga derecha una posición hacia la derecha en caso de un movimiento común de las unidades 101, 102, 105, y desplazándose la unidad 105 de carga/descarga izquierda una posición hacia la izquierda en caso de un movimiento común de las unidades 101, 102, 105. También es posible transportar las unidades 101, 102, 105 en por ejemplo dos planos de trabajo por encima de las cajas 1 de procesamiento. En este caso, por ejemplo la unidad 105 de carga/descarga derecha se podría desplazar hacia arriba para, después de cargar la caja 1 de procesamiento derecha, acercar la unidad 101 de calefacción a la caja 1 de procesamiento. Del mismo modo, la unidad 101 de calefacción debería moverse más allá de la unidad 102 de refrigeración derecha, lo que también puede tener lugar mediante una desviación al plano de trabajo superior. Lo mismo es aplicable correspondientemente a la unidad 105 de carga/descarga izquierda y la unidad 102 de refrigeración izquierda.
En concreto, por ejemplo un primer sustrato 2 se podría cargar desde la unidad 105 de carga/descarga derecha en la primera caja 1 de procesamiento y a continuación la unidad 105 de carga/descarga derecha se podría desplazar hacia arriba a un segundo plano de trabajo para acercar entonces la unidad 101 de calefacción a la primera caja 1 de procesamiento. Durante el tratamiento térmico del primer sustrato 2 se carga un segundo sustrato 2 en una segunda caja 1 de procesamiento por medio de la unidad 105 de carga/descarga izquierda. A continuación, la unidad 101 de calefacción se desplaza desde la primera caja 1 de procesamiento hasta la segunda caja 1 de procesamiento para someter el segundo sustrato 2 a tratamiento térmico. Después, la primera unidad 102 de refrigeración se desplaza hasta la primera caja 1 de procesamiento para refrigerar el primer sustrato 2, y a continuación se acerca la unidad 105 de carga/descarga derecha para sacar el primer sustrato 2 de la primera caja 1 de procesamiento. De forma correspondiente, después del tratamiento térmico, la segunda unidad 102 de refrigeración se desplaza hasta la segunda caja 1 de procesamiento para enfriar el segundo sustrato 2, y a continuación se acerca la unidad 105 de carga/descarga izquierda para sacar el segundo sustrato 2 de la segunda caja 1 de procesamiento.
Se entiende que en una fábrica para la producción de módulos solares de capa delgada se pueden operar en paralelo múltiples instalaciones 100 de este tipo, por ejemplo en una disposición en la que las instalaciones 100 están dispuestas apiladas una junto a otra.
Con referencia a la Figura 8, por medio de una vista esquemática se describe otro ejemplo de realización de una instalación 100 para procesar sustratos en cajas de procesamiento según la Figura 1 a las Figuras 5A-5F. Con el fin de evitar repeticiones innecesarias, de nuevo solo se explican las diferencias con respecto a la instalación 100 de la Figura 6 y por lo demás se hace referencia a las explicaciones correspondientes a dichas figuras.
Como se puede ver, la instalación 100 incluye una disposición en línea de grupos 109 o sucesiones de unidades, que consisten en cada caso en una unidad 102 de refrigeración, una unidad 101 de calefacción, una unidad 102 de refrigeración y una unidad 105 de carga/descarga. Por lo tanto, la instalación 100 se puede considerar como una disposición en serie de múltiples instalaciones 100 de la Figura 7. Las unidades 105 de carga/descarga están construidas como en la instalación 100 de la Figura 7. Un abastecimiento de sustratos tiene lugar únicamente en un lado mediante dos líneas 110 de transporte que se extienden paralelas al recorrido de procesamiento, sirviendo una línea 110 de transporte para el suministro de los sustratos 2 que han de ser procesados y la otra línea 110 de transporte para la evacuación de los sustratos 2 procesados. Los sustratos 2 se suministran a las unidades 105 de carga/descarga o se retiran de éstas en cada caso en dirección transversal al recorrido de procesamiento. Lo esencial en la instalación 100 de la Figura 8 es que cada unidad 105 de carga/descarga esté asignada funcionalmente a las unidades 101,102 de calentamiento y de refrigeración adyacentes a ambos lados. Por lo demás, las operaciones para el procesamiento de los sustratos 2 corresponden a aquellas que ya han sido descritas en relación con la Figura 7. A este respecto se remite a las explicaciones correspondientes.
Con referencia a la Figura 9, por medio de una vista esquemática se describe otro ejemplo de realización de una instalación 100 para procesar sustratos 2 en cajas 1 de procesamiento según la Figura 1 a las Figuras 5A-5F. Con el fin de evitar repeticiones innecesarias, de nuevo solo se explican las diferencias con respecto a la instalación 100 de la Figura 6 y por lo demás se hace referencia a las explicaciones correspondientes a dichas figuras.
Como se puede ver, la instalación 100 incluye una disposición en línea de grupos 109 o sucesiones de unidades, que consisten en cada caso en una unidad 102 de refrigeración, una unidad 101 de calefacción y una unidad 105 de carga/descarga. Las unidades 105 de carga/descarga están construidas como en la instalación 100 de la Figura 7. En este contexto, cada unidad 105 de carga/descarga está asignada funcionalmente solo a las unidades 101, 102 de calentamiento y de refrigeración adyacentes en un lado, en este caso por ejemplo las dos unidades izquierdas. Un suministro de un sustrato solo tiene lugar en un lado por medio de dos líneas 110 de transporte, sirviendo una línea 110 de transporte para el suministro de los sustratos 2 que han de ser procesados y la otra línea 110 de transporte para la evacuación de los sustratos 2 procesados. Los sustratos 2 se suministran a las unidades 105 de carga/descarga o se retiran de éstas en cada caso en dirección transversal al recorrido de procesamiento.
En la instalación 100 de la Figura 9, las fases de calentamiento y refrigeración se han de sincronizar exactamente, ya que por ejemplo las cajas 1 de procesamiento se mueven en sincronía de un lado a otro en relación con las unidades 101, 102, 105 de procesamiento estacionarias. En una primera etapa, las cajas 1 de procesamiento cargadas que se encuentran en las unidades 105 de carga/descarga se transportan en sincronía una posición a la izquierda hacia las unidades 101 de calefacción. (También sería posible alternativamente desplazar las cajas 1 de procesamiento en sincronía dos posiciones a la derecha.) Después del tratamiento térmico, en una segunda etapa todas las cajas 1 de procesamiento se transportan en sincronía otra posición a la izquierda hacia las unidades 102 de refrigeración. (También sería posible alternativamente desplazar las cajas 1 de procesamiento en sincronía dos posiciones a la derecha.) Después de refrigerar los sustratos 2 calientes, en una tercera etapa todas las cajas 1 de procesamiento se transportan en sincronía dos posiciones a la derecha hacia las unidades 105 de carga/descarga. (También sería posible alternativamente desplazar las cajas 1 de procesamiento en sincronía una posición a la izquierda.) Aquí tiene lugar una descarga de las cajas 1 de procesamiento y el ciclo (ritmo 3/3) puede comenzar desde el principio.
Con la instalación 100 de la Figura 9 se puede realizar de forma especialmente sencilla la posibilidad de procesar los sustratos 2 en cada caso en cajas 1 de procesamiento estacionarias, ya que únicamente es necesario mover las unidades 101, 102, 105 respectivas en sincronía (conjuntamente) de un lado a otro en un ritmo 3/3 con caminos de transporte relativamente cortos con respecto a las cajas 1 de procesamiento estacionarias. Los dispositivos 18 de vaciado por bomba, los dispositivos 19 de suministro de gas y los dispositivos 14 de refrigeración pueden permanecer conectados en cada caso de forma permanente a las cajas 1 de procesamiento respectivas, por ejemplo a través de conexiones por manguera flexible.
Lista de símbolos de referencia
1 Caja de procesamiento
2 Sustrato
3 Carcasa
4 Pared de carcasa
5 Pared de suelo
6 Pared de cubierta
7 Pared lateral
8 Abertura de carcasa
9 Elemento de cierre
10 Disposición
11 Cavidad
12 Radiador de calentamiento
13, 13' Conexión de fluido refrigerante
14 Dispositivo de refrigeración
15 Válvula
16 Paso de gas
17 Conexión de gas
18 Dispositivo de vaciado por bomba
19 Dispositivo de suministro de gas
20 Pared de separación
21 Espacio de procesamiento
22 Espacio intermedio
23 Intersticio
24 Ranura
25 Superficie de abertura
26 Superficie interior
27 Placa de suelo
28 Marco
29 Placa de cubierta
30 Primera parte de marco
31 Segunda parte de marco
32 Primera superficie de apoyo
33 Segunda superficie de apoyo
Primer elemento de sujeción Segundo elemento de sujeción Elemento de obturación Agujero circular
Instalación
Unidad de calefacción Unidad de refrigeración Unidad de carga
Unidad de descarga Unidad de carga/descarga Espacio de instalación Carcasa de instalación Mecanismo de transporte Grupo
Línea de transporte
Claims (13)
1. instalación (100) para procesar sustratos (2) revestidos, con las siguientes características:
- al menos una caja (1) de procesamiento que puede ser evacuada para alojar al menos un sustrato (2), con una carcasa (3) que se puede cerrar de forma impermeable a los gases y que forma una cavidad (11), presentando la carcasa (3) al menos una primera sección (7, 9, 28) de carcasa que se puede acoplar con un dispositivo (14) de refrigeración para su refrigeración, incluyendo la carcasa al menos una segunda sección (5, 6) de carcasa que está configurada de tal modo que el sustrato (2) puede ser sometido a tratamiento térmico mediante radiación térmica electromagnética incidente, siendo la al menos una segunda sección (5, 6) de carcasa diferente a la al menos una primera sección (7, 9, 28) de carcasa, estando dividida la cavidad (11) mediante al menos una pared (20) de separación en un espacio (21) de procesamiento para alojar el sustrato (2) y un espacio intermedio (22), disponiendo la pared (20) de separación de una o más aberturas (23, 24, 37), estando configurada la pared (20) de separación de tal modo que, durante el tratamiento térmico, una pérdida de masa de una sustancia gaseosa generada por el tratamiento térmico del sustrato revestido al exterior del espacio de procesamiento corresponde a menos de un 50%, preferiblemente a menos de un 20%, más preferiblemente a menos de un 10%, de la masa de la sustancia gaseosa generada durante el tratamiento térmico, estando una relación de superficies, formada por una superficie de abertura de la o las aberturas dividida por una superficie interior del espacio de procesamiento, dentro del intervalo de 5 x 10-5 a 5 x 10-4, estando dispuesta la pared (20) de separación entre el sustrato (2) y la sección (7, 9, 28) de carcasa que se puede acoplar con el dispositivo (14) de refrigeración, y estando provista la carcasa (3) de al menos un paso (16) de gas que se puede cerrar y que desemboca en la cavidad (11) para la evacuación de la cavidad (11) y para la introducción de gas en la misma;
- un dispositivo (14) de refrigeración para refrigerar una sección (7, 9, 28) de carcasa de la caja (1) de procesamiento;
- al menos una unidad (103-105) de carga/descarga para cargar y/o descargar la caja (1) de procesamiento; - al menos una unidad (101) de calefacción para calentar el sustrato (2) en la caja (1) de procesamiento; - al menos una unidad (102) de refrigeración para refrigerar el sustrato (2) en la caja (1) de procesamiento; - al menos un dispositivo (18) de vaciado por bomba para vaciar por bomba la cavidad (11) de la caja (2) de procesamiento;
- al menos un dispositivo (19) de suministro de gas para introducir en la cavidad (11) de la caja (1) de procesamiento al menos un gas;
- al menos un mecanismo (108) de transporte que está configurado para realizar un movimiento relativo entre, por un lado, la caja (1) de procesamiento y, por otro lado, la unidad (101) de calefacción, la unidad (102) de refrigeración y la unidad (103-105) de carga/descarga.
2. Instalación (100) según la reivindicación 1, en la que el dispositivo (18) de vaciado por bomba y el dispositivo (19) de suministro de gas están integrados en la unidad (103-105) de carga/descarga.
3. Instalación (100) según la reivindicación 1 o 2, en la que el dispositivo (14) de refrigeración está integrado en la unidad (101) de calefacción.
4. Instalación (100) según una de las reivindicaciones 1 a 3, en la que
a) la unidad (103-105) de carga/descarga, la unidad (101) de calefacción y la unidad (102) de refrigeración son estacionarias en cada caso y la caja (1) de procesamiento es transportable, estando configurado el mecanismo (108) de transporte para transportar la caja (1) de procesamiento en relación con la unidad (103-105) de carga/descarga, la unidad (101) de calefacción y la unidad (102) de refrigeración;
o
b) la caja (1) de procesamiento es estacionaria y la unidad (103-105) de carga/descarga, la unidad (101) de calefacción y la unidad (102) de refrigeración son transportables en cada caso, estando configurado el mecanismo (108) de transporte para transportar la unidad (103-105) de carga/descarga, la unidad (101) de calefacción y la unidad (102) de refrigeración en relación con la caja (1) de procesamiento.
5. Instalación (100) según una de las reivindicaciones 1 a 3, en la que la unidad (103-105) de carga/descarga, la unidad (101) de calefacción y la unidad (102) de refrigeración están dispuestas en cada caso de forma estacionaria a lo largo de un recorrido de transporte circulatorio para la caja (1) de procesamiento, de tal modo que el recorrido de transporte puede ser recorrido de forma unidireccional, siendo la caja (1) de procesamiento transportable y estando configurado el mecanismo (108) de transporte para transportar la caja (1) de procesamiento de forma unidireccional.
6. Instalación (100) según una de las reivindicaciones 1 a 3, que incluye:
a) una disposición en línea de unidades estacionarias, que consiste en una unidad (101) de calefacción, dos unidades (102) de refrigeración situadas a ambos lados de la unidad (101) de calefacción, y dos unidades (105) de carga/descarga para cargar y/o descargar la caja (1) de procesamiento, entre las que están situadas las
otras unidades (101, 102), siendo la caja (1) de procesamiento transportable y estando configurado el mecanismo (108) de transporte para un transporte bidireccional de la caja (1) de procesamiento;
o
b) una disposición en línea de unidades (101, 102, 105) transportables, que consiste en una unidad (101) de calefacción, dos unidades (102) de refrigeración situadas a ambos lados de la unidad (101) de calefacción, y dos unidades (105) de carga/descarga para cargar y/o descargar las cajas (1) de procesamiento, entre las que están situadas las otras unidades (101, 102), siendo la caja (1) de procesamiento estacionaria y estando configurado el mecanismo (108) de transporte para un transporte bidireccional de las unidades (101,102, 105).
7. Instalación (100) según una de las reivindicaciones 1 a 3, que incluye:
a) una disposición en línea de grupos (109) estacionarios de unidades, consistiendo los grupos (109) en cada caso en una unidad (102) de refrigeración, una unidad (101) de calefacción, una unidad (102) de refrigeración y una unidad (105) de carga/descarga, siendo la caja (1) de procesamiento transportable y estando configurado el mecanismo (108) de transporte para un transporte bidireccional de la caja (1) de procesamiento;
o
b) una disposición en línea de grupos (109) de unidades, consistiendo los grupos (109) en cada caso en una unidad (102) de refrigeración, una unidad (101) de calefacción, una unidad (102) de refrigeración y una unidad (105) de carga/descarga, siendo las unidades (101, 102, 105) transportables en cada caso y siendo la caja (1) de procesamiento estacionaria, estando configurado el mecanismo (108) de transporte para un transporte bidireccional de las unidades (101, 102, 105).
8. Instalación (100) según una de las reivindicaciones 1 a 3, que incluye:
a) una disposición en línea de grupos (109) estacionarios de unidades, consistiendo los grupos (109) en cada caso en una unidad (102) de refrigeración, una unidad (101) de calefacción y una unidad (105) de carga/descarga, siendo la caja (1) de procesamiento transportable y estando configurado el mecanismo (108) de transporte para un transporte bidireccional de la caja (1) de procesamiento;
o
b) una disposición en línea de grupos (109) de unidades, consistiendo los grupos (109) en cada caso en una unidad (102) de refrigeración, una unidad (101) de calefacción y una unidad (105) de carga/descarga, siendo las unidades (101, 102, 105) transportables en cada caso y siendo la caja (1) de procesamiento estacionaria, estando configurado el mecanismo (108) de transporte para un transporte bidireccional de las unidades (101, 102, 105).
9. Instalación (100) según una de las reivindicaciones 1 a 8, en la que el dispositivo (18) de vaciado por bomba y/o el dispositivo (19) de suministro de gas y/o el dispositivo (14) de refrigeración están acoplados permanentemente durante un movimiento relativo entre, por un lado, la caja (1) de procesamiento y, por otro lado, la unidad (101) de calefacción, la unidad (102) de refrigeración y la unidad (103-105) de carga/descarga.
10. Método para procesar sustratos (2) revestidos, que incluye las etapas consistentes en:
- cargar una cavidad (11) de una caja (1) de procesamiento que puede ser evacuada con al menos un sustrato (2) revestido;
- cerrar la cavidad (11) de la caja (1) de procesamiento de forma impermeable a los gases;
- vaciar por bomba la cavidad (11) de la caja (1) de procesamiento;
- llenar la cavidad (11) de la caja (1) de procesamiento con al menos un gas;
- someter el sustrato (2) a tratamiento térmico mediante radiación térmica electromagnética que es generada por radiadores (12) de calentamiento dispuestos fuera de la caja (2) de procesamiento y que incide sobre al menos una sección (5, 6) de carcasa de la caja (1) de procesamiento que sirve para el tratamiento térmico; - refrigerar el sustrato (2) caliente;
- sacar el sustrato (1) refrigerado de la caja (1) de procesamiento;
- refrigerar al menos una sección (7, 9; 28) de carcasa de la caja (1) de procesamiento durante el tratamiento térmico y en caso dado después del mismo;
- inhibir la difusión de una sustancia gaseosa generada durante el tratamiento térmico hacia la sección (7, 9; 28) de carcasa refrigerada mediante una pared (20) de separación provista de una o más aberturas (23, 24, 37), que está dispuesta entre el sustrato (2) revestido y la sección (7, 9; 28) de carcasa refrigerada, estando configurada la pared (20) de separación de tal modo que, durante el tratamiento térmico, una pérdida de masa de una sustancia gaseosa generada por el tratamiento térmico del sustrato revestido al exterior del espacio de procesamiento corresponde a menos de un 50%, preferiblemente a menos de un 20%, más preferiblemente a menos de un 10%, de la masa de la sustancia gaseosa generada durante el tratamiento térmico, estando una relación de superficies, formada por una superficie de abertura de la o las aberturas dividida por una superficie interior del espacio de procesamiento, dentro del intervalo de 5 x 10-5 a 5 x 10-4.
11. Método según la reivindicación 10, en el que la caja (1) de procesamiento circula de forma unidireccional a lo largo de un recorrido de transporte cerrado, siendo transportada la caja (1) de procesamiento sucesivamente a una unidad (103) de carga para cargar la caja (1) de procesamiento con el sustrato (2), al menos a una unidad (101) de calefacción para el tratamiento térmico del sustrato, al menos a una unidad (102) de refrigeración para refrigerar el sustrato (2), y al menos a una unidad (104) de descarga para sacar el sustrato (2) de la caja (1) de procesamiento.
12. Método según la reivindicación 10,
a) que incluye las etapas consistentes en:
- cargar la caja (1) de procesamiento transportable con un sustrato (2) mediante una unidad (105) de carga/descarga estacionaria;
- transportar la caja (1) de procesamiento, en particular en una dirección, hasta una unidad (101) de calefacción estacionaria y someter el sustrato (1) a tratamiento térmico;
- transportar la caja (1) de procesamiento, en particular en dicha dirección o en la dirección contraria, hasta una unidad (101) de refrigeración estacionaria y refrigerar el sustrato (2);
- transportar la caja (1) de procesamiento, en particular en la dirección contraria, hasta la unidad (105) de carga/descarga y sacar el sustrato (2);
o
b) que incluye las etapas consistentes en:
- cargar la caja (1) de procesamiento estacionaria con un sustrato (2) mediante una unidad (105) de carga/descarga transportable;
- retirar la unidad (105) de carga/descarga, en particular en una dirección, de la caja (1) de procesamiento;
- transportar una unidad (101) de calefacción, en particular en dicha dirección, hasta la caja (1) de procesamiento y someter el sustrato (1) a tratamiento térmico;
- retirar la unidad (101) de calefacción, en particular en la otra dirección, de la caja (1) de procesamiento; - transportar una unidad (101) de refrigeración, en particular en dicha dirección o en la dirección contraria, hasta la caja (1) de procesamiento y refrigerar el sustrato (2);
- retirar la unidad (101) de refrigeración, en particular en dicha dirección o en la dirección contraria, de la caja (1) de procesamiento;
- transportar la unidad (105) de carga/descarga, en particular en la dirección contraria, hasta la caja (1) de procesamiento y sacar el sustrato (2).
13. Método según la reivindicación 10, con las etapas consistentes en:
- cargar una primera caja (1) de procesamiento transportable con un primer sustrato (2) mediante una primera unidad (105) de carga/descarga estacionaria;
- cargar una segunda caja (1) de procesamiento transportable con un segundo sustrato (2) mediante una segunda unidad (105) de carga/descarga estacionaria;
- transportar la primera caja (1) de procesamiento, en particular en una dirección, hasta una unidad (101) de calefacción estacionaria y someter el primer sustrato (2) a tratamiento térmico;
- transportar la primera caja (1) de procesamiento, en particular en la dirección contraria, hasta una primera unidad (102) de refrigeración estacionaria y refrigerar el primer sustrato (2);
- transportar la segunda caja (1) de procesamiento, en particular en la dirección contraria, hasta la unidad (101) de calefacción y someter el segundo sustrato (2) a tratamiento térmico;
- transportar la segunda caja (1) de procesamiento, en particular en dicha dirección, hasta una segunda unidad (102) de refrigeración estacionaria y refrigerar el segundo sustrato (2);
- transportar la primera caja (1) de procesamiento, en particular en la dirección contraria, hasta la primera unidad (105) de carga/descarga y sacar el primer sustrato (2);
- transportar la segunda caja (1) de procesamiento, en particular en dicha dirección, hasta la segunda unidad (105) de carga/descarga y sacar el segundo sustrato (2);
o
- cargar una primera caja (1) de procesamiento estacionaria con un primer sustrato (2) mediante una primera unidad (105) de carga/descarga;
- retirar la primera unidad (105) de carga/descarga, en particular en una dirección, de la primera caja (1) de procesamiento;
- cargar una segunda caja (1) de procesamiento estacionaria con un segundo sustrato (2) mediante una segunda unidad (105) de carga/descarga;
- retirar la segunda unidad (105) de carga/descarga, en particular en la dirección contraria, de la segunda caja (1) de procesamiento;
- transportar una unidad (101) de calefacción, en particular en dicha dirección, hasta la primera caja (1) de procesamiento y someter el primer sustrato (2) a tratamiento térmico;
- retirar la unidad (101) de calefacción, en particular en la dirección contraria, de la primera caja (1) de procesamiento;
- transportar una primera unidad (102) de refrigeración, en particular en dicha dirección, hasta la primera caja (1) de procesamiento y refrigerar el primer sustrato (2);
- retirar la primera unidad (102) de refrigeración, en particular en la dirección contraria, de la primera caja (1) de procesamiento;
- transportar la unidad (101) de calefacción, en particular en la dirección contraria, hasta la segunda caja (1) de procesamiento y someter el segundo sustrato (2) a tratamiento térmico;
- retirar la unidad (101) de calefacción, en particular en dicha dirección, de la segunda caja (1) de procesamiento y someter el segundo sustrato (2) a tratamiento térmico;
- transportar una segunda unidad (102) de refrigeración, en particular en la dirección contraria, hasta la segunda caja (1) de procesamiento y refrigerar el segundo sustrato (2);
- retirar la segunda unidad (102) de refrigeración, en particular en dicha dirección, de la segunda caja (1) de procesamiento;
- transportar la primera unidad (105) de carga/descarga, en particular en la dirección contraria, hasta la primera caja (1) de procesamiento y sacar el primer sustrato (2);
- transportar la segunda unidad (105) de carga/descarga, en particular en dicha dirección, hasta la segunda caja (1) de procesamiento y sacar el segundo sustrato (2).
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