KR20130020882A

KR20130020882A - 기판의 열 처리 장치

Info

Publication number: KR20130020882A
Application number: KR1020127024094A
Authority: KR
Inventors: 안드레아스 카스파리; 슈테판 헨켈; 유타 트루베; 스펜 스틸레; 마르틴 퓌르판게르
Original assignee: 쌩-고벵 글래스 프랑스; 레이볼드 압틱스 게엠베하
Priority date: 2010-02-15
Filing date: 2011-02-14
Publication date: 2013-03-04
Also published as: WO2011098295A1; JP2013519863A; TW201135847A; US20130129329A1; CN102859646A; EP2537175A1; DE102010008084A1

Abstract

본 발명은 기판(20)의 열처리를 위한 열처리 내부 챔버(3)로서, 열처리 내부 챔버(3)의 내부 공간(24)을 둘러싸는 벽들(10), 열 처리 동안 기판(20)을 저장하기 위한 저장 장치(8), 및 열처리 내부 챔버(3)의 내부 공간(24) 내로 에너지를 도입하기 위한 에너지원(11)을 포함하고, 상기 벽(10)의 내부 면의 적어도 일부가 에너지원(11)에 의해 도입되는 파워를 반사시키도록 설계된, 열처리 내부 챔버에 관한 것이다. 상기 벽들(10)의 내부면의 적어도 일부가 적어도 적외선을 고반사하는 재료로 이루어진다. 또한, 본 발명은 기판(20)의 열처리를 위한 열처리 내부 챔버(3)로서, 열처리 내부 챔버(3)의 내부 공간(24)을 둘러싸는 벽들(10), 열 처리 동안 기판(20)을 저장하기 위한 저장 장치(8), 및 열처리 내부 챔버(3)의 내부 공간(24) 내로 에너지를 도입하기 위한 에너지원(11)을 포함하고, 냉각 장치(14)가 상기 벽들(10)을 냉각시키기 위해 제공된, 열처리 내부 챔버에 관한 것이다.

Description

기판의 열 처리 장치{DEVICE FOR THERMALLY TREATING SUBSTRATES}

본 발명은 예컨대 US 6,703,589 B1에 개시된 바와 같은, 청구항 제 1항의 전제부에 따른 기판의 열처리를 위한 열처리 내부 챔버에 관한 것이다. 본 발명은 또한 청구항 제 18항의 전제부에 따른, 외부 챔버 내부에 배치되며 기판의 열처리를 위해 적합한, 열처리 내부 챔버를 포함하는 처리 챔버에 관한 것이다.

예컨대, 고진공에서 금속 증기의 응축에 의한 코팅에 의해 또는 스퍼터링 프로세스에 의해 기판의 표면 처리시, 종종 기판(및 경우에 따라 기판 상에 제공된 코팅)을 열에 의해 예비 처리 및/또는 후처리하는 프로세스 단계들이 필요하다. 이를 위해, 기판은 전형적으로 열원에 의해 소정 온도로 가열되고 미리 정해진 시간 동안 상기 온도로 유지된다.

DE 103 04 774 B3 에는 공작물을 폐쇄된 용기에 넣고 가스의 대류에 의해 기판의 온도를 제어하는 공작물 열처리 방법이 개시되어 있다. 가스는 온도 제어 바디를 통해 안내된 다음 가열될 공작물 주위로 흐른다. 이 방법은 공작물로 매우 균일한 열 전달을 허용하지만, 온도 제어 유동의 존재를 필요로 한다. 또한, 큰 면의 공작물의 경우, 큰 면적 전력(> 10 W/㎠)으로 신속한 가열(> 1℃/s)이 매우 어렵다.

EP 662 247 B1 에는 박막 태양 전지를 제조하기 위한 2단계 방법이 개시되어 있고, 이 방법의 도중에 열처리가 실시된다. 기판 상에 구리-인듐-디셀레나이드(CIS)-반도체 층을 형성하기 위해, 먼저 반도체를 구성하는 성분 Cu, In 및 Se가 원소의 형태로 Mo-전극을 구비한 전극 상에 제공된다; 그리고 나서, 이 층 구성이 함께 약 400℃의 프로세스 온도로 가열됨으로써, CIS-반도체 층이 형성된다. 층 구성의 열 처리는 온도 제어 프로세스 동안 구성 성분들의 소정 부분 압력이 유지되도록 이루어진다. 이를 보장하기 위해, 상기 층 구성을 가진 기판이 보호 가스 하에서 폐쇄된 용기, 예컨대 흑연 박스 내에 넣어지고 상기 용기 내에서 가열 수단, 예컨대 할로겐 램프에 의해 가열된다. 폐쇄된 용기는 온도 제어 프로세스 동안 상기 성분들이 새어나갈 수 없어서, 상기 성분의 소정 화학량론적 비율을 가진 황동석이 기판 상에 형성된다. 흑연은 높은 방출력 및 높은 열전도율을 갖기 때문에, 할로겐 램프에 의해 방출되는 광선이 신속하고 효율적으로 흡수되고 흑연 박스 내에 포함된 층 구성으로 전달된다. 대안으로서, 상기 층 구성을 광학 수단에 의해 가열하고 투명한 재료, 예컨대 석영으로 이루어진 용기 내로 넣는 것이 제시된다.

EP 662 247 B1에 개시된 용기가 큰 면의 다층 바디를 열처리하기 위해 사용되면, -특히 신속한 가열시- 다층 바디의 개별 층 내로 불균일한 열 도입의 위험이 있고, 이는 층들의 균열 또는 파손을 초래할 수 있다. 이러한 문제점을 피하기 위해, DE 199 36 081 A1는 다층 바디의 개별 층을 개별적으로 가열할 수 있는 다수의 에너지원을 가열을 위해 제공할 것을 제시한다. 이를 위해, 가열될 층과 그것에 할당된 에너지원 사이에 투명 바디가 배치되고, 상기 투명 바디의 투과 및 흡수 특성이 각각의 층에 맞춰진다. 온도 제어 바디는 예컨대 열 복사의 대부분을 흡수 및 투과하는 유리 세라믹으로 이루어질 수 있다. 이로 인해, 열처리 동안 나타나는 기계적 응력이 가능한 작게 유지되어야 한다. 특히, 다층 바디는 폐쇄된 용기 내에 배치될 수 있고, 에너지원을 향한 용기의 벽들은 투명 바디로 형성된다.

US 6,703,589 B1 에는 독성 및/또는 부식성 가스 분위기에서 공작물을 열처리하기 위한 처리 챔버가 개시되어 있다. 처리 챔버는 폐쇄된 열처리 내부 챔버가 배치된 외부 챔버를 포함한다. 온도 제어될 공작물은 열처리 내부 챔버 내로 삽입된다. 처리 챔버는 또한 열처리 내부 챔버 및 그 안에 포함된 공작물을 가열할 수 있는 가열 수단을 포함한다.

상기 간행물들에는 기판의 열처리를 위한 다양한 방법 및 장치가 개시되어 있다. 열처리 내부 챔버의 벽들은 전형적으로 열 복사를 흡수하고 투과하는 재료(예컨대 흑연 또는 유리 세라믹)로 이루어진다. 이는 열처리 내부 챔버 내로 도입되는 파워의 대부분이 상기 챔버의 벽을 가열하는 결과를 가져오고, 이로 인해 짧은 주기 시간에 상기 벽들의 과열이 나타날 수 있다. 또한, 파워의 일부가 열처리 내부 챔버의 벽들을 통해 외부로 방출된다. 이는 특히 열처리 내부 챔버가 다른 챔버, 예컨대 진공 챔버에 의해 둘러싸인 경우 문제가 되는데, 그 이유는 진공 챔버가 가열됨으로써 진공 용기 및 그 안에 포함된 민감한 부품의 손상이 나타날 수 있기 때문이다.

본 발명의 과제는 열처리 내부 챔버, 특히 챔버 벽들의 과열이 나타나지 않으면서, 높은 열 에너지를 효율적으로 그리고 매우 짧은 시간 내에 기판 내로 도입할 수 있는, 특히 셀레늄을 사용해서 기판을 열처리하기 위한 열처리 내부 챔버를 제공하는 것이다. 또한, 본 발명의 과제는 보호 가스 분위기 하에서 및/또는 진공에서 기판의 열처리를 가능하게 하는 처리 챔버를 제공하는 것이다.

상기 과제는 독립 청구항들의 특징들에 의해 해결된다. 바람직한 실시예들은 종속 청구항들의 대상이다.

본 발명에 따라

상기 열처리 내부 챔버의 내부 공간을 둘러싸는 벽들,

열처리 동안 기판을 저장하기 위한 저장 장치, 및

상기 열처리 내부 챔버의 내부 공간 내로 에너지를 도입하기 위한 에너지원을 포함하고, 상기 벽들의 내부면의 적어도 일부가 에너지원에 의해 도입된 파워를 반사시키도록 설계된, 기판의 열처리를 위한 열처리 내부 챔버는 벽들의 내부면의 적어도 일부가 적어도 적외선을 고반사하는 재료로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

적어도 적외선을 반사하는 재료로 벽의 내부면을 형성함으로써, 바람직하게는 선행 기술에 비해 간단하고 경제적인 제조가 이루어진다.

이하에서, 고반사 재료는 반사율 > 60%, 바람직하게는 > 80%, 특히 바람직하게는 > 90%를 가진 재료를 의미한다. 이러한 반사율 값은 바람직하게는 250 nm 내지 3000 nm의 파장 범위에, 특히 바람직하게는 600 nm 내지 2000 nm의 파장 범위에 제공된다. 재료는 200℃까지, 바람직하게는 500℃까지, 특히 바람직하게는 900℃까지 열에 안정하다. 바람직하게는 재료가 열처리에 사용되는 물질, 예컨대 셀레늄에 대해 불활성이다.

다른 실시예에서, 열처리 동안 기판을 수용하는 열처리 내부 챔버는 열처리 내부 챔버의 벽을 냉각시킬 수 있는 냉각 장치를 포함한다. 냉각 장치에 의해, 열처리 동안 에너지원에 의해 높은 온도가 발생되는 내부를 가진 열처리 내부 챔버는 주변에 대해 열 차폐된다. 또한, 냉각 장치는 챔버 벽 내로 도입되는 가열 에너지를 방출함으로써 열처리 내부 챔버의 과열을 방지한다.

냉각 장치는 바람직하게 높은 비열을 가진 액체 또는 기체 냉각재, 특히 오일용 냉각 회로로서 형성되고, 상기 오일은 열처리 내부 챔버의 벽들을 순환한다. 이를 위해, 열처리 내부 챔버의 벽들이 적어도 부분적으로 냉각 채널을 포함하고, 상기 냉각 채널을 통해 냉각재가 안내된다. 바람직하게는 열처리 내부 챔버의 모든 벽들이 냉각 채널들을 포함함으로써, 외부 챔버를 향한 열처리 내부 챔버의 열 복사가 사방에서 제한되거나 또는 감소될 수 있다. 냉각 채널은 열처리 내부 챔버의 벽들 내에 구불구불한 형태로 연장할 수 있다; 냉각 채널들은 바람직하게 차가운 냉각재가 열처리 동안 가장 강력하게 가열되는 벽 영역 내로 도입되고 거기서부터 열에 의한 덜 심한 부하를 받는 벽 부분으로 전달되도록 배치된다.

열처리 내부 챔버의 내부에 매우 높은 온도(> 500℃ 및 2000℃ 이상까지)가 발생되면, 열처리 내부 챔버 및 그 안에 있는 부품들이 높은 열 부하 및 부식 부하를 받는다; 따라서, 이를 위해 선택된 재료들은 고온 안정성을 가져야 하고, 특히 셀레늄에 대해 내식성을 가져야 한다. 열처리 내부 챔버의 벽들에 대한 적합한 재료는 특히 고온 저항성 강이지만, 이 강은 일반적으로 비교적 낮은 열 전도율을 갖는다. 오스테나이트, 스테인리스 강 AISI 316 L이 바람직하다. 열처리 내부 챔버의 벽들 내의 냉각 채널들을 통해 순환하는 냉각재가 열을 효율적으로 방출할 수 있고 큰 온도 기울기를 형성하지 않는 것을 보장하기 위해, 직사각형 횡단면을 가진 냉각 채널을 형성하는 것이 바람직하다. 인접한 냉각 채널들이 스트립에 의해 분리되고, 상기 스트립의 폭은 바람직하게는 냉각 채널의 폭의 20% 내지 80% 이다. 비교적 좁은 스트립 폭에 의해, 도입되는 열 용량이 비교적 큰 횡단면을 가진 짧은 경로로 냉각재로 이동될 수 있고, 동시에 충분히 큰 기계적 안정성이 달성될 수 있다. 스트립의 높이는 냉각재 내의 온도 차이가 충분히 적게 유지될 정도로 냉각재를 냉각 채널을 통해 구동시키도록 정해진다. 스트립의 높이는 냉각 채널의 폭의 20% 내지 80%인 것이 바람직하다.

열처리 내부 챔버 내에서 기판을 가열하기 위한 에너지는 바람직하게 가열 수단에 의해 공급되고, 상기 가열 수단은 적외선 범위의 전자기 방사선을 방출하며 열처리 내부 챔버 내에 배치된다. 가열 수단은 예컨대 열처리 내부 챔버 내로 돌출한 하나 또는 다수의 가열 가능한 석영 로드에 의해 형성될 수 있다. 바람직하게는 서로 평행하게 그리고 기판 표면에 대해 평행하게 배치된 다수의 석영 로드들이 제공된다. 기판의 하부면 및 상부면을 균일하게 가열하기 위해, 석영 로드들이 기판 면의 상부 및 하부에 배치될 수 있다. 대안으로서, 가열 에너지가 예컨대 적외선, 가시광선 또는 자외선 스펙트럼 범위의 레이저 광선에 의해 발생될 수 있고, 상기 레이저 광선은 적합한 윈도우를 통해 열처리 내부 챔버 내로 도입된다.

바람직하게는 열처리 내부 챔버가 폐쇄 가능한 용기여서, 기판의 열처리 동안 열처리 내부 챔버의 내부 공간이 벽들에 의해 완전히 둘러싸이고 가열 수단이 그 열 에너지를 열처리 내부 챔버로만 방출하고 열처리 내부 챔버 외부에 놓인 영역으로 방출하지 않는다. 가열 수단의 에너지 공급을 위한 피드스루(feedthrough; 케이블 등)는 열처리 내부 챔버로부터 에너지 방출 동안 국부적 불균일성을 가능한 적게 유지하기 위해, 열 절연될 수 있다.

열처리 내부 챔버의 내부 공간을 가능한 신속하고 효율적으로 가열하기 위해 그리고 챔버 벽 내로 전달되는 가열 에너지의 양을 가능한 적게 유지하기 위해, 열처리 내부 챔버의 내부 공간 내에 리플렉터들이 배치될 수 있다.

적어도 내부 영역을 향한 열처리 내부 챔버의 벽면이 바람직하게는 가시광선으로부터 2000 nm 또는 3000 nm의 원적외선까지의 파장 범위에서 높은 반사율을 가진 재료로 이루어지는 것이 바람직하다. 에너지가 적외선 방사체에 의해 (예컨대 석영 로드) 공급되면, 적어도 적외선 방사체의 파장 범위에서 높은 반사가 제공되는 것이 바람직하다. 표면 재료 또는 벽 재료로는 예컨대 특수 강, 몰리브덴, 금, 질화물, 예컨대 질화 티탄, 질화 실리콘 또는 확산-고반사 열가소성 수지(예컨대, 250 nm 내지 2500 nm의 유효 스펙트럼 범위 및 400 nm 내지 1500 nm 에서 99%의 반사율 및 250 nm 내지 2500 nm 에서 95% 보다 큰 반사율 그리고 400℃의 온도까지 열 안정성을 가진 프레스된 PTFE는 Labsphere 사의 스펙트랄론(Spectralon)으로 공지되어 있음)가 사용될 수 있다.

바람직하게는 열처리 내부 챔버의 내부 벽들이 리플렉터들을 포함하고, 상기 리플렉터들이 상기 벽들을 내부 공간 내로 공급되는 열 용량에 대해 차폐한다.

바람직하게는 중간 리플렉터 벽들이 적어도 IR-광선에 대해 고반사인 재료로 이루어지거나 또는 그러한 재료로 이루어지며 내부 영역을 향한 중간 리플렉터 벽면들로 제공되고, 상기 벽면들은 내부 영역을 향한 열처리 내부 챔버의 벽면의 전방에서 그리고 바람직하게는 그 후면이 내부 영역을 향한 열처리 내부 챔버의 벽면과 이격되어 배치된다. 중간 리플렉터 벽들이 사용되면, 그 후방에 배치된 열처리 내부 챔버의 벽들은 예컨대 40% 내지 60%의 낮은 반사율을 가질 수 있다.

다른 리플렉터들이 기판을 가열시키는 전자기 방사선(예컨대, 적외선)을 기판에 포커싱하도록 형성되고 열처리 내부 챔버 내에 배치될 수 있다. 또한, 기판 내로 도입되는 파워에 국부적으로 영향을 주는 (추가의) 가동 (예컨대, 선회 가능한) 리플렉터 판들이 제공된다. 이러한 리플렉터 판들에 의해, 특히 기판의 가장 자리 영역에서 온도 프로파일의 균일화가 이루어질 수 있다.

바람직하게는 기판 상으로 도입되는 에너지를 더욱 균일화하기 위해, 기판과 열처리 내부 챔버의 냉각된 벽들 사이에 부분 투명한 중간 리플렉터들(예컨대, 유리 세라믹으로 이루어진)이 배치될 수 있다.

열처리 내부 챔버 내로 또는 밖으로 기판을 삽입 및 배출하기 위해, 바람직하게는 폐쇄 가능한 개구들이 제공되고, 상기 개구들의 횡단면은 기판 형태에 맞춰진다; 플랫 기판을 처리하기 위한 시스템 내에, 개구들이 슬릿 형태로 형성된다. 또한, 열처리 내부 챔버 내에 기판을 지지하고 이송하기 위한 이송 장치가 열처리 내부 챔버의 내부에 제공될 수 있다. 바람직하게는, 열처리 동안 기판을 열처리 내부 챔버 내에서 저장하는 저장 장치가 이송 장치로서 형성된다.

열 처리가 진공 또는 상이한 프로세스 가스의 사용을 필요로 하는 2개의 다른 처리 단계들 사이의 사이 단계를 형성하면, 열처리를 진공 용기의 내부에서 실시함으로써 열처리 전후에 진공화에 의한 추가 비용이 생기지 않아서 프로세스 기술적으로 종종 바람직하다. 이러한 프로세스에 적합한 처리 챔버는 외부 챔버, 특히 진공 챔버의 내부 공간에 배치된, 냉각된 벽들을 가진 열처리 내부 챔버를 포함한다. 냉각된 벽들에 의해, 열처리 내부 챔버의 뜨거운 내부 공간이 진공 챔버에 대해 열 절연된다. 이로 인해, 일반적으로 온도에 매우 민감한 진공 챔버의 구성 부분들이 고온 열처리(특히 > 500℃에서)의 실시시에도 손상되지 않는다.

외부 챔버의 내부 공간 내에 배치된 열처리 내부 챔버는 스페이서에 의해 외부 챔버의 벽에 지지되고, 상기 스페이서는 낮은 열전도율을 가진 재료로 이루어진다. 열처리 내부 챔버의 냉각을 위해 -전술한 바와 같이- 냉각재 회로가 사용되면, 열처리 내부 챔버의 벽들 내로 냉각재의 공급 및 배출을 위해, 스페이서의 내부에서 연장하는 라인들을 사용하는 것이 바람직하다.

처리 챔버의 본 발명에 따른 구성은 열 챔버를 둘러싸는 외부 챔버(진공 챔버)의 과열이 나타나지 않으면서, 많은 에너지가 기판 내로 짧은 시간 내에 도입될 수 있게 하는 기판의 효율적인 열처리를 가능하게 한다. 기판으로 큰 면적 전력 > 15 W/㎠의 도입시에도 열처리 내부 챔버의 내부 공간이 외부 챔버에 대해 효과적으로 열 차폐된다.

본 발명에 의해, 열처리 내부 챔버의 과열이 나타나지 않으면서 높은 열 에너지를 효율적으로 그리고 매우 짧은 시간 내에 기판 내로 도입할 수 있는, 특히 셀레늄을 사용해서 기판을 열처리하기 위한 열처리 내부 챔버가 제공된다. 또한, 본 발명에 의해, 보호 가스 분위기 하에서 및/또는 진공에서 기판의 열처리를 가능하게 하는 처리 챔버가 제공된다.

도 1은 기판의 열처리를 위한 열처리 내부 챔버 및 외부 챔버를 포함하는 처리 챔버의 횡방향 사시 단면도이다.
도 2는 도 1의 부분에 따른 열처리 내부 챔버의 벽의 확대도이다.

이하, 본 발명이 도면에 도시된 실시예를 참고로 상세히 설명된다.

도면들에서 서로 상응하는 부재들은 동일한 도면 부호로 표시된다. 도면들은 개략적인 실시예를 도시하고 본 발명의 고유 파라미터를 나타내지 않는다. 또한, 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기 위해서만 사용되며, 본 발명의 보호 범위를 제한하는 방식으로 해석되어서는 안된다.

도 1 및 도 2는 기판(20)의 열처리를 위한 처리 챔버(1)의 사시 단면도를 도시한다. "기판"이라는 표현은 여기서 처리될, 코팅될 및/또는 이미 코팅된 임의의 대상물, 즉 (경우에 따라 예비 처리된) 캐리어 재료 자체 및 단일 코팅 또는 다중 코팅을 가진 캐리어 재료를 의미한다. 도 1 및 도 2의 실시예에서, 기판은 평면 공작물이고, 그 면적은 수 제곱 센티미터 내지 수 제곱 미터일 수 있다.

기판(20)은 바람직하게 열처리를 위해 반투명한 기판 박스 내에 수용될 수 있고, 상기 박스는 바람직하게 유리 세라믹으로 이루어진 벽들 및 상기 벽들의 지지를 위한 흑연 프레임을 포함한다.

"열처리"라는 표현은 기판의 가열을 수반하는 각각의 프로세스 또는 프로세스 단계를 의미한다.

처리 챔버(1)는 진공화 가능한 진공 챔버(2: 외부 챔버)를 포함하고, 상기 챔버의 내부 공간(22) 내에 열처리 내부 챔버(3)가 배치된다. 열처리 내부 챔버(3)는 벽들(10)로 폐쇄 가능한 용기(23)로서 형성되고, 상기 벽들은 열처리 내부 챔버(3)의 내부 공간(24)을 바람직하게 사방에서 둘러싼다. 그러나, 열처리 내부 챔버(3)가 기밀 방식으로 폐쇄될 필요는 없다; 오히려 열처리 내부 챔버(3)의 내부 공간(24)은 예컨대 외부 챔버(2)에 의해 플러싱되거나 진공화될 수 있다. 벽들(10)의 내부 면들은 바람직하게 적어도 적외선을 고반사하는 금속 재료로 이루어진다. 또한, 벽들(10), 특히 벽들의 내부 면들이 고온 안정성을 가진 재료로 이루어지고, 특히 셀레늄에 대해 내식성인 것이 바람직하다. 열처리 내부 챔버(3)의 벽들(10)에 대한 적합한 재료는 특히 고온 저항성 강, 특히 오스테나이트, 스테인리스 강 AISI 316L 이다.

처리 챔버(1)는 다단 제조 프로세스의 도중에 기판(20)의 열처리를 위해 사용된다. 따라서, 외부 챔버(2)는 출입문(4)을 포함하고, 상기 출입문을 통해 기판(20)이 예비 저장된(도면에 도시되지 않은) 프로세스 단계로부터 처리 챔버(1) 내로 삽입되고, 처리 챔버(1)로부터 다른 재저장되는(도면에 도시되지 않은) 프로세스 단계 내로 이송될 수 있다. 기판(20)을 열처리 내부 챔버(3) 내로 삽입 및 배출하기 위해, 열처리 내부 챔버(3)의 2개의 서로 마주 놓인 단부면에 폐쇄 가능한 슬릿형 개구들(도시되지 않음)이 제공된다. 기판(20)의 저장 및 이송을 위해, 열처리 내부 챔버(3)는 제어 또는 조절되어 회전 가능한 롤러들(8)을 포함하고, 상기 롤러들은 열처리 내부 챔버(3)의 벽(10) 내의 원형 개구들(9) 내에 지지된다.

기판(20)의 가열을 위해, 열처리 내부 챔버(3)는 가열 수단들(11')을 구비한 에너지원(11)을 포함하고, 상기 가열 수단들(11')은 도 1 및 도 2의 실시예에서 가열 가능한 석영 로드들(12)에 의해 형성되고, 상기 석영 로드들은 열처리 내부 챔버(3)의 벽(10) 내의 리세스(13)를 통해 내부 공간(24) 내로 안내된다. 도 1 및 도 2에서는 명확성을 위해 각각 단 하나의 석영 로드(12)만이 도시된다; 그러나, 기판 평면의 상부와 하부에서 벽(10) 내에 도시된 다수의 리세스(13)는, 기판 평면에 대해 평행하게 정렬된 다수의 석영 로드들(12)이 제공되며 상기 석영 로드들에 의해 기판(20)이 상부로부터 그리고 하부로부터 가열될 수 있다는 것을 지시한다. 대안으로서 또는 추가로 열 에너지가 예컨대 (pulsed) 전자기 방사선으로서 윈도우를 통해 열처리 내부 챔버(3) 내로 도입될 수 있다.

외부 챔버(2)의 열 부하를 최소로 유지하기 위해, 열처리 내부 챔버(3)는 냉각 장치(14)를 포함하고, 상기 냉각 장치에 의해 에너지원(11)으로부터 챔버 벽(10)으로 방출된 열 에너지(적어도 대부분)가 방출될 수 있다. 따라서, 냉각 장치(14)는 열처리 내부 챔버(3)의 뜨거운 내부 공간을 외부 챔버(2)에 대해 열 차폐한다. 냉각 장치(14)는 열처리 내부 챔버(3)의 벽들(10) 내의 냉각 채널들(16)을 통해 순환하는 액체 냉각재(예컨대, 오일)용 냉각 회로(15)를 포함한다. 냉각 장치(14)는 또한 (도면에 도시되지 않은) 펌프 및 열 교환기를 포함하고, 상기 열 교환기에 의해, 냉각 채널들(16)로부터 역류하는 가열된 냉각 매체가 다시 열처리 내부 챔버(3)의 냉각 채널(16)에 공급되기 전에 냉각될 수 있다.

냉각 채널들(16)은 벽(10)의 내부에 구불구불한 형태로 연장한다. 온도 > 500℃를 견디기 위해, 열처리 내부 챔버의 벽들(10)은 고온 저항성 강으로 제조된다. 이러한 강은 낮은 열 전도율을 갖기 때문에, 벽들의 균일한 열 프로파일을 얻기 위해 특별한 초지가 취해져야 한다: 냉각 채널(16)은 거의 직사각형 횡단면 프로파일을 갖는다. 인접한 냉각 채널들(16)은 스트립(18)에 의해 분리되고, 상기 스트립의 폭(19)은 냉각 채널들(16)의 폭(17)보다 더 작다; 스트립 폭(19)은 전형적으로 채널 폭(17)의 20% 내지 80% 이다. 작은 스트립 폭(19)에 의해, 냉각 채널들(16) 사이에 놓인 스트립 영역들(18)에서 벽들의 국부적 가열이 효과적으로 저지된다. 또한, 스트립 높이(18a)는 채널 폭(17)의 20% 내지 80% 의 범위에서 선택된다.

열처리 내부 챔버(3)의 벽들(10)은 스페이서(26)에 의해 외부 챔버(2)에 고정되고, 바람직하게는 각각의 벽(10)이 적어도 하나의 스페이서(26)에 의해 외부 챔버(2)에 고정된다. 바람직하게는 벽들(10) 중 적어도 하나는 단 하나의 스페이서(26)에 의한 개별 고정을 갖는다. 스페이서(26)는 낮은 열 전도율을 가진 재료로 이루어지고 내부는 중공이다; 스페이서의 내부 영역에서 냉각 채널들(16)에 냉각 유체를 공급하기 위한 (도면에 도시되지 않은) 공급부 및 배출부가 제공된다.

열처리 내부 챔버(3)의 내부 공간(24)을 가능한 신속하고 효과적으로 가열하기 위해 그리고 챔버 벽(10) 내로 전달되는 가열 에너지의 양을 가능한 적게 유지하기 위해, 열처리 내부 챔버(3)의 내부 공간(24) 내에 중간 리플렉터 벽(28)이 제공되고, 바람직하게는 상기 중간 리플렉터 벽이 벽(10)으로부터 이격된다.

도 1 및 도 2의 실시예에서, 벽들(10)의 내부면들(29)은 가열 수단(11')의 파장 범위(여기서는 석영 로드(12)가 방출하는 적외선 범위)에서 높은 반사력(반사율)을 갖기 때문에 리플렉터로도 작용하는 재료로 코팅된다. 코팅은 예컨대 스펙트랄론(Spectralon), 확산-고반사 열가소성 수지로 이루어진다. 추가로, 도 1에 예시적으로 도시된 바와 같이, 내부 공간(24)의 선택된 영역, 예컨대 코너에 추가의 리플렉터들(30)이 제공되고, 상기 추가의 리플렉터들은 가열 수단(11')의 방사선에 대해 상기 영역을 차폐하고 및/또는 가열 적외선을 기판(20)에 포커싱한다. 열처리 내부 챔버(3)의 벽들(10)과 기판(20) 사이에 부분 투명한 중간 리플렉터(예컨대 석영 세라믹으로 이루어진)가 제공될 수 있고, 상기 중간 리플렉터는 높은 열 안정성을 가지며 가열의 공간적 균일화를 야기한다.

도 1 및 도 2의 실시예에서, 가열 수단(11)(석영 로드 12)으로부터 기판(20)으로의 열전달은 주로 열복사를 통해 이루어진다. 대안으로서, 대류에 의한 열전달 증가를 달성하기 위해, (도면에 도시되지 않은) 공급 및 배출부를 통해 보호 가스, 특히 불활성 가스가 열처리 내부 챔버(3) 내로 도입될 수 있다.

열처리 내부 챔버(3) 내에 (도면에 도시되지 않은) 온도 측정 수단, 예컨대 기판(20)을 향해 있어서 기판(20)으로부터 나오는 열 복사를 검출하는 고온계가 제공될 수 있다. 또한, 냉각재 회로(15)의 공급 라인 및 리턴 라인에서의 온도 측정에 의해, 벽들(10)로부터 냉각재를 통해 방출되는 에너지가 검출되고 도입된 에너지와 비교된다; 이는 과열을 검출하거나 또는 방지하기 위해 열처리 내부 챔버(3)의 열 평형을 연속 모니터링할 수 있게 한다.

장치는 유리 또는 석영으로 이루어진 캐리어 층을 가진 박막 태양 전지 또는 박막 태양광 모듈을 제조하기에 특히 적합하고, 상기 캐리어 층 상에 전극으로서 Mo-층 및 구리-인듐-디셀레나이드(CIS)-반도체 또는 구리-인듐-갈륨-술포-셀레나이드(CIGSS)-반도체로 이루어진 기능 층이 제공된다.

1 처리 챔버
2 외부 챔버(진공 챔버)
3 열처리 챔버
8 롤러
9 열처리 챔버의 벽 내의 개구
10 열처리 챔버의 벽
11 에너지원
12 가열 가능한 석영 로드
13 벽 내의 리세스(석영 로드용)
14 냉각 장치
15 냉각 회로
16 냉각 채널
17 넓은 냉각 채널
18 스트립
18a 스트립 높이
19 넓은 스트립
20 기판
22 외부 챔버의 내부 공간
23 용기 = 열처리 챔버
24 열처리 챔버의 내부 공간
26 스페이서
28 중간 리플렉터
29 내부면 벽
30 가장자리 영역 리플렉터

Claims

기판(20)의 열처리를 위한 열처리 내부 챔버(3)로서,
상기 열처리 내부 챔버(3)의 내부 공간(24)을 둘러싸는 벽들(10),
열처리 동안 상기 기판(20)을 저장하기 위한 저장 장치(8), 및
상기 열처리 내부 챔버(3)의 상기 내부 공간(24) 내로 에너지를 도입하기 위한 에너지원(11)을 포함하고,
상기 벽들(10)의 내부면의 적어도 일부가 상기 에너지원(11)에 의해 도입된 파워를 반사시키도록 설계된, 열처리 내부 챔버에 있어서,
상기 벽들(10)의 내부면의 적어도 일부가 적어도 적외선을 고반사하는 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 열처리 내부 챔버.
특히 제1항에 따른, 기판(20)의 열처리를 위한 열처리 내부 챔버(3)로서,
상기 열처리 내부 챔버(3)의 내부 공간(24)을 둘러싸는 벽들(10),
열처리 동안 상기 기판(20)을 저장하기 위한 저장 장치(8), 및
상기 열처리 내부 챔버(3)의 상기 내부 공간(24) 내로 에너지를 도입하기 위한 에너지원(11)을 포함하는, 열처리 내부 챔버에 있어서,
상기 벽들(10)의 적어도 일부를 냉각하기 위한 냉각 장치(14)가 제공되는 것을 특징으로 하는 열처리 내부 챔버.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 벽들(10)이 상기 열처리 내부 챔버(3)의 내부 공간(24)을 여러 면에서, 바람직하게는 사방에서 둘러싸는 것을 특징으로 하는 열처리 내부 챔버.
제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 냉각 장치(14)가 액체 냉각재, 특히 오일용 냉각 회로(15)를 포함하는 것을 특징으로 하는 열처리 내부 챔버.
제4항에 있어서, 상기 열처리 내부 챔버(3)의 적어도 하나의 벽(10)이 냉각 채널들(16)을 포함하는 것을 특징으로 하는 열처리 내부 챔버.
제5항에 있어서, 상기 열처리 내부 챔버(3)의 벽면의 적어도 80% 및/또는 모든 벽들(10)이 냉각 채널들(16)을 포함하는 것을 특징으로 하는 열처리 내부 챔버.
제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 냉각 채널들(16)은 상기 열처리 내부 챔버(3)의 상기 벽(10) 내에 구불구불한 형태로 연장하는 것을 특징으로 하는 열처리 내부 챔버.
제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 냉각 채널들(16)이 거의 직사각형 횡단면을 갖는 것을 특징으로 하는 열처리 내부 챔버.
제5항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 인접한 냉각 채널들(16)은 스트립(18)에 의해 분리되고, 상기 스트립의 폭(19) 및/또는 높이(18a)는 상기 냉각 채널(16)의 폭(17)의 20% 내지 80%인 것을 특징으로 하는 열처리 내부 챔버.
제2항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 에너지원(11)은 열 에너지를 방출하기 위한 가열 수단(11')을 포함하고, 상기 가열 수단은 상기 열처리 내부 챔버(3) 내에 배치되는 것을 특징으로 하는 열처리 내부 챔버.
제10항에 있어서, 상기 가열 수단(11')은 다수의, 바람직하게는 기판 면(20)에 대해 평행하게 연장하는 석영 로드(12)에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 열처리 내부 챔버.
제11항에 있어서, 상기 석영 로드들(12)은 상기 기판 면(20)의 양측에 배치되는 것을 특징으로 하는 열처리 내부 챔버.
제2항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 에너지원(11)에 의해 도입되는 파워의 반사를 위한 중간 리플렉터 벽(28) 및/또는 에지 리플렉터(30)가 상기 열처리 내부 챔버(3) 내에 제공되는 것을 특징으로 하는 열처리 내부 챔버.
제13항에 있어서, 상기 열처리 내부 챔버(3)의 적어도 하나의 벽(10) 및/또는 적어도 내부면(29)이 적어도 부분적으로 고온 저항성 및/또는 셀레늄 내성 및/또는 적어도 적외선을 고반사하는 재료, 바람직하게는 특수 강, 몰리브덴, 금, 질화물, 질화 티탄, 질화 실리콘 또는 확산-고반사 열가소성 수지로 이루어지거나 또는 상기 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 열처리 내부 챔버.
제13항에 있어서, 상기 중간 리플렉터 벽(28) 및/또는 상기 에지 리플렉터(30)는 상기 에너지원(11)에 의해 방출된 파워를 상기 기판(20)으로 포커싱하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 열처리 내부 챔버.
제13항에 있어서, 상기 열처리 내부 챔버(3)의 냉각된 벽(10)과 상기 기판(20) 사이에 온도 균일화를 위한 적어도 하나의 중간 리플렉터(20")가 배치되는 것을 특징으로 하는 열처리 내부 챔버.
제2항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 열처리 내부 챔버(3)가 상기 기판(20)의 삽입 및 배출을 위한 폐쇄 가능한 개구들(6)을 포함하는 것을 특징으로 하는 열처리 내부 챔버.
제2항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 열처리 내부 챔버(3)가 상기 기판(20)의 이송을 위한 이송 장치(8)와 연결되고 및/또는 상기 기판(20)은 기판 박스 내에 수용되는 것을 특징으로 하는 열처리 내부 챔버.
기판(20)의 열처리를 위한 처리 챔버(1)로서,
주변에 대해 상기 기판(20)의 차폐를 위한 외부 챔버(2),
열처리 동안 상기 기판(20)을 수용하기 위해 상기 외부 챔버(2) 내에 배치된 열처리 내부 챔버(3),
상기 열처리 내부 챔버(3)의 내부 공간(24) 내로 에너지를 도입하기 위한 에너지원(11)을 포함하는, 처리 챔버에 있어서,
상기 처리 챔버(1)는 상기 열처리 내부 챔버(3)의 벽들(10)의 적어도 일부를 냉각하기 위한 냉각 장치(14)를 포함하고 및/또는 상기 열처리 내부 챔버(3)는 벽들(10)을 포함하고, 상기 벽들(10)의 내부면의 적어도 일부가 상기 에너지원(11)에 의해 통해 도입되는 파워의 반사를 위해 적어도 적외선을 고반사하는 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 처리 챔버.
제19항에 있어서, 상기 열처리 내부 챔버(3)가 스페이서(26)에 의해 상기 외부 챔버(2)에 고정되는 것을 특징으로 하는 처리 챔버.
제20항에 있어서,
상기 냉각 장치(14)가 액체 냉각재, 특히 오일용 회로(15)를 포함하고,
상기 스페이서(26)가 냉각재의 공급 및 배출을 위한 공동부(27)를 포함하는 것을 특징으로 하는 처리 챔버.
제19항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 외부 챔버(2)가 진공 챔버인 것을 특징으로 하는 처리 챔버.