KR20150023649A - 물체를 열처리하기 위한 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 특히 기밀 방식으로 폐쇄될 수 있고 중공 공간을 둘러싸는 케이싱을 가지는 물체, 특히 코팅된 기판을 열처리하기 위한 장치에 관한 것이고, 중공 공간은 구획 벽을 가지고, 구획 벽에 의해서 중공 공간이 물체 수용을 위한 가공 공간과 중간 공간으로 하위 분할되고, 구획 벽은 하나의 또는 복수의 개구부를 구비하고, 그러한 개구부는 가공 공간 내에서의 물체의 열처리에 의해서 생성된 기체 물질이 가공 공간으로부터 중간 공간으로 확산하는 것에 대한 배리어로서 작용하도록 하는 방식으로 형성된다. 케이싱은 그러한 케이싱을 능동적으로 냉각하기 위해서 냉각 장치에 커플링된 적어도 하나의 케이싱 섹션을 가지고, 구획 벽은 물체와 냉각되는 케이싱 섹션 사이에 배열된다. 또한, 발명은 물체의 열처리를 위한 장치 내에서 확산 배리어로서 구획 벽을 이용하는 것 및 물체의 열처리를 위한 상응하는 방법에 관한 것이다.

Description

물체를 열처리하기 위한 장치 및 방법{DEVICE AND METHOD FOR HEAT TREATING AN OBJECT}
본 발명은 물체, 특히 코팅된 기판을 열처리하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이고, 물체를 열처리하기 위한 장치의 기밀식으로(gas-tightly) 밀봉가능한 하우징에서 분리 벽을 확산 배리어로서 이용하는 것에 관한 것이다.
복수의 기술 분야에서, 고체-상태 조직에 선택적으로 영향을 미치기 위해서, 물체를 용융 온도 이하로 열처리("어닐링")하는 것이 일반적이다. 이러한 것의 하나의 예는, 조직을 변화시키는 것에 의해서 강도 및 인성을 개선하기 위해서 주철을 어닐링하는 것이다. 경화 후의 강철의 템퍼링(tempering)이 또한 공지되어 있으며, 그러한 템퍼링에서 내부 응력이 저하되고(degraded), 스틸의 경도가 감소된다. 또한, 유리에서, 예를 들어, 광학적 구성요소의 품질을 높이기 위해서, 어닐링에 의해서 내부 응력을 감소시키는 것이 일반적으로 실시되고 있다.
어닐링은 반도체 제조에서, 특히 화합물 반도체로 제조된 흡수재(absorber)를 가지는 박막 태양 전지의 생산에서 큰 중요성을 가진다. 얇은 전구체 층이 기판 상에 적용되고 후속하는 급속 열적 가공(RTP)으로 변환되어 화합물 반도체를 형성한다. 그러한 과정은, 예를 들어, J. Palm 등의 "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)에 구체적으로 기재되어 있다. 박막 태양 전지 자체는 특허 문헌에서 이미 빈번하게 설명되어 있다. 단지 예로서, 간행된 공보 DE 4324318 C1 및 EP 2200097 A1를 참조한다.
일반적으로, 물체의 어닐링은 노(furnace) 내에서 이루어지고, 그러한 노는 미리-규정가능한 온도 프로파일에 따라서 물체를 특정 기간 동안 특정 온도로 가열할 수 있다. 특히 화합물 반도체의 생산에서, 어닐링을 제어된 가공용 대기(atmosphere)에서 진행하는 것이 중요하다. 이러한 목적을 위해서, 가공 상자를 이용하여 전구체 층으로 코팅된 기판 주위의 가공 공간을 한정하는 것이 공지되어 있다. 가공 상자는 열처리 동안에 셀레늄 또는 황과 같은 용이한 휘발성의 칼코겐(chalcogen) 성분의 부분압을 적어도 대략적으로 일정하게 유지할 수 있게 한다. 그러한 가공 상자가 예를 들어 DE 102008022784 A1에서 공지되어 있다.
박막 태양 모듈의 산업적-규모의 생산에서, 전구체 층의 RTP 열적 가공이 직렬식 시스템에서 이루어지고, 그러한 시스템에서 코팅된 기판이 다양한 가공 챔버 내로 연속적으로 운송된다. 그러한 방법이, 예를 들어, EP 0662247 B1에서 공지되어 있다.
미국 특허출원 제 2005/0238476 A1호는, 기판을 위한 배기가능한(evacuable) 기판 공간 및 이차적인 공간을 포함하는 하우징을 가지는, 제어 대기에서 기판을 운송하기 위한 장치를 개시한다. 기판 공간 및 이차적인 공간은 나노기공을 가지는 분리 벽에 의해서 서로로부터 분리되고, 분리 벽은 크누센(Knudsen) 원리(열적 삼투; thermal osmosis)를 기초로 하는 마이크로펌프를 형성한다. 기판 공간은 냉각 플레이트(오염제거 플레이트)를 가지고, 분리 벽은 기판과 냉각 플레이트 사이에는 배열되지 않는다. 그 대신에, 냉각 플레이트는 항상 기판에 대향하는 위치에 배열된다. 또한, 이차적인 공간은 가열가능한 분리 벽에 의해서 냉각 플레이트에 의해서 냉각되는 하우징 섹션 또는 기판 공간으로부터 열적으로 분리된다. 펌핑 메커니즘을 위해서 가열이 필요하다.
대조적으로, 본 발명의 목적은 물체를 열처리하기 위해서 종래 기술에서 공지된 장치 및 방법을 유리하게 개선하는 것을 포함한다. 이러한 그리고 다른 목적은 물체를 열처리하기 위한 장치 및 방법에 의해서, 그리고 독립 청구항에 따라서 물체를 열처리하기 위한 장치 내에서 분리 벽을 이용하는 것에 의해서 발명의 제안에 따라서 달성된다. 발명의 바람직한 실시예가 종속 청구항의 특징으로부터 나타난다.
발명에 따라서, 임의의 물체를 용융 온도 이하에서 열처리(어닐링)하기 위한 장치가 개시된다.
장치는, 예를 들어, 코팅된 기판을 열처리하기 위해서 이용되고, "기판"이라는 용어는, 발명에 관한 내용에서, 서로 대향하여 배치되는 2개의 표면을 가지는 편평한 물체를 지칭하고, 복수의 층을 포함하는 층 구조물이 2개의 표면 중 하나의 위에 전형적으로 적용된다. 기판의 다른 표면은 일반적으로 코팅되지 않는다. 예를 들어, 이는, RTP-열적 가공을 거쳐야 하는 화합물 반도체(예를 들어, 칼코피라이트 또는 케스터라이트(chalkopyrite or kesterite) 화합물)의 전구체 층으로 코팅된 박막 태양 모듈의 생산을 위한 기판이다. 또한, 칼코피라이트 화합물, 특히 Cu(In,Ga)(S,Se)2 로서 약칭되는 구리-인듐/갈륨-이황(disulfur)/디셀레나이드, 또는 케스터라이트 화합물, 특히 Cu2(Zn,Sn)(S,Se)4 로서 약칭되는 구리-아연/주석-이황/디셀레나이드로 제조된 화합물 반도체가 박막 태양 전지에서 흡수재로서 주로 이용된다는 것을 주목하여야 한다.
발명에 따른 장치는, 중공의 공간을 둘러싸는(enclose) 하우징, 유리하게는 기밀식 밀봉가능(배기가능) 하우징을 포함한다. 물체의 열처리를 위해서, 장치는 독립적으로 가열가능하고, 이러한 목적을 위해서, 중공의 공간을 가열하기 위한 내부 가열 장치(예를 들어, 전기 히터)를 포함할 수 있다. 장치는, 예를 들어, 외부 열을 공급할 필요가 없는, 물체를 어닐링하기 위한 노로서 구현된다. 대안적으로 또는 부가적으로, 장치는 또한 독립적으로 가열될 수 없으나, 물체가 하우징 섹션 상에 충돌하는 전자적 열 복사선을 통해서 열처리될 수 있도록 구현된 적어도 하나의 하우징 섹션을 포함한다.
장치는, 중공의 공간을 열로 처리하고자 하는 물체를 수용하기 위한 가공 공간과 중간 공간으로 분할하도록 배열되는 분리 벽을 더 포함한다. 분리 벽은, 분리 벽이 물체의 열처리에 의해서 가공 공간 내에서 생성된 기체 물질이 가공 공간의 외부로 그리고 중간 공간 내로 확산하는 것에 대한 배리어로서 작용하도록 구현되는, 하나의 또는 복수의 개구부를 가진다.
여기에서, 분리 벽은, 한편으로, 물체의 열처리 동안에 가공 공간과 중간 공간 사이의 가스 교환에 대한 확산 배리어(증기 배리어)로서의 역할을 하면서도, 열처리 이전에 그리고 이후에 분리 벽을 통해서 가공 공간으로부터 외부로 기체 물질을 펌핑하는 것, 퍼지 가스로 퍼징하는 것, 그리고 공정 가스로 충진하는 것이 가능하도록, 가공 공간과 중간 공간 사이의 가스 교환을 가능하게 하는 것이 필수적이다. 가공 공간 및 중간 공간은 분리 벽 내의 하나의 또는 복수의 개구부 또는 파단부(break)에 의해서 서로 유체적으로 연결된다. 일반적으로, 개구부는 임의 형상, 예를 들어, 슬롯 형상 또는 둥근 홀 형상을 가질 수 있고, 주변부에도 배열될 수 있다.
하나의 유리한 실시예에서, 분리 벽 전부가 하우징에 도달하지 않고, 그에 따라 개구부, 특히, 갭이 분리 벽과 하우징 벽 사이에서 유지된다.
예를 들어, 그러나 반드시 필수적이지는 않지만, 하나의 가장 작은 치수, 예를 들어, 분리 벽의 각각의 개구부의 반경 또는 직경이 가공 공간 내의 가스 입자의 평균 자유 경로의 길이 보다 크다.
특히, 분리 벽은 다공성 재료 또는 튜브(직선형, 경사형, 또는 각진 튜브)를 가지는 재료로 제조될 수 있거나, 그러한 재료를 포함할 수 있다.
그에 따라, 물체를 열처리하기 위한 가공 공간은 분리 벽에 의해서 형성되고, 그러한 가공 공간은 분리 벽에 의해서 중간 공간으로부터 준-기밀식으로 분리된다. 가공 공간과 외부 환경 사이의 가스 교환이 완전히 억제되는 기밀식 가공 공간뿐만 아니라, 가공 공간과 외부 환경 사이의 자유로운 가스 교환을 허용하는 개방형 가공 공간과 대조적으로, 가공 공간과 중간 공간 사이의 가스 교환이 분리 벽에 의해서 방지된다. 이러한 증기 배리어는 자유 경로 길이의 압력 의존성을 기초로 하고: 대략적인 정상(normal) 압력(700-1000 mbar)에서, 비교적 작은 개구부를 통한 확산이 억제된다. 대조적으로, 중간 공간이 진공-전(pre-vacuum) 범위(10-1000 μbar)의 압력까지 배기된다면, 자유 경로 길이가 크게 증가되고 분리 벽은 가스 교환에 대해서 약한 확산 배리어만을 나타낸다.
가공 공간은 분리 벽을 통해서 외부로 펌핑될 수 있고, 외부로의 펌핑 후에, 공정 가스가 또한 가공 공간 내로 유동할 수 있다. 화합물 반도체의 생산에서, 공정 가스는, 예를 들어, H2S, H2Se, S 증기, Se 증기, 또는 H2 와 같은 반응성 가스뿐만 아니라 N2, He, 또는 Ar과 같은 불활성 가스를 포함할 수 있다. 특히, 준-기밀식 분리 벽에 의해서, 셀레늄 또는 황과 같이 용이하게 휘발될 수 있는 칼코겐 성분의 부분압이 가공 공간 내에서의 전구체 층의 열처리 중에 적어도 대략적으로 일정하게 유지될 수 있다. 휘발성 칼코겐 성분은, 예를 들어, 코팅된 기판 상에 도포된 재료로부터 가공 공간 내에서 생성된다(develop).
중공 공간 외부로 펌핑될 수 있도록 하기 위해서 그리고 중공 공간을 퍼지 가스 또는 공정 가스로 충진할 수 있게 하기 위해서, 바람직하게 장치의 기밀식 밀봉가능 하우징이, (예를 들어, 밸브에 의해서) 중공 공간 내로 개방되는 적어도 하나의 밀봉가능 가스 통로를 포함할 수 있다. 이러한 목적을 위해서, 가스 통로가 특히 중간 공간 내로 개방될 수 있다.
그에 따라, 본 발명에 따른 장치에 의해서, 여러 가지 장점이 얻어질 수 있고, 그러한 장점 중에서, 대기가 가공 공간 내에서 생성되는 휘발성 성분과 관련하여 적어도 대략적으로 일정하게 유지될 수 있다는 것이 강조되어야 할 것이다. 또한, 물체의 열처리 중에, 내부에 포함된 센서가 과다하게 마모되지 않게 하기 위해서, 중간 공간이 빈번하게 나타나는 부식성 가스에 대해서 보호될 수 있다. 그러한 설계에서, 장치의 중공 공간의 배기가 신속하고 효율적으로 달성될 수 있다. 이는 공정 가스로 충진하는 것에도 마찬가지로 적용되고, 공정 가스가 최소량으로 비용-효과적으로 이용될 수 있게 한다.
이미 설명한 바와 같이, 분리 벽에 의해서, 중공 공간을 가공 공간과 중간 공간으로 준-기밀식으로 분할하는 것이 달성되고, 이러한 목적을 위해서 분리 벽이 하나의 또는 복수의 개구부를 구비한다. 바람직하게, 열처리 중에 물체의 열처리에 의해서 발생되는 기체 물질의 질량(mass)의 가공 공간 외부로의 손실이, 열처리 중에 발생되는 기체 물질의 질량의 50% 미만, 바람직하게 20% 미만, 보다 바람직하게 10% 미만이 되도록, 분리 벽이 구현된다.
유리하게, 분리 공간의 내측 표면(내부 면적)으로 나눈 하나의 또는 복수의 개구부로 이루어진 (전체) 개방 면적으로부터 형성된 면적 비율(area ratio)이 5 x 10-5 내지 5 x 10-4 이 되도록, 분리 벽이 이러한 목적을 위해서 구현된다. 따라서, 한편으로, 가공 공간을 배기하는 것 및 퍼지 가스 또는 공정 가스로 충진하는 것이 신속하게 이루어질 수 있게 할 정도로 적절히 크고, 다른 한편으로, 분리 벽이 열처리 중에 가공 공간 내에서 발생되는 휘발성 성분에 대한 효과적인 증기 배리어 또는 확산 배리어로서 역할할 수 있을 정도로 충분히 작은, 분리 벽의 하나의 또는 복수의 개구부의 (전체) 개방 면적이 유리하게 얻어질 수 있다.
본 발명에 따른 장치의 특히 유리한 실시예에서, 분리 벽은, 하나의 또는 복수의 개구부의 (전체) 개방 면적이, 열처리 중에 분리 벽을 가열하는 것에 의해서, 시작 값(열처리 이전의 전체 개방 면적)의 최대 50%, 바람직하게 최대 30%, 보다 바람직하게 최대 10%까지 감소되는 열팽창 계수를 가지는 재료로 제조되거나 적어도 하나의 그러한 재료를 포함한다. 이러한 목적을 위해서, 유리하게, 분리 벽의 이러한 재료가 5 x 10-6 K-1 초과의 열팽창 계수를 가진다. 이러한 방식에서, 온도-제어형 분리 벽이 생성되고, 그러한 분리 벽으로, 한편으로 가공 공간의 외부로의 특히 효과적으로 펌핑하는 것 및 퍼지 가스 또는 공정 가스로 가공 공간을 충진하는 것이 저온 상태에서 보다 큰 (전체) 개방 면적을 통해서 달성되고; 다른 한편으로, 열처리 중에 생성되는 기체 물질이 가공 공간으로부터 중간 공간으로 확산하는 것을 특히 효과적으로 방지하는 것이 열처리 동안의 높은 온도 상태에서 열 팽창에 의해서 보다 작은 (전체) 개방 면적을 통해서 달성된다. 특히, 열처리 동안에 (전체) 개방 면적이 적어도 대략적으로 영으로 감소되어, 열처리 동안에 가공 공간과 중간 공간 사이의 가스 교환이 거의 완전히 억제되도록, 분리 벽이 구현될 수 있다.
유리하게, 장치의 하우징은, 열 팽창 계수가 5 x 10-6 K-1 미만인 적어도 하나의 재료, 예를 들어, 석영 유리로 제조되거나 그러한 재료를 포함한다.
본 발명에 따른 장치의 다른 특히 유리한 실시예에서, 하우징은 온도 제어 또는 능동적인(active) 냉각을 위해서 온도 제어 또는 냉각 장치에 커플링되는 적어도 하나의 (제1) 하우징 섹션을 가지고, 분리 벽은 물체와 온도-제거가능 또는 능동적 냉각가능 하우징 섹션 사이에 배열된다. 장치의 적어도 하나의 하우징 섹션의 온도 제어 또는 냉각은, 열처리 중의 진공-양립가능(compatible) 구성요소의 마모 감소를 가능하게 한다. 열처리 중에 발생되는 휘발성 성분이 온도-제어되는(능동적으로 냉각되는) 하우징 섹션 상에 바람직하지 못하게 응축되는 것은, 가공용 대기 중의 휘발성 성분의 손실을 최소화하도록 그리고 가공용 대기 중의 그 성분의 부분압을 적어도 대략적으로 일정하게 하도록 확산 배리어 또는 증기 배리어로서 작용하는 분리 벽에 의해서 방지될 수 있다. 특히, 화합물 반도체의 생산에서, 휘발성 칼코겐 원소의 소비가 최소화될 수 있고 그리고 생산되는 화합물 반도체의 품질이 개선될 수 있다.
또한, 하우징은, 온도-제어가능하지 않은 또는 냉각가능하지 않은, 즉 온도-제어 또는 냉각 장치에 커플링되지 않은 하나의 또는 복수의 (제2) 하우징 섹션을 포함하고, 그러한 하우징 섹션은, 특히, 하우징 섹션 상에 충돌하는 전자기적 열 복사선에 의한 열처리를 가능하게 하는, 다시 말해서, 예를 들어, 복사 히터의 복사선 필드(field) 내에 위치되는 하우징 섹션이다. 제1 하우징 섹션은 제2 하우징 섹션과 상이하다. 제1 하우징 섹션은 냉각 장치에 연결되었거나 연결될 수 있고, 결과적으로, 냉각될 수 있는 반면, 제2 하우징 섹션은 냉각 장치에 연결되지 않고, 결과적으로, 냉각될 수 없다.
기판의 온도 그리고 입사하는 전자기적 열적 복사선에 의한 열처리를 가능하게 하고, 예를 들어, 복사 히터의 복사선 필드 내에 위치되는 하우징 섹션의 온도에 대비하여, 온도-제어가능한 또는 냉각가능한 (제1) 하우징 섹션은 능동적으로 냉각가능하다. 온도-제어가능한 또는 냉각가능한 (제1) 하우징 섹션은 코팅된 기판의 열처리 이전에, 도중에, 및 이후에 온도 제어될(능동적으로 냉각될) 수 있다.
여기에서 그리고 이하에서 사용된 바와 같이, "냉각가능한'이라는 용어는 열처리 중에 물체의 온도 보다 낮은 온도까지 하우징 섹션의, 또는 독립적으로 가열될 수 없는 장치의 경우에, 입사하는 전자기적 열적 복사선에 의한 열처리를 가능하게 하고 복사 히터의 복사선 필드 내에 위치되는 그러한 하우징 섹션의 온도를 제어하는 것을 지칭한다. 예를 들어, 온도-제어형 하우징 섹션은 20 ℃ 내지 200 ℃ 범위의 온도로 온도 제어된다. 이러한 온도 제어 또는 냉각으로 인해서, 200 ℃ 이상의 온도에서 장시간 견디지 못하는, 진공 기술에서 일반적인 플라스틱 밀봉부(탄성중합체, 불소탄성중합체(fluoroelastomer)) 및 비교적 경제적인 다른 표준형의 구성요소가 장치의 진공 밀봉을 위해서 이용될 수 있다.
본 발명에 따른 장치의 다른 특히 유리한 실시예에서, 중공 공간은, 물체의 열처리 중에, 보다 고온인 구역 및 적어도 하나의 보다 저온인 구역을 포함하고, 그에 의해서 분리 벽이 고온 구역과 적어도 하나의 저온 구역 사이에 배열되어 고온 구역을 적어도 하나의 저온 구역으로부터 분리한다. 예를 들어, 장치는 구역화된 노의 형태로 구현되고, 그러한 구획화된 노는, 저온의 엣지 구역에 의해서 둘러싸인, 물체의 가공을 위한 가공 구역으로서의 역할을 하는 하나의 고온 또는 가장 고온의 코어 구역을 가진다. 2개의 엣지로부터 분리된 코어 구역은 분리 벽 즉, 코어 구역과 엣지 구역 사이에 배열된 분리 벽에 의해서 분리된다. 유리하게 분리 벽에 의해서, 열처리 중에 코어 구역 내에서 생성되는 휘발성 성분이 저온의 엣지 구역의 벽 섹션에 바람직하지 못하게 응축하는 것이 방지될 수 있다.
예를 들어, 본 발명에 따른 장치는, 예를 들어, 단일 부재로 이루어진 하우징 섹션 및 가공 공간 내로 물체를 도입하거나 가공 공간으로부터 물체를 제거하기 위한 하우징 개구부뿐만 아니라 하우징 개구부를 밀봉하기 위한 밀봉부를 가지는 하우징을 포함한다. 예를 들어, 분리 벽은 밀봉부에 대해서 평행하다. 예를 들어, 밀봉부가 온도-제어가능하거나 냉각가능하고, 이러한 경우에, 냉각 장치에 커플링된 하우징 섹션이 하우징 개구부를 밀봉하기 위한 밀봉부가 된다.
발명의 특히 유리한 실시예에서, 냉각 장치에 커플링된 하우징 섹션은 측벽 섹션, 특히, 상단 벽과 하단 벽의 측벽 섹션을 서로 연결하는 하우징의 프레임이다. 유리하게, 냉각 장치에 커플링된 하우징 섹션은 하우징 개구부를 밀봉하기 위한 밀봉부를 포함하거나 구비한다.
발명의 다른 유리한 실시예에서, 냉각 장치에 커플링된 하우징 섹션은, 적어도 하나의 기체 물질을 제거/공급(예를 들어, 공정 가스의 배기 및 도입)하기 위해서, (예를 들어, 밸브를 통해서) 중간 공간 내로 개방된 밀봉가능한 가스 통로를 가진다. 그러한 가스 통로는, 예를 들어, 가스 연결부, 특히 가스 유동을 제어하기 위한 밸브를 구비한다. 하우징 섹션의 냉각의 결과로서, 진공 기술에서 일반적인 플라스틱 밀봉부 또는 비교적 비용-효과적인 표준형 구성요소가 장치의 진공 밀봉을 위해서 이용될 수 있다. 특히, 가스 통로를 가지는 냉각된 하우징 섹션은 하우징 개구부를 밀봉하기 위한 밀봉부가 된다.
물체를 열처리하기 위한 발명에 따른 독립적으로 가열될 수 없는 장치는, 예를 들어, 특히 박막 태양 전지를 생산하기 위한, 적어도 하나의 평면형 기판을 수용하기 위한 기밀식 밀봉가능(배기가능) 가공 상자로서 바람직하게 구현될 수 있다. 가스가 가능한 한 짧은 시간에 외부로 펌핑될 수 있도록 그리고 RTP 열적 가공 중의 산소 함량 및 부분적인 수압과 관련한 엄격한 요구가 충족될 수 있도록, 중공 공간의 비어 있는 높이(clear height)가 바람직하게 치수결정된다. 원칙적으로, 하우징은 의도된 용도에 적합한 임의 재료, 예를 들어, 금속, 유리, 세라믹, 유리 세라믹, 탄소 섬유로 보강된 탄소 재료, 또는 그라파이트로 제조될 수 있다.
여기에서, 가공 상자의 하우징이 하나의 또는 복수의 하우징 섹션을 가지는 것이 필수적이고, 각각의 경우에 그러한 하우징 섹션은 하우징 섹션으로 입사하는 전자기적 열적 복사선에 의한 열처리를 가능하게 하도록 구현된다. 이러한 목적을 위해서, 열처리를 위한 역할을 하는 하우징 섹션이 기판을 가공하기 위한 전자기적 열적 복사선에 대해서 투과적이거나, 부분적으로 투과적이거나, 불투과적일 수 있다. 예를 들어, 열처리를 위한 역할을 하는 하우징 섹션이 유리 세라믹으로 제조된다. 특히, 열처리를 위한 역할을 하는 하우징 섹션은, 자체의 가열을 위해서 복사 히터의 전자기적 열적 복사선을 적어도 부분적으로, 특히 완전히, 흡수하기에 적합한 재료(예를 들어, 그라파이트)를 포함하거나 그러한 재료로 제조될 수 있다. 이어서, 가열된 하우징 섹션은 기판을 가열하기 위한 이차적인 열 공급원으로서의 역할을 할 수 있고, 특히, 열 분포의 균질화를 초래할 수 있다.
따라서, 하우징은, 가공 공간을 가열하기 위해서, 예를 들어, 복사 히터와 같은 가열 장치에 커플링된 적어도 하나의 하우징 섹션을 가진다. 또한, 가공 상자의 하우징은 하나의 또는 복수의 온도-제어가능 또는 냉각가능 하우징 섹션을 포함할 수 있으며, 그 하우징 섹션의 온도는 미리-규정된 온도 값으로 셋팅될 수 있다. 이러한 목적을 위해서, 각각의 경우에, 하우징 섹션은 (외부의) 온도-제어 또는 냉각 장치에 열기술적으로(thermotechnically) 커플링된다. 또한, 이러한 경우에, 가공 상자의 하우징은 하나의 또는 복수의 온도-제어가 불가능한(즉, 온도 제어 또는 냉각 장치에 커플링되지 않은) 하우징 섹션을 포함하고, 그러한 하우징 섹션은, 특히, 하우징 섹션으로 입사되는 전자기적 열적 복사선에 의한 열처리가 가능하게 하는 하우징 섹션이고, 다시 말해서 복사 히터의 복사선 필드 내에 놓이는 하우징 섹션이다. 가공 공간은 적어도 하나의 분리 벽 및 온도-제어가 가능하지 않은 또는 냉각이 가능하지 않은 가공 상자의 하나의 또는 복수의 하우징 섹션만으로 둘러싸인다.
본 발명은, 특히 물체를 열처리하기 위해서 전술한 바와 같이 구현된 장치의 기밀식 밀봉가능 하우징에서 전술한 바와 같이 구현된 분리 벽을 이용하는 것으로 추가적으로 확장된다.
본 발명은 물체 특히, 코팅된 기판을 열처리하기 위한 방법으로 확장되고, 그러한 방법에서 물체가 특히 기밀식으로 밀봉가능한 하우징의 중공 공간 내로 도입되고, 중공 공간은 하나의 또는 복수의 개구부를 가지는 분리 벽에 의해서 물체를 수용하는 가공 공간과 중간 공간으로 분할되고, 물체가 가열되고, 분리 벽은 열처리에 의해서 가공 공간 내에서 발생된 기체 물질이 가공 공간으로부터 중간 공간으로 확산하는 것에 대한 배리어로서 작용한다.
발명에 따른 방법의 유리한 실시예에서, 분리 벽의 하나의 또는 복수의 개구부의 전체 개방 면적은 열처리 중의 분리 벽의 가열에 의해서 열처리 전의 전체 개방 면적의 최대 50%, 바람직하게 최대 30%, 보다 바람직하게 최대 10%까지 감소된다.
본 발명에 따른 방법의 다른 유리한 실시예에서, 중간 공간에 인접한 적어도 하나의 하우징 섹션, 특히 적어도 하나의 기체 물질을 제거/공급하기 위해서 중간 공간 내로 개방된 가스 통로를 특히 가지는 하우징 개구부를 밀봉하기 위한 밀봉부가 물체의 열처리 중에 온도-제어되거나 냉각된다.
발명에 따른 방법의 다른 유리한 실시예에서, 물체를 가지는 하우징의 중공 공간이 물체를 가지는 하우징의 중공 공간이, 특히 열처리 이전 및/또는 이후에 외부로 펌핑되고, 적어도 하나의 가스로 충진된다. 유리하게, 중간 공간으로부터 적어도 기체 물질을 제거하는 것에 의해서 가공 공간이 외부로 펌핑되고 및/또는 적어도 하나의 기체 물질이 중간 공간 내로의 도입에 의해서 가공 공간으로 공급된다.
그러한 방법의 장점은 본 발명에 따른 장치와 관련하여 설명하였고; 반복을 피하기 위해서, 이와 관련한 설명을 참조한다.
발명의 여러 실시예가 개별적으로 또는 임의 조합으로 실현될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 특히, 전술한 그리고 이하에서 설명되는 특징은, 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고도, 표시된 조합뿐만 아니라 다른 조합으로 또는 분리되어 이용될 수 있을 것이다.
이제, 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 구체적으로 설명한다. 도면은 실척이 아니라 단순화된 표상으로 도시한다.
도 1은 코팅된 기판을 가공하기 위한 장치의 대략적인 횡단면도이다.
도 2는 전방 밀봉부와 함께 도 1의 장치를 도시한 사시도이다.
도 3은 도 2의 장치의 변형예를 도시한다.
도 4는 임의 물체를 가공하기 위한 장치의 대략적인 횡단면도이다.
도 5a-5f는 도 1 내지 4의 장치의 온도-제어형 분리 벽의 상이한 변형예를 도시한다.
도 1 및 2를 먼저 참조하면, 물체(2)(도 1)를 가공하기 위한 장치(1)의 대략적인 단면도 및 전방 밀봉부(9)(도 2)와 함께 그러한 장치(1)의 사시도가 도시되어 있다. 장치(1)는, 예를 들어, 전구체 층을 열처리하여 화합물 반도체, 특히, 칼코피라이트 화합물로 변화시키기 위해서, 일 측부가 코팅된 기판을 가공하는 역할을 한다. 비록, 하나의 기판만이 도시되어 있지만, 장치(1)는 둘 이상의 기판을 가공하기 위해서 유사하게 이용될 수 있다. 기판은, 예를 들어, 1 mm 내지 4 mm, 특히 2 mm 내지 3 mm 범위의 두께를 가지는 유리로 제조된다. 기판은, 예를 들어, RTP 열적 가공을 반드시 거쳐야 하는, 흡수재(예를 들어, 칼코피라이트 화합물 또는 케스터라이트 화합물)의 전구체 층으로 이루어진 층 구조물(구체적으로 도시되지 않음)을 구비한다. 예를 들어, 층 구조물은 실리콘 질화물/몰리브덴/구리-인듐-갈륨/셀레늄 층의 시퀀스(sequence)이다. 예를 들어, 실리콘 질화물 층은 50 nm 내지 300 nm 범위의 두께를 가지고; 몰리브덴 층은 200 nm 내지 700 nm 범위의 두께를 가지고; 구리-인듐-갈륨 층은 300 nm 내지 1000 nm 범위의 두께를 가지며; 셀레늄 층은 500 nm 내지 2000 nm 범위의 두께를 가진다.
여기에서, 장치(1)는, 예를 들어, 하단 벽(5), 상단 벽(6), 및 둘레 측벽(7)으로 이루어진, 하우징 벽(4)을 가지는 직육면체 형상의 하우징(3)을 포함한다. 하우징 벽(4)은, 제거가능한 밀봉부(9)에 의해서 기밀식으로 밀봉가능한, 기밀형 또는 배기가능한 중공 공간(11)을 둘러싼다. 도 2에 도시된 바와 같이, 하우징(3)은, 예를 들어, 측벽(7)의 일부를 형성하는, 도어와 같이 장착가능한 밀봉부(9)에 의해서 밀봉가능한 전방 하우징 개구부(8)를 가질 수 있다. 개략적으로 설명하면, 하우징 개구부(8) 및 연관된 밀봉부(9)가 하우징 벽(4)의 임의의 벽 섹션 상에 선택적으로 배치될 수 있다. 하단 벽(5)은 중앙 지역 내에서 기판(2)을 위한 지지 표면으로서의 역할을 하고, 유사하게, 이는 상응하는 이격부재 또는 지지 요소를 제공할 수 있다.
가공 상자(1)의 하우징 벽(4)이 동일한 재료로 또는 서로 상이한 재료로, 예를 들어, 금속, 유리, 세라믹, 유리 세라믹, 탄소 섬유 보강형 탄소 재료, 또는 그라파이트로 제조될 수 있다.
도 2에 도시된 예에서, 장치(1)는 기판으로서 구현된 물체(2)를 열처리하기 위해서 독립적으로 가열가능한 가공 상자로서의 역할을 하지 않는다. 전자기적 열적 복사선의 형태로 외부로부터 공급되는 열 에너지에 의한 코팅된 기판의 열처리가 가능하도록, 적어도 하나의 하우징 섹션, 여기에서, 예를 들어, 상단 벽(6) 및 하단 벽(5)이 각각의 경우에 구현되는 것이 필수적이다. 열 에너지는, 예를 들어, 상단 벽(6) 위에서 그리고 하단 벽(5) 아래에서 행(row)으로 배열된 복사 히터(12)에 의해서 공급될 수 있다. 이러한 목적을 위해서, 예를 들어, 상단 벽(6) 및 하단 벽(5)은 복사되는 전자기적 복사선에 대해서 투과적인 또는 적어도 부분적으로 투과적인 재료, 예를 들어, 유리 세라믹으로 제조된다. 상단 벽(6) 및 하단 벽(5)은 또한 섹션 내에서만 그러한 재료로 제조될 수 있다. 또한 마찬가지로, 상단 벽(6) 및 하단 벽(5)이, 자체적으로 가열될 수 있도록 전자기적 복사선을 적어도 부분적으로, 특히 완전히 흡수하기에 적합한 재료, 예를 들어 그라파이트로 제조될 수 있다. 이러한 경우에, 상단 벽(6) 및 하단 벽(5)은 수동적으로 가열되는, 이차적인 열 공급원으로서의 역할을 한다.
도 2에서 식별할 수 있는 바와 같이, 하우징 벽(4), 여기에서 예를 들어, 밀봉부(9)는, 둘레 측벽(7)을 통해서 적어도 섹션 내에서 특히 전체적으로(completely) 연장하는 냉각제 라인 시스템(구체적으로 도시하지 않음) 내의 냉각제를 위한 유입구 또는 배출구로서의 역할을 하는 2개의 냉각제 연결부(13, 13')를 구비한다. 도입되는 냉각제에 의해서, 측벽(7)이 적어도 섹션에서, 특히 전체적으로 미리-규정가능한 온도로 온도제어될 수 있다(열처리 중에 기판 온도에 대해서 능동적으로 냉각된다). 이러한 목적을 위해서 2개의 냉각제 연결부(13, 13')가 냉각제의 준비 및 냉각을 위한 온도 제어 장치 또는 냉각 장치(14)에 유체적으로 연결될 수 있다. 일반적으로, 장치(1)에서, 코팅된 기판을 열처리를 위한 역할을 하지 않는 그러한 하우징 섹션만이, 여기에서, 예를 들어, 둘레 측벽(7) 또는 적어도 그 일부분만이 전자기적 열적 복사선의 형태로 외부로부터 공급되는 열 에너지에 의해서 온도제어된다. 본 예에서, 밀봉부(9) 만이 온도 제어된다(냉각된다). 예를 들어, 오일 또는 물이 냉각제로서 사용될 수 있다. 또한 대안적으로, 히트 싱크(예를 들어, 냉각 플레이트)와의 접촉을 통한 접촉 냉각(열 전도), 송풍기(대류 냉각), 또는 접촉이 없는 이격된 히트 싱크(복사 냉각)를 통해서, 온도 제어 또는 능동적 냉각이 이루어질 수 있다.
하우징(3)은 중공 공간(11) 내로 개방되는 밸브(15)를 구비한 가스 통로(16)를 더 포함한다. 여기에서, 가스 통로(16)는, 예를 들어, 전방 밀봉부(9) 내에 배열된다. 중공 공간(11)은 펌핑 장치(18)(예를 들어, 진공 펌프)에 대한 연결에 의해서 가스 연결부(17)를 통해서 배기될 수 있다. 또한, 불활성 퍼지 가스의 도입에 의해서 중공 공간(11)을 퍼지하기 위해서 및/또는 반응성 공정 가스로 중공 공간을 충진하기 위해서, 가스 연결부(17)가 가스 공급 장치(19)에 연결될 수 있다. 공정 가스로 충진하는 것이 음압 또는 양압에서 이루어질 수 있다. 밸브(15)(예를 들어, 복수 경로 밸브)에 의해서, 가스 통로(16)가 선택적으로 개방되거나 기밀식으로 밀봉될 수 있다. 신속한 배기 및 효과적인 공정 가스 충진을 가능하게 하기 위해서, 중공 공간(11)이, 예를 들어 7 mm 내지 12 mm 범위의 비교적 낮은 빈 높이를 가진다.
중공 공간(11)은 스트립-형상의 분리 벽(20)에 의해서 가공 공간(21)과 중간 공간(22)으로 준-기밀식으로 분할되며, 코팅된 기판으로서 구현된 물체(2)는 가공 공간(21) 내에서만 수용된다. 가스 통로(16)는 중간 공간(22)으로 개방된다. 분리 벽(20)이 하나의 또는 복수의 개구부 또는 단절부를 구비하고, 그러한 개구부 또는 단절부에 의해서 가공 공간(21)이 중간 공간(22)과 유체적으로 연결된다.
도 1의 수직 단면도에서 식별할 수 있는 바와 같이, 하단 벽(5)으로부터 상단 벽(6)의 방향으로 수직으로 연장하는 분리 벽(20)이 상단 벽(6)까지 전부 도달하지는 않으며, 그에 따라 갭(23)이 분리 벽(20)의 개구부로서 남게 된다. 도 2는, 분리 벽(20)이 상단 벽(6)까지 전부(all the way) 연장하고 그리고 행에서 대략적으로 중심에 배열된 복수의 수평 슬롯(24)을 가지는 분리 벽(20)의 변형을 도시한다. 갭(23) 또는 슬롯(24)을 통해서, 가공 공간(21)이 중간 공간(22)에 유체적으로 연결되고, 그에 따라 상호 가스 교환이 가능하나, 갭(23) 또는 슬롯(24)의 작은 수직 치수 또는 높이로 인해서 이러한 교환이 억제된다. 그에 따라, 분리 벽(20)은 가공 공간(21)과 중간 공간(22) 사이의 확산 배리어 또는 증기 배리어로서 작용한다.
확산 배리어 또는 증기 배리어로서 작용하는 분리 벽(20)의 성질은 자유 경로 길이의 압력 의존성을 기초로 하고: 거의 정상 압력(700-1000 mbar)에서, 비교적 작은 개구부(들)를 통한 확산이 방지된다. 대조적으로, 중간 공간(22)이 진공-전 범위(10-1000 μbar)의 압력까지 배기된다면, 자유 경로 길이가 크게 증가되고 분리 벽(20)은 가스 교환에 대해서 약한 확산 배리어만을 나타낸다. 그에 따라, 가공 공간(21)은 분리 벽(20)을 통해서 외부로 펌핑될 수 있고, 펌핑 이후에, 공정 가스가 또한 중간 공간(22) 내로의 유입구를 통해서 가공 공간(21) 내로 유동할 수 있다. 다른 한편으로, 분리 벽(20)에 의해서, 열처리 중에 코팅된 기판의 외부로 확산/증발되는, 셀레늄 또는 황과 같은, 용이하게 휘발될 수 있는 칼코겐 성분의 부분압이, 기판의 열처리 중에, 가공 공간(21) 내에서 적어도 대략적으로 일정하게 유지될 수 있다. 그에 따라, 분리 벽(20)은, 예를 들어, 코팅된 기판의 열처리 중에 셀레늄 배리어로서 작용한다.
대략적으로 설명하면, 기판의 열처리 중에, 코팅된 기판의 열처리에 의해서 생성된 기체 물질이 가공 공간(21)의 외부로 손실되는 질량 손실이 열처리 중에 가공 공간(21) 내에서 생성되는 기체 물질의 질량의 50% 미만, 바람직하게 20% 미만, 보다 바람직하게 10% 미만이 되도록, 갭(23) 또는 슬롯(24)의 (공통) 개방 면적(25)이 치수결정된다. 이러한 목적을 위해서, 가공 공간(21)의 내측 표면 또는 내부 표면(26)으로 나눈 개방 면적(25)으로부터 얻어진, 면적 비율이 5 x 10-5 내지 5 x 10-4 이 되도록, 분리 벽(20)이 구현된다.
예를 들어, 가공 공간(21)의 내부 표면(26)이 약 1.2 m2 의 크기를 갖는다. 갭(23)의 평균 갭 높이는, 예를 들어, 2 내지 5 cm2 범위의 개방 면적(25)에 상응하는, 50 내지 100 ㎛이다. 분리 벽(20)은, 예를 들어, 9 mm의 높이를 가진다. 이러한 값은 1.5 x 10- 4 의 면적 비율을 산출한다.
증기 배리어 또는 확산 배리어로서 역할하는 분리 벽(20)에 의해서, 열적 가공 중에 가공 공간(21) 내에서 생성되는 휘발성 성분이 중간 공간(22) 내로 확산하는 것이 적어도 대략적으로 억제되고, 그에 따라 온도-제어되는(능동적으로 냉각되는) 측벽(7) 상에, 여기에서 구체적으로 밀봉부(9) 상에 휘발성 성분이 응축되는 것이 방지된다. 그에 따라, 가공 공간(21) 내의 가공용 대기가 적어도 부분적으로 대략적으로 일정하게 유지될 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 중간 공간(22)이 적어도 부분적으로, 특히 완전하게, 복사 히터(12)의 (공통) 복사선 필드 외부에 위치되고, 그에 따라 열처리 중에, 온도 구배가 분리 벽(20)으로부터 온도-제어되는(능동 제어되는) 측벽(7), 여기에서 구체적으로 밀봉부(9)까지 중간 공간(22) 내에서 형성된다. 이러한 온도 구배는 큰 열적 응력에 대해서 가공 상자(1)의 진공-양립가능 성분의 보호를 위한 "온도 배리어"로서의 역할을 한다. 이러한 목적을 위해서, 복사 히터(12)는 분리 벽(20)의 전방에서 또는 분리 벽(20)까지 가공 공간(21)의 위에 또는 아래에 전적으로 배열된다. 각각의 경우에, 복사 히터(12)는 중간 공간(22) 또는 분리 벽(20) 전방의 적어도 몇 센티미터에서 종료된다. 다른 한편으로, 기판(2)의 전구체 층이 화합물 반도체로 적절히 변환되는 것을 보장하기 위해서, 상승하는 온도 구배가 형성되어 코팅된 기판(2)을 열처리하기 위한 희망 가공 온도가 측벽(7), 구체적으로 밀봉부(9)로부터 시작하여 분리 벽(20)의 전방에서 또는 적어도 분리 벽(20)의 레벨에서 분리 벽(20)까지 얻어지도록, 복사 히터(12)가 배열된다.
도 1에 도시된 일반적인 실시예에서, 분리 벽(20), 중간 공간(22), 및 측벽(7)의 온도-제어가능 또는 냉각가능 섹션(들)이 측방향으로 하나의 방향을 따라서, 두 방향을 따라서 또는 주변 둘레로(프레임) 설계될 수 있다. 도 2의 실시예에서, 분리 벽(20), 중간 공간(22), 및 측벽(7)의 온도-제어가능 또는 냉각가능 섹션(밀봉부(9))이 하나의 공간적 방향을 따라서만 구현된다.
도 3은 장치(1)의 변형을 도시하며, 도 1 및 2의 장치에 대비한 차이점만을 설명하고, 그렇지 않은 경우에 이와 관련한 설명을 참조한다.
따라서, 장치(1)는 독립적으로 가열가능한 템퍼링 노이고, 이러한 목적을 위해서, 가열 장치(10)를 포함하고, 그러한 가열 장치는, 예를 들어, (유일하게) 가공 공간(21) 내에 수용된다. 가열 장치(10)는, 예를 들어, 전기(저항) 히터로서 구현된다. 복사 히터(12)에 의한 물체(2)의 가열은 제공되지 않는다. 따라서, 하우징(3)이 또한 균질한 재료, 예를 들어, 세라믹, 석영 또는 금속으로 제조될 수 있다. 또한, 밀봉부(9)의 온도 제어는 제공되지 않는다. 예를 들어, 분리 벽(20)에 의해서 가공 공간의 부식성 가스로부터 보호되어야 하는 센서(미도시)가 중간 공간(22) 내에 위치된다.
도 4는 물체(2)를 가공하기 위한 본 발명에 따른 장치(1)의 대략적인 단면도를 도시하고, 도 1 및 2의 장치에 대비한 차이점만을 설명하고, 그렇지 않은 경우에 이와 관련한 설명을 참조한다.
따라서, 장치(1)는, 특히 임의의 물체(2)의 코팅을 가공하기 위해서 이용된다. 횡단면은, 예를 들어, 복수의 가열 구역, 여기에서, 예를 들어, 2개의 저온 엣지 구역(29)에 의해서 둘러싸인, 물체(2)를 가공하기 위한 내부 고온 코어 구역(28)을 가지는 통상적인 구역화된 노를 나타낼 수 있다. 또한, 그에 따라, 보다 높은 온도의 코어 구역(28)이 외측 엣지 구역(29) 보다 더 높은 온도의 하우징 벽(4)을 가진다. 장치(1)는, 여기에서, 예를 들어, 저항 히터(미도시) 및 복사 히터(12)를 포함하는, 가열 장치(10)를 가지는 템퍼링 노의 일부로서 원통형 하우징(3)을 포함한다. 분리 벽(20)은, 예를 들어, 물체(2)가 내부에 놓이는, 구역화된 노의 가장 고온인 코어 구역(28) 및 엣지 구역(29)을 서로로부터 분리한다. 밀봉부(9)의 온도 제어는 도 4의 장치(1)에서 제공되지 않는다.
증기 배리어 또는 확산 배리어로서의 역할을 하는 분리 벽(20)에 의해서, 코어 구역(28) 내에서 열처리 중에 발생되는 휘발성 성분이 엣지 구역(29) 내로 확산하는 것이 적어도 대략적으로 억제될 수 있고, 그에 따라 엣지 구역(29)의 저온의 하우징 벽(4) 상에서 휘발성 성분이 응축되는 것이 방지된다.
이제, 본 발명에 따른 장치(1)의 분리 벽(20)의 상이한 변형예가 도시된 도 5a-5f를 참조한다. 이는, 각각의 경우에, 온도-제어되는 분리 벽(20)이고, 그러한 분리 벽은, 이러한 목적을 위해서, 열처리 중에 분리 벽(20)을 가열하는 것에 의해서 각각의 개구부 또는 단절부의 전체 개방 면적(25)이 시작 값(열처리 이전의 전체 개방 면적(25))의 최대 50% 미만, 바람직하게 최대 30% 미만, 보다 바람직하게 최대 10% 미만으로 감소되도록 하는 열팽창 계수를 가지는 재료로 제조된다. 이러한 목적을 위해서, 분리 벽(20)은 5 x 10-6 K-1 초과의 열팽창 계수를 가지는 재료로 제조된다. 이러한 것에 대한 예로서, 열팽창 계수가 9 x 10-6 K- 1 인 특정 유리 세라믹, 열팽창 계수가 6.5 x 10-6 K-1 내지 9 x 10-6 K-1 범위인 알루미늄 산화물(Al2O3), 열팽창 계수가 10 x 10-6 K-1 내지 13 x 10-6 K-1 범위인 지르코늄 산화물 및 마그네슘 산화물이 있다. 또한, 분리 벽(20)의 재료는 내온성 및 내식성을 가져야 한다.
도 5a 및 5b는 수직 스트립으로서 구현된 가공 상자(1)의 분리 벽(20)을 각각 수직 단면도로 도시한다. 따라서, 분리 벽(20)은 상단 벽(6)까지 전체가 연장하지 않으며, 그에 따라 가공 공간(21)과 중간 공간(22)의 유체적 연결을 위한 개구부로서 갭(23)이 남게 된다. 도 5a는 측벽(7)이 T = 150 ℃의 온도로 온도 제어되는 반면, 분리 벽(20)이 T = 50 ℃의 온도를 가지는 상황을 도시한다. 분리 벽(20)의 재료는 비교적 저온이고; 갭(23)이 넓게 개방되어 있다. 갭(23)의 수직 치수 또는 평균 갭 높이(비어 있는 폭)는 50 내지 100 ㎛ 범위이고 분리 벽(20)의 높이는 약 10 mm이다. 가열 중에, 분리 벽(20)의 재료가 비교적 급격하게 팽창되고, 평균 갭 높이가 감소된다(도 5b). 예를 들어, 분리 벽(20)을 T = 450 ℃(온도차 400 ℃)로 가열할 때, 약 40 ㎛의 분리 벽(20)의 수직 치수의 변화가 얻어지고, 그에 따라 갭(23)의 평균 갭 높이가 10 내지 50 ㎛의 범위까지, 즉 시작 값의 최대 50% 까지 감소된다.
이러한 경우에, 가공 공간(21)의 높이가 열팽창에 의해서 갭(23) 보다 덜 확대되는 것이 필수적이다. 이러한 것은, 예를 들어, 도 2의 가공 공간(21)의 재료가 석영 유리(5*10-7 /K의 열팽창 계수) 또는 1*10-6 /K 미만의 열팽창 계수를 가지는 다른 재료로 구성되는 것으로서 달성될 수 있다. 대안적으로, 도 1에 따른 구성에서 도시된 바와 같이, 하우징(3)의 높이가 측벽(7)의 온도 제어에 의해서 일정하게 유지될 수 있다.
도 5c 및 5d는 분리 벽(20)의 도면을 참조한 변형예를 도시한다. 불필요한 반복을 피하기 위해서, 도 5a 및 5b에 대비하여 상이한 것만을 설명하였고, 다른 것은 그에 대한 설명을 참조한다. 따라서, 스트립-형상의 분리 벽(20)이 하단 벽(5)으로부터 상단 벽(6)으로 연장하고, 하나의 또는 복수의 수직 갭(23)이 분리 벽(20)의 단절부의 형태로 구현된다. 수직 방향으로 측정된 갭 폭이 50 내지 100 ㎛(도 5c) 범위이다. 10 mm의 높이 보다 더 큰 2개의 갭(23)들 사이의 분리 벽 영역의 치수에 의해서, 예를 들어 T = 450 ℃의 온도까지 분리 벽(20)을 가열하는 것으로, 예를 들어, 몇백 ㎛의 크기일 수 있는 비교적 긴 이동이 얻어질 수 있다. 특히, 갭(23)의 전체 개방 면적이, 예를 들어, 시작 값의 최대 50%까지 감소될 수 있다.
도 5e 및 5f는 분리 벽(20)의 도면을 참조한 다른 변형예를 도시한다. 불필요한 반복을 피하기 위해서, 도 5a 및 5b에 대비하여 상이한 것만을 설명하였고, 다른 것은 그에 대한 설명을 참조한다. 따라서, 복수의 둥근 홀(27)이 갭(23) 대신에 제공되고, 그러한 둥근 홀은, 각각의 경우에, 분리 벽(20)의 천공부 형태로 구현된다. 분리 벽(20)의 온도가, 예를 들어, T = 150 ℃(도 5e)인 상황에서 시작하여, 둥근 홀(37)의 개구부의 직경의 감소가, 분리 벽(20)을 예를 들어 T = 450 ℃(도 5f)의 온도까지 가열하는 것에 의해서 얻어질 수 있다. 특히, 둥근 홀(27)의 전체 개방 면적이, 예를 들어, 시작 값의 최대 50%까지 감소될 수 있다.
1 장치
2 물체
3 하우징
4 하우징 벽
5 하단 벽
6 상단 벽
7 측벽
8 하우징 개구부
9 밀봉부
10 가열 장치
11 중공 공간
12 복사 히터
13, 13' 냉각제 연결부
14 냉각 장치
15 밸브
16 가스 통로
17 가스 연결부
18 펌핑-아웃 장치
19 가스 공급 장치
20 분리 벽
21 가공 공간
22 중간 공간
23 갭
24 슬롯
25 개방 면적
26 내측 표면
27 둥근 홀
28 코어 구역
29 엣지

Claims (15)

  1. 중공 공간(11)을 둘러싸는 특히 기밀식으로 밀봉가능한 하우징(3)으로 물체(2), 특히 코팅된 기판을 열처리하기 위한 장치(1)이며,
    중공 공간(11)은 중공 공간을 물체를 수용하기 위한 가공 공간(21)과 중간 공간(22)으로 분할하는 분리 벽(20)을 구비하고,
    물체(2)의 열처리에 의해서 가공 공간(21) 내에서 생성되는 기체 물질이 가공 공간(21)으로부터 중간 공간(22) 내로 확산하는 것에 대한 배리어로서 분리 벽(20)이 작용하도록 구현되는 하나의 또는 복수의 개구부(23, 24)를 분리 벽(20)이 가지며,
    하우징(3)은 능동적인 냉각을 위해서 냉각 장치(14)와 커플링되는 적어도 하나의 하우징 섹션(9)을 가지며,
    분리 벽(20)은 물체(2)와 냉각가능한 하우징 섹션(9) 사이에 배열되는, 장치(1).
  2. 제1항에 있어서,
    분리 벽(20)은, 열처리 중의 기체 물질의 질량 손실이 50% 미만, 바람직하게 20% 미만, 보다 바람직하게 10% 미만이 되도록 구현되고,
    가공 공간(21)의 내부 표면(26)으로 나눈 하나의 또는 복수의 개구부(23, 24)의 전체 개방 면적(25)으로부터 형성된 면적 비율이 5 x 10-5 내지 5 x 10-4 범위인, 장치(1).
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    분리 벽(20)은, 열처리 중에 분리 벽(20)을 가열하는 것에 의해서 하나 또는 복수의 개구부(23, 24)의 전체 개방 면적(25)이 열처리 이전의 전체 개방 면적(25)의 최대 50%, 바람직하게 최대 30% 미만, 보다 바람직하게 최대 10%까지 감소되도록 하는 열팽창 계수를 가지는 재료를 포함하는, 장치(1).
  4. 제3항에 있어서,
    분리 벽(20)은, 열팽창 계수가 5 x 10-6 K-1 보다 큰 재료를 포함하는, 장치(1).
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    하우징(3)은, 열팽창 계수가 5 x 10-6 K-1 미만인 재료, 예를 들어, 석영 유리로 제조되는, 장치(1).
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    물체(2)의 열처리를 위해서 가공 공간(21)을 가열하기 위한 가열 장치(10)를 포함하고, 및/또는
    하우징(3)은, 하우징에 충돌하는 전자기적 열적 복사선에 의한 물체의 열처리가 가능하도록 구현되는 적어도 하나의 하우징 섹션(5, 6)을 포함하고, 및/또는
    하우징(3)은, 가공 공간(21)을 가열하기 위해서 가열 장치(12)에 커플링된 적어도 하나의 하우징 섹션(5, 6)을 가지는, 장치(1).
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    분리 벽(20)은 중공 공간(11)의 고온 구역(28)과 적어도 하나의 저온 구역(29) 사이에 배열되는, 장치(1).
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    냉각 장치(14)에 커플링된 하우징 섹션(9)은, 적어도 하나의 기체 물질을 제거/공급하기 위해서 중간 공간(22) 내로 개방된 밀봉가능한 가스 통로(16)를 가지는, 장치(1).
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    냉각 장치(14)에 커플링된 하우징 섹션(9)은, 특히 하우징 개구부(8)를 밀봉하기 위한 밀봉부(9)를 포함하는, 하우징(3)의 측벽 섹션(7)인, 장치(1).
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    분리 벽(20)은 하우징 벽(6)에 도달하지 않고, 분리 벽(20)과 하우징 벽(6) 사이에 개구부, 특히 갭(23)이 남아 있는, 장치(1).
  11. 물체(2)를 열처리하기 위한 장치(1)에서 특히 기밀식으로 밀봉가능한 하우징(3) 내에서의 분리 벽(20)의 용도이며,
    하우징(3)은 분리 벽(20)에 의해서 물체를 수용하기 위한 가공 공간(21)과 중간 공간(22)으로 분할되는 중공 공간(11)을 둘러싸고,
    하우징(3)은 능동적인 냉각을 위해서 냉각 장치(14)와 커플링되는 적어도 하나의 하우징 섹션(9)을 가지며,
    분리 벽(20)은 물체(2)와 냉각가능한 하우징 섹션(9) 사이에 배열되며,
    물체(2)의 열처리에 의해서 가공 공간(21) 내에서 생성되는 기체 물질이 가공 공간(21)으로부터 중간 공간(22) 내로 확산하는 것에 대한 배리어로서 분리 벽(20)이 작용하도록 구현되는 하나의 또는 복수의 개구부(23, 24)를 분리 벽(20)이 가지는, 용도.
  12. 제11항에 있어서,
    분리 벽(20)은, 열처리 중의 기체 물질의 질량 손실이 50% 미만, 바람직하게 20% 미만, 보다 바람직하게 10% 미만이 되도록 구현되고,
    분리 벽(20)은, 가공 공간(21)의 내부 표면(26)으로 나눈 하나의 또는 복수의 개구부(23, 24)의 전체 개방 면적(25)으로부터 형성된 면적 비율이 5 x 10-5 내지 5 x 10-4 범위가 되도록 구현되는, 용도.
  13. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    분리 벽(20)은, 물체(2)의 열처리 중에 분리 벽(20)을 가열하는 것에 의해서 하나 또는 복수의 개구부(23, 24)의 전체 개방 면적(25)이 열처리 이전의 전체 개방 면적의 최대 50%, 바람직하게 최대 30% 미만, 보다 바람직하게 최대 10%까지 감소되도록 하는 열팽창 계수를 가지며,
    분리 벽(20)은 특히 열팽창 계수가 5 x 10-6 K-1 보다 큰 재료를 포함하는, 용도.
  14. 물체(2), 특히 코팅된 기판을 열처리하기 위한 방법이며,
    특히 기밀식으로 밀봉가능한 하우징(3)의 중공 공간(11) 내로 물체를 도입하는 단계로서, 중공 공간은 하나의 또는 복수의 개구부(23, 24)를 가지는 분리 벽(20)에 의해서 물체를 수용하는 가공 공간(21)과 중간 공간(22)으로 분할되는, 도입 단계,
    - 물체(2)를 열처리하는 단계로서, 분리 벽(20)은 물체(2)의 열처리에 의해서 가공 공간(21) 내에서 발생된 기체 물질이 가공 공간(21)으로부터 중간 공간(22)으로 확산하는 것에 대한 배리어로서 작용하는, 열처리 단계,
    - 물체의 열처리 동안에 중간 공간(22)을 한정하는 적어도 하나의 하우징 섹션(9)을 냉각시키는 단계를 포함하는, 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    가공 공간(21)은 중공 공간(22)으로부터 적어도 하나의 기체 물질을 제거하는 것에 의해서 펌핑 배출되고 및/또는 중간 공간(22) 내로 도입하는 것에 의해서 적어도 하나의 기체 물질이 가공 공간(21)으로 공급되는, 방법.
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