TWI433249B - 基板加熱裝置 - Google Patents

Description

基板加熱裝置

本發明係關於一基板加熱裝置，且更特定言之，係關於用於預加熱經表面處理或其上沈積一薄膜之一大尺寸基板之一基板加熱裝置。

一般而言，因為大尺寸基板具有慢的溫度增加速度，所以在對其進行主處理前於預加熱腔室(即，基板加熱裝置)中將其加熱至處理溫度。即，在將未加熱基板載入至一腔室以用於主處理之情況下，需要額外處理時間以用於加熱該基板。此外，若將低溫基板載入至高溫主腔室中，則該基板可能受到熱損害並降低該主腔室之內部溫度。

因此，依據相關技術，提供圖1中說明的基板加熱裝置，其用於預加熱該基板。

參考圖1，傳統基板加熱裝置包含一真空腔室1、佈置於該真空腔室1之下部部分以支撐一基板2之一基板支撐物3及佈置於該真空腔室1之上部部分以加熱放置在該基板支撐物3上之該基板2的一燈加熱器4。傳統基板加熱裝置藉由將載入基板2放置於該基板支撐物3上並使用佈置於該基板2上之該燈加熱器4加熱該基板2而實行預加熱處理。

然而，在該傳統基板加熱裝置中，在於該基板2上形成一薄膜的情況下，該薄膜早於該基板2受到加熱，因此引起基板2未受到適當加熱之問題。

近年來，使用其中在玻璃基板上形成預定圖案且在包含 該預定圖案之玻璃基板上形成薄膜的厚特殊玻璃基板來製造太陽能電池。當使用以上說明的傳統基板加熱裝置加熱該厚特殊玻璃基板時，來自該燈加熱器4之輻射熱早於該玻璃基板到達具有極佳光吸收率之薄膜。因此，在該薄膜之表面上吸收大多數輻射熱以使得無法適當實行玻璃基板之加熱。因此，接收大量輻射熱之薄膜的溫度變得較高且玻璃基板之溫度變得相對較低，從而在該基板與該薄膜之間由於其間之溫度偏差而引起較大熱應力。此類熱應力引起透過其後處理而製造的太陽能電池之效率降級的一問題。此外，當加熱大尺寸基板時，該基板可藉由該基板之中心區域與邊緣區域之間的溫差而受到扭曲或破壞。

本發明提供一基板加熱裝置，其中，一燈加熱器係佈置於一基板下以使得來自該燈加熱器之熱均勻傳輸至該基板之底部，因而均勻加熱一大尺寸基板(增加其溫度)並減少該基板與形成於其上之膜之間的溫度偏差。

依據本發明之一態樣，一基板加熱裝置包含一腔室、經組態以支撐具有形成於其頂面上之一薄膜之至少一基板的一基板支撐單元，以及佈置於鄰近該基板之該後表面之一區域中的至少一加熱單元，其中該加熱單元包含配置於該基板下之複數個反射單元、佈置於該複數個反射單元內的至少一燈加熱單元以及佈置於該燈加熱單元上之一短波長 阻隔層。

該短波長阻隔層可藉由在一透明基板上塗布具有陰霾之一光阻隔膜而製造，或藉由採用一印刷網版方法在該透明基板上塗布具有光阻隔特性之一膜而製造，或藉由採用一真空沈積方法在該透明基板上沈積具有陰霾之一薄膜而製造。

該短波長阻隔層可阻隔近似350 nm或更少在近似40%至近似80%之一範圍內的光。

該反射單元之每一者可包含以一V形配置之鏡。

該等反射單元之該等鏡可具有不同斜率。

可將該複數個反射單元配置在與該基板之後表面平行的一方向中，且佈置於該基板下的該等反射單元內之該等鏡的該等斜率當從該基板之該後表面的一中心區域進行至其一邊緣區域時逐漸增加。

可將該複數個反射單元配置在與該基板之後表面平行的一方向中，且佈置於該基板下的該等反射單元內之該等燈加熱單元的數目當從該基板之該後表面的一中心區域進行至其一邊緣區域時逐漸增加。

該短波長阻隔層可具有一板形狀以覆蓋其中提供該等燈加熱單元之該複數個反射單元。

該基板加熱裝置可進一步包含一氣體供應單元，其經組態用以供應在該腔室內流動之惰性氣體。

該腔室可使用一直列垂直腔室且包含垂直配置於該腔室內的複數個基板及佈置於該複數個基板之該等後表面下的 複數個加熱單元。

如以上說明，藉由將該燈加熱單元提供於其中在其頂面上形成該薄膜或圖案之該基板下以及將熱能供應至該基板之該後表面，可以防止該薄膜效率之降級，例如由於熱源引起的形成於該基板之頂面上的薄膜之降級以及由於該基板與該薄膜之間的溫度偏差而引起的該薄膜之剝落。

此外，熱能在該基板之該後表面的中心區域上廣泛展開且熱能聚焦在該基板之邊緣區域，因而均勻加熱大尺寸基板，即增加其溫度。

圖2係依據本發明之一具體實施例之一基板加熱裝置之一橫截面圖。

圖3至5係依據本發明之具體實施例的該基板加熱裝置之修改的橫截面圖。

參考圖2，依據本發明之具體實施例的該基板加熱裝置包含一腔室100、支撐一基板10之一基板支撐單元200及佈置於該基板10下的一加熱單元300。該加熱單元300包含複數個反射單元310、分別佈置於該複數個反射單元310內之複數個燈加熱單元320及佈置於該燈加熱單元320上的一短波長阻隔層330。

該腔室100包含一中空腔室體110及覆蓋該腔室體110之一腔室蓋120。以一柱子形狀形成具有一開放上側及一空內側之該腔室體110。即，該腔室體110具有一底部表面及 從該底部表面之邊緣突出的側壁。取決於該腔室100之形狀，該腔室體110之底部表面可具有各種形狀，例如多角形形狀、圓形形狀或橢圓形形狀。由該腔室體110之側壁及底部表面來界定反應空間。將該腔室蓋120連接至該腔室體110以密封該反應空間。該腔室蓋120用作該腔室100之頂壁。此外，將該腔室蓋120與該腔室體110耦合以使得可將其敞開並閉合。

儘管未顯示，但在該腔室100之一側提供載入並卸載基板之一敞開/閉合埠。此外，儘管未顯示，但依據此具體實施例之該加熱腔室100可透過該敞開/閉合埠連接至一處理腔室或傳送該基板之一傳送腔室的一側。透過以上安裝，低溫基板可在載入至該處理腔室前進行預加熱。

該基板支撐單元200包含支撐該基板10之複數個基板支撐銷。該複數個基板支撐銷支撐該基板10之後表面。

用於此具體實施例中之該基板10係一大尺寸特殊基板。即，具有形成於其上之凸凹圖案之圖1的基板係用作特殊基板且層(等)可進一步形成於該凸凹圖案上。作為特殊基板，使用由(例如)玻璃或樹脂形成的透明基板。在此具體實施例中，用於製造太陽能電池之玻璃基板係用作基板10。在此情況下，山形凸凹圖案可形成於該玻璃基板之頂面上且一透明電極可形成於其中形成凸凹圖案之該玻璃基板上。

因為凸凹圖案或需要層形成於該基板10之頂面上，所以其中未形成該凸凹圖案或需要層之該基板的後表面(即， 底部表面)可由該基板支撐銷支撐。

在此具體實施例中，使用複數個基板支撐銷之基板支撐單元200可在該基板10與該基板支撐單元200之間達到點接觸。以此方式，當加熱該基板10時，可最小化由於該基板支撐單元200引起的熱變更，且可以最小化由於該基板支撐單元200引起的該加熱單元300內之該燈加熱單元320之輻射熱的阻隔。

該基板支撐單元200之該基板支撐銷可上升並下降。因此，該複數個基板支撐銷在將該基板10載入至加熱腔室100時下降並接著上升以在完成該基板10之載入時支撐該基板10。在完成該基板10之加熱後，該複數個基板支撐銷再次下降以促進該基板10的卸載。為此目的，該基板支撐單元200包含一分離驅動器用於將該複數個基板支撐銷向上及向下移動。

將該加熱單元300安裝在該基板10下以均勻加熱該基板10之所有側面。如以上說明，該加熱單元300包含複數個反射單元310、複數個燈加熱單元320及短波長阻隔層330。

該加熱單元300包含將從該燈加熱單元320輻射之光反射朝向該基板10之後表面的該複數個反射單元310。在圖2中，提供5個反射單元310。即，在該基板10之後表面的一中心區域提供一反射單元310；在該基板10之後表面的一邊緣區域提供兩個反射單元310；且在提供於該中心區域之反射單元310與提供於邊緣區域之反射單元310之間提供 兩個反射單元310。顯而易見地，本發明不限於此具體實施例且該加熱單元300可包含較少或較多的反射單元310。例如，像圖3與5之修改，可提供7個數目的反射單元310。反射單元310的數目可取決於欲加熱之基板10的大小及該燈加熱單元320之加熱能力而改變。

在提供於該基板10之後表面下的該複數個反射單元310之間提供支撐該基板10之後表面的基板支撐單元200。

該複數個反射單元310之每一者包含以V形配置之鏡311與312。在此情況下，如圖2中說明，該複數個反射單元310之每一者包含從右上端朝向左下端傾斜之一第一鏡311及從左上端向右下端傾斜之一第二鏡312。顯而易見地，本發明不限於此具體實施例且該反射單元310可為以V形整合形成之一鏡。

該反射單元310內之第一鏡311與第二鏡312的斜率可彼此相同。顯而易見地，本發明不限於此具體實施例且若需要該等斜率可彼此不同。如圖2中說明，較佳地，每一反射單元310內之該等鏡內的斜率係彼此相同。

本發明不限於此具體實施例且該等反射單元310內之該等鏡的斜率可以係彼此不同，如圖3與5之修改中說明。即，該等反射單元310內之該等鏡的斜率可從該基板10之後表面的中心區域朝向邊緣區域增加。該斜率表示鏡311及312與該腔室100之底部表面之間的角。如圖3與5中說明，佈置於該基板10之後表面的中心區域下之該反射單元310內的鏡311及312可具有最小斜率且佈置於該基板10之 後表面的邊緣區域下之該反射單元310內的鏡311及312可具有最大斜率。

該燈加熱單元320係佈置於此範例性具體實施例之反射單元310內。因此，由於在以上說明的修改中佈置於該等反射單元310內之鏡的斜率差，廣泛展開由佈置於該基板10之後表面的中心區域下之反射單元310反射的光，並聚焦由佈置於該基板10之後表面的邊緣區域下之反射單元310反射的光，因而均勻加熱該基板10之中心區域與邊緣區域。與該基板10之中心區域相比較，該基板10之邊緣區域係鄰近具有低於該基板10之加熱溫度的溫度之元件(就像該腔室100之側壁)。因此，當將均勻熱能施加於該基板10之中心區域與邊緣區域時，該熱能在朝向該基板10之邊緣區域進行時受到低溫元件(即，腔室)的吸收。在此範例性具體實施例中，由該反射單元310反射之熱能在中心區域廣泛展開且在其朝向邊緣區域進行時逐漸聚焦以補償由在該基板10之邊緣區域附近吸收的熱能。以此方式，可將熱能均勻施加於該基板10。

將該複數個反射單元310配置在與該基板10之後表面平行的該腔室100之底部表面。假定將佈置於該反射單元310之右上端的第一鏡與佈置於左上端的第二鏡之間的距離定義為該反射單元310之寬度，則該等反射單元310之寬度可以係彼此相同，如圖2中說明。本發明不限於此具體實施例且該等反射單元310之寬度可從中心區域朝向邊緣區域逐漸減小，如圖3與圖5中說明。透過此組態，如以上說 明，可在中心區域廣泛展開該熱能且可在邊緣區域聚焦該熱能。

在該等反射單元310之每一者中提供至少一燈加熱單元320。提供於該反射單元310內之該等燈加熱單元320的數目可從該基板10之後表面的中心區域朝向邊緣區域逐漸增加。即，如圖2中說明，在佈置於該中心區域下之反射單元310內提供一燈加熱單元320；在佈置於該邊緣區域下之反射單元310內提供三個燈加熱單元320；以及在佈置於該中心區域下之反射單元310與佈置於該邊緣區域下之反射單元310之間的反射單元310內提供兩個燈加熱單元320。 在此具體實施例中，此類組態可當從該基板10之該後表面的中心區域進行至其邊緣區域時逐漸增加許多熱能。如以上說明，此類組態可均勻地向大尺寸基板10之中心區域與邊緣區域提供熱能。顯而易見地，本發明不限於此範例性具體實施例且可如圖5之修改中說明在一反射單元310內提供一燈加熱單元320。

該燈加熱單元320代表一光學加熱單元並使用一燈加熱器。提供於該複數個反射單元310內的該等燈加熱單元320同時經驅動以向該基板10之後表面提供輻射熱。顯而易見地，本發明不限於此範例性具體實施例且在該等反射單元310內的該複數個燈加熱單元320可經個別驅動。

該加熱單元300包含於該複數個燈加熱單元320上之短波長阻隔層330。如圖2中說明，以板形形成該短波長阻隔層330以覆蓋其中提供至少一燈加熱單元320之該複數個反射 單元310。該短波長阻隔層330控制該燈加熱單元320之輸出光的波長因而用以均勻加熱該基板10及形成於該基板10上之層11。在此範例性具體實施例中，該燈加熱單元320係佈置於該基板10之後表面下以使得該熱能首先施加於該基板10之後表面因而用以防止該熱能由形成於該基板10上之層11吸收。以此方式，可在短時間加熱該大尺寸厚基板10。

該短波長阻隔層330透過光吸收、繞射及反射阻隔具有(例如)350 nm或更少之波長的短波長光之一部分。

藉由在一透明基板上塗布光阻隔膜來製造該短波長阻隔層330。在此情況下，該光阻隔膜使用具有陰霾且可在高溫下耐受之一膜。依據另一具體實施例，藉由使用一印刷網版方法在一透明基板上塗布具有光阻隔特性之一層來製造該短波長阻隔層330。即，將具有陰霾之液體材料使用印刷網版方法塗布在該基板上並接著經熱處理以製造該短波長阻隔層330。此外，本發明不限於此等具體實施例，且可藉由使用一真空沈積方法在該透明基板上形成具有陰霾之一薄膜來製造該短波長阻隔層330。作為真空沈積方法，可使用化學汽相沈積(Chemical Vapor Deposition,CVD)或金屬有機化學汽相沈積(Metal－Organic Chemical Vapor Deposition,MOCVD)並在該MOCVD程序期間有效使用具有光吸收特性之一前驅物。在此情況下，各種層以及矽層可用作具有陰霾之薄膜。

該短波長阻隔層330之透光率可根據陰霾量而變化。

該燈加熱單元320發射具有短波長至長波長的光。具有短波長之光具有高熱能及極佳繞射與反射特性。另一方面，具有長波長之光比具有短波長之光有更低熱能，但具有極佳透射率。因此，當將該燈加熱單元320佈置於該基板10之後表面下時，藉由具有高能量之短波長的光首先加熱該基板10之下部區域並藉由具有低能量之長波長的光隨後加熱該基板10之上部區域。即，該短波長光加熱其中具有高能量之該短波長光所到達的光接觸表面，但其短波長使得其相對較難將溫度均勻增高至其中該光無法到達之相對側。與該短波長光相比較，該長波長光未向該光接觸表面供應高能量，但其由於長波長而深深地穿透以使得其中該光無法到達之相對側的溫度均勻增加。

如以上說明，在此範例性具體實施例中，在該燈加熱單元320與該基板10之間的空間中提供該短波長阻隔層330以便阻隔從該燈加熱單元320發射之光的短波長之一部分。因此，可均勻加熱該基板10之後表面與頂面以及形成於該基板10上之層11。即，藉由在該基板10之厚度方向中阻隔供應至該基板10之下部區域的光之短波長的部分，使施加於該基板10之下部區域的光能數量與施加於該基板10之上部區域的光能數量均勻。該短波長阻隔層330可阻隔施加光之短波長的約40至80%，例如350 nm或更少。如以上說明，可藉由控制該短波長阻隔層330之陰霾量來調整波長阻隔度。

例如，在該短波長阻隔層330阻隔從該燈加熱單元320供 應之光的短波長之約50%的情況下，將具有50%的原始能量之該短波長光供應至該基板10之下部區域且將具有不變能量之長波長光供應至該基板10的上部區域。以此方式，減少供應至該基板10之下部區域的高能量之短波長光以具有與低能量之長波長光的能量位準類似的能量位準，因此在該基板10之厚度方向中達到均勻加熱。

該短波長阻隔層330阻隔從該燈加熱單元320施加之短波長光且亦由短波長光加熱。因此，亦可由加熱的短波長阻隔層330加熱該基板10。

如圖4中說明，可藉由使用供應至該腔室100內的惰性氣體之對流現象來均勻加熱該基板之上部與下部區域。即，在該基板之下部區域加熱供應至該腔室100內的惰性氣體並將該熱的惰性氣體移動至該基板之上部區域以加熱該上部區域。對此，圖4中說明的具體實施例進一步包含將惰性氣體供應至該腔室100之一氣體供應單元400。

此外，如圖5中說明，在直列垂直腔室100中，可使用兩個加熱單元300同時加熱兩個基板10。即，配置該兩個基板10以使得其後表面彼此面對且將該兩個加熱單元300配置在該兩個基板10之後表面之間的一空間中。在此類狀態中，可藉由加熱單元300個別加熱該等基板10。在此情況下，基板10之加熱可使用輻射能量或惰性氣體的對流能量。

儘管已參考特定具體實施例說明本發明之基板加熱裝置，但其不限於此特定具體實施例。因此，熟習技術人 士將易於瞭解可對其進行各種修改及改變而不脫離附隨申請專利範圍所定義的本發明之精神與範疇。

1‧‧‧真空腔室

2‧‧‧基板

3‧‧‧基板支撐物

4‧‧‧燈加熱器

10‧‧‧基板

11‧‧‧層

100‧‧‧腔室

110‧‧‧中空腔室體

120‧‧‧腔室蓋

200‧‧‧基板支撐單元

300‧‧‧加熱單元

310‧‧‧反射單元

311‧‧‧鏡

312‧‧‧鏡

320‧‧‧燈加熱單元

330‧‧‧短波長阻隔層

400‧‧‧氣體供應單元

圖1係一傳統基板加熱裝置之一橫截面圖；圖2係依據本發明之一具體實施例之一基板加熱裝置之一橫截面圖；以及圖3至5係依據本發明之具體實施例的該基板加熱裝置之修改的橫截面圖。

10‧‧‧基板

11‧‧‧層

100‧‧‧腔室

110‧‧‧中空腔室體

120‧‧‧腔室蓋

200‧‧‧基板支撐單元

300‧‧‧加熱單元

310‧‧‧反射單元

311‧‧‧鏡

312‧‧‧鏡

320‧‧‧燈加熱單元

330‧‧‧短波長阻隔層

Claims (10)

1. 一種基板加熱裝置，其包括：一腔室；一基板支撐單元，其經組態用以支撐具有形成於其頂面上之一薄膜之至少一基板；以及至少一加熱單元，其係佈置於鄰近該基板之後表面之一區域中，其中該加熱單元包括：至少一燈加熱單元；以及一短波長阻隔層，其係佈置於該燈加熱單元之上。
2. 如請求項1之基板加熱裝置，其中該短波長阻隔層係在一透明基板上一具有朦朧之膜。
3. 如請求項1之基板加熱裝置，其中該短波長阻隔層阻隔350nm或以下在40%至80%之一範圍內的光。
4. 如請求項1之基板加熱裝置，其中該短波長阻隔層之透光率可依據一朦朧量而改變。
5. 如請求項1之基板加熱裝置，其中該短波長阻隔層控制該加熱燈單元之輸出光之波長。
6. 如請求項1之基板加熱裝置，其中該短波長阻隔層經由光吸收、繞射及反射而阻隔短波長光之一部分。
7. 如請求項1之基板加熱裝置，其中該加熱單元進一步包含佈置於該基板下的複數個反射單元，其中該複數個反射單元係配置在與該基板之該後表面平行的一方向中，且佈置於該基板下的該等反射單元內之該等燈加熱單元 的數目當從該基板之該後表面的一中心區域進行至其一邊緣區域時逐漸增加。
8. 如請求項7之基板加熱裝置，其中該短波長阻隔層具有一板形狀以覆蓋其中提供該等燈加熱單元之該複數個反射單元。
9. 如請求項1之基板加熱裝置，其進一步包括一氣體供應單元，其經組態以供應在該腔室內流動之惰性氣體。
10. 如請求項1之基板加熱裝置，其中該腔室使用一直列垂直腔室且包含垂直配置於該腔室內的複數個基板及佈置於該複數個基板之該等後表面背後的複數個加熱單元。