WO2018115444A2 - Verfahren und vorrichtung zur thermischen behandlung beschichteter substrate, insbesondere von dünnschicht-solarsubstraten - Google Patents

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WO2018115444A2
WO2018115444A2 PCT/EP2017/084392 EP2017084392W WO2018115444A2 WO 2018115444 A2 WO2018115444 A2 WO 2018115444A2 EP 2017084392 W EP2017084392 W EP 2017084392W WO 2018115444 A2 WO2018115444 A2 WO 2018115444A2
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temperature
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Erhard Erb
Peter WEHRFRITZ
Bernhard Cord
Edgar RÜTH
Jochen Heilingbrunner
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Singulus Technologies Ag
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof

Definitions

  • the invention relates to a process for the thermal treatment of substrates, in particular to a process for the thermal treatment of thin-film substrates and to a process for the thermal treatment of copper-indium-gallium-diselenide (CIGS) solar substrates for
  • the invention relates to the formation of a CIGS absorber.
  • the necessary materials i. Copper, indium, gallium and selenium deposited by known methods. Also, care is taken during the deposition on a mixing of these materials.
  • the glass substrate limits the height of the temperature, since in the region of the glass softening temperature, in some cases even a few degrees above it, must be worked.
  • a thermal treatment can take place on coated substrates after the coating, on the other hand, the thermal treatment can be combined with a coating.
  • the thermal treatment can take place in a defined atomic sphere, for example H 2 S, H 2 Se, or Se.
  • the treatment can be carried out in a process box.
  • a CIGS absorber is formed on a CIGS solar substrate.
  • the substrate has one with respect to both the layer thickness and the
  • Substrate thickness a large two-dimensional extent in the plane.
  • the two sides of the substrate in the plane thus have a distance perpendicular to the plane to each other, which corresponds substantially to the substrate thickness.
  • According to the outlines of the first and second side in the plane results in an outer peripheral surface which is substantially perpendicular to the plane.
  • the area of the outer peripheral surface is much smaller than the area of the sides in the plane.
  • the substrate may have various outline shapes known to those skilled in the art.
  • a typical dimension in the plane is about 1 m 2.
  • the size of the substrates determines the size of the process equipment to be used.
  • glass materials are used as the substrate.
  • one or more functional layers are applied, formed, and / or modified on the substrate.
  • the substrate must be heated to near or above the glass softening point, whereby bending of the substrate, especially a glass substrate, is possible.
  • Temperature profile or unfavorable temperature distribution over the substrate surface can bend.
  • a typical selenization furnace is designed for glass substrates of different thicknesses
  • glasses of different properties i. with different glass softening point and / or different thermal
  • a bending of the substrate during the heat treatment leads to the fact that the finished processed solar disks can not be further processed or at a later
  • Sticking with a cover glass can shatter.
  • An essential criterion for the permissible bending is the gradient of the bending, which results from the local change of the bending
  • Substrate profile or the substrate height results.
  • DE 10 2008 022 784 A1 relates to a device and a method for tempering objects.
  • a temporary process box is used.
  • DE 3 608 086 AI relates to a tester and a test method for measuring a
  • US 6 064 040 A relates to a method and a device for limiting the location or for focusing a heating in a tempering furnace for glass panels.
  • US 2009/0 199 594 A1 relates to a method for controlling the process for
  • US 6 476 362 B1 relates to a lamp arrangement for a thermal treatment chamber for semiconductor substrates.
  • the lamp assembly includes a plurality of lamps that are generally circularly arranged.
  • the lamps may be arranged in one or more concentric rings to form the generally circular array.
  • US 2015/0170934 A1 relates to a method for controlling the uniformity of a substrate in a heat treatment chamber.
  • the method includes a measuring process for providing temperature-related quantities over a radius of a substrate; correlating substrate properties with processing parameters to simulate deformation of the substrate at various radial distances over a range of temperatures; a heat treatment such that the temperature of at least one reference region within the substrate coincides with a desired set temperature; measuring a temperature of at least one reference region and measuring a deformation of the substrate as the substrate rotates; correlating the measured temperatures of at least one reference region with a simulated deformation of the substrate and measured temperature-induced sizes of the substrate to calculate a simulated shape change of the substrate over a temperature range; and tuning the flatness of the substrate by adjusting a lamp temperature profile across the substrate based on a simulated shape change of the substrate and the actual shape of the substrate.
  • the present invention is based on the object, a method and an apparatus for avoiding bending of glass substrates in a thermal treatment
  • the dependent claims relate to further aspects of the invention.
  • the invention is based on the idea of heating the substrate on both sides, wherein the side which is to be heat-treated and / or on which a coating already exists or is to be formed is heated particularly uniformly in order to obtain optimum, preferably homogeneous, coating properties, such as Formation of the multicrystalline phase of the CIGS absorber to effect. At the same time but the heating of the other side is under
  • a method for the thermal treatment of a flat substrate having a first side to be coated or already layered and a second side opposite the first side with a homogeneous temperature distribution on this first side and heating the substrate from its second side by means of a heating arrangement.
  • the method has the following method steps: measuring a height profile of the substrate and a temperature profile of the substrate and minimizing a height profile measured deviation from the plane by controlling the heating arrangement for changing the temperature profile of the substrate by means of a control algorithm depending on properties of the substrate and the measured Height and temperature profiles.
  • coating includes all methods known to those skilled in the art for applying one or more substances, preferably in uniform layers, for example by vapor deposition, spin coating, physical vapor deposition, eg.
  • substrate includes all materials known to those skilled in the art, which can be provided with a coating.
  • first and a second or an upper and a lower side of the substrate Due to the small thickness of the substrate in relation to the expansion in the plane, the surfaces perpendicular to the plane are present, but not named separately.
  • top and bottom refers to the usual orientation of the substrate during coating, the coating preferably being formed on the top side; this page is also known as the first page.
  • a height profile is the measurement result of a measurement of the height at at least one measuring point, preferably at a plurality of measuring points, and
  • Temperature profile is the measurement result of a measurement of the temperature at least one Measuring point, preferably at a plurality of measuring points.
  • the measuring points preferably form a network of measuring points that at least partially, preferably completely, spans the plane.
  • the gradient of the bending can be determined, which is decisive for the later error-free bonding of the substrate, preferably with a cover glass pane.
  • the term "minimizing” encompasses all methods known to the person skilled in the art which make it possible to optimize a measured ACTUAL value to a DESIRED value Allow minimization of bending.
  • control algorithm describes a control and / or
  • Control algorithm preferably executed in a control unit.
  • the control algorithm allows control of all process parameters, in particular the control and regulation parameters of the heating arrangement.
  • At least one test substrate is used as the substrate and the control parameters and manipulated variables of the heating arrangement are preferably varied steplessly.
  • Temperature profiles measured and stored together with the corresponding control parameters and manipulated variables in a database are determined based on the evaluation of the information stored in the database with respect to an effect of changing the control parameters and manipulated variables on a change in the deviation of the height profile from the plane with further consideration of the substrate type and substrate thickness supported computer.
  • the method according to the invention for determining the control algorithm can also be described by the following detailed method steps:
  • an apparatus for carrying out the methods according to the invention is further provided.
  • the substrate may be in a process box during the thermal treatment, wherein the substrate rests on the bottom of the process box and the process box is closed by a lid.
  • the substrate may be completely coated before the thermal treatment or the coating may be changed during the thermal treatment by supplying substances such as H 2 S gas or H 2 Se gas.
  • the substrate can also be subjected to the thermal treatment and the corresponding algorithms for avoiding bending without a process box.
  • a defined atmosphere with certain process gases is generated during the thermal treatment according to the invention.
  • one or more of the following process gases are preferred: H 2 S, H 2 Se, N 2 .
  • pressures in the range of less than 500 mbar in a vacuum process and / or less than or equal to 1 l of ohmm in an atmospheric process are preferred and pressures in the range of 983 mbar to 1043 mbar are particularly preferred.
  • Temperature treatment can be achieved, for example, the escape of volatile substances or the replacement of certain substances, such as selenium and sulfur. Furthermore, it is particularly preferred that it is a rectangular substrate, in particular a rectangular glass substrate. In contrast, methods for coating semiconductor substrates that use temperatures up to 1200 ° C are described in US Pat
  • the heating arrangement can be designed as at least one upper and at least one lower heating device, which can be controlled separately from one another. It is advantageous that the at least one heating device, preferably provided for heating the substrate
  • Heater a plurality of heating elements, which can be controlled individually and / or in groups. Particularly advantageous is the use of a variety of infrared radiators as
  • Heating elements in that heater are Heating elements in that heater.
  • the thermal treatment process can be divided into a plurality of process steps, wherein each of the process steps can be carried out in a separate process chamber. After each process step, the deflection is determined from the difference in the height profiles measured before and after the respective process step. With a control algorithm, the control variables are selected such that the heating arrangement is controlled such that the bending during heating in the next process step is counteracted.
  • each of the process steps may be performed in the same process chamber.
  • the deflection is determined from the difference in the height profiles measured before and after the respective process step.
  • the control variables are selected such that the heating arrangement is controlled such that the bending during heating in the next process step is counteracted.
  • a measurement according to the invention is carried out before the first and after passing through all the process chambers.
  • the bending of the measured substrate is not corrected, but the correction according to the invention is carried out during the thermal treatment of the respectively following substrate.
  • the system can also be embodied as a learning system, wherein a measurement is carried out in each case after the treatment of a substrate, at least for the first substrates of a new glass substrate type, and the control variables are adapted on the basis of the measurement and thus optimized for the following substrates .
  • the height and / or temperature profile consists of at least one measuring point and the measurement is carried out with at least one measuring device having at least one height measuring device and / or at least one temperature measuring device.
  • the bending, so the height profile, is preferred with at least the same
  • the number and the arrangement of the measuring points preferably correspond to the number, the arrangement and the extent of the heating elements.
  • the device according to the invention and the method according to the invention can be integrated into existing processes or devices.
  • the substrate can be measured out of a furnace or into the furnace during transport and the correction can then be made in the next furnace or in a subsequent treatment in the same furnace.
  • the device according to the invention and the method can be carried out directly in an oven, so that a stepwise or nearly continuous measurement and / or correction can take place.
  • a precoated substrate can be held between two glass ceramic plates.
  • the lower glass ceramic plate serves as
  • Substrate carrier while the upper glass ceramic plate is kept at a distance from the substrate.
  • This unit of upper / lower glass ceramic plate and the substrate is according to the invention on both sides z. B. heated by infrared heaters.
  • the lower glass ceramic and / or the upper glass ceramic partially transparent to the heat radiation.
  • These infrared radiators have the task of producing the temperatures necessary for the formation of the CIGS absorber homogeneously over the substrate surface.
  • the measuring sensors in a measuring device use the principles of confocal microscopy and allow a very precise determination of the distance between the measuring head and the substrate surface.
  • no continuous glass transport is used but the substrates are thermally treated stationarily in a plurality of successive process clamps. While in the following description, only the case of one-sided coated slabs for solar applications, the invention includes both one and two-sided coating for other applications.
  • the correction of the process parameters is such that the homogeneous temperature distribution for forming the CIGS absorber is not affected by the correction to prevent bending. This is done by heating the layer (CIGS absorber) preferably with the heat sources on the upper side during the heating of the glass substrate provided on the upper side with a non-translucent layer, while the
  • Heating of the substrate is preferably carried out by the radiator on the bottom.
  • the bottom heaters are thus used mainly to control the glass transition temperature and correct the glass bending.
  • the correction process may be divided among all available process chambers. For example, see the thermal treatment process takes place in several process chambers. The glass substrate located between two glass ceramic plates is thereby transported from process chamber to process chamber. When the substrate stack passes from one process chamber to the next, it passes a temperature measuring device,
  • the height profile of the CIGS glass substrate is measured before and after the thermal treatment process.
  • the measuring sensors are moved over the glass substrate mounted on a preferably flat and stable surface.
  • the stable surface is preferably in the area of loading and unloading.
  • the glass substrate moves during transport in the loading and unloading handling under the o.g. Measuring sensors through.
  • the measurement of the height profiles of the CIGS glass substrate is preferably carried out before and after the thermal treatment process, so that the deflection of the substrate caused by the temperature step can be calculated from a subtraction of the two height profiles.
  • Analog can be determined from the difference of the temperature profiles a heat input proportional to the measured variable.
  • the height profile and the measured temperature profile are fed to a database for further processing. Thereafter, the relationship between the locally introduced into the substrate heat energy and a possible bending is determined.
  • a test run with test substrates may be provided. In the test run, the setpoints for the energy input of the individual heating zones on the underside are changed step by step and the effect on the glass bending is measured. The resulting relationships between the local energy input into the substrate and the substrate bending generated thereby serve as a basis for the preparation of the control parameters and the manipulated variables.
  • the test run should always be used when a certain type of glass substrate, preferably with a new thickness and / or a different type of glass, is processed for the first time.
  • the formation of the CIGS absorber which requires a very homogeneous energy distribution in the absorber, in no way collides with the measures for preventing possible bending.
  • the algorithm uses the data from the database and optionally further information about substrate thickness and / or substrate type.
  • the algorithm evaluates a relationship between the temperature field to which the substrate is exposed during its thermal treatment and the measured height profile of the glass substrate.
  • the thermal treatment of the substrate is preferably carried out in a stationary heating arrangement in which a plurality of adjustable and thus controllable heating zones is mounted on the bottom and top of the glass substrate.
  • the heater consists of a plurality of infrared lamps, which are individually controllable, so that at a heating surface of about 1 to 2 m 2 k segments are present.
  • the number k of the segments is alternatively or additionally increased by the fact that the infrared radiators are constructed in a segmented manner, so that specific areas, preferably edge zones, can be selectively controlled.
  • the number k of segments is preferably 96.
  • Figure 1 shows the arrangement of the measuring arrangement according to an embodiment of the invention.
  • Figure 2 shows the arrangement of the heating arrangement according to an embodiment of the invention.
  • Figure 3 is a block diagram for the measurement and control according to an embodiment of the invention.
  • the measuring arrangement 300 consists of three separate measuring devices 301 which are attached over the upper side of the substrate 100. The measurement is made at several, e.g. at three measuring points 400 adjacent to one another in a row. Subsequently, either the measuring arrangement 300 or the substrate 100 is moved and a next measurement takes place at the adjacent measuring points 410, 420... Of a next row.
  • the heating arrangement 200 consists of an upper Fleizvorraum 201 and a lower heater 202.
  • Each of the heaters consists of a plurality of
  • Heaters 203 In the illustrated embodiment, it is heating elements that extend in a direction of the plane substantially over the entire substrate. Along this
  • the radiated power by a segmentation of the IR emitters location-dependent can be varied, with a possible temperature gradient at the edge of the substrate can be compensated.
  • Other embodiments and arrangements for the heating elements will be apparent to those skilled in the art. Also preferred is an embodiment in which each measuring point at least one spatially corresponding heating element can be assigned.
  • FIG. 3 shows a block diagram for the measurement and regulation according to an embodiment of the invention.
  • the measurement data of the measuring device 300 are transmitted to a control and regulation unit 500.
  • the control and regulation unit has a data acquisition unit 501, a preprocessing unit, a data evaluation unit 503, a database 504, a
  • the respective operative connections between the individual subunits are shown in the figure.
  • data from the control and regulation unit 500 can be forwarded to a visualization unit 600.
  • the visualization unit 600 serves to output the data of the control and regulation unit to a user and / or to communicate to a central data processing.
  • the measuring arrangement 300 measures height and / or temperature data.
  • the measurement of altitude and temperature data can be done in individual measuring devices or in a common measuring device. Preferred is a spatially separated arrangement.
  • the temperature measurement is preferably carried out during the thermal treatment of the substrate.
  • the altitude and / or temperature data are forwarded to the data acquisition unit 501 and recorded there, preferably digitally.
  • the data acquisition unit 501 outputs the measurement data to the
  • Preprocessing unit 502 on, where the data preferably to temperature and / or
  • the evaluation of the measured data takes place, preferably the calculation of the bending, the communication with the database 505 and a provision of data for the control algorithm.
  • the database 504 are preferably previous measurement results, information on possible control algorithms,
  • control unit 506 is in communication with the heater assembly 200, preferably the heaters 201, 202, and more preferably the heaters 203 to control them.
  • the control unit 505, the control unit 506 and the heating arrangement 200 thus form a control-regulating circuit.
  • Preferred embodiments are a closed-loop circle or an open-loop circle.
  • the representation of the control and regulation process by the visualization unit 600 is optional in all embodiments.
  • the device for carrying out the methods according to the invention comprises at least the following elements: a process chamber, a heating arrangement 200, a measuring device 300 and a control and regulation unit 500, and optionally a visualization unit 600.
  • Embodiments are called or shown.
  • the invention also includes individual features in the figures, even though they are shown there in connection with other features and / or are not mentioned above or below. Also, the alternatives of embodiments and individual alternatives described in the figures and the description may be excluded from the subject matter of the invention or from the disclosed subject matter. The disclosure includes embodiments that are exclusively those in the claims or in the

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Abstract

Ein Verfahren zur thermischen Behandlung eines ebenen Substrats mit einer ersten, zu beschichtenden oder bereits beschichteten Seite und einer der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite, durch Erzeugen einer homogener Temperaturverteilung auf dieser ersten Seite und Erwärmung des Substrats von dessen zweiter Seite mittels einer Heizanordnung, mit den folgenden Verfahrensschritten: Messen eines Höhenprofils des Substrats und eines Temperaturprofils des Substrats und Minimieren einer im Höhenprofil gemessenen Abweichung von der Ebene durch Steuern der Heizanordnung zur Änderung des Temperaturprofils des Substrats mittels eines Steueralgorithmus in Abhängigkeit von Eigenschaften des Substrats und den gemessenen Höhen- und Temperaturprofilen.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur thermischen Behandlung beschichteter Substrate, insbesondere von Dünnschicht-Solarsubstraten
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur thermischen Behandlung von Substraten, insbesondere ein Verfahren zur thermischen Behandlung von Dünnschicht Substraten und ein Verfahren zur thermischen Behandlung von Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid (CIGS) Solarsubstraten zur
Herstellung von großflächigen CIGS Dünnschicht Solarmodulen.
Insbesondere betrifft die Erfindung die Ausbildung eines CIGS-Absorbers. Zur Ausbildung eines solchen Absorbers werden auf einem Glassubstrat die notwendigen Materialien, d.h. Kupfer, Indium, Gallium und Selen mittels bekannter Verfahren abgeschieden. Auch wird bereits während der Abscheidung auf eine Durchmischung dieser Materialien geachtet.
Zur Ausbildung des CIGS-Absorbers ist eine Temperaturbehandlung bei möglichst hohen Temperaturen notwendig. Hier limitiert das Glassubstrat die Höhe der Temperatur, da im Bereich der Glaserweichungstemperatur, teilweise sogar einige Grad darüber, gearbeitet werden muss.
Eine thermische Behandlung kann dabei einerseits an beschichteten Substraten nach der Beschichtung erfolgen, andererseits kann die thermische Behandlung mit einer Beschichtung kombiniert werden. Anhängig von der Variante kann die thermische Behandlung in einer definierten Atomsphäre, beispielsweise H2S, H2Se, oder Se, erfolgen. Alternativ oder ergänzend kann die Behandlung in einer Prozessbox erfolgen.
Bei der Herstellung von Solarmodulen wird ein CIGS Absorber auf einen CIGS Solarsubstrat ausgebildet. Das Substrat hat dabei eine sowohl in Bezug auf die Schichtdicke als auch die
Substratdicke eine große zweidimensionale Ausdehnung in der Ebene.
Die beiden Seiten des Substrats in der Ebene haben also einen Abstand senkrecht zur Ebene zueinander, der im Wesentlichen der Substratdicke entspricht. Entsprechend der Umrisse der ersten und zweiten Seite in der Ebene ergibt sich eine Außenumfangsfläche die im Wesentlichen senkrecht zur Ebene steht. Die Fläche der Außenumfangsfläche ist sehr viel kleiner als die Fläche der Seiten in der Ebene. Das Substrat kann verschiedene dem Fachmann bekannte Umrissformen haben.
Eine typische Abmessung in der Ebene beträgt etwa 1 m2.Die Größe der Substrate bestimmt die Größe der zu nutzenden Prozessanlagen. In der Regel werden als Substrat Glaswerkstoffe verwendet. Durch eine Beschichtung bei gleichzeitiger, nachfolgender oder vorangehender thermischer Behandlung werden auf dem Substrat eine oder mehrere funktionale Schichten aufgebracht, ausgebildet, und/oder modifiziert. Insbesondere zum Ausbilden der multikristallinen Phase des CIGS- Absorbers, muss das Substrat bis in die Nähe oder bis oberhalb des Glaserweichungspunktes erhitzt werden, wobei eine Verbiegung des Substrates, speziell eines Glassubstrates, möglich ist.
Beispielsweise ergibt sich das Problem, dass sich die vorbeschichteten Substrate in einemsogenannten Selenisierungsofen, in dem der CIGS-Absorber durch Erhitzung auf Temperaturen von 450 bis 600°C in einer definierten Atmosphäre ausgebildet wird, durch ein ungünstiges
Temperaturprofil oder eine ungünstige Temperaturverteilung über die Substratfläche verbiegen können.
Ein typischer Selenisierungsofen ist für Glassubstrate unterschiedlicher Dicke ausgelegt;
typische Dicken sind 2 mm oder 3 mm. Ferner können Gläser unterschiedlicher Eigenschaften, d.h. mit unterschiedlichem Glaserweichungspunkt und/oder unterschiedlichen thermischen
Ausdehnungskoeffizienten, zum Einsatz kommen. Deshalb müssen alle oder ein großer Teil der Prozessparameter des Wärmebehandlungsprozesses von Glassubstratart zu Glassubstratart neu ermittelt und eingestellt werden, was bei einer einfachen manuellen Prozessoptimierung sehr zeit- und kostenintensiv ist.
Eine Verbiegung des Substrats während der Wärmebehandlung führt dazu, dass die fertig prozessierten Solarscheiben nicht weiter verarbeitet werden können oder bei einem späteren
Verkleben mit einer Deckglasscheibe zerspringen können. Ein wesentliches Kriterium für die zulässige Verbiegung ist der Gradient der Verbiegung, der sich aus der lokale Änderung des
Substratprofils bzw. der Substrathöhe ergibt.
Bisher wurde versucht, dieses Problem durch ein empirisches und manuelles Nachstellen der Prozessparameter für das einflussnehmende Temperaturfeld zu lösen; dieser Ansatz ist jedoch material- und zeitaufwändig. .
Die DE 10 2008 022 784 A I betrifft eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zum Tempern von Gegenständen. Dabei wird eine temporäre Prozessbox verwendet. Die DE 3 608 086 AI betrifft ein Prüfgerät und ein Prüfverfahren zur Messung einer
Oberflächendeformation in einem geprüften Oberflächenbereich mittels Ablenkung eines Lichtstrahles an deformierten Oberflächen.
Die US 6 064 040 A betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ortsbeschränkung oder zur Fokussierung einer Erwärmung in einem Temperofen für Glaspaneele.
Die US 2009/0 199 594 AI betrifft ein Verfahren zur Steuerung des Prozesses zur
Wärmebehandlung von Glas und zur Messung der Qualität des Glases nach dem
Wärmebehandlungsprozess.
Die US 6 476 362 B l betrifft eine Lampenanordnung für eine thermische Behandlungskammer für Halbleitersubstrate. Die Lampenanordnung enthält mehrere Lampen, die allgemein kreisförmig angeordnet sind. Die Lampen können in einem oder mehreren konzentrischen Ringen angeordnet sein, um die allgemein kreisförmige Anordnung zu bilden.
Die US 2015/0170934 AI betrifft ein Verfahren zum Steuern der Gleichförmigkeit eines Substrats in einer Wärmebehandlungskammer. Das Verfahren weist einen Messprozess zum Bereitstellen von temperaturbezogenen Größen über einen Radius eines Substrats auf; ein Korrelieren von Substrateigenschaften mit Verarbeitungsparametern, um eine Deformation des Substrats bei verschiedenen radialen Abständen über einen Temperaturbereich zu simulieren; eine Wärmebehandlung, so dass die Temperatur von mindestens einem Referenzbereich innerhalb des Substrats mit einer Soll-Solltemperatur übereinstimmt; ein Messen einer Temperatur von mindestens einem Referenzbereich und ein Messen einer Verformung des Substrats, wenn das Substrat rotiert; ein Korrelieren der gemessenen Temperaturen von mindestens einem Referenzbereich mit einer simulierten Verformung des Substrats und gemessenen temperaturbedingten Größen des Substrats zur Berechnung einer simulierten Formänderung des Substrats über einen Temperaturbereich; und ein Abstimmen der Ebenheit des Substrats durch Einstellen eines Lampentemperaturprofils über das Substrat basierend auf einer simulierten Formänderung des Substrats und der tatsächlichen Form des Substrats.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Vermeiden von Verbiegungen von Glassubstraten bei einer thermischen Behandlung
bereitzustellen. Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Die abhängigen Patentansprüche beziehen sich auf weitere Aspekte der Erfindung. Die Erfindung basiert auf dem Grundgedanken das Substrat beidseitig zu heizen, wobei diejenige Seite, die wärmebehandelt werden soll und/oder auf der eine Beschichtung bereits vorhanden ist oder ausgebildet werden soll, besonders gleichmäßig erhitzt wird, um optimale, vorzugweise homogene, Beschichtungseigenschaften, wie die Bildung der multikristallinen Phase des CIGS-Absorbers, zu bewirken. Gleichzeitig wird aber die Beheizung der anderen Seite unter
Verwendung eines Steueralgorithmus lokal und gezielt so gesteuert, dass ein Verbiegen des Substrats verhindert und/oder eine bereits entstandene Verbiegung korrigiert wird.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur thermischen Behandlung eines ebenen Substrats mit einer ersten zu beschichtenden oder bereits schichttragenden Seite und einer der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite bei homogener Temperaturverteilung auf dieser ersten Seite und Erwärmen des Substrats von dessen zweiter Seite mittels einer Heizanordnung bereitgestellt. Das Verfahren hat dabei die folgenden Verfahrensschritte: Messen eines Höhenprofils des Substrats und eines Temperaturprofils des Substrats und Minimieren einer im Höhenprofil gemessenen Abweichung von der Ebene durch Steuern der Heizanordnung zur Änderung des Temperaturprofils des Substrats mittels eines Steueralgorithmus in Abhängigkeit von Eigenschaften des Substrats und den gemessenen Höhen- und Temperaturprofilen.
In dieser Beschreibung schließt der Begriff„Beschichtung" alle dem Fachmann bekannten Methoden zum Aufbringen einer oder mehrerer Stoffe, vorzugweise in gleichmäßigen Schichten ein, beispielsweise durch Bedampfen, Spin-Coatings, physikalische Gasphasenabscheidung, z. B.
Kathodenzerstäuben, und/oder chemische Abscheidungsverfahren. Ferner schließt der Begriff „Substrat" alle dem Fachmann bekannten Werkstoffe ein, die mit einer Beschichtung versehen werden können.
Weiter wird in dieser Beschreibung lediglich zwischen einer ersten und einer zweiten bzw. einer oberen und einer unteren Seite des Substrats unterschieden. Aufgrund der geringen Dicke des Substrates in Bezug auf die Ausdehnung in der Ebene sind die zur Ebene senkrechten Flächen zwar vorhanden, aber nicht gesondert benannt. Die Bezeichnung„oben" und„unten" bezieht sich auf die übliche Ausrichtung des Substrats während der Beschichtung, wobei die Beschichtung vorzugsweise auf der oberen Seite ausgebildet wird; diese Seite wird auch als erste Seite bezeichnet.
Weiter ist in dieser Beschreibung ein Höhenprofi] das Messergebnis einer Messung der Höhe an mindestens einem Messpunkt, vorzugsweise an einer Vielzahl von Messpunkten, und das
Temperaturprofil ist das Messergebnis einer Messung der Temperatur an mindestens einem Messpunkt, vorzugsweise an einer Vielzahl von Messpunkten. Die Messpunkte bilden bevorzugt ein Netz von Messpunkten, dass die Ebene zumindest teilweise, vorzugweise vollständig, überspannt.
Aus den Messpunkten kann der Gradient der Verbiegung ermittelt werden, welcher ausschlaggebend ist für die spätere fehlerfreie Verklebung des Substrates, vorzugsweise mit einer Deckglasscheibe.
Weiter sind in dieser Beschreibung unter dem Begriff„Minimieren" alle dem Fachmann bekannten Methoden zusammengefasst, die eine Optimierung eines gemessenen IST- Wertes hin zu einem SOLL- Wert ermöglichen. Insbesondere sind hier computergestützte mathematische Modelle genannt, die eine iterative Anpassung der Stellgrößen und eine Minimierung der Verbiegung ermöglichen.
Schließlich beschreibt der Begriff„Steueralgorithmus" einen Steuer- und/oder
Regelalgorithmus, vorzugweise ausgeführt in einer Steuer- und Regeleinheit. Der Steueralgorithmus erlaubt eine Steuerung aller Prozessparameter, insbesondere der Steuer- und Regelparameter der Heizanordnung.
Dabei ist sowohl eine Steuerung mit fest hinterlegten Korrekturfaktoren der Stellgrößen als auch eine Regelung mit Stellgrößen aus einem Regelkreis, vorzugsweise bestehend aus dem
Gradienten der Verbiegung, aus Temperaturistwerte und aus einer segmentierten Heizer Anordnung möglich.
Zum Ermitteln des Steueralgorithmus wird gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ein mindestens ein Testsubstrat als Substrat verwendet und die Regelparameter und Stellgrößen der Heizanordnung vorzugsweise stufenlos verändert. Für die verschiedenen Einstellungen werden die Höhenprofile der unbehandelten und behandelten Testsubstrate und die korrespondierenden
Temperaturprofile gemessen und zusammen mit den korrespondierenden Regelparametern und Stellgrößen in einer Datenbank gespeichert. Die Parameter des zu bestimmenden Steueralgorithmus werden basierend auf der Auswertung der in der Datenbank gespeicherten Informationen in Bezug auf eine Auswirkung der Veränderung der Regelparameter und Stellgrößen auf eine Veränderung der Abweichung des Höhenprofils von der Ebene unter weiterer Berücksichtigung der Substratart und Substratdicke Computer unterstützt bestimmt. Das erfmdungsgernäße Verfahren zum Ermitteln des Steueralgorithmus kann auch durch die folgenden detaillierten Verfahrensschritte beschrieben werden:
(a) Messen des Höhenprofils, der Stellgrößen der Heizanordnung und des Temperaturprofils des Substrats,
(b) schrittweise Änderung des Temperaturprofils durch Änderung der Stellgrößen der
Heizanordnung und Messen der geänderten korrespondierenden Höhen- und Temperaturprofile,
(c) Speichern der Temperaturprofile und/oder der Stellgrößen und der korrespondierenden Höhenprofi le in einer Datenbank,
(d) Wiederholung der Schritte (a) bis (c) für unterschiedliche Temperaturprofile und Stellgrößen der Heizanordnung,
(e) Berechnen der Änderungswerte im Höhenprofil in Abhängigkeit von der Änderung des Temperaturprofils und der Stellgrößen der Heizanordnung, und
(f) Ermitteln des Steueralgorithmus aus den Änderungswerten im Höhenprofil und der
Änderung der Stellgrößen der Heizanordnung.
Erfindungsgemäß wird ferner eine Vorrichtung zur Durchführung der erfindungsgemäßen Verfahren bereitgestellt.
Insbesondere kann sich das Substrat bei der thermischen Behandlung sich in einer Prozessbox befinden, wobei das Substrat auf dem Boden der Prozessbox aufliegt und die Prozessbox durch einen Deckel geschlossen wird. Ferner kann das Substrat vor der thermischen Behandlung komplett beschichtet sein oder die Beschichtung kann während der thermischen Behandlung noch durch Zuführen von Substanzen wie z.B. H2S-Gas oder H2Se-Gas verändert werden. Das Substrat kann aber auch ohne Prozessbox der thermischen Behandlung und den entsprechenden Algorithmen zur Vermeidung von Verbiegungen unterzogen werden.
Es ist besonders bevorzugt, dass während der erfindungsgemäßen thermischen Behandlung eine definierte Atmosphäre mit bestimmten Prozessgasen erzeugt wird. Dabei sind insbesondere eines oder mehrere der folgenden Prozessgase bevorzugt:H2S, H2Se, N2. Ferner, sind Drücke im Bereich von weniger als 500 mbar in einem Vakuumprozess und/oder weniger oder gleich als 1 l OOmbar in einem Atmosphärenprozess bevorzugt und Drücke im Bereich von 983 mbar bis 1043mbar besonders bevorzugt. Durch die Verwendung einer definierten Atmosphäre können Effekte bei der
Temperaturbehandlung erreicht werden, beispielsweise das Austreten flüchtiger Stoffe oder das Ersetzen bestimmter Stoffe, beispielsweise von Selen und Schwefel. Ferner ist es besonders bevorzugt, dass es sich um ein rechteckiges Substrat, insbesondere um ein rechteckiges Glassubstrat handelt. Im Gegensatz Verfahren zur Beschichtung von Halbleiter- Substraten, bei denen Temperaturen bis zu 1200°C zum Einsatz kommen, werden in dem
erfindungsgemäßen Verfahren Temperaturen im Bereich von 450°C bis 650°C, besonders bevorzugt 500°C bis 600°C, verwendet. Dabei wird sichergestellt, dass die Temperatur im Bereich der
Schmelztemperatur des Glassubstrates liegt.
Die Heizanordnung kann als mindestens eine obere und mindestens eine untere Heizvorrichtung ausgeführt sein, die getrennt voneinander gesteuert werden können. Es ist dabei vorteilhaft, das mindestens eine Heizvorrichtung, bevorzugt die zur Heizung des Substrats vorgesehene
Heizvorrichtung, mehrere Heizelemente aufweist, die einzeln und/oder in Gruppen angesteuert werden können. Besonders vorteilhaft ist die Verwendung einer Vielzahl von Infrarotstrahlern als
Heizelemente in jener Heizvorrichtung.
Der thermische Behandlungsprozess lässt sich in eine Vielzahl von Prozessschritten aufteilen, wobei jeder der Prozessschritte in einer eigenen Prozesskammer durchgeführt werden kann. Nach jedem Prozessschritt wird die Verbiegung aus der Differenz der Höhenprofile, gemessen vor und nach dem jeweiligen Prozessschritt, bestimmt. Mit einem Steueralgorithmus werden die Steuergrößen so gewählt, dass die Heizanordnung so angesteuert wird, dass der Verbiegung bei der Erwärmung im nächsten Prozessschritt entgegengewirkt wird.
Alternativ kann jeder der Prozessschritte in derselben Prozesskammer durchgeführt werden. Nach jedem Prozessschritt wird die Verbiegung aus der Differenz der Höhenprofile, gemessen vor und nach dem jeweiligen Prozessschritt, bestimmt. Mit einem Steueralgorithmus werden die Steuergrößen so gewählt, dass die Heizanordnung so angesteuert wird, dass der Verbiegung bei der Erwärmung im nächsten Prozessschritt entgegengewirkt wird.
In einer Ausführungsform der Erfindung wird jeweils eine erfindungsgemäße Messung vor der ersten und nach Durchlaufen aller Prozesskammern durchgeführt. In dieser Ausführungsform wird nicht die Verbiegung des gemessenen Substrates korrigiert, sondern es wird die erfindungsgemäße Korrektur bei der thermischen Behandlung des jeweils nachfolgenden Substrates durchgeführt. Das System kann auch als lernendes System ausgeführt sein, wobei jeweils nach der Behandlung eines Substrats, zumindest für die ersten Substrate eines neuen Glassubstrat-Typs, eine Messung durchgeführt wird und auf der Basis der Messung die Steuergrößen angepasst und so für die folgenden Substrate optimiert werden. In vorteilhafter Weise besteht das Höhen- und/oder Temperaturprofil aus mindestens einem Messpunkt und die Messung wird mit mindestens einer Messvorrichtung durchgeführt, die mindestens eine Höhenmessvorrichtung und/oder mindestens eine Temperaturmessvorrichtung aufweist.
Die Verbiegung, also das Höhenprofil, wird bevorzugt mit mindestens der gleichen
Ortsauflösung gemessen wie die Ortsauflösung, mit der die Korrektur erfolgen kann. Bevorzugt korrespondiert also die Anzahl und die Anordnung der Messpunkte mit der Anzahl, der Anordnung und der Ausdehnung der Heizelemente.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren kann in bestehende Prozesse bzw. Vorrichtungen integriert werden. So kann das Substrat nach der Behandlung beim Transport aus einem Ofen heraus oder in Ofen hinein vermessen werden und die Korrektur kann dann im nächsten Ofen oder in einer nachfolgenden Behandlung im gleichen Ofen vorgenommen werden. Alternativ können die erfindungsgemäße Vorrichtung und das Verfahren direkt in einem Ofen ausgeführt sein, so dass eine schrittweise oder nahezu kontinuierliche Messung und/oder Korrektur erfolgen kann.
In vorteilhafter Weise kann während der Temperaturbehandlung ein vorbeschichtetes Substrat zwischen zwei Glaskeramikplatten gehalten werden. Die untere Glaskeramikplatte dient als
Substratträger, während die obere Glaskeramikplatte in einem Abstand zum Substrat gehalten wird. Diese Einheit aus oberer/unterer Glaskeramikplatte und dem Substrat wird dabei erfindungsgemäß beidseitig z. B. mittels Infrarotstrahler erhitzt. Hierbei ist die untere Glaskeramik und/oder die obere Glaskeramik teiltransparent für die Wärmestrahlung. Diese Infrarotstrahler haben die Aufgabe, die zur Ausbildung des CIGS-Absorbers notwendigen Temperaturen homogen über die Substratfläche zu erzeugen.
Die Messsensoren in einer erfindungsgemäßen Messvorrichtung benutzen die Prinzipien der konfokalen Mikroskopie und erlauben eine sehr präzise Bestimmung des Abstandes zwischen dem Messkopf und der Substratoberfläche.
In einer Ausführungsform der Erfindung wird kein kontinuierlicher Glastransport verwendet, sondern die Substrate werden stationär in einer Vielzahl von aufeinanderfolgenden Prozessklammem thermisch behandelt. Während in der nachfolgenden Beschreibung lediglich der Fall von einseitig beschichteten Scheiben für Solaranwendungen betrachtet wird, schließt die Erfindung sowohl das ein- als auch das beidseitige Beschichten für andere Anwendungen ein.
Die Korrektur der Prozessparameter erfolgt derart, dass die homogene Temperaturverteilung zur Bildung des CIGS-Absorbers durch die Korrektur zur Verhinderung einer Verbiegung nicht beeinträchtigt wird. Dieses erfolgt dadurch, dass bei dem beidseitigen Aufheizen des auf der Oberseite mit einer nicht-lichtdurchlässigen Schicht versehenen Glassubstrates die Aufheizung der Schicht (CIGS-Absorber) vorzugsweise mit den Heizquellen auf der Oberseite erfolgt, während die
Aufheizung des Substrats vorzugweise durch die Strahler auf der Unterseite erfolgt. Die
Wärmestrahlung der Strahler auf der Unterseite kann in das Glas eindringen und effektiv aufheizen. Mit anderen Worten werden die Heizstrahler der Unterseite somit hauptsächlich zur Kontrolle der Glastemperatur und der Korrektur der Glasverbiegung eingesetzt.
Wie oben bereits erwähnt kann in einer Ausführungsform der Korrekturprozess auf alle verfügbaren Prozesskammern aufgeteilt sein. So findet z.B. der thermische Behandlungsprozess in mehreren Prozesskammern statt. Das sich zwischen zwei Glaskeramikplatten befindliche Glassubstrat wird dabei von Prozesskammer zu Prozesskammer transportiert. Beim Übergang des Substratstapels von einer Prozesskammer in die nächste passiert dieser eine Temperaturmessvorrichtung,
vorzugsweise einen 2D-Thermoscanner, der das Temperaturprofil des Substratstapels an der Oberseite und der Unterseite aufzeichnet. Mit Hilfe von mehreren, vorzugsweise 3, hochpräzisen Messsensoren, die vorzugsweise nach einem konfokalen Messprinzip arbeiten, wird das Höhenprofil des CIGS- Glassubstrates vor und nach dem thermischen Behandlungsprozess gemessen. Dabei werden die Messsensoren über das auf einer vorzugsweise ebenen und stabilen Fläche gelagerte Glassubstrat bewegt. Die stabile Fläche befindet sich vorzugsweise im Bereich des Be- und Entladehandlings. Alternativ oder ergänzend bewegt sich das Glassubstrat während des Transportes im Bereich des Be- und Entladehandling unter den o.g. Messsensoren hindurch.
Die Messung der Höhenprofile des CIGS-Glassubstrates erfolgt vorzugsweise vor und nach dem thermischen Behandlungsprozess, so dass aus einer Differenzbildung der beiden Höhenprofile die durch den Temperaturschritt bewirkte Verbiegung des Substrates errechnet werden kann. Analog kann aus der Differenz der Temperaturprofile eine dem Wärmeeintrag proportionale Messgröße ermittelt werden.
Das Höhenprofil, sowie das gemessene Temperaturprofil werden zur weiteren Verarbeitung einer Datenbank zugeführt. Danach wird der Zusammenhang zwischen der lokal in das Substrat eingebrachten Wärmeenergie und einer möglichen Verbiegung ermittelt. Zur Ermittlung des Zusammenhanges kann ein Probelauf mit Testsubstraten vorgesehen sein. In dem Probelauf werden die Sollwerte für den Energieeintrag der einzelnen Heizzonen auf der Unterseite stufenweise verändert und die Auswirkung auf die Glasverbiegung gemessen. Die daraus gewonnenen Zusammenhänge zwischen dem lokalen Energieeintrag in das Substrat und der damit erzeugten Substratverbiegung dienen als Grundlage für die Erstellung der Regelparameter und der Stellgrößen. Der Probelauf sollte immer dann genutzt werden, wenn ein bestimmter Glassubstrat-Typ, vorzugweise mit neuer Dicke und/oder einer anderen Glassorte, erstmalig prozessiert wird.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren muss berücksichtigt werden, dass die Ausbildung des CIGS-Absorbers, welche eine sehr homogene Energieverteilung im Absorber erfordert, auf keinen Fall mit den Maßnahmen zur Verhinderung einer möglichen Verbiegung kollidiert. Das kann dadurch erreicht werden, indem man die Infrarotstrahler-Strahler auf der CIGS-Absorber-Seite, d.h. oben, mit höchster Priorität für eine homogene Temperaturverteilung im Absorber benutzt. Die Infrarotstrahler- Strahler auf der dem Absorber gegenüberliegenden Seite, d.h. unten, werden hingegen für das Verhindern, bzw. die Korrektur, einer möglichen Verbiegung eingesetzt.
Dem Fachmann ist eine Vielzahl von Algorithmen bekannt, mit denen sich eine Optimierung der Regel- und Steuerungsparameter realisieren lässt. Vorzugsweise nutzt der Algorithmus die Daten aus der Datenbank und optional weitere Informationen über Substratdicke und/oder Substratart.
Insbesondere wertet der Algorithmus einen Zusammenhang zwischen dem Temperaturfeld, dem das Substrat während seiner thermischen Behandlung ausgesetzt ist, und dem gemessenen Höhenprofi] des Glassubstrates aus.
In einer Ausführungsform der Erfindung erfolgt die thermische Behandlung des Substrates vorzugsweise in einer stationären Heizanordnung, bei der eine Vielzahl von einstellbaren und somit regelbaren Heizzonen auf der Unter- und Oberseite des Glassubstrates angebracht ist. Vorzugsweise besteht die Heizvorrichtung aus einer Vielzahl von Infrarotlampen, die einzeln steuerbar sind, so dass bei einer Heizfläche von etwa 1 bis 2 m2 k Segmente vorhanden sind. Die Anzahl k der Segmente wird alternativ oder ergänzend dadurch erhöht dass die Infrarot Strahler segmentiert aufgebaut sind, so lassen sich bestimmte Bereiche, vorzugweise Randzonen, gezielt ansteuern. Die Anzahl k der Segmente ist vorzugsweise 96. Durch die Ansteuerung der einzelnen Segmente kann Einfluss auf den lokalen Energieeintrag in das Substrat und damit auf die lokale Temperaturverteilung des
Glassubstrates genommen werden. Eine Korrektur einer lokalen Verbiegung ist somit möglich.
Aus den beschriebenen Ausführungsformen und Aspekten der Erfindung ergeben sich folgende Vorteile. Erstens wird eine Substratverbiegung verhindert. Zweiten verringert sich die Gefahr eines Substratbruches. Drittens ist ein frühzeitiges Erkennen von Prozessveränderungen möglich. Viertens ist eine Kompensation eines veränderten Energieeintrages in das Substrat möglich, dieser kann durch Alterungseffekte der Heizelemente und/oder deren Verschmutzung verursacht sein. Fünftens ist eine Reduzierung der erforderlichen manuellen Eingriffe in die Heizungsregelung möglich.
Kurze Beschreibung der Figuren
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Beispielen und Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 die Anordnung der Messanordnung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
Figur 2 die Anordnung der Heizanordnung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
Figur 3 ein Blockdiagramm für die Messung und Regelung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
Ausführliche Beschreibung der Figuren
Gemäß Figur 1 besteht die Messanordnung 300 aus drei separaten Messvorrichtungen 301 die über der Oberseite des Substrates 100 angebracht sind. Die Messung erfolgt an mehreren, z.B. an drei in einer Reihe benachbarten Messpunkten 400 gleichzeitig. Anschließend wird entweder die Messanordnung 300 oder das Substrat 100 bewegt und eine nächste Messung an den benachbarten Messpunkten 410, 420 ... einer nächten Reihe erfolgt.
Gemäß Figur 2 besteht die Heizanordnung 200 aus einer oberen Fleizvorrichtung 201 und einer unteren Heizvorrichtung 202. Jede der Heizvorrichtungen besteht aus einer Vielzahl von
Heizelementen 203. In der dargestellten Ausführungsform handelt es um sich Heizelemente, die sich in eine Richtung der Ebene im Wesentlichen über das gesamte Substrat erstrecken. Entlang dieser
Richtung kann die abgestrahlte Leistung durch eine Segmentierung der IR Strahler ortsabhängig variiert werden, wobei ein mögliches Temperaturgefälle am Rand des Substrates ausgeglichen werden kann. Andere Ausführungsformen und Anordnungen für die Heizelemente sind dem Fachmann ersichtlich. Ebenfalls bevorzugt ist eine Ausführungsform, in der jedem Messpunkt mindestens ein räumlich korrespondierendes Heizelement zugeordnet werden kann.
Figur 3 zeigt ein Blockdiagramm für die Messung und Regelung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Die Messdaten der Messvorrichtung 300 werden an eine Steuer- und Regelungseinheit 500 übermittelt. Die Steuer- und Regelungseinheit weist eine Datenerfassungseinheit 501, eine Vorverarbeitungseinheit, eine Datenauswertungseinheit 503, eine Datenbank 504, eine
Regelungseinheit 505 und eine Steuerungseinheit 506 auf. Die jeweiligen operativen Verbindungen zwischen den einzelnen Untereinheiten ergibt sich aus der Abbildung. Ferner können Daten der der Steuer- und Regelungseinheit 500 an eine Visualisierungseinheit 600 weitergegeben werden. Die Visualisierungseinheit 600 dient dazu, die Daten der Steuer- und Regelungseinheit an einen Nutzer auszugeben und/oder an eine zentrale Datenverarbeitung zu kommunizieren.
Die Messanordnung 300, wie in Fig. 1 gezeigt, misst Höhen- und/oder Temperatur-Daten. Die Messung der Höhen- und Temperatur-Daten kann in einzelnen Messvorrichtungen oder in einer gemeinsamen Messvorrichtung erfolgen. Bevorzugt ist eine räumlich getrennte Anordnung. Die Temperaturmessung erfolgt bevorzugt während der thermischen Behandlung des Substrates. Die Höhen- und/oder Temperatur-Daten werden an die Datenerfassungseinheit 501 weitergegeben und dort, vorzugsweise digital erfasst. Die Datenerfassungseinheit 501 gibt die Messdaten an die
Vorverarbeitungseinheit 502 weiter, wo die Daten vorzugsweise zu Temperatur- und/oder
Höhenprofilen vorarbeitet werden. In der Datenauswertungseinheit 503 findet die Auswertung der Messdaten, vorzugsweise die Berechnung der Verbiegung, die Kommunikation mit der Datenbank 505 und eine Bereitstellung von Daten für den Steueralgorithmus statt. In der Datenbank 504 sind vorzugsweise bisherige Messergebnisse, Informationen zu möglichen Steueralgorithmen,
Abhängigkeiten der Verbiegung von Steuer- und Regelparametern, und Informationen zu
physikalischen Eigenschaften, jeweils für unterschiedliche Substratarten gespeichert. Nicht dargestellt, aber dem Fachmann bewusst ist, dass die Steuerungseinheit 506 mit der Heizanordnung 200, vorzugsweise den Heizvorrichtungen 201 , 202 und weiter bevorzugt den Heizelementen 203 in Verbindung steht, um diese zu steuern. Die Regelungseinheit 505, die Steuerungseinheit 506 und die Heizanordnung 200 bilden somit einen Steuer-Regel-Kreis. Bevorzugte Ausfuhrungsformen sind ein closed-loop-Kreis oder ein open-loop-Kreis. Die Darstellung des Steuer- und Regelprozess durch die Visualisierungseinheit 600 ist in allen Ausführungsformen optional. Die Vorrichtung zur Durchführung der erfindungsgemäßen Verfahren umfasst mindestens die folgenden Elemente: eine Prozesskammer, eine Heizanordnung 200, eine Messvorrichtung 300 und eine Steuer- und Regelungseinheit 500, sowie optional eine Visualisierungseinheit 600.
Obwohl die Erfindung mittels der Figuren und der zugehörigen Beschreibung dargestellt und detailliert beschrieben ist, sind diese Darstellungen und diese detaillierte Beschreibung il lustrativ und beispielhaft zu verstehen und nicht als die Erfindung einschränkend. Es versteht sich, dass Fachleute Änderungen und Abwandlungen machen können, ohne den Umfang und den Geist der folgenden Ansprüche zu verlassen. Insbesondere umfasst die Erfindung ebenfalls Ausführungsformen mit jeglicher Kombination von Merkmalen, die vorstehend oder nachfolgend zu verschiedenen
Ausführungsformen genannt oder gezeigt sind.
Die Erfindung umfasst ebenfalls einzelne Merkmale in den Figuren, auch wenn sie dort im Zusammenhang mit anderen Merkmalen gezeigt sind und/oder vorstehend oder nachfolgend nicht genannt sind. Auch können die in den Figuren und der Beschreibung beschriebenen Alternativen von Ausführungsformen und einzelne Alternativen deren Merkmale vom Erfindungsgegenstand beziehungsweise von den offenbarten Gegenständen ausgeschlossen sein. Die Offenbarung umfasst Ausführungsformen, die ausschließlich die in den Ansprüchen beziehungsweise in den
Ausführungsbeispielen beschriebenen Merkmale umfasst, sowie auch solche, die zusätzliche andere Merkmale umfassen.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur thermischen Behandlung eines ebenen Substrats mit einer ersten zu
beschichtenden oder bereits beschichteten Seite und einer der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite, zur Erzeugung einer homogenen Temperaturverteilung auf dieser ersten Seite zur Ausbildung eines CIGS-Absorbers und Erwärmung des Substrats von dessen zweiter Seite mittels einer Heizanordnung, mit den folgenden Verfahrensschritten:
(a) Messen eines Höhenprofils des Substrats und eines Temperaturprofils des Substrats und
(b) Minimieren einer im Höhenprofil gemessenen Abweichung von der Ebene durch Steuern der Heizanordnung zur Änderung des Temperaturprofils des Substrats mittels eines Steueralgorithmus in Abhängigkeit von Eigenschaften des Substrats und den gemessenen Höhen- und Temperaturprofilen
gekennzeichnet dadurch, dass
die Heizanordnung eine erste Heizvorrichtung und eine zweite Heizvorrichtung aufweist, wobei die erste Heizvorrichtung in einem vorbestimmten Abstand zur ersten Seite angebracht ist und die zweite Heizvorrichtung in einem vorbestimmten Abstand zur zweiten Seite angebracht ist,
wobei zur Minimierung des Höhenprofils die zweite Heizvorrichtung gesteuert wird und
wobei das Substrat ein Glassubtrat ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Messung des Höhenprofils und/oder des
Temperaturprofils vor und/oder während und/oder nach der thermischen Behandlung durchgeführt wird.
3. Verfahren zum Ermitteln des Steueralgorithmus insbesondere zur Anwendung in einem
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
wobei mindestens ein Testsubstrat als Substrat verwendet wird und eine vorzugsweise stufenweise Veränderung von Regelparametern und Stellgrößen der Heizanordnung mit den folgenden Schritten erfolgt:
(al) Messen des Höhenprofils des Substrats und des Temperaturprofils des Substrats und Speicherung zusammen mit den korrespondierenden Regelparametern und Stellgrößen in einer Datenbank,
(bl ) computergestütztes Bestimmen von Steueralgorithmus-Parametern basierend auf der Auswertung der in der Datenbank gespeicherten Informationen in Bezug auf eine Auswirkung der Veränderung der Regelparameter und Stellgrößen auf eine Veränderung der Abweichung des Höhenprofils von der Ebene unter weiterer Berücksichtigung der Substratart und
Substratdicke.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die erste und/oder die zweite
Heizvorrichtung aus einer Vielzahl von Heizelementen besteht, die einzeln oder in Gruppen ansteuerbar sind.
5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei mindestens eines der Heizelemente ein Infrarotstrahler ist.
6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei der Strahler sich in eine Richtung der Ebene erstreckt und dazu konfiguriert ist, die Leistung entlang dieser Richtung zu variieren.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, das in n Prozessschritten in m Prozesskammern durchgeführt wird, wobei n und m mindestens eins ist, und die Verfahrensschritte während und/oder nach jedem Prozessschritt mindestens einmal wiederholt werden.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Höhen- und/oder Temperaturprofil mindestens einen Messpunkt aufweist und die Messung in Schritt (a) oder (al) mit mindestens einer Messvorrichtung durchgeführt wird, wobei die Messvorrichtung mindestens eine Höhenmessvorrichtung und/oder mindestens eine Temperaturmessvorrichtung aufweist.
9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei zur Erstellung des Höhen- und/oder Temperaturprofils entweder die Messvorrichtung in mindestens eine Raumrichtung in der Ebene relativ zum Substrat bewegt wird oder das Substrat in mindestens eine Raumrichtung in der Ebene relativ zur Messvorrichtung bewegt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, wobei das Verfahren vollständig in einem Ofen ausgeführt wird.
1 1. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, sofern direkt oder indirekt von Anspruch 1 abhängig, wobei nach der letzten Wiederholung der Verfahrensschritte (a) und (b) ein weiterer Schritt ausgeführt wird:
(c) Messen des Höhenprofils des Substrats und/oder des Temperaturprofils des Substrats und Verwenden der Messergebnisse zur Qualitätssicherung.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , wobei sich das Substrat zwischen einer ersten Glaskeramikplatte, die als Substratträger dient, und einer zweiten Glaskeramikplatte angeordnet ist, die in einem vorbestimmten Abstand zum Substrat gehalten wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei das Verfahren in einer definierten
Atmosphäre mit einem oder mehreren der nachfolgenden Prozessgase durchgeführt wird: H2S, H2Se und N2.
14. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 13.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei die Vorrichtung eine Halte- und Führungsvorrichtung für das Substrat, eine Heizanordnung, eine Messvorrichtung zum Bestimmen des Höhenprofils des Substrats und eine Messvorrichtung zum Bestimmen des Temperaturprofils des Substrats und eine Steuervorrichtung zum Steuern der Heizanordnung aufweist.
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