用于對物體進行熱處理的裝置和方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于對物體進行熱處理的裝置和方法，尤其帶涂層的襯底，以及在用于對物體進行熱處理的裝置的可進行氣密性密封的殼體中用作擴散阻隔的分隔壁。
【背景技術】
[0002]在多個技術領域中，使物體在熔點溫度以下經(jīng)歷熱處理(“退火”)，以便選擇性地影響固態(tài)結構是很常見的。這樣的一個示例是鑄鐵的退火，以便通過改變其結構而改善強度和韌性。鋼在硬化之后的回火也是已知的，其中內(nèi)應力伴隨著鋼的硬度的減少而被降低。另外對于玻璃，常見的做法是通過例如退火減少內(nèi)應力，以便提高光學構件的品質(zhì)。
[0003]退火在半導體制造方面，尤其在薄膜太陽能電池的生產(chǎn)方面極其重要，薄膜太陽能電池具有化合物半導體制成的吸收器。薄的前體層應用于襯底上，并利用后續(xù)快速熱處理(RTP)進行轉(zhuǎn)換，以形成化合物半導體。這種程序在例如J.Palm等人的“CIS modulepilot processing applying concurrent rapid selenizat1n and sulfurizat1n oflarge area thin film precursors(對大面積薄膜前體并發(fā)應用快速砸化和硫化的CIS模塊先導處理)”(Thin Solid Films (薄固態(tài)膜)431-432, 414-522頁(2003))中進行了詳細描述。在專利文獻中已經(jīng)頻繁描述過薄膜太陽能電池本身。僅僅作為示例，在這方面參考印刷出版物 DE 4324318 Cl 和 EP 2200097 Al。
[0004]總地說來，物體的退火在爐中進行，爐可使物體根據(jù)可預先限定的溫度輪廓在特定的時間周期加熱至特定的溫度。尤其在化合物半導體的生產(chǎn)中，重要的是在受控制的處理氣氛中進行退火。出于這個目的，在涂有前體層的襯底周圍通過處理箱限定處理空間是已知的。處理箱可使易揮發(fā)性硫族成分例如砸或硫的分壓力在熱處理期間保持至少大部分恒定。這種處理箱是已知的，例如從DE 102008022784 Al獲悉。
[0005]在薄膜太陽能模塊的工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)中，前體層的RTP熱處理發(fā)生在順序系統(tǒng)中，其中帶涂層的襯底順序地輸送到各種處理室中。這種方法是已知的，例如從EP 0662247 BI中獲悉。
[0006]美國專利申請N0.2005/0238476 Al公開了一種用于在受控制的氣氛中輸送襯底的帶殼體的裝置，殼體包括用于襯底的可抽空的襯底空間，以及輔助空間。襯底空間和輔助空間通過具有納米孔的分隔壁而彼此分隔開，其中分隔壁形成了基于努森原理(熱滲透)的微型泵。襯底空間具有冷卻板(去污板)，其中分隔壁并不設置在襯底和冷卻板之間。相反，冷卻板始終設置在與襯底相反的位置上。另外，輔助空間通過可加熱的分隔壁而與冷卻板所冷卻的殼體部段或襯底空間保持在熱方面分離。加熱對于泵送機構是必須的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]相反，本發(fā)明的目的在于有利地改善了現(xiàn)有技術中已知的用于對物體進行熱處理的裝置和方法。根據(jù)本發(fā)明的提案，這個目的以及其它目的通過一種用于對物體進行熱處理的裝置和方法，以及根據(jù)并列權利要求通過在用于對物體進行熱處理的裝置中使用一種分隔壁來實現(xiàn)。本發(fā)明的優(yōu)選實施例由從屬權利要求來體現(xiàn)。
[0008]根據(jù)本發(fā)明，公開了一種用于在其熔點溫度以下對任何物體進行熱處理(退火)的裝置。
[0009]該裝置用于例如對帶涂層的襯底進行熱處理，其中術語“襯底”在本發(fā)明的上下文中指扁平物體，其具有兩個彼此相反放置的表面，其中在這兩個表面的其中一個表面上通常應用了包括多個層的層狀結構。在襯底的另一表面上通常是不帶涂層的。例如，用于薄膜太陽能模塊生產(chǎn)的襯底被覆了化合物半導體的前體層(例如黃銅礦或鋅黃錫礦化合物)，該前體層必須經(jīng)歷RTP-熱處理。另外，應該注意的是，在薄膜太陽能電池中主要用作吸收器的是由黃銅礦化合物制成的化合物半導體，尤其銅-銦/ 二硫鎵/聯(lián)砸化物，簡稱為Cu (In, Ga) (S，Se) 2，或鋅黃錫礦化合物，尤其銅_鋅/ 二硫錫/聯(lián)砸化物，簡稱為Cu2 (Zn, Sn)(S，Se) 4o
[0010]根據(jù)本發(fā)明的裝置包括封閉了中空的空間的殼體，有利地是可氣密性密封(可抽空)的殼體。對于物體的熱處理，該裝置可進行獨立加熱，并且為此目的可包括內(nèi)部加熱裝置(例如電熱器)，以用于加熱中空的空間。該裝置實現(xiàn)為例如一種用于在無需供給外部熱量的條件下對物體進行退火的爐。作為備選或附加，該裝置還可能是不能進行獨立加熱的，而是包括實現(xiàn)成使得物體可通過對殼體部段的電磁熱輻射沖擊而進行熱處理的至少一個殼體部段。
[0011]該裝置還包括分隔壁，其設置為使得中空的空間被分隔成處理空間，以及中間空間，處理空間用于容納有待進行熱處理的物體。分隔壁具有一個或多個開口，開口實現(xiàn)成使得分隔壁用作阻礙由于對物體進行熱處理而在處理空間中產(chǎn)生的氣態(tài)物質(zhì)從處理空間擴散到中間空間中的阻隔。
[0012]這里必需的是，分隔壁一方面用作在對物體進行熱處理期間用于處理空間和中間空間之間氣體交換的擴散阻隔(蒸氣阻隔)，但在熱處理前后可使處理空間和中間空間之間實現(xiàn)氣體交換，使得氣態(tài)物質(zhì)從處理空間抽空，用吹掃氣體進行吹掃，以及用處理氣體通過分隔壁進行填充成為可能。處理空間和中間空間通過分隔壁中的一個或多個開口或裂口彼此在流體方面連接在一起。總地說來，開口可具有任何形狀，例如槽口形狀或圓孔形狀，并且甚至可設置在周邊上。
[0013]在一個有利的實施例中，分隔壁并不一直達到殼體壁，使得在分隔壁和殼體壁之間保留了開口，尤其間隙。
[0014]例如，但不絕對必然，一個最小的尺寸，例如相應的分隔壁開口的半徑或直徑大于處理空間中的氣體顆粒的平均自由路徑的長度。
[0015]具體地說，分隔壁可由多孔材料或設有管道(直的、傾斜的，或帶角度的管道)的材料制成，或者包括這種材料。
[0016]因而，用于對物體進行熱處理的處理空間由分隔壁形成，該處理空間通過分隔壁而與中間空間類氣密性地分隔開。同開放的處理空間以及氣密性的處理空間相反，在處理空間和中間空間之間的氣體交換受到分隔壁的抑制，開放的處理空間允許在處理空間和外部環(huán)境之間的自由氣體交換，在氣密性的處理空間中，這種在處理空間和外部環(huán)境之間的氣體交換是被完全抑制的。這種蒸氣阻隔基于壓力對自由路徑的長度的依賴性:在大約正常壓力(700-1000 mbar)下，通過比較小的開口的擴散受到抑制。如果相反，中間空間被抽空至預真空范圍內(nèi)的壓力(10-1000 Pbar)，那么自由路徑長度得到極大增加，并且分隔壁只代表用于氣體交換的薄弱的擴散阻隔。
[0017]處理空間可通過分隔壁進行抽空，并且在抽空之后，處理氣體還可流入到處理空間中。在化合物半導體的生產(chǎn)中，處理氣體例如可包含反應性氣體，例如H2S、H2Se、S蒸氣、Se蒸氣或H2,以及惰性氣體，例如N2、He或Ar。具體地說，通過類氣密性的分隔壁，易揮發(fā)的硫族成分，例如砸或硫的分壓可在處理空間中的前體層的熱處理期間保持至少大部分恒定不變。揮發(fā)性的硫族成分在處理空間中由例如應用于帶涂層的襯底上的材料形成。
[0018]為了能夠抽空中空的空間并用吹掃氣體或處理氣體填充它，優(yōu)選可氣密性密封的裝置殼體可包括至少一個可密封的氣體通道，其通向中空的空間(例如，通過閥)。出于這個目的，氣體通道可尤其通向中間空間。
[0019]通過根據(jù)本發(fā)明的裝置，因而可獲得多個優(yōu)點，其中必須強調(diào)的是相對于分處理空間中形式的揮發(fā)成分而言，處理氣氛可保持至少大部分恒定不變。另外，在對物體進行熱處理期間，中間空間可受到保護，以防常出現(xiàn)的腐蝕氣體，從而使包含在里面的傳感器免于過度磨損。利用這種設計，可快速且高效地獲得裝置的中空的空間的抽空。這同等地適用于處理氣體的填充，其中處理氣體可以最少的數(shù)量得以成本有效地使用。
[0020]如已經(jīng)提到的那樣，通過分隔壁，實現(xiàn)了中空的空間類氣密性地劃分成處理空間和中間空間，其中為此目的為分隔壁提供了一個或多個開口。優(yōu)選地，分隔壁實現(xiàn)成使得在熱處理期間由于對物體進行熱處理而產(chǎn)生的氣態(tài)物質(zhì)在處理空間之外的質(zhì)量損失少于在熱處理期間所產(chǎn)生的氣態(tài)物質(zhì)的質(zhì)量50%，優(yōu)選20%，更優(yōu)選10%。
[0021]有利的是，為此目的實現(xiàn)分隔壁，使得由一個或多個開口的(總的)開口面積除以處理空間的內(nèi)表面(內(nèi)部面積)所形成的面積比在5 X 10_5至5 X 10 _4范圍內(nèi)。因而可能有利的是實現(xiàn)分隔壁的一個或多個開口的(總的)開口面積一方面足夠大，以便能夠?qū)崿F(xiàn)處理空間的快速抽空以及吹掃氣體或處理氣體的填充，并且另一方面足夠小，使得分隔壁用作熱處理期間在處理空間所產(chǎn)生的揮發(fā)成分的有效的蒸氣阻隔或擴散阻隔。
[0022]在根據(jù)本發(fā)明的裝置的一個特別有利的實施例中，分隔壁由某種材料制成或包含至少這樣一種材料，其具有的熱膨脹系數(shù)使得一個或多個開口的(總的)開口面積在熱處理期間由于加熱分隔壁而減少至起始值(熱處理之前的總的開口面積)的最大50%，優(yōu)選最大30%，更優(yōu)選最大10%。有利的是，為此目的，這種分隔壁材料具有大于5 X KT6IT1的熱膨脹系數(shù)。通過這種方式，創(chuàng)造了溫度受控的分隔壁，利用該分隔壁一方面在冷狀態(tài)下通過較大的(總的)開口面積實現(xiàn)了對處理空間的特別高效的抽空以及用吹掃氣體或處理氣體對處理空間的填充；另一方面在熱處理期間的較熱狀態(tài)下，通過較小的(總的)開口面積的熱膨脹實現(xiàn)了對熱處理期間所產(chǎn)生的氣態(tài)物質(zhì)從處理空間至中間空間的擴散的特別有效的抑制。尤其分隔壁可實現(xiàn)成使得在熱處理期間，(總的)開口面積至少減少至大致為零，使得在處理空間和中間空間之間的氣體交換在熱處理期間幾