专利名称：用于基材热处理的装置和处理室的制作方法
用于基材热处理的装置和处理室本发明涉及根据权利要求I前序部分的用于基材热处理的处理室，就像例如在同类型的DE69812251T2中所述的那种处理室。该处理室能作为加热处理室(加热室)或冷却室来构成。本发明还涉及包括用于基材热处理的加热处理室和冷却室的装置以及用于基材热处理的方法。在基材表面处理中，例如当在平面显示器和太阳能电池的生产过程中施加透明的传导性氧化物层(TCO)时或者当利用硒化铜铟镓(CIGS)薄膜技术涂覆基材时，通常需要多个处理步骤，在这些处理步骤中，基材(与或许施加于基材上的涂层一起)接受热预处理和 /或热后处理。为此，基材一般借助热源被加热至期望温度，在该温度保持预定时间并随后被冷却。此时，从处理作业经济性和/或技术角度出发，尽量快速地加热或冷却基材一般是有利的。但同时必须保证在加热和冷却时在基材内的温度梯度尽量小，这是因为不这样的话会出现暂时的或永久性的基材变形，这种变形会导致涂层受损(开裂、内应カ等)和/或基材受损(弯曲、形成气泡、基材材料的双稳状态等)。该问题在基材由具有较低导热系数的材料如玻璃材料构成时更尖锐，这是因为基材内的温差在这种材料的情况下只能被缓慢消除。为了应对该问题，DE69812251T2提出，为了加热基材而使用半对流强制空气系统。 此时，基材的加热一方面通过借助电阻电热元件的辐射来进行，另ー方面通过空气分布装置来进行，该空气分布装置将被加热空气送往基材。由空气分布装置提供的对流加热因此支持了由电阻电热元件提供的辐射热。此外，可以通过有针对性的(局部)对流加热来消除由辐射加热所产生的温度梯度。通过这种方式，应该做到了在基材整个范围内有更均匀的温度分布的加热。空气分布装置此时由循环泵(通风机)来供气，该循环泵设置在加热处理室之内或之外。从由DE69812251T2中公开的加热机构出发，本发明的任务是提供ー种用于基材热处理的加热处理室和/或冷却室以及ー种用于基材热处理的方法，其实现了对基材局部加热或冷却的非常良好的控制并且以非常有效和经济的方式做到了基材的的快速加热或冷却，而没有出现基材或涂层因热梯度而受损的现象。此外，要提供ー种包括用于基材热处理的加热处理室和冷却室的装置。该任务将通过独立权利要求的特征来完成。有利的实施方式是从属权利要求的主题。据此，基材的加热或冷却通过温度被调节的气体的的对流来进行，该气体通过气体供给机构被送至基材。在热处理过程中容纳基材的处理室包括用于有目的地抽排气体的抽排机构，基材的对流加热或对流冷却通过该气体抽排来实现。该抽排机构实现了按规定的再循环装置，尤其是已被用于加热或冷却的气体再利用。在本发明的ー个有利实施方式中，处理室是封闭腔室。基材通过闸门被送入处理室并在那里借助输送装置被输送和存放。在这样的可气密封闭的热处理室中，有利地在一个封闭的气体循环系统中进行用于加热或者冷却的气体的供应和抽排，该气体循环系统包括该气体供给机构、处理室的内部空间和该抽排机构。这在借助气体来进行热处理时是尤其有利的，该气体是反应性的或有毒的并因而不应该散失到环境中。此外，气体中可能未传送至基材的那部分的加热功率或冷却功率没有损失掉，而是通过该封闭的循环系统经抽排机构又流至气体供给机构。通过这种方式，可节约加热能量或冷却能量。有利的是，该抽排机构可如此构成，它允许局部按规定地抽走被送至基材的气体， 从而从气体供给机构的出ロ孔流出的气体在出ロ孔邻近又被抽吸走。ー些出ロ孔(或者几组出口孔)可以配有如此形成的抽排罩，它能有目的地排走从这些出口孔流出的经过温度调节的气体。就是说，加热气体或冷却气体只在局部受限的区域喷射中基材并且在扩散开之前被局部抽吸走。通过这种方式，可显著区别且可控地执行基材的局部加热或冷却，并且可以避免(或有目的地产生)基材内的热梯度。此外，通过直接在出口孔区域中抽走气体， 可防止气体接触到处理室壁。当为了进行对流加热或冷却而使用可能导致室壁的污染或受损的工程气体(例如腐蚀性气体或有毒气体)时，上述做法是特别有利的。抽排机构因此作为屏蔽装置，其保护室壁免受气体的影响。有利的是，气体供给机构的多个出口孔以喷嘴形式构成，可借此有目的地将气流 (例如按规定集中或分散)送至与喷嘴对置的基材表面区域。喷嘴和/或对应于喷嘴的气体供给机构管段可以配设有可控的阀门。那么，利用控制装置，喷嘴中的这些阀门可以被单独控制或分组控制，以便控制经喷嘴流出的气体的量和/或速度。为了调控被用于对流加热或对流冷却的气体的温度，气体供给机构适当地包括换热器，借助换热器使气体到达期望温度。如果要加热气体，则该气体供给机构可以具有电动的加热装置以作为换热器的替代或补充。此外，该气体供给机构包括泵，气体借助该泵被送至基材。如果气体供给机构是ー个封闭的气体循环系统的一部分，则该泵同时用于将从出 ロ孔流出的气体经抽排机构抽走。该泵能可控或可调地工作。而且，该气体供给机构可以包括干燥装置和/或过滤装置，用于清洁被送至基材面的气体。当对流加热或对流冷却在封闭的气体循环系统中进行时，这可能是特别合乎要求的，因为循环气体可通过这种方式被定期干燥和/或清洁。如果处理室被用于基材加热，则可以在该处理室内除了用于基材对流加热的气体供给机构外还设有加热机构尤其是电阻式电热元件，该电热元件给基材供应辐射热。处理室壁可以由反射热的材料构成，用于将由加热机构发出的功率弓I向基材。为了将在工作中内部空间被加热或冷却的处理室相对于环境隔热屏蔽，该处理室配设有隔热屏罩。通过这种方式，可以实现室内空间、尤其是基材的更快速的加热或冷却， 并且保持期望温度所需要的加热功率或冷却功率可被降低。该隔热屏罩例如能以可气密封闭的外室、尤其是真空室形式构成，该外室全面包围住在其中进行基材热处理的内室。在内室和外室之间的空腔将(被加热或冷却的)内室与环境隔绝开。或者，隔热屏罩可以由最好设置在处理室壁上的温度调节机构构成，该温度调节机构主动加热或冷却室壁。尤其是该处理室可以配设有集成到室壁内的通道系统，液态的加热介质或冷却介质如油在该通道系统内循环。如果处理室是在高温下工作的加热室，则室壁可以被有目的地冷却，以便尽量减小周围环境尤其是包围加热室的真空室的热负荷。以下将结合附图
所示的实施例来详细描述本发明，其中图I是用于基材热处理的包括加热处理室和冷却室的装置的示意截面图；图2a是图I的加热处理室连同封闭的气体供应循环系统的不意截面图2b是根据图2a中的剖切线IIb-IIb的、图2a的加热处理室的截面图。在附图中，彼此对应的零部件用相同的附图标记标不。附图表不不意的实施例并且没有描述本发明的特定參数。而且，附图只用于说明本发明的有利实施方式，不应该被解释为要限制本发明的保护范围。图I示出用于基材10热处理的装置I的示意截面图。术语“基材”在本文中应该是指任何要加工、要涂覆和/或已涂覆的物体，就是说，不仅可以是像本身这样的(或许经过预处理)载体材料，也可以是具有单个涂层或多个涂层的载体材料。在附图所示的实施例中，基材是由玻璃构成的平面エ件，其面积可以在几平方厘米到几平方米之间。术语“热处理”应该是指伴随着基材的加热和/或冷却的任何处理或者处理步骤。装置I包括两个热处理室20，即ー个加热处理室21和ー个冷却室21'。在图2a 和2b中具体示出了加热处理室21的截面视图。待处理的基材10通过闸门23a被送入加热处理室21 (箭头24a)，在这里，基材10借助被加热的且通过气体供给机构30被送入加热处理室21的气体被对流加热。随后，基材10通过闸门23b和23c被输送入冷却室21'(箭头24b)并在那里借助经过温度调节(一般是被冷却)的气体被对流冷却，经过温度调节的气体通过气体供给机构30'被送入冷却室21'。在加热处理室21和冷却室21'之间，可以设有多个在图I中通过虚的连线表示的处理阶段22。输送装置25用于将基材10输送至和存放在加热处理室21和冷却室21'中，该输送装置如图I所示呈一群水平取向的且可转动支承的输送辊26形式，平坦的基材10放置在这些输送辊上。或者，基材10能按照任何角度位置、尤其还是竖直地或者相对于竖直方向成ー个小角度倾斜地被安置在处理室20内并被输送。因此，在基材10的热处理过程中，在处理室20内存在着最好近似为正常压カ的气氛。气体可以是空气，但也可以是保护气体或者反应性气体。气体借助气体供给机构30、 30'通过喷嘴部31、31'被喷向基材10，通过抽排机构33、33'从热处理室20中被抽走， 并且通过再循环装置34、34'又被供应给气体供给机构30、30'。如图2a和2b的细节视图所示，加热处理室21的抽排机构33包括抽排罩35，它正好设于气体供给机构30的喷嘴部31的上方，从而从喷嘴31喷出的气体喷中基材表面10，在那里造成基材10加热，随后直接通过抽排罩35被抽走(图2a和2b中的小箭头)。这样ー来，实现了基材10的局部加热，并且阻止该气体到达处理室20的壁27。这些喷嘴部31设置在管状的布气机构36、 36'上，喷嘴部从布气机构起朝向基材10突出。在喷嘴部31靠近基材10的端头上有多个如此构成的出口孔32，这些出口孔允许有目的地(集中或分散)对基材10表面喷射气体。 在图2a和2b所示的实施例中，喷嘴部31的横截面39朝向出ロ孔32缩小，从而产生了定向气流。这些喷嘴部31是如此构成的，为了加热或者冷却基材10而从出ロ孔32流出的气体没有引起显著的基材10压カ负荷。布气机构36和/或喷嘴部31可以配设有可控的阀门44，所述阀门允许在选中的布气机构或喷嘴部中出现有目的地増大或减小的气流，因此实现了局部改变交付给基材10 的热功率。由此ー来，可以产生计量很精确的、局部可变的气体分布，因此实现了利用气体在基材10内产生的局部加热或冷却在基材上施以特定影响。通过这种方式，可以避免在基材10内出现由温度決定的不均匀性，这导致良好的温度均匀性。处理室20相对于环境2可被气密封闭，从而其内部空间8在基材10处理过程中构成一个封闭的空间。为了将处理室20排空，设有多个真空泵29、29'。在每个处理室21、 21'内，各自被温度调节的气体在封闭的气体循环系统40、40'中循环，该气体循环系统由气体供给机构30、30'、各处理室21、21'的内部空间8、8'、抽排机构33、33'和再循环装置34、34'构成。在气体供给机构30、30'内设有包括马达38、38'的泵37、37"，它被连接至控制装置50并且可借此在气体供给机构30、30'中产生可控的或可调的气体流动。控制装置50也用于借助阀门44来控制在气体供给机构内的局部气体分配。虽然图I的原理草图为了清楚起见在处理室20内示出了气体供给机构30和 30'，其只位于基材10上方并因而仅对基材10的一面施以气体，但加热处理室21 (图2a) 的细节图示出了，气体供给机构30原则上在基材10上方和下方都具有出口孔32，因而可以实现从两面对基材10进行对流温度调节。为了调节经气体供给机构30、30'被送至基材10的气体的温度，图2a所示的气体循环系统40示出了电动的(电阻)加热装置41，借此将循环气体加热到期望的(例如可借助气体供给机构30内的热电偶46来測量)温度。 加热装置41的功率借助控制装置50来调整。作为加热装置41的替代(或者补充)，可以采用换热器42以便加热该加热处理室21内的气体，同样以便冷却冷却室21'内的气体。 在气体循环系统40中，还可以包含干燥装置43和/或过滤装置，用于干燥或者清洁循环气体。因此，在处理室20内的空气或者(工程)气体用作热载体，部分气流从处理室20的内部空间8被送出以便用エ艺技术处理该气体，并且在气体供给机构30内被改变(加热、冷却、除湿...)并且随后又被送入内部空间8。此外，气体循环系统可以与气体排出装置45 相连，可以根据需要将来自气体循环系统40的气体供给该气体排出装置。除了基材10借助气体供给机构30被对流加热外，基材的加热可以借助电磁辐射尤其是红外辐射来进行。为此，可以在加热处理室21内设有加热机构47，该加热机构如图 2a所示呈可被加热的石英杆形式。作为替代或者补充，热能例如能以(脉冲)电磁辐射形式通过窗被引入加热处理室21中。如果在加热处理室21内设有这样的加热机构47，则不仅借助辐射实现对基材10传热(因为有加热机构47)，而且通过对流进行对基材的传热(因为有气体)。为了将热辐射集中到基材上或者为了避免损伤室壁27，可以在处理室20的内部空间8内或者在室壁27上设置多个反射器。尤其是，可以给壁27的内表面涂覆ー种材料，该材料在加热机构47的波长范围内具有高的反射能力并因而作为反射器和热屏障。为了将可在工作中处于高温的加热处理室21与环境2热屏蔽开，图2a和2b的加热处理室21除了内室3 (真正的加热室)外还具有外室4，外室包围内室3并且用作内室3 的隔热屏罩。外室4是可借助泵5被抽空的真空室。作为补充或者替代，加热处理室21的壁27可以具有温度调节机构。温度调节机构尤其能以在壁27中延伸的(在图2a中在壁27的区域内示出)冷却通道或加热通道的通道系统7的形式构成，可以借此将壁保持在预定温度。因此，通道系统7将被加热或被冷却的处理室20内部空间8与环境或者外室4热隔绝开并且构成相对于环境的对内部空间的隔热屏罩。通道系统7构成用于液态冷却介质(例如油)的冷却循环或者加热循环的一部分，该液态冷却介质通过室壁内的通道7循环。装置I实现基材10 (或被选中的基材区域)在加热处理室21内以大于20度/秒的加热速度被很快速地一直加热到大约650°C的温度范围和基材10在与加热处理室21分隔开的冷却室21'内以大于20度/秒的冷却速度从大约650°C的温度范围被很快速地冷却至室温。加热以及冷却不仅可以如图I所示地在基材的一面上进行，而且可以如图2a和 2b所示地在基材的两面上进行。装置I或者说处理室20尤其适用于在生产透明的传导性氧化物层(TCOs)的过程中的基材热处理，就像在生产平面屏幕和太阳能电池时所采用的基材热处理。而且，装置I 适于用在具有由玻璃或石英构成的载体层的薄膜太阳能电池或薄膜太阳能模块的生产中， 在该载体层上要施加作为电极的Mo层和由铜铟联硒化物(CIS)或铜-铟-镓-硫硒化物 (CIGSSe)半导体构成的功能层。
权利要求
1.一种用于平面基材(10)的热处理的处理室(20，21，21')，具有用于在热处理过程中输送并存放该基材(10)的输送装置(25，25')和用于对流加热或对流冷却该基材(10) 的气体供给机构(30，30')，其中该气体供给机构(30，30')在靠近该基材(10)的区域内具有多个用于气体的出口孔(32，32')，其特征是，该处理室(20，21，21')具有用于有目的地抽排通过该气体供给机构(30，30')被送入该处理室(20，21，21')的气体的抽排机构(33，33')。
2.根据权利要求I所述的处理室(20，21)，其特征是，至少其中几个所述出口孔(32) 配有用于有目的地抽排从该出口孔(32)流出的气体的抽排罩(35)。
3.根据权利要求I或2所述的处理室(20，21，21')，其特征是，该气体供给机构(30， 30')包括具有多个对准该基材(10)的喷嘴部(31，31')的管状布气机构(36，36')，所述出口孔(32，32')设置在该喷嘴部的端头上。
4.根据权利要求3所述的处理室(20，21，21')，其特征是，该管状布气机构(36， 36')和/或所述喷嘴部(31，31')具有用于调整气体流动的可控阀门(44)。
5.根据权利要求3或4所述的处理室(20，21，21')，其特征是，该喷嘴部(31，3广) 的横截面(39)朝向该出口孔(32，32')方向縮小。
6.根据权利要求3至5之一所述的处理室(20，21)，其特征是，该基材(10)平放在该输送装置(25)上，该管状布气机构(36)几乎平行于基材表面(10)设置，所述喷嘴部(31) 近似垂直地从该管段(36)起朝向基材表面(10)突出，该抽排机构(33)呈细长的、沿管段(36)设置的抽排罩(35)的形式。
7.根据前述权利要求之一所述的处理室(20，21，21')，其特征是，该处理室(20，21， 21')在该基材(10)的热处理过程中构成封闭的腔室。
8.根据权利要求7所述的处理室(20，21，21')，其特征是，该气体供给机构(30， 30')构成ー个封闭的气体供应循环系统(40，40')的一部分。
9.根据前述权利要求之一所述的处理室(20，21，21')，其特征是，该气体供给机构 (30, 30 ^ )包括用于加热或冷却送至基材表面(10)的气体的换热器(42)。
10.根据前述权利要求之一所述的处理室(20，21，21')，其特征是，该气体供给机构 (30,30/ )包括至少ー个泵(37，37')。
11.根据前述权利要求之一所述的处理室(20，21，21')，其特征是，该气体供给机构 (30, 30 ^ )包括干燥装置(43)和/或过滤装置用于干燥或者清洁送至基材表面(10)的气体。
12.根据前述权利要求之一所述的处理室(20，21，21')，其特征是，该气体供给机构 (30, 30^ )包括用于控制控制泵(37)的功率和/或用于调整在管状布气机构(36，36') 和/或喷嘴部(31，31')内的气流的控制装置(50)。
13.根据前述权利要求之一所述的处理室(20，21，21')，其特征是，该处理室(20，21， 22)包括用于送入和送出该基材(10)的多个可封闭的开ロ(23a-23d)。
14.尤其是根据前述权利要求之一所述的处理室(20，21，21')，其特征是，该处理室 (20，21，21')具有隔热屏罩(4)。
15.根据权利要求14所述的处理室(20，21，21')，其特征是，该隔热屏罩以可气密封闭的外室(4)形式构成，该外室包围可气密封闭的内室(3)。
16.根据权利要求15所述的处理室(20，21，21')，其特征是，该隔热屏罩由设置在该处理室(20，21)的壁(27)的区域内的温度调节机构构成。
17.根据权利要求16所述的处理室(20，21，21')，其特征是，该温度调节机构由冷却通道或者加热通道的系统(7)构成。
18.根据权利要求16或17所述的处理室(20，21，21')，其特征是，该温度调节机构构成加热循环系统或冷却循环系统的一部分，液态温度调节介质在该加热循环系统或冷却循环系统中循环。
19.根据前述权利要求之一所述的处理室(20，21')，其特征是，该处理室是冷却室 {21')。
20.根据前述权利要求之一所述的处理室(20，21)，其特征是，该处理室是加热处理室(21)。
21.根据权利要求20所述的处理室(20，21)，其特征是，该气体供给机构(30)包括用于加热气体的电动加热装置(41)。
22.根据权利要求20或21所述的处理室(20，21)，其特征是，在该处理室(20，21)的内部空间(8)中设有用于释放出热能的加热机构(47)。
23.根据前述权利要求之一所述的处理室(20，21，21')，其特征是，该处理室(21)的内壁至少局部由反射的材料(9)构成。
24.ー种用于基材(10)的热处理的装置(I)，具有根据权利要求I至24之一所述的加热处理室(21)和/或冷却室(21')。
25.一种用于在处理室(20，21，21')内热处理平面基材(10)的方法，其中借助输送装置(25，25')在热处理过程中进行该基材(10)的输送和存放，并且借助气体供给机构 (30，30")进行该基材(10)的对流加热或对流冷却，其中该气体供给机构(30，30')在靠近该基材(10)的区域中具有多个用于气体的出口孔(32，32')，其特征是，借助抽排机构 (33，33')进行通过该气体供给机构(30，30')被送入该处理室(20，21，21')的气体的有目的地抽排。
全文摘要
本发明涉及用于平面基材(10)的热处理的处理室(20，21，21′)。处理室(20，21，21′)包括用于在热处理过程中输送和存放基材(10)的输送装置(25，25′)和用于对流加热或对流冷却该基材(10)的气体供给机构(30，30′)。气体供给机构(30，30′)具有多个出口孔(32，32′)，温度经过调节的气体通过该出口孔被送至基材(10)。而且，在处理室(20，21，21′)内设有抽排机构(33，33′)，可通过该抽排机构有目的地抽排经气体供给机构(30，30′)被送入处理室(20，21，21′)的气体。处理室能以加热处理室(21)或冷却室(21′)的形式构成。
文档编号C03B27/044GK102612631SQ201080035899
公开日2012年7月25日 申请日期2010年8月12日 优先权日2009年8月14日
发明者E·诺瓦克, J·特鲁布 申请人:莱博德光学有限责任公司