专利名称：用于在处理腔中对物体进行退火的装置和方法
技术领域：
本发明涉及一种按权利要求1前序部分所述的用于对物体进行退火的装置和一种按权利要求13前序部分所述的用于对物体进行退火的方法。
背景技术：
退火方法以多种多样的方式用在物体上，用于比如在薄膜太阳能电池上调节特定的化学的和/或物理的特性。因此基于黄铜矿半导体(比如Cdr^e2，简称“CIS”)的太阳能模块属于用于成本显著更加有利的太阳能发电设备的前景极为广阔的竞争产品。这样的薄膜太阳能模块作为主要的组成部分至少具有基片(比如玻璃、陶瓷、金属薄膜或塑料薄膜)、第一电极(比如 Mo或者金属氮化物)、吸收层(比如Cuhk2或者更为一般的(Ag、Cu) (In.Ga.Al) (Se、S)2)、 正面电极(比如ZnO或者SnO2)以及封装和覆盖材料(比如EVA/玻璃或者PVB/玻璃，其中 EVA代表乙烯-醋酸乙烯共聚物并且PVB代表聚乙烯醇缩丁醛)，其中下面相应地注明用于特定的元素的化学符号，比如“Mo”代表钼或者“Se”代表硒。其它的层比如处于玻璃与钼之间的碱阻挡层或者吸收器与窗层之间的缓冲层可以用于提高效率和/或长期稳定性。典型的薄膜太阳能模块的另一个重要的组成部分是集成的串联线路，所述串联线路由单个太阳能电池构成串联连接的链并且由此能够实现更高的工作电压。半导体吸收层(比如CIS)的制造需要最高的过程温度，要求过程气氛和温度的最为精确的控制并且因此被看作是整个用于制造CIS太阳能模块的过程顺序的要求最高的和最昂贵的部分。为此以往使用不同的方法，所述方法主要可以划分为两类a)单阶段方法(比如共汽化)和b)双阶段方法。单阶段方法的典型特征是在高温下同时对所有单个元件进行涂覆并且形成晶体。 这不仅对过程控制比如层成分的同时控制、掺杂(通过钠)、晶体生长、玻璃弯曲、大面积的均勻性的保持来说而且对于设备技术比如用于具有高熔点的铜和用于腐蚀性的硒的汽化工艺、在高真空中的过程处理、玻璃加热的均勻性、高产量以及设备可用性也就是说颗粒产生的控制等等来说都导致很大的部分对立的挑战。由此使成本足够有利的且足够可靠的制造过程的实现变得困难。对于所述双阶段方法来说，将涂覆和形成晶体分开。在先前几乎以室温对金属成分(所谓的先驱层比如Cu和h)以及必要时对义进行涂覆之后，以高达600°C的温度在一个或者多个与涂覆分开的过程腔中形成涂层。涂覆部分能够近似以室温用传统的和经过验证的PVD过程快速地并且以有利的成本来实现，而用于热处理的第二过程部分则通常要求专用设备。为制造高质量的黄铜矿半导体，这些专用设备必须设计用于对巨大的经过涂覆的基片进行均勻而快速的加热或者冷却、保证硫族元素( 和/或幻的足够高的能够控制的且能够再现的分压、确保无氧气且无水蒸汽的并且颗粒少的过程气氛。此外，在此应该产生微小的保养开销和很高的设备可用性，并且应该保证挥发性的成分的尽可能少的冷凝或者因％或S化合物引起的腐蚀，并且防止环境受到有毒的过程成分和过程材料的影响。最后，投资成本应该很少。历史上第一种用来构建太阳能模块制造的双阶段过程比如按照US 4，798，660用经过溅射的处于玻璃基片上的由Cu、( 和h构成的先驱层(VorlSuferschicht)来开始。随后在管式炉中，使这些基片的包(“批次”)在由在过程的第一阶段中)和 H2S(在第二阶段中)构成的气氛中经受起反应的退火及晶体形成过程(这种过程的第一种形式首次在 D. Tarrent、J. Ermer,Proc. 23rd IEEE PVSC(1993)第 372-378 页中得到说明)。 尽管由此制造了商业上第一批黄铜矿太阳能模块，但是对于将来的要求来说由此制造的半导体层的均勻性必须得到改进并且由此太阳能模块的效率必须得到提高。此外，这种方案很难在批量生产上实现。在大的太阳能模块表面上的在世界范围内最高的效率同样用双阶段过程来实现， 不过在该双阶段过程中作为先驱层不仅将Ciufe1和h而且也将％以元素的形式用PVD方法沉积在基片上并且随后使其在快速的退火过程中(部分地在添加含S的过程气体的情况下)进行反应。基础的方法组成部分比如在EP 0 662 基础的关于RTP (“快速热处理 (rapid thermal processing"))硒化的专利)中得到说明。在这方面重要的是a)基片的快速加热和b)降低到最低限度的过程室，所述过程室防止挥发性的硫族元素成分( 和/ 或S)及其与金属成分的挥发性的反应产物的损失。容积最小化的反应容器的方案的实用的设计方案和改进方案以及基于此的制造设备的构造比如在EP 1 258 043(硒化盒)和WO 01/29901 A2(硒化设备的腔构造)中得到说明。尽管用两种最后提到的已知的方案能够进行太阳能模块制造，但是这种方案很难套用到具有更高的产量的更大的腔上并且由此使必要地进一步降低这些制造设备的成本变得困难。
发明内容
因此，本发明的任务是，提供用于对物体进行退火的一种装置和一种方法，所述装置和方法克服已知的炉子方案的上面提到的缺点，其中尤其应该在投资成本尽可能少的同时实现退火的高的可再现性和高的产量，从而在总体上可以以更有利的成本实现退火过程。该任务按本发明用按权利要求1的装置和按权利要求13的方法得到解决。有利的改进方案相应地在从属权利要求中得到说明。事实令人惊讶地表明，上面所说明的任务可以通过以下方式来解决，即仅仅在退火腔本身内部建立相对于处理腔的腔室降低到最低限度的过程室而不是比如象在EP 1 258 043中所说明的一样在将物体放入退火腔中之前就已经建立所述过程室。因而在此涉及物体的至少有待退火的部分的仅仅暂时的圈围(Einhausimg)。这个在退火过程中的暂时的圈围不仅对所定义的过程控制(比如硫族元素成分的分压的获得)来说很重要，而且也降低了反应腔在腐蚀性的过程气体或者气态的腐蚀性的反应产物下面的曝露程度。通过所述暂时的圈围，一方面避免封闭的过程盒的使用，对于每个单个的物体或者说一系列物体来说应该在将物体导入退火腔中之前设置所述过程盒。由此一方面降低成本并且另一方面提高可再现性，因为甚至在最为精确地制造过程盒时也存在常见的制造公差并且过程盒在很长时间里由于过程影响也会稍许发生不同的变化，由此在总体上无法保证精确地相一致的过程室。另一方面暂时的圈围的使用允许比在过程盒中更为有效地对基片进行冷却，因为在使用永久的过程盒时由于对流降低而无法实现物体的快速冷却。为避免物体的弯曲，尤其必须对物体的两侧进行均勻的冷却。这对于永久的过程盒来说在冷却范围内只能以很小的机率来做到。对于暂时的过程盒来说，在冷却范围内直接对物体上侧面和物体的支座或者说物体下侧面进行冷却，从而能够获得明显更高的冷却率。按本发明的装置和按本发明的方法完全可以普遍地并且原则上为了对物体尤其大面积的经过涂覆的基片进行热处理而在惰性气体或反应气体气氛中在近似正常压力条件下使用。所述装置和方法能够在气态的成分的所定义的分压下实现快速的退火并且即使在长时间使用时也避免处理腔材料的腐蚀。按本发明的用于对至少一个物体尤其对具有至少两个层的多层体进行退火的装置具有带有腔室的处理腔、至少一个能源和过程罩，所述过程罩定义了过程室，所述物体能够至少部分地布置在所述过程室中，其中所述过程罩相对于腔室的容积降低了过程室的容积，在所述过程室中对物体的至少一部分进行退火。在此所述过程罩至少构造为静止地布置在处理腔中的盖板。过程室与腔室之间的气体交换因此相对于设计得更大的过程室或者说相对于无过程罩的过程室明显降低。这一点在关于过程室的大小基本上在过程室与腔室之间不进行气体交换的特定的前提下也是可能的。所述盖板要么可以构造为单独地布置在处理腔中的元件要么可以构造为处理腔的一个或者多个壁体的形式。“静止的”在这方面仅仅意味着，所述过程罩在对不同的物体进行彼此先后相随的退火过程中留在处理腔中并且仅仅为了保养或者说维修措施才取出。 不过所述过程罩在此可以构造为能够在处理腔中运动，尤其对于连续式设备来说可以构造为可以沿垂直于物体输送方向的方向运动，不过所述过程罩不一定是这样的结构，也就是说物体以特定的间距布置在过程罩下方也就足够了，因为由此过程室相对于腔室减小了。所述过程室的容积主要由物体的面积(比如玻璃基片)或者基片支座的面积和盖板在基片上方的高度也就是说基片上侧面与盖板下侧面之间的间距所确定。所述间距应该小于50mm，优选小于10mm。实际上可能需要最小的间距，如果所述盖板不得接触物体并且物体具有不平度或者比如象玻璃基片一样通过加热而弯曲。因此在实际上Imm到8mm的间距可能是有利的。还更小的间距可能对薄膜基片或者很薄的玻璃片是有利的。优选如此构成所述装置，使得所述盖板与物体之间的间距能够调节，其中所述盖板优选以能够移动的方式布置在处理腔中。因此一方面可以为不同的物体提供不同的过程室并且另一方面可以在退火过程中按阶段地调整过程室。在一种有利的设计方案中，设置了间隔垫片用于保持盖板与物体之间的最小的间距，其中所述至少一个间隔垫片优选构造为环绕的框架并且尤其构造用于安放在物体上或者安放在用于物体的支座上并且就这样明显减少过程室与腔室之间的气体交换或者说相对于腔室基本上对过程室进行密封。所述间隔垫片也可以是所述支座的固定的组成部分，使得盖板安放在所述框架上并且就这样明显减少过程室与腔室之间的气体交换。对于本发明来说不必在过程室与腔室之间存在完全的密封。在过程室与腔室之间必须构成气体交换阻挡层或者压力平衡阻挡结构，所述气体交换阻挡层或者压力平衡阻挡结构防止汽化的层成分、过程气体或者说过程反应气体相对于全部的过程气体量或者说过程反应气体量以不受控制的量溢流到腔室中。在最简单的设计方案中，对于大的基片来说所述盖板与基片或者支座之间的非常小的间距已经形成气体交换阻挡层，该气体交换阻挡层尤其在自由的行程长度很小时(比如通过近似标准压力下的过程处理)明显地减少挥发性的成分从过程室中的流出。不过，当然可以设置特殊的密封措施，这些特殊的密封措施如密封的框架构成压力平衡阻挡结构，用于甚至在过程室中的总压力暂时大于腔室中的压力时也在很大程度上或者完全阻止气体交换。至少必须如此构成所述压力平衡阻挡结构或者气体交换阻挡层，使得通过汽化和向外扩散从过程室中溢出的硫族元素成分(S、Se)的质量损失小于50%，优选小于20%并且在最佳情况下小于10%。更小的损失可以通过更高的供应来得到补偿。更大的损失在材料成本方面以及在通过腐蚀性的硫族元素或其化合物给腔室造成的负荷方面也是不利的。优选所述盖板具有环绕的框架，如此设计该框架的尺寸，使得物体或者支撑着物体的支座能够在侧面被包裹，其中所述框架优选以能够相对于物体或者支座在侧面移动的方式来布置(也就是说比如在将盖板垂直布置在物体上方时所述框架能够在外面在物体或者说支座的外侧旁边运动)。由此实现这一点，即所述盖板与物体表面之间的间距能够灵活地调节并且由此退火过程能够关于物体及其所期望的化学的和/或物理的特性以指定的方式来调节。这个框架对更大的物体或者说支座来说也可以同时用作间隔垫片。也可以取代这样的构造为能够在侧面在物体或其支座旁边移动的框架而设置构造为间隔垫片的框架，该框架构造为能够关于盖板移动。而后所述盖板与物体表面之间的间距尽管间隔垫片基本上安放在物体或其支座的表面上也能够以指定方式来调节。优选所述过程罩和物体或者支座构成气体交换阻挡层，该气体交换阻挡层如此减少所述过程室与腔室之间的气体交换，使得物体的在加热过程中汽化的材料成分的质量损失小于50%，优选小于20%并且在理想情况下低于10%。在另一种优选的实施方式中，所述通过过程罩和物体或支座形成的过程室相对于腔室构成压力平衡阻挡结构。此外优选如此构成所述过程罩和物体或支座，使得所述通过过程罩和物体或支座形成的过程室基本上得到气密的密封。这可以说，关于过程室的大小基本上没有在过程室与腔室之间进行气体交换。在另一种有利的设计方案中，所述过程罩具有基本上环绕的区域，该区域至少与进气口和/或出气口相连接并且关于气体穿流方向布置在过程室与腔室之间。由此通过借助于流入的惰性气体来提供低压或者过压，可以进一步降低过程气体或者过程反应气体溢流到腔室中。有利的是，所述过程罩具有至少一个进气口和/或至少一个出气口，其中所述过程罩优选具有构造为二维的气体分配器。通过进气和排气，可以以指定的方式调节过程气体或者说过程反应气体中的特定的成分的分压。利用所述构造为二维的气体分配器， 可以特别均勻地调节分压。构造为二维的进气口尤其建议用于一些过程或者部分过程阶段，在所述过程或部分过程阶段中来自起始层的气态的成分或其反应产物的损失不太严重，因为否则用于气体穿流的孔又会提高这些来自过程室的气态的成分或者反应产物的损失。有利的是，通过静止的过程罩与进气口或者说出气口的组合来实现这一点，即不需要在 W001/09961 A2中要求的和示出的耦合手段，由此一方面改进了装置的耐用性并且另一方面也改进了退火的可再现性。所述气态的成分的分压一方面通过温度和所提供的材料量并且另一方面通过来自过程室的气态的成分的损失来确定。总损失通过在给定总压力和温度的情况下气态的成分的自由的行程长度和几何的边界条件来确定，也就是说通过过程室相对于物体的高度、 物体的大小和过程室相对于气体溢流的密封性以及腔室来确定。因此通过过程参数的选择以及物体的圈围的尺寸设计及结构，可以更好地控制重要的对过程来说关系重大的气态的成分的分压(比如在制造CIS太阳能电池时硫族元素成分义和S的分压)。尤其可以通过气体室的最小化来实现这一点，即在过程中产生的液相还可以与其蒸汽压力之间处于热平衡中并且没有完全汽化到反应腔的大得多的容积中。本发明包括所有的设计方案，在这些设计方案中所述通过过程罩形成的过程室与所述腔室之间的气体交换明显降低。但是，额外的在过程之前或者过程中进入的过程气体(如氮气、硫化氢)有时候会通过剩余的缝隙也以很大的量从过程室中流出，如果总压力通过加热和退火上升超过腔室的总压力。一种真正气密的设计方案仅仅是这里示出的设计方案中的一种可能的设计方案。对于所有按本发明的设计方案来说，重要的是，减少仅仅在加热过程中部分汽化的层成分(比如％和S) 的损失。其质量损失应该小于20%。优选所述能源布置在反应室的外部并且优选构造为用于电磁辐射的辐射源并且尤其构造为一个单个的辐射源或者构造为由多个点状的辐射源构成的排列，其中所述辐射源优选设有处于背向辐射源的反应腔的一侧的反射器。加热元件(包括可选的反射器)的向外移动允许在运转的运行状态中更为快速地更换有故障的加热元件，能够使用更为有效的并且更为成本有利的反射器，所述反射器不会与腐蚀性的过程气体相接触并且由此也不会腐蚀(比如金属反射器，经过冷却的反射器)。此外有时候在使用大量点式加热元件时尽管单个的点式加热元件失灵也可以在总体上还保证物体的足够均勻的退火时继续进行退火。此外优选的是，所述过程罩构造为对电磁辐射来说至少部分透明的并且/或者处理腔的至少一个壁体至少局部地构造为对电磁辐射来说至少部分透明的，其中优选构造为对电磁辐射来说至少部分透明的分段接纳在支撑框架中。而后能源的能量可以直接通过热辐射来起作用，其中能源要么可以布置在处理腔的内部要么可以布置在处理腔的外部。有利的是，所述处理腔的至少一个壁体设有涂层和/或衬层，所述涂层和/或衬层基本上阻止腔壁被腐蚀性的气体和蒸汽所覆盖或者所述腐蚀性的气体和蒸汽对腔壁的影响，其中所述腔壁优选如此构造为能够加热的，从而基本上阻止挥发性的成分覆盖腔壁。由此能够在很长时间里基本上在没有保养时间的情况下实现处理腔的运行。此外优选的是，所述处理腔设计用于同时对两个或者更多个物体进行退火，其中要么设置了共同的过程罩要么为每个物体设置自己的过程罩。此外，可以沿物体的输送方向先后布置至少两个用于进行退火的处理腔并且/或者可以设置至少一个用于对物体进行冷却的机构，其中所述冷却机构优选布置在独立于处理腔的冷却腔中。为一种用于在具有腔室的处理腔中尤其在使用按本发明的用于进行退火的装置的情况下对至少一个物体尤其对具有至少两个层的多层体进行退火的方法要求独立的保护，其中将物体置于所述处理腔中并且使其至少局部地暴露在能源下，其中在所述处理腔中至少局部地围绕着所述物体布置了比腔室小的过程室。在此所述过程室仅仅构造在所述处理腔的内部。也就是说，不使用任何能够从外面向处理腔输送物体的过程盒，而是仅仅在所述处理腔的内部至少部分地对物体进行圈围并且所述用于进行圈围的器件在将物体送入到处理腔中之前以及在将物体从处理腔中取出之后留在处理腔中。有利的是，在此如此调节所述过程室，使得该过程室在实体上与腔室至少通过压力平衡阻挡结构限界。过程室与腔室之间的气体交换明显降低，必要时关于过程室的大小基本上没有在过程室与腔室之间进行气体交换。对于这种方法来说，如从WO 01/29901 A2中公开的一样，用于腔室的扫气用气体的使用和用于产生缝隙逆流扫气的指定的压力梯度的调节是有利的，为此通过援引将WO 01/29901 A2的与此有关的内容完全纳入到本发明中。由此有效地防止气体从过程室溢流到腔室中。为此而后有必要提供将过程室包围的缓冲室，所述缓冲室沿气体穿流方向布置在腔室与过程室之间，其中所述缓冲室与出气口相连接，所述出气口将气体直接从处理腔中排出，也就是说从缓冲室中排出的气体没有流入到腔室中。
下面借助于一些实施例结合附图对本发明的特征及优点进行详细说明。其中图1是按本发明的装置的第一实施方式的横截面，图2是按图1的实施方式的俯视图，图3是按图1的过程罩的详细的视图，图4是所述过程罩的第一替代设计方案，图5是所述过程罩的第二替代设计方案，图6是所述过程罩的第三替代设计方案，图7是所述过程罩的第四替代设计方案，图8是按本发明的装置连同冷却段的部分视图，图9是用于按本发明的装置的输送机构，图10是第一总设备的示意图，按本发明的装置集成在该第一总设备中，并且图11是第二总设备的示意图，按本发明的装置集成在该第二总设备中。下面为同样的或者说相同的特征使用同样的或者相同的附图标记。
具体实施例方式在图1到3中纯示意性地示出了按本发明的装置1的优选的第一设计方案，该装置1适合于对大面积的基片2进行退火。可以看出，所述装置1具有处理腔3，该处理腔3 则具有腔壁4、5、6、7和进口门8以及对置的出口门9。为输送基片2，设置了输送机构(未示出)，该输送机构在使用或者不使用用于基片2的支座的情况下工作并且可以通过门8、9 将所述基片2输送穿过处理腔3。在所述处理腔3的上方和下方以矩阵方式布置了多个用于电磁辐射的点状的辐射源10。为了允许辐射通过，所述处理腔3的腔盖4和腔底5至少局部地构造为至少部分透明的，用于能够使能量均勻地作用于基片2。在所述处理腔3的内部设置了过程罩11，该过程罩11具有允许电磁辐射通过的或者至少部分通过的盖板12和构造为框架状的间隔垫片13，如此设计该间隔垫片13的尺寸，使得其在基片2定位在过程罩11下面时可以安放在具有基片涂层15的基片2的外缘 14上。所述过程罩11以能够相对于基片2垂直移动的方式来布置并且在其与基片2之间定义了过程室16，该过程室16在很大程度上相对于腔室17得到密封，从而在退火过程中与包含在过程室16中的过程气体和过程反应气体相比几乎没有气体溢出到腔室17中。所述过程室16的高度，也就是说盖板12与经过涂覆的基片2之间的间距可以通过所述盖板12 相对于基片2的垂直运动来调节。原则上也可以设想所述基片2从下面朝过程罩11垂直地运动。所绘出的双箭头显示出相应的部件的可运动性。在按图4的过程罩Ila的第一替代设计方案中，该过程罩Ila的盖板12a与所述间隔垫片框架13a —起具有一种尺寸，使得过程罩Ila在以最小的程度接近时不是安放在基片2的基片涂层15上，而是安放在基片支座18上并且由此基本上使过程室16a相对于腔室17a密封。在按图5的过程罩lib的第二替代设计方案中，这个过程罩lib仅仅具有盖板 12b，该盖板12b至少拥有和基片2相同的尺寸。为了基本上使过程室16b相对于腔室17b 密封，所述过程室16b具有比侧向伸长小的高度。由此在所述基片2的外缘19上存在的处于基片涂层15与盖板12b的外缘21之间的缝隙20作为压力阻挡结构或者说气体交换阻挡层起作用，由此相对于整个过程室16b仅仅很少的气体会从该过程室16b溢出到腔室17b 中。不过，所述盖板12b不必构造为与基片2的表面平行，而是也可以具有其它的走向比如弧形的走向。也可以相应地对所述盖板12b的内部的表面的这种走向进行调整用于使退火过程优化。在退火过程的特定的阶段中，所述盖板12、lh、12b与基片之间的间距在按图3到图5的实施变型方案中相对于基片2的侧向尺寸应该很小。所述盖板12、12a、12b、所述过程室16、16a、16b的高度和所述可选的框架13减少气态的成分不受阻拦地在经过涂覆的基片2与盖板12、lh、12b之间从过程室16、16a、16b中流出。所述气态的成分在此可以是在过程之前或者过程中所输送的过程气体(比如H2S、Hje、k蒸气或S蒸汽、H2、N2、He或Ar) 或者经过涂覆的基片的气态的成分和反应产物。在Cu-In-Ga-k先驱层的特殊的情况下， 可以比如是％蒸汽或S蒸汽、气态的二元的硒化物、N2, H2S或Hje。在按图6的过程罩Ilc的第三替代设计方案中，该过程罩Ilc由玻璃容器22构成，该玻璃容器22具有用于输送过程气体的进气孔和出气孔23、24。此外，所述过程罩Ilc 具有环绕的设有接头26的通道25，所述接头沈沿气体穿流方向布置在所述过程室16c与腔室17c之间。气体穿流方向在这里仅仅是指过程室16c与腔室17c之间的可能的气体溢流，所述气体溢流不一定进行，但是如果进行气体溢流，那就只能通过通道25来进行。在给通道抽真空时(低压或者真空)，可以通过所述接头沈密封地将该通道25吸取到基片支座18或者基片2 (未示出)上。由此在过程罩Ilc与基片支座18之间实现对基片的最佳的气体圈围(Gaseinhausimg)并且减少、在理想情况下阻止腔室17c被过程气体和反应气体所污染。通过过程罩Ilc中的输送通道23来输送过程气体并且通过排气通道M来排出所输送的或者所产生的气体混合物。气体利用的效率通过这种布置相对于完全充填着过程气体的处理腔1得到明显提高并且由此相对于传统的处理腔实现了生产成本的降低。与EPl 258 043相反，在这里进一步减少腔室的污染并且将所述腔室的扫气和后处理技术的必要的规模降低到最低限度。
也可以取代对通道25抽真空，而通过所输送的惰性气体也将该通道25置于轻微的过压之下。通过可能的空隙溢流到过程室16c中的惰性气体减少了进入到腔室17c中的过程气体的扩散损失。部分透明的盖板12、1加、12b、12c的使用允许用受控制的从上面以及从下面馈入到经过涂履的玻璃基片2中的能量来对按EP 1 258043的加热过程进行过程控制。如果使用基片支座比如基片支座板18，那么该基片支座板18可以是部分透明的或者是完全吸收性的。所述过程罩Ild也可以配备按图7的二维的过程气体分配器27，其中在此示出了该过程罩Ild处于相对于基片支座18d还没有封闭的位置中。为此所述半透明的盖板12d 构造为双壁的。下面的盖板观包含用于在大的基片2上快速地均勻地分布气体的小的孔四。在此将气体从过程罩Ild的侧面30、31导入到所述两块盖板观、33之间的中间空隙32 中。在此借助于箭头纯示意性地示出了气流。所述中间空隙32中的侧向的气体分布由于所述两块盖板观、33之间的优选能够自由选择的间距而可以很快地得到实施。而后通过所述下面的盖板观中的小的孔四的二维的网络来保证将气体分布到基片2上。盖板间距的自由的可选择性可以通过能够在过程罩Ild的内部相对于上面的盖板33移动的下面的盖板观来实现。作为替代方案或者补充方案，当然也可以为排气而设置二维的气体分配器。与EP 1 258 043相反，通过按本发明的过程罩ll、lla、llb、llc、lld实现的暂时的圈围的使用允许对基片2进行更为有效的冷却。换而言之，在使用永久的过程盒时，由于在过程盒内部对流减少而不能实现基片2的快速冷却。为避免基片2的弯曲，尤其必须均勻地对基片2的两侧进行冷却。这对于永久的过程盒来说在冷却范围内只能以很小的机率来做到。在这里的方案中，可以通过经过退火的冷却板和/或强制的对流冷却的使用来对基片2进行均勻而快速的冷却。后一种情况在图8中示出，在图8中在冷却腔34的内部在此前经过退火的基片2的下方和上方布置了许多单个的对流冷却器35。当然这些对流冷却器35也可以布置在用于进行退火的处理腔1的内部，但是优选使用自己的冷却腔34。此外，通过所述只能垂直地运动的但是固定地安装在设备中的过程罩ll、lla、 llb、llc、lld可以比通过大量单独的通过常见的制造公差而稍许不同的过程盒保证更可靠的定义的过程环境。外部的点式加热源10的示范性地在图1中示出的运用并非强制必要。对于有些应用来说，也同样可以有利地使用线形加热元件。这些线形加热元件10-如这里为点式光源10所提出的一样-可以布置在处理腔1的外部。同样地，具有内部的线形加热器的常规的装置与这里所介绍的过程罩ll、lla、llb、llc、lld相兼容。同样可以取代一体制造的大面积的对于电磁辐射来说透明的腔壁4、5、6、7，这些腔壁4、5、6、7也可以由透明的分段组成。在这里所说明的具有外部的加热元件10的腔结构上，重要的是透明的与不透明的腔壁件4、5、6、7的密封。由此保证被有毒的气体充填的过程室17、17a、17b、17c、17d相对于腔室16、16a、16b、16c、16d得到气密的密封。相反，可以在过程开始时并且而后在过程持续时间里通过用惰性气体(比如N2)进行的扫气过程来将氧气和水蒸汽水平降低到最低限度。真正有待处理的基片2放在基片支座板(或托板)18上并且通过设备1来一同输送，所述基片支座板(或托板)18的使用可以从所选择的基片输送的实施方式中产生。较大的基片2在加热过程中无论如何需要机械的支撑18，因为通过基片比如玻璃的自重引起的弯曲在直至玻璃软化温度附近的整个加热过程之后在随后的冷却过程中会冻结成永久的基片弯曲。但是，从下面对基片2的机械支撑不得妨碍从下面进行的均勻的加热。但是基片支座板18对用于检查分压的按本发明的过程罩ll、lla、llb、llc、lld来说并非强制必要并且对按EP 1 258043的加热过程来说也并非强制必要。在图9中绘出了按本发明的用于按本发明的装置1中的处理腔3的输送机构36。 该输送机构36以规则的间距具有安置在侧面的辊子37，所述辊子37支撑着基片支座18或者说基片2本身(未示出)，使得其可以输送通过所述装置。下面可选的未示出的特征可以用于获得进一步的有利的改进1、处于背向腔的一侧上的用于辐射加热器10的金属的反射器。2、所述腔室16、16a、16b、16c、16d的衬层和涂层，所述衬层和涂层阻止被腐蚀性的气体和蒸汽覆盖或腐蚀。3、加热到中等的温度的腔壁4、5、6、7，所述腔壁4、5、6、7防止被挥发性的成分覆盖。4、多个相同的或者类似的具有所示出的结构的处理腔3的先后连接，其中在部分过程时间之后又继续将有待处理的基片2快速推移到下一个腔3中。5、将两个或者更多个基片2并排或者先后送入到处理腔3中，为此在大的腔室中并排地要么实现一个大的过程罩ll、lla、llb、llc、lld要么实现多个小的过程罩ll、lla、 llb、llc、lld。建议在一个大的或者多个较小的过程罩ll、lla、llb、llc、lld下面同时并排地或者先后送入多个基片2，如果每个总设备应该达到特定的节拍时间，但是所述过程不允许在特定的加热阶段内打开过程罩ll、lla、llb、llc、lld。6、连接在后面的冷却腔34或者冷却段用于对经过过程处理的基片2进行冷却。7、按WO 01/29901 A2的用于扫气用气体放入和压力梯度的装置。8、连接在前面的真空送入腔和连接在后面的真空送出腔，用于能够在不中断纯粹的过程条件(比如02/H20浓度)的情况下半连续地送入新的基片2并且送出处理完毕的基片2。下面给出一种用于按本发明的工艺流程的实施例。在此先后进行以下步骤1、通过一个或者多个送入腔来将基片2 (带有或者不带托板18)送入到处理腔3 中。2、通过用泵抽吸和/或扫气来建立必要的环境气氛。3、将基片2定位在第一过程罩11的下面。4、降下过程罩11，用于在基片2的经过涂覆的表面15上方建立过程室17。5、必要时让反应气体混合物进入到过程室17中。6、通过辐射源10用所期望的温度参数和过程气体参数来对基片2进行加热。7、提升过程罩11并且继续输送基片2 (带有或者不带托板18)，其中也可以同时并行地或者先后送入两个或者更多个基片2。8、必要时在重复步骤3到7以及必要时重复先前的步骤2的情况下如在步骤7中表示的一样继续输送到另一个处理腔3中。
9、将经过涂覆的基片2在没有圈围的情况下输送到冷却段或者一个或多个冷却腔34中。10、将经过涂覆的基片2通过送出腔送出。11、对基片2进行后冷却直到所期望的最终温度。在图10和11中纯示意性地示出了总设备40、50的两种实施方式，在所述总设备 40,50中集成了按本发明的装置1。在此，按图10的总设备40具有操作区域41，该操作区域41形成先前的与接下来的过程步骤之间以及相对于过程段的接口。入口门/入口闸门 42设置用于建立必要的环境气氛/过程气氛。所述处理腔3用于实施按本发明的退火过程。冷却腔34用于对带有或者不带托板18的基片2进行冷却。借助于出口门/出口闸门 43来建立必要的环境气氛/过程气氛。最后设置了横向/反向输送段44，该横向/反向输送段44用于将基片2或者说基片2及托板18返回输送到操作区域41中并且对带有或者不带托板18的基片2进行冷却。在此比如在将设备40与相应的先前的或者接下来的设备 (未示出)相连接时可以部分地或者完全省去各个区域41、42、34、43或者44。在建立在所述过程罩l、lla、llb、llc、lld的所说明的方案的基础上的总设备50 的在图11中所示出的另一种实施方式中，由所述处理腔3以及可选的冷却腔34组成的平行的过程段51、51’、51”构造用于直接在退火过程结束之后进行冷却，并且从两侧通过转移腔52、52’来加载和卸载。这种布置的优点是模块化，也就是说如可以借助于阴影线的区域看出的一样这种布置可以通过加长模块53、53’、53”来扩展其它的过程段。此外，又设置了入口门/入口闸门讨和出口门/出口闸门55，其中在所述过程段51、51，、51”与出口门/ 出口闸门55之间布置了另外的转移腔52”和额外的冷却隧道56。从上述的示意图中已经可以清楚地看出，提供用于对物体进行退火的一种装置和一种方法，所述装置和方法克服以往已知的退火的缺点，其中在投资成本低的同时尤其实现了退火的高的可再现性和高的产量，从而在总体上以非常有利的成本实现退火的过程。
权利要求
1.用于对至少一个物体尤其对具有至少两个层0、15)的多层体进行退火的装置(1)， 具有带有腔室(17)的处理腔(3)、至少一个能源(10)和过程罩(11)，所述过程罩(11)定义了过程室(16)，所述物体0、1幻能够至少部分地布置在该过程室(16)中，其中，所述过程罩(11)相对于所述腔室(17)的容积减少了所述过程室(16)的容积，在所述过程室(16) 中对所述物体0、15)的至少一部分进行退火，其特征在于，所述过程罩(11)至少构造为静止地布置在所述处理腔(3)中的盖板(12)。
2.按权利要求1所述的装置(1)，其特征在于，构造所述装置，从而能够调节所述盖板(12)与所述物体0、1幻之间的间距，其中，所述盖板(1 优选以能够移动的方式布置在所述处理腔(3)中。
3.按权利要求1或2所述的装置(1)，其特征在于，所述物体0、1幻的上侧面与所述盖板(12)的下侧面之间的间距小于50mm，优选小于10mm。
4.按前述权利要求中任一项所述的装置(1)，其特征在于，设置了至少一个间隔垫片(13)，用于保持盖板(12)与物体0、15)之间的最小的间距，其中，所述至少一个间隔垫片优选构造为环绕的框架(13)并且尤其构造用于安放在所述物体O、15)上或者安放在用于所述物体(2、15)的支座(18)上。
5.按前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述盖板具有环绕的框架，在此如此设计该框架的尺寸，使得所述物体或者支撑着所述物体的支座能够被该框架所包裹， 其中，所述框架尤其以能够相对于所述物体或者所述支座侧向移动的方式来布置。
6.按前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述过程罩和所述物体O、15) 或所述支座(18)构成气体交换阻挡层，该气体交换阻挡层减少所述过程室与所述腔室之间的气体交换，使得所述物体的在加热过程中汽化的材料成分的质量损失小于50%，优选小于20%，并且在理想情况下低于10%。
7.按前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述通过过程罩和物体O、15) 或支座(18)形成的过程室构成相对于腔室的压力平衡阻挡结构。
8.按前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，构造所述过程罩和所述物体或者所述支座，使得所述由过程罩和物体0、1幻或支座(18)形成的过程室基本上得到气密的密封。
9.按前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述过程罩0 具有基本上环绕的区域(25)，该区域05)至少与进气口和/或出气口 06)相连接并且关于气体穿流方向布置在所述过程室(16c)与所述腔室(17c)之间。
10.按前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述过程罩(Ild)具有至少一个进气口 09)和/或至少一个出气口，其中，所述过程罩优选具有至少一个构造为二维的气体分配器(XT)。
11.按前述权利要求中任一项所述的装置(1)，其特征在于，所述能源(10)布置在所述腔室(17)的外部，优选构造为用于电磁辐射的辐射源(10)并且尤其构造为点状的辐射源或者构造为由多个点状的辐射源(10)构成的排列，其中，所述辐射源优选在背向辐射源的反应腔的一侧上设有反射器。
12.按前述权利要求中任一项所述的装置(1)，其特征在于，所述过程罩(11)构造为对电磁辐射来说至少部分透明的并且/或者所述处理腔(3)的至少一个壁体(4、5)至少局部地构造为对电磁辐射来说至少部分透明的，其中，在所述壁体中优选构造为对电磁辐射来说至少部分透明的分段接纳在支撑框架中。
13.按前述权利要求中任一项所述的装置(1)，其特征在于，所述处理腔的至少一个壁体设有涂层和/或衬层，所述涂层和/或衬层基本上阻止腐蚀性的气体和蒸汽覆盖腔壁或者腐蚀性的气体和蒸汽对腔壁的影响，其中，所述腔壁优选构造为能够加热，从而基本上阻止挥发性的成分的覆盖。
14.按前述权利要求中任一项所述的装置(1)，其特征在于，所述处理腔设计用于同时对两个或者更多个物体进行退火，其中，要么设置了共同的过程罩要么为每个物体设置了自己的过程罩。
15.按前述权利要求中任一项所述的装置(1)，其特征在于，沿物体的输送方向先后布置了至少两个用于进行退火的处理腔并且/或者设置了至少一个用于对物体O、15)进行冷却的机构(35)，所述机构(35)优选布置在独立于处理腔(3)的冷却腔(34)中。
16.按前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，沿气体穿流方向在过程室与腔室之间布置了缓冲室，其中，所述腔室具有扫气用气体入口并且所述缓冲室具有出气口，其中，从缓冲室出来的出气口适合于将气体直接地并且在绕开所述腔室的情况下从处理腔中排出。
17.用于在具有腔室(17)的处理腔C3)中尤其在使用按前述权利要求中任一项所述的用于进行退火的装置(1)的情况下对至少一个物体0、1幻尤其对具有至少两个层的多层体进行退火的方法，其中，将所述物体0、巧)置于所述处理腔(3)中并且使其至少局部地暴露在能源(10)下，其中，至少局部地围绕着所述物体0、1幻布置了比所述腔室(17)小的过程室(16)，其特征在于，所述过程室(16)仅仅构造在所述处理腔(3)的内部。
18.按权利要求17所述的方法，其特征在于，构造所述过程室(16)，使得该过程室(16) 与所述腔室(17)至少通过气体交换阻挡层或者压力平衡阻挡结构限界。
19.按权利要求17或18所述的方法，其特征在于，沿气体穿流方向在过程室与腔室之间布置了缓冲室并且将扫气用气体放入到所述腔室中，其中，所述扫气用气体的气体压力大于过程室中的过程气体和过程反应气体的气体压力并且借助于出气口在绕过腔室的情况下将可能从缓冲室中流出的气体直接从处理腔中排出。
全文摘要
本发明涉及用于对物体(2、15)进行退火的一种装置(1)和一种方法。在此按本发明使用暂时的过程盒(11)，由此在投资成本低的同时克服了以往已知的退火的缺点，尤其实现了退火的高的可再现性和高的产量，从而在总体上以非常有利的成本实现退火过程。
文档编号F27B17/00GK102165607SQ200980126544
公开日2011年8月24日 申请日期2009年5月8日 优先权日2008年5月8日
发明者F·卡格, J·帕尔姆, J·鲍姆巴赫, M·菲尔范格 申请人:法国圣戈班玻璃厂有限公司