用于对物体进行热处理的装置和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于对物体进行热处理的装置和方法，尤其带涂层的衬底，以及在用于对物体进行热处理的装置的可进行气密性密封的壳体中用作扩散阻隔的分隔壁。
【背景技术】
[0002]在多个技术领域中，使物体在熔点温度以下经历热处理(“退火”)，以便选择性地影响固态结构是很常见的。这样的一个示例是铸铁的退火，以便通过改变其结构而改善强度和韧性。钢在硬化之后的回火也是已知的，其中内应力伴随着钢的硬度的减少而被降低。另外对于玻璃，常见的做法是通过例如退火减少内应力，以便提高光学构件的品质。
[0003]退火在半导体制造方面，尤其在薄膜太阳能电池的生产方面极其重要，薄膜太阳能电池具有化合物半导体制成的吸收器。薄的前体层应用于衬底上，并利用后续快速热处理(RTP)进行转换，以形成化合物半导体。这种程序在例如J.Palm等人的“CIS modulepilot processing applying concurrent rapid selenizat1n and sulfurizat1n oflarge area thin film precursors(对大面积薄膜前体并发应用快速砸化和硫化的CIS模块先导处理)”(Thin Solid Films (薄固态膜)431-432, 414-522页(2003))中进行了详细描述。在专利文献中已经频繁描述过薄膜太阳能电池本身。仅仅作为示例，在这方面参考印刷出版物 DE 4324318 Cl 和 EP 2200097 Al。
[0004]总地说来，物体的退火在炉中进行，炉可使物体根据可预先限定的温度轮廓在特定的时间周期加热至特定的温度。尤其在化合物半导体的生产中，重要的是在受控制的处理气氛中进行退火。出于这个目的，在涂有前体层的衬底周围通过处理箱限定处理空间是已知的。处理箱可使易挥发性硫族成分例如砸或硫的分压力在热处理期间保持至少大部分恒定。这种处理箱是已知的，例如从DE 102008022784 Al获悉。
[0005]在薄膜太阳能模块的工业规模生产中，前体层的RTP热处理发生在顺序系统中，其中带涂层的衬底顺序地输送到各种处理室中。这种方法是已知的，例如从EP 0662247 BI中获悉。
[0006]美国专利申请N0.2005/0238476 Al公开了一种用于在受控制的气氛中输送衬底的带壳体的装置，壳体包括用于衬底的可抽空的衬底空间，以及辅助空间。衬底空间和辅助空间通过具有纳米孔的分隔壁而彼此分隔开，其中分隔壁形成了基于努森原理(热渗透)的微型泵。衬底空间具有冷却板(去污板)，其中分隔壁并不设置在衬底和冷却板之间。相反，冷却板始终设置在与衬底相反的位置上。另外，辅助空间通过可加热的分隔壁而与冷却板所冷却的壳体部段或衬底空间保持在热方面分离。加热对于泵送机构是必须的。
【发明内容】
[0007]相反，本发明的目的在于有利地改善了现有技术中已知的用于对物体进行热处理的装置和方法。根据本发明的提案，这个目的以及其它目的通过一种用于对物体进行热处理的装置和方法，以及根据并列权利要求通过在用于对物体进行热处理的装置中使用一种分隔壁来实现。本发明的优选实施例由从属权利要求来体现。
[0008]根据本发明，公开了一种用于在其熔点温度以下对任何物体进行热处理(退火)的装置。
[0009]该装置用于例如对带涂层的衬底进行热处理，其中术语“衬底”在本发明的上下文中指扁平物体，其具有两个彼此相反放置的表面，其中在这两个表面的其中一个表面上通常应用了包括多个层的层状结构。在衬底的另一表面上通常是不带涂层的。例如，用于薄膜太阳能模块生产的衬底被覆了化合物半导体的前体层(例如黄铜矿或锌黄锡矿化合物)，该前体层必须经历RTP-热处理。另外，应该注意的是，在薄膜太阳能电池中主要用作吸收器的是由黄铜矿化合物制成的化合物半导体，尤其铜-铟/ 二硫镓/联砸化物，简称为Cu (In, Ga) (S，Se) 2，或锌黄锡矿化合物，尤其铜_锌/ 二硫锡/联砸化物，简称为Cu2 (Zn, Sn)(S，Se) 4o
[0010]根据本发明的装置包括封闭了中空的空间的壳体，有利地是可气密性密封(可抽空)的壳体。对于物体的热处理，该装置可进行独立加热，并且为此目的可包括内部加热装置(例如电热器)，以用于加热中空的空间。该装置实现为例如一种用于在无需供给外部热量的条件下对物体进行退火的炉。作为备选或附加，该装置还可能是不能进行独立加热的，而是包括实现成使得物体可通过对壳体部段的电磁热辐射冲击而进行热处理的至少一个壳体部段。
[0011]该装置还包括分隔壁，其设置为使得中空的空间被分隔成处理空间，以及中间空间，处理空间用于容纳有待进行热处理的物体。分隔壁具有一个或多个开口，开口实现成使得分隔壁用作阻碍由于对物体进行热处理而在处理空间中产生的气态物质从处理空间扩散到中间空间中的阻隔。
[0012]这里必需的是，分隔壁一方面用作在对物体进行热处理期间用于处理空间和中间空间之间气体交换的扩散阻隔(蒸气阻隔)，但在热处理前后可使处理空间和中间空间之间实现气体交换，使得气态物质从处理空间抽空，用吹扫气体进行吹扫，以及用处理气体通过分隔壁进行填充成为可能。处理空间和中间空间通过分隔壁中的一个或多个开口或裂口彼此在流体方面连接在一起。总地说来，开口可具有任何形状，例如槽口形状或圆孔形状，并且甚至可设置在周边上。
[0013]在一个有利的实施例中，分隔壁并不一直达到壳体壁，使得在分隔壁和壳体壁之间保留了开口，尤其间隙。
[0014]例如，但不绝对必然，一个最小的尺寸，例如相应的分隔壁开口的半径或直径大于处理空间中的气体颗粒的平均自由路径的长度。
[0015]具体地说，分隔壁可由多孔材料或设有管道(直的、倾斜的，或带角度的管道)的材料制成，或者包括这种材料。
[0016]因而，用于对物体进行热处理的处理空间由分隔壁形成，该处理空间通过分隔壁而与中间空间类气密性地分隔开。同开放的处理空间以及气密性的处理空间相反，在处理空间和中间空间之间的气体交换受到分隔壁的抑制，开放的处理空间允许在处理空间和外部环境之间的自由气体交换，在气密性的处理空间中，这种在处理空间和外部环境之间的气体交换是被完全抑制的。这种蒸气阻隔基于压力对自由路径的长度的依赖性:在大约正常压力(700-1000 mbar)下，通过比较小的开口的扩散受到抑制。如果相反，中间空间被抽空至预真空范围内的压力(10-1000 Pbar)，那么自由路径长度得到极大增加，并且分隔壁只代表用于气体交换的薄弱的扩散阻隔。
[0017]处理空间可通过分隔壁进行抽空，并且在抽空之后，处理气体还可流入到处理空间中。在化合物半导体的生产中，处理气体例如可包含反应性气体，例如H2S、H2Se、S蒸气、Se蒸气或H2,以及惰性气体，例如N2、He或Ar。具体地说，通过类气密性的分隔壁，易挥发的硫族成分，例如砸或硫的分压可在处理空间中的前体层的热处理期间保持至少大部分恒定不变。挥发性的硫族成分在处理空间中由例如应用于带涂层的衬底上的材料形成。
[0018]为了能够抽空中空的空间并用吹扫气体或处理气体填充它，优选可气密性密封的装置壳体可包括至少一个可密封的气体通道，其通向中空的空间(例如，通过阀)。出于这个目的，气体通道可尤其通向中间空间。
[0019]通过根据本发明的装置，因而可获得多个优点，其中必须强调的是相对于分处理空间中形式的挥发成分而言，处理气氛可保持至少大部分恒定不变。另外，在对物体进行热处理期间，中间空间可受到保护，以防常出现的腐蚀气体，从而使包含在里面的传感器免于过度磨损。利用这种设计，可快速且高效地获得装置的中空的空间的抽空。这同等地适用于处理气体的填充，其中处理气体可以最少的数量得以成本有效地使用。
[0020]如已经提到的那样，通过分隔壁，实现了中空的空间类气密性地划分成处理空间和中间空间，其中为此目的为分隔壁提供了一个或多个开口。优选地，分隔壁实现成使得在热处理期间由于对物体进行热处理而产生的气态物质在处理空间之外的质量损失少于在热处理期间所产生的气态物质的质量50%，优选20%，更优选10%。
[0021]有利的是，为此目的实现分隔壁，使得由一个或多个开口的(总的)开口面积除以处理空间的内表面(内部面积)所形成的面积比在5 X 10_5至5 X 10 _4范围内。因而可能有利的是实现分隔壁的一个或多个开口的(总的)开口面积一方面足够大，以便能够实现处理空间的快速抽空以及吹扫气体或处理气体的填充，并且另一方面足够小，使得分隔壁用作热处理期间在处理空间所产生的挥发成分的有效的蒸气阻隔或扩散阻隔。
[0022]在根据本发明的装置的一个特别有利的实施例中，分隔壁由某种材料制成或包含至少这样一种材料，其具有的热膨胀系数使得一个或多个开口的(总的)开口面积在热处理期间由于加热分隔壁而减少至起始值(热处理之前的总的开口面积)的最大50%，优选最大30%，更优选最大10%。有利的是，为此目的，这种分隔壁材料具有大于5 X KT6IT1的热膨胀系数。通过这种方式，创造了温度受控的分隔壁，利用该分隔壁一方面在冷状态下通过较大的(总的)开口面积实现了对处理空间的特别高效的抽空以及用吹扫气体或处理气体对处理空间的填充；另一方面在热处理期间的较热状态下，通过较小的(总的)开口面积的热膨胀实现了对热处理期间所产生的气态物质从处理空间至中间空间的扩散的特别有效的抑制。尤其分隔壁可实现成使得在热处理期间，(总的)开口面积至少减少至大致为零，使得在处理空间和中间空间之间的气体交换在热处理期间几