DE102011053340A1 - Continuous furnace of substrate processing system, has heating unit and gas supply unit that are formed inside the interior spaces - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Durchlaufofen mit einem in einer Transportrichtung Substrate durch den Durchlaufofen transportierenden Rollentransportsystem mit Transportrollen, deren Achsen horizontal und quer zu der Transportrichtung angeordnet sind und die sich ununterbrochen über die Ofeninnenraumbreite des Durchlaufofens erstrecken. Die Erfindung betrifft ferner ein Substratbearbeitungssystem mit einem solchen Durchlaufofen. Zudem betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Bearbeiten von Substraten in einem Durchlaufofen, wobei die Substrate mittels eines Rollentransportsystems mit Transportrollen in einer Transportrichtung durch den Durchlaufofen transportiert werden, wobei die Achsen der Transportrollen horizontal und quer zu der Transportrichtung angeordnet sind und sich die Transportrollen ununterbrochen über die Ofeninnenraumbreite des Durchlaufofens erstrecken. The present invention relates to a continuous furnace with a in a transport direction substrates through the continuous furnace transporting roller transport system with transport rollers whose axes are arranged horizontally and transversely to the transport direction and which extend continuously over the furnace interior width of the continuous furnace. The invention further relates to a substrate processing system with such a continuous furnace. In addition, the present invention relates to a method for processing substrates in a continuous furnace, the substrates are transported by means of a roller transport system with transport rollers in a transport direction through the continuous furnace, the axes of the transport rollers are arranged horizontally and transversely to the transport direction and the transport rollers uninterrupted extend over the furnace interior width of the continuous furnace.
Durchlauföfen und Verfahren der oben genannten Gattung sind in vielfältigen Ausführungen im Stand der Technik zu finden. Beispielsweise können solche Durchlauföfen und die entsprechenden Verfahren zur Bearbeitung von Substraten für die Herstellung von Solarzellen verwendet werden. Dabei können in derartigen Durchlauföfen und entsprechenden Verfahren Schichtabscheidungen, Dotierungen oder Temperaturbehandlungen, das heißt sogenannte Feuerungsschritte, an den Substraten vorgenommen werden. Continuous furnaces and methods of the above-mentioned type can be found in various designs in the prior art. For example, such continuous furnaces and the corresponding methods for processing substrates for the production of solar cells can be used. Layer depositions, doping or temperature treatments, that is to say so-called firing steps, can be carried out on the substrates in such continuous furnaces and corresponding processes.
Durchlauföfen der oben genannten Gattung weisen ein Rollentransportsystem mit Transportrollen auf, auf welchen die zu bearbeitenden Substrate während der Bearbeitung in dem Durchlaufofen aufliegen. Die Transportrollen werden zum Transportieren der Substrate durch den Durchlaufofen gedreht, wodurch sich die Substrate in der Transportrichtung in einer horizontalen Ebene durch den Durchlaufofen bewegen. Continuous ovens of the above-mentioned type have a roller transport system with transport rollers on which rest the substrates to be processed during processing in the continuous furnace. The transport rollers are rotated to transport the substrates through the continuous furnace, whereby the substrates move in the transport direction in a horizontal plane through the continuous furnace.
Zur Bearbeitung der Substrate in den im Stand der Technik bekannten Durchlauföfen werden bestimmte Bearbeitungsregime eingestellt. Hierzu werden in den Ofeninnenräumen bestimmte Temperaturen oder Temperaturverläufe mittels der in dem Durchlaufofen vorgesehenen Heizung eingestellt. Als Heizung können beispielsweise oberhalb der Transportrollen angeordnete Heizlampen verwendet werden. For processing the substrates in the known in the art furnaces certain processing regimes are set. For this purpose, certain temperatures or temperature profiles are adjusted in the furnace interiors by means of the heating provided in the continuous furnace. As heating, for example, arranged above the transport rollers heating lamps can be used.
Je nachdem, welche Substratbearbeitung in dem jeweiligen Durchlaufofen durchgeführt werden soll, besitzen diese Durchlauföfen typischerweise auch Gasversorgungen mit entsprechenden Gaseinlässen und Gasabsaugungen. Hierdurch können die für die jeweilige Bearbeitung notwendigen Gase in den Durchlaufofen eingebracht und aus diesem wieder abgesaugt werden. Depending on which substrate processing is to be carried out in the respective continuous furnace, these furnaces typically also have gas supplies with corresponding gas inlets and Gasabsaugungen. As a result, the necessary for the respective processing gases can be introduced into the continuous furnace and sucked out of this again.
Häufig werden beispielsweise in sogenannten Feuerungsöfen Substrate aus unterschiedlichen Vorprozessierungen zusammengeführt und in einem einzigen Durchlaufofen temperaturbehandelt. Eigentlich benötigen jedoch Substrate, die unterschiedlichen Vorprozessierungen ausgesetzt waren, jeweils andere Prozessbedingungen bei der späteren Temperaturbehandlung. Andererseits ist es notwendig, die sowohl in ihrer Anschaffung als auch bei der Prozessführung mit einigen Kosten verbundenen Feuerungs-Durchlauföfen möglichst effizient auszunutzen. Es ist damit nicht wirtschaftlich, in solche Öfen nur einzelne Substrate einzuspeisen, an diesen eine Temperaturbehandlung vorzunehmen und erst daraufhin einen nächsten Prozess zu starten, in welchem andere Substrate bei anderen Temperaturbedingungen oder Gaseinflüssen behandelt werden. Frequently, for example, in so-called firing furnaces, substrates from different preprocessings are combined and heat-treated in a single continuous furnace. Actually, however, substrates that have been exposed to different pre-processing, each require different process conditions in the subsequent temperature treatment. On the other hand, it is necessary to make the most efficient use of the firing furnaces associated with their acquisition as well as the process management with some costs. It is therefore not economical to feed such substrates into individual substrates, to carry out a temperature treatment on these and only then to start a next process in which other substrates are treated under different temperature conditions or gas influences.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Durchlaufofen und ein in diesem ausführbares Verfahren zum Bearbeiten von Substraten vorzuschlagen, welche es ermöglichen, den Durchlaufofen bei gleicher Qualität der Substratbehandlungsergebnisse wesentlich effizienter nutzen zu können. Vorzugsweise soll gemäß der vorliegenden Erfindung zudem ein Substratbearbeitungssystem vorgeschlagen werden, in welchem der vorzuschlagende Durchlaufofen zum Einsatz kommen kann. It is therefore the object of the present invention to propose a continuous furnace and an executable in this process for processing substrates, which make it possible to use the continuous furnace with the same quality of the substrate treatment results much more efficient. Preferably, according to the present invention, a substrate processing system should also be proposed, in which the continuous furnace to be proposed can be used.
Diese Aufgabe wird einerseits durch einen Durchlaufofen der oben genannten Gattung gelöst, wobei der Durchlaufofen wenigstens eine vertikal und in der Transportrichtung ausgerichtete Raumteilungswand aufweist, welche den Ofeninnenraum des Durchlaufofens in Ofeninnenteilräume unterteilt, in welchen voneinander durch die wenigstens eine Raumteilungswand getrennte Transportsystemspuren ausgebildet sind, wobei die Ofeninnenteilräume jeweils eine eigene Heizung und eine eigene Gasversorgung aufweisen. This object is achieved on the one hand by a continuous furnace of the abovementioned type, wherein the continuous furnace has at least one vertical and in the direction of transport aligned partition wall dividing the furnace interior of the continuous furnace in furnace interior part spaces in which separate from each other through the at least one partition wall transport system tracks are formed the furnace inner part spaces each have their own heating and their own gas supply.
Durch den erfindungsgemäßen Durchlaufofen ist es möglich, wenigstens zwei voneinander getrennte Transportsystemspuren mit unterschiedlichen Temperatur- und Gasverhältnissen auszubilden. Somit können auf den wenigstens zwei dadurch ausgebildeten Transportsystemspuren Substrate bei unterschiedlichen Temperatur- und Gasverhältnissen prozessiert werden. Man benötigt also erfindungsgemäß einen einzigen Durchlaufofen und kann dennoch gleichzeitig Substrate bei unterschiedlichen Bedingungen prozessieren. Hierdurch kann eine nahezu ideale Behandlung der jeweiligen Substrate vorgenommen werden und dennoch der Durchlaufofen höchst effizient ausgenutzt werden. Dies stellt einen bedeutenden Vorteil gegenüber dem Stand der Technik dar, in welchem zum Erreichen des gleichen Ergebnisses mehrere Durchlauföfen erforderlich gewesen wären, die zeitlich parallel betrieben werden müssten. By the continuous furnace according to the invention, it is possible to form at least two separate transport system tracks with different temperature and gas ratios. Thus, substrates can be processed at different temperature and gas ratios on the at least two transport system tracks formed thereby. Thus, according to the invention, it is necessary to use a single continuous furnace and yet at the same time be able to process substrates under different conditions. In this way, a nearly ideal treatment of the respective substrates can be made and yet the continuous furnace can be used very efficiently. This represents a significant advantage over the state of the art Technique in which to achieve the same result several continuous furnaces would have been required, which would have to be operated parallel in time.
Gemäß einer Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung kann der Durchlaufofen so gestaltet sein, dass die Raumteilungswand oberhalb der Transportrollen, auf welchen die Substrate transportiert werden, vorgesehen ist. So kann die Raumteilungswand den für die Behandlung der Oberfläche der Substrate entscheidenden Bereich des Ofeninnenraums des Durchlaufofens vorteilhaft in unterschiedliche Ofeninnenteillräume trennen, in welchen die Substrate geeigneten Temperatur- und Gasbedingungen ausgesetzt sind. According to one embodiment of the present invention, the continuous furnace may be designed so that the space dividing wall above the transport rollers on which the substrates are transported, is provided. Thus, the partition wall separating the decisive for the treatment of the surface of the substrates area of the furnace interior of the continuous furnace advantageously separate into different furnace interior parts spaces in which the substrates are exposed to suitable temperature and gas conditions.
In einer anderen Variante der vorliegenden Erfindung ist es auch möglich, dass die Raumteilungswand unterhalb der Transportrollen, auf welchen die Substrate transportiert werden, vorgesehen ist. So können beispielsweise Heizaggregate, die unter den Transportrollen vorgesehen sind, geeignet thermisch voneinander getrennt werden. In another variant of the present invention, it is also possible that the space dividing wall below the transport rollers, on which the substrates are transported, is provided. For example, heating units, which are provided under the transport rollers, are suitably thermally separated from each other.
Selbstverständlich ist es in einer weiteren Variante der vorliegenden Erfindung auch möglich, dass die wenigstens eine Raumteilungswand sowohl oberhalb als auch unterhalb der Transportrollen, auf welchen die Substrate transportiert werden, vorgesehen ist. Of course, it is also possible in a further variant of the present invention for the at least one partition wall to be provided both above and below the transport rollers on which the substrates are transported.
In einem ebenfalls günstigen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist der Durchlaufofen so gestaltet, dass die Transportrollen durch die Raumteilungswand hindurchgeführt sind. Das heißt, in dieser Variante der Erfindung ist die Raumteilungswand durchgehend durch die Ebene der Transportrollen ausgebildet. Die Transportrollen sind durch entsprechende Öffnungen in der Raumteilungswand hindurchgeführt. In an equally favorable embodiment of the present invention, the continuous furnace is designed so that the transport rollers are passed through the partition wall. That is, in this variant of the invention, the space dividing wall is formed continuously through the plane of the transport rollers. The transport rollers are passed through corresponding openings in the partition wall.
Bei dieser Variante der Erfindung kann es hilfreich sein, an den Durchführungen der Transportrollen durch die Raumteilungswand entsprechende Dichtungen vorzusehen, welche jedoch ein Drehen der Transportrollen nicht behindern. In this variant of the invention, it may be helpful to provide corresponding seals on the bushings of the transport rollers through the partition wall, which, however, do not hinder rotation of the transport rollers.
Vorzugsweise sind den Ofeninnenteilräumen separat regelbare Gaseinlässe und/oder Gasabsaugungen zugeordnet, sodass sowohl der Gaseinlass als auch der Gasauslass geeignet für jeden der Ofeninnenteilräume eingestellt werden kann. Separately controllable gas inlets and / or gas extractors are preferably associated with the furnace interior part spaces, so that both the gas inlet and the gas outlet can be suitably adjusted for each of the furnace interior part spaces.
Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn gemäß einer Variante der vorliegenden Erfindung die wenigstens eine Raumteilungswand eine thermisch isolierende Wand ist. Somit können die einzelnen Ofeninnenteilräume des Durchlaufofens unabhängig von dem jeweils daneben befindlichen Ofeninnenteilraum hinsichtlich ihrer Temperaturverhältnisse eingestellt werden. It has proved to be particularly advantageous if, according to a variant of the present invention, the at least one partition wall is a thermally insulating wall. Thus, the individual furnace internal part spaces of the continuous furnace can be adjusted independently of the respectively adjacent furnace interior compartment with respect to their temperature conditions.
Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn die wenigstens eine Raumteilungswand eine evakuierte Edelstahl-Hohlwand ist. Eine solche Edelstahl-Hohlwand zeichnet sich durch besonders gute thermische Isolation aus. It is particularly advantageous if the at least one partition wall is an evacuated stainless steel cavity wall. Such a stainless steel cavity wall is characterized by particularly good thermal insulation.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird zudem durch ein Substratbearbeitungssystem mit einer Variante des erfindungsgemäßen Durchlaufofens gelöst, wobei der Durchlaufofen ein Feuerofen mit wenigstens zwei Transportsystemspuren ist, vor dem wenigstens zwei einzelne einspurige Schichtdruckvorrichtungen vorgesehen sind, wobei ein Substrattransportmechanismus zum Transport der Substrate aus jeder Schichtdruckvorrichtung auf jeweils eine der Transportsystemspuren vorgesehen ist. The object of the present invention is also achieved by a substrate processing system with a variant of the continuous furnace according to the invention, wherein the continuous furnace is a furnace with at least two transport system tracks, in front of which at least two single-lane layer printing devices are provided, wherein a substrate transport mechanism for transporting the substrates from each layer printing device each one of the transport system tracks is provided.
Mit diesem Substratbearbeitungssystem können die Substrate zunächst auf unterschiedlichen Schichtdruckvorrichtungen mit entsprechenden Schichten versehen werden. Die Schichtdruckvorrichtungen können beispielsweise Siebdruckeinrichtungen sein. Vorzugsweise werden mit den Schichtdruckvorrichtungen sogenannte Dickschichten auf die Substrate aufgebracht. Zum nachfolgenden Temperaturbehandeln der auf die Substrate aufgebrachten Schichten ist direkt im Anschluss an die Schichtdruckvorrichtungen der erfindungsgemäße Durchlaufofen in Form eines Feuerofens vorgesehen. Da in dem erfindungsgemäßen Durchlaufofen wenigstens zwei Transportsystemspuren ausgebildet sind, obgleich nur ein einziger Ofen vorliegt, kann jede der Transportsystemspuren mit Substraten von einer der vorgelagerten Schichtdruckvorrichtungen versorgt werden. Hierdurch ist eine besonders effiziente Prozessführung möglich. Die Prozesssicherung der Substrate kann dabei konkret auf deren spezielle Anforderungen abgestellt werden. So können sowohl Temperatur- als auch Gasbedingungen auf den einzelnen Transportsystemspuren des Feuerofens genau auf die vorher auf die Substrate aufgebrachten Schichten abgestellt werden. With this substrate processing system, the substrates can first be provided on different layer printing devices with corresponding layers. The layer printing devices may be screen printing devices, for example. Preferably, with the layer printing devices so-called thick films are applied to the substrates. For subsequent temperature treatment of the layers applied to the substrates, the continuous furnace according to the invention in the form of a furnace is provided directly after the layer printing devices. Since at least two transport system tracks are formed in the continuous furnace of the present invention, although there is only a single oven, each of the transport system tracks may be supplied with substrates from one of the upstream layer printing devices. This makes a particularly efficient process management possible. The process assurance of the substrates can be tailored specifically to their specific requirements. Thus, both temperature and gas conditions on the individual transport system traces of the furnace can be placed exactly on the previously applied to the substrates layers.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird außerdem durch ein Verfahren der oben genannten Gattung gelöst, bei welchem die Substrate in durch wenigstens eine vertikal und in der Transportrichtung ausgerichtete Raumteilungswand voneinander getrennten Ofeninnenteilräumen auf hierdurch getrennten Transportsystemspuren bearbeitet werden, wobei Temperatur- und Gasversorgung in den Ofeninnenteilräumen separat eingestellt werden. The object of the present invention is also achieved by a method of the above-mentioned type, in which the substrates are processed in separated by at least one vertically and in the direction of transport space partition wall furnace inner part spaces on thereby separated transport system tracks, with temperature and gas supply in the furnace inner part spaces separately be set.
Damit liefert das erfindungsgemäße Verfahren eine Möglichkeit, auch auf unterschiedliche Weise vorprozessierte Substrate zeitgleich geeignet in dem Durchlaufofen bearbeiten zu können. Dabei kann die Temperatur- als auch die Gasversorgung auf die jeweiligen Anforderungen der Substrate konkret abgestellt werden. Trotz der Verwendung eines einzigen Durchlaufofens können auf den einzelnen Transportsystemspuren voneinander entkoppelte Systeme geschaffen werden. Durch die räumliche Trennung mittels der Raumteilungswand sind Temperatur und Gasfluss in den verschiedenen Ofeninnenteilräumen getrennt. Dadurch dass der genutzte Durchlaufofen jedoch nur ein einziges Rollentransportsystem mit durch den Durchlaufofen hindurch verlaufenden Transportrollen aufweist, wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ein kontinuierlicher Substratfluss in gleicher Geschwindigkeit bei paralleler Bearbeitung der Substrate durch die Anlage ermöglicht. In this way, the method according to the invention provides a possibility of being able to process substrates which have been preprocessed in different ways at the same time suitably in the continuous furnace. there can the temperature and the gas supply to the particular requirements of the substrates are turned off concretely. Despite the use of a single continuous furnace, decoupled systems can be created on the individual transport system tracks. Due to the spatial separation by means of the partition wall, temperature and gas flow are separated in the different furnace interior part spaces. However, since the continuous furnace used has only one single roller transport system with transport rollers running through the continuous furnace, in the method according to the invention a continuous flow of substrate at the same speed is made possible with parallel processing of the substrates by the installation.
Günstigerweise werden in einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens Temperatur, Gaszuführung und Gasabsaugung für jede Transportsystemspur separat kontrolliert. Hierdurch kann beispielsweise dann, wenn ein Durchlaufofen als Feuerofen genutzt wird, auf jeder Transportsystemspur eine optimale Feuertemperatur unabhängig von anderen Transportsystemspuren eingestellt werden. Somit können Schwankungen, die sich durch vorhergehende Prozessierungen ergeben haben, auf jeder der Transportsystemspuren kompensiert werden. Conveniently, in a preferred embodiment of the method according to the invention, temperature, gas supply and gas extraction are separately controlled for each transport system track. As a result, for example, if a continuous furnace is used as a furnace, an optimal fire temperature can be set independently of other transport system tracks on each transport system track. Thus, variations that have resulted from previous processing can be compensated for on each of the transport system tracks.
Mit Hilfe einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens können die Substrate auf wenigstens zwei der Transportsystemspuren unterschiedlich bearbeitet werden, wobei die unterschiedliche Bearbeitung dadurch erfolgt, dass an den wenigstens zwei Transportsystemspuren unterschiedliche Temperaturen und/oder unterschiedliche Gasflüsse eingestellt werden. With the aid of an embodiment of the method according to the invention, the substrates can be processed differently on at least two of the transport system tracks, wherein the different processing takes place in that different temperatures and / or different gas flows are set on the at least two transport system tracks.
Es ist jedoch in einer anderen Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens auch möglich, dass die Substrate auf wenigstens zwei der Transportsystemspuren gleich bearbeitet werden, wobei die gleiche Bearbeitung dadurch erfolgt, dass an den wenigstens zwei Transportsystemspuren unterschiedliche Temperaturen und/oder unterschiedliche Gasflüsse eingestellt werden. However, in another variant of the method according to the invention, it is also possible for the substrates to be processed identically on at least two of the transport system tracks, wherein the same processing takes place in that different temperatures and / or different gas flows are set on the at least two transport system tracks.
Grundsätzlich ist das erfindungsgemäße Verfahren natürlich auch dann ausführbar, wenn auf unterschiedlichen Transportsystemspuren des verwendeten Durchlaufofens gleiche Temperaturen und gleiche Gasflüsse eingestellt werden. In principle, the method according to the invention can of course also be carried out if identical temperatures and identical gas flows are set on different transport system tracks of the continuous furnace used.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Bearbeitung der Substrate an Typen von auf der jeweiligen Transportsystemspur bearbeiteten Substraten, an Varianten einer Vorprozessierung der Substrate und/oder an Messergebnisse zur Charakterisierung einer Vorprozessierung der Substrate gekoppelt. So können die Substrate auf den jeweiligen Transportsystemspuren individuell nach ihren jeweiligen Anforderungen prozessiert werden, um optimale Prozessergebnisse zu erreichen. According to an advantageous embodiment of the method according to the invention, the processing of the substrates is coupled to types of substrates processed on the respective transport system track, to variants of preprocessing of the substrates and / or to measurement results for characterizing preprocessing of the substrates. Thus, the substrates on the respective transport system tracks can be processed individually according to their respective requirements in order to achieve optimum process results.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch energiesparend betrieben werden, indem die Substrate nur auf einer ersten Transportsystemspur bearbeitet werden, während die Heizung auf einer zweiten Transportsystemspur heruntergeregelt oder abgeschaltet wird. The inventive method can also be operated to save energy by the substrates are processed only on a first transport system track, while the heater is down-regulated or switched off on a second transport system track.
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, deren Aufbau, Funktion und Vorteile werden im Folgenden anhand von Figuren näher erläutert, wobei Preferred embodiments of the present invention, their structure, function and advantages are explained in more detail below with reference to figures, wherein
Der Durchlaufofen
Das Rollentransportsystem weist eine Vielzahl von parallelen Transportrollen
Die Achsen der Transportrollen
Die Transportrollen
In dem Ausführungsbeispiel von
Hierdurch ist es möglich, die auf den einzelnen Transportsystemspuren
Wie es in
Im Unterschied zu dem Durchlaufofen aus
Obwohl es in den
Mit Hilfe des an den gezeigten erfindungsgemäßen Durchlauföfen
Vorzugsweise orientiert sich die Bearbeitung der Substrate
Die Durchlauföfen
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