用于熱處理涂層的方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】用于熱處理涂層的方法
[0001] 本發(fā)明涉及提供有涂層的基材使用激光輻射的熱處理。
[0002] 在微電子學(xué)領(lǐng)域中已知的是使用聚焦激光線(xiàn)（典型地發(fā)射紫外線(xiàn)的受激準(zhǔn)分子 激光器）熱處理被沉積在基材上的涂層（例如由硅制成的涂層）。這些方法通常通過(guò)硅的 局部熔化和在冷卻重結(jié)晶用于從非晶態(tài)硅獲得多晶硅。通常，在微電子學(xué)中使用的基材的 優(yōu)異的平坦性、它們的小尺寸、和在這種類(lèi)型工業(yè)中典型的工業(yè)環(huán)境使得可以非常精確地 使基材設(shè)置在激光的焦斑處以均勻地并且最佳地處理整個(gè)基材。低的處理速度允許使用在 氣墊上的工作臺(tái)系統(tǒng)用于位移該基材。必要時(shí)，允許控制該基材相對(duì)于激光的焦斑的位置 的系統(tǒng)可以校正可能的平坦性缺陷或者低頻振動(dòng)的存在?？刂葡到y(tǒng)與所使用的低處理速度 是可相容的。
[0003] 還設(shè)想用激光線(xiàn)的處理以熱處理在用于不同工業(yè)應(yīng)用的玻璃或者聚合物有機(jī) 基材上的層：舉例來(lái)說(shuō)，可以提到包含1102基涂層的自清潔窗玻璃的制備，包括制備用包 含至少一個(gè)銀層的多層堆疊體涂覆的玻璃基材的低輻射性窗玻璃，該制備描述在申請(qǐng)WO 2010/142926中，或者制備包含透明并且導(dǎo)電的（TCO)薄層的用于光電池的大尺寸基材，該 制備描述在申請(qǐng)W02010/139908中。
[0004] 工業(yè)和經(jīng)濟(jì)背景在這里是完全不同的。典型地，待處理的基材可以是非常大的玻 璃片材，其表面積為約6 X 3m2,因此其平坦性在離開(kāi)沉積機(jī)器（例如濺射沉積機(jī)器）時(shí)在工 業(yè)傳送帶上以高速進(jìn)行移動(dòng)（有時(shí)大約IOm/分鐘或更高），因此在產(chǎn)生振動(dòng)（其可能是大 的）的工業(yè)環(huán)境中，不能進(jìn)行精確地控制（例如在± Imm內(nèi)）。因此，待處理的涂層的每個(gè) 點(diǎn)相對(duì)于該激光的焦平面的位置可以顯著改變，引起大的處理不均勻性?；牡母咝羞M(jìn)速 度使得它放置在用于機(jī)械地控制該基材的位置的系統(tǒng)中是非常困難的甚至不可能的。
[0005] 本發(fā)明人已經(jīng)可以證明當(dāng)在該激光線(xiàn)下通過(guò)時(shí)，該基材在有限區(qū)域中，典型地在 該行進(jìn)方向的大約十厘米的區(qū)域中輕微地變形。這種變形，甚至非常輕微的變形，例如在激 光線(xiàn)方向的大約幾百微米的變形，使涂層相對(duì)于激光的焦斑位移，并且增加平面性缺陷和 增加由于輸送產(chǎn)生的振動(dòng)。不希望束縛于任一種科學(xué)理論，看起來(lái)，由激光線(xiàn)產(chǎn)生的熱量擴(kuò) 散到基材的數(shù)十微米的深度中，產(chǎn)生的溫度梯度引起彎曲力矩，該彎曲力矩當(dāng)該基材的厚 度是低的時(shí)甚至是更高的。
[0006] 本發(fā)明的目的是克服這種問(wèn)題。
[0007] 為此目的，本發(fā)明的主題是用于熱處理在包含第一面和與所述第一面相反的第二 面的基材的第一面的至少一部分上沉積的涂層的方法，其中所述涂層借助于聚焦在所述涂 層上的呈沿著第一方向延伸的激光線(xiàn)的形式的激光輻射進(jìn)行處理，所述熱處理使得，在與 所述第一方向橫交的第二方向中，產(chǎn)生在所述基材和所述激光線(xiàn)之間的相對(duì)位移運(yùn)動(dòng)，所 述方法特征在于，借助于至少一個(gè)設(shè)置在與所述激光線(xiàn)（對(duì)于所述基材而言）為相反的一 側(cè)的附加加熱設(shè)備，在附加加熱區(qū)中局部地加熱所述第二面至至少30°C的溫度，該附加加 熱區(qū)面對(duì)所述激光線(xiàn)在沿著所述第二方向的至少I(mǎi)Ocm的長(zhǎng)度上延伸。
[0008] 本發(fā)明的另一主題是用于獲得在第一面的至少一部分上被提供有涂層的基材的 方法，包括在所述第一面上沉積所述涂層的步驟然后根據(jù)如上所述的方法熱處理所述涂層 的步驟。
[0009] 本發(fā)明的另一主題是用于實(shí)施根據(jù)本發(fā)明的方法的裝置，包括至少一個(gè)激光源， 能夠產(chǎn)生被聚焦在被沉積在基材的第一面上的涂層上的呈沿著第一方向延伸的激光線(xiàn)形 式的激光輻射的成形和重定向設(shè)備，能在運(yùn)行期間在所述基材和所述激光線(xiàn)之間產(chǎn)生相對(duì) 位移運(yùn)動(dòng)的位移設(shè)備，和在與所述激光線(xiàn)（關(guān)于所述基材而言）相反的一側(cè)設(shè)置的能局部加 熱所述基材的第二面至附加加熱區(qū)上至少30°C的溫度的附加加熱設(shè)備，該附加加熱區(qū)面對(duì) 所述激光線(xiàn)在沿著所述第二方向至少10厘米的長(zhǎng)度上延伸。
[0010] 本發(fā)明人已經(jīng)可以證明在該激光處理的同時(shí)，將溫和的附加加熱施用于與面對(duì)該 激光線(xiàn)的處理面相反的面的非常精確的但是其尺寸比激光線(xiàn)的尺寸大得多的區(qū)域（稱(chēng)為 "附加加熱區(qū)"）允許降低甚至消除上述的熱機(jī)械變形。措辭〃面對(duì)〃優(yōu)選地理解為表示該 附加加熱區(qū)被基材（其通過(guò)該激光線(xiàn)）的法線(xiàn)穿過(guò)或者最低限度與此接近（該附加加熱區(qū) 的最上游部分遠(yuǎn)離該法線(xiàn)最多數(shù)厘米，典型地5cm或者Icm)穿過(guò)。措辭〃附加加熱設(shè)備〃 理解為表示使用不同于激光的加熱設(shè)備。特別地，該加熱設(shè)備不可以由該透射穿過(guò)該基材 的激光輻射部分的反射構(gòu)成，如在申請(qǐng)W02012/120238描述的那樣。
[0011] 優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明的方法具有至少一種以下優(yōu)選特征，以任何可能的組合： -第一方向（該激光線(xiàn)的方向）優(yōu)選地與第二方向（其也將被稱(chēng)為位移方向）垂直。
[0012] 在該基材和該激光線(xiàn)之間的相對(duì)位移運(yùn)動(dòng)的速度為至少4m/min，特別地5m/min， 甚至 6m/min 或者 7m/min，或 8m/min 甚至 9m/min 或者 10m/min〇
[0013] -在面對(duì)該激光線(xiàn)在沿著第二方向（位移方向）的至少20厘米，特別地30厘米甚 至35厘米的長(zhǎng)度上延伸的附加加熱區(qū)上局部地加熱第二面。這種長(zhǎng)度有利地是最多80厘 米，特別地60厘米甚至50厘米。這是因?yàn)榧訜徇^(guò)大的區(qū)域已證明是無(wú)意義的。
[0014] -面對(duì)激光線(xiàn)在等于該激光線(xiàn)的沿著第一方向的長(zhǎng)度的寬度上延伸的區(qū)域上局部 地加熱該第二面。
[0015] -該附加加熱區(qū)在第一方向上具有等于該激光線(xiàn)長(zhǎng)度的寬度和在第二方向上具有 至少20厘米，特別地30厘米甚至35厘米，并最多80厘米，特別地60厘米甚至50厘米的 長(zhǎng)度。
[0016] -該附加加熱區(qū)使得它的在激光線(xiàn)下游延伸的表面積和它的在激光線(xiàn)上游延伸的 表面積之間的比率在從40:60,特別地從50:50,至80:20,甚至至90:10的范圍內(nèi)。該術(shù)語(yǔ) "下游"理解為表示該基材的剛被激光線(xiàn)處理的區(qū)域，換言之，位于在工藝方向中在該激光 線(xiàn)之后的區(qū)域。這是因?yàn)檎谶@種區(qū)域中該變形是最大的而且最好最大地補(bǔ)償它。
[0017] -激光線(xiàn)的長(zhǎng)度為至少0. 8m或者lm，特別地2m甚至3m。
[0018] -該激光線(xiàn)的平均寬度為至少35微米，特別地在40至100微米或者40至70微米 的范圍內(nèi)。
[0019] -在該附加加熱區(qū)中局部地加熱第二面至至少40°C，或者50°C的溫度。
[0020] -在該熱處理期間，該涂層的每個(gè)點(diǎn)經(jīng)受的最高溫度為至少300°C，特別地350°C， 或者400°C，甚至500°C或者600°C。通常在所考慮涂層的點(diǎn)通過(guò)激光線(xiàn)下方時(shí)，經(jīng)受該最高 溫度。在給定的時(shí)刻，僅僅位于激光線(xiàn)下方和在其緊鄰附近（例如在低于一毫米）中的涂 層的表面的點(diǎn)通常為至少300°C的溫度。對(duì)于高于2mm，特別地5mm的離激光線(xiàn)的距離（沿 著第二方向進(jìn)行測(cè)量），包含該激光線(xiàn)的下游，涂層的溫度通常為最多50°C，甚至40°C或者 30 cC ο
[0021] -使該涂層的每個(gè)點(diǎn)在0. 05至10ms，特別地0. 1至5ms，或者0. 1至2ms的范圍內(nèi) 的時(shí)間段期間經(jīng)受熱處理（或者升至最大溫度）。該時(shí)間段同時(shí)通過(guò)激光線(xiàn)的寬度和在基 材和激光線(xiàn)之間的相對(duì)位移速度進(jìn)行設(shè)置。
[0022] -在附加加熱區(qū)中的該基材第二面的平均溫度!^和在具有與所述附加加熱區(qū)相同 的表面積的并且與所述附加加熱區(qū)精確相反的區(qū)域中的涂層的平均溫度T1之間的相對(duì)差 A T (T2-T1)為至少0°C，特別地+5°C，或者+KTC或者+15°C，特別地對(duì)于具有3至5mm基材 厚度而言。相對(duì)差Δ T有利地為至少+15°C，特別地+20°C甚至+30°C，特別地對(duì)于具有1至 3_的基材厚度而言。該相對(duì)差ΔΤ有利地為最多+100°C，特別地+50°C。該溫度典型地使 用紅外照相機(jī)在該涂層或者第二面的不同點(diǎn)，例如5或者10個(gè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，以便建立算術(shù) 平均值。典型地，對(duì)于30°C的平均溫度T1，第二面的溫度1~2將是至少38°C或者40°C。
[0023] 所述或每個(gè)附加加熱設(shè)備優(yōu)選地選自輻射加熱設(shè)備，對(duì)流加熱設(shè)備，傳導(dǎo)加熱設(shè) 備或它們的任何組合。
[0024] 在輻射加熱設(shè)備中，特別地可以提到紅外線(xiàn)輻射加熱設(shè)備，例如紅外燈。
[0025] 在對(duì)流加熱設(shè)備中，特別地可以提到輸送熱氣，典型地?zé)峥諝獾膰娮臁?br>[0026] 在傳導(dǎo)加熱設(shè)備中，特別地可以提到熱表面，例如加熱輥，該基材的第二面將與其 接觸。該輥可以通過(guò)不同的技術(shù)進(jìn)行加熱，例如通過(guò)焦耳效應(yīng)，或者可以通過(guò)透射穿過(guò)該基 材的激光輻射進(jìn)行加熱，因此不輸入補(bǔ)充能源。該熱表面還可以為被沉積在基材的第二面 上并且通過(guò)該激光輻射進(jìn)行間接加熱的涂層，典型地吸收性涂層，例如由石墨制成。為此， 可以漫反射該透射穿過(guò)該基材的激光輻射部分。
[0027] 優(yōu)選地，通常是基本水平的基材在傳送帶上面對(duì)該或者每根激光線(xiàn)行進(jìn)，該或者 每根激光線(xiàn)是固定的并且沿著與位移方向（第二方向）基本垂直的第一方向進(jìn)行設(shè)置。該 或者每根激光線(xiàn)可以被設(shè)置在基材的上面和/或下面。該附加加熱設(shè)備它們被設(shè)置在與激 光線(xiàn)相反的一側(cè)（相對(duì)于該基材而言）上。典型地，該激光線(xiàn)設(shè)置在基材的上面和附加加 熱設(shè)備在該基材的下面。
[0028] 其它實(shí)施方案當(dāng)然是可能的。例如，該基材可以是固定的，該或者每根激光線(xiàn)和附 加加熱設(shè)備面對(duì)基材進(jìn)行移動(dòng)，特別地借助于至少一個(gè)移動(dòng)臺(tái)架。該或者每根激光線(xiàn)還可 以不與位移方向垂直地而是沿著任何可能的角度傾斜地進(jìn)行設(shè)置。該基材還可以在不是水 平的而是垂直的平面的上方或者沿著任何可能的取向進(jìn)行位移。
[0029] 激光輻射優(yōu)選通過(guò)包括一個(gè)或多個(gè)激光源以及用于成形和重定向的光學(xué)器件的 組件產(chǎn)生。
[0030] 該激光源典型地是激光二極管或者纖維或者盤(pán)式激光器。激光二極管允許經(jīng)濟(jì)地 實(shí)現(xiàn)相對(duì)于電源功率的高功率密度（對(duì)于小的尺寸大小）。纖維激光器的尺寸大小是甚至 更小的，并且獲得的線(xiàn)功率密度可以是甚