用于熱處理涂層的方法
【專利說明】用于熱處理涂層的方法
[0001] 本發明涉及提供有涂層的基材使用激光輻射的熱處理。
[0002] 在微電子學領域中已知的是使用聚焦激光線（典型地發射紫外線的受激準分子 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）。這些方法通常通過硅的 局部熔化和在冷卻重結晶用于從非晶態硅獲得多晶硅。通常，在微電子學中使用的基材的 優異的平坦性、它們的小尺寸、和在這種類型工業中典型的工業環境使得可以非常精確地 使基材設置在激光的焦斑處以均勻地并且最佳地處理整個基材。低的處理速度允許使用在 氣墊上的工作臺系統用于位移該基材。必要時，允許控制該基材相對于激光的焦斑的位置 的系統可以校正可能的平坦性缺陷或者低頻振動的存在。控制系統與所使用的低處理速度 是可相容的。
[0003] 還設想用激光線的處理以熱處理在用于不同工業應用的玻璃或者聚合物有機 基材上的層：舉例來說，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WO 2010/142926中，或者制備包含透明并且導電的（TCO)薄層的用于光電池的大尺寸基材，該 制備描述在申請W02010/139908中。
[0004] 工業和經濟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沉積機器（例如濺射沉積機器）時在工 業傳送帶上以高速進行移動（有時大約IOm/分鐘或更高），因此在產生振動（其可能是大 的）的工業環境中，不能進行精確地控制（例如在± Imm內）。因此，待處理的涂層的每個 點相對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。基材的高行進速 度使得它放置在用于機械地控制該基材的位置的系統中是非常困難的甚至不可能的。
[0005] 本發明人已經可以證明當在該激光線下通過時，該基材在有限區域中，典型地在 該行進方向的大約十厘米的區域中輕微地變形。這種變形，甚至非常輕微的變形，例如在激 光線方向的大約幾百微米的變形，使涂層相對于激光的焦斑位移，并且增加平面性缺陷和 增加由于輸送產生的振動。不希望束縛于任一種科學理論，看起來，由激光線產生的熱量擴 散到基材的數十微米的深度中，產生的溫度梯度引起彎曲力矩，該彎曲力矩當該基材的厚 度是低的時甚至是更高的。
[0006] 本發明的目的是克服這種問題。
[0007] 為此目的，本發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的形式的激光輻射進行處理，所述熱處理使得，在與 所述第一方向橫交的第二方向中，產生在所述基材和所述激光線之間的相對位移運動，所 述方法特征在于，借助于至少一個設置在與所述激光線（對于所述基材而言）為相反的一 側的附加加熱設備，在附加加熱區中局部地加熱所述第二面至至少30°C的溫度，該附加加 熱區面對所述激光線在沿著所述第二方向的至少IOcm的長度上延伸。
[0008] 本發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如上所述的方法熱處理所述涂層 的步驟。
[0009] 本發明的另一主題是用于實施根據本發明的方法的裝置，包括至少一個激光源， 能夠產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形 式的激光輻射的成形和重定向設備，能在運行期間在所述基材和所述激光線之間產生相對 位移運動的位移設備，和在與所述激光線（關于所述基材而言）相反的一側設置的能局部加 熱所述基材的第二面至附加加熱區上至少30°C的溫度的附加加熱設備，該附加加熱區面對 所述激光線在沿著所述第二方向至少10厘米的長度上延伸。
[0010] 本發明人已經可以證明在該激光處理的同時，將溫和的附加加熱施用于與面對該 激光線的處理面相反的面的非常精確的但是其尺寸比激光線的尺寸大得多的區域（稱為 "附加加熱區"）允許降低甚至消除上述的熱機械變形。措辭〃面對〃優選地理解為表示該 附加加熱區被基材（其通過該激光線）的法線穿過或者最低限度與此接近（該附加加熱區 的最上游部分遠離該法線最多數厘米，典型地5cm或者Icm)穿過。措辭〃附加加熱設備〃 理解為表示使用不同于激光的加熱設備。特別地，該加熱設備不可以由該透射穿過該基材 的激光輻射部分的反射構成，如在申請W02012/120238描述的那樣。
[0011] 優選地，根據本發明的方法具有至少一種以下優選特征，以任何可能的組合： -第一方向（該激光線的方向）優選地與第二方向（其也將被稱為位移方向）垂直。
[0012] 在該基材和該激光線之間的相對位移運動的速度為至少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] -在面對該激光線在沿著第二方向（位移方向）的至少20厘米，特別地30厘米甚 至35厘米的長度上延伸的附加加熱區上局部地加熱第二面。這種長度有利地是最多80厘 米，特別地60厘米甚至50厘米。這是因為加熱過大的區域已證明是無意義的。
[0014] -面對激光線在等于該激光線的沿著第一方向的長度的寬度上延伸的區域上局部 地加熱該第二面。
[0015] -該附加加熱區在第一方向上具有等于該激光線長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 長度。
[0016] -該附加加熱區使得它的在激光線下游延伸的表面積和它的在激光線上游延伸的 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。該術語 "下游"理解為表示該基材的剛被激光線處理的區域，換言之，位于在工藝方向中在該激光 線之后的區域。這是因為正在這種區域中該變形是最大的而且最好最大地補償它。
[0017] -激光線的長度為至少0. 8m或者lm，特別地2m甚至3m。
[0018] -該激光線的平均寬度為至少35微米，特別地在40至100微米或者40至70微米 的范圍內。
[0019] -在該附加加熱區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，該涂層的每個點經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通過激光線下方時，經受該最高 溫度。在給定的時刻，僅僅位于激光線下方和在其緊鄰附近（例如在低于一毫米）中的涂 層的表面的點通常為至少300°C的溫度。對于高于2mm，特別地5mm的離激光線的距離（沿 著第二方向進行測量），包含該激光線的下游，涂層的溫度通常為最多50°C，甚至40°C或者 30 cC ο
[0021] -使該涂層的每個點在0. 05至10ms，特別地0. 1至5ms，或者0. 1至2ms的范圍內 的時間段期間經受熱處理（或者升至最大溫度）。該時間段同時通過激光線的寬度和在基 材和激光線之間的相對位移速度進行設置。
[0022] -在附加加熱區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相同 的表面積的并且與所述附加加熱區精確相反的區域中的涂層的平均溫度T1之間的相對差 A T (T2-T1)為至少0°C，特別地+5°C，或者+KTC或者+15°C，特別地對于具有3至5mm基材 厚度而言。相對差Δ T有利地為至少+15°C，特別地+20°C甚至+30°C，特別地對于具有1至 3_的基材厚度而言。該相對差ΔΤ有利地為最多+100°C，特別地+50°C。該溫度典型地使 用紅外照相機在該涂層或者第二面的不同點，例如5或者10個點進行測量，以便建立算術 平均值。典型地，對于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] 所述或每個附加加熱設備優選地選自輻射加熱設備，對流加熱設備，傳導加熱設 備或它們的任何組合。
[0024] 在輻射加熱設備中，特別地可以提到紅外線輻射加熱設備，例如紅外燈。
[0025] 在對流加熱設備中，特別地可以提到輸送熱氣，典型地熱空氣的噴嘴。
[0026] 在傳導加熱設備中，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。該輥可以通過不同的技術進行加熱，例如通過焦耳效應，或者可以通過透射穿過該基 材的激光輻射進行加熱，因此不輸入補充能源。該熱表面還可以為被沉積在基材的第二面 上并且通過該激光輻射進行間接加熱的涂層，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該基材的激光輻射部分。
[0027] 優選地，通常是基本水平的基材在傳送帶上面對該或者每根激光線行進，該或者 每根激光線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行設置。該 或者每根激光線可以被設置在基材的上面和/或下面。該附加加熱設備它們被設置在與激 光線相反的一側（相對于該基材而言）上。典型地，該激光線設置在基材的上面和附加加 熱設備在該基材的下面。
[0028] 其它實施方案當然是可能的。例如，該基材可以是固定的，該或者每根激光線和附 加加熱設備面對基材進行移動，特別地借助于至少一個移動臺架。該或者每根激光線還可 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行設置。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行位移。
[0029] 激光輻射優選通過包括一個或多個激光源以及用于成形和重定向的光學器件的 組件產生。
[0030] 該激光源典型地是激光二極管或者纖維或者盤式激光器。激光二極管允許經濟地 實現相對于電源功率的高功率密度（對于小的尺寸大小）。纖維激光器的尺寸大小是甚至 更小的，并且獲得的線功率密度可以是甚