Effiziente Wärmebehandlung großflächiger Substrate

FLA-Anlage zur thermischen Vor- und Nachbehandlung mittels Xenon-Blitzlampen.
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Thermische Behandlungen von beschichtetem Glas, Kunststoff oder Wafern sind ein gebräuchlicher Prozess, um die Schicht- und Oberflächeneigenschaften großflächiger Substrate zu verbessern. In Ofen-Temperprozessen werden die Substrate gänzlich aufgeheizt und müssen nach der Behandlung langsam wieder abkühlen. Dies ist zeit- und energieintensiv und kann damit problematisch für die Behandlung großer Flächen werden. Hinzu kommt, dass lange Aufheizvorgänge in der Dünnschichttechnologie zu unerwünschten Diffusionsprozessen führen und daher den Einsatz zusätzlicher Barriereschichten erforderlich machen können. Der Fertigungsprozess wird somit komplexer. Das Flash Lamp Annealing (Blitzlampentemperung/FLA) bietet hier eine gute Alternative für die Dünnschichttechnologie, um beispielsweise elektrische oder optische Eigenschaften insbesondere auf großflächigen Substraten zu optimieren. Beim FLA handelt es sich um ein innovatives Verfahren zur thermischen Vor- und Nachbehandlung mittels Xenon-Blitzlampen, das in einem Zeitbereich von wenigen tausendstel Sekunden stattfindet. Ein wesentlicher Vorteil im Vergleich zu konventionellen Verfahren ist eine örtlich präzise Wärmezufuhr, beschränkt auf den gewünschten Substratbereich, wodurch die Temperaturbelastung des gesamten Substrates sinkt. Somit ist das Verfahren im Vergleich zu Ofenprozessen effizienter und kostengünstiger. Aufgrund des geringen Footprints des FLA-Setups ist dieser Prozess in nahezu jede Fertigungslinie implementierbar. Darüber hinaus ist er weniger energieaufwendig, was eine CO2-Reduktion zur Folge hat.

Behandlungsgeschwindigkeiten bis zu sechs Metern pro Minute

In Zusammenarbeit zwischen dem Anlagenspezialisten Rovak und dem Fraunhofer-Institut für Organische Elektronik, Elektronenstrahl- und Plasmatechnik FEP werden neue elektrische Schaltungskonzepte für den Betrieb von Blitzlampen sowie für die Prozesskontrolle und optimierungsrelevanter Messtechnik untersucht und erprobt. Dr. Manuela Junghähnel, Abteilungsleiterin Sheet-to-Sheet-Technologien und Präzisionsbeschichtung am Fraunhofer FEP: „Wir haben den Schwerpunkt auf Inline-FLA gelegt. Durch unsere Untersuchungen sind wir in der Lage, große Flächen im Durchlaufbetrieb zu behandeln. Dabei sind Behandlungsgeschwindigkeiten bis zu sechs Metern pro Minute und Breiten bis zu 3,2 Metern möglich. Mittels dieser Tempermethode werden vorrangig nur oberflächennahe Bereiche behandelt. Dies erlaubt auch eine Bearbeitung temperatursensibler Materialien, wobei maximale Oberflächentemperaturen von bis zu 2000 °C erreicht werden können.“ Für die Nutzung des FLA in industriellen Anwendungen ist eine effektive Prozesskontrolle notwendig. Hierfür wurde unter anderem eine Messanordnung untersucht, die mittels zeitaufgelöster Detektion der Emission der behandelten Oberfläche deren Temperaturverlauf während der Prozessierung erfasst. Dadurch wird eine exakte Beurteilung des Tempereffektes jedes einzelnen Blitzes möglich.

 

Autor(en): Wi

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