JP2009277995A - 基板処理装置および基板処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】腐食性ガスを使用する処理工程を有する基板処理装置において、大型基板を処理することが可能な基板処理装置および基板処理方法を提供する。
【解決手段】腐食性ガスを用いて基板５０に処理を施す基板処理装置１０において、処理室１１と、処理室１１内に配置され、基板５０を収容可能な基板収容室１３と、基板収容室１３に腐食性ガスを流通させる腐食性ガス流通機構１５と、を備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、基板処理装置および基板処理方法に関するものである。

従来から、薄膜太陽電池としてＣＩＳ系太陽電池やＣＩＧＳ系太陽電池が知られている（例えば、特許文献１参照）。ＣＩＧＳ系太陽電池の基本構成を図１０に示す。図１０に示すように、ＣＩＧＳ系太陽電池１００は、ガラス基板１０１上に、裏面電極層１０２、光吸収層１０３、バッファ層１０４および透明電極層１０５が順に積層された構成である。このように構成されたＣＩＧＳ系太陽電池１００の中で、光吸収層１０３はＣｕ−Ｇａ合金とＩｎの積層膜をＳｅ雰囲気中で高温アニールすることで形成される。具体的には、Ｃｕ−Ｇａ合金とＩｎが積層された基板を、セレン化水素（Ｈ_２Ｓｅ）雰囲気中に高温状態で長時間保持することでＣＩＧＳ系の光吸収層１０３が形成される。なお、ＣＩＳ系太陽電池は、上述したＣＩＧＳ系太陽電池のＣｕ−Ｇａ合金をＣｕに置換したものである。
特開２００３−２８２６００号公報

ところで、光吸収層を形成する際に用いているセレン化水素は高腐食性ガスであるため、基板が配置された処理室が腐食するのを防止する目的で、これまで石英からなるチューブ内に基板を配置してセレン化水素雰囲気中で高温アニールすることにより光吸収層を形成していた。
近時では、大型基板に太陽電池を形成することが求められている。大型基板にＣＩＧＳ系太陽電池の光吸収層を形成する場合には、基板を配置する石英チューブを大型化する必要がある。しかしながら、石英チューブを大型化することは費用面などの問題から困難であるため、大型基板にＣＩＧＳ系（ＣＩＳ系）太陽電池を形成することができないという問題があった。

そこで、本発明は、上述の事情に鑑みてなされたものであり、腐食性ガスを使用する処理工程を有する基板処理装置において、多大な費用をかけずに大型基板を処理することが可能な基板処理装置および基板処理方法を提供するものである。

請求項１に記載した発明は、腐食性ガスを用いて基板に処理を施す基板処理装置において、処理室と、処理室内に配置され、前記基板を収容可能な基板収容室と、該基板収容室に前記腐食性ガスを流通させる腐食性ガス流通機構と、を備えていることを特徴としている。
請求項１に記載した発明によれば、基板処理装置が処理室と基板収容室との二重構造で構成され、基板収容室にのみ腐食性ガスを供給するため、処理室の腐食を抑えることができ、処理室の長寿命化を図ることができる。また、腐食が進行して定期的な交換が必要になる基板収容室を安価な材料で形成することにより、多大な費用をかけずに装置を構成することができる。また、基板収容室の大きさを大型基板が収容可能な必要最小限度の大きさにすることで、大型基板を処理することができる。

請求項２に記載した発明は、前記腐食性ガス流通機構は、前記基板収容室から着脱可能に構成され、前記基板収容室が、前記処理室に対して搬出入可能に構成されていることを特徴としている。
請求項２に記載した発明によれば、基板収容室から腐食性ガス流通機構を取り外せば、処理室および基板収容室の内部を同時に排気することができる。

請求項３に記載した発明は、前記腐食性ガス流通機構は、前記基板収容室内で前記腐食性ガスを循環させる循環装置を備えていることを特徴としている。
請求項３に記載した発明によれば、基板収容室内において腐食性ガスの濃度や温度を均一化することができる。

請求項４に記載した発明は、前記処理室には、前記基板収容室の加熱機構が設けられていることを特徴としている。
請求項４に記載した発明によれば、基板を加熱しつつ、腐食性ガスで処理することが可能になる。

請求項５に記載した発明は、前記処理室は、該処理室内にガスを導入して所定圧力に制御する雰囲気制御機構を備えていることを特徴としている。
請求項５に記載した発明によれば、処理室内を所定圧力のガスで満たすことが可能になり、基板収容室から処理室内への腐食性ガスの漏洩、および処理室から外部への腐食性ガスの漏洩を防止することができる。

請求項６に記載した発明は、前記腐食性ガス流通機構に、前記腐食性ガスの濃度を調整可能な濃度調整機構が設けられていることを特徴としている。
請求項６に記載した発明によれば、基板処理にとって最適な濃度の腐食性ガスを流通させることができる。

請求項７に記載した発明は、基板を処理する基板処理方法において、基板が収容された基板収容室を処理室内に搬入する基板収容室搬入工程と、前記基板収容室に腐食性ガスを流通させて、前記基板を処理する基板処理工程と、を有することを特徴としている。
請求項７に記載した発明によれば、基板処理装置が処理室と基板収容室との二重構造で構成され、基板収容室にのみ腐食性ガスを供給するため、処理室の腐食を抑えることができ、処理室の長寿命化を図ることができる。また、腐食が進行して定期的な交換が必要になる基板収容室を安価な材料で形成することにより、費用をかけずに装置を構成することができる。また、基板収容室に大型基板を収容できるようにすることで、大型基板を処理することができる。

請求項８に記載した発明は、前記基板処理工程の前に、前記処理室内にガスを供給するガス供給工程を有し、前記基板処理工程では、前記処理室内に供給した前記ガスの圧力を、前記基板収容室内の腐食性ガスの圧力以上に保持することを特徴としている。
請求項８に記載した発明によれば、基板収容室から処理室内への腐食性ガスの漏洩を防止することができる。

請求項９に記載した発明は、前記基板処理工程の前に、前記処理室内にガスを供給するガス供給工程を有し、前記基板処理工程では、前記処理室内に供給した前記ガスの圧力を、大気圧未満に保持することを特徴としている。
請求項９に記載した発明によれば、処理室から外部への腐食性ガスの漏洩を防止することができる。

請求項１０に記載した発明は、前記基板処理工程の後に、前記処理室および前記基板収容室を同時に排気する排気工程を有することを特徴としている。
請求項１０に記載した発明によれば、排気工程に要する排気装置を処理室および基板収容室に個別に設ける必要がなくなり、装置の費用を抑制することができる。また、処理室および基板収容室を同時に排気することにより排気時間を短縮することができる。したがって、生産効率を向上することができる。

請求項１１に記載した発明は、前記基板収容室搬入工程では、ＣｕもしくはＣｕ合金の単層、或いはその層を少なくとも１層以上含む積層が形成された前記基板を搬入し、
前記基板処理工程では、前記腐食性ガスとしてＨ_２ＳｅガスまたはＳｅ蒸気、或いはＨ_２ＳガスまたはＳ蒸気を流通させつつ、前記基板を加熱することにより、前記基板に太陽電池の光吸収層を形成することを特徴としている。
請求項１１に記載した発明によれば、ＣＩＳ系太陽電池に光吸収層を形成する際に、基板を基板収容室に収容し、基板収容室のみにＨ_２ＳｅガスまたはＳｅ蒸気、或いはＨ_２ＳガスまたはＳ蒸気が供給されるため、処理室の腐食を防止することができる。また、処理室には基板収容室を配置するとともに、基板収容室を加熱するためのヒータなどが配置される。したがって、処理室は大型化するが、Ｈ_２ＳｅガスまたはＳｅ蒸気、或いはＨ_２ＳガスまたはＳ蒸気は基板収容室のみに供給されるため、早期に腐食して交換をするのを基板収容室のみにすることができる。つまり、大型で高価な処理室の長寿命化を図ることができる。また、比較的安価な基板収容室を定期的に交換すればよい。そのため、基板収容室はニッケル含有鉄など石英チューブと比較して安価な材料で製造すればよく、また、大型基板を収容できるように形成することも容易であり、大型基板を処理することができる。

本発明によれば、基板処理装置が処理室と基板収容室との二重構造で構成され、基板収容室にのみ腐食性ガスを供給するため、処理室の腐食を抑えることができ、処理室の長寿命化を図ることができる。また、腐食が進行して定期的な交換が必要になる基板収容室を安価な材料で形成することにより、費用をかけずに装置を構成することができる。また、基板収容室に大型基板を収容できるようにすることで、大型基板を処理することができる。

（基板処理装置）
本発明の実施形態に係る基板処理装置について、図１〜図９に基づいて説明する。
図１は基板処理装置の概略構成図である。図１に示すように、基板処理装置１０は、略直方体で形成された処理室１１と、処理室１１に対して搬出入可能に構成されたマッフル（基板収容室）１３と、マッフル１３に対して腐食性ガスを供給・循環させる腐食性ガス流通機構１５と、を備えている。

処理室１１は、内部に空間部２１が構成された略直方体で形成されている。処理室１１の外壁２２は、二重壁構造になっており、その隙間２３に冷却水Ｃが供給されるようになっている。

図２は図１のＡ部拡大図である。図２に示すように、処理室１１の外壁２２は、処理室１１の外周面を構成する外側壁２４と、隙間２３を挟んで処理室１１の内周面を構成する内側壁２５と、で構成されている。なお、外側壁２４は例えばＳＵＳ３０４で形成され、内側壁２５は例えばＳＵＳ３１６で形成されている。つまり、内側壁２５の方が耐腐食性の高い部材を採用することが好ましい。外側壁２４と内側壁２５との間には、支持部材２６が適宜設けられている。また、内側壁２５の空間部２１側には断熱材２７が設けられている。断熱材２７は、ピン２８により内側壁２５に支持固定されている。さらに、断熱材２７の空間部２１側には、断熱材２７に沿うようにヒータ２９が取り付けられている。ヒータ２９は例えばカーボンヒータで構成されている。

図１に戻り、処理室１１の上面３１には貫通孔３２が複数（本実施形態では２箇所）形成されている。貫通孔３２には、腐食性ガス流通機構１５の配管３５，３６が挿通されている。また、処理室１１の上面３１には、腐食性ガス流通機構１５の循環ファン３７が載置されている。なお、腐食性ガス流通機構１５は、図示しないヒータが設けられており、処理室１１内と略同一の温度に保持できるようになっている。これにより、腐食性ガス流通機構１５における腐食性ガスの凝固を防止することができる。２本の配管３５，３６は、処理室１１の外部において循環ファン３７の吸込側３７ａと吐出側３７ｂにそれぞれ１本ずつ接続されている。また、２本の配管３５，３６は、処理室１１の空間部２１において端部３５ａ，３６ａが露出した状態で配置されている。なお、端部３５ａ，３６ａは、高さ方向において略同一の高さに位置するように形成されている。

さらに、処理室１１の下面３３には、貫通孔３４が形成されている。貫通孔３４には、配管３８が接続されており、配管３８の先端部には排気ポンプ３９が設けられている。排気ポンプ３９により処理室１１の空間部２１の排気ができるようになっている。

また、処理室１１には、例えばＮ_２ガスを処理室１１内に供給可能な図示しないガス供給装置が設けられている。そして、このガス供給装置と排気ポンプ３９とで、処理室１１内の圧力を制御する雰囲気制御機構が構成される。このようにすることで、処理室１１内を所定圧力のガスで満たすことが可能になり、マッフル１３から処理室１１内への腐食性ガスの漏洩、および処理室１１から外部への腐食性ガスの漏洩を防止することができる。
また、処理室１１の空間部２１には、マッフル１３を載置するための図示しないテーブルが設けられている。

マッフル１３は、略直方体で形成されており、その内部は空間部４５が構成されている。なお、マッフル１３は例えばニッケルを含有した鉄など比較的耐腐食性の高い材料で形成されている。また、マッフル１３は、処理室１１の空間部２１に配置できる大きさで形成されている。マッフル１３の空間部４５には、基板５０が縦置きまたは横置きで複数枚配置できるようになっている。つまり、複数の基板５０を同時に処理できるようになっている。マッフル１３の上面４６には、貫通孔４７が複数（本実施形態では２箇所）形成されている。貫通孔４７には、腐食性ガス流通機構１５の配管３５，３６が接続できるように構成されている。

処理室１１には、マッフル１３を搬送するための搬送室４１が連接されている。処理室１１における搬送室４１との境界の外壁２２には、搬送口４３が形成されている。搬送口４３は気密性を確保できるように形成されている。
搬送室４１は、マッフル１３を搬送するためのフォーク５１が配置されている。フォーク５１は水平方向および垂直方向へ移動できるように構成されている。また、搬送室４１内は真空状態を保持できるように図示しない真空ポンプが設けられている。

（作用）
次に、基板処理装置１０を用いて、ＣＩＳ系太陽電池の光吸収層を形成する場合について、図３〜図９に基づいて説明する。なお、図４〜図９はＣＩＳ系太陽電池の光吸収層を形成する工程の説明図である。

図３は、ＣＩＳ系太陽電池を製造する工程の途中の基板の状態を示した概略構成図である。図３に示すように、ガラス基板１０１上に裏面電極層１０２およびＣｕ層１０３ａ、Ｉｎ層１０３ｂが積層された状態（基板５０）で、マッフル１３内に複数枚配置する。基板５０が配置されたマッフル１３をフォーク５１上に載置する。

図４に示すように、マッフル１３を載置したフォーク５１は、搬送室４１内を移動して、処理室１１の搬送口４３前まで移動する。このとき、搬送室４１内は真空状態に保持されている。そして、排気ポンプ３９にて処理室１１内を排気し、真空状態（減圧状態）に保持する。

図５に示すように、処理室１１が減圧された後、搬送口４３を開状態にし、マッフル１３が載置されたフォーク５１を処理室１１の空間部２１に搬入する（基板収容室搬入工程）。そして、処理室１１内のテーブル（不図示）にマッフル１３を受け渡す。マッフル１３がテーブルに載置されたら、フォーク５１を処理室１１から退避させ、搬送口４３を閉にする。

図６に示すように、マッフル１３の貫通孔４７と腐食性ガス流通機構１５の配管３５，３６の端部３５ａ，３６ａとを嵌合させるように接続する。例えば、テーブルを上昇させて、貫通孔４７と配管３５，３６とを接続させる。

図７に示すように、配管３５，３６がマッフル１３に接続されたら、図示しない処理ガス供給装置から配管内にＨ_２ＳｅガスまたはＨ_２Ｓガスを供給し、循環ファン３７を駆動させてＨ_２ＳｅガスまたはＨ_２Ｓガスをマッフル１３の空間部４５に供給し、基板５０に対する処理を行う。

同時に、処理室１１の空間部２１に例えばＮ_２ガスを図示しないガス供給装置により供給する（ガス供給工程）。ここで、マッフル１３の空間部４５の圧力Ｐ１と処理室１１の空間部２１の圧力Ｐ２とは、圧力を調整しながらガスを供給する。なお、Ｐ１≦Ｐ２とすることで、マッフル１３から処理室１１への腐食性ガス（Ｈ_２ＳｅガスまたはＨ_２Ｓガス）の漏洩を防止することができる。さらに、Ｐ１およびＰ２を略同一（Ｐ１≒Ｐ２）とすることで、処理室１１からマッフル１３へのＮ_２ガスの浸入を防止すること可能になり、マッフル１３内の腐食性ガスの濃度を維持することができる。また、これらのガス圧は、大気圧より若干小さくなるようにすることが好ましい。このようにすることで、ガスが装置外へ漏洩することを防止できる。

また、Ｈ_２ＳｅガスまたはＨ_２Ｓガスをマッフル１３に供給し、ヒータ２９を駆動してマッフル１３（空間部４５）を加熱する。そして、マッフル１３（空間部４５）が所望の温度まで加熱されたら、その状態で保持する（基板処理工程）。この保持の間に、光吸収層１０３が形成される（図１０参照）。
光吸収層１０３が形成されたら、テーブルを下降してマッフル１３の貫通孔４７と配管３５，３６とを離間させる。

そして、図８に示すように、排気ポンプ３９を駆動して、処理室１１の空間部２１、マッフル１３の空間部４５および配管３５，３６内に残存しているガス類を排気するとともに、処理室１１内を真空状態（減圧状態）に保持する（排気工程）。

図９に示すように、処理室１１の空間部２１を減圧状態に保持し、搬送口４３を再び開状態にして、フォーク５１を空間部２１に移動する。フォーク５１でマッフル１３を受け取ると、フォーク５１を処理室１１から搬出して、マッフル１３を次工程の装置へと搬送する。

本実施形態によれば、腐食性ガス（Ｈ_２ＳｅガスまたはＨ_２Ｓガス）を用いて基板５０に処理を施す基板処理装置１０において、処理室１１と、処理室１１内に配置され、基板５０を収容可能なマッフル１３と、マッフル１３に腐食性ガスを流通させる腐食性ガス流通機構１５と、を備えて構成した。
したがって、基板処理装置１０が処理室１１とマッフル１３との二重構造で構成され、基板処理時にはマッフル１３のみに腐食性ガスが供給される。このことにより、処理室１１が処理圧力の高腐食性のＨ_２ＳｅガスあるいはＨ_２Ｓガスに触れることがなくなる。これに対して、従来は処理室１１内で直接ガスを供給して高温アニールを実施していたため、処理室１１にＨ_２Ｓｅガスが長時間充満していた。したがって、本実施形態における基板処理装置１０では処理室１１がＨ_２Ｓｅガスに触れる時間を短縮することができるため、処理室１１の腐食速度を遅らせることができ、処理室１１の長寿命化を図ることができる。また、腐食が早期に進行するマッフル１３を定期的に交換するが、マッフル１３を安価な材料で形成することにより、費用をかけずに装置を構成することができる。なお、処理室１１にはヒータ２９、循環ファン３７および排気ポンプ３９などが設けられており、さらに、構造も複雑であるため、マッフル１３と比較して、高価である。したがって、構造も複雑でないマッフル１３を腐食させるようにして定期的に交換するようにした方が、交換の頻度は多いがトータル的な費用は低減することができる。また、マッフル１３は大型化することも容易であるため、大型基板を収容可能な必要最小限度の大きさにすることで、大型基板を処理することができる。

また、腐食性ガス流通機構１５は、マッフル１３から着脱可能に構成され、マッフル１３を、処理室１１に対して搬出入可能に構成したため、腐食性ガス流通機構１５を取り外せば、処理室１１およびマッフル１３の内部を同時に排気することができる。

さらに、腐食性ガス流通機構１５は、マッフル１３内で腐食性ガスを循環させる循環ファン３７を備えて構成したため、マッフル１３内において腐食性ガスの濃度や温度を均一化することができる。

そして、処理室１１には、マッフル１３を加熱するヒータ２９を設けたため、基板５０を加熱しつつ、腐食性ガスで処理することが可能になる。

尚、本発明の技術範囲は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。すなわち、実施形態で挙げた具体的な形状や構成等は一例にすぎず、適宜変更が可能である。
例えば、腐食性ガスを循環させる配管に、腐食性ガスの濃度を調整可能な濃度調整機構を設けてもよい。濃度調整機構とは、例えば、配管内の腐食性ガスの濃度を検出する濃度センサと、検出された濃度に応じて腐食性ガス供給装置のバルブ開度を調節する制御部とを設けたものである。このようにすることで、基板処理にとって最適な濃度の腐食性ガスを流通させることができる。
また、本実施形態では、腐食性ガス（Ｈ_２ＳｅガスまたはＨ_２Ｓガス）を用いて基板に処理を施す基板処理装置を用いて説明したが、Ｓｅ蒸気またはＳ蒸気などの金属蒸気を用いて基板に処理を施してもよい。

本発明の実施形態における基板処理装置の正面概略図である。 図１のＡ部拡大図である。 本発明の実施形態における処理前の基板の断面構成図である。 本発明の実施形態における基板処理装置を用いて基板を処理する過程を示す説明図（１）である。 本発明の実施形態における基板処理装置を用いて基板を処理する過程を示す説明図（２）である。 本発明の実施形態における基板処理装置を用いて基板を処理する過程を示す説明図（３）である。 本発明の実施形態における基板処理装置を用いて基板を処理する過程を示す説明図（４）である。 本発明の実施形態における基板処理装置を用いて基板を処理する過程を示す説明図（５）である。 本発明の実施形態における基板処理装置を用いて基板を処理する過程を示す説明図（６）である。 ＣＩＳ系太陽電池の基本構成図である。

符号の説明

１０…基板処理装置 １１…処理室 １３…マッフル（基板収容室） １５…腐食性ガス流通機構 ２９…ヒータ（加熱機構） ３５，３６…配管 ３７…循環ファン（循環装置） ５０…基板

Claims (11)

1. 腐食性ガスを用いて基板に処理を施す基板処理装置において、
   処理室と、
   処理室内に配置され、前記基板を収容可能な基板収容室と、
   該基板収容室に前記腐食性ガスを流通させる腐食性ガス流通機構と、を備えていることを特徴とする基板処理装置。
2. 前記腐食性ガス流通機構は、前記基板収容室から着脱可能に構成され、
   前記基板収容室が、前記処理室に対して搬出入可能に構成されていることを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。
3. 前記腐食性ガス流通機構は、前記基板収容室内で前記腐食性ガスを循環させる循環装置を備えていることを特徴とする請求項１または２に記載の基板処理装置。
4. 前記処理室には、前記基板収容室の加熱機構が設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の基板処理装置。
5. 前記処理室は、該処理室内にガスを導入して所定圧力に制御する雰囲気制御機構を備えていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の基板処理装置。
6. 前記腐食性ガス流通機構に、前記腐食性ガスの濃度を調整可能な濃度調整機構が設けられていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の基板処理装置。
7. 基板が収容された基板収容室を、処理室内に搬入する基板収容室搬入工程と、
   前記基板収容室に腐食性ガスを流通させて、前記基板を処理する基板処理工程と、を有することを特徴とする基板処理方法。
8. 前記基板処理工程の前に、前記処理室内にガスを供給するガス供給工程を有し、
   前記基板処理工程では、前記処理室内に供給した前記ガスの圧力を、前記基板収容室内の腐食性ガスの圧力以上に保持することを特徴とする請求項７に記載の基板処理方法。
9. 前記基板処理工程の前に、前記処理室内にガスを供給するガス供給工程を有し、
   前記基板処理工程では、前記処理室内に供給した前記ガスの圧力を、大気圧未満に保持することを特徴とする請求項７または８に記載の基板処理方法。
10. 前記基板処理工程の後に、前記処理室および前記基板収容室を同時に排気する排気工程を有することを特徴とする請求項７〜９のいずれかに記載の基板処理方法。
11. 前記基板収容室搬入工程では、ＣｕもしくはＣｕ合金の単層、或いはその層を少なくとも１層以上含む積層が形成された前記基板を搬入し、
    前記基板処理工程では、前記腐食性ガスとしてＨ_２ＳｅガスまたはＳｅ蒸気、或いはＨ_２ＳガスまたはＳ蒸気を流通させつつ、前記基板を加熱することにより、前記基板に太陽電池の光吸収層を形成することを特徴とする請求項７〜１０のいずれかに記載の基板処理方法。

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