JP2012089850A - 炉内で表面処理する装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、炉内で基板の面を処理し、薄層の析出を向上させると共にガス相成分と面の反応を向上させる装置及び方法を提供する。
【解決手段】排気システム及びその方法は、排気ガスがガス処理装置に運ばれるようにする。ドアシールと不活性ガス浄化システムは、炉が安全に作動し、ドアシール領域でプロセスガスの反応を最小にする。排気システムは、プロセス管であって、第１の端部と、第２の端部と、第１の端部と第２の端部との間の外面と、第１の端部の外面に配置された第１の係合面と、を有するプロセス管と、プロセス管の第１の端部と係合するドアであって、プロセス管の第１の端部が挿入される凹んだキャビティを形成するリップと、プロセス管の長手方向軸に対して一定の角度でプロセス管の第１の係合面と係合し、リップの内面に配置された第２の係合面と、プロセス管の第２の端部を貫通する排気管と、を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、炉内で基層表面を処理し、薄層の生成を高めたり、ガス相成分の反応を高めるする技術に関する。

初期の集積回路では、電気的性質及びシリコンの導電性を変えるために、シリコン表面にドーパント原子を組み込む拡散プロセスが使用されていた。りん、硼素、ヒ素及びアンチモンを含む通常のドーパント原子や、他の原子が使用される。集積回路製造プロセスにおけるこの工程は、“拡散”工程として知られている。通常のドーパント原子の拡散挙動は、多結晶及び単結晶シリコン基材で特徴付けられている。ドーパント原子の拡散挙動に影響する因子には、ドーパント源の濃度、シリコン結晶構造（すなわち、多結晶又は単結晶）、単結晶の結晶面の向き、基材表面のドーピング濃度、ドーパント暴露時間、ピーク温度及び温度履歴、ピーク温度保持時間、面の清浄度、基材表面における薄層の存在（すなわち、自然酸化物や薄い析出層）がある。拡散プロセス後における基材表面の深さの関数としてのドーパント原子の濃度については、この技術分野において従来から知られている。

集積回路技術の進歩や、表面からの深さを浅くするため抑制されたドーパント原子の高濃度の必要性は、拡散工程がイオン注入プロセスによって置き換えられ、注入されるドーパント種を活性化するために使用される高速熱アニール（ＲＴＡ）プロセスが続く。従って、拡散プロセスは、何年もの間、最先端の集積回路において使用されていない。

シリコン技術に基づく光起電力（ＰＶ）太陽電池は、数十年間知られており、最近は大量に作られている。他の材料に基づくウェハーベースＰＶ太陽電池も知られているが、大量に製造するまでは進歩していない。最近のトレンド、例えば、従来のエネルギー源の高コスト化、低い材料コスト、低い設備コスト、改善された太陽電池効率、及び再生可能なエネルギー技術の採用は、電気を作る従来のエネルギー源と対抗できる費用にするため、ウェハーベースＰＶ太陽電池を利用する。ウェハーベースＰＶ太陽電池の基材表面からの深さの関数としてのドーパント原子の濃度は、シリコンベース集積回路の濃度のように厳密なものではない。従って、拡散プロセスは、電気的性質や基材の導電性を変えるために、しばしばドーパント原子をウェハー表面に入れるために用いられる。

ウェハーベースＰＶ太陽電池の効率は、多くの因子による影響を受ける。これらの因子の中には、シリコン中の不純物の存在、シリコン結晶構造（すなわち、多結晶又は単結晶）、基材表面のドーピング濃度、ドーパント暴露時間、ピーク温度及び温度履歴、ピーク温度保持時間、面の清浄度、基材表面における薄層の存在（すなわち、自然酸化物や薄い析出層）、表面におけるキャリア再結合中心（carrier recombination center）の濃度、基材のバルク中のキャリア再結合中心の濃度及びＰＶ太陽電池構造がある。

ウェーハベースＰＶ太陽電池の採算性及び作られた電気のワット当たりの莫大な費用（すなわち、ドル／ワット）は、ウェーハベースＰＶ太陽電池を製造するのに用いる種々の工程の工程数や複雑性に影響を受ける。最適な効率と、太陽電池を作るための製造コストとの間で、バランスと妥協とが決定される。拡散工程の前の複雑で費用がかかるクリーニング及び予備処理工程との間のトレードオフが、太陽電池の最終的な製造コストを決定する。例えば、拡散工程は、基材の表面を綺麗にし、不純物及び自然酸化物をフリーにすることによって成功する。これは、フッ酸（ＨＦ）溶液（シリコンベースＰＶ太陽電池）で基板を綺麗にすることによって達成され、所定の時間内で拡散プロセスを終了する。これは、実際的ではなく、数千万の太陽電池を毎年作る大きなＰＶ太陽電池工場で非常に費用がかかる。早く、費用的に有効なプロセスが、太陽電池製造プロセス前又はプロセス中に基板の面を適切に処理するために開発された場合には、大きな効果がある。

従って、ウェーハベースＰＶ太陽電池の製造で使用される多くの工程の前に、基板表面の予備処理、クリーニング、コンディショニングなどを容易にする装置及び方法を開発する必要がある。

本発明は、ウェハーベース太陽電池の製造プロセスにおいて、拡散工程、アニール工程、析出工程の前に、基板の面を処理し、クリーニングし、コンディショニングする装置及び方法を提供する。装置及び方法は、一つの拡散装置、アニール装置又は析出装置内で行われる複数の工程の一体的な部分として、予備処理、クリーニング、コンディショニングなどの工程を容易にする。

本発明の一実施形態において、排気システムは、管内の圧力を低下させる炉システムの一部分として設けられ、基板表面を予備処理し、クリーニングし、コンディショニングなどするために使用するガスの導入を容易する。排気システムは、排気流が特定ガス処理システムに流れるようにするために、予備処理し、クリーニングし、コンディショニングする構成要素を備え、排気流は拡散、アニール又は析出工程中に分離ガス処理システムに流れる。排気流の通路の選択は、炉の制御システムによって制御され、特定の方法の個々の工程について選択される。

本発明の一実施形態において、ドア閉鎖システムは、炉システムの一部分として設けられ、拡散、アニール、析出、予備処理、クリーニング、コンディショニングなどの炉プロセスの工程中に、ドア領域の不活性ガス浄化を行う。更に、不活性ガス浄化は、炉のドアシール領域内で材料の可能な析出、炉のドアシール領域の腐食を防止する。本発明の一実施形態において、不活性ガス浄化システムのいくつかの例が提供されている。

本発明の一実施形態において、ドア閉鎖システムは、炉システムの一部分として提供され、基板表面を予備処理し、クリーニングし、コンディショニングなどするために使用するガスの導入を容易にするために、管内の圧力を減少させる。ドア閉鎖システムは、炉の設計において選択された範囲内でのリーク量を有するシールを提供する。リーク量範囲は、排気システムによる排気流の１／２〜１／４の間より小さくなるように選択される。これは、予備処理し、クリーニングし、コンディショニングなどするガスが、ドア領域内の管から逃げることを防止するシールを提供する。更に、これは、シールを通して、管の中へ、管の外側からの空気の流れを容易にするシールを提供し、予備処理、クリーニング、コンディショニングなどの工程中にドアシール領域を浄化する作用する。

以上の効果及び他の効果は、以下で詳細に説明するように、本発明によって得られる。

理解を容易にするために、同一の参照符号が、図で共通する同一の要素を示すために使用される。図面はスケール表記されていなく、図面の種々の要素の相対的な寸法が示されている。

本発明の技術は、添付される図面と共に、以下の詳細な説明によって容易に理解される。

排気システムの一実施形態の構成を示す図である。 不活性ガス浄化機能を有するドア閉鎖システムの一実施形態の構成を示す。 不活性ガス浄化機能を有するドア閉鎖システムの他の実施形態の構成を示す。 （ａ）は既知のリーク量を受け入れるドア閉鎖システムの一実施形態の構成を示し、（ｂ）は既知のリーク量を受け入れるドア閉鎖システムの他の実施形態の構成を示す図である。 （ａ）は既知のリーク量を受け入れるドア閉鎖システムの一実施形態の構成を示し、（ｂ）は既知のリーク量を受け入れるドア閉鎖システムの一実施形態の構成を示す図である。

以下の説明を考慮すると、当業者は、本発明をウェーハベース太陽電池の製造の拡散工程、アニール工程、析出工程で使用される装置の設計及び装置の運転に用いることができるということを容易に理解する。

図１は、排気システムの一実施形態の構成を示す。プロセス管１００の後端が示されている。慣例により、ウェーハが挿入されているプロセス管の端部はプロセス管の“前”と呼ばれ、反対側の端部は“後”と呼ばれる。排気管１０１は、プロセス管の後を貫通し、プロセス管内で適当な設備に配置された排気マニホールド（図示しない）から排気ガスを排気し、排気ガスを安全に処理する。プロセス管内に配置された排気マニホールドのデザイン及び機能は、本願出願人による米国特許出願番号１２／７１１，８３８に記載されており、参照することによって全体がここに組み込まれている。

拡散工程、アニール工程、析出工程中に、排気ガスは排気管によって運ばれ、プロセス排気バルブ１０４を通して出る。拡散工程、アニール工程、析出工程中に、バルブ１０７は開き、バルブ１０６は閉じる。排気バルブ１０４を通る排気線は、拡散工程、アニール工程、析出工程中に存在する排気ガスを安全に処理するために構成された処理装置に導く。適切なガス処理装置の例は、大量の希釈物、洗浄装置、バムボックス、ガス反応コラム、ガス吸収装置などを含む。ドレイン口１０５は、拡散工程、アニール工程又は析出工程から凝縮生成物を集めるために使用される。圧力監視装置１０３は、この工程中にプロセス管の圧力を監視するために使用される。例えば、リン源としてのオキシ塩化リン（ＰＯＣｌ₃）を使用するシリコンのドーピング中に、凝縮生成物はドレイン口１０５などのシステムに捕捉される。

予備処理、クリーニング、コンディショニングなどの工程中に、プロセス排気バルブ１０４は閉じ、バルブ１０４も閉じる。バルブ１０６は開き、排気ガスは排気管に沿って運ばれ、バルブ１０６を通って出る。プロセス排気バルブ１０６に接続する排気ラインは真空源まで延び、予備処理、クリーニング、コンディショニングなどの工程中に存在する排気ガスを安全に処理するために構成された排気ガス処理施設まで導く。適当な真空装置の一例は、大流量プロセス排気ファン、ベンチュリーポンプ、機械式真空ポンプなどを含む。適当なガス処理施設の一例は、大容積希釈、洗浄装置、バームボックス、ガス反応コラム、ガス吸収体などを含む。圧力監視装置１０３は、排気ラインの圧力及び炉管を監視するために使用される。一般に、予備処理、クリーニング、コンディショニングなどの工程中に、ある環境下で管内の圧力を減少する効果がある。

図２Ａは、不活性ガス浄火機能を有するドア閉鎖システムの幾つかの実施形態の構成の一つを示す。ドア２００は、プロセス管１００の前でシールを形成する。ドア２００とプロセス管１００との間のシールは、任意の方法によって行うことができる。通常のシール方法は、隣接する平坦面、すり合わせ結合部、高温エラストマーシールなどを含む。図２Ａは、ドア２００を貫通する制限リーク入口管２０１の使用を示す。制限リーク入口管２０１は、拡散、アニール、析出、予備処理、クリーニング、コンディショニングなどの炉の工程中において、プロセス管の前の領域で不活性ガス浄化を実施するために使用される。不活性ガス浄化は、上述したプロセス中に反応ガスが炉のドアシールから逃げることを防止するよう機能する。更に、不活性ガス浄化は、炉のドアシール領域内で材料の可能な析出、又は炉のドアシール領域の腐食を防止するよう機能する。大きなプロセス管の内側にある制限されたリーク入口管２０１の端部において、ガスは、ディフューザ、シャワーヘッド、分配ガスプレナムなどの通常の技術によって与えられる。

図２Ｂは、不活性ガス浄化機能を有するドア閉鎖システムの幾つかの実施形態の構成の一つを示す。ドア２００はプロセス管１００の前でシールを形成する。ドア２００とプロセス管１００との間のシールは任意の方法によって行うことができる。通常のシーリング方法は、隣接する平坦面、すり合わせ結合部、高温エラストマーシールなどを含む。図２Ｂは、プロセス管１００を貫通するリークを制限する環状リング２０２の使用を示す。リークを制限する環状リング２０２は、拡散、アニール、析出、予備処理、クリーニング、コンディショニングなどの炉の工程中において、プロセス管の前の領域で不活性ガス浄化を実施するために使用される。不活性ガス浄化は、上述したプロセス中に反応ガスが炉のドアシールから逃げることを防止するよう機能する。更に、不活性ガス浄化は、炉のドアシール領域内で材料の可能な析出、又は炉のドアシール領域の腐食を防止するよう機能する。リークを制限する環状リング２０２は、プロセス管の中に貫通する一つ以上の貫通部分を有する。不活性ガスは、リークを制限する環状リング２０２からプロセス管１００への貫通部分において、ディフューザ、シャワーヘッド、分配ガスプレナムなどの通常の技術によって与えられる。一般に、リークを制限する環状リング２０２からプロセス管１００への十分な数の貫通部分が使用されるならば、これ以上の分散技術は必要とされない。

図３Ａ（ａ）は、既知のリーク量を受け入れるドア閉鎖システムの幾つかの実施形態の二つの構成を示す。ドア２００はプロセス管１００に対してテーパシールを形成する。ドア２００は、プロセス管１００の端部が挿入される凹んだキャビティを形成するリップ３０１を有する。ドアリップの内面３０２及びプロセス管１００の端部の外面３０３は、好ましくは、アライメント、接触、二つの面のシール性を良くするために角度付けされている。二つの係合する面３０２，３０３の角度は、プロセス管１００の長手方向軸に対して通常は５゜と４５゜の間であり、好ましくは１０゜と２０゜との間である。シールの一実施形態の詳細は、図３Ａ（ａ）の符号３００で示された円内に示されている。この構成において、ドア２００をプロセス管１００の端部に係合させる力は、二つの角度が付いた面３０２と３０３の全体に分散する。

既知のリーク量を受け入れる他のドア閉鎖システムは図３Ａ（ｂ）に示されている。ドア２００は、プロセス管１００を有する一つのラインシールを形成する。ドア２００は、プロセス管１００の端部が挿入される凹んだキャビティを形成するリップ３０１を有する。ドア２００のリップの内面３０５とプロセス管１００の端部の外面３０６とは、好ましくは、アライメント、接触、二つの面のシール性を良くするために角度付けされている。角度は、プロセス管１００の長手方向軸に対して通常は５゜と４５゜の間であり、好ましくは１０゜と２０゜との間である。シールの一実施形態の詳細は、図３Ａ（ｂ）の符号３０４で示された円内に示されている。この実施形態において、ドア２００の角度が付いたシール面３０５は、ドア２００のシール面３０５の周囲に沿って隆起面を形成する隆起３０７を備える。隆起３０７は、管１００の端部において角度が付いたシール面３０６と係合するとき、小さな領域を密封する。このシールの構成は、ドア２００をプロセス管１００の端部に係合させる力を許容し、より小さいシール面に集中するようにし、より少ないリーク量でシールする。

図３Ｂ（ａ）は、既知のリーク量を受け入れるドア閉鎖システムの幾つかの実施形態の二つの構成を示す。ドア２００は、プロセス管１００に対する二つのテーパシールを形成する。ドア２００は、プロセス管１００の外側の面３１０が挿入される凹んだキャビティを形成する外側リップ３０９を有する。ドアリップの内側の面３１１と、プロセス管１００の端部の外側の面３１０とは、好ましくは、アライメント、接触、二つの面のシール性を良くするために角度付けされている。二つの係合面の角度は、プロセス管１００の長手方向軸に対して通常は５゜と４５゜の間であり、好ましくは１０゜と２０゜との間である。ドア２００は、更に、プロセス管１００の端部の内面３１４と係合する外側のシール面３１３を有する内側フランジ３１２を備える。ドアリップの外側の面３１３と、プロセス管の端部１００の内側の面３１４とは、好ましくは、アライメント、接触、二つの面のシール性を良くするために角度付けされている。二つの係合する面３１３と３１４の角度は、プロセス管１００の長手方向軸に対して通常は５゜と４５゜の間であり、好ましくは１０゜と２０゜との間である。シールの一実施形態の詳細は、図３Ｂ（ａ）で符号３０８が付された円内に示されている。この構成において、プロセス管の端部１００に対してドア２００を係合させる力は、角度が付いた面３１０，３１１，３１３及び３１４の面全体に分散している。

既知のリーク量を受け入れる他のドア閉鎖システムは、図３Ｂ（ｂ）で示されている。ドア２００は、プロセス管１００に対して二つのラインシールを形成する。ドア２００は、プロセス管１００の端部が挿入される凹んだキャビティを形成するリップ３１６を有する。ドアリップの内側の面３１７と、プロセス管１００の端部の外側の面３１８とは、好ましくは、アライメント、接触、二つの面のシール性を良くするために角度付けされている。角度は、プロセス管１００の長手方向軸に対して通常は５゜と４５゜の間であり、好ましくは１０゜と２０゜との間である。シールの一実施形態の詳細は、図３Ｂ（ｂ）の符号３１５が付された円内に示されている。この実施形態において、ドア２００の角度が付いた面３１７は、更に、ドアのシール面３１７の外周に沿って隆起面を形成する隆起３１９を備える。隆起３１９は、管１００の端部において角度が付いたシール面３１８と係合するとき、小さい領域を密封する。ドア２００は、更に、プロセス管１００の端部の内側の面３２２と係合する外側のシール面３２１を有する内側フランジ３２０を備える。ドアリップの外側の面３２１と、プロセス管の端部１００の内側の面３２２とは、好ましくは、アライメント、接触、二つの面のシール性を良くするために角度付けされている。二つの係合する面３２１と３２２の角度は、プロセス管１００の長手方向軸に対して通常は５゜と４５゜の間であり、好ましくは１０゜と２０゜との間である。この実施形態において、ドア２００の角度が付いた面３２１は、ドア２００のシール面３２１の外周に沿って隆起面を形成する隆起３２３を備える。隆起３２３は、管１００の端部において角度が付いたシール面３２２と係合するとき、微小領域を密封する。このシールの構成は、プロセス管の端部１００に対してドア２００を係合させる力をより小さいシール面に集中させる、より少ないリーク量でシールする。

本発明の一実施形態において、上記排気システムを実施する方法は、炉内での異なる圧力及び異なるガス処理の必要性を有する異なる工程を容易にするために使用される。一般に、ウェハーベース太陽電池の製造のための炉内での拡散及びアニール工程は、大気圧下で実施される。簡易な排気システムは、排気ガスを適当なガス処理システムまで運ぶために使用される。拡散、アニール又は析出プロセスにおける異なる工程、例えば、予備処理、クリーニング、コンディショニングなどの工程が、異なる圧力又は異なる他のガス処理技術を必要とするならば、本発明の一実施形態は、排気ガスがプロセス圧力及び適当なガス処理技術を制御するために、追加の設備を有する他の排気経路を対象にすることを許容する。排気システムの一例として図１を使用すると、拡散、アニール又は析出工程中において、バルブ１０４は、排気ガスがガス反応にふさわしいガス処理施設まで流れることを許容する。バルブ１０７は、凝縮材料がドレイン口１０５に集まるように開く。圧力監視装置１０３は、この工程中において、プロセス管の圧力を監視するために使用される。バルブ１０６は、排気ガスが第２の排気ラインを通って流れることを防止するために閉じる。異なる圧力又は異なる他のガス処理技術を必要とする分離プロセス工程中、バルブ１０７は、排気ガスがドレイン口に凝縮した材料と相互作用することを防止するために閉じる。圧力監視装置１０８は、このステップ中にプロセス管の圧力を監視するために使用される。バルブ１０６は、開き、存在する排気ガスを真空源及び安全に処理するために構成された排気ガス処理施設まで導く。以下には、上記排気システムの一実施形態の使用に関する二つの一般的な方法である。簡単化のため、特有でない工程は説明されない。当業者は、ローディング、安定化、浄化、温度ランピング、アンローディングなどを有する他の共通する工程が全製造プロセス方法を開発するために使用される。これらの方法は、一般に、炉に関する制御システムの部分として実施される。更に、二つの特別の例は、上記排気システムの一実施形態の使用を示すために与えられている。図１はバルブシーケンスを示すために使用されている。

方法１−拡散、アニール、析出工程の前工程での面の予備処理、クリーニング、
コンディショニング等の実施
（ａ）一般的な方法を使用して炉の熱条件を読み込むこと及び準備すること、
（ｂ）予備処理、クリーニング、コンディショニングなどのステップに関して、排気ガスを圧力制御装置及びガス処理装置に流すために、バルブ１０７を閉じ、バルブ１０６を開くこと、
（ｃ）一般的な技術を使用して、所定の圧力に設定し、不活性ガスを使用してガス流れを起こすこと、
（ｄ）一般的なガス配送技術を使用して、所定の反応ガスを不活性ガスに置き換えるために、ガス流れを切り換えること、
（ｅ）所望の処理時間で予備処理、クリーニング、コンディショニングなどのステップを実施すること、
（ｆ）一般的なガス送出技術を使用して、不活性ガスを反応ガスに置き換えるために、ガス流れを切り換えること、
（ｇ）拡散、アニール又は析出工程のために、一般的な方法を使用して炉の熱条件を準備すること、
（ｈ）拡散、アニール又は析出工程のために、排気ガスを圧力制御装置及びガス処理装置に流すために、バルブ１０７を開け、バルブ１０６を閉じること、
（ｉ）一般的なガス配送技術を使用して、所定の反応ガスを不活性ガスに置き換えるためにガス流れを切り換えること、
（ｊ）所望の処理時間で拡散、アニール、析出工程を実施すること、
（ｋ）一般的なガス配送技術を使用して、不活性ガスを反応ガスに置き換えるために、ガス流れを切り換えること、
（ｌ）炉の熱条件を準備し、一般のステップを使用して炉をアンロードすること。

方法２−複数の拡散、アニール、析出工程中に面の予備処理、クリーニング、
コンディショニング等の実施
（ａ）一般的な方法を使用して炉の熱条件を読み込むこと及び準備すること、
（ｂ）拡散、アニール又は析出工程に関して、排気ガスを圧力制御装置及びガス処理装置に流すために、バルブ１０６を閉じ、バルブ１０７を開くこと、
（ｃ）一般的な技術を使用して、所定の圧力に設定し、不活性ガスを使用してガス流れを起こすこと、
（ｄ）一般的なガス配送技術を使用して、所定の反応ガスを不活性ガスに置き換えるために、ガス流れを切り換えること、
（ｅ）所望の処理時間で第１の拡散、アニール、析出工程を実施すること、
（ｆ）一般的なガス配送技術を使用して、不活性ガスを反応ガスに置き換えるために、ガス流れを切り換えること、
（ｇ）予備処理、クリーニング又はコンディショニングなどの工程のために、炉の熱条件を準備すること、
（ｈ）予備処理、クリーニング又はコンディショニングなどの工程のために、排気ガスを圧力制御装置及びガス処理装置に流すために、バルブ１０７を閉じ、バルブ１０６を開けること、
（ｉ）一般的な技術を使用して、所定の圧力に設定し、不活性ガスを使用してガス流れを起こすこと、
（ｊ）一般的なガス配送技術を使用して、所定の反応ガスを不活性ガスに置き換えるためにガス流れを切り換えること、
（ｋ）所望の処理時間で予備処理、クリーニング、コンディショニングなどの工程を実施すること、
（ｌ）一般的なガス配送技術を使用して、不活性ガスを反応ガスに置き換えるために、ガス流れを切り換えること、
（ｍ）拡散、アニール又は析出工程のために、炉の熱条件を準備すること、
（ｎ）拡散、アニール又は析出工程に関して、排気ガスを圧力制御装置及びガス処理装置に流すために、バルブ１０６を閉じ、バルブ１０７及び１０４を開くこと、
（ｏ）一般的なガス配送技術を使用して、所定の反応ガスを不活性ガスに置き換えるために、ガス流れを切り換えること、
（ｐ）所望の処理時間で第２の拡散、アニール、析出工程を実施すること、
（ｑ）一般的なガス配送技術を使用して、不活性ガスを反応ガスに置き換えるために、ガス流れを切り換えること、
（ｒ）炉の熱条件を準備し、一般のステップを使用して炉をアンロードすること。

例１−予備拡散、予備処理、クリーニング、コンディショニングなどの実施

この例において、上記「方法１」及び図１に示された装置は、ウェーハベース太陽電池の製造における拡散工程の前工程のウェーハ面のクリーニングを説明するために使用される。この例は、単に説明のためであり、本発明の範囲を制限するものではない。当業者は、本発明が他のウェーハタイプ、異なる予備処理、クリーニング、コンディショニングのために適用できることを認識する。

シリコンベースウェーハは、一般に、ウェーハベース太陽電池用の基板として使用される。シリコンウェーハは、多結晶又は単結晶することができる。一般に、太陽電池製造プロセス中にりん原子をウェーハに拡散する拡散工程がある。オキシ塩化リン（ＰＯＣｌ₃）はりん原子源として使用される。このプロセスは、一般に、大気圧下で実施される。オキシ塩化リン拡散工程の前工程で、ウェーハは、一般に、周知の湿式化学装置でクリーニングされる。しかしながら、オキシ塩化リン拡散工程で、ウェーハが大気に露出するためにその面上で成長する薄い自然酸化物（ＳｉＯ_x）層を有することは希ことではない。オキシ塩化リン拡散工程及び太陽電池効率は、拡散工程が不純物及び自然酸化物がフリーとなるシリコン面で実施されると高められる。このゴールを実現するための一つの方法は、オキシ塩化リン拡散工程の前工程で、シリコンウェーハの面が予備処理され、クリーニングされ、コンディショニングされるようにする装置及び方法を提供することである。

一般に、シリコンウェーハは、カセットから取り出され、石英ボートに配置される。石英ボートは、約６００℃の炉に入れられる（load）。炉は、ローディング中に侵入する空気を取り除くために窒素などの不活性ガスで浄化される。前処理、クリーニング、コンディショニングなどの工程に関して、温度が所定の温度まで上げられる。この実施例では、クリーニング工程が説明される。バルブ１０７が閉じ、バルブ１０６が開き、排気流が圧力制御装置やガス処理装置に流れる。クリーニング工程は、一般に、減少した圧力下で実施され、周知であるように、排気流を真空ポンプに向けることによって容易化される。真空ポンプは、所望のレベルまでプロセス管内の圧力を減少する。真空ポンプの流出物は、クリーニングガスのガス処理技術で処理される。炉内の流れ、圧力、温度がクリーニング工程で設定されると、不活性ガスの流れが停止し、反応ガスがクリーニングを行うために導入される。三フッ化窒素（ＮＦ₃）は、６００℃で分解し、反応性のフッ素原子を生じるため、クリーニングガスとしての良い例である。フッ素原子は、自然酸化物層を取り除くのに有効である。クリーニングガスの他の例は、フッ化水素（ＨＦ）、四フッ化メタン（ＣＦ₄）、フッ素（Ｆ₂）、塩素（Ｃｌ₂）、三フッ化塩素（ＣｌＦ₃）などである。図２Ａ、２Ｂ、３Ａ及び３Ｂで示されるドア閉鎖システムは、ドアシールにおいて反応ガスがプロセス管から逃げることを防止し、ドアシール領域にアタックすることを防止する。クリーニング工程は、所定時間実施することを許容する。

クリーニング工程の最後に、反応ガス流れが停止し、プロセス管から反応ガスを取り除くために不活性ガス浄化が始まる。この工程中に、拡散、アニール、析出工程の温度まで、温度が上昇する。この例において、拡散工程が記載されている。目標温度に到達して安定化すると、バルブ１０６が閉じ、バルブ１０７と１０４が開き、拡散工程に関して、排気流が圧力制御装置及びガス処理装置に流れる。一般に、拡散工程の圧力は大気圧となる。不活性ガス流は停止し、反応ガスが拡散工程を開始するのに導入される。オキシ塩化リンは、熱的に分解し、反応性のりん原子をもたらすため、拡散ガスとして好ましい。酸素などの他の反応ガスもまた拡散工程を容易にするためにオキシ塩化リンと共に使用される。拡散ガスの他の例は、ＰＨ₂、三臭化ホウ素（ＢＢｒ₃）、ジボラン（Ｂ₂Ｈ₆）、アルシン（ＡｓＨ₃）などである。図２Ａ、２Ｂ、３Ａ及び３Ｂで示されるドア閉鎖システムは、反応ガスがドアシールにおいてプロセス管から逃げるのを防止し、ドアシール領域に衝突するのを防止するのに使用される。拡散工程は所定時間行われる。

拡散工程の最後において、反応ガス流れが停止し、不活性ガス浄化が始まり、プロセス管から反応ガスを取り除く。この工程中において、アンロード温度まで温度が上げられる。アンロード温度に到達した際、石英ボートが炉から取り除かれ、冷やされる。冷却後、ウェーハは石英ボートから取り出され、次の製造プロセス工程に運ぶためにカセットに搭載される。

例２−プロセスでの中間工程としての予備処理、クリーニング、コンディショニング などの工程

この例において、上記「方法２」及び図１に示された装置は、ウェーハベース太陽電池の製造における拡散工程の前工程のウェーハ面のクリーニングを説明するために使用される。この例は、単に説明のためであり、本発明の範囲を制限するものではない。当業者は、本発明が他のウェーハタイプ、異なる予備処理、クリーニング、コンディショニングなど、化学反応及び異なる拡散反応のために適用でき、本発明の範囲内にあることを認識する。

シリコンベースウェーハは、一般に、ウェーハベース太陽電池の基板として使用される。シリコンウェーハは、多結晶又は単結晶とすることができる。一般に、太陽電池製造工程中に、りん原子をウェーハに拡散する拡散工程がある。オキシ塩化リンはりん原子源として使用される。このプロセスは、一般に、大気圧下で実施される。オキシ塩化リン拡散工程は、変化する濃度のりん原子をウェーハ面に拡散するのに何度も行われる。オキシ塩化リン及び酸素に対するウェーハ面の露出は、りん原子と共に拡散される二酸化ケイ素層を生成する。この層は、製造プロセスにおける次工程の前に取り除かれなければならない。これは、太陽電池の製造に関する時間と費用を増加する。ゴールに実現する一つの方法は、シリコンウェーハの面が、二つのオキシ塩化リン拡散工程の間で予備処理され、クリーニングされ、コンディショニングなどされるような、装置及び方法を提供することである。

一般に、シリコンウェーハは、カセットから取り出され、石英ボートに配置される。石英ボートは、約６００℃の炉に入れられる（load）。炉は、ローディング中に侵入する空気を取り除くために窒素などの不活性ガスで浄化される。第１の拡散工程、アニール工程、析出工程に関して、温度が所定の温度まで上げられる。この実施例では、拡散工程が説明される。この工程中に、第１の拡散工程温度まで温度が上げられる。この工程で、バルブ１０７と１０４とが開き、バルブ１０６が閉じ、第１の拡散工程に関して、排気流が圧力制御装置及びガス処理装置に流れる。一般に、拡散工程の圧力は大気圧となる。不活性ガス流れが停止し、反応ガスが拡散工程を開始するのに導入される。オキシ塩化リンは、熱的に分解し、反応性のりん原子をもたらすため、拡散ガスとして好ましい。酸素などの他の反応ガスもまた拡散工程を容易にするためにオキシ塩化リンと共に使用される。拡散ガスの他の例は、ＰＨ₂、三臭化ホウ素（ＢＢｒ₃）、ジボラン（Ｂ₂Ｈ₆）、アルシン（ＡｓＨ₃）などである。図２Ａ、２Ｂ、３Ａ及び３Ｂで示されるドア閉鎖システムは、反応ガスがドアシールにおいてプロセス管から逃げるのを防止し、ドアシール領域に衝突するのを防止するのに使用される。第１の拡散工程は所定時間行われる。

第１の拡散工程の最後において、反応ガス流れが停止し、不活性ガス浄化が始まり、プロセス管から反応ガスを取り除く。この工程中において、予備処理、クリーニング、コンディショニングに対して温度が上げられる。この例において、クリーニング工程が説明されている。バルブ１０７が閉じ、バルブ１０６が開き、排気流が圧力制御装置及びガス処理装置に流れる。クリーニング工程は、減少した圧力下で実施され、排気流を周知の真空ポンプに流すことによって容易化される。真空ポンプは、所定のレベルまでプロセス管内の圧力を減少するようにする。真空ポンプの流出物は、クリーニングガスのガス処理技術で処理される。炉内の流れ、圧力、温度がクリーニング工程で設定されると、不活性ガスの流れが停止し、反応ガスがクリーニングを行うために導入される。三フッ化窒素（ＮＦ₃）は、熱的に分解し、反応性のフッ素原子をもたらすため、クリーニングガスとして好ましい。フッ素原子は、自然酸化物を取り除くのに効果的である。三フッ化窒素は、一般に、不活性ガスで希釈化される。クリーニングガスの他の例は、フッ化水素（ＨＦ）、四フッ化メタン（ＣＦ₄）、フッ素（Ｆ₂）、塩素（Ｃｌ₂）、三フッ化塩素（ＣｌＦ₃）などである。図２Ａ、２Ｂ、３Ａ及び３Ｂで示されるドア閉鎖システムは、ドアシールにおいて反応ガスがプロセス管から逃げることを防止し、ドアシール領域に衝突することを防止する。クリーニング工程は、所定時間実施することを許容する。

クリーニング工程の最後に、反応ガス流れが停止し、不活性ガス浄化が始まり、プロセス管から反応ガスを取り除く。この工程中に、第２の拡散、アニール、析出工程の温度まで、温度が上昇する。この例において、第２の拡散工程が記載されている。目標温度に到達して安定化すると、バルブ１０６が閉じ、バルブ１０７と１０４が開き、第２拡散工程に関して、排気流が圧力制御装置及びガス処理装置に流れる。一般に、第２の拡散工程の圧力は大気圧となる。不活性ガス流が停止し、反応ガスが第２の拡散工程を開始するのに導入される。オキシ塩化リンは、熱的に分解し、反応性のりん原子をもたらすため、拡散ガスとして好ましい。酸素などの他の反応ガスもまた拡散工程を容易にするためにオキシ塩化リンと共に使用される。拡散ガスの他の例は、ＰＨ₂、三臭化ホウ素（ＢＢｒ₃）、ジボラン（Ｂ₂Ｈ₆）、アルシン（ＡｓＨ₃）などである。図２Ａ、２Ｂ、３Ａ及び３Ｂで示されるドア閉鎖システムは、反応ガスがドアシールにおいてプロセス管から逃げるのを防止し、ドアシール領域に衝突するのを防止するのに使用される。第２の拡散工程は所定時間行われる。

第２の拡散工程の終わりで、反応ガス流れが停止し、不活性ガス浄化が始まり、プロセス管から反応ガスを取り除く。この工程中において、アンロード温度まで温度が上げられる。アンロード温度に到達した際、石英ボートが炉から取り除かれ、冷やされる。冷却後、ウェーハは石英ボートから取り出され、次の製造プロセス工程に運ぶためにカセットに搭載される。

上述した例において、クリーニング工程と拡散工程が説明されている。当業者はクリーニング工程が他の周知の予備処理工程又はコンディショニング工程に置き換えられることを認識する。同様に、当業者は、拡散工程が他の周知のアニール工程又は析出工程に置き換えられ、本発明の範囲内にあることを認識する。

本発明を含む様々な実施形態が詳細に示され説明されたけれども、当業者は本発明を含む他の多くの変更した実施形態を容易に考えることができる。

Claims (20)

1. ウェーハの挿入のために適用された端部を含むプロセス管を備え、
   プロセス管が、
   外面と、
   ウェーハの挿入のために適用された端部において、外面に配置された第１の係合面と、
   プロセス管の端部と係合するドアと、を有し、
   ドアが、
   プロセス管の端部が挿入される凹んだキャビティを形成するリップと、
   プロセス管の長手方向軸に対する所定の角度でプロセス管の第１の係合面と係合し、リップの内面に配置された第２の係合面と、
   を有することを特徴とするドア閉鎖システム。
2. ドアに配置され、ドアを通して延びる制限リーク入口管を備えることを特徴とする請求項１に記載のドア閉鎖システム。
3. プロセス管の外面に配置された制限リーク環状リングを備え、該制限リーク環状リングがプロセス管に対する一つ以上の貫通部分を有することを特徴とする請求項１に記載のドア閉鎖システム。
4. リップの内面に配置された隆起を備え、第２の係合面が隆起に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のドア閉鎖システム。
5. プロセス管の長手方向軸に対する角度が５゜と４５゜との間であることを特徴とする請求項１に記載のドア閉鎖システム。
6. プロセス管の長手方向軸に対する角度が１０゜と２０゜との間であることを特徴とする請求項１に記載のドア閉鎖システム。
7. ドアがプロセス管の端部に係合する力が、第１の係合面及び第２の係合面に分散することを特徴とする請求項１に記載のドア閉鎖システム。
8. リップに隣接するドアに配置され、リップから離れているフランジを備えることを特徴とする請求項１に記載のドア閉鎖システム。
9. プロセス管は、
   内面と、
   ウェーハの挿入のための端部において、内面に配置された第３の係合面と、を備え、
   フランジは、
   プロセス管の内面と係合する面と、
   プロセス管の長手方向軸に対する第２の角度でプロセス管の第３の係合面と係合し、内面と係合するフランジの面に配置された四つの係合面と、
   を備えることを特徴とする請求項８に記載のドア閉鎖システム。
10. プロセス管の内面と係合するフランジの面に配置された第２の隆起を備え、四つの係合面が第２の隆起に配置されていることを特徴とする請求項９に記載のドア閉鎖システム。
11. プロセス管の長手方向軸に対する第２の角度が５゜と４５゜との間であることを特徴とする請求項９に記載のドア閉鎖システム。
12. プロセス管の長手方向軸に対する第２の角度が１０゜と２０゜との間であることを請求項９に記載のドア閉鎖システム。
13. ドアがプロセス管の端部に係合する力が、第１の係合面、第２の係合面、第３の係合面及び第４の係合面に分散することを特徴とする請求項１に記載のドア閉鎖システム。
14. プロセス管であって、
    第１の端部と、
    第２の端部と、
    第１の端部と第２の端部との間の外面と、
    第１の端部の外面に配置された第１の係合面と、を有するプロセス管と、
    プロセス管の第１の端部と係合するドアであって、
    プロセス管の第１の端部が挿入される凹んだキャビティを形成するリップと、
    プロセス管の長手方向軸に対して一定の角度でプロセス管の第１の係合面と係合し、リップの内面に配置された第２の係合面と、
    プロセス管の第２の端部を貫通する排気管と、
    を有することを特徴とする排気システム。
15. ドアに配置され、ドアを通して延びる制限リーク入口管を有することを特徴とする請求項１４に記載の排気システム。
16. プロセス管の第１の端部の近くで外面に配置された制限リーク入口管を備え、該制限リーク入口管がプロセス管に貫通する一つ以上の貫通部分を有することを特徴とする請求項１４に記載の排気システム。
17. リップの内面に配置された隆起を備え、第２の係合面が隆起に配置されていることを特徴とする請求項１４に記載の排気システム。
18. プロセス管の長手方向軸に対する角度が５゜と４５゜との間であることを特徴とする請求項１４に記載のドア閉鎖システム。
19. プロセス管の長手方向軸に対する角度が１０゜と２０゜との間であることを特徴とする請求項１４に記載のドア閉鎖システム。
20. プロセス管が、更に、
    第１の端部と第２の端部との間の内面と、
    第１の端部の内面に配置された第３の係合面と、を有し、
    ドアが、更に、
    リップに隣接するドアに配置され、リップから離れているフランジと、
    第１の端部においてプロセス管の内面と係合するフランジ上の面と、
    プロセス管の長手方向軸に対して第２の角度でプロセス管の第３の係合面と係合し、第１の端部で内面と係合するフランジ上の面に配置された四つの係合面と、
    を有することを特徴とする請求項１４に記載のドア閉鎖システム。

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