JP2013159545A - 基板処理装置及び太陽電池用基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】反応室内に収容した複数の基板を、温度を均一に保持しながら短時間で加熱することのできる基板処理装置を提供する。
【解決手段】複数のガラス基板を、各基板の基板面がそれぞれ対向するように並べて収容する反応室と、前記反応室内へ処理ガスを供給するガス供給部と、前記反応室内の雰囲気を排気する排気部と、前記反応室内に収容される前記複数のガラス基板の基板面と基板面の間に設けられた加熱部と、前記反応室内に設けられ、前記反応室内の雰囲気を循環させるファンとから、基板処理装置を構成する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、処理用ガスを加熱して基板上に薄膜を形成する基板処理技術に関し、例えば、液晶パネルや太陽電池パネル等の基板の製造において処理用ガスを加熱し、太陽電池の光吸収層等をガラス基板上に形成するための基板処理装置や、太陽電池用基板の製造方法に関する。

例えば、セレン化物系ＣＩＳ太陽電池は、ガラス基板上に、金属裏面電極層、ＣＩＳ系光吸収層、高抵抗バッファ層、窓層が順に積層される構造を有する。ＣＩＳ系光吸収層は、銅（Ｃｕ）／ガリウム（Ｇａ）、Ｃｕ／インジウム（Ｉｎ）、若しくは、Ｃｕ−Ｇａ／Ｉｎのいずれか一つの積層構造をセレン化することにより形成される。このように、セレン化物系ＣＩＳ太陽電池は、シリコン（Ｓｉ）を用いずに形成できるため、基板を薄くできると共に製造コストを下げることができるという特徴を有する。

ここで、従来例におけるセレン化を行う基板処理装置の構造について説明する。下記の特許文献１に記載されたセレン化装置は、円筒状の石英チャンバーをその長軸が水平方向となるよう配置し、該石英チャンバーの外側にヒータを配置し、複数の平板状の対象物（長方形のガラス基板）を、石英チャンバー内に配置し、反応ガスを導入しながらヒータで加熱することにより、対象物のセレン化を行っている。そのとき、石英チャンバー内において、複数のガラス基板は、互いに一定の間隔を設けて平行かつその板面を垂直にして、ホルダーに収容されている。また、ファンを石英チャンバーの軸方向の端部に設けることにより、石英チャンバー内の反応ガスをガラス基板に対して水平方向に対流させ、ガラス基板上の温度分布の均一化を行っている。

特開２００６−１８６１１４号公報

特許文献１に記載されるように、基板処理能力を上げるためには、反応室に載置するガラス基板の枚数をできる限り多くする必要があり、ホルダーに収容するガラス基板の間隔を小さくして詰め込むことになる。しかしながら、ガラス基板は熱伝導率が小さいため、特許文献１のように石英チャンバーの外側にのみヒータを配置した場合は、ガラス基板を加熱するための熱源が反応室の外に設けてあるので、反応室壁の石英の肉厚が厚いため効率的にガスを加熱することができない。また、ヒータからの熱の流れは反応室壁を介して行われるので、石英のように熱伝導率の低い材料の反応室壁の場合は、効率的にガスを加熱することができない。また、加熱源である反応室壁とガラス基板の距離が離れているためガラス基板を効率的に加熱することが難しい。

また、特許文献１の技術のように、反応ガスを対流させ該反応ガスの熱を伝達することでガラス基板を加熱する場合は、ガスの流れの方向に沿って温度分布が生じるので、ガラス基板を均一に加熱することが難しい。また、ファンによる送風を行う場合、ガスの流れに垂直な方向に速度分布が生じるので、これも温度分布が生じる原因となる。また、ガスの熱伝導によるガラス基板の昇温には時間がかかる。
したがって、特許文献１の技術では、ホルダー内の複数のガラス基板の温度を均一に保持しながら短時間で加熱することが難しい。そうかといって、ヒータに大きな電力を投入して急速に加熱すると、ガラス基板内の温度差が大きくなり破損してしまう。

上述した課題を解決するための、本発明の基板処理装置の代表的な構成は次のとおりである。すなわち、
複数のガラス基板を、各基板の基板面がそれぞれ対向するように並べて収容する反応室と、
前記反応室内へ処理ガスを供給するガス供給部と、
前記反応室内の雰囲気を排気する排気部と、
前記反応室内に収容される前記複数のガラス基板の基板面と基板面の間に設けられた加熱部と、
前記反応室内に設けられ、前記反応室内の雰囲気を循環させるファンと、
を備える基板処理装置。

また、本発明の太陽電池基板の製造方法の代表的な構成は次のとおりである。
複数のガラス基板と前記複数のガラス基板を加熱するための加熱部を反応室内へ収容する収容工程と、
前記複数のガラス基板を各基板の基板面がそれぞれ対向するように配置し、前記加熱部を前記複数のガラス基板の基板面と基板面の間に配置する配置工程と、
前記複数のガラス基板と前記加熱部を収容した前記反応室内へ処理ガスを供給するガス供給工程と、
前記複数のガラス基板の基板面と基板面の間に配置した前記加熱部により前記複数のガラス基板を加熱する加熱工程と、
前記反応室内に設けられたファンにより、前記反応室内の雰囲気を循環させる循環工程と、
を備える太陽電池用基板の製造方法。

本発明によれば、反応室内に収容した複数のガラス基板を、温度を均一に保持しながら短時間で加熱することができる。

本発明の第１実施形態に係る反応室の側面断面図である。 図１の紙面左方向から見た反応室の正面断面図である。 本発明の第１実施形態に係る板状ヒータを説明する図である。 図３に示す板状ヒータを収容するボートを説明する図である。 図３に示す板状ヒータを図４に示すボートに収容した図である。

（第１実施形態）
以下、図面を参照しつつ本発明の第１実施形態を説明する。図１は、第１実施形態に係る反応室の側面断面図である。また、図２は、図１の紙面に向かって左方向から見た反応室の断面図である。第１実施形態においては例として、処理ガスとしてＨ_２Ｓｅ(セレン化水素)を用いて、複数のガラス基板に対しセレン化処理を行うバッチ式の基板処理装置を説明する。

反応室１０は、一端が閉塞し他端が開口する中空の円筒形状の反応容器１と、反応容器１の開口端を閉塞する蓋２で構成される。反応容器１と蓋２は、例えば耐腐食性の高いステンレス等の金属材料で形成される。石英で形成することも可能であるが、耐腐食性の高い金属材料とすることで、石英製とするよりも加工が容易となり、反応容器１を大型化することが容易となる。これにより、例えばＣＩＳ系太陽電池のセレン化処理を行う基板処理装置に用いられるような大型の反応容器１を容易に製造することが可能となる。反応容器１を大型化すると、反応容器１内に収納できるガラス基板の数を多くすることができ、太陽電池等の製造コストを下げることができる。

反応容器１の開放端にはマニホールド９が取り付けられており、反応容器１とマニホールド９との間、及びマニホールド９と蓋２の間には、シール部材としてのＯリング（不図示）が設けられている。マニホールド９は、例えば耐腐食性の高いステンレス等の金属材料で形成される。マニホールド９には、後述する排気管３１やガス供給管２１が設けられている。基板処理を行う際には、蓋２が、マニホールド９を介して反応容器１の開口端を気密に閉塞し、反応室１０内の雰囲気（ガス）を反応室１０外の雰囲気と隔離する。
なお、Ｏリングは、その耐熱温度以下となるよう冷却手段（不図示）により冷却されるが、１５０℃以下まで冷却すると、その部分に未反応のセレンが凝縮してしまうため、１５０℃から１７０℃程度に温度制御するのがよい。

図１に示すように、反応室１０内においてガラス基板５の上方には、反応室１０内のガスの温度、あるいはガラス基板５の温度を測定するための温度センサ１２が設けられている。温度センサ１２は、後述する制御部８０に電気的に接続されている。なお、温度センサ１２の位置は、反応室１０内のガラス基板５の近くであれば、他の位置であってもよい。また、温度センサ１２は、適宜、複数設けるようにしてもよい。

反応容器１の外部には、外部加熱部としてのヒータ３が、反応容器１の周囲を囲むように設けられ、反応容器１の外部から内部を加熱するようになっている。ヒータ３は、一端が閉塞された円筒形状である。また、蓋２の外側にも、外部加熱部としてのヒータ４が、蓋２を覆うように設けられ、反応容器１の内部を加熱するようになっている。
ヒータ３やヒータ４は、主として熱輻射により反応容器１や蓋２を加熱し、反応容器１や蓋２の熱は、反応容器１内のガスに伝達され、熱せられたガスの対流により、ガラス基板５に伝達される。また、ヒータ３やヒータ４は、反応容器１が石英等の熱線透過材料で形成されている場合は、熱輻射によってもガラス基板５を加熱する。
ヒータ３やヒータ４は、例えばニクロム線等の抵抗加熱ヒータで構成され、後述する制御部８０に電気的に接続されており、それぞれ制御部８０により加熱の度合いを制御される。

図１及び図２に示すように、電動のファン４１は、本実施形態では、反応容器１の上壁を鉛直方向に貫通する回転軸４２を介して、反応容器１及びヒータ３の外部に設けたファン駆動部４３に接続されている。ファン４１は、ファン駆動部４３により、回転軸４２を介して回転され、これにより、反応室１０内の雰囲気は攪拌され、反応室１０内を循環する。本実施形態では、反応容器１の上部に３つのファン４１が水平方向、つまり後述するガラス基板５の長辺方向に沿って配置され、反応室１０内のガスを上部から下部に向けて流す、つまりガラス基板５の短辺方向に沿ってガス流れを形成するようになっている。
なお、ファン４１の位置は、ガスの流れがガラス基板５の長辺方向となるように、反応容器１の軸方向の端部に設けてもよい。しかしながら、本実施形態のように、反応容器１の上部に複数のファンをガラス基板５の長辺方向に沿って配置し、ガスの対流をガラス基板５の短辺方向とするほうが望ましい。具体的に述べれば、ガラス基板５を大型化し、ガスを対流させる距離が長くなると、昇降温時のガラス基板５の面内の温度の均一性を保つために、対流するガスの流速を大きくする必要がある。しかし、ガラス基板５の短辺方向にガスを対流させると、ガラス基板５の長辺方向にガスを対流させる場合に比べて、対流させる距離を短くすることができる。その結果、ファンの能力を小さくすることができ、安価に基板処理装置を構成できる。

ファン駆動部４３がファン４１を回転させることにより、ヒータ３，４や後述する板状ヒータ８等により加熱されたガスを、ガラス基板５の上方から下方に向けて送風し、ガラス基板５を加熱する。ファン４１、回転軸４２は、耐腐食性の高い例えばステンレス等の金属材料で形成される。
回転軸４２と反応容器１の上壁の間において、反応容器１の外側から窒素ガスを流す窒素パージを行うことで、回転軸４２への腐食性ガスの接触を抑制する。また、回転軸４２と反応容器１の上壁の間において、磁性流体シール（不図示）を用いることにより、回転軸４２から反応容器１の外側に処理ガスが漏れない構造とすることもできる。

反応容器１の内部には、銅（Ｃｕ）、インジウム（Ｉｎ）、及び、ガリウム（Ｇａ）を含有する金属の積層膜が形成された複数のガラス基板５（例えば、３０〜４０枚）を支持するボート（基板支持具）６が、ボート６を収容するためのボート容器７内に載置されている。本実施形態では、ガラス基板５は長方形の板である。ここでは、上記積層膜が形成されたガラス基板５の基板面を成膜面と称し、成膜面と反対側の面を非成膜面と称す。
ボート６は、各ガラス基板５の基板面がそれぞれ対向するように、ガラス基板５を複数並べて支持する。本実施形態では図１及び図２に示すように、複数のガラス基板５を立てた状態で横方向に層をなすように並べて支持、言い換えると、基板面が鉛直方向となり、かつ、基板の短辺が鉛直方向となるよう、複数のガラス基板５を水平方向に並べて支持する。

また、図２に示すように、ボート６内には、内部加熱部としての板状ヒータ８が、板状ヒータ８の面が鉛直方向になるように支持されている。詳しくは、２枚のガラス基板５を非成膜面が向き合うように並べ、次に１枚の板状ヒータ８を並べ、次に２枚のガラス基板５を非成膜面が向き合うように並べるように配置、つまり、ガラス基板２枚を１組として、各組の間に１枚の板状ヒータ８を配置し、ガラス基板５の成膜面が板状ヒータ８の面に対向するようにしている。ただし、最も外側にあるガラス基板５の成膜面は、ボート容器７の側壁に対向している。図２の例では、ガラス基板５の８組に対し、各組の間に板状ヒータ８を１枚ずつ配置し、計７枚の板状ヒータ８を配置している。

このとき、ガラス基板５は、その成膜面が、外側になる、つまり板状ヒータ８に対面するように配置されるので、非成膜面が外側になるよう配置する場合に比べ、板状ヒータ８からの熱を受けやすく、ガラス基板５の積層膜の加熱効率をよくすることができる。
また、ガラス基板５のうち、最も外側にあるガラス基板５の成膜面を、ガラス基板５よりも熱伝導率の高いボート容器７の側壁７ｃ，７ｄに対向させているので、板状ヒータ８の数を節減できるとともに、最も外側にあるガラス基板５の成膜面を加熱できる。
なお、図２の例では、最も外側にあるガラス基板５の外側には板状ヒータ８を配置していないが、最も外側にあるガラス基板５の外側にも板状ヒータ８を配置するよう構成することも可能である。あるいは、図２の例において、最も外側にあるガラス基板５は配置しない構成とすることもできる。
板状ヒータ８の詳細は後述する。

なお、ボート６は、必ずしも基板面や板状ヒータ８の面が鉛直方向となるよう支持しなくてもよく、図２に示すボート６において、ファン４１との位置関係や方向を保った状態で基板面や板状ヒータ８の面が水平方向や又は斜め方向となるよう、例えば反応容器１の軸心を回転軸として傾けて支持するようにすることも可能である。
また、ファン４１により形成されるガス流が、各ガラス基板５や板状ヒータ８の間の隙間を通過できるように、ボート６の底には、ボート６の外部下方にガス流が通過できる隙間が形成されている。

また、ボート６は、直方体を形成する枠組みで構成され、ガラス基板５や板状ヒータ８と接触する部分には、ガラス基板５や板状ヒータ８を支持する支持部材が設けられている。支持部材は、ボート６を構成する直方体の枠組み下部の２つの短辺と、該枠組み上部の２つの短辺に、計４つ設けられている。各支持部材には、ガラス基板５の端部が勘合する溝が形成されており、該溝内にガラス基板５の端部を挿入することにより、ガラス基板５の位置が所定の位置に定まる。板状ヒータ８は、後述するように、板状ヒータ８のヒータ端子８aを、ボート６のヒータ端子用ソケット６aに挿入することにより、所定の位置に定まる。ボート６の材質は、耐腐食性の高い例えばステンレス等の金属材料や石英である。ボート容器７の材質は、耐腐食性の高い例えばステンレス等の金属材料である。支持部材の材質は、例えば、石英やアルミナである。

ボート容器７は、反応容器１の内部に設置され、上壁７ａと奥壁７ｂと２つの側壁７ｃ，７ｄとを有する形状をしている。
上壁７ａは、ボート６の上部を覆う壁であり、ファン４１を配置できるように、略ファン４１の大きさの円形の穴が設けられている。
ボート容器７の底部は、ボート６の底を反応容器１の内壁から浮かせた状態で支持しており、また、ボート容器７の底部は、開放されている。これにより、ボート６の底の下方には、ボート６の内部を下方に流れるガス流が通過できる隙間が形成される。
ボート容器７の奥壁７ｂと反対側（図１における右端）、つまり、反応容器１の開放された一端である蓋２に対する側は開放されており、この開放端から、ボート６をボート容器７内へ挿入、又はボート容器７内から取り出しできる。
奥壁７ｂは、反応容器１の閉塞された一端に対面するように設けられ、側壁７ｃ，７ｄは、ボート６の端に配置されたガラス基板５の成膜面に対面するように設けられている。

ボート容器７は、上述の構造により、ファン４１により形成されたガス流を、図２の矢印に示すように、ボート容器７内の上部から下部へ流し、ボート容器７内の下部からボート容器７の側壁７ｃ，７ｄの外側を上方に流し、ボート容器７の上方から、ファン４１によりボート容器７内の上部へ送り込み、循環させるようになっている。

ファン４１の回転により、反応室１０内における複数のガラス基板５の間や、ガラス基板５と板状ヒータ８の間において、ガラス基板５の短辺方向（鉛直方向）のガスの流れが形成され、ヒータ３や板状ヒータ８で加熱されたガスが、強制的に下降させられるので、ガラス基板５を効率よく均一に加熱することができる。このように、ガスの流れる方向をガラス基板５の短辺方向にすることで、ガスの流れる方向をガラス基板５の長辺方向にする場合に比べてガス流路のコンダクタンスが大きくなる（抵抗が小さくなる）ため、ガス流速を増大させることが可能で、ガラス基板５の面内の温度を均一化することが容易となり、ガラス基板を大型化することが可能となる。

板状ヒータ８は、例えば耐食性の高いステンレス製の板の中に複数のシースヒータを内蔵させ、例えばガラス基板５と同じ形状で同じ大きさ（面積）の長方形の板状、あるいは、ガラス基板５の全表面を覆う形状を有するとともにガラス基板５より大きい長方形の板状に形成されている。ガラス基板５と同じ形状と大きさにすると、ボート６への収納が行い易くなるので好ましく、また、ガラス基板５以上の大きさにすると、ガラス基板５の全面に亘って加熱し易くなるので、好ましい。また、板状ヒータ８は、反応容器１の外部に設けた外部電源と接続され、該外部電源から電力を供給される。板状ヒータ８と外部電源の接続構造は後述する。
板状ヒータ８は、ガラス基板５との間の距離が、約５ｍｍ程度に設定され、主として熱輻射によりガラス基板５を加熱する。また、１組のガラス基板５の間の距離は、約１０ｍｍ程度に設定され、最も外側にあるガラス基板５とボート容器７の側壁７ｃ，７ｄとの間の距離は、約１０ｍｍ程度に設定されている。

また、各板状ヒータ８は、それぞれ、加熱ブロックを複数有し、該複数の加熱ブロックは、それぞれ、制御部８０により加熱の度合いを独立して制御される。本実施形態では、各板状ヒータ８は、それぞれ、その短辺方向に２つ、長辺方向に３つ、つまり、ファン４１によるガス流れ方向に２つ、該ガス流れ方向と垂直方向に３つ、計６つの加熱ブロックを有し、この計６つの加熱ブロックは、それぞれ、制御部８０により加熱の度合いを独立して制御されるようになっている。
したがって、例えば、反応容器１の上部や閉塞端側（蓋２と反対側）に位置する部分のガラス基板５の温度が高くなるような場合、ガラス基板５の６つの加熱ブロックのうち、上部や閉塞端側の加熱ブロックの加熱度合いを小さくし、それらの加熱ブロックからの熱輻射を小さくすることにより、ガラス基板５面内の温度を均一にすることが可能となる。
このように、板状ヒータ８をガラス基板５の間に配置することにより、熱輻射を熱供給方法としてガラス基板５を直接的に加熱することもできるので、反応容器１外部のヒータのみによりガスの熱伝達を主な熱供給方法としてガラス基板５を間接的に加熱する場合に比べ、ガラス基板５面内の温度を均一に制御することが容易となる。

次に、板状ヒータ８に電力を供給する外部電源と、板状ヒータ８との間の接続構造について、図３ないし図５を用いて説明する。図３は、第１実施形態に係る板状ヒータを説明する図であり、図３（ａ）は、図１と同方向から見た側面図であり、図３（ｂ）は、図２と同方向から見た正面図である。図４は、図３に示す板状ヒータを収容するボートを説明する図であり、図４（ａ）は、図１と同方向から見た側面図であり、図４（ｃ）は、図４（ａ）の上面から見た上面図であり、図４（ｂ）は、図２と同方向から見た正面図である。図５は、図３に示す板状ヒータを図４に示すボートに収容した図であり、図２と同方向から見た正面図である。なお、図２の例では板状ヒータの間に２枚のガラス基板が配置されているが、図５の例では、１枚のガラス基板が配置されている。

板状ヒータ８の構造を説明する。
図３（ａ）に示すように、板状ヒータ８の下辺には、ヒータ端子８ａが２箇所設けられている。ヒータ端子８ａは、板状ヒータ８の内部の抵抗ヒータに接続されており、板状ヒータ８の外部からヒータ端子８ａを介して、板状ヒータ８の内部の抵抗ヒータに電力が供給されるようになっている。

なお、１つのヒータ端子８ａに、入出力用の複数の端子を内蔵させることで、板状ヒータ８のヒータ端子８ａを１箇所とすることも可能である。また、１枚の板状ヒータ８の内部に複数の加熱ブロックを有する場合も、１つのヒータ端子８ａに入出力用の複数の端子を内蔵させることで、上記複数の加熱ブロックに電力を供給するヒータ端子８ａを、上記複数の加熱ブロック数よりも少ない数、例えば１箇所とすることも可能である。

ボート６の構造を説明する。
図４に示すように、ボート６の底部には、ヒータ端子８ａが挿入されるヒータ端子用ソケット６ａが、８枚分の板状ヒータ８の数、つまり１６個設けられている。ヒータ端子用ソケット６ａは、例えば樹脂により、ボート６の底部に固定される。
図４（ａ）に示すように、ヒータ端子用ソケット６ａの下方には、ボート端子６ｂが、２箇所設けられている。各ボート端子６ｂは、それぞれ、１６個のヒータ端子用ソケット６ａのうち、その半分の８個のヒータ端子用ソケット６ａに対応するようになっている。図４（ｂ）に示すように、１つのボート端子６ｂと、８つのヒータ端子用ソケット６ａとの間は、それぞれ、ボート内配線６ｃで接続されている。他のボート端子６ｂも同様に、８つのヒータ端子用ソケット６ａとの間が、ボート内配線６ｃで接続されている。
かくして、２箇所のボート端子６ｂにより、ボート６に収容される８枚の板状ヒータ８へ電力が供給されるようになっている。

外部電源からボート６への接続構造を説明する。
図５に示すように、ガラス基板５と板状ヒータ８が収容されたボート６が、ボート容器７に載置される。図５の例では、９枚のガラス基板５と８枚の板状ヒータ８が、ボート６に収容されている。各板状ヒータ８底部のヒータ端子８ａは、それぞれ、対応するボート６のヒータ端子用ソケット６ａに挿入されている。各ヒータ端子用ソケット６ａは、ボート内配線６ｃにより、ボート端子６ｂと接続されている。ボート端子６ｂは、ボート容器７のボート端子用ソケット７ｂに挿入されている。ボート端子用ソケット７ｂは、ボート外配線７ｃにより、反応容器１の側壁に設けられた貫通穴を通り、外部電源と接続されている。反応容器１の貫通穴は、気密シールを施すことで、反応室１０内を気密に保つようにしている。

次に、ガス供給部と排気部を説明する。
図１に示すように、マニホールド９に、処理ガスを反応室１０内へ供給するガス供給管２１が設けられている。ガス供給管２１は、その上流で、処理ガス供給管２１aと不活性ガス供給管２１ｂに分岐している。処理ガス供給管２１aには、ガス流れの上流から順に、処理ガスを供給する処理ガス供給源２４a、流量制御装置としてのＭＦＣ（マスフローコントローラ）２３a、及び開閉バルブ２２ａが設けられている。不活性ガス供給管２１ｂには、ガス流れの上流から順に、不活性ガスを供給する不活性ガス供給源２４ｂ、ＭＦＣ２３ｂ、及び開閉バルブ２２ｂが設けられている。
本実施形態では、処理ガスとして、セレン元素含有ガス（セレン化源）としての水素化セレン（以下、「Ｈ_２Ｓｅ」）が用いられ、不活性ガスとして窒素（Ｎ_２）ガスが用いられる。窒素ガスの代わりに、アルゴン（Ａｒ）ガス等を用いることもできる。

また、マニホールド９のガス供給管２１とは異なる位置に、反応室１０内の雰囲気を反応室１０外へ排気する排気管３１が設けられている。排気管３１には、ガス流れの上流側から順に、圧力調整バルブ３２と、排気装置としての真空ポンプ３３とが設けられており、圧力調整バルブ３２の開度を調整することで、反応容器１内の圧力が所定の値に調整される。
主に、ガス供給管２１、処理ガス供給管２１ａ、開閉バルブ２２ａ、ＭＦＣ２３ａ、処理ガス供給源２４ａから処理ガス供給部が構成され、ガス供給管２１、不活性ガス供給管２１ｂ、開閉バルブ２２ｂ、ＭＦＣ２３ｂ、不活性ガス供給源２４ｂから不活性ガス供給部が構成され、処理ガス供給部と不活性ガス供給部からガス供給部が構成され、排気管３１、圧力調整バルブ３２、真空ポンプ３３から排気部が構成される。

ＭＦＣ２３ａ，２３ｂと、開閉バルブ２２ａ，２２ｂと、圧力調整バルブ３２は、後述する制御部８０に電気的に接続されている。制御部８０は、反応室１０内へ流す処理ガスや不活性ガスの流量が所定のタイミングにて所定の流量となるよう、また、反応室１０内の圧力が所定のタイミングにて所定の圧力となるよう、ＭＦＣ２３ａ，２３ｂと開閉バルブ２２ａ，２２ｂと，圧力調整バルブ３２とを制御する。

制御部８０は、図示しない操作部、表示部、入出力部等を備えていて、基板処理装置の各構成部に電気的に接続されており、各構成部を制御する。制御部８０は、レシピ（成膜プロセス等の制御シーケンス）に基づき、ヒータ３，４や板状ヒータ８の温度制御、ファン４１の回転数制御、反応室１０内への処理ガスや不活性ガスの流量制御、開閉バルブの開閉制御、圧力調整バルブ３２の開度制御、および反応室１０内への基板搬入等の機械駆動制御等を行う。また、制御部８０は、ハードウェア構成として、ＣＰＵ（中央演算ユニット）と、ＣＰＵの動作プログラムやレシピ等を格納するメモリとを備えるものである。

次に、本実施形態の基板処理装置を用いて行う、ＣＩＳ系太陽電池の製造方法の一部である基板の製造方法、つまり太陽電池用基板の製造方法について説明する。この製造方法の各工程は、制御部８０により制御される。
（基板搬入工程）
まず、銅（Ｃｕ）、インジウム（Ｉｎ）、及び、ガリウム（Ｇａ）を含有する積層膜が形成された３０枚から４０枚のガラス基板を、予め板状ヒータ８が所定の位置に搭載済みであるボート６内に搭載する。このとき、２枚からなるガラス基板５の各組を、板状ヒータ８の間に配置し、また、ガラス基板の成膜面が板状ヒータ８の面に対向するようにする。次に、反応室１０内が常温かつ大気圧の状態で、ボート６を反応室１０内に設置されたボート容器７内の所定の位置まで搬入する。次に、蓋２を閉じて反応室１０を密閉する。

（置換工程）
反応室１０を密閉後、開閉バルブ２２ｂを開け、圧力調整バルブ３２の開度を調整して、不活性ガス供給管２１ｂを介してガス供給管２１から反応室１０内へ窒素ガス等の不活性ガスを供給し、反応室１０内の大気を不活性ガスで置換する。
このとき例えば、（１）反応室１０を密閉後、圧力調整バルブ３２を開き、開閉バルブ２２ａ，２２ｂを閉じ、（２）次に、真空ポンプ３３で反応室１０内の大気を排気し、所定の圧力に到達した後、圧力調整バルブ３２を閉じ、（３）次に、開閉バルブ２２ｂを開いて反応室１０内にＮ_２ガスを導入する工程、つまり、上記の（１）〜（３）の工程を、少なくとも一度以上行うことで、置換時間を短縮することができる。

（昇温工程）
不活性ガスで反応室１０内の雰囲気を置換した後、圧力調整バルブ３２の開度を調整し開閉バルブ２２ｂを閉じたほぼ大気圧状態で、ヒータ３，４や板状ヒータ８に通電して加熱し、反応室１０内の不活性ガスを所定の温度まで、例えば４００〜５５０℃まで、望ましくは４５０℃〜５５０℃まで、毎分３〜５０℃で昇温する。このとき、ファン４１を動作させ、ボート容器７内の雰囲気をガラス基板５の短辺方向（鉛直方向）下方に流動させ、反応室１０内の雰囲気が均一な温度となるよう、反応室１０内の雰囲気を循環させる。

ガラス基板５は基板内の温度差が大きくなると破損するため、昇温工程において、基板内の温度差が大きくならないようにする。具体的には、制御部８０は、温度センサ１２の検出温度に基づき、ヒータ３，４の加熱度合いを制御することにより反応室壁の昇温速度を調節し、また、ガラス基板間に送風する不活性ガスの流量や速度を適切な値に調節し、さらに、板状ヒータ８の各加熱ブロックの加熱度合いを制御することにより板状ヒータ８からの輻射熱を適切な値に調節する。こうして、ガラス基板５の面内温度分布が所定の範囲内に収まるよう、ガラス基板５を加熱する。
また、反応室１０の昇温中やガスの供給中は、反応室１０内の圧力が必要以上に高くならないように排気して適性範囲を維持するよう制御する。

（処理工程）
上記昇温した温度を維持した状態で、圧力調整バルブ３２の開度を調整し、開閉バルブ２２ａ，２２ｂを開放し、ＭＦＣ２３ａ，２３ｂにより流量を調節して、不活性ガスにて１〜２０％（望ましくは、２〜１０％）に希釈したＨ_２Ｓｅガス等のセレン化源をガス供給管２１から導入する。次に、圧力調整バルブ３２を閉じて上記セレン化源を封じ込めた状態、若しくは、圧力調整バルブ３２の開度を調整し排気管３１から一定量排気することにより上記セレン化源を一定量フローさせた状態で、大気圧よりも微減圧の略大気圧下で１０〜１８０分間、望ましくは、２０〜１２０分間支持することにより、セレン化処理が行われ、ＣＩＳ系太陽電池の光吸収層が形成される。

（降温工程）
その後、開閉バルブ２２ａを閉じ、開閉バルブ２２ｂを開け、圧力調整バルブ３２の開度を調整し、ガス供給管２１から反応室１０内へ不活性ガスを供給し、反応室１０内の雰囲気を不活性ガスに置換するとともに、反応室１０内へ供給する不活性ガスにより、ガラス基板５や反応室１０内を所定温度まで降温する。置換は、不活性ガスの供給を停止した状態で反応室１０内のガスをほぼ排気して減圧した後、不活性ガスを供給して反応室１０内をほぼ大気圧にする工程を、少なくとも一度以上行うことで、置換時間を短縮することができる

降温工程においても、昇温工程と同様に、ガラス基板５は基板内の温度差が大きくなると破損するため、該温度差が大きくならないようにする。具体的には、制御部８０は、温度センサ１２の検出温度に基づき、ガラス基板間に送風する不活性ガスの流量を適切な値に調節するとともに、ヒータ３，４や板状ヒータ８の加熱度合いを調節し、ガラス基板５を降温する。このとき、適宜、板状ヒータ８の各加熱ブロックの加熱度合いを制御することにより板状ヒータ８からの輻射熱を適切な値に調節して、ガラス基板５の面内温度分布が所定の範囲内に収まるようにする。

（搬出工程）
反応室１０内を所定温度まで降温し、反応室１０内の処理ガスの濃度が十分に下がったことを残留ガス濃度計等で確認した後、蓋２を開けて、大気圧状態の反応室１０を開放し、反応室１０からボート６を搬出する。ボート６に収容したガラス基板５を取り出して処理が終了する。

第１実施形態によれば、少なくとも次の（１）〜（８）の効果を得ることができる。
（１）反応室内に内部加熱部を設けているので、反応室外に外部加熱部のみを設ける場合と比較して、より近くから加熱できるため、ガラス基板の加熱効率を高めることができ、ガラス基板の昇温時間を短縮できる。
（２）内部加熱部を、複数配置されたガラス基板の間に配置することにより、輻射熱でガラス基板を加熱できるので、より直接的に加熱できるため、よりガラス基板の昇温時間を短縮でき、また、よりガラス基板を均一に加熱することができる。
（３）上記（２）の内部加熱部を板状ヒータで構成することにより、ボートへ多くのガラス基板を収容でき、また、よりガラス基板を均一に加熱することができる。
（４）上記（３）の板状ヒータは、反応室内のガスの流れ方向、又は該ガス流れと垂直な方向に、それぞれ独立に加熱度合いを制御可能であるので、ガラス基板の温度分布の改善が容易になる。
（５）ファンをガラス基板の長辺方向に沿って複数配置するので、反応室内のガスの流れ方向を、ガラス基板の短辺方向とすることができ、ガラス基板を効率よく加熱することができる。
（６）上記（３）の板状ヒータを、２枚からなるガラス基板の組と組の間に配置し、ガラス基板の成膜面が板状ヒータの面に対向するようにしているので、ガラス基板の成膜面を効率よく加熱することができる。
（７）上記（６）のガラス基板のうち、最も外側にあるガラス基板の成膜面を、ガラス基板よりも熱伝導率の高いボート容器の側壁に対向させているので、板状ヒータの数を節減できるとともに、最も外側にあるガラス基板の成膜面を加熱できる。
（８）上記（３）の板状ヒータを、ガラス基板と同じ形状で同じ大きさとしているので、板状ヒータをボートに搭載することが容易となる。

（第２実施形態）
上述の第１実施形態では、複数のガラス基板５の間に、それ自身が発熱する板状ヒータ８を加熱源として配置したが、板状ヒータ８の代わりに、ガラス基板よりも熱伝導率の高い材料で形成された板状部材を加熱源として配置する第２実施形態も可能である。この板状部材は、外部電源から供給されるエネルギーにより発熱するヒータ機能はなく、例えば、板状ヒータ８と同程度の大きさを有する形状である。第２実施形態において、板状ヒータを板状部材に置き換える点以外は、第１実施形態と同様であるので、説明を省略する。

第２実施形態の板状部材は、ガラス基板５と同様に、ボート６の支持部材に形成された溝に、板状部材の端部を挿入することにより、板状部材を所定の位置に載置することができる。また、第２実施形態の板状部材は、第１実施形態の板状ヒータ８と同様に、例えばガラス基板５と同じ形状で同じ大きさの長方形の板状、あるいは、ガラス基板５の全表面を覆うとともにガラス基板５より大きい長方形の板状に形成される。ガラス基板５と同じ大きさにすると、ボート６への収納が行い易くなるので好ましく、また、ガラス基板５以上の大きさにすると、ガラス基板５の全面に亘って加熱し易くなるので、好ましい。

第２実施形態の板状部材は、例えばカーボン、ＳｉＣ、多結晶シリコンなどで構成される。第２実施形態の板状部材は、ガラス基板よりも熱伝導率が高いため、反応室内の加熱されたガスから熱を吸収し、該吸収した熱を放射して、ガラス基板を急速に加熱することができる。そのため、第２実施形態において、ガラス基板は、反応容器内を循環するガスによる熱伝達以外に、板状部材からの熱輻射でも加熱される。第２実施形態においても、板状ヒータや熱伝導率の高い板状部材を配置しない場合に比べ、ガラス基板の加熱効率を向上することができ、また、ガラス基板面内の温度均一性を向上することができる。

第２実施形態によれば、第１実施形態における効果に加え、少なくとも次の（９）の効果を得ることができる。
（９）第１実施形態の内部加熱部を、反応室外部から供給される電力により加熱されない板状部材であって、ガラス基板よりも熱伝導率の高い板状部材で構成することにより、内部加熱部を板状ヒータで構成する場合に比べ、簡単な構成でガラス基板を均一に加熱することができる。

なお、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々に変更が可能であることはいうまでもない。
例えば、上述の実施形態では、銅（Ｃｕ）、インジウム（Ｉｎ）、ガリウム（Ｇａ）が形成された複数のガラス基板をセレン化処理することについて説明したが、これに限らず、銅（Ｃｕ）／インジウム（Ｉｎ）や銅（Ｃｕ）／ガリウム（Ｇａ）等が形成された複数のガラス基板をセレン化処理するようにすることも可能である。
また、上述の実施形態では、金属材料との反応性の高いセレン化について言及したが、ＣＩＳ系太陽電池では、セレン化処理に変えて、若しくは、セレン化処理の後に硫黄元素含有ガスを供給し硫化処理を行う場合もある。その際も、本実施形態の反応室を用いることができる。さらに、セレン化処理や硫化処理以外の処理に対しても適用可能である。

また、上述の実施形態では、ガラス基板を、基板面及び基板の短辺が垂直となるよう水平方向に複数並べてボート上に支持したが、基板面及び基板の短辺が垂直となるよう支持しなくてもよく、水平や又は斜めとなるよう支持することも可能である。
また、上述の実施形態では、ファンをガラス基板の上方に配置したが、ガラス基板の下方に配置、又はガラス基板の上下両方に配置、あるいは、背景技術のように横に配置することもできる。
また、上述の実施形態では、処理がガラス基板に施される場合について説明したが、ガラス基板のように熱伝導率の低い基板であれば、ガラス基板以外の基板に対しても有為に適用可能である。
また、上述の第１実施形態では、板状ヒータのほかに、反応容器や蓋の周囲にも外部ヒータを設けたが、処理内容によっては、外部ヒータを設けず、板状ヒータのみで構成することも可能である。

本明細書の記載には、少なくとも次の構成が含まれる。すなわち、
第１の構成は、
複数のガラス基板を、各基板の基板面がそれぞれ対向するように並べて収容する反応室と、
前記反応室内へ処理ガスを供給するガス供給部と、
前記反応室内の雰囲気を排気する排気部と、
前記反応室内に収容される前記複数のガラス基板の基板面と基板面の間に設けられた加熱部と、
前記反応室内に設けられ、前記反応室内の雰囲気を循環させるファンと、
を備える基板処理装置。

第２の構成は、第１の構成における基板処理装置であって、
前記加熱部は、前記反応室外部から供給される電力により加熱される板状ヒータである基板処理装置。

第３の構成は、第２の構成における基板処理装置であって、
前記板状ヒータは、前記ファンにより形成される前記反応室内の雰囲気の流れ方向、又は、該雰囲気の流れ方向と垂直な方向における加熱度合いを変えることができる基板処理装置。

第４の構成は、第１の構成における基板処理装置であって、
前記加熱部は、前記反応室外部から供給される電力により加熱されない板状部材であって、前記ガラス基板よりも熱伝導率の高い板状部材である基板処理装置。

第５の構成は、第１の構成ないし第４の構成における基板処理装置であって、
前記ファンは、前記複数の基板間の雰囲気を、前記複数の基板の短辺方向に流動させる基板処理装置。

第６の構成は、第１の構成ないし第５の構成における基板処理装置であって、
前記ファンは、前記基板の長辺方向に沿って複数配置される基板処理装置。

第７の構成は、第１の構成ないし第６の構成における基板処理装置であって、
前記加熱部は、前記ガラス基板と同じ形状及び同じ大きさである基板処理装置。

第８の構成は、第１の構成ないし第７の構成における基板処理装置であって、
前記加熱部は、２枚からなる前記ガラス基板の組と組の間に配置されるとともに、前記ガラス基板の成膜面に対向するように配置される基板処理装置。

第９の構成は、第１の構成ないし第６の構成における基板処理装置であって、
前記ガラス基板上に、銅、インジウム、ガリウムを含む金属膜が形成されており、前記処理ガスがセレン化水素である基板処理装置。

第１０の構成は、
複数のガラス基板と前記複数のガラス基板を加熱するための加熱部を反応室内へ収容する収容工程と、
前記複数のガラス基板を各基板の基板面がそれぞれ対向するように配置し、前記加熱部を前記複数のガラス基板の基板面と基板面の間に配置する配置工程と、
前記複数のガラス基板と前記加熱部を収容した前記反応室内へ処理ガスを供給するガス供給工程と、
前記複数のガラス基板の基板面と基板面の間に配置した前記加熱部により前記複数のガラス基板を加熱する加熱工程と、
前記反応室内に設けられたファンにより、前記反応室内の雰囲気を循環させる循環工程と、
を備える太陽電池用基板の製造方法。
なお、上記収容工程と配置工程は、どちらを先に実施しても構わない。

１…反応容器、２…蓋、３…ヒータ、４…ヒータ、５…ガラス基板、６…ボート、６ａ…ヒータ端子用ソケット、６ｂ…ボート端子、６ｃ…ボート内配線、７…ボート容器、７ｂ…ボート端子用ソケット、７ｃ…ボート外配線、８…板状ヒータ、８ａ…ヒータ端子、９…マニホールド、１０…反応室、１２…温度センサ、２１…ガス供給管、２１a…処理ガス供給管、２１ｂ…不活性ガス供給管、２２a…開閉バルブ、２２ｂ…開閉バルブ、２３ａ…ＭＦＣ、２３ｂ…ＭＦＣ、２４a…処理ガス供給源、２４ｂ…不活性ガス供給源、３１…排気管、３２…圧力調整バルブ、３３…真空ポンプ、４１…ファン、４２…回転軸、４３…ファン駆動部、８０…制御部。

Claims (5)

1. 複数のガラス基板を、各基板の基板面がそれぞれ対向するように並べて収容する反応室と、
   前記反応室内へ処理ガスを供給するガス供給部と、
   前記反応室内の雰囲気を排気する排気部と、
   前記反応室内に収容される前記複数のガラス基板の基板面と基板面の間に設けられた加熱部と、
   前記反応室内に設けられ、前記反応室内の雰囲気を循環させるファンと、
   を備える基板処理装置。
2. 請求項１に記載された基板処理装置であって、
   前記加熱部は、前記反応室外部から供給される電力により加熱される板状ヒータである基板処理装置。
3. 請求項２に記載された基板処理装置であって、
   前記板状ヒータは、前記ファンにより形成される前記反応室内の雰囲気の流れ方向、又は、該雰囲気の流れ方向と垂直な方向における加熱度合いを変えることができる基板処理装置。
4. 請求項１に記載された基板処理装置であって、
   前記加熱部は、前記反応室外部から供給される電力により加熱されない板状部材であって、前記ガラス基板よりも熱伝導率の高い板状部材である基板処理装置。
5. 複数のガラス基板と前記複数のガラス基板を加熱するための加熱部を反応室内へ収容する収容工程と、
   前記複数のガラス基板を各基板の基板面がそれぞれ対向するように配置し、前記加熱部を前記複数のガラス基板の基板面と基板面の間に配置する配置工程と、
   前記複数のガラス基板と前記加熱部を収容した前記反応室内へ処理ガスを供給するガス供給工程と、
   前記複数のガラス基板の基板面と基板面の間に配置した前記加熱部により前記複数のガラス基板を加熱する加熱工程と、
   前記反応室内に設けられたファンにより、前記反応室内の雰囲気を循環させる循環工程と、
   を備える太陽電池用基板の製造方法。

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