JP2019035750A - 薄膜電池加工装置の温度測定方法及びシステム - Google Patents

薄膜電池加工装置の温度測定方法及びシステム Download PDF

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Abstract

【課題】加工装置における複数のチャンバの温度を正確に反映する薄膜電池加工装置の温度測定方法及びシステムを提供する。
【解決手段】測定装置を加工装置の搬入用チャンバ、加熱用チャンバ、加工用チャンバ、冷却用チャンバ及び搬出用チャンバに順次進入させ、加熱用チャンバ、加工用チャンバ及び冷却用チャンバ内の各加熱エリアの現在温度を順次測定して記憶する１１ことと、現在温度とプリセット温度とを比較し、比較結果に応じて加熱用チャンバ、加工用チャンバ及び冷却用チャンバ内の各加熱エリアにおけるヒータの加熱温度を調整する１２こととを含む、薄膜電池加工装置の温度測定方法及びシステム。
【選択図】図５

Description

本出願は、太陽電池の製造装置及び製造方法に関し、例えば、薄膜電池加工装置の温度測定方法及びシステムに関する。
薄膜太陽電池の製造プロセスにおいて、温度は重要なパラメータの１つである。薄膜電池の製造装置において、物理気相成長（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、ＰＶＤ）、銅インジウムガリウムセレン（ＣＩＧＳ）蒸着装置はいずれもプレート式のマルチチャンバ型加工装置であり、異なるチャンバや同チャンバの異なる領域に対して、異なる加工温度が要求される。
図１は、関連技術に係るプレート式のマルチチャンバ型加工装置の概略構成図である。図１に示すように、関連技術に係るプレート式のマルチチャンバ型加工装置は、搬入用チャンバ１００、加熱用チャンバ２００、加工用チャンバ３００、冷却用チャンバ４００及び搬出用チャンバ５００を備える。
電池基板６００は、搬入用チャンバ１００（室温である）を介して装置に進入し、加熱用チャンバ２００によって２００℃まで加熱され、次に加工用チャンバ３００に進入する。そして、電池基板６００は、加工用チャンバ３００において２６０℃まで加熱され、かつ薄膜堆積が行われ、加工が完了した後、冷却用チャンバ４００に進入して室温まで冷却され、最後に、搬出用チャンバ５００を通して装置外に搬送される。各チャンバの加熱温度は、図２に示す。
放熱環境等によって、エッジ及びチャンバ中心の温度が異なることを考慮すると、通常、各チャンバがいずれも複数の異なる加熱領域を有する。図３に示すように、加熱用チャンバ２００（領域Ａ）を例として、複数の温度が異なる加熱領域を含み、各加熱領域は、いずれも１つの加熱エリアであり、領域Ｂと領域Ｃとは加熱用チャンバ２００に隣接する他のチャンバである。各加熱エリアは、いずれもヒータが設置され、加熱エリア７、８、９のヒータがメインヒータであり、加熱エリア１〜６のヒータがエッジヒータである。加熱エリアによって、外部環境との接触放熱効果が異なるため、エッジヒータは主に保温作用を果たす。図４に示すように、上記ヒータは、上蓋１′、加熱ワイヤ２′、熱電対３′及びパッキン４′からなる。当該ヒータは、通電加熱されると、熱電対３′でヒータ温度が測定されてコントローラに伝送されることによって、チャンバ温度の制御を行う。
関連技術において、熱電対３′は、真空フランジによって各加熱エリアの所在チャンバに進入し、ヒータに接近、接触または巻き掛けて温度測定を行う。これら取り付け方式は、温度測定の不正確を招き、熱電対３′の目盛りが加熱ワイヤの温度に近く、チャンバ温度を正確に反映できない。
本出願は、関連技術の問題点を解決し、薄膜電池の加工品質を向上させるように、加工装置における複数のチャンバの温度を正確に反映する薄膜電池加工装置の温度測定方法及びシステムを提供する。
本出願は、
測定装置を加工装置の搬入用チャンバ、加熱用チャンバ、加工用チャンバ、冷却用チャンバ及び搬出用チャンバに順次進入させ、前記加熱用チャンバ、前記加工用チャンバ及び前記冷却用チャンバ内の各加熱エリアの現在温度を順次測定して記憶することと、
各加熱エリアの現在温度とプリセット温度とを比較し、比較結果に応じて前記加熱用チャンバ、前記加工用チャンバ及び前記冷却用チャンバ内の各加熱エリアにおけるヒータの加熱温度を調整することと、を含む薄膜電池加工装置の温度測定方法を提供する。
一実施例において、測定装置を加工装置の搬入用チャンバ、加熱用チャンバ及び加工用チャンバに順次進入させ、前記加熱用チャンバ及び前記加工用チャンバ内の各加熱エリアの現在温度を順次測定して記憶することは、
第１のプリセット速度で測定装置を前記搬入用チャンバに搬送することと、
第２のプリセット速度で測定装置を前記加熱用チャンバに搬送し、前記加熱用チャンバ内の各加熱エリアの現在温度を測定して記憶することと、
前記加熱用チャンバにおいて、前記加熱用チャンバ内のガス圧力、温度及びガス流量を含む第１の加工パラメータを検出し、前記第１の加工パラメータが所定値になると、第３のプリセット速度で測定装置を前記加工用チャンバに搬送し、前記加工用チャンバ内の各加熱エリアの現在温度を測定して記憶することと、を含む。
一実施例において、前記加工用チャンバ内の各加熱エリアの現在温度を測定して記憶した後に、
前記加工用チャンバにおいて、前記加工用チャンバ内のガス圧力、温度及びガス流量を含む第２の加工パラメータを検出し、前記第２の加工パラメータが所定値になると、第４のプリセット速度で測定装置を前記冷却用チャンバに搬送し、前記冷却用チャンバ内の各加熱エリアの現在温度を測定して記憶することを含む。
一実施例において、前記冷却用チャンバ内の各加熱エリアの現在温度を測定して記憶した後に、
前記冷却用チャンバにおいて、前記冷却用チャンバ内のガス圧力、温度及びガス流量を含む第３の加工パラメータを検出し、前記第３の加工パラメータが所定値になると、第５のプリセット速度で測定装置を前記搬出用チャンバに搬送することを更に含む。
一実施例において、前記測定方法は、各加熱エリアの現在温度とプリセット温度とを比較し、比較結果に応じて前記加熱用チャンバ、前記加工用チャンバ及び前記冷却用チャンバ内の各加熱エリアにおけるヒータの加熱温度を調整した後に、
ヒータの温度を検出し、前記ヒータの温度が限定値より高くまたは低くなると、電源を切断して警報を発することを更に含む。
本出願は、測定装置、記憶装置及び制御装置を備え、
前記測定装置は、加工装置の搬入用チャンバ、加熱用チャンバ、加工用チャンバ、冷却用チャンバ及び搬出用チャンバに順次進入し、前記加熱用チャンバ、前記加工用チャンバ及び前記冷却用チャンバ内の各加熱エリアの現在温度を順次測定するように設置され、
前記記憶装置は、前記測定装置による温度測定で得られる現在温度を記憶するように設置され、
前記制御装置は、各加熱エリアの現在温度とプリセット温度とを比較し、比較結果に応じて前記加熱用チャンバ、前記加工用チャンバ及び前記冷却用チャンバ内の各加熱エリアにおけるヒータの加熱温度を調整するように設置される、薄膜電池加工装置の温度測定システムをさらに提供する。
一実施例において、前記測定装置を搬送するように設置される搬送装置を更に備える。
一実施例において、前記加熱用チャンバの第１の加工パラメータ、前記加工用チャンバの第２の加工パラメータ及び前記冷却用チャンバの第３の加工パラメータを検出するように設置される複数のセンサを更に備える。
一実施例において、前記測定装置は、テストボード及び熱電対を備え、前記テストボードの形状及び寸法は、加工対象となる電池基板の形状及び寸法と同じであり、前記熱電対は、前記テストボードに設置される。
一実施例において、前記熱電対の数が複数であり、複数の熱電対は、各チャンバの各加熱エリアに対応して前記テストボードに分布されている。
本出願に係る薄膜電池加工装置の温度測定方法及びシステムは、測定装置によって加熱用チャンバ、加工用チャンバ及び冷却用チャンバ内の各加熱エリアの現在温度を測定し、現在温度を記憶装置に記憶する。現在温度は、加熱用チャンバ、加工用チャンバ及び冷却用チャンバ内の各加熱エリアの所望の温度パラメータを満たさないと、現在温度を上昇または下降させるようにヒータの加熱温度を調整する。このようにして、後続の電池基板の加工工程において、各チャンバの温度がそれぞれ適切な範囲に調整され、薄膜電池の加工品質が向上する。
関連技術に係るプレート式のマルチチャンバ型加工装置の概略構成図である。 各チャンバの加熱温度を示す図である。 各チャンバ内の複数の加熱エリアの概略構成図である。 関連技術に係るヒータの構成模式図である。 一実施例に係る薄膜電池加工装置の温度測定方法のフローチャートである。 一実施例に係る薄膜電池加工装置の温度測定方法のフローチャートである。 測定装置の構成模式図である。
以下、本出願の実施例を具体的に説明する。前記実施例は図面に例示され、すべての図面にわたって同じまたは類似である符号は、同じまたは類似する素子、或いは同じまたは類似する機能を有する素子を示す。図面を参照しながら、以下のように説明する実施例は、例示的なものであり、本出願を説明するためだけに用いられ、本出願を限定するものと解釈することはできない。
図５に示すように、一実施例では、
測定装置を加工装置の搬入用チャンバ、加熱用チャンバ、加工用チャンバ、冷却用チャンバ及び搬出用チャンバに順次進入させ、前記加熱用チャンバ、加工用チャンバ及び冷却用チャンバ内の各加熱エリアの現在温度を順次測定して記憶するステップ１１と、
各加熱エリアの現在温度とプリセット温度とを比較し、比較結果に応じて前記加熱用チャンバ、加工用チャンバ及び冷却用チャンバ内の各加熱エリアにおけるヒータの加熱温度を調整するステップ１２と、を含む薄膜電池加工装置の温度測定方法を提供する。
当該測定装置は、加工対象となる電池基板を利用して改造したものであってもよい。図７のとおり、測定装置１は、テストボード１１及び熱電対１２を備え、テストボード１１の形状及び寸法は、加工対象となる電池基板の形状及び寸法とは同じであり、熱電対１２が当該テストボード１１に設置される。
熱電対の温度を記録することで加熱用チャンバ、加工用チャンバ及び冷却用チャンバ内の各加熱エリアの現在温度を反映し、現在温度を記憶装置に記憶する。現在温度は、加熱用チャンバ、加工用チャンバ及び冷却用チャンバ内の各加熱エリアの所望の温度パラメータを満たさないと、現在温度を上昇または下降させるようにヒータの加熱温度を調整する。このようにして、後続の電池基板の加工工程において、各チャンバ、各加熱エリアの温度がそれぞれ適切な範囲に調整され、薄膜電池の加工品質が向上する。
図６は、一実施例に係る薄膜電池加工装置の温度測定方法のフローチャートである。図６に示すように、測定装置を加工装置の搬入用チャンバ、加熱用チャンバ及び加工用チャンバに順次進入させ、前記加熱用チャンバ及び前記加工用チャンバ内の各加熱エリアの現在温度を順次測定して記憶することは、
第１のプリセット速度で測定装置を前記搬入用チャンバに搬送するステップ１１０と、
第２のプリセット速度で測定装置を前記加熱用チャンバに搬送し、前記加熱用チャンバ内の各加熱エリアの現在温度を測定して記憶するステップ１２０と、
前記加熱用チャンバにおいて、前記加熱用チャンバ内のガス圧力、温度及びガス流量を含む第１の加工パラメータを検出し、前記第１の加工パラメータが所定値になると、第３のプリセット速度で測定装置を前記加工用チャンバに搬送し、前記加工用チャンバ内の各加熱エリアの現在温度を測定して記憶するステップ１３０と、を含む。
当業者であれば理解するであろうが、測定装置がプリセット速度で途切れなく搬入用チャンバに搬入され、生産ラインの制御リズムを利用するために、当該測定装置が中断せずに各チャンバを通過するように維持する。測定装置が加熱用チャンバに進入すると、加熱用チャンバにおいてセンサによって第１の加工パラメータを検出し、第１の加工パラメータは、ガス圧力、温度及びガス流量を含んでも良く、他のパラメータも含んでも良い。これらパラメータの設定は、実際に製造される電池基板の所望のパラメータに応じて設定される。第１の加工パラメータが条件を満たすと、測定装置を加工用チャンバに搬入させることができる。
一実施例において、前記加工用チャンバ内の各加熱エリアの現在温度を測定して記憶した後に、
前記加工用チャンバにおいて、前記加工用チャンバ内のガス圧力、温度及びガス流量を含む第２の加工パラメータを検出し、前記第２の加工パラメータが所定値になると、第４のプリセット速度で測定装置を前記冷却用チャンバに搬送し、前記冷却用チャンバ内の各加熱エリアの現在温度を測定して記憶するステップ１４０を含む。
一実施例において、前記冷却用チャンバ内の各加熱エリアの現在温度を測定して記憶した後に、
前記冷却用チャンバにおいて、前記冷却用チャンバ内のガス圧力、温度及びガス流量を含む第３の加工パラメータを検出し、前記第３の加工パラメータが所定値になると、第５のプリセット速度で測定装置を前記搬出用チャンバに搬送するステップ１５０を含む。
加工対象となる電池基板は、加熱用チャンバ、加工用チャンバ及び冷却用チャンバのいずれにも、堆積または他の反応が行われる必要があるため、測定装置の滞留時間を制御するように、センサを用いて前記３つのチャンバの加工パラメータをそれぞれ検出する。
前記第１のプリセット速度、第２のプリセット速度、第３のプリセット速度、第４のプリセット速度及び第５のプリセット速度は、同じであっても良く、実際の需要に応じて異なる速度に設定されても良い。
前記実施例を基づいて、当該方法は、
ヒータの温度を検出し、前記ヒータの温度が限定値より高くまたは低くなると、電源を切断して警報を発するステップ１３を更に含む。
各チャンバの温度が安定した後に、測定装置は、搬入用チャンバから装置に進入して搬出用チャンバに搬送される。全プロセスにわたって、テストボードにおける熱電対の温度を記録し、記憶装置に記憶する。記憶装置は、テストボードに埋設されたデータレジスタであっても良い。得られた温度データを加工パラメータの所望温度と比較して、データが加工パラメータの要求を満たすと、各熱電対の目盛りを参照温度とし、データが要求を満たさないと、対応する加熱エリアにおけるヒータの温度設定を調整する。ヒータの温度が限定値より高くまたは低くなると、メンテナンスを行うように、オペレータに促すための警報を発する。
本出願の実施例では、測定装置、記憶装置及び制御装置を含む薄膜電池加工装置の温度測定システムを更に提供する。
ここで、測定装置は、加工装置の搬入用チャンバ、加熱用チャンバ、加工用チャンバ、冷却用チャンバ及び搬出用チャンバに順次進入し、前記加熱用チャンバ、加工用チャンバ及び冷却用チャンバ内の各加熱エリアの現在温度を順次測定するように設置され、記憶装置は、測定装置による温度測定で得られた現在温度を記憶するように設置され、制御装置は、現在温度とプリセット温度とを比較し、比較結果に応じて前記加熱用チャンバ、加工用チャンバ及び冷却用チャンバ内の各加熱エリアにおけるヒータの加熱温度を調整するように設置される。
一実施例において、図７のとおり、測定装置１は、テストボード１１及び熱電対１２を備え、テストボード１１の形状及び寸法は、加工対象となる電池基板の形状及び寸法と同じであり、熱電対１２は、前記テストボード１１に設置され、記憶装置２は、テストボード１１に埋設されたデータレジスタであっても良い。加熱用チャンバ、加工用チャンバ及び冷却用チャンバのいずれも複数の加熱エリアを有するため、温度をより正確に検出するために、熱電対１２の数が複数であり、複数の熱電対１２は、各チャンバの各加熱エリアに対応してボードテストボードに分布されているように設置される。
前記実施例に基づいて、本出願の実施例に係る温度測定システムは、測定装置を搬送し、プリセット速度で測定装置１を各チャンバに通過させるように設置される搬送装置３を更に含む。
一実施例において、本出願の実施例に係る温度測定システムは、前記第１の加工パラメータ、第２の加工パラメータ及び第３の加工パラメータを検出するように設置される複数のセンサ４を更に含む。
本出願に係る薄膜電池加工装置の温度測定方法及びシステムは、ヒータの加熱温度を調整して各チャンバの温度をそれぞれ適切な範囲に調整することにより、薄膜電池の加工品質を向上させる。
１００ 搬入用チャンバ
２００ 加熱用チャンバ
３００ 加工用チャンバ
４００ 冷却用チャンバ
５００ 搬出用チャンバ
６００ 電池基板
１′ 上蓋
２′ 加熱ワイヤ
３′ 熱電対
４′ パッキン
１ 測定装置
１１ テストボード
１２ 熱電対
２ 記憶装置
３ 搬送装置
４ センサ

Claims (10)

  1. 測定装置を加工装置の搬入用チャンバ、加熱用チャンバ、加工用チャンバ、冷却用チャンバ及び搬出用チャンバに順次進入させ、前記加熱用チャンバ、前記加工用チャンバ及び前記冷却用チャンバ内の各加熱エリアの現在温度を順次測定して記憶することと、
    各加熱エリアの現在温度とプリセット温度とを比較し、比較結果に応じて前記加熱用チャンバ、前記加工用チャンバ及び前記冷却用チャンバ内の各加熱エリアにおけるヒータの加熱温度を調整することと、を含む薄膜電池加工装置の温度測定方法。
  2. 測定装置を加工装置の搬入用チャンバ、加熱用チャンバ及び加工用チャンバに順次進入させ、前記加熱用チャンバ及び前記加工用チャンバ内の各加熱エリアの現在温度を順次測定して記憶することは、
    第１のプリセット速度で測定装置を前記搬入用チャンバに搬送することと、
    第２のプリセット速度で測定装置を前記加熱用チャンバに搬送し、前記加熱用チャンバ内の各加熱エリアの現在温度を測定して記憶することと、
    前記加熱用チャンバにおいて、前記加熱用チャンバ内のガス圧力、温度及びガス流量を含む第１の加工パラメータを検出し、前記第１の加工パラメータが所定値になると、第３のプリセット速度で測定装置を前記加工用チャンバに搬送し、前記加工用チャンバ内の各加熱エリアの現在温度を測定して記憶することと、を含む請求項１に記載の薄膜電池加工装置の温度測定方法。
  3. 前記加工用チャンバ内の各加熱エリアの現在温度を測定して記憶した後、
    前記加工用チャンバにおいて、前記加工用チャンバ内のガス圧力、温度及びガス流量を含む第２の加工パラメータを検出し、前記第２の加工パラメータが所定値になると、第４のプリセット速度で測定装置を前記冷却用チャンバに搬送し、前記冷却用チャンバ内の各加熱エリアの現在温度を測定して記憶すること、を含む請求項２に記載の薄膜電池加工装置の温度測定方法。
  4. 前記冷却用チャンバ内の各加熱エリアの現在温度を測定して記憶した後に、
    前記冷却用チャンバにおいて、前記冷却用チャンバ内のガス圧力、温度及びガス流量を含む第３の加工パラメータを検出し、前記第３の加工パラメータが所定値になると、第５のプリセット速度で測定装置を前記搬出用チャンバに搬送すること、を更に含む請求項３に記載の薄膜電池加工装置の温度測定方法。
  5. 各加熱エリアの現在温度とプリセット温度とを比較し、比較結果に応じて前記加熱用チャンバ、前記加工用チャンバ及び前記冷却用チャンバ内の各加熱エリアにおけるヒータの加熱温度を調整した後に、
    ヒータの温度を検出し、前記ヒータの温度が限定値より高くまたは低くなると、電源を切断して警報を発すること、を更に含む請求項１から４のいずれか１項に記載の薄膜電池加工装置の温度測定方法。
  6. 測定装置、記憶装置及び制御装置を備え、
    前記測定装置は、加工装置の搬入用チャンバ、加熱用チャンバ、加工用チャンバ、冷却用チャンバ及び搬出用チャンバに順次進入し、前記加熱用チャンバ、前記加工用チャンバ及び前記冷却用チャンバ内の各加熱エリアの現在温度を順次測定するように設置され、
    前記記憶装置は、前記測定装置による温度測定で得られた現在温度を記憶するように設置され、
    前記制御装置は、各加熱エリアの現在温度とプリセット温度とを比較し、比較結果に応じて前記加熱用チャンバ、前記加工用チャンバ及び前記冷却用チャンバ内の各加熱エリアにおけるヒータの加熱温度を調整するように設置される、薄膜電池加工装置の温度測定システム。
  7. 前記測定装置を搬送するように設置される搬送装置を更に含む、請求項６に記載の薄膜電池加工装置の温度測定システム。
  8. 前記加熱用チャンバの第１の加工パラメータ、前記加工用チャンバの第２の加工パラメータ及び前記冷却用チャンバの第３の加工パラメータを検出するように設置される複数のセンサを更に含む、請求項７に記載の薄膜電池加工装置の温度測定システム。
  9. 前記測定装置は、テストボード及び熱電対を備え、前記テストボードの形状及び寸法は、加工対象となる電池基板の形状及び寸法とは同じであり、前記熱電対は、前記テストボードに設置される、請求項６から８のいずれか１項に記載の薄膜電池加工装置の温度測定システム。
  10. 前記熱電対の数が複数であり、複数の熱電対は、各チャンバの各加熱エリアに対応して前記テストボードに分布されている、請求項９に記載の薄膜電池加工装置の温度測定システム。
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