JP2019108606A - 冷却部材及び真空蒸着装置 - Google Patents

冷却部材及び真空蒸着装置 Download PDF

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Abstract

【課題】プロセス温度を高速に切り替えることが可能な冷却部材及び前記冷却部材を含む真空蒸着装置の提供。【解決手段】冷却板及び回転機構を含み、冷却板がフレーム４１とフレーム４１内に設けられた冷却バー４２とを含み、冷却バー４２が冷却液管路と連通し、回転機構が駆動部品５と回転軸７とを含み、駆動部品５が回転軸７の一端に接続され、フレーム４１に孔が設けられ、回転軸７の他端が孔を貫通すると共に、冷却バー４２に接続される冷却部材及び真空蒸着装置を提供する。【選択図】図２

Description

本発明は、半導体製造装置の分野に関し、具体的には、冷却部材及び真空蒸着装置に関する。
薄膜太陽電池モジュールにおいて、薄膜層は光電変換の役割を果たし、その性能は、電池セルの光電変換効率、即ち電池セルの肝心な性能パラメータを大いに決定する。薄膜層は、一般的にＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、有機金属気相成長法）の加工方式で材料成長を行う。しかし、ＭＯＣＶＤ製造装置が、非常に高価であり、薄膜太陽電池セルの製造ライン全体において、ＭＯＣＶＤ装置のコストが、非常に高い割合を占めており、よって、その生産性の向上は電池セルの製造コストを大幅に低減することができる。
ＭＯＣＶＤのメカニズムは、熱化学反応であり、高い温度（一般的に数百乃至１０００℃）で、真空チャンバに特定のプロセスガス及び金属有機物源を導入し、化学反応を行って、基板に特定材料の薄膜層を成長させる。1つの連続するプロセス過程（一般的に数分乃至数十分持続する）は、常にいくつかの段階に分けられ、異なる段階において、プロセス温度とプロセスガスとが変化する。プロセスガスの種類切替と流量制御とを行うには、現在、多くの成熟している部品と制御方法とを使用できる。しかし、プロセス温度の高速切替は、電池セルの膜層成長プロセスの総時間に影響を与え、装置の生産性に影響を与える。
ＭＯＣＶＤプロセスチャンバは、真空条件下で動作し、設定されたプロセス圧力は、一般的に数十乃至１００トルである。しかし、真空チャンバ内のガス対流による伝熱効率が非常に低く、かつ膜層が成長した基板と加熱器とが接触せず、熱伝導が生じないので、基板の温度切替は何れも熱放射の方式でエネルギーを得た。
現在の一般的な方法では、真空チャンバが一つの空間を構成し、真空チャンバの外壁が耐食性のステンレス鋼材料で構成され、基板の温度範囲が３００〜１２００℃に制御されたが、実際の需要及び安全上の考慮に基づいて、チャンバの外壁が６０℃を超えてはならないため、チャンバの外壁に冷却水システムを設けることにより、プロセスにおいて、チャンバの壁温度が安定することを確保する。現在、加熱には、一般的に赤外線ランプ管を加熱源として用い、熱放射により、基板の昇温速度が非常に高速であり、２０度／秒以上に達することができ、ひいては基板の加熱をそれぞれ２つのチャンバで段階的に行うことができ、第１のチャンバの作用は予熱であり、例えば５００℃に加熱し、その後には第２のチャンバ、即ちプロセスチャンバに導入して、プロセス温度（例えば、７００℃）に高速に加熱することができ、加熱に必要な時間を節約し、装置の生産性を向上させる。しかしながら、プロセスチャンバ内で、異なるプロセス段階で基板を異なる温度に切り替え、一部の隣接するプロセスステップの間に温度を下げる必要があり、かつプロセスが終了した後、基板の温度を一定の温度範囲、一般的に約４００℃に下げてこそプロセスチャンバから基板を導出することができる。高い温度で膜層が成長した基板を導出すると、新たに成長した膜層は高温で揮発分解して、膜層の品質低下をもたらし、かつ伝送チャンバを汚染する。これらの温度低下の過程において、現在の慣用の方法は、赤外線ランプ管のエネルギー供給を停止し、チャンバ壁（定温、２５℃）の冷却システムにより熱量を持ち去ることである。しかし、基板の冷却時間が長いため、装置の生産性を低下させる。
本発明は、従来の太陽電池セルの膜層成長プロセスにおいてプロセス温度を高速に切り替えることができず、装置の生産性が低いという問題を解決する冷却部材及び真空蒸着装置を提供することを目的とする。
上記技術的問題を解決するために、本発明は、冷却板と回転機構とを含み、前記冷却板が複数の冷却バーを含み、前記冷却バーが冷却液管路と連通し、前記回転機構が駆動部品と回転軸とを含み、前記駆動部品が前記回転軸の一端に接続され、前記回転軸の他端が前記冷却バーに接続される冷却部材を提供する。
前記冷却板は、前記回転軸が貫通するための孔が設けられたフレームをさらに含み、前記冷却バーが前記フレーム内に設けられる。
前記冷却バーに前記回転軸に嵌合する貫通孔が設けられており、前記冷却バーが前記回転軸と同期回転する。
前記駆動部品はモータ又はシリンダである。
前記フレームと前記回転軸との材質はいずれもステンレス鋼材質である。
真空蒸着装置は、チャンバと、基板を加熱するための加熱ランプ管と、以上のいずれか一項に記載の冷却部材とを含み、前記駆動部品が前記チャンバの側壁外側に取り付けられ、前記冷却板が前記加熱ランプ管と前記チャンバの底板との間に取り付けられる。
前記回転軸の一端は、第１の密封回転装置によりチャンバの側壁を貫通して、前記駆動部品に接続され、前記回転軸の他端は、第２の密封回転装置により対称側のチャンバの側壁に回転可能に取り付けられる。
前記第１の密封回転装置と前記第２の密封回転装置とはいずれも磁性流体軸受である。
前記フレームは、支持部品により前記チャンバの底板の上側に固定される。
前記加熱ランプ管は赤外線ランプ管であり、前記赤外線ランプ管は基板の下側に取り付けられる。
本発明に係る冷却部材では、回転機構は冷却板内の冷却バーを駆動し回転する。冷却状態で、冷却バーがチャンバ内の基板と平行となり、冷却面積を増加させ、冷却効率を向上させ、非冷却状態で、冷却バーがチャンバ内の基板に垂直となるように、駆動部品が冷却バーを駆動し回転させ、これによって、冷却面積を減少させ、加熱効率を向上させる。従って、プロセス温度の高速切替を実現し、プロセス製造時間を減少させ、装置の生産性を向上させ、エネルギー消費を節約する。
図１は本発明の実施例の構造概略図である。 図２は図１中のＡ−Ａ方向に沿った断面図である。
以下、図面及び実施例を参照しながら、本発明の具体的な実施形態をさらに詳細に説明する。以下の実施例は本発明を説明するために用いられるが、本発明を限定するものではない。
本発明の説明において、説明すべきことは、別に明確な規定及び限定を有しない限り、用語「取付」、「連結」、「接続」を広義に理解すべきであり、例えば、固定接続であっても、取り外す可能な接続であっても、一体的な接続であってもよく、機械的接続であっても、電気的接続であってもよく、直接連結であっても、中間媒体による間接的連結であっても、２つの素子内部の連通であってもよい。当業者にとって、具体的な状況に基づいて上記用語の本発明での具体的な意味を理解することができる。
図２に示すように、本発明の実施例は、冷却板４及び回転機構を含み、冷却板４がフレーム４１とフレーム４１内に設けられた冷却バー４２とを含み、冷却バー４２が冷却液管路と連通し、回転機構が駆動部品５と回転軸７とを含み、駆動部品５が回転軸７の一端に接続され、フレーム４１に孔が設けられ、回転軸７の他端が孔を貫通すると共に、冷却バー４２に接続される冷却部材を提供する。
冷却板４は、フレーム４１とフレーム４１内に設けられた複数の、好ましくは１０本の冷却バー４２とを含む。冷却バー４２は冷却液管路と連通し、よって、冷却液が冷却バー４２内を循環流動することを保証し、冷却効率を向上させるとともに、実際の必要に応じて、冷却バー４２内の冷却液の流量を制御し冷却バー４２の冷却効果を制御することができる。
さらに、各冷却バー４２は嵌合する1つの回転機構に対応し、回転機構は駆動部品５と回転軸７とを含み、駆動部品５はモータ又はシリンダであり、好ましくはシリンダであり、コストは低く、制御しやすい。
シリンダの駆動端は回転軸７の一端に接続され、回転軸７の他端は第２の密封回転装置８に回転可能に接続され、第１の密封回転装置６と第２の密封回転装置８とは、好ましくは磁性流体軸受である。
さらに、フレーム４１に孔が設けられ、また、冷却バー４２に貫通孔が設けられる。回転軸７は、フレーム４１の一端の孔と冷却バー４２の貫通孔とを順に貫通し、最後にフレーム４１の他端の孔から出て、孔内における回転軸７の自由回転を保証すると共に、回転軸７と貫通孔とはスリーブ接続で締りばめを実現し、回転軸７によって冷却バー４２を連れて同期回転させる。また、フレーム４１は回転軸７と冷却バー４２とを支持して、正常動作を保証する。冷却バー４２に貫通孔がない場合、回転軸７と冷却バー４２とを一体に溶接することにより、回転軸７によって冷却バー４２を駆動し同期回転させる。
フレーム４１と回転軸７との材質は、いずれも耐食性のステンレス鋼材質であり、好ましくはＳＳＴ３１６Ｌ型である。
図１に示すように、本発明の実施例が提供する真空蒸着装置は、チャンバ１、基板２を加熱するための加熱ランプ管３及び冷却部材を含み、駆動部品５がチャンバ１の側壁外側に取り付けられ、冷却板４が加熱ランプ管３とチャンバ１の底板との間に取り付けられる。
さらに、加熱ランプ管３は基板２の下側に取り付けられて、熱源として基板２を加熱するために用いられ、冷却板４は、加熱ランプ管３とチャンバの底板との間に取り付けられて、基板２を冷却するために用いられ、加熱ランプ管３は、エネルギー消費が少なく、加熱効率が高いため、赤外線ランプ管であることが好ましく、フレーム４１は支持部品によりチャンバ１の底板の上側に固定される。
回転軸７の一端は、第１の密封回転装置６によりチャンバ１の側壁を貫通して、駆動部品５に接続される。シリンダの駆動端は、第１の密封回転装置６によりチャンバ１の側壁外側に取り付けられる。第１の密封回転装置６はチャンバ１の側壁と密封嵌合して、チャンバ１の全体的な密封性を保証する。回転軸７の他端は、第２の密封回転装置８により対称側のチャンバ１の側壁に回転可能に取り付けられる。第１の密封回転装置６と第２の密封回転装置８とは、いずれも磁性流体軸受であり、回転軸７とチャンバ１の側壁との密封接続を保証し、装置の密封性能を向上させる。
本発明の実施例の操作ステップは、以下のとおりである。
基板の温度を低下する必要があると、冷却バーが基板に平行となるようにし、冷却液を循環流動する。必要に応じて冷却液の流量を増加させることにより、冷却効率を向上させることができる。
基板を加熱する必要があると、冷却バーが基板に垂直となるように、シリンダによって回転軸を駆動して冷却バーを連れて９０度回転させ、かつ冷却液の流量を減少する。これにより、赤外線加熱ランプ管によって基板を十分に加熱し、加熱効率を向上させる。
本発明に係る冷却部材では、回転機構は冷却板内の冷却バーを駆動し回転させる。冷却状態で、冷却バーがチャンバ内の基板に平行となり、冷却面積を増加させ、冷却効率を向上させ、非冷却状態で、冷却バーがチャンバ内の基板に垂直となるように、駆動部品は冷却バーを駆動し回転させ、これによって、冷却面積を減少させ、加熱効率を向上させる。従って、プロセス温度の高速切替を実現し、プロセス製造時間を減少させ、装置生産性を向上させ、エネルギー消費を節約する。
以上は、本発明の好ましい実施例に過ぎず、本発明を限定するものではなく、本発明の精神及び原則内に行われるいかなる修正、同等置換、改善等は、いずれも本発明の保護範囲に含まれるべきである。
１：チャンバ、２：基板、３：加熱ランプ管、４：冷却板、４１：フレーム、４２：冷却バー、５：駆動部品、６：第１の密封回転装置、７：回転軸、８：第２の密封回転装置。

Claims (10)

  1. 冷却板と回転機構とを含み、前記冷却板は複数の冷却バーを含み、前記冷却バーは冷却液管路と連通し、前記回転機構は駆動部品と回転軸とを含み、前記駆動部品は前記回転軸の一端に接続され、前記回転軸の他端は前記冷却バーに接続されることを特徴とする冷却部材。
  2. 前記冷却板は、前記回転軸が貫通するための孔が設けられたフレームをさらに含み、前記冷却バーは前記フレーム内に設けられることを特徴とする請求項１に記載の冷却部材。
  3. 前記冷却バーに前記回転軸に嵌合する貫通孔が設けられており、前記冷却バーは前記回転軸と同期回転することを特徴とする請求項１に記載の冷却部材。
  4. 前記駆動部品はモータ又はシリンダであることを特徴とする請求項１に記載の冷却部材。
  5. 前記フレームと前記回転軸との材質はいずれもステンレス鋼材質であることを特徴とする請求項２に記載の冷却部材。
  6. チャンバと、基板を加熱するための加熱ランプ管と、請求項１〜５のいずれか一項に記載の冷却部材とを含み、前記駆動部品は前記チャンバの側壁外側に取り付けられ、前記冷却板は前記加熱ランプ管と前記チャンバの底板との間に取り付けられることを特徴とする真空蒸着装置。
  7. 前記回転軸の一端は、第１の密封回転装置によりチャンバの側壁を貫通して、前記駆動部品に接続され、前記回転軸の他端は、第２の密封回転装置により対称側のチャンバの側壁に回転可能に取り付けられることを特徴とする請求項６に記載の真空蒸着装置。
  8. 前記第１の密封回転装置と前記第２の密封回転装置とは、いずれも磁性流体軸受であることを特徴とする請求項７に記載の真空蒸着装置。
  9. 前記フレームは、支持部品により前記チャンバの底板の上側に固定されることを特徴とする請求項６に記載の真空蒸着装置。
  10. 前記加熱ランプ管は赤外線ランプ管であり、前記赤外線ランプ管は基板の下側に取り付けられることを特徴とする請求項６に記載の真空蒸着装置。
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