JP4335825B2

JP4335825B2 - ウオーキングビーム式熱処理装置

Info

Publication number: JP4335825B2
Application number: JP2005023461A
Authority: JP
Inventors: 義明高羽; 祟岩田
Original assignee: Noritake Co Ltd
Current assignee: Noritake Co Ltd
Priority date: 2005-01-31
Filing date: 2005-01-31
Publication date: 2009-09-30
Anticipated expiration: 2025-01-31
Also published as: CN100519369C; TWI445088B; JP2006206299A; CN1815119A; TW200633070A

Description

本発明は、半導体基板などの基板を熱処理するためのウオーキングビーム式熱処理装置に関するものである。

半導体基板などの基板を熱処理する熱処理炉内でウオーキングビームを用いて搬送するためのウオーキングビーム式基板搬送装置を備えた熱処理装置が知られている。このような熱処理装置では、乾燥或いは焼成を行う熱処理炉内で基板を搬送し、基板の表面（上面）および／または裏面（下面）に膜材料を固着形成処理するなどのための熱処理が施される。たとえば、特許文献１或いは特許文献２に記載されたものがそれである。
特開２００３−１７６０１１号公報特開２００４−１８１２２号公報

上記ウオーキングビーム式基板搬送装置を備えた熱処理装置では、通常、炉長方向の相対移動と上下方向の相対移動とが交互に行われる第１ビームおよび第２ビームと、基板と接触してそれを支持するために第１ビームおよび第２ビームから上向きに突設された複数個の支持ピンとが備えられ、第１ビームと第２ビームとの間で受け渡しがされることによって基板が搬送されるようになっている。

ところで、基板の表面および／または裏面に膜材料を固着形成処理するなどのための基板の熱処理に際しては、可及的速やかに昇温して熱処理時間を短縮し、基板内に熱の影響を残さないことが望まれる場合がある。たとえば、太陽電池基板の表面および／または裏面に電極ペーストなどの膜材料を用いて電極を形成する場合、その加熱焼成に際して、可及的に速やかに昇温して電極形成のための保持時間を確保した後速やかに冷却し、表面には電極形成のための温度が付与されるが、基板内部に伝導された熱が特性に影響を与える前に熱処理を終了させることが望まれる。

しかしながら、従来の熱処理装置では、速やかな熱処理のために輻射加熱しようとしても、基板の下面と加熱プレートとの間にビームが位置することが避けられず、そのビームによって加熱プレートから放射される遠赤外線などの放射エネルギが遮られるため、均一に急速加熱することが困難であり、ある程度の立ち上がり時間たとえば２０乃至３０秒程度の時間が必要であった。このため、基板の特性が熱の影響を受けて変化し、特性がばらついたり、品質が損なわれて歩留りが低下したりする不都合があった。たとえば、太陽電池基板の表裏に櫛形電極を形成するための熱処理の場合には、太陽電池の特性が変化を受けてしまうという問題があった。

本発明は以上の事情を背景として為されたものであり、その目的とするところは、可及的に加熱立ち上がり時間を短くでき、或いは加熱処理時間を短縮できるウオーキングビーム式熱処理装置を提供することにある。

上記目的を達成するための請求項１に係る発明の要旨とするところは、炉長方向の相対移動と上下方向の相対移動とが交互に行われる第１ビームおよび第２ビームと、それら第１ビームおよび第２ビームの協働により搬送される半導体基板の表面および裏面の膜材料を輻射加熱により焼成するための輻射線放射型加熱体を該第１ビームおよび第２ビームの上下に有する加熱炉とを備え、該第１ビームと第２ビームとの間の受け渡しによって前記半導体基板を前記加熱炉を通して搬送するウオーキングビーム式熱処理装置であって、前記第１ビームおよび第２ビームの全長のうちの少なくとも一部が、透明なセラミックスから構成され、前記第１ビームおよび第２ビームには、上側に突き出して前記半導体基板を支持する支持突起がそれぞれ設けられ、該第１ビームおよび第２ビームのうちの外側に位置するビームには、該支持突起から分岐して該半導体基板の横方向のずれを修正する横方向案内突起が設けられていることにある。

また、請求項２に係る発明の要旨とするところは、請求項１に係る発明において、前記第１ビームおよび第２ビームは、互いに平行な一対の管状部材からそれぞれ構成され、それら一対の管状部材が透明な石英管から構成されたものであることにある。

また、請求項３に係る発明の要旨とするところは、請求項１または２に係る発明において、前記第１ビームは、前記加熱炉に対して位置固定に設けられた固定ビームであり、前記第２ビームは、前記加熱炉に対して相対移動可能に設けられた可動ビームであることにある。

また、請求項４に係る発明の要旨とするところは、請求項１乃至３に係る発明において、前記半導体基板を搬送方向において位置決めするために該半導体基板の前縁および後縁に係合可能な間隔で設けられ、先端に向かうほど該半導体基板から離れる方向に傾斜する一対の搬送方向案内突起が、前記第１ビームおよび第２ビームの少なくとも一方に設けられたものであることにある。

また、請求項５に係る発明の要旨とするところは、請求項１乃至４のいずれかの発明において、前記半導体基板を協働して搬送するための前記第１ビームおよび第２ビームのうちの外側に位置するビームには、外側に向かうほど上側へ向かうように傾斜して前記半導体基板の側縁を案内する横方向案内突起を備えたことにある。

また、請求項６に係る発明の要旨とするところは、請求項１乃至５のいずれかに係る発明において、前記加熱炉は、搬送される前記半導体基板の上面および下面から所定距離離隔した位置に配置された複数の近赤外線放射体を備えたものである。

また、請求項７に係る発明の要旨とするところは、請求項６に係る発明において、前記加熱炉は、炉壁の天井から下方へ突き出す隔壁により分割された複数の加熱室と、前記炉壁の該加熱室の天井を構成する部分に接続された排気管とを備えたことにある。

また、請求項８に係る発明の要旨とするところは、請求項７に係る発明において、前記加熱室内において搬送される半導体基板の下側および上側の一方に予熱管が配置され、他方に該予熱管より予熱された気体を該加熱室内に供給する給気管が配置されたことにある。

また、請求項９に係る発明の要旨とするところは、請求項６または７に係る発明において、前記加熱炉の炉壁はセラミック繊維が厚板状に成形されたセラミックファイバーボードから構成され、そのセラミックファイバーボードの内壁面にはシリカ系コーティングが施されたことにある。

請求項１に係る発明のウオーキングビーム式熱処理装置によれば、第１ビームおよび第２ビームの全長のうちの少なくとも一部は、透明なセラミックスから構成されたものであることから、透明なセラミックスを通して輻射線放射型加熱体からの輻射エネルギが半導体基板の裏面へ到達できるので、従来のウオーキングビーム式熱処理装置に比較して、均一に急速加熱することが容易となり、立ち上がり時間或いは加熱処理時間が短縮される。この結果、半導体基板の表面および裏面の膜材料を輻射加熱により焼成する熱処理が半導体基板の特性に影響を与えることが可及的に少なくされる。また、前記第１ビームおよび第２ビームには、上側に突き出して前記半導体基板を支持する支持突起がそれぞれ設けられ、該第１ビームおよび第２ビームのうちの外側に位置するビームには、該支持突起から分岐して該半導体基板の横方向のずれを修正する横方向案内突起が設けられているので、半導体基板の下面に設けられている電極パターンなどとの干渉が少なくなり、加熱処理中での支持部材との接触に起因する接触痕の発生が防止されると同時に、搬送中における半導体基板の横方向のずれが修正されるとともに支持突起および横方向案内突起のビームに対する取付構造が共通となる利点がある。

また、請求項２に係る発明では、前記第１ビームおよび第２ビームは、互いに平行な一対の管状部材からそれぞれ構成され、それら一対の管状部材が透明な石英管から構成されたものであることから、軽量であり且つ剛性が高く、しかも安価な管状部材が用いられる利点がある。また、上記一対の管状部材の一部、たとえば全長のうち加熱炉内において相対的に高温とされる部分すなわち加熱炉内での輻射エネルギによる加熱部分が透明な石英管から構成される場合には、一層安価となる。

また、請求項３に係る発明では、前記第１ビームは、前記加熱炉に対して位置固定に設けられた固定ビームであり、前記第２ビームは、前記加熱炉に対して相対移動可能に設けられた可動ビームであることから、ウオーキングビーム式熱処理装置のビーム駆動機構が簡単となる。

また、請求項４に係る発明では、前記半導体基板を搬送方向において位置決めするために該半導体基板の前縁および後縁に係合可能な間隔で設けられ、先端に向かうほど該半導体基板から離れる方向に傾斜する一対の搬送方向案内突起が、前記第１ビームおよび第２ビームの少なくとも一方に設けられたものであるので、半導体基板相互の搬送方向における相互位置が定められ、半導体基板の搬送方向におけるずれや、相互の干渉が好適に防止される。

また、請求項５に係る発明では、前記半導体基板を協働した搬送するための前記第１ビームおよび第２ビームのうちの外側に位置するビームには、外側に向かうほど上側へ向かうように傾斜して前記半導体基板の側縁を案内する横方向案内突起を備えたことから、搬送中の半導体基板が搬送方向に対して側方（横方向）へずれることや半導体基板の脱落が好適に防止される。

また、請求項６に係る発明では、前記加熱炉は、搬送される前記半導体基板の上面および下面から所定距離離隔した位置に配置された複数の近赤外線放射体を備えたことから、この近赤外線放射体から放射される近赤外線が前記透明セラミックスを透過することにより、半導体基板の上面および下面が均一に加熱される。また、透明なセラミックスを通して近赤外線放射体からの近赤外線輻射エネルギが半導体基板の裏面へ到達できるので、速やかに半導体基板を加熱することができる。

また、請求項７に係る発明では、前記加熱炉は、炉壁の天井から下方へ突き出す隔壁により分割された複数の加熱室と、前記炉壁の該加熱室の天井を構成する部分に接続された排気管とを備えたことから、半導体基板の表面に塗布された膜材料から発生した排気ガスが近赤外線放射体と半導体基板との間に滞留することが抑制され、加熱効率が高められる。

また、請求項８に係る発明では、前記加熱室内において搬送される半導体基板の下側および上側の一方に予熱管が配置され、他方に該予熱管より予熱された気体を該加熱室内に供給する給気管が配置されるので、加熱室内に予熱された気体が供給されることにより、半導体基板の表面に塗布された膜材料から発生した排気ガスが一層速やかに除去される利点がある。

また、請求項９に係る発明では、前記加熱炉の炉壁はセラミック繊維が厚板状に成形されたセラミックファイバーボードから構成され、そのセラミックファイバーボードの表面のうち少なくとも内壁面側にはシリカ系コーティングが施されたことから、セラミックファイバーボードからの粉塵の発生が防止され、クリーン度が高められる利点がある。

ここで、好適には、第１ビームおよび第２ビームの全長のうちの少なくとも一部を構成する透明なセラミックスにおいて、透明とは、加熱体からの輻射エネルギがその透明なセラミックスを通過して半導体基板の下面に到達してその半導体基板の均一加熱や急速加熱に寄与できる程度の透過率である。たとえば、近赤外線を放射する加熱体が用いられる場合は、その近赤外線が半導体基板の下面に到達して半導体基板の均一加熱や急速加熱に寄与できる程度に透過できる透明性を意味するので、たとえば加熱に用いない他の波長である可視光において白濁していても問題はない。半導体基板を輻射加熱するための加熱体からの放射波長を基準として定められる。

また、好適には、前記半導体基板を輻射加熱するための加熱体は、近赤外線に限らず、遠赤外線や可視光線など、輻射加熱可能な波長の輻射線を放射するであればよいのである。

また、好適には、前記透明なセラミックスにおいて、セラミックスとは、熱処理を経て作られた非金属無機質の固体材料であって、珪酸塩鉱物、或いは各種の金属酸化物や非酸化物を原料とする耐熱ガラス、たとえばアルミナ、チタニアなどのニューセラミックス、可視光で白濁している結晶化石英、可視光で透明な石英などを含む。

上記透明なセラミックスとしては、たとえば、５μｍ以下好ましくは４μｍ以下、さらに好ましくは３μｍ以下の波長の近赤外線から可視項までの波長を透過、好ましくは、５０％以上、好ましくは７０％以上透過する酸化物であり、通常の判別では、可視項領域で比較的透明な酸化物、たとえば６０％以上より好ましくは８０％以上の透過特性を有する酸化物である。これらの酸化物として、たとえば、透明溶融石英ガラス、コーニング社の「バイコールガラス」（商品名）Ｎｏ．７９００、Ｎｏ．７９４０で代表されるＳｉＯ₂含有量９５％以上の高ケイ酸ガラス、透明アルミナ等の８００℃で抗折力３００Ｋｇ／ｃｍ²以上のものが好適であり、好ましくは入手容易で表面粗さに優れた透明溶融石英でもよい。

また、好適には、前記ウオーキングビーム式熱処理炉の第１ビームおよび第２ビームは、一方が固定されて他方が移動させられる形式のものであってもよいし、両方が移動させられる形式のものであってもよい。両方が移動させられる形式では、上下方向の移動ストロークの上昇端が同一高さとされ、その上昇端で半導体基板の受け渡しが行われるようにすると、半導体基板の上限移動が抑制されて都合がよい。

また、好適には、前記第１ビームおよび／または第２ビームを構成する管状部材は、断面円形のみならず、長円または楕円形、三角形、四角形或いは矩形などの多角形であってもよいし、逆Ｔ字形状であってもよい。また、前記第１ビームおよび／または第２ビームは、中空の管状部材のみならず、中実の長手状部材から構成されてもよい。

また、好適には、前記第１ビームおよび第２ビームの全長のうちの少なくとも一部とは、その全長のうち加熱炉内において輻射加熱により相対的に高温とされる部分、或いは加熱炉内での輻射エネルギによる輻射加熱により所定温度以上の加熱処理が行われる部分を示す。第１ビームおよび第２ビームの両方において、たとえばその全長のち加熱炉内において輻射加熱により相対的に高温とされる部分が透明なセラミックスから構成されていればよいのである。

また、好適には、前記加熱体は、近赤外線を主として放射するハロゲンヒータが好適に用いられるが、それを含む波長或いはそれ以外の波長たとえば遠赤外線、可視光を放射する加熱体であってもよい。

以下、本発明の一実施例を図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の実施例において、発明の具体例を説明する目的の範囲で、図は適宜簡略化或いは変形されており、各部の寸法比および形状等は必ずしも正確に描かれていない。

図１は、本発明の一実施例のウオーキングビーム式熱処理装置１０を示す側面図である。図１において、ウオーキングビーム式熱処理装置１０は、フレーム（機枠）１２によって所定の高さ位置に固定されたトンネル状の加熱炉１４と、その加熱炉１４内を通して基板１６を加熱炉１４の入口側から出口側へ順次搬送するための搬送装置１８とを備えている。基板１６は、たとえば太陽電池を構成するための単結晶或いは多結晶のシリコンウエハーなどの半導体基板であり、矩形たとえば１５０乃至２００ｍｍの正方形である。基板１６は、たとえばその表面および裏面に印刷された電極材料ペーストなどの膜材料を熱処理により焼成し固着して電極層とするために熱処理される。

搬送装置１８は、両端部がフレーム１２により支持されたビーム（梁）状の第１ビームすなわち複数本の固定ビーム２０と第２ビームすなわち複数本の可動ビーム２２とを備え、それら固定ビーム２０および可動ビーム２２の炉長方向の相対移動と上下方向の相対移動とを交互に行うことによって、すなわち可動ビーム２２が固定ビーム２０に対して、上昇運動、前進運動、下降運動、後退運動を繰り返し行うことにより、固定ビーム２０と可動ビーム２２との間の受け渡しを行って基板１６を加熱炉１４の出口へ向かって搬送する。

上記固定ビーム２０および可動ビーム２２は、基板１６の下面を加熱するための輻射線が透過するように、その全長が透明な石英管から構成されている。しかし、基板１６の輻射加熱に必要な部分だけ透明石英管とし、他はスレンレス鋼などの金属管材から構成されてもよい。要するに、この固定ビーム２０および可動ビーム２２のうちの長手方向の一部たとえば加熱炉１４内で輻射加熱を受ける部分すなわちその炉体内に位置して４００度以上の輻射加熱を受ける部分のみが透明な石英管から構成されてもよい。

図２、図３および図４は、搬送装置１８の要部を詳しく示す図であって、図２は入口側の側面視縦断面図、図３は出口側部分の側面視縦断面図、図４は、入口側部分の横断面図である。

前記搬送装置１８は、加熱炉１４の入口側および出口側においてフレーム１２に複数個（本実施例では４個）固設されたガイドブッシュ２４に上下方向に案内される複数本（本実施例では４本）のガイドロッド２６を備えることによりそれぞれ昇降可能に設けられた入口側昇降プレート２８および出口側昇降プレート３０と、それら入口側昇降プレート２８および出口側昇降プレート３０上にそれぞれ設けられた入口側ガイドレール３２および出口側ガイドレール３４によって加熱炉１４の長手方向すなわち基板１６の搬送方向（炉長方向）にそれぞれ案内され、可動ビーム２２の両端部を支持する入口側可動部材３６および出口側可動部材３８と、タイミングベルト４２を介して減速機付モータ４４により回転駆動されるカム軸４６に固定された上下カム４８および前後カム５０と、その上下カム４８の外周面であるカム面に接触するカムホロア５２が固設されることによりその上下カム４８のカム曲線に従って往復回動させられる入口側上下レバー５４と、入口側上下レバー５４の上下運動を伝達するためにその入口側上下レバー５４と入口側昇降プレート２８とを連結するリンク５６と、出口側昇降プレート３０とリンク５８を介して連結された出口側上下レバー６０と、その上下レバー６０に入口側上下レバー５４の回動運動を伝達するために、入口側上下レバー５４の回動軸と出口側上下レバー６０の回動軸との間に連結された第１リンク６２、第２リンク６４、第３リンク６６と、前記前後カム５０の外周面であるカム面に接触するカムホロア６８が固設されることによりその前後カム５０のカム曲線に従って往復回動させられる前後レバー７０と、前後レバー７０の前後方向の運動を伝達するためにその前後レバー７０との入口側可動部材３６との間を連結するリンク７２とを備えている。

上記搬送装置１８では、減速機付モータ４４からカム軸４６までの部品点数が、タイミングベルト４２のみであって極力少なくされ、出口側上下レバー６０を駆動するために入口側上下レバー５４とともに回動する第１リンク６２と出口側の上下レバー６０とともに回動する第３リンク６６とが、炉体８０の全長よりも長い長手状の第２リンク６４によって連結され、入口側上下レバー５４の回動が出口側上下レバー６０にそのまま伝達されるので、ギヤボックスやそれにより回転方向が変換されたシャフトを用いて出口側へ駆動力を伝達する場合に比較して、ビビリや振動が可動ビーム２２に発生することが好適に防止されている。

図５および図６に示すように、本実施例では、共通の基板１６を協働して搬送するために一対の固定ビーム２０の間に一対の可動ビーム２２が配置されており、基板１６がその一対の固定ビーム２０または一対の可動ビーム２２に支持されるようになっている。一対の固定ビーム２０の中心軸間距離は基板１６の横方向の寸法（辺）と同等以下に設定されており、一対の可動ビーム２２はの中心軸間距離は一対の固定ビーム２０の中心軸間距離の１／３程度に設定されている。そして、本実施例では、搬送中の基板１６の横方向位置を保持するために、外側に向かうほど上側へ向かうように傾斜したピン状の横方向案内突起７４が、上記一対の固定ビーム２０において、基板１６の側縁に少なくとも１つが係合可能となる間隔で、基板１６の長手方向において複数個突設されている。上記横方向案内突起７４は、一対の固定ビーム２０において先端に向かうほど搬送方向に直交する横方向の相互間隔が増加するように一対の固定ビーム２０において対を成すように設けられており、基端の相互間隔は上記基板１６の横方向の寸法（辺）と同等以上に設定されている。なお、上記横方向案内突起７４および搬送方向案内突起７６は、図１乃至図３では省略されている。

また、図７に示すように、本実施例では、搬送中の基板１６の搬送方向（炉長方向）の相互間隔を保持するために、先端に向かうほど相互間隔が開くように傾斜した対を成すピン状の搬送方向案内突起７６が、一対の可動ビーム２２において、基板１６の前後（搬送）方向の寸法（辺）と同等以上の間隔で、可動ビーム２２の長手方向において複数対突設されている。一対の搬送方向案内突起７６と他の一対の搬送方向案内突起７６とは、基板１６の前後（搬送）方向の寸法よりも充分小さい寸法に設定されている。すなわち、上記一対の搬送方向案内突起７６は、基板１６を搬送方向において位置決めするためにその基板１６の前縁および後縁に係合可能な間隔で設けられ、先端に向かうほどその基板１６から離れる方向に傾斜するように設けられている。

このように構成された搬送装置１８においては、減速機付モータ４４により上下カム４８および前後カム５０が回転駆動されると、上下カム４８のカム面の曲線に従って入口側上下レバー５４および出口側上下レバー６０とが同期して往復回動し、それに連結された入口側昇降プレート２８および出口側昇降プレート３０とが同時に昇降させられると、それら入口側昇降プレート２８および出口側昇降プレート３０により両端部が間接的に支持された可動ビーム２２が昇降運動させられる。同時に、前後カム５０のカム面の曲線に従って前後レバー７０が往復回動し、それに連結された入口側可動部材３６およびそれに一端部が支持された可動ビーム２２、その他端部を支持する出口側可動部材３８が炉長（前後）方向に往復復動させられる。これらの昇降運動と炉長方向の往復復動との組み合わせによって、可動ビーム２２の上昇運動、前進運動、下降運動、後退運動が順次且つ繰り返し行われるので、固定ビーム２０に支持された基板１６を可動ビーム２２が受け取って所定ストロークだけ前方へ繰り返し移動させ、固定ビーム２０および可動ビーム２２の協働により基板１６が加熱炉１４の出口へ向かって順次搬送される。

図５は、可動ビーム２２が固定ビーム２０に対して下降させられた状態であり、可動ビーム２２はこの下降区間で後退させられる。図６は、可動ビーム２２が固定ビーム２０に対して上昇させられた状態であり、可動ビーム２２はこの上昇区間で前進させられて基板１６が搬送される。図５に示すように、基板１６が可動ビーム２２とともに下降させられるとき、基板１６が側方にずれている場合には、基板１６の側縁が横方向案内突起７４に係合し、その横方向案内突起７４の傾斜による案内作用により下降に伴って中央側位置へ戻され、基板１６の脱落が防止されるようになっている。また、図７は、可動ビーム２２が上昇させられた状態であり、固定ビーム２０に支持された基板１６が搬送方向案内突起７６によって位置決めされ、相互間隔が保持された状態を示している。

図１に戻って、前記加熱炉１４は、入口および出口と排気孔２４以外は閉じられた長手直方体状の加熱空間を形成する炉体８０と、その炉体８０の出口から順次搬出される基板１６を速やかに冷却するためにその炉体８０の出口側に接続されたトンネル状の冷却装置４０とを備えている。

図８の横断面に詳しく示すように、上記炉体８０内には、たとえば１．８０μｍ乃至１、３１μｍ程度の波長の近赤外線を放射する棒状の加熱体である長手状のハロゲンヒータ７８が、基板１６の上下に所定距離離隔した位置において搬送方向に直交する状態で並列的に複数本配設されており、それらハロゲンヒータ７８により上下方向に挟まれた空間を可動ビーム２２および固定ビーム２０によって基板１６が搬送され、この搬送過程で、ハロゲンヒータ７８から放射される近赤外線が基板１６の上面および下面に照射されて基板１６が加熱されるようになっている。炉体８０内において、可動ビーム２２および固定ビーム２０は透明石英管から構成されているため、下側に位置するハロゲンヒータ７８から基板１６の下面に向かう近赤外線は可動ビーム２２および固定ビーム２０によって遮光されず、それらを構成する透明石英管を透過して基板１６の下面に到達するので、急速且つ均一な加熱が可能となっている。

炉体８０の炉壁は、セラミック繊維がたとえばシリカゲルの含浸により固められて厚板のブロック状に成形されることにより断熱性に優れ且つ軽量なセラミックファイバーボードにより構成されており、そのセラミックファイバーボードの表面のうち少なくとも内壁面側にはシリカ系コーティングが施されたものである。このため、断熱性が得られるだけでなく、セラミックファイバーボードからの粉塵の発生が防止され、クリーン度が高められる。

また、図８に示すように、基板１６の搬送路よりも下側のハロゲンヒータ７８と下側の炉壁との間に予熱管８２が設けられているとともに、その予熱管８２に直列に接続された給気管８４が、ハロゲンヒータ７８のうち基板１６の搬送路よりも上側のハロゲンヒータ７８と上側の炉壁との間に設けられている。上記給気管８４には複数個の噴出孔８６が設けられており、予熱管８２で予熱された気体が給気管８４の噴出孔８６から炉体８０の加熱空間内へ供給されるようになっている。本実施例において酸化性雰囲気であるため、その供給気体は空気である。しかし、非酸化性雰囲気であれば窒素などの不活性ガスが用いられ、換言雰囲気であれば水素ガスが用いられる。

そして、図１にも示すように、加熱炉１４において、炉体８０で囲まれた加熱空間は、その天井面から下方へ突き出し且つ底面から上方へ突き出すように設けられた隔壁８８により分割された複数（本実施例では２つ）の加熱室９０と、その加熱室９０の天井を構成する部分に接続された排気管９２とが備えられている。これにより、加熱処理により基板１６の表裏に塗着された膜材料内の成分が炉体８０内で燃焼したとき、給気管８４の噴出孔８６から供給される予熱空気とともにその燃焼ガスが各加熱室９０内から上記排気管９２を通して速やかに排出される。

上述のように、本実施例のウオーキングビーム式熱処理装置１０によれば、固定ビーム２０および可動ビーム２２は、透明な石英管から構成されたものであることから、その透明な石英管を通してハロゲンヒータ（加熱体）７８からの輻射エネルギが基板の裏面へ到達できるので、従来のウオーキングビーム式熱処理装置に比較して、均一温度に短時間で急速加熱することが容易となり、立ち上がり時間或いは加熱処理時間が短縮される。この結果、熱処理が基板の特性に影響を与えることが可及的に少なくされる。

図９は本実施例における基板１６の輻射加熱状態を示し、図１０は従来の熱処理装置において基板の輻射加熱状態を示している。本実施例では、基板１６の下面支持してそれを搬送するための固定ビーム２０および可動ビーム２２は透明な石英管から構成されたものであることから、図９の破線の矢印に示すように、その透明な石英管を通してハロゲンヒータ（加熱体）７８からの輻射エネルギが基板１６の裏面へ到達できるので、基板１６を急速に均一温度に加熱できる。これに対し、従来では、固定ビーム２０および可動ビーム２２はステンレス鋼等の金属材料により構成されていることから、図１０の破線の矢印に示すように、固定ビーム２０および可動ビーム２２に遮光されて基板１６の下面に到達する輻射エネルギが少なくなり、均一温度に到達する時間が長くなる。図１１はこのような温度変化を対比して示しており、実線は本実施例の基板１６の温度を示し、１点鎖線は従来の熱処理装置における基板１６の温度を示している。本実施例では、基板１６の上面（表面）および下面（裏面）の温度差が少なく速やかに均一温度に到達するのに対し、従来では、基板１６の下面（裏面）の温度上昇が遅く、均一温度に到達するまで時間がかかる。このため、均一温度に到達してからの処理時間が終了するまでの時間が本実施例に比較して長くかかる。基板１６が太陽電池セルであるとき、図１２に示すように、加熱処理時間（露出時間）が長くなるほど発電性能（発電効率）が劣化することから、本実施例の熱処理装置１０によれば、太陽電池セルの劣化が好適に防止される。ちなみに、本発明者等の実験によれば、たとえば８００度程度の熱処理温度までの昇温時間が８秒程度となり、固定ビーム２０および可動ビーム２２がステンレス鋼により構成された従来の熱処理装置による昇温時間（２０乃至３０秒程度）に比較して、１／２乃至１／３以下となった。

また、本実施例では、固定ビーム２０および可動ビーム２２は、互いに平行な一対の管状部材からそれぞれ構成され、それら一対の管状部材が透明な石英管から構成されたものであることから、軽量であり且つ剛性が高く、しかも安価な管状部材が用いられる利点がある。

また、本実施例では、共通の基板１６を協働して搬送するビームのうちの一方である固定ビーム２０はフレーム１２の支持により加熱路１４に対して位置固定に設けられ、他方である可動ビーム２２は加熱炉１４に対して相対移動可能に設けられることから、両方のビームを可動式とする場合に比較して、ウオーキングビーム式熱処理装置１０のビーム駆動機構が簡単となる。

また、本実施例では、基板１６を搬送方向において位置決めするためにその基板１６の前縁および後縁に係合可能な間隔で設けられ、先端に向かうほどその基板１６から離れる方向に傾斜する一対の搬送方向案内突起７６が、可動ビーム２２に設けられたものであるので、基板１６相互の搬送方向における相互位置が定められ、基板１６の搬送方向におけるずれや、相互の干渉が好適に防止される。なお、この搬送方向案内突起７６は固定ビーム２０に設けられてもよいし、両方に設けられてもよい。

また、本実施例では、共通の基板１６を協働して搬送する固定ビーム２０および可動ビーム２２のうち、外側に位置する固定ビーム２０には、外側に向かうほど上側へ向かうように傾斜して前記基板の側縁を案内する横方向案内突起７４が備えられているので、搬送中の基板１６が搬送方向に対して側方（横方向）へずれることや基板１６の脱落が好適に防止される。

また、本実施例では、加熱炉１４は、搬送される基板１６の上面および下面から所定距離離隔した位置に配置された複数のハロゲンヒータ（近赤外線放射体）７８を備えたことから、このハロゲンヒータ７８から放射される近赤外線が透明石英管から成る固定ビーム２０および可動ビーム２２を透過することにより、基板１６の上面および下面が均一に加熱される。また、透明な石英管を通してハロゲンヒータ７８から放射される近赤外線輻射エネルギが基板１６の裏面へ到達できるので、速やかに基板１６を加熱することができる。

また、本実施例によれば、加熱炉１４は、炉壁の天井から下方へ突き出す隔壁８８により分割された複数の加熱室９０と、炉壁のうちの加熱室９０の天井を構成する部分に接続された排気管９２とを備えたことから、基板１６の表面に塗布された膜材料から発生した排気がハロゲンヒータ７８と基板１６との間に滞留することが抑制され、加熱効率が高められる。

また、本実施例によれば、加熱炉１４の炉壁はセラミック繊維がシリガゲルの含浸により厚板状に成形された高断熱性および軽量のセラミックファイバーボードから構成され、そのセラミックファイバーボードの表面のうち少なくとも内壁面側にはシリカ系コーティングが施されたことから、セラミックファイバーボードからの粉塵の発生が防止され、クリーン度が高められる利点がある。

次に、本発明の他の実施例を説明する。なお、以下の説明において前述の実施例と共通する部分には同一の符号を付して説明を省略する。

図１３乃至図１９は、本発明の他の実施例における可動ビーム２２および固定ビーム２０を示している。図１３の実施例では、可動ビーム２２および固定ビーム２０には何らの突起が設けられておらず、基板１６は可動ビーム２２および固定ビーム２０によって直接支持される。

図１４の実施例では、共通の基板１６を協働して搬送する可動ビーム２２および固定ビーム２０のうちの内側に位置する一対の可動ビーム２２には、基板をその下面から支持するために上側へ突き出す複数の支持突起９４が設けられている。本実施例では、基板１６の下面が支持突起９４を介して極めて小面積で支持されるので、基板１６の下面に設けられる電極パターンなどとの干渉が少なくなるとともに、加熱処理中での支持部材との接触に起因して基板１６に発生する接触痕（曇り）の発生が好適に防止される。上記支持突起９４は、基板１６の炉長方向の寸法よりも充分に短い間隔、たとえば１／２よりも短い間隔で配列されている。

図１５の実施例では、共通の基板１６を協働して搬送する可動ビーム２２および固定ビーム２０のうちの内側に位置する一対の可動ビーム２２には、基板をその下面から支持するために上側へ突き出す複数の支持突起９４が設けられており、その支持突起９４が外側すなわち固定ビーム２０側へ傾斜させられている。図１６の実施例では、図１５のように一対の可動ビーム２２には、傾斜させられた複数の支持突起９４が設けられており、さらに、一対の固定ビーム２０にも、同様に外側へ傾斜する支持突起９４が設けられている。図１７の実施例では、図１６の可動ビーム２２に設けられた支持突起９４が内側すなわち可動ビーム２２側へ傾斜させられている。図１５の実施例によれば、支持突起９４が側方へ傾斜したものであることから、基板の下面に配設された電極パターンなどと干渉しないように設定することができる。図１６および図１７の実施例では、固定ビーム２０にも支持突起９４が設けられているので、一層、基板１６の下面に設けられる電極パターンなどとの干渉が少なくなるとともに、加熱処理中での支持部材との接触に起因して基板１６に発生する接触痕（曇り）の発生が好適に防止される。

図１８の実施例では、図１４と同様の上側へ突き出す複数の支持突起９４が一対の可動ビーム２２に設けられるとともに、固定ビーム２０には、上側へ突き出す支持突起９４から分岐して前記横方向案内突起７４が設けられている。図１９の実施例では、図１８の固定ビーム２０に設けられた支持突起９４が内側すなわち可動ビーム２２側へ傾斜させられている。図１８および図１９の実施例によれば、図１６および図１７の実施例の効果に加えて、基板１６の横方向のずれが修正される利点がある。また、横方向案内突起７４は、支持突起９４から分岐させられたものであることから、支持突起および横方向案内突起７４のビームに対する取付構造が共通となる利点がある。

以上、本発明を図面を参照して詳細に説明したが、本発明は更に別の態様でも実施でき、その主旨を逸脱しない範囲で種々変更を加え得るものである。

本発明の一実施例のウオーキングビーム式熱処理装置を示す正面視断面図である。図１の実施例において、基板を搬送するための搬送装置の入口側の機構を拡大して説明するための図である。図１の実施例において、基板を搬送するための搬送装置の出口側の機構を拡大して説明する図である。図１の実施例において、基板を搬送するための搬送装置の入口側の機構を拡大して説明する図であって、入口側から出口側を見た図１のIV−IV視断面図である。固定ビームおよび可動ビームが基板を搬送する過程を示すための断面図であって、可動ビームが下降位置に位置している状態を示す図である。固定ビームおよび可動ビームが基板を搬送する過程を示すための断面図であって、可動ビームが上昇位置に位置している状態を示す図である。可動ビームに設けられた搬送方向案内突起と基板との関係を説明する図である。図１の実施例の炉体内の構成を拡大して説明するVIII-VIII 視断面図である。図１の実施例において基板の輻射加熱状態を説明する図である。従来の熱処理装置において基板の輻射加熱状態を説明する図である。図１の実施例において基板の急速加熱を示すために、その基板の温度変化を示す図である。図１１の基板が太陽電池セルである場合における、加熱処理温度及び時間と、その加熱処理温度及び時間の影響を受けて劣化する発電性能（発電効率）との関係を示す図である。本発明の他の実施例の固定ビームおよび可動ビームを示す断面図である。本発明の他の実施例の固定ビームおよび可動ビームを示す断面図である。本発明の他の実施例の固定ビームおよび可動ビームを示す断面図である。本発明の他の実施例の固定ビームおよび可動ビームを示す断面図である。本発明の他の実施例の固定ビームおよび可動ビームを示す断面図である。本発明の他の実施例の固定ビームおよび可動ビームを示す断面図である。本発明の他の実施例の固定ビームおよび可動ビームを示す断面図である。

符号の説明

１０：ウオーキングビーム式熱処理装置
１６：基板
２０：固定ビーム（第１ビーム）
２２：可動ビーム（第２ビーム）
７４：横方向案内突起
７６：搬送方向案内突起
７８：ハロゲンヒータ（近赤外線放射体、加熱体）
８８：隔壁
９０：加熱室
９４：支持突起

Claims

炉長方向の相対移動と上下方向の相対移動とが交互に行われる第１ビームおよび第２ビームと、該第１ビームおよび第２ビームの協働により搬送される半導体基板の表面および裏面の膜材料を輻射加熱により焼成するための輻射線放射型加熱体を該第１ビームおよび第２ビームの上下に有する加熱炉とを備え、該第１ビームと第２ビームとの間の受け渡しによって前記半導体基板を前記加熱炉を通して搬送するウオーキングビーム式熱処理装置であって、
前記第１ビームおよび第２ビームの全長のうちの少なくとも一部が、透明なセラミックスから構成され、
前記第１ビームおよび第２ビームには、上側に突き出して前記半導体基板を支持する支持突起がそれぞれ設けられ、
該第１ビームおよび第２ビームのうちの外側に位置するビームには、該支持突起から分岐して該半導体基板の横方向のずれを修正する横方向案内突起が設けられている
ことを特徴とするウオーキングビーム式熱処理装置。
前記第１ビームおよび第２ビームは、互いに平行な一対の管状部材からそれぞれ構成され、
該一対の管状部材が透明な石英管から構成されたものである請求項１のウオーキングビーム式熱処理装置。
前記第１ビームは、前記加熱炉に対して位置固定に設けられた固定ビームであり、
前記第２ビームは、前記加熱炉に対して相対移動可能に設けられた可動ビームである請求項１または２のウオーキングビーム式熱処理装置。
前記半導体基板を搬送方向において位置決めするために該半導体基板の前縁および後縁に係合可能な間隔で設けられ、先端に向かうほど該半導体基板から離れる方向に傾斜する一対の搬送方向案内突起が、前記第１ビームおよび第２ビームの少なくとも一方に設けられたものである請求項１乃至３のいずれかのウオーキングビーム式熱処理装置。
前記半導体基板を協働して搬送するための前記第１ビームおよび第２ビームのうちの外側に位置するビームには、外側に向かうほど上側へ向かうように傾斜して前記半導体基板の側縁を案内する横方向案内突起を備えたものである請求項１乃至４のいずれかのウオーキングビーム式熱処理装置。
前記加熱炉は、搬送される前記半導体基板の上面および下面から所定距離離隔した位置に配置された複数の近赤外線放射体を備えたものである請求項１乃至５のいずれかのウオーキングビーム式熱処理装置。
前記加熱炉は、炉壁の天井から下方へ突き出す隔壁により分割された複数の加熱室と、前記炉壁の該加熱室の天井を構成する部分に接続された排気管とを備えたものである請求項６のウオーキングビーム式熱処理装置。
前記加熱室内において搬送される半導体基板の下側および上側の一方に予熱管が配置され、他方に該予熱管より予熱された気体を該加熱室内に供給する給気管が配置されたものである請求項７のウオーキングビーム式熱処理装置。
前記加熱炉の炉壁はセラミック繊維が厚板状に成形されたセラミックファイバーボードから構成され、該セラミックファイバーボードの内壁面にはシリカ系コーティングが施されたものである請求項６または７のウオーキングビーム式熱処理装置。