JP5338723B2 - 加熱装置 - Google Patents

Description

本発明は、特に、結晶系シリコン太陽電池の基板に反射防止膜またはパッシベーション膜を形成するときに、シリコン基板を加熱するために使用される加熱装置に関するものであり、特に、チャンバに貫通支持されたガラス管内にフィラメントランプを配置し、該ガラス管内に冷却風を流通して前記フィラメントランプを冷却するようにした加熱装置に係わるものである。

太陽光エネルギーを直接電気エネルギーに変換する太陽電池は、近年、特に地球環境問題の観点から次世代のエネルギー源としての期待が急激に高まっている。この太陽電池としては多結晶シリコン基板を用いた多結晶シリコン太陽電池と、単結晶シリコン基板を用いた単結晶シリコン太陽電池とが知られているが、現在のところ、多結晶シリコン太陽電池が生産の中心となるものと考えられている。この多結晶シリコン基板に特有の課題は、結晶粒毎に基板の品質や面方位が異なることに起因する特性低下を克服するパッシベーション技術と光閉じ込め技術である。

特開２００８−２６３１８９号公報（特許文献１）には、この太陽電池のシリコン基板表面に反射防止コーティングまたはパッシベーションコーティングを製造するコーティング装置が開示されている。
図３に同文献１のコーティング装置が示されており、互いに近接配置された２つの真空チャンバ２１、２２を備え、コンベヤ２３が該真空チャンバ２１、２２の両方を通過するとともに、入口開口部２６および出口開口部２７を通じて延在しており、このコンベヤ２３上をＳｉウェハ２４が搬送され、前記チャンバ２１、２２内で加熱処理されるものである。
真空チャンバ２１内には、コンベヤ２３上を搬送されるＳｉウェハ２４を予備加熱するために、いくつかの赤外線ヒータであるフィラメントランプ２５が、互いに平行に且つ一定間隔で並んで配置されている。
Ｓｉウェハ２４は、真空チャンバ２１内を移動中にフィラメントランプ２５によって予備加熱され、その後に、後続の真空チャンバ２２に搬送されて反応性スパッタリングプロセスによる層の堆積が実施される。
なお、２８、２９は真空ポンプ、３０はスパッタ手段、３１は作動ガス供給手段、３２は反応性ガス供給手段である。

同文献によれば、真空チャンバ内で赤外線ヒータによりＳｉウェハを４００℃以上の高温、特に好ましくは５００℃以上に加熱することにより、後続する真空チャンバ内での反射防止コーティングまたはパッシベーションコーティングの堆積に関して有利な効果が得られるとされている。
ところでこのような処理装置においては、近年ではＳｉウェハなどの被処理物の処理速度を向上させることが強く要求されており、かかる要求に応えるためには、加熱源であるフィラメントランプが急速な昇温速度を有するものであることが好ましい。Ｓｉウェハを高温にすると共に、加熱源であるフィラメントランプの昇温速度を高めるためには、当然のこととしてフィラメントランプに大電流を供給することが必要である。

しかしながら、同文献に示すコーティング装置において、フィラメントランプ（赤外線ヒータ）２５が備えるフィラメントに大電流を供給した場合にはその温度が急上昇するが、該フィラメントランプ２５が真空チャンバ２１内に配置されていることから、このフィラメントランプを冷却することができないという問題がある。そのため、フィラメントランプの端部に金属箔を埋設して形成されたシール部が高温になり、金属箔の耐熱性が低いことも相俟って、該金属箔が溶断するなどシール部分の破損を招く惧れがあった。

特開２００８−２６３１８９号公報

この発明が解決しようとする課題は、真空チャンバ内に配設され、発光管とその両端部のシール部とを有するフィラメントランプを備えた加熱装置において、前記フィラメントランプ、特にそのシール部を効率的に冷却することができて、該シール部の破損を未然に防止し、フィラメントランプへの高入力を実現できるようにした構造を提供せんとするものである。

上記課題を解決するために、この発明に係る加熱装置は、チャンバを貫通して配設され、両端が該チャンバの外部に開放されて、内部に冷却風を流通させるガラス管と、該ガラス管と前記チャンバとの間を封止する封止部材を備え、前記フィラメントランプが、前記ガラス管の内部に配置されていることを特徴とする。

また、前記ガラス管は、その表面において前記封止部材に対応する領域に赤外線反射膜が形成されていることを特徴とする。
また、上記赤外線反射膜はガラス管の内表面に形成されていることを特徴とする。
また、前記赤外線反射膜は、赤外線反射膜に入射した赤外線を散乱反射させる拡散反射面を有することを特徴とする。
更には、前記フィラメントランプは、冷却風の下流側に配置されたシール部が、前記ガラス管の外方にまで伸長していることを特徴とする。

この発明の加熱装置によれば、チャンバを貫通するガラス管内にフィラメントランプを配置するので、該ガラス管内に冷却風を流通させることにより、フィラメントランプを効率的に冷却することができ、該フィラメントランプへの高入力化を達成できる。
また、ガラス管とチャンバとの間の封止部材に対応するガラス管の表面に赤外線反射膜を形成したので、チャンバ内で反射してくる赤外線が封止部材に照射されることがなく、該封止部材の熱による劣化を防止できる。
また、前記赤外線反射膜をガラス管の内表面に形成したことにより、該赤外線反射膜の構成物質によってチャンバ内を汚染することがない。
また、該赤外線反射膜が拡散反射面を有することにより、上記封止部材への熱影響を更に効果的にすることができる。
更に、前記ガラス管内のフィラメントランプのシール部のうち、特に冷却風の下流側に位置して高温になりやすいシール部を、ガラス管の外方に位置させることで、該シール部の温度上昇を防止できるものである。

本発明の加熱装置の全体斜視図。 図１の断面図。 従来の加熱装置の説明図。

図１に示されるように、加熱装置１は、チャンバ２と、このチャンバ２を貫通して支持される複数のガラス管３、３と、該ガラス管３内に配設された赤外線ヒータであるフィラメントランプ４からなる。なお、チャンバ２の下方にはワークの搬入口５が形成されている。また、チャンバ２は不図示の排気手段に接続され、内部の空間を所定の真空状態とすることができる。
図２に詳細に示されるように、チャンバ２には、これを貫通してガラス管３が設けられている。チャンバ２の両側壁には支持ブロック６、６が取り付けられていて、前記ガラス管３は該支持ブロック６、６にＯリング等の封止部材７、７を介して気密状態で貫通支持され、その両端はチャンバ２の外部に開放されている。
前記ガラス管３の両端部近傍の内表面には赤外線反射膜８、８が形成されている。この赤外線反射膜８はＳｉＯ_２，Ａｌ_２Ｏ_３，ＺｒＯ_２を含んだ材料によって構成される。そしてその表面は拡散反射面とされていて、これにより、赤外線反射機能が増幅される。

前記赤外線反射膜８、８は、ワークＷに向けてフィラメントランプ４から出射される赤外線Ｒを邪魔することなく、且つ、チャンバ２の内壁によって反射された赤外線Ｒが封止部材７、７に照射されることのないように、ガラス管３の両端部近傍の内表面において、前記封止部材７、７に対応する領域に形成されている。
なお、赤外線反射膜８はガラス管３の外表面に形成してもよいが、内表面に形成した場合には、該赤外線反射膜８を構成する物質によってチャンバ２内が汚染されることがないという点でより好適である。

前記チャンバ２を貫通するガラス管３内には、フィラメントランプ４が挿入配置されている。該フィラメントランプ４は、例えば石英ガラスによって構成される円筒状の発光管４１を備え、該発光管４１の両端にシール部４２、４２を有する。そして、前記発光管４１の内部には、これと同軸上にコイル状のフィラメント４３が配置されていると共に、ハロゲンガスが封入されている。該コイル状のフィラメント４３は、発光管４１の長手方向に延在し、両端のシール部４２、４２内のモリブデン製の金属箔４４、４４にそれぞれ接続される。各々のシール部４２、４２の周囲には絶縁材料によって中空円筒形状に構成されたベース４５、４５が装着され、各ベース４５、４５には給電用のリード線４６、４６が接続されている。

また、前記ガラス管３の一端から冷却風１０が流入されて該ガラス管３内を流通し、他端から流出され、この間にフィラメントランプ４を冷却する。なお、冷却風１０は空気のほかに窒素ガスなどの不活性ガスも使用できる。

上記構成において、真空状態にされたチャンバ２内に置かれたワークＷに対して、フィラメントランプ４から赤外線Ｒがガラス管３を介して照射され、該ワークＷが加熱処理される。
この間、ガラス管３内に冷却風１０を流通させることにより、フィラメントランプ４、特にそのシール部４２を効果的に冷却できる。
また、赤外線Ｒはチャンバ２の内壁で反射され、その一部がガラス管３を経て封止部材７に向うが、ガラス管３に形成した赤外線反射膜８、８によって反射されて、封止部材７、７に照射されることがなく、その劣化を防止できる。更には、フィラメントランプ４のシール部４２に対しても赤外線Ｒの反射光が照射されることがなく、シール部４２が不所望に加熱されることも防止できる。

また、前記赤外線反射膜８をガラス管３の内表面に形成することにより、該赤外線反射膜８の構成物質によるチャンバ内の汚染を防げる。
加えて、上記赤外線反射膜８の表面は拡散反射面とすることにより、該赤外線反射膜８に入射した赤外線は、その表面の拡散反射面で四方八方に散乱反射されることにより、封止部材７に照射されることが防止される。

上記実施例において、フィラメントランプ４は省スペースの観点からその長さ方向の寸法をできるだけ小さなものとしてシール部４２も含めてガラス管３内に位置するような寸法とするのが望ましいが、スペースにある程度の余裕がある場合には、シール部４２をガラス管３の外方に延在させると冷却の点からは優位になる。その場合、ガラス管３内を流通する冷却風は、フィラメントランプ４の冷却により上流側に比べて下流側の温度が若干高くなってしまうので、特に、下流側に位置するシール部４２をガラス管３の外方にまで延在させておくと、該シール部の温度上昇を防止する観点から好適である。

以上説明したように、本発明に係る加熱装置では、チャンバを貫通し、両端が該チャンバの外部に開放されて、内部に冷却風を流通させるガラス管を設けるとともに、該ガラス管と前記チャンバとの間を封止する封止部材を備え、フィラメントランプが、前記ガラス管の内部に配置されているので、フィラメントランプの冷却、とりわけ、シール部の冷却を効果的に行えて、該フィラメントランプへの高入力化を実現できるという効果を奏するものである。
加えて、前記ガラス管は、その表面において前記封止部材に対応する領域に赤外線反射膜が形成されているので、チャンバ内で反射されてくる赤外線が封止部材に照射されることがなく、封止部材の劣化を防止できるものである。

１ 加熱装置
２ チャンバ
３ ガラス管
４ フィラメントランプ
４１ 発光管
４２ シール部
４３ フィラメント
４４ 金属箔
４５ ベース
４６ リード線
６ 支持ブロック
７ 封止部材
８ 赤外線反射膜
１０ 冷却風
Ｗ ワーク

Claims (4)

1. 被処理物を収容する空間を備えるチャンバと、該チャンバ内に配設され、発光管とその両端部のシール部とを有するフィラメントランプを備えた加熱装置において、
   前記チャンバを貫通して配設され、両端が前記チャンバの外部に開放され、内部に冷却風を流通させるガラス管と、
   該ガラス管と前記チャンバとの間を封止する封止部材を備え、
   前記フィラメントランプが、前記ガラス管の内部に配置されていて、
   前記ガラス管は、その表面において前記封止部材に対応する領域に赤外線反射膜が形成されていることを特徴とする加熱装置。
2. 前記赤外線反射膜がガラス管の内表面に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の加熱装置。
3. 前記赤外線反射膜は、赤外線反射膜に入射した赤外線を散乱反射させる拡散反射面を有することを特徴とする請求項１に記載の加熱装置。
4. 前記フィラメントランプは、冷却風の下流側に配置されたシール部が、前記ガラス管の外方にまで伸長していることを特徴とする請求項１に記載の加熱装置。
   

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