JP5405562B2 - 処理チャンバ内で物体を焼き戻しするための装置および方法 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の前提部分による物体を焼き戻しするための装置および請求項１３の前提部分による物体を焼き戻しするための方法に関する。

焼き戻し方法は、たとえば薄膜太陽電池などで、特有の化学的および／または物理的特性を微調整するために種々の方法で物体と共に使用される。

したがって、黄銅鉱半導体に基づく太陽光モジュール（たとえばＣｕＩｎＳｅ_２、「ＣＩＳ」）は、有意によりコスト効率の良い太陽光発電システムに対する最も可能性のある候補の１つである。そのような薄膜太陽光モジュールは、少なくとも１つの基板（たとえばガラス、セラミック、金属箔、またはプラスチックフィルム）、１つの第１の電極（たとえばＭｏまたは金属窒化物）、１つの吸収体層（たとえばＣｕＩｎＳｅ_２またはより一般的には（Ａｇ、Ｃｕ）（Ｉｎ、Ｇａ、Ａｌ）（Ｓｅ、Ｓ）_２）、１つの前面電極（たとえばＺｎＯまたはＳｎＯ_２）、およびカプセル化および被覆材料（たとえばＥＶＡ／ガラスまたはＰＶＢ／ガラス、ここではＥＶＡはエチレン酢酸ビニールを表し、ＰＶＢはポリビニルブチラールを表す）を必須の構成要素として有し、以下では、各々の場合、たとえばモリブデンに対して「Ｍｏ」、またはセレンに対して「Ｓｅ」など、特有の要素に対して化学記号が示されている。ガラスとＭｏの間のアルカリ障壁層または吸収体と窓層の間の緩衝層などの付加層が、効率性および／または長期的安定性を改良するために使用され得る。一般的な薄膜太陽光モジュールの必須の追加の構成要素は、個々の太陽電池の直列に連結された鎖を形成し、したがってより高い作動電圧を可能にする集積シリアル回路である。

半導体吸収体層（たとえばＣＩＳ）の生成は、非常に高いプロセス温度を必要とし、プロセス雰囲気の非常に精密な制御を求め、したがって、ＣＩＳ太陽光モジュールの製造のための全体のプロセス順序のうち、最も要求の多い高価な部分である。このために、２つの種類：ａ）１段式方法（たとえば共析）およびｂ）２段式方法に本質的に分類され得るさまざまな方法が現在まで使用されてきた。

１段式方法の一般的な特性は、同時の、高温におけるすべての個々の要素のコーティングおよび結晶化である。これは、たとえば層組成物の同時制御、（ナトリウムによる）ドーピング、結晶成長、ガラス屈曲、大面積の均一性の維持などのプロセス制御と、高融点を有するＣｕおよび腐食性Ｓｅのための蒸発器技術、高真空の下での処理、ガラス加熱の均一性、高処理量、およびシステム可用性、すなわち粒子発生の制御などのシステム工学の両方に対する大きく、時に不利な課題をもたらす。それによって、適切なコスト効率の良い信頼高い生成プロセスの実現は、より困難になっている。

２段式方法では、コーティングおよび結晶化の分離が存在する。金属成分（いわゆる前駆体層、たとえばＣｕおよびＩｎ）および任意選択でＳｅのほぼ室温の事前コーティングの後、層の形成は、６００°Ｃの高さの温度で、コーティングによって分離された１つのまたは複数のプロセッシングチャンバ内で起こる。ほぼ室温のコーティング部分は、従来の証明されたＰＶＤプロセスで、すばやくかつコスト効率良く実施され得る一方で、第２の処理部分は、たいてい、温度処理のための専用の装置を必要とする。質的に高価値の黄銅鉱半導体の製造に関しては、これらの専用のシステムは、カルコゲン要素（Ｓｅおよび／またはＳ）の適切な高さの制御可能かつ再現可能な部分圧力を保証し、酸素および水蒸気が無い、低粒子のプロセス雰囲気を確保するために、コーティングされた大きい基板の均一かつ急速な加熱または冷却を達成するように設計されなければならない。さらに、保守コストは低く、システム可用性は高くすべきであり、揮発性成分の凝縮またはＳｅ化合物またはＳ化合物からの腐食が起こる可能性は、できるだけ最小限にするべきであり、また、環境は、毒性のプロセス成分およびプロセス材料から保護されるべきである。さらに最終的には、投資費用を低くするべきである。

歴史的に、太陽光モジュールが構築されていた最初の２段式プロセスは、たとえば米国特許第４，７９８，６６０号明細書によれば、ガラス基板上のＣｕ、Ｇａ、およびＩｎのスパッタされた前駆体層で開始していた。次いで、チューブ炉内で、これらの基板群が、Ｈ_２Ｓｅ（プロセスの第１の段階において）およびＨ_２Ｓ（第２の段階において）の雰囲気において反応性の焼き戻しおよび結晶化プロセスにかけられた（このプロセスの第１の形態は、Ｄ．Ｔａｒｒｅｎｔ、Ｊ．Ｅｒｍｅｒ著、Ｐｒｏｃ．２３ｒｄ ＩＥＥＥ ＰＶＳＣ（１９９３年）３７２〜３７８頁で最初に説明された）。最初の商業的黄銅鉱太陽光モジュールがこれによって製造されたが、こうした生成された半導体層の均一性、したがって太陽光モジュールの効率性は、さらなる要求事項に合わせて改良されなければならない。さらに、この概念を大量生産に移行させることは、可能であるが一方では困難を伴う。

世界的には、大きい太陽光モジュールの表面における最高の効率もまた、２段式プロセスで実現されてきたが、このプロセスは、Ｃｕ、ＧａおよびＩｎだけでなく、元素形態のＳｅもまた、前駆体層として基板上にＰＶＤ方法で堆積され、次いで、急速焼き戻しプロセス（時に、Ｓ含有プロセスガスを追加して）において反応させられる。基本的なプロセス成分は、たとえば欧州特許第０６６２２４７号明細書（ＲＴＰ（「急速熱処理」セレン化）のための基本的特許）で記載されている。ここで必須なのは、ａ）基板の急速加熱およびｂ）揮発性カルコゲン成分（Ｓｅおよび／またはＳ）およびそれらの金属成分との揮発性反応生成物の損失を防止する、最小限のプロセッシングチャンバである。低容量の反応容器の概念の実用的設計および改良ならびにこれに基づく製造システムの構築は、たとえば欧州特許第１２５８０４３号明細書（セレン化ボックス）および国際公開第０１／２９９０１号パンフレット（セレン化システムのチャンバ構築）に記載されている。

太陽光モジュールの生産は、述べられた最後の２つの概念で可能になるが、この概念をより高い処理量を備えたさらに大きいチャンバに移行すること、したがってこれらの製造システムの必要な付加的なコストを低減することは、困難になっている。

米国特許第４，７９８，６６０号明細書 欧州特許第０６６２２４７号明細書 欧州特許第１２５８０４３号明細書 国際公開第０１／２９９０１号パンフレット 国際公開第０１／０９９６１号パンフレット

Ｄ．Ｔａｒｒｅｎｔ、Ｊ．Ｅｒｍｅｒ著、Ｐｒｏｃ．２３ｒｄ ＩＥＥＥ ＰＶＳＣ（１９９３年）３７２〜３７８頁

その結果、本発明の目的は、知られている炉の概念の上記で述べられた欠点を克服する、物体を焼き戻しするための装置および方法を提供することであり、特に、焼き戻しの高い再現性および高い処理量が、最小限の投資費用を同時に伴って達成され、それにより、全体的に焼き戻しのプロセスがよりコスト効率良く実現され得る。

本目的は、請求項１による装置および請求項１３による方法を用いて本発明によって達成される。有利な改良は、従属の副請求項においてその都度明記される。

驚くべきことに、上記で示された目的は、処理チャンバのチャンバ空間と比較して最小限に抑えられた処理空間が、それ自体、最初に焼き戻しチャンバの内側に生成され、たとえば欧州特許第１２５８０４３号明細書に記載されたように、物体の焼き戻しチャンバへの導入前にはまだ生成されない場合に達成され得ることが判明した。したがって、これは、焼き戻しされる対象の物体の少なくとも一部の一時的なカプセル化でしかない。焼き戻しプロセス中の一時的なカプセル化は、規定されたプロセス制御（たとえばカルコゲン成分の部分圧力の維持）に重要であるだけでなく、反応チャンバがプロセスガスまたはガス状の腐食性反応生成物に晒されることも低減する。

一時的なカプセル化により、一つには、物体の焼き戻しチャンバへの導入前に、各々の個々の物体または物体の群に提供されなければならない閉プロセスボックスを使用することが回避される。したがって、１つにはコストが低減され、もう１つには再現性が向上されるが、その理由は、プロセスボックスを最も精密に生産しても、従来の製造の許容差が存在し、プロセスボックスは、処理作用によって長期にわたってわずかに異なって変化する可能性があり、その結果、全体的には、全く同一の処理空間が保証され得ないためである。もう１つには、一時的なカプセル化を使用することにより、基板をプロセスボックスよりも効果的に冷却することができるが、これは、永久的なプロセスボックスを使用する場合、物体の急速な冷却は、対流の低減のために達成され得ないためである。特に、物体の屈曲を避けるために、物体の両側は一様に冷却されなければならない。冷却ゾーン内の永久ボックスでは、これは、低速でのみ可能である。一時的ボックスでは、物体の上部および物体の搬送板、または物体の底部が、明確により高い冷却速度が可能になるように冷却ゾーン内で直接的に冷却され得る。

本発明による装置および本発明による方法は、事実上通常の圧力条件の下、不活性ガスまたは反応ガス雰囲気における、物体、特に大面積のコーティングされた基板の温度処理のために非常に一般的にかつ基本的に使用され得る。これらは、ガス状成分の規定された部分圧力の下、急速な焼き戻しを可能にし、長期間にわたる使用であっても処理チャンバ材料の腐食を防止する。

少なくとも１つの物体、特に少なくとも２つの層を備えた多層本体の焼き戻しのための本発明による装置は、チャンバ空間を備えた処理チャンバと、少なくとも１つのエネルギー源と、物体が少なくとも部分的に中に配設され得る処理空間を画定する処理フードであって、物体の少なくとも一部分が中で焼き戻しされる処理空間の容積を、チャンバ空間の容積と比べて低減する、処理フードとを有する。処理フードは、少なくとも、処理チャンバ内に固定して配設されたカバーとして設計される。処理空間とチャンバ空間の間のガス交換は、結果的に、より大きく設計された処理空間に比べて、または処理フードを有さない処理空間に比べて明確に低減される。また、処理空間のサイズに関しては、処理空間とチャンバ空間の間にはガス交換が本質的に起こらないことも、特定の前提条件の下では可能である。

カバーは、処理チャンバ内に別個に配設された要素として、または１つまたは複数の処理チャンバの壁の形態で設計され得る。これに関連して、用語「固定された（静止の）」は、処理フードが、さまざまな物体に対する連続的な焼き戻しプロセス中は処理チャンバ内に残存し、保守対策および補修対策の場合のみ取り外されることを意味するにすぎない。しかしながら、処理フードは、特に連続システムでは処理チャンバの内側に、物体の輸送方向に対して垂直な方向に可動式に設計され得るが、そうである必要はなく、言い換えれば、処理フードは、物体を処理フードの下方に、ある特定の距離で配設するだけで十分であり、その理由は、処理空間は、それによってチャンバ空間に比べて低減されるためである。

処理空間の容積は、本質的に、（たとえばガラス基板の）物体の面積、または基板搬送板の面積および基板上方のカバーの高さ、すなわち基板の頂部とカバーの底部の間の距離によって決定される。距離は、５０ｍｍ未満、好ましくは１０ｍｍ未満であるべきである。実際には、カバーが、物体と接触してはならず、表面のむらを有する場合、または、たとえばガラス基板が加熱のために屈曲するときに、最小距離が必要とされ得る。実際には、その結果、１ｍｍから８ｍｍの距離が有利になり得る。箔基板またはガラスの非常に薄いシートに関しては、さらにより小さい距離が有利になり得る。

好ましくは、装置は、カバーが好ましくは処理チャンバ内に変位可能に配設された状態で、カバーと物体の間の距離が調製可能であるように設計される。したがって、１つには、さまざまに設計された処理空間が、さまざまな物体に提供され得、もう１つには、処理空間は、焼き戻しプロセス中の段階ごとに適合され得る。

有利な実施形態では、カバーと物体の間に最小距離を維持するためにスペーサが設けられ、少なくとも１つのスペーサは、好ましくは、周囲フレームとして、特に物体上または物体の搬送板上に載置し、したがって、処理空間とチャンバ空間の間のガス交換を明確に低減するように、またはチャンバ空間に対して処理空間を本質的に密閉するように設計される。

スペーサはまた、カバーがフレーム上に載置し、したがって処理空間とチャンバ空間の間のガス交換を明確に低減するような搬送板の一体部分でもよい。

本発明に関しては、処理空間とチャンバ空間の間に完全な密閉が存在する必要はない。蒸発する層成分、プロセスガス、またはプロセス反応ガスが、プロセスガスまたはプロセス反応ガスの総量に対して制御されない量でチャンバ空間内を通過することを防止するために、処理空間とチャンバ空間の間に、ガス交換障壁または圧力平衡抵抗が形成されなければならない。最も容易な実施形態では、大きい基板ではすでに、カバーと基板または搬送板の間の非常に短い距離が、ガス交換障壁を形成しており、このガス交換障壁は、特に（たとえばほぼ標準圧力での処理で）開放通路長さが短いとき、処理空間からの揮発性成分の逃げを明確に低減する。しかしながら、当然ながら、処理空間内の総圧力が、時にチャンバ空間内の圧力より大きいときでもガス交換を大きくまたは完全に防止するために圧力平衡抵抗を形成する、密閉フレームなどの専用の密閉対策が設けられ得る。圧力平衡抵抗またはガス交換障壁は、少なくとも、蒸発および外方拡散による処理空間からのカルコゲン成分（Ｓ、Ｓｅ）の質量損失が、５０％未満、好ましくは２０％未満、最適には１０％未満になるように設計されなければならない。相対的に小さい損失は、供給を増大させることによって補償され得る。相対的に大きい損失はまた、材料コストおよび腐食性カルコゲンまたはそれらの化合物によるチャンバ空間の応力の観点からすれば不利である。

好ましくは、カバーは、物体または物体を支持する搬送板の両側が閉じ込められ得るように寸法設定された周囲フレームを有し、このときフレームは、好ましくは、物体または搬送板に対して横方向に変位可能に配設される（言い換えれば、物体上方にカバーが垂直に配置される場合、フレームは、物体またはフレームの外側を通り過ぎて外向きに移動され得る）。したがって、カバーと物体の表面の間の距離が可変に調整可能であることが達成され、したがって、焼き戻しプロセスは、物体およびその所望の化学的および／または物理的特性に関して調整可能に規定され得る。このフレームはまた、同時に、比較的大きい物体または搬送板のためのスペーサとして働くこともできる。物体またはその搬送板を通り過ぎるように横方向に変位可能に設計されたそのようなフレームの代わりに、カバーに関して変位可能に設計されたスペーサとして設計されたフレームが設けられ得る。次いで、カバーと物体の表面の間の距離はまた、スペーサが物体またはその搬送板の表面上に本質的に載置しているにもかかわらず、調整可能に画定され得る。

好ましくは、処理フードおよび物体または搬送板は、処理空間とチャンバ空間の間のガス交換を低減するガス交換障壁を形成し、それにより、物体の材料成分が加熱プロセスにおいて蒸発することによる質量損失は、５０％未満、好ましくは２０％未満、および理想的には１０％を下回るようになる。

別の好ましい実施形態では、処理フードおよび物体または搬送板によって形成された処理空間は、チャンバ空間に対して圧力平衡抵抗を形成する。

さらに、処理フードおよび物体または搬送板は、好ましくは、処理フードおよび物体または搬送板によって形成された処理空間が本質的に気密に密閉されるように設計される。これは、処理空間のサイズに関連して、ガス交換が処理空間とチャンバ空間の間に本質的に起こらないことを意味し得る。

さらなる有利な実施形態では、処理フードは、少なくとも１つのガス入口および／またはガス出口に連結され、ガス通過方向に対して処理空間とチャンバ空間の間に配設された本質的に周囲のゾーンを有する。流入する不活性ガスを用いて過度の圧力または下位圧力をもたらすことにより、プロセスガスまたはプロセス反応ガスのチャンバ空間内への伝達が、さらに低減され得る。

有利には、処理フードは、少なくとも１つのガス入口および／または少なくとも１つのガス出口を有し、このとき処理フードは、好ましくは二次元的に設計されたガススパージャを有している。ガスの流入および排出を通して、プロセスガスまたはプロセス反応ガス中の特有の成分の部分圧力が、調整可能に規定され得る。二次元的に設計されたガススパージャでは、部分圧力は、特に均一に調整され得る。二次元的に設計されたガス入口は、開始層からのガス状成分、またはその反応生成物の損失がそれほど重大でないプロセスまたは一部のプロセス段階に特に推奨されるが、その理由は、そうでなければ、ガス通過用の穴もまた、処理空間からのこれらのガス状成分または反応生成物の損失を増大させるためである。有利には、ガス入口またはガス出口を備えた固定された処理フードの組合せを通して、国際公開第０１／０９９６１号パンフレットで必要とされ、示されたような結合手段が不必要であるということが達成され、それにより、１つには、装置の安定性、もう１つには、焼き戻しの再現性が改良される。

ガス状成分の部分圧力は、一方ではもたらされた温度および物質量によって、他方では処理空間からのガス状成分の損失によって決定される。総損失は、所与の総圧力および温度におけるガス状成分の開放通路長さおよびジオメトリの限界条件、すなわち物体に対する処理空間の高さ、物体のサイズ、およびガス伝達に対抗する処理空間およびチャンバ空間の密性によって決定される。プロセスパラメータの選択ならびに物体のカプセル化の寸法設定および設計により、重要なプロセス関連のガス状成分の部分圧力は、結果としてより良好に制御され得る（たとえば、ＣＩＳ太陽電池の製造中のカルコゲン成分ＳｅおよびＳの部分圧力）。特に、ガス空間を最小限に抑えることにより、処理中に生じる液体相は、その蒸発圧力との熱平衡状態にあり続けることができ、それよりももっと大容量の反応チャンバ内でも完全に蒸発し得ないことが達成され得る。本発明は、フードによって形成された処理空間とチャンバ空間の間のガス交換が明確に低減されるすべての設計を包含する。しかしながら、プロセスの前またはその間に入れられた追加の（窒素または硫化水素などの）プロセスガスは、特定の条件の下では、加熱および焼き戻しによって総圧力がチャンバ空間の総圧力を上回って上昇する場合、残存する空隙を通じて処理空間から比較的大量に逃げることもあり得る。真の気密設計は、本明細書に提示されたもののうちの１つの可能な設計にすぎない。本発明によるすべての設計に必須であるのは、加熱プロセスにおいて最初に部分的に蒸発する層成分（たとえばＳｅおよびＳ）の損失の低減である。これらの質量損失は、２０％未満であるべきである。

好ましくは、エネルギー源が、反応空間の外側に配設され、好ましくは、電磁放射用の放射源として、特に単一の放射源または複数の点状の放射源の配置として設計され、このとき放射源には、好ましくは、放射源の反応チャンバから外方に向けられた側に反射体が設けられる。加熱要素（任意選択の反射体を含む）の外側への再配置により、連続運転中、欠陥がある加熱要素のより迅速な交換が可能になり、腐食性プロセスガスに接触せず、したがって腐食し得ないより効率的かつよりコスト効率の良い反射体を使用することができる（たとえば金属反射体、冷却反射体）。さらに、数多くの点状の加熱要素を使用する特定の状況では、焼き戻しは、全体的に物体の十分に均一な焼き戻しが確保される場合、個々の点状の加熱要素の不具合にかかわらず継続され得る。

さらに、処理フードは、電磁放射に対して少なくとも部分的に透過性になるように、および／または処理チャンバの少なくとも１つの壁が電磁放射に対して少なくともゾーン毎に少なくとも部分的に透過性になるように設計され、このとき好ましくは、電磁放射に対して少なくとも部分的に透過性になるように設計されたセグメントが、支持フレーム内に収容されることが好ましい。次いで、エネルギー源のエネルギーは、熱放射を通じて直接的に作用することができ、それによってエネルギー源は、処理チャンバの内側または外側に配設され得る。

有利には、処理チャンバの少なくとも１つの壁には、チャンバ壁のクラッディングまたは壁上の腐食性ガスおよび蒸気の作用を本質的に防止するコーティングおよび／またはライニングが設けられ、このときチャンバ壁は、好ましくは、揮発性成分によるクラッディングが本質的に防止されるように加熱可能に装備される。このため、保守期間を本質的にとらずに長期にわたる処理チャンバの作動が可能になる。

さらに、処理チャンバは、２つまたはそれ以上の物体を同時に焼き戻しするように設計され、それによって共通の処理フードまた各物体専用の処理フードが設けられることが好ましい。

さらに、物体の輸送方向に続けて配設された焼き戻しするための少なくとも２つの処理チャンバおよび／または物体を冷却するための少なくとも１つの構成が設けられ得、それによって、冷却構成は、好ましくは、処理チャンバから独立した冷却チャンバ内に配設される。

少なくとも１つの物体、特に少なくとも２つの層を備えた多層本体を、チャンバ空間を備えた処理チャンバ内で、特に本発明による焼き戻しするための装置を使用して焼き戻しするための方法に関して、独立保護が請求され、それによって物体は、処理チャンバ内に運ばれ、少なくともゾーン毎にエネルギー源に晒され、それによって処理チャンバ内で、チャンバ空間より小さい処理空間が、物体の周りに少なくともゾーン毎に配設される。処理空間は、処理チャンバの内部にのみ形成される。言い換えれば、処理チャンバの外側から物体と共に導入可能なプロセスボックスは使用されないが、物体の少なくとも部分的なカプセル化は、処理チャンバ内部まで起こらず、カプセル化のための手段は、物体の処理チャンバ内への導入前および物体の処理チャンバからの除去後、処理チャンバ内に留まる。有利には、処理空間は、少なくとも圧力平衡抵抗によってチャンバ空間から物理的に区切られるように適合される。

処理空間とチャンバ空間の間のガス交換は、明確に低減され、任意選択では、処理空間のサイズによっては、処理空間とチャンバ空間の間には、本質的にガス交換は起こらない。

この方法に関しては、関連する内容が参照により本明細書に全て含まれるということで国際公開第０１／２９９０１号パンフレットから知られているように、チャンバ空間にパージガスを使用することおよび空隙逆流パージを発生させるように規定された圧力勾配を設定することが好都合である。これは、処理空間からチャンバ空間内へのガス伝達を効果的に防止する。このために、処理空間を取り囲む緩衝空間を設けることが必要であり、この［緩衝空間］は、チャンバ空間と処理空間の間にガス通過方向に配設され、それによって緩衝空間は、処理チャンバから直接的にガスを排出するガス出口に連結され、これは、緩衝空間から排出されたガスが、チャンバ空間内に入らないことを意味する。

本発明の特性ならびに利点は、図と併用し、一部の例示的な実施形態を参照して以下でより詳細に説明される。

本発明による装置の第１の実施形態の断面図である。 図１による実施形態の上面図である。 図１による処理フードの詳細図である。 第１の代替的実施形態の処理フードの図である。 第２の代替的実施形態の処理フードの図である。 第３の代替的実施形態の処理フードの図である。 第４の代替的実施形態の処理フードの図である。 冷却ゾーンの部分図を伴った本発明による装置の図である。 本発明による装置の輸送構成の図である。 本発明による装置が中に組み込まれる、第１の全体システムの概略図である。 本発明による装置が中に組み込まれる、第２の全体システムの概略図である。

以下では、同じまたは類似の参照記号が、同じまたは類似の設計特性に対して使用される。

図１から図３は、大面積の基板２を焼き戻しするように適合された、第１の好ましい実施形態における本発明による装置１を単に概略的に示している。装置１は、チャンバ壁４、５、６、７および入口戸８および反対の出口戸９を備えた処理チャンバ３を有することが認識され得る。基板２を輸送するために、輸送装置（図示せず）が設けられ、この輸送装置は、基板２用の搬送板を用いてまたは用いずに作動し、基板２を、戸８、９を通り、処理チャンバ３を通って輸送することができる。処理チャンバ３の上下には、電磁放射のための複数の点状の源１０が、マトリクスとして配設される。放射を浸透させるために、処理チャンバ３のチャンバカバー４およびチャンバ床５は、基板２上へのエネルギーの均一作用を可能するために、少なくともゾーン毎に少なくとも部分的に透過性であるように設計される。

処理チャンバ３の内部には、処理フード１１が設けられ、この処理フード１１は、電磁放射に対して浸透可能な、または少なくとも部分的に浸透可能なカバー１２と、基板２が処理フード１１の下方に配置されるとき、基板コーティング１５を備えた基板２の周囲１４上に載置することができるように寸法設定されたフレームの形態で設計されたスペーサ１３とを有する。処理フード１１は、基板２に対して垂直に変位可能に配設され、それ自体と基板２の間に、チャンバ空間１７に対して大きく密閉された処理空間１６を画定し、それにより、焼き戻し中、処理空間１６内に含まれたプロセスガスおよびプロセス反応ガスに関しては、事実上ガスはチャンバ空間１７内に伝達されない。処理空間１６の高さ、すなわちカバー１２とコーティングされた基板２の間の距離は、基板２方向のカバー１２の垂直移動によって調整され得る。原理上、下方から処理フード１１方向の基板２の垂直移動もまた考えられる。描かれた両矢印は、対応する部分の可動性を示している。

図４による処理フード１１ａの第１の代替的実施形態では、そのカバー１２ａはスペーサフレーム１３ａと共に、処理フード１１ａが、最小の近接性を伴って、基板２の基板コーティング１５上ではなく、基板搬送板１８上に載置するようになり、したがって処理空間１６ａをチャンバ空間１７ａから本質的に密閉するように寸法設定される。

図５による処理フード１１ｂの第２の代替的実施形態では、処理フード１１ｂは、少なくとも基板２と同じ寸法設定を有するカバー１２ｂを１つだけ有する。処理空間１６ｂのチャンバ空間１７ｂからの本質的な密閉のために、処理空間１６ｂの高さは、横方向の寸法に対して小さいものである。したがって、基板コーティング１５とカバー１２ｂの周囲２１の間の基板２の周囲１９上に存在する空隙２０が、圧力抵抗またはガス交換障壁として作用し、それによって総処理空間１６ｂに対して、ここからチャンバ空間１７ｂ内に少しのガスしか通過することができない。しかしながら、カバー１２ｂは、基板２の表面に対して平行に設計される必要はなく、その代わりに弓形の方向などの他の方向を有することもできる。カバー１２ｂの内面のこの方向は、焼き戻しプロセスを最適化するように適切に適合され得る。

焼き戻しプロセスの特有の段階では、図３から図５による実施形態の変形例におけるカバー１２、１２ａ、１２ｂ、と基板の間の距離は、基板２の横方向寸法に対して非常に小さいものでなければならない。カバー１２、１２ａ、１２ｂ、処理空間１６、１６ａ、１６ｂの高さ、および最適なフレーム１３は、コーティングされた基板２とカバー１２、１２ａ、１２ｂの間の処理空間１６、１６ａ、１６ｂからのガス状成分の抑制されない排出を低減する。ガス状成分は、プロセス前またはその間に付加されたプロセスガス（たとえばＨ_２Ｓ、Ｈ_２Ｓｅ、Ｓｅ蒸気またはＳ蒸気、Ｈ_２、Ｎ_２、Ｈｅ、またはＡｒ）またはガス状成分およびコーティングされた基板の反応生成物になり得る。Ｃｕ−Ｉｎ−Ｇａ−Ｓｅ前駆体層の特有の場合、たとえば、Ｓｅ蒸気またはＳ蒸気、ガス状の２成分セレン化物、Ｎ_２、Ｈ_２Ｓ、またはＨ_２Ｓｅとなる。

図６による処理フード１１ｃの第３の代替的実施形態では、この［フード］は、プロセスガスの追加のための入口および出口開口部２３、２４を有するガラスレセプタクル２２によって形成される。さらに、処理フード１１ｃは、処理空間１６ｃとチャンバ空間１７ｃの間に、ガス通過方向に配設された連結器２６を備えた周囲チャネル２５を有する。本明細書では、「ガス通過方向」という用語は、処理空間１６ｃとチャンバ空間１７ｃの間の可能性があるというだけのガス伝達を意味しており、これは起こる必要はないが、これが起こる場合、チャネル２５を介してのみ可能である。

連結器２６を通して、チャネル２５は、（圧力または真空の下で）真空化されるとき、基板搬送板１８または基板２（図示せず）上で漏れない方法で吸引され得る。したがって、処理フード１１ｃと基板搬送板１８の間の基板の最適なガスカプセル化が達成され、プロセスガスおよび反応ガスによるチャンバ空間１７ｃの汚染が低減され、理想的には防止される。処理フード１１ｃ内の供給チャネル２３を通して、プロセスガスが付加され、排気チャネル２４を通して、付加されたまたは発生したガス混合物が排出される。ガス利用の効率性が、プロセスガスがすべて充填された処理チャンバ１に比べて、この配置によって有意に増大し、したがって、従来技術の処理チャンバと比べ、生産コストの低減が達成される。欧州特許第１２５８０４３号明細書とは異なり、本明細書では、チャンバ空間の汚染はさらに低減され、チャンバ空間のパージの程度および必要な後処理技術は最小限に抑えられる。

チャネル２５を真空化する代わりに、チャネル２５はまた、供給された不活性ガスを用いてわずかに過度の圧力下に設定され得る。任意の開口部を通して処理空間１６ｃ内にあふれ出る不活性ガスが、チャンバ空間１７ｃ内へのプロセスガスの拡散損失を低減する。

部分的に透過性のカバー１２、１２ａ、１２ｂ、１２ｃを使用することにより、上方および下方からコーティングされたガラス基板２への制御されたエネルギー入力を用いた、欧州特許第１２５８０４３号明細書による加熱プロセスのプロセス制御が可能になる。基板搬送板、たとえば基板搬送板プレート１８が使用されるとき、これは、部分的に透過性または完全に吸水性のものでよい。

処理フード１１ｄはまた、図７による二次元プロセスガススパージャ２７を装備することができ、処理フード１１ｄは、基板搬送板１８ｄに対してまだ閉じられていない所定の位置で示されている。これに関しては、半透過性カバー１２ｄは、二重壁で実装される。底部カバー２８は、大きい基板２上への急速な一様なガス分配のための小さい穴２９を含む。ガスは、処理フード１１ｄの側部３０、３１から２つのカバー２８、３３間の中間の空間３２内に通される。ガスの流れは、矢印を用いて単に概略的に示されている。中間の空間３２内の横方向のガス分配は、２つのカバー板２８、３３の間の好ましくは自由に選択可能な距離のために、非常に素早く実施され得る。基板２上のガスの分配は、底部カバー板２８内の小さい穴２９の二次元網によって確保される。カバーの距離の自由な選択性は、処理フード１１ｄ内部で上部カバー３３に対して変位可能な底部カバー２８を用いることによって得られる。代替的にまたは付加的に、二次元ガススパージャはまた、当然ながら、ガス排出のためにも設けられ得る。

本発明による処理フード１１、１１ａ、１１ｂ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄによる一時的カプセル化を使用することにより、欧州特許第１２５８０４３号明細書とは異なり、基板２のより効果的な冷却が可能になる。永久的プロセスボックスを使用する場合、ボックス内部の対流が低減されるため、基板２の急速冷却は得られることができない。基板２の屈曲を防止するために、基板２の両側は、特に一様に冷却されなければならない。冷却ゾーン内で永久的ボックスを用いる場合、これは低速でのみ可能である。本発明の概念では、基板２の均一かつ急速な冷却は、焼き戻しされた冷却板および／または強制対流冷却を使用することによって起こり得る。強制対流冷却は、図８に示されており、多くの個々の対流冷却器３５が、冷却チャンバ３４の内側の事前に焼き戻しされた基板２の上下に配設されている。当然ながら、これらの対流冷却器３５もまた、焼き戻しするための処理チャンバ１の内側に配設されてもよいが、別個の冷却チャンバ３４が好ましい。

さらに、垂直方向のみに移動可能であるが、システム内に永久的に取り付けられた処理フード１１、１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄを用いることによって、従来の製造許容差のために僅かに異なる多数の個々のプロセスボックスを用いるよりも、より確実に規定された処理環境が確保され得る。

図１で例として示された外部の点状の熱源１０の利用は、絶対的に必須のものではない。多くの用途では、線状の加熱要素もまた、同様に有利に使用され得る。これらは、点状の熱源１０に関して本明細書で提案されたように、チャンバ１の外側に配設され得る。同様に、内部の線状加熱器を備えた従来の配置が、本明細書で提示された処理フード１１、１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄに適合されるはずである。同様に、一体型で製造された、電磁放射に対して透過性の大面積チャンバ壁４、５、６、７の代わりに、これらはまた、透過性セグメントから構成されてもよい。

外部の加熱要素１０を用いて本明細書で説明されたチャンバ構造に必須であるのは、非透過性チャンバ壁セクション４、５、６、７による透過性チャンバ壁セクションの密閉である。これは、毒性ガス占有の処理空間１７、１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄをチャンバ空間１６、１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄから気密に密閉することを確保する。それとは対照的に、酸素および水蒸気のレベルは、プロセスの開始時、次いでプロセス中の不活性ガス（たとえばＮ_２）を用いたパージプロセスによって最小限に抑えられ得る。

処理される実際の基板２がその上に置かれ、システム１内を共に輸送される基板搬送プレート（または搬送板）１８の使用は、基板輸送の選択された実施に起因するものになり得る。いずれの場合も、比較的大きい基板２は、加熱プロセス中、機械的支持１８を必要とするが、その理由は、後続の冷却プロセスにおいて、たとえばガラスなどの基板自体の重量による下垂が、ガラス軟化温度近傍までの全加熱プロセスの後、凍結して永久的な基板の屈曲になり得るためである。ただし、下方からの基板２の機械的支持は、下方からの均一加熱を妨げてはならない。しかしながら、基板搬送板プレート１８は、部分圧力の制御のための本発明による処理フード１１、１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄには絶対的に必要なものではなく、また、欧州特許第１２５８０４３号明細書による加熱プロセスにも必要なものではない。

図９は、本発明による装置１内の処理チャンバ３のための本発明による輸送構成３６を示している。輸送機器３６は、基板搬送板１８または基板２自体（図示せず）を、装置中を輸送され得るように支持する、一定間隔で横方向に取り付けられたローラ３７を有する。

以下の任意選択の特性（図示せず）は、さらなる有利な改良のために使用され得る：
１．チャンバから外方に向けられた側に放射加熱器１０を備えた金属反射体。
２．腐食性ガスおよび蒸気によるクラッディングまたは腐食攻撃を防止するチャンバ空間１６、１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄのライニングおよびコーティング。
３．揮発性成分によるクラッディングを防止する中温範囲まで加熱されたチャンバ壁４、５、６、７。
４．図示された構造の複数の同一または類似の処理チャンバ３の連続連結であり、それによって部分的な処理時間後、処理される基板２は、次のチャンバ３内に素早く移動される。
５．互いに隣り合わせのまたは連続する２つまたはそれ以上の基板２の処理チャンバ３の導入であり、そのために１つの大きいまたは複数の小さい処理フード１１、１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄが、１つの大きいチャンバ空間内に互いに隣り合わせに実装される。互いに隣り合わせのまたは連続する複数の基板２を１つの大きいまたは複数のより小さい処理フード１１、１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄの下方に同時に導入することは、特有のサイクル時間が全体システムごとに達成されるが、プロセスが特有の加熱段階内でフード１１、１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄの開口を可能にしないときに推奨される。
６．プロセス基板２を冷却するための下流の冷却チャンバ３４または冷却ゾーン。
７．国際公開第０１／２９９０１号パンフレットによるガス入口のパージおよび圧力勾配のための配置。
８．洗浄処理条件（たとえばＯ_２／Ｈ_２Ｏ濃度）の干渉無しに新しい基板２を取り込み、処理された基板２を取り出すことを可能にするための上流側真空導入チャンバおよび下流側排出チャンバ。

以下では、本発明によるプロセスサイクルの例が与えられる。ここでは、以下が順次起こる：
１．基板２を１つまたは複数の導入チャンバを通して（搬送板１８を用いてまたは用いないで）処理チャンバ３内に導入する。
２．排水および／またはパージによって必要とされる周囲雰囲気を生成する。
３．基板２を第１の処理フード１１下方に配置する。
４．処理フード１１を下げて基板２のコーティングされた表面１５上方に処理空間１７を生成する。
５．任意選択で、反応ガス混合物を処理空間１７内に吸入する。
６．基板２を放射源１０を用いて所望の温度およびプロセスガスパラメータで加熱する。
７．処理フード１１を持ち上げ、さらに（搬送板１８を用いてまたは用いないで）基板２を輸送し、それによって、２つまたはそれ以上の基板２を平行にまたは連続的に同時に導入することも可能になる。
８．任意選択で、ステップ７に述べられたさらなる輸送が、追加の処理チャンバ３内で起こり、このとき、ステップ３から７ならびに任意選択でその前のステップ２が繰り返される。
９．カプセル化無しのコーティングされた基板２を冷却ゾーンまたは１つまたは複数の冷却チャンバ３４内に輸送する。
１０．コーティングされた基板２を排出チャンバを通して排出する。
１１．基板２を所望の最終温度までさらに冷却する。

図１０および図１１は、本発明による装置１が中に組み込まれる全体のシステム４０、５０の２つの実施形態を単に概略的に示している。全体のシステム４０は、図１０によれば、上流側と下流側のプロセスステップの間の、ならびにプロセッシングゾーンに対するインターフェースを形成する処理ゾーン４１を有する。入口戸／ロック４２が、必要とされる周囲／処理雰囲気の生成のために設けられる。処理チャンバ３は、本発明による焼き戻しプロセスの実施のために使用される。冷却チャンバ３４は、搬送板１８を用いたまたは用いない基板２の冷却のために使用される。出口戸／ロック４３の助けにより、必要とされる周囲／処理雰囲気が生成される。最終的に、横断する／戻りゾーン４４が設けられ、このゾーン４４は、基板２または基板２および搬送板１８を処理ゾーン４１内に輸送して戻すために、ならびに基板２を搬送板１８用いてまたは用いないで冷却するために使用される。たとえばシステム４０が対応する上流側または下流側のシステム（図示せず）に連結される場合、個々のゾーン４１、４２、３４、４３、または４４が、部分的にまたは完全に省略されてもよい。

図１１に示された処理フード１１、１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄの説明された概念に基づく全体のシステム５０の別の実施形態では、処理チャンバ３および任意選択で冷却するための冷却チャンバ３４を備える平行なプロセッシングゾーン５１、５１’、５１’’が、焼き戻しプロセスの終了直後に構築され、伝達チャンバ５２、５２’を介して両側から装填され、抜き取られる。この配置の利点は、モジュール方式であり、すなわち、この配置は、破線で表されたゾーンから考えられるように、追加のプロセッシングゾーンによって延長モジュール５３、５３’、５３’’を通して拡張され得る。さらに、入口戸／ロック５４および出口戸／ロック５５がここでも設けられ、それによって別の伝達チャンバ５２’’および追加の冷却トンネル５６が、プロセッシングゾーン５１、５１’、５１’’と出口戸／ロック５５の間に配設される。

先述の説明から、従来技術の焼き戻しの欠点を克服する、物体を焼き戻しするための装置および方法が提供され、それによって特に焼き戻しの高い再現性および高い処理量が、低投資コストを同時に伴って達成され、それにより、焼き戻しプロセスが、全体として非常にコスト効率良く実現されることが明確になる。

Claims (17)

1. チャンバ空間（１７）を備えた処理チャンバ（３）と、少なくとも１つのエネルギー源（１０）と、物体（２、１５）が少なくとも部分的に中に配設され得る処理空間（１６）を画定する処理フード（１１）であって、物体（２、１５）の少なくとも一部が中で焼き戻しされる処理空間（１６）の容積を、チャンバ空間（１７）の容積と比べて低減する処理フード（１１）とを備えた、少なくとも１つの物体（２、１５）の焼き戻しのための装置（１）であって、処理フード（１１）が、少なくとも処理チャンバ（３）内に固定して配設されたカバー（１２）として設計され、カバーは、物体（２、１５）または物体を支持する搬送板（１８）を取り囲み得るように寸法設定された周囲フレームを有し、周囲フレームは、物体または搬送板に対して横方向に変位可能に配置されていることを特徴とする、装置（１）。
2. カバー（１２）と物体（２、１５）の間の距離が、調整可能であるように設計され、カバー（１２）が、処理チャンバ（３）内で変位可能に配設されていることを特徴とする、請求項１に記載の装置（１）。
3. 物体（２、１５）の上部とカバー（１２）の底部の間の距離が、５０ｍｍより小さいことを特徴とする、請求項１または２に記載の装置（１）。
4. 少なくとも１つのスペーサ（１３）が、カバー（１２）と物体（２、１５）の間の最小距離を維持するために設けられ、少なくとも１つのスペーサが、周囲フレーム（１３）として設計され、物体（２、１５）上または物体（２、１５）用の搬送板（１８）上に置かれるように設計されていることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の装置（１）。
5. 処理フードおよび物体（２、１５）または搬送板（１８）が、ガス交換障壁を形成し、ガス交換障壁は、加熱プロセス中に蒸発した物体の材料成分の質量損失が、５０％を下回るように、処理空間とチャンバ空間の間のガス交換を低減することを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の装置。
6. 処理フードおよび物体（２、１５）または搬送板（１８）によって形成された処理空間が、チャンバ空間に対する圧力平衡抵抗を形成することを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載の装置。
7. 処理フードおよび物体または搬送板は、処理フードおよび物体（２、１５）または搬送板（１８）によって形成された処理空間が、本質的に気密に密閉されるように設計されることを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載の装置。
8. 処理フード（２２）が、少なくとも１つのガス入口および／またはガス出口（２６）に連結され、ガス通過方向に関して処理空間（１６ｃ）とチャンバ空間（１７ｃ）の間に配設された、本質的に周囲のゾーン（２５）を有することを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載の装置。
9. 処理フード（１１ｄ）が、少なくとも１つのガス入口（２９）および／または少なくとも１つのガス出口を有し、それにより、処理フードが、少なくとも１つの２次元的に設計されたガススパージャ（２７）を有することを特徴とする、請求項１から８のいずれか一項に記載の装置。
10. エネルギー源（１０）が、電磁放射用の放射源（１０）としてチャンバ空間（１７）の外側に配設され、放射源が、放射源の反応チャンバから外方に向けられた側に反射体を備えることを特徴とする、請求項１から９のいずれか一項に記載の装置（１）。
11. 処理フード（１１）が、電磁放射に対して少なくとも部分的に透過性になるように設計され、および／または処理チャンバ（３）の少なくとも１つの壁（４、５）が、少なくともゾーン毎に、電磁放射に対して少なくとも部分的に透過性になるように設計され、その壁において、電磁放射に対して少なくとも部分的に透過性になるように設計されたセグメントが、支持フレーム内に収められていることを特徴とする、請求項１から１０のいずれか一項に記載の装置（１）。
12. 処理チャンバの少なくとも１つの壁に、チャンバ壁のクラッディングまたはチャンバ壁上の腐食性ガスおよび蒸気の作用を本質的に防止するコーティングおよび／またはライニングが設けられ、それにより、チャンバ壁が、揮発性成分によるクラッディングが本質的に防止されるように加熱可能に装備されることを特徴とする、請求項１から１１のいずれか一項に記載の装置（１）。
13. 処理チャンバが、２つ以上の物体を同時に焼き戻しするように設計され、各物体について共通の処理フードまたは専用の処理フードが、設けられていることを特徴とする、請求項１から１２のいずれか一項に記載の装置（１）。
14. 焼き戻しするための少なくとも２つの処理チャンバが、物体の輸送方向に連続的に配設され、および／または処理チャンバ（３）から独立した冷却チャンバ（３４）内に配設される少なくとも１つの構成（３５）が、物体（２、１５）を冷却するために設けられていることを特徴とする、請求項１から１３のいずれか一項に記載の装置（１）。
15. 処理空間とチャンバ空間の間のガス通過方向に、緩衝空間が配置され、チャンバ空間がパージガス入口を、緩衝空間がガス出口を有し、それにより、緩衝空間からのガス出口が、チャンバ空間を迂回して、処理チャンバから直接的にガスを排出するように適合されていることを特徴とする、請求項１から１４のいずれか一項に記載の装置。
16. 少なくとも１つの物体（２、１５）を、チャンバ空間（１７）を備えた処理チャンバ（３）内で、請求項１から１６のいずれか一項に記載の焼き戻しするための装置（１）を用いて焼き戻しするための方法であって、物体（２、１５）が、処理チャンバ（３）内に運ばれ、少なくともゾーン毎にエネルギー源（１０）に晒され、チャンバ空間（１７）より小さい処理空間（１６）が、少なくともゾーン毎に物体（２、１５）の周りに配設され、処理空間（１６）が、処理チャンバ（３）の内部にのみ形成され、さらに、少なくともガス交換障壁または圧力平衡抵抗によってチャンバ空間（１７）から区切られるように設計されていることを特徴とする、方法。
17. 緩衝空間が、ガス通過方向に処理空間とチャンバ空間の間に配設され、パージガスが、チャンバ空間内に入れられ、パージガスのガス圧力が、処理空間内のプロセスガスおよびプロセス反応ガスのガス圧力より大きくなり、緩衝空間から逃げる可能性があるガスが、ガス出口を用いて、チャンバ空間を迂回して処理チャンバから直接的に排出されることを特徴とする、請求項１６に記載の方法。

Images