JP5698059B2 - 基板処理装置、及び、太陽電池の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、基板処理装置、及び、搬送装置に係り、特に、セレン化物系ＣＩＳ太陽電池の光吸収層を形成するための基板処理装置、及び、搬送装置に関する。
セレン化物系ＣＩＳ太陽電池は、ガラス基板、金属裏面電極層、ＣＩＳ系光吸収層、高抵抗バッファ層、窓層が順に積層される構造を有する。ここでＣＩＳ系光吸収層は、銅（Ｃｕ）／ガリウム（Ｇａ）、Ｃｕ／インジウム（Ｉｎ）、若しくは、Ｃｕ−Ｇａ／Ｉｎのいずれか一つの積層構造をセレン化することにより形成される。このように、セレン化物系ＣＩＳ太陽電池は、シリコン（Ｓｉ）を用いずに形成できるため、基板を薄くできると共に製造コストを下げることができるという特徴を有する。
ここで、セレン化を行う装置の一例として、特許文献１がある。特許文献１に記載されるセレン化装置は、ホルダーにより複数の平板状の対象物を一定の間隔を設けて、円筒状の石英チャンバーの長軸方向に平行にかつその板面を垂直に配置し、セレン源を導入することにより、対象物のセレン化を行っている。また、ファンを円筒状の石英チャンバーの軸方向の端部に取り付けることにより、石英チャンバー内のセレン化源を強制的に対流させ、ガラス基板上の温度分布の均一化を行うことが記載されている。
特許文献１に記載されるようにファンを円筒状の石英チャンバーの軸方向の端部に配置した場合、石英チャンバー内の雰囲気の対流は、石英チャンバー内を横方向、即ち、ガラス基板の長辺方向に流れることになる。ここで、ＣＩＳ系太陽電池の製造コストを下げるためガラス基板を大型化するとガラス基板の長辺も長くなる。従って、昇降温時のガラス基板の面内の温度の均一性を保つためには、対流するガスの流速を大きくするか、若しくは、昇降温の速度を緩やかにする必要がある。前者の場合、ファンの能力を高くする必要があるが、ファンが高価になってしまう。また、ファンの能力にも限界があり実現が困難になってしまう可能性がある。更には、複数のガラス基板間の狭い空間を速い速度のガスが流れると、ガラス基板を引きつけようとする力が大きくなりガラス基板が揺らぐ可能性がある。その結果、ガラス基板とホルダーが擦れてパーティクルの発生等の問題を引き起こすことになる。一方、昇降温の速度を小さくすると、処理時間が長くなるため、スループットが低下し、製造コストが増加する。従って、ガラス基板の大型化が困難である。
また、ガラス基板が大型化すると重量も重くなり、複数のガラス基板を石英チャンバー内に搬入することが難しくなる。
本発明の好ましい一態様によれば、金属積層膜が形成された複数の基板を収納する処理室と、前記処理室を内部に構成する反応管と、前記処理室にセレン元素含有ガス又は硫黄元素含有ガスを導入するガス供給管と、前記処理室内の雰囲気を排気する排気管と、前記反応管を囲うように設けられた加熱部と、前記処理室に収納された前記基板の短辺方向の端部上方に前記基板の長辺方向に沿って複数配置され、前記基板の表面に前記基板の短辺方向のガスの流れを形成し、前記基板の表面を前記ガスが流れた後、前記基板の厚さ方向の前記ガスの流れを形成することにより、前記処理室内の雰囲気を対流させるファンと、を具備する基板処理装置が提供される。
本発明の好ましい他の態様によれば、金属積層膜が形成された複数の基板を処理室に収納する工程と、前記処理室にセレン元素含有ガス又は硫黄元素含有ガスを導入するガス導入工程と、前記処理室を加熱する工程と、を有し、前記ガス導入工程では、前記処理室に収納された前記基板の短辺方向の端部上方に前記基板の長辺方向に沿って複数配置されたファンを用いて、前記基板の表面に前記基板の短辺方向のガスの流れを形成し、前記基板の表面を前記ガスが流れた後、前記基板の厚さ方向の前記ガスの流れを形成することにより、前記処理室内の雰囲気を対流させる太陽電池の製造方法が提供される。
本発明によれば、製造コストを小さくすることができる。
＜第１の実施形態＞
以下、図面を参照しつつ本発明の第１の実施形態を説明する。図１は、本発明に係るセレン化処理を行う基板処理装置に組み込まれる処理炉１０の側面断面図を示している。また、図２は、図１の紙面左側から見た処理炉の断面図を示している。
以下、図面を参照しつつ本発明の第１の実施形態を説明する。図１は、本発明に係るセレン化処理を行う基板処理装置に組み込まれる処理炉１０の側面断面図を示している。また、図２は、図１の紙面左側から見た処理炉の断面図を示している。
処理炉１０は、ステンレス等の金属材料で形成される炉体としての反応管１００を有する。ステンレス等の金属材料を用いることで、石英製とするよりも加工が容易で反応管１００を大型しやすくなる。反応管１００は、中空の円筒形状をしており、その一端が閉塞し、他端が開口する構造を有する。反応管１００の中空部分により、処理室３０が形成される。反応管１００の開口側には、反応管１００と同心円上に、その両端が開口した円筒形状のマニホールド１２０が設けられる。反応管１００とマニホールド１２０との間には、シール部材としてのＯリング（図示せず）が設けられている。
マニホールド１２０の反応管１００が設けられない開口部には、可動性のシールキャップ１１０が設けられる。シールキャップ１１０は、ステンレス等の金属材料で形成され、マニホールド１２０の開口部に、その一部が挿入される凸型形状をしている。可動性のシールキャップ１１０とマニホールド１２０との間には、シール部材としてのＯリング（図示せず）が設けられ、処理を行う際には、シールキャップ１１０が反応管１００の開口側を気密に閉塞する。
反応管１００の内部には、銅（Ｃｕ）、インジウム（Ｉｎ）、及び、ガリウム（Ｇａ）を含有する積層膜が形成された複数のガラス基板（例えば、３０〜４０枚）を保持するカセット４１０を載置するためのインナーウォール４００が設けられる。インナーウォール４００は、図２に示されるように、その一端が反応管１００の内周面に固定されると共に
、反応管１００の中心部にカセット４１０が設置台４２０を介して載置されるように構成される。インナーウォール４００は、カセット４１０を挟むように設けられた一対の部材が、その両端で繋がるように構成され、その強度を高くしている。カセット４１０は、図１に示されるように、複数のガラス基板２０を立てた状態で横方向に並んで保持する。また、カセット４１０は、図３に示すように、直方体を形成する枠組みで形成される。カセット４１０には、ガラス基板２０を保持する保持部材４１１を有する。保持部材４１１は、カセット４１０の直方体の長辺方向の両端、及び、直方体の枠組みの下部に設けられている。更にカセット４１０の長辺方向の上部側は、直方体から外側に突出するように設けられたつば部４１２を有する（図２参照）。後に詳述するが、つば部４１２は、カセット４１０の搬入出に用いられる。なお、インナーウォール４００は、つば部４１２を格納できるように中央部が凸状に形成されている。
、反応管１００の中心部にカセット４１０が設置台４２０を介して載置されるように構成される。インナーウォール４００は、カセット４１０を挟むように設けられた一対の部材が、その両端で繋がるように構成され、その強度を高くしている。カセット４１０は、図１に示されるように、複数のガラス基板２０を立てた状態で横方向に並んで保持する。また、カセット４１０は、図３に示すように、直方体を形成する枠組みで形成される。カセット４１０には、ガラス基板２０を保持する保持部材４１１を有する。保持部材４１１は、カセット４１０の直方体の長辺方向の両端、及び、直方体の枠組みの下部に設けられている。更にカセット４１０の長辺方向の上部側は、直方体から外側に突出するように設けられたつば部４１２を有する（図２参照）。後に詳述するが、つば部４１２は、カセット４１０の搬入出に用いられる。なお、インナーウォール４００は、つば部４１２を格納できるように中央部が凸状に形成されている。
また、反応管１００を囲うように一端が閉塞し、他端が開口する中空の円筒形状をした炉体加熱部２００が設けられる。また、シールキャップ１１０の反応管１００と反対側の側面には、キャップ加熱部２１０が設けられる。この炉体加熱部２００とキャップ加熱部２１０により処理室３０内が加熱される。なお、炉体加熱部２００は、図示しない固定部材により反応管１００に固定され、キャップ加熱部２１０は、図示しない固定部材によりシールキャップ１１０に固定される。また、シールキャップ１１０やマニホールド１２０には、耐熱性の低いＯリングを保護するため図示しない水冷部等の冷却手段が設けられる。
マニホールド１２０には、セレン元素含有ガス（セレン化源）としての水素化セレン（以下、「Ｈ２Ｓｅ」）を供給するためのガス供給管３００が設けられる。ガス供給管３００から供給されたＨ２Ｓｅは、ガス供給管３００からマニホールド１２０とシールキャップ１１０との間の間隙を介して処理室３０へ供給される。また、マニホールド１２０のガス供給管３００と異なる位置には、排気管３１０が設けられる。処理室３０内の雰囲気は、マニホールド１２０とシールキャップ１１０との間の間隙を介して排気管３１０より排気される。なお、上述の冷却手段により冷却される箇所は、１５０℃以下まで冷却すると、その部分に未反応のセレンが凝縮してしまうため、１５０℃から１７０℃程度に温度制御すると良い。
反応管１００は、ステンレス等の金属材料で形成されている。ステンレス等の金属材料は、石英と比較して加工が容易である。そのため、ＣＩＳ系太陽電池のセレン化処理を行う基板処理装置に用いられるような大型の反応管１００を容易に製造することが可能となる。反応管１００内に収納できるガラス基板の数を多くすることができ、ＣＩＳ系太陽電池の製造コストを下げることができる。
処理炉１０の上部側には、ガラス基板の長辺方向に沿って、複数の電動ファン５００が設けられる。複数の電動ファン５００の夫々は、回転することにより処理室３０内の対流を形成する羽部５１０と、円筒状の反応管１００の側壁、及び、炉体加熱部２００の側壁を貫通するように設けられた回転軸部５２０と、炉体加熱部２００の外部に設けられ、回転軸部５２０を回転させる動力部５３０を有する。更に、回転軸部５２０と反応管１００及び炉体加熱部２００との間には、保護部材５４０を設け、保護部材５４０と回転軸部５２０との間の狭い間隙に窒素パージを行うことにより、回転軸部５２０から動力部５３０に反応ガスが浸入するのを極力抑えるようにしている。
複数の電動ファン５００により、処理室３０内はガラス基板２０の短辺方向のガスの流れが形成される。このように、電動ファン５００を動作させ、強制対流をガラス基板の短辺方向に向かうようにすることで、ガラス基板２０の面内の温度を均一化するために必要なガスの流速を下げることができる。
図７は、電動ファンの位置以外は、同じ構造をした処理炉において、５℃／分の速度で昇温した場合のガラス基板間の流速を変化させ、ガラス基板の面内の温度差を約３０℃に抑えるために必要な流速をシュミレーションした結果である。（ａ）は、電動ファンを処理炉の側面に配置し、ガラス基板の表面のガスの流れをガラス基板の長辺方向とした場合の結果であり、ガラス基板の面内の温度差を約３０℃に抑えるために必要なガスの流速は１０ｍ／秒であった。（ｂ）は、本実施形態のように電動ファンを処理炉の上面に配置し、ガラス基板の表面のガスの流れをガラス基板の短辺方向にした場合の結果であり、ガラス基板の面内の温度差を約３０℃に抑えるために必要なガスの流速は２ｍ／秒であった。なお、（ａ）及び（ｂ）の左側は、加熱２０分後（４００Ｋ＝１２３℃）の状態を示し、右側は、加熱６０分後（６００Ｋ＝３２３℃）の状態を示している。図７の結果からもわかるように本実施形態のようにガスの流れをガラス基板の短辺方向とすることにより、ガスの流速を抑えることが可能となり、ガラス基板を大型化することが可能となる。
図２に示されるように、ガラス基板２０の表面を通過したガスは、反応管１００の内壁に沿って上部に戻る。従って、処理室３０内の雰囲気は循環するようになっている。また、インナーウォール４００を電動ファン５００の側部を挟むように構成することで、電動ファン５００により強制対流されるガス流をガラス基板２０に向かうようすることができる。更には、ガラス基板の長辺方向に複数の電動ファン５００を設けたことにより、長辺方向のガスの均一性を向上させることができる。
処理炉１０は、ガラス基板２０のガスの上流側に、インナーウォール４００に固定された複数の開口部４３１を有する板状部材の第１整流板４３０を有している。この第１整流板４３０の開口部４３１の開口率を調整し、ガスのコンダクタンスを調整することにより、更に均一に複数のガラス基板２０の表面にガスを流すことができる。特に、本実施形態では、電動ファン５００を長辺方向に複数並べる構成をしているため、電動ファン５００の直下と、電動ファン５００の間の空間ではガスの流れが異なってしまう可能性もある。この場合、電動ファン５００の直下と電動ファン５００の間の空間の第１整流板４３０の開口率を異ならせ、ガスのコンダクタンスを調整することにより、均一にガスを流すことが可能となる。なお、図２において、開口部４３１は、複数のガラス基板２０に対して一つの開口部４３１を持つように記載してあるが、これに限らず、ガラス基板２０の間の一つの空間に対応して一つの開口部４３１を設けても良い。
図８は、開口率の異なる領域を有する第１整流板４３０の効果をシミュレーションした際の構成図を示している。今回のシミュレーションでは、４０枚のガラス基板を対称面で４分割した２０枚分の半分の長さのモデル（１／４対称モデル）を用いている。また、電動ファン５００に対応して第１流入口ＩＮ１及び第２流入口ＩＮ２があり、第１流入口ＩＮ１からは１２ｍ３／分の、第２流入口ＩＮ２からは６ｍ３／分のガスが供給され、流出口ＯＵＴから流出するようにしている。また、第１整流板４３０に対応して、ガス流の抵抗体を領域Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３に設けている。具体的には、開口率の異なる領域を有する第１整流板４３０に対応させるため、電動ファンの直下に該当する領域Ｒ１の開口率は４０％に、電動ファンの間に該当する領域Ｒ２の開口率は３０％に設定してある。また、複数のガラス基板が並ぶ方向の端の領域Ｒ３は、図示されていないが、ガスが外側に流出しないように設定してある。
このように複数のガラス基板が並ぶ方向の端に流れるガス量を絞り、また、電動ファン直下のガス流速を抑え、複数の電動ファンの合流による流速低下を抑えることにより、総循環ガス流量７２ｍ３／分とした際のガラス基板間の平均ガス流速が２ｍ／秒以上、ガラス基板間の最低ガス流速が１．２ｍ／秒以上となる結果を得ることができた。
図９は、図８と同様の構成において、同様のガス流速条件下でガラス基板を加熱した場合に発生するガラス基板面内の温度偏差（ΔＴ）についてシミュレーションした結果である。なお、本シミュレーションでは、図８の１／４対称モデルではなく、ガラス基板の長辺方向に電動ファンが２つ分並んだ長さでシミュレーションを行っている。図９（ａ）は、５℃／分で昇温し、室温（２５℃）から加熱を開始して、温度偏差（ΔＴ）が最大となる１時間４５分後の５５０℃（８２３Ｋ）での温度分布を示している。また、（ａ−１）は、端から１枚目付近、（ａ−２）は、端から１１枚目付近、（ａ−３）は、端から２０枚目付近（中央部）を示しており、その上部に記載されている数字は、その面内の最大温度と最小温度である。４０枚のガラスのうち両端と中央の間にある端か１１枚目付近の２つの電動ファンの間の下流部分で最も温度低下していることが分かったが、ガラス全体が約５５０℃に加熱された状態で、２８℃の偏差（ΔＴ）となっており、十分許容できる範囲に収まっている。また、図９（ｂ）は、図９（ａ）から炉体温度を５５２℃（８２５Ｋ）に固定し、約１０分経過した後の温度偏差（ΔＴ）を示している。（ａ）と同様に（ｂ−１）は端から１枚目付近、（ｂ−２）は端から１１枚目付近、（ｂ−３）は端から２０枚目付近（中央部）を示しており、その上部に面内の最大温度と最小温度が示されている。（ｂ）からもわかるようにプロセス時（温度が安定した時）は、十分な温度均一性が保てていることがわかる。
図１０は、図９が端から１枚目付近、１１枚目付近、中央部付近にあるガラスの面内分布を示したが、炉体において加熱中に発生するガラス基板面内の最大温度差を４０枚全てについてプロットしたものである。Ａは、５５０℃に加熱時の温度偏差（図９（ａ）に対応）、Ｂは、５５２℃に到達した後、ガスの温度を５５２℃に保持したままガス循環させ１０分経過した後の温度偏差（図９（ｂ））を示している。２つのファンの影響により端から６〜８枚目の間で比較的大きな温度偏差が発生するものの、整流板などによるコンダクタンス調整を行うことにより、加熱時に３０℃以内、プロセス時に１０℃以内という極めて良好な均一性が実現できている。
なお、本シミュレーションは、電動ファンの直下の領域の開口率が電動ファンの間の領域の開口率より高いことで行ったが、これに限らず、反応炉の構成により反対の関係にしたほうが望ましい場合もある。但し、電動ファンの直下の領域と電動ファンの間の領域では、ガス流の条件が異なるため、本実施形態のように電動ファンの直下の領域と電動ファンの間の領域の開口率を異ならせることでガス流のコンダクタンスの調整ができ、均一性を向上させることができる。
更に、処理炉１０は、ガラス基板２０の下流側に、インナーウォール４００に固定された複数の開口部４３１を有する板状部材の第２整流板４３０を有する。上流側の第１整流板に加えて、下流側にも第２整流板を有することにより、ガスの均一化の調整できる要因を増やすことができ、ガスの流れをより均一化しやすくなる。なお、図２において、開口部４３１は、複数のガラス基板２０に対して一つの開口部４３１を持つように記載してあるが、これに限らず、ガラス基板２０の間の一つの空間に対応して一つの開口部４３１を設けても良い。
更に、本実施形態では、反応管１００の少なくとも処理室３０内の雰囲気に曝される表面、及び、電動ファン５００の少なくとも羽部５１０および回転軸部５２０は、図４で示されるように、基材１０１となるステンレス等の金属材料の上に、ステンレス等の金属材料と比較してセレン化耐性の高いコーティング膜が形成される。広く用いられるステンレス等の金属材料は、Ｈ２Ｓｅ等のガスが２００℃以上に加熱されると、非常に高い反応性により腐食してしまうが、本実施形態のようにセレン化耐性の高いコーティング膜を形成することにより、Ｈ２Ｓｅ等のガスによる腐食を抑制できため、広く用いられるステンレス等の金属材料を用いることができ、基板処理装置の製造コストを下げることが可能とな
る。なお、このセレン化耐性の高いコーティング膜としては、セラミックを主成分とするコーティング膜がよく、例えば、酸化クロム（ＣｒｘＯｙ：ｘ，ｙは１以上の任意数）、アルミナ（ＡｌｘＯｙ：ｘ，ｙは１以上の任意数）、シリカ（ＳｉｘＯｙ：ｘ，ｙは１以上の任意数）の夫々単独あるいは混合物が挙げられる。
る。なお、このセレン化耐性の高いコーティング膜としては、セラミックを主成分とするコーティング膜がよく、例えば、酸化クロム（ＣｒｘＯｙ：ｘ，ｙは１以上の任意数）、アルミナ（ＡｌｘＯｙ：ｘ，ｙは１以上の任意数）、シリカ（ＳｉｘＯｙ：ｘ，ｙは１以上の任意数）の夫々単独あるいは混合物が挙げられる。
また、本実施形態のコーティング膜１０２は、ポーラス状の膜で形成している。これにより、ステンレス等の金属材料で形成される基材１０１とコーティング膜１０２との線膨張係数の違いによる熱膨張・収縮に柔軟に追従することが可能となる。その結果、熱処理を繰り返し行ったとしても、コーティング膜への亀裂の発生が最小限に抑えることができる。なお、コーティング膜１０２は、２〜２００μｍ、望ましくは５０〜１２０μｍの厚さで形成するのが望ましい。また、基材１０１とコーティング膜１０２との線膨張係数の偏差が２０％以下、望ましくは、５％以下とするのが望ましい。
また、シールキャップ１１０、マニホールド１２０、ガス供給管３００、及び、排気管３１０も同様にセレン化源に曝される部分を上述のコーティング膜を形成しても良い。但し、Ｏリング等を保護するために冷却手段により２００℃以下に冷却されている部分は、ステンレス等の金属材料がセレン化源と接触しても反応しないためコーティングしなくとも良い。
次に、カセット４１０の処理室３０内への搬入出について説明する。図５は、カセット４１０の搬入時、又は、搬出時の状態を示しており、（ａ）は、図２に対応する断面図、（ｂ）は、処理炉を側面から見た場合の図で、説明に必要な部分のみを記載している。また、図６は、本発明の搬送装置６００を抜き出した図であり、（ａ）が側面図、（ｂ）が上面図、（ｃ）が搬送装置６００の後方から見た図を示している。
ガラス基板２０を大型化するとカセット４１０が重くなる。そのため、カセット４１０の下部に板状部材を挿入して持ち上げることが困難になる。そこで、本実施形態では、カセット４１０につば部４１２を設け、つば部４１２を持ち上げることが可能な車輪付きの搬送装置６００によりカセット４１０を搬送する。搬送装置６００は、つば部４１２を支持する支持部６０１、支持部６０１を昇降する複数の昇降部６０２、昇降部の下部に設けられた複数の車輪部６０３、複数の昇降部６０２及び複数の車輪部６０３を一体的に動作可能とする固定部材６０４、固定部に設けられたアーム６０５とを有する。搬送装置６００全体は、図６に示すように、支持部６０１及び固定部材６０４で左右の昇降部６０２及び車輪部６０３が一体的に動作するように構成され、アーム６０５を前後に動かすことにより、搬送装置６００全体が一体的に動作可能になっている。
カセット４１０を搬送する際には、昇降部６０２が支持部６０１を上昇させ、つば部４１２を持ち上げることによりカセット４１０全体を持ち上げる。その結果、カセット４１０は、設置台４２０と接触することなく移動可能となる。また、カセット４１０は、複数の車輪部６０３により支持されているため、カセット４１０が重くなったとしても荷重を分散することができ、より重いカセット４１０を搬送することが可能となる。また、インナーウォール４００には、複数の車輪部６０３が移動可能なように外側に突出した凸部（搬送路）を有している。従って、アーム６０５を前後させることにより、車輪部６０３がインナーウォール４００の搬送路を移動し、スムーズにカセット４１０の搬送することが可能となる。
また、カセット４１０を所定位置まで搬入した後、昇降部６０２により支持部６０１を下降させる。カセット４１０は、支持部６０１の下降に従って下降するが、カセット４１０の下面が設置台４２０と接触するとそれ以上を下降しない。ここで、更に昇降部６０２により支持部６０１を下降させると、カセット４１０はこれ以上下降しないため、支持部
６０１とつば部４１２が離れる。その結果、アーム６０５を後退させることにより、カセット４１０を処理室３０内に載置した状態で搬送装置６００を処理室３０から取り出すことができる。カセット４１０を搬出したい場合は、この逆の手順を踏めばよい。
６０１とつば部４１２が離れる。その結果、アーム６０５を後退させることにより、カセット４１０を処理室３０内に載置した状態で搬送装置６００を処理室３０から取り出すことができる。カセット４１０を搬出したい場合は、この逆の手順を踏めばよい。
このように、支持部６０１と複数の車輪部６０３を有する搬送装置６００により、カセット４１０を持ち上げ移動させることにより、ガラス基板２０の大型化に対応することができる。また、支持部６０１を昇降可能な昇降部６０２を設けることで、カセット４１０と搬送装置６００とを分離することが可能となり、搬送装置６００のみを処理室３０内に搬入出することが可能となる。
次に、本実施形態の処理炉を用いて行う、ＣＩＳ系太陽電池の製造方法の一部である基板の製造方法について説明する。
まず、銅（Ｃｕ）、インジウム（Ｉｎ）、及び、ガリウム（Ｇａ）を含有する積層膜が形成された３０枚から４０枚のガラス基板をカセット４１０内に準備する。次に、カセット４１０のつば部４１２を搬送装置６００の支持部６０１により持ち上げる。これにより、カセット４１０の移動が可能となる。その後、搬送装置６００の車輪部６０３をインナーウォール４００の搬送路に乗せ、アーム６０５を前進させることにより、カセット４１０及び搬送装置６００を処理室３０内の所定の位置まで移動する。次に、搬送装置６００の昇降部６０２により支持部６０１及びカセット４１０を下降させる。カセット４１０が設置台４２０に載置された後、昇降部６０２により支持部６０１を更に下降させ、搬送装置６００とカセット４１０を分離する。その後、アーム６０５を後退させることにより、搬送装置６００を処理室３０の外に搬出する。次に、可動性のシールキャップ１１０により処理室を密閉する（搬入工程）。
その後、処理室３０内を窒素ガス等の不活性ガスで置換する（置換工程）。不活性ガスで処理室３０内の雰囲気を置換した後、常温の状態で、不活性ガスにて１〜２０％（望ましくは、２〜１０％）に希釈したＨ２Ｓｅガス等のセレン化源をガス供給管３００から導入する。次に、上記セレン化源を封じ込めた状態、若しくは、排気管３１０から一定量排気することにより上記セレン化源が一定量フローした状態で、４００〜５５０℃、望ましくは４５０℃〜５５０℃まで、毎分３〜５０℃で昇温する。この際に電動ファン５００を動作させ、処理室３０内の雰囲気をガラス基板の短辺方向にガス流が向くように強制対流させる。所定温度まで昇温した後、１０〜１８０分間、望ましくは、２０〜１２０分間保持することにより、セレン化処理が行われ、ＣＩＳ系太陽電池の光吸収層が形成される（形成工程）。
その後、ガス供給管３００から不活性ガスを導入し、処理室３０内の雰囲気を置換し、また、所定温度まで降温する（降温工程）。所定温度まで降温した後、シールキャップ１１０を移動させることにより、処理室３０を開口する。処理室３０が開口したら、搬送装置６００の昇降部６０２により支持部６０１を下降させた状態で、車輪部６０３をインナーウォール４００の搬送路に乗せる。次に、アーム６０５を前進させ、搬送装置６００を所定位置まで移動させた後、昇降部６０２により支持部６０１を上昇させ、カセット４１０を持ち上げる。そして、アーム６０５を後退させることにより、カセット４１０を搬出する（搬出工程）ことにより一連の処理が終了する。
以上の第１の実施形態における発明は、以下記載する効果の少なくとも一つを有する。
（１）処理室３０内のガスの流れをガラス基板の短辺方向にしたことにより、ガスの流れをガラス基板の長辺方向とした場合と比較して、対流させるガスの流速を高くしなくてもガラス基板の温度均一性を保つことが可能となり、ガラス基板を大型化することができる。
（２）（１）において、複数の電動ファンをガラス基板の長辺方向に複数配置したことにより、ガラス基板の長辺方向のガス流の均一化を実現できる。
（３）（１）又は（２）において、ガラス基板を挟むように一対のインナーウォールを設けたことにより、対流させたガス流をガラス基板に効率的に向かわせることができる。
（４）（３）において、電動ファンの側面まで一対のインナーウォールを延在させることにより、ガス流をガラス基板により効率的に向かわせることができる。
（５）（２）乃至（４）の何れか一つにおいて、電動ファンの少なくとも羽部および回転軸を、羽部の基材よりもセレン化耐性が高い物質でコーティングすることにより、ステンレス等の金属材料で複雑な加工が必要な羽部の基材を構成できる。
（６）（１）乃至（５）の何れか一つにおいて、反応管をステンレス等の金属材料で形成することにより、反応管を大きくすることができ、ガラス基板を大型化することができる。
（７）（６）において、反応管の少なくとも処理室の雰囲気に曝される部分を、反応管の基材よりもセレン化耐性の高い物質でコーティングすることにより、基板処理装置のコストを小さくすることができる。
（８）（１）乃至（７）の何れか一つにおいて、複数のガラス基板の表面におけるガスの流れ方向の上流側に複数の開口部を有する整流板を配置したことにより、ガス流のコンダクタンスを調整することができる。その結果、電動ファンによる強制対流のガス流れの調整を行うことができ、ガス流の均一化を実現できる。
（９）（８）において、整流板の開口部の開口率を電動ファンの直下の領域と電動ファンの間の領域とで異ならせることにより、電動ファンの配置によるガス流の乱れを調整することが可能となる。
（１０）（８）又は（９）において、ガラス基板の下流側にも整流板を設けることにより、より細やかにガスのコンダクタンスを調整することが可能となる。
（１１）複数のガラス基板を保持するカセットを処理室内に搬入出する搬送装置を、複数の車輪部を有する構成としたことにより、複数のガラス基板を大型化した場合も容易に搬送できる。言い換えれば、ガラス基板の大型化を実現できる。
（１２）（１１）において、カセットを持ち上げる昇降部を搬送装置に設けたことにより、カセットを搬送後、処理室から搬送装置を取り出すことが可能となる。
（１）処理室３０内のガスの流れをガラス基板の短辺方向にしたことにより、ガスの流れをガラス基板の長辺方向とした場合と比較して、対流させるガスの流速を高くしなくてもガラス基板の温度均一性を保つことが可能となり、ガラス基板を大型化することができる。
（２）（１）において、複数の電動ファンをガラス基板の長辺方向に複数配置したことにより、ガラス基板の長辺方向のガス流の均一化を実現できる。
（３）（１）又は（２）において、ガラス基板を挟むように一対のインナーウォールを設けたことにより、対流させたガス流をガラス基板に効率的に向かわせることができる。
（４）（３）において、電動ファンの側面まで一対のインナーウォールを延在させることにより、ガス流をガラス基板により効率的に向かわせることができる。
（５）（２）乃至（４）の何れか一つにおいて、電動ファンの少なくとも羽部および回転軸を、羽部の基材よりもセレン化耐性が高い物質でコーティングすることにより、ステンレス等の金属材料で複雑な加工が必要な羽部の基材を構成できる。
（６）（１）乃至（５）の何れか一つにおいて、反応管をステンレス等の金属材料で形成することにより、反応管を大きくすることができ、ガラス基板を大型化することができる。
（７）（６）において、反応管の少なくとも処理室の雰囲気に曝される部分を、反応管の基材よりもセレン化耐性の高い物質でコーティングすることにより、基板処理装置のコストを小さくすることができる。
（８）（１）乃至（７）の何れか一つにおいて、複数のガラス基板の表面におけるガスの流れ方向の上流側に複数の開口部を有する整流板を配置したことにより、ガス流のコンダクタンスを調整することができる。その結果、電動ファンによる強制対流のガス流れの調整を行うことができ、ガス流の均一化を実現できる。
（９）（８）において、整流板の開口部の開口率を電動ファンの直下の領域と電動ファンの間の領域とで異ならせることにより、電動ファンの配置によるガス流の乱れを調整することが可能となる。
（１０）（８）又は（９）において、ガラス基板の下流側にも整流板を設けることにより、より細やかにガスのコンダクタンスを調整することが可能となる。
（１１）複数のガラス基板を保持するカセットを処理室内に搬入出する搬送装置を、複数の車輪部を有する構成としたことにより、複数のガラス基板を大型化した場合も容易に搬送できる。言い換えれば、ガラス基板の大型化を実現できる。
（１２）（１１）において、カセットを持ち上げる昇降部を搬送装置に設けたことにより、カセットを搬送後、処理室から搬送装置を取り出すことが可能となる。
＜第２の実施形態＞
次に、図１及び図２に示される処理炉１０の他の実施形態を図１１を用いて説明する。図１１では、図１及び図２と同一の機能を有する部材には同一番号を付してある。また、ここでは、第１の実施形態と相違する点について主に説明する。
次に、図１及び図２に示される処理炉１０の他の実施形態を図１１を用いて説明する。図１１では、図１及び図２と同一の機能を有する部材には同一番号を付してある。また、ここでは、第１の実施形態と相違する点について主に説明する。
図１１に示す第２の実施形態では、複数のガラス基板２０を保持するカセット４１０を一つのみ載置した第１の実施形態と異なり、複数のカセット４１０（ここでは、３つ）を複数のガラス基板の表面と平行な方向に並べて配置している点が異なる。
本発明では、電動ファン５００による処理室３０内の雰囲気の強制対流をガラス基板２０の短辺方向としているため、ガラス基板２０の長辺方向に複数カセット４１０を配置しても、夫々のガラス基板２０の表面を流れるガスの流れは、第１の実施形態と同様になる。従って、複数のガラス基板を長辺方向に複数並べることが可能となり、一度に処理できるガラス基板の数を増やすことができる。
また、第１の実施形態で説明したように、本発明では、車輪部６０３を有する搬送装置６００によりカセット４１０を処理室内に搬送する。従って、本実施形態のようにカセット４１０を搬入口から順に並べて配置したとしても、アーム６０５の長さを調整することにより、遠くまでカセット４１０搬送することが可能となる。
更に、従来の石英製の反応管を用いるのではなく、ステンレス等の金属材料を反応管１００の基材として用いている。従って、反応管１００を大型化したとしても、石英製と比較してその成型が容易であり、また、そのコストの増加も石英製と比較して小さい。そのため、一度に処理できるガラス基板２０の数を多くすることができ、ＣＩＳ系太陽電池の製造コストを下げることができる。また、ステンレス等の金属材料を反応管の基材として使用することにより、石英製の反応管と比較して、その取り扱いも容易であり、反応管を大型化をすることができる。
第２の実施形態における本発明では、第１の実施形態の効果に加えて、以下に記す効果のうち少なくとも一つを実現できる。
（１）反応管１００内には、複数のガラス基板２０を保持するカセット４１０をガラス基板２０の表面と平行な方向に並んで複数配置することにより、一度に処理できるガラス基板の数を多くすることができ、ＣＩＳ系太陽電池の製造コストを小さくすることができる。
（１）反応管１００内には、複数のガラス基板２０を保持するカセット４１０をガラス基板２０の表面と平行な方向に並んで複数配置することにより、一度に処理できるガラス基板の数を多くすることができ、ＣＩＳ系太陽電池の製造コストを小さくすることができる。
以上、本発明の実施形態を図面を用いて説明してきたが、本発明の趣旨を逸脱しない限り、様々な変更が可能である。例えば、上述の実施形態では、銅（Ｃｕ）、インジウム（Ｉｎ）、ガリウム（Ｇａ）が形成された複数のガラス基板をセレン化処理することで説明したが、これに限らず、銅（Ｃｕ）／インジウム（Ｉｎ）や銅（Ｃｕ）／ガリウム（Ｇａ）等が形成された複数のガラス基板をセレン化処理するようにしてもよい。また、本実施形態では、金属材料との反応性の高いセレン化について言及したが、ＣＩＳ系太陽電池では、セレン化処理に変えて、若しくは、セレン化処理の後に硫黄元素含有ガスを供給し硫化処理を行う場合もある。その際も、本実施形態の大型反応炉を用いることにより、一度に硫化処理をできる枚数を増やすことができるため、製造コストの低下を実現できる。
最後に本発明の好ましい主な態様を以下に付記する。
（１）銅−インジウム、銅−ガリウム、又は、銅−インジウム−ガリウムのいずれか一つからなる積層膜が形成された複数の基板を収納する処理室と、前記処理室を構成するように形成される反応管と、前記処理室にセレン元素含有ガス又は硫黄元素含有ガスを導入するガス供給管と、前記処理室内の雰囲気を排気する排気管と、前記反応管を囲うように設けられた加熱部と、前記複数のガラス基板の表面において、前記複数のガラス基板の短辺方向に前記処理室内の雰囲気を強制対流させるファンと、を具備する基板処理装置。
（２）上記（１）において、前記ファンは、前記基板の長辺方向に沿って複数配置される基板処理装置。
（３）上記（１）又は（２）において、前記複数の基板の長辺方向に延在し、前記複数の基板を挟むように設けられた一対のインナーウォールを更に具備する基板処理装置。
（４）上記（３）において、前記一対のインナーウォールは、更に前記ファンの側面を挟むように設けられる基板処理装置。
（５）上記（２）乃至（４）の何れか一つにおいて、前記ファンは、前記処理室内で回転する羽部を有し、前記羽部は、前記羽部の基材よりセレン化耐性又は硫化耐性が高い物質を主成分するコーティング膜により前記羽部の基材がコーティングされている基板処理装置。
（６）上記（１）乃至（５）の何れか一つにおいて、前記反応管の基材は、金属材料で形成される基板処理装置。
（７）上記（６）において、前記反応管の少なくとも前記処理室内の雰囲気に曝される部分は、前記反応管の基材よりセレン化耐性又は硫化耐性が高い物質でコーティングされる基板処理装置。
（８）上記（１）乃至（７）の何れか一つにおいて、前記複数の基板の表面における前記セレン元素含有ガス又は前記硫黄元素含有ガスが流れる方向の前記複数の基板の上流側に
複数の開口部を有する第１整流板が設けられる基板処理装置。
（９）上記（８）において、前記複数の基板の表面における前記セレン元素含有ガス又は前記硫黄元素含有ガスが流れる方向の前記複数の基板の下流側に複数の開口部を有する第２整流板が設けられる基板処理装置。
（１０）上記（８）又は（９）において、前記ファンは、前記複数の基板の長辺方向に沿って複数設けられ、前記第１整流板のうち前記ファンの真下の領域の前記開口部の開口率は、複数配置された前記ファンの間の領域の前記開口部の開口率と異なる基板処理装置。（１１）上記（１）乃至（１０）の何れか一つにおいて、前記複数の基板は、カセットに保持され、前記カセットは、前記複数の基板の長辺方向に複数配置される基板処理装置。（１２）複数の基板を保持するカセットを処理室内に搬送する搬送装置であって、前記カセットを支持する支持部と、前記支持部に固定される車輪部と、前記支持部及び前記車輪部を一体的に動作させるアームとを具備する搬送装置。
（１３）上記（１２）において、前記搬送装置は、前記支持部と前記車輪部との間に設けられ昇降可能な昇降部を更に具備する搬送装置。
（２）上記（１）において、前記ファンは、前記基板の長辺方向に沿って複数配置される基板処理装置。
（３）上記（１）又は（２）において、前記複数の基板の長辺方向に延在し、前記複数の基板を挟むように設けられた一対のインナーウォールを更に具備する基板処理装置。
（４）上記（３）において、前記一対のインナーウォールは、更に前記ファンの側面を挟むように設けられる基板処理装置。
（５）上記（２）乃至（４）の何れか一つにおいて、前記ファンは、前記処理室内で回転する羽部を有し、前記羽部は、前記羽部の基材よりセレン化耐性又は硫化耐性が高い物質を主成分するコーティング膜により前記羽部の基材がコーティングされている基板処理装置。
（６）上記（１）乃至（５）の何れか一つにおいて、前記反応管の基材は、金属材料で形成される基板処理装置。
（７）上記（６）において、前記反応管の少なくとも前記処理室内の雰囲気に曝される部分は、前記反応管の基材よりセレン化耐性又は硫化耐性が高い物質でコーティングされる基板処理装置。
（８）上記（１）乃至（７）の何れか一つにおいて、前記複数の基板の表面における前記セレン元素含有ガス又は前記硫黄元素含有ガスが流れる方向の前記複数の基板の上流側に
複数の開口部を有する第１整流板が設けられる基板処理装置。
（９）上記（８）において、前記複数の基板の表面における前記セレン元素含有ガス又は前記硫黄元素含有ガスが流れる方向の前記複数の基板の下流側に複数の開口部を有する第２整流板が設けられる基板処理装置。
（１０）上記（８）又は（９）において、前記ファンは、前記複数の基板の長辺方向に沿って複数設けられ、前記第１整流板のうち前記ファンの真下の領域の前記開口部の開口率は、複数配置された前記ファンの間の領域の前記開口部の開口率と異なる基板処理装置。（１１）上記（１）乃至（１０）の何れか一つにおいて、前記複数の基板は、カセットに保持され、前記カセットは、前記複数の基板の長辺方向に複数配置される基板処理装置。（１２）複数の基板を保持するカセットを処理室内に搬送する搬送装置であって、前記カセットを支持する支持部と、前記支持部に固定される車輪部と、前記支持部及び前記車輪部を一体的に動作させるアームとを具備する搬送装置。
（１３）上記（１２）において、前記搬送装置は、前記支持部と前記車輪部との間に設けられ昇降可能な昇降部を更に具備する搬送装置。
１０：処理炉、２０：ガラス基板、３０：処理室、１００：反応管、１０１：基材、１０２：コーティング膜、１１０：シールキャップ、１２０：マニホールド、２００：炉体加熱部、２１０：キャップ加熱部、３００：ガス供給管、３１０：排気管、４００：インナーウォール、４１０：カセット、４１１：保持部材、４１２：つば部、４２０：設置台、４３０：第１整流板、４４０：第２整流板、５００：電動ファン、５１０：羽部、５２０：回転軸部、５３０：動力部、５４０：保護部材、６００：搬送装置、６０１：支持部、６０２：昇降部、６０３：車輪部、６０４：固定部材、６０５：アーム。
Claims (4)
- 金属積層膜が形成された複数の基板を収納する処理室と、
前記処理室を内部に構成する反応管と、
前記処理室にセレン元素含有ガス又は硫黄元素含有ガスを導入するガス供給管と、
前記処理室内の雰囲気を排気する排気管と、
前記反応管を囲うように設けられた加熱部と、
前記処理室に収納された前記基板の短辺方向の端部上方に前記基板の長辺方向に沿って複数配置され、前記基板の表面に前記基板の短辺方向のガスの流れを形成し、前記基板の表面を前記ガスが流れた後、前記基板の厚さ方向の前記ガスの流れを形成することにより、前記処理室内の雰囲気を対流させるファンと、
を具備する基板処理装置。 - 請求項１において、
前記複数の基板の長辺方向に延在し、前記複数の基板を挟むように設けられた一対のインナーウォールを更に具備する基板処理装置。 - 請求項２において、前記一対のインナーウォールは、更に前記ファンの側面を挟むように設けられる基板処理装置。
- 金属積層膜が形成された複数の基板を処理室に収納する工程と、
前記処理室にセレン元素含有ガス又は硫黄元素含有ガスを導入するガス導入工程と、
前記処理室を加熱する工程と、
を有し、
前記ガス導入工程では、前記処理室に収納された前記基板の短辺方向の端部上方に前記基板の長辺方向に沿って複数配置されたファンを用いて、前記基板の表面に前記基板の短辺方向のガスの流れを形成し、前記基板の表面を前記ガスが流れた後、前記基板の厚さ方向の前記ガスの流れを形成することにより、前記処理室内の雰囲気を対流させる太陽電池の製造方法。
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