JP5836379B2 - 複数の多層体を熱処理するための装置および方法 - Google Patents

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Description

本発明は、多層体を熱処理するための装置および方法に関し、特に、たとえば薄膜太陽電池の吸収体として使用されることが可能な半導体層を生成するために前駆体層を焼き戻すための装置および方法に関する。
太陽光を電気エネルギーに直接変換するための光起電力層システムは、十分によく知られている。層の材料および配置は、最大可能な放射収率を有する１つまたは複数の半導体層によって入射放射が直接電流に変換されるように調整されている。光起電力の大面積層システムは、太陽電池と称される。
太陽電池は、いかなる場合にも半導体材料を含む。十分な機械的強度を提供するために担体基板を必要とする太陽電池は、薄膜太陽電池と称される。物理的特性および技術的取り扱い性のため、非晶質、微結晶、もしくは多結晶のシリコン、テルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）、砒化ガリウム（ＧａＡｓ）、または硫化／セレン化銅インジウム（ガリウム）（Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）（Ｓ，Ｓｅ）２）を備える薄膜システムは、特に太陽電池に適している。五元半導体Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）（Ｓ，Ｓｅ）２は、しばしばＣＩＳ（二セレン化または二硫化銅インジウム）またはＣＩＧＳ（二セレン化銅インジウムガリウム、二硫化銅インジウムガリウム、または二硫セレン化銅インジウムガリウム）と称される黄銅鉱半導体族に属する。略語ＣＩＧＳにおいて、Ｓはセレン、硫黄、または２つのカルコゲンの混合物を表す。
薄膜太陽電池向けの既知の担体基板は、無機ガラス、ポリマー、金属、または金属合金を含み、層厚および材料特性に応じて、剛性板または可撓性膜として設計されることが可能である。広く入手可能な担体基板および単純なモノリシックの直列接続により、薄膜太陽電池の大面積配置が費用効率良く製造され得る。
しかしながら、結晶シリコンまたは多結晶シリコンを用いる太陽電池と比較すると、薄膜太陽電池は、より低い放射収率およびより低い電気効率を有する。Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）（Ｓ，Ｓｅ）２ベースの薄膜太陽電池は、おおむね多結晶シリコン太陽電池に匹敵する電気効率を有する。ＣＩ（Ｇ）Ｓ薄膜太陽電池は、一般にｐ伝導型のＣＩ（Ｇ）Ｓ吸収体と、一般にｎ伝導型の前面電極との間に緩衝層を必要とし、前面電極は通常、酸化亜鉛（ＺｎＯ）を含有する。緩衝層は、吸収体材料と前面電極との間で電子的適応をもたらすことができる。緩衝層は、たとえばカドミウム−硫黄化合物を含有する。裏面電極は、たとえばモリブデンを用いて、担体基板上に直接堆積される。
複数の太陽電池の電気回路は、光起電モジュールまたはソーラモジュールと称される。太陽電池の回路は、既知の耐候性上部構造内で環境的な影響に対して耐久性を持たせて保護されている。通常、低鉄ソーダ石灰ガラスおよび接着促進ポリマー膜が、耐候性光起電モジュールを形成するために太陽電池に接続される。光起電モジュールは、接続ボックスを介して複数の光起電モジュールの回路に統合されることが可能である。光起電モジュールの回路は、既知のパワーエレクトロニクスにより、公共の送電網に、または独立したエネルギー源に接続される。
たとえば、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）（Ｓ，Ｓｅ）２で作られた薄膜半導体を製造するための可能性のある方法は、２段階プロセスからなる。このような２段階方法は、たとえば、Ｊ． Ｐａｌｍ ｅｔ ａｌ．，“ＣＩＳ ｍｏｄｕｌｅ ｐｉｌｏｔ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ａｐｐｌｙｉｎｇ ｃｏｎｃｕｒｒｅｎｔ ｒａｐｉｄ ｓｅｌｅｎｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ ｓｕｌｆｕｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｌａｒｇｅ ａｒｅａ ｔｈｉｎ ｆｉｌｍ ｐｒｅｃｕｒｓｏｒｓ（大面積薄膜前駆体の同時急速セレン化および硫化を適用するＣＩＳモジュールパイロット処理）”，Ｔｈｉｎ Ｓｏｌｉｄ Ｆｉｌｍｓ ４３１−４３２，ｐｐ．４１４−５２２（２００３）より知られている。ここでまず、モリブデンで作られた裏面電極が、たとえばガラス基板などの基板に付着される。モリブデン層は、たとえばレーザを用いて、パターン化される。次いで、銅、インジウム、およびガリウムで作られた様々な前駆体層が、たとえばマグネトロン・カソード・スパッタリングによって、モリブデン層上に堆積される。また、セレン層および／または硫黄層も、熱蒸着によって積層上に堆積される。前駆体層を備えてこのように成長した多層体は、第二プロセスにおいて熱処理される。実際の半導体層を形成するための前駆体層の実際の結晶形成および相変換は、熱処理によって行われる。
熱処理は、たとえば、様々なプロセスステップが異なるチャンバ内で行われる、インラインシステムで実行される。異なるチャンバは、プロセスラインにおいて次々に横切られる。簡素化された構造では、インラインシステムは、システムが未処理の多層体を装入する、装入ステーションからなる。次いで、多層体は、吸引気密チャンバを介してインラインシステム内に搬送される。異なる加熱チャンバにおいて、多層体は、最大５０℃／ｓの加熱速度で非常に急速に加熱され、特定の熱サイクルに曝される。加熱は、たとえば電気式の放射加熱器によって実行される。個々の前駆体層を急速に熱処理して半導体化合物にする方法は、一般に急速熱処理（ＲＴＰ）と称される。次に、多層体は冷却チャンバおよび／または冷却ラインで冷却され、エアロックを通じてシステムから排出される。薄膜太陽電池において吸収体として使用するための黄銅鉱半導体の急速熱処理の方法は、たとえば、欧州特許第ＥＰ０６６２２４７Ｂ１号明細書より知られている。
多層体の熱処理は、薄膜太陽電池の製造において費用集約型で要求が厳しいプロセスである。このプロセスは、プロセス雰囲気の高い温度、および正確な制御を必要とする。
熱処理プロセスのより良い制御のため、多層体を取り巻くプロセス空間は、たとえばドイツ特許出願公開第ＤＥ１０２００８０２２７８４Ａ１号明細書より知られるような、一時的なプロセスボックスによって限定されることが可能である。プロセス空間を限定することによって、セレンまたは硫黄などの揮発しやすいカルコゲン成分の分圧が、熱処理中、おおむね一定のままとなる。加えて、腐食性ガスへのプロセスチャンバの曝露が低減される。
あるいは、多層体の熱処理は、スタックオーブン内でバッチ操作で実行されることが可能である。このようなスタックオーブンは、国際公開第０１／２９９０２Ａ２号より知られている。スタックオーブンは、単一のチャンバ内における複数の多層体の同時加熱およびその後の冷却に、使用される。これはシステムサイクル時間を増加させ、このため、加熱および冷却が異なるチャンバ内で実行されるインラインシステムと比較して、システム処理能力を低下させる。オーブン壁およびオーブン取付具を備えるスタックオーブン全体が、寄生的に加熱され、冷却プロセスの間に再び冷却される。その結果、壁および取付具を備える加熱および冷却チャンバが連続操作において著しく小さい温度変化を受けるインラインシステムと比較して、スタックオーブンにはより高いエネルギー費用が発生する。スタックオーブンの不連続的なバッチ操作は、大量生産における太陽電池またはソーラモジュールの全体的な製造プロセスに組み込むのがより困難であり、これは、通例インライン原理に基づいている。
欧州特許第ＥＰ０６６２２４７号明細書 ドイツ特許出願公開第ＤＥ１０２００８０２２７８４号明細書 国際公開第０１／２９９０２Ａ２号
本発明の目的は、有利な方式で、従来技術において既知の多層体を熱処理する装置を改良することである。具体的には、それを用いるとシステム処理能力が少なくとも倍増して投資費用および運転費用がほんのわずかしか上昇しない、経済的で省エネ型の装置が提供されるべきである。
上記およびその他の目的は、独立請求項による、少なくとも２つの多層体の連続的熱処理のための装置によって達成される。好適な実施形態は、従属請求項より明らかとなる。
本明細書で使用される際に、「多層体」という用語は、複数の同じまたは異なる層が付着された少なくとも１つの基板を表す。
少なくとも２つの多層体の連続的熱処理のための本発明による装置は、少なくとも１つの加熱チャンバおよび少なくとも１つの冷却チャンバを含み、これらは前後に設けられている。加熱チャンバおよび冷却チャンバは、好ましくはエアロックによって分離される。本発明による装置は、多層体を加熱チャンバ内へ、加熱チャンバから冷却チャンバ内へ、および冷却チャンバの外へ移送するための移送装置を有する。多層体は、本発明による装置内で２つのプロセスレベル上に位置し、具体的には互いに上下に配置される。加熱チャンバにおいて、多層体は電磁放射からのエネルギーの吸収によって、好ましくは赤外線の吸収によって、特に好ましくは１μｍから２μｍの波長で最大強度を有する電磁放射の吸収によって、加熱される。
加熱チャンバは、第一多層体を加熱するための少なくとも１つの第一放射器場を含む。たとえば、少なくとも１つの第一多層体のための第一プロセスボックスを収容するための第一プロセスレベルは、第一放射器場の下に設けられる。たとえば、第一プロセスレベルの下には、少なくとも１つの第一多層体および少なくとも１つの第二多層体を加熱するための第二放射器場が、第二プロセスレベルに設けられる。少なくとも第二多層体のための第二プロセスボックスを収容するための第二プロセスレベルは、第二放射器場の下に設けられる。第二多層体を加熱するための第三放射器場は、第二プロセスレベルの下に設けられる。このように装置は、第一多層体を加熱するための放射加熱器を備える第一放射器場と第二放射器場との間に位置する、少なくとも１つの第一多層体のための第一プロセスボックスを備える第一プロセスレベルと、第二多層体を加熱するための放射加熱器を備える第二放射器場と第三放射器場との間に位置する、少なくとも１つの第二多層体のための第二プロセスボックスを備える第二プロセスレベルとを含む。
「第一」、「第二」、および「第三」という用語は、２つのプロセスレベルに対する放射器場の相対位置を表し、第一放射器場はプロセスレベルの一方側に位置し、第二放射器場はこのプロセスレベルの他方側に位置する。他方で、第二放射器場は他方のプロセスレベルの一方側に位置し、第三放射器場は他方のプロセスレベルの他方側に位置する。当然ながら、２つより多くのプロセスレベルを備える装置の場合には、第一または第三放射器場はそれぞれ２つの最も外側のプロセスレベルに隣接して相応に設けられ、いずれの場合も、第二放射器場は２つの隣接するプロセスレベルの間に位置する。
有利なことに、第一プロセスレベルの２つの放射器場、および第二プロセスレベルの２つの放射器場は、第一プロセスレベルおよび／または第二プロセスレベルを、いずれの場合も異なる放射強度で、照射するために配備されている。これは、第一および第二放射器場が、第一プロセスレベルを加熱するために互いに異なる放射強度を発することができるように配備されることを意味する。第一プロセスレベルは、たとえばその上部および底部など、放射器場が設けられる２つの側において、異なる放射強度で加熱されることが可能である。この場合、第一プロセスレベルの一方側の第一放射器場の放射強度は、第一プロセスレベルの他方側の第二放射器場の放射強度とは異なる。したがって、その代わりまたは付加的に、第二放射器場および第三放射器場は、第二プロセスレベルを加熱するために互いに異なる放射強度を発することができるように配備される。第二プロセスレベルはこのように、たとえばその上部および底部など、放射器場が設けられる２つの側において、異なる放射強度で加熱されることが可能である。この場合、第二プロセスレベルの一方側の第二放射器場の放射強度は、第二プロセスレベルの他方側の第三放射器場の放射強度とは異なる。
本出願人が言及したように、プロセスボックス内に位置する多層体の入熱は、通常はその上部と底部とで異なる。この理由は、たとえばプロセスボックス内で支持されているため、または多層体とプロセスボックスのカバーまたは床との間の、多層体の上部および底部のガス雰囲気の異なる高さのための、プロセスボックスと多層体の底部との間の熱伝導による、多層体とプロセスボックスとの間の異なる熱的結合である。別の理由は、放射加熱器によるプロセスボックスのカバーまたは床の異なる加熱であるかも知れない。また、基板の層構造は、プロセスボックスおよび／または放射加熱器との異なる熱的接続を有することができる。
一般的に言えば、多層体において可能な、ほとんど均一な熱分布は、たとえば前駆体材料から薄膜半導体の吸収体への制御された変換のために望ましい。しかしながら、上述の効果の結果として、多層体の熱分布における望ましくない不均一性を生じる可能性がある。本発明を用いると、有利なことに、まったく同じプロセスレベルに隣接する放射場の異なる放射強度によって、このプロセスレベルに含まれる多層体の熱分布の均一化を実現することが可能である。本発明はこのようにして、第一プロセスレベルの２つの放射器場と第二プロセスレベルの２つの放射器場とが第一プロセスレベルおよび／または第二プロセスレベルを照射するために配備されるという点において、複数のプロセスレベルにおける多層体の不均一な熱分布の問題を初めて解決し、いずれの場合も、処理すべき多層体において均一な熱分布が実現されるように、異なる放射強度を用いている。
冷却チャンバは、少なくとも第一プロセスレベルと、たとえば第一プロセスレベルの下に設けられた第二プロセスレベルとを含む。加えて、冷却チャンバは、第一プロセスレベルおよび／または第二プロセスレベルを冷却するための冷却装置を含む。
本発明による装置の有利な実施形態において、冷却装置は少なくとも３つの冷却板を含む。冷却チャンバは、第一多層体を冷却するための少なくとも１つの第一冷却板を含む。たとえば、第一プロセスレベルは第一冷却板の下に設けられる。たとえば、第一多層体および第二多層体を冷却するための第二冷却板は、第一プロセスレベルの下に設けられる。たとえば、第二プロセスレベルは第二冷却板の下に設けられ、第二多層体を冷却するための第三冷却板は第二プロセスレベルの下に設けられる。このため、第一プロセスレベルは第一冷却板と第二冷却板との間に位置し、第二プロセスレベルは第二冷却板と第三冷却板との間に位置する。
冷却速度、ならびに多層体上の温度均一性は、冷却板と多層体との間の距離によって、冷却板表面の吸収特性によって、および冷却板の温度によって影響を受ける。中央の冷却板は、たとえば、第一多層体および第二多層体までの距離が異なる２つの要素からなり、異なる強度でこれらを冷却することができる。冷却板は、通例、管システムをその内部に有し、油または水などの熱媒体が内部に流される。熱伝導媒体は、装置の外部の冷却ユニットによって冷却される。冷却板は、たとえば、ステンレス鋼または銅を含有する。
上下に重ねて設けられた２つのプロセスレベルを備える装置は、その間に位置する第二放射器場の放射エネルギーが特に効果的に使用され得るので、特に有利である。第二放射器場から放射される電磁放射は、第一プロセスレベルおよび第二プロセスレベルの第一多層体および第二多層体を直接加熱する。
本発明による装置の好適な実施形態において、放射器場およびプロセスレベルは、互いに平行に設けられる。本発明による装置の別の好適な実施形態において、冷却板およびプロセスレベルは、互いに平行に設けられる。
本発明による装置の有利な実施形態において、放射器場、プロセスレベル、および冷却板は、垂直にまたは水平に設けられる。本発明の文脈における垂直配置は、放射器場、プロセスレベル、および冷却板が、システムの基部とほぼ平行に設けられることを意味する。加熱チャンバについては、垂直配置とは、第一プロセスレベルが第一放射器場の下に設けられ、第二放射器場が第一プロセスレベルの下に設けられることを意味する。また、少なくとも１つの第二プロセスレベルは第二放射器場の下に設けられ、少なくとも１つの第三放射器場は第二プロセスレベルの下に設けられる。冷却チャンバ内では、冷却板およびプロセスレベルは相応に互いの下に設けられる。垂直配置によって、本発明による装置は、従来技術による装置とほぼ同じ占有面積を有する。本発明による装置を用いると、従来技術による装置の少なくとも２倍の数の多層体が、同時に熱処理されることが可能である。水平配置では、放射器場、プロセスレベル、および冷却板は、システムの基部に対してほぼ直角に設けられる。
本発明による装置の好適な実施形態において、加熱チャンバおよび／または冷却チャンバ内で、少なくとも２つの多層体、好ましくは３つの多層体が、少なくとも１つのプロセスレベルで移送方向に互いに隣り合って設けられる。互いに隣り合って設けられた多層体は、好ましくは加熱および冷却チャンバ内を同期的に移送され、処理される。
本発明による装置の好適な実施形態において、少なくとも１つの多層体、好ましくは２つの多層体が、プロセスボックス内に設けられる。プロセスボックスは、プロセス空間を限定するのに役立つ。
プロセスボックスは、床、カバー、および側壁を備えるボックスとして設計されることが可能である。床、カバー、および側壁は、金属、ガラス、セラミックス、ガラスセラミックス、またはグラファイトを含有することができる。床、カバー、および側壁は、具体的には放射器場の電磁放射に対して、透明、部分的に透明、または不透明であってもよい。床、カバー、および側壁は、放射器場の電磁放射を吸収し、それ自体で加熱することが可能である。次いで、加熱された床、カバー、または側壁は、多層体を加熱するための二次熱源として機能することができる。
プロセスボックスは、準ガス気密性または開放的に設計されることが可能である。プロセスボックスは、好ましくはそれ自体のガス接続を有することができ、特定のプロセスステップの間、特定のガス雰囲気が提供され得る。ガス雰囲気は、たとえば、Ｈ２Ｓ、Ｈ２Ｓｅ、Ｓ蒸気、Ｓｅ蒸気、またはＨ２などの反応性ガス、ならびにＮ２、Ｈｅ、またはＡｒなどの不活性ガスを含有することができる。
プロセスボックスは、たとえばグラファイトなど、放射器場の電磁放射を吸収する材料で作られた、少なくとも１つのカバーおよび／または床を備えるように設計されることが可能である。床およびカバーの加熱は、熱分布の均一化をもたらすことが可能な二次熱源を作り出す。
本発明の文脈において、「準ガス気密性」とは、プロセスボックスが、プロセスボックスの内部とプロセスチャンバとの間の定められた最大圧力差未満のガス気密性であることを意味する。規定された最大圧力差を超過すると、プロセスボックスの内部とプロセスチャンバとの間の圧力均等化が生じる。これに適した設計では、カバーはプロセスボックスの枠上に緩く配置されている。プロセスボックスの緊密性に応じて、準ガス気密性プロセスボックスを用いると、プロセスボックスの内部とプロセスチャンバとの間の圧力差が維持され得る。プロセスガスの自由な入れ替えが制限され、プロセスガスの分圧勾配が生じる。
本発明による装置の好適な実施形態において、プロセスボックスには、いずれの場合も、２つの多層体が装入される。薄膜太陽電池用の半導体層を製造するための多層体は、通例、ガラス基板および一連の前駆体層からなる。１つのプロセスボックス内で２つの多層体を処理するために、２つの前駆体層が外側を向くように、２つのガラス基板が互いに隣り合って設けられてもよい。あるいは、２つの前駆体層は、互いに向かい合ってもよい。「互いに向かい合う」場合には、２つの前駆体層は、好ましくは離間手段によって互いに分離される。プロセスガスは、形成された空間を介して前駆体層に供給されることが可能である。
本発明による装置において、多層体または多層体が装入されたプロセスボックスは、移送機構によって装置内を移動させられる。移送機構は、たとえば、コンベヤベルト、コンベヤチェーン、またはそりを含むことができる。移送機構は好ましくは、Ｖベルトまたはチェーン駆動によって、好ましくはプロセスチャンバの外側に位置する駆動ユニットと同期して、特に好ましく駆動され得るローラを含むことができる。移送機構は好ましくは、連続的な石英ローラまたはスタブローラを含み、これらは多層体またはプロセスボックスの下に設けられる。スタブローラは、放射器場の放射場の内側または外側に設けられることが可能であり、したがってある程度加熱される。スタブローラは好ましくは、Ｓｉ３Ｎ４およびＢＮなどの高温耐熱セラミックス、またはＺｒＯ２などの酸化物セラミックスを含有する。
本発明による装置の好適な実施形態において、少なくとも２つのプロセスボックス、好ましくは３つのプロセスボックスが、加熱チャンバおよび／または冷却チャンバ内で、少なくとも１つのプロセスレベルで移送方向に互いに隣り合って設けられる。互いに隣り合って設けられたプロセスボックスは、好ましくは加熱チャンバおよび冷却チャンバ内を同期的に移送され、処理される。
本発明による装置の好適な実施形態において、冷却チャンバは対流冷却または強制冷却を有する。強制冷却では、好ましくはガスストリーム、特に好ましくは不活性ガスのガスストリームが、冷却チャンバ内を循環する。ガスストリームは、冷却板上で、または適切な冷却体上で冷却される。次いで、加熱された多層体またはプロセスボックスが、ガスストリームによって冷却される。ガスは好ましくはファンまたは送風機によって移動させられる。対流冷却の場合には、加熱された空気の上昇および冷たい空気の降下によって、循環ガスストリームが形成される。
本発明による装置の別の好適な実施形態において、加熱チャンバは２つの反射器を有する。第一反射器は、第一プロセスレベルと反対側の第一放射器場の側に設けられる。第二反射器は、第二プロセスレベルと反対側の第三放射器場の側に設けられる。反射器は好ましくは、被膜を備えるかまたは備えない基体を包含し、反射器は、放射器場の電磁放射の波長領域において、および／または加熱された多層体またはプロセスボックスから放射する電磁放射の波長領域において高反射率を有する。基体は、たとえば、セラミックス、石英ガラス、金属、または高いプロセス温度に適した類似の材料を含有する。反射器の被膜は好ましくは、金、銀、モリブデン、アルミニウムなどの金属、Ａｌ（ＭｇＦ２）、Ａｌ（ＳｉＯ）、ＭｇＦ２、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３などのセラミック化合物、または石英ナノ粒子を含有する。
反射器を用いないと、外部放射器場によってプロセスレベルと反対の方向に放射された電磁放射は、システムの外壁に入射する。この放射は、多層体の加熱に対してほんのわずかしか貢献しない。反射器は、この放射の大部分を反射してシステム内に戻し、こうして多層体に当てる。放射器場の効率は反射器によって増加され、エネルギー消費が減少する。
本発明による装置の有利な実施形態において、加熱チャンバおよび／または冷却チャンバは、真空および／またはガス雰囲気を生成する装置を有する。ガス雰囲気は好ましくは、プロセスガスまたは不活性ガスを含有する。プロセスチャンバの排気および純ガスの大量流入の繰り返しによって、規定されたガス雰囲気が生成され得る。加熱チャンバおよび冷却チャンバは好ましくは外部に対して封止され、エアロックまたはスライドゲートによって、特に好ましくは真空気密性および／またはガス気密性エアロックによって、互いに分離される。
本発明による装置の好適な実施形態は、複数の加熱チャンバおよび／または複数の冷却チャンバを有し、これらは多層体によって次々に横切られる。本発明による装置の特に好適な実施形態は、２つから６つの加熱チャンバおよび２つから６つの冷却チャンバを有する。様々な加熱チャンバおよび冷却チャンバは、異なる温度および異なる加熱または冷却能力を有することができる。複数の個別の冷却チャンバは、部分的または完全に冷却ライン内で配備されることも可能であり、冷却ラインの長さは個々の冷却チャンバの長さよりも長い。
本発明による装置の好適な実施形態において、放射器場は、それ自体既知の線形エミッタ、具体的には電気的に動作される棒状の赤外線エミッタおよび／またはそれ自体が既知の点状ビーム源のマトリックスを包含する。線形エミッタは、好ましくは互いに隣り合って平行に配置される。線形エミッタおよび点状ビーム源は、熱放射領域内で実質的に均一な面積状の電磁放射を発するのに適している。
本発明による装置の一実施形態において、各放射器場は、両側に向かって等しい強度の電磁放射を発する。本発明による装置の好適な実施形態において、放射器場は、特にプロセスレベルの方向の、方向依存性放射特性を有する。このために、たとえば、ドイツ特許第ＤＥ１０２００５０５８８１９Ａ１号明細書より知られるような、たとえばセラミックス、金属、またはナノ多孔性石英ガラスで作られた、片側に反射性被膜を有する、線形エミッタが使用される。この手段によって、放射器場の放射強度は、より単純な方式で、多層体の熱分布の均一化のために選択的に変更されることが可能である。具体的には、第二放射器場の放射加熱器は、いずれの場合も、第一プロセスレベルまたは第二プロセスレベルを照射するために配備されるように、片側反射器を有することができる。第一または第二プロセスレベルを照射するための放射加熱器は、たとえば、交互配列で設けられる。
方向依存性放射特性を有する放射器場によって、具体的には、多層体の異なる側が、異なる入熱で加熱されることが可能である。異なる放射パワーを有する放射器場にも同じことが該当し、これはたとえば、放射器場の異なる数の放射加熱器によって、達成されることが可能である。多層体の熱分布の均一化のためにまったく同一の放射器場の、または異なる放射器場の放射強度の、放射加熱器の異なる放射強度を獲得するために、異なる放射器場、または異なる電力を用いたまったく同一の放射器場の放射加熱器に衝突することも考えられる。
本発明による装置の別の好適な実施形態において、２つのプロセスレベルの間に位置する放射器場は、たとえば上下に設けられた、２つのレベルの線形エミッタまたは点状ビーム源を含む。別の反射器は、好ましくは２つのレベルの間に設けられる。２つのレベルは、互いに切り離して加熱されることが可能である。異なるプロセスレベルはこのように、異なる温度で加熱されることが可能である。
別の好適な実施形態において、処理される多層体は、１ｍｍから４ｍｍの、好ましくは２ｍｍから３ｍｍの厚みを有するガラス基板を包含する。たとえば一連の窒化ケイ素／モリブデン／銅インジウムガリウム／セレンの層など、複数の薄層で作られた一連の層が、基板の片側に付着される。窒化ケイ素層は、たとえば５０ｎｍから３００ｎｍの厚みを有し、モリブデン層はたとえば２００ｎｍから７００ｎｍの厚みを有し、銅インジウムガリウム層はたとえば３００ｎｍから１０００ｎｍの厚みを有し、セレン層はたとえば５００ｎｍから２０００ｎｍの厚みを有する。
本発明の目的は、少なくとも２つのプロセスレベルでの少なくとも２つの多層体の連続的熱処理の方法によってさらに達成され、第一ステップにおいて、第一プロセスレベルの第一多層体および第二プロセスレベルの第二多層体は、少なくとも１つの加熱チャンバ内に移送されて、たとえばプロセスレベルの上および／または下に設けられた放射器場によって、０℃から５０℃／ｓの加熱速度で、３５０℃から８００℃、好ましくは４５０℃から５５０℃の温度レベルまで加熱される。このため、第一プロセスレベルは第一放射器場と第二放射器場との間に位置し、第二プロセスレベルは第二放射器場と第三放射器場との間に位置する。有利なことに、第一および／または第二プロセスレベルは、いずれの場合も、多層体において均一な熱分布が得られるように、異なる放射強度で照射される。したがって、第一プロセスレベルは第二放射器場によるのとは異なる放射強度で第一放射器場によって照射され、第二プロセスレベルは第三放射器場によるのとは異なる放射強度で第二放射器場によって照射される。
第二ステップにおいて、第一多層体および第二多層体は、冷却チャンバ内に移送されて、プロセスレベルの上または下に設けられた冷却板によって、０℃から５０℃／ｓの冷却速度で、１０℃から３５０℃の温度まで、好ましくは１０℃から２５０℃の温度まで、特に好ましくは１５℃から５０℃の温度まで、冷却される。あるいは、冷却は対流冷却および／または強制冷却によって行われてもよい。その後、多層体は冷却チャンバの外へ移送される。
本発明による方法は、たとえば、少なくとも２つの多層体の熱処理用の上述の装置内で、実行されることが可能である。
本発明による方法の好適な実施形態において、２つのプロセスレベルは同じ温度を有する。本発明による方法の代替実施形態において、２つのプロセスレベルは、たとえば方向依存性放射特性を有する放射器場の使用により、異なる温度を有する。
本発明による方法の有利な実施形態において、多層体の熱処理は、少なくとももう１つの加熱チャンバおよび／または少なくとももう１つの冷却チャンバ内で、特に好ましくは１から５つの加熱チャンバおよび／または１から５つの冷却チャンバ内で、行われる。これは、多層体におけるプロセスの正確な制御を可能にする。具体的には、特定のプロセス相までの多層体の部分的処理が、各加熱チャンバまたは冷却チャンバ内で行われる。すると多層体は、１つのチャンバから次のチャンバへの移送の時点で、まだ完全に処理されていない。
本発明は、上下に設けられた少なくとも２つのプロセスレベルでの少なくとも２つの連続的熱処理用の装置の使用をさらに含む。
本発明による装置の好適な使用は、前駆体層から半導体層への変換である。この半導体層は、好ましくは薄膜太陽電池の吸収体として使用される。
前駆体層は好ましくは銅、インジウム、ガリウム、およびセレンでできており、硫黄含有雰囲気内で急速熱処理（ＲＴＰ）によって、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）（Ｓ，Ｓｅ）２半導体層に変換される。
以下において、本発明は、図面およびフロー図を参照して詳細に説明される。図面は、純粋に概略的な図を示すものであり、縮尺通りではない。図面はいかようにも本発明を制限しない。
上下に設けられた２つのプロセスレベルで２つの多層体を熱処理するための、本発明による装置の断面図である。 本発明による装置の加熱チャンバの断面図である。 本発明による加熱チャンバの別の実施形態の断面図である。 本発明による加熱チャンバの別の実施形態の断面図である。 本発明による加熱チャンバの別の実施形態の断面図である。 ２つの加熱チャンバおよび２つの冷却チャンバを備える、本発明による別の装置の断面図である。 本発明による方法のステップの例示的実施形態のフロー図である。
図１は、急速熱処理（ＲＴＰ）による前駆体層のセレン化のためのインラインシステム（１）の例を用いて多層体を熱処理するための、本発明による装置を示す。このインラインシステム（１）は、加熱チャンバ（ＨＫ１）および冷却チャンバ（ＫＫ１）を有し、これらは移送方向（１１）において互いに続いて設けられている。インラインシステム（１）は２つのプロセスレベル（３．１）および（３．２）を有し、これらは垂直方向に上下に設けられている。水平構造も、本発明によって与えられている。加熱チャンバ（ＨＫ１）内では、放射器場（２．１）が上部プロセスレベル（３．１）の上に設けられ、放射器場（２．３）が下部プロセスレベル（３．２）の下に設けられている。加えて、放射器場（２．２）が、プロセスレベル（３．１）と（３．２）との間に設けられている。
冷却チャンバ（ＫＫ１）内では、冷却板（７．１）が上部プロセスレベル（３．１）の上に設けられ、冷却板（７．３）が下部プロセスレベル（３．２）の下に設けられている。加えて、冷却板（７．２）が、プロセスレベル（３．１）と（３．２）との間に設けられている。冷却板（７．１、７．２、７．３）は、たとえばステンレス鋼を含有し、その内部に熱伝導媒体のための分配システムを有する。分配システムは、たとえば、熱伝導媒体として油または水が内部を流れる。熱伝導媒体は、インラインシステム（１）の外部の冷却ユニット内で冷却される。
加熱チャンバ（ＨＫ１）および冷却チャンバ（ＫＫ１）は、真空気密性およびガス気密性に設計され、真空ポンプおよびガスを供給するための装置に接続されている。加熱チャンバ（ＨＫ１）および冷却チャンバ（ＫＫ１）は、エアロック（８）によって互いに分離されている。
多層体（４．１）および（４．２）は、プロセスレベル（３．１）および（３．２）上に位置している。多層体（４．１）および（４．２）は、たとえば、モリブデン電極を備えるガラス基板、ならびに銅、インジウム、ガリウム、硫黄、およびセレンを含有する前駆体層の連続積層体を包含する。
図２は、本発明による装置の加熱チャンバ（ＨＫ１）の例示的実施形態の概略図である。多層体（４．１）および（４．２）は、いずれの場合も、プロセスボックス（５．１）および（５．２）内に設けられている。プロセスボックス（５．１、５．２）は、ガラスセラミックスで作られた床およびカバー、ならびにグラファイトで作られた側壁を含む。ガラスセラミックスは、放射器場（２．１、２．２、２．３）の電磁放射に対して透明である。プロセスボックス（５．１、５．２）は、プロセスボックス（５．１、５．２）の内部と加熱チャンバ（ＨＫ１）の雰囲気との間で圧力均等化が生じ得るように、部分的にガス気密性に配備される。「部分的にガス気密性」とは、カバーが側壁上に緩く配置され、封止のためのさらなる対策がとられなかったことを意味する。プロセスボックス（５．１、５．２）はまた、コネクタも有することができる。プロセスガスまたは不活性ガスは、選択的に、コネクタを介してプロセスボックス（５．１、５．２）に供給されることが可能である。
プロセスボックス（５．１、５．２）の移送は、スタブローラのシステムによって行われる。スタブローラは、その長辺上の外縁の下にプロセスボックス（５．１、５．２）を支持する。スタブローラは、たとえば高温耐熱セラミックスを含有する。通常の２つの隣り合うチャンバの間の移送速度は、通常は最高で１ｍ／ｓである。
第一反射器（６．１）および第二反射器（６．２）は、第一放射器場（２．１）の上、および第三放射器場（２．３）の下に設けられる。第一反射器（６．１）は、第一プロセスレベル（３．１）の方向に、第一放射器場（２．１）の上向きの電磁放射を反射する。第二反射器（６．２）は、第二プロセスレベル（３．２）の方向に、第三放射器場（２．３）の下向きの電磁放射を反射する。
図３は、本発明による加熱チャンバ（ＨＫ１）の別の実施形態を示す。第二放射器場（２．２）は、反射器（６．３）によって互いに分離されている、線形エミッタ（９）の２つのレベル（９．１）および（９．２）からなる。レベル（９．２）と比較してレベル（９．１）において異なる数の線形エミッタ（９）によって、レベル（９．１）および（９．２）の線形エミッタ（９）の異なる配線によって、および／またはレベル（９．１）および（９．２）の異なる時間依存性出力制御によって、第二放射器場（２．２）の方向依存性放射特性が得られる。
図４は、本発明による加熱チャンバ（ＨＫ１）の別の好適な実施形態を示す。第二放射器場（２．２）の線形エミッタ（９）は、その上側および底側が交互に反射器層（１０）で被覆される。反射器層（１０）は、線形エミッタ（９）上に直接付着された、不透明なナノ多孔性石英層を包含することができる。あるいは、反射器層（１０）は、セラミックスで作られた半殻を含むことができる。上側に反射器層（１０）を備える線形エミッタ（９）および底側に反射器層（１０）を備える線形エミッタ（９）は、異なる温度まで加熱されることが可能である。
放射器場（２．１、２．２、２．３）の異なる放射出力および方向依存性放射特性によって、多層体（４．１、４．２）の異なる側が、異なる温度まで加熱されることが可能である。このため、たとえば、多層体（４．１、４．２）の基板側は、半導体層に変換されることになる前駆体層を備える側よりも低い温度まで加熱されることが可能である。
図５は、本発明による加熱チャンバ（ＨＫ１）の別の好適な実施形態を示す。第一放射器場（２．１）の線形エミッタ（９）は、その上側が反射器層（１０）で被覆され、第三放射器場（２．３）の線形エミッタ（９）は、その底側が反射器層（１０）で被覆される。第一放射器場（２．１）および第三放射器場（２．３）の方向依存性放射特性のため、追加の反射器がなくても問題ない。第一放射器場（２．１）の上方および第三放射器場（２．３）の下方での追加反射器の使用は、方向依存性放射特性の効率を高めることができる。
図６は、２つの加熱チャンバ（ＨＫ１）および（ＨＫ２）ならびに２つの冷却チャンバ（ＫＫ１）および（ＫＫ２）を備える、本発明による装置の別の有利な実施形態を示す。多層体（４．１）および（４．２）は、加熱チャンバ（ＨＫ１）および（ＨＫ２）ならびに冷却チャンバ（ＫＫ１）および（ＫＫ２）を移送方向（１１）に横切る。加熱チャンバ（ＨＫ１）および（ＨＫ２）ならびに冷却チャンバ（ＫＫ１）および（ＫＫ２）は、異なる加熱能力および冷却能力、ならびに異なる温度プロファイルを有することができる。これは、特に正確なプロセス制御を可能にする。このため、たとえば、第一加熱チャンバ（ＨＫ１）は、第二加熱チャンバ（ＨＫ２）よりも高い加熱能力を有することができる。加熱チャンバ（ＨＫ１）および（ＨＫ２）ならびに冷却チャンバ（ＫＫ１）および（ＫＫ２）では、多層体（４．１）および（４．２）が、所望の温度サイクルおよび所望のプロセスガス雰囲気に曝される。異なる加熱チャンバおよび冷却チャンバは、異なるプロセス雰囲気を有することができる。本発明による装置の別の実施形態では、さらなる加熱および冷却チャンバが、次々に設けられることが可能である。プロセス制御がそのように要求するときには、加熱および冷却チャンバは交互に設けられることが可能であり、言い換えると、冷却チャンバの後に再び加熱チャンバがあってもよい。
例示的実施形態において、第一放射器場（２．１）および第二放射器場（２．２）は、それを用いて上部多層体（４．１）の底側が第二放射器場（２．２）によって加熱されることが可能な放射強度とは異なる放射強度を有する第一放射器場（２．１）によって、上部多層体（４．１）の上側が加熱され得るように配備される。同様に、第二放射器場（２．２）および第三放射器場（２．３）は、それを用いて底部多層体（４．２）の底側が第三放射器場（２．３）によって加熱されることが可能な放射強度とは異なる放射強度を有する第二放射器場（２．２）によって、下部多層体（４．２）の上側が加熱され得るように配備される。このようにして、均一な熱分布が２つの多層体（４．１）および（４．２）のそれぞれにおいて達成される。
図７は、フロー図を用いて本発明による方法のステップの例示的実施形態を示す。まず、装入ステーション内で、多層体（４．１）がプロセスボックス（５．１）内に配置され、多層体（４．２）がプロセスボックス（５．２）内に配置される。次いで、プロセスボックス（５．１）および（５．２）は吸引気密チャンバ内に装入され、この吸引気密チャンバは閉鎖される。吸引気密チャンバ内では、不活性ガスの排気および大量流入の繰り返しにより、規定された所望のプロセスガス雰囲気が確立される。次いで、プロセスステップ（ａ）において、多層体（４．１）を有するプロセスボックス（５．１）はプロセスレベル（３．１）内に移送され、多層体（４．２）を有するプロセスボックス（５．２）はプロセスレベル（３．２）内に移送される。
加熱チャンバ（ＨＫ１）および（ＨＫ２）において、所望の加熱プロファイル（プロセス時間に応じた温度およびプロセスガス雰囲気）が実行される：加熱チャンバ（ＨＫ１）内では、プロセスレベル（３．１、３．２）の上方および／または下方に設けられた放射器場（２．１、２．２、２．３）を用いて、第一多層体（４．１）は第一プロセスレベル（３．１）で加熱され、第二多層体（４．２）は第二プロセスレベル（３．２）で加熱される。好ましくは、２つの多層体（４．１）および（４．２）は、放射器場（２．１、２．２、２．３）を用いて１℃／ｓから５０℃／ｓの加熱速度で３５０℃から８００℃の温度まで加熱される。多層体（４．１）および（４．２）は、いずれの場合も、各多層体において均一な熱分布を得るために、異なる放射強度でその上側および底側が加熱される。次いで、プロセスステップ（ｂ）において、多層体（４．１）および（４．２）は、冷却チャンバ（ＫＫ１）内に移送される。同時に、新しい多層体が加熱チャンバ（ＨＫ１）内に導入されることが可能である。冷却チャンバ（ＫＫ１）および（ＫＫ２）において、高温の多層体（４．１）および（４．２）は、最大５０℃／ｓの速度で、プロセス工学的な観点から必要な温度まで冷却される。好ましくは、２つの多層体（４．１）および（４．２）は、０℃／ｓから５０℃／ｓの冷却速度で、１０℃から３５０℃の温度まで冷却される。多層体（４．１）および（４．２）の温度と冷却板（７．１、７．２、７．３）の温度との間の温度差が減少するため、多層体（４．１）および（４．２）の冷却の速度は遅くなる。これは、たとえば時間に応じて距離を変化させることによる、または冷却板の温度を調節することによる、冷却板と多層体との間の距離の短縮など、適切な対策によって対抗し得る。冷却プロセスはまた、たとえば空気、アルゴン、または窒素のストリームなど、冷却されたガスストリームを循環させることによって、加速されることも可能である。あるいは、対流冷却または強制冷却による冷却は、冷却板を用いることなく実現されることが可能である。
次いで、多層体（４．１）および（４．２）は、冷却チャンバ（ＫＫ１）から排出気密チャンバ内へ移送され、さらなる処理のために供給される。排出気密チャンバにおいて、たとえば存在している有毒ガスが除去されることが可能である。別の冷却ラインまたは付加的な冷却チャンバが排出気密チャンバの下流に設けられることも可能である。特定の実施形態において、排出気密チャンバは省略されてもよい。
黄銅鉱半導体を製造するためのインラインセレン化システムの例による表１から明らかなように、本発明による装置は従来技術に対する利点を提供する。
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２つの垂直方向に設けられたプロセスレベルを備える本発明による装置は、実質的に同一のシステム占有面積およびほんのわずかだけ高い投資費用を伴って、１つのプロセスレベルを有する従来技術によるインラインセレン化システムと比較して、２倍のシステム処理能力を提供する。２倍の処理能力にも関わらず、システムに必要とされる空間要件はまったく増加しないかまたはわずかしか増加せず、その環境は、太陽光発電所の全体的な投資および運転費用に対する好影響を有する。
多層体あたりのエネルギー費用は、本発明による装置を用いるとおおむね３０％も削減される。これは、具体的には第二放射器場の放射熱エネルギーの有効利用により生じる。
この結果は、当業者にとって思いがけず、驚くべきものであった。
（１） インラインシステム
（２．１）、（２．２）、（２．３） 放射器場
（３．１）、（３．２） プロセスレベル
（４．１）、（４．２） 多層体
（５．１）、（５．２） プロセスボックス
（６．１）、（６．２）、（６．３） 反射器
（７．１）、（７．２）、（７．３） 冷却板
（８） エアロック
（９） 放射加熱器、線形エミッタ
（９．１）、（９．２） 放射加熱器（９）のレベル
（１０） 放射加熱器（９）用の反射器
（１１） 移送方向

Claims (15)

  1. 移送方向（１１）に対して前後に設けられた、少なくとも１つの加熱チャンバ（ＨＫ１）および少なくとも１つの冷却チャンバ（ＫＫ１）内で、上下に設けられた少なくとも２つのプロセスレベル（３．１、３．２）で少なくとも２つの多層体（４．１、４．２）を熱処理する装置であって、
    加熱チャンバ（ＨＫ１）は、
    第一多層体（４．１）を加熱するための放射加熱器（９）を備える第一放射器場（２．１）と第二放射器場（２．２）との間に位置する、少なくとも１つの第一多層体（４．１）のための第一プロセスボックス（５．１）を備える第一プロセスレベル（３．１）と、
    第二多層体（４．２）を加熱するための放射加熱器（９）を備える第二放射器場（２．２）と第三放射器場（２．３）との間に位置する、少なくとも１つの第二多層体（４．２）のための第二プロセスボックス（５．２）を備える第二プロセスレベル（３．２）と
    を含み、
    第一放射器場（２．１）および第二放射器場（２．２）は、第二放射器場（２．２）によるのとは異なる放射強度で第一プロセスレベル（３．１）が第一放射器場（２．１）によって照射され得るように配備され、および／または第二放射器場（２．２）および第三放射器場（２．３）は、第三放射器場（２．３）によるのとは異なる放射強度で第二プロセスレベル（３．２）が第二放射器場（２．２）によって照射され得るように配備され、
    冷却チャンバ（ＫＫ１）は、
    冷却装置と、
    少なくとも１つの第一多層体（４．１）を冷却するための第一プロセスレベル（３．１）および少なくとも１つの第二多層体（４．２）を冷却するための第二プロセスレベル（３．２）とを含み、
    前記装置は、第一プロセスボックス（５．１）および第二プロセスボックス（５．２）を前記装置を通して移動する移送機構をさらに備える、装置。
  2. 放射器場（２．１、２．２、２．３）が、電磁放射の方向依存性放射特性および／または異なる放射パワーを有する、請求項１に記載の装置。
  3. 放射加熱器（９）が反射器層（１０）を有する、請求項２に記載の装置。
  4. ２つのプロセスレベル（３．１、３．２）の間に設けられた第二放射器場（２．２）の放射加熱器（９）が、反射器層（１０）を有し、第一プロセスレベル（３．１）または第二プロセスレベル（３．２）のいずれかを照射するように配備される、請求項３に記載の装置。
  5. ２つのプロセスレベル（３．１、３．２）の間に設けられた第二放射器場（２．２）が、放射加熱器（９）を備える２つの放射加熱器レベル（９．１、９．２）を有し、一方の放射加熱器レベル（９．１）は第一プロセスレベル（３．１）を照射するために配備され、他方の放射加熱器レベル（９．２）は第二プロセスレベル（３．２）を照射するように配備される、請求項１に記載の装置。
  6. 反射器（６．３）が２つの放射加熱器レベル（９．１、９．２）の間に設けられる、請求項５に記載の装置。
  7. 放射加熱器（９）が、可変放射強度を生成するように選択的に制御されることが可能な、請求項１から６のいずれか１つに記載の装置。
  8. 放射器場（２．１、２．２、２．３）およびプロセスレベル（３．１、３．２）が互いに平行に設けられている、請求項１から７のいずれか１つに記載の装置。
  9. 冷却装置が、多層体（４．１、４．２）を冷却するための第一冷却板（７．１）、第二冷却板（７．２）、および第三冷却板（７．３）を含み、第一プロセスレベル（３．１）は第一冷却板（７．１）と第二冷却板（７．２）との間に位置し、第二プロセスレベル（３．２）は第二冷却板（７．２）と第三冷却板（７．３）との間に位置する、請求項１から８のいずれか１つに記載の装置。
  10. 冷却装置が誘導ガスストリームを有する、請求項１から９のいずれか一項に記載の装置。
  11. エアロック（８）またはスライドゲートが、加熱チャンバ（ＨＫ１）と冷却チャンバ（ＫＫ１）との間に設けられている、請求項１から１０のいずれか一項に記載の装置。
  12. 少なくとも２つの多層体（４．１、４．２）が、加熱チャンバ（ＨＫ１）内および／または冷却チャンバ（ＫＫ１）内で移送方向に互いに隣り合って１つのプロセスレベル（３．１、３．２）に設けられている、請求項１から１１のいずれか一項に記載の装置。
  13. 加熱チャンバ（ＨＫ１）が少なくとも１つの第一反射器（６．１）および少なくとも１つの第二反射器（６．２）を含み、第一放射器場（２．１）は第一反射器（６．１）と第一プロセスレベル（３．１）との間に設けられ、第一反射器（６．１）は第一放射器場（２．１）の電磁放射を反射するように配備されており、第三放射器場（２．３）は第二反射器（６．２）と第二プロセスレベル（３．２）との間に設けられ、第二反射器（６．２）は第三放射器場（２．３）の電磁放射を反射するように配備されている、請求項１から１２のいずれか一項に記載の装置。
  14. 加熱チャンバ（ＨＫ１）および／または冷却チャンバ（ＫＫ１）が、真空および／または好ましくはプロセスガスまたは不活性ガスを含有するガス雰囲気を生成する装置を有する、請求項１から１３のいずれか一項に記載の装置。
  15. 少なくとも２つのプロセスレベル（３．１、３．２）での少なくとも２つの多層体（４．１、４．２）の連続的熱処理の方法であって、第一多層体（４．１）が第一プロセスボックス（５．１）内に配置され、第二多層体（４．２）が第二プロセスボックス（５．２）内に配置され、
    ａ． 多層体（４．１）および（４．２）は、放射器場（２．１、２．２、２．３）を用いて１℃／ｓから５０℃／ｓの加熱速度で３５０℃から８００℃の温度まで、少なくとも１つの加熱チャンバ（ＨＫ１）内で加熱され、第一プロセスレベル（３．１）は第一放射器場（２．１）と第二放射器場（２．２）との間に位置し、第二プロセスレベル（３．２）は第二放射器場（２．２）と第三放射器場（２．３）との間に位置し、第一プロセスレベル（３．１）は、第二放射器場（２．２）によるのとは異なる放射強度で第一放射器場（２．１）によって照射され、および／または第二プロセスレベル（３．２）は第三放射器場（２．３）のよるのとは異なる放射強度で第二放射器場（２．２）によって照射され、
    ｂ． 多層体（４．１）および（４．２）は、０℃／ｓから５０℃／ｓの冷却速度で、１０℃から３５０℃の温度まで、少なくとも１つの冷却チャンバ（ＫＫ１）内で冷却され、
    ｃ． 第一プロセスボックス（５．１）および第二プロセスボックス（５．２）は、装置を通して移動される、方法。
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Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2870624B1 (de) * 2012-07-09 2021-01-06 (CNBM) Bengbu Design & Research Institute for Glass Industry Co., Ltd. Vorrichtung und verfahren zum wärmebehandeln eines gegenstands
KR101801452B1 (ko) * 2012-07-09 2017-11-24 쌩-고벵 글래스 프랑스 코팅된 기판을 가공하기 위한 가공 상자, 조립체 및 방법
KR101698281B1 (ko) * 2012-07-09 2017-01-19 쌩-고벵 글래스 프랑스 기판을 가공하기 위한 시스템 및 방법
CN104704624B (zh) * 2012-10-09 2017-06-09 应用材料公司 具索引的串联基板处理工具
KR101768788B1 (ko) 2012-12-20 2017-08-16 쌩-고벵 글래스 프랑스 화합물 반도체의 제조 방법 및 박막 태양 전지
DE102015113766B4 (de) 2015-08-19 2019-07-04 Heraeus Noblelight Gmbh Strahlermodul sowie Verwendung des Strahlermoduls
CN108604619A (zh) * 2016-02-22 2018-09-28 应用材料意大利有限公司 用于处理太阳能电池基板的设备、用于处理太阳能电池基板的系统和用于处理太阳能电池基板的方法
CN115323344A (zh) * 2022-08-09 2022-11-11 通威太阳能（安徽）有限公司 太阳电池及其生产设备、铜种子层镀膜工艺及镀膜装置

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2758770B2 (ja) * 1992-03-02 1998-05-28 シャープ株式会社 半導体基板熱処理用治具
US5578503A (en) 1992-09-22 1996-11-26 Siemens Aktiengesellschaft Rapid process for producing a chalcopyrite semiconductor on a substrate
US5607009A (en) * 1993-01-28 1997-03-04 Applied Materials, Inc. Method of heating and cooling large area substrates and apparatus therefor
JP2875768B2 (ja) * 1994-11-30 1999-03-31 新日本無線株式会社 半導体基板の熱処理方法
US5892886A (en) * 1996-02-02 1999-04-06 Micron Technology, Inc. Apparatus for uniform gas and radiant heat dispersion for solid state fabrication processes
DE50015996D1 (de) 1999-10-20 2010-10-28 Saint Gobain Vorrichtung und Verfahren zum gleichzeitigen Temperieren mehrerer Prozessiergüter
JP3833439B2 (ja) * 2000-05-02 2006-10-11 株式会社ノリタケカンパニーリミテド 大型基板用多段加熱炉、及び両面加熱式遠赤外線パネルヒーター、並びに該加熱炉内の給排気方法
US6707011B2 (en) * 2001-04-17 2004-03-16 Mattson Technology, Inc. Rapid thermal processing system for integrated circuits
US6600138B2 (en) * 2001-04-17 2003-07-29 Mattson Technology, Inc. Rapid thermal processing system for integrated circuits
JP4417734B2 (ja) * 2004-01-20 2010-02-17 株式会社アルバック インライン式真空処理装置
DE102005058819B4 (de) 2005-10-13 2009-04-30 Heraeus Quarzglas Gmbh & Co. Kg Verfahren zur Beschichtung eines Bauteils aus hochkieselsäurehaltigem Glas, mit einer SiO2-haltigen, glasigen Schicht versehenes Bauteil, sowie Verwendung des Bauteils
US7442413B2 (en) * 2005-11-18 2008-10-28 Daystar Technologies, Inc. Methods and apparatus for treating a work piece with a vaporous element
US20100139557A1 (en) * 2006-10-13 2010-06-10 Solopower, Inc. Reactor to form solar cell absorbers in roll-to-roll fashion
KR20100052429A (ko) * 2007-09-11 2010-05-19 센트로테에름 포토볼타익스 아게 칼코겐을 제공하기 위한 방법 및 장치
DE102007054093B3 (de) * 2007-11-13 2009-07-23 Rena Sondermaschinen Gmbh Vorrichtung und Verfahren zum Transport von flachem Gut in Durchlaufanlagen
DE102008022784A1 (de) 2008-05-08 2009-11-12 Avancis Gmbh & Co. Kg Vorrichtung und Verfahren zum Tempern von Gegenständen in einer Behandlungskammer
US20110290185A1 (en) * 2008-12-12 2011-12-01 Shibaura Mechatronics Corporation Substrate cooling device and substrate treatment system
EP2360720A1 (de) * 2010-02-23 2011-08-24 Saint-Gobain Glass France Vorrichtung zum Positionieren von mindestens zwei Gegenständen, Anordnungen, insbesondere Mehrschichtkörperanordnungen, Anlage zum Prozessieren, insbesondere zum Selenisieren, von Gegenständen, Verfahren zum Positionieren von mindestens zwei Gegenständen
US8522675B2 (en) * 2010-05-21 2013-09-03 Prince Castle, LLC Holding cabinet for separately heating food trays
DE102011081749B4 (de) * 2011-04-29 2016-04-14 Von Ardenne Gmbh Substratbehandlungsanlage
CN104737301B (zh) * 2012-07-19 2017-03-01 法国圣戈班玻璃厂 在热工艺中玻璃弯曲的避免

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