JPWO2013081095A1 - 基板処理装置、及び、搬送装置 - Google Patents

基板処理装置、及び、搬送装置 Download PDF

Info

Publication number
JPWO2013081095A1
JPWO2013081095A1 JP2013547228A JP2013547228A JPWO2013081095A1 JP WO2013081095 A1 JPWO2013081095 A1 JP WO2013081095A1 JP 2013547228 A JP2013547228 A JP 2013547228A JP 2013547228 A JP2013547228 A JP 2013547228A JP WO2013081095 A1 JPWO2013081095 A1 JP WO2013081095A1
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
glass substrates
processing chamber
cassette
glass substrate
substrate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2013547228A
Other languages
English (en)
Other versions
JP5853291B2 (ja
Inventor
西谷 英輔
英輔 西谷
国井 泰夫
泰夫 国井
豊田 一行
一行 豊田
吉田 秀成
秀成 吉田
石坂 光範
光範 石坂
克己 村上
克己 村上
勝好 小谷津
勝好 小谷津
本田 真
真 本田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tokai Konetsu Kogyo Co Ltd
Kokusai Electric Corp
Original Assignee
Tokai Konetsu Kogyo Co Ltd
Hitachi Kokusai Electric Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tokai Konetsu Kogyo Co Ltd, Hitachi Kokusai Electric Inc filed Critical Tokai Konetsu Kogyo Co Ltd
Priority to JP2013547228A priority Critical patent/JP5853291B2/ja
Publication of JPWO2013081095A1 publication Critical patent/JPWO2013081095A1/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP5853291B2 publication Critical patent/JP5853291B2/ja
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/06Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers
    • H01L31/072Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers the potential barriers being only of the PN heterojunction type
    • H01L31/0749Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers the potential barriers being only of the PN heterojunction type including a AIBIIICVI compound, e.g. CdS/CulnSe2 [CIS] heterojunction solar cells
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67017Apparatus for fluid treatment
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104Forming layers
    • H01L21/02365Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518Deposited layers
    • H01L21/02521Materials
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/673Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere using specially adapted carriers or holders; Fixing the workpieces on such carriers or holders
    • H01L21/67326Horizontal carrier comprising wall type elements whereby the substrates are vertically supported, e.g. comprising sidewalls
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/677Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for conveying, e.g. between different workstations
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/677Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for conveying, e.g. between different workstations
    • H01L21/67739Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for conveying, e.g. between different workstations into and out of processing chamber
    • H01L21/67754Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for conveying, e.g. between different workstations into and out of processing chamber horizontal transfer of a batch of workpieces
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/18Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104Forming layers
    • H01L21/02365Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518Deposited layers
    • H01L21/02521Materials
    • H01L21/02568Chalcogenide semiconducting materials not being oxides, e.g. ternary compounds
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/541CuInSe2 material PV cells
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

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ガラス基板を収納する処理室と、処理室を構成するように形成される反応管と、処理室内に搬入自在に構成され、複数のガラス基板を互いの主面が所定の間隔を保ってそれぞれ対向するよう配列させると共に、配列させた複数のガラス基板のうち両端のガラス基板の外側の主面をそれぞれ覆う一対の側壁が設けられるカセットと、処理室内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、処理室内の雰囲気を排気する排気管と、反応管を囲うように設けられた加熱部と、複数のガラス基板の各主面において、複数のガラス基板の短辺方向に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。

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。また、CIS系光吸収層は、Siと比較して吸収係数が大きく、効率がよい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、複数の対象物のセレン化を同時に行っている。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。
特開2006−186114号公報
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とが擦れて、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、特許文献1に示すように、石英チャンバー内に複数のガラス基板を配列させ、ファンによって発生させた雰囲気の対流をガラス基板の各主面にそれぞれ流すようにした場合、対流の流量等の諸条件が、ガラス基板間で不均一になってしまうことがある。例えば、両端のガラス基板と石英チャンバーとの間の空間が、内側のガラス基板間の空間よりも広く構成されている場合、両端のガラス基板周辺のコンダクタンスが相対的に大きくなってしまう。そして、ファンによって発生させた対流が、内側のガラス基板間の空間に流れずに、両端のガラス基板の外側の空間へと逃げてしまう。このように、ガラス基板間での対流の条件が異なると、ガラス基板間の温度均一性の低下を引き起こしてしまう。また、少なくとも一部のガラス基板では、基板面内の温度均一性が低下してしまうことになる。例えば、両端のガラス基板の面内温度均一性が保たれるようにファンの能力を調節すると、他のガラス基板では対流の流量が不足等して、基板面内の温度均一性が悪化してしまうこととなる。
また、特許文献1に示す装置では、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。
本発明は、上述の課題に鑑み、ガラス基板を大型化した場合であっても、複数のガラス基板を同時に処理する際の基板間の温度均一性、及び、基板面内の温度均一性を向上させ、また、基板処理のコストを低減させることが可能な基板処理装置、及び、搬送装置を提供することを目的とする。
本発明の好ましい一態様によれば、
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ガラス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、
前記処理室内に搬入自在に構成され、前記複数のガラス基板を互いの主面が所定の間隔を保ってそれぞれ対向するよう配列させると共に、配列させた前記複数のガラス基板のうち両端のガラス基板の外側の主面をそれぞれ覆う一対の側壁が設けられるカセットと、
前記処理室内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各主面において、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が提供される。
本発明の好ましい他の態様によれば、
複数のガラス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が提供される。
本発明によれば、ガラス基板が大型化した場合であっても、複数のガラス基板を同時に処理する際のガラス基板間の温度均一性、及び、基板面内の温度均一性を向上させることが可能となる。また、基板処理のコストを低減させることが可能となる。
本発明の第1の実施形態に係る処理炉の側面断面図である。 図1の紙面左方向から見た処理炉の断面図である。 本発明の第1の実施形態に係るカセットの斜視図である。 本発明の第1の実施形態に係るコーティング膜を説明する図である。 本発明の第1の実施形態に係るカセットを搬送する際の状態を説明する図である。 本発明の第1の実施形態に係る搬送装置を説明する図である。 本発明の第1の実施形態に係る効果を説明するシミュレーションの結果を示す図である。 本発明の第1の実施形態に係る効果を説明する他のシミュレーションのモデルの構成を示す図である。 本発明の第1の実施形態に係る効果を説明する他のシミュレーションの結果を示す図である。 本発明の第1の実施形態に係る効果を説明する他のシミュレーションの結果を示す図である。 本発明の第2の実施形態に係る処理炉の側面断面図である。
<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、本実施形態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10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となり、反応管100を大型化しやすくなる。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、後述するカセット410を載置するインナーウォール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を設置台420を介して載置させ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ることで、強度が高められている。
カセット410は、図1〜図3に示されるように、複数枚のガラス基板20を保持する複数本の保持部材411と、ガラス基板20群の四方を覆うように設けられる4枚の側壁43a,43b(一対の側壁413a及び一対の側壁413b)と、一対の側壁413aの外側面にそれぞれ設けられる一対のつば部412と、を備えている。このように、4枚の側壁43a,43bがガラス基板20群の四方を覆うように設けられることで、カセット410は、少なくとも上下方向が開放され、上下方向にガスの流通が可能な直方体として形成されている。
保持部材411は、それぞれ棒状に構成されており、複数(例えば30〜40枚)のガラス基板20を下方から支持するように、カセット410の下部に梯子状に複数設けられている。保持部材411は、複数のガラス基板20を、それぞれの短辺が鉛直方向を向き、それぞれの長辺が水平方向を向き、それぞれが立設された状態で並んで配列させるように構成されている。なお、複数のガラス基板20は、互いの主面が所定の間隔を保って対向するように、すなわち、互いの主面が非接触な状態で平行に対向するようにそれぞれ保持される。これにより、ガラス基板20間の空間には、少なくとも短辺方向(上下方向)に雰囲気の流通が可能なように構成されている。なお、ガラス基板20の表面には、例えば銅(Cu)、インジウム(In)、及び、ガリウム(Ga)を含有する積層膜が予め形成されている。
カセット410の長手方向側壁を形成する一対の側壁413aは、ガラス基板20と同等以上の大きさを有する長方形状の平板としてそれぞれ構成されており、短辺が鉛直方向を向き、長辺が水平方向を向き、互いの主面が対向するように設けられている。一対の側壁413aは、保持部材411により保持される複数のガラス基板20のうち、両端(最も外側)のガラス基板20の外側の主面をそれぞれ覆うように設けられている。また、カセット410の前後端部を形成する一対の側壁413bは、ガラス基板20群の短辺(前後端部)を覆う平板として構成されており、側壁413aと同様に、互いの主面が対向するように設けられている。
なお、両端のガラス基板20の外側の主面と、一対の側壁413aの内側面との間の距離は、複数のガラス基板20の主面間の距離とそれぞれ等しくなるよう構成されている。すなわち、両端のガラス基板20周辺のコンダクタンス(両端のガラス基板20と側壁413aとの間の空間のコンダクタンス)は、それよりも内側のガラス基板20周辺のコンダクタンス(内側のガラス基板20間の空間のコンダクタンス)と同等になるよう構成されている。これにより、ガラス基板20の周囲に逃げるガスの流れを抑制することができ、各ガラス基板20の主面に対して均一かつ効率的にガスを供給することが可能となる。
一対のつば部412は、それぞれ短冊状に構成されており、直方体として形成されたカセット410の側部から外側に突出するように、一対の側壁413aの外側面にそれぞれ水平姿勢で設けられている。後述するが、つば部412は、カセット410を処理室30内外に搬入出する際に用いられる。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とにより処理室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)としての例えば水素化セレン(以下、「HSe」)を供給するガス供給管300が設けられる。ガス供給管300から供給されたHSe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内へ供給される。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、例えば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を大型化することで、反応管100内に収納できるガラス基板20の数を増やすことができ、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20の長辺方向に沿って、例えば多翼式ファン(シロッコファン)として構成された複数の電動ファン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と、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が設けられている。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側に反応ガスが漏洩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内には、複数のガラス基板20の夫々の短辺方向に向かうガスの流れが形成される。複数のガラス基板20の夫々に対し、強制対流を流すことで、ガラス基板20の面内温度均一性を向上させることが可能となる。なお、電動ファン500により形成される強制対流は、図1,2の矢印で示すように、ガラス基板20間を下から上へと流れる。このとき、ガラス基板20間のコンダクタンスは小さいため、電動ファン500の吸気側では圧力が小さくなり、排気側では圧力が大きくなり易い。これに対し本実施形態では、電動ファン500として、雰囲気を送り出す力の強い多翼式ファン(シロッコファン)を採用しているため、吸気側と排気側との間に大きな圧力差が生じたとしても、上述の強制対流を安定して形成することが可能となる。
ここで、上述したように、本実施形態では、保持部材411により保持される複数のガラス基板20のうち、両端(最も外側)のガラス基板20の外側の主面をそれぞれ覆うように、一対の側壁413aを設けている。これにより、複数のガラス基板20の夫々に対し、強制対流を均一に流すことが可能となる。また、ガラス基板20群の短辺(前後端部)を覆うように、一対の側壁413bを設けている。これにより、周辺に逃げるガスを抑制することができ、効率よく加熱することが可能となる。
仮に、一対の側壁413aを設けないこととすると、両端のガラス基板20とインナーウォール400との間の空間は、それよりも内側のガラス基板20間の空間よりも広くなってしまう。すなわち、一対の側壁413aを設けないこととすると、両端のガラス基板20周辺のコンダクタンスが、それよりも内側のガラス基板20周辺のコンダクタンスに比べて、相対的に大きくなってしまう。その結果、両端のガラス基板20と、それよりも内側のガラス基板20とで加熱効率が変化してしまい、均一な加熱が困難となる。言い換えれば、一対の側壁413aを設けることにより、両端のガラス基板20周辺と、それよりも内側のガラス基板20間とのガスのコンダクタンスをあわせることができるため、複数のガラス基板20間の均一な加熱が可能となる。
また、本実施形態では、一対の側壁413bを設けている。その結果、電動ファン500によって発生させた強制対流が、内側のガラス基板20間の空間に制限されるため、より効率的にガラス基板を加熱することが可能となる。
ガラス基板20間での対流の条件が上述のように異なると、ガラス基板20間の温度均一性が低下してしまう。例えば、外側のガラス基板20の温度が、内側のガラス基板20の温度よりも低くなってしまう。また、少なくとも一部のガラス基板20では、基板面内の温度均一性が低下してしまうことになる。例えば、両端のガラス基板20の面内温度均一性が保たれるように電動ファン500の能力を調節すると、他のガラス基板20では強制対流の流量が不足して、基板面内の温度均一性が悪化してしまうこととなる。これに対し、本実施形態では、両端のガラス基板20の主面を覆うような一対の側壁413aを有することで上述の課題を解決している。
また、ガラス基板20群の短辺(前後端部)の周辺に強制対流が逃げてしまうと、周辺に流れた分ガラス中央の流速が低下し、中央での昇温が遅くなり、短辺近辺の温度が中央領域の温度よりも高くなってしまい易くなる。これに対し、本実施形態では、複数のガラス基板20の短辺(前後端部)を覆うように側壁413bを設けることで、上述の課題を解決可能である。
そして、本実施形態のように複数のガラス基板20の四方を覆うように側壁413a、413bの両方を設けることにより、更に、複数のガラス基板20を同時に処理する際のガラス基板20間の温度均一性、及び、ガラス基板20面内の温度均一性をそれぞれ向上させることが可能となる。
特に、本実施形態では、両端のガラス基板20の外側の主面と、一対の側壁413aの内側面との間の距離を、複数のガラス基板20の主面間の距離とそれぞれ等しくなるようにしている。これにより、ガラス基板20周辺のコンダクタンスと、内側のガラス基板20周辺のコンダクタンスとを揃えることが可能となり、複数のガラス基板20の夫々に対し、強制対流をより均一に流すことが可能となる。そして、ガラス基板20間の温度均一性、及び、ガラス基板20面内の温度均一性をさらに向上させることが可能となる。
なお、本実施形態では、カセット410に、ガラス基板20の周囲に逃げるガスの流れを抑制するために一対の側壁413aと一対の側壁413bを設けているがこれに限らない。例えば、一対の側壁413aと一対の側壁413bをカセット410に設けるのではなく、反応管100に設けてもよい。但し、一対の側壁413aは、両端のガラス基板20の外側の主面と、一対の側壁413aの内側面との間の距離が複数のガラス基板20の主面間の距離とそれぞれ等しくなるよう構成することが望ましいため、カセット410に設けるほうが望ましい。一方、一対の側壁413bの図1の紙面左側の側壁は、カセット410が図1の紙面左右方向に移動することを考えると、反応管100に設けておき、カセット410を押し当てることにより代替することが可能となる。また、一対の側壁413bの図1の紙面右側の側壁についても、シールキャップ110等に設けておき、シールキャップ110が反応管100を閉塞する際にカセット410に押し当てることにより代替することが可能である。
また、本実施形態では、電動ファン500を動作させ、強制対流を、ガラス基板20の長辺方向ではなく、短辺方向に向かうようにする。これにより、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の内壁に沿って下部に戻る。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20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の直下の空間と、電動ファン500の間の空間とでは、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の直下の空間と、電動ファン500の間の空間とで第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12m/分の、第2流入口IN2からは6m/分の流量でガスが供給され、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の流量を絞り、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、総循環ガス流量を72m/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枚のガラス基板のうち両端と中央との間にある、端から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、ガラス基板全体が約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ことが分かる。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、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分かる。
図9は、端から1枚目付近、11枚目付近、中央部付近にあるガラス基板の面内温度分布を示したが、図10は、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)に対応)を示している。2つの電動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ことが分かる。
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を電動ファンの間の領域の開口率より高くした場合について行ったが、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とでは、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とで開口率を異ならせることで、ガス流のコンダクタンスを調整でき、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の下部側に、インナーウォール400に固定された複数の開口部441を有する板状部材の第2整流板440を有する。上部側の第1整流板430に加えて、下部側にも第2整流板440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441は、複数のガラス基板20に対して一つの開口部441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441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の表面は、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102が形成されて構成されている。広く用いられるステンレス等の金属材料は、HSe等のガスが200℃以上に加熱されて供給されると、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102を表面に形成することにより、HSe等のガスによる腐食を抑制できるようになる。そのため、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(Cr:x,yは1以上の任意数)、アルミナ(Al:x,yは1以上の任意数)、シリカ(Si: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102への亀裂の発生を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に上述のコーティング膜102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、コーティング膜102を形成しなくとも良い。
次に、カセット410の処理室30内外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10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、本実施形態の搬送装置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を持ち上げて搬送する。搬送装置600は、つば部412を支持する支持部601と、支持部601を昇降させる複数の昇降部602と、昇降部の下部に設けられた複数の車輪部603と、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と、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、カセット410のつば部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)が設けられている。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を搬送させ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、それ以上は下降しない。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はこれ以上は下降しないため、支持部601とつば部412とが離れる。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内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とを有する搬送装置600により、カセット410を持ち上げて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内外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20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とを分離させる。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30を密閉する(搬入工程)。
その後、処理室30内の雰囲気を窒素ガス等の不活性ガスで置換する(置換工程)。ここで、真空ポンプで処理室30内の雰囲気を一旦排気することで、より速く置換することが可能となる。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、不活性ガスにて例えば1〜20%(望ましくは、2〜10%)に希釈したHSe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、例えば400〜550℃、望ましくは450℃〜550℃まで、毎分3〜50℃の昇温速度で昇温する。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20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、例えば10〜180分間、望ましくは、20〜120分間保持することにより、ガラス基板20に形成された積層膜に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、所定温度まで降温させる(降温工程)。ここで、真空ポンプで処理室30内の雰囲気を一旦排気することで、より速く置換することが可能となる。所定温度まで降温させた後、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。
以上の本発明の第1の実施形態によれば、以下に記載する効果の少なくとも一つを奏する。
(1)両端(最も外側)のガラス基板の外側の主面をそれぞれ覆うように一対の側壁を設けることにより、複数のガラス基板の夫々に対し、強制対流を均一かつ効率的に流すことが可能となる。その結果、複数のガラス基板を同時に処理する際の基板間の温度均一性、及び、基板面内の温度均一性を向上させることが可能となる。また、ガラス基板群の短辺(前後端部)をそれぞれ覆うように一対の側壁を更に設けることにより、複数のガラス基板の夫々に対し、強制対流を均一かつ効率的に流すことが可能となる。また、処理室内のガスの流れをガラス基板の短辺方向にすることにより、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)上記(1)において、両端のガラス基板の外側の主面と、一対の側壁の内側面と、の間の距離を、複数のガラス基板の主面間の距離とそれぞれ等しくなるようにしたことで、複数のガラス基板の夫々に対し、強制対流をより均一かつ効率的に流すことが可能となる。その結果、複数のガラス基板を同時に処理する際の基板間の温度均一性、及び、基板面内の温度均一性を向上させることが可能となる。
(3)上記(1)又は(2)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。また、電動ファンを多翼式ファン(シロッコファン)としたことで、吸気側と排気側との圧力差が大きくなっても、ガラス基板間に安定して強制対流を形成することができる。
(4)(1)乃至(3)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。
(5)(4)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。
(6)(3)乃至(5)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。
(7)(1)乃至(6)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。
(8)(7)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。
(9)(1)乃至(8)の何れか一つにおいて、複数のガラス基板の表面の上部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。
(10)(9)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。
(11)(9)又は(10)において、ガラス基板の下部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。
(12)複数のガラス基板を保持するカセットを処理室内外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。
(13)(12)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。
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20の表面と平行な方向に並べて配置している点が異なる。
本実施形態では、両端(最も外側)のガラス基板20の外側の主面をそれぞれ覆うように一対の側壁413aを設けたことにより、第1の実施形態と同様に、複数のガラス基板20の夫々に対し、強制対流を均一に流すことが可能となる。また、同様に、ガラス基板20群の短辺(前後端部)をそれぞれ覆うように一対の側壁413bを設けたことにより、複数のガラス基板20の夫々に対し、強制対流を均一かつ効率的に流すことが可能となる。その結果、複数のガラス基板20を同時に処理する際の基板間の温度均一性、及び、基板面内の温度均一性を向上させることが可能となる。
更に、本実施形態では、両端のガラス基板20の外側の主面と、一対の側壁413aの内側面と、の間の距離を、複数のガラス基板20の主面間の距離とそれぞれ等しくなるようにしたことで、第1の実施形態と同様に、複数のガラス基板の夫々に対し、強制対流をより均一に流すことが可能となり、基板間の温度均一性、及び、基板面内の温度均一性をより向上させることが可能となる。
また、本実施形態では、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20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20の数を増やすことができる。
なお、第1の実施形態で説明したように、一対の側壁413a、413bをカセット410に設けずに、反応管100側に設けても良い。特に第2の実施形態では、複数のカセット410を並べて配置することにより一度の処理できるガラス基板20の数を増やしている。この際、例えば、3個並べたカセット410の中央のカセット410は、その紙面左右方向に別のカセット410が配置される。この場合、中央に配置されるカセット410と他のカセット410とを接触するように配置することにより、一対の側壁413bを設けなくとも、ガスの流れをカセット410内に制限することが可能となる。従って、このような場合は、一対の側壁413bを設けなくともよい。
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30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の数を増やすことができ、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。
また、本実施形態では、第1の実施形態の効果に加えて、以下に記す効果を実現できる。すなわち、反応管100内に、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20の数を増やすことができ、CIS系太陽電池の製造コストを小さくすることができる。
<本発明の他の実施形態>
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、上述の実施形態では、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。
また、上述の実施形態では、インナーウォール400を反応管100の下部から上部に渡って連続的に設けているが、これに限らない。即ち、カセット410に一対の側壁413aを設けている部分については、一対の側壁413aにより、ガスが整流されることになるため、この部分については、インナーウォール400を設ける必要はなく、少なくとも一対の整流板413aの上部を超えた部分から電動ファン510までの間に設け、ガスの流れを制限できればよい。このようにインナーウォール400を構成する部材を少なくすることでコスト低減を図ることができる。
<本発明の好ましい態様>
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ガラス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、
前記処理室内に搬入自在に構成され、前記複数のガラス基板を互いの主面が所定の間隔を保ってそれぞれ対向するよう配列させると共に、配列させた前記複数のガラス基板のうち両端のガラス基板の外側の主面をそれぞれ覆う一対の側壁が設けられるカセットと、
前記処理室内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各主面において、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、前記両端のガラス基板の外側の主面と、前記カセットが備える前記一対の側壁の内側面と、の間の距離が、前記複数のガラス基板の主面間の距離とそれぞれ等しくなるよう構成されている基板処理装置。
(3)上記(1)又は(2)において、前記ファンは、前記ガラス基板の長辺方向に沿って複数配置される基板処理装置。
(4)上記(1)乃至(3)の何れか一つにおいて、前記複数のガラス基板の長辺方向に延在し、前記複数のガラス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。
(5)上記(4)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。
(6)上記(3)乃至(5)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。
(7)上記(1)乃至(6)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。
(8)上記(7)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。
(9)上記(1)乃至(8)の何れか一つにおいて、前記複数のガラス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。
(10)上記(9)において、前記複数のガラス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ガラス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。
(11)上記(9)又は(10)において、前記ファンは、前記複数のガラス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。
(12)上記(1)乃至(11)の何れか一つにおいて、前記複数のガラス基板は、カセットに保持され、前記カセットは、前記複数のガラス基板の長辺方向に複数配置される基板処理装置。
(13)複数のガラス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。
(14)上記(13)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、413a,413b:側壁、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 (5)

  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ガラス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、
    前記処理室内に搬入自在に構成され、前記複数のガラス基板を互いの主面が所定の間隔を保ってそれぞれ対向するよう配列させると共に、配列させた前記複数のガラス基板のうち両端のガラス基板の外側の主面をそれぞれ覆う一対の側壁が設けられるカセットと、
    前記処理室内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各主面において、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. 請求項1に記載の基板処理装置であって、
    前記両端のガラス基板の外側の主面と、前記カセットが備える前記一対の側壁の内側面と、の間の距離が、前記複数のガラス基板の主面間の距離とそれぞれ等しくなるよう構成されている基板処理装置。
  3. 請求項1に記載の基板処理装置であって、
    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。
  4. 請求項1に記載の基板処理装置であって、
    前記複数のガラス基板の長辺方向に延在し、前記複数のガラス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。
  5. 複数のガラス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。
JP2013547228A 2011-12-01 2012-11-30 基板処理装置、及び、搬送装置 Expired - Fee Related JP5853291B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013547228A JP5853291B2 (ja) 2011-12-01 2012-11-30 基板処理装置、及び、搬送装置

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011263720 2011-12-01
JP2011263720 2011-12-01
JP2013547228A JP5853291B2 (ja) 2011-12-01 2012-11-30 基板処理装置、及び、搬送装置
PCT/JP2012/081046 WO2013081095A1 (ja) 2011-12-01 2012-11-30 基板処理装置、及び、搬送装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPWO2013081095A1 true JPWO2013081095A1 (ja) 2015-04-27
JP5853291B2 JP5853291B2 (ja) 2016-02-09

Family

ID=48535543

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2013547228A Expired - Fee Related JP5853291B2 (ja) 2011-12-01 2012-11-30 基板処理装置、及び、搬送装置

Country Status (4)

Country Link
JP (1) JP5853291B2 (ja)
KR (1) KR20140095557A (ja)
CN (1) CN104067378A (ja)
WO (1) WO2013081095A1 (ja)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5985459B2 (ja) * 2013-08-12 2016-09-06 本田技研工業株式会社 太陽電池の製造方法
CN105556651B (zh) * 2013-09-10 2018-09-25 泰拉半导体株式会社 热处理装置以及具备该热处理装置的热处理系统
CN110366774B (zh) * 2018-01-12 2023-06-02 株式会社爱发科 真空装置

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006186114A (ja) * 2004-12-28 2006-07-13 Showa Shell Sekiyu Kk Cis系薄膜太陽電池の光吸収層の作製方法
WO2010055669A1 (ja) * 2008-11-12 2010-05-20 株式会社アルバック 電極回路、成膜装置、電極ユニットおよび成膜方法
WO2010060646A1 (de) * 2008-11-28 2010-06-03 Volker Probst Verfahren zum herstellen von halbleiterschichten bzw. von mit elementarem selen und/oder schwefel behandelten beschichteten substraten, insbesondere flächigen substraten

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2144026B1 (de) * 2008-06-20 2016-04-13 Volker Probst Prozessvorrichtung und verfahren zum prozessieren von gestapelten prozessgütern

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006186114A (ja) * 2004-12-28 2006-07-13 Showa Shell Sekiyu Kk Cis系薄膜太陽電池の光吸収層の作製方法
WO2010055669A1 (ja) * 2008-11-12 2010-05-20 株式会社アルバック 電極回路、成膜装置、電極ユニットおよび成膜方法
WO2010060646A1 (de) * 2008-11-28 2010-06-03 Volker Probst Verfahren zum herstellen von halbleiterschichten bzw. von mit elementarem selen und/oder schwefel behandelten beschichteten substraten, insbesondere flächigen substraten

Also Published As

Publication number Publication date
KR20140095557A (ko) 2014-08-01
WO2013081095A1 (ja) 2013-06-06
CN104067378A (zh) 2014-09-24
JP5853291B2 (ja) 2016-02-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5698059B2 (ja) 基板処理装置、及び、太陽電池の製造方法
JP5090097B2 (ja) 基板処理装置、半導体装置の製造方法及び基板処理方法
KR101663918B1 (ko) 감소된 챔버 공간을 형성하는 공정 박스 및 다층체의 위치 결정 방법
WO2001041202A1 (fr) Dispositif et procede de traitement thermique
KR101500820B1 (ko) 다층체의 가공을 위한 장치, 시스템 및 방법
JP5853291B2 (ja) 基板処理装置、及び、搬送装置
US9926626B2 (en) System and method for processing substrates
JP6257616B2 (ja) コーティングされた基板を処理するための、プロセスボックス、装置及び方法
JP2010034283A (ja) 基板処理装置
JP2012222157A (ja) 基板処理装置、及び、太陽電池の製造方法
WO2013099894A1 (ja) 基板処理装置及びそれを用いた基板処理方法
JP5517372B2 (ja) 真空処理装置
JP2013051281A (ja) 基板処理装置
JP6116685B2 (ja) 対象物を熱処理するための装置と方法
JP2013159545A (ja) 基板処理装置及び太陽電池用基板の製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20150303

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20150507

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20151013

A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711

Effective date: 20151112

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20151112

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821

Effective date: 20151118

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5853291

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

S531 Written request for registration of change of domicile

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees