JPWO2013099894A1 - 基板処理装置及びそれを用いた基板処理方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】基板の加熱効率を高めて基板の昇温時間の短縮化を図る。【解決手段】筒状の反応管１００とシールキャップ１１０とで気密に構成される処理室３０と、反応管１００の周囲に設けられたヒータである炉体加熱部２００と、処理室３０内に配置され、かつ複数のガラス基板２０が収容されたカセット４１０と、反応管１００の内部の閉塞された一方の側部に設けられた電動ファン５００と、処理室３０内においてカセット４１０上で立てて配置される複数のガラス基板２０のうちの最外部の位置に配置されるガラス基板２０の表面を覆い、かつ電動ファン５００の羽部５１０に向かう気流Ｑが反応管１００の内周面１００ａに沿って流れるように制御する円筒形の整流板４３０と、を備えた基板処理装置。【選択図】図１

Description

本発明は、基板処理装置及びそれを用いた基板処理方法に関し、特に、基板の処理時間の短縮化に適用して有効な技術に関する。
セレン化物系ＣＩＳ（カルコパイライト）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している。
ここで、セレン化を行う装置の一例として、特許文献１（特開２００６−１８６１１４号公報）がある。特許文献１に記載されるセレン化装置（成膜装置）は、ホルダーにより複数の平板状の対象物（基板）を一定の間隔を設けて、円筒状の石英チャンバー（反応管）の長軸方向（長手方向）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含むガス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（反応管、反応室）の軸方向（長手方向）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、すなわち、ガラス基板の長辺方向に流れることになる。
ここで、セレン化には長時間を要することから、セレン化装置の処理能力を上げるためには、反応室に載置するガラス基板の枚数を可能な限り多くする必要があり、したがって、ホルダーに挿入する複数のガラス基板の隣り合った基板との間隔を小さくして詰め込むことになる。
なお、ガラス基板は、熱伝導率が小さいため、ホルダー内の複数のガラス基板の外側から熱伝導あるいは輻射でガラス基板の温度を均一に保持しながら短時間で加熱することが難しい。
また、ヒータに大きな電力を投入して急速に加熱すると、ガラス基板内の温度差が大きくなり、ガラス基板が破損してしまう。このため、ホルダー内の複数のガラス基板を加熱する場合、一般的に反応室の内部の処理ガスをファン等で攪拌して処理ガスの熱をガラス基板に伝達する方法が採用されている。
ところが、円筒形の反応室の内部にガラス基板を載置すると、ガラス基板の表面、すなわちガラス基板と反応室の内周面との間に空間が形成され、隣り合ったガラス基板との間を通過しないガス循環が生じたり、あるいは反応室の内周面に沿わないガス循環が生じたりして、反応室内のガスの流れが不安定になる。
その結果、効率的にガラス基板を加熱できないという課題が発生する。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、基板処理における基板の加熱効率を高めることができる技術を提供することにある。
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、以下のとおりである。
本発明に係る基板処理装置は、反応管と、反応管の内部の雰囲気を基板の表面に沿って強制対流させるファンと、複数の基板のうちの最外部の位置に配置される基板の表面を覆い、前記複数の基板の外側で前記ファンに向かって流れる処理ガスを前記反応管の内周面に沿って流れるように制御する整流板と、を有するものである。
また、本発明に係る基板処理方法は、反応管の内部で、複数の基板のうちの最外部の位置に配置される基板の表面を覆う整流板によって、前記複数の基板の外側でファンに向かって流れる処理ガスを反応管の内周面に沿って流れるように制御して成膜処理を行うものである。
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、以下のとおりである。
基板の昇温時間の短縮化を図ることができる。
本発明の実施の形態１の基板処理装置の主要部の構造の一例を示す断面図である。 図１に示す基板処理装置の円周方向の構造の一例を示す断面図である。 図２のＡ部の構造を示す拡大部分断面図である。 図１に示す基板処理装置の反応管のコーティング膜の構造の一例を示す断面図である。 本発明の実施の形態２の基板処理装置の主要部の構造の一例を示す断面図である。 図５に示す基板処理装置の円周方向の構造の一例を示す断面図である。 図６のＢ部の構造を示す拡大部分断面図である。 本発明の実施の形態２の基板処理装置による効果の一例を示すシミュレーション結果図である。 本発明の実施の形態２における変形例の基板処理装置の主要部の構造を示す断面図である。
以下の実施の形態では特に必要なとき以外は同一または同様な部分の説明を原則として
繰り返さない。
さらに、以下の実施の形態では便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは
実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明などの関係にある。
また、以下の実施の形態において、要素の数など（個数、数値、量、範囲などを含む）に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合などを除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でも良いものとする。
また、以下の実施の形態において、その構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。
また、以下の実施の形態において、構成要素等について、「Ａからなる」、「Ａよりなる」、「Ａを有する」、「Ａを含む」と言うときは、特にその要素のみである旨明示した場合等を除き、それ以外の要素を排除するものでないことは言うまでもない。同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１の基板処理装置の主要部の構造の一例を示す断面図、図２は図１に示す基板処理装置の円周方向の構造の一例を示す断面図、図３は図２のＡ部の構造を示す拡大部分断面図、図４は図１に示す基板処理装置の反応管のコーティング膜の構造の一例を示す断面図である。
本実施の形態１の基板処理装置は、ガラス基板等の基板に加熱処理を行うものであり、図１に示す主要部である処理炉１０を備えている。
まず、図１に示す処理炉１０の基本構造について説明する。
基板に対して成膜処理等の加熱処理が行われる処理室（反応室ともいう）３０は、反応管１００とシールキャップ（蓋）１１０とで気密に構成され、内部には複数のガラス基板２０がカセット（ボートともいう）４１０に収納された状態で設置台４２０上に配置されている。
また、反応管１００は、周囲に設けた炉体加熱部２００やキャップ加熱部２１０等の加熱部（ヒータ）により加熱される構造となっており、さらに、反応管１００の材質には腐食性のガスにも耐えられるような耐腐食性が高い金属あるいはその表面に耐腐食コーティングを施した金属が用いられている。
本実施の形態１の処理炉１０では、反応管１００の内部の閉塞された一方の側部に電動ファン５００が設けられており、処理室３０の外部に設けた動力部（ファン駆動部）５３０によって羽部（ファン）５１０を回転させることで処理室３０内のガスを攪拌可能な構造となっている。
なお、反応管１００には、ガラス基板２０を処理するためのガス導入部、処理室３０の内部のガスを置換するための排気口、排気口からガスを排気するための排気装置に連結された排気管、窒素等の不活性ガスの導入部等が設けられている。
次に、処理炉１０の構造について詳しく説明する。
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を有している。反応管１００は、中空の円筒形状（筒状）をしており、その一端が閉塞し、他端が開口する構造を有している。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が設けられている。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。
また、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が設けられている。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。
また、反応管１００の内部には、一例として、銅（Ｃｕ）、インジウム（Ｉｎ）、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、３０〜６０枚）２０を保持するカセット４１０を載置するための設置台４２０が設けられている。
設置台４２０は、その一端が反応管１００の内周面１００ａ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ている。
カセット４１０は、図１に示されるように、ガラス基板２０の両端に、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可能な保持部材である。なお、ガラス基板２０がカセット４１０に収容される際には、図２に示すように、隣のガラス基板２０と干渉しないように（接触しないように）間隔をあけて収容される。さらに、図１に示すように気流Ｐのガス流れを妨げないように、側面部Ｃの板は極力フレーム４１０ａのみ（側面部Ｃの板は、例えば枠状）となっており、円筒形の整流板４３０内を流れるガスが流れ易い構造となっている。また、それぞれのガラス基板２０は、例えばカセット４１０の図２に示す底板の溝と図１のフレーム４１０ａによって支持されている。
また、反応管１００の周囲には、一端が閉塞し、かつ他端が開口する中空の円筒形状をした加熱部である炉体加熱部２００が設けられている。さらに、シールキャップ１１０の反応管１００と反対側（外側）の側面には、キャップ加熱部２１０が設けられている。この炉体加熱部２００とキャップ加熱部２１０により反応管１００を介してその内部、すなわち処理室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、図示しない固定部によりシールキャップ１１０に固定されている。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との冷却手段が設けられる。
なお、マニホールド１２０には、セレン元素含有ガス（セレン化源、処理ガス６００）としての水素化セレン（以下、「Ｈ2Ｓｅ」と呼ぶ）を供給するためのガス供給管３００が設けられており、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（導入される）。
一方、ガス供給管３００の反対側のマニホールド１２０には、排気管３１０が設けられており、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。
また、本実施の形態１の反応管１００の内部には、電動ファン５００が設けられている。すなわち、反応管１００の閉塞された一端側に電動ファン５００が設けられ、電動ファン５００の駆動により、反応管１００の内部の雰囲気をガラス基板２０の表面に沿って強制対流させることができる。電動ファン５００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、かつ回転軸部５２０を回転させる動力部５３０とを有している。さらに、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が設けられており、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（処理ガス６００）が浸入するのを極力抑えるようにしている。
電動ファン５００の回転により、処理室３０内はガラス基板２０の長辺方向（筒状の反応管１００の長手方向）に沿って流れる処理ガス６００の気流Ｐ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２０の長辺方向に向かうようにしている。
また、本実施の形態１の処理炉１０では、図１及び図２に示すように、処理室３０に円筒形の整流板４３０が設けられている。整流板４３０は、反応管１００の内部においてカセット４１０上で立てて配置される複数のガラス基板２０のうちの最外部の位置に配置されるガラス基板２０の表面を覆っており、両端が開口した形状となっている。すなわち、カセット４１０上に立てて配置された複数のガラス基板２０を覆うように円筒形の整流板４３０が設けられており、円筒形の整流板４３０の両側の端部はガスが通過可能なように開口している。
したがって、反応管１００の内周面１００ａの長手方向の閉塞された側の壁に取り付けられた電動ファン５００の羽部５１０から円筒形の整流板４３０の一方の開口部を介して整流板４３０の内部に気流を送り込むことができるとともに、他方の反対側の開口部から整流板４３０の外側に気流を送り出すことができる。
なお、整流板４３０は、反応管１００の内周面１００ａに取り付けられている。
さらに、整流板４３０は、図１に示すように、電動ファン５００の駆動で羽部５１０の回転によって形成された強制対流によるガラス基板２０に沿って流れる気流Ｐと、この気流Ｐがシールキャップ１１０の内壁に衝突した後、複数のガラス基板２０の外側で電動ファン５００の羽部５１０に向かって流れる処理ガス６００の気流Ｑとを区分けしている。すなわち、整流板４３０は、羽部５１０の回転によって形成されたガラス基板２０に沿って流れる気流Ｐと、この気流Ｐがシールキャップ１１０の内壁に衝突した後、電動ファン５００の羽部５１０に向かって流れる気流Ｑとを区分けする機能を有しており、羽部５１０に向かう気流Ｑが反応管１００の内周面１００ａに沿って流れるように制御している。
これにより、電動ファン５００の駆動によって形成された強制対流により、ガラス基板２０の表面に沿って流れる処理ガス６００の気流Ｐ（処理ガス６００の流れ方向）は、整流板４３０から出た後、シールキャップ１１０の内壁に到達し、その後、羽部５１０に向かう気流Ｑが整流板４３０の外側の領域で反応管１００の内周面１００ａに沿って流れるように処理ガス６００の流れを整流板４３０が制御している。
その結果、処理室３０でのガラス基板２０の処理中の処理ガス６００の流れを安定して循環させることができる。
つまり、反応管１００の内部（処理室３０内）に円筒形の整流板４３０を設けたことで、電動ファン５００の羽部５１０に向かって流れる処理ガス６００の流路を、反応管１００の内周面１００ａに沿うように狭くすることができ、したがって、羽部５１０に向かって流れる処理ガス６００を加熱された反応管１００の内周面１００ａに沿って流れるように制御することができる。その結果、反応管１００の内部の処理ガス６００の流れの安定化を図ることができる。
これにより、処理ガス６００の加熱効率を高めることができ、ガラス基板２０の加熱効率を高めて昇温時間の短縮化を図ることができる。
また、処理炉１０には、図３に示すように反応管１００の内周面１００ａに複数の凹凸１０３が形成されている。この凹凸１０３は、反応管１００の内周面１００ａの略全面（例えば、処理ガス６００が通過する内周面１００ａ）に亘って形成されている。
これにより、反応管１００の内周面１００ａの表面積を大きくすることができ、加熱された反応管１００の内周面１００ａに対して処理ガス６００が通過する際に接触する面積を増やすことができる。
その結果、処理ガス６００の加熱効率をさらに高めることができ、ガラス基板２０の加熱効率をさらに高めて昇温時間の短縮化をさらに図ることができる。
次に、反応管１００の内部の表面（内周面１００ａ）のコーティング材について説明する。
本実施の形態１の処理炉１０の反応管１００は、ステンレス等の金属材料によって形成されている。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。よって、ＣＩＳ系（カルコパイライト系）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。したがって、反応管１００内に収容できるガラス基板２０の枚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。
さらに、本実施の形態１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（内周面１００ａ）は、図４に示すように、図１の反応管１００の基材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が形成されている。一般的に広く用いられてい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、本実施の形態１のようにセレン化耐性の高いコーティング膜１０２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る。
その結果、一般的に広く用いられてい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１０２としては、セラミックを主成分とするコーティング膜１０２、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）のそれぞれ単独あるいは混合物、または、炭素を主成分とするコーティング膜１０２、例えば、炭化珪素（ＳｉＣ）、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）が挙げられる。
また、本実施の形態１のコーティング膜１０２は、ポーラス状の膜で形成されている。これにより、反応管１００の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。ただし、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を形成しなくても良い。
次に、本実施の形態１の処理炉１０を備える基板処理装置を用いた基板処理方法について説明する。
ここでは、図１及び図２に示すような、内部の閉塞された一方の側部に電動ファン５００が設けられた筒状の反応管１００を有した処理炉１０を備える基板処理装置において、一例として、ＣＩＧＳ（C:Cu(Copper)、Ｉ:ln(lndium)、G:Ga(Gallium)、S:Se(Selenium)）系の太陽電池の製造プロセスでセレン化処理を行う場合を説明する。
まず、銅（Ｃｕ）、インジウム（Ｉｎ）、ガリウム（Ｇａ）を含有する積層膜が形成された３０枚から６０枚のガラス基板２０をカセット（ボート）４１０内に配置し、可動性のシールキャップ１１０をマニホールド１２０から外した状態で、カセット４１０を反応管１００の内部である処理室３０内に搬入し、設置台４２０上にセットする（搬入工程）。
なお、カセット４１０内においてそれぞれのガラス基板２０は、隣り合った基板と接触しない程度に間隔をあけて立てて配置されている。
また、カセット４１０の処理室３０内への搬入は、例えば、図示しない搬入出装置のアームによりカセット４１０の下部を支持して持ち上げた状態で、カセット４１０を処理室３０内に移動し、所定の位置に到達させた後、当該アームを下方に移動させカセット４１０を設置台４２０に載置することにより行われる。
その後、シールキャップ１１０を閉めて処理室３０を密閉状態とし、処理室３０の内部の大気を窒素ガス等の不活性ガス（処理ガス６００）で置換する（置換工程）。前記不活性ガスで処理室３０内の雰囲気を置換した後、炉体加熱部２００等のヒータに電力を投入し、所定の昇温速度で反応管１００を加熱する。例えば、４００〜５５０℃、望ましくは４５０℃〜５５０℃まで、毎分３〜１５℃で昇温する。
さらに昇温と同時に、電動ファン５００の羽部５１０を動力部５３０により回転させ、反応管１００の内周面１００ａ付近で加熱された処理ガス（不活性ガス）６００をカセット４１０に収容された複数のガラス基板２０それぞれの長辺方向（長手方向）に沿って、かつガラス基板２０間を通過させ、処理ガス６００の熱をガラス基板２０に伝達することによりガラス基板２０を加熱する。
なお、ガラス基板２０は基板内の温度差が大きくなると破損するため、温度差が大きくならないように反応管１００の昇温速度や、隣り合ったガラス基板２０の間を通過させる処理ガス（不活性ガス）６００の流速を適切な値に調節して加熱する。
ここで、本実施の形態１の処理炉１０には、その反応管１００の内部に、円筒形の整流板４３０が設けられており、この円筒形の整流板４３０の内部に複数のガラス基板２０が配置されている。本実施の形態１の円筒形の整流板４３０は、電動ファン５００の羽部５１０による強制対流で生じたガラス基板２０の表面上の処理ガス６００の流れ方向に沿って延在し、かつ複数のガラス基板２０のうちの最外部の位置に配置される基板の表面を覆うように設けられている。
すなわち、円筒形の整流板４３０は、羽部５１０の回転によって形成されたガラス基板２０の長辺方向に沿って流れる処理ガス６００の気流Ｐ（処理ガス６００の流れ方向）と、この気流Ｐがシールキャップ１１０の内壁で反転して電動ファン５００の羽部５１０に向かって流れる気流Ｑとを区分けする機能を有しており、羽部５１０に向かう気流Ｑが反応管１００の内周面１００ａに沿って流れるように制御している。
つまり、シールキャップ１１０で反転して複数のガラス基板２０の外側において羽部５１０に向かう気流Ｑの流路を狭くし、これによって、気流Ｑが反応管１００の内周面１００ａに沿って流れるように制御している。
したがって、電動ファン５００の駆動によって形成された強制対流により、ガラス基板２０の表面に沿って流れる処理ガス（不活性ガス）６００の気流Ｐは、整流板４３０から出た後、シールキャップ１１０の内壁に衝突して反転し、その後、羽部５１０に向かう気流Ｑが整流板４３０の外側の領域で反応管１００の内周面１００ａに沿って流れるように処理ガス６００の流れを整流板４３０が制御する。
これにより、処理室３０でのガラス基板２０の昇温時の処理ガス６００の流れを安定して循環させることができる。
すなわち、反応管１００の内部（処理室３０内）に円筒形の整流板４３０が設けられたことで、電動ファン５００の羽部５１０に向かって流れる処理ガス６００の流路を、反応管１００の内周面１００ａに沿うように狭くすることができ、したがって、この処理ガス６００を加熱された反応管１００の内周面１００ａに沿って流れるように制御することができる。これにより、反応管１００の内部の処理ガス６００の流れの安定化を図ることができる。
その結果、処理ガス６００の加熱効率を高めることができ、ガラス基板２０の加熱効率を高めて昇温時間の短縮化を図ることができる。
また、処理炉１０には、図３に示すように反応管１００の内周面１００ａに複数の凹凸１０３が形成されており、これにより、反応管１００の内周面１００ａの表面積を大きくすることができるため、加熱された反応管１００の内周面１００ａに対して処理ガス６００が通過する際に接触する面積を増やすことができる。
その結果、処理ガス６００の加熱効率をさらに高めることができ、ガラス基板２０の加熱効率をさらに高めて昇温時間の短縮化をさらに図ることができる。
以上の方法により、ガラス基板２０を加熱し、ガラス基板２０が所定の温度（例えば、後述する４００〜５００℃）に昇温した時点で処理室３０内に処理ガス（セレン元素含有ガス（セレン化源））６００を導入してガラス基板２０に成膜処理を行う。
すなわち、反応管１００を加熱した状態で反応管１００の内部に処理ガス（セレン化源）６００を導入し、その際も、電動ファン５００の羽部５１０により反応管１００の内部の雰囲気をガラス基板２０の表面に沿って強制対流させて、さらに円筒形の整流板４３０によって安定化した気流Ｐ及び気流Ｑを形成し、この状態で複数のガラス基板２０に成膜処理を行う。このセレン化処理によって、それぞれのガラス基板２０にＣＩＳ系太陽電池の光吸収層が形成される（形成工程）。
成膜処理の終了後、反応管１００の温度を一定速度で降温するとともに、処理室３０内の処理ガス６００を窒素等の不活性ガスで置換する。すなわち、成膜処理の終了後、ガス供給管３００から窒素ガス等の不活性ガスを導入して処理室３０内の雰囲気を置換するとともに、所定温度まで降温する（降温工程）。
さらに、ガラス基板２０の温度が所定の温度に降温し、かつ処理室３０内の処理ガス６００の窒素ガス等による置換が終了した時点で、シールキャップ１１０を移動させることにより、処理室３０を開口し、その後、図示しない搬入出装置のアームにてカセット４１０を搬出する（搬出工程）ことにより一連の成膜処理が終了する。
なお、一例として、ＣＩＧＳ系の太陽電池の製造プロセスにおいて、ガラス基板２０上に形成したＣｕ（銅）、Ｉｎ（インジウム）、Ｇａ（ガリウム）からなる金属プリカーサ膜（積層膜）をＨ2Ｓｅ（セレン化水素）ガスでＳｅ（セレン）化処理するプロセスでは、処理室３０内に配置されたガラス基板２０の温度を４００〜５００℃に保持した状態で２０分から２時間程度で成膜処理を行う。
（実施の形態２）
図５は本発明の実施の形態２の基板処理装置の主要部の構造の一例を示す断面図、図６は図５に示す基板処理装置の円周方向の構造の一例を示す断面図、図７は図６のＢ部の構造を示す拡大部分断面図、図８は本発明の実施の形態２の基板処理装置による効果の一例を示すシミュレーション結果図である。
本実施の形態２の基板処理装置は、実施の形態１の基板処理装置と同様の処理炉１０を備えたものであるが、本実施の形態２の処理炉１０は、図５及び図６に示すように、反応管１００の上部に複数の電動ファン５００が設けられているものであり、したがって、電動ファン５００の羽部５１０の回転によって生じる強制対流は、反応管１００の上部から下部に向かうものであり、したがって、羽部５１０の回転によって生じる気流Ｒは、ガラス基板２０の短辺方向に沿って流れるものである。
本実施の形態２の処理炉１０では、反応管１００とシールキャップ１１０とで気密に構成可能であり、その反応管１００の上部に複数の電動ファン５００が並んで設けられており、処理室３０の外部に設けた動力部（ファン駆動部）５３０によって羽部（ファン）５１０を回転させることで処理室３０内のガスを攪拌可能な構造となっている。
処理炉１０の構造について詳しく説明すると、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を有している。反応管１００は、中空の円筒形状（筒状）をしており、その一端が閉塞し、他端が開口する構造を有している。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が設けられている。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。
また、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が設けられている。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。
また、反応管１００の内部には、一例として、銅（Ｃｕ）、インジウム（Ｉｎ）、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）２０を保持するカセット４１０を載置するための設置台４２０が設けられている。
設置台４２０は、その一端が反応管１００の内周面１００ａ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ている。
カセット４１０は、図５に示されるように、ガラス基板２０の両端に、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可能な保持部材である。なお、ガラス基板２０がカセット４１０に収容される際には、図６に示すように、隣のガラス基板２０と干渉しないように（接触しないように）間隔をあけて収容される。さらに、図５に示すようにカセット４１０の底の板は、気流Ｒのガスを通り易くするために空洞となっており、Ｄ部に示すようにガラス基板２０をそのエッジ部のみで支える構造となっている。
また、反応管１００の周囲には、一端が閉塞し、かつ他端が開口する中空の円筒形状をした加熱部である炉体加熱部２００が設けられている。さらに、シールキャップ１１０の反応管１００と反対側（外側）の側面には、キャップ加熱部２１０が設けられている。この炉体加熱部２００とキャップ加熱部２１０により反応管１００を介してその内部、すなわち処理室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、図示しない固定部によりシールキャップ１１０に固定されている。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との冷却手段が設けられる。
なお、マニホールド１２０には、セレン元素含有ガス（セレン化源、処理ガス６００）としての水素化セレン（以下、「Ｈ2Ｓｅ」と呼ぶ）を供給するためのガス供給管３００が設けられており、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（導入される）。
一方、ガス供給管３００の反対側のマニホールド１２０には、排気管３１０が設けられており、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。
また、本実施の形態２の反応管１００には、複数の電動ファン５００が設けられている。すなわち、図５に示すように反応管１００の上部に複数の電動ファン５００が設けられ、これら電動ファン５００の駆動により、反応管１００の内部の雰囲気をガラス基板２０の表面に沿って強制対流させることができる。複数の電動ファン５００のそれぞれは、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、かつ回転軸部５２０を回転させる動力部５３０とを有している。さらに、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が設けられており、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（処理ガス６００）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の回転により、処理室３０内はガラス基板２０の短辺方向（筒状の反応管１００の縦方向（円周断面方向））に沿って流れる処理ガス６００の気流Ｒが形成される。このように、複数の電動ファン５００を動作させ、強制対流をガラス基板２０の短辺方向に沿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。
また、本実施の形態２の処理炉１０では、図５及び図６に示すように、処理室３０にカセット４１０の周囲を覆う第１整流板４４０が設けられ、さらに、第１整流板４４０の外側の領域に第２整流板４５０が設けられている。
ここで、第１整流板４４０は、反応管１００の内部においてカセット４１０上で立てて配置される複数のガラス基板２０のうちの最外部の位置に配置されるガラス基板２０の表面を覆うとともに、電動ファン５００の強制対流により生じたガラス基板２０の表面上の処理ガス６００の流れ方向（気流Ｒ）に沿って延在し、かつ複数のガラス基板２０の一方の側部も覆っているが、ただし、第１整流板４４０の上部及び下部は、図６に示すようにガスが通過可能なように開口している。
一方、第２整流板４５０は、図６に示すように、第１整流板４４０と反応管１００の内周面１００ａとの間の領域で、上部の羽部５１０に向かう気流Ｓの流路を狭くして気流Ｓが反応管１００の内周面１００ａに沿って流れるように湾曲状に設けられている。
なお、第１整流板４４０は、反応管１００の内周面１００ａに取り付けられ、第２整流板４５０は、第１整流板４４０に取り付けられている。
このように第１整流板４４０と第２整流板４５０は、上部に設けられた複数の電動ファン５００の駆動で羽部５１０の回転によって形成された強制対流によるガラス基板２０の短辺方向に沿って流れる気流Ｒと、この気流Ｒが反応管１００の下部の内壁に衝突した後、複数のガラス基板２０の外側（第２整流板４５０と反応管１００の内周面１００ａとの間の領域）で複数の電動ファン５００の羽部５１０に向かって流れる処理ガス６００の気流Ｓとを区分けしている。
すなわち、第１整流板４４０と第２整流板４５０は、複数の羽部５１０の回転によって形成されたガラス基板２０の短辺方向に沿って流れる気流Ｒと、この気流Ｒが反応管１００の下部の内周面１００ａに到達した後、複数の電動ファン５００の羽部５１０に向かって流れる気流Ｓとを区分けする機能を有しており、羽部５１０に向かう気流Ｓが反応管１００の内周面１００ａに沿って流れるように制御している。
これにより、複数の電動ファン５００の駆動によって形成された強制対流により、ガラス基板２０の短辺方向の表面に沿って流れる処理ガス６００の気流Ｒ（処理ガス６００の流れ方向）は、第１整流板４４０の下部から出た後、反応管１００の下部の内周面１００ａに衝突し、その後、羽部５１０に向かう気流Ｓが第２整流板４５０の外側の領域で反応管１００の内周面１００ａに沿って流れるように処理ガス６００の流れを第１整流板４４０と第２整流板４５０が制御している。
その結果、処理室３０でのガラス基板２０の処理中の処理ガス６００の流れを安定して循環させることができる。
つまり、反応管１００の内部（処理室３０内）に第１整流板４４０と第２整流板４５０を設けたことで、複数の電動ファン５００の羽部５１０に向かって流れる処理ガス６００の流路を、反応管１００の内周面１００ａに沿うように狭くすることができ、したがって、複数の羽部５１０に向かって流れる処理ガス６００を、加熱された反応管１００の内周面１００ａに沿って流れるように制御することができる。その結果、反応管１００の内部の処理ガス６００の流れの安定化を図ることができる。
これにより、処理ガス６００の加熱効率を高めることができ、ガラス基板２０の加熱効率を高めて昇温時間の短縮化を図ることができる。
また、処理炉１０には、実施の形態１と同様に、図７に示すように反応管１００の内周面１００ａに複数の凹凸１０３が形成されている。この凹凸１０３は、反応管１００の内周面１００ａの略全面（例えば、処理ガス６００が通過する内周面１００ａ）に亘って形成されている。
これにより、反応管１００の内周面１００ａの表面積を大きくすることができ、加熱された反応管１００の内周面１００ａに対して処理ガス６００が通過する際に接触する面積を増やすことができる。
その結果、処理ガス６００の加熱効率をさらに高めることができ、ガラス基板２０の加熱効率をさらに高めて昇温時間の短縮化をさらに図ることができる。
本実施の形態２の基板処理装置のその他の構成については、実施の形態１の基板処理装置と同様であるため、その重複説明は省略する。
次に、本実施の形態２の処理炉１０を備える基板処理装置を用いた基板処理方法について説明する。
ここでは、図５及び図６に示すような、上部に複数の電動ファン５００が設けられた筒状の反応管１００を有した処理炉１０を備える基板処理装置において、一例として、ＣＩＧＳ系の太陽電池の製造プロセスでセレン化処理を行う場合を説明する。
まず、銅（Ｃｕ）、インジウム（Ｉｎ）、ガリウム（Ｇａ）を含有する積層膜が形成された３０枚から６０枚のガラス基板２０をカセット（ボート）４１０内に配置し、可動性のシールキャップ１１０をマニホールド１２０から外した状態で、カセット４１０を反応管１００の内部である処理室３０内に搬入し、設置台４２０上にセットする（搬入工程）。
なお、カセット４１０内においてそれぞれのガラス基板２０は、図６に示すように隣り合った基板と接触しない程度に間隔をあけて立てて配置されている。
また、カセット４１０の処理室３０内への搬入は、例えば、図示しない搬入出装置のアームによりカセット４１０の下部を支持して持ち上げた状態で、カセット４１０を処理室３０内に移動し、所定の位置に到達させた後、当該アームを下方に移動させカセット４１０を設置台４２０に載置することにより行われる。
その後、シールキャップ１１０を閉めて処理室３０を密閉状態とし、処理室３０の内部の大気を窒素ガス等の不活性ガス（処理ガス６００）で置換する（置換工程）。前記不活性ガスで処理室３０内の雰囲気を置換した後、炉体加熱部２００等のヒータに電力を投入し、所定の昇温速度で反応管１００を加熱する。例えば、４００〜５５０℃、望ましくは４５０℃〜５５０℃まで、毎分３〜１５℃で昇温する。
さらに昇温と同時に、電動ファン５００の羽部５１０を動力部５３０により回転させ、反応管１００の内周面１００ａ付近で加熱された処理ガス（不活性ガス）６００をカセット４１０に収容された複数のガラス基板２０それぞれの短辺方向に沿って、かつガラス基板２０間を通過させ、処理ガス６００の熱をガラス基板２０に伝達することによりガラス基板２０を加熱する。
なお、ガラス基板２０は基板内の温度差が大きくなると破損するため、温度差が大きくならないように反応管１００の昇温速度や、隣り合ったガラス基板２０の間を通過させる処理ガス（不活性ガス）６００の流速を適切な値に調節して加熱する。
ここで、本実施の形態２の処理炉１０には、その反応管１００の内部に、カセット４１０の周囲を覆う第１整流板４４０が設けられ、さらに、第１整流板４４０の外側の領域に第２整流板４５０が設けられている。
ここで、第１整流板４４０は、反応管１００の内部においてカセット４１０上で立てて配置される複数のガラス基板２０のうちの最外部の位置に配置されるガラス基板２０の表面を覆うとともに、電動ファン５００の強制対流により生じたガラス基板２０の表面上の処理ガス６００の流れ方向（気流Ｒ）に沿って延在し、かつ複数のガラス基板２０の一方の側部も覆っているが、ただし、第１整流板４４０の上部及び下部は、図６に示すようにガスが通過可能なように開口している。
一方、第２整流板４５０は、図６に示すように、第１整流板４４０と反応管１００の内周面１００ａとの間の領域で、上部の羽部５１０に向かう気流Ｓの流路を狭くして気流Ｓが反応管１００の内周面１００ａに沿って流れるように湾曲状に設けられている。
このように第１整流板４４０と第２整流板４５０は、上部に設けられた複数の電動ファン５００の駆動で羽部５１０の回転によって形成された強制対流によるガラス基板２０の短辺方向に沿って流れる気流Ｒと、この気流Ｒが反応管１００の下部の内壁に衝突した後、複数のガラス基板２０の外側（第２整流板４５０と反応管１００の内周面１００ａとの間の領域）で複数の電動ファン５００の羽部５１０に向かって流れる処理ガス６００の気流Ｓとを区分けしている。
すなわち、第１整流板４４０と第２整流板４５０は、複数の羽部５１０の回転によって形成されたガラス基板２０の短辺方向に沿って流れる気流Ｒと、この気流Ｒが反応管１００の下部の内周面１００ａに到達した後、複数の電動ファン５００の羽部５１０に向かって流れる気流Ｓとを区分けする機能を有しており、羽部５１０に向かう気流Ｓが反応管１００の内周面１００ａに沿って流れるように制御している。したがって、羽部５１０の回転で送風された処理ガス６００は第１整流板４４０によりそのほとんどがガラス基板２０の間を短辺方向に沿って気流Ｒとして通過し、さらにガラス基板２０を抜けて反応管１００の下部の内周面１００ａに到達した後は、気流Ｓとして第２整流板４５０により反応管１００の内周面１００ａに沿って流れ、ガラス基板２０を加熱するための効果的な流れを形成する。
これにより、処理室３０でのガラス基板２０の昇温時の処理ガス６００の流れを安定して循環させることができる。
つまり、反応管１００の内部（処理室３０内）に第１整流板４４０と第２整流板４５０が設けられたことで、複数の電動ファン５００の羽部５１０に向かって流れる処理ガス６００の流路を、反応管１００の内周面１００ａに沿うように狭くすることができ、したがって、この処理ガス６００を加熱された反応管１００の内周面１００ａに沿って流れるように制御することができる。これにより、反応管１００の内部の処理ガス６００の流れの安定化を図ることができる。
その結果、処理ガス６００の加熱効率を高めることができ、ガラス基板２０の加熱効率を高めて昇温時間の短縮化を図ることができる。
また、処理炉１０には、図７に示すように反応管１００の内周面１００ａに複数の凹凸１０３が形成されており、これにより、反応管１００の内周面１００ａの表面積を大きくすることができるため、加熱された反応管１００の内周面１００ａに対して処理ガス６００が通過する際に接触する面積を増やすことができる。
その結果、処理ガス６００の加熱効率をさらに高めることができ、ガラス基板２０の加熱効率をさらに高めて昇温時間の短縮化をさらに図ることができる。
なお、ガラス基板２０は基板内の温度差が大きくなると破損するため、温度差が大きくならないように反応管１００の昇温速度や、ガラス基板２０間に送風する処理ガス６００の速度を適切な値に調節して加熱する。すなわち、ガラス基板２０の昇温速度および電動ファン５００の送風速度（電動ファン５００の回転数）は、ガラス基板２０の温度分布が悪化しないように適宜調節する。
以上の方法により、ガラス基板２０を加熱し、ガラス基板２０が所定の温度（例えば、後述する４００〜５００℃）に昇温した時点で処理室３０内に処理ガス（セレン元素含有ガス（セレン化源））６００を導入してガラス基板２０に成膜処理を行う。
すなわち、反応管１００を加熱した状態で反応管１００の内部に処理ガス（セレン化源）６００を導入し、その際も、電動ファン５００の羽部５１０により反応管１００の内部の雰囲気をガラス基板２０の表面に沿って強制対流させて、さらに円筒形の整流板４３０によって安定化した気流Ｒ及び気流Ｓを形成し、この状態で複数のガラス基板２０に成膜処理を行う。このセレン化処理によって、それぞれのガラス基板２０にＣＩＳ系太陽電池の光吸収層が形成される（形成工程）。
成膜処理の終了後、処理ガス（セレン化源、セレン化水素ガス））６００の供給を停止させ、反応管１００の温度を一定速度で降温するとともに、処理室３０内の処理ガス６００を窒素等の不活性ガスで置換する。すなわち、成膜処理の終了後、ガス供給管３００から窒素ガス等の不活性ガスを導入して処理室３０内の雰囲気を置換するとともに、所定温度まで降温する（降温工程）。
さらに、ガラス基板２０の温度が所定の温度に降温し、かつ処理室３０内の処理ガス６００の窒素ガス等による置換が終了した時点で、シールキャップ１１０を移動させることにより、処理室３０を開口し、その後、図示しない搬入出装置のアームにてカセット４１０を搬出する（搬出工程）ことにより一連の成膜処理が終了する。
なお、基板降温時、基板内における温度差が大きくならないように窒素ガスの導入量等の降温条件を調節する。
また、本実施の形態２では、電動ファン５００をガラス基板２０の上部に設けた場合を説明したが、複数の電動ファン５００は、ガラス基板２０の下部に設置してもよい。
次に、図８を用いて、ガラス基板２０の長辺方向（実施の形態１）と短辺方向（実施の形態２）とで、処理ガス６００の流す方向による有意差について説明する。
図８は、電動ファン５００の位置以外は、同じ構造を有する処理炉１０において、５℃／分の速度で昇温した場合のガラス基板２０間の流速を変化させ、ガラス基板２０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。
図８（ａ）は、実施の形態１のように電動ファン５００を処理炉１０の側部に配置し、ガラス基板２０の表面の処理ガス６００の流れをガラス基板２０の長辺方向とした場合の結果である。図８（ａ−１）は加熱開始後２０分経過した状態であり、図８（ａ−２）は加熱開始後６０分経過した状態を表示している。図中の濃淡の度合いからガラス基板２０の面内の温度差が約３０℃に抑えられているのがわかる。さらに、シュミレーションにより、ガラス基板２０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／秒であるという結果が得られた。
一方、図８（ｂ）は、本実施の形態２のように電動ファン５００を処理炉１０の上部に配置し、ガラス基板２０の表面の処理ガス６００の流れをガラス基板２０の短辺方向にした場合の結果である。図８（ｂ−１）は加熱開始後２０分経過した状態であり、図８（ｂ−２）は加熱開始後６０分経過した状態を表示している。図中の濃淡の度合いからガラス基板２０の面内の温度差が約３０℃に抑えられているのがわかる。さらに、シュミレーションにより、ガラス基板２０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／秒であるという結果が得られた。
なお、図８（ａ）及び（ｂ）それぞれの左側の図は、加熱２０分後（４００Ｋ＝１２３℃）の状態を示し、右側の図は、加熱６０分後（６００Ｋ＝３２３℃）の状態を示している。
以上、シュミレーションの結果に示されるように、本実施の形態２のように処理ガス６００の流れをガラス基板２０の短辺方向とすることにより、実施の形態１の処理ガス６００の流れをガラス基板２０の長辺方向とすることに比べて、処理ガス６００の流速の大きさを抑える（小さくする）ことが可能となり、ガラス基板２０を大型化することが可能となる。
次に、本実施の形態２の変形例について説明する。図９は本発明の実施の形態２における変形例の基板処理装置の主要部の構造を示す断面図である。
図９に示す変形例の処理炉１０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構造とは異なり、複数のカセット４１０（ここでは、３つ）を複数のガラス基板２０の表面の長辺方向と平行な方向に並べて配置している構造を示している。
このように、ガラス基板２０を収容するカセット４１０を一列に３つ配置した構造では、反応管１００がさらに横長な形状となり、処理ガス６００の流れが不安定になるが、図９に示すように、複数の電動ファン５００が上部に設けられ、かつ整流板４６０も設けられていることで、各ガラス基板２０の短辺方向に沿って処理ガス６００を流すことができ、その結果、処理ガス６００の流れを安定化させることができる。
ここで、実施の形態１及び２で説明した処理炉１０では、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。したがって、実施の形態２の処理炉１０のように、処理ガス６００をガラス基板２０の短辺方向に沿って流す構造とすることで、図９に示すように、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。その結果、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１００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１００を大型化することができる。
前記実施の形態１及び実施の形態２における本発明では、以下に記す効果のうち少なくとも１つを実現することができる。
（１）反応管１００の内部に、複数のガラス基板２０のうちの最外部の位置に配置されるガラス基板２０の表面を覆う整流板４３０、もしくは第１整流板４４０と第２整流板４５０が設けられたことにより、電動ファン５００に向かって流れる処理ガス６００の流路を反応管１００の内周面１００ａに沿うように狭くすることができ、したがって、この処理ガス６００を加熱された反応管１００の内周面１００ａに沿って流れるように制御することができる。その結果、反応管１００の内部の処理ガス６００の流れの安定化を図ることができる。
（２）反応管１００の内部の処理ガス６００の流れの安定化を図ることができるため、処理ガス６００の加熱効率を高めることができ、ガラス基板２０の加熱効率を高めて昇温時間の短縮化を図ることができる。
（３）反応管１００の内周面１００ａに複数の凹凸１０３が形成されていることにより、反応管１００の内周面１００ａの表面積を大きくすることができ、加熱された反応管１００の内周面１００ａに対して処理ガス６００が通過する際に接触する面積を増やすことができる。その結果、処理ガス６００の加熱効率をさらに高めることができ、ガラス基板２０の加熱効率をさらに高めて昇温時間の短縮化をさらに図ることができる。
以上、本発明者によってなされた発明を発明の実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記発明の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
例えば、前記実施の形態１，２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、前記実施の形態１，２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、もしくはセレン化処理の後に硫黄元素含有ガスを供給して硫化処理を行う場合もある。その際も、前記実施の形態２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、前記実施の形態１，２では、反応管１００の内周面１００ａに複数の凹凸１０３が全面に亘って設けられている場合を説明したが、内周面１００ａの全面ではなく、一部、例えば、内周面１００ａに対して所定の間隔を設けた状態で複数の凹凸１０３が設けられていてもよい。
最後に本発明の好ましい主な態様を以下に付記する。
（１）筒状に形成され、かつ内部で複数の基板に対して成膜処理が行われる反応管と、前記反応管の内部に前記成膜処理のための処理ガスを導入するガス供給管と、前記反応管の内部の雰囲気を排気する排気管と、前記反応管を加熱する加熱部と、前記反応管の内部の雰囲気を前記基板の表面に沿って強制対流させるファンと、前記強制対流により生じた前記基板の表面上の前記処理ガスの流れ方向に沿って延在し、かつ前記複数の基板のうちの最外部の位置に配置される前記基板の表面を覆う整流板と、を有し、前記複数の基板の外側で前記ファンに向かって流れる前記処理ガスを前記反応管の内周面に沿って流れるように制御する基板処理装置。
（２）前記（１）において、前記強制対流による前記処理ガスの流れ方向が、前記基板の短辺方向に沿っている基板処理装置。
（３）前記（１）において、前記整流板は円筒形である基板処理装置。
（４）筒状に形成され、かつ内部で複数の基板に対して成膜処理が行われる反応管と、前記反応管の内部に前記成膜処理のための処理ガスを導入するガス供給管と、前記反応管の内部の雰囲気を排気する排気管と、前記反応管を加熱する加熱部と、前記反応管の内部の雰囲気を前記基板の表面に沿って強制対流させるファンと、を有し、前記反応管の内周面に複数の凹凸が形成されている基板処理装置。
（５）内部にファンが設けられた筒状の反応管を備える基板処理装置を用いた基板処理方法であって、（ａ）前記反応管の内部に複数の基板を間隔をあけて配置する工程と、（ｂ）前記反応管を加熱した状態で前記反応管の内部に処理ガスを導入し、前記ファンにより前記反応管の内部の雰囲気を前記基板の表面に沿って強制対流させて前記複数の基板に成膜処理を行う工程と、を有し、前記（ｂ）工程において、前記強制対流により生じた前記基板の表面上の前記処理ガスの流れ方向に沿って延在し、かつ前記複数の基板のうちの最外部の位置に配置される前記基板の表面を覆う整流板によって、前記複数の基板の外側で前記ファンに向かって流れる前記処理ガスを前記反応管の内周面に沿って流れるように制御する基板処理方法。
本発明は、加熱して基板処理を行う技術に好適である。
１０ 処理炉
２０ ガラス基板
３０ 処理室
１００ 反応管
１００ａ 内周面
１０１ 基材
１０２ コーティング膜
１０３ 凹凸
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
４１０ カセット
４１０ａ フレーム
４２０ 設置台
４３０ 整流板
４４０ 第１整流板
４５０ 第２整流板
４６０ 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 処理ガス

Claims (5)

  1. 筒状に形成され、内部で複数の基板に対して成膜処理が行われる反応管と、
    前記反応管の内部に前記成膜処理のための処理ガスを導入するガス供給管と、
    前記反応管の内部の雰囲気を排気する排気管と、
    前記反応管を加熱する加熱部と、
    前記反応管の内部の雰囲気を前記基板の表面に沿って強制対流させるファンと、
    前記強制対流により生じた前記基板の表面上の前記処理ガスの流れ方向に沿って延在し、前記複数の基板のうちの最外部の位置に配置される前記基板の表面を覆う整流板と、
    を有し、
    前記複数の基板の外側で前記ファンに向かって流れる前記処理ガスを前記反応管の内周面に沿って流れるように制御することを特徴とする基板処理装置。
  2. 前記強制対流による前記処理ガスの流れ方向が、前記基板の短辺方向に沿っている請求項１記載の基板処理装置。
  3. 前記整流板は円筒形である請求項１記載の基板処理装置。
  4. 筒状に形成され、内部で複数の基板に対して成膜処理が行われる反応管と、
    前記反応管の内部に前記成膜処理のための処理ガスを導入するガス供給管と、
    前記反応管の内部の雰囲気を排気する排気管と、
    前記反応管を加熱する加熱部と、
    前記反応管の内部の雰囲気を前記基板の表面に沿って強制対流させるファンと、
    を有し、
    前記反応管の内周面に複数の凹凸が形成されていることを特徴とする基板処理装置。
  5. 内部にファンが設けられた筒状の反応管を備える基板処理装置を用いた基板処理方法であって、
    （ａ）前記反応管の内部に複数の基板を間隔をあけて配置する工程と、
    （ｂ）前記反応管を加熱した状態で前記反応管の内部に処理ガスを導入し、前記ファンにより前記反応管の内部の雰囲気を前記基板の表面に沿って強制対流させて前記複数の基板に成膜処理を行う工程と、
    を有し、
    前記（ｂ）工程において、前記強制対流により生じた前記基板の表面上の前記処理ガスの流れ方向に沿って延在し、かつ前記複数の基板のうちの最外部の位置に配置される前記基板の表面を覆う整流板によって、前記複数の基板の外側で前記ファンに向かって流れる前記処理ガスを前記反応管の内周面に沿って流れるように制御することを特徴とする基板処理方法。
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