KR101379748B1 - 기판 처리 장치 및 반송 장치 - Google Patents

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에이스케 니시타니
야스오 쿠니이
카즈유키 토요다
히데나리 요시다
미츠노리 이시사카
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가부시키가이샤 히다치 고쿠사이 덴키
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Abstract

CIS계 태양 전지의 광 흡수층 형성을 위한 셀레늄화 또는 유화 처리를 수행하는 기판 처리 장치에 있어서, 기판의 대형화에 대응 가능한 기판 처리 장치를 제공한다. 구리-인듐 구리-갈륨 또는 구리-인듐-갈륨 중 어느 하나로부터 이루어지는 적층막이 형성된 복수의 기판을 수납하는 처리실; 상기 처리실을 구성하도록 형성되는 반응관; 상기 처리실에 셀레늄 원소 함유 가스 또는 유황 원소 함유 가스를 도입하는 가스 공급관; 상기 처리실 내의 분위기를 배기하는 배기관; 상기 반응관을 둘러싸도록 설치된 가열부; 상기 복수의 기판의 표면에 있어서, 상기 복수의 기판의 단변 방향으로 상기 처리실 내의 분위기를 강제 대류 시키는 팬; 및 상기 복수의 기판의 장변 방향으로 연재하고, 상기 복수의 기판을 사이에 두도록 설치된 한 쌍의 이너월;을 구비하는 기판 처리 장치이다.

Description

기판 처리 장치 및 반송 장치{SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS, AND TRANSPORT DEVICE}
본 발명은, 기판 처리 장치 및 반송 장치에 관한 것으로, 특히, 셀레늄화물계(Selenium化物系) CIS 태양 전지의 광 흡수층을 형성하기 위한 기판 처리 장치 및 반송 장치에 관한 것이다.
셀레늄화물계 CIS 태양 전지는, 기판, 금속 이면(裏面) 전극층, CIS계 광 흡수층, 고저항 버퍼층, 창층(窓層)이 순서대로 적층되는 구조를 가진다. 여기서 CIS계 광 흡수층은, 구리(Cu)/갈륨(Ga), Cu/인듐(In), 또는, Cu-Ga/In 중 어느 하나의 적층 구조를 셀레늄화 하는 것에 의해 형성된다. 이와 같이, 셀레늄화물계 CIS 태양 전지는, 실리콘(Si)을 이용하지 않고 형성할 수 있기 때문에, 기판을 얇게 할 수 있는 것과 함께 제조 비용을 저감할 수 있는 특징을 가진다.
여기서, 셀레늄화를 수행하는 장치의 일례로서, 특허문헌 1이 있다. 특허문헌 1에 기재되는 셀레늄화 장치는, 홀더에 의해 복수의 평판 형상의 대상물을 일정한 간격으로 설치하고, 원통 형상의 석영 챔버의 장축(長軸) 방향에 평행으로 또한 그 판면을 수직으로 배치하고, 셀레늄화원(源)을 도입하는 것에 의해, 대상물의 셀레늄화를 수행하고 있다. 또한, 팬을 원통 형상의 석영 챔버의 축방향의 단부(端部)에 설치하는 것에 의해, 석영 챔버 내의 셀레늄화원(源)을 강제적으로 대류시켜, 기판 상의 온도 분포의 균일화를 수행하는 것이 기재되어 있다.
1. 일본 특허 공개 제2006-186114호 공보
특허문헌 1에 기재되는 바와 같이 팬을 원통 형상의 석영 챔버의 축방향의 단부에 배치한 경우, 석영 챔버 내의 분위기의 대류는, 석영 챔버 내를 횡방향(橫方向), 즉, 기판의 장변 방향으로 흐르게 된다. 여기서, CIS계 태양 전지의 제조 비용을 저감시키기 위하여 기판을 대형화하면 기판의 장변도 길어진다. 따라서, 승강온(乘降溫) 시의 기판의 면내(面內)의 온도의 균일성을 유지하기 위해서는, 대류하는 가스의 유속을 크게 하거나, 또는, 승강온의 속도를 완만하게 할 필요가 있다. 전자의 경우, 팬의 능력을 높게 할 필요가 있으나, 팬이 고가가 되어 버린다. 또한, 팬의 능력에도 한계가 있어 실현이 곤란해질 가능성이 있다. 또한, 복수의 기판 사이의 좁은 공간을 빠른 속도의 가스가 흐르면, 기판을 끌어 당기려고 하는 힘이 커져 기판이 흔들릴 가능성이 있다. 그 결과, 기판과 홀더가 마찰하여 파티클의 발생 등의 문제를 일으키게 된다. 한편, 승강온의 속도를 작게 하면 처리 시간이 길어지기 때문에, 스루풋이 저하하고, 제조 비용이 증가한다. 따라서, 기판의 대형화가 곤란하다.
또한, 기판이 대형화하면 중량도 무거워져, 복수의 기판을 석영 챔버 내에 반입하는 것이 어려워진다.
본 발명의 바람직한 일 형태에 의하면, 구리-인듐 구리-갈륨 또는 구리-인듐-갈륨 중 어느 하나로부터 이루어지는 적층막이 형성된 복수의 기판을 수납하는 처리실; 상기 처리실을 구성하도록 형성되는 반응관; 상기 처리실에 셀레늄 원소 함유 가스 또는 유황 원소 함유 가스를 도입하는 가스 공급관; 상기 처리실 내의 분위기를 배기하는 배기관; 상기 반응관을 둘러싸도록 설치된 가열부; 상기 복수의 기판의 표면에 있어서, 상기 복수의 기판의 단변(短邊) 방향으로 상기 처리실 내의 분위기를 강제 대류 시키는 팬; 및 상기 복수의 기판의 장변(長邊) 방향으로 연재(延在)하고, 상기 복수의 기판을 사이에 두도록 설치된 한 쌍의 이너월(inner wall);을 구비하는 기판 처리 장치가 제공된다.
삭제
본 발명에 의하면, 제조 비용을 작게 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 처리로의 측면 단면도.
도 2는 도 1의 지면 좌방향으로부터 본 처리로(處理爐)의 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 카세트(410)의 사시도이다.
도 4의 본 발명의 코팅막을 설명하는 도면.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 카세트(410)를 반송할 때의 상태를 설명하는 도면.
도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 반송 장치(600)를 설명하는 도면.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 효과를 설명하는 시뮬레이션의 결과를 도시하는 도면.
도 8은 본 발명의 효과를 설명하는 다른 시뮬레이션의 모델의 구성을 도시하는 도면.
도 9a 및 도 9b는 본 발명의 효과를 설명하는 다른 시뮬레이션의 결과를 도시하는 도면.
도 10은 본 발명의 효과를 설명하는 다른 시뮬레이션의 결과를 도시하는 도면.
도 11은 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 처리로의 측면 단면도.
<제1 실시 형태>
이하, 도면을 참조하면서 본 발명의 제1 실시 형태를 설명한다. 도 1은, 본 발명에 따른 셀레늄화 처리를 수행하는 기판 처리 장치에 설치되는 처리로(10)의 측면 단면도를 도시하고 있다. 또한, 도 2는, 도 1의 지면 좌측으로부터 본 처리로의 단면도를 나타내고 있다.
처리로(10)는, 스텐레스 등의 금속 재료로 형성되는 노체(爐體)로서의 반응관(100)을 포함한다. 스텐레스 등의 금속 재료를 이용하는 것으로, 석영제로 하는 것보다도 가공이 용이하여 반응관(100)을 대형화하기 쉬워진다. 반응관(100)은, 중공(中空)의 원통 형상을 하고 있고, 그 일단이 폐색(閉塞)하고, 타단이 개구하는 구조를 가진다. 반응관(100)의 중공 부분에 의해, 처리실(30)이 형성된다. 반응관(100)의 개구측에는, 반응관(100)과 동심원 상에, 그 양단(兩端)이 개구한 원통 형상의 매니폴드(120)가 설치된다. 반응관(100)과 매니폴드(120)의 사이에는, 씰 부재로서의 O-링(도시되지 않음)이 설치되어 있다.
매니폴드(120)의 반응관(100)이 설치되지 않는 개구부에는, 가동성(可動性)의 씰 캡(110)이 설치된다. 씰 캡(110)은, 스텐레스 등의 금속 재료로 형성되고, 매니폴드(120)의 개구부에, 그 일부가 삽입되는 철형(凸型) 형상을 하고 있다. 가동성의 씰 캡(110)과 매니폴드(120)의 사이에는, 씰 부재로서의 O-링(도시되지 않음)이 설치되고, 처리를 수행할 때는, 씰 캡(110)이 반응관(100)의 개구측을 기밀하게 폐색한다.
반응관(100)의 내부에는, 구리(Cu), 인듐(In) 및 갈륨(Ga)을 함유하는 적층막이 형성된 복수의 기판(예컨대, 30∼40매)을 보지(保持)하는 카세트(410)를 재치(載置)하기 위한 이너월(400)이 설치된다. 이너월(400)은, 도 2에 도시하는 바와 같이, 그 일단이 반응관(100)의 내주면에 고정되는 것과 함께, 반응관(100)의 중심부에 카세트(410)가 설치대(420)를 개재해서 재치되도록 구성된다. 이너월(400)은, 카세트(410)를 사이에 두도록 설치된 한 쌍의 부재가 그 양단에서 연결되도록 구성되어, 그 강도를 높게 하고 있다. 카세트(410)는, 도 1에 도시하는 바와 같이, 복수의 기판(20)을 세운 상태에서 횡방향으로 나열되어 보지(保持)한다. 또한, 카세트(410)는 도 3에 도시하는 바와 같이, 직방체를 형성하는 틀(frame)로 형성된다. 카세트(410)에는, 기판(20)을 보지하는 보지 부재(411)를 포함한다. 보지 부재(411)는, 카세트(410)의 직방체의 장변 방향의 양단 및 직방체의 틀의 하부에 설치되어 있다. 또한 카세트(410)의 장변 방향의 상부측은, 직방체로부터 외측에 돌출하도록 설치된 플랜지(鍔)부(412)를 포함한다(도 2 참조). 후술하지만, 플랜지부(412)는, 카세트(410)의 반입출에 이용된다. 또한, 이너월(400)은, 플랜지부(412)를 격납할 수 있도록 중앙부가 철(凸) 형상으로 형성되어 있다.
또한, 반응관(100)을 둘러싸도록 일단이 폐색하고, 타단이 개구하는 중공의 원통 형상을 한 노체 가열부(200)가 설치된다. 또한, 씰 캡(110)의 반응관(100)과 반대측의 측면에는, 캡 가열부(210)가 설치된다. 이 노체 가열부(200)와 캡 가열부(210)에 의해 처리실(30) 내가 가열된다. 또한, 노체 가열부(200)는, 도시되지 않은 고정 부재에 의해 반응관(100)에 고정되고, 캡 가열부(210)는, 도시되지 않은 고정 부재에 의해 씰 캡(110)에 고정된다. 또한, 씰 캡(110)이나 매니폴드(120)에는, 내열성이 낮은 O-링을 보호하기 위해서 도시하지 않은 수냉부 등의 냉각 수단이 설치된다.
매니폴드(120)에는, 셀레늄 원소 함유 가스(셀레늄화원)로서의 수소화 셀레늄 (이하, 「H2Se」)을 공급하기 위한 가스 공급관(300)이 설치된다. 가스 공급관(300)으로부터 공급된 H2Se는, 가스 공급관(300)으로부터 매니폴드(120)와 씰 캡(110)의 사이의 간극(間隙)을 개재하여 처리실(30)에 공급된다. 또한, 매니폴드(120)의 가스 공급관(300)과 다른 위치에는, 배기관(310)이 설치된다. 처리실(30) 내의 분위기는, 매니폴드(120)와 씰 캡(110)의 사이의 간극을 개재하여 배기관(310)으로부터 배기된다. 또한, 상술한 냉각 수단에 의해 냉각되는 개소(箇所)는, 150℃이하까지 냉각하면, 그 부분에 미반응의 셀레늄이 응축해버리기 때문에, 150℃로부터 170℃정도로 온도 제어하면 좋다.
반응관(100)은, 스텐레스 등의 금속 재료로 형성되고 있다. 스텐레스 등의 금속 재료는, 석영에 비해서 가공이 용이하다. 그 때문에, CIS계 태양 전지의 셀레늄화 처리를 수행하는 기판 처리 장치에 이용되는 대형의 반응관(100)을 용이하게 제조하는 것이 가능해진다. 반응관(100) 내에 수납할 수 있는 기판의 수를 많게 할 수 있고, CIS계 태양 전지의 제조 비용을 저감할 수 있다.
처리로(10)의 상부측에는, 기판의 장변 방향을 따라, 복수의 전동 팬(500)이 설치된다. 복수의 전동 팬(500)의 각각은, 회전하는 것에 의해 처리실(30)내의 대류를 형성하는 날개부(510)와, 원통 형상의 반응관(100)의 측벽 및 노체 가열부(200)의 측벽을 관통하도록 설치된 회전축부(520)와, 노체 가열부(200)의 외부에 설치되고, 회전축부(520)를 회전시키는 동력부(530)를 포함한다. 또한, 회전축부(520)와 반응관(100) 및 노체 가열부(200)의 사이에는, 보호 부재(540)를 설치하고, 보호 부재(540)와 회전축부(520)의 사이의 좁은 간극에 질소 퍼지를 수행하는 것에 의해, 회전축부(520)로부터 동력부(530)에 반응 가스가 침입하는 것을 최대한 억제하도록 하고 있다.
복수의 전동 팬(500)에 의해, 처리실(30) 내는 기판(20)의 단변(短邊) 방향의 가스의 흐름이 형성된다. 이와 같이, 전동 팬(500)을 동작시켜, 강제 대류를 기판의 단변 방향을 향하도록 하는 것으로, 기판(20)의 면내의 온도를 균일화하기 위해서 필요한 가스의 유속을 내릴 수 있다.
도 7a 내지 도 7b는, 전동 팬의 위치 이외에는, 같은 구조를 한 처리로에 있어서, 5℃/분의 속도로 승온한 경우의 기판 사이의 유속을 변화시키고, 기판의 면내의 온도 차이를 약 30℃로 억제하기 위해서 필요한 유속을 시뮬레이션 한 결과이다. 도 7a는, 전동 팬을 처리로의 측면에 배치하고, 기판의 표면의 가스의 흐름을 기판의 장변 방향으로 한 경우의 결과이며, 기판의 면내의 온도 차이를 약 30℃로 억제하기 위해서 필요한 가스의 유속은 10m/초였다. 도 7b는, 본 실시 형태와 같이 전동 팬을 처리로의 상면에 배치하고, 기판의 표면의 가스의 흐름을 기판의 단변 방향으로 한 경우의 결과이며, 기판의 면내의 온도차이를 약 30℃로 억제하기 위해서 필요한 가스의 유속은 2m/초였다. 또한, 도 7a 및 도 7b의 좌측은, 가열 20분 후(400K=123℃)의 상태를 나타내고, 우측은, 가열 60분 후(600K=323℃)의 상태를 나타내고 있다. 도 7a 내지 도 7b의 결과로도 알 수 있듯이 본 실시 형태와 같이 가스의 흐름을 기판의 단변 방향으로 하는 것에 의해, 가스의 유속을 억제하는 것이 가능해지고, 기판을 대형화하는 것이 가능해진다.
도 2에 도시하는 바와 같이, 기판(20)의 표면을 통과한 가스는, 반응관(100)의 내벽을 따라 상부로 되돌아간다. 따라서, 처리실(30) 내의 분위기는 순환하도록 되어 있다. 또한, 이너월(400)을 전동 팬(500)의 측부를 사이에 두도록 구성하는 것으로, 전동 팬(500)에 의해 강제 대류되는 가스류(流)를 기판(20)을 향하도록 할 수 있다. 또한, 기판의 장변 방향으로 복수의 전동 팬(500)을 설치하는 것에 의해, 장변 방향의 가스의 균일성을 향상시킬 수 있다.
처리로(10)는, 기판(20)의 가스의 상류측에, 이너월(400)에 고정된 복수의 개구부(431)를 포함하는 판 형상 부재의 제1 정류판(430)을 포함하고 있다. 이 제1 정류판(430)의 개구부(431)의 개구율(開口率)을 조정하여, 가스의 컨덕턴스를 조정하는 것에 의해, 또한 균일하게 복수의 기판(20)의 표면에 가스를 흘려보낼 수 있다. 특히, 본 실시 형태에서는, 전동 팬(500)을 장변 방향으로 복수 나열하는 구성을 하고 있기 때문에, 전동 팬(500)의 직하(直下)와, 전동 팬(500)의 사이의 공간에서는 가스의 흐름이 달라질 가능성도 있다. 이 경우, 전동 팬(500)의 직하와 전동 팬(500)의 사이의 공간의 제1 정류판(430)의 개구율을 다르게 하고, 가스의 컨덕턴스를 조정하는 것에 의해, 균일하게 가스를 흘려보내는 것이 가능해진다. 또한, 도 2에 있어서, 개구부(431)는, 복수의 기판(20)에 대하여 하나의 개구부(431)를 포함하도록 기재하고 있으나, 이에 한하지 않고, 기판(20)의 사이의 하나의 공간에 대응하여 하나의 개구부(431)를 설치해도 좋다.
도 8은, 개구율의 다른 영역을 포함하는 제1 정류판(430)의 효과를 시뮬레이션했을 때의 구성도를 도시하고 있다. 이번 시뮬레이션에서는, 40매의 기판을 대칭면에서 4분할한 20매분의 절반의 길이의 모델(1/4대칭 모델)을 이용하고 있다. 또한, 전동 팬(500)에 대응하여 제1 유입구(IN1) 및 제2 유입구(IN2)가 있고, 제1 유입구(IN1)로부터는 12㎥/분의, 제2 유입구(IN2)로부터는 6㎥/분의 가스가 공급되고, 유출구(OUT)로부터 유출하도록 하고 있다. 또한, 제1 정류판(430)에 대응하여, 가스류의 저항체를 영역(R1, R2, R3)에 설치하고 있다. 구체적으로는, 개구율의 다른 영역을 포함하는 제1 정류판(430)에 대응시키기 위해서, 전동 팬의 바로 아래에 해당하는 영역(R1)의 개구율은 40%에, 전동 팬의 사이에 해당하는 영역(R2)의 개구율은 30%로 설정하고 있다. 또한, 복수의 기판이 나열되는 방향의 단(端)의 영역(R3)은, 도시되어 있지 않으나, 가스가 외측에 유출하지 않도록 설정되어 있다.
이와 같이 복수의 기판이 나열되는 방향의 단(端)에 흐르는 가스량을 줄이고, 또한, 전동 팬 직하의 가스 유속을 억제하고, 복수의 전동 팬의 합류에 의한 유속 저하를 억제하는 것에 의해, 총 순환 가스 유량 72㎥/분으로 했을 때의 기판 간의 평균 가스 유속이 2m/초 이상, 기판 간의 최저 가스 유속이 1.2m/초 이상이 되는 결과를 얻을 수 있었다.
도 9a 및 도 9b는, 도 8과 같은 구성에 있어서, 같은 가스 유속 조건 하에서 기판을 가열한 경우에 발생하는 기판 면내의 온도 편차(ΔT)에 대해서 시뮬레이션한 결과이다. 또한, 본 시뮬레이션에서는, 도 8의 1/4대칭 모델이 아니라, 기판의 장변 방향으로 전동 팬이 2개분(分) 나란한 길이로 시뮬레이션을 수행하고 있다. 도 9a는, 5℃/분으로 승온하고, 실온(25℃)으로부터 가열을 시작하고, 온도 편차(ΔT)가 최대가 되는 1시간 45분 후의 550℃(823K)에서의 온도 분포를 도시하고 있다. 또한, 도 9a의 (a-1)은, 단으로부터 1매째 부근, (a-2)은, 단으로부터 11매째 부근, (a-3)은, 단으로부터 20매째 부근(중앙부)을 나타내고 있고, 그 상부에 기재되어 있는 숫자는, 그 면내의 최대 온도와 최소 온도이다. 40매의 유리 중 양단과 중앙의 사이에 있는 단이나 11매째 부근의 2개의 전동 팬 사이의 하류 부분에서 가장 온도 저하하고 있는 것을 알았으나, 유리 전체가 약 550℃로 가열된 상태엥서, 28℃의 편차(ΔT)로 되어 있고, 충분히 허용할 수 있는 범위에 들어가 있다. 또한, 도 9b는, 도 9a로부터 노체 온도를 552℃(825K)에 고정하고, 약 10분 경과한 후의 온도 편차(ΔT)를 나타내고 있다. 도 9a와 같은 식으로 (b-1)는 단으로부터 1매째 부근, (b-2)은 단으로부터 11매째 부근, (b-3)은 단으로부터 20매째 부근(중앙부)을 나타내고 있고, 그 상부에 면내의 최대 온도와 최소 온도가 나타나 있다. 도 9b로부터도 알 수 있듯이 프로세스 시(온도가 안정되었을 때)는, 충분한 온도 균일성을 유지할 수 있는 것을 알 수 있다.
도 10은, 도 9a 및 도 9b가 단으로부터 1매째 부근, 11매째 부근, 중앙부 부근에 있는 유리의 면내 분포를 도시하였으나, 노체에 있어서 가열 중에 발생하는 기판 면내의 최대 온도 차이를 40매 모두에 대해서 플롯한 것이다. A는, 550℃로 가열 시의 온도 편차[도 9a에 대응], B는, 552℃에 도달한 후, 가스의 온도를 552℃로 보지한 상태로 가스 순환시켜 10분 경과한 후의 온도 편차[도 9b]를 나타내고 있다. 2개의 팬의 영향에 의해 단으로부터 6∼8매째의 사이에 비교적 큰 온도 편차가 발생하지만, 정류판 등에 의한 컨덕턴스 조정을 수행하는 것에 의해, 가열시에 30℃이내, 프로세스 때에 10℃이내라고 하는 지극히 양호한 균일성이 실현되고 있다.
또한, 본 시뮬레이션은, 전동 팬의 직하의 영역의 개구율이 전동 팬의 사이의 영역의 개구율보다 높은 것으로 수행하였으나, 이에 한하지 않고, 반응로의 구성에 의해 반대의 관계로 한 것이 바람직한 경우도 있다. 단, 전동 팬의 직하의 영역과 전동 팬의 사이의 영역에서는, 가스류의 조건이 다르기 때문에, 본 실시 형태와 같이 전동 팬의 직하의 영역과 전동 팬의 사이의 영역의 개구율을 다르게 하는 것으로 가스류의 컨덕턴스의 조정을 할 수 있고, 균일성을 향상시킬 수 있다.
또한, 처리로(10)는, 기판(20)의 하류측에, 이너월(400)에 고정된 복수의 개구부(431)를 포함하는 판상 부재의 제2 정류판(440)을 포함한다. 상류측의 제1 정류판에 더하여, 하류측에도 제2 정류판을 포함하는 것에 의해, 가스의 균일화의 조정할 수 있는 요인을 늘릴 수 있어, 가스의 흐름을 보다 균일화하기 쉬워진다. 또한, 도 2에 있어서, 개구부(431)는, 복수의 기판(20)에 대하여 하나의 개구부(431)를 가지도록 기재하고 있으나, 이에 한하지 않고, 기판(20)의 사이의 하나의 공간에 대응하여 하나의 개구부(431)를 설치하여도 좋다.
또한, 본 실시 형태에서는, 반응관(100)의 적어도 처리실(30) 내의 분위기에 노출되는 표면 및 전동 팬(500)의 적어도 날개부(510) 및 회전축부(520)는, 도 4에 도시되는 바와 같이, 기재(101, 基材)가 되는 스텐레스 등의 금속 재료 상에, 스텐레스 등의 금속 재료와 비교해서 셀레늄화 내성이 높은 코팅막이 형성된다. 널리 이용되는 스텐레스 등의 금속 재료는, H2Se등의 가스가 200℃이상으로 가열되면, 상당히 높은 반응성에 의해 부식되어버리지만, 본 실시 형태와 같이 셀레늄화 내성이 높은 코팅막을 형성하는 것에 의해, H2Se등의 가스에 의한 부식을 억제할 수 있기 때문에, 널리 이용되는 스텐레스 등의 금속 재료를 이용할 수 있고, 기판 처리 장치의 제조 비용을 저감할 수 있게 된다. 또한, 이 셀레늄화 내성이 높은 코팅막으로서는, 세라믹을 주성분으로 하는 코팅막이 좋고, 예컨대, 산화 크롬(CrxOy: x, y는 1이상의 임의의 수), 알루미나(AlxOy: x, y는 1이상의 임의의 수), 실리카(SixOy: x, y는 1이상의 임의의 수)의 각각 단독 또는 혼합물을 들 수 있다.
또한, 본 실시 형태의 코팅막(102)은, 포러스 상(狀)의 막으로 형성하고 있다. 이에 의해, 스텐레스 등의 금속 재료로 형성되는 기재(101)와 코팅막(102)과의 선 팽창 계수의 차이에 의한 열팽창·수축에 유연하게 추종하는 것이 가능해진다. 그 결과, 열처리를 반복하여 수행했다고 하여도, 코팅막으로의 균열의 발생이 최소한에 억제할 수 있다. 또한, 코팅막(102)은, 2∼200㎛, 바람직하게는 50∼120㎛의 두께로 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 기재(101)와 코팅막(102)과의 선 팽창 계수의 편차가 20%이하, 바람직하게는, 5%이하로 하는 것이 바람직하다.
또한, 씰 캡(110), 매니폴드(120), 가스 공급관(300) 및 배기관(310)도 마찬가지로 셀레늄화원에 노출되는 부분을 전술의 코팅막을 형성해도 좋다. 단, O-링 등을 보호하기 위해서 냉각 수단에 의해 200℃이하로 냉각되어 있는 부분은, 스텐레스 등의 금속 재료가 셀레늄화원과 접촉해도 반응하지 않기 때문에 코팅하지 않아도 좋다.
다음으로, 카세트(410)의 처리실(30) 내로의 반입출(搬入出)에 대해서 설명한다. 도 5a 및 도 5b는, 카세트(410)의 반입 시 또는 반출 시의 상태를 나타내고 있고, 도 5a는, 도 2에 대응하는 단면도, 도 5b는 처리로를 측면에서 본 경우의 도면으로, 설명에 필요한 부분만을 기재하고 있다. 또한, 도 6a 내지 도 6c은, 본 발명의 반송 장치(600)를 도시한 도면으로, 도 6a가 측면도, 도 6b가 상면도, 도 6c가 반송 장치(600)의 후방으로부터 본 도면을 도시하고 있다.
기판(20)을 대형화하면 카세트(410)가 무거워진다. 그 때문에, 카세트(410)의 하부에 판 형상 부재를 삽입하여 들어 올리는 것이 곤란해진다. 그로부터, 본 실시 형태에서는, 카세트(410)에 플랜지부(412)를 설치하고, 플랜지부(412)를 들어 올리는 것이 가능한 차륜(車輪) 부착의 반송 장치(600)에 의해 카세트(410)를 반송한다. 반송 장치(600)는, 플랜지부(412)를 지지하는 지지부(601), 지지부(601)를 승강하는 복수의 승강부(602), 승강부의 하부에 설치된 복수의 차륜부(603), 복수의 승강부(602) 및 복수의 차륜부(603)를 일체적으로 동작 가능하게 하는 고정 부재(604), 고정부에 설치된 암(605)을 포함한다. 반송 장치(600) 전체는, 도 6a 내지 도 6c에 도시하는 바와 같이, 지지부(601) 및 고정 부재(604)로 좌우의 승강부(602) 및 차륜부(603)가 일체적으로 동작하게 구성되고, 암(605)을 전후로 움직이는 것에 의해, 반송 장치(600) 전체가 일체적으로 동작 가능하게 되어 있다.
카세트(410)를 반송할 때는, 승강부(602)가 지지부(601)를 상승시키고, 플랜지부(412)를 들어올리는 것에 의해 카세트(410) 전체를 들어 올린다. 그 결과, 카세트(410)는, 설치대(420)와 접촉하지 않고 이동 가능해진다. 또한, 카세트(410)는, 복수의 차륜부(603)에 의해 지지되어 있기 때문에, 카세트(410)가 무거워졌다고 하여도 하중을 분산시킬 수 있고, 보다 무거운 카세트(410)를 반송하는 것이 가능해진다. 또한, 이너월(400)에는, 복수의 차륜부(603)가 이동 가능하도록 외측으로 돌출한 철(凸)부(반송로)를 포함하고 있다. 따라서, 암(605)을 전후(前後)시키는 것에 의해, 차륜부(603)가 이너월(400)의 반송로를 이동하여, 스무스하게 카세트(410)를 반송하는 것이 가능해진다.
또한, 카세트(410)를 소정 위치까지 반입한 후, 승강부(602)에 의해 지지부(601)를 하강시킨다. 카세트(410)는, 지지부(601)의 하강에 따라서 하강하지만, 카세트(410)의 하면(下面)이 설치대(420)와 접촉하면 그 이상 하강하지 않는다. 여기서, 승강부(602)에 의해 지지부(601)를 하강시키면, 카세트(410)는 더 이상 하강하지 않기 때문에, 지지부(601)과 플랜지부(412)가 분리된다. 그 결과, 암(605)을 후퇴시키는 것에 의해, 카세트(410)를 처리실(30) 내에 재치한 상태에서 반송 장치(600)를 처리실(30)로부터 취출(取出)할 수 있다. 카세트(410)를 반출하고자 하는 경우는, 이 반대의 순서를 밟으면 좋다.
이와 같이, 지지부(601)와 복수의 차륜부(603)를 포함하는 반송 장치(600)에 의해, 카세트(410)를 들어 올려 이동시키는 것에 의해, 기판(20)의 대형화에 대응할 수 있다. 또한, 지지부(601)를 승강 가능한 승강부(602)를 설치하는 것으로, 카세트(410)와 반송 장치(600)를 분리하는 것이 가능해지고, 반송 장치(600)만을 처리실(30) 내에 반입출하는 것이 가능해진다.
다음으로, 본 실시 형태의 처리로를 이용해서 수행하는, CIS계 태양 전지의 제조 방법의 일부인 기판의 제조 방법에 대해서 설명한다.
우선, 구리(Cu), 인듐(In) 및 갈륨(Ga)을 함유하는 적층막이 형성된 30매로부터 40매의 기판을 카세트(410) 내에 준비한다. 다음으로, 카세트(410)의 플랜지부(412)를 반송 장치(600)의 지지부(601)에 의해 들어 올린다. 이에 의해, 카세트(410)의 이동이 가능해진다. 그 후, 반송 장치(600)의 차륜부(603)를 이너월(400)의 반송로에 싣고, 암(605)을 전진시키는 것에 의해, 카세트(410) 및 반송 장치(600)를 처리실(30) 내의 소정의 위치까지 이동한다. 다음으로, 반송 장치(600)의 승강부(602)에 의해 지지부(601) 및 카세트(410)를 하강시킨다. 카세트(410)가 설치대(420)에 재치된 후, 승강부(602)에 의해 지지부(601)를 더욱 하강시켜, 반송 장치(600)와 카세트(410)를 분리한다. 그 후, 암(605)을 후퇴시키는 것에 의해, 반송 장치(600)를 처리실(30) 밖으로 반출한다. 다음으로, 가동성의 씰 캡(110)에 의해 처리실을 밀폐한다(반입 공정).
그 후, 처리실(30) 내를 질소 가스 등의 불활성 가스로 치환한다(치환 공정). 불활성 가스로 처리실(30) 내의 분위기를 치환한 후, 상온의 상태에서, 불활성 가스에서 1∼20%(바람직하게는, 2∼10%)로 희석한 H2Se가스 등의 셀레늄화원을 가스 공급관(300)으로부터 도입한다. 다음으로, 상기 셀레늄화원을 봉입한 상태, 또는, 배기관(310)으로부터 일정량 배기하는 것에 의해 상기 셀레늄화원이 일정량 흐른 상태에서, 400∼550℃, 바람직하게는 450∼550℃까지, 매분 3∼50℃로 승온한다. 이 때에 전동 팬(500)을 동작시켜, 처리실(30) 내의 분위기를 기판의 단변방향으로 가스류가 향하도록 강제 대류시킨다. 소정 온도까지 승온(昇溫)한 후, 10∼180분간, 바람직하게는, 20∼120분간 보지하는 것에 의해, 셀레늄화 처리가 수행되고, CIS계 태양 전지의 광 흡수층이 형성된다(형성 공정).
그 후, 가스 공급관(300)으로부터 불활성 가스를 도입하여, 처리실(30) 내의 분위기를 치환하고, 소정 온도까지 강온(降溫)한다(강온 공정). 소정 온도까지 강온한 후, 씰 캡(110)을 이동시키는 것에 의해 처리실(30)을 개구한다. 처리실(30)이 개구하면, 반송 장치(600)의 승강부(602)에 의해 지지부(601)를 하강시킨 상태에서, 차륜부(603)를 이너월(400)의 반송로에 싣는다. 다음으로, 암(605)을 전진시켜, 반송 장치(600)를 소정 위치까지 이동시킨 후, 승강부(602)에 의해 지지부(601)를 상승시키고, 카세트(410)를 들어 올린다. 그리고, 암(605)을 후퇴시키는 것에 의해, 카세트(410)를 반출하는(반출 공정) 것에 의해 일련의 처리가 종료한다.
이상의 제1 실시 형태에 있어서의 발명은, 이하에 기재하는 효과의 적어도 하나를 갖는다.
(1) 처리실(30) 내의 가스의 흐름을 기판의 단변 방향으로 한 것에 의해, 가스의 흐름을 기판의 장변 방향으로 한 경우와 비교하여, 대류시키는 가스의 유속을 높게 하지 않아도 기판의 온도 균일성을 유지하는 것이 가능해지고, 기판을 대형화할 수 있다.
(2) (1)에 있어서, 복수의 전동 팬을 기판의 장변 방향으로 복수 배치한 것에 의해, 기판의 장변 방향의 가스류의 균일화가 실현된다.
(3) (1) 또는 (2)에 있어서, 기판을 사이에 두도록 한 쌍의 이너월을 설치한 것에 의해, 대류시킨 가스류를 기판에 효율적으로 향하게 할 수 있다.
(4) (3)에 있어서, 전동 팬의 측면까지 한 쌍의 이너월을 연재(延在)시키는 것에 의해, 가스류를 기판에 의해 효율적으로 향하게 할 수 있다.
(5) (2) 내지 (4) 중 어느 하나에 있어서, 전동 팬의 적어도 날개부 및 회전축을, 날개부의 기재보다도 셀레늄화 내성이 높은 물질로 코팅하는 것에 의해, 스텐레스 등의 금속 재료로 복잡한 가공이 필요한 날개부의 기재를 구성할 수 있다.
(6) (1) 내지 (5)중 어느 하나에 있어서, 반응관을 스텐레스 등의 금속 재료로 형성하는 것에 의해, 반응관을 크게 할 수 있고, 기판을 대형화할 수 있다.
(7) (6)에 있어서, 반응관의 적어도 처리실의 분위기에 노출되는 부분을, 반응관의 기재보다도 셀레늄화 내성이 높은 물질로 코팅하는 것에 의해, 기판 처리 장치의 비용을 작게 할 수 있다.
(8) (1) 내지 (7)중 어느 하나에 있어서, 복수의 기판의 표면에 있어서의 가스의 흐름 방향의 상류측에 복수의 개구부를 포함하는 정류판을 배치한 것에 의해, 가스류의 컨덕턴스를 조정할 수 있다. 그 결과, 전동 팬에 의한 강제 대류의 가스 흐름의 조정을 수행할 수 있고, 가스류의 균일화를 실현할 수 있다.
(9) (8)에 있어서, 정류판의 개구부의 개구율을 전동 팬의 직하의 영역과 전동 팬의 사이의 영역으로 다르게 하는 것에 의해, 전동 팬의 배치에 의한 가스류의 혼란을 조정하는 것이 가능해진다.
(10) (8) 또는 (9)에 있어서, 기판의 하류측에도 정류판을 설치하는 것에 의해, 보다 세밀하게 가스의 컨덕턴스를 조정하는 것이 가능해진다.
(11) 복수의 기판을 보지하는 카세트를 처리실 내에 반입출하는 반송 장치를, 복수의 차륜부를 포함하는 구성으로 한 것에 의해, 복수의 기판을 대형화한 경우도 용이하게 반송할 수 있다. 다시 말하면, 기판의 대형화를 실현할 수 있다.
(12) (11)에 있어서, 카세트를 들어 올리는 승강부를 반송 장치에 설치한 것에 의해, 카세트를 반송 후, 처리실로부터 반송 장치를 취출하는 것이 가능해진다.
<제2 실시 형태>
다음으로, 도 1 및 도 2에 도시되는 처리로(10)의 다른 실시 형태를 도 11을 이용하여 설명한다. 도 11에서는, 도 1 및 도 2와 동일한 기능을 가지는 부재에는 동일 번호를 하고 있다. 또한, 여기에서는, 제1 실시 형태와 다른 점에 대해서 주로 설명한다.
도 11에 도시하는 제2 실시 형태에서는, 복수의 기판(20)을 보지하는 카세트(410)를 하나만 재치한 제1 실시 형태와 달리, 복수의 카세트(410, 여기서는, 3개)를 복수의 기판의 표면과 평행한 방향으로 나열하여 배치하고 있는 점이 다르다.
본 발명에서는, 전동 팬(500)에 의한 처리실(30) 내의 분위기의 강제 대류를 기판(20)의 단변 방향으로 하고 있기 때문에, 기판(20)의 장변 방향에 복수 카세트(410)를 배치해도, 각각의 기판(20)의 표면을 흐르는 가스의 흐름은, 제1 실시 형태와 같아진다. 따라서, 복수의 기판을 장변 방향으로 복수 나열하는 것이 가능해지고, 한번에 처리할 수 있는 기판의 수를 늘릴 수 있다.
또한, 제1 실시 형태에서 설명한 바와 같이, 본 발명에서는, 차륜부(603)을 포함하는 반송 장치(600)에 의해 카세트(410)를 처리실 내에 반송한다. 따라서, 본 실시 형태와 같이 카세트(410)를 반입구로부터 순서대로 나열하여 배치했다고 하여도, 암(605)의 길이를 조정하는 것에 의해, 멀리까지 카세트(410)반송하는 것이 가능해진다.
또한, 종래의 석영제의 반응관을 이용하는 것이 아니라, 스텐레스 등의 금속 재료를 반응관(100)의 기재로서 이용하고 있다. 따라서, 반응관(100)을 대형화하였다고 해도, 석영제와 비교하여 그 성형이 용이하고, 또한, 그 비용의 증가도 석영제와 비교해서 작다. 그 때문에, 한번에 처리할 수 있는 기판(20)의 수를 많게 할 수 있고, CIS계 태양 전지의 제조 비용을 내릴 수 있다. 또한, 스텐레스 등의 금속 재료를 반응관의 기재로서 사용하는 것에 의해, 석영제의 반응관과 비교하여, 그 취급도 용이하고, 반응관을 대형화를 할 수 있다.
제2 실시 형태에 있어서의 본 발명에서는, 제1 실시 형태의 효과에 더해서, 이하에 기재하는 효과 중 적어도 하나를 실현할 수 있다.
(1) 반응관(100) 내에는, 복수의 기판(20)을 보지하는 카세트(410)를 기판(20)의 표면과 평행한 방향으로 나열하여 복수 배치하는 것에 의해, 한번에 처리할 수 있는 기판의 수를 많게 할 수 있고, CIS계 태양 전지의 제조 비용을 저감할 수 있다.
이상, 본 발명의 실시 형태를 도면을 이용해서 설명하였으나, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 한, 여러가지 변경이 가능하다. 예컨대, 전술의 실시 형태에서는, 구리(Cu), 인듐(In), 갈륨(Ga)이 형성된 복수의 기판을 셀레늄화 처리하는 것으로 설명하였으나, 이에 한하지 않고, 구리(Cu)/인듐(In)이나 구리(Cu)/갈륨(Ga) 등이 형성된 복수의 기판을 셀레늄화 처리하도록 해도 좋다. 또한, 본 실시 형태에서는, 금속 재료와의 반응성이 높은 셀레늄화에 대해서 서술하였으나, CIS계 태양 전지에서는, 셀레늄화 처리 대신, 또는, 셀레늄화 처리 후에 유황 원소 함유 가스를 공급하여 유화(硫化) 처리를 수행하는 경우도 있다. 그 때도, 본 실시 형태의 대형 반응로를 이용하는 것에 의해, 한번에 유화 처리를 할 수 있는 매수를 늘릴 수 있기 때문에, 제조 비용의 저하를 실현할 수 있다.
마지막으로, 본 발명의 바람직한 주 형태를 이하에 부기(付記)한다.
(1) 구리-인듐 구리-갈륨 또는 구리-인듐-갈륨 중 어느 하나로부터 이루어지는 적층막이 형성된 복수의 기판을 수납하는 처리실; 상기 처리실을 구성하도록 형성되는 반응관; 상기 처리실에 셀레늄 원소 함유 가스 또는 유황 원소 함유 가스를 도입하는 가스 공급관; 상기 처리실 내의 분위기를 배기하는 배기관; 상기 반응관을 둘러싸도록 설치된 가열부; 및 상기 복수의 기판의 표면에 있어서, 상기 복수의 기판의 단변(短邊) 방향으로 상기 처리실 내의 분위기를 강제 대류 시키는 팬;을 구비하는 기판 처리 장치.
(2) 상기 (1)에 있어서, 상기 팬은, 상기 복수의 기판의 장변 방향을 따라 복수 배치되는 기판 처리 장치.
(3) 상기 (1) 또는 (2)에 있어서, 상기 복수의 기판의 장변 방향으로 연재하고, 상기 복수의 기판을 사이에 두도록 설치된 한 쌍의 이너월을 더 구비하는 기판 처리 장치.
(4) 상기 (3)에 있어서, 상기 한 쌍의 이너월은, 상기 팬의 측면을 사이에 두도록 설치되는 기판 처리 장치.
(5) 상기 (2) 내지 (4)중 어느 하나에 있어서, 상기 팬은, 상기 처리실내에서 회전하는 날개부를 포함하고, 상기 날개부는, 상기 날개부의 기재보다 셀레늄화 내성 또는 유화 내성이 높은 물질을 주성분으로 하는 코팅막에 의해 상기 날개부의 기재가 코팅되어 있는 기판 처리 장치.
(6) 상기 (1) 내지 (5)중 어느 하나에 있어서, 상기 반응관의 기재는 금속 재료로 형성되는 기판 처리 장치.
(7) 상기 (6)에 있어서, 상기 반응관의 적어도 상기 처리실 내의 분위기에 노출되는 부분은, 상기 반응관의 기재보다 셀레늄화 내성 또는 유화 내성이 높은 물질로 코팅되는 기판 처리 장치.
(8) 상기 (1) 내지 (7)중 어느 하나에 있어서, 상기 복수의 기판의 표면에 있어서의 상기 셀레늄 원소 함유 가스 또는 상기 유황 원소 함유 가스가 흐르는 방향의 상기 복수의 기판의 상류측에 복수의 개구부를 포함하는 제1 정류판이 설치되는 기판 처리 장치.
(9) 상기 (8)에 있어서, 상기 복수의 기판의 표면에 있어서의 상기 셀레늄 원소 함유 가스 또는 상기 유황 원소 함유 가스가 흐르는 방향의 상기 복수의 기판의 하류측에 복수의 개구부를 포함하는 제2 정류판이 설치되는 기판 처리 장치.
(10) 상기 (8) 또는 (9)에 있어서, 상기 팬은, 상기 복수의 기판의 장변 방향을 따라 복수 설치되고, 상기 제1 정류판 중 상기 팬이 바로 아래인 영역의 상기 개구부의 개구율은, 복수 배치된 상기 팬의 사이의 영역의 상기 개구부의 개구율과 다른 기판 처리 장치.
(11) 상기 (1) 내지 (10)중 어느 하나에 있어서, 상기 복수의 기판은, 카세트에 보지되고, 상기 카세트는, 상기 복수의 기판의 장변 방향으로 복수 배치되는 기판 처리 장치.
(12) 복수의 기판을 보지하는 카세트를 처리실 내에 반송하는 반송 장치로서, 상기 카세트를 지지하는 지지부와, 상기 지지부에 고정되는 차륜부와, 상기 지지부 및 상기 차륜부를 일체적으로 동작시키는 암을 구비하는 반송 장치.
(13) 상기 (12)에 있어서, 상기 반송 장치는, 상기 지지부와 상기 차륜부와의 사이에 설치되어 승강 가능한 승강부를 더 구비하는 반송 장치.
10: 처리로 20: 기판
30:처리실 100: 반응관
101: 기재 102: 코팅막
110: 씰 캡 120: 매니폴드
200: 노체 가열부 210: 캡 가열부
300: 가스 공급관 310: 배기관
400: 이너월 410: 카세트
411: 보지 부재 412: 플랜지부
420: 설치대 430: 제1 정류판
440: 제2 정류판 500: 전동 팬
510: 날개부 520: 회전축부
530: 동력부 540: 보호 부재
600: 반송 장치 601: 지지부
602: 승강부 603: 차륜부
604: 고정 부재 605: 암

Claims (13)

  1. 구리-인듐 구리-갈륨 또는 구리-인듐-갈륨 중 어느 하나로부터 이루어지는 적층막이 형성된 복수의 기판을 수납하는 처리실;
    상기 처리실을 구성하도록 형성되는 반응관;
    상기 처리실에 셀레늄 원소 함유 가스 또는 유황 원소 함유 가스를 도입하는 가스 공급관;
    상기 처리실 내의 분위기를 배기하는 배기관;
    상기 반응관을 둘러싸도록 설치된 가열부;
    상기 복수의 기판의 표면에 있어서, 상기 복수의 기판의 단변(短邊) 방향으로 상기 처리실 내의 분위기를 강제 대류 시키는 팬; 및
    상기 복수의 기판의 장변(長邊) 방향으로 연재(延在)하고, 상기 복수의 기판을 사이에 두도록 설치된 한 쌍의 이너월(inner wall);
    을 구비하는 기판 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 팬은, 상기 복수의 기판의 장변 방향을 따라 복수 배치되는 기판 처리 장치.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 한 쌍의 이너월은, 상기 팬의 측면을 사이에 두도록 설치되는 기판 처리 장치.
  5. 삭제
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 반응관의 기재는, 금속 재료로 형성되는 기판 처리 장치.
  7. 삭제
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 복수의 기판의 표면에 있어서의 상기 셀레늄 원소 함유 가스 또는 상기 유황 원소 함유 가스가 흐르는 방향의 상기 복수의 기판의 상류측에 복수의 개구부를 포함하는 제1 정류판이 설치되는 기판 처리 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 복수의 기판의 표면에 있어서의 상기 셀레늄 원소 함유 가스 또는 상기 유황 원소 함유 가스가 흐르는 방향의 상기 복수의 기판의 하류측에 복수의 개구부를 포함하는 제2 정류판이 설치되는 기판 처리 장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 팬은, 상기 복수의 기판의 장변 방향을 따라 복수 설치되고,
    상기 제1 정류판 중 상기 팬이 바로 아래의 영역의 상기 개구부의 개구율(開口率)은, 복수 배치된 상기 팬의 사이의 영역의 상기 개구부의 개구율과 다른 기판 처리 장치.
  11. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 복수의 기판은 카세트에 보지되어,
    상기 카세트는, 상기 복수의 기판의 장변 방향에 복수 배치되는 기판 처리 장치.
  12. 삭제
  13. 삭제
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