KR101590684B1 - 복수의 다층체를 열처리하기 위한 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 앞뒤로 배열된 1개 이상의 가열 챔버 및 1개 이상의 냉각 챔버 내에 상하로 배열된 2개 이상의 공정 레벨 상의 2개 이상의 다층체를 연속적으로 열처리하기 위한 장치이며, 가열 챔버는, 1개 이상의 제1 다층체(4.1)를 위한 제1 공정 박스(5.1)를 포함하는 제1 공정 레벨(3.1) - 상기 제1 레벨은 제1 다층체(4.1)를 가열하기 위한 복사 히터(9)를 포함하는 제1 라디에이터 영역(2.1)과 제2 라디에이터 영역(2.2) 사이에 위치됨 -; 1개 이상의 제2 다층체(4.2)를 위한 제2 공정 박스(5.2)를 포함하는 제2 공정 레벨(3.2) - 상기 제2 레벨은 제2 다층체(4.2)를 가열하기 위한 복사 히터(9)를 포함하는 제2 라디에이터 영역(2.2)과 제3 라디에이터 영역(2.3) 사이에 위치됨 - 을 포함하고, 제1 라디에이터 영역(2.1) 및 제2 라디에이터 영역(2.2)은, 제1 공정 레벨(3.1)이 제1 라디에이터 영역(2.1)에 의해 제2 라디에이터 영역(2.2)과는 상이한 방사선 강도를 사용하여 조사될 수 있도록 디자인되고/되거나 제2 라디에이터 영역(2.2) 및 제3 라디에이터 영역(2.3)은, 제2 공정 레벨(3.2)이 제2 라디에이터 영역(2.2)에 의해 제3 라디에이터 영역(2.3)과는 상이한 방사선 강도를 사용하여 조사될 수 있도록 디자인되고, 냉각 챔버(KK1)는 냉각 장치; 1개 이상의 제1 다층체(4.1)를 냉각시키기 위한 제1 공정 레벨(3.1) 및 1개 이상의 제2 다층체(4.2)를 냉각시키기 위한 제2 공정 레벨(3.2)을 포함하는 장치에 관한 것이다.

Description

복수의 다층체를 열처리하기 위한 장치 및 방법 {DEVICE AND METHOD FOR HEAT-TREATING A PLURALITY OF MULTI-LAYER BODIES}
본 발명은 다층체를 열처리하기 위한 장치 및 방법, 특히 예를 들어 박막 태양 전지에서 흡수체로서 사용될 수 있는 반도체층의 생성을 위한 전구체층를 템퍼링하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
태양광을 전기적 에너지로 직접 변환하는 광발전층 시스템이 충분히 잘 알려져 있다. 이 층의 소재 및 배열은, 입사 방사선이 가능한 가장 높은 방사선 산출량(radiation yield)을 가지는 하나 또는 복수의 반도체층에 의해 전류로 직접 변환되도록 조정된다. 광발전 및 확장 영역층 시스템은 태양 전지로 지칭된다.
태양 전지는 모든 경우에 반도체 소재를 포함한다. 캐리어 기재에 적당한 기계적 강도를 제공할 것을 필요로 하는 태양 전지는 박막 태양 전지로서 지칭된다. 물리적 특성 및 기술적 취급 품질로 인해, 비결정질, 미세결정질(micromorphous) 또는 다결정질 실리콘, 카드뮴 텔루라이드(CdTe), 갈륨 아르세나이드(GaAs), 또는 구리 인듐 (갈륨) 술파이드/셀레나이드(Cu(In,Ga)(S,Se)2)가 태양 전지에 특히 적합하다. 5급 반도체 Cu(In,Ga)(S,Se)2는, 흔히 CIS(구리 인듐 디셀레나이드 또는 디술파이드) 또는 CIGS(구리 인듐 갈륨 디셀레나이드, 구리 인듐 갈륨 디술파이드 또는 구리 인듐 갈륨 디술포셀레나이드)로 지칭되는 칼코피라이트(chalkopyrite) 반도체 군에 속한다. 약어 CIGS에서, S는 셀레늄, 황 또는 2종의 칼코겐의 혼합물을 나타낸다.
박막 태양 전지용의 공지된 캐리어 기재는, 무기 유리, 중합체, 금속 또는 금속 합금을 포함하고, 층 두께 및 소재 특성에 따라서 강성 판 또는 가요성 막으로 디자인될 수 있다. 캐리어 기재의 광범위한 입수 가능성 및 단순한 모노리식(monolithic) 직렬 연결로 인해, 박막 태양 전지의 대면적 배열은 비용 효율적으로 제조될 수 있다.
그러나, 박막 태양 전지는 결정질 및 다결정질 실리콘, 보다 낮은 방사선 산출량 및 보다 낮은 전기적 효율을 가지는 태양 전지와 비교되어 왔다. Cu(In,Ga)(S,Se)2 기반 박막 태양 전지는 대략 다결정질 실리콘 태양 전지와 비교될 수 있는 전기적 효율을 가진다. CI(G)S 박막 태양 전지는 통상 p-도전성 CI(G)S 흡수체와 통상 n-도전성 전방 전극 사이에 보통 산화아연(ZnO)을 함유하는 버퍼층을 필요로 한다. 버퍼층은 흡수체 소재와 전방 전극 사이의 전자적 적응(electronic adaptation) 작용을 할 수 있다. 버퍼층은 예를 들어 카드뮴-황 화합물을 함유한다. 예를 들어 몰리브덴을 가지는 후방 전극은 캐리어 기재 상에 직접 침착된다.
복수의 태양 전지의 전기 회로는 광발전 모듈 또는 태양광 모듈로 지칭된다. 태양 전지의 회로는 공지된 내후성 초구조체에서의 환경적인 영향으로부터 견고하게 보호된다. 보통, 저 철 소다-라임 유리와 접착 촉진 중합체막은 태양 전지에 연결되어 내후성 광발전 모듈을 형성한다. 광발전 모듈은 연결 박스를 통해 복수의 광발전 모듈의 회로에 통합될 수 있다. 광발전 모듈의 회로는 공지된 전력 전자장치를 통해서 일반적인 전력망(power grid) 또는 개별 에너지 공급기에 연결된다.
예를 들어 Cu(In,Ga)(S,Se)2로 이루어진 박막 반도체의 가능한 제조 방법은 2단계 공정으로 이루어진다. 이러한 2단계 방법은 예를 들어 문헌[J. Palm et al., "CIS module pilot processing applying concurrent rapid selenization and sulfurization of large area thin film precursors", Thin Solid Films 431-432, pp. 414-522 (2003)]으로부터 공지되어 있다. 상기 문헌에서, 우선, 몰리브덴으로 이루어진 후방 전극은 기재, 예를 들어 유리 기재 상에 적용된다. 몰리브덴층은 예를 들어 레이저로 패터닝된다. 이어서, 구리, 인듐 및 갈륨으로 이루어진 다양한 전구체층은 예를 들어 마그네트론 음극 스퍼터링에 의해 몰리브덴층 상에 침착된다. 또한, 셀레늄층 및/또는 황층은 열적 기화에 의해 층 적층체 상에 침착된다. 따라서, 전구체층으로 적층된 다층체는 2차 공정에서 열처리된다. 실제 반도체층을 형성하기 위한 전구체층의 실제 결정 형성 및 상 변환은 열처리에 의해 일어난다.
열처리는 예를 들어 다양한 공정 단계가 상이한 챔버에서 일어나는 인라인 시스템에서 일어난다. 상이한 챔버는 공정 라인에서 연속적으로 횡단된다. 간소화된 구조에서, 인라인 시스템은, 이 시스템이 비처리 다층체로 로딩되는 로딩 스테이션으로 이루어진다. 이어서, 다층체는 흡입 에어락(air lock) 챔버를 통해 인라인 시스템으로 운반된다. 상이한 가열 챔버에서, 다층체는 50 ℃/s 이하의 가열 속도로 매우 신속하게 가열되고, 특정 열적 사이클에 노출된다. 가열은 예를 들어 전기 동력을 이용하는 복사 히터(radiant heater)에 의해 수행된다. 개별 전구체층의 반도체 화합물로의 신속한 열처리 방법은 보통 신속 열처리(RTP)로 지칭된다. 다음에, 다층체는 냉각 챔버 및/또는 냉각 라인에서 냉각되고, 에어락을 통해 시스템으로부터 배출된다. 박막 태양 전지에서 흡수체로서 사용되기 위한 칼로피라이트 반도체의 신속한 열처리 방법은 예를 들어 EP 0 662 247 B1에 공지되어 있다.
다층체의 열처리는 박막 태양 전지의 제조 시 비용 집약적이고 고된 공정이다. 이 공정은 고온 및 공정 분위기의 정밀한 제어를 필요로 한다.
열처리 공정의 더 나은 제어를 위해, 다층체 주위의 공정 공간은 예를 들어 DE 10 2008 022 784 A1에 공지되어 있는 바와 같이, 임시 공정 박스에 의해 제한될 수 있다. 공정 공간을 제한함으로써, 쉽게 휘발하는 칼코겐 성분, 예를 들어 셀레늄 또는 황의 부분압은 열처리 동안 대략 일정하게 유지된다. 또한, 부식 가스에 대한 공정 챔버의 노출이 감소된다.
대안적으로, 다층체의 열처리는 적층체 오븐 내에서 배치 작업으로 수행될 수 있다. 이러한 적층체 오븐은 WO 01/29902 A2에 공지되어 있다. 적층체 오븐은 단일 챔버 내에서 복수의 다층체의 동시 가열 및 후속 냉각에 사용된다. 이것은 시스템 사이클 시간을 증가시켜서, 가열 및 냉각이 상이한 챔버에서 수행되는 인라인 시스템에 비하여 시스템 처리량을 감소시킨다. 오븐 벽 및 오븐 피팅(fitting)을 가지는 전체 적층체 오븐은 기생적으로(parasitically) 가열되고, 냉각 공정 동안 다시 냉각된다. 결과적으로, 벽 및 피팅을 가지는 가열 및 냉각 챔버가 연속 작업으로 매우 작은 온도 변화에 노출되는 인라인 시스템에 비해서, 적층체 오븐에 보다 높은 에너지 비용이 발생된다. 적층체 오븐의 불연속 배치 작업은, 통상적으로 인라인 원리에 기반하는 대량 제조에서 태양 전지 또는 태양광 모듈의 전체 제조 공정에 통합되기가 더 어렵다.
본 발명의 목적은 종래 기술에 공지된 다층체를 열처리하기 위한 장치를 유리한 방식으로 개선시키는 것이다. 특히, 시스템 처리량이 적어도 2배이고 연구 비용 및 작동 비용이 최소한으로만 증가되는 경제적 및 에너지 절약 장치가 제공되어야 한다.
상기 및 다른 목적은 독립항에 따른 적어도 2개의 다층체를 연속적으로 열처리하기 위한 장치에 의해 달성된다. 바람직한 실시양태는 종속항에 나타낸다.
본원에 사용된 "다층체"라는 용어는 복수의 동일 또는 상이한 층이 기재 상에 적용된 1개 이상의 기재를 말한다.
본 발명에 따른 2개 이상의 다층체를 연속적으로 열처리하기 위한 장치는 앞뒤로 배치된 1개 이상의 가열 챔버 및 1개 이상의 냉각 챔버를 포함한다. 가열 챔버 및 냉각 챔버는 바람직하게는 에어락에 의해 분리된다. 본 발명에 따른 장치는 다층체를 가열 챔버로, 가열 챔버로부터 냉각 챔버로, 및 냉각 챔버 외부로 운반하는 운반 장치를 가진다. 다층체는 본 발명에 따른 장치 내에서, 특히 서로 상하로 배치된 2개의 공정 레벨 상에 위치된다. 가열 챔버 내에서, 다층체는 전자기 방사선으로부터의 에너지의 흡수에 의해, 바람직하게는 적외선으로부터의 흡수에 의해, 특히 바람직하게는 1 ㎛ 내지 2 ㎛의 파장에서 최대 강도를 가지는 전자기 방사선의 흡수에 의해 가열된다.
가열 챔버는 제1 다층체를 가열하기 위한 1개 이상의 제1 라디에이터(radiator) 영역을 포함한다. 예를 들어, 1개 이상의 제1 다층체를 위한 제1 공정 박스를 수용하기 위한 제1 공정 레벨은 제1 라디에이터 영역 아래에 배치된다. 예를 들어, 제1 공정 레벨 아래에서, 1개 이상의 제1 다층체 및 1개 이상의 제2 다층체를 가열하기 위한 제2 라디에이터 영역은 제2 공정 레벨 내에 배치된다. 적어도 제2 다층체를 위한 제2 공정 박스를 수용하기 위한 제2 공정 레벨은 제2 라디에이터 영역 아래에 배치된다. 제2 다층체를 가열하기 위한 제3 라디에이터 영역은 제2 공정 레벨 아래에 배치된다. 따라서, 이 장치는 제1 다층체를 가열하기 위한 복사 히터를 가지는 제1 라디에이터 영역과 제2 라디에이터 영역 사이에 위치되는 1개 이상의 제1 다층체를 위한 제1 공정 박스를 가지는 제1 공정 레벨, 및 제2 다층체를 가열하기 위한 복사 히터를 가지는 제2 라디에이터 영역과 제3 라디에이터 영역 사이에 위치되는 1개 이상의 제2 다층체를 위한 제2 공정 박스를 가지는 제2 공정 레벨을 포함한다.
"제1", "제2" 및 "제3"이라는 용어는 2개의 공정 레벨에 대한 라디에이터 영역의 상대적인 위치를 나타내고, 여기서 제1 라디에이터 영역은 공정 레벨의 일 면에 위치되고, 제2 라디에이터 영역은 이 공정 레벨의 다른 면에 위치된다. 한편, 제2 라디에이터 영역은 다른 공정 레벨의 일 면에 위치되고, 제3 라디에이터 영역은 다른 공정 레벨의 다른 면에 위치된다. 물론, 2개 초과의 공정 레벨을 가지는 장치의 경우에는, 제1 또는 제3 라디에이터 영역은 각각 2개의 최외각 공정 레벨에 인접하게 맞추어서 배치되고, 각 경우에 제2 라디에이터 영역은 인접하는 2개의 공정 레벨 사이에 위치된다.
유리하게는, 제1 공정 레벨의 2개의 라디에이터 영역 및 제2 공정 레벨의 2개의 라디에이터 영역은 각각 상이한 방사선 강도로 제1 공정 레벨 및/또는 제2 공정 레벨에 조사하도록 구성된다. 이것은 제1 및 제2 라디에이터 영역이 서로 상이한 방사선 강도를 방출하여 제1 공정 레벨을 가열할 수 있도록 구성됨을 의미한다. 제1 공정 레벨은 라디에이터 영역이 배치된 2개의 면에, 예를 들어 그의 상부 및 하부에 상이한 방사선 강도로 가열될 수 있다. 이 경우에, 제1 공정 레벨의 일 면에서의 제1 라디에이터 영역의 방사선 강도는 제1 공정 레벨의 다른 면에서의 제2 라디에이터 영역의 방사선 강도와는 상이하다. 따라서, 대안적으로 또는 추가로, 제2 라디에이터 영역 및 제3 라디에이터 영역은 서로 상이한 방사선 강도를 방출하여 제2 공정 레벨을 가열할 수 있도록 구성된다. 따라서, 제2 공정 레벨은 라디에이터 영역이 배치된 2개의 면에, 예를 들어 그의 상부 및 하부에 상이한 방사선 강도로 가열될 수 있다. 이 경우에, 제2 공정 레벨의 일 면에서의 제2 라디에이터 영역의 방사선 강도는 제2 공정 레벨의 다른 면에서의 제3 라디에이터 영역의 방사선 강도와는 상이하다.
주지한 바와 같이, 공정 박스 내에 위치된 다층체의 열 입력은 보통 그의 상부 및 하부에서 상이하다. 그 이유는, 예를 들어 공정 박스에 지지됨으로 인해 또는 다층체와 공정 박스의 커버 또는 바닥 사이의 다층체의 상부 및 하부에 가스 분위기의 상이한 높이로 인해 공정 박스와 다층체의 하부 사이의 열전도에 의한 다층체와 공정 박스 사이의 상이한 열적 연결 때문이다. 다른 이유는 복사 히터에 의한 공정 박스의 커버 또는 바닥의 상이한 가열 때문일 수 있다. 또한, 기재의 층 구조는 공정 박스 및/또는 복사 히터에의 상이한 열적 연결을 가질 수 있다.
일반적으로, 다층체 내의 가능한 가장 균일한 열 분포는 예를 들어 전구체 소재의 박막 반도체 내의 흡수체로의 제어된 변환을 위해 요망된다. 그러나, 상기 효과는 다층체 내의 열 분포의 바람직하지 않은 불균일을 초래할 수 있다. 본 발명에 의하면, 유리하게는 하나 및 동일한 공정 레벨에 인접하는 방사 영역의 상이한 방사선 강도를 통해서, 이 공정 레벨에 함유된 다층체 내의 열 분포의 균일성을 달성할 수 있다. 따라서, 본 발명은 제1 공정 레벨의 2개의 라디에이터 영역 및 제2 공정 레벨의 2개의 라디에이터 영역이 각각 상이한 방사선 강도로 제1 공정 레벨 및/또는 제2 공정 레벨에 조사하도록 구성되어 처리되는 다층체 내에서 균일한 열 분포를 달성한다는 점에서, 처음으로 다중 공정 레벨에서의 다층체 내의 불균일한 열 분포의 문제를 다룬 것이다.
냉각 챔버는 제1 공정 레벨, 및 예를 들어 제1 공정 레벨 아래에 배치된 제2 공정 레벨을 적어도 포함한다. 또한, 냉각 챔버는 제1 공정 레벨 및/또는 제2 공정 레벨을 냉각시키기 위한 냉각 장치를 포함한다.
본 발명에 따른 장치의 유리한 실시양태에서, 냉각 장치는 3개 이상의 냉각판을 포함한다. 냉각 챔버는 제1 다층체를 냉각시키기 위한 1개 이상의 제1 냉각판을 포함한다. 예를 들어, 제1 공정 레벨은 제1 냉각판 아래에 배치된다. 예를 들어, 제1 및 제2 다층체를 냉각시키기 위한 제2 냉각판은 제1 공정 레벨 아래에 배치된다. 예를 들어, 제2 공정 레벨은 제2 냉각판 아래에 배치되고, 제2 다층체를 냉각시키기 위한 제3 냉각판은 제2 공정 레벨 아래에 배치된다. 따라서, 제1 공정 레벨은 제1 냉각판과 제2 냉각판 사이에 위치되고, 제2 공정 레벨은 제2 냉각판과 제3 냉각판 사이에 위치된다.
냉각 속도뿐 아니라 다층체에 대한 온도 균일성은 냉각판과 다층체 사이의 간격, 냉각판 표면의 흡수성, 및 냉각판의 온도에 의해 영향을 받는다. 중심 냉각판은 예를 들어 제1 및 제2 다층체에 대해 상이한 간격을 둔 2개의 요소로 이루어지고, 상이한 강도로 이들을 냉각시킬 수 있다. 냉각판은 통상 그의 내부에 관 시스템을 가지고, 기름 또는 물과 같은 열전달 매체에 의해 관통 유동된다. 열전달 매체는 장치 외부의 냉각 유닛에 의해 냉각된다. 냉각판은 예를 들어 스테인리스 강 또는 구리를 함유한다.
상하로 배치된 2개의 공정 레벨을 가지는 장치는, 공정 레벨 사이에 위치된 제2 라디에이터 영역의 방사선 에너지가 특히 효과적으로 이용될 수 있기 때문에 특히 유리하다. 제2 라디에이터 영역으로부터 방출되는 전자기 방사선은 제1 및 제2 공정 레벨에서 제1 및 제2 다층체를 직접 가열한다.
본 발명에 따른 장치의 바람직한 실시양태에서, 라디에이터 영역과 공정 레벨은 서로에 대해 평행하게 배치된다. 본 발명에 따른 장치의 다른 바람직한 실시양태에서, 냉각판과 공정 레벨은 서로에 대해 평행하게 배치된다.
본 발명에 따른 장치의 유리한 실시양태에서, 라디에이터 영역, 공정 레벨 및 냉각판은 수직으로 또는 수평으로 배치된다. 본 발명의 문맥에서의 수직 배열은, 라디에이터 영역, 공정 레벨 및 냉각판이 시스템의 기부와 대략 평행하게 배치됨을 의미한다. 가열 챔버의 경우, 수직 배열은, 제1 공정 레벨이 제1 라디에이터 영역 아래에 배치되고, 제2 라디에이터 영역이 제1 공정 레벨 아래에 배치됨을 의미한다. 또한, 1개 이상의 제2 공정 레벨은 제2 라디에이터 영역 아래에 배치되고, 1개 이상의 제3 라디에이터 영역은 제2 공정 레벨 아래에 배치된다. 냉각 챔버에서, 냉각판과 공정 레벨은 상응하게 서로의 아래에 배치된다. 수직 배열에 의해, 본 발명에 따른 장치는 종래 기술에 따른 장치와 대략 동일한 풋프린트(footprint)를 가진다. 본 발명에 따른 장치에 의하면, 종래 기술에 따른 장치에 비해 2배 이상의 다층체를 동시에 열처리할 수 있다. 수평 배열에서, 라디에이터 영역, 공정 레벨 및 냉각판은 시스템의 기부에 대략 수직으로 배치된다.
본 발명에 따른 장치의 바람직한 실시양태에서, 가열 챔버 및/또는 냉각판에서, 2개 이상의 다층체, 바람직하게는 3개의 다층체가 1개 이상의 공정 레벨 상에서 운반 방향으로 나란히 배치된다. 나란히 배치된 다층체는 바람직하게는 가열 및 냉각 챔버를 통해 동시에 운반되어 처리된다.
본 발명에 따른 장치의 바람직한 실시양태에서, 1개 이상의 다층체, 바람직하게는 2개의 다층체가 공정 박스 내에 배치된다. 공정 박스는 공정 공간을 제한하는 기능을 한다.
공정 박스는 바닥, 커버 및 측벽을 가지는 박스로 디자인될 수 있다. 바닥, 커버 및 측벽은 금속, 유리, 세라믹, 유리 세라믹 또는 그래파이트를 함유할 수 있다. 바닥, 커버 및 측벽은 특히 라디에이터 영역의 전자기 방사선에 대해 투과성이거나, 부분적으로 투과성이거나, 또는 불투과성일 수 있다. 바닥, 커버 및 측벽은 라디에이터 영역의 전자기 방사선을 흡수하여 자체가 가열될 수 있다. 그 후, 가열된 바닥, 커버 또는 측벽은 다층체를 가열하기 위한 2차 열원으로 기능할 수 있다.
공정 박스는 준(quasi) 기밀 또는 개방되도록 디자인될 수 있다. 공정 박스는 바람직하게는 그 자체로 가스 소통되어 특정 공정 단계 동안 특정 가스 분위기가 제공될 수 있다. 가스 분위기는 예를 들어 H2S, H2Se, S 증기, Se 증기 또는 H2와 같은 반응성 가스뿐 아니라 N2, He 또는 Ar과 같은 불활성 가스를 함유할 수 있다.
공정 박스는 예를 들어 그래파이트의 라디에이터 영역의 전자기 방사선을 흡수하는 소재로 이루어진 커버 및/또는 바닥을 적어도 갖도록 디자인될 수 있다. 바닥 및 커버의 가열은 열 분포의 균일성을 초래할 수 있는 2차 열원을 생성한다.
본 발명의 문맥에서 "준 기밀"은, 공정 박스가 공정 박스의 내부와 공정 챔버 사이의 규정된 최대 차압까지 기밀됨을 의미한다. 규정된 최대 차압을 초과하면, 공정 박스의 내부와 공정 챔버 사이의 압력 균등화가 생긴다. 이를 위한 적합한 디자인에서, 커버는 공정 박스의 프레임에 느슨하게 위치된다. 공정 박스의 밀폐성(tightness)에 따라, 준 기밀 공정 박스에 의하면, 공정 박스의 내부와 공정 챔버 사이의 차압이 유지될 수 있다. 공정 가스의 자유 교환은 제한된 채로 남아있고, 공정 가스의 부분적인 압력 구배가 생긴다.
본 발명에 따른 장치의 바람직한 실시양태에서, 공정 박스는 각각 2개의 다층체로 로딩된다. 박막 태양 전지용 반도체층을 제조하기 위한 다층체는 통상 유리 기재 및 일련의 전구체층으로 이루어진다. 하나의 공정 박스 내에서 2개의 다층체의 처리를 위해서, 2개의 유리 기재는, 2개의 전구체층이 외부를 향하도록 나란히 배치될 수 있다. 대안적으로, 2개의 전구체층은 서로를 향할 수 있다. "서로를 향하는" 경우에, 2개의 전구체층은 바람직하게는 이격 수단에 의해 서로 분리된다. 공정 가스는 생성된 공간을 통해 전구체층에 공급될 수 있다.
본 발명에 따른 장치에서, 다층체 또는 다층체로 로딩된 공정 박스는 운반 기구에 의해 장치를 통해 이동된다. 운반 기구는 예를 들어 컨베이어 벨트, 컨베이어 체인 또는 슬레드(sled)를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 운반 기구는 바람직하게는 공정 챔버 외부에 위치된 구동 유닛에 의해, 특히 바람직하게는 V 벨트 또는 체인 드라이브에 의해 동시 구동될 수 있는 롤러를 포함할 수 있다. 운반 기구는 바람직하게는 다층체 또는 공정 박스 아래에 배치된 연속 석영 롤러 또는 스터브(stub) 롤러를 포함한다. 스터브 롤러는 라디에이터 영역의 방사 영역 내부 또는 외부에 배치될 수 있고, 따라서 더 또는 덜 가열된다. 스터브 롤러는 바람직하게는 Si3N4 및 BN과 같은 내고온성 세라믹 또는 ZrO2와 같은 산화물 세라믹을 함유한다.
본 발명에 따른 장치의 바람직한 실시양태에서, 2개 이상의 공정 박스, 바람직하게는 3개의 공정 박스가 가열 챔버 및/또는 냉각 챔버 내의 1개 이상의 공정 레벨 상에서 운반 방향으로 나란히 배치된다. 나란히 배치된 공정 박스는 바람직하게는 가열 및 냉각 챔버를 통해 동시에 운반되어 처리된다.
본 발명에 따른 장치의 바람직한 실시양태에서, 냉각 챔버는 대류 냉각 또는 강제 냉각을 가진다. 강제 냉각에서, 바람직하게는 가스 스트림, 특히 바람직하게는 불활성 가스의 가스 스트림은 냉각 챔버를 통해 순환된다. 가스 스트림은 냉각판 또는 적합한 냉각체 상에서 냉각된다. 이어서, 가열된 다층체 또는 공정 박스는 가스 스트림에 의해 냉각된다. 가스는 바람직하게는 팬 또는 송풍기에 의해 이동된다. 대류 냉각의 경우, 순환 가스 스트림은 가열 공기의 상승 및 냉각 공기의 하강에 의해 생성된다.
본 발명에 따른 장치의 다른 바람직한 실시양태에서, 가열 챔버는 2개의 반사기를 가진다. 제1 반사기는 제1 공정 레벨 외부로 향하는 제1 라디에이터 영역의 면 상에 배치된다. 제2 반사기는 제2 공정 레벨 외부로 향하는 제3 라디에이터 영역의 면 상에 배치된다. 반사기는 바람직하게는 코팅을 가진 또는 갖지 않는 기본체(base body)를 포함하고, 여기서 반사기는 라디에이터 영역의 전자기 방사선의 파장 범위 및/또는 가열된 다층체 또는 공정 박스로부터 방출되는 전자기 방사선의 파장 범위에서 높은 반사율을 가진다. 기본체는 예를 들어 세라믹, 석영 유리, 금속 또는 고온 공정 온도에 적합한 유사 소재를 함유한다. 반사기의 코팅은 바람직하게는 금속, 예를 들어 금, 은, 몰리브덴, 알루미늄, 세라믹 화합물, 예를 들어 Al(MgF2), Al(SiO), MgF2, SiO2, Al2O3, 또는 석영 나노입자를 함유한다.
반사기가 없으면, 외부 라디에이터 영역에 의해 공정 레벨 외부로 향하는 방향으로 방출되는 전자기 방사선은 시스템의 외벽 상에 입사된다. 이 방사선은 다층체의 가열에 단지 미세한 정도로만 기여한다. 반사기는 이 방사선의 대부분을 시스템으로 및 이에 따라 다층체로 재반사시킨다. 라디에이터 영역의 효율은 반사기에 의해 증가되고, 에너지 소모는 줄어든다.
본 발명에 따른 장치의 유리한 실시양태에서, 가열 챔버 및/또는 냉각 챔버는 진공 및/또는 가스 분위기를 생성하기 위한 장치를 가진다. 가스 분위기는 바람직하게는 공정 가스 또는 불활성 가스를 함유한다. 순수 가스에 의한 공정 챔버의 반복된 소기 및 충전을 통해서, 규정된 가스 분위기가 생성될 수 있다. 가열 챔버 및 냉각 챔버는 바람직하게는 외부에 대해 밀봉되고, 에어락 또는 슬라이드 게이트에 의해, 특히 바람직하게는 진공 밀폐 및/또는 기밀 에어락에 의해 분리된다.
본 발명에 따른 장치의 바람직한 실시양태는 다층체에 의해 연속으로 횡단되는 복수의 가열 챔버 및/또는 복수의 냉각 챔버를 가진다. 본 발명에 따른 장치의 특히 바람직한 실시양태는 2 내지 6개의 가열 챔버 및 2 내지 6개의 냉각 챔버를 가진다. 다양한 가열 챔버 및 냉각 챔버는 상이한 온도 및 상이한 가열 또는 냉각 용량을 가질 수 있다. 개별 다중 냉각 챔버는 또한 길이가 개별 냉각 챔버의 길이보다 큰 냉각 라인에서 부분적으로 또는 전체적으로 실현될 수 있다.
본 발명에 따른 장치의 바람직한 실시양태에서, 라디에이터 영역은 그 자체로 공지된 선형 에미터(emitter), 특히 전기 작동되는 로드형 적외선 에미터 및/또는 그 자체로 공지된 포인트 빔원의 매트릭스를 포함한다. 선형 에미터는 바람직하게는 나란히 평행하게 위치된다. 선형 에미터 및 포인트 빔원은 열적 방사 영역에서 사실상 균일한 영역 방식 전자기 방사선을 방출하기에 적합하다.
본 발명에 따른 장치의 일 실시양태에서, 각 라디에이터 영역은 양쪽 면을 향해 동일한 강도의 전자기 방사선을 방출한다. 본 발명에 따른 장치의 바람직한 실시양태에서, 라디에이터 영역은 특히 공정 레벨 방향으로 방향 의존적 방출 특성을 가진다. 이를 위해, 한 면에 예를 들어 DE 10 2005 058819 A1에 공지된 세라믹, 금속 또는 나노다공성 불투과성 석영 유리로 이루어진 반사성 코팅을 가지는 선형 에미터가 예를 들어 사용된다. 이 수단에 의해, 라디에이터 영역의 방사선 강도는 간단한 방식으로 다층체 내의 열 분포의 균일성을 위해 선택적으로 변경될 수 있다. 특히, 제2 라디에이터 영역의 복사 히터는 각각 제1 공정 레벨 또는 제2 공정 레벨을 조사하도록 구성되도록 편면 반사기를 가진다. 제1 또는 제2 공정 레벨을 조사하기 위한 복사 히터는 예를 들어 교번식으로 배치된다.
방향 의존적 방출 특성을 가지는 라디에이터 영역에 의하면, 특히 다층체의 상이한 면이 상이한 열 입력으로 가열될 수 있다. 예를 들어, 라디에이터 영역에서 상이한 수의 복사 히터에 의해서 달성될 수 있는, 상이한 방사속(radiant power)을 가지는 라디에이터 영역에 대해서도 마찬가지이다. 하나 및 동일한 라디에이터 영역의 복사 히터의 상이한 방사선 강도 또는 다층체 내의 열 분포의 균일성을 위해 상이한 라디에이터 영역의 방사선 강도를 얻기 위해서, 상이한 전력으로 상이한 라디에이터 영역의 복사 히터 또는 하나 및 동일한 라디에이터 영역에 영향을 줄 수도 있다.
본 발명에 따른 장치의 다른 바람직한 실시양태에서, 2개의 공정 레벨 사이에 위치되는 라디에이터 영역은 예를 들어 상하로 배치된 선형 에미터 또는 포인트 빔원의 2개의 레벨을 포함한다. 다른 반사기는 바람직하게는 2개의 레벨 사이에 배치된다. 2개의 레벨은 서로 별도로 가열될 수 있다. 따라서, 상이한 공정 레벨은 상이한 온도로 가열될 수 있다.
또 다른 바람직한 실시양태에서, 처리되는 다층체는 1 mm 내지 4 mm, 바람직하게는 2 mm 내지 3 mm의 두께를 가지는 유리 기재를 함유한다. 복수의 얇은 층으로 이루어진 일련의 층, 예를 들어 일련의 실리콘 니트라이드/몰리브덴/구리-인듐-갈륨/셀레늄의 층이 기재의 일 면에 적용된다. 실리콘 니트라이드층은 예를 들어 50 nm 내지 300 nm의 두께를 가지고, 몰리브덴층은 예를 들어 200 nm 내지 700 nm의 두께를 가지고, 구리-인듐-갈륨층은 예를 들어 300 nm 내지 1000 nm의 두께를 가지며, 셀레늄층은 예를 들어 500 nm 내지 2000 nm의 두께를 가진다.
본 발명의 목적은 또한, 제1 단계에서, 제1 공정 레벨 상의 제1 다층체 및 제2 공정 레벨 상의 제2 다층체를 1개 이상의 가열 챔버로 운반하고, 예를 들어 공정 레벨 위 및/또는 아래에 배치된 라디에이터 영역에 의해 0 ℃/s 내지 50 ℃/s의 가열 속도로 350℃ 내지 800℃의 온도, 바람직하게는 450℃ 내지 550℃의 온도로 가열하는, 2개 이상의 공정 레벨 상의 2개 이상의 다층체를 연속적으로 열처리하기 위한 방법을 달성하는 것이다. 따라서, 제1 공정 레벨은 제1 라디에이터 영역과 제2 라디에이터 영역 사이에 위치되고, 제2 공정 레벨은 제2 라디에이터 영역과 제3 라디에이터 영역 사이에 위치된다. 유리하게는, 제1 및/또는 제2 공정 레벨은 각각, 균일한 열 분포가 다층체 내에 얻어지도록 상이한 방사선 강도로 조사된다. 따라서, 제1 공정 레벨은 제1 라디에이터 영역에 의해 제2 라디에이터 영역에 의한 것과는 상이한 방사선 강도로 조사되고/되거나 제2 공정 레벨은 제2 라디에이터 영역에 의해 제3 라디에이터 영역에 의한 것과는 상이한 방사선 강도로 조사된다.
제2 단계에서, 제1 다층체 및 제2 다층체를 냉각 챔버로 운반하고, 공정 레벨의 위 및/또는 아래에 배치된 냉각판에 의해 0 ℃/s 내지 50 ℃/s의 냉각 속도로 10℃ 내지 350℃의 온도, 바람직하게는 10℃ 내지 250℃의 온도 및 특히 바람직하게는 15℃ 내지 50℃의 온도로 냉각시킨다. 대안적으로, 냉각은 대류 냉각 및/또는 강제 냉각에 의해 일어날 수 있다. 그 후, 다층체를 냉각 챔버 외부로 운반한다.
본 발명에 따른 방법은 예를 들어 2개 이상의 다층체의 열처리를 위한 상기 장치에서 수행될 수 있다.
본 발명에 따른 방법의 바람직한 실시양태에서, 2개의 공정 레벨은 동일한 온도를 가진다. 본 발명에 따른 방법의 대안적인 실시양태에서, 2개의 공정 레벨은 예를 들어 방향 의존적 방출 특성을 가지는 라디에이터 영역의 사용을 통해 상이한 온도를 가진다.
본 발명에 따른 방법의 유리한 실시양태에서, 다층체의 열처리는 1개 이상의 가열 챔버 및/또는 1개 이상의 냉각 챔버에서, 특히 바람직하게는 1 내지 5개 이상의 가열 챔버 및/또는 1 내지 5개 이상의 냉각 챔버에서 일어난다. 이것은 다층체에서의 공정의 정밀한 제어를 가능하게 한다. 특히, 특정 공정 단계까지의 다층체의 부분적인 처리는 각 가열 또는 냉각 챔버에서 일어난다. 그 후, 다층체는 한 챔버에서 다음 챔버로 운반될 때 아직 완전히 처리된 것은 아니다.
본 발명은 또한 상하로 배치된 2개 이상의 공정 레벨 상의 2개 이상의 다층체를 연속적으로 열처리하기 위한 장치의 사용을 포함한다.
본 발명에 따른 장치의 바람직한 사용은 전구체층의 반도체층으로의 변환이다. 반도체층은 바람직하게는 박막 태양 전지에서 흡수체로서 사용된다.
전구체층은 바람직하게는 구리, 인듐, 갈륨 및 셀레늄으로 이루어지고, 신속 열처리(RTP)에 의해 황 함유 분위기에서 Cu(In,Ga)(S,Se)2-반도체층으로 변환된다.
이하에서, 도면 및 흐름도를 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. 도면은 순수하게 개략적으로 도시되고 비율에 충실하지는 않다. 도면은 어떤 방식으로도 본 발명을 제한하지 않는다.
도 1은 상하로 배치된 2개의 공정 레벨 상의 2개의 다층체를 열처리하기 위한 본 발명에 따른 장치의 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 장치의 가열 챔버의 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 가열 챔버의 다른 실시양태의 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 가열 챔버의 또 다른 실시양태의 단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 가열 챔버의 또 다른 실시양태의 단면도이다.
도 6은 2개의 가열 챔버 및 2개의 냉각 챔버를 가지는 본 발명에 따른 다른 장치의 단면도이다.
도 7은 흐름도를 사용한 본 발명에 따른 방법의 단계의 예시적인 실시양태이다.
도 1은 신속 열처리(RTP)에 의한 전구체층의 셀렌화를 위한 인라인 시스템(1)의 예를 사용하여 다층체의 열처리를 위한 본 발명에 따른 장치를 도시한 것이다. 인라인 시스템(1)은 운반 방향(11)으로 앞뒤로 배치된 1개의 가열 챔버(HK1) 및 1개의 냉각 챔버(KK1)를 가진다. 인라인 시스템(1)은 상하로 수직 배치된 2개의 공정 레벨(3.1, 3.2)을 가진다. 본 발명에 따라 수평 구조가 또한 제공된다. 가열 챔버(HK1)에서, 라디에이터 영역(2.1)은 상부 공정 레벨(3.1) 위에 배치되고, 라디에이터 영역(2.3)은 하부 공정 레벨(3.2) 아래에 배치된다. 또한, 라디에이터 영역(2.2)은 공정 레벨(3.1, 3.2) 사이에 배치된다.
냉각 챔버(KK1)에서, 냉각판(7.1)은 상부 공정 레벨(3.1) 위에 배치되고, 냉각판(7.3)은 하부 공정 레벨(3.2) 아래에 배치된다. 또한, 냉각판(7.2)은 공정 레벨(3.1, 3.2) 사이에 배치된다. 냉각판(7.1, 7.2, 7.3)은 예를 들어 스테인리스 강을 함유하고, 그의 내부에 열전달 매체를 위한 분포 시스템을 가진다. 분포 시스템은 예를 들어 열전달 매체로서 기름 또는 물에 의해 관통 유동된다. 열전달 매체는 인라인 시스템(1) 외부의 냉각 유닛에서 냉각된다.
가열 챔버(HK1) 및 냉각 챔버(KK1)는 진공 밀폐 및 기밀로 디자인되고, 진공 펌프 및 가스 공급을 위한 장치에 연결된다. 가열 챔버(HK1) 및 냉각 챔버(KK1)는 에어락(8)에 의해 서로 분리된다.
다층체(4.1, 4.2)는 공정 레벨(3.1, 3.2) 상에 위치된다. 다층체(4.1, 4.2)는 예를 들어 몰리브덴 전극을 가지는 유리 기재, 및 구리, 인듐, 갈륨, 황 및 셀레늄을 함유하는 일련의 전구체층의 적층체를 함유한다.
도 2는 본 발명에 따른 장치의 가열 챔버(HK1)의 예시적인 실시양태의 개략도이다. 다층체(4.1, 4.2)는 각각 공정 박스(5.1, 5.2) 내에 배치된다. 공정 박스(5.1, 5.2)는 유리 세라믹으로 이루어진 바닥 및 커버, 및 그래파이트로 이루어진 측벽을 포함한다. 유리 세라믹은 라디에이터 영역(2.1, 2.2, 2.3)의 전자기 방사선에 대해 투과성이다. 공정 박스(5.1, 5.2)는 공정 박스(5.1, 5.2)의 내부와 가열 챔버(HK1)의 분위기 사이의 압력 평형이 발생할 수 있도록 부분적으로 기밀이도록 구성된다. "부분적으로 기밀"이란, 커버가 측벽 상에 느슨하게 위치되고 밀봉을 위한 추가 대책을 취하지 않음을 의미한다. 공정 박스(5.1, 5.2)는 또한 커넥터를 가질 수 있다. 공정 가스 또는 불활성 가스는 커넥터를 통해 공정 박스(5.1, 5.2)에 선택적으로 공급될 수 있다.
공정 박스(5.1, 5.2)의 운반은 스터브 롤러의 시스템에 의해 발생한다. 스터브 롤러는 긴 변 상의 그의 외부 에지 아래에서 공정 박스(5.1, 5.2)를 지지한다. 스터브 롤러는 예를 들어 내고온성 세라믹을 함유한다. 인접하는 2개의 챔버 사이의 운반 속도는 통상 1 m/s 이하이다.
제1 반사기(6.1) 및 제2 반사기(6.2)는 제1 라디에이터 영역(2.1) 위 및 제3 라디에이터 영역(2.3) 아래에 배치된다. 제1 반사기(6.1)는 제1 공정 레벨(3.1) 방향으로 제1 라디에이터 영역(2.1)의 상부 지향된 전자기 방사선을 반사시킨다. 제2 반사기(6.2)는 제2 공정 레벨(3.2) 방향으로 제3 라디에이터 영역(2.3)의 하부 지향된 전자기 방사선을 반사시킨다.
도 3은 본 발명에 따른 가열 챔버(HK1)의 다른 실시양태이다. 제2 라디에이터 영역(2.2)은 반사기(6.3)에 의해 서로 분리되는 선형 에미터(9)의 2개의 레벨(9.1, 9.2)로 이루어진다. 레벨(9.2)과 비교하여 레벨(9.1)에서의 상이한 수의 선형 에미터(9)에 의해, 레벨(9.1, 9.2)에서의 선형 에미터(9)의 상이한 배선(wiring)에 의해, 및/또는 레벨(9.1, 9.2)에서의 상이한 시간 의존적 전력 제어에 의해, 제2 라디에이터 영역(2.2)의 방향 의존적 방출 특성이 얻어진다.
도 4는 본 발명에 따른 가열 챔버(HK1)의 또 다른 바람직한 실시양태를 도시한 것이다. 제2 라디에이터 영역(2.2)의 선형 에미터(9)는 대안적으로 반사층(10)을 가지는 그의 상면 및 그의 하면이 코팅된다. 반사층(10)은 선형 에미터(9)에 직접 적용되는 불투과 비다공성 석영층을 함유할 수 있다. 대안적으로, 반사층(10)은 세라믹으로 이루어진 반각(half-shell)을 포함할 수 있다. 상면에 반사층(10)을 가지는 선형 에미터(9) 및 하면에 반사층(10)을 가지는 선형 에미터(9)는 상이한 온도로 가열될 수 있다.
라디에이터 영역(2.1, 2.2, 2.3)의 상이한 방사선 출력 및 방향 의존적 방출 특성에 의해, 다층체(4.1, 4.2)의 상이한 면은 상이한 온도로 가열될 수 있다. 따라서, 예를 들어 다층체(4.1, 4.2)의 기재면은 반도체층으로 변환될 전구체층을 가지는 면보다 낮은 온도로 가열될 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 가열 챔버(HK1)의 또 다른 바람직한 실시양태를 도시한 것이다. 제1 라디에이터 영역(2.1)의 선형 에미터(9)는 반사층(10)을 가지는 상면이 코팅되고, 제3 라디에이터 영역(2.3)의 선형 에미터(9)는 반사층(10)을 가지는 하면이 코팅된다. 제1 라디에이터 영역(2.1) 및 제3 라디에이터 영역(2.3)의 방향 의존적 방출 특성으로 인해, 추가의 반사기 없이 행할 수 있다. 제1 라디에이터 영역(2.1) 위 및 제3 라디에이터 영역(2.3) 아래에 추가의 반사기를 사용하는 것은 방향 의존적 방출 특성의 효율을 증가시킬 수 있다.
도 6은 2개의 가열 챔버(HK1, HK2) 및 2개의 냉각 챔버(KK1, KK2)를 가지는 본 발명에 따른 장치의 또 다른 유리한 실시양태를 도시한 것이다. 다층체(4.1, 4.2)는 운반 방향(11)으로 가열 챔버(HK1, HK2) 및 냉각 챔버(KK1, KK2)를 횡단한다. 가열 챔버(HK1, HK2) 및 냉각 챔버(KK1, KK2)는 상이한 가열 및 냉각 용량뿐 아니라 상이한 온도 프로파일을 가질 수 있다. 이것은 특히 정밀한 공정 제어를 가능하게 한다. 따라서, 예를 들어 제1 가열 챔버(HK1)는 제2 가열 챔버(HK2)보다 큰 가열 용량을 가질 수 있다. 가열 챔버(HK1, HK2)뿐 아니라 냉각 챔버(KK1, KK2)에서, 다층체(4.1, 4.2)는 원하는 온도 사이클 및 원하는 공정 가스 분위기에 노출된다. 상이한 가열 및 냉각 챔버는 상이한 공정 분위기를 가질 수 있다. 본 발명에 따른 장치의 또 다른 실시양태에서, 추가의 가열 및 냉각 챔버가 연속으로 배치될 수 있다. 공정 제어가 필요한 경우, 가열 및 냉각 챔버는 대안적으로 배치될 수 있고, 즉 가열 챔버가 냉각 챔버에 후속할 수도 있다.
예시적인 실시양태에서, 제1 라디에이터 영역(2.1) 및 제2 라디에이터 영역(2.2)은, 상부 다층체(4.1)의 상면이 제1 라디에이터 영역(2.1)에 의해 상부 다층체(4.1)의 하면이 제2 라디에이터 영역(2.2)에 의해 가열될 수 있는 방사선 강도와는 상이한 방사선 강도로 가열될 수 있도록 구성된다. 마찬가지로, 제2 라디에이터 영역(2.2) 및 제3 라디에이터 영역(2.3)은, 하부 다층체(4.2)의 상면이 제2 라디에이터 영역(2.2)에 의해 하부 다층체(4.2)의 하면이 제3 라디에이터 영역(2.3)에 의해 가열될 수 있는 방사선 강도와는 상이한 방사선 강도로 가열될 수 있도록 구성된다. 이런 방식으로, 2개의 다층체(4.1, 4.2) 각각에서 균일한 열 분포를 달성할 수 있다.
도 7은 흐름도를 사용한 본 발명에 따른 방법의 단계의 예시적인 실시양태를 도시한 것이다. 우선, 로딩 스테이션에서, 다층체(4.1)를 공정 박스(5.1) 내에 위치시키고, 다층체(4.2)를 공정 박스(5.2) 내에 위치시킨다. 이어서, 공정 박스(5.1, 5.2)를 흡입 에어락 챔버에 로딩하고, 흡입 에어락 챔버를 폐쇄한다. 흡입 에어락 챔버에서, 불활성 가스에 의한 반복된 소기 및 충전을 통해서, 규정된 및 원하는 공정 가스 분위기를 달성한다. 이어서, 공정 단계 (a)에서, 다층체(4.1)를 가지는 공정 박스(5.1)를 공정 레벨(3.1)로 운반하고, 다층체(4.2)를 가지는 공정 박스(5.2)를 공정 레벨(3.2)로 운반한다.
가열 챔버(HK1, HK2)에서, 원하는 가열 프로파일(공정 시간의 함수로서의 온도 및 공정 가스 분위기)을 실행한다. 가열 챔버(HK1)에서, 공정 레벨(3.1, 3.2) 위 및/또는 아래에 배치된 라디에이터 영역(2.1, 2.2, 2.3)으로, 제1 다층체(4.1)를 제1 공정 레벨(3.1) 상에서 가열하고 제2 다층체(4.2)를 제2 공정 레벨(3.2) 상에서 가열한다. 바람직하게는, 2개의 다층체(4.1, 4.2)를 라디에이터 영역(2.1, 2.2, 2.3)을 사용하여 1 ℃/s 내지 50 ℃/s의 가열 속도로 350℃ 내지 800℃의 온도로 가열한다. 각 다층체 내의 균일한 열 분포를 얻기 위해, 다층체(4.1, 4.2)의 상면 및 하면을 각각 상이한 방사선 강도로 가열한다. 이어서, 공정 단계 (b)에서, 다층체(4.1, 4.2)를 냉각 챔버(KK1)로 운반한다. 동시에, 새로운 다층체를 가열 챔버(HK1)로 도입할 수 있다. 냉각 챔버(KK1, KK2)에서, 고온의 다층체(4.1, 4.2)를 50 ℃/s 이하의 속도로 공정 공학 관점에서 필요한 온도로 냉각시킨다. 바람직하게는, 2개의 다층체(4.1, 4.2)를 0 ℃/s 내지 50 ℃/s의 냉각 속도로 10℃ 내지 350℃의 온도로 냉각시킨다. 다층체(4.1, 4.2)의 온도와 냉각판(7.1, 7.2, 7.3)의 온도의 온도차 감소로 인해, 다층체(4.1, 4.2)의 냉각 속도는 저하한다. 이것은 예를 들어 시간 함수로서 간격을 변화시키거나 또는 냉각판의 온도를 조정함으로써, 냉각판과 다층체 사이의 간격의 감소와 같은 적절한 대책에 의해 대응할 수 있다. 냉각 공정은 또한 냉각된 가스 스트림, 예를 들어 공기, 아르곤 또는 질소의 스트림을 순환시킴으로써 가속화할 수 있다. 대안적으로, 대류 냉각 또는 강제 냉각에 의해 냉각판 없이 냉각을 실현할 수 있다.
이어서, 다층체(4.1, 4.2)를 냉각 챔버(KK1)에서 배출 에어락 챔버로 운반하고, 추가의 처리로 이송한다. 배출 에어락 챔버에서, 존재하는 독성 가스를 예를 들어 제거할 수 있다. 다른 냉각 라인 또는 추가의 냉각 챔버를 배출 에어락 챔버로부터 하향에 배치하는 것도 가능하다. 특정 실시양태에서, 배출 에어락 챔버를 생략할 수 있다.
칼코피라이트 반도체의 제조를 위한 인라인 셀렌화 시스템의 예를 통해 표 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 장치는 종래 기술에 비해 이점을 제공한다.
Figure 112013017055893-pct00001
사실상 동일한 시스템 풋프린트를 가지면서 단지 최소한의 연구비만이 상승한, 2개의 수직 배치된 공정 레벨을 가지는 본 발명에 따른 장치는, 하나의 공정 레벨을 가지는 종래 기술에 따른 인라인 셀렌화 시스템에 비하여 2배의 시스템 처리량을 제공한다. 2배의 처리량임에도, 시스템에 필요한 공간 요건은 증가하지 않거나 또는 단지 미소하게 증가하고, 이런 상황은 태양광 산업의 전체 연구 및 작동 비용에 긍정적인 영향을 준다.
다층체당 에너지 비용은 본 발명에 따른 장치에 의해 대략 30% 감소된다. 이것은 특히 제2 라디에이터 영역의 방사된 열에너지의 효과적인 사용을 통해 일어난다.
이것은 당업계 보통의 기술자에게는 예상치 못했던 것이고 놀라운 것이었다.
1: 인라인 시스템
2.1, 2.2, 2.3: 라디에이터 영역
3.1, 3.2: 공정 레벨
4.1, 4.2: 다층체
5.1, 5.2: 공정 박스
6.1, 6.2, 6.3: 반사기
7.1, 7.2, 7.3: 냉각판
8: 에어락
9: 복사 히터, 선형 에미터
9.1, 9.2: 복사 히터(9)의 레벨
10: 복사 히터(9)를 위한 반사층
11: 운반 방향

Claims (15)

  1. 운반 방향(11)에 대해 앞뒤로 배치된 1개 이상의 가열 챔버(HK1) 및 1개 이상의 냉각 챔버(KK1) 내에 상하로 배치된 2개 이상의 공정 레벨(3.1, 3.2) 상의 2개 이상의 다층체(4.1, 4.2)를 열처리하기 위한 장치이며,
    가열 챔버(HK1)는
    - 제1 다층체(4.1)를 가열하기 위한 복사 히터(9)를 가지는 제1 라디에이터 영역(2.1)과 제2 라디에이터 영역(2.2) 사이에 위치되는, 1개 이상의 제1 다층체(4.1)를 위한 제1 공정 박스(5.1)를 가지는 제1 공정 레벨(3.1),
    - 제2 다층체(4.2)를 가열하기 위한 복사 히터(9)를 가지는 제2 라디에이터 영역(2.2)과 제3 라디에이터 영역(2.3) 사이에 위치되는, 1개 이상의 제2 다층체(4.2)를 위한 제2 공정 박스(5.2)를 가지는 제2 공정 레벨(3.2)을 포함하고,
    제1 라디에이터 영역(2.1) 및 제2 라디에이터 영역(2.2)은, 제1 공정 레벨(3.1)이 제1 라디에이터 영역(2.1)에 의해 제2 라디에이터 영역(2.2)에 의한 것과는 상이한 방사선 강도로 조사될 수 있도록 구성되거나, 제2 라디에이터 영역(2.2) 및 제3 라디에이터 영역(2.3)은, 제2 공정 레벨(3.2)이 제2 라디에이터 영역(2.2)에 의해 제3 라디에이터 영역(2.3)에 의한 것과는 상이한 방사선 강도로 조사될 수 있도록 구성되거나, 둘 다이고,
    냉각 챔버(KK1)는
    - 냉각 장치,
    - 1개 이상의 제1 다층체(4.1)를 냉각시키기 위한 제1 공정 레벨(3.1) 및 1개 이상의 제2 다층체(4.2)를 냉각시키기 위한 제2 공정 레벨(3.2)을 포함하는 장치.
  2. 제1항에 있어서, 라디에이터 영역(2.1, 2.2, 2.3)이 전자기 방사선에 대한 방향 의존적 방사 특성 및 상이한 방사속(radiant power) 중 적어도 하나를 가지는 장치.
  3. 제2항에 있어서, 복사 히터(9)가 반사층(10)을 가지는 장치.
  4. 제3항에 있어서, 2개의 공정 레벨(3.1, 3.2) 사이에 배치된 제2 라디에이터 영역(2.2)의 복사 히터(9)가 반사층(10)을 가지고, 제1 공정 레벨(3.1) 또는 제2 공정 레벨(3.2)을 조사하도록 구성되는 장치.
  5. 제1항에 있어서, 2개의 공정 레벨(3.1, 3.2) 사이에 배치된 제2 라디에이터 영역(2.2)이 복사 히터(9)를 가지는 2개의 복사 히터 레벨(9.1, 9.2)을 가지고, 한 복사 히터 레벨(9.1)이 제1 공정 레벨(3.1)을 조사하도록 구성되고, 다른 복사 히터 레벨(9.2)이 제2 공정 레벨(3.2)을 조사하도록 구성되는 장치.
  6. 제5항에 있어서, 2개의 복사 히터 레벨(9.1, 9.2) 사이에 반사기(6.3)가 배치되는 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 복사 히터(9)가 가변 방사선 강도를 발생시키도록 선택적으로 제어될 수 있는 장치.
  8. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 라디에이터 영역(2.1, 2.2, 2.3)과 공정 레벨(3.1, 3.2)이 서로에 대해 평행하게 배치되는 장치.
  9. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 냉각 장치가 다층체(4.1, 4.2)를 냉각시키기 위한 제1 냉각판(7.1), 제2 냉각판(7.2) 및 제3 냉각판(7.3)을 포함하고, 제1 공정 레벨(3.1)이 제1 냉각판(7.1)과 제2 냉각판(7.2) 사이에 위치되고, 제2 공정 레벨(3.2)이 제2 냉각판(7.2)과 제3 냉각판(7.3) 사이에 위치되는 장치.
  10. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 냉각 장치가 유도된 가스 스트림을 가지는 장치.
  11. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 가열 챔버(HK1)와 냉각 챔버(KK1) 사이에 에어락(air lock)(8) 또는 슬라이드 게이트가 배치되는 장치.
  12. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 2개 이상의 다층체(4.1, 4.2)가 가열 챔버(HK1) 및 냉각 챔버(KK1) 중 적어도 하나 내에, 운반 방향으로 나란히 한 공정 레벨(3.1, 3.2) 상에 배치되는 장치.
  13. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 가열 챔버(HK1)가 1개 이상의 제1 반사기(6.1) 및 1개 이상의 제2 반사기(6.2)를 포함하고, 제1 라디에이터 영역(2.1)이 제1 반사기(6.1)와 제1 공정 레벨(3.1) 사이에 배치되고, 제1 반사기(6.1)가 제1 라디에이터 영역(2.1)의 전자기 방사선을 반사시키도록 구성되고, 제3 라디에이터 영역(2.3)이 제2 반사기(6.2)와 제2 공정 레벨(3.2) 사이에 배치되고, 제2 반사기(6.2)가 제3 라디에이터 영역(2.3)의 전자기 방사선을 반사시키도록 구성되는 장치.
  14. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 가열 챔버(HK1) 및 냉각 챔버(KK1) 중 적어도 하나가 진공, 및 공정 가스 또는 불활성 가스를 함유하는 가스 분위기 중 적어도 하나를 생성하기 위한 장치를 가지는 장치.
  15. 2개 이상의 공정 레벨(3.1, 3.2) 상의 2개 이상의 다층체(4.1, 4.2)를 연속적으로 열처리하기 위한 방법이며,
    a. 다층체(4.1, 4.2)를 1개 이상의 가열 챔버(HK1) 내에서 라디에이터 영역(2.1, 2.2, 2.3)을 사용하여 1 ℃/s 내지 50 ℃/s의 가열 속도로 350℃ 내지 800℃의 온도로 가열하고, 제1 공정 레벨(3.1)은 제1 라디에이터 영역(2.1)과 제2 라디에이터 영역(2.2) 사이에 위치되고, 제2 공정 레벨(3.2)은 제2 라디에이터 영역(2.2)과 제3 라디에이터 영역(2.3) 사이에 위치되고, 제1 공정 레벨(3.1)은 제1 라디에이터 영역(2.1)에 의해 제2 라디에이터 영역(2.2)에 의한 것과는 상이한 방사선 강도로 조사되거나, 제2 공정 레벨(3.2)은 제2 라디에이터 영역(2.2)에 의해 제3 라디에이터 영역(2.3)에 의한 것과는 상이한 방사선 강도로 조사되거나, 둘 다이고,
    b. 다층체(4.1, 4.2)를 1개 이상의 냉각 챔버(KK1) 내에서 0 ℃/s 내지 50 ℃/s의 냉각 속도로 10℃ 내지 350℃의 온도로 냉각시키는 방법.
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