KR20090023686A - 고 집중 가열 구역이 구비된 급속 열 점화 적외선 컨베이어노 - Google Patents

고 집중 가열 구역이 구비된 급속 열 점화 적외선 컨베이어노 Download PDF

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리차드 더블유. 파크스
피터 지. 레이가이
루이스 알레잔드로 레이 가르시아
레이몬드 지. 크루젝
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써멀 프로세싱 솔로션즈, 아이엔씨
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Abstract

솔라 셀 공정을 위한 IR 가열 램프 분리 모듈 및 다-구역 IR 노들의 점화 방법은, 각 튜브를 둘러쌓는 냉각 공기 채널을 제공하기 위하여 반사기/단열재 본체 내부의 각각의 평행한 채널들 내에 배치된 램프들을 포함한다; 상기 채널들은 인접한 램프들 및 공정 구역에서 각각의 램프를 분리(isolate)시키는 재질인 IR-투과판으로 덮여진다. 냉각 공기는 에너지 보존을 위하여 다음(공정)으로 배기되며 재활용된다. 간격을 둔 램프는 다양해질 수 있으며 각각의 가열 구역 내의 온도 프로파일을 제한 없이 제어하기 위해 개별적으로 출력이 제어될 수 있다. 다음의 퀸치 제어와 연합하는 스파이크 구역 및 어닐링 구역에 있는 동안에, 매우 짧은 머므름(샤프한) 최대치 온도 프로파일들을 갖는 가열 및 냉각 곡선들은, 좋은 효율로 솔라 셀들이 개선돼 생산되는 동안, 램프 수명의 단축 없이 램프가 원래 용량에 100% 효율로 작동하여 가열율을 두 배 또는 그 이상으로 더 빨리 증가시키는 것을 허용한다.
램프, 벨트, 솔라 셀, 웨이퍼

Description

고 집중 가열 구역이 구비된 급속 열 점화 적외선 컨베이어 노{RAPID THERMAL FIRING IR CONVEYOR FURNACE HAVING HIGH INTENSITY HEATING SECTION}
본 출원은 개선된 적외선 컨베이어 노(IR conveyor furnace)에 관한 것으로 특히, 스크린 인쇄의 금속화 점화(metallization firing of screen-printed), 실리콘 솔라 셀 웨이퍼(silicon solar cell wafers)에 유용하며, 향상된 스파이크 구역(spike zone)과 점화 과정(firing processes)를 가짐으로서 제조공정 상의 처리량; 및 솔라 셀에 있어 광기전성(photovoltaic) 요소의 효율성;을 더욱 증가시킨다. 향상된 시스템은, 냉각 채널(cooling channel)들을 생성하도록 반사기(reflector)들과 거리를 둔 적외선 가열 램프(IR heating lamp) 요소들과 연동하여 특수하게 배열된 높은 반사율의 반사기들을 사용한 챔버(chamber)를 가열하는 스파이크 구역(spike zone)을 특징으로 하며, 상기 냉각 채널은 노의 사용 가능한 출력 밀도(power density)가 연속적으로 증가되는 것을 허용하여 전원입력이 100% 에 도달했을 때를 지나도 적외선 가열 램프가 과열되지 않고 작동하도록 한다. 본 발명의 시스템은 램프들에 의하여 생성되는 적외선을 동시에 초점을 맞추므로 더 큰 양이 작업 지역(process zone)으로 투입되어 가열 효율 및 적외선 발광(IR radiation) 효율을 증가시킨다.
솔라 셀을 기초로 한 실리콘의 제조는 특별한 순서에 따라 진행되도록 많은 수의 특화된 절차가 요구된다. 일반적으로 이러한 과정들은 결정화 성장(crystal growing) 노(furnace)들 내에서 성장하거나 또는 “방향성 응고”(directional solidification) 노들 내에서 다결정 블록으로 주형(鑄型, cast)되는 단결정 실리콘 잉곳들(single crystalline silicon ingots)을 포함한다. 이러한 과정들의 결과는, 가공되지 않는 솔라 셀 웨이퍼를 형성하도록 줄 톱(wire saws)으로 횡측 절단된 실리콘의 얇은 박편(slice)들로부터 잉곳(ingot)으로 불리는 길다란 소시지 형상의 단결정 덩어리, 또는 다결정 블록들이 얻어지는 것이다. 단결정이거나 서로 결합된 다결정들로 제조된 이러한 웨이퍼들은 그 다음으로 두께 범위가 150 내지 330 마이크로미터 범위 내의 매끄러운 웨이퍼를 형성하도록 진행된다. 적합한 실리콘의 부족을 이유로, 현재의 추세는 전형적인 180 마이크로미터 두께보다 더 얇은 웨이퍼들을 제조하는 경향이다.
그 다음으로 완성된 비가공 웨이퍼들은 광기전성 효과에 의하여 전류를 생산 할 수 있는 솔라 셀 기능을 하도록 진행된다. 웨이퍼 진행은 다양한 클링닝 및 에칭 작업들과 시작되며, 반도체 “p-n” 접합 다이오드를 생성하는 확산(diffusion)이라 불리는 단계에서 종료된다. 확산은, 희석된 인산의 분사액(sprayed liquid) 또는 POCL3 용액을 통과시켜 N2 질소 버블링에 의해 생성된 인을 함유한 옥시클로라 이드(POCL3)의 증기와 같이 선택된 인을 함유한 소스들이 존재하는 고온에서 발생된다. 이러한 것이 첨가된 실리콘(Si)은 광기전성 셀의 “이미터”(emitter) 층을 형성하고, 상기 층은 태양광(보통의 광자 소스)으로 전자를 방출한다. 아래 더욱 상세히 설면된 바와 같이, 이러한 전자들은, 셀의 표면으로 소결되는(sintered) 스크린 프린트된 금속 접촉(screen printed metal contact)들의 정재된 웹(fine web)에 의하여 수집된다.
기초가 되는 실리콘 p-n 접합 이미터 층으로 낮은 저항의 스크린-프린트된 금속 접촉을 형성하기 위한 기능을 향상하도록, 인(phosphorus)의 추가 량이 웨이퍼의 앞 표면 상으로 침전된다. 상기 인은 고온의 확산 단계를 통하여 웨이퍼로 주입되며 30 분 동안 지속된다. 여분의 '전기적 활동'(electrically active)적인 인(phosphorus)은 낮은 저항의 접촉이 형성될 수 있도록 한다. 그러나, 이러한 접촉의 형성은 셀 효율에 있어 손실이 발생한다. 셀 효율의 손실은, 짧은 파장의 광자들(short wave length photons)이 아니라 더 높은 에너지의 흡수를 통하여 표면에서 또는 표면 근처에서 생성된 전공 짝들(electron-hole pairs) 의 결과로 기인한다. 이러한 '푸른 빛' 광자들은 빠르게 재결합하고 손실되며, 그 곳에서 셀의 전력 생산에 기여하지 않는다.
웨이퍼의 측면에서 불필요한 반도체 접합을 제거하기 위한 확산과 다양한 클리닝과 엣칭 단계 이 후, 상기 웨이퍼는 전형적으로 실리콘 질소화물(SiN3) 같은 반사방지 코팅(anti-reflective coating)이 일반적으로 플라즈마화학기상증착 법(plasma-enhanced chemical vaper deposition)(PECVD)에 의하여 덮여 진다. 이러한 과정들 중 몇몇 사이에서, 상기 웨이퍼는 다음 단계를 위한 준비로서 낮은 온도의 건조 오브에서 건조된다.
SiN3 반사방지 코팅(ARC)는 0.6 미크론(microns) 빛의 대략 1/4 파장 두께로 침전된다. ARC 적용 이후, 셀은 진 푸른 표면 색(deep blue surface color)을 나타낸다. ARC 는 0.6 미크론 주변의 파장들을 구비한 투사된 광자의 반사를 최소화한다.
ARC SiN3 코팅은, 높거나 낮은 주파수의 극초단파장(microwave field) 내에서 다양한 농도의 실란(silane) SiN4 , 암모니아 NH3, 및 순수 질소 N3, 가스들의 혼합에 의하여 PECVD 단계에서 생성된다. 수소는 실리콘 웨이퍼로 매우 급속하게 해리(dissociate)하고, 확산한다. 수소는 다결정 물질에 있어서 특히 용적 결손(bulk defect)들을 복구하는 우연히 발견한(serendipitous) 효과를 갖는다. 상기 결손은 전공 짝들(electron-hole pairs)이 셀 효율 또는 전원 출력을 그 곳에서 감소시켜며 재결합할 수 있는 트랩(trap)들이다. 연속되는 IR 점화 동안에 (아래를 참조), 상승된 온도(400oC 이상)는 웨이퍼 뒷면(back) 밖으로 수소가 확산되는 것을 야기할 것이다. 따라서, 짧은 점화 시간들은 웨이퍼에서 이러한 수소의 '가스누출'(out-gassing) 방지를 필요로 한다. 상기 수소는 (다결정 물질인 경우에는 특히) 용적 물질(bulk material) 내에서 포획되고 보유되는 것이 최선이다.
상기 솔라 셀의 뒷면은 스크린 프리팅 공정이 적용되어 알루미늄 접착 코 팅(aluminum paste coating)으로 덮여진다. 이러한 Al 코팅은 건조된 뒤, 보론-첨가(boron-doped) 실리콘과 섞여지도록 IR 노 에서 점화되고, 그 곳에서 '뒷면 전기장'(back surface field)을 형성한다. 택일적으로, 뒷면 알루미늄 페이스트가 건조된 뒤, 웨이퍼는 앞면이 전기적 접촉 패턴으로 은 접착되도록 스크린-프린팅을 위하여 뒤집어지며, 그 후에 또한 건조된다. 상기 두 물질, 접착으로 접합된 뒷면의 알루미늄과 앞면의 은(silver)은 다음의 단일 점화 단계(상기에서 언급된 연속 점화)에서 같이 점화된다. 이러한 동시 점화(co-firing)는 한 공정 단계를 절약한다.
뒷면은 전형적으로 알루미늄 기반의 접착에 의하여 완전히 덮여지는 반면 전면 또는 상면은, 기본적으로 Si 가 첨가된 이미터의 고갈 지역 내 또는 표면에 가까운 곳에서 생성된 전자들을 수집하는 더 큰 전도 도선(buss conductor)들과 연결되는, 은을 기반으로 한 라인들의 미세한 회로망(fine network)으로 스크린 프린팅된다. 동시에, 개방이 최대 가능한 지역은 빛이 전기로 변환되도록 덮이지 않은 상태로 남는다. 이러한 접착들이 건조된 후에, 그 것들은 '동시 점화'된다. 앞면이 접착되는 동안 뒷면의 알루미늄 합금화는 솔라 셀의 앞면에 매끈하고 낮은 옴 저항을 갖는 전도체들을 형성하도록 컨베이어 노에서 높은 속도와 높은 온도로 소결된다.
본 발명은 이러한 동시 점화 합금화(alloying)/소결화(sintering) 단계들 및 이러한 동시점화 또는 다른 공정 단계들을 위한 IR 노에 관한 것이다. 이러한 동시 점화, 합금화/소결화 단계들을 위한 현재 이용 가능한 IR 컨베이어 노는 많은 수의 구역(region)들로 분할된 가열 챔버(heating chamber)을 갖는다. 각각의 구역들은 다양한 형태의 분리(고립)상태로 외부환경에서 격리되며, 대부분을 공유하는 고립 섬유판(insulating fiber board)에 압착된다. 전형적으로, 입구 내부의 앞 첫 번째 지역은, 다음은 2 번째 또는 3 번째 지역보다 더 많은 수의 IR 램프들이 제공되어 투입되는 실리콘 웨이퍼들의 온도를 약 425oC 내지 450oC 정도로 급속히 증가시킨다. 이 온도는 웨이퍼의 온도를 안정화시키고 은 접착의 모든 유기적 요소들의 완전한 연소를 보증하기 위하여 다음의 몇몇 지역들에서 유지된다. 상기 목적은, 탄소(cabon)가 접촉저항(contact resistance)을 증가시키도록 동의됨으로서, 접촉면들 내에서 모든 탄소 내용물들을 최소화시킴을 위함이다.
이미터 내부로 불순물이 확산될 시간을 제공하지 않기 때문에, 일반적으로 신속한 점화는 최적의 결과를 가져온다. Si 첨가 이미터(doped Si emitter) 지역으로 불순물이 확산되기 위한 활성 에너지는 은 입자들(silver particles)을 소결하기 위한 것보다 일반적으로 낮으므로, 높은 효율의 점화는 결정적이다. 높은 점화 효율을 성취하기 위하여, 웨이퍼는 웨이퍼의 온도를 700 - 900 oC 로 재빨리 올려주는 고 적외선-집중 스파이크 구역(high IR-intensity spike zone)으로 들어가고, 그 다음에, 다양한 수단으로, 노가 배출될 때까지 냉각된다. 상기 웨이퍼는 최대치 온도(peak temperature)가 유지되지 않는다. 오히려, 상기 최대치 폭은 최소화 될 수 있다, 즉, 상승 및 하강율의 경사가 가파르게 되는 동안에, 매우 짧게 머무른다.
그러나, IR 노 분야의 이러한 요구들에 있어서 현재 상태는 충족되지 않는 다. 오히려, 고 집중 스파이크 구역은, 웨이퍼 이송 벨트를 가로질러 상기 벨트의 위 아래 및 그 것의 지지 시스템에 IR 램프들이 배열된 첫 번째 구역에 단순한 복사판이다. 그 결과로, 현재 이 분야는 다양한 가공공정 구역에서 웨이퍼들을 가열하는 IR 램프들의 매우 비효율적인 사용과, 폭넓은 최대치(broad peak) 및 상기 스파이크 구역에서 낮은 경사율의 온도 곡선 인한 초과적인 머무름으로 어려움을 겪고 있다. 현재 이용 가능한 노들은 상기 스파이크 지역에서의 온도를 초당 80oC 내지 100oC 범위 내에서 발생시킬 수 있다. 최대치 온도는 1000oC 에 근접해야 하므로, 일정한 컨베이어의 운송률 상에서 이용 가능한 상승률은, 벨트가 일정한 속도로 움직인 이 후, 스파이크 구역이 물리적으로 길게 형성되는 것을 요구한다. 현재의 공정에서 머무름 최대치(dwell peak) 또한 너무 길다.
현재 이용 가능한 노의 공정을 제한하는 특징인 얇은 곡선/넓은 최대치(shallow curve/broad peak)는 셀 효율을 심각하게 제한하는 상면(top surface)의 금속성 접착물들(metal contacts)에 해로운 영향을 다음과 같이 끼친다. 전면(front surface)의 은 접착은 일반적으로 네 가지의 페이즈(phase)들로 구성된다:
(1) 파우더의 이송기로서 작용하고, 휘발성 솔벤트(volatile solvents) 및 비휘발성 폴리머(non-volatile polymers)로 구성된 운송 페이즈(vehicle phase); 상기 솔벤트는 건조 단계 동안에 증발하고, 상기 폴리머는 번-아웃(burn-out) 단계 동안에 제거됨; 두 단계들 모두 실제 최대치 구역 점화 단계(actual peak zone firing step) 이전에 발생함;
(2) 기판(substrate)에 접착을 유지하고, 금속제 파우더를 용해하고 점화(firing) 동안에 상기 기판에 접착력(adhesion)을 제공하는 결합 페이즈(binder phase)(유기 수지[organic resin] 및 글래스 프릿[glass frit]);
(3) 기능성 페이즈(functional phase)(작은 구체 또는 작은 박편 중 어느 하나로 모양으로 형성된 금속제 입자들); 및
(4) 접착 공정(paste manufacture)에 독점적으로 추가되는 소량이나, 점화에 사용되는 필요한 써멀 프로파일(thermal profile)에 영향을 주는 (가령 유체[flux]와 같은) 변경제(modifier)들.
상기 솔벤트는 점화 이전의 드라이어에서 완전히 증발된다. 그 다음으로 상기 수지(resin)는, 탄소(carbon)가 금속 접착물들의 전기적 특성에 간섭 받지 않도록 완전히 연소되어야 한다. 이는 약 425oC 에서 450oC 정도에서 이루어진다. 점화 단계에서 온도가 계속 증가함에 따라, 상기 글래스 프릿은 녹기 시작한다. 상기 단계에서 이러한 양상의 온도는, 글래스 프릿의 성분 및 유리천이온도(glass transition temperature), Tg 에 좌우된다. 산화납(Lead oxide)는 은 입자들을 용해하므로 상기 프릿(frit)의 중요한 구성요소이다. 더 나아가 유체가 되거나 흐를 수 있는 비결정 구조인 고체에서 글래스 프릿으로 천이 시, Tg(유리천이온도)들은 전형적으로 대략 550oC - 600oC 이다. 상기 단계에서 온도는 은 입자들을 함께 소결하기 위하여 700oC 내지 900oC 범위로 상승이 계속되며 따라서, 보다 낮은 저항의 전도체를 형성한다.
몇 가지 이유들 때문에 이러한 연속과정이 빠르게 이루어지는 것이 중요하다. 우선, 상기 프릿 글래스는 너무 많이 흐르면 안된다, 그렇지 않으면, 스크린-프린트된 접착 라인들(contact lines)은 넓어지며 그 곳에서, 투사된 태양광으로부터 셀 표면을 더 가림으로서 효율적인 수집구역(collection area)를 감소시킨다. 두 번째로, 글래스 프릿은 소정의 넓은 넓이로 은 입자들과 혼합되면 안된다, 이는 상기 접착물들의 직렬저항(series resistance)을 증가시킬 것이기 때문이다. 마지막으로, 모든 이러한 물질은 SiNX 반사방지(anti-reflective) 코팅(ARC)을 통하여 에칭(etch)되어야 한다(두께는 약 0.15 마이크로미터 또는 상기 0.6 마이크로미터의 1/4 은 최저 반사(reflection minimization)를 위한 파장을 목적으로 한다) 그렇지만 P-형 실리콘의 최상층 위로 인(phosphorus)의 확산에 의하여 이미 형성된 “얇은(shallow)” Si 첨가 이미터 층을 통하여 운반(drive)이 연속되지는 않는다. 이미터들은 일반적으로 0.1 내지 0.5 마이크로미터 두께이나 얇은(shallow) 이미터들은 일반적으로 0.1 내지 0.2 마이크로미터 범위에 있다.
그래서, 에칭 깊이를 제어하기 위해, 상기 소결물(sinter)은 재빠르고 완벽하게 퀸칭(담금질)되어져야 한다. 즉, 상기 AR 코팅; 및 실리콘 기판에 글래스의 훌륭한 접착의 생성; 이후, (미결정화를 형성하는) 이미터 아래의 실리콘으로 은 입자들의 확산을 방지하는 퀸칭은, 반드시 급속한 냉각에 의하여 이루어져야 한다. 이 것이 결정적이다. 만약 상기 은이 Si 첨가 이미터 층 내부로 너무 깊이 운반(drive)되면, 접합(junction)은 단락된다. 이러한 결과는 제공된 전자들(electrons) 용 회로 통로의 단락에 기인하여 셀의 효율을 떨어뜨린다. 이는 또한 셀의 낮은 분로저항성(shunt resistance property)로 알려져 있다.
그러나 반대로, 접착을 향상시키도록 글래스 페이즈를 어닐(anneal)하기 위한 급속 냉각을 느리게 하는 것 또한 매우 필요하다. 총체적으로 고려하면, 냉각 곡선은 이와 같이 보인다: 최고치 점화 온도에서 약 700oC 로 급속 냉각, 그 다음에 어닐링(annealing)을 목적으로 저속 냉각, 그 다음으로, 표면의 손상 없이 이동하는 컨베이어에서 웨이퍼를 들어올리도록 고무가 입혀진 흡입 컵(rubberized suction cups)들을 반드시 구비한 로봇형 장비들(robotics equipment)에 의하여 다루어질 수 있도록 충분히 낮은 온도로 노에서 웨이퍼의 배출을 허용하는 급속 냉각.
공간적 제한 및 IR 램프 가격의 압박이 있으므로, 스파이크 구역에서 램프 조밀도(density)를 증가시키는 것은 일반적으로 실행 가능한 해결책이 아니다. 추가적으로, 최대치 온도는 스파이크 구역에서 몇 초 동안만 유지되며, 하강하는 써멀 프로파일(thermal profile)은 샤프(sharp)하게 될 것을 요구한다. 램프 조밀도를 증가하는 것은 매우 비생산적이 될 수 있다, 즉, 증가된 조밀도는 제품 및 스파이크 구역의 내부 표면에서의 반사(reflection)에 기인하여 더 완만한 경사(gradual slope)를 쉽게 초래한다.
마찬가지로, 더 높은 출력은 램프 요소들 특히 외부 석영 튜브(quartz tube)들의 오버히팅(overheating)을 초래할 수 있으므로, 램프로의 출력(power) 증가는, 현재 실행할 수 없다. 대부분의 노들은 열전대(thermocouple)로 제어된다. IR 램프들은 1.25”(인치)씩 떨어져 줄지어 나란히 위치하므로, 각 램프는 인접한 램프들을 가열한다. 열전대들(thermocouples)들이 900oC 에 근접하는 온도를 감지했을 때, 그것들은 자동적으로 램프의 출력을 단절한다. 이는 더 낮은 출력 조밀도를 초래하고, IR 램프 방사열의 스펙트럼 출력(spectral output)을 변화시키고(더 낮은 에너지가 출력되므로), 컨베이어 벨트의 속도를 감소시킬 필요를 초래하므로 공정을 느리게 한다. 다음 차례로, 느린 상측 및 하측 구역들(upstream or downstream zones)은 점화 구역에 영향을 미친다. 가령, 열전대 지연 또는 실패에 기인한 램프들의 오버히팅은 램프의 변형, 휨 그리고 결국엔 고장을 발생시킬 수 있다. 이러한 변형은 또한 제품으로 이동된 IR 출력의 균일성에 영향을 끼친다.
노 내부에서 대기(atmosphere)가 제어되는 것이 중요하다. 많은 금속화 노(metallization furnace)의 작동이 공기 대기 중에 작동하는 동안, 들어오는 공기는 기판 표면을 오염시키는 미립자들을 유도할 수 있고, 기판 웨이퍼 제품이 150 내지 350 마이크로미터 두께를 갖는 매우 얇고, 가벼우며 깨지기 쉽기 때문에 내부의 난기류(turbulent)는 상기 기판 웨이퍼 제품을 방해할 수 있으므로, 상기 대기는 상대적으로 제어되어야 하고 얇은 층을 이루거나(laminar) 극소의 난기류이어야 한다. 추가적으로, 고온에서 내부 난기류는 피로 파괴(fatigue failure), 또는 불 균일하거나 감소된 출력을 초래하는 램프 진동의 원인이 될 수 있다.
따라서, IR 노 및 IR 점화 공정 분야에 있어서, 일반적인 램프들의 순수하게 유효한 가열효율을 상당히 향상시키며, 스파이크 구역 내부로 더 좋은 제어 및 써멀 프로파일을 제공하고, 노 온도 및 대기 조건의 향상된 제어를 허가하며, 프로파일들의 퀸칭 및 어닐링을 향상시키고, 노의 내부 구역에서 열 균일성을 향상하고, 이러한 노들의 처리량을 향상시키도록, 동일 또는 감소된 노 풋프린트(furnace foot-print)에 있어 이러한 목적이 성취되는 동안에, 충족되지 않은 요구가 있다.
본 발명은 IR 가열 요소들이 고립되고 공기 또는 비활성 가스 냉각되는 적어도 하나 이상의 스파이크 구역을 포함하는 다수 개의 열 가열 구역을 구비하여, 가열 효율; 및 가령, 솔라 셀 웨이퍼들에 기초가 되는 실리콘, 셀레늄, 게르마늄 또는 갈륨과 같은 개선된 물질들의 노 공정 처리량;을 효율적으로 배가하도록 하는 컨베이어 또는 묶음-형(batch-type) IR 노에 관한 것이다.
본 발명은, 향상된 솔라 셀 제품; 및 상승과 하강하는 온도 곡선상에서 급격한 온도변화(sharp temperature)와 매우 각진 최대치(sharp peak) 및 온도 프로파일(temperature profile)의 퀸칭 및 어닐링의 정밀한 제어를 특징으로 하는 더 좋은 공정 작동 제어의 결과로서 향상된 효율적인 솔라 셀들을 획득하기 위한 점화 방법;을 이끌어내는 모든 공정 제어 시스템들을 또한 포함한다. 상기 본 발명의 향상된 제어는, 셀 출력의 향상된 효율성 뿐만 아니라 개선된 접촉 구조, 수소 가스방출 감소, 에칭 깊이 제어 및 향상된 접착을 위하여, 번-아웃(burn-out), 스파이크(spike), 퀸치(quench), 퀸치-정치(stop-quench) 및 어닐링(annealing) (템퍼링) 구역들 전체를 통하여 확장된다.
발명성 있는 램프 격리 시스템은, 예를 들어 평행 채널들을 구비하고 하나 또는 그 이상의 IR 램프들 각각의 중앙에 위치하는 다수 개의 반사기 요소들을 갖는 스파이크 구역 모듈 내에서 영향을 미친다. 상기 채널들은, 가령, 석영, 비코(Vicor), 그리고 파이렉스(Pyrex), 로박스(Robax)나 다른 고온 글래스, 합성 사파이어, 및 이와 유사한 것들과 같은 IR 투명적 투과 윈도우(IR transparent transmission window)로 덮여진다. 상기 가열 모듈들은, 램프들 및 냉각 공기 채널들이 격리된 구역들 사이에 제품 공정 구역을 규정짓도록 서로 마주하고 사이에 공간이 형성되도록 노 컨베이어의 위 아래에서 배치된다.
상기 램프들의 IR-고립(IR-isolation)은 서로가 가열하는 것으로부터 인접한 램프를 보호한다. 상기 채널은, 정사각형, 직사각형, 삼각형, 반원, 포물선, 부분적인 오각형 형태, 육각형, 팔각형 또는 타원형태를 포함하여 광범위한 단면의 기하학적 형태들(cross-sectional geometries)을 갖는다. 상기 채널의 형상은, 직접적인 방열에 의하여 인접한 램프들을 가열하는 것보다 노 컨베이어 벨트를 가로지르는 제품들 방향으로 IR 방사 에너지가 향하도록 선택된다.
상기 채널은, 끼워 넣기 그리고/또는 흐르는 냉각 가스의 배출 위해서 그것들의 마주보는 위치에 있는 끝단(end)에서 개방된다. 냉각 가스는 매니폴드(manifold)를 경우하여 각각 채널의 끝단 중 적어도 어느 하나로 인도되고, 다른 끝단 또는 끝단의 중간에서 배출된다.
발명성 있는 가열 모듈의 IR/냉각/공정 구역 고립 형태가 결합된 이 것은, 램프에 본래의 최대 등급으로 출력을 증가시키는 것을 허용한다. 이는, 가열율에 있어서 대략 160oC/sec 에서 200oC/sec 까지의 증가를 발생시킨다. 즉, 램프를 약하게 하거나, 끄거나 또는 변형 없이도 통상적인 100 watt/inch 인 램프의 가열율을 효과적으로 배가시킨다. 추가적으로, 발명성 있는 램프 고립 시스템은 컨베이어 벨트 속도 및 그 곳에서의 제품과 산출품의 처리량을 증가시키는 것을 허용한다. 일례로서, 현재 사용 가능한 컨베이어 노들은 대략 150”/min의 속도로 컨베이어가 작동하는 반면에, 상기 발명성 있는 가열 요소 고립 시스템은 대략 300”/min 의 비율로 배가하는 것을 허용하고, 이렇게 증가된 비율은 900oC ± 40oC 의 범위에 있는 스파이크 구역의 최대치 온도에서 이다. 반면, 현재 이용 가능한 몇몇의 컨베이어 노들은 대략 250”/min 까지 증가시켜 작동이 가능하다고 주장하지만, 그것들은 고출력이 집중된 곳에서는 동작할 수 없다.
상기 발명성 있는 컨베이어 노는, 파이버(fiber), 파이버 보드, 또는 내화벽돌(fire brick)과 같은 일반적인 열절연체(단열재)의 형태로 차단된 챔버를 구성하는 하우징(housing) 또는 쉘(shell)을 포함한다. 상기 발명성 있는 가열 모듈(들)은 쉘과 차단된 외부시설(outer) 내부에 배치된다. 컨베이어 벨트는 상측 및 하측 가열 모듈들의 사이에 위치하며, 적합한 전원 및 제어 시스템들이 노 시스템에 통합된다. 윈도우들 사이의 공간은, 점화될 개선된 재료 기판(advanced materials substrate)들을 이동시키는 컨베이어 벨트용 통로이다. 이는 공정 구역이다: 스파이크 구역과 같이 여기에서의 기능들이 설명된 본보기적인 공정 구역.
그러나, 노의 다수 개의 구역들에서 모든 구역들까지는 상기 발명성인 있는 고립 램프 조립체가 채택될 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 급격한 열확산(인 또는 붕소) 및/또는 전면 표면 패시베이션(front surface passivation) 적용을 위한 급속한 열산화를 위하여, 발명성 있는 고속 경사 스파이크 구역(fast ramp spike zone)은 노의 입구에 위치될 수 있으며, 다수 개의 구역들은 웨이퍼들이 노를 통하여 운송될 때, 확산 온도 또는 산화 온도를 유지하는 용도로 사용될 수 있다.
상측 및/또는 하측 적외선(infra-red) 램프들로부터의 백열 에너지(radiant energy)는, 전면의 단면절삭 투과 판(front facing transmissive plates)(윈도우)을 통과해 매우 강렬한 가열 환경을 제공하기 위하여 전체 공정 구역(번-아웃, 스파이크 및 퀸칭/정지 구역들) 모두를 걸쳐서 공정 가열 터널(process heating tunnel) 내부로, 세라믹 재질로 적합하게 가공되거나 캐스트된 반사의 지지 요소들(반사기)에 의하여 집중된다. 상기 발명성 있는 스파이크 구역은 일반적으로 700oC 내지 1000oC 범위 내에서 동작할 것이다.
상측과 하측의 램프 출력은 각각의 구역에서 정밀한 온도 변화 제어를 성취하도록 독립적 또는 집단적으로 조절될 수 있다. 온도 제어는, 열전대 기반의(thermocouple-based) 온도 조절 또는 전압제어(voltage-controlled) 출력 조절 중 어느 하나를 이용하여 성취할 수 있다. 최고로 빠른 가열률;과 안정적인 램프 출력의 유지에 기인하여 반복이 가능하고, 한정할 수 있으며, 매번 일정한 스펙트럼을 생산하는 더 일관된 가열 성과;를 가져오기 때문에, 전압제어 출력 조절이 더 바람직하다. 그 것은, 온도 유지 기능 용으로서 일반적으로 사용되는 PID 제어 시스템(들)에 응답하여 램프 출력을 변동시키도록 계약된다.
본 발명의 중요한 특징에 있어서, 본 발명의 공정은, 매우 향상된 성능 및 효율을 구비한 솔라 셀들을 생산하기 위해 다양한 구역들 전체를 거쳐 물질 공정 흐름 통로(materials process flow path)를 따라 장기적으로 넓은 범위의 써멀 프로파일(thermal profile)을 성취하도록, 각각으로부터 서로 분리되어 구역들을 제어하기 위함이 아니라 개별적인 램프들을 제어하기 위하여, 전원, 냉각 시스템들(냉각 공기 유동률, 냉각 통로의 양, 및 열교환 변수들) 및 벨트 속도를 동작 가능하도록 배열하는 것을 포함한다.
상기 발명성 있는 반사기 형태들은, 석영 램프의 외피(envelope)들이 약화되거나 강성을 잃거나 휘어 종국에 파손되기 시작하는 안전 작동 온도를 초과하는 램프 온도들에 압박 없이, 최대 허용 가능한 출력 레벨들에서 또는 가까이에서 상업용 IR 램프의 작동을 허가하는 세 가지 특징들을 제공한다:
1) 반사기 채널 구조는, 공정 구역 내에서 우수하게 사용 가능한 출력 조밀도를 위하여 상기 공정 구역 내부로 향해진 에너지의 고출력 빔(a high power beam)으로 IR 램프들의 출력이 집중되도록 한다;
2) 인접한 채널들 사이의 이격 리브(spacing rib)들은 공정 구역 방향으로 IR 방열을 제한하고 향하도록 하여 인접한 램프들의 열로부터 램프들을 보호한다;
3) 반사기는, 냉각 공기/가스가 빈틈없이 통과하는 램프의 장단(length)을 둘러 싸서 고리모양의 냉각제 전달을 만들어 내고 정의하도록 전면 투과 윈도우(transmissive front window) 및 IR 가열 요소와 함께 배치된다.
반사기 구조와 윈도우의 결합은 세 부분의 고립 기능을 제공한다: 1) IR 격리; 2) 개별적 램프들로 향하는 냉각제 가스 또는 공기; 3) 매우 가볍고, 깨지기 쉬운 웨이퍼들은 다른 난류 공기 흐름에 의하여 교란 받지 않도록 냉각제 공기 흐름을 공정 구역들로부터 분리
첫 번째 실시예에서, 냉각 공기/가스들은 램프 튜브의 일측 끝에서 타측 끝으로 향하게 된다. 바람직한 실시예로서, 두 번째로 상기 냉각 공기는, 분배 매니폴드(distribution manifold)로부터 램프의 중심방향으로 램프의 각 끝단에서 개방되고 반사기 통로(reflector passage)의 중간 또는 가까이에 위치한 홀(들)을 경유하여 배기관(exhaust)으로 향하는 인렛(투입구)을 통하여 공급된다. 일반적으로 상기 냉각 공기는 필터 및 드라이어를 구비한 압축 시스템들과 같은 압축 공기 소스로부터 램프의 끝단들로 인도된다.
상기 냉각 공기는, 램프들 주변의 냉각 통로들로 유도될 때까지, 공기를 포함하며 유동시키는 인렛 매니폴드(inlet manifold)들을 경유하여 램프 끝단들로 유도된다. 상기 매니폴드들은, 다른 램프들이 과잉 공급되는 동안 어떤 램프들은 부족하게 되는 것을 피하여 상기 냉각 가스들이 균일하게 분포되도록 중간 배플(intermediate baffle)들을 구비한다.
상기 냉각 가스 또는 공기는, 구역의 중심선을 지나는 공정을 대략적으로 따라서 위치한 반사기의 (상단 또는 바닥) 배면에 있는 중심 배출구 또는 슬롯들을 통하여 냉각 채널들에서 나간다. 방금 가열된 냉각 가스들은 모아지고 배출될 수 있을 것이며, 그 것들은 매니폴드들 또는 채널들에 의하여 노의 다른 구역들에서 재활용될 수 있을 것이다; 가령, 예를 들어: 노에 투입되는 제품의 예비가열; 번-아웃 구역으로 거슬러 이동한 재생에 의하여 에너지 회복; 스파이크 구역 이후, 예민하고 깨지기 쉬운 물질들의 냉각률들을 느리게 함으로서 제품의 템퍼링(tempering); 또는 공정의 다른 파트들 중 기판들에서 유기 잔류물(organic residue)의 간단한 제거를 위하여. 가열된 냉각 가스의 이러한 재활용은 더 효과적으로 에너지를 사용하도록 한다.
에치 깊이(etch depth)를 제어하기 위하여, 스파이크 구역에서 조성된 소결물은 빠르고 전체적으로 퀸칭되어야 한다. 즉, AR 코팅의 에칭 및 실리콘 기판에 글래스의 양호한 접착을 생성한 이후 (crystallites 가 형성된) 이미터 아래의 실리콘으로 은 입자들의 확산을 방지하며, 퀸칭은 급속한 냉각에 의하여 성취되어야 한다. 이는 중요하다. 만약 은이 Si 첨가 이미터 층으로 너무 깊게 들어가면, 접합은 단락 된다. 이의 결과는, 생산된 전자들을 위한 단락 패스(short circuit path)에 기인하여 셀이 효율성을 떨어뜨리게 된다. 이는 또한 셀의 낮은 분로저항성(shunt resistance property)으로 알려져 있다.
상기 발명성 있는 시스템 및 공정에서, 이러한 퀸칭은, 약 800oC 내지 약 1000oC 범위인 최대치 점화 온도를 일반적으로 일초 또는 이초 이내에 200oC 내지 400oC 로 떨어뜨려 약 500oC 내지 700oC 의 범위로 재빨리 온도를 떨어뜨리기 위해 웨이퍼의 상측 및/또는 바닥을 향하는 공기의 면(plane)들을 구성한 신중히 제어압축된 풍량(air volume)을 이용하는 에어 나이프 조립체의 사용을 특징으로 하는 퀸치 구역(quench zone)에서 달성된다.
추가적으로, 접착을 향상시키도록 글래스 페이즈(glass phase)를 어닐닝하기 위해 상기 퀸치 구역에서 생성된 급속 냉각을 느리게 하거나 중지하는 것이 절대적으로 필요하다. 이는 상기 상기 퀸치 구역에서 바로 이어지는 선택적이고, 새로운 정지-퀸치 구역(stop-quench zone)에서 달성 가능하다. 이러한 구역은 일반적으로 웨이퍼들의 접촉면(contact) 위측에만 제한된 수의 램프들을 포함하나, 웨이퍼들의 하측에도 또한 램프들이 포함될 수 있다. 이러한 램프들의 사용은 급속 냉각을 정지시키며 450oC 내지 700oC 범위로 온도를 안정화시켜, 느린 템퍼링 냉각(slow, tempering cooling)은 차후에 제공될 수 있어서 하측부분의 어닐닝 구역(downstream annealing zone)에서의 약 450oC 내지 700oC 온도가 노의 출구 끝단에서는 약 30oC 내지 100oC 범위로 낮아진다. 선택적이며 적절하게는, 냉각 공기는 온도 프로파일(temperature profile)의 제어를 향상시키기 위해 이러한 정지-퀘치 구역으로 인도된다. 즉, 상기 어닐링 구역에서 반향(bounce-back)(수학의 제곱근 연산 기호 √ 같은 일반적인 형상의 곡선)이 동반되는 냉각의 초과가 거의 없도록 냉각 공기 및 램프들을 제어하는 것이 중요하다. 세 곳의 구역들에서 램프 출력 및 공기 제어의 결과는: (상기 세 곳의 구역들인) 최대치, 퀸치 및 정지-퀸치에서, 정지-퀸치 구역을 하강하여 어닐링 구역으로 짧은 머무름 및 매끄러운 변이 곡선을 갖는 상승 및 하강의 뾰족한 지점이다.
웨이퍼 온도는 어닐링 구역에서 접착을 향상시키기 위해 템퍼링하는 동안 유지되고, 출구 가까이에서 상기 와이퍼는, 로보트 피커(robotic picker)들 또는 다른 취급 장치 또는 인원이 컨베이어 벨트 그리고/또는 벨트에서 이송된 마샬링 테이블(marshalling table)에서/로 웨퍼를 이동시키는 것을 허용하도록 대략 30oC 내지 100oC 로 더 냉각된다.
전체적으로, 상기 냉각 곡선은, 대략 초당 80oC 내지 200oC 범위인 가열 및 냉각 곡선들을 갖는 본 공정의 선택되고 형성된 어떤 프로파일에서 신중하게 제어될 수 있다. 점화 및 하측부분의 구역들에서 제어된 곡선들의 결과는 일반적으로 이와 같이 보인다: 뾰족한 곳까지 급속 가열, 정의의 명확(well defined), 최대치에서 짧은 머무름, 대략 850oC 내지 950oC 온도인 최대치 점화온도에서 급속 냉각, 약 400oC 내지 500oC 로 떨어짐, 그 후 어닐링을 목적으로 한 느린 냉각, 표면의 손상 없이 움직이는 컨베이어에서 웨이퍼를 들어올리기 위해 중합체 흡입컵(polymeric suction cup)들을 채택한 로봇 장비들에 의해 다루어 질 수 있도록 웨이퍼가 충분히 낮은 온도(30oC 내지 100oC)로 노에서의 배출을 허용하는 및 최종 냉각. 최대치 온도에서 머무름의 짧음 즉, 최대치 프로파일(peak profile)의 뾰족함은, 제어될 수 있고, 벨트 속도의 선택적 프로그램; 최대치 구역에서 개별 램프들의 출력 및 하측부분 구역들 특히 위에 설명된 바와 같은 퀸치 및 정지-퀸치 구역에서 냉각; 뿐만 아니라 냉각을 제어하는 능력에 의하여 아마도 만들어질 수 있다. 상기 발명성 있는 노 시스템 컨트롤러는, 점화될 특정 제품을 위한 미리-선택된 열 프로파일의 제공이 필요함에 따라 모든 구역들에서 배치될 수 있다.
상기 발명성 있는 IR 가열 구역(들)은, IR 램프들을 수납하고 고립시키며, IR 투과 판 재질을 통하여 최대 가능한 IR 빛을 공정이 진행될 제품을 가열하기 위해 공정의 영역을 향하여 반사하며 집중시키는 다양한 구조들을 사용한 고반사 세라믹/단열 물질의 반사기를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 반사기는, 개별적인 램프들 또는 램프들의 '클러스터들'을 수용하는 반사 캐비티(reflecting cavity)들을 구비하게 디자인된다. 상기 반사 캐비티들은, 가압된 냉각 공기(또는 다른 작용 가스)가 각각의 끝에서 중앙에 위치한 배출 포트들까지 또는 일측에서 냉각공기를 배출하고 타측에서 냉각공기를 투입하도록 끝에서 끝까지 중 어느 하나로 지나가는 채널들을 포함한다.
상기 캐비티 또는 채널-배열 반사기 요소는, IR 투과 판 “윈도우”와 빈틈없이(tight) 접촉하여 양호한 열전달을 위한 램프들에 근접하여 냉각공기를 유지하는 분리(고립) 냉각 채널(isolation cooling channel)들을 형성하도록 위치한다. 상기 IR 투과 판은, 글래스/석영 투과 판 뿐만 아니라 램프 석영의 적절한 냉각을 유지하기 위해 사용되는 많은 양의 냉각가스가 동시에 투입되는 동안에, 고압/고속의 램프-냉각 공기/가스들이 벨트 및 실리콘 웨이퍼들이 통과하는 공정 영역들에 투입 및 확산되는 것을 유지시킨다. 이는, 공정 가동을 위하여 “램프에서” 더 높은 온도를 일반적으로 요구하는 점화 구역에서 900oC 수준인 “스파이킹(spiking)” 공정 동안에, 가령, “로박스(Robax)”와 같은 글래스들의 최고 온도는 대략 970oC 로만 사용가능하고 석영은 1000oC 에서 연화(softening)되기 시작하므로 중요하다. 본 발명은, 램프 케이싱(lamp casing)들의 수명 단축을 야기하는 연화 및 휨을 일반적으로 발생시키는 출력 수준에서도 램프들의 동작을 허용한다.
추가적으로, 램프 디자인 또는 재료 및 접착성분(전면 접촉 접착 및 배면 접착 모두)에 있어 향상은 미래에 이용 가능하게 되며, 상기 발명성 있는 고립 모듈들은 개선된 공정들 및 더 효율적인 셀들을 제공하기 위하여 그와 같은 분야에서의 진전들이 쉽게 적용될 것이다.
상기 반사기 채널 표면은, 포물선형 또는 더 높은 차수의 표면(higher order surface): 예를 들어, 타원; 반원; 삼각형; 정사각형; 직사각형; 또는 사다리꼴과 같은 어떠한 구조를 포함할 수 있다.
본 발명은 다음의 도면들을 참조하여 더욱 상세히 설명된다:
도 1 은 연속된 네 장의 측면라인도들(side elevation line drawings)이다, 우선 도 1A 는 번-아웃 구역, 퀸치 구역, 정지-퀸치 구역 및 어닐링 구역에서 통합 된 적어도 하나 이상의 고립 가열 구역이 적용된 발명성 있는 노의 개략적인 측면도이다; 도 1B 는 번-아웃 구역을 지나는 종단면(vertical section)도 이다; 도 1C 는 최대치 점화 구역, 퀸치 구역 및 정지 퀸치 구역을 지날 뿐만 아니라 어닐링 구역으로 전이(transition)를 나타내는 종단면도이다; 그리고 도 1D 는 어닐링 구역을 지나는 종단면도이다.
도 2 는 최상측과 최하단이고 번-아웃 구역으로 재활용되는 것을 나타내는 본 발명의 가열 요소 고립 모듈들이 채택된 전형적인 최대치 가열 구역의 개략적 등거리도(isometric view)이다.
도 3 은 반사기 채널 구조를 나타내는 제품 이동 축(product flow axis)을 가로지르는 연속된 개략적인 측면도들이다, 도 3A 는 정사각형 또는 직사각형의 채널 구조를 나타낸다, 도 3B 는 삼각형의 반사기 채널 구조를 나타낸다, 도 3C 는 적절한 포물선형의 구조를 나타낸다.
도 4 는 일정한 간격을 두며 짝지워진 가열 요소 고립 모듈의 개략적인 횡측 등거리도이고, 중심에 맞춰진 램프 및 몇몇 개의 채널들에 삽입된 램프들을 나타낸다.
도 5 는 유동 통로(flow path)의 축 아래의 한 쌍의 횡측면도들이고, 상기 가열 요소 모듈들, 냉각 통로들 및 그것들과 연결된 컨베이어 벨트에서 각 부분들의 관계를 나타낸다, 도 5A 는 첫 번째 실시예로서 양측에서의 냉각 흐름을 나타내고, 도 5B 는 이중 측면 투입구(dual side entry) 및 냉각 가스용 중심 배출 유동 통로를 나타낸다.
도 6 은 끝단의 중심이 맞춰진 택일적인 IR 램프를 나타내는 연속적인 도면들이다, 도 6A 는 횡측면에의 모습을 나타내고, 도 6B 는 첫 번째 실시예의 등거리도를 나타내며, 도 6C 는 적절하게 중심이 맞춰진 두번째 실시예의 등거리도이다.
도 7A 는 맞춰진 끝단의 확대된 모습을 나타내는 측면도이고, 도 7B 는 상기 맞춰진 끝단들 및 채널들에 배치된 가열 램프들의 등거리도이다.
그리고, 도 8 은 본 발명에 따른 공정의 배치 및 방식 형태들의 플로우 시트이고, 제어 요소 및 피드백 루프(feed-back loop)들을 나타낸다.
다음에 따르는 상세한 설명은 본 발명을 예를 들어 설명하나, 발명의 범위, 균등 또는 원리들을 제한하지 않는다. 이러한 설명은 발명을 제작하고 사용하는 이 분야의 당업자에게 명백할 것이며, 발명을 수행하는 최선의 형태들로 현재 인정되는 것들을 포함하여 발명의 몇몇 실시예들, 적용예들, 변형예들 및 사용을 상술한다.
이러한 것에 관해서, 본 발명은 몇 가지 도면들로 도시되었으나, 많은 부분들, 상호관계 및 그곳에서의 하부 결합들은 특허 형태의 한 도면에서 단순하게 완전히 묘사될 수 없는 충분한 복잡성을 갖는다. 명확성 및 간결함을 위해, 몇몇 도면들은 개략적으로 도시되었거나, 공지될 발명의 특정적 특징, 형태 또는 원리의 묘사를 위한 도면에서 불가결하지 않는 부분들은 생략됐다. 예를 들어, 점화(light), 브레이크 및 리프트 벨로우즈(lift bellow)을 연결한 다양한 전기적 그 리고 공압적(pneumatic) 연결물들은 이 분야에서 통상적이므로 도시되지 않았다. 따라서, 한 특징의 최선의 실시예는 한 도면에 도시되며, 다른 특징의 최선의 실시예는 다른 도면에서 구해질 것이다.
도 1A 는 공정 구역(11)을 통하여 첨가된 솔라 셀 웨이퍼(12)들을 전송하는 컨베이어 벨트(13)을 포함하는 컨베이어 노(10)를 개략적으로 도시하였다. 상기 공정 구역(11)은 다수 개의 노 공정 모듈들 또는 섹션들을 통하여 연속적이며, 다음을 포함한다: 번-아웃 섹션(14); 다음에 따르는 최대치 점화 섹션(16); 그 곳의 하측에서 연속되는 퀸치 섹션(18); 정지-퀸치 섹션(20); 및 템퍼링 또는 어닐링 섹션(22), 맨 나중에 공기 및/또는 냉각수의 채택. 각 노의 섹션에서 각각의 공정 구역 분배는 그 섹션으로 이름을 짓는다; 따라서, 번-아웃, 최대치; 퀸치, 정지-퀸치 및 어닐 “구역들(zones)”은 컨베이어 벨트를 가로지르는 공정 부피(process volume) 뿐만 아니라 그 섹션의 노 외관을 모두에 관련된다.
개략적으로 도시된 컨베이어 벨트(13)은 왼쪽에서 오른쪽으로 움직이고, 수직 방향 뿐만 아니라 수평의 중심선(그 것의 윗측은 섹션 또는 구역들의 상측 모듈들이고 그것의 아래측은 섹션 또는 구역들의 하측 모듈이다)을 정의한다; 따라서, 벨트 이동의 직각은 측면의 방향 또는 치수(lateral direction or dimension)으로 정의된다. 도 1 에서 공정 구역들(14, 16, 18, 20, 22)에는 도면의 크기 때문에 제품이 도시되지 않았다. 입구 및 선택적 출구 배플(baffle)들(24a, 24b)은 노의 입구 및 출구 끝단들에서 각각 위치한다. 전형적인 상방향 드라이어(upstream dryer)는 도시되지 않았다. 중간의 배플들이, 예를 들어 구역(16)과 구역(18) 사이에, 제 공될 수도 있다.
번-아웃 섹션은 세 개 또는 네 개의 가열 모듈들(14a-14b)을 다수 개 포함하고, 점화 섹션은 하나 또는 그 이상의 스파이크 구역 모듈들(16)을 포함한다. 번-아웃, 최대치, 및 정지-퀸치 모듈들은 발명성 있는 분리(고립)형태의 IR 램프 가열 모듈들이 될 수 있거나 단지 스파이크 구역 모듈(16)만이 발명성 있는 고립 형태가 될 수 있음이다.
도 1A 및 1B 는 또한, 스파이크 구역 고립 모듈(16)에서 뜨거운 공기가 번-아웃 구역(14)로 다시 흘러드러가는(back upstream) 매우 향상된 에너지 효율을 위한 재활용을 나타낸다. 상기 공기는 플레넘(27a)를 경유하여 노의 상측 끝단의 연통(flue) 밖의 배출 공기(28a)로서 배출된다. 추가적으로, 퀸치 구역(18)에서 주입된 공기는 플레넘(27b)을 경유하여 배출 공기(28b)로서 배출된다. 도 1B 및 1C 는, 정지-퀸치 구역(20) 내의 바닥으로부터 인도되고, 어닐링 구역(22)의 바닥 및/또는 측면에서 인도되는 순환 공기(26)가 이러한 구역들에서 온도 프로파일의 제어를 허용하는 것을 나타낸다. 도 1C 에서, 정지-퀸치 구역(20)의 바닥에서 인도된 냉각 공기(26)는, 그 구역과 어닐링 구역(22)의 사이인 구역분할벽(zone divider wall)(104e)에 있는 컨베이어 벨트 틈(gap)을 경유하여 배출된다. 번갈아서, 상기 정지-퀸치 구역(20)은, 그것의 전용 연통(미도시)에 의하여 개별적으로 구멍이 뚫려질 수 있다. 도 1D 에 잘 나타난 바와 같이, 상기 어닐링 구역(22)에서 가령 수관 매니폴드(water pipe manifold) 같은 열교환 시스템은 (냉각 공기(26)에 추가되어) 냉각을 보조하기 위해 사용될 수 있다. 상기 냉각 공기(26)은 플레넘(27c)를 경유하여 배출공기(28c)로서 구역(22)에서 배출된다.
더 상세하도록 도 1B를 넘겨보면, 이 것은, 평평한 화살표로 넓게 개략적으로 도시된 컨베이어 벨트(13)용으로 좌수구역분할벽(left hand zone divider wall)(104a)에서 입구를 구비한 번-아웃 구역의 좌측면(우측면은 대칭으로 동일) 세로의 섹션(longitudinal section)을 도시하였다. 상기 컨베이어 벨트 통로는 컨베이어 센터 라인(86)에 의하여 오른쪽으로 그 구역을 가로지름으로서 나타난다. 벨트의 위아래에는, 공기 흐름의 특징이 모호해지지 않도록 도면에서 부분적인 튜브들 및 축 위치 점선(axis position dot)들로서 개략적으로 나타난 램프(40)들의 삽입을 위한 포트(88)들이 있다. 열재활용 매니폴드들(heat recycle manifolds)(54U, 54L)의 상측 및 하측에는 도 2에서 가장 잘 보이는 최대치 구역에서 흘러나오는 뜨거운 공기(45)의 배출을 위한 일정 간격으로 떨어진 틈새(aperture)(47)들이 구비된다. 추가적으로, 압축 공기 또는 비활성 가스(26)는, 온도 제어 및 연소된 폭발성있고 뿌연 가스의 배출을 돕도록 라인(92)들을 통하여 주입될 수 있다. 이러한 뜨거운 재활용 공기 및 제어 가스는, 오른쪽에서 왼쪽 상측으로 확장하는 커다란 리본(45)으로 도시된 바와 같이, 일반적인 층류(laminar stream)를 형성하고, 배출 공기(28a)로서 연통 매니폴드(flue manifold)(27a) 및 연통 파이프의 밖으로 배출된다.
도 1C 는 좌측에 도시된 상기 번-아웃 구역(14)의 오른쪽 끝에서부터 우측에 도시된 구역분할벽(zone divider wall)(104e)의 오른쪽에서부터 시작되는 어닐링 구역(22)의 좌측 끝까지 하측으로의 흐름(downstream)이 연속된다. 앞에서와 같이, 컨베이어 벨트의 중심선은 86 으로 도시되었다. 상기 번-아웃 구역(14)을 구역분할벽(104b)의 슬롯을 통해 나온 벨트(13)는, 공정 구역(11)에서 (명확성을 위하여 도시되지 않은) 셀 웨이퍼(12) 제품을 이송하며, 도 2 - 6A, 7A 및 7B 에 상세하게 도시된 최대치 구역(16)으로 들어온다. 상기 최대치 구역은 웨이퍼 제품들의 온도를 일반적으로 400oC 내지 450oC 범위에 있는 번-아웃 온도로부터 상단표면에 프린트된 접촉 라인들의 은 용해; 용제의 소결; 및 뒷면 접착부에 합금;을 위한 선택된 최대치 온도까지 급격하게 상승시킨다. 상기 최대치 온도는 접촉물 및 뒷면 접착 성분의 특성을 기초로하여 선택된다. 즉각적인 발명의 고립 최대치 구역 모듈은, 일반적으로 80oC/sec 이상 약 200oC/sec 까지의 범위, 바람직하게는 대략 100oC/sec 내지 160oC/sec 의 범위에서의 비율로 대략 750oC 내지 약 950oC 까지 범위로 상기 솔라 셀 웨이퍼를 급속하게 점화시킨다. 그러한 점화율(firing rate)은 현재 노 성능(furnace capacity)의 두 배와 비슷하며, 더 좋은 작동 효율로 솔라 셀들의 두 배 가까이 더 큰 처리량을 제공하는 동안, 잘못된 램프 파손 없이 최대의 램프 정격출력까지 가열율을 상승시키는 것을 허용한다. 상기 발명성 있는 램프 고립 모듈은 따라서 기판 셀(substrate cell)에서 수소를 초과하여 가스제거 하는 것을 방지하는 높은 비율의 온도상승곡선을 제공한다. 이 구역 내의 램프들은 하부구역들 또는 개별적으로 출력이 계획된 곳에서 출력될 수 있으므로, 최대치 온도는 출구지역분할벽(exit zone divider wall)(104c) 가까이 도달된다.
최대치 구역은 구역분할벽(104c)에서 종결되고, 제품과 함께 벨트는 즉시 벽(104c)와 벽(104d) 사이에서 정의된 퀸치 구역(18)로 들어간다. 압축공기 또는 비활성 가스 나이프 조립체(90)는 벨트 위의 제품으로 공기(94)의 면(plane)을 형성하고 향하도록 하는 슬릿(slit)들을 구비한 옆에서 일정간격을 둔 압축 공기 튜브들(92)을 포함한다. 이는, 이미터 첨가 층(doped emitter layer)으로 용해된 은 접착물의 엣치쓰루(etchthrough)를 방지하며, 온도를 수백도 씨(centigrade)까지 재빨리 떨어뜨린다. 냉각 곡선 경사는 동등하게 가파르다, 따라서 온도 곡선 최대치의 폭 즉, 접착물이 녹고 소결 형성 온도에서 머무름(dwell)을 제어하는 것이 가능하다. 동시에, 최대치 구역 내에서 및 급속 제어 퀸칭 시의 램프 출력 제어는, 이와 같이 중요한 최대치 머무름 공정 과정의 정밀한 제어를 허용한다. 상기 나이프가 배출된 후 냉각 공기는 다른 공기 흐름과 관계없이 뜨거운 공기(28b)로 가열되고 연통 플레넘 및 스택(stack)(27b) 밖으로 배출된다. 일정한 컨베이어 속도 및 구역벽(104c)과 구역벽(104d) 사이에 있는 퀸치 구역의 길이를 이유로, 압축 공기 온도 및 부피는 특정 산업적 가공을 위하여 미리선택된 소정의 양만큼 제공하도록 제어될 수 있다. 수초 내에 400oC 내지 600oC 의 온도 하강은 전체적으로 상기 발명성 있는 노의 역량 내에 있다.
“오버슈트”(overshoot)라 또한 불리는 초과냉각이 없음을 보증하도록, 상기 퀸치는 램프들(40)의 조립체 및 배플을 경유하여 아래로부터 출입된 임의의 보조적 냉각 공기(26)에 의하여 임의의 정지-퀸치 구역(20) 내에서 정지한다. 다른 램프 구역들에서와 같이, 이러한 램프들로의 출력은 가열을 어떠한 수준으로 제공 하기 쉽게 제어될 것이므로, 양질의 접착을 템퍼(temper)하고 촉진하기 위해 요구되는 어닐링 온도로의 매끄러운 곡선 변이(curve transition)들은 단지 구역분할벽(104e)의 하측 (도면 상에서는 오른쪽으로) 이동으로 어닐링 구역(22)에서 일어난다. 상기 정지-퀸치와 어닐링 구역 사이의 슬롯은 넓으며, 다음 흐름의(downstream) 구역(22)로 난류를 발생시키지 않고 공기의 흐름을 허용한다.
도 1D 는 어닐링 구역의 특징들을 도시했으며, 상기 셀은, 부착을 촉진하는 적당한 기간 동안 미리선택된 온도를 유지하고, 그 다음으로 구역출구벽(zone exit wall)(104f)의 다음 흐름의 배출을 위하여 냉각된다. 이 구역에서 온도 프로파일은 바닥 인렛(102)들을 통하여 그리고/또는 측벽 포트(side wall port)(96)들을 통하여 유도되는 삽입 공기(inlet air)(26)의 조합에 의해 선택적으로 제어된다. 상기 웨이퍼 기판들을 냉각함으로서 상기 공기는 가열되고 뜨거운 배기 공기(28c)로서 플레넘(27c) 밖으로 배출된다. 이는 ID 팬(100)을 사용함으로서 제어되고 보조될 수 있을 것이다.
광기전성 셀들의 조성을 위한 금속화 노(metallization furnace)들의 두 가지 예들은, 건조기 섹션이 없는 하나 예 1 과 건조기 섹션이 있는 하나 예 2 로서 아래의 표 1 에서 나타난다.
금속화 점화 노 구성
예 1 - 건조기 없음 예 2 -건조기 있음
공정 노 구성
부분들의 간극(벨트에서 상측 윈도우) 20mm 20mm
입구 배플(24a) 200mm 200mm
가열 길이(14, 16) 2000mm 2000mm
가열 공정 구역들(14, 16)의 수 5-6 5-6
급속 냉각 퀸치/정지 구역들(18, 20) 250mm 250mm
냉각 공기(22 에서의) 1185mm 1185mm
냉각 열 교환(22 에서의) 1185mm 1185mm
최대치 구역(16)에서 최대 작동 온도 1000oC 1000oC
건조기 (직선의) 업스트림
입구 배플 --- 200mm
가열 길이 --- 2,800mm
출구 배플 --- 200mm
(건조기/노 사이에서의) 틈 --- 400mm
건조기 구역들의 수 --- 3
최대 작동 온도 --- 500oC
전기/설비
공정 배기, 벤투리(Venturi) 2 4
최대 출력(Kw)-일반적인 84-35Kw 126-48Kw
깨끗한 건조 공기(CDA)@75PSI 614 LPM/1,300 SCFH 800 LPM/1,700 SCHF
벨트 폭(13) 250mm 250mm
컨베이어의 속도(13) 650 cm/min. 650 cm/min.
로드/언로드 스테이션 600mm/1000mm 600mm/1000mm
전장/전폭(overall length/width) 6,400mm/900mm 9,800mm/900mm
125x125mm 웨이퍼 ＠650cm/min. 3,000 웨이퍼/시간 3,000 웨이퍼/시간
156x156mm 웨이퍼 ＠650cm/min. 2,420 웨이퍼/시간 2,420 웨이퍼/시간
도 2 는 셀(12)들을 점화하는 스파이크 구역(16)에 사용되는 본 발명의 바람직한 가열 모듈(30)을 단순화한 모습을 도시하였다. 공정 구역(11) 내에 있는 컨베이어 벨트(13)의 경로 및 방향은 화살표로 나타난다. 상기 공정 구역은, 도시된 바와 같이 측벽(32a, 32b)에 있는 홈(groove)들에 위치하여 각각 고정된 상측 및 하측 가열 요소(IR 램프) 고립 모듈들(34U, 34L)사이에서 정의된다. 상기 고립 모듈들은 채널들 또는 캐비티들이 형성되고 채널의 각각은 하나 또는 그 이상의 IR 가열 램프 튜브들(40)을 구비하는 반사기 요소(36)를 포함하고, 상기 채널들의 개방면(open face)은, 일반적으로 석영, 비코(Vycor), 로박스(Robax) 글래스 또는 IR 방사를 투과하는 다른 고온내열판(high temperature resistant plate) 물질의 투과 윈도우 또는 판(38)에 의하여 덮여진다. 상기 램프(40)들은 측방향에서 유지되며, 각각의 측벽들(32a, 32b)에 있는 구멍(bore)(44)에 끼워진 세라믹 중심 유지 피팅(ceramic centering and retaining fitting)(42)에 의하여 채널들에서 중심을 두게 된다. 각각의 채널에 하나 씩인 일련의 채널배기홀들(channel exhaust holes)(46a-46n)은 현재 뜨거운 냉각 공기 또는 가스의 배기를 위해 제공된다. 이러한 실시예에서, 상기 배기 홀들 또는 포트들(46)은, 화살들의 순서대로 도시된바 와 같이, 냉각 공기(45)가 일정 간격의 세로방향 배플(53)들에 있는 홀(55)들을 통해 측방향으로 배출하고 도관(conduit)(54)들을 경유하여 다시 흘러들어가는 것을 허용하도록 가열 모듈(30)의 세로축을 따라 중심을 둔다. 상기 도관들은, 도 1 에 도시된 바와 같이, 가열된 공기(45)가 번-아웃 구역으로 향하도록 그들 사이에서 일정 간격을 유지한 홀(47)들을 포함한다. 상기 스파이크 구역 램프 도관들에서 번-아웃 구역으로의 가열된 공기의 이러한 재활용은, 본 발명의 실질적인 열교환 및 에너지 절약 특징이다.
각각의 램프를 위한 전기적 컨넥터는 48 로 도시되었다. 상측 및 하측 반사기 블록들(36U, 36L) 위로는, 여기에 도시되지는 않았으나 일반적으로 상업적으로 이용 가능한 세라믹 섬유 보드인 내화단열재(refractory insulation)가 배치된다. 이러한 모듈은, 번-아웃 섹션(14a-14d) 또는 스파이크 구역이나 정지-퀸치 구역 모듈(20)과 같은 점화 섹션(16) 중 하나인 공정 구역 섹션들의 어느 하나를 형성하도록 노 외곽틀(furnace shell)(50) 내의 적절한 위치에서 맞춰진다.
도 3 은, 상측 가열 램프 고립 모듈 또는 전체 모듈 즉, 상측 및 하측 램프 고립 모듈 중 어느 하나를 통하여 노의 중심선을 따른 세로방향 단면도로서 택일적인 실시예들을 나타낸다. 도 3A 에서, 외부의 노 금속 외곽틀(outer furnace metal shell)은 50 으로 표시되고 내화단열재의 층은 52 로 표시되고, 모듈(34U)은 (상기 외곽틀 내부에서) 아래에 간격을 두고 배치된다. 상기 냉각 가스(45) 배기 매니폴드는 54 로 표시되고, 배기 포트들(46a-46n)을 경유하여 각각의 채널(56a … 56n)와 이어진다. 상기 램프(40)들은 각 채널에서 중심에 위치하며, 냉각 가스들이 흐르는 고리모양의 공간(annular space)(58)을 형성시킨다. 상기 채널은 각 섹션에서 정사각형 또는 직사각형과 비례하여 나타난다. 도 3B 에서, 상기 채널은 단면에서 일반적인 삼각형으로 나타난다. 이러한 도면에서, 상기 배기 포트들은 생략되고, 이는 한 쪽 끝에서 다른 쪽 끝(end-to-end)의 냉각을 구체화하는 일례를 나타낸다. 도 3C 에서, 상기 반사적 채널들(reflective channels)(56)은 단면에서 일반적인 포물선형태로 나타난다.
반사기 블록(36)은 대략 2 - 3cm 두께이고, 상업적으로 이용이 가능한 일반적으로 밀도가 높으며 단단한 세라믹 섬유 보드이다. 실리카 포움(silica foam), 실리카 세라믹(silica ceramic) 및 IR 반사율이 약 85% 이상 바람직하게는 약 95% 이상인 적절한 다른 것과 같은 다른 재질들이 채택될 수 있을 것이다. 상기 채널들은 상기 보드로 주조(cast)되거나, 몰드(mold)되거나 예를 들어 밀링(milling) 등에 의하여 가공되고, 상기 채널의 표면 내부로 물유리(water glass)와 같은 것에 의하여 보호되거나 접착된 석영 직물(quartz cloth)과 같은 고 반사적 물질로 채워질 것이다. 상기 반사기 블록(36)은 반드시는 아니나 아마도 IR 투과 판(38)이 결합될 것이다. 인접한 채널(56)들 사이의 분리자 리브들(separator ribs)(60)은 인접한 채널들 사이의 적합한 밀봉을 제공한다. 따라서, 상기 반사기 블록(36)의 리브(60)들에 대하여 알맞게 맞춰진 투과 판(38)은 가열 램프(40)들을 위한 고립 기능을 형성하며, 발명성 있는 가열 모듈 조립체의 냉각에 영향을 미치는 램프들 주변의 고리모양공간(annulus)(58)에서 공기 또는 가스들이 흐르도록 허용한다. 상기 투과 판은 반드시는 아니나 일측면 또는 양측면 모두에서 다듬어 질 것이다; 상기 반사기 블록 리브들에 마주하는 면은 그라인딩과 같은 것에 의하여 매끄럽게 되는 것이 바람직하며, 양쪽 면 모두 다 바닥면이 될 수 있다.
도 4 는 본 발명의 바람직한 실시예인 도 3C 의 가열 모듈 조립체(30)를 포함하는 상측 및 하측 모듈들(34U, 34L)의 포물선형의 채널을 구체화한 등거리 세로방향의 도면(isometric longitudinal view)이다. 이러한 도면에서, 포물선형 채널들(56)은 리브(60)들에 의하여 일정 간격으로 이격된다. 도시된 바와 같이, 상기 포물선형 채널들(56)의 넓은 끝단들은, 리브(60)들이 곧은 수직의 측벽들을 구비하여 짝지어진 투과 판(38)의 표면 위로 종결된다. 몇몇의 가열 램프들(40)은, 완전한 제자리에 있는 램프(40a, 40b, 40c)들 및 어떻게 맞춰지고 끝단 피팅(42)에 의하여 어떻게 유지되는지를 보여주기 위해 뽑혀진 램프(40d)와 함께 채널 내에 설치된 것으로 도시된다. 이러한 실시예에서, 배기 포트(46)들은 직사각형의 슬롯들이 될 것이, 바람직하게는 도시된 홀들 보다 다소 더 채널 축들과 평행하게 가로지르도록 방향이 맞춰질 것이다. 이러한 실시예에서, 상기 램프들의 길이는 공정 구역의 폭보다 더 넓다, 그래서 상기 램프들은 피팅 요소들(42)의 끝을 관통해 연장된다, 그러므로, 그 것들은 컨넥터(48)들을 경유하여 전기적 버스(electrical bus)에 연결될 것이다.
세로 및 가로로 중심이 맞춰진 램프들의 간격은 공정 작동들의 요구에 따라 다양해질 수 있으며, 포물선, 삼각형, 정사각/직사각형의 냉각 채널(56)의 기하학적 형태는 요구되는 간격을 제공하도록 쉽게 조절된다. 그래서, 넓은 간격에서는, 포물선형 또는 삼각형이 그것의 개구부(opening)에서 넓어질 것이며; 상기 포물선형 또는 삼각형은 간격은 폭이 더 좁도록 더 근접할 것이고, 정사각형은 수직방향으로 향해진 직사각형이 될 것이다. 예를 들어, 넓은 간격에서 삼각형은 간격은 더 좁아지며 2등변인 등변삼각형이 될 것이다. 그래서, 램프들의 개별적 출력 제어 뿐만 아니라, 그 것들의 간격도 다양해질 수 있다. 동시에, 그 것들은 온도 프로파일 내에서 보편적이며 본질적으로 연속적인 변화가능함을 허용하는 기능성을 제공한다, 그래서 발명성 있는 가열 구역 모듈(heating zone module)(30)은 넓은 범위의 산업적 공정들로 쉽게 구성된다.
인렛 매니폴드(inlet manifold)(62)를 경유하여 가열 램프(40)의 각각의 끝단으로 압축 냉각 공기가 공기냉각통로(air cooling passage)(58)들에 제공되는 바람직한 실시예를 나타낸 도 5A 와 함께, 도 5 는 냉각 구조의 횡단면도(transverse section view)를 나타낸다. 상기 냉각 공기는, 반사표면(reflective surface)(64)과 매개판(transmission plate)(36) 사이에서 채널들(56)에 생성된 램프 튜브(40)의 모든 주변으로 고리모양의 공간을 따라 지나간다. 뜨거운 공기는 유도통풍추출팬(induced draft eductor fan) 또는 관(flue)에 연결된 배기 매니폴드(54)를 경유하여 중심선 포트(centerline port)(46) 밖으로 배출된다. 전형적인 실리콘 첨가 솔라 셀 웨이퍼(12)는, 공정 구역(11) 내에 슬라이드 판들(slide plates)(68)에 의하여 모서리들(edges)에서 지지되는 컨베이어 벨트(13) 위에 탑재된 것으로 도시되었다. 도 5B 에서, 상기 인렛 매니폴드(62)는 우측에 있으며, 뜨거운 가스들은 매니폴드(54)를 경유하여 왼쪽에서 배출된다. 나머지 부분들은 동일하다.
도 6 은, 일반적으로 근청석(cordierite) 또는 동석(steatite)으로 제조되며, 적절한 방위로 램프를 지지하고 유지하기 위하여 제공된 램프 끝단 피팅(lamp end fitting)의 일련의 세부사항을 도시하였다. 도 6A 는, 측벽(side wall)(32)(도 2 를 또한 참조)에 있는 구멍(bore)(44)에 삽입된 컵 형상의 피팅(42)에 의하여 채널(56)에서 비교적 중심에 위치하게된 필라멘트(70)를 구비한 램프(40)을 나타낸다. 그래서, 냉각 전달을 위해, 인렛 매니폴드(62)로부터 배기 포트(46)를 경유하여 중앙 배기 매니폴드(center exhaust manifold)(54)의 오른쪽 중심으로 공기가 이동하기 위한 넓은 공간이 형성된다. 도 6B 는 링 또는 플랜지(flange)(72)가 구멍 홀(bore hole)(44)에 맞물리는 끝단 피팅(end fitting)(42)의 첫 번째 실시예를 나타내며, 일반적으로 2 내지 4 개인 다수 개의 레이디얼 웹들(radial webs)(74)은 램프 튜브(40)에 맞춰진 칼라(collar)(76)를 중심으로 고정된다. 도 6C 는, 구멍홀(44) (도 6A 참조)에 맞으며; 튜브(40)에 맞도록 삼각형 컷-아웃(cut-out)(82)이 구성된 횡측끝단피스(transverse end piece)(80)에 고정되는; 원통형 또는 테이퍼진(tapered) 슬리브(sleeve)(78)가 플랜지(72)와 연결되어 형성된 끝단 피팅(42)의 바람직한 실시예를 나타낸다.
도 7A 는, 리브(60)에 의하여 각각 분리된 다수 개의 포물선형 채널(56)들을 갖는 상측 및 하측 반사기 블록(36)들에 탑재된 램프 끝단 피팅(42)가 확대되어 도시된 측방향 정면도이다. 상기 측벽은 명확성을 위해서 도시되지 않았으며, 슬리브(78)는 대응되는 구멍(bore)(44)(도 2 및 도 6A 참조)에 삽입된 것으로 이해되어야 한다. 끝단 피팅(42)의 벽면에 가까운 삼각형 컷-아웃(82a)은, (상측에서 좌측 세 번째) 끝단 피팅의 벽면에서 먼 컷-아웃(82b)의 방위(orientation)와 같이 정교하게 정렬될 필요는 없다. 삼각형의 꼭지점은 둥글게 되었으므로, 튜브의 위치는 본질적으로 스스로 중심이 맞춰진다. 상기 튜브의 가장자리와 컷-아웃(82)의 가장자리 사이에 약간의 갭(gap)이 도시되었으나, 상기 컷아웃의 가장자리에 튜브가 얹혀있는(rest) 것으로 이해되어야 한다. 마찬가지로, 상기 튜브 표면과 채널의 내측 반사면 사이에도 소정의 공간이 있다. 도 7B 는, 반사기 블록(36)을 향한 슬리브(78)의 깊이(depth)의 관계를 나타내도록 등축(isometric) 회전한 동일한 도면이다. 끝단 피팅의 바닥은 상기 블록과 접촉하거나, 블록에서 예를 들어 2 내지 10 mm 정도 공간을 형성할 것이다.
도 8 은, 노 구역 배치(furnace zone configuration); 및 솔라 셀 웨이퍼들 또는 도 1 에 도시된 발명성 있는 노 시스템을 통하여 처리될 수 있는 다른 산업적인 제품들의 '점화' 작동 공정들;을 나타내는 플로우 시트이다. 작업자들; 및 네크워크로 수행되는(network-implemented) 관리와, 노 작동과, 하나 또는 그 이상의 데이터베이스들에 보존된 내역 히스토리와 같이 여기에서 설명된 다른 것들;과 통신하는 상기 노 구역 배치 및 작동에 기초가 되는 공정들은, 여기에서 설명되고 묘사된 점화 방법을 수행하기 위한 노 시스템의 작동들을 실행, 초기화, 모니터 및 조절하는 컴퓨터로 실행 가능한 지시들로서 일반적으로 소프트웨어로 수행된다. 상기 발명성 있는 시스템의 서버(server)는, 보안성, 개인용 네트워트를 탑재하거나; 또는 인터넷상에서 정적이며(static) 일반적인 정보전달 페이지들을 제공하고 여기에서 묘사된 작동 및 방법을 실행시키기 위하여 맞춰진(tailored) 선택된 파일들 및 이미지들의 배열이 출력된 동적인(dynamic) 페이지들을 생성하고 제공하기 위한; 서버 소프트웨어를 갖춘 하나 또는 그 이상의 컴퓨터들로서 수행될 것이다. 상기 동적인 페이지들은 개별적인 노-작업자들의 요구사항에 맞춰지며, 인터넷에 연결된 접속 장치들(데스크탑 및 랜탑 컴퓨터들, 네트워크 컴퓨터들, 등)을 경유하여 권한이 부여되고 인증된 사용자의 개별적인 요청들에 응답하여 작동 중에 제공될 것이다. 상기 네트워크는 인터넷으로 수행되는(Internet-implemented) 관리 및 작동을 실행할 수 있도록 인터넷에 연결될 것이다.
본 발명의 컴퓨터(들)는, 가령, 하나 또는 그 이상의 서버 컴퓨터(들), 데이터베이스(예를 들어, 관계형(relational), 구성된 메타데이타(metadata) 및 계층형(hierarchical)) 컴퓨터(들), 저장 컴퓨터(들), 라우터들, 인터페이스 및 시스템과 네트워크를 함께 수행하는 주변 입출력 장치들로서 시스템 구성(system architecture)에서 배치될 수 있다. 상기 발명성 있는 시스템에 사용되는 컴퓨터는 버스(bus)로 연결된 적어도 하나 이상의 프로세서 및 메모리를 일반적으로 포함한다. 상기 버스는, 메모리 버스 또는 메모리 컨트롤러, 주변기기 버스(peripheral bus), 및 다양한 버스 구조(bus architecture)들 및 프로토콜들을 사용하는 프로세서 또는 로컬 버스를 포함하여 하나 이상의 어떠한 적합한 버스 구조들(bus architectures)이 될 것이다. 상기 메모리는 휘발성 메모리(즉, RAM)와 고정되고/고정되거나 제거가능한 비-휘발성 메모리를 일반적으로 포함한다. 상기 비-휘발성 메모리는, 롬(ROM), 플래쉬 카드들, 레이드(RAID)로 배열된 드라이브들을 포함하는 하드디스크 드라이브들, 플로피 디스크들, 미니-드라이브들, 집(ZIP) 드라이브들, 메모리 스틱들, PCMCIA 카드, 테이프들, CD-ROM 드라이브들과 WORM 드라이브들 및 RW-CDROM 드라이브들 등과 같은 광학 드라이브들, DVD 드라이브들, 마그네토-옵티칼(magneto-optical) 드라이브들, 및 이와 유사한 것들을 포함할 수 있으나 이에 제한되지는 않는다. 다양한 메모리 타입(type)들은, 컴퓨터가 읽을 수 있는 지시들, 구역 배치 템플릿(zone configuration template)들, 개별적인 램프들 또는 램프 그룹들을 배치하기 위한 템플릿, 데이터 구조들, 프로그램 모듈들, 작동 시스템들, 및 컴퓨터(들)에 의하여 사용되는 다른 데이터를 포함하는 정보 및 이미지들의 저장을 제공한다.
네크워크 인터페이스는, 다양한 사이트 컴퓨터들(site computers), 라우터들, 허가된 사용자의/조직의 컴퓨팅 장치들, 및 상기 시스템의 지원을 위한 서비스/제품 제공 벤더들, 및 고객들과 필요에 따라 각각의 사이에서 데이터 교환을 위한 데이터 통신 네크워크(LAN, WAN, 및/또는 인터넷)로 인터페이스를 제공하기 위하여 버스에 연결된다. 상기 시스템은 또한, 키보드들, PDA들, 랜탑들, 휴대폰들, 키패드들, 터치패드들, 마우스 장치들, 트랙볼들, 스케너들, 프린터들, 스피커들, 마이크로폰들, 메모리 미디어 리더기들, 라이팅 타블렛들(writing tablets), 카메라들, 모뎀들, 네트워크 카드들, RF방식 또는 광섬유방식 또는 적외선(IR) 방식 트랜스시버들(transceivers) 및 이와 유사한 것들과 같이 개별적으로 구성된 주변기기 장치들과 통신을 제공하도록 버스에 연결된 하나 이상의 주변 기기 인터페이스를 포함한다.
다양한 프로그램 모듈들은, OS, 서버 시스템 프로그램들, HSM 시스템 프로그램들, 어플리케이션 프로그램들, 및 다른 프로그램 모듈과 데이터를 포함하여 메모리에 저장될 수 있다. 네크워크화된 환경에서, 상기 프로그램 모듈은 네크워크에 연결되고 필요에 따라 사용되는 몇몇의 컴퓨팅 장치들 사이에 배포될 수 있다. 프로그램이 실행될 때, 상기 프로그램은 컴퓨터 메모리에 최소한 부분적이라도 로드(load)되고, 기능성(operational), 수치계산성(computational), 비교성(comparative)(예를 들어, 특정 컨테이너의 공기 샘플에서 측정된 신호 값 대비 한계치 값(threshold value)), 기록성(archival), 정렬성(sorting), 차폐성(screening), 분류성(classification), 포멧팅(formatting), 렌더링(rendering), 프링팅(printing) 및 통신 기능들 및 여기에서 설명된 공정들을 수행하기 위한 지시들을 포함한다.
사용자, (동작들의 내역을 포함하여) 동작하는 데이터 관련관계, 데이터의 동작성 및 관련된 타입(type)들은, 관련된 데이터베이스(또는 메타데이터-타입, 계층형, 네트워크 또는 다른 형태의 데이터베이스)로서 구성될 수 있는 하나 이상의 데이터 기록 셋트들(sets)에 저장된다. 이러한 기록들은, 예정되고 선택가능한 관계들에 따라서 다른 것들과 선택적으로 연합될 수 있으므로, 가령, 하나의 테이블에 있는 데이터 기록들은 다른 테이블에 있는 고객들용 대응 기록들과 상호연관되고, 상기 상호연관되거나 개별적인 자료들은 렌더링(rendering)을 위하여 스크린, 프린트출력 또는 상기 발명성 있는 방법과 시스템에 따른 다른 동작(activity)으로 호출될 수 있다.
상기 시스템은 완전히 설정변경가능(configurable)하고, 어플리케이션 프로그램 템플릿들의 풀셋(full set)은 도 8 에 참고적으로 상세히 설명된 바와 같이 개별적으로 권한이 부여되고 인증된 사용자들이 각 구역의 개별적인 작동을 구성하는 것뿐만 아니라 데이터 보고서(data report)들을 수신하고 저장하는 것을 허용하며, 경보(alert)들 및 이와 유사한 것을 제공한다. 이 분야의 당업자는, 주어진 IR 공정 노 제품에서 특정적으로 요구되는 부분들에 상기 발명성 있는 다-구역(multi-zone) 노 작동 시스템을 쉽게 적용시킬 수 있을 것이다.
노 작동 공정(200)의 플로우 시트인 도 8 에 도시된 바와 같이, 표 1 에 나타난 것과 같은 바람직한 점화 동작은, 벨트가 노(10)(도 1)를 통과하여 연속되도록 모든 구역들 내에서 벨트 속도를 일정하게 설정하고 그 다음으로 노에서 점화될 특정 개선된 물질(particular advanced material)을 위하여 미리 선택된 온도 프로파일을 모든 구역들(14 내지 22) 내에서 구성하기 위하여, 일반적으로 제어 컴퓨터 디스플레이상에 표시된 완성된 템플릿들(fill-in templates)을 매개로 하여 배치 구역들(configuring zones)(202)부터 시작된다. 미리 선택되고 미리 설정된 프로파일은, 노를 통하여 열전대(thermocouple)를 제품 및 화면상의 프로파일 곡선 디스플레이(on-screen profile curve display)로 전송함으로서 (제품이 없는) 실제 가동 프로파일(actual run profile)과 대비하여 체크된다.
구역 배치(204)에서 작동 프로그램은 각각의 구역을 차례대로 지나는 단계를 밟으며, 유도통풍배기팬(induced draft exhaust fan)의 비율 또는 부피(cfm); 고온 및 저온 온도-이탈 경고 셋팅(high and low over-temperature alarm setting); 및 램프의 고온 및 저온 온도 셋팅 포인트(high and low temperature set points for the lamps);의 설정과 함께 번-아웃 구역(206)에서 시작된다. 최대치 점화 구역은 208 에 배치되며, 상기 최대치 구역(16)(도 1 참조)에서 요구되는 온도 증가 곡선(temperature increase curve)을 따르게 하도록 램프들을 냉각시키기 위한 압축 공기 투입 및 (개별적으로 또는 구역 내에서 램프(40)들의 그룹을 하나 이상으로 하여) 램프 전압 셋팅 포인트를 설정한다. 다음으로, 퀸치 구역은 에어 나이프 및 (자연 통풍 또는 ID 팬) 배기를 위한 압축 공기 제공기(compressed air supply)를 셋팅함으로서 210 에 배치된다. 상기 정지-퀸치 구역은, 개별적이거나 그룹지어 램프 전압 및 (제로에서부터 상기 퀸치를 정지시키기 위해 요구되는 양까지 범위를 가질 수 있는) 기류(airflow)를 셋팅함으로서 212 에 배치된다. 마지막으로, 어닐링 구역은 배기유도통풍팬(exhaust induced draft fan) 및 물이 흐르는 열교환 튜브(heat exchange tube water flow)를 셋팅함으로서 214 에 배치된다. 선택적으로, (측벽들 및/또는 바닥벽들에) 다양한 공기 인렛 포트들이 놓여질 수 있다.
구성이 완료되면, 노 작동 방법(216)은 (도 1 을 또한 참조하여 제작된) 도 8 의 논리 부분에 나타난다. 상기 번-아웃 구역(14)에서, 상기 구역 내의 열전대(thermocouple)는 감지된 온도 레벨들을 나타내는 신호들을 출력한다. 이러한 것들은 218 에서 셋팅 포인트들과 비교되고, 만약 그 값들이 설정 매개변수들 내에 있으면, 램프 출력은 유지된다(220). 그러나, 만약 그 값들이 설정 매개변수들 내에 있지 않다면, PID-타입 컨트롤러는 상기 열전대가 적정한 값들을 보고할 때까지 램프 출력(222)을 조절한다.
상기 최대치 구역(16)에서, 경우에 따른 각각의 램프 또는 램프의 그룹들의 AC 전압 센서 신호(들)(또는, 선택적으로, 열전대 신호들)은, 설정 매개변수들에 비교된다(224), 그리고, 만약 선택된 범위에 있다면, 상기 볼트 프로파일은 유지된다(226), 반면에 그렇지 않다면, PID 컨트롤러는 프로파일 범위 내로 램프들 되돌려지도록 요구되는 정도(228)에 따라 램프(들)로의 전압을 조절한다. 상기 램프 출력의 AC 전압 제어는 열전대 제어인 것이 바람직하다.
상기 퀸치 구역(18)에서, 온도는 프로파일링(profiling)을 거쳐 모니터되고(230), 만약 프로파일 범위 내에 있으면, 에어 나이프로 향하는 공기 흐름은 유지된다(232), 반면 그렇지 않다면, 상기 에어 나이프로의 배기 또는 압축 공기 값은 상기 온도가 미리 선택된 프로파일 범위 내로 되돌아오도록 조절된다(234).
상기 정지-퀸치 구역(20)에서, 온도는 모니터되고(236), 만약 프로파일 범위 내에 있으면, 램프 전압 및 어닐링 구역으로 향하는 유도통풍팬(induced draft fan)의 설정은 유지된다(238), 반면 그렇지 않다면, 상기 램프 전압은 상기 온도가 프로파일 범위 내로 되돌아오도록 조절된다(240).
상기 어닐링 구역(22)에서, 온도는 그 구역을 따라 하나 이상의 위치에서 모니터되고, 만약 프로파일이 허가(OK)됐다면(242), 배기 팬 셋팅은 유지된다(244), 반면 그렇지 않다면, 상기 배기 팬의 공기 흐름은 온도가 프로파일 범위 내로 되돌아오도록 조절된다(246). 통상적으로, 이 구역에서는 램프 또는 다른 열 소스가 (퀸치 및/또는 정지-퀸치 구역(들)로부터의 배기 가스들을 제외하고는) 제공되지 않는다.
냉각 채널들을 구비한 발명성 있는 가열 요소 고립 모듈(heat element isolation module)은, 실질적인 공정상의 장점들 즉, 램프 수명에 손상 없이 두 배 또는 그 이상의 가열율을 갖도록 램프들을 원래의 100% 용량으로 작동시키는 능력에 기인하여 더 빠른 처리량을 갖추고 이러한 모듈들이 맞춰진 노 시스템들의 내부에 있는 개선된 기판 재질들(substrate materials)의 공정에 있어 넓게 응용 가능할 수 있음이 명백하다. 추가적으로, 회복된 열은 건조 및 예비가열 섹션(drying and preheat section)들을 포함한 공정의 다른 지역들에서 그 곳에서의 공정 에너지 비용(process energy costs)을 감소시키며 재활용될 수 있다.
그 것의 실제 의도와 다르지 않고 어울리지 않는 시험(undue experimentation) 없이 이 분야의 당업자가 본 발명의 권리범위 내에서 다양한 변형들을 만들어 낼 수 있음이다. 예를 들어, 상업적으로 이용가능한 넓은 범위의 가열 요소들에 있어서, IR 램프들은 사용될 수 있다. 고립 냉각 채널들을 형성하기 위해 반사기 블록 내에서의 채널 형성을 대신하여 투과판(transmissive plate)을 추가하고, 가열램프는 더 넓은 직경의 석영 튜브 내에서 배치될 수 있으며, 그 것들 사이의 고리모양공간(annulus)는 가압된 공기 또는 다른 냉각 가스용 냉각통로를 형성한다. 이러한 튜브들은, 인접한 튜브들을 가열하는 튜브들을 선택적으로 제거하기 위하여 그 것들 사이에 수직의 배플(vertical baffle)들의 유무에 상관없이, 세라믹 단열재 아래에서 (상측의 모듈들을 위해) 정렬돼 배치될 수 있다. 그 곳에서 절단되거나 형성된 채널들을 한 덩어리로(monolithic) 이루는 것을 대신한 반사기 블록은, 두꺼운 한 씨트(sheet)의 강성 세라믹 섬유 단열재(rigid ceramic fiber insulation)로 간단하게 될 수 있고, (상측 모듈을 토대로 향하는) 수직의 배플을 형성하는 유사한 물질의 삼각형 조각들을 구비한다; 이러한 배플들은 워터 글래스-타입 시멘트(water glass-type cement)를 갖는 시트가 부착될 수 있다. 다른 선택가능한 구성으로서, 글래스 직물(glass cloth)는, IR 투과판으로 사용되는 석영 윈도우 윗측에 위치한 가열램프 튜브들을 구비한 채널들을 형성하는 옴폭한 주름들(concave-down corrugations)을 갖으며, 주름진 패턴(corrugated pattern)에 있는 마주 보는 측벽들로부터 주름지게형성될(draped) 수 있다. 이러한 모든 변형예들에 있어서, 상기 분리(고립) 시스템은, 기압에 상관없이 그리고 공기에 상관없이 공정 구역의 동작을 허용할 것이다; 그래서, 비활성 또는 반응성 공정 가스들(process gases)이 사용될 수 있다. 냉각 효율은 쉽게 조절되며 제어되고, 리브들(ribs)은 줄어들거나 제거될 수 있다. PLC 컨트롤러는, 벨트 스피트, 선택된 기판들을 위한 전원 램핑(power ramping), 최대치 온도들, 스파이크 구역들에서의 머무름 시간, 냉각-감소 비율들, 냉각 공기 흐름율, 열교환율, 및 이와 유사한 것들 을 포함하나 제한 받지 않는 공정 매개변수(process parameter) 제어의 선택적인 메뉴들을 제공하도록 사용될 수 있다. 본 발명에서, 실시예들의 조합 및 부차적-조합들 모두에 의한 권리범위는 첨부된 청구항들의 권리범위에 의하여 종래의 기술이 용납된 정도만큼 넓게 정의 되고, 필요한 경우 여기에서 현재 및 미래의 균등물들은 모든 범위를 포함하여 상세한 설명에 참작될 것이다.

Claims (20)

  1. 다-구역 열처리 노들을 위한 IR 램프 가열 모듈에 있어서,
    a. 일면에 형성된 간격을 두고 떨어진 홈들(spaced grooves)을 가지는 절연성 반사본체(isulating reflector body);
    b. 각각의 홈에 배치되며, 램프와 홈 벽(groove wall) 사이에 냉각 공기의 통과를 위한 고리모양의(annular) 공간을 제공하도록 상기 홈들의 벽으로부터 이격된 하나 이상의 IR 램프; 및
    c. 인접한 홈 내의 램프들로부터 각각의 램프들을 효율적으로 분리시키고 상기 노의 공정 구역으로부터 상기 램프들을 분리시키도록 상기 반사본체의 홈이 형성된 면과 접촉 배치되는 IR 투과성 판;의 기능적 결합으로 이루어지며,
    d. 상기 홈은, 상기 램프들로부터의 적외선(IR light)을 상기 IR 투과성 판을 통하여 상기 공정 구역으로 효율적으로 지향시키도록 구성된 고 반사성 표면을 형성하는 것을 특징으로 하는 다-구역 열처리(thermal processing) 노들을 위한 IR 램프 가열 모듈.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 홈은 포물선형, 타원형, 반원형, 삼각형, 정사각형, 직사각형 또는 사다리꼴 중 선택된 횡단면 구조를 가지며 배열되는 것을 특징으로 하는 다-구역 열처리 노들을 위한 IR 램프 가열 모듈.
  3. 제 1 항에 있어서, 냉각용 가스의 통과를 위한 채널의 각 끝단에서 끝단 포트를 포함하는 것을 특징으로 하는 다-구역 열처리 노들을 위한 IR 램프 가열 모듈.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 본체를 지나 상기 각각의 채널들과 연결된 배기 포트들을 포함하고, 상기 배기 포트는 상기 채널들의 측방향 끝단들의 중간에 배치되며, 상기 끝단 포트들은 상기 램프들;과 상기 끝단 포트들에서 상기 중간의 배기 포트까지 연통된 상기 채널들의 표면들; 사이의 고리모양공간(annulus)에 있는 냉각 가스가 지나도록 형성되는 것을 특징으로 하는 다-구역 열처리 노들을 위한 IR 램프 가열 모듈.
  5. 제 3 항에 있어서, 상기 끝단 포트들 중 하나는 냉각 가스용 인렛(inlet)이며 반대측의 끝단 포트는 배기 포트이고, 냉각 가스가 일측 포트로 인도되어 상기 램프와 채널의 표면 사이의 고리모양공간을 지남으로서 램프를 냉각하고 타측의 끝단 포트를 통하여 배기되는 것을 특징으로 하는 다-구역 열처리 노들을 위한 IR 램프 가열 모듈.
  6. 제 3 항에 있어서, 상기 채널들에서 유출돼 상기 노의 다음 공정 구역으로 배기되는 뜨거운 냉각 가스의 재활용을 위한 하나 이상의 배기 공기 덕트를 포함하는 것을 특징으로 하는 다-구역 열처리 노들을 위한 IR 램프 가열 모듈.
  7. 개선된 다-구역 IR 램프 열처리 노에 있어서,
    상기 구역은 상기 구역들 및 냉각 시스템을 통과하여 연속적으로 가공될 제품들을 운반하기 위한 컨베이어 벨트를 포함하며,
    a. 상기 노의 하나 이상의 구역은, 일면에 홈들의 배열을 갖는 절연재의 절연성 반사본체, 고리모양의 냉각 공간을 제공하기 위하여 상기 홈의 측벽에서 이격되어 각각의 홈에 배열된 하나 이상의 IR 램프, 및 상기 IR 램프가 향하여 빛이 밝혀진 공정 구역에서 상기 램프들을 분리시키도록 상기 반사본체의 홈이 형성된 면에 접착된 IR 투과 윈도우로 이루어지는 IR 램프 분리 모듈을 포함하고;
    b. 상기 램프 및 상기 IR 투과성 판을 냉각시키도록 상기 고리모양의 공간을 통해 이동하는 냉각 가스를 상기 홈으로 제공하도록 상기 홈들의 하나 이상에 연결된 가스 제공기; 및
    c. 상기 램프 및 IR 투과성 판을 냉각한 결과 상기 모듈 홈들로부터 가열된 가스를 제거하기 위한 배기 시스템;의 기능적 결합을 포함하여 이루어지는 것을 특 징으로 하는 개선된 다-구역 IR 램프 열처리 노.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 IR 램프 분리 모듈은 스파이크 점화 구역에 제공되는 것을 특징으로 하는 개선된 다-구역 IR 램프 열처리 노.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 배기 시스템은 번-아웃 구역 및 건조 구역 중 적어도 어느 하나로 유입되는 가열된 가스를 재활용하는 것을 특징으로 하는 개선된 다-구역 IR 램프 열처리 노.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 노는 상기 스파이크 점화 구역의 하류부문인(downstream) 템퍼링 구역을 포함하는 것을 특징으로 하는 개선된 다-구역 IR 램프 열처리 노.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 스파이크 점화 구역과 상기 템퍼링 구역 사이의 중간에 퀸치 구역과 정지-퀸치 구역 중 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 개선된 다-구역 IR 램프 열처리 노.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 퀸치 구역은 제품이 상기 스파이크 점화 구역을 나올 때 컨베이어 벨트 위에 있는 제품의 온도를 급속히 감소시키도록 에어 나이프 조립체를 하나 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 개선된 다-구역 IR 램프 열처리 노.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 정지-퀸치 구역은 어닐링 구역에서 템퍼링을 준비하도록 상기 제품의 냉각을 정지하기 위한 IR 램프를 하나 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 다-구역 IR 램프 열처리 노.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 어닐링 구역은 열교환 조립체(heat exchanger assembly); 및 상기 제품을 다루기 위해 요구되는 온도를 제공하기 위하여 제어된 양의 냉각공기를 유도하는 포트들; 중 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 다-구역 IR 램프 열처리 노.
  15. 제 7 항에 있어서, 상기 컨베이어 벨트의 운동률;과 상기 IR 램프 분리 모듈 내의 각각의 IR 램프로의 출력; 및 상기 노의 구역들 전체에 걸친 가열 및 냉각 곡선들을 제한 없이 제공하기 위한 상기 냉각 시스템;을 제어하는 컨트롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는 다-구역 IR 램프 열처리 노.
  16. 다수 의 공정 구역들을 통하여 제품을 운반하는 컨베이어 벨트가 구비된 산업적 공정 노에서 제품을 가열하는 방법에 있어서,
    a. 하나 이상의 점화 구역에 배열된 다수 개의 IR 램프들을 제공하는 단계;
    b. 상기 제품으로부터 상기 램프를 분리시키도록 상기 점화 구역 내부로 컨베이어 벨트로 운반된 제품과 상기 램프들 사이에 IR 투과 윈도우를 제공하는 단계;
    c. 상기 벨트 및 제품이 상기 윈도우에 가까이 통과하는 가공 지역으로 상기 냉각 가스의 출입 및 교란을 방지하기 위해 상기 윈도우와 상기 램프 표면 사이를 지나는 냉각 가스로 상기 램프를 냉각시키는 단계;
    d. 가열된 냉각 가스를 배출하는 단계; 및
    e. 램프의 손상 또는 수명단축 없이 가열 효율을 두 배 이상으로 하기 위해 램프가 본래 출력의 100% 로 작동하는 것을 허용하고, 그 곳에서 분당 100 oC 내지 200oC 로의 온도상승 및 짧은 머무름 시간(dwell time)을 갖는 급격한 최대치 온도를 제공하는 출력을 제어하는 단계;
    를 포함하는 산업적 공정 노에서 제품을 가열하는 방법.
  17. 제 16 항에 있어서, 열교환에 의하여 가열 작용의 효율을 향상시키도록 번-아웃 구역과 건조 구역 중 어느 하나 이상으로 유입되는 가열된 냉각 가스를 재활용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 산업적 공정 노에서 제품을 가열하는 방법.
  18. 제 16 항에 있어서, 상기 제품이 상기 제품의 적어도 어느 일면으로 향하는 냉각 가스의 분출에 접촉하며 통과함으로서 상기 점화 구역의 다음 하류부문인(downstream) 퀸치 구역 내에서 상기 제품을 급속하게 퀸칭하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 산업적 공정 노에서 제품을 가열하는 방법.
  19. 제 18 항에 있어서, 상기 제품의 냉각이 미리 선택된 최소레벨 아래로 떨어짐을 방지하도록 하나 이상의 IR 램프에 제어된 가열 레벨을 제공함으로서 상기 제품의 퀸칭을 정지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 산업적 공정 노에서 제품을 가열하는 방법.
  20. 제 16 항에 있어서, 상기 공정은 솔라 셀 웨이퍼를 점화하기 위해 적용되며, 램프 출력 제어; 컨베이어 벨트 속도; 향상된 효율을 갖는 솔라 셀들을 생산하기 위하여 미리 선택된 가열 및 냉각 프로파일을 제공하는 상기 점화 구역에서 배출되는 제품의 냉각;을 구성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 산업적 공정 노에서 제품을 가열하는 방법.
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