JP5687286B6 - 反応器を真空室に取り付けるためのマウント - Google Patents

Description

本発明は真空室中に、反応器、特にＰＥＣＶＤ反応器、を取り付けるために構成されたマウントに関する。本発明は、さらにそのマウントを有する真空室に関する。

薄膜シリコン太陽電池製造において、例えば、シリコン蒸着のための最も一般的な工程は、プラズマ化学気相成長法（プラズマＣＶＤ、ＰＥＣＶＤ）である。例えば、２つの電極を有する平行したプレート反応器中で、プラズマはＨＦ電圧を用いて生成される。多くの場合水素で希釈された、シランのようなガスからなるシリコンは、結晶化度の異なるシリコン層を蒸着させる。例えば圧力、ガス混合、電力（強度）および工程温度などの、特定のプロセス・パラメータが制御されなければならない。プラズマ放電により、プラズマ反応器の加熱が基本的に生じる。処理される基板の過熱を避けるために、多くの場合反応器の構成と冷却手段は一体化される。しかしながら、「温度規制」または「温度制御」なる用語は、以下で冷却および加熱の両者を意味する。

薄膜シリコン太陽電池の製造のための一般的な方法では、シリコンを基板、例えばガラスプレート上へ蒸着する１以上のＰＥＣＶＤステップを必要とする。図１は、薄膜太陽電池の製造のための装置の概略図を示す。この装置は、密閉容器２を備えた１つの共通な真空室１を有し、スタックされたプラズマ反応器４は、鋼製プレート３として形成されるマウントの間に設けられ、接続されている。この装置は、またＰｌａｓｍａｂｏｘ（登録商標）の原理として知られている。今日では最高１０個の反応器４が１つの真空室１を共有するが、これによりこのようなＰＥＣＶＤ機器のスループットはかなり増大する。ＫＡＩ−ＰＥＣＶＤ（登録商標）蒸着装置としても知られるこの種のシステムは、エリコン・ソーラー（Oerlikon Solar）社から市販されている。

単一の反応器４にとって、そしてさらには反応器４のスタックにとって、それらが密閉容器２内で包囲する真空室１中で適切に位置決めされることが重要である。反応器４は特定の工程温度で保持される必要があるので、ヒートシンクを設けて、定められた温度環境を提供することが必要である。さらに、反応器４は、真空密閉容器２中に取り付けられ、保持されなければならない。

図２は、１０個の反応器４を収容するように構成された、従来技術によるスタックの斜視図を示す。図２において、反応器４自体は省略されている。この構成において、反応器４には、その移送と担持のために一体的な鋼製プレート３が設けられ、この一体的な鋼製プレート３には、さらに、例えば水、蒸気、油または類似の温度制御媒体のための流路が備えられる。図２では、１１個のプレート３が、スタックの角の４つの支柱５を用いて、積み重ねられて設けられている。鋼製プレート３またはその中にある温度制御媒体のための流路は、コネクタ６により接続されてもよく、そこから鋼製プレート３の流路に、温度制御媒体を導くために導通管７が設けられている。鋼製プレート３は、追加機能のための空間、例えば工具の取り付けまたはロボットの装てん／取りはずしのための場所を備えるため、さらに溝８およびくぼみ９が備けられてもよい。

反応器スタックは、構造的理由のために、現状技術では製作が困難である。筋交または補強材のような補強手段は、個々の反応器の間のかなりの空間を使うので、真空室１の全体の容量を増すことになる。すなわち、平坦度についての要求を満たすことが困難である。製造工程における、深掘り穿孔およびいくつかの平面加工ステップといった高コストの製造方法により、きわめて高価な部材となる。加えて、従来の技術による製品は、きわめて重く、スタックの輸送および据付けのために大がかりな工具を必要とする。

例えば、経済的に見て現実的な太陽光技術の実現のためには、製造装置への設備投資を減らすことが不可欠である。さらに、製造装置の原材料の使用を節約することは、太陽電池を製作するための消費エネルギー（gray energy）を減少させる。

本発明の目的は、反応器、特にＰＥＣＶＤ反応器、を真空室に取り付けるために構成されたマウントを提供することであり、それにより前述の課題のうちの少なくとも１つを克服できる。

本発明の目的は特に、反応器、特にＰＥＣＶＤ反応器を真空室に取り付けるために構成された、特に限定された重量のマウントを提供することである。

これらの目的は、請求項１に記載のマウントにより達成される。有利なそして好ましい実施態様は従属クレームに示されている。

本発明は、真空室に、反応器、特にＰＥＣＶＤ反応器を取り付けるために構成されたマウントに関する。このマウントは、互いに対向して配置された、少なくとも２つの外側ビームの枠組みと、複数の横ビームとを備える。この外側ビームとこの横ビームとは小室を形成し、そこに温度調節装置が設けられる。

本発明によれば、マウントは、母体となる構造物として、連続した鋼板で形成されるのではなく、ビームの枠組みまたは輪郭（骨組み）として形成される。枠組みは、マウントとして十分な構造強度および安定性を備え、例えばＰＥＣＶＤ用として十分に安定である。

枠組みは、少なくとも２つの外側ビームまたはエッジ・ビーム（縁梁）からなり、それぞれ、枠組みの縁を少なくとも定め、これらの縁が枠組みの対抗する縁となる。加えて、横ビームは、外側ビームに対して基本的に垂直に向けて整列するよう設けられ、その外側ビームに取り付けられているのが好ましい。外側ビームは、したがって横ビームによって互いに接続される。

ビームの枠組みは、反応器、例えばＰＥＣＶＤ反応器を担持するかまたは支持するように構成される。このビームは、したがって、反応器を案内するための溝、そして、例えば基板の運搬または取付けのために使われる、反応器の追加の機能部品のための空間を設けるための、更なる溝またはくぼみを有してもよい。

それぞれのビームの間の、すなわち枠組みの中に囲まれる空間は、小室を形成し、それが温度調節装置を設けるために用いられる。これらの温度調節装置は、真空室内部の、したがって、反応器を取り巻く温度を適切に調整するために用いられる。例えば、所望の用途に従って、真空室内部、すなわち内部の反応器はしかるべく冷やされ、または加熱され得る。従って、温度調節装置には、温度制御媒体を通過案内するための温度制御導流路が設けられ得る。

温度制御の機能は、したがって輪郭部分またはビームの枠組みそれぞれに埋め込まれた薄い部材により達成され得る。温度調節装置は、枠組みの構造的安定に寄与する必要はなく、主たる枠組みにより支持され、位置決めされる。

本発明によるマウントでは、したがって、反応器のための取付け具としての機能と反応器の温度制御するための温度制御部としての機能とは区別され、分離されている。

本発明による構成は、それぞれのビームからなる枠組みと、そしてそのビームの間の、または枠組みの内側に位置する、温度調節装置とからそれぞれなり、図２に示すような一体的なプレートを有する従来技術によるマウントと比較し、その重さは５０％を超えて減少する。例えば、１０の反応器を担持したスタックの場合、削減重量は２，８００ｋｇよりも多くなり得る。このような重量削減により、本発明のマウントからなる真空室の、改良されたおよび節減された経費による製造工程が提供できることは明らかである。

本発明の好ましい態様においては、一つ以上の斜めビーム（柱ラチス、梁）が設けられている。そして、各斜めビームは外側ビームと横ビームに取り付けられるのが好ましい。これらの斜めビームは、本発明のマウントの剛性、およびしたがって構造一体性を増すために、必要に応じて加えてよい。この斜めビームは、それぞれ、マウントまたは枠組みの一方の角から対向する角まで延在してよい。

本発明の別の好ましい態様においては、ビームはステンレス鋼またはアルミニウムから形成される。詳細には、すべてのビーム、すなわち外側ビーム、横ビームと同様に斜めビームは、上記で特定された材料から形成されるのが好ましい。これらの材料は、マウントの重量をさらに減らすために選ばれることがあり、ビームがアルミニウムから形成される場合が特にその場合である。加えて、ビームは、特に改良された構造一体性と、したがって安定性を有し得る。これは主にはビームがステンレス鋼から形成される場合である。

本発明の別の好ましい態様においては、温度調節装置は、それらビームの間に亘り、そしてビームにその外側で溶封され、温度制御媒体、特に温度制御流体を通過案内するための導入口および放出口を備えた、２つの平行したプレートからなる。これは、マウントのスタック形成にも適用できる、温度調節装置を形成するための、きわめて簡単な構成である。加えて、全部のプレートが周囲に対する加熱または冷却効果に寄与できることにより、この態様による温度調節装置の効率は、特に改良される。

さらに温度調節装置は、片手型クランプ（unilateral clamping）または弾性を有する取付具を用いてビームに接続されるのが好ましい。これらの態様は、温度調節装置が、ビームの枠組みに固定されているため、それらは、枠組みの構造一体性に、そして、したがって反応器マウント全体に悪い影響を与えずに、膨張できる、という良好な効果を奏する。結果的に、本発明によるマウントの信頼性と同様に、安定性がさらに改良され得る。

本発明の別の好ましい態様においては、この枠組みは≧１ｍ^２の寸法を備えている。本発明によるマウントは、したがって特にこの寸法を備えた反応器および基板のために選ばれる。特にこの場合、垂下についての問題が生じ得、それらは補償されるか、何らかの対処がされるか、あるいは避けられなければならない。この態様によれば、これらの問題は、特に良好に処理される。

本発明は、さらに真空室、特にＰＥＣＶＤチャンバに関する。このチャンバは１以上の、上述の本発明によるマウントを有する。上述したような真空室は、したがって、本発明によるマウントに関して説明したのと同様な利点を備えている。

従って、本発明による真空室は、重量が軽減され、したがって簡単かつ節約した費用で調製できる。

本発明の真空室の好ましい態様においては、複数のマウントが設けられ、それらが複数の支柱に接続されて、マウントのスタックを形成する。特に複数のマウントを設けることによって、工程の、例えば、本発明の真空室において実施されるＰＥＣＶＤ工程の、十分な効率が確保でき、高いスループットが実現できる。加えて、マウントが複数の支柱に接続したスタックを形成することにより、構造一体性と、したがってスタックの安定性が改良される。ここで支柱とは、マウントが固定され得る、いかなる細長い形状のコネクタをも意味する。

本発明の、これらのそしてまた別の特徴は、以下説明される実施態様に関して説明され、そして明らかとなる。

従来技術による太陽電池製造のための装置の概略を示す図である。 従来技術による１０個の反応器を収容したスタックの概略斜視図である。 本発明の実施態様を上側から見た概略斜視図である。 図３ａによる態様の、本質的な要素それぞれのスケッチ図である。 本発明の実施態様を底部側から見た概略斜視図である。 図４ａによる態様の、本質的な要素それぞれのスケッチ図である。 本発明により実装されたスタックを、上側から見た概略斜視図である。

以下に、本発明による取付具すなわちマウント１０が説明される。詳細には、真空室内で、マウント１０は、反応器、例えばプラズマ反応器、特にＰＥＣＶＤ平行プレート反応器、を取り付けるために構成される。反応器は、基板を冷却するか加熱するための温度制御装置を含んでもよく、それらは以下の図には示されていない。

本発明のマウント１０は、図３ａおよび図３ｂに、そして同様に図４ａおよび図４ｂに、詳細に示される。それは、それぞれ、マウント１０の２つの対向する外側端縁に配置された少なくとも２つの縁梁すなわち外側ビーム１１、およびその外側ビーム１１に据え付けられた複数の横ビーム１２からなる。外側ビーム１１および横ビーム１２は、結果的に、それぞれグリッドまたは枠組みを形成するが、それに代えて、４つの外側ビーム１１および一連の横ビーム１２によって、実現することもできる。横ビーム１２は、互いに対して平行にまたは交差するように配置されてもよい。第１の場合において、横ビームは、外側ビーム１１に対し垂直に配置されてもよい。斜めビーム、斜めのバーまたはライダを、それぞれ必要に応じて、剛性を強化するために加えてもよい。

しかしながら、可能な限り少ない数の、かつ同一の部品を使用することが基本的に好ましい。加えて、外側ビーム１１、横ビーム１２そして斜めのビームは、同じ断面のものを使用するのが好ましい。ビーム１１、１２は、斜めビームと同様に、アルミニウムまたはステンレス鋼の押し出し成形品から作製されるのが好ましい。ねじ込みによる接続、溶接接続、またはその他の適当な接続により、それらは互いに接続されるか据え付けられ得る。

更なる経費節減のために、枠組みまたはビーム１１、１２は、それぞれ保護被膜により腐食性ガスから保護された鋳鋼から作製されてもよく、または鋳造アルミニウムから作製されてもよい。

外側ビーム１１および横ビーム１２、そして最終的に斜めビームは、それぞれ、それらの間に小室１３、すなわちポケットを形作ることがわかる。従って、小室１３は、ビーム１１、１２間の中にはさまる空間として形成される。本発明によれば、小室１３、好ましくは各小室１３は、温度調節装置を収容するために用いられる。個々の温度調節装置は、直列に接続されるのが好ましい。それらは、例えば、ステンレス鋼からなる、２つの平行な薄いプレートまたは２枚のシートであり、それらの縁を、そしてしたがって、ビーム１１、１２に、空洞が形成されるように溶封して構成してもよい。それらは、温度を制御するために用いられる温度制御媒体の導入口および放出口を備える。詳細には、適切な温度制御媒体は、水、蒸気または油のような流体でよい。例えば、運転動作圧力６バール（bar）ーおよび流量４リットル／分が、適正である。これにより、基板の温度は、動作状態、例えばＰＥＣＶＤ工程中、１５０℃と３００℃との間に保たれ得る。

あるいは、パイプは平坦なコイルとして配置されてもよい。その平坦なコイルは続いて熱伝導性材料の平坦な部材に接続され得る。基本的に平坦な冷却または加熱プレートを構成する別の方法は、受動的な、すなわち吸収あるいは補償装置、電気的な加熱／冷却素子または反応器の上部または底部に対してそれぞれ向けられた冷却ガス分配グリッド、を含んでもよい。連絡管、ケーブルまたは別の配管は、例えばその場の温度測定のための制御装置と同様に、ビーム１１、１２の溝またはくぼみに一体化され得る。この温度調節装置は、マウント１０全体の構造的整合性に負の影響を及ぼすことなく、膨張できるように、ビーム１１、１２の枠組みに固定されるのが好ましい。これは、例えば、片手型クランプまたは弾性をもつ固定具によって、実施できる。

温度調節装置は、１００℃と５００℃との間に、好ましくは１５０℃と３００℃との間に、そして、特に１８０℃と２５０℃との間に、温度を許容するか、そして／または制御するように構成されるのが好ましい。高い放射率を有するコーティングは、放出された熱の吸収を増して、ヒートシンクまたは温度調節装置のそれぞれの性能を高める。

本発明によるマウント１０は、温度制御媒体、例えば水、蒸気、油と、同様に、例えば、ＰＥＣＶＤ工程の間に用いられ、たいていは弗素基を含む清掃ガスまたはエッチング・ガスの腐食性の作用との、それぞれ両方に耐えなければならない。

本発明の好ましい実施態様において、枠組みは≧１ｍ^２の大きさを備えている、特に好ましい実施態様においては、枠組みは、１．４ｍ^２の大きさを備えている。これによって、マウント１０は、≧１ｍ^２の範囲の、特に１．４ｍ^２の範囲の大きさまたは寸法を備えた基板のために構成され得る。

マウント１０は、反応器、例えばＰＥＣＶＤ反応器を収容するために構成される。反応器は、しっかりとした真空でなくてもよく、専用の、小さな容量中でプラズマ・パラメータを制御することができればよい。各反応器は、専用の電気的接続および作業ガス供給を備えている。ＰＥＣＶＤまたはエッチング工程の残差は、共通の密閉容器に接続された、図示されていないポンプによって、取り除かれる。

所望の位置に反応器を案内するために、枠組み、例えば横ビーム１２は、溝１４を有してもよく、そこに反応器のそれぞれの突出部が位置する。溝１４は図３ａに示されている。それに代えて、または追加的に、トラック１５は、マウント１０に反応器をマウントするまたは吊るすために、設けられる。このトラック１５は図４ｂに示されており、例えば、Ｕ型の棒材として形成されてもよい。

従って、反応器は、各反応器マウント１０の上側に載置されるように取り付けることができる。この場合、反応器は、溝１４に配置され得る。あるいは、反応器は、各反応器マウント１０のより下側に据え付けて取り付けられ得る。この場合、反応器は、トラック１５内に配置され得る。

加えて、ビーム１１、１２は、溝１４そして／またはトラック１５の隣に、追加機能のための空間、例えば、工具または装着／取外しロボットを取り付けるための空間、を提供する、更なる溝またはくぼみを備えることができる。

マウント１０は、固定装置１６を備えていてもよい。固定装置１６により、真空室に位置するようにマウント１０のスタック１７が形成され得る。この場合スタック１７は、上述したように本発明によるマウント１０を含む。このようなスタック１７は、図５に示される。図５で示すスタック１７は、この固定装置１６を介して複数のマウント１０を接続する支柱１８により、またはそれに基づいて設置される。この固定装置１６は、それぞれのマウント１０の各角に接続しているのが好ましい。

マウント１０は、コネクタ１９により接続されてもよく、そこからマウント１０のそれぞれの流路に、そしてさらに温度調節装置に温度制御媒体を案内するための導通管２０が設けられている。

１０個の反応器を収容しているスタック１７は、従って、１１個の反応器マウント１０からなる。これらのマウント１０は、好ましくは、ステンレス鋼、例えば高純度な高品質鋼から作製された、４つの支柱１８および固定装置１６により保持され得る。このステンレス鋼は、反応器スタックの長さ変形を減らすために、きわめて低い線膨張係数を呈することが好ましい。図５では、各反応器マウント１０は、２つの長手方向の外側ビーム１１および６つの横ビーム１２を有する。外側ビーム１１および横ビーム１２は、共にステンレス鋼からなり、互いにねじ止めされている。

反応器それ自体は図示されてはいないが、隣接するマウント１０の間にそれらを配置することにより、スタック１７に挿入され得る。好ましい実施態様においては、反応器は、つり下げられて配置される。これは、例えば、図４ｂに示した、反応器マウント１０のより下の側に据え付けた、例えばＵ型の棒材のトラック１５によって、例えば実施され得る。適当な対応する部品により、引き出しのように構成できるので、組立てと同様に、反応器の交換または保守を簡単化できる。

いずれの反応器も別の反応器とは独立に設計でき、そして、したがって、反応器は、それぞれに、電極、例えばプレートのような電極、ガス分配シャワーヘッドおよび基板支持を含むので、反応器マウント１０の温度制御機能は、各反応器の両側に作用し、したがって、精密に反応器の温度を制御できる。個々のマウント１０の温度調節装置は、例えば導通管２１によって、連続的に接続されるか、または並列に接続され得る。その場合、都合のよいことに主要な温度制御媒体の供給部は、支柱１９のうちの１つと近接した関係に配置され、それが図５に示されている。

この例は、限定的に理解してはならず、発明に係るモジュール組立体は、本発明の範囲を逸脱することなく、異なる大きさの基板および別の数のビームにより実施できる。

本発明が、図面および前述の記載で詳細に例示され、説明されてはいても、そのような図面および記載は、解説のためあるいは例示的なものと見なされ、それに拘束されない。本発明は、開示された実施態様に限定されない。開示された実施態様としての別の変形例は、図面、開示および添付の請求項を検討することにより、請求項の本発明を実施する当業者により理解され、実行され得る。請求項において、「からなる」という語は、それ以外の要素またはステップを除外するものではなく、そして不定冠詞は複数を除外するものではない。互に異なる従属クレーム中に、それぞれ特定の手段が記載されているという単なる事実は、これらの手段の組合せが使われ得ないことを示すものではない。請求項中のいかなる参照符号も、技術的範囲を限定するものとして解釈されてはならない。

１ 真空室
２ 密閉容器
３ 鋼製プレート
４ 反応器
５ 支柱
６ コネクタ
７ 導通管
８ 溝
９ ポケット
１０ マウント
１１ 外側ビーム
１２ 横ビーム
１３ 小室
１４ 溝
１５ ラック
１６ 固定装置
１７ スタック
１８ 支柱
１９ コネクタ
２０ 導通管
２１ 導通管

Claims (3)

1. ＰＥＣＶＤ反応器を収容するための真空室であって、
   当該真空室内には当該ＰＥＣＶＤ反応器を取り付けるための複数のマウント（１０）を有し、当該複数のマウント（１０）は複数の支柱（１８）に接続されて当該マウント（１０）のスタック（１７）を形成し、
   当該マウント（１０）は互いに対向して配置された少なくとも２つの外側ビーム（１１）と複数の横ビーム（１２）との枠組みからなり、当該枠組みは当該ＰＥＣＶＤ反応器を担持しかつ≧１ｍ ^２ の寸法を備え、当該外側ビーム（１１）と当該横ビーム（１２）とは小室（１３）を形成し、当該小室（１３）内には当該ＰＥＣＶＤ反応器のための温度調節装置が設けられ、
   当該温度調節装置は２つの平行したプレートを含み、当該ビーム（１１、１２）の間に亘り、当該ビーム（１１、１２）にその外側で溶封され、温度制御媒体を通過案内するための導入口および放出口を備える、
   真空室。
2. 前記ビーム（１１、１２）はステンレス鋼またはアルミニウムからなる、請求項１に記載の真空室。
3. 前記温度調節装置は、片手型クランプまたは弾性を有する固定具により前記ビーム（１１、１２）に接続される、請求項１または２に記載の真空室。

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