(57)【要約】      （修正有）【課題】ウォーキングビーム方式の熱処理炉では、被処理体が急激な温度変化をすることになるため、特に被処理体が熱処理炉から出るときには、応力を受け反りが発生し、被処理体の周辺端部からクラックが発生することがあるため、クラックの発生しない熱処理炉の搬送装置を提供する。【解決手段】被処理体６が載置される複数の載置部８を有し、前記被処理体６が他の載置部８にピッチ搬送される熱処理炉の搬送装置４ｂであって、該搬送装置の前記載置部８が少なくとも前記熱処理炉の出口側外部において加熱手段７を備えている。【選択図】図３
2011033201.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理体が載置される複数の載置部を有し、前記被処理体が他の載置部にピッチ搬送される熱処理炉の搬送装置であって、
該搬送装置の前記載置部が少なくとも前記熱処理炉の出口側外部において加熱手段を備えている
ことを特徴とする熱処理炉の搬送装置。
【請求項２】
前記加熱手段が前記載置部の内部に備えられたものである
ことを特徴とする請求項１記載の熱処理炉の搬送装置。
【請求項３】
前記熱処理炉内のピーク温度に対する前記載置部の温度を４０〜６０％とする
ことを特徴とする請求項１または２記載の熱処理炉の搬送装置。
【請求項４】
前記載置部の形状は、角柱状または楕円柱状である
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の熱処理炉の搬送装置。
【請求項５】
前記載置部の前記被処理体を載置する載置面の材質は、アルミナ又はジルコニアである
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の熱処理炉の搬送装置。
【請求項６】
前記搬送装置の搬送方式が、
前記被処理体の送り手である移動ビームと、
前記被処理体の受け手である固定ビームと、
を並列に有し、
前記被処理体を移動ビーム上に載置した状態で進行方向に移動した後に、
前記移動ビームを前記固定ビーム上で下降させることにより、
前記被処理体を前記固定ビーム上に載置することを可能にするウォーキングビーム方式である
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の熱処理炉の搬送装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱処理炉の搬送装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば単結晶や多結晶のシリコンウエハを使用した太陽電池素子の製造工程において、ＰＮ接合などを該シリコンウエハに形成した後で、その表面上に電極を形成しているのが通例である。
【０００３】
この電極形成は、シリコンウエハの表面側と裏面側のそれぞれの面に、アルミニウムや銀を主成分とした導電ペーストをスクリーン印刷法などで所定パターンにて塗布し、その後熱処理炉で６００〜９００℃程度にて所定時間で加熱処理することで、塗布した導電ペーストを焼成することで行われている。
【０００４】
この太陽電池用シリコンウエハに形成された導電ペーストの焼成においては、ピーク温度までの昇温及びピーク温度からの降温を迅速に行うことが、太陽電池素子の光電変換効率の向上に有効であることが解っている。
【０００５】
このため導電ペーストの焼成に用いられる熱処理炉は、シリコンウエハの昇温及び降温を迅速に行うことが可能なウォーキングビーム方式等の熱処理炉を用いることが提案されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−９０６８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記のウォーキングビーム方式の熱処理炉は、炉の内外でシリコンウエハを搬送するのに移動ビームと固定ビームを組み合わせて用いるものである。すなわち移動ビームが下から上へ動いて移動ビーム上にシリコンウエハを持ち上げて載置し、移動ビームを１ピッチ分移動させ、移動ビームを下げてシリコンウエハを固定ビーム上に載置し、移動ビームを下げたままの状態で１ピッチ分元に戻すという動作を繰り返すものである。
【０００８】
このためウォーキングビーム方式の熱処理炉では、導電ペーストを塗布したシリコンウエハは非連続的に移動することを繰り返すことになるため、ベルトコンベア方式に比べ急激な温度変化をすることになる。
【０００９】
例えば図６に示されるように熱処理炉から出るとき、熱処理炉の出口の外に設けられた固定ビーム（後部固定ビーム５ｂ）にシリコンウエハ６を載置した場合、シリコンウエハ６の周辺部の放熱がシリコンウエハ６の中央部に比べ大きいため、周辺部での収縮が早くなりこの収縮する方向と直交する方向に、シリコンウエハ６周辺部から中央部に向けての応力が発生する。
【００１０】
また、この応力に導電ペーストとの熱膨張率差に起因する応力も合成されて、シリコンウエハ６には大きな反りが発生し、角部や周辺部に応力集中してクラックが発生しやすくなる。
【００１１】
これによりシリコンウエハ６の周辺端部等からクラックが発生することがあり、例えば太陽電池素子の光電変換効率が低下する等、歩留りが低下するという問題があった。
【００１２】
本発明は係る問題に鑑みなされたものであり、その目的はシリコンウエハなどの被処理体にクラックが発生しにくい、歩留りが安定したウォーキングビーム方式等の熱処理炉の搬送装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記に鑑みて本発明の熱処理炉の搬送装置は、被処理体が載置される複数の載置部を有し、前記被処理体が他の載置部にピッチ搬送される熱処理炉の搬送装置であって、該搬送装置の前記載置部が少なくとも前記熱処理炉の出口側外部において加熱手段を備えていることを特徴とする。
【００１４】
さらに、前記加熱手段が前記載置部の内部に備えられたものであることを特徴とする。
【００１５】
さらに、前記熱処理炉内のピーク温度に対する前記載置部の温度を４０〜６０％とすることを特徴とする。
【００１６】
さらに、前記載置部の形状は、角柱状または楕円柱状であることを特徴とする。
【００１７】
さらに、前記載置部の前記被処理体を載置する載置面の材質は、アルミナ又はジルコニアであることを特徴とする。
【００１８】
さらに、前記搬送装置の搬送方式が、前記被処理体の送り手である移動ビームと、前記被処理体の受け手である固定ビームと、を並列に有し、前記被処理体を移動ビーム上に載置した状態で進行方向に移動した後に、前記移動ビームを前記固定ビーム上で下降させることにより、前記被処理体を前記固定ビーム上に載置することを可能にするウォーキングビーム方式であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の熱処理炉の搬送装置によれば、被処理体が載置される複数の載置部を有し、前記被処理体が他の載置部にピッチ搬送される熱処理炉の搬送装置であって、前記搬送装置の前記載置部が少なくとも前記熱処理炉の出口側外部において加熱手段を備えていることで、固定ビームが加熱手段によって一定に保温されることにより、被処理体の周辺端部からの固定ビームへの放熱が抑えられ、特に被処理体の周辺端部での急激な温度変化が低減されるので、クラックの発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】通常のウォーキングビーム方式を示す模式図である。
【図２】本発明の熱処理炉の搬送装置における被処理体の挙動を示す模式図である。
【図３】本発明に係る熱処理炉の搬送装置における後部移動ビームと後部固定ビームを示す模式図である。
【図４】本発明に係る熱処理炉の搬送装置における加熱機構を示す断面図である。
【図５】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、本発明の熱処理炉の搬送装置における後部移動ビームに設けられた載置部に断熱材を設けた状態を示す斜視図である。
【図６】従来の熱処理炉の搬送装置における被処理体の挙動を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の熱処理炉の搬送装置の一実施形態について、図面を用いて詳説する。
【００２２】
本発明の熱処理炉の搬送装置は、被処理体が載置される複数の載置部を有し、前記被処理体が他の載置部にピッチ搬送される熱処理炉の搬送装置であって、該搬送装置の前記載置部が少なくとも前記熱処理炉の出口側外部において加熱手段を備えていることが好ましい。
【００２３】
まず、図１は通常のウォーキングビーム方式を示す模式図である。図１において、１は熱処理炉、２ａは炉体上部、２ｂは炉体下部、３ａは上部ヒーター、３ｂは下部ヒーター、４ａは前部移動ビーム、４ｂは後部移動ビーム、５ａは前部固定ビーム、５ｂは後部固定ビーム、６は被処理体を示す。
【００２４】
この上部ヒーター３ａ、下部ヒーター３ｂは、例えばセラミック遠赤外線ヒーターや近赤外線ランプヒーターなどである。
【００２５】
熱処理炉１の搬送機構は、移動ビーム４ａ、４ｂと固定ビーム５ａ、５ｂからなる。移動ビーム４ａ、４ｂは、一本の角柱又は円柱状のビームに爪状又はテーブル状などの被処理体６の載置部８を設けたものであり、シーケンサーなどの制御に基づいてサーボモーターやエアシリンダーなどにより連動して駆動され、所定の距離で、前進、下降、後退、上昇のサイクルを繰り返すように製作されている。
【００２６】
そして本発明の熱処理炉の搬送装置においては、被処理体６の対向する２辺端部が、後部固定ビーム５ｂに支持されて載置されるが、後部固定ビーム５ｂが発熱体７によって加熱されていることにより、被処理体６が後部固定ビーム５ｂと接している周辺端部からの放熱を低減でき、シリコンウエハの角部や周辺端部での応力集中を低減でき、よって被処理体６の周辺端部からのクラックの発生を低減できる。
【００２７】
図２に示すように、後部固定ビーム５ｂが加熱されている場合、シリコンウエハ６周辺部からの放熱を抑制できるため、当該部からの放熱を中央部とほぼ等しくできるため、シリコンウエハ６の冷却に伴う収縮が等しくなり、冷却による応力が低減される。
【００２８】
特に本発明の熱処理炉の搬送装置では、被処理体６（太陽電池素子用シリコンウエハなど）の昇温及び降温を迅速に行うことが可能になるので、その光電変換効率の向上を図ることが可能になると共に、上記のようにシリコンウエハの周辺端部からのクラックの発生を低減することができる。
【００２９】
さらに、本発明の熱処理炉の搬送装置は、前記加熱手段が前記載置部の内部に備えられたものであることが好ましい。
【００３０】
図３は本発明に係る熱処理炉の搬送装置における後部移動ビーム４ｂと後部固定ビーム５ｂの斜視図を示す。これにおいて７は発熱体、８は後部移動ビーム４ｂに設けられた爪状の被処理体６の載置部８を示す。後部固定ビーム５ｂは、上述のように耐熱性の金属で製作された角柱又は円柱状のビームから成るが、内部は中空に製作される。
【００３１】
図４に示すようにこの固定ビーム５ｂの内部に、シーズヒーターなどの発熱体７を挿入し、さらに後部固定ビーム５ｂの表面近傍又は内部に熱電対などの温度センサーを配置し、温度調節器により固定ビーム５ｂの表面が所定温度で維持されるように制御する。また、多数の糸状又はリボン状のステンレスなどの金属を絡ませた充填剤を発熱体７と後部固定ビーム５ｂの間に配置することにより、後部固定ビーム５ｂを迅速かつ均一に昇温することができる。
【００３２】
また、固定ビーム５ｂの被処理体６が載置される上面以外の面は、グラスウールなどの断熱材１０を取り付けることが温度を一定に保ちやすくなるため望ましい。この様な断熱材１０にはガラス繊維織布から成るチューブやグラスウールをチューブ状にしたものなどが使用できる。
【００３３】
図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、この後部移動ビーム４ｂに設けられる載置部８に断熱材１０，１１，１２を設けた状態の斜視図を示したものである。９は後部移動ビーム４ｂと載置部８ａ、８ｂ、８ｃとの連結部、１０、１１、１２は断熱材を示す。
【００３４】
図５（ａ）に示す爪状の載置部８ａは被処理体６の周辺端部での放熱を抑えることができ、この載置部８ａの被処理体６と当接する部分は、キャップ状の断熱材１０を被せて耐熱性の接着剤やネジ止めなどで固定することで得られる。
【００３５】
図５（ｂ）に示す載置部８ｂは短冊状のものであり、被処理体６の一辺端部の略全域をこの載置部８ｂに載置するものである。短冊状の載置部８ｂに設けられた断熱材１１と、当接している被処理体６の２辺の部分との放熱が押さえられるため、この部分での応力の集中を低減でき、クラックの発生を抑制することができる。
【００３６】
図５（ｃ）に示す載置部８ｃはテーブル状のものであり、被処理体６の下面側の略全域をこの載置部８ｃに載置するものである。テーブル状の載置部８ｃに矩形状の断熱材１２設けられ、被処理体６の降温を穏やかにすることができ、クラックの発生を防ぐことができる。
【００３７】
図５（ｂ）、（ｃ）に示す断熱材１１、１２には、グラスウールやガラス繊維織布を積層したものなどを用いることができ、これらを載置部８ｂ、８ｃに耐熱性の接着剤やネジ止めなどで固定して用いることができる。
【００３８】
さらに、本発明の熱処理炉の搬送装置は、前記熱処理炉内のピーク温度に対する前記載置部の温度を４０〜６０％とすることが好ましい。
【００３９】
後部固定ビーム５ｂの温度は、被処理体６のクラックの発生状況を観ながら最適に決定すれば良いが、例えば上記の導電ペーストを塗布した太陽電池素子用シリコンウエハの焼成工程において、熱処理時のピーク温度が８００〜９００℃であった場合、発明者らが繰り返し行ったテストでは、後部固定ビーム５ｂのシリコンウエハ６の載置部８における温度は、ピーク温度の４０〜６０％である時が完成した太陽電池素子の光電変換効率が向上し、クラックの発生率も最小であり最適であった。
【００４０】
ピーク温度は、通常はレコーダーに接続した熱電対をダミー基板にセラミック接着剤のような耐熱性の接着剤により固定して、これを熱処理炉１内の搬送に合わせて投入し、投入後の時間毎の温度変化をプロットし、このプロファイルにより求めることができる。
【００４１】
さらに、本発明の熱処理炉の搬送装置は、前記載置部の形状は、角柱状または楕円柱状であることが好ましい。
【００４２】
固定ビーム５ａ、５ｂが、断面が角柱または楕円柱状のビームから成り、移動ビーム４ａ、４ｂの両側にほぼ平行に各々２本づつ配置され、２本のビームの間隔は被処理体６の寸法より１０〜３０ｍｍ程度狭く配置される。
【００４３】
固定ビーム５ａ、５ｂの断面形状が角柱状であると、被処理体６が固定ビーム５ａ、５ｂ上に載置される時の衝撃を、載置部８の面全体で受けることになるため、被処理体６のクラックやワレが発生しにくくなり望ましい。
【００４４】
また、固定ビーム５ａ、５ｂの断面形状が楕円柱状であると、被処理体６の裏面にすでに導電ペーストなどがスクリーンプリントなどで塗布されている場合には、固定ビーム５ａ、５ｂに角部が無いので、被処理体６を固定ビーム５ａ、５ｂ上に載置する時に導電ペーストを傷つけることがない点で望ましい。
【００４５】
さらに、本発明の熱処理炉の搬送装置は、前記載置部の前記被処理体を載置する載置面の材質は、アルミナ又はジルコニアであることが好ましい。
【００４６】
このような移動ビーム４ａ、４ｂと固定ビーム５ａ、５ｂの材質は、必要な耐熱性能などを考慮して決定すれば良いが、例えば鉄クロムアルミニウム合金などの耐熱金属やアルミナやジルコニアなどのセラミック材料が使用可能で、特にアルミナやジルコニアなどのセラミック材料では、長期的な高温での使用に対しても熱による変形がない点で望ましい。
【００４７】
さらに、本発明の熱処理炉の搬送装置は、前記搬送装置の搬送方式が、前記被処理体の送り手である移動ビームと、前記被処理体の受け手である固定ビームと、を並列に有し、前記被処理体を移動ビーム上に載置した状態で進行方向に移動した後に、前記移動ビームを前記固定ビーム上で下降させることにより、前記被処理体を前記固定ビーム上に載置することを可能にするウォーキングビーム方式であることが好ましい。これにおいて本発明の熱処理炉１の搬送装置の動作を図１にて説明する。
【００４８】
まず、前部固定ビーム５ａの入り口側付近において、被処理体６の対向する２辺端部を固定ビーム５ａ上に載置させる。
【００４９】
そして、前部移動ビーム４ａが上昇することにより、この被処理体６を移動ビーム４ａの載置部８に載置し、前部移動ビーム４ａを所定の距離（例えば被処理体６の寸法より１０〜３０ｍｍ程度大きい距離）前進させる。
【００５０】
そして、前部移動ビーム４ａの前進を止め、移動ビーム４ａを固定ビーム５ａの高さより低くなるように下降させる。これにより被処理体６は前部固定ビーム５ａの最初の位置から所定距離進んだ位置に載置されることとなる。
【００５１】
そして、前部移動ビーム４ａの下降後、前部固定ビーム５ａの熱処理炉の入り口側外部に戻す。
【００５２】
以上のような動作を繰り返すことにより、被処理体６は非連続的に前進を繰り返すと共に前部移動ビーム４ａと前部固定ビーム５ａには、複数の被処理体６が交互に載置されることとなる。
【００５３】
さらに熱処理炉１の出口まで前進し、前部固定ビーム５ａの出口側端部に載置された被処理体６は、前部移動ビーム４ａが下降後、後退している間に後部移動ビーム４ｂが上昇することにより、この被処理体６を後部移動ビーム４ｂの載置部に載置し、後部移動ビーム４ｂを所定距離前進させる。その後移動ビーム４ｂの前進を止め、移動ビーム４ｂを下降させる。
【００５４】
以上のような動作を繰り返すことにより、被処理体６は後部移動ビーム４ｂと後部固定ビーム５ｂには複数の被処理体６が交互に載置されることとなる。
【符号の説明】
【００５５】
１；熱処理炉
２ａ；炉体上部
２ｂ；炉体下部
３ａ；上部ヒーター
３ｂ；下部ヒーター
４ａ；前部移動ビーム
４ｂ；後部移動ビーム
５ａ；前部固定ビーム
５ｂ；後部固定ビーム
６；被処理体（シリコンウエハ）
７；発熱体
８（８ａ、８ｂ、８ｃ）；載置部
９；後部移動ビームと載置部との連結部
１０、１１、１２；断熱材
１３：充填材
【図１】
2011033201.tif 000003
【図２】
2011033201.tif 000004
【図３】
2011033201.tif 000005
【図４】
2011033201.tif 000006
【図５】
2011033201.tif 000007
【図６】
2011033201.tif 000008