(57)【要約】  本発明（複数可）は、基板表面上に堆積させた材料を効率よく乾燥させる装置および方法を提供する。本明細書に記載する装置および方法は、基板の表面上に堆積させた材料から溶剤タイプの材料を除去するのに有用となり得る。場合によっては、材料は、スクリーン印刷プロセスを用いて堆積させることができる。一実施形態によるスクリーン印刷チャンバは、結晶シリコン基板上にパターン付き材料を堆積させ、次いで、堆積させた材料を乾燥チャンバ内で乾燥させる。一実施形態では、スクリーン印刷チャンバと乾燥チャンバがどちらも、カリフォルニア州サンタクララの本出願人によって市販されるＲｏｔａｒｙ  ｌｉｎｅツールまたはＳｏｆｔｌｉｎｅ（商標）ツール内に配置される。
2011526734.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理領域を通して１または複数の基板を搬送するように構成された第１のコンベヤと、
前記第１のコンベヤ上に配置された前記１または複数の基板に、１または複数の波長の電磁エネルギーを供給する放射伝熱組立体と、
対流伝熱組立体と
を備えた基板処理装置であって、前記対流伝熱組立体が、
加熱素子を内蔵するプレナム、および
前記プレナムに内蔵された前記加熱素子と、前記処理領域内で前記第１のコンベヤ上に配置された前記基板の表面とにガスを通過させるように構成された流体供給デバイスを含んでいる、基板処理装置。
【請求項２】
前記対流伝熱組立体が、
前記基板の前記表面を通過した前記ガスを受け取るように配置された入口ポートを有する前記プレナムと、
前記入口ポートから受け取った前記ガスと流体連通する熱交換面を有する熱交換組立体と
をさらに備える、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記熱交換組立体が、前記熱交換面と熱連通して前記入口ポートから受け取った前記ガスから熱を除去する熱コントローラをさらに備える、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記第１のコンベヤおよび前記処理領域の一部を取り囲む１または複数の壁
をさらに備え、
前記プレナムが、前記加熱素子と前記処理領域との間に配置された出口ポートをさらに備え、前記流体供給デバイスによって供給される前記ガスが、前記出口ポートを通って前記処理領域の一部を取り囲む前記１または複数の壁の間を流れてから前記入口ポートに入る、
請求項２に記載の装置。
【請求項５】
１または複数のランプおよび前記ランプに電気的に結合された電源を有する前記放射伝熱組立体と、
前記ランプによって前記基板に供給される電磁エネルギーの前記波長を調整するコントローラと
をさらに備える、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記コンベヤが、基板が前記処理領域を通り、前記入口ポートおよび出口ポートを通過するように、前記基板を搬送するベルトを備えている、請求項４に記載の装置。
【請求項７】
回転アクチュエータに結合された第１の基板支持体と、
前記回転アクチュエータが第１の方向に向く角度に配置されたときに、前記第１の基板支持体を受け取るように配置された第１のスクリーン印刷チャンバと、
前記回転アクチュエータが第２の方向に向く角度に配置されたときに、前記第１の基板支持体から基板を搬送するように配置された第２のコンベヤであって、前記第１のコンベヤと搬送可能に連通する第２のコンベヤと
をさらに備える、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記回転アクチュエータに結合された第２の基板支持体と、
前記回転アクチュエータが前記第１の方向に向く角度に配置されたときに、前記第２の基板支持体に基板を搬送するように配置された第３のコンベヤと、
前記回転アクチュエータが前記第１の方向に向く角度に配置されたときに、前記第２の基板支持体から基板を受け取るように配置された第４のコンベヤと
をさらに備える、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記対流伝熱組立体が、
前記プレナムに内蔵された複数の熱交換管であって、前記流体供給デバイスが、前記複数の熱交換管の第１の表面、前記加熱素子、および前記処理領域内に配置された前記１または複数の基板を通過するようにガスを移動させる、複数の熱交換管と、
前記複数の熱交換管の温度を制御する熱交換デバイスと、
前記１または複数の基板の前記表面を通過した前記ガスを受け取って、前記受け取ったガスを前記複数の熱交換管の第２の表面を通過するように導くように配置されたプレナム入口と
をさらに備える、請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
スクリーン印刷チャンバ内に基板を配置し、次いで、スクリーン印刷プロセスを用いて前記基板上に材料を堆積させること、
前記材料を堆積させた後に、前記基板を乾燥チャンバの処理領域に搬送すること、
前記処理領域内に配置された前記基板の表面に、一定量の電磁エネルギーを供給すること、および
前記処理領域内に配置された前記基板の前記表面を通過するように加熱ガスを供給すること
を含む、基板の処理方法。
【請求項１１】
前記一定量の電磁エネルギーを供給することが、前記堆積させた材料による前記電磁エネルギーの吸収を促進するとともに、前記基板内に含まれる１または複数の材料により吸収されるエネルギーの量を最小限に抑えるために、１または複数の所望の波長の前記電磁エネルギーを供給することをさらに含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
加熱ガスを供給することが、
熱交換面の温度を制御すること、および
前記加熱ガスが前記基板を通って前記熱交換面に供給された後に前記加熱ガスの少なくとも一部を供給することであって、前記熱交換面の温度が、前記加熱ガスの前記一部に含まれる揮発性成分が前記熱交換面上で凝縮するように制御されること
をさらに含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記第１の熱交換面の温度が約４０℃〜約３００℃である、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
加熱ガスを供給することが、
加熱素子にガスを通すことによって前記ガスを加熱すること、
前記加熱ガスを、前記処理領域の一領域を通るように導くこと、および
前記処理領域を通るように導かれた前記加熱ガスの少なくとも一部を受け取って、前記加熱ガスの前記少なくとも一部を前記加熱素子に通すことにより、前記加熱ガスの前記一部を再循環させること
をさらに含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１５】
前記基板がシリコン含有基板である、請求項１０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スクリーン印刷プロセスなど、基板の表面上へのパターン付き層の堆積に使用されるシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池は、太陽光を直接電力に変換する光起電力（ＰＶ）デバイスである。ＰＶデバイスは典型的に、１または複数のｐ−ｎ接合を有する。各接合は、一方がｐ型領域と表され、他方がｎ型領域と表される、半導体材料内の２つの異なる領域からなる。ＰＶ電池のｐ−ｎ接合が（光子からのエネルギーからなる）太陽光に曝されると、太陽光がＰＶ効果によって直接電力に変換される。ＰＶ太陽電池は、特定量の電力を発生させ、電池がタイル状に並べられて、所望量のシステム電力を供給するようにサイズ設定されたモジュールになる。ＰＶモジュールは、特定のフレームおよびコネクタを用いてつなぎ合わされて、パネルになる。太陽電池は一般に、単結晶または多結晶シリコン基板の形をとってよいシリコン基板上に形成される。典型的なＰＶ電池は、典型的に約０．３ｍｍ未満の厚さのｐ型シリコンウェーハ、基板、またはシートと、基板内に形成されたｐ型領域の上面上にあるｎ型シリコンの薄層とを含む。
【０００３】
光起電力市場は、年間成長率が３０％を超える成長を過去１０年間にわたって遂げている。全世界の太陽電池発電が、近い将来に１０ＧＷｐを超える可能性があると、一部の論文が示唆している。全ての光起電力モジュールの９５％超が、シリコンウェーハベースであると推定されている。高い市場成長率と、太陽電気コストを大幅に削減する必要性とが相まって、高品質光起電力デバイスの安価な形成に関するいくつかの重大な課題を生み出している。したがって、商業的に実現可能な太陽電池を形成する上で重要な１つの要素は、デバイス歩留まりを向上させ、基板スループットを増大させ、かつ／または形成されるデバイスの作製に消費するエネルギーを低減させることによって、太陽電池の形成に必要な製造コストを削減することにある。
【０００４】
スクリーン印刷が、布などの物体上へのデザインの印刷に長い間使用されてきており、エレクトロニクス産業では、電気接点または相互接続などの電気構成要素のデザインを基板の表面上に印刷するのに使用されている。最高水準技術の太陽電池製作プロセスも、スクリーン印刷プロセスを使用する。
【０００５】
一般に、構成要素の表面上にパターンを堆積させた後、堆積させたパターンが確実に、後続の搬送ステップ中に安定しており、また太陽電池作製中に実施される高温アニールプロセスなど、後続の処理ステップに耐えることができるように、堆積させた材料を乾燥させることが望ましい。太陽電池製造中に使用される、従来の放射加熱タイプの乾燥プロセスは、基板による典型的に少ない赤外（ＩＲ）吸収のため、実施にかなりの時間を必要とし、完了までにかなりのエネルギーを浪費する。
【０００６】
さらに、乾燥プロセス中に、基板表面上に堆積させた材料から溶剤材料が典型的に除去され、それが、処理済みの基板および乾燥デバイス内の構成部品を汚染することがある。また、堆積させた材料から溶剤が気化する速度、したがって堆積させた材料を「乾燥させる」のに必要な時間が、乾燥デバイスの処理領域内の溶剤材料の分圧によって変わることがある。
【発明の概要】
【０００７】
したがって、基板および支持ハードウェアの汚染を低減させ、かつ乾燥プロセスをスピードアップするために、処理中に、気化した溶剤材料を除去してオーブン内の蒸気量を低減させる方法が必要とされている。
【０００８】
したがって、スクリーン印刷するプロセス中に形成される、堆積させた材料の乾燥に費やす時間を短縮し、エネルギー消費を低減させ、デバイス歩留まりを向上させ、他の既知の装置よりも低い所有コスト（ＣｏＯ）を生み出す、太陽電池、電子回路、または他の有用なデバイス作製用のスクリーン印刷装置も必要とされている。
【０００９】
本発明は一般に、処理領域を通して１または複数の基板を搬送する第１のコンベヤと、第１のコンベヤ上に配置された１または複数の基板に、１または複数の波長の電磁エネルギーを供給する放射伝熱組立体と、対流伝熱組立体とを備えた基板処理装置であって、対流伝熱組立体が、加熱素子を内蔵するプレナム、及びプレナムに内蔵された加熱素子と、処理領域内で第１のコンベヤ上に配置された基板の表面とを通過してガスを移動させる流体供給デバイスを含む基板処理装置を提供する。
【００１０】
本発明の実施形態はさらに、基板の表面上に材料を堆積させること、パターン付き材料を堆積させた後に、基板を乾燥チャンバの処理領域に搬送すること、処理領域内に配置された基板の表面に、一定量の電磁エネルギーを供給すること、および処理領域内に配置された基板を通過するように加熱ガスを供給することを含む、基板を処理する方法を提供する。
【００１１】
本発明の実施形態はさらに、基板の表面上にパターン付き材料を堆積させること、パターン付き材料を堆積させた後に、基板をコンベヤに搬送すること、コンベヤを用いて、基板を乾燥チャンバの処理領域の少なくとも一部を通って搬送すること、基板が処理領域を通って搬送されるときに、基板の表面に一定量の電磁エネルギーを供給すること、および基板が処理領域を通って搬送されるときに、基板を通過するように加熱ガスを供給することを含み、加熱ガスを供給することが、加熱素子を通過するようにガスを流すことによって加熱すること、加熱ガスを、処理領域の一領域通過するよう導くこと、および処理領域を通って誘導された加熱ガスの少なくとも一部を受け取って、その加熱ガスの少なくとも一部を加熱素子に通すように供給することにより、加熱ガスの該一部を再循環させることをさらに含む、基板を処理する方法を提供する。
【００１２】
本発明の実施形態はさらに、処理領域を通して１または複数の基板を搬送する第１のコンベヤと、第１のコンベヤ上に配置された１または複数の基板に１または複数の波長の電磁エネルギーを供給する放射伝熱組立体と、対流伝熱組立体とを備える基板処理装置であって、対流伝熱組立体が、複数の熱交換管および加熱素子を内蔵するプレナムと、プレナムに内蔵された複数の熱交換管の第１の表面および加熱素子を横切り、処理領域内で第１のコンベヤ上に配置された基板の表面を通過するようにガスを移動させる流体供給デバイスと、複数の熱交換管の温度を制御する熱交換デバイスと、基板の表面を通過したガスを受け取り、受け取ったガスを、熱交換管の第２の表面を通過するように導くように配置されたプレナム入口とを含んでいる、基板処理装置を提供する。
【００１３】
本発明の実施形態はさらに、基板の表面上に材料を堆積させること、材料を堆積させた後に、基板を乾燥チャンバの処理領域に搬送すること、処理領域内に配置された基板の表面に、一定量の電磁エネルギーを供給すること、および基板が処理領域を通って搬送されるときに、基板に加熱ガスを供給することを含み、加熱ガスを供給することが、加熱素子を通過するようにガスを流すことによって加熱すること、加熱ガスを、処理領域内に配置された基板を通過するように導くこと、および基板を通過するように導かれた加熱ガスの少なくとも一部を受け取って、この加熱されたガスを第１の熱交換面に供給することにより、加熱ガスからエネルギーを除去することをさらに含む、基板を処理する方法を提供する。
【００１４】
本発明の実施形態はさらに、第１の回転軸を有する回転アクチュエータ組立体と、回転アクチュエータに結合された第１の基板支持体と、処理領域を通して１または複数の基板を搬送するように適合され、回転アクチュエータが第１の方向に向く角度に配置されたときに第１の基板支持体から基板を受け取るように配置された第１のコンベヤと、第２のコンベヤ上に配置された１または複数の基板に、１または複数の波長の電磁エネルギーを供給する放射伝熱組立体と、複数の熱交換管および加熱素子を内蔵するプレナム、ガスを、複数の熱交換管の第１の表面、加熱素子、および処理領域内に配置された１または複数の基板のそれぞれの表面を横切って移動させる流体供給デバイス、複数の熱交換管の温度を制御する熱交換デバイス、ならびに１または複数の基板の表面を通過したガスを受け取り、受け取ったガスを、複数の熱交換管の第２の表面を通過するように導くように配置されたプレナム入口を含む対流伝熱組立体とを備える、基板を処理するための装置を提供する。
【００１５】
本発明の上で列挙した特徴が達成され、それを詳細に理解することができるように、上で簡潔に要約した本発明のより特定の説明を、添付の図面に示されている本発明の実施形態を参照して行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態によるスクリーン印刷システムの等角図である。
【図２】図１に示す本発明の一実施形態によるスクリーン印刷システムの平面図である。
【図３】本発明の一実施形態による回転アクチュエータ組立体の等角図である。
【図４】本発明の一実施形態によるスクリーン印刷システムの印刷用ネスト（ｎｅｓｔ）部の等角図である。
【図５】本発明の一実施形態による乾燥チャンバの側断面図である。
【図６】図５による乾燥チャンバの別の側断面図である。
【図７】本発明の一実施形態による乾燥チャンバの側断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
理解を促す目的で、これらの図に共通の同一要素を示すために、可能な限り同一の参照符号が使用されている。ある実施形態の要素および特徴を、さらに列挙しなくても他の実施形態に有利に組み込めることが企図される。
【００１８】
しかし、添付の図面は、本発明の例示的な実施形態のみを示しており、したがって、本発明が他の同様に効果的な実施形態を認めることができるので、本発明の範囲を限定するものと見なすべきではないことに留意されたい。
【００１９】
本発明（複数可）は、基板表面上に堆積させた材料を効率よく乾燥させる装置および方法を提供する。本明細書に記載する装置および方法は、基板の表面上に堆積させた材料から溶剤タイプの材料を除去するのに有用となり得る。場合によっては、材料を、スクリーン印刷プロセスを用いて堆積させることができる。一実施形態によるスクリーン印刷チャンバは、結晶シリコン基板上にパターン付き材料を堆積させ、次いで、堆積させた材料を乾燥チャンバ内で乾燥させる。一実施形態では、スクリーン印刷チャンバと乾燥チャンバがどちらも、カリフォルニア州サンタクララのＡｐｐｌｉｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ、Ｉｎｃ．が所有するＢａｃｃｉｎｉ  Ｓ．ｐ．Ａ．から入手可能な、Ｒｏｔａｒｙ  ｌｉｎｅツールまたはＳｏｆｔｌｉｎｅ（商標）ツール内に配置される。
【００２０】
スクリーン印刷システム
図１〜２は、本発明のさまざまな実施形態と共に使用することのできる、多重スクリーン印刷チャンバ処理システム、またはシステム１００を示す。一実施形態では、システム１００は一般に、２つの入来コンベヤ１１１、回転アクチュエータ組立体１３０、２つのスクリーン印刷用ヘッド１０２、２つの退出コンベヤ１１２、および２つの乾燥チャンバ２００を含む。２つの入来コンベヤ１１１はそれぞれ、並列処理構成で構成され、したがってそれらがそれぞれ、入力コンベヤ１１３などの入力デバイスから基板を受け取り、基板を回転アクチュエータ組立体１３０に結合された印刷用ネスト１３１に搬送することができる。また、退出コンベヤ１１２はそれぞれ、回転アクチュエータ組立体１３０に結合された印刷用ネスト１３１から処理済みの基板を受け取り、処理済みの基板をそれぞれ、乾燥チャンバ２００に搬送するように構成される。入力コンベヤ１１３、および乾燥チャンバ２００内に収容されたドライヤコンベヤ１１４は一般に、システム１００に接続されるより大型の生産ライン、例えばＲｏｔａｒｙ  ｌｉｎｅツールまたはＳｏｆｔｌｉｎｅ（商標）ツールに接続される自動基板ハンドリングデバイスである。ドライヤコンベヤ１１４、入来コンベヤ１１１、退出コンベヤ１１２、および入力コンベヤ１１３は、以下では、ベルトタイプのコンベヤとして概して記載されるが、他のタイプのコンベヤ、ロボットデバイス、または他の類似の基板搬送機構を、本明細書に記載する本発明の基本的な範囲から逸れることなく使用することができる。図１〜４は、本明細書に記載するさまざまな実施形態の恩恵を受けることのできる、可能な１つの処理システム構成を示すためのものにすぎず、したがって、他のコンベヤ構成および他のタイプの材料堆積チャンバを、本明細書に記載する本発明の基本的な範囲から外れることなく使用できることが分かるであろう。
【００２１】
図２は、印刷用ネスト１３１のうち２つ（例えば参照符号「１」および「３」）が、そのそれぞれから退出コンベヤ１１２に基板１５０を搬送し、各入来コンベヤ１１１からそれぞれ基板１５０を受け取ることができるように方向付けられている、回転アクチュエータ組立体１３０の位置を概略的に示す、システム１００の平面図である。したがって、基板の移動は概して、図１および２に示す経路「Ａ」に従う。この構成では、残りの２つの印刷用ネスト１３１（例えば参照符号「２」および「４」）が、２つのスクリーン印刷チャンバ（すなわち図１のスクリーン印刷用ヘッド１０２）内に配置された基板１５０に対してスクリーン印刷プロセスを実施することができるように方向付けられる。また、この構成では、印刷用ネスト１３１は、ネスト上での基板移動方向が回転アクチュエータ組立体１３０の接線方向となるように方向付けられる。コンベヤが回転アクチュエータ組立体１３０の接線方向にあることにより、システムのフットプリントを増大させることなく、基板を２つの位置、例えば参照符号「１」および「３」（図２）から供給し、受け取ることが可能になる。
【００２２】
入来コンベヤ１１１および退出コンベヤ１１２は一般に、基板１５０を支持し、またシステムコントローラ１０１と連通するアクチュエータ（図示せず）を用いて基板１５０をシステム１００内の所望の位置に移送することのできる、少なくとも１本のベルト１１６を含む。図１〜２は、２本のベルト１１６スタイルの基板搬送システムを概して示しているが、本発明の基本的な範囲から逸れることなく、他のタイプの搬送機構を使用して同じ基板搬送および配置機能（複数可）を実施することができる。
【００２３】
システムコントローラ１０１は一般に、システム１００全体の制御および自動化を容易にするように設計され、典型的には、中央処理装置（ＣＰＵ）（図示せず）、メモリ（図示せず）、および支援回路（またはＩ／Ｏ）（図示せず）を含んでよい。ＣＰＵは、工業環境において、さまざまなチャンバプロセスおよびハードウェア（例えばコンベヤ、検出器、モータ、流体供給ハードウェアなど）を制御し、システムおよびチャンバプロセス（例えば基板位置、プロセス時間、検出器信号など）を監視するために使用される、任意の形態のコンピュータプロセッサの１つとすることができる。メモリは、ＣＰＵに接続され、ローカルであろうとリモートであろうと、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、フロッピーディスク、ハードディスク、または他の任意の形態のデジタル記憶装置など、容易に入手可能なメモリのうちの１または複数とすることができる。ＣＰＵに命令するために、ソフトウェア命令およびデータをコーディングして、メモリ内に記憶することができる。プロセッサを従来どおりに支援するために、支援回路もＣＰＵに接続される。支援回路には、キャッシュ、電源、クロック回路、入力／出力回路、サブシステムなどがあり得る。システムコントローラ１０１が読み取ることの可能なプログラム（またはコンピュータ命令）が、基板に対してどのタスクが実施可能かを決定する。好ましくは、プログラムは、システムコントローラ１０１が読み取ることの可能なソフトウェアであり、このソフトウェアは、少なくとも基板位置情報、制御されるさまざまな構成部品の移動のシーケンス、基板検査システム情報、およびそれらの任意の組合せを生成し、記憶するコードを含む。
【００２４】
システム１００で利用される２つのスクリーン印刷ヘッド１０２は、スクリーン印刷プロセス中に、印刷用ネスト１３１上に配置された基板の表面上に材料を所望のパターンで堆積させる、Ｂａｃｃｉｎｉ  Ｓ．ｐ．Ａ．から入手可能な従来型のスクリーン印刷用ヘッドとすることができる。一実施形態では、スクリーン印刷ヘッド１０２は、太陽電池基板上に金属含有材料または誘電体含有材料を堆積させる。一例では、基板は、約１２５ｍｍ〜１５６ｍｍのサイズの幅、および約７０ｍｍ〜１５６ｍｍの長さを有する太陽電池基板である。
【００２５】
一実施形態では、システム１００は、スクリーン印刷プロセスが実施される前または実施された後に基板１５０を検査する、検査組立体１９９も含む。検査組立体１９９は、図１および２に示す位置「１」および「３」に配置された入来する基板または処理済みの基板を検査するように配置された、１台または複数台のカメラ１２０を含んでよい。検査組立体１９９は一般に、損傷を受けた基板または誤って処理された基板を生産ラインから取り除くことができるように、検査し、検査結果をシステムコントローラ１０１に通信することのできる、少なくとも１台のカメラ１２０（例えばＣＣＤカメラ）および他の電子部品を含む。一実施形態では、支持プラテン１３８（図４）の上に配置された基板１５０を、検査組立体１９９によってより容易に検査することができるように、印刷用ネスト１３１がそれぞれ、基板を照明するためのランプまたは他の類似の光学的放射デバイスを含んでよい。基板が損傷を受けている場合、その基板を、支持プラテン１３８内の構成部品を用いて廃棄物収集容器１０７に移動させることができる。
【００２６】
検査組立体１９９は、各印刷ネスト１３１上での基板の正確な位置を求めるために使用することもできる。各印刷用ネスト１３１上での各基板１５０の位置データをシステムコントローラ１０１で使用して、スクリーン印刷ヘッド１０２内のスクリーン印刷ヘッド構成部品を配置および方向付けし、それにより、後続のスクリーン印刷プロセスの精度を向上させることができる。この場合、検査プロセスステップ（複数可）中に受け取ったデータに基づいて、スクリーン印刷ヘッド１０２を印刷ネスト１３１上に配置された基板の正確な位置に対して位置合わせするように、各印刷ヘッドの位置を自動的に調整することができる。
【００２７】
一実施形態では、図１〜３に示すように、回転アクチュエータ組立体１３０が４つの印刷用ネスト１３１を含み、それらはそれぞれ、各スクリーン印刷ヘッド１０２内で実施されるスクリーン印刷プロセス中に、基板１５０を支持する。図３は、４つの印刷用ネスト１３１のそれぞれの上に基板１５０が配置される構成を示す、回転アクチュエータ組立体１３０の等角図である。回転アクチュエータ組立体１３０は、印刷用ネスト１３１をシステム内で望ましい形で配置することができるように、回転アクチュエータ（図示せず）およびシステムコントローラ１０１を用いて軸「Ｂ」の周りで回転させ、角度を付けて配置することができる。回転アクチュエータ組立体１３０は、印刷用ネスト１３１またはシステム１００内での基板処理シーケンスの実施に使用される他の自動デバイスの制御を容易にする、１または複数の支持構成部品を有してもよい。
【００２８】
印刷用ネストの構成
図４に示すように、各印刷用ネスト１３１は一般に、給送スプール１３５と、巻取スプール１３６と、給送スプール１３５および／または巻取スプール１３６に結合され、プラテン１３８を横切って配置された支持材１３７を給送および保持する、１または複数のアクチュエータ（図示せず）とを有するコンベヤ組立体１３９からなる。プラテン１３８は一般に、スクリーン印刷ヘッド１０２内で実施されるスクリーン印刷プロセス中に基板１５０および支持材１３７が上に配置される基板支持面を有する。一実施形態では、支持材１３７が、支持材１３７の片側に配置された基板１５０を支持材１３７の反対側に従来型の真空発生デバイス（例えば真空ポンプ、真空エゼクタ）により与えられる真空によってプラテン１３８上に保持できるようにする多孔材である。一実施形態では、基板をプラテン１３８の基板支持面１３８Ａに「チャックする」ことができるように、プラテンの基板支持面１３８Ａ内に形成された真空ポート（図示せず）に真空が与えられる。一実施形態では、支持材１３７が、例えばたばこに使用されるタイプの発散性のある紙もしくは別の類似材料からなる、または同じ目的を果たす材料からなる、発散性材料である。
【００２９】
一構成では、支持材１３７上に配置された基板１５０の移動を印刷用ネスト１３１内で正確に制御することができるように、ネスト駆動機構１４８は、給送スプール１３５および巻取スプール１３６に結合され、またはそれらと係合する。一実施形態では、給送スプール１３５および巻取スプール１３６がそれぞれ、ある長さの支持材１３７の対向する端部を受け取る。一実施形態では、プラテン１３８を横切る支持材１３７の移動および位置を制御するために、ネスト駆動機構１４８が、給送スプール１３５および／または巻取スプール１３６上に配置された支持材１３７の表面に結合され、またはそれと接触する、１または複数の駆動ホイール１４７を含む。
【００３０】
図４を参照すると、一構成では、プラテン１３８を横切る支持材１３７の張力および移動が、給送スプール１３５および／または巻取スプール１３６の回転運動を制御することのできる従来型のアクチュエータ（図示せず）によって制御される。一構成では、支持材１３７が、給送スプール１３５と巻取スプール１３６の間でどちらの方向に移動させられるときも、複数のプーリ１４０によって案内および支持される。
【００３１】
乾燥オーブンの構成
図１は、基板１５０がスクリーン印刷用ヘッド１０２内で処理された後に、基板１５０を退出コンベヤ１１２から受け取るようにそれぞれが配置された２つの乾燥チャンバ２００を含むシステム構成を概して示す。図５〜６は、以下にさらに説明する乾燥チャンバ２００の１または複数の実施形態を概して示す。一般に、乾燥チャンバ２００は処理領域２０２を含み、処理領域２０２内では、１または複数の基板の表面上に堆積させた材料を乾燥させることができるように、熱システム２０１から処理領域２０２内に配置された１または複数の基板にエネルギーが供給される。一例では、堆積させる材料は、太陽電池作製プロセスにおいて結晶太陽電池基板上に裏面接点を形成するために一般に使用される、鉛フリーアルミニウムサーメットペースト（例えばＡｌ  Ｃｅｒｍｅｔ６２１４）などのアルミニウム（Ａｌ）含有ペーストである。別の例では、堆積させる材料を、太陽電池の前面で使用される銀（Ａｇ）ペースト（例えばＤｕＰｏｎｔ（商標）製のＰＶ１５６）、または太陽電池の裏面で使用される銀−アルミニウム（Ａｇ／Ａｌ）ペースト（ＤｕＰｏｎｔ（商標）のＰＶ２０２）とすることができる。処理領域２０２は、別の搬送デバイス（例えば退出コンベヤ１１２）から基板を受け取って、基板１５０を処理領域２０２内で移動させ、かつ／または処理領域２０２内に配置する、ドライヤコンベヤ１１４を有する。
【００３２】
図５は、乾燥チャンバ２００内に収容された熱システム２０１の一実施形態の側断面図である。熱システム２０１は一般に、基板の表面上に堆積させた材料を急速に乾燥させるために一緒に使用される、放射加熱組立体２０４および対流加熱組立体２０３を備える。この構成では、スループットを向上させ、エネルギー消費を低減させるために、乾燥プロセス中に対流伝熱モードおよび放射伝熱モードを別々に制御して、所望の熱プロファイル（例えば温度対時間）を達成することができる。一実施形態では、乾燥プロセス中の基板温度が、約１５０℃〜約３００℃に上昇する。一般に、基板上に形成されるパターンに対する損傷を防ぐために、堆積させた材料中のバインダが分解する温度（例えば３００〜３５０℃）を超えないことが望ましい。
【００３３】
一構成では、図５に示すように、ドライヤコンベヤ１１４を用いることにより、１または複数の基板１５０が経路「Ｄ」に従って処理領域２０２を通って搬送される。ドライヤコンベヤ１１４は一般に、１または複数の基板を処理領域２０２を通って搬送および／または配置するために使用される、自動基板ハンドリングデバイスである。一実施形態では、図６に示すように、ドライヤコンベヤ１１４が、処理領域２０２内での処理中に基板１５０を支持する単一のベルト２０５からなる。一構成では、ベルト２０５が、処理領域２０２内で達成される処理温度に耐えることのできる、金属ベルト、ガラス繊維含浸ベルト、セラミック材料含浸ベルト、または金属含浸ベルトである。
【００３４】
放射加熱組立体２０４は一般に、ベルト２０５上に配置された基板が処理領域２０２を通過するときに基板にエネルギーを与えるために使用される、１または複数の電磁エネルギー供給デバイスを含む。一実施形態では、電磁エネルギー供給デバイスが、基板１５０に１または複数の望ましい波長の放射を供給するように適合され、かつ／またはそうするものが選択された、１または複数のランプ２０４Ａ（図５および６）を備える。放射加熱組立体２０４から供給される放射エネルギーの波長（複数可）は一般に、基板の表面上に堆積させた材料により吸収されるものが選択される。しかし、半導体基板、太陽電池、または他の類似のデバイスなど、処理される基板の熱バジェットが問題となる場合には、堆積させた材料により放射エネルギーが優先的に吸収され、基板が形成される材料により概して吸収されないように、基板に供給される放射エネルギーの波長を制限することが望ましいことがある。一例では、基板がシリコン（Ｓｉ）含有材料から形成される場合、シリコン基板により吸収されるエネルギーの量を低減させるために、一般に約１．０６（μｍ）であるシリコンの吸収端を上回る波長のみが供給されるように、ランプ２０４Ａによって供給されるエネルギーの波長を調整またはフィルタリングすることができる。
【００３５】
一実施形態では、供給されるエネルギーの吸収、したがって堆積させた材料の乾燥プロセスを向上させるために、放射加熱組立体２０４によって供給される最適な波長が、基板のタイプごとに、また基板の表面上に堆積させる材料のタイプごとに選択および／または調整される。一実施形態では、ランプ２０４Ａが、約１２００〜１８００℃の最大動作温度を有し、約１．４μｍを上回る波長にて最大電力放出を行う、赤外（ＩＲ）ランプである。一例では、ランプ２０４Ａが、ドイツ、ハーナウのＨｅｒａｅｕｓ  Ｎｏｂｅｌｉｇｈｔ  ＧｍｂＨから入手可能な、約１メートルの長さのダブルフィラメント型５ｋＷ高速中波ＩＲランプである。場合によっては、ランプ２０４Ａから放出される放射の波長（複数可）を、ランプに供給される電力、したがってランプ内のフィラメントの温度を調整することによって調整する（例えばウィーンの法則）ことが望ましい。したがって、システムコントローラ１０１、ランプ２０４Ａに結合された電源（図示せず）、および基板の表面上に堆積させた材料の光吸収特性の知識を用いて、ランプ２０４Ａによって供給されるエネルギーの波長を、乾燥プロセスを向上させるように調整することができる。
【００３６】
図６は、処理領域２０２（図５）内に配置され、また処理領域２０２の所望の長さに沿って延在する２つのランプ２０４Ａを利用する、放射加熱組立体２０４の一実施形態を示す。この構成では、ランプ２０４Ａは、乾燥プロセス中に、処理領域２０２内でベルト２０５上に配置された１または複数の基板がランプ２０４Ａの全長にわたって搬送されるときに、１または複数の基板にエネルギー（経路「Ｅ」）を伝達するように配置されている。場合によっては、熱が熱システム２０１の他の望ましくない部分に伝達する量を低減させ、エネルギーを基板１５０に向かって集中させるために、ランプ２０４Ａの上方に１または複数の反射器２４９を設けることが望ましいことがある。また、場合によっては、熱が熱システム２０１の他の望ましくない部分に伝達する量を低減させ、エネルギーを基板１５０に向かって集中させるために、ランプ２０４Ａがランプの片側に配置された反射器を有する。
【００３７】
熱システム２０１は、処理領域２０２内に配置された基板の表面を横切って加熱ガス（例えば空気）を供給するなどの対流伝熱方法を用いて熱を基板に伝達するために、対流加熱組立体２０３も利用する。対流伝熱方法は一般に、基板および堆積させた材料を同様の速度で加熱する。シリコン基板など、基板の伝導率が比較的高い場合、基板全体にわたる温度均一性は、比較的均一なままとなる。対流ガスの流量および／または温度を調整することによって、対流伝熱速度を容易に制御することもできる。
【００３８】
図５を参照すると、対流加熱組立体２０３は一般に、流体搬送デバイス２２９、プレナム２４５、およびガス加熱組立体２４０を備える。したがって、処理領域２０２内に配置された基板は、流体搬送デバイス２２９からもたらされたガスを、加熱組立体２４０を通り、基板１５０の表面を通過するように導くことにより加熱される。一実施形態では、流体搬送デバイス２２９が、所望の流量のガス（経路「Ｂ」を参照されたい）を放射加熱組立体２０４を通って処理領域２０２内に供給することのできる、ＡＣファンである。
【００３９】
ガス加熱組立体２４０は一般に、流体搬送デバイス２２９から供給されたガスを加熱する加熱ゾーン２４１内に配置された、１または複数の抵抗加熱素子を含む。ガス加熱組立体２４０から出るガスの温度は、従来型の加熱素子温度コントローラ２４２、１または複数の従来型の温度感知デバイス（図示せず）、加熱用ゾーン２４１内に配置された抵抗加熱素子（図示せず）、およびシステムコントローラ１０１から送出されるコマンドを用いて制御することができる。一般に、加熱用ゾーン２４１内に配置される抵抗加熱素子の電力、サイズ、および長さは、供給されるガスの流量、および乾燥プロセス中に達成すべき所望のガス温度によって変わる。一実施形態では、ガス加熱組立体２４０の出口でのガス温度は、約１５０℃〜約３００℃に制御される。
【００４０】
プレナム２４５は一般に、流体搬送デバイス２２９から供給されたガスを、ガス加熱組立体２４０を通ってプレナム出口部分２４３内に誘導し、次いで処理領域２０２に通すために使用される、取り囲まれた領域である。プレナム２４５は、空気などの加熱ガスを収集して再利用することができるように、処理領域２０２を通って搬送されたガスを受け取ってガスの帰還経路または再循環経路を形成するプレナム入口部分２４４も含んでよい。したがって、再循環経路は概して経路Ａ１〜Ａ６に従い、その経路は、図５に示すように、熱交換領域２４６、加熱組立体２４０、プレナム出口部分２４３、処理領域２０２、およびプレナム入口部分２４４を通過するものである。加熱ガスの再循環は、空気を、その少なくとも一部が処理領域２０２内に再度供給される前に所望の温度に加熱するのに必要なエネルギーの量を低減させる大きな助けとなることができる。
【００４１】
一実施形態では、対流加熱組立体２０３が、流体搬送デバイス２２９によって供給されたガス、および処理領域２０２から受け取った再循環ガス（参照符号Ａ５〜Ａ６）から望ましくない汚染物質を除去するために使用される、熱交換デバイス２３０も含む。熱交換デバイス２３０は、熱コントローラ２３１に結合された１つもしくは複数の熱交換面２３２、および／またはプレナム２４５のこの部分を通過するガスからあり得る汚染物質を除去する濾過タイプの構成部品の１つを含んでよい。一般に、熱コントローラ２３１は、再循環ガス中に含まれる任意の揮発性成分を凝縮させて除去するために、熱交換面２３２の温度を、処理領域２０２に供給される加熱ガスの温度未満の温度に維持する。熱交換面２３２は、流体搬送デバイス２２９（すなわち経路「Ｂ」）からガス加熱組立体２４０に供給されるガスを予備加熱するために使用することもできる。ガスをガス加熱組立体２４０に入る前に予備加熱することも、ガス加熱効率を高め、したがって乾燥チャンバ内で実施される乾燥プロセスの電力消費を低減させる助けとなることができる。エネルギー消費はしばしば、太陽電池デバイスを生産するコストの重要な一要素となるため、本明細書で論じるガスを予備加熱する方法および／または再循環させる方法は、スクリーン印刷生産ラインの所有コスト、したがって、形成されるデバイスの生産コストを削減する助けとなることができる。
【００４２】
典型的に、再循環ガスは、堆積させた材料から乾燥プロセス中に逃げた揮発性成分が気化することにより再循環中のガス中に同伴する、一定量の１または複数の揮発性成分を含む。熱交換面２３２を揮発性成分の凝縮点未満の温度に維持することによって、揮発性成分が凝縮し、再循環ガスから除去される。熱交換デバイス２３０内で揮発性成分を捕捉することは、基板およびプレナム２４５の構成部品が再循環ガスによって汚染されるのを低減させる助けにもなることができる。一例では、テルピノールまたはエステルなど、任意の有機溶剤を除去するために、熱交換面２３２の温度が２１９℃未満の温度に維持される。一実施形態では、再循環ガス中に同伴する蒸気材料を凝縮させるために、熱交換面２３２が約４０℃〜約８０℃の温度に維持される。熱交換面２３２の温度は、システムコントローラ１０１、および従来型の再循環流体タイプまたは熱電タイプの熱交換デバイスなどの熱コントローラ２３１を用いて制御することができる。また、重力のため、熱交換面２３２上で凝縮した揮発性成分がプレナム２４５の流体収集領域２３３に流れることができ（すなわち経路「Ｃ」）、その中で揮発性成分を収集することができる。流体収集領域２３３は、収集した蒸気材料を廃棄物収集システム（図示せず）に供給するために使用される１または複数の排水路を含んでよい。
【００４３】
さらに、熱交換デバイス２３０を用いて、ガス中に同伴する任意の揮発性成分を収集することは、ガスの処理領域２０２を２度目に通過する部分に含まれる蒸気の分圧を低減させ、したがって、流動ガスが、残存するかなりの量の蒸気が再循環ガス中に保持されている場合に受け取れるよりも多量の、堆積させた材料から気化する溶剤材料を受け取れるようになる助けにもなると考えられる。したがって、基板を通過して流れるガス中に受け取られる溶剤材料の量を増大させることによって、乾燥プロセスを完了するのに必要な時間を短縮することができる。
【００４４】
図６は、図５に示す図に垂直であり、Ａ４の方向に向いている、処理領域２０２の側断面図を示す。図６に示すように、処理領域２０２は、対流加熱組立体２０３によって供給される加熱ガスおよび放射加熱組立体２０４によってもたらされる熱の大部分が失われないように、熱システム２０１の壁２５１およびドライヤコンベヤ１１４の壁１１４Ａなど、１または複数の壁で一部取り囲まれている。図５を参照すると、一実施形態では、熱システム２０１および処理領域２０２が、１または複数の壁２０７で少なくとも一部取り囲まれている。一構成では、基板を処理領域２０２内に、また処理領域２０２から外に、ベルト２０５を用いて搬送できるようにするとともに、加熱ガスが乾燥チャンバ２００から出る量を最小限に抑えるために、壁２０７が処理領域２０２の対向する端部に小さな開口２０８を有する。処理領域２０２を一部取り囲むことは、処理領域２０２を通って流れるガス中に見られる任意の汚染物質が、任意の隣接する処理チャンバを汚染するのを防ぐ助けにもなることができる。
【００４５】
一実施形態では、プレナム出口部分２４３（図５）の出口ポート２４３Ａからもたらされる流動ガスを、処理領域２０２内に配置された基板１５０を横切って、プレナム入口部分２４４の入力ポート２４４Ａにさらに誘導するために、内側遮蔽２５２が使用される。内側遮蔽２５２は、放射加熱組立体２０４によってもたらされる任意の熱を反射し、それをベルト２０５上に配置された基板１５０にさらに誘導するために使用することもできる。
【００４６】
対流加熱組立体２０３および放射加熱組立体２０４によりもたらされる熱を調整することによって、堆積させた材料の乾燥時間を向上させ、また乾燥プロセス中に生じることのある起こり得る任意の熱バジェット問題を低減させるように、乾燥プロセスを調整および／または最適化することができる。一実施形態では、図５に示すように、対流ガス流が、処理領域２０２の中を、基板１５０の移動（すなわち方向「Ｄ」）とは反対の方向（すなわち方向Ａ４）に供給されて、入来する基板を予備加熱し、温度上昇速度を向上させる。さらに、シリコン基板は、ＩＲ波長範囲内で低吸収係数を有するため、対流伝熱モードと放射伝熱モードの組合せを用いることによって、伝熱効率を大いに上昇させることができ、したがって基板を乾燥させるのに必要な時間を大いに短縮することができる。伝熱効率の増大により、乾燥される各基板の熱プロファイルも向上させることができる。というのも、より高いプロセス温度をより容易に達成することができるためである。
【００４７】
従来の放射のみの乾燥プロセスにおけるサイクル時間はしばしばあまりにも非効率かつ長すぎて、残りの生産ラインのスループットに追いつくことができないため、従来のスクリーン印刷プロセスで確実に堆積させた材料が乾燥しているようにするために典型的に使用されているバッファリングデバイスの必要性を、本明細書に記載する方法を使用することで低減させることもできるとも考えられる。対流伝熱および波長制御された放射加熱を用いることにより、各乾燥チャンバ２００内での基板加熱サイクルが短縮し、その結果、乾燥オーブンスループットが、約２メートル未満の長さのシステム内で１時間あたり１４００枚の１５６ｍｍ×１５６ｍｍ結晶シリコン基板を超えることができると考えられる。したがって、本明細書に記載する急速熱処理方法は、サイクル時間を短縮し、乾燥チャンバ２００が占める床面積を低減させ、基板を乾燥させるのに必要なＣｏＯを削減することができると考えられる。
【００４８】
図７は、処理領域２０２から帰還するガス（すなわち経路Ａ５およびＡ６）が再循環されない、図５および６に示す熱システム２０１の一代替実施形態の側断面図である。この構成では、流体搬送デバイス２２９から出るガス（例えば経路「Ｂ」）が、入口プレナム２４９Ａに入り、複数の熱交換管２４８を通過して、出口プレナム２４９Ｂに入ってから、ガス加熱組立体２４０および処理領域２０２の中に供給される。熱交換管２４８は、経路「Ｂ」に従うガスが管の内部領域２４８Ａを通過し、処理領域２０２から帰還するガスと混合しないように、概して密閉されている。一構成では、処理領域２０２から経路Ａ５およびＡ６に沿って帰還するガスが、熱交換管２４８の外面のそばを通った後に、ポート２４７を通って熱システム２１０から排気される。したがって、熱コントローラ２３１を用いて熱交換管２４８の温度を制御することによって、流体搬送デバイス２２９からガス加熱組立体２４０に流れるガスの温度を予備加熱することができ、かつ同伴する任意の揮発性成分を除去するために、処理領域２０２から帰還するガスを冷却することができる。一般に、熱コントローラ２３１は、経路Ａ６に沿って流れるガス中に含まれる任意の揮発性成分を凝縮させて除去するために、熱交換管２４８の表面（すなわち熱交換面２３２）の温度を、処理領域２０２に供給される加熱ガスの温度未満の温度に維持する。重力のため、熱交換管２４８上で凝縮した揮発性成分が、プレナム２４５の流体収集領域２３３に流れ（すなわち経路「Ｃ」）、その中で収集される。流体収集領域２３３は、収集した蒸気材料を廃棄物収集システム（図示せず）に供給するために使用される１または複数の排水路を含んでよい。
【００４９】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の他の実施形態および更なる実施形態を、本発明の基本的な範囲から逸脱することなく考案することができ、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によって定められる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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