(57)【要約】【課題】シリコンウェハの表裏に電極を設ける際の焼成工程に利用される熱処理装置を改良するものであり、焼成に際して理想的な温度プロファイルを実現する。【解決手段】熱処理部を有しており、熱処理部は、断熱筐体内に棚状部材（設置部及び熱源部）１１が設けられたものである。棚状部材１１は、７段の棚部材１６ａ〜１６ｇを有し、棚部材１６ｂの内部は、上下のユニット室２５，２６に仕切られている。上下のユニット室２５，２６には、それぞれ９本の横列用ハロゲンランプ２７と、３６本の縦列用ハロゲンランプ２８が縦横格子状に配列されていて熱源ユニット３５が構成されている。各熱源ユニット３５の照度は、個々に制御され、上下の熱源ユニット群４７の照度を異ならせたり、一つの段の上側の熱源ユニット３５と、他の段の上側の熱源ユニット３５の照度に変化を付けることもできる。また点灯中に照度を変えることもできる。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池を製造する際に使用され、被加熱物を加熱する熱処理部を備えた熱処理装置において、前記熱処理部は、被加熱物を複数段に載置する設置部と、前記設置部の各段の上部又は下部の少なくとも一方に設置され、それぞれの被加熱物に輻射熱を照射する熱源部とを有し、前記熱源部は、複数段に分かれており各段に複数の熱源ランプが平面的に分布し、前記熱源部は被加熱物に対する輻射熱の照射量を熱処理中に増減することが可能であることを特徴とする熱処理装置。
【請求項２】
各段の熱源部は、熱源ユニットによって構成されており、各熱源ユニットに複数の熱源ランプが設けられていることを特徴とする請求項１に記載の熱処理装置。
【請求項３】
熱源部は、前記段ごと及び／又は各熱源ユニットごとに輻射熱の照射量を増減することができることを特徴とする請求項１又は２に記載の熱処理装置。
【請求項４】
熱源部から被加熱物に対して低照射量で照射した後、被加熱物に対して高照射量で照射することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の熱処理装置。
【請求項５】
低照射量での照射時間よりも短い時間だけ高照射量で照射されることを特徴とする請求項４に記載の熱処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池を製造する際に使用する熱処理装置に関するものである。本発明の熱処理装置は、特に太陽電池の製造工程中、シリコンウェハの表面（表面又は裏面、あるいはその双方）に電極を設ける際の焼成工程に利用されることが推奨される。
【背景技術】
【０００２】
二酸化炭素による地球温暖化現象が問題となっており、二酸化炭素を排出しない発電装置として太陽電池が注目されている。
代表的な太陽電池の層構成は図１４の通りであり、太陽電池１００は、シリコンウェハ１０１の表裏面に複数の電極１０２，１０３が設けられたものである。即ちシリコンウェハ１０１の表面側（受光面側）に表電極１０２が複数列に渡って設けられ、シリコンウェハ１０１の裏面側に裏電極１０３が複数列に渡って設けられている。
【０００３】
ここで太陽電池の主体となるシリコンウェハ１０１は、例えばＰ型のシリコンウェハ１２０（図１５）が素材として使用される。そしてシリコンウェハ１２０の表面側（受光面側）にはリンが拡散されて薄くＮ型半導体層１０５が形成されている。そのためシリコンウェハ１０１は、元のＰ型半導体部１０６と、その表面のＮ型半導体層１０５によってＰＮ結合が構成されている。
またシリコンウェハ１０１の表面側には、ＴｉＯ2 （二酸化チタン）の反射防止膜１０７が成膜されている。
そして前記した表電極１０２は、図１４の様に、その基部が反射防止膜１０７を突き破ってシリコンウェハ１０１の表面に直接接している。
一方、シリコンウェハ１０１の裏面には、裏面電界層１０８が形成されている。
前記した裏電極１０３は、シリコンウェハ１０１の裏面に形成された裏面電界層１０８に接している。
【０００４】
前記した表電極１０２及び裏電極１０３は、いずれも銀等の導電性材料を含んだペーストを焼成して作られたものである。
以下、太陽電池１００の製造方法を図１５を参照しつつ簡単に説明する。
最初の工程として、公知の手段によって素材としてのＰ型半導体たるシリコンウェハ１２０を準備する（図１５ａ）。そして次の工程として、塗布拡散法等を利用してシリコンウェハ１２０の表面にＮ＋（Ｎプラス）拡散を行い、Ｎ型半導体層１０５を形成する（図１５ｂ）。
より具体的には、シリコンウェハ１２０の表面にＰ2 Ｏ5 （五酸化二リン）を塗布し、さらに熱処理してＮ型半導体層１０５を形成する（図１５ｂ）。
なおこの工程で、太陽電池の主体となるシリコンウェハ１０１ができる。
【０００５】
続いてシリコンウェハ１０１の裏面にアルミペーストを塗布した後に熱処理を行い、Ｐ＋裏面電界層１０８を形成する（図１５ｃ）。
【０００６】
さらに続いてシリコンウェハ１０１の表面側に、ＴｉＯ2 （二酸化チタン）の反射防止膜１０７を成膜する（図１５ｄ）。
【０００７】
その後、銀を含むペースト１１０ａ，１１０ｂを、シリコンウェハ１０１の表面側及び裏面側に線状に塗布する。具体的には、印刷によってシリコンウェハ１０１の表面側に表電極用ペースト１１０ａを置く。また印刷によってシリコンウェハ１０１の裏面側に裏電極用ペースト１１０ｂを置く（図１５ｅ）。
【０００８】
そして電極用ペースト１１０ａ、１１０ｂを２００°Ｃ（摂氏）程度の環境で乾燥する。実務上、この乾燥工程は、電極用ペースト１１０ａ，１１０ｂを印刷した直後に行う。そしてさらに続いて電極用ペースト１１０ａ，１１０ｂを焼成する。即ちシリコンウェハ１０１を加熱し、ペースト１１０ａ，１１０ｂを焼成して表電極１０２と裏電極１０３を形成する。
この焼成工程によって、表面側の表電極用ペースト１１０ａは硬化し、その際に表電極用ペースト１１０ａの基部が反射防止膜１０７を貫通してシリコンウェハ１０１の表面と接触する（図１５ｆ）。
その結果、表電極用ペースト１１０ａの硬化物が、シリコンウェハ１０１から電気を取り出す表電極１０２となる。
【０００９】
また焼成工程によって裏面側の裏電極用ペースト１１０ｂが硬化し、その際に裏電極用ペースト１１０ｂの基部が裏面電界層１０８と接触する。その結果、裏電極用ペースト１１０ｂの硬化物が、シリコンウェハ１０１から電気を取り出す裏電極１０３となる。
【００１０】
ここで従来技術においては、ペースト１１０ａ，１１０ｂを焼成する工程は、特許文献１に開示された様に、コンベア装置１２１と赤外線ランプ１２２とが一体となったコンベア式焼成炉１２０を使用して行われていた。
ここでコンベア式焼成炉１２０とは、図１６、図１７の様に、コンベア装置１２１を有し、その走行面の上下に複数の赤外線ランプ１２２を並べたものである。
従来技術においては、図１６、図１７の様なコンベア式焼成炉１２０のコンベア装置１２１に、焼成を行おうとするシリコンウェハ１０１を載置し、コンベア装置１２１を一定の速度で走行させる。従来技術においては、赤外線ランプ１２２が配置されたエリアを通過する際にシリコンウェハ１０１が加熱され、ペースト１１０ａ，１１０ｂが焼成される。即ち従来技術においては、コンベア装置１２１に載置されて一定の距離を進む間に、ペースト１１０ａ，１１０ｂが焼成されて硬化する。そしてこの間に表電極用ペースト１１０ａの基部が反射防止膜１０７を貫通し、表電極１０２がシリコンウェハ１０１の表面と接触する（図１５ｆ）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特許第３９３３３８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
ところで、太陽電池を製造する工程におけるペースト１１０ａ，１１０ｂの焼成は、ペースト１１０ａ，１１０ｂの温度を特有の温度プロファイルに基づいて変化させることが望ましい。
即ち上記した様に、表電極用ペースト１１０ａは、焼成の際に反射防止膜１０７を貫通してシリコンウェハ１０１の表面と接触する。しかしながら、この様に表電極用ペースト１１０ａを反射防止膜１０７に貫通させるためには、表電極用ペースト１１０ａの温度を一気に高温領域まで立ち上げることが望ましい。また表電極用ペースト１１０ａが高温領域にある時間は、短いことが望ましい。
即ち表電極用ペースト１１０ａが長時間に渡って高温状態となると、シリコンウェハ１０１自体を傷つけてしまう。また表電極用ペースト１１０ａが長時間に渡って高温状態となると、硬化後に形成される表電極１０２が酸化するといった不具合が懸念される。
【００１３】
その一方で、表電極用ペースト１１０ａを高温に昇温する前段階として、表電極用ペースト１１０ａの揮発成分を十分除去して焼結させる必要がある。そのため表電極用ペースト１１０ａは、中温に昇温し、この状態をしばらく保持しておくことが望ましい。
従って、表電極用ペースト１１０ａを焼成するためには、最初に中温に表電極用ペースト１１０ａを昇温させ、この状態を一定時間保持して、揮発成分を除去した後、一気に表電極用ペースト１１０ａの温度を高温領域に立ち上げ、直ちに温度低下させることが望ましい。
しかしながら、図１６に示すような従来技術のコンベア式焼成炉１２０では、この様な理想的な温度プロファイルを実現することができない。
即ちコンベア式焼成炉１２０では、炉内の温度は常に一定もしくはそれに近い状態であり、場所や時間によって温度変化をつけることが難しい。
またコンベア式焼成炉１２０で理想的な温度プロファイルを実現するためには、コンベアの全長がいたずらに長くならざるを得ない。
【００１４】
そこで本発明は、従来技術の上記した問題に注目し、装置を過度に大型化することなく、理想的な温度プロファイルを実現し、また温度プロファイルを任意に設定することができる熱処理装置の開発を課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記した課題を解決するための請求項１に記載の発明は、太陽電池を製造する際に使用され、被加熱物を加熱する熱処理部を備えた熱処理装置において、前記熱処理部は、被加熱物を複数段に載置する設置部と、前記設置部の各段の上部又は下部の少なくとも一方に設置され、それぞれの被加熱物に輻射熱を照射する熱源部とを有し、前記熱源部は、複数段に分かれており各段に複数の熱源ランプが平面的に分布し、前記熱源部は被加熱物に対する輻射熱の照射量を熱処理中に増減することが可能であることを特徴とする熱処理装置である。
【００１６】
本発明の熱処理装置は、シリコンウェハ等の被加熱物を設置部に載置して熱処理する。即ち本発明の熱処理装置は、被加熱物が静止した状態で熱処理を行う。そして本発明の熱処理装置では、被加熱物に対する輻射熱の照射量を熱処理中に増減することが可能である。そのためシリコンウェハを理想的な温度プロファイルにすることができる。
また本発明の熱処理装置は、複数の熱源ランプが平面的に分布しているので、被加熱物の温度ばらつきが小さく、被加熱物を均一に加熱することができる。
さらに本発明の熱処理装置では、被加熱物を複数段に載置することができ、複数段に置かれた被加熱物を並行して熱処理することができる。そのため本発明の熱処理装置は、処理能力が高く、逆にいえば、処理量のわりに全体形状が小さい。
【００１７】
請求項２に記載の発明は、各段の熱源部は、熱源ユニットによって構成されており、各熱源ユニットに複数の熱源ランプが設けられていることを特徴とする請求項１に記載の熱処理装置である。
【００１８】
本発明の熱処理装置では、各段の熱源部は、熱源ユニットによって構成されている。そしてさらに各熱源ユニットに複数の熱源ランプが設けられている。そのため熱源ランプの出力バランスを調整し易く、被加熱物の各部の温度ばらつきを小さくすることができる。
【００１９】
請求項３に記載の発明は、熱源部は、前記段ごと及び／又は各熱源ユニットごとに輻射熱の照射量を増減することができることを特徴とする請求項１又は２に記載の熱処理装置である。
【００２０】
本発明によると、各段又は各熱源ユニットが担当する被加熱物ごとに個別に熱処理を行うことができる。
【００２１】
請求項４に記載の発明は、熱源部から被加熱物に対して低照射量で照射した後、被加熱物に対して高照射量で照射することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の熱処理装置である。
【００２２】
本発明の熱処理装置によると、電極を形成するペーストを理想的な温度プロファイルで焼成することができる。
【００２３】
請求項５に記載の発明は、低照射量での照射時間よりも短い時間だけ高照射量で照射されることを特徴とする請求項４に記載の熱処理装置である。
【００２４】
本発明の熱処理装置によると、ペーストを焼成する際の温度プロファイルをさらに理想に近づけることができる。
【００２５】
熱源ランプは管状であり、当該熱源ランプは水平且つ並列的に並べられていることが望ましい。
【００２６】
本構成によると、熱源ランプを密に配置することができる。
【００２７】
熱処理装置には、熱処理部から被加熱物を出し入れする搬送装置を装備することが望ましく、搬送装置としては、例えば工業用ロボットを採用することができる。
【００２８】
また設置部は各段にそれぞれ複数の被加熱物を載置可能であり、搬送装置は複数の被加熱物を同時に熱処理部から被加熱物を出し入れする構成としてもよい。
【００２９】
本発明の熱処理装置では、複数の被加熱物を同時に熱処理部から出し入れすることができるから、一枚あたりのスループットが短い。
【００３０】
さらに被加熱物を冷却する冷却棚を装備することが望ましい。
被加熱物を冷却する冷却棚を設けることにより、被加熱物を安全な温度に冷却した後に、次工程に送ることができる。
【発明の効果】
【００３１】
本発明の熱処理装置は、太陽電池を製造する際の熱処理工程において、理想的な温度プロファイルを実現することができる。そのため本発明の熱処理装置で処理され、作られることにより、太陽電池の変換効率等の性能を高めることが期待される。
また本発明の熱処理装置は、外形を過度に大きくする必要が無く、太陽電池の製造ラインを小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施形態の熱処理装置の斜視図である。
【図２】図１の熱処理装置の熱処理部の正面図である。
【図３】図１の熱処理装置の熱処理部の棚状部材の正面図である。
【図４】図３のＡ−Ａ断面図である。
【図５】図３の棚状部材の一部であって、熱源部と設置部とシリコンウェハとの位置関係を示す斜視図である。
【図６】図５の棚状部材の一段の分解斜視図である。
【図７】図１の熱処理装置の搬送装置の斜視図である。
【図８】図７の搬送装置のアーム部にシリコンウェハを載置した状態を示す斜視図である。
【図９】図１の燃焼装置で処理されるシリコンウェハの温度プロファイルを示すグラフである。
【図１０】本発明の第２実施形態で採用する熱処理部の内部構造を示す説明図である。
【図１１】図１０の熱処理部の内部構造を示す斜視図である（棚部は図示せず）。
【図１２】図１０の熱処理部の要部の分解斜視図である。
【図１３】（ａ）は図１０の熱処理部内に設置される設置部の斜視図であり、（ｂ）〜（ｆ）は縦主梁と桟部材の断面図である。
【図１４】太陽電池の断面図である。
【図１５】太陽電池の製造工程を説明する説明図である。
【図１６】特許文献１に開示された熱処理装置の断面図である。
【図１７】特許文献１に開示された熱処理装置をコンベアの進行方向から観察した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下さらに本発明の実施形態について説明する。
本発明の実施形態の熱処理装置１は、太陽電池を製造する際に使用されるものであり、より詳細には、シリコンウェハ１０１を被加熱物として、シリコンウェハ１０１上の表電極用ペースト１１０ａと、裏電極用ペースト１１０ｂとを焼成して表電極１０２と裏電極１０３を形成させるものである。なお本実施形態で焼成しようとするシリコンウェハ１０１は、図５の様に略正方形である。
【００３４】
実施形態の熱処理装置１は、図１の様に、熱処理部２と、プレ冷却棚３と、本冷却棚５と、搬送装置６と、台部材７及び排出装置８によって構成されている。
以下、順次説明する。
【００３５】
熱処理部２は、図２の様に、直方体の断熱筐体１０を有し、断熱筐体１０内に棚状部材（設置部及び熱源部）１１が設けられたものである。熱処理部２の断熱筐体１０は、前記した様に直方体であり、周囲が図示しない断熱壁によって囲まれている。
また断熱筐体１０の正面には、図２の様に３個の出し入れ口１３ａ，ｂ，ｃが設けられている。出し入れ口１３ａ，ｂ，ｃには、それぞれ開閉蓋１５ａ，ｂ，ｃが設けられている。開閉蓋１５ａ，ｂ，ｃには、図示しないエアーシリンダー等の駆動部が取り付けられており、所定の信号によって開閉する。
断熱筐体１０には、図示しない排気ダクトが接続され、内部の換気を行うことができる。
【００３６】
棚状部材１１は、図３〜図６に示すように４本の柱部材１２に７段の棚部材１６ａ〜１６ｇが支持されたものである。
７段の棚部材１６ａ〜１６ｇの内、二段目以下の棚部材１６ｂ〜１６ｇは、シリコンウェハ１０１を載置する設置部としての機能と、シリコンウェハ１０１を加熱する熱源部としての機能を備えている。また最上段の棚部材１６ａは、シリコンウェハ１０１を加熱する熱源部としての機能のみを備える。
【００３７】
前記した７段の棚部材１６ａ〜１６ｇの内、中間の５個の棚部材１６ｂ〜１６ｆは、同一の構造であるから、代表して上から２段目の棚部材１６ｂの構造を説明する。
棚部材１６ｂの外観形状は、図５の様に略直方体をしている。即ち棚部材１６ｂは、天板部１７、底板部１８及び４面の周壁部２０を有している。
ここで天板部１７、底板部１８は透明なガラス板（望ましくは石英ガラス）で構成されており、光を透過することができる。
これに対して周壁部２０は、剛性を確保するために鋼板で作られており、光を透過しない。
天板部１７は、設置部としても機能するものであり、複数の支持ピン２１が立設されている。支持ピン２１は、ガラス等の透明な素材で作られている。支持ピン２１は、２行８列に設けられている。支持ピン２は、図５の様にシリコンウェハ１０１の各４隅を支持するものであり、行間隔及び列間隔がシリコンウェハ１０１の大きさに合わせて設計されている。より具体的には、４本の支持ピン２１に囲まれる空間３３（図６）が４か所に形成されていおり、この空間３３は、焼成しようとするシリコンウェハ１０１よりも僅かに小さい。
【００３８】
棚部材１６ｂの内部には、図６の様に、仕切り板２２が設けられ、内部が図３、図６の様に上ユニット室２５と、下ユニット室２６に仕切られている。仕切り板２２は、金メッキ加工された板であり、光を反射する。
また各ユニット室２５，２６の内壁も金メッキ加工されており、光を反射する。従って各ユニット室２５，２６の内面の内、天板部１７又は底板部１８を除く５面はすべて光を反射し、天板部１７又は底板部１８だけが光を透過する。
なお、熱により金メッキが劣化することを防止するために冷却することが望ましい。
【００３９】
そして上ユニット室２５と、下ユニット室２６にそれぞれ複数のハロゲンランプ（熱源ランプ）２７，２８が設けられており、上ユニット室２５及びハロゲンランプ（熱源ランプ）２７，２８で一つの熱源ユニット３５ｂが構成され、下ユニット室２６及びハロゲンランプ（熱源ランプ）２７，２８で他の熱源ユニット３５ｃが構成されている。
【００４０】
本実施形態で採用するハロゲンランプ（熱源ランプ）２７，２８は、いずれも長管状のランプであるが、長寸の横列用ハロゲンランプ２７と、短寸の縦列用ハロゲンランプ２８がある。
そしてそれぞれのユニット室２５，２６には、９本の横列用ハロゲンランプ２７と、３６本の縦列用ハロゲンランプ２８が縦横格子状に配列されている。
より詳細には、仕切り板２２に近い位置に、９本の横列用ハロゲンランプ２７が並行に配されている。即ち横列用ハロゲンランプ２７の全長は、ユニット室２５，２６の全長に匹敵する長さを有する。そして横列用ハロゲンランプ２７は、並列的に並べられて一つの平面３０を構成し、この平面３０が仕切り板２２や天板部１７、底板部１８と並行になる様に配列されている。即ち平面３０が水平姿勢となる様に配置されている。
【００４１】
一方、縦列用ハロゲンランプ２８は、上下のユニット室２５，２６の幅に匹敵する長さを有する。縦列用ハロゲンランプ２８は９本ずつが一組となって４組の平面３１を形成している。即ち平面３１が水平姿勢となる様に配置されている。
そして各平面３１が、縦列ハロゲンランプ２８と、天板部１７又は底板部１８の間に配されている。
各ユニット室２５，２６内においては、４組の平面３１は同一の平面上にあるが、４組の平面３１の間には隙間３２が設けられている。
また各平面３１の位置は、天板部１７に設けられた支持ピン２１の配列と対応しており、支持ピン２１に囲まれる空間３３の真下の位置に縦列ハロゲンランプ２８の平面３１がある。
【００４２】
この様に各ユニット室２５，２６内には、ハロゲンランプ（熱源ランプ）２７，２８が平面的に配置されている。
そのためハロゲンランプ２７，２８が発光すると、棚部材１６ｂの天板部１７又は底板部１８から外部に向かって輻射熱が照射される。また棚部材１６ｂから照射される輻射熱の強度分布が一様になる様に、各ハロゲンランプ２７，２８の位置その他が微調整されている。
上下のユニット室２５，２６の内面は、天板部１７又は底板部１８を除いて光を反射するから、各ハロゲンランプ２７，２８の光は、天板部１７側又は底板部１８側に集光される。
【００４３】
また７段の棚部材１６ａ〜１６ｇの内、最上段の棚部材１６ａは、中間部の棚部材１６ｂ〜１６ｆの下半分だけの構造を有するものであると言える。
即ち最上段の棚部材１６ａは、下ユニット室２６だけを有し、下ユニット室２６に９本の横列ハロゲンランプ２７と、３６本の縦列ハロゲンランプ２８が縦横格子状に配列されたものである。
従って最上段の棚部材１６ａでは、ハロゲンランプ２７，２８が発光すると、棚部材１６ａの底板部１８から外部に向かって輻射熱が照射される。
【００４４】
また７段の棚部材１６ａ〜１６ｇの内、最下段の棚部材１６ｇは、中間部の棚部材１６ｂ〜１６ｆの上半分だけの構造を有するものであると言える。
即ち最下段の棚部材１６ｇは、上ユニット室２５だけを有し、上ユニット室２５に９本の横列ハロゲンランプ２７と、３６本の縦列ハロゲンランプ２８が縦横格子状に配列されたものである。
従って最下段の棚部材１６ｇでは、ハロゲンランプ２７，２８が発光すると、棚部材１６ｇの天板部１７から外部に向かって輻射熱が照射される。
【００４５】
本実施形態の棚状部材（設置部及び熱源部）１１は、天板部１７の支持ピン２１に、シリコンウェハ１０１を載置し、シリコンウェハ１０１に対して上下から輻射熱を照射できる様に設計されたものである。
より具体的には、本実施形態の棚状部材１１は、４本の柱部材１２に７段の棚部材１６ａ〜１６ｇをシリコンウェハ１０１を挿入するための間隔部３６ａ〜３６ｆを開けて支持されたものである。
【００４６】
また前記した様に、中間部の棚部材１６ｂ〜１６ｆは、それぞれ内部に二つの熱源ユニット３５を有するから、本実施形態の棚状部材１１は、１２個の熱源ユニット３５ａ〜３５ｌを有し、これらが段状に配置されたものである。
各間隔部３６ａ〜３６ｆと、それぞれの棚部材１６ａ〜１６ｇの熱源ユニット３５ａ〜３５ｌとの関係を説明すると、最も上の間隔部３６ａの上下に、第１熱源ユニット３５ａと、第２熱源ユニット３５ｂがある。また２段目の間隔部３６ｂの上下に、第３熱源ユニット３５ｃと、第４熱源ユニット３５ｄがある。同様に、３段目の間隔部３６ｃの上下に、第５熱源ユニット３５ｅと、第６熱源ユニット３５ｆがあり、４段目の間隔部３６ｄの上下に、第７熱源ユニット３５ｇと、第８熱源ユニット３５ｈがある。さらに５段目の間隔部３６ｅの上下に、第９熱源ユニット３５ｉと、第１０熱源ユニット３５ｊがあり、６段目の間隔部３６ｆの上下に、第１１熱源ユニット３５ｋと、第１２熱源ユニット３５ｌがある。
【００４７】
また本実施形態では、各ユニット３５の照度は、熱源ユニット３５ごとに制御される。即ち熱源ユニット３５ごとに輻射熱の照射量に強弱を付けることができ、各間隔部３６ａ〜３６ｆに対する上下の熱源ユニット３５の照度を異ならせたり、間隔部３６ａ〜３６ｆのうち一つの段の熱源ユニット３５と、他の段の熱源ユニット３５の照度に変化を付けることもできる。また点灯中に照度を変えることもできる。
本実施形態では、各段毎にハロゲンランプ２７，２８の点灯・消灯や、照度の変更を行うことができるから、各段毎に温度プロファイルを調整して焼成処理を行うことができ、処理する時刻を段ごとにずらすことによってシリコンウェハ１０１を連続的に処理できる。
【００４８】
熱処理部２は、前記した様に断熱筐体１０と、棚状部材１１によって構成されており、棚状部材１１が断熱筐体１０内に配置されたものである。また棚状部材１１に設けられた６個の間隔部３６ａ〜３６ｆは、２個ずつの組に分かれて断熱筐体１０の、３個の出し入れ口１３ａ，ｂ，ｃに対応している。
即ち間隔部３６ａ，３６ｂが出し入れ口１３ａ及び開閉蓋１５ａに対応する位置にある。間隔部３６ｃ，３６ｄが出し入れ口１３ｂ及び開閉蓋１５ｂに対応する位置にあり、間隔部３６ｅ，３６ｆが出し入れ口１３ｃ及び開閉蓋１５ｃに対応する位置にある。
【００４９】
次にプレ冷却棚３について説明する。
プレ冷却棚３は、図１の様な２段の棚である。プレ冷却棚３の前面には蓋はなく、棚の正面側は開放されている。
プレ冷却棚３には図示しない送風機が設けられており、棚に対して送風することができる。
【００５０】
次に本冷却棚５について説明する。
本冷却棚５は、６段の棚である。本冷却棚５の前面には蓋はなく、棚の正面側は開放されている。
本冷却棚５には図示しない送風機と冷却装置が設けられており、棚に対して冷風を送風することができる。
【００５１】
次に搬送装置６について説明する。
搬送装置６は、具体的にはシリコンウェハ１０１を載置する支持部材４８ａ，４８ｂを備えた搬送ロボット６０である。搬送ロボット６０は、図７の様に昇降・回転軸５０と、前後移動部５１及び機構部５２を有し、昇降方向と、回転方向と、前後方向に自由度を持つ。
昇降・回転軸５０は、機構部５２の天面から垂直方向に突出しており、機構部５２内の図示しない装置によって機構部５２からの突出量を変化させることができる。即ち昇降・回転軸５０は、図７の矢印Ａ方向に昇降する。
【００５２】
また昇降・回転軸５０は、機構部５２内の図示しない装置によって回転する。即ち昇降・回転軸５０は、図７の矢印Ｂ方向に回転する。
【００５３】
搬送ロボット６０の前後移動部５１は、昇降・回転軸５０の上端に取り付けられており、上下２段のレール５３ａ，５３ｂを有している。そして当該レール５３ａ，５３ｂに直線駆動装置５５ａ，５５ｂが係合している。
直線駆動装置５５ａ，５５ｂは、内部に図示しないモータが内蔵されており、直線駆動装置５５ａ，５５ｂをレール５３ａ，５３ｂに沿って直線移動することができる。
【００５４】
そのため、搬送ロボット６０は、昇降方向（矢印Ａ方向）と、回転方向（矢印Ｂ方向）と、前後方向（矢印Ｃ方向）に自由度を持つ。
【００５５】
支持部材４８ａ，４８ｂは、幹部６１と、枝部６２と、小枝部６３を有し、小枝部６３の先端に「コ」の字状の載置部５８が設けられたものである。
即ち幹部６１は直線状であり、その先端が二股に分かれて枝部６２を構成している。また枝部６２から４本の小枝部６３が分岐している。そして各小枝部６３の先端に載置部５８が取り付けられている。
本実施形態では、支持部材４８ａ，４８ｂを構成する幹部６１と、枝部６２と、小枝部６３及び載置部５８は、いずれも同一平面上にある。そして載置部５８は、いずれも水平姿勢を保持している。
【００５６】
台部材７は、熱処理部２の高さを調整するための台である。
排出装置８は、公知のコンベア装置であり、シリコンウェハ１０１を次工程に送るために使用されるものである。
【００５７】
本実施形態の熱処理装置１を構成する各装置の配置レイアウトは、図１の通りである。即ち熱処理装置１は、搬送装置６を中心として、その正面に熱処理部２があり、その側面に本冷却棚５が配置されている。
また熱処理部２は台部材７に載置されており、プレ冷却棚３は、熱処理部２のさらに上に積み上げられている。
【００５８】
次に、本実施形態の熱処理装置１の作用を、シリコンウェハ１０１の焼成を例にあげて説明する。
本実施形態の熱処理装置１は、シリコンウェハ１０１上の表電極用ペースト１１０ａと、裏電極用ペースト１１０ｂとを焼成して表電極１０２と裏電極１０３を形成させる際に使用される。
焼成工程の最初の工程として、熱処理装置１の熱処理部２にシリコンウェハ１０１を収納する。なおシリコンウェハ１０１は、前工程で、シリコンウェハ１０１の表面側に表電極用ペースト１１０ａが印刷され、シリコンウェハ１０１の裏面側に裏電極用ペースト１１０ｂが印刷されている。
【００５９】
本実施形態では、熱処理部２にシリコンウェハ１０１を収納する作業は、搬送装置６が実行する。
即ち図示しないウェハ供給装置からシリコンウェハ１０１を受け取る。具体的には、搬送ロボット６０の昇降・回転軸５０を旋回して支持部材４８ａ，４８ｂをウェハ供給装置側に向け、図８の様に支持部材４８ａ，４８ｂの上にシリコンウェハ１０１を載置させる。本実施形態では、支持部材４８ａ，４８ｂは、「コ」の字状の載置部５８を４個有しているので、一基の支持部材４８ａ，４８ｂに４個のシリコンウェハ１０１を載置することができる。即ち４個２段にシリコンウェハ１０１を載置することができ、合計８個のシリコンウェハ１０１を載置することができる。
【００６０】
そして昇降・回転軸５０を旋回して支持部材４８ａ，４８ｂを熱処理部２側に向け、昇降・回転軸５０を昇降して支持部材４８ａ，４８ｂの高さを熱処理部２の出し入れ口１３ａ〜１３ｃのいずれかの高さに合わせる。
そして図示しないエアーシリンダー等の駆動部を動作させて熱処理部２の開閉蓋１５ａ，ｂ，ｃのいずれかを開く。その後、前後移動部５１を動作させて支持部材４８ａ，４８ｂを前進し、シリコンウェハ１０１を載置した状態の支持部材４８ａ，４８ｂを断熱筐体１０の中に挿入する。より具体的には、棚状部材１１の棚部材１６間に設けられた２個の間隔部３６に支持部材４８ａ，４８ｂを挿入する。
【００６１】
そして断熱筐体１０の内部で支持部材４８ａ，４８ｂを降下させ、シリコンウェハ１０１を天板部１７に設けられた支持ピン２１に載置させる。
こうしてシリコンウェハ１０１を、支持部材４８ａ，４８ｂから熱処理部２内の天板部１７のいずれかに受け渡す。
【００６２】
なお本実施形態では、支持部材４８ａは、４個の載置部５８を有し、この数は、空間３３の数と同数であって天板部１７に載置可能なシリコンウェハ１０１の数と同一であるから、各載置空間３３に一度にシリコンウェハ１０１を満載することができる。
即ち本実施形態では、複数のシリコンウェハ１０１を同時に扱うことができ、一回の動作で一つの間隔部３６にシリコンウェハ１０１を満載することができる。
【００６３】
２個（一組）の間隔部３６にシリコンウェハ１０１を満載すると、直ちに、間隔部３６を照らす熱源ユニット３５を点灯する。
例えば、最も上段の間隔部３６ａと二段目の間隔部３６ｂにシリコンウェハ１０１を満載した場合は、上下の熱源ユニットたる第１熱源ユニット３５ａ〜第４熱源ユニット３５ｄを点灯させ、第１熱源ユニット３５ａと第２熱源ユニット３６ｂによって第１段目の間隔部３６ａのシリコンウェハ１０１に輻射熱を照射して焼成を開始し、第３熱源ユニット３５ｃと第４熱源ユニット３６ｄによって第２段目の間隔部３６ｂのシリコンウェハ１０１に輻射熱を照射して焼成を開始する。
また仮に第３段目と第４段目の間隔部３６ｃ，３６ｄにシリコンウェハ１０１を満載した場合には、その上下の熱源ユニット群たる第５熱源ユニット３５ｅ〜第８熱源ユニット３５ｈを点灯させてシリコンウェハ１０１を焼成する。
即ち第５熱源ユニット３５ｅは、シリコンウェハ１０１の上にあって、下側から光を輻射するから、シリコンウェハ１０１の上面側を加熱することができる。
一方、第６熱源ユニット３５ｆは、シリコンウェハ１０１の下にあって、光の照射面が上向きであるから、シリコンウェハ１０１の下面側を加熱することができる。
【００６４】
また天板部（設置部）１７の支持ピン２１は、空間３３を開けて設置されている。そしてシリコンウェハ１０１の中央部は、空間３３の空間上に位置することとなるから、シリコンウェハ１０１の下側から照射される熱源ユニット３５の光は、なんら妨げられることなくシリコンウェハ１０１に到達する。
さらにシリコンウェハ１０１を支えるのは支持ピン２１であり、且つこの支持ピン２１は透明であるから、シリコンウェハ１０１上に陰を作らない。
そのためシリコンウェハ１０１は、均等に加熱される。
【００６５】
また特定の間隔部３６で焼成が行われている際に、搬送装置６は、他の段（間隔部３６）に対するシリコンウェハ１０１の供給を続ける。即ち本実施形態では、特定の段の間隔部３６に載置されたシリコンウェハ１０１の焼成と、他の間隔部３６にシリコンウェハ１０１を供給する作業とが同時並行的に実施される。
【００６６】
シリコンウェハ１０１の焼成工程に説明を戻すと、シリコンウェハ１０１は、図９に示すような温度プロファイルに沿って昇温される。
即ち本実施形態で採用する熱源部は、照度が熱源ユニット３５ごとに制御されており、熱源ユニット３５ごとに自由に照度を変化させることができる。また熱源ユニット３５の点灯中に照度を変えることもできる。
本実施形態で採用する熱処理装置１では、熱源ユニット３５の照度が図９に示すような温度プロファイルに沿って変化する様にプログラムされており、シリコンウェハ１０１は、自動的にこの温度変化にさらされる。
より具体的には、熱源ユニット３５から輻射される輻射熱（光量）が、グラフの様に変化する様、予めプログラムされている。
【００６７】
本実施形態では、シリコンウェハ１０１が搬入されて暫くの間は、シリコンウェハ１０１の表面が表電極用ペースト１１０ａ及び裏電極用ペースト１１０ｂの焼結に適する温度となる様に制御される。より具体的には、摂氏３００度から摂氏５００度程度の中温領域となる様に制御され、この状態を一定時間維持する。
熱源ユニット３５側から説明すると、シリコンウェハ１０１が搬入されて暫くの間は、少ない光量で発光し、照射する輻射熱が弱い。
そしてこの間のゆるやかな加熱によって、表電極用ペースト１１０ａ及び裏電極用ペースト１１０ｂが焼結する。また焼結に伴って表電極用ペースト１１０ａ及び裏電極用ペースト１１０ｂから揮発成分等のガスが放出されるが、当該ガスは、換気用のダクトによって排気される。
【００６８】
そして一定の時間が経過すると、熱源ユニット３５の照度を一気に上昇させ、表電極１０２を反射防止膜１０７に貫通させ、表電極１０２をシリコンウェハ１０１の表面と接触させる。
より具体的には、摂氏６００度から摂氏９５０度程度の高温領域となる様にハロゲンランプ２７，２８の光量を制御し、所定の温度に至った後、直ちに熱源ユニット３５のハロゲンランプ２７，２８を消灯する。
【００６９】
ハロゲンランプ２７，２８が消灯すると、前記した搬送ロボット６０を動作させ、支持部材４８ａ，４８ｂをシリコンウェハ１０１の下に挿入し、シリコンウェハ１０１をすくい上げると共に支持部材４８ａ，４８ｂを後退させて、シリコンウェハ１０１を熱処理部２から排出する。
そして排出されたシリコンウェハ１０１は、熱処理部２の上部に載置されたプレ冷却棚３に搬入され、一定の温度となるまで冷却される。
さらにプレ冷却棚３で冷却されたシリコンウェハ１０１は、搬送ロボット６０によって本冷却棚５に移送され、常温まで冷却される。
常温まで冷却されたシリコンウェハ１０１は、搬送ロボット６０によって排出装置８に載置され、次工程に送られる。
【００７０】
なお搬送ロボット６０によって焼成後のシリコンウェハ１０１を熱処理部２から排出している最中や、シリコンウェハ１０１が冷却されている最中、他の段（間隔部３６）では、シリコンウェハ１０１の焼成が行われている。
また間隔部３６のいずれかが空いた場合は、新たなシリコンウェハ１０１を搬入する。
こうして熱処理部２は、間隔部３６ａ〜３６ｆごとにシリコンウェハ１０１を焼成し、常にいずれかの間隔部３６ａ〜３６ｆで焼成作業を行う。そのため熱処理部２は、休むことなく焼成作業を行うことができる。
また搬送ロボット６０についても、休むことなく稼働する。
そのため本実施形態の熱処理装置１は稼働率が高い。また本実施形態の熱処理装置１によると、シリコンウェハ１０１を適切な温度プロファイルで焼成することができるので、できあがったシリコンウェハ１０１の性能が高い。
【００７１】
本実施形態の熱処理装置１によると、シリコンウェハ１０１を急速に昇温することができ、太陽電池セルの性能（バルクライフタイムや表面再結合速度等の改善）にも寄与できる。
【００７２】
上記した実施形態では、長管状のランプを熱源として使用し、このランプを水平に配列して熱源ランプを平面的に分布させたが、短管あるいは球状、ラグビーボール状等の形状のランプを使用することもできる。即ち白熱電球の様な形のランプを使用することもできる。
以下、ラグビーボールの様な短管状のランプを使用した熱処理部７０を第２実施形態として説明する。
図１０〜図１３は、短管状のランプを使用する場合の構成例を示すものである。
第２実施形態の熱処理部７０は、前記した実施形態と同様に断熱筐体１０を有し、その中に図１３に示すような棚状の設置部７４と、多数の熱源ユニット７１が配されたものである。
設置部７４は、図１３に示すように鋼材等で直方体に枠組みされたものであり、４段の棚部７２ａ〜７２ｄを有するものである。棚部７２ａ〜７２ｄは、枠状であり、長方形の枠を構成する主梁７３ａ〜７３ｄと、主梁７３ｂ，７３ｄにかけ渡された３本の桟部材７３ｅ〜７３ｇによって構成されている。
そのため２本の縦主梁７３ａ，７３ｃと３本の桟部材７３ｅ〜７３ｇの間にそれぞれ載置空間７５ａ〜７５ｄが形成されている。
各載置空間７５ａ〜７５ｄの大きさは、正方形のシリコンウェハ１０１を二個並べることができる大きさである。また前記した主梁７３ａ〜７３ｄと、主梁７３ｂ，７３ｄにかけ渡された３本の桟部材７３ｅ〜７３ｇには、図１３（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）の様にそれぞれ支持ピン２１が立設されている。
【００７３】
熱源部１２は、複数の段に分かれており、それぞれの段が図１０、図１１、図１２の様に複数の熱源ユニット７１によって構成されている。熱源ユニット７１は、図１２の様に、略正方形の本体箱７６を有し、当該本体箱７６の中に、短管状のハロゲンランプ（熱源ランプ）７７が垂直姿勢で複数設置されたものである。本体箱７６は、平面視が前記した様に略正方形であり、高さの低い箱体である。
本体箱７６の大きさは、被加熱物たるシリコンウェハ１０１の大きさと略等しい。
本体箱７６の一方の正方形の面は開放されている。当該面にガラス板が設けられていてもよい。
そして前記した本体箱７６の中に、本実施形態では、９個のハロゲンランプ７７が行列状に並べて配置されている。即ち本実施形態では、９個のハロゲンランプ７７が平面的に配置されている。
そのためハロゲンランプ７７が発光すると、本体箱７６の開放部（またはガラス板）から外部に向かって輻射熱が照射される。また本体箱７６から照射される輻射熱の強度分布が一様になる様に、各ハロゲンランプ７７の位置その他が微調整されている。
【００７４】
本実施形態の熱処理部７０は、前記した棚部７２ａ〜７２ｄに対して上下から輻射熱を照射できる様に熱源ユニット７１を配列したものである。
より具体的には、熱源ユニット７１は、棚部７２ａ〜７２ｄを上下から照らすことができる様に、棚部７２ａ〜７２ｄの上面側と下面側に設けられ、いずれも前記開放部を棚部７２側に向けて配置されている。
【００７５】
また本実施形態では、棚部７２に対して均等に輻射熱を照射することができる様に、棚部７２ａ〜７２ｄの格段の上下にそれぞれ８個ずつ、熱源ユニット７１が設けられている（図１０，図１１）。
言い換えると、本実施形態では、８個の熱源ユニット７１が同じ向きであって４行２列に配列されて一組の熱源ユニット群７８を構成し、当該熱源ユニット群７８がそれぞれ棚部７２ａ〜７２ｄの上下に、棚部７２ａ〜７２ｄと平行に配置されている。
【００７６】
また本実施形態では、各ユニット７１の照度は、熱源ユニット群７８ごとに制御される。即ち熱源ユニット群７８の輻射熱の照射量に強弱を付けることができ、上下の熱源ユニット群７８の照度を異ならせたり、一つの段の上側の熱源ユニット群７８と、他の段の上側の熱源ユニット群７８の照度に変化を付けることもできる。また点灯中に照度を変えることもできる。
第２実施形態の熱処理部７０を使用してのシリコンウェハ１０１の焼成作業は、先の実施形態と同一である。
【００７７】
次に、本発明を実施するのに際して参考となる変形例や設計例を説明する。以下に説明する変形例等は、第１実施形態に基づいて説明するが、もちろん第２実施形態にも応用することができる。
以上の説明では、シリコンウェハ１０１を焼成する際の表裏面の温度差について触れなかったが、本実施形態の熱処理装置１では、熱源ユニット３５ごとに照度を制御することができるから、シリコンウェハ１０１の表裏面に温度差を設けてもよい。
第１実施形態について説明すると、例えば、シリコンウェハ１０１の表電極１０２側を上にして最上部の間隔部３６ａに設置するのであれば、上部側の熱源ユニット３５ａの照度を下部側の熱源ユニット３５ｂよりも高くしてもよい。
もちろん、下部側の熱源ユニット３５ｂの方を高くしてもよい。
【００７８】
また中程度の照度から高い照度に切り換えるタイミングを間隔部３６の上下で異ならせてもよい。言い換えれば、シリコンウェハ１０１の表面側と裏面側を異なる温度プロファイルで焼成することもできる。
【００７９】
温度プロファイルに沿って昇温させるための制御としては、実際のシリコンウェハ１０１の温度をセンサーによって検知する方法や、予め予備実験を行い、この実験データからシリコンウェハ１０１の温度と、照度及び時間の関係を得、そのデータに基づいて照度と照射時間を制御する方策によることも可能である。
【００８０】
また上記した実施形態では、各間隔部３６の上下に、熱源ユニット３５を配置したが、本発明はこの構成に限定されるものではなく、一方だけに熱源ユニット３５が設けられているものであってもよい。
【００８１】
本実施形態では、熱源ユニット３５の照度を熱源ユニット３５ごとに変化させることができる構成を開示したが、さらに進んで、個々のシリコンウェハ１０１ごとに照度を変化することができる構成としてもよい。
ここで本実施形態では、縦列用ハロゲンランプ２８で構成される平面３１の位置及び大きさを焼成しようとするシリコンウェハ１０１の位置及び大きさと合致させているので、平面３１ごとに照度を変化させることができる構成を採用するならば、シリコンウェハ１０１を一枚ずつ焼成することができることとなる。
また更に進んで、個々のハロゲンランプ２７，２８を一本ずつ、あるいは数本ずつ、照度調整できるものであってもよい。
【００８２】
また前記した様に、本実施形態では、熱源ユニット３５で４枚のシリコンウェハ１０１を焼成したが、本発明は、この構成に限定されるものではなく、一つの熱源ユニット３５で１枚から３枚のシリコンウェハ１０１を焼成したり、４枚を越える数のシリコンウェハ１０１を焼成してもよい。逆に、複数の熱源ユニット３５で一枚のシリコンウェハ１０１を焼成してもよい。
また本実施形態では、熱源部１１を熱源ユニット３５という長方形の最小単位に区切ったが、本発明はこの構成に限定されるものではなく、縦列用ハロゲンランプ２８で構成される略正方形の平面３１に相当する大きさが最小単位であってもよい。
【００８３】
また本実施形態では、熱源としてハロゲンランプ２７，２８を採用したが、他のランプであってもよい。例えば、キセノンランプや、その他の赤外線ランプを採用することもできる。
【００８４】
上記した実施形態では、シリコンウェハ１０１を冷却する装置として、プレ冷却棚３と、本冷却棚５とを設けたが、いずれか一方だけでもよく、また全く冷却装置が無いものであってもよい。
特に熱処理部２の処理能力に対して搬送ロボット６０の処理能力が低い場合は、プレ冷却棚３を廃し、熱処理部２から直接本冷却棚５にシリコンウェハ１０１を搬送することが望ましい場合もある。
【００８５】
出し入れ口１３ａ，ｂ，ｃの数や形状、開閉蓋１５ａ，ｂ，ｃの数、形状、構造、間隔部３６ａ〜３６ｆの段数、奥行側に設置できるシリコンウェハ１０１の個数、幅方向に設置できる個数等は、設計事項であり、必要に応じて任意に決定することができる。
【００８６】
上記した実施形態では、４個の支持ピン２１で一枚のシリコンウェハ１０１を支持したが、支持ピン２１の数は任意である。
また支持ピン２１の形状は任意であり、針状のもの、棒状のもの、円錐や角錐状のもの、先端の丸いもの等が考えられる。
また支持ピン２１に代わってバーでシリコンウェハ１０１の辺部を支持するものであってもよい。
【００８７】
図９に示す温度プロファイルは、シリコンウェハ１０１を焼成する場合の一例を示すものに過ぎず、本発明は、この温度プロファイルに限定されるものではない。即ち他の温度プロファイルを実現するために本発明の熱処理装置を使用することもできる。
上記した本実施形態で採用する搬送装置６は、支持部材４８ａ，４８ｂを上下に２本有する工業用の搬送ロボット６０であるが、支持部材４８ａ，４８ｂの数は任意であり、１本だけでもよく、３本以上であってもよい。また工業用ロボットよりも自由度の少ない搬送装置を使用することもできる。
上記した実施形態では、棚部材１６の内部（ユニット室２５，２６の内壁）に金メッキ加工を施したものを例示したが、本発明はこの構成に限定されるものではなく、他の構成によって反射面を形成してもよい。また本発明は、反射面を有しないものを否定するものではない。
【符号の説明】
【００８８】
１      熱処理装置
２      熱処理部
３      プレ冷却棚
５      本冷却棚
６      搬送装置
７      台部材
８      排出装置
１０    断熱筐体
１１    棚状部材（設置部及び熱源部）
１７    天板部
１８    底板部
２１    支持ピン
２７，２８  ハロゲンランプ（熱源ランプ）
３５    熱源ユニット
３６    間隔部
４８ａ，４８ｂ  支持部材
５０    昇降・回転軸
５１    前後移動部
６０    搬送ロボット
７０    熱処理部
７１    熱源ユニット
７７    ハロゲンランプ（熱源ランプ）
７８    熱源ユニット群
１０１  シリコンウェハ
１０２  表電極
１０３  裏電極
１１０ａ  表電極用ペースト
１１０ｂ  裏電極用ペースト
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
2012084637.tif 000017
【図１６】
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【図１７】
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