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Title:
PROCESS DEVICE FOR PROCESSING IN PARTICULAR STACKED PROCESSED GOODS
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2009/153059
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a processing device for the processing of in particular stacked proceed goods, particularly in the form of planar substrates for the production of thin layers, particularly of conducting, semiconducting, or insulating thin layers, comprising an evacuatable processing chamber for receiving a process gas, comprising at least one tempering device, particularly at least in sections in and/or in thermal operative connection with at least one wall, particularly all walls of the processing chamber, said chamber being equipped and suited to keep at least a partial region of the wall, particularly substantially the entire process chamber wall, of the process chamber at a predetermined temperature, particularly to keep the same at a first temperature during at least part of the processing of the stacked processed goods, said temperature not being below room temperature as the second temperature, and being below a third temperature which can be generated in the processing chamber and is above room temperature; at least one gas conveying device for creating a gas flow cycle in the process chamber, particularly a forced convection; at least one heating device for heating the gas, said heating device disposed or able to be disposed in the gas flow cycle created by the gas conveying device; at least one gas guiding device, which is configured for receiving the processed goods stack, and which is disposed, or can be disposed in the process chamber such that at least part of the gas flow cycle that is created, or can be created extends through the gas guiding device; optionally at least one loading opening that can be locked with a first gas and/or vacuum tight locking device, through said loading opening the processed goods stack can be inserted into the gas guiding device; and optionally at least one gas inlet device for feeding the process gas into the gas flow cycle. The invention further relates to a process system for processing stacked processed goods, comprising at least one process device according to the invention, at least one cooling device, and/or at least one channeling device. Finally, the invention also relates to a method for processing in particularly stacked and/or planar processed goods, particularly for the production of thin layers, particularly conducting, semiconducting, or insulating thin layers, utilizing a process device according to the invention, or a process system according to the invention, wherein at least a partial region of the wall of the process chamber, particularly at least during part of the processing of the stacked processed goods, is held at a predetermined temperature, particularly at a first temperature, which is not below room temperature as the second temperature, and which is below a third temperature above room temperature, which is created in the process chamber during the processing, at least in phases.

Inventors:
PROBST VOLKER (DE)
Application Number:
PCT/EP2009/004459
Publication Date:
December 23, 2009
Filing Date:
June 19, 2009
Export Citation:
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Assignee:
PROBST VOLKER (DE)
International Classes:
F27B7/00; C23C16/455; F27B5/04; F27B5/14; F27B5/16; F27D7/04; H01L21/00; H01L31/00
Domestic Patent References:
WO2007053016A22007-05-10
Foreign References:
GB1419308A1975-12-31
Attorney, Agent or Firm:
METTEN, Karl-Heinz et al. (DE)
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Claims:

Patentansprüche

1. Prozessvorrichtung (10) zum Prozessieren von, insbesondere gestapelten, Prozessgütern (12), insbesondere in Form flächiger Substrate für die Herstellung von Dünnschichten, insbesondere leitenden, halbleitenden oder isolierenden Dünnschichten, enthaltend eine evakuierbare Prozesskammer (14) zur Aufnahme eines Prozessgases (44), umfassend mindestens eine Temperiereinrichtung, insbesondere zumindest abschnittsweise in und/oder in thermischer Wirkverbindung mit mindestens einer Wand, insbesondere sämtlicher Wände der Prozesskammer, eingerichtet und geeignet, um zumindest einen Teilbereich der Wand (16), insbesondere im Wesentlichen die gesamte Prozesskammerwand, der Prozesskammer (14) auf einer vorgegebenen Temperatur zu halten, insbesondere bei einer ersten Temperatur während zumindest eines Teils des Prozessierens der gestapelten Prozessgüter zu halten, die nicht unterhalb der Raumtemperatur als der zweiten Temperatur liegt und die unterhalb einer dritten, oberhalb der Raumtemperatur liegenden Temperatur liegt, welche in der Prozesskammer erzeugbar ist, mindestens eine Gasfördereinrichtung (46, 50) zum Erzeugen eines Gasströmungskreislaufes, insbesondere einer erzwungenen Konvektion, in der Prozesskammer (14), mindestens eine in dem von der Gasfordereinrichtung (46, 50) erzeugten Gasströmungskreislauf angeordneten oder anordbaren Heizeinrichtung (36) zum Aufheizen des Gases, mindestens eine Gasleiteinrichtung (24), die zur Aufnahme des Prozessgutstapels (66) ausgebildet und in der Prozesskammer (14) derart angeordnet oder anordbar ist, dass mindestens ein Teil des erzeugten bzw. erzeugbaren Gasströmungskreislaufes durch die Gasleiteinrichtung (24) hindurch verläuft, gegebenenfalls mindestens eine, insbesondere mit einer ersten gas- und/oder vakuumdichten Verschließeinrichtung, verschließbare Beladungsöffnung (60), durch die der Prozessgutstapel (66) in die Gasleiteinrichtung (24) einbringbar ist, und gegebenenfalls mindestens eine Gaseinlasseinrichtung (42) zum Einleiten des Prozessgases (44) in den Gasströmungskreislauf.

2. Prozessvorrichtung (10) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass an einer Innenseite der Prozesskammerwand (16) zumindest abschnittsweise ein thermisches Isolationsmaterial (22) vorgesehen ist, das unter Prozessbedingungen vorzugsweise reaktionsbeständig ist.

3. Prozessvorrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasleiteinrichtung (24) mindestens eine obere Trennplatte (26), die einen ersten Kammerbereich (34) in der Prozesskammer (14) oberhalb der Gasleiteinrichtung (24) definiert, und eine untere Trennplatte (28) aufweist, die einen zweiten Kammerbereich (38) in der Prozesskammer (14) unterhalb der Gasleiteinrichtung (24) definiert, wobei die Oberflächen der Gasleiteinrichtung (24) bevorzugt mit einem thermischen Isolationsmaterial (22) versehen sind, das unter Prozessbedingungen vorzugsweise reaktionsbeständig ist.

4. Prozessvorrichtung (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasleiteinrichtung (24) zumindest eine Verteilereinrichtung (30, 32) zur, insbesondere flächig gleichmäßigen, Verteilung der Gasströmung aufweist, wobei der Prozessgutstapel (66) vorzugsweise stromabwärts von der Verteilereinrichtung (30) angeordnet ist, wobei die Verteilereinrichtung (30, 32) bevorzugt durch eine mit Schlitzen (33) und/oder Löchern versehene Platte gebildet ist.

5. Prozessvorrichtung (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasfördereinrichtung wenigstens einen Ventilator (46) umfasst, der vorzugsweise ein reaktionsbeständiges Material aufweist, wobei der Ventilator (46) bevorzugt im Bereich einer der Stirnseiten des Prozessgutstapels (66) angeordnet ist und/oder an einer Antriebswelle (48) befestigt oder befestigbar ist, die in die Prozesskammer (14) hineinreicht und die vorzugsweise aus einem reaktionsbeständigen Material besteht oder ein solches umfasst.

6. Prozessvorrichtung (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein weiterer Ventilator (50) im Bereich der anderen, insbesondere gegenüberliegenden Stirnseite des Prozessgutstapels (66) angeordnet ist.

7. Prozessvorrichtung (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gaseinlasseinrichtung (42) eingerichtet und ausgelegt ist zum Einleiten eines schwefel- oder selenhaltigen Gases, vorzugsweise H 2 S- und/oder H 2 Se-haltigen Gases

oder von gasförmigem Schwefel und/oder gasförmigem Selen, in den Gasströmungskreislauf.

8. Prozessvorrichtung (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung (36) wenigstens ein reaktionsbeständiges Heizelement umfasst, welches bevorzugt Graphit- oder Siliziumkarbid-Widerstandsheizelemente umfasst, die beispielsweise als plattenförmige Mäanderheiz-Stapel oder als Bündel von Heizstäben ausgebildet sind.

9. Prozessvorrichtung (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch mindestens eine in dem Gasströmungskreislauf angeordnete Kühleinrichtung (40), welche bevorzugt temperierbar im Bereich einer Raumtemperatur bis 250°C ist und insbesondere wenigstens ein Kühlelement und/oder einen Plattenstapelkühler und/oder einen Rohrbündelkühler umfasst.

10. Prozessvorrichtung (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch Gasumlenkelemente (54, 56), durch die der Gasströmungskreislauf derart umlenkbar ist, dass entweder die Heizeinrichtung (36) oder die Kühleinrichtung (40) in dem Gasströmungskreislauf angeordnet oder anordbar ist.

11. Prozessvorrichtung (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch mindestens eine, insbesondere mit einer zweiten gas- und/oder vakuumdichten Verschließeinrichtung, verschließbare Entladungsöffnung (70), durch die der Prozessgutstapel (66) aus der Gasleiteinrichtung (24) entnehmbar ist.

12. Prozessvorrichtung (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Wand, insbesondere sämtliche Wände, der Prozesskammer, Metalle oder Metalllegierungen, insbesondere Edelstahl, vorzugsweise legierten Edelstahl, umfasst oder im Wesentlichen daraus besteht, oder das die Prozesskammer ein Quarzglasrohr oder ein Keramikrohr umfasst.

13. Prozessvorrichtung (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die in der Prozesskammer befindlichen Bestandteile der Prozessvorrichtung Metalle oder Metalllegierungen oder keramische oder kohlenstoffhaltige oder kohlenstofffaser- haltige Materialien enthalten oder hieraus bestehen.

14. Prozessvorrichtung (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Verschließeinrichtung und/oder die zweite Verschließeinrichtung Metalle oder Metalllegierungen, insbesondere Edelstahl, vorzugsweise legierten Edelstahl, umfassen, oder hieraus bestehen.

15. Prozessvorrichtung (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und/oder die zweite Verschließeinrichtung, insbesondere durch die Temperiereinrichtung der Prozesskammer, in der Weise temperierbar sind, dass zumindest ein Teilbereich, insbesondere im Wesentlichen die gesamte Verschließeinrichtung, während zumindest eines Teils des Prozessierens der gestapelten Prozessgüter auf einer vorgegebene Temperatur einstellbar ist, insbesondere auf eine erste Temperatur, die nicht unterhalb der Raumtemperatur als der zweiten Temperatur ist und die unterhalb einer dritten, oberhalb der Raumtemperatur liegenden Temperatur liegt, welche in der Prozesskammer erzeugbar ist.

16. Prozessvorrichtung (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Prozesskammer zumindest abschnittsweise im Querschnitt im Wesentlichen rechteckig, quadratisch, trapezförmig oder dreieckig ist.

17. Prozessvorrichtung (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch mindestens eine Absaugeinrichtung, umfassend mindestens eine Absaugöffnung, zum Evakuieren der Prozesskammer.

18. Prozessanlage zum Prozessieren von gestapelten Prozessgütern (12), umfassend a) mindestens eine Prozessvorrichtung (10) nach einem der vorherigen Ansprüche mit einer ersten, insbesondere mit einer ersten gas- und/oder vakuumdichten Verschließeinrichtung, verschließbaren Beladungsöffnung, durch die Prozessgutstapel (66) in die Gasleiteinrichtung (24) einbringbar ist, und einer ersten, insbesondere mit einer zweiten gas- und/oder vakuumdichten Verschließeinrichtung, verschließbaren Entladungsöffnung, durch die der Prozessgutstapel (66) aus der Gasleiteinrichtung (24) entnehmbar ist, b) mindestens eine Abkühleinrichtung, umfassend mindestens eine Abkühlkammer mit einer zweiten, insbesondere mit einer dritten gas- und/oder vakuumdichten Verschließeinrichtung, verschließbaren Beladungsöffnung und einer zweiten, insbesondere mit einer vierten gas- und/oder vakuumdichten Verschließeinrichtung, verschließbaren Entla-

dungsöffnung, wobei die erste Entladungsöffnung und die zweite Beladungsöffnung benachbart angeordnet und ausgerichtet oder anordbar und ausrichtbar sind, um Prozessgüter von der Prozessiervorrichtung in die Abkühlvorrichtung zu transferieren, und/oder c) mindestens eine Einschleuseinrichtung, umfassend mindestens eine Einschleuskammer mit einer dritten, insbesondere mit einer fünften gas- und/oder vakuumdichten Verschließeinrichtung, verschließbaren Beladungsöffnung und einer dritten, insbesondere mit einer sechsten gas- und/oder vakuumdichten Verschließeinrichtung, verschließbaren Entladungsöffnung, wobei die dritte Entladungsöffnung und die erste Beladungsöffnung benachbart angeordnet und ausgerichtet oder anordbar und ausrichtbar sind, um Prozessgüter von der Einschleuskammer in die Prozessiervorrichtung zu transferieren.

19. Prozessanlage nach Anspruch 18, gekennzeichnet durch mindestens einen ersten Verbindungsabschnitt, der mit, insbesondere der ersten Entladungsöffnung, der Prozessiervorrichtung und, insbesondere der zweiten Beladungsöffnung, der Abkühlvorrichtung gekoppelt oder koppelbar ist, und/oder mindestens einen zweiten Verbindungsabschnitt, der mit, insbesondere der ersten Beladungsöffnung, der Prozessiervorrichtung und, insbesondere der dritten Entladungsöffnung, der Einschleuskammer gekoppelt oder koppelbar ist.

20. Prozessanlage nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Abkühlvorrichtung in der Abkühlkammer mindestens eine Kühleinrichtung aufweist, welche bevorzugt temperierbar ist im Bereich von -196°C, insbesondere -5O 0 C, vorzugsweise 10 0 C, bis 250 0 C und insbesondere wenigstens ein Kühlelement und/oder ein Plattensta- pelkühler und/oder einen Rohrbündelkühler umfasst.

21. Prozessanlage nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Einschleuskammer mindestens eine Heizeinrichtung aufweist.

22. Prozessanlage nach einem der Ansprüche 18 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Prozes s Vorrichtungen (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 17 über ihre jeweiligen Entladungs- und Beladungsöffnungen direkt oder vermittels eines dritten Verbindungsabschnitts miteinander verbunden oder verbindbar sind.

23. Prozessanlage nach einem der Ansprüche 18 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Wand, insbesondere sämtliche Wände, der Abkühlkammer, insbesondere

umfassend die Verschließeinrichtungen, und/oder der Einschleuskammer, insbesondere umfassend die Verschließeinrichtungen, und/oder der ersten, zweiten und/oder dritten Verbindungsabschnitte, Metalle oder Metalllegierungen, insbesondere Edelstahl, vorzugsweise legierten Edelstahl, umfassen oder im Wesentlichen hieraus bestehen.

24. Prozessanlage nach einem der Ansprüche 18 bis 23, gekennzeichnet durch mindestens eine Temperiereinrichtung zumindest abschnittsweise in und/oder in thermischer Wirkverbindung mit mindestens einer Wand, insbesondere sämtlichen Wänden, der Einschleuskammer, der Abkühlkammer und/oder dem ersten, zweiten und/oder dritten Verbindungsabschnitt.

25. Verfahren zum Prozessieren von, insbesondere gestapelten und/oder flächigen, Prozessgütern (12), insbesondere zur Herstellung von Dünnschichten, insbesondere leitenden, halbleitenden oder isolierenden Dünnschichten, unter Verwendung einer Prozessvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17 oder einer Prozessanlage nach einem der Ansprüche 18 bis 24, wobei der Prozessgutstapel (66) während einer Prozessierphase in der Gasleiteinrichtung (24) aufgenommen ist, die in der ein Gas aufnehmenden Prozesskammer (14) angeordnet ist, wobei mittels der Temperiereinrichtung (18) zumindest ein Teilbereich der Wand (16) der Prozesskammer (14), insbesondere während zumindest eines Teils des Prozessierens der gestapelten Prozessgüter, auf einer vorgegebenen Temperatur gehalten wird, insbesondere bei einer ersten Temperatur gehalten wird, die nicht unterhalb der Raumtemperatur als der zweiten Temperatur liegt und die unterhalb einer dritten, oberhalb der Raumtemperatur liegenden Temperatur liegt, welche in der Prozesskammer während des Prozessierens wenigstens phasenweise erzeugt wird, wobei ein Gasströmungskreislauf in der Prozesskammer (14) derart erzeugt wird, dass zumindest ein Teil des erzeugten Gasströmungskreislaufes durch die Gasleiteinrichtung (24) hindurch verläuft, und das Gas mittels einer in dem Gasströmungskreislauf angeordneten Heizeinrichtung (36) aufgeheizt wird.

26. Verfahren zum Prozessieren von, insbesondere gestapelten und/oder flächigen, Prozessgütern (12), wobei der Prozessgutstapel (66) während einer Prozessierphase in einer Gasleiteinrichtung (24) aufgenommen ist, die in einer ein Gas aufnehmenden Prozesskammer (14) angeordnet ist, mittels einer Temperiereinrichtung (18) zumindest ein Teilbereich der Wand (16) der

Prozesskammer (14) auf einer vorgegebenen Temperatur gehalten wird, ein Gasströmungskreislauf in der Prozesskammer (14) derart erzeugt wird, dass zumindest ein Teil des erzeugten Gasströmungskreislaufes durch die Gasleiteinrichtung (24) hindurch verläuft, und das Gas mittels einer in dem Gasströmungskreislauf angeordneten Heizeinrichtung (36) aufgeheizt wird.

27. Verfahren nach Anspruch 25 oder 26, dadurch gekennzeichnet, dass während der Prozessierphase ein Prozessgas (44), das vorzugsweise Schwefel- oder se- lenhaltig ist und insbesondere H2S- und/oder H2Se-Gas oder gasförmigen Schwefel und/oder gasförmiges Selen umfasst, durch eine Gaseinlasseinrichtung (42) in die Prozesskammer (14) eingeleitet wird.

28. Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Prozessgüter flächige, insbesondere vorbeschichtete, Glassubstrate (12) zum Herstellen von Halbleiterdünnschichten, vorzugsweise Chalkopyrit-Halbleiterschichten, bevorzugt I-III-VI- Verbindungshalbleiterschichten und insbesondere Cu(In 5 Ga)(Se 5 S) 2 - Halbleiterschichten, beispielsweise für Solarzellen, umfassen.

29. Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Temperatur während des Prozessierens durch die Temperiereinrichtung in einem Bereich von Raumtemperatur bis etwa 25O 0 C, insbesondere bis 200 0 C, gehalten wird.

30. Verwendung der Prozessvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17 oder der Prozessieranlage nach einem der Ansprüche 18 bis 24 für die Herstellung, insbesondere flächiger, Substrate, umfassend Dünnschichten, insbesondere leitende, halbleitende oder isolierende Dünnschichten, oder Vor- bzw. Zwischenstufen hiervon.

31. Verwendung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiterdünnschicht eine Chalkopyrit-Halbleiterdünnschicht, insbesondere eine CIS- oder CIGS-Halbleiter- dünnschicht, oder eine Vor- oder Zwischenstufe hiervon darstellt.

Description:

Prozessvorrichtung zum Prozessieren von insbesondere gestapelten Prozessgütern

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Prozessvorrichtung zum Prozessieren von insbesondere gestapelten Prozessgütern, insbesondere bei mittleren bis hohen Temperaturen, welche eine evakuierbare Prozesskammer zur Aufnahme eines Prozessgases, eine Gasfördereinrichtung zum Erzeugen eines Gasströmungskreislaufes in der Prozesskammer und eine Heizeinrichtung zum Aufheizen des durch die Prozesskammer strömenden Gases umfasst.

Bei einer bekannten Prozessvorrichtung dieser Art kann es sich um einen Diffusionsofen mit einer durch ein Quarzrohr definierten Prozesskammer handeln, welcher beispielsweise bei der Herstellung von Dünnschichtsolarzellen vom CIS-Typ zum Einsatz kommt. Insbesondere dient der bekannte Diffusionsofen dazu, auf den Prozessgütern, z.B. Glassubstraten, die mit metallischen Precursorn, wie z.B. Kupfer, Indium und/oder Gallium, vorbeschichtet sind, mit Hilfe von selen-und/oder schwefelhaltigen Prozessgasen, wie z.B. H2Se-oder H2S-Gas, eine Chalcopyrit-Halbleiterschicht, die beispielsweise die Absorberschicht einer Solarzelle bilden kann, herzustellen.

Zu diesem Zweck wird ein zu prozessierender und mit einer Precursor-Beschichtung versehener Substratstapel in das Quarzrohr eingeführt. Nach dem Verschließen des Quarzrohrs wird dieses so oft evakuiert und mit Inertgas befüllt, bis eine gewünschte Reinheit bezüglich Restsauerstoff und Restfeuchte erreicht ist. Anschließend wird das Prozessgas H2Se mit einem inerten Trägergas in einer gewünschten Konzentration und bis zu einem gewünschten Druck eingelassen. Außerdem wird die Heizeinrichtung, eine um das Quarzrohr herum angeordnete Mantelheizung, eingeschaltet und so gesteuert, dass ein gewünschtes Temperaturprofil auf den Substraten erzeugt wird.

Nach einer vorgegebenen Reaktionszeit bei einer Temperatur zwischen 35O 0 C und 450°C

wird das Quarzrohr evakuiert. Anschließend wird ein Gemisch aus H2S und inertem Trägergas eingelassen und die Temperatur auf etwa 450°C bis 550 0 C erhöht. Nach einer vorgegebenen Reaktionszeit erfolgt dann eine Abkühlung der Anordnung bis auf Raumtemperatur sowie eine Eliminierung der toxischen Prozessgase mittels verschiedener Pump-Spül-Zyklen. Nach einer Belüftung des Quarzrohrs können die Substrate mit den zu Chalcopyrit-Halbleitern reagierten Dünnschichten entnommen werden.

Bei der so erzeugten Halbleiterschicht kann es sich um eine Cu(In, Ga)(Se, S)2-Schicht mit einem typischen Ga-Konzentrationsanstieg zu einer Rückelektrode hin und einem S- Konzentrationsanstieg zur Oberfläche hin handeln. Die Halbleiterschicht liegt praktisch mehrphasig vor mit einem graduierten Phasenübergang und einem graduierten Bandabstand.

Als problematisch erweist sich bei der bekannten Prozessvorrichtung die ungünstige zylindersymmetrische Infrarotstrahlungsgeometrie und die Abschattung der Infrarot-Strahlung im Substratstapel. Die so erzeugten thermischen Inhomogenitäten können nur reduziert werden, indem die Aufheiz-und Abkühlraten klein gehalten werden. Dies erhöht die minimal mögliche Prozesszeit signifikant und schränkt somit die Prozesskapazität deutlich ein. Auch verbleibt eine nicht unerhebliche Streuung des Prozessergebnisses über den Stubstratstapel.

Die evakuierbare Prozesskammer wird durch ein Quarzrohr gebildet, weil gängige Vakuumkammermaterialien aus Metalllegierungen bestehen und Metalle sowie deren Legierungen in Selen-und Schwefeldampf sowie in H2Se-und H2S-Gas nicht beständig sind, sondern korrodieren. Die Korrosionsprodukte gelangen als Flitter und Feinstaub an den Chalcopyrit- Halbleiter und schädigen diesen durch elektrische Kurzschlüsse und als tiefe Störstellen. Außerdem lässt sich eine durch ein Quarzrohr gebildete Prozesskammer aus fertigungstechnischen Gründen nur unter Aufbringung eines erheblichen wirtschaftlichen Mehraufwandes mit einem größeren Durchmesser als 80 cm herstellen. Die Größe der in einer solchen Anlage zu prozessierenden Substrate ist folglich limitiert.

Aus der GB 1 419 308 A ist ein evakuierbarer Ofen zur Hitzebehandlung bekannt, bei dem die Heizelemente innerhalb des Ofenraums angeordnet sind. Mit diesem Ofen soll ein Abkühlen wie auch ein Aufheizen im Vakuum oder in einer Schutzgasatmosphäre gelingen. Der Ofen gemäß GB 1 419 308 A kann ferner mit einem Heizelement ausgestattet sein. Diese Vorrichtung ist eingerichtet und ausgelegt für die Wärmebehandlung von Stahl und anderen

Metallen bzw. Metalllegierungen.

Die WO 2007/053016 A2 offenbart einen Ofen für die Herstellung fotovoltaischer Solarzellen unter Einsatz eines Diffusionsprozesses. In der Prozesskammer dieses Ofens können flächige Substrate für die Herstellung von Solarmodulen angeordnet werden. Es wird berichtet, dass durch den Einsatz einer Kühleinrichtung, welche das in die Prozesskammer eingeleitete Prozessgas kühlt, die Zykluszeiten bei der Prozessierung der Substrate erheblich verkürzt werden können. Die Kühleinrichtung wird als Kühlkreislauf beschrieben, welcher mit einem Wärmeaustauscher gekoppelt ist. Aufgewärmtes Prozessgas wird der Prozesskammer entnommen, außerhalb der Prozesskammer heruntergekühlt und anschließend wieder der Prozesskammer zugeführt. Diese Vorrichtung hat den Nachteil, dass äußerst reaktives, toxisches Prozessgas aus der Prozesskammer zu entnehmen ist. Der apparative Aufwand ist daher zwangsläufig sehr hoch, um den geforderten Sicherheitsstandarts zu genügen.

Aus der EP 1 643 199 Al ist ein evakuierbarer Ofen bekannt, in dem eine Kühleinheit zur Kühlung eines erwärmten Produkts integriert ist. Hierbei wird ein Gas unter Druck gleichförmig in dem Ofen zirkuliert. Der Ofen gemäß der EP 1 643 199 Al ist konzipiert für die thermische Behandlung von Metallen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Prozessvorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die sich nicht nur durch eine verbesserte Wirtschaftlichkeit auszeichnet, sondern auch eine homogenere Schichtbildung, z.B. bei leitenden oder halbleitenden Dünnschichten, insbesondere von Chalkopyrithalbleitern, oder bei isolierenden Dünnschichten, ermöglicht, leichter zu warten ist, ein Upscaling von Prozesskapazität sowie Substratformat zulässt und auch im Dauerbetrieb sehr langlebig ist.

Zur Lösung der Aufgabe ist eine Prozessvorrichtung vorgesehen zum Prozessieren von, insbesondere gestapelten, Prozessgütern, insbesondere in Form flächiger Substrate für die Herstellung von Dünnschichten, insbesondere leitenden, halbleitenden oder isolierenden Dünnschichten, enthaltend eine evakuierbare Prozesskammer zur Aufnahme eines Prozessgases, umfassend mindestens eine Temperiereinrichtung, insbesondere zumindest abschnittsweise in und/oder in thermischer Wirkverbindung mit mindestens einer Wand, insbesondere sämtlicher Wände der Prozesskammer, eingerichtet und geeignet, um zumindest einen Teilbereich der Wand, insbesondere im Wesentlichen die gesamte Prozesskammerwand, der Prozesskammer

auf einer vorgegebenen Temperatur zu halten, insbesondere bei einer ersten Temperatur während zumindest eines Teils des Prozessierens der gestapelten Prozessgüter zu halten, die nicht unterhalb der Raumtemperatur als der zweiten Temperatur liegt und die unterhalb einer dritten, oberhalb der Raumtemperatur liegenden Temperatur liegt, welche in der Prozesskammer erzeugbar ist, mindestens eine Gasfordereinrichtung zum Erzeugen eines Gasströmungskreislaufes, insbesondere einer erzwungenen Konvektion, in der Prozesskammer; mindestens eine in dem von der Gasfördereinrichtung erzeugten Gasströmungskreislauf angeordneten oder anordbaren Heizeinrichtung zum Aufheizen des Gases mindestens eine Gasleiteinrichtung, die zur Aufnahme des Prozessgutstapels ausgebildet und in der Prozesskammer derart angeordnet oder anordbar ist, dass mindestens ein Teil des erzeugten bzw. erzeugbaren Gasströmungskreislaufes durch die Gasleiteinrichtung hindurch verläuft, gegebenenfalls mindestens eine, insbesondere mit einer ersten gas- und/oder vakuumdichten Verschließeinrichtung, verschließbare Beladungsöffnung, durch die der Prozessgutstapel in die Gasleiteinrichtung einbringbar ist; und gegebenenfalls mindestens eine Gaseinlasseinrichtung zum Einleiten des Prozessgases in den Gasströmungskreislauf.

In einer Ausführungsform kann dabei vorgesehen sein, dass mindestens eine Wand, insbesondere sämtliche Wände, der Prozesskammer, Metalle oder Metalllegierungen, insbesondere Edelstahl, vorzugsweise legierten Edelstahl, umfasst oder im Wesentlichen daraus besteht, oder das die Prozesskammer ein Quarzglasrohr oder ein Keramikrohr umfasst. Geeignete Metalle und Metalllegierungen umfassen auch z.B. Aluminium bzw. Aluminiumlegierungen.

Dünnschichten im Sinne der Erfindung sollen z.B. solche Systeme umfassen, die sich beispielsweise mittels physikalischer Verdampfung (PVD), thermischer Verdampfung, chemischer Gasphasenabscheidung (CVD), Sputterns, galvanischer Abscheidung oder Abscheidung nach dem Sol-Gel-V erfahren auf einem Substrat erhalten lassen. Dünnschichten im Sinne der Erfindung können demnach z.B. durchschnittliche Dicken bis etwa 100 μm, vorzugsweise bis etwa 10 μm aufweisen.

Die evakuierbare Prozesskammer der erfindungsgemäßen Prozessvorrichtung umfasst eine Temperiereinrichtung, um zumindest einen Teilbereich einer Wand der Prozesskammer auf einer vorgegebenen Temperatur zu halten. Hierbei liegt die Temperiereinrichtung vorzugsweise in und/oder in thermischer Wirkverbindung mit mindestens einer Wand der Prozesskammer vor und ist vorzugsweise eingerichtet und geeignet, um zumindest einen Teilbereich

der Wand, insbesondere im Wesentlichen die gesamte Prozesskammerwand der Prozesskammer bei einer ersten Temperatur während zumindest eines Teils des Prozessierens der gestapelten Prozessgüter zu halten, die nicht unterhalb der Raumtemperatur als der zweiten Temperatur liegt und die zudem unterhalb einer dritten, oberhalb der Raumtemperatur liegenden Temperatur liegt, welche in der Prozesskammer während des Prozessierens erzeugt wird. Während des Prozessierens wird mit der Temperiereinrichtung die Prozesskammerwand vorzugsweise bei einer Temperatur bzw. in einem Temperaturbereich gehalten, bei der bzw. dem die Prozessgase in der Prozesskammer unter den in der Kammer herrschenden Temperatur- und Druck- bzw. Partialdruckbedingungen nicht kondensiert. Ferner wird gemäß einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform darauf geachtet, dass die Temperatur bzw. der Temperaturbereich der Prozesskammerwand während des Prozessierens (erste Temperatur) nicht einen Wert überschreitet, der das Prozesskammermaterial, insbesondere als Wandmaterial, schädigt. Durch solche überhitzung erzeugte Schädigungen können zum Beispiel Verzug verursachen und die Vakuumdichtheit der Prozesskammer beeinträchtigen. Dieses trifft insbesondere auf Prozesskammerwände zu, welche aus einem metallischen Material gefertigt sind, beispielsweise Edelstahl. Vorzugsweise wird während des Prozessierens die Temperatur der Prozesskammerwand (erste Temperatur) bei einer Temperatur bzw. in einem Temperaturbereich gehalten, der im Bereich von Raumtemperatur, z.B. von etwa 150°C, bis 250 0 C, insbesondere bis 200 0 C liegt. Raumtemperatur im Sinne der Erfindung soll z.B. eine Temperatur von 20 0 C ■ umfassen. Prozessiertemperaturen (dritte Temperatur) können je nach Anwendung weit variieren und können z.B. für das Prozessieren von halbleitenden Dünnschichten u.a. bis an etwa 600°C oder darüber heranreichen.

Die Temperiereinrichtung kann beispielsweise durch die Prozesskammerwand, z.B. mäander- förmig, verlaufende Kanäle oder an einer Außenseite der Prozesskammer angebrachte, z.B. aufgeschweißte, insbesondere mäanderförmig verlaufende, Rohrleitungen umfassen, durch die ein Temperierfluid, z.B. ein Thermo- bzw. ein Heißöl, strömt. Diese Rohrleitungen stehen in thermischer Wirkverbindung mit der Prozesskammerwand. Die Kanäle in der Prozesskammerwand können z.B. durch Bohrungen erzeugt werden und in einer Ausführungsform eine Dicke bzw. einen Durchmesser im Bereich von 1 bis 4 cm aufweisen. In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Temperiereinrichtung ferner mindestens einen Wärmetauscher und mindestens ein Thermoöl- bzw. Heißölreservoir.

Durch die Temperiereinrichtung kann die Prozesskammerwand auf einer Temperatur gehalten

werden, bei welcher das Material der Prozesskammerwand auch unter Einfluss der Prozessgasatmosphäre nicht korrodiert. Beispielsweise ist es bekannt, dass ein Korrosionsangriff deutlich mit der Temperatur ansteigt und bei Temperaturen im Bereich unter 250°C Edelstahl in einer selen-oder schwefelhaltigen Prozessgasatmosphäre kaum merklich korrodiert. Aufgrund der bekannten Dampfdruckkurven für Selen und Schwefel ist nicht zu erwarten, dass Selen bzw. Schwefel unter den Prozessbedingungen an den temperierten Wänden der Prozesskammer kondensiert. Durch diese Maßnahmen ist sichergestellt, dass die Prozesskammerwand dem Typus eines Heißwand-Reaktors zuzuordnen ist, der langzeitstabil ist und daher keine prozess-schädigenden Partikel abgibt. Des Weiteren ist durch die Temperierung sichergestellt, dass der Prozess sehr gut kontrollierbar ist, da im allgemeinen dampf-oder gasförmige Bestandteile des Prozessgases und im besonderen Selen oder Schwefel beispielsweise als Dissoziationsprodukte von H2Se oder H2S während des Prozessablaufes weder unkontrollierbar herauskondensiert werden noch unkontrollierbar wieder in den Prozess zurückgeführt werden.

Die Temperierung der Prozesskammerwand ermöglicht es letztlich, die Prozesskammer nicht aus einem Quarzrohr, sondern aus einem metallischen Material, wie z.B. Edelstahl, zu bilden, was erhebliche Freiheiten bei der Gestaltung und insbesondere Dimensionierung der Prozesskammer schafft. Selbstverständlich sind bei den Prozessvorrichtungen der vorliegenden Erfindung auch Prozesskammern umfasst, welche ein Quarzrohr enthalten. Dieses gilt insbesondere auch für solche Quarzrohr-Prozesskammern, welche mit Metallflanschen, beispielsweise Edelstahlflanschen, ausgestattet sind.

Edelstahle im Sinne der vorliegenden Erfindung umfassen legierte und unlegierte Stähle. Unter den unlegierten Stählen sind insbesondere diejenigen mit Schwefel- und Phosphorgehalten kleiner 0,025 Gew.-% bevorzugt. Bevorzugt wird auf legierte Edelstahle, insbesondere Chromstahl und Chromnickelstahl zurückgegriffen. Chromstahl bzw. Chromnickelstahl im Sinne der vorliegenden Erfindung ist ein korrosionsträger bzw. korrosionsbeständiger Edelstahl mit einem Chromgehalt oberhalb von etwa 9 Gew.-%.

Darüber hinaus lässt sich eine aus einem Metallmaterial gebildete Prozesskammer nicht nur bei gleicher Prozessierkapazität, sondern vor allem auch bei einem größeren Kammervolumen mit einem geringeren wirtschaftlichen Aufwand als ein Quarzrohr herstellen. Während sich Quarzrohr-Diffusionsöfen nur mit einem Durchmesser von bis zu 80 cm fertigen lassen, kann

eine aus einem Metallmaterial gebildete Prozesskammer durch eine entsprechende Erhöhung und Verbreiterung vergleichsweise leicht an größere Prozessgutformate, d.h. Substratflächen, angepasst werden. Beispielsweise sind flächige Substrate zugänglich mit einer Längs- und/oder Querausdehnung von 1 m oder darüber, beispielsweise mit einer Ausdehnung von 1 bis 3 m. Des Weiteren entstehen dadurch, dass die erfindungsgemäßen Prozessvorrichtungen nicht mehr zwangsläufig auf Prozesskammern aus Quarzglas angewiesen sind, erhebliche Freiheitsgrade im Hinblick auf die Gestaltung dieser Prozesskammer. Beispielsweise kann die Prozesskammer zumindest abschnittsweise im Querschnitt im Wesentlichen quadratisch, rechteckig, trapezförmig oder dreieckig sein.

Die erfindungsgemäße Prozessvorrichtung umfasst ferner eine Gasfördereinrichtung zum Erzeugen eines Gasströmungskreislaufes in der Prozesskammer und eine in dem von der Gasfördereinrichtung erzeugten Gasströmungskreislauf angeordnete Heizeinrichtung zum Aufheizen des durch die Prozesskammer strömenden Gases. Die Heizeinrichtung ist mit anderen Worten innerhalb der Prozesskammer angeordnet, sodass auf eine außerhalb der Prozesskammer liegende Wärmequelle, z.B. Infrarotstrahlungsquelle, zur Erwärmung des Prozessgases verzichtet werden kann. Die Prozesskammer braucht somit nicht hinsichtlich Infraroteinstrahlung optimiert zu werden, was die Konstruktion der Prozesskammer erheblich vereinfacht und außerdem ebenfalls die Verwendung eines Metallmaterials zur Herstellung der Prozesskammer ermöglicht.

Zusätzlich zu der Gasfördereinrichtung weist die erfmdungsgemäße Prozessvorrichtung ferner eine Gasleiteinrichtung auf, die den Prozessgutstapel aufnimmt und die in der Prozesskammer derart angeordnet ist, dass mindestens ein Teil des erzeugten Gasströmungskreislaufes durch die Gasleiteinrichtung hindurch verläuft. Die Gasfördereinrichtung und die Gasleiteinrichtung sorgen einerseits für ein besonders homogenes Aufheizen und Abkühlen des Prozessgutstapels durch erzwungene Konvektion und andererseits für eine besonders homogene Gasverteilung und dadurch letztlich besonders homogene Schichtbildung, z.B. eines Chalkopyrit- Halbleiters, auf den Prozessgütern, z.B. Glassubstraten.

Außerdem ermöglicht die Kombination von Gasfördereinrichtung, Gasleiteinrichtung und Heizeinrichtung sowie insbesondere auch Temperiereinrichtung eine erhöhte Aufheiz- und Abkühlgeschwindigkeit, wodurch kürzere Prozesszeiten und somit ein höherer Durchsatz von Prozessgütern möglich ist.

Dadurch, dass die erfindungsgemäße Prozessvorrichtung zum Prozessieren von Stapeln von Prozessgütern ausgelegt ist, d.h. also für einen so genannten Batch-Betrieb, weist die Prozessvorrichtung im Vergleich zu reinen Inline-Anlagen eine höhere Kompaktheit, eine einfachere Wartung und Zugänglichkeit sowie eine geringere Komplexität auf.

Vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung zu entnehmen.

Gemäß einer ersten Ausführungsform ist an der Innenseite der Prozesskammerwand zumindest abschnittsweise ein thermisches Isolationsmaterial vorgesehen, das unter Prozessbedingungen vorzugsweise reaktionsbeständig ist. Das Isolationsmaterial bildet zum einen zusätzlichen Schutz der Prozesskammerwand, z.B. vor Korrosion, und schafft zum anderen eine gewisse thermische Entkopplung der Prozesskammerwand von der in der Prozesskammer befindlichen Gasatmosphäre, sodass sich die Temperatur der Gasatmosphäre genauer steuern lässt. Die thermische Entkopplung beruht im Wesentlichen auf der geringen spezifischen Wärmekapazität und der geringen thermischen Leitfähigkeit, wie sie typisch für Isolationsmaterialien ist. Außerdem verhindert das thermische Isolationsmaterial, dass die Prozesskammerwand durch heißes Prozessgas über die vorgegebene Temperatur hinaus erwärmt wird oder der Wärmeaustrag zu groß wird. Das Thermische Isolationsmaterial ist insbesondere bei erzwungener Konvektion durch die Gasfördereinrichtung vorteilhaft, weil so der Wärmeaustrag aufgrund eines ansonsten guten Wärmeübergangs deutlich eingedämmt wird. Das Isolationsmaterial kann, hat jedoch nicht die gesamte Innenseite der Prozesskammerwand abzudecken. Die Prozessvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeichnet sich in einer Ausführungsform dadurch aus, dass Metallflächen der Prozesskammerwand, beispielsweise aus Edelstahl, innenseitig durchaus auch frei liegen können, d.h. nicht mit Isolationsmaterial bedeckt sind.

Bei dem Isolationsmaterial kann es sich beispielsweise um eine Keramik, eine Glaskeramik, Graphit, einschließlich eines Faserstoffes, wie z.B. Carbon Fiber Inforced Carbon (CFC), oder einen keramikfaserhaltigen Isolationsstoff, z.B. bestehend aus SiO2-und A12O3-Fasern, handeln.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Gasleiteinrichtung mindestens eine obere Trennplatte, die einen ersten Kammerbereich in der Prozesskammer oberhalb der den Pro-

zessgutstapel aufnehmenden Gasleiteinrichtung definiert, und eine untere, gegenüberliegende Trennplatte auf, die einen zweiten Kammerbereich in der Prozesskammer unterhalb der den Prozessgutstapel aufnehmenden Gasleiteinrichtung definiert. Zusätzlich kann die Gasleiteinrichtung auch zwei seitliche Trennplatten aufweisen.

Bevorzugt weist die Gasleiteinrichtung zumindest eine Verteilervorrichtung zur, insbesondere flächig gleichmäßigen, Verteilung der Gasströmung auf, wobei der Prozessgutstapel vorzugsweise stromabwärts von der Verteilervorrichtung angeordnet ist. Bei der Verteilervorrichtung kann es sich beispielsweise um eine Platte handeln, die mit Schlitzen und/oder Löchern versehen ist. Die Verteilervorrichtung und die Gasleiteinrichtung umfassen oder bestehen vorzugsweise aus einem reaktionsbeständigen Material, wie z.B. aus einer Glaskeramik, Siliziumkarbid oder Siliziumnitrid.

Je nach Verwendung der Art der Prozessgase können statt der hier vorgeschlagenen reaktionsbeständigen Materialien auch andere, wie z.B. Metalle oder Metalllegierungen oder Stähle, eingesetzt werden, wenn diese in den Prozessgasen beständig sind.

ähnlich wie die Prozesskammerwand können auch die Oberflächen der Gasleiteinrichtung mit einem thermischen Isolationsmaterial versehen sein, welches unter Prozessbedingungen vorzugsweise reaktionsbeständig ist. Auf diese Weise ist auch die Gasleiteinrichtung zumindest weitgehend von der Gasatmosphäre in der Prozesskammer thermisch entkoppelt, sodass die Prozessvorrichtung, insbesondere im dynamischen Fall einer Temperatur-Solländerung, insgesamt eine geringere thermische Masse aufweist, wodurch sich die Temperatur des Prozessgases in der Prozesskammer noch schneller und genauer steuern lässt. Durch seine Reaktionsbeständigkeit gegenüber reaktiven Bestandteilen des Prozessgases bildet das Isolationsmaterial außerdem einen zusätzlichen Schutz für die Gasleiteinrichtung, z.B. vor Korrosion.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Gasfördereinrichtung wenigstens einen Ventilator, der vorzugsweise ein reaktionsbeständiges Material aufweist. Der Ventilator ist in verschiedenen Ausführungsformen vorstellbar und nicht auf das in den Figuren gezeigte Prinzip beschränkt. Wichtig ist, dass der Ventilator zur Förderung von Prozessgasen möglichst effizient geeignet ist. Der Ventilator kann an einer Antriebswelle befestigt sein, die in die Prozesskammer hineinreicht und die vorzugsweise ebenfalls ein reaktionsbeständiges Material aufweist. Durch die Verwendung des reaktionsbeständigen Materials sind auch der Ventila-

tor und/oder die Antriebswelle vor einem Angriff durch reaktive Bestandteile des Prozessgases und insbesondere vor Korrosion geschützt. Exemplarisch seien als geeignete Ausführungsformen von Ventilatoren z.B. Axialventilatoren und Radialventilatoren genannt.

Vorteilhafterweise ist der Ventilator im Bereich einer der Stirnseiten des Prozessgutstapels angeordnet. Diese Anordnung des Ventilators trägt zu einer besonders homogenen Durchströmung des Prozessgutstapels mit Prozessgas und somit zu einer besonders homogenen Schichtabscheidung und Schichtreaktion bei. Stirnseiten im Sinne der vorliegenden Erfindung umfassen in einer Ausführungsform die sich, insbesondere gegenüberliegenden, Endabschnitte der Prozesskammer, die keine Be- und/oder Entladungsöffnungen aufweisen.

Um die Strömungsgeschwindigkeit und die Homogenität der Gasströmung noch weiter zu erhöhen, ist vorteilhafterweise ein weiterer Ventilator im Bereich der anderen Stirnseite des Prozessgutstapels angeordnet. Bei dieser Anordnung von zwei Ventilatoren ist vorzugsweise der eine Ventilator so ausgebildet, dass er das Prozessgas in den Prozessgutstapel hineinfördert, während der andere Ventilator das Prozessgas aus dem Prozessgutstapel hinausfördert. Der eine Ventilator arbeitet mit anderen Worten im sogenannten Schub-Betrieb, während der andere im Saug-Betrieb arbeitet.

Bei dem reaktionsbeständigen Material des Ventilators bzw. der Antriebswelle kann es sich beispielsweise um ein Keramikmaterial, wie z.B. Siliziumnitrid oder Siliziumkarbid, handeln. Auch kann der Ventilator und/oder die Antriebswelle mit einem solchen Material beschichtet sein.

Vorzugsweise lässt sich der Antrieb des Ventilators bzw. lassen sich die Antriebe der Ventilatoren auch in umgekehrter Drehrichtung betreiben, so dass der Gasströmungskreislauf umgekehrt werden kann.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Heizeinrichtung wenigstens ein korrosionsbeständiges Heizelement. Insbesondere kann die Heizeinrichtung als Plattenstapel von Widerstands-Heizelementen ausgeführt sein. Beispielsweise können hierbei Graphit-oder Siliziumkarbid-Heizelemente als plattenförmige Mäanderheizer oder als Heizstäbe zum Einsatz kommen. In Abhängigkeit von der Auslegung der Gasströmungsgeschwindigkeit, der Heizerleistung und der Oberfläche der Heizermatrix können Aufheizraten der Prozessgüter von einigen Grad Celsius pro Minute bis zu einigen Grad Celsius pro Sekunde erreicht werden.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist eine Kühleinrichtung in der Prozesskammer vorgesehen und bevorzugt in dem Gasströmungskreislauf angeordnet bzw. anordbar, die vorzugsweise wenigstens ein Kühlelement und insbesondere einen Plattenstapelkühler oder einen Rohrbündelkühler umfasst. Das Kühlelement kann beispielsweise mittels eines öltemperier- geräts auf einer Temperatur von z.B. etwa 200°C oder auch darunter gehalten werden. In Abhängigkeit von der Gasströmungsgeschwindigkeit, der Kühlerleistung und der Oberfläche der Kühleranordnung können Abkühlraten von bis zu einigen Grad Celsius pro Minute auf den Prozessgütern erreicht werden.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind Gasumlenkelemente vorgesehen, durch die der Gasströmungskreislauf derart umlenkbar ist, dass entweder die Heizeinrichtung oder die Kühleinrichtung in dem Gasströmungskreislauf angeordnet ist. Die Gasumlenkelemente ermöglichen bei entsprechender Einstellung eine besonders schnelle Erwärmung bzw. Abkühlung der Prozessgüter auf eine gewünschte Temperatur.

Wie bereits erwähnt, können die Prozessgüter flächige Substrate, insbesondere Glassubstrate, zum Herstellen von Halbleiterdünnschichten, vorzugsweise Chalcopyrit-Halbleiterschichten, bevorzugt I-III- VI- Verbindungshalbleiterschichten und insbesondere Cu(In,Ga)(Se,S)2 Halbleiterschichten, beispielsweise für Solarzellen, umfassen. Allgemein sind Chalkopyrit- Halbleiter aus Elementen der Gruppen I, III und VI, aufgebaut oder bestehen hieraus, wobei als Element der Gruppe I z.B. Cu, als Element der Gruppe IH z.B. In und/oder Ga und als Element der Gruppe VI z.B. Se und/oder S gewählt werden kann. Je nach Wahl der verwendeten Komponenten spricht man auch von CIS- bzw. CIGS-Systemen. Während unter CIS- Systeme z.B. Cu(In)(Se) oder Cu(In) (Se,S)-Systeme fallen, subsumiert man unter CIGS- Systemen solche auf Basis von z.B. Cu(In, Ga)(Se) bzw. Cu(In, Ga)(Se 5 S).

Eine Vorrichtung der voranstehend beschriebenen Art eignet sich somit beispielsweise zur Herstellung von Halbleiterdünnschichten, z.B. Chalkopyrit- Absorberschichten, insbesondere für Solarzellen.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die erfindungsgemäße Prozessvorrichtung gekennzeichnet durch mindestens eine, insbesondere mit einer zweiten gas- und/oder vakuumdichten Verschließeinrichtung, verschließbare Entladungsöffnung, durch die der Prozessgutstapel aus der Gasleiteinrichtung entnehmbar ist. Die Verschließeinrichtungen sind Vorzugs-

weise im Bereich sich gegenüberliegender Abschnitte der Prozesskammer angebracht.

Weiterer Gegenstand der Erfindung ist ferner eine Prozessanlage zum Prozessieren von gestapelten Prozessgütern mit mindestens einer erfindungsgemäßen Prozessvorrichtung, wobei die Prozessvorrichtung eine Beladungsöffnung, durch die der Prozessgutstapel in die Gasleiteinrichtung einbringbar ist, und eine Entladungsöffnung aufweist, durch die der Prozessgutstapel aus der Gasleiteinrichtung entnehmbar ist.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird ferner gelöst durch eine Prozessanlage zum Prozessieren von gestapelten Prozessgütern, umfassend a) mindestens eine erfindungsgemäße Prozessvorrichtung mit einer ersten, insbesondere mit einer ersten gas- und/oder vakuumdichten Verschließeinrichtung, verschließbaren Beladungsöffnung, durch die Prozessgutstapel in die Gasleiteinrichtung einbringbar ist, und einer ersten, insbesondere mit einer zweiten gas- und/oder vakuumdichten Verschließeinrichtung, verschließbaren Entladungsöffnung, durch die der Prozessgutstapel aus der Gasleiteinrichtung entnehmbar ist, b) mindestens eine Abkühleinrichtung, umfassend mindestens eine Abkühlkammer mit einer zweiten, insbesondere mit einer dritten gas- und/oder vakuumdichten Verschließeinrichtung, verschließbaren Beladungsöffnung und einer zweiten, insbesondere mit einer vierten gas- und/oder vakuumdichten Verschließeinrichtung, verschließbaren Entladungsöffnung, wobei die erste Entladungsöffnung und die zweite Beladungsöffnung benachbart angeordnet und ausgerichtet oder anordbar und ausrichtbar sind, um Prozessgüter von der Prozessiervorrichtung in die Abkühlvorrichtung zu transferieren, und/oder c) mindestens eine Einschleuseinrichtung, umfassend mindestens eine Einschleuskammer mit einer dritten, insbesondere mit einer fünften gas- und/oder vakuumdichten Verschließeinrichtung, verschließbaren Beladungsöffnung und einer dritten, insbesondere mit einer sechsten gas- und/oder vakuumdichten Verschließeinrichtung, verschließbaren Entladungsöffnung, wobei die dritte Entladungsöffnung und die erste Beladungsöffnung benachbart angeordnet und ausgerichtet oder anordbar und ausrichtbar sind, um Prozessgüter von der Einschleuskammer in die Prozessiervorrichtung zu transferieren.

Diese Prozessanlage kann in einer Ausführungsform ferner gekennzeichnet sein durch mindestens einen ersten Verbindungsabschnitt, der mit, insbesondere der ersten Entladungsöffnung, der Prozessiervorrichtung und, insbesondere der zweiten Beladungsöffnung, der Abkühlvorrichtung gekoppelt oder koppelbar ist, und/oder mindestens einen zweiten Verbindungsabschnitt, der mit, insbesondere der ersten Beladungsöffnung, der Prozessiervorrichtung

und, insbesondere der dritten Entladungsöffnung, der Einschleuskammer gekoppelt oder koppelbar ist.

Dabei kann ebenfalls vorgesehen sein, dass die Abkühlvorrichtung in der Abkühlkammer mindestens eine Kühleinrichtung aufweist, welche bevorzugt temperierbar ist im Bereich von -196°C, insbesondere -50°C, vorzugsweise 10°C, beispielsweise Raumtemperatur, bis 250°C und insbesondere wenigstens ein Kühlelement und/oder ein Plattenstapelkühler und/oder einen Rohrbündelkühler umfasst. Die Kühlung kann z.B. unter Einsatz von Kühlwasser, das üblicherweise Temperaturen von 14°C bis 20°C aufweist, vorgenommen werden.

In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Einschleuskammer mindestens eine Heizeinrichtung aufweist.

Erfindungsgemäß ist ferner vorgesehen, dass mindestens zwei erfindungsgemäße Prozessvorrichtungen über ihre jeweiligen Entladungs- und Beladungsöffnungen direkt oder vermittels eines dritten Verbindungsabschnitts miteinander verbunden oder verbindbar sind.

Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Prozessanlage sehen ferner vor, dass mindestens eine Wand, insbesondere sämtliche Wände, der Abkühlkammer, insbesondere umfassend die Verschließeinrichtungen, und/oder der Einschleuskammer, insbesondere umfassend die Verschließeinrichtungen, und/oder der ersten, zweiten und/oder dritten Verbindungsabschnitte, Metalle oder Metalllegierungen, z.B. Aluminium oder Aluminiumlegierungen, insbesondere Edelstahl, vorzugsweise legierten Edelstahl, umfassen oder im Wesentlichen hieraus bestehen.

Verschließeinrichtungen im Sinne der Erfindung können z.B. Türen oder Plattenventile darstellen oder umfassen.

Auch sind solche Ausführungsformen mit umfasst, gekennzeichnet durch mindestens eine Temperiereinrichtung zumindest abschnittsweise in und/oder in thermischer Wirkverbindung mit mindestens einer Wand, insbesondere sämtlichen Wänden, der Einschleuskammer, der Abkühlkammer und/oder dem ersten, zweiten und/oder dritten Verbindungsabschnitt.

Vorteilhafterweise umfasst die Prozessanlage eine weitere Prozessvorrichtung, die relativ zu der einen Prozessvorrichtung benachbart angeordnet ist und eine Beladungsöffnung aufweist,

welche mit der Entladungsöffnung der einen Prozessvorrichtung ausgerichtet ist. Die Beladungsöffnung und/oder Entladungsöffnung können bzw. kann dabei durch eine Tür, insbesondere ein Plattenventil, verschließbar sein.

Bevorzugt ist die weitere Prozessvorrichtung eine Abkühlvorrichtung, die eine Kühleinrichtung aufweist, welche in einem Gasströmungskreislauf angeordnet ist, der in einer evakuierbaren Prozesskammer der Abkühlvorrichtung durch eine Gasfördereinrichtung erzeugt wird. Außerdem kann die Prozessanlage eine der in Durchlaufrichtung gesehen ersten Prozessvorrichtung vorgelagerte Einschleuskammer umfassen.

Durch die benachbarte Anordnung mehrerer Prozessvorrichtungen bildet die Prozessanlage eine Durchlaufanlage für den zu prozessierenden Prozessgutstapel. Es handelt sich gewissermaßen also um eine "Batch-Inline-Anlage", welche die Vorteile eines kontinuierlichen Durchlaufbetriebs mit denen eines Batch-Betriebs in sich vereint.

Es versteht sich von selbst, dass die Anzahl der Prozessvorrichtungen nicht auf zwei beschränkt ist. Vielmehr kann die Prozessanlage beispielsweise eine Anzahl n von Prozessvorrichtungen und eine Anzahl m von Abkühlvorrichtungen umfassen, wobei n und m natürliche Zahlen sind und wobei lediglich für die einfachste Variante einer Batch-Inline-Kombinations- Prozessanlage n = m = 1 gilt.

Weiterer Gegenstand der Erfindung ist außerdem ein Verfahren zum Prozessieren von gestapelten Prozessgütern, insbesondere bei mittleren bis hohen Temperaturen, mit den Merkmalen der Ansprüche 25 oder 26, durch welches sich die voranstehend genannten Vorteile entsprechend erreichen lassen.

Unter einer mittleren Temperatur im Sinne der vorliegenden Erfindung sollen z.B. Temperaturen im Bereich von 100°C bis 600°C verstanden werden. Unter einer hohen Temperatur im Sinne der vorliegenden Erfindung im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren sollen z.B. Temperaturen im Bereich von 600°C bis 1000 0 C verstanden werden.

Danach zeichnet sich ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Prozessieren von, insbesondere gestapelten und/oder flächigen, Prozessgütern, insbesondere zur Herstellung von Dünnschichten, insbesondere leitenden, halbleitenden oder isolierenden Dünnschichten, durch die Verwendung einer erfindungsgemäßen Prozessvorrichtung oder einer erfindungsgemäßen Pro-

zessanlage aus, bei dem der Prozessgutstapel während einer Prozessierphase in der Gasleiteinrichtung aufgenommen ist, die in der ein Gas aufnehmenden Prozesskammer angeordnet ist, wobei mittels der Temperiereinrichtung zumindest ein Teilbereich der Wand der Prozesskammer, insbesondere während zumindest eines Teils des Prozessierens der gestapelten Prozessgüter, auf einer vorgegebenen Temperatur gehalten wird, insbesondere bei einer ersten Temperatur gehalten wird, die nicht unterhalb der Raumtemperatur als der zweiten Temperatur liegt und die unterhalb einer dritten, oberhalb der Raumtemperatur liegenden Temperatur liegt, welche in der Prozesskammer während des Prozessierens wenigstens phasenweise erzeugt wird, wobei ein Gasströmungskreislauf in der Prozesskammer derart erzeugt wird, dass zumindest ein Teil des erzeugten Gasströmungskreislaufes durch die Gasleiteinrichtung hindurch verläuft, und das Gas mittels einer in dem Gasströmungskreislauf angeordneten Heizeinrichtung aufgeheizt wird.

Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass während der Prozessierphase ein Prozessgas, das vorzugsweise Schwefel- oder selenhaltig ist und insbesondere H2S- und/oder H2Se-Gas oder gasförmigen Schwefel und/oder gasförmiges Selen umfasst, durch eine Gaseinlasseinrichtung in die Prozesskammer eingeleitet wird.

Hierbei stellen in einer Ausführungsform die Prozessgüter flächige, insbesondere vorbeschichtete; Glassubstrate dar zum Herstellen von Halbleiterdünnschichten, vorzugsweise Chalkopyrit-Halbleiterschichten, bevorzugt I-III- VI- Verbindungshalbleiterschichten und insbesondere Cu(In,Ga)(Se,S) 2 - Halbleiterschichten, beispielsweise für Solarzellen, umfassen.

Besonders bevorzugt ist eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei der die erste Temperatur während des Prozessierens durch die Temperiereinrichtung in einem Bereich von Raumtemperatur bis etwa 25O 0 C, insbesondere bis 200 0 C, gehalten wird.

Der vorliegenden Erfindung liegt die überraschende Erkenntnis zugrunde, dass sich Prozessvorrichtungen sowie Prozessanlagen erhalten lassen, mit denen insbesondere gestapelte Prozessgüter, insbesondere in Form flächiger Substrate für die Herstellung von Dünnschichten, z.B. leitenden, halbleitenden oder isolierenden Dünnschichten, unabhängig von der Wahl des Materials der Prozesskammern problemlos prozessieren lassen. Mit den erfindungsgemäßen Vorrichtungen kann eine überhitzung sowie ein damit einhergehender Verzug, welcher Undichtigkeit zur Folge haben kann, der Prozesskammern vermieden werden. Von weiterem

Vorteil ist, dass die Kondensation des Prozessgases an der Prozesskammerwandung verhindert werden kann. Hierdurch können über die gesamte Prozesskammer sehr homogene Gaskonzentrationen eingestellt und während des Prozessierens auch beibehalten werden, womit ein besonders homogener Schichtenaufbau der hergestellten Halbleiterdünnschichtsysteme gewährleistet werden kann. Indem die Kondensation unterbunden bzw. stark zurückgedrängt werden kann, findet auch keine Wiederverdampfung des kondensierten Materials bei einem nachfolgenden Prozessierzyklus statt, welche die gleichförmige Gaskonzentration innerhalb der Prozesskammer beeinträchtigen könnte. Von Vorteil ist zudem, dass sich thermische Isolationsmaterialien effizienzsteigernd in die Prozesskammer, insbesondere unter Anbringung an deren Innenwand, implementieren lassen. Als besonders vorteilhaft hat sich auch erwiesen, dass die Prozesskammern bei den erfindungsgemäßen Vorrichtungen nicht mehr geometrischen Restriktionen oder Restriktionen hinsichtlich der Größe unterworfen ist. Beispielsweise sind Prozesskammern aus Edelstahl in beliebiger Geometrie zugänglich sowie in Größen, die beträchtlich über dem Durchmesser herkömmlicher Quarzglasöfen liegen. Unabhängig von der Wahl des Materials der Prozesskammer kann mit den erfindungsgemäßen Vorrichtungen das Ausmaß an Verlustwärme während des Prozessierens signifikant verringert werden. Auch ist insbesondere auch bei Quarzglas-Prozesskammern bei Einsatz der erfindungsgemäßen Vorrichtungen nicht mehr kritisch, dass Metallflansche, beispielsweise Edelstahlflansche zum Einsatz kommen oder dass man auf Dichtungen, z.B. für diese Flansche zurückgreift, welche nur bis z.B. 200°C oder 250°C hitzestabil sind. Insbesondere bei Einsatz der erfindungsgemäßen Prozessanlage gelingt es, die Zykluszeiten erheblich zu reduzieren. Das Auskühlen der flächigen Substrate, beispielsweise der Halbleiterdünnschichten, kann in der Abkühleinrichtung vorgenommen werden, während in der Prozesskammer bereits der nächste Prozessierschritt anläuft und gegebenenfalls in der Einschleuskammer schon der nachfolgende Prozessierschritt vorbereitet wird.

Nachfolgend wird die Erfindung rein beispielhaft anhand vorteilhafter Ausfuhrungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Querschnittsansicht einer erfindungsgemäßen Prozessvorrichtung;

Fig. 2 eine schematische Längsschnittansicht der Prozessvorrichtung entlang der Linie A- A von Fig. 1 ;

Fig. 3 eine schematische Längsschnittansicht einer erfindungsgemäßen Prozessanlage mit einer Prozessvorrichtung der in Fig. 1 und 2 gezeigten Art und einer daneben angeordneten Abkühlvorrichtung; und

Fig. 4 eine schematische Längsschnittansicht noch einer alternativen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Prozessanlage mit einer der Prozessvorrichtung vorgelagerten Einschleuskammer und einer der Prozessvorrichtung nachgelagerten Abkühlvorrichtung.

In Fig. 1 ist eine erfindungsgemäße Prozessvorrichtung 10 dargestellt, die zum Ausbilden von Cu(In, Ga)(Se, S)2-Halbleiterdünnschichten auf Glassubstraten 12 vorgesehen ist, welche zur Herstellung von Solarzellen verwendet werden sollen.

Die Prozessvorrichtung 10 umfasst eine evakuierbare Prozesskammer 14, die durch eine Prozesskammerwand 16 begrenzt ist. Die Prozesskammerwand 16 ist aus Edelstahl gebildet und wird durch eine Temperiereinrichtung 18 auf einer Temperatur im Bereich von 150°C bis 250°C gehalten.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Temperiereinrichtung 18 durch an der Außenseite der Prozesskammer 14 angebrachte, insbesondere an der Prozesskammerwand 16 angeschweißte, die Prozesskammer 14 mäanderförmig umlaufende Rohrleitungen 20 gebildet, durch welche ein geeignetes Heißöl strömt. Alternativ oder zusätzlich kann das Heißöl aber auch durch in die Prozesskammerwand 16 entsprechend eingelassene Kanäle (nicht gezeigt) strömen. Zusätzlich kann die Außenseite der Prozesskammerwand 16 mit einem thermischen Isolationsmaterial versehen sein.

An einer Innenseite der Prozesskammerwand 16 ist die Prozesskammer 14 zumindest annähernd vollständig mit einem korrosionsfesten partikelarmen thermischen Isolationsmaterial 22 ausgekleidet, welches bis zu einer Temperatur von mindestens 1000 °C hitzebeständig ist. Bei dem thermischen Isolationsmaterial 22 kann es sich um eine Keramik, eine Glaskeramik, um Graphit, einschließlich eines Faserstoffes, wie z.B. Carbon Fiber Inforced Carbon (CFC), oder um einen keramikfaserhaltigen Isolationsstoff, der z.B. aus SiO2-und A12O3-Fasern besteht, handeln.

In einem mittleren Bereich der Prozesskammer 14 ist eine Gasleiteinrichtung 24 angeordnet.

Die Gasleiteinrichtung 24 umfasst eine obere Trennplatte 26 und eine untere Trennplatte 28. Zusätzlich zu der oberen und unteren Trennplatte 26, 28 können eine vordere und eine hintere Trennplatte (nicht gezeigt) vorgesehen sein. üblicherweise fehlen aber die vordere und hintere Trennplatte, da deren Funktion durch die thermisch isolierten Kammerseitenwände einschließlich dort angeordneter Türen oder Vakuumventile erfüllt werden.

Die obere und untere Trennplatte 26, 28 sowie gegebenenfalls auch die vordere und hintere Trennplatte sind vorzugsweise aus einem korrosionsfesten Material gebildet, wie beispielsweise einem Keramikmaterial, wie z.B. Siliziumkarbid oder Siliziumnitrid, oder einem Glaskeramikmaterial. Außerdem sind alle Trennplatten jeweils mit einer Schicht des bereits genannten thermischen Isolationsmaterials 22 verkleidet.

Die Gasleiteinrichtung 24 umfasst ferner eine erste Verteilereinrichtung 30, die im Bereich einer ersten (in Fig. 1 linken) Stirnseite der Gasleiteinrichtung 24 zwischen den Trennplatten 26, 28 angeordnet ist, und eine zweite Verteilereinrichtung 32, die im Bereich einer zweiten (in Fig. 1 rechten) Stirnseite der Gasleiteinrichtung 24 zwischen den Trennplatten 26, 28 angeordnet ist. Die Verteilereinrichtungen 30, 32 sind jeweils aus einem korrosionsfesten Material, wie z.B. Siliziumkarbid, Siliziumnitrid oder einem Glaskeramikmaterial, gebildet. Wie Fig. 2 zu entnehmen ist, handelt es sich bei den Verteilereinrichtungen 30, 32 im vorliegenden Ausführungsbeispiel jeweils um eine Platte, die mit einer Vielzahl von vertikal und insbesondere mit den Glassubstraten 12 ausgerichteten Schlitzen 33 versehen ist. Alternativ oder zusätzlich kann in der oder jeder Platte auch eine Vielzahl von Löchern ausgebildet sein.

Die obere und untere Trennplatte 26, 28, die erste und zweite Verteilereinrichtung 30, 32 und gegebenenfalls auch die nicht gezeigte vordere und hintere Trennplatte bilden eine Einhau- sung für die Substrate 12, die zumindest annähernd spaltdicht ausgeführt ist, damit ein durch die Gasleiteinrichtung 24 strömender Gasstrom 35 in der Einhausung geführt wird und nicht seitlich aus dieser entweichen kann.

In einem zwischen der oberen Trennplatte 26 und der Prozesskammerwand 16 gelegenen oberen Kammerbereich 34 ist eine Heizeinrichtung 36 angeordnet, beispielsweise eine Siliziumkarbid-Mäander-Heizermatrix, während in einem zwischen der unteren Trennplatte 28 und der Prozesskammerwand 16 gelegenen unteren Kammerbereich 38 eine Kühleinrichtung 40, beispielsweise ein Plattenstapelkühler, angeordnet ist. Alternativ kann die Kühleinrichtung 40

in dem oberen Kammerbereich 34 und die Heizeinrichtung 36 in dem unteren Kammerbereich 38 angeordnet sein.

Im Bereich eines Endes (in Fig. 1 des rechten Endes) der Heizeinrichtung 36 ist eine Gaseinlasseinrichtung 42 angeordnet, die sich durch die Prozesskammerwand 16 erstreckt und es ermöglicht, der Prozesskammer 14 von außen ein Prozessgas 44 zuzuführen, im vorliegenden Ausfuhrungsbeispiel ein selen-oder schwefelhaltiges Gas, wie z.B. H2S-oder H2Se-Gas. Obwohl die Gaseinlasseinrichtung 42 grundsätzlich an einer beliebigen Stelle der Prozesskammer 14 angeordnet sein kann, ist die in Fig. 1 gezeigte Anordnung besonders vorteilhaft, da das durch die Gaseinlasseinrichtung 42 zugeführte Prozessgas 44 bei Normalbetrieb zunächst die Heizeinrichtung 36 durchläuft und somit unmittelbar nach dem Eintreten in die Prozesskammer 14 erwärmt wird.

Im Bereich der ersten Stirnseite der Gasleiteinrichtung 24 ist wenigstens ein erster Ventilator 46 der ersten Verteilereinrichtung 30 vorgelagert, welcher durch eine sich durch die Prozesskammerwand 16 erstreckende erste Antriebswelle 48 angetrieben wird. Auf der gegenüberliegenden Seite der Gasleiteinrichtung 24 sind zwei zweite Ventilatoren 50 im Bereich der zweiten Verteilereinrichtung 32 angeordnet, welche durch sich durch die Prozesskammerwand 16 erstreckende zweite Antriebswellen 52 angetrieben werden.

Sowohl die ersten und zweiten Ventilatoren 46, 50 als auch die ersten und zweiten Antriebswellen 48, 52 sind aus einem korrosionsbeständigen Material, wie z.B. einem Keramikmaterial, insbesondere Siliziumnitrid oder Siliziumkarbid, gebildet. Die ersten Ventilatoren 46 werden so angetrieben, dass sie Gas in die Gasleiteinrichtung 24 hineinfördern, während die zweiten Ventilatoren 50 gleichzeitig so betrieben werden, dass sie Gas aus der Gasleiteinrichtung 24 hinausfördern. Durch den Betrieb der Ventilatoren 46, 50 wird somit ein Gasströmungskreislauf erzeugt, der in der in Fig. 1 gezeigten Ansicht entgegen dem Uhrzeigersinn orientiert ist. D.h. das durch die Gaseinlasseinrichtung 42 in die Prozesskammer 14 eingeleitete Prozessgas 44 strömt von rechts nach links durch die Heizeinrichtung 36, dann nach unten und von links nach rechts durch die Gasleiteinrichtung 24 und anschließend nach oben und erneut von rechts nach links durch die Heizeinrichtung 36.

Zur zusätzlichen Steuerung der Gasströmung in der Prozesskammer 14 sind ein oberes Paar von umschaltbaren Gasumlenkelementen 54 und ein 30 unteres Paar von umschaltbaren Gas-

umlenkelementen 56 vorgesehen. Die oberen Gasumlenkelemente 54 sind so angeordnet, dass sie die Strömung des Prozessgases 44 aus der Gasleiteinrichtung 24 in den oberen Kammerbereich 34 bzw. aus dem oberen Kammerbereich 34 in die Gasleiteinrichtung 24 zulassen, drosseln oder vollständig verhindern können. Entsprechend sind die unteren Gasumlenkelemente 56 so angeordnet, dass sie eine Strömung des Prozessgases 44 aus der Gasleiteinrichtung 24 in den unteren Kammerbereich 38 bzw. aus dem unteren Kammerbereich 38 in die Gasleiteinrichtung 24 zulassen, drosseln oder vollständig verhindern können.

In der in Fig. 1 dargestellten Situation befinden sich die oberen Gasumlenkelemente 54 in einer offenen Stellung, sodass eine Zirkulation des Prozessgases durch den oberen Bereich der Prozesskammer 14, d.h. durch die Gasleiteinrichtung 24 und die Heizeinrichtung 36 möglich ist. Die unteren Gasumlenkelemente 56 befinden sich hingegen in einer geschlossenen Stellung, das heißt sie verhindern eine Zirkulation des Prozessgases 44 durch den unteren Bereich der Prozesskammer 14 und insbesondere durch die Kühleinrichtung 40. In der in Fig. 1 dargestellten Situation zirkuliert also ausschließlich heißes Prozessgas, was zur Einhaltung einer gewünschten Prozesstemperatur, beispielsweise im Bereich von 400 °C bis 600 °C, beiträgt. Werden die oberen Gasumlenkelemente 54 dagegen geschlossen und die unteren Gasumlenkelemente 56 geöffnet, so durchströmt das Prozessgas 44 die Kühleinrichtung 40, und die Glassubstrate 12 werden auf eine reduzierte Temperatur, z.B. 250 °C, abgekühlt.

Zur Beladung der Prozesskammer 14 weist die Prozessvorrichtung 10 an seiner Vorderseite eine in die Prozesskammerwand 16 eingelassene Beladungsöffnung 60 auf, die durch ein Plattenventil 62 oder eine andere geeignete Tür verschließbar ist.

Die zu prozessierenden Glassubstrate 12 werden in einem Träger 64, z.B. einem auf Rollen gelagerten Wagen, vertikal orientiert und zueinander beabstandet angeordnet, um einen Prozessgutstapel 66, auch Batch genannt, zu bilden. Der Prozessgutstapel 66 wird durch die Beladungsöffnung 60 in die Prozesskammer 14 hinein gefahren und in der Gasleiteinrichtung 24 untergebracht. Nach dem Verschließen der Beladungsöffnung 60 erfolgt ein wiederholtes E- vakuieren und Spülen der Prozesskammer 14, um den Sauerstoff und Wassergehalt in der Prozesskammer 14 soweit wie möglich zu reduzieren.

Zur Evakuierung der Prozesskammer 14 ist die Prozesskammerwand 16 mit einer geeigneten Absaugöffnung (nicht gezeigt) versehen, an welche eine ebenfalls nicht gezeigte Pumpenan-

läge angeschlossen ist. Zum Spülen der Prozesskammer 14 ist ein geeigneter Gaseinlass in der Prozesskammerwand 16 vorgesehen, durch den ein Spülgas, wie z.B. N2, in die Prozesskammer 14 eingeleitet werden kann.

Sobald die Atmosphäre in der Prozesskammer 14 einen geeigneten definierten Ausgangszustand aufweist, werden die Ventilatoren 46, 50 eingeschaltet, die Heizeinrichtung 36 aktiviert und Stickstoffgas in die Prozesskammer 14 eingelassen. Die oberen Gasumlenkelemente 54 sind zu diesem Zeitpunkt geöffnet und die unteren Gasumlenkelemente 56 geschlossen, wie es in Fig. 1 dargestellt ist, um eine Erwärmung der Glassubstrate 12 zu ermöglichen.

Sobald die Temperatur in der Prozesskammer 14 die erforderliche Reaktionsstarttemperatur erreicht hat, wird ein selenhaltiges, z.B. H2Se-haltiges, Prozessgas 44 durch die Gaseinlasseinrichtung 42 in die Prozesskammer 14 eingeleitet. Die Reaktionsstarttemperatur kann zwischen Raumtemperatur und 400 °C liegen.

Nachdem das Prozessgas 44 für eine bestimmte Zeitdauer bei einem gewünschten Temperaturprofil, einer gewünschten Gaskonzentration, z.B. im Bereich von 0,2% bis 50%, und einer gewünschten Gasströmungsgeschwindigkeit über die Glassubstrate 12 hinweggeströmt ist, werden die Ventilatoren 46, 50 abgeschaltet und die Prozesskammer 14 evakuiert.

Während anschließend ein schwefelhaltiges, z.B. H2S-haltiges, Prozessgas 44 durch die Gaseinlasseinrichtung 42 in die Prozesskammer 14 eingeleitet wird, werden die Ventilatoren 46, 50 wieder eingeschaltet. Die Prozesstemperatur wird weiter erhöht, z.B. auf zwischen 400 °C und 600 °C, und für eine bestimmte Zeitdauer auf einer Solltemperatur gehalten. Dabei werden die gewünschte Gasströmungsgeschwindigkeit und Gaskonzentration eingeregelt, letztere z.B. im Bereich von 0,2% bis 50%.

Nach Beendigung des Heizvorgangs werden die oberen Gasumlenkelemente 54 in ihre geschlossene Stellung gebracht und die unteren Gasumlenkelemente 56 geöffnet, sodass das Prozessgas 44 nun durch die Kühleinrichtung 40 geleitet wird und eine Abkühlung der Glassubstrate 12 auf eine Temperatur beispielsweise im Bereich von 350°C bis 150 0 C, beispielsweise 250°C, erfolgt.

Nach einem erneuten Abpumpen der Prozesskammer 14 und Befüllung mit Stickstoff ist die Prozessierung des Prozessgutstapels 66 abgeschlossen, sodass dieser aus der Prozesskammer

14 entnommen werden kann.

Die mit der Prozessvorrichtung 10 erreichbaren in einem weiten Bereich einstellbaren Aufheiz- und Abkühlraten - beispielsweise Aufheizraten im Bereich von weniger als 1 K/min bis 60 K/min und je nach Auslegung der Prozesskammer 14 auch darüber - ermöglichen es, die Prozessierung des Prozessgutstapels 66 in der Prozesskammer 14, d.h. im vorliegenden Ausfuhrungsbeispiel die Selenisierung und Sulfurisierung der Prozessgüter, in weniger als 2 Stunden durchzuführen.

Grundsätzlich ist es möglich, den Prozessgutstapel 66 durch die Beladungsöffnung 60 an der Vorderseite 58 der Prozessvorrichtung 10 zu entnehmen.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel weist die Prozessvorrichtung 10 an ihrer Rückseite 68 jedoch eine in die Prozesskammerwand 16 eingelassene Entladungsöffnung 70 auf, die ähnlich wie die Beladungsöffnung 60 durch ein Plattenventil 72 oder eine andere geeignete Tür verschließbar ist. Die Ausrüstung der Prozessvorrichtung 10 mit einer Beladungsöffnung 60 und einer gegenüberliegenden Entladungsöffnung 70 hat den Vorteil, dass die Prozessvorrichtung 10 als Durchlaufvorrichtung verwendet und mit weiteren Bearbeitungsvorrichtungen gekoppelt werden kann.

In Fig. 3 ist beispielsweise eine Prozessanlage gezeigt, die eine Prozessvorrichtung 10 und eine ausgangsseitig daran angeschlossene Abkühlvorrichtung 10' umfasst. Die Abkühlvorrichtung 10' ist ähnlich wie die Prozessvorrichtung 10 ausgebildet mit dem einzigen Unterschied, dass der obere Kammerbereich 34 mit der darin angeordneten Heizeinrichtung 36 fehlt. Da die Abkühlvorrichtung 10' ausschließlich zum Abkühlen der Glassubstrate 12 vorgesehen ist und ein Kühlgas, insbesondere ein Inertgas, wie z.B. Stickstoffgas, ausschließlich durch die Gasleiteinrichtung 24' und den die Kühleinrichtung 40' umfassenden unteren Kammerbereich 38' strömen soll, fehlen außerdem die oberen und unteren Gasumlenkelemente 54, 56. Der besseren übersichtlichkeit halber sind in Fig. 3 keine zweiten Verteilereinrichtungen 32 dargestellt.

Die Abkühlvorrichtung 10' ist über einen Verbindungsabschnitt 74 mit der Prozessvorrichtung 10 gekoppelt und derart neben dieser angeordnet, dass eine Beladungsöffnung 60' der Abkühlvorrichtung 10' mit der Entladungsöffnung 70 der Prozessvorrichtung 10 ausgerichtet ist. Die Beladungsöffnung 60' der Abkühlvorrichtung 10' kann durch ein Plattenventil 62' gleich-

zeitig mit oder unabhängig von der Entladungsöffnung 70 der Prozessvorrichtung 10 geöffnet und geschlossen werden.

Durch die Anordnung der Prozessvorrichtung 10 und der Abkühlvorrichtung 10' in Reihe ist es möglich, den Prozessgutstapel 66 nach beendeter Prozessierung in der Prozessvorrichtung 10 durch die Entladungsöffnung 70 und die Beladungsöffnung 60' in die Abkühlvorrichtung 74 zu bewegen.

Nach dem Einbringen des Prozessgutstapels 66 in die Abkühlvorrichtung 10' wird das Plattenventil 72 wieder geschlossen und die Prozessvorrichtung 10 mit einem neuen Prozessgutstapel 66 bestückt.

Gleichzeitig kann der erste Prozessgutstapel 66, der sich nun in der Abkühlvorrichtung 10' befindet, noch weiter abgekühlt werden, z.B. bis auf 80 °C, indem durch Betätigung der Ventilatoren 50' zirkulierendes Stickstoffgas an den Glassubstraten 12 vorbei und durch die Kühleinrichtung 40' geleitet wird. Nach einer abschließenden Evakuierung und letzten Befüllung der Abkühlvorrichtung 10' kann der Prozessgutstapel 66 durch eine Entladungsöffnung 70' aus der Abkühl Vorrichtung 10' entnommen werden. Die Abkühlvorrichtung 10' ist nun zur Aufnahme des nächsten Prozessgutstapels 66 aus der Prozessvorrichtung 10 bereit.

Wie in Fig. 4 gezeigt ist, kann der Prozessvorrichtung 10 eine Einschleuskammer 76 vorgelagert sein, durch welche verhindert wird, dass bei der Beladung der Prozessvorrichtung 10 mit einem Prozessgutstapel 66 Umgebungsatmosphäre in die Prozesskammer 14 eindringt.

Ferner kann ein Transportmechanismus zur Bewegung des den Prozessgutstapel 66 tragenden Trägers 64 durch die Prozessanlage eine Einschiebemechanik zum Einschieben des Trägers 64 und Prozessgutstapels 66 aus der Einschleuskammer 76 in die Prozesskammer 14 sowie eine Herausziehmechanik zum Herausziehen des Trägers 64 und Prozessgutstapels 66 aus der Prozesskammer 14 in die Abkühlvorrichtung 10' umfassen. Auf diese Weise kann verhindert werden, dass die bewegten Teile des Transportmechanismus mit den heißen und korrosiven Bereichen der Prozessanlage in Kontakt gelangen.

Mittels der voranstehend beschriebenen Durchlauf-Stapel-Prozessierung, auch Inline-Batch- Prozessierung genannt, ist es möglich, in einer Gesamtzykluszeit von deutlich weniger als 2 Stunden die gewünschten Chalcopyrit-Halbleiterdünnschichten auf den Glassubstraten 12

auszubilden.

Die in der vorstehenden Beschreibung, in den Ansprüchen sowie in den Zeichnungen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln aus auch in jeder beliebigen Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausfuhrungsformen wesentlich sein.