KR101204284B1 - 성막기판의 제조방법, 성막기판, 및 성막장치 - Google Patents

성막기판의 제조방법, 성막기판, 및 성막장치 Download PDF

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Abstract

[과제] 유리기판과 몰리브덴층의 밀착력 향상이 도모된 성막기판을 제조하는 방법, 성막기판 및 성막장치를 제공하는 것.
[해결수단] 소정량의 산소를 함유하는 제1 분위기 중에서, 유리기판(2)의 표면에 제1 몰리브덴층(3a)를 성막하고, 제1 분위기보다 산소의 함유율이 낮은 제2 분위기 중에서, 제1 몰리브덴층(3a)의 표면에 제2 몰리브덴층(3b)을 성막한다. 이로써, 산화몰리브덴을 포함하는 밀착층(3a)을 유리기판(2) 상에 성막하고, 이 밀착층(3a) 상에 몰리브덴층(3b)을 성막할 수 있다.

Description

성막기판의 제조방법, 성막기판, 및 성막장치{Manufacturing method of film formed substrate, film formed substrate, and film forming apparatus}
본 발명은, 성막(成膜)기판의 제조방법, 성막기판, 및 성막장치에 관한 것이다.
예컨대, CIS계 태양전지에서는, 유리기판(소다라임 유리) 상에 설치되는 이면전극으로서, Mo(몰리브덴)가 채용되고 있다. 또한, 폴리이미드 필름으로 이루어지고, 가요성을 가지는 기판을 구비한 CIS계 태양전지가 제안되고 있다(특허문헌 1 참조).
일본 공개특허공보 2010-1468호
여기서, 유리기판 상에, 몰리브덴층이 성막된 성막기판에 있어서, 몰리브덴층과 유리기판의 밀착력의 향상이 요구되고 있다.
본 발명은, 이러한 과제를 해결하기 위하여 이루어진 것으로서, 유리기판과 몰리브덴층의 밀착력의 향상이 도모된 성막기판을 제조하는 방법, 성막기판, 및 성막장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자들은, 상기 목적을 달성하기 위하여 예의 연구를 거듭한 결과, 산화몰리브덴을 포함하는 밀착층을 유리기판 상에 성막하고, 이 밀착층 상에 몰리브덴층을 성막함으로써, 몰리브덴층과 유리기판의 밀착성을 향상시킬 수 있다는 것을 발견하였다.
따라서, 본 발명에 의한 성막기판의 제조방법은, 유리기판 상에 몰리브덴이 성막된 성막기판을 제조하는 방법으로서, 산소를 함유하는 제1 분위기 중에서, 상기 유리기판의 표면에 제1 몰리브덴층을 성막하는 제1 성막공정과, 상기 제1 분위기보다 산소의 함유율이 낮은 제2 분위기 중에서, 상기 제1 몰리브덴층의 표면에 제2 몰리브덴층을 성막하는 제2 성막공정을 구비하고 있는 것을 특징으로 하고 있다.
이러한 성막기판의 제조방법에서는, 산소를 함유하는 제1 분위기 중에서, 유리기판의 표면에 제1 몰리브덴층을 성막함으로써, 이 제1 몰리브덴층과 유리기판이 강고하게 밀착된다. 그리고, 이 제1 몰리브덴층의 표면에 제2 몰리브덴층을 성막함으로써, 이 제2 몰리브덴층과 제1 몰리브덴층이 강고하게 밀착된다. 즉, 제2 몰리브덴층은, 제1 몰리브덴층을 통하여 유리기판 상에 성막되어, 제2 몰리브덴층과 유리기판의 밀착력 향상이 도모된다.
여기서, 제1 성막공정에서는, 산소의 함유율이 0.3% ~ 5.0%인 상기 제1 분위기 중에서, 상기 제1 몰리브덴층을 성막하는 것이 바람직하다. 이로써, 유리기판과 제1 몰리브덴층의 밀착력, 제1 몰리브덴층과 제2 몰리브덴층의 밀착력을 향상시킬 수 있다.
또한, 제2 성막공정에서는, 제1 몰리브덴층보다 두껍게, 상기 제2 몰리브덴층을 성막하는 것이 적합하다. 이와 같이 유리기판 상에 막두께가 제1 몰리브덴층보다 두꺼운 제2 몰리브덴층을 성막함으로써, 예컨대 시트저항치가 낮은 제2 몰리브덴층의 두께를 두껍게 할 수 있다. 이러한 성막기판을 태양전지에 이용하였을 경우에는, 저(低)저항이면서도 고(高)변환율을 실현할 수 있다. 또한 시트저항이 높은 제1 몰리브덴층을 제2 몰리브덴층보다 얇게 함으로써, 유리기판과 제1 몰리브덴층의 밀착력을 높이면서, 성막기판 전체의 저항치의 증가를 억제할 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 성막기판은, 유리기판과, 상기 유리기판의 표면에 성막되고, 산소를 함유하는 제1 몰리브덴층과, 상기 제1 몰리브덴층의 표면에 성막되고, 상기 제1 몰리브덴층보다 산소의 함유량이 적은 제2 몰리브덴층을 구비하고 있는 것을 특징으로 하고 있다.
이러한 성막기판에 의하면, 유리기판의 표면에 산소를 함유하는 제1 몰리브덴층이 성막되어, 유리기판과 제1 몰리브덴층이 강고하게 밀착된다. 그리고, 이 제1 몰리브덴층의 표면에, 제1 몰리브덴층보다 산소의 함유량이 적은 제2 몰리브덴층이 성막되어, 제1 몰리브덴층과 제2 몰리브덴층이 강고하게 밀착된다. 즉, 제2 몰리브덴층은, 제1 몰리브덴층을 통하여 유리기판 상에 성막되어, 제2 몰리브덴층과 유리기판의 밀착력 향상이 도모된다.
또한, 제2 몰리브덴층의 시트저항치는, 상기 제1 몰리브덴층의 시트저항치보다 낮은 것이 적합하다. 이와 같이 유리기판 상에 제1 몰리브덴층을 성막하고, 이 제1 몰리브덴층의 표면에, 제1 몰리브덴층의 시트저항치보다 낮은 시트저항치의 제2 몰리브덴층을 성막함으로써, 저저항으로 하여 전극막으로서의 기능을 향상시키면서, 밀착력의 향상을 도모할 수 있다.
여기서, 제2 몰리브덴층은, 상기 제1 몰리브덴층보다 두꺼운 것이 바람직하다. 이와 같이 유리기판 상에 막두께가 제1 몰리브덴층보다 두꺼운 제2 몰리브덴층을 성막함으로써, 시트저항치가 낮은 제2 몰리브덴층의 두께를 두껍게 할 수 있다. 이러한 성막기판을 태양전지에 이용하였을 경우에는, 저저항이면서 고변환율을 실현할 수 있다. 또한 시트저항이 높은 제1 몰리브덴층을 제2 몰리브덴층보다 얇게 함으로써, 유리기판과 제1 몰리브덴층과의 밀착력을 높이면서, 성막기판 전체의 저항치의 증가를 억제할 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 성막장치는, 유리기판에 몰리브덴을 성막하는 성막장치로서, 상기 유리기판의 표면에 제1 몰리브덴층을 성막하는 제1 성막실과, 상기 제1 몰리브덴층의 표면에 제2 몰리브덴층을 성막하는 제2 성막실과, 상기 제1 성막실 내를, 산소를 함유하는 제1 분위기로 하고, 상기 제2 성막실 내를, 상기 제1 분위기보다 산소의 함유율이 낮은 제2 분위기로 하는 산소농도 제어부를 구비하고, 상기 제1 성막실은, 상기 제1 분위기에서 상기 제1 몰리브덴층을 성막하고, 상기 제2 성막실은, 상기 제2 분위기에서 상기 제2 몰리브덴층을 성막하는 것을 특징으로 하고 있다.
이러한 성막장치에서는, 유리기판의 표면에 제1 몰리브덴층을 성막하는 제1 성막실을 구비하고, 이 제1 성막실 내를, 산소를 함유하는 제1 분위기로 하여, 유리기판 상에 제1 몰리브덴층을 성막할 수 있다. 이로써, 유리기판과 제1 몰리브덴층이 강고하게 밀착된다. 또한, 성막장치는, 제1 몰리브덴층의 표면에 제2 몰리브덴층을 성막하는 제2 성막실을 구비하고, 이 제2 성막실 내를, 제1 분위기보다 산소의 함유율이 낮은 제2 분위기로 하여, 제1 몰리브덴층의 표면에 제2 몰리브덴층을 성막할 수 있다. 이로써, 제1 몰리브덴층과 제2 몰리브덴층이 강고하게 밀착된다. 즉, 제2 몰리브덴층은, 제1 몰리브덴층을 통하여 유리기판 상에 성막되어, 제2 몰리브덴층과 유리기판의 밀착력 향상이 도모된다.
여기서, 제1 성막실이, 제2 성막실을 겸하는 것이 바람직하다. 이와 같이, 산소를 함유하는 제1 분위기에서, 유리기판 상에 제1 몰리브덴층을 성막하는 제1 성막실과, 제1 분위기보다 산소의 함유율이 낮은 제2 분위기에서, 제1 몰리브덴층의 표면에, 제2 몰리브덴층을 성막하는 제2 성막실을 겸하는 성막실을 구비하는 구성으로 하여도 된다. 이로써, 동일한 성막실 내에서, 제1 몰리브덴층을 성막한 후에, 제2 몰리브덴층을 성막할 수 있다.
본 발명에 의하면, 유리기판과 몰리브덴층의 밀착력 향상이 도모된 성막기판을 제조하는 방법, 성막기판, 및 성막장치를 제공할 수 있다.
도 1은, 본 발명의 실시형태에 관한 태양전지셀의 단면도이다.
도 2는, 본 발명의 실시형태에 관한 성막장치를 나타내는 개략 단면구성도이다.
도 3은, 성막조건에 따르는 박리시험결과를 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명에 의한 성막기판, 성막장치, 및 성막기판의 제조방법의 적합한 실시형태에 대하여 도면을 참조하면서 설명한다. 본 발명의 성막기판은, 예컨대, 태양전지셀의 이면전극으로서 사용되는 것이다. 도 1은, 본 발명의 실시형태에 관한 태양전지셀의 단면도이다. 다만, 도면의 설명에 있어서 동일 또는 상당 요소에는 동일한 부호를 붙이고, 중복되는 설명은 생략한다.
<성막기판>
도 1에 나타내는 태양전지셀(1)은, CIGS계의 태양전지로서, 유리기판(2) 상에, 이면전극층(3), CIGS층(4), 버퍼층(5), 투명전극층(6)이 순차로 적층되어 있다.
유리기판(2)은, 나트륨(Na)을 함유하는 소다유리이다. CIGS층(4)은, 구리(Cu), 인듐(In), 갈륨(Ga), 셀렌(Se)을 함유하는 반도체로 이루어지는 발전(發電)층이다.
이면전극층(3)은, 유리기판(2)의 표면에 성막된 제1 몰리브덴층(3a)과, 이 제1 몰리브덴층(3a)의 표면에 성막된 제2 몰리브덴층(3b)을 구비하고 있다.
제1 몰리브덴층(3a)은, 산소를 함유하는 제1 분위기 중에서 성막된 것으로서, 산화몰리브덴을 가지는 것이다. 제1 몰리브덴층(3a)에는, 미량의 산소가 첨가되어 있다. 제1 몰리브덴층(3a)의 막두께는, 예컨대 10㎚ ~ 100㎚ 정도이다. 또한, 제1 몰리브덴층(3a)의 시트저항치는, 예컨대 10Ω／□ ~ 100Ω／□ 정도이다.
제2 몰리브덴층(3b)은, 제1 분위기보다 산소의 함유율이 낮은 제2 분위기에서 성막된 몰리브덴층이다. 제2 몰리브덴층(3b)의 막두께는, 예컨대 400㎚ ~ 900㎚ 정도이다. 또한, 제2 몰리브덴층(3b)의 시트저항치는, 예컨대 0. 2Ω/□ ~ 0. 5Ω／□ 정도이다.
그리고, 제1 몰리브덴층(3a)은, 유리기판(2)과 제2 몰리브덴층(몰리브덴 주(主)층)(3b) 사이에 배치된 밀착층으로서 기능한다. 제2 몰리브덴층(3b)은, 제1 몰리브덴층(3a)보다 막두께가 두꺼워지도록 형성되어 있다. 또한, 제2 몰리브덴층(3b)의 시트저항치는, 제1 몰리브덴층(3a)의 시트저항치보다 낮아지도록 형성되어 있다. 다만, 유리기판(2), 제1 몰리브덴층(3a) 및 제2 몰리브덴층(3b)이, 본 발명의 성막기판에 상당한다.
<성막장치>
다음으로, 도 2를 참조하여, 유리기판(2)에 몰리브덴층(3a, 3b)을 성막하는 성막장치(10)에 대하여 설명한다. 도 2에 나타내는 성막장치(10)는, 스퍼터링법에 의한 성막을 행하는 장치로서, 진공 중의 희박 아르곤 분위기 하에서 플라즈마를 발생시키고, 플라즈마 내의 플러스 이온을 성막재료(Mo 타겟)(21)에 충돌시킴으로써 금속원자를 배출하고, 기판상에 부착시켜서 성막을 행하는 것이다.
성막장치(10)는, 성막처리가 행하여지는 제1 및 제2 성막실(진공챔버)(11A, 11B)을 구비하고, 제1 성막실(11A)의 입구측에 기판인입실(배기실)(12A)이 연결되고, 제2 성막실(11B)의 출구측에 기판인출실(벤트실)(12B)이 연결되어 있다. 또한, 제1 성막실(11A)과 제2 성막실(11B) 사이에는, 가스분리실(12C)이 연결되어 있다. 제1 성막실(11A)의 출구측에 가스분리실(12C)의 입구측이 연결되고, 가스분리실(12C)의 출구측에 제2 성막실(11B)의 입구측이 연결되어 있다.
기판인입실(12A)은, 대기압 하에 있는 기판을 장치 내에 인입하고, 실내를 진공으로 하기 위한 챔버이다. 기판인출실(12B)은, 진공 속에 있는 성막기판(몰리브덴층이 성막된 유리기판)을 대기압환경 하로 인출하기 위한 챔버이다. 가스분리실(12C)은, 가스치환에 의한 산소가스와 아르곤가스의 분압비 변경을 행하기 위한 챔버이다.
이하, 기판인입실(12A), 제1 성막실(11A), 가스분리실(12C), 제2 성막실(11B), 기판인출실(12B)을 구별하지 않는 경우에는, 챔버(11, 12)로 나타내는 경우도 있다. 이들 챔버(11, 12)는, 진공용기에 의하여 구성되고, 챔버(11, 12)의 출입구에는, 게이트밸브(GV)가 설치되어 있다. 게이트밸브(GV)는, 진공환경과 대기압환경을 격리하기 위한 비교적 큰 밸브체를 구비한 밸브이다. 게이트밸브(GV) 양측의 압력이 동일할 때에 게이트밸브(GV)를 개방함으로써 인접하는 챔버(11, 12)를 연통시켜서, 기판(2)을 통과시킨다.
또한, 각 챔버(11, 12) 내에는, 기판(2)을 반송하기 위한 기판반송롤러(14)가 설치되어 있음과 함께, 기판(2)을 가열하기 위한 히터(15)가 설치되어 있다. 히터(15)는, 기판온도가 예컨대 70℃ ~ 350℃의 범위에서 일정하게 되도록 가열한다.
또한, 기판인입실(12A) 및 기판인출실(12B)에는, 로터리펌프(16)가 접속되고, 챔버(11, 12)에는, TMP(터보분자 펌프)(17)가 접속되어 있다. 로터리펌프(16)는, 대기압으로부터 1Pa까지의 배기를 하기 위한 점성(粘性)영역에서 사용되는 펌프이고, TMP(17)는, 1Pa 이하의 배기를 하기 위한 분자류(分子流)영역에서 사용되는 펌프이다.
또한, 성막장치(10)는, 제1 및 제2 성막실(11A, 11B) 내에 스퍼터링 타겟을 지지하는 스퍼터링 캐소드(지지부)를 가진다. 스퍼터링 타겟인 Mo 타겟(21)은, 제1 및 제2 성막실(11A, 11B) 상부에 배치되어 있다. 제2 성막실(11B)에는, 기판(2)의 반송방향을 따라 복수의 Mo 타겟(21)이 배치되어 있다. Mo 타겟(21)은, DC전원(23)에 전기적으로 접속되어 있다. DC전원(23)은, 직류전력을 공급하는 전원이다.
여기서, 제1 성막실(11A)은, 소정량의 산소를 함유하는 제1 분위기 중에서, 유리기판(2)의 표면에 제1 몰리브덴층(3a)을 성막하는 성막실이다. 제2 성막실(11B)은, 제1 분위기보다 산소의 함유율이 낮은 제2 분위기 중에서, 제1 몰리브덴층(3a)의 표면에 제2 몰리브덴층(3b)을 성막하는 성막실이다.
그리고, 성막장치(10)는, 제1 성막실(11A) 내를, 소정량의 산소를 함유하는 제1 분위기로 하고, 제2 성막실(11B) 내를, 제1 분위기보다 산소의 함유율이 낮은 제2 분위기로 하는 산소농도 조정장치(산소농도 제어부)(30A, 30B)를 구비하고 있다.
산소농도 조정장치(30A)는, 제1 성막실(11A) 내에 가스를 공급함과 함께, 제1 성막실(11A) 내의 산소농도를 조정하는 것이다. 산소농도 조정장치(30A)는, 제1 성막실(11A) 내로의 산소가스 도입량을 조절하는 매스플로우 컨트롤러(31), 제1 성막실(11A) 내로의 아르곤가스 도입량을 조절하는 매스플로우 컨트롤러(32), 제1 성막실(11A)에 접속되어 가스를 도입하는 가스공급 경로(33), 제1 성막실(11A) 내의 산소농도를 검출하는 산소농도계(34), 제1 성막실(11A) 내의 산소농도를 조정하기 위한 매스플로우 컨트롤러(31)를 제어하는 제어부(35)를 구비하고 있다.
산소농도 조정장치(30B)는, 제2 성막실(11B) 내에 가스를 공급함과 함께, 제2 성막실(11B) 내의 산소농도를 조정하는 것이다. 산소농도 조정장치(30B)는, 제2 성막실(11B) 내로의 산소가스 도입량을 조절하는 매스플로우 컨트롤러(31), 제2 성막실(11B) 내로의 아르곤가스 도입량을 조절하는 매스플로우 컨트롤러(32), 제2 성막실(11B)에 접속되어 가스를 도입하는 가스공급 경로(33), 제2 성막실(11B) 내의 산소농도를 검출하는 산소농도계(34), 제2 성막실(11B) 내의 산소농도를 조정하기 위한 매스플로우 컨트롤러(31)를 제어하는 제어부(35)를 구비하고 있다.
산소농도 조정장치(30C)는, 가스분리실(12C) 내에 가스를 공급함과 함께, 가스분리실(12C)에 인접하는 게이트밸브(GV)의 상태에 따라 산소농도를 조정하는 것이다. 즉, 제1 성막실(11A) 측의 게이트밸브(GV)가 열려 있을 때는 제1 성막실(11A) 내와 동일한 산소농도로 조정하고, 제2 성막실(11B) 측의 게이트밸브(GV)가 열려 있을 때는 제2 성막실(11B) 내와 동일한 산소농도로 조정한다. 다만, 제1 성막실(11A) 측의 게이트밸브(GV)와 제2 성막실(11B) 측의 게이트밸브(GV)가, 동시에 열리지 않도록 제어된다.
산소가스 도입량을 조절하는 매스플로우 컨트롤러(31)에는, 산소가스를 공급하는 산소 봄베가 접속되고, 아르곤가스 도입량을 조절하는 매스플로우 컨트롤러(32)에는, 아르곤가스를 공급하는 아르곤가스 봄베가 접속되어 있다. 매스플로우 컨트롤러(31, 32)에 의하여 유량이 조정된 산소가스 및 아르곤가스는, 가스공급 경로(33)를 통과하여 제1 성막실(11A), 제2 성막실(11B) 내로 도입되고, 성막실(11A, 11B) 내의 산소분압이 일정하게 유지된다. 산소가스 도입량, 아르곤가스 도입량을 조절하는 유량조절기로서, 서멀 밸브식, 전자(電磁) 밸브식, 피에조 밸브식의 유량조정기를 이용할 수 있다.
또한, 산소농도 조정장치(30A, 30B)의 제어부(35)는, 산소농도계(34)에 의하여 검출된 제1 성막실(11A), 제2 성막실(11B) 내의 산소농도에 근거하여, 매스플로우 컨트롤러(31, 32)를 제어할 수 있다. 제어부(35)는, 예컨대, 아르곤가스의 도입량을 일정하게 하고, 산소가스 도입량을 제어함으로써, 성막실(11) 내의 산소농도를 조정한다. 예컨대, 제1 성막실(11A) 내의 산소분압은, 0.003Pa ~ 0.05Pa 정도로 제어되는 것이 바람직하고, 제2 성막실(11B) 내의 산소분압은, 0 ~ 0.002Pa 정도로 제어되는 것이 바람직하다.
<성막장치의 동작, 및 성막기판의 제조방법>
다음으로, 성막장치(10)의 동작, 및 성막기판의 제조방법에 대하여 설명한다. 본 실시형태에 관한 성막기판의 제조방법은, 유리기판(2) 상에 몰리브덴이 성막된 성막기판을 제조하는 방법으로서, 소정량의 산소를 함유하는 제1 분위기 중에서, 유리기판(2)의 표면에 제1 몰리브덴층(3a)을 성막하는 제1 성막공정과, 제1 분위기보다 산소의 함유율이 낮은 제2 분위기 중에서, 제1 몰리브덴층(3a)의 표면에 제2 몰리브덴층(3b)을 성막하는 제2 성막공정을 구비하고 있다. 제1 성막공정은, 성막장치(10)의 제1 성막실(11A)에서 실시되고, 제2 성막공정은, 성막장치(10)의 제2 성막실(11B)에서 실시된다.
먼저, 제1 성막공정 및 제2 성막공정의 전(前)처리로서, 로터리펌프(16) 및 TMP(17)를 이용하여, 제1 성막실(11A) 및 제2 성막실(11B) 내의 배기를 행하여 진공상태로 한다. 제1 성막실(11A), 제2 성막실(11B) 내의 압력은, 예컨대, 5×10－4Pa 이하로 하는 것이 바람직하다.
다음으로, 각 히터(15)를 ON 상태로 하고, 그 후 각 챔버(11, 12) 내에 도입되는 기판(2)의 온도가 70℃ ~ 350℃의 범위 내에서 일정하게 되도록, 히터(15)에 있어서의 설정치를 안정시킨다. 히터(15)의 온도가, 상온으로부터 설정치(예컨대 200℃)로 상승되면, 히터(15) 자체 및 진공챔버(11, 12) 내에 부착되어 있는 H2O나 CO2가 이탈하여 챔버(11, 12)의 압력이 일시적으로 상승된다.
제1 성막실(11A) 내의 압력이 원하는 진공압력(5×10－4Pa 이하)인 것이 확인된 후에, 산소농도 조정장치(30A)의 제어부(35)는, 매스플로우 컨트롤러(31, 32)를 구동하여, 제1 성막실(11A) 내로의 산소가스 및 아르곤가스의 공급을 개시한다. 매스플로우 컨트롤러(31, 32)는, 제1 성막실(11A) 내의 압력을 0.1Pa ~ 1Pa의 범위 내에서 임의의 값으로 유지한다. 제1 성막공정에서는, 산소의 함유율이 0.3% ~ 5.0%가 되도록, 산소가스 및 아르곤가스의 공급량을 조정한다.
제2 성막실(11B) 내의 압력이 원하는 진공압력(5×10－4Pa 이하)인 것이 확인된 후에, 산소농도 조정장치(30B)의 제어부(35)는, 매스플로우 컨트롤러(31, 32)를 구동하여, 제2 성막실(11B) 내로의 산소가스 및 아르곤가스의 공급을 개시한다. 매스플로우 컨트롤러(31, 32)는, 제2 성막실(11B) 내의 압력을 0.1Pa ~ 1Pa의 범위 내에서 임의의 값으로 유지한다. 제2 성막공정에서는, 산소의 함유율이 0.0% ~ 0.2%가 되도록, 산소가스 및 아르곤가스의 공급량을 조정한다.
그 후, DC전원(23)을 ON 상태로 하여, 성막실(11) 내에 플라즈마를 발생시킨다.
제1 성막실(11A) 내의 플라즈마 방전이 개시되면, Mo 타겟(21)의 스퍼터링이 시작된다. 이때, DC전원(23)은, Mo 타겟(21)에 대한 전력밀도를, 1W/㎠ ~ 5W/㎠의 범위 내의 임의의 값으로 유지하도록 제어한다.
제2 성막실(11B) 내의 플라즈마 방전이 개시되면, Mo 타겟(21)의 스퍼터링이 시작된다. 이때, DC전원(23)은, Mo 타겟(21)에 대한 전력밀도를, 5W/㎠ ~ 30W/㎠의 범위내의 임의의 값으로 유지하도록 제어한다.
여기서, 산소농도 조정장치(30A, 30B)의 제어부(35)는, 매스플로우 컨트롤러(31)를 제어하여, 산소가스의 도입유량이, 아르곤가스의 도입유량에 대하여, 예컨대 1/1000에서 1/10까지의 범위 내의 임의의 값으로 유지되도록 제어한다.
피(被)성막기판인 유리기판(2)은, 기판인입실(12A) 내에 도입된다. 기판인입실(12A) 내에 유리기판(2)이 도입되면, 로터리펌프(16) 및 TMP(17)에 의한 배기가 행하여지고, 기판인입실(12A) 내가 진공상태가 된다. 기판인입실(12A) 내가 진공상태가 되면, 기판인입실(12A)과 제1 성막실(11A) 사이에 배치된 게이트밸브(GV)가 개방되고, 기판인입실(12A) 및 제1 성막실(11A)이 연통되어, 유리기판(2)이 제1 성막실(11A) 내에 도입된다.
제1 성막실(11A) 내에서는, 기판반송롤러(14)에 의한 기판반송속도를 일정한 값으로 제어하여, 유리기판(2) 상에 성막되는 제1 몰리브덴층(3a)의 막두께가 제어된다. 제1 성막실(11A)에서는, Mo 타겟(21)의 직하에 몰리브덴이 스퍼터링되는 공간이 형성되어 있다. 그리고, 스퍼터링 공간 내에 유리기판(2)을 통과시킴으로써, 유리기판(2) 상에 제1 몰리브덴층(3a)이 성막된다. 제1 성막공정을 행하는 제1 성막실(11A)에서는, 제1 몰리브덴층(3a)의 막두께의 평균치가 예컨대 10㎚　이상이 되도록, 반송속도가 제어되는 것이 바람직하다.
제1 성막공정에 의한 성막 완료 후의 유리기판(2)은, 가스분리실(12C)로 반송(搬送)된다. 가스분리실(12C)에서는, 가스치환에 의한 산소가스와 아르곤가스의 분압비 변경이 행하여지고, 유리기판(2)이 제2 성막실(11B) 내로 반송된다.
제2 성막실(11B) 내에서는, 기판반송롤러(14)에 의한 기판반송속도를 일정한 값으로 제어하여, 유리기판(2) 상에 성막되는 제2 몰리브덴층(3b)의 막두께가 제어된다. 제2 성막실(11B)에서는, Mo 타겟(21)의 직하에 몰리브덴이 스퍼터링되는 공간이 형성되어 있다. 그리고, 스퍼터링 공간 내에 유리기판(2)을 통과시킴으로써, 유리기판(2) 상에 제2 몰리브덴층(3b)이 성막된다. 제2 성막공정을 행하는 제2 성막실(11B)에서는, 제2 몰리브덴층(3b)의 막두께의 평균치가 예컨대 400㎚　이상이 되도록, 반송속도가 제어되는 것이 바람직하다.
제2 성막공정에 의한 성막 완료 후의 유리기판(2)은, 기판인출실(12B)로 반송된다. 기판인출실(12B)에서는, 공기의 실내로의 도입이 행하여지고, 실내의 압력이 진공으로부터 대기압이 되었을 때, 유리기판(2)이 기판인출실(12B) 밖으로 반송된다. 유리기판(2)이 인출된 후의 기판인출실(12B) 내는, 성막 완료 후의 다음의 유리기판(2)이 도입되는 것에 대비하기 위하여, 로터리펌프(16) 및 TMP(17)에 의한 배기가 행하여져서, 진공상태가 된다. 다만, 성막장치(10)는, 상기 성막기판의 제조방법에 있어서의 각종 공정이, 자동으로 순차 진행되도록 시퀀스가 장착되어 있는 구성이어도 된다.
도 3은, 성막조건에 따르는 박리시험결과를 나타내는 도면이다. 도 3에서는, 상단에 크로스컷　필(peel)테스트(JIS?K5600 및 ISO2409)의 결과를 나타내고, 중단에 고온 어닐 후의 크로스컷　필테스트의 결과를 나타내며, 하단에 LASER 스크라이브시의 패턴 가장자리부 박리 테스트의 결과를 나타내고 있다.
파워밀도는, 1.0W/㎠, 1.5W/㎠, 2.0W/㎠의 3단계, 산소유량비는, 0.1%, 0.2%, 0.3%, 0.5%, 1.0%, 2.0%, 3.0%, 5.0%, 10%의 9단계에 대하여, 성막조건을 변화시켜서, 상기의 박리시험을 실시하였다. 도 3에서는, 시험결과로서, “박리없음”을 “○”로 도시하고, “박리있음”을 “×”로 도시하고 있다. 다만, 파워밀도는, 제1 성막실(제1 성막공정)에 있어서의 타겟의 이면에 가지는 자기(磁氣)회로의 면적에 대한 전력밀도이다. 또한, 산소유량비는, 아르곤 스퍼터가스에 대한 산소가스의 체적유량의 비율이다.
도 3의 시험결과에 의하면, 파워밀도에 따라 최적의 산소유량비는 상이하기는 하지만, 산소유량비가 0.3% ~ 5.0%의 범위에서는, 몰리브덴층(3a, 3b)의 박리를 억제할 수 있는 것을 알 수 있다. 이와 같이, 미량의 산소를 함유하는 제1 몰리브덴층(밀착층)(3a)을 유리기판(2) 상에 성막하고, 이 제1 몰리브덴층(3a)의 표면에 제2 몰리브덴층(3b)을 성막함으로써, 유리기판(2)과, 몰리브덴층(3a, 3b)의 밀착성을 향상시킬 수 있었다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시형태의 성막기판에서는, 유리기판(2)의 표면에 산소를 함유하는 제1의 몰리브덴층(3a)이 성막되어, 유리기판(2)과 제1 몰리브덴층(3a)이 강고하게 밀착되어 있다. 그리고, 이 제1 몰리브덴층(3a)의 표면에, 제1 몰리브덴층(3a)보다 산소의 함유량이 적은 제2 몰리브덴층(3b)이 성막되어, 제1 몰리브덴층(3a)과 제2 몰리브덴층(3b)이 강고하게 밀착되어 있다. 즉, 제2 몰리브덴층(3b)은, 제1 몰리브덴층(3a)을 통하여 유리기판(2) 상에 성막되어, 제2 몰리브덴층(3b)과 유리기판(2)의 밀착력 향상이 도모되고 있다. 그 결과, 태양전지셀을 제조할 때의 수율의 저하를 억제할 수 있다. 또한, 태양전지셀의 품질의 향상을 도모할 수 있다.
여기서, 제2 몰리브덴층(3b)의 시트저항치는, 제1 몰리브덴층(3a)의 시트저항치보다 낮은 것이 적합하고, 제1 몰리브덴층(3a)의 표면에, 제1 몰리브덴층(3a)의 시트저항치보다 낮은 시트저항치의 제2 몰리브덴층(3b)을 성막함으로써, 저저항으로 하여 전극막으로서의 기능을 향상시키면서, 밀착력 향상을 도모할 수 있다.
또한, 제2 몰리브덴층(3b)은, 제1 몰리브덴층(3a)보다 두꺼운 것이 바람직하고, 막두께가 제1 몰리브덴층(3a)보다 두꺼운 제2 몰리브덴층(3b)을 성막함으로써, 시트저항치가 낮은 제2 몰리브덴층(3b)의 두께를 두껍게 할 수 있다. 그로 인하여, 성막기판을 구비한 태양전지셀(1)에서는, 저저항이면서 고변환율을 실현할 수 있다. 또한 시트저항이 높은 제1 몰리브덴층(3a)을 제2 몰리브덴층(3b)보다 얇게 함으로써, 유리기판(2)과 제1 몰리브덴층(3a)의 밀착력을 높이면서, 성막기판 전체의 저항치 증가를 억제할 수 있다.
또한, 본 실시형태의 성막장치(10)에서는, 유리기판(2)의 표면에 제1 몰리브덴층(3a)을 성막하는 제1 성막실(11A)을 구비하고, 이 제1 성막실(11A) 내를, 산소를 함유하는 제1 분위기로 하여, 유리기판(2) 상에 제1 몰리브덴층(3a)을 성막할 수 있다. 이로써, 유리기판(2)과 제1 몰리브덴층(3a)을 강고하게 밀착시킬 수 있다. 또한, 성막장치(10)는, 제1 몰리브덴층(3a)의 표면에 제2 몰리브덴층(3b)을 성막하는 제2 성막실(11B)을 구비하고, 이 제2 성막실(11B) 내를, 제1 분위기보다 산소의 함유율이 낮은 제2 분위기로 하여, 제1 몰리브덴층(3a)의 표면에 제2 몰리브덴층(3b)을 성막할 수 있다. 이로써, 제1 몰리브덴층(3a)과 제2 몰리브덴층(3b)을 강고하게 밀착시킬 수 있다. 즉, 제2 몰리브덴층(3b)은, 제1 몰리브덴층(3a)을 통하여 유리기판(2) 상에 성막되어, 제2 몰리브덴층(3b)과 유리기판(2)의 밀착력 향상이 도모되고 있다. 다만, 제1 성막실과 제2 성막실을 겸용하는 성막실을 구비하는 성막장치로 하여도 된다.
또한, 본 실시형태의 성막기판의 제조방법에서는, 산소를 함유하는 제1 분위기 중에서, 유리기판(2)의 표면에 제1 몰리브덴층(3a)이 성막되어, 제1 몰리브덴층(3a)이 유리기판(2)에 강고하게 밀착된다. 그리고, 이 제1 몰리브덴층(3a)의 표면에 제2 몰리브덴층(3b)이 성막되어, 제2 몰리브덴층(3b)이 제1 몰리브덴층(3a)에 강고하게 밀착된다. 즉, 제2 몰리브덴층(3b)은, 제1 몰리브덴층(3a)을 통하여 유리기판 상에 성막되어, 제2 몰리브덴층(3b)과 유리기판(2)의 밀착력 향상이 도모된다.
본 실시형태의 성막기판을 태양전지셀에 이용하였을 경우에는, 몰리브덴의 성막공정 후의 다른 공정에 있어서, 고온(예컨대 600℃)에 노출되어도, 몰리브덴층(3a, 3b)의 박리를 방지할 수 있다. 또한, 성막기판에 LASER 스크라이빙을 실시하였을 경우의 몰리브덴층(3a, 3b)의 박리를 방지할 수 있다. 따라서, 몰리브덴층의 밀착성 향상을 도모하는 것이 가능하다.
또한, 본 실시형태의 성막기판에서는, 몰리브덴층의 밀착력이 향상되어 있기 때문에, 유리기판(2) 중의 나트륨성분이 몰리브덴층을 적합하게 통과하고, 몰리브덴층에 밀착되는 CIGS층(4)에 도달하여, CIGS층(4)에 있어서의 발전효율의 향상을 도모할 수 있다.
이상, 본 발명을 그 실시형태에 근거하여 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은, 상기 실시형태에 한정되는 것은 아니다. 상기 실시형태에서는, 스퍼터링법에 의한 성막을 행하고 있지만, 예컨대, 물리증착법, 이온플레이팅법을 적용하여도 되고, 그 외의 성막방법을 이용하여 성막을 행하여도 된다.
또한, 상기 실시형태에서는, 본 발명의 성막기판을 CIGS형의 태양전지에 적용하고 있지만, 예컨대, 색소증감(增感)형 등, 그 외의 태양전지에 본 발명의 성막기판을 적용하여도 된다. 또한, 터치패널, 액정디스플레이(액정표시소자), 유기EL소자 등에 사용되는 기판에, 본 발명의 성막기판을 적용하여도 된다.
1…태양전지셀, 2…유리기판, 3…이면전극층, 3a…제1 몰리브덴층, 3b…제2 몰리브덴층, 10…성막장치(스퍼터링장치), 11A…제1 성막실, 11B…제2 성막실, 30A, 30B, 30C…산소농도 조정장치(산소량 제어부), 31, 32…매스플로우 컨트롤러, 35…제어부

Claims (8)

  1. 유리기판 상에 몰리브덴이 성막된 성막기판을 제조하는 방법으로서,
    산소를 함유하는 제1 분위기 중에서, 상기 유리기판의 표면에 제1 몰리브덴층을 성막하는 제1 성막공정과,
    상기 제1 분위기보다 산소의 함유율이 낮은 제2 분위기 중에서, 상기 제1 몰리브덴층의 표면에 제2 몰리브덴층을 성막하는 제2 성막공정
    을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 성막기판의 제조방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 성막공정에서는, 산소의 함유율이 0.3% ~ 5.0%인 상기 제1 분위기 중에서, 상기 제1 몰리브덴층을 성막하는 것을 특징으로 하는 성막기판의 제조방법.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 제2 성막공정에서는, 상기 제1 몰리브덴층보다 두껍게, 상기 제2 몰리브덴층을 성막하는 것을 특징으로 하는 성막기판의 제조방법.
  4. 유리기판과,
    상기 유리기판의 표면에 성막되고, 산소를 함유하는 제1 몰리브덴층과,
    상기 제1 몰리브덴층의 표면에 성막되고, 상기 제1 몰리브덴층보다 산소의 함유량이 적은 제2 몰리브덴층
    을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 성막기판.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 제2 몰리브덴층의 시트저항치는, 상기 제1 몰리브덴층의 시트저항치보다 낮은 것을 특징으로 하는 성막기판.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 제2 몰리브덴층은, 상기 제1 몰리브덴층보다 두꺼운 것을 특징으로 하는 성막기판.
  7. 유리기판에 몰리브덴을 성막하는 성막장치로서,
    상기 유리기판의 표면에 제1 몰리브덴층을 성막하는 제1 성막실과,
    상기 제1 몰리브덴층의 표면에 제2 몰리브덴층을 성막하는 제2 성막실과,
    상기 제1 성막실 내를, 산소를 함유하는 제1 분위기로 하고, 상기 제2 성막실 내를, 상기 제1 분위기보다 산소의 함유율이 낮은 제2 분위기로 하는 산소농도 제어부
    를 구비하고,
    상기 제1 성막실은, 상기 제1 분위기에서 상기 제1 몰리브덴층을 성막하고,
    상기 제2 성막실은, 상기 제2 분위기에서 상기 제2 몰리브덴층을 성막하는 것을 특징으로 하는 성막장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 제1 성막실이, 상기 제2 성막실을 겸하는 것을 특징으로 하는 성막장치.
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