KR101352412B1 - 투명 도전막 제막 장치, 다층 투명 도전막 연속 제막 장치및 이의 제막방법 - Google Patents

투명 도전막 제막 장치, 다층 투명 도전막 연속 제막 장치및 이의 제막방법 Download PDF

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Abstract

원료를 절약하고, 균일하고 고품질의 막 질을 유지하면서 제막 속도를 향상시킨다. 다층 투명 도전막 연속 제막 장치는 기판 장착부, 진공 배기를 실시하는 주입부, 유기금속 화합물(디에틸아연)과 디보란과 물을 기상으로 반응시켜 MOCVD법으로 투명 도전막을 기판 위에 형성하는 제막 처리부를 복수 개 갖는 다층 제막 처리부, 기판 취출부, 기판 분리부 및 기판 세터를 기판 장착부로 복귀시키는 세터 복귀부로 이루어지며, 상기 각 부를 순차 이동하면서 기판에 다층 투명 도전막을 연속적으로 제막한다. 각 제막 처리부는 유기금속 화합물과 디보란, 물의 각각을 분사하는 노즐을 마련하며, 이들을 냉각시키는 냉각 기구를 마련한다.
Figure R1020077016656
투명 도전막 제막 장치, 다층 투명 도전막 연속 제막 장치, 유기금속 화학적 기상 성장법, 시트 저항, 원료 이용 효율.

Description

투명 도전막 제막 장치, 다층 투명 도전막 연속 제막 장치 및 이의 제막방법 {Transparent conductive film forming apparatus, multilayer transparent conductive film continuously forming apparatus and method of film forming therewith}
기술분야
본 발명은 MOCVD법으로 투명 도전막을 다층 구조로 연속적으로 제막하기 위한 제막 장치 및 제막방법에 관한 것이다.
배경기술
태양전지 제작공정 중에서 투명 도전막의 제막공정으로서, 스퍼터법과 유기금속 화학적 기상 성장(MOCVD)법이 사용되고 있다. MOCVD법은, 저온(200℃ 이하)에서 반응이 진행되며 화학적 성장법이기 때문에, 스퍼터법과 같이 하층의 박막 구성층에 에너지 입자의 충격에 의한 손상을 주는 것과는 상이하며, 다른 박막 구성층에 기계적인 손상을 주지 않는 부드러운 제작방법이다.
CIGS계의 박막 태양전지를 제작하는 경우, 입사광측에서 보면, 투명 도전막을 박막 구성층의 상부에 제막한다. MOCVD법으로 제막하는 투명 도전막은 버퍼층의 효과(기능)를 보완하는 작용을 갖고 있지만, 스퍼터법의 경우는 반대로 버퍼층 에 손상을 주어 태양전지의 성능을 저하시키는 것으로 알려져 있다.
종래, MOCVD법으로 투명 도전막을 제막하는 방법이 개시되어 있다[참조: 일본 특허공보 제(평)6-14557호(특허문헌 1) 및 일본 공개특허공보 제(평)6-209116호(특허문헌 2)]. 여기에서는, 기판을 가열된 지지체 위에서 가열하고, 진공 배기하여 약 20분 동안 방치하여 온도를 균일하게 한 후에, 약 30분간 MOCVD법으로 투명 도전막을 약 1㎛ 제막하는 방법이 제시되어 있다. MOCVD법 제막 장치에 관해서는, 일본 공개특허공보 제(평)2-122521호(특허문헌 3)에 기재되어 있으며, 석영의 반응관내에 가스 도입구로부터 가스가 도입되고, 반응관내의 가스는 가스 배기구로부터 배기되게 되어 있다. 그리고, 반응관 내에는 탄소로 만들어진 서셉터가 배치되어 있고, 기판은 당해 서셉터 위에 세팅된다. 또한, 서셉터 및 기판은 반응관의 외부에 설치된 고주파 코일에 의해 유도 가열되는 구조로 되어 있다. 이러한 제막 장치에서, 기판에는 주로 유기금속 화합물로서 알킬알루미늄을 사용하고 있다. 상기 MOCVD법 제막 장치는 투명 도전막을 다층 구조로 연속적으로 제막하지 않고는 대면적의 투명 도전막을 제막할 수는 없다는 문제점이 있었다. 또한, 반도체 박막의 연속 제막 장치로서, 복수의 반응실을 마련하여 이들로 순차 제막하는 연속 제막 장치가 개시되어 있지만[참조: 일본 특허공보 제2842551호(특허문헌 4)], 이러한 연속 제막 장치는 반도체 박막을 제막하는 것이지 MOCVD법으로 투명 도전막을 제막하는 것이 아니며, 이러한 반도체 박막의 연속 제막 장치를 MOCVD법에 의한 투명 도전막의 연속 제막 장치에 즉시 전용하기는 어렵다는 문제가 있다.
또한, 상기 종래의 MOCVD법 제막 장치로서, 도 5에 도시한 바와 같은 알킬아 연용의 MOCVD법 제막 장치와, 도 6에 도시한 바와 같은 당해 장치 전용의 노즐이 사용되어 왔다.
당해 장치는 기판을 뱃치 처리하는 장치이며, 우선 기판(투명 도전막 이외의 CIGS계 박막 태양전지에 필요한 광흡수층, 버퍼층이 기판 위에 제막된 것을 이하에 기판이라고 한다)을 도입하기 위해서 챔버를 대기 개방한다. 그리고, 열판 위에 기판을 설치한 후, 챔버를 진공 상태로 한다. 기판이 설정 온도로 상승하는 것을 기다려 원료 도입 포트로부터 원료[예를 들면, 유기금속 화합물, 예를 들면, 디에틸아연: Zn(C2H5)2, 디보란: B2H6, 순수: H2O]를 도입하고, 캐리어 가스를 사용하여, 각각의 원료에 대응하는 노즐로부터 상기 원료가 기판 위에 분사된다. 기판 위에 투명 도전막을 일정 시간(일정한 막 두께로) 제막한 후, 원료의 공급을 정지시킨다. 그리고, 챔버를 대기 개방하여(대기로 복귀시켜) 기판을 취출한다. 뱃치 처리이기 때문에, 그 후, 다음 기판을 열판 위에 설치한다. 이후, 상기와 동일한 조작을 반복함으로써 상기 기판 위에 투명 도전막을 형성한다. 이하 1 내지 3의 특징을 갖고 있다.
1. 노즐의 특징은, 도 6에 도시한 바와 같이, 유기금속 화합물, 디보란 및 순수를 진공 속에서 균일하게 분사시키는 구조이다. 노즐의 온도는 열판으로부터의 열로 성장중에 상승하여 노즐에 성장물이 퇴적되기 때문에, 노즐의 보수(maintenance)가 필요해진다는 문제가 있었다. 또한, 종래의 노즐의 구조에서는, 유기금속 화합물과 물과 디보란의 분출부에 간극이 있기 때문에 노즐의 뒤 및 챔버 상부까지 생성물이 퇴적되어 원료의 이용 효율이 낮고, 빈번히 보수가 필요해 진다는 문제가 있었다.
2. 금속 열판에 직접 기판을 설치하고 투명 도전막을 성장시키기 때문에, 열판의 열 분포가 직접 투명 도전막의 분포로 이어지며, 열판의 열 분포가 불균일한 경우에는, 투명 도전막의 시트 저항 등이 불균일해진다는 문제가 있었다.
3. 챔버가 1개이기 때문에, 기판의 처리 속도가 느리고, 제막 속도가 느리다는 문제가 있었다.
발명의 개시
발명이 해결하고자 하는 과제
본 발명은 상기 문제점을 해소하기 위해서, 본 발명의 제1 목적은 원료의 이용 효율을 향상시키는 동시에 보수의 필요성을 보다 적게 하는 것이다. 제2 목적은 시트 저항이 균일한 투명 도전막을 제막하는 것이다. 제3 목적은 고품질인 막 질을 유지한 채로 제막 속도를 향상시키는 것이다.
과제를 해결하기 위한 수단
(1) 본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로, 제막실 내부를 진공 배기한 후, 기판을 가열하면서 유기금속 화합물[알킬아연: Zn(CnH2n+1, n은 정수)2, 바람직하게는 디에틸아연: Zn(C2H5)2]과 디보란(B2H6)과 물(수증기)을 기상으로 반응시키는 유기금속 화학적 기상 성장(MOCVD)법으로 n형 반도체로 이루어진 투명 도전막을 기판 위에 형성하는 투명 도전막 제막 장치로서,
디보란을 도전율 조정을 위한 도판트로 하고, 불활성 가스를 캐리어 가스로서 사용하며, 유기금속 화합물과 순수를 제막 원료로 하여, 유기금속 화합물, 디보란, 순수의 세 가지 원료를 동시에 또는 각각 개별적으로 분사하는 파이프상으로, 이의 분사측에 복수의 분사공을 마련한 복수 개의 노즐을 간극없이 동일 평면내에 병설한 플라나 구조의 노즐군을 장치 내부에 설치하고, 상기 노즐군을 냉각시키는 노즐 냉각 기구를 마련한 투명 도전막 제막 장치이다.
(2) 본 발명은 대기 중에서 기판을 세터에 장착하는 기판 장착부, 진공 배기를 실시하는 주입부, 기판을 가열하면서 유기금속 화합물(알킬아연: Zn(CnH2n+1, n은 정수)2, 바람직하게는 디에틸아연: Zn(C2H5)2)과 디보란(B2H6)과 물(수증기)을 기상으로 반응시키는 유기금속 화학적 기상 성장(MOCVD)법으로 n형 반도체로 이루어진 투명 도전막을 상기 기판 위에 다층 구조로 형성하기 위한 제막 처리부를 복수 개 갖는 다층 제막 처리부, 진공중의 상기 다층 구조의 투명 도전막이 형성된 기판을 대기압으로 복귀시키는 취출부, 상기 세터로부터 상기 다층 구조의 투명 도전막이 형성된 기판을 분리하는 기판 분리부 및 상기 기판 분리부에서 다층 구조의 투명 도전막이 형성된 기판이 분리된 세터를 상기 기판 장착부로 복귀시키는 세터 복귀부로 이루어지며, 상기 각 부를 순차 이동하면서 기판 위에 상기 다층의 n형 반도체로 이루어진 투명 도전막을 다층 구조로 연속적으로 제막하는 인라인형의 다층 투명 도전막 연속 제막 장치로서,
상기 다층 제막 처리부의 각 제막 처리부가, 디보란을 도전율 조정을 위한 도판트로 하고, 불활성 가스를 캐리어 가스로서 사용하며, 유기금속 화합물과 순수를 제막 원료로 하여, 유기금속 화합물, 디보란, 순수의 세 가지 원료를 동시에 또는 각각 개별적으로 분사하는 파이프상으로, 이의 분사측에 복수의 분사공을 마련한 복수 개의 노즐을 간극없이 동일 평면내에 병설한 플라나 구조의 노즐군을 장치 내부에 설치하고, 상기 노즐군을 냉각시키는 노즐 냉각 기구를 마련한 다층 투명 도전막 연속 제막 장치이다.
(3) 상기 항목 (2)에 있어서, 본 발명은 상기 주입부에 예비 가열 기구를, 상기 취출부에 기판 냉각 기구를 각각 마련하고, 제막 처리부를 복수 개 가짐으로써, 필요한 막 두께를 다층 구조로 제막하면서, 제막 속도를 향상시킨 다층 투명 도전막 연속 제막 장치이다.
(4) 상기 항목 (1), (2) 또는 (3)에 있어서, 본 발명은 상기 노즐 냉각 기구가, 상기 노즐군의 노즐과 노즐간에 간극없이 냉각 파이프를 각각 마련한 다층 투명 도전막 연속 제막 장치이다.
(5) 상기 항목 (1), (2) 또는 (3)에 있어서, 본 발명은 상기 노즐 냉각 기구가, 플라나 구조의 노즐군의 분사측과 반대측(이면)에, 복수의 냉각 파이프를 병설한 냉각 파이프군 또는 판상 냉각기를 마련한 다층 투명 도전막 연속 제막 장치이다.
(6) 상기 항목 (2)에 있어서, 본 발명은 상기 세터가 기판을 고정시키고 제막 장치내 각 부를 이송하기 위한 제조 치구(治具)로, 열전도도가 높은 부재(예를 들면, 탄소 복합재)로 이루어지며, 이의 표면에 열전도성 및 기계적 강도가 높은 금속 피막(예를 들면, 니켈 도금)을 도포하는 동시에, 세터 위에 기판 고정용 핀을 마련한 다층 투명 도전막 연속 제막 장치이다.
(7) 본 발명은 대기 중에서 기판을 세터에 장착하는 공정, 상기 세터에 장착한 기판을 진공 배기하는 공정, 기판을 가열하면서 유기금속 화합물(알킬아연: Zn(CnH2n+1, n은 정수)2, 바람직하게는 디에틸아연: Zn(C2H5)2)과 디보란(B2H6)과 물(수증기)을 기상으로 반응시키는 유기금속 화학적 기상 성장(MOCVD)법으로 n형 반도체로 이루어진 투명 도전막을 상기 기판 위에 복수 회 제막을 반복함으로써 다층 구조의 투명 도전막을 형성하는 공정, 상기 진공중의 다층 구조의 투명 도전막이 형성된 기판을 대기압으로 복귀시키는 공정, 상기 세터로부터 다층 구조의 투명 도전막이 형성된 기판을 분리하는 공정 및 상기 다층 구조의 투명 도전막이 형성된 기판이 분리된 세터를 상기 기판 장착부로 복귀시키는 공정으로 이루어지며, 기판 위에 다층의 n형 반도체로 이루어진 투명 도전막을 다층 구조로 연속적으로 제막하는 인라인형의 다층 투명 도전막 연속 제막방법이다.
(8) 상기 항목 (7)에 있어서, 본 발명은 상기 다층 구조의 투명 도전막을 형성하는 공정이, 디보란을 도전율 조정을 위한 도판트로 하고, 불활성 가스를 캐리어 가스로서 사용하며, 유기금속 화합물과 순수를 제막 원료로 하여, 유기금속 화합물, 디보란, 순수의 세 가지 원료를 동시에 또는 각각 개별적으로 분사하는 파이프상으로, 이의 분사측에 복수의 분사공을 마련한 복수 개의 노즐을 간극없이 동일 평면내에 병설한 플라나 구조의 노즐군을 장치 내부에 설치하고, 상기 노즐군을 냉각시키는 노즐 냉각 기구를 마련한 다층 투명 도전막 연속 제막방법이다.
발명의 효과
본 발명은 상기 다층 제막 처리부의 각 제막 처리부에서의 유기금속 화합물, 디보란, 순수의 3개를 동시에 또는 각각 개별적으로 분사하는 파이프상으로, 이의 분사측에 복수의 분사공을 마련한 복수 개의 노즐을 간극없이 동일 평면내에 병설한 플라나 구조의 노즐군을 장치 내부에 설치하고, 상기 노즐군을 냉각시키는 노즐 냉각 기구를 마련함으로써, 상기 노즐간이 간극이 없는 1장 구조가 되어, 반응 생성물이 노즐에 퇴적되는 것을 방지할 수 있는 동시에, 원료의 이용 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 반응 생성물이 노즐에 퇴적되는 것을 방지함으로써, 보수의 필요성을 보다 적게 할 수 있다.
본 발명은, 상기 세터로 열전도도가 높은 부재(탄소 복합재 외)를 사용하고, 이의 표면에 열전도성 및 기계적 강도가 높은 금속 피막(예를 들면, 니켈 도금)을 도포함으로써, 균일한 투명 도전막을 제막할 수 있다. 또한, 상기 세터 위에 기판 고정용 핀을 마련함으로써, 임의 크기의 기판을 처리할 수 있다.
본 발명은 상기 주입부에 예비 가열 기구를, 상기 취출부에 기판 냉각 기구를 각각 마련하고, 제막 처리부를 복수 개 갖고 다층막을 제막하더라도 막 질을 열화시키지 않고서 제막 속도를 향상시킬 수 있다.
발명을 실시하기 위한 최선의 형태
본 발명은 기판에 다층의 n형 반도체로 이루어진 다층 투명 도전막을 연속적으로 제막하는 다층 투명 도전막 연속 제막 장치 및 이의 제막방법이고, 도 1에 도시한 바와 같이, 대기 중에서 기판(A)을 세터(7a)에 장착하는 기판 장착부(2), 진공 배기를 실시하는 주입부(3), 기판을 가열하면서 유기금속 화합물[예를 들면, 디에틸아연: Zn(C2H5)2]과 디보란(B2H6)과 순수(수증기)를 기상으로 반응시켜 유기금속 화학 증착(MOCVD)법으로 n형 반도체로 이루어진 투명 도전막(예를 들면, ZnO)을 상기 가열된 기판 위에 형성하는 제막 처리부를 복수 개(41 내지 4n) 갖는 다층 제막 처리부(4), 상기 다층의 투명 도전막이 형성된 기판을 대기 개방하는(대기로 복귀시키는) 취출부(5), 상기 세터(7a)로부터 상기 다층의 투명 도전막이 형성된 기판(A)을 분리하는 기판 분리부(6) 및 상기 기판 분리부에서 다층의 투명 도전막이 형성된 기판이 분리된 세터(7a)를 상기 기판 장착부(2)로 복귀시키는 세터 복귀부(7)로 이루어지며, 상기 각 부를 순차 이동하면서 연속적으로 기판에 다층의 n형 반도체로 이루어진 다층 투명 도전막을 연속적으로 제막한다.
삭제
도 1에 도시한 상기 다층 제막 처리부(4)의 각 제막 처리부(41…4n)에서는, ZnO로 이루어진 투명 도전막을 제막하는 경우는, 이하와 같은 화학 반응이 일어난다.
주반응은 이하의 1, 2와 같으며,
1. Zn(C2H5)2 + 2H2O →Zn(OH)2 + 2C2H6
2. Zn(OH)2 →ZnO + H2O
디보란(B2H6)이 약간 ZnO중에 편입된다.
상세하게는,
Zn(C2H5)2 + H2O + nB2H6 →ZnO:B + 2C2H6 + nB2O3이고,
n은 매우 조금이다.
상기 도 1에 도시한 다층 제막 처리부의 각 제막 처리부(41…4n)는, 도 2에 도시한, 상기 MOCVD 반응을 발생하는 반응 물질을 분사하는 판상(한 장 구조)이고 노즐 냉각 기능을 갖는 복합 노즐(노즐군)(4A)을 구비하며, 상기 복합 노즐(4A)은 유기금속 화합물 및 디보란을 분사하는 제1 노즐(4a), 순수를 분사하는 제2 노즐(4b) 및 냉각용 파이프(4c)로 이루어져 각각 독립되어 있고, 이들은 각각 단면 형상이 대략 사각형인 파이프로 이루어지며, 제1 노즐(4a), 제2 노즐(4b), 냉각용 파이프(4c)의 순으로 서로 간극없이 밀착시켜 배치(설치)한 평판상의 플라나 구조이고, 제1 노즐(4a) 및 제2 노즐(4b)의 하면(기판을 설치하는 측의 면)에 일정 간격으로 각각의 반응 물질을 분사하기 위한 작은 구멍(분사공)(h)이 마련되어 있다. 또한, 상기 노즐은 유기금속 화합물, 디보란, 순수의 3개를 1개의 노즐로부터 동시에 분사하는 방식 또는 유기금속 화합물, 디보란, 순수를 각각 개별적으로 분사하는 방식으로 실시할 수도 있다. 상기 노즐(4a,4b), 냉각용 파이프(4c)의 단면 형상은, 서로 간극없이 밀착되는 것이면, 원형 등의 다른 형상이라도 양호하다. 또한, 냉각용 파이프는 일례이고, 도면의 개수보다도 적게 설치하는 것도 많이 설치하는 것도 가능하며, 상기와 같이 노즐군 사이에 냉각 파이프를 삽입하지 않고서, 노즐군의 분사측과 반대측(이면)에 상기 노즐군에 접하여 냉각 파이프군 또는 판상 냉각기를 마련하여 노즐군 전체를 냉각시키는 구조라도 양호하고, 복합 노즐을 독립적으로 직접 냉각시킬 수 있는 구조로 되어 있는 것이 특징이다.
당해 냉각용 파이프(4c)가 노즐(4a,4b)을 냉각시키고, 이들 노즐 근방에 있어서의 제막 원료인 유기금속 화합물, 디보란 및 순수의 반응을 억제한다. 노즐(4a,4b)과 냉각용 파이프(4c)는 서로 간극없이 밀착된 평판상(한 장) 구조이기 때문에, 원료 노즐의 뒤 또는 챔버 상부에 퇴적되지 않기(방착판의 기능을 갖는다) 때문에, 원료의 사용량이 삭감된다. 또한, 상기 실시예에서는, 투명 도전막으로서 ZnO를 제막하는 경우에 관해서 설명하였지만, 산화알루미늄(Al2O3)을 제막하는 경우는 원료의 유기금속 화합물로서 Al(CnH2n +1)3, 바람직하게는, Al(CH3)3 또는 Al(C2H5)3을 사용한다.
상기 세터(7a)는 기판을 고정시키고 제막 장치내 각부를 이송하기 위한 제조 치구로, 열전도도가 높은 부재(탄소 복합재)로 이루어지며, 기계적 강도가 약한 탄소 소재의 기계적 강도 증강을 위해, 이의 표면에 열전도도 및 기계적 강도가 높은 금속 피막(예를 들면, 니켈 도금)을 도포한다. 또한, 임의적인 크기의 기판에 대응하기 위해서 기판 고정용 핀을 설치한다.
상기 주입부(3)에 기판의 상면으로부터 히터에 의해 가열하는 예비 가열 기구(3A)를, 상기 취출부(5)에 기판의 하면에서 냉각판에 의해 냉각시키는 기판 냉각 기구(5A)를 각각 마련한다.
도 2에 도시한 본 발명의 다층 투명 도전막 연속 제막 장치의 상기 다층 제막 처리부(4)의 각 제막 처리부(41…4n)에 설치되는 복합 노즐(4a)(이하, 본 발명의 복합 노즐(4A)이라고 한다)에 의해 투명 도전막을 제막한 경우와, 도 6에 도시한 종래의 제막 장치의 노즐에 의해 투명 도전막을 제막한 경우의 투명 도전막의 원료의 이용 효율의 비교를 하기 표 1에 기재한다.
본 발명의 노즐을 사용한 제조 장치와 종래의 노즐을 사용한 제조 장치와의 원료 이용 효율의 비교
원료 사용량 막 두께 빛의 투과율 시트 저항
본 발명의 제조 장치 0.6g 1.2㎛ 88% 6.5Ω/□
종래의 제조 장치 1.0g 1.2㎛ 88% 7.5Ω/□
표 1에 기재한 바와 같이, 본 발명의 복합 노즐(4A)쪽이 종래의 제막 장치의 노즐과 비교하여 원료의 이용 효율이 양호한 것이 판명되었다.
본 발명의 다층 투명 도전막 연속 제막 장치에 있어서의 열전도도가 높은 탄소 복합재로 이루어진 세터를 사용하여 투명 도전막을 제막한 경우와, 종래의 제막 장치의 가열용 열판 위에 그대로 기판을 세팅하고 투명 도전막을 제막한 경우의 투명 도전막의 막 특성(시트 저항의 분포)의 비교를 도 3에 도시한다. 도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 다층 투명 도전막 연속 제막 장치에 있어서의 탄소 복합재로 이루어진 세터를 사용하는 쪽이 종래의 제막 장치의 가열용 열판 위에 그대로 세팅하는 경우와 비교하여 투명 도전막의 막 특성(시트 저항의 분포)이 보다 균일한 것이 판명되었다. 또한, 시트 저항은 6 내지 8〔Ω/□〕범위에서 균일하게 분포되어 있다.
본 발명의 주입부(3)에 예비 가열 기구(3A)를, 취출부(5)에 기판 냉각 기구(5A)를 각각 마련한 다층 투명 도전막 연속 제막 장치를 사용하여 투명 도전막을 제막한 경우와, 종래의 제막 장치를 사용하여 투명 도전막을 제막한 경우의 기판 처리 속도의 비교를 하기 표 2에 기재한다.
본 발명의 제조 장치와 종래의 제조 장치의 기판 처리 속도의 비교
기판 크기 제막 시간 제막 이외에 요하는 시간
본 발명의 제조 장치 30cm ×120cm 7분 0.5분
종래의 제조 장치 30cm ×120cm 16분 30분
표 2에 기재한 바와 같이, 본 발명의 다층 투명 도전막 연속 제막 장치쪽이 종래의 제막 장치와 비교하여 제막 시간이 짧은 것이 판명되었다.
본 발명의 다층 투명 도전막 연속 제막 장치를 사용하여 투명 도전막을 제막한 CIS계 박막 태양전지와, 종래의 제막 장치를 사용하여 투명 도전막을 제막한 CIS계 박막 태양전지의 태양전지 특성의 비교를 하기 표 3에 기재한다.
본 발명의 제조 장치에 의해 제조한 CIS계 박막 태양전지와 종래의 제조 장치에 의해 제조한 CIS계 박막 태양전지의 태양전지 특성의 비교(집적 구조의 30cm×120cm 크기)
변환 효율[%] 곡률인자 개방 전압[V] 전류 밀도[mA/㎠]
본 발명의 제조 장치 13.2 0.66 0.57 35.1
종래의 제조 장치 12.6 0.63 0.57 35.1
표 3에 기재한 바와 같이, 본 발명의 다층 투명 도전막 연속 제막 장치쪽이 종래의 제막 장치와 비교하여 태양전지 특성이 향상되는 것이 판명되었다.
또한, 본 발명의 노즐을 사용하여 투명 도전막을 연속적으로 제막한 경우와 종래의 노즐을 사용하여 투명 도전막을 뱃치식으로 제막한 경우의 막 질(시트 저항)과 제막 회수의 관계를 도 4에 도시한다.
종래의 노즐(도 6 참조)을 사용하여 뱃치식으로 반복 제막을 실시한 경우와, 본 발명의 노즐(도 2 참조)을 사용하여 연속적으로 제막을 실시한 경우의 투명 도전막의 시트 저항을 비교하면, 도 4에 도시한 바와 같이, 종래의 노즐을 사용한 경우, 제막 회수가 증가함에 따라 노즐이 가열되고, 기판 위로의 원료 공급이 감소 됨으로써 막 두께가 엷어지기 때문에, 투명 도전막의 시트 저항이 증가하여 태양 전지의 변환 효율이 저하된다는 문제점이 있었지만, 본 발명의 노즐을 사용하여 연속적으로 제막을 실시한 경우에는, 노즐의 냉각 기구에 의해서 투명 도전막의 시트 저항은 일정함을 나타내는 것이 증명되었다.
도면의 간단한 설명
도 1은 본 발명의 다층 투명 도전막 연속 제막 장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 다층 투명 도전막 연속 제막 장치의 다층 제막 처리부의 각 제막 처리부에 설치되는 복합 노즐의 구조를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 다층 투명 도전막 연속 제막 장치에 있어서의 열전도도가 높은 탄소 소재로 이루어진 세터를 사용하여 투명 도전막을 제막한 경우와, 종래의 제막 장치의 가열용 열판 위에 기판을 그대로 세팅하여 투명 도전막을 제막한 경우의 투명 도전막의 막 특성(시트 저항의 분포)의 비교도이다.
도 4는 본 발명의 노즐을 사용하여 제막한 투명 도전막과 종래의 노즐을 사용하여 제막한 투명 도전막의 반복 제막시의 막 질과 제막 회수의 관계를 도시한 도면이다.
도 5는 종래의 MOCVD 제막 장치의 구성도이다.
도 6은 종래의 MOCVD 제막 장치의 노즐의 구조를 도시한 도면이다.
부호의 설명
1 다층 투명 도전막 연속 제막 장치
2 기판 장착부
3 주입부
3A 예비 가열 기구
4 다층 제막 처리부
41 제막 처리부
4n 제막 처리부
4A 복합 노즐
4a 유기금속 화합물과 디보란 분사 노즐
4b 물 분사 노즐
4c 냉각용 파이프
5 취출부
5A 기판 냉각 기구
6 기판 분리부
7 세터 복귀부
7a 세터
A 기판

Claims (10)

  1. 제막실 내부를 진공 배기한 후, 기판을 가열하면서 화학식: Zn(CnH2n+1, n은 정수)2의 알킬아연인 유기금속 화합물, 디보란(B2H6) 및 H2O를 기상으로 반응시키는 유기금속 화학적 기상 성장(MOCVD)법으로 n형 반도체로 이루어진 투명 도전막을 상기 기판 위에 형성하는 투명 도전막 제막 장치로서,
    상기 디보란을 도전율 조정을 위한 도판트로 하고, 불활성 가스를 캐리어 가스로서 사용하며, 상기 유기금속 화합물과 상기 H2O를 제막 원료로 하여, 상기 유기금속 화합물, 디보란 및 H2O의 세 가지 원료를 동시에 또는 각각 개별적으로 분사하는 파이프 형상으로, 노즐의 분사측에 복수의 분사공을 마련한 복수 개의 노즐을 간극없이 동일 평면내에 병설한 플라나 구조의 노즐군을 장치 내부에 설치하고, 상기 노즐군을 냉각시키는 노즐 냉각 기구를 마련함을 특징으로 하는 투명 도전막 제막 장치.
  2. 대기중에서 기판을 세터에 장착하는 기판 장착부, 진공 배기를 실시하는 주입부, 기판을 가열하면서 화학식: Zn(CnH2n+1, n은 정수)2의 알킬아연인 유기금속 화합물, 디보란(B2H6) 및 H2O를 기상으로 반응시키는 유기금속 화학적 기상 성장(MOCVD)법으로 n형 반도체로 이루어진 투명 도전막을 상기 기판 위에 다층 구조로 형성하기 위한 제막 처리부를 복수 개 갖는 다층 제막 처리부, 진공중의 상기 다층 구조의 투명 도전막이 형성된 기판을 대기압으로 복귀시키는 취출부, 상기 세터로부터 상기 다층 구조의 투명 도전막이 형성된 기판을 분리하는 기판 분리부, 및 상기 기판 분리부에서 상기 다층 구조의 투명 도전막이 형성된 기판이 분리된 세터를 상기 기판 장착부로 복귀시키는 세터 복귀부로 이루어지며, 각 부를 순차 이동하면서 상기 기판 위에 상기 다층의 n형 반도체로 이루어진 투명 도전막을 다층 구조로 연속적으로 제막하는 인라인형의 다층 투명 도전막 연속 제막 장치로서,
    상기 다층 제막 처리부의 각 제막 처리부가, 상기 디보란을 도전율 조정을 위한 도판트로 하고, 불활성 가스를 캐리어 가스로서 사용하며, 상기 유기금속 화합물과 상기 H2O를 제막 원료로 하여, 상기 유기금속 화합물, 디보란 및 H2O의 세 가지 원료를 동시에 또는 각각 개별적으로 분사하는 파이프 형상으로, 노즐의 분사측에 복수의 분사공을 마련한 복수 개의 노즐을 간극없이 동일 평면내에 병설한 플라나 구조의 노즐군을 장치 내부에 설치하고, 상기 노즐군을 냉각시키는 노즐 냉각 기구를 마련함을 특징으로 하는, 다층 투명 도전막 연속 제막 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 주입부에 예비 가열 기구를, 상기 취출부에 기판 냉각 기구를 각각 마련하고, 상기 제막 처리부를 복수 개 가짐으로써, 필요한 막 두께를 다층 구조로 제막하면서, 제막 속도를 향상시킴을 특징으로 하는, 다층 투명 도전막 연속 제막 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 노즐 냉각 기구가, 상기 노즐군의 노즐과 노즐 사이에 간극없이 냉각 파이프를 각각 마련함을 특징으로 하는, 투명 도전막 제막 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 노즐 냉각 기구가, 상기 플라나 구조의 노즐군의 분사측과 반대측(이면)에, 복수의 냉각 파이프를 병설한 냉각 파이프군 또는 판상 냉각기를 마련함을 특징으로 하는, 투명 도전막 제막 장치.
  6. 제2항에 있어서, 상기 세터가 상기 기판을 고정시키고 상기 제막 장치내 각부를 이송하기 위한 제조 치구(治具)로, 탄소 복합재로 이루어지며, 이의 표면에 금속 피막을 도포하는 동시에, 상기 세터 위에 기판 고정용 핀을 마련함을 특징으로 하는, 다층 투명 도전막 연속 제막 장치.
  7. 대기 중에서 기판을 세터에 장착하는 공정, 상기 세터에 장착한 기판을 진공 배기하는 공정, 기판을 가열하면서 화학식: Zn(CnH2n+1, n은 정수)2의 알킬아연인 유기금속 화합물, 디보란(B2H6) 및 H2O를 기상으로 반응시키는 유기금속 화학적 기상 성장(MOCVD)법으로 n형 반도체로 이루어진 투명 도전막을 상기 기판 위에 복수 회 제막을 반복함으로써 다층 구조의 투명 도전막을 형성하는 공정, 상기 진공중의 다층 구조의 투명 도전막이 형성된 기판을 대기압으로 복귀시키는 공정, 상기 세터로부터 상기 다층 구조의 투명 도전막이 형성된 기판을 분리하는 공정 및 상기 다층 구조의 투명 도전막이 형성된 기판이 분리된 상기 세터를 기판 장착부로 복귀시키는 공정으로 이루어지며, 상기 기판 위에 다층의 n형 반도체로 이루어진 투명 도전막을 다층 구조로 연속적으로 제막하는 인라인형의 다층 투명 도전막 연속 제막방법으로서,
    상기 다층 구조의 투명 도전막을 형성하는 공정이, 상기 디보란을 도전율 조정을 위한 도판트로 하고, 불활성 가스를 캐리어 가스로서 사용하며, 상기 유기금속 화합물과 상기 H2O를 제막 원료로 하여, 상기 유기금속 화합물, 디보란 및 H2O의 세 가지 원료를 동시에 또는 각각 개별적으로 분사하는 파이프 형상으로, 노즐의 분사측에 복수의 분사공을 마련한 복수 개의 노즐을 간극없이 동일 평면내에 병설한 플라나 구조의 노즐군을 장치 내부에 설치하고, 상기 노즐군을 냉각시키는 노즐 냉각 기구를 마련함을 특징으로 하는, 인라인형의 다층 투명 도전막 연속 제막방법.
  8. 삭제
  9. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 노즐 냉각 기구가, 상기 노즐군의 노즐과 노즐 사이에 간극없이 냉각 파이프를 각각 마련함을 특징으로 하는, 다층 투명 도전막 연속 제막 장치.
  10. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 노즐 냉각 기구가, 상기 플라나 구조의 노즐군의 분사측과 반대측(이면)에, 복수의 냉각 파이프를 병설한 냉각 파이프군 또는 판상 냉각기를 마련함을 특징으로 하는, 다층 투명 도전막 연속 제막 장치.
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