KR101442225B1 - 열처리 시스템과 열처리 방법 및 그를 이용한 cigs 태양전지의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 반응 공간을 구비하고 있는 반응 챔버; 상기 반응 챔버와 소정의 거리를 두고 이격되면서 상기 반응 챔버를 둘러싸고 있는 외부 챔버; 상기 반응 챔버와 상기 외부 챔버 사이에 형성된 제1 히터 모듈을 포함하는 히터 모듈; 상기 반응 챔버의 상기 반응 공간을 개폐하는 도어 챔버; 및 상기 반응 챔버 외벽을 냉각시키기 위해서 상기 반응 챔버와 상기 외부 챔버 사이의 버퍼 공간과 연통되어 있는 적어도 하나의 외부 냉각 장치를 구비한 외부 냉각 시스템을 포함하여 이루어지고, 상기 외부 냉각 장치는 그 일단 및 타단이 상기 버퍼 공간과 연통되는 순환 배관, 상기 순환 배관에 연결되어 있는 열교환 장치, 및 상기 순환 배관에 연결되어 불활성 가스를 순환시키는 순환 장치를 포함하여 이루어지고, 상기 적어도 하나의 외부 냉각 장치에 의해서 상기 버퍼 공간에서 순환되는 불활성 가스가 소용돌이 구조를 이루면서 순환하는 것을 특징으로 하는 열처리 시스템과 열처리 방법 및 그를 이용한 CIGS 태양전지의 제조방법에 관한 것으로서,
본 발명에 따르면, 반응 챔버와 히터 모듈 사이의 버퍼 공간에서 불활성 가스가 소용돌이 구조를 이루면서 순환되도록 외부 냉각 시스템을 구성함으로써, 반응 챔버 외벽에 대해서 보다 효과적인 냉각이 가능하다.
본 발명에 따르면, 반응 챔버와 히터 모듈 사이의 버퍼 공간에서 불활성 가스가 소용돌이 구조를 이루면서 순환되도록 외부 냉각 시스템을 구성함으로써, 반응 챔버 외벽에 대해서 보다 효과적인 냉각이 가능하다.
Description
본 발명은 CIGS 태양전지에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 광흡수층을 형성하기 위한 열처리 시스템 및 열처리 방법에 관한 것이다.
태양전지(Solar Cell)는 반도체의 성질을 이용하여 빛 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 장치이다.
태양전지의 구조 및 원리를 간단히 설명하면, 태양전지는 P(positive)형 반도체와 N(nagative)형 반도체를 접합시킨 PN접합 구조를 하고 있으며, 이러한 태양전지에 태양광이 입사되면, 입사된 태양광이 가지고 있는 에너지에 의해 상기 반도체 내에서 정공(hole) 및 전자(electron)가 발생하고, 이때, PN접합에서 발생한 전기장에 의해서 상기 정공은 P형 반도체 쪽으로 이동하고 상기 전자는 N형 반도체쪽으로 이동하게 되어 전위가 발생된다.
이와 같은 태양전지는 벌크형(Bulk) 태양전지와 박막형 태양전지로 구분할 수 있다.
상기 벌크형(Bulk) 태양전지는 실리콘과 같은 반도체물질 자체를 기판으로 이용하여 태양전지를 제조한 것이고, 상기 박막형 태양전지는 유리 등과 같은 기판 상에 박막의 형태로 반도체층을 형성하여 태양전지를 제조한 것이다.
상기 박막형 태양전지는 광흡수층을 구성하는 재료를 기준으로 Si 박막형 태양전지와 화합물 박막형 태양전지로 나눌 수 있고, 그 중 화합물 박막형 태양전지는 다시 III-V 태양전지, CIGS 태양전지 등으로 분류할 수 있다.
상기 CIGS 태양전지는 구리(Cu), 인듐(In), 갈륨(Ga), 및 셀레늄(Se)의 4가지 원소가 합쳐져서 구성되는 화합물을 광흡수층으로 이용한 것이다.
이하, 도면을 참조로 종래의 CIGS 태양전지에 대해서 설명하기로 한다.
도 1은 종래의 CIGS 태양전지의 개략적인 단면도이다.
도 1에서 알 수 있듯이, 종래의 CIGS 태양전지는, 기판(1), 후면전극(2), 광흡수층(3), 버퍼층(4) 및 전면전극(5)을 포함하여 이루어진다.
상기 후면전극(2)은 상기 기판(1) 상에 형성되어 있으며, 일반적으로 몰리브덴(Mo)으로 이루어진다. 상기 광흡수층(3)은 상기 후면전극(2) 상에 형성되어 있으며, 구리(Cu), 인듐(In), 갈륨(Ga) 및 셀레늄(Se)의 화합물로 이루어진다. 상기 버퍼층(4)은 상기 광흡수층(3) 상에 형성되어 있으며, 일반적으로 황화카드뮴(CdS)으로 이루어진다. 상기 전면전극(5)은 상기 버퍼층(4) 상에 형성되어 있으며, 투명한 도전성 산화물(Transparent Conductive Oxide:TCO)로 이루어진다.
이와 같은 종래의 CIGS 태양전지는, 우선, 기판(1) 상에 몰리브덴(Mo)과 같은 물질을 이용하여 후면전극(2)을 형성하고, 다음, 상기 후면전극(2) 상에 다층의 전구체층, 예를 들어, CuGa으로 이루어진 제1 전구체층 및 In으로 이루어진 제2 전구체층을 차례로 적층하고 이어서 Se 분위기에서 열처리 공정을 수행하여 CIGS로 이루어진 광흡수층(3)을 형성하고, 다음, 상기 광흡수층(3) 상에 황화카드늄(CdS)을 이용하여 버퍼층(4)을 형성하고, 다음, 상기 버퍼층(4) 상에 투명한 도전성 산화물(Transparent Conductive Oxide:TCO)을 이용하여 전면전극(5)을 형성하는 공정을 통해 제조될 수 있다.
CIGS 태양전지의 핵심은 상기 CIGS로 이루어진 광흡수층(3)에 있다. 따라서, 전지 효율 및 생산성 등을 향상시키기 위해서는 상기 광흡수층(3)에 대한 최적의 형성 방법을 찾는 것이 필수적이다. 특히, 상기 광흡수층은 전술한 바와 같이 전구체층을 적층하고 고온에서 열처리하는 공정을 통해서 형성되는데, 상기 열처리 공정을 효율적으로 제어하는 것이 큰 과제이다.
그러나, 종래에 제안된 열처리 장비로는 빠른 시간 내에 효율적으로 전구체층의 열처리 공정을 완료하는데 한계가 있다.
특히, 대형화된 기판에 대한 열처리 장비로서 대한민국 특허공개 제2011-0121443호가 제안된 바 있는데, 이는 반응 챔버 내부에 많은 부품들이 들어가 있어서 구성이 복잡하고, 그와 같은 많은 부품들을 부식성이 매우 강한 반응 가스에 견딜 수 있는 우수한 내부식성 재료로 형성해야 하므로 제작이 어렵고 비용도 증가되며, 또한 반응을 완료한 후 반응 챔버 내부를 냉각시키기 위한 냉각 시간이 오려 걸려 생산성이 떨어지는 단점이 있다.
본 발명은 전술한 종래의 문제점을 해결하기 위해 고안된 것으로서, 본 발명은 반응 챔버 내부에 최소한의 부품만이 들어가면서도 효율적으로 열처리 공정을 수행할 수 있고 또한 반응 완료 후 반응 챔버 내부를 빠른 시간 내에 냉각시킬 수 있는 열처리 시스템과 열처리 방법 및 그를 이용한 CIGS 태양전지의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위해서, 반응 공간을 구비하고 있는 반응 챔버; 상기 반응 챔버와 소정의 거리를 두고 이격되면서 상기 반응 챔버를 둘러싸고 있는 외부 챔버; 상기 반응 챔버와 상기 외부 챔버 사이에 형성된 제1 히터 모듈을 포함하는 히터 모듈; 상기 반응 챔버의 상기 반응 공간을 개폐하는 도어 챔버; 및 상기 반응 챔버 외벽을 냉각시키기 위해서 상기 반응 챔버와 상기 외부 챔버 사이의 버퍼 공간과 연통되어 있는 적어도 하나의 외부 냉각 장치를 구비한 외부 냉각 시스템을 포함하여 이루어지고, 상기 외부 냉각 장치는 그 일단 및 타단이 상기 버퍼 공간과 연통되는 순환 배관, 상기 순환 배관에 연결되어 있는 열교환 장치, 및 상기 순환 배관에 연결되어 불활성 가스를 순환시키는 순환 장치를 포함하여 이루어지고, 상기 적어도 하나의 외부 냉각 장치에 의해서 상기 버퍼 공간에서 순환되는 불활성 가스가 소용돌이 구조를 이루면서 순환하는 것을 특징으로 하는 열처리 시스템을 제공한다.
본 발명은 또한, 반응 공간을 구비하고 있는 반응 챔버; 상기 반응 챔버와 소정의 거리를 두고 이격되면서 상기 반응 챔버를 둘러싸고 있는 외부 챔버; 상기 반응 챔버와 상기 외부 챔버 사이에 형성된 제1 히터 모듈을 포함하는 히터 모듈; 상기 반응 챔버의 상기 반응 공간을 개폐하는 도어 챔버; 그 일단은 상기 제1 히터 모듈에 형성된 관통홀 내에 위치하고, 그 타단은 상기 외부 챔버에 형성된 관통홀로 연장되어 있는 연통관; 및 상기 연통관과 연결되어 있는 순환 배관을 구비한 상기 반응 챔버 외벽을 냉각시키기 위한 외부 냉각 시스템을 포함하여 이루어진 열처리 시스템을 제공한다.
본 발명은 또한, 반응 챔버 및 버퍼 공간을 사이에 두고 상기 반응 챔버를 둘러싸고 있는 외부 챔버를 포함하여 이루어진 열처리 시스템을 이용하여 열처리하는 방법에 있어서, 상기 열처리 방법은, 상기 반응 챔버 내부의 공기를 불활성 가스로 치환하는 공정; 상기 반응 챔버 내부의 온도를 점차로 상승시키면서 상기 반응 챔버 내부로 반응 가스를 공급하는 공정; 상기 반응 챔버 내부의 온도를 유지시키면서 상기 반응 챔버 내부에 로딩된 기판 상의 전구체층을 반응시키는 공정; 및 상기 반응 챔버 내부에 대해서 제1 냉각 속도로 1차 냉각 공정을 수행하는 공정을 포함하여 이루어지고, 상기 1차 냉각 공정은 상기 버퍼 공간의 불활성 가스를 상기 외부 챔버의 외부로 유출하여 냉각한 후 다시 상기 버퍼 공간으로 유입시켜 순환시키는 공정으로 이루어지고, 상기 버퍼 공간에서 순환하는 불활성 가스는 소용돌이 구조를 이루면서 순환하는 것을 특징으로 하는 열처리 방법을 제공한다.
본 발명은 또한, 기판 상에 후면전극을 형성하는 공정; 상기 후면전극 상에 전구체층을 형성하는 공정; 상기 전구체층에 대해서 열처리 공정을 수행하여 광흡수층을 형성하는 공정; 상기 광흡수층 상에 버퍼층을 형성하는 공정; 및 상기 버퍼층 상에 전면전극을 형성하는 공정을 포함하여 이루어지고, 상기 전구체층에 대해서 열처리 공정은, 반응 챔버 및 버퍼 공간을 사이에 두고 상기 반응 챔버를 둘러싸고 있는 외부 챔버를 포함하여 이루어진 열처리 시스템을 이용하여, 상기 반응 챔버 내부의 공기를 불활성 가스로 치환하는 공정; 상기 반응 챔버 내부의 온도를 점차로 상승시키면서 상기 반응 챔버 내부로 반응 가스를 공급하는 공정; 상기 반응 챔버 내부의 온도를 유지시키면서 상기 반응 챔버 내부에 로딩된 기판 상의 전구체층을 반응시키는 공정; 및 상기 반응 챔버 내부에 대해서 제1 냉각 속도로 1차 냉각 공정을 수행하는 공정을 포함하여 이루어지고, 상기 1차 냉각 공정은 상기 버퍼 공간의 불활성 가스를 상기 외부 챔버의 외부로 유출하여 냉각한 후 다시 상기 버퍼 공간으로 유입시켜 순환시키는 공정으로 이루어지고, 상기 버퍼 공간에서 순환하는 불활성 가스는 소용돌이 구조를 이루면서 순환하는 것을 특징으로 하는 CIGS 태양전지의 제조방법을 제공한다.
이상과 같은 본 발명에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.
본 발명의 일 실시예는 반응 챔버 내부를 냉각하기 위한 내부 냉각 시스템 및 반응 챔버 외벽을 냉각하기 위한 외부 냉각 시스템을 구비하고 있고, 상기 내부 냉각 시스템과 외부 냉각 시스템을 이용하여 반응 챔버에 대해서 냉각 공정을 수행함으로써 반응 완료 후 반응 챔버를 빠른 시간 내에 보다 효율적으로 냉각할 수 있는 장점이 있다.
특히, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 반응 챔버와 히터 모듈 사이의 버퍼 공간에서 불활성 가스가 소용돌이 구조를 이루면서 순환되도록 상기 외부 냉각 시스템을 구성함으로써, 반응 챔버 외벽에 대해서 보다 효과적인 냉각이 가능한 장점이 있다.
도 1은 종래의 CIGS 태양전지의 개략적인 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 열처리 시스템의 개략적인 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 외부 냉각 시스템을 보여주는 개략적인 사시도이다.
도 4a는 도 3의 좌측면도이고, 도 4b는 도 3의 우측면도이고, 도 4c는 도 3의 정면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 외부 냉각 시스템을 구성하는 제2 순환 배관이 외부 챔버와 반응 챔버 사이의 버퍼 공간과 연통되는 구조를 보여주는 개략적인 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 열처리 진행 챠트(Chart)이다.
도 7a 내지 도 7e는 본 발명의 일 실시예에 따른 CIGS 태양전지의 제조방법을 도시한 공정 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 열처리 시스템의 개략적인 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 외부 냉각 시스템을 보여주는 개략적인 사시도이다.
도 4a는 도 3의 좌측면도이고, 도 4b는 도 3의 우측면도이고, 도 4c는 도 3의 정면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 외부 냉각 시스템을 구성하는 제2 순환 배관이 외부 챔버와 반응 챔버 사이의 버퍼 공간과 연통되는 구조를 보여주는 개략적인 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 열처리 진행 챠트(Chart)이다.
도 7a 내지 도 7e는 본 발명의 일 실시예에 따른 CIGS 태양전지의 제조방법을 도시한 공정 단면도이다.
이하, 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예에 대해서 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 열처리 시스템의 개략적인 단면도이다.
도 2에서 알 수 있듯이, 본 발명의 일 실시예에 따른 열처리 시스템은, 외부 챔버(100), 히터 모듈(200), 단열 부재(250), 반응 챔버(300), 도어 챔버(400), 기류 조절 장치(450), 실링 부재(500), 내부 냉각 시스템(600), 외부 냉각 시스템(700), 가스 배기부(800) 및 가스 공급부(900)를 포함하여 이루어진다.
상기 외부 챔버(100)는 열처리 시스템의 외곽 구조를 구성하는 것으로서 상기 반응 챔버(300)를 둘러싸고 있다. 보다 구체적으로는, 상기 외부 챔버(100)는 상기 반응 챔버(300)와 소정의 거리를 두고 이격된 상태로 상기 반응 챔버(300)를 둘러싸고 있고, 따라서, 상기 외부 챔버(100)와 상기 반응 챔버(300) 사이에는 소정의 버퍼 공간(150)이 마련된다.
상기 히터 모듈(200)은 상기 반응 챔버(300)에 열을 공급하는 것으로서, 제1 히터 모듈(200a) 및 제2 히터 모듈(200b)을 포함하여 이루어진다.
상기 제1 히터 모듈(200a)은 상기 외부 챔버(100)와 상기 반응 챔버(300) 사이의 버퍼 공간(150)에 형성되어 있고, 상기 제2 히터 모듈(200b)은 상기 반응 챔버(300)의 반응 공간과 마주하는 상기 도어 챔버(400)의 전방에 형성되어 있다.
비교적 넓은 면적에 형성되는 상기 제1 히터 모듈(200a)은 상기 반응 챔버(300) 외곽의 서로 다른 위치에 배치되는 복수 개의 히터들을 포함하여 이루어질 수 있고, 이 경우 복수 개의 히터들 각각은 독립적으로 온도제어가 가능하도록 함으로써 상기 반응 챔버(300) 내부가 전체적으로 균일한 온도를 유지하도록 할 수 있다.
상기 단열 부재(250)는 상기 히터 모듈(200)에서 발생된 열이 외부로 유출되지 않고 상기 반응 챔버(300) 쪽으로 잘 전달되도록 하는 것으로서, 제1 단열 부재(250a) 및 제2 단열 부재(250b)를 포함하여 이루어진다.
상기 제1 단열 부재(250a)는 상기 제1 히터 모듈(200a)에서 발생된 열이 상기 외부 챔버(100) 쪽으로 전달되는 것을 방지하는 것으로서, 상기 제1 히터 모듈(200a)과 상기 외부 챔버(100) 사이에 형성된다. 상기 제1 단열 부재(250a)는 상기 제1 히터 모듈(200a)과 일체형으로 형성될 수도 있다.
상기 제2 단열 부재(250b)는 상기 제2 히터 모듈(200b)에서 발생된 열이 상기 도어 챔버(400) 쪽으로는 전달되는 것을 방지하는 것으로서, 상기 제2 히터 모듈(200b)과 상기 도어 챔버(400) 사이에 형성된다. 상기 제2 단열 부재(250b)는 상기 제2 히터 모듈(200b)과 일체형으로 형성될 수도 있다.
상기 반응 챔버(300)는 그 내부에 복수 개의 기판(S)이 탑재된 보트(B)가 로딩되어 상기 복수 개의 기판(S)에 대한 열처리 공정을 수행하는 반응 공간을 제공하는 것이다. 이와 같은 반응 챔버(300)는 부식성이 매우 강한 반응 가스에 견딜 수 있는 우수한 내부식성 재료, 예로서, 석영 또는 내부식성 금속이나 비금속 재료로 이루어질 수 있다.
상기 도어 챔버(400)는 상기 반응 챔버(300)의 반응 공간을 개폐할 수 있도록 한다. 이와 같은 도어 챔버(400)는 이송 장치에 연결되어 있어 상기 이송 장치의 동작에 의해서 상기 반응 챔버(300)의 반응 공간을 개폐하게 된다. 구체적으로, 상기 이송 장치는 상기 도어 챔버(400)를 상기 반응 챔버(300)와 가까워지도록 하거나 멀어지도록 이송하는 전후측 이송 장치 및 상기 도어 챔버(400)를 상기 반응 챔버(300)의 반응 공간과 마주하는 위치에서 그렇지 않은 위치로 이송하는 좌우측 이송 장치로 이루어질 수 있지만, 반드시 그에 한정되는 것은 아니고, 당업계에 공지된 다양한 이송 장치가 적용될 수 있다.
상기 기류 조절 장치(450)는 상기 반응 챔버(300)의 반응 공간과 마주하도록 설치되어 상기 반응 공간 내의 기류를 조절한다. 보다 구체적으로, 상기 기류 조절 장치(450)는 상기 도어 챔버(400)의 전방에 형성되어 있으며, 특히, 상기 제2 히터 모듈(200b)의 전방에 배치되면서 상기 도어 챔버(400)의 전방에 고정될 수 있다.
다만, 반드시 그에 한정되는 것은 아니고, 상기 기류 조절 장치(450)는 상기 도어 챔버(400)의 반대편에 해당하는 상기 반응 챔버(300)의 후방에 설치될 수도 있다.
상기 기류 조절 장치(450)는 상기 반응 챔버(300)의 반응 공간 내에서 기류가 순환되도록 함으로써 상기 반응 공간 전체에서 균일한 온도 분포 및 균일한 반응 가스의 농도 분포가 되도록 한다. 이와 같은 기류 조절 장치(450)는 기류 순환 팬(fan)으로 이루어질 수 있다. 상기 기류 조절 장치(450)는 내부식성 재료, 예로서, 석영 또는 내부식성 금속이나 비금속 재료로 이루어질 수 있다.
상기 실링 부재(500)는 상기 반응 챔버(300) 내의 반응가스가 외부로 유출되는 것을 방지하는 역할을 한다. 상기 반응 챔버(300) 내에서는 독성이 매우 강하고 발화성이 큰 반응가스가 반응하게 되는데, 그와 같은 반응가스가 외부로 유출될 경우 산소와 반응하여 폭발의 위험성이 있다. 따라서, 상기 반응 챔버(300) 내의 반응가스가 외부로 유출되는 것을 방지하기 위해서 상기 실링 부재(500)가 적용된다.
상기 실링 부재(500)는 상기 외부 챔버(100)와 상기 반응 챔버(300) 사이 및 상기 반응 챔버(300)와 외부 대기 사이를 밀봉한다. 이와 같은 실링 부재(500)는 플랜지(flange)(510), 칼라(collar)(520) 및 오-링(O-ring)(530)으로 이루어진다.
상기 플랜지(510)는 상기 오-링(530)과 함께 상기 외부 챔버(100)와 상기 반응 챔버(300) 사이를 밀봉한다. 구체적으로, 상기 플랜지(510)의 일단부는 상기 외부 챔버(100)의 말단에서 돌출된 돌출부(101)와 결합되어 있고, 상기 플랜지(510)의 타단부는 상기 반응 챔버(300)의 외벽과 결합되어 있다. 특히, 상기 플랜지(510)의 일단부와 상기 외부 챔버(100)의 말단에서 돌출된 돌출부(101) 사이에는 제1 오-링(530a)이 형성되어 있고, 상기 플랜지(510)의 타단부와 상기 반응 챔버(300)의 외벽 사이에는 제2 오-링(530b)이 형성되어 있다. 이와 같이, 상기 플랜지(510), 제1 오-링(530a), 및 제2 오-링(530b)의 조합에 의해서 상기 외부 챔버(100)와 상기 반응 챔버(300) 사이가 밀봉된다.
상기 칼라(collar)(520)는 상기 오-링(530)과 함께 상기 반응 챔버(300)와 외부 대기 사이를 밀봉한다. 구체적으로, 상기 칼라(520)의 일단은 상기 플랜지(510)와 결합되어 있고, 상기 칼라(520)의 타단은 상기 도어 챔버(400)와 결합되어 있다. 특히, 상기 칼라(520)의 일단과 상기 플랜지(510) 사이에는 제3 오-링(530c)이 형성되어 있고, 상기 칼라(520)의 타단과 상기 도어 챔버(400) 사이에는 제4 오-링(530d)이 형성되어 있다. 이와 같이, 상기 칼라(520), 제3 오-링(530c), 및 제4 오-링(530c)의 조합에 의해서 상기 플랜지(510)와 상기 도어 챔버(400) 사이가 밀봉됨으로써 결과적으로 상기 반응 챔버(300)와 외부 대기 사이가 밀봉된다.
상기 오-링(O-ring)(530)은 전술한 바와 같이, 제1 오-링(530a), 제2 오링(530b), 제3 오-링(530c), 및 제4 오-링(530d)을 포함하여 이루어진다. 각각의 오링(530a, 530b, 530c, 530d)는 복수 개의 오-링들의 조합으로 이루어질 수 있다.
상기 내부 냉각 시스템(600)은 상기 반응 챔버(300) 내부를 빠른 시간 내에 냉각시켜 전체 공정 시간을 단축시키는 역할을 한다. 상기 반응 챔버(300) 내부에서 반응이 완료되면 상기 반응 챔버(300) 내부에 로딩된 복수 개의 기판(S)이 탑재된 보트(B)를 상기 반응 챔버(300) 외부로 언로딩해야 하는데, 상기 복수 개의 기판(S)과 보트(B)가 고온으로 가열된 상태이므로 일단 상기 반응 챔버(300) 내부를 냉각한 후에 상기 보트(B)를 언로딩한다. 그런데, 상기 반응 챔버(300) 내부를 자연냉각시킬 경우 열용량이 큰 복수 개의 기판(S)과 보트(B)를 냉각하는데 대략 5시간 내지 10시간 정도의 시간이 소요되므로, 자연냉각을 이용하게 되면 전체 공정 시간이 오래 걸려 생산성이 떨어지게 된다. 따라서, 상기 반응 챔버(300) 내부를 보다 빠른 시간 내에 냉각시키기 위해서 상기 내부 냉각 시스템(600)이 적용된다.
상기 내부 냉각 시스템(600)은 제1 순환 배관(610), 제1 열교환 장치(620), 제1 순환 장치(630), 및 차단 밸브(640a, 640b)를 포함하여 이루어진다.
상기 제1 순환 배관(610)은 그 일단이 상기 실링 부재(500), 보다 구체적으로는 상기 칼라(520)의 일측에 연결되어 있고 그 타단이 상기 칼라(520)의 타측에 연결되어 있다. 특히, 상기 제1 순환 배관(610)과 연결되는 상기 칼라(520)의 일측 및 타측에는 관통홀이 형성되어 있어, 상기 관통홀을 통해서 상기 반응 챔버(300)의 내부와 상기 제1 순환 배관(610) 사이가 서로 연통되어 있다. 따라서, 상기 반응 챔버(300) 내부의 가스, 보다 구체적으로는 상기 반응 챔버(300) 내부의 불활성 가스는 상기 제1 순환 배관(610)을 통해서 순환될 수 있다.
상기 제1 열교환 장치(620)는 상기 제1 순환 배관(610)에 연결되어 있다. 따라서, 상기 제1 순환 배관(610)을 통해 순환되는 불활성 가스는 상기 제1 열교환 장치(620)에 의해서 냉각된 상태로 상기 반응 챔버(300) 내부로 전달된다.
상기 제1 순환 장치(630)는 상기 제1 순환 배관(610)에 연결되어 있어, 상기 제1 순환 장치(630)의 동작에 의해서 상기 반응 챔버(300) 내부와 상기 제1 순환 배관(610) 사이에서 불활성 가스가 순환된다. 상기 제1 순환 장치(630)는 펌프 또는 블로우워(Blower)로 이루어질 수 있다.
상기 차단 밸브(640a, 640b)는 상기 제1 순환 배관(610)에 연결되어 있어 상기 반응 챔버(300) 내부의 반응 가스가 순환되는 것을 차단한다. 상기 내부 냉각 시스템(600)은 상기 반응 챔버(300) 내부의 반응이 종료된 후 남아있는 반응 가스를 배기하고 상기 반응 챔버(300) 내부에 불활성 가스를 공급한 이후에 작동하게 되므로, 상기 불활성 가스를 상기 반응 챔버(300) 내부에 공급하기 전까지는 상기 반응 가스가 순환되는 것을 차단할 필요가 있고, 그를 위해서 상기 차단 밸브(640a, 640b)가 적용되는 것이다. 이와 같은 차단 밸브(640a, 640b)는 상기 칼라(520)와 상기 제1 열교환 장치(620) 사이에 형성되는 제1 차단 밸브(640a) 및 상기 칼라(520)와 상기 제1 순환 장치(630) 사이에 형성되는 제2 차단 밸브(640b)를 포함하여 이루어진다.
상기 외부 냉각 시스템(700)은 상기 내부 냉각 시스템(600)과 함께 반응 챔버(300) 내부를 빠른 시간 내에 냉각시켜 전체 공정 시간을 단축시키는 역할을 한다.
상기 반응 챔버(300)의 내부와 더불어 상기 반응 챔버(300)의 외벽을 함께 냉각시킬 경우 상기 반응 챔버(300) 내부의 냉각 속도가 증진될 수 있으며, 따라서, 상기 반응 챔버(300)와 상기 외부 챔버(100) 사이의 버퍼 공간(150)을 냉각하도록 상기 외부 냉각 시스템(700)이 적용된 것이다.
상기 외부 냉각 시스템(700)은 제2 순환 배관(710), 제2 열교환 장치(720), 및 제2 순환 장치(730)를 포함하여 이루어진다.
상기 제2 순환 배관(710)은 그 일단이 상기 외부 챔버(100)의 일측에 연결되어 있고 그 타단이 상기 외부 챔버(100)의 타측에 연결되어 있다. 상기 제2 순환 배관(710)과 연결되는 상기 외부 챔버(100)의 일측 및 타측에는 관통홀이 형성되어 있어, 상기 관통홀을 통해서 상기 버퍼 공간(150)과 상기 제2 순환 배관(710) 사이가 서로 연통되어 있다. 따라서, 상기 버퍼 공간(150)의 불활성 가스는 상기 제2 순환 배관(710)을 통해서 순환될 수 있다. 특히, 상기 제2 순환 배관(710)의 일단 및 타단은 상기 외부 챔버(100)에 형성된 관통홀과 더불어 상기 제1 단열 부재(250a) 및 제1 히터 모듈(200a)에 형성된 관통홀과도 연통되어 있다. 따라서 상기 제2 순환 배관(710)을 통해서 순환되는 불활성 가스는 상기 반응 챔버(300)와 제1 히터 모듈(200a) 사이의 공간으로 전달되기 때문에 상기 반응 챔버(300)의 외벽에 대해서 보다 효율적인 냉각이 가능하다.
상기 제2 열교환 장치(720)는 상기 제2 순환 배관(710)에 연결되어 있다. 따라서, 상기 제2 순환 배관(710)을 통해 순환되는 불활성 가스는 상기 제2 열교환 장치(720)에 의해서 냉각된 상태로 상기 버퍼 공간(150) 내부로 전달된다.
상기 제2 순환 장치(730)는 상기 제2 순환 배관(710)에 연결되어 있어, 상기 제2 순환 장치(730)의 동작에 의해서 상기 버퍼 공간(150)과 상기 제2 순환 배관(710) 사이에서 불활성 가스가 순환된다. 상기 제2 순환 장치(730)는 펌프 또는 블로우워(Blower)로 이루어질 수 있다.
상기 가스 배기부(800)는 상기 반응 챔버(300) 내부의 공기 또는 상기 반응 챔버(300) 내부에서 반응이 종료된 후 남아있는 반응 가스를 배기하는 역할을 한다. 이와 같은 가스 배기부(800)는 상기 실링 부재(500), 보다 구체적으로는 상기 칼라(520)에 연결되어 있다. 특히, 상기 가스 배기부(800)와 연결되는 상기 칼라(520)에는 관통홀이 형성되어 있어, 상기 관통홀을 통해서 상기 반응 챔버(300)의 내부와 상기 가스 배기부(800) 사이가 서로 연통되어 있다.
상기 가스 공급부(900)는 상기 반응 챔버(300) 내부에 불활성 가스 또는 반응 가스를 공급하는 역할을 한다. 이와 같은 가스 공급부(900)는 상기 실링 부재(500), 보다 구체적으로는 상기 칼라(520)에 연결되어 있다. 특히, 상기 가스 공급부(900)와 연결되는 상기 칼라(520)에는 관통홀이 형성되어 있어, 상기 관통홀을 통해서 상기 반응 챔버(300)의 내부와 상기 가스 공급부(900) 사이가 서로 연통되어 있다.
상기 가스 배기부(800)와 상기 가스 공급부(900)는 상기 칼라(520)에 연결된 별도의 배관을 구비할 수도 있지만, 상기 칼라(520)에 연결된 하나의 배관에서 분기된 구조로 형성될 수도 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 외부 냉각 시스템을 보여주는 개략적인 사시도이다.
도 3에서 알 수 있듯이, 본 발명의 일 실시예에 따른 외부 냉각 시스템은, 제1 외부 냉각 장치(700a), 제2 외부 냉각 장치(700b), 제3 외부 냉각 장치(700c), 및 제4 외부 냉각 장치(700d)를 포함하여 이루어진다.
이하, 본 명세서에서 외부 챔버(100)의 정면 및 후면은 기판(S)의 전면 또는 후면 전체를 바라보는 방향을 의미하고, 외부 챔버(100)의 좌측 및 우측은 기판(S)의 두께방향에 해당하는 측면을 바라보는 방향을 의미한다.
상기 제1 내지 제4 외부 냉각 장치(700a, 700b, 700c, 700d)는 곡선형의 외부 챔버(100)의 외면에서 서로 소정 거리를 두고 이격되어 있다. 구체적으로, 상기 제1 외부 냉각 장치(700a)는 외부 챔버(100)의 정면 하측에 배치되어 있고, 상기 제2 외부 냉각 장치(700b)는 외부 챔버(100)의 정면 상측에 배치되어 있고, 상기 제3 외부 냉각 장치(700c)는 외부 챔버(100)의 후면 상측에 배치되어 있고, 상기 제4 외부 냉각 장치(700d)는 외부 챔버(100)의 후면 하측에 배치되어 있다. 이와 같이, 상기 제1 내지 제4 외부 냉각 장치(700a, 700b, 700c, 700d)가 상기 외부 챔버(100)의 외면에서 서로 소정 거리를 두고 이격되어 있기 때문에, 상기 외부 챔버(100) 내부에 대해서 전체적으로 균일한 냉각이 가능하게 된다. 다만, 외부 냉각 시스템이 반드시 4개의 외부 냉각 장치(700a, 700b, 700c, 700d)로 이루어져야 하는 것은 아니다.
상기 제1 내지 제4 외부 냉각 장치(700a, 700b, 700c, 700d) 각각은 제2 순환 배관(710), 제2 열교환 장치(720), 및 제2 순환 장치(730)를 포함하여 이루어진다.
상기 제2 순환 배관(710)의 일단(711)은 상기 외부 챔버(100)의 일측, 예로서 좌측 근방에 연결되어 있고, 상기 제2 순환 배관(710)의 타단(712)은 상기 외부 챔버(100)의 타측, 예로서 우측 근방에 연결되어 있다.
상기 제2 순환 장치(730)는 상대적으로 상기 제2 순환 배관(710)의 일단(711)에 가깝게 배치되어 있고, 상기 제2 열교환 장치(720)는 상대적으로 상기 제2 순환 배관(710)의 타단(712)에 가깝게 배치되어 있다. 따라서, 상기 제2 순환 배관(710)의 타단(712)을 통해서 상기 외부 챔버(100) 내부의 불활성 가스가 상기 제2 순환 배관(710)으로 유입되고, 유입된 불활성 가스가 상기 제2 열교환 장치(720)에서 냉각된 후, 상기 제2 순환 배관(710)의 일단(711)을 통해서 상기 외부 챔버(100)의 내부로 유입된다.
상기 제2 열교환 장치(720) 및 제2 순환 장치(730)는 상기 제1 내지 제4 외부 냉각 장치(700a, 700b, 700c, 700d) 모두에서 동일한 순서로 배치된다. 즉, 상기 제1 내지 제4 외부 냉각 장치(700a, 700b, 700c, 700d) 모두에서, 상기 제2 순환 장치(730)는 상대적으로 상기 제2 순환 배관(710)의 일단(711)에 가깝게 배치되고, 상기 제2 열교환 장치(720)는 상대적으로 상기 제2 순환 배관(710)의 타단(712)에 가깝게 배치된다. 따라서, 상기 제1 내지 제4 외부 냉각 장치(700a, 700b, 700c, 700d) 모두에 있어서, 상기 외부 챔버(100)의 일측, 예로서 좌측 근방에서는 냉각된 불활성 가스가 상기 외부 챔버(100)의 내부로 유입되고, 상기 외부 챔버(100)의 타측, 예로서 우측 근방에서는 상대적으로 온도가 높은 불활성 가스가 상기 제2 순환 배관(710)으로 유입된다.
이때, 상기 제1 내지 제4 외부 냉각 장치(700a, 700b, 700c, 700d) 각각에서, 상기 제2 순환 배관(710)의 일단(711) 및 타단(712)이 상기 외부 챔버(100)와 연결되는 구조를 조절함으로써, 상기 외부 챔버(100) 내부에서 순환되는 불활성 가스의 기류를 조절할 수 있고, 그에 따라 상기 외부 챔버(100) 내부의 반응 챔버의 외벽 전체에 대해서 균일한 냉각이 가능하게 된다.
이에 대해서, 도 4a 내지 도 4c를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 4a는 도 3의 좌측면도에 해당하는 것으로서, 도 4a에서 알 수 있듯이, 상기 제1 외부 냉각 장치(700a)를 구성하는 제2 순환 배관(710)의 일단(711)은 외부 챔버(100)의 외면과 소정의 각(θ)(0 ＜θ＜90)을 가지면서, 하방측 방향에서 상방측 방향으로 연결된다. 또한, 상기 제2 외부 냉각 장치(700b)를 구성하는 제2 순환 배관(710)의 일단(711)은 외부 챔버(100)의 외면과 소정의 각(θ)(0 ＜θ＜90)을 가지면서, 전방측 방향에서 후방측 방향으로 연결된다. 또한, 상기 제3 외부 냉각 장치(700C)를 구성하는 제2 순환 배관(710)의 일단(711)은 외부 챔버(100)의 외면과 소정의 각(θ)(0 ＜θ＜90)을 가지면서, 상방측 방향에서 하방측 방향으로 연결된다. 또한, 상기 제4 외부 냉각 장치(700d)를 구성하는 제2 순환 배관(710)의 일단(711)은 외부 챔버(100)의 외면과 소정의 각(θ)(0 ＜θ＜90)을 가지면서, 후방측 방향에서 전방측 방향으로 연결된다.
이상과 같이 상기 제1 내지 제4 외부 냉각 장치(700a) 각각에서 상기 제2 순환 배관(710)의 일단(711)의 구조를 변경함으로써, 상기 외부 챔버(100)의 좌측에서 볼 때를 기준으로 상기 외부 챔버(100) 내부로 유입되는 불활성 가스가 전체적으로 시계 반대방향으로 유입될 수 있다.
도 4b는 도 3의 우측면도에 해당하는 것으로서, 도 4b에서 알 수 있듯이, 상기 제1 외부 냉각 장치(700a)를 구성하는 제2 순환 배관(710)의 타단(712)은 외부 챔버(100)의 외면과 소정의 각(θ)(0 ＜θ＜90)을 가지면서, 전방측 방향에서 후방측 방향으로 연결된다. 또한, 상기 제2 외부 냉각 장치(700b)를 구성하는 제2 순환 배관(710)의 타단(712)은 외부 챔버(100)의 외면과 소정의 각(θ)(0 ＜θ＜90)을 가지면서, 상방측 방향에서 하방측 방향으로 연결된다. 또한, 상기 제3 외부 냉각 장치(700C)를 구성하는 제2 순환 배관(710)의 타단(712)은 외부 챔버(100)의 외면과 소정의 각(θ)(0 ＜θ＜90)을 가지면서, 후방측 방향에서 전방측 방향으로 연결된다. 또한, 상기 제4 외부 냉각 장치(700d)를 구성하는 제2 순환 배관(710)의 타단(712)은 외부 챔버(100)의 외면과 소정의 각(θ)(0 ＜θ＜90)을 가지면서, 하방측 방향에서 상방측 방향으로 연결된다.
이상과 같이 상기 제1 내지 제4 외부 냉각 장치(700a) 각각에서 상기 제2 순환 배관(710)의 타단(711)의 구조를 변경함으로써, 상기 외부 챔버(100)의 우측에서 볼 때를 기준으로 상기 외부 챔버(100) 내부로부터 유출되는 불활성 가스가 전체적으로 시계방향으로 유출될 수 있다. 도 4b에서, 상기 외부 챔버(100)의 좌측에서 볼 때를 기준으로 하면 상기 외부 챔버(100) 내부로부터 유출되는 불활성 가스는 전체적으로 시계 반대 방향으로 유출될 수 있다.
결국, 상기 외부 챔버(100)의 좌측에서 볼 때를 기준으로 하면, 상기 도 4a에서와 같이 상기 외부 챔버(100)의 좌측 근방에서는 불활성 가스가 전체적으로 시계 반대방향으로 상기 외부 챔버(100)의 내부로 유입되고, 상기 도 4b에서와 같이 상기 외부 챔버(100)의 우측 근방에서는 불활성 가스가 전체적으로 시계 반대 방향으로 상기 외부 챔버(100)의 내부로부터 유출된다.
즉, 상기 외부 챔버(100)의 좌측에서 볼 때를 기준으로, 불활성 가스가 상기 외부 챔버(100) 내로 유입되는 방향과 불활성 가스가 상기 외부 챔버(100) 외부로 유출되는 방향은 서로 동일하게 되며, 그에 따라, 상기 외부 챔버(100)의 내부에서 순환하는 불활성 가스는 전체적으로 소용돌이(swirl) 구조를 이루면서 자연스럽게 순환하게 된다.
만약, 상기 외부 챔버(100)의 좌측에서 볼 때를 기준으로, 불활성 가스가 상기 외부 챔버(100) 내로 유입되는 방향과 불활성 가스가 상기 외부 챔버(100) 외부로 유출되는 방향이 서로 상이하게 되면, 전체적으로 특정 지역에 불균일한 기류 정체 영역이 발생될 수 있다.
다만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 상기 외부 챔버(100)의 좌측에서 볼 때를 기준으로 하면, 상기 외부 챔버(100)의 좌측 근방에서는 불활성 가스가 전체적으로 시계 방향으로 상기 외부 챔버(100)의 내부로 유입되고, 상기 외부 챔버(100)의 우측 근방에서는 불활성 가스가 전체적으로 시계 방향으로 상기 외부 챔버(100)의 내부로부터 유출되도록, 상기 제1 내지 4 외부 냉각 장치(700a, 700b, 700c, 700d)를 구성하는 제2 순환 배관(710)의 일단(711) 및 타단(712)을 구성함으로써, 반응 챔버(100)의 내부에서 순환하는 불활성 가스가 전체적으로 소용돌이(swirl) 구조를 이루면서 순환하게 할 수도 있다.
도 4c는 도 3의 정면도에 해당하는 것으로서, 도 4c에서 알 수 있듯이, 제1 외부 냉각 장치(700a)는 외부 챔버(100)의 하측에 배치되어 있고, 제2 외부 냉각 장치(700b)는 외부 챔버(100)의 상측에 배치되어 있다.
상기 제1 외부 냉각 장치(700a)를 구성하는 제2 순환 배관의 일단(711)은 상기 외부 챔버(100)의 일측, 예로서 좌측 근방에 연결되어 있고, 상기 제2 순환 배관의 타단(712)은 상기 외부 챔버(100)의 타측, 예로서 우측 근방에 연결되어 있다. 따라서, 외부 챔버(100)와 반응 챔버(300) 사이의 버퍼 공간(150)에 있는 불활성 가스는 외부 챔버(100)의 하측 및 우측 근방에 있는 상기 제2 순환 배관의 타단(712)으로 유입된 후 다시 외부 챔버(100)의 하측 및 좌측 근방에 있는 상기 제2 순환 배관의 일단(711)을 통해서 상기 버퍼 공간(150)으로 유입된다.
또한, 상기 제2 외부 냉각 장치(700b)를 구성하는 제2 순환 배관의 일단(711)은 상기 외부 챔버(100)의 일측, 예로서 좌측 근방에 연결되어 있고, 상기 제2 순환 배관의 타단(712)은 상기 외부 챔버(100)의 타측, 예로서 우측 근방에 연결되어 있다. 따라서, 외부 챔버(100)와 반응 챔버(300) 사이의 버퍼 공간(150)에 있는 불활성 가스는 외부 챔버(100)의 상측 및 우측 근방에 있는 상기 제2 순환 배관의 타단(712)으로 유입된 후 다시 외부 챔버(100)의 상측 및 좌측 근방에 있는 상기 제2 순환 배관의 일단(711)을 통해서 상기 버퍼 공간(150)으로 유입된다.
결국, 상기 도 4c에서와 같이 상기 외부 챔버(100)의 상측 및 좌측 근방으로 유입된 불활성 가스는 상기 외부 챔버(100)의 하측 및 우측 근방 근방으로 유출되고, 상기 외부 챔버(100)의 하측 및 좌측 근방으로 유입된 불활성 가스는 상기 외부 챔버(100)의 상측 및 우측 근방 근방으로 유출되며, 그에 따라, 상기 외부 챔버(100)의 내부에서 순환하는 불활성 가스는 전체적으로 소용돌이(swirl) 구조를 이루면서 순환하게 된다.
한편, 도시하지는 않았지만, 상기 불활성 가스의 소용돌이 구조는 다양하게 변경될 수 있다. 예를 들어, 상기 외부 챔버(100)의 하측 및 우측 근방으로 불활성 가스가 유입되고 그 유입된 불활성 가스가 상기 외부 챔버(100)의 상측 및 좌측 근방 근방으로 유출되고, 상기 외부 챔버(100)의 상측 및 우측 근방으로 불활성 가스가 유입되고 그 유입된 불활성 가스가 상기 외부 챔버(100)의 하측 및 좌측 근방 근방으로 유출되도록 할 수도 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 외부 냉각 시스템을 구성하는 제2 순환 배관이 외부 챔버와 반응 챔버 사이의 버퍼 공간과 연통되는 구조를 보여주는 개략적인 단면도이다.
전술한 바와 같이, 외부 챔버(100)의 외면과 제2 순환 배관(710)의 일단 또는 타단(711, 712)은 소정의 각(θ)(0 ＜θ＜90)을 가지면서 연결되는데, 도 5는 편의상 양자가 90도로 연결되는 모습을 도시하였다.
도 5에서 알 수 있듯이, 외부 챔버(100)와 반응 챔버(300) 사이에 버퍼 공간(150)이 형성되고, 상기 버퍼 공간(150)에 제1 히터 모듈(200a)이 형성된다.
상기 외부 챔버(100)에는 제1 관통홀(110)이 형성되어 있고, 상기 제1 히터 모듈(200a)에는 제2 관통홀(210)이 형성되어 있다.
상기 제1 관통홀(110)에는 연결 포트(740)가 형성되어 있다. 상기 연결 포트(740)는 상기 제1 관통홀(110)에서부터 상기 외부 챔버(100)의 외부로 연장되어 있다.
이와 같은 연결 포트(740)는 제2 순환 배관(710)의 일단 또는 타단(711, 712)과 연결되어 있다. 상기 연결 포트(740)와 제2 순환 배관(710)의 일단 또는 타단(711, 712)은 소정의 고정 부재(770)에 의해 고정되어 있다. 따라서, 상기 제2 순환 배관(710)의 일단 또는 타단(711, 712)은 상기 연결 포트(740)를 통해서 상기 버퍼 공간(150)과 연통되어 있다.
상기 버퍼 공간(150), 보다 구체적으로, 상기 제1 히터 모듈(200a)과 외부 챔버(100) 사이의 버퍼 공간(150)에는 연통관(750)이 형성되어 있다. 상기 연통관(750)의 일단(751)은 상기 제2 관통홀(210) 내에 위치하고 있고, 상기 연통관(750)의 타단(752)은 상기 제1 관통홀(110)로 연장되어 있다. 보다 구체적으로, 상기 연통관(750)의 타단(752)은 상기 연결 포트(740) 내부까지 연장되어 있다. 특히, 상기 연결 포트(740)의 내부에는 상기 연통관(750)의 타단(752)과 접촉하는 스톱퍼(760)가 형성되어 있어, 상기 스톱퍼(760)에 의해서 상기 연통관(750)이 상기 제2 순환 배관(710)의 방향 및 반응 챔버(300)의 방향으로 이동하는 것이 방지된다. 구체적으로, 상기 스톱퍼(760)는 제1 스톱퍼(760a) 및 제2 스톱퍼(760b)를 포함하여 이루어지며, 상기 제1 스톱퍼(760a)에 의해서 상기 연통관(750)이 상기 제2 순환 배관(710)의 방향으로 이동하는 것이 방지되고, 상기 제2 스톱퍼(760b)에 의해서 상기 연통관(750)이 상기 반응 챔버(300)의 방향으로 이동하는 것이 방지된다.
이와 같은 구성에 의해서, 상기 제2 순환 배관(710)의 일단 또는 타단(711, 712)은 상기 연결 포트(740) 및 상기 연통관(750)을 통해서 상기 반응 챔버(300)와 제1 히터 모듈(200a) 사이의 버퍼 공간(150)과 연통되어 있다. 즉, 상기 연통관(750)을 구성함으로써, 상기 제2 순환 배관(710)의 일단 또는 타단(711, 712)이 상기 제1 히터 모듈(200a)과 외부 챔버(100) 사이의 버퍼 공간(150)과는 연통되지 않고 상기 제1 히터 모듈(200a)과 반응 챔버(300) 사이의 버퍼 공간(150)과 연통되도록 함으로써, 상기 반응 챔버(300)의 외벽에 대한 냉각이 보다 효율적으로 진행될 수 있다.
한편, 상기 제1 히터 모듈(200a)은 작동시 고온에 의해서 팽창하고 작동을 멈추면 수축하게 되며, 그에 따라 상기 제1 히터 모듈(200a) 내의 제2 관통홀(210)의 크기 및 위치가 변경될 수 있다. 따라서, 상기 제2 관통홀(210) 내에 위치하는 상기 연통관(750)의 일단(751)을 상기 제1 히터 모듈(200a)에 고정 결합하게 되면, 상기 연통관(750)이 파손될 가능성이 크다. 따라서, 확대도에서 알 수 있듯이, 상기 연통관(750)의 일단(751)은 상기 제1 히터 모듈(200a)에 고정 결합되지 않고, 미세한 간격을 유지하면서 상기 제1 히터 모듈(200a)과 이격되는 것이 바람직하며, 그 경우, 상기 제1 히터 모듈(200a)의 팽창 및 수축에 대응하여 상기 연통관(750)이 움직일 수 있다.
또한, 상기 연통관(750)과 제1 히터 모듈(200a) 사이의 간격이 커질 경우 상기 제1 히터 모듈(200a)과 반응 챔버(300) 사이의 버퍼 공간(150)으로 유입되는 냉각된 불활성 가스가 상기 제1 히터 모듈(200a)과 외부 챔버(100) 사이의 버퍼 공간(150)으로 이동함으로써 상기 반응 챔버(300)의 외벽에 대한 냉각 효율이 떨어질 수 있기 때문에, 상기 연통관(750)과 제1 히터 모듈(200a) 사이의 간격은 작을수록 바람직하다. 이때, 상기 연통관(750)과 제1 히터 모듈(200a) 사이의 간격을 최소화하면서 상기 연통관(750)의 전체 폭을 동일하게 하면, 상기 연통관(750)이 움직일때 상기 연통관(750)이 상기 외부 챔버(100)와 접촉하면서 파손될 가능성이 있다.
따라서, 상기 연통관(750)과 제1 히터 모듈(200a) 사이의 간격을 최소화하면서도 상기 연통관(750)이 움직일 때 상기 연통관(750)이 파손될 가능성을 방지하기 위해서, 상기 연통관(750)의 일단(751) 및 타단(752)을 상기 연통관(750)의 길이방향과 수직하게 돌출하는 돌출구조, 특히, 그 폭이 점차로 작아지는 돌출구조로 형성하는 것이 바람직하다.
이상 설명한 본 발명의 열처리 시스템 및 외부 냉각 시스템을 이용한 열처리 방법을 설명하면 다음과 같다.
우선, 상기 도어 챔버(400)를 소정의 이송 장치를 통해 이송하여 상기 반응 챔버(300)의 반응 공간을 개방하고, 복수 개의 기판(S)이 탑재된 보트(B)를 상기 반응 챔버(300)의 반응 공간에 로딩한 후, 상기 도어 챔버(400)를 소정의 이송 장치를 통해 이송하여 상기 반응 챔버(300)의 반응 공간을 폐쇄함으로써, 열처리 공정의 준비를 완료한다.
다음, 상기 가스 배기부(800)를 통해 상기 반응 챔버(300) 내부의 공기를 배기하고, 이어서 상기 가스 공급부(900)를 통해 상기 반응 챔버(300) 내부로 불활성 가스, 예로서 질소(N2)가스를 공급한다(제1 공정).
이와 같은 공기의 배기와 불활성 가스의 공급을 반복하여 상기 반응 챔버(300) 내부의 산소 농도를 1%이하가 되도록 한다.
다음, 상기 히터 모듈(200)을 동작하여 상기 반응 챔버(300) 내부의 온도를 점차로 상승시키면서, 상기 가스 공급부(900)를 통해 상기 반응 챔버(300) 내부로 제1 반응 가스, 예로서 H2Se 가스, 및 불활성 가스를 공급하고, 상기 반응 챔버(300) 내부를 일정한 압력, 예로서, 500 ~ 750 Torr로 유지한다(제2 공정).
상기 제1 반응 가스 및 불활성 가스를 공급함과 더불어 상기 기류 조절 장치(450)를 동작하여 상기 반응 챔버(300)의 반응 공간 내에서 기류가 순환되도록 함으로써 상기 반응 공간 전체에서 균일한 온도 분포 및 균일한 반응 가스의 농도 분포가 되도록 할 수 있다. 이와 같은 기류 조절 장치(450)의 동작은 후술하는 제3 공정, 제4 공정, 제5 공정, 제6 공정, 제7 공정, 제8 공정, 및 제9 공정이 완료될 때까지 중단하지 않고 계속 수행할 수 있다.
다음, 상기 반응 챔버(300) 내부의 온도를 제1 온도, 예로서 400 ~ 500 ℃까지 상승시킨 후, 상기 제1 온도를 유지시키면서 기판(S) 상의 전구체층에 대해서 1차 반응시킨다(제3 공정).
다음, 상기 가스 배기부(800)를 통해 1차 반응 이후 잔존하는 제1 반응 가스를 배기한 후, 상기 가스 공급부(900)를 통해 상기 반응 챔버(300) 내부로 제2 반응 가스, 예로서 H2S 가스를 공급한다(제4 공정).
다음, 상기 반응 챔버(300) 내부의 온도를 제2 온도, 예로서 500 ~ 600 ℃까지 상승시킨 후, 상기 제2 온도를 유지시키면서 기판(S) 상의 전구체층에 대해서 2차 반응시킨다(제5 공정).
다음, 일정 시간 동안 상기 반응 챔버(300) 내부의 온도를 하강시키는 1차 냉각 공정을 수행한다(제6 공정).
상기 1차 냉각 공정은 전술한 외부 냉각 시스템(700)을 동작하여 수행할 수 있다. 즉, 상기 외부 냉각 시스템(700)을 동작시켜, 냉각된 불활성 가스를 상기 버퍼 공간(150), 보다 구체적으로는, 상기 반응 챔버(300)와 제1 히터 모듈(200a) 사이의 버퍼 공간(150)으로 순환 공급하여 상기 버퍼 공간(150) 내에서 전체적으로 소용돌이 구조의 기류를 통해서 상기 반응 챔버(300) 외벽을 냉각한다.
다만, 반드시 그에 한정되는 것은 아니고, 상기 1차 냉각 공정을 자연 냉각 공정으로 대체하는 것도 가능하다.
다음, 상기 가스 배기부(800)를 통해 상기 반응 챔버(300) 내부에 잔존하는 제2 반응 가스를 배기하고, 이어서 상기 가스 공급부(900)를 통해 상기 반응 챔버(300) 내부로 불활성 가스를 공급한다(제7 공정).
상기 잔존하는 반응 가스의 배기와 불활성 가스의 공급은 반복 수행하며, 이와 같은 반응 가스의 배기와 불활성 가스의 공급을 반복하는 동안 상기 외부 냉각 시스템(700)을 이용한 냉각 공정이 이어진다.
다음, 상기 내부 냉각 시스템(600) 및 외부 냉각 시스템(700)을 함께 동작하여 상기 반응 챔버(300) 내부에 대한 2차 냉각 공정을 수행한다(제8 공정).
본 발명은 기판(S)에 대한 반응을 종료한 후 상기 내부 냉각 시스템(600) 및 외부 냉각 시스템(700)을 동시에 동작시켜 급속 냉각을 수행하는 것이 아니라, 기판(S)에 대한 반응을 종료한 후 우선 상대적으로 느린 냉각 속도로 1차 냉각을 하고, 이어서 상기 반응 챔버(300) 내부에 잔존하는 고온의 제2 반응 가스를 배기하고, 이어서 상기 내부 냉각 시스템(600) 및 외부 냉각 시스템(700)을 함께 이용한 급속 2차 냉각을 수행할 수 있다.
이와 같이, 상대적으로 느린 제1 냉각 속도로 1차 냉각을 먼저 수행하고 그 후에 상대적으로 빠른 제2 냉각 속도로 2차 냉각을 수행함으로써, 급속한 온도 변화로 인해 기판(S)이 파손되는 것을 방지할 수 있게 된다.
상기 2차 급속 냉각을 위한 내부 냉각 시스템(600)의 동작에 대해서 구체적으로 설명하면, 상기 내부 냉각 시스템(600)을 구성하는 상기 차단 밸브(640a, 640b)를 개방한 후, 상기 제1 열교환 장치(620) 및 제1 순환 장치(630)를 동작시켜, 냉각된 불활성 가스를 상기 반응 챔버(300) 내부로 순환 공급하여 상기 반응 챔버(300) 내부를 냉각하게 된다.
상기 2차 급속 냉각시 상기 내부 냉각 시스템(600) 및 외부 냉각 시스템(700)을 반드시 동시에 동작해야 하는 것은 아니다. 예로서, 상기 내부 냉각 시스템(600) 만을 동작하고 상기 외부 냉각 시스템(700)은 동작하지 않을 수도 있다.
다음, 상기 가스 배기부(800)를 통해 상기 반응 챔버(300) 내부의 가스를 배기하고 상기 가스 공급부(900)를 통해 상기 반응 챔버(300) 내부로 불활성 가스를 공급하는 과정을 반복한다(제9 공정).
이상과 같은 열처리 공정이 완료되면, 상기 도어 챔버(400)를 소정의 이송 장치를 이용하여 이송하여 상기 반응 챔버(300)의 반응 공간을 개방하고, 복수 개의 기판(S)이 탑재된 보트(B)를 상기 반응 챔버(300)의 반응 공간으로부터 언로딩한다.
한편, 이상은 기판(S)에 대해서 제1 반응 가스(H2Se)로 1차 반응을 수행하고 제2 반응 가스(H2S)로 2차 반응을 수행한 것을 설명하였지만, 본 발명이 반드시 그에 한정되는 것은 아니고 하나의 반응 가스로 한 번의 반응만을 수행하는 것도 가능하다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 열처리 진행 챠트(Chart)로서, 이는 전술한 열처리 시스템을 이용한 열처리 방법에 따른 것인데, 구체적으로, 열처리 공정 순서에 따라 반응 챔버(300) 내부의 압력(Pressure), 온도(Temp.), 불활성 가스(N2) 흐름, 제1 반응 가스(H2Se) 흐름, 제2 반응 가스(H2S) 흐름을 보여주는 챠트이다.
이하, 도 6에 도시한 열처리 진행 챠트에 대해서 전술한 도 2를 참조하여 설명한다.
제1 공정(P1)은 상기 반응 챔버(300) 내부를 불활성 가스로 치환하여 상기 반응 챔버(300) 내부의 산소 농도를 최소화하는 공정이다. 제1 공정(P1)에서는 상기 반응 챔버(300) 내부의 공기를 배기하는 공정과 상기 반응 챔버(300) 내부로 불활성 가스(N2)를 공급하는 공정을 반복하게 되며, 따라서, 상기 반응 챔버(300) 내의 온도는 상온을 유지하며 압력은 변동하게 된다.
제2 공정(P2)은 상기 반응 챔버(300) 내부의 온도를 상승시키면서 상기 반응 챔버(300) 내부로 제1 반응 가스를 공급함으로써 기판(S)에 대한 1차 반응을 시작하는 공정이다. 제2 공정(P2)에서는 상기 반응 챔버(300) 내부의 온도를 점차로 상승시킴과 동시에 상기 반응 챔버(300) 내부로 제1 반응 가스(H2Se) 및 불활성 가스를 공급하고, 가스 공급이 완료된 후 상기 반응 챔버(300) 내부의 압력을 일정하게(예로서, 500 ~ 750 Torr) 유지한다.
제3 공정(P3)은 상기 반응 챔버(300) 내부의 온도를 제1 온도로 유지하면서 기판(S)에 대한 1차 반응을 완료하는 공정이다. 제3 공정(P3)에서는 상기 반응 챔버(300) 내부의 온도를 제1 온도(예로서, 400 ~ 500 ℃)까지 상승시킨 후 제1 온도를 유지하게 된다. 이때, 상기 반응 챔버(300) 내부의 압력은 일정하게 유지한다.
제4 공정(P4)은 상기 반응 챔버(300) 내부를 제2 반응 가스로 치환하여 기판(S)에 대한 2차 반응을 시작하는 공정이다. 제4 공정(P4)에서는 1차 반응 이후 잔존하는 반응 가스를 배기한 후, 상기 반응 챔버(300) 내부로 제2 반응 가스(H2S)를 공급하고, 가스 공급이 완료된 후 상기 반응 챔버(300) 내부의 압력을 일정하게 유지한다. 이때, 상기 반응 챔버(300) 내부의 온도는 상기 제1 온도를 유지한다. 다만, 반드시 그에 한정되는 것은 아니고, 제2 반응 가스(H2S)를 공급하면서 온도를 상승시킬 수도 있다.
제5 공정(P5)은 상기 반응 챔버(300) 내부의 온도를 제2 온도까지 상승하여 기판(S)에 대한 2차 반응을 완료하는 공정이다. 제5 공정(P5)에서는 상기 반응 챔버(300) 내부의 온도를 제2 온도(예로서, 500 ~ 600 ℃)까지 상승시킨 후 제2 온도를 유지하게 된다. 이때, 상기 반응 챔버(300) 내부의 압력은 일정하게 유지한다.
제6 공정(P6)은 기판(S)에 대한 반응을 종료한 후 상기 반응 챔버(300)에 대해 1차 냉각하는 공정이다. 제6 공정(P6)에서는 상기 외부 냉각 시스템(700)을 동작하여 상기 반응 챔버(300) 내부의 온도를 점차로 하강시킨다. 따라서, 상기 반응 챔버(300) 내의 압력은 일정하게 유지된다.
제7 공정(P7)은 상기 반응 챔버(300) 내부의 반응 가스를 배기하는 공정과 상기 반응 챔버(300) 내부로 불활성 가스(N2)를 공급하는 공정을 반복하는 공정이다. 따라서, 상기 반응 챔버(300) 내의 압력은 변동하게 된다. 제7 공정(P7) 중에 상기 외부 냉각 시스템(700)도 함께 동작한다.
제8 공정(P8)은 상기 반응 챔버(300)에 대해 급속 2차 냉각하는 공정이다. 즉, 상기 제6 공정(P6)에서의 1차 냉각 속도에 비하여 제8 공정(P8)에서의 2차 냉각 속도가 빠르다. 제8 공정(P8)에서는 상기 내부 냉각 시스템(600) 및 외부 냉각 시스템(700)을 함께 동작하여 상기 반응 챔버(300)를 급속하게 냉각한다. 이때, 상기 반응 챔버(300) 내의 압력은 일정하게 유지한다.
제9 공정(P9)은 열처리 공정을 종료하는 공정으로서 이는 기판(S)에 대한 언로딩을 준비하는 것이다. 제9 공정(P8)에서는 상기 반응 챔버(300) 내부의 반응 가스를 배기하는 공정과 상기 반응 챔버(300) 내부로 불활성 가스(N2)를 공급하는 공정을 반복하게 되며, 따라서, 상기 반응 챔버(300) 내의 압력은 변동하게 된다.
이상은 CIGS 태양전지의 광흡수층을 형성하기 위한 열처리 시스템 및 열처리 방법에 대해서 설명하였지만, 본 발명에 따른 열처리 시스템 및 열처리 방법이 반드시 CIGS 태양전지의 광흡수층을 형성하는데에 한정되는 것은 아니다.
도 7a 내지 도 7e는 본 발명의 일 실시예에 따른 CIGS 태양전지의 제조방법을 도시한 공정 단면도이다.
우선, 도 7a와 같이, 기판(10) 상에 후면전극(20)을 형성한다.
상기 기판(10)으로는 유리 또는 투명한 플라스틱 등을 이용할 수 있다.
상기 후면전극(20)은 몰리브덴(Mo) 등과 같은 도전 물질을 스퍼터링(sputtering)법, MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition), 또는 인쇄법 등을 이용하여 형성할 수 있다.
다음, 도 7b와 같이, 상기 후면전극(20) 상에 전구체층(30a, 30b)을 형성한다.
상기 전구체층(30a, 30b)을 형성하는 공정은 상기 후면전극(20) 상에 제1 전구체층(30a)을 형성하는 공정 및 상기 제1 전구체층(30a) 상에 제2 전구체층(30b)을 형성하는 공정으로 이루어질 수 있다.
상기 제1 전구체층(30a)은 구리갈륨(CuGa)을 포함하는 도전 물질을 스퍼터링법, MOCVD법, 또는 증발법(evaporation) 등을 이용하여 형성할 수 있다.
상기 제2 전구체층(30b)은 인듐(In)을 포함하는 도전 물질을 스퍼터링법, MOCVD법, 또는 증발법(evaporation) 등을 이용하여 형성할 수 있다.
다음, 도 7c와 같이, 상기 전구체층(30a, 30b)에 대해서 열처리 공정을 수행하여 광흡수층(30)을 형성한다.
상기 광흡수층(30)을 형성하는 공정은 H2Se 가스 또는 H2Se와 H2S의 혼합가스 분위기에서 열처리 공정을 수행하여 구성 원소 간에 화학반응을 촉진시키는 공정으로 이루어질 수 있다. 상기 열처리 공정은 전술한 열처리 시스템을 이용한 열처리 방법으로 이루어질 수 있으며, 그에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
다음, 도 7d와 같이, 상기 광흡수층(30) 상에 버퍼층(40)을 형성한다.
상기 버퍼층(40)은 CdS, InS, 또는 ZnS 등과 같은 물질을 CBD(Chemical Bath Deposition)법, MOCVD법, 스퍼터링법, 또는 ALD(Atomic Layer Deposition)법 등을 이용하여 형성할 수 있다.
다음, 도 7e와 같이, 상기 버퍼층(40) 상에 전면전극(50)을 형성한다.
상기 전면전극(50)은 ZnO, ZnO:B, ZnO:Al, SnO2, SnO2:F, ITO(Indium Tin Oxide) 등과 같은 투명한 도전 물질을 스퍼터링법 또는 MOCVD법 등을 이용하여 형성할 수 있다.
100: 외부 챔버 200: 히터 모듈
250: 단열 부재 300: 반응 챔버
400: 도어 챔버 450: 기류 조절 장치
500: 실링 부재 510: 플랜지(flange)
520: 칼라(collar) 530: 오-링(O-ring)
600: 내부 냉각 시스템 610: 제1 순환 배관
620: 제1 열교환 장치 630: 제1 순환 장치
640a, 640b: 차단 밸브 700: 외부 냉각 시스템
710: 제2 순환 배관 720: 제2 열교환 장치
730: 제2 순환 장치 800: 가스 배기부
900: 가스 공급부 10: 기판
20: 후면 전극 30a, 30b: 전구체층
30: 광흡수층 40: 버퍼층
50: 전면전극
250: 단열 부재 300: 반응 챔버
400: 도어 챔버 450: 기류 조절 장치
500: 실링 부재 510: 플랜지(flange)
520: 칼라(collar) 530: 오-링(O-ring)
600: 내부 냉각 시스템 610: 제1 순환 배관
620: 제1 열교환 장치 630: 제1 순환 장치
640a, 640b: 차단 밸브 700: 외부 냉각 시스템
710: 제2 순환 배관 720: 제2 열교환 장치
730: 제2 순환 장치 800: 가스 배기부
900: 가스 공급부 10: 기판
20: 후면 전극 30a, 30b: 전구체층
30: 광흡수층 40: 버퍼층
50: 전면전극
Claims (16)
- 반응 공간을 구비하고 있는 반응 챔버;
상기 반응 챔버와 소정의 거리를 두고 이격되면서 상기 반응 챔버를 둘러싸고 있는 외부 챔버;
상기 반응 챔버와 상기 외부 챔버 사이에 형성된 제1 히터 모듈을 포함하는 히터 모듈;
상기 반응 챔버의 상기 반응 공간을 개폐하는 도어 챔버; 및
상기 반응 챔버 외벽을 냉각시키기 위해서 상기 반응 챔버와 상기 외부 챔버 사이의 버퍼 공간과 연통되어 있는 적어도 하나의 외부 냉각 장치를 구비한 외부 냉각 시스템을 포함하여 이루어지고,
상기 외부 냉각 장치는 그 일단 및 타단이 상기 버퍼 공간과 연통되는 순환 배관, 상기 순환 배관에 연결되어 있는 열교환 장치, 및 상기 순환 배관에 연결되어 불활성 가스를 순환시키는 순환 장치를 포함하여 이루어지고,
상기 적어도 하나의 외부 냉각 장치에 의해서 상기 버퍼 공간에서 순환되는 불활성 가스가 소용돌이 구조를 이루면서 순환하고,
상기 반응 챔버 내부를 냉각시키기 위해서 상기 반응 공간과 연통되어 있는 내부 냉각 시스템을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 열처리 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 외부 냉각 시스템은 상기 외부 챔버의 하측에 배치된 제1 외부 냉각 장치 및 상기 외부 챔버의 상측에 배치된 제2 외부 냉각 장치를 포함하여 이루어지고,
상기 제1 외부 냉각 장치에 의해서 상기 외부 챔버의 하측의 일 측면 근방으로 불활성 가스가 유입된 후 상기 제2 외부 냉각 장치에 의해서 상기 외부 챔버의 상측의 타 측면 근방을 통해 불활성 가스가 유출되고, 상기 제2 외부 냉각 장치에 의해서 상기 외부 챔버의 상측의 일 측면 근방으로 불활성 가스가 유입된 후 상기 제1 외부 냉각 장치에 의해서 상기 외부 챔버의 하측의 타 측면 근방을 통해 불활성 가스가 유출됨으로써, 상기 버퍼 공간에서 순환되는 불활성 가스가 소용돌이 구조를 이루면서 순환하는 것을 특징으로 하는 열처리 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 외부 냉각 시스템은 상기 외부 챔버의 정면 하측에 배치된 제1 외부 냉각 장치, 상기 외부 챔버의 정면 상측에 배치된 제2 외부 냉각 장치, 상기 외부 챔버의 후면 상측에 배치된 제3 외부 냉각 장치, 및 상기 외부 챔버의 후면 하측에 배치된 제4 외부 냉각 장치를 포함하여 이루어지고,
상기 제1 내지 제4 외부 냉각 장치 각각은 상기 외부 챔버의 외면과 소정의 각을 가지면서 연결되는 상기 순환 배관의 일단 및 타단을 구비하며,
상기 외부 챔버의 좌측에서 볼 때를 기준으로, 상기 순환 배관의 일단을 통해 상기 외부 챔버 내로 유입되는 불활성 가스는 전체적으로 시계 방향 또는 시계 반대 방향으로 유입되고, 상기 순환 배관의 타단을 통해 상기 외부 챔버 외부로 유출되는 불활성 가스는 상기 불활성 가스의 유입 방향과 동일한 방향으로 유출되는 것을 특징으로 하는 열처리 시스템. - 반응 공간을 구비하고 있는 반응 챔버;
상기 반응 챔버와 소정의 거리를 두고 이격되면서 상기 반응 챔버를 둘러싸고 있는 외부 챔버;
상기 반응 챔버와 상기 외부 챔버 사이에 형성된 제1 히터 모듈을 포함하는 히터 모듈;
상기 반응 챔버의 상기 반응 공간을 개폐하는 도어 챔버;
그 일단은 상기 제1 히터 모듈에 형성된 관통홀 내에 위치하고, 그 타단은 상기 외부 챔버에 형성된 관통홀로 연장되어 있는 연통관; 및
상기 연통관과 연결되어 있는 순환 배관을 구비한 상기 반응 챔버 외벽을 냉각시키기 위한 외부 냉각 시스템을 포함하고,
상기 연통관의 일단은 상기 연통관의 길이방향과 수직하게 돌출된 돌출구조로 형성된 것을 특징으로 하는 열처리 시스템. - 제4항에 있어서,
상기 연통관의 일단은 상기 제1 히터 모듈과 소정의 간격을 가지면서 이격되어 있는 것을 특징으로 하는 열처리 시스템. - 삭제
- 제4항에 있어서,
상기 돌출구조는 그 폭이 점차로 작아지는 것을 특징으로 하는 열처리 시스템. - 제4항에 있어서,
상기 연통관과 상기 순환 배관은 연결 포트에 의해 연결되어 있고, 상기 연통관의 타단은 상기 연결 포토의 내부로 연장되어 있는 것을 특징으로 하는 열처리 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 반응 챔버와 외부 대기 사이를 밀봉하기 위한 실링 부재;
상기 반응 챔버 내부로부터 가스를 배기하기 위한 가스 배기부; 및
상기 반응 챔버 내부에 가스를 공급하기 위한 가스 공급부를 추가로 포함하여 이루어지고,
상기 내부 냉각 시스템, 상기 가스 배기구 및 상기 가스 공급부는 상기 실링 부재에 구비된 관통홀을 통해서 상기 반응 챔버의 상기 반응 공간과 연통되어 있는 것을 특징으로 하는 열처리 시스템. - 반응 챔버 및 버퍼 공간을 사이에 두고 상기 반응 챔버를 둘러싸고 있는 외부 챔버를 포함하여 이루어진 열처리 시스템을 이용하여 열처리하는 방법에 있어서, 상기 열처리 방법은,
상기 반응 챔버 내부의 공기를 불활성 가스로 치환하는 공정;
상기 반응 챔버 내부의 온도를 점차로 상승시키면서 상기 반응 챔버 내부로 반응 가스를 공급하는 공정;
상기 반응 챔버 내부의 온도를 유지시키면서 상기 반응 챔버 내부에 로딩된 기판 상의 전구체층을 반응시키는 공정; 및
상기 반응 챔버 내부를 냉각시키는 공정을 포함하여 이루어지고,
상기 냉각 공정은 상기 버퍼 공간의 불활성 가스를 상기 외부 챔버의 외부로 유출하여 냉각한 후 다시 상기 버퍼 공간으로 유입시켜 순환시키는 공정으로 이루어지고, 상기 버퍼 공간에서 순환하는 불활성 가스는 소용돌이 구조를 이루면서 순환하고,
상기 냉각 공정을 수행한 이후에,
상기 반응 챔버 내부에 잔존하는 반응가스를 불활성 가스로 치환하는 공정;
상기 반응 챔버 내부에 대해서 상기 냉각 속도보다 빠른 냉각 속도로 2차 냉각 공정을 수행하는 공정을 추가로 포함하여 이루어지고,
상기 불활성 가스로 치환하는 공정은 상기 버퍼 공간의 불활성 가스를 상기 외부 챔버의 외부로 유출하여 냉각한 후 다시 상기 버퍼 공간으로 유입시켜 순환시키는 공정으로 이루어지고,
상기 2차 냉각 공정은 상기 버퍼 공간의 불활성 가스를 상기 외부 챔버의 외부로 유출하여 냉각한 후 다시 상기 버퍼 공간으로 유입시켜 순환시키는 공정, 및 상기 반응 챔버 내의 반응 공간에 있는 불활성 가스를 상기 반응 공간과 연통되어 있는 내부 냉각 시스템을 이용하여 냉각 순환시키는 공정으로 이루어진 것을 특징으로 하는 열처리 방법. - 제10항에 있어서,
상기 냉각 공정은 상기 외부 챔버의 하측의 일 측면 근방으로 불활성 가스를 유입시킨 후 상기 외부 챔버의 상측의 타 측면 근방으로 불활성 가스를 유출시키는 공정; 및
상기 외부 챔버의 상측의 일 측면 근방으로 불활성 가스를 유입시킨 후 상기 외부 챔버의 하측의 타 측면 근방으로 불활성 가스를 유출시키는 공정으로 이루어진 것을 특징으로 하는 열처리 방법. - 제10항에 있어서,
상기 냉각 공정은 상기 외부 챔버의 좌측에서 볼 때를 기준으로, 상기 외부 챔버 내로 전체적으로 시계 방향 또는 시계 반대 방향으로 불활성 가스를 유입시키는 공정; 및
상기 외부 챔버의 외부로 상기 불활성 가스의 유입 방향과 동일한 방향으로 불활성 가스를 유출시키는 공정으로 이루어진 것을 특징으로 하는 열처리 방법. - 삭제
- 제10항에 있어서,
상기 반응 챔버 내부로 반응 가스를 공급하는 공정 및 상기 기판 상의 전구체층을 반응시키는 공정은,
상기 반응 챔버 내부의 온도를 제1 온도로 상승시키면서 상기 반응 챔버 내부로 제1 반응 가스를 공급하여 상기 전구체에 대해 1차 반응시키는 공정;
상기 제1 반응 가스를 배기한 후 상기 반응 챔버 내부로 제2 반응 가스를 공급하는 공정; 및
상기 반응 챔버 내부의 온도를 제2 온도로 상승시키면서 상기 전구체에 대해 2차 반응시키는 공정으로 이루어진 것을 특징으로 하는 열처리 방법. - 기판 상에 후면전극을 형성하는 공정;
상기 후면전극 상에 전구체층을 형성하는 공정;
상기 전구체층에 대해서 열처리 공정을 수행하여 광흡수층을 형성하는 공정;
상기 광흡수층 상에 버퍼층을 형성하는 공정; 및
상기 버퍼층 상에 전면전극을 형성하는 공정을 포함하여 이루어지고,
상기 전구체층에 대해서 열처리 공정을 수행하는 공정은 전술한 제10항 내지 제12항 및 제14항 중 어느 한 항에 따른 열처리 방법으로 이루어진 것을 특징으로 하는 CIGS 태양전지의 제조방법. - 제15항에 있어서,
상기 전구체층을 형성하는 공정은 구리갈륨(CuGa)을 포함하는 도전 물질로 제1 전구체층을 형성하는 공정 및 상기 제1 전구체층 상에 인듐(In)을 포함하는 도전 물질로 제2 전구체층을 형성하는 공정을 포함하고,
상기 반응가스는 H2Se 가스를 포함하는 것을 특징으로 하는 CIGS 태양전지의 제조방법.
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|---|---|---|---|
| KR1020130036883A KR101442225B1 (ko) | 2013-04-04 | 2013-04-04 | 열처리 시스템과 열처리 방법 및 그를 이용한 cigs 태양전지의 제조방법 |
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|---|---|---|---|
| KR1020130036883A KR101442225B1 (ko) | 2013-04-04 | 2013-04-04 | 열처리 시스템과 열처리 방법 및 그를 이용한 cigs 태양전지의 제조방법 |
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Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20020088620A (ko) * | 2001-05-18 | 2002-11-29 | 주식회사 피에스티 | 진공 단열재를 갖는 열처리 장치 |
| JP2009539231A (ja) * | 2006-02-10 | 2009-11-12 | プンサン マイクロテック カンパニー リミティッド | 高圧ガスアニーリング装置及び方法 |
| KR101157201B1 (ko) * | 2010-04-30 | 2012-06-20 | 주식회사 테라세미콘 | Ｃｉｇｓ층 형성장치 |
| KR20130020459A (ko) * | 2011-08-19 | 2013-02-27 | 주식회사 테라세미콘 | Ｃｉｇｓ층 형성장치 |
-
2013
- 2013-04-04 KR KR1020130036883A patent/KR101442225B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20020088620A (ko) * | 2001-05-18 | 2002-11-29 | 주식회사 피에스티 | 진공 단열재를 갖는 열처리 장치 |
| JP2009539231A (ja) * | 2006-02-10 | 2009-11-12 | プンサン マイクロテック カンパニー リミティッド | 高圧ガスアニーリング装置及び方法 |
| KR101157201B1 (ko) * | 2010-04-30 | 2012-06-20 | 주식회사 테라세미콘 | Ｃｉｇｓ층 형성장치 |
| KR20130020459A (ko) * | 2011-08-19 | 2013-02-27 | 주식회사 테라세미콘 | Ｃｉｇｓ층 형성장치 |
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