KR20110097908A - 반도체 층 또는 원소 셀레늄 및/또는 황으로 처리된 코팅 기판, 특히 평면 기판의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체층 또는 적어도 하나의 전도층, 반도체 층 및/또는 절연층을 포함하고 원소 셀레늄 및/또는 황으로 처리된 코팅 기판, 특히 평면 기판의 제조 방법에 관한 것으로, 상기 방법에서 적어도 하나의 금속층 및/또는 적어도 하나의 금속 함유층이 제공된 적어도 하나의 기판, 특히 적어도 하나의 금속층 및/또는 적어도 하나의 금속 함유층이 제공된 기판 스택이 프로세스 챔버에 안내되고, 미리 정해진 기판 온도로 가열된다. 원소 셀레늄- 및/또는 황 증기는, 금속층 및/또는 금속 함유층과 셀레늄 또는 황이 의도대로 화학 반응을 일으키도록, 프로세스 챔버 내부에 및/또는 외부에 놓인 소스로부터, 특히 불활성 운반 기체에 의해 저진공 조건 또는 대기압 조건 또는 과압 조건에서 하나 또는 각각의 금속층 및/또는 금속 함유층을 지나간다. 기판은 적어도 하나의 가스 이송 장치에 의한 강제 대류에 의해 가열되고 및/또는 원소 셀레늄- 및/또는 황 증기는 적어도 하나의 가스 이송 장치에 의한 강제 대류에 의해 프로세스 챔버에서 특히 균일하게 혼합되고 기판에 제공된다. 또한, 본 발명은 상기 방법을 실시하기 위한 프로세스 장치에 관한 것이다.
Description
본 발명은 반도체층 또는 원소 셀레늄 및/또는 황으로 처리되고 적어도 하나의 전도층, 반도체 층 및/또는 절연층을 포함하는 코팅 기판, 특히 평면 기판의 제조 방법에 관한 것으로, 상기 방법에서 적어도 하나의 금속층 및/또는 적어도 하나의 금속 함유층이 제공된 적어도 하나의 기판, 특히 적어도 하나의 금속층 및/또는 적어도 하나의 금속 함유층이 제공된 기판들의 스택이 프로세스 챔버에 안내되고, 예정된 기판 온도로 가열된다.
상기와 같은 방법은 기본적으로 공지되어 있고, 예컨대 태양 전지 산업에서 CIS-태양 전지의 제조 시 이용된다. 특히 이러한 방식의 제조 방법은 I-III-VI-화합물-반도체 층, 소위 칼코파이라이트(chalcopyrite)-반도체 층의 제조에 이용된다. 이를 위해 예컨대 몰리브덴-박막을 포함하는 기판, 예컨대 유리 기판에 구리, 갈륨 및 인듐을 포함하는 전구체 금속-박막이 제공된 후에 프로세스 챔버에서 H2Se 및 H2S를 공급하면서 사전 설정된 온도 프로파일에 따라 가열된다. 변형예에서 몰리브덴-박막을 포함하는 기판은 구리, 갈륨, 인듐 및 셀레늄을 포함하는 전구체 금속-박막이 제공된 후에 프로세스 챔버에서 H2S를 공급하면서 사전 설정된 온도 프로파일에 따라 가열된다. 전구체 금속-박막이 H2Se에 포함된 셀레늄 또는 H2S에 포함된 황과 반응함으로써 기판에 Cu(In, Ga)(Se, S)2-반도체층, 소위 칼코파이라트-반도체층이 형성된다. 이러한 프로세스를 셀리늄화 또는 황화라고도 한다.
H2Se 및 H2S의 이용은 H2Se 및 H2S가 구매 시 비용이 많이 드는 것뿐만 아니라, 유독성 및 폭발성이 강한 기체라는 점에서 문제가 된다. 이러한 가스는 CIS-태양 전지의 대량 생산 시 구매 비용뿐만 아니라 적용된 높은 안전 수칙 및 해당 배기가스의 처리와 관련한 비용으로 인해 중요한 경제적 요인을 제시한다. 그것을 간과하더라도 이러한 가스는 그 독성과 폭발성으로 인해 안전 조치에도 불구하고 제조자가 과소 평가할 수 없는 안전 위험을 형성한다.
본 발명의 과제는 반도체층, 특히 칼코파이라이트-반도체층 또는 반도체층 상의 버퍼층을 제조하는 경제적이고 안전한 방법을 제공하는 것이다.
상기 과제는 청구범위 제 1 항에 따른 방법에 의해 해결된다.
상기 과제의 해결을 위해 반도체층 또는 원소 셀레늄 및/또는 황으로 처리되고 적어도 하나의 전도층, 반도체 층 및/또는 절연층을 포함하는 코팅 기판, 특히 평면 기판의 제조 방법에 관한 것으로, 상기 방법에서 적어도 하나의 금속층 및/또는 적어도 하나의 금속 함유층이 제공된 적어도 하나의 기판, 특히 적어도 하나의 금속층 및/또는 적어도 하나의 금속 함유층이 제공된 기판들의 스택이 프로세스 챔버에 안내되고, 예정된 기판 온도로 가열된다; 원소 셀레늄- 및/또는 황 증기는, 하나 또는 각각의 금속층 및/또는 금속 함유층과 셀레늄 또는 황이 의도대로 화학 반응을 일으키도록, 프로세스 챔버에 놓인 내부 또는 외부소스로부터, 특히 불활성 운반 기체에 의해 저진공 조건 또는 대기압 조건 또는 과압 조건에서 하나 또는 각각의 금속층 및/또는 금속 함유층을 지나간다. 기판은 적어도 하나의 가스 이송 장치에 의한 강제 대류에 의해 가열되고 및/또는 원소 셀레늄- 및/또는 황 증기는 적어도 하나의 가스 이송 장치에 의한 강제 대류에 의해 프로세스 챔버에서 특히 균질 혼합되어 기판을 지나간다.
본 발명의 의미에서, 셀레늄 및/또는 황으로 처리될 금속층 및/또는 금속 함유층은 하기에서 전구체층이라고도 한다. 금속층은 특히 알루미늄, 은, 아연, 마그네슘, 몰리브덴, 구리, 갈륨 및 인듐에서 선택된 하나 또는 다수의 원소를 포함하고, 이 경우 구리, 갈륨 및/또는 인듐이 바람직하다.
본 발명의 범위에서 금속 함유층은 i)적어도 하나의 금속, 예를 들어 인듐,아연, 및/또는 마그네슘, 및 원소들의 주기계의 비금속 원소, 특히 황 및/또는 셀레늄 및 경우에 따라서 염소, 산소 또는 수소, 및/또는 ii) 금속, 예를 들어 인듐, 아연 및/또는 마그네슘과 원소들의 주기계의 비금속 원소, 특히 황 및/또는 셀레늄 및 경우에 따라서 염소, 산소 또는 수소의 적어도 하나의 화합물을 포함한다. 따라서 적어도 하나의 금속 외에 금속 및/또는 비금속 원소의 적어도 하나의 화합물도 존재하는 실시예도 금속 함유층을 포함한다. 또한, 금속 함유층은 본 발명의 의미에서 순수 금속이 아닌 금속의 적어도 하나의 화합물만, 경우에 따라서는 비금속 원소 및/또는 화합물과 함께 존재하는 층도 포함한다.
본 발명에 따른 방법에서, 전구체층이 제공된 적어도 하나의 기판과 특히 각각 전구체층이 제공된 기판들의 스택이 프로세스 챔버에 안내되고, 미리 정해진 기판 온도로 가열된다. 본 발명에 따른 방법은 원소 셀레늄- 및/또는 황 증기는, 하나 또는 각각의 전구체층과 셀레늄 또는 황이 의도대로 화학 반응을 일으키도록, 프로세스 챔버 내부에 및/또는 외부에 놓인 제 1 또는 제 2 소스로부터, 특히 불활성 운반 기체에 의해 저진공 조건 내지 과압 조건에서 하나 또는 각각의 전구체층을 지나가는 것을 특징으로 한다. 이러한 상황에서의 프로세스 조건을 저진공 조건이라고 하고, 저진공 조건은 프로세스 압력에서 대기 압력 내지 1 mbar이다. 그러나 본 발명에 따른 방법 및 본 발명에 따른 장치는 기본적으로 과압에서도 이용될 수 있다.
본 발명에 따라, 전구체층과의 반응에 필요한 셀레늄 또는 전구체층과의 반응에 필요한 황은 H2Se- 또는 H2S-가스에 의해서가 아니라, 원소 셀레늄- 또는 황 증기, 즉 원소 셀레늄을 포함하는 증기 또는 황 원소를 포함하는 증기에 의해 제공된다. 그러므로 본 발명에 따라 H2Se 및/또는 H2S는 사용되지 않을 수 있다. 그럼에도 불구하고 본 발명에 따른 방법은 원소 셀레늄 증기를 이용한 셀레늄화 단계 전에, 동안에 또는 후에, 또는 원소 황 증기를 이용한 황화 단계 전에, 동안에 또는 후에 H2Se 및/또는 H2S의 사용을 허용한다. 특히 본 발명에 따른 방법의 실시예에서 셀레늄화 단계 전에 및/또는 동안 원소 셀레늄 H2Se 및/또는 H2S은 특히 실온 내지 350℃에서, 바람직하게는 100℃ 내지 350℃에서 첨가될 수 있다.
H2Se 및/또는 H2S와 달리, 원소 셀레늄 증기와 원소 황 증기는 높은 독성도 폭발성도 갖지 않으므로 취급 시 실질적으로 위험이 덜하므로, 복잡하고 비용이 많이 드는 안전 수칙이 생략될 수 있다. 또한, 원소 셀레늄 증기와 원소 황 증기는 간단하게 예를 들어 셀레늄- 또는 황 용융물로부터 얻어진다. 따라서 본 발명에 따른 방법은 실질적으로 더 낮은 비용으로 훨씬 더 안전하게 실시될 수 있다.
상기 방법의 바람직한 실시예들은 종속 청구항, 상세한 설명 및 도면에 제시된다.
실시예에서 가스 이송 장치는 분사 노즐 또는 팬을 의미한다. 또한, 가스 이송 장치, 특히 팬은 소정의 프로세스 제품 스택의 단부면들 중 하나의 영역에 배치되고 및/또는 프로세스 챔버 내에 이르는 구동 샤프트에 고정될 수 있다.
셀레늄- 또는 황 증기의 바람직한 증기압을 달성하기 위해, 특히 제 1 소스는 바람직하게 증가된 소스 온도에서 유지된다. 바람직하게 원소 셀레늄- 및/또는 황 증기가 기판을 지나가는 시점마다 소스 온도는 프로세스 챔버 내의 온도보다 낮고, 특히 최저 기판 온도보다 낮다. 이로 인해 프로세스 챔버에서 모든 기판 온도에 대해, 셀레늄 또는 황의 부분 압력이 각각의 기판 온도에서 셀레늄 또는 황의 증기압보다 낮은 것이 적용된다. 따라서 셀레늄- 또는 황 증기의 응결이 방지되고, 이것은 반도체층에 대한 균일 반응을 위한 중요한 전제 조건이다. 예컨대 기판상에서 셀레늄 증기의 응결로 인해 즉 셀레늄의 디웨팅(dewetting), 그에 따른 셀레늄의 측면(lateral) 비균일 층 두께 분포 및 래터럴 비균일 반응 과정이 나타날 수 있다.
본 발명에 따라, 기판은 강제 대류에 의해 가열되고 및/또는 원소 셀레늄- 또는 황 증기는 강제 대류에 의해 기판을 지나간다. 기판이 강제 대류에 의해 가열됨으로써, 기판에 걸친 온도 분포는 특히 균일하게 달성된다. 다시 말해서 기판에 걸친 온도 변화가 최소화된다.
원소 셀레늄- 또는 황 증기는 강제 대류에 의해 기판을 지나감으로써, 기판의 표면 위에서 볼 때 특히 전구체층과 셀레늄 또는 황의 균일 반응 과정이 이루어진다.
다른 실시예에 따라 원소 셀레늄- 및/또는 황 증기를 제 1 소스로부터 기판의 경로에 안내하는 공급 파이프 및/또는 프로세스 챔버를 규정하는 벽은 소스 온도보다 크거나 같은 온도에서 유지된다. 이로써, 셀레늄- 또는 황 증기가 공급 파이프 또는 프로세스 챔버 벽에서 응결되는 것이 아니라, 기판에 있는 전구체층과만 의도대로 화학 반응하는 것이 보장된다.
소스로서 유체 셀레늄 또는 유체 황을 포함하며 운반 기체를 안내하는 버블러(bubbler) 또는 유체 셀레늄 또는 황으로 채워진 도가니가 사용될 수 있고, 상기 도가니는 셀레늄 또는 황의 증발을 가능하게 하고 운반 기체가 지나가는 측면을 포함한다. 이러한 소스는 간단하고 저렴한 구조를 특징으로 할 뿐 아니라, 기존의 프로세스 시스템 내에 통합될 수 있으므로, 기존의 프로세스 시스템은 간단하게 본 발명에 따른 방법의 실시를 위해 개장될 수 있다. 상기 소스들은 프로세스 챔버 내에는 물론 프로세스 챔버 외부에도 제공될 수 있다. 본 발명의 의미에서 적절한 소스는 프로세스 챔버에도 고체 형태로 제공되는, 예컨대 펠릿 또는 분말 형태의 원소 셀레늄 및/또는 원소 황이다. 이러한 경우에 프로세스 챔버 내로의 장입 파이프 또는 장입 장치가 필요하고, 상기 파이프 또는 장치에 의해 고체 형태로 존재하는 원소 셀레늄 또는 고체 형태로 존재하는 황은 바람직하게 불활성 조건에서, 예컨대 보호 가스(아르곤, 질소 등) 하에서 예를 들어 프로세스 챔버에 장착된 하나 또는 다수의 도가니로 이송될 수 있다. 상기 도가니는 바람직하게 조절 방식으로 가열될 수 있고, 조절 가능한 흐름의 보호 가스와 조절 가능한 온도에 따라 배출될 수 있거나 유입될 수 있으므로, 증발율이 의도대로 영향을 받을 수 있고, 셀레늄- 또는 황-부분 압력이 측정됨으로써 프로세스 챔버 내의 상기 압력은 프로세스 동안 정확히 조절되어 설정될 수 있다. 따라서, 고체 형태의 셀레늄 및/또는 황은 전달 장치에 의해 프로세스 챔버 내로 제공되고, 이 경우 전달 장치는 제 2 공급 파이프 또는 슬루스(Sluice) 챔버일 수 있다. 이 경우 제 2 및/또는 적어도 하나의 제 3 공급 파이프을 통해 예비 가열된 운반 기체가 내부 셀레늄- 및/또는 황 소스에 공급되는 방법이 바람직하다.
실시예에서 고체 셀레늄 및/또는 고체 황은 프로세스 챔버 내에 제공된 가열 유닛에 의해 강제 대류를 이용하여 증기상으로 바뀐다. 다른 실시예에서 교체 가능한 도가니- 소위 셔틀 - 는 고체 형태의 원소 셀레늄 또는 고체 형태의 원소 황을 포함하는 프로세스 챔버 외부에 장착되고, 바람직하게 불활성 조건에서, 예컨대 보호 가스(아르곤, 질소 등) 하에서, 예를 들어 전술한 전달 장치 또는 슬루스 챔버에 의해 프로세스 챔버 내로 전달된다. 상기 도가니도 바람직하게 조절 방식으로 가열될 수 있고, 조절 가능한 흐름의 보호 가스와 조절 가능한 온도에 따라 배출될 수 있거나 또는 유입될 수 있으므로, 증발율이 의도대로 영향을 받을 수 있고, 셀레늄- 또는 황-부분 압력이 측정됨으로써 프로세스 챔버 내의 상기 압력은 프로세스 동안 정확히 조절되어 설정될 수 있다. 바람직하게 전구체층과 셀레늄 및/또는 황의 화학적 반응, 즉 약 1 mbar 내지 1030 mbar의 프로세스 챔버 내의 압력에서 셀레늄화 또는 황화가 이루어진다. 이러한 프로세스 압력은 프로세스 가스, 특히 셀레늄 증기 또는 황 증기가 프로세스 챔버로부터 누출될 수 없을 정도로 낮다. 동시에 상기 프로세스 압력은, 프로세스 동안 고진공 프로세스 또는 중진공 프로세스는 적절하지 않을 정도로 높다. 제공된 펌프의 진공 기술과 특히 펌핑 용량에 대해 낮은 요구 조건이 제시될 수 있으므로, 이 방법은 전체적으로 더 저렴하게 실시될 수 있다.
셀레늄 증기압 및 황 증기압은 각각의 프로세스 온도에 따라 1e-7 mbar 1000 mbar일 수 있다. 전형적으로 셀레늄- 또는 황-부분 압력은 0.001 mbar 내지 100 mbar이다.
I-III-VI-화합물-반도체층 또는 칼코파이라이트-반도체층의 특히 양호한 제조에 적합한 본 발명에 따른 방법의 특수한 실시예에 따라, 이 방법은 다음 단계들을 포함한다:
- 5℃/min 내지 600℃/min, 바람직하게 10℃/min 내지 60℃/min의 가열율로, 제 1 온도, 특히 실온으로부터 400℃ 내지 600℃, 바람직하게는 400℃ 내지 500℃의 온도로 기판 온도를 높이는 단계;
- 100℃ 내지 350℃, 특히 120℃ 내지 300℃의 기판 온도부터 원소 셀레늄 증기를 프로세스 챔버 내로 공급하고, 경우에 따라서 프로세스 챔버 내로 원소 황 증기의 공급이 이루어지고, 경우에 따라서 소정의 부분 압력, 바람직하게는 0.001 mbar 내지 100 mbar의 부분 압력으로 셀레늄 소스 온도를 조정하는 단계;
- 기판 온도를 400℃ 내지 600℃에서 1분 내지 120분, 바람직하게는 10분 내지 30분 동안 유지하는 단계;
- 400℃ 내지 600℃에서 기판 온도를 유지하는 동안, 예정된 제 1 지속시간 후에, 특히 1 내지 120분, 바람직하게는 1 내지 60분의 지속 시간 후에 프로세스 챔버 내로 원소 셀레늄 증기 및 경우에 따라서 원소 황 증기의 공급을 차단하는 단계;
- 특히 적어도 하나의 불활성 가스로 프로세스 챔버를 적어도 한 번 펌프 아웃 및/또는 세척하는 단계;
- 원소 황 증기를 프로세스 챔버 내로 공급하는 단계;
- 대략 5℃/min 내지 600℃/min, 바람직하게 10℃/min 내지 60℃/min의 가열율로, 대략 450℃ 내지 650℃, 바람직하게는 500℃ 내지 550℃의 온도로 기판 온도를 더 높이고, 경우에 따라서 바람직하게는 0.001 mbar 내지 100 mbar의 부분 압력으로 황 소스 온도를 조정하는 단계;
- 1분 내지 120분 동안, 바람직하게는 1분 내지 60분 동안 그리고 특히 바람직하게 10분 내지 30분 동안 450℃ 내지 650℃의 기판 온도를 유지하는 단계;
- 450℃ 내지 650℃의 기판 온도를 유지하는 동안, 예정된 제 2 지속 시간 후에, 특히 1분 내지 120분, 바람직하게 1분 내지 60분의 지속 시간 후에 프로세스 챔버 내로 원소 황 증기의 공급을 차단하는 단계;
- 기판을 냉각하는 단계, 및
- 프로세스 챔버를 특히 적어도 하나의 불활성 가스로 펌프 아웃 및/또는 세척하는 단계.
또한, 제 1 단계에서 원소 셀레늄 증기는 하나의 전구체층 또는 각각의 전구체층을 지나갈 수 있고(셀레늄화 단계), 후속 단계에서 원소 황은 전구체층 또는 각각의 전구체층을 지나갈 수 있다(황화 단계).
바람직하게는 셀레늄화 단계 동안, 예를 들어 120℃ 내지 600℃의 기판 온도부터, 셀레늄 대 황의 부분 압력 비율이 0 내지 0.9 또는 바람직하게 황 대 셀레늄의 부분 압력 비율은 0 내지 0.9 이상, 바람직하게는 0.1 내지 0.3으로 조정되도록, 원소 황 증기가 프로세스 챔버 내로 공급된다.
또한, 본 발명에 따른 방법을 포함하는 실시예에서 반도체층, 바람직하게는 칼코파이라이트-반도체층, 바람직하게 I-III-VI-화합물 반도체층 그리고 특히 Cu(In,Ga)(Se,S)2-반도체층의 제조를 위한 코팅된, 특히 평판 기판, 특히 예비 코팅된 유리 기판은 예컨대 태양 전지를 위해 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 방법이 지금까지 특히, 칼코파이라이트-반도체층의 제조를 위한 전구체층의 셀레늄화 또는 황화와 관련해서 설명되었더라도, 본 발명에 따른 방법은 다른 반도체층의 제조에도 적합하다는 사실이 참조된다. 따라서 제조될 반도체층은 버퍼층, 예컨대 In2S3-층 또는 인듐설파이드(indium sulfide)와 인듐셀레니드(indium selnide)로 이루어진 상혼합(phase mixture), 예컨대 In(S,Se)3을 포함하는 층일 수 있다. 이러한 경우에 전구체층은 인듐 및/또는, 인듐과 산소 및/또는 염소 및 특히 황 및/또는 셀레늄에서 선택된 하나 또는 다수의 원소들의 화합물을 포함할 수 있다. 이러한 전구체층은 예컨대 당업자에게 공지된 박층-증착 방법, 예를 들어 캐소드증착(스퍼터링), 진공 증착과 같은 PVD-방법 또는 CVD-방법에 의해 얻어질 수 있다. 구체적으로는, 황화 시 In2S3-반도체-버퍼층 또는 황화 및 셀레늄화시 이러한 순서로 또는 반대 순서로 또는 동시에 In2(S,Se)3-층을 I-III-V-반도체층 상에 형성하기 위해, 예컨대 몰리브덴에 형성된 I-III-V-반도체층에 인듐 또는 인듐-황-화합물의 박막이 증착될 수 있다. 따라서 전구체층이 인듐,아연, 또는 마그네슘에서 선택된 하나 또는 다수의 원소들을 포함하는 것이 고려될 수 있고, 이로써 예컨대 ZnS- 또는 MgS-층 또는 예컨대 인듐설파이드와 아연설파이드를 포함하는 혼합 형태가 형성될 수 있다.
I-III-V-반도체층 상에 제공되는 버퍼층의 제조 시 본 발명에 따른 방법에서 규칙적으로 기판 온도가 선택될 수 있고, 상기 기판 온도는 본 발명에 따른 방법에 에 따라 I-III-V-반도체층의 형성시 사용되는 온도보다 낮다. 이로써 I-III-V-반도체층 표면의 원치 않는 변형이 방지될 수 있다. 바람직하게 기판 온도는 350℃보다 낮거나 같은 값으로, 바람직하게 250℃보다 낮거나 같은 값으로 제한된다. 또한, 버퍼층의 제조 동안, 150℃보다 높은, 바람직하게는 160℃보다 높거나 같은 온도가 선택되는 경우에 바람직하다.
셀레늄- 및 황-소스 온도에 대해서는 일반적으로, 상기 온도들이 방법의 각 단계에서 기판 온도보다 작거나 같게 유지되는 것이 적용된다. 이러한 경우를 위해 최대로 달성 가능한 증기압은 해당하는 최대 프로세스 온도에서 황- 및 셀레늄-증기압 특성 곡선에 제시될 수 있다.
제조될 반도체층의 프로세스 실행에 따라, 원소 셀레늄- 또는 황 증기를 포함하는 운반 기체에 추가로 적어도 하나의 반응 가스, 예를 들어 특히 수소, H2Se 또는 H2S가 혼합되는 경우에 바람직할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 대상은 본 발명에 따른 방법의 실시를 위한 프로세스 장치이고, 상기 장치는 적어도 하나의 처리될 기판, 특히 처리될 기판들의 스택을 수용하기 위해 진공화될 수 있는 프로세스 챔버, 처리될 기판을 특히 대류에 의해 가열하기 위한 가열 유닛, 프로세스 챔버 외부에 놓이고 제 1 공급 파이프를 통해 프로세스 챔버에 연결된, 원소 셀레늄- 및/또는 황 증기용 제 1 소스 및/또는 프로세스 챔버 내부에 놓인, 원소 셀레늄 및/또는 황 증기용 제 2 소스, 및 프로세스 챔버 내에 특히 강제 대류에 의해 가스 유동 순환을 형성하기 위한 가스 이송 장치를 포함한다.
본 발명에 따른 장치는 실시예에서 가스 이송 장치로서 분사 노즐 또는 팬을 포함한다. 이 경우, 바람직하게 가스 이송 장치, 특히 팬은 적어도 하나의 기판 스택의 단부면의 영역에 배치되거나 또는 배치될 수 있다.
또한, 바람직한 실시예에서 본 발명에 따른 프로세스 장치는 프로세스 챔버를 규정하는 벽의 적어도 부분 영역을, 특히 전체 벽을, 그리고 경우에 따라서는 공급 파이프의 적어도 하나의 섹션을 정해진 온도에서 유지하기 위해, 적어도 하나의 템퍼링 장치를 포함한다.
본 발명에 따른 프로세스 장치는 처리될 적어도 하나의 기판 및 특히 처리될 기판의 스택을 수용하기 위한 진공화될 수 있는 프로세스 챔버, 처리될 기판을 특히 대류에 의해 가열하기 위한 가열 유닛, 프로세스 챔버 외부에 놓이고 공급 파이프을 통해 프로세스 챔버에 연결된, 원소 셀레늄- 및/또는 황 증기용 제 1 소스 및/또는 프로세스 챔버 내부에 놓인 원소 셀레늄- 및/또는 황 증기용 제 2 소스, 경우에 따라서 프로세스 챔버를 규정하는 벽의 적어도 부분 영역과 공급 파이프의 적어도 하나의 섹션을 정해진 온도에서 유지하기 위한 템퍼링 장치, 및 강제 대류의 달성을 위한 적어도 하나의 가스 이송 장치를 포함한다.
템퍼링 장치에 의해 프로세스 챔버 벽과 공급 파이프는, 프로세스 챔버 벽 또는 공급 파이프의 재료가 프로세스 가스 분위기의 영향을 받아도 부식되지 않는 온도에서 유지될 수 있다. 예컨대 부식 작용은 온도에 따라 현저히 증가하고, 온도가 250℃보다 낮은 경우에 셀레늄- 또는 황을 포함하는 프로세스 가스 분위기에서 특수강은 거의 눈에 띄지 않게 부식되는 것이 공지되어 있다. 셀레늄 및 황에 대해 공지된 증기압 특성 곡선은, 셀레늄 또는 황이 프로세스 조건에서 템퍼링되고 열 절연된 프로세스 챔버의 벽에서 응결되는 것을 예측할 수 없다. 템퍼링에 의해 프로세스 챔버는 고온 벽 반응기의 모델에 할당 배치되고, 상기 반응기는 장시간 안정적이고 프로세스에 해를 끼치는 입자를 방출하지 않는다. 또한, 템퍼링에 의해, 일반적으로 프로세스 가스의 증기- 또는 가스 형태의 성분들과 특히 셀레늄 또는 황은 프로세스 과정 동안 조절 불가능하게 응결되지 않고 조절 불가능하게 다시 프로세스로 복귀되지 않기 때문에, 프로세스를 매우 양호하게 조절할 수 있는 것이 보장된다.
프로세스 챔버는 금속 재료로 형성될 수 있다. 이로 인해 프로세스 챔버는 프로세스 용량이 동일한 경우뿐만 아니라, 챔버 체적이 더 큰 경우에도 예컨대 석영관보다 경제적으로 더 저렴한 비용으로 제조될 수 있다. 석영관-확산로가 80cm까지의 직경으로만 제조될 수 있는 한편, 금속 재료로 형성된 프로세스 챔버는 적절한 높이와 너비에 의해 비교적 간단하게 프로세스 제품 크기, 즉 기판 면적에 맞게 조정될 수 있다.
바람직하게 프로세스 챔버 벽의 내측면에 열 절연 재료가 제공되고, 상기 제료는 프로세스 조건에서 바람직하게 내반응성을 가질 수 있다. 절연 재료는 한편으로는 예컨대 부식에 대한 프로세스 챔버 벽의 보호부를 형성하고, 다른 한편으로는 프로세스 챔버 내의 가스 분위기로부터 프로세스 챔버 벽의 확실한 열적 디커플링을 제공하므로, 가스 분위기의 온도는 더 정확히 조절될 수 있다. 열적 디커플링은 실질적으로 낮은 비열용량(Specific Heat Capacity)에 기인하며, 낮은 열 전도성과 몇몇 경우에는 절연 재료의 특징인 낮은 방사율에 기인한다. 또한, 열 절연 재료는, 프로세스 챔버 벽이 뜨거운 프로세스 가스에 의해 정해진 온도를 넘어서 가열되거나 열 방출이 너무 커지는 것을 저지한다. 열 절연 재료는 특히 가스 이송 장치에 의한 강제 대류 시 바람직한데, 그 이유는 그런 경우에 열 방출은 그 밖의 경우에는 양호한 열 방출로 인해 확실하게 억제되기 때문이다.
절연 재료는 예컨대 세라믹, 유리 세라믹, 그래파이트폼 또는 탄소 섬유 강화 탄소 복합재료(CFC) 또는 그라파이트펠트와 같은 섬유 재료를 포함하는 그래파이트 또는 예컨대 SiO2-및 Al2O3-섬유로 이루어진 세라믹 섬유 함유 절연 재료일 수 있다.
프로세스 장치의 실시예에 따라, 소스는 가열될 수 있고 진공화될 수 있는 소스 챔버 및 파이프를 포함하고, 상기 챔버에는 셀레늄- 또는 황 용융물로 채워진 도가니가 배치되고, 특히 예비 가열된 운반 기체용 상기 파이프는 운반 기체가 버블러의 원리에 따라 셀레늄- 또는 황 용융물을 통해 안내되거나 셀레늄- 또는 황 용융물의 표면 위로 미끄러질 수 있도록 배치된다. 가열 가능한 도가니와 파이프는 바람직하게 셀레늄 또는 황에서 내반응성인 재료를 포함하고, 예를 들어 세라믹, 석영 또는 내식성 특수 합금으로 형성된다.
또한, 본 발명에 따른 장치의 프로세스 챔버에는 상기 프로세스 챔버 내에서 가스 유동 순환을 형성하기 위한 가스 이송 장치가 배치된다. 가스 이송 장치는 바람직하게 적어도 하나의 팬을 포함한다. 팬은 예컨대 축방향-또는 방사방향 블로어로 형성될 수 있다.
팬은 내반응성 재료를 포함할 수 있고, 구동 샤프트에 고정될 수 있으며, 상기 구동 샤프트는 프로세스 챔버 내에 이르고 바람직하게 마찬가지로 내반응성 재료를 포함한다. 내반응성 재료를 사용함으로써 팬 및/또는 구동 샤프트는 프로세스 가스의 반응 성분에 의한 작용과 특히 부식에 대해 보호된다.
바람직하게 팬은 기판 스택의 단부면들 중 하나의 단부면의 영역에 배치된다. 팬의 이러한 배치는 프로세스 가스가 기판 스택의 특히 균일한 관류 및 특히 균일한 층 증착과 층 반응을 지원한다.
가스 유동의 균일성과 유동 속도를 더 높이기 위해, 바람직하게 기판 스택의 다른 단부면의 영역에 다른 팬이 배치된다. 2개의 팬의 배치 시 바람직하게 하나의 팬은 프로세스 가스가 기판 스택 내로 공급되도록 형성되는 한편, 다른 팬은 프로세스 가스가 기판 스택으로부터 배출되도록 형성된다. 하나의 팬은 다시 말해서 소위 추진 -모드로 작동하는 한편, 다른 팬은 흡입-모드로 작동한다.
팬 또는 구동 샤프트의 내반응성 재료는 예컨대 질화규소 또는 탄화규소와 같은 세라믹 재료일 수 있다.
바람직하게 팬(들)의 구동은 회전 반대 방향으로도 작동될 수 있으므로, 가스 유동 순환은 반대 방향일 수 있다. 선택적으로 방사방향-팬들이 기판 스택의 2개의 측면에 장착될 수 있고, 상기 측면에서 먼저 스위치 오프된 팬의 스위치 온 및 먼저 스위치 온 된 팬의 스위치 오프에 의해 가스 이송 장치의 방향 전환이 이루어진다.
다른 실시예에 따라, 프로세스 챔버 내의 가스, 특히 원소 셀레늄- 또는 황 증기와 혼합된 운반 기체를 가열하기 위해, 가열 유닛은 가스 이송 장치에 의해 형성된 가스 유동 순환 내에 배치된다. 다시 말해서 가열 유닛은 프로세스 챔버 내에 배치되므로, 프로세스 챔버 외부에 있는, 프로세스 가스를 가열하기 위한 열원, 예컨대 적외선 방출원이 생략될 수 있다. 이로써 프로세스 챔버는 적외선 방출과 관련해서 최적화될 필요가 없고, 이것은 프로세스 챔버의 구조를 현저히 간단하게 하고 또한 프로세스 챔버의 제조를 위한 금속 재료의 사용을 가능하게 한다.
가열 유닛은 적어도 하나의 내식성 가열 부재를 포함할 수 있다. 특히 가열 유닛은 저항-가열 부재의 플레이트 스택으로서 형성될 수 있다. 예컨대 이 경우 그래파이트- 또는 탄화규소-가열 부재가 플레이트 형태의 곡류형 가열기 또는 가열 로드로서 사용될 수 있다. 가스 유동 속도, 열 출력 및 가열기 매트릭스의 표면의 설계에 따라, 분당 수 ℃에서 초당 수 ℃의 프로세스 제품 가열율이 달성될 수 있다.
다른 실시예에 따라, 프로세스 챔버 내의 가스, 특히 셀레늄- 또는 황 증기와 혼합된 운반 기체를 냉각하기 위한 냉각 유닛은 가스 이송 장치에 의해 형성된 가스 유동 순환 내에 배치된다.
냉각 유닛은 적어도 하나의 냉각 부재와 특히 플레이트 스택 냉각기 또는 파이프 묶음 냉각기를 포함할 수 있다. 냉각 부재는 예컨대 오일 템퍼링 장치에 의해 대략 200℃의 온도에서 유지될 수 있다. 가스 유동 속도, 냉각 출력 및 냉각 장치의 표면에 따라, 분당 수 ℃까지, 특히 분당 수십 ℃까지의 프로세스 제품 냉각율이 달성될 수 있다.
다른 실시예에 따라, 가스 편향 부재가 배치되고, 상기 부재에 의해 가스 유동 순환은, 가열 유닛 또는 냉각 유닛이 가순 유동 순환 내에 배치되도록 편향될 수 있다. 가스 편향 부재는 적절하게 조정 시 프로세스 제품을 원하는 온도로 매우 신속하게 가열 또는 냉각시킬 수 있고, 이로 인해 최종적으로 프로세스 챔버 내에서 임의의 온도 프로파일이 구현될 수 있다.
가스 이송 장치에 추가하여 프로세스 장치는 가스 안내 장치를 포함할 수 있고, 상기 가스 안내 장치는 기판 스택을 수용하고, 형성된 가스 유동 순환의 적어도 일부가 가스 안내 장치를 통해 흘러 가도록 프로세스 챔버에 배치된다. 가스 이송 장치와 가스 안내 장치는 한편으로는 강제 대류에 의한 기판 스택의 특히 균일한 가열과 냉각을 제공하고, 다른 한편으로는 특히 균일한 가스 분포를 제공하고, 이로 인해 기판상에 예컨대 칼코파이라이트-반도체의 특히 균일한 적층을 제공한다.
가스 이송 장치, 가스 안내 장치 및 가열 유닛의 조합은 가열- 및 냉각 속도를 높일 수 있고, 이로 인해 더 단축된 프로세스 시간 및 프로세스 제품의 더 높은 스루풋(throughput)이 가능해진다.
가스 안내 장치는 적어도 하나의 상부 분리 플레이트와 하부 분리 플레이트를 포함할 수 있고, 상기 상부 분리 플레이트는 기판 스택을 수용하는 가스 안내 장치의 상부에서 프로세스 챔버의 제 1 챔버 영역을 규정하고, 상기 하부 분리 플레이트는 기판 스택을 수용하는 가스 안내 장치의 하부에서 프로세스 챔버의 제 2 챔버 영역을 규정한다. 또한, 가스 안내 장치는 2개의 측면 분리 플레이트도 포함할 수 있다.
바람직하게 가스 안내 장치는 가스 유동의 평면적으로 균일한 분배를 위한 적어도 하나의 분배 장치를 포함하고, 기판 스택은 바람직하게 분배 장치의 하류쪽에 배치된다. 분배 장치는 예컨대 슬롯 및/또는 홀을 가진 플레이트일 수 있다. 분배 장치와 가스 안내 장치는 바람직하게 내반응성 재료, 예를 들어 유리 세라믹, 탄화 규소, 석영 또는 질화 규소로 이루어진다. 프로세스 챔버 벽과 유사하게, 가스 안내 장치의 표면에도 열 절연 재료가 제공될 수 있고, 상기 재료는 프로세스 조건에서 바람직하게 내반응성이다. 이로 인해 가스 안내 장치는 적어도 계속해서 프로세스 챔버 내의 가스 분위기에 의해 열적으로 디커플링 되므로, 특히 온도-설정 변동이 다이내믹한 경우에 프로세스 장치는 전체적으로 낮은 열 질량을 갖고, 이로 인해 프로세스 챔버 내의 프로세스 가스의 온도는 더 신속하고 정확하게 조절될 수 있다. 프로세스 가스의 반응 성분들에 대한 상기 프로세스 가스의 반응 내성에 의해 절연 재료는 가스 안내 장치를 위한 예컨대 부식 방지부를 형성한다.
본 발명에 따른 장치의 실시예에서, 제 1 소스는 셀레늄- 또는 황 용융뮬로 채워진 도가니가 배치되거나 배치될 수 있는, 가열 및 진공화될 수 있는 소스 챔버 및 파이프를 포함하고, 상기 챔버에는 셀레늄- 또는 황 용융물로 채워진 도가니가 배치되거나 배치될 수 있고, 상기 파이프는 운반 기체가 버블러의 원리에 따라 셀레늄- 또는 황 용융물을 통해 안내되거나 안내될 수 있고 또는 셀레늄- 또는 황 용융물의 표면 위로 미끄러지거나 미끄러질 수 있도록, 특히 예비 가열된 운반 기체를 위한 파이프을 포함하고, 이 경우 도가니와 파이프는 바람직하게 셀레늄 또는 황에서 내반응성 재료, 특히 세라믹, 석영 또는 내식성 특수 합금 또는 내식성 코팅으로 이루어진 재료를 포함한다.
또한, 프로세스 챔버 내의 가스를 가열하기 위해 가열 유닛은 가스 이송 장치에 의해 형성된 가스 유동 순환 내에 배치되거나 배치될 수 있고; 및/또는 프로세스 챔버 내의 가스를 냉각하기 위한 냉각 유닛은 가스 이송 장치에 의해 형성된 가스 유동 순환 내에 배치되거나 배치될 수 있고; 및/또는 가스 편향 부재가 제공되고, 상기 부재에 의해 가스 유동 순환은 가열 유닛 또는 냉각 유닛이 가스 유동 순환 내에 배치되거나 배치될 수 있도록 방향 전환될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 장치는 바람직한 실시예에서 특히 미리 도우징된 고체 셀레늄 및/또는 고체 황을 프로세스 챔버 내로 전달하기 위한 적어도 하나의 장치를 특징으로 할 수 있다. 전달 장치는 제 2 공급 파이프 및/또는 특히 고체 셀레늄 또는 고체 황을 위한 수용 장치를 포함하는 슬루스 챔버를 갖는다.
본 발명의 다른 대상은 적층된 기판들을 적어도 하나의 프로세스 장치로 처리하기 위한 프로세스 시스템이고, 상기 프로세스 장치는 기판 스택을 프로세스 챔버 내로 공급할 수 있는 충전 개구와 기판 스택을 프로세스 챔버로부터 제거될 수 있는 제거 개구를 포함한다.
바람직하게 프로세스 시스템은 하나의 프로세스 장치에 인접하게 배치된 다른 프로세스 장치 및 충전 개구를 포함하고, 상기 충전 개구는 상기 하나의 프로세스 장치의 제거 개구와 일직선으로 정렬된다. 충전 개구 및/또는 제거 개구는 도어, 특히 플레이트 밸브에 의해 폐쇄될 수 있다.
바람직하게 다른 프로세스 장치는 냉각 유닛을 구비한 냉각 장치를 포함하고, 상기 냉각 유닛은 냉각 장치의 진공화될 수 있는 프로세스 챔버에서 가스 이송 장치에 의해 형성된 가스 유동 순환 내에 배치된다. 또한, 프로세스 시스템은 순환 방향으로 볼 때 제 1 프로세스 장치 앞쪽에 지지된, 대류에 의한 예비 가열이 이루어지거나 또는 이루어지지 않는 슬루스 챔버를 포함한다.
다수의 프로세스 장치들을 인접하게 배치함으로써, 프로세스 시스템은 처리될 프로세스 스택을 위한 연속 모드 시스템을 형성한다. 어떤 의미에서는 "배치(batch)-인라인-시스템"일 수 있고, 상기 시스템에는 계속되는 연속 모드의 장점과 배치-모드의 장점이 통합되어 있다.
물론, 프로세스 장치의 개수는 2개로 제한되지 않는다. 프로세스 시스템이 예컨대 n개의 프로세스 장치들과 m개의 냉각 장치들을 포함할 수 있고, 이 경우 n과 m은 자연수이고, 배치-인라인 조합-프로세스 시스템의 가장 간단한 변형의 경우에만 n = m = 1이다.
본 발명은 하기에서 바람직한 실시예를 참고로 첨부된 도면과 관련해서 예시적으로만 설명된다.
도 1은 본 발명에 따른 프로세스 장치의 개략도.
도 2는 소스 온도의 함수로서 셀레늄과 황의 증기압 특성곡선을 도시한 도면.
도 3은 칼코파이라이트-반도체의 제조를 위해 도 1의 장치에서 실시된 방법 동안 기판 온도와 소스 온도의 시간에 따른 변화를 도시한 그래프.
도 4는 도 1의 A-A을 따른 프로세스 장치의 개략적인 종단면도.
도 5는 도 1에 도시된 방식의 프로세스 장치와 그 옆에 배치된 냉각 장치를 포함하는 프로세스 시스템의 개략적인 종단면도.
도 6은 프로세스 장치 앞쪽에 배치된 슬루스 챔버와 프로세스 장치 뒤쪽에 배치된 냉각 장치를 포함하는 프로세스 시스템의 대안 실시예의 개략적인 종단면도.
도 7은 본 발명에 따른 프로세스 장치의 대안 실시예의 개략도.
도 8은 본 발명에 따른 프로세스 장치의 다른 대안 실시예의 개략도.
도 9는 도 9에 따른 본 발명에 따른 장치의 단면을 상세하게 도시한 개략적이 횡단면도.
도 2는 소스 온도의 함수로서 셀레늄과 황의 증기압 특성곡선을 도시한 도면.
도 3은 칼코파이라이트-반도체의 제조를 위해 도 1의 장치에서 실시된 방법 동안 기판 온도와 소스 온도의 시간에 따른 변화를 도시한 그래프.
도 4는 도 1의 A-A을 따른 프로세스 장치의 개략적인 종단면도.
도 5는 도 1에 도시된 방식의 프로세스 장치와 그 옆에 배치된 냉각 장치를 포함하는 프로세스 시스템의 개략적인 종단면도.
도 6은 프로세스 장치 앞쪽에 배치된 슬루스 챔버와 프로세스 장치 뒤쪽에 배치된 냉각 장치를 포함하는 프로세스 시스템의 대안 실시예의 개략적인 종단면도.
도 7은 본 발명에 따른 프로세스 장치의 대안 실시예의 개략도.
도 8은 본 발명에 따른 프로세스 장치의 다른 대안 실시예의 개략도.
도 9는 도 9에 따른 본 발명에 따른 장치의 단면을 상세하게 도시한 개략적이 횡단면도.
도 1에는 본 발명에 따른 프로세스 장치(10)가 도시되고, 상기 장치는 기판(12) 상에 Cu(In, Ga)(Se, S)2-반도체 박막을 형성하기 위해 제공되고, 상기 기판은 태양 전지의 제조에 사용되어야 한다.
프로세스 장치(10)는 진공화될 수 있는 프로세스 챔버(14)를 포함하고, 상기 챔버는 프로세스 챔버 벽(16)에 의해 제한된다. 프로세스 챔버 벽(16)은 특수강으로 형성되고 템퍼링 장치(18)에 의해 150℃ 내지 250℃의 온도로 유지된다.
이 실시예에서, 템퍼링 장치(18)는 프로세스 챔버(14)의 외측면에 장착된, 특히 프로세스 챔버 벽(16)에 용접된, 프로세스 챔버(14)를 곡류 형태로 둘러싸는 튜브 파이프(20)로 형성되고, 상기 파이프를 통해 적절한 가열 오일이 흐른다. 대안으로서 또는 추가로 가열 오일은 프로세스 챔버 벽(16) 내로 적절하게 유입되는 채널들(도시되지 않음)을 통해서도 흐른다. 추가로 프로세스 챔버 벽(16)의 외측면에는 열 절연 재료가 제공될 수 있다.
프로세스 챔버 벽(16)의 내측면에서 프로세스 챔버(14)는 입자가 거의 없는, 내식성 열 절연 재료(22)로 적어도 거의 완전히 케이싱 된다. 열 절연 재료(22)는 세라믹, 유리 세라믹, 예를 들어 탄소 섬유 강화 탄소 복합재료(CFC) 또는 그라파이트펠트와 같은 섬유 재료를 포함하는 그래파이트 또는 그래파이트폼, 또는 예를 들어 SiO2-및 Al2O3-섬유로 이루어진 세라믹 섬유를 포함하는 절연 재료일 수 있다.
프로세스 챔버(14)의 중앙 영역에 가스 안내 장치(24)가 배치된다. 가스 안내 장치(24)는 상부 분리 플레이트(26)와 하부 분리 플레이트(28)를 포함한다. 상부 및 하부 분리 플레이트(26, 28)에 추가하여 전방 및 후방 분리 플레이트(도시되지 않음)가 제공될 수 있다. 그러나 일반적으로 전방 및 후방 분리 플레이트는 생략되는데, 그 이유는 전방 및 후방 분리 플레이트들의 기능은 도어 또는 진공 밸브가 배치된 열 절연된 세라믹 측벽에 의해 충족되기 때문이다. 상부 및 하부 분리 플레이트들(26, 28) 및 경우에 따라서 전방 및 후방 분리 플레이트들은 바람직하게 내식성 재료, 예를 들어 CFC, 예컨대 탄화 규소 또는 질화 규소와 같은 세라믹 재료, 또는 유리 세라믹 재료로 형성된다.
또한, 모든 분리 플레이트들은 전술한 열 절연 재료(22)의 층으로 각각 케이싱 된다.
가스 안내 장치(24)는 분리 플레이트들(26, 28) 사이의 가스 안내 장치(24)의 (도 1 좌측) 제 1 단부면의 영역에 배치된 제 1 분배 장치(30) 및/또는 분리 플레이트들(26, 28) 사이의 가스 안내 장치(24)의 (도 1 우측) 제 2 단부면의 영역에 배치된 제 2 분배 장치(32)를 포함한다. 분배 장치들(30, 32)은 각각 내식성 재료, 예컨대 CFC, 탄화 규소, 질화 규소 또는 유리 세라믹 재료로 형성된다. 분배 장치(30, 32)는 이 실시예에서 플레이트일 수 있고, 상기 플레이트에는 수직으로, 특히 기판(12)과 일직선으로 정렬된 다수의 슬롯들(33)이 배치된다. 대안으로서 또는 추가로 플레이트 또는 모든 플레이트에 다수의 홀들이 형성될 수도 있다.
상부 및 하부 분리 플레이트(26, 28), 제 1 및 제 2 분배 장치(30, 32) 및 경우에 따라서 도시되지 않은 전방 및 후방 분리 플레이트들은 적어도 거의 밀봉방식으로 구현된 기판(12)을 위한 하우징을 형성하고, 이로써 가스 안내 장치(24)를 통해 흐르는 가스 유동(35)이 하우징에 안내되고 상기 하우징으로부터 측면으로 누설될 수 없다.
상부 분리 플레이트(26)와 프로세스 챔버 벽(16) 사이에 놓인 상부 챔버 영역(34)에 가열 유닛(36), 예컨대 탄화 규소-맨드릴-가열 매트릭스가 배치되는 한편, 하부 플레이트(28)와 프로세스 챔버 벽(16) 사이에 놓인 하부 챔버 영역(38)에는 냉각 유닛(40), 예컨대 플레이트 스택 냉각기 또는 튜브 묶음 냉각기가 배치된다. 대안으로서 냉각 유닛(40)은 상부 챔버 영역(34)에 배치될 수 있고, 가열 유닛(36)은 하부 챔버 영역(38)에 배치될 수 있거나, 또는 가열- 및 냉각 유닛은 상부 및 하부 챔버 영역에 상하로 배치될 수 있다(도시되지 않음). 후자의 경우에 하나의 분리 플레이트와 한 쌍의 가스 편향 부재만 필요하다. 분리 플레이트는 가열-및 냉각 유닛 사이에 배치되고, 가스 편향 부재들은 분리 플레이트의 단부면에 배치된다.
가열 유닛(36)의 단부(도 1의 우측 단부) 영역에 가스 유입 장치(42)가 배치되고, 상기 가스 유입 장치는 프로세스 챔버 벽(16)을 통해 연장되고, 프로세스 챔버(14)에 외부로부터 프로세스 가스(44), 이 실시예에서는 원소 셀레늄- 또는 황 증기를 포함하는 가스의 공급이 가능해진다. 가스 유입 장치(42)가 기본적으로 프로세스 챔버(14)의 임의의 위치에 배치될 수 있더라도, 도 1에 도시된 배치가 특히 바람직한데, 그 이유는 가스 유입 장치(42)를 통해 공급된 프로세스 가스(44)는 정상 작동 시 먼저 가열 유닛(36)을 순환하고, 이로써 프로세스 챔버(14) 내로 유입된 후에 바로 가열된다. 가스 유입 장치(42)는 공급 파이프(100)를 통해 원소 셀레늄 증기용 소스(102) 및 원소 황 증기용 공급 파이프(100)에 연결된다. 원소 셀레늄 증기용 소스(102)와 원소 황 증기용 소스(104)에 각각 공급 파이프(100)에 배치된 밸브(106 또는 108)이 각각 할당 배치되고, 상기 밸브는 원소 셀레늄 증기용 소스(102) 또는 원소 황 증기용 소스(104)가 선택적으로 접속되고 이로써 프로세스 챔버(14)가 선택적으로 원소 셀레늄 증기 및/또는 원소 황 증기를 공급하는 것을 가능해진다.
원소 셀레늄 증기용 소스(102)는 진공화될 수 있는 소스 챔버(110)를 포함하고, 상기 챔버에는 셀레늄 용융물(112)로 채워진 도가니(114)가 배치된다. 또한, 상기 소스(102)는 예비 가열된 불활성 운반 기체(118), 예컨대 질소 또는 아르곤용 파이프(116)를 포함한다. 예비 가열은, 운반 기체 온도가 도가니 온도를 초과하지 않도록 조절될 수 있다.
도시된 실시예에서 파이프(116)는, 운반 기체(118)가 버블러의 원리에 따라 셀레늄 용융물(112)을 통해 안내되도록 배치된다. 대안으로서, 파이프(116)는 운반 기체가 셀레늄 용융물(112)의 표면 위로 미끄러지도록 배치될 수도 있다. 소스(102)의 구성 시 특히, 운반 기체가 셀레늄 용융물(112)로부터 증발하는 원소 셀레늄 증기를 프로세스 챔버(14) 내로 이송하도록 소스(102)를 통해 안내되는 것이 중요하다.
셀레늄 용융물(112)로부터 원소 셀레늄의 충분한 증발, 즉 충분한 증기압을 보장하기 위해, 셀레늄 용융물(112)은 도시되지 않은 가열 유닛에 의해 정해진 셀레늄-소스 온도에서 유지된다. 대안으로서, 소스의 온도 프로파일이 가동될 수 있고, 상기 프로파일은 프로세스에 필요한 셀레늄-부분압력 변화를 가능하게 한다.
도 2에 도시된 셀레늄-증기압 특성 곡선에 제시된 바와 같이(곡선 a), 셀레늄 소스 온도가 대략 360℃일 때부터 1 Torr(1 Torr = 1.3 mbar)보다 큰 두드러진 증기압이 달성된다. 셀레늄화 프로세스는 하기에 상세히 설명된 저진공-, 대기 압력- 또는 과압 조건에서, 예컨대 적어도 900 mbar의 프로세스 챔버 압력 또는 전체 압력에서 실시될 수 있다.
도시된 실시예에서, 필요한 프로세스 챔버 압력은 대개 운반 기체(118)의 압력에 의해 조정되고, 상기 운반 기체는 셀레늄 증기를 운반 기체 압력과 셀레늄 증기압의 합인 전체 압력에 의해 소스 온도에 적절하게 프로세스 챔버(14) 내로 전달한다. 셀레늄-도가니 온도는 약 450℃로 설정되고, 운반 기체는 적어도 450℃로 설정되고, 셀레늄이 모두 응결되는 것을 방지하기 위해 프로세스 챔버(14)의 내부 표면의 온도와 특히 기판(12)의 온도가 절대 450 ℃에 미달되지 않음으로써, 예컨대 900 mbar의 전체 압력에서 셀레늄 부분 압력은 약 30 mbar(1 mbar = 0.7501 Torr)로 설정될 수 있다. 재현 가능하고 매우 양호하게 제어될 수 있는 프로세스를 위한, 프로세스 증기의 응결을 방지하기 위한 중요한 조건은 강제 확산을 이용한 본 발명에 따른 챔버 배치에 의해 특히 효과적으로 구현될 수 있다.
원소 황 증기용 소스(104)는 소스(102)에 상응하는 구조를 갖고, 즉 소스(104)도 진공화될 수 있는 소스 챔버(110')를 포함하고, 상기 챔버에 도가니(114')가 배치되고, 상기 도가니는 이 경우에 황 용융물(120)을 포함한다. 이 실시예에서, 예비 가열된 운반 기체(118), 예컨대 질소를 황 용융물(120)을 통해 안내하기 위해 소스(104)도 파이프(116')를 포함한다. 소스(102) 경우에서처럼 소스(104)의 파이프(116')도, 운반 기체가 황 용융물(120)의 표면 위로 미끄러지도록 배치될 수 있다.
또한, 원소 황 증기의 충분한 증발 또는 충분한 증기압을 보장하기 위해, 소스(104)의 황 용융물(120)도 도시되지 않은 가열 유닛에 의해 정해진 소스 온도에서 유지된다. 대안으로서 이 경우에도 소스의 온도 프로파일이 가동될 수 있고, 상기 프로파일은 프로세스에 필요한 황-부분 압력 특성 곡선을 가능하게 한다.
도 2에 도시된 황-증기압 특성 곡선에 제시된 바와 같이(곡선 b), 셀레늄과 달리 황의 경우에는 이미 280℃의 황-소스 온도부터 30 mbar의 증기압이 달성된다.
원소 셀레늄 증기용 소스(102)와 유사하게, 원소 황 증기용 소스에서도 도시된 실시예에 따라, 필요한 프로세스 챔버 압력은 대부분 운반 기체(18)의 압력에 의해 설정되고, 상기 운반 기체는 황 증기를 운반 기체 압력과 황 증기 압력의 합인 전체 압력에 의해 소스 온도에 따라 프로세스 챔버(14) 내로 전달한다.
원소 셀레늄- 또는 황 증기가 소스 챔버(110, 110')의 벽(122, 122') 또는 공급 파이프(100)의 벽에서 응결되는 것을 방지하기 위해, 소스 챔버 벽들(122, 122')과 공급 파이프(100)는 각각 템퍼링 장치(124, 124', 126)에 의해 정해진 온도에서 유지된다. 가스 유입 장치(42), 공급 파이프(100) 및 소스 챔버 벽(122)의 온도는 적어도 원소 셀레늄 증기용 도가니(114)의 온도만큼 높아야 하고, 공급 파이프(100)와 소스 챔버 벽(122')의 온도는 적어도 원소 황 증기용 도가니(114')의 온도만큼 높아야 한다.
또한, 도가니(114), 소스 챔버 벽(122), 밸브(106) 및 소스(102)의 파이프(116)는 셀레늄에서 내반응성인 재료를 포함하는한편, 도가니(114'), 소스 챔버 벽(122'), 밸브(108) 및 소스(104)의 파이프(116')는 황에서 내반응성인 재료를 포함한다. 따라서, 공급 파이프(100)와 가스 유입 장치(42)도 셀레늄 및 황에서 내반응성인 재료로 형성된다. 내반응성 재료들은 예컨대 세라믹, 석영, 내식성 특수 합금 또는 내식성 층으로 코팅된 금속 또는 금속 합금일 수 있다. 셀레늄- 또는 황 소스 및 공급-및 배출 파이프에는 열 절연된 기밀식 하우징(도시되지 않음)이 배치되고, 상기 하우징은 내식성 재료들이 손상된 경우에 셀레늄과 황이 주변으로 배출되는 것을 방지한다. 프로세스 챔버 내의 공기 침투를 저지하기 위해, 하우징과 그 내식성 재료 사이의 갭에 예컨대 질소가 공급된다. 셀레늄- 또는 황 소스에서 가능한 누설을 모니터링하기 위해 질소 공급이 모니터링될 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 가스 안내 장치(24)의 제 1 단부면의 영역에 적어도 하나의 팬(46)이 제 1 분배 장치(30) 앞에 배치되고, 상기 팬은 프로세스 챔버 벽(16)을 통해 연장되는 제 1 구동 샤프트(48)에 의해 구동된다. 가스 안내 장치의 대향 배치된 측면(24)에, 2개의 제 2 팬들(50)이 제 2 분배 장치(32)의 영역에 배치되고, 상기 팬들은 프로세스 챔버 벽(16)을 통해 연장되는 제 2 구동 샤프트(52)에 의해 구동된다. 이러한 배치는 하나의 측면에만 팬, 예컨대 팬(50)이 배치됨으로써 이루어질 수 있다.
제 1 및 제 2 팬(46, 50)은 물론 제 1 및 제 2 구동 샤프트(48, 52)는 내식성 재료, 예를 들어 세라믹 재료, 특히 질화 규소 또는 탄화 규소 또는 금속 또는 금속 합금과 같은 내식성 층으로 코팅된 재료로 형성된다. 제 1 팬(46)은, 가스가 가스 안내 장치(24) 내로 유입되도록 구동되는 한편, 제 2 팬(50)은 가스가 가스 안내 장치(24)로부터 배출되도록 구동된다. 팬들(46, 50)의 작동에 의해 가스 유동 순환이 형성되고, 상기 가스 유동 순환은 도 1에서 볼 때 시계 반대 방향으로 설정된다. 즉, 가스 유입 장치(42)를 통해 프로세스 챔버(14) 내로 안내된 프로세스 가스(44)는 우측에서 좌측으로 가열 유닛(36)을 통과한 다음, 아래로 그리고 좌측에서 우측으로 가스 안내 장치(24)를 통과한 후에 위로 그리고 다시 우측에서 좌측으로 가열 유닛(36)을 통해 흐른다.
프로세스 챔버(14) 내의 가스 유동을 추가로 제어하기 위해 전환 가능한 상부 가스 편향 부재들(54)의 상부 쌍과 전환 가능한 가부 가스 편향 부재들(56)의 하부 쌍이 제공된다. 상부 가스 편향 부재들(54)은, 가스 안내 장치(24)로부터 상부 챔버 영역(34) 내로 또는 상부 챔버 영역(34)으로부터 가스 안내 장치(24) 내로 프로세스 가스(44)의 유동을 허용하고, 스로틀 하거나 또는 완전히 저지할 수 있도록 배치된다. 상응하게 하부 가스 편향 부재들(56)은, 가스 안내 장치(24)로부터 하부 챔버 영역(38) 내로 또는 하부 챔버 영역(38)으로부터 가스 안내 장치(24) 내로 프로세스 가스(44)의 유동을 허용하고, 스로틀 하거나 또는 완전히 저지할 수 있도록 배치된다.
도 1에 도시된 상황에서, 상부 가스 편향 부재들(54)은 개방 위치에 있으므로, 프로세스 챔버(14)의 상부 영역을 통한, 즉 가스 안내 장치(24)와 가열 유닛(36)을 통한 프로세스 가스의 순환이 가능하다.
하부 가스 편향 부재들(56)은 그와 달리 폐쇄 위치에 있고, 즉 상기 부재들은 프로세스 챔버(14)의 하부 영역을 통한 그리고 특히 냉각 유닛(40)을 통한 프로세스 가스(44)의 순환을 저지한다. 도 1에 도시된 상황에서, 뜨거운 프로세스 가스만 순환하고, 이것은 예컨대 400℃ 내지 600℃의 소정의 프로세스 온도를 유지하는데 기여한다. 그와 달리 상부 가스 편향 부재들(54)이 폐쇄되고 하부 가스 편향 부재들(56)이 개방되면, 프로세스 가스(44)는 냉각 유닛(40)을 관류하고, 기판(12)은 감소된 온도, 예컨대 250℃로 냉각된다.
프로세스 챔버(14)를 충전하기 위해 프로세스 장치(10)는 그 전방면에 프로세스 챔버 벽(16) 내로 통하는 충전 개구(60)를 갖고, 상기 개구는 플레이트 밸브(62) 또는 다른 적절한 도어에 의해 폐쇄될 수 있다(도 4).
배치(Batch)라고도 하는 기판 스택(66)을 형성하기 위해, 처리될 기판(12)은 캐리어(64)에서 예컨대 롤러에 지지된 캐리지에서 수직으로 정렬되고 서로 이격 배치된다. 기판 스택(66)은 충전 개구(60)를 통해 프로세스 챔버(14) 내로 이동되고 가스 안내 장치(24)에 수용된다. 프로세스 챔버(14) 내의 산소 및 수분을 가능한 줄이기 위해, 충전 개구(60)의 폐쇄 후에 프로세스 챔버(14)의 반복적인 진공화와 세척이 이루어진다.
프로세스 챔버(14)의 진공화를 위해 프로세스 챔버 벽(16)에 적합한 흡입 개구(도시되지 않음)가 배치되고, 상기 개구에 마찬가지로 도시되지 않은 펌프 장치가 접속된다. 프로세스 챔버(14)의 세척을 위해 적합한 가스 유입부가 프로세스 챔버 벽(16) 내에 배치되고, 상기 가스 유입부를 통해 세척 가스, 예컨대 N2가 프로세스 챔버(14) 내로 유입될 수 있다.
프로세스 챔버(14) 내의 분위기가 적절하게 규정된 흡입 상태를 포함하는 즉시, 팬들(46, 50)이 스위치 온 되고, 가열 유닛(36)이 작동되고, 질소 가스가 프로세스 챔버(14) 내로 유입된다. 기판(12)의 가열을 가능하게 하기 위해, 도 1에 도시된 것처럼 이 시점에 상부 가스 편향 부재들(54)은 개방되고, 하부 가스 편향 부재들(56)은 폐쇄된다. 동시에 셀레늄-소스는 150℃ 내지 300℃의 기본 온도에서 유지된다(도 3의 특성곡선 A).
프로세스 챔버(14)의 온도가 예컨대 실온 내지 400℃ 그리고 바람직하게 150℃ 내지 300℃의 필수 반응 시작 온도에 도달하는 즉시, 원소 셀레늄 증기용 소스(102)에 할당된 밸브(106)가 개방되고 운반 기체(118)와 혼합된 원소 셀레늄 증기는 프로세스 가스(44)로서 가스 유입 장치(42)를 통해 프로세스 챔버(14) 내로 유입된다. 기판에서 셀레늄 응결이 저지되는 조건이 유지된다. 이것은 프로세스 챔버 내의 셀레늄-부분 압력이 현재의 기판 온도에서 증기압 값에 상응하게 셀레늄-증기압을 초과하지 않음으로써 달성된다. 셀레늄 증기의 유입 전에 프로세스 챔버 내의 운반 기체 압력과 운반 기체 온도가 측정됨으로써 그리고 프로세스 챔버 체적의 정보, 및 기판 온도, 셀레늄 소스를 통과하는 운반 기체 유동 및 셀레늄 도가니 온도가 측정됨으로써, 챔버 내의 셀레늄-부분 압력이 예컨대 컴퓨터에 의해 결정될 수 있고, 셀레늄 소스용 조절 장치에 전달될 수 있다. 상기 조절 장치는 증기압 특성 곡선을 고려하여 운반 기체(118)의 유동, 도가니-, 소스 벽- 및 유입-및 배출 파이프-온도를 조절한다. 셀레늄 응결을 저지하기 위한 충분한 조건은 예를 들어 셀레늄-소스 온도(도 3의 특성곡선 A)가 프로세스 챔버(14) 내의 온도보다 높지 않고, 특히 최저 기판 온도(도 3의 특성곡선 B)보다 높지 않은 것이다.
I-III-VI-화합물 반도체의 밴드갭에 의도대로 영향을 미치고 이로써 태양광 모듈의 효율을 높이기 위해, 바람직하게 황 대 셀레늄의 부분 압력-비율이 0 내지 0.9보다 크게, 바람직하게는 0.1 내지 0.3으로 설정되도록 이 단계에서 황 소스의 접속을 통해 셀레늄에 황이 공급될 수 있다. 황 소스의 조절은 전술한 셀레늄 소스의 조절과 유사하게 이루어진다. 예컨대 100 mbar 내지 대기 압력, 바람직하게는 700 mbar 내지 950 mbar의 프로세스 챔버 압력에서, 소정의 온도 프로파일(도 3)에서, 소정의 가스 유동 속도에서 그리고 예컨대 0.001 mbar 내지 100 mbar의 소정의 셀레늄 또는 황-부분 압력에서 일정한 지속 시간 동안 프로세스 가스(44)가 기판(12)을 지나서 유동한 후에, 원소 셀레늄- 및 황 증기의 공급이 중단되고, 팬(46, 50)이 스위치 오프되고, 프로세스 챔버(14)는 적어도 한 번 진공화되고 및/또는 세척된다. 대안으로서 셀레늄 증기의 공급만 중단될 수 있다. 셀레늄-소스 온도는 그 동안에 다시 예를 들어 150℃ 내지 300℃의 기본 온도로 감소된다.
후속해서 원소 황 증기용 소스(104)에 할당 배치된 밸브(108)가 개방되고, 운반 기체(118)와 혼합된 원소 황 증기는 프로세스 가스(44)로서 가스 유입 장치(42)를 통해 프로세스 챔버(14) 내로 안내된다. 대안 작동으로 밸브(108)가 개방되어 유지되다. 동시에, 팬들(46, 50)은 앞서 스위치 오프되었다면, 다시 스위치 온 된다. 프로세스 온도는 계속해서, 예를 들어 400℃ 내지 600℃로 증가하고, 일정한 지속 시간 동안 설정 온도에서 유지된다(도 3).
저진공, 대기 압력 또는 과압 범위의 프로세스 챔버 압력에서, 예컨대 0.01 내지 100 mbar에서 소정의 가스 유동 속도와 황 농도가 조절된다.
이 프로세스 단계에서도, 황 응결을 저지하기 위해, 프로세스 챔버 내의 황 부분 압력은 해당 기판 온도에서 황 증기 압력을 초과하지 않는 조건이 유지된다. 셀레늄 소스에 대해 적용되는 규칙과 조치들에 대한 설명이 이 경우에도 유사하게 적용된다. 이 경우에 충분한 조치는 황-소스 온도(도 3의 특성곡선 C)가 프로세스 챔버(14)의 온도보다 높지 않고, 특히 최저 기판 온도(도 3의 특성곡선 B)보다 높지 않은 것이다. 이를 위해 황-소스 온도는 예를 들어 100℃ 내지 450℃, 바람직하게는 150℃ 내지 350℃의 범위에서 유지되거나 보정된다.
가열 과정의 종료 후에 상부 가스 편향 부재들(54)은 폐쇄 위치가 되고, 하부 가스 편향 부재들(56)은 개방되므로, 프로세스 가스(44)는 냉각 유닛(40)을 통해 안내되고, 기판(12)의 냉각은 예컨대 350℃ 내지 150℃, 예컨대 250℃에서 이루어진다.
프로세스 챔버(14)를 다시 펌프 아웃하고 질소로 채운 후에, 기판 스택(66)의 프로세스가 종료되므로, 상기 기판 스택은 프로세스 챔버(14)로부터 제거될 수 있다.
프로세스 챔버((10)로 달성 가능하고 넓은 범위에서 - 예컨대 5℃/min 내지 600℃/min 에서 - 조절 가능한 가열- 및 냉각율은 프로세스 챔버(14)에서 기판 스택(66)의 프로세스를 가능하게 하고, 즉 이 실시예에서 금속 코팅된 유리 기판(12)의 셀레늄화 및 황화는 2시간 이내에서 실시될 수 있다.
기본적으로, 프로세스 제품 스택(66)은 프로세스 장치(10)의 전방면(58)에 있는 충전 개구(60)를 통해 제거하는 것이 가능하다.
이 실시예에서 프로세스 장치(10)는 그 후면(68)에 프로세스 챔버 벽(16) 내로 통하는 제거 개구(70)를 갖고, 상기 개구는 충전 개구(60)와 유사하게 플레이트 밸브(72) 또는 다른 적합한 도어에 의해 폐쇄 가능하다(도 4). 프로세스 장치(10)에 충전 개구(60) 및 대향 배치된 제거 개구(70)를 장착함으로써, 프로세스 장치(10)는 연속 작동 장치로서 사용되고 다른 가공 장치에도 결합될 수 있는 장점을 제공한다.
도 5에는 예컨대 프로세스 시스템이 도시되고, 상기 시스템은 프로세스 장치(10)와 출력측으로 상기 장치에 접속된 냉각 장치(10')를 포함한다. 냉각 장치(10')는 프로세스 장치(10)와 유사하게 형성되지만, 가열 유닛(36)이 배치된 상부 챔버 영역(34)이 없다는 것이 유일한 차이점이다. 냉각 장치(10)')는 유리 기판(12)의 냉각을 위해서만 제공되고, 냉각 가스, 특히 불활성 가수, 예컨대 질소 가스는 가스 안내 장치(24')를 통해 그리고 냉각 유닛(40')을 포함하는 하부 챔버 영역(38')을 통해서만 유동할 수 있고, 또한 상부 및 하부 가스 편향 부재들(54, 56)이 생략된다. 편의상 도 5에는 제 2 분배 장치(32)는 도시되지 않는다.
냉각 장치(10')는 연결 섹션(74)을 통해 프로세스 장치(10)에 결합되고, 냉각 장치(10')의 충전 개구(60')가 프로세스 장치(10)의 제거 개구(70)와 일직선으로 정렬되도록 상기 프로세스 장치 옆에 배치된다. 냉각 장치(10')의 충전 개구(60')는 플레이트 밸브(62')에 의해, 동시에 프로세스 장치(10)의 제거 개구(70)와 함께 또는 무관하게 개방되고 폐쇄될 수 있다.
프로세스 장치(10)와 냉각 장치(10')를 일렬로 배치함으로써, 프로세스 챔버(10)에서 프로세스 종료 후에 프로세스 제품 스택(66)을 제거 개구(70)와 충전 개구(60') 를 통해 냉각 장치(74) 내로 이동시킬 수 있다. 프로세스 장치(10)로부터 냉각 장치(74)로 프로세스 제품 스택(66)의 제거는 예컨대 400℃ 내지 200℃, 특히 300℃ 내지 250℃에서 이루어질 수 있다.
프로세스 제품 스택(66)을 냉각 장치(10')에 공급한 후에 플레이트 밸브(72)는 다시 폐쇄되고 프로세스 장치(10)에는 새로운 프로세스 제품 스택(66)이 제공된다.
동시에, 팬(50')의 작동에 의해 순환하는 질소 가스가 유리 기판(12)을 지나고 냉각 유닛(40')을 통해 안내됨으로써, 냉각 장치(10')에 있는 제 1 프로세스 제품 스택(66)은 예컨대 80℃까지 계속 냉각될 수 있다. 냉각 장치(10')의 최종 진공화와 마지막 충전 후에 프로세스 제품 스택(66)은 제거 개구(70')를 통해 냉각 장치(10')로부터 제거될 수 있다. 냉각 장치(10')는 다음 프로세스 제품 스택(66)을 프로세스 장치(10)로부터 받기 위한 준비 상태이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 프로세스 장치(10) 전방에 슬루스 챔버(76)가 배치될 수 있고, 상기 슬루스 챔버에 의해 프로세스 제품 스택(66)으로 프로세스 장치(10)를 충전할 때 주위 분위기가 프로세스 챔버(14) 내로 유입되는 것이 저지된다. 슬루스 챔버(76)에서 프로세스 제품 스택(66)은 실온으로부터 100℃ 내지 200℃, 예컨대 대략 150℃로 예비 가열될 수 있다.
또한, 프로세스 시스템에 의해 프로세스 제품 스택(66)을 지지하는 캐리어(64)의 이동을 위한 전달 매커니즘(Transport mechanism)은 캐리어(64)와 프로세스 제품 스택(66)을 슬루스 챔버(76)로부터 프로세스 챔버(14) 내로 삽입하는 삽입 장치 및 캐리어(64)와 프로세스 제품 스택(66)을 프로세스 챔버(14)로부터 냉각 장치(10') 내로 빼내기 위한 제거 장치를 포함할 수 있다. 이로 인해 전달 매커니즘의 이동된 부분들은 프로세스 시스템의 고온의 부식성 영역과 접촉하는 것이 저지될 수 있다.
도 7에는 본 발명에 따른 프로세스 장치(10)의 대안 실시예를 도시하고, 상기 프로세스 장치는 기판(12)에 예컨대 Cu(In, Ga)(Se, S)2-반도체 박막을 형성하기 위해 제공되고, 상기 기판은 태양 전지의 제조를 위해 사용되어야 한다.
프로세스 장치(10)는 진공화될 수 있는 프로세스 챔버(14)를 포함하고, 상기 프로세스 챔버는 프로세스 챔버 벽(16)에 의해 제한된다. 프로세스 챔버 벽(16)은 특수강으로 형성되고, 도 1에 하부에 도시된 프로세스 장치에서와 같이 형성될 수 있는 템퍼링 장치에 의해 150℃ 내지 250℃의 온도로 유지된다. 따라서, 프로세스 챔버(14) 외측면에 배치된, 특히 프로세스 챔버 벽(14)에 용접된, 프로세스 챔버(14)를 곡류 형태로 둘러싸는 파이프 시스템일 수 있고, 상기 시스템을 통해 예컨대 적합한 가열 오일이 유동한다. 대안으로써 또는 추가적으로 가열 오일은 프로세스 챔버 벽(16)에 적절하게 삽입된 채널들(도시되지 않음)을 통해서도 유동할 수 있다. 또한, 프로세스 챔버 벽(16)의 외측면에는 열 절연 물질이 제공될 수 있다.
프로세스 챔버 벽(16)의 내측면에서 프로세스 챔버(14)는 적어도 거의 완전히 입자가 거의 없는 내식성 열 절연 재료(22)로 케이싱 된다. 열 절연 재료(22)는 세라믹, 유리 세라믹, 예컨대 탄소 섬유 강화 탄소 복합재료(CFC) 또는 그래파이트펠트와 같은 섬유 재료를 포함하는 그래파이트 또는 그래파이트폼, 또는 예컨대 SiO2-및 Al2O3-섬유로 이루어진 세라믹 섬유 함유 절연 재료일 수 있다.
프로세스 챔버(14)의 중앙 영역에 가스 안내 장치(24)가 배치된다. 가스 안내 장치(24)는 상부 분리 플레이트(26)와 하부 분리 플레이트(28)를 포함한다. 상부 및 하부 분리 플레이트들(26, 28)에 추가하여, 전방 및 후방 분리 플레이트들(도시되지 않음)이 제공될 수 있다. 일반적으로 전방 및 후방 분리 플레이트들은 생략되는데, 그 이유는 상기 분리 플레이트들의 기능은 도어 또는 진공 밸브를 포함하는, 열 절연된 챔버 측벽에 의해 충족되기 때문이다. 상부 및 하부 분리 플레이트들(26, 28) 및 경우에 따라서 전방 및 후방 분리 플레이트들은 바람직하게 내식성 재료, 예컨대 CFC, 예를 들어 탄화 규소 또는 질화 규소 같은 세라믹 재료, 또는 유리 세라믹 재료로 형성된다.
또한, 모든 분리 플레이트들은 각각 상기 열 절연 재료(22)의 층으로 케이싱 된다.
또한, 가스 안내 장치(24)는 제 1 분배 장치(30) 및/또는 제 2 분배 장치(32)를 포함하고, 상기 제 1 분배 장치는 분리 플레이트들(26, 28) 사이의 가스 안내 장치의 제 1(도 1 좌측) 단부면의 영역에 배치되고, 상기 제 2 분배 장치는 분리 플레이트들(26, 28) 사이의 가스 안내 장치(24)의 제 2(도 1 우측) 단부면의 영역에 배치된다. 분배 장치들(30, 32)은 내식성 재료, 예컨대 CFC, 탄화 규소, 질화 규소 또는 유리 세라믹 재료로 형성된다. 분배 장치들(30, 32)은 이 실시예에서 플레이트이고, 상기 플레이트에는 수직으로 및 특히 기판(12)과 일직선으로 정렬된 다수의 슬롯들(33)이 배치된다. 대안으로서 또는 추가로 하나의 플레이트 또는 모든 플레이트에 다수의 홀들이 형성될 수 있다.
또한 도 7에 따른 대안 실시예(10)는 셀레늄 또는 황을 위한 제 2 공급 파이프(208) 및 경우에 따라서 전달 장치(200)의 (도시되지 않은) 구성 요소로서 황 또는 셀레늄을 위한 제 3 공급 파이프를 포함하고, 상기 전달 장치를 통해 먼저 고체 형태의 셀레늄 및/또는 황이 프로세스 챔버(14)에 도달한다. 제 3 공급 파이프는 규칙적으로 별도의 저장- 및 도우징 유닛의 구성 요소이다. 이 경우 고체 셀레늄 또는 고체 황은 고형 성분 저장기(202)에서 바람직하게는 불활성 가스 조건 하에서 저장될 수 있다. 밸브(206)의 작동 시 고체 셀레늄과 고체 황은 도우징 유닛(204)에 의해 제 2 공급 파이프(208)를 지나 프로세스 챔버(14) 내에 있는 증발 유닛(20) 내로 옮겨질 수 있다. 즉 프로세스 챔버에 대한 공급 파이프에 밸브(206)가 통합된다. 상기 밸브(206)에 대한 하류측으로 불활성 가스 공급 파이프(216)가 통한다. 셀레늄 또는 황이 도가니(210)에서 용융된 상태인 경우에, 방법의 변형예에 따라 밸브(206)는 폐쇄될 수 있고, 공급 파이프(216)을 통해 불황성 가스 공급이 보강될 수 있다. 이로 인해 셔틀 또는 도가니(210)로부터 배출된 원소 셀레늄- 또는 황 증기의 양이 조절될 수 있거나 또는 증가될 수 있다. 상기와 같이 제공된 고체 성분은 예컨대 도가니/셔틀(210) 아래에 배치된 가열 부재(214)에 의해 유체 및 가스 형태의 셀레늄 또는 가스 형태의 황 증기로 변할 수 있고, 이것은 가스 분배기를 통해 원소 셀레늄- 또는 황 증기(44)로서 프로세스 챔버(14) 내로 공급될 수 있다. 불활성 조건에서 전체적인 전달 프로세스가 이루어지는 것을 보장하기 위해, 공급 파이프(216)를 통해 불활성 가스가 제 2 공급 파이프(208) 내로 유입될 수 있다. 이러한 불활성 가스 흐름은, 셀레늄- 또는 황 증기를 특히 효과적으로 증발 유닛(10)으로부터 배출하는데 이용될 수 있다.
도 7에 도시된 프로세스 장치에 의해 본 발명에 따른 방법의 특히 안전한 취급이 달성된다. 또한, 상기 장치에 의해 가능해진 방법들은, 고체 셀레늄 또는 고체 황이 매우 정확하게 도우징될 수 있는 장점을 갖는다. 고체 셀레늄 또는 황의 유입을 위해 프로세스 장치를 더 이상 개방할 필요가 없으며, 외부 증기 소스와 그와 관련된 비용을 들이지 않아도 된다.
고체 형태의 황 또는 셀레늄을 공급 파이프를 통해 프로세스 챔버 내로 또는 프로세스 챔버 내의 셔틀 또는 도가니에 공급하는 대신에, 도 8에 도시된 다른 실시예에 따라, 프로세스 장치(10)가 제공될 수 있고, 상기 프로세스 장치에서 고체 셀레늄 또는 고체 황으로 채워진, 경우에 따라서는 유체 셀레늄 또는 유체 황으로도 채워진 하나 또는 다수의 셔틀이 전달 스테이션 또는 전달- 또는 슬루스 챔버(228)에 의해 프로세스 챔버(14) 내로 공급될 수 있다. 이것은 바람직하게 불활성 가스 조건에서 진공 슬라이딩 밸브(222, 224)를 사용하여 이루어진다. 전달- 또는 슬루스 챔버(228)는 이 실시예에서 프로세스 챔버(14)에 도킹된다. 도시된 변형예에서 다수의 셔틀/도가니(218)를 포함하는 셔틀 모듈(230)은 외부 도우징 장치(234)에 의해 해당 저장기(232)로부터 밸브(236)를 이용하여 셀레늄 또는 황 펠릿으로 채워진다(도 8a 참조). 셔틀 모듈(230)의 충전 단계는 불활성 조건에서 즉시 이루어질 수 있다. 충전된 셔틀 모듈(230)은 진공 슬라이딩 밸브(224)를 통해 전달- 또는 슬루스 챔버(228) 내로 삽입된다(도 8b). 여러 번의 진공화와 불활성 가스로 세척됨으로써, 셔틀모듈(230)은 전달- 또는 슬루스 챔버(228)에서 진공 슬라이딩 밸브(222)에 의해 프로세스 챔버(14) 내로 삽입을 위해 준비될 수 있다. 프로세스 챔버(14)에서는 개별 셔틀(218)에 고체 형태로 존재하는 셀레늄 또는 황이 가열 유닛(226)에 의해 유체 상태로 변할 수 있다(도 8c). 불활성 가스 공급 파이프(220)를 통해 불활성 가스가 각각의 셔틀(218)에 도달하고, 프로세스 챔버 내에서 원소 황- 또는 셀레늄 증기의 분배를 가속화한다. 공급 장치(220)는 가스 챔버의 형태로, 예컨대 다수의 분사 노즐을 포함하도록 구현될 수 있다. 대안으로서 또는 추가로 원소 셀레늄- 또는 황 증기는 각각의 셔틀(218)로부터 팬(50)을 통해 배출되어 프로세스 챔버(14)에서 분배될 수 있다. 또한, 가열 유닛(226)이 생략될 수 있는데, 그 이유는 기판의 가열 유닛이 프로세스 챔버(14) 내에 셀레늄 또는 황을 액화시키는 적절한 프로세스 온도를 제공하기 때문이다. 규칙적으로, 셔틀모듈(230)은 황 또는 셀레늄 전체가 증발될 때까지 프로세스 챔버(14)에 남겨진다. 후속해서 셔틀모듈(230)은 전달- 또는 슬루스 챔버(228)에 의해 다시 채워질 수 있다.
도 9는 도 8에 도시된 프로세스 장치(10)의 개선 실시예를 도시한다. 불활성 가스 공급 파이프(22)를 통해 각각의 셔틀(218)에 불활성 가스가 유입된다. 상기 가스는 가열 유닛(214)에 의해 액화된 셀레늄 또는 황이 원소 증기 형태로 배출 노즐(242)로부터 배출되게 한다. 대안으로서 또는 추가로 팬(50)에 의해 형성된 유동이 액화된 셀레늄 또는 황을 프로세스 챔버 내로 전달하는데 이용될 수 있다. 이것은, 특히 유동 플랩(238) 형태의, 선회 가능하거나 위치 변동 가능한 유동 편향 장치가 제공되는 경우에 효과적이고, 상기 유동 편향 장치에 의해 프로세스 챔버에서 팬(50)에 의해 형성된 가스 유동이 의도대로 액화된 셀레늄 또는 황의 표면 위로 안내된다. 도 9에 도시된 실시예에서, 유동 플랩(238)은 불활성 가스 유동을 유입 개구(240)를 통해 유체 셀레늄- 또는 황 표면에 안내하므로, 배출 개구 또는 -노즐(242)을 통해 원소 황 또는 원소 셀레늄이 증기 형태로 배출될 수 있다. 가스 흐름을 도가니(218) 내의 유체 셀레늄- 또는 황 샘플을 통해 안내하는 것이 필요한 경우에 추가로 편향 플레이트(54)가 사용될 수 있다.
전술한 설명, 청구범위 및 도면에 공개된 본 발명의 특징들은 개별적으로는 물론 조합하여 본 발명을 다양한 실시예들로 구현하는데 중요할 수 있다.
10 프로세스 장치
12 기판
14 프로세스 챔버
16 프로세스 챔버 벽
18 템퍼링 장치
20 튜브 파이프
22 열 절연 재료
24 가스 안내 장치
26 상부 분리 플레이트
28 하부 분리 플레이트
30 제 1 분배 장치
32 제 2 분배 장치
33 슬롯
34 상부 챔버 영역
36 가열 유닛
38 하부 챔버 영역
40 냉각 유닛
43 가스 유입 장치
44 프로세스 가스
46 제 1 팬
48 제 1 구동 샤프트
50 제 2 팬
52 제 2 구동 샤프트
54 상부 가스 편향 부재
56 하부 가스 편향 부재
60 충전 개구
64 캐리어
66 프로세스 제품 스택
68 후면
70 제거 개구
72 플레이트 밸브
74 연결 섹션
76 슬루스 챔버
100 공급 파이프
102 셀레늄 증기용 소스
104 황 증기용 소스
106 밸브
108 밸브
110 소스 챔버
112 셀레늄 용융물
114 도가니
116 파이프
118 운반 기체
120 황 용융물
122 소스 챔버 벽
124 템퍼링 장치
126 템퍼링 장치
200 전달 장치
202 고체 성분 저장기
204 도우징 장치
206 밸브
208 공급 파이프
210 증발 유닛
214 가열 부재
216 공급 파이프
218 셀레늄 또는 황을 포함하는 셔틀/도가니
220 불활성 가스 공급 파이프
222 진공 슬라이딩 밸브
224 진공 슬라이딩 밸브
226 증발 유닛용 가열기
228 전달 챔버
230 셔틀모듈
232 셀레늄- 또는 황 고체 성분 저장기
236 밸브
238 유동 플랩
240 유동 유입부
242 유동 배출 노즐
12 기판
14 프로세스 챔버
16 프로세스 챔버 벽
18 템퍼링 장치
20 튜브 파이프
22 열 절연 재료
24 가스 안내 장치
26 상부 분리 플레이트
28 하부 분리 플레이트
30 제 1 분배 장치
32 제 2 분배 장치
33 슬롯
34 상부 챔버 영역
36 가열 유닛
38 하부 챔버 영역
40 냉각 유닛
43 가스 유입 장치
44 프로세스 가스
46 제 1 팬
48 제 1 구동 샤프트
50 제 2 팬
52 제 2 구동 샤프트
54 상부 가스 편향 부재
56 하부 가스 편향 부재
60 충전 개구
64 캐리어
66 프로세스 제품 스택
68 후면
70 제거 개구
72 플레이트 밸브
74 연결 섹션
76 슬루스 챔버
100 공급 파이프
102 셀레늄 증기용 소스
104 황 증기용 소스
106 밸브
108 밸브
110 소스 챔버
112 셀레늄 용융물
114 도가니
116 파이프
118 운반 기체
120 황 용융물
122 소스 챔버 벽
124 템퍼링 장치
126 템퍼링 장치
200 전달 장치
202 고체 성분 저장기
204 도우징 장치
206 밸브
208 공급 파이프
210 증발 유닛
214 가열 부재
216 공급 파이프
218 셀레늄 또는 황을 포함하는 셔틀/도가니
220 불활성 가스 공급 파이프
222 진공 슬라이딩 밸브
224 진공 슬라이딩 밸브
226 증발 유닛용 가열기
228 전달 챔버
230 셔틀모듈
232 셀레늄- 또는 황 고체 성분 저장기
236 밸브
238 유동 플랩
240 유동 유입부
242 유동 배출 노즐
Claims (31)
- 반도체층 또는 적어도 하나의 전도층, 반도체 층 및/또는 절연층을 포함하고 원소 셀레늄 및/또는 황으로 처리된 코팅 기판, 특히 평면 기판의 제조 방법에 관한 것으로, 상기 방법에서 적어도 하나의 금속층 및/또는 적어도 하나의 금속 함유층이 제공된 적어도 하나의 기판(12), 특히 적어도 하나의 금속층 및/또는 적어도 하나의 금속 함유층이 제공된 기판 스택(66)이 프로세스 챔버에 안내되고, 미리 정해진 기판 온도로 가열되고;
원소 셀레늄- 및/또는 황 증기는, 상기 또는 각각의 금속층 및/또는 금속 함유층과 셀레늄 또는 황이 의도대로 화학 반응을 일으키도록, 프로세스 챔버(14) 내부에 및/또는 외부에 놓인 소스(102, 104;210, 218)로부터, 특히 불활성 운반 기체(118, 216, 220)에 의해 저진공 조건 또는 대기압 조건 또는 과압 조건에서 상기 또는 각각의 금속층 및/또는 금속 함유층을 지나가고,
상기 기판(12)은 적어도 하나의 가스 이송 장치에 의한 강제 대류에 의해 가열되고 및/또는 원소 셀레늄- 및/또는 황 증기는 적어도 하나의 가스 이송 장치에 의한 강제 대류에 의해 프로세스 챔버에서 특히 균일하게 혼합되고 기판(12)을 지나가는 반도체층의 제조 방법. - 제 1 항에 있어서, 상기 가스 이송 장치는 분사 노즐 또는 팬을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체층의 제조 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 가스 이송 장치, 특히 팬(46)은 바람직하게 프로세스 제품 스택(66)의 하나의 단부면의 영역에 배치되고 및/또는 구동 샤프트(48)에 고정되고, 상기 구동 샤프트는 상기 프로세스 챔버(14) 내에 이르는 것을 특징으로 하는 반도체층의 제조 방법.
- 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 특히 외부 소스들(102, 104)은 증가된 소스 온도에서 유지되거나 증가된 소스 온도로 보정되고, 상기 소스 온도는 바람직하게 원소 셀레늄- 및/또는 황 증기가 상기 기판(12)을 지나가는 각 시점에 상기 프로세스 챔버(14) 내의 온도보다 낮고 특히 최저 기판 온도보다 낮은 것을 특징으로 하는 반도체의 제조 방법.
- 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 원소 셀레늄- 및/또는 황 증기를 특히 외부 소스(102, 104)로부터 상기 기판(12)으로의 경로에 안내하는 1 공급 파이프(100) 및/또는 상기 프로세스 챔버(14)를 규정하는 벽(16)은 특히 외부 소스(102, 104)의 온도보다 높거나 같은 온도에서 유지되는 것을 특징으로 하는 반도체의 제조 방법.
- 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 특히 외부 소스(102, 104)로서 유체 셀레늄 또는 유체 황을 포함하고 운반 기체(118)를 안내하는 버블러 또는 유체 셀레늄 또는 황으로 채워진 도가니(114)가 사용되고, 상기 도가니는 셀레늄 또는 황의 증발을 가능하게 하는 측면을 포함하고, 운반 기체(118)가 상기 측면을 지나가는 것을 특징으로 하는 반도체의 제조 방법.
- 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 셀레늄 및/또는 상기 황과 금속층 및/또는 금속 함유층과의 화학적 반응은 저진공 조건 또는 대기압 조건 또는 과압 조건의 범위의 상기 프로세스 챔버(14)의 전체 압력에서 및/또는 대략 0.001 mbar 내지 100 mbar의 범위에서 셀레늄- 또는 황 증기-부분 압력에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체의 제조 방법.
- 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 금속층 또는 금속 함유층은 적어도 하나의 원소 In, Cu 및/또는 Ga를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체의 제조 방법.
- 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
- 5℃/min 내지 600℃/min, 바람직하게 10℃/min 내지 60℃/min의 가열율로, 제 1 온도, 특히 실온으로부터 400℃ 내지 600℃, 바람직하게는 400℃ 내지 500℃의 온도로 기판 온도를 높이는 단계;
- 100℃ 내지 350℃, 특히 120℃ 내지 300℃의 기판 온도부터 원소 셀레늄 증기를 프로세스 챔버 내로 공급하고, 경우에 따라서 프로세스 챔버 내로 원소 황 증기의 공급이 이루어지고, 경우에 따라서 소정의 부분 압력, 바람직하게는 0.001 mbar 내지 100 mbar의 부분 압력으로 셀레늄 소스 온도를 조정하는 단계;
- 기판 온도를 400℃ 내지 600℃에서 1분 내지 120분, 바람직하게는 10분 내지 30분 동안 유지하는 단계;
- 400℃ 내지 600℃에서 기판 온도를 유지하는 동안, 예정된 제 1 지속 시간 후에, 특히 1 내지 120분, 바람직하게는 1 내지 60분의 지속 시간 후에 프로세스 챔버 내로 원소 셀레늄 증기 및 경우에 따라서 원소 황 증기의 공급을 차단하는 단계;
- 특히 적어도 하나의 불활성 가스로 프로세스 챔버를 적어도 한 번 펌프 아웃 및/또는 세척하는 단계;
- 원소 황 증기를 프로세스 챔버 내로 공급하는 단계;
- 대략 5℃/min 내지 600℃/min, 바람직하게 10℃/min 내지 60℃/min의 가열율로, 대략 450℃ 내지 650℃, 바람직하게는 500℃ 내지 550℃의 온도로 기판 온도를 더 높이고, 경우에 따라서 바람직하게는 0.001 mbar 내지 100 mbar의 부분 압력으로 황 소스 온도를 조정하는 단계;
- 1분 내지 120분 동안, 바람직하게는 1분 내지 60분 동안 그리고 특히 바람직하게 10분 내지 30분 동안 450℃ 내지 650℃의 기판 온도를 유지하는 단계;
- 450℃ 내지 650℃의 기판 온도를 유지하는 동안, 예정된 제 2 지속 시간 후에, 특히 1분 내지 120분, 바람직하게 1분 내지 60분의 지속 시간 후에 프로세스 챔버 내로 원소 황 증기의 공급을 차단하는 단계;
- 기판을 냉각하는 단계, 및
- 프로세스 챔버를 특히 적어도 하나의 불활성 가스로 펌프 아웃 및/또는 세척하는 단계를 특징으로 하는 반도체의 제조 방법. - 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 제 1 단계에서 원소 셀레늄 증기는 상기 또는 각각의 금속층 및/또는 금속 함유층을 지나갈 수 있고(셀레늄화 단계), 후속 단계에서 원소 황은 금속층 및/또는 각각의 금속 함유층을 지나갈 수 있는 (황화 단계) 것을 특징으로 하는 반도체의 제조 방법.
- 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 셀레늄화 단계 동안, 바람직하게 120℃ 내지 600℃의 기판 온도부터 원소 셀레늄 증기가 프로세스 챔버로 공급되고, 특히 셀레늄 대 황의 부분압력 비율은 0 내지 0.9 또는 바람직하게는 황 대 셀레늄의 비율은 0 내지 0.9 이상, 바람직하게는 0.1 내지 0.3으로 조정되는 것을 특징으로 하는 반도체의 제조 방법.
- 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 셀레늄 -및/또는 황 증기를 포함하는 운반 기체(118)에 적어도 하나의 반응 가스, 특히 H2Se, H2S 및/또는 수소가 혼합되는 것을 특징으로 하는 반도체의 제조 방법.
- 제 1 항 내지 제 7 항 또는 제 9 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 금속층 또는 금속 함유층은 적어도 하나의 원소 In, Zn 또는 Mg를 포함하고 및/또는 제조될 반도체층은 버퍼층, 특히 In2S3-, In2(S,Se)3-, ZnSe-, ZnS-, Zn(S,OH)-, (ZnMg)S-층 또는 (In2S3-ZnS)-혼합층인 것을 특징으로 하는 반도체의 제조 방법.
- 제 13 항에 있어서, 상기 금속층은 In을 포함하고 및/또는 상기 금속 함유층은 인듐-황-화합물 및/또는 인듐-셀레늄-화합물을 포함하거나 또는 그것으로 이루어지고 또는 상기 버퍼층은 In2S3-층 또는 In2(S,Se)3-층을 포함하거나 그것으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체의 제조 방법.
- 제 13 항 또는 제 14 항에 있어서, 상기 기판 온도는 350℃보다 낮거나 같고, 바람직하게 250℃보다 낮거나 같고 및/또는 바람직하게 150℃보다 높고, 특히 바람직하게 160℃보다 높거나 같은 것을 특징으로 하는 반도체의 제조 방법.
- 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서, 고체 상태의 상기 셀레늄 및/또는 상기 황은 전달 장치를 통해 상기 프로세스 챔버에 제공되는 것을 특징으로 하는 반도체의 제조 방법.
- 제 16 항에 있어서, 상기 전달 장치는 제 2 공급 파이프 또는 슬루스 챔버인 것을 특징으로 하는 반도체의 제조 방법.
- 제 1 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 2 및/또는 적어도 하나의 제 3 공급 파이프에 의해 예비 가열된 운반 기체가 내부 셀레늄- 및/또는 황 소스에 공급되는 것을 특징으로 하는 반도체의 제조 방법.
- 제 1 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서, 특히 태양 전지를 위한 반도체층, 바람직하게 칼코파이라이드-반도체층, 바람직하게 I-III-VI-화합물 반도체층 및 특히 Cu(In, Ga)(Se, S)2-반도체층, 및/또는 I-III-VI-화합물 반도체층 상의 버퍼층을 제조하기 위한 코팅된, 특히 평면 기판, 특히 예비 코팅된 유리 기판은 In2S3-, In2(S,Se)3-층 또는 (In2S3ZnS)-혼합층을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체의 제조 방법.
- 제 1 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 셀레늄화 단계 전에 및/또는 동안 특히 실온 내지 350℃, 바람직하게는 100℃ 내지 300℃에서 원소 셀레늄 H2Se 및/또는 H2S가 추가되는 것을 특징으로 하는 반도체의 제조 방법.
- 제 1 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 금속 함유층은 i)적어도 하나의 금속 및 원소들의 주기율계의 비금속 원소, 특히 황 및/또는 셀레늄, 염소, 산소를 포함하고 및/또는 ii) 원소들의 주기계의 비금속 원소, 특히 황 및/또는 셀레늄, 염소, 산소를 포함하는 금속의 적어도 하나의 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체의 제조 방법.
- 제 1 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 따른 방법을 실시하기 위한 프로세스 장치(10)로서,
처리될 적어도 하나의 기판(12), 특히 처리될 기판(2)의 스택(66)을 수용하기 위해 진공화될 수 있는 프로세스 챔버(14),
특히 상기 처리될 기판(12)을 대류에 의해 가열하기 위한 가열 유닛(36),
상기 프로세스 챔버(14) 외부에 놓이고 제 1 공급 파이프(100)를 통해 상기 프로세스 챔버(14)에 연결된, 원소-셀레늄 및/또는 황 증기용 제 1 소스(102, 104) 및/또는 상기 프로세스 챔버(14)의 내부에 놓인, 상기 원소 셀레늄-및/또는 황 증기용 제 2 소스, 및 상기 프로세스 챔버(14) 내에서 특히 강제 대류에 의한 가스 유동 순환을 형성하기 위한 가스 이송 장치를 포함하는 프로세스 장치. - 제 22 항에 있어서, 상기 가스 이송 장치는 분사 노들 또는 팬을 포함하는 것을 특징으로 하는 프로세스 장치.
- 제 22 항 또는 제 23 항에 있어서, 상기 가스 이송 장치, 특히 적어도 하나의 팬(46, 50)은 상기 기판 스택(66)의 하나의 단부면 영역에 배치되거나 배치될 수 있는 것을 특징으로 하는 프로세스 장치.
- 제 22 항 내지 제 24 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 프로세스 챔버(14)를 규정하는 벽(16)의 적어도 부분 영역, 특히 전체 벽(16), 그리고 경우에 따라서는 공급 파이프(100)의 적어도 하나의 섹션을 각각 정해진 온도에서 유지하기 위해 템퍼링 장치(18, 26)를 포함하는 것을 특징으로 하는 프로세스 장치.
- 제 22 항 내지 제 25 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 소스(102, 104)는 상기 운반 기체(118)가 버블러의 원리에 따라 셀레늄- 또는 황 용융물(112, 120)을 통해 안내되거나 안내될 수 있게 또는 상기 셀레늄- 또는 황 용융물(112, 120)의 표면 위로 미끄러지거나 미끄러질 수 있도록, 셀레늄- 또는 황 용융물로 채워진 도가니(114)가 배치되거나 배치될 수 있는, 가열될 수 있고 진공화될 수 있는 소스 챔버(110) 및 특히 예비 가열된 운반 기체(118)용 파이프(116)를 포함하고, 이 경우 상기 도가니(114) 및 상기 파이프(116)는 바람직하게 셀레늄 또는 황에서 내반응성인 재료를 포함하고, 특히 세라믹, 석영 또는 내식성 특수 합금 또는 내식성 코팅을 포함하는 금속으로 형성되는 것을 특징으로 하는 프로세스 장치.
- 제 22 항 내지 제 26 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 프로세스 챔버(14) 내의 가스를 가열하기 위해 상기 가열 유닛(36)은 상기 가스 이송 장치에 의해 형성된 가스 유동 순환 내에 배치되거나 배치될 수 있고; 및/또는 상기 프로세스 챔버(14) 내의 가스를 냉각하기 위한 냉각 유닛(40)은 상기 가스 이송 장치에 의해 형성된 상기 가스 유동 순환 내에 배치되거나 배치될 수 있고; 및/또는 가스 편향 부재(54, 56)가 제공되고, 상기 부재에 의해 상기 가스 유동 순환은, 상기 가열 유닛(36) 또는 상기 냉각 유닛(40)이 상기 가스 유동 순환 내에 배치되거나 배치될 수 있도록 방향 전환될 수 있는 것을 특징으로 하는 프로세스 장치.
- 제 22 항 내지 제 27 항 중 어느 한 항에 있어서, 프로세스 챔버 외부에서 고체 셀레늄 및/또는 고체 황의 예비 도우징을 위한 적어도 하나의 장치 및/또는 프로세스 장치 내로 고체 셀레늄 및/또는 고체 황을 전달하기 위한 적어도 하나의 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 프로세스 장치.
- 제 28 항에 있어서, 상기 전달 장치는 특히 고체 셀레늄 또는 고체 황을 위한 수용 장치를 구비한, 제 2 공급 파이프 및/또는 슬루스 챔버를 포함하는 것을 특징으로 하는 프로세스 장치.
- 제 22 항 내지 제 29 항 중 어느 한 항에 있어서, 특히 프로세스 장치 내의 수용 장치에 있는 유체 또는 액화된 셀레늄 및/또는 상기 프로세스 챔버에 있는 유체 또는 액화된 황을 의도대로 안내하기 위한, 특히 선회 가능하고 및/또는 위치 변동 가능한, 특히 유동 플랩(238) 형태의 유동 편향 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 프로세스 장치.
- 제 22 항 내지 제 30 항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 프로세스 장치(10)를 포함하는, 적층된 기판(12)의 처리를 위한 프로세스 시스템으로서,
상기 프로세스 장치(10)는 충전 개구(60)와 제거 개구(70)를 포함하고, 상기 충전 개구를 통해 상기 프로세스 챔버(14) 내로 기판 스택(66)이 제공될 수 있고, 상기 제거 개구를 통해 상기 프로세스 챔버(14)로부터 상기 기판 스택(66)이 제거될 수 있는 것을 특징으로 하는 프로세스 시스템.
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