KR20120109022A - 대면적 ｃｉｇｓ 박막제조장비 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 대면적 ＣＩＧＳ 박막제조장비에 관한 것으로, 증착챔버; 상기 증착챔버의 상부에 개폐장치를 통해 결합되며, 소스를 증발시키는 도가니부를 포함하는 다수개 세트의 소스챔버; 상기 증착챔버내에 구비되며, 상기 다수개의 도가니부와 각각 연통되도록 결합되고, 선형의 내부공간을 구비하며 하부면에 중앙조절부 및 다수개의 기체량 조절부가 형성된 다수개 세트의 기체하향안내부; 및 상기 다수개 세트의 소스챔버내에서 상기 도가니부를 각각 상하이동시키는 상하이동스테이지;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다. 한다. 본 발명에 따른 대면적 ＣＩＧＳ 박막제조장비는 기판위에 CIGS층을 두께 및 조성이 균일하도록 증착시키는 효과가 있을 뿐만 아니라, 대면적 박막형 태양전지 공정시스템에서 증착챔버의 고진공을 깨트리지 않고도 순차적으로 소모된 소스들의 재충전이 가능하고 연속공정이 가능하여 태양전지를 고속으로 대량 양산할 수 있는 효과가 있다.
Description
본 발명은 대면적 박막형 CIGS 태양전지를 대량 양산하기 위한 대면적 ＣＩＧＳ 박막제조장비에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 박막증착의 연속공정이 가능하도록 하여 대면적 CIGS 태양전지를 대량 양산시키면서도 대면적 기판에 형성되는 박막의 균일도를 향상시키고 최적의 성분조성비를 획득하기 위한 박막증착장치를 구비한 대면적 ＣＩＧＳ 박막제조장비에 관한 것이다.
최근, 태양전지 기술과 관련하여 효율적, 저비용, 내구성 및 다른 환경문제 비유발을 만족시키는 측면에서, 비록 광변환 효율은 떨어지나 저렴한 제조비에 제조공정도 간단하며 얇은 막 형태로 유리창이나 곡면에 부착하는 등 다양한 방법으로 활용할 수 있을 뿐만 아니라, 대형화가 가능한 화합물반도체(CIGS, CdTe 등)의 박막을 증착한 박막형 태양전지가 각광받고 있다.
이중에서, 친환경적이면서도 효율성과 내구성면에서 우세한 구리·인듐·갈륨·셀레늄의 4개 요소를 혼합해 만든 CIGS 박막형 태양전지에 대한 관심이 고조되고 있다.
이와 같은 CIGS 박막형 태양전지의 제조공정시스템에서, 기판상에 CIGS 박막을 형성하는 공정은 주로 에너지 변환효율이 높은 진공증착법에 의하여 실시된다.
다만, 진공증착법에 의한 박막형성공정은, 증착된 박막의 구성 화합물의 결정품질이 좋고 최대 19.9% 까지의 에너지변환효율을 갖는 광흡수층을 얻을 수 있지만, 박막형성이 고온 고진공상태에서 행해지므로 박막소스들의 교체시 시간을 많이 필요로 하게되고 따라서, 택타임이 늘어나 효율대비 경제적이지 못한 문제점이 있다.
또한, 대체에너지 보급에 적용되기 위해서는, 진공증착법을 사용하되 CIGS 박막소스가 대면적 기판위에 일정두께의 균일조성비로 증착될 수 있을 뿐만 아니라, 대면적 박막형 ＣＩＧＳ 태양전지를 고속으로 대량 양산될 수 있는 증착공정시스템이 요구된다.
더욱이, 대면적 태양전지를 원활하게 고속 양산하기 위해서는 증착공정에서 기판위에 Cu(In,Ga)Se2 각 소스성분의 조성비가 적정비율로 유지되면서도 균일하게 증착될 수 있어야 하고, 또한 고갈된 CIGS 각 소스의 공급이 용이하여야 한다.
그러나, 종래의 대부분의 진공증착시스템은 증착공정이 실시되는 고온의 고진공챔버내에 증착되는 소스들을 각 소스별로 구비한 소스증발원들이 기판위에 소스를 포인트로 공급할 수 있도록 구성되어 있으므로, 기판의 각 포인트마다 구리가 풍부하거나 부족한 영역, 갈륨/인듐이 풍부하거나 부족한 영역 등이 발생하게 되어 기판위에 증착된 CIGS층의 두께 및 조성이 균일하지 못하고 입경이 큰 결정의 성장을 획득하지 못하는 문제점이 있다.
또한, 종래의 기술에 따른 박막증착공정 시스템에서는, 증착이 진행됨에 따라 소모된 증발소스들을 재충전하기 위해, 공정시스템 작동을 멈춘다음, 증착챔버의 고진공을 제거하고 고온의 온도를 낮춘 후 도가니 증발원들을 재충전시키고 증착공정을 수행할 수 있도록 다시 고진공 고온상태로 만들어 주어야 한다. 이로 인하여 소모되는 총시간은 1년을 기준으로 대략 6개월 정도이므로, 24시간 연속공정이 불가능하며, 이와 같이 소모된 증착소스들의 재충전시 낭비되는 시간은 비용대비 생산효율을 현저하게 감소시키는 결과를 가져온다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 제1 목적은 대면적 기판위에 CIGS층을 두께 및 조성이 균일하도록 증착시킬 수 있는 대면적 ＣＩＧＳ 박막제조장비를 제공하고자 하는 것이다.
또한, 본 발명의 제2 목적은 대면적 박막형 태양전지 공정시스템에서 택타임을 줄일수 있도록 별도의 낭비되는 시간없이 대면적 기판이 증착챔버내를 레일을 따라 이동하는 동안 증착이 완수되도록 할 뿐만 아니라, 증착챔버의 고진공을 깨트리지 않고도 소모된 소스들의 재충전이 가능함으로써 연속공정이 가능하며, 결과적으로 태양전지를 연속으로 대량양산할 수 있는 대면적 ＣＩＧＳ 박막제조장비를 제공하고자 하는 것이다.
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여,
본 발명에 따른 대면적 ＣＩＧＳ 박막 제조장비는
증착챔버;
상기 증착챔버의 상부에 개폐장치를 통해 결합되며, 소스를 증발시키는 도가니부를 포함하는 다수개 세트의 소스챔버;
상기 증착챔버내에 구비되며, 상기 다수개의 도가니부와 각각 연통되도록 결합되고, 선형의 내부공간을 구비하며 하부면에 중앙조절부 및 다수개의 기체량 조절부가 형성된 다수개 세트의 기체하향안내부; 및
상기 다수개 세트의 소스챔버내에서 상기 도가니부를 각각 상하이동시키는 상하이동스테이지;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 대면적 ＣＩＧＳ 박막 제조장비에서,
상기 도가니부는 상부가 개방되고 하부가 밀폐된 도가니몸체와, 상기 도가니몸체에 전단부가 고정결합되고 후단부는 대응되는 상기 기체하향안내부에 착탈가능하게 결합되는 기체분출부로 구성되며,
상기 기체분출부의 상부에는 덮개가 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 대면적 ＣＩＧＳ 박막 제조장비에서,
상기 기체분출부의 후단부에는 결합홈이 형성되며, 상기 기체분출부는 본체와 상기 후단부를 포함하는 하부로 분리형성되고, 상기 본체와 하부의 결합부위에는 대응되는 나사산이 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 대면적 ＣＩＧＳ 박막 제조장비에서,
상기 기체하향안내부의 상부면 중간위치에는 투입부가 형성되고, 상기 투입부의 테두리에는 돌출부가 형성되어 상기 기체분출부의 결합홈과 슬라이딩 결합하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 대면적 ＣＩＧＳ 박막 제조장비에서,
상기 다수개 세트의 기체하향안내부의 하부면에 형성된 다수개의 기체량 조절부의 개수와 간격에 따라 배출구의 치수가 조절되는 것을 특징으로 한다.
또한, 또한, 본 발명에 따른 대면적 ＣＩＧＳ 박막 제조장비에서,
상기 기체하향안내부의 하부면 중앙에 형성된 상기 중앙조절부는 구릉형상이며, 상기 중앙조절부 하부 외측 또는 내부에 히터가 구비되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 대면적 ＣＩＧＳ 박막 제조장비에서,
상기 다수개 세트의 기체하향안내부의 하부에는 이격되게 셔터를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 대면적 ＣＩＧＳ 박막 제조장비에서,
상기 상하이동스테이지는
상기 도가니부에 장착되는 이동롤러; 상기 이동롤러의 상하이동을 가이드하는 가이드레일; 및 상기 이동롤러의 상하이동을 제어하는 이동제어장치;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 대면적 ＣＩＧＳ 박막 제조장비에서,
상기 다수개 세트의 소스챔버 중 어느 하나의 소스챔버 세트는 소스기체의 증착을 수행하도록 해당 개폐장치가 열리면서 상기 소스챔버와 상기 증착챔버가 개방되고 상기 소스챔버 세트의 각 도가니부와 대응되는 상기 기체하향안내부가 연통되게 결합되며,
다른 소스챔버 세트는 소모된 소스의 충전을 수행하도록 상기 소스챔버 세트의 각도가니부와 대응되는 상기 기체하향안내부가 결합해제되고 해당 개폐장치가 닫히면서 상기 소스챔버 세트는 상기 증착챔버와 밀폐되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 대면적 ＣＩＧＳ 박막 제조장비에서,
상기 다수개 세트의 소스챔버의 각 세트에는 셀레늄소스챔버가 적어도 2개 이상 구비되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 대면적 ＣＩＧＳ 박막 제조장비는,
증착챔버;
상기 증착챔버 전면부 및 후면부에 개폐장치를 통해 각각 결합되며, 기판을 롤형태로 공급하는 공급롤이 구비된 언와인딩챔버와 증착이 완료된 기판을 권취하는 권취롤이 구비된 와인딩챔버;
상기 증착챔버의 하부에 개폐장치를 통해 결합되며, 소스를 증발시키는 도가니부를 포함하는 다수개 세트의 소스챔버;
상기 증착챔버내에 구비되며, 상기 다수개 소스챔버내의 각 도가니부와 각각 연통되도록 결합되고, 선형의 내부공간을 구비하며 상부면에 중앙조절부 및 다수개의 기체량 조절부가 형성된 다수개 세트의 기체상향안내부; 및
각각의 상기 소스챔버내에서 상기 도가니부를 상하이동시키는 상하이동스테이지;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 증착챔버내의 기판 상부위치에는 히터가 구비되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 대면적 ＣＩＧＳ 박막 제조장비에서,
상기 기체상향안내부 상부면에는 테두리를 따라 측면으로부터 연장되는 연장부가 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 또한, 본 발명에 따른 대면적 ＣＩＧＳ 박막 제조장비에서,
상기 다수개의 소스챔버 세트는 각 소스별 도가니부가 하나씩 내재된 소스챔버 다수개가 세트를 구성하거나 또는 하나의 소스챔버내에 다수개의 도가니부가 내재되는 것을 특징으로 하며,
하나의 소스챔버내에 다수개의 도가니부가 내재되는 경우에는 각 도가니부와 연통되며 상기 기체상향안내부와 결합하는 병합부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 대면적 ＣＩＧＳ 박막 제조장비에서,
상기 소스챔버 세트는 하나의 소스챔버내에 하나의 도가니부가 구비되며, 상기 하나의 도가니부에는 각 소스별 소스저장부들이 도가니몸체의 내측테두리를 따라 환형의 계단식으로 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 대면적 ＣＩＧＳ 박막 제조장비에서,
상기 소스저장부들은 상부가 개방되고 하부가 밀폐되어 있으며, 상기 도가니부의 중앙홀은 상기 각 소스저장부와 연통되어 있고, 인접한 각 소스저장부들의 결합부위에는 단열재가 설치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 대면적 ＣＩＧＳ 박막 제조장비에서,
상기 다수개 세트의 소스챔버의 도가니부의 외측 및 상기 다수개 세트의 기체하향안내부 또는 기체상향안내부의 외측에는 히터를 포함하고, 상기 히터 외측으로 하우징이 배치되며, 상기 히터 외측과 하우징 사이에는 방열판을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 대면적 ＣＩＧＳ 박막 제조장비에서,
상기 소스가 구리, 인듐 및 갈륨인 경우에는 상기 다수개 세트의 소스챔버의 도가니부의 외측 및 상기 다수개 세트의 기체하향안내부 또는 기체상향안내부의 외측에는 히터를 포함하고, 상기 히터 외측으로 하우징이 배치되며, 상기 히터 외측과 하우징 사이에는 방열판을 포함하고,
상기 소스가 셀레늄인 경우에는 상기 다수개 세트의 소스챔버의 도가니부 자체내 및 상기 다수개 세트의 기체하향안내부 또는 기체상향안내부 자체내에 히터를 내재시키는 것을 특징으로 한다.
상술한 구성의 본 발명에 따른 대면적 ＣＩＧＳ 박막제조장비는 기판위에 CIGS층을 두께 및 조성이 균일하게 증착시키는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 대면적 ＣＩＧＳ 박막제조장비는 대면적 박막형 태양전지 공정시스템에서 증착챔버의 고진공을 깨트리지 않고도 순차적으로 소모된 소스들의 재충전이 가능하여 연속공정이 가능하며, 결과적으로 태양전지를 고속으로 대량 양산할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 대면적 ＣＩＧＳ 박막제조장비의 증착챔버부의 제1 실시예를 개략적으로 나타낸 도면,
도 2는 도 1의 증착챔버부의 소스챔버내의 도가니부와 증착챔버내의 기체하향안내부간의 결합 및 그 구성을 개략적으로 나타낸 도면,
도 3은 셀레늄소스 도가니부와 기체하향안내부간의 결합 및 그 구성을 개략적으로 나타낸 도면,
도 4는 도 3의 다른 실시예를 도시한 도면,
도 5는 기체하향안내부의 상부면의 구성 및 상부면에 형성된 기체량 조절부의 배치상태를 나타내는 도면,
도 6은 도 1의 증착챔버부의 소스챔버내의 도가니부와 증착챔버내의 기체하향안내부간의 결합 및 그 구성을 입체적으로 도시한 도면,
도 7 및 도 8은 본 발명에 따른 증착챔버부에 사용되는 히터의 형상을 개략적으로 나타낸 도면,
도 9는 본 발명에 따른 대면적 ＣＩＧＳ 박막제조장비의 증착챔버부의 제2 실시예를 개략적으로 나타낸 도면,
도 10은 도 9의 증착챔버부의 소스챔버내의 도가니부와 증착챔버내의 기체상향안내부간의 결합 및 그 구성을 개략적으로 나타낸 도면,
도 11은 셀레늄소스 도가니부와 기체상향안내부간의 결합 및 그 구성을 개략적으로 나타낸 도면,
도 12는 도 9의 증착챔버부의 소스챔버내의 도가니부와 증착챔버내의 기체하향안내부간의 결합 및 그 구성을 입체적으로 도시한 도면,
도 13은 본 발명에 따른 대면적 ＣＩＧＳ 박막제조장비의 증착챔버부의 다른 실시예를 개략적으로 나타낸 도면,
도 14는 본 발명에 따른 대면적 ＣＩＧＳ 박막제조장비의 증착챔버부의 또 다른 실시예를 개략적으로 나타낸 도면,
도 15는 도 14에서 B의 확대도.
[도면의 주요부분에 대한 부호의 설명]
10: 증착챔버 100,100',100"A,100"B:증착챔버부
15: 개폐장치 20,20':소스챔버
200,200',200":도가니부 210: 도가니몸체
220:기체분출부 230: 덮개
270: 하우징 274: 방열벽
30: 기체하향안내부 30': 기체상향안내부
31,31': 투입부 32: 돌출부
34: 기체량 조절부 36: 중앙조절부
37: 하우징 38: 방열벽
40,40': 상하이동스테이지 50: 롤러
201",202",203": 소스저장부 70,70': 기판
60,H1,H2,H3,H4,H5,H6,H7,H8,H9,H1',H2',H3': 히터
S, S': 셔터 P: 결합홈
I: 단열재 T: 트레이
800: 병합부 UW: 언와인딩챔버
W: 와인딩챔버
도 2는 도 1의 증착챔버부의 소스챔버내의 도가니부와 증착챔버내의 기체하향안내부간의 결합 및 그 구성을 개략적으로 나타낸 도면,
도 3은 셀레늄소스 도가니부와 기체하향안내부간의 결합 및 그 구성을 개략적으로 나타낸 도면,
도 4는 도 3의 다른 실시예를 도시한 도면,
도 5는 기체하향안내부의 상부면의 구성 및 상부면에 형성된 기체량 조절부의 배치상태를 나타내는 도면,
도 6은 도 1의 증착챔버부의 소스챔버내의 도가니부와 증착챔버내의 기체하향안내부간의 결합 및 그 구성을 입체적으로 도시한 도면,
도 7 및 도 8은 본 발명에 따른 증착챔버부에 사용되는 히터의 형상을 개략적으로 나타낸 도면,
도 9는 본 발명에 따른 대면적 ＣＩＧＳ 박막제조장비의 증착챔버부의 제2 실시예를 개략적으로 나타낸 도면,
도 10은 도 9의 증착챔버부의 소스챔버내의 도가니부와 증착챔버내의 기체상향안내부간의 결합 및 그 구성을 개략적으로 나타낸 도면,
도 11은 셀레늄소스 도가니부와 기체상향안내부간의 결합 및 그 구성을 개략적으로 나타낸 도면,
도 12는 도 9의 증착챔버부의 소스챔버내의 도가니부와 증착챔버내의 기체하향안내부간의 결합 및 그 구성을 입체적으로 도시한 도면,
도 13은 본 발명에 따른 대면적 ＣＩＧＳ 박막제조장비의 증착챔버부의 다른 실시예를 개략적으로 나타낸 도면,
도 14는 본 발명에 따른 대면적 ＣＩＧＳ 박막제조장비의 증착챔버부의 또 다른 실시예를 개략적으로 나타낸 도면,
도 15는 도 14에서 B의 확대도.
[도면의 주요부분에 대한 부호의 설명]
10: 증착챔버 100,100',100"A,100"B:증착챔버부
15: 개폐장치 20,20':소스챔버
200,200',200":도가니부 210: 도가니몸체
220:기체분출부 230: 덮개
270: 하우징 274: 방열벽
30: 기체하향안내부 30': 기체상향안내부
31,31': 투입부 32: 돌출부
34: 기체량 조절부 36: 중앙조절부
37: 하우징 38: 방열벽
40,40': 상하이동스테이지 50: 롤러
201",202",203": 소스저장부 70,70': 기판
60,H1,H2,H3,H4,H5,H6,H7,H8,H9,H1',H2',H3': 히터
S, S': 셔터 P: 결합홈
I: 단열재 T: 트레이
800: 병합부 UW: 언와인딩챔버
W: 와인딩챔버
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 구체적으로 설명하면 다음과 같다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 설명하는 실시예에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 상세하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서 도면에 나타난 각 요소의 형상은 보다 분명한 설명을 강조하기 위하여 과장될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 대면적 ＣＩＧＳ 박막제조장비의 증착챔버부의 제1 실시예를 개략적으로 나타낸 도면, 도 2는 도 1의 증착챔버부의 소스챔버내의 도가니부와 증착챔버내의 기체하향안내부간의 결합 및 그 구성을 개략적으로 나타낸 도면, 도 3은 셀레늄소스 도가니부와 기체하향안내부간의 결합 및 그 구성을 개략적으로 나타낸 도면, 도 4는 도 3의 다른 실시예를 도시한 도면, 도 5는 기체하향안내부의 상부면의 구성 및 상부면에 형성된 기체량 조절부의 배치상태를 나타내는 도면, 도 6은 도 1의 증착챔버부의 소스챔버내의 도가니부와 증착챔버내의 기체하향안내부간의 결합 및 그 구성을 입체적으로 도시한 도면, 도 7 및 도 8은 본 발명에 따른 증착챔버부에 사용되는 히터의 형상을 개략적으로 나타낸 도면, 도 9는 본 발명에 따른 대면적 ＣＩＧＳ 박막제조장비의 증착챔버부의 제2 실시예를 개략적으로 나타낸 도면, 도 10은 도 9의 증착챔버부의 소스챔버내의 도가니부와 증착챔버내의 기체상향안내부간의 결합 및 그 구성을 개략적으로 나타낸 도면, 도 11은 셀레늄소스 도가니부와 기체상향안내부간의 결합 및 그 구성을 개략적으로 나타낸 도면, 도 12는 도 9의 증착챔버부의 소스챔버내의 도가니부와 증착챔버내의 기체하향안내부간의 결합 및 그 구성을 입체적으로 도시한 도면, 도 13은 본 발명에 따른 대면적 ＣＩＧＳ 박막제조장비의 증착챔버부의 다른 실시예를 개략적으로 나타낸 도면, 도 14는 본 발명에 따른 대면적 ＣＩＧＳ 박막제조장비의 증착챔버부의 또 다른 실시예를 개략적으로 나타낸 도면, 도 15는 도 14에서 B의 확대도이다.
본 발명에 따른 대면적 ＣＩＧＳ 박막제조장비는 통상적인 로딩챔버(loading chamber)부, 상기 로딩챔버부와 연계되어 기판을 예열시키는 예열챔버(pre-heating chamber)부, 상기 예열챔버부와 연계되어 상기 기판을 증착시키는 증착챔버(evaporation chamber)부, 상기 증착챔버부에 연계되어 증착된 기판을 냉각시키는 냉각챔버(cooling chamber)부, 및 상기 냉각챔버부와 연계되어 처리된 기판을 언로딩시키는 언로딩챔버(unloading chamber)부를 포함하여 구성된 박막형 태양전지 양산시스템에서, 특히 증착챔버부(100)의 구성에 그 특징이 있는 것이다.
여기서, 기판은 공정라인을 따라 순차적으로 각 챔버부로 이송되며, 각 챔버부에는 공정라인을 따라 전면부 및 후면부에 개폐장치가 장착됨은 물론이며, 로딩챔버부, 예열챔버부, 냉각챔버부 및 언로딩챔버부는 통상적인 것으로 이에 대한 설명은 생략한다.
도 1 내지 도 8은 본 발명에 따른 대면적 ＣＩＧＳ 박막제조장비인 증착챔버부(100)의 제1 실시예로서, 본 실시예에 따른 증착챔버부(100)는 증착챔버(10); 다수개 세트의 소스챔버(20; 20a~20e, 20f~20j); 다수개 세트의 기체하향안내부(30; 30a~30e, 30f~30j); 및 다수개의 상하이동스테이지(40; 40a~40e, 40f~40j);로 구성된다. 물론, 증착챔버(10)내 하부에는 레일을 구성하는 롤러(50)와 히터(60)가 구비되고 레일을 따라 트레이(T)에 장착된 기판(70)이 이송된다.
증착챔버(10)는 통상적인 증착챔버로서, 증착챔버(10)의 외측면부 중 기판이 이송되는 공정라인을 따른 전면부 및 후면부에 개폐장치가 구비되어 있을 뿐만 아니라, 상부면에도 다수개 세트의 개폐장치(15)가 구비된다. 개폐장치는 게이트밸브가 통상적이며, 다수개 세트의 개폐장치(15)를 통해 증착챔버(10)와 후술하는 다수개 세트의 소스챔버(20; 20a~20e, 20f~20j)는 연통되도록 결합한다.
이때, 다수개 세트의 소스챔버(20; 20a~20e, 20f~20j)는 증착챔버(10)의 상부에만 구비되는 것이 공간대비 활용도면에서 바람직하다. 물론, 도 9에 도시된 바와 같이 기판의 종류 및 공급양상에 따라 소스챔버는 증착챔버의 하부에 구비될 수도 있음은 물론이다.
이와 관련하여, 출원인의 종래출원특허에 증착챔버의 측방향에 배치된 소스챔버에 대해 기술한 바 있으나, 증착챔버의 일측면 또는 양측면에 구비되는 소스챔버의 두께, 소스챔버내에 구비된 증발원인 도가니부와 인젝터가 전후진이동할 수 있도록 구비되어야 하는 소스챔버 공간의 크기, 및 증착챔버와 소스챔버간의 게이트밸브의 크기 등과, 더욱이 노즐분사부에 측면으로부터 증발소스가 공급됨에 따라 노즐분사부내에서 증발소스 이동거리가 커지게 되고 그럼으로써 노즐을 통해 하방으로 분사되는 소스의 분사량, 분사속도등의 차이가 현격해 기판에 증착되는 조성비, 두께가 균일하지 않게 되는 점 등을 고려할 때, 소스챔버를 증착챔버 측면에 배치하는 것은 대면적 기판의 양산 및 고속공정에도 바람직하지 않을 뿐만 아니라, 현실적으로 실용적이지 않은 문제점이 있다.
이에 비해 본 발명은, 증착챔버 상부에 소스챔버를 구비함에 따라 잉여공간을 활용한다는 면에서도 바람직할 뿐더러, 후술하는 소스챔버의 기체분출부가 선형의 기체하향안내부의 중앙위치에 결합할 수 있게 됨에 따라 하향식으로 분출되는 소스기체가 대면적 기판에 균일한 두께로 증착이 가능하게 된다.
다수개 세트의 소스챔버(20; 20a~20e, 20f~20j)는 소스챔버의 하부가 증착챔버(10)의 상부에 각각 개폐장치(15)를 통해 연통되도록 결합되는 것으로서, 각 소스챔버(20)내에는 소스를 증발시키는 증발원인 도가니부(200)와 상하이동스테이지(40)가 구비된다.
도가니부(200)는 다수개 세트의 각 소스챔버(20)내에 구비되어 소스를 증발시켜 하방향으로 분출되도록 하는 것으로, 상부가 개방되고 하부가 밀폐된 원통형 또는 다각 박스형으로 형성된 소스가 저장되는 도가니몸체(210)와, 전단부는 도가니몸체(210) 상부에 연통되도록 결합하고 후단부는 대응되는 기체하향안내부에 연통되도록 착탈가능하게 결합하는 기체분출부(220)로 구성된다(도 2, 도 3 참조).
여기서, 기체분출부(220)는 도가니몸체(210)의 상부에 갈고리형상으로 결합되는 것으로, 원통형 또는 다각통형상이며 상부에는 덮개(230)가 형성되고 기체하향안내부(30)과 결합하는 후단부에는 결합홈(P)을 형성하여 후술하는 기체하향안내부(30)의 돌출부(32)와 상하방 이동시 슬라이딩 결합이 가능하도록 결합시킨다.
여기서, 기체하향안내부와 결합하는 후단부를 포함한 기체분출부 하부는 기체하향안내부의 결합부 형상의 가변성에 따라 용이하게 대체가능하고, 조립이 용이하도록 기체분출부 본체와 별개로 형성한 후 도가니부의 상하방 이동시 본체로부터 이탈되지 않도록 본체에 결합시킨다. 이때, 해당결합부위에 각각 나사산을 형성하여, 기체분출부 본체와 하부가 고정되게 나사결합시키는 것이 바람직하다.
또한, 기체분출부(220)와 기체하향안내부(30)의 결합부위를 밀폐시킬 수 있도록 결합홈(P)과 돌출부(32) 사이에는 다양한 실링재(미도시)를 더 구비할 수 있다.
또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 도가니몸체(210)의 측면과 기체분출부(220)의 측면이 분리됨이 없이 일체로 형성될 수도 있음은 물론이다.
본 발명에서는, 도가니부에서 도가니몸체(210)와 기체분출부(220)가 소스의 투입 및 재충전이 가능하도록 일체로 형성하되 기체분출부의 상부측에 덮개(230)를 형성한 것을 도시하였으나, 이에 국한되는 것은 아니며, 도가니몸체(210)와 기체분출부(220)를 별개로 형성한 후 기체분출부 전단부가 도가니몸체 상부에 끼움결합되도록 할 수도 있고, 또는 결합되는 부분에 각각 나사산을 형성하여 나사결합시킬 수도 있음은 물론이다.
또한, 소스들인 구리소스, 갈륨소스, 인듐소스가 사용되는 도가니부(200)는, 도 2에 도시된 바와 같이 유지보수가 용이하도록 하우징(270)내에 위치하는 것이 바람직하며, 도가니부(200) 외측과 하우징(270) 내측 사이에는 도가니부(200)를 감싸도록 히터(H1)를 구비하고, 히터(H1) 외측과 하우징(270) 사이에는 다수겹의 방열벽(274)을 더 구비하는 것이 바람직하다. 여기서, 히터(H1)는 도가니부(200) 내부의 소스를 기화시키기 위한 것이다.
또한, 도가니몸체(210) 뿐만 아니라 기체분출부(220) 외측에도 히터(H2)를 구비하는 것이 바람직하다. 이것은, 기체분출부(220)의 온도가 내려가면 기화된 소스들이 기체분출부(220) 내부표면에 응축되어 궁극적인 기판(70)에의 증착율이 감소하기 때문이다. 마찬가지로, 덮개(230) 외측에도 구비하는 것이 더욱 바람직하다.
이와 같이 히터(H1, H2)를 도가니부 외측에 구비하는 것은 소스들인 구리소스, 갈륨소스, 인듐소스를 기화시키고 확산이동 중 응축을 방지하기 위해서는 1000℃ 이상의 고온을 요하기 때문으로, 이와 같은 고온은 직접가열보다는 간접복사가열에 의하는 것이 바람직하기 때문이다.
본 발명에서 사용되는 히터의 구성 예시가 도 7 및 도 8에 도시되어 있다.
히터(H1, H2)의 구성은 플러스전극(+)과 마이너스 전극(-)간 저항값을 최대로 하여 전원이 인가되었을때, 단시간내에 빠르게 도가니부를 가열할 수 있도록 지그재그형상으로 그 길이를 최대한 길게 구성한 것이다. 히터(H1)는 도가니몸체를 포함한 도가니부 상부측에 사용되는 것을 예시한 것이며, 히터(H2)는 기체분출부를 포함한 도가니부 하부측에 사용되는 것을 예시한 것이다.
이와 같이 구비된 히터가 인가된 전원에 의해 가열되어 적외선을 방사하면, 방사된 적외선에 의해 도가니부가 집중적으로 가열되고 그럼으로써 저장된 소스들은 녹아 기화되고, 도가니부 내측면에 응축되지 않게 된다.
각 도가니부의 히터의 온도는 각각 구비된 온도제어센서(미도시)에 의해 각 소스에 맞추어 제어된다. 통상적으로, 구리소스, 갈륨소스, 인듐소스, 및 셀레늄소스가 저장된 다수개의 도가니부(200)의 각 가열온도는 구리소스는 대략 1500~1600℃, 갈륨 및 인듐은 대략 1200~1300℃이고, 셀레늄은 대략 400℃이다.
방열벽(274)은 히터(H1)로부터 방사되는 적외선이 도가니부(200)에 집중되도록 하기 위한 것으로서, 방열벽(274)은 히터(H1) 및 도가니부로부터 방출된 적외선을 반사시켜 도가니부(200)가 가열되도록 유도한다. 방열판 재질은 고온에 내구도를 갖는 그래파이트 또는 세라믹 재질이 바람직하다.
반면, 셀레늄소스가 사용되는 도가니부(200)는, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 가열온도가 대략 400℃이므로 도가니부 자체에 히터를 내재시키는 구성을 하여, 간접가열방식이 아닌 직접가열방식에 따라 가열하는 것이 경제적인 면에서 바람직하다.
또한, 다수개 세트의 기체하향안내부(30)는 일정길이를 가진 내부공간이 구비된 다각형 단면의 선형의 바(bar) 형상으로, 증착챔버(10) 내측 상부에 공정라인과 수직한 방향으로 고정되도록 구비된다. 각 기체하향안내부(30)의 상부면 중앙에는 대응하는 각 소스챔버(20)와 연통될 수 있도록 투입부(31)가 돌출형성되어 있으며, 투입부의 테두리를 따라 돌출부(32)가 형성되어 있다.
기체하향안내부(30)의 하부면에는 길이를 따라 다수개의 기체량 조절부(34)가 형성되어 기체량 조절부 간극마다 형성되는 배출구를 통해 하방향으로 소스기체를 적절하게 분출하도록 제어될 수 있다. 또한, 기체하향안내부(30)의 하부면 중앙위치에는 중앙조절부(36)를 구릉모양으로 형성하고, 기체하향안내부(30)의 투입부(31)에서 내부공간으로 분지되는 지점의 형태는 깔대기형으로 구성하여, 투입부(31)로 투입된 소스기체가 기체하향안내부(30)의 양측 내부공간으로 확산이동되는 것을 용이하게 한다.
여기서, 다수개의 기체량 조절부(34)는 그 개수 및 간격을 조절함으로써, 배출구의 치수(d1, d2, d3, ..)를 조절하고 그럼으로써 하방향으로 분출되는 소스기체의 양을 제어하는 것으로, 궁극적으로 원하는 양만큼 분사된 소스기체가 기판위에 고르게 증착되도록 한다.(도 6 참조)
또한, 중앙조절부(36)는 기체하향안내부(30)의 각 배출구로부터 기판을 향해 하방으로 분사되는 소스기체의 분사량 및 분사속도를 균일하게 조절하기 위한 것으로, 기체하향안내부(30)의 투입부에 대응되는 하부면 위치에 중앙조절부를 설치하지 않으면, 투입부로부터 일직선상에 및 근접하게 위치하는 배출구를 통해 가장 많은 소스기체가 하방향으로 분사되게 되어, 대면적 기판위에는 전체적으로 균일한 증착박막이 형성되지 않게 된다.
또한, 도가니부와 마찬가지로 각 소스별 도가니부에 대응되는 기체하향안내부(30) 외측에는 기체하향안내부(30) 내부의 소스기체들이 응축되거나 그 내부벽면에 부착되는 것을 방지하고 원활한 하향분사가 가능하도록 하기 위한 히터(H3)를 구비하는 것이 바람직하다. 이때, 히터(H3)의 가열온도는 해당 소스기체의 온도값을 갖도록 하는 것이 바람직하다. 이것은 증발시 고온을 필요로하는 소스기체들의 응축을 방지하기 위함이다.
중앙조절부(36)에도 히터(H4)를 더 구비하여 중앙조절부를 향해 투입되는 소스기체가 중앙조절부 상부측에 응축되는 것을 방지하는 것이 바람직하다.
마찬가지로, 히터(H3) 외측에는 히터(H3)로부터 방사되는 적외선이 기체하향안내부(30)에 집중되도록 방열벽(38)을 구비하는 것이 바람직하다. 또한, 방열벽(38) 외측에는 방열벽의 주위를 덮어 방열을 방지하고 유지보수를 용이하게 하기 위한 하우징(37)을 구비하는 것이 바람직하다.
상술한 바와 같은 기체하향안내부(30) 외측에 히터와 방열벽 및 하우징을 구비하여 기체하향안내부(30)를 간접가열하는 것은 구리소스, 인듐소스, 및 갈륨소스에 대응되는 기체하향안내부에 해당되는 것이다. 셀레늄소스 경우에는 도가니부와 마찬가지로, 기체하향안내부(30) 자체에 히터를 내재시키는 구성을 하여, 간접가열방식이 아닌 직접가열방식에 따라 가열하는 것이 바람직하다.
또한, 증착챔버(10)내 기체하향안내부(30)와 기판(70) 사이에는 셔터(S)를 더 구비하는 것이 바람직하다. 셔터(S)는 소스기체들을 증착하기 전에 기판에 불순물들이 증착되는 것을 방지하기 위한 것으로서, 도 1에 도시된 바와 같이 기체하향안내부(30)와 연계되어 있는 소스챔버가 충전중일때는 셔터(S)를 닫아 기체하향안내부(30)와 기판을 격리되도록 하고, 소스챔버가 증착중일때는 셔터(S)를 열어 기체하향안내부(30)로부터 소스기체들이 기판에 적절하게 분사되도록 제어한다.
다수개 세트의 상하이동스테이지(40; 40a~40e, 40f~40j)는 각 소스챔버(20)내에서 도가니부(200)가 상하이동을 할 수 있도록 하는 것으로, 도가니부(200) 일측면에 장착되는 이동롤러, 이동롤러의 이동을 가이드하는 가이드레일, 이동롤러에 작용하여 이동롤러가 상하이동할 수 있도록 제어하는 상하 이동제어장치(미도시)로 구성된다.
가이드레일은 이동롤러가 정해진 코스를 따라 상하이동되도록 하는 것으로, 도가니부(200)의 기체분출부(220)가 개폐장치(15)를 통해 기체하향안내부(30)와 결합 및 결합해제가 정확한 위치에서 수행될 뿐만 아니라, 슬라이딩 결합 및 결합해제가 가능하다.
또한, 상하이동제어장치(미도시)는 도가니부의 부드러운 상하이동이 가능하도록 하는 것으로, 다양한 형태의 푸시 앤 풀 피드스로우(push and pull feedthrough)장치가 가능하다.
이와 같은 구성의 증착챔버부(100)에서, 소스챔버(20)는 증착할 소스(예: 구리, 인듐, 갈륨, 셀레늄)의 개수에 맞추어 다수개 준비하고, 증착챔버내 기체하향안내부(30)도 대응되는 소스챔버 개수에 맞추어 준비한다. 마찬가지로, 개폐장치(15)도 소스챔버 개수에 맞추어 준비한다.
이때, 셀레늄 소스챔버의 경우 기판 진행방향을 기준으로 전두 및 후미에 2개 또는 다른 소스챔버 사이 중간 중간에 다수개 분산배치하는 것이 바람직하다. 이것은 다량의 셀레늄소스를 공급하기 위한 것으로서, 셀레늄은 기판의 가열온도인 대략 500℃보다 그 기화온도가 낮아 기판에 증착된 후에도 다시 재증발이 일어나 CIGS 박막의 품질을 떨어뜨리는 결과를 초래하기 때문이다. 즉, 증착공정에서 다른 소스들과 균형을 맞추기 위해서는 셀레늄 소스챔버의 크기가 상대적으로 커져야 하므로, 이에 따른 공간적 제약을 방지하고 대면적 기판 전체에 셀레늄소스가 균일한 조성비로 분포되도록 하기 위함이다.
도 1에 도시된 본 발명에 따른 대면적 ＣＩＧＳ 박막제조장비의 증착챔버부의 일 실시예에 따르면, 5개의 소스챔버와, 5개의 개폐장치와, 5개의 기체하향안내부를 한 세트로 구성하는 증착부 2세트가 하나의 증착챔버(10)내에 구성되어 있다.
여기서, 증착부의 어느 한 세트를 구성하는 다수개 세트의 소스챔버 중 어느 하나의 소스챔버 세트는 소스기체의 증착을 수행하도록 해당 개폐장치가 열리면서 상기 소스챔버와 상기 증착챔버가 개방되고 상기 소스챔버 세트의 각 도가니부와 대응되는 상기 기체하향안내부가 연통되게 결합되며, 증착부의 다른 한 세트를 구성하는 다른 소스챔버 세트는 소모된 소스의 충전을 수행하도록 상기 소스챔버 세트의 각도가니부와 대응되는 상기 기체하향안내부가 결합해제되고 해당 개폐장치가 닫히면서 상기 소스챔버 세트는 상기 증착챔버와 밀폐되는 것이다.
즉, 증착부 어느 한 세트는 소스챔버와 대응되는 기체하향안내부 사이의 개폐장치를 닫아 소스챔버와 증착챔버를 분리 밀폐시킨 상태로, 이것은 소스챔버내의 소모된 소스를 증착챔버의 진공을 깨지않고 충전할 수 있음을 도시한 것이고, 동시에 증착부 다른 한 세트는 소스챔버와 대응되는 기체하향안내부 사이의 개폐장치를 열어 소스챔버와 증착챔버가 상호 개방된 상태로, 이것은 소스챔버내의 소스가 증착챔버의 기체하향안내부를 통해 증착되고 있음을 도시한 것이다.
이와 같이 하나의 증착챔버(10)내에 다수개의 증착부를 구비하여 증착챔버의 진공을 깨지않고도 소모된 소스의 충전이 가능할 뿐만 아니라, 24시간 연속증착공정이 가능하게 된다.
또한, 도 9 내지 도 12는 본 발명에 따른 대면적 ＣＩＧＳ 박막제조장비인 증착챔버부(100')의 제2 실시예로서, 연속공정이 가능하도록 언와인딩챔버(UW), 증착챔버(10'), 와인딩챔버(W) 및 각 챔버 사이에 배치된 개폐장치가 인라인으로 구성되며, 각 챔버에는 진공펌프(미도시)가 장착되어 진공상태를 제어할 수 있다.
언와인딩챔버(UW)는 플렉서블한 플라스틱 필름기판(70')이나 롤형태로 공급할 수 있는 서스필름(stainless steel film)기판이 감겨 있는 공급롤이 내부의 롤러에 장착되는 챔버이고 와인딩챔버(W)는 증착공정이 완료된 기판(70')이 감기는 권취롤이 내부의 롤러에 장착되는 챔버로서, 언와인딩챔버(UW)로부터 증착챔버에 기판(70')이 연속적으로 공급되고 증착이 완료된 기판은 와인딩챔버의 권취롤에 감김에 따라 기판의 텐션이 유지되어 기판의 늘어짐이 발생하지 않게 되므로, 하방향 증착공정을 수행하지 않아도 무방하다. 이와 같은, 언와인딩챔버(UW)와 와인딩챔버(W)는 박막형성공정이 진행되는 동안에는 진공상태를 유지하여야 하는 반면에, 대기압 상태의 외부와 공급롤 또는 권취롤을 교환하기 위해서는 대기압상태를 유지하여야 하므로, 챔버내의 내부압력을 대기압상태에서 진공상태로 또는 진공상태에서 대기압상태로 전환할 수 있어야 한다.
여기서, 본 실시예에 따른 증착챔버부(100')는 증착챔버(10'); 증착챔버 하부면에 결합되는 다수개 세트의 소스챔버(20'; 20'a~20'e, 20'f~20'j); 증착챔버 내측 하부에 고정결합되는 다수개 세트의 기체상향안내부(30'; 30'a~30'e, 30'f~30'j); 및 소스챔버내 일측에 구비된 다수개의 상하이동스테이지(40'; 40'a~40'e, 40'f~40'j);로 구성된다.
이때, 기판(70')은 롤투롤 장치에 의해 공급되며, 증착챔버(10')내의 기판의 상부위치에는 히터(H5)가 구비되고, 기판(70') 하부와 기체상향안내부(30') 사이에는 셔터(S')가 구비된다.
다수개 세트의 소스챔버(20')는 증착챔버 하부에 개폐장치(15')를 통해 결합되는 것으로, 소스를 증발시키는 도가니부(200': 200'a~200'e, 200'f~200'j)를 포함한다. 하나의 소스챔버 세트는 셀레늄소스챔버, 구리소스챔버, 인듐소스챔버, 갈륨소스챔버 및 셀레늄소스챔버 순으로 구성된다. 물론, 셀레늄소스챔버는 1개 또는 전두 및 후미에 2개 또는 다른 챔버 사이 중간중간에 다수개 구비될 수 있다.
여기서, 소스챔버(20')의 구성이 제1 실시예와 다른 점은 소스챔버내의 도가니부(200': 200'a~200'e, 200'f~200'j)의 구성이 도가니몸체(210')와 기체분출부(220')로 구성되고, 기체분출부는 일직선의 원통형 또는 다각통형상으로 전단부는 도가니몸체 상부의 입구에 결합되고, 후단부는 기체상향안내부(30')의 하부 중간위치에 형성된 투입부에 결합한다는 것이다. 이때, 도가니몸체(210') 입구 내측형상은 증발되는 소스기체들이 상방향으로 확산되는 것이 용이하도록 깔대기 형상을 가지는 것이 바람직하다.
소스챔버(20')내의 기타 다른 구성들 및 그 역할, 그리고 다수개의 상하이동스테이지(40')의 구성 및 그 역할은 제1 실시예와 방향이 반대인 점 이외에는 동일하다.
다수개 세트의 기체상향안내부(30')는 증착챔버 내측 하부에 고정결합되어 대응되는 소스챔버(20')내의 각 도가니부(200')와 개폐장치(15')를 통해 연통되는 것으로, 제1 실시예와 다른 점은 기체상향안내부(30') 하부면 중간위치에는 투입부(31')가 형성되고 투입부(31') 테두리를 따라 돌출부(32')가 형성되어 있으며, 기체상향안내부(30') 상부면에는 그 길이를 따라 다수개의 기체량 조절부(34') 및 중앙조절부(36')가 형성됨에 따라 배출구가 다양한 형상으로 구비되어 배출구를 통해 상방향으로 소스기체를 적절하게 분출하도록 제어할 수 있다.
또한, 기체상향조절부(30')의 상부면에는 테두리를 따라 측면으로부터 연장되는 연장부(35')를 더 형성하여 상방향으로 분출되는 소스기체들이 중력에 의해 기판에 증착되기 전에 하부로 쳐지게 되는 것을 방지하는 것이 바람직하다.
또한, 제1 실시예와 마찬가지로, 상부면 중앙위치에 구비된 중앙조절부(36')는 구릉모양으로 형성하고, 기체상향안내부(30')의 투입부(31')에서 내부공간으로 분지되는 지점의 형태는 깔대기형으로 구성하여, 투입부(31')로 투입된 소스기체가 기체상향안내부(30')의 선형의 양측 내부공간으로 확산되는 것을 용이하게 한다.
그외, 기체상향안내부(30')의 구성 및 역할은 제1 실시예의 기체하향안내부(30)와 방향이 반대인 점 이외에는 동일하다.
또한, 제1 실시예와 마찬가지로, 구리소스, 갈륨소스, 인듐소스가 사용되는 도가니부(200')는, 도 10에 도시된 바와 같이 유지보수가 용이하도록 하우징내에 위치하는 것이 바람직하며, 도가니부(200') 외측과 하우징 내측 사이에는 도가니부(200')를 감싸도록 히터(H1', H2')를 구비하고, 히터(H1', H2') 외측과 하우징 사이에는 다수겹의 방열벽을 더 구비하는 것이 바람직하다. 이때 대응되는 기체상향안내부(30')도 마찬가지로, 히터(H3'), 방열벽, 및 하우징을 구비하는 것이 바람직하다.
반면에, 셀레늄소스가 사용되는 도가니부(200')는, 도 11에 도시된 바와 같이 도가니부 자체 및 기체상향안내부(30') 자체에 히터를 내재시키는 구성을 하여, 직접가열방식에 따라 가열한다.
또한, 도 13 및 도 14는 증착챔버(10')내의 기체상향안내부(30')와 연통되는 소스챔버(20")의 다른 실시예를 도시한 것이다. 이와 같은 소스챔버의 구성은 도가니부의 구성을 하방향에 맞도록 전환하여 하방향 증착공정에도 적용될 수 있음은 물론이다.
도 13에 도시된 증착챔버부(100"A)는 증착챔버내에 구비된 기체상향안내부(30')와 연통되는 소스챔버의 도가니부(200') 사이에 소스기체들을 병합하는 병합부(800)가 더 구비되는 것으로, 병합부는 소스챔버내에 구비되는 것이 바람직하다.
본 실시예에서는 제2 실시예에서 하나의 세트내에 증착되는 소스가 담긴 도가니부가 각각 내재된 소스챔버가 다수개 구비되는 것과 달리, 하나의 소스챔버내에 하나의 세트를 구성하는 다수개 도가니부(200')를 구비하고, 각 도가니부들을 병합부(800)에 연통되도록 결합시킴으로써, 증착될 소스기체들은 병합부에서 하나로 병합되어 기체상향안내부(30')를 통해 기판에 증착되게 된다. 이와 같은 구성에 의하면 소스챔버를 각 소스별로 구비하지 않아도 되므로 소스챔버를 다수개 구비함에 따른 공간적 문제점을 해결할 수 있으며, 소스챔버 각각을 제어하는 문제점을 해결할 수 있게 된다.
여기서, 기체상향안내부(30')와 직접적으로 연통되는 것은 병합부(800)이므로, 상하이동스테이지는 병합부에도 장착시키는 것이 바람직하다. 물론, 상하이동스테이지는 각 도가니부에만 장착하고, 병합부와 각 도가니부는 쉽게 탈착되지 않도록 결합시키는 구성을 하여도 무방하다.
또한, 도 14에 도시된 증착챔버부(100"B)는 증착챔버내에 구비된 기체상향안내부(30')와 연통되는 소스챔버의 도가니부(200")를 변형하여 소스기체들이 하나의 도가니부에서 각각 분출되면서 병합되도록 구성한 것이다.
본 실시예에서는 제2 실시예에서 하나의 세트내에 증착되는 소스가 담긴 도가니부가 각각 내재된 소스챔버가 다수개 구비되는 것과 달리, 하나의 소스챔버내에 하나의 도가니부(200")를 구비하고 그 하나의 도가니부(200")내에는 각 소스들이 담긴 소스별 소스저장부들이 도가니몸체의 내측테두리를 따라 환형의 계단식으로 형성된 것이다.
각 소스저장부(201",202",203")는 상부가 개방되고 하부가 밀폐되어 있으며, 도가니부의 중앙홀은 각 소스저장부와 연통되어 있다. 인접한 각 소스저장부간 결합부위에는 도 15에 도시된 바와 같이 단열재(I)를 설치하여 열전도를 차단한다. 이는 각 소스저장부의 가열온도 차이에 따른 것으로, 단열재(I) 미설치시 고온으로 가열된 소스저장부의 열은 인접한 소스저장부로 전도되므로 상대적으로 낮은 온도에서 기화되는 소스가 담긴 소스저장부의 소스들은 해당 소스에 적절한 가열온도보다 높은 온도로 가열되게 되어, 기화속도가 빠르게 되고 그럼에 따라 저장된 소스는 급격하게 소모된다. 궁극적으로는 기판에 증착되는 소스들의 조성비가 적절하지 않게 되는 결과를 가져온다.
이와 같은 구성의 도가니부에서, 각 소스저장부의 소스들은 기화되면서 도가니부의 공통의 중앙홀을 따라 상방향으로 확산이동되어 기체상향안내부(30')를 통해 기판에 증착되게 된다. 이때, 도가니부의 중앙홀은 각 소스저장부와 연통되어 있으므로 증발되어 확산이동하는 소스기체들은 상방향으로 이동하면서 서로 병합될 수도 있음은 물론이다.
도 13 및 도 14에 도시된 소스챔버내 도가니부, 병합부, 기체상향안내부에도 제1 및 제2 실시예에서와 마찬가지로 히터, 방열벽, 하우징 등을 구비하는 것이 바람직하다. 특히, 도 14의 도가니부(200")에는 각 소스별로 히터(H6,H7,H8) 및 히터(H9)가 사용되고, 기체상향안내부(30')에도 히터(H3')가 사용된다.
또한, 도 13 및 도 14에는 소스챔버내에 도가니부를 3개만을 도시하였으나, 이에 국한되는 것이 아님은 물론이며, 다른 소스들에 비해 가열온도 차이가 현격한 셀레늄소스 경우에는 별도의 소스챔버를 구비하여 증착하는 것이 바람직하므로 이를 분리하여 예시한 것이다.
즉, 도 13에서 셀레늄소스에 해당되는 도가니부를 동일한 소스챔버내에 구비하거나 또는 별도로 구비하여 증착시킬 수 있음은 물론이며, 또한, 도 14에서도 셀레늄소스가 담긴 소스저장부를 해당 도가니부에 추가구성하거나 또는 별도로 구성하여 증착할 수 있음은 물론이다.
이와 같은 증착챔버부의 구성은 어느 한 세트의 소스챔버가 가동중일때, 다른 세트의 소스챔버는 재충전이 가능하므로, 증착챔버의 진공을 깨지않고 소스챔버내의 소스 재충전이 가능하게 되는 장점이 있다.
또한, 다수 세트의 소스챔버를 구비함으로써 증착챔버의 24시간 풀가동이 가능하게 된다. 이와 같이 다수개 세트의 소스챔버를 가동시에는, 증착챔버와 소스챔버를 연결하는 각 세트의 개폐장치는 순차적으로 개폐를 제어할 수 있다.
비록 본 발명이 상기에서 언급한 바람직한 실시예와 관련하여 설명되었지만, 본 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다른 다양한 수정이나 변형이 가능할 것이다. 따라서, 첨부된 청구범위는 본 발명의 진정한 범위 내에 속하는 그러한 수정 및 변형을 포함함은 물론이다.
Claims (18)
- 증착챔버;
상기 증착챔버의 상부에 개폐장치를 통해 결합되며, 소스를 증발시키는 도가니부를 포함하는 다수개 세트의 소스챔버;
상기 증착챔버내에 구비되며, 상기 다수개의 도가니부와 각각 연통되도록 결합되고, 선형의 내부공간을 구비하며 하부면에 중앙조절부 및 다수개의 기체량 조절부가 형성된 다수개 세트의 기체하향안내부; 및
상기 다수개 세트의 소스챔버내에서 상기 도가니부를 각각 상하이동시키는 상하이동스테이지;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 대면적 ＣＩＧＳ 박막제조장비. - 제 1 항에 있어서,
상기 도가니부는 상부가 개방되고 하부가 밀폐된 도가니몸체와, 상기 도가니몸체에 전단부가 고정결합되고 후단부는 대응되는 상기 기체하향안내부에 착탈가능하게 결합되는 기체분출부로 구성되며,
상기 기체분출부의 상부에는 덮개가 형성되는 것을 특징으로 하는 대면적 ＣＩＧＳ 박막제조장비. - 제 2 항에 있어서,
상기 기체분출부의 후단부에는 결합홈이 형성되며, 상기 기체분출부는 본체와 상기 후단부를 포함하는 하부로 분리형성되고, 상기 본체와 하부의 결합부위에는 대응되는 나사산이 형성되는 것을 특징으로 하는 대면적 ＣＩＧＳ 박막제조장비. - 제 3 항에 있어서,
상기 기체하향안내부의 상부면 중간위치에는 투입부가 형성되고, 상기 투입부의 테두리에는 돌출부가 형성되어 상기 기체분출부의 결합홈과 슬라이딩 결합하는 것을 특징으로 하는 대면적 ＣＩＧＳ 박막제조장비. - 제 1 항에 있어서,
상기 다수개 세트의 기체하향안내부의 하부면에 형성된 다수개의 기체량 조절부의 개수와 간격에 따라 배출구의 치수가 조절되는 것을 특징으로 하는 대면적 ＣＩＧＳ 박막제조장비. - 제 1 항에 있어서,
상기 기체하향안내부의 하부면 중앙에 형성된 상기 중앙조절부는 구릉형상이며, 상기 중앙조절부 하부 외측 또는 내부에 히터가 구비되는 것을 특징으로 하는 대면적 ＣＩＧＳ 박막제조장비. - 제 1 항에 있어서,
상기 다수개 세트의 기체하향안내부의 하부에는 이격되게 셔터를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 대면적 ＣＩＧＳ 박막제조장비. - 제 1 항에 있어서,
상기 상하이동스테이지는
상기 도가니부에 장착되는 이동롤러; 상기 이동롤러의 상하이동을 가이드하는 가이드레일; 및 상기 이동롤러의 상하이동을 제어하는 이동제어장치;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 대면적 ＣＩＧＳ 박막제조장비. - 제 1 항에 있어서,
상기 다수개 세트의 소스챔버 중 어느 하나의 소스챔버 세트는 소스기체의 증착을 수행하도록 해당 개폐장치가 열리면서 상기 소스챔버와 상기 증착챔버가 개방되고 상기 소스챔버 세트의 각 도가니부와 대응되는 상기 기체하향안내부가 연통되게 결합되며,
다른 소스챔버 세트는 소모된 소스의 충전을 수행하도록 상기 소스챔버 세트의 각도가니부와 대응되는 상기 기체하향안내부가 결합해제되고 해당 개폐장치가 닫히면서 상기 소스챔버 세트는 상기 증착챔버와 밀폐되는 것을 특징으로 하는 대면적 ＣＩＧＳ 박막제조장비. - 제 1 항에 있어서,
상기 다수개 세트의 소스챔버의 각 세트에는 셀레늄소스챔버가 적어도 2개 이상 구비되는 것을 특징으로 하는 대면적 ＣＩＧＳ 박막제조장비. - 증착챔버;
상기 증착챔버 전면부 및 후면부에 개폐장치를 통해 각각 결합되며, 기판을 롤형태로 공급하는 공급롤이 구비된 언와인딩챔버와 증착이 완료된 기판을 권취하는 권취롤이 구비된 와인딩챔버;
상기 증착챔버의 하부에 개폐장치를 통해 결합되며, 소스를 증발시키는 도가니부를 포함하는 다수개 세트의 소스챔버;
상기 증착챔버내에 구비되며, 상기 다수개 소스챔버내의 각 도가니부와 각각 연통되도록 결합되고, 선형의 내부공간을 구비하며 상부면에 중앙조절부 및 다수개의 기체량 조절부가 형성된 다수개 세트의 기체상향안내부; 및
각각의 상기 소스챔버내에서 상기 도가니부를 상하이동시키는 상하이동스테이지;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 대면적 ＣＩＧＳ 박막제조장비. - 제 11 항에 있어서,
상기 증착챔버내의 기판 상부위치에는 히터가 구비되는 것을 특징으로 하는 대면적 ＣＩＧＳ 박막제조장비. - 제 11 항에 있어서,
상기 기체상향안내부 상부면에는 테두리를 따라 측면으로부터 연장되는 연장부가 형성되는 것을 특징으로 하는 대면적 ＣＩＧＳ 박막제조장비. - 제 11 항에 있어서,
상기 다수개의 소스챔버 세트는 각 소스별 도가니부가 하나씩 내재된 소스챔버 다수개가 세트를 구성하거나 또는 하나의 소스챔버내에 다수개의 도가니부가 내재되는 것을 특징으로 하며,
하나의 소스챔버내에 다수개의 도가니부가 내재되는 경우에는 각 도가니부와 연통되며 상기 기체상향안내부와 결합하는 병합부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 대면적 ＣＩＧＳ 박막제조장비. - 제 11 항에 있어서,
상기 소스챔버 세트는 하나의 소스챔버내에 하나의 도가니부가 구비되며, 상기 하나의 도가니부에는 각 소스별 소스저장부들이 도가니몸체의 내측테두리를 따라 환형의 계단식으로 형성된 것을 특징으로 하는 대면적 ＣＩＧＳ 박막제조장비. - 제 15 항에 있어서,
상기 소스저장부들은 상부가 개방되고 하부가 밀폐되어 있으며, 상기 도가니부의 중앙홀은 상기 각 소스저장부와 연통되어 있고, 인접한 각 소스저장부들의 결합부위에는 단열재가 설치되는 것을 특징으로 하는 대면적 ＣＩＧＳ 박막제조장비. - 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 다수개 세트의 소스챔버의 도가니부의 외측 및 상기 다수개 세트의 기체하향안내부 또는 기체상향안내부의 외측에는 히터를 포함하고, 상기 히터 외측으로 하우징이 배치되며, 상기 히터 외측과 하우징 사이에는 방열판을 포함하는 것을 특징으로 하는 대면적 ＣＩＧＳ 박막제조장비. - 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 소스가 구리, 인듐 및 갈륨인 경우에는 상기 다수개 세트의 소스챔버의 도가니부의 외측 및 상기 다수개 세트의 기체하향안내부 또는 기체상향안내부의 외측에는 히터를 포함하고, 상기 히터 외측으로 하우징이 배치되며, 상기 히터 외측과 하우징 사이에는 방열판을 포함하고,
상기 소스가 셀레늄인 경우에는 상기 다수개 세트의 소스챔버의 도가니부 자체내 및 상기 다수개 세트의 기체하향안내부 또는 기체상향안내부 자체내에 히터를 내재시키는 것을 특징으로 하는 대면적 ＣＩＧＳ 박막제조장비.
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020110026234A KR20120109022A (ko) | 2011-03-24 | 2011-03-24 | 대면적 ｃｉｇｓ 박막제조장비 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20120109022A (ko) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101499527B1 (ko) * | 2013-06-14 | 2015-03-10 | 엘아이지에이디피 주식회사 | 증착장치 및 증착방법 |
| KR101601213B1 (ko) | 2014-11-06 | 2016-03-09 | 재단법인대구경북과학기술원 | 화합물 반도체의 제조방법 및 이를 통해 제조된 화합물 반도체 |
| KR20210117840A (ko) * | 2020-03-20 | 2021-09-29 | 주식회사 선익시스템 | 증착 장치 및 이를 이용한 유기물 증착 방법 |
-
2011
- 2011-03-24 KR KR1020110026234A patent/KR20120109022A/ko not_active Application Discontinuation
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101499527B1 (ko) * | 2013-06-14 | 2015-03-10 | 엘아이지에이디피 주식회사 | 증착장치 및 증착방법 |
| KR101601213B1 (ko) | 2014-11-06 | 2016-03-09 | 재단법인대구경북과학기술원 | 화합물 반도체의 제조방법 및 이를 통해 제조된 화합물 반도체 |
| KR20210117840A (ko) * | 2020-03-20 | 2021-09-29 | 주식회사 선익시스템 | 증착 장치 및 이를 이용한 유기물 증착 방법 |
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