KR20120120948A - 기판 상에 층을 증착하기 위한 장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 적어도 두 개의 성분으로 이루어진 층을 대상물 상에 증착하기 위한 장치에 관한 것으로서, 이 장치는, 대상물을 배치하기 위한 증착 챔버, 증착되는 물질을 포함하는 적어도 하나의 소스, 및 증착되는 물질의 적어도 하나의 성분의 지정된 양의 선택적 결합에 의해, 대상물 상에 증착되기 전에 증착되는 물질의 적어도 하나의 성분의 농도가 기상에서 변경될 수 있도록 구현된, 적어도 하나의 증착 공정 제어용 장치를 포함하고, 그 적어도 하나의 성분의 선택적 결합량은, 적어도 하나의 성분의 결합률에 밀접하게 연관된 적어도 하나의 제어 매개변수를 변경함으로써 제어될 수 있다. 또한, 본 발명은 적어도 두 개의 성분으로 이루어진 층을 대상물 상에 증착하기 위한 장치에 관한 것으로서, 증착 공정 제어용 장치는 반응성 물질로 이루어진 적어도 하나의 게터링 부재를 포함하고, 반응성 물질은 구리 및/또는 몰리브덴을 포함한다. 또한, 본 발명은 적어도 두 개의 성분으로 이루어진 층을 대상물 상에 증착하기 위한 방법에 관한 것으로서, 적어도 하나의 성분의 선택적 결합량은 증착 공정 제어용 장치의 결합률을 변경함으로써 제어된다.
Description
본 발명의 기술 분야는, 층 시스템, 특히 박막을 갖는 층 시스템의 제조에 관한 것이며, 적어도 두 개의 성분으로 이루어진 층을 기판 상에 증착하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
다원 성분(예: CdS, Cu2S, CuxSey, InxSy, InxSey, ZnS, GaAs 등)으로 이루어진 반도체 층의 전기적 및 구조적 특성들은 층의 조성에 의해 절대적으로 결정된다. 예를 들어 PVD(physical vapor deposition, 예를 들어 열 증발, 전자빔 증발, 스퍼터링과 같은 박층의 물리적 증착) 공정에 의한 층 증착의 경우, 층의 조성은 특히 화합물이 기상에서 분해한다면 출발 물질의 조성에서 벗어날 수 있다. (질량, 화학적 반응성, 용융점과 같은) 성분들의 상이한 특성들로 인해, 층은 소스에서 기판으로 가는 동안 성분이 유실되어 출발 물질과 상이한 조성을 가질 수 있다. 출발 물질은, 애플리케이션에 필요한 최적의 조성과 상이한 조성을 이미 갖고 있을 수도 있다.
하기 용어들이 이하에서 사용된다:
"증발률"은 소스에서 바로 나오는 물질의 유동량이다. "증착률"은 단위 시간당 기판 상에 증착된 물질의 양을 나타낸다. 한편 "결합률" 또는 "게터링율"은 반응성 또는 불활성 표면에 의해 기상으로부터 추출된 물질의 양이다.
다원 성분으로 이루어진 화합물(화합물 반도체)는 매우 다양한 방법에 의해 박막으로서 증착될 수 있다. 열 증발의 경우에는, 소위 "동시 증발법" (co-evaporation)(예를 들어 Cu, In, Ga 및 Se로 이루어진 황동석 흡수체 제조를 위한 각 성분들의 증발)이 사용된다. 그러나, 고품질 물질의 층을 제조하기 위해서는, 기판을 고온(>400℃)에서 유지해야 한다. 특히, 박막 태양 전지의 버퍼층 제조시, 상대적으로 높은 온도에서 박층은 이미 확산 및 화학반응에 의해 반도체 물질과 대부분 혼합되므로, 높은 기판 온도(>250℃)는 보통 유해하다. 동시 증발법의 경우, 소스의 배치가 정밀하게 규정되어야 한다. 또한, 대면적의 표면상에서 증착층의 조성을 한자리수 퍼센트 범위의 정밀도로 균일하게 미세조정하기 위해서는 증발률을 매우 정밀하게 규정해야 한다. 화합물 반도체는 또한 스퍼터링에 의하거나, 스쿠프(scoop), 이퓨전 셀(effusion cell), 선형 증발기로부터 화합물을 열 증발시키거나, 전자빔을 이용하여 제조될 수 있다. 이 경우, 층의 조성은 출발 물질의 조성 및 공정 매개변수에 의해 미세조정되어야 한다. 예를 들어 산화아연, 산화 마그네슘 아연, 황화 카드뮴, 황화 아연 또는 황화 인듐을 이용한 실험이 공지되어 있다. 여기서, 특히 저온에서 동시 증발법을 이용할 때보다 양호한 층 형성 결과를 얻는다. 하지만, 증착의 장기 안정성 뿐만 아니라 재현성에 있어서 어려움이 발생한다. 특히, 출발 물질이 태양 전지의 재현성 및 효율에 명백한 영향을 미친다.
적절한 층 형성을 보장하기 위한 정확한 조성을 화합물 물질로부터 증발시키기는 어렵다. 소스 물질의 성분이 소진되어 가는 경우, 물질의 조성, 또는 소스 온도 또는 소스의 기하하적 구조와 같은 증발 매개변수를 통해 층 조성을 제어하는 것이 중요하다. 그래도 공정의 장기 안정성을 보장할 수 없다. ZnO, ZnMgO, InSnO (ITO) 등의 산화물 화합물 반도체는 보통, 적절한 다원 성분 화합물로 이루어진 타겟을 스퍼터링 또는 전자빔 증발(e-빔 증발)시킴으로써 제조된다. 이 경우, 산소 결손으로 인한 층 조성의 편차가 통상적으로 관찰된다. 이러한 산소 결손은 산소 기체를 추가함으로써 보충될 수 있다. 층 조성은 또한 타겟 물질의 조성을 통해 미세 조정될 수 있다. 스퍼터링의 경우, 조성은 또한 스퍼터 압력에 의해 다소간 미세 조정될 수 있다. 하지만, 이로써 하나의 성분이 타겟 내에 축적되므로 공정의 장기 안정성이 확보되지 않는다.
결과적으로, 본 발명의 목적은 증착, 즉 증착 공정을 선택적으로 제어할 수 있으며, 대상물 상에 적어도 두 개의 성분으로 구성된 층을 증착하기 위한 장치 및 방법을 제공하는 것이다. 박막(박층) 태양광 모듈이 추가로 제공된다. 이러한 목적은 독립항의 특징을 갖는 장치 및 방법에 의해 달성된다. 본 발명의 바람직한 실시예는 종속항의 특징을 통해 개시된다.
특히, 본 발명의 목적은 대상물, 특히 기판 상에 적어도 두 개의 성분으로 이루어진 층, 특히 박층을 증착하기 위한 장치에 의해 달성되며, 장치는 하기를 포함한다 :
- 대상물이 배치될 수 있거나 배치된 증착 챔버,
- 특히 증착 챔버에 배치될 수 있거나 배치된("배치될 수 있는"은 또한 "제공될 수 있는"을 의미하는 것으로 이해될 수 있다), 증착되는 물질을 갖는 적어도 하나의 소스,
- 적어도 하나의 성분의 지정된 양을 선택적으로 결합함으로써, 증착되는 물질의 적어도 하나의 성분의 적어도 농도를, 기상에서 대상물 상에, 특히 기판 상에 증착하기 전에 변경할 수 있도록 하여, 증착이 제어된 방법으로 실시되도록 구현되는, 적어도 하나의 증착 공정 제어용 장치.
증착 공정 제어용 장치는, 적어도 하나의 성분을 위한 장치의 결합률에 밀접하게 연관된 적어도 하나의 제어 매개변수를 변경함으로써, 적어도 하나의 성분의 선택적 결합량을 제어 또는 변경할 수 있도록 구현된다. 도입부에서 전술한 바와 같이, 증착 장치의 결합률은 반응성 또는 불활성 표면에 의해 기상으로부터 추출된, 선택적으로 결합된 성분의 단위시간당 양을 나타낸다. 결합률은 결합 용량 및/또는 결합 표면의 크기에 따라 달라진다.
본 발명의 핵심은 장치(및 또한 방법)을 이용하여, 다원 성분으로 이루어진 층을 특히 기판 상에 증착하는 도중에 층 조성의 제어 또는 조절이 가능하다는 사실에 있다. 수용체(즉, 예를 들어 증발의 경우 증발 챔버 또는 캐소드 스퍼터링의 경우 스퍼터 챔버)내에서, 제어 장치는 지정된 매개변수로 동작하며; 증착되는 물질의 적어도 하나의 성분의 농도가 조기 "포획(capture)"에 의해 선택적으로 변경되므로 증착 챔버는 증착이 선택적으로 또는 제어된 방법으로 실시되도록 구현된다. "제어된 방법"은, 대상물 상에서의 증착률을 규정하기 위해 증착되는 물질의 성분(적어도 하나의 성분)이 그 농도에 있어서 선택적으로 영향을 받는 것을 의미한다. 물론, 기판 상에 증착하기 전에 소망하는 대로 복수의 성분들에 선택적으로 영향을 미치는 것, 즉 예를 들어 농도를 변경하는 것도 가능하다. 장치(및 또한 방법)를 이용하여, 예를 들어 적어도 하나의 층을 대상물, 특히 기판 상에 증착시켜서, 예를 들어 층 스택 또는 다층체를 제조할 수 있다. 본 발명에 따른 대상물은, 특히 화합물로부터 증발시키는 경우에 유용하다. 하지만, 동시 증발법의 경우에도 개별 요소들의 증발률 이외에 추가 매개변수에 의해 증발률을 제어할 수 있어서 유리하다. 본 발명은, 모든 코팅법, 특히 PVD법 및 특히 스쿠프, 도가니, 이퓨젼 셀, 선형 소스 등으로부터의 열적 방법에 적용가능하다. PVD에 의한 층 증착의 다른 방법은 전자빔 증발, 마그네트론 스퍼터링, 이온빔 융제(ablation) 또는 레이저빔 융제이다. 하지만, 박층 증착을 위한 다른 방법(예: CVD, 화학기상 증착법)도 또한 적용가능하다. 이러한 층들은 극히 가변적인 대상물, 특히 기판 상에 이러한 방법을 이용하여 증착될 수 있다. 증착률은 하기 상세히 기재하는 바와 같은 다양한 매개변수들에 의해 제어 또는 조절될 수 있다. 따라서, 본 발명의 대상물은, 특히 소망하는 층 조성이 출발 물질의 각각의 일시적인 가용 조성으로부터 수 % 만 벗어나는 경우에, 장기적으로 안정한 공정에 적합하다. 따라서,공정 시스템 구조 및 공정 제어를 기존에 가능했던 것보다 상당히 단순하게 설계할 수 있다.
하기에서, 대부분의 경우에 특정 원소의 화학 기호는, 예를 들어 몰리브덴은 "Mo"로, 셀레늄은 "Se"로 나타낼 것이다.
유리하게는, 적어도 두 개의 성분으로 이루어진 층을 대상물 상에 증착하기 위한 본 발명에 따른 장치에서, 증착 공정 제어용 장치는, 적어도 하나의 성분의 선택적 결합량이 성분의 증착 공정 중에(도) 제어될 수 있도록 구현된다. 이러한 방법에 의해 층의 증착 중에도 층 조성에 선택적으로 영향을 미치는 것이 가능하다. 증착 공정 제어용 장치가, 증착 챔버 내에서 발생하는 부압을 변경하지 않고 적어도 하나의 성분의 선택적 결합량을 제어할 수 있도록 구현되는 것은 본 발명에 따른 장치에서의 추가적인 특별한 장점일 수 있다. 이러한 방법은 유리하게는, 부압 또는 진공을 파괴하지 않고 증착층의 조성을 제어 또는 변경할 수 있도록 하여, 층의 제조를 실질적으로 더 용이하고 신속하게 할 수 있도록 한다. 또한, 진공 파괴로 인해 외부 물질이 바람직하지 않게 증착 챔버로 침투하여 제조된 층의 조성(순도)에 부정적인 영향을 미칠 수 있는 것을 방지할 수 있다.
다른 바람직한 실시예에서, 제어 장치는, 증착 챔버 내에 배치되고 (화학적) 반응성 물질로 이루어진 적어도 하나의 게터링 부재를 포함하며, 지정된 양의 성분을 게터링 부재에 화학적 결합함으로써 (층으로서 기판 상에 실질적으로 증착되기 전에)(증착되는 물질의) 적어도 하나의 성분의 농도를 변경할 수 있도록 구현된다. 즉, 제어되는 적어도 하나의 성분에 대해 화학적 반응성인 물질을 포함하는 적어도 하나 이상의 게터링 부재에 의해, 증착되는 물질의 기체 입자(분자, 원자 및/또는 이온)를 선택적 또는 표적 결합(targeted binding)함으로써, 증착되는 층(및 증착층)의 조성은 출발 물질의 조성과 비교하여 기상에서 변경된다. 층 형성은 이와 같이 제어된 방법으로 조절될 수 있다.
바람직하게는, 제어 장치는 또한, 증착 챔버 내에 배치되며 바람직하게는 제어되는 적어도 하나의 성분에 대해 (화학적) 불활성인 물질로 이루어지고, 지정된 양의 성분을 게터링 부재에 물리적 결합함으로써 적어도 하나의 성분의 농도를 변경할 수 있도록 구현된 적어도 하나의 게터링 부재를 포함할 수 있다. 여기서, 선택적 결합은 예를 들어 응결 또는 흡착(주로 게터링 표면의 온도에 의한 제어, 하기 참조)에 의해 일어날 수 있다. 즉, 하나 또는 복수의 바디가 챔버 내에 위치하고, 그 위에 증기(또는 플라즈마)의 성분이 화학적 또는 물리적 반응에 의해 선택적으로 결합(즉, 예를 들어 의도적으로 선택)된다. 이로 인해 챔버 내 증기의 조성 및 층 조성 간에 차이가 발생한다. 게터링 부재는 게터링 부재 상 및 또한 기판 상에서의 증착이 규정된 방법으로 및 선택적으로 이루어질 수 있도록, 규정된 특성을 이용하여 구현된다. 증착되는 물질은 - 주위환경의 설계에 따라 - 실질적으로는 모든 곳에, 심지어는 게터링 부재 또는 게터링 부재들 상에 증착될 것이다. 따라서, 증착되는 물질의 특정 비율은 실제 기판 상에 증착되기 전에 "취해진다". 다시 말하면, 게터링 부재(또는, 선택 사항으로서, 복수의 게터링 부재들)는 증기 및/또는 플라즈마의 화학적 조성을 변경하는 데 기여한다. 따라서, 기판 상의 층 조성은 다양하게 미세조정될 수 있다. 기체 입자를 게터링 물질상에 결합하는 것은 가역적 또는 비가역적일 수 있다. 반응성 게터링 물질을 이용할 경우 통상 비가역적 결합이 이루어지며; 게터링 부재는, 예를 들어 가끔 교체되거나 재생되어야 한다.
바람직하게는, 게터링 부재는, 구리 및/또는 몰리브덴, 또는 각 화합물이 특히 게터링 부재 상에서 화학적 결합을 하기에 적합한 다른 원소로부터 구현된다. BxCy형의 출발 물질을 증발시키는 경우에, 증발 챔버 내에 게터링 표면을 사용함으로써 비율 y를 감소시킬 수 있다. 구리는 황화물 또는 셀렌화물 성분의 결합에 특히 알맞다. 결과적으로, 본 발명에 따른 장치를 이용하여, 특히 Cu2S, In2S3, InS, GaS, Ga2S3, Al2S3 , CunS2, CuGaS2, CuAlS2, CuIn5S8, Cu2Se, In2Se3, GaSe, Ga2Se3, Al2Se3, CuInSe2, CuGaSe2, CuAlSe2, CuIn3Se5, SnSe, SnSe2, ZnSe, SnS, SnS2, ZnS, Cu2SnS3, CdS, CdSe, CdTe, Cu2ZnSnS4, Cu2ZnSnSe4 등의 화합물, 또는 특히 다른 셀레늄-, 황- 또는 텔루륨 함유 화합물 등의 다른 화합물을 사용할 수 있다. 구리 및 몰리브덴 모두 바람직하게는 Se 또는 S 또는 Te를 결합한다. 따라서, 대상물 또는 기판 상에 증착된 또는 증착되는 층에서는 상기 원소들이 소진되어, 증착 층의 정확한 조성의 제어가 가능해진다. 산화물 화합물 증착의 경우에도, 예를 들어, 예를 들어 Ti로 이루어진 게터링 표면상에 산소를 반응성 결합함으로써 층의 산소 함량을 제어하는 것이 가능하다.
또 다른 바람직한 실시예에서, 게터링 부재는 증착 챔버 내에서 부재 그 자체로서 배치되고/되거나 증착 챔버의 적어도 일부, 특히 증착 챔버 벽의 적어도 일부를 형성한다. 따라서 게터링 부재는 증착 챔버 내에 제공된 위치에 배치될 수 있으며 또한 증착 챔버로부터 용이하게 제거가능하다. 예를 들어, 게터링 부재는 선택적으로 포밍 증기 로브(forming vapor lobe) 내에 배치되어 기상 및 층 형성에 영향을 줄 수 있다. 소망하는 게터링 물질로부터 증착 챔버의 벽을 (적어도 부분적으로) 형성하거나, 게터링 물질로 이루어진 내벽을 (이것도 적어도 부분적으로) 제공하는 것도 가능하다(공간 절약).
바람직하게는, 제어 장치는 게터링 부재의 활성 영역이 가변적이 되도록 구현되는 적어도 하나의 마스킹 부재를 포함한다. 즉, 증기에 노출된 게터링 부재의 표면이 가변적이다. 마스킹 부재는, 예를 들어, 게터링 부재를 부분적으로 커버하거나 활성 영역을 확대하도록 배치된다. 마스킹 부재(또는, 선택 사항으로서, 마스킹 부재들)가 완전히 회수되면, 예를 들어 게터링 부재의 전체 표면이 기능을 할 수 있다. 이를 위해, 마스킹 부재 또는 마스킹 부재들은 (주로 게터링 기능을 못하도록) 불활성 물질로 형성된다. 예를 들어 벨로즈(bellows), 이동성 커버 등의 장치가 마스킹 부재로서 제공될 수 있다. 하나의 또는 복수의 마스킹 부재에 의해 크기가 변경될 수 있는 게터링 부재의 활성 표면(결합 표면)은, 증착되는 층의 적어도 하나의 성분의 선택적 결합의 결합률을 제어하기 위한 다양한 제어 매개변수로서 작용한다.
바람직한 실시예에서, 제어 장치는, 게터링 부재의 활성 영역 및/또는 대상물, 특히 기판의 온도가 제어될 수 있도록 구현되는, 적어도 하나의 온도 제어 또는 조절용 장치를 포함한다. 예를 들어, 상기 장치는 소스 가열 장치 및/또는 기판 가열 장치로서 제공되거나 이러한 장치들을 포함할 수 있다. 게터링 부재의 온도는 게터링율에 영향을 미쳐서, 증착되는 층의 적어도 하나의 성분의 선택적 결합의 결합률을 제어하기 위한 다양한 제어 매개변수로서 작용한다.
성분(즉, 게터링 부재 상의 지정된 양의 기체 입자)의 응결(이 경우에는 물리적 결합) 정도 및 기판 상의 층 조성은 게터링 표면의 온도에 의해 제어될 수 있다. 이와 달리, 기판 온도는 여기서는 증착률을 제어하기 위한 다른 또는 추가 매개변수로서 적합하다. 이 온도를 변경함으로써, 반응물의 선택에 따라 게터링율이 증가하거나 감소한다. 온도를 증가시키면 게터링 기능을 증가시키거나, 심지어는 보다 고온의 표면으로부터 증착 챔버로 재방출될 가능성이 더 높아져서 게터링 기능을 감소시킨다. 하지만, 두가지 경우 모두에 있어서, 다양한 공정 매개변수에 의해 외부로부터 증착률 및/또는 결합률을 제어할 수 있다. 그리고나서, 제조 공정에서, 가열에 의해 표면을 규칙적인 유지간격으로 재생시킬 수 있다. 이와 달리, 강화(temperable) 표면(패널, 필름, 메쉬 등)을 새로운 비코팅 표면으로 교환 및 교체할 수 있다. 또한, 결합되는 성분의 반응속도는 비-불활성 게터링 표면의 온도에 의해 영향받을 수 있다(이 경우 화학적 결합). 예를 들어, 황-함유 대기 내에서 구리 표면의 경우, 구리의 온도를 증가시킴으로써, 황 부식 속도(예: 구리 표면상에서 황 결합의 증가)를 가속화할 수 있으며, 그 결과 증착 공정 동안 황이 층으로 덜 혼입될 수 있다.
바람직하게는, 제어 장치는, 전극 소자로서 구현되며 상이하게 구성된 두 개의 게터링 부재가 제공되도록 상이한 전위들이 가해질 수 있고, 선택적으로 상이한 결합률들(게터링 부재 상의 증착)이 가능한 적어도 두 개의 게터링 부재를 포함한다. 게터링 부재와 챔버 벽이 상이한 전위을 갖도록 게터링 부재를 챔버 벽에 대해 연결하는 것도 가능하다. 이를 위해, 제어 장치를 포함하는 추가 전극을 제공할 수 있다. 이를 위해, 제어 장치는 상이한 전위들의 인가가 가능하도록 적절한 스위칭 부재를 가져야 할 것이다. 외부에서 증기 조성물을 제어할 수 있는 추가 방법은, 예를 들어 챔버 내의 두 개의 구리 표면이 상이한 전위에 두는 것일 수 있다. 두께를 달리하는 증착은 서로 상대적으로 상이한 전위를 갖는 두 개의 표면상에서 이루어질 수 있다. 전위차 또는 전극 표면 및 그 배치를 변경함 으로써, 층 조성을 이와 같이 적극적으로 제어할 수 있다. 이와 달리, Cu 표면의 전위도 챔버 벽 또는 공정 챔버 내의 다른 전극에 대해 상대적으로 변경할 수 있다.
유리하게는, 게터링 부재 및/또는 마스킹 부재가 증착 챔버 내에서 이동하여 게터링 부재 및/또는 마스킹 부재의 위치가 변경될 수 있도록, 게터링 부재 및/또는 마스킹 부재의 이동 및/또는 배치를 위한 적어도 하나의 장치를 포함하는 제어 장치가 제공된다. 따라서, 예를 들어, 게터링 부재의 활성 영역은 (예를 들어 게터링 부재를 마스킹 부재 뒤로 및/또는 선택 사항으로 발생하는 증기 로브 내부로 이동시킴으로써) 변경될 수 있다. 부재의 교환을 위해 이동을 이용하는 것도 가능하다. 하나의 마스킹 부재 또는 복수의 마스킹 부재를 이와 같이 이동시킴으로써 게터링 부재 또는 게터링 부재들의 활성 영역을 변경할 수 있다. 이러한 게터링 부재의 변경이, 예를 들어 이퓨젼 셀(또는 스퍼터링 캐소드 등)의 축으로부터의 반지름의 함수라면, 증발 축으로부터의 거리의 함수로서 게터링 함수를 미세 조정하는 것이 가능하다. 이러한 함수는 주로, 발생할 수도 있는 상이한 기화 종들의 증기 로브의 불균일성을 제거하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 효과는 또한 층 조성 측면에서 대면적 균일 코팅이 가능하도록 사용될 수 있다.
바람직하게는, 게터링 부재는 패널 부재 또는 로드 부재로서 구현될 수 있는데, 이는 이들이 용이하게 위치될 수 있고 활성 영역을 적절한 방식으로 가용화할 수 있기 때문이다. 게터링 부재는 또한 필름 부재, 시트 부재, 그리드 부재(격자면 내에서 하나 또는 두 방향으로 메쉬 간격이 상이하며, 1차원으로는 그레이트(grate), 2차원적으로는 메쉬 또는 스크린) 또는 그외 부재로서 제공될 수도 있다.
게터링 부재는 바람직하게는 적어도 하나의 소스를 적어도 부분적으로 둘러싸도록 구현된다. 이를 위해, 예를 들어 실린더 형태가 적절하거나 게터링 부재가 박스 부재로서 구현된다. 이와 같이, 게터링 부재는 기화 사이트(소스)에 매우 근접하여 작용한다.
바람직하게는, 상기 장치를 이용하여 하기 화합물들을 증착시킬 수 있다 :
모든 다원 성분 화합물,
- 특히, 로마수 I 내지 VI가 원소 주기율표의 상응하는 족을 나타내는 II-VI-, III-V-, III2VI3-, I-III-VI2-, I-III3-VI5-, I-III5-VI8-, I2-II-IV-VI4-화합물,
- 특히 산소, 황, 셀레늄 또는 텔루륨과의 모든 화합물,
- 특히 Cu2Se, In2Se3, GaSe, Ga2Se3, Al2Se3, CuInSe2, CuGaSe2, CuAlSe2, CuIn3Se5, Cu2S, In2S3, InS, GaS, Ga2S3, Al2S3 , CuInS2, CuGaS2, CuAlS2, CuIn5S8, SnSe, SnSe2, ZnSe, SnS, SnS2, ZnS, Cu2SnS3, CdS, CdSe, Cu2ZnSnS4, Cu2ZnSnSe4 또는 CdTe 등의 화합물.
다시 말해서, 게터링 부재는 이러한 화합물들이 증착 공정, 및 대상물 또는 기판 상의 층 증착에 특히 잘 맞도록 구현된다.
본 발명은 또한, 대상물을 배치하기 위한 증착 챔버, 증착되는 물질을 포함하는 적어도 하나의 소스, 뿐만 아니라, 적어도 하나의 성분의 지정된 양을 선택적으로 결합함으로써, 증착되는 물질의 적어도 하나의 성분의 농도를 대상물 상에 증착하기 전에 기상에서 변경할 수 있도록 구현되는, 적어도 하나의 증착 공정 제어용 장치를 포함하며, 적어도 두 개의 성분으로 이루어진 층을 대상물 상에 증착하기 위한 장치에 관한 것이며, 증착 공정 제어용 장치는, 증착 챔버 내에 배치된 반응성 물질로 이루어진 적어도 하나의 게터링 부재를 포함하며, 지정된 양의 성분을 게터링 부재에 화학적 및/또는 물리적 결합함으로써 적어도 하나의 성분의 농도를 변경할 수 있도록 구현되고, 반응성 물질은 구리 및/또는 몰리브덴 또는 이들의 하나 또는 복수의 화합물을 포함한다. 유리하게는, 이 장치는 적어도 하나의 성분의 결합률에 밀접하게 연관된 적어도 하나의 제어 매개변수를 변경함으로써 적어도 하나의 성분의 선택적 결합량을 제어할 수 있도록 구현되고, 이를 위해, 증착 공정 제어용 장치는 게터링 부재의 온도 및/또는 활성 결합 표면 및/또는 전위가 변경될 수 있도록 구현된다.
본 발명은 또한 대상물 상에 적어도 두 개의 성분으로 이루어진 층을 증착시키는 방법에 관한 것이며, 적어도 하나의 성분의 농도는, 증착 공정 제어용 장치에 의해 성분의 지정된 양을 선택적 결합함으로써, 대상물 상에 증착하기 전에 기상에서 변경되고, 선택적으로 결합된 양은, 증착 공정 제어용 장치의 성분에 대한 결합률을 변경함으로써 제어된다. 본 발명에 따른 방법의 바람직한 실시예에서, 적어도 하나의 성분의 선택적 결합량은 게터링 부재의 온도 및/또는 활성 결합 표면 및/또는 전위를 변경함으로써 제어된다. 본 발명에 따른 방법의 다른 바람직한 실시예에서, 증착층의 조성을 소망하는 대로 선택적으로 제어하기 위해, 전극 소자로서 구현되는 적어도 두 개의 게터링 부재에 상이한 전위를 인가한다. 본 발명에 따른 방법의 또 다른 바람직한 실시예에서는, 증착층의 조성을 소망하는 대로 선택적으로 제어하기 위해, 증착 챔버 벽과 상이한 전위를 적어도 하나의 게터링 부재에 인가한다. 본 발명에 따른 방법의 또 다른 바람직한 실시예에서는, 증착층의 조성을 소망하는 대로 선택적으로 제어하기 위해, 적어도 하나의 다른 전극과 상이한 전위를 게터링 부재에 인가한다. 본 발명에 따른 방법의 또 다른 바람직한 실시예에서는, 적어도 하나의 게터링 부재 및/또는 게터링 부재용 마스킹 부재를 증착 챔버 내에 이동시키고, 증착층의 조성을 소망하는 대로 선택적으로 제어하기 위해 게터링 부재 및/또는 마스킹 부재의 위치를 변경한다.
본 발명은 또한 하기를 포함하는 장치를 이용하여, 대상물, 특히 기판 상에 적어도 두 개의 성분으로 이루어진 층, 특히 박층을 증착하기 위한 방법에 관한 것이다:
증착 챔버, 특히 증착 챔버 내에 배치될 수 있거나 배치되는, 증착되는 물질을 포함하는 적어도 하나의 소스, 및 적어도 하나의 증착 공정 제어용 장치.
상기 방법은 하기 단계를 포함한다 :
- 대상물, 특히 기판을 증착 챔버 내에 배치하는 단계,
- 적어도 하나의 성분의 지정된 양을 선택적으로 결합함으로써, 증착되는 물질의 적어도 하나의 성분의 적어도 농도를 대상물, 특히 기판 상에 증착하기 전에 기상에서 변경하여, 증착 공정이 제어된 방법으로 실시될 수 있도록 하는 적어도 하나의 제어 장치에 의해 증착 공정을 제어하는 단계.
바람직하게는, 제어 장치는 증착 챔버 내에 배치된 반응성 물질로 이루어진 적어도 하나의 게터링 부재를 포함한다. 바람직하게는, 추가 단계가 제공된다 : 지정된 양의 성분을 게터링 부재에 화학적 결합함으로써, (화학적) 반응성 물질로 이루어진 게터링 부재에 의해 적어도 하나의 성분의 농도를 변경하는 단계. 이와 같이, 제어 장치는 바람직하게는 증착 챔버 내에 배치된 불활성 물질로 이루어진 적어도 하나의 게터링 부재를 포함하며, 바람직하게는 다음과 같은 추가 단계가 제공된다: 지정된 양의 성분을 게터링 부재에 물리적 결합함으로써 (화학적) 불활성 물질로 이루어진 게터링 부재에 의해 적어도 하나의 성분의 농도를 변경하는 단계.
상술한 바와 같이, 대상물, 특히 기판 상의 층 형성 공정을 제어 또는 조절된 방법으로 수행할 수 있도록, 기체 입자를 게터링 물질에 물리적 또는 화학적 결합함으로써, 기화 물질, 즉 그 물질(기화되고 증착되는 물질의 적어도 하나의 성분)의 농도를 선택적으로 변경할 수 있다. 이를 위해, 제어 장치의 적어도 하나의 마스킹 부재에 의해 게터링 부재의 활성 영역을 변경하는 추가 단계가 또한 바람직하게 제공될 수 있다. 바람직하게는, 제어 장치의 온도 제어 또는 조절용 장치에 의해 게터링 부재 및/또는 대상물, 특히 기판의 적어도 활성 영역의 온도인 온도를 제어하는 단계가 또한 제공될 수 있다. 게터링 부재 및/또는 기판의 상이한 온도가 게터링 부재 상에서 성분의 상이한 결합을 야기하고, 또한 기판 상에서 성분 또는 성분들의 상이한 증착을 야기하므로, 게터링 부재의 활성 영역의 변경 및/또는 활성 영역의 온도 또는 심지어 기판의 온도의 변경은, 이와 같이 기판 상의 층 형성 공정이 선택적으로 수행되고 의도적으로 영향을 미치게 하는 수단이다. 또한, 기판 상에서의 증착 공정을 제어하기 위해 두 개의 게터링 부재에 상이한 전위를 인가하는(따라서 증착되는 물질의 농도가 영향을 받는, 즉 기상에서 변경되는) 추가 단계도 적절하다. 이를 위해, 제어 장치는, 전극 소자로 구현되고 이에 따라 연결될 수 있는 적어도 두 개의 게터링 부재를 포함한다. 게터링 부재는 또한, 게터링 부재 및 벽, 또는 게터링 부재 및 추가 전극이 상이한 전위들을 갖도록 증착 챔버 벽 또는 추가 전극에 연결될 수 있다.
바람직하게는, 추가 단계가 제공된다: 증착 챔버 내에서 게터링 부재 및/또는 마스킹 부재를 이동(위치를 변경)시키고, 이에 따라 제어 장치의 게터링 부재 및/또는 마스킹 부재를 이동 및/또는 배치하기 위한 장치에 의해 게터링 부재의 활성 영역을 변경하는 단계. 이로 인해, 증착되는 물질상에서 동작하기에 적합한 위치에 게터링 부재 및/또는 마스킹 부재를 소망하는 대로 배치하는 것이 가능하며, 또한 게터링 부재의 활성 영역을 변경시키기 위한 배치도 가능하다. 최종적으로, 하기의 추가 단계를 제공하는 것이 유리할 수 있다: 게터링 부재에 의해 장치의 소스를 둘러싸는 단계. 바람직하게는, 다음의 단계가 제공된다: 하기 화합물을 증착하는 단계(즉, 이러한 모든 성분들은 본 발명에 따른 방법으로 선택적으로 증착될 수 있다) :
모든 다원 성분 화합물,
- 특히 II-VI-, III-V-, III2VI3-, I-III-VI2-, I-III3-VI5-, I-III5-VI8-, I2-II-IV-VI4-화합물,
- 특히 산소, 황, 셀레늄 또는 텔루륨과의 모든 화합물,
- 특히 Cu2Se, In2Se3, GaSe, Ga2Se3, Al2Se3, CuInSe2, CuGaSe2, CuAlSe2, CuIn3Se5, Cu2S, In2S3, InS, GaS, Ga2S3, Al2S3 , CuInS2, CuGaS2, CuAlS2, CuIn5S8, SnSe, SnSe2, ZnSe, SnS, SnS2, ZnS, Cu2SnS3, CdS, CdSe, Cu2ZnSnS4, Cu2ZnSnSe4 또는 CdTe 등의 화합물.
보호범위는 이와 같이 박막 태양광 모듈, 또는 층 스택(다층체, 예를 들어 층 또는 층들이 증착된 기판)을 갖는 박막 태양광 모듈에 대해 청구되며, 층 스택 또는 층 스택의 적어도 하나의 층은 상술한 방법을 이용하여 제조되거나 되었다.
본 발명은, 추가로, 바람직하게는 반도체층으로서 황동석 화합물, 특히 Cu(In,Ga)(S,Se)2 를 포함하는 박막 태양 전지 또는 박막 태양광 모듈의 제조를 위해 대상물 상에 적어도 두 개의 성분으로 이루어진 층을 증착하기 위한 장치 및 방법의 용도에 관한 것이다. 바람직하게는, 상기 용도는 CIS- 또는 (CIGSSe) 박막 태양 전지 또는 CIS 또는 (CIGSSe) 박막 태양광 모듈의 제조에 기여한다.
본 발명의 목적의 다양한 실시예는 개별적으로 또는 임의의 조합으로 실시할 수 있는 것으로 이해된다. 특히, 상술한 특징들 및 하기에 설명될 내용은 본 발명의 틀에서 벗어나지 않는다면, 기재된 조합으로 뿐만 아니라 그외의 조합 또는 단독으로도 사용될 수 있다.
하기에서, 본 발명은 도면을 참조하여 상세히 설명된 예시적인 실시예를 참조하여 기재된다. 도면의 설명은 하기와 같다 :
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 장치의 개략적인 평면도;
도 2는 황의 증기 압력 곡선을 도시하는 도면;
도 3은 S2 -부분압의 측정 곡선 그래프;
도 4는 박층내의 S-함량 곡선을 도시하는 그래프;
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 장치의 개략적인 평면도;
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 장치의 개략적인 평면도;
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 장치의 개략적인 평면도;
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 장치의 개략적인 평면도;
도 9는 박막 태양 전지의 층 스택을 도시하는 도면;
도 10은 박막 태양 전지의 다른 층 스택을 도시하는 도면.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 장치의 개략적인 평면도;
도 2는 황의 증기 압력 곡선을 도시하는 도면;
도 3은 S2 -부분압의 측정 곡선 그래프;
도 4는 박층내의 S-함량 곡선을 도시하는 그래프;
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 장치의 개략적인 평면도;
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 장치의 개략적인 평면도;
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 장치의 개략적인 평면도;
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 장치의 개략적인 평면도;
도 9는 박막 태양 전지의 층 스택을 도시하는 도면;
도 10은 박막 태양 전지의 다른 층 스택을 도시하는 도면.
도 1은 대상물, 특히 기판(20)상에 적어도 두 개의 성분으로 이루어진 층, 특히 박층을 증착하기 위한 장치(10)를 도시한다. 개략적인 평면도가 도시된다. 그 구성은 증착 챔버(11)(명확하게 구체화하지 않음), 및 증착 챔버(11)내에 배치되며 증착되는 물질(30)을 포함하는 소스(12)(여기서는 증발기)를 포함한다. 이 시스템(10)에, 코팅되는 하나의 기판(20) 또는 복수의 기판(또는 일반적으로는 대상물)을 배치할 수 있다. 코팅을 위해, 증착되는 물질(30)(소스내에서 보이지 않음)은 예를 들어 증발되어야 한다. 이를 위해, 증착되는 물질(30)은, 예를 들어 소스(12) 내에서 가열되어(열 증발) 주변의 대상물 상에 증착된다. 증착되는 물질(30)에 의해 기상으로 형성되는 증기 로브(31)가 소스(12) 및 기판(20) 사이에서 식별된다. 다른 기체 형성 방법도 이와 같이 사용될 수 있다. 이러한 장치(및 상응하는 방법)는 PVD 또는 CVD 법에 의한 층 증착에 사용될 수 있다. (사용된 방법에 따라) 스퍼터링 캐소드, 이퓨젼 셀, 도가니도 소스로서 제공될 수 있다.
기판(20)상에 증착되는 층의 조성은 이러한 구성에 의해 선택적으로 영향을 받는다. 이를 위해, 장치(10)는, 적어도 하나의 성분의 규정된 양을 (기판 보다는 대상물 상에) 선택적으로 결합함으로써, 증착되는 물질의 적어도 하나의 성분의 적어도 농도를 증착 전에 기상에서 변경할 수 있으며, 이로서 기판(20)상에서의 증착이 제어된 방법으로 수행되도록 구현되는, 증착 공정 제어용 장치(40)를 포함한다. 구체적으로, 화학적 또는 물리적 반응에 의해 증기의 성분이 결합되는 바디, 여기서는 게터링 부재(41)를 챔버(11)(증발의 경우에는 증발 챔버 또는 캐소드 스퍼터링의 경우에는 스퍼터 챔버)내에 위치시킨다. 이로 인해 소스(12)에서 바로 나온 증기의 조성 및 층의 조성간에 차이가 발생한다. 여기서, 게터링 부재는 다른 구성요소와의 차별화를 위해 점선으로 도시된다. 물질은 게터링 바디 또는 게터링 부재(41) 상에도 또한 증착된다. 게터링 부재(41)는 특정 매개변수 또는 규정된 특성을 이용하여 구현되므로, 기판(20)상에 증착되는 물질 입자의 증착도 선택적으로 일어난다. 게터링 물질에 따라, 증착되는 물질은 게터링 부재(41)에 물리적 또는 화학적으로 결합한다.
게터링 부재(41) 상에서의 결합률은 게터링 부재의 활성 면적 또는 활성 영역(43)의 표면 크기, 또는 온도 또는 추가 전위 등의 다른 물리적 매개변수들에 의해 제어될 수 있다. 게터링 부재(41)상에서의 결합은 가역적 또는 비가역적일 수 있다.
층은 다양한 기판 상에 본 발명에 따른 장치 및 방법을 이용하여 증착될 수 있다. 기판은 연질(예: 폴리머 필름 또는 금속 호일) 및 경질(예: 세라믹, 유리)일 수 있다.
게터링 부재(41) 상의 물리적 결합(예: 흡착)은, 예를 들어 증발 챔버 내 (게터링 부재의) 불활성 표면의 온도를 통해 제어될 수 있다. 도 2는, 예로서, 황의 증기압 곡선을 도시한다. 온도는 가로축에 ℃로 도시되고, 증기압은 세로축에 mbar 로 도시된다. (화학적으로 불활성인 게터링 부재의) -20℃ 내지 20 ℃ 범위의 온도 변화를 통해, 황의 증기압은 세 자릿수 초과로 변화한다. 소스 및 기판 간의 기체 구획내의 증기압은 증발 챔버 내의 대면적 표면상에 걸쳐 상당한 영향을 받을 수 있다. 황은 온도에 따라 표면 상에서 응축될 것이다. 게터링 부재는 또한 화학적으로 반응성인 영역을 갖거나 화학적 반응성 물질, 예를 들어 구리(Cu 표면)로부터 형성될 수 있다. 여기서, 게터링 부재 상에 지정된 양의 성분을 화학적 결합함으로써, 적어도 하나의 성분의 농도가 변경된다.
도 3은 게터링 부재를 포함 및 불포함하는 증착용 장치 내에서 기록된, 챔버 내에서의 시간에 따른 S2-부분압 곡선을 나타내는 그래프를 도시한다. 이를 위해, 다원 성분의 황 함유 화합물을 기판 상에 증착시켰다. 공정 시간은 가로축에 시간 및 분으로 도시하고, S2 부분압은 세로축에 mbar 로 도시한다. 기판 상의 증착층의 층 조성은 형광 X선 분석으로 측정하였다. (게터링 부재로서) 구리 호일을 혼입함으로써 증착층의 상대 황 함량이 대략 3% 만큼 감소됨을 보여준다(층의 조성에 영향을 주기 위해, 증착 챔버 또는 코팅 챔버의 챔버벽의 내부면에 상대적으로 대면적인 상술한 구리 호일을 댄다). 시스템내에 위치시킨 잔류 기체 분석기를 사용하여 황 부분압을 측정한다. 구리 표면의 존재로 인해, S2 부분압이 한 자릿수만큼 감소하는 것을 볼 수 있다. 이는 증착층의 층 조성에 영향을 미친다.
추가 실험에서, 도입된 Cu 표면(또는 게터링 부재)을 가열한다. 도 4는 게터링 부재의 온도에 대해 나타낸 박막 내의 S-함량의 곡선을 도시한다. 게터링 부재의 온도는 가로축 상에 ℃로 나타내고, 기판 상 증착층 내의 S-함량의 감소는 세로축 상에 원자%로 나타낸다. 이 경우 또한, 황-함유 다원성분의 화합물을 증착시킴으로써 층을 제조하였다. 상술한 Cu 표면을 가열함으로써 층내의 황 함량이 감소하는 것을, 다시 말해 호일의 게터링 기능이 가열로 인해 증가하는 것을 볼 수 있다.
도 5는 대상물(20) 상에 층을 증착하기 위한 본 발명에 따른 장치(10)의 또 다른 실시예를 개략적인 평면도로 도시한다. 이는 도 1에 도시된 것과 유사하게 구성된다. 하지만, 이 경우, 챔버 벽 상에 패널(또는 시트, 호일 등)로서 설치된 두 개의 게터링 부재(41a, 41b)가 제공된다. 이를 위해, 게터링 부재 또는 게터링 부재들(41a,41b)의 소망하는 효과에 따라, 증착 챔버(11)의 벽 전체(측벽, 바닥, 및/또는 천장) 또는 소구역들(subregions)만 사용될 수 있다. 패널(41a,41b)은 가열되거나, 냉각되거나, 또는 서로에 대해 또는 챔버 벽에 대해 또는 다른 전극에 대해 상이한 전위를 가질 수 있다. 이를 위해, 상응하는 부재 또는 장치가 제공되어야 할 것이다. 따라서, 제어장치(40)는 온도 제어 및/또는 조절을 위한 적어도 하나의 장치(44)를 포함할 수 있다. 이는 여기서 "블랙 박스"로서 제시되며, 장치(44)는 윤곽선으로 개략적으로 나타낸다. 여기서, 제어장치(40)는 장치(44)의 동작을 위한 적절한 제어 부재를 갖는다. 제어장치(40)는 또한 상술한 전위 배분을 가능하도록 하는, 게터링 부재(41,41b)를 연결하는 장치(46)를 포함할 수 있다. 따라서 장치(46)에 의해 두 게터링 부재를 연결할 수 있고, 선택 사항으로서, 게터링 부재를 증착 챔버 벽 또는 추가 전극에 연결할 수도 있다.
도 6은 본 발명에 따른 장치의 다른 실시예를 도시하며(기판을 도시하지 않은 개략적인 상면도), 이 경우, 네 개의 게터링 부재(41a,41b,41c,41d)가 제공된다. 각각의 게터링 부재는 마스킹 부재(42a,42b,42c,42d)에 의해 커버될 수 있다. 즉, 각각의 마스킹 부재는, 예를 들어 각 게터링 부재(41a,41b,41c,41d)의 활성 표면 영역(43)(게터링 부재(41a)에만 표시함)이 가변적이도록, (화살표 B 방향으로) 이동가능하다. 게터링 부재도 또한 이동가능하도록 설계될 수 있다. 이를 위해, 게터링 부재 및/또는 (각각의) 마스킹 부재를 이동 및/또는 배치하기 위한 장치(45)가 제공될 수 있다. 장치(45)도 여기서 "블랙 박스"로 개략적으로만 제시되며, 제어장치(40)가 이동장치(45)를 포함할 수 있는 것을 나타내고자 한다. 장치(45)는, 예를 들어, 레일(rail) 부재를 포함할 수 있으며, 이러한 레일 부재 내에서 마스킹 부재 및/또는 게터링 부재가 수동 또는 자동으로 이동가능하다. 장치(44,45,46)는 도시된 임의의 실시예에서 제공될 수 있으며, 제어장치(40)는 적절한 제어 장치를 이용하여 구현되거나 게터링 부재는 적절한 커넥터 소켓 등을 포함할 수 있다.
도 7은 또한 본 발명에 따른 장치(10)의 다른 실시예의 개략적인 평면도를 도시한다. 이 또한 도 1에 도시된 것과 유사하게 구성되나; 소스(12)는 예를 들어 이퓨젼 셀이다. 여기서, 게터링 부재(41)를 소스(12) 근처에 배치한다. 게터링 부재(41)는 여기서는 예를 들어, 실린더형(결과적으로 단면이 도시됨)이지만, 타원형, 직사각형, 육각형 등일 수 있으며, 둘러싸고 있는 게터링 부재(41)는 가열되거나, 냉각되거나, 또는 상이하게 나뉘어진 전위를 가질 수 있다. 둘러싼 게터링 부재(예: 둘러싼 게터링 실린더)를 화살표 B를 따라 이동시킴으로써, 실제 활성 표면을 변경할 수 있다.
도 8은 본 발명에 따른 장치의 또 다른 실시예를 도시하며(개략적인 평면도), 전술한 것들과 유사하다. 소스(12)는 또한 증발기 소스이다. 하지만, 여기서 그리드형 게터링 부재(41)를 증기 로브 내에 배치한다. 따라서 메쉬(1차원적으로는 그레이트 또는 2차원적으로는 메쉬 또는 스크린)를 증기 "빔" 내에 위치시킨다. 그리드 부재도 마찬가지로 가열되거나, 냉각되거나, 또는 (예를 들어 챔버 벽에 대해) 상이한 전위를 가질 수 있다. 또 다른 실시예에서, 메쉬 간격을 변경함으로써 그리드 부재의 면적을 변경할 수 있다.
도 9 및 도 10은 본 발명에 따른 장치(10) 또는 방법을 이용하여 제조될 수 있는 코팅 기판(20)을 도시한다. 도 9는 Cu(In,Ga)(S,Se)2 흡수체를 기본으로 한 박막 태양 전지의 층 스택을 도시한다. 나기판(naked substrate; 21)은 선택적으로 확산 배리어를 포함하고, 예를 들어, 유리, Fe, Al 또는 플라스틱 필름으로 형성될 수 있다. Mo 층(221)을 기판 상에 증착시킨다. 이후, Cu(In,Ga)(S,Se)2 층(222), 이어서 버퍼층(223) 및 마지막으로 예를 들어, TCO 층(투명 전도성 산화물층)(224), 예를 들어 ZnO:Al 을 증착시킨다. Cu(In,Ga)(S,Se)2 층 대신에, Cu2ZnSn(S,Se)4 층, Cu2ZnSnS4 층 또는 Cu2ZnSnSe4 층을 제공하는 것도 가능하다. 도 10은 CdTe-흡수체 및 CdS-버퍼를 기본으로 한 박막 태양 전지의 층 스택을 도시한다. 유리 기판(21)은 예를 들어, 선택 사항으로서, 확산 배리어를 포함할 수 있다. 이어서 TCO 층(예:SnO/ITO 등)(231), CdS 버퍼층(232), CdTe 흡수체층(233) 및 최종적으로 계면/금속 콘택(234)이 뒤따른다.
본 발명에 따른 대상물로서, 증착 공정이 제어될 수 있고 규정된 층이 대상물, 특히 기판 상에 증착되도록, 대상물 상에 증착되는 화합물의 성분의 농도를, 간단한 방법으로 증착 전에 선택적으로 변경할 수 있다. 장치 및 방법은 기판 크기 및 챔버 크기에 제한되지 않는다.
본 발명의 추가 특징은 하기 기재에 의해 명백해진다:
본 발명은 대상물, 특히 기판 상에 적어도 두 개의 성분으로 이루어진 층, 특히 박층을 증착하기 위한 장치에 관한 것이며, 이는: 대상물이 배치될 수 있는 증착 챔버; 특히 증착 챔버 내에 배치될 수 있거나 배치된, 증착되는 물질을 포함하는 적어도 하나의 소스; 및 적어도 하나의 성분의 지정된 양을 선택적으로 결합함으로써, 증착되는 물질의 적어도 하나의 성분의 적어도 농도를, 대상물, 특히 기판 상에 증착하기 전에 기상에서 변경할 수 있으며, 이로서 증착이 제어된 방법으로 수행되도록 구현되는, 적어도 하나의 증착 공정 제어용 장치를 포함한다. 일 실시예에 따라, 제어 장치는, 증착 챔버 내에 배치되며, 지정된 양의 성분을 게터링 부재에 화학적 결합함으로써 적어도 하나의 성분의 농도를 변경할 수 있도록 구현되는, 반응성 물질로 이루어진 적어도 하나의 게터링 부재를 포함한다. 일 실시예에 따라, 제어 장치는, 바람직하게는, 증착 챔버 내에 배치된 불활성 물질로 이루어지고, 지정된 양의 성분을 게터링 부재에 물리적 결합함으로써 적어도 하나의 성분의 농도를 변경할 수 있도록 구현되는 적어도 하나의 게터링 부재를 포함한다. 일 실시예에 따라, 게터링 부재는 증착 챔버 내에서 부재 그 자체로서 배치되고/배치되거나 증착 챔버의 적어도 일부, 특히 증착 챔버 벽의 적어도 일부를 형성한다. 일 실시예에 따라, 제어 장치는 게터링 부재의 활성 영역이 가변적이도록 구현되는 적어도 하나의 마스킹 부재를 포함한다. 일 실시예에 따라, 제어 장치는 적어도 하나의 온도 제어 및/또는 조절용 장치를 포함하며, 게터링 부재의 적어도 활성 영역의 온도 및/또는 대상물, 특히 기판의 온도를 제어할 수 있도록 구현된다. 일 실시예에 따라, 제어 장치는, 두 개의 상이하게 구성된 게터링 부재가 제공될 수 있도록, 상이한 전위가 인가된 전극 소자로서 구현된 적어도 두 개의 게터링 부재를 포함한다. 일 실시예에 따라, 제어 장치는, 증착 챔버 벽과는 상이한 전위를 게터링 부재에 인가할 수 있도록 구현된다. 일 실시예에 따라, 제어 장치는 적어도 하나의 전극을 포함하며, 이 전극과는 상이한 전위를 게터링 부재에 인가할 수 있도록 구현된다. 일 실시예에 따라, 제어 장치는, 게터링 부재 및/또는 마스킹 부재의 이동 및/또는 배치를 위한 적어도 하나의 장치를 포함하며, 게터링 부재 및/또는 마스킹 부재를 증착 챔버 내에서 이동시켜 게터링 부재 및/또는 마스킹 부재의 위치를 변경할 수 있도록 구현된다. 일 실시예에 따라, 게터링 부재는, 패널 부재 또는 로드(rod) 부재로서 및/또는 그리드 부재로서 구현되고/구현되거나 소스를 적어도 부분적으로 둘러싸도록 구현된다. 일 실시예에 따라, 장치는 하기 화합물을 증착시킬 수 있도록 구현된다 :
모든 다원 성분 화합물,
- 특히 II-VI-, III-V-, III2VI3-, I-III-VI2-, I-III3-VI5-, I-III5-VI8-, I2-II-IV-VI4-화합물,
- 특히 산소, 황, 셀레늄 또는 텔루륨과의 모든 화합물,
- 특히 하기 화합물: Cu2Se, In2Se3, GaSe, Ga2Se3, Al2Se3, CuInSe2, CuGaSe2, CuAlSe2, CuIn3Se5, Cu2S, In2S3, InS, GaS, Ga2S3, Al2S3, CuInS2, CuGaS2, CuAlS2, CuIn5S8, SnSe, SnSe2, ZnSe, SnS, SnS2, ZnS, Cu2SnS3, CdS, CdSe, Cu2ZnSnS4, Cu2ZnSnSe4 또는 CdTe.
본 발명은, 증착 챔버; 특히 증착 챔버 내에 배치될 수 있거나 배치된, 증착되는 물질을 포함하는 적어도 하나의 소스; 적어도 하나의 증착 공정 제어용 장치를 포함하는 장치를 이용하여, 대상물, 특히 기판 상에 적어도 두 개의 성분으로 이루어진 층, 특히 박층을 증착하기 위한 방법에 관한 것이며, 이 방법은 다음의 단계를 포함한다: 대상물, 특히 기판을 증착 챔버 내에 배치하는 단계; 적어도 하나의 성분의 지정된 양을 선택적으로 결합함으로써, 증착되는 물질의 적어도 하나의 성분의 적어도 농도를 대상물, 특히 기판 상에 증착하기 전에 기상에서 변경할 수 있으며, 이에 따라 증착 공정이 제어된 방법으로 수행될 수 있도록 하는, 적어도 하나의 제어 장치에 의해 증착 공정을 제어하는 단계. 일 실시예에 따라, 제어 장치는, 증착 챔버 내에 배치된 반응성 물질 및/또는 바람직하게는 불활성 물질로 이루어진 적어도 하나의 게터링 부재를 포함하며, 이 방법은 다음의 단계 및/또는 다음의 단계들을 포함한다: 지정된 양의 성분을 게터링 부재에 화학적 결합함으로써, 반응성 물질로 이루어진 게터링 부재에 의해 적어도 하나의 성분의 농도를 변경하는 단계, 및/또는 지정된 양의 성분을 게터링 부재에 물리적 결합함으로써, 바람직하게는 불활성 물질로 이루어진 게터링 부재에 의해 적어도 하나의 성분의 농도를 변경하는 단계. 일 실시예에 따라, 제어 장치는 적어도 하나의 온도 제어 및/또는 조절용 장치를 포함하며, 방법은 다음의 추가 단계를 포함한다: 온도 제어 또는 조절용 장치에 의해 게터링 부재의 적어도 활성 영역의 온도 및/또는 대상물, 특히 기판의 온도를 제어하는 단계. 일 실시예에 따라, 제어 장치는 적어도 하나의 마스킹 부재, 및/또는 게터링 부재 및/또는 마스킹 부재의 이동 및/또는 배치용 장치를 포함하며, 방법은 다음의 추가 단계 및/또는 추가 단계들을 포함한다: 적어도 하나의 마스킹 부재에 의해 게터링 부재의 활성 영역을 변경하는 단계, 및/또는 게터링 부재 및/또는 마스킹 부재의 이동 및/또는 배치용 장치에 의해 게터링 부재 및/또는 마스킹 부재를 이동 및/또는 배치하는 단계.
10 증착용 장치
11 증착 챔버, 챔버
12 소스
20 기판, 일반적으로 대상물
21 나기판
221 층
222 층
223 층
224 층
231 층
232 층
233 층
234 층
30 증착되는 물질
31 증기 로브
40 증착 공정 제어용 장치
41 게터링 부재
41a 게터링 부재
41b 게터링 부재
41c 게터링 부재
41d 게터링 부재
42a 마스킹 부재
42b 마스킹 부재
42c 마스킹 부재
42d 마스킹 부재
43 활성 영역
44 온도 제어 또는 조절용 장치
45 게터링 부재 이동 및/또는 배치용 장치
46 연결 장치
B 마스크 및/또는 게터링 부재의 이동 방향
11 증착 챔버, 챔버
12 소스
20 기판, 일반적으로 대상물
21 나기판
221 층
222 층
223 층
224 층
231 층
232 층
233 층
234 층
30 증착되는 물질
31 증기 로브
40 증착 공정 제어용 장치
41 게터링 부재
41a 게터링 부재
41b 게터링 부재
41c 게터링 부재
41d 게터링 부재
42a 마스킹 부재
42b 마스킹 부재
42c 마스킹 부재
42d 마스킹 부재
43 활성 영역
44 온도 제어 또는 조절용 장치
45 게터링 부재 이동 및/또는 배치용 장치
46 연결 장치
B 마스크 및/또는 게터링 부재의 이동 방향
Claims (15)
- 적어도 두 개의 성분으로 이루어진 층을 대상물(20) 상에 증착하기 위한 장치(10)로서,
상기 대상물(20)을 배치하기 위한 증착 챔버(11),
증착되는 물질(30)을 포함하는 적어도 하나의 소스(12), 및
상기 증착되는 물질의 적어도 하나의 성분의 지정된 양의 선택적 결합에 의해, 상기 대상물(20) 상에 증착되기 전에 상기 증착되는 물질의 적어도 하나의 성분의 농도가 기상에서 변경될 수 있도록 구현된, 적어도 하나의 증착 공정 제어용 장치(40)를 포함하고,
상기 적어도 하나의 성분의 선택적 결합량은, 상기 적어도 하나의 성분의 결합률에 밀접하게 연관된 적어도 하나의 제어 매개변수를 변경함으로써 제어될 수 있는, 장치(10). - 제1항에 있어서,
상기 증착 공정 제어용 장치(40)는 상기 적어도 하나의 성분의 선택적 결합량이 상기 성분의 증착 공정 중에 제어될 수 있도록 구현된, 장치(10). - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 증착 공정 제어용 장치(40)는, 상기 증착 챔버(11) 내에 배치되며 상기 적어도 하나의 성분의 지정된 양을 적어도 하나의 게터링 부재(41,41a,41b,41c,41d)에 물리적으로 결합함으로써 상기 적어도 하나의 성분의 농도가 변경될 수 있도록 구현된, 제어되는 상기 적어도 하나의 성분에 대해 화학적 불활성인 물질로 이루어진 상기 적어도 하나의 게터링 부재(41,41a,41b,41c,41d)를 포함하는, 장치(10). - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 증착 공정 제어용 장치(40)는, 상기 증착 챔버(11) 내에 배치되며 상기 적어도 하나의 성분의 지정된 양을 적어도 하나의 게터링 부재(41, 41a, 41b, 41c, 41d)에 화학적으로 결합함으로써 상기 적어도 하나의 성분의 농도가 변경될 수 있도록 구현된, 제어되는 상기 적어도 하나의 성분에 대해 화학적 반응성인 물질로 이루어진 상기 적어도 하나의 게터링 부재(41, 41a, 41b, 41c, 41d)를 포함하는, 장치(10). - 제3항 또는 제4항에 있어서,
상기 증착 공정 제어용 장치(40)는 상기 게터링 부재의 온도 및/또는 활성 결합 표면 및/또는 전위를 변경할 수 있도록 구현된, 장치(10). - 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 증착 공정 제어용 장치(40)는 상이하게 구성된 두 개의 게터링 부재가 제공되도록, 상이한 전위들가 인가될 수 있는 전극 소자로서 구현되는 적어도 두 개의 게터링 부재(41,41a,41b,41c,41d)를 포함하는, 장치(10). - 제3항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 증착 공정 제어용 장치(40)는 상기 증착 챔버(11)의 벽과는 상이한 전위를 상기 적어도 하나의 게터링 부재(41,41a,41b,41c,41d)에 인가할 수 있도록 구현된, 장치(10). - 제3항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 증착 공정 제어용 장치(40)는, 적어도 하나의 전극을 포함하며, 상기 전극과는 상이한 전위를 상기 게터링 부재(41,41a,41b,41c,41d)에 인가할 수 있도록 구현된, 장치(10). - 제3항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 증착 공정 제어용 장치(40)는, 상기 게터링 부재(41,41a,41b,41c,41d) 및/또는 마스킹 부재(42a,42b,42c,42d)를 상기 증착 챔버(11) 내에서 이동시켜 상기 게터링 부재(41,41a,41b,41c,41d) 및/또는 상기 마스킹 부재(42a,42b,42c,42d)의 위치를 변경할 수 있도록 구현된, 상기 게터링 부재(41,41a,41b,41c,41d) 및/또는 상기 게터링 부재용 마스킹 부재(42a,42b,42c,42d)의 이동 및/또는 배치를 위한 적어도 하나의 장치(45)를 포함하는 장치(10). - 제3항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 게터링 부재(41,41a,41b,41c,41d)는 패널 부재 및/또는 로드(rod) 부재 및/또는 그리드 부재로서 구현되고, 그리고/또는, 상기 게터링 부재(41,41a,41b,41c,41d)는 상기 소스(12)를 적어도 부분적으로 둘러싸도록 구현된, 장치(10). - 제3항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 게터링 부재(41,41a,41b,41c,41d)는 상기 증착 챔버(11) 내에 배치되며 그리고/또는 상기 증착 챔버(10)의 적어도 일부를 형성하는, 장치(10). - 대상물(20) 상에 적어도 두 개의 성분으로 이루어진 층을 증착하기 위한 장치(10)로서,
상기 대상물(20)을 배치하기 위한 증착 챔버(11),
증착되는 물질(30)을 포함하는 적어도 하나의 소스(12), 및
상기 증착되는 물질의 적어도 하나의 성분의 지정된 양의 선택적 결합에 의해, 상기 대상물 상에 증착되기 전에 상기 증착되는 물질의 적어도 하나의 성분의 농도가 기상에서 변경될 수 있도록 구현된, 적어도 하나의 증착 공정 제어용 장치(40)를 포함하고,
상기 증착 공정 제어용 장치(40)는, 상기 증착 챔버(11) 내에 배치되며 상기 적어도 하나의 성분의 지정된 양을 적어도 하나의 게터링 부재(41,41a,41b,41c,41d)에 화학적으로 그리고/또는 물리적으로 결합함으로써 상기 적어도 하나의 성분의 농도가 변경될 수 있도록 구현된, 반응성 물질로 이루어진 상기 적어도 하나의 게터링 부재(41,41a,41b,41c,41d)를 포함하고,
상기 반응성 물질은 구리 및/또는 몰리브덴을 포함하는, 장치(10). - 대상물(20) 상에 적어도 두 개의 성분으로 이루어진 층을 증착하기 위한 방법으로서,
적어도 하나의 성분의 농도는, 상기 대상물 상에 증착되기 전에 증착 공정 제어용 장치(40)에 의한 상기 성분의 지정된 양의 선택적 결합에 의해 기상에서 변경되고,
선택적 결합량은 상기 증착 공정 제어용 장치(40)의 성분 결합률을 변경함으로써 제어되는, 방법. - 제13항에 있어서,
상기 적어도 하나의 성분의 선택적 결합량은 게터링 부재(41,41a,41b,41c,41d)의 온도 및/또는 활성 결합 표면 및/또는 전위를 변경함으로써 제어되는, 방법. - 박막 태양 전지 또는 박막 태양광 모듈의 제조, 특히 CIS(CIGSSe)-박막 태양 전지 또는 CIS(CIGSSe)-박막 태양광 모듈의 제조를 위한, 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 장치 및 제13항 또는 제 14 항에 따른 방법의 용도.
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