KR20130040484A - 대면적 ｎ형 반도체 박막의 습식증착장치 및 이를 이용한 박막제조방법 - Google Patents

대면적 ｎ형 반도체 박막의 습식증착장치 및 이를 이용한 박막제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 대면적 CIGS 박막형 태양전지의 N형 반도체 박막(CdS, InS, ZnS, InOH, ZnOH)의 습식 증착 제조장치에 관한 것으로서, 기판 표면에 IIB-VIA족 화합물 반도체 박막을 균일하게 제조하는 박막제조장치에 있어서, 상기 기판 하부에 구비되는 열원; 상기 기판 상부에 착탈가능하게 결합되며, 상부가 밀폐되고 하부가 개방된 커버부; 및 상기 커버부 상부 내측에 구비되고, 상부에는 연결관이 형성되고 하부에는 노즐을 구비한 노즐장치;를 포함하여 구성된 증착부; 상기 증착부에 고정결합되고, 상기 증착부를 평면상에서 회전운동 또는 직선운동시키는 평면운동부; 및 상기 평면운동부에 고정결합되고, 상기 증착부와 상기 평면운동부를 상하요동시키는 상하운동부;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다. 본 발명의 제조장치를 통해, 반응용액이 기판 전면적에 균일하게 도포될 수 있으며, 또한 사용되는 반응용액량을 현저히 줄여서 제작 비용을 줄일 수 있고 도포공정 후 발생되는 폐액 또한 줄일 수 있다.

Description

대면적 Ｎ형 반도체 박막의 습식증착장치 및 이를 이용한 박막제조방법{Apparatus for manufacturing large-sized N-type semi-conductor CdS (or ZnS, InS, InOH, ZnOH) thin film and method manufacturing thin film using it}
본 발명은 대면적 N형 반도체 박막(CdS, ZnS, InS, InOH, ZnOH)의 습식 증착 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 기판위에 노즐장치를 이용하여 밀폐공간을 형성하고 기판에 박막을 형성할 이온이 용해되어 있는 용액을 분사한 후 기판을 평면상에서 또는 공간상에서 직선운동 또는 상하요동시켜 용액이 기판위에 균일하게 도포되어 박막을 증착하도록 하는 대면적 CdS, 또는 ZnS, InS, InOH, ZnOH 박막의 습식증착장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.
태양전지에서, IIB-VIA족 화합물 반도체인 CdS,ZnS,InS,InOH,ZnOH와 같은 화학물질은 상온에서의 에너지 밴드 갭(Band gap)이 큰 직접천이형 반도체로서, 가시광선 영역의 대부분의 빛을 투과시키고, 적절한 제작 조건하에서 비교적 낮은 비저항을 보이기 때문에 CdTe계 태양전지와 CIS(CuInSe2)계 태양전지의 광투과층으로 널리 사용되고 있다.
이러한 IIB-VIA족 화합물 반도체 박막의 제조 방법으로 진공증착법, 스퍼터법, 전착법, 스프레이 열분해법, 화학용액성장법(CBD, Chemical Bath Deposition)법 등이 알려져 있으며, 이중 화학용액성장법은 용액 내에서 일어나는 화학반응을 이용하는 박막제조방법으로서, 낮은 온도에서 막의 제조가 가능하고, 제조방법이 간단하며 제조비가 저렴하다는 장점이 있어 많이 사용되고 있다.
이와 같은 화학 용액 성장법은 도 1에 도시된, 하부의 열원(11), 용액(14)을 함유하고 있는 수조(10) 및 기판홀더(30)로 고정되어 용액 속에 잠긴 기판(12)으로 구성된 종래의 장치를 통해서 이루어지는데, 이때 IIB-VIA족 화합물 반도체의 박막 형성은 용액의 수조(bath)(10)에 공급되는 열에 의해 용액 중에서 IIB족 이온과 VIA족 이온이 반응하여 기판(12)에 달라붙어 생성되는 균일 반응(Homogeneous reaction)과 기판 위에서 IIB족 이온과 VIA족 이온이 반응하여 생성되는 불균일 반응(Heterogeneous reaction)을 수반하여 이루어지는 것이 특징이다.
여기서, 양질의 IIB-VIA족 화합물 반도체의 박막을 얻기 위해서는 기판에서 IIB족 이온과 VIA족 이온이 반응하여 IIB-VIA족 화합물 반도체의 막이 생성되는 불균일 반응이 촉진되는 것이 바람직하다.
그러나, 종래의 화학 용액 성장법으로 IIB-VIA족 화합물 반도체 박막을 제조할 경우, 기판보다 IIB족 이온과 VIA족 이온이 포함되어 있는 용액의 온도가 더 높으므로 균일 반응이 활발하게 일어나게 된다. 그리고, 이로 인해 용액 내에서 핵 생성되어 성장한 IIB-VIA족 파티클(Particles)이 IIB-VIA족 화합물 반도체 막의 표면에 붙게 되어 막 표면이 거칠어지고 이로 인해 두께가 고르지 않게 되며 표면이 거칠게 되는 등의 문제가 발생된다. 또한, 그 후의 공정(세정과 건조공정)에 의해 IIB-VIA족 입자가 제거될 경우 핀홀(Pinhole)이 형성되어 소자에 결점(Defects)으로 작용하게 된다.
이와 같이, 화학 반응은 정밀하게 제어하기가 어려울 뿐만아니라, 반응용액의 화학적 조성 등 실험조건의 미세한 변화에 따라 막의 물리적 성질과 미세 조직이 급격히 변하게 되는 문제가 있다.
더욱이, 태양전지에 사용된 IIB-VIA족 화합물 반도체의 박막이 높은 광투과도를 가지기 위해서는 두께가 얇으면서도 누설전류가 발생하지 않을 정도의 치밀함을 가져야 한다. 또한, 태양전지를 상용화하기 위해서는 대면적 기판에 CdS(또는 ZnS, InS, InOH, ZnOH)층을 형성하는 것이 가능해야 한다.
그러나, 종래의 배스에 담가 CdS 박막을 제조하는 화학용액성장법은 설치비용 대비 효율을 고려할 때 대면적 기판에는 적용하기 어려우며, 또한 버려지는 용액의 양이 많아 비경제적인 면이 있다.
이를 해결하고자 열원에 기판을 직접 올려놓고 기판이 충분히 가열된 후에 반응용액을 용액의 표면장력을 이용하여 가능한 적게 분사하면서도 기판에 용액을 균일하게 도포시키는 장치가 특허출원번호 제2008-35500호로 출원되었다.
그러나, 이 장치를 이용하여 CdS 박막층을 기판위에 형성시 CdS층이 기판 전체면적에 대해 두께가 얇으면서도 균일하게 도포되지 않는 문제가 있고, 또한 도포된 CdS층이 누설전류가 발생하지 않을 정도로 치밀하진 못한 문제가 있다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 제1 목적은 기판위에 노즐장치를 이용하여 밀폐공간을 형성하고 기판에 박막을 형성한 이온이 용해되어 있는 용액을 분사한 후 기판을 수직방향 및 수평방향으로 요동시켜 용액이 기판 전면적에 균일하게 도포되도록 하는 대면적 CdS(또는 ZnS, InS, InOH, ZnOH) 박막을 습식으로 증착하는 박막제조장치를 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 제2 목적은 기판 하부에 설치된 열원에 의해 기판이 가장 높은 온도를 갖도록 하여 기판을 가열한 열이 공급된 용액에 전달되고 대기와 접촉하고 있는 부분의 용액은 열을 잃음으로써 기판표면에서 IIB족 이온과 VIA족 이온의 불균일 반응을 촉진하고 IIB-VIB족 화합물 반도체의 박막의 성장을 증가시키는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 대면적 Ｎ형 반도체 박막의 습식증착장치는,
기판 표면에 IIB-VIA족 화합물 반도체 박막을 균일하게 제조하는 박막제조장치에 있어서,
상기 기판 하부에 구비되는 열원; 상기 기판 상부에 착탈가능하게 결합되며, 상부가 밀폐되고 하부가 개방된 커버부; 및 상기 커버부 상부 내측에 구비되고, 상부에는 연결관이 형성되고 하부에는 노즐을 구비한 노즐장치;를 포함하여 구성된 증착부;
상기 증착부에 고정결합되고, 상기 증착부를 평면상에서 회전운동 또는 직선운동시키는 평면운동부; 및
상기 평면운동부에 고정결합되고, 상기 증착부와 상기 평면운동부를 상하요동시키는 상하운동부;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 증착부는
상기 기판과 상기 열원이 안착되는 배스형상의 드레인장치를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 증착부는
상기 기판과 상기 열원 사이에 상기 기판을 편평하게 하는 진공척을 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 증착부는
상기 커버부를 상하이동시키고 상기 커버부에 하방향 힘을 인가할 수 있도록 상기 커버부에 결합하는 슬라이딩장치를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 슬라이딩장치는
상기 커버부에 결합되는 결합플레이트; 상기 결합플레이트에 연결된 이동부; 및 상기 이동부의 상하방향으로의 슬라이딩을 가능하게 하는 가이드와 실린더;로 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 커버부는 하단에는 테두리를 따라 오링이 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 증착부는
상기 노즐장치의 상기 연결관과 연통되며 반응용액을 공급하는 반응용액공급부 및 상기 연결관과 연통되며 물을 공급하는 물공급부를 더 포함하고, 상기 노즐장치는 하부에 다수개의 노즐을 구비한 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 반응용액공급부 및 물공급부에는 각각 밸브가 더 포함되어 반응용액 공급시에는 상기 물공급부의 밸브가 닫히고, 물 공급시에는 상기 반응용액공급부의 밸브가 닫히도록 제어되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 대면적 N형 반도체 박막 습식증착장치에서, 상기 평면운동부는
이격되게 배치된 저면지지판, 상부지지판, 및 상기 증착부에 고정되는 결합지지판으로 구성된 지지부;
모터, 상기 모터로부터 동력을 공급받아 구동되는 주구동부, 상기 주구동부의 구동에 종속되어 구동되는 종구동부로 구성되어 상기 결합지지판을 회전운동시키는 구동부; 및
상기 상부지지판 위에 배치된 볼 롤러로 구성된 다수개의 롤러부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 주구동부는,
상기 모터로부터 동력을 공급받는 주동축; 일단이 상기 주동축에 링크되는 제1 링크부재; 상기 제1 링크부재의 타단에 링크되는 제1 회전축; 및 상기 제1 회전축과 결합되고 상기 결합지지판의 하부면에 고정되는 제1 베어링;으로 구성되며,
상기 종구동부는,
종동축; 일단이 상기 종동축에 링크되는 제2 링크부재; 상기 제2 링크부재의 타단에 링크되는 제2 회전축; 및 상기 제2 회전축과 결합되고 상기 결합지지판의 하부면에 상기 제1 베어링과 일정거리 이격되어 고정되는 제2 베어링;으로 구성되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 주구동부의 주동축과 상기 종구동부의 종동축은 원할한 회전을 위하여 상기 상부지지판에 일정거리 이격되게 고정된 제3 베어링에 결합되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 대면적 Ｎ형 반도체 박막의 습식증착장치의 상기 평면운동부는,
이격되게 배치된 저면지지판, 상부지지판, 및 상기 증착부에 고정되는 결합지지판으로 구성된 지지부;
모터, 상기 모터로부터 동력을 공급받아 구동되는 제1 구동부와 제2 구동부로 구성되어 상기 결합지지판을 직선운동시키는 구동부; 및
상기 제1 구동부와 연계되어 상기 결합지지판의 직선운동을 가이드하는 제1 가이드부와 상기 제2 구동부와 연계되어 상기 상부지지판과 상기 결합지지판의 직선운동을 가이드하는 제2 가이드부로 구성된 가이드부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 제1 구동부는,
상기 모터에 의해 회전하는 볼스크류축; 상기 볼스크류축에 볼 나사 결합되어 상기 볼스크류축의 회전 방향에 따라 직선왕복운동을 하는 볼너트; 및 상기 볼너트에 결합되고 상기 결합지지판 하부면 중심에 고정된 너트고정부재;로 구성되며,
상기 제2 구동부는,
상기 모터에 의해 회전하는 볼스크류축; 상기 볼스크류축에 볼 나사 결합되어 상기 볼스크류축의 회전 방향에 따라 직선왕복운동을 하는 볼너트; 및 상기 볼너트에 결합되고 상기 상부지지판 하부면 중심에 고정된 너트고정부재;로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1 가이드부는,
상기 상부지지판의 상부면에 양측 테두리로부터 이격되게 XY방향으로 고정결합된 가이드레일; 및 상기 가이드레일과 대응되는 위치의 상기 결합지지판 하부면에 고정결합되며 상기 가이드레일을 따라 이동되는 이동부;로 구성되며,
상기 제2 가이드부는,
상기 저면지지판의 상부면에 양측 테두리로부터 이격되게 YZ방향으로 고정결합된 가이드레일; 및 상기 가이드레일과 대응되는 위치의 상기 상부지지판 하부면에 고정결합되며 상기 가이드레일을 따라 이동되는 이동부;로 구성되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 각각의 너트고정부재와 대응되는 상기 각각의 이동부는 연결부재에 의해 연결되도록 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 대면적 N형 반도체 박막 습식증착장치에서, 상기 상하운동부는
이격되게 배치된 저면지지판, 상부지지판, 및 상기 상부지지판 하부면 중심에 고정된 지렛대로 구성된 지지부; 및
상기 저면지지판 상부면과 대응되는 상기 상부지지판 하부면에 각각 볼결합하는 다수개의 실린더부와 실린더로드부로 구성되어 상기 상부지지판을 상하로 요동시키는 구동부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 상하운동부는,
이격되게 배치된 저면지지판, 상부지지판, 상기 증착부 또는 상기 평면운동부에 고정되는 결합지지판, 및 상기 상부지지판 상부면과 상기 저면지지판 상부면 중심에 각각 고정된 적어도 2개의 지렛대으로 구성된 지지부; 및
모터, 상기 모터로부터 동력을 공급받아 구동되도록 구성되어 상기 결합지지판을 상하로 요동시키는 구동부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 구동부는,
상기 모터에 의해 각각 회동하는 제1 샤프트와 제2 샤프트; 및 상기 결합지지편 하부면과 상기 상부지지편 하부면에 각각 고정된 적어도 2개씩의 제4 베어링과 제5 베어링;으로 구성되며,
상기 제1 샤프트와 제2 샤프트는 대응되는 각 지렛대에 끼움결합하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제4 베어링과 상기 제5 베어링은 각각 상기 결합지지편 하부면과 상기 상부지지편 하부면의 중심선상 또는 대각선상에 고정되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 대면적 Ｎ형 반도체 박막의 습식증착장치는,
기판 표면에 IIB-VIA족 화합물 반도체 박막을 균일하게 제조하는 박막제조장치에 있어서,
순차적으로 열원과 상기 기판이 안착되어 고정되는 드레인장치; 상기 기판 상부에 착탈가능하게 결합하며, 상부는 밀폐되고 하부는 개방되어 있으며 하단테두리를 따라 오링이 형성된 커버부; 상기 커버부 상부 내측에 구비되고, 상부에는 반응용액공급부 및 물공급부와 연통되는 연결관이 형성되고 하부에는 다수개의 노즐을 구비한 노즐장치; 및 상기 커버부에 결합되어 상기 커버부를 상하이동시키고 상기 커버부에 하방향 힘을 인가하는 슬라이딩장치;로 구성된 증착부;
이격되게 배치된 저면지지판, 상부지지판, 및 상기 증착부에 고정되는 결합지지판으로 구성된 지지부; 모터와, 상기 모터로부터 동력을 공급받는 주동축, 일단이 상기 주동축에 링크되는 제1 링크부재, 상기 제1 링크부재의 타단에 링크되는 제1 회전축, 및 상기 제1 회전축과 결합되고 상기 결합지지판의 하부면에 고정되는 제1 베어링으로 구성된 주구동부; 및 종동축, 일단이 상기 종동축에 링크되는 제2 링크부재, 상기 제2 링크부재의 타단에 링크되는 제2 회전축, 및 상기 제2 회전축과 결합되고 상기 결합지지판의 하부면에 상기 제1 베어링과 일정거리 이격되어 고정되는 제2 베어링으로 구성된 종구동부;로 구성된 구동부; 및 상기 상부지지판 위에 배치된 볼 롤러로 구성된 다수개의 롤러부;로 구성되어 상기 증착부를 평면상에서 운동시키는 평면운동부; 및
이격되게 배치된 저면지지판, 상부지지판, 및 상기 상부지지판 하부면 중심에 고정된 지렛대로 구성된 지지부; 및 상기 저면지지판 상부면과 대응되는 상기 상부지지판 하부면에 각각 볼결합하는 다수개의 실린더부와 실린더로드부로 구성되어 상기 상부지지판을 상하로 요동시키는 구동부;로 구성되어 상기 증착부와 상기 평면운동부를 상하요동시키는 상하운동부;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 대면적 Ｎ형 반도체 박막의 습식증착장치를 이용한 박막제조방법은,
기판 표면에 IIB-VIA족 화합물 반도체 박막을 균일하게 제조하는 박막제조방법에 있어서,
상기 기판을 열원위에 고정시키고 상기 기판 상부에 커버부를 하강이동하여 상기 커버부 하단테두리를 밀착시키는 단계;
상기 기판을 열원을 이용하여 일정온도로 가열하고, 반응용액공급부로부터 반응용액을 노즐장치의 다수개의 노즐을 통해 상기 커버부 내측공간의 가열된 상기 기판 위에 분사하는 단계;
상기 반응용액이 상기 기판위에 균일하게 도포되도록 상기 기판을 평면상에서 회전운동 또는 직선운동시키며 증착하는 단계;
상기 회전운동 또는 직선운동하는 기판을 상하로 요동시키며 증착하는 단계;
증착이 완료된 후에 상기 커버부를 승강하고 물 공급부로부터 물을 상기 노즐장치의 노즐을 통해 증착된 기판 위에 분사하여 세정하는 단계; 및
세정된 상기 기판을 건조하는 단계;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 대면적 Ｎ형 반도체 박막의 습식증착장치를 이용한 박막제조방법은,
기판 표면에 IIB-VIA족 화합물 반도체 박막을 균일하게 제조하는 박막제조방법에 있어서,
상기 기판을 열원위에 고정시키고 상기 기판 상부에 커버부를 하강이동하여 상기 커버부 하단테두리를 밀착시키는 단계;
상기 기판을 열원을 이용하여 일정온도로 가열하고, 반응용액공급부로부터 반응용액을 노즐장치의 다수개의 노즐을 통해 상기 커버부 내측공간의 가열된 상기 기판 위에 분사하는 단계;
상기 반응용액이 상기 기판위에 균일하게 도포되도록 상기 기판을 평면상에서 2개의 회전중심을 기준으로 회전운동시키거나 또는 X축방향과 Y축방향으로 직선운동시키며 증착하는 단계;
증착이 완료된 후에 상기 커버부를 승강하고 물 공급부로부터 물을 상기 노즐장치의 노즐을 통해 증착된 기판 위에 분사하여 세정하는 단계; 및
세정된 상기 기판을 건조하는 단계;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 대면적 Ｎ형 반도체 박막의 습식증착장치를 이용한 박막제조방법은,
기판 표면에 IIB-VIA족 화합물 반도체 박막을 균일하게 제조하는 박막제조방법에 있어서,
상기 기판을 열원위에 고정시키고 상기 기판 상부에 커버부를 하강이동하여 상기 커버부 하단테두리를 밀착시키는 단계;
상기 기판을 열원을 이용하여 일정온도로 가열하고, 반응용액공급부로부터 반응용액을 노즐장치의 다수개의 노즐을 통해 상기 커버부 내측공간의 가열된 상기 기판 위에 분사하는 단계;
상기 반응용액이 상기 기판위에 균일하게 도포되도록 상기 기판을 중심에 배치된 적어도 하나의 지렛대에 의해 상하로 요동시키며 증착하는 단계;
증착이 완료된 후에 상기 커버부를 승강하고 물 공급부로부터 물을 상기 노즐장치의 노즐을 통해 증착된 기판 위에 분사하여 세정하는 단계; 및
세정된 상기 기판을 건조하는 단계;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 기판을 상기 열원과 상기 기판 사이에 구비된 기판척을 이용하여 편평하게 유지하도록 하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 대면적 N형 반도체 박막 습식증착장치를 이용한 박막제조방법에서,
상기 N형 반도체박막은 CdS, ZnS, InS, InOH, 또는 ZnOH 박막 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 대면적 Ｎ형 반도체 CdS(또는 ZnS, InS, InOH, ZnOH)박막의 습식증착장치를 통한 박막제조는, 기존의 화학용액성장법(CBD)으로 형성한 IIB-VIA족 화합물 반도체 박막의 경우에 비하여 용액 내에서의 균일 반응에 의한 핵생성을 억제하면서 기판에서의 불균일 반응에 의한 핵생성이 일어나도록 제어할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 제조장치를 통해, 용액이 기판 전면적에 균일하게 도포되며, 박막제조장치에 사용되는 반응용액량을 현저히 줄여서 제작 비용을 줄일 수 있으며 도포공정 후 발생되는 폐액 또한 줄일 수 있다.
본 발명의 제조장치를 통해, 균일 반응에 의해 파티클이 박막의 표면에 붙는 현상을 줄이고 이후 공정에서의 핀홀의 생성을 억제하여 태양전지의 누설전류를 감소시키고 광투과도를 증가시켜 태양전지의 효율을 증가시킬 수 있다.
도 1은 종래의 CdS 박막증착장치 개략도,
도 2는 본 발명에 따른 대면적 N형 반도체 박막 습식증착장치의 개략도,
도 3은 도 2의 증착부의 분해도,
도 4의 (a),(b)는 도 2의 평면운동부의 제1 실시예의 단면도 및 작동상태도,
도 5의 (a),(b),(c)는 도 2의 평면운동부의 제2 실시예의 단면도 및 작동상태도,
도 6의 (a),(b)는 도 2의 상하운동부의 제1 실시예의 단면도 및 작동상태도,
도 7의 (a),(b)는 도 2의 상하운동부의 제2 실시예의 단면도 및 작동상태도,
도 8의 (a),(b)는 도 2의 상하운동부의 제3 실시예의 단면도 및 작동상태도.
본 발명은 화학적 반응인 흡열반응을 이용하여 IIB-VIA족 화합물 N형 반도체인 CdS (또는 ZnS, InS, InOH, ZnOH)박막을 기판에 성장시키는 것으로, 화합물 반도체의 조성 원소인 IIB족 이온인 카드뮴(Cd)(또는 아연(Zn)이나 인듐(In))과 VIA족 이온인 황(S)(또는 수산화기(OH))을 함유하도록 반응용액을 조성하고, 상기 반응용액을 노즐장치를 이용하여 가열된 기판에 가능한 적게 분사한 후 기판을 평면상에서 또는 공간상에서 직선운동 또는 상하요동시켜 용액이 기판위에 균일하게 도포되도록 하여 박막을 형성하는 것이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명에 따른 대면적 N형 반도체 박막 습식증착장치의 개략도, 도 3은 도 2의 증착부의 분해도, 도 4의 (a),(b)는 도 2의 평면운동부의 제1 실시예의 단면도 및 작동상태도, 도 5의 (a),(b),(c)는 도 2의 평면운동부의 제2 실시예의 단면도 및 작동상태도, 도 6의 (a),(b)는 도 2의 상하운동부의 제1 실시예의 단면도 및 작동상태도, 도 7의 (a),(b)는 도 2의 상하운동부의 제2 실시예의 단면도 및 작동상태도, 도 8의 (a),(b)는 도 2의 상하운동부의 제3 실시예의 단면도 및 작동상태도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 대면적 CdS 박막제조장치는 크게 증착부(100), 평면운동부(200), 및 상하운동부(300)로 구성된다.
도 3은 도 2의 증착부를 분해하여 개략적으로 도시한 것으로서, 도 3에 도시된 바와 같이 증착부(100)는 열원(H), 기판(S), 커버부(130), 노즐분사부(140)를 포함하여 구성되며, 열원과 기판은 드레인장치(110)내에 홀딩되어 있다. 또한, 노즐분사부(140)는 반응용액공급부(170) 및 물 공급부(180)에 연결되도록 구성된다.
드레인장치(110)는 내부 저면에 열원(H)과 기판(S)을 고정되게 안착시키고, 공정을 마친 폐용액을 회수하는 배스(bath) 형상의 장치로서, 일측에 배수장치(미도시)를 구비할 수 있음은 물론이다.
본 발명에서는 열원과 기판을 지지하고 홀딩시키는 수단으로 드레인장치를 도시하였으나, 이에 국한되는 것이 아님은 물론이다.
열원(110)은 기판(S) 하부에 위치되어 기판(S)을 직접 가열하도록 하는 것으로, 대면적 기판에 고르게 열이 공급되도록 하기 위해서는 면열원인 것이 바람직하다. 또한, 열원을 기판 하부에 배치함으로써, 열원의 직접 가열에 의해 기판이 가장 높은 온도를 갖게 된다. 이때, 기판을 가열한 열이 공급된 용액에 전달되고 대기와 접촉하고 있는 부분의 용액은 열을 잃음으로써 기판 표면에서 IIB족 이온과 VIA족 이온의 불균일 반응이 촉진되고 그럼으로써 CdS (또는 ZnS, InS, InOH, ZnOH)박막 성장이 증가된다.
기판(S)은 통상적인 기판 어떤 것도 무방하다. 그러나, 효율측면에서는 유리기판에 투명전도성 물질 ITO(In2O3·SnO2) 또는 SnO2:F 층이 적층된 투명전도성 유리기판이 바람직하다.
또한, 기판(S)과 열원(H)사이에는 기판(S)의 편평도를 높이도록 상부에 홀(121)이 형성되고 홀과 연통되는 유로가 내부에 형성된 진공플레이트와 이를 작동시키는 펌프(미도시)로 구성된 진공척(120)을 구비하는 것이 바람직하다. 진공척(120)에 의해 전단계 공정을 마치고 이송된 기판(S)은 CdS 증착전 편평하게 유지되어 기판 전체면적에 대하여 증착물질이 균일한 두께로 증착되며, 따라서 증착효율을 높이게 된다.
기판(S) 상부에는 반응용액이 기판에 분사된 후에 용액 내에 있는 암모니아수의 농도를 일정하게 유지하고, 분사된 용액이 기판(S) 밖으로 흘러내리지 않도록 하기 위해 커버부(130)를 배치한다.
커버부(130)는 상부가 밀폐되고 하부가 개방된 덮개 형태로서, 커버부(130) 내측 상부면에는 다수개의 노즐(145)을 구비한 노즐장치(140)가 고정결합되며, 커버부(130) 하단에는 테두리를 따라 오링(135)을 형성된다. 커버부(130)는 기판(S) 상부에 착탈가능하게 결합되는 것으로, 커버부는 기판에 밀착되면서 기판위에 밀폐공간을 형성한다. 이때, 오링(135)은 커버부(130)가 기판(S)에 접촉시 기판(S) 상부에 흠이 생기지 않도록 하고 또한 기판(S)과의 밀착결합이 가능하도록 한다.
또한, 커버부(130) 상부 외측에는 커버부(130)가 기판(S)에 밀착되어 용액의 누수가 발생하지 않도록 커버부를 가압하여 밀착시키는 역할도 하고, 또한 커버부(130) 상면에 결합하여 커버부(130)의 상하이동을 가능하게 하는 슬라이딩장치(150)를 구비하는 것이 바람직하다. 여기서, 슬라이딩장치(150)는 커버부(130) 상부면에 힘을 가하거나 상부면과 결합하는 결합플레이트(151), 결합플레이트(151) 중심위치에 수직하게 일체로 형성된 연결대(152), 연결대에 고정되어 상하방향으로 이동하는 이동부재(153), 이동부재(153)가 이동되는 적어도 2개의 가이드(154), 및 이동부재(153)의 슬라이딩이 가능하게 하는 실린더(155)로 구성된다.
노즐장치(140)는 반응용액을 기판(S)위에 분사할 수 있도록 하는 것으로서, 노즐장치 하부에는 다수개의 노즐(145)이 형성되고, 상부에는 상기 커버부(130)와 연통되게 결합하는 연결관(170)이 형성된다. 이때, 연결관(170)은 편의상 주름관 형상으로 형성할 수 있음은 물론이다.
노즐(145)은 다수개 구비함으로써 대면적 기판(S) 전체에 걸쳐 반응용액 내지 물이 균일하게 분사될 수 있도록 하며, 또한 기판에 공급되는 반응용액 내지 물 공급 시간을 줄일 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
반응용액공급부(170)는 IIB-VIA족 화합물 N형 반도체인 CdS (또는 ZnS, InS, InOH, ZnOH)박막을 기판에 성장시키기 위한 것으로, 화합물 반도체의 조성 원소인 IIB족 이온인 카드뮴(Cd)(또는 아연(Zn)이나 인듐(In))과 VIA족 이온인 황(S)(또는 수산화기(OH))을 함유하도록 조성된 반응용액이 저장되며, 일측은 연결관(160)과 연통되고 공급량은 구비된 밸브(V)에 의해 조절된다.
물공급부(180)는 기판(S)에 박막 증착후 세정과정에서 필요한 물을 공급하기 위한 것으로, 일측은 상기 연결관(160)과 연통되며 공급량은 구비된 밸브(V)에 의해 조절된다. 또한, 각 밸브(V)는 반응용액 공급시에는 물공급부(180)의 밸브(V)가 닫히고, 물 공급시에는 반응용액공급부(170)의 밸브(V)가 닫히도록 제어된다.
이때, 물공급부(180)에서 공급되는 물은 정제수 또는 물속에 녹아 있는 유기물, 무기물, 미립자, 미생물을 최대한 제거하여 이론상의 18.25mega-ohm의 전기 비전도도를 갖는 물(H2O)인 초순수가 바람직하다.
평면운동부(200)는 기판을 XY평면상에서 회전운동 또는 직선운동시키기 위한 것으로서, 도 4는 회전운동시키는 평면운동부의 제1 실시예를 도시한 것이다. 도 4의 (a),(b)에 도시된 바와 같이, 회전운동시키는 평면운동부는 지지부(210), 구동부(230), 및 다수개의 롤러부(260)로 구성된다.
지지부(210)는 저면지지판(211)과 상부지지판(213), 저면지지판과 상부지지판을 일정거리 이격시키는 지지대(212), 및 상부지지판(213)과 이격되게 배치된 결합지판(215)으로 구성된다. 여기서, 결합지지판(215)은 상술한 드레인장치(110) 하부면에 고정결합된다.
구동부는 동력을 전달하는 모터(M) 및 일정거리 이격된 주구동부(230)와 종구동부(240)로 구분된다.
모터(M)는 저면지지판(211)위에 고정설치되며, 감속기(225)기 모터(M)에 연계되어 설치된다.
주구동부(230)는 주동축(232), 제1 회전축(234), 일단은 주동축(232) 상부에 타단은 제1 회전축(234) 하부에 링크된 제1 링크부재(233), 및 제1 회전축(234)과 결합되고 결합지지판(215)의 하부면에 고정되는 제1 베어링(236)으로 구성된다.
또한, 종구동부(240)는 주동축(232)의 구동에 따라 구동되는 종동축(242), 제2 회전축(244), 일단은 종동축(242) 상부에 타단은 제2 회전축(244) 하부에 링크된 제2 링크부재(243), 및 제2 회전축(244)과 결합되고 상부면이 결합지지판(215)에 고정결합되는 제2 베어링(246)으로 구성된다.
여기서, 제1 베어링(236)과 제2 베어링(246)은 제1 회전축(234)과 제2 회전축(244)의 원할한 회전을 위하여 일정거리 이격되게 배치되는 것이 바람직하다.
또한, 주동축(232)과 종동축(242)은 원할한 회전을 위하여 상기 상부지지판에 일정거리 이격되게 고정되며 상하로 관통되도록 배치된 제3 베어링(250)에 결합되어 지지될 수 있다.
구동부의 주구동부(230)와 종구동부(240)의 연계된 구동동작은 다음과 같다. 즉, 모터에 의해 주구동부(230)에 동력이 공급되면, 주동축(232)이 회동함에 따라 제1 링크부재(233)에 연결된 제1 회전축(234)이 회전하게 되고, 제1 베어링(236)에 고정결합된 결합지지판(215)가 회전하게 된다. 이때, 결합지지판(215)에 고정결합된 제2 베어링(246)에 의해 제2 회전축(244)이 회전하게 되고 제2 링크부재(243)에 연결된 종동축(242)이 회동하게 된다.
다수개의 롤러부(260)는 적어도 4개의 볼 롤러로 구성된 것으로, 상부지지판(213)에 고정되며, 상부에 탑재되는 드레인장치(110)에 부착된 결합지지판(215)의 회전을 용이하게 함과 동시에 보조지지부 역할을 한다.
또한, 도 5의 (a),(b),(c)는 직선운동시키는 평면운동부의 제2 실시예를 도시한 것이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 평면운동부(400)는 지지부(410), 제1 구동부(420)와 제2 구동부(430)로 구성되어 상기 결합지지판을 직선운동시키는 구동부, 제1 가이드부(440)와 제2 가이드부(450)로 구성된 가이드부로 구성된다.
여기서, 결합지지판(415)의 X축방향의 직선운동은 제1 구동부(420)와 제1 가이드부(440)에 의해 제어되고, Y축방향의 직선운동은 제2 구동부(430)와 제2 가이드부(450)에 의해 제어된다.
지지부(410)는 이격되게 배치되는 저면지지판(411)과 상부지지판(413), 및 증착부(100)의 드레인장치(110)에 고정결합되는 결합지지판(415)으로 구성된다.
구동부는 결합지지판(415)을 직선운동시키기 위한 것으로서,
제1 구동부(420)는 모터(M1)와, 모터에 의해 회전하는 볼스크류축(421)과, 볼스크류축(421)에 볼 나사 결합되어 볼스크류축(421)의 회전 방향에 따라 직선왕복운동을 하는 볼너트(422)와, 볼너트(422)에 고정된 너트고정부재(423)로 구성된다. 여기서 너트고정부재(423)는 결합지지판(415) 하부면 중심에 고정부착된다.
제2 구동부(430)는 모터(M2)와, 모터에 의해 회전하는 볼스크류축(431)과, 볼스크류축(431)에 볼 나사 결합되어 볼스크류축(431)의 회전 방향에 따라 직선왕복운동을 하는 볼너트(432)와, 볼너트(422)에 고정된 너트고정부재(433)로 구성된다. 여기서 너트고정부재(433)는 상부지지판(413) 하부면 중심에 고정부착된다.
또한, 제1 구동부(420)와 연계되어 결합지지판(415)의 직선운동을 가이드하는 제1 가이드부(440)는 이동부(442; 442a,442b)와 가이드레일(444; 444a,444b)로 구성되며, 각 가이드레일(444a,444b)은 상부지지판(411)의 상부면에 양측 테두리로부터 이격되게 XY방향으로 고정결합되고, 각각의 이동부(442a,442b)는 각 가이드레일(444a,444b)과 대응되는 위치의 결합지지판(415) 하부면에 고정결합되며, 대응되는 가이드레일(444a,444b)를 따라 각각 이동된다.
이때, 모터(M1)에 의해 중심선상으로만 미치는 힘을 양측으로 분산시켜 결합지지판(415)과 결합된 드레인장치(110)의 X축 방향으로의 직선 왕복이동이 용이하도록 너트고정부재(423)와 이동부(442a,442b)를 연결부재(425)에 의해 연결시키는 것이 바람직하다.
또한, 제2 구동부(430)와 연계되어 상부지지판(413)과 결합지지판(415)의 직선운동을 가이드하는 제2 가이드부(450)는, 이동부(452; 452a,452b)와 가이드레일(454; 454a,454b)로 구성되며, 각 가이드레일(454a,454b)은 저면지지판(413)의 상부면에 양측 테두리로부터 이격되게 YZ방향으로 고정결합되고, 각각의 이동부(452a,452b)는 각 가이드레일(454a,454b)과 대응되는 위치의 상부플레이트(413) 하부면에 고정결합되며, 대응되는 가이드레일(454a,454b)를 따라 각각 이동된다.
마찬가지로, 모터(M2)에 의해 중심선상으로만 미치는 힘을 양측으로 분산시켜 상부지지판(413)의 X축 방향으로의 직선 왕복이동이 용이하도록 너트고정부재(433)와 이동부(452a,452b)는 연결부재(435)에 의해 연결시키는 것이 바람직하다.
상하운동부(300)는 기판을 Z축 방향으로 요동시키기 위한 것으로서, 도 6의 (a),(b)는 상하운동부의 제1 실시예를 도시한 것이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 상하운동부는 지지부(310)와 구동부(330)로 구성된다.
지지부(310)는 저면지지판(311)과 상부지지판(313), 및 저면지지판과 상부지지판을 일정거리 이격시키며 중심에 위치되는 지렛대(316)로 구성된다. 여기서, 상부지지판(313)은 증착부(100)의 드레인장치(110) 또는 평면운동부(200)의 저면지지판에 고정결합될 수 있다.
지렛대(316)는 상부지지판(313) 하부면 중심에 고정된 베어링(317)에 볼결합하는 것이 바람직하다. 이는 지렛대(316)를 중심으로 상부지지판(313)이 자유자재로 상하요동이 가능하도록 하기 위함이다.
구동부(330)는 상부지지판(313)이 지렛대를 기준으로 상하로 일정범위내에서 요동되도록 하는 다수개, 바람직하게는 적어도 4개의 실린더부(331; 331a,331b,331c,331d)와 실린더로드부(332; 332a,332b,332c,332d)로 구성된다.
다수개 실린더부(331)의 하단부는 저면지지판(311)의 상부면 네 모서리에 볼결합하고, 실린더로드부(332)의 상단부는 대응되는 상부지지판(311)의 하부면 네 모서리에 볼결합한다.
또한, 도 7의 (a),(b) 및 도 8의 (a),(b)은 상하운동부의 제2 실시예 및 제3 실시예를 도시한 것이다. 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 상하운동부(300')는 지지부(310') 및 상하요동을 제어하는 구동부(330')로 구성된다.
지지부(310')는 일정간격으로 이격된 저면지지판(311')과 상부지지판(313'), 및 증착부(100)의 드레인장치(110) 또는 평면운동부(200)의 저면지지판에 고정결합되는 결합지지판(315')으로 구성된다.
상부지지판(313') 상부면과 저면지지판(311') 상부면 중심에는 제1 지렛대(335') 및 제2 지렛대(345')가 각각 고정되어 있다.
제2 실시예의 구동부(330')는 모터(M1',M2')와 모터에 의해 각각 회동하는 제1 샤프트(331')와 제2 샤프트(341'), 및 결합지지판(315') 하부면에 각각 고정되는 적어도 2개의 제4 베어링(332')과 상부지지판(313') 하부면에 각각 고정되는 적어도 2개의 제5 베어링(342')으로 구성되며, 제1 샤프트(331')와 제2 샤프트(341')는 각 대응되는 지렛대(335', 345')에 끼움결합된다.
이때, 2개씩의 제4 베어링(332') 및 제5 베어링(342')은 결합지지판(315')과 상부지지판(313')의 중심선상에 고정되며, 샤프트(331')는 하나의 제4 베어링(332')과 지렛대(335')와 다른 하나의 제4 베어링(332')에 결합되고, 샤프트(341')는 하나의 제5 베어링(342')과 지렛대(345')와 다른 하나의 제5 베어링(342')에 결합한다. 그럼으로써, 결합지지판(315')과 상부지지판(313')은 각각 중심선상에 배치된 각 대응되는 제1 샤프트(331')와 제2 샤프트(341')를 기준으로 상하요동 또는 시소운동을 할 수 있게 된다.
여기서, 각 샤프트와 베어링 사이의 결합은 랙-피니언기어 형태로 결합시켜 회전각을 제어할 수 있음은 물론이며, 또한 다양한 회전각도 제어센서를 구비하여 제어할 수 있음은 물론이다.
또한, 제3 실시예의 구동부(330')는 제2 실시예에서 2개씩의 제4 베어링(332') 및 제5 베어링(342')이 결합지지판(315')과 상부지지판(313')의 대각선상에 고정된다는 점, 및 결합지지판(315')과 상부지지판(313')이 각각 대각선상에 배치된 각 대응되는 샤프트(331', 341')를 기준으로 상하시소운동을 한다는 점에 차이가 있을 뿐이다.
이와 같은 구성을 가진 대면적 Ｎ형 반도체 박막의 습식증착장치를 구동시켜 대면적 N형 반도체 박막의 제조방법을 설명하면 다음과 같다.
우선, 준비단계로 본 발명의 IIB-VIA족 화합물 N형 반도체(CdS, 또는 ZnS, InS, InOH, ZnOH) 박막 습식증착장치를 준비하고, 기판에 증착할 반응용액과 세정을 위한 물을 각각 반응용액공급부 및 물공급부에 준비한다. 본 발명에서는 예시로서, CdS박막 제조과정을 설명한다.
반응용액으로는 카드뮴 황화물(CdSO4), 티오요소(CH4N2S), 수산화암모늄(NH4OH) 및 초순수(H2O)를 일정조성비로 혼합하여 준비한다.
여기서, 카드뮴 황화물(CdSO4), 티오요소(CH4N2S)는 각각 Cd 이온과 S의 공급원이며, 수산화암모늄(NH4OH)은 용액의 완충제로서 작용할 뿐만 아니라 용액의 pH를 조절한다. CdS 막의 형성은 용액내의 Cd이온의 농도와 S 이온의 농도의 곱이 각 온도에서 용액의 용해도 곱보다 큰 경우에 이루어진다.
또한, 반응용액의 온도는 후술하는 기판의 온도보다 낮은 대략 5℃ ~ 25℃의 낮은 온도를 유지시키는 것이 바람직하다. 이것은 증착과정에서 균일반응이 발생하는 것을 방지하기 위한 것이다.
그런 다음, 전단계 공정을 마친 증착할 기판을 박막제조장치내의 드레인장치내에 이송시킨다.
이송된 기판을 기판척을 이용하여 증착하기에 적절한 편평도를 유지하도록 한다.
그런 다음, 슬라이딩장치를 이용하여 커버부를 하강이동시키고 커버부의 오링이 기판위에 밀착되도록 제어한다.
그리고, 기판을 하부에 위치한 열원을 이용하여 일정온도로 가열하고, 반응용액공급관의 밸브를 열어 노즐장치의 노즐을 통해 반응용액을 가열된 기판 위에 분사한다.
여기서, 기판의 온도가 50~90℃ 중 어느 일정온도로 고정되도록 열원을 조절한다.
그런 다음, 드레인장치내의 대면적 기판 전체 면적에 걸쳐서 CdS 증착이 균일하게 이루어지도록 하기의 작동중 적어도 어느 하나를 수행한다.
여기서, 박막성장과정은 반응용액이 가열된 기판위로 분사되어 균일하게 도포되면, 기판을 가열한 열이 공급된 반응용액에 전달되고 대기와 접촉하고 있는 부분의 용액은 열을 잃음으로써 기판표면에서 Cd2 +과 S2 -의 불균일 반응을 촉진하고 CdS 박막의 성장이 증가되게 된다.
(1) 회전운동시키는 평면운동부를 작동시키는 경우,
도 4에 도시된 바와 같이, 구동부의 모터에 의해 주구동부(230)에 동력을 공급한다.
공급된 동력에 의해 주동축이 회동하게 되고, 그에 따라 제1 링크부재에 연결된 제1 회전축이 주동축을 회전중심으로하여 회전한다.
이때, 제1 회전축에 체결된 제1 베어링은 결합지지판을 회전시키게 된다.
결합지지판의 회전과 동시에 결합지지판에 고정된 제2 베어링에 의해 제2 회전축이 종동축을 회전중심으로하여 회전하게 되고 제2 링크부재에 연결된 종동축이 회동하게 된다.
따라서, 결합지지판은 2개의 회전중심을 기준으로 회전하게 되고, 이와 같은 결합지지판의 회전에 따라 결합지지판에 고정된 드레인장치도 회전하게 된다. 여기서, 회전방향을 바꾸도록 제어할 수 있음은 물론이다.
드레인장치의 2개의 회전중심을 기준으로 한 회전에 따라 기판위의 반응용액은 기판상에서 어느 한 측면으로만 이동되어 분포되는 것이 아니고 순차적으로 전체 측면으로 고르게 이동되어 분포되므로, 균일한 증착이 가능하게 된다.
(2) 직선운동시키는 평면운동부를 작동시키는 경우,
도 5에 도시된 바와 같이, 제1 구동부 및 제2 구동부에 각 모터에 의해 동력을 공급한다.
공급된 동력에 의해 제1 구동부의 볼스크류축이 회전하게 되고, 그에 따라 볼나사 결합된 볼너트가 X축방향으로 직선왕복이동한다.
이때, 볼너트에 체결된 너트고정부재와 너트고정부재에 연결되어 상부지지판상에 고정된 가이드레일을 따라 이동되는 이동부에 의해 결합지지판은 X축방향으로 직선 왕복이동하게 된다.
또한, 이와 동시에 공급된 동력에 의해 제2 구동부의 볼스크류축이 회전하게 되고, 그에 따라 볼나사 결합된 볼너트가 Y축방향으로 직선왕복이동한다.
이때, 볼너트에 체결된 너트고정부재와 너트고정부재에 연결되어 가이드레일을 따라 이동되는 이동부에 의해 상부지지판은 Y축방향으로 직선 왕복이동하게 된다.
동시에 작동되도록 제어되는 X축 및 Y축방향으로의 직선왕복이동에 따라, 결합지지판은 X축방향으로의 직선왕복이동 및 Y축방향으로의 직선왕복이동을 하게 된다.
이와 같은 결합지지판의 평면상에서의 직선왕복이동에 따라 결합지지판에 고정된 드레인장치도 X축 및 Y축방향으로의 직선왕복이동을 하게 된다.
드레인장치의 직선왕복이동에 따라 기판위의 반응용액도 X축방향으로의 직선왕복이동 및 Y축방향으로의 직선왕복이동을 하게 되어, 기판상에서 어느 한 방향으로만 이동되어 분포되는 것이 아니고 전체 면적으로 고르게 이동되어 분포되므로, 균일한 증착이 가능하게 된다.
(3) 상하요동시키는 상하운동부를 작동시키는 경우,
도 6에 도시된 바와 같이, 동력원을 이용하여 구동부의 각 실린더부에 동력을 공급한다.
공급된 동력에 의해 다수개의 실린더부가 각각 작동하게 되고, 대응되는 실린더로드부가 상하로 신장 및 압축이 되도록 제어한다. 이때, 다수개의 실린더로드는 각각 독립적으로 신장 및 압축이 되도록 제어될 수도 있고, 또는 한 쌍씩 세트를 구성하여 세트별로 신장 및 압축되도록 제어할 수도 있음은 물론이다.
다수개 실린더로드의 신장 및 압축에 의해 실린더로드부 상단부에 볼결합된 상부지지판은 중심에 배치된 지렛대를 기준으로 요동하게 된다.
이와 같은 상부지지판의 요동에 따라 상부지지판에 고정된 평면운동부 및 평면운동부에 고정된 드레인장치도 요동하게 된다. 여기서, 평면운동부를 게재함이 없이 상부지지판에 직접 드레인장치를 고정시킬 수 있음은 물론이다.
드레인장치의 요동에 따라 기판위의 반응용액은 기판상에서 전체 면적으로 고르게 이동되어 분포되므로, 균일한 증착이 가능하게 된다.
(4) 상하시소운동시키는 상하운동부를 작동시키는 경우,
도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 각 모터에 의해 구동부에 동력을 공급한다.
공급된 동력에 의해 제1 샤프트가 일정각도로 회동하게 되고, 그에 따라 제1 샤프트에 결합된 제4 베어링과 상부지지판에 고정된 제1 지렛대에 의해 제4 베어링에 고정된 결합지지판은 X축방향의 중심선에 배치된 제1 샤프트를 기준으로 시소운동을 한다.
또한, 이와 동시에 공급된 동력에 의해 제2 샤프트가 일정각도로 회동하게 되고, 그에 따라 제2 샤프트에 결합된 제5 베어링과 저면지지판에 고정된 제2 지렛대에 의해 상부지지판은 Y축방향의 중심선에 배치된 제2 샤프트를 기준으로 시소운동을 한다.
제1 샤프트 및 제2 샤프트가 대각선 방향으로 배치된 경우에는 그것을 기준으로 시소운동한다.
동시에 작동되도록 제어되는 X축 및 Y축방향, 또는 대각선방향으로의 시소운동에 따라, 결합지지판은 상하로 요동하게 된다.
이와 같은 결합지지판의 요동에 따라 결합지지판에 고정된 평면운동부 및 평면운동부에 고정된 드레인장치도 요동하게 된다. 여기서, 평면운동부를 게재함이 없이 결합지지판에 직접 드레인장치를 고정시킬 수 있음은 물론이다.
드레인장치의 요동에 따라 기판위의 반응용액은 기판상에서 전체 면적으로 고르게 이동되어 분포되므로, 균일한 증착이 가능하게 된다.
이와 같은 증착공정을 거쳐 증착이 균일하게 이루어지고 박막이 성장되면, 커버부를 올리고 물공급부의 밸브를 열어 노즐장치의 노즐을 통해 물을 증착된 기판 위에 분사하여 세정한다.
이때, 증착공정에 소요되는 시간은 2~5분이 바람직하다.
그런 다음, 세정된 기판을 구비된 에어노즐을 통해 에어를 공급하여 건조함으로써, CdS 박막증착공정이 완성된다.
이와 같은 CdS 박막 제조과정은, 기존의 화학 용액 성장법(CBD)으로 증착한 IIB-VIA족 화합물 반도체 박막 제조과정에 비하여 용액 내에서의 균일 반응에 의한 핵생성이 억제되면서 기판에서의 불균일 반응에 의한 핵생성이 증가되도록 제어된다.
또한, 이러한 불균일 반응에 의해 파티클이 박막의 표면에 붙는 현상이 감소하고 이후 공정에서의 핀홀의 생성이 억제되어 태양전지의 누설전류를 감소시키고 광투과도를 증가시켜 태양전지의 효율이 증가할 수 있다.
또한, 대면적 기판위에서 반응용액을 이동시켜 반응용액의 균일한 분포가 가능하므로 CdS(또는 ZnS, InS, InOH, ZnOH) 박막제조공정에 소요되는 시간을 단축시킬 수 있을 뿐만 아니라, 사용되는 반응용액량을 현저히 줄여서 제작 비용을 줄일 수 있으며 증착 후의 발생되는 폐액 또한 줄일 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.
11,H: 열원 12,S: 기판
30: 기판홀더 10: 수조
100: 증착부 110: 드레인장치
120: 진공척 121: 홀
130: 커버부 135: 오링
140: 노즐장치 150: 슬라이딩장치
160: 연결관 170: 반응용액공급부
180: 물공급부 200,400: 평면운동부
210,310,310',410: 지지부 230: 주구동부
240: 종구동부 260: 롤러부
300,300': 상하운동부 316,335',345': 지렛대
331: 실린더부 332: 실린더로드부
330': 구동부 331',341': 샤프트
236,246,250,332',342': 베어링 M: 모터

Claims (25)

  1. 기판 표면에 IIB-VIA족 화합물 반도체 박막을 균일하게 제조하는 박막제조장치에 있어서,
    상기 기판 하부에 구비되는 열원; 상기 기판 상부에 착탈가능하게 결합되며, 상부가 밀폐되고 하부가 개방된 커버부; 및 상기 커버부 상부 내측에 구비되고, 상부에는 연결관이 형성되고 하부에는 노즐을 구비한 노즐장치;를 포함하여 구성된 증착부;
    상기 증착부에 고정결합되고, 상기 증착부를 평면상에서 회전운동 또는 직선운동시키는 평면운동부; 및
    상기 평면운동부에 고정결합되고, 상기 증착부와 상기 평면운동부를 상하요동시키는 상하운동부;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 대면적 N형 반도체 박막 습식증착장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 증착부는
    상기 기판과 상기 열원이 안착되는 배스형상의 드레인장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 대면적 N형 반도체 박막 습식증착장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 증착부는
    상기 기판과 상기 열원 사이에 상기 기판을 편평하게 하는 진공척을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 대면적 N형 반도체 박막 습식증착장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 증착부는
    상기 커버부를 상하이동시키고 상기 커버부에 하방향 힘을 인가할 수 있도록 상기 커버부에 결합하는 슬라이딩장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 대면적 N형 반도체 박막 습식증착장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 슬라이딩장치는
    상기 커버부에 결합되는 결합플레이트; 상기 결합플레이트에 연결된 이동부; 및 상기 이동부의 상하방향으로의 슬라이딩을 가능하게 하는 가이드와 실린더;로 구성된 것을 특징으로 하는 대면적 N형 반도체 박막 습식증착장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 커버부는 하단에는 테두리를 따라 오링이 형성된 것을 특징으로 하는 대면적 N형 반도체 박막 습식증착장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 증착부는
    상기 노즐장치의 상기 연결관과 연통되며 반응용액을 공급하는 반응용액공급부 및 상기 연결관과 연통되며 물을 공급하는 물공급부를 더 포함하고, 상기 노즐장치는 하부에 다수개의 노즐을 구비한 것을 특징으로 하는 대면적 N형 반도체 박막 습식증착장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 반응용액공급부 및 물공급부에는 각각 밸브가 더 포함되어 반응용액 공급시에는 상기 물공급부의 밸브가 닫히고, 물 공급시에는 상기 반응용액공급부의 밸브가 닫히도록 제어되는 것을 특징으로 하는 대면적 N형 반도체 박막 습식증착장치.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 평면운동부는
    이격되게 배치된 저면지지판, 상부지지판, 및 상기 증착부에 고정되는 결합지지판으로 구성된 지지부;
    모터, 상기 모터로부터 동력을 공급받아 구동되는 주구동부, 상기 주구동부의 구동에 종속되어 구동되는 종구동부로 구성되어 상기 결합지지판을 회전운동시키는 구동부; 및
    상기 상부지지판 위에 배치된 볼 롤러로 구성된 다수개의 롤러부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 대면적 N형 반도체 박막 습식증착장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 주구동부는,
    상기 모터로부터 동력을 공급받는 주동축; 일단이 상기 주동축에 링크되는 제1 링크부재; 상기 제1 링크부재의 타단에 링크되는 제1 회전축; 및 상기 제1 회전축과 결합되고 상기 결합지지판의 하부면에 고정되는 제1 베어링;으로 구성되며,
    상기 종구동부는,
    종동축; 일단이 상기 종동축에 링크되는 제2 링크부재; 상기 제2 링크부재의 타단에 링크되는 제2 회전축; 및 상기 제2 회전축과 결합되고 상기 결합지지판의 하부면에 상기 제1 베어링과 일정거리 이격되어 고정되는 제2 베어링;으로 구성되는 것을 특징으로 하는 대면적 N형 반도체 박막 습식증착장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 주구동부의 주동축과 상기 종구동부의 종동축은 원할한 회전을 위하여 상기 상부지지판에 일정거리 이격되게 고정된 제3 베어링에 결합되는 것을 특징으로 하는 대면적 N형 반도체 박막 습식증착장치.
  12. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 평면운동부는
    이격되게 배치된 저면지지판, 상부지지판, 및 상기 증착부에 고정되는 결합지지판으로 구성된 지지부;
    모터, 상기 모터로부터 동력을 공급받아 구동되는 제1 구동부와 제2 구동부로 구성되어 상기 결합지지판을 직선운동시키는 구동부; 및
    상기 제1 구동부와 연계되어 상기 결합지지판의 직선운동을 가이드하는 제1 가이드부와 상기 제2 구동부와 연계되어 상기 상부지지판과 상기 결합지지판의 직선운동을 가이드하는 제2 가이드부로 구성된 가이드부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 대면적 N형 반도체 박막 습식증착장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제1 구동부는,
    상기 모터에 의해 회전하는 볼스크류축; 상기 볼스크류축에 볼 나사 결합되어 상기 볼스크류축의 회전 방향에 따라 직선왕복운동을 하는 볼너트; 및 상기 볼너트에 결합되고 상기 결합지지판 하부면 중심에 고정된 너트고정부재;로 구성되며,
    상기 제2 구동부는,
    상기 모터에 의해 회전하는 볼스크류축; 상기 볼스크류축에 볼 나사 결합되어 상기 볼스크류축의 회전 방향에 따라 직선왕복운동을 하는 볼너트; 및 상기 볼너트에 결합되고 상기 상부지지판 하부면 중심에 고정된 너트고정부재;로 구성되는 것을 특징으로 하는 대면적 N형 반도체 박막 습식증착장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 제1 가이드부는,
    상기 상부지지판의 상부면에 양측 테두리로부터 이격되게 XY방향으로 고정결합된 가이드레일; 및 상기 가이드레일과 대응되는 위치의 상기 결합지지판 하부면에 고정결합되며 상기 가이드레일을 따라 이동되는 이동부;로 구성되며,
    상기 제2 가이드부는,
    상기 저면지지판의 상부면에 양측 테두리로부터 이격되게 YZ방향으로 고정결합된 가이드레일; 및 상기 가이드레일과 대응되는 위치의 상기 상부지지판 하부면에 고정결합되며 상기 가이드레일을 따라 이동되는 이동부;로 구성되는 것을 특징으로 하는 대면적 N형 반도체 박막 습식증착장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 각각의 너트고정부재와 대응되는 상기 각각의 이동부는 연결부재에 의해 연결되도록 구성된 것을 특징으로 하는 대면적 N형 반도체 박막 습식증착장치.
  16. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 상하운동부는
    이격되게 배치된 저면지지판, 상부지지판, 및 상기 상부지지판 하부면 중심에 고정된 지렛대로 구성된 지지부; 및
    상기 저면지지판 상부면과 대응되는 상기 상부지지판 하부면에 각각 볼결합하는 다수개의 실린더부와 실린더로드부로 구성되어 상기 상부지지판을 상하로 요동시키는 구동부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 대면적 N형 반도체 박막 습식증착장치.
  17. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 상하운동부는,
    이격되게 배치된 저면지지판, 상부지지판, 상기 증착부 또는 상기 평면운동부에 고정되는 결합지지판, 및 상기 상부지지판 상부면과 상기 저면지지판 상부면 중심에 각각 고정된 적어도 2개의 지렛대으로 구성된 지지부; 및
    모터, 상기 모터로부터 동력을 공급받아 구동되도록 구성되어 상기 결합지지판을 상하로 요동시키는 구동부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 대면적 N형 반도체 박막 습식증착장치.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 구동부는,
    상기 모터에 의해 각각 회동하는 제1 샤프트와 제2 샤프트; 및 상기 결합지지편 하부면과 상기 상부지지편 하부면에 각각 고정된 적어도 2개씩의 제4 베어링과 제5 베어링;으로 구성되며,
    상기 제1 샤프트와 제2 샤프트는 대응되는 각 지렛대에 끼움결합하는 것을 특징으로 하는 대면적 N형 반도체 박막 습식증착장치.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 제4 베어링과 상기 제5 베어링은 각각 상기 결합지지편 하부면과 상기 상부지지편 하부면의 중심선상 또는 대각선상에 고정되는 것을 특징으로 하는 대면적 N형 반도체 박막 습식증착장치.
  20. 기판 표면에 IIB-VIA족 화합물 반도체 박막을 균일하게 제조하는 박막제조장치에 있어서,
    순차적으로 열원과 상기 기판이 안착되어 고정되는 드레인장치; 상기 기판 상부에 착탈가능하게 결합하며, 상부는 밀폐되고 하부는 개방되어 있으며 하단테두리를 따라 오링이 형성된 커버부; 상기 커버부 상부 내측에 구비되고, 상부에는 반응용액공급부 및 물공급부와 연통되는 연결관이 형성되고 하부에는 다수개의 노즐을 구비한 노즐장치; 및 상기 커버부에 결합되어 상기 커버부를 상하이동시키고 상기 커버부에 하방향 힘을 인가하는 슬라이딩장치;로 구성된 증착부;
    이격되게 배치된 저면지지판, 상부지지판, 및 상기 증착부에 고정되는 결합지지판으로 구성된 지지부; 모터와, 상기 모터로부터 동력을 공급받는 주동축, 일단이 상기 주동축에 링크되는 제1 링크부재, 상기 제1 링크부재의 타단에 링크되는 제1 회전축, 및 상기 제1 회전축과 결합되고 상기 결합지지판의 하부면에 고정되는 제1 베어링으로 구성된 주구동부; 및 종동축, 일단이 상기 종동축에 링크되는 제2 링크부재, 상기 제2 링크부재의 타단에 링크되는 제2 회전축, 및 상기 제2 회전축과 결합되고 상기 결합지지판의 하부면에 상기 제1 베어링과 일정거리 이격되어 고정되는 제2 베어링으로 구성된 종구동부;로 구성된 구동부; 및 상기 상부지지판 위에 배치된 볼 롤러로 구성된 다수개의 롤러부;로 구성되어 상기 증착부를 평면상에서 운동시키는 평면운동부; 및
    이격되게 배치된 저면지지판, 상부지지판, 및 상기 상부지지판 하부면 중심에 고정된 지렛대로 구성된 지지부; 및 상기 저면지지판 상부면과 대응되는 상기 상부지지판 하부면에 각각 볼결합하는 다수개의 실린더부와 실린더로드부로 구성되어 상기 상부지지판을 상하로 요동시키는 구동부;로 구성되어 상기 증착부와 상기 평면운동부를 상하요동시키는 상하운동부;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 대면적 N형 반도체 박막 습식증착장치.
  21. 기판 표면에 IIB-VIA족 화합물 반도체 박막을 균일하게 제조하는 박막제조방법에 있어서,
    상기 기판을 열원위에 고정시키고 상기 기판 상부에 커버부를 하강이동하여 상기 커버부 하단테두리를 밀착시키는 단계;
    상기 기판을 열원을 이용하여 일정온도로 가열하고, 반응용액공급부로부터 반응용액을 노즐장치의 다수개의 노즐을 통해 상기 커버부 내측공간의 가열된 상기 기판 위에 분사하는 단계;
    상기 반응용액이 상기 기판위에 균일하게 도포되도록 상기 기판을 평면상에서 회전운동 또는 직선운동시키며 증착하는 단계;
    상기 회전운동 또는 직선운동하는 기판을 상하로 요동시키며 증착하는 단계;
    증착이 완료된 후에 상기 커버부를 승강하고 물 공급부로부터 물을 상기 노즐장치의 노즐을 통해 증착된 기판 위에 분사하여 세정하는 단계; 및
    세정된 상기 기판을 건조하는 단계;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 대면적 N형 반도체 박막 습식증착장치를 이용한 박막제조방법.
  22. 기판 표면에 IIB-VIA족 화합물 반도체 박막을 균일하게 제조하는 박막제조방법에 있어서,
    상기 기판을 열원위에 고정시키고 상기 기판 상부에 커버부를 하강이동하여 상기 커버부 하단테두리를 밀착시키는 단계;
    상기 기판을 열원을 이용하여 일정온도로 가열하고, 반응용액공급부로부터 반응용액을 노즐장치의 다수개의 노즐을 통해 상기 커버부 내측공간의 가열된 상기 기판 위에 분사하는 단계;
    상기 반응용액이 상기 기판위에 균일하게 도포되도록 상기 기판을 평면상에서 2개의 회전중심을 기준으로 회전운동시키거나 또는 X축방향과 Y축방향으로 직선운동시키며 증착하는 단계;
    증착이 완료된 후에 상기 커버부를 승강하고 물 공급부로부터 물을 상기 노즐장치의 노즐을 통해 증착된 기판 위에 분사하여 세정하는 단계; 및
    세정된 상기 기판을 건조하는 단계;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 대면적 N형 반도체 박막 습식증착장치를 이용한 박막제조방법.
  23. 기판 표면에 IIB-VIA족 화합물 반도체 박막을 균일하게 제조하는 박막제조방법에 있어서,
    상기 기판을 열원위에 고정시키고 상기 기판 상부에 커버부를 하강이동하여 상기 커버부 하단테두리를 밀착시키는 단계;
    상기 기판을 열원을 이용하여 일정온도로 가열하고, 반응용액공급부로부터 반응용액을 노즐장치의 다수개의 노즐을 통해 상기 커버부 내측공간의 가열된 상기 기판 위에 분사하는 단계;
    상기 반응용액이 상기 기판위에 균일하게 도포되도록 상기 기판을 중심에 배치된 적어도 하나의 지렛대에 의해 상하로 요동시키며 증착하는 단계;
    증착이 완료된 후에 상기 커버부를 승강하고 물 공급부로부터 물을 상기 노즐장치의 노즐을 통해 증착된 기판 위에 분사하여 세정하는 단계; 및
    세정된 상기 기판을 건조하는 단계;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 대면적 N형 반도체 박막 습식증착장치를 이용한 박막제조방법.
  24. 제 21 항 내지 제23 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판을 상기 열원과 상기 기판 사이에 구비된 기판척을 이용하여 편평하게 유지하도록 하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 대면적 N형 반도체 박막 습식증착장치를 이용한 박막제조방법.
  25. 제 21 항 내지 제23 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 N형 반도체박막은 CdS, ZnS, InS, InOH, 또는 ZnOH 박막 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 대면적 N형 반도체 박막 습식증착장치를 이용한 박막제조방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20190109119A (ko) * 2018-03-16 2019-09-25 인제대학교 산학협력단 네블라이저를 포함하는 박막 증착 장치 및 이를 이용한 박막 증착 방법
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USD880089S1 (en) 2017-08-09 2020-03-31 Samsung Electronics Co., Ltd. Brush for vacuum cleaner

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KR20190109119A (ko) * 2018-03-16 2019-09-25 인제대학교 산학협력단 네블라이저를 포함하는 박막 증착 장치 및 이를 이용한 박막 증착 방법
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