KR20140112134A

KR20140112134A - 이중 퍼지 라인을 구비한 ａｌｄ장치

Info

Publication number: KR20140112134A
Application number: KR1020130025411A
Authority: KR
Inventors: 권세훈; 김광호; 이우재; 장승일
Original assignee: 부산대학교 산학협력단
Priority date: 2013-03-11
Filing date: 2013-03-11
Publication date: 2014-09-23
Also published as: KR101457290B1

Abstract

본 발명은 ALD 장치 구성에 관한 것으로,반응성이 큰 물질을 이용하여 원자층의 물질층을 형성할 경우, 배출구가 오염되거나 막혀 지속적인 공정을 실시하지 못하고 수리보수를 하여야 하는 문제를 해결하고자 안출 되었다.
본 발명에 따르면, 배출구를 2 개로 설치하고 제1 배출구와 제2 배출구에 각각 밸브를 달아 한 종류의 원료가스를 공급하고 퍼징하는 동안은 제1 배출구의 밸브만 개방하고 제2 배출구의 밸브는 폐쇄하고, 반응성이 큰 다른 원료 가스를 공급하고 퍼징하는 동안은 제2 배출구의 밸브만 개방하고 제1 배출구의 밸브는 폐쇄하는 식으로 운용하게 하였으며, CIGS 태양전지에서 Zn 전구체와 H₂S를 원자층 증착법으로 ZnS 층을 만들 때 특히 유용하다.

Description

이중 퍼지 라인을 구비한 ＡＬＤ장치{ALD SYSTEM WITH DUAL PURGING LINE}

본 발명은 ALD 장치 구성에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 CIGS 태양전지의 버퍼층인 ZnO 및 ZnOS층을 제조하는 ALD 장치 구성에 관한 것이다.

CIGS 태양전지는 실리콘 태양전지에 비해 제조단가가 낮고 효율도 그 못지 않은 차세대 박막태양전지라 할 수 있다. 이러한 CIGS 태양전지는 유리/Mo/CIGS/CdS/i-ZnO/TCO 층상구조로 제작되며(도 1 참조), 이중 CdS 버퍼층은 CIGS층 위에 형성되어 태양전지의 광전변환효율을 향상시키게 된다. 종래, CdS 버퍼층의 형성은 CBD(Chemical Bath Deposition)과 같은 습식(wet) 코팅에 의하거나, ALD 법으로 실시하고 있다. 그러나, 태양전지의 광전변환효율의 향상이라는 긍정적 역할에도 불구하고 CdS 버퍼층은 Cd의 독성으로 인하여 친환경적이지 않다는 문제가 있다. 그에 따라 Cd가 들어가지 않은 친환경적인 물질로 버퍼층을 형성하고자 하여 ZnS 또는 ZnOS 와 같은 Cd-free 버퍼 층을 사용하고 있다. 이러한 ZnS 또는 ZnOS 버퍼 층의 두께는 가능한 한 얇은 것이 바람직하며, 약 10 nm 두께를 형성하고 있다. 이와 같이 두께가 극히 얇은 박막을 균일하게 형성하는 데에는 ALD법을 사용하는 것이 유리하다. 대한민국특허공개번호 제10-2011-0097256호에도 CIGS 박막 태양전지 제조 방법으로 ALD법을 이용함이 바람직하다고 기재하고 있다.

그러나, 상기와 같은 CIGS 태양전지의 ZnS 또는 ZnOS 와 같은 Cd-free 버퍼 층을 ALD법으로 형성할 경우, 다음과 같은 문제가 발생한다.

즉, 일반적인 ALD 장치를 나타내는 도 2에 도시된 바와 같이, 챔버(100) 안에 놓인 기판에 Zn 전구체 물질을 공급하고, 비활성 가스나 질소를 주입하여 퍼징하고, H₂S를 공급하고, 다시 비활성 가스나 질소를 주입하여 퍼징하여, ZnS 층을 형성하는 과정에서, H₂S의 반응성이 매우 크기 때문에 가스를 배출하는 배출구(400)에 잔류하는 Zn 전구체 물질 등과 반응하게 되고, 이로 인해 배출구가 단시간 내 막혀 배출구를 교체하거나 수리보수해야만 한다. 따라서 필요한 만큼 연속공정을 진행하지 못하게 되는 문제와 더불어 수리보수의 번거로움이 문제된다. 이와 같은 문제는 반응성이 큰 두 종류의 원소를 이용한 원자층 증착법 적용시 항상 문제될 수 있다.

따라서 본 발명의 목적은, 반응성이 큰 두 종류의 원소를 반응물로 하여 원자층 증착법(ALD)으로 물질층을 형성할 경우, 배출구 막힘 현상 없이 장치를 지속적으로 사용하게 할 수 있는 ALD 장치 구조를 제공하고자 함이며, 특히, CIGS 태양전지의 ZnS 또는 ZnOS 와 같은 Cd-free 버퍼 층을 ALD법으로 형성하는 공정을 실시함에 있어 개선된 ALD 장치를 제공하고자 하는 것이다.

상기 목적에 따라 본 발명은,

반응성이 큰 활성 원료 가스를 포함한 원료가스를 공급하여 원자층 박막을 형성하는 원자층 증착 장치에 있어서,

가스 유입구;

개폐 밸브를 포함한 제1 배출구; 및

개폐 밸브를 포함한 제2 배출구;를 포함하고,

한 종류의 원료가스를 공급하고 퍼징하는 동안은 제1 배출구의 밸브만 개방하고 제2 배출구의 밸브는 폐쇄하고,

반응성이 큰 다른 활성 원료 가스를 공급하고 퍼징하는 동안은 제2 배출구의 밸브만 개방하고 제1 배출구의 밸브는 폐쇄하는 식으로 운용하는 것을 특징으로 하는 원자층 증착 장치를 제공한다.

또한, 본 발명은, 상기에 있어서, 상기 원료가스는 금속을 포함한 전구체와 H₂S 가스인 것을 특징으로 하는 원자층 증착 장치를 제공한다.

또한, 본 발명은, 상기에 있어서, 상기 원료가스는 Zn을 포함한 전구체와 H₂S 가스인 것을 특징으로 하는 원자층 증착 장치를 제공한다.

본 발명에 따르면, 반응성이 큰 H₂S의 공급과 퍼징 시에는 Zn 전구체가 공급된 배출구가 아닌 별개의 배출구를 통해 H₂S가 흘러가므로 종래와 같이 배출구 막힘 현상을 예방할 수 있어 잦은 수리보수가 필요 없이 장기간 지속 사용할 수 있다.

도 1은 CIGS 태양전지 소자의 구성을 나타내는 층상 단면도이다.
도 2는 종래 ALD 장치 구조를 나타내는 개략도이다.
도 3은 본 발명에 따른 ALD 장치 구조를 나타내는 개략도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명은 도 3과 같이 두 개의 별도로 된 가스 배출구(500, 600)를 설치하였다. 챔버(100)는 반응성이 큰 활성의 제1 원료 가스와 제2 원료가스를 각각 유입구(200, 300)를 통해 공급하고 이들을 퍼징 가스로 퍼징 함에 있어, 배출구를 제1 배출구(500)와 제2 배출구(600)로 구성하여, 제1 원료 가스 주입 및 퍼징 시에는 제1 배출구(500)만 열고 제2 배출구(600)는 닫아두며, 제2 원료가스 주입 및 퍼징 시에는 이와 반대로 제2 배출구(600)는 열고 제1 배출구(500)는 닫아, 배출구 막힘 현상을 예방한다. 상기에서 반응성이 큰 활성 가스는 극성 분자구조를 갖는 경우를 포함한다.

CIGS 태양전지의 ZnS, ZnOS 층 형성에 상기와 같은 구조의 원자층 증착 장치를 적용하는 것은 특히 바람직하다.

즉, 챔버(100) 안에 CIGS층이 형성된 기판을 넣고, Zn 전구체 물질인 디에틸아연, 염화아연, 디메틸아연 등의 어느 하나 이상을 주입구(200)로 공급한 후 질소나 아르곤 등의 비활성가스로 1차 퍼징 하여 CIGS층 위에 흡착시킨다. 이때 제1 배출구(500)는 열고, 제2 배출구(600)는 닫아놓는다. Zn 흡착을 마친 후, H₂S 가스를 주입구(300)로 공급한 후 질소나 아르곤 등의 비활성가스로 2차 퍼징 하여 CIGS층 위에 흡착된 Zn과 결합하여 ZnS층을 형성시킨다. 이때에는 제1 배출구(500)는 닫고, 제2 배출구(600)를 열어 H₂S의 통로가 되게 한다. 따라서 Zn이 잔류하는 제1 배출구(500)로 반응성이 큰 H₂S 가스가 통과하지 않게 되어, 배출구 막힘 현상이나 오염을 방지할 수 있다.

이와 같은 구성은 반응성이 큰 H₂S의 공급하여 원자층 물질층을 형성하는 경우이면, 반드시 Zn 전구체를 공급하지 않는 경우에도 적용될 수 있으며, 나아가 반응성이 큰 두 종류의 원료가스를 공급하여 원자층 물질층을 형성함에 있어 모두 적용될 수 있다.

본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.

100: 챔버
200, 300: 유입구
400, 500, 600: 배출구

Claims

반응성이 큰 활성 원료가스를 포함한 원료가스를 공급하여 원자층 박막을 형성하는 원자층 증착 장치에 있어서,
가스 유입구;
개폐 밸브를 포함한 제1 배출구; 및
개폐 밸브를 포함한 제2 배출구;를 포함하고,
한 종류의 원료가스를 공급하고 퍼징하는 동안은 제1 배출구의 밸브만 개방하고 제2 배출구의 밸브는 폐쇄하고,
반응성이 큰 다른 활성 원료 가스를 공급하고 퍼징하는 동안은 제2 배출구의 밸브만 개방하고 제1 배출구의 밸브는 폐쇄하는 식으로 운용하는 것을 특징으로 하는 원자층 증착 장치.
제1항에 있어서, 상기 원료가스는 금속을 포함한 전구체와 H₂S 가스인 것을 특징으로 하는 원자층 증착 장치.
제1항에 있어서, 상기 원료가스는 Zn을 포함한 전구체와 H₂S 가스인 것을 특징으로 하는 원자층 증착 장치.