KR20110027537A - Apparatus for manufacturing semiconductor device - Google Patents

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KR20110027537A
KR20110027537A KR1020100039115A KR20100039115A KR20110027537A KR 20110027537 A KR20110027537 A KR 20110027537A KR 1020100039115 A KR1020100039115 A KR 1020100039115A KR 20100039115 A KR20100039115 A KR 20100039115A KR 20110027537 A KR20110027537 A KR 20110027537A
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reaction raw
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KR1020100039115A
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Inventor
박래만
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한국전자통신연구원
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Abstract

PURPOSE: A semiconductor device manufacturing apparatus is provided to ensure high quality of CIGS light absorption layer by spraying plasma gas to a target so as to prevent the target contaminated by the reactive gas of a chamber. CONSTITUTION: A semiconductor device manufacturing apparatus(100) comprises a target(132), a reactive gas injector(152), and a nozzle(164). The target is formed on the top of a chamber(110) which faces a chuck(120) loading a substrate(10) in the bottom of the chamber. The reactive gas injector sprays reactive gas, which reacts with the material sputtered from the target, onto the substrate. The nozzle sprays plasma gas for sputtering the target, and the nozzle has a gap(162) to the target, an edge ring that surrounds the target and comprises a metal angle which is bent from the lateral side to the lower flat face of the target, and a shield(166) that surrounds the exterior of the angle.

Description

반도체 제조장치{apparatus for manufacturing semiconductor device}Apparatus for manufacturing semiconductor device

본 발명은 반도체 제조장치에 관한 것으로, 더 구체적으로 고품격의 CIGS 광흡수층을 형성할 수 있는 반도체 제조장치에 관한 것이다.The present invention relates to a semiconductor manufacturing apparatus, and more particularly to a semiconductor manufacturing apparatus capable of forming a high quality CIGS light absorbing layer.

최근 많은 관심을 모으고 있는 CIGS 박막 태양전지는 비정질 실리콘 태양전지에 비해 효율이 높고 초기 열화현상이 없는 등 비교적 안정성이 높아 상용화를 위한 기술개발이 진행 중에 있다. CIGS 박막 태양전지는 기존의 단결정 실리콘 태양전지를 대체할 수 있는 우주용의 경량 고효율 태양전지로 처음부터 연구되었을 만큼 우수한 특성을 가지고 있어서 단위 중량당의 발전량이 약 100W/Kg으로 기존의 실리콘이나 GaAs 태양전지의 20-40W/Kg에 비해 월등히 우수할 수 있다. CIGS 박막 태양전지는 동시 증발법에 의해 19.9%의 효율을 얻고 있어 기존의 다결정 실리콘 태양전지의 최고 효율인 20.3%와 유사한 수준으로 개발되어 있다. CIGS thin film solar cells, which have attracted a lot of attention recently, have relatively high stability, such as higher efficiency and no initial deterioration, compared to amorphous silicon solar cells. CIGS thin-film solar cell is a lightweight, high-efficiency solar cell for space that can replace the existing single crystal silicon solar cell. It has excellent characteristics that have been studied from the beginning, and thus generates about 100W / Kg per unit weight. It can be much better than 20-40W / Kg of battery. CIGS thin film solar cell is 19.9% efficient by the co-evaporation method and is developed to be similar to 20.3%, the highest efficiency of the existing polycrystalline silicon solar cell.

하지만, 동시증발법의 경우에는 대면적으로 박막을 제조하기 어려운 문제점들이 있다. 첫째, 동시증발법으로 CIGS 광흡수층이 증착되는 대면적 기판에 상응하는 선형 증발원의 제작이 어려울 수 있다. 둘째, 복수개의 증발원들을 고온으로 가열하여야 하기 때문에 생산성이 떨어지는 단점이 있다.However, in the case of the co-evaporation method, there are problems that it is difficult to manufacture a thin film in large areas. First, it may be difficult to manufacture a linear evaporation source corresponding to a large area substrate on which the CIGS light absorbing layer is deposited by co-evaporation. Second, there is a disadvantage in that productivity is lowered because the plurality of evaporation sources must be heated to a high temperature.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 대면적의 기판에 CIGS 광흡수층을 재현성 있게 형성할 수 있는 반도체 제조장치를 제공하는 데 있다.An object of the present invention is to provide a semiconductor manufacturing apparatus capable of reproducibly forming a CIGS light absorbing layer on a large-area substrate.

또한, 본 발명의 다른 과제는 CIGS 광흡수층의 원재료를 고온으로 가열시키는 것을 최소화할 수 있는 반도체 제조장치를 제공하는 데 있다.In addition, another object of the present invention is to provide a semiconductor manufacturing apparatus that can minimize the heating of the raw material of the CIGS light absorption layer to a high temperature.

상기한 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 타깃에 플라즈마 가스를 분사하는 스퍼터링 방법 및 열 증발 방법으로 CIGS 광흡수층을 형성하는 반도체 제조장치를 개시한다. 그의 장치는 챔버 하부에서 기판을 로딩하는 척에 대향되는 상기 챔버 상부에 형성된 타깃; 상기 기판 상에서 상기 타깃으로부터 스퍼터링된 물질과 반응되는 반응원료 가스를 상기 기판에 분사하는 반응원료 가스 주입구; 및 상기 반응원료 가스 주입구에서 분사되는 상기 반응원료 가스에 의한 타깃의 오염을 방지하기 위해, 상기 타깃을 스퍼터링시키는 플라즈마 가스를 상기 타깃으로 분사하는 노즐을 포함한다.In order to achieve the above object, the present invention discloses a semiconductor manufacturing apparatus for forming a CIGS light absorption layer by a sputtering method and a thermal evaporation method for injecting a plasma gas to the target. Its apparatus includes a target formed on top of the chamber opposite the chuck that loads the substrate at the bottom of the chamber; A reaction raw material gas inlet for injecting a reaction raw material gas reacted with a material sputtered from the target on the substrate to the substrate; And a nozzle for injecting a plasma gas sputtering the target to the target to prevent contamination of the target by the reaction raw material gas injected from the reaction raw material gas inlet.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 노즐은 상기 타깃에서 이격되는 갭을 갖고 상기 타깃의 둘레를 감싸는 에지 링을 포함하고, 상기 에지 링은 상기 타깃의 측부에서 하부 평탄면으로 굽은 금속 앵글을 포함할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the nozzle includes an edge ring having a gap spaced from the target and surrounding a circumference of the target, wherein the edge ring includes a metal angle bent from a side of the target to a lower flat surface can do.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 타깃 측부의 상기 앵글 외곽을 둘러싸는 쉴드를 더 포함하고, 상기 쉴드는 상기 노즐과 타깃을 노출시키는 금속 튜브를 포함할 수 있다.According to another embodiment of the present invention, the target side portion further comprises a shield surrounding the outside of the angle, the shield may include a metal tube for exposing the nozzle and the target.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 챔버 내부의 상기 플라즈마 가스 및 상기 반응원료 가스를 포함하는 공기를 펌핑하는 진공 펌프; 상기 진공 펌프와 상기 챔버 사이에 연결되고, 상기 반응원료 가스 주입구의 말단과, 상기 기판의 중심을 지나는 연장선 상의 상기 챔버 하단에 입구를 갖는 배기 라인을 더 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, a vacuum pump for pumping air containing the plasma gas and the reaction raw material gas in the chamber; The apparatus may further include an exhaust line connected between the vacuum pump and the chamber, the exhaust line having an end of the reaction raw material gas injection port and an inlet at the bottom of the chamber on an extension line passing through the center of the substrate.

상술한 바와 같이, 본 발명의 과제 해결 수단에 따르면 타깃의 표면에 플라즈마 가스를 분사하는 플라즈마 가스 노즐을 이용하여 챔버 내부의 반응원료 가스로부터 타깃의 오염을 방지할 수 있다. 따라서, 타깃 오염 방지에 따른 박막 조성비가 제어될 수 있기 때문에 대면적의 기판에 CIGS 광흡수층을 재현성 있게 형성할 수 있는 효과가 있다.As described above, according to the problem solving means of the present invention it is possible to prevent the contamination of the target from the reaction raw material gas in the chamber by using a plasma gas nozzle for injecting the plasma gas on the surface of the target. Therefore, since the thin film composition ratio according to the target contamination prevention can be controlled, there is an effect that the CIGS light absorbing layer can be formed on the large-area substrate reproducibly.

또한, 금속 성분을 스퍼터링 방법으로 형성하고, 반응원료를 열 증발 방법으로 형성할 수 있기 때문에 CIGS 광흡수층의 원재료를 고온으로 가열시키는 것을 최소화할 수 있는 효과가 있다.In addition, since the metal component may be formed by the sputtering method and the reaction raw material may be formed by the thermal evaporation method, there is an effect of minimizing heating the raw material of the CIGS light absorption layer to a high temperature.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 반도체 제조장치를 개략적으로 나타내는 단면도.
도 2는 도 1의 타깃 둘레의 플라즈마 가스 노즐과 쉴드를 나타내는 사시도.
도 3 및 도 4는 타깃의 종류에 따른 CIGS 광흡수층을 형성방법을 설명하기 위해 나타내는 단면도들.1 is a cross-sectional view schematically showing a semiconductor manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a perspective view of the plasma gas nozzle and the shield around the target of FIG. 1; FIG.
3 and 4 are cross-sectional views for explaining a method of forming a CIGS light absorption layer according to the type of target.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면들과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전문에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Advantages and features of the present invention, and methods of achieving the same will become apparent with reference to the embodiments described below in detail together with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein but may be embodied in different forms. Rather, the embodiments introduced herein are provided so that the disclosure may be made thorough and complete, and to fully convey the spirit of the invention to those skilled in the art, and the invention is defined only by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout the specification.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 또한, 바람직한 실시예에 따른 것이기 때문에, 설명의 순서에 따라 제시되는 참조 부호는 그 순서에 반드시 한정되지는 않는다. The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. In the present specification, the singular form includes plural forms unless otherwise specified in the specification. As used herein, the terms 'comprises' and / or 'comprising' mean that the stated element, step, operation and / or element does not imply the presence of one or more other elements, steps, operations and / Or additions. In addition, since they are in accordance with the preferred embodiment, the reference numerals presented in the order of description are not necessarily limited to the order.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 반도체 제조장치를 개략적으로 나타내는 단면도이고, 도 2는 도 1의 타깃 둘레의 플라즈마 가스 노즐과 쉴드를 나타내는 사시도이다.1 is a cross-sectional view schematically illustrating a semiconductor manufacturing apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a perspective view illustrating a plasma gas nozzle and a shield around a target of FIG. 1.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 반도체 제조장치(100)는 챔버(110) 상단에 배치된 타깃(132)의 가장자리에서 중심으로 플라즈마 가스를 분사하는 플라즈마 가스 노즐(164)을 포함할 수 있다. 여기서, 타깃(132)은 외부에서 전극(130)에 인가되는 고주파 파워에서 유도되는 플라즈마 가스에 의해 스퍼터된 후, 기판(10) 상에 증착되는 스퍼터링 소스를 포함할 수 있다. 또한, 타깃(132)에서 독립적으로 분리된 반응원료 가스 주입구(152)는 반응원료 가스 생성부(150)에서 공급되는 반응원료 가스를 기판(10) 상으로 토출할 수 있다. 타깃(132)이 반응원료에 오염될 경우, 기판(10) 상의 박막에서 화합물의 조성비가 제어되기 어려워질 수 있다. 1 and 2, the semiconductor manufacturing apparatus 100 according to an exemplary embodiment of the present invention may include a plasma gas nozzle 164 that injects plasma gas from an edge of a target 132 disposed on an upper end of a chamber 110. ) May be included. Here, the target 132 may include a sputtering source deposited on the substrate 10 after being sputtered by a plasma gas induced from high frequency power applied to the electrode 130 from the outside. In addition, the reaction raw material gas inlet 152 independently separated from the target 132 may discharge the reaction raw material gas supplied from the reaction raw material gas generating unit 150 onto the substrate 10. When the target 132 is contaminated with the reaction raw material, it may be difficult to control the composition ratio of the compound in the thin film on the substrate 10.

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 반도체 제조장치(100)는 타깃(132)으로 플라즈마 가스를 유동시키는 플라즈마 가스 노즐(164)을 포함하기 때문에 반응원료 가스로부터 타깃(132)의 오염을 방지할 수 있다.Therefore, since the semiconductor manufacturing apparatus 100 according to the embodiment of the present invention includes the plasma gas nozzle 164 for flowing the plasma gas to the target 132, the contamination of the target 132 from the reaction raw material gas can be prevented. have.

챔버(110)는 외부로부터 독립된 공간을 제공할 수 있다. 챔버(110)는 기판(10) 상의 박막 증착을 위해 소정의 진공압을 가질 수 있다. 챔버(110) 내부의 공기는 진공 펌프(140)에 의해 펌핑될 수 있다. 예를 들어, 진공 펌프(140)는 챔버(110) 내부의 공기를 약 10-7Torr 정도의 고진공으로 펌핑할 수 있다. 예를 들어, 진공 펌프(140)는 드라이 펌프 또는 로터리 펌프와 같은 저진공 펌프와, 터보 펌프와 같은 고진공 펌프를 포함할 수 있다. 진공 펌프(140)는 기판(10)과 척(120) 하부의 챔버(110) 바닥에 연결된 배기라인(142)에 연결될 수 있다. 저진공 펌프와 고진공 펌프는 배기라인(142)에 직렬로 연결될 수 있다. The chamber 110 may provide a space independent from the outside. The chamber 110 may have a predetermined vacuum pressure for thin film deposition on the substrate 10. Air inside the chamber 110 may be pumped by the vacuum pump 140. For example, the vacuum pump 140 may pump air in the chamber 110 to a high vacuum of about 10 −7 Torr. For example, the vacuum pump 140 may include a low vacuum pump, such as a dry pump or a rotary pump, and a high vacuum pump, such as a turbo pump. The vacuum pump 140 may be connected to the exhaust line 142 connected to the substrate 10 and the bottom of the chamber 110 under the chuck 120. The low vacuum pump and the high vacuum pump may be connected in series to the exhaust line 142.

챔버(110) 내부에서는 스퍼터링 공정과, 열 증발(thermal evaporation) 공정이 동시에 수행될 수 있다. 스퍼터링 공정은 플라즈마 가스에 스퍼터링되는 타깃(132)의 미립자를 기판(10)에 증착하는 것을 포함할 수 있다. 열 증발 공정은 반응원료 가스 생성부(150)에서 증발된 반응원료를 기판(10)에 증착하는 것을 포함할 수 있다. 챔버(110)는 스퍼터링 공정 및 열 증발 공정 시 평균 약 5mTorr 정도의 진공도를 가질 수 있다. 예를 들어, 플라즈마 가스 노즐(164)에서 토출되는 플라즈마 가스와, 반응원료 가스 주입구(152)에서 토출되는 반응원료 가스 때문에 챔버(110) 하단에 비해 챔버(110) 상단의 압력이 높아질 수 있다. 타깃(132) 주변의 챔버(110) 상부에서의 압력은 기판(10) 주변의 챔버(110) 하부에서의 압력에 비해 약 5배 정도 높게 설정될 수 있다. 챔버(110) 상단의 압력은 약 10mTorr 정도이고, 챔버(110) 하단의 압력은 2mTorr 정도일 수 있다.In the chamber 110, a sputtering process and a thermal evaporation process may be simultaneously performed. The sputtering process may include depositing the fine particles of the target 132 sputtered on the plasma gas on the substrate 10. The thermal evaporation process may include depositing the reaction raw material evaporated from the reaction raw material gas generating unit 150 on the substrate 10. The chamber 110 may have a vacuum degree of about 5 mTorr on average during the sputtering process and the thermal evaporation process. For example, due to the plasma gas discharged from the plasma gas nozzle 164 and the reaction raw material gas discharged from the reaction raw material gas inlet 152, the pressure at the upper end of the chamber 110 may be higher than that of the bottom of the chamber 110. The pressure in the upper portion of the chamber 110 around the target 132 may be set to about 5 times higher than the pressure in the lower portion of the chamber 110 around the substrate 10. The pressure at the top of the chamber 110 may be about 10 mTorr, and the pressure at the bottom of the chamber 110 may be about 2 mTorr.

타깃(132)은 원판 모양을 가질 수 있다. 타깃(132)은 구리, 인듐, 및 갈륨과 같은 금속을 포함하는 금속 타깃과, 상기 구리, 인듐, 및 갈륨이 셀레늄과 혼합된 화합물 타깃을 포함할 수 있다. 예를 들어, 화합물 타깃은 구리 셀레나이드, 인듐 셀레나이드, 또는 갈륨이 첨가된 인듐 셀라나이드와 같은 화합물들을 포함할 수 있다. The target 132 may have a disc shape. The target 132 may include a metal target including metals such as copper, indium, and gallium, and a compound target in which the copper, indium, and gallium are mixed with selenium. For example, the compound target may include compounds such as copper selenide, indium selenide, or indium selenide with gallium added.

플라즈마 가스는 플라즈마 가스 공급부(160)에서 가스 공급 라인(161)을 통해 챔버(110) 내부로 유동될 수 있다. 예를 들어, 플라즈마 가스는 아르곤 또는 헬륨과 같은 불활성 기체를 포함할 수 있다. 플라즈마 가스 공급부(160)는 플라즈마 가스를 약 50sccm 정도의 유량으로 챔버(110) 내에 공급할 수 있다. The plasma gas may flow into the chamber 110 through the gas supply line 161 in the plasma gas supply unit 160. For example, the plasma gas may include an inert gas such as argon or helium. The plasma gas supply unit 160 may supply the plasma gas into the chamber 110 at a flow rate of about 50 sccm.

플라즈마 가스 노즐(164)은 가스 공급 라인에서 공급된 플라즈마 가스를 타깃(132) 측부를 따라 유동시키고, 플라즈마 가스를 상기 타깃(132) 하부의 평탄면 가장자리에서 중심 방향으로 분사할 수 있다. 플라즈마 가스 노즐(164)은 타깃(132)의 외곽 둘레를 감싸는 에지 링을 포함할 수 있다. 에지 링은 타깃(132)의 측부 및 하부 표면에서 이격되는 갭(162)을 가질 수 있다. 플라즈마 가스는 에지 링과 타깃(132)사이의 갭(162)을 통해 분사될 수 있다. 에지 링은 타깃(132)의 측부에서 상기 타깃(132)의 하부 평탄면으로 굽은 앵글을 포함할 수 있다. 플라즈마 가스 노즐(164) 외곽에 쉴드(166)가 배치될 수 있다. 쉴드(166)는 타깃(132) 및 플라즈마 가스 노즐(164)을 챔버(110)의 하부로 개방하는 금속 튜브를 포함할 수 있다. 쉴드(166)는 플라즈마 가스 노즐(164)에서 분사되는 플라즈마 가스를 타깃(132)의 하부에 집속시킬 수 있다. 또한, 쉴드(166)는 타깃(132) 측부로 유동되는 반응원료 가스의 유입을 차단할 수 있다.The plasma gas nozzle 164 may flow the plasma gas supplied from the gas supply line along the target 132 side and inject the plasma gas toward the center from the flat surface edge of the lower portion of the target 132. The plasma gas nozzle 164 may include an edge ring surrounding the outer periphery of the target 132. The edge ring may have a gap 162 spaced apart from the side and bottom surfaces of the target 132. The plasma gas may be injected through the gap 162 between the edge ring and the target 132. The edge ring may include an angle bent from the side of the target 132 to the lower flat surface of the target 132. The shield 166 may be disposed outside the plasma gas nozzle 164. Shield 166 may include a metal tube that opens target 132 and plasma gas nozzle 164 to the bottom of chamber 110. The shield 166 may focus the plasma gas injected from the plasma gas nozzle 164 under the target 132. In addition, the shield 166 may block the inflow of the reaction raw material gas flowing to the target 132 side.

전극(130)에는 플라즈마 가스의 플라즈마 반응을 유도하는 고주파 파워가 인가될 수 있다. 예를 들어, 전극(130)에 약 20,000V이상의 직류 전압을 포함하는 약 300W정도의 고주파 파워가 인가될 수 있다. 고주파 파워는 교류전원으로부터 생성될 수 있으며, 정합기(matching box, 미도시)에서 교류전원의 임피던스가 정합될 수 있다. 고주파 파워는 타깃(132)에 근접하여 유동되는 아르곤과 같은 플라즈마 가스를 양의 전하로 대전시킬 수 있다. 도시되지는 않았지만, 전극(130)의 상부에는 플라즈마 가스를 타깃(132)에 집중시키는 영구자석 또는 전자석이 형성될 수도 있다. 플라즈마 가스는 타깃(132)으로 가속된 후 타깃(132)과 충돌되면서 기판(10) 상에 증착되는 미립자를 생성시킬 수 있다.The electrode 130 may be applied with a high frequency power for inducing a plasma reaction of the plasma gas. For example, a high frequency power of about 300 W including a DC voltage of about 20,000 V or more may be applied to the electrode 130. The high frequency power may be generated from an AC power source, and the impedance of the AC power source may be matched in a matching box (not shown). The high frequency power may charge plasma gas, such as argon, flowing in proximity to the target 132 with a positive charge. Although not shown, a permanent magnet or an electromagnet may be formed on the electrode 130 to concentrate the plasma gas on the target 132. The plasma gas may be accelerated to the target 132 and then collide with the target 132 to generate fine particles deposited on the substrate 10.

반응원료 가스 생성부(150)는 필라멘트에서 고체 상태의 반응원료를 고온으로 증발 시켜 반응원료 가스를 생성할 수 있다. 반응원료는 셀레늄을 포함할 수 있다. 반응원료 가스 생성부(150)는 챔버(110)의 외부 또는 내부에 배치될 수 있다. 반응원료 가스 생성부(150)는 극소량의 아르곤과 같은 불활성 기체를 반응원료 가스에 혼합하여 반응원료 가스 주입구(152)에 공급할 수 있다. 반응원료 가스 주입구(152)는 반응원료 가스를 기판(10)의 상부로 유동시킬 수 있다. 반응원료 가스 주입구(152)의 말단은 타깃(132)보다 기판(10)에 근접되게 배치될 수 있다. 반응원료 가스 주입구(152)의 말단은 배기 라인(142)의 입구에서 상기 기판(10)의 중심을 지나는 연장선 상에 배치될 수 있다. 즉, 반응원료 가스 주입구(152)의 말단은 배기 라인(142)과 기판(10)의 중심을 지나는 연장선의 방향으로 반응원료 가스를 토출할 수 있다. 반응원료 가스는 반응원료 가스 주입구(152)에서 토출된 후, 기판(10) 표면을 따라 유동된 후 배기라인(142)을 통해 배기될 수 있다. 반응원료 가스는 챔버(110) 상부보다 상대적으로 압력이 낮은 상기 챔버(110) 하부의 기판(10) 상에서 주로 유동될 수 있다. 따라서, 타깃(132)은 반응원료로부터의 오염이 최소화될 수 있다. The reaction raw material gas generating unit 150 may generate a reaction raw material gas by evaporating the reaction raw material in the solid state from the filament to a high temperature. The reaction raw material may include selenium. The reaction raw material gas generator 150 may be disposed outside or inside the chamber 110. The reaction raw material gas generating unit 150 may mix a very small amount of inert gas such as argon into the reaction raw material gas and supply the reaction raw material gas inlet 152. The reaction raw material gas inlet 152 may flow the reaction raw material gas to the upper portion of the substrate 10. An end of the reaction raw material gas inlet 152 may be disposed closer to the substrate 10 than the target 132. An end of the reaction raw material gas inlet 152 may be disposed on an extension line passing through the center of the substrate 10 at the inlet of the exhaust line 142. That is, the end of the reaction raw material gas injection port 152 may discharge the reaction raw material gas in the direction of the extension line passing through the center of the exhaust line 142 and the substrate 10. The reaction raw material gas may be discharged from the reaction raw material gas inlet 152, flowed along the surface of the substrate 10, and then exhausted through the exhaust line 142. The reaction raw material gas may mainly flow on the substrate 10 under the chamber 110 having a lower pressure than the upper portion of the chamber 110. Thus, the target 132 can be minimized contamination from the reaction raw material.

기판(10)은 챔버(110) 하부의 척(120) 상에 수평으로 로딩될 수 있다. 척(120)은 기판(10)을 전기적 또는 기계적으로 고정할 수 있다. 예를 들어, 척(120)은 기판(10)을 정전기적으로 고정하는 정전척을 포함할 수 있다. 척(120)은 대면적의 기판(10)을 고정할 수 있다. 또한, 척(120)은 기판(10) 상에 균일한 박막을 형성하기 위해 기판(10)을 회전시킬 수 있다. 예를 들어, 기판(10)은 몰리브덴과 같은 하부 금속층이 형성된 소다 프라임 유리 기판을 포함할 수 있다. 기판(10) 상에 증착되는 박막은 CIGS 광흡수층을 포함할 수 있다. 척(120)은 기판(10)을 소정의 온도로 가열하는 히터(미도시)를 포함할 수 있다. The substrate 10 may be horizontally loaded on the chuck 120 under the chamber 110. The chuck 120 may fix the substrate 10 electrically or mechanically. For example, the chuck 120 may include an electrostatic chuck to electrostatically fix the substrate 10. The chuck 120 may fix the large substrate 10. In addition, the chuck 120 may rotate the substrate 10 to form a uniform thin film on the substrate 10. For example, the substrate 10 may include a soda prime glass substrate having a lower metal layer such as molybdenum formed thereon. The thin film deposited on the substrate 10 may include a CIGS light absorbing layer. The chuck 120 may include a heater (not shown) that heats the substrate 10 to a predetermined temperature.

셀레늄은 소정의 온도로 가열되면 구리, 인듐, 또는 구리/갈륨에 비해 확산이 잘 이루어질 수 있기 때문에 히터에 의해 기판(10)이 가열될 수 있다. 예를 들어, 히터는 기판(10)을 약 100℃ 내지 약 300℃ 정도로 가열할 수 있다. 셀레늄은 구리, 인듐, 및 갈륨보다 다량으로 혼합될 수 있다. 예를 들어, CIGS 광흡수층은 구리, 인듐, 갈륨, 셀레늄, 및 결함이 23% : 20% : 5% : 50% : 2% 내지 23% : 18% : 7% : 50% : 2%의 혼합비를 가질 때, 최대의 광흡수율을 가질 수 있다When the selenium is heated to a predetermined temperature, the substrate 10 may be heated by the heater because diffusion may be better than that of copper, indium, or copper / gallium. For example, the heater may heat the substrate 10 to about 100 ° C to about 300 ° C. Selenium can be mixed in higher amounts than copper, indium, and gallium. For example, the CIGS light absorbing layer has a copper, indium, gallium, selenium, and defect ratio of 23%: 20%: 5%: 50%: 2% to 23%: 18%: 7%: 50%: 2% When having, can have a maximum light absorption

도 3 및 도 4는 타깃의 종류에 따른 CIGS 광흡수층을 형성방법을 설명하기 위해 나타내는 단면도들이다. 여기서, 화살표 방향은 금속 타깃(134) 또는 화합물 타깃(136)에서 스퍼터링된 미립자의 진행 방향을 나타낸다.3 and 4 are cross-sectional views illustrating a method of forming a CIGS light absorbing layer according to a type of target. Here, the arrow direction indicates the advancing direction of the sputtered particles in the metal target 134 or the compound target 136.

도 1 및 도 3을 참조하면, 구리, 인듐, 구리/갈륨과 같은 금속 타깃(134)을 스퍼터링하여 기판(10)의 금속전극층(20) 상에 CIGS 광흡수층(30)을 형성할 수 있다. 금속 타깃(134)은 구리, 인듐, 구리/갈륨이 각기 개별적으로 독립되거나, 합금으로 혼합되어 존재할 수 있다. 기판(10) 상에는 반응원료 가스 주입구(152)에서 토출되는 셀레늄의 반응원료 가스가 유동될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 반도체 제조장치(100)는 기판(10) 상에 금속 타깃(134)을 스퍼터링 시키고, 상기 기판(10) 상으로 반응원료 가스를 유동시켜 고품격 CIGS 광흡수층(30)을 형성할 수 있다. Referring to FIGS. 1 and 3, the CIGS light absorption layer 30 may be formed on the metal electrode layer 20 of the substrate 10 by sputtering a metal target 134 such as copper, indium, and copper / gallium. The metal target 134 may be present in which copper, indium, and copper / gallium are individually separated from each other or mixed with an alloy. The reaction raw material gas of selenium discharged from the reaction raw material gas inlet 152 may flow on the substrate 10. Therefore, the semiconductor manufacturing apparatus 100 according to the embodiment of the present invention sputters the metal target 134 on the substrate 10, and flows the reaction raw material gas onto the substrate 10, thereby providing a high quality CIGS light absorbing layer 30. ) Can be formed.

반면, 도 1 및 도 4를 참조하면, 기판(10)의 금속전극층(20) 상에 구리 셀레나이드, 인듐 셀레나이드 또는 갈륨이 첨가된 인듐 셀레나이드 화합물 타깃(136)을 스퍼터링하여 금속전극층(20) 상에 CIGS 광흡수층(30)을 형성할 수 있다. 마찬가지로, 기판(10) 상에는 셀레늄의 반응원료 가스가 유동될 수 있다. 화합물 타깃(136) 내에 혼합된 셀레늄은 플라즈마 가스에 의한 스퍼터링 시, 금속 성분과 분해된 후 CIGS 광흡수층(130)에서 재결합될 수 있다. 때문에 CIGS 광흡수층(130) 내에서 화합물의 조성비가 균일해 질 수 있다. 예를 들어, 구리 셀레나이드 화합물은 약 380℃정도의 온도에서 분해되기 때문에 플라즈마 반응이 유도되는 챔버(110) 내부의 약 300℃이상 약 400℃미만의 온도에서도 충분히 분해될 수 있다. 따라서, 종래의 500℃이상의 고온 공정이 배제될 수 있다.1 and 4, the indium selenide compound target 136 to which copper selenide, indium selenide, or gallium is added is sputtered on the metal electrode layer 20 of the substrate 10 to form the metal electrode layer 20. CIGS light absorption layer 30 can be formed on the (). Similarly, the reaction raw material gas of selenium may flow on the substrate 10. Selenium mixed in the compound target 136 may be recombined in the CIGS light absorption layer 130 after being decomposed with the metal component upon sputtering by the plasma gas. Therefore, the composition ratio of the compound in the CIGS light absorption layer 130 may be uniform. For example, since the copper selenide compound is decomposed at a temperature of about 380 ° C., the copper selenide compound may be sufficiently decomposed even at a temperature of about 300 ° C. or more and less than about 400 ° C. inside the chamber 110 where the plasma reaction is induced. Thus, conventional high temperature processes above 500 ° C. can be excluded.

결국, 본 발명의 실시예에 따른 반도체 제조장치(100)는 구리, 인듐, 및 구리/갈륨을 스퍼터링 방법으로 증착하고, 셀레늄을 열 증발방법으로 증착할 수 있기 때문에 대면적의 기판(10) 상에 고품격의 CIGS 광흡수층(30)을 형성할 수 있다.As a result, the semiconductor manufacturing apparatus 100 according to the embodiment of the present invention may deposit copper, indium, and copper / gallium by a sputtering method, and selenium may be deposited by a thermal evaporation method. It is possible to form a high quality CIGS light absorbing layer (30).

이상, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.Although the embodiments of the present invention have been described above with reference to the accompanying drawings, those skilled in the art may implement the present invention in other specific forms without changing the technical spirit or essential features thereof. You will understand that. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative and non-restrictive in every respect.

10 : 기판 20 : 금속 전극층
30 : CIGS 광흡수층 100 : 반도체 제조장치
110 ; 챔버 120 : 척
130 : 전극 132 : 타깃
134 : 금속 타깃 136 : 화합물 타깃
140 : 진공 펌프 142 : 배기라인
150 : 반응원료 가스 생성부 152 : 반응원료 가스 주입구
160 : 플라즈마 가스 공급부 161: 가스 공급 라인
162 : 갭 166: 쉴드10 substrate 20 metal electrode layer
30: CIGS light absorption layer 100: semiconductor manufacturing apparatus
110; Chamber 120: Chuck
130 electrode 132 target
134: metal target 136: compound target
140: vacuum pump 142: exhaust line
150: reaction raw material gas generating unit 152: reaction raw material gas inlet
160: plasma gas supply unit 161: gas supply line
162: gap 166: shield

Claims (6)

챔버 하부에서 기판을 로딩하는 척에 대향되는 상기 챔버 상부에 형성된 타깃;
상기 기판 상에서 상기 타깃으로부터 스퍼터링된 물질과 반응되는 반응원료 가스를 상기 기판에 분사하는 반응원료 가스 주입구; 및
상기 반응원료 가스 주입구에서 분사되는 상기 반응원료 가스에 의한 타깃의 오염을 방지하기 위해, 상기 타깃을 스퍼터링시키는 플라즈마 가스를 상기 타깃으로 분사하는 노즐을 포함하는 반도체 제조장치.A target formed at the top of the chamber opposite the chuck for loading the substrate at the bottom of the chamber;
A reaction raw material gas inlet for injecting a reaction raw material gas reacted with a material sputtered from the target on the substrate to the substrate; And
And a nozzle for injecting a plasma gas for sputtering the target to the target to prevent contamination of the target by the reaction raw material gas injected from the reaction raw material gas inlet. 제 1 항에 있어서,
상기 노즐은 상기 타깃에서 이격되는 갭을 갖고 상기 타깃의 둘레를 감싸는 에지 링을 포함하는 반도체 제조장치. The method of claim 1,
And the nozzle comprises an edge ring having a gap spaced from the target and surrounding a circumference of the target. 제 2 항에 있어서,
상기 에지 링은 상기 타깃의 측부에서 하부 평탄면으로 굽은 금속 앵글을 포함하는 반도체 제조장치.The method of claim 2,
And the edge ring includes a metal angle bent from a side of the target to a lower flat surface. 제 3 항에 있어서,
상기 타깃 측부의 상기 앵글 외곽을 둘러싸는 쉴드를 더 포함하는 반도체 제조장치.The method of claim 3, wherein
And a shield surrounding the angle outside of the target side. 제 4 항에 있어서,
상기 쉴드는 상기 노즐과 타깃을 노출시키는 금속 튜브를 포함하는 반도체 제조장치.The method of claim 4, wherein
The shield includes a metal tube for exposing the nozzle and the target. 제 1 항에 있어서,
상기 챔버 내부의 상기 플라즈마 가스 및 상기 반응원료 가스를 포함하는 공기를 펌핑하는 진공 펌프; 및
상기 진공 펌프와 상기 챔버 사이에 연결되고, 상기 반응원료 가스 주입구의 말단과, 상기 기판의 중심을 지나는 연장선 상의 상기 챔버 하단에 입구를 갖는 배기 라인을 더 포함하는 반도체 제조장치.The method of claim 1,
A vacuum pump for pumping air containing the plasma gas and the reaction raw material gas in the chamber; And
And an exhaust line connected between the vacuum pump and the chamber, the exhaust line having an end of the reaction raw material gas inlet and an inlet at the bottom of the chamber on an extension line passing through the center of the substrate.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN111500991A (en) * 2020-06-03 2020-08-07 苏州卫鹏机电科技有限公司 Preparation method and device of silver-plated antibacterial fabric

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