KR100402395B1 - 중공의 음극과 플라즈마를 이용한 태양전지 양산용 실리콘질화막의 제조장치 - Google Patents
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Abstract
성장되는 실리콘 질화 박막의 균일도를 크게 개선할 수 있고 한꺼번에 대량의 웨이퍼에 실리콘 질화막을 성장시킬 수 있는 태양전지 양산용 실리콘 질화막의 제조장치가 개시되어 있다. 본 발명에 따르면, 다수의 실리콘 웨이퍼를 플로팅 전극의 형태로 중공의 원통형 음극 내부에 배치하고, 이러한 음극을 다시 중공의 석영관 내에 삽입하여 배치한 상태에서 양단부에 금속 캡을 씌워 밀폐시킨다. 음극은 알에프 파워 공급원에 전기적으로 연결되고, 알에프 파워 공급원은 주기 변조기에 전기적으로 연결된다. 음극의 일측에는 음극 내로 활성 가스를 공급하기 위한 가스 유입관이 연결되고, 음극의 타측에는 음극 내에 플라즈마를 유기시키기 위한 진공도와 작업시의 진공도를 유지하고 반응한 플라즈마를 외부로 배출시키기 위한 진공 펌프가 배치된다. 음극과 석영관은 로에 의해서 가열된다. 음극 내에 실리콘 웨이퍼를 장입한 상태에서 기존의 사인파형인 알에프 이력을 펄스형으로 바꾸어 펄스주기를 변경하면서 플라스마 발생하는 시간(ton)과 플라스마가 꺼지는 시간(toff) 비율(ton/toff)을 조정하여 toff기간동안에 실리콘 웨이퍼 사이에 활성 가스가 균일하게 들어갈 수 있게 하고 다시 ton시간동안 플라스마를 유지함으로써, 성장되는 실리콘 질화 박막의 균일도를 크게 개선한다.
Description
본 발명은 태양전지 양산용 실리콘 질화막의 제조에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 플라스마 밀도가 높은 중공의 음극 내에 실리콘 웨이퍼를 장입하고 기존의 사인파형인 알에프 이력을 펄스형으로 바꾸어 펄스주기를 변경하면서 플라스마 발생하는 시간(ton)과 플라스마가 꺼지는 시간(toff) 비율(ton/toff)을 조정하여 toff기간동안에 실리콘 웨이퍼 사이에 활성 가스가 균일하게 들어갈 수 있게 하고, 다시 ton시간동안 플라스마를 유지시킴으로써, 성장되는 실리콘 질화 박막의 균일도를 크게 개선할 수 있고, 실리콘 웨이퍼를 배치-타입(batch-type)으로 장착하기 때문에한꺼번에 대량의 웨이퍼에 실리콘 질화막을 성장시킬 수 있는 태양전지 양산용 실리콘 질화막의 제조장치에 관한 것이다.
부존자원의 고갈 및 환경문제의 대두와 더불어 공해물질 배출에 대한 규제의 강도가 강화되면서, 대체에너지의 개발에 대한 세계 각국의 관심이 높아져가고 있다. 더욱이, 고유가 시대를 맞이하면서 청정한 대체에너지에 대한 개발요구가 더욱 높아졌다. 이러한 요구에 부응하여 다양한 에너지원이 연구되고 있는데, 그 중에서 태양전지는 청정하고 무한하여 미래의 유망한 에너지원으로 주목받고 있다. 이렇듯 태양전지의 필요성이 크게 요구됨에 따라 태양전지 고 효율화에 대한 연구와 고효율 태양전지의 생산에 대한 관심이 더욱 커지고 있다.
고효율 실리콘 태양전지를 제작하기 위한 방안중의 하나가 질화박막을 사용하는 것이다. 도 4에는 현재 양산되고 있는 태양전지 중 가장 높은 효율을 보이고 있는 태양전지의 구조가 도시되어 있다.
도 4에서 참조부호 (14)는 p-type 다결정 실리콘을 나타내며, p-type 다결정 실리콘(14)의 상부면 상에는 n층(15)과 질화막(SiNx:H)(16)이 순서대로 적층되고, p-type 다결정 실리콘(14)의 하부면 상에는 p+층(13), 질화막(SiNx:H)(12) 및 기저층(11)이 적층된다. 참조부호 (17)은 조직 표면을 나타내고, (18)은 핑거 그리드(finger grid), (19)는 버스바 그리드(busbar grid)를 나타낸다. 고효율 다결정 태양전지(10)의 전면과 후면에 증착되는 질화막(SiNx:H)은 반사방지막 역할과 표면 안정화(passivation) 역할을 수행하고 있다.
그런데, 기존의 표면 처리에 사용하던 열산화막은 다결정의 입계 주위와 결정 내에서의 산화율이 서로 다른 단점이 있고, TiOx는 표면 안정화 효과를 나타내는 주요성분인 수소가 없다. 또한, 기존의 반도체 공정에서 사용하는 결정질 Si3N4박막은 700℃ 이상의 고온 공정에서 제조되기 때문에, 태양전지제작에 적용할 경우에는 도핑 분포도에 변화를 주어 변환효율이 저하하는 문제가 발생한다. 따라서, 저온에서 대량으로 태양전지를 양산할 수 있는 실리콘 질화막 제조장치 개발이 필수적이다.
실리콘 질화막은 실리콘을 직접 질화하거나 질소이온을 주입해서도 형성이 가능하다. 그러나, 이런 기술은 기존에 메모리 칩과 같은 곳에 10㎚ 이하의 두께를 요하는 곳에 활용되었다. 이보다 개선된 시스템에서는 700℃ 이상의 고온 공정에서 제조되기 때문에 태양전지에 적용되기 어려웠고, 태양전지에 적용 시에는 도핑 분포도에 변화를 주어 변환효율이 저하한다.
저온화를 위해서 플라스마를 이용한 화학증착장비(PECVD)를 이용하였다. 도 5a 및 5b에는 PECVD를 이용한 실리콘 질화막의 성장시스템이 개략적으로 도시되어 있다. 그러나, 이러한 구조의 PECVD 시스템에서는 생산량의 한계를 가지므로 태양전지 양산보다는 집적회로를 제작하는데 국한된다. 따라서, 기존방법을 새로운 태양전지 전용으로 양산하기 위한 기술개발이 필요하다.
한편, 대량생산에 사용되는 질화막은 배치-타입(batch-type)으로 150에서 300장의 실리콘 웨이퍼에 한꺼번에 SiNx를 성장하는 방법이다.
도 6은 직접적인 플라즈마 방전을 이용한 배치-타입(batch-type) 실리콘 질화막 제조시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다.
그러나, 이러한 direct plasma batch reactor 형태는 제조되는 실리콘 질화 박막의 두께가 boat의 위치에 따라서 불균일하게 나타나는 문제점과 한계를 가지고 있다. 이는 실리콘 질화막이 반사방지막 역할을 수행하기 때문에 에너지 변환효율 변화로 이어진다.
Batch-type reactor에서 제조되는 실리콘 질화막의 박막 균일도를 개선하기 위해서 연속공정으로 플라스마 밀도가 비교적 높은 remote plasma PECVD 시스템을 이용하여 실리콘 질화막을 대량생산하는 방안이다.
도 7은 원격 PECVD와 연속 공정을 이용한 실리콘 질화막 제조시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다. 연속공정으로 질화막을 성장하는 시스템은 시설설치 비용이 고가라는 단점을 보이고 있다. 그러나, 시설설치 비용이 고가화됨으로 초기 투자비가 증가하는 약점을 보이고 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점 및 과제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 성장되는 실리콘 질화 박막의 균일도를 크게 개선할 수 있고 한꺼번에 대량의 웨이퍼에 실리콘 질화막을 성장시킬 수 있는 태양전지 양산용 실리콘 질화막의 제조장치를 제공하는데 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 태양전지 양산용 실리콘 질화막 제조장치의 전체 구성도,
도 2는 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 태양전지 양산용 실리콘 질화막 제조장치의 전체 구성도,
도 3은 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 태양전지 양산용 실리콘 질화막 제조장치의 전체 구성도,
도 4는 현재 양산되고 있는 고효율 다결정 태양전지의 구조를 나타낸 도면,
도 5a 및 5b는 종래 기술에 따른 실리콘 질화막의 성장시스템을 개략적으로 나타낸 도면,
도 6은 직접적인 플라즈마 방전을 이용한 배치-타입(batch-type) 실리콘 질화막 제조시스템을 개략적으로 나타낸 도면, 그리고
도 7은 원격 PECVD와 연속 공정을 이용한 실리콘 질화막 제조시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다.
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉
100,100a,100b : 태양 전지 양산용 실리콘 질화막 제조장치
10 : 고효율 다결정 태양전지 12,16 : 질화막(SiNx:H)
110,110a,110b : 원통형 음극
120,120a,120b : 보트 어셈블리(boat assembly)
121,121a,121b : 실리콘 웨이퍼 122,122a,122b : 웨이퍼 홀더
124,124a,124b : 지지 부재
130,130a,130b : 알에프 파워 공급원 140,140a,140b : 주기 변조기
151,151a,151b,152,152a,152b : 금속 캡
170,170a,170b : 가스 유입관 180 : 진공 펌프
200,200a,200b : 석영관 300,300a,300b : 로
상기와 같은 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은,
다수의 실리콘 웨이퍼, 상기 다수의 실리콘 웨이퍼를 고정시켜 지지하는 웨이퍼 홀더 및 상기 웨이퍼 홀더에 대하여 수직하게 연장되면서 상기 웨이퍼 홀더의 일단부를 지지하는 지지부재로 구성된 보트 어셈블리(boat assembly)가 플로팅(floating) 전극의 형태로 내부에 프리(free)하게 배치된 중공의 원통형 음극;
상기 원통형 음극이 내부에 삽입하여 배치되고, 양단부가 금속 캡에 의해서 각각 밀폐되는 중공의 석영관;
상기 음극과 상기 석영관을 가열하기 위한 로;
상기 로의 외부에 배치되고, 상기 음극으로 알에프 파워(Radio Frequency Power)를 공급하기 위한 알에프 파워 공급원(RF Power Source);
상기 알에프 파워 공급원에 전기적으로 연결되고, 상기 알에프 파워 공급원을 제어하여 상기 음극으로 공급되는 알에프 파워(RF Power)를 주기적으로 인가하기 위한 주기 변조기;
외부로부터 연장되어 기밀(氣密)이 유지되는 상태하에서 상기 금속 캡중 제 1 금속 캡을 지나 상기 음극 내로 도입되며, 외부의 가스 공급원으로부터 상기 음극 내로 활성 가스를 공급하기 위한 가스 유입관; 그리고
상기 금속 캡중 제 2 금속 캡에 의해서 밀폐되는 상기 음극의 타단부에 배치되고, 상기 음극 내에 플라즈마를 유기시키기 위한 진공도와 작업시의 진공도를 유지하고 반응한 플라즈마를 외부로 배출시키기 위한 진공 펌프를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 양산용 실리콘 질화막 제조장치를 제공한다.
이상에서 언급한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 플라스마 밀도가 높은 중공의 음극 내에 실리콘 웨이퍼를 장입한 상태에서 기존의 사인파형인 알에프 이력을 펄스형으로 바꾸어 펄스주기를 변경하면서 플라스마 발생하는 시간(ton)과 플라스마가 꺼지는 시간(toff) 비율(ton/toff)을 조정하여 toff기간동안에 실리콘 웨이퍼 사이에 활성 가스가 균일하게 들어갈 수 있게 하고 다시 ton시간동안 플라스마를 유지함으로써, 성장되는 실리콘 질화 박막의 균일도를 크게 개선한다. 또한, 실리콘 웨이퍼를 배치-타입(batch-type)으로 장착하기 때문에, 한꺼번에 대량의 웨이퍼에 실리콘 질화막을 성장시킬 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예들에 따른 태양전지 양산용 질화막 제조장치에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 태양전지 양산용 실리콘 질화막 제조장치의 전체 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 태양전지 양산용 실리콘 질화막 제조장치(100)는 중공의 원통형 석영관(200) 및 석영관(200) 내부에 배치된 중공의 원통형 음극(110), 그리고 이들을 가열하기 위한 로(300)를 구비한다.
중공의 원통형 음극(110) 내부에는 보트 어셈블리(boat assembly)(120)가 프리(free)한 상태로 배치되는데, 이때 보트 어셈블리(120)는 다수의 실리콘 웨이퍼(121), 실리콘 웨이퍼(121)를 고정시켜 지지하는 웨이퍼 홀더(122), 그리고음극(110)의 종방향으로 웨이퍼 홀더(122)에 대하여 수직하게 연장되면서 웨이퍼 홀더(122)의 일단부를 지지하는 지지부재(124)를 포함한다.
실리콘 웨이퍼(121)는 실리콘 웨이퍼(121)를 수용할 수 있는 리세스(도시되지 않음)가 형성되어 있는 웨이퍼 홀더(122)의 양면상에 탈부착이 가능하도록 장착된다. 웨이퍼 홀더(122)는 일단부가 지지부재(124)의 일면에 부착된 상태로 음극(110) 내에서 음극(110)의 횡방향으로 직립하여 배치된다.
이러한 구조를 갖는 음극(110)이 내부에 삽입하여 배치된 석영관(200)의 양단은 금속 캡(151,152)에 의해서 각각 밀폐되는데, 이때 석영관(200)의 단부와 금속 캡(151,152) 사이에는 오(O)형상의 진공 링(160)이 각각 배치되어 석영관(200) 내부에 기밀(氣密)을 유지하게 된다. 석영관(200)의 일단에 장착된 제 1 금속 캡(151)은 접지된다.
한편, 로(300)의 외부에는 알에프 파워 공급원(RF Power Source)(130)이 배치되는데, 이 알에프 파워 공급원(130)은 제 1 금속 캡(151)을 지나서 원통형 음극(110)의 일단부에 접속된다. 또한, 알에프 파워 공급원(130)은 주기 변조기(periodic modulator)(140)와도 전기적으로 연결된다. 주기 변조기(140)는 알에프 파워 공급원(130)을 제어하여 제 1 금속 캡(151)을 통해서 음극(110)으로 공급되는 알에프 파워(RF Power)를 주기적으로 인가하는 역할을 수행한다.
제 1 금속 캡(151)에 의해서 밀폐되는 음극(110)의 일단에는 가스 유입관(170)이 연결된다. 가스 유입관(170)은 외부의 가스 공급원(도시되지 않음)으로부터 연장되어 제 1 금속 캡(151)을 지나서 음극(110) 내로 도입된다. 이때,가스 유입관(170)은 기밀이 유지되는 상태로 제 1 금속 캡(151)을 통과하여 음극(110) 내로 연장된다. 가스 유입관(170)은 외부의 가스 공급원으로부터 음극(110) 내로 활성 가스를 도입하기 위한 가스 이송로의 역할을 수행한다.
한편, 제 2 금속 캡(152)에 의해서 밀폐되는 음극(110)의 타단부에는 진공 펌프(180)가 배치된다. 진공 펌프(180)는 음극(110) 내에 플라즈마를 유기시키기 위한 진공도와 작업시의 진공도를 유지하고 반응한 플라즈마를 외부로 배출시키는 기능을 수행한다.
이러한 구조를 갖는 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 태양전지 양산용 실리콘 질화막 제조장치(100)의 작동방식을 간략하게 설명한다.
현재 제조되는 실리콘 질화 박막(SiNx)의 두께는 보트(boat)의 위치에 따라서 불균일하게 나타나는 문제점과 한계를 가지고 있으므로, 질화막 균일도를 대폭 강화하기 위해서 플로팅(floating) 전극인 중공의 원통형 음극(110) 내에 실리콘 웨이퍼(121)를 장입하고 제 1 금속 캡(151)을 접지시킨 후, 원통형 음극(110)을 통해 알에프 파워(RF Power)를 공급하여 원통형 음극(110) 내에 고밀도 플라스마(HDP)를 유기시키는 방식으로 실리콘 웨이퍼(121) 상에 질화막(SiNx)을 성장시킨다.
이때, 기존의 사인파형인 알에프 이력을 펄스형으로 바꾸어 펄스주기를 변경하면서 플라스마가 발생하는 시간(ton)과 플라스마가 꺼지는 시간(toff) 비율(ton/toff)을 조정하여 toff기간동안에 실리콘 웨이퍼(121) 사이에 활성가스(active gas)가 균일하게 들어갈 수 있는 방안을 마련하고 다시 ton시간동안 플라스마를 유지시킴으로써, 실리콘 웨이퍼(121) 상에 성장되는 질화 박막(SiNx)의 균일도를 크게 개선하였다.
도 2는 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 태양전지 양산용 실리콘 질화막 제조장치의 전체 구성도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 태양전지 양산용 실리콘 질화막 제조장치(100a)는 위에서 언급한 바와 같은 본 발명의 제 1 실시 예에서 중공의 원통형 석영관(200) 내에 배치했던 중공의 원통형 음극(110)을 제거한 것을 제외하고는, 본 발명의 제 1 실시 예의 구성과 유사하다.
본 발명의 제 2 실시 예에 따른 태양전지 양산용 실리콘 질화막 제조장치(100a)는 중공의 원통형 석영관(200a) 및 석영관(200a)을 가열하기 위한 로(300a)를 구비한다.
중공의 원통형 석영관(200a) 내부에는 보트 어셈블리(boat assembly)(120a)가 프리(free)한 상태로 배치되는데, 이때 보트 어셈블리(120a)는 다수의 실리콘 웨이퍼(121a), 실리콘 웨이퍼(121a)를 고정시켜 지지하는 웨이퍼 홀더(122a), 그리고 음극(110a)의 종방향으로 웨이퍼 홀더(122a)에 대하여 수직하게 연장되면서 웨이퍼 홀더(122a)의 일단부를 지지하는 지지부재(124a)를 포함한다.
실리콘 웨이퍼(121a)는 실리콘 웨이퍼(121a)를 수용할 수 있는 리세스(도시되지 않음)가 형성되어 있는 웨이퍼 홀더(122a)의 양면상에 탈부착이 가능하도록장착된다. 웨이퍼 홀더(122a)는 일단부가 지지부재(124a)에 전기적으로 접속된 상태로 석영관(200a) 내에서 석영관(200a)의 횡방향으로 직립하여 배치된다.
이러한 구조를 갖는 보트 어셈블리(120a)가 내부에 삽입하여 배치된 석영관(200)의 양단은 금속 캡(151a,152a)에 의해서 각각 밀폐되는데, 이때 석영관(200a) 의 단부와 금속 캡(151a,152a) 사이에는 오(O)형상의 진공 링(160a)이 각각 배치되어 석영관(200a) 내부에 기밀(氣密)을 유지하게 된다.
한편, 로(300a)의 외부에는 알에프 파워 공급원(130a)이 배치되는데, 이 알에프 파워 공급원(130a)은 석영관(200a)의 내부에 배치된 보트 어셈블리(120a)의 지지부재(124a)에 전기적으로 연결된다. 또한, 알에프 파워 공급원(130a)은 주기 변조기(140a)와 전기적으로 연결된다. 제 1 금속 캡(151a)에 의해서 밀폐되는 석영관(200a)의 일단에는 가스 유입관(170a)이 연결된다. 가스 유입관(170a)은 외부의 가스 공급원(도시되지 않음)으로부터 연장되어 제 1 금속 캡(151a)을 지나서 석영관(200a) 내로 도입된다. 이때, 가스 유입관(170a)은 기밀이 유지되는 상태로 제 1 금속 캡(151a)을 통과하여 석영관(200a) 내로 연장된다.
한편, 제 2 금속 캡(152a)에 의해서 밀폐되는 석영관(200a)의 타단부에는 진공 펌프(180a)가 배치된다. 진공 펌프(180a)는 석영관(200a) 내에 플라즈마를 유기시키기 위한 진공도와 작업시의 진공도를 유지하고 반응한 플라즈마를 외부로 배출시키는 기능을 수행한다.
이러한 구조를 갖는 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 태양전지 양산용 실리콘 질화막 제조장치(100a)의 작동방식은 알에프 파워(RF Power)가 보트어셈블리(120a)로 직접 공급되고 석영관(200a) 내부에 저밀도 플라즈마(LDP)가 유기되는 것을 제외하고는, 도 1에 도시된 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 태양전지 양산용 실리콘 질화막 제조장치의 작동방식과 동일하다. 따라서, 상세한 설명은 생략한다.
도 3은 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 태양전지 양산용 실리콘 질화막 제조장치의 전체 구성도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 태양전지 양산용 실리콘 질화막 제조장치(100b)는 위에서 언급한 바와 같은 본 발명의 제 1 실시 예에서 중공의 원통형 음극(110)이 중공의 원통형 석영관(200) 외부에 배치되는 것을 제외하고는, 본 발명의 제 1 실시 예의 구성과 유사하다.
본 발명의 제 3 실시 예에 따른 태양전지 양산용 실리콘 질화막 제조장치(100b)는 중공의 원통형 음극(110b) 및 음극(110b) 내부에 배치된 중공의 원통형 석영관(200b), 그리고 이들을 가열하기 위한 로(300b)를 구비한다.
중공의 원통형 석영관(200b) 내부에는 보트 어셈블리(120b)가 프리(free)한 상태로 배치되는데, 이때 보트 어셈블리(120b)는 다수의 실리콘 웨이퍼(121b), 실리콘 웨이퍼(121b)를 고정시켜 지지하는 웨이퍼 홀더(122b), 그리고 석영관(200b)의 종방향으로 웨이퍼 홀더(122b)에 대하여 수직하게 연장되면서 웨이퍼 홀더(122b)의 일단부를 지지하는 지지부재(124b)를 포함한다.
실리콘 웨이퍼(121b)는 실리콘 웨이퍼(121b)를 수용할 수 있는 리세스(도시되지 않음)가 형성되어 있는 웨이퍼 홀더(122b)의 양면상에 탈부착이 가능하도록장착된다. 웨이퍼 홀더(122b)는 일단부가 지지부재(124b)의 일면에 부착된 상태로 석영관(200b) 내에서 석영관(200b)의 횡방향으로 직립하여 배치된다.
이러한 구조를 갖는 석영관(200b)의 양단은 금속 캡(151b,152b)에 의해서 각각 밀폐되는데, 이때 석영관(200b)의 단부와 금속 캡(151b,152b) 사이에는 오(O)형상의 진공 링(160b)이 각각 배치되어 석영관(200b) 내부에 기밀(氣密)을 유지하게 된다. 석영관(200b)의 일단에 장착된 제 1 금속 캡(151b)은 접지되고, 이때 석영관(200b)의 일단에는 가스 유입관(170b)이 연결된다. 가스 유입관(170b)은 외부의 가스 공급원(도시되지 않음)으로부터 연장되어 제 1 금속 캡(151b)을 지나서 석영관(200b) 내로 도입된다. 제 2 금속 캡(152)에 의해서 밀폐되는 석영관(200b)의 타단부에는 진공 펌프(180b)가 배치된다.
한편, 석영관(200b)이 내부에 삽입하여 배치된 중공의 음극(110b)의 일측에는 알에프 파워 공급원(130b)이 전기적으로 연결된다. 외부에 배치된 알에프 파워 공급원(130b)은 주기 변조기(140b)와 전기적으로 연결된다. 주기 변조기(140b)는 알에프 파워 공급원(130b)을 제어하여 음극(110b)으로 공급되는 알에프 파워(RF Power)를 주기적으로 인가하는 역할을 수행한다.
이러한 구조를 갖는 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 태양전지 양산용 실리콘 질화막 제조장치(100b)의 작동방식은 알에프 파워(RF Power)가 음극(110b)으로 공급되고 석영관(200b) 내부에 고밀도 플라즈마(HDP)가 유기되는 것을 제외하고는, 도 1에 도시된 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 태양전지 양산용 실리콘 질화막 제조장치의 작동방식과 동일하다. 따라서, 상세한 설명은 생략한다.
이상에서 설명한 바와같은 본 발명의 바람직한 실시 예들에 따른 태양전지 양산용 실리콘 질화막 제조장치(100,100a,100b)는 질화막(SiNx)의 대량생산에 적합하도록 1회에 1,000장의 실리콘 웨이퍼를 한꺼번에 처리할 수 있고, 원통형 음극(110)이나 석영관(200a,200b) 내에 여기되는 플라즈마를 활용하여 질화막(SiNx)의 성장시간을 단축시킬 수 있다. 그리하여, 1일 30kWp(1000장/회 × 3watt/장 × 10회/일)의 달성이 가능하다. 또한, 년간 250일 가동시 1개의 배치 리액터(batch reactor)에서 7.5MWp를 처리하고, 로 1대가 4개조의 리액터(reactor)를 가지고 있어서 30MWp의 용량으로 처리가 가능하다.
또한, 기존에 열 산화막 표면 안정화의 문제점으로 작용하던 고온 공정을 300oC 이하로 저온화가 가능하며, 웨이퍼를 배치-타입(batch-type)으로 장입하면서도 기존 방법보다 플라스마 밀도를 고밀도로 유기할 수 있으므로 한꺼번에 대량의 웨이퍼에 실리콘 질화막을 성장시킬 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 질화막 제조장치는 기판가열 방식이 아니라 반응로 전체를 가열하는 방식으로 더욱 우수한 질화막의 제조가 가능하며, 저온공정이 가능하게된다.
본 발명에 따른 제조장치에 의해서 제조된 실리콘 질화박막은 태양전지 안정화 층으로 사용될 뿐만 아니라, anti-reflect layer로 사용되어진다. 또한, 상기 실리콘 질화박막은 습도에 대한 내성이 우수하여 유리창의 보호코팅에 사용되며, 집적회로, TFT-LCD 등에도 적용이 가능하다. 본 발명에 따른 제조장치는 저온에서 질화막의 성장이 가능하여 태양전지 뿐만 아니라 TFT의 절연막 제조시에도 적용할수 있다. 게다가, 생산성이 뛰어나 태양전지 양산용으로 적용하기에 적합하다.
이상에서 설명한 바와같이, 본 발명에 따른 태양전지의 제조장치에서는, 기존의 열 산화막 표면 안정화의 문제점으로 작용하던 고온 공정을 300oC 이하로 저온화가 가능하다. 또한, 대량생산이 가능한 배치-타입(batch-type) 구조를 취하면서도 기존 방법보다 플라스마 밀도를 고밀도로 유기할 수 있다. 그리고, 질화막의 대량생산에 적합하도록 1회에 1000장 이상의 실리콘 웨이퍼를 한꺼번에 처리할 수 있으며, 고밀도 플라즈마를 활용하여 SiNx성장시간을 단축하는 방법으로 1일 30kWp(1000장/회 ×3watt/장×10회/일) 달성이 가능하다.
질화막의 균일도를 대폭 강화하기 위해서 플라스마 밀도가 높은 중공의 음극 내에 실리콘 웨이퍼를 놓고, 기존의 사인파형인 알에프 이력을 펄스형으로 바꾸어 펄스 주기를 변경하면서 플라스마 발생하는 시간(ton)과 플라스마가 꺼지는 시간(toff) 비율(ton/toff)을 조정하여 toff기간동안에 실리콘 웨이퍼 사이에 활성 가스(active gas)가 균일하게 들어갈 수 있는 방안을 마련하고 다시 ton시간동안 플라스마를 유지함으로써, 성장되는 실리콘 질화 박막의 균일도를 크게 개선하였다. 또한, 기존의 원격 플라즈마 PECVD 시스템의 시설 설치비용에 비해 저렴하다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
Claims (9)
- 다수의 실리콘 웨이퍼(121), 상기 다수의 실리콘 웨이퍼(121)를 고정시켜 지지하는 웨이퍼 홀더(122) 및 상기 웨이퍼 홀더(122)에 대하여 수직하게 연장되면서 상기 웨이퍼 홀더(122)의 일단부를 지지하는 지지부재(124)로 구성된 보트 어셈블리(boat assembly)(120)가 플로팅(floating) 전극의 형태로 내부에 프리(free)하게 배치된 중공의 원통형 음극(110);상기 원통형 음극(110)이 내부에 삽입하여 배치되고, 양단부가 금속 캡(151,152)에 의해서 각각 밀폐되는 중공의 석영관(200);상기 음극(100)과 상기 석영관(200)을 가열하기 위한 로(300);상기 로(300)의 외부에 배치되고, 상기 음극(100)으로 알에프 파워(Radio Frequency Power)를 공급하기 위한 알에프 파워 공급원(RF Power Source)(130);상기 알에프 파워 공급원(130)에 전기적으로 연결되고, 상기 알에프 파워 공급원(130)을 제어하여 상기 음극(110)으로 공급되는 알에프 파워(RF Power)를 주기적으로 인가하기 위한 주기 변조기(140);외부로부터 연장되어 기밀(氣密)이 유지되는 상태하에서 상기 금속 캡(151,152)중 제 1 금속 캡(151)을 지나 상기 음극(110) 내로 도입되며, 외부의 가스 공급원으로부터 상기 음극(110) 내로 활성 가스를 공급하기 위한 가스 유입관(170); 그리고상기 금속 캡(151,152)중 제 2 금속 캡(152)에 의해서 밀폐되는 상기 음극(110)의 타단부에 배치되고, 상기 음극(110) 내에 플라즈마를 유기시키기 위한 진공도와 작업시의 진공도를 유지하고 반응한 플라즈마를 외부로 배출시키기 위한 진공 펌프(180)를 포함하며, 상기 석영관(200)의 상기 양단부와 상기 금속 캡(151,152)의 사이에는 오(O)형상의 진공 링(160)이 각각 배치되어 상기 석영관(200) 내부에 기밀(氣密)을 유지하게 되며, 상기 제 1 금속 캡(151)은 접지되고, 상기 알에프 파워 공급원(130)은 상기 음극(110)의 일단부에 전기적으로 접속되고, 상기 음극(110) 내에 높은 밀도의 플라스마가 여기된 상태에서 상기 알에프 파워 공급원(130)으로부터 상기 음극(110)으로 공급되는 알에프(RF) 이력을 펄스형으로 바꾸어 펄스주기를 변경하면서 플라스마 발생하는 시간(ton)과 플라스마가 꺼지는 시간(toff) 비율(ton/toff)을 조정하여 상기 시간(toff) 동안에 상기 실리콘 웨이퍼(121) 사이에 활성 가스가 균일하게 들어갈 수 있게 하고 다시 상기 시간(ton) 동안 플라스마를 유지함으로써, 상기 실리콘 웨이퍼(121) 상에 성장되는 실리콘 질화 박막(SiNx:H)의 균일도를 개선시키는 것을 특징으로 하는 태양전지 양산용 실리콘 질화막 제조장치.
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- 다수의 실리콘 웨이퍼(121a), 상기 다수의 실리콘 웨이퍼(121a)를 고정시켜 지지하는 웨이퍼 홀더(122a) 및 상기 웨이퍼 홀더(122a)에 대하여 수직하게 연장되면서 상기 웨이퍼 홀더(122a)의 일단부를 지지하는 지지부재(124a)로 구성된 보트 어셈블리(boat assembly)(120a)가 플로팅(floating) 전극의 형태로 내부에 프리(free)하게 배치되고, 양단부가 금속 캡(151a,152a)에 의해서 각각 밀폐되는 중공의 석영관(200a);상기 석영관(200a)을 가열하기 위한 로(300a);상기 로(300a)의 외부에 배치되고, 상기 보트 어셈블리(120a)로 알에프 파워(Radio Frequency Power)를 공급하기 위한 알에프 파워 공급원(RF Power Source)(130a);상기 알에프 파워 공급원(130a)에 전기적으로 연결되고, 상기 알에프 파워 공급원(130a)을 제어하여 상기 보트 어셈블리(120a)로 공급되는 알에프 파워(RF Power)를 주기적으로 인가하기 위한 주기 변조기(140a);외부로부터 연장되어 기밀(氣密)이 유지되는 상태하에서 상기 금속 캡(151a,152a)중 제 1 금속 캡(151a)을 지나 상기 석영관(200a) 내로 도입되며, 외부의 가스 공급원으로부터 상기 석영관(200a) 내로 활성 가스를 공급하기 위한 가스 유입관(170a); 그리고상기 금속 캡(151a,152a)중 제 2 금속 캡(152a)에 의해서 밀폐되는 상기 석영관(200a)의 타단부에 배치되고, 상기 석영관(200a) 내에 플라즈마를 유기시키기 위한 진공도와 작업시의 진공도를 유지하고 반응한 플라즈마를 외부로 배출시키기 위한 진공 펌프(180a)를 포함하며, 상기 석영관(200a)의 상기 양단부와 상기 금속 캡(151a,152a)의 사이에는 오(O)형상의 진공 링(160a)이 각각 배치되어 상기 석영관(200a) 내부에 기밀(氣密)을 유지하게 되며, 상기 제 1 금속 캡(151a)은 접지되고, 상기 알에프 파워 공급원(130a)은 상기 보트 어셈블리(120a)의 상기 지지부재(124a)에 전기적으로 연결되고, 상기 석영관(200a) 내에 플라스마가 여기된 상태에서 상기 알에프 파워 공급원(130a)으로부터 상기 보트 어셈블리(120a)로 공급되는 알에프(RF) 이력을 펄스형으로 바꾸어 펄스주기를 변경하면서 플라스마 발생하는 시간(ton)과 플라스마가 꺼지는 시간(toff) 비율(ton/toff)을 조정하여 상기 시간(toff) 동안에 상기 실리콘 웨이퍼(121a) 사이에 활성 가스가 균일하게 들어갈 수 있게 하고 다시 상기 시간(ton) 동안 플라스마를 유지함으로써, 상기 실리콘 웨이퍼(121a) 상에 성장되는 실리콘 질화 박막(SiNx:H)의 균일도를 개선시키는 것을 특징으로 하는 태양전지 양산용 실리콘 질화막 제조장치.
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