KR100684655B1 - In-line system for manufacturing solar cell devices - Google Patents

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Abstract

본 발명은 태양전지 디바이스 제조용 인라인(In-line) 장치에 관한 것으로, 특히 다결정 실리콘 웨이퍼의 자외선 램프를 사용한 양면 건식 세정(Double side Dry Cleaning) 장치, 표면반사방지를 위한 텍스쳐(Texture) 패턴의 구조물 제조를 위한 건식식각(Dry etching) 장치, 에미터(Emitter) 영역에 플라즈마 도핑에 의해 불순물 균일한 두께로 주입하기 위한 플라즈마 도핑장치, 그리고 반사방지 및 디바이스 보호를 위한 실리콘질화막의 형성을 위한 플라즈마 화학기상증착장치를 포함하여 구성한 태양전지 디바이스 제조용 인라인 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an in-line device for manufacturing a solar cell device, and in particular, a double side dry cleaning device using an ultraviolet lamp of a polycrystalline silicon wafer, a structure of a texture pattern for preventing surface reflection Dry etching apparatus for manufacturing, plasma doping apparatus for injecting impurity uniform thickness by plasma doping into emitter region, and plasma chemistry for formation of silicon nitride film for anti-reflection and device protection The present invention relates to an inline device for manufacturing a solar cell device including a vapor deposition device.

본 발명의 각 단위공정 장치는 단위 공정 순서 순으로 인라인 타입으로 구성되어 있으며, 진공 및 플라즈마 기술을 이용하였다. 각 단위공정 장치는 외부와 격리된 진공 분위기를 조성할 수 있는 반응 챔버와 진공배기구를 구비하고, 상기 반응 챔버간의 시료 이송은 시료 이송 트레이(Tray)를 사용하며, 각각의 반응 챔버는 반응가스 유입구와 플라즈마 형성을 위한 전원부로 구성되어 있다.Each unit process apparatus of the present invention is configured in an inline type in the unit process order, and vacuum and plasma techniques are used. Each unit processing apparatus includes a reaction chamber and a vacuum exhaust port which can create a vacuum atmosphere isolated from the outside, and sample transfer between the reaction chambers uses a sample transfer tray, and each reaction chamber has a reaction gas inlet. And a power supply unit for plasma formation.

태양전지 제조용 인라인 장치, 양면 건식세정 장치, 건식식각 장치, 플라즈마 도핑 장치, 열처리 장치, 급속냉각 장치, 플라즈마 화학기상증착 장치 In-line device for solar cell manufacturing, double-sided dry cleaning device, dry etching device, plasma doping device, heat treatment device, rapid cooling device, plasma chemical vapor deposition device

Description

태양전지 디바이스 제조용 인라인 장치{in-line system for manufacturing solar cell devices}In-line system for manufacturing solar cell devices

도 1은 본 발명에 의한 태양전지 디바이스 제조용 인라인 장치를 나타낸 구성도.1 is a block diagram showing an inline device for manufacturing a solar cell device according to the present invention.

도 2는 본 발명에 의한 태양전지 디바이스 제조용 인라인 장치에 적용된 시료 장착용 홀더 및 시료 장착용 홀더에 장착된 시료를 나타낸 평면도.Figure 2 is a plan view showing a sample attached to the holder for a sample mounting and the sample mounting holder applied to the inline device for manufacturing a solar cell device according to the present invention.

도 3은 도 1의 자외선 건식 세정 장치의 일 예로서, 자외선 램프를 이용하여 시료의 양면을 세정하는 자외선 건식 세정 장치를 나타낸 개략적인 내부 구성도.FIG. 3 is a schematic internal configuration diagram showing an ultraviolet dry cleaning device for cleaning both sides of a sample using an ultraviolet lamp as an example of the ultraviolet dry cleaning device of FIG. 1.

도 4는 도 1의 건식 식각 장치의 일 예로서, 텍스쳐 패턴을 형성하기 위한 건식 식각 장치를 나타낸 개략적인 내부 구성도.4 is a schematic internal configuration diagram of a dry etching apparatus for forming a texture pattern as an example of the dry etching apparatus of FIG. 1.

도 5는 도 1의 플라즈마 도핑 장치의 일 예로서, 불순물의 플라즈마 도핑을 위한 플라즈마 도핑 장치를 나타낸 개략적인 내부 구성도.FIG. 5 is a schematic internal configuration diagram showing a plasma doping apparatus for plasma doping of impurities as an example of the plasma doping apparatus of FIG. 1.

도 6은 도 1의 열처리 장치의 일 예로서, 도핑 불순물의 활성화 및 플라즈마 화학기상증착의 준비를 위한 열처리 장치를 나타낸 개략적인 내부 구성도.6 is a schematic internal configuration diagram showing an example of a heat treatment apparatus for activation of doping impurities and preparation of plasma chemical vapor deposition as an example of the heat treatment apparatus of FIG.

도 7은 도 1의 플라즈마 화학기상증착 장치의 일 예로서, 실리콘질화막 형성을 위한 플라즈마 화학기상증착 장치를 나타낸 개략적인 내부 구성도.7 is a schematic internal configuration diagram showing a plasma chemical vapor deposition apparatus as an example of the plasma chemical vapor deposition apparatus of FIG. 1.

도 8은 도 1의 냉각장치의 일 예로서, 냉각장치를 나타낸 개략적인 내부 구성도.8 is a schematic internal configuration diagram illustrating a cooling apparatus as an example of the cooling apparatus of FIG. 1.

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본 발명은 태양전지 디바이스 제조용 인라인(in-line) 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 다결정 실리콘 웨이퍼의 양면 건식 세정과 단결정 실리콘 웨이퍼의 습식식각공정 만으로 형성이 가능하였던 텍스쳐 패턴을, 다결정 실리콘웨이퍼를 건식식각 공정에 의해 형성하고, 텍스쳐 패턴의 구조물에 균일한 두께의 불순물을 플라즈마 도핑하고, 표면반사 방지 및 디바이스 보호를 위한 막을 형성하도록 한 태양전지 디바이스 제조용 인라인 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an in-line device for manufacturing a solar cell device. More particularly, the present invention relates to an in-line device for manufacturing a solar cell device. The present invention relates to an inline apparatus for manufacturing a solar cell device, which is formed by a dry etching process, plasma-doped impurities having a uniform thickness to a structure of a texture pattern, and a film for preventing surface reflection and protecting a device.

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기존의 태양전지 디바이스 제조 방법은 다결정 실리콘 웨이퍼를 습식 세정공정에 의해 세정하고, 확산로를 사용하여 상기 다결정 실리콘 웨이퍼에 불순물을 도핑한다. 이후, 상기 웨이퍼의 상, 하 양면의 도핑된 불순물 층을 전기적으로 격리하기 위해, 상기 웨이퍼의 상, 하면 사이의 옆면에 도핑되었던 불순물 층을 플라즈마 식각 공정에 의해 식각한다. 그 다음에, 화학증착 장치를 사용하여 상기 웨이퍼의 상면에 실리콘질화막을 증착한다. 이와 같이 디바이스 제조공정이 완료된 시료에 전극을 형성함으로써 태양전지의 제조가 완료된다. 또한 고효율, 즉 태양빛 표면반사 저감을 위하여, 단결정 실리콘 웨이퍼에 패턴작업을 실시한 후 상기 단결정 실리콘 웨이퍼를 습식식각공정에 의해 식각하여 텍스쳐 패턴을 형성하기도 한다.
그러나, 현재까지는 기존의 습식공정과 건식공정 혹은 단결정 실리콘 웨이퍼의 패턴 작업이 혼합된 공정을, 인라인 타입 건식공정으로 진행하지 못하는 실정에 있었다.Conventional solar cell device manufacturing methods clean polycrystalline silicon wafers by a wet cleaning process and dopants into the polycrystalline silicon wafers using a diffusion furnace. Thereafter, in order to electrically isolate the doped impurity layers on both the upper and lower surfaces of the wafer, the impurity layer that has been doped on the side surfaces between the upper and lower surfaces of the wafer is etched by a plasma etching process. Then, a silicon nitride film is deposited on the upper surface of the wafer using a chemical vapor deposition apparatus. Thus, the manufacturing of a solar cell is completed by forming an electrode in the sample in which the device manufacturing process was completed. In addition, in order to reduce the surface reflection of sunlight, the single crystal silicon wafer may be patterned and then the single crystal silicon wafer may be etched by a wet etching process to form a texture pattern.
However, until now, the existing wet process and dry process or a process in which patterning of a single crystal silicon wafer is mixed cannot be performed as an inline type dry process.

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따라서, 본 발명의 목적은 기존의 습식공정과 건식공정 혹은 단결정 실리콘 웨이퍼의 패턴작업이 혼합된 공정을, 인라인 타입 건식공정만으로 대체 가능하도록 한 태양전지 디바이스 제조용 인라인 장치를 제공하는데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide an inline apparatus for manufacturing a solar cell device, which allows the conventional wet process and dry process or a process in which patterning of a single crystal silicon wafer is mixed to be replaced only by an inline type dry process.

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이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 태양전지 디바이스 제조용 인라인 장치는,
태양전지 디바이스 제조용 시료를 건식 세정 공정에 의해 세정하는 건식 세정 장치; 상기 세정된 시료의 일면에 건식 식각 공정에 의해 태양빛의 표면 반사 방지를 위한 텍스쳐 패턴을 형성하는 건식 식각 장치; 상기 텍스쳐 패턴이 형성된 시료의 일면에 플라즈마 도핑 공정에 의해 불순물을 균일한 두께로 도핑하는 플라즈마 도핑 장치; 상기 도핑된 불순물을 열처리 공정에 의해 활성화하는 열처리 장치; 상기 불순물이 활성화된 시료의 일면 상에 플라즈마 화학기상증착공정에 의해 태양빛의 표면 반사 방지와 디바이스 보호를 위한 막을 증착하는 플라즈마 화학기상증착장치; 및 상기 막이 증착된 시료를 급속 냉각하는 냉각 및 시료 탈착 장치를 포함하여 구성되며,
상기 장치 각각을 인라인 형태의 순서로 구성하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 의한 태양전지 디바이스 제조용 인라인 장치를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 의한 태양전지 디바이스 제조용 인라인 장치를 개략적으로 나타낸 개략 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 의한 태양전지 디바이스 제조용 인라인 장치(100)는, 시료 장착 및 자외선 건식 세정 장치(10), 텍스쳐 패턴의 형성을 위한 건식 식각 장치(20), 불순물 주입을 위한 플라즈마 도핑장치(30), 불순물 활성화 및 플라즈마 화학증착 준비를 위한 열처리 장치(40), 디바이스 보호막의 형성을 위한 플라즈마 화학기상증착 장치(50), 냉각 및 시료 탈착 장치(60) 및 시료 이송 트레이(70)가 인라인 타입으로 가능하도록 구성된다.
여기서, 시료 이송 트레이(70)는, 시료 장착용 홀더(3)가 화살표로 도시된 바와 같은 일방향으로 상기한 장치들을 순차적으로 통과하며 순환 이동하도록 구성된다.In-line device for manufacturing a solar cell device according to the present invention for achieving the above object,
Dry cleaning apparatus which wash | cleans the sample for solar cell device manufacture by a dry cleaning process; A dry etching apparatus for forming a texture pattern for preventing surface reflection of sunlight by a dry etching process on one surface of the cleaned sample; A plasma doping apparatus for doping impurities with a uniform thickness to one surface of a sample on which the texture pattern is formed by a plasma doping process; A heat treatment apparatus for activating the doped impurities by a heat treatment process; A plasma chemical vapor deposition apparatus for depositing a film for preventing surface reflection of sunlight and protecting a device by a plasma chemical vapor deposition process on one surface of the impurity activated sample; And a cooling and sample desorption apparatus for rapidly cooling the sample on which the film is deposited.
Each of the above devices is configured in an inline form.

Hereinafter, an inline device for manufacturing a solar cell device according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
1 is a schematic configuration diagram schematically showing an inline device for manufacturing a solar cell device according to the present invention.
Referring to FIG. 1, the inline device 100 for manufacturing a solar cell device according to the present invention includes a sample mounting and ultraviolet dry cleaning device 10, a dry etching device 20 for forming a texture pattern, and a plasma for impurity injection. Doping apparatus 30, heat treatment apparatus 40 for impurity activation and plasma chemical vapor deposition preparation, plasma chemical vapor deposition apparatus 50 for forming a device protective film, cooling and sample desorption apparatus 60, and sample transfer tray 70 ) Is configured to be inline type.
Here, the sample transfer tray 70 is configured such that the sample mounting holder 3 circulates through the above devices sequentially in one direction as shown by the arrow.

또한, 시료 장착용 홀더(3)는 도 2에 도시된 바와 같이, 다결정실리콘 웨이퍼와 같은 시료(1)를 장착한 채 시료 이송 트레이(70) 상에 장착하기 위한 것으로, 전도체 재질로 구성된다.In addition, as shown in FIG. 2, the sample mounting holder 3 is mounted on the sample transfer tray 70 with the sample 1 such as a polysilicon wafer mounted thereon, and is made of a conductive material.

시료 장착 및 자외선 건식 세정 장치(10)는 도 3에 도시된 바와 같이, 시료 장착 및 자외선 건식 세정을 위한 전형적인 반응 챔버(11)를 포함하여 구성된다.
여기서, 반응 챔버(11)의 상측부에, 반응 챔버(11) 내에 반응 가스를 주입하기 위한 반응 가스 주입구(12)가 설치된다. 반응 챔버(11)의 하측부에, 반응 챔버(11)를 배기함으로써 반응 챔버(11) 내의 원하는 진공도를 형성하는 진공 배기구(13)가 설치된다. 반응 챔버(11)의 좌, 우 양측부에 반응 챔버 게이트 밸브(14)가 각각 설치된다.
또한, 반응 챔버(11) 내에 자외선 램프부가 설치된다. 즉, 상기 자외선 램프부의 자외선 램프(15)는 반응 챔버(11) 내의 시료 이송 트레이(70)를 가운데 두고 반응 챔버(11) 내의 상, 하측부에 각각 나열된다.The sample loading and ultraviolet dry cleaning apparatus 10 comprises a typical reaction chamber 11 for sample loading and ultraviolet dry cleaning, as shown in FIG.
Here, a reaction gas inlet 12 for injecting a reaction gas into the reaction chamber 11 is provided above the reaction chamber 11. In the lower part of the reaction chamber 11, a vacuum exhaust port 13 is formed which exhausts the reaction chamber 11 to form a desired degree of vacuum in the reaction chamber 11. Reaction chamber gate valves 14 are provided at both left and right sides of the reaction chamber 11, respectively.
In addition, an ultraviolet lamp unit is provided in the reaction chamber 11. That is, the ultraviolet lamp 15 of the ultraviolet lamp unit is arranged above and below the reaction chamber 11 with the sample transfer tray 70 in the reaction chamber 11 as the center.

건식 식각 장치(20)는 도 4에 도시된 바와 같이, 시료(1)에 텍스쳐 패턴의 구조물을 형성하기 위한 건식 식각용 반응 챔버(21)를 포함하여 구성된다.
여기서, 반응 챔버(21)의 상측부에, 반응 챔버(21) 내에 반응 가스, 예를 들어 식각 가스(CF4,SF6)와 반응성 가스(Ar,O2)를 주입하기 위한 반응 가스 주입구(22)가 설치된다. 반응 챔버(21)의 하측부에, 반응 챔버(21)를 배기함으로써 반응 챔버(21) 내의 원하는 진공도를 형성하는 진공 배기구(23)가 설치된다. 반응 챔버(21)의 좌, 우 양측부에 반응 챔버 게이트 밸브(14)가 각각 설치된다.
또한, 반응 챔버(21) 내의 상측부에 소스용 안테나 코일(25)이 배치된다. 소스용 안테나 코일(25)의 일측에는 소스용 고주파 전원부(26)의 소스용 고주파 전원이 인가되며, 안테나 코일(25)의 타측은 접지된다.
또한, 반응 챔버(10) 내의 시료 장착용 홀더(3)의 일측에는 바이어스용 고주파 전원부(27)의 바이어스용 고주파 전원이 인가되며, 시료 장착용 홀더(3)의 타측은 접지된다.
또한, 절연체 재질의 패턴 마스크(28)는 반응 챔버(21) 내의 이송된 시료 장착용 홀더(3) 상에 근접하여 배치되며, 시료(1)의 텍스쳐 패턴(미도시)을 형성하기 위한 가로/세로 1∼ 10 ㎛ 이내의 패턴을 갖는다.As shown in FIG. 4, the dry etching apparatus 20 includes a dry etching reaction chamber 21 for forming a texture pattern structure on the sample 1.
Here, a reaction gas inlet for injecting a reaction gas, for example, etching gases CF 4 and SF 6 and reactive gases Ar and O 2 , to the upper side of the reaction chamber 21. 22) is installed. In the lower part of the reaction chamber 21, a vacuum exhaust port 23 is formed which exhausts the reaction chamber 21 to form a desired degree of vacuum in the reaction chamber 21. Reaction chamber gate valves 14 are provided at both left and right sides of the reaction chamber 21, respectively.
In addition, the source antenna coil 25 is disposed above the reaction chamber 21. A source high frequency power source of the source high frequency power supply unit 26 is applied to one side of the source antenna coil 25, and the other side of the antenna coil 25 is grounded.
In addition, a bias high frequency power source of the bias high frequency power supply unit 27 is applied to one side of the sample mounting holder 3 in the reaction chamber 10, and the other side of the sample mounting holder 3 is grounded.
In addition, the pattern mask 28 made of an insulator material is disposed in close proximity to the holder 3 for transporting the sample in the reaction chamber 21, and is formed horizontally / not for forming a texture pattern (not shown) of the sample 1. It has a pattern within 1-10 micrometers in length.

플라즈마 도핑 장치(30)는 도 5에 도시된 바와 같이, 불순물 도핑을 위한 반응 챔버(31)를 포함하여 구성된다.
여기서, 반응 챔버(31)의 상측부에, 반응 챔버(31) 내에 반응 가스, 예를 들어 도핑 가스를 주입하기 위한 반응 가스 주입구(32)가 설치된다. 반응 챔버(31)의 하측부에, 반응 챔버(31)를 배기함으로써 반응 챔버(31) 내의 원하는 진공도를 형성하는 진공 배기구(33)가 설치된다. 반응 챔버(31)의 좌, 우 양측부에 반응 챔버 게이트 밸브(14)가 각각 설치된다.
또한, 반응 챔버(31) 내의 상측부에 소스용 안테나 코일(35)이 배치된다. 소스용 안테나 코일(35)의 일측에는 소스용 고주파 전원부(36)의 소스용 고주파 전원이 인가되며, 안테나 코일(35)의 타측은 접지된다.
또한, 반응 챔버(31) 내에 이송된, 시료 이송 트레이(70) 상의 시료 장착용 홀더(3)의 일측에는 바이어스용 펄스 직류 전원부(37)의 바이어스용 펄스 직류 전원이 인가된다.As shown in FIG. 5, the plasma doping apparatus 30 includes a reaction chamber 31 for doping impurities.
Here, a reaction gas inlet 32 for injecting a reaction gas, for example, a doping gas, is provided in the upper side of the reaction chamber 31. In the lower part of the reaction chamber 31, a vacuum exhaust port 33 is formed which exhausts the reaction chamber 31 to form a desired degree of vacuum in the reaction chamber 31. Reaction chamber gate valves 14 are provided on both left and right sides of the reaction chamber 31, respectively.
In addition, a source antenna coil 35 is disposed above the reaction chamber 31. A source high frequency power source of the source high frequency power supply unit 36 is applied to one side of the source antenna coil 35, and the other side of the antenna coil 35 is grounded.
In addition, a bias pulse DC power supply of the bias pulse DC power supply unit 37 is applied to one side of the sample mounting holder 3 on the sample transfer tray 70 transferred in the reaction chamber 31.

열처리 장치(40)는 도 6에 도시된 바와 같이, 열처리 및 플라즈마 화학기상증착 준비를 위한 반응 챔버(41)를 포함하여 구성된다.
여기서, 반응 챔버(41)의 상측부에, 반응 챔버(41) 내에 반응 가스를 주입하기 위한 반응 가스 주입구(42)가 설치된다. 반응 챔버(41)의 하측부에, 반응 챔버(41)를 배기함으로써 반응 챔버(41) 내의 원하는 진공도를 형성하는 진공 배기구(43)가 설치된다. 반응 챔버(41)의 좌, 우 양측부에 반응 챔버 게이트 밸브(14)가 각각 설치된다.
또한, 반응 챔버(41) 내에 램프부가 설치된다. 즉, 상기 램프부의 할로겐 램프(45)는 시료 이송 트레이(70) 상의 시료 장착용 홀더(3)를 가운데 두고 반응 챔버(41) 내의 상, 하측부에 각각 나열된다.The heat treatment apparatus 40 includes a reaction chamber 41 for heat treatment and plasma chemical vapor deposition preparation, as shown in FIG. 6.
Here, a reaction gas inlet 42 for injecting the reaction gas into the reaction chamber 41 is provided above the reaction chamber 41. In the lower part of the reaction chamber 41, a vacuum exhaust port 43 is formed which exhausts the reaction chamber 41 to form a desired degree of vacuum in the reaction chamber 41. Reaction chamber gate valves 14 are provided at both left and right sides of the reaction chamber 41, respectively.
In addition, a lamp unit is provided in the reaction chamber 41. That is, the halogen lamp 45 of the lamp unit is arranged above and below the reaction chamber 41 with the sample mounting holder 3 on the sample transfer tray 70 as the center.

플라즈마 화학기상증착 장치(50)는 도 7에 도시된 바와 같이, 플라즈마 화학기상증착을 위한 반응 챔버(51)를 포함하여 구성된다.
여기서, 반응 챔버(51)의 상측부에, 반응 챔버(51) 내에 반응 가스를 주입하기 위한 반응 가스 주입구(52)가 설치된다. 반응 챔버(51)의 하측부에, 반응 챔버(51)를 배기함으로써 반응 챔버(51) 내의 진공도를 원하는 값으로 형성하기 위한 진공 배기구(53)가 설치된다. 반응 챔버(51)의 좌, 우 양측부에 반응 챔버 게이트 밸브(14)가 각각 설치된다.
또한, 반응 챔버(51) 내의 상측부에는 반응 챔버(51) 내에 이송된, 시료 이송 트레이(70)를 향해 반응 가스를 분사하기 위한 샤워헤드 타입 가스 주입구(55)가 반응 가스 주입구(52)와 연통하도록 설치된다. 샤워헤드 타입 가스 주입구(55)의 일측에는 고주파 전원부의 고주파 전원이 인가되며, 샤워헤드 타입 가스 주입구(55)의 타측은 접지된다.The plasma chemical vapor deposition apparatus 50 includes a reaction chamber 51 for plasma chemical vapor deposition, as shown in FIG. 7.
Here, a reaction gas injection port 52 for injecting a reaction gas into the reaction chamber 51 is provided above the reaction chamber 51. At the lower side of the reaction chamber 51, a vacuum exhaust port 53 is provided for exhausting the reaction chamber 51 to form a degree of vacuum in the reaction chamber 51 to a desired value. Reaction chamber gate valves 14 are respectively provided on the left and right sides of the reaction chamber 51.
In addition, a showerhead type gas inlet 55 for injecting the reaction gas toward the sample transfer tray 70, which is transferred in the reaction chamber 51, is provided at an upper portion of the reaction chamber 51. It is installed to communicate. One side of the shower head type gas injection port 55 is applied with a high frequency power supply of the high frequency power supply, and the other side of the shower head type gas injection port 55 is grounded.

냉각 및 시료 탈착 장치(60)는 도 8에 도시된 바와 같이, 냉각 및 시료 탈착을 위한 반응 챔버(61)를 포함하여 구성된다.
여기서, 반응 챔버(61)의 상측부에, 반응 챔버(61) 내에 반응 가스를 주입하기 위한 반응 가스 주입구(62)가 설치된다. 반응 챔버(61)의 하측부에, 반응 챔버(61)를 배기함으로써 반응 챔버(61) 내의 원하는 진공도를 형성하는 진공 배기구(63)가 설치된다. 반응 챔버(61)의 좌, 우 양측부에 반응 챔버 게이트 밸브(14)가 각각 설치된다.
또한, 반응 챔버(51) 내의 시료 이송 트레이(70) 상에 시료 장착용 홀더(3)가 이송되어 배치된다.
이와 같이 구성된 본 발명에 의한 태양전지 디바이스 제조용 인라인 장치의 작용을 도 1 내지 도 8을 참조하여 설명하기로 한다.
도 1을 참조하면, 먼저, 태양전지 디바이스 제조용 인라인 장치(100)의 시료 이송 트레이(70) 상에 도 2에 도시된 바와 같이, 시료(1)를 장착한 시료 장착용 홀더(3)를 놓은 후, 상기 시료 장착용 홀더(3)를 시료 이송 트레이(70)에 의해 도 1에 도시된 화살표 방향으로 시료 장착 및 자외선 건식 세정 장치(10)를 향해 이송하기 시작한다.
도 3을 참조하면, 이어, 상기 시료 장착용 홀더(3)가 반응 챔버(11)의 진입용 반응 챔버 게이트 밸브(14)를 통하여 이송되어 반응 챔버(11) 내에 장착된다.
상기 시료 장착용 홀더(3)가 반응 챔버(11) 내에 장착 완료되고 나면, 상기 시료 장착용 홀더(3) 내의 시료(1)를 자외선 건식세정공정에 의해 초기 세정한다. 즉, 반응 챔버(11) 내의 상, 하측 자외선 램프(15)가 다결정실리콘 웨이퍼와 같은 시료(1)의 상, 하 양면에 자외선을 각각 조사함으로써 시료(1) 양면의 유/무기물 불순물 제거 및 표면 개질의 건식 세정을 실시한다.
상기 시료(1)의 자외선 건식세정이 완료되고 나면, 상기 반응 챔버(11) 내의 시료 장착용 홀더(3)를 시료 이송 트레이(70)에 의해 도 1의 화살표 방향으로 이동시킴에 따라, 상기 시료 장착용 홀더(3)는 반응 챔버(11)의 진출용 반응 챔버 게이트 밸브(14)를 통하여 도 1의 건식 식각 장치(20)를 향해 이송되기 시작한다.
도 4를 참조하면, 그런 다음, 상기 시료 장착용 홀더(3)가 건식 식각 장치(20)의 진입용 반응 챔버 게이트 밸브(14)를 거쳐 반응 챔버(21) 내에 이송된다.
상기 시료 장착용 홀더(3)가 반응 챔버(21) 내에 이송 완료되고 나면, 상기 시료 장착용 홀더(3) 내의 시료(1) 상에 반응 챔버(21) 내의 패턴 마스크(28)를 흡착 방식으로 부착하고, 반응 가스 주입구(22)를 통하여 반응 챔버(21) 내에 반응 가스를 주입한다.
이후, 소스용 안테나 코일(25)에 소스용 고주파 전원부(26)의 소스용 고주파 전원을 인가함으로써 반응 챔버(21) 내에 균일한 플라즈마를 형성한다. 뒤이어, 시료 장착용 홀더(3)에 바이어스용 고주파 전원부(27)의 바이어스용 고주파 전원을 인가하여 시료(1)를 건식 식각한다.
여기서, 상기 반응 가스를 구성하는 식각 가스(CF4,SF6)와 반응성 가스(Ar,O2)의 혼합 비율을 조절하고 아울러 상기 소스용 고주파 전원 및 바이어스용 고주파 전원을 조절함으로써 다결정실리콘 웨이퍼와 같은 시료(1)를 건식 식각공정에 의해 임의의 깊이만큼 식각한다. 따라서, 시료(1)에 태양전지 효율 향상을 위한 텍스쳐 패턴(미도시)이 형성된다.
이때, 상기 텍스쳐 패턴은 삼차원 구조물의 형태를 가지며, 바람직하게는 가로세로 길이가 1∼10 ㎛ 이내로 형성될 수 있다. 이러한 텍스쳐 패턴은 태양빛의 표면 반사를 최소화하므로 태양전지 디바이스의 효율을 높일 수가 있다.
상기 시료(1)의 텍스쳐 패턴이 형성되고 나면, 상기 시료 장착용 홀더(3)를 시료 이송 트레이(70)에 의해 도 1의 화살표 방향으로 이동시킴에 따라, 반응 챔버(21) 내의 시료 장착용 홀더(3)는 반응 챔버(21)의 진출용 반응 챔버 게이트 밸브(14)를 통하여 도 1의 건식 식각 장치(30)를 향해 이송되기 시작한다.
도 5를 참조하면, 이후, 상기 시료 장착용 홀더(3)가 플라즈마 도핑 장치(30)의 진입용 반응 챔버 게이트 밸브(14)를 거쳐 반응 챔버(31) 내에 이송된다.
상기 시료 장착 홀더(3)가 반응 챔버(31) 내에 이송 완료되고 나면, 반응 가스 주입구(32)를 통하여 반응 챔버(31) 내에 도핑 가스를 주입한다. 이후, 소스용 안테나 코일(35)에 소스용 고주파 전원부(36)의 소스용 고주파 전원을 인가함으로써 반응 챔버(31) 내에 균일한 플라즈마를 형성한다. 그런 다음, 시료 장착용 홀더(3)에 바이어스용 펄스 직류 전원부(37)의 바이어스용 직류 펄스 전원을 인가하여 시료(1)에 불순물을 플라즈마 도핑한다.
여기서, 상기 도핑 가스를 구성하는 가스들의 혼합 비율을 조절하고 아울러 상기 소스용 고주파 전원을 조절하며 상기 바이어스용 펄스 직류 전원을 조절함으로써 시료(1)에 0.1∼1.0 ㎛ 이내의 균일한 두께로 불순물을 도핑할 수 있다.
이때, 상기 시료(1)에 상기 바이어스용 펄스 직류 전원의 주파수와 펄스 폭을 가변하여 인가함으로써 각진 부분의 모서리 와전류 효과를 감소시킬 수 있다. 그러므로, 본 발명은, 상기 텍스쳐 패턴과 같은 삼차원 형태의 구조물이 형성되어 있더라도 상기 텍스쳐 패턴이 형성된 시료(1)에 상기 불순물을 상기 균일한 두께로 도핑할 수 있다. 그 결과, 태양전지 디바이스의 효율이 향상될 수 있다.
상기 불순물의 플라즈마 도핑이 완료되고 나면, 상기 시료 장착용 홀더(3)를 시료 이송 트레이(70)에 의해 도 1의 화살표 방향으로 이동시킴에 따라, 반응 챔버(31) 내의 시료 장착용 홀더(3)는 반응 챔버(31)의 진출용 반응 챔버 게이트 밸브(14)를 통하여 도 1의 열처리 장치(40)를 향해 이송되기 시작한다.
도 6을 참조하면, 이후, 상기 시료 장착용 홀더(3)가 열처리 장치(40)의 진입용 반응 챔버 게이트 밸브(14)를 거쳐 반응 챔버(41) 내에 이송된다.
상기 시료 장착용 홀더(3)가 반응 챔버(41) 내에 이송 완료되고 나면, 반응 가스 주입구(42)를 통하여 반응 챔버(41) 내에 반응 가스를 주입한다. 이후, 상기 플라즈마 도핑된 불순물의 활성화 및 플라즈마 화학기상증착 준비를 위하여 상기 시료(1)를 열처리한다. 즉, 상, 하측의 할로겐 램프(45)를 이용하여 시료(1)의 상, 하 양면에 광을 각각 조사함으로써 시료(1)를 원하는 온도로 가열한다.
상기 시료(1)의 열처리가 완료되고 나면, 상기 반응 챔버(41) 내의 시료 장착용 홀더(3)를 시료 이송 트레이(70)에 의해 도 1의 화살표 방향으로 이동시킴에 따라, 상기 시료 장착용 홀더(3)는 반응 챔버(41)의 진출용 반응 챔버 게이트 밸브(14)를 통하여 도 1의 플라즈마 화학기상증착 장치(50)를 향해 이송되기 시작한다.
도 7을 참조하면, 그런 다음, 상기 시료 장착 홀더(3)가 플라즈마 화학기상증착 장치(50)의 진입용 반응 챔버 게이트 밸브(14)를 통하여 반응 챔버(51) 내에 이송된다.
상기 시료 장착용 홀더(3)가 반응 챔버(51) 내에 이송 완료되고 나면, 반응 챔버(51)의 반응 가스 주입구(52)와 샤워헤드 타입 가스 주입구(55)를 순차적으로 거쳐 반응 챔버(51) 내에 반응 가스를 주입한다. 이후, 샤워헤드 타입 가스 주입구(55)에 고주파 전원부(56)의 고주파 전원을 인가한다.
따라서, 사익 시료(1) 상에 플라즈마 화학기상증착법에 의해 표면반사 방지 및 태양전지 디바이스 보호를 위한 막(미도시), 예를 들어 균일한 굴절율을 가진 실리콘질화막을 형성할 수 있다.
상기 시료(1)에 실리콘질화막이 형성되고 나면, 상기 반응 챔버(51) 내의 시료 장착용 홀더(3)를 시료 이송 트레이(70)에 의해 도 1의 화살표 방향으로 이동시킴에 따라, 상기 시료 장착용 홀더(3)는 반응 챔버(51)의 진출용 반응 챔버 게이트 밸브(14)를 통하여 도 1의 냉각 및 시료 탈착 장치(60)를 향해 이송되기 시작한다.
도 8을 참조하면, 이어서, 앞서 언급한 바와 같은 태양전지 디바이스 단위공정이 완료된 시료(1)를 장착한 시료 장착 홀더(3)가 냉각 및 시료 탈착 장치(60)의 진입용 반응 챔버 게이트 밸브(14)를 통하여 반응 챔버(61) 내에 이송된다.
상기 시료 장착용 홀더(3)가 반응 챔버(61) 내에 이송 완료되고 나면, 반응 챔버(61)의 가스 주입구(62)를 통하여 반응 챔버(61) 내에 질소(N2)를 주입함으로써 시료(1)를 급속 냉각한다.
상기 시료(1)의 냉각이 완료되고 나면, 상기 반응 챔버(51) 내의 시료 장착용 홀더(3)를 시료 이송 트레이(70)에 의해 도 1의 화살표 방향으로 이동시킴에 따라, 상기 시료 장착용 홀더(3)는 반응 챔버(61)의 진출용 반응 챔버 게이트 밸브(14)를 통하여 도 1의 냉각 및 시료 탈착 장치(60)의 외부로 이송된다.The cooling and sample desorption device 60 includes a reaction chamber 61 for cooling and sample desorption, as shown in FIG. 8.
Here, a reaction gas injection port 62 for injecting a reaction gas into the reaction chamber 61 is provided above the reaction chamber 61. In the lower part of the reaction chamber 61, a vacuum exhaust port 63 is formed which exhausts the reaction chamber 61 to form a desired degree of vacuum in the reaction chamber 61. Reaction chamber gate valves 14 are provided at the left and right sides of the reaction chamber 61, respectively.
In addition, the sample mounting holder 3 is transferred and disposed on the sample transfer tray 70 in the reaction chamber 51.
The operation of the inline device for manufacturing a solar cell device according to the present invention configured as described above will be described with reference to FIGS. 1 to 8.
Referring to FIG. 1, first, as shown in FIG. 2, a sample mounting holder 3 on which a sample 1 is mounted is placed on a sample transfer tray 70 of an inline device 100 for manufacturing a solar cell device. Thereafter, the sample mounting holder 3 is started by the sample transfer tray 70 toward the sample mounting and ultraviolet dry cleaning device 10 in the direction of the arrow shown in FIG.
Referring to FIG. 3, the sample mounting holder 3 is then transferred through the reaction chamber gate valve 14 for entry of the reaction chamber 11 and mounted in the reaction chamber 11.
After completion of the mounting of the sample holder 3 in the reaction chamber 11, the sample 1 in the sample holder 3 is initially washed by an ultraviolet dry cleaning process. That is, the upper and lower ultraviolet lamps 15 in the reaction chamber 11 irradiate ultraviolet rays on both upper and lower surfaces of the sample 1, such as a polysilicon wafer, to remove organic and inorganic impurities on both sides of the sample 1. Dry cleaning of the reforming is carried out.
After the ultraviolet dry cleaning of the sample 1 is completed, the sample mounting holder 3 in the reaction chamber 11 is moved by the sample transfer tray 70 in the direction of the arrow in FIG. The mounting holder 3 begins to be transferred toward the dry etching apparatus 20 of FIG. 1 through the outgoing reaction chamber gate valve 14 of the reaction chamber 11.
Referring to FIG. 4, the sample mounting holder 3 is then transferred into the reaction chamber 21 via the reaction chamber gate valve 14 for entry of the dry etching apparatus 20.
After the sample mounting holder 3 is transferred to the reaction chamber 21, the pattern mask 28 in the reaction chamber 21 is adsorbed on the sample 1 in the sample mounting holder 3. The reaction gas is injected into the reaction chamber 21 through the reaction gas injection port 22.
Subsequently, a uniform plasma is formed in the reaction chamber 21 by applying the source high frequency power source of the source high frequency power supply unit 26 to the source antenna coil 25. Subsequently, the sample 1 is dry-etched by applying the bias high frequency power supply of the bias high frequency power supply part 27 to the sample mounting holder 3.
Here, the polysilicon wafer and the mixture of the etching gas (CF 4 , SF 6 ) and the reactive gas (Ar, O 2 ) constituting the reaction gas and the high frequency power for the source and the high frequency power for the bias is adjusted. The same sample 1 is etched to an arbitrary depth by a dry etching process. Therefore, a texture pattern (not shown) for improving solar cell efficiency is formed in the sample 1.
In this case, the texture pattern has a form of a three-dimensional structure, preferably may be formed within a length of 1 ~ 10 ㎛. This texture pattern minimizes surface reflection of sunlight, thereby increasing the efficiency of the solar cell device.
After the texture pattern of the sample 1 is formed, the sample mounting holder 3 is moved by the sample transfer tray 70 in the direction of the arrow of FIG. The holder 3 starts to be transferred toward the dry etching apparatus 30 of FIG. 1 through the reaction chamber gate valve 14 for the advance of the reaction chamber 21.
Referring to FIG. 5, the sample mounting holder 3 is then transferred into the reaction chamber 31 via the reaction chamber gate valve 14 for entry of the plasma doping apparatus 30.
After the sample holder 3 is transferred to the reaction chamber 31, the doping gas is injected into the reaction chamber 31 through the reaction gas inlet 32. Thereafter, a uniform plasma is formed in the reaction chamber 31 by applying the source high frequency power source of the source high frequency power supply unit 36 to the source antenna coil 35. Thereafter, a bias DC pulse power supply of the bias pulse DC power supply unit 37 is applied to the sample mounting holder 3 to plasma-dope impurities to the sample 1.
Here, by controlling the mixing ratio of the gases constituting the doping gas, the high frequency power source for the source and the pulsed DC power supply for the bias by controlling the impurity to the sample 1 with a uniform thickness within 0.1 ~ 1.0 ㎛ Can be doped
At this time, by varying the frequency and the pulse width of the bias pulse DC power supply to the sample (1) it is possible to reduce the corner eddy current effect of the angled portion. Therefore, according to the present invention, even when a three-dimensional structure such as the texture pattern is formed, the impurities 1 may be doped to the uniform thickness on the sample 1 having the texture pattern. As a result, the efficiency of the solar cell device can be improved.
After the plasma doping of the impurities is completed, the sample loading holder 3 in the reaction chamber 31 is moved by the sample transfer tray 70 in the direction of the arrow of FIG. 1. ) Begins to be transferred toward the heat treatment apparatus 40 of FIG. 1 through the outgoing reaction chamber gate valve 14 of the reaction chamber 31.
Referring to FIG. 6, the sample mounting holder 3 is then transferred into the reaction chamber 41 via the reaction chamber gate valve 14 for entry of the heat treatment apparatus 40.
After the sample mounting holder 3 is transferred to the reaction chamber 41, the reaction gas is injected into the reaction chamber 41 through the reaction gas inlet 42. Thereafter, the sample 1 is heat-treated in order to activate the plasma doped impurities and prepare for plasma chemical vapor deposition. That is, the sample 1 is heated to a desired temperature by irradiating light on both upper and lower surfaces of the sample 1 using the upper and lower halogen lamps 45, respectively.
After the heat treatment of the sample 1 is completed, the sample loading holder 3 in the reaction chamber 41 is moved in the direction of the arrow of FIG. The holder 3 starts to be transferred toward the plasma chemical vapor deposition apparatus 50 of FIG. 1 through the reaction chamber gate valve 14 for advancement of the reaction chamber 41.
Referring to FIG. 7, the sample mounting holder 3 is then transferred into the reaction chamber 51 through the reaction chamber gate valve 14 for entry of the plasma chemical vapor deposition apparatus 50.
After the sample mounting holder 3 is transferred to the reaction chamber 51, the reaction chamber 51 is sequentially passed through the reaction gas inlet 52 and the showerhead type gas inlet 55 of the reaction chamber 51. The reaction gas is injected into the container. Thereafter, the high frequency power supply of the high frequency power supply unit 56 is applied to the shower head type gas injection port 55.
Therefore, a film (not shown) for preventing surface reflection and protecting a solar cell device, for example, a silicon nitride film having a uniform refractive index, can be formed on the blade sample 1 by plasma chemical vapor deposition.
After the silicon nitride film is formed on the sample 1, the sample loading holder 3 in the reaction chamber 51 is moved in the direction of the arrow of FIG. The dragon holder 3 begins to be transferred toward the cooling and sample desorption apparatus 60 of FIG. 1 through the outgoing reaction chamber gate valve 14 of the reaction chamber 51.
Referring to FIG. 8, the reaction chamber gate valve 14 for entering the cooling and sample desorption apparatus 60 is then equipped with a sample mounting holder 3 equipped with a sample 1 having completed the solar cell device unit process as mentioned above. Is transferred into the reaction chamber (61).
After the specimen mount holder (3) is complete, transfer the reaction chamber 61, by injecting a nitrogen (N 2) into the reaction chamber 61 through the gas inlet 62 of the reaction chamber 61, the sample (1 Rapid cooling).
After the cooling of the sample 1 is completed, the sample mounting holder 3 in the reaction chamber 51 is moved by the sample transfer tray 70 in the direction of the arrow of FIG. The holder 3 is transferred to the outside of the cooling and sample desorption apparatus 60 of FIG. 1 through the reaction chamber gate valve 14 for advancement of the reaction chamber 61.

따라서, 본 발명은 상술한 바와 같은 구조의 인라인 장치를 사용하여 공정을 진행하면 태양전지 디바이스를 효과적으로 제조할 수 있다.Therefore, the present invention can effectively manufacture a solar cell device by proceeding the process using an inline device having the structure described above.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 의한 태양전지 디바이스 제조용 인라인 장치는 건식형태의 인라인 타입 장치를 사용하여 표면반사방지를 위한 텍스쳐 패턴 구조물을 형성하는 텍스쳐 패턴 형성 단위공정과, 텍스쳐 패턴 구조물의 균일한 불순물 도핑을 위한 플라즈마 도핑 단위공정을 실시함으로써 태양전지의 효율을 향상하고, 또한 기존의 확산로를 사용하여 시료에 불순물을 도핑하는 것에 비하여 플라즈마 도핑공정을 인라인 형태로 진행함으로써 불순물 도핑을 위한 단위공정의 시간 단축 및 비용 절감을 얻을 수 있다.As described above, the inline device for manufacturing a solar cell device according to the present invention is a texture pattern forming unit process for forming a texture pattern structure for preventing surface reflection using a dry type inline type device, and uniformity of the texture pattern structure Improving solar cell efficiency by performing plasma doping unit process for doping impurities Can reduce the time and cost.

Claims (7)

태양전지 디바이스 제조용 시료를 건식 세정 공정에 의해 세정하는 건식 세정 장치;Dry cleaning apparatus which wash | cleans the sample for solar cell device manufacture by a dry cleaning process; 상기 세정된 시료의 일면에 건식 식각 공정에 의해 태양빛의 표면 반사방지를 위한 텍스쳐 패턴을 형성하는 건식 식각 장치;A dry etching apparatus for forming a texture pattern for preventing surface reflection of sunlight by a dry etching process on one surface of the cleaned sample; 상기 텍스쳐 패턴이 형성된 시료의 일면에 플라즈마 도핑 공정에 의해 불순물을 균일한 두께로 도핑하는 플라즈마 도핑 장치;A plasma doping apparatus for doping impurities with a uniform thickness to one surface of a sample on which the texture pattern is formed by a plasma doping process; 상기 도핑된 불순물을 열처리 공정에 의해 활성화하는 열처리 장치;A heat treatment apparatus for activating the doped impurities by a heat treatment process; 상기 불순물이 활성화된 시료의 일면 상에 플라즈마 화학기상증착공정에 의해 태양빛의 표면 반사 방지와 디바이스 보호를 위한 막을 증착하는 플라즈마 화학기상증착장치; 및A plasma chemical vapor deposition apparatus for depositing a film for preventing surface reflection of sunlight and protecting a device by a plasma chemical vapor deposition process on one surface of the impurity activated sample; And 상기 막이 증착된 시료를 급속 냉각하는 냉각 및 시료 탈착 장치를 포함하여 구성되며,It comprises a cooling and sample desorption apparatus for rapidly cooling the sample deposited the film, 상기 장치 각각을 인라인 형태의 순서로 구성하는 것을 특징으로 하는 태양전지 디바이스 제조용 인라인 장치.An inline device for manufacturing a solar cell device, characterized in that each of the devices are configured in an inline order. 제 1 항에 있어서, 상기 건식 세정 장치는 상기 시료 양면의 유/무기물 형태의 불순물 제거 및 표면 개질을 위하여, 상기 시료의 양면에 각각 자외선 램프의 자외선을 조사하는 것을 특징으로 하는 태양전지 디바이스 제조용 인라인 장치.The inline for manufacturing a solar cell device according to claim 1, wherein the dry cleaning device irradiates ultraviolet rays of ultraviolet lamps on both surfaces of the sample to remove impurities and surface modifications of organic and inorganic forms on both sides of the sample. Device. 제 1 항에 있어서, 상기 건식 식각 장치는 다결정 실리콘 재질의 상기 시료의 태양빛 표면반사를 최소화하는 텍스쳐 패턴을 형성하기 위하여, 고주파 플라즈마 소스와 고주파 플라즈마 바이어스 및 절연체 재질의 패턴 마스크를 사용하는 것을 특징으로 하는 태양전지 디바이스 제조용 인라인 장치.The method of claim 1, wherein the dry etching apparatus uses a high frequency plasma source, a high frequency plasma bias, and a pattern mask made of an insulator to form a texture pattern that minimizes solar surface reflection of the sample of polycrystalline silicon. Inline apparatus for manufacturing solar cell devices. 제 1 항에 있어서, 상기 플라즈마 도핑 장치는 고주파 전원을 사용한 소스 플라즈마와 , 펄스 직류 전원을 사용한 바이어스 플라즈마를 이용하는 것을 특징으로 하는 태양전지 디바이스 제조용 인라인 장치.The in-line device for manufacturing a solar cell device according to claim 1, wherein the plasma doping apparatus uses a source plasma using a high frequency power supply and a bias plasma using a pulsed DC power supply. 제 1 항에 있어서, 상기 열처리 장치는 상기 도핑된 불순물의 활성화 및 상기 플라즈마 화학기상증착에서의 전처리를 위하여 상기 시료를 열처리하는 것을 특징으로 하는 태양전지 디바이스 제조용 인라인 장치.The inline apparatus of claim 1, wherein the heat treatment apparatus heat-treats the sample for activation of the doped impurities and pretreatment in the plasma chemical vapor deposition. 제 1 항에 있어서, 상기 플라즈마 화학기상증착장치는 상기 태양빛의 표면 반사 방지와 디바이스 보호를 위한 실리콘질화막을 형성하는 것을 특징으로 하는 태양전지 디바이스 제조용 인라인 장치.The inline apparatus of claim 1, wherein the plasma chemical vapor deposition apparatus forms a silicon nitride film for preventing surface reflection of sunlight and protecting a device. 제 1 항에 있어서, 상기 냉각 및 시료 탈착 장치는 상기 막의 막질 향상을 위해 상기 막을 급속 냉각하는 것을 특징으로 하는 태양전지 디바이스 제조용 인라인 장치.The inline device for manufacturing a solar cell device according to claim 1, wherein the cooling and sample desorption apparatus rapidly cools the membrane to improve the membrane quality.
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