KR100966262B1

KR100966262B1 - 전후면 연속증착이 가능한 4챔버 플라즈마 장치

Info

Publication number: KR100966262B1
Application number: KR1020080028580A
Authority: KR
Inventors: 김병준; 배이태
Original assignee: 주식회사 피에스티
Priority date: 2008-03-27
Filing date: 2008-03-27
Publication date: 2010-06-28
Also published as: KR20090103164A

Abstract

본 발명은 태양전지용 플라즈마 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 웨이퍼의 전면(Front Side)을 증착하는 제1프로세스 챔버와 전면이 증착된 웨이퍼의 후면(Back Side)을 연속하여 증착하는 제2프로세스 챔버가 연이어 설치된 4챔버 구조의 플라즈마 장치에 의해 공정의 반복 없이 1싸이클(Cycle)의 증착공정만으로 웨이퍼의 전면과 후면을 연속 증착하여 태양전지 제조공정을 인라인화 할 수 있게 한 전·후면 연속증착이 가능한 4챔버 플라즈마 장치에 관한 것이다.

플라즈마 장치, 4챔버, 전면 증착, 후면 증착

Description

전후면 연속증착이 가능한 4챔버 플라즈마 장치{4 CHAMBER PLASMA FILM FORMING APPARATUS ENABLING CONTINUOUSLY DEPOSITION OF FRONT SIDE AND BACK SIDE OF WAFER}

본 발명은 태양전지용 플라즈마 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 공정의 단절이나 반복 없이 동일 장치 내에서 태양전지용 기판의 전면과 후면을 연속하여 증착(deposition)함으로써, 태양전지 제조공정을 인라인(IN-LINE)화 할 수 있게 한 전·후면 연속증착이 가능한 4챔버 플라즈마 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 반도체소자를 제작할 때 웨이퍼 기판에 SiNx 등 실리콘 화합물의 막을 형성하기 위해 낮은 온도에서도 균일하고 빠른 성막속도를 얻을 수 있는 PECVD(Plasma Enhanced Chemical Deposition) 공정을 이용한다.

태양전지 제조공정 중 이러한 PECVD를 이용하는 SiNx 증착(deposition)공정은 웨이퍼에 질화막(Nitride Film)을 형성하는 것으로서, 이때 웨이퍼에 형성된 질화막은 AR 코팅(Anti Reflect Coating)의 역할을 하여 태양전지에 입사되는 태양광의 반사율을 감소시켜 태양전지의 효율을 향상시킬 수 있게 된다.

또한, 웨이퍼에 증착된 막(Film)의 수소가 패시베이션(Passivation)되어 웨 이퍼 기판의 결함(Defect)을 감소시키므로 태양전지의 효율을 향상시킬 수 있게 된다.

따라서, 근래에는 웨이퍼의 전면(Front Side)뿐 아니라 웨이퍼의 후면(Back Side) 까지 질화막으로 증착(Deposition)시키는 SiNx 증착공정의 중요성과 필요성이 더욱 커지고 있다.

이러한 질화막 증착을 위해 종래에 이용되던 3챔버 구조의 플라즈마 장치(100)는 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 웨이퍼가 안착된 서셉터(Suscepter)가 로딩되는 로딩 챔버(Loading Chamber)(110)와, 상기 로딩 챔버에서 이동된 웨이퍼의 전면(Front Side)을 증착(Deposition)시키는 프로세스 챔버(Process Chamber)(120)와, 증착이 완료된 후 이동되어 서셉터를 냉각시키고 언로딩하는 언로딩 챔버(Unloading Chamber)(130)로 구성되었다. 또한, 상기 플라즈마 장치의 좌우에는 상기 로딩 챔버와 언로딩 챔버에의 웨이퍼 로딩과 언로딩을 담당하는 제1 및 제2프로파일(Profile)(140, 150)이 각각 구비되며, 상기 제1 및 제2프로파일의 내부에는 엘리베이터가 설치되어 웨이퍼를 이송하는 카트(Cart)가 업/다운(Up/Down)하도록 구성되었다.

이와 같이 종래의 플라즈마 장치는 로딩 챔버, 프로세스 챔버 및 언로딩 챔버로 이루어진 3 챔버의 구조로 구성되었으므로, 웨이퍼의 전면뿐 아니라 후면에도 질화막을 증착(Deposition)하기 위해서는 먼저 웨이퍼의 전면 증착(Front Side Deposition) 공정을 완료한 후, 공정이 완료된 웨이퍼에 다시 후면 증착(Back Side Deposition) 공정을 진행하기 위해 후면 증착을 위해 로딩 챔버, 프로세스 챔버 및 언로딩 챔버를 다시 거쳐야 하였다. 따라서, 증착 공정이 전체적으로 2회 반복되어 태양전지 제조 공정의 인라인화(IN-LINE)를 구현하기 어려운 문제점이 있었다.

또한, 동일 플라즈마 장치를 이용한 증착공정의 반복을 피하기 위해 2개의 플라즈마 장치를 이용하여 첫 번째 플라즈마 장치에서는 웨이퍼의 전면 증착(Front Side Deposition)을 진행하여 배출하고, 두 번째 플라즈마 장치에서 추가적으로 전면 증착 공정이 완료된 웨이퍼의 후면 증착(Back Side Deposition)을 진행하여야 하였다. 이럴 경우 태양전지의 제조 공정을 인라인화(IN-LINE)화 하는 것은 가능하지만 PECVD 장비 댓수가 늘어나 장치 투자비가 증가하고 생산 라인의 공간을 많이 차지하는 문제점이 있었다.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 웨이퍼의 전면(Front Side)을 증착하는 제1프로세스 챔버와 전면이 증착된 웨이퍼의 후면(Back Side)을 연속하여 증착하는 제2프로세스 챔버가 연이어 설치된 4챔버 구조를 이룸으로써, 단일의 플라즈마 장치를 이용하여 공정의 반복 없이 1싸이클(Cycle)의 증착공정만으로 웨이퍼의 전면과 후면을 연속 증착하여 태양전지 제조공정을 인라인(IN-LINE)화 할 수 있는 전·후면 연속증착이 가능한 4챔버 플라즈마 장치를 제공함에 있다.

상기 기술적 과제를 이루기 위한 전·후면 연속증착이 가능한 4챔버 플라즈마 장치는, 웨이퍼가 안착된 서셉터가 로딩되는 로딩 챔버; 상기 로딩 챔버에서 이송된 웨이퍼의 전면을 증착하는 제1프로세스 챔버; 상기 제1프로세스 챔버와 연속하여 인접 설치되며, 전면이 증착 완료된 웨이퍼가 이송되어 후면을 증착하는 제2프로세스 챔버; 및 상기 제2프로세스 챔버에서의 후면 증착이 완료된 후 이송된 서셉터가 냉각되고 언로딩되는 언로딩 챔버를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 제1프로세스 챔버가 그 내부 공간의 상부에 설치되어 웨이퍼의 전면에 증착되는 반응가스를 웨이퍼의 전면(Front Side)으로 공급하는 제1샤워헤드와, 측부에 설치되어 상기 서셉터를 지지하는 제1위치조절부와, 하부에 설치되어 웨이퍼를 가열하는 히터를 포함하여 구성되며; 상기 제2프로세스 챔버가 그 내부 공간의 상부에 설치되어 웨이퍼에 반응가스를 증착시키는 열을 제공하는 램프 히터와, 측부에 설치되어 서셉터를 지지하면서 상하 이동시켜 웨이퍼 후면을 하부에서 이격시키는 제2위치조절부와, 하부에 설치되어 웨이퍼 후면에 증착되는 반응가스를 웨이퍼의 후면(Back Side)으로 공급하는 제2샤워헤드를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 서셉터가 웨이퍼의 외곽부분이 안착되는 각 테두리를 제외한 내측이 개방되도록 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 제1위치조절부와 제2위치조절부가 공압실린더로 구성되는 것을 특징으로 하며, 상기 제2위치조절부에 의해 웨이퍼가 이동되는 조절거리는 20 ~ 100㎜로 설정된 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 웨이퍼의 후면에 증착되는 질화막(Nitride Film)의 두께가 300 ~ 1500Å인 것을 특징으로 한다.

본 발명은 증착의 중요성과 필요성이 나날이 증가하는 웨이퍼의 후면(Back Side)을 증착하는 제2프로세스 챔버를 웨이퍼의 전면(Front Side)을 증착하는 제1프로세스 챔버와 연속되게 구비한 단일의 플라즈마 장치에 의해 1 싸이클의 공정만으로 웨이퍼의 전면과 후면을 연속적으로 증착함으로써, 태양전지의 제작에 소요되는 시간을 단축하고 전체 공정의 인라인화(IN-LINE)를 구현할 수 있게 한 장점이 있다.

이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명하도 록 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 전·후면 연속증착이 가능한 4챔버 구조의 플라즈마 장치(200)는 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 웨이퍼가 안착된 서셉터(Suscepter)가 로딩되는 로딩 챔버(Loading Chamber)(210)와, 상기 로딩 챔버에서 이동된 웨이퍼를 전면 증착(Front Side Deposition)시키는 제1프로세스 챔버(Process Chamber 1)(220)와, 상기 제1프로세스 챔버와 연속하게 설치되며 전면이 증착 완료된 웨이퍼가 바로 이동되어 후면 증착(Back Side Deposition)시키는 제2프로세스 챔버(Process Chamber 2)(230)와, 후면 증착까지 모든 증착이 완료된 후 이동된 서셉터를 냉각시키고 언로딩하는 언로딩 챔버(Unloading Chamber)(240)를 포함하여 구성된다.

이때, 상기 4챔버 플라즈마 장치의 좌우에는 종래와 동일하게 상기 로딩 챔버와 언로딩 챔버에의 웨이퍼 로딩과 언로딩을 담당하는 제1 및 제2프로파일(Profile)(250, 260)이 각각 구비되며, 이러한 제1 및 제2프로파일의 내부에는 엘리베이터가 설치되어 웨이퍼를 이송하는 카트가 업/다운하도록 구성된다.

상기 로딩 챔버(210)와 언로딩 챔버(240)는 통상적인 3챔버 플라즈마 장치와 동일하게 제1프로파일에서 공급되는 웨이퍼가 안착되는 도 6에 도시된 바와 같은 서셉터(Suscepter)(300)를 제1프로세스 챔버로 로딩하면서 공급하고, 전면 증착과 후면 증착이 연속으로 진행되어 증착공정이 완료된 웨이퍼가 안착되어 있는 서셉터를 냉각시키고 배출하도록 구성된다.

도 7은 상기 제1프로세스 챔버의 내부 구성을 나타내고, 도 8은 상기 제2프 로세스 챔버의 내부 구성을 나타낸다.

도 7에 도시된 바와 같이, 상기 제1프로세스 챔버(Process Chamber 1)(220)는 상부에 웨이퍼를 전면 증착(Front Side Deposition)시키기 위한 반응가스를 상기 서셉터(300)에 안착된 웨이퍼의 상부에서 공급하는 제1샤워헤드(SHOWER HEAD)(410)가 설치되고, 상기 제1프로세스 챔버의 측부에 상기 서셉터를 지지하는 제1위치조절부(420)가 설치되며, 상기 서셉터의 저면인 제1프로세스 챔버 내부의 하부에는 히터(430)가 설치되어 구성된다.

따라서, 상기 로딩 챔버(210)에서 서셉터가 로딩되어 상기 제1위치조절부(420)에 안착된 후, 상부에서는 증착시키고자 하는 반응가스가 공급되고, 하부에서는 히터에 의해 가열되어 상기 제1샤워헤드(410)에서 공급되는 반응가스가 웨이퍼 전면에 균일하게 증착되면서 제1프로세스 챔버(220)에서의 전면 증착이 완료된다.

또한, 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 제2프로세스 챔버(Process Chamber 2)(230)는 증착공정이 연속적으로 이루어지도록 상기 제1프로세스 챔버와 인접하게 설치되며, 상기 제2프로세스 챔버의 상부에 설치되어 웨이퍼 기판에 반응가스를 증착시키기 위한 열을 제공하는 램프 히터(Lamp Heater)(510)와, 상기 제2프로세스 챔버의 측부에 설치되어 서셉터를 지지하면서 상하 이동시켜 웨이퍼 후면을 제2프로세스 챔버 하부에서 이격시키는 제2위치조절부(520)와, 상기 제2프로세스 챔버의 하부에 설치되어 웨이퍼를 후면 증착(Back Side Deposition)시키기 위한 반응가스를 제2프로세스 챔버 저면으로부터 이격되어 있는 웨이퍼의 후면으로 공급하는 제2 샤워헤드(SHOWER HEAD)(530)가 포함되어 구성된다.

이때, 상기 제2위치조절부(520)는 웨이퍼의 후면에 질소막(Nitride Film) 증착이 이루어질 수 있는 공간을 형성할 수 있도록, 상기 제1프로세스 챔버(220)에서 전달된 서셉터의 위치를 위로 올려 증착 공정이 진행되는 동안 유지하며 후면 증착이 완료된 후 서셉터를 다시 내릴 수 있도록 상기 서셉터의 업/다운(Up/Down) 위치를 조절하는 공압실린더로 구성되는 것이 바람직하다. 이 경우 후면 증착을 위해 상기 제2위치조절부(520)에 의해 위로 이동되는 조절거리는 상기 제2프로세스 챔버 내부의 공간 및 플라즈마 형성을 위한 공간을 고려하여 20 ~ 100㎜의 정도로 설정되는 것이 바람직하다.

이때, 상기 제2위치조절부에 의해 위로 이동된 서셉터의 하부에서 웨이퍼의 후면(Back Side)에 증착이 이루어질 수 있도록, 상기 서셉터(300)는 웨이퍼의 외곽부분이 안착되는 각 테두리를 제외한 내측은 모두 개방된 형태로 구성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제2프로세스 챔버에 설치되는 히터는 후면 증착을 위한 열을 웨이퍼 기판으로 전달함과 아울러 이미 전면 증착이 이루어진 웨이퍼 기판에 미치는 영향을 최소화하기 위해 램프 히터(510)로 구성되는 것이 바람직하다.

따라서, 전면 증착이 완료된 후 상기 제2프로세스 챔버로 공급된 서셉터가 상기 제2위치조절부(520)에 의해 약 20 ~ 100㎜ 만큼 위로 이동된 후, 상기 제2샤워헤드(530)에 의해 웨이퍼 후면으로 반응가스가 공급되고, 상기 램프 히터(510)에서 생성된 열이 웨이퍼 기판의 후면으로 전달되면서 웨이퍼 기판 하부에서 플라즈 마를 형성하며, 이러한 플라즈마가 상기 웨이퍼 기판의 후면에 증착되면서 질화막(Nitride Film)을 형성하여 후면 증착(Back Side Deposition)이 이루어지게 된다. 이때, 상기 웨이퍼 후면에 증착되는 질화막은 AR 코팅 역할을 고려하여 약 300 ~ 1500Å 정도로 구성되는 것이 바람직하다.

이와 같이, 본원 발명은 전면 증착이 가능한 제1프로세스 챔버(220)와 후면 증착이 가능한 제2프로세스 챔버(230)가 연속하게 인접 설치된 단일 플라즈마 장치의 4챔버 구조를 새로이 제안하여 단일 장치내에서 1회의 사이클(Cycle)에 의해 웨이퍼 전면과 후면의 연속적인 증착이 이루어질 수 있게 하였다. 그에 따라, 상기 제2프로세스 챔버(230)에는 후면 증착을 위해 상기 제1프로세스 챔버와는 설치되는 위치를 상이하게 한 샤워헤드와 램프 히터를 구비하며, 증착하고자 하는 웨이퍼 기판의 후면에 플라즈마가 형성되면서 증착될 수 있는 공간을 확보하기 위해 서셉터의 위치를 상하로 이동시킬 수 있는 위치조절부를 구비함으로써 공정의 인라인화(IN-LINE)를 구현할 수 있게 된다.

이상에서는 본 발명에 대한 기술사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 이라면 누구나 본 발명의 기술적 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.

도 1은 종래 3챔버 플라즈마 장치의 평면도,

도 2는 종래 3챔버 플라즈마 장치의 측면도,

도 3은 종래 3챔버 플라즈마 장치의 정면도,

도 4는 본 발명에 따른 전후면 연속증착이 가능한 4챔버 플라즈마 장치의 평면도,

도 5는 본 발명에 따른 전후면 연속증착이 가능한 4챔버 플라즈마 장치의 측면도,

도 6은 서셉터의 평면도,

도 7은 본 발명에 따라 전면 증착이 이루어지는 제1프로세스 챔버의 내부 구성도,

도 8은 본 발명에 따라 후면 증착이 이루어지는 제2프로세스 챔버의 내부 구성도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100 - 3챔버 플라즈마 장치 200 - 4챔버 플라즈마 장치

210 - 로딩 챔버 220 - 제1프로세스 챔버

230 - 제2프로세스 챔버 240 - 언로딩 챔버

300 - 서셉터 410 - 제1샤워헤드

420 - 제1위치조절부 430 - 히터

510 - 램프 히터 520 - 제2위치조절부

530 - 제2샤워헤드

Claims

삭제
플라즈마 장치에 있어서,

웨이퍼가 안착된 서셉터가 로딩되는 로딩 챔버;

상기 로딩 챔버에서 이송된 웨이퍼의 전면을 증착하는 제1프로세스 챔버;

상기 제1프로세스 챔버와 연속하여 인접 설치되며, 전면이 증착 완료된 웨이퍼가 이송되어 후면을 증착하는 제2프로세스 챔버; 및

상기 제2프로세스 챔버에서의 후면 증착이 완료된 후 이송된 서셉터가 냉각되고 언로딩되는 언로딩 챔버를 포함하고,

상기 제1프로세스 챔버는,

내부 공간의 상부에 설치되어 웨이퍼의 전면에 증착되는 반응가스를 웨이퍼의 전면(Front Side)으로 공급하는 제1샤워헤드와, 측부에 설치되어 상기 서셉터를 지지하는 제1위치조절부와, 하부에 설치되어 웨이퍼를 가열하는 히터를 포함하여 구성되며;

상기 제2프로세스 챔버는,

내부 공간의 상부에 설치되어 웨이퍼에 반응가스를 증착시키는 열을 제공하는 램프 히터와, 측부에 설치되어 서셉터를 지지하면서 상하 이동시켜 웨이퍼 후면을 상기 제2프로세스 챔버의 저면에서 이격시키는 제2위치조절부와, 하부에 설치되어 웨이퍼 후면에 증착되는 반응가스를 웨이퍼의 후면(Back Side)으로 공급하는 제2샤워헤드를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전후면 연속증착이 가능한 4챔버 플라즈마 장치.
제2항에 있어서,

상기 서셉터는 웨이퍼의 외곽부분이 안착되는 각 테두리를 제외한 내측이 개방되도록 구성된 것을 특징으로 하는 전후면 연속증착이 가능한 4챔버 플라즈마 장치.
제2항에 있어서,

상기 제1위치조절부와 제2위치조절부는 공압실린더로 구성되는 것을 특징으로 하는 전후면 연속증착이 가능한 4챔버 플라즈마 장치.
제4항에 있어서,

상기 제2위치조절부에 의해 웨이퍼가 이동되는 조절거리는 20 ~ 100㎜로 설정된 것을 특징으로 하는 전후면 연속증착이 가능한 4챔버 플라즈마 장치.
제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 웨이퍼의 후면에 증착되는 질화막(Nitride Film)의 두께는 300 ~ 1500 Å인 것을 특징으로 하는 전후면 연속증착이 가능한 4챔버 플라즈마 장치.