KR101126096B1 - 유도결합형 플라즈마 기판처리 장치 - Google Patents
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Abstract
유도결합형 플라즈마 기판처리 장치가 개시된다. 본 발명에 따르면, 기판처리를 위한 유도결합형 플라즈마(ICP; Inductively Coupled Plasma)장치로서, 일 이상의 절곡점을 갖는 절곡부(162), 절곡부(162)를 기준으로 처리의 대상이 되는 기판(S)의 상부에 위치하는 제1 전극부(161), 절곡부(162)를 기준으로 기판(S)의 하부에 위치하는 제2 전극부(163), 제1 전극부(161)와 제2 전극부(163) 사이에 위치하며 기판(S)을 하부에서 지지하는 서셉터(150), 및 서셉터(150) 하부와 접하여 내부 공간을 형성하는 냉각기판(141)이 제공된다.
Description
본 발명은 유도결합형 플라즈마 기판처리 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 기판의 수소 플라즈마 처리시 플라즈마 밀도를 균일하게 제어할 수 있고, 열처리 시간도 감소시킬 수 있어, 보다 양호하게 기판의 결함을 제거[수소 패시베이션(hydrogen passivation)을 형성함] 할 수 있는 유도결합형 플라즈마 기판처리 장치에 관한 것이다.
석유나 석탄과 같은 기존 화석 에너지 자원의 고갈이 예측되고, 환경에 대한 관심이 높아지면서, 이를 해결할 수 있는 대체 에너지 중 무제한/무공해의 특징을 가지는 태양전지에 관한 기술이 주목 받고 있다.
현재 범용화 되어 있는 태양전지의 대부분은 광흡수층의 재료로 실리콘을 사용하고 있으며, 이 경우 태양전지의 광전 변환 효율을 향상시키기 위하여 기판 상의 실리콘을 수소 플라즈마 처리하여 실리콘 원자의 댕글링 본드(dangling bond)를 패시베이션 하는 방법이 제안되어 왔다.
그러나, 수소 플라즈마 처리시 플라즈마 밀도의 균일도가 저하되고, 고온 상태의 플라스마 처리 시간이 증가함에 따라 플라즈마 처리 정밀도가 불량해지고, 기판이 손상되거나 기판 내에 유입된 수소가 아웃 디퓨전(out diffusion)되는 문제점들이 있었다.
결국 이러한 문제점들은 실리콘층(광전소자)의 특성을 변화시켜 태양전지의 광전 변환 효율을 저하시키는 중요한 불량 요소로 작용될 수 있다.
따라서, 상술된 문제점들을 해결하고 실리콘층 상에 양호한 수소 패시베이션층을 형성시킬 수 있는 플라즈마 처리 기술에 대한 개발이 요구되고 있다.
일반적인 플라즈마 발생 방법에는, 용량결합방식과 유도결합방식이 있는데, 이중 유도결합식 플라즈마(ICP; Inductively Coupled Plasma) 발생 방법은 낮은 압력에서 동작 가능하고 고밀도의 플라즈마 생성이 가능하기 때문에, 기존의 용량결합식 플라즈마(CCP: Capacitively Coupled Plasma) 발생 방법을 대체하고 있다.
유도결합식 플라즈마(ICP) 발생 방법은, 고주파 전압을 공급하는 RF 전원을 통하여 방전 가스 내에 전자기장을 생성하고 이를 통해 가스를 여기시켜 플라즈마를 생성하고 유지하는 방식으로 챔버 내에 장착된 기판의 상부에 플라즈마를 발생시켜 직접 반응에 사용할 수 있다는 장점이 있다.
도 1은 종래의 태양전지 제조를 위한 일반적인 유도결합형 플라즈마 기판처리 장치(10)의 전체 구조를 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1의 유도결합형 플라즈마 기판처리 장치(10)에서 플라즈마 발생소스 전극(12)의 구성만을 나타내는 개략도이다.
도 1에 도시되는 바와 같이, 유도결합형 플라즈마 기판처리 장치(10)는 기판처리 공간을 제공하는 챔버(11), 챔버(11) 내에 유도결합형 플라즈마(ICP)를 발생시키는 플라즈마 발생소스 전극(12), 플라즈마 발생소스 전극(12)의 일단에 연결되며 플라즈마 발생소스 전극(12)에 고주파 전력에 따른 전자기장을 발생시키는 RF 안테나(13), 플라즈마 발생소스 전극(12)의 타단에 연결되는 그라운드(14), 챔버 내에서 기판(S)을 안착시키는 서셉터(15) 등을 포함한다.
하지만, 플라즈마 발생소스 전극(12)의 길이가 길어짐에 따라 전력 감쇄가 발생하게 된다. 즉, RF 안테나(13)는 RF 전원으로부터 인가 받은 고주파 전류를 이용하여 전자기장을 발생시키는데, 플라즈마 발생소스 전극(12)의 길이가 길어지게 되면, RF 안테나(13)에 의해 발생되는 전자기장의 세기가 RF 안테나(13)로부터 멀어짐에 따라 감소되게 된다.
전술한 바와 같이, 유도결합형 플라즈마 기판처리 장치(10)에서는 전자기장을 통해 플라즈마가 생성되게 되는데, 전자기장의 세기가 감소되게 되면, 자연히 생성되는 플라즈마의 밀도도 감소하게 된다. 따라서, 도 2에 참조번호 A로 표시된 영역, 즉 RF 안테나(13)와 멀고 그라운드(14)와 가까운 영역에서는 플라즈마 밀도가 상대적으로 감소하게 되는 문제점이 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해서, 제안된 기술이 복수개의 플라즈마 발생소스 전극(12)의 양단에 RF 안테나(13)와 그라운드(14)가 구비되는 위치를 번갈아가면서 배열하는 방식이다. 즉, 특정 플라즈마 발생소스 전극(12)의 좌측단에는 RF 안테나(13), 우측단에는 그라운드(14)가 형성되어 있다면, 인접하는 플라즈마 발생소스 전극(12)의 좌측단에는 그라운드(14), 우측단에는 RF 안테나(13)가 형성되는 구조이다.
이에 따르면, 플라즈마 발생소스 전극(12)에 있어서, RF 안테나(13)와 먼 거리에 있는 영역이라 할지라도 인접 플라즈마 발생소스 전극(12)의 일단에 형성되어 있는 RF 안테나(13)와는 가까운 거리에 있게 되므로, 횡방향으로는 상대적으로 약한 전자기장을 갖는 특정 영역이 존재하지 않게 된다.
그러나, 이러한 방식도 인접 플라즈마 발생소스 전극(12)들을 통해 전달되는 RF 안테나(13)로부터의 신호 방향은 서로 반대이기 때문에, 플라즈마 발생소스 전극(12)들 사이에서는 신호의 상쇄가 발생하게 된다. 따라서, 종래의 유도결합형 플라즈마 기판처리 장치(10)는 플라즈마의 밀도를 균일화 하는데 그 한계가 있다.
또한, 종래의 유도결합형 플라즈마 기판처리 장치(10)는 플라즈마 처리시 수행되는 열처리 시간을 단축시킬 수 있는 효율적인 기술적 구성이 없기 때문에 기판의 손상을 방지하기 어렵고 수소의 아웃 디퓨전을 방지하는데 한계가 있다.
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 모두 해결하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 유도결합형 플라즈마 기판처리 장치에 있어서, 전자기장 발생을 위한 RF 신호가 기판의 전면과 후면에 반대 방향으로 인가되도록 함으로써, 기판의 전 영역에 걸쳐서 균일한 플라즈마 밀도를 얻을 수 있도록 하는 것을 다른 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 유도결합형 플라즈마 기판처리 장치에 있어서, 플라즈마 처리시 수행되는 열처리 시간을 단축시키는 것을 다른 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 대표적인 구성은 다음과 같다.
본 발명의 일 태양에 따르면, 기판처리를 위한 유도결합형 플라즈마(ICP; Inductively Coupled Plasma)장치로서, 일 이상의 절곡점을 갖는 절곡부, 상기 절곡부를 기준으로 처리의 대상이 되는 기판의 상부에 위치하는 제1 전극부, 상기 절곡부를 기준으로 상기 기판의 하부에 위치하는 제2 전극부, 상기 제1 전극부와 상기 제2 전극부 사이에 위치하며 기판을 하부에서 지지하는 서셉터, 및 상기 서셉터 하부와 접하여 내부 공간을 형성하는 냉각기판을 포함하는 것을 특징으로 유도결합형 플라즈마 기판처리 장치가 제공된다.
이때, 상기 제1 전극부의 말단은 플라즈마 생성을 위한 전자기장을 발생시키는 RF(Radio Frequency) 신호를 인가하는 RF 안테나와 연결되고, 상기 제2 전극부의 말단은 그라운드와 연결될 수 있다.
상기 절곡부는 2개의 절곡점을 포함하고, 상기 플라즈마 발생소스 전극은 그 사이에 상기 기판이 개재된 상태로 'ㄷ' 자 또는 역 'ㄷ' 자 형태일 수 있다.
상기 서셉터는 하나 또는 다수개의 홀을 구비할 수 있다.
상기 서셉터는 상기 하나 또는 다수개의 홀 마다 연결된 홈을 더 구비할 수 있다.
상기 냉매는 헬륨 가스일 수 있다.
상기 기판의 가장자리부를 고정시키는 그립부를 더 포함할 수 있다.
상기 기판 상에는 실리콘층이 형성되고, 상기 실리콘층은 수소 플라즈마 처리될 수 있다.
상기 수소 플라즈마 처리는 암모니아(NH3)를 포함하는 가스를 이용할 수 있다.
상기 플라즈마 처리 중에 상기 실리콘층 상에 실리콘 질화막(SiNx)이 형성될 수 있다.
상기 플라즈마 처리는 열처리와 병행하며, 최대 열처리 온도를 갖는 제1 구간과 상기 제1 구간보다 온도가 낮은 제2 구간으로 구분하여 수행될 수 있다.
상기 제1 구간은 상기 플라즈마 처리 및 상기 열처리가 모두 온(Pon, Hon) 상태일 수 있다.
본 발명에 의하면, 유도결합형 플라즈마를 이용하는 기판처리 장치에 있어서, 전자기장 발생을 위한 RF 신호가 기판의 전면과 후면에 반대 방향으로 인가되기 때문에, 기판의 전 영역에 걸쳐서 균일한 플라즈마 밀도를 얻을 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 유도결합형 플라즈마를 이용하는 기판처리 장치에 있어서, 기판을 효율적으로 냉각시킬 수 있는 수단을 구비하여 플라즈마 처리시 수행되는 열처리 시간을 단축시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 태양전지 제조를 위한 일반적인 유도결합형 플라즈마 기판처리 장치의 전체 구조를 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1의 유도결합형 플라즈마 기판처리 장치(10)에서 플라즈마 발생소스 전극(12)의 구성만을 나타내는 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 유도결합형 플라즈마 기판처리 장치(100)를 상측에서 도시한 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 유도결합형 플라즈마 기판처리 장치(100)를 하측에서 도시한 사시도이다.
도 5는 본 발명의 도 3의 I부터 I`까지 영역의 단면을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 유도결합형 플라즈마 기판처리 장치(100)의 플라즈마 발생소스 전극(360)을 상세하게 나타내는 사시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 RF 신호가 유도결합형 플라즈마 기판처리 장치(100) 내에서 흐르는 모습을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 도 3의 S부터 S`까지 영역의 단면을 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 다른 일 실시예에 의한 서셉터(150)의 단면을 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 의한 서셉터(150)의 단면을 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 의한 서셉터(150)를 나타내는 평면도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘층의 수소 패시베이션 공정에서 플라즈마 처리와 열처리 시간에 따른 온도 변화를 나타내는 그래프이다.
도 2는 도 1의 유도결합형 플라즈마 기판처리 장치(10)에서 플라즈마 발생소스 전극(12)의 구성만을 나타내는 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 유도결합형 플라즈마 기판처리 장치(100)를 상측에서 도시한 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 유도결합형 플라즈마 기판처리 장치(100)를 하측에서 도시한 사시도이다.
도 5는 본 발명의 도 3의 I부터 I`까지 영역의 단면을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 유도결합형 플라즈마 기판처리 장치(100)의 플라즈마 발생소스 전극(360)을 상세하게 나타내는 사시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 RF 신호가 유도결합형 플라즈마 기판처리 장치(100) 내에서 흐르는 모습을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 도 3의 S부터 S`까지 영역의 단면을 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 다른 일 실시예에 의한 서셉터(150)의 단면을 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 의한 서셉터(150)의 단면을 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 의한 서셉터(150)를 나타내는 평면도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘층의 수소 패시베이션 공정에서 플라즈마 처리와 열처리 시간에 따른 온도 변화를 나타내는 그래프이다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.
이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
[본 발명의 바람직한 실시예]
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 유도결합형 플라즈마 기판처리 장치(100)를 상측에서 도시한 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 유도결합형 플라즈마 기판처리 장치(100)를 하측에서 도시한 사시도이다.
도 5는 본 발명의 도 3의 I부터 I`까지 영역의 단면을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 유도결합형 플라즈마 기판처리 장치(100)의 플라즈마 발생소스 전극(360)을 상세하게 나타내는 사시도이다.
도 3 내지 도 6을 참조하면, 유도결합형 플라즈마 기판처리 장치(100)에서 처리되는 기판(S)의 재질은 글래스인 것이 바람직하나 이에 한정되지는 아니한다. 따라서, 플라스틱, 폴리머, 실리콘 웨이퍼, 스테인레스 스틸 등 다양한 재질의 기판(S)이 본 발명의 유도결합형 플라즈마 기판처리 장치 (100)에서 처리될 수 있음을 밝혀둔다.
또한, 유도결합형 플라즈마 기판처리 장치(100)에서 수행되는 기판처리 과정이란 상술한 바와 같은 기판(S) 상에 금속막, 절연막, 금속 합금막, 산화물막, 질화물막, 폴리머막 등 특별히 제한되지 않는 다양한 소재의 막을 증착하는 과정과, 상술한 기판(S) 상에 증착된 막을 특별하게 제한되지 않는 다양한 패턴의 막으로 식각하는 과정을 모두 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 3 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 유도결합형 플라즈마 기판처리 장치(100)는 챔버(110)를 포함하여 구성될 수 있다. 챔버(110)는 공정이 수행되는 동안 실질적으로 내부 공간이 밀폐되도록 구성되어 기판(S)을 처리하기 위한 공간을 제공하는 기능을 수행할 수 있다. 도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 챔버(110)는 직육면체 형상을 가지는 것이 바람직하나 반드시 이에 한정되지는 아니한다.
또한, 도 3 내지 도 6을 참조하면, 챔버(110)는 기판(S)이 로딩 및 언로딩되기 위한 도어(111), 챔버(110) 내의 기판(S) 존재 여부를 탐지하는 기판 탐지 센서(112), 챔버(110)의 리드(lid)가 개방될 수 있도록 기능하는 리드 오픈 힌지(hinge; 113), 챔버(110) 내부의 진공 정도를 탐지하는 진공 측정 게이지(114), 챔버(110)의 내부를 육안으로 확인할 수 있도록 하는 뷰 포트창(115), 챔버(110) 내부의 물리적인 상태를 측정하는 다수개의 스페어 포트(116), 및 챔버(110) 외부로 열이 전달되는 것을 차단하는 단열재(117) 등을 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 챔버(110)는 기판(S)의 처리에 필요한 공정 가스를 챔버(110) 내부에 공급 및 배출하는 수단을 포함하여 구성될 수 있다. 보다 구체적으로, 도 3 내지 도 6을 참조하면, 챔버(110) 내에 공정 가스를 주입하기 위한 가스 주입부(121), 주입된 공정 가스를 분배하기 위한 가스 분배부(122), 챔버(110)의 중앙에서 공정 가스의 분배를 제어 또는 조절하는 중앙 가스 분배 제어부(123), 챔버(110)의 측부에서 공정 가스의 분배를 제어 또는 조절하는 측면 가스 분배 제어부(124), 챔버(110)의 하부에 형성되며 챔버(110) 내의 공정 가스를 펌핑하기 위한 펌핑부(125), 공정 중 챔버(110) 내의 온도를 센싱하기 위한 온도 측정부(126), 펌핑부(125)로 빠져나가는 공정 가스의 흐름을 균일하게 하여 챔버(110) 내부의 가스 흐름을 균일하게 함과 동시에 플라즈마 반응 공간과 비반응 공간이 구분되도록 하는 펌핑 배플(127), 및 챔버(110) 내부로 흘러 들어가는 공정 가스의 흐름을 제어하는 공정 가스 밸브(미도시) 등을 포함하여 구성될 수 있다.
이때, 챔버(110) 내부에 공급될 수 있는 공정 가스의 종류는 특별하게 제한되지 아니하며, 플라즈마 공정을 수행하는 목적에 따라 다양한 공정 가스가 이용될 수 있을 것이다.
한편, 도 3 내지 도 6에서 다양한 챔버(110)의 구성요소들의 배치에 대하여 예시적으로 나타내고 있으나, 이러한 챔버(110)의 구성요소들의 배치는 도 3 내지 도 6에 도시된 것으로 한정되지 아니한다. 예를 들면, 챔버(110) 내부의 가스 흐름을 원활하게 함과 동시에 플라즈마 반응 공간과 비반응 공간이 구분되도록 하는 펌핑 배플(127)은, 도 5에서 제2 전극부(163)와 서셉터(150) 사이에 배치된 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 제2 전극부(163)와 히터(130) 사이에 배치될 수도 있을 것이다.
다음으로, 도 3 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 유도결합형 플라즈마 기판처리 장치(100)는 히터(130)를 포함하여 구성될 수 있다. 히터(130)는 챔버(110)의 내부 또는 외부에 설치되어 플라즈마 공정에 필요한 열을 기판(S)에 공급하는 기능을 수행할 수 있다. 이러한 히터(130)는 도시된 바와 같이, 제2 전극부(163)의 하측에 설치될 수 있으며, 석영관 내부에 발열체가 삽입되어 있는 봉형의 단위 히터(미도시) 복수개로 구성될 수 있다.
다음으로, 도 3 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 유도결합형 플라즈마 기판처리 장치(100)는 플라즈마 발생소스 전극(160)을 포함하여 구성된다. 플라즈마 발생소스 전극(160)은 유도결합식 플라즈마(ICP) 발생 방법으로 플라즈마가 생성되도록 하는 기능, 즉 고주파 전압을 공급하는 RF 전원을 인가 받아 전자기장이 생성되도록 함으로써 플라즈마가 생성되고 유지되도록 하는 기능을 수행할 수 있다.
본 발명의 플라즈마 발생소스 전극(160)은 기판(S)을 사이에 두고 절곡되어 있는 것을 특징적 구성으로 한다. 이를 위하여, 본 발명의 플라즈마 발생소스 전극(160)은 제1 전극부(161), 절곡부(162) 및 제2 전극부(163)를 포함하여 구성될 수 있다. 보다 구체적으로, 플라즈마 발생소스 전극(160)은 절곡부(162)를 기준으로 하여, 기판(S)의 상부에 존재하는 제1 전극부(161) 및 기판(S)의 하부에 존재하는 제2 전극부(163)를 포함하여 구성될 수 있다. 이러한 절곡부(162)는 일 이상의 절곡점을 가질 수 있으며, 바람직하게는 도시되는 바와 같이 두 개의 절곡점을 가질 수 있다. 절곡점이 두 개인 경우, 플라즈마 발생소스 전극(160)은 'ㄷ' 자 또는 역 'ㄷ' 자 형태일 수 있다. 이 때, 기판(S)은 'ㄷ' 자 또는 역 'ㄷ' 자 형태의 사이에 배치될 수 있을 것이다.
다음으로, 도 3 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 유도결합형 플라즈마 기판처리 장치(100)는 RF 안테나(170) 및 그라운드(180)를 포함하여 구성될 수 있다. RF 안테나(170)는 RF 신호를 플라즈마 발생소스 전극(160)에 인가하는 기능을 수행할 수 있으며, 그라운드(180)는 인가된 RF 신호가 플라즈마 발생소스 전극(160)에서 흐르도록 하는 기능을 수행할 수 있다. 또한, RF 안테나(170)는 기판(S)의 상부에 위치하는 제1 전극부(161)의 말단과 연결될 수 있으며, 그라운드(180)는 기판(S)의 하부에 위치하는 제2 전극부(163)의 말단과 연결될 수 있다.
다음으로, 도 3 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 유도결합형 플라즈마 기판처리 장치(100)는 서셉터(150)를 포함하여 구성될 수 있다. 서셉터(150)는 제1 전극부(161)와 상기 제2 전극부(163) 사이에 위치하며, 플라즈마 공정 동안 기판(S)이 그 위에 안착되어 지지될 수 있도록 하는 기능을 수행할 수 있다. 서셉터(150)의 재질로는 석영 또는 세라믹과 같은 내열성이 우수한 재질로 구성할 수 있으며, 열 전도성이 우수한 흑연(graphite)을 사용할 수 있는데, 서셉터(150) 상에 탄화규소(SiC)를 코팅할 수도 있다.
특히, 본 발명의 일 실시예에 따른 서셉터(150)는 기판을 효율적으로 냉각시킬 수 있는 수단[도 8에서 설명되는 냉각부(140)]을 더 구비할 수도 있다. 따라서, 플라즈마 처리시 수행되는 열처리 시간을 단축시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있는데, 보다 상세한 설명은 도 8 내지 도 11을 참조한 이하의 설명을 통해 알아보기로 한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 RF 신호가 유도결합형 플라즈마 기판처리 장치(100) 내에서 흐르는 모습을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 7을 참조하면, 기판(S)의 상부에 위치하게 되는 플라즈마 발생소스 전극(160)의 제1 전극부(161)에 RF 신호가 인가되며, 기판(S)의 하부에 위치하게 되는 플라즈마 발생소스 전극(160)의 제2 전극부(163)로 RF 신호가 흘러나갈 수 있다. 즉, RF 안테나(170)로부터 인가되는RF 신호는 기판(S)의 상부에서 인가된 후, 플라즈마 발생소스 전극(160)을 따라 이동하여 기판(S) 하부에서 그라운드(180)를 통해 빠져나갈 수 있으며, 이러한 과정에 의하여 플라즈마가 발생되고 유지될 수 있다.
이에 따르면, 제1 전극부(161)와 제2 전극부(163)에서 흐르는 RF 안테나(170)로부터의 신호의 방향이 반대가 되므로, 어느 특정 영역에서 RF 신호가 약해져 플라즈마 밀도가 감소하는 현상이 사라지게 된다. 즉, 기판(S)이 배치되는 위치에서 그라운드(180)와 가까운 영역에서는 전자기장의 세기가 작아질 수 있지만, 해당 영역은 RF 안테나(170)와도 가까운 영역이므로 전자기장의 세기가 보상되고, 절곡부(162)와 가까운 영역에서는 제1 전극부(161)에 의한 전자기장과 제2 전극부(163)에 의한 전자기장이 서로 보상 효과를 일으키게 되며, 이에 따라 기판(S)의 전면에 걸쳐서 균일한 플라즈마 밀도를 얻을 수 있다.
또한, RF 안테나(170)로부터 인가되는 신호의 방향이 반대이면 서로 상쇄를 일으킬 수 있으나, 본 발명에 의하면, 제1 전극부(161)와 제2 전극부(163)를 통한 신호의 전달이 기판(S)의 서로 다른 면 상에서 이루어지기 때문에 신호의 감쇄 현상이 나타나지 않게 되어서 전자기장의 세기가 유지될 수 있게 된다. 즉, 제1 전극부(161)를 통해 전달되는 신호의 방향과 제2 전극부(163)를 통해 전달되는 신호의 방향은 반대이나, 두 전극부 사이에 기판(S)이 배치되기 때문에 반대 방향의 신호 전달에 의한 감쇄 현상을 방지할 수 있다.
요컨대, 본 발명에 의하면, 유도결합형 플라즈마 기판처리 장치(100)에 있어서, 전자기장 발생을 위한 RF 신호의 인가 방향을 기판(S)을 사이에 두고 반대 방향으로 해줌으로써, 전 영역에 걸쳐 균일한 플라즈마 밀도를 얻을 수 있음과 동시에 어떤 영역에서도 신호의 감쇄 현상을 방지할 수 있고, 이에 따라 원하는 플라즈마 밀도를 얻기 위해 필요한 RF 전력의 크기도 작아질 수 있어서 전력 소모도 줄일 수 있다.
마지막으로, 플라즈마 발생소스 전극(160) 및 서셉터(150)를 제외한 유도결합형 플라즈마 기판처리 장치(100)의 각 구성 및 이를 이용한 기판처리 과정은 공지의 기술이므로, 이에 대한 상세한 내용은 본 명세서에서 생략하기로 한다.
서셉터(150)의
구성
이하의 상세한 설명에서는 본 발명의 구현을 위하여 중요한 기능을 수행하는 서셉터(150)의 내부 구성 및 각 구성요소의 기능에 대하여 살펴보기로 한다.
도 8은 본 발명의 도 3의 S부터 S`까지 영역의 단면을 나타내는 도면이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 서셉터(150)는 기판을 효율적으로 냉각시킬 수 있도록 냉각부(140: 141, 142)를 더 구비할 수 있다. 보다 자세하게 설명하면, 냉각부(140)는 냉각기판(141) 및 이송관(142)을 포함하여 구성될 수 있다.
먼저, 냉각기판(141)은 서셉터(150)의 하측에 접하여 일정한 내부 공간을 형성할 수 있다. 일 예로 도시된 바와 같이 서셉터(150)의 하측 가장자리부와 접하여 보다 대면적의 내부 공간을 형성할 수 있다. 이때, 내부 공간에는 외부에 위치하는 냉매 공급부(미도시됨)로부터 공급되는 냉매가 균일하게 확산되어 상부에 위치하는 서셉터(150)를 냉각시키는 기능을 수행할 수 있다. 즉, 냉각기판(140)의 내부 공간에 균일하게 확산된 냉매는 서셉터(150)와의 접촉 면적이 증가하여 보다 용이하게 냉각 기능을 수행할 수 있다.
이어서, 냉각된 서셉터(150)는 상부에 위치하는 기판(S)의 온도를 낮출 수 있다. 즉, 냉각된 서셉터(150)는 열 전달 기능을 수행하는 매개로써, 간접적으로 기판(S)의 열을 감소시킬 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각부(140)는 최종적으로 기판(S)의 온도를 용이하게 제어할 수 있는 기능을 수행할 수 있다.
다음으로, 이송관(142)은 외부에 위치하는 냉매 공급부(미도시됨)로부터 냉각기판(141)으로 냉매를 균일하게 공급하는 기능을 수행할 수 있다. 이때, 본 발명에서는 도시된 바와 같이 냉각기판(141)의 가장자리부 일측에 하나의 이송관(142)이 위치하는 경우를 일 예로 설명하지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 냉각기판(141)의 가장자리부 및/또는 중앙부에 하나 또는 다수개의 이송관(142)이 연결되어 보다 균일하게 냉매를 공급할 수도 있다.
한편, 이러한 냉매로는 헬륨(He) 가스를 이용할 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 공지된 다른 액체, 기체를 포함하는 냉매를 제한 없이 이용할 수 있다.
도 9는 본 발명의 다른 일 실시예에 의한 서셉터(150)의 단면을 나타내는 도면이다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 서셉터(150)는 하나 또는 다수개의 홀(151)을 구비하여 냉각부(140)에서 의해 공급되는 냉매를 기판(S)까지 직접 공급하여 보다 용이하게 기판(S)의 온도를 제어할 수 있다.
보다 자세하게 설명하면, 외부에 위치하는 냉매 공급부(미도시됨)로부터 이송관(142)으로 통해 냉각기판(141)의 내부 공간에 공급된 냉매는 내부 공간에 균일하게 확산될 수 있다.
이어서, 냉각기판(141)의 내부 공간에 확산된 냉매는 서셉터(150)의 하나 또는 다수개의 홀(151)을 통해 기판(S)까지 직접 냉매를 공급할 수 있다.
따라서, 상술된 도 8을 참조한 본 발명의 일 실시예에 따른 서셉터(150)는 단순히 냉각을 위한 열 전달 기능을 하는데 반하여, 본 발명의 다른 일 실시예에 의한 서셉터(150)는 열 전달 기능과 동시에 직접 냉매를 기판(S)에 공급하여 냉각 효과를 향상시킬 수 있다.
도 10은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 의한 서셉터(150)의 단면을 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 의한 서셉터(150)를 나타내는 평면도이다.
도 10 및 도 11을 참조하면, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 서셉터(150)는 하나 또는 다수개의 홀(151) 및 하나 또는 다수개의 홈(152)을 더 구비하여 냉각부(140)에서 의해 균일하게 공급되는 냉매를 기판(S)까지 직접 균일하게 분배하여 공급함으로써, 보다 용이하게 기판(S)의 온도를 제어할 수 있다.
보다 자세하게 설명하면, 외부에 위치하는 냉매 공급부(미도시됨)로부터 이송관(142)으로 통해 냉각기판(141)의 내부 공간에 공급된 냉매는 내부 공간에 균일하게 확산될 수 있다.
이어서, 냉각기판(141)의 내부 공간에 확산된 냉매는 서셉터(150)의 하나 또는 다수개의 홀(151)을 통해 기판(S)까지 직접 냉매를 공급할 수 있다.
이어서, 하나 또는 다수개의 홀(151)을 통해 공급된 냉매는 하나 또는 다수개의 홀(151) 마다 연결된 홈(152)을 따라 균일하게 분배되어 기판(S)에 직접 냉매를 공급할 수 있다.
따라서, 상술된 도 8을 참조한 본 발명의 일 실시예에 따른 서셉터(150)는 단순히 냉각을 위한 열 전달 기능을 하는데 반하여, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 의한 서셉터(150)는 열 전달 기능과 동시에 직접 공급되는 냉매를 균일하게 대면적으로 분배하여 기판(S)에 공급하여 냉각 효과를 향상시킬 수 있다.
한편, 도시되지는 않았지만, 본 발명의 다양한 실시예에는 서셉터(150)에 의한 기판(S)의 가열 과정 및 하나 또는 다수개의 홀(151)을 통해 공급되는 냉매에 의한 기판(S)의 냉각 과정으로 인하여 기판(S)이 유동(즉, 기판의 휨 등 기판의 변형)되는 것을 방지하기 위해 기판의 가장자리부를 고정시키는 그립 장치를 더 구비할 수 있다. 이러한 그립 장치는 공지된 기판 그립 기술에 제한 없이 이용할 수 있다.
이상에서 설명된 냉각부(140: 141, 142)를 포함하는 서셉터(150)를 이용하면 다음과 같은 태양전지의 수소 패시베이션 공정을 수행할 수 있다.
수소
패시베이션
공정
도시되지는 않았지만, 태양전지에서는 기판(S) 상에 형성된 실리콘층을 소정 가스로 플라즈마 처리하여 실리콘층의 수소 패시베이션(hydrogen passivation) 공정을 수행할 수 있다. 한편, 이러한 수소 패시베이션 과정에서 실리콘층 상에는 보호막이 형성될 수 있다.
이러한 플라즈마 가스로는 암모니아(NH3)를 사용할 수 있으나, 암모니아(NH3)와 수소(H2)의 혼합 가스를 사용할 수도 있다. 이는 암모니아의 수소(또는 수소)가 실리콘 원자의 댕글링 본드(dangling bond)와 결합하여 실리콘층의 결함을 제거할 수 있고, 암모니아의 질소는 실리콘(Si)과 반응하여 실리콘 질화막(SiNx)인 보호막을 형성할 수 있기 때문이다.
따라서, 실리콘 질화막(SiNx)은 수소가 실리콘층에서 아웃 디퓨전(out diffusion) 되는 것을 방지할 수 있고, 동시에 산소가 외부에서 침투하는 것을 방지할 수 있다. 이때, 보호막은 전자가 통과할 수 있을 정도의 두께가 얇은 박막이거나 랜덤(random)한 미세한 패턴 또는 섬(island) 형태로 형성될 수 있기 때문에 광전 변환 효율에 영향을 미치지 않을 수 있다.
한편, 본 발명의 플라즈마 처리는 열처리 온도에 따라 제1 구간(열처리 구간 중 최대 열처리 온도를 갖는 구간)과 이보다 낮은 제2 구간(열처리 구간 중 소정의 임계 열처리 온도에서 최대 열처리 온도까지의 구간)으로 구분하여 수행함으로써, 기판 손상 및 수소의 아웃 디퓨전(out diffusion) 현상을 효율적으로 방지할 수 있다. 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘층의 수소 패시베이션 공정에서 플라즈마 처리와 열처리 시간에 따른 온도 변화를 나타내는 그래프이다.
도 12를 참조하면, 열처리와 플라즈마 처리의 순서는 열처리 온(Hon) -> 플라즈마 처리 온(Pon) -> 열처리 오프(Hoff) -> 플라즈마 처리 오프(Poff) 일 수 있다. 이때, 암모니아를 포함하는 가스는 열처리 온(Hon) 시 공급될 수 있고, 플라즈마 처리 오프(Poff) 시 배기될 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 플라즈마 처리 온(Pon) 구간(T1, T2)에서 공급되어 암모니아 플라즈마를 형성할 수 있도록 할 수 있다.
이러한 열처리는 플라즈마 처리보다 먼저 온(Hon) 상태로 전환하고, 플라즈마 처리는 열처리보다 나중에 오프(Poff) 상태로 전환할 수 있음을 알 수 있다. 이때, 플라즈마 및 열처리가 모두 온(Pon, Hon) 상태인 제1 구간(T1)의 온도는 열처리 온도 중 최대 열처리 온도이다. 또한, 열처리가 오프(Hoff) 상태이고 플라즈마 처리가 온(Pon) 상태인 제2 구간(T2)의 온도는 열처리 온도 중 소정의 임계 열처리 온도에서 최대 열처리 온도 사이의 온도이다.
이는, 고온 구간인 제1 구간(T1)과 이보다 낮은 온도 구간인 제2 구간(T2)으로 구분하여 고온의 열처리 시간을 단축하면서도 플라즈마 처리 시간을 확보할 수 있기 때문이다.
따라서, 이와 같이 냉각부(140: 141, 142)를 포함하는 서셉터(150)를 이용하여 열처리 시간을 용이하게 제어할 수 있으므로 고온에서 장시간 암모니아 플라즈마 처리시 발생될 수 있는 기판 손상 및 수소의 아웃 디퓨전을 방지할 수 있다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명이 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 상기 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등하게 또는 등가적으로 변형된 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
S: 기판
100: 유도결합형 플라즈마 기판처리 장치
110: 챔버
111: 도어
112: 기판 탐지 센서
113: 리드 오픈 힌지
114: 진공 측정 게이지
115: 뷰 포트창
116: 스페어 포트
117: 단열재
121: 가스 주입부
122: 가스 분배부
123: 중앙 가스 분배 제어부
124: 측면 가스 분배 제어부
125: 펌핑부
126: 온도 측정부
127: 펌핑 배플
130: 히터
140: 냉각부
141: 냉각기판
142: 이송관
150: 서셉터
160: 플라즈마 발생소스 전극
161: 제1 전극부
162: 절곡부
163: 제2 전극부
170: RF 안테나
180: 그라운드
100: 유도결합형 플라즈마 기판처리 장치
110: 챔버
111: 도어
112: 기판 탐지 센서
113: 리드 오픈 힌지
114: 진공 측정 게이지
115: 뷰 포트창
116: 스페어 포트
117: 단열재
121: 가스 주입부
122: 가스 분배부
123: 중앙 가스 분배 제어부
124: 측면 가스 분배 제어부
125: 펌핑부
126: 온도 측정부
127: 펌핑 배플
130: 히터
140: 냉각부
141: 냉각기판
142: 이송관
150: 서셉터
160: 플라즈마 발생소스 전극
161: 제1 전극부
162: 절곡부
163: 제2 전극부
170: RF 안테나
180: 그라운드
Claims (12)
- 기판처리를 위한 유도결합형 플라즈마(ICP; Inductively Coupled Plasma)장치로서,
일 이상의 절곡점을 갖는 절곡부,
상기 절곡부를 기준으로 처리의 대상이 되는 기판의 상부에 위치하는 제1 전극부,
상기 절곡부를 기준으로 상기 기판의 하부에 위치하는 제2 전극부,
상기 제1 전극부와 상기 제2 전극부 사이에 위치하며 기판을 하부에서 지지하는 서셉터, 및
상기 서셉터 하부와 접하여 내부 공간을 형성하는 냉각기판
을 포함하고,
상기 제1 전극부의 말단은 플라즈마 생성을 위한 전자기장을 발생시키는 RF(Radio Frequency) 신호를 인가하는 RF 안테나와 연결되고, 상기 제2 전극부의 말단은 그라운드와 연결되되,
상기 제1 전극부를 통하여 상기 기판의 전면에 인가되는 RF 신호의 방향과 상기 제2 전극부를 통하여 상기 기판의 후면에 인가되는 RF 신호의 방향은 서로 반대인 것을 특징으로 유도결합형 플라즈마 기판처리 장치. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 절곡부는 2개의 절곡점을 포함하고,
상기 플라즈마 발생소스 전극은 그 사이에 상기 기판이 개재된 상태로 'ㄷ' 자 또는 역 'ㄷ' 자 형태를 띄는 것을 특징으로 하는 유도결합형 플라즈마 기판처리 장치. - 제1항에 있어서,
상기 서셉터는 하나 또는 다수개의 홀을 구비하는 것을 특징으로 하는 유도결합형 플라즈마 기판처리 장치. - 제4항에 있어서,
상기 서셉터는 상기 하나 또는 다수개의 홀 마다 연결된 홈을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 유도결합형 플라즈마 기판처리 장치. - 제1항에 있어서,
상기 냉매는 헬륨 가스인 것을 특징으로 하는 유도결합형 플라즈마 기판처리 장치. - 제1항에 있어서,
상기 기판의 가장자리부를 고정시키는 그립부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유도결합형 플라즈마 기판처리 장치. - 제1항에 있어서,
상기 기판 상에는 실리콘층이 형성되고, 상기 실리콘층은 수소 플라즈마 처리되는 것을 특징으로 하는 유도결합형 플라즈마 기판처리 장치. - 제8항에 있어서,
상기 수소 플라즈마 처리는 암모니아(NH3)를 포함하는 가스를 이용하는 것을 특징으로 하는 유도결합형 플라즈마 기판처리 장치. - 제8항에 있어서,
상기 플라즈마 처리 중에 상기 실리콘층 상에 실리콘 질화막(SiNx)이 형성되는 특징으로 하는 유도결합형 플라즈마 기판처리 장치. - 제8항에 있어서,
상기 플라즈마 처리는 열처리와 병행하며, 최대 열처리 온도를 갖는 제1 구간과 상기 제1 구간보다 온도가 낮은 제2 구간으로 구분하여 수행되는 것을 특징으로 하는 유도결합형 플라즈마 기판처리 장치. - 제11항에 있어서,
상기 제1 구간은 상기 플라즈마 처리 및 상기 열처리가 모두 온(Pon, Hon) 상태인 것을 특징으로 하는 유도결합형 플라즈마 기판처리 장치.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020100018238A KR101126096B1 (ko) | 2010-02-26 | 2010-02-26 | 유도결합형 플라즈마 기판처리 장치 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020100018238A KR101126096B1 (ko) | 2010-02-26 | 2010-02-26 | 유도결합형 플라즈마 기판처리 장치 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20110098568A KR20110098568A (ko) | 2011-09-01 |
| KR101126096B1 true KR101126096B1 (ko) | 2012-03-29 |
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ID=44952096
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020100018238A KR101126096B1 (ko) | 2010-02-26 | 2010-02-26 | 유도결합형 플라즈마 기판처리 장치 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR101126096B1 (ko) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100523851B1 (ko) * | 2003-05-07 | 2005-10-27 | 학교법인 성균관대학 | 대면적처리용 내장형 선형안테나를 구비하는 유도결합플라즈마 처리장치 |
| KR100691875B1 (ko) * | 2005-03-25 | 2007-03-09 | 최진문 | 대기압 플라즈마 유전체 세정장치 |
-
2010
- 2010-02-26 KR KR1020100018238A patent/KR101126096B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100523851B1 (ko) * | 2003-05-07 | 2005-10-27 | 학교법인 성균관대학 | 대면적처리용 내장형 선형안테나를 구비하는 유도결합플라즈마 처리장치 |
| KR100691875B1 (ko) * | 2005-03-25 | 2007-03-09 | 최진문 | 대기압 플라즈마 유전체 세정장치 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20110098568A (ko) | 2011-09-01 |
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