KR101234574B1 - 산소 플라즈마를 이용한 유기성 오염물 제거방법 및 이를 이용한 태양전지용 실리콘 웨이퍼 제조 방법 - Google Patents

Abstract

산소 플라즈마를 이용한 유기성 오염물 제거방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 태양전지용 실리콘 웨이퍼 표면에 발생하는 핑거 프린터(finger printer)를 제거하는 방법에 관하여 개시한다.
본 발명은, 유기물에 의해 오염된 웨이퍼의 표면에 산소 플라즈마를 가하여, 유기물을 휘발성 기체로 산화시키는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 유기성 오염물 제거방법을 제공한다.

Description

산소 플라즈마를 이용한 유기성 오염물 제거방법 및 이를 이용한 태양전지용 실리콘 웨이퍼 제조 방법{SILICON WAFER FABRICATION METHOD USING O2 PLASMA}

본 발명은 산소 플라즈마를 이용한 유기성 오염물 제거방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 태양전지용 실리콘 웨이퍼 표면에 발생하는 핑거 프린터(finger printer)를 제거하는 방법에 관한 것이다.

태양전지를 제조하기 위한 실리콘 웨이퍼 제조공정은 쵸콜라스키법 또는 캐스트법을 이용하여 잉곳 브릭(ingot brick)을 제조한 후, 웨이퍼 슬라이싱(wafer slicing)을 만들게 된다.

이 때 작업자에 의하여 웨이퍼 표면에 핑거 프린터가 발생하게 된다. 그런데 웨이퍼 표면에 발생된 프린터는 후속 공정에서 결함으로 작용한다. 그런데 핑거 프린터는 일반적인 화학처리로는 제거하기가 곤란한 문제점을 가지고 있었다.
관련선행기술로는 한국특허 공개번호 10-2010-0138800호,(공개일자 2010년 12월31일) '태양전지용 세정액 조성물'이 있다.

본 발명의 목적은 태양전지용 실리콘 웨이퍼 표면에 발생된 핑거 프린터를 제거할 수 있는 유기성 오염물 제거방법을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 표면이 청정한 태양전지용 실리콘 웨이퍼 제조방법을 제공함에 있다.

본 발명은, 유기물에 의해 오염된 웨이퍼의 표면에 산소 플라즈마를 가하여, 유기물을 휘발성 기체로 산화시키는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 유기성 오염물 제거방법을 제공한다.

이 때, 상기 휘발성 기체는 CO₂, H₂O, NO₂ 및 SO₂ 중 적어도 하나 이상을 포함한다.

또한, 상기 산소 플라즈마는 O₂ 가스가 200~400SCCM 공급되고, 공정압력은 50~200mTorr 로 유지되는 상태에서 가해지며, RF파워는 300~500W가 인가된다.

그리고, 본 발명은 실리콘 잉곳을 웨이퍼로 슬라이싱(slicing) 하는 웨이퍼 절단 단계; 절단된 웨이퍼의 표면에 산소 플라즈마를 인가하여 웨이퍼 표면에 형성된 유기성 오염물을 휘발성 기체로 산화시켜 제거하는 산소 플라즈마 처리 단계; 및 상기 산소 플라즈마 처리 단계에서 생성된 웨이퍼 표면의 산화막을 마스크로 활용하여, 웨이퍼 표면에 텍스처링을 수행하는 텍스처링 단계;를 포함하는 태양전지용 실리콘 웨이퍼 제조방법을 제공한다.

이 때, 상기 텍스처링 단계는 웨이퍼를 SiO₂ 식각비에 비하여 Si 식각비가 높은 에칭액에 침지하여 이루어지는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 유기성 오염물 제거방법 및 이를 이용한 태양전지용 웨이퍼 제조방법은 작업자등에 의하여 생성된 웨이퍼 표면의 유기성 오염물을 효과적으로 제거할 수 있는 효과를 가져온다.

또한, 산소 플라즈마 처리시에 발생하는 산화실리콘막을 텍스처링시 마스크로 활용함으로써 원가를 절감하는 효과도 가져온다.

따라서, 종래에 핑거프리터로 인하여 불량품으로 처리되었던 웨이퍼를 활용할 수 있는 효과를 가져온다.

도 1은 본 발명에 따른 태양전지용 웨이퍼 제조방법을 나타낸 공정순서도,
도 2는 실리콘 웨이퍼 표면에 유기성 오염물인 핑거 프린터가 형성된 상태를 나타낸 사진,
도 3은 도 2의 실리콘 웨이퍼를 산소 플라즈마 처리하여 유기성 오염물을 제거한 상태를 나타낸 사진임.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 산소 플라즈마를 이용한 유기성 오염물 제거방법 및 이를 이용한 태양전지용 실리콘 웨이퍼 제조 방법에 관하여 설명하기로 한다.

먼저 실리콘 웨이퍼 표면의 유기성 오염물 제거방법에 관하여 살펴본다.

실리콘 웨이퍼는 캐스트법이나 쵸콜라스키법으로 실리콘 잉곳을 제조한 후, 이를 슬라이싱하여 제조된다.

그런데, 이러한 작업과정에서 웨이퍼의 표면에 유기성 오염물이 부착되는 경우가 발생한다. 유기성 오염물의 예로는 작업자(operator)에 의한 핑거 프린터(finger printer)가 있다.

이러한 유기성 오염물은 유기물인 C,H,O 등을 포함하게 된다. 이러한 유기성 오염물은 일반적인 화학처리 방법으로 제거되지 않는다. 또한 유기성 오염물은 결함(defect)으로 작용하여 소자의 열화를 초래하는 문제점을 가지고 있었다.

본 발명의 유기성 오염물 제거방법은 산소(O₂) 플라즈마를 이용하여, 유기성 오염물을 휘발성 기체로 산화시키는 방법으로 제거한다.

이를 화학식으로 나타내면 아래와 같다.

-[CHONS]n- +[O·] → CO₂ + H₂O + NO₂ + SO₂

즉, C,H,O,N,S의 화합물인 유기성 오염물에 산소 플라즈마를 가하여, 유기물의 구성원소를 휘발성 기체인 CO₂,,H₂O, NO₂, SO₂ 로 산화시켜 제거하는 것이다.

산소 플라즈마를 이용한 유기성 오염물 제거방법의 공정 조건은 다음과 같다.

산소 플라즈마는 O₂ 가스가 200~400 SCCM 공급되고, 공정압력은 50~200 mTorr 로 유지하며, RF 파워 300~500W를 인가하는 것이다.

O₂ 가스 공급량이 200 SCCM 미만인 경우 라디칼(radical)에 의한 유기물 제거가 완전하게 이루어지지 못하며, O₂ 가스 공급량이 400 SCCM 을 초과하는 경우 과량 공급에 의한 챔버 압력을 맞추기 힘들어 지므로, 상기의 범위에서 O₂ 가스 공급량을 조절하는 것이 바람직하다.

공정 압력이 50 mTorr 미만인 경우 밀도는 증가하지만 유기물과의 화학적 반응(chemical interaction)이 떨어지는 물리적 현상에 가깝게 되고, 공정압력이 200 mTorr 를 초과하는 경우 이온 에너지는 낮고 라디칼이 증가하지만 공정압력을 맞추기 어려워 RF 반사율(reflectance)이 증가하는 문제를 초래한다.

RF 파워는 O₂ 가스 공급량 및 공정압력과 관련되데, 일정 RF 파워가 300W 미만인 경우 플라즈마 생성(plasma ignition)이 힘들뿐만 아니라 에치비율(etch rate)이 떨어지고, RF 파워가 500W를 초과하는 경우 RF 반사율이 증가하기도 하고 플라즈마 산화(plasma oxidation)을 초래하는 문제점이 발생한다.

도 1은 본 발명에 따른 태양전지용 웨이퍼 제조방법을 나타낸 공정순서도이다.

본 발명에 따른 태양전지용 웨이퍼 제조방법은 상술한 바와 같은 산소 플라즈마를 이용하여 유기물을 제거함으로써 표면이 청정한 웨이퍼를 제조할 수 있다.

본 발명에 따른 태양전지용 웨이퍼 제조방법은,

실리콘 잉곳을 웨이퍼로 슬라이싱(slicing) 하는 웨이퍼 절단 단계(S-11)와,

절단된 웨이퍼의 표면에 산소 플라즈마를 인가하여 웨이퍼 표면에 형성된 유기성 오염물을 휘발성 기체로 산화시켜 제거하는 산소 플라즈마 처리 단계(S-12)와,

상기 산소 플라즈마 처리 단계에서 생성된 웨이퍼 표면의 산화막을 마스크로 활용하여, 웨이퍼 표면에 텍스처링을 수행하는 텍스처링 단계(S-13)를 포함한다.

이하, 각각의 단계에 관하여 상세하게 살펴본다.

먼저 웨이퍼 절단 단계(S-11)는 실리콘 잉곳을 절단하여 소정 두께의 실리콘 웨이퍼를 제조하는 것이다. 실리콘 잉곳은 쵸클라스키법 이용하여 제조되거나, 캐트 법을 이용하여 제조될 수 있다. 실리콘 잉곳이 제조되면 와이어 쏘잉(wire sawing) 방법이나 이온 빔 주사 방법을 통해 웨이퍼로 슬라이싱 한다.

슬라이싱 된 웨이퍼는 작업자에 의하여 반입, 반출 등의 과정을 거치게 되는데, 이러한 과정에서 유기성 오염물이 실리콘 웨이퍼의 표면에 부착될 수 있다.

이러한 유기성 오염물은 후속되는 산소 플라즈마 처리 단계(S-12)를 거치면서 휘발성 기체로 산화되어 제거된다.

산소 플라즈마 처리 단계(S-12)는 앞서 설명한 유기성 오염물 제거방법을 이용하며, 공정 조건도 동일하다.

산소 플라즈마 처리 단계(S-12)는 유기서 오염물에 의하여 오염된 웨이퍼 표면에 산소 플라즈마를 가하여 유기성 오염물을 CO₂, H₂O, NO₂, SO₂ 등의 휘발성 기체로 산화시켜 제거하게 된다.

그런데, 산소 플라즈마 처리 단계(S-12)는 오염된 웨이퍼 표면 전체에 산소 플라즈마를 가하게 되므로, 웨이퍼 표면에 SiO₂ 산화막을 형성시킨다.

본 발명에 따른 태양전지용 실리콘 웨이퍼 제조방법은 SiO₂ 산화막을 텍스처링 마스크로 활용하는 것을 특징으로 한다.

태양전지용 실리콘 웨이퍼는 광효율 향상을 위해 표면에 피라미드 형태 등 소정의 패턴을 형성하는 텍스처링을 수행하게 된다.

본 발명은 산소 플라즈마 처리 단계(S-12)를 거치면서 형성된 SiO2 산화막을 마스크로 활용하여 텍스처링을 수행하는 것을 특징으로 한다.

즉, 본 발명의 텍스처링 단계(S-13)는 산소 플라즈마 처리 단계에서 생성된 웨이퍼 표면의 산화막을 마스크로 활용하여, 산화막이 형성된 표면에 텍스처링을 수행하는 것이다.

표면에 균일하게 형성된 산화막을 선택적으로 제거한 후, SiO₂ 식각비에 비하여 Si 식각비가 높은 에칭액에 침지하여 이루어지는 것이 바람직하다. Si 식각비가 높은 에칭액에 침지하여 텍스처링을 수행하면 표면에 SiO₂ 산화막이 형성된 면은 식각이 이루어지지 않고, 산화막이 형성되지 않은 표면만 식각이 이루어지며 표면의 소정의 패턴을 형성하게 된다.

실시예

태양전지용 실리콘 웨이퍼에 핑거 프린터를 형성한 후, 하기의 공정조건으로 산소 플라즈마 처리를 수행하였다.

산소 플라즈마 처리는, O₂ 가스를 350 SCCM 공급하고, 공정압력은 160 mTorr 로 유지하였으며, RF파워 420W를 인가하여 산소 플라즈마를 생성하였다.

도 2는 실리콘 웨이퍼 표면에 유기성 오염물인 핑거 프린터가 형성된 상태를 나타낸 사진이고, 도 3은 도 2의 실리콘 웨이퍼를 상기와 같은 산소 플라즈마 처리를 거쳐 유기성 오염물을 제거한 상태를 나타낸 사진이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 핑거 프린터에 의한 오염은 육안으로 쉽게 식별될 수 있는 정도로 후속 태양전지 제조공정에서 결함으로 작용될 수 있으나,

산소 플라즈마 처리를 통해서 도 3과 같이 핑거 프린터를 제거하여 청정한 표면을 얻을 수 있었다.

지금까지 본 발명의 따른 산소 플라즈마를 이용한 유기성 오염물 제거방법 및 이를 이용한 태양전지용 실리콘 웨이퍼 제조 방법에 관한 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 실시적인 변형이 가능함은 물론이다.

S-11 : 웨이퍼 절단 단계
S-12 : 산소 플라즈마 처리 단계
S-13 : 텍스처링 단계

Claims (7)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 실리콘 잉곳을 웨이퍼로 슬라이싱(slicing) 하는 웨이퍼 절단 단계;
   절단된 웨이퍼의 표면에 산소 플라즈마를 인가하여 웨이퍼 표면에 형성된 유기성 오염물을 휘발성 기체로 산화시켜 제거하는 산소 플라즈마 처리 단계; 및
   상기 산소 플라즈마 처리 단계에서 생성된 웨이퍼 표면의 SiO₂ 산화막을 마스크로 활용하여, 상기 웨이퍼의 표면에 균일하게 형성된 산화막을 제거한 후, SiO₂ 식각비에 비하여 Si 식각비가 높은 에칭액에 침지하여 웨이퍼 표면에 텍스처링을 수행하는 텍스처링 단계;를 포함하며,
   상기 산소 플라즈마 처리단계는 O₂ 가스를 200~400SCCM 공급하고, 공정압력은 50~200mTorr 로 유지하며, RF파워 300~500W를 인가하여 산소 플라즈마를 생성하는 것을 특징으로 하는 태양전지용 실리콘 웨이퍼 제조방법.
   
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 휘발성 기체는 CO₂, H₂O, NO₂ 및 SO₂ 중 적어도 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지용 실리콘 웨이퍼 제조방법.
   
7. 삭제

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