KR101272818B1 - 기판 처리 방법, 기판 및 상기 방법을 수행하기 위한 처리 장치 - Google Patents

기판 처리 방법, 기판 및 상기 방법을 수행하기 위한 처리 장치 Download PDF

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Abstract

실리콘으로 이루어진 태양 전지용 기판들(13)을 처리하기 위한 방법에서, 복수의 식각 공정 후에 상기 기판들이 탈이온수(18)로 세정된다. 기판들(13)은 그 후 건조 스테이션들(22,25)에서 건조 및 가열된다. 가열된 기판들(13)이 산화 스테이션(30)에서 일부의 오존을 갖는 산화 가스(34)에 의하여 산화된다.

Description

기판 처리 방법, 기판 및 상기 방법을 수행하기 위한 처리 장치{Method for the treatment of substrates, substrate and treatment device for carrying out said method}
본 발명은 청구항 1의 말미(preamble)에 따른 기판, 특히 태양 전지 웨이퍼의 처리 방법에 관한 것이다. 본 발명은 더 나아가 이러한 유형의 방법에 의하여 처리된 기판, 특히 태양 전지 웨이퍼 및 상기 방법을 수행하기 위한 처리 장치에 관한 것이다.
단결정 또는 다결정 p-Si 웨이퍼를 사용하는 일반적인 태양 전지의 제조 중에, 예를 들면, 표면의 흡수 특성을 향상시키기 위하여 식각 공정에 의하여 그 표면이 종종 텍스쳐링(texturing)된다. 상기 식각 공정은, 예를 들면, 단결정 실리콘의 경우에 수산화 나트륨 용액 또는 수산화 칼륨 용액과 이소프로필 알코올의 혼합물을 사용하여 수행된다. 다결정 실리콘은 불산과 질산으로 이루어진 용액을 사용하여 식각된다. 추가적인 식각-세정 단계들이 후속하여 수행된다. 기판의 절단(sawing) 후 절단 손상을 제거하기 위한 식각 및 세정을 위한 표준 공정은, 먼저 탈이온수를 이용한 세정 및 그 후 위에서 기술한 용액을 사용한 텍스쳐링 및 절단 손상 식각의 수행을 제공한다. 그 후 탈이온수를 사용한 세정이 다시 한번 수행되고, 존재할 수 있는 다공성 실리콘 및 SiN 착물의 얇은 층을 제거하기 위하여 KOH 식각 또는 NaOH 식각이 후속하여 뒤따른다. 그 후 탈이온수를 사용한 세정이 다시 한 번 수행되고, 중화와 잔존하는 미량 금속의 제거를 위하여 HCl 식각이 뒤따른다. HF 식각과 탈이온수를 이용한 새로운 세정이 뒤따르고 이어서 건조된다. 실리콘 웨이퍼의 표면은 그 후 후속의 확산 공정을 위하여 준비된다.
확산 공정 중에, 약 0.5㎛의 깊이의 인(phosphorus) 확산에 의하여 실리콘 내에 pn 접합이 생성된다. pn 접합은 그러면 태양 전지의 작동 중 빛에 의해 형성된 전하 캐리어를 분리한다. pn 접합을 형성하기 위하여 인 소스가 존재하는 노(furnace)에서 웨이퍼를 약 800℃ 내지 950℃까지 가열한다. 이 경우, 인이 실리콘 표면 안으로 침투하여, 인으로 도핑된 층이 생성된다. 양(+) 전도성의 보론-도핑 베이스(base)와는 반대로 상기 층은 음(-) 전도성이다. 이 공정에서 인 글래스가 표면 상에 형성되고, 후속 단계들에서 HF 산을 사용한 식각에 의하여 제거된다. 그 후 반사 감소 및 패시베이션을 위해, 약 80nm의 두께를 갖고 보통 SiN:H로 이루어진 층이 실리콘 표면에 도포된다. 마지막으로, 금속 콘택들이 스크린 프린팅 방법 등에 의하여 전면 및 후면에 적용된다. 그러나 여기에서 단점은 H2O 분자들이 SiO2 구조 안으로 도입되어 품질 면에서 최적이 아닌 산화물이 형성되는 것이다. 이러한 방법으로 패시베이션된 표면의 전하 캐리어의 수명은, 예를 들면 열적으로 생성된 산화물과 비교하여, 상당히 열등한 값을 나타내는 것으로 측정된다.
본 발명의 목적은 종래의 기술의 문제점들을 회피할 수 있으며, 특히, 더 나은 품질의 기판, 특히 태양 전지 웨이퍼가 제공될 수 있는, 앞에서 언급된 방법, 상기 방법의 용도 및 상기 방법에 의하여 처리된 태양 전지 웨이퍼 및 대응되는 처리 장치를 제공하는 것이다.
이 목적은 청구항 1의 특징을 포함하는 방법, 청구항 7의 특징을 포함하는 용도, 청구항 8의 특징을 포함하는 태양 전지 웨이퍼 및 청구항 11의 특징을 포함하는 처리 장치에 의하여 달성될 수 있다. 본 발명의 유리하고 바람직한 구성은 추가적인 청구항들의 주제이고 아래에서 더욱 상세하게 설명된다. 특징들의 일부는 하나의 기본적인 발명의 개념에 대해서만 설명되지만, 본 발명의 모든 측면에 대하여 적용 가능할 것이다. 특허청구범위의 기재는 명시적인 참조에 의하여 본 발명의 상세한 설명의 내용 안에 통합된다. 또한, 2008년 9월 15일의 우선권 출원 DE 102008048540.3의 기재가 명시적인 참조에 의하여 본 발명의 상세한 설명의 내용 안에 통합된다.
본 방법의 경우에, 기판의 식각은 여러 번 실시되며, 그 사이에 복수의 세정 단계가 있으며, 세정 단계 동안에 물 또는 탈이온수가 사용된다. 본 발명에 따르면, 마지막으로, 기판을 건조하기 위하여 표면으로부터 물을 가능한 한 멀리 제거하도록, 기판이 건조되고 가열된다. 기판 또는 기판의 표면의 산화가 적어도 적은 분량의 오존을 포함하는 가스 혼합물에 의하여 후속하여 수행된다. 그에 의하여, 종래의 습식 산화에 정확히 대조적으로, 소위 건식 산화의 경우 실리콘층 안으로 H2O 분자가 도입되는 것을 방지할 수 있다. 이 경우에, 건조 및 가열은 가열된 가스 혼합물에 의하여 수행된다.
캐리어 가스로서 예를 들면, N2, O2 또는 O3를 포함하는 가스 혼합물, 또한, 복수의 이들 화합물의 혼합물이 산화 또는 이른바 건식 산화를 위하여 유리하게 사용될 수 있다.
기판의 건조 및 가열은 또한 실온에서 수행될 수 있지만, 원칙적으로, 더 높은 온도, 예를 들면, 적어도 50℃로의 가열이 유리하게 제공된다. 특히 유리하게, 적어도 100℃ 내지 150℃로의 가열이 수행된다.
본 발명의 일 구현예에서, 기판의 건조 및 가열 전에, 즉, 예를 들면 마지막 HF 식각 후에, 탈이온수를 사용한 추가의 세정 단계가 부가적으로 수행될 수 있다.
상기 방법은 유리하게 인라인(inline) 방법으로, 선택적으로 배치(batch) 공정으로 수행된다. 그러므로 효율적인 수행으로 높은 처리량을 얻을 수 있다.
위에서 언급된 본 방법이 많은 목적을 위하여 사용될 수 있으나, 태양 전지 용 기판 또는 태양 전지 웨이퍼를 처리하는데 특히 유리하게 사용된다. 위에서 언급된 인라인 방법 또는 배치 방법이 또한 대량으로 처리하는데 적절하다는 것은 정확하게는 이러한 상황에서이다.
본 발명에 따른 방법에 의하여 처리된 태양 전지 웨이퍼는 이러한 방법으로 처리된 실리콘층을 포함할 수 있다. 선택적으로, 그것은 완전히 실리콘 물질로 이루어질 수 있다.
본 발명에 따른 기판 처리 장치는 적어도 하나의 기판 식각 장치 및 물 또는 탈이온수를 이용하는 적어도 하나의 세정 장치를 갖는다. 나아가, 가능한 한 실질적으로 기판의 표면을 건조하고 물을 제거하기 위하여, 가열 수단을 갖는 적어도 하나의 건조 스테이션이 제공된다. 여기에서 건조 스테이션의 하류로 적어도 적은 분량의 오존을 포함하는 가스 혼합물을 도입하는, 기판 또는 기판 표면을 위한 산화 스테이션이 배치된다. 상기 처리 장치의 정확한 구현예, 즉, 다양한 장치들과 작업 스테이션들의 구체적인 세부사항은 위에서 기술된 방법 단계들로부터 유추될 수 있고 적합화될 수 있다.
이들과 추가의 특징들이 특허청구범위 뿐만이 아니라 발명의 상세한 설명과 도면으로부터 나올 수 있으며, 여기에서 개별적인 특징들은 각각의 경우에 그들 자체에 의하여 또는 본 발명의 실시예 및 다른 분야에서 하위 조합(subcombination)의 형태로 복수로서 실현될 수 있고, 유리하고 내재적으로 보호 가능한 구현예들을 구성할 수 있으며, 상기 보호가 여기에서 청구된다. 본 출원을 개별 항목들과 하위 제목들로 세분화하는 것은 그 아래의 진술들의 유효성을 제한하지 않는다.
실리콘 구조 또는 생성된 SiO2 구조 안으로의 H2O의 도입을 방지하여 전하 캐리어의 수명을 향상시킬 수 있다.
도 1은 그 자체로 설명되는 것이 의도된 처리 장치(11)를 개략적으로 도시하며, 그에 기초하여 본 발명에 따른 방법이 또한 설명된다.
처리 장치(11)는 기판들에 대하여 제공되며, 그 중 하나의 기판(13)이 도시되어 있다. 기판은 이송 방향 T로 이동되며, 일반적인 방식으로 구성될 수 있는 식각 장치(15)로부터 나온다. 기판(13) 또는 명확성을 위하여 여기에 도시되어 있지 아은 일련의 연속적인 기판들의 이송은, 롤러(16) 위에서 일어나며, 상기 롤러(16)는 일종의 롤러 컨베이어를 형성한다.
식각 장치(15)의 하류에서 기판(13)은 린싱 스테이션(18)을 통과한다. 기판(13)의 표면을 린스 또는 세정하기 위하여, 린싱 노즐(19)에 의하여 탈이온수(20)가 위와 아래로부터 기판(13)에 적용된다. 이 유형의 린싱 스테이션은 또한 식각 장치(15)의 상류에 제공될 수 있다.
린싱 스테이션(18)의 하류에서, 기판(13)은 이송 방향 T로 제1 건조 스테이션(22)을 통과한다. 상기 건조 스테이션(22)은 팬(23) 및 부가적으로 또한 가열 수단(24)을 갖는다. 예를 들면, 일반적인 전기 히터 또는 기타 방사 가열 요소 및 또한 일반적인 팬이 이 목적으로 사용될 수 있다. 팬의 작용에 의하여, 먼저 기판(13) 표면 위에 위치한 물이 제거되거나 가장 자리로 멀리 보내진다. 더 나아가, 일부의 물은 가열 수단(24)의 실행의 결과로서 증발한다. 더 나아가, 가열은 후속의 산화를 위한 기판의 준비에 유리하게 도움이 될 수 있다.
제1 건조 스테이션(22)의 하류에, 제2 건조 스테이션(25)이 뒤따르며, 이것은 또한 팬(26) 및 가열 수단(27)을 갖는다. 장치(11)가 연속적으로 작동할 수 있고 기판(13)이 또한 실질적으로 건조되고, 적절한 경우, 가열되는 것을 확실히 하도록 여기에서는 두 개의 건조 스테이션이 제공된다. 이들은 또한 동일할 수 있다.
제2 건조 스테이션(25)의 하류에서, 기판(13)은 산화 스테이션(30)으로 로크(lock)(28)를 통과한다. 산화 스테이션(30)은 챔버(31)를 가지며, 그 안에 노즐(33)이 기판(13) 위에 또는 이송을 위한 롤러(16)가 제공된다. 기판(13) 또는 그 표면의 산화를 위하여, 노즐(33)에 의하여 산화 가스(34)가 챔버(31) 안으로 도입된다. 로크(35)에 의하여 기판(13)은 그 후 산화 스테이션(30)으로부터 배출된다.
위에서 설명한 바와 같이, 건조 스테이션(22, 25)에서 기판(13)은 적어도 50℃, 유리하게는 더 높게, 예를 들면 100℃ 내지 150℃로 가열될 수 있다. 이 가열은 기판의 더 나은 건조, 즉, 물의 제거 뿐만이 아니라, 산화를 위한 준비를 위하여 최적화된 패시베이션 및 예를 들면 인 확산을 위한 표면의 준비가 계속하여 가능하도록 한다. 더 나아가, 상기 건조 스테이션들에서의 가열의 결과로서, 연속적인 산화가 전용 히터 또는 가열 수단 없이 장치 내에서 일어날 수 있고, 이 경우 산화가 또한 가열의 결과로서 더 잘 진행된다. 산화 스테이션(30) 내의 건식 산화의 결과로서 실리콘 구조 또는 생성된 SiO2 구조 안으로의 H2O 분자의 새로운 도입이 또한 방지된다. 특히, 이 H2O 분자의 도입은, 전하 캐리어의 수명 측정의 경우에, 본 발명에 따른 건조 및 가열 방식으로 산화되는 기판과 비교하여 열등한 값을 가져온다.
서두에서 기술한 바와 같이 산화 스테이션(30) 내의 산화 가스(34)는 질소, 산소 또는 오존일 수 있다. 그러나 어느 경우에서나, 적어도 적은 최저 비율의 오존이 포함되어야 하는데, 오존은 특히 그의 높은 반응성에 기인하여 산화에 특히 매우 적합하기 때문이다.
13: 기판 15: 식각 장치
16: 롤러 18: 린싱 스테이션
19: 린싱 노즐 20: 탈이온수
22: 건조 스테이션 23, 26: 팬
24, 27: 가열수단 25: 제2 건조 스테이션
28, 35: 로크 30: 산화 스테이션
31: 챔버 33: 노즐
34: 산화 가스

Claims (12)

  1. 실리콘을 포함하거나 적어도 바깥면에 실리콘 물질을 포함하는 기판(13)의 처리 방법으로서,
    상기 처리 동안, 상기 기판들은 복수회 식각되며, 상기 복수회의 식각 사이에 물 또는 탈이온수(20)로 복수의 세정 단계가 수행되고,
    마지막으로, 상기 기판(13)의 표면을 건조하고 물을 제거하기 위하여 상기 기판(13)이 건조 및 가열되고,
    오존을 포함하는 가스 혼합물(34)에 의하여 상기 기판(13) 또는 상기 기판(13) 표면의 건식 산화가 후속하여 수행되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 기판(13)이 가열된 가스에 의하여 건조되고 가열되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
  3. 제1 항 또는 제2 항에 있어서, 상기 가스 혼합물(34)은 N2, O2, O3 의 구성 성분들을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
  4. 제1 항 또는 제2 항에 있어서, 상기 기판(13)은 상기 건조 및 가열 단계 중에 적어도 50℃ 내지 150℃의 온도에 도달되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
  5. 제1 항 또는 제2 항에 있어서, 상기 기판(13)은 상기 건조 및 가열 단계 바로 전에 탈이온수(20)로 다시 세정되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
  6. 제1 항 또는 제2 항에 있어서, 상기 방법은 인라인(inline) 방법으로 수행되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
  7. 제1 항 또는 제2 항에 있어서, 상기 기판(13)은 태양 전지용 기판 또는 태양 전지 웨이퍼인 기판 처리 방법.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 실리콘을 포함하거나 적어도 바깥면에 실리콘 물질을 포함하는 기판(13)의 처리 장치로서,
    상기 처리 장치(11)는 기판(13)을 위한 적어도 하나의 식각 장치(15) 및 물 또는 탈이온수(34)를 이용하는 적어도 하나의 세정 장치(18)를 갖고,
    상기 기판(13)의 표면을 건조하고 물을 제거하기 위하여 가열 수단(24,27)을 갖는 적어도 하나의 건조 스테이션(22,25)이 제공되고,
    상기 건조 스테이션(22,25)의 하류에 오존을 포함하는 가스 혼합물(34)의 도입과 함께 기판(13) 또는 기판 표면을 위한 산화 스테이션(30)이 배치되어 있는 기판 처리 장치.
  12. 제11 항에 있어서, 두 개의 건조 스테이션(22,25)이 제공된 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
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