KR101312922B1 - 플라즈마 처리장치 및 처리방법 - Google Patents

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    • H01L31/022466—Electrodes made of transparent conductive layers, e.g. TCO, ITO layers

Abstract

피처리의 이동시간과 장비에 로딩 언로딩하는 시간을 단축시켜 생산성을 크게 향상시킬 수 있으며, 제조과정에서 공기노출을 최소화시켜 실리콘 산화막 생성을 최소화시킬 수 있는 플라즈마 처리장치 및 처리방법이 개시된다. 이러한 플라즈마 처리장치는, 공정 챔버, 하스(hearth), 플라즈마 건 및 가스 분사부를 포함한다. 상기 공정 챔버는 상부 챔버, 하부 챔버 및 상기 상부 챔버 및 하부 챔버의 사이에서 피처리 기판이 삽입된 트레이의 외측을 지지하는 격리판을 포함하고, 플라즈마 공정이 진행된다. 상기 하스는 상기 하부 챔버 내부에 배치되어 소스 태블릿을 담지한다. 상기 플라즈마 건은 상기 하부 챔버의 측부에 배치되고, 상기 소스 태블릿을 향해 플라즈마를 발생시킨다. 상기 가스 분사부는 상기 상부 챔버 내에 배치되고, 상기 피처리 기판을 향해 공정가스를 분사한다.

Description

플라즈마 처리장치 및 처리방법{PLASMA PROCESSING APPARATUS AND METHOD}
본 발명은 플라즈마 처리장치 및 처리방법에 관한 것으로, 보다 상세히 플라즈마 처리장치에 관한 것이다.
종래의 화력발전이 화석연료의 고갈, 이산화탄소에 의한 지구 온난화 등의 많은 문제점을 발생시키고, 원자력발전 또한 안전상의 많은 문제점을 노출하고 있어, 근래 풍력, 태양광발전 등의 대체 에너지 개발이 활발히 진행되고 있는 있다.
태양광발전에는 태양전지가 사용되는데, 근래 개발된 HIT 셀의 경우, 최고의 에너지 변환효율을 갖는다. 이러한 HIT 셀은 고순도의 N 타입 웨이퍼 상면에 순차적으로 진성 반도체층, P 타입 반도체층, 투명전극(TCO) 및 인출전극을 형성하고, 상기 N 타입 웨이퍼 하면에 순차적으로 진성 반도체층, N 타입 반도체층, 투명전극(TCO) 및 인출전극을 형성한다. 이때, 상기 진성 반도체층, 상기 P 타입 반도체층, 상기 N 타입 반도체층은 아몰퍼스 실리콘(a-Si)으로 형성되고, 투명전극(TCO)은 징크옥사이드(ZnO) 또는 인듐틴옥사이드(ITO)등의 투명도전체 물질로 형성되고, 인출전극은 상기 투명전극층의 일부에 은(Ag)으로 형성된다.
종래 ITO층 형성에는 스퍼터링 방법이 사용되고 있었으나, ITO층을 형성하기 위해 스퍼터링 방법을 사용하는 경우, ITO층의 하부의 아몰퍼스 실리콘 박막에 손상을 가져와 제조된 태양전지의 효율이 낮아지는 문제점이 발생된다.
이러한 문제점을 해결하기 위해서, 아몰퍼스 실리콘 박막형성을 위해서는 통상의 PECVD장비가 사용되고, ITO층 형성을 위해서는, 근래들어, 플라즈마 건을 이용한 리모트 플라즈마(Remote Plasma Deposition: RPD) 장비가 사용되고 있다.
이러한 HIT 셀을 제작하기 위해서는 통상 한쪽 면에 아몰퍼스 실리콘 박막을 증착한 후, 뒤집어서 다시 아몰퍼스 실리콘 박막을 증착한다. 그 이후, RPD 증착용 트래이(Tray)로 기판(또는 웨이퍼)들을 옮긴 다음에 ITO층을 형성하고 다시 뒤집어서 ITO층을 형성하게 된다.그러나, 이러한 방법은 제조 공정상 여러 장비를 거쳐야 하므로, 제조시간이 증가하여 생산성이 저하되는 문제점이 있을 뿐만 아니라, PECVD장비와 리모트 플라즈마 장비 사이에서 피처리을 이동시키는 과정에서 공기중에 피처리이 노출되어 표면에 실리콘 산화막이 발생되어 태양전지의 전기적 저항을 증가시켜 효율을 떨어뜨리는 문제점이 발생된다.
따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 피처리의 노출을 최소화하여 피처리 표면에 발생되는 실리콘 산화막을 방지할 수 있으며, 생산성을 증가시킬 수 있는 플라즈마 처리장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 피처리의 노출을 최소화하여 피처리 표면에 발생되는 실리콘 산화막을 방지할 수 있으며, 생산성을 증가시킬 수 있는 플라즈마 처리방법을 제공하는 것이다.
이러한 과제를 달성하기 위한 본 발명의 예시적인 일 실시예에 의한 플라즈마 처리장치는 공정 챔버, 하스(hearth), 플라즈마 건 및 가스 분사부를 포함한다. 상기 공정 챔버는 상부 챔버, 하부 챔버 및 상기 상부 챔버 및 하부 챔버의 사이에서 피처리 기판이 삽입된 트레이의 외측을 지지하는 격리판을 포함하고, 플라즈마 공정이 진행된다. 상기 하스는 상기 하부 챔버 내부에 배치되어 소스 태블릿을 담지한다. 상기 플라즈마 건은 상기 하부 챔버의 측부에 배치되고, 상기 소스 태블릿을 향해 플라즈마를 발생시킨다. 상기 가스 분사부는 상기 상부 챔버 내에 배치되고, 상기 피처리 기판을 향해 공정가스를 분사한다.
예컨대, 상기 가스 분사부는, 외부의 전기적 파워가 인가되는 전극판 및 상기 전극판 하부에 배치되어 상기 격리판을 향해 가스를 분사하는 가스 분산판을 포함하고, 상기 전극판 내에는 가열부재가 포함될 수 있다.
예컨대, 상기 플라즈마 처리장치는 상기 공정 챔버와 연결되어 상기 공정 챔버로 피처리 기판을 가열시켜 제공하는 프리히팅 챔버를 더 포함할 수 있다.
이와 다르게, 상기 트레이는 가열부재를 포함하여 상기 피처리 기판을 가열할 수 있다.
한편, 상기 공정 챔버와 연결되어 피처리 기판을 뒤집기 위한 기판 턴오버 챔버를 포함하고, 상기 기판 턴오버 챔버는, 연장 또는 수축될 수 있도록 다단으로 구성되며, 회전이 가능한 로봇팔과, 상기 로봇팔로부터 분기되어 상기 피처리 기판의 일측을 지지하는 제1 핑거, 및 상기 로봇 팔로부터 분기되어 상기 피처리 기판의 타측을 지지하는 제2 핑거를 포함할 수 있다.
본 발명의 예시적인 일 실시예에 의한 플라즈마 처리방법은, PECVD 공정을 이용하여 박막 증착을 수행하는 상부 챔버 및 플라즈마 건을 이용한 리모트 플라즈마 공정을 이용하여 투명 도전막 형성을 수행하는 하부 챔버를 포함하는 플라즈마 처리장치를 이용하는 플라즈마 처리방법으로서,
상기 상부 챔버를 이용하여 PECVD공정을 통하여 기판에 박막을 증착하는 단계 및 상기 하부 챔버를 이용하여 플라즈마 건에서 발생된 플라즈마를 태블릿에 조사하여 상기 태블릿을 기화시킴으로써 기판에 투명 도전막을 형성하는 단계를 포함한다.
이때, 상기 상부 챔버를 이용한 공정과 하부 챔버를 이용하는 공정은 순차적으로 진행될 수 있다.
보다 상세히, 상기 상부 챔버를 이용하여 상기 기판의 제1 면에 박막을 형성 후, 상기 기판의 뒤집어 배치하고 상기 하부 챔버를 이용하여 상기 박막에 투명 도전막을 형성할 수 있다.
이와 다르게, 상기 상부 챔버를 이용한 공정과 하부 챔버를 이용하는 공정은 동시에 진행될 수 있다.
보다 상세히, 상기 상부 챔버를 이용하여 기판의 제1 면에 박막을 형성한 후, 상기 기판을 뒤집어 배치하고, 상기 상부 챔버를 이용하여 상기 기판의 제2 면에 박막을 형성하는 공정과 상기 하부 챔버를 이용하여 상기 기판의 상기 제1 면에 형성된 박막에 투명 도전막을 형성하는 공정이 동시에 진행될 수 있다.
본 발명에 의한 플라즈마 처리장치 및 처리방법에 의하면, 피처리의 이동시간과 장비에 로딩 언로딩하는 시간을 단축시켜 생산성을 크게 향상시킬 수 있다.
또한, PECVD 장비와 리모트 플라즈마 장비를 개별구입에 따른 생산비용 및 이들 사이의 연결에 필요한 설비에 소요되는 비용을 저감할 수 있으며, 생산에 필요한 공간을 대폭 감소시킬 수 있다.
또한, HIT 셀의 제조과정에서 공기노출을 최소화시켜 실리콘 산화막 생성을 최소화시킬 수 있다. 따라서, 생산되는 HIT 셀의 효율을 증가시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 예시적인 일 실시예에 의한 플라즈마 처리장치의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 예시적인 다른 실시예에 의한 플라즈마 처리장치의 개략도이다.
도 3은 도 1 및 도 2에서 도시된 플라즈마 처리장치에 적용된 본 발명의 예시적인 일 실시예에 의한 플라즈마 건의 절개 사사도이다.
도 4는 도 1 및 도 3에서 도시된 플라즈마 건의 일부를 도시한 단면도이다.
도 5는 도 1 및 도 2에서 도시된 상부 챔버를 확대하여 도시한 개략도이다.
도 6은 도 1 및 도 2에서 도시된 로봇암의 개략적인 평면도이다.
도 7은 도 1 및 도 2에서 도시된 트레이를 도시한 사시도이다.
상술한 본 발명의 특징 및 효과는 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명은 하기의 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구현될 수도 있다. 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 보다 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 기술적 사상과 특징이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공된다. 도면들에 있어서, 각 장치 또는 막(층) 및 영역들의 두께는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 과장되게 도시되었으며, 또한 각 장치는 본 명세서에서 설명되지 아니한 다양한 부가 장치들을 구비할 수 있다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 예시적인 일 실시예에 의한 플라즈마 처리장치의 개략도이다. 도 2는 본 발명의 예시적인 다른 실시예에 의한 플라즈마 처리장치의 개략도이다. 도 7은 도 1 및 도 2에서 도시된 트레이를 도시한 사시도이다. 도 1 및 도 2에서 도시된 플라즈마 처리장치는 프리히팅 챔버를 제외하면 실질적으로 동일하다.
도 1, 도 2 및 도 7을 참조하면, 본 발명의 예시적인 일 실시예에 의한 플라즈마 처리장치(100)는 공정 챔버(110), 하스(Hearth,120), 플라즈마 건(130) 및 가스 분사부(210)를 포함한다. 예컨대, 도 1에서와 같이, 상기 플라즈마 처리장치(100)는 프리히팅 챔버(300)를 더 포함할 수 있다.
상기 프리히팅 챔버(300)는 상기 공정 챔버(110)와 연결된다. 상기 프리히팅 챔버(300)는 램프 등의 가열부재(도시안됨)를 포함하여, 트레이(301)에 배치된 피처리 기판(S)을 프리히팅한다. 상기 피처리 기판(S)은 예컨대 트레이(301)에 형성된 관통홀(301a)에 삽입되고, 걸림턱(301b)에 지지되어 상기 프리히팅 챔버(300)로부터 상기 공정 챔버(110)으로 로딩된다. 한편 상기 플라즈마 처리장치(100)는 프리히팅 챔버(300)를 구비하지 않을 수도 있는데, 이 경우, 상기 트레이(301) 내에 열선을 포함하여, 상기 피처리 기판(S)은 트레이로부터 예열될 수도 있다.
예컨대, 상기 프리히팅 챔버(300)는, 상기 피처리 기판(S)을 이후 공정챔버(110)에서 진행되는 공정에 적합한 온도, 즉 약 섭씨 200도로 프리히팅한다.
상기 공정 챔버(110)에서는 플라즈마 공정이 진행된다. 상기 공정 챔버(110)는 상부 챔버(111), 하부 챔버(112) 및 격리판(113)를 포함한다. 상기 상부 챔버(111)와 상기 하부 챔버(112)는 상기 공정 챔버(110)의 상부와 하부를 구성하며, 상기 격리판(113)는 상기 상부 챔버(111)와 상기 하부 챔버(112) 사이에 배치된다. 예컨대, 상기 격리판(113)는 상기 공정 챔버(110)의 내벽으로부터 내측으로 돌출하여 형성되며, 피처리 기판(S) 또는 상기 트레이(301)의 외측을 지지한다.
상기 하스(120)는 상기 공정 챔버(110) 내부, 보다 상세히 상기 하부 챔버(112) 바닥에 배치되어 소스 태블릿(ST)을 담지한다. 상기 소스 태블릿(ST)은 예컨대, 원통형으로 피처리(S)에 형성되는 박막과 동일 물질을 포함한다. 예컨대, 피처리(S)에 인듐틴옥사이드(ITO) 박막을 형성하는 경우, 상기 소스 태블릿(ST)은 인듐틴옥사이드를 포함한다. 상기 하스(120)는 가열장치(도시안됨)을 포함하여 상기 소스 태블릿(ST)을 가열할 수도 있다.
상기 플라즈마 건(130)은 상기 하부 챔버(112)의 측부에 배치되어 플라즈마를 발생시켜 상기 하부 챔버(112)에 공급한다. 상기 전력 공급부(140)는 상기 플라즈마 건(130) 및 상기 하스(120)에 담지된 소스 태블릿(ST)에 전위를 인가하여 전력을 공급한다.
상기 플라즈마 건(130)은 예컨대, 상기 하부 챔버(112)의 측부에 결합되고, 플라즈마를 생성하여 상기 하부 챔버(112)에 공급한다. 상기 플라즈마 건(130)은 하부 챔버(112) 외부에 부착된 것으로 도시되어 있으나, 상기 하부 챔버(112)의 내부에 배치될 수도 있다. 또한, 상기 플라즈마 처리장치(100)는 하나의 플라즈마 건(130)을 포함하는 것으로 도시되어 있으나, 하나 이상의 플라즈마 건(130)을 포함할 수도 있다. 한편, 다수의 플라즈마 건(130)은 다수의 공정을 하나의 챔버에서 진행하기 위해서 병렬로 배치될 수도 있고, 이와 다르게 공정 챔버(110)의 둘레를 따라서 방사선상으로 배치될 수도 있다.
이러한 플라즈마 건(130)은 하우징(131)과, 상기 하우징(131) 내부에 배치된 전극(132) 및 상기 하우징(131) 내부에 아르곤(Ar)과 같은 플라즈마 생성용 가스를 공급하기 위한 가스 공급부(133)를 포함한다. 상기 플라즈마 건(130)은 전극 마그넷(134) 및 전극 코일(135)를 더 포함할 수 있다. 상기 플라즈마 건(130)은 공급되는 플라즈마 생성용 가스를 플라즈마로 형성하여 이를 챔버(110)에 공급한다. 상기 플라즈마 건(130)은 전력 공급부(140)에 의해 구동된다. 상기 플라즈마 건(130)의 상세한 구조는 도 3 및 도 4를 참조로 보다 상세히 설명한다.
상기 전력 공급부(140)는 상기 하스(120)에 담지된 소스 태블릿(ST) 및 상기 플라즈마 건(130)의 상기 전극(132) 사이에 전위차를 인가하여, 상기 소스 태블릿(ST)을 애노드(anode)로 동작시키고, 상기 전극(132)을 캐소드(cathode)로 동작시켜 방전시킨다. 이를 위하여 상기 전력 공급부(140)는 상기 전극(132)과 상기 소스 태블릿(ST) 사이에 전위차를 인가하기 위한 전원(141), 상기 제1 저항(142) 및 제2 저항(143)을 포함할 수 있다.
상기 전원(141)의 양극은 상기 소스 태블릿(ST)에 전기적으로 연결되며, 상기 제1 저항(142) 및 제2 저항(143)을 통해서 각각 상기 전극 마그넷(134) 및 상기 전극 코일(135)에 전기적으로 연결되고, 상기 전원(141)의 음극은 상기 플라즈마 건(130)의 상기 전극(132)에 전기적으로 연결된다. 상기 전원(141)의 음극은 상기 플라즈마 건(130)의 상기 가스 공급부(133)에 전기적으로 연결되어 상기 가스 공급부(133)가 보조전극으로 동작될 수도 있다.
먼저, 상기 전원(141)에 의해서, 상기 가스 공급부(133)와 상기 소스 태블릿(ST) 사이에 강한 전기장이 형성되면, 상기 가스 공급부(133)의 최단부에서 전자가 방출되고, 전기장에 의해 상기 소스 태블릿(ST)을 향해서 이동되는 보조 방전(글로우 방전)이 일어나며, 이후 상기 전극(132)이 가열되어 열전자가 방출됨으로써 주방전(아크 방전)으로 진행된다. 이러한 방전을 통해서, 상기 가스 공급부(133)를 통해서 주입된 공정가스는 플라즈마화되고, 이렇게 생성된 플라즈마(P)는 외부 전원(도시안됨)에 연결된 수렴 코일(210)에 의해 공정 챔버(110) 내부로 유도되고, 상기 하스(120)에 담지된 소스 태블릿(ST)에 충돌하여 상기 소스 태블릿(ST)을 기화시켜 반응성 증기(RV)를 생성시킨다.
이러한 반응성 증기(RV)는 상승하여 상부의 피처리(S)에 ITO와 같은 막질을 형성한다.
상기 가스 분사부(210)는 상기 상부 챔버(111) 내에 배치되어 PECVD공정을 수행한다. 이를 위하여, 상기 가스 분사부(210)는 전극판(201) 및 가스 분산판(202)을 포함한다. 상기 가스 분사부(210)는 도 5를 참조로 보다 상세히 설명한다.
상기 기판 턴오버 챔버(160)는 상기 공정 챔버(110)의 측부에 배치되고, 상기 게이트 밸브(170)를 통해서 상기 공정 챔버(110)에 연결된다.
상기 기판 턴오버 챔버(160)는 피처리 기판(S)의 로딩 또는 언로딩을 수행하며, 이를 위하여 기판 턴오버 챔버(160)는 로봇암(510)을 포함한다. 상기 로봇암(510)의 구조는 도 6을 참조로 보다 상세히 설명한다.
한편, 상기 공정 챔버(110) 내부를 진공으로 형성하기 위한 펌프(도시안됨)가 더 형성된다. 바람직하게, 상기 펌프(도시안됨)는 상기 상부 챔버(111)를 제1 진공으로 유지하기 위한 제1 펌프(도시안됨) 및 상기 하부 챔버(112)를 제2 진공으로 유지하기 위한 제2 펌프(도시안됨)가 형성될 수 있다. 통상적으로, PECVD공정과정에서 상기 상부 챔버(111)는 대략 1 Torr정도의 진공도로 유지되며, 리모트 플라즈마 공정 진행과정에서 상기 하부 챔버(112)는 대략 1m Torr정도의 진공도로 유지된다.
상기 플라즈마 처리장치(100)의 공정챔버에는 기판 턴오버 챔버(160)가 연결될 수 있다. 이러한 기판 턴오버 챔버(160)는 게이트 밸브(170)를 통하여 연결될 수 있다. 이러한 기판 턴오버 챔버(160)에서는 피처리 기판을 뒤집는 공정이 수행된다.
도 3은 도 1 및 도 2에서 도시된 플라즈마 처리장치에 적용된 본 발명의 예시적인 일 실시예에 의한 플라즈마 건의 절개 사사도이고, 도 4는 도 3에서 도시된 플라즈마 건의 일부를 도시한 단면도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 플라즈마 건(130)은 하우징(131)과, 상기 하우징(131) 내부에 배치된 전극(132) 및 상기 하우징(131) 내부에 플라즈마 생성용 가스를 공급하기 위한 가스 공급부(133)를 포함한다. 상기 플라즈마 건(130)은 전극 마그넷(134) 및 전극 코일(135)을 더 포함할 수 있다.
상기 하우징(131)은 예컨대 원통형으로 형성되며, 상기 하우징(131)의 제1 단부(A)는 개구부(131c)를 포함하고, 상기 하우징(131)의 제2 단부(B)는 마운트(137)에 부착된다. 예컨대, 도 3에서 도시된 바와 같이, 상기 하우징(131)은 원통형상의 몸체부(131a) 및 상기 몸체부(131a)와 체결되어 상기 제1 단부(A)를 구성하는 캡부(131b)를 포함하도록 형성될 수 있다. 이와 같이 하우징(131)을 상기 몸체부(131a) 및 상기 캡부(131b)를 포함하도록 형성하는 경우, 상기 하우징(131) 내부에 상기 전극(132)을 형성하는데 편리하고, 또한 상기 전극(132)의 파손시 교체가 용이하다. 예컨대, 하우징(131)의 캡부(131b)는 텅스텐(W)을 포함하고, 상기 몸체부(131a)는 몰리브덴(Mo)을 포함할 수 있다.
상기 전극(132)은 상기 하우징(131)의 상기 제1 단부를 마주보는 제1 면(FF), 상기 제1 면과 반대의 제2 면(SF) 및 상기 제1 면(FF)과 제2 면(SF)을 연결하는 외주면(CF)을 포함하는 디스크 형상으로, 중앙부에 관통홀(h)을 갖는다. 예컨대, 상기 전극(132)은, 상기 외주면(CF)이 상기 하우징(131)의 내면에 밀착되도록 상기 하우징(131) 내부에 배치된다.
상기 전극(132)은 예컨대 란타늄 헥사보라이드(LaB6)를 포함한다.
상기 가스 공급부(133)는 상기 하우징(131) 내부에 플라즈마 생성용 가스를 공급한다. 상기 가스 공급부(133)는 상기 하우징(131)의 상기 제2 단부(B)로부터 상기 제1 단부(A)를 향하는 방향으로 연장된 파이프 형상으로, 내부를 통해서 플라즈마 생성용 가스가 흐르게 한다. 상기 가스 공급부(133)는 일단이 상기 전극(132)의 관통홀(h)에 삽입되어 상기 전극(132)을 관통하며, 타단이 상기 마운트(137)에 부착되어 전원을 인가받아 보조 전극으로 동작할 수 있다.
한편, 상기 가스 공급부(133)의 상기 일단은 뾰족하게 형성될 수 있으며, 또는 뾰족한 돌출부를 다수 포함할 수도 있다. 상기 가스 공급부(133)의 단부가 뾰족하게 형성되는 경우, 보조방전시 전자가 용이하게 방출될 수 있다. 예컨대, 상기 가스 공급부(133)는 탄탈륨(Ta)을 포함할 수 있다.
한편, 상기 플라즈마 건(130)은 상기 하우징을 감싸는 외부 하우징(136), 전극 코일(135) 및 전극 마그넷(134)을 더 포함할 수 있으며, 상기 외부 하우징(136)은 상기 하우징(131)을 감싸는 원통형으로 형성되고, 상기 전극 마그넷(134) 및 상기 전극 코일(135)은 순차적으로 상기 외부 하우징(136)에 체결된다.
도 5는 도 1 및 도 2에서 도시된 상부 챔버를 확대하여 도시한 개략도이다.
도 5의 피처리 기판(S)에는 트레이를 부착하지 않은 상태를 도시하였으나, 도 1의 트레이(301)가 부착될 수도 있다.
도 1, 도 2 및 도 5를 참조하면, 상부 챔버(111) 내부에는 상기 가스 분사부(210)가 배치된다. 상기 가스 분사부(210)는 상하로 움직일 수 있도록 형성되어 상기 피처리 기판(S)과의 공정 간격을 조절할 수 있도록 구성된다.
상기 가스 분사부(210)는 공정가스를 균일하게 분사하기 위한 것으로서, 전극판(201) 및 가스 분산판(202)을 포함한다.
상기 전극판(201)은 전기 전도성을 갖는 알루미늄 등의 금속 재질로 형성된다. 상기 전극판(201)에는 플라즈마의 발생을 위한 고주파 전원(RF 전원)이 인가된다. 전극판(201)의 중앙 부분에는 반응 가스, 원료 가스 등의 박막 증착에 필요한 공정 가스가 유입되는 가스 유입구(204)가 형성된다. 한편, 도시되지는 않았으나, 상기 전극판(201)은 열선을 포함하여, 가스를 가열할 수도 있다.
상기 가스 분산판(202)은 전극판(201)의 하부에 일정 거리 이격되게 설치된다. 가스 분산판(202)은 전기 전도성을 갖는 알루미늄 등의 금속 재질로 형성된다. 가스 분산판(202)은 전극판(201)과 전기적으로 연결되며, 전극판(201)에 인가된 고주파 전원이 가스 분산판(202)에도 인가된다.
가스 분산판(202)은 예를 들어, 연결 부재(206)를 통해 전극판(201)과 결합된다. 연결 부재(206)는 가스 분산판(202)과 전극판(201)의 외측 부분을 둘러싸도록 형성된다. 이에 따라, 전극판(201)과 가스 분산판(202) 사이에는 가스 유입구(204)를 통해 유입된 가스를 가스 분산판(202)의 전 영역으로 확산시키기 위한 가스확산 공간(203)이 마련된다. 가스 유입구(204)를 통해 가스확산 공간(203)에 유입된 공정 가스는 가스확산 공간(203)에서 확산된 후 가스 분산판(202)을 통해 피처리 기판(S)으로 균일하게 분사된다.
한편, 격리판(113)은 상기 피처리 기판과 접하는 상면에 부착된 밀폐부재(114)를 포함한다. 이러한 밀폐부재(114)는 탄성물질을 포함하여, 상기 피처리 기판(S)의 접촉면을 보호하며, 또한 상기 상부 챔버(111)와 상기 하부 챔버(112)의 압력차이를 유지한다.
보다 상세히, 상기 상부 챔버(111)와 상기 하부 챔버(112)에서 동시에 공정이 진행되는 경우, 아몰퍼스 실리콘 박막 형성을 위한 PECVD공정이 진행되는 상부 챔버(111)는 대략 1 Torr의 압력하에서 진행되고, ITO 층의 형성을 위한 리모트 플라즈마 공정이 진행되는 하부 챔버(112)는 대략 1 mTorr의 압력하에서 진행되므로, 상기 피처리 기판(S)은 하부의 하부 챔버(112) 방향으로 힘이 작용하며, 상기 밀폐부재(114)에 강하게 밀착되어 상기 상부챔버(111)와 상기 하부 챔버(112) 간의 압력차를 유지한다.
도 6은 도 1 및 도 2에서 도시된 로봇암의 개략적인 평면도이다.
도 1, 도 2 및 도 6을 참조하면, 상기 로봇 암(510)은 로봇팔(501), 제1 핑거(502) 및 제2 핑거(513)를 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 로봇팔(501)은 연장 또는 수축될 수 있도록 다단으로 구성되며, 회전이 가능하도록 구성된다. 이를 위하여 예컨대, 상기 로봇팔(501)은 제1 단(501a), 제2 단(501b) 및 제3 단(501c)으로 구성되어 상기 제2 방향(D2)으로 수축 또는 신장될 수 있다. 이렇게 상기 로봇팔(501)이 수축 또는 신장됨으로써, 상기 상부 챔버(111)의 피처리 기판(S)을 로딩 또는 언로딩할 수 있다. 상기 로봇팔(501)은 예컨대 3단으로 구성되어 있으나, 이는 예시적인 것일 뿐 이에 한정되지는 않는다.
또한, 상기 제3 단(501c)은 상기 제2 단(501b)을 중심으로 회전 가능하다. 상기 트레이(301)를 상기 기판 턴오버 챔버(160)로 이송시킨 후, 상기 제3 단(501c)을 회전시켜 트레이(301)의 뒤집기 동작을 수행할 수 있다. 예시적으로 최후단인 제3 단(501c) 만을 회전시키는 것으로 도시하였으나, 상기 제1 핑거(402) 및 상기 제2 핑거(513)를 회전시킴으로써 상기 트레이(301)를 회전시키는 한, 임의의 단이 회전할 수도 있음은 자명한 사실이다.
상기 제1 핑거(502)는 상기 로봇팔(501)로부터 분기되어 트레이(301)의 일측을 지지한다. 상기 제1 핑거(502)는 상기 제3 단(501c)에 고정되어 있으며, 상기 제3 단(501c)과 일체로 형성될 수도 있다.
상기 제2 핑거(513)는 상기 로봇팔(501)로부터 분기되어 상기 트레이(301)의 타측을 지지한다. 이때, 상기 제2 핑거(513)는 상기 제1 핑거(502)로부터 멀어지거나 가까와지는 방향으로 움직이도록 형성될 수 있다. 즉, 트레이(301)를 그립하는 동작을 수행하는 경우, 상기 제2 핑거(513)는 상기 제1 핑거(502)에 가까와 지는 방향으로 이동하고, 상기 피처리 기판(S)을 놓는 동작을 수행하는 경우, 상기 제2 핑거(513)는 상기 제1 핑거(502)로부터 멀어지는 방향으로 이동한다.
이와 다르게, 상기 제2 핑거(513)는 도면상에서 시계방향 또는 반시계방향으로 회전할 수 있도록 구성되어 상기 트레이(301)를 잡거나, 놓는 동작을 수행할 수도 있다.
또한, 상기 로봇암(510)은, 상기 제1 핑거(502)와 상기 제2 핑거(513)에 부착되어 상기 트레이(301)의 외측을 지지하는 탄성부재(504)를 더 포함할 수 있다. 이러한 탄성부재(504)는 상기 트레이(301)를 잡는 동작에서 상기 피처리 기판(S)의 외측을 보호한다.
이하, 본 발명의 예시적인 실시예에 의한 플라즈마 처리 방법을 설명한다. 본 발명에 예시적인 일 실시예에 의한 플라즈마 처리방법은 앞서 설명된 장비를 이용하는 방법으로서, 도 1 또는 도 2를 참조로 설명한다.
본 발명의 예시적인 일 실시예에 의한 플라즈마 처리방법은, PECVD 공정을 이용하여 박막 증착을 수행하는 상부 챔버(111) 및 리모트 플라즈마 공정을 이용하여 투명 도전막 형성을 수행하는 하부 챔버(112)를 포함하는 플라즈마 처리장치(100)를 이용하는 플라즈마 처리방법으로서, 먼저 도 7에서 도시된 바와 같이, 트레이(301)의 관통홀(301a)에 피처리 기판(S)을 삽입한다.
이후, 상기 피처리 기판(S)의 제1 면이 상기 상부 챔버(111)를 향하도록, 피처리 기판(S)이 삽입된 상기 트레이(301)를 상기 상부 챔버(111)와 상기 하부 챔버(112) 사이의 격리판(113)에 배치한다.
이후, 상기 상부 챔버(111)를 통해서 상기 피처리 기판(S)의 상기 제1 면에 박막을 증착한다. 도 5를 참조하면, 공정 가스를 상기 전극판(201)의 가스 유입구(204)를 통해 주입하며, 상기 전극판(201)에 플라즈마의 발생을 위한 고주파 전원(RF 전원)이 인가하여, 상기 공정 가스를 플라즈마화하여 상기 피처리 기판(S)에 박막을 형성한다. 예컨대, HIT 셀의 경우, n-타입의 웨이퍼 상면에 진성 실리콘층, p-타입 실리콘층을 순차적으로 형성할 수 있다.
이후, 다시 도 1 또는 도2 를 참조하면, 상기 피처리 기판(S)의 상기 제1 면이 상기 하부 챔버(112)를 향하도록, 상기 트레이(301)를 뒤집어 상기 격리판(113)에 배치한다. 이를 위하여, 상기 게이트 밸브(170)가 오픈되고, 로봇암(510)이 상기 피처리 기판(S)을 언로딩하여 상기 기판 턴오버 챔버(160)로 이송시킨 후, 상기 도 5에서 도시된 로봇암(510)이 회전하여 상기 피처리 기판(S)을 뒤집고, 상기 피처리 기판(S)을 상기 격리판(113)에 배치한 후, 게이트 밸브(170)가 닫힌다.
이후, 상기 하부 챔버(112)를 통해서 상기 피처리 기판(S)의 상기 제1 면에 투명 도전막을 형성한다.
도 1 또는 도 2를 참조하면, 상기 플라즈마 건(130)에 의해 발생된 플라즈마가 상기 하스(120)의 소스 태블릿(ST)에 유도되어 소스 태블릿(ST)이 증발 및 이온화되어 상기 피처리 기판(S)의 제1 면에 형성된 p-타입 실리콘층 상에 인듐틴옥사이드막을 형성한다.
이후, 상기 상부 챔버(111)를 통해서 상기 피처리 기판(S)의 제2 면에 박막을 증착한다. 이때 형성되는 박막은 앞서 제1 면에 형성되는 박막과 동일한 박막이 형성될 수 있으며, 이와 다르게 다른 박막이 형성될 수도 있다.
이후, 상기 피처리 기판(S)의 상기 제2 면이 상기 하부 챔버(112)를 향하도록, 상기 트레이(301)를 뒤집어 상기 격리판(113)에 배치하고, 상기 하부 챔버(112)를 통해서 상기 피처리 기판(S)의 상기 제2 면에 투명 도전막을 형성한다.
본 발명의 예시적인 다른 실시예에 의한 플라즈마 처리방법은, PECVD 공정을 이용하여 박막 증착을 수행하는 상부 챔버(111) 및 리모트 플라즈마 공정을 이용하여 투명 도전막 형성을 수행하는 하부 챔버(112)를 포함하는 플라즈마 처리장치(100)를 이용하는 플라즈마 처리방법으로서, 먼저 도 7에서 도시된 바와 같이, 트레이(301)의 관통홀(301a)에 피처리 기판(S)을 삽입한다.
이후, 상기 피처리 기판(S)의 제1 면이 상기 상부 챔버(111)를 향하도록, 피처리 기판(S)이 삽입된 상기 트레이(301)를 상기 상부 챔버(111)와 상기 하부 챔버(112) 사이의 격리판(113)에 배치한다.
이후, 상기 상부 챔버(111)를 통해서 상기 피처리 기판(S)의 상기 제1 면에 박막을 증착한다. 도 5를 참조하면, 공정 가스를 상기 전극판(201)의 가스 유입구(204)를 통해 주입하며, 상기 전극판(201)에 플라즈마의 발생을 위한 고주파 전원(RF 전원)이 인가하여, 상기 공정 가스를 플라즈마화하여 상기 피처리 기판(S)에 박막을 형성한다. 예컨대, HIT 셀의 경우, n-타입의 웨이퍼 상면에 진성 실리콘층, p-타입 실리콘층을 순차적으로 형성할 수 있다.
이후, 상기 피처리 기판의 상기 제2 면이 상기 상부 챔버(111)를 향하도록, 상기 트레이(301)를 뒤집어 상기 격리판(113)에 배치한다. 이를 위하여, 상기 게이트 밸브(170)가 오픈되고, 로봇암(510)이 상기 피처리 기판(S)을 언로딩하여 상기 기판 턴오버 챔버(160)로 이송시킨 후, 상기 도 5에서 도시된 로봇암(510)이 회전하여 상기 피처리 기판(S)을 뒤집고, 상기 피처리 기판(S)을 상기 격리판(113)에 배치한 후, 게이트 밸브(170)가 닫힌다.
이후, 상기 상부 챔버(111)를 통해서 상기 피처리 기판(S)의 상기 제2 면에 박막을 증착한다. 이때 형성되는 박막은 앞서 제1 면에 형성되는 박막과 동일한 박막이 형성될 수 있으며, 이와 다르게 다른 박막이 형성될 수도 있다.
이후, 상기 하부 챔버(112)를 통해서 상기 피처리 기판(S)의 상기 제1 면에 투명 도전막을 형성한다. 상기 플라즈마 건(130)에 의해 발생된 플라즈마가 상기 하스(120)의 소스 태블릿(ST)에 유도되어 소스 태블릿(ST)이 증발 및 이온화되어 상기 피처리 기판(S)의 제1 면에 형성된 p-타입 실리콘층 상에 인듐틴옥사이드막을 형성한다.
이후, 상기 피처리 기판(S)의 상기 제2 면이 상기 하부 챔버(112)를 향하도록, 상기 트레이(301)를 뒤집어 상기 격리판(113)에 배치하고, 상기 하부 챔버(112)를 통해서 상기 피처리 기판(S)의 상기 제2 면에 투명 도전막을 형성한다.
이하, 본 발명의 예시적인 또 다른 실시예에 의한 플라즈마 처리방법을 도 1 또는 도 2를 참조로 설명한다.
먼저, 피처리 기판(S)을 상기 상부 챔버(111)의 격리판(113) 위에 로딩한다. 이러한 로딩은 도시되지 않은 다른 챔버로부터 로딩될 수도 있으며, 또한 기판 턴오버 챔버(160)로부터 상기 로봇암(510)을 이용하여 로딩될 수도 있다.
이후, 상기 상부 챔버(111)에서 상기 피처리 기판(S)의 제1 면에 박막을 증착한다. 도 5를 참조하면, 공정 가스를 상기 전극판(201)의 가스 유입구(204)를 통해 주입하며, 상기 전극판(201)에 플라즈마의 발생을 위한 고주파 전원(RF 전원)이 인가하여, 상기 공정 가스를 플라즈마화하여 상기 피처리 기판(S)에 박막을 형성한다. 예컨대, HIT 셀의 경우, n-타입의 웨이퍼 상면에 진성 실리콘층, p-타입 실리콘층을 순차적으로 형성할 수 있다.
이후, 다시 도 1 또는 도 2를 참조하면, 상기 게이트 밸브(170)가 오픈되고, 로봇암(510)이 상기 피처리 기판(S)을 언로딩하여 상기 기판 턴오버 챔버(160)로 이송시킨 후, 상기 도 5에서 도시된 로봇암(510)이 회전하여 상기 피처리 기판(S)을 뒤집는다.
이후, 뒤집힌 상기 피처리 기판은 상기 상부 챔버(111)의 격리판(113) 위에 로딩되고, 상기 게이트 밸브(170)가 닫히게 된다. 이후, 상기 피처리 기판(S)의 제2 면에 박막을 증착한다. 예컨대 HIT 셀의 경우, n-타입 웨이퍼 하면에 진성 실리콘층, n-타입 실리콘 층을 순차적으로 형성한다.
또한, 상기 하부 챔버(112)에서 상기 피처리 기판(S)의 상기 제1 면에 투명 도전막을 형성한다. 다시 도 1 또는 도 2를 참조하면, 상기 플라즈마 건(130)에 의해 발생된 플라즈마가 상기 하스(120)의 소스 태블릿(ST)에 유도되어 소스 태블릿(ST)이 증발 및 이온화되어 상기 피처리 기판(S)의 제1 면에 형성된 p-타입 실리콘층 상에 인듐틴옥사이드막을 형성한다.
이때, 상기 상부 챔버(111)에서의 PECVD 공정과 하부 챔버(112)에서의 동시에 진행될 수 있다.
이후, 상기 게이트 밸브(170)가 오픈되고, 로봇암(510)이 상기 피처리 기판(S)을 언로딩하여 상기 기판 턴오버 챔버(160)로 이송시킨 후, 상기 도 5에서 도시된 로봇암(510)이 회전하여 상기 피처리 기판(S)을 다시 뒤집는다.
이후, 뒤집힌 상기 피처리 기판은 상기 상부 챔버(111)의 격리판(113) 위에 로딩되고, 상기 게이트 밸브(170)가 닫히게 된다. 이후, 상기 하부 챔버(112)에서 상기 피처리 기판(S)의 제2 면에 투명 도전막을 형성한다. 예컨대 HIT 셀의 경우, 상기 피처리 기판(S)의 제2면에 형성된 n-타입 실리콘층 상에 인듐틴옥사이드막을 형성한다.
앞서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 플라즈마 처리장치 및 처리방법에 의하면, 피처리의 이동시간과 장비에 로딩 언로딩하는 시간을 단축시켜 생산성을 크게 향상시킬 수 있다.
또한, PECVD 장비와 리모트 플라즈마 장비를 개별구입에 따른 생산비용 및 이들 사이의 연결에 필요한 설비에 소요되는 비용을 저감할 수 있으며, 생산에 필요한 공간을 대폭 감소시킬 수 있다.
또한, HIT 셀의 제조과정에서 공기노출을 최소화시켜 실리콘 산화막 생성을 최소화시킬 수 있다. 따라서, 생산되는 HIT 셀의 효율을 증가시킬 수 있다.
앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100: 플라즈마 처리장치 110: 공정 챔버
111: 상부 챔버 112: 하부 챔버
113: 격리판 300: 프리히팅 챔버
120: 하스(Hearth) 130: 플라즈마 건
131: 하우징 131a: 몸체부
131b: 캡부 132: 전극
133: 가스 공급부 134: 전극 마그넷
135: 전극 코일 136: 외부 하우징
137: 마운트 140: 전력 공급부
141: 전원 142: 제1 저항
143: 제2 저항 150: 예열 챔버
160: 기판 턴오버 챔버 170: 게이트 밸브
180: 수렴 코일 210: 가스 분사부
201: 전극판 202: 가스 분산판
203: 가스 확산공간 204: 가스 유입구
205: 가스 분사홀 301: 트레이
301a: 관통홀 301b: 걸림턱
510: 로봇암
501: 로봇팔 501a: 제1 단
501b: 제 단 501c: 제3 단
502: 제1 핑거 513: 제2 핑거
504: 탄성 부재 TR: 트래이
P: 플라즈마 S: 피처리 기판
ST: 소스 태블릿 RV: 반응성 증기(Reactive Vapor)

Claims (10)

  1. 상부 챔버, 하부 챔버 및 상기 상부 챔버와 상기 하부 챔버의 사이에서 피처리 기판이 삽입된 트레이의 외측을 지지하는 격리판을 포함하고, 플라즈마 공정이 진행되는 공정 챔버;
    상기 하부 챔버 내부에 배치되어 소스 태블릿을 담지하는 하스(hearth);
    상기 하부 챔버에 연결되고, 상기 소스 태블릿을 향해 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 건;
    상기 상부 챔버 내에 배치되고, 상기 피처리 기판을 향해 공정가스를 분사하는 가스 분사부; 및
    상기 공정 챔버와 연결되어 상기 공정 챔버로 피처리 기판을 가열시켜 제공하는 프리히팅 챔버를 포함하는 플라즈마 처리장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가스 분사부는,
    외부의 전기적 파워가 인가되는 전극판; 및
    상기 전극판 하부에 배치되어 상기 격리판을 향해 가스를 분사하는 가스 분산판을 포함하고,
    상기 전극판 내에는 가열부재가 포함된 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 트레이는 가열부재를 포함하여 상기 피처리 기판을 가열하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 공정 챔버와 연결되어 피처리 기판을 뒤집기 위한 기판 턴오버 챔버를 포함하고, 상기 기판 턴오버 챔버는,
    연장 또는 수축될 수 있도록 다단으로 구성되며, 회전이 가능한 로봇팔;
    상기 로봇팔로부터 분기되어 상기 피처리 기판의 일측을 지지하는 제1 핑거; 및
    상기 로봇 팔로부터 분기되어 상기 피처리 기판의 타측을 지지하는 제2 핑거를 포함하는 로봇암을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  6. PECVD 공정을 이용하여 박막 증착을 수행하는 상부 챔버 및 플라즈마 건을 이용한 리모트 플라즈마 공정을 이용하여 투명 도전막 형성을 수행하는 하부 챔버를 포함하는 플라즈마 처리장치를 이용하는 플라즈마 처리방법으로서,
    상기 상부 챔버를 이용하여 PECVD공정을 통하여 기판에 박막을 증착하는 단계; 및
    상기 하부 챔버를 이용하여 플라즈마 건에서 발생된 플라즈마를 태블릿에 조사하여 상기 태블릿을 기화시킴으로써 기판에 투명 도전막을 형성하는 단계를 포함하는 플라즈마 처리방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 상부 챔버를 이용한 공정과 하부 챔버를 이용하는 공정은 순차적으로 진행되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 상부 챔버를 이용하여 상기 기판의 제1 면에 박막을 형성 후, 상기 기판의 뒤집어 배치하고 상기 하부 챔버를 이용하여 상기 박막에 투명 도전막을 형성하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리방법.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 상부 챔버를 이용한 공정과 하부 챔버를 이용하는 공정은 동시에 진행되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 상부 챔버를 이용하여 기판의 제1 면에 박막을 형성한 후, 상기 기판을 뒤집어 배치하고, 상기 상부 챔버를 이용하여 상기 기판의 제2 면에 박막을 형성하는 공정과 상기 하부 챔버를 이용하여 상기 기판의 상기 제1 면에 형성된 박막에 투명 도전막을 형성하는 공정이 동시에 진행되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리방법.
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