KR101373314B1 - 태양전지 웨이퍼용 도핑 프로세스튜브의 배기 응축 장치 - Google Patents

태양전지 웨이퍼용 도핑 프로세스튜브의 배기 응축 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 태양전지 웨이퍼용 도핑 프로세스튜브의 배기 응축 장치에 관한 것으로, 상기 프로세스튜브에서 공정 진행후의 배기가스를 배출하는 배기관, 및 상기 배기관에 연결되어 배기관을 통과하는 도핑 공정 진행후의 배기가스를 냉각 응축시켜 액체로 배수시키는 응축 장치를 포함하며, 상기 응축장치는 이중 원통 구조로서, 상기 내부 원통은 상기 배기관이 연속되어 형성되며, 배기가스를 인입구로부터 통과시키는 내측 배기관, 상기 외부원통은 내측 배기관의 주위를 둘러싸면서 원통형상의 공간이 형성되어 있고, 상기 내측 배기관을 통과하는 도핑 공정 진행 후의 배기가스를 상기 내측 배기관의 주위 공간에 냉각하는 쿨링 트랩부, 및 상기 내측 배기관의 내벽에서 중심으로 향하도록 배기관의 배출 경로에서 형성된 배기 댐퍼부를 포함하는 것을 특징으로 하는 것이다.

Description

태양전지 웨이퍼용 도핑 프로세스튜브의 배기 응축 장치{Apparatus for exhaust condensing of doping process tube for solar cell wafer}
본 발명은 태양전지 웨이퍼용 도핑 프로세스튜브의 배기 응축 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 실리콘 광전 반도체 공정단계 중 열확산 방식에 의한 도펀트를 확산하여 PN 접합을 만들기 위한 태양전지 웨이퍼용 도핑 열처리 공정에서 프로세스 튜브 공정 진행 후 공정 가스의 배기 공정에서 잔류가스를 냉각 응축시켜 액체로 배출할 수 있도록 하는 태양전지 웨이퍼용 도핑 프로세스튜브의 배기 응축 장치에 관한 것이다.
일반적으로 태양전지 웨이퍼는 산화가스(POCl3)를 웨이퍼에 도핑하여 PN 접합을 만드는 공정을 거치게 되는데, 이때 도핑 공정에 따른 프로세스 장치로서 예를 들면 확산장치를 들 수 있다.
상기 확산장치는 태양전지웨이퍼 도핑열처리공정에 사용하는 산화가스(N2, O2, POCl3)를 이용한 확산장치로서 프로세스튜브의 개구부는 별도의 밀폐장치로 시일하지 않지만 산화가스를 이용한 열처리에만 한정하지 않고 몇 개의 장치를 추가하여 산화가스를 이용한 진공열처리장치로도 사용가능하고, 실리콘 광전반도체 공정단계 중 열확산 방식에 의한 PN 접합장비는 p-Si 기판에 n형 도펀트인 POCl3을 확산하여 PN접합을 만드는 도핑열처리 장비이다.
이와 같은 열처리 장비는, 석영 등의 내열성 재료로서 만들어진 프로세스튜브와 그의 바깥쪽에 형성된 히터를 구비하고 있다.
도1은 일반적인 태양전지 웨이퍼용 도핑 열처리 장치의 퍼네스 프레임의 상세도이다.
도1을 참조하면, 퍼네스 프레임(2)은 내부에 진입되는 태양전지 웨이퍼에 도핑 열처리를 위한 프로세스튜브(9)와 상기 프로세스튜브(9)를 에워싸는 히터(8)를 구비한다.
프로세스튜브(9)는 석영으로 구성되어 있고, 도1의 좌측에는 열처리가스 공급용의 소스캐비넷 프레임이 연결되어 있고, 기체공급구는 시일을 확실하게 하기위하여 보올죠인트 구조로 되어 있다.
또한, 프로세스튜브(9)의 개구부쪽, 퍼네스 프레임(2)의 앞쪽에는 가스 및 열의 배출을 위한 스캐빈져 배출구가 형성되어 있어 배관을 통하여 방출된다.
히터(8)는 프로세스튜브(9)를 감싸고 있으며, 히터(8)의 양끝단에는 프로세스튜브(9)를 고정시켜 주기위해 고온에서도 견딜 수 있는 석고블럭(10)을 장착한다.
퍼네스프레임(2) 외부는 여닫이가 가능한 도어(12)가 조립되며, 프로세스튜브(9)와 히터(8)를 보호하는 역할을 하며 외부로터 먼지의 내부유입을 방지한다. 퍼네스프레임(2) 상부에는 라디에이터(13)가 설치되어 히터(8)로 인해 발생된 뜨거운 공기를 냉각하여 찬공기로 배기할 수 있다.
그리고, 스캐빈져(7) 커버는 공정 진행중 밀폐된 프로세스튜브(9)의 개구부쪽을 통해서 유출될 수 있는 소량의 가스와 열을 배기구를 통하여 외부로 연결된 배기관 덕트(duct)로 배출 시키는 역할을 수행한다.
프로세스튜브에는 한쪽 끝단부에 개구부가 형성되어 있고, 이 개구부에서 프로세스튜브내에 웨이퍼를 얹어실은 보트를 장착하여 프로세스튜브내에 필요한 가스를 도입하면서 히터에 전력을 공급하여 웨이퍼를 열처리 하고 있다.
그리고, 상기 열처리를 할 때에 프로세스튜브가 가열될 때 고온에서도 견딜 수 있는 석영과 석고블록 등의 부재로 튜브를 지지한다.
도2는 도1에 도시된 프로세스 튜브의 종단면 구조도로서 프로세스튜브의 배기관을 도시하며, 프로세스튜브(9)의 배출구(60)가 배출노즐(62)을 경유하여 배기관(64)으로 연결된다.
그런데, 상기 도2의 배기관(64)에 의하여 배출되는 배기가스에는 POCl3을 포함하는 잔류가스(fume)가 발생되고, 상기 잔류가스는 배기가 신속하게 이루어지지 않거나 원활하게 배기되지 않을 때에는 배기 과정 중에 배기관 내부에 잔류가스에 침적물이 쌓이거나 배기관을 폐색시키는 문제점도 발생하게 된다.
또한, 배기관에서 잔류가스 흄(fume)이 달라붙게 되거나 POCl3 공정에 따른 잔류가스 흄이 배기관으로부터 프로세스 튜브(9) 쪽으로 역류하여 융착되는 현상도 발생되는 문제가 있다.
따라서, 태양전지 웨이퍼용 도핑 프로세스튜브의 배기관에서는 그 배출이 신속하고 원활하게 이루어지도록 하여야 하며, 잔류가스의 영향을 줄일 수 있도록 기체 상태의 배기량을 최소화할 필요가 있다.
본 발명은 전술한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 그의 목적은 실리콘 광전 반도체 공정단계 중 열확산 방식에 의한 도펀트를 확산하여 PN 접합을 만들기 위한 태양전지 웨이퍼용 도핑 열처리 공정에서 프로세스 튜브 공정 진행 후 공정 가스의 배기 공정에서 잔류가스를 쿨링 트랩 내부에서 응축 장치를 통과시키면서 냉각 응축시켜 액체로 배출할 수 있도록 하는 태양전지 웨이퍼용 도핑 프로세스튜브의 배기 응축 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명에 따른 태양전지 웨이퍼용 도핑 프로세스튜브의 배기 응축 장치는, 내부에 진입되는 태양전지 웨이퍼에 도핑 열처리를 위한 태양전지 웨이퍼용 도핑 프로세스튜브의 배기장치에 있어서, 상기 프로세스튜브에서 공정 진행후의 배기가스를 배출하는 배기관; 및 상기 배기관에 연결되어 배기관을 통과하는 도핑 공정 진행후의 배기가스를 냉각 응축시켜 액체로 배수시키는 응축 장치;를 포함하며, 상기 응축장치는 이중 원통 구조로서, 상기 내부 원통은 상기 배기관이 연속되어 형성되며, 배기가스를 인입구로부터 통과시키는 내측 배기관; 상기 외부원통은 내측 배기관의 주위를 둘러싸면서 원통형상의 공간이 형성되어 있고, 상기 내측 배기관을 통과하는 도핑 공정 진행 후의 배기가스를 상기 내측 배기관의 주위 공간에 냉각하는 쿨링 트랩부; 및 상기 내측 배기관의 내벽에서 중심으로 향하도록 배기관의 배출 경로에서 형성된 배기 댐퍼부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 태양전지 웨이퍼용 도핑 프로세스튜브의 배기 응축 장치에 있어서, 상기 내측 배기관의 배기 댐퍼부는 상하 교대로 반복되면서 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 것이다.
또한, 본 발명에 따른 태양전지 웨이퍼용 도핑 프로세스튜브의 배기 응축 장치에 있어서, 상기 내측배기관에는 배기관을 통과한 배기가스의 일부가 냉각 응축되어 액체 상태로 배수하는 배수노즐과 기체상태의 잔여 배기가스를 배출하는 배기노즐을 구비한 것을 특징으로 하는 것이다.
본 발명은 태양전지 웨이퍼용 도핑 열처리 공정에서 배기관의 배출 통로에서 POCl3 공정 중에 발생되는 잔류 가스를 기체 상태에서 액체 상태로 냉각 응축시켜 배수시킴으로써, 잔류가스의 배기량을 최소화할 수 있다.
또한, 배기관에서 잔류가스를 신속하게 배출하도록 하고, 잔류가스를 최소화함으로써 배기관 내부에서 흄(fume)이 달라붙게 배기관으로부터 프로세스 튜브쪽으로 역류하여 융착되는 현상도 방지할 수 있는 효과가 있다.
도1은 일반적인 태양전지 웨이퍼용 도핑 열처리 장치의 퍼네스 프레임의 상세도이다.
도2는 도1에 도시된 프로세스 튜브의 종단면 구조도로서 프로세스튜브의 배기관을 도시한다.
도3은 본 발명에 따른 태양전지 웨이퍼용 도핑 프로세스튜브의 배기 응축 장치의 사시도이다.
도4는 본 발명에 따른 태양전지 웨이퍼용 도핑 프로세스튜브의 배기 응축 장치의 종단면도이다.
도5는 도4의 A-A선으로 잘라서 오른쪽에서 본 단면도이다.
도6은 도4의 B-B선으로 잘라서 왼쪽에서 본 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 실시예에 따른 프로세스 튜브의 배기노즐에 대해 상세히 설명하기로 한다.
도3은 본 발명에 따른 태양전지 웨이퍼용 도핑 프로세스튜브의 배기 응축 장치의 사시도이고, 도4는 본 발명에 따른 태양전지 웨이퍼용 도핑 프로세스튜브의 배기 응축 장치의 종단면도이다.
도3을 참조하면, 본 발명에 따른 태양전지 웨이퍼용 도핑 프로세스튜브의 배기 응축 장치는 프로세스튜브의 배기장치로서 프로세스 튜브에서 공정 진행 후의 배기가스를 배출하는 배기관(64), 상기 배기관(64)에 연결되어 배기관을 통과하는 도핑 공정 진행후의 배기가스를 냉각 응축시켜 액체로 배수시키는 응축 장치(80)를 포함한다.
상기 프로세스튜브는 내부에 진입되는 태양전지 웨이퍼에 도핑 열처리를 위한 태양전지 웨이퍼용 도핑 프로세스튜브로서 그 배기장치는 프로세스튜브로부터 연결되어 배기가스를 처리하는 미도시의 배출장치와 밸브 장치를 통하여 배출 처리된다.
여기에서, 상기 기체 상태의 배기가스를 냉각 응축시키기 위한 응축장치를 통과시켜서 기체에서 액체로 냉각시켜 배수시키게 한다.
도4를 참조하면, 상기 응축장치(80)는 이중 원통 구조로서, 내부 원통은 상기 배기관이 연속되어 형성되며, 배기가스를 인입구로부터 통과시키는 내측 배기관(84)과, 상기 내측 배기관(84)의 주위를 둘러싸면서 원통형상의 공간이 형성되어 있고, 상기 내측 배기관(84)을 통과하는 도핑 공정 진행 후의 배기가스를 상기 내측 배기관(84)의 주위 공간에 냉각하는 쿨링 트랩부(82)를 포함하여 구성된다.
또한, 외부의 배기관(64)과 연결되어 배기가스가 통과하는 내측 배기관(85)의 직경은 외부의 배기관(64)의 직경보다 크게 형성하여 흐르는 배기관의 유속을 늦추어 응축기(80)를 통과하는 시간을 늘려주도록 한다.
그리고, 상기 내측 배기관(84)의 주위 공간에서 냉각하는 쿨링 트랩부(82)의 냉매로서 냉각수를 순환시킬 수 있다.
상기 냉각수를 순환시키기 위하여 상기 쿨링트랩부(82)의 외측에는 냉각수가 인입되는 인입구(82a)와 상기 쿨링 트랩부(82)에서 사용된 냉각수를 배출하기 위한 배출구(82b)가 구비되어 있다.
여기에서, 쿨링 트랩부(82)의 냉매는 냉각수에 한정되지 않고 기타 다양한 냉매를 이용하여 순환시킬 수 있다.
한편, 상기 내측배기관(84)에는, 배기관을 통과한 배기가스의 일부가 냉각 응축되어 액체 상태로 배수하는 배수노즐(84a)이 구비되어 있다.
또한, 상기 내측배기관(84)에는, 응축장치를 통과하면서 냉각 응축되어 액체상태가 되지 않고 여전히 기체상태인 잔여 배기가스를 배출하는 배기노즐(84b)이 구비되어 있다.
그리고, 상기 내측 배기관(84)의 내벽에서 중심으로 향하도록 배기관의 배출 경로에서 형성된 배기 댐퍼부(85)를 포함하여, 배기가스가 진행경로 상에 상기 배기 댐퍼부(85)에 부딪치면서 정체하는 시간을 연장시켜서 잔류가스가 냉각되는 시간을 늘려주어 냉각되는 잔류가스의 양과 냉각효율을 증대시킬 수 있도록 하는 것이다.
이때, 냉각효율과 잔류가스의 정체시간을 고려하여 상기 내측 배기관(84)의 배기 댐퍼부(85)는 상하 교대로 반복되면서 경사지게 형성되어 있도록 하는 것이 바람직하다.
도5는 도4의 A-A선으로 잘라서 오른쪽에서 본 단면도이고, 도6은 도4의 B-B선으로 잘라서 왼쪽에서 본 단면도이다.
도4를 참조하면 내측배기관(84)의 배기 댐퍼부(85)는 대략 배기관의 하측 반원부를 막게 되어 잔류가스의 진행시간을 늦추도록 하고 보다 많은 배기 가스가 냉각 응축되도록 한다.
또한, 도5를 참조하면 내측 배기관(84)의 배기 댐퍼부(85)는 대략 배기관의 상측 반원부를 막게 되어 잔류가스의 진행시간을 늦추도록 하고 보다 많은 배기 가스가 냉각 응축되도록 한다.
따라서, POCl3 공정에 의한 배출가스나 흄이 프로세스튜브의 배기관을 거쳐서 쿨링 트랩부(82)를 거치면서 통과되는 경우에 상기 POCl3 가스의 부식성을 고려하여 응축되는 내부 배기관(84)은 석영 재질로 구비되어야 하고, 석영 재질의 특성상 취성 문제를 고려하여 응축이 진행되는 내부 배기관(84)과 쿨링 트랩부(82)는 이중 원통구조로서 분리하여 설계되는 것이 유리하게 된다.
또한, 석영 재질의 내부배기관(84)은 배기관의 배출 경로에서 형성된 배기 댐퍼부(85)를 반복적으로 형성하여, 배기가스가 진행경로상에 정체될 수 있는 시간을 늘려주고, 배기되는 잔류가스의 많은 양을 액체로 냉각 응축시켜 배수노즐(84a)을 통하여 배수함으로써 배기노즐(84b)을 통하여 실제 배출되는 잔류가스의 배출량을 최소화할 수 있게 함으로써 잔류가스에 의한 흄에 의한 문제도 자연히 경감되고 배출가스에 의한 흄이 융착되는 현상이 방지된다.
이상에서 본 발명은 기재된 구체적인 실시예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.
2 : 퍼네스 프레임 7 : 스캐빈져
8 : 히터 9 : 프로세스 튜브
64 : 배기관 80 : 응축장치
82 : 내측 배기관 82a : 인입구
82b : 배출구 84 : 쿨링 트랩부
84a : 배수노즐 84b : 배기노즐
85 : 배기 댐퍼부

Claims (3)

  1. 내부에 진입되는 태양전지 웨이퍼에 도핑 열처리를 위한 태양전지 웨이퍼용 도핑 프로세스튜브의 배기장치에 있어서,
    상기 프로세스튜브에서 공정 진행후의 배기가스를 배출하는 배기관; 및
    상기 배기관에 연결되어 배기관을 통과하는 도핑 공정 진행후의 배기가스를 냉각 응축시켜 액체로 배수시키는 응축 장치;를 포함하며, 상기 응축장치는 이중 원통 구조로서,
    상기 내부 원통은 상기 배기관이 연속되어 형성되며, 배기가스를 인입구로부터 통과시키는 내측 배기관;
    상기 내측 배기관의 주위를 둘러싸면서 원통형상의 공간이 형성되어 있고, 상기 내측 배기관을 통과하는 도핑 공정 진행 후의 배기가스를 상기 내측 배기관의 주위 공간에 냉각하는 쿨링 트랩부; 및
    상기 내측 배기관의 내벽에서 중심으로 향하도록 배기관의 배출 경로에서 형성된 배기 댐퍼부를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 웨이퍼용 도핑 프로세스튜브의 배기 응축 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 내측 배기관의 배기 댐퍼부는 상하 교대로 반복되면서 경사지게 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 태양전지 웨이퍼용 도핑 프로세스튜브의 배기 응축 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 내측배기관에는, 배기관을 통과한 배기가스의 일부가 냉각 응축되어 액체 상태로 배수하는 배수노즐과 기체상태의 잔여 배기가스를 배출하는 배기노즐을 구비한 것을 특징으로 하는 태양전지 웨이퍼용 도핑 프로세스튜브의 배기 응축 장치.

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