KR101775491B1 - 고처리율 태양 전지 융삭 시스템 - Google Patents

고처리율 태양 전지 융삭 시스템 Download PDF

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Abstract

태양 전지 융삭 시스템(100)을 사용하여 태양 전지가 형성된다. 융삭 시스템(100)은 단일 레이저원(102) 및 수개의 레이저 스캐너(104)를 포함한다. 레이저 스캐너(104)는 마스터 레이저 스캐너를 포함하고, 이때 나머지 레이저 스캐너(104)는 마스터 레이저 스캐너에 종속되어 있다. 레이저원(102)으로부터의 레이저 빔이 수개의 레이저 빔으로 분할되고, 이때 레이저 빔은 하나 이상의 패턴에 따라 레이저 스캐너(104)를 사용하여 대응하는 웨이퍼 상에 스캔된다. 레이저 빔은 레이저원(102)의 동일한 또는 상이한 전력 수준을 사용하여 웨이퍼 상에 스캔될 수 있다.

Description

고처리율 태양 전지 융삭 시스템{HIGH THROUGHPUT SOLAR CELL ABLATION SYSTEM}
연방 후원 연구 또는 개발에 관한 선언
본 개시 내용은 미국 에너지부에 의해 지급되는 계약 번호 DEFC36-07GO17043 하에서의 정부 지원을 받아 이루어졌다.
본 발명은 일반적으로 태양 전지(solar cell)에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 태양 전지 제조 공정 및 구조물에 관한 것이지만, 이것으로만 제한되지는 않는다.
태양 전지는 태양 방사선(solar radiation)을 전기 에너지로 변환하기 위한 주지된 장치이다. 이들은 반도체 처리 기술을 사용하여 반도체 웨이퍼 상에 제조될 수 있다. 태양 전지는 P-형 및 N-형 확산 영역(diffusion region)들을 포함한다. 태양 전지에 충돌하는 태양 방사선은 확산 영역들로 이동하는 전자 및 정공을 생성하며, 그로써 확산 영역들 사이에 전압차를 생성한다. 배면 접점 태양 전지에서, 확산 영역들 및 이들에 결합되는 금속 접점 핑거(finger)들 둘 모두는 태양 전지의 배면 상에 있다. 금속 접점 핑거들은 외부 전기 회로가 태양 전지에 결합되고 태양 전지에 의해 전력을 공급받게 한다.
다른 에너지원에 대해 경쟁력이 있기 위해, 장비 비용 및 처리율이 태양 전지의 제조에서 중요한 고려사항이다. 본 발명의 실시예는 시스템의 비용을 최소화하면서 높은 처리율을 가능하게 하는 태양 전지 융삭 시스템(ablation system)에 관한 것이다.
일 실시예에서, 태양 전지 융삭 시스템을 사용하여 태양 전지가 형성된다. 융삭 시스템은 단일 레이저원(laser source) 및 수개의 레이저 스캐너(laser scanner)를 포함한다. 레이저 스캐너는 마스터(master) 레이저 스캐너를 포함하고, 이때 나머지 레이저 스캐너는 마스터 레이저 스캐너에 종속되어(slaved) 있다. 레이저원으로부터의 레이저 빔이 수개의 레이저 빔으로 분할되고, 이때 레이저 빔은 하나 이상의 패턴에 따라 레이저 스캐너를 사용하여 대응하는 웨이퍼 상에 스캔된다. 레이저 빔은 레이저원의 동일한 또는 상이한 전력 수준을 사용하여 웨이퍼 상에 스캔될 수 있다.
본 발명의 이들 및 다른 특징은 첨부 도면 및 특허청구범위를 포함하는 본 개시 내용 전체를 읽음으로써 당업자에게 즉각 명백할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지 융삭 시스템을 개략적으로 도시하는 평면도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 도 1의 태양 전지 융삭 시스템의 정면도.
도 3 내지 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지를 제조하기 위해 처리를 거치는 웨이퍼의 단면도.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼 상에 스크라이빙되는(scribed) 예시적인 패턴을 개략적으로 도시하는 도면.
도 7 및 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지 융삭 시스템의 예시적인 동작을 예시하는 도면.
도 9a 및 도 9b는 본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼 상에 스크라이빙되는 다른 예시적인 패턴을 개략적으로 도시하는 도면.
도 10 내지 도 12는 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지 융삭 시스템의 다른 예시적인 동작을 예시하는 도면.
상이한 도면에서 동일한 도면 부호를 사용하는 것은 동일하거나 유사한 구성요소를 나타낸다. 도면은 축척대로 도시되어 있지는 않다.
본 개시 내용에서, 본 발명의 실시예의 완전한 이해를 제공하기 위해 장치, 공정 파라미터, 재료, 공정 단계, 및 구조물의 예와 같은 다수의 구체적인 상세가 제공된다. 그러나, 당업자는 본 발명이 구체적인 상세들 중 하나 이상이 없이도 실시될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 다른 경우에, 본 발명의 태양을 불명료하게 하는 것을 피하기 위해 주지된 상세는 도시되거나 기술되지 않는다.
본 발명은 고처리율이고 비용 효과적인 태양 전지 융삭 시스템에 관한 것이다. 다른 태양 전지 융삭 시스템이 또한 발명의 명칭이 "태양 전지 제조 공정에서의 막 적층물의 융삭(ABLATION OF FILM STACKS IN SOLAR CELL FABRICATION PROCESSES)"인 2010년 6월 7일자로 출원된, 공동 양도된 미국 특허 출원 제12/795,526호에 개시되어 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지 융삭 시스템(100)을 개략적으로 도시하는 평면도이다. 도 1의 예에서, 태양 전지 융삭 시스템(100)은 턴테이블(turntable)(108), 비전 시스템(vision system)(107), 복수의 레이저 스캐너(104), 단일 레이저원(102), 및 제어 시스템(112)을 포함한다. 턴테이블(108)은 융삭 시스템(100)의 상이한 스테이션들을 통해 태양 전지 웨이퍼를 이동시키기 위한 가공물 이송부로서 역할한다. 일부 실시예에서, 스테이션들 사이에서 가공물을 이송하기 위해 상이한 이송 메커니즘이 사용된다. 하나의 비제한적인 예로서, 선형 컨베이어(linear conveyor)가 사용될 수 있다. 도 1의 예에서, 융삭 시스템(100)은 4개의 스테이션, 즉 스테이션 1 내지 스테이션 4를 갖는다. 그에 따라, 턴테이블(108)은 4개의 위치(109)를 포함하며, 각각의 위치는 척(chuck)(110) 형태의 하나 이상의 가공물 지지부를 갖는다. 척(110)은 하나의 태양 전지 웨이퍼를 보유 및 지지하도록 구성된다. 도면을 복잡하게 만드는 것을 피하기 위해 척들(110) 중 일부만이 도 1에 표시되어 있다. 척(110)은 스테이션들을 순환하는 동안 웨이퍼가 이동하지 않도록 웨이퍼를 고정시킨다.
스테이션 1은 처리를 기다리는 웨이퍼가 로딩되고 처리된 웨이퍼가 언로딩되는 로드/언로드(load/unload) 스테이션이다. 웨이퍼를 스테이션 1에 로딩하고 그로부터 언로딩하기 위해, 픽 앤드 플레이스 로봇(pick and place robot)과 같은 자동화된 가공물 핸들러(handler)가 사용될 수 있다. 웨이퍼가 또한 수동으로 스테이션 1에 로딩되고 그로부터 언로딩될 수 있다.
스테이션 2는 척(110) 상에 고정되어 있는 때의 웨이퍼의 위치를 결정하기 위한 가공물 위치 인식 시스템을 포함한다. 도 1의 예에서, 가공물 위치 인식 시스템은 비전 시스템(107)을 포함한다. 비전 시스템(107)은 위치(109)에 있는 웨이퍼의 위치를 결정하기 위한 카메라 및 관련 프로세서와 소프트웨어를 포함할 수 있다. 비전 시스템(107)은 웨이퍼가 예상된 위치로부터 벗어난 경우 얼마나 벗어나 있는지를 결정하기 위해 웨이퍼의 위치를 미리설정된 좌표계와 비교할 수 있다. 제어 시스템(112)은 레이저 빔을 웨이퍼 상으로 지향시킬 때 대응하는 레이저 스캐너(104)의 이동을 조정하기 위해 이러한 편차 정보를 사용할 수 있다.
스테이션 3 및 스테이션 4는 태양 전지 융삭 시스템(100)의 웨이퍼 처리 스테이션이다. 스테이션 3 및 스테이션 4에서, 접점 구멍을 비롯한 다양한 태양 전지 구조물을 형성하기 위해 각각의 웨이퍼 상의 하나 이상의 재료가 제거된다. 도 1의 예에서, 단일 레이저원(102)은 수개의 빔으로 분할되는 레이저 빔을 발생시키고, 이때 각각의 분할된 레이저 빔은 웨이퍼 상을 스캔하도록 대응하는 레이저 스캐너(104)에 의해 레이저 빔 경로를 따라 지향된다. 레이저 빔은 빔 스플리터(splitter) 또는 다른 광학/미러 장치를 사용하여 분할될 수 있다. 레이저 빔은 대응하는 웨이퍼 상에 형성된 재료를 통해 스크라이빙함으로써 접점 구멍을 형성한다. 레이저원(102)은 에스피아이 레이저스(SPI Lasers) 및 루메라 레이저 게엠베하(Lumera Laser GmbH)로부터 입수가능한 것과 같은 구매가능한 레이저원일 수 있다. 일 실시예에서, 레이저 스캐너(104)는 독일 소재의 스캔랩스(ScanLabs)로부터 구매가능한 것과 같은 갈바노미터(galvanometer) 레이저 스캐너를 포함한다.
제어 시스템(112)은 레이저원(102), 레이저 스캐너(104), 비전 시스템(107), 및 턴테이블(108)의 구동부에 전기적으로 결합되어 있다. 제어 시스템(112)은 태양 전지 융삭 시스템(100)의 동작을 제어한다. 보다 상세하게는, 제어 시스템은 턴테이블(108)의 회전, 레이저 빔을 웨이퍼 상으로 지향시키기 위한 레이저 스캐너(104)의 스캐닝 이동, 및 레이저원(102)을 제어한다. 일 실시예에서, 레이저 스캐너(104)는 마스터로서 구성되고, 이때 나머지 레이저 스캐너(104)는 마스터에 종속되어 있다. 제어 시스템(112)은 마스터 레이저 스캐너의 스캐닝을 제어하고, 이때 나머지 레이저 스캐너는 레이저 구성에 따라 정확히 그대로 또는 미러 이미지(mirror image)로 마스터의 스캐닝을 따라간다.
예시적인 동작에서, 제어 시스템(112)은 웨이퍼를 스테이션 1로부터 스테이션 2로 이동시키기 위해 턴테이블(108)을 구동한다. 스테이션 2에서, 비전 시스템(107)은 위치(109)에 보유되어 있는 웨이퍼의 위치를 결정한다. 비전 시스템(107)은 위치 정보를 제어 시스템(112)에 제공하고, 이 제어 시스템은 위치 정보를 사용하여 대응하는 레이저 스캐너(104)의 이동을 제어한다. 제어 시스템(112)은 이어서 웨이퍼를 스테이션 2로부터 스테이션 3으로 이동시키기 위해 턴테이블(108)을 구동한다. 거기서, 레이저원(102)에 의해 발생된 레이저 빔은 현재 로딩되어 있고 제어 시스템(112)에 의해 이용되는 레이저 구성(101)에서 지시되는 패턴 및 레이저 전력 수준에 따라 웨이퍼로부터 하나 이상의 재료를 제거한다. 제어 시스템(112)은 그 후에 웨이퍼를 스테이션 3으로부터 스테이션 4로 이동시키기 위해 턴테이블(108)을 구동한다. 스테이션 3에서, 레이저원(102)에 의해 발생된 레이저 빔은 현재 로딩되어 있는 레이저 구성(101)에서 지시되는 패턴 및 레이저 전력 수준에 따라 웨이퍼로부터 하나 이상의 재료를 제거한다. 제어 시스템(112)은 처리된 웨이퍼를 스테이션 4로부터 스테이션 1로 이동시키기 위해 턴테이블(108)을 구동하고, 여기서 처리된 웨이퍼가 융삭 시스템(100)으로부터 언로딩된다. 알 수 있는 바와 같이, 태양 전지 융삭 시스템(100)은 제조되고 있는 웨이퍼에 대해 상이한 처리 단계들을 수행하도록 구성될 수 있다. 즉, 태양 전지 융삭 시스템(100)은 또한 융삭 이외의 웨이퍼 처리 단계들을 수행하기 위해 레이저 빔을 웨이퍼 상으로 지향시키는 데 사용될 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지 융삭 시스템(100)의 정면도이다. 도 2는 스테이션 2에 있는 비전 시스템(107), 스테이션 3에 있는 레이저 스캐너(104), 및 스테이션 4에 있는 레이저 스캐너(104)를 도시한다. 스테이션 3의 전방에 있는 스테이션 1은 도시되어 있지 않다. 하나 초과의 레이저 스캐너(104)가 처리 스테이션에 있을 수 있다는 것에 유의한다. 턴테이블(108)은 각각의 위치에서 웨이퍼(105)를 지지하기 위한 척(110)을 포함한다.
웨이퍼 위치 인식(예컨대, 스테이션 2) 또는 자동화 스테이션(예컨대, 스테이션 1)에서의 중복성(redundancy)을 피하기 위해 그리고 스테이션 위치들 사이의 정합(registration)을 보장하기 위해 턴테이블 접근법이 이용된다. 모든 웨이퍼에 대해 낮은 듀티 사이클(duty cycle)을 갖는 스테이션(예컨대, 로드/언로드, 비전 시스템, 자동화된 광학 검사)이 사용되는 반면, 높은 듀티 사이클을 갖는 패턴 기록 스테이션(예컨대, 스테이션 3 및 스테이션 4)만이 시스템 하드웨어에서 반복된다. 턴테이블 사용률을 극대화하기 위해, 각각의 스테이션에서 다수의 웨이퍼가 처리된다. 필요한 처리 스테이션의 총수와 비교한 비전/취급 스테이션의 수의 비는 스테이션의 듀티 사이클 및 시스템의 물리적 제약조건, 예컨대 턴테이블 크기, 웨이퍼 크기 등에 기초할 수 있다. 예로서, 턴테이블이 4개의 스테이션으로 제한되어 있고, 스크라이빙될 패턴이 이등분되어(둘로 접어지게 되어) 있는 경우, 비전/취급 스테이션의 총수는 처리 스테이션의 수의 1/2일 것이다. 이러한 방식으로, 취급 시스템은 더 간단하고 더 저렴하게 될 것이며, 비전 시스템은 더 적은 수의 카메라를 필요로 할 것이다. 일반적으로, 주어진 사이클 시간에 대한 자본 비용 및 레이저 비용을 최소화하면서 처리율을 극대화하기 위해 융삭 시스템이 상이한 방식으로 구성될 수 있다.
도 1의 예에서, 태양 전지 융삭 시스템(100)은 소위 "4/2/1" 설계를 가지며, 여기서 첫번째 숫자는 회전식 테이블 동작 또는 이동의 수를 나타내고, 두번째 숫자는 공정 스테이션의 수이며, 세번째 숫자는 로드/언로드 스테이션의 수를 나타낸다. 도 1의 태양 전지 융삭 시스템(100)에서, 4번의 회전 이동, 2개의 공정 스테이션(스테이션 3 및 스테이션 4), 그리고 하나의 로드/언로드 스테이션(스테이션 1)이 있다. 턴테이블의 각각의 위치는 하나 이상의 척을 가질 수 있다. 알 수 있는 바와 같이, 응용에 따라, 3/2/1, 4/3/1, 5/4/1 등을 포함하는 다른 설계가 가능하다. 융삭 시스템의 설계는 시스템의 물리적인 기하학적 형태, 턴테이블의 크기, 및 가능한 회전 횟수에 의해 제한된다.
대안의 실시예는 웨이퍼 위치 인식 스테이션과 동일한 스테이션에 로드/언로드와 같은 비-처리 스테이션들의 조합, 및 한 스테이션에서 로딩하고 다른 스테이션에서 언로딩함으로써 약간의 처리 스테이션 듀티 사이클 감소를 용인하는 것을 포함할 수 있다. 도 1의 실시예는 광학 검사 스테이션을 포함하지 않지만, 이것이 다른 스테이션에 부가될 수 있다. 광학 검사가 또한 다른 공구에 오프-라인(off-line)으로 포함될 수 있다.
처리율을 증가시키기 위해 또는 자동화된 광학 검사를 포함하기 위해 비-사분면(non-quadrant) 기반 접근법이 고려될 수 있다. 예를 들어, 72도 회전하는 턴테이블이 비전 시스템에 대한 1개의 스테이션, 로드/언로드에 대한 1개의 스테이션, 및 3개의 공정 스테이션 - 각각의 공정 스테이션이 패턴의 1/3을 형성함 - 을 가질 수 있다. 다른 예로서, 72도 회전하는 턴테이블이 비전 시스템에 대한 1개의 스테이션, 로드/언로드에 대한 1개의 스테이션, 1개의 자동화된 광학 검사 스테이션, 및 2개의 공정 스테이션 - 각각의 공정 스테이션이 패턴의 1/2을 형성함 - 을 가질 수 있다.
도 3 내지 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지를 제조하기 위해 처리를 거치는 웨이퍼(105)의 단면도를 도시한다. 도 3의 예에서, 웨이퍼(105)는 N-형 규소 웨이퍼를 포함하는 태양 전지 기판(201)을 포함한다. 유전체 막 적층물(210)이, 이러한 예에서 폴리실리콘을 포함하는 층(202) 상에 형성된다. 막 적층물(210)은, 도 3의 예에서 막(211), 막(212), 및 막(213)을 포함하는 다수의 재료 층을 포함한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 막(211)은 막(212) 상에 형성될 수 있고, 막(212)은 차례로 막(213) 상에 형성된다. 일 실시예에서, 막(211)은 300 내지 1000 옹스트롬의 두께로 형성되는 질화규소의 층을 포함하고, 막(212)은 30 내지 50 옹스트롬의 두께로 형성되는 비정질 규소의 층을 포함하며, 막(213)은 약 120 옹스트롬의 두께로 형성되는 이산화규소를 포함한다. 막(212)은 또한 응용에 따라 폴리실리콘 또는 mc-규소를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 층(202)은 약 2000 옹스트롬의 두께로 형성되는 폴리실리콘을 포함한다. P-형 확산 영역(203) 및 N-형 확산 영역(204)이 층(214) 내에 형성된다. 태양 전지에 수개의 확산 영역이 있지만, 예시의 명확함을 위해 각각의 전도성 유형의 하나의 확산 영역만이 도 3에 도시되어 있다. 도 3 내지 도 5의 태양 전지는 확산 영역(203, 204) - 이들에 전기적으로 결합되어 있는 금속 접점을 포함함(도 5 참조) - 이 기판(201)의 배면 위에서 태양 전지의 배면 상에 형성된다는 점에서 배면 접점 태양 전지의 예이다. 정상 동작 동안 태양 방사선을 수집하도록 태양을 향하는 웨이퍼(105)의 전면은 배면의 반대편에 있다. 도 3의 예에서, 기판(201)의 전면 표면은 무작위적인 피라미드들(230)로 텍스처화된다. 질화규소를 포함하는 반사방지 층(231)이 전면 상의 텍스처화된 표면 상에 형성된다.
질화규소 막(211), 비정질 규소 막(212), 및 산화물 막(213)을 융삭하여 이들을 관통하는 구멍을 형성하고 확산 영역들(203, 204)을 노출시키기 위해 도 1의 융삭 시스템(100)이 이용된다. 융삭 공정이 도 4에 예시되어 있으며, 여기서 융삭 단계는 확산 영역들(203, 204)을 노출시키는 접점 구멍(220)을 형성하였다. 이것은, 도 5에 예시된 바와 같이, 접점 구멍(220) 내에 형성되는 금속 접점(221)의 형성을 가능하게 한다. 금속 접점(221)은 외부 전기 회로가 확산 영역들(203, 204)에 전기적 연결을 할 수 있게 한다.
접점 구멍(220)은 웨이퍼(105) 상에 스크라이빙된 패턴의 일부일 수 있다. 도 6a는 본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼(105) 상에 스크라이빙되는 예시적인 패턴(301)을 개략적으로 도시한다. 알 수 있는 바와 같이, 도 6a 및 도 6b 및 본 개시 내용의 다른 도면은 축적대로 도시되어 있지 않다. 패턴(301) 주위의 경계는 패턴(301)이 태양 전지 융삭 시스템(100)을 사용하여 웨이퍼(105) 상에 스크라이빙된다는 것을 개략적으로 나타낸다.
도 6a의 예에서, 패턴(301)은 파선(304)에 대해 대칭이다. 패턴(301)은 제1 절반 부분(302) 및 제2 절반 부분(303)을 포함한다. 패턴(301)은 또한 "둘로 접어지는(bi-fold)" 패턴으로 지칭되는데, 그 이유는 제1 절반 부분(302)이 제2 절반 부분(303)의 미러 이미지이기 때문이다. 패턴(301)은 반드시 연속적이거나 연결될 필요는 없는 일련의 접점 구멍을 나타낸다. 이것이 도 6b에 예시되어 있으며, 여기서 제1 절반 부분(302)은 일련의 개별 점들로 도시되어 있고, 이때 각각의 점은 접점 구멍을 나타낸다. 따라서, 제1 및 제2 절반부가 수평 또는 수직 축을 포함하는 중심 축에 대해 대칭인 그러한 패턴을 지칭하는 데 미러 이미지 패턴이 사용될 수 있다.
레이저 구성(101-1)은 패턴(301)의 패턴과, 웨이퍼(105) 상에 절반 부분을 스크라이빙하기 위한 레이저 전력 수준 및 펄스 구성을 지시할 수 있다. 태양 전지 융삭 시스템(100)은 단일 레이저원(102)을 사용하여 하나의 웨이퍼 상에 제1 절반 부분(302)을 스크라이빙하는 것과 다른 웨이퍼 상에 제2 절반 부분(303)을 스크라이빙하는 것을 동시에 하기 위해 레이저 구성(101-1)을 사용하도록 구성될 수 있다. 이제 도 7 및 도 8을 참조하여 이러한 원리를 사용한 예시적인 동작이 예시된다.
도 7에서, 제1 웨이퍼(105-1) 및 제2 웨이퍼(105-2)가 스테이션 2로부터 스테이션 3으로 회전된다. 이때, 스테이션 4에는 어떤 웨이퍼도 없다. 단일 레이저원(102)은 스테이션 3에서 레이저 스캐너(104)를 통해 레이저 빔을 발사하고, 제어 시스템(112)은 웨이퍼(105-1, 105-2) 상에 제1 절반 부분(302)을 스크라이빙하도록 이 레이저 빔을 지향시킨다. 그 후에, 도 8에 예시된 바와 같이, 제어 시스템(112)은 웨이퍼(105-1, 105-2)를 스테이션 4로 이동시키고 제3 웨이퍼(105-3) 및 제4 웨이퍼(105-4)를 스테이션 2로부터 스테이션 3으로 이동시키기 위해 턴테이블(108)을 회전시킨다. 단일 레이저원(102)은 레이저 빔을 발사하고, 스테이션 3 및 스테이션 4 둘 모두에서 이 레이저 빔은 레이저 스캐너(104)로 지향되는 개별적인 빔으로 분할된다. 스테이션 3 및 스테이션 4 둘 모두에서 레이저 스캐너(104)는 레이저 스캐너들(104) 중 임의의 것일 수 있는 하나의 마스터 레이저 스캐너(104)에 종속되어 있을 수 있다. 다른 레이저 스캐너(104)는 마스터 레이저 스캐너에 종속되어 있다. 스테이션 4에서 레이저 스캐너(104)는 스테이션 3에서의 레이저 스캐너(104)에 대해 미러 이미지로 레이저 빔을 이동시키도록 구성될 수 있다. 이것은 유리하게는 단일 레이저원(102)을 사용하여 상이한 스테이션에서 패턴(301)의 2개의 절반 부분이 동시에 스크라이빙될 수 있게 한다. 레이저원(102)의 하나의 발사에서 패턴의 제1 절반부가 하나의 스테이션에서 웨이퍼 상에 스크라이빙되고, 레이저원(102)의 제2 발사에서 패턴의 제2 절반부가 다른 스테이션에서 동일한 웨이퍼 상에 스크라이빙된다.
계속 도 8을 참조하면, 스테이션 3에서의 스캐너(104)는 웨이퍼(105-3, 105-4) 상에 제1 절반 부분(302)을 스크라이빙하도록 그의 레이저 빔을 지향시킨다. 동시에, 레이저원(102)으로부터의 레이저 빔의 동일한 발사로부터, 스테이션 4에서의 스캐너(104)는 웨이퍼(105-1, 105-2) 상에 제2 절반 부분(303)을 스크라이빙하여 그 웨이퍼 상에 패턴(301)을 완성하도록 그의 레이저 빔을 지향시킨다. 이 사이클이 다시 반복될 수 있음으로써, 턴테이블(108)의 2번의 회전 이동에서 웨이퍼(105) 상에 완성된 패턴(301)이 스크라이빙될 수 있게 한다.
이상으로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 실시예는 아직까지 실현되지 않은 이점을 제공한다. 첫째, 태양 전지 융삭 시스템(100)은, 자본 비용이 그다지 증가함이 없이, 비교적 높은 처리율, 즉 웨이퍼 처리 속도를 가능하게 한다. 단일 레이저원(102)을 사용하여, 융삭 시스템(100)은 패턴화를 레이저원(102)의 동일한 발사로 상이한 스테이션에서 수행되는 개별적인 단계로 분할한다. 패턴화가 시스템 사이클의 가장 느린 부분인 경우, 패턴 형성을 수개의 단계로 분할하는 것은 주어진 처리 스테이션에서 패턴화 시간을 감소시킨다. 예를 들어, 웨이퍼 상에 완전한 패턴을 형성하는 것이 14초 걸리는 것으로 가정할 때, 융삭 시스템(100)은, 패턴화를 2개의 상이한 스테이션에서의 2개의 단계로 나눔으로써, 이 시간을 약 7초로 감소시킬 수 있다(오버헤드를 고려하면, 패턴화 시간의 40% 내지 50% 감소). 일반적으로, 융삭 시스템(100)은 공정의 듀티 사이클이 4초를 초과하고 높은 정밀도가 필요할 때 유리하다.
둘째, 융삭 시스템(100)은 자본 비용의 상당한 절감을 제공한다. 레이저원이 전형적으로 레이저-기반 융삭 시스템의 비용의 대부분인 경우, 단일 레이저원(102)을 사용하는 것은 상당한 절감을 가져온다. 일반적으로, 융삭 시스템(100)은 정렬/교정 카메라, 핸들러, 및 레이저의 중복성을 감소시킨다.
셋째, 융삭 시스템(100)은 시스템 복잡도의 감소를 가능하게 한다. 융삭 시스템(100)에서, 제어 시스템(112)은 단일 레이저원(102) 및 단일 마스터 레이저 스캐너(104)를 제어한다. 다른 레이저 스캐너(104)는 마스터 레이저 스캐너(104)에 종속되어 있다. 이것은 하나의 스테이션에 있는 종속된 레이저 스캐너(104)가 마스터 레이저 스캐너(104)의 스캐닝을 단순히 따라갈 수 있게 하고, 다른 스테테이션에 있는 종속된 레이저 스캐너(104)가 마스터 레이저 스캐너(104)의 미러 이미지로 스캔할 수 있게 한다. 미러 이미지 스캐닝은 대응하는 레이저 스캐너(104)에서의 미러 구성에 의해 또는 완전히 상이한 스캔 이동보다는 마스터 레이저 스캐너 이동의 상보적 이동(complement)(또는 다른 동작)을 취함으로써 달성될 수 있다.
일부 응용에서, 패턴이 상이한 레이저 전력 수준을 필요로 할 수 있거나, 비-대칭적 설계를 가질 수 있다. 예를 들어, P-형 및 N-형 확산 영역들에 대한 재료가 상이한 맞물림형(interdigitated) 배면 접점 태양 전지에서, 어느 패턴이 스크라이빙되는지에 따라 상이한 레이저 전력 수준이 필요할 수 있다. 보다 구체적으로는, N-형 확산 영역과 달리 P-형 확산 영역에 대한 접점 구멍을 형성하는 데 상이한 레이저 전력 수준이 필요할 수 있다. 레이저 전력 수준의 차이는 접점 구멍이 형성되는 상이한 재료로 인한 것일 수 있다. 그 경우에, 각각의 전력 수준 또는 웨이퍼 상에 스크라이빙되는 패턴에 대해 상이한 레이저 구성이 사용될 수 있다. 예로서 도 1의 태양 전지 융삭 시스템(100)을 사용하여, 하나의 패턴이 제1 단계에서 하나의 레이저 구성(예컨대, 구성(101-1))에 따라 웨이퍼 상에 스크라이빙될 수 있고, 다른 패턴이 제2 단계에서 다른 레이저 구성(예컨대, 101-2)에 따라 웨이퍼 상에 스크라이빙될 수 있는 등이다. 각각의 레이저 구성은 스크라이빙되는 패턴 및 그 패턴을 스크라이빙하는 레이저원의 전력 수준을 규정할 수 있다.
도 9a는 본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼(105) 상에 스크라이빙되는 예시적인 패턴(311)을 개략적으로 도시한다. 도 9a는 축척대로 도시되어 있지는 않다. 패턴(311) 주위의 경계는 패턴(311)이 태양 전지 융삭 시스템(100)을 사용하여 웨이퍼(105) 상에 스크라이빙된다는 것을 개략적으로 나타낸다.
도 9a의 예에서, 패턴(311)은 제1 패턴(312) 및 제2 패턴(313)을 포함한다. 패턴(312)이 패턴(313)과 서로 맞물려 있다는 점에서 패턴(311)은 맞물림형 패턴이다. 패턴(312)은 P-형 확산 영역에 대한 접점 구멍을 포함할 수 있고, 패턴(313)은 N-형 확산 영역에 대한 접점 구멍을 포함할 수 있다. 부분(312, 313)은 상이한 재료를 통해 스크라이빙될 수 있다. 그에 따라, 이러한 예에서, 패턴(312)은 레이저 구성(101-1)을 사용하여 웨이퍼 상에 스크라이빙될 수 있고, 패턴(313)은 레이저 구성(101-2)을 사용하여 웨이퍼 상에 스크라이빙될 수 있다. 패턴(311)은 반드시 연속적이거나 연결될 필요는 없는 일련의 접점 구멍을 나타낸다. 이것이 도 9b에 예시되어 있으며, 여기서 패턴(312)은 일련의 개별 점들로 도시되어 있고, 이때 각각의 점은 접점 구멍을 나타낸다.
일반적으로, 제1 레이저 구성은 제1 패턴 및 제1 전력 수준을 규정할 수 있고, 제2 레이저 구성은 제2 패턴 및 제2 전력 수준을 규정할 수 있으며, 제3 레이저 구성은 제3 패턴 및 제3 전력 수준을 명시할 수 있는 등이다. 특정 예로서, 제1 패턴은 레이저원(102)의 제1 전력 수준에서 웨이퍼 상에 스크라이빙되는 패턴(312)일 수 있고, 제2 패턴은 레이저원(102)의 제2 전력 수준에서 웨이퍼 상에 스크라이빙되는 패턴(313)일 수 있다.
제1 패턴은 턴테이블의 제1 회전에서 모든 처리 스테이션 상에서 제1 전력 수준을 사용하여 동시에 웨이퍼 상에 스크라이빙될 수 있고, 제2 패턴은 턴테이블의 제2 회전에서 모든 처리 스테이션 상에서 제1 전력 수준과 상이한 제2 전력 수준을 사용하여 동시에 웨이퍼 상에 스크라이빙될 수 있는 등이다. 패턴 및 대응하는 전력 수준을 교대로 사용함으로써, 완성된 패턴이 턴테이블의 2번의 회전 이동에서 스크라이빙된다.
이제 융삭 시스템(100)을 사용하여 웨이퍼 상에 패턴(311)을 기록하기 위한 예시적인 동작이 도 10 내지 도 12를 참조하여 설명된다. 도 10에서, 패턴(312)은 레이저 구성(101-1)에 따라 레이저원(102)의 제1 전력 수준을 사용하여 웨이퍼(105-5, 105-6) 상에 동시에 스크라이빙된다. 이때, 스테이션 4에는 어떤 웨이퍼도 없다.
도 11에서, 웨이퍼(105-7, 105-8)를 스테이션 3으로, 그리고 웨이퍼(105-5, 105-6)를 스테이션 3으로부터 스테이션 4로 이동시키기 위해 턴테이블(108)이 회전된다. 패턴(313)은 레이저 구성(101-2)에 따라 레이저원(102)의 제2 전력 수준을 사용하여 웨이퍼(105-5, 105-6, 105-7, 105-8) 상에 동시에 스크라이빙된다. 패턴(312, 313)을 포함하는 완전한 패턴(311)이 이제 웨이퍼(105-5, 105-6) 상에 스크라이빙된다는 것에 유의한다(스테이션 4 참조).
도 12에서, 웨이퍼(105-9, 105-10)를 스테이션 3으로, 그리고 웨이퍼(105-7, 105-8)를 스테이션 3으로부터 스테이션 4로 이동시키기 위해 턴테이블이 회전된다. 동일한 회전 이동에서, 처리된 웨이퍼(105-5, 105-6)가 스테이션 4로부터 스테이션 1(도시 안됨)로 이동되고, 여기서 웨이퍼(105-5, 105-6)가 언로딩된다. 패턴(312)은 레이저 구성(101-1)에 따라 레이저원(102)의 제1 전력 수준에서 웨이퍼(105-7, 105-8, 105-9, 105-10) 상에 동시에 스크라이빙된다. 패턴(312, 313)을 포함하는 완전한 패턴(311)이 이제 웨이퍼(105-7, 105-8) 상에 스크라이빙된다는 것에 유의한다(스테이션 4 참조). 패턴(313, 312)이 턴테이블(108) 상에 존재하는 웨이퍼 상에 교대로 스크라이빙되면서 이 사이클이 반복된다.
도 10 내지 도 12의 예에서, 하나의 레이저 스캐너(104)가 마스터 레이저 스캐너(104)로서 지정될 수 있다. 모든 다른 레이저 스캐너(104)는 마스터에 종속되어 있다. 즉, 임의의 주어진 스테이션에서, 단지 하나의 레이저 스캐너(104)만이 직접 제어되면 된다. 다른 레이저 스캐너(104)는 단지 마스터 레이저 스캐너(104)를 따라갈 수 있다. 이러한 예에서, 패턴화 단계들이 서로 독립적이기 때문에, 웨이퍼 상에 스크라이빙될 패턴이 대칭일 필요가 없다. 이전과 같이, 완전한 패턴을 스크라이빙하는 데 단일 레이저원(102)이 이용될 수 있다. 이것은 레이저 구성들 사이에 전환하는 오버헤드에 의해서만 제약되는 이전에 설명된 것과 동일한 이점을 가능하게 한다.
이상으로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 실시예는 웨이퍼로부터 재료를 제거하는 것을 수반하는 응용으로 제한되지 않는다. 예를 들어, 본 발명의 실시예는 어닐링, 확산, 및 다른 웨이퍼 처리 단계를 위해 레이저 빔이 웨이퍼 상에 스캔되는 응용에서 동일하게 유용하다.
고처리율 태양 전지 융삭 시스템이 개시되었다. 본 발명의 구체적인 실시예가 제공되었지만, 이들 실시예가 예시의 목적을 위한 것이고 제한되지 않는다는 것을 이해하여야 한다. 많은 추가의 실시예가 본 개시 내용을 읽음으로써 당업자에게 명백할 것이다.

Claims (18)

  1. 태양 전지(solar cell)를 제조하는 방법으로서,
    단일 레이저원(laser source)으로부터 레이저 빔을 발생시키는 단계;
    레이저 빔을 제1 레이저 빔 경로 및 제2 레이저 빔 경로를 따라 분할하는 단계;
    제1 스캐닝 단계에서, 제1 패턴에 따라 제1 스테이션에서 제1 웨이퍼 상을 스캔하도록 레이저 빔을 제1 레이저 빔 경로를 따라 지향시키는 단계;
    제1 웨이퍼를 제1 스테이션으로부터 제2 스테이션으로, 그리고 제2 웨이퍼를 제1 스테이션으로 이동시키는 단계;
    제1 스캐닝 단계 후에 그리고 제1 및 제2 웨이퍼를 이동시키는 단계 후에 제2 스캐닝 단계에서, 제1 패턴의 미러 이미지(mirror image)인 제2 패턴에 따라 제2 스테이션에서 제1 웨이퍼 상을 스캔하도록 레이저 빔을 제2 레이저 빔 경로를 따라 지향시키고, 제1 패턴에 따라 제2 웨이퍼 상을 스캔하도록 레이저 빔을 제1 레이저 빔 경로를 따라 지향시키는 단계 - 제1 및 제2 웨이퍼 상을 스캔하는 것은 실질적으로 동시에 수행됨 - 를 포함하며,
    제2 스캐닝 단계 동안, 레이저 빔을 제1 웨이퍼 상으로 지향시키는 단계는 마스터(master) 레이저 스캐너에 종속되어(slaved) 있는 복수의 레이저 스캐너 중 제1 레이저 스캐너를 사용하여 수행되고, 마스터 레이저 스캐너는 레이저 빔을 제2 웨이퍼 상으로 지향시키는 데 사용되고,
    상기 제1 레이저 스캐너가 상기 마스터 레이저 스캐너에 종속되어 상기 마스터 레이저 스캐너의 미러 이미지로 스캔함으로써, 상기 제2 패턴이 상기 제1 패턴의 미러 이미지가 되는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 제1 및 제2 패턴은 웨이퍼 상에 제조되는 태양 전지의 확산 영역(diffusion region)을 노출시키는 접점 구멍을 형성하고, 확산 영역에 전기적으로 연결하기 위해 접점 구멍 내에 금속 접점을 형성하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    제1 웨이퍼를 제2 스테이션으로부터, 제2 웨이퍼를 제1 스테이션으로부터 제2 스테이션으로, 그리고 제3 웨이퍼를 제1 스테이션으로 이동시키는 단계;
    제2 스캐닝 단계 후에 그리고 제1, 제2 및 제3 웨이퍼를 이동시키는 단계 후에 제3 스캐닝 단계에서, 제2 패턴에 따라 제2 스테이션에서 제2 웨이퍼 상을 스캔하도록 레이저 빔을 제2 레이저 빔 경로를 따라 지향시키고, 제1 패턴에 따라 제3 웨이퍼 상을 스캔하도록 레이저 빔을 제1 레이저 빔 경로를 따라 지향시키는 단계 - 제2 및 제3 웨이퍼 상을 스캔하는 것은 실질적으로 동시에 수행됨 - 를 추가로 포함하는 방법.
  5. 웨이퍼 처리 시스템으로서,
    복수의 스테이션;
    복수의 스테이션 각각에 대한 위치를 갖는 턴테이블(turntable) - 상기 위치는 복수의 웨이퍼를 지지하도록 구성됨 - ;
    단일 레이저원;
    단일 레이저원으로부터의 주 레이저 빔을 제1 레이저 빔 및 제2 레이저 빔으로 분할하도록 구성되는 빔 스플리터(beam splitter);
    제1 패턴에 따라 복수의 웨이퍼 중 제1 웨이퍼 상을 스캔하기 위해 제1 레이저 빔을 지향시키도록 구성되는 마스터 레이저 스캐너;
    마스터 레이저 스캐너에 의해 제어되고, 마스터 레이저 스캐너에 의해 제1 레이저 빔이 복수의 웨이퍼 중 제1 웨이퍼 상을 스캔하는 것과 실질적으로 동시에 제1 패턴의 미러 이미지인 제2 패턴에 따라 복수의 웨이퍼 중 제2 웨이퍼 상을 스캔하기 위해 제2 레이저 빔을 지향시키도록 구성되는 슬레이브(slave) 레이저 스캐너를 포함하고,
    상기 슬레이브 레이저 스캐너가 상기 마스터 레이저 스캐너에 종속되어 상기 마스터 레이저 스캐너의 미러 이미지로 스캔함으로써, 상기 제2 패턴이 상기 제1 패턴의 미러 이미지가 되는 시스템.
  6. 제5항에 있어서, 슬레이브 레이저 스캐너는 갈바노미터(galvanometer) 레이저 스캐너를 포함하는 시스템.
  7. 제5항에 있어서, 단일 레이저원의 동일한 전력 수준에서, 제1 패턴은 복수의 웨이퍼 중 제1 웨이퍼 상에 스캔되고 제2 패턴은 복수의 웨이퍼 중 제2 웨이퍼 상에 스캔되는 시스템.
  8. 제5항에 있어서, 복수의 스테이션 중의 한 스테이션에서 비전 시스템(vision system)을 추가로 포함하며, 비전 시스템은 턴테이블 상의 복수의 웨이퍼의 위치를 인식하도록 구성되는 시스템.
  9. 제5항에 있어서, 복수의 웨이퍼가 턴테이블 상으로 로딩되는 복수의 스테이션 중의 한 스테이션을 추가로 포함하는 시스템.
  10. 제5항에 있어서, 제1 패턴 및 제2 패턴은 단일 레이저원의 동일한 전력 수준에서 스크라이빙되는(scribed) 시스템.
  11. 삭제
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  18. 삭제
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