KR101832478B1 - 다중 가스 공급 장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 실시예들은 전체적으로 복수의 위치에서 프로세싱 챔버로 프로세스 가스를 유입시키기 위한 장치 및 방법을 제공한다. 일 실시예에서는, 샤워헤드의 중앙 영역과 샤워헤드의 코너 영역에 중앙 영역의 유동을 조절하기 위한 제1 질량 유동제어기 및 코너 영역의 유동을 조절하기 위한 제2 질량 유동 제어기를 구비하는 중앙 가스 공급원으로부터 프로세스 가스가 공급된다. 다른 실시예에서는, 샤워헤드의 중앙 영역이 제1 가스 공급원으로부터 프로세스 가스를 공급받고, 샤워헤드의 코너 영역이 제2 가스 공급원으로부터 프로세스 가스를 공급받는다. 다른 실시예에서는, 샤워헤드의 중앙 영역이 제1 가스 공급원으로부터 프로세스 가스를 공급받고, 샤워헤드의 각각의 코너 영역은 개별적인 가스 공급원으로부터 프로세스 가스를 공급받는다.
Description
본 발명의 실시예들은 기판 상의 다수의 위치에 프로세스 가스를 공급하기 위한 장치 및 방법을 제공한다.
보다 큰 대형 태양 전지판(large solar panel) 및 평판 디스플레이(flat panel display)에 대한 요구가 지속적으로 증가함에 따라, 기판을 처리하기 위한 챔버 및 기판의 크기도 증가하여야 한다. 태양 전지판 또는 평판 디스플레이를 위한 기판 상에 물질을 증착하는 한 가지 방법은 플라스마 강화 화학 기상 증착(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition; PECVD) 방법이다. PECVD에서는, 프로세스 가스가 통상적으로 중앙 가스 공급 오리피스를 통해 프로세스 챔버의 샤워헤드(showerhead) 전체에 걸쳐 유입된다. 프로세스 가스는 샤워헤드를 통해 확산되어 샤워헤드에 인가된 RF 전류에 의해 플라스마로 점화된다. 플라스마는 챔버의 프로세스 영역 내에 배치된 기판을 둘러싸고 기판의 표면 상에 박막(thin film)을 증착한다.
기판 크기가 증가함에 따라, 기판 상에 증착되는 막의 균일성(uniformity)이 점점 어렵게 된다. 따라서, 샤워헤드의 표면에 걸친 프로세스 가스의 균일성을 향상시키기 위한 장치 및 방법이 본 기술분야에서 요구되고 있다.
기판 크기가 증가함에 따라, 기판 상에 증착되는 막의 균일성(uniformity)이 점점 어렵게 된다. 따라서, 샤워헤드의 표면에 걸친 프로세스 가스의 균일성을 향상시키기 위한 장치 및 방법이 본 기술분야에서 요구되고 있다.
본 발명의 일 실시예에서는 프로세싱 장치가, 샤워헤드, 배킹 플레이트(backing plate)로서, 상기 배킹 플레이트와 상기 샤워헤드 사이에 공간이 형성되도록 상기 샤워헤드 부근에 배치되는 배킹 플레이트, 상기 배킹 플레이트의 중앙 영역을 통해 형성되는 오리피스(orifice)와 유체 연결되는(in fluid communication with) 제1 가스 공급원, 및 상기 배킹 플레이트의 코너 영역을 통해 형성되는 오리피스와 유체 연결되는 제2 가스 공급원을 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에서는 프로세싱 장치가, 샤워헤드, 배킹 플레이트로서, 상기 배킹 플레이트와 상기 샤워헤드 사이에 공간(space)이 형성되도록 상기 샤워헤드 부근에 배치되며, 상기 공간이 중앙 영역 및 복수의 코너 영역을 구비하는 배킹 플레이트, 상기 공간의 중앙 영역과 유체 연결되는 제1 가스 공급원, 상기 공간의 중앙 영역 및 제1 가스 공급원과 유체 연결되는 제1 질량 유동 제어기, 상기 공간의 하나 이상의 코너 영역과 유체 연결되는 제2 가스 공급원, 및 상기 공간의 하나 이상의 코너 영역 및 제2 가스 공급원과 유체 연결되는 제2 질량 유동 제어기를 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시예에서는 프로세싱 장치가, 샤워헤드, 배킹 플레이트로서, 상기 배킹 플레이트와 상기 샤워헤드 사이에 공간이 형성되도록 상기 샤워헤드에 병렬 배치되며 상기 공간이 중앙 영역 및 복수의 코너 영역을 구비하는 배킹 플레이트, 상기 공간의 중앙 및 코너 영역과 유체 연결되는 가스 공급원, 상기 공간의 중앙 영역 및 상기 가스 공급원과 유체 연결되는 제1 질량 유동 제어기, 및 상기 공간의 코너 영역 중 하나 이상 및 상기 가스 공급원과 유체 연결되는 제2 질량 유동 제어기를 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시예에서는 박막을 증착하기 위한 방법이, 프로세싱 장치의 샤워헤드와 배킹 플레이트 사이에 형성되는 공간의 중앙 영역으로 제1 가스 혼합물을 유입시키는 단계, 상기 공간의 코너 영역으로 제2 가스 혼합물을 유입시키는 단계, 및 상기 샤워헤드를 통해 확산시키기 전에 상기 제1 가스 혼합물이 제2 가스 혼합물과 혼합되는 것을 실질적으로 방지하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에서는 프로세싱 장치가, 샤워헤드, 배킹 플레이트로서, 상기 배킹 플레이트와 상기 샤워헤드 사이에 공간(space)이 형성되도록 상기 샤워헤드 부근에 배치되며, 상기 공간이 중앙 영역 및 복수의 코너 영역을 구비하는 배킹 플레이트, 상기 공간의 중앙 영역과 유체 연결되는 제1 가스 공급원, 상기 공간의 중앙 영역 및 제1 가스 공급원과 유체 연결되는 제1 질량 유동 제어기, 상기 공간의 하나 이상의 코너 영역과 유체 연결되는 제2 가스 공급원, 및 상기 공간의 하나 이상의 코너 영역 및 제2 가스 공급원과 유체 연결되는 제2 질량 유동 제어기를 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시예에서는 프로세싱 장치가, 샤워헤드, 배킹 플레이트로서, 상기 배킹 플레이트와 상기 샤워헤드 사이에 공간이 형성되도록 상기 샤워헤드에 병렬 배치되며 상기 공간이 중앙 영역 및 복수의 코너 영역을 구비하는 배킹 플레이트, 상기 공간의 중앙 및 코너 영역과 유체 연결되는 가스 공급원, 상기 공간의 중앙 영역 및 상기 가스 공급원과 유체 연결되는 제1 질량 유동 제어기, 및 상기 공간의 코너 영역 중 하나 이상 및 상기 가스 공급원과 유체 연결되는 제2 질량 유동 제어기를 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시예에서는 박막을 증착하기 위한 방법이, 프로세싱 장치의 샤워헤드와 배킹 플레이트 사이에 형성되는 공간의 중앙 영역으로 제1 가스 혼합물을 유입시키는 단계, 상기 공간의 코너 영역으로 제2 가스 혼합물을 유입시키는 단계, 및 상기 샤워헤드를 통해 확산시키기 전에 상기 제1 가스 혼합물이 제2 가스 혼합물과 혼합되는 것을 실질적으로 방지하는 단계를 포함한다.
본 발명의 상술한 특징을 상세하게 이해할 수 있게 하기 위하여, 위에서 간략하게 요약된 본 발명의 보다 상세한 설명이 실시예를 참조하여 이루어지며, 이들 실시예 중 일부는 첨부된 도면에 도시되어 있다. 그러나 첨부된 도면은 본 발명의 단지 전형적 실시예만을 도시하는 것일 뿐이며, 따라서 본 발명은 균등하게 효과적인 다른 실시예를 허용할 수 있으므로 첨부된 도면이 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니라는 점을 주의해야 한다.
도 1a는 본 발명의 실시예를 이용하여 형성될 수 있는 단일 접합 비정질 또는 미세결정 실리콘 태양 전지의 간략화된 개략적인 다이어그램을 도시하고 있다.
도 1b는 광 또는 태양 복사선을 향해 배향되는 다중 접합 태양 전지인, 태양 전지의 실시예에 대한 개략적인 다이어그램을 도시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 활용될 수 있는 프로세스 챔버의 개략적인 단면도를 도시하고 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 프로세스 챔버의 배킹 플레이트에 대한 개략적인 사시도를 도시하고 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 프로세스 챔버의 배킹 플레이트에 대한 개략적인 사시도를 도시하고 있다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 프로세스 챔버의 배킹 플레이트에 대한 개략적인 사시도를 도시하고 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 배킹 플레이트의 개략적인 저면도를 도시하고 있다.
도 1a는 본 발명의 실시예를 이용하여 형성될 수 있는 단일 접합 비정질 또는 미세결정 실리콘 태양 전지의 간략화된 개략적인 다이어그램을 도시하고 있다.
도 1b는 광 또는 태양 복사선을 향해 배향되는 다중 접합 태양 전지인, 태양 전지의 실시예에 대한 개략적인 다이어그램을 도시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 활용될 수 있는 프로세스 챔버의 개략적인 단면도를 도시하고 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 프로세스 챔버의 배킹 플레이트에 대한 개략적인 사시도를 도시하고 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 프로세스 챔버의 배킹 플레이트에 대한 개략적인 사시도를 도시하고 있다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 프로세스 챔버의 배킹 플레이트에 대한 개략적인 사시도를 도시하고 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 배킹 플레이트의 개략적인 저면도를 도시하고 있다.
본 발명의 실시예들은 전체적으로 복수의 위치에서 프로세싱 챔버로 프로세스 가스를 유입시키기 위한 장치 및 방법을 제공한다. 일 실시예에서는, 샤워헤드의 중앙 영역과 샤워헤드의 코너 영역에 중앙 영역의 유동을 조절하기 위한 제1 질량 유동제어기와 코너 영역의 유동을 조절하기 위한 제2 질량 유동 제어기를 구비하는 중앙 가스 공급원으로부터 프로세스 가스가 공급된다. 다른 실시예에서는, 샤워헤드의 중앙 영역이 제1 가스 공급원으로부터 프로세스 가스를 공급받고, 샤워헤드의 코너 영역이 제2 가스 공급원으로부터 프로세스 가스를 공급받는다. 다른 실시예에서는, 샤워헤드의 중앙 영역이 제1 가스 공급원으로부터 프로세스 가스를 공급받고, 샤워헤드의 각각의 코너 영역은 개별적인 가스 공급원으로부터 프로세스 가스를 공급받는다. 샤워헤드의 상이한 영역에 개별적으로 프로세스 가스를 공급함으로써, 샤워헤드를 통한 프로세스 가스의 유동 및 비율은 기판의 표면 전체에 걸쳐 개선된 균일성을 제공하도록 제어될 수 있다. 본 발명의 일부 실시예는 태양 전지 제조에 사용하기 위한 미세결정 실리콘 막을 증착하는데 있어서 상당한 이점을 제공할 수 있다.
본 발명은 이하에서 캘리포니아 산타 클라라 소재의 Applied Materials, Inc. 로부터 구입할 수 있는 PECVD 시스템과 같은, 대면적 기판을 처리하는 화학 기상 증착 시스템을 참조하여 예시적으로 설명된다. 그러나, 본 발명의 장치 및 방법은 다른 시스템 구성에서도 유용할 수 있다는 것을 이해하여야 한다.
본 발명의 실시예를 사용하여 형성될 수 있는 태양 전지(100)의 예는 도 1a-1b에 도시되어 있다. 도 1a는 이하에서 설명되는 본 발명의 실시예를 사용하여 형성될 수 있는 단일 접합 태양 전지(single junction solar cell)(100)의 간단한 개략적 다이어그램이다. 도 1a에 도시된 바와 같이, 단일 접합 태양 전지(100)는 광원(light source) 또는 태양 복사선(solar radiation)(101)을 향해 배향된다. 태양 전지(100)는 일반적으로, 그 위에 박막이 형성된, 유리 기판, 폴리머 기판, 금속 기판, 또는 다른 적절한 기판과 같은 기판(102)을 포함한다. 일 실시예에서, 기판(102)은 크기가 약 2200mm x 2600mm x 3mm 인 유리 기판이다. 태양 전지(100)는 기판(102) 상에 형성되는 제1 투명 전도성 산화물(transparent conducting oxide; TCO) 층(110)(예를 들어, 산화아연(ZnO), 산화주석(SnO)), 상기 제1 TCO 층(110) 위에 형성되는 제1 p-i-n 접합부(120), 상기 제1 p-i-n 접합부(120) 위에 형성되는 제2 TCO층(140), 그리고 상기 제2 TCO층(140) 위에 형성되는 후면 접촉층(150)을 더 포함한다. 광 포획(light trapping)을 강화시킴으로써 광 흡수를 향상시키기 위하여, 기판 및/또는 그 위에 형성되는 하나 또는 그보다 많은 박막은 선택적으로 습기, 플라스마, 이온, 및/또는 기계적 프로세스에 의하여 텍스쳐가공(texture)될 수 있다. 예를 들어, 도 1a에 도시된 실시예에서, 제1 TCO 층(110)이 텍스쳐 가공되고, 그 위에 증착되는 후속 박막이 그 밑의 표면의 형상을 대체로 따를 것이다. 일 실시예에서는, 제1 p-i-n 접합부(120)는 p형 비정질(amorphous) 실리콘 층(122), p형 비정질 실리콘 층(122) 위에 형성되는 진성 비정질 실리콘 층(124), 및 진성 비정질 실리콘 층(124) 위에 형성되는 n형 비정질 실리콘 층(126)을 포함할 수 있다. 일 실시예에서는, p형 비정질 실리콘 층(122)이 약 60Å 내지 약 300Å 사이의 두께로 형성될 수 있으며, 진성 비정질 실리콘 층(124)이 약 1,500Å 내지 약 3,500Å 사이의 두께로 형성될 수 있으며, n형 비정질 실리콘 층(126)이 약 100Å 내지 약 500Å 사이의 두께로 형성될 수 있다. 후면 접촉층(150)은, 이에 제한되는 것은 아니지만, 알루미늄(Al), 은(Ag), 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 금(Au), 구리(Cu), 백금(Pt), 이의 합금, 그리고 이들의 조합으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 물질을 포함할 수 있다.
도 1b는 광원 또는 태양 복사선(101)을 향해 배향된 다중 접합 태양 전지(multi- junction solar cell)인 태양 전지(100)의 실시예에 대한 개략적 다이어그램이다. 태양 전지(100)는 그 위에 박막이 형성된, 유리 기판, 폴리머 기판, 금속 기판, 또는 다른 적절한 기판과 같은 기판(102)을 포함한다. 태양 전지(100)는 기판(102) 상에 형성되는 제1 투명 전도성 산화물(TCO) 층(110), 상기 제1 TCO 층(110) 위에 형성되는 제1 p-i-n 접합부(120), 상기 제1 p-i-n 접합부(120) 위에 형성되는 제2 p-i-n 접합부(130), 상기 제2 p-i-n 접합부(130) 위에 형성되는 제2 TCO 층(140), 및 상기 제2 TCO 층(140) 위에 형성되는 후면 접촉층(150)을 더 포함한다. 도 1b에 도시된 실시예에서, 제1 TCO 층(110)이 텍스쳐 가공되고, 그 위에 증착되는 후속 박막이 그 밑의 표면의 형상을 대체로 따른다. 제1 p-i-n 접합부(120)는 p형 비정질 실리콘 층(122), p형 비정질 실리콘 층(122) 위에 형성되는 진성 비정질 실리콘 층(124), 및 진성 비정질 실리콘 층(124) 위에 형성되는 n형 미세결정(microcrystalline) 실리콘 층(126)을 포함할 수 있다. 일 실시예에서는, p형 비정질 실리콘 층(122)이 약 60Å 내지 약 300Å 사이의 두께로 형성될 수 있으며, 진성 비정질 실리콘 층(124)이 약 1,500Å 내지 약 3,500Å 사이의 두께로 형성될 수 있으며, n형 미세결정 실리콘 층(126)이 약 100Å 내지 약 400Å 사이의 두께로 형성될 수 있다. 제2 p-i-n 접합부(130)는 p형 미세결정 실리콘 층(132), p형 미세결정 실리콘 층(132) 위에 형성되는 진성 미세결정 실리콘 층(134), 그리고 진성 미세결정 실리콘 층(134) 위에 형성되는 n형 비정질 실리콘 층(136)을 포함할 수 있다. 일 실시예에서는, p형 미세결정 실리콘 층(132)이 약 100Å 내지 약 400Å 사이의 두께로 형성될 수 있으며, 진성 미세결정 실리콘 층(134)이 약 10,000Å 내지 약 30,000Å 사이의 두께로 형성될 수 있으며, n형 비정질 실리콘 층(136)이 약 100Å 내지 약 500Å 사이의 두께로 형성될 수 있다. 후면 접촉층(150)은, 이에 제한되는 것은 아니지만, 알루미늄(Al), 은(Ag), 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 금(Au), 구리(Cu), 백금(Pt), 이의 합금, 그리고 이들의 조합으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 물질을 포함할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 사용될 수 있는 프로세스 챔버(200)의 개략적인 단면도를 도시한다. 프로세스 챔버(200)는 그 위에 기판(206)을 유지하기 위한 서셉터(204)를 둘러싸는 챔버 몸체(202)를 구비한다. 기판(206)은 태양 전지판(solar panel) 제조, 평판 디스플레이 제조, 유기 발광 디스플레이 제조 등을 위한 유리 또는 폴리머 기판을 포함할 수 있다.
기판(206)은 가스 분배 샤워헤드(208)로부터 프로세싱 영역(232) 전반에 걸쳐 챔버 몸체(202) 내의 서셉터(204) 상에 지지될 수 있다. 기판(206)은 챔버 몸체(202)를 관통하여 배치되는 슬릿 밸브 개구(216)를 통해서 프로세스 챔버(200)로 출입할 수 있다.
가스 분배 샤워헤드(208)는 기판(206) 및 프로세싱 영역(232)을 향하는 하류 표면(210)을 가질 수 있다. 가스 분배 샤워헤드(208)는 또한 하류 표면(210) 반대측에 배치되는 상류 표면(212)을 가질 수 있다. 복수의 가스 통로(214)가 상기 상류 표면(212)으로부터 하류 표면(210)으로 가스 분배 샤워헤드(208)를 통해서 연장된다.
프로세스 가스는 제1 가스 공급원(228)으로부터 프로세스 챔버(200)로 유입될 수 있다. 프로세스 가스는 제1 가스 공급원(228)으로부터 가스 튜브(230)에 의해 배킹 플레이트(backing plate)(220)의 중앙 영역을 통과해 이동한다. 가스는 가스 분배 샤워헤드(208)의 상류 표면(212)과 배킹 플레이트(220) 사이에 형성되는 공간(222)으로 확장된다. 이후 프로세스 가스는 가스 분배 샤워헤드(208)를 통해서 프로세싱 영역(232)으로 확산된다.
RF 전력 공급원(224)이 가스 튜브(230)에서 프로세스 챔버(200)에 결합될 수 있다. RF 전력이 사용되면, RF 전류가 배킹 플레이트(220), 턱(ledge)(218), 및 가스 분배 샤워헤드(208)의 하류 표면(210)을 따라 이동하여, 프로세싱 영역(232)에서 프로세스 가스를 플라스마로 점화시킨다.
대면적 기판 위에 안정되고(consitent) 균일한 막 증착은 어렵다. 특히, 대면적의 다각형 기판의 표면 위에 막을 증착할 때, 통상적으로 코너 영역에서의 균일성 문제가 발생한다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에서는, 프로세스 가스가 배킹 플레이트(220)의 코너 영역을 통해서 샤워헤드(208)의 코너 영역으로 개별적으로 유입된다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 프로세스 챔버(300)의 배킹 플레이트(320)의 개략적인 사시도를 도시한다. 일 실시예에서, 가스 공급원(328)이 프로세스 챔버(300)로 프로세스 가스를 공급할 수 있다. 가스 공급원(328)으로부터의 프로세스 가스는 배킹 플레이트(320)의 중앙 영역(321)을 통해 공급될 수 있다. 배킹 플레이트(320)의 중앙 영역(321)을 통한 프로세스 가스의 유동은 질량 유동 제어기(350)에 의해 조절될 수 있다.
일 실시예에서, 가스 공급원(328)으로부터의 프로세스 가스는 배킹 플레이트(320)의 복수의 코너 영역(322)을 통해 공급될 수 있다. 배킹 플레이트(320)의 코너 영역(322)을 통한 프로세스 가스의 유동 및/또는 압력은 하나 또는 그보다 많은 질량 유동 제어기(351)에 의해 조절될 수 있다. 일 실시예에서는, 단일 질량 유동 제어기(351)가 코너 영역(322)을 통한 프로세스 가스의 유동을 조절한다. 다른 실시예에서는 각각의 코너 영역(322)을 통한 프로세스 가스의 유동이 별도의 유동 제어기(351)에 의해 조절된다.
일 실시예에서는, 프로세스 가스가 하나 또는 그보다 많은 전구체 가스를 포함할 수 있다. 프로세스 가스는 제1 유량으로 배킹 플레이트(320)의 중앙 영역(321)에 전달될 수 있다. 추가로, 프로세스 가스는 제2 유량으로 코너 영역(322)에 전달될 수 있다. 따라서, 코너 영역으로 전달되는 프로세스 가스의 유량에 대한 중앙 영역(321)으로 전달되는 프로세스 가스의 유량 비는 프로세스 챔버(300) 내에 배치된 기판 전체에 걸쳐 개선된 증착 균일성을 제공하도록 최적화될 수 있다.
일 실시예에서, 프로세스 가스는 상이한 유량으로 각각의 코너 영역(322)에 전달될 수 있다. 따라서, 각각의 코너 영역(322)을 통해 전달되는 프로세스 가스의 유량에 대한 중앙 영역(321)을 통해 전달되는 프로세스 가스의 유량 비는 프로세스 챔버(300) 내에 배치된 기판 전체에 걸쳐 개선된 증착 균일성을 제공하도록 최적화될 수 있다.
비록 코너 영역(322)이 배킹 플레이트(320)의 코너에 있는 것으로 도시되어 있으나, 하나 또는 그보다 많은 코너 영역(322)이 배킹 플레이트(320)의 에지를 따라 연장할 수도 있다. 이로써, 에지 영역으로의 프로세스 가스 유동은 슬릿 밸브 개구와 같은 챔버 벽의 비대칭성을 고려하도록 최적화될 수도 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 프로세스 챔버(400)의 배킹 플레이트(420)의 개략적인 사시도를 도시한다. 일 실시예에서, 복수의 가스 공급원을 통해서 프로세스 챔버(400)로 프로세스 가스를 공급할 수 있다. 제1 가스 공급원(428)으로부터의 프로세스 가스는 배킹 플레이트(420)의 중앙 영역(421)을 통해 공급될 수 있다. 배킹 플레이트(420)의 중앙 영역(421)을 통한 프로세스 가스의 유동 및/또는 압력은 질량 유동 제어기(450)에 의해 조절될 수 있다.
일 실시예에서, 제2 가스 공급원(429)으로부터의 프로세스 가스는 배킹 플레이트(420)의 복수의 코너 영역(422)을 통해 공급될 수 있다. 배킹 플레이트(420)의 코너 영역(422)을 통한 프로세스 가스의 유동 및/또는 압력은 하나 또는 그보다 많은 질량 유동 제어기(451)에 의해 조절될 수 있다. 일 실시예에서는, 단일 질량 유동 제어기(451)가 코너 영역(422)을 통한 프로세스 가스의 유동 및/또는 압력을 조절한다. 다른 실시예에서는 각각의 코너 영역(422)을 통한 프로세스 가스의 유동 및/또는 압력이 별도의 유동 제어기(451)에 의해 조절된다.
일 실시예에서, 제1 가스 공급원(428)으로부터의 프로세스 가스가 하나 또는 그보다 많은 전구체 가스를 포함하며, 제2 가스 공급원(429)으로부터의 프로세스 가스가 하나 또는 그보다 많은 전구체 가스를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 제1 프로세스 가스 혼합물이 제1 가스 공급원(428)으로부터 제공되며, 제2 프로세스 가스 혼합물이 제2 가스 공급원(429)으로부터 제공된다.
본 발명의 일 실시예에서는, 도 1b의 진성 미세결정 실리콘 층(134)과 같은 미세결정 실리콘 층이 기판 상에 증착될 수 있다. 일 실시예에서는, 제1 프로세스 가스 혼합물이 약 1:100과 같이, 약 1:90 내지 약 1:110 사이의 실리콘계 가스(silicon-based gas) 대 수소 가스 부피 비율을 포함한다. 일 실시예에서는, 제2 프로세스 가스 혼합물이 약 1:120과 같이, 약 1:115 내지 약 1:125 사이의 실리콘계 가스 대 수소 가스 부피 비율을 포함한다. 따라서, 프로세스 가스 내의 전구체 가스의 비율은 프로세스 챔버(400) 내에 배치되는 기판 전체에 걸쳐 개선된 증착 균일성을 제공하도록 최적화될 수 있다.
다른 실시예에서는, 프로세스 챔버(400)가 도 1b에 도시된 태양 전지(100)와 같이, 태양 전지를 형성하기 위하여 동일한 기판 상에 비정질 실리콘 층 및 미세결정 실리콘 층 모두를 증착하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 제1 가스 공급원(428)으로부터의 프로세스 가스가, 도 1b에 도시된 태양 전지(100)를 위한 진성 비정질 실리콘 층(124)을 형성하는 것과 같이, 하나의 프로세스 단계에서 프로세스 챔버(400) 내에 배치된 기판 상에 비정질 실리콘 층을 형성하기 위해 배킹 플레이트(420)의 중앙 영역(421)을 통해 공급될 수 있다. 후속적으로, 제2 가스 공급원(429)으로부터의 프로세스 가스가, 도 1b에 도시된 진성 미세결정 실리콘 층(134)을 형성하는 것과 같이, 프로세스 챔버(400) 내에 배치된 기판 상에 미세결정 실리콘 층을 형성하기 위해 배킹 플레이트(420)의 복수의 코너 영역(422)을 통해 공급될 수 있다.
일 실시예에서, 제1 가스 공급원으로부터의 제1 프로세스 가스가 제1 유량으로 배킹 플레이트(420)의 중앙 영역(421)에 전달될 수 있다. 추가로, 제2 프로세스 가스가 제2 유량으로 코너 영역(422)에 전달될 수 있다. 따라서, 코너 영역으로 전달되는 프로세스 가스의 유량에 대한 중앙 영역(421)으로 전달되는 프로세스 가스의 유량 비는 프로세스 챔버(400) 내에 배치된 기판 전체에 걸쳐 개선된 증착 균일성을 제공하도록 최적화될 수 있다.
일 실시예에서, 프로세스 가스는 상이한 유속에서 각각의 코너 영역(422)으로 전달될 수 있다. 따라서, 각각의 코너 영역(422)을 통해 전달되는 프로세스 가스의 유동 속도에 대한 중앙 영역(421)을 통해 전달되는 프로세스 가스의 유동 속도의 비는 프로세스 챔버(400) 내에 배치된 기판에 걸쳐 증착 균일성을 향상시키도록 최적화될 수 있다.
비록 코너 영역(422)이 배킹 플레이트(420)의 코너에 있는 것으로 도시되어 있으나, 하나 또는 그보다 많은 코너 영역(422)이 배킹 플레이트(420)의 에지를 따라 연장할 수도 있다. 이로써, 에지 영역으로의 프로세스 가스 유동은 슬릿 밸브 개구와 같은 챔버 벽의 비대칭성을 고려하도록 최적화될 수도 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 프로세스 챔버(500)의 배킹 플레이트(520)의 개략적인 사시도를 도시한다. 일 실시예에서, 복수의 가스 공급원을 통해서 프로세스 챔버(500)로 프로세스 가스를 공급할 수 있다. 제1 가스 공급원(528)으로부터의 프로세스 가스는 배킹 플레이트(520)의 중앙 영역(521)을 통해 공급될 수 있다. 배킹 플레이트(520)의 중앙 영역(521)을 통하는 프로세스 가스의 유동 및/또는 압력은 질량 유동 제어기(551)에 의해 조절될 수 있다.
일 실시예에서, 제2 가스 공급원(529)으로부터의 프로세스 가스가 배킹 플레이트(520)의 제1 코너 영역(522)을 통해 공급될 수 있다. 제3 가스 공급원(541)으로부터의 프로세스 가스가 배킹 플레이트(520)의 제2 코너 영역(523)을 통해 공급될 수 있다. 제4 가스 공급원(542)으로부터의 프로세스 가스가 배킹 플레이트(520)의 제3 코너 영역(524)을 통해 공급될 수 있다. 제5 가스 공급원(543)으로부터의 프로세스 가스가 배킹 플레이트(520)의 제4 코너 영역(525)을 통해 공급될 수 있다.
일 실시예에서, 배킹 플레이트(520)의 제1 코너 영역(522), 제2 코너 영역(523), 제3 코너 영역(524), 및 제4 코너 영역(525)을 통하는 프로세스 가스의 유동 및/또는 압력은 각각 질량 유동 제어기(551)에 의해 조절될 수 있다.
일 실시예에서, 각각의 가스 공급원(528, 529, 541, 542, 543)으로부터의 프로세스 가스는 하나 또는 그보다 많은 전구체 가스를 포함할 수 있다. 일 실시예에서는, 각각의 상이한 가스 공급원(528, 529, 541, 542, 543)으로부터 상이한 프로세스 가스 혼합물이 공급된다.
본 발명의 일 실시예에서는, 도 1b의 진성 미세결정 실리콘 층(134)과 같은 미세결정 실리콘 층이 기판 상에 증착될 수 있다. 일 실시예에서는, 제1 프로세스 가스 혼합물이 제1 가스 공급원(528)에 의해 공급되며 약 1:100과 같이, 약 1:90 내지 약 1:110 사이의 실리콘계 가스 대 수소 가스 부피 비율을 포함한다. 일 실시예에서는, 제2, 제3, 제4, 제5 프로세스 가스 혼합물이 제2 가스 공급원(529), 제3 가스 공급원(541), 제4 가스 공급원(542), 및 제5 가스 공급원(543)에 의해 각각 공급된다. 일 실시예에서 제2, 제3, 제4, 제5 가스 혼합물 각각은 약 1:115 내지 약 1:125 사이의 실리콘계 가스 대 수소 가스 부피 비율을 포함한다. 예를 들어, 제2, 제3, 제4, 제5 가스 혼합물은 각각 1:116, 1:118, 1:122, 및 1:124의 실리콘계 가스 대 수소 가스 부피 비율을 포함할 수 있다. 따라서, 프로세스 가스 내의 전구체 가스의 비율은 프로세스 챔버(500) 내에 배치되는 기판 전체에 걸쳐 개선된 증착 균일성을 제공하도록 최적화될 수 있다.
일 실시예에서, 제1 가스 공급원으로부터의 제1 프로세스 가스가 제1 유량으로 배킹 플레이트(520)의 중앙 영역(521)에 전달될 수 있다. 추가로, 제2, 제3, 제4, 제5 프로세스 가스가 제2 유량으로 코너 영역(522, 523, 524, 525)에 전달될 수 있다. 따라서, 코너 영역(522, 523, 524, 525)으로 공급되는 프로세스 가스의 유량에 대한 중앙 영역(521)으로 공급되는 프로세스 가스의 유량 비는 프로세스 챔버(500) 내에 배치된 기판 전체에 걸쳐 개선된 증착 균일성을 제공하도록 최적화될 수 있다.
일 실시예에서, 프로세스 가스는 상이한 유량으로 각각의 코너 영역(522, 523, 524, 525)에 전달될 수 있다. 따라서, 각각의 코너 영역(522, 523, 524, 525)을 통한 프로세스 가스의 유량에 대한 중앙 영역(521)을 통한 프로세스 가스의 유량 비는 프로세스 챔버(500) 내에 배치된 기판 전체에 걸쳐 개선된 증착 균일성을 제공하도록 최적화될 수 있다.
비록 코너 영역(522, 523, 524, 525)이 배킹 플레이트(520)의 코너에 있는 것으로 도시되어 있으나, 하나 또는 그보다 많은 코너 영역(522, 523, 524, 525)이 배킹 플레이트(520)의 에지를 따라 연장할 수도 있다. 이로써, 에지 영역으로의 프로세스 가스 유동은 슬릿 밸브 개구와 같은 챔버 벽의 비대칭성을 고려하도록 최적화될 수도 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 배킹 플레이트(620)의 개략적인 저면도를 도시하고 있다. 배킹 플레이트(620)는 중앙 영역(621)의 배킹 플레이트를 통해 형성되는 중앙 오리피스(orifice)(660)를 구비할 수 있다. 중앙 오리피스(660)는 가스 공급원(328, 428, 또는 528)과 같은, 가스 공급부에 결합될 수 있다. 추가로, 배킹 플레이트(620)는 각각의 코너 영역(622)의 배킹 플레이트를 통해 형성되는 코너 오리피스(665)를 구비할 수 있다. 일 실시예에서, 각각의 코너 오리피스(665)는 가스 공급원(328 또는 429)과 같은 단일 가스 공급부에 결합될 수 있다. 일 실시예에서, 각각의 코너 오리피스(665)는 가스 공급원(529, 541, 542, 543)과 같은, 상이한 가스 공급부에 결합될 수 있다. 이미 설명한 바와 같이, 이러한 구성은 상이한 가스 혼합물이 코너 영역(622)보다 중앙 영역(621)으로 유입될 수 있게 한다. 추가로, 이러한 구성은 가스 혼합물이 코너 영역(622)보다 중앙 영역(621)으로 다른 유량 및/또는 압력으로 유입될 수 있게 한다.
일 실시예에서는, 각각의 코너 영역(622)과 중앙 영역(621) 사이에 배리어(barrier)(670)가 제공되어 배킹 플레이트(620)와 그 아래에 배치된 샤워헤드 사이의 각각의 영역에 별도의 공간을 제공한다. 일 실시예에서는, 배리어(670)가 배킹 플레이트(620)에 부착되어 배킹 플레이트(620) 아래에 배치되는 샤워헤드를 향해 연장한다. 일 실시예에서는, 배리어(670)가 배킹 플레이트(620) 아래에 배치되는 샤워헤드에 부착 또는 접촉한다. 다른 실시예에서는, 배리어(670)가 배킹 플레이트(620) 아래에 위치하는 샤워헤드 바로 앞까지 연장한다. 이러한 구성은 코너 영역(622)으로 제공되는 가스 혼합물이, 중앙 영역(621)으로 제공되는 가스 혼합물과 심각하게 혼합되지 않으면서, 배킹 플레이트(620) 아래에 배치되는 샤워헤드를 통해 확산될 수 있게 한다. 따라서, 코너 영역(621)으로 전달되는 목표 가스 혼합물은 샤워헤드 아래에 배치되는 기판의 코너 영역으로의 증착을 제어하여 기판의 표면 전체에 걸쳐 개선된 증착 균일성 및 제어를 가능하게 한다.
도 3, 4, 5와 관련하여 설명된 실시예에서, 가스 공급원(328, 428, 429, 528, 529, 541, 542, 543, 544)으로부터 공급되는 가스 혼합물은 실리콘계 가스와 수소 가스의 혼합물로서 제공된다. 이러한 실시예에서, 실리콘계 가스로는 모노실란(SiH4), 디실란(Si2H6), 4플루오르화 실리콘(SiF4), 4염화 실리콘(SiCl4), 디클로로실란(SiH2Cl2) 등을 포함할 수 있다. 추가로, 가스 혼합물은 캐리어 가스(carrier gas) 또는 도펀트(dopant)와 같은 추가 가스를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 가스 혼합물은 실리콘계 가스, 수소 가스, 그리고 p형 도펀트 또는 n형 도펀트를 포함할 수 있다. 적절한 p형 도펀트로는, 트리메틸붕소(TMB 또는 B(CH3)3), 다이보레인(diborane)(B2H6), 삼플루오르화 붕소(boron trifluoride)(BF3) 등과 같은 붕소 함유원(boron-containing source)이 있다. 적절한 n형 도펀트로는 포스핀(phosphine) 및 유사 화합물과 같은 인 함유원이 있다. 다른 실시예에서는, 가스 혼합물이 프로세스 챔버 내에 배치된 기판 상에 원하는 막을 증착하는데 필요한 다른 가스를 포함할 수 있다.
전술한 설명은 본 발명의 실시예에 대해 이루어졌으나, 본 발명의 다른 그리고 추가적인 실시예가 본 발명의 기본 범위 내에서 고안될 수 있으며, 본 발명의 범위는 이하의 청구범위에 의해 결정된다.
본 발명은 이하에서 캘리포니아 산타 클라라 소재의 Applied Materials, Inc. 로부터 구입할 수 있는 PECVD 시스템과 같은, 대면적 기판을 처리하는 화학 기상 증착 시스템을 참조하여 예시적으로 설명된다. 그러나, 본 발명의 장치 및 방법은 다른 시스템 구성에서도 유용할 수 있다는 것을 이해하여야 한다.
본 발명의 실시예를 사용하여 형성될 수 있는 태양 전지(100)의 예는 도 1a-1b에 도시되어 있다. 도 1a는 이하에서 설명되는 본 발명의 실시예를 사용하여 형성될 수 있는 단일 접합 태양 전지(single junction solar cell)(100)의 간단한 개략적 다이어그램이다. 도 1a에 도시된 바와 같이, 단일 접합 태양 전지(100)는 광원(light source) 또는 태양 복사선(solar radiation)(101)을 향해 배향된다. 태양 전지(100)는 일반적으로, 그 위에 박막이 형성된, 유리 기판, 폴리머 기판, 금속 기판, 또는 다른 적절한 기판과 같은 기판(102)을 포함한다. 일 실시예에서, 기판(102)은 크기가 약 2200mm x 2600mm x 3mm 인 유리 기판이다. 태양 전지(100)는 기판(102) 상에 형성되는 제1 투명 전도성 산화물(transparent conducting oxide; TCO) 층(110)(예를 들어, 산화아연(ZnO), 산화주석(SnO)), 상기 제1 TCO 층(110) 위에 형성되는 제1 p-i-n 접합부(120), 상기 제1 p-i-n 접합부(120) 위에 형성되는 제2 TCO층(140), 그리고 상기 제2 TCO층(140) 위에 형성되는 후면 접촉층(150)을 더 포함한다. 광 포획(light trapping)을 강화시킴으로써 광 흡수를 향상시키기 위하여, 기판 및/또는 그 위에 형성되는 하나 또는 그보다 많은 박막은 선택적으로 습기, 플라스마, 이온, 및/또는 기계적 프로세스에 의하여 텍스쳐가공(texture)될 수 있다. 예를 들어, 도 1a에 도시된 실시예에서, 제1 TCO 층(110)이 텍스쳐 가공되고, 그 위에 증착되는 후속 박막이 그 밑의 표면의 형상을 대체로 따를 것이다. 일 실시예에서는, 제1 p-i-n 접합부(120)는 p형 비정질(amorphous) 실리콘 층(122), p형 비정질 실리콘 층(122) 위에 형성되는 진성 비정질 실리콘 층(124), 및 진성 비정질 실리콘 층(124) 위에 형성되는 n형 비정질 실리콘 층(126)을 포함할 수 있다. 일 실시예에서는, p형 비정질 실리콘 층(122)이 약 60Å 내지 약 300Å 사이의 두께로 형성될 수 있으며, 진성 비정질 실리콘 층(124)이 약 1,500Å 내지 약 3,500Å 사이의 두께로 형성될 수 있으며, n형 비정질 실리콘 층(126)이 약 100Å 내지 약 500Å 사이의 두께로 형성될 수 있다. 후면 접촉층(150)은, 이에 제한되는 것은 아니지만, 알루미늄(Al), 은(Ag), 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 금(Au), 구리(Cu), 백금(Pt), 이의 합금, 그리고 이들의 조합으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 물질을 포함할 수 있다.
도 1b는 광원 또는 태양 복사선(101)을 향해 배향된 다중 접합 태양 전지(multi- junction solar cell)인 태양 전지(100)의 실시예에 대한 개략적 다이어그램이다. 태양 전지(100)는 그 위에 박막이 형성된, 유리 기판, 폴리머 기판, 금속 기판, 또는 다른 적절한 기판과 같은 기판(102)을 포함한다. 태양 전지(100)는 기판(102) 상에 형성되는 제1 투명 전도성 산화물(TCO) 층(110), 상기 제1 TCO 층(110) 위에 형성되는 제1 p-i-n 접합부(120), 상기 제1 p-i-n 접합부(120) 위에 형성되는 제2 p-i-n 접합부(130), 상기 제2 p-i-n 접합부(130) 위에 형성되는 제2 TCO 층(140), 및 상기 제2 TCO 층(140) 위에 형성되는 후면 접촉층(150)을 더 포함한다. 도 1b에 도시된 실시예에서, 제1 TCO 층(110)이 텍스쳐 가공되고, 그 위에 증착되는 후속 박막이 그 밑의 표면의 형상을 대체로 따른다. 제1 p-i-n 접합부(120)는 p형 비정질 실리콘 층(122), p형 비정질 실리콘 층(122) 위에 형성되는 진성 비정질 실리콘 층(124), 및 진성 비정질 실리콘 층(124) 위에 형성되는 n형 미세결정(microcrystalline) 실리콘 층(126)을 포함할 수 있다. 일 실시예에서는, p형 비정질 실리콘 층(122)이 약 60Å 내지 약 300Å 사이의 두께로 형성될 수 있으며, 진성 비정질 실리콘 층(124)이 약 1,500Å 내지 약 3,500Å 사이의 두께로 형성될 수 있으며, n형 미세결정 실리콘 층(126)이 약 100Å 내지 약 400Å 사이의 두께로 형성될 수 있다. 제2 p-i-n 접합부(130)는 p형 미세결정 실리콘 층(132), p형 미세결정 실리콘 층(132) 위에 형성되는 진성 미세결정 실리콘 층(134), 그리고 진성 미세결정 실리콘 층(134) 위에 형성되는 n형 비정질 실리콘 층(136)을 포함할 수 있다. 일 실시예에서는, p형 미세결정 실리콘 층(132)이 약 100Å 내지 약 400Å 사이의 두께로 형성될 수 있으며, 진성 미세결정 실리콘 층(134)이 약 10,000Å 내지 약 30,000Å 사이의 두께로 형성될 수 있으며, n형 비정질 실리콘 층(136)이 약 100Å 내지 약 500Å 사이의 두께로 형성될 수 있다. 후면 접촉층(150)은, 이에 제한되는 것은 아니지만, 알루미늄(Al), 은(Ag), 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 금(Au), 구리(Cu), 백금(Pt), 이의 합금, 그리고 이들의 조합으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 물질을 포함할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 사용될 수 있는 프로세스 챔버(200)의 개략적인 단면도를 도시한다. 프로세스 챔버(200)는 그 위에 기판(206)을 유지하기 위한 서셉터(204)를 둘러싸는 챔버 몸체(202)를 구비한다. 기판(206)은 태양 전지판(solar panel) 제조, 평판 디스플레이 제조, 유기 발광 디스플레이 제조 등을 위한 유리 또는 폴리머 기판을 포함할 수 있다.
기판(206)은 가스 분배 샤워헤드(208)로부터 프로세싱 영역(232) 전반에 걸쳐 챔버 몸체(202) 내의 서셉터(204) 상에 지지될 수 있다. 기판(206)은 챔버 몸체(202)를 관통하여 배치되는 슬릿 밸브 개구(216)를 통해서 프로세스 챔버(200)로 출입할 수 있다.
가스 분배 샤워헤드(208)는 기판(206) 및 프로세싱 영역(232)을 향하는 하류 표면(210)을 가질 수 있다. 가스 분배 샤워헤드(208)는 또한 하류 표면(210) 반대측에 배치되는 상류 표면(212)을 가질 수 있다. 복수의 가스 통로(214)가 상기 상류 표면(212)으로부터 하류 표면(210)으로 가스 분배 샤워헤드(208)를 통해서 연장된다.
프로세스 가스는 제1 가스 공급원(228)으로부터 프로세스 챔버(200)로 유입될 수 있다. 프로세스 가스는 제1 가스 공급원(228)으로부터 가스 튜브(230)에 의해 배킹 플레이트(backing plate)(220)의 중앙 영역을 통과해 이동한다. 가스는 가스 분배 샤워헤드(208)의 상류 표면(212)과 배킹 플레이트(220) 사이에 형성되는 공간(222)으로 확장된다. 이후 프로세스 가스는 가스 분배 샤워헤드(208)를 통해서 프로세싱 영역(232)으로 확산된다.
RF 전력 공급원(224)이 가스 튜브(230)에서 프로세스 챔버(200)에 결합될 수 있다. RF 전력이 사용되면, RF 전류가 배킹 플레이트(220), 턱(ledge)(218), 및 가스 분배 샤워헤드(208)의 하류 표면(210)을 따라 이동하여, 프로세싱 영역(232)에서 프로세스 가스를 플라스마로 점화시킨다.
대면적 기판 위에 안정되고(consitent) 균일한 막 증착은 어렵다. 특히, 대면적의 다각형 기판의 표면 위에 막을 증착할 때, 통상적으로 코너 영역에서의 균일성 문제가 발생한다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에서는, 프로세스 가스가 배킹 플레이트(220)의 코너 영역을 통해서 샤워헤드(208)의 코너 영역으로 개별적으로 유입된다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 프로세스 챔버(300)의 배킹 플레이트(320)의 개략적인 사시도를 도시한다. 일 실시예에서, 가스 공급원(328)이 프로세스 챔버(300)로 프로세스 가스를 공급할 수 있다. 가스 공급원(328)으로부터의 프로세스 가스는 배킹 플레이트(320)의 중앙 영역(321)을 통해 공급될 수 있다. 배킹 플레이트(320)의 중앙 영역(321)을 통한 프로세스 가스의 유동은 질량 유동 제어기(350)에 의해 조절될 수 있다.
일 실시예에서, 가스 공급원(328)으로부터의 프로세스 가스는 배킹 플레이트(320)의 복수의 코너 영역(322)을 통해 공급될 수 있다. 배킹 플레이트(320)의 코너 영역(322)을 통한 프로세스 가스의 유동 및/또는 압력은 하나 또는 그보다 많은 질량 유동 제어기(351)에 의해 조절될 수 있다. 일 실시예에서는, 단일 질량 유동 제어기(351)가 코너 영역(322)을 통한 프로세스 가스의 유동을 조절한다. 다른 실시예에서는 각각의 코너 영역(322)을 통한 프로세스 가스의 유동이 별도의 유동 제어기(351)에 의해 조절된다.
일 실시예에서는, 프로세스 가스가 하나 또는 그보다 많은 전구체 가스를 포함할 수 있다. 프로세스 가스는 제1 유량으로 배킹 플레이트(320)의 중앙 영역(321)에 전달될 수 있다. 추가로, 프로세스 가스는 제2 유량으로 코너 영역(322)에 전달될 수 있다. 따라서, 코너 영역으로 전달되는 프로세스 가스의 유량에 대한 중앙 영역(321)으로 전달되는 프로세스 가스의 유량 비는 프로세스 챔버(300) 내에 배치된 기판 전체에 걸쳐 개선된 증착 균일성을 제공하도록 최적화될 수 있다.
일 실시예에서, 프로세스 가스는 상이한 유량으로 각각의 코너 영역(322)에 전달될 수 있다. 따라서, 각각의 코너 영역(322)을 통해 전달되는 프로세스 가스의 유량에 대한 중앙 영역(321)을 통해 전달되는 프로세스 가스의 유량 비는 프로세스 챔버(300) 내에 배치된 기판 전체에 걸쳐 개선된 증착 균일성을 제공하도록 최적화될 수 있다.
비록 코너 영역(322)이 배킹 플레이트(320)의 코너에 있는 것으로 도시되어 있으나, 하나 또는 그보다 많은 코너 영역(322)이 배킹 플레이트(320)의 에지를 따라 연장할 수도 있다. 이로써, 에지 영역으로의 프로세스 가스 유동은 슬릿 밸브 개구와 같은 챔버 벽의 비대칭성을 고려하도록 최적화될 수도 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 프로세스 챔버(400)의 배킹 플레이트(420)의 개략적인 사시도를 도시한다. 일 실시예에서, 복수의 가스 공급원을 통해서 프로세스 챔버(400)로 프로세스 가스를 공급할 수 있다. 제1 가스 공급원(428)으로부터의 프로세스 가스는 배킹 플레이트(420)의 중앙 영역(421)을 통해 공급될 수 있다. 배킹 플레이트(420)의 중앙 영역(421)을 통한 프로세스 가스의 유동 및/또는 압력은 질량 유동 제어기(450)에 의해 조절될 수 있다.
일 실시예에서, 제2 가스 공급원(429)으로부터의 프로세스 가스는 배킹 플레이트(420)의 복수의 코너 영역(422)을 통해 공급될 수 있다. 배킹 플레이트(420)의 코너 영역(422)을 통한 프로세스 가스의 유동 및/또는 압력은 하나 또는 그보다 많은 질량 유동 제어기(451)에 의해 조절될 수 있다. 일 실시예에서는, 단일 질량 유동 제어기(451)가 코너 영역(422)을 통한 프로세스 가스의 유동 및/또는 압력을 조절한다. 다른 실시예에서는 각각의 코너 영역(422)을 통한 프로세스 가스의 유동 및/또는 압력이 별도의 유동 제어기(451)에 의해 조절된다.
일 실시예에서, 제1 가스 공급원(428)으로부터의 프로세스 가스가 하나 또는 그보다 많은 전구체 가스를 포함하며, 제2 가스 공급원(429)으로부터의 프로세스 가스가 하나 또는 그보다 많은 전구체 가스를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 제1 프로세스 가스 혼합물이 제1 가스 공급원(428)으로부터 제공되며, 제2 프로세스 가스 혼합물이 제2 가스 공급원(429)으로부터 제공된다.
본 발명의 일 실시예에서는, 도 1b의 진성 미세결정 실리콘 층(134)과 같은 미세결정 실리콘 층이 기판 상에 증착될 수 있다. 일 실시예에서는, 제1 프로세스 가스 혼합물이 약 1:100과 같이, 약 1:90 내지 약 1:110 사이의 실리콘계 가스(silicon-based gas) 대 수소 가스 부피 비율을 포함한다. 일 실시예에서는, 제2 프로세스 가스 혼합물이 약 1:120과 같이, 약 1:115 내지 약 1:125 사이의 실리콘계 가스 대 수소 가스 부피 비율을 포함한다. 따라서, 프로세스 가스 내의 전구체 가스의 비율은 프로세스 챔버(400) 내에 배치되는 기판 전체에 걸쳐 개선된 증착 균일성을 제공하도록 최적화될 수 있다.
다른 실시예에서는, 프로세스 챔버(400)가 도 1b에 도시된 태양 전지(100)와 같이, 태양 전지를 형성하기 위하여 동일한 기판 상에 비정질 실리콘 층 및 미세결정 실리콘 층 모두를 증착하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 제1 가스 공급원(428)으로부터의 프로세스 가스가, 도 1b에 도시된 태양 전지(100)를 위한 진성 비정질 실리콘 층(124)을 형성하는 것과 같이, 하나의 프로세스 단계에서 프로세스 챔버(400) 내에 배치된 기판 상에 비정질 실리콘 층을 형성하기 위해 배킹 플레이트(420)의 중앙 영역(421)을 통해 공급될 수 있다. 후속적으로, 제2 가스 공급원(429)으로부터의 프로세스 가스가, 도 1b에 도시된 진성 미세결정 실리콘 층(134)을 형성하는 것과 같이, 프로세스 챔버(400) 내에 배치된 기판 상에 미세결정 실리콘 층을 형성하기 위해 배킹 플레이트(420)의 복수의 코너 영역(422)을 통해 공급될 수 있다.
일 실시예에서, 제1 가스 공급원으로부터의 제1 프로세스 가스가 제1 유량으로 배킹 플레이트(420)의 중앙 영역(421)에 전달될 수 있다. 추가로, 제2 프로세스 가스가 제2 유량으로 코너 영역(422)에 전달될 수 있다. 따라서, 코너 영역으로 전달되는 프로세스 가스의 유량에 대한 중앙 영역(421)으로 전달되는 프로세스 가스의 유량 비는 프로세스 챔버(400) 내에 배치된 기판 전체에 걸쳐 개선된 증착 균일성을 제공하도록 최적화될 수 있다.
일 실시예에서, 프로세스 가스는 상이한 유속에서 각각의 코너 영역(422)으로 전달될 수 있다. 따라서, 각각의 코너 영역(422)을 통해 전달되는 프로세스 가스의 유동 속도에 대한 중앙 영역(421)을 통해 전달되는 프로세스 가스의 유동 속도의 비는 프로세스 챔버(400) 내에 배치된 기판에 걸쳐 증착 균일성을 향상시키도록 최적화될 수 있다.
비록 코너 영역(422)이 배킹 플레이트(420)의 코너에 있는 것으로 도시되어 있으나, 하나 또는 그보다 많은 코너 영역(422)이 배킹 플레이트(420)의 에지를 따라 연장할 수도 있다. 이로써, 에지 영역으로의 프로세스 가스 유동은 슬릿 밸브 개구와 같은 챔버 벽의 비대칭성을 고려하도록 최적화될 수도 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 프로세스 챔버(500)의 배킹 플레이트(520)의 개략적인 사시도를 도시한다. 일 실시예에서, 복수의 가스 공급원을 통해서 프로세스 챔버(500)로 프로세스 가스를 공급할 수 있다. 제1 가스 공급원(528)으로부터의 프로세스 가스는 배킹 플레이트(520)의 중앙 영역(521)을 통해 공급될 수 있다. 배킹 플레이트(520)의 중앙 영역(521)을 통하는 프로세스 가스의 유동 및/또는 압력은 질량 유동 제어기(551)에 의해 조절될 수 있다.
일 실시예에서, 제2 가스 공급원(529)으로부터의 프로세스 가스가 배킹 플레이트(520)의 제1 코너 영역(522)을 통해 공급될 수 있다. 제3 가스 공급원(541)으로부터의 프로세스 가스가 배킹 플레이트(520)의 제2 코너 영역(523)을 통해 공급될 수 있다. 제4 가스 공급원(542)으로부터의 프로세스 가스가 배킹 플레이트(520)의 제3 코너 영역(524)을 통해 공급될 수 있다. 제5 가스 공급원(543)으로부터의 프로세스 가스가 배킹 플레이트(520)의 제4 코너 영역(525)을 통해 공급될 수 있다.
일 실시예에서, 배킹 플레이트(520)의 제1 코너 영역(522), 제2 코너 영역(523), 제3 코너 영역(524), 및 제4 코너 영역(525)을 통하는 프로세스 가스의 유동 및/또는 압력은 각각 질량 유동 제어기(551)에 의해 조절될 수 있다.
일 실시예에서, 각각의 가스 공급원(528, 529, 541, 542, 543)으로부터의 프로세스 가스는 하나 또는 그보다 많은 전구체 가스를 포함할 수 있다. 일 실시예에서는, 각각의 상이한 가스 공급원(528, 529, 541, 542, 543)으로부터 상이한 프로세스 가스 혼합물이 공급된다.
본 발명의 일 실시예에서는, 도 1b의 진성 미세결정 실리콘 층(134)과 같은 미세결정 실리콘 층이 기판 상에 증착될 수 있다. 일 실시예에서는, 제1 프로세스 가스 혼합물이 제1 가스 공급원(528)에 의해 공급되며 약 1:100과 같이, 약 1:90 내지 약 1:110 사이의 실리콘계 가스 대 수소 가스 부피 비율을 포함한다. 일 실시예에서는, 제2, 제3, 제4, 제5 프로세스 가스 혼합물이 제2 가스 공급원(529), 제3 가스 공급원(541), 제4 가스 공급원(542), 및 제5 가스 공급원(543)에 의해 각각 공급된다. 일 실시예에서 제2, 제3, 제4, 제5 가스 혼합물 각각은 약 1:115 내지 약 1:125 사이의 실리콘계 가스 대 수소 가스 부피 비율을 포함한다. 예를 들어, 제2, 제3, 제4, 제5 가스 혼합물은 각각 1:116, 1:118, 1:122, 및 1:124의 실리콘계 가스 대 수소 가스 부피 비율을 포함할 수 있다. 따라서, 프로세스 가스 내의 전구체 가스의 비율은 프로세스 챔버(500) 내에 배치되는 기판 전체에 걸쳐 개선된 증착 균일성을 제공하도록 최적화될 수 있다.
일 실시예에서, 제1 가스 공급원으로부터의 제1 프로세스 가스가 제1 유량으로 배킹 플레이트(520)의 중앙 영역(521)에 전달될 수 있다. 추가로, 제2, 제3, 제4, 제5 프로세스 가스가 제2 유량으로 코너 영역(522, 523, 524, 525)에 전달될 수 있다. 따라서, 코너 영역(522, 523, 524, 525)으로 공급되는 프로세스 가스의 유량에 대한 중앙 영역(521)으로 공급되는 프로세스 가스의 유량 비는 프로세스 챔버(500) 내에 배치된 기판 전체에 걸쳐 개선된 증착 균일성을 제공하도록 최적화될 수 있다.
일 실시예에서, 프로세스 가스는 상이한 유량으로 각각의 코너 영역(522, 523, 524, 525)에 전달될 수 있다. 따라서, 각각의 코너 영역(522, 523, 524, 525)을 통한 프로세스 가스의 유량에 대한 중앙 영역(521)을 통한 프로세스 가스의 유량 비는 프로세스 챔버(500) 내에 배치된 기판 전체에 걸쳐 개선된 증착 균일성을 제공하도록 최적화될 수 있다.
비록 코너 영역(522, 523, 524, 525)이 배킹 플레이트(520)의 코너에 있는 것으로 도시되어 있으나, 하나 또는 그보다 많은 코너 영역(522, 523, 524, 525)이 배킹 플레이트(520)의 에지를 따라 연장할 수도 있다. 이로써, 에지 영역으로의 프로세스 가스 유동은 슬릿 밸브 개구와 같은 챔버 벽의 비대칭성을 고려하도록 최적화될 수도 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 배킹 플레이트(620)의 개략적인 저면도를 도시하고 있다. 배킹 플레이트(620)는 중앙 영역(621)의 배킹 플레이트를 통해 형성되는 중앙 오리피스(orifice)(660)를 구비할 수 있다. 중앙 오리피스(660)는 가스 공급원(328, 428, 또는 528)과 같은, 가스 공급부에 결합될 수 있다. 추가로, 배킹 플레이트(620)는 각각의 코너 영역(622)의 배킹 플레이트를 통해 형성되는 코너 오리피스(665)를 구비할 수 있다. 일 실시예에서, 각각의 코너 오리피스(665)는 가스 공급원(328 또는 429)과 같은 단일 가스 공급부에 결합될 수 있다. 일 실시예에서, 각각의 코너 오리피스(665)는 가스 공급원(529, 541, 542, 543)과 같은, 상이한 가스 공급부에 결합될 수 있다. 이미 설명한 바와 같이, 이러한 구성은 상이한 가스 혼합물이 코너 영역(622)보다 중앙 영역(621)으로 유입될 수 있게 한다. 추가로, 이러한 구성은 가스 혼합물이 코너 영역(622)보다 중앙 영역(621)으로 다른 유량 및/또는 압력으로 유입될 수 있게 한다.
일 실시예에서는, 각각의 코너 영역(622)과 중앙 영역(621) 사이에 배리어(barrier)(670)가 제공되어 배킹 플레이트(620)와 그 아래에 배치된 샤워헤드 사이의 각각의 영역에 별도의 공간을 제공한다. 일 실시예에서는, 배리어(670)가 배킹 플레이트(620)에 부착되어 배킹 플레이트(620) 아래에 배치되는 샤워헤드를 향해 연장한다. 일 실시예에서는, 배리어(670)가 배킹 플레이트(620) 아래에 배치되는 샤워헤드에 부착 또는 접촉한다. 다른 실시예에서는, 배리어(670)가 배킹 플레이트(620) 아래에 위치하는 샤워헤드 바로 앞까지 연장한다. 이러한 구성은 코너 영역(622)으로 제공되는 가스 혼합물이, 중앙 영역(621)으로 제공되는 가스 혼합물과 심각하게 혼합되지 않으면서, 배킹 플레이트(620) 아래에 배치되는 샤워헤드를 통해 확산될 수 있게 한다. 따라서, 코너 영역(621)으로 전달되는 목표 가스 혼합물은 샤워헤드 아래에 배치되는 기판의 코너 영역으로의 증착을 제어하여 기판의 표면 전체에 걸쳐 개선된 증착 균일성 및 제어를 가능하게 한다.
도 3, 4, 5와 관련하여 설명된 실시예에서, 가스 공급원(328, 428, 429, 528, 529, 541, 542, 543, 544)으로부터 공급되는 가스 혼합물은 실리콘계 가스와 수소 가스의 혼합물로서 제공된다. 이러한 실시예에서, 실리콘계 가스로는 모노실란(SiH4), 디실란(Si2H6), 4플루오르화 실리콘(SiF4), 4염화 실리콘(SiCl4), 디클로로실란(SiH2Cl2) 등을 포함할 수 있다. 추가로, 가스 혼합물은 캐리어 가스(carrier gas) 또는 도펀트(dopant)와 같은 추가 가스를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 가스 혼합물은 실리콘계 가스, 수소 가스, 그리고 p형 도펀트 또는 n형 도펀트를 포함할 수 있다. 적절한 p형 도펀트로는, 트리메틸붕소(TMB 또는 B(CH3)3), 다이보레인(diborane)(B2H6), 삼플루오르화 붕소(boron trifluoride)(BF3) 등과 같은 붕소 함유원(boron-containing source)이 있다. 적절한 n형 도펀트로는 포스핀(phosphine) 및 유사 화합물과 같은 인 함유원이 있다. 다른 실시예에서는, 가스 혼합물이 프로세스 챔버 내에 배치된 기판 상에 원하는 막을 증착하는데 필요한 다른 가스를 포함할 수 있다.
전술한 설명은 본 발명의 실시예에 대해 이루어졌으나, 본 발명의 다른 그리고 추가적인 실시예가 본 발명의 기본 범위 내에서 고안될 수 있으며, 본 발명의 범위는 이하의 청구범위에 의해 결정된다.
Claims (15)
- 프로세싱 장치로서:
샤워헤드;
상기 샤워헤드의 측면들 상에 배치되는 턱(ledge)으로서, 상기 턱은 배킹 플레이트(backing plate)와 상기 샤워헤드 사이에 공간(space)이 형성되도록 상기 배킹 플레이트 부근에 상기 샤워헤드를 위치결정하기 위한 것이고, 상기 공간은 중앙 영역과 복수의 코너 영역을 가지며, 상기 턱은 RF 전력(radio frequency power)으로 하여금 프로세싱 영역 내로 전달되게(travel) 하고 상기 프로세싱 영역 내에서 프로세스 가스를 플라스마가 되도록(into plasma) 점화하게 하는, 턱;
상기 공간의 각각의 영역을 상기 공간의 다른 영역들로부터 격리(isolate)시키도록 상기 공간의 중앙 영역과 상기 공간의 각각의 코너 영역 사이에 배치되는 배리어로서, 각각의 배리어는 상기 배킹 플레이트로부터, 상기 샤워헤드와 접촉하지 않도록 샤워헤드의 표면 바로 위(just above)의 위치까지 연장하는, 배리어;
상기 배킹 플레이트의 중앙 영역을 통해 형성되는 제1 오리피스와 유체 소통하는 제1 가스 공급원; 및
상기 배킹 플레이트의 코너 영역을 통해 형성되는 복수의 제2 오리피스와 유체 소통하는 제2 가스 공급원으로서, 각각의 코너 영역은 상기 각각의 코너 영역을 관통하여 형성되는 상기 복수의 제2 오리피스 중 하나의 오리피스를 가지는, 제2 가스 공급원;을 포함하는,
프로세싱 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 배킹 플레이트의 중앙 영역을 통해 형성된 상기 제1 오리피스를 통한 가스의 유동을 제어하기 위해 상기 제1 가스 공급원과 유체 소통하는 제1 질량 유동 제어기를 더 포함하는,
프로세싱 장치.
- 제2항에 있어서,
상기 배킹 플레이트의 각각의 코너 영역을 통해 형성된 상기 복수의 제2 오리피스를 통한 가스의 유동을 제어하기 위해 상기 제2 가스 공급원과 유체 소통하는 제2 질량 유동 제어기를 더 포함하는,
프로세싱 장치.
- 제3항에 있어서,
상기 코너 영역을 통해 형성된 각각의 제2 오리피스 및 상기 제2 가스 공급원과 유체 소통하는 별도의 제2 질량 유동 제어기를 더 포함하는,
프로세싱 장치.
- 프로세싱 장치로서:
샤워헤드;
상기 샤워헤드의 측면들 상에 배치되는 턱으로서, 상기 턱은 배킹 플레이트와 상기 샤워헤드 사이에 공간이 형성되도록 상기 배킹 플레이트 부근에 상기 샤워헤드를 위치결정하기 위한 것이고, 상기 공간은 중앙 영역과 복수의 코너 영역을 가지며, 상기 턱은 RF 전력으로 하여금 프로세싱 영역 내로 전달되게 하고 상기 프로세싱 영역 내에서 프로세스 가스를 플라스마가 되도록 점화하게 하는, 턱;
상기 공간의 각각의 영역을 상기 공간의 다른 영역들로부터 격리시키도록 상기 공간의 중앙 영역과 상기 공간의 각각의 코너 영역 사이에 배치되는 배리어로서, 각각의 배리어는 상기 배킹 플레이트로부터, 상기 샤워헤드와 접촉하지 않도록 샤워헤드의 표면 바로 위의 위치까지 연장하는, 배리어;
상기 공간의 중앙 영역과 유체 소통하는 제1 가스 공급원;
상기 공간의 중앙 영역 및 상기 제1 가스 공급원과 유체 소통하는 제1 질량 유동 제어기;
상기 공간의 하나 이상의 코너 영역과 유체 소통하는 제2 가스 공급원; 및
상기 공간의 하나 이상의 코너 영역 및 상기 제2 가스 공급원과 유체 소통하는 제2 질량 유동 제어기;를 포함하며,
상기 공간의 각각의 코너 영역은, 상기 각각의 코너 영역과 유체 소통하는 별도의 제2 질량 유동 제어기를 가지는,
프로세싱 장치.
- 제5항에 있어서,
상기 제2 가스 공급원은 복수의 제2 가스 공급원을 포함하고, 상기 공간의 각각의 코너 영역은 상기 각각의 코너 영역과 소통하는 제2 가스 공급원을 가지는,
프로세싱 장치.
- 프로세싱 장치로서:
샤워헤드;
상기 샤워헤드의 측면들 상에 배치되는 턱으로서, 상기 턱은 배킹 플레이트와 상기 샤워헤드 사이에 공간이 형성되도록 상기 배킹 플레이트 부근에 상기 샤워헤드를 위치결정하기 위한 것이고, 상기 공간은 중앙 영역과 복수의 코너 영역을 가지며, 상기 턱은 RF 전력으로 하여금 프로세싱 영역 내로 전달되게 하고 상기 프로세싱 영역 내에서 프로세스 가스를 플라스마가 되도록 점화하게 하는, 턱;
상기 공간의 각각의 영역을 상기 공간의 다른 영역들로부터 격리시키도록 상기 공간의 중앙 영역과 상기 공간의 각각의 코너 영역 사이에 배치되는 배리어로서, 각각의 배리어는 상기 배킹 플레이트로부터, 상기 샤워헤드와 접촉하지 않도록 샤워헤드의 표면 바로 위의 위치까지 연장하는, 배리어;
상기 공간의 중앙 영역 및 코너 영역과 유체 소통하는 가스 공급원;
상기 공간의 중앙 영역 및 상기 가스 공급원과 유체 소통하는 제1 질량 유동 제어기; 및
상기 공간의 각각의 코너 영역 및 상기 가스 공급원과 유체 소통하는 복수의 제2 질량 유동 제어기;를 포함하며,
각각의 코너 영역은 별도의 제2 질량 유동 제어기와 유체 소통하는,
프로세싱 장치.
- 박막을 증착하기 위한 박막 증착 방법으로서:
프로세싱 장치의 샤워헤드와 배킹 플레이트 사이에 형성되는 공간의 중앙 영역으로 제1 가스 혼합물을 유입시키는 단계로서, 상기 중앙 영역이 제1 질량 유동 제어기와 유체 소통하는, 제1 가스 혼합물을 유입시키는 단계;
상기 공간의 하나 또는 둘 이상의 코너 영역으로 제2 가스 혼합물을 유입시키는 단계로서, 상기 하나 또는 둘 이상의 코너 영역 각각이 별도의 제2 질량 유동 제어기와 유체 소통하는, 제2 가스 혼합물을 유입시키는 단계; 및
상기 샤워헤드를 통해 상기 제1 가스 혼합물과 상기 제2 가스 혼합물을 확산시키는 단계;를 포함하고,
상기 샤워헤드는 턱을 포함하며,
상기 턱은, RF 전력으로 하여금 상기 샤워헤드 부근의 프로세싱 영역 내로 전달되게 하고 상기 프로세싱 영역 내에서 상기 제1 가스 혼합물과 상기 제2 가스 혼합물을 플라스마가 되도록 점화하게 하기 위하여, RF 전력을 제공하는 것이고,
상기 공간의 중앙 영역과 상기 공간의 하나 또는 둘 이상의 코너 영역의 각각의 코너 영역 사이에 배리어를 배치하고, 각각의 배리어는 상기 배킹 플레이트로부터, 상기 샤워헤드와 접촉하지 않도록 샤워헤드의 표면 바로 위의 위치까지 연장함으로써, 상기 공간의 각각의 영역을 상기 공간의 다른 영역들로부터 격리(separate)시키는,
박막 증착 방법.
- 제8항에 있어서,
상기 제1 가스 혼합물은 1:90 내지 1:110의 실리콘계 가스 대 수소 가스 부피 비율을 포함하는,
박막 증착 방법.
- 제9항에 있어서,
상기 제2 가스 혼합물은 1:115 내지 1:125의 실리콘계 가스 대 수소 가스 부피 비율을 포함하는,
박막 증착 방법.
- 제10항에 있어서,
상기 실리콘계 가스는, 모노실란, 디실란, 및 디클로로실란으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는,
박막 증착 방법.
- 제11항에 있어서,
상기 제2 가스 혼합물이 상기 공간의 각각의 코너 영역으로 유입되는,
박막 증착 방법.
- 제8항에 있어서,
상기 공간의 코너 영역으로 제3 가스 혼합물을 유입시키는 단계를 더 포함하는,
박막 증착 방법.
- 삭제
- 삭제
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