KR101894584B1 - 이온 주입 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이온 주입 장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 이온 주입 장치의 일례는 챔버; 챔버 내부에 위치하고, 비전도성의 절연층 및 절연층 내에 삽입되는 복수의 전극을 포함하는 플레이튼; 플레이튼 위에 배치된 기판의 일면에 이온을 주입하는 이온 주입부; 및 복수의 전극에 인가되는 전압을 제어하는 제어부;를 포함하고, 제어부는 그라운드 전압(GND), 양(+)의 펄스 전압 및 음(-)의 펄스 전압 중 적어도 하나를 복수의 전극 각각에 인가한다.

Description

이온 주입 장치{ION IMPLANTATION APPARATUS}

본 발명은 이온 주입 장치에 관한 것이다.

최근 석유나 석탄과 같은 기존 에너지 자원의 고갈이 예측되면서 이들을 대체할 대체 에너지에 대한 관심이 높아지고, 이에 따라 태양 에너지로부터 전기 에너지를 생산하는 태양 전지가 주목 받고 있다.

일반적인 태양 전지는 p형과 n형처럼 서로 다른 도전성 타입(conductive type)에 의해 p-n 접합을 형성하는 실리콘 기판, 그리고 서로 다른 도전성 타입의 실리콘 기판에 각각 연결된 전극을 구비한다.

최근에는 이와 같은 태양 전지의 광전 변환 효율을 보다 향상시키기 위하여 태양 전지의 에미터를 p-n 접합의 깊이가 얇고 상대적으로 저농도로 도핑되는 부분과 에미터를 p-n 접합의 깊이가 깊고 상대적으로 고농도로 도핑되는 부분을 구비하는 선택적 에미터(selective emitter)로 구성한다.

이와 같이, 태양 전지의 선택적 에미터 구조를 형성하기 위한 방법으로는 열확산로에서 마스크를 이용하여 열확산하거나, 레이저를 이용하여 부분적으로 열확산하여 선택적 에미터 구조를 형성하거나 높은 에너지로 가속된 이온 입자들을 실리콘 기판의 일면에 주입하는 이온 주입 장치를 이용하여 선택적 에미터 구조를 형성할 수 있다.

여기서, 이온 주입 장치를 이용하여 선택적 에미터 구조를 형성하기 위해 종래에는 선택된 영역에만 이온 주입을 수행하기 위해서 이온과 실리콘 기판 사이에 마스크를 배치시켜 이온이 선택적으로 필터링(filtering)되는 방식을 사용하여 왔다.

일반적으로 태양전지 공정에서는 챔버에 탄소(graphite) 재질의 마스크를 실리콘 기판과 일정간격에 위치시켜 선택적으로 이온을 통과시키는 방식을 취하고 있으며, 높은 정밀도가 요구되는 반도체 제조 공정에서는 실리콘 기판 위에 포토레지스트를 올리고 패턴닝 공정을 통해 마스크를 형성하여 이온 주입 공정을 수행한다.

본 발명은 생산 비용과 효율이 향상된 이온 주입 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명에 따른 이온 주입 장치의 일례는 챔버; 챔버 내부에 위치하고, 비전도성의 절연층 및 절연층 내에 삽입되는 복수의 전극을 포함하는 플레이튼; 플레이튼 위에 배치된 기판의 일면에 이온을 주입하는 이온주입부; 및 복수의 전극에 인가되는 전압을 공급하는 제어부;를 포함하고, 제어부는 그라운드 전압(GND), 양(+)의 펄스 전압 및 음(-)의 펄스 전압 중 적어도 하나를 복수의 전극 각각에 공급한다.

여기서, 복수의 전극은 절연층 내에서 서로 이격되어 동일한 방향으로 뻗어있을 수 있으며, 복수의 전극 각각의 중심 사이의 거리(pitch)는 1.5㎜ ~ 2.5㎜이고, 폭은 0.5㎜ ~ 1.5㎜일 수 있다.

또한, 제어부는 기판의 일면에 이온이 주입되는 이외의 기간 동안, 복수의 전극 각각에 양(+)의 펄스 전압 또는 음(-)의 펄스 전압을 인가하여 플레이튼 상부에 배치된 기판을 처킹(chucking)하며, 복수의 전극 각각에 그라운드 전압(GND)을 인가하여 기판을 언처킹(unchucking)할 수 있으며, 기판의 일면에 이온이 주입되는 동안, 복수의 전극 중 일부 전극에는 양(+)의 펄스 전압을 공급하고, 복수의 전극 중 나머지 전극에는 음(-)의 펄스 전압을 공급하여, 기판의 일면에 제1 농도를 갖는 저농도 도핑부 및 제1 농도보다 높은 제2 농도를 갖는 고농도 도핑부를 형성할 수 있다.

구체적으로, 기판의 일면 중 양(+)의 전압이 인가되는 전극 위에 위치하는 기판의 제1 영역에는 음(-)의 전압이 인가되는 전극 위에 위치하는 기판의 제2 영역보다 낮은 농도로 이온이 주입될 수 있다.

일례로, 기판이 태양 전지용 실리콘 기판인 경우, 이온 주입 장치는 이온 주입부로부터 주입된 이온에 의해 실리콘 기판의 일면에 제1 농도를 갖는 저농도 도핑부 및 제1 농도보다 높은 제2 농도를 갖는 고농도 도핑부를 갖는 선택적 에미터부를 형성할 수 있다.

이때, 고농도 도핑부 중심 간의 간격은 복수의 전극 각각의 중심 사이의 거리와 동일하거나, 복수의 전극 각각의 중심 사이의 거리의 2배일 수 있다.

이를 위해, 복수의 전극은 적어도 2개의 그룹으로 분할되고, 동일한 그룹에 속한 각각의 전극은 공통 연결되어, 동일한 전압이 동시에 인가될 수 있다.

구체적으로, 복수의 전극은 복수의 제1 전극을 포함하는 제1 그룹과 복수의 제2 전극을 포함하는 제2 그룹으로 분할되고, 제1 전극과 제2 전극은 교대로 번갈아 배치되고, 제1 전극과 제2 전극 각각에는 서로 반대 극성을 가지는 전압이 동시에 공급되며, 제1 전극과 제2 전극 각각에 공급되는 반대 극성의 전압은 서로 동일한 크기를 가질 수 있다.

보다 구체적으로, 제1 전극에는 양(+)의 전압 및 음(-)의 전압이 순차적으로 반복하여 인가되고, 제2 전극에는 제1 전극에 인가되는 전압과 반대 극성의 전압이 순차적으로 반복하여 인가될 수 있다.

아울러, 양(+)의 전압 및 음(-)의 전압이 공급되는 시점 사이에는 제1 전극과 제2 전극 각각에 그라운드 전압(GND)이 더 공급될 수도 있다.

또한, 이온 주입 장치는 플레이튼 위에 기판을 로딩(loading) 또는 언로딩(unloading)하는 로딩 어셈블리;를 챔버 내에 더 구비할 수도 있다.

이러한 특징에 따르면, 본 발명에 따른 이온 주입 장치는 플레이튼 내에 복수의 전극을 구비하고, 기판의 일면에 이온을 주입할 때에 각각의 전극으로 전압을 인가하여 주입되는 이온의 농도를 제어할 수 있는 효과가 있다.

도 1 내지 도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 이온 주입 장치의 일례이다.
도 4a 및 도 4b는 복수의 전극이 복수 개의 그룹으로 분할되는 일례를 설명하기 위한 도이다.
도 5 내지 도 7은 이온 주입 장치의 동작에 따라 실리콘 기판의 일면에 고농도 도핑부와 저농도 도핑부가 형성되는 일례를 구체적으로 설명하기 위한 도이다.
도 8a 내지 도 10b에서는 본 발명에 따른 이온 주입 장치를 이용하여 선택적 에미터부의 고농도 도핑부와 저농도 도핑부의 도핑 농도를 조절한 다양한 예를 설명한다.
도 11은 본 발명에 따른 제어부에 의해 공급되는 펄스의 다양한 형태의 일례를 설명하기 위한 도이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 한 실시예에 따른 이온 주입 장치의 일례에 대하여 설명한다.

도 1 내지 도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 이온 주입 장치의 일례이다.

도 1은 본 발명에 따른 이온 주입 장치(10)를 개략적으로 도시한 것으로, 도 1에 도시된 바와 같이, 이온 주입 장치(10)는 챔버(chamber, 100), 플레이튼(platen, 200), 이온 주입부(300), 제어부(400), 및 로딩 어셈블리(500)를 더 포함할 수 있다.

이와 같은 도 1에서 구조의 개략적인 이해를 돕기 위해, 챔버(100) 및 이온 주입부(300)는 이온 주입 장치(10)를 측면에서 바라본 개략적인 구조로 도시되었고, 플레이튼(200)과 제어부(400)는 이온 주입 장치(10)를 위에서 바라본 개략적인 구조로 도시되었다.

이와 같은 이온 주입 장치(10)는 태양 전지를 제조하는 공정 중에 단결정, 다결정 또는 비정질 실리콘 재질로 이루어지는 기판(20)의 일면에 p-n 접합을 형성하는 에미터부(미도시)를 형성할 때에 사용될 수 있다.

이와 같이 기판(20)에 주입되는 이온 입자들은 양이온 상태로 기판(20)에 주입된 이후, 활성화 공정 등을 통해 기판(20) 내의 실리콘 입자들과 화학적으로 결합되어 에미터부로 형성된다.

또한, 이와 같은 이온 주입 장치(10)는 반도체 소자를 제조하는 공정 중에 반도체 소자(예를 들면 CMOS 소자 등)의 일면에 이온을 주입할 때에도 이용이 가능하고, 그 밖에 다른 분야에서도 이용이 가능하고, 이용 분야가 반드시 태양 전지 제조 공정에만 한정되는 것은 아니다.

따라서, 태양 전지 제조 공정에 본 발명에 따른 이온 주입 장치(10)가 이용될 경우, 챔버 내에서 이온 주입되는 기판(20)은 실리콘 기판일 수 있으며, 이온 주입 장치(10)가 태양 전지 이외의 반도체 소자를 제조하는 공정에 이용될 경우, 챔버 내에서 이온 주입되는 기판(20)은 해당 반도체 소자를 제조하기 위한 기판일 수 있다.

따라서, 이하에서는 이와 같은 이온 주입 장치(10)가 태양 전지 제조 공정에 사용되는 경우를 일례로 설명하나, 반드시 이에 한정되지는 않는다.

여기서, 챔버(100)는 기판(20)의 일면에 이온을 주입하기 위한 공간을 마련하여 주고, 이와 같은 챔버(100)에 의해 마련되는 공간은 외부로부터 완전히 차단될 수 있다. 이와 같은 챔버(100) 내부는 이온 주입 장치(10)가 동작될 때에 진공 상태일 수 있다.

플레이튼(200)은 챔버(100) 내부, 즉 챔버(100)에 의해 마련된 내부 공간에 위치하고 태양 전지를 형성하기 위한 기판(20)이 위에 배치된다. 이와 같은 플레이튼(200)은 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 적어도 지지부(210), 절연층(220) 및 복수의 전극(230)을 구비할 수 있고, 비록 도 1에는 도시되지는 않았지만, 필요에 따라 플레이튼(200)을 챔버(100) 내에서 상하로 이동할 수 있도록 하는 승강 장치(미도시)가 플레이튼(200)의 하부에 장착될 수도 있다.

여기서, 지지부(210), 절연층(220) 및 복수의 전극(230)을 구비하는 플레이튼(200)의 상세 구조에 대해서는 이후의 도 2 및 도 3에서 보다 상세하게 설명한다.

이온 주입부(300)는 챔버(100)의 상부에 위치할 수 있으며, 높은 에너지로 가속된 이온 입자들을 플레이튼(200) 위에 배치된 기판(20)의 일면에 주입시키는 기능을 한다.

이와 같은 이온 주입부(300)는 내부에 복수의 오피러스 또는 홀이 형성된 적어도 하나의 분배판(미도시)을 구비할 수 있으며, 이와 같은 분배판은 내부에 형성된 복수의 오피러스 또는 홀을 통하여 높은 에너지로 가속된 이온 입자들을 챔버(100) 내부에 배치된 기판(20)의 일면에 균일하게 분사하는 기능을 한다.

도 1에서는 이온 주입부(300)가 넓은 판 형태로 챔버(100)의 일면에 고정 장착되어 이동하지 않고 기판(20)의 일면 전체에 균인하게 가속된 이온입자들을 분사하는 경우를 일례로 도시하고 설명하고 있지만, 도 1과 다르게 이온 주입부(300)는 바(bar) 형태로 챔버(100)의 일면에 고정 장착되지 않고, 기판(20)의 일면 위에서 전후 또는 좌우로 이동하면서 이온입자들을 기판(20)의 일면에 분사하는 형태일 수도 있다.

제어부(400)는 도 2 및 도 3에 도시된 플레이튼(200)에 포함되는 복수의 전극(230) 각각으로 라운드 전압(GND), 양(+)의 전압 및 음(-)의 전압 중 적어도 하나를 포함하는 펄스를 공급하는 기능을 한다. 여기서, 양(+)의 전압 또는 음(-)의 전압의 크기 및 인가 시간은 제어부(400)에 의해 다양하게 조절될 수 있다. 이와 같이, 제어부(400)가 공급하는 양(+)의 전압 또는 음(-)의 전압을 포함하는 펄스의 형태, 크기 및 인가 시간에 따라 에미터부의 저농도 도핑부(미도시) 및 고농도 도핑부(미도시)의 도핑 농도비 및 도핑 프로파일이 변경될 수 있는데, 이에 대한 상세한 설명은 후술한다.

로딩 어셈블리(500)는 도 1에 도시된 바와 같이, 챔버(100) 내에 구비되며, 플레이튼(200) 위에 기판(20)를 로딩(loading) 또는 언로딩(unloading)하는 역할을 한다.

구체적으로, 로딩 어셈블리(500)는 기판(20)의 일면에 이온 주입을 실시하기 위해 챔버(100)의 개폐문(600)을 통해 기판(20)을 챔버(100) 외부로부터 이송하여 챔버(100) 내부에 배치된 플레이튼(200) 위에 로딩하거나, 이온 주입이 완료된 이후, 플레이튼(200)으로부터 위에 있는 기판(20)을 언로딩하여 챔버(100) 외부로 기판(20)을 배출하는 기능을 한다.

이와 같은 로딩 어셈블리(500)는 도 1에서 챔버(100) 내에 구비되는 경우를 일례로 도시하였으나, 이와 다르게 챔버(100) 외부에 위치할 수도 있다.

한편, 이와 같은 본 발명에 따른 이온 주입 장치(10)의 플레이튼(200)은 도 2에 도시된 바와 같이, 지지부(210), 절연층(220) 및 복수의 전극(230)을 포함할 수 있다.

도 2의 (a)는 기판(20)이 배치된 플레이튼(200)의 단면을 개략적으로 도시한 것이고, 도 2의 (b)는 기판(20)이 배치된 플레이튼(200)을 상부에서 바라본 모습을 개략적으로 도시한 것이다.

아울러, 도 3은 기판(20)이 배치된 플레이튼(200)의 단면 중 일부분을 확대하여 도시한 것이다.

도 2의 (a)에 도시된 바와 같이, 지지부(210)의 위에는 기판(20)이 배치되며, 절연층(220)은 플레이튼(200)의 지지부(210) 상부, 즉 기판(20)과 지지부(210) 사이에 위치하며 비전도성 물질을 포함하여 형성될 수 있다.

아울러, 복수의 전극(230)은 전기 전도성 물질을 포함할 수 있으며, 절연층(220) 내에 삽입되어 형성된다.

보다 구체적으로 이와 같은 복수의 전극(230)은 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이, 절연층(220) 내에서 패터닝되어 형성될 수 있으며, 일례로 서로 이격되어 동일한 방향으로 뻗어있는 형태일 수 있다.

이와 같은 복수의 전극(230)에서, 도 3에 도시된 바와 같이, 전극 각각의 중심 사이의 거리(pitch, P230)는 기판(20)의 일면에 형성하고자하는 에미터부에서 이온이 상대적으로 고농도로 도핑되는 고농도 도핑부 사이의 간격을 고려하여 결정될 수 있다.

즉, 기판(20)의 일면에 형성되는 고농도 도핑부의 사이의 간격을 크게 형성하고자 하는 경우, 전극 각각의 중심 사이의 거리(P230)를 상대적으로 크게 할 수 있으며, 고농도 도핑부의 사이의 간격을 작게 형성하고자 하는 경우, 전극 각각의 중심 사이의 거리(P230)를 상대적으로 작게 할 수 있다.

이를 고려하여, 전극 각각의 중심 사이의 거리(P230)는 일례로 1.5㎜ ~ 2.5㎜ 사이에서 결정될 수 있다.

아울러, 복수의 전극(230) 각각의 폭(W230)은 제어부(400)로부터 공급되는 펄스의 크기 및 전극 자체의 재질 및 절연층(220)의 두께를 고려하여 결정될 수 있다.

보다 구체적으로, 공급되는 펄스의 크기가 상대적으로 크고, 전극 자체의 재질이 전기 전도성이 상대적으로 약하여 펄스 공급에 따라 발생되는 열이 상대적으로 많거나, 절연층(220)의 두께가 상대적으로 두꺼운 경우, 전극 각각의 폭(W230)은 상대적으로 크게 형성될 수 있고, 공급되는 펄스의 크기가 상대적으로 작고, 전극 자체의 재질이 전기 전도성이 양호하여 발생되는 열이 상대적으로 적거나, 절연층(220)의 두께가 상대적으로 작은 경우, 전극 각각의 폭(W230)은 상대적으로 작게 형성될 수 있다.

이를 고려하여, 복수의 전극(230) 각각의 폭(W230)은 0.5㎜ ~ 1.5㎜ 사이일 수 있다.

또한, 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이, 복수의 전극(230)은 각각의 일단이 제어부(400)와 도선(C230)으로 연결됨으로써, 제어부(400)와 전기적으로 연결될 수 있고, 각각의 타단은 그라운드(GND)와 연결될 수도 있고, 그렇지 않을 수도 있다. 이와 같이 복수의 전극(230) 각각이 제어부(400)와 전기적으로 연결됨으로써, 제어부(400)는 그라운드 전압(GND), 양(+)의 전압 및 음(-)의 전압 중 적어도 하나를 포함하는 펄스를 각각의 전극으로 공급할 수 있다.

즉, 도 2에서와 같이, 전극 각각이 제어부(400)와 개별적으로 연결된 경우, 제어부(400)는 각각의 전극으로 그라운드 전압(GND), 양(+)의 전압 및 음(-)의 전압 중 적어도 하나를 포함하는 펄스를 공급하되, 펄스의 형태와 크기가 동일한 펄스를 모든 전극으로 공급할 수도 있고, 펄스의 형태와 크기가 각기 다른 펄스를 각 전극에 개별적으로 공급할 수도 있고, 또는 일부 전극들에는 제1 펄스를 나머지 일부 전극들에는 제1 펄스와 형태와 크기가 다른 제2 펄스를 공급할 수도 있다.

이를 위해 복수의 전극(230)은 복수 개의 그룹으로 분할될 수 있으며, 이때, 동일한 그룹에 속한 각각의 전극은 공통 연결되어, 동일한 형태와 크기를 가지는 펄스의 전압이 동시에 공급될 수 있다. 이에 대해서는 도 4a 및 도 4b에서 보다 구체적으로 설명한다.

이와 같은, 제어부(400)는 이온이 주입되는 이외의 기간 동안, 복수의 전극(230) 각각으로 공급된 양(+)의 전압 또는 음(-)의 전압에 의해 플레이튼(200) 상부에 배치된 기판(20)을 처킹(chucking)하거나 복수의 전극(230) 각각으로 공급된 그라운드 전압(GND)에 의해 기판(20)을 언처킹(unchucking)할 수 있다.

구체적으로, 로딩 어셈블리(500)에 의해 기판(20)이 플레이튼(200) 위에 배치된 경우, 기판(20)을 프레이튼 위에 고정시키기 위하여 제어부(400)는 복수의 전극(230)으로 양(+)의 전압 또는 음(-)의 전압을 공급하고, 이와 같은 전압의 공급에 따라 복수의 전극(230) 주변에는 각 공급된 전압에 따른 전기장(electric field)이 형성된다.

이와 같은 경우, 기판(20)은 전기장에 의해 실리콘의 특성상 내부에 전자 쌍극자를 형성하게 되어, 복수의 전극(230)으로 양(+)의 전압이 공급되는 경우, 기판(20)에서 플레이튼(200)과 접하는 면쪽에는 음(-)의 전하가 대전되고, 반대면 쪽에는 양(+)의 전하가 대전되어, 기판(20)은 플레이튼(200) 위에 고정된다. 아울러, 복수의 전극(230)으로 음(-)의 전압이 공급되는 경우, 기판(20)에서 플레이튼(200)과 접하는 면쪽에는 양(+)의 전하가 대전되고, 반대면 쪽에는 음(-)의 전하가 대전되어, 기판(20)은 플레이튼(200) 위에 고정될 수 있다.

아울러, 제어부(400)는 복수의 전극(230) 각각으로 그라운드 전압(GND)을 공급하여 기판(20) 내에 형성된 전기장을 해제함으로써, 기판(20)을 플레이튼(200)으로부터 언처킹(unchucking)할 수 있다.

또한, 제어부(400)는 기판(20)의 일면에 이온이 주입되는 기간 동안, 복수의 전극 중 일부 전극에는 양(+)의 펄스 전압을 공급하고, 복수의 전극 중 나머지 전극에는 음(-)의 펄스 전압을 공급할 수 있다. 아울러, 그라운드 전압(GND)도 공급할 수 있다.

이와 같이, 제어부(400)가 복수의 전극(230) 각각으로 양의 전압을 공급하는 경우, 기판(20)의 일면 중 양(+)의 전압이 인가되는 전극 위에 위치하는 기판(20)의 제1 영역은 상대적으로 많은 양의 이온이 주입될 수 있고, 기판(20)의 일면 중 음(-)의 전압이 인가되는 전극 위에 위치하는 기판(20)의 제2 영역은 상대적으로 적은 양의 이온이 주입될 수 있다.

이에 대해서는 도 5 이하에서 보다 구체적으로 설명한다.

도 4a 및 도 4b는 복수의 전극이 복수 개의 그룹으로 분할되는 일례를 설명하기 위한 도이다.

도 4a에 도시된 바와 같이, 복수의 전극(230)은 제1 그룹(G1)과 제2 그룹(G2)으로 분할되고, 제1 그룹(G1)에 속한 제1 전극(E1)과 제2 그룹(G2)에 속한 제2 전극(E2) 각각은 교대로 반복하여 배치될 수 있다.

여기서, 제1 그룹(G1)에 속한 제1 전극(E1)들 각각은 서로 공통 연결되고, 제2 그룹(G2)에 속한 제2 전극(E2)들 각각은 서로 공통 연결될 수 있다.

아울러, 제어부(400)는 제1 그룹(G1) 및 제2 그룹(G2) 각각에는 서로 상하 대칭되는 펄스, 즉 서로 반대 극성의 전압을 가지는 펄스를 동시에 인가하여, 제1 전극(E1)과 제2 전극(E2) 각각에는 서로 반대 극성을 가지는 동일한 크기의 전압이 동시에 공급되도록 할 수 있다. 이에 대해서는 도 5 이후에 보다 구체적으로 설명한다.

또한, 복수의 전극(230)은 도 4b에 도시된 바와 같이, 3개의 그룹으로 분할될 수도 있다. 이때, 제1 그룹(G1)에 속한 제1 전극(E1), 제2 그룹(G2)에 속한 제2 전극(E2), 및 제 3 그룹(G3)에 속한 제3 전극(E3)은 순차적으로 반복적으로 배열될 수 있으며, 각 그룹에 속한 전극들은 각각 서로 공통 연결될 수 있다.

도 5 내지 도 7은 이온 주입 장치의 동작에 따라 실리콘 기판의 일면에 고농도 도핑부와 저농도 도핑부가 형성되는 일례를 구체적으로 설명하기 위한 도이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 복수의 전극(230)이 제1 그룹(G1)과 제2 그룹(G2)으로 분할될 경우, 제1 그룹(G1)에 속하는 복수의 제1 전극(E1)들은 서로 공통연결되고, 제2 그룹(G2)에 속하는 복수의 제1 전극(E1)들은 서로 공통 연결될 수 있다.

이와 같이, 복수의 전극(230)이 제1 그룹(G1)과 제2 그룹(G2)으로 분할된 경우, 제어부(400)는 제1 그룹(G1) 및 제2 그룹(G2) 각각에는 서로 상하 대칭되는 펄스를 공급하여 제1 전극(E1)과 제2 전극(E2) 각각에는 서로 반대 극성을 가지는 동일한 크기의 전압이 동시에 공급되도록 할 수 있다.

보가 구체적으로, 제1 그룹(G1)에 포함되는 복수의 제1 전극(E1)에는 양(+)의 전압 및 음(-)의 전압이 순차적으로 반복하여 공급되고, 제2 그룹(G2)에 포함되는 복수의 제2 전극(E2)에는 제1 전극(E1)에 공급되는 전압과 반대 극성의 전압, 즉 음(-)의 전압 및 양(+)의 전압이 순차적으로 반복하여 공급되도록 할 수 있다.

또한, 아울러, 제1 전극(E1)과 제2 전극(E2) 각각에 양(+)의 전압 및 음(-)의 전압이 교대로 인가될 때, 양(+)의 전압 및 음(-)의 전압이 공급되는 시점 사이에는 그라운드 전압(GND)이 더 공급되도록 할 수 있다.

일례로, 도 5에 도시된 바와 같이, 한 주기(T)의 t1~t2 기간 동안에는 제1 그룹(G1)에는 양(+)의 제1 전압(V1)을, 제2 그룹(G2)에는 음(-)의 제1 전압(V1)을 공급할 수 있고, t3~t4 기간 동안에는 제1 그룹(G1)에는 음(-)의 제1 전압(V1)을, 제2 그룹(G2)에는 양(+)의 제1 전압(V1)을 공급할 수 있다. 아울러, 나머지 기간, 즉 t2~t3 기간 및 t4~t1 기간 동안에는 제1 그룹(G1) 및 제2 그룹(G2)에 그라운드 전압(GND)를 공급할 수 있다.

여기서, 제1 전압(V1)의 크기, 제1 그룹(G1) 및 제2 그룹(G2)에 양의 제1 전압(V1) 또는 음의 제1 전압(V1)이 공급되는 기간, 및 그라운드 전압(GND)이 공급되는 기간 등은 형성하고자 하는 에미터부(21)의 고농도 도핑부(21b)의 이온 도핑 농도, 저농도 도핑부(21a)의 이온 도핑 농도, 고농도 도핑부(21b) 대비 저농도 도핑부(21a)의 이온 도핑 비율 등에 따라서 달라질 수 있다.

구체적으로, 기판(20)의 일면에 이온이 주입되는 동안 제어부(400)가 복수의 전극(230) 각각으로 양의 전압을 공급하는 경우, 기판(20)의 일면 중 양(+)의 전압이 인가되는 전극 위에 위치하는 기판(20)의 제1 영역(S1)은 양(+)의 전기장이 형성되어, 양이온 상태의 이온 입자들이 상대적으로 낮은 농도로 주입될 수 있고, 기판(20)의 일면 중 음(-)의 전압이 인가되는 전극 위에 위치하는 기판(20)의 제2 영역(S2)은 음(-)의 전기장이 형성되어, 양이온 상태의 이온 입자들이 상대적으로 높은 농도로 주입될 수 있다.

이와 같이, 기판(20)의 제1 영역(S1)은 양(+)의 전기장이 형성되는 영역을 의미하고, 제2 영역(S2)은 음(-)의 전기장이 형성되는 영역을 의미하므로, 기판(20)의 제1 영역(S1) 및 제2 영역(S2)은 각각의 전극에 공급되는 펄스의 전압 극성에 따라 변화될 수 있다.

따라서, 펄스의 전압 극성이 주기적으로 바뀌는 경우 제1 영역(S1)과 제2 영역(S2)은 주기적으로 바뀌면서 중첩될 수 있고, 펄스의 전압 극성이 바뀌지 않는 경우 제1 영역(S1)과 제2 영역(S2)은 바뀌지 않을 수도 있고, 중첩되지 않을 수도 있다.

이와 같이 함으로써, 제1 그룹(G1)과 제2 그룹(G2)에 도 5에 도시된 바와 같은 각각의 펄스를 공급하는 경우, 태양 전지의 일면에 형성되는 에미터부(21)는 상대적으로 이온 도핑 농도가 낮은 저농도 도핑부(21a)와 상대적으로 이온 도핑 농도가 높은 고농도 도핑부(21b)가 형성될 수 있다.

구체적으로 태양 전지의 일면에 주입되는 이온의 양이 조절되는 원리는 다음과 같다.

도 6의 (a)는 도 5에 나타난 t1~t2 기간 동안 태양 전지의 일면에 이온이 주입되는 형태를 설명하기 위한 것이고, 도 6의 (b)는 도 5에 나타난 t2~t3 기간 및 t4~t1 기간 동안 태양 전지의 일면에 이온이 주입되는 형태를 설명하기 위한 것이고, 도 6의 (c)는 도 5에 나타난 t3~t4 기간 동안 태양 전지의 일면에 이온이 주입되는 형태를 설명하기 위한 것이다.

구체적으로, 도 6의 (a)에 도시된 바와 같이, t1~t2 기간 동안 제어부(400)가 제1 전극(E1)들 각각으로 양(+)의 전압을 공급하므로, 제1 전극(E1)들 각각의 위에 위치하는 기판(20)의 일면에는 양(+)의 전기장이 형성되는 제1 영역(S1)이 형성되므로, 양이온 상태로 주입되는 이온은 기판(20)의 제1 영역(S1) 근처에서 주입되는 이온의 경로(trajectory)가 제1 영역(S1)으로부터 멀어지는 방향으로 편향되어, 기판(20)의 제1 영역(S1)은 주입되는 이온의 양이 상대적으로 작게 되고, 양(+)의 전기장에 의해 주입되는 이온의 속도도 상대적으로 감소하여 이온이 주입되는 깊이도 상대적으로 낮게 된다.

아울러, t1~t2 기간 동안, 제어부(400)가 제2 전극(E2)들 각각으로 음(-)의 전압을 공급하므로, 제2 전극(E2)들 각각의 위에 위치하는 기판(20)의 일면에는 음(-)의 전기장이 형성되는 제2 영역(S2)이 형성되므로, 양이온 상태로 주입되는 이온은 기판(20)의 제2 영역(S2) 근처에서 주입되는 이온의 경로(trajectory)가 제2 영역(S2)과 가까워지는 방향으로 편향되어, 기판(20)의 제2 영역(S2)은 주입되는 이온의 양이 상대적으로 많게 되고, 음(-)의 전기장에 의해 주입되는 이온의 속도도 상대적으로 증가하여 이온이 주입되는 깊이도 상대적으로 높게 된다.

다음, 도 6의 (b)에 도시된 바와 같이, t2~t3 기간 및 t4~t1 기간 동안 제어부(400)가 제1 전극(E1)들 및 제2 전극(E2)들 각각으로 그라운드 전압(GND)을 공급하므로, 기판(20)의 일면에는 제1 전극(E1)들 및 제2 전극(E2)들의 전압에 의한 전기장이 사라지게 되어, 이온 주입기에 의해 공급되는 이온들이 기판(20)의 일면에 균일한 양과 속도로 주입된다.

이때, t2~t3 기간 및 t4~t1 기간 동안 기판(20) 위에 주입되는 이온의 양은 양(+)의 전기장이 형성되는 제1 영역(S1)에 주입되는 이온 양보다는 많고, 음(-)의 전기장이 형성되는 제2 영역(S2)에 주입되는 이온 양보다는 적다.

아울러, 기판(20) 위에 주입되는 이온의 깊이도 양(+)의 전기장이 형성되는 제1 영역(S1)에 주입되는 이온의 깊이보다는 깊고, 음(-)의 전기장이 형성되는 제2 영역(S2)에 주입되는 이온의 깊이보다는 작다.

그리고, 도 6의 (c)에 도시된 바와 같이, t3~t4 기간 동안 제어부(400)가 제1 전극(E1)들 각각으로 음(-)의 전압을 공급하므로, 제1 전극(E1)들 각각의 위에 위치하는 기판(20)의 일면에는 음(-)의 전기장이 형성되는 제2 영역(S2)이 형성되므로, 주입되는 이온의 양이 상대적으로 많아지게 되고, 음(-)의 전기장에 의해 주입되는 이온의 속도도 상대적으로 증가하여 이온이 주입되는 깊이도 상대적으로 높게 된다.

아울러, t3~t4 기간 동안 제어부(400)가 제2 전극(E2)들 각각으로 양(+)의 전압을 공급하므로, 제2 전극(E2)들 각각의 위에 위치하는 기판(20)의 일면에는 양(+)의 전기장이 형성되는 제1 영역(S1)이 형성되므로, 주입되는 이온의 양이 상대적으로 작아지게 되고, 양(+)의 전기장에 의해 주입되는 이온의 속도도 상대적으로 감소하여 이온이 주입되는 깊이도 상대적으로 낮게 된다.

이와 같이, 본 발명에 따른 이온 주입 장치(10)는 제어부(400)가 도 5에 도시된 바와 같은 펄스를 제1 그룹(G1)과 제2 그룹(G2)의 각 전극에 주기적으로 반복하여, 도 7에 도시된 바와 같이, 기판(20)의 에미터부(21) 중에서 제1 전극(E1)들 및 제2 전극(E2)들이 위치하지 않는 부분, 즉 제1 전극(E1)들 및 제2 전극(E2)들 사이의 부분은 상대적으로 작은 이온이 주입되어 제1 농도(n1)를 갖는 저농도 도핑부(21a)로 형성되고, 기판(20)의 에미터부(21) 중에서 제1 전극(E1)들과 제2 전극(E2)들 위에 위치하는 부분은 상대적으로 더 많은 이온이 주입되어 제1 농도(n1)보다 더 높은 제2 농도(n2)를 갖는 고농도 도핑부(21b)로 형성되도록 할 수 있다.

그러나, 본 발명에 따른 이온 주입 장치(10)가 기판(20)의 일면에 고농도 도핑부(21b)와 저농도 도핑부(21a)를 형성하는 방법은 반드시 도 5에 도시된 바와 같은 펄스에 한정되는 것은 아니다.

즉, 도 5에서는 양(+)의 전압, 그라운드 전압(GND) 및 음(-)의 전압이 제1 전극(E1)들과 제2 전극(E2)들에 주기적으로 반복하여 공급됨으로써 기판(20)의 일면에 고농도 도핑부(21b)와 저농도 도핑부(21a)를 구비하는 에미터부(21)가 형성되는 경우를 일례로 도시하였으나, 이와 다르게, 주기적으로 양(+)의 전압 또는 음(-)의 전압이 반복되는 주기(T) 펄스가 아니라 제1 전극(E1)들에는 양(+)의 전압만 공급하고, 제2 전극(E2)들에는 음(-)의 전압만 공급되도록 하거나, 주기적으로 그라운드 전압(GND)이 유지되는 기간(t2~t3, t4~t1) 없이 양(+)의 전압 및 음(-)의 전압만이 주기적으로 반복되는 주기(T) 펄스를 공급하여 기판(20)의 일면에 고농도 도핑부(21b)와 저농도 도핑부(21a)를 구비하는 에미터부(21)가 형성되도록 할 수 있다.

이와 같이 본 발명에 따른 이온 주입 장치(10)는 플레이튼(200)에 구비되는 복수의 전극(230)으로 다양한 펄스를 공급하여 기판(20)의 일면에 선택적 에미터 구조를 갖는 에미터부(21)를 형성할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 이온 주입 장치(10)는 플레이튼(200)에 구비되는 복수의 전극(230)으로 공급되는 전압의 크기 및 공급 기간을 조절하여 에미터부(21)의 고농도 도핑부(21b) 사이의 간격, 고농도 도핑부(21b)의 제1 농도(n1)의 크기, 고농도 도핑부(21b)와 저농도 도핑부(21a) 사이의 도핑 농도비를 조절할 수 있다.

예를 들어, 도 5에서는 제1 그룹(G1)에 공급되는 양(+)의 전압과 음(-)의 전압의 크기는 동일한 것으로 설명하였으나, 양(+)의 전압과 음(-)의 전압의 크기는 서로 다를 수 있으며, 또한, 도 5에서는 제1 그룹(G1)에 공급되는 펄스와 제2 그룹(G2)에 공급되는 펄스가 서로 상하 대칭되는 것을 일례로 설명하였으나, 이와 다르게 제1 그룹(G1)에 공급되는 펄스와 제2 그룹(G2)에 공급되는 펄스가 서로 대칭되지 않을 수도 있다.

이와 같은 본 발명에 따른 이온 주입 장치(10)는 기판(20)의 일면에 선택적 구조의 에미터부(21)를 형성하기 위한 마스크를 생략할 수 있어 태양 전지 제조 공정의 생산성을 향상시킬 수 있으며, 생산 비용도 절감할 수 있다.

구체적으로, 종래에는 태양 전지 제조 공정 중 이온 주입 공정에서는 챔버(100)에 탄소(graphite) 재질의 마스크를 기판(20)과 이온 주입부(300) 사이에 일정 간격으로 위치시켜 선택적으로 이온을 통과시키는 방식을 취하고 있으며, 높은 정밀도가 요구되는 반도체 제조 공정에서는 기판(20) 위에 포토레지스트를 올리고 패턴닝 공정을 통해 마스크를 형성하여 이온 주입 공정을 수행한다.

이와 같이 마스크를 이용하여 이온 주입 공정을 수행할 때에, 이온은 높은 에너지로 가속되기 때문에, 마스크와 충돌할 때, 마스크에 충돌하는 높은 에너지의 이온 입자들이 마스크를 스퍼터링(sputtering)하여 손상시킬 뿐만 아니라 스퍼터링된 입자가 기판(20) 위에 퇴적 및 침투되어 태양 전지의 효율을 떨어뜨리는 불순물 작용을 하게 된다.

또한, 충돌 과정에서 많은 에너지가 마스크로 전달되어 마스크의 온도가 상승하게 되며, 열적 변형을 일으킨다. 이로 인해 원하는 마스크 패턴(pattern)의 정밀도를 떨어뜨리기도 한다.

그 뿐만이 아니라, 높은 생산성(thoughput)이 요구되는 태양전지의 공정에서 마스크에 의해 가려지는 이온들은 사용 효율(utilization efficiency)을 떨어뜨리게 되며, 이는 전체 생산성의 저해를 가져오게 된다. 예를 들면, 저농도 도핑 영역과 고농도 도핑 영역의 농도의 비율이 1:2이고, 그 영역의 넓이 비율이 1:3인 경우, 전체 주입되는 이온 대비 마스크에 의해 걸러져서 손실되는 이온이 37.5 %이다. 스퍼터링 효과에 의한 마스크의 손상으로 교체 과정이 정기적으로 수행되어야 하며, 생산율(yield)을 떨어뜨리게 된다.

그러나, 본 발명에 따른 이온 주입 장치(10)는 마스크를 사용하지 않고 선택적 이온 주입을 수행하므로, 마스크와 같은 구조물과의 충돌에서 발생할 수 있는 입자의 발생이 생기지 않을 수 있고, 마스크에 의해 소모되는 이온의 손실을 크게 줄여 생산성을 높일 수 있고, 생산 비용도 절감할 수 있다.

이하의 도 8a 내지 도 10b에서는 본 발명에 따른 이온 주입 장치를 이용하여 선택적 에미터부의 고농도 도핑부와 저농도 도핑부의 도핑 농도를 조절한 다양한 예를 설명한다.

도 8a는 본 발명에 따른 이온 주입 장치(10)의 제어부(400)가 플레이튼(200)의 전극으로 공급하는 펄스의 일례이고, 도 8b는 도 8a에 따른 펄스가 공급될 때 기판(20)의 일면에 형성되는 에미터부(21)의 정규화된 도핑 프로파일의 일례이다.

도 8a에 도시된 바와 같은 펄스가 공급되기 위해서는 도 4a와 같이 복수의 전극(230)은 제1 그룹(G1)과 제2 그룹(G2)으로 분할된 경우를 전제로 한다.

또한, 도 8b에서 도핑 프로파일의 x축은 에미터부(21)의 정규화된 위치를 나타내고, y축은 에미터부(21)의 정규화된 이온 농도를 나타낸다. 따라서, 제1 농도(n1)는 제2 농도(n2)를 기준으로한 제2 농도(n2)에 대한 비로 표현되었다.

도 8a에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제어부(400)는 제1 펄스(P1) 및 제2 펄스(P1)를 복수의 전극(230)으로 공급할 수 있다.

여기서, 이온 주입부(300)는 t0 시점부터 이온 주입을 시작하고, 제1 펄스(P1) 및 제2 펄스(P1)는 t1 시점부터 공급될 수 있다.

여기서, 양(+)의 제1 전압(V1)을 포함하는 제1 펄스(P1)는 제1 그룹(G1)에 속한 제1 전극(E1)들로 공급되고, 음(-)의 제2 전압(V2)을 포함하는 제2 펄스(P2)는 제2 그룹(G2)에 속한 제2 전극(E2)들로 공급된다. 여기서, 제1 전압(V1)과 제2 전압(V2)의 크기는 동일할 수도 다를 수도 있다.

제어부(400)가 이와 같은 제1 펄스(P1) 및 제2 펄스(P1)를 공급할 때에, t0 시점부터 t1 시점까지의 기간 동안에는 기판(20)의 일면 전체에 균일하게 이온이 주입될 수 있으며, 기판(20)의 일면 전체에 저농도 도핑부(21a)가 형성될 수 있고, 아울러, t1 시점 이후부터는 기판(20)의 일면 중에서 제1 펄스(P1)가 공급되는 제1 전극(E1)들 위에 위치한 부분은 이온이 거의 주입되지 않거나 주입되더라도 상대적으로 작은 양으로 주입되고, 기판(20)의 일면 중에서 제2 펄스(P1)가 공급되는 제2 전극(E2)들 위에 위치한 부분은 상대적으로 많은 이온 양이 주입되어 고농도 도핑부(21b)가 형성될 수 있다.

구체적으로, 도 8b에 도시된 바와 같이, 기판(20)의 일면 중에서 제1 전압(V1)이 공급되는 제1 전극(E1)들 위에 위치한 부분은 이온 주입부(300)로부터 이온이 주입되는 내내의 기간동안 양(+)의 전기장이 형성되는 제1 영역(S1)이 되어 주입되는 이온의 농도가 상대적으로 작은 제1 농도(n1)가 되어 저농도 도핑부(21a)로 형성되고, 주입되는 이온의 깊이도 상대적으로 작다.

아울러, 기판(20)의 일면 중에서 제2 전압(V2)이 공급되는 제2 전극(E2)들의 위에 위치한 부분은 이온 주입부(300)로부터 이온이 주입되는 내내의 기간동안 음(-)의 전기장이 형성되는 제2 영역(S2)이 되어 주입되는 이온의 농도가 상대적으로 많은 제2 농도(n2)가 되어 고농도 도핑부(21b)로 형성되고, 주입되는 이온의 깊이도 상대적으로 깊다.

이와 같이, 제어부(400)가 이와 같은 제1 펄스(P1) 및 제2 펄스(P1)를 공급하는 경우, 도 8b에 도시된 바와 같이, 고농도 도핑부(21b) 중심 간의 간격(P21b)은 복수(230)의 전극 각각의 중심 사이의 거리(P230)의 2배와 동일할 수 있다.

이와 같은 경우, 제1 펄스(P1)의 제1 전압(V1)의 크기에 따라 저농도 도핑부(21a)의 제1 농도(n1)의 값을 다르게 할 수 있다. 예를 들어 제1 전압(V1)의 크기를 증가시킨 경우 제1 농도(n1)의 값을 더 작게 할 수 있으며, 제1 전압(V1)의 크기를 감소시킨 경우 제1 농도(n1)의 값을 더 크게 할 수도 있다.

또한, 제2 펄스(P2)의 제2 전압(V2)의 크기에 따라 고농도 도핑부(21b)의 제2 농도(n2)의 값을 다르게 할 수 있다. 예를 들어 제2 전압(V2)의 크기를 증가시킨 경우 제2 농도(n2)의 값을 더 크게 할 수 있으며, 제2 전압(V2)의 크기를 감소시킨 경우 제2 농도(n2)의 값을 더 작게 할 수도 있다.

이와 같이 함으로써, 에미터부(21)의 고농도 도핑부(21b)와 저농도 도핑부(21a)의 이온 농도비를 조절할 수 있다. 도 8b에서는 일례로 고농도 도핑부(21b)와 저농도 도핑부(21a)의 이온 농도비가 대략 1:0.25로 형성된 경우를 도시하였다.

이와 같이, 비주기 펄스인 제1 펄스(P1)와 제2 펄스(P2)를 제1 전극(E1) 및 제2 전극(E2) 각각에 공급하는 경우, 에미터부(21)의 고농도 도핑부(21b)와 저농도 도핑부(21a) 사이에는 도핑 농도가 저농도 도핑부(21a)의 도핑농도보다 급격하게 감소하는 불안정한 A와 같은 부분이 나타날 수 있다.

이와 같이 도핑 농도가 불안정한 A와 같은 부분은 태양 전지의 광전 효율이 저하시킬 수 있다.

따라서, 이와 같은 불안정한 A부분을 제거하기 위해, 제1 전극(E1)들 및 제2 전극(E2)들에 양(+)의 전압과 음(-)의 전압이 교번하는 주기 펄스를 공급할 수 있다.

도 9a는 본 발명에 따른 이온 주입 장치(10)의 제어부(400)가 플레이튼(200)의 전극으로 공급하는 펄스의 다른 일례이고, 도 9b는 도 9a에 따른 펄스가 공급될 때 기판(20)의 일면에 형성되는 에미터부(21)의 정규화된 도핑 프로파일의 일례이다.

도 9a에 도시된 바와 같이, 본 발명은 제1 전극(E1)들로 제1 기간(T1) 동안 양(+)의 제1 전압(V1)과 제2 기간(T2) 동안 음(-)의 제2 전압(V2)을 포함하는 제1 펄스(P1)를 주기적으로 공급하고, 제2 전극(E2)들로 제1 기간(T1) 동안 음(-)의 제2 전압(V2)과 제2 기간(T2) 동안 양(+)의 제1 전압(V1)을 포함하는 제2 펄스(P2)를 주기적으로 공급할 수 있다.

여기서, 제1 전압(V1)과 제2 전압(V2)의 크기는 동일할 수도 다를 수도 있다.

이와 같은 경우, 도 9b에 도시된 바와 같이, 제1 전극(E1)들 및 제2 전극(E2)들에는 제1 전압(V1)과 제2 전압(V2)이 주기적으로 반복되어 공급되므로, 기판(20)의 일면 중에서 제1 전극(E1)들 및 제2 전극(E2)들 위에 위치한 부분은 상대적으로 더 많은 이온이 주입되고, 제1 전극(E1)들 및 제2 전극(E2)들이 사이에 위치하는 부분은 상대적으로 더 작은 이온이 주입된다.

따라서, 제1 전극(E1)들 및 제2 전극(E2)들이 사이에 위치하는 부분은 주입되는 이온의 농도가 상대적으로 작은 제1 농도(n1)가 되어 저농도 도핑부(21a)로 형성되고, 주입되는 이온의 깊이도 상대적으로 작다.

아울러, 제1 전극(E1)들 및 제2 전극(E2)들의 위에 위치한 부분은 이온 주입부(300)로부터 이온이 주입되는 기간동안 이온의 농도가 상대적으로 많은 제2 농도(n2)가 되어 고농도 도핑부(21b)로 형성되고, 주입되는 이온의 깊이도 상대적으로 깊다.

따라서, 본 발명에 따른 이온 주입 장치(10)는 고농도 도핑부(21b) 중심 간의 간격(P21b)은 복수의 전극(230) 각각의 중심 사이의 거리(P230)와 동일할 수 있다.

이와 같이, 양(+)의 제1 전압(V1)과 음(-)의 제2 전압(V2)이 반복적으로 공급되는 주기 펄스의 형태는 도 8b에서 도시된 저농도 도핑부(21a)와 고농도 도핑부(21b) 사이에 이온의 도핑 농도가 불안정한 A와 같은 부분을 제거할 수 있다.

여기서, 저농도 도핑부(21a)와 고농도 도핑부(21b) 사이의 도핑 농도비는 제1 전압(V1)과 제2 전압(V2)의 크기에 따라 달라질 수 있다.

예를 들어, 도 9b에서는 제2 농도(n2)와 제1 농도(n1)의 농도비가 1:0.38 정도지만, 제1 전극(E1)들 및 제2 전극(E2)들로 공급되는 제1 전압(V1)의 크기를 증가시킬 경우 제1 농도(n1)가 감소할 수 있고, 제1 전압(V1)의 크기를 감소시킬 경우 제1 농도(n1)가 증가할 수 있다.

또한, 제1 전극(E1)들 및 제2 전극(E2)들로 공급되는 제2 전압(V2)의 크기를 증가시킬 경우 제2 농도(n2)가 증가할 수 있고, 제2 전압(V2)의 크기를 감소시킬 경우 제2 농도(n2)가 감소할 수 있다.

또는, 제1 전극(E1)들 및 제2 전극(E2)들로 공급되는 제1 전압(V1)의 공급 기간을 증가시켜 제1 농도(n1)를 감소시킬 수도 있고, 이와 반대로 제1 전압(V1)의 공급 기간을 감소시켜 제1 농도(n1)를 증가시킬 수도 있다.

또한, 제1 전극(E1)들 및 제2 전극(E2)들로 공급되는 제2 전압(V2)의 공급 기간을 증가시켜 제2 농도(n2)를 증가시킬 수도 있고, 이와 반대로 제2 전압(V2)의 공급 기간을 감소시켜 제2 농도(n2)를 감소시킬 수도 있다.

결국, 제1 전압(V1)의 크기와 공급기간을 증가시키거나 감소시켜 제1 농도(n1)의 값을 감소시키거나 증가시킬 수 있고, 제2 전압(V2)의 크기와 공급기간을 증가시키거나 감소시켜 제2 농도(n2)의 값을 증가시키거나 감소시킬 수 있다.

이에 따라, 고농도 도핑부(21b)와 저농도 도핑부(21a)의 도핑 농도의 비를 조절할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 이온 주입 장치(10)는 고농도 도핑부(21b)와 저농도 도핑부(21a)의 도핑 농도의 비를 다른 방법으로 조절하는 것도 가능하다.

도 10a는 본 발명에 따른 이온 주입 장치(10)의 제어부(400)가 플레이튼(200)의 전극으로 공급하는 펄스의 또 다른 일례이고, 도 10b는 도 10a에 따른 펄스가 공급될 때 기판(20)의 일면에 형성되는 에미터부(21)의 정규화된 도핑 프로파일의 일례이다.

도 10a에 도시된 바와 같이, 본 발명은 제1 전극(E1)들로 제1 기간(T1) 동안 양(+)의 제1 전압(V1), 제2 기간(T2) 동안 그라운드 전압(GND), 제3 기간(T3) 동안 음(-)의 제2 전압(V2), 및 제4 기간(T4) 동안 그라운드 전압(GND)을 포함하는 제1 펄스(P1)를 주기적으로 공급하고, 제2 전극(E2)들로 제1 기간(T1) 동안 음(-)의 제2 전압(V2), 제2 기간(T2) 동안 그라운드 전압(GND), 제3 기간(T3) 동안 양(+)의 제1 전압(V1), 및 제4 기간(T4) 동안 그라운드 전압(GND)을 포함하는 제2 펄스(P2)를 주기적으로 공급할 수 있다.

여기서, 제1 전압(V1)과 제2 전압(V2)의 크기는 동일할 수도 다를 수도 있다.

이와 같은 경우, 도 10b에 도시된 바와 같이, 제1 전극(E1)들 및 제2 전극(E2)들에는 제1 전압(V1)과 제2 전압(V2)이 주기적으로 반복되어 공급되므로, 제1 전극(E1)들 및 제2 전극(E2)들의 위에 위치한 기판(20)의 부분은 상대적으로 더 많은 이온이 주입되고, 제1 전극(E1)들 및 제2 전극(E2)들이 사이에 위치하는 기판(20)의 부분은 상대적으로 더 작은 이온이 주입된다.

그러나, 제1 펄스(P1) 및 제2 펄스(P2)에 그라운드 전압(GND)이 유지되는 제2 기간(T2)과 제4 기간(T4)이 포함되어 있으므로, 에미터부(21)의 고농도 도핑부(21b)와 저농도 도핑부(21a)의 전체 이온 농도가 도 9b에 비하여 상대적으로 더 낮아지면서, 농도비가 1: 0.18 정도로 더욱 커질 수 있다.

도 10a와 같은 경우에도, 제1 전압(V1)의 크기와 공급기간을 증가시키거나 감소시켜 제1 농도(n1)의 값을 감소시키거나 증가시킬 수 있고, 제2 전압(V2)의 크기와 공급기간을 증가시키거나 감소시켜 제2 농도(n2)의 값을 증가시키거나 감소시킬 수 있다.

지금까지는 본 발명의 제어부(400)에 의해 공급되는 펄스의 형태가 구형파인 경우만 일례로 설명하였으나, 펄스의 형태는 다양하게 변경될 수도 있다.

도 11은 본 발명에 따른 제어부에 의해 공급되는 펄스의 다양한 형태의 일례를 설명하기 위한 도이다.

도 11의 (a)에 도시된 바와 같이, 제어부(400)에 의해 공급되는 펄스의 형태는 정형파와 유사한 형태를 가질 수도 있고, 도 11의 (b)에 도시된 바와 같이 삼각 펄스파와 유사한 형태를 가질 수도 있다.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (18)

1. 챔버;
   상기 챔버 내부에 위치하고, 비전도성의 절연층 및 상기 절연층 내에 삽입되는 복수의 전극을 포함하는 플레이튼;
   상기 플레이튼 위에 배치된 기판의 일면에 이온을 주입하는 이온 주입부; 및
   상기 복수의 전극에 전압을 공급하는 제어부;를 포함하고,
   상기 복수의 전극은 상기 절연층 내에서 서로 이격되어 동일한 방향으로 길게 뻗어있고,
   상기 제어부는 그라운드 전압(GND), 양(+)의 펄스 전압 및 음(-)의 펄스 전압 중 적어도 하나를 상기 복수의 전극 각각에 공급하되,
   상기 기판의 일면에 상기 이온이 주입되는 동안, 상기 제어부는 상기 복수의 전극 중 일부 전극에는 양(+)의 펄스 전압이 인가되고, 상기 복수의 전극 중 나머지 전극에는 음(-)의 펄스 전압이 인가되는 이온 주입 장치.
   
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3. 제1 항에 있어서,
   상기 복수의 전극 각각의 중심 사이의 거리(pitch)는 1.5㎜ ~ 2.5㎜인 이온 주입 장치.
4. 제1 항에 있어서,
   상기 복수의 전극 각각의 폭은 0.5㎜ ~ 1.5㎜인 이온 주입 장치.
5. 제1 항에 있어서,
   상기 제어부는
   상기 기판의 일면에 상기 이온이 주입되는 이외의 기간 동안, 상기 복수의 전극 각각에 양(+)의 펄스 전압 또는 음(-)의 펄스 전압을 인가하여 상기 플레이튼 상부에 배치된 상기 기판을 처킹(chucking)하며, 상기 복수의 전극 각각에 그라운드 전압(GND)을 인가하여 상기 기판을 언처킹(unchucking)하는 이온 주입 장치.
6. 삭제
7. 제1 항에 있어서,
   상기 기판의 일면 중 상기 양(+)의 전압이 인가되는 전극 위에 위치하는 상기 기판의 제1 영역에는 상기 음(-)의 전압이 인가되는 전극 위에 위치하는 상기 기판의 제2 영역보다 낮은 농도로 상기 이온이 주입되는 이온 주입 장치.
8. 제3 항에 있어서,
   상기 기판은 태양 전지용 실리콘 기판이며, 상기 이온 주입부로부터 주입된 이온에 의해 상기 실리콘 기판의 일면에 제1 농도를 갖는 저농도 도핑부 및 상기 제1 농도보다 높은 제2 농도를 갖는 고농도 도핑부를 갖는 선택적 에미터부를 형성하는 이온 주입 장치.
9. 제8 항에 있어서,
   상기 고농도 도핑부 중심 간의 간격은 상기 복수의 전극 각각의 중심 사이의 거리와 동일한 이온 주입 장치.
10. 제8 항에 있어서,
    상기 고농도 도핑부 중심 간의 간격은 상기 복수의 전극 각각의 중심 사이의 거리의 2배인 이온 주입 장치.
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