KR102235672B1 - 대면적 대기압 플라즈마 발생 장치 및 이를 작동하는 방법 - Google Patents

대면적 대기압 플라즈마 발생 장치 및 이를 작동하는 방법 Download PDF

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Abstract

본 실시예들은 반응 가스가 유입되는 가스 챔버, 상기 가스 챔버의 하단에 이격된 거리에 위치하는 제1 전극, 상기 가스 챔버의 측면에서 상기 제1 전극과 이격된 거리에 위치하는 제2 전극, 상기 가스 챔버의 내부에 일부 삽입되고 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극과 이격된 거리에 위치하는 제3 전극 및 상기 제3 전극으로 인가되는 전원을 제어하는 전원부를 포함하는 대면적 대기압 플라즈마 표면처리 및 도핑 장치 및 이를 작동하는 방법을 제공한다.

Description

대면적 대기압 플라즈마 발생 장치 및 이를 작동하는 방법{Atmospheric Pressure Plasma Generation System and Method for Large Area}
본 발명은 플라즈마 표면처리 및 도핑장치 및 이를 작동하는 방법에 관한 것으로, 특히 태양전지를 위한 대면적 대기압 플라즈마 표면처리 및 도핑장치 및 이를 작동하는 방법에 관한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.
종래의 태양전지의 에미터 층 형성을 위한 방법으로는 소성로, 레이저 도핑, 플라즈마를 이용한 방법 등을 사용하며, 태양전지 에미터의 접합 깊이, 표면 농도를 조절하기 위해 주로 에너지원의 세기와 공정 시간을 조절한다. 이러한 방법들은 고가의 장비를 사용하고, 고정 라인에 들어갈 수 없는 문제가 있다.
대기압 플라즈마를 사용하여 도핑 및 표면처리를 하는 경우, 전원부의 인가 전력과 스캔 스피드를 조절하여 태양전지 웨이퍼의 표면 농도, 접합 깊이 및 표면처리 정도를 조절하지만 전원부의 입력 전력을 조절하는 것만으로는 웨이퍼 표면의 미세한 특성 조절은 힘든 문제가 있다.
본 발명의 실시예들은 상기 전술한 종래의 문제점을 해결하기 위해 대면적 대기압 플라즈마를 사용하여 장치 내 가변 커패시터 조절을 통해 플라즈마의 특성 변화 및 기판에 흐르는 전류를 제어하여 태양전지 웨이퍼의 불순물 접합 깊이 조절 및 표면처리를 용이하게 하는데 발명의 주된 목적이 있다.
본 발명의 명시되지 않은 또 다른 목적들은 하기의 상세한 설명 및 그 효과로부터 용이하게 추론할 수 있는 범위 내에서 추가적으로 고려될 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 대면적 대기압 플라즈마 표면처리 및 도핑 장치는 반응 가스가 유입되는 가스 챔버, 상기 가스 챔버의 하단에 이격된 거리에 위치하는 제1 전극, 상기 가스 챔버의 측면에서 상기 제1 전극과 이격된 거리에 위치하는 제2 전극, 상기 가스 챔버의 내부에 일부 삽입되고 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극과 이격된 거리에 위치하는 제3 전극 및 상기 제3 전극으로 인가되는 전원을 제어하는 전원부를 포함한다.
여기서, 상기 제1 전극은 기판을 포함하며, 상기 기판의 상단에 유전체 마스크가 형성되며, 상기 유전체 마스크는 슬릿 형태로 제작되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 반응 가스는 상기 제2 전극 및 상기 제3 전극의 전위차에 의해 이온화되어 플라즈마를 형성하고, 상기 플라즈마는 상기 제1 전극, 상기 제2 전극 및 상기 제3 전극과 차지하는 공간에서 발생하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 제1 전극은 상 또는 하로 이동 가능하고, 상기 제2 전극 및 상기 제3 전극이 고정된 상태에서 상기 기판 사이의 거리를 조절하고, 상기 제1 전극은 좌 또는 우로 이동하여 상기 기판의 상단이 상기 플라즈마에 노출되는 단면을 변경하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 외부의 냉각 수단에 연결되어 냉매가 순환하기 위해 상기 제2 전극의 양 옆에 구비되는 제1 냉각 라인 및 상기 외부의 냉각 수단에 연결되어 상기 냉매가 순환하기 위해 상기 제3 전극에 구비되는 제2 냉각 라인을 더 포함한다.
여기서, 상기 가스 챔버의 상부에 덮어 씌워져 상기 가스 챔버를 밀폐하며 주입부를 형성하는 챔버 덮개, 상기 가스 챔버의 내부 및 상기 제2 전극의 내부에 위치하며, 상기 반응 가스의 누설을 방지하는 오링 및 상기 가스 챔버의 내부에 위치하며, 상기 반응 가스의 주입부분의 압력과 배출부의 압력의 차이를 이용하여, 제1 전극, 제2 전극 및 제3 전극 사이의 공간에 상기 반응 가스를 공급하는 노즐을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 플라즈마 방전 후 상기 제2 전극 부분의 임피던스를 제어하며, 제1 전극으로 흐르는 전류를 제어하는 가변 커패시터를 더 포함하며, 상기 가변 커패시터는 상기 제2 전극에 연결되어 상기 제2 전극에서 상기 제1 전극으로의 전류를 제어하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 가스 챔버는 상기 제3 전극을 고정시키는 역할을 하며, 유전체로 구성되어 상기 제2 전극이 상기 제3 전극에 대해 노출된 영역에서만 플라즈마 방전이 일어나는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 제1 전극의 상단의 기판에 흐르는 전류는 상기 제2 전극과 상기 제2 전극에서 연결된 접지 부분에 상기 가변 커패시터의 커패시턴스를 제어하여 조절하거나, 상기 제3 전극의 옆면에 위치하는 상기 제2 전극을 좌 또는 우로 이동하여 조절하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 유전체는 상기 가스 챔버 및 상기 제3 전극의 표면에 도포되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 가변 커패시터는 10 pF(0.01 nF) 보다 크고 10 nF 이하의 커패시턴스를 형성하며, 제1 전극에 흐르는 1 mA 보다 크고 10 A 이하의 전류를 제어하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 제1 전극은 제2 전극과의 사이 거리가 0.1보다 크고 10mm 이하로 조절되며, 좌우로 0보다 크고 300mm 이하로 조절되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 대면적 대기압 플라즈마 표면처리 및 도핑 장치에 의한 대면적 대기압 플라즈마 표면처리 및 도핑 장치 작동 방법은, 반응 가스가 가스 챔버 내부에 유입되는 단계, 상기 반응 가스가 제1 전극, 제2 전극 및 제3 전극 사이의 공간에 공급되며, 상기 반응 가스를 통해 플라즈마를 생성하는 단계 및 가변 커패시터 조절하고 기판에 흐르는 전류를 제어하는 단계를 포함한다.
여기서, 상기 플라즈마를 생성하는 단계는 상기 제2 전극과 상기 제3 전극의 전위차에 의해 상기 불활성 기체가 이온화되어 플라즈마를 형성하는 단계 및 상기 제3 전극과 상기 제1 전극 사이의 전위차에 의해 상기 불활성 기체가 이온화되어 플라즈마를 형성하는 단계를 포함하고, 상기 가변 커패시터 조절 및 기판에 흐르는 전류를 제어하는 단계는, 상기 제2 전극과 접지 사이의 가변 커패시터를 제어하는 단계 및 상기 제3 전극 옆면에 위치하는 상기 제2 전극을 좌 또는 우로 이동하여 조절하는 단계를 포함한다.
여기서, 상기 가변 커패시터 조절 및 기판에 흐르는 전류를 제어하는 단계는 상기 가변 커패시터가 상기 제2 전극의 좌측 또는 우측에 부착되어 있는 경우, 상기 제2 전극의 좌측 또는 우측에 부착된 가변 커패시터의 커패시턴스를 조절하여 상기 제1 전극에 흐르는 전류 조절하는 단계 및 상기 가변 커패시터가 상기 제2 전극과 접지 사이에 연결되어 있는 경우, 상기 제2 전극과 접지 사이에 연결된 가변 커패시터의 커패시턴스를 조절하여 상기 제1 전극에 흐르는 전류 조절하는 단계를 포함한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 실시예들에 의하면, 본 발명은 플라즈마 방전 후 커패시터의 제어를 통한 기판에 흐르는 전류 제어로 태양전지 웨이퍼의 접합 깊이, 도핑 농도 및 표면처리 정도(기판 표면의 온도 등)를 조절하는 효과를 제공할 수 있다.
여기에서 명시적으로 언급되지 않은 효과라 하더라도, 본 발명의 기술적 특징에 의해 기대되는 이하의 명세서에서 기재된 효과 및 그 잠정적인 효과는 본 발명의 명세서에 기재된 것과 같이 취급된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 대면적 대기압 플라즈마 표면처리 및 도핑 장치를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 대면적 대기압 플라즈마 표면처리 및 도핑 장치를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 전극의 공통 접지 부분에 가변 커패시터가 위치하는 대면적 대기압 플라즈마 표면처리 및 도핑 장치를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 커패시터가 제3 전극 옆 단일 전극인 제2 전극에 부착된 대면적 대기압 플라즈마 표면처리 및 도핑 장치를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 제3 전극을 변형한 대면적 대기압 플라즈마 표면처리 및 도핑 장치를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 대면적 대기압 플라즈마 표면처리 및 도핑 장치의 제1 전극의 유전체 마스크를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 유전체 마스크를 제1 전극 상부에 위치한 대면적 대기압 플라즈마 표면처리 및 도핑 장치를 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 대면적 대기압 플라즈마 표면처리 및 도핑 장치의 제2 전극을 움직이는 형상을 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 커패시터가 제2 전극의 우측에 부착된 대면적 대기압 플라즈마 표면처리 및 도핑 장치의 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 커패시터가 제2 전극과 접지 사이에 부착된 대면적 대기압 플라즈마 표면처리 및 도핑 장치의 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 커패시터가 우측에 위치하는 제2 전극에 부착되었을 경우, 커패시턴스에 따라 대면적 대기압 플라즈마 표면처리 및 도핑 장치에서 제1 전극에 흐르는 전류 변화를 측정하기 위한 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 커패시터가 우측에 위치하는 제2 전극에 부착되었을 경우, 커패시턴스 변화에 의해 대면적 대기압 플라즈마 표면처리 및 도핑 장치에서 제1 전극에 흐르는 전류의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 커패시터가 제2 전극과 접지 사이에 부착된 대면적 대기압 플라즈마 표면처리 및 도핑 장치에서 전류 변화를 측정하기 위한 도면이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 커패시터가 제2 전극과 접지 사이에 부착된 대면적 대기압 플라즈마 표면처리 및 도핑 장치의 전류의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 대면적 대기압 플라즈마 표면처리 및 도핑장치에 의한 대면적 대기압 플라즈마 표면처리 및 도핑장치 작동 방법을 나타내는 흐름도이다.
이하, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기능에 대하여 이 분야의 기술자에게 자명한 사항으로서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하고, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 설명하는 실시예에 한정되는 것이 아니다. 그리고, 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략되며, 도면의 동일한 참조부호는 동일한 부재임을 나타낸다.
및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항들 중의 어느 항을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 발명은 태양전지를 위한 대면적 대기압 플라즈마 표면처리 및 도핑 장치 및 이를 작동하는 방법에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 대면적 대기압 플라즈마 표면처리 및 도핑 장치를 나타내는 도면이다.
대면적 대기압 플라즈마 표면처리 및 도핑 장치(10)는 가스 챔버(110), 챔버 덮개(120), 제1 전극(130), 제2 전극(140), 제3 전극(150), 기판(160), 가변 커패시터(170), 제1 냉각라인(180), 제2 냉각 라인(182), 노즐(190), 오링(192) 및 유전체(194)를 포함한다. 대면적 대기압 플라즈마 표면처리 및 도핑 장치(10)는 도 1에서 예시적으로 도시한 다양한 구성요소들 중에서 일부 구성요소를 생략하거나 다른 구성요소를 추가로 포함할 수 있다.
태양전지의 에미터 층 형성을 위한 방법으로는 소성로, 레이저 도핑, 플라즈마를 이용한 방법 등을 사용하며 태양전지 에미터의 접합 깊이, 표면 농도를 조절하기 위해 주로 에너지원의 세기와 공정시간을 조절한다. 이러한 방법들의 문제점은 고가의 장비 사용, 쉽게 공정 라인에 들어 갈수 없다는 점이다. 그리고 대기압 플라즈마를 사용하여 도핑 하는 경우, 전원부의 인가 전력과 스캔 스피드를 조절 하여 태양전지 웨이퍼의 표면 농도, 접합 깊이 및 표면처리 정도를 조절하지만, 전원부의 입력 전력 조절만으로는 웨이퍼의 표면 미세한 특성 조절은 힘든 문제가 있다.
따라서, 대면적 대기압 플라즈마 표면처리 및 도핑 장치(10)는 종래 태양전지 접합 및 표면처리의 공정 장비의 고비용, 인라인(In-Line)화의 문제점을 해결하며, 플라즈마 발생을 위한 전원 전력을 조절하지 않고 옆면 전극에 설치된 가변 커패시터의 커패시턴스를 변화하여 웨이퍼에 흐르는 전류를 조절함으로써 도핑 농도, 접합 깊이 및 표면처리 정도(기판 표면의 온도 등)를 제어함을 목적으로 한다. 여기서, 옆면 전극은 제2 전극(140)이다.
대면적 대기압 플라즈마 표면처리 및 도핑 장치(10)는 플라즈마를 진공이 아닌 대기압 조건에서 연속 공정으로 사용할 수 있다.
대면적 대기압 플라즈마 표면처리 및 도핑 장치(10)는 대면적 대기압 플라즈마를 사용하며, 장치 내 가변 커패시터 조절을 통해 플라즈마 특성 변화 및 기판 전극에 흐르는 전류를 제어하여 태양전지 웨이퍼 불순물 접합 깊이 조절 및 표면처리를 용이하게 할 수 있다. 여기서, 기판 전극은 제1 전극(130)이며, 태양전지 웨이퍼는 기판(160)일 수 있다.
대면적 대기압 플라즈마 표면처리 및 도핑 장치(10)는 태양전지 에미터 층 형성에 대한 에너지원으로써 대기압 플라즈마를 사용한다. 대면적 대기압 플라즈마 표면처리 및 도핑 장치(10) 내 가변 커패시터(10 pF - 10 nF) 조절을 통해 플라즈마 특성 변화 및 기판에 흐르는 전류를 제어하여 에미터 층에 대한 접합 깊이, 표면 농도 특성 및 표면처리 정도(기판 표면의 온도 등)를 조절 할 수 있다. 구체적으로, 대면적 대기압 플라즈마 표면처리 및 도핑 장치(10)는 플라즈마 발생 후 옆면 전극과 접지 사이의 가변 커패시터를 제어하여, 태양전지 웨이퍼의 표면 농도, 접합 깊이 및 표면처리 정도(기판 표면의 온도 등)를 조절할 수 있다. 여기서, 옆면 전극은 제2 전극(140)이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 대면적 대기압 플라즈마 표면처리 및 도핑 장치(10)는 외벽으로 둘러싸인 투명 구조체 내부에 형성될 수 있으며, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
제1 전극(130)은 대면적 대기압 플라즈마 표면처리 및 도핑 장치(10) 하단에 위치하는 기판 전극으로 구현될 수 있으며, 다양한 형태로 구현될 수 있다. 제2 전극(140)은 가스 챔버(110)의 측면에 부착된 옆면 전극으로 구현될 수 있으며, 가스 챔버(110)의 측면에 위치하는 다양한 형태로 구현될 수 있다. 제3 전극(150)은 원통형 전극으로 구현될 수 있으며, 원형 또는 다각형 중 하나의 형태로 형성된 전극을 나타내도록 구현될 수 있다.
도 1은 대면적 대기압 플라즈마 표면처리 및 도핑 장치(10)의 기본적인 구성 단면을 나타내며, 대면적 대기압 플라즈마 표면처리 및 도핑 장치(10)의 구성요소가 부착된 위치는 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
도 1에 도시된 전원부(200)는 라디오 주파수 전력 공급 장치로 구현될 수 있으며, 플라즈마를 생성할 수 있을 정도의 전원이 공급되고 있다.
가스 챔버(110)는 반응 가스가 내부에 유입되며, 내부를 밀폐 공간으로 형성할 수 있다.
여기서, 반응 가스는 비활성 가스이거나, 이들 비활성 가스에 미량의 산소 또는 질소가 혼합된 반응 가스일 수 있다. 반응 가스는 외부로부터 전극 사이로 공급되며, 제2 전극(140) 및 제3 전극(150)의 사이를 따라 전체적으로 균일하게 공급된다. 제2 전극(140) 및 제3 전극(150)의 사이로 공급된 반응 가스로부터 플라즈마를 생성할 수 있다. 이하에서 반응 가스는 비활성 가스로 명칭하여 설명한다.
반응 가스는 제2 전극(140) 및 제3 전극(150)의 전위차에 의해 이온화되어 플라즈마를 형성할 수 있다. 플라즈마는 제1 전극(130), 제2 전극(140) 및 제3 전극(150)이 차지하는 공간에서 발생할 수 있다. 여기서, 제1 전극(130), 제2 전극(140) 및 제3 전극(150)이 차지하는 공간은 제1 전극(130), 제2 전극(140) 및 제3 전극(150) 사이의 빈 공간이다.
가스 챔버(110)는 제3 전극(150)을 고정시키는 역할을 하며, 유전체(194)로 구성되어 상기 제2 전극이 상기 제3 전극에 대해 노출된 부분에서만 플라즈마 방전이 일어날 수 있다.
챔버 덮개(120)는 가스 챔버의 상부에 덮어 씌워져 상기 가스 챔버를 밀폐하며 주입부를 형성할 수 있다. 도 1을 참조하면, 주입부는 챔버 덮개(120)의 중앙에 형성되며, 이는 반드시 한정되는 것은 아니다.
제1 전극(130)은 가스 챔버의 하단부에 이격된 거리에 위치한다.
제1 전극(130)은 상단에 플라즈마 공정이 가능한 기판(160)을 포함하며, 기판(160)의 상단에 유전체 마스크가 형성될 수 있다. 유전체 마스크는 슬릿 형태로 제작될 수 있다.
제1 전극(130)의 유전체 마스크는 금속 전극을 형성할 시 버스바 또는 핑거 간격을 고려하여 슬릿 간의 간격을 제작될 수 있다. 여기서, 버스바(Bus Bar) 및 핑거(Finger)는 태양전지에 얇은 금속화로 인쇄 처리된 전면와 후면에 있는 얇은 선을 의미한다. 태양전지는 수평 방향에 핑거(Finger)가 있으며, 수직 방향에 버스바가 있다.
제1 전극(130)은 상 또는 하로 이동 가능하고, 제2 전극(140) 및 제3 전극(150)이 고정된 상태에서 기판(160) 사이의 거리를 조절할 수 있다. 또한, 제1 전극(130)은 좌 또는 우로 이동하여 기판(160)의 상단이 플라즈마에 노출되는 단면을 변경할 수 있다.
제1 전극(130)의 상단의 기판(160)에 흐르는 전류는 제2 전극(140)과 제2 전극(140)에서 연결된 접지 부분에 가변 커패시터(170)의 커패시턴스를 제어하여 조절하거나, 제3 전극(150)의 옆면에 위치하는 제2 전극(140)을 좌 또는 우로 이동하여 조절할 수 있다.
제1 전극(130)은 제2 전극(140)과의 사이 거리가 0.1보다 크고 10mm 이하로 조절되며, 좌우로 0보다 크고 300mm 이하로 조절될 수 있다.
제2 전극(140)은 가스 챔버의 측면에서 상기 제1 전극과 이격된 거리에 위치할 수 있다.
제3 전극(150)은 가스 챔버의 내부에 일부 위치하고 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극과 이격된 위치에 원형 또는 다각형 중 하나의 형태로 형성되어 위치할 수 있다.
기판(160)은 제1 전극(130)의 상단에 위치하며, 플라즈마 공정이 가능한 태양전지 웨이퍼, 유리 또는 금속 물질로 형성될 수 있다.
가변 커패시터(170)는 플라즈마 방전 후 제2 전극(140) 부분의 임피던스를 제어하며, 제1 전극(130)으로 흐르는 전류를 제어할 수 있다.
가변 커패시터(170)는 제2 전극(140)에 연결되어 제2 전극(140)에서 제1 전극(130)으로의 전류를 제어할 수 있다.
가변 커패시터(170)는 10 pF(0.01 nF) 보다 크고 10 nF 이하의 커패시턴스를 형성하며, 제1 전극(130)에 흐르는 1 mA 보다 크고 10 A 이하의 전류를 제어할 수 있으며, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
제1 냉각라인(180)은 외부의 냉각 수단에 연결되어 냉매가 순환하기 위해 제2 전극(140)의 양 옆에 구비될 수 있다.
제2 냉각 라인(182)은 외부의 냉각 수단에 연결되어 냉매가 순환하기 위해 제3 전극(150)에 구비될 수 있다.
제1 냉각 라인(180) 및 제2 냉각 라인(182)은 장시간 방전에도 열에 대한 안전성을 형성할 수 있다.
노즐(190)은 가스 챔버(100)의 내부에 위치하며, 불활성 기체의 주입부분의 압력과 배출부의 압력의 차이를 이용하여, 제2 전극(140) 및 제3 전극(150)에 불활성 기체를 균일하게 공급할 수 있다.
오링(192)은 가스 챔버(110)의 내부 및 제2 전극(140)의 내부에 위치하며, 불활성 기체의 누설을 방지할 수 있다.
유전체(194)는 유전율, 내열성 및 절연 내압이 높은 물질로 형성되어 있다. 유전체(194)는 가스 챔버(110), 챔버 덮개(120) 및 제3 전극(150)의 표면에 도포될 수 있다. 유전체(194)는 절연체로서, 제3 전극(150)과 주변 제1 전극(130) 및 제2 전극(140)과의 직접적인 접촉을 차단할 수 있다.
전원부(200)는 제3 전극으로 인가되는 전원을 제어할 수 있다.
가스 챔버(110)를 덮는 챔버 덮개(120)는 가스가 주입되는 주입부의 이음쇠(Fitting)를 통해 가스 챔버(110) 내로 불활성 가스(Noble Gas)가 주입이 될 수 있다. 구체적으로, 가스가 주입되는 주입부의 이음쇠는 불활성 가스가 포함된 가스통과 연결되어 가스 챔버(110) 내부로 불활성 가스가 주입되는 가이드를 형성할 수 있다.
대면적 대기압 플라즈마 표면처리 및 도핑 장치(10)는 제2 전극(140)에 전기장을 집중시켜 주기 위해 가스 챔버(110) 및 챔버 덮개(120)에 유전체(194)를 사용할 수 있다. 구체적으로 가스 챔버(110) 및 챔버 덮개(120)는 테프론, 피크, 아세탈 등의 플라스틱 재질로 구성될 수 있으며, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 제2 전극(140)은 가스 챔버(110)의 옆면에 위치하는 옆면 전극(Side electrode)이다.
가스 챔버(110) 주위의 오링(192)은 오링 홈에 의해 챔버 덮개(120)와 결합하여 불활성 가스의 누설을 방지할 수 있다.
가스 챔버(110) 주위의 오링 홈에 결합된 오링(192)은 챔버 덮개(120)의 결합에 의해 불활성 가스의 누설을 방지한다. 가스 주입부분의 압력과 배출부의 압력의 차이를 이용하여, 제2 전극(140) 및 제3 전극(150) 부분의 노즐(190) 부분에 불활성 가스를 균일하게 공급할 수 있다.
균일하게 공급된 불활성 가스는 제3 전극(150)과 두 개로 형성된 제2 전극(140)의 전위차에 의해 이온화(Ionization)되어 플라즈마를 형성할 수 있다. 여기서, 제3 전극(150)은 원통형 전극(Cylindrical electrode)이며, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 플라즈마 발생을 위한 유전체(194)는 일반적으로 유전율이 높은 물질을 사용하며, 세라믹(Ceramic) 등 내열성(Heat resistance) 및 절연 내압(Dielectric strength)이 높은 물질을 사용한다.
제3 전극(150)은 장시간 방전에도 열에 대한 안정성을 위해 제2 냉각 라인(182)을 구비할 수 있다. 제2 전극(140)에는 불활성 가스의 누설을 방지하기 위한 오링 홈(Oring groove) 및 오링(Oring)(192)이 존재한다. 여기서, 오링 홈은 오링(192)이 결합되는 부분이다.
도 1을 참조하면, 제2 전극(140)은 우측에 위치하는 제2 전극(140a) 및 좌측에 위치하는 제2 전극(140b)을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 우측에 위치하는 제2 전극(140a) 및 좌측에 위치하는 제2 전극(140b)과 원통형 전극(Cylindrical electrode)을 나타내는 제3 전극(150)과의 거리는 파셴 곡선(Paschen's Curve)을 고려하여 설계될 수 있으며, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 플라즈마의 생성은 제3 전극(150)과 두 개의 제2 전극(140) 및 제1 전극(130) 사이에서 발생할 수 있다. 대면적 대기압 플라즈마 표면처리 및 도핑 장치(10) 하단의 제1 전극(130)은 상하좌우로 조절될 수 있다. 구체적으로 제1 전극(130)은 가로가 300 mm 세로가 300 mm로 형성되어 있으며, 제1 전극(130)은 제2 전극(140)과의 사이 거리가 상하로 0.1 내지 10 mm로 조절되며, 좌우로 0 내지 300 mm로 조절될 수 있도록 한다. 따라서, 제1 전극(130)은 가로 및 세로 길이가 300 mm로 제1 전극(130)이 대면적 대기압 플라즈마 표면처리 및 도핑 장치(10)의 중심에 위치하는 경우, 가장 좌측을 0, 가장 우측을 300mm로 볼 수 있다.
제1 전극(130)의 좌우조절은 제1 전극(130) 위의 기판(160)의 전면을 대기압 플라즈마(Atmospheric Pressure Plasma)에 노출시켜줄 수 있다. 제1 전극(130) 위 기판(160)은 웨이퍼(Wafer)또는 유리(Glass), 금속(metal) 등의 플라즈마 공정(Cleaning, Surface treatment)이 가능한 물질들을 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 기판(160)은 웨이퍼일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 가변 커패시터(Variable Capacitor)(170)는 10 pF - 10 nF 사이의 커패시턴스를 가질 수 있다. 커패시턴스는 상술한 10 pF - 10 nF 사이로 반드시 한정되는 것을 아니다.
가변 커패시터(170)는 플라즈마 방전 후 가변 커패시터(170)가 연결된 제2 전극(140)의 우측에 위치하는 제2 전극(140a) 부분의 임피던스를 독립적으로 제어하여, 플라즈마 전원 전력을 조절하지 않고 제1 전극(130)으로 흐르는 전류를 1 mA - 10 A 까지 제어할 수 있다. 제1 전극(130)으로 흐르는 전류의 제어는 1 mA - 10 A로 반드시 한정되지 않는다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 대면적 대기압 플라즈마 표면처리 및 도핑 장치를 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1을 바탕으로 우측에 위치하는 제2 전극(140a) 및 좌측에 위치하는 제2 전극(140b)에 가변 커패시터(170)가 각각 독립적으로 연결되어 제1 전극(130)으로 전류를 독립적으로 제어할 수 있다.
가변 커패시터(170)는 전기 용량을 전기적 퍼텐셜 에너지로 저장할 수 있다. 구체적으로 가변 커패시터(170)는 우측에 위치하는 제2 전극(140a) 및 좌측에 위치하는 제2 전극(140b)에 각각 연결되어 있으며, 우측에 위치하는 제2 전극(140a) 부분의 임피던스 및 좌측에 위치하는 제2 전극(140b) 부분의 임피던스를 각각 제어할 수 있다. 여기서, 임피던스는 전류의 흐름을 방해하는 정도이다.
가변 커패시터(170)는 제2 전극(140)과 연결되어 위치하며, 좌측 또는 우측에 각각 위치하거나 좌측 또는 우측 중 하나의 위치에 위치할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 전극의 공통 접지 부분에 가변 커패시터가 위치하는 대면적 대기압 플라즈마 표면처리 및 도핑 장치를 나타내는 도면이다.
도 3은 도 1을 바탕으로 우측에 위치하는 제2 전극(140a) 및 좌측에 위치하는 제2 전극(140b)의 공통 접지 부분(152)에 위치하는 가변 커패시터(170)의 커패시턴스를 제어할 수 있다.
가변 커패시터(170)는 플라즈마 방전 후 공통 접지 부분(152)의 가변 커패시터(170)를 제어하여 플라즈마 인가 전력을 제어하지 않고 기판(160)에 흐르는 전류를 조절할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 커패시터가 제3 전극 옆에 위치하는 대면적 대기압 플라즈마 표면처리 및 도핑 장치를 나타내는 도면이다.
도 4는 도 1을 바탕으로 제3 전극(150)의 옆에 위치하는 제2 전극(140)에 가변 커패시터(170)가 설치되어 있다.
제3 전극(150)을 고정시키는 몸체는 가스 챔버(110)이며, 유전체(194)로 구성되어 제2 전극(140)이 제3 전극(150)에 대해 노출된 부분에 대해서만 플라즈마 방전이 일어날 수 있다.
가스 챔버(110)는 제3 전극(150)의 우측에서 좌측의 중간부분까지 맞닿도록 위치하며, 좌측에 제2 전극(140)이 부착되어 있다. 제2 전극(140)은 제3 전극(150)과 일정 거리 떨어져 있으며, 제3 전극(150)의 곡선을 고려하여 설계될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제2 전극(140)은 좌측에 위치하여 제2 전극(140)이 위치하는 부분에서 제3 전극(150)과 플라즈마가 생성할 수 있다. 가변 커패시터(170)는 제2 전극(140)이 위치하는 좌측에 위치한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 제3 전극을 변형한 대면적 대기압 플라즈마 표면처리 및 도핑 장치를 나타내는 도면이다.
도 5는 도 1의 원형으로 형성된 제3 전극(150)의 형태를 삼각 형태로 변형하였다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제3 전극(150)은 삼각 형태의 삼각 전극이며, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
삼각 형태의 제3 전극(150)은 겉면에 유전체가 도포될 수 있다. 도 5의 대면적 대기압 플라즈마 표면처리 및 도핑 장치(10)의 구성 요소들의 역할은 도 1과 동일하다.
따라서, 제3 전극(150)은 도1 내지 도 4에서 형성된 원형 형태로 한정되지 않으며, 도 5와 같은 삼각 형태로 형성될 수 있으며, 사각, 오각 등 다각형의 형태로 형성될 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 대면적 대기압 플라즈마 표면처리 및 도핑 장치의 제1 전극의 유전체 마스크를 나타내는 도면이다.
도 6의 (a)는 대면적 대기압 플라즈마 표면처리 및 도핑 장치(10)의 하단부에 위치하는 제1 전극(130)의 유전체 마스크의 상부 형상을 나타낸 도면이며, 도 6의 (b)는 대면적 대기압 플라즈마 표면처리 및 도핑 장치(10)의 하단부에 위치하는 제1 전극(130)의 유전체 마스크 위 측면 형상을 나타낸 도면이다.
도 6은 라인형 대기압 대면적 플라즈마를 이용하여 도핑 공정을 진행할 시, 선택적 에미터 형성을 위한 유전체 마스크(134)를 구비한 제1 전극(130) 및 기판(160)이다. 제1 전극(130)의 슬릿(132)의 간격은 금속 전극을 형성할 시 버스바(Bus bar) 또는 핑거(finger)간격을 고려하여 제작할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 버스바 또는 핑거는 스크린 인쇄법을 통해 태양전지 셀 표면에 인쇄될 수 있으며, 전도성 접착체 또는 이와 유사한 전도성 물질로 형성될 수 있다. 여기서, 버스바는 수직 방향에 위치하며, 핑거는 수평 방향에 위치할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 전극(130)은 스크린 인쇄법 사용시 전극 면적이 태양전지 면적의 4 % 일 때 최고 효율을 얻기 때문에 0.1 - 20　％ 로 제작할 수 있으며, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 유전체 마스크를 제1 전극 상부에 위치한 대면적 대기압 플라즈마 표면처리 및 도핑 장치를 나타내는 도면이다.
도 7은 도 6에 상술한 유전체 마스크(134)를 제1 전극(130) 상부에 올려놓은 형태이며, 제3 전극(150)에서 기판 전극에 선택적으로 플라즈마를 생성하여 전류를 공급 할 수 있도록 설계될 수 있다.
도 7을 참조하면, 플라즈마는 유전체 마스크(134)에 형성되는 슬릿을 통과하여 기판(160)에 노출될 수 있다. 따라서, 슬릿의 형상에 따라 기판(160)에 노출되는 플라즈마의 양이 조절될 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 대면적 대기압 플라즈마 표면처리 및 도핑 장치의 제2 전극을 움직이는 형상을 나타내는 도면이다.
도 8은 제1 전극(130)에 흐르는 전류를 커패시터로 제어하지 않으며, 제3 전극(150)의 좌측 또는 우측에 위치하는 제2 전극(140)을 독립적으로 움직여 기판에 흐르는 전류를 조절할 수 있다.
대면적 대기압 플라즈마 표면처리 및 도핑 장치(10) 내 발생된 플라즈마는 제1 전극(130)에 연결되어 전류를 전달한다. 플라즈마를 경유하여 우측에 위치하는 제2 전극(140a) 및 좌측에 위치하는 제2 전극(140b)으로 형성된 제2 전극(140)으로 흐르는 전류는 제2 전극(140)과 제3 전극(150)의 거리가 멀어짐에 따라 제2 전극(140)에 대한 플라즈마 임피던스 Z1, Z2가 증가하게 되어 상대적으로 임피던스가 작은 제1 기판(130)의 플라즈마 플럼을 경유하여 전류가 더 흐를 수 있다. 이는 초기 플라즈마 발생을 돕는 제2 전극(140)을 경유하는 플라즈마의 임피던스를 증가시켜, 제1 전극(130)으로 전달되는 전류의 양을 증가시킨다는 개념으로 도 1과 유사하다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, Z1은 제3 전극(150)의 중심에서 좌측에 위치하는 제2 전극(140b)까지의 플라즈마 임피던스를 의미하며, Z2는 제3 전극(150)의 중심에서 우측에 위치하는 제2 전극(140a)까지의 플라즈마 임피던스를 의미하며, Z3은 제3 전극(150)의 중심에서 제1 전극(130)까지의 플라즈마 임피던스를 의미한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 우측에 위치하는 제2 전극(140a) 및 좌측에 위치하는 제2 전극(140b)은 좌우로 0 - 5 mm 조절될 수 있으며, 이는 반드시 한정되는 것은 아니다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 커패시터가 제3 전극 우측에 위치하는 제2 전극에 부착된 대면적 대기압 플라즈마 표면처리 및 도핑 장치의 나타내는 도면이다.
도 9는 가변 커패시터(170)가 제3 전극 우측에 위치하는 제2 전극(140a)에 부착되어 있다. 대면적 대기압 플라즈마 표면처리 및 도핑 장치(10)는 우측에 위치하는 제2 전극(140a)에 부착된 가변 커패시터(170)의 커패시턴스를 조절하여 제1 전극(130)에 흐르는 전류 조절할 수 있다.
구체적으로 대면적 대기압 플라즈마 표면처리 및 도핑 장치(10)는 플라즈마 인가 전력을 일정하게 유지할 때 가변 커패시터(170)의 커패시턴스 값이 커지면 제3 전극(150)으로부터 우측에 대한 경로 X의 임피던스가 감소하여 기판 전극으로 흐르는 전류의 양은 감소할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 경로 Y의 임피던스는 제3 전극(150)의 중심에서 좌측에 위치하는 제2 전극(140b)까지의 플라즈마 임피던스를 의미하며, 경로 X의 임피던스는 제3 전극(150)의 중심에서 우측에 위치하는 제2 전극(140a)까지의 플라즈마 임피던스를 의미하며, 경로 Z의 임피던스는 제3 전극(150)의 중심에서 제1 전극(130)까지의 플라즈마 임피던스를 의미한다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 커패시터가 제2 전극과 공통 접지 사이에 부착된 대면적 대기압 플라즈마 표면처리 및 도핑 장치의 나타내는 도면이다.
도 10은 도 3과 같은 구성으로 형성되어 있으며, 가변 커패시터(170)가 우측에 위치하는 제2 전극(140a) 및 좌측에 위치하는 제2 전극(140b)과 공통 접지 사이에 연결되어 있다.
대면적 대기압 플라즈마 표면처리 및 도핑 장치(10)는 플라즈마 발생 후 가변 커패시터(170)의 커패시턴스를 조절하여, 제1 전극(130)에 흐르는 전류 조절할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 대면적 대기압 플라즈마 표면처리 및 도핑 장치(10)는 가변 커패시터(170)의 커패시턴스가 증가함에 따라 제2 전극(140b)까지로 전달되는 전류는 증가하며, 제3 전극(150)의 중심에서 하단에 위치하는 제1 전극(130)까지로 전달되는 전류는 감소할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 대면적 대기압 플라즈마 표면처리 및 도핑 장치(10)는 가변 커패시터(170)의 커패시턴스가 감소하면 제3 전극(150)으로부터 제2 전극(140)을 경유하는 공통 접지까지의 임피던스는 증가하여 제3 전극(150)의 중심에서 제2 전극(140)까지로 전달되는 전류는 감소하며, 제3 전극(150)의 중심에서 하단에 위치하는 제1 전극(130)까지로 전달되는 전류는 증가할 수 있다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 커패시터가 우측에 위치하는 제2 전극에 부착되었을 경우, 커패시턴스에 따라 대면적 대기압 플라즈마 표면처리 및 도핑장치에서 제1 전극에 흐르는 전류 변화를 측정하기 위한 도면이며, 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 커패시터가 우측에 위치하는 제2 전극에 부착되었을 경우, 커패시턴스 변화에 의해 대면적 대기압 플라즈마 표면처리 및 도핑장치에서 제1 전극에 흐르는 전류의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 11은 도 1의 대면적 대기압 플라즈마 표면처리 및 도핑 장치(10)와 같으며, 도 12는 도 11에 따른 결과를 나타낸다.
대면적 대기압 플라즈마 표면처리 및 도핑 장치(10)는 우측에 위치하는 제2 전극(140a)에 가변 커패시터(170)를 연결하여, 커패시턴스를 변화시킬 경우의 제1 전극(130)에 전달되는 전류의 변화를 측정하였다. 도 12는 이 전류 변화를 나타낸 그래프이다.
도 12의 그래프는 인가 전력 100 W, 130 W에서 우측에 위치하는 제2 전극(140a)에 연결된 가변 커패시터(170)의 커패시턴스 값 변화에 따라 제1 전극(130)에 흐르는 전류의 변화를 보여준다.
플라즈마 인가 전력 100 W에서는 약 180 mA의 전류 제어가 가능하며, 130 W에서는 250 mA의 전류 제어가 가능하다.
도 12의 그래프에 대한 전류 제어 범위는 인가 전력에 따라 플라즈마 임피던스가 변화 할 수 있기 때문에, 제어 가능한 전류 범위도 변화 할 수 있다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 커패시터가 제2 전극과 공통 접지 사이에 부착된 대면적 대기압 플라즈마 표면처리 및 도핑 장치에서 제1 전극(130)에 전달되는 전류 변화를 측정하기 위한 도면이며, 도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 커패시터가 제2 전극과 공통 접지 사이에 부착된 대면적 대기압 플라즈마 표면처리 및 도핑 장치에서 제1 전극(130)에 흐르는 전류의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 13은 도 3의 대면적 대기압 플라즈마 표면처리 및 도핑 장치(10)와 같으며, 도 14는 도 13에 따른 결과를 나타낸다.
대면적 대기압 플라즈마 표면처리 및 도핑 장치(10)는 제2 전극(140)과 공통 접지 사이에 가변 커패시터를 연결하여 커패시턴스를 변화시킬 경우의 제1 전극(130)에 전달되는 전류의 변화를 측정하였다. 도 14는 이 전류 변화를 나타낸 그래프이다.
도 14의 그래프는 플라즈마 인가 전력 100 W, 130 W을 가했을 때 가변 커패시터(170)의 커패시턴스 값을 변화시키며 제1 전극(130)에서 전류를 측정한 값이다.
플라즈마 인가 전력 100 W에서 기판에 흐르는 전류를 약 650 mA 정도 제어 할 수 있으며, 130 W에서는 약 730 mA의 전류가 제어할 수 있다.
도 14의 그래프에 대한 전류 제어 범위는 인가 전력에 따라 플라즈마 임피던스가 변화 할 수 있기 때문에, 제어 할 수 있는 전류 범위도 변화 할 수 있다.
이하에서는 대면적 대기압 플라즈마 표면처리 및 도핑 장치 작동 방법에 대해 흐름을 따라 설명한다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 대면적 대기압 플라즈마 표면처리 및 도핑 장치에 의한 대면적 대기압 플라즈마 표면처리 및 도핑 장치 작동 방법을 나타내는 흐름도이다.
대면적 대기압 플라즈마 표면처리 및 도핑 장치 작동 방법은 불활성 기체가 가스 챔버 내부에 유입되는 단계(S1510), 불활성 기체가 제1 전극, 제2 전극 및 제3 전극에 균일하게 공급되며, 불활성 기체를 통해 플라즈마를 생성하는 단계(S1520) 및 가변 커패시터 조절 및 기판에 흐르는 전류를 제어하는 단계(S1530)를 포함한다.
불활성 기체를 통해 플라즈마를 생성하는 단계(S1520)는 제2 전극과 제3 전극의 전위차에 의해 불활성 기체가 이온화되어 플라즈마를 형성하는 단계 및 제3 전극과 제1 전극 사이의 전위차에 의해 불활성 기체가 이온화되어 플라즈마를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
가변 커패시터 조절 및 기판에 흐르는 전류를 제어하는 단계(S1530)는 제2 전극과 접지 사이의 가변 커패시터를 제어하는 단계 및 제3 전극 옆면에 위치하는 제2 전극을 좌 또는 우로 이동하여 조절하는 단계를 포함한다.
가변 커패시터 조절 및 기판에 흐르는 전류를 제어하는 단계(S1530)는 가변 커패시터가 제2 전극의 좌측 또는 우측에 부착되어 있는 경우, 제2 전극의 좌측 또는 우측에 부착된 가변 커패시터의 커패시턴스를 조절하여 제1 전극에 흐르는 전류 조절하는 단계 및 가변 커패시터가 제2 전극과 공통 접지 사이에 연결되어 있는 경우, 제2 전극과 공통 접지 사이에 연결된 가변 커패시터의 커패시턴스를 조절하여 제1 전극에 흐르는 전류 조절하는 단계를 포함한다.
도 15에서는 각각의 과정을 순차적으로 실행하는 것으로 개재하고 있으나 이는 예시적으로 설명한 것에 불과하고, 이 분야의 기술자라면 본 발명의 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 도 15에 기재된 순서를 변경하여 실행하거나 또는 하나 이상의 과정을 병렬적으로 실행하거나 다른 과정을 추가하는 것으로 다양하게 수정 및 변형하여 적용 가능할 것이다.
본 실시예들에 따른 동작은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능한 매체에 기록될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능한 매체는 실행을 위해 프로세서에 명령어를 제공하는 데 참여한 임의의 매체를 나타낸다. 컴퓨터 판독 가능한 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 예를 들면, 자기 매체, 광기록 매체, 메모리 등이 있을 수 있다. 컴퓨터 프로그램은 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어 분산 방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수도 있다. 본 실시예를 구현하기 위한 기능적인(Functional) 프로그램, 코드, 및 코드 세그먼트들은 본 실시예가 속하는 기술분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있을 것이다.
본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: 대면적 대기압 플라즈마 표면처리 및 도핑 장치

Claims (15)

  1. 반응 가스가 유입되는 가스 챔버;
    상기 가스 챔버의 하단에 이격된 거리에 위치하는 제1 전극;
    상기 가스 챔버의 측면에서 상기 제1 전극과 이격된 거리에 위치하는 제2 전극;
    상기 가스 챔버의 내부에 일부 삽입되고 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극과 이격된 거리에 위치하는 제3 전극; 및
    상기 제3 전극으로 인가되는 전원을 제어하는 전원부를 포함하고,
    상기 가스 챔버는 상기 제3 전극을 고정시키는 역할을 하며, 유전체로 구성되어 상기 제2 전극이 상기 제3 전극에 대해 노출된 영역에서만 플라즈마 방전이 일어나는 것을 특징으로 하는 대면적 대기압 플라즈마 표면처리 및 도핑 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전극은 기판을 포함하며, 상기 기판의 상단에 유전체 마스크가 형성되며,
    상기 유전체 마스크는 슬릿 형태로 제작되는 것을 특징으로 하는 대면적 대기압 플라즈마 표면처리 및 도핑 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 반응 가스는 상기 제2 전극 및 상기 제3 전극의 전위차에 의해 이온화되어 플라즈마를 형성하고,
    상기 플라즈마는 상기 제1 전극, 상기 제2 전극 및 상기 제3 전극이 차지하는 공간에서 발생하는 것을 특징으로 하는 대면적 대기압 플라즈마 표면처리 및 도핑 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 전극은 상 또는 하로 이동 가능하고, 상기 제2 전극 및 상기 제3 전극이 고정된 상태에서 상기 기판 사이의 거리를 조절하고,
    상기 제1 전극은 좌 또는 우로 이동하여 상기 기판의 상단이 상기 플라즈마에 노출되는 단면을 변경하는 것을 특징으로 하는 대면적 대기압 플라즈마 표면처리 및 도핑 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    외부의 냉각 수단에 연결되어 냉매가 순환하기 위해 상기 제2 전극의 양 옆에 구비되는 제1 냉각 라인; 및
    상기 외부의 냉각 수단에 연결되어 상기 냉매가 순환하기 위해 상기 제3 전극에 구비되는 제2 냉각 라인을 더 포함하는 대면적 대기압 플라즈마 표면처리 및 도핑 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 가스 챔버의 상부에 덮어 씌워져 상기 가스 챔버를 밀폐하며, 상기 반응 가스가 주입되는 주입부를 형성하는 챔버 덮개;
    상기 가스 챔버의 내부 및 상기 제2 전극의 내부에 위치하며, 상기 반응 가스의 누설을 방지하는 오링; 및
    상기 가스 챔버의 내부에 위치하며, 상기 반응 가스의 주입부분의 압력과 배출부의 압력의 차이를 이용하여, 상기 제1 전극, 상기 제2 전극 및 상기 제3 전극 사이의 공간에 상기 반응 가스를 공급하는 노즐을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 대면적 대기압 플라즈마 표면처리 및 도핑 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 플라즈마 방전 후 상기 제2 전극 부분의 임피던스를 제어하며, 상기 제1 전극으로 흐르는 전류를 제어하는 가변 커패시터를 더 포함하며,
    상기 가변 커패시터는 상기 제2 전극에 연결되어 상기 제2 전극에서 상기 제1 전극으로의 전류를 제어하는 것을 특징으로 하는 대면적 대기압 플라즈마 표면처리 및 도핑 장치.
  8. 삭제
  9. 제7항에 있어서,
    상기 제1 전극의 상단의 기판에 흐르는 전류는,
    상기 제2 전극과 상기 제2 전극에서 연결된 접지 부분에 상기 가변 커패시터의 커패시턴스를 제어하여 조절하거나,
    상기 제3 전극의 옆면에 위치하는 상기 제2 전극을 좌 또는 우로 이동하여 조절하는 것을 특징으로 하는 대면적 대기압 플라즈마 표면처리 및 도핑 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 유전체는 상기 가스 챔버 및 상기 제3 전극의 표면에 도포되는 것을 특징으로 하는 대면적 대기압 플라즈마 표면처리 및 도핑 장치.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 가변 커패시터는 10 pF 보다 크고 10 nF 이하의 커패시턴스를 형성하며, 상기 제1 전극에 흐르는 1 mA 보다 크고 10 A 이하의 전류를 제어하는 것을 특징으로 하는 대면적 대기압 플라즈마 표면처리 및 도핑 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전극은 상기 제2 전극과의 사이 거리가 0.1보다 크고 10mm 이하로 조절되며, 좌우로 0보다 크고 300mm 이하로 조절되는 것을 특징으로 하는 대면적 대기압 플라즈마 표면처리 및 도핑 장치.
  13. 대면적 대기압 플라즈마 표면처리 및 도핑 장치에 의한 대면적 대기압 플라즈마 표면처리 및 도핑 장치 작동 방법에 있어서,
    반응 가스가 가스 챔버 내부에 유입되는 단계;
    상기 반응 가스가 제1 전극, 제2 전극 및 제3 전극 사이의 공간에 공급되며, 상기 반응 가스를 통해 플라즈마를 생성하는 단계; 및
    가변 커패시터 조절하고 기판에 흐르는 전류를 제어하는 단계를 포함하고,
    상기 플라즈마를 생성하는 단계는, 상기 제2 전극과 상기 제3 전극의 전위차에 의해 상기 반응 가스가 이온화되어 플라즈마를 형성하는 단계; 및 상기 제3 전극과 상기 제1 전극 사이의 전위차에 의해 상기 반응 가스가 이온화되어 플라즈마를 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 가변 커패시터 조절 및 기판에 흐르는 전류를 제어하는 단계는, 상기 제2 전극과 접지 사이의 상기 가변 커패시터를 제어하는 단계; 및 상기 제3 전극 옆면에 위치하는 상기 제2 전극을 좌 또는 우로 이동하여 조절하는 단계를 포함하는 대면적 대기압 플라즈마 표면처리 및 도핑 장치 작동 방법.
  14. 삭제
  15. 제13항에 있어서,
    상기 가변 커패시터 조절 및 기판에 흐르는 전류를 제어하는 단계는,
    상기 가변 커패시터가 상기 제2 전극의 좌측 또는 우측에 부착되어 있는 경우, 상기 제2 전극의 좌측 또는 우측에 부착된 상기 가변 커패시터의 커패시턴스를 조절하여 상기 제1 전극에 흐르는 전류 조절하는 단계; 및
    상기 가변 커패시터가 상기 제2 전극과 접지 사이에 연결되어 있는 경우, 상기 제2 전극과 접지 사이에 연결된 상기 가변 커패시터의 커패시턴스를 조절하여 상기 제1 전극에 흐르는 전류 조절하는 단계를 포함하는 대면적 대기압 플라즈마 표면처리 및 도핑 장치 작동 방법.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10335312A (ja) * 1997-06-02 1998-12-18 Niigata Eng Co Ltd ラジカル反応によるパターニング方法
JP2008214763A (ja) * 2001-02-09 2008-09-18 Tokyo Electron Ltd 成膜装置
KR20080092903A (ko) * 2006-03-09 2008-10-16 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 플라즈마 처리 장치
KR20130135003A (ko) * 2012-05-31 2013-12-10 세메스 주식회사 기판처리장치 및 방법

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10335312A (ja) * 1997-06-02 1998-12-18 Niigata Eng Co Ltd ラジカル反応によるパターニング方法
JP2008214763A (ja) * 2001-02-09 2008-09-18 Tokyo Electron Ltd 成膜装置
KR20080092903A (ko) * 2006-03-09 2008-10-16 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 플라즈마 처리 장치
KR20130135003A (ko) * 2012-05-31 2013-12-10 세메스 주식회사 기판처리장치 및 방법

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