KR20060115295A - 태양전지 디바이스 제조용 인라인 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 태양전지 디바이스 제조 인라인(In-line) 타입의 장비에 관한 것으로, 특히 다결정 실리콘 웨이퍼의 자외선램프를 사용한 양면 건식 세정(Double side Dry Cleaning)장치, 표면반사향상을 위한 텍스쳐(Texture)형태 제작을 위한 건식식각(Dry etching) 장치, 에미터(Emitter)영역에 불순물 주입을 위한 플라즈마 도핑장치, 그리고 반사방지 및 디바이스 보호를 위한 실리콘 질화막 형성을 위한 플라즈마 화학기상증착장치에 관한 것이다.
본 발명의 각 단위공정 장치는 단위 공정 순서 순으로 인라인(In-line)타입으로 제작이 되어있으며, 진공 및 플라즈마 기술을 이용하였다. 각 단위공정 장치는 외부와 격리된 진공 분위기를 조성할 수 있는 반응 챔버와 진공배기구를 구비하고, 상기의 반응챔버간의 시료이송은 시료 이송 트레이(Tray)를 사용하며, 각각의 반응 챔버는 반응가스 유입구 와 플라즈마 형성을 위한 전원부로 구성되어있다.
태양전지 제조용 인라인 장치, 양면 건식세정 장치, 건식식각 장치, 플라즈마 도핑 장치, 열처리 장치, 급속냉각 장치, 플라즈마 화학기상증착 장치
Description
도 1 은 본 발명의 태양전지 디바이스 제조용 인라인 장치 단면도
도 2 는 본 발명의 시료 홀더 및 장착된 샘플의 평면도
도 3 은 본 발명의 자외선램프를 이용한 시료양면 건식 세정 장치의 개략도
도 4 는 본 발명의 시료의 텍스쳐 형성을 위한 플라즈마 소스와 바이어스가 반응 챔버의 내부에 위치하는 플라즈마 건식 식각 장치의 개략도
도 5 는 본 발명의 시료의 도핑을 위한 플라즈마 소스와 펄스바이어스가 반응 챔버의 내부에 위치하는 플라즈마 도핑 장치의 개략도
도 6 은 본 발명의 도핑의 활성화 및 플라즈마 화학기상증착을 위한 열처리 장치의 개략도
도 7 는 본 발명의 시료의 실리콘질화막 형성을 위한 플라즈마 화학기상증착 장치의 개략도
도 8 은 본 발명의 플라즈마 화학기상증착의 후속 냉각장치의 개략도
＜도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명＞
1. 시료 장착 및 자외선 건식세정 장치 2. 건식 식각 장치
3. 플라즈마 도핑 장치 4. 열처리 장치
5. 플라즈마 화학기상증착 장치 6. 냉각 및 시료 탈착 장치
7. 시료 이송 트레이 8. 시료 장착용 홀더
9. 시료 10. 반응 챔버
11. 반응 가스 주입구 12. 진공 배기구
13. 반응 챔버 게이트 밸브 14. 자외선 램프
15-a. 소스용 고주파 전원 15-b. 소스용 접지
16-a. 바이어스용 고주파 전원 16-b. 바이어스용 접지
17. 소스용 안테나 코일 18. 패턴 마스크
19. 바이어스용 펄스 직류 전원 20. 할로겐 램프
21-a. 고주파 전원 21-b. 접지
22. 샤워헤드 타입 가스주입구
본 발명은 태양전지 디바이스 제조의 인라인 장치 에 관한 것으로,
더욱 자세하게는 다결정 실리콘 웨이퍼의 양면 건식 세정과 단결정 실리콘 웨이퍼의 습식식각공정 만으로 형성이 가능한 텍스쳐 구조 형성을 다결정 실리콘웨이퍼를 건식식각 공정으로 텍스쳐 구조형성, 텍스쳐 구조물의 균일한 두께의 불순물 도핑, 표면반사 방지 및 보호막 형성을 위한 플라즈마 화학기상증착 장치에 관한 것이다.
기존 태양전지 디바이스 공정기술은 습식 세정공정을 거친 다결정 실리콘 웨이퍼를 확산로를 사용하여 불순물을 도핑한 후 웨이퍼 옆면에 도핑된 불순물 층을 플라즈마 식각 공정으로 식각 한 후 화학증착 장치에서 실리콘질화막을 증착한다. 디바이스 제조공정이 완료된 시료는 전극형성을 한 후 태양전지 제작이 완료된다. 또한 고효율 즉 태양빛 표면반사를 줄이기 위하여 단결정 실리콘 웨이퍼를 사용하여 패턴작업이 된 단결정 실리콘 웨이퍼를 습식식각공정을 거친 후 텍스쳐 패턴을 형성하기도 한다.
본 발명은 기존의 습식공정과 건식공정 혹은 단결정 실리콘 웨이퍼의 패턴작업이 혼합된 공정을 인라인 타입 건식공정만으로 가능하게 한다.
본 발명은 태양전지 디바이스 제조공정을 다결정실리콘 웨이퍼의 유/무기물 불순물 및 표면개질을 위한 건식 세정 공정, 태양전지의 효율을 높이기 위한, 즉 표면반사를 최소화를 위한 다결정실리콘 웨이퍼의 텍스쳐화를 위한 건식식각 공정, 텍스쳐화된 구조물의 균일한 에미터영역 불순물 도핑하기 위한 플라즈마 도핑 공정, 불순물 활성화 및 플라즈마 화학기상증착 준비를 위한 열처리 공정, 디바이스 보호막 형성을 위한 플라즈마 화학기상증착 의 일련의 공정을 위한 인라인 장치를 개시한다.
다결정 실리콘 웨이퍼의 세정은 반응 챔버 내부의 자외선 램프부를 사용하여 다결정 실리콘 웨이퍼의 양면에 유/무기물의 세정과 표면 개질 공정을 거쳐서 초기 세정을 한다.
태양전지 효율 향상을 위해 단결정 실리콘 웨이퍼의 패터닝 공정과 습식식각 공정을 통한 텍스쳐 패턴 형성을 다결정 실리콘 웨이퍼를 사용하여 절연체 패턴 마스크를 다결정 실리콘 웨이퍼에 흡착시킨 후 식각 가스(CF4,SF6)와 반응성 가스(Ar,O2) 홉합 비율과 소스용, 바이어스용 고주파 인가 전원 조절을 통하여 텍스쳐 패턴 형성을 한다. 텍스쳐 패턴은 가로세로 길이가 1∼10 ㎛ 이내로 형성 시킨다.
텍스쳐 패턴이 형성된 다결정 실리콘 웨이퍼 표면에 도핑 가스 홉합 비율과 소스용 고주파 전원 및 바이어스용 펄스 직류 전원 조절을 통하여 깊이 0.1∼1.0 ㎛ 이내로 불순물을 도핑 시킨다. 텍스쳐 패턴은 삼차원 구조물의 형태이나 바이어스용 펄스 직류 전원의 주파수 와 펄스폭 조절을 통하여 각진부분의 모서리 와전류 효과를 감소시켜서 균일한 두께의 불순물을 도핑 개시한다.
플라즈마 도핑된 불순물 활성화 및 플라즈마 화학기상증착을 위한 열처리 장치를 개시한다.
디바이스 보호막 및 균일한 굴절율을 가진 실리콘질화막을 플라즈마 화학기상 증착 장치를 개시한다.
본 발명에 의한 인라인 타입 태양전지 디바이스 제조 장치의 평면도를 도 1에 도시하였다. 시료 이송 트레이(7)을 사용하여 시료 장착 및 건식 세정(1), 텍스쳐 형성을 위한 건식 식각 장치(2), 불순물 주입을 위한 플라즈마 도핑장치(3), 불순물 활성화 및 플라즈마 화학증착 준비를 위한 열처리 장치(4), 디바이스 보호막 형성을 위한 플라즈마 화학기상증착 장치(5), 시료 탈착 및 냉각을 위한 장치(6)를 인라인 타입으로 가능한 장치를 개시한다.
도 2 는 시료 장착과 이송 트레이에 장착을 위한 전도체 재질의 시료 장착용 홀더(8)를 도시 하였다.
도 3 은 전형적인 반응 챔버(10)에 반응 가스 주입구(11)와 진공 형성을 위한 진공 배기구(12)로 형성되어 있으며, 시료(9)가 장착된 시료 장착용 홀더(8)를 시료 이송 트레이(7)를 통하여 반응 챔버(10)로 유입 한 후 자외선 램프(14)를 사용하여 실리콘 웨이퍼 양면의 유/무기물 불순물 및 표면개질의 건식 세정을 할 수 있다.
도 4 는 텍스쳐 패턴의 구조물을 형성하기 위하여 진공 배기구(12), 반응 가스 주입구(11) 가 구성된 반응 챔버(10) 내부로 시료(9)가 장착된 시료 장착용 홀더(8)를 시료 이송 트레이(7)를 통하여 반응 챔버(10)로 유입 한 후 가로/세로 1∼ 10 ㎛ 이내의 패턴 마스크(18)을 시료(9)에 부착 시킨다. 식각 가스를 반응 가스 주입구(11)로 유입 시킨 후, 소스용 안테나 코일(17)에 소스용 고주파 전원(15-a)을 인가하여 반응 챔버에 균일한 플라즈마를 형성 한 후 바이어스용 고주파 전원(16-a)을 시료 장착용 홀더에 인가하여 건식 식각을 할 수 있다.
도 5 는 형성된 텍스쳐 패턴의 구조물에 균일한 두께의 불순물을 도핑하기 위하여 진공 배기구(12), 반응 가스 주입구(11) 가 구성된 반응 챔버(10) 내부로 시료(9)가 장착된 시료 장착용 홀더(8)를 시료 이송 트레이(7)를 통하여 반응 챔버(10)로 유입 한다. 도핑 가스를 반응 가스 주입구(11)로 유입 시킨 후, 소스용 안 테나 코일(17)에 소스용 고주파 전원(15-a)을 인가하여 반응 챔버에 균일한 플라즈마를 형성 한후 바이어스용 펄스 직류 전원(19)을 시료 장착용 홀더에 가변 된 주파수 및 펄스폭을 인가하여 플라즈마 도핑을 할 수 있다
도 6 은 균일한 불순물이 도핑된 텍스쳐 패턴의 불순물 활성화와 플라즈마 화학기상증착 준비를 위하여 진공 배기구(12), 반응 가스 주입구(11) 가 구성된 반응 챔버(10) 내부로 시료(9)가 장착된 시료 장착용 홀더(8)를 시료 이송 트레이(7)를 통하여 반응 챔버(10)로 유입 한다. 할로겐 램프(20)를 사용하여 시료(9)를 열처리 할 수 있다.
도 7 은 시료(9)에 플라즈마 화학 기상 증착법으로 실리콘질화막을 형성하기 위하여 진공 배기구(12), 반응 가스 주입구(11) 가 구성된 반응 챔버(10) 내부로 시료(9)가 장착된 시료 장착용 홀더(8)를 시료 이송 트레이(7)를 통하여 반응 챔버(10)로 유입 한다. 사워헤드 타입 가스주입구(22)를 통하여 반응 가스를 유입 시킨 후 고주파전원(21-a)을 인가하여 실리콘질화막을 형성한다.
도 8 은 태양전지 디바이스 단위공정을 끝낸 시료(9)를 반응 가스 주입구(11)를 통하여 질소(N2)를 주입하여 급속 냉각을 한다.
상술한 인라인 장치를 사용하여 공정을 진행하면 태양전지 디바이스 제작을 효과적으로 할 수 있다.
본 발명에 따른 태양전지 디바이스 단위공정을 건식형태의 인라인 타입 장치 를 사용함으로 효율 향상을 위한 다결정 실리콘 시료의 텍스쳐 형성 단위공정 과 형성된 구조물의 균일한 불순물 도핑 공정을 사용한 태양전지의 효율향상, 단위공정의 시간 단축 그리고 단위공정 비용절감의 수단을 제공한다.
Claims (7)
- 태양전지 디바이스 제조용 장치에 있어서,건식세정장치, 건식 식각 장치, 플라즈마 도핑 장치, 열처리 장치, 플라즈마 화학기상증착장치, 급속 냉각 장치의 일련의 순서로 배열된 태양전지 디바이스 제조용 인라인 장치
- 상기 1 항에 있어서, 태양전지 제조를 위한 시료의 유/무기물 형태의 불순물 및 표면 개질을 위한 자외선 램프를 사용한 양면 건식 세정 장치
- 상기 1 항에 있어서, 태양전지 제조단위공정에 있어서 다결정 실리콘 시료의 태양빛 표면반사를 최소화 하는 텍스쳐 패턴 형성을 위한 고주파 플라즈마 소스 와 고주파 플라즈마 바이어스 그리고 절연체 패턴 마스크 사용을 특징으로 하는 플라즈마 건식 식각 장치
- 상기 1 항에 있어서, 고주파 전원을 사용한 소스 플라즈마 와 펄스 직류 전원을 사용한 바이어스 플라즈마를 이용한 플라즈마 도핑 장치
- 상기 1 항에 있어서, 플라즈마 도핑된 시료의 도핑 영역의 불순물 활성화 와 플라즈마 화학기상증착의 전처리를 위한 열처리 장치
- 상기 1 항에 있어서, 태양빛의 표면 반사 방지와 디바이스 보호를 위한 실리콘질화막 증착용 플라즈마 화학기상증착장치
- 상기 1 항에 있어서, 시료 탈착 과 도핑영역의 불순물 활성화 그리고 플라즈마 화학기상증착된 실리콘 질화막의 막질 향상을 위한 급속 냉각 장치
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