KR20090104941A - 솔라셀 제조장치 - Google Patents
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Abstract
솔라셀을 제조할 수 있는 장치가 개시된다. 기판이 구비된 챔버 내부로 공급된 반응가스가 플라즈마를 생성하게 하며, 일부 생성된 플라지마를 중성화빔으로 전환시키며, 반응가스 공급루트 분리하여 소스가스를 상기 챔버내부로 공급하여, 기판 위에 플라즈마가 생성된 분위기(Capacitor Coupled Plasma)에서 비정질 실리콘 박막을 증착하고, 그 후 추가로 중성화빔이 생성된 분위기(Inductive Coupled Plasma)에서 상기 결정화실리콘을 증착한다. 이에 따라, 중성화빔을 이용하여 비정질 실리콘 증착 및 결정화 실리콘을 증착함에 따라 결정화 실리콘 증착을 위한 공정 온도를 낮출 수 있으며 결정화 공정 시간을 단축할 수 있다.
비정질 실리콘, 결정화 실리콘, 솔라셀
Description
본 발명은 솔라셀의 제조방치에 관한 것으로서, 보다 자세히는 CCP(Capacitor Coupled Plasma)를 이용한 비정질 실리콘 박막의 증착과 ICP를 이용한 중성화빔 형성 및 결정화 실리콘 박막의 증착을 할 수 있는 솔라셀의 제조장치에 관한 것이다.
비정질막을 결정화하는 기술은 LCD, 반도체의 기술분야에서는 다양하게 응용될 수 있는 기술이다. 하기에서 솔라셀을 예로 설명하고자 한다.
솔라셀은 기판형 실리콘(single c-Si 또는 multi c-Si wafer)을 이용하여 절단 등의 가공으로 제조하는 것이 일반적이다. 이러한 방식은 솔라셀의 원래의 목적이라고 할 수 있는 전기 생산효율면에서는 우수하나, 실리콘 웨이퍼의 원재료가 필요 이상으로 과도하게 사용되고 있기 때문에 생산 단가가 높다는 문제점이 있다. 보다 상세히 설명하면, c-Si 솔라셀은 제조기술(혹은 절단기술)의 한계로 인하여 300~400 ㎛의 두께로 제조되고 있으나, 실제로 솔라셀에서 광(光)을 흡수하여 전기를 생산하는데 필요한 실리콘의 두께는 50 ㎛면 충분하므로, 실리콘 웨이퍼 재료의 낭비 및 원재료비의 상승이라는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하고자 유리와 같은 저가의 기판 위에 Si 박막(1~3 ㎛)을 증착하여 솔라셀을 제조하는 기술이 본격적으로 연구되고 있다. 대표적인 예로, 비정질 실리콘(a-Si:H) 박막을 유리와 같은 저가의 기판 위에 비정질 실리콘 상태로 진공 증착하여 솔라셀을 제조하는 기술이 개발되어 있다. 이러한 방식은 솔라셀을 구성하는 실리콘의 두께를 줄일 수 있지만, 제조된 솔라셀은 c-Si 솔라셀에 비하여 효율이 낮고 빛에 오랫동안 노출되었을 때 태양전지의 특성이 열화되는 (Staebler-Wronski Effect) 문제점이 존재한다. 비정질 실리콘 박막을 이용한 솔라셀의 낮은 효율과 안정성 문제의 근원은 광 흡수층인 Si 박막이 비정질(amorphous)이기 때문으로 전문가들은 분석하고 있다(D.L. Staebler, C. R. Wronski, Appl. Phys. Lett. 31, 292, 1977).
따라서, 비정질의 Si 박막 대신 결정질(crystalline) Si 박막을 광흡수층으로 사용하여 솔라셀을 제작할 경우, 효율은 c-Si 웨이퍼 솔라셀의 수준으로 높이고, 제조가격은 비정질 실리콘 수준으로 낮출 수 있는 장점이 있게 된다.
그러므로, 이를 실현하기 위해서는 저가의 기판(유리나 플라스틱 기판 등)위에 500°C 이하의 온도에서 고품질의 결정질 실리콘 박막증착 기술이 반드시 선행되어야 할 것이며, 매우 시급한 과제라 할 수 있다.
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, CCP를 이용한 비정질 실리콘 형성과 ICP를 이용한 중성화빔 형성 및 결정화 실리콘을 증착한 솔라셀의 제조 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 솔라셀뿐만 아니라 LCD, 반도체 등 다양한 분야에서 적용될 수 있는, 저가의 기판 위에 비교적 저온에서 고품질의 솔라셀을 생산할 수 있는 중성화빔을 이용한 솔라셀의 제조장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예들에 따르면, 본 발명은 기판이 구비된 챔버 내부로 공급된 반응가스가 플라즈마를 생성하게 하며, 일부 생성된 플라지마를 중성화빔으로 전환시키며, 반응가스 공급루트 분리하여 소스가스를 상기 챔버내부로 공급하여, 기판 위에 플라즈마가 생성된 분위기에서 비정질 실리콘 박막을 증착하고, 그 후 추가로 중성화빔이 생성된 분위기에서 상기 결정화실리콘을 증착한다.
본 발명에 따르면, 중성화빔을 이용하여 비정질 실리콘 증착 및 결정화 실리콘을 증착함에 따라 결정화 실리콘 증착을 위한 공정 온도를 낮출 수 있으며 결정화 공정 시간을 단축할 수 있다.
또한, 솔라셀뿐만 아니라 LCD, 반도체 등 다양한 분야에서 적용될 수 있는, 저가의 기판 위에 비교적 저온에서 고품질의 비정질막의 결정화할 수 있는 효과가 있다.
첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 또한 본 발명은 솔라셀의 제조장치를 예로 들고 있으나 솔라셀 뿐만 아니라, 액정디스플레이 또는 그 구동소자인 박막 트랜지스터의 제작에 응용될 수 있으며, 그 외 SRAM, 이미지 센서 등 반도체 소자나 SIO(Silicon on insulator) 등에 이용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 중성화빔을 이용한 솔라셀의 제조장치(200)를 나타낸 단면도이다.
이에 도시된 바와 같이, 공급된 반응가스가 플라즈마를 생성하게 하고, 생성된 플라즈마를 중성입자 이온(이하, 중성화빔)으로 전환시키고, 반응가스 공급 루트와 분리하여 소스가스를 공급하며, 하부에 다수의 분사홀을 형성하여 샤워링 방식에 의해 상기 중성화빔과 소스가스를 증착이 이루어지는 처리공간(211)으로 균일하게 분사하는 샤워헤드(240)를 구비한다.
또한, 상기 샤워헤드의 상부에 형성되어 플라즈마 발생을 위한 외부 RF 전원이 공급되는 RF 인가부(220)를 구비한다. 또한, 상기 RF 인가부의 상부에는 반응가스가 유입되는 반응가스 유입구(230)가 형성되는데, 상기 반응가스 유입구의 외주면에 원통형의 제1 절연부재(231)가 장착되어 상기 반응가스 유입구를 상기 RF 인가부와 전기적으로 절연되게 한다.
또한, 상기 RF 인가부는, 양측에 형성되어 RF 전원 공급부(222)와 연결되는 RF 전극판(223)과, 상기 RF 전극판을 통해 인가된 고주파 전원이 상기 RF 인가부의 원통판 전체에 균일하게 확산되도록 하는 RF 분배판(221)을 포함한다.
샤워헤드(240)는, 플라즈마 생성공간으로서 플라즈마 발생부(250)와, 중성화빔 생성공간으로서 중성화빔 생성부(260)와, 상기 중성화빔 생성부에서 발생하는 열을 냉각시키는 냉각부(270)와, 반응가스 공급부와 분리하여 독립적인 소스가스 공급 루트(route)로서의 소스가스 주입부(280)를 구비한다.
이하에서, 상기 구성요소에 대해 설명하면 다음과 같다.
플라즈마 발생부(250)는, 상기 RF 인가부의 하부에 형성되는 제2 절연부재(252)와, 상기 제2 절연부재에 의해 형성된 내부 공간으로서, 인덕턴스 커플링 플라즈마(inductance coupling plasma) 방식에 의해 유입된 반응가스를 플라즈마 이온상태로 변환시키는 플라즈마 발생 공간(253)을 구비한다.
또한, 반응가스 유입구(230)를 통해 공급된 반응가스가 상기 플라즈마 발생 공간에 균일하게 분포되도록, RF 분배판(221)의 중앙을 관통하여 상기 플라즈마 발생 공간과 연결되는 가스 디스트리뷰터(224)가 형성된다.
여기서, 상기 제2 절연부재는 도전성을 갖는 RF 인가부(221) 및 중성화빔 생성부(260) 사이를 전기적으로 절연시켜 준다.
또한, 본 발명에서는, 제2 절연부재(252) 및 상기 제2 절연부재 상에 형성된 전도성을 띤 전극으로서 기능하는 RF 분배판(221)에 의해 형성되는 격벽 유전체 공 간이 플라즈마 발생 공간(253)으로서 역할을 수행한다. 즉, 플라즈마 발생부(250)는, ICP(Inductive Coupled Plasma) 방식에 의해 플라즈마 발생을 유도한다.
중성화빔 생성부(260)는 플라즈마 발생부(250)의 하부에 형성되어 상기 플라즈마 발생부에서 생성된 플라즈마 이온을 중성화빔으로 전환시키고, 전환된 중성화빔이 처리공간(211)에 분사되도록 유도한다.
여기서, 중성화빔 생성부(260)는, 플라즈마 발생부(250)의 하부에 형성되어, 상기 플라즈마 발생부로부터 생성된 플라즈마 이온을 반사시켜 중성화빔으로 전환시키는 리플렉터(reflector)(261)와, 상기 리플렉터를 관통하는 복수개의 파이프형태로 구성하여 상기 전환된 중성화빔이 처리공간(211)으로 이동하게 하는 유도관(262)을 구비한다.
또한, 리플렉터(261)를 수직관통하여 (-) 바이어스 단자(263)가 형성된다. 이때, 상기 (-) 바이어스 단자를 통해 상기 리플렉터와 (-) DC 바이어스 공급부(268)가 연결되고, 이를 통해 상기 리플렉터에 (-) DC 바이어스(Bias) 전압이 인가된다.
즉, (-) DC 바이어스 전압이 리플렉터(261)에 인가되면, 상기 리플렉터가 플라즈마의 양이온은 끌어당기고 전자는 반사시켜 중성입자로 전환시킴으로써 이온의 중성화 비율을 높일 수 있게 한다.
또한, (-) 바이어스 단자(263)의 외주면에 원통형의 제3 절연부재(264)를 형성하여, 도전성을 띠는 상기 리플렉터와 상기(-) 바이어스 단자를 전기적으로 절연시킨다.
여기서, 생성된 플라즈마 이온이 상기 리플렉터에 의해 반사된 후 중성화빔으로 전환되는 이론적 메카니즘의 토대는, 비.에이.헬머(B.A.Helmer) 및 디.비.그래이브스(D.B.Graves)에 의해 발표된 논문 "Molecular dynamics simulations of C12+ impacts onto a chlorinated silicon surface: Energys and angles of the reflected C12 and C1 fragments"(J.Vac.Sci. Technol. A 17(5), Sep/Oct 1999)에 근거하고 있다.
냉각부(270)는, 중성화빔 생성부(260)의 하부에 배치되어, 상기 중성화빔 생성부에 (-) DC 바이어스 인가 및 중성화빔 형성에 따라 발생하는 열을 냉각시킨다.
여기서, 냉각부(270)는, 냉수 공급부(272)로부터 제공되는 냉수를 저장하는 냉각통(273)과, 상기 냉각통의 일측면과 연결되어 상기 냉수 공급부로부터 제공되는 냉수가 상기 냉각통에 유입되게 하는 냉수 유입관(271)과, 상기 냉각통의 타측면과 연결되어 상기 냉각통에 제공된 냉수를 외부로 배출시키는 냉수 유출관(274)을 구비한다.
또한, 냉각통(273)은 공급된 냉수가 리플렉터(261) 및 복수개의 유도관(262) 사이를 유통하여 상기 리플렉터 및 복수개의 유도관을 냉각시킨다.
또한, 냉수 공급부(272)는 냉수 저장 탱크 등의 냉수 공급원과, 상기 냉수 공급원으로부터 냉수 유입관(271)으로의 냉수 제공시 물의 유량을 제어하는 수량제어기(flow meter)를 구비한다.
소스가스 주입부(280)는 냉각부(270)의 하부에 배치되어, 소스가스 공급 루트를 반응가스 공급 루트와 분리한다. 이를 통해, 반응가스와 소스가스를 함께 샤 워헤드(240)에 제공함으로써 나타나는 선반응 등의 제반 문제를 해결할 수 있게 한다.
또한, 소스가스 주입부(280)는, 소스가스 공급부(282)로부터 제공되는 소스가스를 저장하여, 처리공간(211)으로 상기 소스가스 분사시, 균일하게 분포되도록 하는 소스가스통(283)과, 상기 소스가스통의 일측면 또는 하부 일측과 연결되어, 상기 소스가스 공급부로부터 상기 소스가스통으로 소스가스가 유입되게 하는 소스 유입관(281)을 구비한다.
또한, 소스가스통(283)의 하부면에는, 중성화빔이 분사되는 루트와 분리하여, 상기 소스가스통에 유입된 소스가스가 처리 공간(211)으로 분사되게 하는 복수의 소스가스홀(284)이 형성된다.
즉, 유도관(262)은 냉각부(270) 및 소스가스 주입부(280)를 관통하므로, 리플렉터(261)를 통해 전환된 중성화빔은 상기 유도관을 통해 처리공간(211)으로 분사되고, 소스가스는 상기 복수의 소스가스홀을 통해 상기 처리공간으로 분사되는 방식이다.
샤워헤드(240)의 하부에는 챔버(210)가 형성되는데, 상기 챔버는 하부에 배기구(미도시)가 형성하여 그 내부 환경을 진공상태로 유지하도록 한다.
또한, 상기 챔버 내부에는 상기 샤워헤드에 의해 분사되는 중성화빔 및 상기 중성화빔에 의해 활성화된 소스가스 이온이 분사되는 처리공간(211)과, 상기 처리 공간의 하부에 형성되고 상기 소스가스 이온에 의해 박막이 증착되는 기판(미도시)과, 상기 기판을 지지함과 동시에 상기 기판에 소정의 열원을 제공하는 히터을 포 함한 서셉터(212)를 구비한다.
반응가스 공급부(232)는 유량제어기(MFC:Mass Flow Controller) 및 복수의 유입밸브를 통해 반응가스 탱크 등의 가스원으로부터 반응가스 유입구(230)에 공급되는 반응가스의 유량을 조절한다.
소스가스 공급부(282)의 경우에도 유량제어기(MFC) 및 복수의 유입밸브를 통해 소스가스 탱크 등의 가스원으로부터 소스가스 유입관(281)에 공급되는 소스가스의 유량을 조절한다.
또한, 제1 RF 전원 공급부(222)는 고주파 안테나로서, 루프형, 나선형의 안테나 또는 그 밖에 다른 형태로 챔버 내부 또는 외부에 설치될 수 있다. 제2 RF 전원공급부(268)는 소스가스 주입부(280)에 전원을 인가하여 접지되어 있는 서셉터(212) 사이에서 CCP 방식(Capacitor Coupled Plasma) 방식의 플라즈마를 구현한다.
샤워 헤드(240)는 상판구조(160) 및 하판구조(170)를 포함한다. 상판구조(160)는 디스크 또는 다른 판형으로 형성되며, 아래로 돌출된 유도관(262)을 포함한다. 유도관(262)은 상하로 관통하는 형상으로 형성되어 반응가스 분사구(163)를 제공한다. 반응가스 분사구(163)를 통해서 플라즈마는 샤워 헤드(240) 하부로 전달될 수 있으며, 전달되는 과정에서 플라즈마는 이온 또는 라디칼 상태로 전환될 수 있다. 하판구조(170)는 상판구조(160)의 하부에 장착되며, 유도관(262)에 대응하는 하판 관통홀(172) 및 소스가스홀(284)를 포함한다. 하판 관통홀(172)을 통해 유도관(262)의 하단은 샤워 헤드(240) 하부로 노출될 수 있으며, 소스가스홀(284) 는 하판 관통홀(172)의 주변 즉, 유도관(262)의 주변에 형성되어 소스가스를 분사할 수 있다.
특히, 하판 관통홀(172)의 주변으로 위를 향해 차단벽(178)이 형성된다. 차단벽(178)은 유도관(262)의 형상에 대응하여 원통형으로 형성되며, 차단벽(178)의 내면은 유도관(262)의 외면을 접하도록 거의 동일하거나 미세하게 큰 치수로 형성된다. 차단벽(178)에 의해서 소스가스 이동공간은 외부와 더 완벽하게 차단되며, 유도관(262) 및 하판 관통홀(172) 간의 틈에 의해서 가스가 출입하는 것은 방지될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 장치를 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 장치의 일부를 도시한 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 결정화 방법을 도시한 순서도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
230: 반응가스 유입구 240: 샤워헤드
250: 플라즈마 발생부 260: 중성화빔 생성부
Claims (6)
- 기판이 구비된 챔버 내부로 공급된 반응가스가 플라즈마를 생성하게 하며, 일부 생성된 플라지마를 중성화빔으로 전환시키며, 반응가스 공급루트 분리하여 소스가스를 상기 챔버내부로 공급하여, 기판 위에 플라즈마가 생성된 분위기(Capacitor Coupled Plasma)에서 비정질 실리콘 박막을 증착시키고, 그 후 추가로 중성화빔이 생성된 분위기(Inductive Coupled Plasma)에서 상기 비정질실리콘을 증착시키는 중성화빔을 이용한 솔라셀의 제조장치.
- 제1항에 있어서,상기 기판은 글라스(glass)이며, 상기 소스가스는 실란(SiH4)인 것을 특징으로 하는 중성화빔을 이용한 솔라셀의 제조장치.
- 기판이 구비된 챔버;소스가스를 공급하는 소스가스 주입부;상기 소스가스의 공급 루트와 별도로 구비되어, 반응가스를 공급하는 반응가스 공급부;상기 소스가스와 상기 반응가스를 챔버 내부에 제공하는 샤워헤드;상기 반응가스를 플라즈마화 시키는 플라즈마 발생부; 및상기 플라즈마를 중성화 빔으로 전환시키는 중성화빔 생성부;를 포함하며,상기 기판위에 플라즈마 발생부를 온(on)시켜, CCP(Capacitor Coupled Plasma) 방식의 플라즈마를 발생시켜 비정질실리콘 박막을 증착시키고, 그 후 중성화빔 생성부를 추가로 온(on)시켜 ICP(Inductive Coupled Plasma) 방삭으로 상기 비정질실리콘을 증착하는 중성화빔을 이용한 솔라셀의 제조장치.
- 제3항에 있어서,상기 샤워헤드에 연결되어 플라즈마 발생을 위한 외부 RF 전원이 공급되는 RF 인가부를 더 포함하는 중성화빔을 이용한 솔라셀의 제조장치.
- 제3항에 있어서,상기 중성화빔 생성부는 상기 플라즈마 발생부로부터 생성된 플라즈마 이온을 반사시켜 중성화빔으로 전환시키는 리플렉터와, 상기 리플렉터를 관통하여 형성되며 상기 중성화빔이 처리공간으로 이동하게 하는 통로인 복수의 유도관을 포함하는 것을 특징으로 하는 중성화빔을 이용한 솔라셀의 제조장치.
- 제3항에 있어서,상기 기판은 글라스(glass)이며, 상기 소스가스는 실란(SiH4)인 것을 특징으 로 하는 중성화빔을 이용한 솔라셀의 제조장치.
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|---|---|---|---|
| KR1020080030124A KR20090104941A (ko) | 2008-04-01 | 2008-04-01 | 솔라셀 제조장치 |
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Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20090104941A true KR20090104941A (ko) | 2009-10-07 |
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ID=41534709
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| KR (1) | KR20090104941A (ko) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101364364B1 (ko) * | 2010-02-26 | 2014-02-19 | 성균관대학교산학협력단 | 반도체 기판의 제조 방법 |
| KR20190132085A (ko) * | 2018-05-18 | 2019-11-27 | 주식회사 쌤빛 | 저온 다결정 실리콘 결정화 증착 방법 |
-
2008
- 2008-04-01 KR KR1020080030124A patent/KR20090104941A/ko not_active Application Discontinuation
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| KR20190132085A (ko) * | 2018-05-18 | 2019-11-27 | 주식회사 쌤빛 | 저온 다결정 실리콘 결정화 증착 방법 |
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