KR20100000386A - 폴리 실리콘 제조 장치 - Google Patents
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Abstract
기판 상에 폴리 실리콘층을 형성하는 장치가 개시된다. 본 발명에 따른 장치(10)는 기판 상에 비정질 실리콘층을 형성하는 제1 유닛(100)과, 비정질 실리콘층 상에 금속층을 형성하는 제2 유닛(200), 및 비정질 실리콘층을 열처리하여 폴리 실리콘층을 형성하는 제3 유닛(300)을 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따르면, 기판 상에 폴리 실리콘층을 형성하는 모든 과정이 하나의 장치 내에서 외부 환경에 노출되지 않은 상태로 이루어짐으로써 폴리 실리콘층의 특성 및 생산성 향상을 도모할 수 있다.
평판 디스플레이, 태양전지, 폴리 실리콘, 결정화, 금속유도 결정화
Description
본 발명은 기판 상에 폴리 실리콘층을 제조하는 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기판 상에 폴리 실리콘층을 제조하는 모든 과정이 하나의 장치 내에서 외부 환경에 노출되지 않은 상태로 이루어짐으로써 폴리 실리콘층의 특성 및 생산성 향상을 도모할 수 있는 폴리 실리콘 제조장치에 관한 것이다.
LCD(Liquid Crystal Display Device)나 OLED(Organic Light Emitting Diode Device) 등과 같은 평판 디스플레이의 구동 소자에 해당하는 박막 트랜지스터(thin film transistor; TFT)의 액티브층 또는 태양전지의 빛 흡수층에 적용될 수 있는 폴리 실리콘층(poly silicon layer)의 중요성이 날로 커지고 있다.
통상적으로 폴리 실리콘층은 비정질 실리콘층을 우선 형성한 후 이를 고상 결정화(solid phase crystallization; SPC)시켜서 제조한다. 그러나, 폴리 실리콘층의 주된 응용 분야가 평판 디스플레인 점을 감안할 때, SPC법은 결정화 온도가 너무 높다는 문제점이 있어서 최근 저온에서 빠른 시간 내에 폴리 실리콘층을 형성할 수 있는 다양한 방법들이 제안되어 왔다.
엑시머 레이저 결정화(Excimer Laser Crystallization)법은 순간 레이저 조 사를 이용하여 비정질 실리콘을 용융하여 재결정화시키는 방법으로서 급속 가열에 의한 유리 기판의 손상을 방지할 수 있고 폴리 실리콘의 결정성이 우수하다는 장점이 있으나, 재현성이 떨어지고 장비 구성이 복잡하다는 단점이 있다.
급속 열처리법은 IR 램프를 이용하여 비정질 실리콘을 급속 열처리시키는 방법으로서 생산 속도가 빠르고 생산단가가 저렴하다는 장점이 있으나, 급속 가열에 의한 열 충격 및 유리 기판의 변형 발생 등의 단점이 있다.
금속유도 결정화(Metal Induced Crystallization; MIC)법은 비정질 실리콘에 Ni, Cu, Al 등의 금속 촉매를 도포하여 낮은 온도에서 결정화를 유도하는 방법으로서 낮은 온도에서 결정화가 가능하다는 장점이 있으나, 활성화 영역에 포함되는 상당량의 금속으로 인하여 누설전류가 크게 증가한다는 단점이 있다. 누설전류의 발생은 디스플레이의 각 화소에 충전된 데이터 전압을 변화시키는 등 전반적으로 디스플레이의 특성을 저하시키는 요인이 된다.
한편, 금속 유도 결정화 방식에 의해 글래스 기판 상에 폴리 실리콘층을 제조하기 위해서는 비정질 실리콘층 형성 공정, 금속 촉매층 형성 공정 및 결정화 열처리 공정 등과 같은 일련의 단위 공정이 필요하여 각 단위 공정간에는 글래스 기판의 이송 과정이 필요한바, 폴리 실리콘층의 제조가 완성되기 전에 글래스 기판(또는 비정질 실리콘층이나 금속 촉매층)이 외부 환경에 노출되어 산소 등의 불순물에 의해 폴리 실리콘층이 불가피하게 오염되고 그 결과 폴리 실리콘층이 최종적으로 적용되는 평판 디스플레이나 태양전지의 동작과 관련한 제반 특성을 열화시키는 문제점이 있었다.
이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 금속유도 결정화 방식에 의한 폴리 실리콘층 형성시 디스플레이 또는 태양전지의 제반 특성을 저하시키는 금속 오염을 최소화 할 수 있는 폴리 실리콘층 제조장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 폴리 실리콘층을 제조하는 모든 과정이 하나의 장치 내에서 외부 환경에 노출되지 않은 상태로 이루어짐으로써 폴리 실리콘층의 특성 및 공정 생산성이 향상될 수 있는 폴리 실리콘층 제조장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 폴리 실리콘층을 제조하는 장치는 기판 상에 비정질 실리콘층을 형성하는 제1 유닛과, 상기 비정질 실리콘층 상에 금속층을 형성하는 제2 유닛, 및 상기 비정질 실리콘층을 열처리하여 폴리 실리콘층을 형성하는 제3 유닛을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 비정질 실리콘층에 대하여 탈수소화 처리 또는 수소화 처리 중 적어도 하나가 가능한 제4 유닛을 더 포함할 수 있다.
상기 제1 유닛은 플라즈마 화학기상 증착기, 저압 화학기상 증착기, 열선 화학기상 증착기 중 어느 하나일 수 있다.
상기 제1 유닛은 상기 비정질 실리콘층에 대하여 탈수소화 처리 또는 수소화 처리 중 적어도 하나가 가능할 수 있다.
상기 제2 유닛은 플라즈마 화학기상 증착기, 저압 화학기상 증착기, 원자층 증착기, 스퍼터링기 중 어느 하나일 수 있다.
상기 제2 유닛은 금속을 포함하는 소스가스를 공급하는 소스가스 공급부, 상기 소스가스가 상기 비정질 실리콘층 상에 흡착하게 하는 챔버, 및 흡착 압력, 흡착 시간 및 흡착 온도 중 적어도 하나를 조절함으로써 상기 비정질 실리콘층 상에 흡착되는 금속의 양을 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
상기 소스가스는 Ni, Al, Ti, Ag, Au, Co, Sb, Pd 및 Cu 중 어느 하나 또는 둘 이상을 포함할 수 있다.
상기 소스가스는 Ni(CP)2 또는 Ni(dmamb)2 중 어느 하나인 것일 수 있다.
상기 흡착 온도는 상온 내지 250℃의 범위에서 제어될 수 있다.
상기 비정질 실리콘층 상에 금속이 커버율 1 이하로 흡착될 수 있다.
상기 제3 유닛은 급속 열처리기이고, 상기 제4 유닛은 열 처리기 또는 플라즈마 처리기이며, 상기 제4 유닛이 열처리기인 경우에는 급속 열처리기인 것일 수 있다.
상기 제1 유닛, 상기 제2 유닛, 상기 제3 유닛 중 어느 하나의 유닛은 복수개일 수 있다.
본 발명에 따르면, 금속유도 결정화 방식에 의한 폴리 실리콘층 형성시 비정질 실리콘층 상에 흡착되는 금속 촉매의 양을 적절하면서도 미세하게 조절함으로써 결정화 온도를 낮추면서 금속 촉매에 의한 오염이 방지되어 평판 디스플레이 및 태 양전지의 제반 특성이 향상되는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 폴리 실리콘층을 제조하는 모든 과정이 하나의 장치 내에서 외부 환경에 노출되지 않은 상태로 이루어짐으로써 불순물에 의한 오염이 방지되어 평판 디스플레이 및 태양전지의 제반 특성이 향상되는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 폴리 실리콘층을 제조하는 모든 과정이 하나의 장치 내에서 이루어져 각 단위 공정간의 기판의 이송 시간을 단축시킬 수 있음으로써 폴리 실리콘층의 제조 생산성이 향상되는 효과가 있다. 아울러, 폴리 실리콘층을 제조장치의 설치 면적이 감소하여 클린룸 시설비 및 유지비를 절감할 수 있어서 결과적으로 평판 디스플레이나 태양전지의 제조 단가를 크게 낮추는 효과가 있다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다.
따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모 든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구성을 상세하게 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 폴리 실리콘층 제조장치(10)의 구성을 나타내는 도면이다.
도시한 바와 같이, 폴리 실리콘층을 제조장치(100)는 기판 상에 비정질 실리콘층을 형성하는 제1 유닛(100)과, 비정질 실리콘층 상에 금속층을 형성하는 제2 유닛(200), 및 비정질 실리콘층을 열처리하여 폴리 실리콘층을 형성하는 제3 유닛(300)을 포함한다. 이하 각 유닛의 구성에 대하여 상세하게 설명하도록 한다.
제1 유닛(100)은 기판 상에 비정질 실리콘층을 형성하는 유닛(챔버)이다. 제1 유닛(100)을 이용하여 비정질 실리콘층을 형성하는 방법은 특별히 제한되지 않는다. 제1 유닛(100)은 플라즈마 화학기상 증착법(plasma enhanced chemical vapor deposition; PECVD), 저압 화학기상 증착법(low pressure chemical vapor deposition; LPCVD), 열선 화학기상 증착법(hot wire chemical vapor deposition; HWCVD) 중 어느 하나의 방법으로 비정질 실리콘층을 형성할 수 있는 증착기인 것이 바람직하다. 상술한 바와 같은 플라즈마 화학기상 증착법, 저압 화학기상 증착법 또는 열선 화학기상 증착법 중 어느 하나로 비정질 실리콘층을 형성하는 과정은 공지의 기술이므로 이에 대한 상세한 설명은 본 명세서에서는 생략하기로 한다.
기판은 본 발명이 응용될 수 있는 분야가 LCD나 OLED와 같은 평판 디스플레이 및 태양전지 등이라는 점을 고려할 때 글래스 기판, 스테인레스 스틸 기판, 플라스틱과 같은 플렉시블 기판일 수 있다.
제2 유닛(200)은 제1 유닛(100)에서 형성된 비정질 실리콘층 상에 금속층을 을 형성하는 유닛(챔버)이다. 여기서, 금속층은 금속유도 결정화 방식에 의하여 비정질 실리콘층을 결정화시키는 데에 필요한 촉매의 역할을 한다. 제2 유닛(200)을 이용하여 금속층을 형성하는 방법은 특별히 제한되지 않는다. 제2 유닛(200)은 플라즈마 화학기상 증착법(plasma enhanced chemical vapor deposition; PECVD), 저압 화학기상 증착법(low pressure chemical vapor deposition; LPCVD), 원자층 증착법(atomic layer deposition; ALD), 스퍼터링법(sputtering) 중 어느 하나의 방법으로 금속층을 형성할 수 있는 증착기인 것이 바람직하다. 상술한 바와 같은 플라즈마 화학기상 증착법, 저압 화학기상 증착법, 원자층 증착법 또는 스퍼터링법 중 어느 하나로 금속층을 형성하는 과정은 공지의 기술이므로 이에 대한 상세한 설명은 본 명세서에서는 생략하기로 한다.
한편, 금속유도 결정화 방식에 의한 폴리 실리콘층 제조시 금속 촉매의 도입은 비정질 실리콘의 결정화 온도를 낮출 수 있는 장점이 있는 반면에 금속 오염으로 인하여 평판 디스플레이나 태양전지의 특성을 저하시키는 단점이 있기 때문에 도입되는 금속 촉매의 양을 적절하게 조절하는 것이 매우 중요하다. 즉, 결정화 온도를 낮추기 위하여 금속 촉매를 너무 많이 도입하면 금속 오염의 문제가 심각해지고, 이러한 금속 오염의 문제를 방지하기 위하여 금속 촉매를 너무 적게 도입하면 결정화 온도를 낮추는데 한계가 있다. 따라서, 도입되는 금속 촉매의 양을 가능한 적게 하면서 결정화 온도를 낮추는 것이 필요하다.
본 발명에서는 금속 촉매의 양을 적절하게 조절하기 위하여 제2 유닛(200)을 금속 흡착기로 구성하는 것을 특징으로 한다.
도 2는 금속 흡착기(200)의 구성을 나타내는 도면이다. 도시한 바와 같이, 금속 흡착기는 소스가스 공급부(210), 보조가스 공급부(220), 운반가스 공급부(230), 가스 유입부(240), 가스 배출부(250), 흡착챔버(260), 가열부(270) 및 제어부(280)를 포함하여 구성된다.
소스가스 공급부(210)는 비정질 실리콘층 상에 흡착되는 금속의 원료에 해당하는 소스가스)를 흡착챔버(260) 내로 공급하는 역할을 한다. 여기서, 소스가스는 기상(gas phase) 형태로 존재하는 금속 유기화합물을 의미하며 결과적으로 소스가스에는 금속 촉매로 사용하고자 하는 금속 원소를 포함하고 있다. 일반적으로 금속 유기화합물은 상온에서 고상 또는 액상의 형태로 존재하기 때문에, 소스가스 공급부(210)에는 고상 또는 액상의 금속 유기화합물을 가스 형태로 기화시키는 소스 가열부를 포함할 수 있다.
금속유도 결정화 방식에 의한 비정질 실리콘 결정화를 위하여, 소스가스 공급부(210)로부터 공급되는 소스가스는 Ni, Al, Ti, Ag, Au, Co, Sb, Pd, Cu 중 어느 하나 또는 둘 이상을 포함할 수 있다. 금속 촉매로 Ni을 사용하는 경우에는 소스가스는 Ni을 포함하는 Ni 유기화합물이 되며, 예를 들어 Ni(cp)2[Di(cyclopentadienyl)nickel(II); Nickelocene)] 또는 Ni(dmamb)2[1-dimethylamino-2-methyl-2-butanolate] 중 어느 하나를 사용하는 것이 바람직하다.
보조가스 공급부(220)는 비정질 실리콘층 상에 금속 촉매가 흡착되도록 소스가스와 반응하는 보조가스를 흡착챔버(260) 내로 공급하는 역할을 한다. 즉, 보조 가스는 소스가스에 포함되어 있는 금속 이외의 성분[예를 들어, Ni(cp)2의 경우는 cp 성분]을 제거하는 역할을 한다. 예를 들어, 소스가스인 Ni(cp)2와 보조가스인 H2를 반응시켜 cp 성분을 제거함으로써 비정질 실리콘층 상에는 Ni이 흡착하게 된다[예를 들어, Ni(cp)2 + H2 → Ni + mCnH2n+2]. 보조가스는 H2, NH3와 같은 환원성 가스, O2, N2O, H2O, 오존과 같은 산화성 가스, Ar, N2와 같은 불활성 가스를 포함할 수 있다. 비정질 실리콘층 상에 금속 유기화합물 예를 들어 Ni(cp)2를 그대로 흡착시키는 경우에는 보조가스를 사용하지 않을 수도 있다.
운반가스 공급부(230)는 소스가스가 흡착챔버(260) 내로 원활하게 공급되도록 하는 운반가스를 공급하는 역할을 한다. 운반가스에 의해 소스가스는 더 원활하게 이동되어 흡착챔버(260) 내로 유입될 수 있다. 운반가스는 흡착챔버(260) 내부를 퍼지하는 퍼지가스의 역할을 겸할 수 있다. 운반가스는 Ar, Ne, He, N2 중 어느 하나 또는 둘 이상의 불활성 가스를 포함할 수 있다. 소스가스의 이동도가 충분한 경우에는 운반가스를 사용하지 않을 수도 있다.
가스 유입부(240)와 가스 배출부(250)는 흡착챔버(260)의 전단 또는 후단에 설치되어 흡착챔버(260) 내로 가스가 유입되거나 흡착챔버(260)로부터 가스가 배출되는 부분이다. 가스 유입부(240)와 가스 배출부(250)를 통하여 유입 또는 배출되는 가스는 소스가스, 보조가스(필요한 경우), 운반가스(필요한 경우), 비정질 실리콘층 상에 흡착되지 못한 소스가스, 소스가스와 보조가스가 반응에 의한 발생하는 부산물 가스 등을 포함할 수 있다.
흡착챔버(260)는 비정질 실리콘층 상에 금속 또는 금속 유기화합물이 흡착되 게 하는 역할을 한다. 여기서, 흡착이란 화학 흡착(chemisorption)을 의미하는 것이지만 물리 흡착(physisorption)을 배제하는 개념은 아니다. 흡착챔버(260) 내로 유입된 소스가스가 그대로 흡착되면 비정질 실리콘층 상에 금속 유기화합물이 흡착되는 것이고, 소스가스가 흡착되더라도 이를 보조가스와 반응시켜서 금속 유기화합물 중에서 금속 이외의 성분을 제거시키면 비정질 실리콘층 상에는 결과적으로 금속만이 흡착된다.
흡착챔버(260)는 가열부(270)를 포함할 수 있다. 가열부(270)는 비정질 실리콘층 상에 금속 또는 금속 유기화합물을 흡착하기 위해 필요한 열 에너지를 공급하는 역할을 한다. 본 발명에서는 비정질 실리콘층의 온도를 100 내지 250℃의 범위 내에서 유지하는 것이 바람직하다. 경우에 따라 상온에서도 흡착이 가능하다면 가열부(270)를 동작시키지 않거나 흡착챔버(260) 내에 가열부를 아예 설치하지 않을 수도 있다.
제어부(280)는 적절한 양의 금속 또는 금속 유기화합물이 비정질 실리콘층 상에 흡착되도록 흡착 압력, 흡착 시간 및 흡착 온도 등을 조절하는 역할을 한다. 즉, 본 발명에서는, 비정질 실리콘의 결정화 온도를 낮추면서 금속 촉매에 의한 오염을 최소화할 수 있도록 흡착되는 금속 또는 금속 유기화합물의 양(흡착 농도)을 가능한 적게 하기 위하여, 제어부(280)를 통하여 흡착 압력, 흡착 시간 및 흡착 온도 중의 적어도 하나를 조절한다.
먼저, 흡착 압력 및 흡착 시간이 증가할수록 흡착 농도는 증가할 것이므로 흡착 압력 및 흡착 시간을 조절하면 흡착 농도를 조절할 수 있다. 흡착 압력은 소 스가스 공급부(210)로부터 공급되는 소스가스의 유량, 가스 유입부(240)를 통하여 흡착챔버(260)로 유입되는 가스의 총 유량 및 가스 배출부(250)를 통하여 흡착챔버(260)로부터 배출되는 가스의 총 유량 중 적어도 하나를 조절함으로써 제어할 수 있다. 또한, 흡착 과정에서는 열 에너지가 필요하므로 흡착 온도를 조절하면 흡착 농도를 조절할 수 있다. 흡착 온도는 흡착챔버(260) 내의 가열부(270)의 온도를 조절함으로써 제어할 수 있다. 참고로, 도 1에서 양 화살표의 표시는 제어부(280)가 금속 흡착기(200)의 각 구성요소를 제어하고 있음을 나타낸 것이다.
이하에서는 금속 흡착기(10)를 이용하여 비정질 실리콘층 상에 금속 또는 금속 유기화합물을 흡착하는 과정에 대해 상세하게 설명하도록 한다.
먼저, 제1 유닛(100)에서 비정질 실리콘층이 형성된 기판(290)이 흡착챔버(260) 내에 배치된다. 기판(290)이 배치되고 나면 흡착챔버(260)의 내의 기본 압력이 100mTorr 정도가 되도록 진공 펌프(미도시)로 흡착챔버(260)를 배기시킨다.
다음으로, 소스가스 공급부(210)로부터 소스가스(기상 형태의 금속 유기화합물)를 가스 유입부(240)를 통하여 흡착챔버(260) 내로 공급한다. 금속 유기화합물이 상온에서 고상 또는 액상의 형태로 존재하는 경우에는 고상 또는 액상의 금속 유기화합물을 상온보다 높은 온도로 가열하여 가스화 한다. 이때, 소스가스는 Ni, Al, Ti, Ag, Au, Co, Sb, Pd, Cu 중 어느 하나 또는 둘 이상의 금속을 포함할 수 있다. Ni을 금속 촉매로 사용하는 경우 소스가스로는 Ni(cp)2 또는 Ni(dmamb)2를 사용하는 것이 바람직하다.
다음으로, 소스가스가 가스 유입부(240)를 통하여 흡착챔버(260) 내로 원활 하게 공급되도록 운반가스 공급부(230)로부터 운반가스를 공급한다. 운반가스로는 Ar, Ne, He, N2 중 어느 하나 또는 둘 이상의 불활성 가스를 사용할 수 있다.
다음으로, 흡착챔버(260) 내로 유입된 소스가스가 비정질 실리콘층 상에 흡착된다. 예를 들어, 소스가스로 Ni(cp)2나 Ni(dmamb)2가 사용된 경우에는 이들 금속 유기화합물이 그대로 비정질 실리콘 박막 상에 흡착된다. 본 발명에서는 흡착챔버(260) 내의 소스가스를 포함하는 가스 분위기 하에서 기판(290)을 대기시킴으로써 기판(290) 상에 형성되어 있는 비정질 실리콘층 상에 금속 유기화합물이 흡착된다. 이 과정은 비정질 실리콘층의 실리콘에 금속 유기화합물의 금속(예를 들어, 니켈)이 화학적으로 흡착되는 화학 흡착 과정이다. 그러나, 실제 흡착 과정에서는 비정질 실리콘층에 금속이 물리 흡착되는 경우도 있을 수 있으며, 이와 같이 물리 흡착된 금속도 비정질 실리콘의 결정화 온도를 낮추는 촉매 역할을 할 수 있다.
흡착되는 금속 유기화합물의 양(흡착 농도)은 흡착 압력, 흡착 시간 및 흡착 온도 등에 직접적으로 영향을 받는다. 따라서, 제어부(280)를 이용하여 흡착 압력, 흡착 시간 및 흡착 온도 중의 적어도 하나를 적절하게 제어할 수 있다면 흡착 농도의 미세 조절이 가능하다.
먼저, 흡착 압력을 제어하여 흡착 농도를 조절할 수 있다. 흡착 압력은 소스가스 공급부(210)로부터 공급되는 소스가스의 유량과 직접적으로 관련이 있기 때문에, 소스가스의 공급 유량을 줄이면 흡착 압력이 감소하게 되고 이로부터 흡착 농도가 감소될 수 있으며 이와 반대로 소스 가스의 공급 유량을 늘리면 흡착 농도가 증가될 수 있다.
또한, 흡착 압력은 가스 유입부(240)를 통하여 흡착챔버(260)로 유입되는 가스의 총 유량 및 가스 배출부(250)를 통하여 흡착챔버(260)로부터 배출되는 가스의 총 유량을 조절하여 제어할 수 있다. 예를 들어, 흡착챔버(260)로 유입되는 가스의 총 유량과 흡착챔버(260)로부터 배출되는 가스의 총 유량의 차이를 조절함으로써 흡착 압력을 제어하고 이로부터 흡착 농도를 제어할 수 있다.
흡착 시간을 제어하여 흡착 농도를 조절할 수 있다. 예를 들어, 흡착 시간을 적게 할수록 흡착 농도는 감소될 수 있다.
흡착 온도를 제어하여 흡착 농도를 조절할 수 있다. 일반적으로 흡착 과정시 소정의 열 에너지가 필요한 것이므로 흡착 온도를 낮게 하면 흡착 농도는 감소될 수 있다. 다만, 흡착 온도가 너무 낮으면 아예 흡착 현상 자체가 일어나지 않을 가능성이 있으며, 흡착 온도가 너무 높으면 흡착된 금속 유기화합물이 비정질 실리콘층으로부터 이탈될 가능성이 있다. 흡착 온도는 제어부(280)가 가열부(270)의 온도를 조절함으로써 제어된다.
흡착 단계가 시작되기 전에 흡착챔버(260) 내를 소정의 흡착 온도로 유지시켜 놓는 것이 좋다. 흡착 온도는 100 내지 250℃의 범위 내에서 유지하는 것이 바람직하다. 상온에서 흡착이 가능한 소스가스를 사용하는 경우에는 흡착 온도가 상온이 되도록 제어하면 된다.
한편, 도입되는 금속 촉매에 의하여 평판 디스플레이나 태양전지의 특성이 저하되는 것을 방지하기 위하여 결정화 온도를 낮출 수 있는 범위에서 흡착 농도를 최소화시켜야 할 경우가 있다. 이를 위해서는 비정질 실리콘층 상에 금속 촉매가 한 원자층(one atomic layer) 미만으로 흡착되도록 할 필요가 있다. 여기서 한 원자층 미만이란 비정질 실리콘층의 전체 면적을 흡착된 금속 촉매층이 완전히 커버하지 않는 경우, 즉 비정질 실리콘층 상에 금속 촉매가 연속적으로 흡착되지 않고 산재되게 흡착되는 경우를 말한다(커버율<1). 다시 말하여, 커버율 1 미만으로 금속 촉매가 흡착된 경우란 비정질 실리콘층 상에 흡착되어 있는 금속 촉매 사이로 추가의 금속 촉매가 흡착될 수 있는 상태를 의미한다. 본 발명에 따른 금속 흡착기(200)는 흡착 압력, 흡착 시간 및 흡착 온도 중 적어도 하나를 제어하여 흡착 농도를 미세하게 조절할 수 있기 때문에, 상술한 바와 같은 커버율이 1 미만이 되도록 흡착 농도를 조절할 수 있는 이점이 있다.
다음으로, 이전 흡착 단계에서 비정질 실리콘층 상에 흡착되지 못한 소스가스(금속 유기 화합물)를 흡착챔버(260)로부터 가스 배출부(250)를 통하여 배출(퍼지)시킨다. 이때 운반가스 공급부(220)로부터 공급되는 운반가스를 흡착챔버(260) 내로 유입하여 소스가스 배출(퍼지)에 이용할 수 있다. 이로써 비정질 실리콘층 상에 소스가스(금속 화합물)를 흡착시키는 과정이 종료된다.
다음으로, 비정질 실리콘층 상에 금속이 흡착되도록 한다. 이를 위해서 먼저 보조가스 공급부(220)로부터 보조가스를 가스 유입부(240)를 통하여 흡착챔버(260) 내로 공급한다. 이와 같이 흡착챔버(260) 내로 공급된 보조가스는 비정질 실리콘층 상에 흡착되어 있던 소스가스(금속 유기화합물)와 반응하여 소스가스 중의 금속 이외의 성분을 제거하여 최종적으로는 비정질 실리콘층 상에 금속만이 흡착되도록 한다. 예를 들어, 소스가스인 Ni(cp)2와 보조가스인 H2를 반응시켜 cp 성분을 제거함으로써 비정질 실리콘층 상에 Ni이 흡착하게 된다[Ni(cp)2 + H2 → Ni + mCnH2n+2]. 보조가스로 H2, NH3와 같은 환원성 가스, O2, N2O, H2O, 오존과 같은 산화성 가스, Ar, N2와 같은 불활성 가스를 사용할 수 있다.
끝으로, 소스가스와 보조가스의 반응 결과 생기는 부산물 가스를 흡착챔버(260)로부터 가스 배출부(250)를 통하여 배출(퍼지)시킨다. 이 단계를 마치면 비정질 실리콘층 상에 금속을 흡착시키는 과정이 종료된다. 이때, 운반가스 공급부(220)로부터 공급되는 운반가스를 흡착챔버(260) 내로 유입하여 부산물 가스 배출에 이용할 수 있다.
제3 유닛(300)은 제2 유닛(200)에서 금속층이 형성된(금속 촉매가 도입된) 비정질 실리콘층을 결정화 열처리하여 폴리 실리콘층을 형성하는 유닛(챔버)이다. 제3 유닛(300)을 이용하여 비정질 실리콘층을 결정화 열처리하는 방법은 특별히 제한되지 않는다. 제3 유닛(300)은 폴리 실리콘층 제조장치(10)의 생산성을 고려하였을 때 급속 열처리기(rapid thermal processor)인 것이 바람직하다. 급속 열처리기를 이용한 결정화 열처리시 열처리 조건은 550℃ 내지 750℃의 열처리 온도, 30초 내지 3분의 열처리 시간 및 Ar 또는 N2와 같은 불활성 가스 분위기인 것이 바람직하다.
제4 유닛(400)은 제3 유닛(300)에서 결정화 열처리를 수행하기 전에 제1 유닛(100)에서 형성된 비정질 실리콘층에 대하여 탈수소화 처리를 수행하는 유닛(챔버)이다. 탈수소화 처리는 제조 과정에서 불가피하게 혼입되어 비정질 실리콘층 내에 존재하는 수소를 제거하는 과정이며 이는 수소가 폴리 실리콘층의 특성을 저 하시키는 것을 방지하기 위함이다. 제4 유닛(200)을 이용하여 비정질 실리콘층에 대하여 탈수소화 처리하는 방법은 특별히 제한되지 않는다. 제4 유닛(400)은 열 처리법 또는 플라즈마 처리법 중 어느 하나의 방법으로 비정질 실리콘층에 대하여 탈수소화를 수행할 수 있는 처리기인 것이 바람직하나, 폴리 실리콘층 제조장치(10)의 생산성을 고려하였을 때 급속 열처리기(rapid thermal processor)인 것이 더 바람직하다. 급속 열처리기를 이용한 탈수소화 처리 조건은 450℃ 내지 550℃의 처리 온도, 1분 내지 3분의 처리 시간 및 Ar 또는 N2와 같은 불활성 가스 분위기인 것이 바람직하다.
한편, 제4 유닛(400)에서는 상술한 바와 같은 탈수소화 처리뿐만 아니라 비정질 실리콘층에 대하여 수소화 처리를 수행할 수도 있다. 수소화 처리는 비정질 실리콘층 내에 존재하는 댕글링 본드(dangling bond)를 수소 원자로 패시베이션(passivation) 하는 과정이며 이는 댕글링 본드가 결함(defect)으로 작용하여 폴리 실리콘층의 특성을 저하시키는 것을 방지하기 위함이다. 수소화 처리는 수소 플라즈마를 사용하는 것이 바람직하다. 이를 위해서는 제4 유닛(400)은 플라즈마 발생기(plasma generator)를 설치할 수 있다. 수소화 처리시 처리 온도와 처리 시간은 상기 탈수소화 처리 조건과 대략 동일하며, 수소 플라즈마 발생 조건은 수소 가스 분위기로 플라즈마 입력은 수십 내지 수백 mTorr이고 플라즈마 압력은 수십 내지 수백 watt인 것이 바람직하다.
또한, 경우에 따라서는 탈수소화 및/또는 수소화 처리를 위한 제4 유닛(400)을 별도로 설치하지 않고 비정질 실리콘층을 형성한 후 바로 동일 유닛 즉 제1 유 닛(100)에서 탈수수화 및/또는 수소화 처리를 수행해도 무방하다.
로딩/언로딩 유닛(500)은 일명 로드락(load lock)에 해당하는 유닛(챔버)이다. 로딩/언로딩 유닛(500)은 폴리 실리콘층을 제조하기 위하여 외부로부터 기판을 제조장치(10)에 로딩하거나 폴리 실리콘층의 제조가 완료된 기판을 제조장치(10)에서 외부로 언로딩하는 역할을 한다.
이송 유닛(600)은 폴리 실리콘층의 제조를 위한 일련의 단위 공정을 수행하기 위하여 단위 유닛간에 기판을 이송하는 역할을 한다. 예를 들어, 제1 유닛(100)에서 비정질 실리콘층의 형성이 완료된 기판을 금속층 형성을 위하여 제2 유닛(200)으로 이송하기 위해서는 제1 유닛(100)으로부터 기판을 일단 이송 유닛(600)으로 이송시킨 후 이송 유닛(600)에서 제2 유닛(200)으로 이송시킨다. 이송 유닛(600)에는 기판의 이송을 위하여 기판을 홀딩하고 지지하는 이송 로봇(미도시)을 포함할 수 있다.
한편, 폴리 실리콘층 제조장치(10)에는 생산성 향상을 위하여 기판을 미리 가열해 놓는 히팅 유닛(미도시) 등이 추가로 설치될 수 있다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 폴리 실리콘층 제조장치(10A)의 구성을 나타내는 도면이다. 도시한 바와 같이, 폴리 실리콘층 제조장치(10A)는 복수개의 제1 유닛(100A), 복수개의 제2 유닛(200A), 복수개의 제3 유닛(300A), 복수개의 제4 유닛(400), 로딩/언로딩 유닛(500A) 및 이송 유닛(600A)을 포함한다. 본 실시예는 상기 제1 실시예에 비하여 제1 내지 제4 유닛이 각각 복수개가 설치되는 것을 특징으로 하고 있으며 이는 폴리 실리콘층 제조장치의 생산성을 제고하기 위함이 다. 본 실시예를 이루는 각 유닛의 역할 및 구성은 상기 제1 실시예의 경우와 동일하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
상술한 바와 같은 폴리 실리콘층 제조장치는 다음과 같은 장점을 갖는다.
(i) 금속유도 결정화 방식에 의한 폴리 실리콘층 형성시 비정질 실리콘층에 도입되는 금속 촉매의 양을 적절 하면서도 미세하게 조절함으로써 결정화 온도를 낮추면서 동시에 금속 촉매에 의한 오염이 방지되어 평판 디스플레이 및 태양전지의 제반 특성이 향상된다.
(ii) 폴리 실리콘층을 제조하는 모든 과정이 하나의 장치 내에서 외부 환경에 노출되지 않은 상태로 이루어짐으로써[즉, 인시츄(in-situ)로 이루어짐으로써] 불순물에 의한 오염이 방지되어 평판 디스플레이 및 태양전지의 제반 특성이 향상된다. 특히, 비정질 실리콘층이 외부 환경에 노출됨으로써 비정질 실리콘층 표면에 자연 산화막이 형성되는 것을 미연에 방지할 수 있다.
(iii) 폴리 실리콘층을 제조하는 모든 과정이 하나의 장치 내에서 이루어져 각 단위 공정간의 기판의 이송 시간을 단축시킬 수 있음으로써 폴리 실리콘층의 제조 생산성이 향상된다. 아울러, 폴리 실리콘층을 제조장치의 설치 면적이 감소하여 클린룸 시설비 및 유지비를 절감할 수 있어서 결과적으로 평판 디스플레이나 태양전지의 제조 단가가 저렴해진다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명 이 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명의 사상은 상기 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등하게 또는 등가적으로 변형된 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 폴리 실리콘층 제조장치의 구성을 나타내는 도면.
도 2는 금속 흡착기의 구성을 나타내는 도면.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 폴리 실리콘층 제조장치의 구성을 나타내는 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10: 폴리 실리콘층을 형성하기 위한 장치
100: 제1 유닛
200: 제2 유닛
300: 제3 유닛
400: 제4 유닛
500: 로딩/언로딩 유닛
600: 이송 유닛
Claims (14)
- 폴리 실리콘층을 제조하는 장치로서,기판 상에 비정질 실리콘층을 형성하는 제1 유닛;상기 비정질 실리콘층 상에 금속층을 형성하는 제2 유닛; 및상기 비정질 실리콘층을 열처리하여 폴리 실리콘층을 형성하는 제3 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제1항에 있어서,상기 비정질 실리콘층에 대하여 탈수소화 처리 또는 수소화 처리 중 적어도 하나가 가능한 제4 유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제1항에 있어서,상기 제1 유닛은 플라즈마 화학기상 증착기, 저압 화학기상 증착기, 열선 화학기상 증착기 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 장치.
- 제1항에 있어서,상기 제1 유닛은 상기 비정질 실리콘층에 대하여 탈수소화 처리 또는 수소화 처리 중 적어도 하나가 가능한 것을 특징으로 하는 장치.
- 제1항에 있어서,상기 제2 유닛은 플라즈마 화학기상 증착기, 저압 화학기상 증착기, 원자층 증착기, 스퍼터링기 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 장치.
- 제1항에 있어서,상기 제2 유닛은,금속을 포함하는 소스가스를 공급하는 소스가스 공급부;상기 소스가스가 상기 비정질 실리콘층 상에 흡착하게 하는 챔버; 및흡착 압력, 흡착 시간 및 흡착 온도 중 적어도 하나를 조절함으로써 상기 비정질 실리콘층 상에 흡착되는 금속의 양을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제6항에 있어서,상기 소스가스는 Ni, Al, Ti, Ag, Au, Co, Sb, Pd, Cu 중 어느 하나 또는 둘 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제7항에 있어서,상기 소스가스는 Ni(CP)2 또는 Ni(dmamb)2 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 장치.
- 제6항에 있어서,상기 흡착 온도는 상온 내지 250℃의 범위에서 제어되는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제6항에 있어서,상기 비정질 실리콘층 상에 금속이 커버율 1 이하로 흡착되는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제1항에 있어서,상기 제3 유닛은 급속 열처리기인 것을 특징으로 하는 장치.
- 제2항에 있어서,상기 제4 유닛은 열 처리기 또는 플라즈마 처리기인 것을 특징으로 하는 장치.
- 제12항에 있어서,상기 제4 유닛이 열 처리기인 경우에는 급속 열처리기인 것을 특징으로 하는 장치.
- 제1항에 있어서,상기 제1 유닛, 상기 제2 유닛, 상기 제3 유닛 중 어느 하나의 유닛은 복수개인 것을 특징으로 하는 장치.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| KR1020080059866A KR20100000386A (ko) | 2008-06-24 | 2008-06-24 | 폴리 실리콘 제조 장치 |
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| KR1020080059866A KR20100000386A (ko) | 2008-06-24 | 2008-06-24 | 폴리 실리콘 제조 장치 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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ID=41810780
Family Applications (1)
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Country Status (1)
| Country | Link |
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| KR (1) | KR20100000386A (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102016220249A1 (de) | 2016-10-17 | 2018-04-19 | Robert Bosch Gmbh | Verfahren und System zur Lokalisierung eines Fahrzeugs |
-
2008
- 2008-06-24 KR KR1020080059866A patent/KR20100000386A/ko not_active Application Discontinuation
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102016220249A1 (de) | 2016-10-17 | 2018-04-19 | Robert Bosch Gmbh | Verfahren und System zur Lokalisierung eines Fahrzeugs |
| WO2018072915A1 (de) | 2016-10-17 | 2018-04-26 | Robert Bosch Gmbh | Verfahren und system zur lokalisierung eines fahrzeugs |
| US11092445B2 (en) | 2016-10-17 | 2021-08-17 | Robert Bosch Gmbh | Method and system for localizing a vehicle |
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