KR20100123308A - 선택적 에미터 형성용 확산장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 태양전지 제조에 사용되는 선택적 에미터 형성용 확산장치에 관한 것으로서, 확산챔버 내에서 이송되는 기판에 선택적으로 고농도 에미터층이 형성되도록 기판 표면의 특정부를 가열시키는 제2가열부를 구비하되, 상기 제2가열부는 상기 기판과 대향되게 기판 상부에 설치되는 하나 이상의 석영판 및 상기 석영판을 투과하여 상기 기판상에 레이저빔을 조사하는 레이저조사부로 구성됨으로써, 레이저빔의 에너지 손실이나 고온에 의한 레이저조사부의 손상이 방지될 수 있게 할 뿐 아니라, 공정이 단순하고 공정 시간이 단축되며, 또한 기판의 불량률 저하는 물론 균일한 고농도 에미터층을 형성하여 태양전지의 광전변환 효율을 향상시킬 수 있는 선택적 에미터 형성용 확산장치에 관한 것이다.
기판, 태양전지, 에미터
Description
본 발명은 태양전지 제조에 사용되는 에미터 형성용 확산장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 이송되는 기판 표면의 특정부에 레이저빔을 조사하여 상기 기판의 특정부를 선택적으로 가열시킬 수 있는 제2가열부를 확산챔버에 구비함으로써, 고농도 에미터층이 기판 표면의 특정부에 선택적으로 형성될 수 있게 하여 레이저빔의 에너지 손실 방지는 물론 확산공정의 단순화로 인해 공정시간을 단축시킬 수 있는 선택적 에미터 형성용 확산장치에 관한 것이다.
일반적으로 태양전지(Solar Cell)는 빛 에너지를 직접 전기 에너지로 변환하는 반도체 소자의 하나로서, 실리콘 웨이퍼(silicon wafer)를 가공하여 전자(electron)와 정공(hole)이 각각 구비되는 다른 극성의 N(negative)형 반도체 및 P(positive)형 반도체를 접합시키고 전극을 형성함으로써, P-N접합에 의한 태양광 발전의 원리를 이용하여 빛 에너지에 의한 전자의 이동을 통해 전기에너지를 생산하게 되는 광전지이다.
상기와 같은 태양전지는 전력 생산을 위해 다수개의 모듈(module)과 태양전지 패널(panel)로 구성되는 태양전지 어레이(array)의 가장 최소 단위의 기본 소자로서, 다결정(poly crystal) 및 단결정(single crystal) 실리콘 태양전지 또는 비정질 실리콘 태양전지와 같은 실리콘계 태양전지와 화합물 반도체 태양전지 등으로 크게 분류된다.
실리콘계 태양전지는 실리콘을 성장시켜 하나의 실리콘 덩어리를 형성하는 잉곳(ingot)을 대략 200㎛의 얇은 두께로 절단하여 기판(웨이퍼)을 제조한 후, 이 기판을 여러 가공 공정을 통해 처리함으로써 제작되게 된다.
일반적으로 태양전지 제조공정은 상기와 같이 제조된 기판의 광 흡수율을 높이기 위한 텍스처링공정(Texturing,표면조직화공정), P-N접합을 형성시키는 확산공정(도핑공정), 웨이퍼 표면의 불순물을 제거하는 산화막 제거공정, 광반사 손실을 줄이기 위한 반사 방지막 코팅공정, 전후면 전극 인쇄공정, 및 P-N접합 분리를 위한 레이저 분리공정으로 이루어진다.
상기 제조공정 중 확산공정은 극성이 다른 N형 반도체 층과 P형 반도체 층으로 구성된 P-N접합을 형성하기 위해 의도적으로 첨가물을 고온에서 P형 실리콘 기판에 확산시켜 P층과 N층을 적층 형성하는 단계이다.
즉 P-N접합은 POCl3 또는 H3PO4와 같은 N형 불순물의 첨가물을 고온에서 P형 반도체 상에 확산시켜 P형 반도체의 외주면에 소정 두께의 N형 반도체를 형성함으로써 이루어진다.
이때 N형 반도체 층은 에미터(emitter)로 작용하게 되며, 추후 전극 인쇄공정에서 전극이 인쇄되는 부분이다.
전극은 일반적으로 금속 페이스트를 기판상에 스크린 프린팅 함으로써 이루어지며, 이때 기판 표면과 전극과의 접촉 저항이 높기 때문에 이러한 접촉 저항을 낮추기 위하여 고농도의 에미터층을 형성하는 것이 필요하다.
그러나 기판 표면 전체에 고농도의 에미터층을 형성하는 경우에는 불순물의 과잉 존재로 인하여 응집 현상이 발생되고, 이로 인해 태양전지의 광전변환 효율이 저하되기 때문에 기판의 특정부에 선택적으로 고농도의 에미터층을 형성한 후 상기 특정부에만 전극을 배선하고 있다.
상기와 같은 선택적 에미터층을 형성하기 위하여 종래에는 기판 표면에 포토리소그래피 공정으로 산화막 패턴을 형성한 후, 고온에서 불순물을 확산시켜 패턴에 대응되게 고농도의 불순물 층을 형성하고, 이 후 산화막을 제거하고 저농도의 불순물 층을 형성하거나, 또는 기판 표면에 부분적 투과성을 갖는 패턴화된 실리콘 산화막을 형성한 후, 고온에서 불순물을 확산시켜 산화막이 없는 노출부에는 고농도의 불순물 층을 형성하고, 산화막이 도포된 부위에는 불순물이 부분적으로 투과하여 상대적으로 저농도의 불순물 층을 형성하여 선택적으로 에미터층을 형성하였다.
그러나 상기와 같은 종래의 선택적 에미터 형성 방법은 다음과 같은 문제점들이 있었다.
첫째, 기판 표면에 산화막 패턴을 형성하기 위하여 포토리소그래피 공정, 식 각공정, 증착공정 등의 공정들이 부가됨으로써, 공정이 복잡하고, 제조단가가 현저히 증가될 뿐 아니라 태양전지의 효율 또한 균일하지 않게 되는 문제점이 있었고, 둘째, 부분 투과성을 가지는 산화막을 사용하는 경우에는 원하는 투과도를 확보하는 것이 용이하지 않아 균일한 에미터층을 형성하는 것이 곤란하여 광전변환 효율이 저하되며, 셋째, 선택적 에미터층 형성 후 산화막을 제거하는 공정 등이 필요하기 때문에 공정 시간이 증대될 뿐 아니라, 기판이 산화막 제거 공정 환경에 노출됨으로써, 불량률이 증가하는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 본 발명의 목적은 고온의 확산챔버 상부에 석영판을 구비하고 상기 석영판을 통해 레이저빔을 조사하는 레이저조사부를 설치함으로써, 레이저빔의 에너지 손실이나 고온에 의한 레이저조사부의 손상이 방지될 수 있게 하고자 하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 인라인 방식으로 이송되는 기판상에 레이저빔을 조사하여 불순물 확산에 의한 에미터층 형성과 동시에 고농도의 에미터층을 선택적으로 형성함으로써, 별도 공정의 추가없이 공정을 단순화할 수 있을 뿐 아니라, 공정 시간을 현저히 절감할 수 있게 하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 기판의 불량률 저하는 물론 균일한 고농도 에미터층을 형성하여 태양전지의 광전변환 효율을 향상시킬 수 있게 하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 고온 상태의 확산챔버 내에서 기판에 불순물을 도핑시켜 선택적 에미터층을 형성하는 인라인 방식의 선택적 에미터 형성용 확산장치에 있어서, 상기 확산챔버 상부에는 컨베이어에 의해 이송되는 기판의 특정부를 가열하여 선택적으로 고농도 에미터층을 형성하는 제2가열부를 구비하되, 상기 제2가열부는 상기 기판과 대향되게 기판 상부에 설치되는 일정 두께의 석영판 및 상기 석영판을 투과하여 상기 기판상에 레이저빔을 조사하는 레이저조사 부를 포함하여 구성된다.
또한 상기 석영판 상부면에는 단열재를 구비하되, 상기 레이저빔이 투과될 수 있도록 상기 단열재를 관통하여 상향 돌출 형성된 투과부가 하나 이상 구비된다.
이때 상기 투과부는 내부가 비어 있고 하부가 개방된 중공형의 석영관으로 구비될 수 있다.
또 상기 투과부의 외주면에는 냉각수단이 더 설치될 수 있다.
한편 본 발명의 상기 냉각수단은 상기 투과부의 외주면을 따라 냉각수가 순환될 수 있게 상기 투과부에 외삽되는 냉각파이프로 구성될 수 있다.
또한 상기 석영판은 상기 기판의 이송 방향을 따라 다수개가 배열 설치될 수 있다.
본 발명의 상기 컨베이어는 다수개의 회전롤러에 의해 상기 확산챔버 내,외부로 순환 회전되어 상기 기판을 이송하는 컨베이어벨트로 구성하되, 상기 컨베이어벨트는 메쉬 형태의 금속망으로 구성된다.
또한 상기 레이저조사부는 상기 석영판 상부에 설치되는 레이저발생기 및 상기 레이저발생기로부터 조사되는 레이저빔이 상기 투과부를 투과하여 상기 기판에 조사되도록 진행 경로를 유도하는 광학모듈로 구성된다.
또 상기 광학모듈은 상기 레이저 빔을 다수의 경로로 분할하는 빔분할기와 상기 분할된 레이저빔을 상기 투과부로 각각 유도하는 복수의 폴딩미러 및 상기 레이저빔을 대상물에 집중시킬 수 있게 상기 투과부 상부에 위치하는 포커스렌즈로 구성된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 첫째, 레이저빔의 에너지 손실이 최소화될 수 있을 뿐 아니라, 고온에 의한 레이저조사부의 손상 방지는 물론 공정 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있고, 둘째, 불순물 확산에 의한 저농도 에미터층과 고농도 에미터층을 동시에 형성함으로써, 고농도 에미터층 형성을 위한 별도 공정이 필요 없어 공정이 단순해질 뿐 아니라, 공정 시간을 단축하여 생산성을 향상시킬 수 있는 효과가 있으며, 셋째, 기판 표면에 균일한 선택적 에미터층을 얻을 수 있어 기판의 불량률 저하는 물론 광전변환 효율이 높은 고품질의 태양전지를 생산할 수 있는 효과가 있다.
이하 본 발명에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 선택적 에미터 형성용 확산장치의 개략적인 측단면도를 나타낸 것이고, 도 2는 도 1의 A-A 단면도를 나타낸 것이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명은 메인프레임(1)과 컨베이어(10) 및 확산챔버(20)를 포함하여 구성된다.
메인프레임(1)은 컨베이어(10)와 확산챔버(20)를 지지하는 것으로서, 이들을 구동시키기 위한 구동수단과 제어수단 등이 설치된다.
컨베이어(10)는 실리콘 기판(100)이 순차적으로 확산챔버()20)에 투입되어 확산공정(도핑공정)이 연속적으로 이루어질 수 있도록 기판(100)을 이송하는 장치로서, 일정 간격으로 탑재된 다수개의 기판(100) 하면을 지지함과 동시에 일정 속도로 이송시키게 된다.
이때 실리콘 기판(100)은 붕소(B) 이온이 도핑된 P형 기판일 수 있다.
한편 컨베이어(10)는 다수개의 회전롤러(16)에 의해 순환 이송되는 컨베이어벨트(15)로 구성되며, 이때 컨베이어벨트(15)는 확산챔버(20)를 관통하여 순환될 수 있게 설치되는 것으로서, 고온에서 기판(100)의 변형을 방지하는 것은 물론 열에너지의 효과적인 투과가 이루어질 수 있도록 기판(100)의 하측면 전체를 지지할 수 있는 메쉬(mesh) 형태의 금속망으로 구성되는 것이 바람직하다.
여기서 컨베이어벨트(15)는 SUS(steel use stainless) 등과 같은 금속 소재로 형성될 수 있을 것이다.
따라서 컨베이어(10)는 기판(100)을 안정적으로 지지하면서 일정 속도로 확산챔버(20)에 투입시킬 뿐 아니라 외부로 배출시키게 되는 것이다.
한편 확산챔버(20)는 투입된 기판(100)의 표면에 불순물 이온(110)(도6에 도시함)이 효과적으로 확산될 수 있게 고온의 분위기를 형성하는 것으로서, 하우징(30)과 제1가열부(40) 및 제2가열부(70)로 구성된다.
하우징(30)은 불순물 이온(110)이 기판 표면에 확산될 수 있는 고온의 분위기가 마련되도록 내부에 일정 공간을 형성하게 되며, 이 내부 공간이 컨베이어벨트(15)의 순환 경로상에 위치하도록 설치된다.
이때 하우징(30)의 양측부에는 컨베이어벨트(15)의 이송에 의해 기판(100)이 투입 또는 배출될 수 있도록 기판투입구(35)와 기판배출구(36)가 각각 형성되며, 기판배출구(36)에 인접된 부위에는 잔류 불순물을 강제 배출하는 배기펌프(37)가 설치될 수 있다.
한편 제1가열부(40)는 확산챔버(20) 내의 공간이 약 1000℃ 정도의 고온으로 유지되도록 제1열에너지(E1)를 부가함으로써, 불순물 이온(110)이 기판(100) 표면에 확산되어 일정 두께(약 500㎚ 이하)의 에미터층(D1)(도6에 도시함)이 형성되도록 하는 것으로서, 하우징(30)의 상부와 하부에 각각 설치되어 이송되는 기판(100)을 중심으로 서로 마주보도록 구비된다.
따라서 하우징(30)의 상부와 하부(컨베이어벨트의 하측부)에 각각 설치된 제1가열부(40)의 히터는 이송되는 기판(100)의 상측면과 하측면에 제1열에너지(E1)를 각각 부가하게 되는 것이다.
이때 제1가열부(40)는 확산챔버(20) 내의 분위기가 균일하게 고온으로 유지될 수 있도록 기판(100)의 이송방향을 따라 일정 간격으로 이격되어 컨베이어벨트(15)와 직교되는 방향으로 배열 설치되는 라디에이션(radiation) 방식의 비접촉 히터 라인으로 구성될 수 있을 것이다.
한편 제2가열부(70)는 기판(100) 표면의 특정부 만을 선택적으로 가열하여 상기 특정부에 불순물 이온(110)이 보다 더 확산(도핑)될 수 있게 함으로써, 에미터층(D1)에 부분적으로 고농도 에미터층(D2)(도6에 도시함)이 선택적으로 형성되도록 하는 것으로서, 석영판(50)과 레이저조사부(60)로 구성된다.
석영판(50)은 하우징(30) 상측부에 설치되는 레이저조사부(60)와 제1가열부(40)가 격리되어 제1열에너지(E1)의 외부 유출이 차단될 수 있게 기판(100)과 대향되도록 제1가열부(40) 상측의 하우징(30)에 수평으로 설치된다.
이때 석영판(50)에는 레이저조사부(60)의 레이저빔(L)이 투과될 수 있는 복수개의 투과부(55)가 상향 돌출 형성되며, 상부면에는 제1열에너지(E1)가 외부로 유출되는 것을 효과적으로 차단되게 함과 동시에 레이저조사부(60)에 도달되는 것을 방지할 수 있는 단열재(52)가 적층 설치된다.
한편 레이저조사부(60)는 제2가열부(70)의 석영판(50)에 형성된 투과부(55)를 통해 기판(100) 표면의 특정부에 레이저빔(L)을 조사하여 선택적으로 고농도 에미터층(D2)을 형성하는 것으로서, 하우징(30) 상부에 설치된다.
이때 레이저조사부(60)는 도 2에 도시된 바와 같이, 두개의 투과부(55)에 레이저빔(L)을 각각 조사할 수 있도록 설치될 수 있다.
따라서 레이저조사부(60)는 기판(100) 표면의 특정부가 주변부보다 더 고온으로 유지될 수 있게 함으로써, 불순물 이온(110)이 보다 많이 확산되는 고농도 에미터층(D2)이 형성되게 하는 것이다.
한편 제2가열부(70)의 석영판(50)은 도 1에 도시된 바와 같이, 기판(100)의 이송 방향을 따라 다수개가 일정 간격으로 이격되게 배치될 수 있다.
이때 레이저조사부(60)는 각각의 석영판(50)에 형성되는 투과부(55)에 레이저빔(L)을 각각 조사할 수 있도록 설치될 수 있을 것이다.
이하 도 3과 도 4를 참조하여 석영판(50)과 레이저조사부(60)를 상세히 설명 한다.
도 3은 석영판(50)의 사시도를 나타낸 것이고, 도 4는 레이저조사부(60)의 개략적인 구성도를 나타낸 것이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 석영판(50)은 일정 두께의 사각 판재 형상으로 형성될 수 있으며, 중앙부 상측에는 두개의 투과부(55)가 상향 돌출 형성된다.
투과부(55)는 하부가 개방되고 상부가 밀폐된 중공형의 석영관으로 형성될 수 있으며, 석영판(50)에 관통공을 형성한 후, 관통공 상부에 용접하여 고정시킬 수 있다.
이때 단열재(52)는 도 1 및 2에 도시된 바와 같이, 투과부(55)의 높이에 대응되게 설치될 수 있을 것이다.
한편 투과부(55)에는 냉각수단(56)이 각각 설치된다.
냉각수단(56)은 제1가열부(40)의 제1열에너지(E1)가 투과부(55)를 통해 레이저조사부(60)로 전달되는 것을 차단하기 위한 것으로서, 투과부(55)에 외삽되어 설치되며, 투과부(55)로부터 열에너지를 흡수할 수 있도록 냉각수가 순환될 수 있는 나선 형상의 냉각파이프로 구성될 수 있다.
이때 냉각파이프의 양단은 별도로 구비되는 통상적인 냉각수 순환장치(도시하지 않음)와 연결될 수 있을 것이다.
냉각수단(56)은 상기와 같은 냉각파이프로 한정되는 것은 아니며, 일반적으로 냉각수를 순환시킬 수 있는 다양한 형태의 냉각장치가 사용될 수 있을 것이다.
한편 레이저조사부(60)는 도 4에 도시된 바와 같이, 레이저발생기(61)와 광 학모듈(65)로 구성된다.
레이저발생기(61)는 레이저빔(L)을 발생시키게 되며, 레이저빔(L)은 레이저발생기(61)의 전방에 설치된 빔익스팬더(62)를 통과한 후 광학모듈(65)로 입사되게 된다.
여기서 빔익스팬더(62)는 레이저빔(L)의 세기나 발산 정도를 제어하여 광학모듈(65)로 입사시키게 된다.
이때 레이저빔(L)은 광학모듈(65)을 통과하면서 투과부(55)의 개수에 대응되게 복수의 레이저빔(L)으로 분할되는 것이다.
한편 광학모듈(65)은 빔분할기(beam splitter)(66)와 폴딩미러(folding mirror)(67) 및 포커스렌즈(focus lens)(68)로 구성된다.
이때 폴딩미러(67)는 레이저빔(L)의 조사 방향을 조절할 수 있도록 회동 가능하게 구비되는 것으로, 빔분할기(66)를 기준으로 서로 마주보도록 대향되게 설치되며, 포커스렌즈(68)는 석영판(50)의 투과부(55) 상부에 위치하도록 복수로 구비된다.
따라서 레이저빔(L)은 빔분할기(66)에서 두개로 분할 된 후, 분할된 각각의 레이저빔(L)이 복수의 폴딩미러(67)에 의해 반사되어 포커스렌즈(68)를 통과하게 되고, 이후 투과부(55)를 투과하여 이송되는 기판(100)의 표면에 각각 조사되는 것이다.
레이저조사부(60)는 일반적인 구조를 가지는 상기 각각의 구성들이 모듈화되어 하나의 유닛으로 구비될 수 있을 것이다.
한편 투과부(55)는 도 3에 도시된 바와 같이, 두개로 한정되는 것은 아니며, 기판(100) 표면에 두개 이상의 다수개의 금속전극을 배선하고자 하는 경우에는 다수개의 투과부(55)를 배치하고 이에 대응되게 레이저빔(L)을 각각 조사할 수 있도록 레이저조사부(60)를 설치할 수 있다.
이하 도 1과 도 5 및 도 6을 참조하여 작동과정을 상세히 설명한다.
도 5는 실리콘 기판(100) 상부에서 내려다본 부분평면도를 나타내 것이고, 도 6은 고농도 에미터층(D2)의 형성과정을 나타낸 기판(100)의 개략적인 단면도이다.
먼저 기판(100)은 컨베이어벨트(15)에 의해 확산챔버(20) 내부로 이송되고, 이때 제1가열부(40)는 제1열에너지(E1)를 부가하여 확산챔버(20) 내부가 적정 온도(약 1000℃)를 유지할 수 있도록 내부를 가열시키게 된다.
따라서 기판(100)은 확산챔버(20) 내의 고온의 분위기에 노출된 상태에서 확산챔버(20) 내부를 통과하게 된다.
이때, 불순물은 불순물 투입장치(도시하지 않음)로부터 확산챔버(20) 내부로 스프레이되어 투입된 후 이온화 되어 기판(100) 표면에 코팅된다.
이때 불순물 용액은 인(P) 성분을 포함하는 용액일 수 있으며, POCl3(phosphorus oxychloride)를 포함할 수 있다.
따라서 기판(100) 표면에 코팅된 불순물 이온(110)은 고온 상태에서 기판(100) 표면에 확산됨으로써, 기판(100) 표면에 1차적으로 에미터층(D1)을 형성하 게 되는 것이다.
에미터층(D1)은 인(P)이 도핑된 N층에 해당된다.
한편 레이저조사부(60)로부터 석영판(50)의 투과부(55)를 통해 확산챔버(20) 내부로 입사된 레이저빔(L)은 도 5에 도시된 바와 같이, 기판(100)의 이송에 대응하여 기판(100) 표면을 스캔하게 되고, 이에 따라 주변보다 고온을 유지하는 두개의 고온영역(B) 라인을 기판(100) 표면에 형성함으로써, 불순물 이온(110)이 보다 더 확산될 수 있는 고농도 에미터층(D2)을 기판(100)의 이송방향과 동일한 방향으로 형성하게 되는 것이다.
여기서, 하나의 석영판(50)에 투과부(55)를 두개 이상 설치하고, 이에 대응되게 레이저빔(L)이 투과부(55)에 각각 조사되게 하거나, 또는 각각의 석영판(50)의 투과부(55)의 이격 거리를 상이하게 하고 이에 대응되게 레이저빔(L)이 조사되게 하여 기판(100) 표면에 다수개의 고농도 에미터층(D2)이 형성되게 할 수도 있을 것이다.
즉 레이저빔(L)이 다수개가 입사되는 경우에는 보다 많은 고농도 에미터층(D2)을 형성하게 될 것이다.
따라서 도 6에 도시된 바와 같이, 기판(100) 표면이 제1열에너지(E1)에 의해 고온으로 가열된 상태에서 불순물 이온(110)이 기판(100) 표면에 증착된 후 확산되고, 이때, 레이저빔(L)이 조사된 고온영역(B)은 제2가열부(70)에 의한 제2열에너지(E2)를 더 흡수하게 됨으로써, 보다 많은 이온이 확산되어 고농도 에미터층(D2)을 선택적으로 형성하게 되는 것이다.
고농도 에미터층(D2)은 주변의 에미터층(D1)보다 인(P) 이온이 더 확산된 N층에 해당된다.
상기와 같이 고농도 에미터층(D2)이 형성된 부분에는 은(Ag) 재질의 금속 전극이 인쇄되는 것이다.
여기에서, 제1열에너지(E1)에 의한 온도보다 더 높은 온도의 제2열에너지(E2)가 실리콘 기판(100)에 주입될 때, 불순물 이온(110)이 더 확산되는 원리는 다음과 같다.
고체 내에서 원자의 확산은 원자의 농도가 불균일할 때, 열 운동에 의해 고체 전체를 통해 원자의 농도가 균일해질 때까지 고농도 영역에서 저농도 영역으로 일어난다.
즉, 확산량이 농도구배(concentration gradient)에 비례하게 되는 것이다.
그러므로 도 6에 도시된 것과 같이, 실리콘 기판(100)의 두 지점에 온도가 다른 두 개의 열에너지를 각각 주입했다고 가정하면, 두 지역에 대한 확산계수가 서로 다르기 때문에(온도가 높아질수록 확산계수는 증가함), 불순물의 도달 정도가 달라지게 되어 저농도의 에미터층과 고농도의 에미터층으로 구분이 이루어지게 되는 것이다.
따라서 본 발명은 레이저빔(L)이 석영판(50)의 투과부(55)를 통해 기판(100) 표면에 조사됨으로써, 레이저빔(L)의 에너지 손실이나 고온에 의한 레이저조사부(60)의 손상이 방지되는 것은 물론 인라인 방식으로 이송되는 기판상에 불순물 확산에 의한 저농도 에미터층(D1)과 고농도 에미터층(D2)을 동시에 형성함으로써, 공정의 단순화는 물론 공정 시간을 현저히 절감할 수 있게 될 뿐 아니라, 기판의 불량률 또한 저하시킬 수 있게 되는 것이다.
이상, 상기의 실시 예는 단지 설명의 편의를 위해 예시로서 설명한 것에 불과하므로 특허청구범위를 한정하는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 선택적 에미터 형성용 확산장치의 개략적인 측면도,
도 2는 도 1의 단면도,
도 3은 본 발명의 석영판의 사시도,
도 4는 본 발명의 레이저조사부의 개략적인 구성도,
도 5는 본 발명의 기판 상부에서 바라본 부분평면도,
도 6은 본 발명의 선택적 에미터 형성 과정의 기판 단면도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
1 : 메인프레임 10 : 컨베이어
15 : 컨베이어벨트 16 : 회전롤러
20 : 확산챔버 30 : 하우징
35 : 투입구 36 : 배출구
40 : 제1가열부 50 : 석영판
52: 단열재 55 : 투과부
56 : 냉각수단 60 : 레이저조사부
61 : 레이저발생기 62 : 빔익스팬더
65 : 광학모듈 66 : 빔분할기
67 : 폴딩미러 68 : 포커스렌즈
70 : 제2가열부 100 : 기판
110 : 이온 D1 : 에미터층
D2 : 고농도 에미터층 B : 고온영역
E1 : 제1열에너지 E2 : 제2열에너지
L : 레이저빔
Claims (9)
- 고온 상태의 확산챔버 내에서 기판에 불순물을 도핑시켜 선택적 에미터층을 형성하는 인라인 방식의 선택적 에미터 형성용 확산장치에 있어서,상기 확산챔버 상부에는 컨베이어에 의해 이송되는 기판의 특정부를 가열하여 선택적으로 고농도 에미터층을 형성하는 제2가열부를 구비하되,상기 제2가열부는,상기 기판과 대향되게 기판 상부에 설치되는 일정 두께의 석영판; 및상기 석영판을 투과하여 상기 기판상에 레이저빔을 조사하는 레이저조사부;를 포함하여 구성되는 선택적 에미터 형성용 확산장치.
- 제1항에 있어서,상기 석영판 상부면에는 단열재를 구비하되, 상기 레이저빔이 투과될 수 있도록 상기 단열재를 관통하여 상향 돌출 형성된 투과부가 하나 이상 구비되는 것을 특징으로 하는 선택적 에미터 형성용 확산장치.
- 제2항에 있어서,상기 투과부는 하부가 개방되고 상부가 밀폐된 중공형의 석영관으로 구비되는 것을 특징으로 하는 선택적 에미터 형성용 확산장치.
- 제3항에 있어서,상기 투과부의 외주면에는 냉각수단이 더 설치되는 것을 특징으로 하는 선택적 에미터 형성용 확산장치.
- 제4항에 있어서,상기 냉각수단은 상기 투과부의 외주면을 따라 냉각수가 순환될 수 있게 상기 투과부에 외삽되는 냉각파이프로 구성되는 것을 특징으로 하는 선택적 에미터 형성용 확산장치.
- 제2항에 있어서상기 석영판은 상기 기판의 이송 방향을 따라 다수개가 배열 설치되는 것을 특징으로 하는 선택적 에미터 형성용 확산장치.
- 제1항에 있어서,상기 컨베이어는 다수개의 회전롤러에 의해 상기 확산챔버 내,외부로 순환 회전되어 상기 기판을 이송하는 컨베이어벨트로 구성하되, 상기 컨베이어벨트는 메쉬 형태의 금속망으로 구성되는 것을 특징으로 하는 선택적 에미터 형성용 확산장치.
- 제2항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,상기 레이저조사부는,상기 석영판 상부에 설치되는 레이저발생기 및 상기 레이저발생기로부터 조사되는 레이저빔이 상기 투과부를 투과하여 상기 기판에 조사되도록 진행 경로를 유도하는 광학모듈로 구성되는 것을 특징으로 하는 선택적 에미터 형성용 확산장치.
- 제8항에 있어서,상기 광학모듈은,상기 레이저 빔을 다수의 경로로 분할하는 빔분할기와 상기 분할된 레이저빔을 상기 투과부로 각각 유도하는 복수의 폴딩미러 및 상기 레이저빔을 대상물에 집중시킬 수 있게 상기 투과부 상부에 위치하는 포커스렌즈로 구성되는 것을 특징으로 하는 선택적 에미터 형성용 확산장치.
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