KR20110000150A - 기판의 전기적 특성 평가 방법 - Google Patents

Abstract

태양전지용 솔라 기판의 전기적 특성을 평가할 수 있는 평가 방법이 개시된다. 기판의 전기적 특성 평가 방법은, 기판을 제공하는 단계, 상기 기판을 MAE(Mixed Acid Etchant)를 이용하여 에칭하는 단계, 상기 기판을 세정하는 단계, 상기 기판에 화학적 전처리 용액을 제공하여 산화막을 형성하는 단계 및 마이크로 광 전도도 감쇠 라이프 타임 방법(Microwave-Photoconductivity Decay Method)을 이용하여 상기 기판의 전기적 특성을 평가하는 단계를 포함하여 구성된다.

solar substrate, 전기적 특성 평가, μ-PCD

Description

기판의 전기적 특성 평가 방법{EVALUATION METHOD OF ELECTRICAL PROPERTIES FOR SUBSTRATE}

본 발명은 웨이퍼의 전기적 특성 평가 방법에 관한 것으로, μ-PCD 방법을 이용하여 태양전지용 솔라 기판의 전기적 특성을 평가할 수 있는 방법에 관한 것이다.

마이크로 광 전도도 감쇠 라이프 타임 방법(Microwave-Photoconductivity Decay Method, 이하 'μ-PCD 방법'이라 한다)은 베어 웨이퍼(bare wafer) 자체에 존재하는 금속 오염이나 반도체 제조를 위해 여러 가지 공정을 거치면서 다양한 원인에 의해 철(Fe), 구리(Cu), 니켈(Ni) 등과 같은 중금속 오염에 노출될 가능성이 있는 웨이퍼에 대한 금속 오염 검출 및 전기적인 특성을 평가할 수 있는 방법 중 하나이다.

실제 디바이스(device)가 만들어지는 영역(active circuit region)의 금속 오염은 반도체 장치의 특성에 나쁜 영향을 미치기 때문에 μ-PCD 방법을 이용한 웨이퍼의 금속 오염 검출은 웨이퍼 및 반도체 제조 그리고 제조 공정 관리 측면에서 매우 중요한 부분을 차지하는 것이 현실이다.

μ-PCD 방법은 웨이퍼에 광을 조사하여 발생하는 잉여 캐리어(excess carrier)가 재결합 될 때까지의 시간(recombination lifetime)이나 잉여 캐리어의 확산 거리(minority carrier diffusion length)를 측정해서 금속 오염 수준을 확인할 수 있는 방법으로, 정성적인 측면에서 빠르고 간편하게 금속 오염을 분석 할 수 있다는 장점을 가진다.

그러나 μ-PCD 방법은 잉여 캐리어들이 웨이퍼 표면에서 재결합하는 것을 방지하고 웨이퍼 자체의 특성을 잘 드러낼 수 있도록 하기 위해서 평가 직전에 웨이퍼 표면 전처리 작업을 선행해야 한다는 단점을 가지고 있다.

그런데, 태양전지용 솔라 기판은 그 두께가 일반 웨이퍼에 비해 매우 얇기 때문에 쉽게 깨질 수 있고, 특히, 고온에서 일정 시간 동안 습식 또는 건식으로 산화막을 형성할 경우, 기판의 깨짐으로 인해 열처리 장비까지 오염이 될 가능성이 커서 고온 전처리 방법을 적용하기가 어렵다는 문제점이 있다. 이러한 문제점으로 인해 기존에는 솔라 기판을 μ-PCD 방법으로 평가하고자 하는 경우 베어 웨이퍼 상태에서 평가하는 것이 일반적이었다. 그러나 이와 같이 베어 웨이퍼 상태의 솔라 기판을 평가하는 경우 단결정(single crystal) 기판과 다결정(multi crystal) 기판 모두 라이프 타임이 약 1~2㎲ 수준으로 나타나므로 변별력이 떨어져서 확인이 어려우며 평가의 신뢰성을 확보할 수 없다는 단점을 가진다.

또한 μ-PCD 방법의 경우 최소 측정 가능한 비저항(resistivity) 값이 1~2Ω-㎝ 이상이어야 하고, 신뢰성을 갖는 값을 도출해 내기 위해서는 대략 5~6Ω-㎝ 이상의 비저항 값을 갖는 기판이어야 한다는 점을 감안할 때 솔라 기판의 정확한 라 이프 타임 측정 값을 도출하기가 어렵다는 문제점이 있었다. 특히, 솔라 기판의 표면에는 결함(damage)이 잔류하는 상태이기 때문에 솔라 기판 표면의 결함이 μ-PCD 평가 시 라이프 타임 저하의 한 요소로 작용하여 정확한 전기적 특성 값을 도출하기가 어렵다.

상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 실시예들은 μ-PCD 방법을 이용하여 태양전지용 솔라 기판의 전기적 특성을 평가하기 위한 기판의 전기적 특성 평가 방법을 제공하기 위한 것이다.

또한, 본 발명의 실시예들은 μ-PCD 방법의 평가 이전에 솔라 기판에 전처리를 수행할 수 있는 기판의 전기적 특성 평가 방법을 제공하기 위한 것이다.

상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예들에 따르면, μ-PCD 방법을 이용한 태양전지용 솔라 기판의 전기적 특성 평가 방법은, 기판을 제공하는 단계, 상기 기판을 MAE(Mixed Acid Etchant)를 이용하여 에칭하는 단계, 상기 기판을 세정하는 단계, 상기 기판에 화학적 전처리 용액을 제공하여 산화막을 형성하는 단계 및 마이크로 광 전도도 감쇠 라이프 타임 방법(Microwave-Photoconductivity Decay Method)을 이용하여 상기 기판의 전기적 특성을 평가하는 단계를 포함하여 구성된다.

여기서, 평가 대상이 되는 기판은 태양전지용 솔라 기판을 포함할 수 있다.

실시예에서, 상기 세정 단계는, 상기 에칭이 완료된 기판에 순수를 제공하는 제1 린스 단계, 상기 기판에 희석 불산 용액(DHF)를 제공하여 자연 산화막을 제거하는 단계 및 상기 기판에 순수를 제공하는 제2 린스 단계로 이루어진다. 예를 들어, 상기 희석 불산 용액은 45 내지 55% 불산 원액과 순수를 1:20으로 희석한 용액 을 사용할 수 있다. 또한, 상기 전처리 용액은 요오드(Iodine)와 에탄올(Ethyl Alcohol)의 혼합 용액을 사용할 수 있다.

이상에서 본 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따르면, μ-PCD 방법을 이용하여 태양전지용 솔라 기판과 같이 두께가 얇은 기판의 전기적 특성을 정확하게 측정할 수 있다.

또한, 열처리 및 다른 방법을 통해 산화막 형성이 어려운 기판에 화학적 전처리를 통해 산화막을 형성할 수 있어서 평가 결과의 정확성을 향상시킬 수 있다.

또한, 화학적 전처리 이전에 에칭 단계를 수행함으로써 μ-PCD 방법의 정확성을 향상시킬 수 있다.

이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 본 발명을 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 대해 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략될 수 있다.

이하, 도 1을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 기판의 전기적 특성 평가 방법에 대해서 상세하게 설명한다. 여기서, 본 실시예에서 전기적 특성 평가의 대상이 되는 기판은 태양전지용 솔라 기판이지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 평가 대상 기판은 솔라 기판 이외에도 반도체 장치용 실리콘 기판 등 실질 적으로 다양한 기판이 대상이 될 수 있다.

먼저, 기판의 전기적 특성을 평가하기 위해서 대상이 되는 기판을 에칭한다(S1). 여기서, 에칭 단계에서 에칭액(etchant)은 MAE(Mixed Acid Etchant)를 이용하여 진행하고, 에칭액의 사용 빈도와 샘플의 상태에 따라 에칭 레이트가 달라지므로 적절하게 조절된다. 솔라 기판의 경우 얇은 두께를 가지고 있기 때문에 에칭 시 솔라 기판이 깨지는 것을 방지하기 위해서 에칭 두께는 수~수십 ㎛이다.

다음으로, 에칭 처리가 완료된 기판을 순수로 린스하고(S2), 희석 불산 용액(dilute HF, 이하, 'DHF'라 한다)로 세정하고(S3) 다시 순수로 린스하는(S4) 기판 클리닝을 수행한다.

여기서, 제1 린스 단계(S2)는 MAE로 에칭된 기판에 상온에서 약 5분간 순수를 제공하여 에칭액을 제거한다.

그리고 DHF 세정 단계(S3)에서는 에칭액이 제거된 기판에 DHF를 제공하여 기판 표면에 존재하는 자연 산화막을 제거한다. 여기서, DHF 세정 단계에서 자연 산화막을 제거하는 것은 후술하는 화학적 전처리 단계(S5)에서 기판 전면에 균일한 산화막을 형성하기 위해서이다. 예를 들어, DHF의 농도는 49% HF 원액과 순수를 1:20의 비율로 혼합한 희석 용액을 사용할 수 있다. 그러나 DHF의 농도가 이에 한정되는 것은 아니며 실질적으로 다양한 농도의 희석 용액이 사용될 수 있다. 다만, 세정 단계에서 사용되는 DHF의 농도에 따라 기판에서 제거되는 산화막의 두께가 달라지며, 또한, 제2 린스 단계(S4)의 시간이 조절된다.

그리고 세정이 완료된 기판에 다시 상온에서 순수를 제공하여 기판 표면에 잔류하는 DHF와 불순물 등을 제거한다.

다음으로, 세정이 완료된 기판에 산화막을 형성하기 위한 소정의 용액을 기판 표면에 제공하여 화학적 전처리를 한다(S5). 예를 들어, 전처리 용액은 요오드(Iodine)와 에탄올(Ethyl Alcohol)을 소정 비율로 혼합한 용액을 사용할 수 있으며, 사용되는 요오드와 에탄올은 일정 이상의 순도를 갖는 것을 이용한다. 그리고 기판을 필름 안에 넣은 후 마이크로 피펫(Micro Pipette)을 이용하여 전처리 용액을 일정량 주입하여 기판 전면에 전처리 용액을 고르게 도포한다. 여기서, 솔라 기판이 두께가 얇으므로 전처리 용액 도포 시 파손되지 않도록 주의하며, 반응이 격렬하게 나타날 수 있으므로 주의해서 도포한다. 또한, 화학전 전처리 시 전처리 시간과 온도 등은 전처리 용액의 농도에 의해 영향을 받는다.

마지막으로, 전처리가 완료된 기판을 μ-PCD 방법으로 라이프 타임을 측정하여 기판의 전기적 특성을 평가한다(S6).

μ-PCD 방법이란 마이크로 광 전도도 감쇠 라이프 타임 방법(Microwave-Photoconductivity Decay Method)으로, 기판에 광을 조사하여 발생하는 잉여 캐리어(excess carrier)가 재결합 될 때까지의 시간(recombination lifetime)이나 잉여 캐리어의 확산 거리(minority carrier diffusion length)를 측정해서 기판의 금속 오염 및 전기적 특성을 평가하는 방법이다. 여기서, μ-PCD 방법에 대한 상세한 설명은 공지의 기술로부터 이해 가능하므로, 자세한 설명 및 도시를 생략한다.

이하, 도 2a 내지 도 4b에 본 발명의 평가 방법에 따라 화학적 전처리를 수 행한 기판에 대한 μ-PCD 평가 결과(이하, '실시예'라 한다)와 화학적 전처리를 수행하지 않은 기판에 대한 μ-PCD 평가 결과(이하, '비교예'라 한다)를 도시하였다.

도 2a와 도 2b는 단결정 솔라 기판에 대한 μ-PCD 평가 결과이고, 도 3a와 도 3b는 다결정 솔라 기판에 대한 μ-PCD 평가 결과를 맵핑한 그래프이다. 그리고 도 2a와 도 3a는 실시예를 도시하였고, 도 2b와 도 3b는 비교예를 도시하였다.

여기서, 실시예와 비교예 모두 동일한 폴리 실리콘 잉곳에서 제작된 태양전지용 솔라 기판을 대상으로 한다.

도 2a에서 μ-PCD 방법에 따른 라이프 타임 측정 결과는 최소값이 33.53㎲이고 최대값이 608.9㎲이며 평균 177.61㎲이고, 도 2b의 라이프 타임 측정 결과는 최소값은 0.72㎲, 최대값은 1.61㎲이며 평균 1.99㎲이다.

도 3a에서 μ-PCD 방법에 따른 라이프 타임 측정 결과는 최소값이 1.17㎲이고 최대값이 209㎲이며 평균 19.7㎲이고, 도 3b의 라이프 타임 측정 결과는 최소값은 0.02㎲, 최대값은 1.7㎲이며 평균 1.4㎲이다.

도 2b와 도 3b에서 알 수 있는 바와 같이, 비교예에 따르면 전처리를 하지 않은 상태(As received)의 기판에 μ-PCD 평가를 했을 경우, 단결정 및 다결정 솔라 기판 모두 라이프 타임이 약 1.5~2㎲로 매우 낮은 것을 확인할 수 있었다. 그런데 이러한 1~2㎲ 수준의 라이프 타임 수준으로는 솔라 기판의 전기적 특성을 평가 결과의 정확성과 신뢰도가 낮다는 문제점이 있다. 이에 반해, 도 2a와 도 3a에 알 수 있는 바와 같이, 실시예에 따르면 기판에 화학적 전처리를 수행한 기판의 라이프 타임은 단결정 솔라 기판이 약 178㎲, 다결정 솔라 기판의 경우 약 20㎲으로 현저하게 증가한 것을 알 수 있다.

도 4a와 도 4b는 실시예에 따른 솔라 기판의 라이프 타임 평가 결과가 실질적으로 폴리시드 웨이퍼(Polished Wafer, 이하, 'PW'라 한다) 상태에서 어느 정도 수준으로 관찰되는지를 확인하기 위한 그래프들이다. 여기서, 도 4a는 도 2b의 평가 대상인 솔라 기판에서 9포인트에 대한 라이프 타임 측정 결과를 매핑한 그래프이고, 도 4b는 도 4a의 솔라 기판을 제조한 폴리 실리콘 잉곳(Poly-Si Ingot)에서 솔라 기판을 제조한 위치와 바로 인접한 위치에서 제조된 PW에 대해 9포인트에 대한 라이프 타임 측정 결과를 맵핑한 그래프이다. 또한, 도 4a는 화학적 전처리 및 아무런 전처리를 하지 않은 상태에서 평가하였고, 도 4b는 PW에 고온 열처리를 통해 열 산화막을 형성한 후 평가하였다.

도 2b에서는 기판 전체에 대해 풀 맵핑한 결과 라이프 타임인 평균 약 1.99㎲였으나, 도 4a에 도시한 바와 같이 9포인트에 대한 라이프 타임 측정 결과는 도 2b와 비슷하게 약 1.55㎲ 수준으로 측정되었다.

그리고 도 4b에 도시한 바와 같이, 열처리한 PW의 9포인트에 대한 라이프 타임 측정 결과는 215.06~391.8㎲로 측정되었으며, 이는 단결정 솔라 기판에 대한 라이프 타임 측정 결과를 풀 맵핑한 도 2a의 평균 178㎲와 유사한 정도인 것을 알 수 있다. 즉, 9포인트에 대한 측정 결과와 풀 맵핑 결과를 단순 비교하기는 어렵지만 PW와 태양전지용 솔라 기판의 두께 차이와 면적 차이를 감안하였을 때 유사한 수준이라고 할 수 있다. 또한, 본 실시예에 따른 기판의 전기적 특성 평가 방법은 태양전지용 솔라 기판과 같이 두께가 얇아서 기존의 방법으로 전처리 및 산화막 형성 을 하기가 어려운 기판에 대해 μ-PCD 방법을 이용하여 기판의 전기적 특성을 정확하고 신뢰성 있게 평가할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에 따르면 에칭과 화학적 전처리를 수행하므로, 화학적 전처리만 실시하는 것에 비해 산화막을 균일하게 형성할 수 있으며, 단결정 및 다결정 솔라 기판의 정확한 전기적 특성 평가가 가능하다.

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 발명은 상술한 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 상술한 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판의 전기적 특성 평가 방법을 설명하기 위한 순서도;

도 2a는 도 1의 평가 방법에 따라 단결정 솔라 기판의 평가 결과를 맵핑한 그래프;

도 2b는 기존의 평가 방법에 따라 단결정 솔라 기판의 평가 결과를 맵핑한 그래프;

도 3a는 도 1의 평가 방법에 따라 다결정 솔라 기판의 평가 결과를 맵핑한 그래프;

도 3b는 기존의 평가 방법에 따라 다결정 솔라 기판의 평가 결과를 맵핑한 그래프;

도 4a는 도 1의 평가 방법에 따라 단결정 솔라 기판에서 9포인트에서의 라이프 타임 측정 결과를 맵핑한 그래프;

도 4b는 열처리에 따른 폴리시드 웨이퍼에서 9포인트에서의 라이프 타임 측정 결과를 맵핑한 그래프이다.

Claims (5)

1. 기판을 제공하는 단계;

   상기 기판을 MAE(Mixed Acid Etchant)를 이용하여 에칭하는 단계;

   상기 기판을 세정하는 단계;

   상기 기판에 화학적 전처리 용액을 제공하여 산화막을 형성하는 단계; 및

   마이크로 광 전도도 감쇠 라이프 타임 방법(Microwave-Photoconductivity Decay Method)을 이용하여 상기 기판의 전기적 특성을 평가하는 단계;

   를 포함하는 기판의 전기적 특성 평가 방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 세정 단계는,

   상기 에칭이 완료된 기판에 순수를 제공하는 제1 린스 단계;

   상기 기판에 희석 불산 용액(DHF)를 제공하여 자연 산화막을 제거하는 단계; 및

   상기 기판에 순수를 제공하는 제2 린스 단계;

   를 포함하는 기판의 전기적 특성 평가 방법.
3. 제2항에 있어서,

   상기 희석 불산 용액은 45 내지 55% 불산 원액과 순수를 1:20으로 희석한 용 액인 기판의 전기적 특성 평가 방법.
4. 제1항에 있어서,

   상기 전처리 용액은 요오드(Iodine)와 에탄올(Ethyl Alcohol)의 혼합 용액인 기판의 전기적 특성 평가 방법.
5. 제1항에 있어서,

   상기 기판은 태양전지용 솔라 기판을 포함하는 기판의 전기적 특성 평가 방법.

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