KR20120025905A - 기판 배면 에칭장치 - Google Patents

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KR20120025905A
KR20120025905A KR1020100088085A KR20100088085A KR20120025905A KR 20120025905 A KR20120025905 A KR 20120025905A KR 1020100088085 A KR1020100088085 A KR 1020100088085A KR 20100088085 A KR20100088085 A KR 20100088085A KR 20120025905 A KR20120025905 A KR 20120025905A
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허윤성
박승일
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Abstract

기판의 배면에 형성된 자연산화막을 에칭하기 위한, 기판 배면 에칭장치가 개시된다. 상기 에칭장치는, 에칭액이 담긴 배스(bath); 일부가 상기 에칭액에 잠기도록 배치되는 복수의 구동롤러; 상기 복수의 구동롤러에 감겨 구동되며, 상기 기판의 배면을 지지하여 이송하는 벨트를 포함한다. 이 때, 상기 벨트는 상기 기판의 배면에 상기 에칭액을 공급한다.

Description

기판 배면 에칭장치{Etching apparatus for lower side of substrate}
본 발명은 기판의 배면 에칭장치에 관한 것이다.
최근, 환경오염 문제가 심각해짐에 따라 환경오염을 줄일 수 있는 신재생 에너지에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 신재생 에너지 중에서, 특히, 태양에너지를 이용하여 전기 에너지를 생산할 수 있는 태양전지에 대한 관심이 집중되고 있다. 하지만, 태양전지가 실제 산업에 적용되기 위해서는, 태양전지의 광전변환 효율이 높아야 하고, 그 제조 가격이 낮아야 한다.
광전변환 효율의 측면에서 살펴보면 실리콘 태양전지가 가지는 이론적 한계효율이 그다지 높지 않기 때문에 실제 태양전지의 광전변환 효율을 높이는데 제한이 있지만, 현재 세계적인 연구 그룹에 의해서 실리콘 태양전지가 24% 이상의 광전변환 효율을 가지는 것으로 보고되고 있다.
하지만, 태양전지를 대량 생산할 경우, 태양전지의 평균 광전변환 효율은 실 제로 17%를 넘기 어려운 실정이다. 따라서 연간 30MW 이상 규모의 자동화 대량 생산공정 라인에서 적용 가능한 고효율 생산 방식이 요구되고 있다.
태양전지를 제조하기 위해서는 먼저 p형 실리콘 기판의 표면에 인과 같은 불순물을 코팅한 후 열 에너지를 가하여, 불순물이 p형 실리콘 기판의 내부로 확산되도록 하는 공정을 진행한다. 이 때, p형 실리콘 기판에 대한 게터링 효과(getting effect)를 기대하기 위하여 불순물은 p형 실리콘 기판의 전면뿐만 아니라 배면에도 코팅되고, 경우에 따라서는 측면에도 코팅된다.
이렇게 실리콘 기판의 측면 및 배면에 코팅된 불순물은, 도 1에 도시된 바와 같이, n층을 형성하기 위해 p형 실리콘 기판(12)의 전면에 코팅된 불순물의 확산 공정 시에 자연산화층(16a, 16b)을 형성하게 된다. 이러한 자연산화층(16a, 16b)을 잔존시키게 되면, 실리콘 기판의 전면에 형성된 n층(14)과 전기적으로 연결되어 쇼트를 발생시키므로, 이들을 실리콘 기판의 전면에 형성된 n층(14)과 분리할 필요가 있다.
종래기술에 따르면, 이러한 전기적 분리를 위해 실리콘 기판의 전면 가장자리를 따라 레이저 가공을 통해 트렌치를 형성하였다. 트렌치를 이용하여 실리콘 기판의 상면에 형성된 n층(14)을 고립(isolation)시킨 것이다.
그러나 이러한 종래기술에 따르면, n층(14)의 고립을 위해 기판(10)의 상면에 형성되는 트렌치의 면적만큼 태양전지의 면적 손실이 발생하게 되어 발전효율의 극대화를 구현하는 데에 한계가 존재할 수 밖에 없었다.
본 발명은 롤러 및 벨트를 이용하여 기판의 배면에 형성된 자연산화층을 효율적으로 에칭하여 제거할 수 있는 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 기판의 배면에 형성된 자연산화막을 에칭하기 위한 장치로서, 에칭액이 담긴 배스(bath); 일부가 상기 에칭액에 잠기도록 배치되는 복수의 구동롤러; 상기 복수의 구동롤러에 감겨 구동되며, 상기 기판의 배면을 지지하여 이송하는 벨트를 포함하는 기판 배면 에칭장치가 제공된다. 이 때, 상기 벨트는 상기 기판의 배면에 상기 에칭액을 공급하게 된다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 기판의 배면에 형성된 자연산화막을 에칭하기 위한 장치로서, 에칭액이 담긴 배스(bath); 상기 에칭액에 잠기도록 배치되는 한 쌍의 하부 구동롤러; 상기 하부 구동롤러의 상측에 이격되어 배치되는 한 쌍의 상부 구동롤러; 상기 상부 구동롤러 및 하부 구동롤러에 감겨 구동되며, 상기 기판의 배면을 지지하여 이송하는 벨트를 포함하는 기판 배면 에칭장치가 제공된다. 이 때, 상기 벨트는 상기 기판의 배면에 상기 에칭액을 공급하게 된다.
상기 벨트의 표면에는 복수의 홈이 형성될 수 있으며, 상기 복수의 홈은 격자(grid) 형상일 수도 있고, 복수의 홈은 상기 벨트를 관통할 수도 있다.
한편, 상기 홈은 상기 벨트의 폭 방향으로 형성되는 트렌치 형상일 수도 있다.
상기 벨트는 테프론, 실리콘 또는 폴리프로필렌을 포함하는 재질로 이루어질 수도 있다.
또한, 벨트는 상측으로 갈수록 폭이 좁아지는 사다리꼴 형상일 수도 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 기판의 배면에 형성된 자연산화층만을 효율적으로 에칭하여 제거할 수 있다.
도 1은 자연산화층이 형성된 기판을 나타내는 단면도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 배면 에칭장치를 나타내는 측면도.
도 3은 벨트의 일부분을 확대하여 나타내는 도면.
도 4 내지 도 6은 벨트에 형성된 홈의 변형예들을 나타내는 도면.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판 배면 에칭장치를 나타내는 측면도.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 본 발명에 따른 기판 배면 에칭장치의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 배면 에칭장치를 나타내는 측면도이다. 도 2를 참조하면, 기판(10), 배스(100), 에칭액(110), 구동롤러(200), 벨트(300), 홈(310)이 도시되어 있다.
본 실시예에 따른 기판 배면 에칭장치는 기판(10)의 배면에 형성된 자연산화막(도 1의 16b)을 에칭하기 위한 장치로서, 도 2에 도시된 바와 같이, 에칭액(110)이 담긴 배스(100, bath); 일부가 상기 에칭액(110)에 잠기도록 배치되는 복수의 구동롤러(200); 상기 복수의 구동롤러(200)에 감겨 구동되며, 상기 기판(10)의 배면을 지지하여 이송하는 벨트(300)를 포함한다. 이 때, 상기 벨트(300)는 상기 기판(10)의 배면에 상기 에칭액(110)을 공급하게 된다.
구동롤러(200)의 일부가 에칭액(110)에 잠긴 상태에서 벨트(300)가 구동롤러(200)에 감겨 구동되면, 벨트(300)의 하측은 에칭액(110)에 잠긴 상태가 되고, 벨트(300)의 상측은 기판(10)을 지지하여 이송하는 기능을 수행하게 된다. 즉, 에칭액(110)에 잠겨 있던 벨트의 하부(300b)은 에칭액(110)을 머금은 상태에서 구동롤러(200)에 의해 에칭액(110) 밖으로 이동하게 되고, 이 후 벨트의 상부(300a)은 에칭액(110)을 머금은 상태에서 기판(10)을 지지하게 되는 것이다. 이 때, 에칭액(110)으로는 HCl, HF, NaOH, HNO3 등을 이용할 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
이상과 같은 구조를 이용하게 되면, 기판(10)의 배면에 형성된 자연산화층(도1의 16b)이 에칭액(110)과 접촉할 수 있는 시간 및 면적이 충분히 확보될 수 있게 되고, 그 결과 기판(10)의 배면에 형성된 자연산화층(16b)만을 선택적으로, 그리고 효율적으로 에칭하여 제거할 수 있게 된다.
보다 충실한 에칭액(110) 공급을 위하여, 벨트(300)의 폭은 기판(10)의 폭 이상일 수 있으며, 벨트 상측(300a)의 길이는 기판(10)의 배면에 형성된 자연산화층(16b)이 에칭액(110)과 접촉할 수 있는 시간이 충분히 확보될 수 있을 정도로 설계될 수 있을 것이다.
한편, 도 3에 도시된 바와 같이, 벨트(300)의 표면에는 복수의 홈(310)이 형성되어 있을 수도 있다. 이 때, 홈(310)은 벨트의 표면에 오목하게 형성될 수도 있고, 벨트(300)를 관통하는 형상일 수도 있다. 벨트(300)의 표면에 복수의 홈(310)이 형성되면, 홈(310) 내부에 에칭액(110)이 보관될 수 있어, 벨트(300)에 의한 에칭액(110) 공급이 보다 더 원활하게 수행될 수 있게 된다.
이 때, 도 4에 도시된 바와 같이, 복수의 홈(310)은 격자(grid) 형상일 수 있다. 이와 같이 격자 형상의 홈(310)을 형성하게 되면, 에칭액(110)이 벨트(300) 전면에 걸쳐 고르게 분포하게 될 수 있어, 균일한 에칭이 이루어질 수 있게 된다.
다른 한편, 도 5에 도시된 바와 같이, 홈(310)은 벨트(300)의 폭 방향으로 길게 형성되는 트렌치(trench) 형상일 수도 있다. 이 때, 트렌치 형상의 홈(310)은 벨트(300)의 길이 방향으로 복수 개가 서로 나란하게 형성될 수도 있다.
또 다른 한편, 도 6에 도시된 바와 같이, 홈(310)은 벨트(300)의 전면에 걸쳐 반복적으로 형성되는 도트(dot) 형상일 수도 있다.
한편, 벨트(300)는 에칭액(110)을 머금은 후 기판(10)의 배면에 공급하는 역할을 수행하여야 하므로, 에칭액(110)과 반응하지 않는 재질로 이루어지는 것이 좋다. 그 예로, 테프론, 실리콘 또는 폴리프로필렌 등을 들 수 있다.
이상에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 배면 에칭장치에 대해 설명하였으며, 이하에서는 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판 배면 에칭장치에 대해 도 7을 참조하여 설명하도록 한다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판 배면 에칭장치를 나타내는 측면도이며, 도 7을 참조하면, 기판(10), 배스(100), 에칭액(110), 상부 구동롤러(200a), 하부 구동롤러(200b), 벨트(300), 홈(310) 등이 도시되어 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판 배면 에칭장치는, 에칭액(110)이 담긴 배스(100, bath); 상기 에칭액(110)에 적어도 일부가 잠기도록 배치되는 한 쌍의 하부 구동롤러(200b); 상기 하부 구동롤러(200b)의 상측에 이격되어 배치되는 한 쌍의 상부 구동롤러(200a); 상기 상부 구동롤러(200a) 및 하부 구동롤러(200b)에 감겨 구동되며, 상기 기판(10)의 배면을 지지하여 이송하는 벨트(300)를 포함한다. 이 때, 상기 벨트(300)는 상기 기판(10)의 배면에 상기 에칭액(110)을 공급하게 된다.
앞서 설명한 실시예에서는 구동롤러들(200)의 일부가 에칭액(110)에 잠겨 있고, 이러한 구동롤러(200)에 감겨 구동되는 벨트(300)에 의해 기판(10)이 이송되면서 그 배면이 에칭되었던 것에 반해, 본 실시예에 따르면 구동롤러들이 에칭액(110)에 잠기는 하부 구동롤러(200a)와, 에칭액(110)에 잠기지 않는 상부 구동롤러(200b)로 구분되는 것에 차이가 있다. 이하에서는 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판 배면 에칭장치에 대해 보다 구체적으로 설명하도록 한다. 다만, 앞선 실시예와 동일하거나 대응되는 구성에 대해서는 간략히 설명하고 이에 대한 구체적은 설명은 전술한 실시예에서의 설명으로 갈음하도록 한다.
하부 구동롤러(200b)는 에칭액(110)에 적어도 일부가 잠기도록 배스(100) 내부에 배치된다. 이러한 하부 구동롤러(200b)는 에칭액(110)에 잠기게 되는 벨트의 하부(300b)를 지지하는 기능을 수행하게 된다. 여기서 배스(100) 내부의 에칭액(110)이 풍부한 경우라면 하부 구동롤러(200b)가 에칭액(110)에 완전히 잠길 수 있을 것이며, 에칭액(110)이 다소 부족한 경우라면 하부 구동롤러(200b)의 일부만이 에칭액(110)에 잠기게 될 것이다.
이 때, 하부 구동롤러(200b)는 가능한 배스(100) 저면에 가깝게 배치되는 것이 좋다. 기판(10) 배면에 대한 반복적인 에칭공정을 진행하게 되면 점차 에칭액(110)이 소모되어 배스(100) 내부에 존재하는 에칭액(110)의 수위가 낮아지게 될 것이고, 만일 벨트(300)의 하부가 배스(100)에 수용된 에칭액(110)으로부터 이탈하게 되면 기판에 대한 에칭 작업이 수행될 수 없게 될 것이므로, 하부 구동롤러(200b)를 가능한 배스(100)의 저면에 가깝게 배치하게 되면 에칭액(110)의 수위가 낮아지더라도 벨트의 하부(300b)가 에칭액(110)으로부터 이탈하게 될 가능성이 낮아지기 때문이다. 그 결과 배스(100) 내부에 에칭액(110)을 보충하는 작업 빈도를 낮출 수 있게 될 것이다.
상부 구동롤러(200a)는 하부 구동롤러(200b)의 상측에 이격되어 배치되며, 경우에 따라 배스(100)의 내부 공간 밖(상측)에 위치할 수도 있다. 이러한 상부 구동롤러(200a)는 에칭액(110)을 머금은 상태에서 기판(10)의 하면을 지지함으로써 기판(10)의 하면에 에칭액(110)을 공급하는 기능을 수행하게 되는 벨트의 상부(300a)을 지지하게 된다.
한편, 도 7에 도시된 바와 같이 벨트(300)는 상측으로 갈수록 폭이 좁아지는 사다리꼴 형상일 수 있다. 벨트(300)가 이와 같은 형상을 하게 되면, 벨트(300)가 머금은 에칭액(110)이 자중에 의해 낙하하여 에칭액(110)이 기판(10)의 하면에 충분히 공급되지 못하는 현상을 보다 충실하게 방지할 수 있다.
벨트(300)의 표면에 복수의 홈(310)이 형성될 수 있음과, 홈(310)의 다양한 형상 등은 앞서 설명한 실시예의 경우와 같으므로, 이에 대한 구체적인 설명은 생략하도록 한다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
전술한 실시예 외의 많은 실시예들이 본 발명의 특허청구범위 내에 존재한다.
10: 기판
100: 배스
110: 에칭액
200: 구동롤러
200a: 상부 구동롤러
200b: 하부 구동롤러
300: 벨트
310: 홈

Claims (13)

  1. 기판의 배면에 형성된 자연산화막을 에칭하기 위한 장치로서,
    에칭액이 담긴 배스(bath);
    일부가 상기 에칭액에 잠기도록 배치되는 복수의 구동롤러;
    상기 복수의 구동롤러에 감겨 구동되며, 상기 기판의 배면을 지지하여 이송하는 벨트; - 이 때, 상기 벨트는 상기 기판의 배면에 상기 에칭액을 공급함 -
    을 포함하는 기판 배면 에칭장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 벨트의 표면에는 복수의 홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 기판 배면 에칭장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 복수의 홈은 격자(grid) 형상 또는 상기 벨트의 폭 방향으로 형성되는 트렌치 형상인 것을 특징으로 하는 기판 배면 에칭장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 복수의 홈은 상기 벨트를 관통하는 것을 특징으로 하는 기판 배면 에칭장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 벨트는 테프론, 실리콘 또는 폴리프로필렌을 포함하는 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 기판 배면 에칭장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 벨트의 폭은 상기 기판의 폭 이상인 것을 특징으로 하는 기판 배면 에칭장치.
  7. 기판의 배면에 형성된 자연산화막을 에칭하기 위한 장치로서,
    에칭액이 담긴 배스(bath);
    상기 에칭액에 적어도 일부가 잠기도록 배치되는 한 조의 하부 구동롤러;
    상기 하부 구동롤러의 상측에 이격되어 배치되는 한 조의 상부 구동롤러;
    상기 상부 구동롤러 및 하부 구동롤러에 감겨 구동되며, 상기 기판의 배면을 지지하여 이송하는 벨트; - 이 때, 상기 벨트는 상기 기판의 배면에 상기 에칭액을 공급함 -
    을 포함하는 기판 배면 에칭장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 벨트의 표면에는 복수의 홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 기판 배면 에칭장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 복수의 홈은 격자(grid) 형상 또는 상기 벨트의 폭 방향으로 형성되는 트렌치 형상인 것을 특징으로 하는 기판 배면 에칭장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 복수의 홈은 상기 벨트를 관통하는 것을 특징으로 하는 기판 배면 에칭장치.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 벨트는 테프론, 실리콘 또는 폴리프로필렌을 포함하는 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 기판 배면 에칭장치.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 벨트는 상측으로 갈수록 폭이 좁아지는 사다리꼴 형상인 것을 특징으로 하는 기판 배면 에칭장치.
  13. 제7항에 있어서,
    상기 벨트의 폭은 상기 기판의 폭 이상인 것을 특징으로 하는 기판 배면 에칭장치.
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