KR20120036295A - 기판의 인라인 열처리를 위한 다중 가열 시스템을 갖춘 장치 - Google Patents
기판의 인라인 열처리를 위한 다중 가열 시스템을 갖춘 장치 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20120036295A KR20120036295A KR1020110102592A KR20110102592A KR20120036295A KR 20120036295 A KR20120036295 A KR 20120036295A KR 1020110102592 A KR1020110102592 A KR 1020110102592A KR 20110102592 A KR20110102592 A KR 20110102592A KR 20120036295 A KR20120036295 A KR 20120036295A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- substrate
- temperature
- heater
- heating
- diffusion
- Prior art date
Links
- 239000000758 substrate Substances 0.000 title claims abstract description 82
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 title claims abstract description 74
- 238000007669 thermal treatment Methods 0.000 title 1
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 36
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 13
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims description 29
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 claims description 17
- 239000010409 thin film Substances 0.000 abstract description 12
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 7
- 238000012546 transfer Methods 0.000 abstract description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 17
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 5
- 229910016006 MoSi Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 4
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 4
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 3
- 230000004044 response Effects 0.000 description 3
- 238000005476 soldering Methods 0.000 description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 230000002860 competitive effect Effects 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000005670 electromagnetic radiation Effects 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005240 physical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000443 aerosol Substances 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052787 antimony Inorganic materials 0.000 description 1
- WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N antimony atom Chemical compound [Sb] WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052785 arsenic Inorganic materials 0.000 description 1
- RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N arsenic atom Chemical compound [As] RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052797 bismuth Inorganic materials 0.000 description 1
- JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N bismuth atom Chemical compound [Bi] JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 1
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 1
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000007641 inkjet printing Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 1
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 description 1
- 239000003208 petroleum Substances 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000007650 screen-printing Methods 0.000 description 1
- 239000002210 silicon-based material Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/22—Diffusion of impurity materials, e.g. doping materials, electrode materials, into or out of a semiconductor body, or between semiconductor regions; Interactions between two or more impurities; Redistribution of impurities
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
- H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
- H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
- H01L21/67098—Apparatus for thermal treatment
- H01L21/67109—Apparatus for thermal treatment mainly by convection
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B31/00—Diffusion or doping processes for single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure; Apparatus therefor
- C30B31/06—Diffusion or doping processes for single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure; Apparatus therefor by contacting with diffusion material in the gaseous state
- C30B31/12—Heating of the reaction chamber
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F26—DRYING
- F26B—DRYING SOLID MATERIALS OR OBJECTS BY REMOVING LIQUID THEREFROM
- F26B3/00—Drying solid materials or objects by processes involving the application of heat
- F26B3/28—Drying solid materials or objects by processes involving the application of heat by radiation, e.g. from the sun
- F26B3/30—Drying solid materials or objects by processes involving the application of heat by radiation, e.g. from the sun from infrared-emitting elements
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
- F27B—FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
- F27B17/00—Furnaces of a kind not covered by any preceding group
- F27B17/0016—Chamber type furnaces
- F27B17/0025—Especially adapted for treating semiconductor wafers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
- H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
- H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
- H01L21/67098—Apparatus for thermal treatment
- H01L21/67115—Apparatus for thermal treatment mainly by radiation
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
- H01L21/677—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for conveying, e.g. between different workstations
- H01L21/67739—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for conveying, e.g. between different workstations into and out of processing chamber
- H01L21/6776—Continuous loading and unloading into and out of a processing chamber, e.g. transporting belts within processing chambers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F26—DRYING
- F26B—DRYING SOLID MATERIALS OR OBJECTS BY REMOVING LIQUID THEREFROM
- F26B15/00—Machines or apparatus for drying objects with progressive movement; Machines or apparatus with progressive movement for drying batches of material in compact form
- F26B15/10—Machines or apparatus for drying objects with progressive movement; Machines or apparatus with progressive movement for drying batches of material in compact form with movement in a path composed of one or more straight lines, e.g. compound, the movement being in alternate horizontal and vertical directions
- F26B15/12—Machines or apparatus for drying objects with progressive movement; Machines or apparatus with progressive movement for drying batches of material in compact form with movement in a path composed of one or more straight lines, e.g. compound, the movement being in alternate horizontal and vertical directions the lines being all horizontal or slightly inclined
- F26B15/18—Machines or apparatus for drying objects with progressive movement; Machines or apparatus with progressive movement for drying batches of material in compact form with movement in a path composed of one or more straight lines, e.g. compound, the movement being in alternate horizontal and vertical directions the lines being all horizontal or slightly inclined the objects or batches of materials being carried by endless belts
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Microbiology (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
- Tunnel Furnaces (AREA)
- Furnace Details (AREA)
- Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
- Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)
Abstract
본 발명은 기판을 처리하기 위해 사용되는 인라인 장비(in-line equipment)에 관한 것이다. 몇몇의 응용에 있어서는, 그 장비는 PV 셀 또는 모듈의 인라인 제조에 사용된다. 몇몇의 실시예에 있어서는, 기판의 열처리를 위해 복수의 가열 장비를 구비하고 있는 가열시스템이 제공되는데, 이 가열시스템에 있어서 제1 가열 시스템은 기판의 온도를 소망하는 설정 포인트로 급속히 상승시키기 위해 사용되고, 제2 가열 시스템은 열처리 공정 중에 기판을 온도 설정 포인트로 유지시키기 위해 사용된다.
Description
본 발명은 일반적으로 기판을 열처리하기 위해 사용되는 인라인 장비 분야에 관한 것이다. 더 상세하게는, 본 발명은 PV(photovoltaic) 태양 전지 또는 TF(thin film) 모듈의 제조에 사용되는 인라인 장비에 관한 것이다.
인라인 장비는 많은 산업분야에서 기판을 열처리하는 데에 사용된다. 즉, 기판은 연속적인 방식으로 또는 적은 단계들에서 장비를 통과하여 이동된다. 장비의 입력 부분은 시스템의 일단부에 위치되고 출력 부분은 반대쪽 단부에 위치된다. 대표적인 기술은 특히 반도체, MEMS(microelectromechanical systems: 미세전자기계시스템), PCB(printed circuit board: 인쇄 회로 기판) 제조, LTCC(low temperature co-fired ceramics: 저온 동시 소성 세라믹), HTCC(high temperature co-fired ceramics: 고온 동시 소성 세라믹), 금속 어닐링, 납땜 및 포토닉스(photonics)를 포함할 수 있되 이에 한정되는 것은 아니다.
태양 에너지는 재생 가능한 에너지의 우수한 소스로서 널리 인정된다. 햇빛을 전기로 변환시킬 수 있는 PV 전지는 과거 70년 동안 연구되어 왔다. PV 전지의 채택과 광범위한 사용은 그것이 낮은 변환 효율을 나타내고 제조하는 데에 비용이 많이 들기 때문에 느리게 진행되어 왔다. 따라서, 전기를 생성하기 위해 PV 전지를 사용하는 것은 경제성($/Watt)이 석탄, 석유, 천연가스 등과 같은 전통적인 소스에 비해 경쟁력이 없었다. $/Watt 함수는 에너지 Watt를 생성하기 위한 전체 시스템의 비용을 나타낸다. 낮은 PV 태양 전지 효율과 높은 PV 태양 전지 비용은 이러한 함수를 증가시켜 전통적인 에너지 생성 시스템에 대한 PV 태양 전지 시스템의 경쟁력을 감소시킨다.
설계 및 제조에서 최근의 발전은 PV 태양 전지의 효율을 향상시키고 제조 비용을 낮춰 PV를 기초로 하는 태양 에너지 시스템의 경제성을 향상시켰다. PV를 기초로 하는 태양 에너지 시스템은 가까운 미래에 전통적인 전기 생성 방법에 대해 경쟁력 있는 비용에서 전기를 생성할 수 있을 것을 목적으로 한다. 이러한 목적을 실현하기 위해, PV 태양 전지의 변환 효율을 향상시키고 제조 비용을 낮추는 개발이 계속하여 이루어져야 한다.
PV 태양 전지 또는 TF 모듈의 제조에서, 기판은 종종 "인라인(in-line)" 구조로 구성된 장비에서 처리된다. 즉, 기판은 연속적인 방식으로 또는 적은 단계들에서 장비를 통과하여 이동된다. 장비의 입력 부분은 시스템의 일단부에 위치되고 출력 부분은 반대쪽 단부에 위치된다. 이러한 유형의 장비는 기판이 일반적으로 큰 배치에서 처리되고 장비의 입력과 출력 부분이 일반적으로 시스템의 동일 단부에 설치되는 "배치(batch)" 시스템과는 구별될 것이다. 인라인 장비에서, 자동화 시스템은 기판을 입력 단부로부터 출력 단부로 옮기는 데에 사용된다. 자동화 시스템은 특히 컨베이어, 벨트, 이산 팔레트(discrete pallet), 롤러, "워킹 빔" 시스템, 체인, 스트링(string) 또는 케이블을 포함할 수 있다.
PV 태양 전지 또는 TF 모듈의 제조를 위한 현재의 인라인 장비는 많은 문제들을 겪고 있다. 이러한 문제들은 예를 들어 느린 온도 응답, 느린 기판 기판 온도 램프 속도(ramp rate), 높은 설비 비용, 낮은 작업 처리량, 큰 풋프린트(footprint), 열악한 성능, 자동화 시스템에 의한 기판의 오염, 자동화 시스템에 의한 기판 이면의 쉐도우잉(shadowing), 처리 중의 기판의 이동, 느린 가열 속도, 열악한 도핑 균일성(doping uniformity) 등이 있다. 이러한 문제들은 개별적으로 또는 복합적으로 작용하여 PV 태양 전지 또는 TF 모듈의 효율을 감소시키거나 PV 태양 전지 또는 TF 모듈을 제조하는 비용을 증가시킨다. 이것은 에너지 시스템 성능을 평가하는 데에 사용되는 $/Watt 경제 함수를 증가시켜 PV 태양 에너지 시스템의 채택을 느리게 할 것이다. 그러므로, 이러한 문제들을 해결하는 PV 태양 전지 또는 TF 모듈을 제조하기 위해 사용되는 인라인 장비에 사용되는 가열 시스템이 필요하다.
이에 따라 바람직하게는 본 발명은 인라인 시스템의 기판의 열처리에서 인라인 확산 공정에 적용되는 복합적인 가열 기술들을 포함하는 가열 시스템을 제공한다. 본 발명에 따른 몇몇의 실시예에서, 다중 가열 시스템은 PV 전지 또는 TF 모듈의 제조에 사용되는 인라인 장비에 포함된다. 본 발명에 따른 몇몇의 실시예에서는, 기판의 온도를 소망하는 온도로 급속히 증가시키는 제1 가열 시스템이 제공된다. 전형적인 가열 속도는 10?100 C(℃)/sec 범위 내로 떨어질 수 있다. 제1 가열 시스템을 위한 대표적인 가열 기술은 램프 기반 가열 시스템(lamp-based heating system), 스트립 히터, 높은 표면 에너지 방사 히터(예를 들어 MoSi2 히터), 전자기 방사 가열 시스템(예를 들어 극초단파(microwave) 또는 무선 주파수(radio frequency) 가열 시스템) 및 이들의 조합을 포함한다. 또한, 기판을 소망하는 온도로 유지시키는 제2 가열 시스템이 제공된다. 제2 가열 시스템을 위한 대표적인 가열 기술은 저항 가열 시스템, 스트립 히터, 높은 표면 에너지 방사 히터(예를 들어 MoSi2 히터), 전자기 방사 가열 시스템(예를 들어 극초단파 또는 무선 주파수 가열 시스템) 및 이들의 조합을 포함한다.
부가적으로, 본 발명에 따른 몇몇의 실시예에서, 다중 가열 시스템은 기판의 열처리를 위한 인라인 가열 시스템을 또한 사용하는 태양 에너지 산업 외의 기술들에 적용될 수 있다. 대표적인 기술은 특히 반도체, MEMS, PCB 제조, LTCC, HTCC, 금속 어닐링, 납땜 및 포토닉스를 포함할 수 있되 이에 한정되는 것은 아니다.
이들 및 기타 이점들은 이하에서 기재된 바와 같이 본 발명에 따라 얻어진다.
이해를 용이하게 하기 위하여, 도면들에 공통인 동일한 요소들을 나타내기 위해, 가능하다면, 동일한 참조부호가 사용된다. 도면들은 축척으로 그려진 것은 아니고 또 도면들에서 여러 요소들의 상대적인 치수들은 개략적으로 묘사된 것이고 축척으로 그려진 것이 아니다.
본 발명의 기술들은, 첨부도면과 함께 이하의 상세설명을 감안함으로써 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은, 저항 가열기들을 사용한 가열장치에 대한 온도 대 시간 곡선을 나타낸다.
도 2는, 램프를 기초로 한 가열기들을 사용한 가열장치에 대한 온도 대 시간 곡선을 나타낸다.
도 3은, 본 발명의 일 실시예의 블럭다이어그램을 나타낸다.
본 발명의 기술들은, 첨부도면과 함께 이하의 상세설명을 감안함으로써 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은, 저항 가열기들을 사용한 가열장치에 대한 온도 대 시간 곡선을 나타낸다.
도 2는, 램프를 기초로 한 가열기들을 사용한 가열장치에 대한 온도 대 시간 곡선을 나타낸다.
도 3은, 본 발명의 일 실시예의 블럭다이어그램을 나타낸다.
이하의 설명을 고려하게 되면, 당업자들은, 본 발명의 교시들이 광전장치, 반도체장치 등에 사용된 기판들을 확산 및/또는 어닐링하는 데에 쉽게 사용될 수 있음을 명확하게 인지할 것이다.
PV 셀 또는 TF모듈의 제조에서 하나의 공정단계는, 일반적으로 에미터층 또는 접촉 접합(contact junction)을 형성하기 위하여 기판으로 도펀트가 확산되는 확산단계를 포함한다. 공통단계는 인의 실리콘재료로의 확산을 포함한다. 확산단계는 전통적으로, 복수의 기판들이 동시에 처리될 수 있는 배치로(batch furnace)에서 이루어지고 있다. 확산단계는, 약 950C까지의 공정온도와 약 20분 이상의 공정시간을 필요로 할 수 있다. 인의 농축과, 온도 및 시간과 확산된 층의 저항성에 대한 그들의 영향 사이의 관계는 당해 기술 분야에서 공지되어 있다.
PV 셀 또는 TF모듈의 제조에서 많은 다른 공정단계들은, 하나의 기판이 개별적으로 처리되고 또 재료가 연속적인 방식으로 시스템을 통해 진행하는 인-라인 공정들이다. 이러한 기술의 기초들은 공지되어 있고 또 반도체, 인쇄회로기판(PCB),제조, 저온 동시소성 세라믹(LTCC), 고온 동시소성 세라믹(HTCC), 금속 어닐링 및 납땜과 같은 분야들에서 다년간 사용되고 있다. 대신에, 적은 개수의 기판(일반적으로 약 50개 이하)이 팔레트 또는 기판 캐리어들에 장입되고 또 연속적인 방식으로 시스템을 통해 팔레트들을 운반하는 시스템 내에서 처리된다. 이러한 타입의 시스템의 예들은, 진공 하에서 기판에 박막들을 증착하기 위해 사용된 "인-라인" 플라즈마 화학적 기상증착(PECVD)과 물리적 기상증착(PVD) 시스템들을 포함한다.
인-라인 공정처리는, 특히 기판의 감소된 취급으로 인한 적은 파손, 더 많은 처리량, 간단한 시스템 체계 및 제조라인을 통한 균형된 재료흐름으로 인하여 배치 처리에 비해 이점들을 가질 수 있다. 확산공정을 위한 인-라인 시스템 및 기술의 개발은 활발한 연구영역이다.
인-라인 확산(ILD) 공정은 일반적으로 2개의 단계를 포함한다. 제1단계에서는, 기판에 도펀트 소스(dopant source)가 적용된다. 일반적인 도펀트 원자들은 인, 비소, 안티몬, 비스무드, 붕소, 알루미늄, 갈륨 및 인듐을 포함할 수 있다. 당업자들은, 이러한 리스트가 전부가 아니고 또 다른 도펀트들이 적용분야 및 기판재료에 따라 사용될 수 있음을 알 것이다. 도펀트 원자들은 종종 액체 또는 페이스트에 의해 이송된다. 도펀트 원자들을 함유하는 액체 또는 페이스트는 많은 다른 기술을 사용하여 적용될 수 있다. 적용기술들의 예는, 특히 스프레이-온, 롤-온, 에어로솔, "포그(fog)", 스크린 인쇄, 잉크젯 인쇄 및 침지(immersion)를 포함한다. 당업자들은, 이러한 리스트가 전부가 아니고 다른 기술들이 또한 사용될 수 있음을 인지할 것이다.
제2단계에서, 기판은 노 공정챔버로 운반되고, 거기서 기판은 소망하는 온도로 가열되고 또 그 온도에서 정해진 시간동안 유지된다. 기판에 적용된 도펀트 원자들의 농도, 설정 포인트 온도 및 기판이 온도 설정 포인트에 유지된 시간은, 확산된 층의 최종 저항성을 결정할 것이다. 기판들은 일반적으로 연속적으로 이동하는 반송 시스템 상에서 운반된다. 일반적인 운반 시스템은, 특히 벨트, 롤러, "워킹 빔(walking beam)" 및 스트링들을 포함한다. 따라서 가열시간과 반송 시스템의 속도는, 노 공정챔버의 전체 길이를 결정한다. 기판들은 냉각부를 통해 배출되고, 그들의 온도가 70C 이하로 감소되어, 다음 공정단계를 위하여 처리되고 준비될 수 있다.
일반적으로 노 공정챔버는, 기판들을 가열하기 위하여 저항 가열기 기술을 이용하고 있다. 이 기술에서, 고저항 전선을 통해 고전류가 흘러서 그 온도를 상승하게 하고 또 열 복사선을 방출하여 기판들의 온도를 증가시킨다. 이러한 기술은 공지되어 있다. 이러한 시스템들의 온도 안정성 및 균일성은, ±2C의 온도 균일성 사양이 용이하게 달성됨으로써 아주 양호하다. 그러나, 이러한 시스템들의 온도응답은 느릴 수 있고, 또 실온으로부터 소망하는 확산온도까지 기판의 온도 상승속도가 느리다.
기판의 온도 램프 속도는 대략 최대 분당 500C이다. 전형적인 값은 더 낮아서, 분당 200C 이하이다.
저항 가열 기술을 이용하여 가열된 기판에 대한 기판의 온도와 시간 관계의 변화 그래프가 도 1에 도시되어 있다. 영역 1(Region I)은 내부 온도로부터 소망하는 설정 포인트까지 기판 온도에서의 증가를 나타낸다. 영역 I에 대한 시간은 전형적으로 1분?4분 또는 그 이상이다. 영역 II(Region II)는 기판 온도가 소망하는 확산 온도에 유지되는 동안의 시간을 나타낸다. 영역 II에 대한 시간은 약 20분 또는 확산층의 소정의 저항성에 따라 더 길어질 수 있다. 영역 III(Region III)은 설정 포인트로부터 다음 공정단계를 위해 준비하고 취급하기에 충분히 낮은 온도까지 기판 온도의 냉각(cooling)을 나타낸다.
ILD 시스템에 대한 다른 가열 기술은 가열원으로서 적외선 램프를 사용하는 것을 포함한다. 이 램프는 기판이 아주 강하게 흡수하는 파장에서 복사열을 방출하도록 선택된다. 램프의 반응은 매우 빠르다. 이로 인해, 기판의 온도 램프 속도가 약 분당 900C까지 되도록 한다. 그러나, 이런 램프는 제한된 수명(대체로 5000?8000시간)을 가지며 상당히 비싸다. ILD 시스템은 약 100개의 램프를 필요로 한다. 각각의 램프는 일년에 적어도 한번은 교체하여야 한다. 이것은 시스템의 유지비용을 증가시키고, 램프의 교체에 필요한 시간으로 인해 총 생산시간을 감소시킨다.
램프가열 기술을 이용하여 가열된 기판에 대한 기판의 온도와 시간 사이의 변화 그래프가 도 2에 도시되어 있다. 영역 I(Region I)은 내부 온도로부터 소망하는 설정 포인트까지 기판 온도에서의 증가를 나타낸다. 영역 I에 대한 시간은 전형적으로 1분 이내이다. 영역 II(Region II)는 기판 온도가 소망하는 확산 온도에 유지되는 동안의 시간을 나타낸다. 영역 II에 대한 시간은 약 20분 또는 확산층의 소정의 저항성에 따라 더 길어질 수 있다. 영역 III(Region III)은 설정 포인트로부터 다음 공정단계를 위해 준비하고 취급하기에 충분히 낮은 온도까지 기판 온도의 냉각을 나타낸다.
저항 가열 기술을 사용할 때, 기판 온도에서의 약간의 증가 중에, 도펀트 원자(dopant atoms)를 전달하기 위해 사용되는 용액과 페이스트는 불균일한 방식으로 기판을 건조시키거나, 증발시키거나, 승화시키거나 기판과 반응하게 된다. 이것은 장치에 있어서, 확산층의 저항성에서 불균일성으로 증명된 것처럼, 불균일한 확산을 초래하고 불균일한 에미터(emitter)나 접촉 접합층을 초래하게 될 것이다.
램프에 기반을 둔 가열기술의 사용은, 1분 이내에 설정 포인트까지 기판온도를 증가시킴으로써 앞에서 설명한 낮은 온도 램프 속도에 의한 불균일성을 감소시킨다. 램프의 경우에, 도펀트 원자(dopant atoms)를 전달하기 위해 사용되는 용액과 페이스트는 짧은 시간으로 인해 보다 균일한 방식으로 기판을 건조시키거나, 증발시키거나, 승화시키거나 기판과 반응하게 된다. 그러나, 앞에서 설명한 바와 같이, 램프를 기초로 한 시스템의 유지비용은, 모든 램프가 1년에 한번 이상은 교체되어야 하기 때문에, 매우 높다.
본 발명의 몇몇의 실시예에서는, 인라인 열처리 장비에 적용되는 다중 가열기술을 포함하는 가열 시스템이 제공된다. 또 본 발명의 몇몇의 실시예에서는, 설정 온도까지 기판의 온도를 급속히 상승시키는 제1 가열 시스템이 제공된다. 전형적인 가열속도는 10?100 C/sec 범위에 있다. 제1 가열 시스템을 위한 예시적인 가열기술은 램프 기반 가열 시스템, 스트립 가열기, 높은 표면에너지 방사 가열기(high surface energy radiating heaters, 즉, MoSi2 가열기), 마이크로웨이브 가열 시스템, 및 이들의 결합을 포함한다. 또한, 설정 온도에 기판의 온도를 유지하는 제2 가열 시스템도 제공된다. 제2 가열 시스템은 유지 보수 필요를 최소화하여 효율적인 비용으로 기판을 설정온도에 유지하도록 설계되어 있다. 제2 가열 시스템에 대한 예시적인 가열 기술은 저항 가열 기술, 스트립 가열기, 높은 표면에너지 방사 가열기(high surface energy radiating heaters, 즉, MoSi2 가열기), 마이크로웨이브 가열 시스템, 및 이들의 결합을 포함한다.
실시예 1
본 발명의 몇몇의 실시예에서는, 제1 가열 시스템은 작은 수량의 IR 램프를 구비한다. 전형적으로, 램프는 기판을 이송하는 데 사용되는 반송 시스템의 위와 아래에 배치된다. IR 램프의 수는 대체로 반송 시스템의 위에 1 내지 5개, 반송 시스템의 아래에 1 내지 5개가 배치된다. 제2 가열 시스템은 기판을 설정 온도로 유지하기 위하여 저항 가열 시스템을 구비한다. 제2 가열 시스템은 반송 시스템의 주어진 속도에서 적절한 시간 동안 기판을 설정 온도 포인트에 유지하기에 충분히 길게 되어 있다. 반송 시스템의 속도는 시스템의 바람직한 생산속도에 의해 정해진다.
도 3은 실시예 1에서 설명된 시스템의 블록 다이아그램을 나타낸다. 전체 시스템(300)은 램프 가열 시스템(301, 301)과 저항 가열 시스템(303, 304)을 구비한다. 기판(도시되지 않음)는 상기 시스템(300)을 통과하여, 드럼(305, 306)과 벨트(307)를 구비하는 반송 시스템 위로 이송된다. 기판의 온도와 시간 관계의 변화 그래프는, IR 램프만을 사용하는 시스템과 관련된 비용, 정지시간 및 경비(expense) 없이, 도 2와 유사하다.
본 발명의 기술과 사상을 포함하는 다양한 실시예가 도시되고 자세히 설명되었지만, 이 기술분야에서 숙련된 자라면 이러한 기술과 사상을 그대로 포함하는 범위 내에서 다양한 변형례를 용이하게 도출할 수 있을 것이다.
Claims (20)
- 재료를 이동시키기에 적합한 반송 시스템과;
상기 반송 시스템에 인접해 배치되어, 상기 재료의 온도를 미리 결정된 온도로 상승시키기 위해 열을 공급하는 제1 가열 시스템 및;
상기 반송 시스템에 인접해 상기 제1 가열 시스템의 하류에 배치되어, 상기 재료의 온도를 미리 결정된 온도로 유지시키기 위해 상기 재료에 실질적으로 안정하면서 균일한 열을 공급하는 제2 가열 시스템을 구비한 것을 특징으로 하는 열처리장치.
- 제1항에 있어서, 상기 반송 시스템이,
복수의 드럼과,
상기 복수의 드럼 주위에 배치된 벨트를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 열처리장치.
- 제1항에 있어서, 상기 제1 가열 시스템이 적외선 램프를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 열처리장치.
- 제1항에 있어서, 상기 제1 가열 시스템이 대략 10?100 C/sec의 범위의 가열 속도를 제공하는 것을 특징으로 하는 열처리장치.
- 제1항에 있어서, 상기 제2 가열 시스템이 저항 가열기를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 열처리장치.
- 제1항에 있어서, 상기 제2 가열 시스템이 약 ±2 C의 온도 균일성을 제공하는 것을 특징으로 하는 열처리장치.
- 제1항에 있어서, 상기 제1 가열 시스템이 상기 제2 가열 시스템보다 큰 재료 온도 램프 속도를 제공하는 것을 특징으로 하는 열처리장치.
- 제1항에 있어서, 상기 제2 가열 시스템이 상기 제1 가열 시스템보다 긴 수명을 갖는 것을 특징으로 하는 열처리장치.
- 적어도 하나의 기판과;
상기 적어도 하나의 기판에 도펀트를 인가하는 도펀트 소스;
인가된 도펀트에 의해 상기 적어도 하나의 기판을 이동시키는 반송 시스템;
상기 반송 시스템에 인접해 배치되어, 상기 적어도 하나의 기판의 온도의 상승 중에 상기 적어도 하나의 기판에 있어서의 인가된 도펀트의 불균일한 확산을 최소화하도록 상기 적어도 하나의 기판의 온도의 미리 결정된 온도로의 상승을 제공하는 제1 가열기 및;
상기 반송 시스템에 인접해 상기 제1 가열기의 하류에 배치되어, 상기 적어도 하나의 기판의 온도를 상기 적어도 하나의 기판에 있어서의 인가된 도펀트의 불균일한 확산을 위한 미리 결정된 온도로 유지시키기 위해 상기 적어도 하나의 기판에 실질적으로 안정하면서 균일한 열을 공급하는 제2 가열기를 구비한 것을 특징으로 하는 인라인 확산 시스템.
- 제9항에 있어서, 상기 반송 시스템이,
복수의 드럼과,
상기 복수의 드럼 주위에 배치된 벨트를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 인라인 확산 시스템.
- 제9항에 있어서, 상기 제1 가열기가 적외선 램프를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 인라인 확산 시스템.
- 제9항에 있어서, 상기 제1 가열기가 대략 10?100 C/sec의 범위의 가열 속도를 제공하는 것을 특징으로 하는 인라인 확산 시스템.
- 제9항에 있어서, 상기 제1 가열기가 복수의 제1 가열기인 것을 특징으로 하는 인라인 확산 시스템.
- 제9항에 있어서, 상기 제2 가열기가 저항 가열기를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 인라인 확산 시스템.
- 제9항에 있어서, 상기 제2 가열기가 약 ±2 C의 온도 균일성을 제공하는 것을 특징으로 하는 인라인 확산 시스템.
- 제9항에 있어서, 상기 제2 가열기가 복수의 제2 가열기인 것을 특징으로 하는 인라인 확산 시스템.
- 제9항에 있어서, 상기 제1 가열기가 상기 제2 가열기보다 큰 기판 온도 램프 속도를 제공하는 것을 특징으로 하는 인라인 확산 시스템.
- 제9항에 있어서, 상기 제2 가열기가 상기 제1 가열기보다 긴 수명을 갖는 것을 특징으로 하는 인라인 확산 시스템.
- 인가된 도펀트에 의해 적어도 하나의 기판을 이동시키는 반송 시스템과;
상기 반송 시스템에 인접해 배치되어, 상기 적어도 하나의 기판의 온도의 상승 중에 상기 적어도 하나의 기판에 있어서의 인가된 도펀트의 불균일한 확산을 최소화하도록 상기 적어도 하나의 기판의 온도의 미리 결정된 온도로의 상승을 제공하는 제1 가열기 및;
상기 반송 시스템에 인접해 상기 제1 가열기의 하류에 배치되어, 상기 적어도 하나의 기판의 온도를 상기 적어도 하나의 기판에 있어서의 인가된 도펀트의 불균일한 확산을 위한 미리 결정된 온도로 유지시키기 위해 상기 적어도 하나의 기판에 실질적으로 안정하면서 균일한 열을 공급하는 제2 가열기를 구비한 것을 특징으로 하는 인라인 확산 시스템.
- 제19항에 있어서, 상기 제1 가열기가 상기 제2 가열기보다 큰 기판 온도 램프 속도를 제공하는 것을 특징으로 하는 인라인 확산 시스템.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US39097310P | 2010-10-07 | 2010-10-07 | |
US61/390,973 | 2010-10-07 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20120036295A true KR20120036295A (ko) | 2012-04-17 |
Family
ID=44799740
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020110102592A KR20120036295A (ko) | 2010-10-07 | 2011-10-07 | 기판의 인라인 열처리를 위한 다중 가열 시스템을 갖춘 장치 |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20120085281A1 (ko) |
EP (1) | EP2439769A1 (ko) |
JP (1) | JP2012084885A (ko) |
KR (1) | KR20120036295A (ko) |
SG (1) | SG180094A1 (ko) |
Families Citing this family (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103890518B (zh) * | 2011-08-11 | 2016-04-06 | 艾利丹尼森公司 | 惰化板式干燥器以及干燥溶剂型涂层的方法 |
US9837587B2 (en) * | 2013-03-28 | 2017-12-05 | Toshiba Hokuto Electronics Corporation | Light-emitting device with improved flexural resistance and electrical connection between layers, production method therefor, and device using light-emitting device |
WO2015192890A1 (en) * | 2014-06-17 | 2015-12-23 | Jolyan Holding Sa | Drying station of ceramic products and drying method thereof |
US20180071774A1 (en) * | 2015-03-31 | 2018-03-15 | Teijin Limited | Method for manufacturing composite film |
KR102535846B1 (ko) * | 2015-09-02 | 2023-05-23 | 한국재료연구원 | 반응결합 질화규소 제조장치 및 제조방법 |
CN106403592A (zh) * | 2016-10-12 | 2017-02-15 | 浙江正泰太阳能科技有限公司 | 一种降低perc太阳能电池光致衰减的方法 |
CN106937656A (zh) * | 2017-02-22 | 2017-07-11 | 赵子宁 | 一种自动烙饼机 |
CN113731685B (zh) * | 2021-09-26 | 2022-04-19 | 山东省建设建工(集团)有限责任公司 | 一种适用于大面积耐磨防腐金刚砂抗裂楼地面的施工装置及施工方法 |
Family Cites Families (16)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
HU176252B (en) * | 1977-02-11 | 1981-01-28 | Andreas Haessler | Continuous furnace for burning particularly ceramic articles |
GB2008084B (en) * | 1977-11-17 | 1982-07-28 | Post Office | Growth of semiconductor compounds |
JPS5938584A (ja) * | 1982-08-30 | 1984-03-02 | ウシオ電機株式会社 | 照射加熱炉の運転方法 |
US4687895A (en) * | 1984-07-30 | 1987-08-18 | Superwave Technology, Inc. | Conveyorized microwave heating system |
US4785552A (en) * | 1987-07-08 | 1988-11-22 | Best Willie H | Convection stabilized radiant oven |
US5449883A (en) * | 1992-08-07 | 1995-09-12 | Mitsubishi Materials Corporation | Continuous heat treatment system of semiconductor wafers for eliminating thermal donor |
ES2216104T3 (es) * | 1997-04-22 | 2004-10-16 | Imec Vzw | Horno para procesos continuos de difusion de alto rendimiento con varias fuentes de difusion. |
US5976258A (en) * | 1998-02-05 | 1999-11-02 | Semiconductor Equipment Group, Llc | High temperature substrate transfer module |
US5906485A (en) * | 1998-02-27 | 1999-05-25 | Reading Pretzel Machinery Corporation | Tunnel-type conveyor oven having two types of heat sources |
DE19903798A1 (de) * | 1999-02-01 | 2000-08-10 | Angew Solarenergie Ase Gmbh | Verfahren und Anordnung zur Wärmebehandlung von flächigen Gegenständen |
AU7073100A (en) * | 1999-08-23 | 2001-03-19 | Radiant Technology Corporation | Continuous-conduction wafer bump reflow system |
US7778533B2 (en) * | 2002-09-12 | 2010-08-17 | Applied Materials, Inc. | Semiconductor thermal process control |
WO2005109486A1 (en) * | 2004-05-12 | 2005-11-17 | Viatron Technologies Inc. | System for heat treatment of semiconductor device |
US7112763B2 (en) * | 2004-10-26 | 2006-09-26 | Applied Materials, Inc. | Method and apparatus for low temperature pyrometry useful for thermally processing silicon wafers |
US7577493B2 (en) * | 2004-12-27 | 2009-08-18 | Hitachi Kokusai Electric Inc. | Temperature regulating method, thermal processing system and semiconductor device manufacturing method |
US20070278384A1 (en) * | 2006-06-01 | 2007-12-06 | Optiscan Biomedical Corporation | Method and apparatus for driving a radiation source |
-
2011
- 2011-10-06 US US13/267,456 patent/US20120085281A1/en not_active Abandoned
- 2011-10-07 KR KR1020110102592A patent/KR20120036295A/ko not_active Application Discontinuation
- 2011-10-07 EP EP11184377A patent/EP2439769A1/en not_active Withdrawn
- 2011-10-07 JP JP2011223471A patent/JP2012084885A/ja active Pending
- 2011-10-07 SG SG2011073533A patent/SG180094A1/en unknown
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
SG180094A1 (en) | 2012-05-30 |
EP2439769A1 (en) | 2012-04-11 |
US20120085281A1 (en) | 2012-04-12 |
JP2012084885A (ja) | 2012-04-26 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR20120036295A (ko) | 기판의 인라인 열처리를 위한 다중 가열 시스템을 갖춘 장치 | |
US8829396B2 (en) | Finger drives for IR wafer processing equipment conveyors and lateral differential temperature profile methods | |
US8039289B2 (en) | Diffusion furnaces employing ultra low mass transport systems and methods of wafer rapid diffusion processing | |
US8571396B2 (en) | Rapid thermal firing IR conveyor furnace having high intensity heating section | |
JP5813920B2 (ja) | 基板上に薄膜を蒸着する方法および基板のインライン真空処理のための装置 | |
EP2301064B1 (en) | Short thermal profile oven useful for screen printing | |
US20130189635A1 (en) | Method and apparatus providing separate modules for processing a substrate | |
US8865259B2 (en) | Method and system for inline chemical vapor deposition | |
CN101526300B (zh) | 透明电极被覆基板的水分去除方法 | |
US20120269226A1 (en) | Diffusion Furnaces Employing Ultra Low Mass Transport Systems and Methods of Wafer Rapid Diffusion Processing | |
JP2016028418A (ja) | 光起電装置の光誘起劣化を抑止するための方法および装置 | |
CN102318086A (zh) | 用于构造掺杂分布图的方法 | |
CN110387539B (zh) | 晶片保持装置 | |
CN102538453B (zh) | 具有高反射率加热区段的快速热焙烧红外线传送带式热处理炉 | |
US9068263B2 (en) | Apparatus for manufacture of solar cells | |
JP5705095B2 (ja) | 太陽電池用熱処理方法および熱処理炉 | |
KR20120004170A (ko) | 인라인 벨트 퍼니스 | |
JP2006245100A (ja) | 焼成炉及びこれを用いた被処理体の焼成方法並びに太陽電池素子の製造方法 | |
JP4874754B2 (ja) | 被加熱物の熱処理方法 | |
Rand et al. | Silicon-film™ solar cells by a flexible manufacturing system | |
Mahnke et al. | new High Uptime Direct Plasma PECVD Coating Equipment for Sin: H Solar Cell Passivation |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
WITN | Application deemed withdrawn, e.g. because no request for examination was filed or no examination fee was paid |