KR20120103110A - 플라즈마 발생장치 및 이를 이용한 플라즈마 식각방법 - Google Patents

플라즈마 발생장치 및 이를 이용한 플라즈마 식각방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 플라즈마 발생장치 및 플라즈마 식각방법에 관한 것으로서, 반응공간을 제공하는 챔버와 상기 챔버를 상부챔버와 하부챔버로 분할하되 상기 상부챔버와 하부챔버가 서로 연통되도록 다수개의 통공이 관통 형성되는 격벽 및 상기 하부챔버에 설치되는 서셉터를 구비하고, 상기 서셉터에는 RF전원을 연결하여 반응가스 유입 공간과 텍스처링 반응 공간을 분리 형성함으로써, 균일한 플라즈마 확산을 유도하여 대면적 기판에서의 텍스처링 균일도를 현저히 향상시킬 수 있게 하는 것은 물론 텍스처링을 효율적으로 제어할 수 있는 태양전지 제조용 플라즈마 발생장치 및 이를 이용한 플라즈마 식각방법에 관한 것이다.

Description

플라즈마 발생장치 및 이를 이용한 플라즈마 식각방법{Plasma Generating Apparatus and Plasma Etching Method using the same}
본 발명은 플라즈마 발생장치 및 플라즈마 식각방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 챔버 내에 격벽을 설치하여 챔버 내부 공간이 상부챔버와 하부챔버로 분리 형성되도록 함으로써, 반응가스 유입 공간과 텍스처링 반응 공간의 분리를 통해 균일한 텍스처링 반응을 유도하여 대면적 기판에서의 텍스처링 균일도를 현저히 향상시킬 수 있는 태양전지 제조용 플라즈마 발생장치 및 이를 이용한 플라즈마 식각방법에 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 전기 에너지를 생산하게 되는 광전지이다.
태양전지는 단결정 및 다결정 실리콘 태양전지 또는 비정질 실리콘 태양전지와 같은 실리콘계 태양전지와 화합물 반도체 태양전지 등으로 크게 분류된다.
실리콘계 태양전지는 실리콘 덩어리를 형성하는 잉곳(ingot)을 대략 200㎛의 얇은 두께로 절단하여 웨이퍼(이하 '기판'이라 함)를 제조한 후, 이 기판을 여러 가공 공정을 통해 처리함으로써 제작되어 진다.
도 1은 일반적인 태양전지의 구조를 도시한 것으로서, 도시된 바와 같이, 태양전지는 일반적으로 기판(W) 상부면에 텍스처링층(110)이 형성되고, 텍스처링층(110) 상부에 ARC(Anti Reflection Coating)(120)가 적층 형성되며, 이 후 전면전극(130)과 후면전극(140)이 기판(W) 상부면과 하부면에 각각 설치되는 구조로 이루어져 있다.
이러한 태양전지의 제조공정은 일반적으로 기판의 광 흡수율을 높이기 위한 텍스처링 공정(표면조직화공정), P-N접합을 형성시키는 도핑공정, 불순물을 제거하는 산화막 제거공정, 광반사 손실을 줄이기 위한 반사방지막 형성공정, P-N접합 분리공정, 전후면 전극 인쇄공정 등으로 이루어진다.
여기서 텍스처링 공정은 기판(W) 상부면에 미세한 피라미드 모양의 요철을 형성함으로써, 기판(W) 표면에 투사되는 빛의 반사율을 최소화시켜 태양전지의 발전 효율을 향상시키기 위한 공정이다.
종래의 텍스처링 공정은 Wet 장비를 이용하여 기판(W)이 반응용액에 잠기도록 함으로써, Wet chemical 반응을 통해 습식 공정으로 텍스처링을 실시하였다.
그러나 상기와 같은 습식 공정의 경우에는 요철의 피치(pitch)와 깊이가 크게 되어 고가의 실리콘 손실이 많을 뿐 아니라, 실리콘 기판(W)의 두께를 얇게 하는데 한계가 있기 때문에 근래에는 습식 공정보다 요철을 보다 미세하게 형성하여 반사율을 낮춤으로써, 태양전지의 효율을 높일 수 있는 RIE(Reactive Ion Etching) 텍스처링(texturing) 공정이 활발히 연구되고 있다.
RIE(Reactive Ion Etching) 텍스처링(texturing) 공정은 반응가스의 플라즈마를 이용하여 기판(W) 표면을 미세하게 식각 처리하는 건식 공정이다.
그러나 종래의 RIE 텍스처링 공정은 반응가스의 확산과 플라즈마를 이용한 식각 공정의 특성상 식각원의 국부적인 고갈로 인한 Macro loading effect에 의해 기판(W)의 중심부(center)와 에지부(edge)에서의 텍스처링 불균일이 발생하고 있는 문제점이 있었다.
이로 인해 도 2에 도시된 바와 같이, 기판(W)의 중심부와 에지부에서의 광반사율 차이가 발생하여 광반사율이 낮은 기판(W)의 중심부가 에지부보다 검게 나타남으로써 전체적인 광반사율의 균일도를 실현하지 못하게 되는 것이다.
특히 태양전지의 제조단가 절감을 위하여 기판(W)이 대면적화되는 추세일 뿐 아니라, 16~200 wfs 까지 다수개의 기판(W)을 일괄 처리하는 시스템으로 진행됨에 따라 기판(W)의 중심부(center)와 에지부(edge)에서의 텍스처링 불균일도가 더욱 심해지고 있는 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 챔버 내에 반응가스 유입 공간과 텍스처링 반응 공간이 분리되도록 함으로써, 플라즈마의 균일한 확산을 유도하여 기판상의 텍스처링 불균일도를 최소화시키기 위한 것이다.
또한 본 발명의 다른 목적은 챔버 상부에도 소스 RF전원을 부가하여 상부챔버의 플라즈마 세기와 하부챔버의 플라즈마 이온의 세기를 독립적으로 조절할 수 있게 함으로써, 요철의 형태와 크기 등을 정밀하게 제어하고자 하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상부챔버와 하부챔버에 트로틀밸브가 구비된 펌핑포트를 각각 설치하여 반응부산물을 효과적으로 제어하여 배출함으로써, 텍스처링의 불균일을 제거하고자 하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 외부와 격리되는 반응공간을 형성하는 챔버와, 상기 챔버를 상부챔버와 하부챔버로 분할하되 상기 상부챔버와 하부챔버가 서로 연통되도록 다수개의 통공이 관통 형성되는 격벽과, 상기 하부챔버에 설치되는 서셉터, 및 상기 서셉터에 바이어스 파워를 공급하는 RF전원을 포함하여 구성된다.
이때 상기 상부챔버에는 트로틀밸브가 구비된 상부펌핑포트가 설치될 수 있다.
또한 상기 하부챔버에는 트로틀밸브가 구비된 하부펌핑포트가 설치될 수 있다.
한편 상기 서셉터에는 다수의 기판이 탑재되는 기판트레이가 로딩된다.
여기서 상기 서셉터의 외주에는 다수의 배출공이 형성된 베플플레이트가 설치되는 것이 바람직하다.
또한 상기 격벽은 금속 소재로 형성될 수 있다.
이때 상기 격벽은 Al, SUS, Ti, Ni 중 어느 하나의 재질로 형성되는 것이 바람직하다.
또한 상기 격벽은 접지되지 않은 플로팅 상태로 설치될 수 있다.
또한 상기 격벽에는 일정 전위가 인가될 수 있다.
또한 상기 격벽은 절연체(Dielectric Material)로 구성될 수 있다.
한편 상기 격벽의 하측면에는 다수개의 기판 상부에 플라즈마가 균일하게 분포될 수 있도록 하향 연장 형성된 칸막이가 구비된다.
여기서 상기 칸막이는 상기 다수개의 기판에 대응되게 다수의 구획공간이 형성되도록 격자 형상으로 배치되는 것이 바람직하다.
그리고 상기 챔버 상부에는 상기 상부챔버 내에 플라즈마가 형성되도록 소스 RF전원이 더 설치될 수 있다.
이때 상기 소스 RF전원은 CCP 소스(Capacitively Coupled Plasma Source) 또는 ICP 소스(Inductively Coupled Plasma Source)로 구성될 수 있다.
또한 상기 챔버 상부에는 상기 상부챔버 내에 플라즈마가 형성되도록 소스 RF전원과 ICP(Inductively Coupled Plasma)안테나가 설치될 수 있다.
여기서 상기 ICP안테나는 상기 챔버 상부에 결합되는 절연플레이트 상측부에 일정 간격으로 배치되는 것이 바람직하다.
한편 본 발명의 플라즈마 식각방법은 반응가스가 상부챔버 내에 유입되는 상부챔버 유입단계와, 상기 반응가스가 격벽의 통공을 경유하여 하부챔버로 이동하는 하부챔버 유입단계와, 하부챔버 내의 반응가스를 플라즈마 상태로 변환시키는 플라즈마 발생단계, 및 상기 플라즈마에 의한 기판의 텍스처링 반응시 하부챔버 내에 발생된 반응부산물을 챔버 외부로 강제 배출시키는 반응부산물 배출단계를 포함하여 구성된다.
여기서 상기 반응부산물 배출단계는 반응가스가 서셉터에 설치된 베플플레이트의 배출공을 경유하여 하부펌핑포트에 의해 외부로 강제 배출되도록 할 수 있다.
또한 상기 반응부산물 배출단계는 상기 하부챔버 내의 반응부산물이 상부챔버로 상향 이동한 후 상기 상부챔버에 설치되는 상부펌핑포트에 의해 외부로 강제 배출되도록 할 수 있다.
또한 상기 반응부산물 배출단계는 상기 하부챔버 내의 반응부산물과 상기 상부챔버 내로 이동한 반응부산물을 상부펌핑포트와 하부펌핑포트를 모두 이용하여 독립적으로 각각 강제 배출되도록 할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 기판의 중심부와 에지부에서의 텍스처링 균일도 향상을 통해 태양전지의 발전 효율을 증대시켜 태양전지의 품질과 신뢰성을 향상시키는 효과가 있을 뿐 아니라, 정밀하고 효율적인 텍스처링 제어를 통해 태양전지의 수율을 향상시킴으로써 생산성 향상과 제조단가 절감의 효과가 있다.
도 1은 태양전지의 일반적인 구조를 개략적으로 나타낸 단면도,
도 2는 종래의 RIE 텍스처링 방법으로 처리된 기판의 광반사율을 나타낸 사진,
도 3은 본 발명의 플라즈마 발생장치의 일 실시예의 구성도,
도 4는 본 발명에 구비된 격벽의 평면도,
도 5는 격벽이 기판트레이에 투사된 상태의 평면도,
도 6은 본 발명의 플라즈마 발생장치의 다른 실시예의 구성도,
도 7은 본 발명의 플라즈마 발생장치의 또 다른 실시예의 구성도,
도 8은 본 발명의 플라즈마 발생장치에서 텍스처링된 기판의 광반사율을 나타낸 사진,
도 9는 본 발명의 플라즈마 식각방법의 흐름도이다.
본 발명은 챔버(1) 내의 반응공간이 상,하부로 분리 형성된 플라즈마 발생장치를 적용하여 기판(W) 상의 텍스처링 균일도를 확보할 수 있게 한 것을 특징으로 하는 것으로서, RIE (Reactive Ion Etching) 텍스처링(Texturing) 공정을 이용하여 기판(W) 상에 미세한 요철(texture)을 형성함으로써, 기판(W) 전체 면에서의 균일하고 낮은 광반사율을 구현하고자 하는 것이다.
텍스처링은 기판(W) 표면에 피라미드 구조 형상을 만들거나 다공성 또는 요철을 형성하여 입사된 빛이 반사되는 것을 최소화시키는 것이다.
이하 도 3 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 플라즈마 발생장치를 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 플라즈마 발생장치의 일 실시예의 구성도를 나타낸 것이고, 도 4는 도 1의 격벽의 평면도를 나타낸 것이며, 도 5는 격벽이 기판트레이에 투사된 상태의 평면도를 나타낸 것이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 플라즈마 발생장치는 챔버(1), 격벽(10), 서셉터(30), 및 RF전원(70)으로 구성된다.
챔버(1)는 외부와 격리되는 플라즈마 반응 공간을 제공하는 것으로서, 내부에 일정 크기의 밀폐 공간을 형성하게 되며, 기판(W)의 크기나 공정 특성에 따라 다양한 크기와 형태로 접지되어 구비될 수 있을 것이다.
이때 챔버(1)의 상측부에는 가스인젝터(5)가 설치된다.
가스인젝터(5)는 반응가스를 챔버(1) 내로 분사시키는 역할을 하는 것으로서, 별도의 가스공급부(도시하지 않음)와 연결되며, 반응가스가 챔버(1) 내에 신속하고 균일하게 확산되어 분포될 수 있도록 다수개의 분사공(6)이 배치된 구조로 이루어질 수 있다.
가스인젝터(5)는 다수개의 분사공(6)을 이용하여 반응가스를 일시에 분사시킬 수 있도록 GDP(Gas Distribution Plate) 형태나 통상적인 다양한 형태의 샤워헤드 방식으로 구비될 수 있을 것이다.
여기서 반응가스는 텍스처링 공정에 맞게 다양한 종류의 가스가 사용될 수 있으나, 통상적으로 CxFx 나 SxFx 계열의 가스가 사용될 수 있다.
한편 챔버(1) 내부에는 격벽(10)이 설치된다.
격벽(10)은 챔버(1) 내부의 반응공간이 상부챔버(7)와 하부챔버(8)로 분리되도록 하는 것으로서, 일정 두께의 플레이트(plate) 형태로 구비될 수 있으며, 챔버(1) 내부에 수평 방향으로 설치된다.
이때 격벽(10)은 기판(W)과 일정 거리 이격되어 마주보도록 평행하게 설치되며, 외주면은 챔버(1)의 내주면과 대응되도록 형성되어 챔버(1) 내벽에 고정 설치된다.
또한 격벽(10)은 다양한 금속(metal) 소재로 형성될 수 있으나, Al(알루미늄), SUS(스테인레스 강), Ti(티타늄), Ni(니켈) 중 어느 하나의 소재로 형성되는 것이 바람직하다.
여기서 격벽(10)은 상기와 같은 금속 소재로 형성되는 경우, 챔버(1)와 절연되어 플로팅(floating) 상태(접지되지 않은 상태)로 설치되거나 또는 절연체(Dielectric Material)로 제작될 수도 있을 것이다.
또한 격벽(10)은 별도의 전원(도시하지 않음)을 연결시켜 플러스(+) 또는 마이너스(-) 전위를 띠도록 할 수 있다.
상기와 같이 격벽(10)이 일정 전위를 띠는 경우에는 플라즈마의 균일도를 향상시킬 수 있다.
한편 격벽(10)에는 다수개의 통공(15)이 상,하 방향으로 관통 형성된다.
통공(15)은 일정 간격으로 이격되도록 배치되며, 도 3,4에 도시된 바와 같이 기판트레이(200)에 로딩되는 각각의 기판(W) 상부에 다수개가 각각 대응되어 위치하도록 배치된다.
통공(15)은 도 4에 도시된 바와 같이, 4개가 한 조로 각각의 기판(W))에 대응되게 배치되어 있으나 이에 한정되는 것은 아니며, 기판(W)의 크기나 형태 또는 공정 특성에 맞게 다양한 형태와 개수로 배치될 수 있을 것이다.
일반적으로 반응가스는 기판(W)의 중심부(Center)와 에지부(Edge,외주)에 도달하는 과정에서 확산(diffusion) 정도의 차이에 의해 플라즈마를 균일하게 형성하지 못하게 되고, 이로 인해 기판(W)은 중심부와 에지부의 텍스처링 차이가 발생하는 것이다.
따라서 격벽(10)은 플라즈마 반응공간을 제한하여 이를 제거하고자 하는 것이다.
한편 격벽(10)의 하측면에는 다수개의 칸막이(12)가 설치될 수 있다.
칸막이(12)는 통공(15)을 통해 상부에서 하부로 유입되는 반응가스가 각각의 기판(W) 상부에서 신속하고 균일하게 확산되어 플라즈마가 발생되도록 함으로써, 기판(W)의 텍스처링 균일도가 향상되도록 하는 것이다.
칸막이(12)는 일정 길이로 하향 설치되며 도 3,4에 도시된 바와 같이, 각각의 기판(W) 상부에 플라즈마 반응공간이 구획되어 형성되도록 기판(W)의 위치에 대응되게 격자 형상으로 구비된다.
그러나 칸막이(12)는 상기와 같은 구조로 한정되는 것은 아니며, 다수의 기판(W)이 하나의 격자 안에 포함되도록 형성될 수도 있을 것이다.
한편 기판(W)은 기판트레이(200)에 안착된 상태에서 챔버(1) 내에 로딩되며, 생산성 향상을 위하여 다수개가 배치될 수 있을 것이다.
기판트레이(200)는 서셉터(30)에 의해 지지된다.
서셉터(30)은 하부챔버(8)의 중앙부에 설치되는 것으로서, 반응가스의 플라즈마 발생을 위하여 바이어스 파워(bias power)를 인가하는 RF전원(Radio Frequency Power)(70)이 연결된다.
RF전원(70)은 임피던스 조절을 위한 매칭박스가 구비되며, 고주파 바이어스 파워를 서셉터(30)에 인가함으로써, 하부챔버(8)에 플라즈마를 발생시키게 되는 것이다.
한편 서셉터(30)에는 하부챔버(8)에서의 플라즈마의 균일한 확산을 위하여 베플플레이트(20)가 설치될 수 있다.
베플플레이트(20)는 서셉터(30)에 외삽되어 설치되는 것으로서, 반응 부산물의 분포를 제어할 수 있도록 다수개의 배출공(25)이 형성되며, 내주면은 서셉터(30)의 외주면에 결합되고, 외주면은 챔버(1)의 내주면에 결합되어 고정되는 것이다.
또한 상부챔버(7)와 하부챔버(8)에는 트로틀밸브(45,55)가 각각 구비된 상부펌핑포트(40)와 하부펌핑포트(50)가 각각 설치될 수 있다.
이때 상부펌핑포트(40)와 하부펌핑포트(50)는 챔버(1) 내의 반응가스나 폴리머(polymer) 또는 미립자(particle) 등과 같은 반응 부산물의 배출을 제어하기 위한 것으로서, 챔버(1)에는 상부펌핑포트(40) 또는 하부펌핑포트(50) 중 어느 하나 또는 두 개 모두 설치될 수 있다.
상부펌핑포트(40)와 하부펌핑포트(50)는 배기펌프가 구비될 수 있으며, 반응부산물 등을 공정 진행에 대응하여 적절하게 외부로 강제 배출시키게 된다.
이하 본 발명의 플라즈마 발생장치의 작동 과정을 설명한다.
먼저 반응가스가 챔버(1) 상부에 설치된 가스인젝터(5)의 분사공(6)을 통해 상부챔버(7)로 분사된다.
여기서 분사된 반응가스는 격벽(10)의 통공(12)을 통해 균일하게 하부챔버(8)로 진입하여 확산된다.
이때 서셉터(30)에는 RF전원(70)으로부터 바이어스 파워가 인가되기 때문에 이로 인해 하부챔버(8) 내부에 확산된 반응가스는 플라즈마 상태로 변환되어 기판(W)과 반응하게 되는 것이다.
즉 반응가스는 챔버(1)의 하부챔버(8) 내에 확산됨과 동시에 서셉터(30)에 인가되는 RF 파워에 의해 플라즈마 상태로 변환되고, 이 플라즈마가 기판(W) 표면과 접촉되어 물리적 또는 화학적으로 반응하게 됨으로써, 기판(W)의 표면에 미세한 요철을 형성하게 되는 것이다.
이때 하부챔버(8)에 형성되는 플라즈마는 격벽(10)에 의해 일정 시간 동안 제한된 크기의 하부챔버(8)에 균일하게 확산되어 머무르게 되며, 이때 기판(W)은 플라즈마의 이온 에너지에 의한 물리적 반응에 의해 표면이 식각되어 미세한 요철이 형성됨으로써, 텍스처링 처리가 되는 것이다.
또한 플라즈마는 격벽(10)에 형성된 칸막이(12)에 의하여 각각의 기판(W)에 대응되게 기판(W) 상측부에 균일하게 형성됨으로써 메크로 로딩효과(macro loading effect)에 의한 기판(W)의 중심부와 에지부에서의 텍스처링 불균일이 제거되는 것이다.
플라즈마 반응과정은 반응성 이온이나 라디컬(Radical)이 실리콘(Si) 기판(W) 표면으로 입사하여 기판(W)과 반응하게 되는 것이다.
이때 반응 부산물은 증기압이 높은(high vapor pressure) 화합물(SiF₄등)과 증기압이 낮은(lower vapor pressure) 화합물(SixOyFz 등)이 형성된다.
증기압이 높은 반응부산물은 용이하게 펌핑되어 외부로 배출되나, 증기압이 낮은 반응부산물은 용이하게 펌핑되지 못하고 기판(W) 표면에 쌓이게 되는 것이다.
즉 증기압이 낮은 반응부산물은 격벽(10)에 의해 하부챔버(8)에서 외부로 쉽게 배출되지 못하고 기판(W)에 다시 흡착되며, 이와 같이 흡착된 반응부산물이 마이크로 마스킹(micro masking)을 형성하게 되는 것이다.
이렇게 형성된 마이크로 마스킹(micro masking)으로 인하여 기판(W) 표면은 선택적으로 플라즈마 반응이 이루어지게 되어 마이크로 사이즈의 요철을 형성함으로써 텍스처링 되는 것이다.
이때 균질한 텍스처링을 얻기 위해서는 챔버(1) 내에서의 증기압이 낮은 반응부산물의 밀도 및 균일한 분포가 매우 중요하게 되는 것이다.
따라서 본 발명은 하부챔버(8)에서 발생되는 반응분산물 중 증기압이 높은 반응부산물은 상,하부챔버(7,8) 전체로 신속하게 확산되나, 증기압이 낮은 반응부산물은 증기압이 낮아 격벽(10)에 의해 하부챔버(8) 내에 머무르게 되면서 균일한 확산과 분포를 형성하게 되어 기판(W) 표면에 지속적으로 흡착되어 텍스처링 반응에 의해 요철을 형성하게 되는 것이다.
한편 상부펌핑포트(40)만 구비된 경우에는 하부챔버(8)의 플라즈마와 반응부산물 등은 상부펌핑포트(40)에 의해 다시 상부챔버(7)로 강제 유입되어 외부로 배출되고, 또한 하부펌핑포트(50)만 구비된 경우에는 플라즈마와 반응부산물 등은 베플플레이트(20)의 배출공(25)을 경유하여 외부로 배출되며, 상부펌핑포트(40)와 하부펌핑포트(50)가 모두 구비된 경우에는 독립적으로 반응부산물 등을 각각 조절하여 배출하게 되는 것이다.
따라서 상부펌핑포트(40)와 하부펌핑포트(50)는 상,하부챔버(7,8)의 플라즈마나 반응부산물의 분포를 독립적으로 적절하게 조절하게 되는 것이다.
여기서 텍스처링 공정이 완료되면 기판트레이(200)를 외부로 인출하고, 후속 기판트레이(200)를 로딩시켜 동일한 공정을 수행하면 되는 것이다.
한편 도 6과 도 7을 참조하여 본 발명의 플라즈마 발생장치의 다른 실시예를 설명한다.
도 6과 도 7은 본 발명의 플라즈마 발생장치의 다른 실시예의 구성도를 도시한 것으로서, 도 6은 챔버(1) 상부에 소스 RF전원(80)이, 도 7은 챔버(1) 상부에 소스 RF전원(90)과 ICP(Inductively Coupled Plasma)안테나가 설치된 구성 외에는 도 3의 실시예와 동일하므로 변경된 구성에 대해서만 설명한다.
도 6에 도시된 바와 같이, 소스 RF전원(80)은 CCP 소스(Capacitively Coupled Source) 또는 ICP소스(Inductively Coupled Plasma Source)로 구비될 수 있으며, 가스인젝터(5)에 연결 설치되어 상부챔버(7)에 유입된 반응가스를 플라즈마 상태로 변환시키게 되는 것이다.
따라서 도 6의 실시예는 상부챔버(7)와 하부챔버(8)에 동시에 플라즈마를 발생시키게 되며, 이때 소스 RF전원(80)은 상부챔버(7)의 플라즈마의 세기를 조절하고, 하측부의 RF전원(70)은 하부챔버(8)의 플라즈마의 이온의 세기를 독립적으로 조절하게 됨으로써, 플라즈마를 정밀하게 제어하여 기판(W) 상부면에 형성되는 요철의 크기나 깊이를 정밀하게 제어할 수 있게 되는 것이다.
여기서 잔류 반응가스나 반응부산물은 반응이 완료된 후 상부펌핑포트(40) 또는 하부펌핑포트(50)를 통해 외부로 각각 배출된다.
한편 도 7의 실시예는 챔버(1) 상부에 절연플레이트(96)를 설치하고 절연플레이트(96) 상측부에 이격되게 ICP안테나(95)를 일정 간격으로 배치한다.
이때 ICP안테나(95)는 소스 RF전원(90)과 연결된다.
또한 상부 가스인젝터(5)는 반응가스를 상부챔버(7)에 분사할 수 있도록 절연플레이트(96)에 설치될 수 있다.
따라서 소스 RF전원(90)과 ICP안테나(95)는 상부챔버(7)에 자기장을 유도하여 상부챔버(7) 내의 반응가스를 플라즈마 상태로 변환시키게 되며, 또한 플라즈마의 세기를 조절할 수 있게 되는 것이다.
한편 도 8은 본 발명의 플라즈마 발생장치를 이용하여 텍스처링이 완료된 기판(W)의 광반사율을 나타낸 사진이다.
도시된 바와 같이, 기판(W) 전체 표면에서의 텍스처링 균일도가 확보되어 기판(W)의 중심부와 에지부에서의 광반사율의 차이가 나타나지 않고 있음을 알 수 있다.
이로 인해 태양전지의 발전 효율을 향상시킬 수 있게 되는 것이다.
이하 도 9를 참조하여 본 발명의 플라즈마 식각방법을 설명한다.
도 9는 본 발명의 플라즈마 식각방법의 흐름도를 나타낸 것이다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 플라즈마 식각방법은 상부챔버 유입단계(S10), 하부챔버 유입단계(S20), 플라즈마 발생단계(S30), 및 반응부산물 배출단계(S40)로 구성된다.
상부챔버 유입단계(S10)는 반응가스가 챔버(1) 상부에 설치된 가스인젝터(5)를 통해 상부챔버(7) 내부로 분사되어 확산되는 단계이다.
한편 하부챔버 유입단계(S20)는 상부챔버(7)에 유입된 반응가스가 격벽(10)의 통공(15)을 경유하여 하부챔버(8)로 이동하는 단계이다.
또한 플라즈마 발생단계(S30)는 상기와 같이 반응가스가 하부챔버(8) 내에 유입된 상태에서 서셉터(30)에 RF 파워를 인가하여 하부챔버(8) 내의 반응가스를 플라즈마 상태로 변환시키게 된다.
상기와 같이 하부챔버(8) 내의 반응가스가 플라즈마 상태로 변환되면 기판(W) 표면이 플라즈마와 반응하여 식각 처리되고, 이때 반응부산물이 생성되는 것이다.
즉 플라즈마 반응과정에서 증기압이 높은 반응부산물과 증기압이 낮은 반응부산물 등이 생성되는 것이다.
이때 증기압이 높은 반응부산물은 증기압이 높기 때문에 용이하게 격벽(10)의 통공(15)을 통해 상부챔버(7)로 상향 이동하게 되고, 증기압이 낮은 반응부산물은 기판(W) 표면에 흡착되어 잔류하게 되는 것이다.
상기와 같이 잔류하는 반응부산물이 마이크로 마스킹(micro masking) 역할을 하게 되어 플라즈마 식각과정에서 기판(W) 표면에 미세한 요철이 형성되도록 하는 것이다.
한편 반응부산물 배출단계(S40)에서는 반응이 진행되는 동안 상부펌핑포트(40) 또는 하부펌핑포트(50)를 이용하여 상부챔버(7)와 하부챔버(8)의 잔류가스나 반응부산물 등을 외부로 강제 배출시키게 된다.
반응부산물 배출단계(S40)는 상부펌핑포트(40)만을 개방하여 반응부산물 등이 상부챔버(7)를 통해 외부로 강제 배출되도록 하거나, 또는 하부펌핑포트(50)만을 개방하여 반응부산물 등이 베플플레이트(20)의 배출공(25)을 경유하여 외부로 강제 배출되도록 할 수 있다.
또한 반응부산물 배출단계(S40)는 상부펌핑포트(40)와 하부펌핑포트(50) 모두를 개방하여 상부챔버(7)와 하부챔버(8) 내의 잔류 가스나 반응부산물 등을 신속하게 독립적으로 각각 배출시킬 수도 있을 것이다.
따라서 본 발명은 챔버(1) 내에 상부챔버(7)와 하부챔버(8)가 분리되도록 함으로써, 플라즈마의 균일한 확산을 유도하여 텍스처링 공정이 효과적으로 진행되도록 하는 것은 물론 기판(W) 상의 텍스처링 불균일도를 최소화 시킬 수 있게 되며, 또한 플라즈마 세기와 플라즈마 이온의 세기를 독립적으로 제어할 수 있게 되어 기판(W) 상의 요철의 형태와 크기를 정밀하게 제어함으로써, 기판(W)의 광반사율을 최소화시킬 수 있게 되는 것이다.
이상, 상기의 실시 예는 단지 설명의 편의를 위해 예시로서 설명한 것에 불과하므로 특허청구범위를 한정하는 것은 아니며, 본 발명의 기술 범주 내에서 다양한 형태로 변형 적용 가능할 것이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
1 : 챔버 5 : 가스인젝터
6 : 분사공 7 : 상부챔버
8 : 하부챔버 10 : 격벽
12 : 칸막이 15 : 통공
20 : 베플플레이트 25 : 배출공
30 : 서셉터 40 : 상부펌핑포트
45,55 : 트로틀밸브 50 : 하부펌핑포트
70 : RF전원 80,90 : 소스 RF전원
95 : ICP안테나 96 : 절연플레이트
110 : 텍스처링층 120 : ARC
130 : 상부전극 140 : 하부전극
W : 기판
S10 : 상부챔버 유입단계
S20 : 하부챔버 유입단계
S30 : 플라즈마 발생단계
S40 : 반응부산물 배출단계

Claims (21)

  1. 외부와 격리되는 반응공간을 형성하는 챔버;
    상기 챔버를 상부챔버와 하부챔버로 분할하되, 상기 상부챔버와 하부챔버가 서로 연통되도록 다수개의 통공이 관통 형성되는 격벽;
    상기 하부챔버에 설치되는 서셉터; 및
    상기 서셉터에 바이어스 파워를 공급하는 RF전원;
    을 포함하여 구성되는 플라즈마 발생장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 상부챔버에는 트로틀밸브가 구비된 상부펌핑포트가 설치되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 하부챔버에는 트로틀밸브가 구비된 하부펌핑포트가 설치되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 서셉터에는 다수의 기판이 탑재되는 기판트레이가 로딩되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 서셉터의 외주에는 다수의 배출공이 형성된 베플플레이트가 설치되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 격벽은 금속 소재로 형성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 격벽은 Al, SUS, Ti, Ni 중 어느 하나의 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 격벽은 접지되지 않은 플로팅 상태로 설치되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 격벽에는 일정 전위가 인가되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 격벽은 절연체(Dielectric Material)로 구성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 격벽의 하측면에는,
    다수개의 기판 상부에 플라즈마가 균일하게 분포될 수 있도록 하향 연장 형성된 칸막이가 구비되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 칸막이는 상기 다수개의 기판에 대응되게 다수의 구획공간이 형성되도록 격자 형상으로 배치되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 챔버 상부에는 상기 상부챔버 내에 플라즈마가 형성되도록 소스 RF전원이 더 설치되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 소스 RF전원은 CCP 소스(Capacitively Coupled Plasma Source)인 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 소스 RF전원은 ICP 소스(Inductively Coupled Plasma Source)인 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 챔버 상부에는 상기 상부챔버 내에 플라즈마가 형성되도록 소스 RF전원과 ICP(Inductively Coupled Plasma)안테나가 설치되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 ICP안테나는 상기 챔버 상부에 결합되는 절연플레이트 상측부에 일정 간격으로 배치되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
  18. 반응가스가 상부챔버 내에 유입되는 상부챔버 유입단계;
    상기 반응가스가 격벽의 통공을 경유하여 하부챔버로 이동하는 하부챔버 유입단계;
    하부챔버 내의 반응가스를 플라즈마 상태로 변환시키는 플라즈마 발생단계; 및
    상기 플라즈마에 의한 기판의 텍스처링 반응시 하부챔버 내에 발생된 반응부산물을 챔버 외부로 강제 배출시키는 반응부산물 배출단계;
    를 포함하여 구성되는 플라즈마 식각방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 반응부산물 배출단계는,
    반응가스가 서셉터에 설치된 베플플레이트의 배출공을 경유하여 하부펌핑포트에 의해 외부로 강제 배출되도록 한 것을 특징으로 하는 플라즈마 식각방법.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 반응부산물 배출단계는,
    상기 하부챔버 내의 반응부산물이 상부챔버로 상향 이동한 후 상기 상부챔버에 설치되는 상부펌핑포트에 의해 외부로 강제 배출되도록 한 것을 특징으로 하는 플라즈마 식각방법.
  21. 제18항에 있어서,
    상기 반응부산물 배출단계는,
    상기 하부챔버 내의 반응부산물과 상기 상부챔버 내로 이동한 반응부산물을 상부펌핑포트와 하부펌핑포트를 모두 이용하여 독립적으로 각각 강제 배출시키는 것을 특징으로 하는 플라즈마 식각방법.
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