KR20120123906A - 텍스처링된 표면을 갖는 실리콘 박판 클리빙 방법 - Google Patents

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Abstract

브릭(birck) 상태의 실리콘으로부터 박판의 실리콘 웨이퍼를 분리하는 실리콘 박판 클리빙 방법에 관한 것으로, 커프 손실(kerf loss)을 감소시키고 표면 품질을 향상시킨 텍스처링된 표면을 갖는 실리콘 박판 클리빙 방법에 관하여 개시한다.
본 발명은 실리콘 브릭의 상부면에 텍스처링을 수행하여 실리콘 브릭의 상부면의 표면을 텍스처링 하는 텍스처링 단계; 상기 실리콘 브릭의 상부면에 이온 빔을 조사하여 상기 상부면에서 일정 깊이에 이온 입자가 주입됨으로써 쪼개짐면이 형성되도록 하는 이온 빔 조사 단계; 및 상기 쪼개짐면을 기준으로 상층의 실리콘 박판을 분리하는 클리빙 단계:를 순차적으로 반복하여 실리콘 브릭으로부터 순차적으로 실리콘 박판을 분리하는 것을 특징으로 하는 실리콘 박판 클리빙 방법을 제공한다.

Description

텍스처링된 표면을 갖는 실리콘 박판 클리빙 방법{SILICON WAFER CLEAVING METHOD HAVING TEXTURING SURFACE}
본 발명은 브릭(brick) 상태의 실리콘으로부터 박판의 실리콘 웨이퍼를 분리하는 실리콘 박판 클리빙(cleaving) 방법에 관한 것으로, 커프 손실(kerf loss)을 감소시키고 표면 품질을 향상시킨 텍스처링된 표면을 갖는 실리콘 박판 클리빙 방법에 관한 것이다.
실리콘 웨이퍼 제조 기술에 있어서 큰 이슈가 되고 있는 것으로, 절단시에 발생하는 커프(kerf) 손실의 최소화와, 웨이퍼의 박형화가 있다.
커프 손실은 재료를 얼마나 효율적으로 사용할 수 있는 가의 척도가 되는 것으로, 커프 손실이 많으면 그 만큼 재료의 낭비가 많아져 제품의 단가가 상승하게 된다.
웨이퍼가 박형화 되면 같은 두께를 가지는 실리콘 브릭으로 부터 보다 많은 실리콘 웨이퍼를 얻을 수 있게 되므로, 역시 재료의 효율적인 활용과 원가의 절감이라는 효과를 가져오게 된다.
본 발명의 목적은 커프 손실을 절감하여 보다 소재의 활용율을 향상할 수 있는 클리빙 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 브릭 상태에서 표면을 텍스처링 한 후, 클리빙 단계를 수행함으로써 표면 품질이 우수한 실리콘 박판을 제조할 수 있는 실리콘 박판 클리빙 방법을 제공함에 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 실리콘 브릭의 상부면에 텍스처링을 수행하여 실리콘 브릭의 상부면의 표면을 텍스처링 하는 텍스처링 단계; 상기 실리콘 브릭의 상부면에 이온 빔을 조사하여 상기 상부면에서 일정 깊이에 이온 입자가 주입됨으로써 쪼개짐면이 형성되도록 하는 이온 빔 조사 단계; 및 상기 쪼개짐면을 기준으로 상층의 실리콘 박판을 분리하는 클리빙 단계:를 순차적으로 반복하여 실리콘 브릭으로부터 순차적으로 실리콘 박판을 분리하는 것을 특징으로 하는 실리콘 박판 클리빙 방법을 제공한다.
상기 텍스처링 단계와, 상기 이온 빔 조사 단계와, 상기 클리빙 단계는 밀폐된 챔버 내에서 연속적으로 실시되며,
상기 이온 빔 조사 단계는, 쪼개짐면이 상기 실리콘 브릭의 상부면으로부터 50~150㎛ 깊이에 형성된다.
또한, 상기 클리빙 단계는, 클리빙 블레이드를 상기 쪼개짐면에 삽입하여 이루어질 수 있고, 이 때 상기 쪼개짐면을 기준으로 상부의 실리콘 박판을 들어올릴 수 있다.
그리고, 상기 클리빙 단계에서 분리된 실리콘 박판은 별도의 공간에 적재되는 것을 특징으로 하는 실리콘 박판 클리빙 방법.
한편, 상기 텍스처링 단계와, 상기 이온 빔 조사 단계와, 상기 클리빙 단계는 각각 별도의 챔버에서 이루어질 수 있다.
본 발명에 따른 텍스처링된 표면을 갖는 실리콘 박판 클리빙 방법은 실리콘 브릭을 소잉(sawing)하는 것이 아니라, 이온 빔을 주사하여 상부면으로 부터 일정 깊이 아래쪽에 쪼개짐면을 형성하는 방식으로 실리콘 박판을 분리하도록 함으로써 커프 로스를 감소시키는 효과를 가져온다.
또한, 실리콘 브릭의 상부면에 대하여 텍스처링을 수행한 후 클리빙 단계를 수행하도록 함으로써, 분리되는 실리콘 박판의 표면 품질을 일정하게 확보할 수 있는 효과도 가져온다.
따라서, 본 발명에 따른 텍스처링된 표면을 갖는 실리콘 박판 클리빙 방법은 브릭 상태의 실리콘으로부터 표면이 텍스처링된 실리콘 박판을 연속적으로 분리할 수 있도록 함으로써, 하나의 실리콘 브릭에서 얻을 수 있는 실리콘 박판의 수량을 증대할 수 있는 효과를 가져온다.
도 1은 텍스처링된 표면을 갖는 실리콘 박판 클리빙 방법의 공정 순서도,
도 2는 본 발명에 따른 텍스처링된 표면을 갖는 실리콘 박판 클리빙 방법을 나타낸 개념도,
도 3은 기판 두께와 광전 효율과의 관계를 나타낸 그래프,
도 4는 본 발명에 따른 텍스처링된 표면을 갖는 실리콘 박판 클리빙 방법을 수행하기 위한 장치의 개략적인 구성도임.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.
그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 의해 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기술 등이 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있다고 판단되는 경우 그에 관한 자세한 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 텍스처링된 표면을 갖는 실리콘 박판 클리빙 방법의 공정 순서도다.
본 발명은, 실리콘 브릭의 상부면에 텍스처링을 수행하여 실리콘 브릭의 상부면의 표면을 텍스처링 하는 텍스처링 단계(S-11)와, 상기 실리콘 브릭의 상부면에 이온 빔을 조사하여 상기 상부면에서 일정 깊이에 이온 입자가 주입됨으로써 쪼개짐면이 형성되도록 하는 이온 빔 조사 단계(S-12)과, 상기 쪼개짐 면을 기준으로 상층의 실리콘 박판을 분리하는 클리빙 단계(S-13)을 순차적으로 반복하여 실리콘 브릭으로부터 순차적으로 실리콘 박판을 분리하는 것을 특징으로 하는 실리콘 박판 클리빙 방법을 제공한다.
이 때, 상기 텍스처링 단계(S-11)와, 상기 이온 빔 조사 단계(S-12)와, 상기 클리빙 단계(S-13)는 인 시츄(in-situ) 상태로 진행되는 것이 바람직하다.
인 시츄로 이루어지지 않고, 장비 외부로 나오게 되면 공정 시간이 지연되고 생산성이 저하되는 문제점이 발생한다.
텍스처링 단계(S-11)와, 이온 빔 조사 단계(S-12)와, 클리빙 단계(S-13)는 각각 독립된 챔버 내에서 이루어지는 것이 바람직한데, 인 시츄로 이루어지기 위해서는 실리콘 브릭이 이들 챔버 사이를 밀폐된 상태에서 이동할 수 있어야 한다.
구체적인 장치에 관한 설명은 도 4를 참조하여 후술한다.
본 발명은 브릭 상태의 폴리 실리콘(이하, 실리콘 브릭)을 상부면에서부터 일정 두께로 순차적으로 분리하되, 기판의 표면이 될 표면에는 텍스처링 단계를 통해 소정의 패턴을 실리콘 표면에 텍스처링함으로써 태양전지 기판으로 사용될 경우 광흡수 효율을 향상시킬 수 있다.
이러게 실리콘 브릭의 상부면을 텍스처링 한 후, 상부면을 포함하는 실리콘 박판을 분리하게 되면, 분리된 상태의 실리콘 박판은 별도의 표면 처리 없이 태양전지 기판으로 사용될 수 있다.
한 층의 실리콘 기판의 분리된 잔류 실리콘 브릭의 새로운 상부면은 이온 빔에 의하여 표면 거칠기가 발생하게 되어, 소자 특성이 열화된다. 클리빙에 의하여 노출된 상부면은 다시 텍스처링 단계를 거치면서 표면 특성이 향상된 후, 순차적으로 이온 빔 조사 단계와, 클리빙 단계를 순차적으로 거치게 됨으로써, 일정한 표면 품질을 가지는 실리콘 박판을 연속적으로 분리할 수 있게 되는 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 텍스처링된 표면을 갖는 실리콘 박판 클리빙 방법을 나타낸 개념도이다.
도시된 바와 같이, 실리콘 브릭(10)은 배면이 하부지그(110)고정된 상태에서 이동되며 연속적으로 텍스처링 단계와, 이온 빔 조사 단계와, 클리빙 단계를 거치게 된다.
실리콘 브릭(10)의 노출되어 있는 상부면(12)은 먼저 텍스처링 단계를 거치게 된다. 텍스처링 단계는 플라즈마와 반응가스를 이용하여 실리콘 표면에 피라미드 형상의 패턴을 구현하는 것이다. 텍스처링 된 표면은 태양전지의 수광 표면으로 사용된다.
이온 빔 조사 단계는 브릭 상태의 실리콘 상부면(12)을 텍스처링 한 후 이루어지는 것으로, 이온 빔을 조사하여 실리콘 브릭(10) 상부면(12)의 일정두께 아래 부분으로 이온 빔이 침투(implantation)하도록 함으로써 쪼개짐 면(15)을 형성하게 된다. 이온 빔으로는 수소 이온 빔이 사용될 수 있다.
상부면에서 쪼개짐 면(15) 까지의 두께(t)가 분리되는 실리콘 박판의 두께가 되는 것으로, 이온 빔을 조절하여 분리할 실리콘 박판의 두께를 제어할 수 있다.
상부면 아래 일정 두께에 쪼개짐 면(15)을 형성한 후, 클리빙 단계를 수행하게 된다.
클리빙 단계는 쪼개짐 면(15) 위쪽의 실리콘 박판(17)을 잔류하는 실리콘 브릭(10-1)으로부터 분리하는 것이다.
클리빙 단계는 실리콘 브릭의 상부면을 흡착 등의 방법을 통해 상부지그(120)고정한 후, 클리빙 블레이드를 쪼개짐 면에 진입시켜 물리적으로 실리콘 박판(17)을 실리콘 브릭(10-1)으로부터 분리하고, 분리된 실리콘 박판을 적재위치로 이동시킨다.
박판이 분리된 실리콘 브릭(10-1)은 다시 텍스처링 단계와, 이온 빔 조사 단계를 순차적으로 거치며 다시 상층의 실리콘을 박판으로 분리하게 된다. 이러한 공정은 모두 인 시츄(in-situ)로 이루어진다. 이러한 과정을 순차적으로 거치면서 브릭 상태의 실리콘은 상층으로부터 표면이 텍스처링된 실리콘 박판이 분리된다.
이러한 방법으로 실리콘 브릭으로부터 실리콘 박판을 분리하게 되면, 표면이 일정하게 텍스처링된 실리콘 박판을 얻을 수 있으며, 와이어 쏘우를 사용하지 않음으로써 커프 로스를 감소시켜 수율을 향상시키는 효과를 가져온다.
도 3은 기판 두께와 광전 효율과의 관계를 나타낸 것으로, 도 3을 참조하면, 기판의 두께가 얇을수록 광전 효율도 더 크게 나타나는 것을 알 수 있다. 또한, 기판의 두께가 얇으면 유연성(flexibility)이 향상될 수 있어 다양한 형태의 태양전지 제조가 가능하다.
실리콘 기판을 와이어 쏘잉(wire sawing) 방식으로 제조하면, 실리콘 기판의 두께가 200㎛ 정도까지만 제조 가능하며, 대략 15㎛ 정도의 톱니 자국(Saw Mark)이 발생하여 이를 제거하여야 했다.
그러나, 본 발명에서는 수소 이온 임플란트(implant)를 이용한 클리빙(cleaving) 방식을 적용한 결과, 50~150㎛ 두께이면서 대략 0.4㎛ 이하의 RMS(Root Mean Square) 거칠기를 갖는 실리콘 박판을 제조할 수 있었다.
이러한 기판 두께는 수소 이온 임플란트시 인가되는 에너지에 따라 결정될 수 있으며, 50㎛ 두께를 갖는 제1도전형 실리콘 기판(310)을 제조할 수 있었다. 제1도전형 실리콘 기판(310)의 두께가 150㎛를 초과하는 경우, 박판형의 기판을 제조하는 의미가 상실될 수 있으며, 광전 효율 역시 저하되는 문제점이 있다.
도 4는 본 발명에 따른 텍스처링된 표면을 갖는 실리콘 박판 클리빙 방법을 수행하기 위한 장치의 개략적인 평면 구성도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 텍스처링 된 표면을 갖는 실리콘 박판 클리빙 방법은 3개의 연결된 챔버로 구성되는 것이 바람직하다.
하나의 챔버에서 3가지 공정을 일괄적으로 수행하게 할 수도 있으나, 그러한 경우 장비가 지나치게 복잡해지고, 단위시간당 생산 능력이 저하되는 문제점이 있다.
따라서, 각각의 공정에 최적화된 텍스처링 챔버(210)와, 이온 빔 조사 챔버(220)와, 클리빙 챔버(230)를 별도로 마련하고, 이들간에 실리콘 브릭이 이동할 수 있도록 구성하는 것이 바람직하다.
도시된 바와 같이, 3개의 챔버(210, 220, 230)가 3각형의 형태로 배치되고, 실리콘 브릭을 고정한 하부지그가 3개의 챔버(210, 220, 230)를 순차적으로 순환할 수 있도록 구성하고, 각각의 챔버 내에서 항상 같은 공정이 진행되도록 함으로써 장비의 효율을 증가시킬 수 있다.
즉, 실리콘 브릭이 3개의 챔버를 순환하며 인 시츄로 텍스처링 단계, 이온 빔 조상 단계 및 클리빙 단계가 순차적이며 반복적으로 이루어지는 것이다.
이를 위해서는 도시된 바와 같이 3개의 챔버가 대략 3각형의 형태로 배치되어, 텍스처링 챔버(210)에서 이온 빔 조사 챔버(220)로 이동할 수 있으며, 이온 빔 조사 챔버(220)에서 클리빙 챔버(230)로 이동할 수 있고, 클리빙 챔버(230)에서 텍스처링 챔버(210)로 이동할 수 있게 된다.
또한, 각각의 챔버 사이에는 개폐 가능한 격벽(미도시)이 구비되어, 각각의 챔버 내부의 공정 조건을 독립적으로 제어할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
이상에서는 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 기술자의 수준에서 다양한 변경이나 변형을 가할 수 있다. 이러한 변경과 변형은 본 발명이 제공하는 기술 사상의 범위를 벗어나지 않는 한 본 발명에 속한다고 할 수 있다. 따라서 본 발명의 권리범위는 이하에 기재되는 청구범위에 의해 판단되어야 할 것이다.
10, 10-1 : 실리콘 브릭
12 : 상부면
15 : 쪼개짐면
17 : 실리콘 박판
110 : 하부지그
120 : 상부지그

Claims (7)

  1. 실리콘 브릭의 상부면에 텍스처링을 수행하여 실리콘 브릭의 상부면의 표면을 텍스처링 하는 텍스처링 단계;
    상기 실리콘 브릭의 상부면에 이온 빔을 조사하여 상기 상부면에서 일정 깊이에 이온 입자가 주입됨으로써 쪼개짐면이 형성되도록 하는 이온 빔 조사 단계; 및
    상기 쪼개짐면을 기준으로 상층의 실리콘 박판을 분리하는 클리빙(cleaving) 단계:를 순차적으로 반복하여 실리콘 브릭으로부터 순차적으로 실리콘 박판을 분리하는 것을 특징으로 하는 실리콘 박판 클리빙 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 이온 빔 조사 단계는
    쪼개짐면이 상기 상부면으로부터 50~150㎛ 하부에 형성되도록 하는 것을 특징으로 하는 실리콘 박판 클리빙 방법
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 클리빙 단계는
    클리빙 블레이드를 상기 쪼개짐면에 삽입하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 실리콘 박판 클리빙 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 클리빙 단계는
    상기 클리빙 블레이드를 상기 쪼개짐면에 삽입하며,
    상기 쪼개짐면을 기준으로 상부의 실리콘 박판을 들어올리는 것을 특징으로 하는 실리콘 박판 클리빙 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 클리빙 단계에서 분리된 실리콘 박판은 별도의 공간에 적재되는 것을 특징으로 하는 실리콘 박판 클리빙 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 텍스처링 단계와, 상기 이온 빔 조사 단계와, 상기 클리빙 단계는 밀폐된 챔버 내에서 연속적으로 실시는 것을 특징으로 하는 실리콘 박판 클리빙 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 텍스처링 단계와, 상기 이온 빔 조사 단계와, 상기 클리빙 단계는 각각 별도의 챔버에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 실리콘 박판 클리빙 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101523272B1 (ko) * 2014-07-24 2015-05-27 한국에너지기술연구원 이온 임플란테이션을 이용한 태양 전지 텍스쳐링 방법

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