KR20170078423A - 평행 ｘ선을 이용한 박막 태양전지 두께 측정장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 박막 태양전지 두께 측정 장치에 관한 것으로 구체적으로는 XRR(x-ray reflectivity)을 이용한 박막 태양전지 두께 측정 장치에 관한 것으로,
시료 공급부와 두께 측정부를 포함하고,
시료 공급부는 시료로 이용되는 웨이퍼들이 수용되는 카세트 모듈, 카세트 모듈로부터 공급된 웨이퍼의 방향을 정렬하기 위한 얼라인모듈, 얼라인모듈의 웨이퍼를 분석 스테이지로 자동으로 공급하기 위한 로봇암을 포함하고,
두께 측정부는 로봇암으로부터 공급된 웨이퍼가 장착되는 분석 스테이지, 분석 스테이지에 위치된 웨이퍼에 X선을 발생 및 조사하기 위한 X선 튜브 및 X선 튜브로부터 조사되어 웨이퍼로부터 반사된 X선을 검출하기 위한 X선 검출부를 포함하고,
상기 X선 튜브와 분석 스테이지 사이에는 X선 튜브로부터 발생 및 조사된 X선을 평행광으로 변경하기 위한 X선 미러가 형성되어 있다.
시료 공급부와 두께 측정부를 포함하고,
시료 공급부는 시료로 이용되는 웨이퍼들이 수용되는 카세트 모듈, 카세트 모듈로부터 공급된 웨이퍼의 방향을 정렬하기 위한 얼라인모듈, 얼라인모듈의 웨이퍼를 분석 스테이지로 자동으로 공급하기 위한 로봇암을 포함하고,
두께 측정부는 로봇암으로부터 공급된 웨이퍼가 장착되는 분석 스테이지, 분석 스테이지에 위치된 웨이퍼에 X선을 발생 및 조사하기 위한 X선 튜브 및 X선 튜브로부터 조사되어 웨이퍼로부터 반사된 X선을 검출하기 위한 X선 검출부를 포함하고,
상기 X선 튜브와 분석 스테이지 사이에는 X선 튜브로부터 발생 및 조사된 X선을 평행광으로 변경하기 위한 X선 미러가 형성되어 있다.
Description
본 발명은 박막 태양전지 두께 측정 장치에 관한 것으로 구체적으로는 XRR(x-ray reflectivity)을 이용한 박막 태양전지 두께 측정 장치에 관한 것이다.
GaAs, 실리콘, 및 CIGS와 같은 박막 태양 전지의 박막 증착 공정을 진행한 후 증착 두께를 확인하기 위해서는 물리적인 파괴를 수행하고, 전자 현미경, SIMS 등 두께를 측정하는 장비 등을 이용하여 박막의 두께를 확인한다. X-선을 사용하는 경우 물리적 파괴 행위를 수행하지 않고 그 반사율을 측정할 수 있는데, X-선 반사율 측정법(XRR)은 비파괴적인 측정방법과 수 nm의 두께를 정밀하게 측정할 수 있는 장점으로 인하여 반도체 산업을 포함하여 각종 산업 현장에서 많은 관심과 연구가 이루어지고 있다.
통상적으로, X-선을 이용한 반사율 측정은 X-선 회절분석기(XRD)를 이용하여 측정할 수 있는 여러가지 측정법 중 하나이고, 기존 방식의 X-선 회절 분석기를 이용하여 박막의 두께를 측정할 수는 있지만, 카세트 단위로 공급되는 웨이퍼 전량을 검사하는데는 측정 시간이 너무 오래 걸리기 때문에 양산 및 적용에 어려움이 발생된다.
한편, 이와 같은 XRR을 이용한 두께 측정 장치와 관련해서, 한국공개특허공보 제 2006-0048904호는 도 1에 도시한 바와 같이 확산 반사의 측정에 의한 개량된 X선 측정장치 및 측정 방법에 대해 개시하고 있다.
이 특허문헌에서, 도 1을 참조하면, X선 반사측정(XRR)을 위한 시스템(20)에서는 시료의 경면 X선 반사율을 측정하기 위해 X선의 집속 빔으로 반도체 웨이퍼와 같은 시료(22)를 조사하고, 동적 나이프 에지(36) 및 셔터(38)가 수직방향(즉 시료(22)의 평면에 수직한)에서의 X선의 입사 빔(27)의 각도 범위를 제한하도록 사용되고 있다.
그러나 이와 같은 XRR 시스템에서는 확산광을 사용함에 따라 정밀도가 높지 않다라는 문제점이 발생하게 된다.
본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 발명으로서 비교적 저가이면서 정밀도가 높은 평행 X선을 이용한 박막 태양전지 두께 측정장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
전술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일양태에 따르면 평행 X선을 이용한 박막 태양전지 두께 측정장치가 제공된다. 평행 X선을 이용한 박막 태양전지 두께 측정장치는, 시료 공급부와 두께 측정부를 포함하고, 시료 공급부는 시료로 이용되는 웨이퍼들이 수용되는 카세트 모듈, 카세트 모듈로부터 공급된 웨이퍼의 방향을 정렬하기 위한 얼라인모듈, 얼라인모듈의 웨이퍼를 분석 스테이지로 자동으로 공급하기 위한 로봇암을 포함하고, 두께 측정부는 로봇암으로부터 공급된 웨이퍼가 장착되는 분석 스테이지, 분석 스테이지에 위치된 웨이퍼에 X선을 발생 및 조사하기 위한 X선 튜브 및 X선 튜브로부터 조사되어 웨이퍼로부터 반사된 X선을 검출하기 위한 X선 검출부를 포함하고, X선 튜브와 분석 스테이지 사이에는 X선 튜브로부터 발생 및 조사된 X선을 평행광으로 변경하기 위한 X선 미러가 형성되어 있다.
또한 전술한 양태에서, X선 검출부와 상기 분석 스테이지 사이에는 상기 분석 스테이지 상에 놓여진 시료로부터 반사되는 X선으로부터의 산란광을 제거하기 위한 산란제거슬릿을 더 포함할 수 있다.
또한 전술한 양태에서, 분석 스테이지는 X축, Y축 및 Z축 상에서 이동가능하고, X축을 회전축으로 하는 오메가축 회전 및 Y축을 회전축으로 하는 카이축 회전가능하도록 구성되는 것이 바람직하다.
전술한 양태에 있어서, X선 미러로부터 평행 상태에 있는 분석 스테이지 상의 시료로 입사되는 X선의 입사각도는 ±5°의 범위 내에 있는 것이 바람직하고, 오메가 축회전은 -2°내지 +5°의 범위 내에서 축회전 가능하도록 구성되는 것이 바람직하다. 또한 카이 축회전은 -10°내지 +10°의 범위 내에서 축회전 가능하도록 구성되는 것이 바람직하다.
또한 전술한 양태에서, X선 검출부는 수직방향으로부터 -10°내지 +10°의 범위 내에서 회전가능하도록 구성된다.
본 발명에 따르면, 비교적 저가이면서 정밀도가 높은 평행 X선을 이용한 박막 태양전지 두께를 연속적으로 측정할 수 있는 두께 측정 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 확산광의 반사 측정을 이용하여 두께를 측정하는 X선 두께 측정 장치를 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 평행 X선을 이용한 박막 태양전지 두께 측정장치의 전체 구성을 나타낸 도면.
도 3은 발명의 실시예에 따른 평행 X선을 이용한 박막 태양전지 두께 측정장치의 두께 측정부의 구성을 개략적으로 도시한 도면.
도 4는 본 발명에 따른 두께 측정 장치의 두께 측정부의 분석 스테이지의 이동축과 회전축을 나타낸 도면.
도 5는 본 발명에 따른 평행 X선을 이용한 박막 태양전지 두께 측정장치를 이용하여 두께를 측정할 때 두께 측정 순서를 나타낸 흐름도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 평행 X선을 이용한 박막 태양전지 두께 측정장치의 전체 구성을 나타낸 도면.
도 3은 발명의 실시예에 따른 평행 X선을 이용한 박막 태양전지 두께 측정장치의 두께 측정부의 구성을 개략적으로 도시한 도면.
도 4는 본 발명에 따른 두께 측정 장치의 두께 측정부의 분석 스테이지의 이동축과 회전축을 나타낸 도면.
도 5는 본 발명에 따른 평행 X선을 이용한 박막 태양전지 두께 측정장치를 이용하여 두께를 측정할 때 두께 측정 순서를 나타낸 흐름도.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이다.
본 명세서에서 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 그리고 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 따라서, 몇몇 실시예들에서, 잘 알려진 구성 요소, 잘 알려진 동작 및 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다.
명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 그리고, 본 명세서에서 사용된(언급된) 용어들은 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 또한, '포함(또는, 구비)한다'로 언급된 구성 요소 및 동작은 하나 이상의 다른 구성요소 및 동작의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 평행 X선을 이용한 박막 태양전지 두께 측정장치의 일실시예를 나타낸 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이 평행 X선을 이용한 박막 태양전지 두께 측정장치(10)는, 시료 공급부와 두께 측정부를 포함한다. 시료 공급부는 시료로 이용되는 웨이퍼들이 수용되는 카세트 모듈(100), 카세트 모듈로부터 공급된 웨이퍼의 방향을 정렬하기 위한 얼라인모듈(200), 얼라인모듈(200)의 웨이퍼를 분석 스테이지(400)로 자동으로 공급하기 위한 로봇암(300)으로 이루어지고, 두께 측정부는 로봇암(300)으로부터 공급된 웨이퍼가 장착되는 분석 스테이지(400), 분석 스테이지(400)에 위치된 웨이퍼에 X선을 조사하는 X선 튜브(500) 및 X선 튜브(500)로부터 조사되어 웨이퍼(400)로부터 반사된 X선을 검출하기 위한 X선 검출부(600)를 포함하여 구성된다.
웨이퍼들이 공급되는 카세트 모듈(100), 카세트 모듈로부터 공급된 웨이퍼의 방향을 정렬하기 위한 얼라인모듈(200), 얼라인모듈(200)의 웨이퍼를 분석 스테이지(400)로 자동으로 공급하기 위한 로봇암(300)으로 이루어진 시료 공급부의 구성은 현재 공지되어 있는 모든 기술이 이용될 수 있으며, 이에 대한 설명은 생략하도록 한다.
도 3은 본 발명에 따른 웨이퍼 박막의 두께를 측정하기 위한 두께 측정부의 구성을 나타낸다. 도 3에 도시된 바와 같이 두께 측정부는 분석 스테이지(400), 분석 스테이지(400)에 위치된 웨이퍼 또는 시료에 X선을 조사하는 X선 튜브(500) 및 X선 튜브(500)로부터 조사되어 웨이퍼(400)로부터 반사된 X선을 검출하기 위한 X선 검출부(600)를 포함한다.
X선 튜브(500)는 분석 스테이지(400)에 위치되는 시료에 따라 상이하게 채용될 수 있지만 X선 반사율 측정을 위해 일반적으로 사용되는 5.0KeV 내지 10.0KeV 사이의 에너지원를 방출하는 에너지원이 이용될 수 있다.
또한 본 발명에서는 X선 튜브(500)로부터 발생되는 X선을 평행 X선으로 변환하기 위해 괴벨(Goebel) 미러로서 알려진 X선 미러(510)를 더 포함한다. X선 미러(510)는 X선튜브로부터 발생된 확산형 또는 방사형 특성을 가진 X선을 평행 X선으로 변환한다. X선 미러를 이용해 평행빔을 만드는 경우 통상적인 엑스레이 분석 장치보다 광도가 약 20배 이상 증가하여 보다 정확한 시료의 두께 측정이 구현될 수 있다.
또한 X선 감도는 X선의 위상 편이 및 산란(Scatterring)으로 인한 간섭과, X선의 방사형 분산 특성으로 인해 X선 검출기의 정확도를 떨어뜨리기 때문에 이러한 위상 편이 및 산란 등으로 인한 간섭을 최소화하기 위해 X선의 전반사가 발생되는 매우 작은 입사각(통상 5°미만)으로 시료에 입사되도록 X선 미러(510)은 평행 상태에 있는 분석 스테이지(400)에 대해 ±5°의 범위 내에서 조사되도록 설치되는 것이 바람직하다.
다음으로, 샘플 스테이지(400)에 대해 설명한다. 샘플 스테이지(400)에는 시료인 웨이퍼(700)가 로봇암(300)에 의해 올려진다. 샘플 스테이지(400)는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 5축이동 구조물(410)에 연결되어 x축(전후), y축(좌우), z축(상하) 상에서 이동가능하고, 또한 x축을 회전축으로 한 오메가축 회전과 y축을 회전축으로 한 카이축 회전이 가능하도록 구성된다. 이와 같은 5축 이동은 모터와 기어와 같은 축이동 또는 축회전 부재들을 조합하여 이루어질 수 있으며, 이에 대한 상세한 설명은 생략하도록 한다.
오메가 축 회전의 경우 불필요한 하드웨어의 부하와 축회전 부재들의 과도한 대형화를 방지하기 위해 대략 -2°내지 +5°의 범위 내에서 회동가능하도록 구성되며, 카이축은 대략 -10°내지 +10°의 범위 내에서 회동가능하도록 구성되는 것이 바람직하다.
다음으로 X선 검출부(600)는 샘플 스테이지(400)로부터 전반사된 X선을 수집하도록 구성되며, X선 검출부(600)에서의 검출 정확도를 향상시키기 위해 시료 시테이지(400)와 X선 검출부(600) 사이에 X선 산란광을 제거하기 위한 X선 산란 제거 슬릿(610)이 더 형성될 수 있다.
X선 검출부(600)는 수직방향으로부터 카이의 최대 회전각인 -10°내지 +10°의 범위 내에서 회전가능하도록 구성되는 것이 바람직하고, CCD 어레이와 같은 광검출기가 X선 검출부로서 이용될 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 두께 측정 장치(10)를 이용한 두께 측정 방법을 도시한 도면이다.
도 5에 도시한 바와 같이 먼저, 단계 S100에서 시료가 분석 스테이지(400) 상에 올려진 이후 분석 스테이지(400)에 대한 Z축 정렬을 실시한다. 이때 Z축 정렬은, X-선 최대 강도의 1/10 내지 1/20되는 위치로 분석 스테이지(400)를 Z축을 따라 이동시킨다.
단계 S100이후, 단계 S200에서는 분석 스테이지(400)를 오메가 축을 따라 회전하면서 X선 강도가 최대가 되는 위치를 결정한다.
단계 S300에서 분석 스테이지(400)를 카이축을 따라 회전하면서 X선 강도가 최소값(또는 절대값이 최대값)이 되는 위치를 결정한다.
단계 S400에서 분석 스테이지(400)를 X선 최대값 강도가 1/2 지점이 되는 곳으로 Z축을 따라 위치 이동한다.
단계 S500에서 단계 S100 내지 단계 S400을 통해 결정된 위치에서 시료에 대한 두께 측정을 시행한다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 갖는 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 게시된 실시예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아닌 설명을 위한 것이고, 이런 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.
따라서 본 발명의 보호 범위는 전술한 실시예에 의해 제한되기 보다는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 카세트 모듈
200: 얼라인 모듈
300: 로봇암 400: 분석스테이지
500: X선 튜브 600: X선 검출기
510: X선 미러 610: 산란제거슬릿
300: 로봇암 400: 분석스테이지
500: X선 튜브 600: X선 검출기
510: X선 미러 610: 산란제거슬릿
Claims (7)
- 평행 X선을 이용한 박막 태양전지 두께 측정장치에 있어서,
시료 공급부와 두께 측정부를 포함하고,
시료 공급부는 시료로 이용되는 웨이퍼들이 수용되는 카세트 모듈, 카세트 모듈로부터 공급된 웨이퍼의 방향을 정렬하기 위한 얼라인모듈, 얼라인모듈의 웨이퍼를 분석 스테이지로 자동으로 공급하기 위한 로봇암을 포함하고,
두께 측정부는 로봇암으로부터 공급된 웨이퍼가 장착되는 분석 스테이지, 분석 스테이지에 위치된 웨이퍼에 X선을 발생 및 조사하기 위한 X선 튜브 및 X선 튜브로부터 조사되어 웨이퍼로부터 반사된 X선을 검출하기 위한 X선 검출부를 포함하고,
상기 X선 튜브와 분석 스테이지 사이에는 X선 튜브로부터 발생 및 조사된 X선을 평행광으로 변경하기 위한 X선 미러가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는
평행 X선을 이용한 박막 태양전지 두께 측정장치.
- 제1항에 있어서,
상기 X선 검출부와 상기 분석 스테이지 사이에는 상기 분석 스테이지 상에 놓여진 시료로부터 반사되는 X선으로부터의 산란광을 제거하기 위한 산란제거슬릿을 더 포함하는,
평행 X선을 이용한 박막 태양전지 두께 측정장치.
- 제2항에 있어서,
상기 분석 스테이지는 X축, Y축 및 Z축 상에서 이동가능하고, 상기 X축을 회전축으로 하는 오메가축 회전 및 상기 Y축을 회전축으로 하는 카이축 회전가능하도록 구성된
평행 X선을 이용한 박막 태양전지 두께 측정장치.
- 제1항에 있어서,
상기 X선 미러로부터 평행 상태에 있는 분석 스테이지 상의 시료로 입사되는 X선의 입사각도는 ±5°의 범위 내에 있는
평행 X선을 이용한 박막 태양전지 두께 측정장치.
- 제4항에 있어서,
상기 오메가 축회전은 -2°내지 +5°의 범위 내에서 축회전 가능하도록 구성되고,
평행 X선을 이용한 박막 태양전지 두께 측정장치.
- 제5항에 있어서,
상기 카이 축회전은 -10°내지 +10°의 범위 내에서 축회전 가능하도록 구성된 것을 특징으로 하는
평행 X선을 이용한 박막 태양전지 두께 측정장치.
- 제6항에 있어서,
상기 X선 검출부(600)는 수직방향으로부터 -10°내지 +10°의 범위 내에서 회전가능하도록 구성된 것을 특징으로 하는
평행 X선을 이용한 박막 태양전지 두께 측정장치.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020150188929A KR20170078423A (ko) | 2015-12-29 | 2015-12-29 | 평행 ｘ선을 이용한 박막 태양전지 두께 측정장치 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020150188929A KR20170078423A (ko) | 2015-12-29 | 2015-12-29 | 평행 ｘ선을 이용한 박막 태양전지 두께 측정장치 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20170078423A true KR20170078423A (ko) | 2017-07-07 |
Family
ID=59353364
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020150188929A KR20170078423A (ko) | 2015-12-29 | 2015-12-29 | 평행 ｘ선을 이용한 박막 태양전지 두께 측정장치 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20170078423A (ko) |
-
2015
- 2015-12-29 KR KR1020150188929A patent/KR20170078423A/ko not_active Application Discontinuation
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