WO2022203216A1 - 기판처리장치 및 기판 처리방법 - Google Patents

기판처리장치 및 기판 처리방법 Download PDF

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WO2022203216A1
WO2022203216A1 PCT/KR2022/002650 KR2022002650W WO2022203216A1 WO 2022203216 A1 WO2022203216 A1 WO 2022203216A1 KR 2022002650 W KR2022002650 W KR 2022002650W WO 2022203216 A1 WO2022203216 A1 WO 2022203216A1
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substrate processing
processing apparatus
chamber
light
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PCT/KR2022/002650
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신현교
강준영
금민종
김정배
신원석
유현민
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주성엔지니어링(주)
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    • H01L31/20—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof such devices or parts thereof comprising amorphous semiconductor materials
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Definitions

  • the present invention relates to a substrate processing apparatus and a substrate processing method, and more particularly, by performing a light soaking treatment in equipment after ITO deposition in a PVD system before generating a metal electrode to reduce the loss of the light irradiation area It relates to a substrate processing apparatus and a substrate processing method that can be reduced.
  • deterioration proceeds due to various conditions such as the sun, rain, and wind.
  • the solar cell is deteriorated in advance by using a light soaking treatment in the manufacturing process before shipment. Through this method, it is possible to suppress the deterioration caused by sunlight in the actual use environment.
  • the solar cell module has a stabilized conversion efficiency indicating a state in which there is no change in conversion efficiency any more when light is irradiated for a certain period of time under prescribed light irradiation conditions immediately after the module is manufactured.
  • a general solar cell manufacturing process includes the process shown in FIG. 1 .
  • Transparent electrodes are respectively formed on the front and back surfaces of the substrate using the PVD system (S110).
  • metal wiring is formed by sputtering a metal material on each of the transparent electrodes on the front and back surfaces of the substrate or by printing a metal material paste (S120), and light for removing defects between the substrate and the amorphous silicon layer
  • a light soaking process is performed (S130). Accordingly, there is a problem in that a separate light soaking equipment is required, and a light irradiation area is lost due to the metal electrode.
  • An object of the present invention is to provide a substrate processing apparatus and a substrate processing method that can differentiate equipment performance and reduce production costs by removing defects on a substrate in a physical vapor deposition system.
  • Another object of the present invention is to provide a substrate processing apparatus and a substrate processing method capable of maximizing a defect removal effect by reducing a loss of a light irradiation area when manufacturing a heterojunction solar cell.
  • Another object of the present invention is to provide a substrate processing apparatus and a substrate processing method capable of simplifying the process and equipment since a separate light irradiation equipment after metal electrode formation is not required by performing light irradiation without releasing the vacuum. .
  • a substrate processing apparatus for achieving this object includes: a transparent electrode forming apparatus for forming a transparent electrode on one surface of a substrate; a metal wiring forming apparatus for forming a metal electrode on the substrate; and a light irradiation module for irradiating light to the substrate in one or more of the one or more additional processing apparatuses located between the transparent electrode forming apparatus and the metal wiring forming apparatus is disposed.
  • an additional processing apparatus includes: a transfer chamber for transferring the substrate; or a cooling chamber for cooling the substrate; Alternatively, it may be at least one device of a venting chamber that changes the substrate from a vacuum state to an atmospheric pressure state.
  • the transfer chamber, the cooling chamber, or the venting chamber is a chamber for a physical vapor deposition system.
  • the light irradiation module may include one or more lamps for irradiating light into the chamber.
  • the lamp may be disposed on one side of an upper portion or a lower portion of the chamber, or both upper and lower portions of the chamber.
  • the lamp may include at least one of an LED lamp, a xenon lamp, a halogen lamp, and an ultraviolet lamp.
  • the light irradiation module preferably irradiates light energy of 60 SUN or more.
  • the light irradiation module is preferably irradiated with light energy for 40 seconds to 60 seconds in a temperature range of 150 °C to 250 °C.
  • the substrate processing apparatus may further include a ballast for variably controlling the illuminance of the lamp.
  • control unit for controlling the illuminance level by controlling the input power of the ballast according to the light irradiation intensity of the light irradiation module.
  • the substrate is a heterojunction solar cell.
  • the transparent electrode forming apparatus and the additional apparatus are connected in-situ.
  • the substrate processing method is a substrate processing apparatus in which one or more additional processing apparatuses in which a light irradiation module is installed between the transparent electrode forming apparatus and the metal wiring forming apparatus are connected, the substrate is input from the transparent electrode forming apparatus to be transparent on the substrate electrode forming step; a metal wiring forming step of forming a metal electrode on the substrate after forming the transparent electrode; It characterized in that it comprises the step of using one or more additional devices including at least the light irradiation module in the step between the transparent electrode forming step and the metal wiring forming step.
  • the substrate processing apparatus and substrate processing method according to the present invention can differentiate equipment performance and reduce production cost by removing defects in the substrate in the physical vapor deposition system when manufacturing a heterojunction solar cell, and reduce the loss of light irradiation area to reduce defects Since the removal effect can be maximized, there is no need for a separate light irradiation equipment after the formation of the metal electrode, thereby simplifying the process and equipment.
  • FIG. 1 is a flowchart illustrating a solar cell manufacturing process according to a general technique.
  • FIG. 2 is a configuration diagram schematically showing the configuration of a substrate processing apparatus according to the present invention.
  • FIG. 3 is a flowchart showing the progress of the substrate processing method according to the present invention.
  • FIGS. 4A to 4C are exemplary views showing a cross section of a solar cell module in each process of the substrate processing apparatus and the substrate processing method according to the present invention.
  • first, second, etc. may be used to describe various elements, but the elements are not limited by the terms. The above terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, a first component may be referred to as a second component, and similarly, a second component may also be referred to as a first component.
  • the substrate processing apparatus includes a transparent electrode forming apparatus 110 for forming a transparent electrode on one surface of a substrate, a metal wiring forming apparatus 130 for forming a metal electrode on the substrate, and the transparent electrode forming apparatus and one or more additional processing devices 120 positioned between 110 and the metal wiring forming device 130 .
  • the transparent electrode forming apparatus 110 and the additional processing apparatus 120 include a chamber 100 for a physical vapor deposition (PVD) system.
  • PVD physical vapor deposition
  • the additional processing apparatus 120 includes a transfer chamber 121 , a cooling chamber 122 , and a venting chamber 123 .
  • at least one of the transfer chamber 121 , the cooling chamber 122 , and the venting chamber 123 includes a light irradiation module 130 .
  • the light irradiation module 130 is provided in all of the transfer chamber 121, the cooling chamber 122, and the venting chamber 123 as an example, but the present invention is not limited thereto. It may correspond to all chambers after ITO deposition in (110).
  • the substrate processing apparatus is a transfer chamber 121, which is equipment immediately after the transparent electrode forming chamber 110 of the physical vapor deposition method among the turn-key system for manufacturing a solar cell, a cooling chamber ( 122) and a light irradiation module 130 in the venting chamber 123 is included.
  • the light irradiation module 130 in the transfer chamber 121 , the cooling chamber 122 and/or the venting chamber 123 connected to the rear end of the transparent electrode formation chamber 110 of the physical vapor deposition system. is installed.
  • a wet etching device that performs a roughening process for roughening the front and back surfaces of the wet semiconductor substrate, a supply cassette, a semiconductor substrate, or a tray loaded with a semiconductor substrate or a plurality of semiconductor substrates are introduced.
  • a load lock chamber that repeats vacuum and standby conditions, a heating chamber for heating a substrate, and a transfer chamber for transferring a semiconductor substrate or tray to the transparent electrode forming chamber 110 may be disposed.
  • the light irradiation module 130 includes a plurality of lamps 131 for irradiating light into the additional processing apparatus 120: 121, 122, 123.
  • the light irradiation module 130 may be installed on one side or both upper and lower portions of the upper or lower portions of the transfer chamber 121 , the cooling chamber 122 and the venting chamber 123 .
  • the lamp 131 may include at least one of an LED lamp, a xenon lamp, a halogen lamp, and an ultraviolet lamp.
  • the lamp 131 is installed on a lid inside the chamber to irradiate light in a downward direction.
  • the density of dangling bonds inside the light absorption layer increases and the internal electric field decreases, which further accelerates the recombination of electron-hole pairs generated by light, thereby deteriorating the characteristics of the solar cell. happens At this time, the defect component at the interface between the substrate and the amorphous silicon layer is removed.
  • the light irradiation module 130 irradiates light energy of 60 SUN or more. Since it is 1,000 W (watts) based on 1 SUN, light energy of about 60,000 W or more is irradiated.
  • the light irradiation module 130 may irradiate light energy in a temperature range of 150° C. to 250° C. for 40 seconds to 60 seconds.
  • the light irradiation of the first step may be performed in the transfer chamber 121 and the cooling chamber 122
  • the light irradiation of the second step may be performed in the venting chamber 123 .
  • Light irradiation process conditions require the ability to control the temperature to reach a certain level or less and to irradiate a sufficient amount of light. That is, a light source in an appropriate wavelength band and temperature control are important process factors.
  • ballasts 140a to 140c capable of variably controlling the illuminance of the lamp 131 of the light irradiation module 130 may be configured.
  • the control unit 150 measures the light irradiation intensity of the lamp 131 using a light quantity sensor (not shown), and the input power of the ballasts 140a to 140c according to the measured light irradiation intensity. By controlling it, the illuminance level of the lamp 131 may be adjusted.
  • FIGS. 4A to 4C are exemplary views showing a cross section of a solar cell module in each process of the substrate processing method according to the present invention.
  • the transparent electrode forming chamber 110 receives the semiconductor substrate or tray, removes the oxide film of the semiconductor substrate in a continuous process, and forms a transparent electrode on the semiconductor substrate (S310)
  • the heterojunction solar cell module 10 manufactured in the transparent electrode formation chamber 110 has a first semiconductor layer 12 and a second semiconductor layer ( 14), and the first transparent conductive layer 13 formed on the front surface of the first semiconductor layer 12 and the second transparent conductive layer 15 formed on the rear surface of the second semiconductor layer 14 .
  • an amorphous silicon layer (a-Si) 16 is formed at the interface between the substrate 11 and the first semiconductor layer 12 and at the interface between the substrate 11 and the second semiconductor layer 14 , respectively.
  • the light irradiation process in the substrate processing method according to the present invention is performed in a transport, cooling and venting chamber after forming a transparent conductive layer (ITO) in a physical vapor deposition system before forming a metal electrode (S320) ).
  • ITO transparent conductive layer
  • S320 metal electrode
  • the transfer chamber 121 , the cooling chamber 122 , and the venting chamber 123 are all provided with the light irradiation module 130 as an example, but conditions capable of exhibiting an effect by light soaking If it is, it may be implemented in any one or more additional process chambers after the transparent electrode forming chamber 110 for forming the transparent electrode.
  • Amorphous silicon (a-Si) at the interface 16 between the substrate 11 and the first semiconductor layer 12 and the interface 16 between the substrate 11 and the second semiconductor layer 14 by light irradiation This can be thermally fired.
  • a metal electrode forming process ( S330 ) of forming a ribbon, a bus bar, a finger line, etc. in a state in which the transparent electrode is formed through the PVD system is performed.
  • the first electrode 17 may be formed on the first transparent conductive layer 13 or the second electrode 18 may be formed on the second transparent conductive layer 15 .
  • the interfaces 16' between the substrate and the amorphous silicon (a-Si) layer are in a state in which defects are removed by light irradiation simultaneously performed during the transport, cooling, and venting processes.
  • a silver pattern Ag pattern
  • the feature of the substrate processing method according to the present invention is the light irradiation step before the process (S330) of forming the metal electrode. Since the light output from the lamp 131 of the light irradiation module 130 can be prevented from being blocked by the metal electrode by performing This can be removed.
  • the substrate processing apparatus may be used in a process of manufacturing a flat panel display device, a solar cell, etc. in addition to a process of depositing a thin film on a substrate of a semiconductor device.

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Abstract

본 발명은 금속 전극을 생성하기 이전에 PVD 시스템에서 ITO 증착 이후의 장비에서 광조사를 수행하여 광조사 면적의 손실을 줄일 수 있는 기판처리장치 및 기판 처리방법에 관한 것으로, 하나 이상의 박막층이 형성된 기판; 상기 기판을 이송하는 이송 챔버; 상기 기판을 쿨링하는 쿨링 챔버 및 상기 기판을 진공 상태에서 대기압 상태로 변경하는 벤팅 챔버를 포함하는 기판처리장치에서 상기 이송챔버, 쿨링 챔버 또는 벤팅 챔버 중 하나 이상의 챔버에 상기 기판에 광을 조사하는 광조사 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하며, 금속 전극에 의해 광조사 모듈의 빛이 가려지는 것을 방지할 수 있어 수광 면적이 넓게 될 수 있어 광조사에 의한 효율을 증가시킬 수 있다.

Description

기판처리장치 및 기판 처리방법
본 발명은 기판처리장치 및 기판 처리방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 금속 전극을 생성하기 이전에 PVD 시스템에서 ITO 증착 이후의 장비에서 광 조사(Light Soaking) 처리를 수행하여 광 조사 면적의 손실을 줄일 수 있는 기판처리장치 및 기판 처리방법에 관한 것이다.
최근 석유나 석탄과 같은 기존 에너지 자원의 고갈이 예측되면서 이들을 대체할 대체 에너지에 대한 관심이 높아지고 있다. 이 중에서도 태양전지는 에너지 자원이 풍부하고 환경 오염에 대한 문제점이 없어 주목을 받고 있다.
태양전지는 실제 옥외 환경에 노출되는 경우, 태양, 비, 바람 등 여러 조건에 의해서 열화가 진행된다. 태양광에 의한 열화를 억제하기 위한 방법으로 태양전지를 출하하기 전에 제조과정에서 광 조사(Light Soaking) 처리를 이용하여 미리 열화를 시킨다. 이러한 방법을 통해 실제 사용환경에서 태양광에 의한 열화 현상을 억제할 수 있다.
즉, 태양전지 모듈은 모듈을 제조한 직후에 규정된 광 조사 조건에서 일정 시간 동안 빛을 조사하면 더 이상 변환 효율에 변화가 없는 상태를 나타내는 안정화 변환 효율(Stabilized Conversion Efficiency)을 가지게 된다.
일반적인 태양전지 제조 공정은 도 1에 도시한 바와 같은 과정을 포함하여 이루어진다. PVD 시스템을 이용하여 기판의 전면과 배면 상에 각각 투명전극을 형성한다 (S110). 이후 기판의 전면과 배면 상의 각 투명전극 위에 금속 물질을 스퍼터링 등의 방법을 이용하거나 금속 물질의 페이스트를 인쇄하여 금속배선을 형성하고 (S120), 기판과 비정질 실리콘층 사이의 결함을 제거하기 위한 광조사(Light Soaking) 처리를 수행한다 (S130). 따라서, 별도의 광 조사(light soaking) 장비가 필요하고, 금속 전극으로 인한 광 조사 면적의 손실이 발생하는 문제점을 가지고 있다.
본 발명은 물리적 기상 증착 시스템에서 기판의 결함을 제거함으로써 장비 성능 차별화와 생산 원가를 절감할 수 있는 기판처리장치 및 기판 처리방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은 이종접합 태양전지를 제조할 때 광 조사 면적 손실을 줄여 결함 제거 효과를 극대화할 수 있는 기판처리장치 및 기판 처리방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 진공을 해제하지 않고 광 조사를 수행함으로써 금속 전극 형성 이후의 별도의 광 조사 장비가 필요하지 않아 공정과 장비를 간소화할 수 있는 기판처리장치 및 기판 처리방법을 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 기판처리장치는 기판의 일면에 투명전극을 형성하는 투명전극 형성 장치; 상기 기판에 금속전극을 형성하는 금속배선 형성 장치; 및 상기 투명 전극 형성 장치와 금속배선 형성 장치 사이에 위치한 하나 이상의 추가 공정장치 중 하나 이상의 장치에 상기 기판에 광을 조사하는 광조사 모듈이 배치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 기판처리장치에서 추가 공정장치는 상기 기판을 이송하는 이송 챔버; 또는 상기 기판을 쿨링하는 쿨링 챔버; 또는 상기 기판을 진공 상태에서 대기압 상태로 변경하는 벤팅 챔버 중 적어도 어느 하나의 장치가 될 수 있다.
본 발명에 따른 기판처리장치에서 상기 이송챔버, 쿨링 챔버 또는 벤팅 챔버는 물리적 기상 증착 시스템용 챔버이다.
본 발명에 따른 기판처리장치에서 상기 광조사 모듈은 상기 챔버의 내부로 광을 조사하는 램프를 하나 이상 구비할 수 있다.
본 발명에 따른 기판처리장치에서 상기 램프는 상기 챔버 내부의 상부나 하부의 일측, 또는 상부 및 하부에 모두 배치될 수 있다.
본 발명에 따른 기판처리장치에서 상기 램프는 LED 램프, 제논 램프, 할로겐 램프 또는 자외선 램프 중 적어도 어느 하나를 포함하여 이루어질 수 있다.
본 발명에 따른 기판처리장치에서 상기 광조사 모듈은 60 SUN 이상의 광에너지를 조사하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 기판처리장치에서 상기 광조사 모듈은 150℃ 내지 250℃의 온도 범위에서 40초 내지 60초동안 광에너지를 조사하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 기판처리장치에서 상기 램프의 조도를 가변적으로 제어하는 안정기를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 기판처리장치에서 상기 광조사 모듈의 광조사 세기에 따라 상기 안정기의 입력 전력을 제어하여 조도 레벨을 제어하는 제어부를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 기판처리장치에서 상기 기판은 이종접합 태양전지이다.
본 발명에 따른 기판처리장치에서 상기 투명전극 형성 장치와 상기 추가장치는 in-situ로 연결된다.
본 발명에 따른 기판 처리방법은 투명 전극 형성 장치와 금속 배선 형성 장치 사이의 광조사 모듈이 설치된 하나 이상의 추가 공정장치가 연결된 기판처리장치에서, 상기 투명 전극 형성 장치에서 기판이 투입되어 기판 상에 투명전극 형성 단계; 상기 투명전극을 형성하는 단계 이후 상기 기판 상에 금속전극을 형성하는 금속배선 형성 단계; 상기 투명전극 형성 단계와 금속배선 형성 단계의 사이의 단계에 적어도 상기 광조사 모듈을 포함하는 하나 이상의 추가 장치를 이용한 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 기판처리장치 및 기판 처리방법은 이종접합 태양전지를 제조할 때 물리적 기상 증착 시스템에서 기판의 결함을 제거함으로써 장비 성능 차별화와 생산 원가를 절감할 수 있고, 광조사 면적 손실을 줄여 결함 제거 효과를 극대화할 수 있어, 금속 전극 형성 이후의 별도의 광조사 장비가 필요하지 않아 공정과 장비를 간소화할 수 있는 효과를 나타낼 수 있다.
도 1은 일반적인 기술에 의한 태양전지 제조공정을 나타낸 흐름도이다.
도 2는 본 발명에 따른 기판처리장치의 구성을 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 3은 본 발명에 따른 기판 처리방법의 진행과정을 나타낸 흐름도이다.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명에 따른 기판처리장치 및 기판 처리방법의 각 공정에서의 태양전지 모듈의 단면을 나타낸 예시도이다.
본문에 개시되어 있는 본 발명의 실시 예들에 대해서, 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 실시 예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 실시 예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본문에 설명된 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 없는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함한다" 또는 "가진다" 등의 용어는 개시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 나타낸다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 나타내는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
한편, 어떤 실시 예가 달리 구현 가능한 경우에 특정 블록 내에 명기된 기능 또는 동작이 흐름도에 명기된 순서와 다르게 일어날 수도 있다. 예를 들어, 연속하는 두 블록이 실제로는 실질적으로 동시에 수행될 수도 있고, 관련된 기능 또는 동작에 따라서는 상기 블록들이 거꾸로 수행될 수도 있다.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 기판처리장치 및 기판 처리방법에 대하여 설명하기로 한다. 도 2는 본 발명에 따른 기판처리장치의 구성을 개략적으로 나타낸 구성도이다. 도시한 바와 같이 본 발명에 따른 기판처리장치는 기판의 일면에 투명전극을 형성하는 투명전극 형성 장치(110)와 상기 기판에 금속전극을 형성하는 금속배선 형성 장치(130) 및 상기 투명 전극 형성장치(110)와 금속배선 형성장치(130) 사이에 위치한 하나 이상의 추가 공정 장치(120)를 포함하여 이루어진다. 투명 전극 형성장치(110)와 추가 공정장치(120)는 물리적 기상 증착(Physical Vapor Deposition: PVD) 시스템용 챔버(100)로 이루어진다.
추가 공정장치(120)는 이송 챔버(121), 쿨링 챔버(122) 및 벤팅 챔버(123)를 포함하여 이루어진다. 이때, 상기 이송 챔버(121), 쿨링 챔버(122) 및 벤팅 챔버(123) 중 적어도 어느 하나 이상의 챔버에는 광조사 모듈(130)을 포함한다. 본 실시 예에서는 는 이송 챔버(121), 쿨링 챔버(122) 및 벤팅 챔버(123) 모두에 광조사 모듈(130)이 배치된 것을 예로 나타내고 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 투명전극 형성챔버(110)에서의 ITO 증착 이후의 모든 챔버에 해당될 수 있다.
종래 기술과 달리 본 발명에 따른 기판처리장치에서는 물리적 기상 증착 시스템의 이송 챔버(121), 쿨링 챔버(122) 및 벤팅 챔버(123)에서 광조사(light soaking)가 이루어진다. 즉, 본 발명에 따른 기판처리장치는 태양전지 제조를 위한 턴-키 시스템(Turnkey system) 중에서 물리적 기상증착 방식의 투명전극 형성챔버(110) 바로 후단의 장비인 이송 챔버(121), 쿨링 챔버(122) 및 벤팅 챔버(123)에 광조사 모듈(130)을 포함하여 이루어진다.
일반적으로 물리적 기상 증착 시스템(PVD system)에서 광조사 모듈을 설치하지 않는 이유는 기상 증착 대상 물질로 인해 오염이 발생할 수 있는 가능성이 있어 이루어지지 않았다. 따라서, 종래 기술에서는 물리적 기상 증착 시스템을 이용하여 기판 위에 투명 도전층(ITO)을 형성한 후, 금속 전극을 인쇄하고 광조사를 수행함으로써 태양전지 전면에 빛을 조사하지 못해 수광 면적이 줄어들게 된다.
그러나, 본 발명에 따른 기판처리장치는 물리적 기상 증착 시스템의 투명전극 형성챔버(110) 후단에 연결된 이송 챔버(121), 쿨링 챔버(122) 및/또는 벤팅 챔버(123) 내에 광조사 모듈(130)을 설치한다.
물리적 기상 증착 시스템의 전단에는 습식 반도체 기판의 전면 및 배면을 조면화시키기 위한 조면화 공정을 수행하는 습식식각 장치, 반도체 기판 또는 다수의 반도체 기판이 적재되어 있는 공급 카세트, 반도체 기판 또는 트레이가 인입되어 진공 및 대기 상태를 반복하는 적재챔버(load lock chamber), 기판을 가열하기 위한 히팅 챔버 및 반도체 기판 또는 트레이를 상기 투명전극 형성챔버(110)로 이송하기 위한 이송 챔버가 배치될 수 있다.
상기 광조사 모듈(130)은 상기 추가 공정장치(120: 121, 122, 123)의 내부로 광을 조사하는 복수의 램프(131)를 구비한다. 상기 광조사 모듈(130)은 상기 이송 챔버(121), 쿨링 챔버(122) 및 벤팅 챔버(123) 내부의 상부나 하부의 일측 또는 상부와 하부 모두에 설치될 수 있다.
상기 램프(131)는 LED 램프, 제논 램프, 할로겐 램프 또는 자외선 램프 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 상기 램프(131)는 챔버 내부의 리드(Lid)에 설치되어 아래 방향으로 광을 조사하는 형태로 이루어지는 것이 바람직하다.
광 조사(light soaking)를 수행하면 광 흡수층 내부의 댕글링 본드 (dangling bonds) 밀도가 증가하고 내부 전기장이 감소하여 빛에 의해 발생된 전자-정공쌍의 재결합이 더욱 가속화되어 태양전지의 특성 열화가 일어난다. 이때, 기판과 비정질 실리콘층 사이 계면의 결함 성분이 제거된다.
상기 광 조사 모듈(130)은 60 SUN 이상의 광 에너지를 조사하는데, 1 SUN 기준 1,000 W(와트)이므로 약 60,000 W 이상의 광 에너지가 조사된다.
상기 광 조사 모듈(130)은 150℃ 내지 250℃의 온도 범위에서 40초 내지 60초동안 광 에너지를 조사할 수 있다. 이때, 2 스텝 공정으로 이루어지는 경우라면 제1 스텝의 광 조사는 이송 챔버(121)와 쿨링 챔버(122)에서 수행하고 제2 스텝의 광 조사는 벤팅 챔버(123)에서 수행할 수 있다. 광 조사 공정 조건은 온도를 일정 이하에 도달할 수 있도록 조절하고 충분한 광량을 조사할 수 있는 성능이 요구된다. 즉, 적절한 파장대의 광원과 온도 조절이 중요한 공정 요소가 된다.
한편 상기 광 조사 모듈(130)의 램프(131)의 조도를 가변적으로 제어할 수 있는 안정기(140a ~ 140c)가 구성될 수 있다. 예를 들어, 제어부(150)가 광량 센서(도시하지 않음)를 이용하여 상기 램프(131)의 광 조사 세기를 측정하고, 측정된 광 조사 세기에 따라 상기 안정기(140a ~ 140c)의 입력 전력을 제어하여 상기 램프(131)의 조도 레벨을 조절할 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 기판 처리방법의 진행과정을 나타낸 흐름도이고, 도 4a 내지 도 4c는 본 발명에 따른 기판 처리방법의 각 공정에서의 태양전지 모듈의 단면을 나타낸 예시도이다.
투명전극 형성챔버(110)는 반도체 기판 또는 트레이를 공급받아 연속 공정으로 반도체 기판의 산화막을 제거하고, 반도체 기판 상에 투명전극을 형성한다 (S310)
투명전극 형성챔버(110)에서 제조되는 이종 접합 태양 전지 모듈(10)은 도 4a에 도시한 바와 같이 기판(11)의 전면과 배면에 각각 형성된 제1 반도체층(12)과 제2 반도체층(14), 그리고 제1 반도체층(12)의 전면에 형성된 제1 투명 도전층(13)과 제2 반도체층(14)의 배면에 형성된 제2 투명 도전층(15)을 포함하여 이루어진다. 이때, 상기 기판(11)과 제1 반도체층(12) 사이의 계면과, 상기 기판(11)과 제2 반도체층(14) 사이의 계면에는 각각 비정질 실리콘층(a-Si)(16)을 포함한다.
본 발명에 따른 기판 처리방법에서의 광 조사 공정은 종래 기술과 달리 금속 전극을 형성하기 이전에 물리적 기상 증착 시스템에서 투명 도전층(ITO)을 형성한 이후의 이송, 쿨링 및 벤팅 챔버에서 이루어진다 (S320).
즉, 본 발명에 따른 기판 처리방법에서는 도 4b에 도시한 바와 같이, 투명전극 형성 이후에 기판을 이송하면서 광을 조사하고 (S321), 이송된 기판을 쿨링하면서 광을 조사하고 (S322), 쿨링된 기판을 진공 상태에서 대기압 상태로 변경하면서 광을 조사하는 과정(S323)으로 이루어질 수 있다
본 예시에서는 기판이 적재된 챔버의 상부에서 광조사 모듈(130)을 이용하여 광을 조사하는 것을 예로 하고 있으나, 위에서 언급한 바와 같이 챔버의 하부의 일측 또는 챔버의 상부와 하부에서 광을 조사할 수도 있다.
본 실시 예에서는 이송 챔버(121)와 쿨링 챔버(122) 및 벤팅 챔버(123) 모두 광 조사 모듈(130)을 구비하는 것을 예로 하고 있으나, 광 조사(light soaking)에 의한 효과를 나타낼 수 있는 조건이라면 투명전극을 형성하는 투명전극 형성 챔버(110) 이후의 어느 하나 이상의 추가 공정 챔버에서 구현될 수 있다. 광 조사에 의해 기판(11)과 제1 반도체층(12) 사이의 계면(16)과, 기판(11)과 제2 반도체층(14) 사이의 계면(16)의 비정질 실리콘(a-Si)이 열 소성될 수 있다.
PVD 시스템을 거쳐 투명전극이 형성된 상태에서 리본, 버스 바, 핑거 라인 등을 형성하는 금속 전극 형성 공정(S330)이 수행된다. 도 4c에 나타난 바와 같이 제1 투명 도전층(13) 위에 제1 전극(17)을 형성하거나, 제2 투명 도전층(15) 위에 제2 전극(18)을 형성할 수 있다. 이때의 기판과 비정질 실리콘(a-Si)층의 계면(16')들은 상기 이송, 쿨링 및 벤팅 과정에서 동시에 수행되는 광조사에 의해 결함이 제거된 상태이다.
종래 기술에서는 금속 전극 예를 들어 은 패턴(Ag pattern)에 의해 가려진 부분의 결함이 남아있을 수 있으나, 본 발명에 따른 기판 처리방법의 특징은 금속 전극을 형성하는 공정(S330) 이전에 광조사 단계를 수행함으로써 광조사 모듈(130)의 램프(131)로부터 출력된 빛이 금속 전극에 의해 가려지는 것을 방지할 수 있으므로 수광 면적을 크게 될 수 있고, 기판과 비정질 실리콘층의 계면의 결함(defect)이 제거될 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 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.
발명의 실시를 위한 형태는 전술한 "발명의 실시를 위한 최선의 형태"에서 충분히 설명되었다.
전술한 실시 예에 의한 기판 처리 장치는 반도체 소자의 기판 상에 박막을 증착하는 공정 외에, 평면 표시 장치 및 태양전지 등을 제조하는 공정 등에서 사용할 수 있다.

Claims (13)

  1. 기판의 일면에 투명전극을 형성하는 투명전극 형성장치;
    상기 기판에 금속전극을 형성하는 금속배선 형성장치;
    상기 투명전극 형성장치와 금속배선 형성장치 사이에 위치한 하나 이상의 추가 공정장치 중 하나 이상의 장치에 상기 기판에 광을 조사하는 광 조사 모듈이 배치되는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 추가 공정장치는,
    상기 기판을 이송하는 이송 챔버; 또는
    상기 기판을 쿨링하는 쿨링 챔버; 또는
    상기 기판을 진공 상태에서 대기압 상태로 변경하는 벤팅 챔버 중 적어도 어느 하나의 장치인 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 이송챔버, 쿨링 챔버 또는 벤팅 챔버는 물리적 기상 증착 시스템용 챔버인 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 광 조사 모듈은 상기 챔버의 내부로 광을 조사하는 램프를 하나 이상 구비하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 램프는 상기 챔버 내부의 상부나 하부의 일측, 또는 상부 및 하부에 모두 배치되는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  6. 제4항에 있어서, 상기 램프는 LED 램프, 제논 램프, 할로겐 램프 또는 자외선 램프 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 광 조사 모듈은 60 SUN 이상의 광 에너지를 조사하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 광 조사 모듈은 150℃ 내지 250℃의 온도 범위에서 40초 내지 60초동안 광 에너지를 조사하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  9. 제4항에 있어서, 상기 광 조사 모듈에 연결되어 상기 램프의 조도를 가변적으로 제어하는 안정기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 광 조사 모듈에 연결되어 상기 광 조사 모듈의 광 조사 세기에 따라 상기 안정기의 입력 전력을 제어하여 조도 레벨을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  11. 제1항에 있어서, 상기 기판은 이종접합 태양전지인 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  12. 제1항에 있어서, 상기 투명전극 형성장치와 상기 추가 공정장치는 in-situ로 연결되는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  13. 투명 전극 형성 장치와 금속 배선 형성 장치 사이의 광 조사 모듈이 설치된 하나 이상의 추가 공정장치가 연결된 기판처리장치에서,
    상기 투명 전극 형성 장치에서 기판이 투입되어 기판 상에 투명전극 형성단계;
    상기 투명전극을 형성하는 단계 이후 상기 기판 상에 금속전극을 형성하는 금속배선 형성단계;
    상기 투명전극 형성단계와 금속배선 형성단계의 사이의 단계에 상기 광 조사 모듈을 포함하는 적어도 하나 이상의 추가 장치를 이용한 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리방법.
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