KR20170001452A - 고속 텍스쳐링 방법 및 시스템 - Google Patents

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KR20170001452A KR1020150091448A KR20150091448A KR20170001452A KR 20170001452 A KR20170001452 A KR 20170001452A KR 1020150091448 A KR1020150091448 A KR 1020150091448A KR 20150091448 A KR20150091448 A KR 20150091448A KR 20170001452 A KR20170001452 A KR 20170001452A
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Abstract

본 발명은 고속 텍스쳐링 시스템에 관한 것으로, 웨이퍼가 배치되는 기판 흡착 다공질 척; 상기 기판 흡착 다공질 척을 이송하는 이송부; 상기 이송되는 기판 흡착 다공질 척 상의 상기 웨이퍼의 표면을 스캐닝하는 웨이퍼 검사 장치; 상기 스캐닝한 웨이퍼의 표면을 레이저로 가공하고, 퍼지 가스를 공급하여 가공 부산물을 제거하는 고속 표면 가공 장치; 및 상기 가공된 웨이퍼를 세정하는 웨이퍼 세정 장치;를 포함한다.

Description

고속 텍스쳐링 방법 및 시스템{HIGH SPEED TEXTURING METHOD AND SYSTEM}
본 발명의 실시예는 고속 텍스쳐링 방법 및 시스템에 관한 것이다.
텍스쳐링(texturing)은 실리콘 웨이퍼 표면에 요철 구조를 갖도록 처리하는 표면 구조화 공정 전반을 의미한다.
한편, 태양전지 제조공정에서 사용되는 결정질 실리콘 웨이퍼는 와이어 소잉(wire-sawing) 직후 결정손상층(sawdamaged layer)을 포함한다. 이 결정손상층을 제거하기 위한 식각공정 전 결정손상층 힐링공정(healing process)이 실시된다.
힐링공정 후 웨이퍼는 발전효율 증가를 위한 표면구조화 단계를 거치며 통상 약액을 사용하는 식각공정(etching process)을 사용한다.
표면구조화에 일반적으로 사용되는 습식 식각공정법은 다결정 실리콘 웨이퍼에 경우 결정방향과 상관없이 균일한 식각 속도를 갖는 등방성 에칭액인 HF 와 HNO3의 혼합용액을 사용한다.
이러한 종류의 공정방법 에칭액으로서 물 20-55%, 농축불산(농도: 50%) 10-40%, 농축 질산(농도: 65%)등을 사용하여 습식 식각공정을 수행할 수 있다.
그러나, 종래의 웨이퍼의 텍스쳐링 가공 시에 사용되는 불산(HF) 등은 인체에 매우 유해한 화학 물질로 사망에 이를 수 있다. 그럼에도 텍스쳐링 효율이 낮은 단점이 있었다.
다결정 실리콘 웨이퍼의 결정손상층 제거 공정은 태양전지의 에너지 변환효율 향상에 매우 큰 영향을 미칠 수 있는 필수 공정이므로, 이 공정을 보다 효과적으로 수행할 수 있는 공정방법의 개선이 요구되고 있다.
본 발명은 전술한 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로서, 종래의 웨이퍼의 텍스쳐링 가공 시에는 불산 등의 인체 유해 화학 물질을 사용하였으며, 그럼에도 텍스쳐링 효율이 낮은 단점이 있었으나, 본 발명에 따르면 웨이퍼의 가공 잔여물을 제거와 가공 소스의 공급을 용이하게 하여 가공 품질 개선과 적용의 확대가 가능하다.
본 발명은 다양한 표면 처리 공정이 가능하여, 식각 기반의 텍스쳐링(Texturing), 패터닝(Patterning), 커팅(Cutting) 등이 가능하고, 증착 기판의 SiO2, Cr, W, Mo 등의 박막의 형성이 가능하도록 하고자 한다.
본 발명은 약액 사용을 절감하고, 웨이퍼의 가공시의 검사를 통해 품질을 관리 및 생산 효율을 향상시켜 제조 비용을 개선하고자 한다.
전술한 문제를 해결하기 위한 본 실시예에 따른 고속 텍스쳐링 시스템은 웨이퍼가 배치되는 기판 흡착 다공질 척; 상기 기판 흡착 다공질 척을 이송하는 이송부; 상기 이송되는 기판 흡착 다공질 척 상의 상기 웨이퍼의 표면을 스캐닝하는 웨이퍼 검사 장치; 상기 스캐닝한 웨이퍼의 표면을 레이저로 가공하고, 퍼지 가스를 공급하여 가공 부산물을 제거하는 고속 표면 가공 장치; 상기 가공된 웨이퍼를 세정하는 웨이퍼 세정 장치;를 포함한다.
본 발명의 다른 일실시예에 따르면, 웨이퍼의 가공 잔여물과 손상부를 제거하는 약액을 포함하며, 상기 웨이퍼가 배치된 기판 흡착 다공질 척이 액침되는 약액 처리부;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 일실시예에 따르면, 상기 웨이퍼 검사 장치는 상기 웨이퍼의 표면의 전 공정 또는 이송 중 발생한 결함 상태를 스캐닝하여 검사할 수 있다.
본 발명의 다른 일실시예에 따르면, 상기 이송부는 컨베이어로 구성될 수 있다.
본 발명의 다른 일실시예에 따르면, 상기 고속 표면 가공 장치는 레이저가 유입되는 고속 스캐너; 상기 유입된 레이저를 다수의 초점의 레이저로 조사하는 멀티 어레이 윈도우; 및 상기 멀티 어레이 윈도우가 배치되며, 퍼지 가스를 상기 웨이퍼에 공급하는 가스 공급부를 포함하는 대기압 챔버;를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 일실시예에 따르면, 상기 고속 표면 가공 장치는 상기 가공 부재의 주변부에 고압의 공기, 혼합 가스 또는 불활성 가스를 분사하여 차단벽을 형성하는 외기 차단부;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 일실시예에 따르면, 상기 고속 스캐너는 상기 레이저가 반사되는 폴리곤 미러; 및 상기 반사된 레이저를 포커싱하는 렌즈부;를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 일실시예에 따르면, 상기 멀티 어레이 윈도우는 상부 윈도우; 하부 윈도우; 및 상기 상부 윈도우와 상기 하부 윈도우의 사이에 형성되어 각각 다수의 렌즈를 포함하는 멀티 어레이;를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 일실시예에 따르면, 상기 대기압 챔버는 상부 플레이트; 상기 상부 플레이트의 일면에 형성되어, 상기 퍼지 가스가 이동하는 유로가 형성되는 중간 플레이트; 및 상기 중간 플레이트의 일면에 형성되어, 상기 퍼지 가스가 공급되는 공급구가 형성되는 하부 플레이트;를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 일실시예에 따르면, 상기 웨이퍼 세정 장치는 세정액을 분사하여 상기 가공된 웨이퍼의 가공 잔류물과 레이저 데미지를 제거하는 세정액 분사 장치; 정제수(DI Water)을 분사하여 상기 세정액을 세척하는 정제수 분사 장치; 및 상기 정제수를 건조시키는 건조 장치;를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 고속 텍스쳐링 방법은 기판 흡착 다공질 척 상에 웨이퍼를 배치하는 단계; 이송부가 상기 기판 흡착 다공질 척을 이송하는 단계; 웨이퍼 검사 장치가 상기 이송되는 기판 흡착 다공질 척 상의 상기 웨이퍼의 표면을 스캐닝하는 단계; 고속 표면 가공 장치가 상기 스캐닝한 웨이퍼의 표면을 레이저로 가공하고, 퍼지 가스를 공급하여 가공 부산물을 제거하는 단계; 및 웨이퍼 세정 장치가 상기 가공된 웨이퍼를 세정하는 단계;를 포함한다.
본 발명에 따르면 웨이퍼의 가공 잔여물을 제거와 가공 소스의 공급을 용이하게 하여 가공 품질 개선과 적용의 확대가 가능하며, 고속 스캐너와 컨베이어를 통해 웨이퍼의 연속 가공이 가능하다.
본 발명은 다양한 표면 처리 공정이 가능하여, 식각 기반의 텍스쳐링(Texturing), 패터닝(Patterning), 커팅(Cutting) 등이 가능하고, 증착 기판의 SiO2, Cr, W, Mo 등의 박막의 형성이 가능하다.
본 발명은 약액 사용을 절감하고, 웨이퍼의 가공시의 검사를 통해 품질을 관리 및 생산 효율을 향상시켜 제조 비용을 개선할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 고속 텍스쳐링 시스템을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 웨이퍼를 힐링하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 고속 텍스쳐링 시스템의 고속 가공을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 고속 텍스쳐링 시스템이 가공한 웨이퍼를 도시한 도면이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 바람직한 본 발명의 일실시예에 대해서 상세히 설명한다. 다만, 실시형태를 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그에 대한 상세한 설명은 생략한다. 또한, 도면에서의 각 구성요소들의 크기는 설명을 위하여 과장될 수 있으며, 실제로 적용되는 크기를 의미하는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 고속 텍스쳐링 시스템을 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 웨이퍼를 힐링하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 고속 텍스쳐링 시스템을 설명하기로 한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 고속 텍스쳐링 시스템은 기판 흡착 다공질 척(140), 이송부(300), 웨이퍼 검사 장치(200), 고속 표면 가공 장치(100), 웨이퍼 세정 장치(400)를 포함한다.
기판 흡착 다공질 척(140)은 웨이퍼(105)가 배치된다.
상기 기판 흡착 다공질 척(140)은 이송부(300)에 의해 이송되며, 이때 상기 이송부(300)는 컨베이어로 구성될 수 있다.
웨이퍼 검사 장치(200)는 상기와 같이 이송부(300)에 의해 이송되는 상기 이송되는 기판 흡착 다공질 척(140) 상의 웨이퍼(105)의 표면을 스캐닝하며, 상기 웨이퍼 검사 장치(200)는 조명(201)을 포함하여 상기 웨이퍼(105)의 표면을 촬영하고, 상기 웨이퍼(105)의 표면의 결함을 검사할 수 있다.
또한, 검사 결과와 공정 중 발생하는 불량 웨이퍼를 공정 흐름에 방해되지 않도록 적치하는 버퍼스테이션(미도시)이 있다.
한편, 본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 웨이퍼(105)의 검사 이전에 힐링(healing)을 실행할 수 있다.
이를 위하여, 도 2에 도시된 바와 같이 약액 처리부(170) 내의 약액(171) 상에 상기 웨이퍼(105)가 배치된 기판 흡착 다공질 척(140)을 액침시킨다. 예를 들어, 힐링 시에 웨이퍼(105)를 KOH 약액 내에 디핑(deeping)되도록 하고, 세정액 분사 장치(103)를 통해 세정액을 분사하여 세정할 수 있다.
고속 표면 가공 장치(100)는 상기 스캐닝한 웨이퍼(105)의 표면을 레이저(101)로 가공하고, 상기 웨이퍼(105)의 표면에 퍼지 가스를 공급하여 가공 부산물을 제거할 수 있다.
보다 상세하게 설명하면, 웨이퍼(105)의 가공을 위하여 레이저(101)가 고속 스캐너(110)로 유입되며, 고속 스캐너(110)는 상기 레이저를 제어하여 멀티 어레이 윈도우(120)로 전달한다.
상기 고속 스캐너(110)는 폴리곤 미러(111)와 렌즈부(115)를 포함하여 구성될 수 있으며, 또 다른 실시예에서는 상기 고속 스캐너(110)가 대물 렌즈로 구성될 수도 있다.
폴리곤 미러(110)는 레이저(101)를 반사하고, 렌즈부(115)는 상기 반사된 레이저(101)를 포커싱(focusing)한다. 이때, 도 1의 실시예에 따르면 상기 렌즈부(115)는 오목 렌즈(116)와 볼록 렌즈(117)로 구성되어 상기 레이저(101)를 멀티 어레이 윈도우(120)를 통해 웨이퍼(105) 상에 포커싱 되도록 할 수 있다.
멀티 어레이 윈도우(120)는 상기 유입된 레이저를 다수의 초점의 레이저로 조사한다.
보다 구체적으로, 멀티 어레이 윈도우(120)는 상부 윈도우, 하부 윈도우 및 멀티 어레이를 포함하여 구성될 수 있다. 멀티 어레이는 상부 윈도우와 하부 윈도우의 사이에 형성되며, 상기 각각의 멀티 어레이에는 다수의 렌즈가 포함되어, 유입된 레이저를 다수의 초점의 레이저로 조사할 수 있다.
한편, 본 발명에 따르면 상기 레이저는 펄스 폭을 피코초 이하로 짧게 구성하여 웨이퍼의 가공 데미지를 최소화하고 나노급 피라미드를 형성할 수 있다.
대기압 챔버(130)는 상기와 같이 구성된 멀티 어레이 윈도우(120)가 배치된다.
상기 대기압 챔버(130)는 퍼지 가스를 웨이퍼(105)에 공급하는 가스 공급부(136)를 포함한다.
또한, 상기 대기압 챔버(130)는 상부 플레이트, 중간 플레이트 및 하부 플레이트를 포함하여 구성될 수 있다.
보다 상세하게 설명하면, 중간 플레이트는 상기 상부 플레이트의 일면에 형성되어, 퍼지 가스가 이동하는 유로(134)가 형성될 수 있으며, 하부 플레이트는 상기 중간 플레이트의 일면에 형성되어, 퍼지 가스가 공급되는 공급구가 형성되어 웨이퍼(105)에 퍼지 가스를 공급할 수 있으며, 이와 같은 구성을 통해 퍼지 가스의 공급을 효율적으로 하면서도 대기압 챔버(130)의 크기를 최소화할 수 있다.
기판 흡착 다공질 척(140)은 웨이퍼(105)가 배치되어, 상기 멀티 어레이 윈도우(130)를 통해 유입되는 다수의 초점의 레이저가 상기 웨이퍼(105) 상에 조사된다.
이와 같은 웨이퍼(105)의 레이저 가공 시에는 대기압 챔버(130)의 가스 공급부(136)를 통해 퍼지 가스가 공급되어, 레이저 가공 시에 발생하는 파티클을 제거할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 외기 차단부를 통해 상기 웨이퍼(105)의 주변부에 고압의 공기, 혼합 가스 또는 불활성 가스를 분사하여 차단벽(160)을 형성할 수 있다.
따라서, 종래의 웨이퍼의 텍스쳐링 가공 시에는 불산 등의 인체 유해 화학 물질을 사용하였으며, 그럼에도 텍스쳐링 효율이 낮은 단점이 있었으나, 본 발명에 따르면 웨이퍼(105)의 가공 잔여물을 제거와 가공 소스의 공급을 용이하게 하여 가공 품질 개선과 적용의 확대가 가능하다.
웨이퍼 세정 장치(400)는 상기 고속 표면 가공 장치(100)에서 가공된 웨이퍼(105)를 세정한다.
보다 상세하게 설명하면, 웨이퍼 세정 장치(400)는 세정액 분사 장치(401), 정제수 분사 장치(402) 및 건조 장치(403)를 포함하여 구성될 수 있다.
세정액 분사 장치(401)는 세정액을 분사하여 상기 가공된 웨이퍼(105)의 가공 잔류물과 레이저 데미지를 제거하고, 정제수 분사 장치(402)는 정제수(DI Water)을 분사하여 상기 세정액을 세척하며, 건조 장치(403)는 상기 웨이퍼(105)에 잔존하는 정제수를 건조시킨다.
이때, 상기 세정액의 분사하는 시간(t1)와 정제수의 분사하는 시간(t2)은 이송부 상에서의 이동 거리 또는 분사액의 량, 분사액 중 세정액의 농도로 제어할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 고속 텍스쳐링 시스템의 고속 가공을 설명하기 위한 도면이고, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 고속 텍스쳐링 시스템이 가공한 웨이퍼를 도시한 도면이다.
종래의 웨이퍼 가공 시에는 x, y의 2축 가공을 실시하는 경우 2 m/s로 속도가 느린 단점이 있었다.
그러나, 본 발명의 일실시예에 따르면 폴리곤 미러(110)를 이용하므로 2 MHz의 레이저를 사용하는 경우 156 X 156 크기의 웨이퍼를 가공시에 20 m/s의 속도로서 1장당 4초 이내의 가공이 가능하다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면 4 레이저 헤드 모듈을 사용하는 경우 1 장당 1초 이내의 가공이 가능하다.
도 4에 도시된 바와 같이 가공 전의 웨이퍼는 가공전 웨이퍼 사진(410)에서와 같이 웨이퍼의 표면에 손상된 부분이 있으므로, 힐링 처리한 웨이퍼 사진(420)에서와 같이 힐링 처리를 실시한다.
이후에는 레이저 가공 후의 웨이퍼 사진(430)에서와 같이 웨이퍼를 가공한다. 이때, 본 발명에 따르면 상기 레이저는 펄스 폭을 피코초 이하로 짧게 구성하여 웨이퍼의 가공 데미지를 최소화하고 나노급 피라미드를 형성할 수 있다.
이후, 세정 후의 웨이퍼 사진(440)에서와 같이 세정을 통해 잔존물을 제거할 수 있다.
전술한 바와 같은 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였다. 그러나 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 변형이 가능하다. 본 발명의 기술적 사상은 본 발명의 전술한 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
100: 표면 가공 장치
101: 레이저
105: 웨이퍼
110: 고속 스캐너
111: 폴리곤 미러
115: 렌즈부
116: 오목 렌즈
117: 볼록 렌즈
120: 멀티 어레이 윈도우
130: 대기압 챔버
134: 유로
140: 기판 흡착 다공질 척
171: 약액
200: 웨이퍼 검사 장치
201: 조명
300: 이송부
400: 웨이퍼 세정 장치
401: 세정액 분사 장치
402: 정제수 분사 장치
403: 건조 장치

Claims (11)

  1. 웨이퍼가 배치되는 기판 흡착 다공질 척;
    상기 기판 흡착 다공질 척을 이송하는 이송부;
    상기 이송되는 기판 흡착 다공질 척 상의 상기 웨이퍼의 표면을 스캐닝하는 웨이퍼 검사 장치;
    상기 스캐닝한 웨이퍼의 표면을 레이저로 가공하고, 퍼지 가스를 공급하여 가공 부산물을 제거하는 고속 표면 가공 장치;
    상기 가공된 웨이퍼를 세정하는 웨이퍼 세정 장치;
    를 포함하는 고속 텍스쳐링 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    웨이퍼의 가공 잔여물과 손상부를 제거하는 약액을 포함하며, 상기 웨이퍼가 배치된 기판 흡착 다공질 척이 액침되는 약액 처리부;
    를 더 포함하는 고속 텍스쳐링 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 웨이퍼 검사 장치는,
    상기 웨이퍼의 표면의 전 공정 또는 이송 중 발생한 결함 상태를 스캐닝하여 검사하는 고속 텍스쳐링 시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 이송부는,
    컨베이어인 고속 텍스쳐링 시스템.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 고속 표면 가공 장치는,
    레이저가 유입되는 고속 스캐너;
    상기 유입된 레이저를 다수의 초점의 레이저로 조사하는 멀티 어레이 윈도우; 및
    상기 멀티 어레이 윈도우가 배치되며, 퍼지 가스를 상기 웨이퍼에 공급하는 가스 공급부를 포함하는 대기압 챔버;
    를 포함하는 고속 텍스쳐링 시스템.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 고속 표면 가공 장치는,
    상기 가공 부재의 주변부에 고압의 공기, 혼합 가스 또는 불활성 가스를 분사하여 차단벽을 형성하는 외기 차단부;
    를 더 포함하는 고속 텍스쳐링 시스템.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 고속 표면 가공 장치는,
    상기 고속 스캐너는,
    상기 레이저가 반사되는 폴리곤 미러; 및
    상기 반사된 레이저를 포커싱하는 렌즈부;
    를 포함하는 고속 텍스쳐링 시스템.
  8. 청구항 5에 있어서,
    상기 멀티 어레이 윈도우는,
    상부 윈도우;
    하부 윈도우; 및
    상기 상부 윈도우와 상기 하부 윈도우의 사이에 형성되어 각각 다수의 렌즈를 포함하는 멀티 어레이;
    를 포함하는 고속 텍스쳐링 시스템.
  9. 청구항 5에 있어서,
    상기 대기압 챔버는,
    상부 플레이트;
    상기 상부 플레이트의 일면에 형성되어, 상기 퍼지 가스가 이동하는 유로가 형성되는 중간 플레이트; 및
    상기 중간 플레이트의 일면에 형성되어, 상기 퍼지 가스가 공급되는 공급구가 형성되는 하부 플레이트;
    를 포함하는 고속 텍스쳐링 시스템.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 웨이퍼 세정 장치는,
    세정액을 분사하여 상기 가공된 웨이퍼의 가공 잔류물과 레이저 데미지를 제거하는 세정액 분사 장치;
    정제수(DI Water)을 분사하여 상기 세정액을 세척하는 정제수 분사 장치; 및
    상기 정제수를 건조시키는 건조 장치;
    를 포함하는 고속 텍스쳐링 시스템.
  11. 기판 흡착 다공질 척 상에 웨이퍼를 배치하는 단계;
    이송부가 상기 기판 흡착 다공질 척을 이송하는 단계;
    웨이퍼 검사 장치가 상기 이송되는 기판 흡착 다공질 척 상의 상기 웨이퍼의 표면을 스캐닝하는 단계;
    고속 표면 가공 장치가 상기 스캐닝한 웨이퍼의 표면을 레이저로 가공하고, 퍼지 가스를 공급하여 가공 부산물을 제거하는 단계; 및
    웨이퍼 세정 장치가 상기 가공된 웨이퍼를 세정하는 단계;
    를 포함하는 고속 텍스쳐링 방법.
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