KR102541966B1 - 패턴화된 처리를 위한 장치 및 방법 - Google Patents

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토탈에너지스 에스이
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Abstract

패턴화된 처리를 위한 장치는 입력 가스(2)의 소스, 플라즈마 구역에서 입력 가스(2)로부터 플라즈마를 생성시키기에 적합한 에너지 소스, 및 고체 샘플(5)을 수용하도록 구성된 접지된 샘플 홀더(12)를 포함한다. 본 발명에 따르면, 상기 장치는 플라즈마 구역과 접지된 샘플 홀더(12) 사이에 배치된 마스크(4)를 포함하며, 마스크(4)는 플라즈마 구역을 향해 있는 제1 면(45)과 처리될 고체 샘플(5)의 표면(51)을 향해 있는 제2 면(46)을 갖는다. 마스크(4)는 제1 면으로부터 제2 면으로 연장되는 마스크 개구(40)를 포함하며, 전력 공급원(16)은 마스크에 직류 바이어스 전압을 인가하도록 구성되고, 마스크 개구(40)는 고체 샘플(5)의 표면(51) 상에 공간적으로 선택적인 패턴화된 처리를 수행할 수 있도록 치수 및 형상이 정해진다.

Description

패턴화된 처리를 위한 장치 및 방법
본 발명은 패턴화된 처리를 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
보다 정확하게는, 본 발명은 밀리미터 또는 밀리미터 이하의 공간 분해능을 갖도록 고체 샘플 표면을 패터닝하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.
특히, 본 발명은 종래의 마스킹, 포토리소그래피 또는 레이저 처리 단계들과 비교하여 적당한 비용으로 플라즈마 증착에 의해 패턴화된 박막을 형성하거나 플라즈마 에칭에 의해 패턴화된 개구들을 각각 형성하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명은 또한 패터닝 단계를 필요로 하는 임의의 태양 전지 구조의 제조에 관한 것이다. 본 발명은 감소된 제조 비용으로 고효율 태양 전지에 사용될 수 있다. 특히, 본 발명은 깍지형 후면 접점(IBC; interdigitated back contact) 태양 전지의 제조에 적용된다.
다수의 문헌은 태양 전지 디바이스들과 같은 패턴화된 박막을 포함하는 디바이스의 제조를 위한 장치 및 방법을 기술한다.
박막 증착 및/또는 에칭 단계는 서로 상이한 기술에 의해 실현될 수 있으며, 특히 일반적으로 저온(300℃ 미만)에서 플라즈마 강화 화학 기상 증착(PECVD)에 의해 실현될 수 있다.
마이크로일렉트로닉스에서는, 패터닝 단계가 일반적으로 포토리소그래피에 기초하여 마이크로미터 이하의 공간 분해능 및 매우 높은 종횡비(최대 약 1/100)를 갖는 패턴화된 박막을 생성한다. 하지만, 포토리소그래피는 포토레지스트 마스킹 층의 증착 및 제거를 위한 추가 재료들, 처리 단계들 및 스테퍼와 같은 고가의 툴을 필요로 하므로, 큰 제조 비용을 유발한다. 훨씬 낮은 분해능 기술들이 사용될 수 있지만, 이러한 기술도 역시 다수의 마스킹 및 에칭 단계들을 수반한다. 예를 들어, 특허문헌 US 2015/0325410 A1은, 플라즈마 챔버, 기판 홀더 및 개구 - 이온 빔이 상기 개구를 통해 기판 홀더를 향해 있음 - 를 갖는 추출 플레이트(extraction plate)를 포함하는 에칭 장치를 기술한다.
기판 표면과 접촉하도록 배치된 접지된 마스크는 단일 단계에서 패턴화된 증착을 얻기 위해 사용되어 왔다. 하지만, 얻어진 패턴화된 피처 정확도(feature accuracy)는 마스크의 얇음과 직접적으로 연관되며, 따라서 마스크의 기계적 안정성에 반비례한다. 또한, 접지된 마스크와 표면 사이의 어떤 간격일지라도 패턴 증착(patterned deposition)의 피처 분산(feature spreading)의 원인이 된다. 또한, 마스크와 표면 사이의 접촉은 그 표면에 오염 및/또는 손상을 일으킨다.
레이저 어블레이션(laser ablation)을 사용하여 마스킹을 수반하지 않고 박막 스택에 홀을 형성할 수도 있다. 하지만, 레이저 처리 또한 비용이 많이 든다.
고효율 산업용 결정질 실리콘(c-Si) 태양 전지는, 금속과 접촉하는 표면적을 줄이기 위해서 또는 금속 그리드라인(gridlines)으로 인한 음영을 줄임으로써 기하학적 이점을 얻기 위해서, 국소적 접점들(localized contacts)을 사용한다.
고효율(> 20%) 태양 전지는 포인트 접점을 사용한다. 최고효율 산업용 c-Si 전지는 깍지형 후면 접점(IBC) 구성을 사용한다. 하지만, 이러한 구조는, 포인트 접점을 위한 유전체 개구들을 형성하기 위한 레이저 어블레이션 및 IBC 접점들을 형성하기 위한 리소그래피 등의 다수의 처리 단계들을 포함하므로, 구현하는 데에 비용이 많이 든다. 그럼에도 불구하고, R. Swanson et al.(Proceeding of the 33rd IEEE PVSC, 미국 캘리포니아주 샌디에고, 2008)에 의해 기술된 바와 같은, IBC 구조 및 포인트 접점이 현재 사용되고 있다.
또 하나의 산업적 고효율 구조(HIT 기술)는 PECVD에 의해 증착된 얇은 진성 비정질 수소화 실리콘(a-Si:H) 층을 패시베이팅 층으로서 사용한다. HIT 패시베이션은 유리하게는 저온(약 250℃ 미만)에서 실현되어 처리의 열처리량(thermal budget)을 감소시키고 웨이퍼 표면에 대한 패시베이션 특성이 매우 우수하게 된다.
파나소닉(Masuko et al., IEEE Journal of Photovoltaics 4 (2014) 1433-1435)은 최근 대면적 HIT 패시베이션을 사용하는 IBC 태양 전지 구조를 시연했다. 하지만, IBC 구성에서 얇은 진성 a-Si:H 패시베이션 층을 사용하는 것은, 포토리소그래피를 사용하는, 도핑된 층에 대한 후속의 패터닝 단계를 수반하며, 따라서 저온 HIT 패시베이션의 비용 효율성을 감소시킨다.
특히, 자연 산화물을 제거한 후에 실리콘 웨이퍼의 오염되지 않은 표면에 마스킹 작업을 구현하는 데에 있어 어려움 중 하나는, 상기 표면이 손상 및 오염에 대해 매우 민감하다는 것이다.
따라서, 본 발명의 하나의 목적은, 제조 비용을 감소시키고 바람직하게는 저온에서 임의의 유형의 태양 전지 또는 반도체 디바이스 또는 광전자 디바이스에 적용할 수 있는 패턴화된 디바이스를 형성하기 위한 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, IBC 태양 전지에서 깍지형 접점(interdigitated contacts)을 형성하고 및/또는 태양 전지에서 포인트 접점을 위한 유전체 개구를 형성하기 위한 대안적인 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 표면에 직접 마스크를 적용하지 않거나 또는 디바이스의 표면과 접촉하는 마스크를 적용하지 않으면서, 예를 들어 패턴화된 층들 또는 패턴화된 표면을 형성하기 위한 전자 디바이스 또는 광전자 디바이스를 패터닝하기 위한 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 표면 손상 및 오염을 방지하고 추가의 툴 관련 자본 비용을 없애기 위해서, 동일한 기판 상에 그리고 동일한 처리 흐름 및/또는 동일한 처리 툴 챔버에서 다양한 패턴화된 및 비-패턴화된 피처들을 형성하기 위한 서로 다른 증착 및/또는 에칭 단계들을 가능하게 하는, 완전히 통합된 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 상기 목적들은, 입력 가스 소스, 입력 가스를 여기시키고 플라즈마 구역에서 플라즈마를 생성하기에 적합한 에너지 소스 및 고체 샘플을 수용하도록 구성된 접지된 샘플 홀더를 포함하는 패턴화된 처리를 위한 장치를 제공함으로써, 달성된다.
본 발명에 따르면, 상기 장치는, 플라즈마 구역과 접지된 샘플 홀더 사이에 배치된 마스크 - 상기 마스크는 상기 플라즈마 구역을 향해 있는 제1 면 및 처리될 고체 샘플의 표면을 향해 있는 제2 면을 가지며, 상기 마스크는 상기 제1 면으로부터 상기 제2 면까지 상기 마스크를 관통하여 연장되는 적어도 하나의 마스크 개구를 포함함 -, 및 상기 마스크에 직류의 비-널(non-null) 바이어스 전압을 인가하도록 구성된 전력 공급원 - 상기 마스크는 상기 마스크와 상기 고체 샘플 사이의 플라즈마 생성을 방지하기 위해서 상기 고체 샘플의 상기 표면으로부터 임계 거리 미만의 거리에 배치되며, 상기 마스크 개구는 상기 플라즈마로부터의 이온들을 선택하여 상기 고체 샘플의 상기 표면에 집속(focusing)시킴으로써 공간적으로 선택적인 패턴화된 처리를 수행할 수 있도록 치수 및 형상이 정해짐 - 를 포함한다.
DC 바이어스 마스크(DC biased mask)를 사용하는 이점은, 패턴화된 피처의 분산이 마스크에 인가된 DC 바이어스 전압을 사용하여 제한될 수 있고 조정될 수 있다는 것이다. 결과적으로, 패턴화된 피처는 대응하는 마스크 개구보다 더 작은 공간적 치수를 갖는다.
본 발명의 특정 양태에 따르면, 상기 마스크 개구는 상기 마스크의 상기 제2 면에 평행한 제1 방향을 따라 밀리미터 이하 내지 밀리미터 범위의 개구 폭을 가지며, 상기 마스크 개구는 상기 마스크의 제2 면에 횡방향으로 취해진 또 하나의 방향으로 개구 높이를 가지며, 상기 개구 폭에 대한 상기 개구 높이의 종횡비를 정의하며, 상기 종횡비는 1보다 크다.
구체적이고 유리한 실시예에 따르면, 상기 마스크 개구는 원추 형상 또는 원통 형상 또는 기판의 표면에 소정의 공간적 프로파일을 갖는 패턴을 생성하도록 선택된 형상을 갖는다.
또 하나의 특정 양태에 따르면, 상기 마스크는 1차원 또는 2차원 주기적 어레이(array)로 배열된 복수의 마스크 개구부를 포함한다.
일 실시예에 따르면, 상기 마스크는 전기 전도성 재료로 만들어지고, 상기 마스크는 상기 고체 샘플의 상기 표면으로부터 비-널 거리(non-null distance)에 배치된다.
또 하나의 실시예에 따르면, 상기 마스크는 상기 제1 면 상의 전기 전도성 부분 및 상기 마스크 개구의 측벽들을 부분적으로 또는 완전히 덮는 전기 전도성 부분을 포함하며, 상기 마스크의 상기 제2 면은 전기 절연성 부분을 포함하고, 상기 제2 면의 상기 전기 절연성 부분은 처리될 상기 고체 샘플의 상기 표면과 접촉하고 있다.
또 하나의 특정한 그리고 유리한 실시예에 따르면, 상기 마스크는 제1 전도성 부분, 및 상기 제1 전도성 부분과 전기적으로 분리된 제2 전도성 부분을 포함하고, 상기 제1 전도성 부분은 제1 유형 마스크 개구를 포함하고, 상기 제2 전도성 부분은 제2 유형 마스크 개구를 포함하며, 상기 전력 공급원은 제1 전도성 부분에 제1 직류 바이어스 전압을 인가하도록 구성되고, 또한 상기 전력 공급원은 제2 전도성 부분에 제2 직류 바이어스 전압을 인가하도록 구성된다.
바람직하게는, 상기 마지막 실시예에 따르면, 상기 제1 직류 바이어스 전압과 상기 제2 직류 바이어스 전압은 동일한 순간에 반대 극성을 갖는다.
특정 실시예에 따르면, 마스크는 제1 전도성 부분과 제2 전도성 부분을 기계적으로 연결하는 전기 절연성 부분을 더 포함한다.
특정 실시예에 따르면, 마스크는 병진(translation) 또는 회전 스테이지에 장착된다.
다른 실시예들에 따르면, 상기 에너지 소스는, 상기 샘플 홀더에 평행하게 배열된 평면 전극에 연결되고 용량 결합 플라즈마(capacitively coupled plasma)를 생성하도록 구성된 또 하나의 전력 공급원, 또는, 유도 결합 플라즈마(inductively coupled plasma)를 생성하도록 배열된 코일 전극 또는 도파관을 통해 상기 플라즈마 발생 챔버에 결합되어 마이크로파 플라즈마를 생성하도록 배열된 마이크로파 안테나 및/또는 플라즈마 구역에 자기장을 생성하기 위한 자기장 발생 시스템에 연결된 또 하나의 전력 공급원을 포함한다.
일부 애플리케이션에서, 처리될 샘플을 지지하는 접지된 샘플 홀더에 대하여 양의 DC 바이어스 전압이 마스크에 인가된다. 또한, 마스크에 인가된 DC 바이어스 전압은 또한, 플라즈마에 의해 얻어진 패턴화된 처리 후, 예를 들어 플라즈마에 의해 얻어진 패턴화된 처리를 위해 접지된 전극에 대해 양의 DC 바이어스 전압을 사용한 후, 음의 DC 바이어스 전압을 사용하여, 마스크의 세정을 향상시키는 데에 사용될 수 있다.
다른 애플리케이션에서, 플라즈마에 의해 얻어진 패턴화된 처리를 위해 음의 DC 바이어스 전압이 마스크에 인가된다. 이 경우, 플라즈마에 의해 얻어진 패턴화된 처리 후 양의 DC 바이어스 전압을 사용하여 마스크를 세정할 수 있다.
본 발명은 또한 다음 단계들을 포함하는, 고체 샘플을 패터닝하는 방법에 관한 것이다:
- 플라즈마 처리를 위한 장치의 접지된 샘플 홀더 상에 고체 샘플을 배치하는 단계,
- 상기 접지된 샘플 홀더와 플라즈마 처리를 위한 상기 장치의 플라즈마 구역 사이에 마스크를 배치하는 단계 - 상기 마스크는 제1 면, 제2 면 및 상기 마스크를 관통하여 상기 제1 면으로부터 상기 제2 면으로 연장되는 적어도 하나의 마스크 개구를 포함하며, 상기 제1 면은 상기 플라즈마 구역을 향해 있고, 상기 제2 면은 가공될 상기 고체 샘플의 표면을 향해 있음 -,
- 플라즈마 처리를 위한 상기 장치의 상기 플라즈마 구역에 입력 가스를 주입하는 단계;
- 상기 입력 가스를 여기시키고 상기 플라즈마 구역에 플라즈마를 생성시키도록 구성된 에너지를 인가하는 단계; 및
- 상기 마스크에 비-널 직류 바이어스 전압을 인가하는 단계 - 상기 마스크는 상기 마스크와 상기 고체 샘플 사이의 플라즈마 생성을 방지하기 위해 상기 고체 샘플로부터의 임계 거리 미만의 거리에 배치되며, 상기 마스크 개구는 상기 플라즈마로부터의 이온들을 선택하여 고체 샘플의 상기 표면에 집속시킴으로써 공간적으로 선택적인 패턴화된 처리를 수행할 수 있도록 치수 및 형상이 정해짐 -.
상기 방법의 다양한 양태에 따르면, 상기 입력 가스 및 상기 직류 바이어스 전압은 상기 고체 샘플의 상기 표면에 패턴화된 층 증착(patterned layer deposition), 패턴화된 에칭(patterned etching), 패턴화된 이온 충격(patterned ion bombardment), 패턴화된 도핑(patterned doping), 패턴화된 세정(patterned cleaning), 패턴화된 치밀화(patterned densification) 및/또는 패턴화된 표면 기능화(patterned surface functionization)를 수행하도록 각각 선택된다.
특정의 실시예에서, 상기 직류 바이어스 전압은 하나의 처리 단계 동안에는 양이고 또 하나의 처리 단계 동안에는 음이다.
바람직하게는, 상기 직류 바이어스 전압은, 소정의 크기 및/또는 프로파일을 갖는 공간적으로 선택적인 패턴화된 피처들을 생성하도록, 진폭이 조정된다.
또한, 바람직하게는, 상기 마스크와 상기 고체 샘플의 상기 표면 사이의 상기 거리가, 소정의 크기 및/또는 프로파일을 갖는 패턴화된 피처들을 생성하도록 조정된다.
특정의 실시예에 따르면, 상기 마스크는 제1 전도성 부분, 및 상기 제1 전도성 부분과 전기적으로 분리된 제2 전도성 부분을 포함하고, 상기 제1 전도성 부분은 제1 유형 마스크 개구를 포함하고, 상기 제2 전도성 부분은 제2 유형 마스크 개구를 포함하며, 상기 방법은 다음의 단계들을 포함한다:
- 상기 플라즈마 구역에 제1 입력 가스를 주입하고, 상기 제1 전도성 부분에 제1 직류 바이어스 전압을 인가하고 상기 제2 전도성 부분에 제2 직류 바이어스 전압을 인가하여, 상기 제1 유형 마스크 개구를 통해 상기 플라즈마로부터 제1 유형의 이온들을 선택하여 상기 고체 샘플의 표면에 집속시킴으로써 제1 유형의 패턴화된 처리를 수행하는 단계;
- 상기 플라즈마 구역에 또 하나의 입력 가스를 주입하고, 상기 제1 전도성 부분에 제3 직류 바이어스 전압을 인가하고 상기 제2 전도성 부분에 제4 직류 바이어스 전압을 인가하여, 상기 제2 유형 마스크 개구를 통해 상기 플라즈마로부터 또 하나의 유형의 이온을 선택하여 상기 고체 샘플의 상기 표면에 집속시킴으로써 제2 유형의 패턴화된 처리를 수행하는 단계.
따라서, 상기 장치 및 방법에 의해, 기판의 표면에 패턴을 형성하기 위해서, 마스크 개구(들)에 의해 한정되는 패턴을 정의하는 영역의, 바람직하게는 마스크 개구(들)보다 더 작은 공간적 확장을 갖는 패턴을 정의하는 영역의, 기판의 표면에 플라즈마로 얻어지는 패턴화된 처리를 수행할 수 있게 한다.
특정의 애플리케이션에서, 본 발명은 플라즈마 강화 화학 기상 증착을 사용하여 패턴화된 층(들)의 공간적으로 선택적인 증착을 가능하게 한다. 바람직하게는, 이것은 DC 바이어스 마스크와 처리된 표면 사이의 접촉없이 달성된다. 본 발명은 또한, 플라즈마 조건 그리고 특히 입력 가스의 화학적 조성에 따라 기판 표면의 공간적으로 선택적인 에칭을 가능하게 하며, 이로써, 플라즈마 강화 화학 기상 에칭을 이용하여, 바람직하게는 기판 표면에 접촉하지 않고, 개구들을 이용하여 패턴화된 표면을 형성한다. 본 발명은 또한, DC 바이어스 전압과 적응된 화학을 조합하는 다른 조건들에서, 패턴화된 표면 텍스처링, 표면 세정 및/또는 표면 기능화와 같은, 플라즈마에 의해 얻어진 공간적으로 선택적인 표면 개질을 가능하게 한다. 본 발명은 또한, 이온 충격에 의한 공간적으로 선택적인 도핑을 가능하게 한다. 다시 말해서, 본 발명은, 기판의 표면에 포토레지스트 마스킹 층을 적용하지 않고, 밀리미터 또는 밀리미터 이하의 공간 분해능을 갖는 마스킹 작업을 달성한다.
또한, 상이한 처리 단계들 사이에서 마스크 구성 및/또는 DC 바이어스 전압을 실시간으로 변경함으로써, 다수의 패턴이 구현될 수 있다. 이러한 방식으로, 플라즈마 영역과 샘플 표면 사이의 구역으로부터 마스크를 제거함으로써, 동일한 플라즈마 반응기 챔버에서 균일한, 마스크 없는 증착, 에칭 또는 세정 처리가 수행될 수 있어서, 플라즈마 처리는 마스크에 의해 제한되지 않고 고체 샘플의 표면에 걸쳐 균일하게 확장된다.
본 발명은 또한, 본 명세서에 개시된 임의의 실시예에 따른 패턴화된 처리에의 상기 장치의 용도 및/또는 태양 전지, 반도체 디바이스 또는 광전자 디바이스의 제조를 위한 본 명세서에 개시된 임의의 실시예에 따른 방법에 관한 것이다.
본 발명은 특히, 플라즈마 생성 시스템 및/또는 본 명세서에 개시된 바와 같은 패턴화된 디바이스의 제조 방법을 사용하는, 광발전 태양 전지 디바이스의 제조에 적용된다.
본 설명은, 비제한적인 예시의 목적으로만 제공되며, 첨부된 도면을 참조할 때 더 잘 이해될 것이다:
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 패턴화된 처리를 위한 장치의 개략적인 단면도이다.
도 2는 특정 실시예에 따른 용량 결합된 패턴화된 처리를 위한 장치의 개략적인 단면도이다.
도 3은 도 1 또는 도 2에 도시된 바와 같은 마스크를 갖는 패턴화된 처리를 위한 장치를 사용하여 획득된 패턴화된 피처의 단면 프로파일의 실험 결과를 도시하는데, 상기 마스크가 양으로 DC 바이어스되고(원형 점들을 연결하는 곡선), 그리고 또한, 동일한 마스크가 접지된다(사각형 점들을 연결하는 곡선).
도 4는 특정 실시예에 따른 2개의 금속부를 포함하는 마스크의 개략적인 평면도를 도시한다.
본 개시는 플라즈마에 의해 획득된 패턴화된 처리를 위한 기술에 관한 것으로, 특히, 기판, 박막 또는 박막 스택의 표면에, 감소된 제조 비용으로 그리고 바람직하게는 상기 표면에 접촉하지 않으면서, 패턴화된 피처를 증착 및/또는 에칭하는 기술에 관한 것이다.
디바이스 및 처리
일반적인 플라즈마 처리 장치
도 1은 본 발명에 따른 패턴화된 처리를 위한 장치를 개략적으로 도시한다.
상기 장치는 입력 가스(2)를 주입하기 위한 가스 공급 어셈블리(도시되지 않음) 및 플라즈마 구역에서 입력 가스(2)를 여기시킴으로써 플라즈마(20)를 발생시키도록 구성된 에너지 소스(도시되지 않음)를 포함한다.
가스 공급 어셈블리는 예를 들어 플라즈마 구역에 입력 가스 또는 가스 혼합물을 주입하기 위한 하나 또는 복수의 가스 소스에 연결된 가스 주입 라인을 포함한다.
플라즈마 구역은 바람직하게 처리 챔버 내에 위치된다. 처리 챔버는, 저압, 즉 대기압보다 낮은 압력하에서 동작할 수 있다. 대안적으로, 처리 챔버는 고압, 즉 대기압 이상의 압력에서 동작할 수 있다.
본 개시에서, 에너지 소스는 전기 에너지 소스 및/또는 자기 에너지 소스 중에서 선택될 수 있다. 전기 에너지 소스는 무선 주파수 또는 마이크로파 유형일 수 있다. 플라즈마 생성 수단의 유형에 상관없이, 플라즈마(20)가 플라즈마 구역에 생성된다고 여긴다.
예를 들어, 에너지 소스는 2개의 평행 평탄 전극들 사이에 연결되고 이 전극들 사이에 위치하는 플라즈마 구역 내에 용량 결합 플라즈마(또는, CCP)를 생성하도록 구성된 전력 공급원을 포함한다. 대안적인 실시예에서, 에너지 소스는 유도 결합 플라즈마(또는, ICP)를 생성하도록 배열된 코일 전극에 연결된 전력 공급원을 포함한다. 용량적으로 또는 유도적으로 결합된 플라즈마 생성 장치는 플라즈마 구역 내에 추가 자기장을 생성하기 위한 자기장 생성 시스템을 더 포함할 수 있다.
또 하나의 대안적인 실시예에서, 에너지 소스는 도파관을 통해 플라즈마 생성 구역에 결합되어 마이크로파 플라즈마를 생성하도록 구성된 마이크로파 안테나를 포함한다.
도 1에 도시된 장치는 접지된 샘플 홀더(22)를 포함한다. 샘플 홀더(22)는 예를 들어 샘플(5)을 수용하도록 배치된 평탄한 표면을 갖는다. 샘플 홀더(22)는 플라즈마 발생 장치의 접지된 전극을 형성할 수 있다.
고체 샘플(5)은 접지된 샘플 홀더(22) 상에 배치된다. 고체 샘플(5)은 제1 표면(51) 및 제2 표면(52)을 갖는다. 보다 정확하게, 고체 샘플(5)의 제2 표면(52)은 접지된 샘플 홀더(22)에 접촉한다. 기판(5)의 제1 표면(51)은 플라즈마 구역을 향해 있다. 고체 샘플(5)은 예를 들어 단결정 또는 다결정 실리콘과 같은 반도체 또는 유리 기판이다. 예를 들어, 고체 샘플(5)은 실리콘 웨이퍼와 같은 평행 평탄 기판이다. 기판(5)의 표면(51)은 평탄하거나 또는 패턴화된 표면일 수 있다. 고체 샘플(5)은 제1 표면(51) 및/또는 제2 표면(52)에 박막 스택을 포함할 수 있다. 본 개시에서 제1 표면(51)은 처리될 표면이다. 제1 표면(51)은 바람직하게는 직교 좌표계(XYZ)에 따라 XY 평면에 배치된다.
도 1에 도시된 장치는 플라즈마 구역과 샘플 홀더(22) 사이에 배치된 직류(DC) 바이어스된 마스크(4)를 더 포함한다. 바람직하게는, 마스크(4)는 일반적으로 평면 형상을 가지며 XY 평면에 배치된다. 더욱 상세하게, 마스크(4)는 플라즈마 구역을 향해 있는 제1 면(45)과 샘플 홀더(22)를 향해 있는 제2 면(46)을 갖는다. 제1 면(45)과 제2 면(46)은 바람직하게는 XY 평면에 배치된다. 마스크(4)는 제1 면(45)으로부터 제2 면(46)으로 연장되는 적어도 하나의 마스크 개구(40)를 포함한다. 도 1에 도시된 예에서, 마스크(4)는 복수의 마스크 개구(40) 또는 관통 홀을 포함한다. 마스크(4)는 마스크 개구들(40) 사이에 있는 평면부들을 포함한다. 변형예에서, 마스크(4)는 단일의 마스크 개구(40)를 포함할 수 있다.
마스크 개구(40)는, 샘플의 표면에서 Y축을 따라 길이방향으로 연장되는 1차원 패턴을 생성하기 위해, X축을 따라 단면(cross-section) 프로파일을 가지고 그리고 유사한 프로파일로 Y축을 따라 연장될 수 있다
대안적으로, 마스크 개구는 X축 및 Y축을 따른 2차원 단면 프로파일을 가질 수 있다. 예를 들어, 마스크 개구는, 고체 샘플(5)의 표면(51)에서 X 및 Y 양방향으로 제한된 패턴을 생성하기 위해서, Y축을 따라 도 1에 도시된 것과 유사한 프로파일을 가질 수 있다.
예를 들어, 마스크 개구(40)는 축(X)을 따른 폭(W)과 축(Z)을 따른 높이(H)를 갖는다. 마스크 개구의 높이(H)는 일반적으로 마스크 두께와 동일하다. 일반적으로, 축(X)을 따른 폭(W)은 0.1mm와 5mm 사이이고, 바람직하게는 0.5mm와 2mm 사이이다. 마스크 개구는 종횡비(폭에 대한 높이, H/W)를 갖는다. 이 종횡비는 1보다 크고 바람직하게는 2보다 크다. 예를 들어, 개구(40)는, 폭(W)이 0.5mm이고 높이(H)가 2mm인, 따라서 종횡비가 4인 직사각형 형상을 가진다. Y축으로의 개구의 치수들(dimensions)이 X축으로의 개구의 치수들보다 크거나 같다.
바람직하게는 마스크는 전기 전도성 재료로 만들어진다. DC 전력 공급원(16)은 DC 바이어스 전압(V[4])을 마스크(4)에 인가한다.
에너지 소스 및 입력 가스는 마스크(4)의 제1 면(45)의 측면에 위치한 플라즈마 구역에서 플라즈마(20)를 생성하기 위해 사용된다.
마스크(4)는 처리될 샘플(5)의 표면(15)으로부터 거리(D2)에 배치된다. 거리(D2)는 마스크(4)의 제2 면(46)과 샘플 표면(51) 사이에서의 플라즈마 생성을 방지하기 위해, 임계 거리보다 작다. 예를 들어, 약 1Torr, 일반적으로 0.1Torr와 10Torr 사이에서 선택된 압력(P)에 대하여 마스크(4)와 샘플(5)의 표면(51) 사이에서의 플라즈마 점화를 피하기 위해, 거리(D2)는 0.1mm와 2.0mm 사이로 설정되고, DC 바이어스 전압은 100V 또는 200V보다 작다. 따라서, 단일의 플라즈마 영역(20)이 마스크의 일측에 생성된다.
적절한 DC 바이어스 전압을 사용하면, 마스크 개구(40)는, 고체 샘플(5)의 제1 표면(51)에서의 패턴화된 처리를 가능하게 한다.
보다 정확하게는, 마스크(4)는, DC 바이어스 전압 및 극성에 따라, 플라즈마의 여기되거나 또는 이온화된 종(species)에 대한 선택 작업을 수행한다. 플라즈마는 라디칼, 양이온 및 음이온을 포함한다. DC 바이어스와 동일한 극성을 갖는 이온들(마스크가 양의 DC 바이어스 전압으로 바이어스된 경우에는 양으로 하전된 이온)의 일부는, 마스크 개구(40)를 통과하여, DC 바이어스에 의해 샘플(5)의 표면(51)에 집속될 것이다. 다른 극성의 이온들은, 상기 바이어스된 마스크에 의해 거의 전부 수집될 것이다. 즉, DC 바이어스의 마스크 개구는, 상기 DC 바이어스 전압과 동일한 극성의 이온들을 선택적으로 집속시키는 정전형 렌즈들(electrostatic lens)을 형성한다. 반대로, 상기 DC 바이어스 전압과 반대 극성을 갖는 이온들은 마스크에 이끌려서 마스크 개구를 통과하지 못한다. 또한, 중성 라디칼들은 마스크 개구의 벽으로 없애진다(lost). 라디칼들이 그들의 랜덤한 운동 및 마스크의 측벽과의 후속 반응으로 인해 마스크의 벽에 의해 효과적으로 제거되는(scavenged) 것을 보장하기 위해서, 마스크 개구(들)의 다소 높은 종횡비가 중요하다. 따라서, DC 바이어스된 마스크로 인해, 마스크 개구를 통해 집속된 이온들을 사용하여, 샘플 표면의 패턴화된 처리가 가능해진다. 결과적으로, 샘플 표면(51)에 형성된 패턴화된 피처는 마스크 개구의 폭(W)보다 작은 폭을 갖는다.
유리하게는, 마스크(4)에 인가된 DC 바이어스 전압은, 고체 샘플(5) 상의 패턴화된 처리의 프로파일에 영향을 미치도록, 제어되고 조정된다. 보다 정확하게는, DC 바이어스 전압이 높을수록, 패턴화된 처리가 좁아진다. 따라서, 큰 전압이 처리의 시작부터 인가되면, 패턴화된 피처들의 폭은 마스크 개구들의 폭보다 더 좁게 될 것이다.
특정 애플리케이션에서, 증착 전구체 가스가 플라즈마 구역에서 증착 플라즈마를 생성하기 위해 사용되며, 샘플의 표면(51)의 패턴화된 피처(25)의 좁은 증착을 얻기 위해, 마스크에 양의 DC 바이어스 전압(V[4])이 인가된다. 일 실시예에서, 플라즈마는 단결정 웨이퍼로 구성된 기판(5) 상에 비정질 실리콘의 패턴화된 피처들(25)의 패턴화된 증착을 얻기 위해 사용된다.
대안적으로, 또 하나의 유형의 이온을 선택하기 위해, 음의 DC 바이어스 전압이 마스크에 인가된다.
또 하나의 애플리케이션에서, 또 하나의 전구체 가스가 에칭 플라즈마를 생성하기 위해 사용된다.
다른 또 하나의 애플리케이션에서, 또 하나의 전구체 가스가 DC 바이어스된 마스크를 통해 이온 충격을 생성하기 위해 사용된다.
CCP 플라즈마 반응기의 실시예
CCP-형 플라즈마 생성 시스템에 기초한 플라즈마 처리 장치의 특정 실시예를보다 상세하게 설명한다.
도 2는 플라즈마 반응기 챔버 또는 진공 챔버(10)를 포함하는 패턴화된 처리를 위한 장치를 개략적으로 도시한다.
보다 구체적으로, 고주파(RF) 용량 결합 플라즈마 반응기의 대표적인 경우를 고려한다. RF-CCP 시스템은 진공 챔버(10)에 배열된 제1 전극(11) 및 제2 전극(12)으로 구성된 전극 어셈블리를 포함한다. 제1 전극(11) 및 제2 전극(12)은 평탄하고 직교 좌표계(XYZ)를 따른 X 및 Y 방향을 따라 연장된 평행 평면들에 배치된다. 이 실시예에서, 제2 전극(12)은 샘플 홀더를 형성한다.
진공 챔버(10)는 입력 가스(2) 또는 가스 혼합물을 진공 챔버 내로 주입하기 위해, 가스 주입 라인에 유체에 의해 연결된다. 펌핑 시스템(도시하지 않음)이, 진공 챔버 내부를 진공 또는 저압으로 유지하고 잔류 가스를 제거하기 위해 진공 챔버에 연결된다. 압력 센서, 유량계 및 제어 디바이스가, 플라즈마 처리 동안에 진공 챔버 내부의 압력 및 유량을 제어하기 위해서, 가스 주입 라인 상에, 진공 챔버 내에 및/또는 펌핑 시스템상에 일반적으로 제공된다. 가스 주입 시스템(도 2에는 도시되지 않음)은, 입력 가스가 제1 전극과 제2 전극 사이의 전극-간 부피(inter-electrode volume)를 채우도록, 구성된다.
작업 조건의 예로서, 입력 가스는 0.1과 10Torr 사이의 압력에서, (SiH4와 같은) 증착 전구체 가스 또는 (SF6과 같은) 에칭 전구체 가스 및 가능하다면 (H2와 같은) 제2 버퍼 가스의 혼합물이다. 고체 샘플의 온도는 400℃ 미만, 바람직하게는 300℃ 미만이다.
도시된 예에서, 제2 전극(12)은 접지된다. 교류(AC) 전력 공급원(13)은 AC 전압(V[1])을 접지된 전극(12)과 관련된 제1 전극(11)에 인가한다. 인가된 AC 전압(V[1])은 바람직하게는 무선 주파수(RF) 범위(500kHz 내지 100MHz)이다. 본 개시의 하나의 양태에 따르면, 무선 주파수 전력 공급원은 제1 전극(11)에 인가된 RF 전압을 발생시키도록 구성되며, 여기서 RF 전압은 시간에 따라 일정하거나, 500kHz와 100MHz 사이 범위의 단일 기저 주파수를 포함하거나 500kHz와 100MHz 사이 범위의 기저 주파수의 복수의 고조파를 포함하고, 여기서 복수의 고조파의 각자의 진폭 및 위상은 진폭 비대칭(amplitude asymmetry)(예를 들어 일련의 피크 또는 밸리와 유사함)을 갖거나 경사 비대칭(slope asymmetry)(예를 들어 톱니 전압 파형과 유사함)를 갖는 파형을 갖는 전압차를 생성하도록 선택된다. 예를 들어 제1 전극(11)에 인가되는 RF 전압의 진폭은 200V와 800V 사이이다.
제2 전극(12)은 접지된 샘플 홀더를 형성한다. 고체 샘플(5)은 접지된 제2 전극(12) 상에 배치된다. 고체 샘플(5)은 제1 표면(51) 및 제2 표면(52)을 갖는다. 보다 정확하게, 고체 샘플(5)의 제2 표면(52)은 접지된 제2 전극(12)에 접촉한다. 기판(5)의 제1 표면(51)은 제1 전극(11)을 향하고 있다. 고체 샘플(5)은 예를 들어 단결정 또는 다결정 실리콘 웨이퍼와 같은 반도체 또는 유리 기판이다. 예를 들어, 고체 샘플(5)은, 실리콘 웨이퍼와 같은, 평행 평탄 기판이다. 기판(5)의 표면(51)은 평탄하거나 패턴화된 표면일 수 있다. 고체 샘플(5)은 제1 표면(51)에 및/또는 제2 표면(52)에 박막 스택을 포함할 수 있다. 여기서 제1 표면(51)은 처리될 표면이다.
본 개시의 시스템 및 방법은, PECVD 증착 및/또는 에칭 또는 또 하나의 패턴화된 표면 개질(modification)과 같은 플라즈마 처리의 마스킹을 수행한다. 마스킹은 바람직하게는 비접촉이다.
이것은, 패턴 증착, 패턴 에칭 또는 패턴 표면 개질과 같은 패턴 개질이 요구되는 제1 표면(51)의 전방에 배치된 직류(DC) 바이어스된 마스크(4)를 사용함으로써 달성된다.
도 2의 실시예에서, 마스크(4)는 고체 샘플(5) 및 제1 전극(11) 둘 다로부터 공간적으로 분리되도록 배치된다. 바람직하게는, 마스크(4)는 대체로 평면 기하학적 구조를 가지며, 제1 전극(11) 및 제2 전극(12)에 평행하게 XY 평면에 배치된다. 보다 정확하게는, 마스크(4)는 플라즈마 구역을 향해 있는 제1 면(45)과 샘플 홀더(22)를 향해 있는 제2 면(46)을 갖는다. 마스크(4)의 제1 면(45)은 제1 전극(11)으로부터 제1 거리(D1)에 배치되고, 제2 면(46)은 제2 전극(12)으로부터 제2 거리(D2)에 각각 배치된다. 예를 들어, D1은 5mm와 50mm 사이에 포함되고, D2는 0.1mm와 2mm 사이에 포함된다. 마스크 두께는 0.5mm 내지 약 10mm의 범위이다.
도 2의 단면도에 도시된 예시에서, 마스크(4)는 평면부 및 복수의 마스크 개구(40)를 포함한다. 변형예에서, 마스크(4)는 단일의 마스크 개구를 포함할 수 있다.
마스크 개구(40)는, 샘플의 표면에서 Y축을 따라 길이방향으로 연장되는 1차원 패턴을 생성하도록, X축을 따라 단면 프로파일을 가질 수 있고 Y축을 따라 유사한 프로파일로 연장될 수 있다.
대안적으로, 마스크 개구는 X축 및 Y축을 따른 2차원 단면 프로파일을 가질 수 있다. 예를 들어, 마스크 개구는, 고체 샘플(5)의 표면(51)에서 X 및 Y 방향으로 제한된 패턴을 생성하도록, Y축을 따라 도 2에 도시된 것과 같이 유사한 프로파일을 가질 수 있다.
물론, 본 개시의 틀을 벗어나지 않으면서도, 더 복잡한 기하학적 구조의 마스크 개구가 또한 예상된다.
마스크 개구는, 원통 형상, 원뿔 형상, 부분 구 형상, 또는 기판 표면에 소정의 공간적 프로파일을 갖는 패턴을 생성하도록 선택된 형상 중에서 선택된 3D 형상을 가질 수 있다. 마스크 개구는, 제1 표면(51)에 형성될 패턴에 따라, 정사각형, 직사각형, 사다리꼴형, 원형 또는 타원 형상 또는 비-기하 형상과 같은 다각형 형상 중에서 선택된, XY 평면의 2D 단면 형상을 가질 수 있다. 동일한 마스크(4)의 서로 다른 마스크 개구들(40)이 동일한 형상 및 치수를 가질 수 있다. 대안으로서, 동일한 마스크(4)의 서로 다른 마스크 개구들(40)은 형상 및/또는 치수가 다를 수 있다. 구체적이고 유리한 양태에 따르면, 마스크(4)는 1차원 또는 2차원 주기적 어레이로 배열된 복수의 마스크 개구(40)를 포함한다.
예시로서, 마스크 개구(40)는 XY 평면에서 직사각형 단면 및 축(Z)에 평행한 축을 갖는 원통 형상을 갖는다. 마스크 개구(40)는 축(X)을 따른 폭(W)과 축(Z)을 따른 높이(H)를 가지며, 1보다 크고, 바람직하게는 2보다 큰, 폭에 대한 높이의 종횡비(또는 H/W)가 결정된다. 일반적으로, 폭(W)은 0.1mm와 5mm 사이, 바람직하게는 0.5mm와 2mm 사이이고, 예를 들어 0.5mm의 폭(W)과 2mm의 높이(H)는 4의 종횡비를 결정한다.
AC 전력 공급원(13)은 AC 전압(V[1])을 제2 접지된 전극(12)과 관련된 제1 전극(11)에 인가하여, 제1 전극(11)과 제2 전극(12) 사이의 플라즈마 구역에 용량 결합 플라즈마(20)를 생성한다. DC 전력 공급원(16)은 DC 바이어스 전압(V[4])을 마스크(4)에 인가한다. DC 바이어스된 마스크는 플라즈마(20)와 제2 전극(12) 사이에 배열된다. DC 바이어스 전압은, ??칭 효과(quenching effect)로 인해 마스크(4)와 고체 샘플(5) 사이에 어떠한 플라즈마도 생성되지 않도록 약 200V 미만 또는 약 100V 미만으로(in the order of magnitude of), 충분히 낮게 유지된다. 예를 들어, 마스크(4)와 샘플(5)의 표면(51) 사이에서의 플라즈마 생성을 방지하도록, 거리(D2)는 0.1과 2.0mm 사이로 설정되고, DC 바이어스 전압은 10V와 100V 사이로 설정된다. 압력(P)은 일반적으로 0.1Torr 내지 10Torr 사이에서 선택되며, 바람직하게는 약 1Torr이다. 따라서, 단일 플라즈마 구역이 진공 챔버(10) 내에 생성되고, 플라즈마(20)는 마스크(4)의 제1 면(45)과 제1 전극(11) 사이에서 연장된다.
적절한 비-널(non-null) DC 바이어스 전압을 사용하면, 마스크 개구(40)는 고체 샘플(5)의 제1 표면(51)에서 패턴화된 처리를 가능하게 한다. 보다 정확하게, 마스크 개구들(40)은, 섀도우 마스크로 얻어진 것과 비교하여, 제1 표면(51)의 플라즈마 처리의 더 제어되고 그리고 더 좁은 패터닝이 가능하도록, 치수가 정해지고 고체 샘플의 제1 표면(51)으로부터의 거리(D2)에 설정된다. 마스크 개구들(40) 및 마스크에 인가된 DC 전압은, 샘플의 표면(51)에서의 패턴화된 처리가 이루어질 영역(들)을 정의한다. 반대로, 마스크의 평면부는, 마스크 개구로부터 측방향으로 오프셋된 영역에서 표면 처리가 발생하는 것을 방지한다. 플라즈마(20) 자체는 마스크 개구들을 통과하지 않는 것으로 윤곽이 도시되어 있다(outlined). 또한, 플라스마의 일부 종들만이 마스크 개구들을 통과한다. 보다 정확하게는, 마스크 개구를 통과할 때, 일부의 이온들만이 마스크를 통과하여 DC 바이어스에 의해 집속되는 반면에, 라디칼들은 마스크의 벽으로 없애진다(lost). 실제로, DC 바이어스 전압과 비교하여 반대 극성의 이온들은, 이끌리고 마스크에 의해 차단된다. DC 바이어스 전압과 동일한 극성의 이온들만이 마스크 개구를 통과하고 정전형 렌즈 효과로 인해 집속된다. 이러한 조합된 효과를 얻기 위해, 마스크 개구의 종횡비는, 라디칼이 마스크 개구의 벽에 의해 효과적으로 "진공 세정(vacuum cleaned)"이 되는 것을 보장하는, 중요한 파라미터이다. 결과적으로, 본 장치는 고체 샘플(5)의 표면(51)의 공간 선택적 패턴화된 피처(25)의 처리를 가능하게 한다. 처리될 표면(51)은 이온들의 확산을 방지하기 위해 마스크 개구로부터 비교적 작은 거리(D2)에 있는 것이 바람직하다.
애플리케이션 예시에서, 본 장치는 포토레지스트 마스킹 층을 사용하지 않고도 고체 샘플의 표면(51)에 패턴화된 피처(25)의 직접 증착을 제공한다.
유리하게는, 마스크(4)에 인가된 DC 바이어스 전압은, 고체 샘플(5) 상의 패턴화된 증착(25)의 프로파일에 영향을 미치도록, 제어되고 조정된다. 특히, 좁은 증착을 얻도록, 마스크에 양의 DC 바이어스 전압(V[4])이 인가된다. 전술한 바와 같이, DC 바이어스 전압이 높을수록 패턴화된 피처들(25)의 증착은 좁아진다. 따라서, 증착의 시작부터 더 큰 전압이 인가되면, 증착 라인(25)의 폭은 더 좁아질 것이다. 예를 들어, 단결정 웨이퍼 상에 비정질 실리콘을 증착하기 위해서는, DC 바이어스 전압이 10V와 100V 사이로 설정되고 1Torr의 압력이 사용된다.
선택적으로, 도핑된 패턴화된 피처들을 증착하기 위해, 입력 가스 혼합물은 증착 가스와 도펀트 가스를 포함한다.
도 2의 시스템은, 적절한 증착 전구체 가스를 사용하여 하나 또는 복수의 패턴화된 영역(들)에 대한 플라즈마 강화 화학 기상 증착(PECVD)에 사용될 수 있다. 도 2의 예에서, 패턴화된 증착 피처(25) 대 비-증착 영역의 상대적인 비율은, 포인트 접점 증착(point contacts deposition)에의 애플리케이션에 적합하다. 따라서, 패턴화된 증착은 단일의 단계에서 직접 수행된다.
가스 화학을 변화시킴으로써, 도 1 또는 도 2의 장치는, 적절한 입력 가스 및 마스크에 인가된 적절한 DC 바이어스 전압을 사용하여, 표면 또는 박막 상의 패턴화된 영역의 플라즈마 지원 에칭에 사용될 수 있다. 따라서, 샘플(5)의 표면(51)의 유전체 층에 개구를 형성하기 위해 공간적으로 분리된(resolved) 플라즈마 에칭을 적용함으로써, 패턴화된 디바이스가 얻어질 수 있다. 이 패턴화된 구조는 2개의 단계로 실현될 수 있다: 단계(1) - 유전체 층을 균일하게 증착함, 및 단계(2) - 공간적으로 분리된 플라즈마 에칭을 생성하기 위해, DC 바이어스된 마스크로 에칭함. 선택적으로, 이러한 2개의 단계는 동일한 처리 흐름에서 및/또는 단일의 반응기 챔버에서 수행된다.
플라즈마에 의해 얻어진 패턴화된 에칭은, 또 하나의 증착 및/또는 에칭 단계에 앞서서 일부 영역 상의 표면을 선택적으로 세정하기 위해, 사용될 수 있다.
DC 바이어스된 마스크가 미리결정된 영역에 박막을 증착 또는 에칭할 수 있게 하여, 포토레지스트 마스킹 층을 사용하지 않고도 마스킹 작업이 이루어진다. 본 기술에 의해 얻어진 패턴화된 층의 임계 치수 및 피처 크기는, 밀리미터 이하의 범위(1 내지 수백 마이크로미터)이고, 깍지형 후면 접점(IBC) 태양 전지 또는 태양 전지의 포인트 접촉 개구들의 제조에 필요한 것들과 일치한다.
마스크에 인가된 적절한 DC 바이어스 전압과 조합된 적절한 입력 가스를 사용하면, 상기 장치는 PVD(Physical Vapor Deposition) 또는 이온 주입에 사용될 수 있다. 이러한 시스템에서는, 플라즈마도 또한 사용된다. 예를 들어, PVD에서, 플라즈마는, 고체 타겟과 기판 홀더를 형성하는 접지된 전극 사이에 생성된다. 전술한 바와 유사하게, DC 바이어스된 마스크는, 플라즈마 구역 및 접지된 전극 사이에 삽입되어, PECVD에 대해 개시된 것과 동일한 효과를 갖는 패턴화된 처리를 가능하게 한다.
또 하나의 애플리케이션에서, 기판의 표면(51)의 패턴화된 이온 충격을 생성하도록, 입력 가스로부터 플라즈마가 생성되고, 마스크에 비-널(non-null) DC 바이어스 전압이 인가된다. 이러한 특정의 처리는 이온 주입에 의한 도핑에 사용될 수 있다.
바람직하게는, DC 바이어스된 마스크는, 패턴화된 플라즈마 처리 하에서, 표면에 접촉되는 것이 방지된다. 일 실시예에서, DC 바이어스된 마스크(4)와 접지된 전극(12) 사이의 플라즈마 생성을 방지하도록, 마스크는 전기 전도성 재료로 만들어지고, 거리(D2)는 비-널(non-null)이면서 소정의 임계값보다 작다. 본 실시예의 변형예에 따르면, 마스크(4)와 고체 샘플(5) 사이의 거리(D2)는 고체 샘플 상의 패턴화된 증착의 프로파일에 걸쳐서(over) 추가 제어를 얻도록 조정될 수 있다. 이 실시예에서, 마스크는 예를 들어 스테인레스 강으로, 또는 알루미늄 또는 임의의 다른 금속 또는 금속 합금으로 만들어진다.
대안적인 실시예에서, 마스크(4)는, 접지된 전극(12)을 향해 있는 제2 면(46) 상의 절연성 코팅, 및 제1 면(45) 상의 및/또는 마스크 개구(들)(40)의 측벽 상의 전도성 부분들을 포함한다. 이 경우, 마스크(4)가 접지된 전극(12) 및 고체 샘플(5)에 비해 비-널(non-null) DC 바이어스 전압에 있으면서, 마스크의 절연성 코팅이 고체 샘플(5)의 제1 표면(51)에 접촉할 수 있게 된다.
도 3은, 하나의 마스크 개구(40)에 대해, 도 2를 참조하여 상세하게 설명된 시스템을 사용하여 얻은 실험 결과를 도시한다. 보다 정확하게는, 도 2는 접지된 마스크에 대해 그리고 양으로 DC 바이어스된 마스크에 대해 각각 축(X)을 따라 증착된 재료의 정규화된 두께(TH)의 측정치들을 도시한다. 증착된 재료는 비정질 실리콘일 수 있고, 대안적으로 그것은 나노결정질 실리콘일 수 있다. 마스크 개구(40)의 폭(W)은 점선으로 표시된다. 본 예시에서, 폭(W)은 약 1mm이다. 종횡비(H/W)는 4이다. 정사각형 점들을 연결하는 곡선은, 마스크가 접지될 때(V[4] = 0볼트), 예시의 비정질 실리콘에서 증착된 재료의 두께를 나타낸다. 각각, 원형 점들을 연결하는 곡선은, 접지된 전극(12)에 대해 양으로 DC 바이어스된 마스크(V[4]> 0볼트)를 사용하여 증착된 재료의 두께를 나타낸다. 접지된 마스크를 사용하여 증착된 재료에 대한 정규화된 두께(TH)의 최대 절반에서의 전체 폭(FWHM)은, 확산으로 인해, 마스크 개구의 폭(W)보다 더 크다. 반대로, 양으로 DC 바이어스된 마스크를 사용하여 증착된 재료에 대한 정규화된 두께(TH)의 최대 절반의 전체 폭(FWHM)은 약 400 마이크로미터이며, 따라서 마스크 개구의 폭(W)보다 훨씬 좁다. 양으로 DC 바이어스된 마스크를 사용하여 증착된 재료는, 접지된 마스크(V[4] = 0볼트)를 사용하여 증착된 증착 재료보다 좁은 프로파일을 나타내고, 심지어 마스크 개구 폭보다 좁은 것으로 관찰된다. 실제로, 양으로 DC 바이어스된 마스크의 경우, 마스크 개구(40)는 마스크 개구(40)의 중앙 부분에서 양이온들을 집속시키는 정전형 렌즈들로서 작용한다. 그 결과, 양으로 DC 바이어스된 마스크가 사용될 때에는, 패턴화된 증착 층(25)의 폭이 마스크 개구(40)의 폭(W)보다 좁다.
양의 DC 바이어스는 증착 및 에칭 중 어느 하나에 사용될 수 있다. 가스 화학은 증착 또는 에칭의 효과를 결정한다.
또 하나의 애플리케이션에서, 마스크에 음의 DC 바이어스 전압이 인가되고, 그 결과 마스크 개구(들)를 떠나는 양이온들을 비-집속(defocusing)시킨다. 이것은 다단계 처리가 고려될 때의 애플리케이션을 제공할 수 있고, 처리 영역의 폭은 개구(40)의 폭보다 작거나 또는 크게 개질되어야 한다.
이러한 플라즈마 발생 장치 구성으로 인해, 예를 들어 패턴화된 층(25)의 국부적인 증착이 가능해진다. 패턴화된 피처의 축(X)을 따른 측면 치수는 주로 마스크 개구(40)의 폭(W), 종횡비(HW) 및 DC 바이어스 전압의 조합에 의해 결정된다.
마스크 개구(40)의 형상 및 치수는 패턴화된 피처의 다른 횡방향(Y)을 따른 형상 및 치수를 결정한다. 마스크 개구가 축(Z)을 따라 회전 대칭을 나타내는 경우, 마스크 개구들은 구체의 정전형 렌즈들로서 작용하고, 회전 대칭을 갖는 패턴화된 피처를 생성한다. 반대로, 마스크 개구부가 X축을 따라 1mm 미만의 작은 폭(W) 및 Y축을 따라 수 밀리미터 초과의 길이(L)를 갖는 긴 슬릿 형상을 갖는 경우, 마스크 개구들은 원통의 정전형 렌즈들로서 작용하고, 축(X)을 따라 마스크 개구(40)의 폭(W)보다 더 작은, 길쭉한 형상을 갖는 패턴화된 피처를 생성한다.
따라서 DC 바이어스된 마스크를 사용하면 좁은 마스크 개구들을 가공할 필요성이 제한된다. 따라서 밀리미터 이하 치수의 밀리미터의 마스크 개구들은 마이크로미터 크기의 마스크 개구들보다 가공이 더 쉽다. 또한, 마스크 두께는 바람직하게는 1 밀리미터보다 크므로, 마스크(4)에 대한 높은 기계적 강도를 보장한다.
고체 샘플(5)의 표면(51)에 재료를 증착하는 동안, 마스크는 또한, 증착된 재료로 코팅될 수 있다. 결과적으로, 마스크 개구가 막히게 될 수 있다. 처리된 샘플이 샘플 홀더로부터 제거되면, 예를 들어 NF3 플라즈마를 사용하는 세정 플라즈마 화학이 마스크를 세정하기 위해 사용될 수 있다. 유리하게는, 음의 DC 바이어스 전압이 마스크에 인가되어 마스크의 세정을 보다 효율적으로 할 수 있다. 실제로, 이 경우에는, 마스크에 의해 양이온들이 끌어 당겨져서 세정 속도가 증가한다.
본 개시는, 깍지형 후면 접점(IBC) 광전지를 위한, 그리고 포인트 접점용 태양 전지에서의 유전체 개구를 위한, 깍지형 접점들의 증착에서 가장 적합한 애플리케이션을 발견한다.
상술한 바와 같이, 마스크(4)는 단일의 전기 전도성 부분으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 마스크 개구들(40)은 벌크 금속판에 관통 구멍들 또는 슬릿들로서 가공된다. 대안적으로, 마스크(4)는 서로 부착된 부분들의 조립체를 포함한다(예를 들어, 도 4 참조). 다양한 변형예에서, 마스크(4)는 여러 부분들을 포함하며, 그 부분들 중 적어도 하나는 다른 부분(들)에 대해 이동가능하다.
도 4는 마스크의 또 하나의 예시의 평면도를 도시한다. 여기서 마스크(4)는 제1 금속부(41) 및 제2 금속부(42)를 포함한다. 제1 금속부(41)는, 예를 들어 절연체(48)에 의해, 제2 금속부(42)로부터 전기적으로 분리된다. 제1 금속부(41), 절연체(48) 및 제2 금속부는 서로 부착되어 있다. 도시된 예에서, 제1 금속부(41) 및 제2 금속부(42)는 2개의 깍지형 빗살들과 같은 상보적인 형상을 갖는다. 제1 금속부(41)는 복수의 제1 마스크 개구들(43)을 둘러싼다. 유사하게, 제2 금속부(42)는 복수의 제2 마스크 개구(44)를 둘러싼다. 제1 금속부(41)에는 제1 DC 바이어스 전압이 인가된다. 제2 금속부(42)에는 제2 DC 바이어스 전압이 인가된다. 따라서, 제1 금속부(41) 및 제2 금속부(42)는 서로 다른 전압에 놓여질 수 있다. 바람직하게는, 제1 비-널(non-null) DC 바이어스 전압 및 제2 비-널 DC 바이어스 전압이 한 번에 하나씩 인가된다. 바람직하게는, 제1 DC 바이어스 전압의 부호는 제2 DC 바이어스 전압의 부호에 반대이다. 제1 및 제2 DC 바이어스 전압 각각의 부호는 연속적인 처리 단계들의 함수로서 반전될 수 있다.
예를 들어, 제1 양의 DC 바이어스 전압(V[41] > 0볼트)이 제1 전기 전도성 부분(41)에 인가되는 동안에, 제2 음의 DC 바이어스 전압(V[42] < 0볼트)이 제2 전기 전도성에 인가된다. 이러한 방식으로, 증착된 재료, 에칭된 재료, 또는 이온 충격 재료 각각의 좁은 프로파일들이 제1 마스크 개구들(43)의 전방에 형성되는 반면에, 제2 마스크 개구부의 전방에서는 처리 속도가 감소하거나 심지어 무가치하게 된다(nullified). 예를 들어, 위의 DC 바이어스 전압 조건에서, 이수소(dihydrogen; H2), 실란(SiH4) 및 포스핀(PH3)의 혼합물과 같은 적절한 입력 가스 혼합물을 사용하면, 제1 마스크 개구들(43)을 통해 n형 도핑된 반도체 재료가 증착된다.
이어서, 바이어스 전압들의 극성이 반전되고, 음의 DC 바이어스 전압(V[41] < 0볼트)이 제1 전기 전도성 부분(41)에 인가되는 동안에, 양의 DC 바이어스 전압(V[42] > 0볼트)이 제2 전기 전도성 부분(42)에 인가된다. 입력 가스는, 또 하나의 패턴화된 층, 이상적으로 본 예시에서는 p-도핑된 층을 증착하도록, 예를 들어 이수소(H2), 실란(SiH4) 및 디보란(B2H6)으로 구성된 가스 혼합물로부터 전환된다. 이러한 방식으로, DC 바이어스 전압 극성 및 플라즈마 화학을 공동으로 적응시킴으로써, p형 도핑된 반도체 재료는 제2 마스크 개구들(44)을 통해 증착되는 반면에 제1 마스크 개구들(43) 전방에서의 증착 속도는 무가치하게 된다.
도 4의 예시에서의 마스크는, 단일의 처리 흐름 및 동일한 플라즈마 반응기에서 예를 들어 깍지형 접점들을 생성하기 위해, 제1 마스크 개구들에 대응하는 n형 패턴화된 층 및 제2 마스크 개구들(44)에 대응하는 p형 패턴화된 층 각각을 형성하는 애플리케이션에 적합하다.
도 4에 도시된 바와 같은 마스크 구조 및 위의 2개 단계의 처리를 사용하면, IBC 구조의 깍지화된 n형 및 p형 핑거들이 마스크 자체의 구조로 인해 증착되고 자기-정렬된다.
마스크(4)를 제거함으로써, 패턴화된 처리 단계들 사이에서 그리고 동일한 처리 챔버에서, 균일한 플라즈마 처리를 생성하는 것이 또한 가능하다. 따라서, DC 바이어스된 마스크 및 처리 조건들로 인해, 순차적인 처리 단계들에서, 다수의 패턴화된 및/또는 비-패턴화된 층들의 증착이 가능해진다.
성능 측면에서, DC 바이어스된 마스크의 사용으로 인해, X축 및/또는 Y축을 따라 약 100 마이크로미터 아래의, 밀리미터 이하의 임계 치수를 갖는 패턴들이 형성될 수 있다. 이러한 임계 치수는 산업용 태양 전지 제조에서의 현재 요구 사항에 매우 적합하다.
따라서, 본 명세서에 개시된 바와 같은 DC 바이어스된 마스크의 사용은, 패턴화된 층들 또는 디바이스들의 제조를 위한 처리 비용의 획기적인 감소를 가능하게 한다.
바이어스된 마스크 처리는 단계들의 획기적인 감소를 가능하게 하는데, 그 이유는 포인트 접점들 및/또는 IBC 접점들을 형성하기 위해서 일반적으로 요구되는 복수의 고비용 단계들이 회피되기 때문이다. 바이어스된 마스크 및 그것의 작업은 현재 이용가능한 플라즈마 챔버에서 쉽게 구현될 수 있다. 플라즈마 반응기에 DC 바이어스된 마스크를 추가하는 것은 매우 제한적으로 플라즈마를 교란(perturb)시킬 것으로 예상된다. 따라서, 본 개시는 매우 작은 변화를 갖는 이미 최적화되어 있는 임의의 레시피에 사용될 수 있으며 새로운 레시피의 개발을 요구하지 않는다.
본 명세서에 개시된 플라즈마 생성 장치 및 처리의 주요 애플리케이션은, 고효율 결정질 실리콘 태양 전지의 제조를 위한 깍지형 후면 접점들 또는 유전체 개구들의 형성이다.
본 발명은 이미터 형성 단계를 최대 2개로 감소시키고 심지어 단일의 단계로 감소시킴으로써, IBC 셀들의 제조 복잡성을 획기적으로 감소시킬 수 있다. 또한, 플라즈마 처리 온도가 일반적으로 400℃ 미만으로 제한되기 때문에, IBC 제조 단계들은 저온에서 수행된다. 이러한 장점은 IBC 셀들의 제조 비용을 획기적으로 줄일 수 있다.
또한, 본 개시는, 임의의 추가적인 처리 단계들을 셀 제조 처리 흐름에 추가하지 않고도, IBC 구성 및 HIT 패시베이션 단계 둘 다를 사용하게 한다.
마지막으로, 특히 마스크(4)가 패턴화된 표면으로부터 이격될 때에는, 표면 손상 및/또는 오염이 방지된다.
본 개시는, 이미 산업에서 사용되고 있는, 고성능 소자의 구현을, 훨씬 더 간단하고 저렴한 처리로 가능하게 한다. DC 바이어스된 마스크 처리 및 장치를 사용하면 어떠한 성능 손실도 기대되지 않아야 한다. DC 바이어스된 마스크는 플라즈마 처리 장치의 전극들 사이에 추가 마스크를 삽입하고 DC 바이어스 전원을 마스크에 연결하는 비용만으로 기존의 툴 상에서 쉽게 구현될 수 있다.
본 개시는 단일의 처리 단계에서, 저온에서, 그리고 동일한 플라즈마 반응 챔버에서의 얇은 진성 a-Si:H 패시베이션 층의 사용가능성으로, IBC 접점의 형성을 가능하게 한다. 상기 방법 및 장치는, 셀 제조 처리 흐름에 임의의 추가 처리 단계를 추가하지 않고도, HIT 패시베이션 단계와 조합된 IBC 구성 둘 다를 사용하게 한다. 본 방법은 비접촉의 장점을 제공하는데, 비접촉식은 깨끗한 웨이퍼 표면(산화물이 제거된 상태)이 손상 및 오염에 매우 민감함으로 인한 중요한 문제를 해결한다.
플라즈마에 의한 종들의 활성화 또는 이온화를 필요로 하는 어떤 플라즈마 처리 단계라도 본 방법과 함께 이용될 수 있다. 따라서, DC 바이어스된 마스킹 기술은 증착, 에칭, 세정, 치밀화(densification) 및 기능화(functionalization)와 같은 처리에 대해서도 동일하게 유용하다.
본 명세서에 개시된 바와 같은 DC 바이어스된 마스킹 기술은 다른 광전지 디바이스들, 광 검출기들 및 센서들의 제조에도 적용된다.

Claims (16)

  1. 입력 가스(2)의 소스;
    상기 입력 가스(2)를 여기시키고 플라즈마 구역에서 플라즈마(20)를 생성하도록 구성된 에너지 소스; 및
    고체 샘플(5)을 수용하도록 구성된 접지된 샘플 홀더(12)를 포함하는 패턴화된 처리를 위한 장치로서, 상기 장치는:
    - 상기 플라즈마 구역과 상기 접지된 샘플 홀더(12) 사이에 배치된 마스크(4) - 상기 마스크(4)는 상기 플라즈마 구역을 향해 있는 제1 면(45) 및 처리될 상기 고체 샘플(5)의 표면(51)을 향해 있는 제2 면(46)을 가지며, 상기 마스크(4)는 상기 제1 면으로부터 상기 제2 면까지 상기 마스크(4)를 관통하여 연장되는 적어도 하나의 마스크 개구(40, 43, 44)를 포함하고, 상기 마스크(4)는 상기 제1 면(45) 상의 전기전도성 부분 및 상기 마스크 개구(40, 43, 44)의 측벽들을 부분적으로 또는 완전히 덮는 전기전도성 부분을 포함하며, 상기 마스크(4)의 상기 제2 면(46)은 전기절연성 부분을 포함하고, 상기 마스크(4)의 상기 제2 면(46)의 상기 전기절연성 부분은 처리될 상기 고체 샘플(5)의 상기 표면(51)에 접촉하고 있음 -, 및
    - 상기 마스크(4)에 직류의 0이외의(non-null) 바이어스 전압을 인가하도록 구성된 전력 공급원(16) - 상기 마스크(4)는, 상기 마스크(4)와 상기 고체 샘플(5) 사이의 플라즈마 생성을 방지하기 위해서, 상기 고체 샘플(5)의 상기 표면(51)으로부터 임계 거리 미만의 거리(D2)에 배치되며, 상기 마스크 개구(40, 43, 44)는 상기 플라즈마(20)로부터의 이온들을 선택하여 상기 고체 샘플(5)의 상기 표면(51) 상에 집속시킴으로써 공간적으로 선택적인 패턴화된 처리를 수행할 수 있도록 치수 및 형상이 정해짐 - 을 포함하는 것을 특징으로 하는, 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 마스크 개구(40, 43, 44)는 상기 마스크(4)의 상기 제2 면(46)에 평행한 제1 방향(X)을 따라 밀리미터 이하 내지 밀리미터 범위의 개구 폭(W)을 가지며, 상기 마스크 개구(40, 43, 44)는 상기 마스크(4)의 상기 제2 면(46)에 횡방향으로 취해진 또 하나의 방향(Z)으로 개구 높이(H)를 가지며, 상기 개구 폭(W)에 대한 상기 개구 높이(H)의 종횡비(H/W)가 정의되며, 상기 종횡비(H/W)는 1보다 큰, 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 마스크 개구(40, 43, 44)는 원추 형상 또는 원통 형상 또는 기판(5)의 표면(51) 상에 소정의 공간적 프로파일을 갖는 패턴을 생성하도록 선택된 형상을 갖는, 장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 마스크(4)는 1차원 또는 2차원 주기적 어레이로 배열된 복수의 마스크 개구부(40, 43, 44)를 포함하는, 장치.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 마스크(4)는 전기전도성 재료로 만들어지고, 상기 마스크(4)는 상기 고체 샘플(5)의 상기 표면(51)으로부터 0이외의 거리(non-null distance)(D2)에 배치되는, 장치.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 마스크(4)는 제1 전도성 부분(41), 및 상기 제1 전도성 부분(41)과 전기적으로 분리된 제2 전도성 부분(42)을 포함하고, 상기 제1 전도성 부분(41)은 제1 유형 마스크 개구(43)를 포함하고, 상기 제2 전도성 부분(42)은 제2 유형 마스크 개구(44)를 포함하며, 상기 전력 공급원(16)은 제1 전도성 부분(41)에 제1 직류 바이어스 전압을 인가하도록 구성되고, 또한 상기 전력 공급원(16)은 제2 전도성 부분(42)에 제2 직류 바이어스 전압을 인가하도록 구성되는, 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 직류 바이어스 전압과 상기 제2 직류 바이어스 전압은 동일한 순간에 반대 극성을 갖는, 장치.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 에너지 소스는, 상기 샘플 홀더(12)에 평행하게 배열되고 용량 결합 플라즈마(capacitively coupled plasma)를 생성하도록 구성된 평면 전극(11)에 연결된 또 하나의 전력 공급원(13), 또는, 유도 결합 플라즈마(inductively coupled plasma)를 생성하도록 배열된 코일 전극 또는 도파관을 통해 플라즈마 발생 챔버(10)에 결합되어 마이크로파 플라즈마를 생성하도록 배열된 마이크로파 안테나 및/또는 플라즈마 구역에 자기장을 생성하기 위한 자기장 발생 시스템에 연결된 또 하나의 전력 공급원을 포함하는, 장치.
  9. 고체 샘플(5)을 패터닝하는 방법으로서:
    - 플라즈마 처리를 위한 장치의 접지된 샘플 홀더(12) 상에 고체 샘플(5)을 배치하는 단계,
    - 상기 접지된 샘플 홀더(12)와 상기 플라즈마 처리를 위한 장치의 플라즈마 구역 사이에 마스크(4)를 배치하는 단계 - 상기 마스크(4)는 제1 면(45), 제2 면(46) 및 상기 마스크(4)를 관통하여 상기 제1 면으로부터 상기 제2 면으로 연장되는 적어도 하나의 마스크 개구(40, 43, 44)를 포함하며, 상기 제1 면(45)은 상기 플라즈마 구역을 향해 있고, 상기 제2 면(46)은 가공될 상기 고체 샘플(5)의 표면(51)을 향해 있고, 상기 마스크(4)는 상기 제1 면(45) 상의 전기전도성 부분 및 상기 마스크 개구(40, 43, 44)의 측벽들을 부분적으로 또는 완전히 덮는 전기전도성 부분을 포함하며, 상기 마스크(4)의 상기 제2 면(46)은 전기절연성 부분을 포함하고, 상기 마스크(4)의 상기 제2 면(46)의 상기 전기절연성 부분은 처리될 상기 고체 샘플(5)의 상기 표면(51)에 접촉하고 있음 -,
    - 상기 플라즈마 처리를 위한 장치의 상기 플라즈마 구역에 입력 가스(2)를 주입하는 단계;
    - 상기 입력 가스(2)를 여기시키고 상기 플라즈마 구역에 플라즈마(20)를 생성시키도록 구성된 에너지를 인가하는 단계; 및
    - 상기 마스크(4)에 0이외의 직류 바이어스 전압을 인가하는 단계 - 상기 마스크(4)는 상기 마스크(4)와 상기 고체 샘플(5) 사이의 플라즈마 생성을 방지하기 위해 상기 고체 샘플(5)로부터의 임계 거리 미만의 거리(D2)에 배치되며, 상기 마스크 개구(40, 43, 44)는 상기 플라즈마(20)로부터의 이온들을 선택하여 상기 고체 샘플(5)의 상기 표면(51) 상에 집속시킴으로써 공간적으로 선택적인 패턴화된 처리를 수행할 수 있도록 치수 및 형상이 정해짐 - 를 포함하는, 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 입력 가스 및 상기 직류 바이어스 전압은 상기 고체 샘플(5)의 상기 표면(51) 상에 패턴화된 층 증착(patterned layer deposition), 패턴화된 에칭(patterned etching), 패턴화된 이온 충격(patterned ion bombardment), 패턴화된 도핑(patterned doping), 패턴화된 세정(patterned cleaning), 패턴화된 치밀화(patterned densification) 및/또는 패턴화된 표면 기능화(patterned surface functionization)를 수행하도록 각각 선택되는, 방법.
  11. 제9항 또는 제10항에 있어서,
    상기 직류 바이어스 전압은 하나의 처리 단계 동안에는 양이고 또 하나의 처리 단계 동안에는 음인, 방법.
  12. 제9항 또는 제10항에 있어서,
    상기 직류 바이어스 전압이 소정의 크기 및/또는 프로파일을 갖는 공간적으로 선택적인 패턴화된 피처들을 생성하도록 진폭이 조정되는, 방법.
  13. 제9항 또는 제10항에 있어서,
    상기 마스크(4)와 상기 고체 샘플(5)의 상기 표면(51) 사이의 상기 거리(D2)가, 소정의 크기 및/또는 프로파일을 갖는 패턴화된 피처들을 생성하도록 조정되는, 방법.
  14. 제9항 또는 제10항에 있어서,
    상기 마스크(4)는 제1 전도성 부분(41) 및 상기 제1 전도성 부분(41)과 전기적으로 분리된 제2 전도성 부분(42)을 포함하고, 상기 제1 전도성 부분(41)은 제1 유형 마스크 개구(43)를 포함하고, 상기 제2 전도성 부분(42)은 제2 유형 마스크 개구(44)를 포함하며, 상기 방법은:
    - 상기 플라즈마 구역에 제1 입력 가스를 주입하고, 상기 제1 전도성 부분(41)에 제1 직류 바이어스 전압을 인가하고 상기 제2 전도성 부분(42)에 제2 직류 바이어스 전압을 인가하여, 상기 제1 유형 마스크 개구(43)를 통해 상기 플라즈마로부터 제1 유형의 이온들을 선택 및 집속하여, 상기 고체 샘플(5)의 상기 표면(51)에 제1 유형의 패턴화된 처리를 수행하는 단계;
    - 상기 플라즈마 구역에 또 하나의 입력 가스를 주입하고, 상기 제1 전도성 부분(41)에 제3 직류 바이어스 전압을 인가하고 상기 제2 전도성 부분(42)에 제4 직류 바이어스 전압을 인가하여, 상기 제2 유형 마스크 개구(44)를 통해 상기 플라즈마로부터 또 하나의 유형의 이온을 선택 및 집속하여, 상기 고체 샘플(5)의 상기 표면(51)에 제2 유형의 패턴화된 처리를 수행하는 단계를 포함하는, 방법.
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