KR20120096090A - 플라즈마 쉬스 변조를 이용한 워크 피스의 패터닝 - Google Patents

플라즈마 쉬스 변조를 이용한 워크 피스의 패터닝 Download PDF

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Abstract

워크피스를 텍스처링하거나 제조하는 방법들이 개시된다. 상기 워크피스는, 예를 들면, 태양 전지일 수 있다. 이러한 텍스처링은 플라즈마와 플라즈마 쉬스 사이의 경계의 형상이 절연 수정기로 변경되는 플라즈마를 이용하는 식각이나 국소적인 스퍼터링을 수반할 수 있다. 상기 워크피스는 피라미드들을 형성하도록 식각이나 스퍼터링 단계들 사이에서 회전할 수 있다. 상기 워크피스의 영역들도 절연 수정기에 의해 조절되는 플라즈마로부터 형성되는 이온들로 식각 또는 스퍼터되고 도핑될 수 있다. 이러한 도핑된 영역들 상에 금속층이 형성될 수 있다.

Description

플라즈마 쉬스 변조를 이용한 워크 피스의 패터닝{WORKPIECE PATTERNING WITH PLASMA SHEATH MODULATION}
본 발명은 워크피스의 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 절연 수정기에 의해 포커싱되는 플라즈마를 사용하는 처리에 의한 워크피스의 제조 방법에 관한 것이다.
반도체 웨이퍼들이나 태양 전지들과 같은 워크피스들은 완성된 제품을 제조하기 위하여 전형적으로 다중 처리 단계들을 필요로 한다. 예를 들면, 태양 전지 내의 p-n 정션의 형성 이외에도 금속층들이 성능을 개선하거나 효율을 향상시키도록 상기 태양 전지 상에 증착될 수 있다. 표면의 텍스처링(texturing), 세정 또는 상기 태양 전지의 표면에 대한 금속층들의 추가도 수행될 수 있다.
"블랙 실리콘(black silicon)"이 태양 전지들에 사용될 수 있다. 이것은 많은 퍼센트의 태양 스펙트럼을 흡수하고 보다 효율적인 태양 전지들을 가능하게 하는 특정한 형태의 실리콘이다. "블랙"으로 언급되는 이유는 이것이 흡수된 파장들과 이의 낮은 반사율로 인하여 관찰자에게 검게 나타나기 때문이다. 상기 블랙 실리콘의 높은 광 흡수율은 그 특정한 표면 텍스처에 기인한다. 도 1a 및 도 1b는 블랙 실리콘 또는 텍스처된 실리콘의 하나의 형태를 나타내는 사진들이다. 도 1a는 블랙 실리콘의 주사 전자 현미경(SEM) 사진이다. 도 1a에서 나타나는 텍스처된 패턴은 실리콘 표면의 펨토(femto) 레이저-바이어스된 불소화 화학 식각에 의해 생성된다. 도 1b는 텍스처된 실리콘 워크피스의 표면을 나타낸다. 예를 들면, 피라미드 형상들로 상기 표면을 텍스처링함에 따라 집광이 증가된다. 그러나, 알려진 습식 화학 공정들은 식각되는 상기 워크피스의 결정 평면과 특정한 결정 평면의 식각 속도에 의해 한계를 가지게 된다. 이러한 한계 이외에도, 수산화칼륨(KOH)의 사용하는 것과 같은 습식 식각 또는 플라즈마 식각은 랜덤한 피라미드 패턴들을 생성시킨다.
도 2는 선택적 에미터 태양 전지를 나타내는 단면도이다. 이러한 특정한 예에 있어서, 상기 선택적 에미터 태양 전지(200)는, 베이스(202) 상의 n형 베이스(201)를 구비한다. 상기 베이스(202) 부근에 n++ 영역들(203)이 존재한다. 상기 베이스(202)에 대향하여 p+ 층(204)과 반사 방지층(ARC)(205)이 존재한다. 상기 반사 방지층(205)은 하나의 예로서 실리콘 질화물(SiNx)일 수 있다. 금속 콘택들(206)이 상기 p++ 영역들(207) 부근의 상기 선택적 에미터 태양 전지(200) 내에 배치된다. 상기 n++ 영역들(203), p++ 영역들(207) 및 p+ 층(204)은 도핑에 의해 형성될 수 있다. 상기 선택적 에미터 태양 전지(200)의 표면(208)은 도 1a 및 도 1b의 경우와 유사하게 텍스처될 수 있다. 하나의 예에서 상기 반사 방지층(205)과 p+ 층(204) 사이에 산화물층이 사용될 수 있다.
도 3은 후면 전극(IBC) 태양 전지를 나타내는 단면도이다. 특정한 예에서의 상기 후면 전극(IBC) 태양 전지는 n형 베이스(301), n+ 층(302) 및 반사 방지층(205)을 포함한다. 하나의 예에서 상기 반사 방지층(205)과 n+ 층(302) 사이에 산화물층이 사용될 수 있다. 상기 n+층(302)에 대향하여 p+ 에미터들(303)과 n+ 후면 전계(304)가 교대로 위치한다. 패시베이션 층(305)은 콘택 홀들(306)을 정의한다. 교대로 배치되는 n형 콘택들(307)과 p형 콘택들(308)이 상기 p+ 에미터들(303)과 n+ 후면 전계(304)에 접촉된다. 도 2 및 도 3의 이러한 예들에 있어서, 상기 n형 및 p형 도핑은 반대 또는 변경될 수 있다.
도 2의 상기 선택적 에미터 태양 전지(200) 또는 도 3의 후면 전극(IBC) 태양 전지(300)와 같은 상기 태양 전지의 층들의 패터닝이나 특정한 영역들의 도핑과 금속층들이나 콘택들의 형성은 고가의 공정에 해당될 수 있다. 공전 단계들의 복잡성이나 숫자는 제조의 비용과 제조 시간을 증가시킬 수 있다. 태양 전지나 다른 워크피스의 제조에 이용되는 적어도 일부의 공정들은 동일한 시스템 내에서 수행될 경우, 처리량이 증가할 수 있고 워크피스당 비용이 감소될 수 있다. 유사한 단계들의 제거나 간략화는 처리량을 증가시키고 워크피스당 비용을 감소시킨다. 이에 따라, 이러한 분야에서 워크피스를 제조하기 위해 개선된 방법이, 보다 구체적으로는, 절연 수정기에 의해 포커싱된 플라즈마를 이용하는 처리에 의해 워크피스를 제조하는 개선된 방법이 요구된다.
본 발명의 제1 측면에 따르면, 워크피스를 처리하는 방법이 제공된다. 상기 방법은, 상기 워크피스의 표면에 인접하는 플라즈마 쉬스를 갖는 플라즈마를 발생시키는 단계를 포함한다. 상기 플라즈마와 상기 플라즈마 쉬스 사이의 경계의 형상은 상기 형상의 일부가 상기 워크피스의 표면에 대해 평행하지 않도록 조절된다. 상기 워크피스의 표면의 제1 부분은 상기 플라즈마로 제거된다. 상기 표면은 평면에 대해 평행하다. 상기 워크피스는 상기 평면에 대해 평행한 방향으로 회전한다. 상기 워크피스의 표면의 제2 부분은 상기 플라즈마로 제거된다.
본 발명의 제2 측면에 따르면, 워크피스를 제조하는 방법이 제공된다. 상기 방법은 상기 워크피스의 표면에 인접하는 플라즈마 쉬스를 갖는 플라즈마를 발생시키는 단계를 포함한다. 상기 플라즈마와 상기 플라즈마 쉬스 사이의 경계의 형상은 상기 형상의 일부가 상기 워크피스의 표면에 대해 평행하지 않도록 조절된다. 상기 워크피스의 표면의 영역은 상기 플라즈마로 제거되며, 상기 워크피스의 영역은 도핑된다.
본 발명의 제3 측면에 따르면, 태양 전지를 제조하는 방법이 제공된다. 상기 방법은 상기 태양 전지의 표면의 적어도 제1 영역을 텍스처링(texturing)하는 단계를 포함한다. 상기 태양 전지의 표면에는 도펀트가 주입된다. 상기 태양 전지의 표면의 적어도 제2 영역은 상기 플라즈마로 제거된다. 플라즈마 쉬스를 갖는 상기 플라즈마가 발생되며, 상기 플라즈마와 상기 플라즈마 쉬스 사이의 경계의 형상은 상기 형상의 일부가 상기 태양 전지의 표면에 대해 평행하지 않도록 조절된다. 상기 태양 전지의 제2 영역은 도핑되며, 상기 제2 영역 상에 금속층이 형성된다.
첨부된 도면들은 본 발명을 보다 명확하게 이해하기 위하여 참조로 기재된 것이며, 첨부 도면들에 있어서,
도 1a 및 도 1b는 블랙 실리콘 또는 텍스처된 실리콘의 하나의 형태를 나타내는 사진들이다.
도 2는 선택적 에미터 태양 전지를 나타내는 단면도이다.
도 3은 후면 전극(IBC) 태양 전지를 나타내는 단면도이다.
도 4는 절연 수정기(insulating modifier)를 갖는 플라즈마 처리 장치를 나타내는 블록도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 부합하는 플라즈마 처리 장치의 블록도이다.
도 6은 워크피스의 국부적인 식각 또는 스퍼터링을 나타내는 단면 블록도이다.
도 7은 제1 예에 따라 워크피스의 텍스처링을 나타내는 측단면도이다.
도 8은 제2 예에 따른 워크피스의 텍스처링을 나타내는 단면도이다.
도 9a 및 도 9b는 파라미드들을 형성하는 워크피스의 식각 또는 스퍼터링을 나타내는 사시도들이다.
도 10a 내지 도 10c는 워크피스를 제조하는 제1 실시예를 나타내는 단면도들이다.
도 11a 내지 도 11g는 태양 전지를 제조하는 제1 실시예를 나타내는 단면도들이다.
본 명세서에서 기술하는 실시예들은 태양 전지들에 대한 것이다. 그러나, 여기에 기재된 실시예들은 반도체 웨이퍼들과 같은 다른 워크피스(workpiece)들에도 적용될 수 있다. 선택적 에미터 태양 전지 및 후면 전극(IBC) 태양 전지를 상세하게 설명하지만, 본 발명의 실시예들은 다른 태양 전지 설계에도 적용될 수 있다. 절연 조절기(insulating modifier)에 의해 포커싱되는 플라즈마를 사용하는 공정은, 예를 들면, 식각, 스퍼터링, 증착, 표면 텍스처링(texturing), 국부적인 도핑, 또는 워크피스의 다른 물질 변경 등을 포함할 수 있다. 워크피스의 부분들을 제거하는 메커니즘으로서 식각과 스퍼터링을 상세하게 설명하지만, 다른 메커니즘도 가능하다. 따라서, 본 발명이 다음에 설명하는 특정한 실시예들에 한정되는 것은 아니다.
도 4는 절연 수정기(insulating modifier)를 갖는 플라즈마 처리 장치를 나타내는 블록도이다. 플라즈마(140)는 해당 기술 분야에서 알려진 바와 같이 생성된다. 이러한 플라즈마(140)는 통상적으로 이온들과 전자들의 준중성(quasi-neutral) 집합체이다. 상기 전자들이 음의 전하를 가지는 반면에 상기 이온들은 전형적으로 양의 전하를 가진다. 상기 플라즈마(140)는, 예를 들면, 대략 0V/㎝ 정도의 전기장을 상기 플라즈마(140)의 벌크 내에 가질 수 있다. 상기 플라즈마(140)를 함유하는 시스템에 있어서, 상기 플라즈마(140)로부터의 이온들(102)은 워크피스(100)를 향하여 유도된다. 이러한 이온들(102)은 상기 워크피스(100)에 주입되기에 충분한 에너지로 유도될 수 있다. 상기 플라즈마(140)는 플라즈마 쉬스(plasma sheath)(142)로 언급되는 상기 워크피스(100)에 근접하는 영역에 의해 경계가 지어진다. 상기 플라즈마 쉬스(242)는 상기 플라즈마(140)에 비해 적은 전자들을 갖는 영역에 해당된다. 따라서, 상기 음의 전하 및 상기 양의 전하의 차이가 상기 플라즈마 쉬스(242) 내에 쉬스 포텐셜(sheath potential)을 야기한다. 보다 적은 전자들이 존재하고, 이에 따라 적은 여기-이완(excitation-relaxation) 충돌들이 발생하기 때문에 이러한 플라즈마 쉬스(242)로부터의 광의 방출은 상기 플라즈마(140)에 비해 강도가 낮다. 따라서, 상기 플라즈마 쉬스(242)는 때때로 "암흑부(dark space)"라고도 언급된다.
상기 절연 수정기(101)는 상기 플라즈마 쉬스(242) 내의 전기장을 조절하여 상기 플라즈마(140)와 상기 플라즈마 쉬스(242) 사이의 경계(241)의 형상을 조정하도록 구성된다. 이에 따라, 상기 플라즈마(140)로부터 상기 플라즈마 쉬스(242)를 가로질러 유도되는 이온들(102)은 큰 범위의 입사 각도들로 상기 워크피스(100)에 충돌할 수 있다. 상기 이온들(102)은 반응성이거나 비-반응성일 수 있다. 이러한 절연 수정기(101)는, 예를 들면, 포커싱 플레이트 또는 쉬스 설계 플레이트로 언급될 수 있다.
도 4에 도시한 실시예에 있어서, 상기 절연 수정기(101)는 그들 사이에 수평 간격(G)을 갖는 구멍(aperture)을 정의하는 한 쌍의 패널들(212, 214)을 포함한다. 상기 패널들(212, 214)은 절연체일 수 있다. 다른 실시예들에 있어서, 상기 절연 수정기(101)는 하나의 패널만을 포함하거나, 2개 이상의 패널들을 포함할 수 있다. 상기 패널들(212, 214)은 얇고 평탄한 형상을 갖는 한 쌍의 시트들일 수 있다. 또 다른 실시예들에 있어서, 상기 패널들(212, 214)은 튜브 형상, 쐐기 형상 등의 다른 형상들을 가지거나 및/또는 상기 구멍에 근접하는 비스듬한 단부를 가질 수 있다. 상기 패널들(212, 214)은 또한 상기 워크피스(100)의 전방 표면에 의해 정의되는 평면(151) 상부의 수직 간격(Z)에 위치할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 상기 수직 간격(Z)은 약 1.0㎜ 내지 약 10.0㎜ 정도가 될 수 있다.
이온들(102)은 다른 메커니즘들에 의해 상기 플라즈마(140)로부터 상기 플라즈마 쉬스(242)를 가로질러 이끌린다. 하나의 예에 있어서, 상기 워크피스(100)는 상기 플라즈마(140)로부터 상기 플라즈마 쉬스(242)를 가로질러 상기 이온들(102)을 이끌도록 바이어스된다. 다른 예에 있어서, 상기 플라즈마(140)를 발생시키는 플라즈마 소스와 상기 플라즈마(140)를 둘러싸는 벽들이 양으로 바이어스되며, 상기 워크피스(100)가 접지될 수 있다. 이와 같은 바이어스는 특정한 일 실시예에 있어서는 펄스일 수 있다. 또 다른 예에 있어서, 상기 플라즈마(140)로부터 상기 워크피스(100)를 향하여 상기 이온들(102)을 유도하도록 전기장 또는 자기장이 사용된다.
유리하게는, 상기 절연 수정기(101)는 상기 플라즈마(140)와 상기 플라즈마 쉬스(242) 사이의 경계(241)의 형상을 조절하도록 상기 플라즈마 쉬스(242) 내의 전기장을 변경한다. 상기 플라즈마(140)와 상기 플라즈마 쉬스(242) 사이의 경계(241)는 하나의 예로서의 평면(151)에 대하여 볼록한 형상일 수 있다. 상기 워크피스(100)가, 예를 들면, 바이어스될 때에 상기 이온들(102)은 큰 범위의 입사 각도들로 상기 패널들(212, 214) 사이의 구멍을 통해 상기 플라즈마 쉬스(242)를 가로질러 유도된다. 예를 들면, 궤도 경로(270)를 따르는 이온들은 상기 평면(151)에 대해 +θ°의 각도로 상기 워크피스(100)에 충돌할 수 있다. 궤도 경로(270)를 따르는 이온들은 상기 동일한 평면(151)에 대해 약 0°의 각도로 상기 워크피스(100)에 충돌할 수 있다. 궤도 경로(269)를 따르는 이온들은 상기 평면(151)에 대해 -θ°의 각도로 상기 워크피스(100)에 충돌할 수 있다. 이에 따라, 입사 각도들의 범위는 0°를 중심으로 -θ°내지 +θ°사이일 수 있다. 또한, 경로들(269, 271)과 같은 일부 이온 궤도 경로들은 서로 교차될 수 있다. 상기 패널들(212, 214) 사이의 상기 수평 간격(G), 상기 평면(151) 상부의 상기 패널들(212, 214)의 수직 간격(Z), 상기 패널들(212, 214)의 유전 상수 또는 상기 플라즈마(140)의 다른 공정 변수들을 포함하지만, 이에 제한되지는 않는 수많은 인자들에 의하여, 상기 입사 각도들(θ)의 범위는 약 0°를 중심으로 +60°내지 -60°정도가 될 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 부합하는 플라즈마 처리 장치의 블록도이다. 시스템(500)은 플라즈마 소스(501), 절연 수정기(101) 및 처리 챔버(502)를 포함한다. 가스 소스(504)는 상기 플라즈마 소스(501)에 연결된다. 상기 플라즈마 소스(501) 또는 상기 시스템(500)의 다른 구성 요소들도 터보 펌프와 같은 펌프에 연결될 수 있다. 상기 플라즈마(140)를 발생시키는 상기 플라즈마 소스(501)는, 예를 들면, 고주파(RF) 플라즈마 소스, 유도 결합 플라즈마(ICP) 소스, 방열 음극(IHC), 축전 결합형 플라즈마(CCP) 소스, 헬리콘 플라즈마 소스, 마이크로파 플라즈마 소스, 또는 다른 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 알려진 플라즈마 소스일 수 있다. 상기 처리 챔버(502), 상기 플라즈마 소스(501) 또는 플레이튼(503)은 접지될 수 있다.
상기 절연 수정기(101)는 워크피스(100)의 주입, 식각 또는 스퍼터링을 위하여 이온들(506)을 포커싱하는 데 사용된다. 상기 플라즈마 소스(501)로부터 상기 이온들(506) 내로의 이러한 플라즈마(140)의 추출은 연속적(DC)이거나 규칙적일 수 있다. 상기 플라즈마 소스(501)는 하나의 예로서 바이어스될 수 있다. 이와는 달리, 상기 시스템(500) 내의 고주파(RF) 바이어스는 규칙적이거나 또는 규칙적이지 않을 수 있다. 비록 다중 구멍들(507)도 가능하지만, 상기 절연 수정기(101)는 적어도 하나의 구멍(507)을 포함한다. 하나 이상의 구멍(507)을 추가함으로써, 상기 시스템(500)의 처리 효율을 증가시킬 수 있다. 따라서, 상기 절연 수정기(101) 설계는 도 5에 예시한 설계 만에 한정되는 것은 아니다.
태양 전지들 또는 반도체 웨이퍼들에 해당될 수 있는 하나 또는 그 이상의 워크피스들(100)은 상기 처리 챔버(502) 내의 플레이튼(503) 상에 정렬된다. 상기 플레이튼(503)은 상기 워크피스(100)를 유지하도록 정전기적 클램핑(clamping), 기계적 클램핑 또는 정전기적 및 기계적 클램핑의 조합을 사용할 수 있다. 상기 워크피스(100)는 상기 플레이튼(503)을 이용하여 스캔될 수 있다. 도 5에 도시한 실시예에 있어서, 성기 플레이튼(503)은 상기 방향(505)을 따라 스캔할 수 있다. 그러나, 상기 플레이튼(503)은 상기 워크피스(100) 상의 원하는 주입, 식각 또는 스퍼터 패턴에 따라 1차원, 2차원 또는 3차원 스캐닝을 수행할 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 상기 절연 수정기(101)는 상기 워크피스(100)에 대하여 변환할 수 있다. 상기 워크피스(100)를 상기 플레이튼(503) 상으로 배치하는 데 다양한 로드 및 언로드 메커니즘들이 이용될 수 있다. 상기 플레이튼(503)은 하나의 예로서 상기 워크피스(100)에 후면 가스 냉각을 제공하도록 구성될 수 있다. 주입, 식각 또는 스퍼터링 동안에 또는 그 전에 상기 플레이튼(503) 또는 다른 장치들을 이용하여 상기 워크피스(100)가 다양한 온도로 가열되거나 냉각될 수 있다.
도 6은 워크피스의 국부적인 식각 또는 스퍼터링을 나타내는 단면 블록도이다. 상기 워크피스(100)는 상기 방향(505)을 따라 스캔할 수 있는 상기 플레이튼(503) 상에 배치된다. 상기 이온들(505)은 상기 절연 수정기(101) 내에서 상기 구멍(507)을 떠난 이후에 상기 워크피스(100)를 식각하거나 스퍼터한다. 도 6의 이온들(506)은 상기 워크피스(100)의 제1 영역(600)을 식각하거나 스퍼터한다. 이러한 식각 또는 스퍼터링에 의해 상기 제1 영역(600) 내에서 상기 워크피스(100)의 일부가 제거된다. 상기 워크피스(100)가 상기 방향(505)으로 이동함에 따라, 제2 영역(602) 및 제3 영역(603)도 식각되거나 스퍼터된다. 표면(601)은, 예를 들면, 식각되지 않거나 스퍼터되지 않는다. 도 6에 도시한 점 이외에도 상기 워크피스(100)의 다양한 식각 또는 스퍼터 형태들이 수행될 수 있다. 식각이나 스퍼터되지 않는 표면(601)의 생성은 상기 워크피스(100)의 변환의 조절, 상기 플레이튼(503) 또는 상기 워크피스(100)에 대한 바이어스의 조절, 펄스 폭이나 주파수의 변화, 또는 상기 이온들(506)의 변수들의 변화를 수반할 수 있다. 다른 예에 있어서, 상기 워크피스(100)가 x, y 또는 z 방향들을 따라 성가 절연 수정기(101)에 대해 변환되어 표면(601)을 생성한다. 이러한 표면(601)은, 예를 들면, 태양 전지 내의 콘택들을 생성하는 데 이용될 수 있다.
상기 이온들(506)의 초점은 상기 워크피스(100)의 표면 근처, 표면에서 또는 표면 아래에 국한될 수 있다. 도 7은 제1 예에 따라 워크피스의 텍스처링을 나타내는 측단면도이다. 상기 이온들(506)은 상기 절연 수정기(101)의 구멍(507)을 통과하며, 상기 워크피스(100)를 식각하거나 스퍼터한다. 이러한 식각 또는 스퍼터링으로 인하여 그루브(groove)(700)가 상기 워크피스(100) 내에 형성된다. 일 예에 있어서, 상기 그루브(700)는, 상기 그루브(700)를 생성하는 힘으로 상기 이온들(506)이 상기 워크피스(100)의 일부를 제거하는 상기 이온들(506)의 스퍼터링 행동을 통해 형성될 수 있다. 상기 이온들(506)은 또한 반응을 통해 상기 그루브(700)를 화학적으로 형성할 수 있다. 하나의 예로서, 상기 반응은 상기 워크피스(100)와 함께 아웃가스(outgas)될 수 있는 휘발성의 사불화규소(SiF4) 분자들을 형성하도록 불소(F) 이온들을 사용한다. 다른 반응들과 메커니즘들도 가능하며, 이러한 실시예가 사불화규소 분자들의 형성에만 한정되는 것은 아니다.
반원 형상 또는 돔(dome) 형상 등과 같은 다른 형상들도 가능하지만, 전술한 실시예에서 상기 그루브(700)는 V자의 형상이다. 상기 이온들(506)은 상기 절연 수정기(101)와 상기 워크피스(100) 사이에 초점(701)을 가진다. 따라서, 상기 이온들(506)은 상기 초점(701)에서 서로 교차된다. 상기 이온들(506)의 일부는 각도를 가지고 상기 워크피스(100)에 충돌한다. 하나의 예로서, 상기 이온들(506)의 다수는 상기 워크피스(100)의 표면(703)에 대해 직교하는 상기 워크피스(100)에 충돌하지 않는다. 상기 절연 수정기(101)와 상기 워크피스(100)의 표면(703) 사이의 간격의 조절은 상기 초점(701)의 위치에 영향을 미칠 수 있다.
도 8은 제2 예에 따른 워크피스의 텍스처링을 나타내는 단면도이다. 이러한 실시예에 있어서, 초점(702)은 상기 워크피스(100) 내에 또는 상기 워크피스(100)의 표면(703) 아래에 있다. 이러한 초점(702)은 상기 이온들(506)의 일부가 상기 워크피스(100)의 표면(703)에 대해 직교하는 것보다 각도를 가지고 상기 워크피스(100)에 충돌하는 점을 의미한다. 상기 절연 수정기(101)와 상기 워크피스(100)의 표면(703) 사이의 간격의 조절은 상기 초점(702)의 위치에 영향을 미칠 수 있다.
도 7 및 도 8에 도시한 실시예들에 있어서, 상기 이온들(506)은, 예를 들면, 수소(H), 질소(N), 헬륨(He), 다른 비활성 기체, 불소(F), 다른 불활성 기체, 또는 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 알려진 다른 종들이 될 수 있다. 헬륨(He)과 같은 불활성 또는 비활성 가스를 사용하여, 상기 그루브(700) 주변의 상기 워크피스(100)의 표면 내에 공동들(cavities)이 생성될 수 있다. 불활성 또는 비활성 기체의 포켓들 또는 "나노 보이드들(nano voids)"이 이러한 그루브(700) 주위의 상기 워크피스(100)의 표면 내에 형성된다. 이러한 포켓들은, 예를 들면, 오스트발트 라이페닝(Ostwald ripening) 또는 다른 메커니즘들로 인한 가열 동안 사이즈가 증가된다. 보다 큰 포켓들은 광을 트랩할 수 있으며, 상기 워크피스(100) 내로의 광의 흡수율을 증가시킬 수 있다. 상기 워크피스(100)는, 예를 들면, 단결정, 다결정 또는 다중 결정일 수 있으며, 도 4 내지 도 11에 도시한 실시예들에서는 실리콘(Si) 또는 다른 물질들이 될 수 있다.
도 9a 및 도 9b는 파라미드들을 형성하는 워크피스의 식각 또는 스퍼터링을 나타내는 사시도들이다. 식각이나 스퍼터링에 의해 일련의 그루브들(700)이 상기 워크피스(100)의 부분들에 형성되어 있다. 이러한 식각 또는 스퍼터링은 이온들과 도 7 및 도 8과 유사한 절연 수정기를 사용할 수 있다. 각 그루브(700)를 위하여 하나의 식각 또는 스퍼터링 단계가 요구될 수 있다. 도 9a의 상기 워크피스(100)에 상기 그루브들(700)이 형성된 후, 상기 워크피스(100)가 회전한다. 이러한 예에 있어서, 비록 다른 회전이나 변환양이 가능하지만, 상기 워크피스는 회전하거나 상기 절연 수정기 또는 상기 워크피스(100)의 표면에 평행한 평면에 대하여 90°로 변환된다. 회전 후에, 상기 워크피스(100)의 부분들은 다시 식각되거나 스퍼터된다. 다른 일련의 그루브들의 형성에 있어서, 도 9a에 예시한 상기 그루브들(700)의 부분들이 식각되거나 스퍼터된다. 이로 인하여 일련의 피라미드들(900)이 형성되고 피라미드 형상의 그루브들(901)이 생성된다. 상기 피라미드 형상의 그루브들(901)은 서로의 상단 상의 단지 2개의 V자형 그루브들(700)에 해당될 수 있다.
상기 그루브들(700)과 그루브들(901)의 기하학적 형상이나 상기 피라미드들(900)의 경사, 형상, 균일도 또는 치수들은 상기 피라미드들(900)에 충돌하는 많은 퍼센트의 광이 상기 워크피스(100) 내로 굴절되도록 조절될 수 있다. 상기 피라미드들(900)의 벽들로부터 반사되는 임의의 광은 인접하는 벽들로 입사되고, 상기 워크피스(100) 내로 굴절될 것이다. 따라서, 예를 들면, 태양 전지 또는 광 검출 센서들에 사용되는 상기 워크피스(100)를 위한 광의 트랩핑이 향상된다. 상기 그루브들(700) 및 그루브들(901)의 형성은 상기 워크피스(100)의 격자 내의 실리콘이나 다른 원자들의 배향과는 독립적이다. 상기 그루브들(700) 및 그루브들(901)의 식각이나 스퍼터에 사용되는 상기 이온들의 각도 퍼짐(angular spread)을 조절함에 의하여, 정확한 피라미드들(900)들이 형성될 수 있다. 상기 그루브들(700) 및 상기 그루브들(901)의 깊이와 폭은 상기 그루브들(700) 및 그루브들(901)의 식각이나 스퍼터에 사용되는 상기 이온들의 초점이나 각도를 변화시켜 조절될 수 있다.
습식 화학 공정이 워크피스의 표면 상에 피라미드들을 형성하도록 배치 당 20분 이상 수행될 수 있다. 전체적으로 125㎜의 워크피스(100)가 대략 3분 이하 동안 절연 수정기에 의해 조절되는 플라즈마를 이용하여 피라미드들(900)을 형성하도록 텍스처될 수 있다. 더욱이, 상기 피라미드들(900) 또는 다른 그루브들의 형성은 액체 케미컬들 보다는 포커싱된 이온들을 사용한다. 이로 인하여 습식 화학적 공정에 비하여 금속 오염이 감소된다. 또한, 여기서 설명되는 실시예들을 통해 상기 피라미드들(900)이 보다 균일해질 수 있다.
도 10a 내지 도 10c는 워크피스를 제조하는 제1 실시예를 나타내는 단면도들이다. 도 6 내지 도 8과 유사한 절연 수정기를 이용할 수 있는 이온들(1001)은 상기 워크피스(100)의 영역(1004)을 식각 또는 스퍼터한다. 상기 이온들(1004)은, 예를 들면, 수소(H), 질소(N), 헬륨(He), 다른 비활성 기체, 불소(F), 다른 불활성 기체, 또는 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 알려진 다른 종들에 해당될 수 있다. 상기 영역(1004)의 식각이나 스퍼터링의 깊이는 개별적인 워크피스(100)에 대해 조절될 수 있다. 비록 그 대신에 단일 그루브 또는 텍스처된 영역이 형성될 수도 있지만, 상기 영역(1004)의 식각이나 스퍼터링은 다중 단계들을 이용하여 V자 형 그루브들(1003)을 형성할 수 있다. 도 10a의 실시예에서의 표면(1005) 또한 도 9a 및 도 9b와 유사한 피라미드 형상들을 형성하도록 식각 또는 스퍼터되어 있다. 플라즈마와 절연 수정기를 이용하는 식각 또는 스퍼터링이 수행될 수 있는 반면, 이와 유사한 다른 식각 방법들이 상기 표면(1005)을 텍스처하도록 이용될 수 있다.
도 10b에 있어서, 도펀트들(1002)이 상기 워크피스(100)에 주입된다. 이러한 도펀트들(1002)은, 예를 들면, 붕소(B), 비소(As), 인(P), 갈륨(Ga), 알루미늄(Al) 또는 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 알려진 다른 도펀트들일 수 있다. 상기 도펀트들(1002)을 사용하는 도핑은 상기 영역(1004) 내에 도핑된 영역(1006)을 형성한다. 하나의 예에 있어서, 상기 도펀트들(1002)은 플라즈마와 절연 수정기를 이용하여 상기 영역(1004) 내로 포커싱된다. 다른 예에 있어서, 상기 워크피스(100)는 상기 표면(1005) 상의 산화물층과 반사 방지층(ARC)을 포함할 수 있고, 상기 도펀트들(1002)은 플라즈마 도핑 이온 주입기, 빔-라인 이온 주입기를 이용하거나 또는 절연 수정기(101)로 플라즈마 쉬스를 변경하여 주입될 수 있다. 상기 산화물층과 반사 방지층은 상기 도펀트들(1002)에 대한 마스크로 기능할 수 있고 상기 영역(1004) 내를 제외한 주입을 방지할 수 있다. 도펀트를 함유하는 페이스트(paste)를 사용하는 레이저 도핑, 도펀트를 함유하는 페이스트의 가열, 또는 퍼니스(furnace) 내에서의 도펀트들의 기체 상태의 확산과 같은 다른 도핑 방법들도 상기 표면(1005) 상의 상기 산화물층 및 반사 방지층과 함께 또는 이들이 없이 상기 도핑된 영역(1006)을 생성하는 데 이용될 수 있다.
도 10c에 있어서, 금속층(1007)이 상기 영역(1004) 내에 위치한다. 이로 인하여 태양 전지 내의 금속 콘택이 형성된다. 상기 도핑된 영역(1006)은 상기 금속층(1007) 내의 전하 포집을 보조한다. 상기 금속층(1007)은, 예를 들면, 스크린 프린팅, 잉크젯 공정, 전기 도금 또는 금속층들(1007)을 마련할 수 있는 다른 공정들을 이용하여 형성될 수 있다. 상기 금속층(1007)은 상기 도핑된 영역(1006)에 대해 정렬된다. 상기 금속층(1007)을 형성하는 데 전기 도금이 이용될 경우, 리소그래피(lithography) 또는 세정 단계들이 요구되지 않을 수 있다.
특정한 일 실시예에 있어서, 도 10a의 식각이나 스퍼터링 및 도 10b의 도핑은 적어도 부분적으로 동시에 수행된다. 이러한 실시예에 있어서, 상기 이온들(1001)과 도펀트들(1002)은 절연 수정기에 의해 포커싱되는 단일 플라즈마 내에 결합될 수 있다. 상기 이온들(1001)이 식각 또는 스퍼터되는 동안, 상기 도펀트들(1002)은 도핑되어 상기 도핑된 영역(1006)을 형성한다. 예를 들면, 적어도 부분적으로 동시에 수행되는 도핑과 식각이나 스퍼터링에 사용되는 상기 이온들(1001)과 도펀트들(1002)은 삼불화붕소(BF3)와 삼불화질소(NF3), 삼불화붕소(BF3)와 헬륨(He), 인(P)과 삼불화질소(NF3), 이산화황(SO2)과 삼불화질소(NF3) 및 붕소(B), 이산화황(SO2)과 삼불화질소(NF3) 및 인(P), 다이보레인(B2H6)과 헬륨(He), 수소(H2) 또는 아르곤(Ar) 등을 포함할 수 있다. 물론, 이온들(1001)과 도펀트들(1002)의 다른 조합들도 가능하다. 상기 이온들(1001)은, 예를 들면, 수소(H), 질소(N), 헬륨(He), 다른 비활성 기체, 불소(F), 다른 불활성 기체 또는 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 알려진 다른 종들이 될 수 있다. 상기 도펀트들(1002)은, 예를 들면, 붕소(B), 비소(As), 인(P), 갈륨(Ga), 알루미늄(Al) 또는 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 알려진 다른 도펀트들이 될 수 있다.
도 11a 내지 도 11g는 태양 전지를 제조하는 제1 실시예를 나타내는 단면도들이다. 실리콘 기판에 해당될 수 있는 상기 워크피스(100)가 도 11a에 예시되어 있다. 도 11b에 있어서, 상기 워크피스(100)는 텍스처 처리되어 있다. 이러한 텍스처링은 텍스처된 표면 영역들(1101)과 텍스처되지 않은 표면 영역들(1102)을 형성한다. 상기 텍스처된 표면 영역들(1101)은 피라미드들이 될 수 있으며, 플라즈마 식각, 국부적인 플라즈마 스퍼터링, 화학적 식각 또는 레이저 텍스처링으로 도 9a 및 도 9b에 예시한 바와 같이 포커싱된 플라즈마를 사용하여 형성될 수 있다. 도 11c에 있어서, 도펀트들(1104)이 상기 워크피스(100)에 도핑되고 제1 도핑된 영역(1112)을 형성한다. 이와 같은 도펀트들(1104)은, 예를 들면, 붕소(B), 비소(As), 인(P), 갈륨(Ga), 알루미늄(Al) 또는 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 알려진 도펀트들일 수 있다. 상기 도펀트들(1104)은 주입되거나 상기 워크피스(100) 내로 확산될 수 있다. 도 11d에 있어서, 산화물층(1106)과 반사 방지층(1107)이 상기 워크피스(100)의 상단에 추가될 수 있다. 상기 산화물층(1106)은 산소 분위기 하의 퍼니스 내에서 형성될 수 있으며, 실리콘질화물(SiNx)에 해당될 수 있는 상기 반사 방지층(1107)은 상기 워크피스(100) 상에 증착될 수 있다. 상기 제1 도핑된 영역(1112)이 상기 산화물층(1106)과 반사 방지층(1107)을 형성하는 동안에 활성화될 수 있다.
상기 워크피스(100)의 적어도 하나의 영역(1109)이 도 11e에서 식각되거나 스퍼터된다. 하나 이상의 영역(1109)의 식각이나 스퍼터링도 가능하다. 비록 다른 식각이나 스퍼터링 깊이들도 가능하지만, 상기 영역(1109)의 이와 같은 식각이나 스퍼터링에 의해 상기 워크피스(100), 반사 방지층(1107), 산화물층(1106) 및 제1 도핑된 영역(1112)의 일부가 제거될 수 있다. 도 11e에서의 식각이나 스퍼터링은, 수소(H), 질소(N), 헬륨(He), 다른 비활성 기체들, 다른 불활성 기체들, 불소(F) 또는 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 알려진 종들이 될 수 있는 이온들(1108)을 사용한다. 상기 영역(1109)은, 하나의 예로서는 도 6 내지 도 8과 유사한 방식으로 이온들(1108)을 이용하여 식각되거나 스퍼터된다. 비록 그 대신에 단일 그루브 또는 텍스처된 영역도 가능하지만, 이러한 식각이나 스퍼터링은 다중 단계들을 이용하여 V자 형상의 그루브들(1113)을 형성할 수 있다. 상기 반사 방지층(1107)은, 상기 이온들(1108)에 의해 식각되거나 스퍼터될 수 있는 단지 대략 400Å 내지 800Å 정도의 두께를 가질 수 있다.
이후에, 상기 영역(1109)은 도11f에서 도핑된다. 상기 도펀트들(1110)은 붕소(B), 비소(As), 인(P), 갈륨(Ga), 알루미늄(Al) 또는 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 알려진 다른 도펀트들이 될 수 있다. 상기 도펀트들(1110)은, 예를 들면, 플라즈마 도핑 또는 빔-라인 도핑 주입기를 이용하거나, 절연 수정기(101)로 플라즈마 쉬스를 변경하거나, 또는 도펀트들을 확산시켜 주입될 수 있다. 상기 산화물층(1106)과 방사 방지층(1107)이 마스크로 기능하여 제2 도핑된 영역(1111)만이 형성된다. 상기 도펀트들(1110)은 상기 산화물층(1106)과 반사 방지층(1107)의 존재로 인하여 상기 워크피스(100)의 나머지에 주입되지 않는다. 이후에, 상기 영역(1109)은 도 11g에서 제2 도핑된 영역(1111) 상에 그 내부에 금속층(1112)을 가지게 된다. 상기 금속층(1112)은 태양 전지 내의 콘택이 될 수 있으며, 상기 제2 도핑된 영역(1111)은 전하 포집을 보조할 수 있다. 상기 금속층(1112)은, 예를 들면, 스크린 프린팅, 잉크젯 공정 또는 진기 도금을 이용하여 형성될 수 있다. 상기 금속층(1112)은 상기 제2 도핑된 영역(1111)에 대해 정렬된다. 상기 금속층(1112)을 형성하는 데 전기 도금이 이용될 경우, 리소그래피 또는 세정 단계들이 요구되지 않을 수 있다. 도 10a 내지 도 10c의 경우와 같이, 이온들(1108)과 도펀트들(1110)이 적어도 부분적으로 동시에 주입, 식각 또는 스퍼터될 수 있다.
본 발명은 여기서 설명한 특정한 실시예들에 한정되는 것은 아니다. 실질적으로, 상술한 실시예들과 첨부된 도면들로부터 본 명세서에 설명된 실시예들에 추가적으로 본 발명의 다른 다양한 실시예들과 변형예들도 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다. 따라서, 다른 실시예들과 변형예들도 본 발명의 범주에 속하는 것으로 이해될 것이다. 또한, 비록 본 발명을 특정한 목적들을 위한 특정한 실시예들의 구현들을 중심으로 기술하였지만, 해당 기술 분야에서통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 유용성이 이제 제한되는 것이 아니며, 본 발명이 임의의 목적들을 위한 환경들의 구현에도 유용하게 적용될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 다음의 특허 청구 범위는 본 발명의 범주가 가장 넓은 관점에서 이해되어야 할 것이다.

Claims (19)

  1. 워크피스의 표면에 근접하는 플라즈마 쉬스(sheath)를 갖는 플라즈마를 발생시키는 단계;
    상기 플라즈마와 상기 플라즈마 쉬스 사이의 경계의 형상을 조절하여 상기 형상의 일부가 상기 워크피스의 표면에 대해 평행하지 않도록 하는 단계;
    평면에 대해 평행한 상기 워크피스의 표면의 제1 부분을 상기 플라즈마로 제거하는 단계;
    상기 평면에 대해 평행한 방향으로 상기 워크피스를 회전시키는 단계; 및
    상기 워크피스의 표면의 제2 부분을 상기 플라즈마로 제거하는 단계를 포함하는 워크피스의 처리 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제1 부분을 제거한 후에 상기 워크피스가 상기 부분 내에 V자형 그루브(groove)를 한정하며, 상기 제2 부분을 제거한 후에 상기 워크피스가 상기 부분 내에 피라미드형 그루브를 한정하는 것을 특징으로 하는 워크피스의 처리 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 워크피스는 태양 전지인 것을 특징으로 하는 워크피스의 처리 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 워크피스는 실리콘(Si)을 포함하는 것을 특징으로 하는 워크피스의 처리 방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 제1 부분을 제거하는 단계 및 상기 제2 부분을 제거하는 단계는 비활성 기체, 수소(H), 질소(N) 및 불소(F)로 이루어진 그룹으로부터 선택된 종을 사용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 워크피스의 처리 방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 회전시키는 단계는 상기 워크피스를 90°변환시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 워크피스의 처리 방법.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 플라즈마로부터 형성되는 이온들은 초점을 가지며, 상기 초점은 상기 플라즈마 쉬스와 상기 워크피스의 표면 사이 또는 상기 워크피스의 표면 아래에 위치하는 것을 특징으로 하는 워크피스의 처리 방법.
  8. 워크피스의 표면에 근접하는 플라즈마 쉬스를 갖는 플라즈마를 발생시키는 단계;
    상기 플라즈마와 상기 플라즈마 쉬스 사이의 경계의 형상을 조절하여 상기 형상의 일부가 상기 워크피스의 표면에 대해 평행하지 않도록 하는 단계;
    상기 워크피스의 표면의 영역을 상기 플라즈마로 제거하는 단계; 및
    상기 워크피스의 상기 영역을 도핑시키는 단계를 포함하는 워크피스의 제조 방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 워크피스는 태양 전지인 것을 특징으로 하는 워크피스의 제조 방법.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 태양 전지는 상기 표면 상에 코팅된 산화물층과 반사 방지층을 포함하며, 상기 제거하는 단계는 상기 표면의 상기 영역 상부에 코팅된 상기 산화물층과 상기 반사 방지층을 식각하거나 스퍼터하는 것을 특징으로 하는 워크피스의 제조 방법.
  11. 제 8 항에 있어서, 상기 제거하는 단계 및 상기 도핑시키는 단계는 적어도 부분적으로 동시에 수행되는 것을 특징으로 하는 워크피스의 제조 방법.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 제거하는 단계 및 상기 도핑시키는 단계는 붕소(B) 및 인(P)으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 제1 종과 헬륨(He) 및 불소(F)로 이루어진 그룹으로부터 선택된 제2 종을 사용하는 것을 특징으로 하는 워크피스의 제조 방법.
  13. 제 8 항에 있어서, 상기 제거하는 단계는 비활성 기체, 수소(H), 질소(N) 및 불소(F)로 이루어진 그룹으로부터 선택된 종을 사용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 워크피스의 제조 방법.
  14. 태양 전지의 표면의 적어도 제1 영역을 텍스처링(texturing)하는 단계;
    상기 태양 전지의 상기 표면에 도펀트를 주입하는 단계;
    플라즈마를 발생시키고, 상기 플라즈마와 플라즈마 쉬스 사이의 경계의 형상을 조절하여 상기 형상의 일부가 상기 태양 전지의 상기 표면에 대해 평행하지 않도록 하는 상기 플라즈마 쉬스를 갖는 상기 플라즈마로 상기 태양 전지의 상기 표면의 적어도 하나의 제2 영역을 제거하는 단계;
    상기 태양 전지의 상기 제2 영역을 도핑시키는 단계; 및
    상기 제2 영역 상에 금속층을 형성하는 단계를 포함하는 태양 전지의 제조 방법.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 텍스처링하는 단계는 화학적 식각, 플라즈마 식각, 레이저 식각, 또는 상기 플라즈마와 플라즈마 쉬스 사이의 경계의 형상이 변형되어 상기 형상의 일부가 상기 태양 전지의 상기 표면에 대해 평행하지 않은 플라즈마의 이용을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양 전지의 제조 방법.
  16. 제 14 항에 있어서, 상기 태양 전지의 상기 표면 상에 반사 방지층을 증착시키는 단계 및 산화물층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양 전지의 제조 방법.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 제2 영역을 제거하는 단계는 상기 적어도 하나의 제2 영역 상부의 상기 반사 방지층과 상기 산화물층을 제거하는 것을 특징으로 하는 태양 전지의 제조 방법.
  18. 제 14 항에 있어서, 상기 주입하는 단계는 상기 태양 전지 내에 제1 도핑 영역을 형성하며, 상기 적어도 하나의 제2 영역을 제거하는 단계는 상기 적어도 하나의 제2 영역 내의 상기 제1 도핑 영역을 제거하는 것을 특징으로 하는 태양 전지의 제조 방법.
  19. 제 14 항에 있어서, 상기 제거하는 단계는 비활성 기체, 수소(H), 질소(N) 및 불소(F)로 이루어진 그룹으로부터 선택된 종을 사용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 태양 전지의 제조 방법.
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