KR20180048666A - 플라즈마 발생 장치 및 공간적으로 분리된 플라즈마 처리를 이용하여 패턴화된 디바이스를 제조하는 방법 - Google Patents

플라즈마 발생 장치 및 공간적으로 분리된 플라즈마 처리를 이용하여 패턴화된 디바이스를 제조하는 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 패턴 층을 갖는 디바이스를 제조하기 위한 플라즈마 발생 장치에 관한 것으로서, 상기 디바이스는 플라즈마 반응 챔버에 배치된 제1 전극 조립체(1)와 제2 전극 조립체(2), 제1 전극 조립체(1)와 제2 전극 조립체(2) 사이에 전압차를 생성하는 전원 발생기(6)를 포함한다. 본 발명에 따르면, 제1 전극 조립체(1)는 복수의 돌출부들(11) 및 복수의 리세스들(12, 13, 14, 15, 16, 17, 18)을 포함하고, 돌출부들(11)과 리세스들(12, 13, 14, 15, 16, 17, 18)은, 상기 제2 전극 조립체(2)와 상기 복수의 리세스들(12, 13, 14, 15, 16, 17, 18) 사이에 또는 상기 제2 전극 조립체(2)와 상기 복수의 돌출부들(11) 사이에 선택적으로 배치된 공간적으로 분리된 복수의 플라즈마 영역들(21, 22)을 생성하도록 치수가 정해지고 기판(5)의 표면(51)으로부터 각각의 거리(D1, D2)에 위치한다.

Description

플라즈마 발생 장치 및 공간적으로 분리된 플라즈마 처리를 이용하여 패턴화된 디바이스를 제조하는 방법
본 발명은 물질의 증착 및/또는 에칭에 사용되는 플라즈마를 발생시키고 취급하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
보다 상세하게는, 본 발명은 종래의 마스킹(masking), 포토리소그래피(photolithography) 또는 레이저 처리 단계들에 비해 저렴한 비용으로 플라즈마 증착 및/또는 플라즈마 에칭에 의해 제조된 패턴화된 박막을 포함하는 디바이스(devices)를 제조하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명은 또한 저렴한 제조 비용으로 고효율 태양 전지를 제조하는 것에 관한 것이다. 본 발명은 특히 상호조합 후면 접촉(interdigitated back contact: IBC) 태양 전지의 제조에 관한 것이다.
다수의 문헌들은 패턴화된 박막을 포함하는 디바이스, 그리고 특히 태양 전지 디바이스를 제조하기 위한 장치 및 방법을 기술한다.
박막 증착 및/또는 에칭의 단계들은 서로 다른 기술들에 의해, 그리고 특히 대체로 저온(300℃ 미만)에서 플라즈마 강화 화학 기상 증착(PECVD)에 의해 실현될 수 있다.
초미소 전자공학(microelectronics)에서, 패터닝(patterning) 단계는 일반적으로 포토리소그래피에 기초하여 서브-마이크로미터(sub-micrometric)의 임계 치수(CD) 및 매우 높은 종횡비(aspect ratios)를 갖는 패턴화된 박막을 생성한다. 그러나, 포토리소그래피는 추가의 소재들, 가공 단계들 및 스테퍼(stepper)와 같은 고가의 툴(tool)을 필요로 하므로 제조 비용이 많이 든다. 훨씬 낮은 해상도의 기술이 사용될 수 있지만, 이들은 또한 다중 마스킹 및 에칭 단계들이 수반된다.
레이저 절삭(laser ablation)은 마스킹을 포함하지 않고 박막 스택(thin film stack)에 구멍을 형성하는데 이용될 수도 있다. 그러나 레이저 처리는 또한 비용이 많이 든다.
고효율 산업용 결정질 실리콘(c-Si) 태양 전지는 국소화된 접촉을 이용하여 금속과 접촉하는 표면적을 줄이거나 금속 격자선(metallic gridlines)에 의한 음영을 줄여준다.
가장 효율이 높은 산업용 c-Si 전지는 상호 조합 후면 접촉(interdigitated back contact, IBC) 구성을 이용하지만, 점 접촉용 유전체 개구들을 형성하기 위한 레이저 절삭 또는 IBC 접촉을 형성하기 위한 리소그래피(lithography)와 같은 더 많은 처리 단계들을 포함하는, 구현하기에 고가의 구조이다. 그럼에도 불구하고, R. Swanson(2008년 미국 캘리포니아 샌디에이고 제33회 IEEE PVSC) 등에 의해 기술된 바와 같이, IBC 구조 및 점 접촉이 현재 산업계에 사용되고 있다.
또 하나의 산업용 고효율 구조(HIT 기술)는 PECVD에 의해 증착된 얇은 고유의 비정질 수소화 실리콘(a-Si:H) 층을 패시베이션 층(passivating layer)으로 사용한다. HIT 패시베이션(HIT passivation)은 유리하게는 저온(약 250℃ 미만)에서 실현되고, 따라서 처리의 열량(thermal budget)을 감소시키고, 웨이퍼 표면에 매우 양호한 패시베이션 특성을 가져다준다.
파나소닉(Masuko 외, IEEE Journal of Photovoltaics 4(2014) 1433-1435)은 최근 대면적 HIT 패시베이션을 이용한 IBC 태양 전지 구조를 시연했다. 그러나, IBC 구성에서 얇은 고유의 a-Si:H 패시베이션 층을 사용하는 것은 포토리소그래피를 이용하여 도핑된 층(doped layers)에 대한 후속적인 패터닝 단계를 포함하고, 따라서 저온 HIT 패시베이션의 비용 효과를 감소시킨다.
(산화물이 제거된) 실리콘 웨이퍼의 깨끗한 표면에 마스킹 작업을 구현할 때의 문제점들 중 하나는 손상 및 오염에 대한 이 표면의 높은 민감도이다.
따라서, 본 발명의 하나의 목적은, 패턴화된 표면 또는 패턴화된 층, 특히 고효율 태양 전지 응용체 또는 반도체 디바이스 또는 광전자 디바이스와 같은 패턴화된 구조를 갖는 디바이스를, 저렴한 제조 비용으로 그리고 바람직하게는 저온에서 형성하기 위한 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 추가의 목적은, IBC 태양 전지에서 상호 조합된 접촉(interdigitated contacts)을 형성하고/형성하거나 태양 전지에서 점 접촉을 위한 유전체 개구들(dielectric openings)을 형성하기 위한 대안적인 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 추가의 목적은, 단일 처리 흐름 단계(single processing flow step) 및/또는 단일 처리 툴 챔버(single processing tool chamber)에서 표면 패시베이션 및 패터닝을 둘 다 가능하게 하여 표면 손상, 오염을 예방하고 툴과 관련된 추가 비용을 피할 수 있는 완전히 통합된 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
상기한 목적들은 패턴화된 층을 갖는 디바이스를 제조하기 위한 플라즈마 발생 장치를 제공함으로써 본 발명에 따라 달성되고, 플라즈마 발생 장치는 플라즈마 반응 챔버, 선택된 압력에서 상기 플라즈마 반응 챔버 내로 유입 가스(input gas)를 도입하는 가스 공급 조립체, 상기 플라즈마 반응 챔버에 배치된 제1 전극 조립체와 제2 전극 조립체, 및 상기 제1 전극 조립체와 제2 전극 조립체 사이에 시간에 따라 변하거나 일정한 전압차 V(t)를 생성하는 전력 공급기를 포함하고, 상기 제1 전극 조립체는 전극간 공간(inter-electrode volume)에 의해 상기 제2 전극 조립체와 이격되어 있다.
본 발명에 따르면, 상기 제1 전극 조립체는 복수의 돌출부들 및 복수의 리세스들(recesses)을 포함하고, 상기 제2 전극 조립체는 상기 복수의 돌출부들 및 상기 복수의 리세스들과 대면하는 표면을 갖는 기판을 수용하도록 구성되고, 상기 돌출부들과 리세스들은, 유입 가스의 선택된 압력에서 기판의 상기 표면과 상기 복수의 리세스들 사이에 또는 기판의 상기 표면과 상기 복수의 돌출부들 사이에 선택적으로 배치된 공간적으로 분리된 복수의 플라즈마 영역들을 생성하도록, 치수가 정해지고 기판의 표면으로부터 각각의 거리에 위치한다.
따라서, 상기 플라즈마 발생 장치는 기판의 표면 상에 패턴을 형성하도록, 돌출부들과 리세스들에 의해 패턴의 경계가 개략적으로 정해지는 패턴을 정의하는 영역들에 있는 기판의 표면 상에 플라즈마 처리를 수행하는 것을 가능하게 한다.
본 발명은 기판 표면에 접촉하지 않고 플라즈마 강화 화학 기상 증착(plasma enhanced chemical vapour deposition)을 사용하여 패턴화된 층(들)의 공간적으로 선택적인 증착을 가능하게 한다. 플라즈마 조건들에 따라, 특히 유입 가스의 화학적 조성에 따라, 본 발명은 또한 기판 표면의 공간적으로 선택적인 에칭을 가능하게 하고, 따라서 기판 표면에 접촉하지 않고 플라즈마 강화 화학 기상 에칭(plasma enhanced chemical vapour etching)을 사용하여 개구들을 갖는 패턴화된 표면을 형성한다. 즉, 본 발명은 기판의 표면에 마스크(mask)를 적용하지 않고 마스킹 작업을 달성할 수 있다.
본 개시는 전원이 공급된 제1 전극 조립체를 형성하는 것에 기초하고, 따라서 제1 전극 조립체의 형상적인 치수(geometrical dimensions)뿐만 아니라 차폐 효과(shadowing effects)를 이용하여 플라즈마 점화를 양호하게 정의된 공간에 횡방향으로 제한한다. 이것은 개략적인 마스킹 작업이 구현되도록 한다. 또한, 전극 구성을 실시간으로 변경하여 여러 패턴들이 구현될 수 있다. 또한, 균일한, 마스크없는 증착 또는 에칭 공정은 전극을 기판의 표면으로부터 후퇴시킴으로써 동일한 플라즈마 반응 챔버에서 수행될 수 있어, 플라즈마 점화는 돌출부 및 리세스에 의해 횡방향으로 제한되지 않고 전극간 공간에 걸쳐서 연장된다.
특수한 작동 형태에 따르면, 일정한 DC 전위 또는 이상적으로는 무선-주파수 범위(500kHz 내지 100MHz)의 주파수 성분을 갖는 시간에 따라 변하는 전압차일 수 있는 주어진 최적의 인가 전압차 V(t)의 경우에, 리세스들은 기판의 표면으로부터 제2 거리에 배치되도록 치수가 정해져서, 인가된 전압차 V(t)의 경우에, 선택된 압력과 제2 거리의 곱이 제1 플라즈마 점화 임계값과 제2 플라즈마 소화 임계값 사이에 포함되고 (따라서 리세스들과 기판의 표면 사이에 국소적인 플라즈마 점화가 이루어지고), 돌출부들은 기판의 표면으로부터 제1 거리에 배치되도록 치수가 정해져서, 인가된 전압차 V(t)의 경우에, 선택된 압력과 제1 거리의 또 하나의 곱이 제1 플라즈마 점화 임계값(ignition threshold)보다 작고 (따라서 돌출부들과 기판의 표면 사이에 플라즈마 점화가 이루어지지 않고), 플라즈마 발생 장치는 기판의 표면과 돌출부들 사이에 국소적으로 플라즈마를 생성하지 않으면서 기판의 표면과 리세스들 사이에 공간적으로 분리된 플라즈마 영역들을 생성한다.
본 발명의 특수한 양태에 따르면, 일정한 DC 전위 또는 이상적으로는 무선-주파수 범위(500kHz 내지 100MHz)의 주파수 성분을 갖는 시간에 따라 변하는 전압차일 수 있는 주어진 최적의 인가 전압차 V(t)의 경우에, 돌출부들은 기판의 표면으로부터 제1 거리에 배치되도록 치수가 정해져서, 인가된 전압차 V(t)의 경우에, 압력과 제1 거리의 곱이 제1 플라즈마 점화 임계값과 제2 플라즈마 소화 임계값(extinction threshold) 사이에 포함되고 (따라서 돌출부들과 기판의 표면 사이에 플라즈마 점화 이루어지고), 리세스들은 기판의 표면으로부터 제2 거리에 배치되도록 치수가 정해져서, 인가된 전압차 V(t)의 경우에, 선택된 압력과 제2 거리의 또 하나의 곱이 제2 플라즈마 소화 임계값보다 크고 (리세스들과 기판의 표면 사이에 국소적인 플라즈마 점화가 이루어지지 않고), 플라즈마 발생 장치는 기판의 표면과 리세스들 사이에 국소적으로 플라즈마를 생성하지 않으면서 기판의 표면과 돌출부들 사이에 공간적으로 분리된 플라즈마 영역들을 생성한다.
또 하나의 작동 형태에 따르면, 제1 전극 조립체는 기판의 표면으로부터 제1 거리에 배치된 직사각형 프로파일의 복수의 돌출부들 및 기판의 표면으로부터 제2 거리에 배치된 바닥을 구비한 직사각형 프로파일의 복수의 리세스들을 포함한다.
본 발명의 특수한 실시예에 따르면, 제1 전극 조립체는 적어도 제1 및 제2 부분들을 포함하고, 제1 부분은 제1 위치와 제2 위치 사이에서 제2 부분과 상대 이동하여, 제1 위치에서 상기 제1 전극 조립체는 복수의 돌출부들 및 복수의 리세스들을 형성하고, 제2 위치에서 제1 전극 조립체는 기판의 표면과 대면하는 평평한 표면을 형성한다.
본 발명의 또 하나의 실시예에 따르면, 복수의 리세스들은 복수의 캐비티들을 포함하고, 각각의 캐비티는 채널에 의해 전극간 공간과 연결되고, 캐비티들은 선택된 압력에서 장치가 상기 캐비티들 내에 플라즈마를 생성하도록 치수가 정해지고, 채널들은 캐비티들에 생성된 플라즈마가 전극간 공간을 향하여 확산되도록 치수가 정해진다.
이 실시예의 특수한 양태에 따르면, 복수의 리세스들 또는 서브세트(subset)의 복수의 리세스들은 공통 캐비티와 연결되고, 공통 캐비티는 최적의 가스 흐름 조건이 보장되도록 적어도 하나의 가스 입구 및 적어도 하나의 가스 출구와 연결된다.
이 실시예의 특수한 양태들에 따르면, 상기 캐비티는 정사각형, 직사각형, 구형 또는 원뿔형 프로파일을 갖거나/갖고, 상기 채널들은 직사각형, 사다리꼴형, 원뿔형 또는 원통형 형상 중에 선택된 단면 형상, 또는 기판의 표면 상에 결정된 공간적인 프로파일을 갖는 패턴을 생성하도록 선택된 형상을 갖는다. 선택적으로, 채널들은 공통 캐비티와 서로 연결되고, 서로 연결된 채널들의 채널들은 각각 결정된 프로파일 형상을 갖는 패턴화된 피처들(features)을 형성하도록 결정된 형상들을 갖는 가스 입구 및/또는 가스 출구를 구비한다.
특수한 실시예에 따르면, 제1 전극 조립체는 적어도 제1 및 제2 서브-세트의 리세스들을 포함하고, 제1 서브-세트의 리세스들은 제2 서브-세트의 리세스들과 전기적으로 절연되고, 제1 전극 조립체는 각각의 제1 및 제2 서브-세트의 리세스들과 전기적으로 연결된 각각의 제1 및 제2 서브-전극들을 포함하고, 전력 공급기는 각각의 제1 및 제2 서브-전극들 및 제2 전극 조립체 사이에 각각의 제1 및 제2 전압차가 생성되도록 구성된다.
특수한 양태에 따르면, 제1 전극 조립체는 적어도 제1 및 제2 서브-세트의 리세스들을 포함하고, 상기 가스 공급 조립체는 제1 및 제2 유입 가스 라인을 포함하고, 각각의 제1 및 제2 유입 가스가 각각의 제1 및 제2 서브-세트의 리세스들로 주입되도록, 각각의 제1 및 제2 가스 라인은 각각의 제1 및 제2 서브-세트의 리세스들과 유체 연결된다.
본 발명의 특수하고 유리한 양태에 따르면, 상기 복수의 돌출부들 및 상기 복수의 리세스들은 1차원 또는 2차원의 주기적인 배열(periodic array)로 배치된다.
본 발명의 또 하나의 특수하고 유리한 양태에 따르면, 상기 제1 전극 조립체 및/또는 상기 제2 전극 조립체는 병진 이동 스테이지(translation stage) 또는 회전 스테이지(rotating stage) 상에 장착된다.
본 발명의 또 하나의 실시예에 따르면, 플라즈마 발생 장치는 제1 및 제2 전극 사이에 인가될 전압차를 생성하도록 구성된 전원을 포함하고, 상기 전압차는 시간에 걸쳐 일정하거나, 500kHz ~ 100MHz 범위의 단일 기본 주파수를 포함하거나 500kHz ~ 100MHz 범위의 기본 주파수의 복수의 고조파를 포함하고, 복수의 고조파들의 각각의 진폭 및 위상은 진폭 비대칭(amplitude asymmetry)(예를 들면, 일련의 골(peaks) 또는 마루(valleys)와 비슷함) 및/또는 기울기 비대칭(slope asymmetry)(예를 들면, 톱니 전압 파형(sawtooth voltage waveform)과 비슷함)을 갖는 파형을 갖는 전압차를 생성하도록 선택된다.
본 발명은 또한 다음의 단계들을 포함하는 공간적으로 분리된 플라즈마 처리를 이용하여 패턴화된 디바이스를 제조하는 방법에 관한 것이다:
- 플라즈마 발생 장치의 플라즈마 반응 챔버에 기판을 배치하는 단계; 여기서, 기판은 제2 전극 조립체와 접촉하고, 복수의 돌출부들 및 복수의 리세스들을 포함하는 제1 전극 조립체와 대면하는 표면을 구비하고,
- 선택된 압력하에서 플라즈마 반응 챔버에 유입 가스 또는 가스 혼합물을 주입하는 단계;
- 기판의 표면으로부터 돌출부가 제1 거리에 있고 리세스가 제2 거리에 있도록 제1 전극 조립체를 구성하는 단계; 및
- 제1 전극 조립체와 제2 전극 조립체 사이에 전압차를 인가하는 단계; 여기서, 유입 가스의 선택된 압력에서 기판의 표면과 복수의 리세스들 사이에 또는 기판의 표면과 복수의 돌출부들 사이에 선택적으로 배치된 공간적으로 분리된 복수의 플라즈마 영역들을 생성하여 기판의 표면에 패턴을 증착 또는 에칭하도록, 돌출부와 리세스들은 치수가 정해지고 기판의 표면으로부터 각각의 거리에 배치된다.
특수하고 유리한 양태에 따르면, 패턴화된 디바이스 제조 방법은 각각의 제1 거리 및/또는 제2 거리가 변경되도록 제2 전극 조립체에 대해 제1 전극 조립체가 상대 이동하는 단계를 더 포함하여, 전극간 공간에 걸쳐서 공간적으로 균일한 플라즈마 영역을 생성하도록 선택된 압력과 제1 거리의 곱, 그리고 선택된 압력과 제2 거리의 곱이 각각 제1 플라즈마 점화 임계값과 제2 플라즈마 소화 임계값 사이에 포함된다.
또 하나의 특수하고 유리한 양태에 따르면, 패턴화된 디바이스 제조 방법은 다음의 단계들을 더 포함한다:
- 제1 전극 조립체의 제2 서브-세트의 리세스들로부터 제1 서브-세트의 리세스들을 전기적으로 절연하는 단계; 및
- 제2 전극 조립체와 각각의 제1 및 제2 서브-세트의 리세스들 사이에 각각의 제1 및 제2 전압차를 인가하는 단계.
또 하나의 특수하고 유리한 양태에 따르면, 패턴화된 디바이스 제조 방법은 다음의 단계들을 더 포함한다:
- 각각의 제1 및 제2 가스 라인과 제1 전극 조립체의 각각의 제1 및 제2 서브-세트의 리세스들을 유체 연결시키는 단계; 및
- 각각의 제1 및 제2 유입 가스를 각각의 제1 및 제2 서브-세트의 리세스들에 주입하는 단계; 및/또는
- 가스 조성물의 혼합을 방지하고 제1 및 제2 서브-세트의 리세스들 내에 서로 다른 증착/에칭 공정을 달성하기 위해 각각의 제1 및 제2 서브-세트의 리세스들에 연결된 각각의 제1 및 제2 가스 흐름 출구를 제공하는 단계.
또 하나의 특수하고 유리한 양태에 따르면, 패턴화된 디바이스 제조 방법은, 단계 a) 이전에:
단계 a)에서 제1 전극 조립체와 대면하게 되는 기판의 표면 상에 균일 층을 증착하는 초기 단계를 더 포함하고, 단계 b)에서 주입된 유입 가스 또는 가스 혼합물은, 단계 d)에서 생성된 공간적으로 분리된 플라즈마 영역들이 균일 층의 공간 선택적 에칭을 생성하여 균일 층의 개구들을 에칭함으로써 패턴 층을 형성하도록 선택된다.
또 하나의 특수하고 유리한 양태에 따르면, 패턴화된 디바이스 제조 방법은, 단계 d) 이후에:
i) 개구들 및 패턴 층 상에 또 하나의 균일 층을 증착하는 또 하나의 단계;
j) 또 하나의 일련의 단계들 a), b), c) 및 d)를 적용하는 단계를 더 포함하고, 여기서 상기 또 하나의 단계 b)에서 주입된 유입 가스 또는 가스 혼합물은, 상기 또 하나의 단계 d)에서 생성된 공간적으로 분리된 플라즈마 영역들이 패턴 층 상에 상기 또 하나의 균일 층의 공간 선택적 에칭을 생성하여 패턴 층의 개구들에 또 하나의 패턴 층을 형성하도록 선택된다.
또 하나의 특수하고 유리한 양태에 따르면, 패턴화된 디바이스 제조 방법은, 단계 d) 이후에:
k) 또 하나의 일련의 단계들 a), b), c) 및 d)를 적용하는 단계를 더 포함하고, 여기서 상기 또 하나의 단계 b)에서 주입된 유입 가스 또는 가스 혼합물은, 상기 또 하나의 단계 d)에서 생성된 공간적으로 분리된 플라즈마 영역들이 패턴 층의 개구들에 또 하나의 패턴 층의 공간 선택적 증착을 생성하도록 선택된다.
본 발명은 특히 여기에 개시된 바와 같은 플라즈마 발생 장치의 및/또는 패턴화된 디바이스의 제조 방법을 이용한 광기전 태양 전지(photovoltaic solar cell) 디바이스의 제조에 적용된다.
이 설명은 단지 비-제한적인 예시적인 목적으로 제공된 것이며, 이하의 첨부된 도면들을 참조하면 더 잘 이해될 것이다.
도 1은 제1 작동 형태에서, 제1 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 2는 또 하나의 작동 형태에서, 플라즈마 처리 장치의 제1 실시예를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 3은 일반적으로 파셴 곡선(Paschen curve)으로 지칭되는, 유입 가스 압력과 전극 간격의 곱의 함수로서 플라즈마 처리 장치에 대한 항복 전압(breakdown voltage) 곡선을 개략적으로 나타낸다.
도 4a 내지 4b는 두 부분의 전극으로 이루어진, 플라즈마 처리 장치의 제1 실시예의 변형 예를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 5a 내지 5c는 본 발명의 일 실시예에 따른 공간적으로 분리된 플라즈마를 이용하여 패턴화된 디바이스를 제조하기 위한 서로 다른 단계들의 예를 개략적으로 나타낸다.
도 6은 도 5의 예시적인 공정으로부터 얻어진 서로 조합된 전극들(interdigitated electrodes)을 개략적으로 도시한다.
도 7a 내지 7b는 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 공간적으로 분리된 플라즈마 처리를 이용하여 점 접촉을 형성하는 예들을 도시한다.
도 8은 플라즈마 처리 장치의 제2 실시예를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 9는 플라즈마 처리 장치의 제2 실시예에 따른 전극 구조의 변형 예를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 10은 플라즈마 처리 장치의 제2 실시예에 따른 다양한 캐비티들을 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 11은 가스 주입 구성의 또 하나의 변형 예를 개략적으로 나타낸 단면도이며, 여기서 채널들은 공통 캐비티와 연결된다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 구성의 또 하나의 변형 예를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 13은 본 발명의 또 하나의 실시예에 따른 가스 주입 구성의 또 하나의 변형 예를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 14는 기판(sample)의 표면에 대하여 플라즈마 영역의 근접도(proximity)를 조정하도록 구성된 다양한 파형의 인가 전압차의 또 하나의 변형 예를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 15는 기판 상에 균일 층을 증착하기 위한 처리 툴(processing tool) 및 방법의 예를 도시한다.
도 16은 도 15에서 증착된 균일 층의 선택 플라즈마 에칭을 달성하기 위한 처리 툴 및 방법의 예를 도시한다.
도 17은 IBC 태양 전지용 n-형 및 p-형 핑거(fingers)를 증착하는(deposit) 공정 흐름의 예를 도시한다.
도 18은 IBC 태양 전지용 n-형 및 p-형 핑거를 증착하는 대안적인 공정 흐름의 예를 도시한다.
본 개시는 플라즈마 점화 영역을 공간적으로, 보다 정확하게는 횡방향으로(laterally) 제한함으로써 PECVD 증착 또는 에칭과 같은 플라즈마 처리의 비접촉식 마스킹(contactless masking)을 수행하는 기술에 관한 것이다.
일 실시예에서, 이 기술은 일반적으로 저압(10 Torr 미만)에서, 제1 형태로 작동하는 무선-주파수-PECVD 시스템의 전력 전극 구조(powered electrode design)를 통해 달성되고, 여기서 제1 전극 조립체와 기판 사이의 거리가 증착에 사용되는 플라즈마의 시스 폭(sheath width)보다 작기 때문에 제1 전극 조립체의 돌출부에 인접한 플라즈마의 점화가 억제된다.
다양한 실시예들에서, 전극의 채널들 또는 구멍들에 의해, 짧은 거리가 저압의 플라즈마 점화를 막는 제1 작동 형태에서 플라즈마가 발광되는 위치가 결정된다.
또 하나의 작동 형태에서, 일반적으로 고압(10 Torr 초과)에서는, 플라즈마에 사용되는 선택된 압력 및 전압 조건하에서, 제1 전극 조립체의 플라즈마 점화는 돌출부와 인접한 곳에서 가능해지고, 제1 전극 조립체와 기판 사이의 거리가 플라즈마를 리세스(recesses) 내에 유지하기에 너무 길기 때문에 리세스에 인접한 곳에서 억제된다.
플라즈마의 공간 선택 점화는 표면과 접촉하지 않고 소정의 영역에서 박막을 증착 또는 에칭 가능하게 함으로써 비접촉식 마스킹을 달성할 수 있다. 이 기술에 의해 얻어진 패턴 층의 임계 치수 및 피처(feature) 크기는 서브-밀리미터(sub-millimeter)의 범위이며, 상호 조합 후면 접촉(interdigitated back contacts; IBC) 태양 전지 또는 태양 전지용 점 접촉 개구의 제조에 필요한 것과 일치한다.
디바이스
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 그리고 제1 형태로 작동하는 플라즈마 처리 장치의 단면을 개략적으로 나타낸다. 일반적으로, 플라즈마 처리 장치는 유입 가스를 주입하기 위한 가압 가스 라인과 유체 연결(fluidic connection)되는 진공 챔버 및 배출 가스를 배출하기 위한 진공 펌핑 시스템을 포함한다. 진공 챔버는 기판 홀더 및 반응 챔버 내부의 플라즈마를 발생시키기 위한 전극 시스템을 둘러싼다.
더 구체적으로는, 제1 전극 조립체(1) 및 제2 전극 조립체(2)를 포함하는 무선-주파수(RF) 용량 결합형 플라즈마 반응기(capacitively coupled plasma reactor)의 대표적인 경우를 고려한다. RF 전력 공급기(6)는 제1 및 제2 전극 조립체 사이에 RF 전압차를 인가하도록 제1 및 제2 전극 조립체(1, 2)에 전기적으로 연결된다. 이 예에서, 제2 전극 조립체(2)는 그라운드(ground)에 전기적으로 연결되고, 따라서 제1 전극 조립체(1)는 전력 전극(powered electrode)이 된다.
기판(5)은 제2 전극 조립체(2) 상에 배치되어 기판(5)의 표면(51)이 제1 전극 조립체(1)와 대면한다. 기판은 예를 들면 단결정 또는 다결정 실리콘과 같은 반도체, 또는 유리 기판이다. 대안적으로, 기판(5)은 표면(51)을 형성하는 박막 스택(thin film stack)을 포함할 수 있다. 기판(5)의 표면(51)은 평평하거나 패턴화된 표면일 수 있다.
도 1의 예에서, 제2 전극 조립체(2)는 종래의 용량 결합형 플라즈마 반응기에서와 같이 평평하다. 반면, 이 제1 실시예에서, 제1 전극 조립체(1)는 서로 분리되거나 또는 돌출부들(11)에 의해 둘러싸인 복수의 리세스들(12)을 포함한다. 도 1의 예에서, 돌출부들(11)과 리세스들(12)은 기판의 표면과 평행한 축(X)을 따라 각각 폭 W1, W2을 갖는 직사각형 형상을 갖는다. 돌출부들(11)은 기판의 표면(51)으로부터 제1 거리(D1)에 있고, 리세스들(12)은 기판의 표면(51)으로부터 제2 거리(D2)에 있다. 가스 주입 시스템(도 1에 도시되지 않음)은, 유입 가스가 제1 전극 조립체와 제2 전극 조립체 사이의 전극간 공간을 채우고 이에 따라 리세스들(12)을 채우도록 구성된다.
더 자세하게는, 도 1에 도시된 제1 형태에서, 인가된 전압 및 플라즈마 반응 챔버 내의 유입 가스의 선택된 압력(P)에서, 제1 거리(D1)가 플라즈마 점화 임계값에 대응하는 제1 임계값보다 낮게 되도록 제1 거리(D1)가 조정된다. 이 제1 형태는 일반적으로 저압(10 Torr 미만)에서 작동된다. 제1 형태 작동 조건의 예로서, 유입 가스는 0.1 ~ 10 Torr 사이의 압력의 최소한 (SiH4와 같은) 증착 전구체 가스(deposition precursor gas) 또는 (SF6과 같은) 에칭 가스, 그리고 가능하다면 (H2와 같은) 제2 버퍼 가스(buffer gas)의 혼합물이며, 폭 W1은 0.75㎜ ~ 2㎜이고, 제1 거리(D1)는 0.1mm ~ 1.0㎜로 설정되어, 이 제1 거리(D1)는, 200V ~ 800V의 진폭의 경우에, 선택된 인가된 RF 전압에 대해 돌출부들(11)과 기판(5)의 표면(51) 사이에서의 플라즈마 점화로서는 너무 작다.
그러나, 이 제1 형태에서, 리세스(12)는 제2 거리(D2)가 플라즈마 점화 임계값에 대응하는 제1 임계값 이상이 되도록 치수가 정해진다. 따라서, 몇몇 국소화된 플라즈마(22)는 리세스들(12) 내에서 점화되고, 리세스들(12)의 전방에서 최대로 기판(5)의 표면(51)까지 연장된다. 그러나, 돌출부들(11)은 국소화된 플라즈마 영역들(22)이 합쳐져서 연장된 플라즈마로 되는 것을 방지하는 퀀칭 효과(quenching effect)를 제공한다. 따라서, 국소화된 플라즈마 영역들(22)은 리세스들(12)과 기판(5)의 표면(51) 사이의 공간적으로 분리된 공간들(spatially isolated spaces)로 한정되어 있다. 제1 형태의 예로서, 리세스들(12)의 폭 W2는 0.1mm ~ 5mm이고, 제2 거리(D2)는 적어도 2mm로 설정되고, 돌출부들(11)의 폭 W1은 적어도 0.1mm이다.
이 제1 형태는 예를 들면 PECVD에 의한 패턴박층(32)(patterned thin layer)의 국소 증착을 가능하게 하고, 축(X)을 따른 패턴박층(32)의 횡 치수(lateral dimension)는 주로 돌출부들(11)의 폭 W1 및 리세스들(12)의 폭 W2에 의해 결정된다.
리세스들(12)은 1차원 형상(geometry)을 가질 수 있고, Y축을 따라 기판의 표면 상에서 길이방향으로 연장하는 패턴들을 생성하기 위해, 유사한 프로파일로 Y축을 따라 연장될 수 있다.
대안적으로, 리세스들(12)은 2차원 형상을 가질 수 있으며, 예를 들면 기판(5)의 표면(51) 상에서의 X 및 Y 두 방향으로 제한된 패턴들을 생성하기 위해, Y 축을 따라 도 1에 도시된 것과 유사한 프로파일을 가질 수 있다.
물론, 본 개시의 틀을 벗어나지 않고 돌출부들(11) 및 리세스들(12)의 보다 복잡한 형상 역시 착안된다.
도 1의 예에서의 패턴 층(32)의 증착 영역 대 비-증착 영역의 상대적인 비율은, 예를 들면 상호 조합된 접촉들(interdigitated contacts)의 생성을 위해 패턴 층(32) 사이에 또 하나의 층을 증착하기 위한 영역을 남겨두는 적용과 일치할 것이다.
이 리세스들을 2차원으로 설정하는 것뿐만 아니라, 리세스들(12)의 폭 W2을 증가시키고 돌출부(들11)의 폭 W1을 상대적으로 감소시킴으로써, 작은 구멍들을 갖는 연속 막들을 증착 가능하게 할 수 있다. 이러한 막들이 유전체 재료로 형성되면, 상기한 구성은 예를 들면 점 접촉을 구현하는데 사용될 수 있다.
도 2는 제2 형태로 작동하는 플라즈마 처리 장치의 제1 실시예의 단면을 개략적으로 나타낸다. 동일한 참조 번호들은 도 1에 나타낸 것과 동일한 요소를 지칭한다. 이 제2 형태에서, 주어진 인가된 전압차에 대해 그리고 일반적으로 비교적 높은 압력(10 Torr 초과)인 플라즈마 반응 챔버의 유입 가스의 선택된 압력(P)에서, 제1 거리(D1)가 플라즈마 점화 임계값에 대응하는 제1 임계값보다 크도록 제1 거리(D1)가 조정된다. 따라서, 제2 형태에서, 국소화된 플라스마 영역(21)은 돌출부들(11) 및 기판(5)의 표면(51) 사이에서 점화된다. 이와 동시에, 리세스들(12)은 플라즈마 소화 임계값(extinction threshold)에 대응하는 제2 임계값 위에 있는 제2 거리(D2)에 위치한다. 퀀칭 효과에 의해 국소적인 플라즈마 영역들(21)이 리세스로 연장되는 것이 방지되도록 리세스들(12)은 치수가 정해진다. 따라서, 국소화된 플라즈마 영역들(21)은 돌출부들(11) 및 기판(5)의 표면(51) 사이의 공간적으로 분리된 공간들로 한정되어 있다.
제2 형태의 예로서, 유입 가스 혼합물은 10 ~ 100 Torr 사이의 압력에서 최소한 (SiH4와 같은) 증착 전구체 가스 또는 (SF6과 같은) 에칭 가스, 그리고 가능하다면 (He와 같은) 버퍼 가스로 구성되고, 인가된 전압은 100V ~ 1kV이고, 제1 거리(D1)는 0.1mm ~ 1.0㎜로 설정되어, 이 제1 거리(D1)는 돌출부들(11) 및 기판(5)의 표면(51) 사이에서 플라즈마를 점화하기에는 충분히 크고, 제2 거리(D2)는 2 ~ 10mm로 설정되어 제2 거리(D2)는 리세스(12) 내에서 플라즈마를 점화하기에는 매우 크다.
큰 거리와 조합된 압력이 점화(일반적으로 고압)를 제한하는 제2 형태에서, 전극의 표면으로부터의 돌출부들(11)은 증착 패턴(31)을 결정하여, 동일한 제1 전극 조립체를 갖는 제1 형태에서 증착된 포지티브 패턴층(32; positive pattern layer)에 대한 상보적이거나 마이너스 이미지(negative image)를 만든다.
도 3은 본 발명에 기재된 서로 다른 작동 형태들을 설명하는 것을 돕는다. 도 3은 용량 결합형 RF 플라즈마 반응기 또는 직접 결합형 DC 플라즈마 반응기(directly coupled DC plasma reactor)에 대한 유입 가스 압력(P)과 전극 간격(D)의 곱의 함수로서, 일반적으로 파셴(Paschen) 곡선으로 지칭되는 플라즈마 처리 장치의 항복 전압 곡선(Vb)을 개략적으로 나타낸다. 항복 전압(Vb)은 주어진 전극 간의 거리(D)에 대한 압력(P)의 함수로서 또는 주어진 압력(P)에 대한 주어진 전극 간의 거리(D)의 함수로서 플라즈마 점화를 위해 전극들 사이에 인가되는 최소 전압으로 정의된다.
플라즈마 처리를 위해, 압력(P)의 범위는 일반적으로 수 밀리토르(milliTorr) ~ 수십 토르(Torr), 또는 100 Torr 미만이다.
제1 전극 조립체(1)에 인가되는 RF 전압 크기(Va)를 고려한다. 여기서, 이 RF 전압 크기(Va)는 항복 전압 곡선의 최소값보다 크다. 이 인가된 전압(Va)과 항복 전압 곡선의 교차점은 제1 임계값(T1) 및 제2 임계값(T2)을 정의한다.
먼저, 압력(P)과 전극 간의 거리(D)의 곱 PxD가 제1 임계값(T1) 아래에 있는 그래프의 영역을 고려하면: 이 상황에서는, 플라즈마 점화는 발생하지 않는다. 또는, 다시 말하면, 선택된 압력(P) 및 선택된 RF 전압 크기(Va)의 경우에, 전극 간격(D)이 제1 임계 거리보다 작은 경우, 인가 전압(Va)이 항복 전압(Vb) 곡선보다 아래에 있기 때문에 플라즈마 점화가 발생하지 않는다. 다음으로, 곱 PxD가 제1 임계값(T1) 위에 그리고 제2 임계값(T2) 아래에 있는 그래프의 영역을 고려하면, 이 상황에서는, 전극들에 인가된 전압(Va)이 항복 전압(Vb) 곡선보다 위에 있기 때문에 플라즈마 점화가 발생한다. 또는, 다시 말하면, 선택된 압력(P) 및 선택된 인가 전압(Va)의 경우에, 전극 간격(D)이 제1 임계 거리보다 크고 제2 임계 거리보다 작은 경우, 플라즈마 점화가 발생한다. 마지막으로, 곱 PxD가 제2 임계값(T2) 위에 있는 그래프의 영역을 고려하면, 이 상황에서, 인가 전압(Va)이 항복 전압(Vb) 곡선 아래에 있기 때문에, 플라즈마가 발생하지 않는다. 또는, 다시 말하면, 선택된 압력(P) 및 선택된 인가 전압(Va)의 경우에, 전극 간격(D)이 제2 임계 거리보다 큰 경우, 플라즈마 점화는 발생하지 않는다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치의 제1 작동 형태는, 제1 거리(D1)가 주어진 압력(P) 및 인가 전압(Va)의 경우에, 도 3에서 결정된 제1 임계 거리(T1/P)보다 작은 경우, 및 제2 임계 거리(D2)가, 동일한 압력(P) 및 인가 전압(Va)에 대해서, 제1 및 제2 임계 거리들(T1/P; T2/P) 사이인 경우에 해당한다.
대조적으로, 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치의 제2 작동 형태는, 제1 거리(D1)가 도 3에서 결정된 제1 및 제2 임계 거리들 사이에 있는 경우, 및 제2 거리(D2)가 제2 임계 거리보다 큰 경우에 해당한다. 또는, 주어진 거리들(D1, D2)에 대해, 압력(P)이 증가하여 곱 PxD1은 T1과 T2 사이에 있고 곱 PxD2은 T2보다 크다.
부가적으로, 제3 형태에서, 제1 및 제2 거리(D1, D2) 둘 다 증가될 때 및/또는 압력(P)이 증가될 때, 두 곱 PxD1과 PxD2은 제1 임계값(T1)과 제2 임계값(T2) 사이에 위치하여, 플라즈마는 제1 전극 조립체 전체에 걸쳐서 점화되며, 리세스(12) 내의 플라즈마 영역(22)은 돌출부와 대면하는 플라즈마 영역(21)과 합쳐져서 하나의 연장된 플라즈마 영역을 형성한다.
대안적으로 또는 상보적으로, 제1 전극 조립체(1)와 기판의 표면 사이의 거리 변화에 대해, 당업자라면 입력 압력(P) 및/또는 인가 전압(Va)을 제어함으로써 전술한 3개의 서로 다른 형태들이 얻어질 수 있다는 것을 인식할 것이다. 그러나, 원하는 단계들, 특히 표면의 패시베이션 또는 고품질 도핑 층들의 증착을 달성하는데 필요한 처리 조건 한계에 의해 이 기술은 제한된다.
그러나, 본 개시를 명확히 하기 위해, 인가 전압(Va) 및 유입 가스 압력(P)은 일정하게 유지되고, 제1 전극 조립체(1)와 기판의 표면 사이의 거리는 적절한 형태로 작동하도록 제어된다는 가정을 한다.
처리 균일성(processing uniformity)은 일반적으로 증착 또는 에칭을 위한 강력한 요건이기 때문에, 지금까지는, 플라즈마 처리 장치는 일반적으로 제1 전극 조립체와 기판의 표면 사이에 단일 플라즈마 영역이 형성되는 조건들에서 작동된다고 보여질 것이다. 이전의 중공 캐소드-형(hollow cathode-type) 플라즈마 발생 시스템에서조차도, 단일 플라즈마 영역이 캐소드 내의 복수의 중공부 아래에서 형성되어, 대면적 기판의 균일한 처리를 보장한다. 반면, 본 개시는 공간적으로 분리된 박막 증착 또는 에칭을 가능하게 하여 패턴 증착이 이루어지도록, 기판(5)의 표면(51) 상에 국소적인 플라즈마 처리를 수행하기 위해 횡방향(lateral direction)으로 국소화되고 분리된 복수의 플라즈마 영역들(21 또는 22)을 잘 활용한다. 포토리소그래피와 유사하게, 이 플라즈마 처리 기술은 확고한 임계 치수(CD) 및 종횡비(AR)를 갖는 패턴 박막을 증착할 수 있게 하는 플라즈마-리소그래피(plasma-lithography)라 불릴 수 있다.
플라스마-리소그래피 기술의 주요 이점은, 마스크를 사용하지 않고 패턴박막을 직접 증착할 수 있기 때문에, 포토리소그래피를 포함하는 리소그래피와 관련된 다중 처리 단계들을 회피하고, 기판 표면과 마스크의 접촉에 의한 유해한 영향을 회피한다는 것이다.
따라서, 본 명세서에 개시된 플라즈마-리소그래피는 패턴 층 또는 디바이스의 제조에 대한 처리 비용을 대폭 감소시킬 수 있다.
성능 측면에서, 플라즈마-리소그래피는 축 X 및/또는 축 Y를 따라 약 100 마이크로미터까지의 서브-밀리미터(sub-millimeter)의 임계 치수를 갖는 패턴을 형성할 수 있게 한다. 이러한 임계 치수는 산업용 태양 전지 제조의 현재 요건에 매우 적합하다.
제1 전극 조립체는 단일 도전성 부분으로 형성될 수 있다. 예를 들면, 리세스들(12)은 벌크 금속판(bulk metallic plate)의 구멍 또는 슬릿으로서 기계 가공된다.
대안적으로, 제1 전극 조립체(1)는 서로 부착된 부분들의 조립체를 포함한다. 다른 변형 예에서, 제1 전극 조립체(1)는 몇 개의 부분들을 포함하고, 그 부분들 중 적어도 하나의 부분은 다른 부분(들)에 대해 이동 가능하다.
예로서, 도 4는 제1 전극 조립체(1)가 두 부분으로 되어 있는 플라즈마 처리 장치의 제1 실시예의 변형 예의 단면을 개략적으로 나타낸다. 더 자세하게는, 제1 전극 조립체(1)는 제1 부분(111)과 제2 부분(121)을 포함한다. 바람직하게는, 제1 부분(111)과 제2 부분(121)은 예를 들면 빗(comb)과 같은 상보적인 형상을 갖는다. 도 4a에서, 제1 부분(111)과 제2 부분(121)은 제1 전극 조립체(1)가 기판(5)의 표면(51)으로부터의 거리 D에 평탄한 표면을 형성하도록 끼워진다. 압력(P), 거리(D) 및 인가 전압은 제1 전극 조립체(1)와 기판(5)의 표면(51) 사이에 플라즈마(20)를 생성하도록 조정된다. 이 제1 구성은 예를 들면 기판(5)의 표면(51) 상에 균일 두께를 갖는 (또는 패턴화되지 않은) 층(30)의 증착을 가능하게 한다. 예를 들면, 이 구성은 고유의 비정질 수소화 실리콘 (i) a-Si:H의 패시베이션 층을 증착하는데 사용될 수 있다. 선택적으로, 유입 가스를 변경함으로써, 도 4a의 제1 구성은 또한 i-층(30)의 증착 이전에 기판(5)의 표면(51)으로부터 산화물 층을 세정 또는 제거하는데 사용될 수도 있다.
도 4b에 도시된 제2 위치에서, 제2 부분(121)은 리세스들(12)과 돌출부들(11)을 형성하도록 제1 부분(111)이 고정된 채로 기판 표면(51)의 방향으로 Z축을 따라 병진 이동된다. 도 4b에 도시된 예에서, 제2 부분은 기판 표면(51) 근처로 당겨져서, 돌출부들(11)이 기판 표면(51)으로부터의 거리 D1에 있고 리세스들(12)의 바닥이 기판 표면(51)으로부터의 거리 D2에 있다. 제2 위치에서, 플라즈마 발생 장치는, 국소 플라즈마 영역(22)이 기판(5)의 표면(51)과 리세스들(12) 사이에서 점화되고 돌출부들(11)이 도 1과 관련하여 기술된 것과 유사하게 돌출부들(11)과 기판(5)의 표면(51) 사이에서 플라즈마 점화를 방지하는 차폐 효과(shadowing effect)를 제공하도록 하는 압력 및 전압 조건들에서 작동된다. 대안적으로, 두 부분으로 된 제1 전극 조립체를 갖는 플라즈마 발생 장치는 도 2와 관련하여 기술된 것과 유사한 압력 및 전압 조건들에서 작동될 수 있다.
패턴화된 증착 층들은 서브-밀리미터의 임계 치수를 갖는 5 나노미터 내지 수백 나노미터의 두께를 가질 수 있다.
공정
이제 도 5a 내지 5c의 본 발명의 제1 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치를 이용한 집적 공정의 예를 기술한다.
도 5a에서, 플라즈마 발생 장치는 제3 형태로 작동하고 제1 전극 조립체(1)는 일정한 거리에 위치되며 압력(P)이 조절되어, 두 곱 PxD1 및 PxD2은 제1 임계값(T1)과 제2 임계값(T2) 사이에 위치하고, 플라즈마(20)는 제1 전극 조립체와 기판 표면(51) 사이의 전체 공간에 걸쳐 점화된다. 이 단계는 예를 들면 고유의 비정질 수소화 실리콘(i-층)의 패시베이션 층을 증착하거나 자연 산화물 층을 제거하는데 사용된다.
도 5b에서, 플라즈마 발생 장치는 제1 형태로 작동하고, 제1 전극 조립체(1)가 거리 D1에 위치하고/위치하거나, 압력(P)이 조절되어, 곱 PxD1은 제1 임계값(T1)보다 낮고 곱 PxD2은 제1 임계값(T1)과 제2 임계값(T2) 사이에 있다. 예를 들면, 제1 전극 조립체(1)는 기판 표면(51) 근처로 당겨져서, 돌출부들(11)이 기판(5)의 표면(51)과 돌출부들(11) 사이의 국소적인 플라즈마 점화를 방지하면서, 리세스들(12)과 기판(5)의 표면(51) 사이에서 국소적인 플라즈마 영역(22)이 점화된다. 이 제2 단계는 H2, SiH4 및 PH3의 혼합물과 같은 적절한 유입 가스 혼합물을 사용하여 n-도핑된 패턴 층(32)을 증착시키는데 사용될 수 있다.
도 5c에서, 이전 단계에서 증착된 패턴 층(32) 사이에 리세스들(12)이 정렬되도록, 제1 전극 조립체(1)는 회전 및/또는 기판 표면(51)에 대해 거리 X1만큼 병진 이동한다. 유입 가스는 H2, SiH4 및 B2H6로 구성된 가스 혼합물로부터 또 하나의 패턴 층, 이상적으로는 이 실시예에서 p-도핑 층을 증착하도록 전환된다. 예를 들면, 제1 전극 조립체(1)의 이동은 서브-밀리미터의 정밀도를 갖는 약 0.5 ~ 2mm이다. 플라즈마 발생 장치는 제1 형태로 다시 작동하고, 제1 전극 조립체(1)는 일정한 거리에 위치되고 압력(P)이 조절되어, 곱 PxD1은 제1 임계값(T1)보다 낮고 곱 PxD2은 제1 임계값(T1)과 제2 임계값(T2) 사이에 있으며, 이에 따라 돌출부들(11)가 돌출부들(11)과 기판(5)의 표면(51) 사이의 국소적인 플라즈마 점화를 방지하면서, 기판(5)의 리세스들(12)과 표면(51) 사이에서 국소적인 플라즈마 영역(23)이 점화된다. 이 제2 단계는 p-도핑된 패턴 층(33)을 증착시키는데 사용될 수 있다. 마찬가지로, 회전 또는 병진 운동은 제2 전극 조립체 또는 단순히 기판에 의해 구현될 수 있고, 어느 것이든 상대 운동의 실제 구현에 아주 적합하다.
도 5a 내지 5c에 도시된 단계들은 원하는 만큼 많은 이동 가능한 부분들 및 단계들을 이용하여 반복될 수 있다. n-층 패턴과 p-층 패턴은 동일하거나 동일하지 않을 수 있다. 도 5의 공정 흐름은 패시베이션 층 및 2개의 서로 다른 도핑 레벨(doping levels)을 갖는 패턴 층의 증착을 가능하게 한다. 이 공정은 제1 전극 조립체(1)와 기판 표면(51) 사이의 상대적인 이동을 사용하여, 예를 들면 IBC 태양 전지의 제조, 단일 공정 흐름 및 단일 반응 챔버에 적용할 수 있다.
제1 전극 조립체 및 공정 조건은 순차적인 공정 단계들에서 다수의 패턴 층 및 또는 비-패턴 층의 증착을 가능하게 한다.
도 6은 전술한 공정 및 플라즈마 발생 장치에 의해 얻어진 예시적인 패턴화된 디바이스의 평면도를 도시한다. 패턴화된 디바이스는 균일한 패시베이션 i-층(30), n-도핑된 패턴 층(32) 및 p-도핑된 패턴 층(33)을 포함한다. 패시베이션 층(30)은 기판(5)의 전체 표면을 덮는다.
도 7a는 기판(5)의 표면(51)상의 유전체 층(32)에 개구(320)를 형성하기 위해 공간적으로 분리된 플라즈마 에칭을 적용함으로써 얻어지는 또 하나의 예시적인 패턴화된 디바이스를 도시한다. 이 패턴화된 구조는 2개의 단계들에서 실현될 수 있다: 단계 1 - 유전체 층의 균일한 증착, 및 단계 2 - 공간적으로 분리된 플라즈마 에칭. 선택적으로, 이 두 단계들은 동일한 공정 흐름 및/또는 하나의 반응 챔버에서 수행된다.
도 7b는 기판(5)의 표면(51) 상의 개구들(320)의 패턴(도 7a에 도시됨)을 달성하는데 필요한 돌출부들(310)을 포함하는 예시적인 전력 전극 구조를 도시한다. 도 7a에 도시된 이 패턴화된 구조는 도 7b에 나타낸 전극 구조를 이용하여 단일 단계로 실현될 수 있다.
도 15와 16은 특수한 실시예에 따른 처리 장치 및 방법을 개략적으로 도시한다. 이 방법은 적어도, 기판 상에 적어도 하나의 층을 균일하게 증착하는 제1 단계, 및 균일하게 증착된 층에 에칭된 패턴을 생성하도록 공간적으로 분리된 플라즈마 에칭을 수행하는 제2 단계를 포함한다.
도 15는 균일하게 증착하는 제1 단계를 얻기 위한 처리 툴 및 방법의 예를 도시한다. 도 15는 종래의 PECVD 처리 툴, 예를 들면 무선-주파수-PECVD 시스템용 PECVD 처리 툴을 나타낸다. 이 시스템은 플라즈마 반응 챔버에 배치된 제1 전극(10) 및 제2 전극(2)을 포함하며, 제1 전극(10)은 제2 전극(2)으로부터 전극간 공간(inter-electrode volume)만큼 이격되어 있다. 제1 전극과 제2 전극 사이에 RF 전압차를 인가하도록, 제1 전극(10)과 제2 전극(2) 사이에 RF 전력 공급기(6)가 전기적으로 연결된다. 이 예에서, 제2 전극(2)은 그라운드에 전기적으로 접속되어, 제1 전극(10)이 전력 전극이 된다. 기판(5)은 제2 전극(2) 상에 위치하여, 기판(5)의 표면은 제1 전극(10)을 향한다. 제1 전극(10)과 제2 전극(2) 사이에 RF 전압이 인가되는 동안, 유입 가스는 선택된 압력(P)에서 플라즈마 반응 챔버로 도입된다. 압력(P), 거리(D) 및 인가 전압은 제1 전극 조립체(1)와 기판(5)의 표면(51) 사이에 플라즈마(20)를 생성하도록 조정된다. 이 제1 단계는 예를 들면 기판(5)의 상부 표면에 균일한 두께를 갖는 (또는 비-패턴화된) 층(30)의 증착을 가능하게 한다. 예를 들면, 이 제1 단계는 p-도핑된 또는 n-도핑된 반도체 층, 유전체 층 및/또는 고유의 비결정질 수소화 실리콘 (i) a-Si:H와 같은 패시베이션 층을 증착시키는데 사용될 수 있다. 선택적으로, 유입 가스를 변경시킴으로써, 도 15의 제1 단계는 또한 균일 층(30)을 증착하기 전에 기판(5)의 표면으로부터 산화물 층을 세정 또는 제거하는데 사용될 수 있다.
균일한 증착의 제1 단계는 예를 들면 도 4a 또는 5a와 관련하여 기술된 구성을 사용하여 제2 단계와 동일한 반응 챔버에서 달성될 수 있다는 것을 설명한다.
물리적 기상 증착(PVD)과 같은 다른 공지된 증착 기술이 제1 단계를 달성하고 또 하나의 반응 챔버의 기판(5) 상에 균일하게 박막을 증착시키는데 사용될 수 있다.
도 16은 제2 단계를 달성하기 위한 처리 툴 및 방법의 예를 도시한다. 제2 단계는 패턴박막을 생성하기 위해 제1 단계 동안 균일하게 증착된 박막에 에칭 플라즈마를 적용하는 것을 포함한다. 전술한 바와 같이, 균일 층(30)을 갖는 기판(5)이 돌출부들(11) 및 리세스들(12)을 갖는 제1 전극 조립체(1) 및 제2 전극 조립체(2)를 포함하는 무선-주파수 용량 결합성 플라즈마 시스템(RF-CCP) 내에 배치된다. 제2 단계에서, 플라즈마 화학(plasma chemistry)은 예를 들면 수소(H2) 가스 또는 SF6과 이산소(dioxygen; O2)의 혼합물 또는 SiF4와 아르곤의 혼합물을 사용한다. 제1 전극 조립체(1)의 돌출부들(11)은 제2 전극 조립체로부터 임계 거리보다 짧은 거리에 배치되어, 제2 전극 조립체와 제1 전극 조립체(1)의 돌출부들(11) 사이의 플라즈마 점화가 억제된다. 국소화된 플라즈마 영역(26)은 임계 거리보다 큰 특성 치수를 갖는 채널 또는 구멍(12) 내에서 점화된다. 플라즈마(26)의 공간 선택적 점화(spatially selective ignition)는 표면과 접촉하지 않고 소정 영역에서 이전에 증착된 막(30)을 에칭할 수 있게 하고, 따라서 비접촉식 마스킹이 달성된다. 제2 단계는 균일 층(30) 내에 개구들(36)을 형성하고, 따라서 제1 단계 동안 균일하게 증착된 물질로 만들어진 패턴화된 피처들(130)을 생성한다. 이 기술로부터 패턴화된 피처들(130)에 이용 가능한 치수 및 피처 크기는 수백 마이크로미터 단위이다. 이러한 치수 및 피처 크기는 상호 조합된 후면 접촉(IBC) 또는 태양 전지용 점 접촉 개구의 제조에 필요한 크기 및 피처와 호환 가능하다.
대안적으로, 제2 단계는 도 2와 관련하여 개시된 제1 전극 구성을 이용하여 달성될 수 있고, 여기서 플라즈마가 리세스들(12)에서 생성되는 것을 방지하면서 돌출부들(11)과 기판의 표면 사이에 플라즈마 영역이 생성된다.
균일한 증착 및 선택적 에칭 공정을 사용하여 IBC 태양 전지를 위한 분리된 n-형 및 p-형 핑거를 증착하는 것이 가능하다.
도 17은 기판과 접촉하는 마스크를 사용하지 않고 IBC 태양 전지용 n-형 및 p-형 핑거를 증착하는 예시적인 공정 흐름을 나타낸다. 각각, 도 17a는 도 15와 유사하고, 도 18b는 도 16과 유사하다.
제1 단계(도 17a)에서, n-형 도펀트 가스(dopant gas)를 포함하는 가스 혼합물에 플라즈마(20)를 적용함으로써 n-형 물질은 기판(5) 상에 박막 층(30)으로 균일하게 증착된다. 제2 단계(도 17b)에서, 채널 또는 구멍(12) 내에서 국소화된 플라즈마 영역(26)의 점화에 의해 n-형 층(30)은 패턴이 형성되도록 에칭된다. 제2 단계의 말미에서, n-형 패턴(130)이 얻어진다. 제3 단계(도 17c)에서, 기판(5) 상에 그리고 n-형 패턴(130) 상에 P-형 층(38)이 균일하게 증착되도록 또 하나의 플라즈마(200)가 발생된다. 제4 단계(도 17d)에서, p-형 층(38)은 n-형 패턴(130)을 에칭하지 않고 패턴이 형성되도록 에칭되어, n-형 패턴(130) 상에 증착된 p-형 층(38)을 선택적으로 제거하고, 이와 같이 형성된 p-형 패턴(138)을 n-형 패턴(130)으로부터 분리시킨다. 패턴화된 에칭이 이어지는 균일 층(30, 38)의 증착의 장점은 공지된 PECVD 기술을 사용하여 증착된 층(30, 38)의 품질이 매우 높아질 수 있다는 것이다. 또한, 패턴 층(130, 138)의 프로파일은 사양(예를 들면, 종횡비, 핑거 분리 거리)에 따라 조정될 수 있다.
도 18은 기판과 접촉하는 마스크를 사용하지 않고 IBC 태양 전지를 위한 n-형 및 p-형 핑거를 증착하는 대안적인 예시의 공정 흐름을 나타낸다. 각각 도 18a는 도 17a와 유사하고, 도 18b는 도 17b와 유사하다. 패턴화된 n-층(130)보다는 패턴화된 p-층(139)에 대해서 더 좁은 증착 프로파일이 얻어지도록, 제3 단계(도 18c)는 제2 단계에서와 동일한 전극 구성을 사용하는, 바람직하게는 변경된 처리 조건을 갖는 제2의 패턴화된 p-층 증착 단계로 구성된다. 더 자세하게는, 제3 단계에서, 제2 단계와 제3 단계 사이에서 제1 전극 조립체를 이동시키지 않고 p-형 물질이 증착되도록, 패턴화된 p-층(139)은 개구 또는 구멍들(12) 내에서 국소화된 또 하나의 플라즈마(29)의 점화에 의해 증착된다. 제3 단계(도 18c)의 말미에서, p-형 패턴(139)은 제2 단계 동안 n-형 층에 형성된 개구들(36) 내부에 형성된다. 이 공정은 또한 IBC 태양 전지를 위한 분리된 n-형 및 p-형 핑거를 증착시킬 수 있게 한다. 이러한 대안적인 공정 흐름은 공정 단계의 수를 감소시킴으로써 제조 비용을 감소시키는 이점을 갖는다. 그러나, 이 대안적인 공정은 제3 단계(도 18c)에서 고품질의 패턴화된 도핑 층을 달성하는 것과, 제2 단계의 부산물의 에칭으로부터의 오염을 방지하는 것에 어려움을 겪는다. 그럼에도 불구하고, 이러한 대안적인 공정을 사용하여, 적어도 하나의 층이 패턴화된 증착을 통해 고품질로 증착될 수 있다면, 동일한 공정 배치(setup)를 사용하는 에칭 단계 후 패턴화된 증착 단계의 사용은 공정 단계들의 감소를 가능하게 한다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치의 단면을 개략적으로 나타낸다. 제1 전극 조립체(1)는 복수의 돌출부(11) 및 복수의 캐비티(15)를 포함하며, 각각의 캐비티(15)는 채널(16)에 의해 전극 사이의 공간에 연결된다. 돌출부들(11)은 기판(5)의 표면(51)과 돌출부들(11) 사이의 국소적인 플라즈마 점화를 방지하도록 거리 D1에 배치된다. 캐비티들은 그 체적이 각 캐비티(15) 내부의 국소 플라즈마 영역(25)의 점화를 가능하게 하도록 치수가 정해진다. 채널(16)은 일반적으로 캐비티(15)보다 작은 횡방향 치수를 갖는다. 채널의 길이와 폭은, 캐비티(15)와 기판(5)의 표면(51) 사이에서 플라즈마(25)가 확산할 수 있도록 치수가 정해진다. 따라서, 이 제2 실시예는 대략 채널(16)의 횡방향 치수(transverse dimensions)를 갖는 패턴 층(35)의 증착을 가능하게 한다.
물론, 제2 실시예는 또한, 예를 들면 유전체 층에 개구들을 생성하기 위한 국소 플라즈마 에칭에 사용될 수 있다.
캐비티들(15)은 1차원 또는 2차원 구성을 가질 수 있다.
예를 들면, 캐비티들(15) 및 채널들(16)은 Y축을 따라 기판의 표면 상에 길이방향으로 연장되는 패턴을 생성하기 위해, Y축을 따라 길이방향으로 연장되는 1차원 형상을 갖는다. 또 하나의 예에서, 캐비티들(15) 및 채널들(16)은 2차원 형상을 가지며, 예를 들면 기판(5)의 표면(51) 상의 X 및 Y 두 방향에서 제한된 패턴을 생성하기 위해 Y 축을 따라 도 8에 도시된 것과 유사한 프로파일을 갖는다. 제1 전극 조립체는 용도에 따라 1차원 및 2차원 캐비티와 채널의 조합을 포함할 수 있다.
도 8에 도시된 캐비티(15)와 채널(16)은 정사각형 또는 직사각형 프로파일을 갖는다.
제1 실시예와 비교하여, 제2 실시예는 더 작은 피처 크기를 갖는 패턴, 예를 들면 플라즈마의 시스 폭(sheath width)의 2배보다 작은 임계 치수를 갖는 패턴을 형성할 수 있게 한다.
도 9는 서로 다른, 구형(2차원 형상) 또는 원통형(1차원 형상) 형상을 갖는 캐비티들(15) 및 원통형(2차원 형상) 또는 슬릿 형상(1차원 형상)을 갖는 채널들의 단면을 나타낸다.
도 9에 도시된 바와 같은 제1 전극 조립체는 50와트(Watt)의 전력으로 1060 mTorr의 압력하에서 수소와 실란(silane) 가스(H2/SiH4 = 100:2.5) 혼합물로 a-Si:H 패턴 층을 증착시키는데 이용된다. 얻어진 패턴 층의 폭은 대략 300마이크로미터이다.
캐비티들(15)은 부가적으로 증착된 막의 프로파일을 또는 처리될 영역에 대한 플럭스(flux)의 균일성을 최적화하도록 형성될 수 있다.
도 10은 형성된 패턴의 임계 치수 또는 엣지의 형상을 제어하도록 고려된 서로 다른 캐비티 프로파일을 도시한다. 캐비티(151)는 정사각형 또는 직사각형 프로파일을 갖고, 채널(161)에 의해 전극간 공간과 연결된다. 캐비티(152)는 구형 또는 원통형 프로파일을 갖고 채널(162)에 의해 연결된다. 캐비티(153)은 원뿔형 프로파일을 갖고, 채널(163)에 의해 연결된다. 원뿔형 캐비티(153)는 패턴의 임계 치수를 조절하기 위해 평평한, 오목한 또는 볼록한 바닥을 가질 수 있다.
도 11은 제1 전극 구조의 변형 예를 나타내고, 여기서 각각의 채널(12)의 단부에 있는 중공부는 공통 캐비티(19)와 유체 연결된다. 캐비티(19)는 가스 입구(40) 및 하나 또는 복수의 가스 출구(43)와 유체 연결된다. 이 공통 캐비티(19)는 채널들(12) 사이에서 유입 가스의 양호한 분산을 가능하게 한다. 이러한 구성은 또한 가스 끌림(gas drag)으로 인한 패턴화된 피처들의 퍼짐을 피하기 위해 2차적인 가스 배출 채널(43)을 연결하는 것을 가능하게 한다. 공통 캐비티(19) 및 채널(12)의 치수는 플라즈마(22)가 채널(12) 근처에서만 또는 채널(12) 내에서만 점화되도록 선택된다. 선택적으로, 채널(12)은 기판의 표면(51)에 있는 처리된 패턴화된 영역(32)의 프로파일을 최적화하도록 형성될 수 있다.
도 12와 13은 전극 구성의 변형 예들을 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 12에서, 제1 전극 조립체는 제1 서브-세트(sub-set)의 캐비티들(17) 및 제2 서브-세트의 캐비티들(18)을 포함한다. 각각의 캐비티(17, 18)는 채널(16)에 의해 전극간 공간과 유체 연결된다. 제1 서브-세트의 각각의 캐비티(17)는 제1 서브-전극(47)을 포함한다. 개별적으로, 제2 서브-세트의 각각의 캐비티(18)는 제2 서브-전극(48)을 포함한다. 예를 들면, 도 11에 도시된 특정 작동 형태에서, 제1 서브-전극들(47)은 그라운드 라인(61)에 전기적으로 연결되는 한편, 제2 서브-전극들(48)은 라인(62)에 의해 RF 발생기(6)와 전기적으로 연결된다. RF 발생기(6)는 또한, 제2 전극 조립체(2)와 전기적으로 연결된다. 제1 서브-전극들(47)은 제2 서브-전극들(48)과 전기적으로 절연된다. 제1 전극 조립체(1)의 제2 서브-전극들(48)은 제2 전극 조립체(2)와 동일한 전위이기 때문에, 어떠한 플라즈마도 제2 서브-세트의 캐비티들 (18)에서 발생하지 않는다. 반면, 제1 전극 조립체(1)의 제1 서브-전극(47)과 제2 전극 조립체(2) 사이의 전위차로 인해, 플라즈마(27)가 제1 서브-세트의 캐비티들(17)에서 점화된다. 따라서, RF 발생기(6)는 제2 서브-세트의 캐비티들(18)에 전원을 공급하지 않고 제1 서브-세트의 캐비티(17)에 선택적으로 전원을 공급한다. 예로서, 이 구성은 i-층(30) 위에 패턴 층(37)을 증착할 수 있게 하고, 패턴 층들(37)은 제1 서브-세트의 캐비티들(17)에 연결된 채널(16)의 전방에 선택적으로 형성된다. 이러한 구성에 의해, 플라즈마가 캐비티들(18) 내에서 점화되지 않는 형태로 시스템은 작동되어야 한다.
유리하게는, 전기적인 연결은 필요에 따라 변경될 수 있어, RF 발생기(6)가 제1 서브-세트의 캐비티들(17)에 전원을 공급하지 않고 제2 서브-세트의 캐비티들(18)에 선택적으로 전원을 공급할 수 있다. 대안적으로, 도 12의 플라즈마 발생 장치는 RF 발생기(6)가 제1 서브-세트의 캐비티(17)와 제2 서브-세트의 캐비티(18)에 동시에 전원을 공급하도록 구성될 수 있다. 보다 일반적으로는, 도 11의 플라즈마 발생 장치는 RF 발생기(6)가 제1 서브-전극(47)에 제1 전압차를 인가하고 제2 서브-전극(48)에 제2 전압차를 인가하여 형성되는 패턴을 제어하도록 구성될 수 있다.
도 11에 도시된 제1 전극 조립체의 전기적 구성은 공정 흐름 동안 실시간으로 변경될 수 있다.
도 13은 제1 서브-세트의 캐비티(13)들 및 제2 서브-세트의 캐비티들(14)을 포함하는 또 하나의 제1 전극 조립체 구성을 나타낸다. 가스 공급 조립체는 2개의 독립적인 유입 가스 라인들을 포함한다. 제1 유입 가스 라인(41)은 제1 서브-세트의 캐비티들(13)에 제1 유입 가스를 주입한다. 개별적으로, 제2 유입 가스 라인(42)은 제2 서브-세트의 캐비티들(14)에 제2 유입 가스를 주입한다. RF 발생기(6)는 제1 전극 조립체(1)와 연결되고, 제1 및 제2 서브-세트의 캐비티들(13, 14)에 동시에 전원을 공급한다.
도 13의 구성은, RF 발생기(6)가 제1 서브-세트의 캐비티들(13) 내의 제1 유입 가스에 기초하여 플라즈마 영역(23), 및 제2 서브-세트의 캐비티들(14) 내의 제2 유입 가스에 기초하여 제2 플라즈마 영역(24)을 동시에 모두 점화시킬 수 있게 한다. 이 구성은 제1 서브-세트의 캐비티들(13)의 전방에 제1 패턴(33) 및 제2 서브-세트의 캐비티들(14)의 전방에 제2 패턴(34)을 동시에 증착할 수 있게 한다. 예를 들면, 서로 다른 도핑 가스(41, 42)가 교번적인 플라즈마 영역들(23, 24)에 주입되어 p-도핑된 패턴 층(33) 및 n-도핑된 패턴 층(34)을 동시에 증착할 수 있게 한다. 대안적으로, 가스 주입은 제1 전극 조립체를 거쳐 플라즈마 점화가 일어난 공간 안으로 이루어지고, 각각의 서브세트의 캐비티 외부로의 가스 배출은 전극의 엣지의 추가적인 구멍을 통과하여, 채널을 통한 가스 흐름을 최소화한다. 대안적으로, 이 캐비티들(14)의 점화를 방지하는 한편 다른 캐비티들(13)의 점화 및 증착을 가능하게 하기 위해, 퀀칭 가스가 캐비티(14) 내로 주입될 수 있다.
도 12 및 13과 관련하여 기술된 제1 전극 구성의 변형들은 도 5a 내지 5c와 관련하여 기술된 것과 유사한 공정 흐름을 가능하게 하지만, 플라즈마 반응 챔버 내에서 어떠한 기계적 움직임도 요구하지 않는다.
이 기술분야의 당업자들은 서브-세트의 캐비티 또는 리세스로의/에 대한 선택적 전기 제어 및 선택적 가스 주입을 조합한 구성들 역시 본 개시의 틀을 벗어나지 않고 고려될 수 있음을 인식할 것이다.
플라즈마 발생 장치 사용에 대한 추가의 변형 예는 적용될 전압차 파형(voltage difference waveform)의 선택을 포함한다. 500kHz ~ 100MHz의 단일 주파수로 구성된 정현파 가변 전압(sinusoidally varying voltage)이 사용될 수 있다. 대안적으로, 다중 주파수의 동시 사용이 고려된다. 특히 바람직한 변형 예에서, 기본 주파수(500kHz ~ 100MHz 범위)의 다중 고조파(multiple harmonics)를 적용하는 것이 고려된다. 고조파 및 이들 각각의 진폭 사이의 개별 위상에 따라 상기한 파형은 일련의 골(peaks), 마루(valleys) 또는 톱니(sawtooth) 파형으로 나타날 수 있다. 예를 들면, 도 14는 복수의 리세스(12)를 포함하는 제1 전극 조립체(1)를 나타낸다. 리세스들(12)은 동일한 형상 및 치수를 갖고, 기판(5)의 표면(51)으로부터 동일한 거리에 배치된다. 도 14는 서로 다른 전압 파형에 대응하는 플라즈마 영역들(220, 221, 222)의 위치를 개략적으로 나타내고, 다른 플라즈마 파라미터들(유입 가스, 압력)은 동일하다. 도 14에 도시된 바와 같이, 톱니 파형은 플라즈마의 가장 강한 영역의 공간적인 분배를 제어할 수 있기 때문에, 이러한 파형의 사용은 본 개시에서 기술된 전극 구조들에 상당한 관심의 대상이다. 더 자세하게는, 제1 톱니 파형 전압을 사용하여 생성된 제1 플라즈마 영역(220)은 기판 표면으로부터 멀리 떨어진 리세스(12)의 바닥에 위치하는 반면, 제2 톱니 파형 전압을 사용하여 생성된 플라즈마 영역(221)은 리세스(12)의 내부에 중심이 있고, 제3 톱니 파형 전압을 이용하여 생성된 제3 플라즈마 영역(222)은 기판 표면에 가까운 리세스(12)의 개구에 위치한다는 것을 관찰하였다. 전구체가 플라즈마를 떠날 때, 채널 벽의 차폐 효과는 기판 표면에 대한 플라즈마 영역(220, 221, 222)의 근접성에 따라 처리된 영역의 확산에 다양한 영향을 미친다. 따라서, 전극 형상의 모든 변형들과 조합된 상기한 톱니 파형의 사용은 표면의 증착/에칭 프로파일을 추가로 제어하는데 사용될 수 있다.
본 발명에 개시된 플라즈마 발생 장치 및 공정의 주된 용도는 고효율 결정질 실리콘 태양 전지의 제조를 위한 상호 조합 후면 접촉 또는 유전체 개구를 형성하는 것이다.
본 발명은 훨씬 단순하고 저렴한 공정으로, 이미 산업에서 사용되는 고성능 요소들의 구현을 가능하게 한다. 플라즈마 리소그래피 공정 및 장치를 사용하여 성능의 손실이 예상되지 않는다. 본 발명은 플라즈마 처리 장치의 전극들 중 하나를 변경하는 비용만으로 기존 툴(tool)들에서 쉽게 구현될 수 있다.
본 개시는 저온의 단일 공정 단계에서, 그리고 동일한 플라즈마 반응 챔버에서 얇은 고유의 a-Si:H 패시베이션 층을 사용할 가능성을 갖는 IBC 접촉의 형성을 가능하게 한다. 이 방법 및 장치는 셀 제조 공정 흐름에서 임의의 추가 처리 단계를 추가하지 않고 HIT 패시베이션 단계와 조합된 IBC 구성 모두의 사용을 가능하게 한다. (산화물이 제거된) 깨끗한 웨이퍼의 표면은 손상과 오염에 매우 민감하기 때문에, 상기 방법은 비접촉식이라는 이점을 제공하여 중요한 문제를 해결한다.
플라즈마에 의해 종류의 활성화를 필요로 하는 임의의 플라즈마 처리 단계가 이 방법을 통해 이용될 수 있다. 따라서, 이 기술은 증착, 에칭, 세정, 치밀화(densification) 및 기능화(functionalization)와 같은 공정에 동일하게 유용하다.
본 발명은 상호 조합 후면 접촉(IBC)에서의 상호 조합된 접촉의 증착 및 점 접촉을 위한 태양 전지의 유전체 개구에 가장 적합하게 적용된다.
본 발명에 기술된 플라즈마 리소그래피는 또한 다른 광전지 디바이스, 광검출기 및 센서의 제조에 적용된다.

Claims (18)

  1. a) 플라즈마 반응 챔버;
    b) 선택된 압력(P)에서 상기 플라즈마 반응 챔버 내로 유입 가스를 도입하는 가스 공급 조립체;
    c) 상기 플라즈마 반응 챔버에 배치된 제1 전극 조립체(1) 및 제2 전극 조립체(2); 및
    d) 제1 전극 조립체(1) 및 제2 전극 조립체(2) 사이에 전압차를 생성하는 전력 공급기(6)를 포함하고, 제1 전극 조립체(1)는 전극간 공간에 의해 제2 전극 조립체(2)와 이격되어 있는, 패턴화된 디바이스를 제조하기 위한 플라즈마 발생 장치로서,
    e) 제1 전극 조립체(1)는 복수의 돌출부들(11) 및 복수의 리세스들(12, 13, 14, 15, 16, 17, 18)을 포함하고;
    f) 제2 전극 조립체(2)는 복수의 돌출부들(11) 및 복수의 리세스들(12, 13, 14, 15, 16, 17, 18)과 대면하는 표면(51)을 갖는 기판(5)을 수용하도록 구성되고;
    g) 돌출부들(11) 및 리세스들(12, 13, 14, 15, 16, 17, 18)은, 유입 가스의 선택된 압력(P)에서 기판(5)의 상기 표면과 상기 복수의 리세스들(12, 13, 14, 15, 16, 17, 18) 사이에 또는 기판(5)의 상기 표면과 상기 복수의 돌출부들(11) 사이에 선택적으로 배치된 공간적으로 분리된 복수의 플라즈마 영역들(21, 22)을 생성하도록, 치수가 정해지고 기판(5)의 표면(51)으로부터 각각의 거리(D1, D2)에 위치하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    리세스들(12)은, 인가된 전압차 V(t)의 경우에, 선택된 압력과 제2 거리의 곱이 제1 플라즈마 점화 임계값(T1)과 제2 플라즈마 소화 임계값(T2) 사이에 포함되도록 치수가 정해지고 기판(5)의 표면(51)으로부터 제2 거리(D2)에 위치하고,
    돌출부들(11)은, 인가된 전압차 V(t)의 경우에, 선택된 압력(P)과 제1 거리(D1)의 또 하나의 곱이 제1 플라즈마 점화 임계값(T1)보다 작도록 치수가 정해지고 기판(5)의 표면(51)으로부터 제1 거리(D1)에 위치하여,
    기판(5)의 표면과 돌출부들(11) 사이에 국소적으로 플라즈마를 생성하지 않으면서 기판(5)의 표면과 리세스들(12) 사이에 공간적으로 분리된 플라즈마 영역(22)을 생성하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    돌출부들(11)은, 인가된 전압차 V(t)의 경우에, 선택된 압력(P)과 제1 거리(D1)의 곱이 제1 플라즈마 점화 임계값(T1)과 제2 플라즈마 소화 임계값(T2) 사이에 포함되도록 치수가 정해지고 기판(5)의 표면(51)으로부터 제1 거리(D1)에 위치하고,
    리세스들(12)은, 인가된 전압차 V(t)의 경우에, 선택된 압력(P)과 제2 거리(D2)의 곱이 제2 플라즈마 소화 임계값(T2)보다 크도록 치수가 정해지고 기판(5)의 표면(51)으로부터 제2 거리(D2)에 위치하여,
    기판(5)의 표면과 리세스들(12) 사이에 국소적으로 플라즈마를 생성하지 않으면서 기판(5)의 표면과 돌출부들(11) 사이에 공간적으로 분리된 플라즈마 영역(21)을 생성하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    제1 전극 조립체(1)는 적어도 제1 및 제2 부분들(111, 121)을 포함하고, 제1 부분(111)은 제1 위치와 제2 위치 사이에서 제2 부분(121)과 상대 이동하여, 제1 위치에서 상기 제1 전극 조립체(1)는 복수의 돌출부들(11) 및 복수의 리세스들(12)을 형성하고, 제2 위치에서 상기 제1 전극 조립체(1)는 기판(5)의 표면과 대면하는 평평한 표면을 형성하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생 장치.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    복수의 리세스들(12, 13, 14, 15, 16, 17, 18)은 복수의 캐비티들(15, 151, 152, 153)을 포함하고, 각각의 캐비티(15, 151, 152, 153)는 채널(16, 161, 162, 163)에 의해 전극간 공간과 연결되고, 캐비티들(15, 151, 152, 153)은 선택된 압력(P)에서 상기 캐비티들(15, 151, 152, 153) 내에 플라즈마(25)가 생성되도록 치수가 정해지고, 채널들(16, 161, 162, 163)은 캐비티들(15, 151, 152, 153)에 생성된 플라즈마(25)가 전극간 공간을 향하여 확산되도록 치수가 정해지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생 장치.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    복수의 리세스들(12, 13, 14, 15, 16, 17, 18)은 복수의 공통 캐비티(19)와 연결된 복수의 채널들(12)을 포함하고, 공통 캐비티(19)는 적어도 하나의 가스 입구(40) 및 적어도 하나의 가스 출구(43)와 연결되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생 장치.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서,
    상기 캐비티(15, 19, 151, 152, 153)는 정사각형, 직사각형, 구형 또는 원뿔형 프로파일을 갖거나/갖고, 상기 채널들(12, 16)은 직사각형, 사다리꼴형, 원뿔형 또는 원통형 형상 중에 선택된 단면 형상, 또는 기판(5)의 표면(51) 상에 결정된 공간적인 프로파일을 갖는 패턴을 생성하도록 선택된 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생 장치.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    제1 전극 조립체(1)는 적어도 제1 및 제2 서브-세트의 리세스들(17, 18)을 포함하고, 제1 서브-세트의 리세스들(17)은 제2 서브-세트의 리세스들(18)과 전기적으로 절연되고,
    제1 전극 조립체(1)는 각각의 제1 및 제2 서브-세트의 리세스들(17, 18)과 전기적으로 연결된 각각의 제1 및 제2 서브-전극들(47, 48)을 포함하고,
    전력 공급기(6)는 각각의 제1 및 제2 서브-전극들(47, 78) 및 제2 전극 조립체(2) 사이에 각각의 제1 및 제2 전압차가 생성되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생 장치.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    제1 전극 조립체(1)는 적어도 제1 및 제2 서브-세트의 리세스들(13, 14)을 포함하고, 상기 가스 공급 조립체는 제1 및 제2 유입 가스 라인(41, 42)을 포함하고, 각각의 제1 및 제2 유입 가스가 각각의 제1 및 제2 서브-세트의 리세스들(13, 14)로 주입되도록, 각각의 제1 및 제2 가스 라인(41, 42)은 각각의 제1 및 제2 서브-세트의 리세스들(13, 14)과 유체 소통되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생 장치.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 돌출부들(11) 및 상기 복수의 리세스들(12, 13, 14, 15, 16, 17, 18)은 1차원 또는 2차원의 주기적인 배열로 배치되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생 장치.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 전극 조립체(1) 및/또는 상기 제2 전극 조립체(2)는 병진 이동 스테이지 또는 회전 스테이지 상에 장착되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생 장치.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    전력 공급기(6)는 제1 및 제2 전극들 사이에 인가될 전압차를 생성하도록 구성되고, 전압차는 시간에 걸쳐 일정하거나, 전압차는 시간에 따라 변하며 500kHz ~ 100MHz 범위의 단일 기본 주파수를 포함하거나 500kHz ~ 100MHz 범위의 기본 주파수의 복수의 고조파를 포함하고, 복수의 고조파들의 각각의 진폭 및 위상은 진폭 비대칭 및/또는 기울기 비대칭을 갖는 파형을 갖는 전압차를 생성하도록 선택되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생 장치.
  13. 공간적으로 분리된 플라즈마 처리를 이용하여 패턴화된 디바이스를 제조하는 방법으로서,
    a) 플라즈마 발생 장치의 플라즈마 반응 챔버에 기판(5)을 배치하는 단계 - 기판(5)은 제2 전극 조립체(2)와 접촉하고, 복수의 돌출부들(11) 및 복수의 리세스들(12, 13, 14, 15, 16, 17, 18)을 포함하는 제1 전극 조립체(1)와 대면하는 표면(51)을 구비함 - ;
    b) 선택된 압력(P)하에서 플라즈마 반응 챔버에 유입 가스 또는 가스 혼합물을 주입하는 단계;
    c) 기판(5)의 표면(51)으로부터 돌출부(11)가 제1 거리(D1)에 있고 리세스(12)가 제2 거리(D2)에 있도록 제1 전극 조립체(1)를 구성하는 단계; 및
    d) 제1 전극 조립체(1)와 제2 전극 조립체(2) 사이에 전압차를 인가하는 단계 - 기판(5)의 표면(51)과 복수의 리세스들(12) 사이에 또는 기판(5)의 표면(51)과 복수의 돌출부들(11) 사이에 선택적으로 배치된 공간적으로 분리된 복수의 플라즈마 영역들(21, 22)을 생성하여 기판(5)의 표면에 패턴을 형성하도록, 돌출부(11)와 리세스들(12, 13, 14, 15, 16, 17, 18)은 치수가 정해지고 기판(5)의 표면(51)으로부터 각각의 거리(D1, D2)에 위치함 - ;를 포함하는 패턴화된 디바이스 제조 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    e) 제1 전극 조립체(1)의 제2 서브-세트의 리세스들(18)로부터 제1 서브-세트의 리세스들(17)을 전기적으로 절연하는 단계; 및
    f) 제2 전극 조립체(2)와 각각의 제1 및 제2 서브-세트의 리세스들(17, 18) 사이에 각각의 제1 및 제2 전압차를 인가하는 단계를 더 포함하는 패턴화된 디바이스 제조 방법.
  15. 제13항 또는 제14항에 있어서,
    g) 각각의 제1 및 제2 가스 라인(41, 42)과 제1 전극 조립체(1)의 각각의 제1 및 제2 서브-세트의 리세스들(13, 14)을 유체 연결시키는 단계; 및
    h) 각각의 제1 및 제2 유입 가스를 각각의 제1 및 제2 서브-세트의 리세스들(13, 14)에 주입하는 단계를 더 포함하는 패턴화된 디바이스 제조 방법.
  16. 제13항에 있어서,
    단계 a) 이전에, 단계 a)에서 제1 전극 조립체(1)와 대면하게 되는 기판의 표면(51) 상에 균일 층을 증착하는 초기 단계를 더 포함하고,
    단계 b)에서 주입된 유입 가스 또는 가스 혼합물은, 단계 d)에서 생성된 공간적으로 분리된 플라즈마 영역들(26)이 균일 층(30)의 공간 선택적 에칭을 생성하여 균일 층(30)의 개구들(36)을 에칭함으로써 패턴 층(130)을 형성하도록 선택되는, 패턴화된 디바이스 제조 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    단계 d) 이후에,
    i) 개구들(36) 및 패턴 층(130) 상에 또 하나의 균일 층(38)을 증착하는 또 하나의 단계;
    m) 또 하나의 일련의 단계들 a), b), c) 및 d)를 적용하는 단계를 더 포함하고,
    상기 또 하나의 단계 b)에서 주입된 유입 가스 또는 가스 혼합물은, 상기 또 하나의 단계 d)에서 생성된 공간적으로 분리된 플라즈마 영역들(28)이 패턴 층(130) 상에 상기 또 하나의 균일 층(38)의 공간 선택적 에칭을 생성하여 패턴화된 층(130)의 개구들(36)에 또 하나의 패턴 층(138)을 형성하도록 선택되는, 패턴화된 디바이스 제조 방법.
  18. 제16항에 있어서,
    단계 d) 이후에,
    n) 또 하나의 일련의 단계들 a), b), c) 및 d)를 적용하는 단계를 더 포함하고,
    상기 또 하나의 단계 b)에서 주입된 유입 가스 또는 가스 혼합물은, 상기 또 하나의 단계 d)에서 생성된 공간적으로 분리된 플라즈마 영역들(29)이 패턴 층(130)의 개구들(36)에 또 하나의 패턴 층(139)의 공간 선택적 증착을 생성하도록 선택되는, 패턴화된 디바이스 제조 방법.
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Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ES2773989T3 (es) 2017-05-19 2020-07-16 Total Sa Aparato y método para el procesamiento de texturizado
JP7039234B2 (ja) * 2017-09-29 2022-03-22 芝浦メカトロニクス株式会社 成膜装置
KR102670124B1 (ko) * 2018-05-03 2024-05-28 주성엔지니어링(주) 기판 처리 장치
EP3579284A1 (en) 2018-06-08 2019-12-11 Total SA Method to obtain a photovoltaic device
EP3648174A1 (en) 2018-10-31 2020-05-06 Total SA Photovoltaic assembly
KR20210099153A (ko) * 2018-12-21 2021-08-11 에바텍 아크티엔게젤샤프트 하나 이상의 기판을 진공 플라즈마 처리하거나 기판을 제조하기 위한 진공 처리 장치 및 방법

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003317998A (ja) * 2002-04-22 2003-11-07 Sekisui Chem Co Ltd 放電プラズマ処理方法及びその装置
JP2006179651A (ja) * 2004-12-22 2006-07-06 Sony Corp パターンの形成方法
JP2006179720A (ja) * 2004-12-22 2006-07-06 M Setek Co Ltd プラズマ加工装置
KR20110104847A (ko) * 2010-03-17 2011-09-23 최대규 용량 결합 플라즈마 반응기
KR20140084906A (ko) * 2012-12-27 2014-07-07 제이에스라이팅 주식회사 기판 처리 장치

Family Cites Families (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4039930A1 (de) * 1990-12-14 1992-06-17 Leybold Ag Vorrichtung fuer plasmabehandlung
JP3107971B2 (ja) * 1994-05-17 2000-11-13 株式会社半導体エネルギー研究所 気相反応装置
JPH08306499A (ja) * 1995-04-28 1996-11-22 Kazuo Terajima 高圧環境下極小電極ギャッププラズマ発生装置
JP3295310B2 (ja) * 1995-08-08 2002-06-24 三洋電機株式会社 回転電極を用いた高速成膜方法及びその装置
DE10060002B4 (de) * 1999-12-07 2016-01-28 Komatsu Ltd. Vorrichtung zur Oberflächenbehandlung
US7465407B2 (en) * 2002-08-28 2008-12-16 Panasonic Corporation Plasma processing method and apparatus
JP4146773B2 (ja) * 2002-08-28 2008-09-10 松下電器産業株式会社 プラズマ処理方法及び装置
JP4038816B2 (ja) * 2003-02-03 2008-01-30 セイコーエプソン株式会社 表面処理装置
KR100756227B1 (ko) * 2004-01-19 2007-09-06 성균관대학교산학협력단 평판 표시 소자 제조에 사용되는 상압 플라즈마 식각 장치
JP2005260186A (ja) * 2004-03-15 2005-09-22 Sharp Corp プラズマプロセス装置
JP4819411B2 (ja) * 2005-06-22 2011-11-24 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理装置
JP2007242563A (ja) * 2006-03-10 2007-09-20 Sharp Corp プラズマプロセス装置
JP2008294118A (ja) * 2007-05-23 2008-12-04 Canon Anelva Corp 基板処理装置
JP5013332B2 (ja) * 2007-08-10 2012-08-29 国立大学法人大阪大学 プラズマ処理装置
WO2009125477A1 (ja) * 2008-04-08 2009-10-15 株式会社島津製作所 プラズマｃｖｄ用のカソード電極、およびプラズマｃｖｄ装置
EP2324687B1 (en) * 2008-08-20 2016-01-27 Vision Dynamics Holding B.V. Device for generating a plasma discharge for patterning the surface of a substrate
WO2011102711A1 (en) * 2010-02-17 2011-08-25 Vision Dynamics Holding B.V. Device and method for generating a plasma discharge for patterning the surface of a substrate
EP2362001A1 (en) * 2010-02-25 2011-08-31 Nederlandse Organisatie voor toegepast -natuurwetenschappelijk onderzoek TNO Method and device for layer deposition
EP2362411A1 (en) * 2010-02-26 2011-08-31 Nederlandse Organisatie voor toegepast -natuurwetenschappelijk onderzoek TNO Apparatus and method for reactive ion etching
US20130059448A1 (en) * 2011-09-07 2013-03-07 Lam Research Corporation Pulsed Plasma Chamber in Dual Chamber Configuration
US8450051B2 (en) * 2010-12-20 2013-05-28 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. Use of patterned UV source for photolithography
JP5725993B2 (ja) * 2011-06-20 2015-05-27 三菱電機株式会社 表面処理装置
US9666414B2 (en) * 2011-10-27 2017-05-30 Applied Materials, Inc. Process chamber for etching low k and other dielectric films
JP2013168489A (ja) * 2012-02-15 2013-08-29 Toshiba Corp プラズマ処理装置および半導体装置の製造方法
US20140299273A1 (en) * 2013-04-08 2014-10-09 Lam Research Corporation Multi-segment electrode assembly and methods therefor
CN104715996B (zh) * 2013-12-13 2018-04-06 北京北方华创微电子装备有限公司 下电极装置以及等离子体加工设备

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003317998A (ja) * 2002-04-22 2003-11-07 Sekisui Chem Co Ltd 放電プラズマ処理方法及びその装置
JP2006179651A (ja) * 2004-12-22 2006-07-06 Sony Corp パターンの形成方法
JP2006179720A (ja) * 2004-12-22 2006-07-06 M Setek Co Ltd プラズマ加工装置
KR20110104847A (ko) * 2010-03-17 2011-09-23 최대규 용량 결합 플라즈마 반응기
KR20140084906A (ko) * 2012-12-27 2014-07-07 제이에스라이팅 주식회사 기판 처리 장치

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