專(zhuān)利名稱(chēng)：硅基材的加工方法、基加工品和加工裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種硅基材的加工方法、其加工品和加工裝置。更具體地，本發(fā)明涉及在精密加工 品、晶 體管、LSI、太陽(yáng)能電池等的制造中有用的晶體硅基材的加工方法、以及用該方法加工成的晶體硅基材的加工品、還有^吏用它的部件和元件、以及用來(lái)實(shí)施該加工的加工裝置。
背景技術(shù)：
目前在太陽(yáng)能發(fā)電時(shí)提供的太陽(yáng)能電池中，被制造和使用最多的是晶體硅太陽(yáng)能電池。不過(guò)，現(xiàn)狀是與火力、水力、原子能等以往的發(fā)電方法相比，利用太陽(yáng)能發(fā)電生成的電能的成本還很高，所以為了使該可再生能源廣泛普及還存在太陽(yáng)能電池的制造成本、光電變換效率的提高、延長(zhǎng)壽命等的問(wèn)題。
目前在實(shí)用中提供的晶體硅太陽(yáng)能電池的制造工序大致分為晶體襯底的制造工序、太陽(yáng)能電池的單元電池的制造工序、把單元電池組裝成所希望的發(fā)電部件的模塊制造工序。
晶體村底的制造工序由以下各工序構(gòu)成用碳還原硅石得到低純度的金屬硅，將其氯化或鹽酸化，在氯化物或鹽酸化合物的狀態(tài)下提純而成為高純度的硅，將其再次還原，利用鑄造法或直拉單晶制造法(Czochralski， CZ法)等的結(jié)晶化方法把得到的高純度的硅整形為雜質(zhì)和晶體缺陷少的錠形，從其切出片狀的硅。
另外，目前， 一般的太陽(yáng)能電池的單元電池的制造工序大致如下所述。即，首先，針對(duì)從形成為通常電阻率為in.cm左右、導(dǎo)電類(lèi)型為p型的錠切割出的片狀的硅襯底(晶片)，用混合酸或堿溶液蝕刻除去在切割工序中不可避免地形成的表面晶體缺陷層。然后，使磷熱擴(kuò)散，在硅襯底表面上形成淺的pn結(jié)，暫時(shí)除去熱擴(kuò)散時(shí)形成的磷玻璃，以作為防反射條件的通常為80nm左右的厚度形成硅氮化物(SiNx)薄膜，用氣體蝕刻除去硅襯底的側(cè)端面或背面的磷擴(kuò)散層，除去并分離pn結(jié)的一部分。然后，在背面的大致整個(gè)面上印刷涂敷以鋁(Al)為主要成分的金屬漿料并使其干燥，進(jìn)而在以后要對(duì)引線進(jìn)行焊料焊接的區(qū)域上用以銀(Ag)為主要成分的金屬漿料印刷圖案，在表面(光接收面)上用Ag漿料印刷用來(lái)降低表面導(dǎo)電層的電阻的細(xì)的布線和引線的焊料焊接的柵格狀的圖案并使其干燥，在該狀態(tài)下以700°C以上的溫度燒制。該狀態(tài)是稱(chēng)為太陽(yáng)能電池的單元電池的半成品，但在表背面上對(duì)用于模塊化的引線進(jìn)行焊料焊接的工序，與此后的模塊化工序相連。
在晶體硅太陽(yáng)能電池模塊的制造中，以上那樣的晶體襯底的制造工序和太陽(yáng)能電池的單元電池的制造工序是不可缺少的，但在模塊的制造成本中，襯底的成本占大約1/3,單元化的成本占1/3。因此，如果以以往的制造方法為基準(zhǔn)，為了實(shí)現(xiàn)晶體硅太陽(yáng)能電池的低成本化，降低襯底的成本和單元化的工序成本是非常重要的問(wèn)題。另外，與這樣的成本削減有關(guān)的對(duì)象之一就是把硅錠切割成片狀的切片(slice )技術(shù)。
在以往技術(shù)中，作為硅錠的切片，在實(shí)用中提供了例如圖19中示意性地示出的使用了多線鋸(multi-wire saw )的切斷4支術(shù)(日本特開(kāi)平05-185419號(hào)公報(bào)(日本專(zhuān)利第2571488號(hào))、日本特開(kāi)平09-066522號(hào)公報(bào)(日本專(zhuān)利第2891187號(hào)))。在圖19中，附圖標(biāo)記19是驅(qū)動(dòng)絲線24的主輥，以錠的切片節(jié)距加工圓周狀的導(dǎo)引溝。沿該導(dǎo)引溝把絲線24巻繞成與三個(gè)主輥19外接，使絲線24 —邊進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)一邊送出。絲線24 —般由直徑150~200|im的高張力的鋼琴線構(gòu)成。在進(jìn)行錠的切片時(shí)，從供給裝置25向主輥19中的一個(gè)(圖中是主輥19a)供給在分散液中懸浮有粒徑幾jLim的金剛石磨粒的漿液，將其涂敷在絲線24上，把平行地移動(dòng)的一組絲線按壓在硅錠上。硅錠1有時(shí)是利用拉引法形成的圓柱形的單晶棒，有時(shí)是從利用鑄造法獲得的多晶塊切出的棱柱狀。在無(wú)論哪種情況下都是，暫時(shí)接合到支撐臺(tái)(未圖示)上，根據(jù)切斷速度使硅錠1垂直地微動(dòng)以使其與支撐臺(tái)一起靠近絲線組，同時(shí)把硅錠l切斷，獲得多個(gè)薄片狀襯底。
該使用了多線鋸的切片法是切斷速度為200 30(Him/分的比較快、且通過(guò)纏繞多圏絲線而能夠同時(shí)獲得1000片以上襯底的生產(chǎn)率高的方法，作為獲得太陽(yáng)能電池用的硅襯底的方法已被標(biāo)準(zhǔn)化。
但是，該方法中存在與硅襯底的薄型化有關(guān)的嚴(yán)重問(wèn)題。圖20示意性地示出對(duì)錠進(jìn)行切斷時(shí)的剖面狀況，在硅錠1中，以利用向在與紙面垂直的方向上滑動(dòng)的多條絲線24之間供給的金剛石磨粒26摩擦的方式進(jìn)行切斷，其結(jié)果，形成薄的硅襯底12。得到的硅襯底12的厚度W,是以主輥19的導(dǎo)引溝節(jié)距P為基準(zhǔn)尺寸，除去了由絲線直徑D與磨粒直徑的2 3倍大小的切斷間隙S確定的切線寬度K后剩余的厚度。用該方式可以獲得薄的村底，但同時(shí)希望不降低錠利用率(=W/P)。不過(guò)，為了在減小硅襯底厚度W的同時(shí)縮小切線寬度K,必須減小絲線直徑D和磨粒直徑，但另一方面，如果絲線直徑變細(xì)，則絲線24容易切斷，如果減小磨粒直徑，則切斷速度降低，哪種情況都會(huì)犧牲生產(chǎn)率，所以從襯底成本的角度來(lái)看，目前的狀況是基本上已經(jīng)接近極限。
另外，由于是稱(chēng)為切削的機(jī)械方法，所以在襯底表面上殘留具有磨粒直徑的1 3倍的厚度的損傷層(晶體缺陷層)，由此在形成單元電池的工序開(kāi)始時(shí)一般要進(jìn)行蝕刻除去該損傷層的處理。在薄的襯底中這成為錠利用率進(jìn)一步降低的主要原因。
另外，在使用了多線鋸的錠切片法中，由于用金剛石磨粒進(jìn)行切削，同時(shí)還發(fā)生與硅錠同程度的絲線自身的切削。因此，絲線的損耗很大，通常，如果一邊進(jìn)行短的往復(fù)擺動(dòng)一邊一次送出，則長(zhǎng)達(dá)幾百km的絲線會(huì)被廢棄。另外，由于從切削屑中優(yōu)先回收磨粒，所以硅的切屑不被再利用。因此，與切片工序伴隨的耗材成本也是硅襯底的成本降低的障礙。
如上所述，在太陽(yáng)能電池制造工序中，以往的錠切片法在硅襯底的厚度和利用率方面基本上已經(jīng)到達(dá)極限，為了以更高的利用率廉價(jià) 地獲得更薄的襯底，必須引入以往沒(méi)有的創(chuàng)新的切斷方法。
對(duì)于單元電池制造工序，也要求用來(lái)實(shí)現(xiàn)高效率單元電池結(jié)構(gòu)的
襯底加工的低成本化。 一般的單元電池結(jié)構(gòu)是圖21A所示那樣的比較 平坦的層結(jié)構(gòu)。圖21A中的附圖標(biāo)記l是例如p型硅襯底，在表面(光 接收面)上形成擴(kuò)散了磷的n型層27，在背面上形成擴(kuò)散了背面電極 28的鋁的高濃度p型層29，在n型層27的上部形成梳形的表面電極 30 (圖中只示出一部分)。
這樣的 一般結(jié)構(gòu)的問(wèn)題是表面電極30的遮光和電阻。為了降低n 型擴(kuò)散層27的表面電阻(sheet resisitance，薄層電阻)，表面電極 30必須以適當(dāng)?shù)拈g隔設(shè)置， 一般是間隔為2 3mm的細(xì)的平行格子狀 電極。通常，用絲網(wǎng)印刷等的方法形成圖案，但通過(guò)一次印刷得到的 銀燒制層的厚度為l(Han左右，為了得到所希望的電阻值須以 200 300iLim的寬度形成。另外，為了在與該平行格子狀電極垂直的共 用集電電極(母線電極)上也流過(guò)大的電流，須為3~4mm那么粗。 因此，電極對(duì)太陽(yáng)能電池的光接收面的覆蓋比例(遮光率)大，有時(shí) 超過(guò)10%。
為了改善這樣的問(wèn)題，提出了圖21B所示的埋入接觸結(jié)構(gòu)，在高 效率用途中是實(shí)用的。該結(jié)構(gòu)為，例如，在p型硅襯底l的表面(光 接收面)側(cè)設(shè)置寬度50 100fim、深度50~100|xm的深溝11，覆蓋著 包含深溝11的表面的單元電池的表面(光接收面)形成n型的磷擴(kuò)散 層27，與一般單元電池時(shí)同樣地，在單元電池的背面形成擴(kuò)散了來(lái)自 背面電極28的鋁的高濃度p型層29。制作在深溝11中利用鍍敷等的 方法埋入銀而形成埋入電極31的結(jié)構(gòu)。在該埋入接觸結(jié)構(gòu)中，由于電 極的縱橫比大，所以向光接收面投影的投影面積小，電極遮蔽率可以 為5%以下，與一般的單元電池結(jié)構(gòu)相比，僅此就有5%的輸出改善， 而且，通過(guò)增大電極的截面面積減小電極的線電阻、以及借助于增大 與n型層的接觸面積而減小接觸電阻等，獲得減少單元電池的串聯(lián)電 阻、改善單元電池的曲線因子的效果。該形成深溝11的工序，如圖22A所示，在硅襯底1上形成表面 擴(kuò)散層27時(shí)形成表面氧化膜32，如圖22B所示，隔著該表面氧化膜 32—邊照射激光33—邊掃描，利用燒蝕形成深溝11。然后，如圖22C 所示，在深溝11的底和側(cè)壁上進(jìn)一步實(shí)施磷擴(kuò)散，可以形成與埋入電 極的低電阻接觸。不過(guò)，與一般的其它制造方法相比，該方法的工序 數(shù)增加，而且在掃描中使用能量單價(jià)高的激光，所以工藝成本增加。 因此，埋入接觸單元電池的使用特別地限于要求高效率的用途，沒(méi)有 實(shí)現(xiàn)廣泛使用。
作為高效率結(jié)構(gòu)的其它方法，例如有D. Kray等人提出的
Proceedings of 3rd World Conference on Photovoltaic Energy Conversion, 2003， ( 12-16 May 2003 ) ， Vol.2,第1340-1343頁(yè)所公 開(kāi)的方法，即，圖23A中示意性地示出的稱(chēng)為發(fā)射極包圍通過(guò) (emitter-wrap-through )的貫通孑L發(fā)射極結(jié)構(gòu)。在該結(jié)構(gòu)中，例如， 在p型硅襯底1上陣列狀地設(shè)置貫通表面和背面的微細(xì)孔14,在貫通 孔側(cè)面和背面的一部分上也用與表面(光接收面)同樣的n型磷擴(kuò)散 層27覆蓋，在背面上形成通常在表面?zhèn)仍O(shè)置的n型區(qū)域用電極30。 對(duì)大塊(bulk)的p型區(qū)域設(shè)置p型高濃度區(qū)29，形成背面電極結(jié)構(gòu) 28。 p型高濃度區(qū)29通過(guò)硼的選擇擴(kuò)散、與一般結(jié)構(gòu)類(lèi)似的來(lái)自背面 電極28的鋁的擴(kuò)散等形成。
該結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是，比上述的埋入接觸單元電池更能減少光接收面 的電極遮蔽，接近100%地利用入射光，而且還有表面上無(wú)電極的美 觀上的優(yōu)點(diǎn)。而且，還有電極集中到背面上，在制作模塊時(shí)可以在背 面的同一平面上進(jìn)行單元電池的串聯(lián)連接的工序上的優(yōu)點(diǎn)。但是，在 以往情況下，使用如圖23B所示用激光33逐步形成貫通襯底的表面 和背面的微細(xì)孔14的加工法，有制造成本高的缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
(發(fā)明要解決的問(wèn)題)
本發(fā)明基于上述那樣的背景，目的在于提供一種新的技術(shù)手段，能夠克服上述背景技術(shù)中的種種問(wèn)題，即，在晶體硅太陽(yáng)能電池的制 造中的硅錠的切片工序中作為標(biāo)準(zhǔn)使用的多線鋸中附帶的諸多問(wèn)題
(即，襯底的薄型化極限、硅材料的利用率、切片伴隨的耗材成本、 切削后的硅村底表面的晶體缺陷層的形成等)、機(jī)械切削技術(shù)中的制 造成本極限和工序所需的耗能極限、還有高效率單元電池制造工序中 作為標(biāo)準(zhǔn)的使用激光的襯底加工所伴隨的制造成本極限和工序所需的 耗能極限。
(用來(lái)解決問(wèn)題的手段) 本發(fā)明，為了徹底地解決以往的機(jī)械或激光蒸發(fā)之類(lèi)的熱加工技 術(shù)所伴隨的諸多問(wèn)題，其最主要的特征是在晶體硅太陽(yáng)能電池的制造 工序中運(yùn)用基于電化學(xué)反應(yīng)的加工原理。
即，本發(fā)明的硅基材的加工技術(shù)，其特征在于作為主要的構(gòu)成 要素，使用硅基材、與上述硅基材對(duì)置且靠近設(shè)置的對(duì)置電極、在上 述硅基材與上述對(duì)置電極之間與這兩者相接地夾著的電解液；包含通 過(guò)以上述硅基材為陽(yáng)極且以上述對(duì)置電極為陰極，在上述硅基材與上 述對(duì)置電極之間流動(dòng)電流而使上述硅基材陽(yáng)極氧化的工序；且通過(guò)使 上述硅基材與上述對(duì)置電極的相對(duì)位置隨時(shí)間變化、 一邊局部地溶解 上述硅基材一邊使上述對(duì)置電極嵌入上述硅基材的內(nèi)部，選擇性地除 去上述硅基材。在本說(shuō)明書(shū)中，把進(jìn)行這樣的局部的且自整合的加工 稱(chēng)為"嵌入"。
而且，作為本發(fā)明的簡(jiǎn)便、穩(wěn)定、利于使用的特長(zhǎng)，有以下的新 事實(shí)的發(fā)現(xiàn)。對(duì)置電極是鉑等的金屬，是電的良導(dǎo)體。被加工的硅雖 然說(shuō)是半導(dǎo)體，但其電阻率很大程度上與混入的活性雜質(zhì)的量相關(guān)， 通常為l，OOO Q cm以下，在孩i芯片和太陽(yáng)能電池中使用的為0.01-10 Q cm左右，雖然沒(méi)有嚴(yán)格的定義，但通常也不是1，000，000，000 n.cm以上的絕緣物。因此，很自然地認(rèn)為，在金屬性的良導(dǎo)體與雖 不是金屬但導(dǎo)電性高的硅半導(dǎo)體在電解液中接觸的狀況下，即使在某 一點(diǎn)上接觸也會(huì)發(fā)生電氣短路，陽(yáng)極氧化動(dòng)作停止。因此，應(yīng)當(dāng)認(rèn)為 本發(fā)明這樣的利用法是不可能的、或者極不穩(wěn)定，難以實(shí)用。然而，本發(fā)明人的試驗(yàn)研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)了以下事實(shí)，應(yīng)當(dāng)認(rèn)為在實(shí)用中完全看 不到上述短路，且即使引起例如瞬時(shí)短路也會(huì)自行復(fù)原。其結(jié)果實(shí)現(xiàn) 了本發(fā)明。
以上的本發(fā)明的最重要的特征，作為技術(shù)構(gòu)思，迄今為止既沒(méi)有 被提出過(guò)也沒(méi)有被預(yù)測(cè)過(guò)。另外，從結(jié)果上看，該特征符合電化學(xué)反 應(yīng)的合理的加工原理。
本發(fā)明的加工技術(shù)，針對(duì)晶體硅太陽(yáng)能電池的硅基材的加工可以 有各種各樣的使用方法，但首先用圖1所示的簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)說(shuō)明這些加工 方法共用的加工原理。
作為本發(fā)明的基礎(chǔ)的是稱(chēng)為"陽(yáng)極氧化"的現(xiàn)象。用來(lái)使硅襯底
陽(yáng)極氧化的要件，例如如圖l所示，是收容電解液4的電解槽5、電 源6和電源控制器7、與電源連接的陰極(一般是鉑)2和陽(yáng)極3、與 陽(yáng)極3連接的陽(yáng)極氧化被加工物(此時(shí)為硅襯底)1、夾在陽(yáng)極氧化被 加工物1與陰極2之間的電解液4。在該例的情況下，珪村底l放置 在陽(yáng)極3上，在硅襯底1與電解槽5之間設(shè)置密封8以使電解液4不 會(huì)漏出，但這是為了使電解液4不直接接觸陽(yáng)極3，根據(jù)裝置結(jié)構(gòu)的 不同未必一定需要它。電流經(jīng)由硅襯底1和電解液4流到陰極2，由 此，尤其在硅襯底為p型時(shí)空穴電流3a向襯底表面流動(dòng)，通過(guò)向與電 解液4的接觸部供給空穴3b，引起陽(yáng)極氧化反應(yīng)。如后所述，在空穴 的供給少時(shí)有時(shí)還會(huì)形成多孔的陽(yáng)極氧化層9，但在本發(fā)明的工作條 件下該部分的硅原子溶解到電解液中，該部分消失。
p型硅村底溶解的機(jī)理通過(guò)例如阿隆格等人提出的圖2所示的反 應(yīng)模型(P. Allongue， "Properties of Porous Silicon( L. Canham ed.)，， INSPEC, IEE ( 1997)，笫3-11頁(yè))被理解。如圖2A的原子模型所 示，在氫氟酸水溶液中浸漬的硅襯底的表面以氫原子為終端。在該狀 態(tài)下硅襯底穩(wěn)定地存在。如果以電解研磨峰值以下的小的電流密度流 過(guò)電流，供給空穴(h+),則經(jīng)過(guò)圖2 (A) ■> (E)那樣的過(guò)程對(duì)于 兩個(gè)空穴有一個(gè)Si原子溶解到電解液中。在圖2 (A)中由于來(lái)自大 塊的空穴供給，表面的氫原子(質(zhì)子)游離，同時(shí)在襯底表面上形成Si的懸掛鍵，它與繼續(xù)供給的空穴和溶液中的水分子(H20)反應(yīng)， 一邊釋放出質(zhì)子， 一邊變成氫氧根(-OH)(圖2(B)—圖2(C))。 電解液中的氟離子(F—)與其作用而置換成氫氧根(-OH)(圖2(D))。
在圖2 (D)—圖2 (E)的階段中，未離解的HF和H20分子作 用于因SiF鍵強(qiáng)烈極化的晶體表面的Si的反向鍵合，對(duì)硅(5')原子 賦予II原子，使Si(S+)原子脫離，生成的HFSi (OH) 2化合物在 電解液中游離。HFSi (OH) 2化合物在電解液中進(jìn)一步受到HF和 H20分子的作用而加水分解，生成H2氣。通過(guò)該一系列的反應(yīng)，伴 隨著一個(gè)Si原子的溶解，在襯底表面上生成一個(gè)氫分子和兩個(gè)質(zhì)子。
在電流密度高、空穴供給充分時(shí)，Si-H鍵置換成Si-OH鍵的速 度加快，相鄰的Si-OH發(fā)生交聯(lián)，生成Si-O-Si即硅氧化物的過(guò)程占 優(yōu)勢(shì)，向硅氧化膜被氫氟酸溶液溶解的所謂電解研磨模式轉(zhuǎn)移。
由于利用空穴的供給進(jìn)行反應(yīng)，所以在利用光的照射生成空穴-電子對(duì)時(shí)反應(yīng)被促進(jìn)。另外，由于n型硅襯底的情況下空穴少，所以 在黑暗處基本上不進(jìn)行陽(yáng)極氧化反應(yīng)，但是如果形成利用光照射供給 空穴的情況，則發(fā)生與其流動(dòng)方式對(duì)應(yīng)的陽(yáng)極氧化反應(yīng)。
圖3示出在稀釋氬氟酸水溶液中把p型硅基材陽(yáng)極氧化時(shí)的典型 J-V(電流密度-電壓(電勢(shì)))曲線。電流-電壓特性有些復(fù)雜，如果 電勢(shì)增加，則一開(kāi)始電流急劇增加，到達(dá)尖銳的峰后暫時(shí)下降，然后 再增加。該電流峰稱(chēng)為"電解研磨峰"，其值Jep不太與襯底的種相關(guān) 類(lèi)，而與電解液的組成相關(guān)。如果表示電解研磨峰的電勢(shì)為Vepl，在 0<V<Vepl的區(qū)域A中在晶體硅中形成微細(xì)孔，形成多孔結(jié)構(gòu)。為了 獲得多孔層，在該電流區(qū)域A中也使用電流少的部分。
VepKV的區(qū)域通常稱(chēng)為"電解研磨區(qū)"，在晶體硅中不形成微 細(xì)孔，但表面的狀態(tài)依賴(lài)于電流密度。為了獲得平滑的電解研磨表面， 通常利用比Jep大的電流區(qū)域，即在Vep2<V的區(qū)域C中也利用電流密 度大的部分。
在本發(fā)明中的表面加工中，不希望在被切斷的加工物的^^面附近 形成微細(xì)孔，而且也不希望用電解研磨模式蝕刻寬范圍的區(qū)域，所以在電解研磨模式中也必須使用電流密度小的區(qū)域。該區(qū)域可以定義為 比"電解研磨峰"Jep大，比暫時(shí)減小了的電流密度再次成為比"電解
研磨峰"的值大的值的電勢(shì)Vep2小的區(qū)域B，即Vepl<V<Vep2。但是，
在本發(fā)明中由于以恒流模式施加電壓，所以電流值基本上在Jep處保持 恒定，但電壓值會(huì)多少超過(guò)Vep1 Vep2的范圍而變化。作為陽(yáng)極氧化 的模式，是從形成多孔變質(zhì)層的模式的上限到獲得平滑的電解研磨的 模式的下限之間的范圍。該區(qū)域是以形成多孔層和電解研磨平板基材 為目的時(shí)迄今未利用過(guò)的陽(yáng)極氧化區(qū)域。在為了對(duì)硅基材進(jìn)行精密加 工而使用本發(fā)明時(shí)利用該區(qū)域是合適的，其條件也可以被稱(chēng)為"形成 多孔層模式與電解研磨模式并存的中間區(qū)域"。具體地說(shuō)，電壓區(qū)域 因硅基材的電阻率、電解液的組成、裝置結(jié)構(gòu)和陽(yáng)極氧化電流水平而
變化，但能夠期待本發(fā)明的效果的是上述Vepl<V<Vep2的區(qū)域， 一般 的外部施加電壓值是0.3 20V左右的范圍。當(dāng)然，與加工精密性相比，
必須提高加工速度時(shí)，Vep2以上的區(qū)域中的動(dòng)作是有效的，不妨施加
在區(qū)域c上。
上述的說(shuō)明是假定在襯底表面上形成均勻的陽(yáng)極氧化層，或者在 襯底表面的寬范圍上進(jìn)行平坦蝕刻以進(jìn)行電解研磨的情形。對(duì)于陰極
的結(jié)構(gòu)和在陽(yáng)極氧化中的作用，迄今為止沒(méi)有受到太多關(guān)注，圖4是 示意性地示出本發(fā)明的適用情況的剖面圖，它是基于如果把圖1中的 陰極2縮小并靠近硅基材1進(jìn)行陽(yáng)極氧化，則電流集中到陰極附近， 所以可以進(jìn)行局部的陽(yáng)極氧化的想法。尤其是，如果在本發(fā)明的動(dòng)作 區(qū)域中操作，則可以局部地加工硅襯底。在此，圖4A是剖面的正視 圖，圖4B是剖面的側(cè)視圖。圖4的l是p型硅襯底，3是與硅襯底1 接觸地設(shè)置的陽(yáng)極電極。2是線條形的陰極電極，通常使用直徑D為 0.5mm以下的鉑線。在陽(yáng)極3和陰極2之間連接電源6。珪襯底1和 陰極2浸漬在電解槽5中保持的電解液4中，構(gòu)成為從硅村底l經(jīng)由 電解液4向陰極2流動(dòng)電流。陽(yáng)極3與電解液4分離配置以使得不會(huì) 從陰極2直接流出電流。在說(shuō)明的例子中僅僅是不浸漬的結(jié)構(gòu)，但也 可以用圖1中的密封8那樣的功能進(jìn)行分離。在開(kāi)始陽(yáng)極氧化時(shí)，陰極2靠近硅襯底1配置，其間隙S比陰極線直徑小。在恒流模式下操 作時(shí)也可以是接觸的。外部施加電壓上限也取決于硅襯底1的電阻率 等，但用于太陽(yáng)能電池時(shí)為IOV左右即可。這樣的情況下，在硅襯底 1的靠近陰極2的部分，電解液4中的陽(yáng)極氧化電流的電流密度高， 且從陽(yáng)極側(cè)供給的空穴電流也集中在該部分，所以在最靠近陰極電極 的區(qū)域IO中集中地發(fā)生硅襯底表面的硅的溶解。在陰極2與硅襯底1 的相對(duì)位置不變時(shí)溶解部分10越來(lái)越寬，但在伴隨著溶解，使相對(duì)位 置變化以使陰極2靠近硅襯底1時(shí)，硅的溶解形狀變得不同。
圖5A C示出其形態(tài)隨時(shí)間的變化，除省略了電解液以外與圖4 是相同的構(gòu)成。圖5A是陽(yáng)極氧化開(kāi)始時(shí)，與硅的溶解同步地使陰極2 向硅襯底側(cè)移動(dòng)時(shí)，如圖5B所示，硅表面沿陰極形狀后退，陰極2 嵌入到硅襯底l中的狀況。如果陽(yáng)極氧化繼續(xù)進(jìn)行，則如圖5C所示， 硅溶解成與陰極2的直徑接近的寬度的深溝狀。這是因?yàn)閺年?yáng)極電極 側(cè)供給陽(yáng)極氧化反應(yīng)的載體即空穴的大部分，所以陰極2的陽(yáng)極電極 3側(cè)的硅溶解占優(yōu)勢(shì)，且伴隨著硅的溶解使陰極2移動(dòng)以靠近陽(yáng)極電 極3的結(jié)果。由于陰極2—直向陽(yáng)極電極3的方向移動(dòng)，維持與硅襯 底1之間的距離在行進(jìn)方向上最窄的狀況，所以在形成的深溝的硅襯 底表面?zhèn)葴蠈挾葞缀醪粫?huì)變寬，結(jié)果能夠形成比陰極線條的直徑D寬 一些的寬度K的深溝。
圖6示出在實(shí)際中以上述那樣的狀況加工的例子。使用的鉑陰極 的直徑為50|im、硅襯底為p型2Q cm，電解液為49%氫氟酸乙醇 =1:1。在鉑線的每單位長(zhǎng)度的電流(電流密度)20mA/cm的恒流模式 下進(jìn)行了 20分鐘的陽(yáng)極氧化。此時(shí)，對(duì)硅村底施加的外部施加電壓為 6土1V的范圍。圖6是在陽(yáng)極氧化后用掃描型電子顯孩i鏡觀察其截面得 到的圖，沿著鉑陰極的軌跡在200|luii以上的深度上形成寬度比100pm 窄的溝?？梢钥闯?，雖然溝寬度接近鉑陰極的直徑50n加的兩倍，但 能夠隨著鉑線的嵌入不改變溝寬度地進(jìn)行溝加工。另外，加工表面上 雖然有小凹凸，但沒(méi)有辨認(rèn)出微細(xì)孔的形成。
溝寬度從陰極線條的直徑D的展寬因陽(yáng)極氧化條件不同而多少有些不同，但一般在2(^m以下。在有意使陰極2的移動(dòng)方向變化時(shí)， 溝的剖面形狀也可能會(huì)跟隨其移動(dòng)方向而變化。
圖7是象圖18的多線鋸那樣，平行配置多個(gè)直徑相同的線條電 極，將其作為陰極進(jìn)行陽(yáng)極氧化時(shí)的剖面示意圖。示出了在硅基材1 的上部設(shè)置陽(yáng)極電極3， 一邊從硅襯底1的下部使陰極線條組2向上 方移動(dòng)， 一邊進(jìn)行了陽(yáng)極氧化的狀況。為了簡(jiǎn)單，在圖中省略了電解 液，但與圖4所示的狀況是同樣的。此時(shí)，以節(jié)距P排列陰極線條2， 在進(jìn)行陽(yáng)極氧化的同時(shí)嵌入硅襯底，但留下的溝11的寬度K比陰極 線條2的直徑D大出間隙S的兩倍左右，基本上恒定。該間隙依賴(lài)于 陽(yáng)極氧化的條件，是因陽(yáng)極氧化產(chǎn)生的氬氣泡和與陰極線條2的驅(qū)動(dòng) 伴隨的機(jī)械振動(dòng)的主要原因，大小為20jum以?xún)?nèi)左右。其結(jié)果，同時(shí) 得到與線條的間隙數(shù)相同數(shù)目的厚度W的平板狀硅12。即，通過(guò)使 用本發(fā)明能夠進(jìn)行硅錠的切片加工。
在上述的說(shuō)明中，陽(yáng)極是以歐姆方式在硅襯底上形成的金屬電 極，陰極是鉑線條，但可以適當(dāng)?shù)馗淖冸姌O的形狀等。例如，陽(yáng)極也 可以是與硅襯底接觸的液體或固體的電解質(zhì)，另外，在硅襯底的電阻 率比1 Q . cm足夠小時(shí)，也可以是用來(lái)固定硅襯底的金屬制或石墨制 的夾具和電極探針。另外，陰極的材料是不被氫氟酸腐蝕的、離子化 傾向小的金屬，在它作為雜質(zhì)微量混入硅中時(shí)還希望是沒(méi)有電氣影響 的材料，因此通常使用鉑，但在滿(mǎn)足上述功能時(shí)也可以是例如鉻、碳 等的其它材料。陰極的形狀不限于線條、片狀，也可以是預(yù)先加工成 加工目的形狀的形狀。另外，無(wú)須整個(gè)電極是相同材料，只要是至少 加工硅襯底的前端部分的露出表面是陰極材料，經(jīng)由該部分流動(dòng)電流 的結(jié)構(gòu)即可。在只露出要加工的前端部分的陰極材料的電極結(jié)構(gòu)中電 極加工自身復(fù)雜，但也可獲得其它優(yōu)點(diǎn)。即，電極的其它部分不露出， 是與進(jìn)行加工的區(qū)域以外的被加工材料近于電絕緣的狀態(tài)，電場(chǎng)集中 在電極露出部分與被加工物的加工進(jìn)行區(qū)域，在該部分電流集中地流 動(dòng)。在該狀況下無(wú)須擔(dān)心加工進(jìn)行區(qū)域以外的陽(yáng)極氧化反應(yīng)，所以能 夠以電流密度高的電解研磨模式進(jìn)行加工。此時(shí)可以用更高的加工速度進(jìn)行穿孔、切斷等的局部加工。
在上述的說(shuō)明中，被加工物的硅襯底1浸漬在電解液4中，但為 了利用陽(yáng)極氧化實(shí)現(xiàn)加工目的，只要滿(mǎn)足在陰極2與被加工物的加工 部分之間存在電解液4，適當(dāng)除去反應(yīng)生成物，且逐步提供因反應(yīng)失 去的電解質(zhì)之類(lèi)的要件，構(gòu)成就可以是任意的。例如，也可以是，如 圖8示出的其剖面示意圖那樣，從中空且具有浸出性的線條陰極2a的 內(nèi)部浸出供給電解液4，在線條陰極2a表面一直被新的電解液4覆蓋 的狀況下使線條陰極2a與被加工物接觸。圖8A是示出系統(tǒng)構(gòu)成的剖 面正視圖，圖8B是剖面?zhèn)纫晥D。硅村底l、陽(yáng)極電極3、電源6等與 圖4中說(shuō)明的相同，示出陰極電極2a是例如用燒制鉑粉末得到的材料 制成的中空線條，至少在一端設(shè)置供給電解液4的裝置(未圖示)， 在中空線條的內(nèi)部13充滿(mǎn)電解液4，用電解液4以發(fā)生液滴的程度浸 潤(rùn)線條表面的狀況。在這樣的情況下電解槽5中無(wú)須充滿(mǎn)電解液4。 用這樣的構(gòu)成可以進(jìn)行與在電解液中浸漬同等程度的陽(yáng)極氧化加工， 把與中空陰極2a相接的硅襯底1的一部分IO選擇性地陽(yáng)極氧化，通 過(guò)與硅的溶解同步地使中空陰極2a向硅襯底側(cè)移動(dòng)，以比中空陰極 2a的外徑寬一些的寬度進(jìn)行硅的深溝加工。此時(shí)，由于在一直供給新 的電解液4的狀況下進(jìn)行陽(yáng)極氧化反應(yīng)，所以更有效地進(jìn)行硅的陽(yáng)極 氧化。
在被加工物的硅村底1浸漬在電解液4中時(shí)也是，通過(guò)設(shè)置抑制 通過(guò)電解液4從陰極2向加工部以外的硅基材1流動(dòng)的電流的手段， 能夠進(jìn)一步改善切斷等的加工中的電流效率。
本發(fā)明的動(dòng)作區(qū)域中的陽(yáng)極氧化反應(yīng)，由于在硅襯底表面不形成 微細(xì)孔地溶解陰極附近的硅，所以能夠應(yīng)用于電極電解槽的構(gòu)成、電 極的結(jié)構(gòu)、與硅襯底的位置關(guān)系、制造晶體硅太陽(yáng)能電池時(shí)的各種各 樣的加工中。伴隨著加工被消耗的部件只有電解液，幾乎沒(méi)有其它機(jī) 構(gòu)部件的損耗。
在本發(fā)明的電化學(xué)加工法中，由于除去硅原子所需的加工能大致 接近反應(yīng)能，無(wú)需其它加工法中屢屢伴隨產(chǎn)生的無(wú)用的熱能，所以能量效率極高。由于加工可以在室溫下進(jìn)行，且在加工面附近也是只有 化學(xué)反應(yīng)時(shí)產(chǎn)生的熱才是溫度上升的主要原因，所以也沒(méi)有晶體缺陷 的導(dǎo)入等，作為半導(dǎo)體晶體的加工方法有極大的優(yōu)點(diǎn)。
另外，陽(yáng)極氧化反應(yīng)，象在反應(yīng)機(jī)構(gòu)的說(shuō)明中所述的那樣，伴隨 著反應(yīng)向襯底表面大量供給產(chǎn)生期的活性氫。以氫為終端的硅表面對(duì) 于空穴-電子對(duì)的再結(jié)合是不活潑的，尤其是在殘留有許多晶界的多晶 硅的情況下具有改善少數(shù)載流子的壽命，提高太陽(yáng)能電池的效率的效 果。
另外，由于本發(fā)明中所用的電解液使用在制造硅半導(dǎo)體時(shí)用于表
面清洗和除去表面氧化膜的金屬雜質(zhì)少的EL級(jí)的氫氟酸、純水、乙 醇等，所以加工后僅通過(guò)純水清洗就進(jìn)入下一半導(dǎo)體加工工序。因此， 具有在太陽(yáng)能電池制造工序中把工序間屢屢進(jìn)行的再清洗工序省略或 簡(jiǎn)化的經(jīng)濟(jì)效果。
而且，可以把溶解到電解液中的硅化合物再次作為半導(dǎo)體硅回收 再利用。這也是因?yàn)?，陰極材料的至少表面被鉑覆蓋，電化學(xué)上極其 穩(wěn)定，不會(huì)在陽(yáng)極氧化反應(yīng)中溶解到電解液中，電解液不會(huì)被金屬雜 質(zhì)污染。具有提高高價(jià)的高純硅的利用效率的經(jīng)濟(jì)效果，這對(duì)于晶體 硅太陽(yáng)能電池來(lái)說(shuō)是最重要的問(wèn)題。


圖l是示出用來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的加工原理的裝置構(gòu)成的圖。 圖2是示出用來(lái)說(shuō)明利用本發(fā)明的反應(yīng)的原子模型的圖。 圖3是示出用來(lái)說(shuō)明本發(fā)明利用的動(dòng)作條件的電勢(shì)-電流關(guān)系的圖。
圖4是用來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的構(gòu)成要素與加工狀況的剖面示意圖。 圖5是用來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的構(gòu)成要素與加工狀況的剖面示意圖。 圖6是使用了本發(fā)明的結(jié)果的硅基材的剖面顯微鏡照片。 圖7是示出通過(guò)多次使用本發(fā)明得到的硅基材的加工狀況的剖面 示意圖。圖8是示出通過(guò)使用本發(fā)明得到的硅基材的另一加工狀況的剖面示意圖。
圖9是示出實(shí)施例1中的硅基材的加工技術(shù)的剖面示意圖。圖IO是示出實(shí)施例1中的另一加工技術(shù)的剖面示意圖。圖11是示出實(shí)施例1中的硅襯底鉆孔裝置的構(gòu)成與加工狀況的剖面示意圖。
圖12是示出實(shí)施例2中的硅襯底選擇蝕刻裝置的構(gòu)成的示意圖。圖13是示出實(shí)施例3中的硅錠切片裝置的構(gòu)成與加工狀況的示意圖。
圖14是示出實(shí)施例4中的硅錠切片裝置的構(gòu)成與加工狀況的示意圖。
圖15是實(shí)施例4中的硅錠切片裝置的部分細(xì)節(jié)圖，是示出移動(dòng)錠的方式的實(shí)施構(gòu)成的圖。
圖16是示出實(shí)施例5中的用于硅基材的切斷加工的電極結(jié)構(gòu)的示意圖。
圖17是示出實(shí)施例5中的用于硅基材的切斷加工的電極結(jié)構(gòu)的示意圖。
圖18是示出實(shí)施例5中的使用了改良的電極的硅錠切片裝置的構(gòu)成與加工狀況的示意圖。
圖19是示出根據(jù)以往技術(shù)的硅錠切片裝置的構(gòu)成與加工狀況的示意圖。
圖20是示出根據(jù)以往技術(shù)的珪錠切片加工狀況的剖面示意圖。圖21是示出根據(jù)以往技術(shù)的太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)和改良的太陽(yáng)能
電池的結(jié)構(gòu)的示意圖。
圖22是用來(lái)說(shuō)明根據(jù)以往技術(shù)的改良的太陽(yáng)能電池的制造過(guò)程
的示意圖。
圖23是用來(lái)說(shuō)明根據(jù)以往技術(shù)的另一改良的太陽(yáng)能電池的制造過(guò)程的示意圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明尤其可以適用于太陽(yáng)能電池的幾個(gè)制造工序，下面用各實(shí)
施例進(jìn)行i兌明。
(實(shí)施例1)
圖9是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的剖面圖，按A、 B的順序示出在硅襯底上形成微細(xì)孔時(shí)的陽(yáng)極氧化的進(jìn)行狀況。用圖9A說(shuō)明裝置構(gòu)成。1是被加工物，是電阻率為1 Q cm、厚度為200nm、 100mm見(jiàn)方的p型硅襯底。硅襯底1隔著厚度約200nm的有機(jī)導(dǎo)電性固體電極(商品名Nafion膜)3c被固定到由金屬制的固定夾具兼陽(yáng)極3和特弗隆(注冊(cè)商標(biāo))制支撐框構(gòu)成的電解槽5上。由硅襯底1和電解槽5保持著49%氫氟酸水溶液和乙醇的1:1混合電解液4。在特弗隆(注冊(cè)商標(biāo))制支撐框的下表面的與硅襯底1接觸的部分上設(shè)置O形圏密封8以使得電解液4不會(huì)泄漏。為了避免電解液4與金屬制陽(yáng)極3直接接觸且確保硅襯底1與陽(yáng)極3的電傳導(dǎo)而使用固體電極3c。金屬制陽(yáng)極3與電源6的P曰極側(cè)電氣連接。對(duì)置的陰極2是外徑100jLim、長(zhǎng)5mm的鉑線，用鉑板(未圖示)保持，且與電源6的陰極側(cè)電氣連接。
在開(kāi)始硅加工時(shí)，陰極2的前端部靠近珪襯底1配置，與硅襯底1的間隙S比陰極線直徑小，也可以輕輕接觸硅村底1。電源6的施加電壓的上限為2V，在lnA的恒流模式下一邊在陽(yáng)極-陰極間流過(guò)電流，一邊以10nm/s的速度使陰極2下降。硅襯底1的與陰極2的再次接近點(diǎn)附近處10—邊產(chǎn)生氫氣泡一邊溶解，在陰極2下降的同時(shí)嵌入硅襯底1中，約20秒后陰極2與有機(jī)導(dǎo)電性固體電極3c接觸而停止。除去有機(jī)導(dǎo)電性固體電極3c后形成內(nèi)徑約150|im的貫通孔14。雖然其間施加電壓有變化，但不會(huì)因陰極2與硅襯底1接觸而導(dǎo)致陽(yáng)極氧化反應(yīng)中途停止。由于在恒流模式下操作，所以在陰極2與加工中的硅襯底1接觸時(shí)電壓下降，只要有一點(diǎn)搖擺而成為在陰極2與硅襯底1之間夾有電解液4的狀況，就會(huì)再次開(kāi)始陽(yáng)極氧化反應(yīng)。由于陰極2與有機(jī)導(dǎo)電性固體電極3c接觸時(shí)電壓下降的狀態(tài)是持續(xù)的，所以容易檢測(cè)終點(diǎn)。通過(guò)設(shè)定成短路狀態(tài)持續(xù) 一定時(shí)間以上時(shí)使陰極下降自動(dòng)停止，能夠在硅襯底1中安全可靠地加工微細(xì)貫通孔。另外，通過(guò)預(yù)
先確定陰極2的下降距離，還可以進(jìn)行所希望的深度的孔加工。
在上述實(shí)施例中說(shuō)明了利用單一 陰極加工單一孔的例子，但并排配置多個(gè)相同結(jié)構(gòu)的陰極，同時(shí)進(jìn)行與陰極數(shù)目相同數(shù)目的穿孔加工也是容易的。
在上述實(shí)施例中，在要加工的孔徑比小時(shí)能夠簡(jiǎn)便地使用，但在孔的孔徑比大時(shí)，隨著陰極2的嵌入而不能充分地進(jìn)行電解液4的供給，加工速度低。這樣的情況下沿著陰極2供給電解液4是有效的。圖10示出該實(shí)施例。
在圖IOA中，被加工物的硅襯底l裝在特弗隆(注冊(cè)商標(biāo))臺(tái)座框5a上，從上部隔著有機(jī)導(dǎo)電性固體電極3c被金屬制陽(yáng)極3固定保持。金屬制陽(yáng)極3與電源6的陽(yáng)極側(cè)電氣連接。另一方面，對(duì)置的陰極2a是外徑100jim、內(nèi)徑60nm、長(zhǎng)10mm的圓管狀鉑，雖然圖中未示出但在下部與直徑更大的圓管連接，通過(guò)圓管的內(nèi)部13以約1000皮升/秒供給電解液4。電解液4從陰極前端部溢出，充滿(mǎn)在陰極2a的前端與硅襯底1之間，利用陽(yáng)極氧化反應(yīng)使靠近陰極2a的硅襯底部
圖10B中示出陰極2a的前端嵌入硅村底1的樣子。雖然從陽(yáng)極側(cè)利用空穴電流3a供給陽(yáng)極氧化的電流，但在嵌入初期由于離陰極最近的部位的硅溶解，所以硅沿陰極前端的形狀溶解，實(shí)現(xiàn)陰極2a的前端嵌入了硅襯底1的狀況。
陰極管中的電解液供給的線速度為約0.6mm/s，而在陰極外側(cè)流動(dòng)的電解液4的線速度是其一半左右。由于在陽(yáng)極氧化的反應(yīng)部分一直被供給新的電解液4，而且反應(yīng)生成物也被電解液4運(yùn)走，所以初期的陽(yáng)極氧化反應(yīng)速度被保持。硅微細(xì)孔的形成速度為約lOprn/s,以該速度使陰極2a向上方移動(dòng)。
由于從陽(yáng)極側(cè)利用空穴電流3a供給陽(yáng)極氧化的電流，所以電流集中在陰極2a的前端，在陰極2a的側(cè)面部分幾乎不進(jìn)行陽(yáng)極氧化反應(yīng)。其結(jié)果，如圖IOC所示，在陰極2a到達(dá)與陽(yáng)極3相接的固體電
21解質(zhì)3c的時(shí)刻，以比陰極2a的外徑略大的內(nèi)徑K形成仿照陰極形狀 的^:細(xì)貫通孔14。
晶體硅太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)是圖23中說(shuō)明過(guò)的稱(chēng)為發(fā)射極包圍通 過(guò)(emitter-wrap-through)的方式，在該代表性結(jié)構(gòu)中存在100mm 見(jiàn)方左右的硅襯底上以lmm的格子形成100 x 100個(gè)樣i細(xì)孔的工序。 圖11示出在其制造中實(shí)施本發(fā)明的例子。圖ll的l是要穿孔加工的 100mm見(jiàn)方的硅襯底。3是大約150mm見(jiàn)方的金屬襯底的陽(yáng)極，在 其表面上安裝了有彈性的有機(jī)固體電解質(zhì)3c,在有機(jī)固體電解質(zhì)3c 上以比硅村底1小一些的周長(zhǎng)在周?chē)┰O(shè)了吸附孔，吸附孔與在金屬 襯底陽(yáng)極3上設(shè)置的排氣孔對(duì)應(yīng)，利用真空吸附把硅襯底1固定在有 機(jī)固體電解質(zhì)3c上。金屬襯底陽(yáng)極3與電源6的陽(yáng)極側(cè)電氣連接，與 其對(duì)置地設(shè)置與電源6的陰極側(cè)電氣連接的陰極2。陰極2為，100條 鉑制的外徑lmm、內(nèi)徑0.6mm的主導(dǎo)管2b捆綁起來(lái)與外徑3ram、 內(nèi)徑2mm的柏制的主配管2c連接，主配管2c通過(guò)支管2d與供給電 解液4的送液管16連接。在主導(dǎo)管2b上以lmm的間隔插有100個(gè) 外徑100nm、內(nèi)徑50pm的細(xì)導(dǎo)管2a，從送液管16供給的電解液4 從10000根細(xì)導(dǎo)管2a的前端滲出。由導(dǎo)管組構(gòu)成的陰極2固定在特弗 隆(注冊(cè)商標(biāo))制的可動(dòng)臺(tái)座15上，可動(dòng)臺(tái)座15保持與陽(yáng)極3平行 且上下移動(dòng)，能夠精密地改變?cè)陉?yáng)極3上固定的硅襯底1與陰極2的 距離。用控制系統(tǒng)7 —邊調(diào)節(jié)電源6 —邊以恒流模式進(jìn)行陽(yáng)極氧化， 在硅襯底1上一并鉆出10000個(gè)120nm直徑的貫通孔。
在厚度200jim的硅襯底1上形成直徑120Kim的貫通孔所需的電 解液4為約12納升，在一片硅襯底1上形成1萬(wàn)個(gè)孔所消耗的電解液 4的量為O.lcc左右。在硅襯底1上同時(shí)形成1萬(wàn)個(gè)孔所需的電流為 10mA左右，但由于施加電壓低，所以每一片珪村底上為50mW左右， 幾乎沒(méi)有溫度上升的問(wèn)題。另外，由于IO秒左右的時(shí)間加工就結(jié)束了， 所以加工所需的實(shí)際電量為0.03千瓦時(shí)/千片左右，加工能量極少。 (實(shí)施例2)
在用圖10說(shuō)明的向陰極的前端供給電解液的構(gòu)成的硅村底加工中，說(shuō)明了能夠按照陰極的形狀忠實(shí)地蝕刻硅村底。如果利用該性質(zhì)， 則只要預(yù)先對(duì)陰極的投影形狀進(jìn)行任意的整形，就能夠以任意的形狀
挖入硅村底表面。圖12是其一例，圖12A是陰極的平面圖，圖12B 是圖12A的X-X'剖面的立面圖。
圖12中，2是加工成高度為5mm左右、平面投影形狀為十字形 的突起部，設(shè)置在基臺(tái)2e上?；_(tái)2e的材料也可以是鉑以外的金屬 等，但希望其表面被絕緣覆蓋膜17覆蓋。另外，突起部2可以是任意 的形狀，在用于太陽(yáng)能電池時(shí)以例如與圖21B中說(shuō)明的埋入接觸結(jié)構(gòu) 的格子狀電極對(duì)應(yīng)的形狀使用。此時(shí)，十字形狀的細(xì)的部分相當(dāng)于太 陽(yáng)能電池電極布線的指狀部，而十字形狀的粗的部分相當(dāng)于太陽(yáng)能電 池電極布線的母線(匯流)部。代表性的尺寸為，指狀部的寬度為 lOOpm，母線部的寬度為3001^m。突起部2必須是鉑制的，或者至少 最外表面的與電解液接觸的部分必須由鉑覆蓋膜覆蓋。在基臺(tái)2e上與 突起部2的形狀對(duì)應(yīng)地埋設(shè)中空配管13a，在突起部2上適當(dāng)設(shè)置直 徑50nm以下的電解液噴出孔13。設(shè)置成，電解液噴出孔13與中空 配管13a連接，經(jīng)由中空配管13a從外部供給的電解液(未圖示)通 過(guò)該中空配管13a從電解液噴出孔13噴出。在陰極基臺(tái)2e上設(shè)置陰 極支柱2f，成為能夠通過(guò)該支柱2f向突起部2供給電流的結(jié)構(gòu)。在突 起部2以外的陰極基臺(tái)2e的表面上適當(dāng)設(shè)置阻擋物18，使得突起部2 的表面與阻擋物18的表面的高度差d與在硅襯底1中挖入的溝的深度 對(duì)應(yīng)。在用于埋入電極時(shí)，將臺(tái)階d設(shè)定為30~60|im。
硅襯底1以加工面為下從上面吸附在陽(yáng)極上，與突起部2抵接。 以突起部表面積的每lcm^為0.02~0.1毫升/分左右從電解液噴出孔13 供給氯氟酸:水乙醇=1:1:1的電解液，同時(shí)從硅襯底1側(cè)向突起部2 以恒流模式流過(guò)幾分鐘的電流，以使得突起部2的表面的電流密度為 5~10mA/cm2。突起部2嵌入硅村底1中，因阻擋物18使嵌入停止時(shí) 陽(yáng)極氧化處理結(jié)束。由此，對(duì)硅表面進(jìn)行了深度50jim的埋入電極圖 案的挖入加工。因?yàn)橛迷摲椒ㄈ菀走M(jìn)行任意圖案的重復(fù)加工，所以也 能夠用于向襯底表面進(jìn)行刻印等的有裝飾目的的用途。(實(shí)施例3 )
象用圖7已說(shuō)明過(guò)的那樣，通過(guò)使用本發(fā)明可以進(jìn)行硅錠的切片 加工。用圖13說(shuō)明其實(shí)施狀況。圖13的19是主要的驅(qū)動(dòng)輥，兩個(gè) 19a是絲線的導(dǎo)引輥，19b和19c分別是絲線的送出和回收繞線管。從 絲線的送出繞線管19b輸送鉑制的絲線2，在導(dǎo)引輥19a和主輥19上 纏繞幾次后，回收到回收繞線管19c上。硅錠1被安裝到在電解槽5 的底上設(shè)置的防水陽(yáng)極3上，在電解槽5中以浸泡硅錠的程度充滿(mǎn)電 解液4。主輥19與電源6的陰極側(cè)電氣連接，電源6的陽(yáng)極側(cè)隔著電 解槽5的底部的防水陽(yáng)極3以不與電解液4接觸的方式與硅錠1的底 部電氣連接。
在一對(duì)導(dǎo)引輥19a上以切片節(jié)距為間隔張?jiān)O(shè)鉑線2，由于它通過(guò) 主輥19與電源6的陰極側(cè)電氣連接，所以形成陰極組，與硅錠1對(duì)置。 拍線2通過(guò)主輥19以比硅錠1的切斷長(zhǎng)度大的振幅往復(fù)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)慢 慢地輸送，從送出繞線管19b向回收繞線管19c移動(dòng)。移動(dòng)全部結(jié)束 后，使輸送方向反轉(zhuǎn)，使回收繞線管19c用作送出繞線管，送出繞線 管19b成為回收繞線管。由于鉑線2幾乎沒(méi)有被消耗，所以重復(fù)該動(dòng) 作。
通過(guò)^f吏電解槽5向上方移動(dòng)，陰極組浸入電解液4，通過(guò)與硅錠 1大致接觸開(kāi)始切片。由于恒流模式下的陽(yáng)極氧化，以硅錠的溶解速 度持續(xù)向電解槽5的上方移動(dòng)，在硅錠1的切割剛剛要結(jié)束之前結(jié)束 陽(yáng)極氧化。象已經(jīng)描述過(guò)的那樣，陰極組2—邊形成比鉑線2的直徑 寬一些的溝一邊嵌入硅錠1，同時(shí)得到數(shù)目與在主輥19上纏繞的鉑線 2的數(shù)目相同的硅村底，該硅襯底具有從切片節(jié)距減去該溝寬度得到 的厚度。
在構(gòu)成簡(jiǎn)單的裝置的情況下，以硅襯底仍與硅錠的底部連接著的 狀況取出，用與其它襯底回收裝置中的同樣的陽(yáng)極氧化裝置切除各個(gè) 硅襯底。在更加先進(jìn)的裝置構(gòu)成的情況下，伴隨著切片的進(jìn)行在切斷 溝中插入比所形成的溝寬度薄的特弗隆(注冊(cè)商標(biāo))制的分隔片，在 切片結(jié)束時(shí)，用夾具從長(zhǎng)度方向輕輕夾住錠，在該狀態(tài)下通過(guò)使電解槽的驅(qū)動(dòng)方向變成導(dǎo)引輥的軸向，能夠使硅襯底仍保持陽(yáng)極氧化模式 而從硅錠根部切離。更簡(jiǎn)單地，在最后階段停止電解槽的驅(qū)動(dòng)，此時(shí) 鉑線周?chē)墓璞贿M(jìn)一步溶解，村底變細(xì)，由此也能容易地從錠未切斷 部分離切片后的襯底組。
采用與以往的多線鋸類(lèi)似的驅(qū)動(dòng)方法的理由是，由陰極向硅錠的 切斷部供給新的電解液，同時(shí)利用用來(lái)除去反應(yīng)生成物即氫氣和熱的 攪拌效果。另外，配置成從錠上部切斷，溝開(kāi)口部向上形成的理由是， 容易除去反應(yīng)生成物即氬氣泡，實(shí)現(xiàn)向切斷部平穩(wěn)地供給電解液，另
外，通過(guò)保持電解液4且使電解槽5與硅錠1一起上升驅(qū)動(dòng)，減少可 動(dòng)部的移動(dòng)，由此能夠抑制因陰極線條2的振動(dòng)造成的切斷溝的表面 粗糙度，使溝寬度最小。
由于電解槽5可以移動(dòng)，希望電解槽5是所需最小限度的大小， 因此把導(dǎo)引輥19a的直徑設(shè)定成比主輥19的直徑小，且把導(dǎo)引輥的間 隔也設(shè)定成比要切片的錠的切斷長(zhǎng)度寬一些的程度是有效的。另外， 作為與它伴隨的結(jié)果，希望附設(shè)用來(lái)向電解槽供給電解液，并排除溶 解有反應(yīng)生成物的電解液的給排水機(jī)構(gòu)。在把硅錠浸漬到電解液中的 狀態(tài)下進(jìn)行切斷的另一目的是，抑制因伴隨陽(yáng)極氧化反應(yīng)產(chǎn)生氫導(dǎo)致 的陰極線條和硅襯底的振動(dòng)，同時(shí)有效地除去電流造成的焦耳熱。
另外，在本實(shí)施例中以陰極線條為單線進(jìn)行了說(shuō)明，但為了使電 解液的攪拌效果有效，也可以使用多股捻線。另外，為了積極地利用 產(chǎn)生的氫氣泡造成的電解液的攪拌效果，切斷面的絲線組不是象本實(shí) 施例那樣是水平的，而且相對(duì)于水平成適當(dāng)?shù)慕嵌龋甬a(chǎn)生的氫氣 泡的流動(dòng)、其攪拌和形成有方向性的流束，為了控制切斷面的平滑化 等的形狀和防止切斷速度降低，對(duì)電解液的流動(dòng)進(jìn)行整流是有效的。 另外，通過(guò)導(dǎo)入界面活性劑等能夠進(jìn)行氫氣泡尺寸的控制，更精密地 進(jìn)行切斷面的形狀控制。
另外，在圖13的構(gòu)成中，把鉑線2的一部分和硅錠1同時(shí)浸漬 到電解液4中，如果使硅錠1保持棵露，則從硅錠整體向鉑線2流動(dòng) 不會(huì)造成切斷反應(yīng)的無(wú)效電流。因此，預(yù)先用氟系樹(shù)脂或聚酰亞胺系樹(shù)脂的薄的覆蓋膜覆蓋硅錠1的表面，抑制該無(wú)效電流。由于覆蓋膜 薄，伴隨著切斷反應(yīng)的進(jìn)行，切斷部分被一并剝離。另外，通過(guò)驅(qū)動(dòng)
電解槽5使已被切斷的部分從電解液4的液面露出。作為用于該目的 的絕緣性覆蓋膜，除上述有機(jī)樹(shù)脂外，用硅碳化物等的濺射膜、硅氮 化膜等的CVD膜也獲得同樣的效果。
在本實(shí)施例中示出了利用了以往的絲線鋸的加工原理的裝置構(gòu) 成，但根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)思能夠使切斷的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)更簡(jiǎn)單。圖14的示意 圖示出該構(gòu)思。l是被加工物的硅錠，2g是用來(lái)按一定間隔平行張?jiān)O(shè) 并固定多個(gè)鉑線2的框狀的陰極線保持夾具。與圖13同樣地，必須有 用來(lái)浸漬錠的充入了電解液4的電解槽5,但為了簡(jiǎn)化說(shuō)明而在此處 省略。鉑線2的線徑為例如50|im，以200nm的節(jié)距把1000條鉑線2 固定在有效長(zhǎng)度200mm的框狀的陰極線保持夾具2g上。框狀保持夾 具2g可以在上下方向上自由地平行移動(dòng)，但限定為在水平方向上進(jìn)行 士5nm以?xún)?nèi)的游移?？驙畋３謯A具2g與電源6的陰極側(cè)電氣連接，硅 錠l的下部以不與電解液(圖13的4)接觸的方式與電源6的陽(yáng)極側(cè) 電氣連接?？驙畋３謯A具2g設(shè)于硅錠l的上部，在進(jìn)行陽(yáng)極氧化的同 時(shí)因自重而嵌入硅錠l中，準(zhǔn)靜態(tài)地進(jìn)行切斷。在錠中形成的深溝中 利用因反應(yīng)產(chǎn)生的氫氣泡的上升而供給新的電解液4，但由于溝寬度 窄，其攪拌效果大，自調(diào)整地維持陽(yáng)極氧化的條件。使反應(yīng)所需的電 勢(shì)為IV以下，能夠通過(guò)控制電流水平抑制切斷所需的電力，但當(dāng)然 需要切斷時(shí)間，且如果靠近圖3的區(qū)域A的下限則在硅中形成微細(xì)孔 會(huì)耗費(fèi)電流，所以為了切斷必須是接近Jep的電流條件。
在這樣的簡(jiǎn)單構(gòu)成的情況下，不用進(jìn)行覆蓋硅錠的覆蓋膜加工， 就可以用機(jī)械的手段抑制在硅錠與鉑線之間流動(dòng)的無(wú)效電流。下面示 出其一例。
圖15的裝置具有，通過(guò)密封34使硅基材1從下向上移動(dòng)以使得 在固定有鉑線2的電解槽5中充入電解液4但不充滿(mǎn)，鉑線的位置位 于例如離電解液表面的深度為10mm處的機(jī)構(gòu)35。利用該機(jī)構(gòu)，即使 是大型硅基材1的加工也能限定電解液4的接觸部分，利用本發(fā)明的效果改善電力效率。另外，雖然圖15中未示出，但該裝置中具有用來(lái) 把電解液面位置保持一定且補(bǔ)充因反應(yīng)消耗的氟化氫的電解液循環(huán)機(jī) 構(gòu)。
另外， 一般地，硅基材的形狀有mm以下的尺寸偏差，在圖15 的裝置中由于存在硅基材1與密封34產(chǎn)生微小空隙的可能性，所以向 該空隙壓入氮?dú)獾鹊臍怏w36，用氣體層使應(yīng)密封的硅基材1的部分不 與電解液4接觸是有效的。另外，由此還可以改善針對(duì)產(chǎn)生的可燃性 氣體的安全性和保養(yǎng)性。
另外，也可以固定硅基材1及其保持機(jī)構(gòu)35，使電解槽5移動(dòng)， 以使硅基材、電解液、鉑線的位置關(guān)系與圖15相同。 (實(shí)施例4 )
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是，為了通過(guò)在加工物表面使硅的原子電化學(xué)溶解 而進(jìn)行切片加工，得到的村底的表面不會(huì)上升到室溫以上，幾乎不會(huì) 與陰極機(jī)械接觸，所以在襯底表面上不會(huì)產(chǎn)生晶體缺陷，也不會(huì)有柏 以外的其它金屬污染。因此，能夠省略利用絲線鋸法時(shí)所需的切斷后 的襯底清洗、切斷的硅襯底表面的損傷層的蝕刻等。另外，在絲線鋸 法中有與磨粒接觸的絲線和輥等的損耗且必須有回收高價(jià)的金剛石磨 粒等的再生裝置，但本發(fā)明中被消耗的是作為反應(yīng)液的氬氟酸和乙醇 等的電解液，其量為以往方法中所需的村底清洗中消耗的程度。
另外，利用本發(fā)明的切片法可以回收陽(yáng)極氧化反應(yīng)產(chǎn)生的氫，可 以作為能源利用。在以往方法中，伴隨切斷產(chǎn)生的硅切屑一般不被再 利用，但在本發(fā)明中溶解的硅是高純度的HxSiFy化合物，電解液自身 也是使用金屬雜質(zhì)本來(lái)就少的高純度氫氟酸和高純度乙醇，所以回收 化合物的再循環(huán)很容易。圖14中用虛線表示的20是用來(lái)回收反應(yīng)生 成物的反應(yīng)系容器，設(shè)置成至少覆蓋陽(yáng)極氧化處理部。從液體控制系 統(tǒng)201向陽(yáng)極氧化處理部供給電解液，陽(yáng)極氧化處理后的電解液廢液 仍被液體控制系統(tǒng)201回收。另外，在陽(yáng)極氧化處理部中產(chǎn)生爆炸下 限以上的濃度的氫，因此反應(yīng)系容器20設(shè)計(jì)成隔斷來(lái)自外部環(huán)境的空 氣，為此把陽(yáng)極氧化處理部的空氣置換成氮?dú)獾鹊牟换顫姎怏w，或附設(shè)具有收集產(chǎn)生的氫等的功能的氣體控制系統(tǒng)20f。
如上所述，與以往方法相比，使用本發(fā)明的錠切片技術(shù)是更節(jié)能、 材料消耗少的方法。 (實(shí)施例5)
圖16是用來(lái)在大的基材上形成深溝或者切斷基材時(shí)使用本發(fā)明 的陰極的例子。在到此為止的實(shí)施例的說(shuō)明中，作為陰極的柏線條等 是露出的狀態(tài)。用圖6的照片示出的實(shí)施例是用露出的直徑50pm的 鉑線得到的結(jié)果，在陰極直徑比溝的深度足夠小時(shí)，溝沿著陰極通過(guò) 的軌跡形成，但如果切斷長(zhǎng)度長(zhǎng)，細(xì)的柏線中電阻高，所以難以充分 地供給陽(yáng)極氧化電流。通過(guò)取代線條而使斷面為長(zhǎng)條狀，可以降低陰 極的電阻，但象錠的切片那樣以少的切口損失切斷或形成深溝時(shí)，由 于成為長(zhǎng)條狀時(shí)寬的電極側(cè)面與加工物以狹小的間隙長(zhǎng)時(shí)間相對(duì)，所 以擔(dān)心在側(cè)面進(jìn)行蝕刻，或者在相對(duì)的加工面的表面上形成在陽(yáng)極氧 化電流少時(shí)形成的深的極微細(xì)孔。圖16A是適合在這樣的場(chǎng)合中使用 的陰極的例子。2是厚25pm的鉑的薄板，具有在其兩面上涂敷了厚 2pm的絕緣覆蓋膜(特弗隆(注冊(cè)商標(biāo))樹(shù)脂)17的結(jié)構(gòu)。每lcm寬 度(在紙面上是上下長(zhǎng)度)的電極電阻為約4mQ/cin，有效刀刃長(zhǎng)度 200mm的陰極刀片的電極電阻最大為40mQ，即使每lcm上流過(guò) 10mA/cm的陽(yáng)極氧化電流，電極處的電壓降為5mV以下，陽(yáng)極氧化 的模式也不變?？傊?，只要處理成在刀片的背側(cè)(在紙面上是上端) 處陰極2不露出，就可以浸漬在電解液4中使用。
圖16B是要求極小切口損失時(shí)的陰極的例子，具有用厚15pm的 兩片特弗隆(注冊(cè)商標(biāo))薄片17夾著厚2.5nm的兩片鉑箔2的結(jié)構(gòu)。 它可以通過(guò)在特弗隆(注冊(cè)商標(biāo))薄片上貼附厚2.5jLim的鉑箔2并將 其接合在一起制作。鉑箔2的接合面未必一定是電氣接觸，但從外部 與鉑箔2電氣接觸是重要的。由于鉑箔2的電阻為約22mQ/cm，所以 為了降低電極電阻必須增大電極寬度。該由柏箔2和特弗隆(注冊(cè)商 標(biāo))薄片構(gòu)成的薄片狀刀刃，通常向外側(cè)拉伸地固定周邊且同時(shí)形成 電氣連接， 一端或一部分自由開(kāi)放，在該部分進(jìn)行切斷。圖16C是在圖16B的結(jié)構(gòu)的鉑箔2之間夾有鉑的線條或薄片狀 的結(jié)構(gòu)部件并將它們一體化而形成的。在該圖中，示出用直徑500jam 的鉑輔助線2h將它夾在貼附有厚2.5pm的鉑箔2的兩片特弗隆(注 冊(cè)商標(biāo))薄片17之間的形狀。此時(shí)，由于鉑輔助線2h用來(lái)降低結(jié)構(gòu) 強(qiáng)度和電阻，所以可以使用薄的特弗隆(注冊(cè)商標(biāo))薄片，根據(jù)目的 不同，也可以是厚2jxm的特弗隆(注冊(cè)商標(biāo))涂層。此時(shí)，作為陰極 的刀刃使用的部分的厚度可以為10pm以下，刀刃的有效高度(在紙 面上是鉑線52下面部分的長(zhǎng)度)也可以為長(zhǎng)達(dá)100mm左右。因此， 可以以30fim以下的極小的切口損失切斷100mm左右的基材。
由于不管是哪一種構(gòu)成，側(cè)面都是絕緣的，所以能夠抑制在被切 斷的溝的側(cè)壁上進(jìn)行的不需要的陽(yáng)極氧化。另一方面，產(chǎn)生了溝寬度 變化少，伴隨著切斷的刀刃通行變差的問(wèn)題。這樣，由于刀刃前端處 的絕緣覆蓋膜與陰極電極的不匹配導(dǎo)致電流集中的程度變化，所以不 能根據(jù)所要求的切斷一概規(guī)定，但是從陰極埋設(shè)在絕緣覆蓋中的狀態(tài) 到陰極露出到絕緣覆蓋的外部的狀態(tài)都包含在本發(fā)明中。
進(jìn)而，圖17示出切斷速度被改良了的薄片電極的例子。A是剖 面的立面圖，B是剖面的側(cè)面圖。結(jié)構(gòu)與圖16C類(lèi)似，但具有以下兩 點(diǎn)不同用來(lái)降低結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和電阻的鉑不是線條，而是在側(cè)面上有孩史 細(xì)貫通孔13的鉑管2c;在到達(dá)刀刃前端的鉑箔2的一部分上設(shè)置細(xì) 溝13b。電解液(未圖示)通過(guò)鉑管2c的中空部13a輸送，且通過(guò)側(cè) 面的微細(xì)貫通孔并通過(guò)在鉑箔上設(shè)置的細(xì)溝13b向刀刃前端供給。鉑 管2c的外徑為2mm，內(nèi)徑為lmm，側(cè)壁的微細(xì)貫通孔13是利用激 光加工穿設(shè)成內(nèi)徑10(Him而形成的。另外，在鉑箔2上設(shè)置的溝13b， 通過(guò)在厚15|am的特弗隆(注冊(cè)商標(biāo))薄片上貼附厚2.5^un的鉑箔2 后，利用激光加工除去寬度lOpm后將兩個(gè)薄片接合在一起，設(shè)置直 到刀刃前端的有效截面面積50^11112的孔。直到刀刃前端的有效長(zhǎng)度為 150mm。
如圖18所示，夾有鉑箔的薄片狀刀刃2的鉑管2c部分利用固定 夾具21固定在"3"字形的薄片刀刃固定框22上，利用拉伸按壓物23把薄片狀刀刃2不松馳地固定在框22上。鉑管2c進(jìn)一步與送液管 2d連接，與電解液的供給系統(tǒng)(未圖示)相連，電解液4從送液管2d 經(jīng)由鉑管2c傳輸?shù)皆诒∑瑺畹度?上設(shè)置的微細(xì)溝13b,并從薄片狀 刀刃2的前端漏出。另一方面，被加工物的硅錠1被放置在電解槽5 的底部設(shè)置的密封臺(tái)座15上并被真空吸附，硅錠1的底部與電解槽5 中充滿(mǎn)的電解液4不接觸地電氣連接到電源6的陽(yáng)極側(cè)。鉑管2c與電 源6的陰極側(cè)電氣連接，電流從靠近硅襯底1的薄片狀刀刃2的前端 部通過(guò)鉑箔，并經(jīng)由鉑管2c返回電源6的陰極。伴隨著陽(yáng)極氧化的進(jìn) 行，與硅的溶解同步地使硅錠1與電解槽5—起向上方移動(dòng)，由鉑箔 構(gòu)成的陰極2嵌入硅錠1中。從薄片狀刀刃2的前端部向進(jìn)行陽(yáng)極氧 化反應(yīng)的區(qū)域一直供給新的電解液，從反應(yīng)區(qū)域有效地排出反應(yīng)生成 物，所以反應(yīng)有效地進(jìn)行，不降低切斷速度地進(jìn)行切斷。
另外，在用圖15 圖18進(jìn)行的說(shuō)明中，切斷硅基材的刀刃的側(cè)面 的絕緣如圖所示，但即使是沿刀刃的方向的端部處也是，切斷部以外 的部分當(dāng)然用絕緣性的材料覆蓋，使電流集中在切斷部。在例如刀刃 為線條時(shí)，除了靠近硅基材的加工部的部分以外，線條和線條保持機(jī) 構(gòu)的導(dǎo)電性的部分用絕緣性的覆蓋膜覆蓋，抑制電流通過(guò)電解液向加 工部以外流動(dòng)。同樣地，刀刃為薄片狀時(shí)，覆蓋側(cè)面的絕緣覆蓋膜一 直覆蓋到鉑薄片的刀刃的端部，當(dāng)然設(shè)有抑制無(wú)效電流向加工部以外 流動(dòng)的手段。
利用以上那樣的機(jī)構(gòu)，能夠以50|^m的切口損失切斷100mm見(jiàn) 方的硅錠。
產(chǎn)業(yè)上的可利用性
如上所述，描述了針對(duì)最為嚴(yán)格要求成本的太陽(yáng)能電池制造時(shí)的 本發(fā)明的有用性，但本發(fā)明的使用并不僅限于太陽(yáng)能電池制造，很顯 然，對(duì)于用來(lái)制造使用了硅襯底的精密加工品、晶體管、LSI等的電 子部件和元件的村底加工也是有用的。
另外，作為被加工材料使用硅基材進(jìn)行了說(shuō)明，但不言而喻，即使針對(duì)硅以外的半導(dǎo)體材料，在用類(lèi)似的機(jī)構(gòu)引發(fā)陽(yáng)極氧化反應(yīng)時(shí)也 能進(jìn)行同樣的基材加工。
權(quán)利要求
1.一種硅基材的加工方法，其特征在于作為主要的構(gòu)成要素，使用硅基材、與上述硅基材對(duì)置且靠近設(shè)置的對(duì)置電極、在上述硅基材與上述對(duì)置電極之間與這兩者相接地夾著的電解液；包含通過(guò)以上述硅基材為陽(yáng)極且以上述對(duì)置電極為陰極，在上述硅基材與上述對(duì)置電極之間流動(dòng)電流而使上述硅基材陽(yáng)極氧化的工序；且通過(guò)使上述硅基材與上述對(duì)置電極的相對(duì)位置隨時(shí)間變化，一邊局部地溶解上述硅基材一邊使上述對(duì)置電極嵌入上述硅基材的內(nèi)部，選擇性地除去上述硅基材。
2. 如權(quán)利要求l所述的硅基材的加工方法，其特征在于 作為上述對(duì)置電極，使用其表面的至少與電解液接觸的部分由以鉑、鉻或碳為主要成分的電傳導(dǎo)性高的材料構(gòu)成或者被其覆蓋的電極。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的硅基材的加工方法，其特征在于 作為上述對(duì)置電極，構(gòu)成為，與上述電解液接觸的對(duì)置電極部分的面積比構(gòu)成上述對(duì)置電極的上述電傳導(dǎo)性高的材料的表面積小。
4. 如權(quán)利要求1 3中任一項(xiàng)所述的硅基材的加工方法，其特征在于上述硅基材和上述對(duì)置電極保持至少比上述對(duì)置電極的動(dòng)作部 分的寬度小的距離，包含相互接觸的情況，加工上述珪基材。
5. 如權(quán)利要求1 4中任一項(xiàng)所述的硅基材的加工方法，其特征在于上述陽(yáng)極氧化工序，在上述硅基材與上述對(duì)置電極之間的電壓-電流關(guān)系中的比電解研磨峰電流值處的電壓高的電壓區(qū)域，且在施加 比電解研磨峰電流值低的電流的電壓區(qū)域設(shè)定施加電壓的動(dòng)作點(diǎn)，在 多孔硅的形成與電解研磨的模式共存的動(dòng)作條件下局部地溶解上述硅 基材。
6. 如權(quán)利要求1~5中任一項(xiàng)所述的硅基材的加工方法，其特征在于作為上述電解液，使用至少以氟化氫和水為主要反應(yīng)成分的電解液。
7. 如權(quán)利要求1~6中任一項(xiàng)所述的硅基材的加工方法，其特征在于在上述硅基材的加工中，對(duì)與上述電解液接觸的上述硅基材或上 述對(duì)置電極的 一部分進(jìn)行電氣遮蔽，限制流到加工部以外的電流。
8. 如權(quán)利要求7所述的硅基材的加工方法，其特征在于 在上述硅基材的加工中，用對(duì)上述電解液具有耐腐蝕性的材料覆蓋與上述電解液接觸的上述硅基材或上述對(duì)置電極的一部分，或者通 過(guò)使該材料緊密接合而進(jìn)行電氣遮蔽。
9. 如權(quán)利要求8所述的硅基材的加工方法，其特征在于 作為對(duì)上述電解液具有耐腐蝕性的材料，使用氟系樹(shù)脂、聚酰亞胺系樹(shù)脂、或它們的復(fù)合物、硅碳化物、硅氮化物中的任一種。
10. 如權(quán)利要求6所述的硅基材的加工方法，其特征在于用不活潑氣體層覆蓋加工部以外的上述硅基材的至少一部分或 靠近加工部的上述對(duì)置電極的至少一部分，對(duì)與上述電解液接觸的上 述硅基材或上述對(duì)置電極的一部分進(jìn)行電氣遮蔽。
11. 一種硅基材加工品，其特征在于用如權(quán)利要求1 10中任一 項(xiàng)所迷的加工方法加工而成。
12. 如權(quán)利要求ll所述的硅基材加工品，其特征在于 被使用在精密加工品、晶體管、LSI、太陽(yáng)能電池等的電子部件或半導(dǎo)體元件的制造中。
13. —種硅基材的加工裝置，其特征在于包括 保持硅基材、與上述硅基材對(duì)置且靠近^:置的對(duì)置電極、以及在上述硅基材與上述對(duì)置電極之間與這兩者相接地夾著的電解液的機(jī) 構(gòu)；包含以上述硅基材為陽(yáng)極且以上述對(duì)置電極為陰極，在上述硅基材與上述對(duì)置電極之間流動(dòng)電流的電路系統(tǒng)的電源裝置；以及用來(lái)一邊追隨上述硅基材的局部溶解一邊使上述對(duì)置電極嵌入 上述硅基材的內(nèi)部、使上述硅基材與上述對(duì)置電極的相對(duì)位置隨時(shí)間 變化的纟幾構(gòu)。
14. 如權(quán)利要求13所述的硅基材的加工裝置，其特征在于 上述對(duì)置電極的表面的至少與電解液接觸的部分由以鉑、鉻或碳為主要成分的電傳導(dǎo)性高的材料構(gòu)成或者被其覆蓋。
15. 如權(quán)利要求13或14所述的硅基材的加工裝置，其特征在于 上述對(duì)置電極構(gòu)成為，上述與電解液接觸的對(duì)置電極部分的面積比構(gòu)成上述對(duì)置電極的上述電傳導(dǎo)性高的材料的表面積小。
16. 如權(quán)利要求13-15中任一項(xiàng)所述的硅基材的加工裝置，其特征在于上述硅基材和上述對(duì)置電極保持至少比上述對(duì)置電極的動(dòng)作部 分的寬度小的距離，包含相互接觸的情況，加工上述硅基材。
17. 如權(quán)利要求13-16中任一項(xiàng)所述的硅基材的加工裝置，其特征在于上述電源裝置，在上述硅基材與上述對(duì)置電極之間的電壓-電流 關(guān)系中的比電解研磨峰電流值處的電壓高的電壓區(qū)域，且在施加比電 解研磨峰電流值低的電流的電壓區(qū)域設(shè)定施加電壓的動(dòng)作點(diǎn)，在多孔 硅的形成與電解研磨的模式共存的動(dòng)作條件下利用陽(yáng)極氧化局部地溶 解上述硅基材。
18. 如權(quán)利要求13-17中任一項(xiàng)所述的硅基材的加工裝置，其特征在于上述電解液至少以氟化氬和水為主要反應(yīng)成分。
19. 如權(quán)利要求13 18中任一項(xiàng)所述的硅基材的加工裝置，其特征 在于包括在上述硅基材的加工時(shí)，對(duì)與上述電解液接觸的上述硅基材或上 述對(duì)置電極的一部分進(jìn)行電氣遮蔽，限制流到加工部以外的電流的單 元。
20. 如權(quán)利要求19所述的硅基材的加工裝置，其特征在于 上述限制電流的單元，用對(duì)上述電解液具有耐腐蝕性的材料覆蓋與上述電解液接觸的上述硅基材或上述對(duì)置電極的一部分，或者通過(guò) 使該材料緊密接合而進(jìn)行電氣遮蔽。
21. 如權(quán)利要求20所述的硅基材的加工裝置，其特征在于 對(duì)上述電解液具有耐腐蝕性的材料是氟系樹(shù)脂、聚酰亞胺系樹(shù)脂、或它們的復(fù)合物、硅碳化物、硅氮化物中的任一種。
22. 如權(quán)利要求13 21中任一項(xiàng)所述的硅基材的加工裝置，其特征在于具有陰極電極，該陰極電極包括向陽(yáng)極氧化反應(yīng)區(qū)域供給上述電 解液的才幾構(gòu)。
23. 如權(quán)利要求13^22中任一項(xiàng)所述的硅基材的加工裝置，其特征 在于包括排出以在陽(yáng)極氧化反應(yīng)區(qū)域產(chǎn)生的氫氣為主要成分的氣體的機(jī)構(gòu)。
24. 如權(quán)利要求13 23中任一項(xiàng)所述的硅基材的加工裝置，其特征 在于包括排出在陽(yáng)極氧化反應(yīng)區(qū)域產(chǎn)生的熱的機(jī)構(gòu)。
25. 如權(quán)利要求13 24中任一項(xiàng)所述的硅基材的加工裝置，其特征 在于分別單獨(dú)或同時(shí)包括用容器覆蓋至少包含陽(yáng)極氧化反應(yīng)區(qū)域的區(qū)域，具有收集并回收 在陽(yáng)極氧化反應(yīng)區(qū)域產(chǎn)生的氳氣的機(jī)構(gòu)的氣體控制系統(tǒng)；以及具有對(duì)陽(yáng)極氧化反應(yīng)區(qū)域連續(xù)地供給并排出電解液的機(jī)構(gòu)的液 體控制系統(tǒng)。
全文摘要
以硅基材(1)作為陽(yáng)極、以微細(xì)的鉑部件(2)作為陰極，在它們之間夾有電解液(4)的狀況下，在混合存在多孔質(zhì)形成和電解研磨的兩模式的條件下以恒流模式進(jìn)行陽(yáng)極氧化。伴隨著硅的溶解，鉑部件(2)嵌入硅基材(1)中，進(jìn)行鉆孔、切斷、單側(cè)按壓等的加工。由于使用能量少，能在室溫下加工，所以加工表面的結(jié)晶品質(zhì)不會(huì)降低。由此，無(wú)須使用以往的太陽(yáng)能電池用硅基材的切斷等的加工中的材料消耗大的機(jī)械方法和能量單價(jià)高的激光等，且不會(huì)在加工面上殘留結(jié)晶損傷，能夠高效率地進(jìn)行高精度的加工。
文檔編號(hào)B23H3/08GK101680106SQ200880008728
公開(kāi)日2010年3月24日 申請(qǐng)日期2008年5月9日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月9日
發(fā)明者伯爾拿德·杰路知, 兼堀惠一, 島田壽一, 蕨迫光紀(jì), 越田信義 申請(qǐng)人:株式會(huì)社昆騰14