刻蚀装置的制作方法

专利名称：刻蚀装置的制作方法
本申请是一ノ濑博文等人于1996年10月16日递交的申请号为96119282.8、发明名称为“腐蚀方法、用所说腐蚀方法生产半导体元件的工艺、和适合用于实现所说腐蚀方法的装置”的发明专利申请的分案申请。
本发明涉及一种改进的刻蚀方法，用所说刻蚀方法生产半导体元件的工艺、和适合用于实现所说刻蚀方法的刻蚀装置。特别涉及简单且具有良好选择刻蚀精度、并能在不刻蚀的区域或层上没有或只有轻微损伤地将物体刻蚀为合乎要求的状态的改进的刻蚀方法。本发明还涉及在所说刻蚀方法基础上生产半导体元件的工艺，它包括少量步骤并能通过短时间的刻蚀处理以降低的成本有效生产所说半导体元件，例如，能合乎要求地将作为半导体元件的光生伏打元件的透明导电薄膜构图，同时能修复光生伏打元件的如短路等缺陷。本发明还涉及适合实现上述方法和工艺的刻蚀装置。
最近几年，刻蚀技术已广泛用于生产包括太阳能电池、光电二极管等光生伏打元件中使用的各种半导体元件。例如，在光电二极管和IC(集成电路)的生产中，刻蚀技术已用于构图或去除包括金属导电薄膜或透明导电薄膜的电极、基本部件(base member)或半导体层。还有，在如太阳能电池的半导体元件的生产中，刻蚀技术已用于构图或去除包括透明导电薄膜或半导体层的电极。除此之外，刻蚀透明导电薄膜的构图技术已用于如液晶板等显示器的生产中。
特别是，在非晶硅太阳能电池的生产中，已知有在透光绝缘基片上形成透明导电薄膜、刻蚀所说透明导电薄膜以形成适于太阳能电池的要求图形、在构图的透明导电薄膜上形成非晶硅半导体层作光电转换层、形成背电极的方法。除此之外，还有在金属基片上形成非晶硅半导体层作光电转换层、在所说半导体层上形成透明导电薄膜、将所说透明导电薄膜刻蚀成要求图形、在已构图的透明导电薄膜上形成栅极作收集电极的方法。后一种方法具有下面优点，即可容易地把所得到的包括金属基片的太阳能电池制成具有弯曲部分的结构，由于太阳能电池基片包括金属，所以可以容易地进行电化学处理如以便修复缺陷部分，可以连续进行薄膜形成。
现在，在太阳能电池的生产中，已知有选择刻蚀形成在基片上的透明导电薄膜的化学刻蚀方法使其具有要求图形(见日本特许公开108779/1980和美国专利No.4,419,530)。这里，下面通过这种化学刻蚀方法的例子来作说明。
在第一步，通过如丝网印刷或挠曲图形(flexographic)印刷或旋涂等印刷技术将光刻胶(包括印刷浆或树脂)形成在基片上的透明导电薄膜上，用要求图形将光刻胶曝光，然后进行显影，由此形成需要的正光刻胶图形。在第二步，用含氯化铁或硝酸的刻蚀溶液刻蚀包括透明导电薄膜曝光部分的负区(正胶图形除外)以去除它，保留正胶图形下的透明导电薄膜部分。在这种情况下，可以通过如等离子刻蚀等干法刻蚀去除负区，保留正胶图形下的透明导电薄膜部分。在第三步，用释放装置(releaser)冲洗的方法、剥离的方法、通过等离子砂磨(plasma ashing)装置进行干法处理的方法来去除保留在透明导电薄膜上的正胶图形(包括已固化的光刻胶图形)，由此形成要求的透明导电薄膜图形。
还有一种刻蚀液晶显示器或EL元件中透明导电薄膜的已知电化学刻蚀方法，其中，在基片上形成透明导电薄膜，使光刻胶图形与透明导电薄膜的表面接触，将所得物浸入含HCl水溶液的电解液，接着用电流激发，使暴露的没有用光刻胶图形覆盖的透明导电表面的部分构图(见未审查的日本特许公开290900/1987)。
另外，对于如非晶硅太阳能电池的薄膜太阳能电池，有时会出现一些问题，如在半导体层形成过程中产生的短路缺陷，会显著降低输出电压和电流。这些短路缺陷通常出现如在电连接上下电极与半导体层的针孔等缺陷存在的地方。这些如短路缺陷等问题随太阳能电池尺寸变大而增加。
考虑这点，在连续制造大面积太阳能电池时，例如通过称为的双卷盘工艺的方法，半导体层或透明导电薄膜形成后，需要去除可能存在的短路缺陷。
美国专利4,166,918公开了去除在太阳能电池制造工艺中产生的短路缺陷的方法。该方法通过加足够幅度但比太阳能电池击穿电压小的反偏电压来烧掉太阳能电池中的短路缺陷。除此之外，美国专利4,729,970公开了钝化太阳能电池短路缺陷的方法，该方法通过给在电解溶液中的太阳能电池加反偏电压来去除短路缺陷周围的包括ITO等透明导电薄膜，由此钝化短路电流通路。
通常在制造大尺寸太阳能电池时，经常使用通过将透明导电薄膜进行刻蚀处理、去除短路缺陷、形成收集电极来使透明导电薄膜构图使之有要求尺寸的方法。根据这种方法，可能制造大面积的高性能薄膜太阳能电池。
现在，任何通过刻蚀处理的常规构图工艺即用光刻胶形成正光刻胶图形、曝光、显影、刻蚀、去除光刻胶等各种步骤都存在的问题，下面将说明这些问题。
常规化学刻蚀工艺具有这样一些问题，即因为刻蚀处理在电解溶液中进行，很容易出现胶的扩展或去除，由此很难得到精确刻蚀，另外，不仅需要精确控制刻蚀溶液的温度而且要精确控制刻蚀处理的时间。
对常规干法刻蚀工艺，尽管可以得到高精度的图形，但具有这样的问题处理速度慢，所用装置的产量低，因此增加产品的生产成本，另外，由于使用强氧化剂，需要特别注意所用装置的维护和废液处理。
对常规等离子体砂磨工艺，尽管由于不使用溶液而没有环境污染的问题，但具有不能使用所有光刻胶的问题。
对常规电化学刻蚀工艺，尽管它具有对刻蚀溶液温度的控制不必如上述化学刻蚀工艺那样精确的优点，但它具有这样的弊端，即为得到要求刻蚀图形，需要将给定的光刻胶图形和形成在基片上的透明导电薄膜表面紧密结合，没有光刻胶不可能构图，而形成图形的步骤又是必需的。
在用常规化学或电化学刻蚀工艺对形成在叠层体上的透明导电薄膜的构图中，该叠层体包括作为光生伏打元件的半导体层的大量叠层薄膜，具有下面描述的问题。即，当用刻蚀溶液的处理时间长时，很容易对叠层体产生负影响；当刻蚀溶液的温度控制不充分时，易于出现不合格刻蚀区，导致得到的光生伏打元件短路或旁路。在用光刻胶的刻蚀工艺中，具有下面描述的问题。即，当在刻蚀工艺中出现光刻胶分离时，通常出现过刻蚀而将不需刻蚀的区域刻蚀掉，导致得到的光生伏打元件有外部缺陷，并/或由此使其特性退化；在这种情况下，具有损伤不刻蚀的区域或层的趋势。
在用刻蚀处理制造太阳能电池的构图工艺中，利用化学刻蚀、干法刻蚀、或电化学刻蚀工艺通过光刻胶等进行构图。在任一情况下，需要进行不同步骤，即，使光刻胶图形与太阳能电池基片紧密接触、刻蚀、去除光刻胶、漂洗、清洗、干燥等。完成这些步骤后，通常还进行去除太阳能电池基片中可能存在的短路缺陷的步骤。
根据双卷盘工艺，可以连续形成半导体层、透明导电薄膜等。但是，实际中，很难进行刻蚀工艺和短路缺陷去除工艺使其连续地进行。且刻蚀步骤具有上述大量处理步骤。由此，即使用双卷盘工艺，也具有很难以高产率低成本制造无缺陷太阳能电池的问题，此外，由于刻蚀工艺和短路缺陷去除工艺分开进行，在批量生产太阳能电池时，可能会新出现如损伤等物理缺陷。
因此，更加需要改进制造太阳能电池的常规工艺，使刻蚀工艺和短路缺陷去除工艺能连续进行。
另外，例如按

图1(a)到图1(h)的方法，用刻蚀装置，根据常规刻蚀工艺进行构图。特别是，首先，在形成于金属基片201上的透明导电薄膜202上(见图1(a))，用涂敷装置203形成光刻胶204(见图1(b))，接着用干燥机(未示出)干燥。然后，在光刻胶204上形成掩模图形205，用滤光片206对制品曝光(见图1(c))。接着，在含显影液的容器207中进行显影(见图1(d))。显影处理后，在清洗和漂洗容器208中进行清洗(见图1(e))，接着干燥。再后，在含刻蚀溶液的刻蚀容器209中进行刻蚀处理(见图1(f))，接着在光刻胶去除容器210中去除光刻胶，随后清洗干燥(见图1(g))，如图1(g)所示将金属基片201上的透明导电薄膜202构图。图1(h)是表示这样得到的有要求图形的产品的斜视图。
在包括上述大量步骤的光刻方法的构图工艺中，这些步骤极难组合，在进行各步骤中所用的相应设备也很难集成。如果能幸运地设计这些步骤使它们能在同一设备中进行，那么设备不可避免地要很大。因此，极难实现能连续进行这大量步骤以在短时间完成构图工艺的设备。
这些情况或多或少地同样也存在于太阳能电池的制造中。特别是，制造太阳能电池的刻蚀工艺包括与上述相似的大量步骤，不仅这些大量步骤而且各步骤所用相应设备极难组合。因此，不可避免地在每步使用分离的设备。另外，极难制造能同时进行包括大量步骤的刻蚀工艺和短路缺陷去除工艺的设备。如果刻蚀工艺和短路缺陷去除工艺能被幸运地设计为在同一装置中进行，则设备的尺寸不可避免地很大。因此，极难制造能在短时间连续进行刻蚀工艺和短路缺陷去除工艺的设备。
本发明的一个主要目的是消除现有技术中上述问题，并提供处理步骤少、简单、选择刻蚀精度好的刻蚀工艺。它能以改进了的刻蚀精度通过刻蚀处理如透明导电薄膜等稳定有效地选择刻蚀要处理的物体。
本发明的另一目的是提供如包括太阳能电池等光生伏打元件且没有旁路和外观缺陷等短路缺陷又没有不刻蚀区域或层的损伤的高可靠半导体元件。
本发明的又一目的是提供能利用刻蚀处理和短路缺陷去除处理连续进行构图处理的方法，其能以高成品率低成本有效地生产如太阳能电池等光伏部件的高可靠性半导体元件。
本发明的再一目的是提供能通过改进构图精度的刻蚀处理稳定地进行构图处理的工艺，其能以高成品率低成本有效地生产如太阳能电池等光生伏打元件等且没有旁路和外观缺陷等短路缺陷的具有高性能的高可靠性半导体元件。
本发明的再一目的是提供尺寸小、简单廉价的刻蚀装置，它能缩短处理时间，能通过刻蚀处理如透明导电薄膜等以高精度稳定有效地选择刻蚀将要处理的物体。
本发明的再一目的是提供尺寸小、简单的刻蚀装置，它能在短时间内通过刻蚀处理和短路缺陷去除处理同时进行构图处理，能以高成品率低成本有效地生产如太阳能电池等光伏部件的、没有包括旁路和外观缺陷等短路缺陷的、具有高性能的高可靠性半导体元件。
根据本发明的刻蚀工艺的典型实施例是用来刻蚀具有要刻蚀部分的基片，包括将所说基片浸入电解液使所说基片作为负电极的步骤；设置具有和所说电解液中所说基片要刻蚀区域上将要形成的要求图形相对应的图形的相对电极，使所说相对电极与所说基片维持预定间隔的步骤；在所说基片和所说相对电极之间加直流电流或脉冲电流，刻蚀所说基片上要刻蚀的区域，使其成为和所说相对电极的所说图形相对应的图形的步骤。
根据本发明的用来生产半导体元件的工艺的典型实施例包括将用来形成半导体元件的、具有包括要刻蚀薄膜的区域的基片浸入电解液，使所说基片作为负电极的步骤；设置具有和所说电解液中所说基片要刻蚀区域上将要形成的要求图形相对应的图形的相对电极，使所说相对电极与所说基片维持预定间隔的步骤；在所说基片和所说相对电极之间加直流电流或脉冲电流，刻蚀所说基片上要刻蚀的区域，使之成为和所说相对电极的所说图形相对应的图形的步骤。
根据本发明的刻蚀装置的典型实施例包括固定具有要刻蚀区域的基片的基片固定部件；装电解液的电解槽，为将固定于基片固定部件上的基片浸入装于电解槽的电解液中，移动基片固定部件的移动装置；固定具有和将要形成于基片要刻蚀区域的要求刻蚀图形相对应的图形的相对电极，使所述相对电极位于固定于基片固定部件上的基片对面。
在本发明中，在具有要刻蚀区域的基片一侧没有光刻胶。特别是，本发明的主要特点是在电解液中设置具有要刻蚀区域的给定基片和具有要求图形形状的相对电极，使相对电极位于基片要刻蚀区域的对面，较好是前者靠近后者，在它们之间加直流电流或脉冲电流，将基片上要刻蚀的区域刻蚀为和相对电极的图形相对应的图形。这就可能以高成品率低成本有效地生产如太阳能电池等光伏部件等、没有包括旁路和外观缺陷等短路缺陷的、具有高性能的高可靠性半导体元件。
上述刻蚀装置能按要求地实现本发明的工艺。
在本发明中要刻蚀的区域可以包括置于基片上的要刻蚀的薄膜和通过如半导体层、电极等插入物置于基片上的要刻蚀的薄膜。
在根据本发明的上述刻蚀装置中，移动基片固定部件的移动装置将要处理的基片浸入且将处理过的基片取出电解液。可以将移动装置设计为能上下移动或旋转把要处理的基片浸入且将处理过的基片取出电解液。
根据本发明的上述刻蚀装置可以这样改型将基片固定部件做成多个，使固定在基片固定部件上的基片能通过移动装置的旋转来连续地浸入和取出电解液。
还有，在本发明中，基片固定部件上的基片的维持可以以机械的方法或通过由如电磁铁等磁力发生装置产生的磁力的作用来进行。
图1(a)到1(g)是说明用光刻的常规刻蚀工艺的示意剖面图。
图1(h)是具有根据图1(a)到1(g)的刻蚀工艺得到的具有刻蚀图形的产品的斜视图。
图2(a)是表示根据本发明的刻蚀工艺的一个例子的示意图。
图2(b)是表示用于图2(a)刻蚀工艺的相对电极的图形的一个例子的斜视图。
图2(c)是表示根据图2(a)刻蚀工艺得到的已构图产品的一个例子的斜视图。
图3(a)是表示根据本发明生产的半导体元件的一个例子的剖面图。
图3(b)是图3(a)所示半导体元件的平面图。
图4是表示适于实现本发明工艺的装置的一个例子的示意图。
图5是表示适于实现本发明工艺的装置的另一个例子的示意图。
图6是表示具有短路缺陷的半导体元件的一个例子的剖面图。
图7是表示其中短路缺陷已被去除的修复的半导体元件的一个例子的剖面图。
图8是表示本发明中生产半导体元件的工艺的一个例子的流程图。
图9是用光刻生产半导体元件的常规工艺的一个例子的流程图。
图10是表示适于实现本发明工艺的处理装置的再一个例子的示意图。
为了克服利用基于电化学反应的还原和溶解机理刻蚀要刻蚀薄膜的给定区域的常规方法的问题，还为了找出一种没有现有技术中出现的问题且能在要刻蚀薄膜的区域得到需要的刻蚀图形的刻蚀方法，本发明人通过实验进行了深入的研究。
结果发现了能以改进的刻蚀精度按要求的图形连续刻蚀要刻蚀物体、同时能在同一装置中去除存在于物体中的如短路缺陷等缺陷的改进的刻蚀方法。
基于该发现完成了本发明。
本发明的要点是包括下面步骤的改进的刻蚀工艺将具有要刻蚀薄膜的区域的基片浸入电解溶液，使其作为负极；设置相对电极，使相对电极和基片相对放置；在基片和相对电极之间加直流电流和脉冲电流，电解还原选择刻蚀基片上要刻蚀的区域，使其成为要求的图形。
本发明的生产半导体元件的工艺包括下面步骤(a)提供包括按指定顺序形成在基片(包括金属体)上的半导体层和透明导电薄膜的半导体元件，(b)将半导体元件浸入电解溶液，使半导体元件的基片侧作为负极，(c)设置相对电极，使相对电极和半导体元件相对放置，及(d)在半导体元件的基片和相对电极之间加直流电流和脉冲电流，电解还原选择刻蚀半导体元件使其成为要求的图形。如果需要，该工艺还包括另一步骤，即给半导体元件的基片端加正偏，将存在于半导体元件中如短路缺陷等缺陷周围的透明导电薄膜电解还原，由此去除所说缺陷。
根据本发明，可以有效得到由透明导电薄膜构成的高精度刻蚀图形。
另外，根据本发明，可以连续以高精度按要求构图和去除短路缺陷。
下面，将详细说明本发明。
通常，作为非晶太阳能电池等中的透明导电薄膜，有对可见光透明且导电的薄膜如SnO2薄膜、In2O3薄膜、ITO(In2O3+SnO2)薄膜等。可以真空蒸发、电离蒸发、溅射、CVD(化学汽相淀积)、或喷涂形成透明导电薄膜。
当这些透明导电薄膜用于非晶太阳能电池时，需要通过刻蚀处理，在预定的选择区域构图。但是，这些透明导电薄膜不溶于酸和碱，因此很难刻蚀。具体地，其化学刻蚀反应很慢，因此，为了加快化学刻蚀反应速度，需要在高温进行化学刻蚀。
在另一方面，在称为电化学刻蚀的工艺中，由于可以用各种电解液，刻蚀反应在室温进行，不需另外提供热能。在电化学刻蚀工艺中，由电解阴极端产生的活泼氢还原透明导电薄膜使它溶于电解液中，由此去除给定区域的透明导电薄膜。
在本发明中，用于电解液的电解质根据所用透明导电薄膜的种类而不同。电解质的特例是氯化钠、氯化钾、氯化铝、氯化锌、氯化锡、氯化铁、一氮化三钠、硝酸钾、盐酸、硝酸和硫酸。
用于本发明的相对电极可以由选自包含铂、碳、金、不锈钢、镍、铜和铅的组中的一种或多种材料构成。这些材料中，金、铂和碳最合适，因为它们化学稳定性好且能容易地形成要求的图形。
在本发明中，可以在具有要刻蚀区域(例如，包括透明导电薄膜)的基片和相对电极之间安装合适的桥接部件(gapping member)，例如，使相对电极被桥接部件无接触地压紧，而桥接部件和基片要刻蚀的区域接触。在这种情况下，可以使用如图2(a)和2(b)所示的刻蚀工艺。图2(a)是表示在电解液中基片和相对电极通过桥接部件彼此靠近设置的情况的侧视图。图2(b)是表示从桥接部件端看，相对电极和桥接部件的设置的斜视图。
图2(c)是表示得到的已使透明导电薄膜构图的一个例子的斜视图。
在图2(a)到2(c)中，标号101表示基片，标号102表示要刻蚀的薄膜(例如，透明导电薄膜)，标号103表示相对电极，标号104表示桥接部件，标号105表示电解槽，标号106表示电解液，标号107表示电源。
按图2(a)和2(b)的方法，根据暴露于电解液中相对电极的图形可以得到要求的刻蚀图形。
在2(a)和2(b)中，四个相对电极排列为田形，通过刻蚀处理进行构图。
下面详细说明图2(a)到2(c)所示的方法。将具有要刻蚀薄膜102的基片101浸入电解液106，基片101端电连接到电源107的负电极。设置相对电极103，使其通过桥接部件104和基片保持预定间隔，这里相对电极103不和桥接部件104接触，而和基片101的薄膜102接触，在基片101的薄膜102与相对电极103之间总是存在电解液106。但是桥接部件104和基片101的薄膜102的界面一直没有电解液106。相对电极103电连接到电源107的正电极。打开电源，在相对电极103和基片101之间加直流或脉冲电流，仅在与相对电极103相对的薄膜102的表面进行还原反应，由此将薄膜102刻蚀为和相对电极图形相对应的图形。因此，不需要在薄膜102侧形成掩模。通过适当调整桥接部件104的宽度和厚度，可以根据电流密度按要求调整要刻蚀薄膜102的深度。通常，设计桥接部件104的宽度和厚度在0.1mm到2mm范围可调。当相对电极103和基片101之间的间隔过大时，很难形成和相对电极103图形相对应的要求刻蚀图形。
还有，适当调整直流电流所加时间或/和所加直流电流的大小，或使用脉冲电流，可以按要求控制刻蚀处理构图的选择性。
希望桥接部件104由耐化学药品的软材料如硅酮橡胶、硅酮海绵等构成。
为了和构图一起进行刻蚀处理，需要如上所述加直流电流或脉冲电流加快电解反应。可以适当调整电解液的浓度控制电解还原反应。但是，使用高浓度的电解液常具有会刻蚀所用装置的金属部分的问题。
另外，适当调整所加电流的时间或/和所加电流的大小，即使在用低浓度电解液的情况下，也能形成要求的刻蚀图形。
保持所加电流为常数时能形成均匀线性图形。
另外，当所加电流为脉冲电流时，以很薄的薄膜形式多步地逐步刻蚀薄膜(例如，包括透明导电薄膜)，由此，可以无还原薄膜残余地形成高精度的轮廓清晰的线性图形。
现在，如透明导电薄膜等要刻蚀薄膜的构图精度对如光伏部件(包括太阳能电池)等的半导体器件(包括光电半导体器件)的性能有重要影响。
根据本发明进行构图制备的半导体器件的一个例子可以是如图3(a)和3(b)的非晶太阳能电池。
这里，应该明白这仅是示意性的，本发明还适于具有透明基片的非晶太阳能电池。还应明白，本发明还适于具有半导体层的其它半导体器件(具体地，光电半导体器件)，如单晶系列太阳能电池、多晶系列太阳能电池、薄膜多晶系列太阳能电池、和微晶系列太阳能电池。
图3(a)是非晶太阳能电池的剖面图。图3(b)是从入射光端看的非晶太阳能电池的平面图。在图3(a)和3(b)的非晶太阳能电池中，按要求使基片上的结构层构图。
在图3(a)和3(b)中，标号300表示整个非晶太阳能电池，301表示基片，302表示下电极层，303表示半导体层，304表示具有图形区306的透明导电薄膜，305表示收集电极(或栅极)，307表示正电源输出端，308表示负电源输出端。
在非晶太阳能电池中，基片301通常由导电材料构成，它也作为背电极(或下电极)。下电极层302作为输出半导体层303产生的电能的两个电极中的一个。
下电极层302还提供和半导体层303的欧姆接触。和半导体层303接触的下电极层302的表面可以构成来不规则地反射光。下电极层302可以由金属体、金属合金或透明导电氧化物构成。这些材料可以是如Ag、Pt、AlSi、ZnO、In2O3、ITO等。
半导体层303可以包括具有由n型层和p型层叠层构成或n型层、i型层、p型层叠层构成的pn或pin结一个单元的单电池结构；包括叠层两个电池单元的叠层体的双电池结构，每个电池单元具有由n型层和p型层叠层构成或n型层、i型层、p型层叠层构成的pn或pin结；或包括叠层三个电池单元的叠层体的三单元结构，每个电池单元具有由n型层和p型层叠层构成或n型层、i型层、p型层叠层构成的pn或pin结。
为了得到大量的电能，太阳能电池需要很大的面积。但是有随太阳能电池面积增大光电转换效率有降低的趋势。主要原因是由于透明导电薄膜的电阻导致的电损耗。因此，通常根据收集电极305的电流收集效率来决定太阳能电池的有源区。
但是，通过精确使透明导电薄膜构图，可以按要求增加太阳能电池的有源面积，由此可以得到输出功率的增加。
在刻蚀处理使透明导电薄膜构图的情况下，当没按要求充分刻蚀透明导电薄膜使在所得构图区306有断裂时，会有从有源区之外的旁路区产生的漏电导致光电转换效率降低的问题。另外，这种在透明导电薄膜的刻蚀中的缺陷对太阳能电池的初始特性有负影响，这归因于可靠性测试中旁路的出现，这种太阳能电池不能在室外使用。
因此，应在刻蚀处理中整个去除透明导电薄膜要刻蚀去除的给定区域。
下面将说明适于实现本发明刻蚀工艺的选择刻蚀装置。
图4是表示适于实现本发明刻蚀工艺的选择刻蚀装置的一个例子的示意图。
图5是表示适于实现本发明刻蚀工艺的选择刻蚀装置的另一个例子的示意图。
下面说明图4所示的装置。
图4的装置是这样一种装置，即通过旋转将基片(将进行刻蚀处理)浸入电解液中。
在图4中，标号401表示电解槽，402表示具有要刻蚀区域(例如，包括薄膜)的基片，403表示电解液，404表示有要求形状的相对电极，405表示上下移动相对电极404的提升装置，406表示桥接部件，407表示基片固定部件，408表示旋转鼓，409表示旋转轴，410表示基片运送装置，411表示去除处理过的液体的装置，412表示电源，413表示顺序控制器，414表示运送带。
电解槽401由良好耐酸和耐刻蚀材料构成，很轻且易处理，如氯乙烯树脂、丙烯酸树脂等。
图4所示的旋转鼓408为具有四个面的四面体形状，每个面作为固定基片402的基片固定部件407。但是，旋转鼓408的形状不限于此。旋转鼓408可以是具有五个或更多能固定基片402在其上的面的其它合适形状，如五边形、六边形等。
如图4所示，电源412通过它的负极电连接到旋转轴409。旋转轴电连接到固定于旋转鼓408各面背端的电极，使电流流到固定在旋转鼓所说面上且浸在电解液403中的基片402，这里基片402作为负极。希望将电流供应系统设计成能开能关。
相对电极404固定在提升装置405上。桥接部件406放在固定于提升装置405上的相对电极404上。相对电极404通过提升装置405和顺序控制器413电连接到电源412的正极。
当旋转鼓408旋转使固定在其上的基片402到达刻蚀区，使基片浸入装于电解槽401的电解液403中时，相对电极404位于旋转鼓408的旋转半径之外。
在刻蚀区，在电流流过之前，具有按指定顺序叠层其上的相对电极404和桥接部件406的提升装置405提升，使桥接部件406和基片402要刻蚀区域接触，然后，电流流过相对电极404和基片402之间，刻蚀基片上要刻蚀的区域。在这种情况下，由顺序控制器413按要求控制流过的电流大小和电流流过的时间。电流可以是直流或脉冲电流。完成基片402的刻蚀处理后，其上具有相对电极404和桥接部件406的提升装置405回到起始位置。
为了利用电磁铁产生的磁力的作用固紧基片，基片固定部件407装有电磁铁(未示出)，可以通过开关磁力按要求固定或脱离基片。
图4的装置可以装配包括电磁铁和固定板的装置，它工作使电磁铁从基片的背端靠近固定板以固紧基片402，和使电磁铁从固定板上撤回以使基片脱离。
为了防止电解液漏到外面，用处理过的液体去除装置411在基片刻蚀处理后从基片402表面去除电解溶液403。通过从空气出口喷气或利用刷或刮刀除去电解液。
图4的装置具有下面显著优点可以将要处理的基片402连续地送进至少具有四个面的前面所述旋转鼓408的每个基片固定部件407所在的位置，接着进行刻蚀处理；可以无时间损失地连续进行准备、刻蚀处理、液体去除、和取出产品；可以在极短的时间内完成基片的刻蚀处理。
下面说明图5的装置。
图5所示的装置是这样一种装置，即上下移动基片将基片(将进行刻蚀处理)浸入电解液。
在图5中，标号501表示电解槽，502表示具有要刻蚀区域(例如，包括薄膜)的基片，503表示电解液，504表示有要求形状的相对电极，505表示桥接部件，506表示在安装台上的基片固定部件，507表示上下移动基片固定部件506的提升装置，508表示去除处理过的液体的装置，509表示电源，510表示顺序控制器，511表示运送带。
提升装置507包括空气缸。联合使用轴承和气缸更有效。
如图5所示，提升装置507连接到具有基片固定部件506的安装台，以便可以利用提升装置短时间内将基片502浸入电解液503及进行基片的刻蚀处理和基片的运送。
如图5所示，电源509电连接到固定在基片固定部件506上的基片502，它还通过顺序控制器510电连接到相对电极504。
在图5所示的装置中，典型地按下面方法进行基片502的刻蚀处理。即，将其上固定有基片502的基片固定部件506向下移动浸入电解液503。然后，在电流流过之前，使相对电极504上的桥接部件505和基片502要刻蚀区域接触。然后，电流流过相对电极504和基片502之间来刻蚀基片上要刻蚀的区域。在这种情况下，由顺序控制器510按要求控制流过的电流大小和电流流过的时间。电流可以是直流或脉冲电流。
为了借助电磁铁产生的磁力固紧基片，基片固定部件506装有电磁铁(未示出)，可以开关磁力按要求固定或脱离基片。
为了防止电解液漏到外面，用处理过的液体去除装置508在基片刻蚀处理后从基片502表面去除电解溶液503。通过从空气出口喷气或利用刷或刮刀除去电解液。
图5所示的装置具有下面显著优点按平面方向使基片502进入电解槽501，因此，基片刻蚀处理要求的电解液的量少；并且使装置的规模最小化。
下面参照图6和图7说明本发明电解去除短路缺陷的方法。
图6是表示具有短路缺陷的半导体元件的一个例子的剖面图。图7是其中短路缺陷已去除的修复的半导体元件的一个例子的剖面图。
在图6中，由于存在缺陷1302(或短路缺陷)，短路电流通路1301从金属基片1303延伸到透明导电薄膜1304，并穿过半导体层1305区域。这里，当给电解液中的半导体元件的基片侧加正偏置时，还原去除透明导电薄膜的涉及区域直到短路通路1301电绝缘为止。即，去除短路通路1301，使短路区域的电阻在透明导电薄膜和半导体区域的界面充分地增加。短路区域的电阻增加，方能得到基本没有短路电流、具有良好性能的修复的半导体元件。具体地，如图7所示，可以通过还原叠层在半导体层1305上的透明导电薄膜1304，去除缺陷1302周围的区域，由此去除短路电流通路1301，从而去除短路缺陷或旁路的问题。
对正偏置，希望给每个半导体元件的基片加2V到10V的偏置。对所用电解液，可以选择使用任何电解液，只要它能还原透明导电薄膜，且在刻蚀工艺中通过电解能很好地去除薄膜即可。
上述短路缺陷去除工艺的优点是刻蚀工艺和短路缺陷去除工艺可以使用同一种电解液，因此两种工艺可以在同一种电解液中进行；因此，可以在同一个电解槽连续进行这两种工艺；这便可以高成品率批量生产如光生伏打元件(包括太阳能电池)等具有可靠性能的半导体元件。
图8是本发明生产半导体元件的工艺的一个例子的流程图。图9是用光刻方法生产半导体元件的常规工艺的一个例子的流程图。比较图8所示本发明的工艺和图9所示的常规工艺，很明显根据本发明的工艺比常规工艺明显简单。
图10是表示适于实现本发明工艺的装置的再一个例子的示意图，其中连续地进行刻蚀处理和短路缺陷去除处理。
在图10中，相应标号1101表示电解槽，1102表示包括导电基片和至少在所说基片上有半导体层和透明导电薄膜的叠层结构(此后称为元件基片)的光生伏打元件，1103表示电解液，1104表示用于进行刻蚀处理的具有要求形状的第一相对电极，1105表示上下移动第一相对电极1104的提升装置(此后称为第一相对电极提升装置)，1106表示用于进行短路缺陷去除处理的具有要求形状的第二相对电极，1107表示基片固定部件，1108表示具有大量作为基片固定部件1107的面的多面形的旋转鼓，1109表示旋转轴，1110表示基片运送装置，1111表示去除处理过的液体的装置，1112表示刻蚀处理的电源(此后称为刻蚀电源)，1113表示短路缺陷去除处理的电源(此后称为缺陷去除电源)，1114表示顺序控制器，1115表示运送带。
在图10所示的装置中，元件基片1102放置并固定在旋转鼓1108的基片固定部件1107上，旋转旋转鼓1108，元件基片1102相继浸入电解液1103，接着进行刻蚀处理和短路缺陷去除处理。
电解槽1101由具有良好耐酸和耐刻蚀性能的材料构成，且轻便易于处理，如氯乙烯树脂、丙烯酸树脂等。
图10所示的旋转鼓1108为具有五个面的五面体形状，每个面作为固定元件基片1102的基片固定部件1107。但是，旋转鼓1108的形状不限于此。旋转鼓1108可以是如三边形等其它合适形状，此时基片固定部件1107是个平面。用图10所示五边形旋转鼓1108具有下面明显优点，即可以无时间损失地连续进行元件基片的引入、准备、刻蚀处理、短路缺陷去除处理、液体去除、和取出产品；且可以使旋转鼓1108最小化。
另外，当元件基片1102可以弯曲时，旋转鼓1108可以是圆形，使元件基片可以以给定的曲率固定在上面。在这种情况下，第一相对电极1104和第二相对电极1106需要形成为给定的曲率形状。
希望装置的电系统设计为这样，即在进行刻蚀处理和进行短路缺陷去除处理时使旋转鼓1108的每个基片固定部件1107的导电状态处于开态，且在不进行这些处理时关闭。
如图10所示，刻蚀电源1112通过其负极和顺序控制器1114电连接到旋转轴1109。类似地，缺陷去除电源1113通过其负极和顺序控制器1114电连接到旋转轴1109。旋转轴1109电连接到旋转鼓1108各面的背端，使电流流到固定在所说面上且浸入电解液1103的元件基片1102，这里元件基片1102作负极。将电流供应系统设计为能开能关。
第一相对电极1104固定在第一相对电极提升装置1105上，且通过提升装置1105电连接到刻蚀电源1112的正极。类似地，第二相对电极1106固定在第二相对电极提升装置上，且通过所说提升装置电连接到缺陷去除电源1113的正极。
当旋转鼓1108旋转时，第一相对电极1104置于旋转鼓1108的旋转半径之外，在电流流过之前，第一相对电极置于元件基片1102附近，然后，电流流过第一相对电极1104和元件基片1102之间，以刻蚀元件基片1102上要刻蚀的给定区域。在这种情况下，由顺序控制器1114按要求控制流过的电流大小和电流流过的时间。电流可以是直流或脉冲电流。
第一相对电极1104为上述要求图形。在刻蚀处理中，将电流汇集到电极引起电化学反应。希望第一相对电极一直有能获得均匀构图线的作用。从这点看，希望第一相对电极1104由如铂、金或碳等长寿命材料构成。
在短路缺陷去除处理中，设置第二相对电极1106，使它和元件基片1102维持预定平行间隔，给元件基片1102端加正偏置，由此去除元件基片中的短路缺陷。在这种情况下，和刻蚀处理一样，由顺序控制器1114按要求控制流过的电流大小和电流流过的时间。
可以安装能调节第二相对电极1106和第二相对电极1106端上的元件基片1102之间的间隔的装置。
第二相对电极1106可以由铂、碳、金、不锈钢、镍、铜或铅构成。在需要第二相对电极1106具有特别良好的耐溶解性能时，最好由具有化学稳定性且易于处理成要求图形的铂构成该电极。
为了借助电磁铁产生的磁力固紧元件基片1102，基片固定部件1107具有电磁铁，可以开关电磁力按要求固定或脱离基片。
图10所示的装置可以具有包括电磁铁和固定板的装置，它工作使电磁铁从元件基片的背面靠近固定板以固紧基片1102，和使电磁铁从固定板撤回以使基片脱离。
为了防止电解液漏到外面，用处理过的液体去除装置1111在元件基片刻蚀处理和短路缺陷去除处理后从元件基片1102表面去除电解溶液1103。通过从空气出口喷气或通过刷或刮，除去电解液。
图10所示的装置具有下面显著优点可以将要处理的元件基片1102连续地送进旋转鼓1108的每个基片固定部件1107所在的位置，接着进行刻蚀处理，然后进行短路缺陷去除处理；可以无时间损失地连续进行引入要处理的元件基片、准备、刻蚀处理、短路缺陷去除处理、液体去除、和取出产品；且可以在极短的时间完成元件基片的刻蚀处理和短路缺陷去除处理。
下面，参照不限制本发明范围的实施例，详细说明本发明。
例1在该例中，按下面的方法，制备具有图3(a)和3(b)所示结构且用图4所示刻蚀装置使透明导电薄膜构图的100个pin结单单元型非晶太阳能电池。
1.制备光生伏打元件首先用不锈钢SUS430BA板(商标名)作基片301。将不锈钢板去油，然后很好地清洗。
在作基片301的很好地清洗过的不锈钢板上，用常规溅射形成包括4000埃Ag和4000埃ZnO薄膜的两层下电极层302。随后，在下电极层302上，用常规RF等离子CVD形成包括从基片端按指定顺序叠层的250埃n型层/4000埃i型层/100埃p型层的具有pin结构的单电池型光电转换半导体层303，其中由SiH4气、PH3气和H2的混合气形成作为n型层的n型a-Si薄膜；由SiH4气和H2的混合气形成作为i型层的i型a-Si薄膜；由SiH4气、BF3气和H2的混合气形成作为p型层的p型μc-Si薄膜。然后，在光电转换半导体层303上，用常规电阻加热蒸发工艺形成作为透明导电薄膜304(具有防止光反射的功能)的700埃的In2O3薄膜，其中In源在O2气氛中190℃下蒸发。这样得到光生伏打元件。
通过基片切割所得光生伏打元件得到100个31cm×31cm大小的光生伏打元件(此后称这些光生伏打元件为元件基片)。
2.对光生伏打元件的透明导电薄膜进行构图处理(刻蚀处理)用图4所示的刻蚀装置进行构图处理。
将上述步骤1得到的100个元件基片中的一个放置在图4所示的刻蚀装置的两个运送带414(橡胶构成)中的一个上，使这个元件基片与运送带414的表面接触。基片运送装置410(具有吸盘)水平移动，到达其上具有元件基片的运送带414，并将元件基片从运送带414取走。然后，具有元件基片的基片运送装置410水平退回并放下元件基片402，将基片置于四边形旋转鼓408的基片固定部件407上。此后，基片运送装置410回到起始位置。
另外，在从其上取走元件基片402的运送带414上，接着放置元件基片准备下步处理。
将元件基片402置于四边形旋转鼓408的基片固定部件407上后，升高电磁铁(未示出，但前面解释过)借助电磁铁产生的磁力将元件基片402固紧在基片固定部件407上。然后，旋转鼓408旋转，使固定在基片固定部件407的元件基片402到达刻蚀处理区，将固定在基片固定部件407的元件基片402浸入装于电解槽401的电解液403。电解液403用包含8wt％六水氯化铝作溶于其中的电解质且具有65.0mS/cm2的电导率的电解液，使它保持在25℃。此时，旋转鼓408的旋转暂停。
另外，由于旋转鼓408如上述旋转，按和形成元件基片402一样的方法，基片运送装置工作从运送带414取走下一个元件基片并放置在下一个基片固定部件407上，固紧元件基片使它确保固定在基片固定部件上。然后，在从其上取走后一个元件基片运送带414上，接着放置元件基片准备下步处理。
当元件基片402到达刻蚀区并浸入电解液中时，具有按指定顺序叠层于基片上的相对电极404和包括1mm厚的橡胶部件的桥接部件406的提升装置405提升，使桥接部件406和固定在基片固定部件407的元件基片402的透明导电薄膜接触。
这里，相对电极404使用已构图的包括铂板的相对电极，其中，1mm厚的硅酮橡胶连接到铂板上以覆盖所说铂板的整个表面，相对电极具有通过硅酮橡胶薄膜形成的大小为30cm×30cm且宽为0.5mm的方形槽，使铂板暴露于方形槽中，而铂板的其余背面和侧面被绝缘膜绝缘。
然后，打开电源412，在相对电极404和元件基片402之间加25A直流0.5秒，同时由顺序控制器413进行控制。此后，提升装置405与桥接部件406和相对电极404一起回到起始位置。
然后，旋转鼓408又旋转，当固定在基片固定部件407的元件基片402通过处理过的液体去除装置411时，处理过的液体去除装置工作，对元件基片402喷空气去除沉积在元件基片上的电解液。
再后，当旋转鼓408的基片固定部件407(其上具有无电解液的元件基片402)回到起始位置时，旋转鼓408的旋转暂停，电磁铁从元件基片撤回。
随后，基片运送装置410下降到达旋转鼓408的基片固定部件407上的元件基片402，从旋转鼓408上取走元件基片402，并卸下另一运送带414上的元件基片402。该运送带工作以将元件基片402运送到装置外。这样。得到具有已构图的透明导电薄膜的光生伏打元件。构图所需的时间为10秒。
按和上述元件基片402一样的方法连续处理每个固定在基片固定部件407上的连续的元件基片。
由此，连续处理上述步骤1得到的100个光生伏打元件，得到100个具有已构图的透明导电薄膜的已构图光生伏打元件。
3.制备太阳能电池使用上面步骤2得到的100个已构图的光生伏打元件，按下面方法制备100个太阳能电池。
用纯水很好地清洗每个光生伏打元件，接着干燥。
在这样清洗过的光生伏打元件的已构图透明导电薄膜上，通过丝网印刷施加Ag浆料，接着干燥，由此形成作为收集电极305的栅极。由此，用Ag浆料将作为正电输出端307的铜管连接到作为收集电极305的栅极，用焊料将作为负电输出端308的锡箔连接到基片301的背面。由此得到太阳能电池。按这种方法，得到100个太阳能电池。
评估对每个所得太阳能电池，进行下面评估。
(1).按下面的方法评估初始特性。
按常规V-I特性测量方法测量黑暗状态下的电压-电流特性(V-I特性)，根据所得曲线原点附近的斜率可以得到旁路电阻。计算100个太阳能电池的旁路电阻的平均值，结果为80kΩ.cm2。发现所有太阳能电池都没有产生旁路。
(2).用具有AM 1.5全太阳光谱和能提供100mW/cm2光通量的准太阳光源的太阳能电池模拟器(SPIRE公司提供)测量每个太阳能电池特性，根据测量的太阳能电池特性得到光电转换效率，按此方法评估光电转换效率。结果，所有的太阳能电池皆具有在7.0±0.2％范围的满意的转换效率。
随后，用显微镜检查每个太阳能电池的经过刻蚀处理的构图区。结果，发现几乎100个太阳能电池都没有断开或不合格刻蚀区，且具有均匀的刻蚀线。发现成品率为95％。
(3).使用100个太阳能电池中的一些，并根据用常规热压缩层迭处理生产太阳能电池组件的常规工艺，得到多个太阳能电池组件，根据和对单晶系列太阳能电池组件的环境寿命测试有关的JIS C8917说明的温度和湿度循环测试A-2条件对每个所得太阳能电池组件进行可靠性测试。具体地，将太阳能电池组件放置在能选择控制温度和湿度的恒温恒湿槽中，将太阳能电池组件交替重复暴露-40℃气氛一小时的周期和暴露85℃/85％RH气氛一小时的周期20次。然后，使用前面(2)说明的太阳能电池模拟器，按和前面(2)一样的方法测试其光电转换效率。将测试的光电转换效率和前面(2)得到的转换效率进行比较，观测每个太阳能电池组件的光电转换效率的退化率。计算所有的太阳能电池组件的退化率的平均值，结果为满意的2.0％。
从上述评估结果，应明白下面事实。即，通过前面刻蚀处理的构图精度足够好，通过前面刻蚀处理的构图方法生产的所有太阳能电池有足够好的初始特性和高的可靠性。另外，应明白根据本发明的工艺能以改进的处理速度和短的刻蚀所需时间批量生产高可靠性太阳能电池，且电解刻蚀处理前后无需进行准备步骤。
比较例1在该比较例中，制备具有图3(a)和3(b)所示结构且用光刻和电解刻蚀的常规构图工艺使透明导电薄膜构图的100个pin结单单元型非晶太阳能电池。
1.制备光生伏打元件根据例1步骤1(制备光生伏打元件)的制备光生伏打元件的工艺，制备100个光生伏打元件。
2.利用光刻和电解刻蚀对光生伏打元件的透明导电薄膜进行构图处理用图1(a)到1(h)说明的常规构图工艺对每个前面步骤1得到的光生伏打元件的透明导电薄膜进行构图处理。
即，在每个光生伏打元件的透明导电薄膜上，施加包括光敏树脂的覆盖成分形成光刻胶，然后干燥。然后，将具有大小为30cm×30cm且宽为0.5mm的方形掩模图形形成在胶上，接着用紫外光照射。用显影机对制品显影，接着清洗和冲洗，然后干燥，由此得到已构图的产品(此后称为元件基片)。在包括相对电极和由8wt％六水氯化铝作为溶于其中的电解质且具有65.0mS/cm2的导电率的电解液(和例1一样)的常规刻蚀容器中，刻蚀处理元件基片，接着清洗和干燥。然后，用乙醇去除元件基片上的残余掩模，接着清洗干燥。由此得到具有已构图的透明导电薄膜的光生伏打元件。
重复上面过程，得到100个具有已构图透明导电薄膜的光生伏打元件。
3.制备太阳能电池使用上面步骤2得到的100个已构图的光生伏打元件，根据例1步骤3(制备太阳能电池)的工艺制备100个太阳能电池。
评估以与例1同样的评估方法对100个所得太阳能电池进行评估。
(1).以与例1同样的评估方法评估每个太阳能电池的初始特性，结果，发现100个太阳能电池中的10个具有10kΩ.cm2的旁路电阻。
(2).以例1同样的评估方法评估每个太阳能电池的光电转换效率。
结果，发现所有的太阳能电池具有在5.3±1.8％范围的光电转换效率。发现某些太阳能电池产生旁路。
用显微镜检查每个太阳能电池的构图区。结果，发现几乎所有太阳能电池都有断开。认为这些断开问题可能是由于没有充分去除紫外线照射构图的掩模产生的。
对具有劣等光电转换效率和旁路的太阳能电池，发现它们具有不需要的大宽度的不平的构图线。原因是光刻胶薄膜和透明导电薄膜之间的粘附性不足，且相对电极侧的透明导电薄膜区没有构图，由此，不能按希望控制电力线，结果引起侧刻蚀或过刻蚀。
例2在该例中，按下面的方法，制备具有图3(a)和3(b)所示结构且用图4所示刻蚀装置使透明导电薄膜构图的100个pin结三单元型非晶太阳能电池。
1.制备光生伏打元件首先用不锈钢SUS430BA板(商标名)作基片301。将不锈钢板去油，然后清洗。
在作基片301的清洗过的不锈钢板上，用常规溅射工艺形成包括4000埃Ag和4000埃ZnO薄膜的两层下电极层302。随后，在下电极层302上，利用常规微波等离子CVD工艺，形成从基片端起按指定顺序叠层有包括250埃n型层/1050埃i型层/100埃p型层的下单元、有包括600埃n型层/1450埃i型层/100埃p型层的中单元、有包括100埃n型层/1000埃i型层/100埃p型层的上单元的具有nip/nip/nip结构的pin结三单元型光电转换半导体层303，其中，由SiH4气、PH3气和H2的混合气形成作为n型层的n型a-Si薄膜；由SiH4气和H2的混合气形成作为i型层的i型a-Si薄膜；由SiH4气、BF3气和H2的混合气形成作为p型层的p型μc-Si薄膜。然后，在光电转换半导体层303上，用常规溅射工艺形成作为透明导电薄膜304(具有防止光反射的功能)的730埃的ITO薄膜，其中在O2气氛中170℃下溅射包含In和Sn的靶。这样得到光生伏打元件。
通过基片切割所得光生伏打元件得到100个31cm×31cm大小的光生伏打元件。
2.对光生伏打元件的透明导电薄膜进行构图处理(刻蚀处理)对上述步骤1得到的100个光生伏打元件按例1步骤2一样的方法进行构图处理。
具体地，将上面步骤1得到的100个光生伏打元件相继放入图4所示的刻蚀装置，按例1步骤2一样的方法连续进行构图处理，由此得到100个具有已构图的透明导电薄膜的已构图光生伏打元件。
3.制备太阳能电池使用上面步骤2得到的100个已构图的光生伏打元件，根据例1步骤3(制备太阳能电池)说明的工艺制备100个太阳能电池。
评估以与例1同样的评估方法对100个所得太阳能电池进行评估。
(1).以例1同样的评估方法评估每个太阳能电池的初始特性。
结果，发现100个太阳能电池中的平均旁路电阻为90kΩ.cm2。所有的太阳能电池都没有产生旁路。
(2).以例1同样的评估方法评估每个太阳能电池的光电转换效率。
结果，发现所有的太阳能电池具有在9.0±0.2％范围的满意的光电转换效率。
随后，用显微镜测试每个太阳能电池的刻蚀处理的构图区。结果，发现几乎100个太阳能电池都没有断开或不合格刻蚀区，且具有均匀的刻蚀线。发现成品率为95％。
(3).使用100个太阳能电池中的一些，并根据用常规热压缩层迭处理生产太阳能电池组件的常规工艺，得到多个太阳能电池组件，对得到的太阳能电池组件，按和例1相同的方法进行可靠性测试。结果，所有的太阳能电池组件的退化率的平均值为满意的约2.1％。
从上述评估结果，应明白下面事实。即，通过前面刻蚀处理的构图精度足够好，通过前面刻蚀处理的构图方法生产的所有太阳能电池有足够好的初始特性和高可靠性。另外，应明白根据本发明的工艺能以改进的处理速度和短的刻蚀要求时间批量生产高可靠性太阳能电池，且电解刻蚀处理前后无需进行准备步骤。
例3在该例中，按下面的方法，制备具有图3(a)和3(b所示结构且用图5所示刻蚀装置使透明导电薄膜构图的100个pin结单单元型非晶太阳能电池。
1.制备光生伏打元件根据例1步骤1(制备光生伏打元件)的制备光生伏打元件的工艺，制备100个pin结单电池型光生伏打元件。(这些光生伏打元件此后称为元件基片)。
2.对光生伏打元件的透明导电薄膜进行构图处理用图5所示的刻蚀装置进行构图处理。
将上述步骤1得到的100个元件基片中的一个放置在图5刻蚀装置的两个运送带511(橡胶构成)中的一个上，使元件基片的基片与运送带511的表面接触。具有含基片固定部件506的安装台的提升装置507水平移动，到达其上具有元件基片的运送带511，并借助激励在基片固定部件506上的电磁铁(未示出)产生的磁力将元件基片从运送带511取走，从而使元件基片502放置在基片固定部件506上。然后，提升装置507水平退回，并下降将固定元件基片402于其上的基片固定部件506浸入装于电解槽501的电解液503。电解液503使用包含10wt％六水氯化钾作为溶于其中的电解质且具有50.0mS/cm2的导电率的电解液，使它保持在25℃。随后，提升装置507继续下降使元件基片502的透明导电薄膜与包括1mm厚的叠置在相对电极504上的硅酮橡胶的桥接部件505接触。
这里，相对电极504使用已构图的包括铂板的相对电极，其中，1mm厚的硅酮橡胶连接到铂板以覆盖所说铂板的整个表面，相对电极具有通过硅酮橡胶薄膜形成的大小为30cm×30cm且宽为0.5mm的方形槽，这样使铂板暴露于方形槽中，而铂板的其余背面和侧面被绝缘膜绝缘。
然后，打开电源509，在相对电极504和元件基片502之间加30A直流0.4秒，并由顺序控制器510进行控制。此后，提升装置507提升，当固定在安装台的基片固定部件506上的元件基片502通过处理过的液体去除装置508时，处理过的液体去除装置工作，对元件基片502喷空气来去除淀积在元件基片上的电解液。
提升装置507提升，直到固定在安装台的基片固定部件506的元件基片502置于电解槽上面后，提升装置水平移动到达另一运送带511，关闭电磁铁，从运送带511上撤回将元件基片固定到安装台的基片固定部件506表面上的电磁力。该运送带工作，将处理过的元件基片送出装置外。这样。得到具有已构图的透明导电薄膜的光生伏打元件。构图处理要求的时间为10秒。
连续重复上述过程。由此，连续处理上述步骤1得到的100个光生伏打元件，得到100个具有已构图的透明导电薄膜的已构图光生伏打元件。
3.制备太阳能电池使用上面步骤2得到的100个已构图的光生伏打元件，根据例1步骤3(制备太阳能电池)说明的工艺制备100个太阳能电池。
评估以与例1同样的评估方法对100个所得太阳能电池进行评估。
(1).以例1同样的评估方法对每个太阳能电池进行初始特性的评估。
结果，发现100个太阳能电池中的平均旁路电阻为85kΩ.cm2。所有的太阳能电池都没有产生旁路。
(2).以例1同样的评估方法对每个太阳能电池进行光电转换效率的评估。
结果，发现所有的太阳能电池具有在7.1±0.3％范围的满意的光电转换效率。
随后，用显微镜检查对每个太阳能电池的刻蚀处理的构图区。结果，发现几乎100个太阳能电池都没有断开或不合格刻蚀区，且具有均匀的刻蚀线。发现成品率为97％。
(3).使用100个太阳能电池中的一些并根据用常规热压缩层迭处理生产太阳能电池组件的常规工艺，得到多个太阳能电池组件，对得到的太阳能电池组件，按和例1相同的方法进行可靠性测试。结果，所有的太阳能电池组件的退化率的平均值为满意的约1.8％。
从上述评估结果，应明白下面事实。即，通过前面刻蚀处理的构图精度足够好，通过前面刻蚀处理的构图生产的所有太阳能电池有足够好的初始特性和高可靠性。另外，应明白根据本发明的工艺能以改进的处理速度和短的刻蚀所需时间批量生产高可靠性太阳能电池，且电解刻蚀处理前后无需进行准备步骤。
例4在该例中，作为刻蚀金属导电薄膜的一个例子，对用于IC的晶片上分布的电路进行如下构图。
用常规溅射工艺在晶片上淀积1000埃厚的Ti-W金属层，接着用常规溅射工艺在Ti-W金属层上淀积1μm厚的金属铝层，得到元件体。按这种方法，得到多个元件体。
除了用改进相对电极404得到的相对电极代替用于例1中的相对电极404外，根据使用图4所示刻蚀装置和例1步骤2说明的构图工艺对得到的元件体进行构图处理，形成与要求的分布电路图形相对应的图形，其中按例1相同的方法连续对元件体进行刻蚀处理，刻蚀它们的铝金属层。由此，得到具有与分布电路图形相对应的相对电极图形的已构图元件体。
用显微镜测试每个得到的已构图元件体的构图区。结果，发现所有已构图元件体都没有断开或不合格刻蚀区，对于每个得到的构图元件体的分布电路图形，检查其电特性。结果发现所有已构图元件体没有异常电特性。
基于上述结果应明白，根据本发明的刻蚀处理的构图精度足够好，本发明可有效地批量生产高可靠性IC分布电路图形。
例5在该例中，按下面的方法，用图10所示的能连续进行刻蚀处理和短路缺陷去除工艺的装置，使透明导电薄膜构图和去除制造非晶太阳能电池中可能存在的短路缺陷，由此制备具有图3(a)和3(b)所示结构的100个pin结单单元型非晶太阳能电池。
1.制备光生伏打元件根据例1步骤1(制备光生伏打元件)的制备光生伏打元件的工艺，制备100个光生伏打元件(此后称这些光生伏打元件为元件基片)。
2.刻蚀处理和短路缺陷去除处理用图10所示的装置连续进行刻蚀处理和短路缺陷去除处理。
将上述步骤1得到的100个元件基片中的一个放置在图10装置的两个运送带1115(橡胶构成)中的一个上，使元件基片的基片与运送带1115的表面接触。基片运送装置1110(具有吸盘)水平移动到达其上具有元件基片的运送带1115，并将元件基片从运送带1115取走。然后，基片运送装置1110水平退回，并放下元件基片1102，使基片置于五边形旋转鼓1108的基片固定部件1107上。
另外，在从其上取走元件基片1102的运送带1115上，接着放置元件基片，准备下步处理。
将元件基片1102如上述置于旋转鼓1108的基片固定部件1107上后，基片运送装置1110回到起始位置。再后，电磁铁(未示出，但前面解释过)升高，借助电磁铁产生的磁力将元件基片1102固紧在基片固定部件1107上。然后，旋转鼓1108旋转，使固定在基片固定部件1107的元件基片1102到达刻蚀处理区，将固定在基片固定部件1107的元件基片1102浸入装于电解槽1101的电解液1103。电解液1103使用包含8wt％六水氯化铝作为溶于其中的电解质且具有65.0mS/cm2的导电率的电解液，使它保持在25℃。此时，旋转鼓408的旋转暂停。
另外，由于旋转鼓1108如上述旋转，按和形成元件基片1102一样的方法，基片运送装置1110工作，从运送带1115取走下一个元件基片，并放置在下一个基片固定部件1107上，固紧元件基片，使它确保固定在基片固定部件上。然后，在从其上取走后一个元件基片的运送带1115上，接着放置元件基片准备下步处理。
当元件基片1102到达刻蚀区并浸入电解液中时，具有按指定顺序叠置于其表面上的相对电极1104和1mm厚的硅酮橡胶桥接部件(未示出)的提升装置1105提升，使桥接部件与固定在基片固定部件1107的元件基片1102的透明导电薄膜接触。
这里，相对电极1104使用已构图的包括铂板的相对电极，其中，1mm厚的硅酮橡胶连接到铂板以覆盖所说铂板的整个表面，相对电极具有通过硅酮橡胶薄膜形成的大小为30cm×30cm且宽为0.5mm的方形槽，这样使铂板暴露于方形槽中，而铂板的其余背面和侧面被绝缘膜绝缘。
然后，打开电源1112，在相对电极1104和元件基片1102之间加25A直流0.5秒，同时由顺序控制器1114进行控制。
此后，提升装置1105与桥接部件和相对电极1104一起回到起始位置。
然后，旋转鼓1108又旋转，到达进行短路缺陷去除处理区域。旋转鼓1108的旋转暂停。在该区中，打开电源1113，在相对电极1106和元件基片1102之间加4.5V的D.C.偏置电压，且由顺序控制器114进行控制。在这种情况下，相对电极1106和元件基片1102平行放置，同时它们之间保持4.0cm的间隔。
随后，旋转鼓1108旋转，当固定在基片固定部件1107的元件基片1102通过处理过的液体去除装置1111时，处理过的液体去除装置工作，对元件基片1102喷空气来除去沉积在元件基片上的电解液。
再后，当旋转鼓1108的基片固定部件1107(其上具有无电解液的元件基片1102)回到起始位置时，旋转鼓1108的旋转暂停，电磁铁从元件基片撤回。
随后，基片运送装置1110下降到达旋转鼓1108的基片固定部件1107上的元件基片1102，从旋转鼓1108取走元件基片1102。带有元件基片1102的基片运送装置1110水平移动，到达另一运送带1115，并将元件基片卸到另一运送带。该运送带工作将元件基片1102运送到装置外。这样，得到具有构图的透明导电薄膜但其中没有短路缺陷的光生伏打元件。腐蚀和缺陷去除处理需要的时间为10秒。
按和上述元件基片1102一样的方法连续处理每个固定在旋转鼓1108的基片固定部件1107上的连续元件基片。
由此，连续处理上述步骤1得到的100个光生伏打元件，得到100个具有已构图的透明导电薄膜但没有短路缺陷的已构图光生伏打元件。
3.制备太阳能电池使用上面步骤2得到的100个已构图但没有短路缺陷的光生伏打元件，根据例1步骤3(制备太阳能电池)的过程制备太阳能电池。
评估以与例1同样的评估方法对100个所得太阳能电池进行评估。
(1).以例1同样的评估方法对每个太阳能电池进行初始特性的评估。
结果，发现100个太阳能电池中的平均旁路电阻为280kΩ.cm2。所有的太阳能电池都没有产生旁路。
(2).以例1同样的评估方法对每个太阳能电池进行光电转换效率的评估。
结果，发现所有的太阳能电池具有在7.2±0.2％范围的满意的光电转换效率。
随后，对每个太阳能电池，用显微镜检查刻蚀处理的构图区。结果，发现几乎100个太阳能电池都没有断开或不合格刻蚀区，且具有均匀的刻蚀线。发现成品率为98％。
(3).使用100个太阳能电池中的一些，并根据用常规热压缩层迭处理生产太阳能电池组件的常规工艺，得到多个太阳能电池组件。对得到的太阳能电池组件，按和例1相同的方法进行可靠性测试。结果，所有的太阳能电池组件的退化率的平均值为满意的约2.0％。
从上述评估结果，应明白下面事实。即，通过前面刻蚀和缺陷去除处理可以确保进行构图和短路缺陷去除，通过前面刻蚀和缺陷去除处理生产的所有太阳能电池有足够好的初始特性和高可靠性。另外，应明白根据本发明的工艺能以改进的处理速度和短的刻蚀和缺陷去除处理所需时间批量生产高可靠性太阳能电池，且电解刻蚀处理前后无需进行准备步骤。
例6在该例中，按下面的方法，用图10的能连续进行刻蚀处理和短路缺陷去除工艺的装置，使透明导电薄膜构图和去除制造所说非晶太阳能电池中可能存在的短路缺陷，由此制备具有图3(a)和3(b)所示结构的100个pin结三单元型非晶太阳能电池。
1.制备光生伏打元件根据例2步骤1(制备光生伏打元件)的制备光生伏打元件的工艺，制备100个pin结三单元型光生伏打元件。
2.刻蚀处理和短路缺陷去除处理对上述步骤1得到的100个光生伏打元件按例5步骤2一样的方法连续进行刻蚀处理(构图处理)和短路缺陷去除处理(此后称这些处理为刻蚀和缺陷去除处理)。
具体地，将上面步骤1得到的100个光生伏打元件相继放入图10所示的装置，按例5步骤2一样的方法连续进行刻蚀处理和短路缺陷去除处理，由此得到100个具有已构图的透明导电薄膜但没有短路缺陷的已构图光生伏打元件。
3.制备太阳能电池使用上面步骤2得到的100个已构图的光生伏打元件，根据例1步骤3(制备太阳能电池)说明的工艺制备100个太阳能电池。
评估以与例1同样的评估方法对100个所得太阳能电池进行评估。
(1).以例1同样的评估方法对每个太阳能电池进行初始特性的评估。
结果，发现100个太阳能电池中的平均旁路电阻为290kΩ.cm2。所有的太阳能电池都没有旁路出现。
(2).以例1同样的评估方法对每个太阳能电池进行光电转换效率的评估。
结果，发现所有的太阳能电池具有在9.2±0.2％范围的满意的光电转换效率。
随后，用显微镜检查每个太阳能电池的刻蚀处理的构图区。结果，发现几乎100个太阳能电池都没有断开或不合格刻蚀区，且具有均匀的刻蚀线。发现成品率为98％。
(3).使用100个太阳能电池中的一些，并根据用常规热压缩层迭处理生产太阳能电池组件的常规工艺，得到多个太阳能电池组件。对得到的太阳能电池组件，按和例1相同的方法进行可靠性测试。结果，所有的太阳能电池组件的退化率的平均值为满意的约2.1％。
从上述评估结果，应明白下面事实。即，通过前面刻蚀处理的构图精度足够好，通过前面刻蚀处理的构图生产的所有太阳能电池有足够好的初始特性和高可靠性。另外，应明白根据本发明的工艺能以改进的处理速度和短的刻蚀所需时间批量生产高可靠性太阳能电池，且电解刻蚀处理前后无需进行准备步骤。
例7除了在相对电极和元件基片之间加20A脉冲电流五次来代替刻蚀处理中所加的25A直流电流外，重复例5过程，由此得到100个非晶太阳能电池。
评估以与例1同样的评估方法对100个所得太阳能电池进行评估。
(1).以例1同样的评估方法对每个太阳能电池进行初始特性的评估。
结果，发现100个太阳能电池中的平均旁路电阻为300kΩ.cm2。所有的太阳能电池都没有旁路出现。
(2).以例1同样的评估方法对每个太阳能电池进行光电转换效率的评估。
结果，发现所有的太阳能电池具有在7.1±0.2％范围的满意的光电转换效率。
随后，用显微镜测试每个太阳能电池的刻蚀处理的构图区。结果，发现几乎100个太阳能电池都没有断开或不合格刻蚀区，且具有均匀的刻蚀线。发现成品率为98％。
(3).使用100个太阳能电池中的一些，并根据用常规热压叠层处理生产太阳能电池组件的常规工艺，得到多个太阳能电池组件。对得到的太阳能电池组件，按和例1相同的方法进行可靠性测试。结果，所有的太阳能电池组件的退化率的平均值为满意的约2.1％。
从上述评估结果，应明白下面事实。即，通过前面刻蚀处理的构图精度足够好，通过前面刻蚀处理的构图生产的所有太阳能电池有足够好的初始特性和高可靠性。另外，应明白根据本发明的工艺能以改进的处理速度和短的刻蚀所需时间批量生产高可靠性太阳能电池，且电解刻蚀处理前后无需进行准备步骤。
例8除了在相对电极和元件基片之间以脉冲的方法以1秒的间隔间断地加4.5V电压五次来代替刻蚀处理中使用的4.5V D.C.偏压外，重复例5过程，由此得到100个非晶太阳能电池。
评估以与例1同样的评估方法对100个所得太阳能电池进行评估。
(1).以例1同样的评估方法对每个太阳能电池进行初始特性的评估。
结果，发现100个太阳能电池中的平均旁路电阻为410kΩ.cm2。所有的太阳能电池都没有旁路出现。
(2).以例1同样的评估方法对每个太阳能电池进行光电转换效率的评估。
结果，发现所有的太阳能电池具有在7.2±0.1％范围的满意的光电转换效率。
随后，用显微镜测试每个太阳能电池的刻蚀处理的构图区。结果，发现几乎100个太阳能电池都没有断开或不合格刻蚀区，且具有均匀的刻蚀线。发现成品率为98％。
(3).使用100个太阳能电池中的一些，并根据用常规热压叠层处理生产太阳能电池组件的常规工艺，得到多个太阳能电池组件。对得到的太阳能电池组件，按和例1相同的方法进行可靠性测试。结果，所有的太阳能电池组件的退化率的平均值为满意的约2.0％。
从上述评估结果，应明白下面事实。即，通过前面刻蚀处理的构图精度足够好，通过前面刻蚀处理的构图生产的所有太阳能电池有足够好的初始特性和高可靠性。另外，应明白根据本发明的工艺能以改进的处理速度和短的刻蚀所需时间批量生产高可靠性太阳能电池，且电解刻蚀处理前后无需进行准备步骤。
权利要求
1.一种刻蚀装置，包括(a)固定具有要刻蚀区域的基片的基片固定部件，(b)装电解液的电解槽，(c)为了将固定在基片固定部件上的基片浸入装于电解槽的电解液中，移动基片固定部件的移动装置，和(d)固定具有和形成在基片要刻蚀区域的要求刻蚀图形相对应的图形的相对电极的相对电极固定部件，使所说相对电极位于固定于基片固定部件(a)上的基片的对面。
2.根据权利要求1的刻蚀装置，其特征为基片固定部件(a)具有磁力产生装置。
3.根据权利要求2的刻蚀装置，其特征为磁力产生装置包括电磁铁。
4.根据权利要求1的刻蚀装置，还包括另一能使相对电极固定部件向基片固定部件移动的移动装置(e)。
5.根据权利要求1的刻蚀装置，其特征为移动装置(c)具有每个都对应于基片固定部件(a)的多个面的旋转体。
6.根据权利要求1的刻蚀装置，其特征为移动装置(c)具有能上下移动的装置。
7.根据权利要求1的刻蚀装置，还包括去除处理过的液体的排空装置。
8.根据权利要求7的刻蚀装置，其特征为排空装置具有空气出口。
9.根据权利要求7的刻蚀装置，其特征为排空装置具有刷子或刀片。
10.根据权利要求1的刻蚀装置，还包括能固定第二相对电极的第二相对电极固定部件(f)，使所说第二相对电极位于固定于基片固定部件(a)上的基片的对面。
11.根据权利要求10的刻蚀装置，其特征为第二相对电极固定部件(f)是固定的。
12.根据权利要求10的刻蚀装置，其特征为移动装置(c)具有每个面都对应于基片固定部件(a)的多个面的旋转体。
13.根据权利要求10的刻蚀装置，还包括去除处理过的液体的液体去除装置。
14.根据权利要求13的刻蚀装置，其特征为液体去除装置具有空气出口。
15.根据权利要求13的刻蚀装置，其特征为液体去除装置具有刷子或刀片。
全文摘要
刻蚀物体的方法和刻蚀装置,该方法包括:将物体浸入电解液作负电极;设置具有相应图形的相对电极,与物体维持预定间隔;物体和相对电极之间加直流或脉冲电流,将物体上要刻蚀的区域刻蚀成相对应的图形。该刻蚀装置包括:固定基片的基片固定部件;装电解液的电解槽;移动基片固定部件的移动装置;和固定相对电极的相对电极固定部件,使所说相对电极位于固定于基片固定部件上的基片的对面。
文档编号C25F3/12GK1321797SQ0110468
公开日2001年11月14日 申请日期2001年2月21日 优先权日1995年10月17日
发明者一濑博文, 泽山一平, 长谷部明男, 村上勉, 久松雅哉, 新仓谕, 上野雪绘 申请人:佳能株式会社