(57)【要約】【課題】再利用する際に資源の無駄を少なくし、シリコンウエハを溶解することなく再生インゴットにすることで、単結晶に近い状態で再利用できるスクラップウエハ再利用方法および太陽電池用シリコン基板の製造方法を提供することを課題とする。【課題手段】スクラップウエハ再利用方法は、スクラップウエハＷに形成された膜を除去する膜除去工程Ｓ３と、スクラップウエハの膜を除去した表裏面を鏡面に研磨する鏡面研磨工程Ｓ５と、鏡面に研磨されたスクラップウエハの結晶方位を揃えて重ね合わせ、円柱状に整列させる整列工程Ｓ８と、円柱状に整列させた前記スクラップウエハを加熱炉に入れて４００℃〜１３５０℃の範囲で加熱することで前記スクラップウエハ同士を拡散接合させ再生インゴットＩＧを製造する加熱工程Ｓ９と、を含む手順とした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
正規製品であるシリコンウエハとして利用できないスクラップウエハについて、円柱状の再生インゴットにして再利用するスクラップウエハ再利用方法において、
前記スクラップウエハに形成された膜を除去する膜除去工程と、
前記スクラップウエハの膜を除去した表裏面を鏡面に研磨する鏡面研磨工程と、
前記鏡面に研磨されたスクラップウエハの結晶方位を揃えて重ね合わせ、円柱状に整列させる整列工程と、
前記円柱状に整列させた前記スクラップウエハを加熱炉に入れて４００℃〜１３５０℃の範囲で加熱することで前記スクラップウエハ同士を拡散接合させ再生インゴットを製造する加熱工程と、
を含むことを特徴とするスクラップウエハ再利用方法。
【請求項２】
前記整列工程と前記加熱工程との間、または、前記加熱工程において、前記スクラップウエハの重ね合わせ方向に圧力をかけることを特徴とする請求項１に記載のスクラップウエハ再利用方法。
【請求項３】
前記鏡面研磨工程と前記整列工程との間に、前記スクラップウエハの表面を洗浄すると共に、その表面に酸化膜を形成または親水性を付与する表面調整工程を行うことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のスクラップウエハ再利用方法。
【請求項４】
前記膜除去工程の前に、前記スクラップウエハのサイズを測定してサイズ別に分類すると共に、前記スクラップウエハに膜が形成されているか否かを判別して分類する形状分類工程を行うことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のスクラップウエハ再利用方法。
【請求項５】
前記膜除去工程と前記鏡面研磨工程の間に、前記膜を除去したスクラップウエハおよび前記形状分類工程で膜が無いと分類された前記スクラップウエハの表裏面において鏡面の有無を検出してその鏡面の有無により分類する鏡面分類工程を行い、前記鏡面研磨工程が前記鏡面分類工程で鏡面が無いと分類された前記スクラップウエハの表裏面を鏡面に研磨することを特徴とする請求項４に記載のスクラップウエハ再利用方法。
【請求項６】
前記鏡面研磨工程と整列工程との間に、前記鏡面研磨工程で鏡面に研磨されたスクラップウエハおよび前記鏡面分類工程ですでに鏡面に研磨されていた前記スクラップウエハをＰ型であるかＮ型であるかにより分類し、かつ、比抵抗を検出して予め設定された比抵抗範囲ごとに分類する性能分類工程を行い、前記性能分類工程により分類された前記スクラップウエハ毎に、前記整列工程により円柱状に整列させることを特徴とする請求項４に記載のスクラップウエハ再利用方法。
【請求項７】
前記性能分類工程と前記整列工程との間に、前記スクラップウエハの表面を洗浄すると共に、その表面に酸化膜を形成または親水性を付与する表面調整工程を行うことを特徴とする請求項５に記載のスクラップウエハ再利用方法。
【請求項８】
前記加熱工程の後に前記再生インゴットから板状の板状ウエハを切り出す切出工程と、
この切出工程により切り出した板状ウエハを平坦化すると共に、前記板状ウエハの加工変質層を取り除く変質層除去工程と、を行うことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載のスクラップウエハ再利用方法。
【請求項９】
前記再生インゴットを切り出す切出工程において、前記再生インゴットの軸線方向に平行な方向に板状ウエハを切り出すことを特徴とする請求項８に記載のスクラップウエハ再利用方法。
【請求項１０】
製品であるシリコンウエハとして利用できないスクラップウエハについて、円柱状の再生インゴットを製造し、その再生インゴットから切り出して太陽電池用シリコン基板を製造する太陽電池用シリコン基板の製造方法において、
前記スクラップウエハに形成された膜を除去する膜除去工程と、
前記スクラップウエハの膜を除去した表裏面を鏡面に研磨する鏡面研磨工程と、
前記鏡面に研磨されたスクラップウエハの結晶方位を揃えて重ね合わせ、円柱状に整列させる整列工程と、
前記円柱状に整列させた前記スクラップウエハを加熱炉に入れて４００℃〜１３５０℃の範囲で加熱することで前記スクラップウエハ同士を拡散接合させ再生インゴットを製造する加熱工程と、
前記再生インゴットから太陽電池用シリコン基板の厚みに対応して板状の板状ウエハを切り出す切出工程と、
前記板状ウエハを平坦化すると共に、前記板状ウエハの加工変質層を取除く変質層除去工程と、
を含むことを特徴とする太陽電池用シリコン基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体デバイスを生産するときに試験用として使用されたものや、あるいは、不良品となり製品として使用できないスクラップウエハを再利用するスクラップウエハ再利用方法、および、スクラップウエハを再生して太陽電池用シリコン基板とする太陽電池用シリコン基板の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、シリコンウエハは、一枚の有効エリアの中に複数の電子回路が形成され、電子回路ごとに切り出されてＩＣ，ＬＳＩ等の半導体デバイスとして、家電製品や機械の制御機構等に搭載されて使用されている。このＩＣ，ＬＳＩ等の所望の半導体デバイスの製造過程では、使用済みテストウエハや、不良ウエハ等の使用できないスクラップウエハが発生する。
【０００３】
そのため、従来、発生したスクラップウエハは、膜除去、研磨、洗浄等の各工程を経て、テストウエハとして再利用されたり、また、スクラップウエハの膜除去後に溶解されて多結晶太陽電池用原料、あるいは、セラミック原料等に再利用されたりしている。なお、製品として使用できない太陽電池用のシリコンウエハの再利用方法の一例（例えば、特許文献１、２参照）を以下に説明する。
【０００４】
シリコンウエハの再利用方法は、半導体デバイス製造過程において発生し、廃棄されることになった規格外のシリコンウエハを、選別工程により選別して、化学処理工程で表面を削ることと、物理処理工程により表面を削ることを行っている。そして、化学的活性化工程により、シリコンウエハの表面を活性化して、その後、マイクロ波乾燥工程により乾燥させることで、規格外のシリコンウエハを太陽電池用シリコン基板として再利用している（特許文献１）。
【０００５】
また、別例のシリコンウエハの再利用方法は、特性不良を示す太陽電池セルを含むシリコンウエハを、シリコンウエハの表面層に形成された不純物層と、不純物層上に形成された表面銀電極膜及び反射防止膜と、シリコンウエハの裏面に形成された裏面銀電極膜とアルミニウム電極層とからなる太陽電池セルにおいて、フッ酸処理にて反射防止膜と表裏面の銀電極膜を除去する工程および塩酸処理にてアルミニウム電極層を除去する工程をこの順又は逆順で行った後、硝酸とフッ酸の混合液処理または水酸化ナトリウム処理にて不純物層を除去する工程を行う。
【０００６】
そして、表面の不純物層を除去したシリコンウエハは、再び前記した太陽電池セルが形成されて再利用されるか、あるいは、溶解して多結晶インゴットとして再生して再び太陽電池用シリコン基板として再利用されている（特許文献２）。
【特許文献１】特開２００３−１０１０５６号公報
【特許文献２】特開２００５−１６６８１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、従来のシリコンウエハの再利用方法では、以下に示すような問題点が存在していた。
一枚ごとに表面を除去して使用するシリコンウエハの再利用方法では、例えば、７００μｍの厚みから再利用する場合には、必要となる再生ウエハの厚みが３００μｍであると、４００μｍを削って使用することになり、無駄が多く発生していた。
【０００８】
また、インゴットに再生して使用するシリコンウエハの再利用方法では、各膜等を除去した後に溶解して多結晶インゴットを作成して再利用しているため、単結晶のままの再利用ができなかった。
【０００９】
本発明は前記の問題に鑑み創案されたものであり、再利用する際に資源の無駄を少なくし、シリコンウエハを溶解することなく再生インゴットにすることで、単結晶に近い状態で再利用できるスクラップウエハ再利用方法および太陽電池用シリコン基板の製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、前記課題を解決するために、つぎのようなスクラップウエハ再利用方法とした。すなわち、スクラップウエハ再利用方法は、正規製品であるシリコンウエハとして利用できないスクラップウエハについて、円柱状の再生インゴットにして再利用するスクラップウエハ再利用方法において、前記スクラップウエハに形成された膜を除去する膜除去工程と、前記スクラップウエハの膜を除去した表裏面を鏡面に研磨する鏡面研磨工程と、前記鏡面に研磨されたスクラップウエハの結晶方位を揃えて重ね合わせ、円柱状に整列させる整列工程と、前記円柱状に整列させた前記スクラップウエハを加熱炉に入れて４００℃〜１３５０℃の範囲で加熱することで前記スクラップウエハ同士を拡散接合させ再生インゴットを製造する加熱工程と、を含む手順とした。
【００１１】
このような手順により、スクラップウエハ再利用方法では、予め設定された基準により分類されたスクラップウエハに、膜除去工程によりスクラップウエハの膜が機械的あるいは化学的な処理により除去される。そして、スクラップウエハ再利用方法では、鏡面研磨工程によりスクラップウエハの表裏面を鏡面に形成し、さらに、整列工程により結晶方位ごとに揃えて円柱状に重ね合わせて整列させる。次いで、スクラップウエハ再利用方法では、加熱工程により、整列させたスクラップウエハを加熱炉に入れ、４００℃〜１３５０℃の範囲で加熱することで重ね合わせた各スクラップウエハの当接面同士を拡散接合させて再生インゴットを形成し、単結晶に近い状態の類似単結晶インゴットとする。
【００１２】
また、前記スクラップウエハ再利用方法において、前記整列工程と加熱工程との間あるいは加熱工程中に、前記スクラップウエハの重ね合わせ方向に圧力をかける手順とした。
このような手順により、接合後の再生インゴットの結晶欠陥を低減して、より単結晶に近い状態の類似単結晶インゴットとすることができる。
【００１３】
また、前記スクラップウエハ再利用方法において、前記鏡面研磨工程と整列工程との間に、前記スクラップウエハの表面を洗浄すると共に、その表面への酸化膜の形成または親水性を付与する表面調整工程を行う手順とした。
【００１４】
表面への親水性の付与は、例えば、表面に水酸基を導入することで行われるが、表面の水酸基同士が水素結合により、シリコン表面をより接近させるため、過熱時のシリコン拡散接合が効果的に行え、接合強度が増大する効果がある。接合強度が増大すると、拡散接合後は接合界面の欠陥の少ない純粋な単結晶により近い状態となる。また、表面に熱酸化等の方法で酸化膜を形成すると、表面の酸化シリコン同士の拡散接合がシリコンの拡散接合よりも低温で始まるため、接合強度が増大すると考えられる。更に、不純物を酸化膜が吸収してシリコン中の不純物濃度を低減する効果も期待できる。
【００１５】
親水性を付与する方法としては、例えば、ＳＣｌ洗浄を行うことで達成される。ここでいう親水性とは、スクラップウエハＷの表面に代表的には水酸基のような極性を有する官能基が導入された状態をいう。
熱酸化膜形成は、スクラップウエハから膜を除去した表面に、所定の温度で過熱して熱酸化膜を形成する工程である。例えば、８５０〜１０００℃の温度の雰囲気中に所定時間スクラップウエハＷを曝すことで、５０ｎｍ〜２００ｎｍ（好ましくは７０ｎｍ〜１５０ｎｍ、さらに好ましくは８５ｎｍ〜１２５ｎｍ）の厚みの熱酸化膜をスクラップウエハの表面（表裏面）に形成することができる。更に、熱酸化膜を形成した後、その熱酸化膜の表面に親水性を付与することもできる。
【００１６】
さらに、前記スクラップウエハ再利用方法において、前記膜除去工程の前に、前記スクラップウエハのサイズを測定してサイズ別に分類すると共に、前記スクラップウエハに膜が形成されているか否かを判別して分類する形状分類工程を行う手順とした。ここでサイズとはスクラップウエハの径のことを指す。
このような手順により、スクラップウエハ再利用方法では、はじめに形状分類工程によりスクラップウエハのサイズ別および膜の有無により分類するため、スクラップウエハの状態の多様性に対応できる。
【００１７】
そして、前記スクラップウエハ再利用方法において、前記膜除去工程と鏡面研磨工程の間に、前記膜を除去したスクラップウエハおよび前記形状分類工程で膜が無いと分類された前記スクラップウエハの表裏面において鏡面の有無を検出してその鏡面の有無により分類する鏡面分類工程を行い、前記鏡面研磨工程が前記鏡面分類工程で鏡面が無いと分類された前記スクラップウエハの表裏面を鏡面に研磨する手順とした。
このような手順により、スクラップウエハ再利用方法では、鏡面分類工程により鏡面の有無によりスクラップウエハを分類することで、スクラップウエハの状態の多様性に対応できる。
【００１８】
また、前記スクラップウエハ再利用方法において、前記鏡面研磨工程と整列工程との間に、前記鏡面研磨工程で鏡面に研磨されたスクラップウエハおよび前記鏡面分類工程ですでに鏡面に研磨されていた前記スクラップウエハをＰ型であるかＮ型であるかにより分類し、かつ、比抵抗を検出して予め設定された比抵抗範囲ごとに分類する性能分類工程を行い、前記性能分類工程により分類された前記スクラップウエハ毎に、前記整列工程により円柱状に整列させる手順とした。
このような手順により、スクラップウエハ再利用方法では、性能分類工程によりスクラップウエハがＰ型であるかＮ型であるか、および、比抵抗を検出して分類することで、スクラップウエハの状態の多様性に対応できる。
【００１９】
表面への親水性の付与は、例えば、表面に水酸基を導入することで行われるが、表面の水酸基同士が水素結合により、シリコン表面をより接近させるため、過熱時のシリコン拡散接合が効果的に行え、接合強度が増大する効果がある。接合強度が増大すると、拡散接合後は接合界面の欠陥の少ない純粋な単結晶により近い状態となる。また、表面に熱酸化等の方法で酸化膜を形成すると、表面の酸化シリコン同士の拡散接合がシリコンの拡散接合よりも低温で始まるため、接合強度が増大すると考えられる。更に、不純物を酸化膜が吸収してシリコン中の不純物濃度を低減する効果も期待できる。
【００２０】
親水性を付与する方法としては、例えば、ＳＣｌ洗浄を行うことで達成される。ここでいう親水性とは、スクラップウエハＷの表面に代表的には水酸基のような極性を有する官能基が導入された状態をいう。
熱酸化膜形成は、スクラップウエハから膜を除去した表面に、所定の温度で過熱して熱酸化膜を形成する工程である。例えば、８５０〜１０００℃の温度の雰囲気中に所定時間スクラップウエハＷを曝すことで、５０ｎｍ〜２００ｎｍ（好ましくは７０ｎｍ〜１５０ｎｍ、さらに好ましくは８５ｎｍ〜１２５ｎｍ）の厚みの熱酸化膜をスクラップウエハの表面（表裏面）に形成することができる。更に、熱酸化膜を形成した後、その熱酸化膜の表面に親水性を付与することもできる。
【００２１】
そして、前記スクラップウエハ再利用方法において、前記加熱工程の後に前記再生インゴットから板状の板状ウエハを切り出す切出工程と、この切出工程により切り出した板状ウエハを平坦化すると共に、前記板状ウエハの加工変質層を取除く変質層除去工程と、を行う手順とした。
このような手順により、スクラップウエハ再利用方法では、切出工程により再生インゴットから板状ウエハを切り出して使用できるため、スクラップウエハを単体で再利用する場合と比較して無駄になる素材が少なくて済む。
【００２２】
なお、前記スクラップウエハ再利用方法であって、前記再生インゴットを切り出す切出工程において、前記再生インゴットの軸線方向に平行な方向に板状ウエハを切り出す手順としてもよい。
このような手順によれば、板状ウエハ表面に垂直方向に電流が流れる電子素子に再利用する場合は、結晶界面や酸化膜が生成されやすい接合界面が板状ウエハの表裏面間に平行に挟まれて半導体デバイスの特性が劣化することを防止できる。
【００２３】
また、太陽電池用シリコン基板の製造方法としては、製品であるシリコンウエハとして利用できないスクラップウエハについて、円柱状の再生インゴットを製造し、その再生インゴットから切り出して太陽電池用シリコン基板を製造する太陽電池用シリコン基板の製造方法において、前記スクラップウエハに形成された膜を除去する膜除去工程と、前記スクラップウエハの膜を除去した表裏面を鏡面に研磨する鏡面研磨工程と、前記鏡面に研磨されたスクラップウエハの結晶方位を揃えて重ね合わせ、円柱状に整列させる整列工程と、前記円柱状に整列させた前記スクラップウエハを加熱炉に入れて４００℃〜１３５０℃の範囲で加熱することで前記スクラップウエハ同士を拡散接合させ再生インゴットを製造する加熱工程と、前記再生インゴットから太陽電池用シリコン基板の厚みに対応して板状の板状ウエハを切り出す切出工程と、前記板状ウエハを平坦化すると共に、前記板状ウエハの加工変質層を取除く変質層除去工程と、を含む手順とした。
【００２４】
このような手順により、太陽電池用シリコン基板の製造方法では、スクラップウエハから膜を除去して鏡面に研磨し、結晶方位を揃えて円柱状に整列して加熱することで、単結晶に近い類似単結晶の再生インゴットを製造し、その再生インゴットから板状ウエハを切り出して平坦化および変質層の除去を行うことで太陽電池用シリコン基板を効率よく製造している。
【発明の効果】
【００２５】
本発明に係るスクラップウエハ再利用方法および太陽電池用シリコン基板の製造方法は、つぎに示すように優れた効果を奏するものである。
スクラップウエハ再利用方法は、スクラップウエハの膜を除去し、かつ、鏡面にして、整列して加熱することで、単結晶に近い状態の再生インゴットを作成することができるため、例えば、太陽電池素材（太陽電池用シリコン基板）に無駄を少なくして効率よく再利用することが可能となる。
【００２６】
スクラップウエハ再利用方法は、再生インゴットから所定厚みに切り出した単結晶に近い状態のシリコンウエハとして再度利用できるため、応用範囲が広く、切り出し方向によっては、大面積のウエハ素材として効率良く再利用することが可能となる。
【００２７】
スクラップウエハ再利用方法は、表面調整工程をさらに行うことで、再生インゴットの製造時に単結晶により近い状態となり、例えば、単結晶により類似した効率の良い太陽電池用素材として使用することが可能となる。また、スクラップウエハ再利用方法は、形状分類工程、鏡面分類工程、あるいは、性能分類工程の少なくとも一つを行うことで、スクラップウエハの状態の多様性に対応できる。さらに、スクラップウエハ再利用方法は、加熱工程の前または加熱工程中にスクラップウエハの重ね合わせ方向に圧力をかけることで、接合後の再生インゴットの結晶欠陥を低減して、より単結晶に近い状態の類似単結晶インゴットとすることができる。
【００２８】
太陽電池用シリコン基板の製造方法は、再生インゴットを製造するため、その再生インゴットを切断するときの切代に相当する以外は、有効に再利用することができるため、再利用効率が高くなる。また、ほぼ単結晶として再利用できるため、効率の良い太陽電池用シリコン基板を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。
図１は、スクラップウエハ再利用方法の手順を示すフローチャート、図２は、スクラップウエハ再利用方法の手順を示す模式図である。
【００３０】
図１および図２に示すように、スクラップウエハ再利用方法Ｓにより使用されるスクラップウエハＷは、製造工程において発生する不良なシリコンウエハや、製品として扱う前のテストで使用されるテスト用シリコンウエハ等、正規製品として使用できないシリコンウエハである。
【００３１】
スクラップウエハ再利用方法Ｓは、スクラップウエハＷを用いて予め設定された基準により分類する形状分類工程ＳＡ（サイズ別分類工程Ｓ１、膜の有無分類工程Ｓ２）と、膜除去工程Ｓ３と、鏡面分類工程Ｓ４と、鏡面研磨工程Ｓ５と、性能分類工程Ｓ６と、表面調整工程Ｓ７と、整列工程Ｓ８と、加熱工程Ｓ９と、により類似単結晶インゴット（再生インゴット）を製造している。そして、スクラップウエハ再利用方法Ｓでは、さらに、製造した類似単結晶インゴットを切出工程Ｓ１０と、変質層除去工程ＳＢ（ラッピング工程[＝平坦化工程]Ｓ１１、エッチング工程Ｓ１２）とを行い、スクラップウエハＷを再利用するものである。以下、各工程について説明する。
【００３２】
図１および図２に示すように、形状分類工程ＳＡは、スクラップウエハＷの外形を測定してサイズ別に分類するサイズ別分類工程Ｓ１と共に、スクラップウエハＷの表面に形成された膜（酸化膜、表面電極膜等）の有無により分類する膜の有無分類工程Ｓ２とを行う工程である。なお、スクラップウエハＷに形成されている膜は、より具体的には、Ａｌ、Ｗ、Ｔｉ、Ｃｕ等の金属膜、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、ポリシリコン膜等である。
【００３３】
この形状分類工程ＳＡは、スクラップウエハＷのサイズ別に分類するサイズ別分類工程Ｓ１と、スクラップウエハＷの表面に形成された膜の有無により分類する膜の有無分類工程Ｓ２とを、どちらを先に行っても構わない。
【００３４】
形状分類工程ＳＡにおいてサイズ別分類工程Ｓ１によりサイズ別にスクラップウエハＷを分類する場合には、例えば、スクラップウエハＷのサイズとしては、直径３００ｍｍ、２００ｍｍである場合がほとんどで、その他、１５０ｍｍ、１２５ｍｍ、１００ｍｍの直径のものもあるが、数としては少ない。そのため、サイズ別分類工程Ｓ１は、搬送径路中あるいは測定位置において、測定手段１を使用して行う。測定手段１は、例えば、スクラップウエハＷの側面に接触する複数の触針１ａによりサイズを測定して判別するものである。
【００３５】
また、サイズ別分類工程Ｓ１では、スクラップウエハＷの外形サイズ（直径）が測定されて分類できる手段であればよく、例えば、スクラップウエハＷの映像からサイズを測定して判別することや、さらに、スクラップウエハＷに光（レーザ光）を走査して外径を計測することでサイズ別に分類すること等であっても構わない。なお、サイズ別分類工程Ｓ１では、サイズの測定（計測）を、スクラップウエハＷの搬送径路中であっても、搬送先の測定箇所において行っても構わない。
【００３６】
形状分類工程ＳＡにおいて膜の有無によりスクラップウエハＷを分類する膜の有無分類工程Ｓ２は、スクラップウエハＷの表面または裏面に膜が有るか無いかによりスクラップウエハＷを分類する工程である。この膜の有無分類工程は、検出手段２により膜の有無を検出して分類している。検出手段２は、例えば、搬送径路中あるいは検出位置にスクラップウエハＷの載置面に接触できる窓部２ａがあり、その窓部２ａからと、その窓部に対向する上方からスクラップウエハＷの表裏面に探針（図示せず）を接触させることで表面抵抗を測定して判定している。すなわち、スクラップウエハＷの表面側の抵抗と、スクラップウエハＷの裏面側の抵抗とが一致する場合には、膜が無いと判定し、また、一致しない場合には、膜が有ると判定することで、スクラップウエハＷの表裏面における膜の有無を判定している。なお、スクラップウエハＷの表面および裏面に光を当てて、その当てた光の反射状態により、膜の有無を判定するようにしても構わない。また、膜の有無分類工程Ｓ２では、スクラップウエハＷの一面の表面抵抗を測定し、次に、反転させて他面の表面抵抗を測定するようにしても構わない。
【００３７】
膜除去工程Ｓ３は、スクラップウエハＷに形成されている膜を除去する工程である。この膜除去工程Ｓ３は、機械的手段あるいは化学的手段である膜除去手段３により、スクラップウエハＷの膜を除去している。膜除去手段３は、例えば、機械的手段であるグラインディング、ラッピング（平坦面研磨）、ブラストにより表面の膜を除去することや、あるいは、化学的手段である化学エッチングを行うことで表面の膜を除去する。なお、膜除去工程Ｓ３は、膜除去手段３である機械的手段および化学的手段の両方を用いて行っても構わない。
【００３８】
また、化学エッチングによる膜の除去は、例えば、フッ酸、希フッ酸（例えば、ＨＦ：Ｈ２Ｏ＝１：１００）、フッ酸と硝酸の混合物、硝酸、硫酸と過酸化水素の混合物、塩酸、フッ酸と塩酸の混合物などの無機酸類、水酸化カリウム（ナトリウム）水溶液、水酸化四級アルキルアンモニウム水溶液などのアルカリ溶液類が主に使用される。また、スクラップウエハＷの膜がレジストなど有機皮膜であった場合には、アルカノールアミンに代表される有機アミン類も使用される。膜の除去を行う場合、これらの薬液に、スクラップウエハＷを浸漬させ各種膜を溶解あるいは剥離させる。なお、レジストが有機皮膜であるか否かの判断は、目視による外観観察、有機溶剤への溶解試験、膜の一部を採取して赤外分光分析を実施するなどで判断している。
【００３９】
スクラップウエハＷから膜の溶解あるいは剥離を行う際、液の攪拌、循環、スクラップウエハＷを浸漬させた容器、あるいは、スクラップウエハＷを載置している載置面を振動させる動作を併用しても構わない。また、複数種類の薬液を組み合わせて膜の除去を行うこともあり、例えば、水酸化ナトリウム水溶液で処理した後、フッ酸に浸漬させることで、スクラップウエハＷの膜を除去している。なお、ここでは通常は化学的手段により膜除去を試み、それだけでは膜を除去できない場合に機械的手段を採用している。ウエハ表面にパターンの跡が存在する場合には機械的手段が必須となる。また、化学的性質が極端に異なる複数の膜が積層されている場合、単一の薬液では全ての膜を除去できないので、例えば、有機溶剤に浸漬して、レジスト膜を除去した後にフッ酸に浸漬して残りの金属膜や誘電体膜を除去する。あるいは、銅や銀のような貴な金属膜が存在する場合、硝酸に浸漬してそれらを除去した後にフッ酸に浸漬して誘電体膜を除去している。
【００４０】
鏡面分類工程Ｓ４は、スクラップウエハＷの表裏面に鏡面が形成されているか否かによりスクラップウエハＷを分類する工程である。この鏡面分類工程Ｓ４は、鏡面検出手段４により鏡面の検出を行い分類している。鏡面検出手段４は、例えば、スクラップウエハＷに光を照射して反射した光の光量により鏡面の有無を判定し分類している。なお、スクラップウエハＷの表裏面について鏡面の有無を判定しているため、鏡面検出手段４では、スクラップウエハＷを反転させるか、あるいは、表裏面に光を照射できるように設けた窓部分から光を照射するように構成されている。
【００４１】
鏡面研磨工程Ｓ５は、スクラップウエハＷの表裏面を鏡面に研磨する工程である。この鏡面研磨工程Ｓ５では、研磨手段５によりスクラップウエハＷの研磨されていない表面および裏面が研磨される。研磨手段５は、例えば、ラッピング装置によりラッピングされ、研磨装置（砥石研磨、バフ研磨等）により鏡面に研磨している（シリコンウエハの研磨と同じ手段）。なお、研磨されたスクラップウエハＷは洗浄されて研磨粉等が除去される。
【００４２】
性能分類工程Ｓ６は、スクラップウエハＷの性能に応じて分類する工程である。この性能分類工程Ｓ６では、Ｐ型であるかＮ型であるかの判定と、比抵抗の値を検出して予め設定された値の範囲内であるかにより分類している。Ｐ型およびＮ型の判定は、シリコンウエハにホウ素、アルミニウム、リン、砒素等がドープされているため、例えば、熱起電力法が用いられ、ＡＳＴＭ  Ｆ４２（米国材料試験協会；Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｓｏｃｉｅｔｙ  ｆｏｒ  Ｔｅｓｔｉｎｇ  ａｎｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ）に従って熱の伝わり方が測定されて行われる。そして、測定された値によりＮ型とＰ型に分類される。
【００４３】
また、比抵抗の測定は、ＡＳＴＭ  Ｆ８４で規定された四探針法あるいはＡＳＴＭ  Ｆ６７３に規定された渦電流法を用いて測定される。この比抵抗の範囲は、再利用の用途に応じて適切な値に均一とみなせる範囲に区切られことになる。例えば、太陽電池用シリコン基板に再利用される場合には、Ｐ型で比抵抗が０．３〜３０Ω・ｃｍ程度の範囲であることが望ましい。
【００４４】
表面調整工程Ｓ７は、スクラップウエハＷの表面（表裏面）に付着している微粒子や金属不純物を除去するため、また、シリコンの接合強度を増大させるために行われる工程である。この表面調整工程Ｓ７は、例えば、ＲＣＡ  Ｓｔａｎｄａｒｄ  Ｃｌｅａｎ（ＲＣＡ洗浄）によりスクラップウエハＷを洗浄している。ＲＣＡ洗浄が行われたスクラップウエハＷの表面には、親水性基が形成され、スクラップウエハＷを拡散接合させるために好ましい状態となる。また、表面調整工程Ｓ７において、酸化膜の形成を行ってもよい。スクラップウエハＷは、所定温度に加熱した状態を所定時間保つことで、表面に酸化膜を形成することができる。さらに、ここで酸化膜が形成された場合、その表面をＲＣＡ洗浄することで表面に親水性を付与してもよい。
【００４５】
整列工程Ｓ８は、スクラップウエハＷに形成されているオリエンテーションフラットＷ０（あるいはノッチ）に合わせて揃えることで、結晶方位を合わせて円柱状に整列させる工程である。この整列工程Ｓ８は、予め決まった円柱長さになるまでスクラップウエハＷが重ね合わせて整列される。整列工程Ｓ８では、例えば、整列手段としてロボットハンドでオリエンテーションフラットＷ０が揃った状態に積み重ねることで整列させている。なお、スクラップウエハＷは、オリエンテーションフラットＷ０あるいはノッチが形成されていないものであるときに、Ｘ線を照射して回折光を検出することで結晶方位を検出し、その検出した結晶方位の方向に合わせて整列させられる。
【００４６】
加熱工程Ｓ９は、円筒状に整列したスクラップウエハＷを所定の温度により所定時間で加熱する工程である。この加熱工程Ｓ９は、例えば、雰囲気調整炉を使用して４００〜１３５０℃（適正範囲は５００〜１１００℃）の範囲で、１時間〜１０時間において加熱している。なお、加熱工程Ｓ９では、加熱しながら加圧するようにしても構わない。加圧する場合には、スクラップウエハＷ上に錘を載せた状態で加圧しながら加熱する方法やホットプレス装置等を用いて行う。また、加熱工程Ｓ９を行う直前にスクラップウエハＷを重ね合わせ方向に予め加圧するようにしても構わない。
【００４７】
加熱工程Ｓ９では、加熱温度と接合強度との関係から、加熱温度の範囲を４００〜１３５０℃の範囲において行われる。スクラップウエハＷは、自然酸化膜で界面が覆われている場合、４００℃未満ではウエハ界面が自然酸化膜表面の水酸基同士の水素結合による接着にとどまっており、十分な接合強度を得ることができない。また、シリコンの融点が１４１４℃であるため、加熱温度が１３５０℃を超えると、温度制御が困難になる。
【００４８】
したがって、加熱工程Ｓ９における加熱温度の最適範囲は、ウエハ表面の酸化膜の構造や厚みにもよるが４００℃以上であり、ここでは実用的な範囲の下限値を５００℃以上としている。また、加熱工程Ｓ９での加熱温度の上限値は、１３５０℃以下において、ここでは、加熱時のスペーサに通常用いる石英ガラス材の耐熱性から１１００℃以下としている。さらに、加熱時間は、使用する炉の種類や大きさ、接合させるウエハ厚みや、直径により異なるが、実用的には、１時間〜１０時間である。なお、炉内雰囲気は、塵埃の付着等が問題にならない清浄なものであれば、特に限定されるものではない。この加熱工程Ｓ９によりスクラップウエハＷが円柱状の再生インゴットＩＧとして製造される。
【００４９】
加熱工程Ｓ９により製造された再生インゴットＩＧは、スクラップウエハＷの接合面に結晶界面や酸化膜が生成される可能性があるが、他の部分はすべて単結晶のままの構成である。したがって、再生インゴットＩＧは、結晶界面の酸化膜の厚みは数μｍ以下であるから、単結晶の状態で使用できる割合が大きく、完全な多結晶のウエハに比較して、単結晶として使用できる状態にかなり近いため、例えば、太陽電池用シリコン基板として再利用する場合に優れている。
【００５０】
切出工程Ｓ１０は、製造された再生インゴットＩＧを板状の板状ウエハＷｓに切り出す工程である。この切出工程Ｓ１０では、切断手段として、例えば、ワイヤヤスリ（ワイヤソー）あるいはダイヤモンドカッタ（内周切断機）により、再生インゴットＩＧから所定の厚みの板状ウエハに切り出される。なお、切出工程Ｓ１０では、例えば、太陽電池用シリコン基板として再生したスクラップウエハＷを再利用するのであれば、一例として、３００μｍの厚みに切断されることになる。
【００５１】
また、切断方向は、再生インゴットＩＧとなる円柱の軸線方向に直交する方向、あるいは、円柱の軸線方向に平行な方向であっても構わない。円柱の軸線方向に平行な方向に切り出されることで、板状ウエハＷｓは、長方形（図示せず）に形成され、あるいは、さらに切断することで、所定の四角形（図示せず）に形成することができる。また、太陽電池などの板状ウエハ表面に垂直方向に電流が流れる電子素子に再利用する場合は、円柱状インゴットの軸線方向に平行な方向に切り出されることで（図示せず）、結晶界面や酸化層が生成されやすい接合界面が板状ウエハの表裏面間に平行に挟まれてデバイスの特性が劣化することを防止できる。
【００５２】
変質層除去工程ＳＢは、切り出された板状ウエハＷｓの表面を平坦化するためにラッピング工程Ｓ１１と、このラッピング工程Ｓ１１の後に薬品洗浄を行うエッチング工程Ｓ１２とを行う工程である。このラッピング工程Ｓ１１は、板状ウエハＷｓを研磨（ラッピング）して切断加工歪層を小さくし、厚みのばらつきやムラを小さくしている。
【００５３】
エッチング工程Ｓ１２は、ラッピングした板状ウエハＷｓの表面を化学薬品洗浄（エッチング）する工程である。このエッチング工程Ｓ１２は、板状ウエハＷｓの切断加工歪層を薬品洗浄（エッチング）により完全に除去すると同時に、ウエハ表面に付着した研磨剤、ワックス、金属不純物、パーティクル（付着ごみ）を除去している。
この変質層除去工程ＳＢを経ることで、板状ウエハＷｓは、単結晶に近い類似単結晶基板として使用することができるものとなる。
【００５４】
そして、板状ウエハＷｓを太陽電池用シリコン基板として使用する場合には、変質層除去工程ＳＢの後で、反射防止膜が形成される反射防止膜形成工程が行われ、さらに電極形成工程が行われる。なお、反射防止膜としては、ｐ−ＣＶＤ法によりＳｉＮ膜が形成される。その後、受光面電極としてＡｇペーストを形成し、また、裏面電極としてＡｌペーストを印刷し、乾燥し、焼成して電極を形成され、さらに、特性および外観などの検査を行ないモジュール製造工程が行われる。
【００５５】
以上、説明した各工程は、ここでは、スクラップウエハＷのサイズ別等の分類を予め行っておくことで、膜除去工程Ｓ３と、鏡面研磨工程Ｓ５と、整列工程Ｓ８と、加熱工程Ｓ９を行うことで、再生インゴットＩＧを製造することができる。
そして、鏡面研磨工程Ｓ５と整列工程Ｓ８の間に表面調整工程Ｓ７を行うことで、加熱工程Ｓ９により製造される再生インゴットＩＧを、より単結晶に近い状態にすることができる。
【００５６】
さらに、膜除去工程Ｓ３の前に形状分類工程ＳＡ、膜除去工程Ｓ３と鏡面研磨工程Ｓ５の間に鏡面分類工程Ｓ４、あるいは、鏡面研磨工程Ｓ５と整列工程Ｓ８との間に性能分類工程Ｓ６をそれぞれ単独であるいは併せて行うことで、スクラップウエハＷの種類が多様となっても対応することができるようになる。
【００５７】
また、再生インゴットＩＧを製造した後に切出工程Ｓ１０と、変質層除去工程ＳＢ（Ｓ１１、Ｓ１２）を行うことで、類似単結晶基板として、太陽電池用シリコン基板に使用することができる。
【００５８】
説明した各工程は、特に連続して行う必要はなく、各工程を単独の処理として行い、次の工程には、搬送機構（図示せず）により搬送して順次処理することとしてもよい。また、各工程は、それぞれの工程で処理されたスクラップウエハＷあるいは再生インゴットＩＧをハンドラ等の移動手段あるいはコンベヤ等の搬送手段を介して、連続して行うように搬送ラインを形成して行っても構わない。
【００５９】
つぎに、図１を参照してスクラップウエハ再利用方法Ｓにより太陽電池用シリコン基板を作成する手順を説明する。
図１に示すように、はじめに、スクラップウエハＷは、形状分類工程ＳＡによりウエハサイズによる分類が行われ、各サイズ後に、膜の有無による分類が行われる。そして、膜の有無分類工程で膜が形成されていると分類されたスクラップウエハＷは、膜除去工程Ｓ３により膜の除去が機械的手段あるいは化学的手段により行われる。膜が除去されたスクラップウエハＷあるいは膜が無いと分類されたスクラップウエハＷは、鏡面の有無により分類される。鏡面が無いと分類されたスクラップウエハＷは、鏡面研磨工程Ｓ５により鏡面研磨され次工程に送られる。
【００６０】
なお、鏡面研磨工程Ｓ５では、研磨された後に洗浄されることが望ましい。鏡面に研磨され、あるいは、予め鏡面が形成されていたスクラップウエハＷは、性能分類工程Ｓ６によりＰ型あるいはＮ型に分類され、また、比抵抗を測定して予め設定した範囲であるか否かにより分類される。そして、スクラップウエハＷは、分類された毎に、表面調整工程Ｓ７によりスクラップウエハＷの表面洗浄あるいは表面調整が行われ、整列工程Ｓ８によりオリエンテーションフラットＷ０またはノッチに合わせて重ね円柱状に整列させられる。ついで、加熱工程Ｓ９により加熱炉に入れられて５００〜１１００℃の範囲で、１時間から１０時間の範囲で、加圧しながら加熱される。そして、この加熱工程Ｓ９により再生インゴットＩＧが製造される。
【００６１】
再生インゴットＩＧは、切出工程Ｓ１０により所定厚みの板状ウエハＷｓに切り出され、ラッピング工程Ｓ１１およびエッチング工程Ｓ１２により平坦化され、かつ、変質層が除去され太陽電池用シリコン基板が製造される。そして、太陽電池用シリコン基板は、反射防止膜形成工程により反射防止膜が形成され、さらに電極形成工程により太陽電池として使用されるときに必要な電極が形成されることになる。さらに、特性および外観などの検査を行ないモジュール製造工程が行われ太陽電池として使用される。
なお、再生インゴットＩＧを製造するときに、スクラップウエハＷの重ね合わせ方向に加圧する加圧工程を行う場合は、整列工程Ｓ８と加熱工程Ｓ９の間に行う場合であっても構わず、その場合は、ホットプレス装置により所定圧力をかけて行う。
【実施例】
【００６２】
つぎに、本発明の実施例について説明する。なお、本発明はこの実施例に限定されるものではない。
実験内容の説明
はじめに、両面を鏡面研磨したシリコンウエハに対して、つぎの３種類の表面調整を行った。
【００６３】
（１）ウエハを希フッ酸（ＨＦ：Ｈ２Ｏ＝１：１００）に浸漬して表面の自然酸化膜を取り除いた（第１ウエハ）。
（２）前記した自然酸化膜を取り除く処理後、ＳＣｌ洗浄（Ｈ２Ｏ２：ＮＨ４ＯＨ：Ｈ２Ｏ＝１：１：５）し表面を親水性に変えた（第２ウエハ）。
（３）前記した自然酸化膜を取り除く処理後、表面に厚さ約１００ｎｍの熱酸化膜を形成させ、さらに、ＳＣｌ洗浄（Ｈ２Ｏ２：ＮＨ４ＯＨ：Ｈ２Ｏ＝１：１：５）し表面を親水性に変える前記（２）と同様なＳＣｌ洗浄を行った（第３ウエハ）。
【００６４】
つぎに、（１）〜（３）の処理を行った第１ウエハ、第２ウエハ、第３ウエハを、それぞれ重ねて、結晶方位を合わせた後、１２ｋｇｆ／ｃｍ２（１．１８ＭＰａ）および６０ｋｇｆ／ｃｍ２（５．８８ＭＰａ）の加圧下で３００℃、４５０℃、６００℃、９００℃、１１００℃、１３００℃に真空炉中で加熱して２時間保持する加熱処理を行った。
熱処理後、第１ウエハを重ね合わせた第１ウエハインゴット、第２ウエハを重ねた第２ウエハインゴット、第３ウエハを重ね合わせた第３ウエハインゴットを取り出し、ワイヤソーにて接合面に垂直に切断し、接合面の状態を光学顕微鏡およびＳＥＭで調べた。
その結果をつぎの表１にまとめた。
【００６５】
【表１】
2008218993.tif 000003
【００６６】
評価結果
表１に示すように、切断状態、光学顕微鏡観察、ＳＥＭ観察をつぎの基準により「×」「○」「◎」として判定した。
【００６７】
＜切断＞
×：ウエハが剥離し板状に切断できず
○：板状に切断可能であり全体的な剥離が認められない（部分的な剥離あり）
◎：板状に切断でき目視では全く剥離が認められない
＜光顕（光学顕微鏡観察）＞
×：全ての貼合わせ面で剥離が認められる
○：全体的な剥離は認められない（部分的な剥離あり）
◎：全く剥離は認められない
【００６８】
＜ＳＥＭ（ＳＥＭ観察）＞
×：全ての貼合わせ面で剥離が認められる
○：全体的な剥離は認められない（部分的な剥離あり）
◎：全く剥離は認められない
【００６９】
表１に示すとおり、４００〜１３５０℃の範囲で熱処理されたウエハインゴットは、切断時の剥離が少なく良好である。更に表面を親水性に変えた第２ウエハインゴットをこの処理を行っていない第１ウエハインゴットよりも剥離が少なく良好である。更に表面に酸化膜を形成し、親水化処理を施した第３インゴットは、第２インゴットよりも剥離が少なく良好である。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明に係るスクラップウエハ再利用方法を示すフローチャートである。
【図２】本発明に係るスクラップウエハ再利用方法を示す模式図である。
【符号の説明】
【００７１】
１      測定手段
１ａ    触針
２      検出手段
２ａ    窓部
３      膜除去手段
４      鏡面検出手段
５      研磨手段
ＩＧ    再生インゴット
Ｓ      スクラップウエハ再利用方法
Ｓ１    サイズ別分類工程
Ｓ２    有無分類工程
Ｓ３    膜除去工程
Ｓ４    鏡面分類工程
Ｓ５    鏡面研磨工程
Ｓ６    性能分類工程
Ｓ７    表面調整工程
Ｓ８    整列工程
Ｓ９    加熱工程
Ｓ１０  切出工程
Ｓ１１  ラッピング工程
Ｓ１２  エッチング工程
ＳＡ    形状分類工程
ＳＢ    変質層除去工程
Ｗ０    オリエンテーションフラット
Ｗ      スクラップウエハ
Ｗｓ    板状ウエハ
【図１】
2008218993.tif 000004
【図２】
2008218993.tif 000005