以下、本発明を実施するための最良の形態� ��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� �エハ再利用方法の手順を示す模式図である� �

 図1および図2に示すように、スクラップ� �エハ再利用方法Sにより使用されるスクラッ� ��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。

 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� �り分類する形状分類工程SA(サイズ別分類工� �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� ��ト(再生インゴット)を製造している。そし� �、スクラップウエハ再利用方法Sでは、さら� ��、製造した類似単結晶インゴットを切出工� ��S10と、変質層除去工程SB(ラッピング工程[=� �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。

 図1および図2に示すように、形状分類工� �SAは、スクラップウエハWの外形を測定して� �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(� ��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� ��、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� �コン膜等である。

 この形状分類工程SAは、スクラップウエ� �Wのサイズ別に分類するサイズ別分類工程S1� �、スクラップウエハWの表面に形成された膜� ��有無により分類する膜の有無分類工程S2と� �、どちらを先に行っても構わない。

 形状分類工程SAにおいてサイズ別分類工� �S1によりサイズ別にスクラップウエハWを分� �する場合には、例えば、スクラップウエハW� ��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� ��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� �エハWの側面に接触する複数の触針1aにより� �イズを測定して判別するものである。

 また、サイズ別分類工程S1では、スクラ� �プウエハWの外形サイズ(直径)が測定されて� �類できる手段であればよく、例えば、スク� �ップウエハWの映像からサイズを測定して判� ��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� ��サイズ別に分類すること等であっても構わ� ��い。なお、サイズ別分類工程S1では、サイ� �の測定(計測)を、スクラップウエハWの搬送� �路中であっても、搬送先の測定箇所におい� �行っても構わない。

 形状分類工程SAにおいて膜の有無により� �クラップウエハWを分類する膜の有無分類工� ��S2は、スクラップウエハWの表面または裏面� ��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� �類している。検出手段2は、例えば、搬送径� ��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2 aからと、その窓部に対向する上方からスク� �ップウエハWの表裏面に探針(図示せず)を接� �させることで表面抵抗を測定して判定して� �る。すなわち、スクラップウエハWの表面側� ��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� �ける膜の有無を判定している。なお、スク� �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� ��判定するようにしても構わない。また、膜� ��有無分類工程S2では、スクラップウエハWの� ��面の表面抵抗を測定し、次に、反転させて� ��面の表面抵抗を測定するようにしても構わ� ��い。

 膜除去工程S3は、スクラップウエハWに形� ��されている膜を除去する工程である。この� ��除去工程S3は、機械的手段あるいは化学的� �段である膜除去手段3により、スクラップウ� ��ハWの膜を除去している。膜除去手段3は、� �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� ��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。

 また、化学エッチングによる膜の除去は、� ��えば、フッ酸、希フッ酸(例えば、HF:H ₂ O=1:100)、フッ酸と硝酸の混合物、硝酸、硫酸� ��過酸化水素の混合物、塩酸、フッ酸と塩酸� ��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� �ニウム水溶液などのアルカリ溶液類が主に� �用される。また、スクラップウエハWの膜が� ��ジストなど有機皮膜であった場合には、ア� ��カノールアミンに代表される有機アミン類� ��使用される。膜の除去を行う場合、これら� ��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。

 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� �ップウエハWを載置している載置面を振動さ� ��る動作を併用しても構わない。また、複数� ��類の薬液を組み合わせて膜の除去を行うこ� ��もあり、例えば、水酸化ナトリウム水溶液� ��処理した後、フッ酸に浸漬させることで、� ��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。

 鏡面分類工程S4は、スクラップウエハWの� ��裏面に鏡面が形成されているか否かにより� ��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� ��て反射した光の光量により鏡面の有無を判� ��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� �Wを反転させるか、あるいは、表裏面に光を� ��射できるように設けた窓部分から光を照射� ��るように構成されている。

 鏡面研磨工程S5は、スクラップウエハWの� ��裏面を鏡面に研磨する工程である。この鏡� ��研磨工程S5では、研磨手段5によりスクラッ� ��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� �ング装置によりラッピングされ、研磨装置(� ��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� ��、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。

 性能分類工程S6は、スクラップウエハWの� ��能に応じて分類する工程である。この性能� ��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� �およびN型の判定は、シリコンウエハにホウ� ��、アルミニウム、リン、砒素等がドープさ� ��ているため、例えば、熱起電力法が用いら� ��、ASTM F42(米国材料試験協会;American Society f or Testing and Materials)に従って熱の伝わり方� �測定されて行われる。そして、測定された� �によりN型とP型に分類される。

 また、比抵抗の測定は、ASTM F84で規定さ� ��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� ��であることが望ましい。

 表面調整工程S7は、スクラップウエハWの� ��面(表裏面)に付着している微粒子や金属不� �物を除去するため、また、シリコンの接合� �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� ��ている。RCA洗浄が行われたスクラップウエ� ��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� �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� �間保つことで、表面に酸化膜を形成するこ� �ができる。さらに、ここで酸化膜が形成さ� �た場合、その表面をRCA洗浄することで表面� �親水性を付与してもよい。

 整列工程S8は、スクラップウエハWに形成� ��れているオリエンテーションフラットW0(あ� ��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� ��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� ��手段としてロボットハンドでオリエンテー� ��ョンフラットW0が揃った状態に積み重ねる� �とで整列させている。なお、スクラップウ� �ハWは、オリエンテーションフラットW0ある� �はノッチが形成されていないものであると� �に、X線を照射して回折光を検出することで� ��晶方位を検出し、その検出した結晶方位の� ��向に合わせて整列させられる。

 加熱工程S9は、円筒状に整列したスクラ� �プウエハWを所定の温度により所定時間で加� ��する工程である。この加熱工程S9は、例え� �、雰囲気調整炉を使用して400~1350℃(適正範� �は500~1100℃)の範囲で、1時間~10時間において� ��熱している。なお、加熱工程S9では、加熱� �ながら加圧するようにしても構わない。加� �する場合には、スクラップウエハW上に錘を� ��せた状態で加圧しながら加熱する方法やホ� ��トプレス装置等を用いて行う。また、加熱� ��程S9を行う直前にスクラップウエハWを重ね� ��わせ方向に予め加圧するようにしても構わ� ��い。

 加熱工程S9では、加熱温度と接合強度と� �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、� �然酸化膜で界面が覆われている場合、400℃� �満ではウエハ界面が自然酸化膜表面の水酸� �同士の水素結合による接着にとどまってお� �、十分な接合強度を得ることができない。� �た、シリコンの融点が1414℃であるため、加� ��温度が1350℃を超えると、温度制御が困難に なる。

 したがって、加熱工程S9における加熱温� �の最適範囲は、ウエハ表面の酸化膜の構造� �厚みにもよるが400℃以上であり、ここでは� �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� �ーサに通常用いる石英ガラス材の耐熱性か� �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� ��ハ厚みや、直径により異なるが、実用的に� ��、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。

 加熱工程S9により製造された再生インゴ� �トIGは、スクラップウエハWの接合面に結晶� �面や酸化膜が生成される可能性があるが、� �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。

 切出工程S10は、製造された再生インゴッ� ��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� ��イヤモンドカッタ(内周切断機)により、再� �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� �なる。

 また、切断方向は、再生インゴットIGと� �る円柱の軸線方向に直交する方向、あるい� �、円柱の軸線方向に平行な方向であっても� �わない。円柱の軸線方向に平行な方向に切� �出されることで、板状ウエハWsは、長方形(� �示せず)に形成され、あるいは、さらに切断� ��ることで、所定の四角形(図示せず)に形成� �ることができる。また、太陽電池などの板� �ウエハ表面に垂直方向に電流が流れる電子� �子に再利用する場合は、円柱状インゴット� �軸線方向に平行な方向に切り出されること� �(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。

 変質層除去工程SBは、切り出された板状� �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� �くし、厚みのばらつきやムラを小さくして� �る。

 エッチング工程S12は、ラッピングした板状� ��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� �表面に付着した研磨剤、ワックス、金属不� �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� �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。

 そして、板状ウエハWsを太陽電池用シリ� �ン基板として使用する場合には、変質層除� �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� ��面電極としてAgペーストを形成し、また、� �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。

 以上、説明した各工程は、ここでは、スク� ��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� ��S5と、整列工程S8と、加熱工程S9を行うこと� ��、再生インゴットIGを製造することができ� �。
 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� �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。

 さらに、膜除去工程S3の前に形状分類工� �SA、膜除去工程S3と鏡面研磨工程S5の間に鏡� �分類工程S4、あるいは、鏡面研磨工程S5と整� ��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� �ができるようになる。

 また、再生インゴットIGを製造した後に� �出工程S10と、変質層除去工程SB(S11、S12)を行� ��ことで、類似単結晶基板として、太陽電池� ��シリコン基板に使用することができる。

 説明した各工程は、特に連続して行う必� ��はなく、各工程を単独の処理として行い、� ��の工程には、搬送機構(図示せず)により搬� �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� �ラップウエハWあるいは再生インゴットIGを� �ンドラ等の移動手段あるいはコンベヤ等の� �送手段を介して、連続して行うように搬送� �インを形成して行っても構わない。

 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� �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� �ウエハWは、鏡面の有無により分類される。� ��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� ��送られる。

 なお、鏡面研磨工程S5では、研磨された� �に洗浄されることが望ましい。鏡面に研磨� �れ、あるいは、予め鏡面が形成されていた� �クラップウエハWは、性能分類工程S6によりP� ��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� �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� ��状に整列させられる。ついで、加熱工程S9� �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� ��ンゴットIGが製造される。

 再生インゴットIGは、切出工程S10により所� �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� ��る加圧工程を行う場合は、整列工程S8と加� �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。