JP2011071361A - プラズマエッチング装置用シリコン製部品の再生方法及びプラズマエッチング装置用シリコン製部品 - Google Patents

Abstract

【課題】従来に比べてプラズマエッチング装置の消耗品コストを低減することができるとともに、産業廃棄物の発生量を低減することができ、資源の有効活用を図ることのできるプラズマエッチング装置用シリコン製部品の再生方法及等を提供する。
【解決手段】プラズマエッチング装置用シリコン製部品のシリコン廃材を回収する工程と、回収したシリコン廃材の電気特性から不純物の含有量を求める測定工程と、測定工程で求めた不純物の含有量と最終製品の電気特性の目標値とに基づき、シリコン廃材の投入量と、シリコン原料の投入量と、不純物の投入量を決定する投入量決定工程と、投入量決定工程で決定した投入量のシリコン廃材と、シリコン原料と、不純物とを坩堝に投入し、シリコンインゴットを製造する工程とを具備している。
【選択図】図１

Description

本発明は、プラズマエッチング装置用シリコン製部品の再生方法及びプラズマエッチング装置用シリコン製部品に関する。

従来から、例えば半導体装置の製造分野等では、半導体ウエハや液晶表示装置用のガラス基板等に、エッチング処理等の所定のプラズマ処理を施すためのプラズマエッチング装置が用いられている。

プラズマエッチング装置では、シリコン製の半導体ウエハや、各種のシリコン膜等の処理を行うことを考慮して、各種のシリコン製部品が使用されている。例えば、プラズマエッチング装置では、従来から、載置台上に載置された半導体ウエハを囲むように配置されたフォーカスリングとしてシリコン製のフォーカスリングを使用することが行われている。また、載置台と対向するように設けられた対向電極の電極板としてシリコン製の電極板を使用することも行われている。

このようなプラズマエッチング装置では、上記したシリコン製のフォーカスリング等のシリコン製部品がプラズマに晒されることによって消耗、劣化し、その形状の変化等が生じる。このため、次第にプロセスの再現性が悪化し、そのまま使用を続けると実行されるプロセスが管理値から逸脱する。そこで、ある程度消耗、劣化した時点で寿命が尽きたとみなされ、産業廃棄物として廃棄されている。ところが、このようなプラズマエッチング装置用シリコン製部品は高価であるため、プラズマエッチング装置のランニングに伴う消耗品コスト（ＣＯＣ（Cost of Consumables））を高める一因となっている。

この対策として、使用済みシリコンフォーカスリングに機械加工を施して得られた第１リング及び第２リングを組み合わせることにより、使用前のシリコンフォーカスリングと形状互換性のある組み合わせ型のシリコンフォーカスリングを再生することが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。しかしながら、機械加工を施したリングを組み合わせる方法では、同様な電気的特性、形状等を有するものの組み合わせに限定されるため、再生することのできるものが著しく制限されるという問題がある。

なお、例えば太陽電池の製造分野においては、特性不良の太陽電池セルを含むシリコンウエハを、フッ酸処理にて反射防止膜と裏面の銀電極膜を除去する工程、塩酸処理にてアルミニウム電極層を除去する工程を行った後、硝酸とフッ酸の混合液処理又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ことで、再びシリコン太陽電池セルを形成可能な状態に戻すことが提案されている（例えば、特許文献２参照。）。しかしながら、このように特性不良の太陽電池セルを含むシリコンウエハを再生する方法は、例えば、多種多様な使用済みのプラズマエッチング装置用シリコン製部品の再生に適用することはできない。

特開２００４−７９９８３号公報 特開２００５−１６６８１４号公報

上述したとおり、プラズマエッチング装置においては、プラズマエッチング装置用シリコン製部品がその消耗品コストを高める一因となっている。また、従来においては、多種多様な使用済みのプラズマエッチング装置用シリコン製部品等を再生する有効な方法がなく、産業廃棄物の発生量を増加させる一因となっていた。

本発明は、上記従来の事情に対処してなされたもので、従来に比べてプラズマエッチング装置の消耗品コストを低減することができるとともに、産業廃棄物の発生量を低減することができ、資源の有効活用を図ることのできるプラズマエッチング装置用シリコン製部品の再生方法及びプラズマエッチング装置用シリコン製部品を提供しようとするものである。

本発明のプラズマエッチング装置用シリコン製部品の再生方法は、基板を収容してエッチング処理するプラズマエッチング装置の処理室内部に配置されるプラズマエッチング装置用シリコン製部品の再生方法であって、プラズマエッチング装置用シリコン製部品のシリコン廃材を回収する工程と、回収した前記シリコン廃材の電気特性から不純物の含有量を求める測定工程と、前記測定工程で求めた不純物の含有量と最終製品の電気特性の目標値とに基づき、前記シリコン廃材の投入量と、シリコン原料の投入量と、不純物の投入量を決定する投入量決定工程と、前記投入量決定工程で決定した投入量の前記シリコン廃材と、シリコン原料と、不純物とを坩堝に投入し、シリコンインゴットを製造する工程とを具備したことを特徴とする。

本発明のプラズマエッチング装置用シリコン製部品は、基板を収容してエッチング処理するプラズマエッチング装置の処理室内部に配置されるプラズマエッチング装置用シリコン製部品であって、プラズマエッチング装置用シリコン製部品のシリコン廃材を回収する工程と、回収した前記シリコン廃材の電気特性から不純物の含有量を求める測定工程と、前記測定工程で求めた不純物の含有量と最終製品の電気特性の目標値とに基づき、前記シリコン廃材の投入量と、シリコン原料の投入量と、不純物の投入量を決定する投入量決定工程と、前記投入量決定工程で決定した投入量の前記シリコン廃材と、シリコン原料と、不純物とを坩堝に投入し、シリコンインゴットを製造する工程とを具備したプラズマエッチング装置用シリコン製部品の再生方法によって再生されたシリコンを含むことを特徴とする。

本発明によれば、従来に比べてプラズマエッチング装置の消耗品コストを低減することができるとともに、産業廃棄物の発生量を低減することができ、資源の有効活用を図ることのできるプラズマエッチング装置用シリコン製部品の再生方法及びプラズマエッチング装置用シリコン製部品を提供することができる。

本発明の一実施形態に係るプラズマエッチング装置用シリコン製部品の再生方法の工程を示すフローチャート。 プラズマエッチング装置の構成例を模式的に示す縦断面図。

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図１は、本実施形態に係るプラズマエッチング装置用シリコン製部品の再生方法の工程を示すフローチャート、図２はプラズマエッチング装置の構成例を模式的に示す縦断面図である。

まず、図２を参照してプラズマエッチング装置の構成について説明する。プラズマエッチング装置１は、電極板が上下平行に対向し、プラズマ形成用電源が接続された容量結合型平行平板エッチング装置として構成されている。

プラズマエッチング装置１は、例えば表面が陽極酸化処理されたアルミニウム等からなり円筒形状に成形された処理チャンバー（処理室）２を有しており、この処理チャンバー２は接地されている。処理チャンバー２内の底部にはセラミックスなどの絶縁板３を介して、被処理物、例えば半導体ウエハＷを載置するための略円柱状のサセプタ支持台４が設けられている。さらに、このサセプタ支持台４の上には、下部電極を兼ねたサセプタ（載置台）５が設けられている。このサセプタ５には、ハイパスフィルター（ＨＰＦ）６が接続されている。

サセプタ支持台４の内部には、冷媒室７が設けられており、この冷媒室７には、冷媒が冷媒導入管８を介して導入されて循環し冷媒排出管９から排出される。そして、その冷熱がサセプタ５を介して半導体ウエハＷに対して伝熱され、これにより半導体ウエハＷが所望の温度に制御される。

サセプタ５は、その上側中央部が凸状の円板状に成形され、その上に円形で半導体ウエハＷと略同径の静電チャック１１が設けられている。静電チャック１１は、絶縁材の間に電極１２を配置して構成されている。そして、電極１２に接続された直流電源１３から例えば１．５ｋＶの直流電圧が印加されることにより、例えばクーロン力によって半導体ウエハＷを静電吸着する。

絶縁板３、サセプタ支持台４、サセプタ５、静電チャック１１には、半導体ウエハＷの裏面に、伝熱媒体（例えばＨｅガス等）を供給するためのガス通路１４が形成されており、この伝熱媒体を介してサセプタ５の冷熱が半導体ウエハＷに伝達され半導体ウエハＷが所定の温度に維持されるようになっている。

サセプタ５の上端周縁部には、静電チャック１１上に載置された半導体ウエハＷを囲むように、環状のフォーカスリング１５が配置されている。このフォーカスリング１５は、導電性材料から構成されており、エッチングの均一性を向上させる作用を有する。プラズマエッチング装置１において、このフォーカスリング１５はシリコン製とされており、このシリコン製のフォーカスリング１５は、本実施形態における再生方法が適用されるプラズマエッチング装置用シリコン製部品の１つである。

サセプタ５の上方には、このサセプタ５と平行に対向して上部電極２１が設けられている。この上部電極２１は、絶縁材２２を介して、処理チャンバー２の上部に支持されている。上部電極２１は、電極板２４と、この電極板２４を支持する導電性材料からなる電極支持体２５とによって構成されている。電極板２４は、多数の吐出孔２３を有し、サセプタ５との対向面を形成する。プラズマエッチング装置１において、この電極板２４はシリコン製とされており、このシリコン製の電極板２４は、本実施形態における再生方法が適用されるプラズマエッチング装置用シリコン製部品の１つである。

上部電極２１における電極支持体２５の中央にはガス導入口２６が設けられ、このガス導入口２６には、ガス供給管２７が接続されている。さらにこのガス供給管２７には、バルブ２８、並びにマスフローコントローラ２９を介して、処理ガス供給源３０が接続されている。処理ガス供給源３０から、プラズマエッチング処理のためのエッチングガス等が供給される。

処理チャンバー２の底部には排気管３１が接続されており、この排気管３１には排気装置３５が接続されている。排気装置３５はターボ分子ポンプなどの真空ポンプを備えており、処理チャンバー２内を所定の減圧雰囲気、例えば１Ｐａ以下の所定の圧力まで真空引き可能なように構成されている。また、処理チャンバー２の側壁にはゲートバルブ３２が設けられており、このゲートバルブ３２を開いた状態で、半導体ウエハＷを隣接するロードロック室（図示せず）との間で搬送する。

上部電極２１には、第１の高周波電源４０が接続されており、その給電線には整合器４１が介挿されている。また、上部電極２１にはローパスフィルター（ＬＰＦ）４２が接続されている。この第１の高周波電源４０は、例えば、２７〜１５０ＭＨｚの範囲の周波数を有している。このように高い周波数の高周波電力を印加することにより処理チャンバー２内に好ましい解離状態でかつ高密度のプラズマを形成することができる。

下部電極としてのサセプタ５には、第２の高周波電源５０が接続されており、その給電線には整合器５１が介挿されている。この第２の高周波電源５０は、第１の高周波電源４０より低い周波数の範囲を有している。このような範囲の周波数の高周波電力を印加することにより、被処理基板である半導体ウエハＷに対してダメージを与えることなく適切なイオン作用を与えることができる。第２の高周波電源５０の周波数は、例えば１〜２０ＭＨｚの範囲が好ましい。

図１に示すように、上記構成のプラズマエッチング装置１は、制御部６０によって、その動作が統括的に制御される。この制御部６０には、ＣＰＵを備えプラズマエッチング装置１の各部を制御するプロセスコントローラ６１と、ユーザインターフェース部６２と、記憶部６３とが設けられている。

ユーザインターフェース部６２は、工程管理者がプラズマエッチング装置１を管理するためにコマンドの入力操作を行うキーボードや、プラズマエッチング装置１の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等から構成されている。

記憶部６３には、プラズマエッチング装置１で実行される各種処理をプロセスコントローラ６１の制御にて実現するための制御プログラム（ソフトウエア）や処理条件データ等が記憶されたレシピが格納されている。そして、必要に応じて、ユーザインターフェース部６２からの指示等にて任意のレシピを記憶部６３から呼び出してプロセスコントローラ６１に実行させることで、プロセスコントローラ６１の制御下で、プラズマエッチング装置１での所望の処理が行われる。また、制御プログラムや処理条件データ等のレシピは、コンピュータで読取り可能な記憶媒体（例えば、ハードディスク、ＣＤ、フレキシブルディスク、半導体メモリ等）などに格納された状態のものを利用したり、或いは、他の装置から、例えば専用回線を介して随時伝送させてオンラインで利用したりすることも可能である。

プラズマエッチング装置１によって、半導体ウエハＷのプラズマエッチングを行う場合、まず、半導体ウエハＷは、ゲートバルブ３２が開放された後、図示しないロードロック室から処理チャンバー２内へと搬入され、静電チャック１１上に載置される。そして、直流電源１３から直流電圧が印加されることによって、半導体ウエハＷが静電チャック１１上に静電吸着される。次いで、ゲートバルブ３２が閉じられ、排気装置３５によって、処理チャンバー２内が所定の真空度まで真空引きされる。

その後、バルブ２８が開放されて、処理ガス供給源３０から所定のエッチングガスが、マスフローコントローラ２９によってその流量が調整されつつ、処理ガス供給管２７、ガス導入口２６を通って上部電極２１の中空部へと導入され、さらに電極板２４の吐出孔２３を通って、図２の矢印に示すように、半導体ウエハＷに対して均一に吐出される。

そして、処理チャンバー２内の圧力が、所定の圧力に維持される。その後、第１の高周波電源４０から所定の周波数の高周波電力が上部電極２１に印加される。これにより、上部電極２１と下部電極としてのサセプタ５との間に高周波電界が生じ、エッチングガスが解離してプラズマ化する。

他方、第２の高周波電源５０から、上記の第１の高周波電源４０より低い周波数の高周波電力が下部電極であるサセプタ５に印加される。これにより、プラズマ中のイオンがサセプタ５側へ引き込まれ、イオンアシストによりエッチングの異方性が高められる。このようなプラズマによるエッチングの際に、前述したフォーカスリング１５、電極板２４等のプラズマエッチング装置用シリコン製部品は、プラズマに晒されることにより、次第に消耗、劣化する。そして、一定の使用期間が経過した時点で新しいプラズマエッチング装置用シリコン製部品と交換され、従来においては、使用済みのプラズマエッチング装置用シリコン製部品は産業廃棄物として廃棄されていた。

上記の所定のプラズマエッチング処理が終了すると、高周波電力の供給及び処理ガスの供給が停止され、上記した手順とは逆の手順で、半導体ウエハＷが処理チャンバー２内から搬出される。

次に、上記したフォーカスリング１５、電極板２４等のプラズマエッチング装置用シリコン製部品の再生方法について説明する。このプラズマエッチング装置用シリコン製部品の再生方法には、使用済みのフォーカスリング１５、使用済みの電極板２４等からなるシリコン廃材を用いることができる。

また、例えば、プラズマエッチング装置用シリコン製部品の製造過程で発生したシリコン廃材、例えば、製造途中で傷や欠け等の損傷が発生したもの、寸法が規格外となったもの、抵抗値等の電気特性が規格外となったもののシリコン廃材等も用いることができる。さらに、機械加工工程で発生したシリコン廃材、例えば、フォーカスリング１５を製造する際に繰り抜いた内側の円形部分のシリコン廃材等も用いることができる。さらにまた、シリコンインゴットを製造する際にできた下端部、上端部の円錐形の部分等のシリコン廃材等も用いることができる。

本実施形態では、上記のようなシリコン廃材のうち、使用済みのフォーカスリング１５、使用済みの電極板２４等に由来するシリコン廃材を用いた場合について説明する。本実施形態では、図１のフローチャートに示すように、まず、上記のような使用済みのフォーカスリング１５、使用済みの電極板２４等のプラズマエッチング装置用シリコン製部品からなるシリコン廃材を回収する（ステップ１）。

次に、上記の回収したシリコン廃材の表面に付着した反応生成物を除去する反応生成物除去工程を行う（ステップ２）。この反応生成物除去工程では、研掃材を圧縮気体と共にシリコン廃材に噴射して物理的に反応生成物を除去する方法等を使用することができる。この場合、研掃材としては、例えば、ＣＯ_２粒子、Ａｌ_２Ｏ_３粒子、ＳｉＯ_２粒子、ナイロンビーズのうちの少なくともいずれか１種等を用いることができる。

また、上記の反応生成物除去工程では、上記の方法に代えて、又は上記の方法に加えて、酸エッチング又はアルカリエッチングによってシリコン廃材の反応生成物を除去する方法を使用することができる。この場合、シリコン廃材のバルクレベルに到達するように、化学的に反応生成物を除去する。

なお、使用するシリコン廃材が、使用済みのプラズマエッチング装置用シリコン製部品に由来するものではなく、プラズマエッチング装置用シリコン製部品の製造途中で発生した前述したようなシリコン廃材であり、反応生成物が付着していないものである場合は、上記の反応生成物除去工程は省略することができる。

次に、反応生成物を除去したシリコン廃材の電気特性（本実施形態では電気抵抗）と質量を測定し、シリコン廃材中のボロン等の不純物の含有量を求める測定工程を行う（ステップ３）。プラズマエッチング装置用シリコン製部品では、その部品の性格から必要とされる電気特性（例えば電気抵抗値）に相違がある。このため、プラズマエッチング装置用シリコン製部品毎に必要とされる電気抵抗値等に応じてインゴットを製造する際にボロン等の不純物が所定量添加される。上記の測定工程では、４探針測定器等による電気抵抗値の測定と精密量り等による質量の測定を行って、この不純物の含有量を求める。なお、電気抵抗値の測定には、例えばナプソン株式会社製等の４探針測定器等を使用することができる。

次に、上記の測定工程で求めた不純物の含有量と最終製品の電気特性（本実施形態では電気抵抗）の目標値とに基づき、シリコン廃材の投入量と、シリコン原料の投入量と、不純物の投入量を決定する投入量決定工程を行う（ステップ４）。

前述したとおり、プラズマエッチング装置用シリコン製部品では、その部品の性格から必要とされる電気抵抗値等の電気特性に相違がある。例えば、シリコン製のフォーカスリングの場合、電気抵抗の目標値を２Ω程度とし、シリコン製の電極板の場合電気抵抗の目標値を例えば７５Ω程度とする等の場合がある。この電気抵抗の目標値に基づいて、全体のシリコンの投入量、不純物の投入量が決定されるので、シリコン廃材の重量と不純物の含有量とから、シリコン廃材の投入量、シリコン原料の投入量、不純物の投入量が決定される。なお、シリコン廃材のみでシリコンの量が充足される場合は、シリコン原料の投入量がゼロになる場合もある。また、シリコン廃材に含まれる不純物のみで不純物の量が充足される場合は、不純物の投入量がゼロになる場合もある。また、シリコン原料としては、ポリシリコンのみでなく、一旦不純物を含有させて引き上げを行うことによって、ある所定量の不純物を含む状態となったシリコン単結晶を用いてもよい。

次に、上記の投入量決定工程で決定した投入量のシリコン廃材と、シリコン原料と、不純物とを坩堝に投入し、これらを溶融してシリコンインゴットを製造する工程を行う（ステップ５）。このシリコンインゴットの製造工程では、例えば、ＣＺ法、ＭＣＺ法等の周知の方法を使用することができる。そして、この工程で製造したシリコンインゴットに機械加工等を施し、所定形状とすることにより、新たなプラズマエッチング装置用シリコン製部品、例えば、シリコン製フォーカスリングやシリコン製電極板等を製造する。

以上のように、本実施形態では、従来産業廃棄物として廃棄されていた使用済みのプラズマエッチング装置用シリコン製部品等を再生して新たなプラズマエッチング装置用シリコン製部品を製造することができる。したがって、従来に比べてプラズマエッチング装置の消耗品コストを低減することができるとともに、産業廃棄物の発生量を低減することができ、資源の有効活用を図ることができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されることなく種々変形可能である。例えば、上記実施形態では、プラズマエッチング装置用シリコン製部品が、シリコン製フォーカスリングとシリコン製電極板の場合について説明したが、これら以外のプラズマエッチング装置用シリコン製部品についても同様にして適用することができる。また、上記実施形態では、電気抵抗と質量の測定によって不純物の含有量を求めたが、他の電気特性から不純物の含有量を求めてもよい。

１……プラズマエッチング装置、２……処理チャンバー、５……サセプタ（載置台）、１５……フォーカスリング（シリコン製）、２１……上部電極、２４……電極板（シリコン製）、Ｗ……半導体ウエハ。

Claims (6)

1. 基板を収容してエッチング処理するプラズマエッチング装置の処理室内部に配置されるプラズマエッチング装置用シリコン製部品の再生方法であって、
   プラズマエッチング装置用シリコン製部品のシリコン廃材を回収する工程と、
   回収した前記シリコン廃材の電気特性から不純物の含有量を求める測定工程と、
   前記測定工程で求めた不純物の含有量と最終製品の電気特性の目標値とに基づき、前記シリコン廃材の投入量と、シリコン原料の投入量と、不純物の投入量を決定する投入量決定工程と、
   前記投入量決定工程で決定した投入量の前記シリコン廃材と、シリコン原料と、不純物とを坩堝に投入し、シリコンインゴットを製造する工程と
   を具備したことを特徴とするプラズマエッチング装置用シリコン製部品の再生方法。
2. 請求項１記載のプラズマエッチング装置用シリコン製部品の再生方法であって、
   前記シリコン廃材の表面に付着した反応生成物を除去する反応生成物除去工程をさらに具備したことを特徴とするプラズマエッチング装置用シリコン製部品の再生方法。
3. 請求項２記載のプラズマエッチング装置用シリコン製部品の再生方法であって、
   前記反応生成物除去工程は、研掃材を圧縮気体と共に前記シリコン廃材に噴射して物理的に反応生成物を除去する段階を含む
   ことを特徴とするプラズマエッチング装置用シリコン製部品の再生方法。
4. 請求項２記載のプラズマエッチング装置用シリコン製部品の再生方法であって、
   前記研掃材は、ＣＯ_２粒子、Ａｌ_２Ｏ_３粒子、ＳｉＯ_２粒子、ナイロンビーズのうちの少なくともいずれか１種からなる
   ことを特徴とするプラズマエッチング装置用シリコン製部品の再生方法。
5. 請求項２〜４いずれか１項記載のプラズマエッチング装置用シリコン製部品の再生方法であって、
   前記反応生成物除去工程は、酸エッチング又はアルカリエッチングによって前記シリコン廃材の反応生成物を除去する段階を含む
   ことを特徴とするプラズマエッチング装置用シリコン製部品の再生方法。
6. 基板を収容してエッチング処理するプラズマエッチング装置の処理室内部に配置されるプラズマエッチング装置用シリコン製部品であって、
   プラズマエッチング装置用シリコン製部品のシリコン廃材を回収する工程と、
   回収した前記シリコン廃材の電気特性から不純物の含有量を求める測定工程と、
   前記測定工程で求めた不純物の含有量と最終製品の電気特性の目標値とに基づき、前記シリコン廃材の投入量と、シリコン原料の投入量と、不純物の投入量を決定する投入量決定工程と、
   前記投入量決定工程で決定した投入量の前記シリコン廃材と、シリコン原料と、不純物とを坩堝に投入し、シリコンインゴットを製造する工程と
   を具備したプラズマエッチング装置用シリコン製部品の再生方法によって再生されたシリコンを含む
   ことを特徴とするプラズマエッチング装置用シリコン製部品。

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