JP6684403B2 - Method for repairing silicon single crystal member - Google Patents

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Description

本発明は、シリコン単結晶部材を補修する方法に関する。詳細には、使用済みのシリコン単結晶部材表面上にシリコン単結晶を成長させて該部材を補修する方法に関する。   The present invention relates to a method for repairing a silicon single crystal member. More particularly, it relates to a method of growing a silicon single crystal on the surface of a used silicon single crystal member to repair the member.

LSI等の半導体集積デバイス製造におけるエッチング装置として、プラズマを用いたドライエッチング装置が用いられている。この装置では、エッチング対象のウエハが平面電極のカソード上に配置され、装置内にエッチングガスが導入された状態で、高周波発振器により対向電極(アノード)とカソードの間に高周波電圧が印加されると、電極間にエッチングガスのプラズマが発生する。プラズマ中の活性ガスであるプラスイオンがウエハ表面に入射しエッチングが行われる。   A dry etching apparatus using plasma is used as an etching apparatus in manufacturing a semiconductor integrated device such as an LSI. In this device, when a wafer to be etched is placed on the cathode of a flat electrode and an etching gas is introduced into the device, a high-frequency oscillator applies a high-frequency voltage between a counter electrode (anode) and a cathode. A plasma of etching gas is generated between the electrodes. Positive ions, which are active gas in plasma, are incident on the surface of the wafer for etching.

ドライエッチング装置内部では、金属製部品を用いると金属汚染が起こるので、シリコン製部品が用いられる。代表的なシリコン製部品としては、エッチング対象のウエハを囲むドーナツ状の形状をしたフォーカスリング、下部電極を囲むグランドリング、上部電極板、及びエッチングチャンバー上部及び下部の保護部材などがある。これらのうちフォーカスリング等はエッチング対象のウエハより大きな直径を有することが必要であり、現在主流の300mmウエハ用のものは320mm以上の直径を持ったシリコン結晶インゴットから作成されるため、高価である。加えて、結晶に粒界があると、粒界からパーティクルが発生しやすくなるため、粒界のない単結晶シリコンが求められ、さらに高価なものとなっている。   Inside the dry etching apparatus, silicon parts are used because metal contamination occurs when using metal parts. Typical silicon parts include a donut-shaped focus ring surrounding a wafer to be etched, a ground ring surrounding a lower electrode, an upper electrode plate, and protective members above and below the etching chamber. Of these, the focus ring and the like need to have a larger diameter than the wafer to be etched, and the ones currently used for 300 mm wafers are expensive because they are made from silicon crystal ingots having a diameter of 320 mm or more. . In addition, if the crystal has a grain boundary, particles are likely to be generated from the grain boundary. Therefore, single crystal silicon having no grain boundary is required, which is more expensive.

ドライエッチング装置内に設置されたシリコン製部品は、使用されるにつれ少しずつ表面がエッチングされて薄くなる。厚みが一定以上薄くなると、屑シリコンとして廃棄されてしまい、再利用する方法が求められていた。   The surface of the silicon component installed in the dry etching apparatus is gradually etched and thinned as it is used. When the thickness becomes thinner than a certain level, it is discarded as scrap silicon, and a method of reusing has been required.

フォーカスリング等を再生する方法として、シリコン廃材を洗浄し、不純物の含有量を測定して追加すべきシリコン原料と不純物を決定した後、るつぼ内で溶融して、多結晶シリコンインゴッドを調製し、新たなフォーカスリング等を製造する方法が提案されている(特許文献1)。また、シリコン基板の再利用については、所定の前処理を行ったスクラップウエハを複数枚重ねて円柱状に整列させたものを加熱炉中で400〜1350℃で加熱し、スクラップウエハ同士を拡散接合させて再生インゴットを製造する方法が提案されている(特許文献2)。   As a method of regenerating the focus ring and the like, after cleaning the silicon waste material, determining the silicon raw material and impurities to be added by measuring the content of impurities, melted in a crucible, to prepare a polycrystalline silicon ingot, A method for manufacturing a new focus ring or the like has been proposed (Patent Document 1). Further, regarding the reuse of the silicon substrate, a plurality of scrap wafers subjected to a predetermined pretreatment are piled up and aligned in a cylindrical shape, and the scrap wafers are heated at 400 to 1350 ° C. in a heating furnace, and the scrap wafers are diffusion-bonded to each other. A method for producing a recycled ingot has been proposed (Patent Document 2).

特開平2013−16532号公報JP, 2013-16532, A 特開平2008−218993号公報JP, 2008-218993, A

しかし、上記いずれの方法もシリコン廃材全体を溶融するので多大なエネルギーと時間を要し、コストもかかる。さらに、特許文献1の方法では、多結晶シリコンしか得られない。特許文献2の方法で得られる再生インゴットは、単結晶として使用できる状態にかなり近いとされているが、スクラップウエハ同士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ことも言及されており、ドライエッチング用途には不向きである。   However, in all of the above methods, the entire silicon waste material is melted, which requires a large amount of energy and time, and also costs. Furthermore, the method of Patent Document 1 can only obtain polycrystalline silicon. The recycled ingot obtained by the method of Patent Document 2 is said to be in a state that it can be used as a single crystal, but it is also mentioned that a crystal interface or an oxide film may be formed at the bonding surface between scrap wafers. However, it is not suitable for dry etching applications.

そこで本発明は、より少ないエネルギーで、より迅速に使用済みシリコン単結晶部材を補修する方法を提供することを目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide a method for repairing a used silicon single crystal member more quickly with less energy.

即ち、本発明は以下の通りである。
[1](1)使用済みシリコン単結晶部材の表面上に、シリコン片を載置する工程、
(2)載置された前記シリコン片を、上側から加熱することにより、前記シリコン片と、前記シリコン単結晶部材の前記シリコン片と接する表面とを融解させる工程、及び
(3)工程(2)で生成した融解物を冷却してシリコン単結晶を成長させる工程、
を含むことを特徴とする使用済みシリコン単結晶部材を補修する方法。
[2]工程(2)において、加熱が光加熱によって行われることを特徴とする[1]記載の方法。
[3]前記光加熱が、キセノンランプ又はハロゲンランプにより行われることを特徴とする[2]記載の方法。
[4]工程(2)が、前記使用済みシリコン単結晶部材を下側から補助加熱する補助加熱工程を含み、該補助加熱は前記シリコン片の加熱よりも前に開始され、工程(3)において前記シリコン片の加熱が停止された後に補助加熱が停止されることを特徴とする[1]〜[3]のいずれかに記載の方法。
[5]工程(2)が、使用済みシリコン単結晶部材及び前記シリコン片の表面上を集光した光で走査しながら実施される[2]〜[4]のいずれかに記載の方法。
[6]前記走査の速度が、前記光の集光領域に融解したシリコンが常に存在するような速度である[5]記載の方法。
[7]工程(1)が、前記シリコン片の表面上に、ドーパント用の固体片を載置する工程をさらに含み、工程(2)が、該固体片を融解させる工程をさらに含むこと特徴とする請求項1〜6のいずれか1項記載の方法。
[8]前記使用済みシリコン単結晶部材が、ドライエッチング装置のフォーカスリング、グランドリング、又は電極板であることを特徴とする[1]〜[7]のいずれかに記載の方法。
That is, the present invention is as follows.
[1] (1) A step of placing a silicon piece on the surface of the used silicon single crystal member,
(2) heating the mounted silicon piece from the upper side to melt the silicon piece and the surface of the silicon single crystal member in contact with the silicon piece; and (3) step (2) A step of cooling the melt produced in the step of growing a silicon single crystal,
A method of repairing a used silicon single crystal member, comprising:
[2] The method according to [1], wherein in the step (2), heating is performed by light heating.
[3] The method according to [2], wherein the light heating is performed by a xenon lamp or a halogen lamp.
[4] Step (2) includes an auxiliary heating step of auxiliary heating the used silicon single crystal member from below, the auxiliary heating being started before the heating of the silicon piece, and in step (3) The method according to any one of [1] to [3], wherein the auxiliary heating is stopped after the heating of the silicon piece is stopped.
[5] The method according to any one of [2] to [4], wherein the step (2) is carried out while scanning the surface of the used silicon single crystal member and the surface of the silicon piece with condensed light.
[6] The method according to [5], wherein the scanning speed is such that molten silicon is always present in the light collecting region.
[7] The step (1) further includes a step of placing a solid piece for dopant on the surface of the silicon piece, and the step (2) further includes a step of melting the solid piece. The method according to any one of claims 1 to 6.
[8] The method according to any one of [1] to [7], wherein the used silicon single crystal member is a focus ring, a ground ring, or an electrode plate of a dry etching device.

本発明の方法によれば、使用済みシリコン単結晶部材については、その表面付近だけを局所的に融解するので、より少ないエネルギーで、より迅速に同部材を補修することができる。これにより従来屑シリコンとして廃棄されていたシリコン部材を再利用することが可能となり、消耗品コストの低減にも繋がる。   According to the method of the present invention, since a used silicon single crystal member is locally melted only in the vicinity of its surface, the member can be repaired more quickly with less energy. As a result, it becomes possible to reuse the silicon member that has been conventionally discarded as scrap silicon, leading to a reduction in consumables cost.

本発明の方法の第1実施形態を説明する概略図である。It is a schematic diagram explaining the 1st embodiment of the method of the present invention. 本発明の方法の第2実施形態を説明する概略断面図である。It is a schematic sectional drawing explaining 2nd Embodiment of the method of this invention.

以下、図面を参照しながら本発明を説明する。図1は、本発明の方法の第1実施形態を説明する概略図である。ここでは、使用済みシリコン単結晶部材1として、例えばドライエッチング装置のフォーカスリング等のリング形状の部材を水平方向に配置して処理する例である。該フォーカスリングの補修したい箇所の表面上に、シリコン片2を載置し、加熱手段3によりシリコン片2の上側から加熱する。   Hereinafter, the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a first embodiment of the method of the present invention. Here, as the used silicon single crystal member 1, for example, a ring-shaped member such as a focus ring of a dry etching apparatus is horizontally arranged and processed. The silicon piece 2 is placed on the surface of the focus ring to be repaired, and the heating means 3 heats the silicon piece 2 from above.

使用済みシリコン単結晶部材1(以下「部材1」という場合がある)は、単結晶であれば特定の種類のものに限定されず、その製造方法、純度、結晶方位、形状等任意であってよい。ドライエッチング装置における使用済みの部材としては、例えばフォーカスリング、グランドリング、及び電極板が挙げられる。   The used silicon single crystal member 1 (hereinafter sometimes referred to as “member 1”) is not limited to a specific type as long as it is a single crystal, and its manufacturing method, purity, crystal orientation, shape, etc. may be arbitrary. Good. Examples of used members in the dry etching apparatus include a focus ring, a ground ring, and an electrode plate.

ドライエッチング装置の使用済み部材1は、エッチングにより部材1の表面が荒れ、金属などの汚染物質が付着している場合がある。そのため、補修に先立ち、弗酸と硝酸の混合液などにより表面をエッチングして鏡面状にした後、補修に供することが好ましい。該混合液としてはJIS規格H0609に規定の化学研磨液(弗酸(49%):硝酸(70%):酢酸(100%)=3:5:3)などを用いることができる。   In the used member 1 of the dry etching apparatus, the surface of the member 1 may be roughened by etching and contaminants such as metal may be attached. Therefore, it is preferable that the surface is etched with a mixed solution of hydrofluoric acid and nitric acid or the like to be a mirror surface prior to the repair and then subjected to the repair. As the mixed liquid, a chemical polishing liquid (hydrofluoric acid (49%): nitric acid (70%): acetic acid (100%) = 3: 5: 3) specified in JIS H0609 can be used.

シリコン片2を載置する場所は、部材1において補修したい箇所の表面上であり、補修したい特定の一箇所であっても、全面に亘ってもよい。例えば使用済みフォーカスリングの全表面を修復したい場合には、該フォーカスリングを水平に置き、その上に、板形状であってその一辺の長さがリングの幅程度である正方形のシリコン片を、該一辺をリングの内周に沿わせてシリコン片間の隙間が最小になるように載置する。   The silicon piece 2 is placed on the surface of the portion of the member 1 to be repaired, and it may be a specific one of the portions to be repaired or the entire surface. For example, when it is desired to restore the entire surface of a used focus ring, the focus ring is placed horizontally, and a square silicon piece having a plate shape whose one side is approximately the width of the ring is placed on the focus ring. The one side is placed along the inner circumference of the ring so as to minimize the gap between the silicon pieces.

シリコン片2は、単結晶および多結晶のいずれであってもよい。シリコン片2の厚み及びサイズは、補修する部材1の大きさ、形状、結晶成長させたい厚み、及び加熱手段3等に依存して適宜定めることができる。加熱手段3として、集光可能な光加熱手段を用い、その集光サイズを直径10〜30mmとする場合には、シリコン片2の厚みが0.1mm〜10mmであり、サイズが1x1mm〜50x50mmであることが好ましい。厚みが前記上限値を超えると、シリコン片2を加熱した際に該シリコン片2の下部が十分に溶けない、あるいは溶けたとしても完全に溶けるまでに時間を要するため、部材1の全面に結晶成長させたいような場合には補修に要する時間が長くなり好ましくない。シリコン単結晶を10mm以上厚く成長させたい場合には、複数回繰り返して結晶育成を行い、厚みを増加させることが好ましい。一方、厚みが前記下限値未満であると、加熱時の雰囲気を調整するためのアルゴンガスの流れによってシリコン片2が移動してしまう恐れがある。サイズに関しては、前記下限値未満であるとシリコン片2の比表面積(cm−1)が大きくなり、表面が酸化され、また金属付着等により汚染され易くなる。一方、前記上限値より大きいと、シリコン片2全体を均一に溶かすことが難しくなる。なお、シリコン片2の水平方向断面は正方形である必要は無く、補修対象に合わせて、上記集光サイズに適する長方形、円形等任意の形状であってよい。 The silicon piece 2 may be either single crystal or polycrystal. The thickness and size of the silicon piece 2 can be appropriately determined depending on the size and shape of the member 1 to be repaired, the desired thickness for crystal growth, the heating means 3, and the like. When the light heating means capable of condensing light is used as the heating means 3 and the condensing size is 10 to 30 mm in diameter, the silicon piece 2 has a thickness of 0.1 mm to 10 mm and a size of 1 × 1 mm to 50 × 50 mm. Preferably there is. When the thickness exceeds the upper limit value, when the silicon piece 2 is heated, the lower part of the silicon piece 2 is not sufficiently melted, or even if it is melted, it takes time until the silicon piece 2 is completely melted. When it is desired to grow it, the time required for repair is long, which is not preferable. When it is desired to grow the silicon single crystal to a thickness of 10 mm or more, it is preferable to repeat the crystal growth a plurality of times to increase the thickness. On the other hand, when the thickness is less than the lower limit value, the silicon piece 2 may move due to the flow of argon gas for adjusting the atmosphere during heating. Regarding the size, if the size is less than the lower limit value, the specific surface area (cm −1 ) of the silicon piece 2 becomes large, the surface is oxidized, and the silicon piece 2 is easily contaminated by metal adhesion or the like. On the other hand, if it is larger than the upper limit, it becomes difficult to uniformly melt the entire silicon piece 2. The horizontal cross section of the silicon piece 2 does not have to be square, and may have any shape such as a rectangle or a circle suitable for the above-mentioned converging size, depending on the object to be repaired.

ドライエッチング装置に用いられるシリコン製部品には比抵抗が仕様として規定されているものがある。抵抗の調整にはシリコン片2と共に、ドーパント用の固体片、例えばホウ素単体、シリコンとホウ素の合金(SiB)、 シリコンとリンの合金(SiP)などの固体片を、シリコン片2の上に載置して融解させ、シリコン融解物中に取り込ませることによって、部材1をドープしてもよい。なお、ホウ素単体はシリコンよりも高い融点を有するが、シリコン融解物と反応することで融解してシリコン中に取り込まれる。   Some silicon parts used in a dry etching apparatus have a specific resistance specified as a specification. In order to adjust the resistance, a solid piece for dopant, for example, a simple piece of boron, an alloy of silicon and boron (SiB), an alloy of silicon and phosphorus (SiP), or the like is placed on the silicon piece 2 together with the silicon piece 2. The member 1 may be doped by placing it in the melt and incorporating it into the silicon melt. Note that elemental boron has a higher melting point than silicon, but is melted by reacting with a silicon melt and incorporated into silicon.

載置されたシリコン片2を、所望によりドーパント用の固体片と共に、上側から加熱してシリコン片2と、部材1のシリコン片2と接する表面とを融解させる。「上側」は、図1に示すようにシリコン片2に対して垂直方向上側である必要はなく、斜め上側であってもよい。上側から加熱するので、先ずシリコン片2が融解してシリコン融解物が生成する。該融解物は、その下にある部材1の表面が融解していない状態では、部材1上で液滴のように丸まるが、部材1の表面が融解すると広がり出す。部材1における融解部の深さは、表面の損傷程度にも依存するが、部材表面から0.1〜1mm程度であれば十分である。このように部材1の融解は局所的であってよいので、従来技術のように部材全体を融解するのに比べて、遙かに経済的且つ効率的である。   The mounted silicon piece 2 is optionally heated together with the solid piece for dopant to heat the silicon piece 2 and the surface of the member 1 in contact with the silicon piece 2. The “upper side” does not have to be an upper side in the vertical direction with respect to the silicon piece 2 as shown in FIG. 1, and may be an obliquely upper side. Since heating is performed from the upper side, the silicon piece 2 is first melted and a silicon melt is generated. The melt rolls like a droplet on the member 1 when the surface of the member 1 below is not melted, but spreads when the surface of the member 1 melts. The depth of the melted portion in the member 1 depends on the degree of damage on the surface, but it is sufficient if it is about 0.1 to 1 mm from the surface of the member. Thus, the melting of the member 1 may be local, which is much more economical and efficient than melting the entire member as in the prior art.

加熱手段3としては、目的とする部分を局所的に加熱することができる手段であれば特に限定されない。好ましくは、加熱部位にフォーカスでき且つ供給する電力に応じて加熱量を変化させることが容易である点で、光加熱手段、例えば各種ランプ、レーザーが使用される。該ランプとしては、赤外線結晶成長装置に一般的に用いられるキセノンランプやハロゲンランプを用いることができる。出力としては1〜30kW程度のものが好ましい。   The heating means 3 is not particularly limited as long as it can locally heat a target portion. Preferably, a light heating means, for example, various lamps or a laser, is used because it is possible to focus on the heated portion and it is easy to change the heating amount according to the supplied power. As the lamp, a xenon lamp or a halogen lamp which is generally used in an infrared crystal growth apparatus can be used. The output is preferably about 1 to 30 kW.

加熱時間は、加熱手段3の出力、シリコン片2の大きさ、及び厚み等に依存して異なるが、後述する実施例で使用した28x28x2mmのシリコン片の場合、約2〜5分程度であった。   The heating time differs depending on the output of the heating means 3, the size and thickness of the silicon piece 2, and the like, but was about 2 to 5 minutes in the case of the 28 × 28 × 2 mm silicon piece used in the examples described later. .

上記ランプを用いる場合には、例えば双曲面ミラー等の集光手段4を用いて融解させたいシリコン片2の上に集光する。その際、複数個もしくは複数種類の加熱手段3を、同じシリコン片2上に重ねて集光することによって加熱パワーを上げてもよい。シリコンを融解させる前に、部材1の位置に合わせて集光位置及び集光領域の面積を調整しておき、シリコン融解物が生成して広がり始めたら、集光領域の面積をそれに合わせて微調整することが好ましい。該面積はシリコン融解物の面積の60〜100%とすることが好ましい。また、シリコン融解物は、最も温度が高い箇所に集まり易い性質があるので、該融解物が均等な厚みで広がるように、集光領域を該融解物に対して動かすことが好ましい。例えば部材1がリング形状である場合、集光領域がリングの半径方向に所定の速度でリングの幅に亘って動くように、加熱手段3及び部材1の一方又は双方を移動させる。   When the above lamp is used, the light is condensed onto the silicon piece 2 to be melted by using a condensing means 4 such as a hyperboloidal mirror. At this time, the heating power may be increased by stacking a plurality of or a plurality of types of heating means 3 on the same silicon piece 2 and focusing the light. Before the silicon is melted, the light collecting position and the area of the light collecting area are adjusted according to the position of the member 1, and when the silicon melt is generated and begins to spread, the area of the light collecting area is adjusted accordingly. It is preferable to adjust. The area is preferably 60 to 100% of the area of the silicon melt. In addition, since the silicon melt has a property of easily gathering at the highest temperature, it is preferable to move the light collecting region with respect to the melt so that the melt spreads with a uniform thickness. For example, when the member 1 has a ring shape, one or both of the heating means 3 and the member 1 are moved so that the light collecting region moves in the radial direction of the ring at a predetermined speed over the width of the ring.

次いで、工程(3)において、工程(2)で生成した融解物を冷却し、融解したシリコンを部材1の単結晶方向に沿って単結晶化させる。この際、部材1の冷却速度が、結晶中の転位が移動可能な温度域であるシリコンの融点(約1400℃)から700℃までの温度域で概ね1〜10℃/分に入るように制御することが好ましい。前記下限値未満では冷却時間が長くなり、補修効率が悪い。また前記上限値より大きいとシリコン結晶中の転位が増える傾向がある。該冷却速度は、シリコンの融解が完了した後、加熱手段3の出力を徐々に低下して、シリコン融解物が認められなくなった後に加熱を停止することによって制御することができる。   Next, in step (3), the melt produced in step (2) is cooled, and the melted silicon is single-crystallized along the single-crystal direction of the member 1. At this time, the cooling rate of the member 1 is controlled to be approximately 1 to 10 ° C./min in the temperature range from the melting point of silicon (about 1400 ° C.), which is a temperature range in which dislocations in the crystal can move, to 700 ° C. Preferably. If it is less than the lower limit, the cooling time becomes long and the repair efficiency is poor. On the other hand, if it exceeds the upper limit, dislocations in the silicon crystal tend to increase. The cooling rate can be controlled by gradually decreasing the output of the heating means 3 after the melting of silicon is completed and stopping the heating after the silicon melt is no longer observed.

図2は本発明の第2実施形態を説明する概略断面図である。同図において、図1と同じ構成要素には同じ符合が付されており、それらに関する説明は省略する。本実施形態では、複数のシリコン片2が部材1表面の全面に亘って載置されており、シリコン片2及び部材1の表面上を加熱手段3からの光が走査するように、部材1を回転させながらチャンバー6内で補修が行われる。   FIG. 2 is a schematic sectional view for explaining the second embodiment of the present invention. In the figure, the same components as those in FIG. 1 are designated by the same reference numerals, and a description thereof will be omitted. In the present embodiment, a plurality of silicon pieces 2 are placed over the entire surface of the member 1, and the member 1 is placed so that the light from the heating means 3 scans the surface of the silicon piece 2 and the surface of the member 1. Repair is performed in the chamber 6 while rotating.

チャンバー6には石英窓7が設けられており、光加熱手段3からの光がここを通ってシリコン片2上に照射され、部材1をモーター11により回転する回転台9により一定速度で回転し、それによって光加熱手段の集光領域がシリコン片2及び部材1の表面上を走査するようにする。走査速度は、部材1の大きさ、シリコン片2の大きさ、加熱手段3の出力、集光領域等に応じて異なるが、集光領域中にシリコン融解物が常に存在するような速度に調整することが好ましい。走査が速すぎて、シリコン融解物が全く存在していない部分まで集光領域を移動させてしまうと、シリコンの融解が不十分となり、融解物の冷却速度も速くなり過ぎる傾向がある。一方、遅すぎると補修効率が悪くなるだけでなく、部材1表面の融解量が必要以上に多くなる。例えば、後述する実施例では、外径390mm、内径330mm、厚み5mmのリング状のシリコン単結晶部材1を、3度/分の角速度で回転させた。   The chamber 6 is provided with a quartz window 7 through which light from the light heating means 3 is irradiated onto the silicon piece 2, and the member 1 is rotated at a constant speed by a rotary table 9 rotated by a motor 11. , So that the condensing area of the light heating means scans over the surface of the silicon piece 2 and the member 1. The scanning speed varies depending on the size of the member 1, the size of the silicon piece 2, the output of the heating means 3, the converging area, etc., but is adjusted so that the silicon melt is always present in the converging area. Preferably. If the scanning is too fast and the focusing region is moved to a portion where no silicon melt is present, the melting of silicon tends to be insufficient and the cooling rate of the melt tends to be too fast. On the other hand, if it is too slow, not only the repair efficiency deteriorates, but also the melting amount on the surface of the member 1 increases more than necessary. For example, in Examples described later, a ring-shaped silicon single crystal member 1 having an outer diameter of 390 mm, an inner diameter of 330 mm and a thickness of 5 mm was rotated at an angular velocity of 3 degrees / minute.

上記回転台9はX、Y−ステージ12の上に配置される。該X、Y−ステージ12は、部材1をX、Y−方向に移動し、実施形態1に関しても述べたとおり、シリコン融解物の厚みを均等化する。例えば部材1がリング形状である場合、集光領域がリングの半径方向に所定の速さでリングの幅内を反復走査するように、部材1をX、Y−方向に移動させる。加熱部の移動に伴ってシリコン融解物が加熱中心を追いかけるように移動し、塊となること無く、均一な厚みの結晶成長を実現できる。   The turntable 9 is arranged on the X, Y-stage 12. The X, Y-stage 12 moves the member 1 in the X, Y-directions to equalize the thickness of the silicon melt as described in the first embodiment. For example, when the member 1 has a ring shape, the member 1 is moved in the X and Y-directions so that the light collecting region repeatedly scans within the width of the ring in the radial direction of the ring at a predetermined speed. With the movement of the heating part, the silicon melt moves so as to follow the heating center, and it is possible to realize crystal growth with a uniform thickness without forming a lump.

以上のように部材1を局所的に加熱する場合、加熱領域とそれに隣接する部分の間で温度差によって部材1にひずみが生じ、転位等の結晶の欠陥の増加を招く場合がある。本実施形態では、この温度差を緩和するため、部材1全体を下側から補助加熱手段5によって、シリコンの融点よりも低い温度、例えば800〜1300℃に加熱する。補助加熱はシリコン片2の加熱開始に先立って開始し、部材1が上記温度になった後にシリコン片2の加熱を開始し、シリコン片2を加熱する間継続する。そして、工程(3)において、シリコン片2の加熱を停止した後、即ち加熱手段3を消灯した後に停止する。補助加熱手段5としては、カンタル(鉄クロムアルミ合金)などの電熱線やSiCなどのセラミックを用いた一般的な抵抗加熱ヒーターを用いることができる。なお、図2では集光領域に対応する箇所に補助加熱手段5が備えられているが、ここには限定されず、他の箇所であってもよい。   When the member 1 is locally heated as described above, the member 1 may be distorted due to a temperature difference between the heating region and a portion adjacent thereto, which may cause an increase in crystal defects such as dislocation. In this embodiment, in order to reduce this temperature difference, the entire member 1 is heated from below by the auxiliary heating means 5 to a temperature lower than the melting point of silicon, for example, 800 to 1300 ° C. The auxiliary heating is started before the heating of the silicon piece 2 is started, the heating of the silicon piece 2 is started after the member 1 reaches the above temperature, and is continued while the silicon piece 2 is heated. Then, in step (3), the heating of the silicon piece 2 is stopped, that is, the heating means 3 is turned off, and then the heating is stopped. As the auxiliary heating means 5, a general resistance heater using a heating wire such as Kanthal (iron-chromium-aluminum alloy) or a ceramic such as SiC can be used. In FIG. 2, the auxiliary heating means 5 is provided at the location corresponding to the light converging region, but the location is not limited to this and may be at another location.

加熱部が移動するに伴い、加熱部を過ぎた部分のシリコン融解物は輻射熱を発しながら徐々に温度が低下し、部材1の結晶方位に従って単結晶化し始める。部材1上の最後のシリコン片を融解させ終わったら、加熱温度を下げる。この際の部材1の冷却速度については第1の実施形態に関して上で述べたとおりである。加熱手段3の出力を低下しながら部材1の回転を継続し、加熱手段3を消灯した後に補助加熱手段5を消灯することにより、熱歪みによる転位密度の増加、内部歪の増加などを抑制することができる。   As the heating part moves, the temperature of the silicon melt in the part that has passed the heating part gradually decreases while emitting radiant heat, and the silicon melt begins to become single crystals in accordance with the crystal orientation of the member 1. After melting the last piece of silicon on member 1, the heating temperature is lowered. The cooling rate of the member 1 at this time is as described above with respect to the first embodiment. By continuing the rotation of the member 1 while reducing the output of the heating means 3, turning off the heating means 3 and then turning off the auxiliary heating means 5, it is possible to suppress an increase in dislocation density due to thermal strain, an increase in internal strain, and the like. be able to.

本発明の方法において、工程(2)及び(3)は、シリコンの酸化を防ぐためにチャンバー6内を10〜200torr(約1333〜26664Pa)のアルゴン雰囲気にして行うことが好ましい。アルゴンガスは、図示しないガスボンベ等が接続されているアルゴンガス導入口8から矢印で示す方向で供給され、排気ポンプ10により排出される。アルゴンガスを使用せずに、減圧することによって酸化を防ぐこともできるが、減圧にするとシリコンの蒸発が起き、チャンバー6内が汚れる場合があるので好ましくない。また窒素ガスによっても酸化を防ぐことはできるが、1200℃以上でシリコンの窒化が起こるため、望ましくない。   In the method of the present invention, it is preferable that the steps (2) and (3) are performed in the chamber 6 in an argon atmosphere of 10 to 200 torr (about 1333-26664 Pa) in order to prevent the oxidation of silicon. The argon gas is supplied in the direction shown by the arrow from an argon gas inlet 8 to which a gas cylinder or the like (not shown) is connected, and is exhausted by an exhaust pump 10. Oxidation can be prevented by reducing the pressure without using the argon gas. However, reducing the pressure causes evaporation of silicon, which may stain the inside of the chamber 6, which is not preferable. Oxidation can also be prevented by nitrogen gas, but this is not desirable because nitriding of silicon occurs at 1200 ° C or higher.

上記の方法で得られた部材1は、そのままでも使用に供することができるが、好ましくは研磨する。研磨の方法は、特に限定されずラッピング、バフ研磨等、慣用の方法で行ってよい。また研磨後、加工歪を取るために表面をエッチングしてもよい。エッチング液としてはJIS規格H0609に規定の化学研磨液(弗酸(49%):硝酸(70%):酢酸(100%)=3:5:3)などを用いることができる。   The member 1 obtained by the above method can be used as it is, but is preferably polished. The polishing method is not particularly limited and may be a conventional method such as lapping or buffing. Further, after polishing, the surface may be etched to remove processing strain. As the etching solution, a chemical polishing solution (hydrofluoric acid (49%): nitric acid (70%): acetic acid (100%) = 3: 5: 3) specified in JIS H0609 can be used.

以下、本発明を実施例により説明するが、本発明は該実施例に限定されるものではない。
図2に示すような装置を用いて、ドライエッチング装置内で使用済みの外径390mm、内径330mm、厚み5mmのリング状のシリコン単結晶部材1の表面上に、約2mmの厚みの単結晶を育成して、厚み約7mmまで補修した。
Hereinafter, the present invention will be described with reference to examples, but the present invention is not limited to the examples.
Using a device as shown in FIG. 2, a single crystal having a thickness of about 2 mm is formed on the surface of a ring-shaped silicon single crystal member 1 having an outer diameter of 390 mm, an inner diameter of 330 mm and a thickness of 5 mm, which has been used in a dry etching device. It was raised and repaired to a thickness of about 7 mm.

前処理として、この部材1を弗酸(49%):硝酸(70%):酢酸(100%)=3:5:3の混合液で表面を約50μmエッチングした。部材1を洗浄、及び乾燥した後、回転台9の上に設置した。部材1の表面上に複数の28x28x2mmのシリコン片2をその一辺を部材1の内周に沿わせて、できるだけ隙間が空かないように並べた。チャンバー6内を真空引きして、アルゴンガスを5L/分で流すことにより、チャンバー6内を約100torr(13332.2Pa)のアルゴンガス雰囲気とした。   As a pretreatment, the surface of this member 1 was etched by about 50 μm with a mixed solution of hydrofluoric acid (49%): nitric acid (70%): acetic acid (100%) = 3: 5: 3. After the member 1 was washed and dried, it was placed on the turntable 9. A plurality of 28 × 28 × 2 mm silicon pieces 2 were arranged on the surface of the member 1 with one side thereof along the inner circumference of the member 1 so that there were as few gaps as possible. The inside of the chamber 6 was evacuated and argon gas was caused to flow at 5 L / min, so that the inside of the chamber 6 was set to an argon gas atmosphere of about 100 torr (1333.2 Pa).

チャンバー6内に設置したSiCヒーター5(株式会社日本シリコニット製)により部材1の一部を部材1の下部から、加熱手段3照射前での部材上部表面の最高温度が1200℃になるように熱した。次いで、加熱手段3として5kWのキセノンランプ(ウシオ電機社製)を、集光手段4として双曲面ミラーを用いて、シリコン片2の上部から加熱した。キセノンランプの光が集光する領域は部材1の表面の位置で直径約20mmの円形となるように、該ランプの双曲面ミラー内での位置及び、双曲面ミラーと部材1との距離を動かすことにより予め調整を行った。該ランプを点灯後、集光領域が1枚のシリコン片2の中央に来るように、部材1の位置をチャンバー6ごとX、Y−ステージ12で動かすことにより調整した。調整後、該ランプの出力を増加させるに従い、まずシリコン片が融解したが部材1の表面は溶けておらず、溶けた融液は広がらず部材の幅中央付近で丸まってしまった。さらに出力を増加させると、融解物の下部の部材1の表面が溶けだし、シリコン片2が溶けてできた融解物が部材1の表面に広がりだした。そこで、キセノンランプの出力を調節することにより、部材1上での融解部が直径約25mmの円形状となるようにした。   A SiC heater 5 (manufactured by Nippon Siliconit Co., Ltd.) installed in the chamber 6 heats a part of the member 1 from the lower part of the member 1 so that the maximum temperature of the upper surface of the member before irradiation with the heating means 3 becomes 1200 ° C. did. Then, a 5 kW xenon lamp (manufactured by USHIO INC.) Was used as the heating means 3 and a hyperboloid mirror was used as the light converging means 4, and the silicon piece 2 was heated from above. The position of the lamp in the hyperboloidal mirror and the distance between the hyperboloidal mirror and the member 1 are moved so that the light condensing area of the xenon lamp becomes a circle having a diameter of about 20 mm at the surface of the member 1. Therefore, it was adjusted in advance. After the lamp was turned on, the position of the member 1 was adjusted by moving the chamber 6 together with the chamber 6 on the X, Y-stage 12 so that the light collecting region was located at the center of one piece of silicon 2. After the adjustment, as the output of the lamp was increased, the silicon pieces were first melted, but the surface of the member 1 was not melted, and the melted melt did not spread and was curled near the width center of the member. When the output was further increased, the surface of the member 1 below the melt melted, and the melt formed by melting the silicon pieces 2 spread to the surface of the member 1. Therefore, by adjusting the output of the xenon lamp, the melted portion on the member 1 is formed into a circular shape having a diameter of about 25 mm.

次いで、集光領域が28mm幅のシリコン片2の端から端までカバーするように部材1を、10mm/分の速さで2.5mm幅ずつ半径方向に往復させながら、回転台9を3度/分の角速度で回転させて、移動させた。この部材1の移動により、シリコン片2は集光領域に入ると順次溶解していき、集光領域には定常的にシリコン融解物が存在し、集光領域から出ると次第に結晶化していった。部材1が一周して全てのシリコン片2が融解し終わったところで、半径方向の移動を止め、回転は継続しながら、キセノンランプの強度を2.5kWまで3分間で弱めたところ、融解部が消滅した。融解部がなくなったことを確認して、キセノンランプを消灯した。次いで、SiCヒーター5の電源を切った。全工程に要した時間は、前処理を除き、約2時間10分であった。   Next, while rotating the member 1 in the radial direction by 2.5 mm width at a speed of 10 mm / min so as to cover the silicon piece 2 having a width of 28 mm from end to end, the rotary table 9 is rotated by 3 degrees. It was rotated and moved at an angular velocity of / min. Due to the movement of the member 1, the silicon pieces 2 are sequentially melted when entering the light collecting area, and a silicon melt is constantly present in the light collecting area, and gradually crystallized when leaving the light collecting area. . When all the silicon pieces 2 were completely melted after the member 1 made a round, the movement in the radial direction was stopped and the rotation was continued while the intensity of the xenon lamp was weakened to 2.5 kW for 3 minutes. Disappeared. After confirming that the melted portion was gone, the xenon lamp was turned off. Then, the SiC heater 5 was turned off. The time required for all steps was about 2 hours and 10 minutes except for the pretreatment.

部材1が室温まで冷却した後、チャンバー6内から取り出し、結晶成長させた表面をアルミナの砥粒(1500番:平均粒径約8μm)でラップ研磨し、弗酸(49%):硝酸(70%):酢酸(100%)=3:5:3の混合液で表面を約50μmエッチングすることにより、厚み6.5mmのシリコン部材として再生することができた。   After the member 1 was cooled to room temperature, it was taken out from the chamber 6, and the surface on which the crystal was grown was lap-polished with abrasive grains of alumina (No. 1500: average particle diameter of about 8 μm), and hydrofluoric acid (49%): nitric acid (70%). %): Acetic acid (100%) = 3: 5: 3 by etching the surface by about 50 μm, a silicon member having a thickness of 6.5 mm could be regenerated.

実施例1と同様の方法で厚み6.3mmのシリコン部材を作成した。   In the same manner as in Example 1, a silicon member having a thickness of 6.3 mm was created.

[評価]
双方のシリコン部材を、切断して結晶評価を行った。欠陥を見るためJIS規格H0609試験法(選択エッチング法によるシリコンの結晶欠陥)に従い、B液(弗酸(49%):硝酸(70%):酢酸(100%):水=1:12.7:3:5.7)でエッチングを行い、観察したところ、粒界は見られず単結晶となっていることが分かった。また双方共に転位密度は約10/cmであった。
[Evaluation]
Both silicon members were cut to perform crystal evaluation. In order to see defects, according to JIS standard H0609 test method (crystal defects of silicon by selective etching method), solution B (hydrofluoric acid (49%): nitric acid (70%): acetic acid (100%): water = 1: 12.7). : 3: 5.7) and observed, grain boundaries were not seen and it was found to be a single crystal. The dislocation density of both was about 10 5 / cm 2 .

本発明の方法は、使用済み単結晶シリコン部材を従来よりも顕著に低いエネルギーで迅速に補修することができる。   The method of the present invention can rapidly repair a used single crystal silicon member with significantly lower energy than conventional ones.

1 使用済みシリコン単結晶部材
2 シリコン片
3 加熱手段
4 集光手段
5 補助加熱手段
6 チャンバー
7 石英窓
8 アルゴンガス導入口
9 回転台
10 排気ポンプ
11 モーター
12 X、Y−ステージ
1 Used silicon single crystal member 2 Silicon piece 3 Heating means 4 Condensing means 5 Auxiliary heating means 6 Chamber 7 Quartz window 8 Argon gas inlet 9 Rotating table 10 Exhaust pump 11 Motor 12 X, Y-stage

Claims (8)

(1)使用済みシリコン単結晶部材の表面上に、シリコン片を載置する工程、
(2)載置された前記シリコン片を、上側から加熱することにより、前記シリコン片と、前記シリコン単結晶部材の前記シリコン片と接する表面とを融解させる工程、及び
(3)工程(2)で生成した融解物を冷却してシリコン単結晶を成長させる工程、
を含むことを特徴とする使用済みシリコン単結晶部材を補修する方法。
(1) a step of placing a silicon piece on the surface of a used silicon single crystal member,
(2) heating the mounted silicon piece from the upper side to melt the silicon piece and the surface of the silicon single crystal member in contact with the silicon piece; and (3) step (2) A step of cooling the melt produced in the step of growing a silicon single crystal,
A method of repairing a used silicon single crystal member, comprising:
工程(2)において、加熱が光加熱によって行われることを特徴とする請求項1記載の方法。   The method according to claim 1, wherein in step (2), the heating is performed by light heating. 前記光加熱が、キセノンランプ又はハロゲンランプにより行われることを特徴とする請求項2記載の方法。   The method according to claim 2, wherein the light heating is performed by a xenon lamp or a halogen lamp. 工程(2)が、前記使用済みシリコン単結晶部材を下側から補助加熱する補助加熱工程を含み、該補助加熱は前記シリコン片の加熱よりも前に開始され、工程(3)において前記シリコン片の加熱が停止された後に補助加熱が停止されることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項記載の方法。   Step (2) includes an auxiliary heating step of auxiliary heating the used silicon single crystal member from below, the auxiliary heating being started before the heating of the silicon piece, and the silicon piece in step (3). 4. A method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the auxiliary heating is stopped after the heating of (1) has been stopped. 工程(2)が、使用済みシリコン単結晶部材及び前記シリコン片の表面上を集光した光で走査しながら実施されることを特徴とする請求項2〜4のいずれか1項記載の方法。   The method according to claim 2, wherein step (2) is performed while scanning the surface of the used silicon single crystal member and the surface of the silicon piece with focused light. 前記走査の速度が、前記光の集光領域に融解したシリコンが常に存在するような速度であることを特徴とする請求項5記載の方法。   6. The method of claim 5, wherein the speed of the scan is such that molten silicon is always present in the light collection area. 工程(1)が、前記シリコン片の表面上に、ドーパント用の固体片を載置する工程をさらに含み、工程(2)が、該固体片を融解させる工程をさらに含むことを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項記載の方法。   The step (1) further includes placing a solid piece for dopant on the surface of the silicon piece, and the step (2) further includes melting the solid piece. Item 7. The method according to any one of Items 1 to 6. 前記使用済みシリコン単結晶部材が、ドライエッチング装置のフォーカスリング、グランドリング、又は電極板であることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項記載の方法。   8. The method according to claim 1, wherein the used silicon single crystal member is a focus ring, a ground ring, or an electrode plate of a dry etching device.
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