CN101985226A - 多晶硅棒的裂纹产生方法和裂纹产生装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种多晶硅棒的裂纹产生方法及裂纹产生装置。多晶硅棒的裂纹产生方法在对多晶硅棒加热后进行急冷,由此产生裂纹,其特征在于,该方法具有将冷却流体喷射到上述多晶硅棒的表面的一部分以在其表面成为点状的局部冷却工序。
Description
技术领域
本发明涉及为了将多晶硅棒破碎成块状而使多晶硅棒产生裂纹的方法以及用于该方法的裂纹产生装置。
背景技术
作为制造半导体用的单晶硅的方法,具有切克劳斯基单晶生长法(CZ法)。该方法是将多晶硅块放入坩埚中而熔融,并从该熔融液中提取单晶硅的方法。
作为该多晶硅的制造方法具有西门子法,但在该方法中,由于多晶硅形成为棒状,所以需要调整为适当的大小以便能够高效地装填到坩埚内。作为脆性材料的多晶硅棒由锤等破碎成适当的大小,但作为其前处理,公知有这样的技术:将加热后的多晶硅棒浸在纯水中急冷,并通过棒所产生的热应变来产生裂纹。
例如在国际公开WO2009/019749号公报中记载了这样的硅加热急冷装置:在加热装置中以载置棒状的多晶硅的状态对其进行加热,在从该加热装置取出后,以载置多晶硅的状态对其进行急冷。其支承装置通过多根管构成,在将多晶硅支承于该管上的状态下进行加热和急冷。作为急冷的手段,连同支承装置一起浸渍在水槽内。
并且,在日本特开2005-288332号公报中,也记载了具有对多晶硅进行加热的加热炉的多晶硅棒的破碎装置。该破碎装置具备用于将多晶硅棒载置于加热炉内的支承台,在将多晶硅棒载置于该支承台的状态下对其进行加热,并将加热后的多晶硅棒投入水槽而使其产生裂纹。
并且,日本特开2004-91321号公报所记载的发明对加热后的多晶硅喷出水等流体而使其产生裂纹,作为其喷雾模式记载有圆锥型、平坦的扇型。
日本特开昭60-33210号公报所记载的发明利用微波对棒状多晶硅进行加热使其破碎,但在利用加热而未破碎时,从多晶硅的周围喷射纯水来促进破碎。
但是,利用西门子法制造的多晶硅棒的直径例如为120mm~160mm,即便是能够仅通过对其加热并浸渍于水槽中、或者从周围喷射水等而使其表面以及比表面稍靠内侧的部分产生裂纹,在中心部也难以产生裂纹,从而会产生所谓的残芯。而且,在该热冲击后,利用锤等打击,从而进一步破碎成小片。当存在残芯时,在将多晶硅破碎至例如最大长度为45mm以下的尺寸的情况下,破碎残芯部分需要时间。
发明内容
本发明就是鉴于这种情况而完成的,其目的在于提供多晶硅棒的裂纹产生方法和用于该方法的裂纹产生装置、以及通过裂纹产生方法制造多晶硅块的方法,在多晶硅棒中不会产生残芯,能够使多晶硅棒整体产生裂纹,并能够以该裂纹为起点容易地将多晶硅棒破碎成小尺寸的块状。
本发明的多晶硅棒的裂纹产生方法在对多晶硅棒加热后进行急冷,由此产生裂纹,其特征在于,该方法具有将冷却流体喷射到上述多晶硅棒的表面的一部分以在其表面上成为点状的局部冷却工序。
根据上述方法,将冷却流体喷射到多晶硅棒的表面的一处或者多处的点状的部位。在对多晶硅棒冷却时产生残芯是因为,多晶硅棒的中心部分的冷却速度比外侧低,可以认为是由从外周均等地冷却多晶硅棒引起的现象。对此,通过向多晶硅棒的表面的一方喷射冷却流体以在其表面成为点状来局部地进行冷却,由此,多晶硅棒以该局部为中心被冷却。因此,在以包含冷却流体通过该喷射而接触(碰到)的位置在内的横断面观察多晶硅棒时,以从其外周面的一部分(冷却流体所碰到的位置)开始扩展的方式产生温度分布,隔着中心部位于接触部位的相反侧的部位的冷却效果最低,因此,通过该多晶硅棒的表面的一部分的局部冷却,在中心部沿横切该中心部的方向也产生温度分布,因此,从外侧产生的裂纹成长到中心部。
冷却流体的喷射部位根据多晶硅棒的大小设定于其表面的适当部位即可。
在本发明的多晶硅棒的裂纹产生方法中,也可以在上述多晶硅棒的两侧沿上述多晶硅棒的长度方向隔开间隔地各配置多个喷嘴,从该喷嘴喷射上述冷却流体,并且,在上述两侧中的一侧相邻的喷嘴间的中间位置的相反侧配置另一侧的喷嘴。
为了使裂纹产生到多晶硅棒的中心部,使裂纹沿多晶硅棒的径向发展是重要的。通过形成为上述的喷嘴配置,能够使裂纹从径向的两侧伸展,能够抑制被相邻的喷嘴喷射冷却流体的点之间的裂纹的伸展的干涉。
在本发明的多晶硅棒的裂纹产生方法中也可以是,喷射上述冷却流体的喷嘴以该喷嘴的孔面积为0.5~20mm2、从该喷嘴前端到上述多晶硅棒的表面的距离为1~200mm的方式喷射冷却流体。
并且,在本发明的多晶硅棒的裂纹产生方法中,也可以在上述多晶硅棒的表面,以0.0006~0.006m3/分的流量喷射上述冷却流体。
即,可以在硅棒的表面接受水的喷射的一个或多个点状的部位的各部位中,以成为0.0006~0.006m3/分的流量的方式喷射上述冷却流体。
并且,在多晶硅棒的裂纹产生方法中,也可以在上述局部冷却工序后,具有使冷却体接触多晶硅棒的外表面整体的整体冷却工序。
通过局部冷却工序,使裂纹在多晶硅棒的表面以及从表面朝向中心部成长,并且,在该状态下,使冷却体接触多晶硅棒的外表面整体,由此,不仅多晶硅棒的外表面被冷却,而且冷却体从在局部冷却工序中产生的裂纹侵入棒中心部,能够一边使该裂纹发展,一边从面向该裂纹的断裂面产生新的裂纹,能够使多晶硅棒从外表面和中心部产生裂纹。
作为使冷却体接触多晶硅棒的外表面整体的手段,可以简单地浸渍在水槽中贮存的水等冷却流体中。在该情况下,由于在局部冷却工序中,在多晶硅棒已经产生裂纹,因此,在浸渍于水槽中时,水迅速地进入裂纹内。
作为其他的冷却体,可以应用冷却空气、干冰等。
另外,多晶硅块的制造方法使用上述多晶硅棒的裂纹产生方法来制造多晶硅棒的块,其特征在于,在上述整体冷却工序后,具有通过打击或机械性冲击将上述多晶硅棒破碎成多晶硅块的破碎工序。
由于通过局部冷却工序和整体冷却工序使多晶硅棒直至内部产生裂纹,因此,能够通过打击或冲击简单地进行破碎,能够得到没有残芯的期望尺寸的块。在上述破碎工序中,例如可以利用锤施加打击。或者可以使用鄂式破碎机(jaw-crusher)等破碎装置施加机械性冲击。
本发明的多晶硅棒的裂纹产生装置在对多晶硅棒加热后进行急冷,由此产生裂纹,其特征在于,该裂纹产生装置具有:对上述多晶硅棒进行加热的加热机构;以及能够将冷却流体喷射到上述多晶硅棒的表面的一部分以在其表面上成为点状的局部冷却机构。
如果使用该装置,则能够将冷却流体喷射到多晶硅棒的表面的一处或多处的点状的部位。
在该情况下,上述局部冷却机构也可以在上述多晶硅棒的设置位置的两侧,沿上述多晶硅棒的长度方向隔开间隔地各排列有多个用于喷射上述冷却流体的喷嘴,并且,在上述两侧中的一侧相邻的喷嘴间的中间位置的相反侧配置有另一侧的喷嘴。
在本发明的多晶硅棒的裂纹产生装置中,其特征在于,该裂纹产生装置还具备使冷却体接触上述多晶硅棒的外表面整体的整体冷却机构。
通过该整体冷却机构,使冷却体穿过裂纹供给到棒中心,因此能够消除残芯。在该情况下,冷却体可以为冷却流体。
根据本发明,由于向多晶硅棒的表面的一部分的一个以上的点状的部位喷射冷却流体,来局部地冷却多晶硅棒,所以能够在从多晶硅棒的外表面朝向中心部的方向、以及横切中心部的方向产生温度分布,从而产生裂纹。通过对局部冷却后的多晶硅棒施加整体冷却,使裂纹进一步产生并伸展。由此,在多晶硅棒中不会产生残芯,能够使其整体产生裂纹,从而提高破碎的效率。
附图说明
图1是表示本发明的多晶硅棒的裂纹产生装置的一个实施方式,表示在水槽的上方向多晶硅棒喷射水的状态的纵剖视图。
图2是表示一个实施方式的裂纹产生装置的整体概要结构的立体图。
图3是表示多晶硅棒载置于图2的裂纹产生装置中的支承台的状态的立体图。
图4是本发明的多晶硅块的制造方法的流程图。
图5A-图5C是说明将水喷射到多晶硅棒的状态的示意图。图5A-图5B是示意地表示将水喷射到多晶硅棒时的等温线的图,图5A表示横剖面,图5B表示纵剖面。图5C是被喷射水的多晶硅棒的局部剖视图。
图6是表示1点冷却时的多晶硅棒的破裂状况的照片。
图7是表示使喷嘴间隔为100mm而在两处进行冷却的情况下的多晶硅棒的破裂状况的照片。
图8是表示使喷嘴间隔为90mm而在两处进行冷却的情况下的多晶硅棒的破裂状况的照片。
图9是表示使各两个喷嘴对置配置进行冷却的情况下的多晶硅棒的破裂状况的照片。
图10是表示使两个喷嘴和三个喷嘴非对置配置进行冷却的情况下的多晶硅棒的破裂状况的照片。
图11是通过模拟分析求出将水喷射于多晶硅棒时的温度分布的模型图。
图12是表示将水喷射到载置于支承台的多个多晶硅棒的状态的与图1同样的纵剖视图。
标号说明
1裂纹产生装置
2支承台
3加热器(加热机构)
4喷嘴(局部冷却机构)
5水槽(整体冷却机构)
5a侧壁
11管部件
12集管部件
13悬吊部件
R多晶硅棒
具体实施方式
下面,参照附图说明本发明的实施方式。
首先,对裂纹产生装置的实施方式进行说明。
如图2和图3所示,该实施方式的裂纹产生装置1具备:用于将多晶硅棒R支承成载置状态的支承台2;用于对载置于支承台2上的状态的多晶硅棒R进行加热的加热器(加热机构)3;作为局部冷却机构的多个喷嘴4,其将冷却流体喷射到由支承台2从加热器3移送的多晶硅棒R的表面的一部分以在其表面成为点状;以及作为整体冷却机构的水槽5,其使载置于支承台2的状态下的多晶硅棒R浸渍于纯水中而进行冷却。
支承台2是多根管部件11相互隔开间隔地排列并一体化而构成的,在这些管部件11的两端配设有与各管部件11连通的集管部件12,这些集管部件12形成为从省略图示的移载机经由悬吊部件13悬吊的结构。
管部件11例如以不锈钢(SUS)为材料并且与多晶硅棒R相比设置为长条状,在管部件11的内侧流过从外部经由供排管15送来的冷却水。用于将管部件11连接于该供排管15的集管部件12设置成统一保持各管部件11的两端,利用设置于各集管部件12的外侧的悬吊部件13由移载机支承集管部件12。进而,能够通过该移载机使支承台2在加热器3和水槽5之间往复移动。
另一方面,关于加热器3,与管部件11相比形成为长条状的两个半圆筒部件21a、21b经由铰链部连接成开闭自如,以横向的姿态支承于装置主体(省略图示),在这些半圆筒部件21a、21b的内周面设置有适当数量的加热器22。而且,通过使这些半圆筒部件21a、21b闭合而形成为圆筒状,并将支承台2配置于其内部空间中,从而能够形成为包围该支承台2的周围的状态。在该情况下,下侧的半圆筒部件21a以上方敞开的状态固定于装置主体,并形成为通过省略图示的驱动机构来开闭上侧的半圆筒部件21b的结构。而且,在打开上侧的半圆筒部件21b从而下侧的半圆筒部件21a的上方处于敞开状态时,支承台2通过移载机,如图3所示在配置于下侧的半圆筒部件21a上方的位置和浸渍在配置于其前侧下方的水槽5中的位置之间进行往复移动。
在水槽5中充满了纯水,形成为能够使载置于支承台2的状态下的多晶硅棒R连同支承台2一起没入水中的大小的长方体状,使其纵长方向与支承台2的纵长方向一致地进行配置。
而且,在水槽5的沿着长度方向的两侧壁5a的上端部的内表面配置有多个作为局部冷却机构的喷嘴4。这些喷嘴4从水槽5的侧壁5a朝向内侧配置,对从加热器3向水槽5被移送的中途的多晶硅棒R,从其侧方喷射水。在该情况下,各喷嘴4在水平方向隔开间隔地配置于各侧壁5a,并且在两侧壁5a之间,以相互不对置的状态在水平方向错开配置。在该情况下,优选在一个侧壁5a上相邻的喷嘴4之间的中间位置的相反侧配置另一个侧壁5a的喷嘴4。在图2所示的例子中,在水槽5的前侧的侧壁5a配置有3个喷嘴4,在后侧的侧壁5a配置有2个喷嘴4。并且,各喷嘴4的前端位置以从水槽5的两侧壁5a向内侧突出的方式配置,以便从相对极近的距离向从水槽5的上方下降的支承台2上的多晶硅棒R喷射水,从而从各喷嘴4对支承台2上的多晶硅棒R的外表面的点状的部位喷射水。为了形成这样在被冷却面成为点状的喷射,喷嘴4从其前端的孔以使水笔直地前进的方式喷射水,可以应用有限公司香取组制作所制作的直进型喷射喷嘴(K-18型)、喷射系统日本株式会社制造的实心喷嘴(TRM型、H-U型、直进、直喷喷嘴)等。并且配置为,孔面积为0.5~20mm2,从喷嘴4的前端到多晶硅棒R的外表面的距离为1~200mm,作为从各喷嘴4的喷射量为0.0006~0.006m3/分的流量。
接着,对利用这样构成的裂纹产生装置1使多晶硅棒R产生裂纹、并使其破碎而制造多晶硅块的方法进行说明。
如图4的流程图所示,该多晶硅块制造方法具有:对多晶硅棒进行加热的加热工序;对加热后的多晶硅棒局部进行冷却的局部冷却工序;此后整体进行冷却的整体冷却工序;以及在该整体冷却工序后利用锤对多晶硅棒进行打击或机械性冲击而进行破碎的破碎工序。
多晶硅棒R预先利用纯水或酸清洗。然后,使加热器3的半圆筒部件21a、21b处于打开状态,并且将支承台2配置于下侧的半圆筒部件21a,如图3所示,将多晶硅棒R载置于该支承台2的管部件11。
然后,在载置于该支承台2的管部件11上的状态下从多晶硅棒R的上方盖上半圆筒部件21b,从而使两个半圆筒部件21a、21b闭合成圆筒状,由此使多晶硅棒R处于由这些半圆筒部件21a、21b包围的状态,利用加热器22将多晶硅棒R加热成表面温度例如为500~700℃(加热工序)。此时,在管部件11的内侧流过冷却水。
然后,在该多晶硅棒R的加热后,使加热器3的半圆筒部件21a、21b处于打开状态,并驱动移载机,使支承台2如图2的空白箭头所示从加热器3向水槽5移动。此时,预先处于从水槽5的上端部的喷嘴4如箭头所示分别喷射水的状态。由此,在支承台2从水槽5的上方到浸渍于水槽5内为止的下降移动中途,如图1所示,水从水槽5的两侧壁5a的喷嘴4喷射到支承台2上的多晶硅棒R的表面。这些喷嘴4相对于多晶硅棒R从相对极近的距离喷射水以在多晶硅棒R的表面成为点状,并且在水平方向相互隔开间隔地配置,而且在两侧壁5a之间以不对置的方式在水平方向错开配置,因此,水喷射到分散于多晶硅棒R的外表面的多处的点状的部位(局部冷却工序)。
图5C是示意地表示被喷射水的多晶硅棒的局部剖视图。在喷射水以在表面成为点状的局部冷却中,与从喷嘴4喷射的水接触的部位在多晶硅棒R的表面成为直径d为多晶硅棒R的直径的0.20倍~0.32倍的点,而且,优选以使得该点的中心处的多晶硅棒的温度与距离中心为点的直径的2倍的位置的多晶硅棒的温度之间的差为150℃以上的方式喷射水,来对多晶硅棒R局部地进行冷却。
当该点的直径d相对于多晶硅棒R的直径D小于0.20D时,相对于多晶硅棒的热容量,冷却范围小,另一方面,当点的直径超过0.32D时,冷却范围大,因此,该大的冷却范围整体被冷却。因此,在任一情况下,都难以产生以点为冷却中心急剧变化的温度分布,从而难以产生对于使多晶硅棒的破碎变得容易而言足够大小的裂纹。更优选的是,相对于多晶硅棒R的直径D为0.21D~0.27D的直径的点。
并且,在点的中心与距离中心为点的直径的2倍的位置之间的温度差小于150℃时,温度梯度缓慢,产生的热应力小,因此难以产生大的裂纹。
当这样局部冷却多晶硅棒R的外表面的多个部位时,如图5A-图5B所示,在多晶硅棒R的内部产生以水通过各喷射而接触(碰到)多晶硅棒R的位置为冷却中心的温度分布。在该图5中,示意性地示出多晶硅棒内部的等温线,产生这样的温度分布:随着从水所碰到的位置沿多晶硅棒的直径方向朝向相反侧,温度升高,并且在多晶硅棒的长度方向上也产生随着从水所碰到的位置远离而温度升高的温度分布。并且,由于在多晶硅棒的长度方向隔开间隔配置有多个喷嘴4,所以从各喷嘴4喷射的水碰到沿多晶硅棒的长度方向隔开间隔的多个部位,成为以这些部位为冷却中心的温度分布。
而且,由该温度分布产生的热应力使多晶硅棒R的各部分产生裂纹。这些裂纹的大部分以多晶硅棒R的外表面的水所碰到的位置为起点而产生,以从水碰到的位置横切多晶硅棒R的方式朝向该位置的相反侧发展,因此裂纹也向多晶硅棒R的中心部发展。图1示意性地示出该状态,通过从喷嘴4喷射水,从而在也包括其中心部的多晶硅棒R上产生裂纹C。
优选根据多晶硅棒的直径来调整相邻的喷嘴4的间隔。相邻的喷嘴4的间隔相对于多晶硅棒的直径D优选为0.80D以上、1.36D以下。相邻的喷嘴的间隔实质上与实质上相邻的冷却点的中心间的位置对应。
利用这样在从水槽5的上方下降移动的中途从喷嘴4喷射的水,对多晶硅棒R局部地进行冷却,然后将多晶硅棒R浸渍于水槽5的水中,由此,多晶硅棒R的整体被冷却(整体冷却工序)。如上所述,通过从配置于水槽5的上端部的喷嘴4喷射水,从而在多晶硅棒R上以横切该多晶硅棒R的方式产生多个裂纹C,在该状态下将多晶硅棒R浸渍于水中,由此,多晶硅棒R的外表面被冷却,并且水也进入各裂纹C的内部,使该裂纹C发展,并且,在形成该裂纹C的断裂面也产生新的裂纹。
因此,如图1的点划线所示,在多晶硅棒R的外表面和整个内部产生裂纹。因此,多晶硅棒R成为容易被分为多个块的状态。
接着,从水槽5拉起该支承台2,并使多晶硅棒R干燥,然后利用锤等敲打,从而分为多个块并进而破碎成小的块状(破碎工序)。此时,各块直到其内部都产生裂纹,因此,能够利用锤等的冲击简单地破碎,能够得到期望尺寸的块。
在这样的方法中,在水槽的上端部处的水的喷射可以仅是在使多晶硅棒通过期间进行喷射,但在其喷射位置处于使多晶硅棒停止的状态,例如可以保持10秒左右。
实施例
为了确认局部冷却效果,进行了如下实验。
(实验1)
在将直径为125mm的多晶硅棒加热为大约650℃后,从半径方向外侧的一个部位喷射水。喷射的水的水温为25℃,喷射时间为10秒,通过改变喷嘴的孔径、来自喷嘴的喷射流量以及从喷嘴前端到多晶硅棒表面的距离,来改变多晶硅棒表面的点的直径,从而确认了裂纹形成的程度。
遍及多晶硅棒的整周产生裂纹的情况用○(优选的产生状况)表示,裂纹没有遍及整周而是限于局部地产生的情况用×(不优选的产生状况)表示。表1示出结果。
【表1】
在该1点冷却中,点径为25mm~40mm,换言之,点直径与多晶硅棒的直径之比为0.20~0.32时,在刚刚喷射水之后,在多晶硅棒的外周的整周产生裂纹。当用锤轻轻敲打该多晶硅棒时,裂纹以多晶硅棒的点冷却部位为中心发展,并如图6的照片所示那样破裂。在该图6中用箭头表示的部分为点冷却部分。从该表1的结果来看,优选以点直径与多晶硅棒的直径之比为0.20倍~0.32倍的方式喷射水。
(实验2)
接着,增加喷嘴的数量,对多晶硅棒的多个部位喷射水。在该情况下,在多晶硅棒的单侧沿长度方向隔开间隔地排成一列地配置喷嘴(称为单侧配置)。任何喷嘴的孔径都大约为1mm,喷射流量为0.0008m3/分,点径/棒径为0.21。并且,多晶硅棒使用直径为125mm、长度为280mm的棒。除此之外,与实验1的情况同样,将温度为25℃的水向加热为大约650℃的多晶硅棒喷射10秒,而利用各喷嘴冷却点状的部位,然后利用超硬制锤轻轻敲打。
结果在表2中示出。
【表2】
No. | 喷嘴配置 | 喷嘴个数 | 喷嘴间隔(mm) | 裂纹状况 |
8 | 单侧配置 | 2 | 90 | B |
9 | 单侧配置 | 2 | 100 | A |
10 | 单侧配置 | 3 | 90 | B |
11 | 单侧配置 | 3 | 100 | A |
表2中,裂纹状况“A”与1点冷却的情况同样,表示在多晶硅棒的外周整周产生裂纹的情况,“B”表示裂纹向多晶硅的周向的发展少、且裂纹在连结点之间的方向(多晶硅棒的长度方向)上发展的情况。
没有预料到的是,关于周向的裂纹的产生,与No.8、No.10相比,增大相邻的喷嘴的间隔来喷射水的No.9、No.11的周向的裂纹的发展显著。
图7和图8表示用锤敲打后的多晶硅棒的破裂状况。图7表示No.9的多晶硅棒的破裂状况,裂纹遍及多晶硅棒的外周整周产生,整体地从裂纹破裂。图8表示No.10的破裂状况,裂纹在多晶硅棒的长度方向上发展,裂纹在多晶硅棒的外周部侧停止而不会发展到中心部,如箭头所示,在冷却点的相反侧残留有大的块。
在喷嘴间隔为90mm的情况下,点的间隔小,所以点的中心与点直径2倍的位置之间的温度差小,因此推测为裂纹在多晶硅棒的长度方向上发展。
(实验3)
接着,对在多晶硅的两侧排列各一列喷嘴的配置(称为两侧配置)进行了同样的实验。并且,在该两侧配置中,在隔着多晶硅棒将喷嘴配置成180°对置状态的情况(称为对置配置)、和将喷嘴配置在与配置于一侧的喷嘴间的中间位置对置的相反侧的情况(称为非对置配置)中确认了裂纹的形成状况。喷嘴的孔径大约为1mm,喷射流量为0.0008m3/分,点径/棒径为0.21,水温为25℃,喷射时间为10秒。并且,多晶硅棒使用直径大约125mm、长度为280mm的棒,加热至大约650℃来使用。
【表3】
表3中,裂纹状况的“D”与1点冷却的情况同样,在多晶硅棒的整周产生裂纹,当利用锤敲打时,沿着裂纹破裂,但在点冷却的周围以外的部分难以产生裂纹,因此,有时作为比较大的块残留。“E”是在多晶硅棒的两端部稍微存在难以产生裂纹的部分,但整体8成以上的部分产生了裂纹。图9表示No.12的用锤敲打多晶硅棒后的破裂状况,图10表示No.14的用锤敲打多晶硅棒后的破裂状况。
(实验4)
以No.14的条件配置喷嘴,使多晶硅棒在喷嘴的前方停止3秒~10秒的时间,由此连续地喷射水。当利用锤轻轻敲打多晶硅棒时容易成为小块。块的大小与水的喷射时间有关,喷射时间为3秒的情况下,23个碎片中存在4~6个最大长度部分为50mm以上的尺寸的碎片,喷射时间为5秒的情况下,43个碎片中存在2~3个50mm以上的尺寸的碎片。喷射时间为10秒的情况下,不存在50mm以上的尺寸的碎片。
另一方面,在一边移动多晶硅棒一边喷射水的情况下也产生裂纹,当用锤轻轻敲打时破裂而成为块状,但与在使多晶硅棒停止的状态下喷射水的情况相比,大尺寸的块的比例多。
并且,在利用模拟分析求出多晶硅棒的温度分布时,结果如图11所示。在该图6中,1块为5.7mm四方,点径为5.7mm,该点的中心的温度与距离中心为点的直径的2倍的位置之间的温度差在棒的长度方向为216℃,在半径方向(朝向中心的方向)为264℃。
另外,在上述实施方式中,说明了加热1根多晶硅棒并进行急冷的情况,但也可以同时加热多根多晶硅棒并进行急冷。图12示出将3根多晶硅棒R以所谓的叠层状载置于支承台2来喷射水的状态,除了水槽5的两侧壁5a之外,在底壁5b上也配置喷嘴4,对各多晶硅棒R的每1根沿其周向从多个部位(图示例中为两处)喷射水。在从配置于底壁5b的喷嘴4喷射水的情况下,在局部冷却后,可以在水槽5中充满水来进行整体冷却。或者可以在进行局部冷却期间,将可动式的喷嘴配置在比多晶硅棒靠下部并且比水面靠上方的部位。
并且,在设置用于浸渍多晶硅棒的水槽的情况下,可以在浸渍到水槽内后,朝向多晶硅棒的表面喷射水,能够可靠地防止水槽内发生膜状沸腾现象。
优选在局部冷却中使用纯水。并且,在上述实施方式中,作为喷射于多晶硅棒的冷却流体使用水,但也可以使用液态氮等。并且,在图1所示的示例中,将配置于多晶硅棒的两侧的各喷嘴的高度位置设定成相同,但也可以在其两侧改变喷嘴的高度位置,在该情况下,对多晶硅棒的冷却流体的喷射从前侧和从后侧隔开时间差地进行。也可以将各喷嘴配置于相同的高度位置来交替地喷射冷却流体。另外,在由喷嘴形成的局部冷却机构之后设置水槽,但作为整体冷却机构,除了水槽之外,也可以对多晶硅棒的整体呈淋浴状地喷射冷却流体。
以上说明了本发明的优选实施例,但是本发明并不限于这些实施例。在不脱离本发明的主旨的范围内能够进行构成的附加、省略、置换以及其它变更。本发明并不由上述的说明所限定,而仅由所附权利要求书限定。
Claims (16)
1.一种多晶硅棒的裂纹产生方法,其在对多晶硅棒加热后进行急冷,由此产生裂纹,其特征在于,
该方法具有将冷却流体喷射到上述多晶硅棒的表面的一部分以在其表面成为点状的局部冷却工序。
2.根据权利要求1所述的多晶硅棒的裂纹产生方法,其特征在于,
在上述多晶硅棒的两侧沿上述多晶硅棒的长度方向隔开间隔地各配置多个喷嘴,从该喷嘴喷射上述冷却流体,并且在上述两侧中的一侧相邻的喷嘴间的中间位置的相反侧配置另一侧的喷嘴。
3.根据权利要求2所述的多晶硅棒的裂纹产生方法,其特征在于,
喷射上述冷却流体的喷嘴以该喷嘴的孔面积为0.5~20mm2、从该喷嘴前端到上述多晶硅棒的表面的距离为1~200mm的方式喷射冷却流体。
4.根据权利要求1~3中的任一项所述的多晶硅棒的裂纹产生方法,其特征在于,
在上述多晶硅棒的表面,以0.0006~0.006m3/分的流量喷射上述冷却流体。
5.根据权利要求1~3中的任一项所述的多晶硅棒的裂纹产生方法,其特征在于,
在上述局部冷却工序后,具有使冷却体接触多晶硅棒的外表面整体的整体冷却工序。
6.根据权利要求4所述的多晶硅棒的裂纹产生方法,其特征在于,
在上述局部冷却工序后,具有使冷却体接触多晶硅棒的外表面整体的整体冷却工序。
7.根据权利要求5所述的多晶硅棒的裂纹产生方法,其特征在于,
上述冷却体为冷却流体。
8.根据权利要求6所述的多晶硅棒的裂纹产生方法,其特征在于,
上述冷却体为冷却流体。
9.一种多晶硅块的制造方法,其使用权利要求5所述的多晶硅棒的裂纹产生方法来制造多晶硅棒的块,其特征在于,
在上述整体冷却工序后,具有通过打击或机械性冲击将上述多晶硅棒破碎成多晶硅块的破碎工序。
10.一种多晶硅块的制造方法,其使用权利要求6所述的多晶硅棒的裂纹产生方法来制造多晶硅棒的块,其特征在于,
在上述整体冷却工序后,具有通过打击或机械性冲击将上述多晶硅棒破碎成多晶硅块的破碎工序。
11.一种多晶硅块的制造方法,其使用权利要求7所述的多晶硅棒的裂纹产生方法来制造多晶硅棒的块,其特征在于,
在上述整体冷却工序后,具有通过打击或机械性冲击将上述多晶硅棒破碎成多晶硅块的破碎工序。
12.一种多晶硅块的制造方法,其使用权利要求8所述的多晶硅棒的裂纹产生方法来制造多晶硅棒的块,其特征在于,
在上述整体冷却工序后,具有通过打击或机械性冲击将上述多晶硅棒破碎成多晶硅块的破碎工序。
13.一种多晶硅棒的裂纹产生装置,其在对多晶硅棒加热后进行急冷,由此产生裂纹,其特征在于,
该裂纹产生装置具有:对上述多晶硅棒进行加热的加热机构;以及能够将冷却流体喷射到上述多晶硅棒的表面的一部分以在其表面成为点状的局部冷却机构。
14.根据权利要求13所述的多晶硅棒的裂纹产生装置,其特征在于,
上述局部冷却机构在上述多晶硅棒的设置位置的两侧,沿上述多晶硅棒的长度方向隔开间隔地各排列有多个用于喷射上述冷却流体的喷嘴,并且在上述两侧中的一侧相邻的喷嘴间的中间位置的相反侧配置有另一侧的喷嘴。
15.根据权利要求13或14所述的多晶硅棒的裂纹产生装置,其特征在于,
该裂纹产生装置还具备使冷却体接触上述多晶硅棒的外表面整体的整体冷却机构。
16.根据权利要求15所述的多晶硅棒的裂纹产生装置,其特征在于,
上述冷却体为冷却流体。
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