CN102463170B - 多晶硅的破碎装置以及多晶硅破碎物的制造方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种将多晶硅破碎为希望大小的块，并且在破碎时抑制微粉产生并减少损失率的多晶硅的破碎装置以及多晶硅破碎物的制造方法。一种多晶硅的破碎装置(1)，在围绕平行的轴线相互反向旋转的一对辊(3)之间夹入块状的多晶硅以进行破碎，在辊(3)的外周面上径向向外突出设置有多个破碎齿(5)，各破碎齿(5)的前端面(15)形成为球面状，侧面(16)形成为圆锥面状或圆柱面状。

Description

多晶硅的破碎装置以及多晶硅破碎物的制造方法

技术领域

本发明涉及将作为半导体用硅等的原料的多晶硅破碎为块状的装置以及使用该破碎装置的多晶硅破碎物的制造方法。

背景技术

半导体芯片所使用的硅晶片例如由通过直拉单晶制造(CZ)法制造的单晶硅制作。而且，利用该CZ法的单晶硅的制造中例如使用将通过西门子法形成为棒状的多晶硅破碎为块状的产物。

如图9所示，该多晶硅的破碎使多晶硅棒R成为几mm至几cm大小的块C，通过热冲击等将棒R击碎为适宜的大小之后，一般采用由锤直接敲开的方法，但是作业者的负担大，由棒状多晶硅得到希望大小的块是低效的。

专利文献1中公开了一种由辊式破碎机对棒状的多晶硅进行破碎以得到块状的硅的方法。该辊式破碎机是将一个辊收容在外壳内的单辊式破碎机，在其辊表面形成有多个齿，通过将多晶硅夹在这些齿与外壳的内壁面的间隙中连续施加冲击而对棒状多晶硅进行破碎。

但是，在该装置中，由于破碎的块状的硅被压入并碾碎在形成于辊上的各齿的齿根与外壳的内壁面的间隙中，导致生成多晶硅微粉的比例增加。因此，不仅成为希望大小的块状的硅的破碎效率低，而且由于产生的微粉的粒径小而无法在CZ法中使用，损失较大。

另一方面，专利文献2和专利文献3中提出了一种对粗破碎的块状多晶硅进行破碎的破碎装置。这些装置是具备两个辊并将块状的多晶硅夹在各辊的间隙中而进行破碎的双辊式破碎机。

这些情况下，由于在辊间多晶硅块一边碾碎一边破碎，因此生成多晶硅微粉的比例增加，并不高效。

专利文献1：特开2006-122902号公报

专利文献2：特表2009-531172号公报

专利文献3：特开2006-192423号公报

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种能够将多晶硅破碎为希望大小的块，并且在破碎时抑制微粉产生以减少损失率的适于多晶硅的破碎的装置以及使用该破碎装置的多晶硅破碎物的制造方法。

本发明的多晶硅的破碎装置为，在围绕平行的轴线相互反向旋转的一对辊之间夹入块状的多晶硅以进行破碎的多晶硅的破碎装置，其特征在于，在所述辊的外周面上径向向外突出设置有多个破碎齿，各破碎齿的前端面形成为球面状，侧面形成为圆锥面状或圆柱面状。

在该破碎装置中，在使辊旋转的同时通过破碎齿连续击打多晶硅，能够高效地进行破碎。另外，由于破碎齿的前端面形成为球面状，所以破碎齿的前端与多晶硅为点接触状态，另外，由于该破碎齿的侧面形成为圆锥面状或圆柱面状，所以破碎齿的侧面与多晶硅接触时为线接触状态。因此，由于破碎齿与多晶硅为点接触或线接触状态，从而防止多晶硅被破碎齿压碎而产生细粉。

在本发明的多晶硅的破碎装置中，各破碎齿的间隔可以为11至35mm，并且两个辊的对置部间的所述破碎齿的前端之间的距离可以为5至30mm。

如前所述通过使多晶硅与破碎齿为点接触或线接触，多晶硅不会被压碎，通过将破碎齿的间隔和前端之间的距离设定在上述范围内，从而能够得到适当大小的块。

在本发明的多晶硅的破碎装置中，所述破碎齿由硬质合金或硅材料形成。

通过由硬质合金或硅材料形成破碎齿，从而能够防止杂质污染破碎的多晶硅块，特别是能够得到高品质的多晶硅作为半导体硅的原料。

本发明的多晶硅破碎物的制造方法的特征在于，使用所述破碎装置的任一种来制造多晶硅的破碎物。

根据本发明，通过辊的旋转能够连续且高效地对多晶硅进行破碎，并且由于破碎齿的前端形成为球面状且侧面形成为圆锥面状或圆柱面状，因此与多晶硅的接触为点接触或线接触，多晶硅不会被破碎齿压碎，能够防止细粉产生，减小损失率并提高生产率。

附图说明

图1是表示本发明的多晶硅的破碎装置的一个实施方式的部分透视立体图。

图2是图1的破碎装置中的辊表面的立体图。

图3是从安装于该破碎装置的破碎齿单元的背面观察的立体图。

图4是多个排列状态的破碎齿单元的立体图。

图5是破碎齿的立体图。

图6是说明辊的对置部中的位置关系的正视图。

图7(a)是说明棱锥状的破碎齿的立体图、图7(b)是辊的对置部的正视图。

图8(a)和8(b)是表示关于破碎齿的两种变形例的立体图。

图9是表示将多晶硅棒破碎为块状物的示意图。

符号说明

1  破碎装置

2  外壳

3  辊

4  旋转轴线

5  破碎齿

6  平坦面

7  螺孔

8  破碎齿单元

11  固定盖

13  柱状部

14  凸缘部

15  前端面

16  侧面

17  平面部

21  破碎齿固定孔

22  螺丝插通孔

23  配合孔

24  平面部

25  扩径部

26  螺丝

31  隔板

32  缺口

33  多晶硅破碎空间

34  投入口

41、42  破碎齿

43  柱状部

44a  圆柱状侧面

44b  圆锥状侧面

45  前端面

具体实施方式

下面，参照附图对本发明的多晶硅的破碎装置以及使用该破碎装置的多晶硅破碎物的制造方法的实施方式进行说明。

如图1所示，本实施方式的破碎装置1在外壳2内两个辊3以其旋转轴线4朝向水平方向平行配置，在两个辊3的外周面上径向向外突出设置有多个破碎齿5。这种情况下，如图2所示，各辊3的外周面并不是均匀的圆弧面，而是形成为将沿轴向的长的平坦面6在周向上连结构成的多面体状，在各平坦面6的两端部设置有螺孔7，在这些平坦面6上逐个固定有破碎齿单元8。

如图3和图4所示，破碎齿单元8由与辊3的平坦面6抵接的条状的固定盖11和安装在该固定盖11上的多个破碎齿5构成。

如图5所示，破碎齿5由硬质合金或硅材料形成为柱状部13与在该柱状部13的基端部扩径的若干厚度的凸缘部14一体形成的形状。柱状部13的前端面15形成为球面状，并且侧面16形成为圆柱面状。凸缘部14为将圆形板的两侧部与柱状部13的长度方向平行地切除的形状，通过该切除的部分，180°反向形成平面部17。

另外，固定盖11形成为与辊3的平坦面6相同宽度、长度的条状，在其长度方向上相互隔开间隔以贯穿状态形成有破碎齿固定孔21，在两端部形成有螺丝插通孔22。这些破碎齿固定孔21如图3所示，直到固定盖11的厚度的一半为与破碎齿5的柱状部13的侧面16对应的截面圆形的配合孔23，其余的一半为与破碎齿5的凸缘部14对应并具有平面部24的扩径部25。而且，破碎齿5通过在将柱状部13配合到固定盖11的配合孔23中的状态下凸缘部14与扩径部25配合，固定盖11的平面部24与凸缘部14的平面部17抵接，从而以旋转阻止的状态被保持在固定盖11上。

这种情况下，该固定盖11为将扩径部25面向辊3表面，使破碎齿5的柱状部13从配合孔23突出的状态，与辊3的各平坦面6重叠，固定盖11的两端部通过螺丝26固定于辊表面。

另外，各破碎齿单元8如图4所示，破碎齿5被安装为之字形排列的状态，以使相邻的破碎齿单元8的破碎齿5在辊3的周向上不连续排列。另一方面，如图6所示，在两个辊3之间，在其对置部中两个辊3的破碎齿5的前端面15彼此对置地配置。此外，在该图6中，之字形排列的破碎齿5之中配置在同一圆周上的一列破碎齿5由实线表示，另一列的破碎齿5由双点划线表示。

而且，在本实施方式中，作为破碎后的多晶硅的块(多晶硅破碎物)的大小，期望得到最大边的长度为5至60mm的大小，为了得到这种大小的块，各破碎齿5的柱状部13的直径D为10至14mm，从图6所示的固定盖11的表面到破碎齿5的前端的突出高度H为10至30mm，并且相邻的破碎齿5之间的间隔L为11至35mm。另外，在两个辊3的对置部中，破碎齿5的前端面15之间的对置距离G设定为5至30mm。

此外，收容两个辊3的外壳2为了防止污染而为聚丙烯等树脂制，或者使用在金属制的外壳的内表面涂覆四氟乙烯涂层的外壳。

另外，在外壳2内，在两个辊3的两端部与辊3的轴线4正交配置的一对隔板31与外壳2的内壁面之间隔开一定的间隔平行设置。这些隔板31固定于外壳2，以卡合两个辊3的一半以上的方式，形成呈圆弧状挖掉的两个缺口32，该两个缺口32的圆弧状的直径比辊3的直径大一些，在将各辊3的两端部卡合到这些缺口32内的状态下，在两个辊3之间架设配置。在将该隔板31卡合于辊3上的状态下，在隔板31的缺口32的内周面与辊3的外周面之间以不阻碍辊3的旋转的程度形成有一些间隙，另外，设置在辊3的两端部的用于固定破碎齿单元8的螺丝26配置在隔板31的外侧，两个隔板31为从辊3的对置部夹着其上下空间的状态。而且，被这些隔板31相夹的空间为多晶硅破碎空间33，在外壳2的上表面上设置有配置在该破碎空间33的正上方的投入口34。这些隔板31也与外壳2同样为聚丙烯等树脂制，或者使用在金属制的隔板上涂覆四氟乙烯涂层的隔板。

此外，在外壳2中具备旋转驱动两个辊3的齿轮箱(图示省略)等，齿轮箱与排气装置(图示省略)连接，外壳2和齿轮箱的内部空间被排气。

使用如此构成的破碎装置1制造多晶硅破碎物时，在使两个辊3旋转的状态下，从外壳2的投入口34向两个隔板31之间的多晶硅破碎空间33投入预先粗破碎的适宜大小的多晶硅，则在两个辊3的破碎齿5之间多晶硅被进一步破碎并细分为块状。此时，由于各破碎齿5的前端面15形成为球面状，所以该前端面15与多晶硅为点接触，另外，由于柱状部13的侧面16形成为圆柱面状，所以该侧面16与多晶硅为点接触或线接触。因此，由于破碎齿5对多晶硅在点接触或线接触状态下施加冲击，从而降低了以面来压碎多晶硅的情况。

另外，配置在两个辊3的两端部的隔板31能防止在其间破碎的多晶硅块侵入外壳2的内壁面与辊3的端面之间被碾碎，能够确实地在两个辊3之间破碎多晶硅的块并使其在下方通过。

因此，本破碎装置1能够将多晶硅破碎为希望大小的块，并能够防止细粉产生，从而降低损失率。

此外，如图7(a)所示，当破碎齿35形成为棱锥状时，如图7(b)所示，多晶硅有时会夹在两个辊对置的破碎齿35之间并在破碎齿35的平面35a之间被压碎，由于这为面接触所以会产生细粉。在图7(a)和图7(b)所示的例子中，由于破碎齿35的前端面35b也形成为平坦面，因此也会被该前端面35b压碎。

对于具有这种平坦面的破碎齿而言难以防止细粉产生，但本实施方式的破碎齿由于柱状部的前端形成为球面状，侧面形成为圆柱面状，因此能够降低细粉的产生。

另外，在该破碎装置1中，由硬质合金或硅材料形成破碎齿5，因此防止杂质从该破碎齿5混入到多晶硅中。另一方面，固定破碎齿单元8的螺丝26一般使用金属制的螺丝，但由于该螺丝26通过隔板31配置在多晶硅破碎空间33的外侧，因此不会与多晶硅接触，包围多晶硅破碎空间33的隔板31、外壳2为聚丙烯等树脂制，或者涂覆四氟乙烯的涂层，因此防止破碎过程中杂质混入到多晶硅中。所以，根据该破碎装置1，能够得到高品质的多晶硅作为半导体原料用的多晶硅。

进而，在本实施方式中，通过固定盖11保持各个破碎齿5以构成破碎齿单元8，将该破碎齿单元8固定于辊3的表面，因此即使一部分破碎齿5产生缺损等，仅更换该产生缺损的破碎齿5即可，这种情况下，破碎齿单元8通过螺旋固定被固定于辊3，并且破碎齿5配合于固定盖11的破碎齿固定孔21中，其更换作业也容易。该固定盖11为了确保强度可以通过不锈钢等制作，但如果在其表面包覆聚丙烯或四氟乙烯等树脂，则即使与多晶硅接触时也能够防止污染。

图8(a)和图8(b)表示破碎装置1所使用的破碎齿的变形例。破碎齿41、42都具有柱状部43与凸缘部14这点与第一实施方式的破碎齿5一样，凸缘部14的形状也与图5所示的相同。在这些图中对共同部分标注相同的符号。

图8(a)所示的破碎齿41的柱状部43的侧面44a、44b从凸缘部14到长度方向的中途位置形成为圆柱面状，但从该中途位置的前端部分形成为圆锥面状，前端面45形成为球面状。这种情况下，圆柱面状侧面44a形成为柱状部43的长度的一半以下，圆锥面状侧面44b比圆柱面状侧面44a形成得更长。

另外，图8(b)所示的破碎齿42与图8(a)所示的破碎齿41相比，柱状部43的圆柱面状侧面44a形成得较长，形成为柱状部43的长度的一半以上的长度，相应地圆锥面状侧面44b的长度形成得较短。

此外，本发明并不限定于上述实施方式，在不脱离本发明宗旨的范围内能够施加各种变更。

例如，在上述实施方式中，在两个辊的对置部，破碎齿的前端面彼此对置配置，但也可以配置为一个辊的破碎齿与另一个辊的相邻的破碎齿之间对置。

另外，在一个实施方式中说明的破碎齿的对置间隔等各种尺寸并不一定限定于此。

Claims (4)

1.一种多晶硅的破碎装置，在围绕平行的轴线相互反向旋转的一对辊之间夹入块状的多晶硅以进行破碎，其特征在于，在所述辊的外周面上设置有径向向外突出的多个破碎齿，各破碎齿的前端面形成为球面状，并且侧面形成为圆锥面状或圆柱面状，

在所述破碎装置的外壳内，在两个辊的两端部与所述辊的轴线正交配置的一对隔板与所述外壳的内壁面之间隔开一定的间隔平行设置，

在两个辊之间，在其对置部中两个辊的破碎齿的前端面彼此对置地配置。

2.根据权利要求1所述的多晶硅的破碎装置，其特征在于，各破碎齿的间隔为11至35mm，并且两个辊的对置部间的所述破碎齿的前端之间的距离为5至30mm。

3.根据权利要求1或2所述的多晶硅的破碎装置，其特征在于，所述破碎齿由硬质合金或硅材料形成。

4.一种多晶硅破碎物的制造方法，其特征在于，使用权利要求1至3中任一项所述的多晶硅的破碎装置来制造多晶硅的破碎物。