JP2012055863A

JP2012055863A - 多結晶シリコンの破砕装置

Info

Publication number: JP2012055863A
Application number: JP2010203778A
Authority: JP
Inventors: Kiichi Komada; 紀一駒田
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2010-09-10
Filing date: 2010-09-10
Publication date: 2012-03-22

Abstract

【課題】多結晶シリコンを所望の大きさの塊に破砕するとともに、破砕時に微粉の発生を抑えることができる、多結晶シリコンの破砕に適した装置を提供する。
【解決手段】平行な軸１１回りに互いに逆回転する一対のロール１ａ，１ｂ間に多結晶シリコンの破砕物３を挟み込んで破砕する多結晶シリコンの破砕装置であって、ロール１ａ，１ｂの外周面１２上に、回転方向に複数の破砕歯２が等間隔に設けられており、各ロール１ａ，１ｂに設けられる各破砕歯２は、回転方向に隣接する両破砕歯２の対向部２１，２２が、平行もしくは歯先よりも歯元が離間して設けられるとともに、各破砕歯２の外周端がロール１ａ，１ｂの軸心から一定の半径距離の円弧状に形成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体用シリコンの原料である多結晶シリコンを塊状に破砕する装置に関する。

半導体チップに使用されるシリコンウエハは、チョクラルスキー（ＣＺ）法により製造された単結晶シリコンから作製される。そして、ＣＺ法による単結晶シリコンの製造には、例えば、シーメンス法によって棒状に形成された多結晶シリコンを塊状に破砕したものが用いられる。

この多結晶シリコンの破砕には、ダイヤモンドカッターによる切断や、ハンマーで直接叩き割る方法等が知られている。
ダイヤモンドカッターによる切断や、ハンマーで直接叩き割る場合においては、多段階にわたり作業を繰り返すことによる作業者の負担が大きく、棒状の多結晶シリコンから所望の大きさの塊を得るには非効率である。

また、特許文献１には、棒状の多結晶シリコンをロールクラッシャーで粉砕して塊状のシリコンを得る方法が開示されている。このロールクラッシャーのロール表面には複数の歯が形成されており、これら歯と内壁面との隙間に多結晶シリコンを挟むことによって連続的に衝撃を与えて棒状の多結晶シリコンを破砕する。
しかしながら、この装置においては、ロールに形成された各歯の歯元と内壁面との隙間に、破砕された塊状のシリコンが押し込まれ、すり潰されるために、多結晶シリコンの微粉が生成される割合が多い。したがって、所望の大きさの塊状のシリコンにする破砕効率が低いだけでなく、生じた微粉は粒径が小さいためにＣＺ法では用いることができず、損失が大きいものとなっている。

特許文献２及び特許文献３には、粗く破砕された塊状の多結晶シリコンを破砕する破砕装置が提案されている。この装置は、二つのロールを備え、各ロールの隙間に塊状の多結晶シリコンを挟んで破砕するダブルロールクラッシャーである。
この場合、ロール間で多結晶シリコンの塊がすり潰されながら破砕されるため、多結晶シリコンの微粉が生成される割合が多く、効率的でない。

特開２００６−１２２９０２号公報特表２００９−５３１１７２号公報特開２００６−１９２４２３号公報

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、多結晶シリコンを所望の大きさの塊に破砕するとともに、破砕時に微粉の発生を抑えることができる、多結晶シリコンの破砕に適した装置を提供する。

本発明は、平行な軸心回りに互いに逆回転する一対のロール間に塊状の多結晶シリコンを挟み込んで破砕する多結晶シリコンの破砕装置であって、前記ロールの外周面上に、回転方向に複数の破砕歯が等間隔に設けられており、各ロールに設けられる各破砕歯は、回転方向に隣接する両破砕歯の対向部が、平行もしくは歯先よりも歯元が離間して設けられるとともに、各破砕歯の外周端が前記ロールの軸心から一定の半径距離の円弧状に形成されていることを特徴とする。

この破砕装置によれば、一方のロールの破砕歯と他方のロールの破砕歯とによって多結晶シリコンの破砕物を挟み込むことで、確実に破砕物を把持して、ロールの回転に伴って把持部から破砕することができる。
また、各破砕歯の間隔は、得ようとする多結晶シリコンの塊のサイズに応じた間隔を備えるとともに、各破砕歯の間隔を、平行もしくは歯先よりも歯元の方を大きくして設けていることから、破砕歯の先端で破砕された多結晶シリコンの塊が、各破砕歯の間に押し込まれた場合も、押し込まれた先の空間が少なくとも破砕後の塊以上の大きさとなっていることにより、塊が押しつぶされて過度に微細化されることを回避できる。破砕歯の間隔を、歯先よりも歯元の方を大きくした場合には、破砕後の多結晶シリコンの塊よりも広がった逃げ形状となっていることにより、さらに効果的である。

また、本発明の多結晶シリコンの破砕装置において、前記破砕歯は、前記ロールの幅方向両端部に一列ずつ設けられ、これら列をなす破砕歯の間には固定状態に掻き出し板が設けられており、前記掻き出し板は、その側方を前記破砕歯が通過するように配置されているとよい。
仮に、破砕後の多結晶シリコンの塊が破砕歯の間に挟まった状態に保持された場合においても、ロールの回転に伴って列をなす破砕歯が掻き出し板を通過する際に、塊が掻き出し板に当接して、落下する。これにより、破砕歯が一回転して、破砕物を再び破砕する前に、間に挟まれた塊を確実に取り除くことができる。

また、本発明の多結晶シリコンの破砕装置において、前記ロールの幅方向両端部に一列ずつ設けられた破砕歯の列同士の対向面は、平行もしくは歯先よりも歯元が離間して設けられているとよい。
破砕された多結晶シリコンの塊が、ロールの幅方向両端部に一列ずつ設けられた破砕歯同士の間に押し込まれた場合も、押し込まれた先の空間が少なくとも破砕後の塊以上の大きさとなっていることにより、塊が押しつぶされて過度に微細化されることを回避できる。

また、本発明の多結晶シリコンの破砕装置において、前記一対のロールは同調して回転し、各ロールの前記破砕歯が最も近接する位置において、前記破砕歯の外周端同士が対向するように設けられるとよい。

この場合、各ロールの破砕歯は同じ角度及びタイミングで多結晶シリコンの破砕物に当接するため、破砕後の多結晶シリコンの塊のサイズを、確実に各ロールの各破砕歯の間隔で形成される空間サイズ以下とすることができ、塊が押しつぶされて過度に微細化されることを回避することができる。

本発明の多結晶シリコンの破砕装置によれば、多結晶シリコンを所望の大きさの塊に破砕するとともに、破砕時において、微粉の発生を抑えることができる。

本発明に係る多結晶シリコン破砕装置の一実施形態を説明する図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は上面図である。

以下、本発明に係る多結晶シリコンの破砕装置の一実施形態について説明する。
本実施形態の破砕装置１００は、図１に示すように、平行な軸１１回りに互いに同調して逆回転する一対のロール１ａ，１ｂを備えるダブルロールクラッシャーである。そして、これらロール１ａ，１ｂの外周面１２上に、複数の破砕歯２が設けられており、各ロール１ａ，１ｂに設けられた破砕歯２で多結晶シリコンの破砕物３を挟み込むことにより、この破砕物３を所望の大きさに破砕する。

ロール１ａ，１ｂは離間して設けられ、この離間距離を調整可能に軸１１に支持されている。これにより、破砕後に得られる多結晶シリコンの塊３０を所望のサイズに調整することが可能である。これらロール１ａ，１ｂは、例えば、ＳＵＳ材で形成される。

各ロール１ａ，１ｂに設けられる破砕歯２は、ロール１ａ，１ｂの幅方向両端部に周方向に等間隔で一列ずつ設けられており、各列の破砕歯２は、その周方向位置が同じ配置とされることにより、軸方向に間隔を開けて対をなすように配置され、二つの破砕歯２がロール１ａ，１ｂの軸方向に並んで同じタイミングで回転させられる。そして、ロール１ａ，１ｂの幅方向中央部には、対をなす破砕歯２の相互間隔で深く切り込まれた溝部が形成されている。これらの破砕歯２の先端部には、例えば、超硬合金が用いられる。
また、破砕歯２の外周端２０は、図１（ａ）に示すように、ロール１ａ，１ｂの軸心から一定の半径の円弧状に形成されている。これらの各破砕歯２のロール１ａ，１ｂの周方向に対向する各対向面２１は、ロール１ａ，１ｂの外周面１２に直立した平面Ｓａに相互に平行となるように設けられている。また、ロール１ａ，１ｂの軸方向に対をなすように設けられる破砕歯２同士の対向する対向面２２も、ロール１ａ，１ｂの軸方向と直交する平面Ｓｂに沿って平行に設けられている。
また、これら対向面２１及び対向面２２の間隔Ｌ１，Ｌ２、破砕歯２のロール１ａ，１ｂの外周面１２からの最大突出量Ｌ３は、得ようとする多結晶シリコンの塊３０の最大許容寸法値に応じて決定される。
なお、破砕歯２の対向面２２と反対面は、円弧状の外周端２０から傾斜する傾斜面２３が形成されており、破砕歯２のロール１ａ，１ｂの半径方向の断面は、三角形となっている。

また、各ロール１ａ，１ｂに設けられる各破砕歯２は、図１（ａ）に示すように、同調するロール１ａ，１ｂの回転に伴って最も近接する配置となった際に、破砕歯２の外周端２０同士が、それぞれ対向するように設けられている。これにより、各ロール１ａ，１ｂの破砕歯２を同じ角度及びタイミングで破砕物３に当接させることができる。

一方、対をなす破砕歯２に挟まれる空間には、破砕装置１００に固定された掻き出し板４が設けられている。ロール１ａ，１ｂの回転に伴って破砕歯２が掻き出し板４の側方を通過する構成となっており、仮に、破砕後の多結晶シリコンの塊が破砕歯２の間に押し込まれて保持状態となった場合にも、破砕歯２が掻き出し板４の側方を通過する際に掻き出し板４の当接面４１に塊が当接して落下する。これにより、破砕歯２が一回転して、破砕物３を再び破砕する前に、対をなす破砕歯２の間に挟まれた多結晶シリコンの塊を確実に取り除くことができる。

そして、ロール１ａ，１ｂ間の上方には、多結晶シリコンの破砕物３を投下する投下手段が設けられている。投下手段は、例えば、不図示のベルトコンベア等で破砕物３をロール１ａ，１ｂ上に搬送し、シュータ５によってロール１ａ，１ｂ間の投下位置に破砕物３を投下するものである。シュータ５の開口部は、破砕物３の大きさに合わせて、破砕物３が１個ずつ連続して投入される大きさに形成されている。
破砕物３が投下されるロール１ａ，１ｂ間の投下位置には、破砕された多結晶シリコンの塊が飛散するのを防止する衝立６が設けられている。この衝立６の壁面６１は、破砕歯２の傾斜面２３に沿って平行に設けられている。
掻き出し板４の当接面４１及びシュータ５の内面５１、ならびに衝立６の壁面６１のように多結晶シリコンの破砕物３及び破砕後の塊３０が接触する部分には、多結晶シリコンの共材が用いられる。

次に、このように構成した破砕装置１００によって、多結晶シリコンの破砕物３を破砕する方法について説明する。
破砕物３には、φ１２０ｍｍ×Ｌ２０００ｍｍの多結晶シリコンのロッドを切断や熱衝撃破砕等によって、ある程度の大きさまで破砕したものを用いる。

まず、破砕物３は、投下手段によりロール１ａ，１ｂ間の上方に運ばれてシュータ５から投下される。そして、破砕物３は、ロール１ａ，１ｂ間に挟まれて、ロール１ａ，１ｂの回転にともなって破砕される。
各破砕歯２の間隔は、得ようとする多結晶シリコンの塊３０のサイズ以上の間隔を備えていることから、破砕歯２の先端で破砕された塊３０が、各破砕歯２の間の空間に押し込まれた場合にも、押しつぶされることなく、破砕歯２の間を通過して、破砕装置１００の下方に落下して取り出される。

このように、この多結晶シリコンの破砕装置１００によれば、ロール１ａ，１ｂの外周面１２上に設けられた破砕歯２によって多結晶シリコンの破砕物３を確実に把持して挟み込むことで、ロール１ａ，１ｂの回転に伴って効率的に破砕することができる。
さらに、各破砕歯２の間隔は、得ようとする多結晶シリコンの塊３０のサイズに応じた隙間を備え平行に設けられていることから、各破砕歯２で形成される空間が少なくとも破砕後の塊３０以上の大きさとなっており、破砕歯２の先端で破砕された塊３０が、各破砕歯２の間に押し込まれた場合も、塊３０が押しつぶされることがなく、過度に微細化されることを回避できる。
なお、破砕歯２の間隔を、歯先よりも歯元の方を大きくした場合には、破砕後の多結晶シリコンの塊３０よりも広がった逃げ形状とすることができ、さらに効果的である。

また、一対のロール１ａ，１ｂは同調して回転し、各ロール１ａ，１ｂの破砕歯２が最も近接する位置において、破砕歯２の外周端２０同士が対向するように設けられているので、各ロール１ａ，１ｂの破砕歯２は同じ角度及びタイミングで破砕物３に当接するため、破砕後の多結晶シリコンの塊３０のサイズを、確実に各ロール１ａ，１ｂの各破砕歯２の間隔で形成される空間サイズ以下とすることができる。
そして、各ロール１ａ，１ｂの対をなす破砕歯２に挟まれる空間には、破砕装置１００に固定された掻き出し板４が設けられているので、仮に、破砕後の多結晶シリコンの塊が破砕歯２の間に押し込まれて保持状態となった場合にも、破砕歯２が掻き出し板４の側方を通過する際に、掻き出し板４の当接面４１に塊が当接して落下させることができる。これにより、破砕歯２が一回転して、破砕物３を再び破砕する前に、対をなす破砕歯２の間に挟まれた多結晶シリコンの塊を確実に取り除くことができ、多結晶シリコンの塊同士が接触することによって過度に微細化されることを回避することができる。
さらに、本発明の多結晶シリコンの破砕装置１００においては、破砕する多結晶シリコンの破砕物３の大きさに対応させて一対のロール１ａ，１ｂの間隔を調整することにより、確実に破砕物３を把持して破砕できるとともに、得ようとする破砕後の多結晶シリコンの塊３０を所望のサイズに調整することができる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上述の実施形態においては、各ロール１ａ，１ｂの外周面上に、対をなす破砕歯２が等間隔に配置される構成として説明したが、ロール１ａ，１ｂのいずれか一方のロールを、上述のロール１ａ，１ｂと同様にして二列の破砕歯として構成し、対向する他方のロールにおいては、一列の破砕歯として構成してもよい。この場合、一対の破砕歯のそれぞれの外周端から、一列の破砕歯の外周端が等距離となるように形成するとよい。

１ａ，１ｂロール
２破砕歯
３破砕物
４掻き出し板
５シュータ
６衝立
１１軸
１２外周面
２０外周端
２１，２２対向面
２３傾斜面
３０多結晶シリコン塊
４１当接面
５１内面
６１壁面
１００多結晶シリコン破砕装置

Claims

平行な軸心回りに互いに逆回転する一対のロール間に塊状の多結晶シリコンを挟み込んで破砕する多結晶シリコンの破砕装置であって、前記ロールの外周面上に、回転方向に複数の破砕歯が等間隔に設けられており、各ロールに設けられる各破砕歯は、回転方向に隣接する両破砕歯の対向部が、平行もしくは歯先よりも歯元が離間して設けられるとともに、各破砕歯の外周端が前記ロールの軸心から一定の半径距離の円弧状に形成されることを特徴とする多結晶シリコンの破砕装置。
前記破砕歯は、前記ロールの幅方向両端部に一列ずつ設けられ、これら列をなす破砕歯の間には固定状態に掻き出し板が設けられており、前記掻き出し板は、その側方を前記破砕歯が通過するように配置されることを特徴とする請求項１記載の多結晶シリコンの破砕装置。
前記ロールの幅方向両端部に一列ずつ設けられた前記破砕歯の列同士の対向面は、平行もしくは歯先よりも歯元が離間して設けられていることを特徴とする請求項２記載の多結晶シリコンの破砕装置。
前記一対のロールは同調して回転し、各ロールの前記破砕歯が最も近接する位置において、前記破砕歯の外周端同士が対向するように設けられることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の多結晶シリコンの破砕装置。