JP2012091138A

JP2012091138A - 多結晶シリコンの破砕装置及び多結晶シリコン破砕物の製造方法

Info

Publication number: JP2012091138A
Application number: JP2010242063A
Authority: JP
Inventors: Tatsusuke Tada; 竜佐多田; Motoki Sato; 基樹佐藤
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2010-10-28
Filing date: 2010-10-28
Publication date: 2012-05-17
Also published as: CN102463171A; DE102011084941A1; US20120104131A1; US8511597B2

Abstract

【課題】破砕歯間への多結晶シリコンの詰まりを防止して、多結晶シリコンを所望の大きさの塊に破砕し、微細粉の発生を防止することができる多結晶シリコンの破砕装置を提供する。
【解決手段】平行な軸線周りに互いに逆回転する一対のロール３間に塊状の多結晶シリコンを挟みこんで破砕する多結晶シリコンの破砕装置１であって、ロール３は、半径方向外方に突出する複数の破砕歯５が周方向に間隔をおいて設けられたディスク３１，３２を軸線方向に複数積層して形成されており、これらの隣接するディスク３１，３２どうしの回転数を異ならせて構成している
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体用シリコン等の原料である多結晶シリコンを塊状に破砕する装置及びその破砕装置を用いた多結晶シリコン破砕物の製造方法に関する。

半導体チップに使用されるシリコンウエハは、例えばチョクラルスキー（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、この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は、図４に示すように、多結晶シリコンのロッドＲを数ｍｍ〜数ｃｍの大きさの塊Ｃにするものであり、ロッドＲを熱衝撃等によって適宜の大きさに砕いた後に、ハンマーで直接叩き割る方法が一般的であるが、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。

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破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は、一つのロールをハウジング内に収容したシングルロールクラッシャーであり、そのロール表面には複数の歯が形成され、これら歯とハウジングの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。

一方、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。これらの装置は、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。

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

このような破砕装置により多結晶シリコンを効率的に破砕することができる。しかしながら、これらの破砕装置において、等間隔に配置された破砕歯の間に多結晶シリコンの塊が挟まった状態となった際には、ロールが回転しても多結晶シリコンの塊が落下せずに、再び破砕位置まで保持されたまま運ばれ、新たに投入される破砕物と接触して押しつぶされることによって微細粉が生じることがある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、破砕歯間への多結晶シリコンの詰まりを防止して、多結晶シリコンを所望の大きさの塊に破砕し、微細粉の発生を防止することができる多結晶シリコンの破砕装置及びその破砕装置を用いた多結晶シリコン破砕物の製造方法を提供する。

本発明の多結晶シリコンの破砕装置は、平行な軸線周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こんで破砕する多結晶シリコンの破砕装置であって、前記ロールは、半径方向外方に突出する複数の破砕歯が周方向に間隔をおいて設けられたディスクを軸線方向に複数積層して形成されており、これらの隣接するディスクどうしの回転数を異ならせて構成していることを特徴とする。

ロールを構成するディスクの回転数を異ならせて配置することにより、ロールの回転に伴って、軸線方向に隣接する各ディスク間で破砕歯の配置が変動する。このため、破砕後の多結晶シリコンの塊が破砕歯どうしの間に保持されたままになることがなく、破砕歯の間から塊を確実に取り除くことができ、多結晶シリコンの再破砕が生じたり、多結晶シリコンが押しつぶされたりすることを防止することができる。したがって、多結晶シリコンを所望の大きさの塊に破砕することができ、微細粉の発生を防止することができる。

また、本発明の多結晶シリコンの破砕装置において、前記ロールは、回転駆動される回転ディスクと、回転しない固定ディスクとを、交互に軸線方向に積層して形成されているとよい。
隣接するディスクの一方を回転ディスクとし、他方を回転しない固定ディスクとすることで、隣接するディスク間で破砕歯どうしの間隔を容易に変動させることができる。

さらに、本発明の多結晶シリコンの破砕装置において、前記破砕歯は、その先端面が球面状に形成されるとともに、側面が円柱面状に形成されているとよい。
破砕歯の先端面が球面状に形成されていることから、破砕歯の先端と多結晶シリコンとは点接触状態となり、また、その破砕歯の側面も円錐面状又は円柱面状に形成されているので、破砕歯の側面が多結晶シリコンに接触する際には線接触状態となる。したがって、破砕歯と多結晶シリコンとは点接触又は線接触状態となるから、多結晶シリコンが破砕歯により押しつぶされて微細粉が生じることが防止される。

本発明の多結晶シリコン破砕物の製造方法は、前記破砕装置のいずれかを用いて多結晶シリコンの破砕物を製造することを特徴とする。

本発明によれば、多結晶シリコンを所望の大きさの塊に破砕することができ、微細粉の発生を防止することができる。

本発明に係る多結晶シリコンの破砕装置の一実施形態を示す一部を透視した斜視図である。ロールの縦断面図である。ロールの対向部における位置関係を説明する正面図である。多結晶シリコンのロッドを破砕して塊状としたものを示す模式図である。

以下、本発明に係る多結晶シリコンの破砕装置及びその破砕装置を用いた多結晶シリコン破砕物の製造方法の実施形態を図面を参照しながら説明する。
第１実施形態の破砕装置１は、図１に示すように、ハウジング２内に二つのロール３がその回転軸線４を水平方向に向けて平行に配置されている。

各ロール３は、図２に示すように、回転軸線４周りに回転する回転ディスク３１と、回転軸線４に対して回転しない固定ディスク３２とが、回転軸線４に沿って交互に積層されている。そして、これらの積層された回転ディスク３１及び固定ディスク３２の中心に、回転軸４０が挿通されている。

回転ディスク３１は、回転軸４０に固定され、その回転軸４０の回転に伴って回転する。また、固定ディスク３２は、軸受け３３によって回転軸４０に対して回転自在に支持されるとともに、例えば、ハウジング２に固定状態の規制部材（図示略）によって回転方向の動きが規制され、固定状態とされている。
そして、回転ディスク３１及び固定ディスク３２には、図１に示すように、その外周面に、半径方向外方に突出する複数の破砕歯５が周方向に間隔をおいて設けられている。破砕歯５は、超硬合金又はシリコン材により形成されており、先端面１５が球面状に形成されるとともに、柱状部１６の側面が円柱面状に形成されている。

この実施形態では、破砕後の多結晶シリコンの塊（多結晶シリコン破砕物）の大きさとして、最大辺の長さが５〜６０ｍｍのものを得るようにしており、その大きさの塊を得るために、各破砕歯５は、図３に示すように、柱状部１６の直径Ｄが１０〜１４ｍｍ、回転ディスク３１及び固定ディスク３２の外周面から破砕歯５の先端までの突出高さＨが２０〜３０ｍｍとされる。また、一つのディスクにおいて周方向に隣接する破砕歯５どうし及びディスク間の破砕歯５どうしの間隔Ｌはそれぞれ１１〜３５ｍｍとされている。さらに、両ロール３の対向部において、破砕歯５の先端面１５どうしの対向距離Ｇが５〜３０ｍｍに設定される。

また、両ロール３を収容したハウジング２は、コンタミ防止のため、ポリプロピレン等の樹脂製とされ、あるいは金属製のハウジングの内面にテトラフルオロエチレンのコーティングをしたものが用いられる。
ハウジング２内には、図１及び図２に示すように、ロール３の軸線４と直交して配置される一対の仕切り板２１が両ロール３の両側部にわずかな隙間をあけて平行に設けられている。仕切り板２１は、ハウジング２に固定されており、これら仕切り板２１に挟まれた両ロール３の対向空間が多結晶シリコンの破砕空間２３とされ、ハウジング２の上面には、その破砕空間２３の真上に配置されるように投入口２４が設けられる。

そして、仕切り板２１は、ハウジング２と同様にポリプロピレン等の樹脂製、あるいは金属製のものにテトラフルオロエチレンのコーティングをしたものが用いられる。なお、回転ディスク３１及び固定ディスク３２の外周面の表面にも、コンタミ防止のため、ポリプロピレンやテトラフルオロエチレン等によりコーティングしたものを用いるとよい。
なお、ハウジング２には、両ロール３を回転駆動するギヤボックス（図示略）等が備えられ、ギヤボックスには排気装置（図示略）が接続されて、ハウジング２及びギヤボックスの内部空間が排気されるようになっている。

このように構成した破砕装置１を用いて多結晶シリコン破砕物を製造する場合、両ロール３を回転させた状態で、ハウジング２の投入口２４から両仕切り板２１の間の多結晶シリコン破砕空間２３に予め粗く破砕した適宜の大きさの多結晶シリコンを投入すると、両ロール３の破砕歯５の間で多結晶シリコンがさらに破砕されて塊状に細分化される。

この際、ロール３を構成する複数のディスクのうちの回転ディスク３１は回転するが、固定ディスク３２は固定状態とされていることから、回転ディスク３１の回転に伴って、隣接する固定ディスク３２の破砕歯５と回転ディスク３１の破砕歯５との配置が変動して、これら破砕歯５どうしの間隔が変動する。これにより、破砕された直後の多結晶シリコンの塊が各ディスクの破砕歯５どうしの間に保持されたままの状態になることがなく、回転ディスク３１の回転に伴って破砕歯５の間から確実に取り除かれる。したがって、破砕歯５の間に多結晶シリコンを挟んだまま一回転してしまうことがなく、再び破砕される前に、その破砕歯５の間に挟まれた塊を確実に取り除くことができるので、多結晶シリコンの再破砕が生じたり、多結晶シリコンが押しつぶされたりすることがなく、微細粉の発生を防止することができる。したがって、ロス率が低減され、効率的に多結晶シリコンを所望の大きさの塊に破砕することができる。

また、各破砕歯５は、その先端面１５が球面状に形成されているので、この先端面１５と多結晶シリコンとは点接触となり、また、柱状部１６の側面が円柱面状に形成されているので、この側面と多結晶シリコンとは点接触又は線接触となる。このため、多結晶シリコンに対して破砕歯５は点接触又は線接触状態で衝撃を付加するので、多結晶シリコンを面で押しつぶすことが低減される。

また、両ロール３の両端部上に配置されている仕切り板３１は、その間で破砕される多結晶シリコンの塊がハウジング２の内壁面とロール３の端面との間に侵入してつぶされることを防止しており、多結晶シリコンの塊を確実に両ロール３の間で破砕して下方に通過させることができる。
したがって、この破砕装置１では多結晶シリコンを所望の大きさの塊に破砕することができ、微細粉の発生を防止して、ロス率を低減することができる。

また、この破砕装置１においては、破砕歯５を超硬合金又はシリコン材によって形成しているので、この破砕歯５から多結晶シリコンに不純物が混入することが防止される。また、多結晶シリコン破砕空間３３を囲む仕切り板３１、ハウジング２がポリプロピレン等の樹脂製とされ、あるいはテトラフルオロエチレンのコーティングがなされているので、破砕途中の多結晶シリコンに不純物が混入することが防止される。したがって、この破砕装置１によれば、半導体原料用の多結晶シリコンとして高品質のものを得ることができる。

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。
上記実施形態では、ロールを、回転ディスクと固定ディスクとを交互に積層して、固定ディスクが回転しない構成としていたが、隣接するディスクどうしの回転数を異ならせる構成であれば、隣接する破砕歯どうしの間隔を変動させることが可能であるので、必ずしも一方のディスクが固定されている必要はない。例えば、隣接するディスクどうしを異なる回転数でともに回転させるように構成してもよく、二つのディスクを逆方向に回転させるようにしてもよい。

また、上記実施形態では破砕歯の側面を円柱面状に形成したが、円錐面状に形成してもよく、また、先端部分を球面の先端面に連続する円錐面状にし、基端部分を円柱面状にした組み合わせの形状としてもよい。
さらに、破砕歯の突出高さは全て同じでなくても、異なる突出高さのものを組み合わせてもよい。
また、一実施形態で説明した破砕歯の対向間隔等の諸寸法は、必ずしもこれに限定されるものではない。

１破砕装置
２ハウジング
３ロール
４回転軸線
５破砕歯
１５先端面
１６柱状部
２１仕切り板
２３多結晶シリコン破砕空間
２４投入口
３１回転ディスク
３２固定ディスク
３３軸受け
４０回転軸

Claims

平行な軸線周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こんで破砕する多結晶シリコンの破砕装置であって、前記ロールは、半径方向外方に突出する複数の破砕歯が周方向に間隔をおいて設けられたディスクを軸線方向に複数積層して形成されており、これらの隣接するディスクどうしの回転数を異ならせて構成していることを特徴とする多結晶シリコンの破砕装置。
前記ロールは、回転駆動される回転ディスクと、回転しない固定ディスクとを、交互に軸線方向に積層して形成されてい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。
前記破砕歯は、その先端面が球面状に形成されるとともに、側面が円柱面状に形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の多結晶シリコンの破砕装置。
請求項１〜３のいずれか一項に記載の多結晶シリコンの破砕装置を用いて多結晶シリコンの破砕物を製造することを特徴とする多結晶シリコン破砕物の製造方法。