JP2015127272A

JP2015127272A - シリコン破砕片の真空乾燥方法

Info

Publication number: JP2015127272A
Application number: JP2013272677A
Authority: JP
Inventors: 一弘堺; Kazuhiro Sakai; 徹弥渥美; Tetsuya Atsumi
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2013-12-27
Filing date: 2013-12-27
Publication date: 2015-07-09
Anticipated expiration: 2033-12-27
Also published as: JP6273840B2

Abstract

【課題】洗浄したシリコン破砕片を汚染させることなく乾燥するとともに、その際の真空状態の管理が容易で、乾燥の終点を確実に把握することができるシリコン破砕片の真空乾燥方法を提供する。
【解決手段】洗浄籠に収容して洗浄した後のシリコン破砕片を乾燥室内に収容し、乾燥室内を加熱して減圧することにより、シリコン破砕片を真空乾燥する方法であって、シリコン破砕片を前記洗浄籠ごと乾燥室内に収容し、乾燥室内を所定の真空圧力に保持する真空乾燥工程と、真空圧力下の乾燥室内に窒素ガスを導入して真空圧力より高いパージ圧力に保持するパージ乾燥工程とを交互に繰り返すとともに、パージ乾燥工程時に前記パージ圧力に対する乾燥室内の圧力変動がしきい値以下であるか否かを検出し、しきい値以下である場合に乾燥終了と判定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、多結晶シリコンの破砕片を洗浄した後の乾燥に用いられる真空乾燥方法に関する。

半導体製造用の単結晶シリコンは、例えば、極めて高純度の多結晶シリコンをるつぼ内で溶融させ、単結晶シリコンの種結晶を使用して単結晶シリコンを成長させることで製造される。この単結晶シリコンの材料に用いられる多結晶シリコンは、シーメンス法等により得られた柱状の多結晶シリコンを破砕して塊状としたものが用いられる。このシリコン破砕片は、表面に付着した異物や酸化膜除去のため、酸液にてエッチング洗浄され、水洗、乾燥した後に製品として供される。
また、このシリコン破砕片の乾燥処理は、一般に、シリコン破砕片を多数入れた籠を乾燥装置内に多数収容し、真空状態で７０℃程度の温度に数時間保持することにより行われる。
シリコン破砕片は乾燥後に梱包されるが、乾燥が不十分であると、保管中等に表面にシミが生じて単結晶シリコンの品質を阻害することになる。このため、シミ等が生じないように十分に乾燥させることが求められるが、乾燥の終点を時間により管理するだけでは不完全な場合がある。

従来、このような真空乾燥装置において、乾燥の終点を把握する技術として、例えば特許文献１に記載の方法がある。
この特許文献１に記載の方法では、真空ポンプで容器内の圧力ＰＣが５ｔｏｒｒになるように真空化し、この状態で温度センサと露点センサの信号から算出した相対湿度ＲＨが降下する事と、圧力センサが検出した容器内圧力ＰＣが降下する事と、底部温度センサが検出した容器底部の温度ＴＢが上昇する事との３つの現象の内の少なくとも２つが確認された場合に真空乾燥が完了したと判定している。また、容器内の圧力ＰＣを５ｔｏｒｒとして、水分が氷結する圧力（４．６ｔｏｒｒ）より少しだけ高い真空状態を保つことが記載されている。

特開２００５−１４０５３６号公報

しかしながら、特許文献１記載の方法であると、常に容器内を氷結直前の圧力に保持するための精密な管理が求められ、高真空であることからリーク圧も大きく、乾燥終点の把握が難しい。
また、高純度のシリコン破砕片を洗浄した後に乾燥処理によって汚染させることがあってはならない。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、洗浄したシリコン破砕片を汚染させることなく乾燥するとともに、その際の真空状態の管理が容易で、乾燥の終点を確実に把握することができるシリコン破砕片の真空乾燥方法の提供を目的とする。

本発明のシリコン破砕片の真空乾燥方法は、洗浄籠に収容して洗浄した後シリコン破砕片を乾燥室内に収容し、乾燥室内を加熱して減圧することにより、前記シリコン破砕片を真空乾燥する方法であって、前記シリコン破砕片を前記洗浄籠ごと前記乾燥室内に収容し、前記乾燥室内を所定の真空圧力に保持する真空乾燥工程と、前記真空圧力下の乾燥室内に乾燥した窒素ガスを導入して前記真空圧力より高いパージ圧力に保持するパージ乾燥工程とを交互に繰り返すとともに、前記パージ乾燥工程時に前記パージ圧力に対する前記乾燥室内の圧力変動がしきい値以下であるか否かを検出し、しきい値以下である場合に乾燥終了と判定することを特徴とする。

この真空乾燥方法においては、加熱環境下で、乾燥室内を真空状態と窒素ガスによるパージ圧力が作用した状態とに交互に設定することにより、真空状態での乾燥工程では水蒸気分圧を低下させて、シリコン破砕片の特に内部に含まれる水分を蒸発し易くし、乾燥した窒素ガスをパージした状態での乾燥工程ではシリコン破砕片への熱伝達を促進して、特に表面の水分を蒸発し易くする。この真空状態での乾燥工程と、窒素ガスをパージした状態での乾燥工程とを交互に繰り返すことにより、シリコン破砕片の乾燥を促進することができる。

そして、窒素ガスをパージした乾燥工程において、設定したパージ圧力に対する乾燥室内の圧力変動がしきい値より大きい場合は、シリコン破砕片からの水分蒸発によるものとして乾燥工程を継続し、圧力変動がしきい値以下となった場合には、シリコン破砕片からの水分蒸発がなくなったか、製品として問題ない程度までに少なくなったことによるものとして、乾燥終了と判定し、乾燥工程を終了する。
窒素ガスをパージして、真空圧力より高いパージ圧力下での圧力変動を検出することにより乾燥終了を判断するので、水分の氷結のおそれがなく、管理が容易で乾燥の終点を確実に把握することができる。
また、窒素ガスであるので、濡れた状態のシリコン破砕片の表面に溶解することもなく、シリコン破砕片の汚染を防止することができる。

本発明の真空乾燥方法において、前記シリコン破砕片をその表面が濡れている状態で前記乾燥室内に収容するとよい。
シリコン破砕片を洗浄後に濡れた状態で乾燥室内に収容することにより、シリコン破砕片が洗浄後に汚染されることなく乾燥室内に収容され、高純度を維持することができる。

本発明の真空乾燥方法によれば、シリコン破砕片を洗浄後に洗浄籠ごと乾燥室に収容し、また、乾燥時のパージガスとして窒素ガスを用いているので、シリコン破砕片の汚染を防止することができ、シリコン破砕片を高純度に維持することができる。そして、真空乾燥工程では、シリコン破砕片の特に内部に含まれる水分を蒸発し易くし、パージ乾燥工程でシリコン破砕片への熱伝達により特に表面の水分を蒸発し易くしており、これを交互に繰り返して効率的に乾燥することができる。また、そのパージ乾燥工程において圧力変動の検出により乾燥終了を判断するので、水分の氷結のおそれがなく、管理が容易で乾燥の終点を確実に把握することができる。

本発明の真空乾燥方法の一実施形態における圧力と時間の関係を示したチャートである。本発明の真空乾燥方法に使用される真空乾燥装置の例を示す配管図である。図２の乾燥器の外観図である。被乾燥物の一例であるシリコン破砕片を収容した洗浄籠を示す斜視図である。

以下、本発明の真空乾燥方法の実施形態について説明する。
図２は、本発明の真空乾燥方法に使用される真空乾燥装置の例を示しており、この真空乾燥装置１においては、２基の乾燥器２が備えられるとともに、これら乾燥器２にそれぞれ真空配管３、パージ配管４が接続され、両真空配管３は一つの真空ポンプ５に接続され、パージ配管４はそれぞれ窒素ガス供給器６に接続されている。また、各乾燥器２には、乾燥室７を囲む壁、床及び天井に面状にヒータ（いずれも図示略）が設けられており、乾燥室７内を周囲から加熱することができるようになっている。図２の符号８は乾燥器２内の圧力を検出する圧力計を示す。

この真空乾燥装置１は、２基の乾燥器２を用いながらシリコン破砕片の乾燥処理を実施するものであるが、その処理内容についてはいずれの乾燥器においても同じであるので、その１基の乾燥器２で代表して具体的乾燥処理を以下に説明する。
シリコン破砕片１１は多結晶シリコンを破砕して得られた塊状であり、図４に示すように、多数のシリコン破砕片１１が洗浄籠１２の中に収容された状態で取り扱われる。この洗浄籠１２は、例えば合成樹脂からなり、図に示すように、上方が開放状態とされた直方体の箱状に形成され、その側面及び底面には多数の孔１３が開口している。
そして、シリコン破砕片１１は洗浄籠１２に収容された状態で、洗浄籠１２ごとエッチング洗浄、水洗処理され、この洗浄籠１２ごと乾燥器２の乾燥室７内に収容される。一つの乾燥器２の乾燥室内７には、複数の棚１４が設けられ、各棚１４の上にシリコン破砕片１１を入れた洗浄籠１２が複数収容される。
この場合、洗浄後にいわゆる水切りされる程度の時間放置し、洗浄籠１２内の水の流下が止まった程度で、シリコン破砕片１１の表面がまだ濡れている状態のときに乾燥室７に収容される。

乾燥室７内に洗浄籠１２を収容したら、乾燥器２の壁、床及び天井のヒータを作動させ、乾燥室７内を例えば７０℃〜７５℃の温度に加熱するとともに、図１に示すように乾燥室７内の圧力を調整しながら乾燥処理する。
まず、真空ポンプ５により乾燥室７内が−７６０ｍｍＨｇ（−０．１０１ＭＰａ）になるまで減圧する。そして、減圧開始から所定時間、例えば３０分経過するまで、乾燥室７内の圧力を−７６０ｍｍＨｇに保持する。
この処理は乾燥室７内を真空状態にすることにより、水蒸気分圧を低下させて、シリコン破砕片１１に付着している水分を蒸発させる。また、真空状態であるので、多数収容した洗浄籠１２内の特に内部に存在するシリコン破砕片１１の水分も蒸発し易くなる。
この真空状態の乾燥工程を真空乾燥工程Ｖとし、このときの乾燥室７内の圧力を真空圧力とする。

減圧開始から３０分経過したら、真空配管３のバルブ１６を閉じて、パージ配管４のバルブ１７を開けることにより、窒素ガス供給器６から乾燥した窒素ガスを乾燥室７内に供給する。この窒素ガスは水への溶解度が低いので、シリコン破砕片１１の表面を濡らしている水に溶解してシリコン破砕片１１を汚染することがない。この窒素ガスのパージにより、乾燥室７内の圧力は上昇し、例えば−５００ｍｍＨｇ（−０．０６７ＭＰａ）になったら窒素ガスの供給を停止し、乾燥室７内を−５００ｍｍＨｇに保持する。この窒素ガスをパージした状態での乾燥工程は、シリコン破砕片１１への熱伝達を促進して、表面から水分を蒸発させる。乾燥室７内は、その壁、天井及び床のヒータにより加熱されているが、真空状態での乾燥工程においては、真空による断熱作用によりシリコン破砕片１１に十分に熱が伝わらない。これに対して、窒素ガスをパージした状態での乾燥工程においては、乾燥室７の内面からの輻射熱が窒素ガスを経由してシリコン破砕片に伝達されるので、シリコン破砕片１１表面の水分を速やかに加熱して蒸発させることができる。
この窒素ガスをパージした状態での乾燥工程をパージ乾燥工程Ｐとし、このときの乾燥室７内の圧力をパージ圧力とする。

この窒素ガスによるパージ圧力下で所定時間保持した後に、その間の圧力の変動を検出し、その圧力変動が予め定めたしきい値を超えていたら、再度減圧して、真空乾燥工程を実施する。例えば、窒素ガスのパージ処理開始時から２９分経過した後の圧力を検出し、−５００ｍｍＨｇからの差圧ΔＰが例えば２ｍｍＨｇ（２６７Ｐａ）を超えていたら（ΔＰ＞２ｍｍＨｇ）、乾燥が不十分であると判定して、１分後に減圧して再度の真空乾燥工程Ｐを実施する。
この圧力変動は、シリコン破砕片１１からの水分の蒸発により生じるものであり、水分が蒸発すると、その分、圧力が上昇する。したがって、−５００ｍｍＨｇに対して、差圧ΔＰが２ｍｍＨｇ、つまり−４９８ｍｍＨｇを超えて圧力上昇した場合には乾燥不十分と判定される。

以降、真空乾燥工程Ｖとパージ乾燥工程Ｐとを交互に実施しながら、パージ乾燥工程Ｐにおいて、パージ圧力に所定時間保持したときの圧力変動を検出し、その圧力変動がしきい値以下となるまで真空乾燥工程Ｖとパージ乾燥工程Ｐとを交互に繰り返す。そして、パージ乾燥工程Ｐでの圧力変動がしきい値以下となったら乾燥終了と判定し、乾燥室７内にクリーンエアを導入して大気圧に開放した後、洗浄籠１２を取出し、シリコン破砕片１１を梱包する。

この一例の乾燥処理は、乾燥室７内を真空状態とした真空乾燥工程Ｖにおいては乾燥室７内の水蒸気分圧を下げて、シリコン破砕片１１に付着している水分の蒸発を促進し、窒素ガスをパージした状態でのパージ乾燥工程Ｐにおいては、乾燥室７の壁面等からの熱伝達を促進してシリコン破砕片１１表面の水分の蒸発を促進する。この真空乾燥工程Ｖとパージ乾燥工程Ｐを交互に繰り返すことにより、洗浄籠１２の外面付近のシリコン破砕片１１だけでなく、多数集まった洗浄籠１２の内部のシリコン破砕片１１の水分も確実に蒸発させることができ、シリコン破砕片を確実に乾燥することができる。

また、乾燥の終点をパージ乾燥工程Ｐにおいて判定しているので、圧力変動を確実に検出することができ、乾燥終点を正確に把握することができる。
この乾燥状態を判定するためのしきい値は、乾燥室７内を−５００ｍｍＨｇに保持したときの乾燥器２のリーク圧を考慮して設定され、このリーク圧と未乾燥時のシリコン破砕片からの水分の蒸発による圧力変化との総和として２ｍｍＨｇに設定される。真空乾燥状態のときに乾燥終点を判定しようとすると、−７６０ｍｍＨｇという高真空であるため、リーク圧も大きくなり、未乾燥時の圧力上昇を見極めにくいが、−５００ｍｍＨｇでの判定であることから、リーク圧も小さく、乾燥状態を正確に把握することが可能になる。

また、窒素ガスによるパージ圧力を−５００ｍｍＨｇとしたのは、乾燥状態判定のためのしきい値の設定に都合がよいという理由の外に、大気圧付近まで上昇させるのでは、そのパージの時間及び未乾燥時における再度の減圧の時間に無駄が多くなり、一方、パージ圧力が低過ぎる場合には、パージ乾燥工程Ｐにおいて壁等からの熱伝達が十分でないからである。
実用的には、パージ圧力は、−５２０ｍｍＨｇ（−６．９×１０^−２ＭＰａ）〜−４８０ｍｍＨｇ（−６．４×１０^−２ＭＰａ）の範囲内で任意の圧力に設定すればよく、そのときの圧力変動のしきい値は−５０５ｍｍＨｇ（−６．７×１０^−２ＭＰａ）〜−４９０ｍｍＨｇ（−６．５×１０^−２ＭＰａ）の範囲で設定すればよい。一方、真空乾燥工程時の真空圧力としては、−７６０ｍｍＨｇ（−１．０×１０^−１ＭＰａ）〜−７４０ｍｍＨｇ（−９．８×１０^−２ＭＰａ）が好ましい。

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。

１真空乾燥装置
２乾燥器
３真空配管
４パージ配管
５真空ポンプ
６窒素ガス供給器
７乾燥室
１１シリコン破砕片
１２洗浄籠
１３孔

Claims

洗浄籠に収容して洗浄した後のシリコン破砕片を乾燥室内に収容し、乾燥室内を加熱して減圧することにより、前記シリコン破砕片を真空乾燥する方法であって、前記シリコン破砕片を前記洗浄籠ごと前記乾燥室内に収容し、前記乾燥室内を所定の真空圧力に保持する真空乾燥工程と、前記真空圧力下の乾燥室内に窒素ガスを導入して前記真空圧力より高いパージ圧力に保持するパージ乾燥工程とを交互に繰り返すとともに、前記パージ乾燥工程時に前記パージ圧力に対する前記乾燥室内の圧力変動がしきい値以下であるか否かを検出し、しきい値以下である場合に乾燥終了と判定することを特徴とする真空乾燥方法。
前記シリコン破砕片をその表面が濡れている状態で前記乾燥室内に収容することを特徴とする請求項１記載の真空乾燥方法。