JP4115986B2 - 多結晶シリコンの梱包方法 - Google Patents

Description

本発明は、チョクラルスキー法（以下、単に「ＣＺ法」という）によってシリコン単結晶を製造する際に溶融原料として用いる多結晶シリコンの梱包方法に関し、さらに詳しくは、塊状多結晶シリコンと梱包材との接触し得る面積を調整することによって、多結晶シリコンの品質低下を防止する多結晶シリコンの梱包方法に関するものである。

通常、半導体用シリコン単結晶の製造には、ＣＺ法が広く用いられている。近年、ＣＺ法によって大径および長尺のシリコン単結晶を引上げる装置では、石英ルツボ内に１００ｋｇ程度の多結晶シリコンを装入し、溶解後、シリコン単結晶を引上げる。この際に、石英ルツボ内の容積効率を向上させるため、棒状多結晶シリコンおよび棒状多結晶シリコンを破砕した塊状多結晶シリコンが高密度に装入される。

シーメンス法によって製造する多結晶シリコンは、直径が１１０〜１６０ｍｍの棒状として得られる。これをダイヤモンドカッターなどで所定の長さに切断して棒状多結晶シリコンとし、また前記の棒状多結晶シリコンを破砕し、粒径３〜１２０ｍｍの塊状多結晶シリコンとしている。通常、前述の石英ルツボ内に装入する際に、塊状多結晶シリコンは、例えば、粒径３〜４５ｍｍに破砕した塊状多結晶シリコンや粒径４０〜１２０ｍｍに破砕した塊状多結晶シリコンなど粒径別に梱包され、輸送されることが多い。シリコン単結晶をＣＺ引上げ法で製造する場合、ルツボに充填する塊状多結晶シリコンは、ひとつの品種で数ｋｇから数十ｋｇであり、取り扱い等を考慮して、一袋あたり数ｋｇから十数ｋｇの多結晶シリコンが直方体形状の梱包材に詰められている。また、梱包材の材質としては、輸送中に破れないように厚みを考慮したポリエチレン樹脂などの樹脂袋が用いられている。

しかし、シーメンス法によって製造する棒状の多結晶シリコンを切断し、またそれを破砕して得た塊状多結晶シリコンは、脆性材料であるため、切断面の縁および破砕面の縁が鋭利であることが多い。そのため、梱包後輸送する際に、発泡スチロールなどの緩衝材を使用して振動対策をするものの、梱包材のポリエチレン樹脂などの表面が削れて微粉化し、塊状多結晶シリコンの表面に付着することがある。このようにして付着したポリエチレン樹脂などの微粉末は、塊状多結晶シリコンとともに前述の石英ルツボ内に装入されると、シリコン単結晶の品質悪化の原因となる。

多結晶シリコンに付着する梱包材のポリエチレン樹脂などの微粉末が、シリコン単結晶の品質悪化の原因の一つとなることは、よく知られている。例えば、特許文献１では、棒状の多結晶シリコンを切断し、またそれを破砕する際に、付着する金属粉、および運搬の際に付着する微細な樹脂粉等のパーティクルと呼ばれる異物があることが説明されている。この特許文献１では、このような品質悪化の原因となる金属粉や樹脂粉等が付着した多結晶シリコンの所定量を薬液中に浸漬させ、その表面を溶解することで、これらを薬液中に浮遊させ、その薬液をパーティクルカウンター等の検査機器を用いて異物の数を測定する評価方法が提案されている。

特許文献２では、梱包材からの微粉末発生を防止するために、塊状多結晶シリコンを梱包材に密着させ、互いに擦れ合わないように、真空包装して輸送する方法を提案している。

特許文献２の輸送方法によれば、梱包材として、厚みが０．１〜０．３ｍｍのポリエチレンフィルムなどのガス難透過性フィルムを使用し、いわゆる真空包装することが提案されている。塊状多結晶シリコンと梱包材とは、梱包材内の気圧を大気圧の０．３倍以上、０．９５倍以下とすることで、減圧による締め付け効果が得られて、梱包材と塊状多結晶シリコンとの接触面積を十分に確保し、密着による固定ができるとしている。

ところが、特許文献２で提案される方法では、減圧梱包時に塊状多結晶シリコンと包装材とが強く密着するため、梱包材が擦れ、微粉が発生する可能性がある。

特開２００２−５８１２号公報 特開２００２−６８７２５号公報

前述の通り、従来の多結晶シリコンの梱包方法では、塊状多結晶シリコンと梱包材のポリエチレン樹脂などが擦れ合ってその表面が削れて微粉化し、それが塊状多結晶シリコンの表面に付着して、シリコン単結晶の品質悪化を引き起こすという問題がある。そのため、開梱時に、塊状多結晶シリコンの表面に付着する微粉末数の低減が求められている。

本発明は、上述した従来の問題点に鑑みてなされたものであり、シーメンス法で得られた棒状多結晶シリコンを切断し、破砕した塊状多結晶シリコンをポリエチレン樹脂などの梱包材に梱包する場合に、塊状多結晶シリコンと梱包材との接触し得る面積を管理することで、これらの擦れ合いによって発生した塊状多結晶シリコン表面に付着する微粉末数を低減する多結晶シリコンの梱包方法を提供することを目的としている。

本発明者は、前記の課題を解決するため、出荷後の塊状多結晶シリコン単位重量あたりの、塊状多結晶シリコンと梱包材との接触し得る面積と、塊状多結晶シリコンに付着する微粉末数との相関について詳細な検討を加えた。

調査の結果、塊状多結晶シリコン単位重量あたりの、塊状多結晶シリコンと梱包材との接触し得る面積、および塊状多結晶シリコン表面に付着する微粉末数は、それぞれ所定の値において変曲点を持ち、この接触し得る面積が変曲点を超えて大きくなると、急激に、塊状多結晶シリコン表面に付着する微粉末数が増大するという知見を得た。その知見を元に、塊状多結晶シリコンと梱包材との接触し得る面積を、上記の変曲点より小さい面積に管理することで、客先に高品質な多結晶シリコンを提供できる。

本発明は、上記の検討結果に基づいて完成されたものであり、下記の多結晶シリコンの梱包方法を要旨としている。

粒径が３〜１２０ｍｍである塊状多結晶シリコンを、平面、曲面およびそれらの組み合わせで構成される樹脂製の梱包材で梱包する際に、前記梱包材の内側表面積を前記塊状多結晶シリコン１ｋｇあたり５８０ｃｍ²以下とすることを特徴とする多結晶シリコンの梱包方法である。

本発明でいう「塊状多結晶シリコンと梱包材との接触し得る面積」とは、塊状多結晶シリコンを梱包する梱包材の内側表面積である。この際に、梱包材には、塊状多結晶シリコンを極力密に充填する。

また、本発明が規定する「塊状多結晶シリコン１ｋｇあたり５８０ｃｍ²以下」とは、塊状多結晶シリコンを梱包する際に、前記接触し得る面積を、梱包した塊状多結晶シリコンの重量で除算した面積が５８０ｃｍ²以下ということである。

本発明の多結晶シリコンの梱包方法によれば、塊状多結晶シリコンを梱包する際に、塊状多結晶シリコンと梱包材との接触し得る面積を管理することで、輸送中に塊状多結晶シリコンが移動し、塊状多結晶シリコンと梱包材とが擦れ合っても微粉末の発生を一定量以下に低減することができる。

本発明の梱包方法は、上述した調査によって、塊状多結晶シリコンと梱包材との接触し得る面積が、塊状多結晶シリコンの粒径に応じて、シリコン１ｋｇあたりの接触し得る面積が所定の面積において変曲点を持ち、それを超える接触し得る面積になると、急激に塊状多結晶シリコンに付着の微粉末数が増加するという知見に基づく発明である。このことから、これら変曲点以下の接触し得る面積となるよう梱包重量、梱包形状を管理することで、客先に高品質な多結晶シリコンを提供することができる。

また、梱包材を予め体積あたりの接触し得る面積が最も小さくなる球状、または立方体などに近い形状に成形することによって、塊状多結晶シリコン１ｋｇあたりの梱包材と接触し得る面積を、通常用いる直方体形状よりも低減でき、同重量の梱包でもさらに高品質の多結晶シリコンを提供できる。さらに、梱包形状において、例えば、直方体形状では、塊状多結晶シリコン１ｋｇあたりの接触し得る面積が変曲点での面積を超えるような時でも、梱包材を、曲面を含む形状に成形することで、接触し得る面積を変曲点での面積以下にすることができる場合がある。

また、半導体用シリコン単結晶の製造に用いられる塊状多結晶シリコンは、通常、粒径３〜１２０ｍｍのものが使用される。しかし、塊状多結晶シリコンを梱包する際に、シリコン単結晶の引上げルツボに高い充填率で充填するため、前述のように粒径を３〜４５ｍｍまたは４０〜１２０ｍｍというように２つの粒径サイズで梱包され、使い分けられる場合がある。

本発明で提案する梱包材の形状としては、平面のみで構成される形状（立方体など）、平面と曲面の組み合わせで構成される形状（俵状など）、および球状などの曲面のみで構成される形状などがあり、特に限定するものではないが、接触し得る面積が小さい形状であれば良い。

塊状多結晶シリコンと梱包材との接触し得る面積の測定方法は、前述のように、予め体積あたりの接触し得る面積が小さくなる形状に成形した梱包材を用いるので、この梱包材の内側表面積を容易に求めることができる。

塊状多結晶シリコンに付着した微粉末数の測定方法としては、ＣＺ法によって大径および長尺のシリコン単結晶を引上げる際に、粒径が０．２〜５μｍである微粉末がシリコン単結晶の品質悪化の主要な原因となるので、開梱した塊状多結晶シリコンの表面を酸液にて溶解し、付着した粒径が０．２〜５μｍの微粉末数を、パーティクルカウンター等の検査機器を用いて測定する。この場合、梱包後、５時間運搬した後、塊状多結晶シリコン１ｋｇを無作為に採取し、フッ硝酸（フッ酸：硝酸＝１：１０の混合液）を８００ｃｃ用いて、１２０分間塊状多結晶シリコンの表面を溶解し、塊状多結晶シリコンに付着した樹脂微粉を酸中に回収し、さらにフッ硝酸２００ｃｃを追加して残留するシリコン粉末を完全に溶解し、微粉末測定サンプル液を得る。

また、塊状多結晶シリコンに付着した微粉末数の評価は、梱包材の形状が直方体のものを使用し、粒径が４０〜１２０ｍｍの塊状多結晶シリコンを用い、シリコン１ｋｇあたりの接触し得る面積が６００〜６４０ｃｍ²である時の微粉末数の最大数を基準値として相対値で表わす方法である。例えば、粒径が４０〜１２０ｍｍの塊状多結晶シリコンを用いた場合、シリコン１ｋｇあたりの接触し得る面積が４００ｃｍ²であれば、この相対値（以下、「微粉末数相対値」という）は、ほぼ７０％になり、付着する微粉末数が大きく低減する。

前述のように、塊状多結晶シリコンと梱包材との接触し得る面積は、梱包材の形状や大きさによって決まるが、塊状多結晶シリコン１ｋｇあたりの接触し得る面積は塊状多結晶シリコンの粒径によって決まる。例えば、粒径が４０〜１２０ｍｍの塊状多結晶シリコンを用いて、梱包材の形状を直径２７ｃｍの球形としたとき充填重量は１０ｋｇであり、接触し得る面積が塊状多結晶シリコン１ｋｇあたり２３０ｃｍ²となる。そして、この場合に、梱包後５時間運搬し、開梱した際の塊状多結晶シリコン１ｋｇあたりに付着する微粉末の微粉末数相対値は、ほぼ６０％である。

また、他の例として、充填重量を上記とほぼ同じ１０ｋｇとした場合の、縦、横および高さの寸法を２２ｃｍとした立方体形状では、接触し得る面積が塊状多結晶シリコン１ｋｇあたり２９０ｃｍ²であり、また塊状多結晶シリコンに付着する微粉末の微粉末数相対値は、６１％である。これに対し、直方体形状で前述のように、シリコン１ｋｇあたりの接触し得る面積が６００〜６４０ｃｍ²である場合、微粉末の微粉末数相対値は、１００％である。

このように前記球形や立方体形状のような接触し得る面積が小さくなるような形状に成形した梱包材を用いることによって、塊状多結晶シリコン１ｋｇあたりの接触し得る面積が小さくなり、塊状多結晶シリコンに付着する微粉末数が低減することが分かる。

以下に、本発明の多結晶シリコンの梱包方法による効果を、以下に説明する。

図１は、粒径が４０〜１２０ｍｍの塊状多結晶シリコンを梱包した際の、シリコン１ｋｇあたりの接触し得る面積と塊状多結晶シリコンに付着する微粉末の微粉末数相対値との関係を示す図である。図１によれば、梱包材の各種形状に梱包した際のシリコン１ｋｇあたりの接触し得る面積５８０ｃｍ²が変曲点となる。この変曲点となる５８０ｃｍ²を超えると、微粉末数が急激に増加することが分かる。また、この変曲点となるシリコン１ｋｇあたりの接触し得る面積が５８０ｃｍ²の場合、微粉末の微粉末数相対値は、ほぼ８０％である。

図２は、粒径が３〜４５ｍｍの塊状多結晶シリコンを梱包した際の、シリコン１ｋｇあたりの接触し得る面積と塊状多結晶シリコンに付着する微粉末の微粉末数相対値との関係を示す図である。図２においては、シリコン１ｋｇあたりの接触し得る面積３４０ｃｍ²が変曲点となる。そして、この変曲点となる３４０ｃｍ²を超えると、微粉末数が急激に増加する。さらに、図２によれば、シリコン１ｋｇあたりの接触し得る面積が５８０ｃｍ²であっても、微粉末の微粉末数相対値は、ほぼ８０％である。

したがって、図１および図２の例から、塊状多結晶シリコンを梱包する際のシリコン１ｋｇあたりの接触し得る面積を、少なくとも、５８０ｃｍ²以下で管理すれば良く、さらに変曲点以下となるように管理すれば微粉末数を効率良く低減することができる。そのためには、梱包する塊状多結晶シリコンの粒径および量に応じて、適宜梱包形状を選定して接触し得る面積を設定すれば良い。

本発明の多結晶シリコンの梱包方法によれば、塊状多結晶シリコンと梱包材との接触し得る面積を小さくすることで、輸送中に微粉末の発生を低減することができるので、シリコン単結晶の品質悪化を防止できる。これにより、本発明の多結晶シリコンの梱包方法は、シーメンス法によって製造する多結晶シリコンの梱包、輸送に際して、広い分野で適用することができる。

粒径が４０〜１２０ｍｍの塊状多結晶シリコンを梱包した際の、シリコン１ｋｇあたりの接触し得る面積と塊状多結晶シリコンに付着する微粉末の微粉末数相対値との関係を示す図である。 粒径が３〜４５ｍｍの塊状多結晶シリコンを梱包した際の、シリコン１ｋｇあたりの接触し得る面積と塊状多結晶シリコンに付着する微粉末の微粉末数相対値との関係を示す図である。

Claims (1)

1. 粒径が３〜１２０ｍｍである塊状多結晶シリコンを、平面、曲面およびそれらの組み合わせで構成される樹脂製の梱包材で梱包する際に、前記梱包材の内側表面積を前記塊状多結晶シリコン１ｋｇあたり５８０ｃｍ²以下とすることを特徴とする多結晶シリコンの梱包方法。

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