JP7522065B2 - Method for cleaning polycrystalline silicon chunks - Google Patents

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Description

本発明は、半導体の原料として使用される多結晶シリコン塊をクリーニングする方法に関する。更に詳しくは、レーザ光を用いて多結晶シリコン塊の表面をクリーニングする方法に関するものである。 The present invention relates to a method for cleaning polycrystalline silicon chunks used as a semiconductor raw material. More specifically, the present invention relates to a method for cleaning the surface of polycrystalline silicon chunks using laser light.

近年、半導体デバイスの性能向上とともにそのデバイスに広く用いられるシリコン単結晶基板は各種不純物の低減が求められており、その原料である多結晶シリコン塊にも品質向上の観点より不純物の低減の要求が高まっている。その中でも多結晶シリコン塊の表面不純物、特に表面炭素濃度低減の要求が強まっている。 In recent years, as the performance of semiconductor devices has improved, there has been a demand to reduce various impurities in the silicon single crystal substrates that are widely used in these devices, and there is also an increasing demand to reduce impurities in the polycrystalline silicon blocks that are the raw material for these devices in order to improve quality. Among these, there is an increasing demand to reduce surface impurities in the polycrystalline silicon blocks, especially the surface carbon concentration.

一般的に、多結晶シリコン塊の表面不純物を低減する方法として、高純度で分級された多結晶性シリコン断片(多結晶シリコン塊)を製造するための方法及び装置が開示されている(例えば、特許文献1(段落[0045]、段落[0054])参照。)。この方法では、ジーメンス法から製造される多結晶シリコンロッドを細断工具により破砕して多結晶シリコン塊にし、これをスクリーン装置により分級する過程で、多結晶シリコン塊に接触する工具や装置の異質粒子が多結晶シリコン塊に付着する場合に、この異質粒子を、酸液などの薬液中に浸漬させて、清浄浴内で溶解して、多結晶シリコン塊から除去するか、又は多結晶シリコン塊表面の溶解に伴い、溶解したシリコンとともに除去している。 Generally, as a method for reducing surface impurities in polycrystalline silicon chunks, a method and apparatus for producing high-purity classified polycrystalline silicon fragments (polycrystalline silicon chunks) have been disclosed (see, for example, Patent Document 1 (paragraphs [0045] and [0054])). In this method, polycrystalline silicon rods produced by the Siemens process are crushed by a shredding tool to produce polycrystalline silicon chunks, which are then classified by a screening device. In the process, if foreign particles from the tools or equipment that come into contact with the polycrystalline silicon chunks adhere to the polycrystalline silicon chunks, the foreign particles are immersed in a chemical solution such as an acid solution, dissolved in a cleaning bath, and removed from the polycrystalline silicon chunks, or removed together with the dissolved silicon as the surface of the polycrystalline silicon chunks dissolves.

また、多結晶シリコン塊の表面不純物を低減する別の方法として、多結晶シリコンチャンク(多結晶シリコン塊)をクリーニングする方法が開示されている(例えば、特許文献2(段落[0016]、段落[0017]、段落[0062]~段落[0074])参照。)。この特許文献2には、多結晶シリコンの機械的処理における金属汚染や有機分子による汚染が生じることが示されており、有機物の汚染の一因として有機ポリマーやプラスチックから作られた部品との接触が示されている。この方法では、多結晶シリコンチャンク(多結晶シリコン塊)の表面汚染(有機物汚染)を低減するために、多結晶シリコンチャンクを、不活性ガス雰囲気下の高温状態で熱処理を行い、その後不活性ガスをパージしながら冷却している。 As another method for reducing surface impurities in polycrystalline silicon chunks, a method for cleaning polycrystalline silicon chunks has been disclosed (see, for example, Patent Document 2 (paragraphs [0016], [0017], and [0062] to [0074])). Patent Document 2 shows that metal contamination and contamination by organic molecules occur during mechanical processing of polycrystalline silicon, and indicates that contact with parts made of organic polymers or plastics is one cause of organic contamination. In this method, in order to reduce surface contamination (organic contamination) of the polycrystalline silicon chunks, the polycrystalline silicon chunks are heat-treated at high temperatures in an inert gas atmosphere, and then cooled while purging the inert gas.

一方、ワークの被クリーニング面に対しスキャンミラーを介してパルスレーザビームを照射しつつスキャニングして、被クリーニング面に付着している除去対象物を除去するようにしたレーザクリーニング方法が開示されている(例えば、特許文献3(請求項1、段落[0007])参照。)。この方法では、被クリーニング面に付着している除去対象物として、機械加工後の金属の切削面に付着している水分や油分等を挙げている。 Meanwhile, a laser cleaning method has been disclosed in which a pulsed laser beam is irradiated onto the surface of a workpiece to be cleaned via a scan mirror while scanning, thereby removing objects adhering to the surface to be cleaned (see, for example, Patent Document 3 (Claim 1, paragraph [0007])). In this method, objects adhering to the surface to be cleaned include moisture and oil adhering to the cutting surface of metal after machining.

特表2009-544564号公報Special Publication No. 2009-544564 特開2013-170122号公報JP 2013-170122 A 特開2015-217427号公報JP 2015-217427 A

特許文献1の方法では、細断工具やスクリーン装置がポリシリコン断片(多結晶シリコン塊)と接触付着することを前提として、異質粒子を、清浄浴内で溶解するか、又は多結晶シリコン塊表面の溶解に伴い、溶解したシリコンとともに除去しなければならないため、清浄化浴で使用する薬液の種類の選定やその使用条件などに、一定の制約を必要とする課題があった。 The method of Patent Document 1 assumes that the shredding tool and screen device will come into contact with and adhere to the polysilicon fragments (polycrystalline silicon chunks), and must either dissolve the foreign particles in the cleaning bath or remove them together with the dissolved silicon as the surface of the polycrystalline silicon chunks dissolves, which poses the problem of certain restrictions being placed on the selection of the type of chemical solution used in the cleaning bath and its use conditions.

また、特許文献2の方法では、一定時間高温状態下で多結晶シリコンチャンクを加熱をして清浄化処理を行う場合、一定の減圧下,不活性ガス流量下で処理を行うため、処理量が多い場合、設備的にも規模の大型化が必要となる。また、加熱処理後は多結晶シリコンチャンクをオーブン外で不活性ガスパージにより室温まで冷却しているが、シリコン全体の加熱処理は昇温、冷却の工程が必要なため、かなりの処理時間がかかる課題があった。また処理空間からの汚染を防止するために、清浄化処理する環境を不純物が存在しない環境にする必要があった。 In addition, in the method of Patent Document 2, when the polycrystalline silicon chunks are heated at high temperatures for a certain period of time for cleaning, the process is carried out under a constant reduced pressure and inert gas flow rate, so if the processing volume is large, the equipment needs to be large in scale. After the heating process, the polycrystalline silicon chunks are cooled to room temperature outside the oven by purging with inert gas, but since the heating process of the entire silicon requires heating and cooling processes, there is an issue that it takes a considerable amount of processing time. Also, to prevent contamination from the processing space, it is necessary to make the environment in which the cleaning process is carried out free of impurities.

また、多結晶シリコンには使用し易いように適当なサイズに破砕や加工が施されるが、その際に、シリコンが脆性材料で多結晶であることから、その表面には凹凸形状が形成され易く、鋭利な刃跡なども生じ易い。このため、処理過程において部材や治具などが多結晶シリコン表面に接触した際に部材や治具などの摩耗粉が異物として付着し易い。また、シリコンの破砕時には微細なクラックが表面に形成される場合があり、このようなクラック内に異物が付着すると、異物を除去するのが難しい。このため、上述の薬液による処理では、シリコン表面のエッチングによるシリコンの溶解量を増やす必要性や処理時間も増加する。その結果、薬液の使用量増によるコストアップや生産性低下にもなる。また、エッチングによるシリコンロスも増えることにも繋がり、多結晶シリコンの歩留り低下や処理コストの増加にもなる。また、加熱処理による方法でも付着量が多い場合や強固に付着した場合は、加熱蒸発にかかる時間もかかることになり、その結果、処理時間が長くなり易い。 In addition, polycrystalline silicon is crushed and processed to an appropriate size for easy use, but since silicon is a brittle material and polycrystalline, its surface is prone to unevenness and sharp blade marks. For this reason, when parts or jigs come into contact with the polycrystalline silicon surface during the processing process, wear powder from the parts or jigs is likely to adhere as foreign matter. In addition, when silicon is crushed, fine cracks may form on the surface, and if foreign matter adheres to such cracks, it is difficult to remove the foreign matter. For this reason, in the above-mentioned processing with the chemical solution, it is necessary to increase the amount of silicon dissolved by etching the silicon surface, and the processing time also increases. As a result, the cost increases and productivity decreases due to the increase in the amount of chemical solution used. In addition, silicon loss due to etching also increases, which leads to a decrease in the yield of polycrystalline silicon and an increase in processing costs. In addition, even with the method using heat treatment, if the amount of adhesion is large or the adhesion is strong, it takes time to heat and evaporate, and as a result, the processing time is likely to be long.

特許文献3のレーザクリーニング方法は、機械加工後の金属の切削面を清浄化することを目的とし、切削面に付着している水分や油分等が除去対象物であり、高品質の表面状態が求められる多結晶シリコン塊表面の異物の除去には利用されていない。 The laser cleaning method in Patent Document 3 is intended to clean the cutting surface of metal after machining, and the objects to be removed are moisture, oil, etc. adhering to the cutting surface, and is not used to remove foreign matter from the surface of polycrystalline silicon chunks, which require a high-quality surface condition.

本発明の目的は、多結晶シリコン塊の表面に付着又は吸着した異物、特に肉眼で見えない不純物を短時間で簡便に除去する多結晶シリコン塊のクリーニング方法を提供することにある。 The object of the present invention is to provide a method for cleaning polycrystalline silicon chunks that can quickly and easily remove foreign matter attached to or adsorbed on the surface of the polycrystalline silicon chunks, particularly impurities that are invisible to the naked eye.

本発明の第1の観点は、図1~図4に示すように、容器1内又は台5上に置かれた1以上の多結晶シリコン塊2の表面にレーザ光3を照射するとともに、多結晶シリコン塊2が置かれた容器1又は台5を移動させるか、又はレーザ光3を移動させることにより、多結晶シリコン塊2の表面に付着又は吸着した異物4を除去する多結晶シリコン塊2のクリーニング方法である。 The first aspect of the present invention is a method for cleaning polycrystalline silicon chunks 2, which, as shown in Figures 1 to 4, involves irradiating the surface of one or more polycrystalline silicon chunks 2 placed in a container 1 or on a stand 5 with laser light 3, and removing foreign matter 4 attached to or adsorbed on the surface of the polycrystalline silicon chunks 2 by moving the container 1 or stand 5 on which the polycrystalline silicon chunks 2 are placed, or by moving the laser light 3.

本発明の第2の観点は、第1の観点に基づく発明であって、前記レーザ光を直線状に走査するクリーニング方法である。 The second aspect of the present invention is an invention based on the first aspect, and is a cleaning method in which the laser light is scanned linearly.

本発明の第3の観点は、第1又は第2の観点に基づく発明であって、図5に示すように、液体9が移動する容器8内に多結晶シリコン塊2を置いてレーザ光3を多結晶シリコン塊2の表面に照射しながら容器8又はレーザ光3を移動させるクリーニング方法である。 The third aspect of the present invention is an invention based on the first or second aspect, and is a cleaning method in which, as shown in FIG. 5, a polycrystalline silicon lump 2 is placed in a container 8 in which a liquid 9 is moving, and the container 8 or the laser light 3 is moved while irradiating the surface of the polycrystalline silicon lump 2 with a laser light 3.

本発明の第4の観点は、第1ないし第3の観点のいずれかに基づく発明であって、レーザ光の照射が、多結晶シリコン塊の薬液による処理の後で行われるクリーニング方法である。 The fourth aspect of the present invention is an invention based on any one of the first to third aspects, and is a cleaning method in which the irradiation of laser light is performed after the polycrystalline silicon block is treated with a chemical solution.

本発明の第1の観点の方法では、容器内又は台上に置かれた1以上の多結晶シリコン塊の表面にレーザ光を照射するとともに、多結晶シリコン塊が置かれた容器又は台を移動させるか、又はレーザ光を移動させるため、多結晶シリコン塊の表面に付着又は吸着した異物、特に肉眼で見えない不純物を短時間で簡便に除去することができる。 In the method of the first aspect of the present invention, the surface of one or more polycrystalline silicon chunks placed in a container or on a table is irradiated with laser light, and the container or table on which the polycrystalline silicon chunks are placed is moved, or the laser light is moved, so that foreign matter attached to or adsorbed on the surface of the polycrystalline silicon chunks, particularly impurities invisible to the naked eye, can be easily removed in a short time.

本発明の第2の観点の方法では、レーザ光を直線状に走査するため、多結晶シリコン塊の表面を均一にかつムラなく照射することができる。 In the method according to the second aspect of the present invention, the laser light is scanned linearly, so that the surface of the polycrystalline silicon block can be irradiated uniformly and without unevenness.

本発明の第3の観点の方法では、液体が移動する容器内に多結晶シリコン塊を置いてレーザ光を多結晶シリコン塊の表面に照射しながら容器又はレーザ光を移動させるため、多結晶シリコン塊表面から除去された異物が、液体により容器外に移送され、多結晶シリコン塊に再付着することがない。 In the method of the third aspect of the present invention, the polycrystalline silicon chunk is placed in a container through which liquid moves, and the container or the laser light is moved while irradiating the surface of the polycrystalline silicon chunk with laser light. Therefore, foreign matter removed from the surface of the polycrystalline silicon chunk is transported outside the container by the liquid and does not reattach to the polycrystalline silicon chunk.

本発明の第4の観点の方法では、レーザ光の照射が、薬液による処理により不純物付着量が低減した多結晶シリコン塊へのレーザ光の照射であるため、より一層高純度の多結晶シリコン塊が得られる。 In the method according to the fourth aspect of the present invention, the laser light is irradiated onto a polycrystalline silicon block in which the amount of attached impurities has been reduced by treatment with a chemical solution, so that a polycrystalline silicon block of even higher purity can be obtained.

本発明の第1の実施形態に係る容器内に置かれた複数個の多結晶シリコン塊をレーザクリーニング装置によりクリーニングしている状況を示す斜視図である。1 is a perspective view showing a state in which a plurality of polycrystalline silicon chunks placed in a container according to a first embodiment of the present invention are being cleaned by a laser cleaning device. FIG. 本発明の第1の実施形態に係る容器内に置かれた多結晶シリコン塊をレーザクリーニングしている状況を拡大して示す断面図である。1 is an enlarged cross-sectional view showing a state in which a polycrystalline silicon chunk placed in a container according to a first embodiment of the present invention is being laser cleaned. FIG. 本発明の第1の実施形態に係るレーザクリーニング装置のレーザ光をその走査する直線に対して直交する方向に移動させる状況を示す平面図である。FIG. 2 is a plan view showing a state in which a laser beam of the laser cleaning device according to the first embodiment of the present invention is moved in a direction perpendicular to a scanning straight line. 本発明の第1の実施形態に係るレーザクリーニング装置のレーザ光をその走査する直線に対して斜交する方向に移動させる状況を示す平面図である。FIG. 2 is a plan view showing a state in which a laser beam of the laser cleaning device according to the first embodiment of the present invention is moved in a direction oblique to a scanning straight line. 本発明の第2の実施形態における液体が移動する容器内に置かれた多結晶シリコン塊にレーザ光を照射する状況を示す図である。11A to 11C are diagrams showing a situation in which laser light is irradiated onto a polycrystalline silicon block placed in a container in which a liquid moves in a second embodiment of the present invention.

次に本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。以下の図1~図5に示す多結晶シリコン塊の数は一例であって、その数を限定するものではなく、必要に応じて増やすことができる。 Next, a description will be given of an embodiment of the present invention with reference to the drawings. The number of polycrystalline silicon chunks shown in the following Figures 1 to 5 is an example, and is not intended to be limiting, and can be increased as necessary.

<第1の実施形態>
図1に示すように、本実施形態のレーザクリーニング装置10は、加工ヘッド11と本体制御部12を備える。本体制御部12は、レーザ発振器13と、加工ヘッド11及びレーザ発振器13を制御する制御部14を備える。加工ヘッド11には、レーザ発振器13からパルス発振されたレーザ光を反射する反射ミラーが取付けられた軸を回転制御するガルバノスキャナー(図示せず)が内蔵されている。
First Embodiment
1, a laser cleaning device 10 of this embodiment includes a processing head 11 and a main body control unit 12. The main body control unit 12 includes a laser oscillator 13 and a control unit 14 that controls the processing head 11 and the laser oscillator 13. The processing head 11 includes a built-in galvano scanner (not shown) that rotates and controls a shaft to which a reflection mirror that reflects pulsed laser light from the laser oscillator 13 is attached.

レーザクリーニング装置10の下方には、上部が開口した容器1が置かれ、その容器1内に被クリーニング物として、複数個(図1では6個)の多結晶シリコン塊2が重ならないように置かれている。これらの多結晶シリコン塊2の表面には、図2に示すように、異物4が付着している。異物としては、有機物等の肉眼で見えない不純物が例示される。図2において、図1と同じ要素には同じ符号を付している。なお、多結晶シリコン塊が置かれる容器1の代わりに、図3及び図4に示すように、表面が平坦な台5でもよい。容器1又は台5の材質は、石英又はシリコンの他に、樹脂や紙等であってもよい。 A container 1 with an open top is placed below the laser cleaning device 10, and multiple polycrystalline silicon chunks 2 (six in FIG. 1) are placed in the container 1 without overlapping as objects to be cleaned. As shown in FIG. 2, foreign matter 4 is attached to the surface of these polycrystalline silicon chunks 2. Examples of foreign matter include impurities that cannot be seen with the naked eye, such as organic matter. In FIG. 2, the same elements as in FIG. 1 are given the same reference numerals. Note that instead of the container 1 on which the polycrystalline silicon chunks are placed, a table 5 with a flat surface may be used, as shown in FIGS. 3 and 4. The material of the container 1 or table 5 may be quartz or silicon, or resin, paper, etc.

レーザクリーニング装置10の加工用レーザ光源としては、シリコン又は汚染物質による吸収効率が高く、パルス幅の狭いレーザ光源が、加工効率の観点で好適である。この観点から、産業用に広く利用されているNd:YAG(1064nm)やYb:ファイバ(1060nm~1070nm)のパルスレーザが現実的に利用可能なレーザ光源として挙げられる。
上記Nd:YAGやYb:ファイバレーザの波長は、シリコン塊においては、50%前後の吸収率を示す領域であり、実質的にシリコン塊の表面を加熱する作用がある。その結果、シリコン塊の表面に吸着している不純物を揮発除外することができる。
From the viewpoint of processing efficiency, a laser light source having a narrow pulse width and high absorption efficiency by silicon or contaminants is suitable as the processing laser light source of the laser cleaning device 10. From this viewpoint, pulsed lasers such as Nd:YAG (1064 nm) and Yb:fiber (1060 nm to 1070 nm), which are widely used in industry, can be cited as practically usable laser light sources.
The wavelengths of the Nd:YAG and Yb:fiber lasers are in a region that exhibits an absorption rate of about 50% in the silicon chunk, and have the effect of essentially heating the surface of the silicon chunk, thereby making it possible to volatilize and remove impurities adsorbed on the surface of the silicon chunk.

レーザクリーニング装置10のレーザ光の強度は、500kJ/m2以下が好ましい。レーザ光の照射によるシリコン塊の表面温度が瞬間的に300℃~600℃に上昇することによって不純物の揮発が生じていると考えられ、パルス幅の短いレーザ光を使用すれば、加熱領域が限定されるため、このレーザ光の強度は1kJ/m2程度であっても不純物除去の効果を期待することができる。
シリコン塊は不定形の破砕物であり、レーザ光をシリコン塊の全表面に均一かつ完全に照射することは事実上困難である。シリコン塊表面の不純物を除去するため、このレーザ光をシリコン塊に照射する面積は、シリコン塊の表面積の少なくとも80%以上であることが好ましい。95%以上であることが更に好ましい。このためには、例えば、石英ガラスのようなレーザ光を透過する台上にシリコン塊を重なりがないように並べて上下両面からレーザ光を照射する方法などが挙げられる。
The intensity of the laser light of the laser cleaning device 10 is preferably 500 kJ/ m2 or less. It is believed that the impurities are volatilized by the surface temperature of the silicon chunk rising instantaneously to 300°C to 600°C due to the irradiation of the laser light, and if a laser light with a short pulse width is used, the heating area is limited, so that even if the intensity of this laser light is about 1 kJ/ m2 , the effect of removing impurities can be expected.
Since silicon chunks are irregularly shaped fragments, it is practically difficult to irradiate the entire surface of the silicon chunks with laser light uniformly and completely. In order to remove impurities on the surface of the silicon chunks, the area of the silicon chunks irradiated with the laser light is preferably at least 80% or more of the surface area of the silicon chunks. More preferably, it is 95% or more. For this purpose, for example, a method of arranging the silicon chunks without overlapping on a table that transmits laser light, such as quartz glass, and irradiating the silicon chunks with laser light from both the top and bottom can be used.

このような構成のレーザクリーニング装置10では、加工ヘッド11内のガルバノスキャナーで反射されたレーザ光3を、ガルバノスキャナー内の軸を回転制御することにより、図1のY軸方向に走査し、走査直線6を形成することが好ましい。本実施形態のクリーニング方法では、図1に示すように複数個(図1では2個)の多結晶シリコン塊2のY軸方向全体に、この走査直線6が及ぶように、レーザ光3が照射される。この走査直線6を形成しながら、加工ヘッド11を走査直線6に直交する図1のX軸方向に移動させて、複数個すべて(図1では6個)の多結晶シリコン塊2の表面をレーザクリーニングする。加工ヘッド11をX軸方向に往復移動させたり、また容器内の多結晶シリコン塊2を引っ繰り返して、レーザ光3の走査直線6による照射を繰り返し行ってもよい。 In the laser cleaning device 10 configured as described above, it is preferable to scan the laser light 3 reflected by the galvano scanner in the processing head 11 in the Y-axis direction in FIG. 1 by rotating and controlling the axis in the galvano scanner, thereby forming a scanning line 6. In the cleaning method of this embodiment, the laser light 3 is irradiated so that the scanning line 6 covers the entire Y-axis direction of multiple (two in FIG. 1) polycrystalline silicon chunks 2 as shown in FIG. 1. While forming the scanning line 6, the processing head 11 is moved in the X-axis direction in FIG. 1, which is perpendicular to the scanning line 6, to laser clean the surfaces of all the multiple (six in FIG. 1) polycrystalline silicon chunks 2. The processing head 11 may be moved back and forth in the X-axis direction, or the polycrystalline silicon chunks 2 in the container may be turned over, and irradiation with the scanning line 6 of the laser light 3 may be repeated.

レーザ光3の走査直線6のX軸方向の移動により、図2に示すように、多結晶シリコン塊2の表面に付着又は吸着している異物4がレーザ光3を吸収して蒸発するか、又はプラズマ7による衝撃圧力を受けて、多結晶シリコン塊2の表面から除去される。 As the scanning line 6 of the laser light 3 moves in the X-axis direction, as shown in FIG. 2, the foreign matter 4 adhering to or adsorbed on the surface of the polycrystalline silicon block 2 either absorbs the laser light 3 and evaporates, or is subjected to the impact pressure of the plasma 7 and is removed from the surface of the polycrystalline silicon block 2.

なお、加工ヘッド11は、図3に示すように、レーザ光3の走査直線6に対して直交する方向に移動させるだけでなく、多結晶シリコン塊2の置かれた位置に相応して、図4に示すように、走査直線6に対して斜め方向に移動させるようにしてもよい。図3及び図4において、図1と同じ要素には同じ符号を付している。なお、図示しないが、加工ヘッド11を移動させる代わりに、加工ヘッド11を固定して、台5を移動させてもよい。 The processing head 11 may be moved not only in a direction perpendicular to the scanning line 6 of the laser light 3 as shown in FIG. 3, but also in a direction diagonal to the scanning line 6 as shown in FIG. 4, depending on the position of the polycrystalline silicon block 2. In FIGS. 3 and 4, the same elements as in FIG. 1 are given the same reference numerals. Although not shown, instead of moving the processing head 11, the processing head 11 may be fixed and the stage 5 may be moved.

<第2の実施形態>
図5に示すように、複数個(図5では6個)の多結晶シリコン塊2が容器8内に重ならないように配置される。図5において、図1と同じ要素には同じ符号を付している。容器8内には、純水、超純水、イオン交換水などの液体9が貯留される。容器8の右側下部には液体9の供給管8aが、容器8の左側上部には液体9の排出管8bが接続される。排出管8bの高さは、容器8の液面が容器内に配置された複数個の多結晶シリコン塊2の最上端よりも高くして、容器内の多結晶シリコン塊2が常に液体中に存在するように、設けられている。
この容器8の上方には、レーザクリーニング装置の加工ヘッド(図5では図示せず)が設けられ、加工ヘッドで反射されたレーザ光3が走査直線を形成しながら、図5の矢印に示す方向に移動するように構成される。
Second Embodiment
As shown in Fig. 5, a plurality of polycrystalline silicon chunks 2 (six in Fig. 5) are arranged in a container 8 so as not to overlap each other. In Fig. 5, the same elements as in Fig. 1 are given the same reference numerals. A liquid 9 such as pure water, ultrapure water, ion-exchanged water, or the like is stored in the container 8. A supply pipe 8a for the liquid 9 is connected to the lower right side of the container 8, and a discharge pipe 8b for the liquid 9 is connected to the upper left side of the container 8. The height of the discharge pipe 8b is set so that the liquid level of the container 8 is higher than the uppermost ends of the plurality of polycrystalline silicon chunks 2 arranged in the container, so that the polycrystalline silicon chunks 2 in the container are always present in the liquid.
A processing head (not shown in Figure 5) of the laser cleaning device is provided above this container 8, and the laser light 3 reflected by the processing head is configured to move in the direction indicated by the arrow in Figure 5 while forming a straight scanning line.

このような構成のレーザクリーニング装置では、先ず、供給管8aから液体9を容器8に供給し、排出管8bから液体9を排出し、容器8内を液体9が移動するようにしておく。次いで、容器8内に配置された複数個の多結晶シリコン塊2の表面に、加工ヘッドからレーザ光3を照射する。レーザ光3は、走査直線を形成しながら、加工ヘッドの移動とともに容器8内のすべての多結晶シリコン塊2の上側表面に行き渡る。これにより、すべての多結晶シリコン塊2の上側表面から異物が除去される。除去された異物は液中に浮遊するが、移動する液体に移送されて排出管8bから排出される。これにより、異物の多結晶シリコン塊2の表面への再付着は防止される。 In a laser cleaning device configured as described above, first, liquid 9 is supplied to the container 8 from the supply pipe 8a, and the liquid 9 is discharged from the discharge pipe 8b, so that the liquid 9 moves within the container 8. Next, the surface of the multiple polycrystalline silicon chunks 2 arranged in the container 8 is irradiated with laser light 3 from the processing head. The laser light 3 spreads over the upper surface of all the polycrystalline silicon chunks 2 in the container 8 as the processing head moves, forming a scanning line. This removes foreign matter from the upper surface of all the polycrystalline silicon chunks 2. The removed foreign matter floats in the liquid, but is transported by the moving liquid and discharged from the discharge pipe 8b. This prevents the foreign matter from reattaching to the surface of the polycrystalline silicon chunks 2.

なお、第1の実施形態で説明した多結晶シリコン塊は、レーザクリーニングする前に、例えば、フッ硝酸のような薬液で、表面を清浄化処理したものを用いることもできる。こうすることにより、レーザクリーニング後の多結晶シリコン塊をより一層高純度のシリコンにすることができる。
また、上記容器8では、排出管8bを容器上部に設けたが、図5の破線に示すように、一例として、排出管8cを容器下端部にも配設してもよい。この排出管8cにより、液体中に浮上しない異物を、移動する液体により、容器内底部側から容器8外に移送することができる。
The polycrystalline silicon chunks described in the first embodiment may be subjected to a surface cleaning treatment using a chemical solution such as fluoronitric acid before being laser cleaned. This makes it possible to make the polycrystalline silicon chunks after laser cleaning into silicon of even higher purity.
In addition, in the above-mentioned container 8, the discharge pipe 8b is provided at the top of the container, but as an example, the discharge pipe 8c may also be provided at the bottom end of the container, as shown by the dashed line in Fig. 5. By using this discharge pipe 8c, foreign matter that does not float in the liquid can be transported from the bottom side of the container to the outside of the container 8 by the moving liquid.

次に本発明の実施例を比較例とともに詳しく説明する。 Next, we will explain in detail the examples of the present invention along with comparative examples.

<実施例1>
長辺長さが10mm~40mmの多結晶シリコン塊7個をフッ硝酸でエッチング洗浄し、純水でリンスした後に乾燥した。図1に示すように、乾燥した多結晶シリコン塊7個を
シリコンの台上に並べ、レーザクリーニング装置を使用してクリーニングを実施した。これにより実施例1の7個のサンプルを得た。
Example 1
Seven polycrystalline silicon chunks with long side lengths of 10 mm to 40 mm were etched and cleaned with fluoronitric acid, rinsed with pure water, and then dried. As shown in Figure 1, the seven dried polycrystalline silicon chunks were arranged on a silicon table and cleaned using a laser cleaning device. In this way, seven samples of Example 1 were obtained.

図1に示すように、クリーニングの際、多結晶シリコン塊の表面に平均出力63Wのパルスレーザ光(波長1060nm~1080nm、パルス周波数55kHz)を直線状に3900mm/sの速度で走査しながら照射するとともに、容器をレーザ光の走査直線に直交する方向に165mm/minの速度で2往復移動させた。2往復の移動が完了した後、多結晶シリコン塊を反転させ、同様にレーザ光を照射した。 As shown in Figure 1, during cleaning, the surface of the polycrystalline silicon block was irradiated with a pulsed laser beam (wavelength 1060 nm to 1080 nm, pulse frequency 55 kHz) with an average output of 63 W while scanning linearly at a speed of 3900 mm/s, and the container was moved back and forth twice at a speed of 165 mm/min in a direction perpendicular to the linear scanning line of the laser beam. After two round trips were completed, the polycrystalline silicon block was flipped over and irradiated with the laser beam in the same manner.

<比較例1>
実施例1と同様に、実施例1の7個のサンプルそれぞれと同じ製造ロットからサンプリングされた長辺長さ10mm~40mmの多結晶シリコン塊7個について、フッ硝酸でエッチング洗浄し、純水でリンスした後に乾燥した。乾燥した多結晶シリコン塊7個については、レーザ洗浄を行わなかった。これにより比較例1の7個のサンプルを得た。
<Comparative Example 1>
As in Example 1, seven polycrystalline silicon chunks with long side lengths of 10 mm to 40 mm sampled from the same production lot as the seven samples of Example 1 were etched and cleaned with fluoronitric acid, rinsed with pure water, and then dried. The seven dried polycrystalline silicon chunks were not laser cleaned. As a result, seven samples of Comparative Example 1 were obtained.

<比較試験と評価>
実施例1と比較例1で得られた各7個のサンプルのうち、各3個のサンプルについて加熱脱着ガスクロマトグラフ質量分析装置(Thermal Desorption - Gas Chromatograph / Mass Spectrometer(TD-GC/MS))にて表面炭素濃度を測定し、各2個のサンプルについて、2wt%HFで溶出させてICP-MS(Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry)にて表面ボロン濃度を測定し、残りの各2個のサンプルについて、表面ボロン濃度と同様の方法にて、表面リン濃度を測定した。各条件におけるサンプルの平均値を次の表1に示す。
<Comparative testing and evaluation>
Of the seven samples obtained in Example 1 and Comparative Example 1, the surface carbon concentrations of three samples from each were measured using a thermal desorption gas chromatograph mass spectrometer (TD-GC/MS), the surface boron concentrations of two samples from each were measured using ICP-MS (Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry) after elution with 2 wt % HF, and the surface phosphorus concentrations of the remaining two samples were measured in the same manner as for the surface boron concentrations. The average values of the samples under each condition are shown in Table 1 below.

Figure 0007522065000001
Figure 0007522065000001

表1から明かなように、測定したサンプル中のサンプル表面の炭素濃度平均値に関して、比較例1では『0.57ppbw』であったのに対して、実施例1では『0.20ppbw』と低かった。また、測定したサンプル中のサンプル表面のボロン濃度平均値に関して、比較例1では『0.045ppbw』であったのに対して、実施例1では『0.031ppbw』と低かった。更に、測定したサンプル中のサンプル表面のリン濃度平均値に関して、比較例1では『0.051ppbw』であったのに対して、実施例1では『0.041ppbw』と低かった。これらのことから、レーザクリーニングを行った実施例1の方法では、レーザクリーニングを行わなかった比較例1の方法と比較して、サンプル表面の炭素濃度が大幅に低くなり、かつサンプル表面のボロン濃度及びリン濃度がそれぞれ低くなったことが判った。 As is clear from Table 1, the average carbon concentration of the sample surface in the measured samples was 0.57 ppbw in Comparative Example 1, whereas it was 0.20 ppbw in Example 1, which was low. In addition, the average boron concentration of the sample surface in the measured samples was 0.045 ppbw in Comparative Example 1, whereas it was 0.031 ppbw in Example 1, which was low. In addition, the average phosphorus concentration of the sample surface in the measured samples was 0.051 ppbw in Comparative Example 1, whereas it was 0.041 ppbw in Example 1, which was low. From these findings, it was found that the carbon concentration of the sample surface in Example 1, in which laser cleaning was performed, was significantly lower than that in Comparative Example 1, in which laser cleaning was not performed, and the boron concentration and phosphorus concentration of the sample surface were also lower.

本発明の多結晶シリコン塊のクリーニング方法は、ジーメンス法から製造される多結晶シリコンロッドを破砕して作られる多結晶シリコン塊を清浄化する方法に利用することができる。 The method for cleaning polycrystalline silicon chunks of the present invention can be used to purify polycrystalline silicon chunks produced by crushing polycrystalline silicon rods produced by the Siemens process.

1,8 容器
2 多結晶シリコン塊
3 レーザ光
4 異物
5 台
6 走査直線
7 プラズマ
9 液体
10 レーザクリーニング装置
11 加工ヘッド
12 本体制御部
13 レーザ発振器
14 制御部
Reference Signs List 1, 8 Container 2 Polycrystalline silicon block 3 Laser light 4 Foreign object 5 Table 6 Scanning line 7 Plasma 9 Liquid 10 Laser cleaning device 11 Processing head 12 Main body control unit 13 Laser oscillator 14 Control unit

Claims (4)

容器内又は台上に置かれた1以上の多結晶シリコン塊の表面にレーザ光を照射するとともに、前記多結晶シリコン塊が置かれた容器又は台を移動させるか、又はレーザ光を移動させることにより、前記多結晶シリコン塊の表面に付着又は吸着した異物を除去する多結晶シリコン塊のクリーニング方法。 A method for cleaning polycrystalline silicon chunks, which involves irradiating the surface of one or more polycrystalline silicon chunks placed in a container or on a stand with laser light, and removing foreign matter adhering to or adsorbed on the surface of the polycrystalline silicon chunks by moving the container or stand on which the polycrystalline silicon chunks are placed, or by moving the laser light. 前記レーザ光を直線状に走査する請求項1に記載のクリーニング方法。 The cleaning method according to claim 1, in which the laser light is scanned linearly. 液体が移動する前記容器内に前記多結晶シリコン塊を置いて前記レーザ光を前記多結晶シリコン塊の表面に照射しながら前記容器又はレーザ光を移動させる請求項1又は2に記載のクリーニング方法。 The cleaning method according to claim 1 or 2, in which the polycrystalline silicon chunk is placed in the container in which the liquid moves, and the container or the laser light is moved while irradiating the surface of the polycrystalline silicon chunk with the laser light. 前記レーザ光の照射が、前記多結晶シリコン塊の薬液による処理の後で行われる請求項1ないし3いずれか1項に記載のクリーニング方法。 The cleaning method according to any one of claims 1 to 3, wherein the irradiation of the laser light is performed after the polycrystalline silicon block is treated with a chemical solution.
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