JPS63287565A - 半導体用シリコンの破砕方法 - Google Patents

半導体用シリコンの破砕方法

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JPS63287565A
JPS63287565A JP12031887A JP12031887A JPS63287565A JP S63287565 A JPS63287565 A JP S63287565A JP 12031887 A JP12031887 A JP 12031887A JP 12031887 A JP12031887 A JP 12031887A JP S63287565 A JPS63287565 A JP S63287565A
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crushing
oven
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silicon
crushed
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川端 尚樹
八釼 吉文
正人 今井
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Komatsu Electronic Metals Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、半導体用多結晶シリコンの破砕方法に関し、
詳しくは、引き上げ法による単結晶製造の材料として用
いられる高純度多結晶シリコンを短時間で最適な大きさ
に汚染なく破砕する方法に関する。
[従来の技術] 半導体産業において、たとえばシリコン塊をルツボにて
溶解させ、種結晶の先端をシリコン液面につけ回転させ
ながら引き上げて単結晶を製造する場合、ここで使われ
るシリコン塊は高純度で製造された多結晶シリコンを用
い、塊の大きさは通常こぶし大に破砕されたもので、こ
れを引き上げ用ルツボに装填の後、溶融、引き上げを行
なっている。
半導体用多結晶シリコンのこのような破砕には多結晶シ
リコンをダイヤモンドブレードのごときもので、所定の
大きさに切断する方法。ハンマーのようなりので打ち砕
く方法、クラッシャー、たとえばショークラッシャーで
破砕する方法、一旦、外熱炉によって高温に熱し、水中
に落下させ急冷による衝撃によって破砕する方法0等が
採用されていたが、これらはシリコン以外のものとの接
触による汚染、或いは高温によるシリコンの酸化汚染が
避けられないため破砕されたシリコン表面の汚染を薬品
、たとえば、硝酸と弗酸の混合液により除去する必要が
あった。
[発明が解決しようとする問題点コ 特開昭60−33210に示された方法は、マイクロ波
により多結晶シリコンな誘電加熱して破砕するもので器
物や装置との接触による汚染をなくすことを可能にした
が、この方法では比較的大きな出力が必要な上、破砕す
る時間が長くシリコ・ンが700℃前後もの高温になり
雰囲気からの汚染や酸化を受けやすいという欠点がなお
残っている。
また、破砕片の温度冷却のために、たとえば水槽を設け
たり、破砕促進のための多結晶シリコンへの水の噴霧装
置を取り付けたりして装置が大型化、複雑化せざるを得
なかった。
[問題点を解決するための手段1 本発明は前記のごときダイヤモンドブレードによる切断
や、ショークラッシャーでの破砕等による器物や装置か
らの汚染の問題、従来のマイクロ波による破砕法の前記
の欠点等を解決すべくなされたものである。
マイクロ波を照射して多結晶シリコンを破砕する方法に
おいて、マイクロ波の電界を導体よりなるオーブン中に
閉じ込め、電界の強い所を多結晶シリコン内部の局部に
集中させ、部分的に急激に誘電加熱することにより破砕
するもので、オープンが、空調共振器として働く欅に、
その形状、寸法を共振条件に合わせることでオーブン内
部に定在波を発生させ、部分的に電界の強い所(以下、
電界の腹という)をつくりこの作用により破砕を行う。
たとえば、マイクロ波の周波数λ−12cm、円筒型空
胴部分の直径D−30C11,円筒型空胴部分の長さ方
向の波数S ” 4 、 T Eelモードの定在波が
たっているとして、 させるための円筒型空胴部分の長さlは、次式を用いて
、 (1−27,48ellを得る。
すなわち、周波数を12cm、円筒型空胴部分の直径3
0C1、波数を4と定めた場合、共振を起こさせる条件
として、円筒型空胴部分の長さを27.481に調節す
る。
定在波の発生そのものは、従来より知られているもので
あるが、シリコン塊がオープン中で、大きく場所を占有
しても、若干、電界の腹の立置が変わる程度でその働き
が、大きく変化しない事が本発明によって見出された。
本発明における好ましい実施態様としては、多晴品シリ
コンを配置する共振器底の部分の形状が、より強い電界
の腹を作るために半球面状とすること、さらに、電界の
腹を最大に調節するために、底の半球面状の部分を可動
にし、多結晶シリコンがマイクロ波のより強い電界の腹
の位置に常時、曝されるべく調整できることを特徴とす
る。ちなみに、底の部分が半球面状ではなく、通常の共
振器の底の部分の様に平たい板の場合、反射波が大きく
なり、電界の腹を半球面状程最大に調節するのは困難で
あった。
[作用] マイクロ波の誘電加熱を利用した破砕においては、加熱
時間の短縮を図るためにはシリコン内部を部分的に、急
激に誘電加熱することが重要である。すなわち、短時間
に局部的温度上昇が起れば、その部分と他の部分の膨張
度の差により、強度限界を越えたところで破砕が起る0
本発明によれば、オーブンの構造を共振器とすることに
よりオーブン内部で定在波が立ち5部分的に電界の腹が
生ずる。この電界の腹の位置は、共振器内の共振波長の
ほぼ、1/2ごとにあられれる。オーブンの形状は方形
でも円筒でも良い。さらに、オーブンの底の部分にあた
る形状が半球面状であること、すなわち、多結晶シリコ
ンの周囲を半球面状の板で囲むことによって一層、その
効果が高まることが、実験によって確かめられた。
シリコンにマイクロ波を照射すると、シリコン中に入っ
たマイクロ波の進行速度は落ち、波長が変化する1周波
数2.45GHzを使用した場合、波長は約3〜4cm
となるため必然的に電界の強い領域は小さくなる。従っ
て加熱される大きさは小さくなり温度勾配が急になり破
砕に適した条件となる。
本発明は、オーブンを空胴共振器とし、オーブンの底も
また半球面状としてシリコン内部を部分的に急激に誘電
加熱する効果を高めることによリマイクロ波の作用を衛
効に利用している。
以下、実施例を挙げながら、本発明をさらに詳述する。
[実施例1コ 直径80mm、長さ60mmの多結晶シリコンの表面か
ら中心に向かって長手方向にIofII所の穴をuHけ
、それぞれの穴に熱電対(PR13%)を差し込み、こ
れを第2図に示した従来の装置にセットした。この装置
のオーブンの形状、寸法は、特に共振条件に合っている
ものではなく、さらに、第2図に示したごとく、半球面
状の板も備えていない装置である。
出力0.5kw、 JR波数2.45GHzのマイクロ
波を発振させた。その時の多結晶シリコン中の温度を測
定した。その結果、どの部分の温度も450’C前後で
局部加熱は起こらなかった。
[実施例2] 直径801m、長さ60mの多結晶シリコンの表面から
中心に向かって長手方向に10箇所の穴を開け、それぞ
れの穴に熱電対(トR13%)を差し込み、直径380
圓、長さ240閣の円筒空胴共振器形オーブンを備えた
第1図に示したマイクロ波破砕装置にセットした。但し
、このオーブンの底の部分は半径150園の半球面状を
有している。出力0.5kw、周波数2.45GHzの
マイクロ波を電磁ホーン5より30秒間、発振させ、多
結晶シリコン6中の温度を測定した。
その結果、測定した10箇所のうち、試料の先端から4
番目の温度が、690℃と最も高く、他の部分の温度は
、120℃前後であった。
また、第1図における、半球面状底板7を取り払い、底
が平たい通常の共振器でも、同様に温度を測定した。そ
の場合は、測定した10箇所のうち。
試料の先端から4番目の温度が、400℃と最も高く、
他の部分の温度は80℃前後と、平均すると底が半球面
状の形をしたものより温度の上昇率は低かった。
[実施例3] 直径80鴫、長さ60IIII11の多結晶シリコンの
表面から中心に向かって長手方向に10箇所の穴を開け
、それぞれの穴に熱電対(PR13%)を差し込み、2
40 X 250 X 240mmの方形空胴共振器形
オーブンを備えたマイクロ波破砕装置にセットした。但
し。
このオーブンの底の部分は半径150Mの半球面状を有
している。出力0.5kw周波数2.45GHzのマイ
クロ波を電磁ホーン5より発振させ、多結晶シリコン6
中の温度を測定した。その結果、測定した1OflI所
のうち、試料の先端から5番目の温度が、650℃と最
も高く、他の部分の温度は95℃前後であった。
また、半球面状底板7を取り払い、底が平たい通常の共
振器でも、同様に温度を測定した。その場合は測定した
10i1所のうち、試料の先端から5番目の温度が、4
20’Cと最も高く、他の部分の温度は70℃前後と、
平均すると底が半球面状の形をしたものより温度の上昇
率は低かった。
しかし、実施例1.2.及び実施例3の結果がらオーブ
ンの形状、寸法を共振器としたことにより、局部的な加
熱が可能であることが明確になった。さらに、底の部分
を半球面状にしたことで、その効果が一層、強められた
ことが、明らかになった。
[実施例4コ 実施例1と同様に第2図に示した従来の破砕装置を用い
て、オーブン中に直径80閣、長さ200鵬の多結晶シ
リコンをセットし、出力10kw、周波数2.45Gl
(zのマイクロ波を発振させた。破砕には60秒を要し
た。破砕シリコン片の表面温度は、破砕直後で625℃
であった。
[実施例5コ 円筒空胴共振器形オーブンを備えた第1図の破砕装置を
用いた。但し、オーブンの底の部分は半径150ma+
の半球面状を有している。直径80mm、長さ200m
の多結晶シリコン6をセットし、出力10kw、周波数
2.45GHzのマイクロ波を電磁ホーン5より発振さ
せた。僅か、3秒で先端4an程が破砕され、続いて、
破砕残を順次、共振波長の1/4の長さ以上送りだして
破砕し、長さ200Mの多結晶シリコンを僅か30秒で
全て破砕した。破砕片11の大きさは、10〜70−で
、単結晶素材として適した大きさであった。また、破砕
片の集中加熱された部分は、その部分が狭いこともあっ
て、破砕直後であっても100℃であった。さらに、そ
の他の表面温度は、破砕直後で55℃であった。
[実施例6コ 方形空胴共振器形オーブンを備えた破砕装置を用いた。
但し、オーブンの底の部分は外径300Mの放物面状を
有している。直径80■、長さ200Mの多結晶シリコ
ンをセットし、出力10kw、周波数2.45GHzの
マイクロ波を電磁ホーンより発振させた。僅か、3秒で
先端40關程が破砕され、続いて。
破砕残を順次、共振波長の1/4の長さ以上送りだして
破砕し、長さ200mの多結晶シリコンを僅か30秒で
全て破砕した。破砕片の大きさは、10〜70−で、単
結晶素材として適した大きさであった。
また、破砕片の集中加熱された部分は、その部分が狭い
二ともあって、破砕直後であっても110℃であった。
さらに、その他の破砕片の表面温度は、破砕直後で60
℃であった。これにより、オーブンは円筒でも方形でも
よいことがわかった。
[実施例7] 第1図の装置を用い、オーブン中に入れた多結晶シリコ
ンの形、大きさによって多少ずれる電界の腹の位置を調
整可能とするため、オーブンの半球面状底板を動かせる
ようにして破砕を試た。
直径80IIII11、長さ200mmの多結晶シリコ
ン6をセットし、出力10kw、周波数2.45GHz
のマイクロ波を電磁ホーン5より発振させた。僅か、3
秒で先端4an程が破砕されたが、破砕残の先端が鋭く
尖った形をしていたため電界の腹の位置が、わずかにず
れて、反射波が、わずかに大きくなった。そこで、半球
面状底板7をずらせたところ反射波が減少し、破砕が起
こった。この様にして繰り返し破砕が行なわれ、長さ2
00m+aの多結晶シリコンは、1分足らずで全て破砕
された。この様に半球面状底板を可動にすることによっ
て、破砕後の割れかたによらず、破砕が行なわれること
が可能となった。 この時の最初の破砕は、音から判断
して、出力が5.3kwの程度の時に起こった。また、
2回目以降の破砕は、6.2kw程度で起こったことが
電力計の読みから確認された。
本発明の一実施例である実施例5,6、及び実施例7に
おける破砕は、従来法によるものと異なり、電界の集中
する部分を中心にして起こることも確認された。
さらに、実施例5.6、及び実施例7により得られる破
砕シリコン片の表面は、雰囲気からの酸化、汚染が殆ど
無い事も確認された。
尚、以上の各実施例では、装置としていずれもバッチ式
のものを用いたが、本発明を実施する場合、効率の面か
らは多結晶シリコンの先端が常にマイクロ波の電界強度
の高い位置に曝されるよう、連続フィード式、間欠フィ
ード式のものを採用することが望ましい6 [発明の効果] 本発明によれば、オーブンとして底が半球面状をした板
を持った空胴共振器を用いるため多結晶シリコン内部の
局部が急激に誘電加熱され、その熱応力により数秒で瞬
時に、破砕されるから、生産性が大巾に向上する。
しかも、破砕片の表面温度は、従来法による700℃前
後といった高温に較べ、大部分が50〜60℃程度と低
く雰囲気からの酸化、汚染が無くなる。
さらに、その装置においても、従来、設けていた破砕片
冷却のための貯水槽や、破砕促進のための多結晶シリコ
ンへの水噴霧装置も不要となるなど、装置構造へ及ぼす
効果も大きい。さらに、従来法に較べ、マイクロ波の出
力を低くできるから、省エネルギーにも貢献する。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の一実施態様に適用される半導体用シ
リコン破砕装置の概略図。 第2図は、従来法に適用される半導体用シリコン破砕装
置の概略図。 1・・・・発振機 2・・・・方向性結合器 3・・・・整合器 4・・・・制御機 5・・・・電磁ホーン 6・・・・多結晶シリコン 7・・・・半球面状底板 8・・・・半球面状底板可動装置 9・・・・空胴共振器形オーブン 9°・・・・オーブン 10・・・・試料送り装置 11・・・・破砕シリコン片 12・・・・貯槽 特許出願人  小松電子金属株式会社 1: 発振機 2: 方向性結合器 3: 整合器4・
 制御機 5・ 電磁ホーン  6: 多結晶シリコン
7: 半球面状底板 8: 半球面状底板可動装置 9: 空胴共振器形オーブン lO:  試料送り装置 11:  破砕シリコン片 12: 貯槽 第1図 1: 発振機 2二 方向性結合器 3 : 整合器4
: 制御機 6 多結晶シリコン9′: オーブン10
:  試料送り装置 11:@砕シリコン片 12:Jjj’槽 第2図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、マイクロ波による多結晶シリコンの誘電加熱破砕方
    法において、使用するマイクロ波用オーブンに空胴共振
    器を用いることを特徴とする半導体用シリコンの破砕方
    法。 2、該マイクロ波用オーブンの底の部分が半球面状を有
    していることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の
    マイクロ波による半導体用シリコンの破砕方法。 3、該半球面状のオーブンの底の部分をオーブン中で可
    動とすることを特徴とする特許請求の範囲第2項記載の
    マイクロ波による半導体用シリコンの破砕方法。
JP12031887A 1987-05-19 1987-05-19 半導体用シリコンの破砕方法 Granted JPS63287565A (ja)

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