KR100991110B1 - 실리콘 처리 효율을 개선하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 초크랄스키 방법(Czochralski-type process)에서 사용하기에 적합한 다결정 실리콘 편(polycrystalline silicon piece)들의 크기 분포(size distributions)를 형성하기 위해 다결정 실리콘 작업편(workpiece)을 처리하기 위한 방법에 관한 것으로서, 상기 방법은 (1) 화학 기상 증착법(chemical vapor deposition process)에 의해 다결정 실리콘 작업편을 준비하는 단계와, (2) 상기 다결정 실리콘 작업편을 다양한 크기를 갖는 다결정 실리콘 편들의 혼합물로 파쇄하는 단계와, (3) 상기 다결정 실리콘 편들의 혼합물을 적어도 두가지의 크기 분포로 분류하는 단계를 포함한다. 상기 단계 (2)는 열충격(thermal shock) 공정에 의해 수행될 수 있다. 상기 단계 (3)은 회전식 만입형 분립기(rotary indent classifier)를 사용하여 수행될 수 있다. 상기 방법을 수행하기 위한 회전식 만입형 분립기는 (i) 실린더의 제 1 단부로부터 실린더의 제 2 단부까지 점진적으로 크기가 증가하는 만입부들이 배열되어 있는 원주둘레 에지를 갖는 회전식 실린더와, (ii) 상기 실린더의 제 1 단부로부터 상기 실린더의 제 2 단부까지 실리콘 편들을 운반하기 위해 상기 실린더에 인접하여 길이방향으로 연장되는 컨베이어를 포함한다.
Figure R1020030057822
초크랄스키 방법, 크기 분포, 다결정 실리콘 작업편, 화학 기상 증착법, 열충격, 회전식 만입형 분립기, 회전식 실린더, 컨베이어

Description

실리콘 처리 효율을 개선하기 위한 방법 및 장치 {Method and apparatus for improving silicon processing efficiency}
도 1은 본 발명에 따른 회전식 만입형 분립기에 사용하기 위한 복수의 만입 디스크(102)를 포함하는 조립체(100)의 사시도.
도 1a는 도 1에 도시된 조립체(100)의 단면도.
도 2는 본 발명에 따른 회전식 만입형 분립기에 사용하기 위한 실린더(200)의 정면도.
도 3은 도 1의 조립체(100)를 포함하는 본 발명에 따른 회전식 만입형 분립기의 정면도.
도 4는 도 2의 실린더(200)를 포함하는 본 발명에 따른 회전식 만입형 분립기의 정면도.
도 5는 도 4에 도시된 회전식 만입형 분립기의 평면도.
도 6은 도 4에 도시된 회전식 만입형 분립기의 좌측면도.
도 7은 도 4에 도시된 회전식 만입형 분립기의 우측면도.
도 8은 다결정 실리콘 작업편을 가열하기 위한 가스 조절식 마이크로파 노를 도시하는 도면.
도 9는 본 발명의 방법에서 사용하기 위한 급냉 탱크의 평면도.
도 10은 도 9에 도시된 급냉 탱크의 단면도.
도 11은 본 발명의 방법에서 사용하기 위한 기계식 분리기의 단면도.
도 12는 도 11에 도시된 기계식 분리기의 공압식 해머 챔버의 평면도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
100 : 조립체 101 : 디스크
102a 내지 102d : 디스크 어레이 103 : 만입부
104 : 디스크들의 원주둘레 에지 105 : 샤프트
106 : 플레이트 107 : 고정 로드
108 : 지지부 109 : 베이스
110 : 슬라이드 플레이트 111 : 구동 기구
112 : 공급 분배기 113 : 수집 컨테이너
114 : 외벽 115 : 격벽
116 : 포트 200 : 실린더
201 : 제 1 세트의 만입부 201 : 제 2 세트의 만입부
203 : 제 3 세트의 만입부 204 : 제 4 세트의 만입부
205 : 제 5 세트의 만입부 206 : 제 6 세트의 만입부
207 : 제 7 세트의 만입부 210 : 실린더(200)의 제 1 단부
220 : 실린더(200)의 제 2 단부 230 : 실린더의 원주둘레 에지
400 : 회전식 만입형 분립기 401 : 지지부
402 : 베이스 403 : 샤프트
404 : 컨베이어 405 : 샤프트(403)의 제 1 단부
407 : 구동 기구 408 : 수집 컨테이너
409 : 외벽 410 : 격벽
800 : 마이크로파 노 801 : 가스 조절식 챔버
802 : 제어 캐비넷 803 : 마이크로파 공급기
804 : 도파관 조립체 805 : 뷰포트
806 : 측부 807 : 도어
808 : 열전쌍 900 : 급냉 탱크
901 : 작업편 902 : 지지부
903 : 노즐 904 : 입구
905 : 출구 1001 : 파이프
1003 : 노즐 세트 1100 : 기계식 분리기
1101 : 공압식 해머 챔버 1102 : 덮개
1103 : 균열된 다결정 실리콘 작업편 1104 : 지지부
1105, 1106 : 공압식 해머 어레이
본 발명은 실리콘 처리 방법 및 장치에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 다결정 실리콘(polycrystalline silicon)을 초크랄스키 방법(Czochralski-type process)에 유용한 원료로 처리하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
다결정 실리콘은 종 형상 콜드월 반응기(cold wall bell jar reactor)에서 화학 기상 증착(CVD) 공정을 사용하여 준비될 수 있다. 통상적으로, 이러한 공정은 가열된 기판상으로의 고순도 실란(silane) 또는 클로로실란(chlorosilane)의 CVD에 의해 형성된다. 그 결과물이 로드(rod) 또는 리본(ribbon)과 같은 다결정 실리콘 작업편이다. 다결정 실리콘은 단결정 실리콘(monocrystalline silicon)을 형성하는데 사용될 수 있다. 전자 장비에 사용되는 대부분의 반도체 칩은 초크랄스키(CZ) 방법에 의해 준비된 단결정 실리콘으로부터 제조된다. 상기 CZ 방법에 있어서, 다결정 실리콘 원료를 석영 도가니 내에서 용융시키고, 상기 도가니 및 용융된 원료를 평형 온도에서 안정화시키고, 상기 용융된 원료에 종자 결정(seed crystal)을 담그고, 상기 용융된 원료가 상기 종자 결정상에서 결정화하여 단일의 결정 잉곳을 형성할 때 상기 종자 결정을 회수하고, 잉곳이 성장할 때 그 잉곳을 인출함으로써, 단결정 실리콘 잉곳(ingot)이 준비된다. 낮은 절대 압력의 불활성 가스 분위기에서 1412℃ 내지 1420℃의 온도에서 용융이 발생한다. 상기 도가니는 상기 결정이 성장할 때 대략 수직한 축선을 중심으로 지속적으로 회전된다. 상기 용융된 원료로부터 상기 잉곳이 인출되는 순간의 속도는 소정의 직경을 갖는 잉곳을 형성하도록 선택된다.
그러나, 일반적으로 다결정 실리콘 작업편은 상기 CZ 방법에서 단결정 실리콘을 형성하는데 사용되기 전에 처리된다. 상기 다결정 실리콘 작업편은 일반적으로 상기 도가니에 적재하기에 적합한 크기의 편들로 파쇄된다. 상이한 크기 분포를 갖는 실리콘 편들의 혼합물은 상기 도가니에 적재된 충진물을 최대화하는데 사용될 수 있다.
다결정 실리콘 작업편을 처리하는 한가지 방법으로서는 수동 처리 방법이 있다. 청정실 환경에서의 조작자는 상기 다결정 실리콘 작업편을 낮은 오염도의 작업표면에 위치시키고 낮은 오염도의 충격 공구로 상기 다결정 실리콘 작업편을 타격하여 다결정 실리콘 편들을 형성한다.
그후, 상기 조작자는 상기 다결정 실리콘 편들을 적어도 두가지의 크기 분포로 수동으로 분류하고, 분류된 다결정 실리콘 편들을 고순도 자루에 포장한다. 이러한 공정은 노동 집약적이며 비용면에서 결점을 갖는다. 또한, 이러한 공정은 각각의 조작자가 편들을 다소 상이하게 파쇄 및 분류할 수 있기 때문에, 결과물의 크기 분포가 조작자마다 상이할 수 있다는 결점을 갖는다. 그러므로, 다결정 실리콘 편들을 준비 및 분류하기 위한 개선된 방법에 대한 필요성이 지속적으로 존재한다.
본 발명은 실리콘 처리 방법 및 장치에 관한 것이다. 하기에는 본 발명이 다결정 실리콘에 대해서 상세하게 기술되지만, 당업자라면 본원에 기술된 방법 및 장치가 다결정 실리콘 또는 단결정 실리콘, 또는 그들의 조합에 사용될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
모든 수량, 비율 및 백분율은 달리 지시되지 않는 한 중량에 의해 규정된다. 하기의 목록은 본원에서 사용된 용어 정의 목록이다.
용어의 정의 및 용도
수량의 지시가 없는 부재는 하나 이상의 부재임을 의미한다.
"조합"은 임의의 방법에 의해 결합되는 두가지 이상의 구성요소를 의미한다.
약자 "℃"는 섭씨 온도(degrees Celcius)를 의미한다.
약자 "℉"는 화씨 온도(degrees Fahrenheit)를 의미한다.
약자 "K"는 켈빈(Kelvin)을 의미한다.
약자 "㎏"은 킬로그램(kilograms)을 의미한다.
약자 "㎜"는 밀리미터(millimeters)를 의미한다.
약자 "㎧"은 초당 미터 거리 즉, 속도를 의미한다.
"입자 크기(Particle size)"는 입자상의 두 지점 사이의 최장 직선 거리를 의미한다. 예를 들어, 구형 입자에 대해서는, 입자 크기는 직경이다.
약자 "r.p.m."은 분당 회전수를 의미한다.
본 발명의 방법
본 발명은 다결정 실리콘 처리 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 CZ 방법에서 사용하기에 적합한 상이한 크기 분포의 다결정 실리콘 편들을 준비하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 화학 기상 증착 공정에 의해 다결정 실리콘 작업편을 준비하는 단계, 상기 다결정 실리콘 작업편을 다양한 크기의 다결정 실리콘 편들의 혼합물로 파쇄하는 단계, 및 상기 다양한 크기를 갖는 다결정 실리콘 편들을 적어도 두가지의 크기 분포로 분류하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 다결정 실리콘 작업편은 열충격 공정에 의해 파쇄될 수 있다. 선택적으로, 상기 방법은 유동층 반응기 공정(fluidized bed reactor process)을 사용하여 다양한 크기의 다결정 실리콘 편들의 혼합물을 준비하는 단계 및 상기 다양한 크기의 다결정 실리콘 편들의 혼합물을 적어도 두가지의 크기 분포로 분류하는 단계를 포함할 수 있다. 본 발명의 방법에 있어서, 상기 화학 기상 증착 공정 또는 상기 유동층 반응기 공정에 의해 준비된 다양한 크기의 다결정 실리콘 편들의 혼합물은 본 발명의 회전식 만입형 분립기와 같은 회전식 만입형 분립기를 사용하여 분류될 수 있다.
다결정 실리콘 작업편의 준비
본원에 기술된 방법에서 사용될 수 있는 다결정 실리콘 작업편은 본 기술분야에 공지된 방법들에 의해 준비될 수 있는 로드 및 리본을 포함한다. 예를 들어, 다결정 실리콘 로드는 가열된 기판상으로 고순도의 클로로실란 또는 실란 가스를 화학 기상 증착하는 화학 기상 증착 공정에 의해 준비될 수 있다. 미국 뉴저지주 파크리지 소재의 Noyes 간행물의 William C. O'Mara, Robert B. Herring, 및 Lee P. Hunt에 의해 1990년에 편집된 Handbook of Semiconductor silicon Technology의 제2장 39면 내지 58면 참조.
선택적으로, 다결정 실리콘 리본은 WO 01/61070 A1에서 Chandra 등에 의해 기술된 바와 같은 화학 기상 증착 공정에 의해 준비될 수 있다.
선택적으로 다결정 실리콘 작업편은 미국특허 제4,092,446호 및 4,213,937호에 기술된 바와 같은 유동층 반응기 공정에 의해 준비될 수 있다. 상기 유동층 반응기 공정에 의해 준비된 다결정 실리콘 작업편은 후술하는 방법 및 장치에 의해 크기 분포에 적합한 분류 크기로 이루어질 수 있다(예를 들어, 상기 유동층 반응기 공정은 분류에 앞서 파쇄를 필요로 하지 않는 다양한 크기의 다결정 실리콘 편들의 혼합물을 직접적으로 생산할 수 있다).
적합하지 않은 크기로 분류되는 다결정 실리콘 작업편은 다양한 후술하는 방법 및 장치에 의해 분류하기에 적합한 크기의 다결정 실리콘 편들의 혼합물을 준비하기 위해 파쇄될 수 있다.
다결정 실리콘 작업편의 파쇄
상기 다결정 실리콘 작업편은 예를 들어, EP 0 539 097 A1에 개시된 바와 같은 낮은 오염도의 충격 공구를 사용하여 타격함으로써 파쇄될 수 있다. 선택적으로, 상기 다결정 실리콘 작업편은 GB 1 368 224 및 EP 0 329 163 B1에 개시된 바와 같은 열충격 공정에 의해 파쇄될 수 있다.
선택적으로, 상기 다결정 실리콘 작업편의 가열 및 냉각을 조절하여 상기 다결정 실리콘 작업편을 통한 응력 균열(stress cracks)을 발생시키는 열충격 공정에 의해 상기 다결정 실리콘 작업편이 파쇄될 수 있다. 상기 균열을 연장시키고 상기 다결정 실리콘 작업편을 다양한 크기의 다결정 실리콘 편들의 혼합물로 만들기 위해 분리기(separator)가 사용될 수 있다.
상기 열충격 공정에 있어서, 상기 다결정 실리콘 작업편은 소정의 온도까지 가열되고, 그와 같이 가열된 다결정 실리콘 작업편은 유체 분무에 의해 냉각된다. 상기 다결정 실리콘 작업편은 600 내지 1400℉, 또는 1200 내지 1400℉, 또는 600 내지 750℉, 또는 630 내지 750℉, 또는 650 내지 700℉의 온도까지 가열될 수 있다. 상기 다결정 실리콘 작업편은 예를 들어, 레이저, 적외선, 또는 마이크로파 에 너지에 의해 가열될 수 있다. 상기 다결정 실리콘 작업편을 가열하는 방법 및 장치는 예를 들어, JP 63-287565와, 미국특허 제4,565,913호 및 제5,464,159호에 개시된 방법 및 장치를 포함한다.
본 기술분야에 공지된 가열 장치는 시판중인 장치이다. 예를 들어, 다결정 실리콘을 가열하기에 적합한 가스 조절식 마이크로파 노(controlled atmosphere microwave furnace)는 도 8에 도시되고, 미국 테네시주 오크 리지 소재의 Microwave Materials Technologies, Inc.에서 시판(Model 101) 중이다. 상기 가스 조절식 마이크로파 노(800)는 가스 조절식 챔버(801) 내부의 온도를 제어하기 위한 제어 캐비넷(802)에 전기접속되는 가스 조절식 챔버(801)를 포함한다. 마이크로파 공급기(803)는 도파관 조립체(804)를 통해 상기 챔버(801)에 마이크로파 에너지를 공급한다. 상기 챔버(801)는 측부(806) 및 도어(807)에 뷰포트(805; viewport)를 구비한다. 상기 챔버(801) 내부의 온도를 측정하기 위해 열전쌍(808)이 사용될 수 있다.
상기 가열된 다결정 실리콘 작업편은 다양한 고순도 유체 예를 들어, 기체 또는 액체를 사용하여 냉각될 수 있다. 적절한 기체는 질소와 같은 불활성 가스, 공기 또는 그들의 조합을 포함한다. 적절한 액체는 물 또는 액화된 불활성 가스를 포함한다. 물이 사용되는 경우에, 사용자에게 바람직하지 않은 불순물을 포함하는 실리콘의 오염을 최소화하기 위해 탈이온수(deionized water), 증류수(distilled water) 또는 다른 정화수(purified water)가 사용될 수 있다. 선택적으로, HF 또는 수산화 암모늄 수용액(solutions of HF or ammonium hydroxide in water)이 사용될 수 있다.
상기 유체는 노즐로부터, 선택적으로 복수의 노즐로부터 상기 가열된 다결정 실리콘 작업편에 분무될 수 있다. 상술한 바에 따라 형성된 실리콘 편들의 크기 및 형상은 노즐들의 형태, 상기 노즐들의 위치 및 방위, 및 유체 유량에 따라 결정된다. 상기 노즐들의 간격은 형성된 실리콘 편들의 혼합물의 크기 분포에 영향을 미친다. 상기 노즐들은 바람직한 크기의 편들을 생성하기 위해 1 내지 6in(2.54 내지 15.24㎝), 또는 2 내지 4in(5.08 내지 10.16㎝) 정도 이격될 수 있다. 노즐 방위는 상기 실리콘 편들의 형상에 영향을 주는 경향이 있다. 상기 작업편의 축선에 수직하게 배향된 편평한 팬(fan) 및 튜브 노즐은 불균일한 형상의 편들을 생성하는 경향이 있다. 축방향 방위는 균일한 웨지(wedge) 또는 파이(pie) 형상 편들을 생성하는 경향이 있다. 노즐의 형태 및 분무 패턴은 상기 편들의 형상에 영향을 주는 경향이 있다. 원추형 분무 패턴은 다수의 반원형 편들을 생성하는 경향이 있다. 편평한 팬형 분무는 웨지형 편들을 생성하는 경향이 있다. 당업자라면, 상기 편들의 형상 및 크기 분포가 상기 다결정 실리콘 작업편을 제조하는데 사용된 상기 방법에 의해 영향을 받아 내부 응력이 발생한다는 것을 이해할 것이다. 당업자라면 과도한 실험 없이도 노즐 형태 및 방위를 선택할 수 있을 것이다.
상기 유체는 상기 다결정 실리콘 작업편을 파쇄하기에 충분한 응력을 생성하기 위해 분무된다. 사용해야 할 유체의 속도는 상기 다결정 실리콘 작업편을 제조하는 방법과 그에 따라 발생된 내부 응력, 사용해야 할 유체의 형태, 사용해야 할 유체의 온도, 및 상기 작업편의 온도에 의존한다. 예를 들어, 대기 온도에서의 공 기가 상기 유체로서 사용되면, 속도는 Hemlock Semiconductor Corporation에 의해 제조되어 973K로 가열된 다결정 실리콘 작업편에 대해서는 60㎧ 이상일 수 있다. 대기 온도에서의 공기가 상기 유체로서 사용되면, 속도는 Hemlock Semiconductor Corporation에 의해 제조되어 873K로 가열된 다결정 실리콘 작업편에 대해서는 130㎧ 이상이다. 대기 온도에서의 물이 상기 유체로서 사용되면, 속도는 973K의 다결정 실리콘 작업편에 대해서 1㎧ 이상이다. 대기 온도에서의 물이 상기 유체로서 사용되면, 속도는 Hemlock Semiconductor Corporation에 의해 제조되어 873K로 가열된 다결정 실리콘 작업편에 대해서는 2.5㎧ 이상이다.
상기 가열된 다결정 실리콘 작업편은 급냉 탱크(quench tank) 내에서 냉각될 수 있다. 도 9는 상기 가열된 다결정 실리콘 작업편(901)을 냉각시키는데 사용될 수 있는 급냉 탱크(900)의 일예를 도시하는 평면도이다. 상기 가열된 다결정 실리콘 작업편(901)은 급냉 탱크(900) 내의 지지부(902)상에 위치된다. 상기 지지부(902)는 상기 가열된 다결정 실리콘 작업편(901)을 전혀 오염시키지 않는(또는 오염도가 낮은) 임의의 재료로 이루어질 수 있다. 상기 가열된 다결정 실리콘 작업편(901)에는 노즐(903)로부터 액체가 분무된다. 상기 액체는 입구(904)로부터 출구(905)로 공급된다. 도 10은 상기 급냉 탱크(900)의 단면도이다. 도 10은 상기 가열된 다결정 실리콘 작업편(901)에 대한 노즐 세트(1003)의 방위를 도시한다. 상기 액체는 하나의 노즐 세트(1003)를 통해, 또는 하나 이상의 노즐 세트(1003)를 통해 동시에 공급될 수 있다. 상기 노즐 세트(1003)는 파이프(1001)를 따라 배열될 수 있다. 상기 파이프(1001)는 상기 가열된 다결정 실리콘 작업편(901)에 평행하게 연장된다. 상기 파이프(1001)는 수직선에 대해 60°, 90°, 180°, 및 270°로 배열된다. 그러나, 당업자라면 파이프 및 노즐이 다른 배치구조로 사용될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
냉각 이후에, 상기 작업편은 균열되지만, 온전하게 유지될 수도 있다. 그러므로, 상기 균열된 다결정 실리콘 작업편은 상기 균열을 연장시키고 상기 균열된 다결정 실리콘 작업편을 다양한 크기의 실리콘 편들의 혼합물로 만들기 위해 분리기를 필요로 할 수 있다. 상기 실리콘 편들의 혼합물의 현저한 오염을 야기하지 않는 임의의 분리기가 사용될 수 있다. 상기 분리기는 기계식, 진동식 또는 음향식 분리기일 수 있다. 적절한 기계식 분리기로서는 해머 예를 들어, 공압식, 전기식, 자기식, 또는 유압식 해머가 있다.
도 11은 본 발명에서 사용하기에 적합한 기계식 분리기(1100)의 단면도를 도시한다. 상기 기계식 분리기(1100)는 덮개(1102)를 갖는 공압식 해머 챔버(1101)를 포함한다. 균열된 다결정 실리콘 작업편(1103)은 상기 챔버(1101) 내부에서 실리콘을 전혀 오염시키지 않는(또는 오염도가 낮은) 재료로 제조된 지지부(1104)상에 위치될 수 있다. 공압식 해머 어레이(1105, 1106)는 상기 작업편(1103)의 길이방향 축선에 평행하게 배열되며 수평면 위에 25°각도로 위치된다. 상기 하나의 어레이(1105)의 해머는 도 11에 도시된 공압식 해머 챔버(1101)의 평면도인 도 12에 도시된 바와 같이 다른 어레이(1106)의 해머로부터 오프셋될 수 있다. 그러나, 당업자라면, 상기 해머의 어레이들이 일렬로 정렬되거나 오프셋될 수 있다는 점과 어레이들의 배치구조 및 위치가 상이할 수 있다는 점을 이해할 것이다.
상기 다결정 실리콘 작업편을 파쇄하기 위한 대안적인 방법으로서는 미국특허 제4,871,117호, 제5,464,159호 및 제6,024,306호와 일본특개평 07-061808A에 개시되어 있는 방법들이 있다.
다결정 실리콘 편들의 분류
다양한 크기의 다결정 실리콘 편들의 혼합물은 다양한 방법에 의해 적어도 두가지의 크기 분포로 분류될 수 있다. 상기 혼합물은 수동으로 또는 기계에 의해 분류될 수 있다. 예를 들어, 다결정 실리콘 편들의 혼합물은 미국특허 제5,165,548호에 개시된 회전식 실리콘 스크린과 같이 본 기술분야에 공지된 장치 및 방법을 사용하여 분류될 수 있다. 선택적으로, 상기 혼합물은 상기 혼합물을 적어도 두가지의 크기 분포로 분류하는 회전식 만입형 분립기에 공급될 수 있다. 상기 혼합물은 버킷 컨베이어, 벨트 컨베이어, 또는 진동식 컨베이어와 같은 컨베이어, 호퍼, 또는 슈트 등의 임의의 종래의 수단에 의해 상기 분립기에 공급될 수 있다.
상기 회전식 만입형 분립기는 원주둘레 에지를 따라 만입부들을 갖는 디스크 또는 원주둘레 에지를 따라 만입부들을 갖는 실린더를 포함할 수 있다. 상기 실린더의 원주둘레 에지를 따르는 만입부들은 상기 실린더의 제 1 단부에서 상기 실린더의 제 2 단부로 갈수록 그 크기가 증가한다. 상기 실린더는 중실 또는 중공 실린더일 수 있다. 선택적으로, 상기 분립기는 상기 원주둘레 에지를 따라 만입부들을 갖는 하나 이상의 디스크를 포함하는 두개 이상의 어레이로 이루어진 조립체를 포함할 수 있다.
상기 만입부들은 소정의 크기 또는 그보다 작은 실리콘 편들은 수용하지만 상기 소정의 크기보다 큰 크기의 실리콘 편들은 수용하지 않는 크기로 이루어진다. 상기 분립기는 원주둘레 에지를 따라 동일한 크기의 만입부들을 갖는 단일의 디스크 또는 실린더를 포함할 수 있고, 상기 크기는 소정의 크기 또는 그보다 작은 크기의 실리콘 편들을 수용하지만 상기 소정의 크기보다 큰 크기의 실리콘 편들을 수용하지 않는 크기이다. 이는 두가지의 크기 분포를 형성한다.
선택적으로, 복수의 디스크를 포함하는 조립체가 사용될 수 있고, 이러한 경우에 상기 디스크들은 다른 디스크들과는 상이한 크기의 만입부를 갖는다. 상기 디스크들은 상기 실리콘 편들의 혼합물이 최소 크기의 만입부들을 갖는 디스크를 먼저 통과한 후, 보다 큰 크기의 만입부를 갖는 후속 디스크를 통과하도록 배열된다.
복수의 디스크(101)를 포함하는 조립체(100)의 일예는 도 1 및 도 1a에 도시된다. 도 1 및 도 1a에서, 상기 조립체(100)는 원주둘레 에지(104)를 따라 만입부(103)들을 갖는 디스크(101)들의 4개의 어레이(102a, 102b, 102c 및 102d)를 구비한다. 복수의 만입 디스크(101)는 샤프트(105)를 따라 배열되어, 각각의 단부가 플레이트(106)에 의해 폐쇄되는 상태의 어레이(102a 내지 102d)를 형성한다. 만입 디스크(101) 및 플레이트(106)는 상기 조립체(100)의 길이방향 길이를 연장시키는 고정 로드(107)에 의해 샤프트(105)상에서 서로에 대해 제위치에 유지된다.
각각의 디스크(101)의 원주둘레 에지 내의 만입부(103)의 개수는 상기 실리콘 편들의 혼합물의 효율적인 분리가 용이하도록 최대화될 수 있다. 각각의 어레이(102a 내지 102d)를 형성하는 디스크(101)는 소정의 크기 또는 그보다 작은 크기의 실리콘 편들은 수용하지만 상기 소정의 크기보다 큰 크기의 실리콘 편들은 수용하지 않는 크기로 이루어진다. 각각의 만입부(103)의 깊이는 그 폭의 40 내지 70%, 또는 55 내지 65%로 이루어질 수 있다. 각각의 디스크(101)의 두께는 만입부의 길이가 그 폭의 100 내지 120%, 또는 100 내지 110%로 되도록 선택될 수 있다. 각각의 만입부(103)는 실린더를 반으로 자른 것과 같은 형상(예를 들어, 그 길이방향 축선을 따라 절단된 실린더)으로 이루어진다.
선택적으로, 상기 실린더의 제 1 단부로부터 상기 실린더의 제 2 단부에 이르기까지 크기가 점진적으로 증가하는 만입부들이 상기 실린더의 길이방향 길이를 따라 위치되는, 상기 원주둘레 에지를 따라 형성되는 만입부들을 갖는 실린더가 사용될 수 있다. 상기 만입부들은 상기 실리콘 편들의 혼합물이 실린더의 길이를 따라 통과할 때 그 혼합물을 크기별로 분리시킨다.
상기 실린더의 일예는 도 2에 도시된다. 도 2에서, 실린더(200)는 제 1 단부(210), 제 2 단부(220) 및 상기 양 단부 사이의 원주둘레 에지(230)를 구비한다. 제 1 단부(210)에서, 상기 실린더(200)는 그 원주둘레 에지를 따라 배열된 제 1 세트의 만입부(201)를 구비한다. 각각의 만입부(201)는 상기 실린더(200)의 표면에서 0.5in(1.27㎝)의 직경을 가지며, 각각의 만입부(201)는 반타원형으로 내측으로 연장된다. 15열(rows)의 만입부(201)가 존재한다. 상기 만입부(201)의 열들은 서로 오프셋된다. 이어서, 상기 실린더(200)는 상기 제 1 세트의 만입부(201)에 인접하는 제 2 세트의 만입부(202)를 구비한다. 각각의 만입부(202)는 상기 실린더(200)의 표면에서 1in(2.54㎝)의 직경을 가지며, 각각의 만입부(202)는 반타원형으로 내측으로 연장된다. 5열의 만입부(202)가 존재한다. 상기 만입부(202)의 열들은 서로 오프셋된다. 상기 실린더(200)는 제 2 세트의 만입부(202)에 인접하는 제 3 세트의 만입부(203)를 구비한다. 각각의 만입부(203)는 상기 실린더의 표면에서 1.5in(3.81㎝)의 직경을 가지며, 각각의 만입부(203)는 반타원형으로 내측으로 연장된다. 5열의 만입부(203)가 존재한다. 상기 만입부(203)의 열들은 서로 오프셋된다. 상기 실린더(200)는 제 3 세트의 만입부(203)에 인접하는 제 4 세트의 만입부(204)를 구비한다. 각각의 만입부(204)는 상기 실린더의 표면에서 2in(5.08㎝)의 직경을 가지며, 각각의 만입부(204)는 반타원형으로 내측으로 연장된다. 5열의 만입부(204)가 존재한다. 상기 만입부(204)의 열들은 서로 오프셋된다. 상기 실린더(200)는 제 4 세트의 만입부(204)에 인접하는 제 5 세트의 만입부(205)를 구비한다. 각각의 만입부(205)는 상기 실린더의 표면에서 2.5in(6.35㎝)의 직경을 가지며, 각각의 만입부(205)는 반타원형으로 내측으로 연장된다. 5열의 만입부(205)가 존재한다. 상기 만입부(205)의 열들은 서로 오프셋된다. 상기 실린더(200)는 제 5 세트의 만입부(205)에 인접하는 제 6 세트의 만입부(206)를 구비한다. 각각의 만입부(206)는 상기 실린더의 표면에서 3in(7.62㎝)의 직경을 가지며, 각각의 만입부(206)는 반타원형으로 내측으로 연장된다. 5열의 만입부(206)가 존재한다. 상기 만입부(206)의 열들은 서로 오프셋된다. 상기 실린더(200)는 제 6 세트의 만입부(206)에 인접하는 제 7 세트의 만입부(207)를 구비한다. 각각의 만입부(207)는 상기 실린더의 표면에서 3.5in(8.89㎝)의 직경을 가지며, 각각의 만입부(207)는 반타원형으로 내측으로 연장된다. 5열의 만입부(207)가 존재한다. 상기 만입부(207)의 열들은 서로 오프셋된다. 각 세트의 만입부들은 다음 세트의 만입부들로부터 0.5in(1.27㎝) 이격된다.
상기 각각의 디스크 또는 실린더의 원주둘레에서의 만입부의 개수는 비제한적이며, 실리콘 편들의 혼합물의 효율적인 분리를 위해 최대화될 수 있다. 만입부 열들의 오프셋은 만입부의 개수를 최대화하기 위해 행해질 수 있다. 상기 만입부의 형상은 예를 들어, 입방형, 원통형, 반원통형, 타원형, 반타원형, 또는 웨지형으로 이루어질 수 있다. 각각의 만입부의 깊이는 원주둘레 에지에서 측정된 만입부 폭의 40 내지 70%, 또는 55 내지 65%로 이루어질 수 있다. 당업자라면, 과도한 실험 없이도 만입부의 개수, 만입부의 크기, 만입부들의 간격, 및 만입부의 세트 또는 어레이의 개수를 변경할 수 있을 것이다.
도 3은 도 1에 도시된 조립체(100)를 포함하는 회전식 만입형 분립기를 도시한다. 샤프트(105)의 단부들은 베이스(109)상에 위치되는 지지부(108)에 회전가능하게 고정된다. 샤프트(105)를 지지부(108)에 회전가능하게 고정하는 수단은 표준 베어링일 수 있다. 상기 조립체(100)는 지지부(108) 내에서 수평면에 대해 5 내지 20°로, 또는 10 내지 12°로 경사지도록 위치될 수 있다. 상기 조립체(100)의 구배는 실리콘 편들의 혼합물의 중력에 의해 슬라이드 플레이트(110)를 따라 용이하게 이동하도록 위치된다. 지지부(108)는 높이를 조절하여 상기 구배를 용이하게 변경할 수 있다. 샤프트(105)의 상단부에는 상기 조립체(100)에 회전 에너지를 가하는 구동 기구(111)가 부착된다. 상기 회전 에너지는 전기 모터, 또는 공압식 또는 유압식 구동 기구와 같은 임의의 편리한 수단에 의해 공급될 수 있다. 구동 기구(111)는 벨트, 체인, 감속 기어 박스, 또는 그들의 조합과 같은 임의의 편리한 수단에 의해 또는 직접적으로 샤프트(105)에 연결될 수 있다. 상기 조립체(100)는 초당 15 내지 32㎝의 접선 속도를 제공하기에 충분한 속력으로 회전될 수 있다.
공급 분배기(112)는 상기 조립체(100)의 상단부에 위치된다. 상기 실리콘 편들의 혼합물은 분리 공정을 개시하도록 공급 분배기(112)에 의해 어레이(102a)에 공급될 수 있다. 상기 공급 분배기(112)의 형상은 비제한적이며 도 3에 도시된 바와 같은 슈트로 이루어지거나, 또는 호퍼, 컨베이어, 슬라이드 플레이트, 또는 그들의 조합을 비제한적으로 포함하는 회전형 조립체에 재료편들을 공급하기 위한 임의의 다른 편리한 디자인으로 이루어질 수 있다.
도 3에서, 상기 조립체(100)는 외벽(114)과 격벽(115)을 포함하는 수집 컨테이너(113) 내부에 위치된다. 격벽(115)은 각각의 어레이(102a 내지 102d)에 의해 수용되는 실리콘 편들을 분리시키기 위해 상기 수집 컨테이너(113)를 다수의 챔버로 구획한다. 또한, 상기 수집 컨테이너 내에서 일반적으로 샤프트(105)에 평행한 축선상에는 슬라이드 플레이트(110)가 위치된다. 슬라이드 플레이트(110)는 상기 조립체(100)의 각각의 측부에 위치될 수 있다. 슬라이드 플레이트(110)는 상기 조립체(100)의 길이를 따른 상기 실리콘 편들의 혼합물의 중력 이동을 가능하게 한다. 슬라이드 플레이트(110)는 안정적으로 고정되거나, 상기 실리콘 편들의 하향 이동이 용이하도록 그 길이방향 진동 또는 이동을 허용하는 방식으로 유지될 수 있다. 당업자라면, 상기 조립체(100)가 도시된 바와 같은 일체형 컨테이너 장치에 위치될 필요는 없지만, 각각의 어레이(102a 내지 102d) 아래에 위치된 개별적인 수집 컨테이너를 가질 수 있다는 것을 이해할 것이다. 하부의 컨테이너 외벽(114) 및 베 이스(109) 내부에는 상기 분류된 실리콘 편들을 상기 챔버들로부터 제거하기 위해 폐쇄가능한 포트(116)가 위치된다.
도 4, 도 5, 도 6 및 도 7은 도 2에 도시된 실린더(200)를 포함하는 회전식 만입형 분립기(400)를 도시한다. 도 4는 상기 회전식 만입형 분립기(400)의 정면도이다. 도 5는 상기 회전식 만입형 분립기(400)의 평면도이다. 도 6은 상기 회전식 만입형 분립기(400)의 좌측면도이다. 도 7은 상기 회전식 만입형 분립기(400)의 우측면도이다. 상기 실린더(200)는 그 길이방향 길이의 중심을 통해 연장되는 샤프트(403)를 구비한다. 상기 실린더(200)는 상기 샤프트(403)에 의해 지지부(401)에 회전가능하게 장착된다. 상기 지지부(401)는 베이스(402)상에 위치된다. 샤프트(403)를 지지부(401)에 회전가능하게 부착하는 수단은 표준 베어링일 수 있다. 상기 실린더(200)는 지지부(401) 내에서 수평면에 대해 0 내지 20°로, 또는 5 내지 12°로 경사지도록 위치될 수 있다. 상기 실런더(200)의 구배는 실리콘 편들의 혼합물이 컨베이어(404)를 따라 용이하게 이동하도록 위치된다. 지지부(401)는 높이를 조절하여 상기 구배를 용이하게 변경할 수 있다. 샤프트(403)의 제 1 단부(405)에는 상기 실린더(200)에 회전 에너지를 가하는 구동 기구(407)가 부착된다. 상기 회전 에너지는 전기 모터, 또는 공압식 또는 유압식 구동 기구와 같은 임의의 편리한 수단에 의해 공급될 수 있다. 구동 기구(407)는 벨트, 체인, 감속 기어 박스, 또는 그들의 조합과 같은 임의의 편리한 수단에 의해 또는 직접적으로 샤프트(403)에 연결될 수 있다. 선택적으로, 당업자라면 상기 구동 기구가 상술된 바와 같은 임의의 편리한 수단에 의해 상기 실린더에 직접적으로 연결될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 상기 실린더(200)는 초당 15 내지 32㎝의 접선 속도를 제공하기에 충분한 속력으로 회전될 수 있다.
컨베이어(404)는 상기 실린더(200)의 제 1 단부(210)에서 시작하여 상기 실린더(200)의 제 2 단부(220)를 향해 연장된다. 상기 실리콘 편들의 혼합물은 상기 분리 공정을 개시하도록 컨베이어(404)에 의해 상기 실린더(200)의 제 1 단부(210)에 공급될 수 있다. 상기 컨베이어(404)는 상기 실린더(200)에 인접하여 길이방향으로 연장되고, 상기 제 1 단부(210)로부터 상기 제 2 단부(220)까지 상기 실린더(200)의 길이를 따라 상기 실리콘 편들의 혼합물을 운반한다. 상기 컨베이어(404)의 형태는 비제한적이며 도 4에 도시된 바와 같은 진동식 컨베이어로 이루어지거나, 또는 회전형 조립체에 재료편을 공급하기 위한 버킷 컨베이어 또는 벨트 컨베이어를 비제한적으로 포함하는 임의의 다른 편리한 디자인으로 이루어질 수 있다. 당업자라면, 상기 실린더(200)의 길이를 따라 상기 실리콘 편들의 혼합물을 운반하기 위해 호퍼, 슈트, 슬라이드 플레이트, 또는 그들의 조합과 같은 다른 디자인이 사용될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 상기 실린더(200)는 외벽(409) 및 격벽(410)을 포함하는 수집 컨테이너(408) 뒤에 위치된다. 격벽(410)은 각 세트의 만입부(201 내지 207)에 의해 수용되는 실리콘 편들을 분리시키기 위해 상기 수집 컨테이너(408)를 다수의 챔버로 구획한다. 당업자라면, 선택적으로 실런더(200)가 각 세트의 만입부(201 내지 207) 아래에 위치되는 개별적인 수집 컨테이너를 구비할 수 있다는 것을 이해할 것이다.
본 발명의 방법 및 장치는 다양한 크기의 실리콘 편들의 혼합물을 두가지 이상의 크기 분포로 분류하는데 유용하다. 상기 방법은 예를 들어, 고순도의 단결정 실리콘을 제조하기 위해 초크랄스키 방법에서 사용하기 위한 반도체 등급의 실리콘 편들을 분류하는데 적합하다. 본 발명의 방법 및 장치에 의해 분류될 수 있는 실리콘 편들의 형상은 덩어리(chunk), 칩(chip), 플레이크(flake), 비드(bead), 과립상(granular), 및 분말(powder)을 포함하지만 그것들에 제한되는 것은 아니다.
상기 방법을 사용하여 분리되는 다양한 크기의 실리콘 편들의 혼합물의 입자 크기 및 중량 분포는, 상기 실리콘 편들의 혼합물을 형성하도록 유동층 반응기 공정이 사용되는지의 여부, 또는 다결정 실리콘 작업편을 준비하고, 상기 다결정 실리콘 작업편을 파쇄하고, 실리콘 편들로 분류하기 위해 화학 기상 증착 공정이 사용되는지의 여부를 포함하는 다양한 인자들에 의존한다. 그러나, 상기 실리콘 편들의 90%까지가 0.1 내지 150㎜의 입자 크기를 가지는 실리콘 편들의 혼합물이 사용될 수 있다. 150㎜ 이상의 입자 크기를 갖는 실리콘 편들은 상기 분립기에 공급 또는 재공급되기 전에 추가로 파쇄될 수 있다.
상기 실리콘 편들의 혼합물을 분리하는 크기 분포의 수는 상기 실리콘 편들의 사용 목적에 따라 결정된다. 상기 실리콘 편들의 혼합물은 적어도 두가지의 크기 분포로, 또는 적어도 세가지의 크기 분포로 분리된다. 예를 들어, 상기 실리콘 편들의 혼합물은 10㎜ 미만, 10 내지 25㎜, 25 내지 45㎜, 45 내지 75㎜, 75 내지 100㎜, 100 내지 150㎜, 및 150㎜ 이상의 적어도 7가지의 크기 분포로 분리될 수 있다. 선택적으로, 한가지 이상의 상기 크기 분포의 편들은 사용자의 요구를 충족 시키기 위해 임의의 비율로 조합될 수 있다.
본원에 개시된 장치는 표준 공학용 재료로 구성될 수 있다. 상기 실리콘에 접촉하지 않는 구성요소들은 스테인리스 스틸, 철, 알루미늄과 같은 적절한 금속과 플라스틱으로 구성될 수 있다. 상기 실리콘과 접촉하는 구성요소들은 상기 실리콘에 표면 오염을 전혀 또는 거의 가하지 않는다. 그러므로, 상기 공정에서 실리콘에 접촉하는 구성요소들은 초고분자량 폴리에틸렌(UHMWPE; ultra high molecular weight polyethylene), 폴리프로필렌(polypropylene), 페르플루로알콕시 수지(PFA; perfluroalkoxy resin), 폴리우레탄(PU; polyurethane), 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF; polyvinylidene fluoride), TEFLON
Figure 112003030809557-pat00001
, 텅스텐 카바이드, 실리콘, 및 세라믹과 같이 오염도가 낮은 재료로 구성될 수 있다. 만입 디스크 및 실린더는 PVDF, UHMWPE, 또는 실리콘으로 이루어질 수 있다.
선택적인 세정 공정
실리콘은 선택적으로, 상술한 공정에서 본 기술분야에 공지된 방법에 의해 일회 이상 세정될 수 있다. 예를 들어, 상기 실리콘 작업편은 파쇄 전후에, 또는 상기 다양한 크기의 실리콘 편들의 혼합물을 상이한 크기 분포들로 분류하기 전후에, 또는 상기 두가지를 조합하여 세정될 수 있다.
예를 들어, 상기 실리콘 편들은, 상기 실리콘 편들에 기상 플루오르화수소를 접촉시킨 후, 적어도 과산화수소를 50% 정도 포함하는 수용액에 접촉시키고, 이어서 파쇄된 로드를 건조시키는 단계를 포함하는 미국특허 제5,851,303호에 개시된 방법에 의해 세정될 수 있다. 선택적으로, 상기 실리콘 편들은 캐나다특허 제954425호 또는 미국특허 제4,971,654호에 개시된 바와 같은 비등방성 에칭에 의해 표면 세정될 수 있다. 실리콘을 세정하기 위한 다른 방법으로서는 미국특허 제5,753,567호, 제5,820,688호 및 제6,309,467호에 개시된 방법들이 있다.
실시예
본 실시예는 당업자에게 본 발명을 설명하기 위한 것이며 본 발명의 범위를 제한하는 것으로서 해석되어서는 안된다.
실시예 1
다결정 실리콘 로드가 화학 기상 증착 공정에 의해 준비된다. 상기 로드는 대략적으로 원통형이며 15 내지 25㎏의 중량을 갖는다. 상기 로드는 도 8을 참조로 상술된 마이크로파 캐비티(미국 테네시주 소재의 Microwave Materials Technologies, Inc.에서 시판) 내에서 690 내지 710℉의 온도로 가열된다. 상기 가열된 로드는 도 9 및 도 10을 참조로 상술된 분무식 급냉 장치에 전달된다. 상기 가열된 로드에는 복수의 노즐로부터 대기 온도의 탈이온수가 분무된다. 상기 가열된 로드에는 1분 내지 5분동안 분무되며, 표면 온도는 125 내지 175℉까지 감소된다. 상기 로드는 균열되지만 온전하게 유지될 수도 있다. 상기 균열된 로드는 도 11 및 도 12를 참조로 상술된 기계식 분리기에 전달된다. 상기 기계식 분리기는 공압식 해머 챔버를 포함한다. 상기 균열된 다결정 실리콘 로드는 복수의 공압식 해머에 의해 타격되어 파쇄된다. 그에 따라 형성된 실리콘 편들의 혼합물은 진동식 컨베이어에 전달된다.
상기 혼합물은 상기 진동신 컨베이어(404)에 의해 도 4 내지 도 7에 도시된 회전식 만입형 분립기(400)에 공급된다. 상기 진동식 공급기는 상기 실리콘 편들의 혼합물의 공급 속도를 제어하기 위해 상기 실리콘 편들의 혼합물의 공명 진동수에서 및 그보다 낮은 진동수에서 단속적으로 진동한다. 상기 실린더(200)는 5 내지 10 r.p.m.의 속력으로 회전한다. 상기 실리콘 편들의 혼합물은 5가지의 크기 분포로 분류되고 수집 컨테이너(408)에 수집된다.
본 발명에 의하면, 다결정 실리콘을 초크랄스키 방법에 유용한 원료로 처리하기 위한 개선된 방법 및 장치가 제공된다.

Claims (33)

  1. 실리콘을 처리하기 위한 방법으로서,
    소정의 크기 또는 그보다 작은 크기의 실리콘 편(silicon piece)들을 수용하고 상기 소정의 크기보다 큰 크기의 실리콘 편들을 수용하지 않는 크기로 이루어진 하나 이상의 만입부(indent)를 갖는 원주둘레 에지를 구비하는 회전 디스크를 포함하는 회전식 만입형 분립기(rotary indent classifier)에 실리콘 편들의 혼합물을 공급하고, 그에 따라 상기 실리콘 편들의 혼합물을 적어도 두가지의 크기 분포(size distributions)로 분리시키는 단계를 포함하는 실리콘 처리 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 회전식 만입형 분립기는 하나 이상의 회전 디스크를 포함하고, 상기 각각의 회전 디스크는 하나 이상의 만입부를 구비하는 실리콘 처리 방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 회전 디스크들은 제 1 회전 디스크가 최소 크기의 만입부들을 구비하고 최종 회전 디스크가 최대 크기의 만입부들을 구비하도록 배열되는 실리콘 처리 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 하나 이상의 상기 회전식 만입형 분립기가 일렬로 사용되고, 각각의 회전 디스크는 상이한 크기의 만입부들을 구비하는 실리콘 처리 방법.
  5. 실리콘을 처리하기 위한 방법으로서,
    (A) 실리콘 편들의 혼합물을 회전식 만입형 분립기에 공급하는 단계를 포함하고,
    상기 회전식 만입형 분립기는 실린더의 제 1 단부로부터 실린더의 제 2 단부까지 크기가 증가하는 만입부들이 배열되어 있는 원주둘레 에지를 구비하는 회전 실린더를 포함하고,
    상기 실리콘 편들은 다양한 크기를 가지며,
    상기 만입부들은 소정의 크기 또는 그보다 작은 크기의 실리콘 편들을 수용하고 상기 소정의 크기보다 큰 크기의 실리콘 편들을 수용하지 않는 크기로 이루어지고,
    상기 실리콘 편들의 혼합물은 상기 실린더의 상기 제 1 단부에 공급되며,
    (B) 상기 실리콘 편들의 혼합물을 상기 실린더의 길이를 따라 운반하고, 그에 따라 상기 혼합물을 복수의 크기 분포로 분리시키는 단계를 또한 포함하는 실리콘 처리 방법.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 단계 (A)는 진동식 컨베이어, 버킷 컨베이어, 벨트 컨베이어, 또는 호퍼로부터 선택되는 컨베이어를 사용하여 수행되는 실리콘 처리 방법.
  7. 제 5 항에 있어서, 상기 단계 (B)는 진동식 컨베이어, 버킷 컨베이어, 벨트 컨베이어, 또는 호퍼로부터 선택되는 컨베이어를 사용하여 수행되는 실리콘 처리 방법.
  8. 제 5 항에 있어서, 상기 각각의 만입부는 입방형, 원통형, 반원통형, 타원형, 반타원형, 또는 웨지(wedge)형으로부터 선택되는 형상을 가지는 실리콘 처리 방법.
  9. 실리콘을 처리하기 위한 방법으로서,
    (1) 다결정 실리콘 작업편(polycrystalline silicon workpiece)을 다양한 크기를 갖는 다결정 실리콘 편(polycrystalline silicon piece)들의 혼합물로 파쇄하는 단계와,
    (2) 회전식 만입형 분립기를 사용하여 상기 다결정 실리콘 편들의 혼합물을 적어도 두가지의 크기 분포로 분류하는 단계를 포함하는 실리콘 처리 방법.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 단계 (1)은,
    (i) 상기 다결정 실리콘 작업편을 600 내지 1400℉의 온도까지 가열하는 단계,
    (ii) 노즐로부터 상기 단계 (i)의 작업편에 유체를 분무하는 단계, 및
    (iii) 분리기(separator)를 사용하여 상기 단계 (ii)의 작업편 내의 균열을 연장시키는 단계에 의해 수행되는 실리콘 처리 방법.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 단계 (i)는 레이저, 적외선, 또는 마이크로파 에너지에 의해 수행되는 실리콘 처리 방법.
  12. 제 10 항에 있어서, 상기 단계 (ii)에서 사용된 상기 유체는 정화수(purified water), HF 수용액(solution of HF in water), 또는 수산화 암모늄 수용액(solution of ammonium hydroxide in water)으로부터 선택되는 실리콘 처리 방법.
  13. 제 10 항에 있어서, 상기 단계 (iii)에서 사용된 상기 분리기는 기계식, 음향식, 또는 진동식 분리기로부터 선택되는 실리콘 처리 방법.
  14. 제 9 항에 있어서, 상기 단계 (1)의 파쇄 전 또는 후에, 또는 상기 단계 (2)에서의 크기 분포들로의 분류 전 또는 후에, 또는 그들의 조합으로 상기 실리콘을 세정하는 단계 (3)을 부가로 포함하는 실리콘 처리 방법.
  15. 제 9 항에 있어서, 상기 회전식 만입형 분립기는 소정의 크기 또는 그보다 작은 크기의 다결정 실리콘 편들을 수용하고 상기 소정의 크기보다 큰 크기의 다결정 실리콘 편들을 수용하지 않는 크기의 하나 이상의 만입부를 갖는 원주둘레 에지를 구비하는 회전 디스크를 포함하는 실리콘 처리 방법.
  16. 제 9 항에 있어서, 상기 회전식 만입형 분립기는 실린더의 제 1 단부로부터 실린더의 제 2 단부까지 크기가 증가하는 만입부들이 배열되어 있는 원주둘레 에지를 구비하는 회전 실린더를 포함하고, 상기 만입부들은 소정의 크기 또는 그보다 작은 크기의 실리콘 편들을 수용하고 상기 소정의 크기보다 큰 크기의 실리콘 편들을 수용하지 않는 크기로 이루어지는 실리콘 처리 방법.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 다결정 실리콘 편들의 혼합물은 상기 실린더의 제 1 단부에 공급되고, 상기 실린더의 길이를 따라 운반되며, 그에 따라 상기 혼합물이 복수의 크기 분포로 분리되는 실리콘 처리 방법.
  18. (i) 실린더의 제 1 단부로부터 실린더의 제 2 단부까지 크기가 증가하는 만입부들이 배열되어 있는 원주둘레 에지를 구비하는 실린더를 포함하고,
    상기 만입부들은 소정의 크기 또는 그보다 작은 크기의 편들을 수용하고 상기 소정의 크기보다 큰 크기의 편들을 수용하지 않는 크기로 이루어지며,
    상기 각각의 만입부는 반타원형으로 이루어지고,
    (ii) 상기 실린더에 인접하여 길이방향으로 연장되는 컨베이어와,
    (iii) 상기 실린더에 회전가능하게 장착되는 구동 기구를 또한 포함하는 분립기.
  19. 제 18 항에 있어서, 상기 컨베이어는 진동식 컨베이어인 분립기.
  20. 실리콘을 처리하기 위한 방법으로서,
    (1) 다결정 실리콘 작업편을 다양한 크기를 갖는 다결정 실리콘 편들의 혼합물로 파쇄하는 단계와,
    (2) 상기 다결정 실리콘 편들의 혼합물을 적어도 두가지의 크기 분포로 분리하는 단계를 포함하고,
    상기 단계 (1)은,
    (i) 상기 다결정 실리콘 작업편을 600 내지 1400℉의 온도까지 가열하는 단계,
    (ii) 복수의 노즐로부터 상기 단계 (i)의 작업편에 유체를 분무하는 단계, 및
    (iii) 분리기를 사용하여 상기 단계 (ii)의 작업편 내의 균열을 연장시키는 단계에 의해 수행되는 실리콘 처리 방법.
  21. 제 20 항에 있어서, 상기 단계 (i)는 레이저, 적외선, 또는 마이크로파 에너지에 의해 수행되는 실리콘 처리 방법.
  22. 제 20 항에 있어서, 상기 다결정 실리콘 작업편은 600 내지 750℉의 온도까지 가열되는 실리콘 처리 방법.
  23. 제 20 항에 있어서, 상기 단계 (ii)에서 사용된 상기 유체는 정화수, HF 수용액, 또는 수산화 암모늄 수용액으로부터 선택되는 실리콘 처리 방법.
  24. 제 20 항에 있어서, 상기 노즐들은 불균일한 형상의 다결정 실리콘 편들을 생성하도록 배향되는 실리콘 처리 방법.
  25. 제 20 항에 있어서, 상기 노즐들은 웨지형 또는 파이(pie)형 편들을 생성하도록 배향되는 실리콘 처리 방법.
  26. 제 20 항에 있어서, 상기 노즐의 형태는 원추형 분무 패턴을 생성하도록 선택되는 실리콘 처리 방법.
  27. 제 20 항에 있어서, 상기 노즐의 형태는 편평한 팬(fan)형 분무 패턴을 생성하도록 선택되는 실리콘 처리 방법.
  28. 제 20 항에 있어서, 상기 단계 (iii)에서 사용된 상기 분리기는 기계식, 음향식, 또는 진동식 분리기로부터 선택되는 실리콘 처리 방법.
  29. 제 20 항에 있어서, 상기 단계 (2)는 회전식 만입형 분립기를 사용하여 수행되는 실리콘 처리 방법.
  30. 제 20 항에 있어서, 상기 단계 (1)의 파쇄 전 또는 후에, 또는 상기 단계 (2)에서의 상이한 크기 분포들을 갖는 혼합물로의 분류 전 또는 후에, 또는 그들의 조합으로 상기 실리콘을 세정하는 단계 (3)을 부가로 포함하는 실리콘 처리 방법.
  31. 제 20 항에 있어서, 상기 다결정 실리콘 편들의 혼합물은 두가지 이상의 크기 분포로 분류되고, 사용자의 요구를 충족시키도록 새로운 크기 분포를 형성하기 위해 상기 크기 분포들 중 두가지 이상을 혼합하는 단계 (3)을 부가로 포함하는 실리콘 처리 방법.
  32. 실리콘을 처리하기 위한 방법으로서,
    (1) 화학 기상 증착 공정(chemical vapor deposition process)에 의해 다결정 실리콘 작업편을 준비하는 단계와,
    (2) 상기 단계 (1)의 작업편을 다양한 크기의 다결정 실리콘 편들의 혼합물로 파쇄하는 단계와,
    (3) 상기 단계 (2)의 작업편을 적어도 두가지의 크기 분포로 분류하는 단계를 포함하고,
    (A) 상기 단계 (2)는, (i) 상기 단계 (1)의 작업편을 600 내지 1400℉의 온도까지 가열하는 단계, (ii) 복수의 노즐로부터 상기 단계 (i)의 작업편에 유체를 분무하는 단계, 및 (iii) 분리기를 사용하여 상기 단계 (ii)의 작업편 내의 균열을 연장시키는 단계를 포함하는 공정에 의해 수행되거나,
    (B) 상기 단계 (3)은 회전식 만입형 분립기를 사용하여 수행되거나, 또는
    (C) 상기 (A) 및 (B)의 조건 모두에 의해 한정되는 실리콘 처리 방법.
  33. 실리콘을 처리하기 위한 방법으로서,
    (1) 유동층 반응기 공정(fluidized bed reactor process)에 의해 다결정 실리콘 작업편을 준비하는 단계와,
    (2) 회전식 만입형 분립기를 사용하여 상기 단계 (1)의 작업편을 적어도 두가지의 크기 분포로 분류하는 단계를 포함하는 실리콘 처리 방법.
KR1020030057822A 2002-08-22 2003-08-21 실리콘 처리 효율을 개선하기 위한 방법 및 장치 KR100991110B1 (ko)

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