KR101180177B1 - 분급된 고순도 다결정 실리콘 단편을 제조하는 방법 및 장치 - Google Patents

분급된 고순도 다결정 실리콘 단편을 제조하는 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 분급된 고순도 다결정 실리콘 단편을 제조하는 다결정 실리콘 단편 제조 방법으로서, 파쇄 툴과 스크리닝(screening) 장치를 포함하는 장치에 의해 지멘스 방법(Simens method)에 의해 얻은 다결정 실리콘을 파쇄 및 분급하고, 이렇게 하여 얻은 다결정 실리콘 단편을 세척 욕으로 세척하는 것인 다결정 실리콘 단편 제조 방법에 있어서, 상기 파쇄 툴과 스크리닝 장치는 기본적으로, 다결정 실리콘과 접촉하고, 후속하여 세척 욕에 의해 선택적으로 제거되는 외부 입자만으로 다결정 실리콘 단편을 오염시키는 표면을 갖는 것을 특징으로 하는 다결정 실리콘 단편 제조 방법에 관한 것이다.

Description

분급된 고순도 다결정 실리콘 단편을 제조하는 방법 및 장치{METHOD AND DEVICE FOR PRODUCING CLASSIFIED HIGH-PURITY POLYCRYSTALLINE SILICON FRAGMENTS}
본 발명은 분급(分級)된 고순도 다결정 실리콘 단편을 제조하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
고순도 다결정 실리콘- 이하에서 다결정 실리콘이라고 함 -은 특히 전자 장치의 구성 요소 및 태양 전지의 제조를 위한 출발 물질로서 사용된다. 다결정 실리콘은 실리콘 함유 가스 또는 실리콘 함유 가스 혼합물의 열분해에 의해 얻어진다. 이러한 공정은 화학적 기상 증착(Chemical Vapor Deposition; CVD)이라고 칭한다. 이러한 공정은 소위 지멘스 리액터(Siemens reactor)에서 대규모로 실행된다. 이에 의해, 다결정 실리콘은 로드 형태로 형성된다. 다결정 실리콘 로드는 수동 방법에 의해 또는 가공기에 의해 추출되고 파쇄된다. 이렇게 하여 얻은 굵은 다결정 실리콘 단편은 파쇄기를 사용하는 것에 의해 더욱 파쇄된다. 기계적 파쇄법이, 예컨대 EP 1 338 682 A2에 설명되어 있다. 다결정 실리콘 단편은 이어서 스크리닝법(screening method), 예컨대 EP 1 043 249 B1으로부터 공지되어 있는 기계적 스크리닝법 또는, 예컨대 US 6,265,683 B1으로부터 공지되어 있는 광 소 팅(optical sorting)에 의해 분급된다. 다결정 실리콘 단편은 이송 장치, 예컨대 컨베이어 벨트, 컨베이어 트로프(trough), 진동 컨베이어 또는 이송 컨테이너에 의해 한 장치에서 다음 장치로 이송된다. 다결정 실리콘을 처리(예컨대, 파쇄 또는 소팅)하는 각각의 단계는 각각의 특정 임무에 기초하여 개별적으로 조정된다. 특히, 장치를 위해 사용되는 재료에 관한 요건이 각각의 공정 또는 이송 단계에 대해 개별적으로 조정되었다. 각각의 장치에 있어서, 다결정 실리콘 단편과 접촉하는 표면은 바람직하게는 다결정 실리콘 단편에 대한 저오염 재료 또는 실리콘으로 형성되었다. 다른 종래 기술은 각각의 장치가 다른 재료로 구성되는 경우에, 세척법(EP 1 338 682 A2 또는 DE 197 41 465)에 의해 다결정 실리콘 단편을 세척하는 것이다. 사용되는 화학물에 따라, 이러한 세척법은 상이한 정도로 다결정 실리콘의 표면으로부터 다결정 실리콘을 오염시키는 금속을 제거할 수 있다.
본 발명의 목적은 분급된 고순도 다결정 실리콘 단편을 제조하기 위한 간단하고 경제적인 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적은 지멘스 방법에 의해 얻은 다결정 실리콘을 파쇄 툴과 스크리닝 장치를 포함하는 장치로 파쇄하고 분급하며, 이렇게 얻은 다결정 실리콘 단편을 세척 욕(bath)에 의해 세척하는 방법에 있어서, 파쇄기와 스크리닝 장치가 기본적으로, 다결정 실리콘과 접촉하고, 후속하여 세척 욕에 의해 선택적으로 제거되는 외부 입자만으로 다결정 실리콘 단편을 오염시키는 표면을 갖는 것을 특징으로 하는 방법에 의해 달성된다.
지멘스 방법에 의해 얻은 다결정 실리콘은 굵은 다결정 실리콘 단편과 지멘스 리액터로부터 얻은 다결정 실리콘 로드 중 하나이다.
바람직하게는, 지멘스 리액터로부터 다결정 실리콘 로드를 추출할 때, 그리고 파쇄기로 이송하는 동안에 다결정 실리콘과 접촉하는, 모든 장치의 표면은 또한 기본적으로, 후속하여 세척 욕에 의해 선택적으로 제거되는 외부 입자만으로 다결정 실리콘 단편을 오염시키는 재료로 구성된다. 이에 따라, 본 발명에 따른 방법은 또한 바람직하게는 지멘스 리액터로부터의 다결정 실리콘 로드의 추출과 다결정 실리콘 로드의 파쇄기로의 이송을 포함한다.
바람직하게는, 분급된 파쇄 다결정 실리콘 단편을 패키징으로 이동하는 동안뿐만 아니라 분급된 파쇄 다결정 실리콘 단편을 패키징하는 동안에 사용되는 모든 장치의 표면 역시 기본적으로, 후속하여 세척 욕에 의해 선택적으로 제거되는 외부 입자만으로 다결정 실리콘 단편을 오염시키는 재료로 형성된다. 이에 따라, 본 발명에 따른 방법은 또한 바람직하게는 분급된 파쇄 다결정 실리콘의 이송과 분급된 파쇄 다결정 실리콘 단편의 패키징을 포함한다.
특히 바람직하게는, 세척 및 분급된 다결정 실리콘 단편은 EP-B-1 334 907에 설명되어 있는 바와 같이 PE 이중백에 수동 또는 자동으로 즉시 패키징된다.
파쇄기는 바람직하게는 파쇄 툴로서 사용된다. DE 10 2005 019 873에 설명되어 있는 바와 같은 예파쇄기(pre-comminuter)도 또한 본 발명에 따른 방법에서 사용될 수 있다. 예파쇄기의 표면뿐만 아니라, 선택적으로 사용되는 다른 보조 처리 수단의 다결정 실리콘과 접촉하는 표면 역시 마찬가지로, 후속하여 세척 욕에 의해 선택적으로 제거되는 외부 입자만으로 다결정 실리콘 단편을 오염시키는 재료로 형성된다.
공지의 방법과 달리, 본 발명에 따른 발명은 파쇄중에 다결정 실리콘 단편의 금속 오염을 방지하고자 하지 않는다. 오히려, 본 발명에 따른 방법은 기본적으로 모든 시스템에 있어서의, 세척 욕에 의해 간단히 제거 가능한 재료에 의한 다결정 실리콘 단편의 선택적 오염을 겸비한다. 공지의 방법에서는, 반대로 각각의 처리 단계에서 처리할 재료(예컨대, 다결정 실리콘)의 오염을 가능한 한 적게 유지하도록 주의하였다. 세척할 재료의 투입 오염이 보다 적은 경우, 세척은 비용과 품질에 관하여 같은 정도로 보다 유리한 것으로 나타났다.
이에 따라, 본 발명은 또한 다결정 실리콘 로드로부터 분급된 고순도 다결정 실리콘 단편을 제조하는 방법으로서, 다결정 실리콘과 접촉하는 표면 모두가 기본적으로, 후속하는 세척 중에 분급된 다결정 실리콘 단편으로부터 간단히, 그리고 완전히 제거되는 소정의 재료로 형성되는 것인 방법에 관한 것이다.
본 발명의 문맥에서, "기본적으로, 재료로 형성되는, 다결정 실리콘과 접촉하는 표면"은 세척 이전의 다결정 실리콘 단편의 오염(세척법에 있어서의 투입 오염과 동일함)의 적어도 90 %, 바람직하게는 적어도 95 %가 이 재료에 의해 야기된다는 것을 의미한다. 특히 바람직하게는, 이러한 정리는 모든 장치의, 다결정 실리콘 단편과 접촉하는 표면이 상기 재료로 구성된다는 것을 의미한다.
놀랍게도, 분급된 다결정 실리콘 단편의 투입 오염이 매우 높은 경우에도, 금속 오염으로 인한 고순도와, 이에 따라 세척된 분급된 다결정 실리콘 단편의 고품질은 상기 방법의 유효 범위에서의 다결정 실리콘 단편의 오염이 선택적으로 실시되는 경우에 다결정 실리콘 단편의 오염이 이 오염에 매칭되는 세척 욕에 의해 제거될 수 있도록 경제적인 세척 욕에 의해 달성될 수 있다는 것을 확인하였다.
다결정 실리콘 단편의 선택적 오염은 바람직하게는 다결정 실리콘과 접촉하는 상기 장치의 부분의 표면을 위한 재료를, 저마모성 플라스틱, 스테인리스 강, 초경합금, 세라믹, 석영, 저합금강(low-alloy steel), 중합금강(medium-alloy steel), 고합금강(high-alloy steel) 및 실리콘의 그룹으로부터 선택하는 것에 의해 달성된다.
재료는 특히 바람직하게는 합금 함량이 5 중량% 미만인 저합금강, 합금 함량이 5 중량% 이상 10 중량% 미만인 중합금강, 또는 합금 함량이 10 중량% 이상인 고합금강이나 초경합금이고, 바람직하게는 탄화텅스텐이나 실리콘이며, 바람직하게는 다결정 실리콘이다.
비용상의 이유로, 재료는 특히 바람직하게는 합금 함량이 5 중량% 미만인 저합금강이다. 놀랍게도, 제조 기술 또는 기계적 제한 없이, 주로 모든 상기 장치, 특히 이송 박스 또는 매우 큰 주물 부분, 예컨대 롤 파쇄기를 위해 그러한 재료가 사용 가능하였다.
저합금강은 바람직하게는 Cr, Co, Mn, Ni, Si, W, Al, Be, Cu, Mo, Nb, Pb, Ta, Ti, V, Zr, P, S, N, Ce 및 B 원소로 이루어진 총 합금 함량이 5 중량% 미만인 강이다.
본 발명에 따른 방법에서, 다결정 실리콘 단편을 처리하는 처리 장치의, 다결정 실리콘 단편을 오염시키는 구성물은 선택적으로 세척 욕에 매칭된다. 이것은 제품의 질(세척후의 표면 오염)과, 분급된 다결정 실리콘 단편의 세척비 및 파쇄와 분급을 위한 공정비 양자에 관하여 장점을 허용한다.
바람직하게는, 다결정 실리콘 단편을 세척하는 세척 욕은 화합물인 불화수소산(hydrofluoric acid), 염산(hydrochloric acid) 및 과산화수소(hydrogen peroxide)를 함유하는 산화 세척액에 의한 적어도 하나의 단계의 예비 세척과, 질산과 불화수소산을 함유하는 세척액에 의한 추가의 단계의 주세척, 그리고 산화 세척액을 사용하는 추가의 단계에 의한 다결정 실리콘 단편의 친수화(hydrophilization)를 포함한다.
본 발명은 또한 지멘스 증착에 의해 얻은 다결정 실리콘 로드로부터의 분급된 고순도 다결정 실리콘 단편을 제조하는 방법으로서, 상기 다결정 실리콘 로드를 수동 보조 수단(예컨대, 추출 보조 기구, 수동 해머, 이송 박스)과, 예파쇄기나 하나 이상의 파쇄기, 하나 이상의 소팅 장치, 하나 이상의 컨베이어 트로프와 같은 가공 장치에 의해 파쇄하고 분급하며, 이렇게 얻은 다결정 실리콘 단편을 세척 욕에 의해 세척하는 것인 방법에 있어서, 세척되는 투입 오염의 90 %, 바람직하게는 95 %, 특히 바람직하게는 100 %를 초래하는 수동 보조 수단과 가공 장치의 모든 표면은, 후속하여 세척 욕에 의해 선택적으로 제거되는 외부 입자만으로 다결정 실리콘 단편을 오염시키는 재료로 구성되는 것을 특징으로 하는 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, DE 197 41 465 A1에 설명되어 있는 세척 공정 또는 본 명세서의 예에 설명되어 있는 바와 같은 세척법이 바람직하게는 다결정 실리콘 단편과 접촉하는 표면이, 합금 함량이 5 중량% 미만인 저합금강으로 구성되는 장치와 함께 사용된다. 놀랍게도, 매우 높은 투입 오염에도 불구하고 이러한 경제적인 재료를 사용하는 경우에도 이러한 조합으로 다결정 실리콘 단편을 매우 만족스럽게 세척할 수 있다.
처리중에, 특히 다결정 실리콘의 파쇄, 분급 및 이송중에, 각각의 세척 욕에 의해 다결정 실리콘으로부터 선택적으로 제거되는 재료로 표면이 구성되는 장치가 주로 사용된다는 점에 주의한다면, 보다 경제적이고 양호한 세척 결과는 (예컨대, EP 1 338 682 A2의 제8면 단락 54 내지 58 또는 US 6,309,467로부터 공지되어 있는 바와 같은) 다른 종래 기술의 방법을 사용하여 달성될 수도 있다.
본 발명은 또한 다결정 실리콘을 파쇄, 이송, 분급 및 세척하는 장치의 서브 유닛(subunit)을 포함하는, 본 발명에 따른 방법을 수행하는 장치로서, 다결정 실리콘과 접촉하는, 다결정 실리콘을 파쇄, 이송 및 분급하는 데 사용되는 장치의 서브 유닛 모두의 표면이 기본적으로, 후속하는 분급된 다결정 실리콘 단편의 세척중에 간단히 제거될 수 있는 재료로 형성되는 것인 장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 장치는, 상기 방법에 관하여 한 설명이 유사하게 적용된다.
특히 바람직하게는, 상기 장치는 굵은 다결정 실리콘 단편을 파쇄기 장치에 급송하는 급송 장치와, 파쇄기 장치와, 파쇄기 장치로부터 소팅 장치로의 이송을 위한 이송 장치, 그리고 다결정 실리콘 단편을 분급하는 소팅 장치를 포함한다.
특히 바람직하게는, 파쇄 장치는 롤 파쇄기 또는 죠오 파쇄기(jaw crusher), 바람직하게는 롤 파쇄기, 특히 바람직하게는 스파이크형 롤 파쇄기를 포함한다.
특히 바람직하게는, 소팅 장치는 기계식 다단 스크리닝 장치와 광전자식 다단 분리 장치를 포함한다.
특히 바람직하게는, 예파쇄기 또한 장치의 일부이다. 예파쇄기는 바람직하게는 베이스와 파쇄 치즐 및 카운터 치즐(counter-chisel)로 구성되며, 베이스, 파쇄 치즐 및 카운터 치즐은, 파쇄할 다결정 실리콘 로드 또는 파쇄할 다결정 실리콘 단편에 근접한 모든 치즐이 다결정 실리콘 로드(다결정 실리콘 단편)와 접촉하도록, 베이스 상에 놓여 있는 파쇄할 다결정 실리콘 또는 파쇄할 다결정 실리콘 단편이 치즐 사이에 끼어넣어질 수 있게 이동 가능하고, 파쇄할 다결정 실리콘 로드(다결정 실리콘 단편) 전후의 파쇄 치즐이 작업축에서 카운터 치즐로부터 안전 거리까지 더 이동될 수 있다. 그러한 장치는, 예컨대 DE 10 2005 019 873에 설명되어 있다.
본 발명에 따른 방법을 수행하는 장치는 또한 바람직하게는 추출 및 이송용의 장치의 서브 유닛을 포함한다.
바람직하게는, 각각의 처리 단계에서 다결정 실리콘과 접촉하는, 하위 장치의 모든 표면은 비저오염 강, 바람직하게는 저합금강으로 구성된다.
특히 바람직하게는, 추출 및 파쇄 툴(예컨대, 수동 해머, 파쇄 쉘, 파쇄 해머, 파쇄 죠오)을 위한 장치의 서브 유닛과, 광전자식 분리 장치에 있는 컨베이어 트로프 및 슈트(chute), 그리고 스크리닝면은 비저오염 강, 특히 바람직하게는 저합금강으로 구성된다. 이러한 재료는 설명한 세척 공정에 의해 신속하고 간단하게 필요한 만큼 제거될 수 있는 선택적인 금속 오염을 초래한다.
간단하고 경제적인 실시예와, 이에 수반되는 분급된 파쇄 실리콘 단편의 보다 높은 투입 오염에도 불구하고, 상기 장치는 DE 197 41 465에 설명한 바와 같은 세척 공정과 함께 반도체 품질을 갖는 다결정 실리콘 단편을 모든 크기 단편으로 제조할 수 있게 한다.
본 발명에 따른 장치의 다른 실시예에서, 다결정 실리콘과 접촉하는 장치의 부분 모두는 저오염 재료로 형성되는 표면을 갖거나 저오염 재료로 구성된다. 저오염 재료라는 용어는 바람직하게는 초경합금, 실리콘 및 저마모성 플라스틱의 그룹으로부터 선택된 재료를 의미하는 것으로 의도된다.
질화티탄도 초경합금재로 채용할 수 있지만, 초경합금으로는 WC가 바람직하며, 특히 바람직하게는 초경합금은 제품과 접촉하는 장치의 부품, 예컨대 파쇄기의 툴(롤, 파쇄판, 볼)을 도금한다. 폴리우레탄, 폴리에틸렌 및 PTFE는 바람직하게는 저마모성 플라스틱으로서 사용될 수 있다.
이 장치와 함께, 후속하는 분급된 다결정 실리콘 단편의 세척은 선택적으로 각각의 오염에 대해 조정되어야 한다. 장치의 표면이 WC 초경합금으로 구성된 실시예에 있어서, 예컨대 다음 조성의 세척이 필요하다. 완전 탈이온수에 있어서의 3.4 중량%의 KH2PO4, 1.3 중량%의 KOH 및 3.3 중량%의 K3(Fe(CN)6).
도 1은 예 2에 사용된 장치를 도시한 도면이다.
도 2는 예 2의 세척후의 Fe 측정 결과를 나타낸 그래프이다.
다음 예는 본 발명을 더 설명하는 역할을 한다.
예 1
복수 개의 배치(batch)에 있어서, 다결정 실리콘 단편의 금속면 값에 대한 상이한 공정 툴의 효과 또는 상이한 오염재의 효과를 연구하였다.
예 1a: 지멘스 리액터로부터의 다결정 실리콘 로드를 종래 기술에서 통상적인 것과 같이, 에지 길이가 약 80 mm인 단편으로 오염이 적게 초경합금(탄화텅스텐) 해머를 사용하여 수동으로 파쇄하였다(비교예).
예 1b: 지멘스 리액터로부터의 다결정 실리콘 로드를 저합금 공구강(Cr, Co, Mn, Ni, Si, W, Al, Be, Cu, Mo, Nb, Pb, Ta, Ti, V, Zr, P, S, N, Ce 및 B 원소의 총 합금 함량은 5 중량% 미만임)으로 제조된 파쇄 쉘을 지닌 롤 파쇄기에 의해 에지 길이가 약 80 mm인 단편으로 파쇄하였다.
예 1c: V4A 스테인리스 강으로 제조된 컨베이어 트로프에 의한 단편의 이송을 모의하기 위해 예 1a에 따라 제조된 단편을 스테인리스 강(크롬 18 %, 철 63 %, Mo 2.5 %, Ni 13.5 %, 타원소 3 %를 갖는 V4A)을 사용하여 추가적으로 연마하였다(비교예).
예 1d: 지멘스 리액터로부터의 다결정 실리콘 로드를 크롬 경강(hard steel)(크롬 10 %, 철 89 %, 타원소 1 %)으로 제조된 파쇄 쉘을 지닌 죠오 파쇄기에 의해 에지 길이가 약 80 mm인 단편으로 파쇄하였다(비교예).
전술한 바와 같이 제조된 다결정 실리콘 단편의 총량으로부터 견본을 각각 취하였으며, 견본 각각은 치수가 약 80 mm인 20개의 전형적인 단편을 포함하였다. 표면의 화학적 박리와, 후속하는 ICPMS(Inductively Coupled Plasma Mass Spectroscopy: 유도 결합 플라즈마 질량 분석기)에 의한 박리액 분석에 의해 금속면 값을 측정하였다. 표 1은 평균 측정값과, 이에 따른 후속하는 세척에 있어서 단편의 투입 오염을 보여준다.
[표 1]
평균값(단위: pptw)
Fe Cr Ni Na Zn Al Cu Mo Ti W K
1a 2258 75 60 2087 224 440 45 17 64 1478 727
1b 839586 1545 1010 3045 846 725 2345 339 164 139 1491
1c 1250325 180234 35245 2750 650 340 3500 20 120 80 950
1d 950000 75000 85000 4300 270 265 650 35 145 60 1250
후속하여, 이들 다결정 실리콘 단편을 다음 공정에 의해 세척하였다.
1. 예비 세척: 물뿐만 아니라 5 중량%의 HF, 8 중량%의 HCl 및 3 중량%의 H2O2를 함유하는 25 ± 5 ℃의 HF/HCl/H2O2 수용액에서 20분 동안 피클링(pickling). 실리콘 에칭 제거는 약 0.02 ㎛였다.
2. 22 ℃에서 5분 동안 세정.
3. 주세척: 물뿐만 아니라, 3 중량%의 HF 및 65 중량%의 HNO3를 함유하는 8 ℃의 HF/HNO3 수용액에서 5분 동안 에칭. 에칭 제거는 약 12 ㎛였다.
4. 22 ℃에서 5분 동안 세정.
5. 물뿐만 아니라, 8 중량%의 HCl 및 2 중량%의 H2O2를 함유하는 22 ℃의 HCl/H2O2 수용액에서 5분 동안 친수화.
6. 22 ℃에서 세정.
7. 80 ℃의 클래스 100 초고순도 공기로 건조.
이러한 세척법을 사용하여, 표 2에 열거한 금속면 값을 얻었다.
[표 2]
20개의 단편 각각에서 측정한 평균값(단위: pptw)
Fe Cr Ni Na Zn Al Cu Mo Ti W K
1a 28 4 2 40 13 58 2 1 22 21 15
1b 26 7 8 38 26 36 5 1 19 6 16
1c 63 18 8 36 23 45 9 1 23 6 21
1d 125 135 10 31 23 38 3 2 19 4 19
결과:
예 1a에서 설명한 바와 같이 종래 기술로부터 공지되어 있는, 저오염 재료의 사용은 세척후에 표면의 금속 오염이 적은 다결정 실리콘 단편을 제공한다. 불리하게는, 이러한 재료는 기술적으로 모든 장치의 부분(예컨대, 스파이크를 지닌 파쇄 쉘)을 위해 사용할 수 없다. 그러한 장치의 부분은 생산 가능할 때 매우 고가이며, 이에 따라 비경제적이다. 초경합금(탄화텅스텐)은 상기 공정에 의해 더욱 불량하게 용해되며, 이것은 표 1에 있는 예 1a에 비해 다소 증가된 텅스텐 값으로부터 알 수 있다.
예 1c 및 예 1d에서 설명한 바와 같이 종래 기술로부터 공지되어 있는, 다결정 실리콘 단편을 파쇄하는 스테인리스 강제 툴 또는 크롬 경강제 툴의 사용은 세척후에 증가된 철 값과 크롬 값을 갖는 다결정 실리콘 단편을 제공한다. 이에 따라, 그러한 재료는 저합금강(예 1b)에 비해 높은 경도 및 내부식성에도 불구하고, 전술한 세척을 위한, 그리고 예컨대 (짧은) 컨베이어 트로프를 위한 파쇄 재료로서 부적절하다.
예 1b에서 설명한 합금 함량이 5 중량% 미만인 저합금 공구강으로 제조된 파쇄 툴의 사용이 보다 강력한 다결정 실리콘 단편의 오염과, 이에 따른 세척시에 보다 높은 투입 오염을 초래하지만, 그럼에도 불구하고 이러한 오염은 상기 세척에 의해 종래 기술(1a)에 따라 공지된 수동 저오염 방법을 이용한 파쇄에 의해 달성되는 것과 동일한 낮은 값으로 감소될 수 있다.
예 1a와 달리, 이에 따라 경제적인 가공 파쇄는 본 발명의 파쇄 및 분급된 실리콘에 대한 세척법 매칭과, 파쇄, 이송 및 분급용 장치의 재료 선택에 의해 가능하며, 방법 기술(예컨대, 파쇄 죠오를 위한 기술)의 관점에서 다용도로 사용될 수 있는 더욱 경제적인 공구강을 채용하는 것이 가능하다.
예 2
지멘스 리액터로부터의 다결정 실리콘 로드를 도 1에 따른 장치에 의해 상이한 크기로 파쇄하고 소팅하였으며, 제품을 오염시키는 장치의 부분 모두는 예 1b에서 설명한 바와 같이 저합금강으로 제조하였다.
제품과 접촉하는 장치의 부분은 치즐, 베이스를 형성하는 예파쇄기의 쉘 절반부, 롤 파쇄기의 파쇄 쉘 및 클래딩, 모든 컨베이어 트로프, 및 기계식 스크린과 광학적 공압 소팅 모듈에 있는 클래딩이었다.
후속하여, 이렇게 하여 제조된, 최대 에지 길이가 250 mm인 다결정 실리콘 단편을 DE 197 41 465에 설명되어 있는 바와 같은 세척 장치에서 아래에 요약한 바와 같이 세척하였다.
1. 예비 세척: 물뿐만 아니라 5 중량%의 HF, 8 중량%의 HCl 및 3 중량%의 H2O2를 함유하는 25 ± 5 ℃의 HF/HCl/H2O2 수용액에서 20분 동안 피클링. 실리콘 에칭 제거는 약 0.02 ㎛였다.
2. 5분 동안 세정.
3. 주세척: 물뿐만 아니라, 3 중량%의 HF 및 65 중량%의 HNO3를 함유하는 8 ℃의 HF/HNO3 수용액에서 5분 동안 에칭. 에칭 제거는 약 12 ㎛였다.
4. 5분 동안 세정.
5. 물뿐만 아니라, 8 중량%의 HCl 및 2 중량%의 H2O2를 함유하는 22 ℃의 HCl/H2O2 수용액에서 5분 동안 친수화.
6. 22 ℃에서 세정.
7. 80 ℃의 클래스 100 초고순도 공기로 건조.
"비저오염" 재료(저합금 공구강)의 사용과, 종래의 방법에 비해 100배가 넘는 세척시의 투입 오염에도 불구하고(표 1에서 예 1a 및 예 1b의 Fe 값 참고), 놀랍게도 상기 세척에 의해 소망하는 순도를 얻었다. 전술한 방법에 의해 다양한 시간 간격으로 금속제 오염에 대해 무작위적인 견본( = 크기가 약 80 mm인 단편)을 각각 연구하였다. 이러한 측정 결과는 도 2에 제시되어 있다. 다른 금속 오염은 도 2에서 Fe에 대해 나타낸 레벨(반도체에 적합함)이었다.

Claims (14)

  1. 분급(分級)된 고순도 다결정 실리콘 단편을 제조하는 다결정 실리콘 단편 제조 방법으로서,
    파쇄 툴과 스크리닝(screening) 장치를 포함하는 장치에 의해 지멘스 방법(Simens method)에 의해 얻은 다결정 실리콘을 파쇄 및 분급하고, 이렇게 하여 얻은 다결정 실리콘 단편을 세척 욕으로 세척하는 것인 다결정 실리콘 단편 제조 방법에 있어서,
    상기 파쇄 툴과 스크리닝 장치는, 다결정 실리콘과 접촉하며 저합금 강으로 만들어진 표면을 가지고, 이 표면은 파쇄 툴과 스크리닝 장치의 작동 과정에서 다결정 실리콘 단편을 오염시키는 외부 입자를 생성하고, 이 외부 입자는 후속하는 세척 욕에 의해 제거되는 것을 특징으로 하는 다결정 실리콘 단편 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 다결정 실리콘과 접촉하는, 파쇄, 전달/이송 및 분급에 이용되는 모든 장치의 표면은, 후속하는 분급된 다결정 실리콘 단편의 세척중에 분급된 다결정 실리콘 단편으로부터 제거되는 저합금 강으로 만들어지는 것을 특징으로 하는 다결정 실리콘 단편 제조 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 저합금 강은 5 중량% 미만의 합금 함량을 가지는 것을 특징으로 하는 다결정 실리콘 단편 제조 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 세척 욕으로 세척하는 것은
    화합물인 불화수소산(hydrofluoric acid), 염산(hydrochloric acid) 및 과산화수소(hydrogen peroxide)를 함유하는 산화 세척액으로 예비 세척하는 단계와,
    질산과 불화수소산을 함유하는 세척액으로 세척하는 주 세척 단계, 그리고
    산화 세척액으로 다결정 실리콘 단편을 친수화(hydrophilization)하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 다결정 실리콘 단편 제조 방법.
  5. 다결정 실리콘의 파쇄, 이송, 분급 및 세척을 위한 장치의 서브 유닛(subunit)을 포함하는, 제1항 또는 제2항에 따른 방법을 수행하는 장치로서,
    다결정 실리콘과 접촉하는, 다결정 실리콘의 파쇄, 이송 및 분급에 사용되는 장치의 서브 유닛 모두의 표면은 후속하는 분급된 다결정 실리콘 단편의 세척중에 제거될 수 있는 저합금 강으로 만들어지는 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 장치는 굵은 다결정 실리콘 단편을 파쇄기 장치로 급송하는 급송 장치와, 파쇄기 장치와, 파쇄기 장치로부터 소팅(sorting) 장치로의 이송을 위한 이송 장치, 그리고 다결정 실리콘 단편을 분급하는 소팅 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 파쇄기 장치는 롤 파쇄기 또는 죠오 파쇄기(jaw crusher)를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 제6항에 있어서, 상기 소팅 장치는 기계식 다단 스크리닝 장치와 광전자식 다단 분리 장치로 구성되는 것을 특징으로 하는 장치.
  9. 제6항에 있어서, 상기 장치는 예파쇄기(pre-crusher)를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
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