KR20120091034A - 시드유지부재 및 그 시드유지부재를 이용한 다결정 실리콘 제조방법 - Google Patents

시드유지부재 및 그 시드유지부재를 이용한 다결정 실리콘 제조방법 Download PDF

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KR20120091034A
KR20120091034A KR1020127008185A KR20127008185A KR20120091034A KR 20120091034 A KR20120091034 A KR 20120091034A KR 1020127008185 A KR1020127008185 A KR 1020127008185A KR 20127008185 A KR20127008185 A KR 20127008185A KR 20120091034 A KR20120091034 A KR 20120091034A
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준 이시자키
마사키 이즈미야
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토요 탄소 가부시키가이샤
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Abstract

임의의 개소에 절리용 오목부를 형성함으로써, 파괴하중을 걸었을 때에 이 오목부에서 응력집중을 일으켜, 종래보다도 작은 부하로 꺾는 것을 가능하게 한다. 또, 이 오목부를 따라서 갈라짐을 전파시킴으로써, 의도하지 않는 시드유지부재의 개소에 갈라짐이 전파하는 것의 방지를 도모하고, 시드유지부재와 다결정 실리콘의 분리작업의 시간과 노력의 경감을 도모할 수 있는 시드유지부재 및 그 시드유지부재를 이용한 다결정 실리콘 제조방법을 제공한다. 지멘스법으로 다결정 실리콘을 제조하는 노의 저부에 설치되고, 종봉이 되는 시드(4)의 하단부를 유지하는 흑연제 시드유지부재(6)의 외주면에 절리용 홈(16)이 형성되어 있다. 시드유지부재(6)는 전극부(5)가 삽입되는 제1 끼워맞춤구멍(10)을 가지는 원기둥 모양의 대좌부(6a), 대좌부(6a)보다도 소경인 원기둥 모양의 몸통부(6b), 몸통부(6b)에 이어져 시드(4)의 하단부가 삽입되는 제2 끼워맞춤구멍(13)을 가지는 절두 원추대 모양 선단부(6c)를 가진다.

Description

시드유지부재 및 그 시드유지부재를 이용한 다결정 실리콘 제조방법 {SEED HOLDING MEMBER AND METHOD FOR PRODUCING POLYCRYSTALLINE SILICON USING THE SEED HOLDING MEMBER}
본 발명은 지멘스법(Siemens method)으로 다결정 실리콘을 제조하는 노(爐) 내에 설치되고, 종봉(種棒)이 되는 실리콘 심재(芯材)(시드)의 하단부를 유지하는 시드유지부재 및 그 시드유지부재를 이용한 다결정 실리콘 제조방법에 관한 것이다.
반도체 재료가 되는 고순도의 다결정 실리콘은 종래부터 주로 지멘스법에 의해서 제조되고 있다(하기의 특허문헌 1 참조). 구체적으로 설명하면, 다결정 실리콘을 제조하는 반응로 내에는 종봉이 되는 역(逆)'U'자형의 실리콘 심재(이하, '시드'라고 칭함)가 복수 개 세워져 있고, 이 시드의 양단부는 노저부(爐底部)의 전극에 시드유지부재를 통하여 유지되어 있다. 그리고, 전극 및 시드유지부재를 통해서 시드에 통전(通電)한다. 이와 같이 시드에 통전하는 것으로, 시드가 고온이 되어, 노 내의 클로로실란(chlorosilane)류 및 수소가 반응하여 시드의 표면에 다결정 실리콘을 석출(析出)한다. 이 반응이 진행하여 다결정 실리콘봉으로 성장한다.
이렇게 하여, 다결정 실리콘을 석출한 후에는, 시드유지부재를 절손(折損)하여, 다결정 실리콘이 부착된 시드를 노 밖으로 취출하고, 그 후, 시드유지부재와 다결정 실리콘의 분별작업을 행하여 다결정 실리콘을 취출하고 있었다.
특허문헌1 : 일본국 특허2867306호 공보
상기와 같이 다결정 실리콘이 부착된 후에 시드유지부재를 꺾는 작업이 필요하지만, 꺾을 때의 파괴하중은 시드유지부재의 강도가 높기 때문에 매우 크다. 이에 더하여, 석출한 다결정 실리콘으로의 오염의 우려로부터, 예를 들면 무엇인가를 내리치는 충격에 의한 절리(折離)작업은 행하지 못하고, 하나하나 수작업으로 행하고 있다. 이 때문에, 제조자에게 있어서 시드유지부재의 절리작업은 큰 부담이 되고 있었다.
본 발명은 상기의 실정을 감안하여 생각해 낸 것이다. 그 목적은, 시드유지부재 표면의 임의의 개소에 절리용 오목부를 형성함으로써, 파괴하중을 걸었을 때에 이 오목부에서 응력집중을 일으켜, 종래보다도 작은 부하로 절리작업을 가능하게 하여, 시간과 노력의 경감을 도모할 수 있는 시드유지부재 및 그 시드유지부재를 이용한 다결정 실리콘 제조방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 지멘스법으로 다결정 실리콘을 제조하는 노의 저부에 설치된 전극부에 장착되고, 종봉이 되는 시드의 하단부를 유지하는 흑연제의 시드유지부재로서, 외주면의 임의의 개소에 절리용 오목부를 형성한 것을 특징으로 한다. 여기서, 「외주면」이란, 시드가 시드유지부재에 유지되어 있는 상황하에서 시드유지부재의 측면을 의미한다. 이 오목부를 형성함으로써, 임의의 개소에 의도적으로 저강도가 되는 부분을 형성할 수 있다. 여기서, 「오목부」는 혈(穴), 구멍(孔), 홈 등을 포함하는 개념을 의미한다. 소망의 강도가 되도록 혈이나 공의 개수나 크기 등은 임의로 결정해도 된다. 시드유지부재의 강도는 혈이나 공 등을 형성함으로써 요구하는 값까지 저하시킬 수 있다. 이것에 의해, 파괴하중을 걸었을 때에 이 오목부에서 응력집중을 일으켜, 종래보다도 작은 부하로 절리작업을 행하는 것이 가능하게 된다.
보다 바람직하게는, 당해 오목부가 절리용 홈에 의해서 형성되어 있는 경우이다.
상기와 같이, 시드유지부재의 외주면에 절리용 홈을 형성함으로써, 파괴하중을 걸었을 때에 이 홈에서 응력집중을 일으켜, 종래보다도 작은 부하로 절리작업을 행하는 것이 가능하게 된다.
또한, 시드유지부재의 형상은 특별히 한정되는 것이 아니고, 또, 절리용 홈의 홈 깊이, 홈 형상 등은 특별히 한정되지 않지만, 부하를 걸었을 때에 응력집중을 일으키는 정도로는 형성되어 있을 필요가 있다. 높이방향에 관한 이 홈형성위치는 시드표면상에 석출한 다결정 실리콘이 성장하고, 시드유지부재의 선단부 표면을 덮어 가리는 부분보다 아래의 범위인 것이 바람직하다. 그 주된 이유로서, 시드표면에 석출한 다결정 실리콘이 시드유지부재의 선단부, 나아가서는 절리용 홈도 매립하도록 성장함으로써, 파괴하중을 걸었을 때에 이 홈에 응력집중이 걸리지 않아 발명의 효과를 얻을 수 없을 가능성이 있는 것에 의한다. 보다 바람직하게는, 절리용 홈이 시드유지부재 선단으로부터 30㎜보다 아래에 형성하는 것이다. 그 이유는, 석출한 다결정 실리콘의 결정이 시드유지부재를 30㎜ 이상 덮는 상태로 성장할 때까지 석출작업을 행하는 것은 드문 것에 기인한다.
또한, 절리용 홈은 시드유지부재의 둘레방향으로 연장하고 있는 경우(환언하면, 절리용 홈이 시드유지부재의 축심에 대해서 경사진 평면 내에 존재하고 있는 경우)라도 되고, 또, 보다 바람직하게는 절리용 홈이 시드유지부재의 축심에 대해서 수직인 평면 내에 존재하고 있는 경우이다. 절리용 홈의 형성가공이 가장 용이하기 때문이다. 예를 들면, 절리용 홈 형성가공법으로서, 시드유지부재에 절삭공구를 대어 시드유지부재를 회전한다는 간단한 가공작업으로 절리용 홈을 형성할 수 있기 때문이다.
종래의 시드유지부재의 절리작업에서는, 갈라지는 개소, 갈라짐의 전파방향이 천차만별이었다. 이 때문에, 때때로 시드표면에 석출한 다결정 실리콘의 결정이 시드유지부재 표면을 덮도록 성장한 장소에 갈라짐이 전파하는 경우가 있었다. 시드유지부재와 실리콘 결정이 부착한 파편이 발생하면, 이 파편에 대해서도 별도로 다결정 실리콘과 시드유지부재의 분별작업을 행해야 하여 작업부담이 증가되고 있었다. 시드유지부재의 표면에 절리용 홈을 형성함으로써, 파괴하중을 걸면 이 홈에 응력집중을 일으켜 갈라짐이 발생한다. 그리고, 갈라짐은 이 홈을 따라서 전파해 간다. 개개의 상황에 맞는 절리용 홈의 위치와 연장시키는 방향을 설계함으로써, 종래의 문제점을 완화할 수 있다.
상기 절리용 홈의 둘레방향에 관한 형성범위는 둘레방향 전체 둘레 또는 그 일부 중 어느 한쪽이라도 된다. 일반적으로 시드유지부재는 일정한 방향으로 꺾어지도록 파괴하중이 걸린다. 이 때문에, 일부밖에 절리용 홈을 형성하지 않는 경우에는, 파괴하중이 걸리는 방향(부하 모멘트)의 측에 홈이 존재하도록 시드유지부재를 설치하는 것이 바람직하다. 파괴하중을 걸었을 때에 절리용 홈에서 응력집중을 최대한으로 이용하여 종래보다 작은 부하로 시드유지부재를 꺾을 수 있기 때문이다. 일부에 절리용 홈을 형성하는 것은 시드유지부재의 외경이 가는 경우에 특히 유효하게 된다. 일부에 절리용 홈을 형성하는 경우에는, 시드유지부재의 강도를 유지하면서 통전시에 전압이 절리용 홈을 형성한 부분에서 과도하게 걸리는 것을 방지할 수 있어, 과열의 문제점을 방지할 수 있다. 이 홈을 형성함으로써 시드유지부재의 강도가 너무 약해지면, 의도하지 않는 충격으로 절손될 우려가 있다. 또, 시드유지부재의 일부에서 가열이 일어나면, 이 열에 의해서 실리콘 결정이 녹아내릴 우려가 있다.
상기 시드유지부재의 선단이 절두(截頭) 원추대 모양으로 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이와 같은 구성으로 하면, 시드유지부재 선단을 덮은 실리콘 결정으로부터 시드유지부재를 뚫어 나가는 작업이, 선단이 원기둥 모양을 유지하고 있는 경우보다도 흑연의 양이 적게 되어 용이하게 된다. 시드유지부재 선단부는 절리용 홈을 형성한 개소보다도 가늘어질 가능성이 있지만, 통전시는 시드에 전류가 흐르기 때문에 과열의 문제점은 발생하지 않는다.
또, 상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 이하의 다결정 실리콘 제조방법의 경우도 있다. 즉, 본 발명에 관한 다결정 실리콘 제조방법은, 종봉이 되는 시드의 하단부를 유지하는 시드유지부재의 외주면의 임의의 개소에 절리용 오목부를 미리 형성해 두고, 이 오목부가 형성된 시드유지부재를, 다결정 실리콘을 제조하는 노의 저부에 설치된 전극부에 장착하는 스텝과, 시드의 표면에 다결정 실리콘을 석출하는 스텝과, 시드의 표면에 다결정 실리콘이 석출된 후, 시드유지부재를 오목부에서 절손하여, 다결정 실리콘이 부착된 시드를 노 밖으로 취출하는 스텝과, 노 밖으로 취출된 시드로부터 시드유지부재와 다결정 실리콘의 분리작업을 행하는 스텝을 가지는 것을 특징으로 한다. 이 오목부가 절리용 홈인 것이 바람직하다.
또, 본 발명에 관한 다결정 실리콘 제조방법은, 종봉이 되는 시드의 하단부를 유지하는 시드유지부재의 외주면의 임의의 개소에 절리용 오목부를 미리 형성해 두고, 이 오목부가 형성된 시드유지부재를, 다결정 실리콘을 제조하는 노의 저부에 설치된 전극부에 장착하는 스텝과, 시드의 표면에 다결정 실리콘을 석출하는 스텝과, 다결정 실리콘의 석출 후, 시드를 유지한 상태인 채로 시드유지부재를 전극부로부터 떼어내어, 노 밖으로 취출하는 스텝과, 노 밖으로 취출한 후, 시드유지 상태의 시드유지부재를 오목부에서 절손하여, 시드유지부재와 다결정 실리콘의 분리작업을 행하는 스텝을 가지는 것을 특징으로 하는 경우도 있다. 이 오목부가 절리용 홈인 것이 바람직하다.
본 발명에 의하면, 시드유지부재의 외주면의 임의의 개소에 절리용 오목부를 형성함으로써, 파괴하중을 걸었을 때에 이 오목부에서 응력집중을 일으켜, 종래보다도 작은 부하로 절리작업을 행하는 것이 가능하게 된다.
도 1은 본 발명에 관한 다결정 실리콘 제조방법에 사용되는 제조장치의 개략 구성도.
도 2는 도 1의 제조장치에 사용되는 시드유지부재의 평면도.
도 3은 도 2의 A1-A1선 화살표로 본 단면도.
도 4는 시드유지부재의 절손시의 갈라짐 상태를 나타내는 도면.
도 5는 실험예의 구성을 나타내는 도면.
도 6은 홈 깊이와 파괴하중과의 관계를 나타내는 그래프.
도 7은 종래예의 시드유지부재의 절손시의 시드유지부재와 실리콘 결정을 포함하는 파편이 생긴 상태를 나타내는 모식도.
이하, 본 발명을 실시형태에 근거하여 상세히 설명한다. 또한, 본 발명은 이하의 실시형태에 한정되는 것은 아니다.
(실시형태 1)
도 1은 본 발명에 관한 다결정 실리콘 제조방법에 사용되는 제조장치의 개략 구성도, 도 2는 도 1의 제조장치에 사용되는 시드유지부재의 평면도, 도 3은 도 2의 A1-A1선 화살표로 본 단면도이다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 반응로(1)는 노저(2)를 덮도록 벨 자(bell jar)(3)가 마련되어 있고, 내부가 밀폐되어 있다. 노 내에는 종봉이 되는 역'U'자형의 실리콘 심재(이하, '시드'라고 칭함)(4)가 복수 개 세워져 있고, 이 시드(4)의 양단부는 노저부의 전극부(5)에 시드유지부재(6)를 통하여 지지되어 있다. 즉, 전극부(5)의 선단에는 흑연(등방성 흑연, 이방성 흑연 중 어느 하나라도 됨)으로 이루어지는 시드유지부재(6)가 장착되어 있고, 이 시드유지부재(6)에는 시드(4)의 하단부가 삽입되어 있다. 노저(2)에는 노 내의 시드(4)를 향하여 원료가스를 공급하는 노즐(7)과, 노 내의 배기가스를 배출하는 배출구(8)가 마련되어 있다. 또한, 도 1에서, 20은 시드(4)의 표면에 실리콘이 석출한 실리콘 석출부를 나타내고 있다.
시드유지부재(6)의 형상은 전극 재치부(載置部)(후술하는 대좌부(臺座部)(6a)에 상당)가 굵게 되어 있는 도 3과 같은 것이나, 후술하는 실험에 사용한 도 5와 같은 동일 원기둥 모양인 것 등 여러 가지 존재한다. 본 실시형태에서는, 도 3에 나타내는 형상의 것을 예시한다. 즉, 시드유지부재(6)는 전극부(5)가 삽입되는 제1 끼워맞춤구멍(10)을 가지는 대좌부(6a)와, 대좌부(6a)에 이어지는 몸통부(6b)와, 몸통부(6b)에 이어지는 선단부(6c)로 구성되어 있다. 시드유지부재(6)는 통전되기 때문에 전체에 균일하게 전압이 걸려짐에 더하여, 전체의 강도 등의 이유로부터 대좌부(6a), 몸통부(6b)와 선단부(6c)는 다각기둥 등보다도 원주가 바람직하다. 시드유지부재(6)의 몸통부(6b)의 축심으로부터 외주면까지의 최단 거리가 1.5㎝ 이상이며, 최장 거리가 5㎝ 이내의 범위 내인 것이 보다 바람직하다. 선단부(6c)는 절두 원추대 모양이 보다 바람직하다. 왜냐하면, 시드유지부재(6)와 다결정 실리콘의 분리작업에서 시드유지부재 선단을 덮은 실리콘 결정으로부터 시드유지부재를 뚫어 나가기 시작하는 작업에서 흑연의 양이 적게 되어 용이하게 되기 때문이다.
대좌부(6a)에는 가스빼기용 구멍(11)이 형성되어 있다. 선단부(6c)에는 시드(4)의 하단부가 삽입되는 제2 끼워맞춤구멍(13)이 형성되어 있다. 이 제2 끼워맞춤구멍(13)은 선단면에 개구를 가지고, 시드유지부재(6)의 축심 방향을 따라서 연장하고 있다. 또, 선단부(6c)에는 관통구멍(14)이 형성되어 있으며, 이 관통구멍(14)에는 제2 끼워맞춤구멍(13)에 삽입된 시드(4)를 고정하기 위한 고정나사(15)가 나사 삽입된다.
여기서 주목해야 할 것은, 시드유지부재(6)에는 그 외주면에 절리용 홈(16)이 형성되어 있는 것이다. 이와 같이 절리용 홈(16)을 형성함으로써, 강도상의 위크 포인트가 존재하게 된다. 이 때문에, 시드유지부재(6)의 절손시에, 파괴하중에 의해서 절리용 홈(16)에 응력집중이 일어나, 종래보다도 작은 부하에서의 절리작업이 가능하게 된다. 또, 발생한 갈라짐은 절리용 홈(16)을 따라서 일정 방향으로 전파해 나가게 된다. 이 결과, 의도하지 않는 방향으로의 갈라짐의 전파를 방지하면서 나눌 수 있다. 시드유지부재와 다결정 실리콘을 포함하는 파편이 발생하는 것을 방지할 수 있기 때문에, 절리작업의 경감을 도모할 수 있다.
또한, 절리용 홈(16)이 시드유지부재(6)에 삽입되어 있는 시드(4)의 하단보다도 하측에 형성되어 있는 본 실시형태의 경우에는, 도 4의 (1)과 같은 갈라짐 상태가 된다. 절리용 홈(16)이 시드유지부재(6)에 삽입되어 있는 시드(4)의 하단보다도 상측에 있는 경우(후술하는 실험예의 경우)에는, 도 4의 (2)와 같은 갈라짐 상태가 된다. 도 4의 (1), (2)의 어느 갈라짐 상태라도, 도 7과 같이 시드표면에 석출한 다결정 실리콘의 결정이 시드유지부재를 덮도록 성장한 장소에 갈라짐이 전파하여, 흑연과 실리콘을 포함하는 파편이 되는 것을 방지할 수 있어, 시드유지부재와 다결정 실리콘의 분리작업의 시간과 노력을 현격히 경감할 수 있다.
다음으로, 절리용 홈(16)에 대한 구체적인, 홈 깊이, 홈 형상, 높이방향에 관한 홈형성위치, 원주 방향에 관한 홈형성위치에 대해서 설명한다.
(1) 절리용 홈(16)의 홈 깊이
홈 깊이는 특별히 한정되는 것이 아니고, 꺾을 때의 응력집중에 입각한 부하를 계산하여 시드유지부재(6)의 외경에 맞도록 홈의 깊이를 결정하면 된다.
(2) 절리용 홈(16)의 홈 형상
홈 형상은 어떠한 형상이라도 된다. 예를 들면, 원환 홈, 직사각형 홈, V 홈 등의 어느 하나라도 된다.
(3) 절리용 홈(16)의 높이방향에 관한 홈형성위치 절리용 홈(16)은 시드유지부재(6)의 표면에 시드표면에서 석출한 실리콘 결정의 성장부보다 하측에 형성되어 있는 것이 바람직하다. 환언하면, 절리용 홈(16)의 높이방향에 관한 형성위치는 시드표면상에 석출한 실리콘 결정이 성장하여, 시드유지부재(6)의 선단부를 덮어 가리는 부분보다도 아래의 범위가 바람직하다.
보다 바람직하게는, 절리용 홈(16)이 시드유지부재(6)의 선단으로부터 30㎜보다 아래에 형성하는 것이다. 그 이유는, 석출한 다결정 실리콘의 결정이 시드유지부재(6)를 선단으로부터 30㎜ 이상의 덮는 상태로 성장할 때까지 석출작업을 행하는 것은 드문 것에 기인한다.
또한, 고정나사(15)를 삽입하는 관통구멍(14)보다도 위쪽에 있는 편이 실리콘 결정으로부터 시드유지부재(6)를 뚫어 나갈 때에 작업이 용이하게 된다.
(4) 절리용 홈(16)의 원주 방향에 관한 홈형성위치
시드유지부재(6)의 외주면에서 둘레방향 전체 둘레 또는 그 일부 중 어느 한쪽이라도 된다.
또한, 절리용 홈(16)은 시드유지부재(6)의 둘레방향으로 연장하고 있는 경우(환언하면, 절리용 홈(16)이 시드유지부재(6)의 축심에 대해서 경사진 평면 내에 존재하고 있는 경우)라도 되고, 바람직하게는 절리용 홈(16)이 시드유지부재(6)의 축심에 대해서 수직인 평면 내에 존재하고 있는 경우이다.
다음으로, 상기 구성의 제조장치를 이용하여 다결정 실리콘을 제조하는 방법에 대해서 설명한다. 다결정 실리콘을 제조하는 방법은, 기본적으로는 종래예와 같다. 즉, 시드(4)는 전극(5) 및 시드유지부재(6)를 통해서 통전되며, 표면이 1000℃ 이상으로 적열(赤熱)된다. 노 내에 공급된 원료가스는 적열한 시드(4)의 표면에 접촉하여 열분해 내지 수소 환원되며, 시드(4)의 표면에 다결정 실리콘을 석출한다. 이 반응이 진행하여 다결정 실리콘봉으로 성장한다.
이렇게 하여, 다결정 실리콘을 석출한 후에는, 시드유지부재(6)를 절리용 홈(16)에서 절손하여, 다결정 실리콘이 부착된 시드(4)를 노 밖으로 취출한다. 이 시드유지부재(6)의 파괴하중을 건 절손시에, 절리용 홈(16)에서 응력집중이 일어나, 종래에 비해 작은 부하로 절리작업을 행할 수 있다. 또, 갈라짐은 이 홈을 따라서 전파해 나간다. 이 때문에, 시드유지부재 표면상에 실리콘 결정이 성장해 부착한 장소까지 갈라짐이 전파하여, 흑연과 실리콘을 포함하는 파편의 발생을 방지할 수 있어, 시드유지부재와 다결정 실리콘의 분리작업의 시간과 노력이 현격히 경감한다.
또한, 상기의 제조예로서는, 다결정 실리콘을 석출한 후에는, 시드유지부재(6)를 절리용 홈(16)에서 절손하여, 다결정 실리콘이 부착된 시드(4)를 노 밖으로 취출하고 있었지만, 다결정 실리콘을 석출한 후, 시드(4)를 유지한 상태인 채로 시드유지부재(6)를 전극부(5)로부터 떼어내어, 노 밖으로 취출하고, 그 후, 시드(4)를 유지한 상태의 시드유지부재(6)를 절리용 홈(16)에서 절손하여, 시드유지부재와 다결정 실리콘의 분리작업을 행하도록 하여도 된다.
(실험예)
도 5에 나타내는 바와 같이 하중 스팬(span)을 1m로 하고, 절리용 홈(16)이 전체 둘레에 걸쳐 형성되고, 또한, 홈 깊이는 0㎝, 1.0㎝, 1.5㎝의 3종류의 시드유지부재(6)의 각각에 대해서 하중을 작용시켜 파괴하중을 측정함으로써, 그 결과를 표 1 및 도 6에 나타낸다.
또한, 본 실험에서는, 시드유지부재(6)로서는, 도 5에 나타내는, 대좌부(6a)가 없는, 동일 원기둥 모양의 타입인 것을 이용하여 실험을 행했다. 또, 본 실험에서는, 관통구멍(14)이 없는 경우에 대해서도, 관통구멍(14)이 있는 경우와 같은 실험을 행하였으므로, 그 결과도 아울러, 표 1 및 도 6에 기재하고 있다. 또한, 도 6에서, 삼각표는 관통구멍(14)이 있는 경우의 파괴하중의 측정값을 나타내고, 사각표는 관통구멍(14)이 없는 경우의 파괴하중의 측정값을 나타내고 있다.
Figure pct00001
[실험결과]
표 1 및 도 6에 명확하게 나타내는 바와 같이, 관통구멍(14)이 있는 경우에는, 홈 깊이가 0㎝인 경우(절리용 홈(16)을 형성하고 있지 않은 경우)는 파괴하중이 40kgf, 홈 깊이가 1.0㎝인 경우는 파괴하중이 12kgf, 홈 깊이가 1.5㎝인 경우는 파괴하중이 4kgf이다. 관통구멍(14)이 없는 경우에는, 홈 깊이가 0㎝인 경우(절리용 홈(16)을 형성하고 있지 않은 경우)는 파괴하중이 35kgf, 홈 깊이가 1.0㎝인 경우는 파괴하중이 15kgf, 홈 깊이가 1.5㎝인 경우는 파괴하중이 5kgf이다. 단, 홈 깊이가 0㎝인 경우는, 선단부에 크랙이 발생했다. 홈 깊이가 1.0㎝, 1.5㎝인 경우는, 절리용 홈(16)을 형성하지 않는 상태보다도 작은 부하에서 절리용 홈(16)으로부터 갈라짐이 생겼다.
[실험결과의 검토]
(1) 상기 실험결과로부터, 절리용 홈(16)을 형성함으로써 파괴하중을 걸었을 때에 이 홈에서 응력집중이 일어나 종래보다도 작은 부하로 갈라짐이 생겼다. 또한, 이 홈을 따라서 일정 방향으로 갈라짐이 전파되어, 시드유지부재의 의도하지 않는 방향으로의 갈라짐의 전파를 방지한 상태에서 절리작업을 행할 수 있다고 하는 본원의 효과를 얻을 수 있는 것을 확인할 수 있다.
(2) 절리용 홈(16)을 형성한 장소의 시드유지부재(6)의 외경이 작아지면, 파괴하중이 작아지는 것을 확인할 수 있다. 따라서, 홈을 형성한 장소의 시드유지부재(6)의 외경이 극단적으로 작아지는, 홈 깊이의 절리용 홈(16)을 형성한 경우(예를 들면, 상기 실험에서의 홈 깊이가 1.5㎝를 넘는 경우)는, 시드유지부재(6)의 강도가 너무 약해져서, 의도하지 않는 충격으로 절손할 우려가 있다. 이에 더하여, 통전시에 전압이 홈을 형성한 부분에서 과도하게 걸려, 과열의 문제점이 발생할 우려가 높다. 시드유지부재(6)의 일부에서 가열이 일어나면, 이 열에 의해서 실리콘 결정이 녹아내릴 우려가 있다. 그래서, 절리용 홈(16)을 형성한 개소에서 종래보다도 작은 부하에서 갈라지는 것에 더하여, 이 홈을 따라서 갈라짐이 전파되어 의도하지 않는 시드유지부재(6)의 개소에 갈라짐의 전파를 방지하면서 절리작업을 행할 수 있다고 하는 본원의 효과에 더하여, 적어도 의도하지 않는 충격으로 절손하지 않는 정도의 강도를 구비하고 있는 것 및 통전시에 전압이 홈을 형성한 부분에서 과도하게 걸리는 것에 기인한 과열의 문제점을 방지하는 것도 고려한다면, 이 홈 깊이는 일정한 범위로 하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 시드유지부재(6)의 외경을 5㎝로 한 상기 실험의 경우, 홈 깊이는 1.0㎝부근이 바람직하다. 보다 바람직하게는 이 홈의 깊이는 0.7 ~ 1.5㎝부근이다.
또한, 표 1 및 도 6으로부터, 관통구멍(14)이 있는 경우와 없는 경우는 파괴하중의 값에 대부분 차이는 없는 것을 확인할 수 있다. 이것으로부터, 관통구멍(14)은 파괴 강도에 영향을 주지 않는다고 생각된다.
(그 외의 사항)
상기 실시형태에서는, 시드유지부재(6)는 대좌부(6a)와 몸통부(6b)와 절두 원추대 모양의 선단부(6c)로 구성되어 있었지만, 시드유지부재(6)의 형상은 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 선단부(6c)를 절두 원추대 모양으로 하지 않고, 몸통부(6b)를 그대로 위쪽으로 연장한 구조라도 된다.
<산업상의 이용 가능성>
본 발명은 임의의 개소에 절리용 홈을 형성함으로써, 이 홈에서 응력집중을 일으켜, 종래보다도 작은 부하의 절리작업을 가능하게 한다. 또, 이 홈을 따라서 갈라짐이 전파되어 의도하지 않는 시드유지부재 개소에서의 갈라짐을 방지하면서 절리작업을 행할 수 있어, 시드유지부재 및 그 시드유지부재를 이용한 다결정 실리콘 제조방법에 적용할 수 있다.
1 : 반응로 4 : 시드
5 : 전극부 6 : 시드유지부재
6a : 대좌부 6b : 몸통부
6c : 선단부 10 : 제1 끼워맞춤구멍
13 : 제2 끼워맞춤구멍 14 : 관통구멍
15 : 고정나사 16 : 절리용 홈
20 : 실리콘 석출부

Claims (9)

  1. 지멘스법(Siemens method)으로 다결정 실리콘을 제조하는 노(爐)의 저부(底部)에 설치된 전극부에 장착되고, 종봉(種棒)이 되는 시드의 하단부를 유지하는 흑연제의 시드유지부재로서,
    외주면의 임의의 개소에 절리용 오목부를 형성한 것을 특징으로 하는 시드유지부재.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 오목부는 절리(折離)용 홈인 시드유지부재.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 절리용 홈의 둘레방향에 관한 형성범위가 둘레방향 전체 둘레 또는 그 일부인 시드유지부재.
  4. 청구항 2 또는 3에 있어서,
    상기 절리용 홈은 시드유지부재 외주면의 둘레방향으로 연장하고 있는 시드유지부재.
  5. 청구항 2 내지 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 절리용 홈은 시드유지부재의 표면에 시드표면에서 석출(析出)한 실리콘 결정의 성장부보다도 하측에 형성되어 있는 시드유지부재.
  6. 청구항 1 내지 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 시드유지부재의 선단이 절두(截頭) 원추대 모양으로 형성되어 있는 시드유지부재.
  7. 지멘스법에 의해 다결정 실리콘을 제조하는 방법으로서,
    종봉이 되는 시드의 하단부를 유지하는 시드유지부재의 외주면의 임의의 개소에 절리용 오목부를 미리 형성해 두고, 이 오목부가 형성된 시드유지부재를, 다결정 실리콘을 제조하는 노의 저부에 설치된 전극부에 장착하는 스텝과,
    시드의 표면에 다결정 실리콘을 석출하는 스텝과,
    시드의 표면에 다결정 실리콘이 석출된 후, 시드유지부재를 오목부에서 절손(折損)하여, 다결정 실리콘이 부착된 시드를 노 밖으로 취출하는 스텝과,
    노 밖으로 취출된 시드로부터 시드유지부재와 다결정 실리콘의 분리작업을 행하는 스텝을 가지는 것을 특징으로 하는 다결정 실리콘 제조방법.
  8. 지멘스법에 의해 다결정 실리콘을 제조하는 방법으로서,
    종봉이 되는 시드의 하단부를 유지하는 시드유지부재의 외주면의 임의의 개소에 절리용 오목부를 미리 형성해 두고, 이 오목부가 형성된 시드유지부재를, 다결정 실리콘을 제조하는 노의 저부에 설치된 전극부에 장착하는 스텝과,
    시드의 표면에 다결정 실리콘을 석출하는 스텝과,
    다결정 실리콘을 석출한 후, 시드를 유지한 상태인 채로 시드유지부재를 전극부로부터 떼어내어, 노 밖으로 취출하는 스텝과,
    노 밖으로 취출한 후, 시드유지 상태의 시드유지부재를 오목부에서 절손하여, 시드유지부재와 다결정 실리콘의 분리작업을 행하는 스텝을 가지는 것을 특징 하는 다결정 실리콘 제조방법.
  9. 청구항 7 또는 8에 있어서,
    상기 오목부는 절리용 홈인 다결정 실리콘 제조방법.
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