KR20160088927A - 다결정 실리콘의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다결정 실리콘의 제조 방법으로서, 다결정 실리콘 로드를 제공하는 단계, 그 다결정 실리콘 로드를 다결정 실리콘 청크로 분쇄하는 단계, 및 베이스, 벽 및 개구부를 포함하는 고체의 본질적으로 안정한 용기 내로 다결정 실리콘 청크를 도입함으로써 그 다결정 실리콘 청크를 포장하는 단계를 포함하고, 여기서 용기는 베이스와 개구부의 2개의 상이한 크기의 면적을 지니고 측부 표면을 지닌 원뿔대 또는 각뿔대의 형태를 갖고, 베이스 면적은 용기의 개구부의 면적보다 더 크며, 용기의 벽은 0.5 mm 이상의 두께를 갖고, 원뿔 또는 각뿔의 측선과 수직 축 사이의 각도는 2°이상인 것인 제조 방법을 제공한다.

Description

다결정 실리콘의 제조 방법{METHOD FOR PRODUCING POLYCRYSTALLINE SILICON}

본 발명은 다결정 실리콘을 제조하는 방법에 관한 것이다.

다결정 실리콘(폴리실리콘)은 할로실란, 예컨대 트리클로로실란으로부터 지멘스 공정(Siemens process)에 의해 얇은 로드 상에 주로 침착되는데, 이는 다결정 실리콘 로드를 생성하고, 그 다결정 실리콘 로드는 후속적으로 매우 낮은 오염 절차에서 다결정 실리콘 청크(chunk)로 분쇄된다.

반도체 및 태양광 산업에서의 적용을 위해서는, 매우 적은 오염을 지닌 청크 폴리실리콘이 요구된다. 그러므로, 게다가 그 재료는 고객에게 수송되기 전에 낮은 오염 방식으로 포장되어야 한다.

원칙적으로 청크 실리콘을 포장하기 위한 적합성을 지닌 관형 파우치 기기가 상업적으로 이용가능하다. 그러한 포장 기기 하나가, 예를 들면 DE　36　40　520　A1에 기술되어 있다.

청크 폴리실리콘은 예리한 엣지의 비 자유 유동성 벌크 재료(sharp-edged non-free-flowing bulk material)이다. 그러므로, 포장 단계에서, 그 재료가 충전 중에 일반적인 플라스틱 파우치를 구멍 내지 않거나, 최악의 경우 심지어는 그 파우치를 완전히 파괴하지 않는 것을 보장하도록 유의해야 한다.

이러한 우발적 사건을 방지하기 위해서, 상업적인 포장 기기는 폴리실리콘의 포장을 위해 적합하게 개조될 수 있다.

그 이유는 플라스틱 파우치에 대한 구멍이 존재하기 때문이며, 이는 역시 마찬가지로 라인이 중단되는 것 및 그 실리콘이 오염되는 것을 유발한다.

DE 10 2007 027 110 A1에는, 다결정 실리콘이 자유롭게 매달린 완전 형성된 파우치 내로 충전 장치에 의해 충전되고, 이 충전된 파우치가 후속적으로 밀봉되는 다결정 실리콘의 포장 방법으로서, 그 파우치가 10 ㎛ 내지 1000 ㎛의 벽 두께를 갖는 고순도 플라스틱으로 구성되고, 그 충전 장치가 비금속성 저오염 재료로 제조된 자유롭게 매달린 에너지 흡수체를 포함하고, 그 흡수체가 다결정 실리콘의 도입 전에 플라스틱 파우치 내로 도입되며, 다결정 실리콘이 플라스틱 파우치 내로 도입되고, 그 자유롭게 매달린 에너지 흡수체가 다결정 실리콘으로 충전된 플라스틱 파우치로부터 후속적으로 제거되고, 플라스틱 파우치가 밀봉되는 것을 특징으로 하는 포장 방법이 개시되어 있다.

그 플라스틱 파우치의 밀봉은 전형적으로 용접에 의해 달성된다.

플라스틱 파우치 내에 에너지 흡수체를 제공하는 이러한 유형의 방법에 의해, 포장 과정에서 플라스틱 파우치에 대한 구멍이 크게 방지될 수 있다. 그러나, 이는 단지 소형 및/또는 경량 청크에만 해당하는 경우이다.

파우치 손상 사건의 위험은 청크의 질량과 비례하여 증가하는 것으로 밝혀졌다.

파우치 필름의 강화에 의해, 원칙적으로 구멍 비율을 감소시키기 위한 고려할 수 있는 한가지 가능성은 매우 실제적이 아닌 것으로 입증되었는데, 특히 이러한 유형의 보다 덜한 가요성 필름이 취급하기 어렵기 때문이다. 사용되는 포장 기기는 350 ㎛ 초과의 두께를 지닌 필름에 대하여 설계되어 있지 않다. 게다가, 그러한 두께의 파우치를 용접하는데 요구되는 시간은 보다 길어 지는데, 이는 처리량을 감소시키게 된다.

그러한 파우치에 대한 구멍은 포장 과정에서 일어날 수 있을 뿐만 아니라 고객으로의 수송 과정에서도 일어날 수 있다. 청크 폴리실리콘은 예리한 엣지를 가지므로, 청크가 파우치 필름에 대하여 상대적으로 움직이고/이거나, 파우치 필름에 압력을 가하는 결과로서 파우치 내의 바람직하지 못한 청크 배향의 사건에서, 청크는 얇은 필름을 절단하거나 구멍 낸다.

경험에 의하면, 표준적인 상업 PE 필름으로부터 제조되어, 청크 폴리실리콘으로 충전된 파우치는 수송 동안 또는 수송 후에 닳아 개방된 용접 시임을 나타내는 것으로 밝혀졌다.

파우치 포장으로부터 튀어나오는 청크는 주위 물질에 의한 직접적인 허용할 수 없는 오염을 수용할 수 있고, 반면에 내부 상의 청크는 유입하는 주위 공기에 의해 허용할 수 없을 정도로 오염될 수 있다.

이러한 문제점은 소위 이중 파우치에 의해서도 발견되며, 이중 파우치에서는 폴리실리콘이 제1 파우치 내로 충전되고 이 제1 파우치가 후속적으로 제2 파우치 내로 도입된다.

종래 기술에 공지된 모든 수단에도 불구하고, 구멍 및 파우치 손상에 대한 100% 시각적 검사가 항상 요구되는 것은 아니다.

본 발명의 목적은 이러한 문제점으로부터 개발되었다.

그 목적은 다결정 실리콘의 제조 방법으로서, 다결정 실리콘 로드를 제공하는 단계, 그 다결정 실리콘 로드를 다결정 실리콘 청크로 분쇄하는 단계, 및 베이스, 벽 및 개구부를 포함하는 고체의 본질적으로 안정한 용기 내로 그 다결정 실리콘 청크를 도입함으로써 그 다결정 실리콘 청크를 포장하는 단계를 포함하고, 여기서 용기는 베이스와 개구부의 2가지 상이한 크기의 면적을 지니고 측부 표면을 지닌 원뿔대(truncated cone) 또는 각뿔대(truncated pyramid)의 형태를 가지며, 베이스 면적은 용기의 개구부의 면적보다 더 크고, 용기의 벽은 0.5 mm 이상의 두께를 가지며, 원뿔 또는 각뿔의 측선과 수직 축 간의 각도는 2° 이상인 제조 방법에 의해 달성된다.

다결정 실리콘은 반응 가스로서 실리콘 함유 성분 및 수소를 사용하여 가열된 얇은 실리콘 로드 상에 침착되는 것이 바람직하다(지멘스 공정). 그 실리콘 함유 성분은 클로로실란인 것이 바람직하고, 트리클로로실란인 것이 보다 바람직하다. 침착은 종래 기술에 따라 수행하며, 예를 들면 WO　2009/047107　A2를 참조할 수 있다.

침착을 수행한 후, 다결정 실리콘 로드는 분쇄된다. 바람직하게, 여기에서는 제일 먼저 폴리실리콘 로드의 예비 분쇄가 존재한다. 이러한 예비 분쇄를 위해서, 저 마모 재료, 예를 들면 초경합금(hard metal)으로 제조된 해머가 사용된다. 예비 분쇄는 바람직하게는 저 마모성 플라스틱으로 이루어지거나 실리콘으로 이루어지는 표면을 지닌 작업대에서 수행한다.

이후에는 그 예비 분쇄된 폴리실리콘을 원하는 표적 청크 크기 0, 1, 2, 3 또는 4로 분쇄하는 것이 수행된다. 청크 크기는 다음과 같이 실리콘 청크의 표면 상에서의 2개의 점 사이의 최대 거리(최대 길이)로서 정의된다:

청크 크기 0: 약 0.5 내지 5 mm

청크 크기 1: 약 3 내지 15 mm

청크 크기 2: 약 10 내지 40 mm

청크 크기 3: 약 20 내지 60 mm

청크 크기 4: 약 ＞ 45 mm

분쇄는 분쇄기, 예를 들면 조 분쇄기(jaw crusher)에 의해 달성된다. 그러한 분쇄기 하나가, 예를 들면 EP 338 682 A2에 기술되어 있다.

이후, 그 분쇄된 실리콘은, 필요한 경우, 기계 스크린에 의해, 상기 청크 크기로 분류된다.

그 청크는 임의로 포장 전에 세정된다. 이 목적을 위해, HNO₃ 및 HF를 포함하는 세정액이 사용되는 것이 바람직하다.

예비 세정 조작에서는, 바람직하게는, 폴리실리콘 청크가 산화 세정액에 의한 하나 이상의 단계로 세정되고, 주요 세정 조작에서는 HNO₃ 및 HF를 포함하는 세정액에 의한 추가 단계로 세정되며, 친수화 절차에서는 산화 세정 유체에 의한 또 다른 추가 단계로 세정된다. 예비 세정은 바람직하게는 HF/HCl/H₂O₂에 의해 달성된다. 실리콘 표면의 친수화는 바람직하게는 HCl/H₂O₂에 의해 달성된다.

세정 후 또는 분쇄 직후(세정이 수행되지 않은 경우), 폴리실리콘 청크가 포장된다.

용기의 베이스 면적은 원형 또는 타원형(원뿔대)일 수 있다. 베이스 면적과 평행한 직원뿔로부터 보다 작은 원뿔을 절단함으로써 원뿔대가 생성된다.

또한, 베이스 면적이 정사각형 또는 직사각형(사각형)이거나 다각형(각뿔대)인 경우, 이것도 또한 바람직하다. 베이스 면적과 평행한 각뿔(출발 각뿔)로부터 보다 작은 유사한 각뿔(보완적 각뿔)을 절단함으로써 각뿔대가 형성된다.

각뿔대의 2개의 평행 표면은 서로 유사하다. 각뿔대는 각각 측선을 지닌 복수의 측부 표면을 가지며, 이러한 측선은 그 각뿔의 수직 축에 대하여 상이한 각도를 형성할 수 있다. 각뿔대의 모든 측선은 그 각뿔의 수직 축에 대하여 2°이상의 각도를 형성하게 된다.

그러므로, 사용된 용기는 베이스, 벽 및 개구부를 포함하는 고체의 본질적으로 안정한 용기인 것이 바람직하고, 여기서 용기는 2개의 상이한 크기 원형 면적 및 측부 표면을 지닌 원뿔대의 형태를 가지며, 원형 베이스 면적은 용기의 개구부의 원형 면적보다 더 크고, 용기의 벽은 0.5 mm 이상의 두께를 갖고, 측선과 수직 원뿔 축 사이의 각도는 2°이상이다.

용기는 또한 각뿔대의 형태를 가질 수도 있다. 이러한 경우, 베이스 면적은 정사각형, 직사각형 또는 다각형일 수 있다. 이러한 경우, 개구부 또한 정사각형 형태, 직사각형 형태 또는 다각형 형태를 갖는다. 여기서도 또한 임의의 측선과 수직 축 사이의 각도는 2° 이상인 것이 기본적이다.

용기의 벽은 0.6 mm 내지 1 mm의 두께를 갖는 것이 바람직하다.

측선과 수직 원뿔 축 사이의 각도는 2°내지 6.5°인 것이 바람직하다.

용기의 개구부는 리드에 의해 닫힐 수 있다.

용기는 플라스틱으로 구성되는 것이 바람직하다.

사용된 플라스틱은 100 ppbw 미만의 붕소, 100 ppbw 미만의 인 및 10 ppbw 미만의 비소를 함유하는 것이 바람직하다.

플라스틱은 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리우레탄 및 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF)로 이루어진 군으로부터 선택되는 것이 바람직하다.

용기 내부에 위치한 실리콘 청크는 그의 경사진 벽에 의해 채워 넣어지는 것으로 나타났다. 이는 폴리실리콘에 대한 현행 포장과 비교하여 실리콘 청크가 또한 수송의 과정에서도 고정된다는 이점을 갖는다. 용기 내에서의 청크의 상대적 움직임이 존재하지 않는다. 이에 따라, 수송의 과정에서 그 재료의 원하지 않은 추가 분쇄를 방지하는 것이 가능하다.

포장 동안, 청크는 용기 내로 직접 계량될 수 있다. 그리퍼 아암을 지닌 표준 포장 기기 또는 로보트가 사용될 수 있다. 용기 충전의 과정에서 비교적 작은 미분 함량이 생성된다.

용기가 수동으로 충전되는 경우, 고순도 폴리에틸렌으로 제조되거나 PU로 제조된 글로브가 바람직하게 사용된다. 그 글로브를 구성하는 재료는 100 ppbw 미만의 붕소, 100 ppbw 미만의 인 및 10 ppnw 미만의 비소를 함유해야 한다.

종래 기술에서의 파우치를 이용하면, 일반적인 규칙으로서, 예를 들면 튜브를 형성시키는 수단에 의해 또는 파우치를 소울더 위로 잡아 당기는 것에 의해, 파우치를 예비 성형하는 것이 필요하였다. 이는 본 발명의 방법과는 동 떨어지게 수행되는데, 그 이유는 고체의 본질적으로 안정한 용기가 사용되기 때문이다. 종래 기술로부터 공지된 구멍 문제점은 일어나지 않는다.

종래 기술에서와 같이 포장 재료 손상에 대한 시각적 검사를 수행할 필요가 더 이상 없다.

그 충전된 용기는 카드보드 수송 박스 내로 자동적으로 포장될 수 있다.

용기는 용기를 잡아 고정할 수 있도록 하기 위해서 용기의 외벽 상에 장입된 서비스 부재를 포함하는 것이 바람직하다.

카드보드 수송 박스 내로 용기를 포장하는 경우에 있어서, 그리퍼 아암을 지닌 로보트 또는 롤러 컨베이어가 사용될 수 있다.

카드보드 수송 박스 내로 용기를 포장하는 것은 박스 체적이 최대로 이용되고 최대 포장 밀도가 달성되는 방식으로 수행되는 것이 바람직하다.

발명의 효과

본 발명은 본 발명의 다결정 실리콘 제조 방법에 의해 다결정 실리콘의 포장 및 수송 과정에서 그 다결정 실리콘의 손상 및 이에 따른 오염이 현저히 감소됨에 따라 그 다결정 실리콘의 제조 비용 및 생산 효율을 크게 개선시킬 수 있다.

Claims (10)

1. 다결정 실리콘의 제조 방법으로서, 다결정 실리콘 로드를 제공하는 단계, 그 다결정 실리콘 로드를 다결정 실리콘 청크로 분쇄하는 단계, 및 베이스, 벽 및 개구부를 포함하는 고체의 본질적으로 안정한 용기 내로 그 다결정 실리콘 청크를 도입함으로써 다결정 실리콘 청크를 포장하는 단계를 포함하고, 여기서 용기는 베이스와 개구부의 2개의 상이한 크기의 면적을 지니고 측부 표면을 지닌 원뿔대 또는 각뿔대의 형태를 갖고, 베이스 면적은 용기의 개구부의 면적보다 더 크며, 용기의 벽은 0.5 mm 이상의 두께를 갖고, 원뿔 또는 각뿔의 측선과 수직 축 사이의 각도는 2°이상인 것인 제조 방법.
2. 제1항에 있어서, 용기의 베이스 면적은 원형 또는 타원형인 제조 방법.
3. 제1항에 있어서, 용기의 베이스 면적은 정사각형, 직사각형 또는 다각형인 제조 방법.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서, 용기의 벽은 0.6 mm 내지 1 mm의 두께를 갖는 것인 제조 방법.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 하나의 항에 있어서, 원뿔 또는 각뿔의 측선과 수직 축 사이의 각도는 2°내지 6.5 °인 제조 방법.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 하나의 항에 있어서, 용기는 100 ppbw 미만의 붕소, 100 ppbw 미만의 인 및 10 ppbw 미만의 비소를 함유하는 플라스틱으로 구성되는 것인 제조 방법.
7. 제6항에 있어서, 플라스틱은 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리우레탄, 및 폴리비닐리덴 플루오라이드로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 제조 방법.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 하나의 항에 있어서, 다결정 실리콘 청크는, 100 ppbw 미만의 붕소, 100 ppbw 미만의 인 및 10 ppbw 미만의 비소를 함유하는 PE 또는 PU의 글로브를 착용하여, 수동으로 용기 내로 도입되는 것인 제조 방법.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 하나의 항에 있어서, 포장되기 전에 다결정 실리콘 청크는 HNO₃ 및 HF를 함유하는 세정액에 의해 세정되는 것인 제조 방법.
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 하나의 항에 있어서, 다결정 실리콘 청크는 포장되거나 임의로 세정되기 전에 청크 크기 분류로 분류되는 것인 제조 방법.