KR20220017394A - 다결정 실리콘 로드의 절단 방법, 다결정 실리콘 로드의 컷 로드의 제조 방법, 다결정 실리콘 로드의 너깃의 제조 방법, 및 다결정 실리콘 로드의 절단 장치 - Google Patents

다결정 실리콘 로드의 절단 방법, 다결정 실리콘 로드의 컷 로드의 제조 방법, 다결정 실리콘 로드의 너깃의 제조 방법, 및 다결정 실리콘 로드의 절단 장치 Download PDF

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Abstract

다결정 실리콘 로드의 절단 시에, 금속 오염을 방지하는 방법을 실현한다. 다결정 실리콘 로드(S)를 절단 공구(133)에 의해 절단하는 절단 공정을 포함하는 다결정 실리콘 로드(S)의 절단 방법으로서, 절단 공정에서는, 제1 노즐(14)로부터 다결정 실리콘 로드(S)의 절단 위치에 액체(L1)를 공급하고, 제2 노즐(15)로부터 다결정 실리콘 로드(S)의 표면에 액체(L2)를 공급한다.

Description

다결정 실리콘 로드의 절단 방법, 다결정 실리콘 로드의 컷 로드의 제조 방법, 다결정 실리콘 로드의 너깃의 제조 방법, 및 다결정 실리콘 로드의 절단 장치
본 발명은 다결정 실리콘 로드의 절단 방법, 다결정 실리콘 로드의 컷 로드의 제조 방법, 다결정 실리콘 로드의 너깃의 제조 방법, 및 다결정 실리콘 로드의 절단 장치에 관한 것이다.
지멘스법에 의해 제조되는 다결정 실리콘 로드는, 통상 대략 원주 형상의 가늘고 긴 다결정 실리콘 로드로서 제조된다. 이러한 다결정 실리콘 로드를 원료로 해서, 인상법 등의 방법에 의해 단결정 실리콘 잉곳을 제조하기 위해서는, 적절한 길이로 절단하는 것이 필요한 경우가 있다.
다결정 실리콘 로드를, 통상의 회전식 블레이드를 사용해서 절단할 경우, 블레이드와 재료 사이에 생기는 마찰열에 의한 연마 입자의 박리 또는 마멸(磨滅) 및 블레이드의 변형 등을 방지하기 위해, 다결정 실리콘 로드의 절단부에 물 또는 기름 등의 냉각 및 윤활용의 매체를 분사하면서 절단이 행해지고 있다. 이 방법은 습식 절단 방법으로 알려져 있다.
습식 절단 방법 등에 있어서, 다결정 실리콘 로드를 블레이드에 의해 절단하는 경우의 과제로서, 실리콘의 절삭분(切削粉)뿐만 아니라, 블레이드 유래의 금속 성분도 발진(發塵)해, 발진한 금속 성분이 다결정 실리콘 로드를 오염시키는 것을 들 수 있다. 이 원인은, 다결정 실리콘 로드의 절단 시에, 블레이드에 고착되어 있는 연마 입자가 마모되고, 그 결과 연마 입자의 결합제로서 사용되고 있는 금속 성분이 다결정 실리콘 로드와 직접 접촉해, 발진하기 때문이다.
이 대책으로서, 예를 들면 특허문헌 1에서는, 연마 입자가 메탈 본드에 의해 블레이드 외주부에 고착된 외주 커터가 아니라, 연마 입자가 전착도금법에 의해 블레이드 내주부에 고착된 내주 커터를 사용해서 절단하는 것이 제안되어 있다. 또한, 특허문헌 2에서는, 파쇄 등의 기계 가공 후의 다결정 실리콘 로드의 표면에 특수한 에칭 처리를 실시하고, 오염 물질을 제거하는 것이 제안되어 있다.
일본국 공개 특허 공보 「특개2005-288891호 공보」 일본국 공개 특허 공보 「특개평08-067510호 공보」
그러나, 특허문헌 1에서 제안되어 있는 내주 커터에 의한 절단에서는, 일반적인 내주 커터는 커터 끝이 얇게 형성되어 있기 때문에, 내주 커터에 큰 부하가 가해지면 파손될 우려가 있다. 또한, 특허문헌 2에서 제안되어 있는 특수한 에칭 처리를 행해도, 다결정 실리콘 로드의 표면으로부터 오염 물질을 완전히는 제거할 수 없어, 단결정 실리콘 잉곳의 불순물 오염을 충분히 저감할 수 없는 경우가 있다. 또한, 에칭 처리는, 다결정 실리콘 로드의 제조에 있어서의 공정수의 증가 및 코스트의 증대로 이어진다.
본 발명의 일 태양은, 다결정 실리콘 로드의 절단 시에, 불순물 오염, 특히 금속 오염을 효과적으로 방지하는 방법을 실현하는 것을 목적으로 한다.
상기한 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 태양에 따른 다결정 실리콘 로드의 절단 방법은, 다결정 실리콘 로드를 절단 공구에 의해 절단하는 절단 공정을 포함하는 다결정 실리콘 로드의 절단 방법으로서, 상기 절단 공정에서는, 제1 노즐로부터 상기 다결정 실리콘 로드의 절단 위치에 액체를 공급하고, 제2 노즐로부터 상기 다결정 실리콘 로드의 표면에 상기 액체를 공급한다.
본 발명의 일 태양에 따른 다결정 실리콘 로드의 컷 로드의 제조 방법은, 다결정 실리콘 로드를 절단 공구에 의해 절단하는 절단 공정을 포함하는 다결정 실리콘 로드의 컷 로드의 제조 방법으로서, 상기 절단 공정에서는, 제1 노즐로부터 상기 다결정 실리콘 로드의 절단 위치에 액체를 공급하고, 제2 노즐로부터 상기 다결정 실리콘 로드의 표면에 상기 액체를 공급한다.
본 발명의 일 태양에 따른 다결정 실리콘 로드의 절단 장치는, 다결정 실리콘 로드를 절단하기 위한 절단 공구와, 상기 다결정 실리콘 로드의 절단 위치에 액체를 공급하는 제1 노즐과, 상기 다결정 실리콘 로드의 표면에 상기 액체를 공급하는 제2 노즐을 구비한다.
본 발명의 일 태양에 따르면, 다결정 실리콘 로드의 절단 시에, 불순물 오염, 특히 금속 오염을 효과적으로 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시형태 1에 따른 다결정 실리콘 로드의 절단 장치를 나타내는 모식도.
도 2는 다이아몬드 블레이드의 연마 입자 고착 태양을 나타내는 모식도.
도 3은 본 발명의 실시형태 2에 따른 다결정 실리콘 로드의 절단 장치를 나타내는 모식도.
〔실시형태 1〕
이하, 본 발명의 일 실시형태에 대해, 도면을 참조해서 상세히 설명한다.
<다결정 실리콘 로드의 절단 장치>
도 1에 나타내는 바와 같이, 다결정 실리콘 로드(S)를 절단하기 위한 절단 장치(10)는, 기단측 지지부(11)와, 선단측 지지부(12)와, 절단부(13)와, 제1 노즐(14)과, 제2 노즐(15)을 구비한다.
본 발명의 대상이 되는 다결정 실리콘 로드(S)는, 예를 들면 지멘스법에 의해 제조된다. 지멘스법에서는 우선, 벨자형의 반응기 내에, 예를 들면 뒤집힌 U자 형상의 직경 수 ㎜, 길이 1000∼3000㎜의 실리콘 심선(芯線)을 대략 연직 방향으로 세우고, 통전 가열에 의해 약 1100℃로 가열 유지한다. 이 상태에서, 반응기 내에 실리콘 함유 화합물, 예를 들면 모노실란이나 트리클로로실란 등을, 수소 가스와 함께 공급하고, 실리콘 심선 표면에서 반응시켜서, 실리콘 심선 표면에 실리콘을 석출시켜, 다결정 실리콘 로드(S)를 얻는다. 이 다결정 실리콘 로드(S)는 통상, 직경 50∼200㎜, 길이 1000∼3000㎜의 대략 원주 형상의 가늘고 긴 형상을 갖는다.
기단측 지지부(11)는, 다결정 실리콘 로드(S)의 일단(이하, 기단이라 칭함)의 단부(端部)를 회전 가능하게 지지하는 부재이고, 선단측 지지부(12)는, 다결정 실리콘 로드(S)의 타단(이하, 선단이라 칭함)의 단부를 회전 가능하게 지지하는 부재이다.
기단측 지지부(11)는, 원통 형상의 원통 벽부(111)와, 원통 벽부(111)의 축 방향 중앙 근방에서 직경 방향 내측으로 돌출하는 척(111a)과, 원통 벽부(111)의 기단측 단면(端面)을 덮는 원통 저벽(112)과, 원통 저벽(112)으로부터 기단측으로 연장 돌출해, 원통 벽부(111)에 대해 동심축 형상으로 배치되는 축 부재(113)를 구비한다. 기단측 지지부(11)는, 원통 벽부(111) 내의 공동에, 절단되어야 할 다결정 실리콘 로드(S)의 기단측의 부분을 동심축 형상으로 수용하고, 지지하도록 구성되어 있다. 축 부재(113)는, 체인 등의 전동 부재(114)를 통해서, 축 부재(113)를 회전 구동시키기 위한 회전 구동원(115)에 연결되어 있다.
선단측 지지부(12)는, 다결정 실리콘 로드(S)의 둘레 방향으로 120도씩 이간한 3쌍의 롤러(121)를 구비하고, 이 3쌍의 롤러의 회전 축은, 기단측 지지부(11)의 원통 벽부(111)의 회전 축과 평행하다.
절단부(13)는, 선단측 지지부(12)보다 더 선단측에서, 다결정 실리콘 로드(S)를 절단하는 부재이다. 절단부(13)는, 회전 구동원(131)과, 회전 구동원(131)의 출력 축에 연결되는 회전 축부(132)와, 회전 축부(132)에 장착되는 블레이드(절단 공구)(133)를 구비한다. 블레이드(133)는, 본 실시형태에 있어서, 기판의 외주부에 다이아몬드 연마 입자가 고착된 외주 커터 다이아몬드 블레이드이지만, 본 발명의 절단 공구는 이것으로 한정되지 않으며, 예를 들면 내주 커터 블레이드, 띠톱 또는 줄톱 등이어도 된다. 지멘스법에 의해 제조되는 다결정 실리콘 로드(S)의 절단에서는, 직경 50∼200㎜의 다결정 실리콘 로드(S)를 연신 방향에 대략 수직으로 수 분간 절단해서 2분할하는 것이 요구되기 때문에, 본 발명의 절단 공구는, 생산성이나 설비 코스트의 면에서, 외주 커터 블레이드인 것이 바람직하다. 블레이드(133)의 치수는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면 직경 250∼450㎜, 커터의 두께 1∼3㎜이다.
외주 커터 다이아몬드 블레이드의 종류로서, 예를 들면, 도 2에 나타내는 메탈 본드 블레이드(133a) 및 전착(電着) 블레이드(133b)를 들 수 있다. 메탈 본드 블레이드(133a)는, 결합제로 되는 복수 종의 금속 분말을, 다이아몬드 연마 입자와 함께 섞어 굳혀서 소결하는 것에 의해 제작된다. 금속 분말로서는, 예를 들면 코발트, 철, 스틸, 텅스텐, 브론즈(Cu-Sn) 또는 니켈 등이 사용된다.
한편, 전착 블레이드(133b)는, 다이아몬드 연마 입자를 현탁시킨 금속의 도금액(전해질 용액)을 사용해서, 전해 도금법에 의해 금속을 기판의 표면에 석출시킴과 함께, 다이아몬드 연마 입자를 금속 표면에 흡착시켜서 도입하는 것에 의해 제작된다. 결합제로서의 도금층은, 니켈을 베이스로 한 것이 일반적이다.
이들 외, 외주 커터 다이아몬드 블레이드의 종류로서, 도시는 하고 있지 않지만, 레진 본드에 의해 다이아몬드 연마 입자를 고착시킨 레진 본드 블레이드를 사용할 수도 있다. 사용하는 레진 본드는, 특별히 제한되는 것은 아니며, 시판의 것을 사용할 수 있다.
전착 블레이드(133b)에서는, 연마 입자가 기판 표면에 밀집해 있기 때문에, 결합제의 노출 면적이 적고, 또한 결합제의 금속 성분이 주로 니켈로 한정된다. 따라서, 전착 블레이드(133b)를 사용한 다결정 실리콘 로드(S)의 절단 시에는, 블레이드(133) 유래의 오염 물질이 비산하기 어렵고, 또한 비산하는 오염 물질의 종류를 특정할 수 있다. 따라서, 블레이드(133) 유래의 오염 물질에 의한 다결정 실리콘 로드(S)의 오염을 보다 효과적으로 저감하기 위해, 블레이드(133)는 전착 블레이드(133b)인 것이 바람직하다.
또, 본 발명에 있어서의 「다결정 실리콘 로드의 절단 시의 오염」이란, 특별히 언급이 없는 한, 다결정 실리콘 로드(S)의 표면에 부착되는 오염 및 다결정 실리콘 로드(S)의 내부에 확산하는 오염, 특히 금속 오염을 포함하는 것으로 한다. 여기에서, 다결정 실리콘 로드(S)의 내부에 확산하는 오염이란, 예를 들면, 다결정 실리콘 로드(S)를 절단해서 얻어지는 다결정 실리콘 로드의 컷 로드, 및 당해 컷 로드를 파쇄해서 얻어지는 너깃(nugget)의 표면을 수 ㎛, 화학 약품으로 용해 제거해도 잔류하는 오염을 의미하는 것으로 한다.
다시 도 1을 참조하면, 제1 노즐(14)은, 다결정 실리콘 로드(S)의 절단 위치에 액체(L1)를 공급하기 위한 부재이다. 제1 노즐(14)은, 블레이드(133) 및 다결정 실리콘 로드(S)의 절단 위치의 위쪽에 배치되어 있고, 아래쪽을 향해 개구되어 있다. 제1 노즐(14)로부터 공급되는 액체(L1)는, 블레이드(133)와 다결정 실리콘 로드(S) 사이의 마찰을 저감하는 윤활 매체로서 기능함과 함께, 마찰에 의해 발생하는 열을 흡수하는 냉각 매체로서 기능한다. 또한, 액체(L1)는, 다결정 실리콘 로드(S)의 절단 시에, 블레이드(133) 및 다결정 실리콘 로드(S)의 절단 위치에 분사되도록 공급됨으로써, 블레이드(133) 유래의 연마 입자 및 금속분 그리고 다결정 실리콘 로드(S)의 절삭분을 제거하는 기능도 수행한다.
제1 노즐(14)은, 액체(L1)를 공급하는 배관(도시하지 않음)에 접속되어 있고, 다결정 실리콘 로드(S)의 절단 시에, 절단 위치에 액체(L1)를 임의의 유량으로 공급 가능하게 구성되어 있다.
제1 노즐(14)의 선단으로서, 임의의 형상의 것을 사용할 수 있으며, 한정하는 것은 아니지만, 예를 들면 플레어 노즐을 사용할 수 있다. 제1 노즐(14)의 선단에 있어서의 개구부의 크기는, 특별히 제한되는 것은 아니며, 다결정 실리콘 로드(S)의 크기, 다결정 실리콘 로드(S)의 절단 위치에 공급되는 액체의 양 등에 따라, 절단에 필요한 충분한 양을 공급할 수 있는 크기인 것이 바람직하다. 구체적으로는, 개구부의 폭이 0.5∼15㎜ 정도인 것을 사용하는 것이 바람직하다.
액체(L1)의 종류는, 윤활 매체 및 냉각 매체로서 기능하는 것이면 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면, 물 또는 기름 등이어도 되고, 추가로 세정 성분 등의 첨가제가 첨가된 액체여도 된다. 다결정 실리콘 로드(S)의 오염을 최소화하기 위해, 액체(L1)는 순수인 것이 바람직하고, 특히 비저항이 1MΩ㎝(메가 옴 센티미터) 이상인 순수인 것이 바람직하다.
액체(L1)의 유량은, 특별히 한정되지 않지만, 액체(L1)를 제1 노즐(14)로부터 다결정 실리콘 로드(S)의 상면에 분사할 때에, 다결정 실리콘 로드(S)의 상면을 다결정 실리콘 로드(S)의 직경×직경의 면적에 상당하는 범위에 퍼져서 흐르는 양이어도 되며, 예를 들면 5∼20L/min이어도 된다.
후술하는 바와 같이, 다결정 실리콘 로드(S)의 절단 시에는, 액체(L1)가, 다결정 실리콘 로드(S)의 절삭분 및 블레이드(133) 유래의 오염 물질과 함께 비산하는 경우가 있다. 비산체는, 액체(L1), 다결정 실리콘 로드(S)의 절삭분 및 블레이드(133) 유래의 오염 물질 중의 어느 하나 이상을 포함하고, 블레이드(133) 유래의 오염 물질은, 예를 들면 연마 입자 및 결합제 등을 포함한다. 발명자들의 예의 검토에 따르면, 액체(L1)가 흐르는 다결정 실리콘 로드(S) 표면의 범위는, 액체(L1)의 유량에 상관없이, 다결정 실리콘 로드(S)의 직경과 대략 같은 폭이지만, 비산체가 다결정 실리콘 로드(S) 표면에 부착되는 범위는, 액체(L1)의 유량에 따라, 다결정 실리콘 로드(S)의 절단 위치에서 연신 방향으로, 다결정 실리콘 로드(S)의 직경의 3∼5배의 거리 떨어진 위치까지 미치는 것이 판명되어 있다.
제2 노즐(15)은, 제1 노즐(14)보다 기단측에 배치되고, 다결정 실리콘 로드(S)의 표면의 오염 물질을 제거하기 위한 액체(L2)를 공급하기 위한 부재이다. 제2 노즐(15)은, 다결정 실리콘 로드(S)의 표면에 있어서의, 절단 위치에서 기단측으로, 다결정 실리콘 로드(S)의 직경의 적어도 2배 이상 떨어진 위치, 예를 들면 절단 위치에서 기단측으로 1000㎜ 떨어진 위치까지의 범위에, 액체(L2)를 공급할 수 있도록 배치되며, 아래쪽을 향해 개구되어 있다. 제2 노즐(15)로부터 공급되는 액체(L2)는, 다결정 실리콘 로드(S)의 절단 시에 비산하는 비산체를, 다결정 실리콘 로드(S)의 표면으로부터 제거하는 기능을 수행한다.
다결정 실리콘 로드(S) 절단 시의 비산체를 보다 효과적으로 제거하기 위해서는, 제2 노즐(15)로부터 공급되는 액체(L2)는, 다결정 실리콘 로드(S)의 표면에 있어서의, 제1 노즐(14)로부터 공급되는 액체(L1)는 흐르지 않지만, 비산체가 부착되는 범위에 공급되는 것이 바람직하다.
제2 노즐(15)은, 액체(L2)를 공급하는 배관(도시하지 않음)에 접속되어 있다. 제2 노즐(15)의 선단으로서, 임의의 형상의 것을 사용할 수 있고, 한정하는 것은 아니지만, 예를 들면, 제1 노즐(14)과 마찬가지로, 플레어 노즐을 사용할 수 있다. 제2 노즐(15)의 선단에 있어서의 개구부의 크기는, 특별히 제한되는 것은 아니고, 다결정 실리콘 로드(S)의 크기, 다결정 실리콘 로드(S)의 절단 위치에 공급되는 액체의 양 등에 따라, 절단에 필요한 충분한 양을 공급할 수 있는 크기인 것이 바람직하다. 구체적으로는, 개구부의 폭이 0.5∼15㎜ 정도의 것을 사용하는 것이 바람직하다.
액체(L2)의 종류는, 다결정 실리콘 로드(S)의 절단 시의 비산체를 제거할 수 있는 것이면 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면, 순수나, 세정 성분 등의 첨가제를 함유하는 물이어도 된다. 다결정 실리콘 로드(S)의 오염을 최소화하기 위해, 액체(L2)는, 순수인 것이 바람직하고, 특히 비저항이 1MΩ㎝ 이상인 순수인 것이 바람직하다.
또한, 액체(L2)는, 액체(L1)와 동일 조성이어도 되고, 다른 조성이어도 된다. 액체(L1, L2)의 배관 구성을 간략화하기 위해서는, 액체(L2)는, 액체(L1)와 동일 조성인 것이 바람직하다.
액체(L2)의 유량은, 특별히 한정되지 않지만, 액체(L2)를 제2 노즐(15)로부터 다결정 실리콘 로드(S)의 상면에 분사할 때에, 다결정 실리콘 로드(S)의 상면을 다결정 실리콘 로드(S)의 직경×직경의 면적에 상당하는 범위에 퍼져서 흐르는 양이어도 된다. 예를 들면, 불순물을 보다 효과적으로 제거하는 관점에서, 액체(L2)의 유량은, 액체(L1)의 유량보다 많은 것이 바람직하고, 구체적으로는 20∼40L/min이어도 된다.
본 실시형태에서는, 제2 노즐(15)은, 제1 노즐(14)보다 기단측에 1개, 다결정 실리콘 로드(S)의 위쪽에 배치되어 있지만, 제2 노즐(15)의 위치 및 수는 이것으로 한정되지 않는다. 제2 노즐(15)의 위치는, 한정하는 것은 아니지만, 예를 들면, 다결정 실리콘 로드(S)의 표면에 있어서의 절단 위치로부터, 연신 방향의 적어도 한쪽, 즉 기단측 및 선단측의 적어도 한쪽으로, 다결정 실리콘 로드(S)의 직경의 적어도 2배 이상 떨어진 위치까지의 범위에, 액체(L2)를 제2 노즐(15)로부터 공급할 수 있도록 배치되어 있어도 된다. 따라서, 제2 노즐(15)은, 제1 노즐(14)보다 기단측에 1개 이상 배치되어 있어도 되고, 제1 노즐(14)보다 선단측에 1개 이상 배치되어 있어도 되고, 제1 노즐(14)의 양측에 1개 이상 배치되어 있어도 된다.
제2 노즐(15)의 수의 상한값은, 특별히 한정되는 것은 아니다. 절단 장치(10)의 구성을 간이화하기 위해, 또한 절단 가공의 코스트를 저감하기 위해서는, 제2 노즐(15)의 수는, 10개 이하인 것이 바람직하다.
또한, 제2 노즐(15)은, 그 위치가 고정되어 있어도 되고, 또는 다결정 실리콘 로드(S)의 연신 방향으로 이동 가능해도 된다. 제2 노즐(15)이 이동 가능한 경우에는, 고정되어 있는 경우와 비교해서, 보다 넓은 범위에 액체(L2)를 공급해, 오염 물질을 보다 효과적으로 제거할 수 있다.
또한, 본 실시형태에서는, 제2 노즐(15)은, 다결정 실리콘 로드(S)의 위쪽에 배치되어 있지만, 제2 노즐(15)의 위치는 이것으로 한정되지 않고, 다결정 실리콘 로드(S)의 측방 또는 하방에 배치되어 있어도 된다. 제2 노즐(15)로부터 공급되는 액체가, 다결정 실리콘 로드(S)의 절단 시에 비산하는 오염 물질과 함께 아래쪽으로 흘러내리도록 하기 위해, 제2 노즐(15)은, 다결정 실리콘 로드(S)의 위쪽에 배치되는 것이 바람직하다.
<다결정 실리콘 로드의 절단 방법>
다결정 실리콘 로드(S)를 블레이드(133)에 의해 절단할 때에는, 우선, 기단측 지지부(11)에 연결된 회전 구동원(115)을 회전시키는 것에 의해, 전동 부재(114)를 통해서 기단측 지지부(11)의 축 부재(113), 원통 저벽(112) 및 원통 벽부(111)를 회전시켜, 척(111a)에 의해 원통 벽부(111)에 고정된 다결정 실리콘 로드(S)를 회전시킨다. 이때, 선단측 지지부(12)의 3쌍의 롤러(121)도 회전하기 때문에, 선단측 지지부(12)는, 다결정 실리콘 로드(S)의 회전을 방해하지 않고, 다결정 실리콘 로드(S)를 지지한다.
또한, 제1 노즐(14)로부터, 블레이드(133) 및 다결정 실리콘 로드(S)의 절단 위치에 액체(L1)를 공급함과 함께, 제2 노즐(15)로부터, 다결정 실리콘 로드(S)의 표면에 액체(L2)를 공급한다.
그리고, 절단부(13)의 회전 구동원(131)을 회전시키는 것에 의해, 회전 축부(132) 및 블레이드(133)를, 다결정 실리콘 로드(S)와 역방향으로 회전시키면서, 블레이드(133)를, 다결정 실리콘 로드(S)의 연신 방향에 대략 수직으로, 다결정 실리콘 로드(S)의 절단 위치에 갖다 댄다. 그리고, 블레이드(133)의 다이아몬드 연마 입자가 다결정 실리콘 로드(S)의 표면에 접촉해, 다결정 실리콘 로드(S)를 도려내 가는 것에 의해, 다결정 실리콘 로드(S)가 외주로부터 중심을 향해 절단된다.
이 절단 공정을, 다결정 실리콘 로드(S)의 연신 방향으로 각각 다른 위치에서 적절히 반복하는 것에 의해, 다결정 실리콘 로드(S)의 컷 로드가 제조된다. 환언하면, 다결정 실리콘 로드(S)의 컷 로드의 제조 방법은, 상기한 절단 공정을 포함한다. 또한, 이 컷 로드를, 예를 들면 해머 또는 분쇄기 등에 의해 분쇄하는 분쇄 공정을 거치는 것에 의해, 다결정 실리콘 로드(S)의 너깃이 제조된다. 환언하면, 다결정 실리콘 로드(S)의 너깃의 제조 방법은, 상기한 분쇄 공정을 포함한다.
이러한 구성에 따르면, 제1 노즐(14)로부터 공급되는 액체(L1)에 의해, 블레이드(133) 유래의 오염 물질을 다결정 실리콘 로드(S)의 절단 위치로부터 제거할 수 있다. 또한, 제2 노즐(15)로부터 공급되는 액체(L2)에 의해, 다결정 실리콘 로드(S)의 절단 시에 비산하는, 블레이드(133) 유래의 오염 물질이 포함된 비산체를, 다결정 실리콘 로드(S)의 표면으로부터 제거할 수 있다. 따라서, 블레이드(133) 유래의 오염 물질에 의한 다결정 실리콘 로드(S)의 오염을 효과적으로 저감할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 방법에 의하면, 다결정 실리콘 로드(S)의 표면에 단순히 부착된 오염 물질뿐만 아니라, 다결정 실리콘 로드(S)의 표면을 수 ㎛ 용해 제거하는 에칭 처리로 제거가 어려운 금속 오염 물질도 효과적으로 저감할 수 있다.
보다 구체적으로는, 종래의 방법에 의하면, 비산한 절삭액이 절단 시에 흘러내리지 않고, 다결정 실리콘 로드에 부착되어 건조되어 버린다. 그리고, 당해 절삭액에 포함되는 금속 오염 물질이 다결정 실리콘 로드(S)의 표면 및 당해 표면 근방으로 확산해서, 에칭 처리를 행했다고 해도, 충분히 금속 오염 물질을 저감할 수 없을 가능성이 있다. 이에 반해, 본 발명의 일 실시형태에 따른 방법에서는, 상기 금속 오염 물질을 보다 효과적으로 저감할 수 있다. 따라서, 에칭 처리를 행해서 얻어지는 다결정 실리콘 로드(S)는, 금속 오염 물질이 충분히 저감된 단결정 실리콘 잉곳의 제조에 바람직하게 사용할 수 있다.
또한, 제2 노즐(15)로부터 공급되는 액체가, 절단 위치에서 다결정 실리콘 로드(S)의 직경의 적어도 2배 이상 떨어진 위치까지의 범위에 공급되어도 된다. 이것에 의하면, 다결정 실리콘 로드(S)의 표면에 있어서, 다결정 실리콘 로드(S)의 절단 시에 비산하는 비산체가 주로 도달하는 범위 내에 액체를 공급할 수 있기 때문에, 당해 표면의 오염을 보다 효과적으로 저감할 수 있다.
또한, 제2 노즐(15)이 다결정 실리콘 로드(S)의 위쪽으로부터 액체를 공급하므로, 다결정 실리콘 로드(S)의 절단 시에 비산하는 오염 물질을 포함하는 액체는, 다결정 실리콘 로드(S)의 표면을 이동한 후에, 다결정 실리콘 로드(S)의 아래쪽으로 흘러내려도 된다. 이것에 의하면, 당해 오염 물질을 포함하는 액체를, 효율적으로 다결정 실리콘 로드로부터 제거할 수 있다.
또한, 다이아몬드 연마 입자를 고착할 때에, 복수의 금속 성분이 포함되는 결합제가 아니라, 금속 성분이 주로 니켈로 한정되는 전해 도금을 사용한 전착 블레이드(133b)에 의해, 다결정 실리콘 로드(S)를 절단해도 된다. 이것에 의하면, 다결정 실리콘 로드(S)의 절단 시에, 블레이드(133) 유래의 오염 물질이 비산하기 어렵고, 또한 비산하는 오염 물질의 종류를 특정할 수 있다. 따라서, 블레이드(133)에 유래하는 오염 물질에 의한 다결정 실리콘 로드(S)의 오염을 보다 효과적으로 저감할 수 있다. 또한, 다결정 실리콘 로드(S)가, 블레이드(133)의 회전 방향과 역방향으로 회전하기 때문에, 절단 공정에 있어서, 다결정 실리콘 로드가 절단 위치 이외의 위치에서 갈라져 버리는 것을 방지할 수 있다.
〔실시형태 2〕
본 발명의 다른 실시형태에 대해, 이하에 설명한다. 또, 설명의 편의상, 상기 실시형태에서 설명한 부재와 같은 기능을 갖는 부재에 대해서는, 같은 부호를 부기하고, 그 설명을 반복하지 않는다.
도 3에 나타내는 바와 같이, 절단 장치(20)는, 다결정 실리콘 로드(S)의 절단에 의해 비산한 비산체를 포함하는 공기를 흡인해서 제거하기 위한 흡인구(26)를 더 구비하는 것을 제외하고, 실시형태 1에 따른 절단 장치(10)와 같은 구성을 갖는다.
흡인구(26)의 위치는, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면, 다결정 실리콘 로드(S)의 연신 방향에 있어서, 제1 노즐(14)과 제2 노즐(15) 사이에 배치되어도 된다. 이와 같이, 다결정 실리콘 로드(S)의 절단 시의 비산체를 보다 효과적으로 흡인해서 제거하기 위해, 흡인구(26)는, 제2 노즐(15)을 기준으로 해서 제1 노즐(14)과 같은 방향으로 배치되는 것이 바람직하다. 또한, 흡인구(26)의 상하 방향의 높이는, 특별히 한정되지 않지만, 다결정 실리콘 로드(S)와 같은 정도여도 된다. 흡인구(26)는, 작업원의 작업을 방해하지 않는 위치에 배치되는 것이 바람직하다.
블레이드(133)가 외주 커터 블레이드인 경우, 흡인구(26)는, 블레이드(133)에 있어서의 다결정 실리콘 로드(S)와 접촉한 부분이, 접촉 후에 회전에 의해 진행하는 방향의 앞에 배치되는 것이 바람직하다. 예를 들면, 다결정 실리콘 로드(S)의 기단측에서 보았을 때, 블레이드(133)가 우회전할 경우에는, 다결정 실리콘 로드(S)의 좌측에 흡인구(26)를 배치하는 것이 바람직하다. 이러한 구성에 따르면, 블레이드(133)로부터 비산하는 비산체가, 흡인구(26)에 의해 효율 좋게 흡인되기 때문에, 블레이드(133)에 유래하는 오염 물질에 의한 다결정 실리콘 로드(S)의 오염을 더 효과적으로 저감할 수 있다.
흡인구(26)의 흡인 속도는, 다결정 실리콘 로드(S)의 절단 시의 비산체를 충분히 흡인할 수 있는 속도이면, 특별히 제한되는 것은 아니다. 흡인구(26)는, 예를 들면, 10∼30㎥/min의 흡인 속도로, 비산체를 포함하는 공기를 흡인하는 것이 바람직하다.
또한, 다결정 실리콘 로드(S)의 절단 시의 비산체를 더 효과적으로 흡인해서 제거하기 위해, 흡인구(26)를 복수 형성해도 된다.
이 구성에 따르면, 다결정 실리콘 로드(S)의 절단에 의해 비산한 비산체가 다결정 실리콘 로드(S)의 표면에 도달하기 전에, 당해 비산체를 흡인해서 제거할 수 있다. 따라서, 다결정 실리콘 로드(S)의 표면에 도달하는 비산체의 양을 억제할 수 있기 때문에, 제2 노즐(15)에 의해 공급되는 액체(L2)에 의해, 다결정 실리콘 로드(S)의 표면으로부터 비산체를 보다 효과적으로 제거할 수 있다.
〔정리〕
상기한 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 태양에 따른 다결정 실리콘 로드의 절단 방법은, 다결정 실리콘 로드를 절단 공구에 의해 절단하는 절단 공정을 포함하는 다결정 실리콘 로드의 절단 방법으로서, 상기 절단 공정에서는, 제1 노즐로부터 상기 다결정 실리콘 로드의 절단 위치에 액체를 공급하고, 제2 노즐로부터 상기 다결정 실리콘 로드의 표면에 상기 액체를 공급한다.
상기한 구성에 따르면, 제1 노즐로부터 공급되는 액체에 의해, 절단 공구에 유래하는 오염 물질을 다결정 실리콘 로드의 절단 위치로부터 제거할 수 있다. 또한, 제2 노즐로부터 공급되는 액체에 의해, 다결정 실리콘 로드의 절단 시에 비산하는, 절단 공구에 유래하는 오염 물질이 포함된 비산체를, 다결정 실리콘 로드 표면으로부터 제거할 수 있다. 따라서, 절단 공구에 유래하는 오염 물질에 의한 다결정 실리콘 로드의 오염을 효과적으로 저감할 수 있다.
본 발명의 일 태양에 따른 다결정 실리콘 로드의 절단 방법은, 상기 표면에 있어서의, 상기 절단 위치로부터, 상기 다결정 실리콘 로드의 연신 방향의 적어도 한쪽으로, 상기 다결정 실리콘 로드의 직경의 적어도 2배 이상 떨어진 위치까지의 범위에, 상기 액체를 상기 제2 노즐로부터 공급해도 된다.
상기한 구성에 따르면, 제2 노즐로부터 공급되는 액체가, 절단 위치에서 다결정 실리콘 로드의 직경의 적어도 2배 이상 떨어진 위치까지의 범위에 공급된다. 따라서, 다결정 실리콘 로드의 표면에 있어서, 다결정 실리콘 로드의 절단 시에 비산하는 비산체가 주로 도달하는 범위 내에 액체를 공급할 수 있기 때문에, 당해 표면의 오염을 보다 효과적으로 저감할 수 있다.
본 발명의 일 태양에 따른 다결정 실리콘 로드의 절단 방법은, 상기 제2 노즐로부터 공급되는 상기 액체가, 상기 다결정 실리콘 로드의 상기 표면을 이동한 후에, 상기 다결정 실리콘 로드의 아래쪽으로 흘러내리도록, 상기 다결정 실리콘 로드의 위쪽으로부터 상기 제2 노즐에 의해 상기 액체를 공급해도 된다.
상기한 구성에 따르면, 제2 노즐이 다결정 실리콘 로드의 위쪽으로부터 액체를 공급하기 때문에, 다결정 실리콘 로드의 절단 시에 비산하는 오염 물질을 포함하는 액체는, 다결정 실리콘 로드의 아래쪽으로 흘러내린다. 따라서, 당해 오염 물질을 포함하는 액체를, 효율적으로 다결정 실리콘 로드로부터 제거할 수 있다.
본 발명의 일 태양에 따른 다결정 실리콘 로드의 절단 방법은, 상기 절단 공정에서는 추가로, 상기 절단에 의해 비산한 비산체를 포함하는 공기를 흡인해서 제거해도 된다.
상기한 구성에 따르면, 다결정 실리콘 로드의 절단에 의해 비산한 비산체가 다결정 실리콘 로드의 표면에 도달하기 전에, 당해 비산체를 흡인해서 제거할 수 있다. 따라서, 다결정 실리콘 로드의 표면에 도달하는 비산체의 양을 억제할 수 있기 때문에, 제2 노즐에 의해 공급되는 액체에 의해, 다결정 실리콘 로드의 표면으로부터 비산체를 보다 효과적으로 제거할 수 있다.
본 발명의 일 태양에 따른 다결정 실리콘 로드의 절단 방법은, 상기 절단 공구는, 다이아몬드 연마 입자가 고착되어 있는 외주 커터 블레이드이고, 상기 절단 공정에 있어서, 상기 다결정 실리콘 로드를, 상기 외주 커터 블레이드의 회전 방향과 역방향으로 회전시켜도 된다.
다이아몬드 연마 입자를 외주 커터 블레이드에 고착할 경우, 고착을 위해 사용되는 결합제(예를 들면, 레진 본드, 메탈 본드 등)에 유래하는 오염 물질에 의해, 다결정 실리콘 로드가 오염되고, 당해 다결정 실리콘 로드로 제조되는 단결정 실리콘 잉곳의 품질에 악영향을 주는 경우가 있다. 한편, 상기한 구성에 따르면, 이들 오염 물질에 의한 악영향을 억제할 수 있다.
특히, 외주 커터 블레이드 중에서도, 다이아몬드 연마 입자가 전착되어 있는 외주 커터 블레이드를 사용한 경우에는, 이하의 효과가 발휘된다. 다이아몬드 연마 입자를 고착할 때에, 복수의 금속 성분이 포함되는 결합제가 아니라, 결합제의 금속 성분이 주로 니켈로 한정되는 전해 도금을 사용한 블레이드에 의해, 다결정 실리콘 로드를 절단한다. 따라서, 다결정 실리콘 로드의 절단 시에, 절단 공구 유래의 오염 물질이 비산하기 어렵고, 또한 비산하는 오염 물질의 종류를 특정할 수 있다. 따라서, 절단 공구에 유래하는 오염 물질에 의한 다결정 실리콘 로드의 오염을 보다 효과적으로 저감할 수 있다.
또한, 절단 공정에 있어서, 다결정 실리콘 로드가 절단 위치 이외의 위치에서 갈라져 버리는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 일 태양에 따른 다결정 실리콘 로드의 컷 로드의 제조 방법은, 다결정 실리콘 로드를 절단 공구에 의해 절단하는 절단 공정을 포함하는 다결정 실리콘 로드의 컷 로드의 제조 방법으로서, 상기 절단 공정에서는, 제1 노즐로부터 상기 다결정 실리콘 로드의 절단 위치에 액체를 공급하고, 제2 노즐로부터 상기 다결정 실리콘 로드의 표면에 상기 액체를 공급한다.
본 발명의 일 태양에 따른 다결정 실리콘 로드의 너깃의 제조 방법은, 상기 다결정 실리콘 로드의 컷 로드의 제조 방법에 의해 얻어진 상기 컷 로드를 분쇄하는 분쇄 공정을 포함해도 된다.
본 발명의 일 태양에 따른 다결정 실리콘 로드의 절단 장치는, 다결정 실리콘 로드를 절단하기 위한 절단 공구와, 상기 다결정 실리콘 로드의 절단 위치에 액체를 공급하는 제1 노즐과, 상기 다결정 실리콘 로드의 표면에 상기 액체를 공급하는 제2 노즐을 구비한다.
본 발명은 전술한 각 실시형태로 한정되는 것은 아니며, 청구항에 개시한 범위에서 각종 변경이 가능하고, 서로 다른 실시형태에 각각 개시된 기술적 수단을 적절히 조합해서 얻어지는 실시형태에 대해서도 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.
[실시예]
본 발명의 일 실시예에 대해 이하에 설명한다.
〔세정 너깃의 제작〕
(실시예 1)
실시형태 1에 따른 절단 장치(10)를 사용해서, 다결정 실리콘 로드(직경 약 100㎜)를 절단했다. 절단은, 아사히 다이아몬드샤제의 다이아몬드 전착 블레이드를 사용해, 다결정 실리콘 로드(S)를 약 50rpm으로 회전시키면서, 블레이드(133)를 약 2000rpm으로 역방향으로 회전시켜서 행했다. 이때, 제1 노즐(14)로부터, 액체(L1)로서의 순수를 유량 10L/min으로 공급하고, 제2 노즐(15)로부터, 액체(L2)로서의 순수를 유량 30L/min으로 공급하면서 절단을 행했다. 절단을 2회 행해, 길이 약 500㎜의 컷 로드를 제작했다.
얻어진 다결정 실리콘 로드(S)의 컷 로드를, 텅스텐 카바이드 해머에 의해, 최대 치수 약 100㎜로 파쇄해서, 실시예 1에 따른 다결정 실리콘 로드(S)의 너깃을 제작했다. 제작한 너깃을 불질산 용액조에 침지해서, 그 표면을 수 ㎛ 용해 제거한 후 수세·건조하여 세정 너깃을 제작했다.
(실시예 2)
실시예 1에 있어서, 다이아몬드 전착 블레이드 대신에, 메탈 본드로 다이아몬드 연마 입자를 고착한 메탈 본드 블레이드를 사용한 것을 제외하고, 실시예 1과 마찬가지로 해서, 실시예 2에 따른 다결정 실리콘 로드(S)의 세정 너깃을 제작했다.
(비교예 1)
실시예 1에 있어서, 제2 노즐(15)로부터 액체(L2)를 공급하지 않고 절단을 행한 것을 제외하고, 실시예 1과 마찬가지로 해서, 비교예 1에 따른 다결정 실리콘 로드(S)의 세정 너깃을 제작했다.
(비교예 2)
실시예 2에 있어서, 제2 노즐(15)로부터 액체(L2)를 공급하지 않고 절단을 행한 것을 제외하고, 실시예 2와 마찬가지로 해서, 비교예 1에 따른 다결정 실리콘 로드(S)의 세정 너깃을 제작했다.
(참조예)
참조예로서, 절단을 행하지 않은 다결정 실리콘 로드(S)를 파쇄한 너깃을, 실시예 1과 마찬가지로, 불질산 용액조에 침지해서, 그 표면을 수 ㎛ 용해 제거한 후 수세·건조해서 세정 너깃을 제작했다.
〔표면 중금속 농도〕
실시예 1 및 2 그리고 비교예 1 및 2에서 제작한 세정 너깃에 대해, 이하의 방법에 의해, 표면 중금속 농도를 측정했다.
우선, 각 세정 너깃을, 실온에서 불질산 용액조에 침지해서, 그 표면을 약 20마이크로미터의 깊이로 용해시켜, 용해액을 얻었다. 다음으로, 얻어진 용해액에 포함되는 중금속 성분의 질량을 ICP-MS에 의해 측정했다. 마지막으로, 얻어진 중금속 성분의 질량을 상기 세정 너깃의 질량으로 나누는 것에 의해, 표면 중금속 농도를 구했다(단위 ppbw : parts per billion weight). 결과를 표 1에 나타낸다.
[표 1]
Figure pct00001
실시예에 있어서의 중금속 농도는, 비교예에 있어서의 중금속 농도보다 낮고, 참조예인 비절단품과 같은 정도의 수준이었다.
10 : 절단 장치
13 : 절단부
14 : 제1 노즐
15 : 제2 노즐
20 : 절단 장치
26 : 흡인구
133 : 블레이드
133b : 전착 블레이드
L1 : 액체
L2 : 액체

Claims (8)

  1. 다결정 실리콘 로드를 절단 공구에 의해 절단하는 절단 공정을 포함하는 다결정 실리콘 로드의 절단 방법으로서,
    상기 절단 공정에서는,
    제1 노즐로부터 상기 다결정 실리콘 로드의 절단 위치에 액체를 공급하고,
    제2 노즐로부터 상기 다결정 실리콘 로드의 표면에 상기 액체를 공급하는 것을 특징으로 하는, 절단 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 표면에 있어서의, 상기 절단 위치로부터, 상기 다결정 실리콘 로드의 연신 방향의 적어도 한쪽으로, 상기 다결정 실리콘 로드의 직경의 적어도 2배 이상 떨어진 위치까지의 범위에, 상기 액체를 상기 제2 노즐로부터 공급하는 것을 특징으로 하는, 절단 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제2 노즐로부터 공급되는 상기 액체가, 상기 다결정 실리콘 로드의 상기 표면을 이동한 후에, 상기 다결정 실리콘 로드의 아래쪽으로 흘러내리도록, 상기 다결정 실리콘 로드의 위쪽으로부터 상기 제2 노즐에 의해 상기 액체를 공급하는 것을 특징으로 하는, 절단 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 절단 공정에서는 추가로, 상기 절단에 의해 비산한 비산체를 포함하는 공기를 흡인해서 제거하는 것을 특징으로 하는, 절단 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 절단 공구는, 다이아몬드 연마 입자가 고착되어 있는 외주 커터 블레이드이고,
    상기 절단 공정에 있어서, 상기 다결정 실리콘 로드를, 상기 외주 커터 블레이드의 회전 방향과 역방향으로 회전시키는 것을 특징으로 하는, 절단 방법.
  6. 다결정 실리콘 로드를 절단 공구에 의해 절단하는 절단 공정을 포함하는 다결정 실리콘 로드의 컷 로드의 제조 방법으로서,
    상기 절단 공정에서는,
    제1 노즐로부터 상기 다결정 실리콘 로드의 절단 위치에 액체를 공급하고,
    제2 노즐로부터 상기 다결정 실리콘 로드의 표면에 상기 액체를 공급하는 것을 특징으로 하는, 제조 방법.
  7. 제6항에 기재된 제조 방법에 의해 얻어진 상기 컷 로드를 분쇄하는 분쇄 공정을 포함하는, 다결정 실리콘 로드의 너깃(nugget)의 제조 방법.
  8. 다결정 실리콘 로드를 절단하기 위한 절단 공구와,
    상기 다결정 실리콘 로드의 절단 위치에 액체를 공급하는 제1 노즐과,
    상기 다결정 실리콘 로드의 표면에 상기 액체를 공급하는 제2 노즐을 구비하는 것을 특징으로 하는, 다결정 실리콘 로드의 절단 장치.
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