KR20220043108A - 다결정 실리콘 석출용 실리콘 심선 및 그의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
[과제] 문형 형상을 한, 다결정 실리콘 석출용 실리콘 심선에 있어서, 접합모서리부의 표면 금속 농도를 더욱 고도로 저감시키는 것.
[해결수단] 한쌍의 연직봉부와 이들 양 연직봉부의 각 상단을 연결하는 횡가부로 구성되어 이루어지는 문형 형상을 한, 다결정 실리콘을 석출시키기 위한 실리콘 심선에 있어서,
상기 연직봉부와 횡가부의 단부끼리는 용접에 의해 접합되어 이루어지고, 그 접합모서리부의 표면 금속 농도가 1ppbw 이하, 특히는 철의 농도가 0.2ppbw 이하, 크롬의 농도가 0.1ppbw 이하, 니켈의 농도가 0.05ppbw 이하, 및 티타늄의 농도가 0.2ppbw 이하인 것을 특징으로 하는 다결정 실리콘 석출용 실리콘 심선.
[해결수단] 한쌍의 연직봉부와 이들 양 연직봉부의 각 상단을 연결하는 횡가부로 구성되어 이루어지는 문형 형상을 한, 다결정 실리콘을 석출시키기 위한 실리콘 심선에 있어서,
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Description
본 발명은 다결정 실리콘 석출용 실리콘 심선(芯線), 상세하게는 한쌍의 연직봉부(鉛直棒部)와 이들 양쪽 연직봉부의 각 상단을 연결하는 횡가부(橫架部)로 구성되어 이루어지는 문형(門型) 형상을 한, 상기 실리콘 심선에 관한 것이다.
다결정 실리콘은 반도체 또는 태양광 발전용 웨이퍼의 원료로서 유용하게 사용되고 있다. 이러한 다결정 실리콘의 제조 방법은 여러가지가 알려져 있으며, 예를 들면 지멘스 법이라고 불리는 방법이 공업적으로 실시되고 있다.
지멘스법의 전형을 개설하면, 우선, 반응로 내의 저반(底盤) 상에, 한쌍의 연직봉부와 이들 양쪽 연직봉부의 각 상단을 연결하는 횡가부로 구성되어 이루어진다. 문형 형상을 한 실리콘 심선을 설치하고, 그것의 각 단부에 심선 홀더를 개재시켜 금속 전극을 고정한다. 그리고, 금속 전극에 통전하여 상기 실리콘 심선을 실리콘의 석출 온도로 가열하고, 이 상태에서 반응실 내에 트리클로로실란(SiHCl3)이나 모노실란(SiH4) 등의 실란 화합물과 환원 가스로 이루어지는 실리콘 석출용 원료 가스를 공급하고, 화학기상 석출법에 의해 상기 실리콘 심선 상에 실리콘을 석출시키는 방법으로 이루어진다. 이 방법에 의하면, 고순도의 다결정 실리콘을 로드(rod)의 형태로 얻을 수 있다.
지멘스법에 사용하는 상기 문형 형상을 한 실리콘 심선은, 예를 들면, 다음의 방법에 의해 제조된다. 즉, 한쌍의 연직봉부용 실리콘봉의 각각의 상단을 V자 형상의 수용 구조로 하고, 여기에 횡가부용 실리콘봉의 각 단부를 재치하여 조립하는 방법이다(특허문헌 1). 그러나, 이 방법으로 얻어진 실리콘 심선은, 그 모서리부가, 연직봉부용 실리콘봉의 상단 수용 구조에 횡가부용 실리콘봉의 단부가 재치된 것뿐인 구조이기 때문에, 안정성이 떨어진다. 이 때문에, 다결정 실리콘 석출 시의 초기 통전에서는, 고전압에 의한 아크가 발생하기 쉽고, 모서리부 주변이 용해되어 절단되는 경우가 있었다.
한편, 실리콘 심선으로서는, 실리콘제의 장봉 부재를 사용하여, 이것을 고온(800℃ 이상)으로 가열하여 연화시켜 만곡시켜 얻는 것도 행해지고 있다(특허문헌 2 및 3) . 이 방법에 의해 얻어지는 실리콘 심선이면 일체 구조이기 때문에, 상기 초기 통전 시의 아크 발생을 억제할 수 있다. 그러나, 상기 장봉 부재를 상기와 같이 고온으로 가열하여 구부리는 조작은 간단하지 않고, 복잡한 가열 처리 장치가 필요하고, 설비비가 증가한다. 또한, 이 방법에서는, 상기 고온 가열 시에, 고활성이 된 실리콘 표면이 장치의 금속면이나 공기와 접촉하여 실리콘 심선의 금속 오염을 일으킨다.
문형 형상의 실리콘 심선의 제법으로서, 상기 연직봉부용 실리콘봉의 상단과 횡가부용 실리콘봉부의 단부를 용접하는 것도 생각할 수 있다. 여기서, 실리콘제 부재의 용접은, 고주파 유도 가열에 의해 행하는 것이 일반적이다. 즉, 고주파 유도 가열은, 교류 전원에 접속된 워크코일 중에, 도전체로 이루어지는 피가열물을 삽입함으로써, 피가열물의 표면 부근에 고밀도의 와전류를 발생시켜, 그 주울(Joule) 열로 피가열물의 표면을 자기 발열시키는 방법이다. 고주파 유도 가열함으로써, 접합하는 실리콘제 부재 각 단부의 맞닿는 부분 부근에는, 용융 드롭이 생성되어, 이들이 표면 장력으로 일체화하여 냉각됨으로써 용접된다.
그러나, 고주파 유도 가열에 의한 실리콘제 부재의 용접은, 지금까지 직용접(직선 모양의 용접) 밖에 알려져 있지 않고(특허문헌 4~6), 상기 문형 형상의 실리콘 심선을 얻기 위해 필요하게 되는 직각 용접 등의 높은 각도에서의 굴곡 용접은 행해지지 않았다. 이것은, 상기 고주파 유도 가열하기 위해서는, 피접합부를 워크코일로 포위할 필요가 있고, 이 상태에서 피접합부가 각도를 가지고 있으면, 그 피접합부를 워크코일의 포위 내로 출입시키기가 어려워져서, 해당 워크코일과의 접촉이 발생하여, 실리콘 심선의 금속 오염이 발생하기 때문이다.
또한, 상기 고주파 유도 가열에 의한 용접은 피접합부를 예비 가열하고 나서 실시하기 때문에, 해당 피접합부의 주위에는 카본 부재제의 예열 히터도 배치하지 않으면 안되고, 실리콘제 부재와 예열 히터의 접촉에 의한 실리콘 심선 오염의 위험성을 높이고 있었다.
여기서, 고주파 유도 가열에 의한 용접에 앞서, 피접합부를 예비 가열하는 것이 필요한 이유는, 실리콘의 실온에서의 비저항은 10000Ωcm 이상이기 때문에, 실온 하에서 실리콘에 직접 고주파를 걸어도 와전류가 발생하지 않기 때문이다. 이 때문에, 상기 워크코일의 포위 내에는, 피접합부와의 간극에, 상기 예열 히터도 삽입하는 것이 필요하게 되고, 이 상태에서, 우선, 워크코일에 고주파를 부하하여, 예열 히터를 적어도 1500℃로 고주파 유도 가열하여, 피접합부를 100℃ 이상으로 가열한다. 이것에 의해 피접합부는 비저항이 수 Ωcm로 저하되어 와전류도 발생하기 시작하기 때문에, 여기서 예열히터를 멀리하여 워크코일로부터의 고주파를 피접합부에 집중시켜 용접을 수행시킨다.
이런 가운데, 상기와 같이 피접합부를 높은 각도로 굴곡 용접하는 경우에도, 워크코일이나 카본 부재와의 접촉의 걱정없이, 이것을 간편하게 실시할 수 있는 방법으로서, 특허문헌 7에 의한 방법이 제안되었다. 즉, 특허문헌 7에는, 실리콘 심선의 용접부를 직각 용접 가능한 방법으로서, 고주파 발생기에 접속되어 교번 자계를 출력하는 워크코일을 구비하고, 이 워크코일은, 한쪽 단자로부터 다른 쪽 단자에 이르기까지의 형상이 실리콘 심선의 용접부를 수용할 수 있고, 또한, 한쪽 방향으로 개방된 공간을 형성하도록 굴곡지는 부분을 포함하고, 상기 공간에서 상기 교번 자계에 의한 상기 실리콘 심선의 가열이 행해지는 것을 특징으로 하는 실리콘 심선 용접 장치를 이용하는 방법이 나타나 있다([청구항 1]). 그리고, 특허문헌 7에서는, 상기 실리콘 심선 용접 장치에 있어서, 상기 공간에 출입가능하게 설치되고, 상기 공간에 삽입했을 때에 상기 실리콘 심선의 근방에 위치하고, 상기 교번 자계에 의해 가열되어 상기 실리콘 심선의 예열을 행하는 예열용 카본 부재를 구비하는 구조도 개시되어있다([청구항 4]).
실리콘 심선 용접 장치의 상기 워크코일 및 예열용 카본 부재의 구조, 배치는, 접합하는 단부끼리가, 직용접의 경우뿐만 아니라 직각 용접이어도, 이들과의 접촉의 위험성이 없도록 교묘하게 고안되어 있다(특히, 특허문헌 7, [0055]∼[0083], 도 8∼10). 그리고, 이 특허문헌 7에는, 상기 실리콘 심선 용접 장치를 이용한 용접 시에, 주위에 불활성 가스를 충전시키는 것도 기재되어 있기 때문에([0062]), 상기 용접 시에 접합부가 고온 하 에서 공기와 접촉하는 것도 방지되어 있다.
[특허문헌]
[특허문헌 1] 중국실용신안공개 제202379744호 명세서
[특허문헌 2] 일본특허공개 소51-073924호 공보
[특허문헌 3] 중국특허공개 제101723369호 명세서
[특허문헌 4] 일본특허공개 소63-242339호 공보
[특허문헌 5] 일본특허공개 제2011-116634호 공보
[특허문헌 6] 일본특허공개 제2012-62243호 공보
[특허문헌 7] 일본특허공개 제2018-122340호 공보
그러나, 상기 특허문헌 7의 실리콘 심선 용접 장치를 사용하여 제조한 실리콘 심선이어도, 연직봉부와 횡가부의 단부끼리가 용접된 접합모서리부의 표면 금속 농도는 충분히 저감할 수 없었다. 즉, 이러한 접합모서리부는 상기 워크코일이나 예열 히터와의 접촉이 방지되어 상당히 고순도이지만, 수∼수십 ppbw 정도의 표면 금속 농도였다. 최근, 전자회로의 고밀도 집적화가 점점 더 진행되고, 이에 따라 반도체용 웨이퍼의 원료인 다결정 실리콘에 대해서도 금속 오염의 저감 요구는 한층 더 높아지고 있다. 따라서, 다결정 실리콘 석출용의 실리콘 심선에 대해서도, 그 고순도화 요구는 매우 강하여, 상기 접합모서리부의 약간의 오염도 개선이 요구되고 있었다.
이상의 배경에 있어서의 본 발명은, 상기 문형 형상을 한 다결정 실리콘 석출용 실리콘 심선에 있어서, 접합모서리부의 표면 금속 농도를, 더욱 고도로 저감시키는 것을 목적으로 한다.
본 발명자들은 상기 기술 과제를 감안하여, 이것을 해결하기 위해 예의 연구를 계속해 왔다. 그 결과, 접합모서리부의 표면 금속 오염이, 지금까지 이상으로 고도로 저감된 실리콘 심선을 제조하는 것에 성공하여, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
즉, 본 발명은, 한쌍의 연직봉부와 이들 양쪽 연직봉부의 각 상단을 연결하는 횡가부로 구성되어 이루어지는 문형 형상을 한, 다결정 실리콘을 석출시키기 위한 실리콘 심선에 있어서, 상기 연직봉부와 횡가부의 각 단부끼리는 용접에 의해 접합되어 있고, 그 접합모서리부의 표면 금속 농도가 1ppbw 이하인 것을 특징으로 하는 다결정 실리콘 석출용 실리콘 심선을 제공한다.
또한, 본 발명은, 상기 다결정 실리콘 석출용 실리콘 심선의 제조 방법으로서, 한쌍의 연직봉부용 실리콘봉과 횡가부용 실리콘봉을 문형 형상으로 접합하여 다결정 실리콘 석출용 실리콘 심선을 제조함에 있어서,
상기 연직봉부용 실리콘봉과 횡가부용 실리콘봉의 각 단부끼리의 접합을 불활성 가스 분위기 중에서,
1) 금속 농도가 1ppmw 이하인 카본 부재로 이루어지는 예열 히터에 의해 예비 가열한 후,
2) 고주파 유도 가열하여 용접하는 방법도 제공한다.
본 발명의 실리콘 심선은, 연직봉부와 횡가부의 단부끼리가 용접에 의해 일체로 접합되어 있고, 모서리부의 안정성이 우수하다. 그 때문에, 다결정 실리콘 석출 개시 시의 초기 통전에 있어서, 고전압을 흘려도 아크가 발생하지 않아, 모서리부 주변이 용해하여 절단되기 어렵다.
그리고, 상기 접합모서리부의 표면 금속 농도가 1ppbw 이하로 낮다. 따라서, 이것을 심선으로 하면, 고순도의 다결정 실리콘이 얻어지고, 이것을 원료로 제조한 단결정 실리콘은 고순도인 것이 되어, 산업상 매우 유용하다.
[도 1] 도 1은 본 발명의 다결정 실리콘 석출용 실리콘 심선의 전형예를 나타내는 정면도이다.
[도 2] 도 2는 지멘스법에 의한 다결정 실리콘의 제조를 행할 때에 사용하는, 다결정 실리콘 제조용 반응로의 개략을 나타내는 단면도이다.
[도 3] 도 3은 다결정 실리콘 석출용 실리콘 심선의 전형예의 상부의 정면도이다.
[도 4] 도 4는 특허문헌 7의 도 8a에 도시된 실리콘 심선 용접 장치에 있어서의 워크코일 및 예열용 카본 부재의 구조를 나타내는 사시도이다.
[도 5] 도 5는, 본 발명의 다결정 실리콘 석출용 실리콘 심선에 있어서, 그것의 횡가부가 적어도 2개의 횡가부용 실리콘봉 분재(分材)가 상방향 굴곡 형상으로 접합된 경우의 해당 횡가부의 대표적 형태 (A; 횡가부용 실리콘봉 분재 2개, B; 횡가부용 실리콘봉 분재 3개)를 나타내는 정면도이다.
[도 2] 도 2는 지멘스법에 의한 다결정 실리콘의 제조를 행할 때에 사용하는, 다결정 실리콘 제조용 반응로의 개략을 나타내는 단면도이다.
[도 3] 도 3은 다결정 실리콘 석출용 실리콘 심선의 전형예의 상부의 정면도이다.
[도 4] 도 4는 특허문헌 7의 도 8a에 도시된 실리콘 심선 용접 장치에 있어서의 워크코일 및 예열용 카본 부재의 구조를 나타내는 사시도이다.
[도 5] 도 5는, 본 발명의 다결정 실리콘 석출용 실리콘 심선에 있어서, 그것의 횡가부가 적어도 2개의 횡가부용 실리콘봉 분재(分材)가 상방향 굴곡 형상으로 접합된 경우의 해당 횡가부의 대표적 형태 (A; 횡가부용 실리콘봉 분재 2개, B; 횡가부용 실리콘봉 분재 3개)를 나타내는 정면도이다.
본 발명의 실리콘 심선은, 다결정 실리콘 석출용의 것으로, 도 1의 전형예에 나타낸 바와 같이, 한쌍의 연직봉부(12a, 12b)와 이들 양쪽 연직봉부의 각 상단을 연결하는 횡가부(13)로 구성된 문형 형상을 하고 있다. 상기 연직봉부(12a, 12b)와 횡가부(13)의 각 접합부(14a, 14b)에 있어서, 단부끼리가 용접되어 있다. 상기 실리콘 심선(11)은 단결정 실리콘 잉곳으로부터 잘라낸 단결정 실리콘제이어도 되지만, 고온 시에 크리프 변형을 일으키기 쉬운 성상으로 있는 등의 이유로, 통상은 지멘스법 등에 의해 얻어진 다결정 실리콘 로드로부터 잘라낸 다결정 실리콘제인 것이 바람직하다. 다결정 실리콘 로드로부터 잘라낸 연직봉부 및 횡가부는, 표면을 불질산 용액 등으로 에칭하고 순수로 세정한 후, 건조하여, 사용할 때까지 클린 룸에 보관하면 된다.
실리콘 심선을 구성하는 연직봉부(12a, 12b) 및 횡가부(13)의 형상으로는, 특별히 한정되지 않고, 예를 들면, 원기둥, 타원기둥, 사각기둥, 또는 사각 이외의 다각기둥 중 어느 것이어도 된다. 또한, 실리콘 심선은 단면적이 0.1~6cm2인 것이 바람직하고, 0.3~2cm2인 것이 보다 바람직하다. 상기 연직봉부(12a, 12b)의 길이는 통상 0.5~3m, 보다 바람직하게는 1~2.5m이며, 횡가부(13)의 길이는 통상 0.15~0.40m, 보다 바람직하게는 0.20~0.30m이다.
상기 실리콘 심선을 이용한, 지멘스법에 의한 다결정 실리콘의 제조는, 도 2의 단면도에 나타낸 다결정 실리콘 제조용 반응로를 사용한, 이하의 방법에 의해 행해진다. 다결정 실리콘 제조용 반응로(21)는, 저판[바닥판](22)과, 저판(22)에 대하여 착탈가능하게 연결되는 벨자르형의 커버(23)를 갖고 있다. 저판(22)에는, 반응로(21) 내에 원료가스를 공급하기 위한 원료가스 공급구(26)와, 반응로(21) 내에서의 반응 후의 가스인 폐가스를 배출하기 위한 폐가스 배출구(27)가 끼워져 있다.
상기 원료가스는 실란 화합물의 가스 및 수소를 포함하는 혼합 가스이다. 실란 화합물로서는, 예를 들면 트리클로로실란(SiHCl3) 등의 클로로실란 화합물, 및 모노실란(SiH4) 등을 들 수 있다.
또한, 저판(22)에는 적어도 한쌍의 금속 전극(24)이 설치되어 있다. 상기 금속 전극(24)에, 상기 실리콘 심선(28)이 심선 홀더(도시 생략)를 개재하여 접속된다. 금속 전극(24)은, 전력공급부(25)와 통전 가능하게 접속되어 있다. 이것에 의해, 실리콘 심선(28)이 통전 가열되고, 실리콘 심선의 표면 상에 다결정 실리콘이 석출되어, 다결정 실리콘 로드(29)가 형성된다.
본 발명의 최대 특징은, 상기 다결정 실리콘 석출용 실리콘 심선에 있어서, 연직봉부(12a, 12b)와 횡가부(13)의 단부끼리의 접합모서리부(15a, 15b)의 표면 금속 농도를 1ppbw 이하로 낮춘 점에 있다. 표면 금속 농도는 0.1~0.8ppbw인 것이 보다 바람직하다.
연직봉부와 횡가부의 단부끼리의 용접에서는, 용접시키는 연직봉부용 실리콘봉과 횡가부용 실리콘봉의 각 단부의 맞닿는 부분 부근이 용융 드롭으로 되어, 이것이 표면 장력으로 일체화한 후 냉각되어 접합부(14a, 14b)가 형성된다. 실리콘 심선에서 상기 접합모서리부는, 이 용융 드롭이 일체화된 접합부를 포함하는 모서리부 영역이다. 용융 드롭이 되고, 그 후 냉각하여 접합된 부위는, 상기 용융을 거친 것으로, 실리콘 심선에 있어서, 다른 절출면보다 평활성이 우수하고, 또한 보다 금속 광택감이 있어, 용이하게 구별할 수 있다. 일반적으로는, 접합부 부근은, 단결정 또는 쌍정 등의 복수의 결정으로 이루어지는 혼정체이고, 이에 비해 다른 표면 부분이 수~수백 미크론의 결정립으로 이루어지는 다결정체이기 때문에, 접합부는 결정성이 높아진 부분으로서 다른 부분과 구별할 수 있다.
상기한 바와 같이, 연직봉부용 실리콘봉과 횡가부용 실리콘봉의 단부끼리를 고주파 유도 가열에 의해 용접하는 경우, 특허문헌 7에 나타내는 방법에서도, 용접부의 표면 금속 농도가 높아져, 얻어진 접합모서리부에서의 해당 표면 금속 농도를 충분히 낮출 수 없다. 이에 대하여, 본 발명에서는, 후술하는, 고주파 유도 가열에 의한 실리콘 심선 용접 장치에 있어서, 예열 히터의 카본 부재를, 낮은 금속 농도의 것으로 함으로써, 상기 접합 모서리부의 표면 금속 농도의 저하를 실현한 것이다
또한, 실리콘 심선에 있어서, 접합모서리부 이외의 부분의 표면 금속 농도도 1ppbw 이하인 것이 바람직하고, 0.1∼0.8ppbw인 것이 보다 바람직하며, 0.1∼0.5ppbw인 것이 특히 바람직하다.
본 발명에 있어서, 표면 금속 농도의 대상인 금속 원소는, 철, 크롬, 니켈, 나트륨, 마그네슘, 알루미늄, 칼륨, 칼슘, 코발트, 구리, 아연, 텅스텐, 티타늄, 몰리브덴, 바나듐, 망간, 스트론튬, 바륨의 18개 원소이다. 이 중, 철, 크롬, 니켈 및 티타늄의 각 농도가 낮은 것이 바람직하고, 구체적으로는, 철 농도가 0.2ppbw 이하, 크롬 농도가 0.1ppbw 이하, 및 니켈 농도가 0.05ppbw 이하, 티타늄 농도가 0.2ppbw 이하이다. 특히 바람직하게는, 철 농도가 0.01~0.15ppbw, 크롬 농도가 0.01~0.08ppbw, 니켈 농도가 0.01~0.03ppbw, 및 티타늄 농도가 0.01~0.15ppbw이다.
본 발명에 있어서, 실리콘 심선의 접합모서리부의 표면 금속 농도의 측정법은 실시예에서 상세히 설명한다. 또한, 후술하는 바와 같이, 복수의 횡가부용 실리콘봉 분재를 접합하여 얻어지는 횡가부의 접합모서리부(분재끼리의 접합부)의 표면 금속 농도도 동일한 측정법에 의한다.
접합모서리부의 표면 금속 농도의 측정 방법의 개요는 다음과 같다. 접합모서리부를 포함하는 분석용 시료체와, 분석용 시료체와 대략 같은 중량의 블랭크 시료체(접합모서리부를 포함하지 않는다)를, 동일한 실리콘 심선으로부터 잘라낸다. 분석용 시료체를 관찰하고, 접합모서리부의 용접 부분의 중량을 추정한다. 또한, 전술한 바와 같이, 접합부(용접 부분)는 외관이 다른 부분과는 명확하게 다르기 때문에, 판별이 용이하다. 시료의 절단은, 실리콘 심선의 소정 위치에 다결정 실리콘편을 사용하여 절입 상처를 새기고, 그 주위를 타격함으로써 간편하게 실행할 수 있다.
표면 금속 농도의 측정은, 상기 분석용 시료체 및 블랭크 시료체에 대해서, 표면으로부터 100 마이크로미터분의 깊이 부분을, 불산과 질산의 혼합 용액(불질산 용액)에 의해 용해시켜, 상기 용해액 중 의 금속 성분량(중량)을 유도결합 플라즈마 질량 분석(ICP-MS)에 의해 측정함으로써 행한다. 즉, 분석용 시료체 및 블랭크 시료체 금속 성분량, 중량 및 측정 모서리부의 용접부의 중량으로부터, 후술하는 실시예의 방법에 따라, 접합모서리부의 용접부의 표면 금속 농도를 구할 수 있다. 즉, 본 발명의 접합모서리부의 표면 금속 농도란, 접합모서리부의 용접부에서의 표면 금속 농도를 말한다.
상기 표면 금속 농도의 측정에 있어서, 상기 분석용 시료체의 표면을 100마이크로미터의 깊이로, 불질산 용액에 의해 용해시키는 방법은, 미리 제어된 형상 및 사이즈를 갖는 다결정 실리콘 소편군을 용해조 내에 존재시키고, 용해 처리 전후의 상기 다결정 실리콘 소편군의 중량 변화를 측정하고, 실제의 피용해처리체의 용해 처리에서의 용해 깊이를 제어하는 방법에 의해 행하면 된다. 다결정 실리콘 소편군의 중량 변화로부터 용해 속도를 산출하고, 이것을 바탕으로 분석용 시료체 및 블랭크 시료체의 용해 처리 시간을 조절하여, 목적하는 용해 깊이로 하면 된다. 이 방법은 WO 2018/198947호 팜플렛에 의해 공지되어 있으며, 상세한 것은 그 기재에 준하여 실시하면 된다.
본 발명의 실리콘 심선은, 상기 접합모서리부의 낮은 표면 금속 농도가 달성되는 한, 그 제조 방법은 특별히 제한되지 않는다. 바람직한 제조 방법을 나타내면, 상기 연직봉부용 실리콘봉과 횡가부용 실리콘봉의 각 단부끼리의 접합을 불활성 가스 분위기 중에서,
1) 금속 농도가 1ppmw 이하인 카본 부재로 이루어지는 예열 히터에 의해 예비 가열한 후,
2) 고주파 유도 가열하여 용접함으로써 행하는 방법이다.
이 제조 방법에 있어서, 피접합부를 카본 부재로 이루어지는 예열 히터에 의해 예비 가열한 후, 불활성 가스 분위기 중에서 고주파 유도 가열하여 용접하는 방법은, 상기 특허문헌 7에 기재된 방법에 준하여 실시하면 된다. 이 방법에서는, 상기 연직봉부용 실리콘봉과 횡가부용 실리콘봉의 단부끼리로 이루어지는 피접합부를 예열히터 및 고주파 유도 가열의 워크코일과 내내 접촉시키지 않고 용접하는 것이 가능하고, 상기 각 가열 부재와의 접촉에 의한 금속 오염을 억제할 수 있어 특히 바람직하다.
구체적으로는, 특허문헌 7의 [실시형태 2]로서 도 8에 나타내는, 워크코일 및 예열용 카본 부재의 구조의 실리콘 심선 용접 장치를 사용하는 것이 바람직하다. 특허문헌 7의 도 8(a)를 본 출원의 도 4로 전기한다. 즉, 도 4는 특허문헌 7에서 도 8(a)로 나타낸 실리콘 심선 용접 장치에서의 워크코일 및 예열용 카본 부재의 구조를 나타내는 사시도를 기초로 한 도면이다. 도 4에 도시한 바와 같이, 제1 역 U자 형상부(44a) 및 제2 역U자 형상부(44b)를 형성하여 굴곡지는 워크코일(43)에 대하여, R자 형상을 형성한 예열 히터(41)를 제1 역U자 형상부(44a)가 이루는 면 및 제2 역U자 형상부(44b)가 이루는 면과 평행하도록 워크코일(43)의 내측에 コ자 형상의 개구부를 진행 방향을 향하여 삽입할 수 있다. 그 때, 실리콘제 부재(P1, P2 [연직봉부용 실리콘봉, 횡가부용 실리콘봉])의 피접합부(45)는 예열 히터(41)의 R자 안에 수납되어, 예열 히터(41)는 피접합부(45)를 사이에 둔다. 즉, 워크코일(43)은 실리콘 심선(P1ㆍP2)을 삽입하는 부분과 예열 히터(41)를 삽입하는 부분이 개방되어 있어, 실리콘 심선(P1ㆍP2)의 피접합부(45)는 예열 히터(41) 및 워크코일(43)이 접촉함이 없이 출입할 수 있다. 그 결과, 예열 히터(41)를 사용하는 경우라도, 직용접 뿐만 아니라, 직각 용접 등의 높은 각도에서의 굴곡 용접이 가능하다.
본 발명의 실리콘 심선을 얻기 위해서는, 상기 제조 방법에 있어서, 예열 히터를 구성하는 카본 부재를, 금속 농도가 1ppmw 이하인 것으로 하는 것이 중요하다. 카본 부재에 있어서, 보다 바람직한 금속 함유량은 0.1∼0.4ppmw, 특히 바람직하게는 0.1∼0.3ppmw이다. 이 구성에 의해, 얻어지는 실리콘 심선은 상기 예열 히터와 단순히 접촉하지 않을 뿐만 아니라, 예열 시의 고온 환경하에서도 금속 불순물의 휘발이 억제되어, 상기 규정한 낮은 표면 금속 농도를 달성할 수 있다.
상기 특허문헌 7에 나타내는 실리콘 심선 용접 장치를 이용한 피접합부(45)의 용접에서는, 예비 가열에 있어서, 예열 히터(41)는, 그 외측의 워크코일(43)로부터의 고주파 유도 가열에 의해, 적어도 1500℃의 고온으로 작열화되기 때문에, 이 때 예열 히터(41)를 형성하는 카본 부재 중에 금속 원소가 함유되어 있으면, 이것이 휘발되어 금속 증기로서 방산된다. 피접합부(45)는, 예열 히터(41)에 근접하여 존재하기 때문에, 이 금속 증기와의 접촉이, 종래의 실리콘 심선에 있어서, 접합모서리부의 표면이 금속 오염되어 있는 원인이었다 . 본 발명은, 이 사실을 찾아내고, 예열 히터를 형성하는 카본 부재를 상기 금속 함유량이 낮은 것으로 함으로써, 이 오염을 고도로 방지한 것이다.
카본 부재 중에 함유되는 대상인 금속 원소도, 철, 크롬, 니켈, 나트륨, 마그네슘, 알루미늄, 칼륨, 칼슘, 코발트, 구리, 아연, 텅스텐, 티타늄, 몰리브덴, 바나듐, 망간, 스트론튬, 바륨의 18개 원소이다. 이 중, 철, 크롬, 니켈 및 티타늄의 각 농도가 낮은 것이 바람직하고, 구체적으로는 철 농도가 50ppbw 이하, 크롬 농도가 5ppbw 이하, 및 니켈 농도가 50ppbw 이하, 및 티타늄 농도가 30ppbw 이하인 것이 바람직하다. 특히 바람직하게는, 철 농도가 1~40ppbw, 크롬 농도가 1~4ppbw, 니켈 농도가 1~45ppbw, 및 티타늄 농도가 1~20ppbw이다.
본 발명에 있어서, 카본 부재 중의 금속 함유량은, 연소 회화(灰化) 방법에 의해 구한 값을 말한다. 즉, 연소 회화 방법은, 카본 시료를 백금 보드에 취하고, 산소 분위기 하에서 가열하여 연소시켜 회화하고, 잔사를 질산에 용해하고, ICP-MS로 원소를 정량하는 측정 방법이다.
히터 용도 등으로 사용되는 카본 부재의 금속 함유량은, 일반적으로는 10~20ppmw 정도이며, 본 발명이 규정하는 정도로 금속 함유량이 낮은 것을 상기 실리콘 심선의 용접용으로 사용한 예는 알려져 있지 않다. 이러한 금속 함유량이 낮은 카본 부재는, 시판품 중에서 이러한 고순도품을 선정하여 사용해도 되고, 본 발명이 규정하는 값을 초과하는 것에 대해서, 고온 염소화 처리하여, 해당 금속 함유량을 본 발명에서 규정하는 범위 내까지 저감시켜서 사용하여도 된다.
또한, 예열 히터를 구성하는 카본 부재의 두께는, 피접합체와 워크코일의 간극으로의 삽입 용이성과 기계적 강도를 감안하여, 1.0~1.5mm인 것이 바람직하다.
또한, 고주파 유도 가열의 워크코일은 외경이 1~3mmΦ인 것이 바람직하다. 워크코일은, 냉각하는 이유로부터, 관상으로 하고, 관내를 수류로 냉각할 수 있는 구조로 하는 것이 바람직하다.
상기 제조 방법에서는, 상기 피접합부의 접합은, 1) 예비 가열도, 2) 고주파 유도 가열도, 불활성 가스 분위기 중에서 실시한다. 불활성 가스로서는, 아르곤, 헬륨 등을 사용할 수 있다. 이들 불활성 가스는, 실리콘 심선 용접 장치에 실리콘 심선의 피접합부를 설치하고, 예비 가열을 실시하기 전에, 장치 내의 분위기를 불활성 가스로 치환함으로써 도입하면 된다. 고주파 유도 가열이 종료할 때까지, 장치 내에는, 불활성 가스를 한쪽 벽으로부터 소정의 유량으로 주입하고, 반대 방향의 벽으로부터 배출하는 유통 방식으로 하는 것도 바람직한 형태이다.
또한, 1) 예비 가열에 관해서, 예열 히터는 피접합부에 대하여 근접한 위치에 존재하는 것이 가열 효율을 향상시키는 관점에서 바람직하지만, 너무 가깝다면, 실리콘제 피접합부가 가열되어 팽창했을 때에 접촉의 우려도 생기기 때문에, 통상, 0.5㎜∼1.5㎜, 보다 바람직하게는 0.7㎜∼1.2㎜의 간격으로 하는 것이 바람직하다.
동일한 이유로부터, 2) 고주파 유도 가열의 워크코일도 피접합부에 대해서 근접한 위치에 존재하는 것이 바람직하고, 통상, 0.5㎜∼1.5㎜, 보다 바람직하게는 0.7㎜∼1.2mm의 간격으로 하는 것이 바람직하다.
상기 1) 예비 가열에서는, 상기한 바와 같이 예열 히터를 그 외측의 워크코일로부터 고주파 유도 가열하는 등으로 행하여, 적어도 1500℃, 보다 바람직하게는 1500∼2000℃의 고온으로 가열하여, 피접합부를 100℃ 이상의 온도, 보다 바람직하게는 200∼300℃의 온도까지 가열한다. 피접합부를 100℃ 이상으로 가열함으로써 비저항이 저하되어, 와전류가 발생하는 상태가 되어, 피접합부의 고주파 유도 가열이 가능해진다. 가열 시간은 통상 2~5분에서 채택된다.
이어서, 2) 고주파 유도 가열에서는, 상기 특허문헌 7에 나타내는 실리콘 심선 용접 장치를 이용한 피접합부의 용접이면, 예열 히터를 피접합부로부터 멀리 함으로써, 워크코일로부터의 고주파를 피접합부에 집중시켜, 피접합부의 표면 부근에 고밀도의 와전류를 발생시키고, 그 주울열로 피가열물의 표면을 자기 발열시켜, 연직봉부용 실리콘봉과 횡가부용 실리콘봉의 단부끼리를 용접시킨다. 가열 시간은 통상 10~40초에서 채택된다.
고주파 유도 가열은, 상기 1) 예비 가열에서 예열 히터를 가열하는 경우도 포함하여, 좁은 공간 내에서 작용시키기 때문에, 그 주파수는 높을수록 바람직하다. 구체적으로는, 1MHz 이상이 바람직하고, 1.5~3MHz가 보다 바람직하고, 2~2.5MHz가 특히 바람직하다. 최대 출력은 1KW 이상이 바람직하고, 3~10KW가 보다 바람직하고, 특히 바람직하게는 4~6KW이다.
연직봉부용 실리콘봉과 횡가부용 실리콘봉의 각 단부끼리의 접합은, 양단부의 원하는 개소를 임의로 맞닿게 하여 용접시켜도 된다. 연직봉부용 실리콘봉과 횡가부용 실리콘봉을 보다 견고하게 용접할 수 있기 때문에, 상기 도 1에 나타낸 실리콘 심선의 형태와 같이 연직봉부(12a, 12b)용 실리콘봉의 상단부의 내측면에 횡가부(13)용 실리콘봉의 측단면을 맞닿게 하는 형태 또는 그 반대의 관계, 즉, 연직봉부용 실리콘봉의 상단면에 횡가부용 실리콘봉의 측단부의 하방 측면을 맞닿게 하는 형태로 용접하는 것이 특히 바람직하다.
이상의 구성을 갖는, 본 발명의 다결정 실리콘 석출용 실리콘 심선은, 횡가부를 적어도 2개의 횡가부용 실리콘봉 분재가 상방향 굴곡 형상으로 접합된 구조로 하는 것이 바람직한 형태이다. 즉, 한쌍의 연직봉부의 각 상단에 직봉 형상의 횡가부가 수평으로 연결되는 구조, 환언하면, 연직봉부의 단부와 횡가부의 단부가 직각으로 굴곡져서 접합한 구조의 경우, 이것을 심선으로 사용한 다결정 실리콘의 석출에서, 관련된 접합모서리부의 내측 표면에서 열복사가 커져서, 이 부분 부근에서 과열이 생겨 석출이 불안정해져, 소위, 팝콘이라 불리는 이상 석출부가 발생하기 쉬워진다. 이의 개선에는, 상기 횡가부를 상방향으로의 굴곡 형상으로 하여, 해당 연직봉부의 단부와 횡가부의 단부의 접합모서리부의 각도를 직각보다 완만한 구부림으로 하여, 접합모서리부의 내측 표면에서의 열복사를 완화하는 것이 유효하다.
이 때문에, 종래의 실리콘 심선에 있어서는, 이러한 횡가부를, 상기 고온 가열에 의한 연화 상태에서의 상방향으로 만곡 가공시킨 것을 사용하는 것도 행해지고 있다. 그러나, 전술한 바와 같이 이러한 고온에서의 곡률 가공은 조작이 간단하지 않다. 따라서, 이 횡가부를, 적어도 2개의 횡가부용 실리콘봉 분재가 상방향 굴곡 형상으로 용접에 의해 접합된 형태로 하고, 이에 의해 연직봉부와 횡가부의 단부끼리의 각 접합모서리부의 각도를 모두 상기 직각보다 크게 형성하여, 상기 팝콘의 발생 억제 효과를 발휘시키는 것이 바람직하다. 이와 같이 연직봉부와 횡가부의 단부끼리의 각 접합모서리부의 각도가 모두 직각보다 크게 형성되어 있는 경우, 횡가부 도중의 적어도 1개소에 존재하는 접합모서리부의 각도는 모두 90도 이상 170도 이하인 것이 바람직하다.
상기 구조를 구체적으로 상술하면, 도 5의 실리콘 심선 상부(51)의 정면도 A에 나타내는 바와 같이, 횡가부(53)는 2개의 횡가부용 실리콘봉 분재(53a, 53b)가 접합모서리부(55a, 55b)에서 용접되어, 상방향 굴곡 형상으로 접합되어 있다. 이것에 의해, 연직봉부(52a, 52b)와 횡가부(53)의 단부끼리의 각 접합모서리부(55a, 55b)는 직각보다 큰 각도로 접합된 것으로 되어 있다. 도 5의 정면도 B에서는, 횡가부(53)는 3개의 횡가부용 실리콘봉 분재(53a, 53b, 53c)가 상방향 굴곡 형상으로 접합되어, 이것에 의해 연직봉부(52a, 52b)와 횡가부(53)의 단부끼리의 각 접합모서리부(55a, 55b)는 직각보다 큰 각도로 접합된 것으로 되어 있다.
여기서, 상기 연직봉부(52a, 52b)와 횡가부(53)에 의한 접합모서리부(55a, 55b)의 각도 α는 직각보다 큰 각도이며, 각도 α가 클수록, 이 부분에서 열복사에 의한 이상 석출을 억제할 수 있어 바람직하다. 그러나, 각도 α가 너무 커지면, 횡가부용 실리콘봉 분재(53a, 53b, 53c)가 접합되어 형성되는, 횡가부 도중의 접합모서리부(56a, 56b)의 각도 β가 작아지고, 이 횡가부 도중 접합모서리부에서도 역시 열복사에 의한 이상 석출이 생길 우려가 있다. 따라서, 이 연직봉부(52a, 52b)와 횡가부(53)에 의한 접합모서리부(55a, 55b)의 각도는 130도 이상 내지 170도 이하이면, 모든 접합모서리부(연직봉부와 횡가부의 접합모서리부, 및 횡가부 도중의 접합모서리부)를 상기 적합한 각도로 조정할 수 있고, 팝콘의 발생 억제 효과를 고도로 발휘할 수 있다. 이하, 연직봉부와 횡가부의 접합모서리부를 「연직봉부·횡가부 접합모서리부」로 기재하고, 횡가부 도중의 접합모서리부를 「횡가부 도중 접합모서리부」로 기재할 수 있다.
횡가부 도중의 접합모서리부의 각도 β는, 정면도 A의 횡가부용 실리콘봉 분재가 2개(53a, 53b)의 형태이면, 그 접합모서리부(56a)가 1개소이고, 연직봉부(52a, 52b)와 횡가부(53)의 단부끼리의 각 접합모서리부(55a, 55b)에 있어서, 각각의 직각을 초과한 초과분의 합계 각도를 180도에서 감액한 값이 된다. 횡가부용 실리콘봉 분재가 3개 이상인 형태에서는, 상기 접합모서리부(56a, 56b)가 2개소 이상이 된다. 각 접합모서리부의 각도는 실측해도 되고, 사진을 촬영하여 화상으로부터 구해도 된다.
본 발명에 있어서 가장 바람직한 횡가부의 형태는, 횡가부가 3~6개의 횡가부용 실리콘봉 분재를 접합하여 형성되어 있고, 연직봉부와 횡가부의 단부끼리의 각 접합모서리부의 각각의 각도 α, 및 횡가부 도중의 각 접합모서리부의 각각의 각도 β가 모두 130도 이상 170도 이하의 범위에 있는 형태이다.
또한 본 발명에서는, 관련된 횡가부 도중의 각 접합모서리부의 표면 금속 농도도 각각 1ppbw 이하, 보다 바람직하게는 0.1~0.8ppbw로 하는 것이, 고순도인 다결정 실리콘을 제조하는 관점 에서 특히 적합하다.
이 낮은 표면 금속 농도로 하기 위한, 각 횡가부용 실리콘봉 분재의 단부끼리의 접합도, 상기 연직봉부용 실리콘봉과 횡가부용 실리콘봉에서의 접합의 경우와 마찬가지로 , 해당 접합부를 불활성 가스 분위기 중에서,
1) 금속 농도가 1ppmw 이하인 카본 부재로 이루어지는 예열 히터에 의해 예비 가열한 후,
2) 고주파 유도 가열하여 용접하는 방법으로 실시하면 양호하게 달성할 수 있다.
[실시예]
본 발명을 더욱 구체적으로 설명하기 위해, 이하에 실시예를 나타내지만, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 또한, 실시예 및 비교예에 있어서, 각 물성값은 각각 이하의 방법에 의해 구하였다.
1) 실리콘 심선에서의 접합 모서리부의 표면 금속 농도
실리콘 심선의 측정 대상이 되는 접합모서리부로부터 분석용 시료체를, 도 3에 나타내는 방법에 따라 채취했다. 즉, 접합모서리부(32) 내에서, 모서리꼭대기부 (33)로부터, 연직봉부의 외단측변을, 횡가부(34)의 축방향에 대한 수직방향 길이(X)의 약 1.2배분의 길이(1.2X)만큼 내려간 위치(A1)에서의 축방향에 대한 수직 단면(분석용 시료체의 연직봉부 측단면; 35)과, 상기 모서리꼭대기부(33)로부터, 횡가부의 외단측변을 연직봉부(36)의 축방향에 대한 수직방향 길이(Y)의 약 1.2배분의 길이(1.2Y)만큼, 다른 쪽의 접합모서리부측으로 횡 이동한 위치(A2)에서의 축 방향에 대한 수직 단면(분석용 시료체의 횡가부 측단면; 37)으로 형성된 분석용 시료체(38)를 잘라냈다. 이 절단은, 실리콘 심선의 상기 A1 및 A2의 각 위치에, 다결정 실리콘편을 사용하여 절입 상처(39)를 새기고, 그 주위를 타격함으로써 실시하였다. 측정 대상이 되는 접합모서리부로부터 분석용 시료체에 있어서의 접합부의 폭을 캘리퍼스로 측정하여 기록한다. 또한, 용접하기 전의 접합부의 단면적을 기록해 둔다. 또한, 실리콘 심선의 접합부를 갖지 않는 부분을, 분석용 시료체와 거의 같은 중량의 길이만큼 잘라내어, 블랭크용 시료체를 잘라냈다. 각 시료체의 중량을 측정한다.
이어서, 이 분석용 시료체와 블랭크 시료체를, 불질산 용액조(실온)에 침지하고, 그 표면을 100 마이크로미터의 깊이로 용해시켰다. 이 용해 깊이는 WO2018/198947호 팜플렛에 기재된 방법에 준하여, 필요한 용해 처리 시간을 구하여 실시하였다. 얻어진 각각의 용해액에 대하여, 금속 성분량(중량)을 ICP-MS에 의해 측정함으로써 행하고, 얻어진 각 금속 성분량을 각 시료체의 중량으로 나눔으로써, 분석 시료체의 표면 금속 농도 Ca(ppbw)와 블랭크 시료체의 표면 금속 농도 Cb(ppbw)를 구한다. 분석 시료체 중의 용접부의 중량 Wa는, 용접부의 폭(d)과 용접면의 단면적(S)과 실리콘의 비중 2.33으로부터 구하고, 분석 시료체 중의 비용접부의 중량 Wb는, 분석 시료체의 중량 W에 대하여, Wb=W-Wa의 관계에 있는 것으로부터, Wb를 구한다. 용접부의 표면 금속 성분 농도 N과 분석 시료체의 표면 금속 농도 Ca와 블랭크 시료체의 표면 금속 성분 농도 Cb와 Wa와 Wb는,
N=Ca×W/Wa-Cb×Wb/Wa의 관계에 있기 때문에, 접합모서리부의 용접부의 표면 금속 농도 N(ppbw)을 구하였다.
간단한 계산예를 이하에 나타낸다. 분석 시료체의 중량 W는 1.0g, 용접부 중량 Wa는 0.1g이고, 분석 시료체의 비용접부의 중량 Wb가 0.9g이고, 분석 시료체 표면 금속 농도 Ca는 1ppbw, 블랭크 시료체의 표면 금속 농도 Cb가 0.1ppbw인 경우, 이하의 계산예로부터 접합모서리부의 용접부의 표면 금속 농도 N이 구해진다.
(계산예)
중량: 분석 시료체 W=1.0g, 용접부 Wa=0.1g, 비용접부 Wb=0.9g
ICP-MS 측정치: 분석 시료체 Ca=1ppbw, 블랭크 시료체 Cb=0.1ppbw
용접부의 표면 금속 농도 N=1ppbw×(1g/0.1g)-0.1ppbw×(0.9g/0.1g)=10-0.9=9.1ppbw
2) 카본 부재 중의 금속 함유량
카본 부재로부터 채취한 시료편 약 1g을, 백금 보드에 취하고, 산소 분위기 하에서 가열하여 연소시켜 회화하고, 잔류물을 질산 5ml에 용해하고, ICP-MS로, 철, 크롬, 니켈, 나트륨 , 마그네슘, 알루미늄, 칼륨, 칼슘, 코발트, 구리, 아연, 텅스텐, 티타늄, 몰리브덴, 바나듐, 망간, 스트론튬, 바륨의 18개 원소의 금속 원소 중량을 구하여, 시료편의 중량을 제외하고 카본 부재 중의 금속 함량을 얻었다.
3) 다결정 실리콘 로드를 제조했을 때의, 팝콘을 포함하지 않는 다결정 실리콘의 수율
도 2의 단면도에 나타낸 다결정 실리콘 제조용 반응로에 대하여, 저판에, 다결정 실리콘 석출용 실리콘 심선을 8개 설치하고, 초기 통전 후, 벨자르 내에, 트리클로로실란 및 수소를 포함하는 혼합 가스로 이루어지는 원료 가스를 공급하고, 지멘스법에 의해, 상기 각 실리콘 심선에 대한 다결정 실리콘의 석출 반응을 계속하였다. 직경을 150mm의 굵기까지 성장시킨 후, 얻어진 각 다결정 실리콘 로드를 꺼내어, 각각에 대해 표면 관찰하고, 팝콘을 포함하는 부분과 팝콘을 포함하지 않는 부분으로 구분하여, 팝콘을 포함하는 부분으로부터 표면의 팝콘을 제거한 다결정 실리콘의 중량에 팝콘을 포함하지 않는 부분의 중량을 더한 것을 석출 반응으로 얻어진 전체 다결정 실리콘의 중량으로 나눈 것을, 팝콘을 포함하지 않는 다결정 실리콘의 수율로 평가하였다.
실시예 1
지멘스법에 의해 얻어진 고순도의 다결정 실리콘 로드로부터 잘라냄으로써, 단면이 8mm각의 정사각형으로 이루어지는, 길이 1500mm의 연직봉부용 실리콘봉의 2개와, 길이 250mm의 횡가부용 실리콘봉의 1개를 준비하였다. 이들 연직봉부용 실리콘봉 및 횡가부용 실리콘봉을, 클린 룸 내에 설치된 표면 세정 장치로, 불질산 용액에 의해 에칭 처리한 후, 순수로 세정하고, 건조한 후, 같은 클린 룸 내에 보관하였다.
고주파 유도 가열에 의한 실리콘 심선 용접 장치로서, 특허문헌 7의 [실시형태 2]의 형태에 있는 워크코일 및 예열용 카본부재가, 도 4에 도시된 구조에 있는 것을 사용했다. 여기서, 상기 예열 히터를 구성하는 카본 부재는 금속 농도가 215ppbw이고, 이 중 철이 34ppbw이며, 크롬이 3ppbw이고, 니켈이 42ppbw이며, 티타늄이 17ppbw이었다.
이 실리콘 심선 용접 장치에 의해, 상기 한쌍의 연직봉부용 실리콘봉과, 횡가부용 실리콘봉을 문형 형상으로 접합하여, 다결정 실리콘 석출용 실리콘 심선을 제조하였다. 고주파 유도 가열의 주파수는 2MHz이고, 최대 출력은 5kW였다. 워크코일은 외경 약 2mmΦ의 관상이며, 관 내에는 냉각용의 물이 흐르는 구조였다. 또한, 제1 역U자 형상부(44a), 제2 역U자 형상부(44b)의 폭 및 대향하는 이들 양 역U자 형상부(44a, 44b)의 간격은 모두 10mm이었다. 또한, 예열 히터(41)를 구성하는 카본 부재의 두께는 1.0mm였다. 또한, 이들 워크코일(43) 및 예열 히터(41)가 수용되는 용접 챔버는 SUS제 입방체 구조이고, 천상벽을 개폐할 수 있는 구조였다.
이 실리콘 심선 용접 장치에 있어서, 워크코일(43)의 제1 역U자 형상부(44a)가 이루는 면, 및 제2 역U자 형상부(44b)가 이루는 면과 평행이 되도록, 상기 워크코일(43)의 내측에 예열 히터(41)의 R자 형상의 개구부를 진행 방향을 향해 삽입하였다.
다음으로, 한쌍 중 1개의 연직봉부용 실리콘봉의 일단과, 횡가부용 실리콘봉의 일단을, 도 3에 나타낸 형태로, 직각으로 맞닿게 하여 피접합부로 하였다. 상기 예열 히터(41)의 전처리를 실시한 후의 용접 챔버 내에, 상기 맞닿은 연직봉부용 실리콘봉과 횡가부용 실리콘봉을 수용하고, 그 피접합부(45)를 워크코일(43)에 있어서의 상방의 개방 공간으로부터 삽입하고, 상기 예열 히터의 R자 형상 내에 설치하였다. 이 피접합부(45)의 설치 조작에 있어서, 피접합부(45)는 예열 히터(41) 및 워크코일(43)과 전혀 접촉하지 않았다.
상기 피접합부(45)의 설치 후, 용접 챔버를 밀폐하고, 챔버 내에 아르곤을 충전한 후, 한쪽 벽으로부터, 20L/분의 유량으로 반대 벽으로 유통시켰다. 그리고, 1) 예열 히터에 의한 예비 가열을 개시하였다. 고주파 유도 가열의 주파수는 2MHz이고, 최대 출력은 5KW였다. 이러한 고주파 유도 가열에 의해, 워크코일(33)의 내측에 있어서, 예열용 히터가 작열(대략 1500∼2000℃)했다. 약 3분 후, 실리콘봉으로 이루어지는 피접합부(45)에 고주파가 작용하게 되어, 고주파의 전압 강하가 발생했기 때문에, 이것을 예비 가열의 종기로 하여, 예열 히터(41)를 워크코일(43)의 내측에서 퇴피시켰다.
이와 같이 예열 히터(41)를 워크코일(43)의 내측으로부터 퇴피시킴으로써, 워크코일(43)로부터의 고주파는 피접합부(45)에 집중하게 되어, 상기 피접합부(45)의 2) 고주파 유도 가열이 개시되었다. 피접합부(45)에 실리콘의 용융액이 육안으로 확인됨으로써, 이것을 2) 고주파 유도 가열의 종기로 하여, 고주파의 출력을 제로까지 낮추고, 피접합부(45)를 냉각하였다. 10분 경과 후, 용접 챔버를 개방하고, 워크코일(43) 내의 상기 피접합부(45)를, 상기 워크코일에 있어서의 상방의 개방 공간으로부터 퇴피시키고, 이것에 의해 용접된 연직봉부용 실리콘봉과 횡가부용 실리콘봉의 접합체를 용접 챔버 밖으로 꺼냈다.
이 접합체에 대해서, 횡가부용 실리콘봉의, 연직봉부용 실리콘봉과 접합되어 있지 않은 타단과, 상기 한쌍의 연직봉부용 실리콘봉의 나머지 1개의 단부와의 접합을, 동일한 고주파 유도 가열에 의한 용접 조작에 의해 실시하였다. 얻어진 다결정 실리콘 석출용 실리콘 심선에 대해, 연직봉부의 단부와 횡가부의 단부의 접합모서리부 (연직봉부·횡가부 접합모서리부; 15a, 15b)의 표면 금속 농도를 측정한 바, 표 1에 나타낸 바와 같이, 매우 낮은 값이었다. 그 결과, 양 접합모서리부에 있어서, 표면 금속 오염이 고도로 억제된 다결정 실리콘 석출용 실리콘 심선을 제조할 수 있었다.
[표 1]
이 다결정 실리콘 석출용 실리콘 심선을 이용하여, 지멘스법에 의해 다결정 실리콘 로드를 제조했을 때의, 상기 다결정 실리콘 로드에 있어서의, 팝콘을 포함하지 않는 다결정 실리콘의 수율을 구한 바, 81% 이었다.
비교예 1∼4
실시예 1에 있어서, 사용하는 실리콘 심선 용접 장치에 있어서, 예열 히터를 구성하는 카본 부재의 금속 농도를 표 2에 나타내는 각 값의 것으로 변경한 것 외에는 동일하게 실시하여, 다결정 실리콘 석출용 실리콘 심선을 제조하였다. 이것을 제조하는 과정에서 얻어진, 연직봉부용 실리콘봉과 횡가부용 실리콘봉의 접합체에 대해서, 측정된 접합모서리부의 표면 금속 농도를 표 2에 함께 나타내었다.
[표 2]
실시예 2∼6
실시예 1에 있어서, 횡가부용 실리콘봉으로서, 복수의 횡가부용 실리콘봉 분재가 상방향 굴곡 형상으로 용접에 의해 접합된 형태의 것을 이용하여, 다결정 실리콘 석출용 실리콘 심선을 제조하였다. 횡가부용 실리콘봉 분재의 수는 표 3에 나타낸 수이며, 얻어지는 횡가부에 있어서, 축방향 도중의 접합모서리부의 각도(횡가부 도중 접합모서리부; 56a, 56b, 56c, 56d, 56e)는 각각의 모서리부에서 균등하게 동일한 각도로 할당된, 표 3에 나타낸 값으로 하였다. 또한, 상기 횡가부의 각 단부를 연직봉부용 실리콘봉의 각 단부와 접합시킬 때의 각 접합모서리부(연직봉부·횡가부 접합모서리부; 55a, 55b)도 각각 표 3에 나타낸 값으로 하였다.
또한, 각 횡가부용 실리콘봉 분재의 단부끼리의 접합 조작은, 실시예 1에서의 연직봉부용 실리콘봉과 횡가부용 실리콘봉의 각 단부의 용접과 동일하게 실시하고, 그 외의 실리콘 심선을 제조하기 위한 조작도 실시예 1과 동일하게 실시하였다.
얻어진 각 다결정 실리콘 석출용 실리콘 심선에 대하여, 연직봉부·횡가부 접합모서리부 및 횡가부 도중 접합모서리부의 각 표면 금속 농도를 표 3으로 나타내었다.
또한, 이들 각 다결정 실리콘 석출용 실리콘 심선을 이용하여, 지멘스법에 의해, 다결정 실리콘 로드를 제조했을 때의, 상기 다결정 실리콘 로드에 있어서의, 팝콘을 포함하지 않는 다결정 실리콘의 수율을 구한 결과를 표 3에 각각 함께 나타내었다.
[표 3]
11;실리콘 심선
12ａ，12ｂ；연직봉부
13；횡가부
14ａ，14ｂ；접합부(용접부분)
15ａ，15ｂ；연직봉부횡가부 접합모서리부
21；다결정 실리콘 제조용 반응로
22；저판[바닥판]
23；벨자르형 커버
24；금속전극
25；전력 공급부
26；원료가스 공급부
27；폐가스 배출구
28；실리콘 심선
29: 다결정 실리콘 로드
31；실리콘 심선 상부
32；접합모서리부
33；모서리 꼭대기부
34；횡가부
35；분석용 시료체의 연직봉부 단면
36；연직봉부
37；분석용 시료체의 횡가부 측단면
38；분석용 시료체
41；예열 히터
43；워크코일
44ａ；제1 역Ｕ자 형상부
44ｂ；제2 역Ｕ자 형상부
45；피접합부
P1，P２；실리콘 심선
51；실리콘 심선 상부
52ａ，52ｂ；연직봉부
53；횡가부
53ａ，53ｂ，53ｃ；횡가부용 실리콘봉
54；접합부
55ａ，55ｂ；연직봉부횡가부 접합모서리부
56ａ，56ｂ，56ｃ，56ｄ，56ｅ；횡가부 도중 접합모서리부
α；연직봉부횡가부 접합모서리부의 각도
β；횡가부 도중 접합모서리부의 각도
12ａ，12ｂ；연직봉부
13；횡가부
14ａ，14ｂ；접합부(용접부분)
15ａ，15ｂ；연직봉부횡가부 접합모서리부
21；다결정 실리콘 제조용 반응로
22；저판[바닥판]
23；벨자르형 커버
24；금속전극
25；전력 공급부
26；원료가스 공급부
27；폐가스 배출구
28；실리콘 심선
29: 다결정 실리콘 로드
31；실리콘 심선 상부
32；접합모서리부
33；모서리 꼭대기부
34；횡가부
35；분석용 시료체의 연직봉부 단면
36；연직봉부
37；분석용 시료체의 횡가부 측단면
38；분석용 시료체
41；예열 히터
43；워크코일
44ａ；제1 역Ｕ자 형상부
44ｂ；제2 역Ｕ자 형상부
45；피접합부
P1，P２；실리콘 심선
51；실리콘 심선 상부
52ａ，52ｂ；연직봉부
53；횡가부
53ａ，53ｂ，53ｃ；횡가부용 실리콘봉
54；접합부
55ａ，55ｂ；연직봉부횡가부 접합모서리부
56ａ，56ｂ，56ｃ，56ｄ，56ｅ；횡가부 도중 접합모서리부
α；연직봉부횡가부 접합모서리부의 각도
β；횡가부 도중 접합모서리부의 각도
Claims (13)
- 한쌍의 연직봉부와 이들 양 연직봉부의 각 상단을 연결하는 횡가부로 구성되어 이루어지는 문형(門型) 형상을 한, 다결정 실리콘을 석출시키기 위한 실리콘 심선에 있어서,
상기 연직봉부와 횡가부의 단부끼리는 용접에 의해 접합되어 이루어지고, 그 접합모서리부의 표면 금속 농도가 1ppbw 이하인 것을 특징으로 하는 다결정 실리콘 석출용 실리콘 심선. - 제1항에 있어서, 상기 접합모서리부의 표면 금속 농도가 철, 크롬, 니켈, 나트륨, 마그네슘, 알루미늄, 칼륨, 칼슘, 코발트, 구리, 아연, 텅스텐, 티타늄, 몰리브덴, 바나듐, 망간, 스트론튬, 바륨의 합계 농도인 다결정 실리콘 석출용 실리콘 심선.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 접합모서리부의 표면 금속 농도에 있어서, 철의 농도가 0.2ppbw 이하, 크롬의 농도가 0.1ppbw 이하, 니켈의 농도가 0.05ppbw 이하, 및 티타늄의 농도가 0.2ppbw 이하인, 다결정 실리콘 석출용 실리콘 심선.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 횡가부가 적어도 2개의 횡가부용 실리콘봉 분재가 상방향 굴곡 형상으로 접합되어 이루어지고,
상기 횡가부 도중의 적어도 1개소에 존재하는, 상기 각 횡가부용 실리콘봉 분재의 단부끼리의 접합은 용접에 의해 이루어져 있고, 상기 횡가부 도중의 각 접합모서리부의 표면 금속 농도도 1ppbw 이하인, 다결정 실리콘 석출용 실리콘 심선. - 제4항에 있어서, 상기 횡가부 도중의 각 접합모서리부의 표면 금속 농도가 철, 크롬, 니켈, 나트륨, 마그네슘, 알루미늄, 칼륨, 칼슘, 코발트, 구리, 아연, 텅스텐, 티타늄, 몰리브덴, 바나듐, 망간, 스트론튬, 바륨의 합계 농도인 다결정 실리콘 석출용 실리콘 심선.
- 제4항에 있어서, 연직봉부와 횡가부의 단부끼리의 각 접합모서리부의 각도가 모두 직각보다 크게 형성되어 있고, 횡가부 도중의 적어도 1개소에 존재하는 접합모서리부의 각도가 모두 90도 이상 170도 이하인, 다결정 실리콘 석출용 실리콘 심선.
- 제6항에 있어서, 상기 횡가부가 3∼6개의 횡가부용 실리콘봉 분재가 상방향 굴곡 형상으로 접합되어 이루어지고, 연직봉부와 횡가부의 단부끼리의 각 접합모서리부, 및 횡가부 도중의 각 접합모서리부의 각각의 각도가 모두 130도 이상 170도 이하인, 다결정 실리콘 석출용 실리콘 심선.
- 한쌍의 연직봉부용 실리콘봉과 횡가부용 실리콘봉을 문형(門型) 형상으로 접합하여 다결정 실리콘 석출용 실리콘 심선을 제조함에 있어서,
상기 연직봉부용 실리콘봉과 횡가부용 실리콘봉의 각 단부끼리의 접합을, 불활성 가스 분위기 중에서,
1) 금속 농도가 1ppmw 이하인 카본 부재로 이루어지는 예열 히터에 의해 예비 가열한 후,
2) 고주파 유도 가열하여 용접하는
것에 의해 행하는 것을 특징으로 하는, 제1항에 기재된 다결정 실리콘 석출용 실리콘 심선의 제조 방법. - 제8항에 있어서, 연직봉부용 실리콘봉과 횡가부용 실리콘봉의 단부끼리로 이루어지는 피접합부가, 예열 히터 및 고주파 유도 가열의 워크코일과 내내 접촉함이 없이 용접되어 이루어지는, 다결정 실리콘 석출용 실리콘 심선의 제조 방법.
- 횡가부용 실리콘봉이, 적어도 2개의 횡가부용 실리콘봉 분재가 상방향 굴곡 형상으로 접합된 것이고,
각 횡가부용 실리콘봉 분재의 단부끼리의 접합도, 불활성 가스 분위기 중에서,
1) 금속 농도가 1ppmw 이하인 카본 부재로 이루어지는 예열 히터에 의해 예비 가열한 후,
2) 고주파 유도 가열하여 용접하는
것에 의해 행하는 것인, 제4항에 기재된 다결정 실리콘 석출용 실리콘 심선의 제조 방법. - 제10항에 있어서, 횡가부용 실리콘봉 분재의 단부끼리로 이루어지는 피접합부도 예열 히터 및 고주파 유도 가열의 워크 코일과 내내 접촉함이 없이 용접되어 이루어지는, 다결정 실리콘 석출용 실리콘 심선의 제조 방법.
- 제8항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 예열 히터의 금속 농도가 철, 크롬, 니켈, 나트륨, 마그네슘, 알루미늄, 칼륨, 칼슘, 코발트, 구리, 아연, 텅스텐, 티타늄, 몰리브덴, 바나듐, 망간, 스트론튬, 바륨의 합계 농도인 다결정 실리콘 석출용 실리콘 심선의 제조 방법.
- 제8항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 예열 히터를 구성하는 카본 부재가, 철 농도가 50ppbw 이하, 크롬의 농도가 5ppbw 이하, 니켈의 농도가 50ppbw 이하, 및 티타늄의 농도가 30ppbw 이하인 것인, 다결정 실리콘 석출용 실리콘 심선의 제조 방법.
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Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5173924A (en) | 1974-11-18 | 1976-06-26 | Siemens Ag | Shirikonkaranaru u gatatantai oyobi sonoseizohoho |
| JPS63242339A (ja) | 1987-03-30 | 1988-10-07 | Osaka Titanium Seizo Kk | 半導体材料の製造方法 |
| KR20110116634A (ko) | 2010-04-20 | 2011-10-26 | (주) 디에이치홀딩스 | 무접점 스위치를 이용한 차량용 브레이크 램프 및 비상 램프 점등 장치 |
| KR20120062243A (ko) | 2010-12-06 | 2012-06-14 | 성균관대학교산학협력단 | 생체분해성 마그네슘의 분해속도 제어방법 및 이를 이용한 의료기기용 생체분해성 마그네슘 |
| CN202379744U (zh) | 2011-12-30 | 2012-08-15 | 江西赛维Ldk太阳能多晶硅有限公司 | 一种硅芯搭桥结构 |
| KR101723369B1 (ko) | 2016-08-18 | 2017-04-06 | 주식회사 유로텍툴링 | 매립형 냉매관 제조방법 |
| WO2018198947A1 (ja) | 2017-04-24 | 2018-11-01 | 株式会社トクヤマ | 多結晶シリコン破砕物の製造方法、及び、多結晶シリコン破砕物の表面金属濃度を管理する方法 |
| KR20180122340A (ko) | 2016-03-25 | 2018-11-12 | 닛토덴코 가부시키가이샤 | 조광 필름의 제조 방법 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5751748B2 (ja) * | 2009-09-16 | 2015-07-22 | 信越化学工業株式会社 | 多結晶シリコン塊群および多結晶シリコン塊群の製造方法 |
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Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5173924A (en) | 1974-11-18 | 1976-06-26 | Siemens Ag | Shirikonkaranaru u gatatantai oyobi sonoseizohoho |
| JPS63242339A (ja) | 1987-03-30 | 1988-10-07 | Osaka Titanium Seizo Kk | 半導体材料の製造方法 |
| KR20110116634A (ko) | 2010-04-20 | 2011-10-26 | (주) 디에이치홀딩스 | 무접점 스위치를 이용한 차량용 브레이크 램프 및 비상 램프 점등 장치 |
| KR20120062243A (ko) | 2010-12-06 | 2012-06-14 | 성균관대학교산학협력단 | 생체분해성 마그네슘의 분해속도 제어방법 및 이를 이용한 의료기기용 생체분해성 마그네슘 |
| CN202379744U (zh) | 2011-12-30 | 2012-08-15 | 江西赛维Ldk太阳能多晶硅有限公司 | 一种硅芯搭桥结构 |
| KR20180122340A (ko) | 2016-03-25 | 2018-11-12 | 닛토덴코 가부시키가이샤 | 조광 필름의 제조 방법 |
| KR101723369B1 (ko) | 2016-08-18 | 2017-04-06 | 주식회사 유로텍툴링 | 매립형 냉매관 제조방법 |
| WO2018198947A1 (ja) | 2017-04-24 | 2018-11-01 | 株式会社トクヤマ | 多結晶シリコン破砕物の製造方法、及び、多結晶シリコン破砕物の表面金属濃度を管理する方法 |
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