(57)【要約】【課題】微細片の発生を防ぎつつ破砕片の分級を円滑に行うことができるシリコン破砕片の分級装置を提供する。【解決手段】外周面の周方向の一部を切欠して形成された凹部１１を有し、ほぼ水平方向に沿って配置された円柱体２と、円柱体２の一側方から円柱体２に向けてシリコン破砕片Ｂを供給するシュータ３と、シュータ３とは円柱体２の反対側でシリコン破砕片Ｂ１を受け取る第１収容部４と、円柱体２の凹部１１をシュータ３の下端と第１収容部４との間で往復移動するように円柱体２を所定角度範囲で回動させる駆動部と、凹部１１に収容できずにシュータ３から落下したシリコン破砕片Ｂ２を受け取る第２収容部５とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周面の周方向の一部を切欠して形成された凹部を有し、ほぼ水平方向に沿って配置された円柱体と、該円柱体の一側方から円柱体に向けてシリコン破砕片を供給するシュータと、該シュータとは前記円柱体の反対側でシリコン破砕片を受け取る第１収容部と、前記円柱体の凹部を前記シュータの下端と前記第１収容部との間で往復移動するように前記円柱体を所定角度範囲で回動させる駆動部と、前記凹部に収容できずに前記シュータから落下したシリコン破砕片を受け取る第２収容部とを備えることを特徴とするシリコン破砕片の分級装置。
【請求項２】
前記円柱体の長さ方向に間隔をおいて仕切り板が設けられ、凹部内が二つ以上に仕切られていることを特徴とする請求項１記載のシリコン破砕片の分級装置。
【請求項３】
前記シュータの下端部と前記円柱体の外周部とに、前記円柱体の周方向に相対移動自在に噛み合う櫛歯部が形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載のシリコン破砕片の分級装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項記載のシリコン破砕片の分級装置を用いて分級されたシリコン破砕片を得ることを特徴とするシリコン破砕片の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体用シリコンの原料として用いられる塊状の多結晶シリコンの破砕片を分級するための分級装置及び分級されたシリコン破砕片の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体用単結晶シリコンを製造する際の原料として用いられる多結晶シリコンは、例えば、シーメンス法などの析出方法により概略円柱状のインゴットに形成された後、切断や破砕等の加工によって塊状のチャンクと呼ばれる破砕片に形成される。その後、この破砕片は、表面に付着した粉塵などの汚染物質を洗浄によって取り除いた後、その大きさごとに分級される。
【０００３】
多結晶シリコンの破砕片を分級する場合、例えば、特許文献１に記載されている篩別装置が用いられる。同文献１における篩別装置は、モーターを介して振動により篩分けする振動篩別機である。
一方、特許文献２には回転シリンダーを有する分級機が開示されている。この分級機は、回転シリンダーの外周面に設けられた凹部に入らないサイズのシリコン片を排除することにより、シリコン片を複数のサイズに篩分けするようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２００９−５３２３１９号公報
【特許文献２】特開２００４−９１３２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、多結晶シリコンは脆性材料であるため、この多結晶シリコンの破砕片を分級する際に、特許文献１のような振動で分級する篩別装置にかけると、その振動によって破砕片がより細かく砕かれて微細片が発生し易くなる。微細片が発生すると、この微細片が篩別装置の篩の目に入り込んで目詰まりが生じ、分級が適切に行われなくなったり、粉塵が発生するなど、選別動作に悪影響を与えたりすることがある。
【０００６】
特許文献２の分級機では、回転シリンダーを回転動作させる際に振動が生じて微細片が発生し、しかも、この回転シリンダーの回転時には破砕片どうしが擦れ合うため微細片がさらに発生しやすくなる。また、シリコン片が回転シリンダーの外周面から落下する際に、より細かく砕かれてしまうおそれもある。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、微細片の発生を防ぎつつ破砕片の分級を円滑に行うことができるシリコン破砕片の分級装置及び分級されたシリコン破砕片の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のシリコン破砕片の分級装置は、外周面の周方向の一部を切欠して形成された凹部を有し、ほぼ水平方向に沿って配置された円柱体と、該円柱体の一側方から円柱体に向けてシリコン破砕片を供給するシュータと、該シュータとは前記円柱体の反対側でシリコン破砕片を受け取る第１収容部と、前記円柱体の凹部を前記シュータの下端と前記第１収容部との間で往復移動するように前記円柱体を所定角度範囲で回動させる駆動部と、前記凹部に収容できずに前記シュータから落下したシリコン破砕片を受け取る第２収容部とを備えることを特徴とする。
【０００９】
この分級装置によれば、円柱体の凹部をシュータの下端位置に配置したときに、シュータにより供給されるシリコン破砕片を受け取り、その後、円柱体を回動させて、受け取ったシリコン破砕片を第１収容部に受け渡す。そして、凹部を再度シュータの下端位置に配置して、新たなシリコン破砕片を受け取り、同様にして第１収容部に受け渡す。凹部に収容できない大きい多結晶シリコンは落下して第２収容部に収容される。この一連の動作を繰り返すことにより、凹部に収容できる所定の大きさ以内のシリコン破砕片は第１収容部に収容され、その大きさを超えるシリコン破砕片は第２収容部に収容される。
したがって、凹部の大きさを適宜設定することにより、その大きさ以内のシリコン破砕片と、その大きさを超える大きさのシリコン破砕片とを連続して分級することができる。シリコン破砕片は、シュータを滑るように移動し、凹部により搬送されるので、細かく砕かれるおそれがなく、微細片や粉塵が第１収容部に混入することを防止できる。
【００１０】
本発明の分級装置において、前記凹部内に、前記円柱体の長さ方向に間隔をおいて仕切り板が設けられ、凹部内が二つ以上に仕切られているようにしてもよい。
このように構成することにより、仕切り板により仕切られる幅以上のシリコン破砕片がシュータから供給されるときに、シリコン破砕片が仕切り板に接触することでこのシリコン破砕片を凹部に受け取ることなく落下させることができ、所望の大きさのシリコン破砕片を確実に分級することができる。
この場合、仕切り板で仕切られる円柱体の長さ方向の幅を円柱体の半径方向に沿う凹部の深さ以内に設定することにより、この凹部の深さ以内のシリコン破砕片のみを凹部に受け取ることができる。
【００１１】
本発明の分級装置において、前記シュータの下端部と前記円柱体の外周部とに、前記円柱体の周方向に相対移動自在に噛み合う櫛歯部が形成されているとよい。
これにより、櫛歯部の隙間よりも小さいシリコン破砕片を落下させて微細片や粉塵が凹部に収容されることを防止できる。
【００１２】
また、本発明は、前記シリコン破砕片の分級装置を用いて分級されたシリコン破砕片を得ることを特徴とするシリコン破砕片の製造方法である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、微細片の発生を防ぎつつ破砕片の分級を円滑かつ確実に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明のシリコン破砕片の分級装置の第１実施形態を模式的に示す斜視図である。
【図２】図１の分級装置の正面図である。
【図３】比較のための深さに対して幅寸法が大きい凹部にシリコン破砕片を載せた状態を示す斜視図である。
【図４】第２実施形態の分級装置における回転体とシュータの下端部とを示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態に係るシリコン破砕片の分級装置について説明する。
図１及び図２に示す第１実施形態の分級装置１は、供給されたシリコン破砕片Ｂを、所望の大きさ以内のシリコン破砕片Ｂ１、これより大きいシリコン破砕片Ｂ２、より小さい微細片や粉塵程度の大きさのシリコン破砕片Ｂ３に分けて収容することができる装置である。
【００１６】
この分級装置１は、所定の大きさのシリコン破砕片を搬送する円柱体２と、この円柱体２にシリコン破砕片を供給するシュータ３と、シリコン破砕片を大きさに分けてそれぞれ収容する三つの収容部４，５，６と、円柱体２を所定角度範囲で回動する駆動部７とを備えている。
円柱体２は、その長さ方向を水平方向に向けて配置され、その外周面の周方向の一部を切欠して凹部１１が形成されている。この凹部１１は、図示例では、二つの面により、円柱体２の全周のうちの９０°の範囲を除去するように形成され、また、長さ方向の全長にわたって形成されている。後述するように、凹部１１を形成する二つの面は、一方がシリコン破砕片をシュータ３から受け取る掬い面１２とされ、他方は、受け取ったシリコン破砕片を第１収容部４に受け渡すための案内面１３とされる。その凹部１１の両端部は端板１４により閉塞されるとともに、凹部１１の長さ方向に間隔をおいて２枚の仕切り板１５が設けられている。
【００１７】
この場合、端板１４と仕切り板１５との間隔及び両仕切り板１５の間隔はいずれも同じ寸法に設定され、これにより、凹部１１は、円柱体２の長さを３分割するように三つの小分け凹部１１ａに分けられている。この小分け凹部１１ａは、円柱体２の長さ方向に沿う幅Ｗと、円柱体２の半径方向に沿う深さＬとがほぼ同じ寸法に設定されており、その幅（深さ）以内の大きさのシリコン破砕片が掬い上げられ、それを超えるシリコン破砕片は仕切り板１５に接触して小分け凹部１１ａ内に入らないようになっている。
【００１８】
これら幅Ｗと深さＬとは、例えば、所定の大きさのシリコン破砕片Ｂ１をＳサイズのシリコン破砕片として分級する場合には４０ｍｍ程度、所定の大きさのシリコン破砕片Ｂ１をＬサイズのシリコン破砕片として分級する場合には８０ｍｍ程度とされる。
なお、図３には、比較として仕切り板を設けずに深さに対して幅が十分に大きい凹部１１´を示しており、同図の場合には、凹部１１´の深さＬ以上の最大長さＨのシリコン破砕片Ｂ２が凹部１１’に掬い上げられて搬送されるおそれがあるが、図１に示すように仕切り板１５を設けることにより、確実に所定の大きさよりも大きいシリコン破砕片Ｂ２を確実に落下させて分級することができる。
【００１９】
一方、シュータ３は、円柱体２の一側方に、円柱体２に向けて下り勾配となるように設けられており、その下端縁を円柱体２の外周面に接近させた状態で、かつ円柱体２の長さ方向に対して交差する方向に傾斜させた状態に設けられている。このように、シュータ３が傾斜していることにより、シリコン破砕片Ｂは、シュータ３の下り勾配に沿って下降しながら円柱体２の幅方向の一端方向（図１に示す例では手前方向）に向けて滑り落ちる。この場合、シュータ３の斜度は、供給されたシリコン破砕片Ｂがそのままシュータ３の側方へ滑落しない程度で、かつシリコン破砕片Ｂが下端縁に向けて滑りながら円柱体２の凹部１１に供給できる程度の大きさに設定される。
【００２０】
三つの収容部４〜６は、所望の大きさ以内のシリコン破砕片Ｂ１を収容するための第１収容部４と、この所望の大きさよりも大きいシリコン破砕片Ｂ２を収容するための第２収容部５と、より小さい微細片や粉塵程度の大きさのシリコン破砕片Ｂ３を収容するための第３収容部６とから構成される。
【００２１】
第１収容部４は、円柱体２の外周面の頂部に対してシュータ３とは反対側に配置され、円柱体２の凹部１１によりシュータ３から掬い上げるように搬送されてきたシリコン破砕片Ｂ１を円柱体２の頂部から下降する際に凹部１１から滑り落ちて受け渡されるようになっている。
第２収容部５は、円柱体２の一端部よりも外方側に寄せて設けられ、凹部１１の深さＬ及び幅Ｗよりも大きいために凹部１１により掬い上げられなかったシリコン破砕片Ｂ２をシュータ３の下端の側縁部から受け取るようになっている。
第３収容部６は、円柱体２とシュータ３との間の下方に、円柱体２の長さ方向に沿って設けられ、円柱体２の外周面とシュータ３の下端縁との隙間から落下する微細片や粉塵状のシリコン破砕片Ｂ３を回収する。
【００２２】
なお、図示しないが、シュータ３及び円柱体２は、それぞれ表面層と、この表面層を支持する補強部材とからなる二層構造とし、シリコン破砕片に接触する表面層を、製品の純度を確保できる純度のシリコンによって形成するとよい。例えばシリコン破砕片と共材である多結晶シリコンにより形成するのが好適である。一方、補強部材としては、例えばステンレス鋼などの汎用の材料を用いるとよい。
【００２３】
このように構成された分級装置１において、予めハンマー等で破砕したシリコン破砕片Ｂをシュータ３から供給すると、このシリコン破砕片Ｂはシュータ３の傾斜方向に滑り落ちる。
円柱体２は、その凹部１１の掬い面１２がシュータ３の下端縁と同じかそれより低くなる受け取り位置と、凹部１１の案内面１３が円柱体２の頂部を超えて第１収容部４に凹部１１内のシリコン破砕片Ｂ１を滑り落とすことができる受け渡し位置との間を往復回動しており、その受け取り位置において、シュータ３上を落下するシリコン破砕片Ｂを凹部１１に受け取る。前述したように凹部１１が所定寸法の小分け凹部１１ａに仕切られており、この小分け凹部１１ａより小さいシリコン破砕片Ｂ１が小分け凹部１１ａ内に入り込み、これを超える大きさのシリコン破砕片Ｂ２はシュータ３から落下し、第２収容部５に収容される。
【００２４】
円柱体２の小分け凹部１１ａに入り込んだシリコン破砕片Ｂ１は、円柱体２が回動して、凹部１１が頂部を超えて案内面１３が下り勾配となると、この案内面１３を滑り落ちて第１収容部４に収容される。
また、微細粉や粉塵状のシリコン破砕片Ｂ３は、円柱体２の外周面とシュータ３の下端縁との隙間から落下し、第３収容部６に収容される。
【００２５】
このようにして、シュータ３に供給されたシリコン破砕片Ｂは、その大きさに応じて第１収容部４、第２収容部５、第３収容部６に分級されて収容される。その際、シュータ３が下端の側縁を最も低くするように斜め下方に向けて傾斜しているので、所定の大きさよりも大きいシリコン破砕片Ｂ２が、シュータ３と円柱体２との間に滞ったり詰まったりすることがない。
また、凹部１１により順次シリコン破砕片Ｂが分級され、所定の大きさのシリコン破砕片Ｂ１とそれ以上のシリコン破砕片Ｂ２とに分けられるとともに、凹部１１により搬送されるシリコン破砕片Ｂ１は、円柱体２の頂部を超えた後に若干の高さの範囲で落下することで収容されるので、振動や衝撃がほとんど加わることがなく、微粉の発生を防止することができる。
【００２６】
上記第１実施形態では、シュータ３を平板状に形成したが、図４に示す第２実施形態のように、シュータ３の下端部に、相互に間隔をおいて平行に配置した複数本の櫛歯部２１を形成するとともに、円柱体２の外周部（凹部１１を除く外周部）にもシュータ３の下端部と同様の櫛歯部２２を形成して、両櫛歯部２１，２２が上下方向に相対移動自在に噛み合うように配置してもよい。
第１実施形態の場合、シュータ３の下端縁と円柱体２の外周面との間に隙間を形成しておく必要があり、その隙間が大きいと、分級されるべき所定の大きさのシリコン破砕片Ｂ１まで隙間から落下するおそれがあるが、この第２実施形態のように、櫛歯部２１，２２を形成することにより、凹部１１に掬い上げられるべきシリコン破砕片Ｂ１を不用意に落下させることはない。しかも、微細片や粉塵状のシリコン破砕片Ｂ３を櫛歯部２１間の隙間、及び両櫛歯部２１，２２の噛み合い部間の隙間から落下させることができるので、微細片等の混入を確実に防止することができる。
【００２７】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
【符号の説明】
【００２８】
１  分級装置
２  円柱体
３  シュータ
４  第１収容部
５  第２収容部
６  第３収容部
７  駆動部
１１  凹部
１１ａ  小分け凹部
１２  掬い面
１３  案内面
１４  端板
１５  仕切り板
２１，２２  櫛歯部
Ｂ，Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３  シリコン破砕片
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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