(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロッド状の材料（１）を断片化するための方法において、
ａ）前記ロッド状の材料（１）の、処理流体（２）によって取り囲まれた部分（３）を用意するステップと、
ｂ）前記部分（３）の領域に、少なくとも２つの電極（５，６）を含む電極装置（４）を配置し、このとき、前記少なくとも２つの電極（５，６）が前記処理流体（２）中に浸漬されるように、且つ、前記電極同士の間と、各前記電極と前記ロッド状の材料（１）との間と、に間隔が設けられるようにするステップと、
ｃ）前記電極装置（４）に高電圧パルスを印加することによって、前記ロッド状の材料（１）を通る高電圧ブレークダウンおよび／または前記ロッド状の材料（１）の表面に沿った高電圧ブレークダウンを、前記２つの電極（５，６）の領域に発生させるステップと、
を有し、
前記高電圧ブレークダウンの発生中に、前記ロッド状の材料（１）の長手方向における前記電極装置（４）と前記ロッド状の材料（１）との間の相対運動を形成し、これによって、前記ロッド状の材料（１）を通る高電圧ブレークダウンおよび／または前記ロッド状の材料（１）の表面に沿った高電圧ブレークダウンの位置を、前記ロッド状の材料（１）の長手方向に徐々に変化させる、
ことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記ロッド状の材料（１）は、半導体材料または多結晶シリコンからなり、
前記処理流体（２）は、水（２）である、
請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記ロッド状の材料（１）を、前記処理流体（２）中に完全に浸漬した状態で用意する、
請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
前記ロッド状の材料（１）を、上方が開放されている槽状またはシャーレ状の容器（７）内に収容された状態で用意し、
前記ロッド状の材料（１）の断片化が行われた後、前記ロッド状の材料（１）の前記断片化によって生じた断片を、前記槽状またはシャーレ状の容器（７）と一緒に前記断片化の位置から別の位置に搬送する、
請求項３記載の方法。
【請求項５】
前記ロッド状の材料（１）は、水平姿勢を有している、
請求項３または４記載の方法。
【請求項６】
前記ロッド状の材料を、端部が前記処理流体中に浸漬された状態で用意し、前記ロッド状の材料は、このときには斜め姿勢を有しており、且つ、前記ロッド状の材料の下側の端部が前記処理流体中に浸漬されている、
請求項１記載の方法。
【請求項７】
前記電極装置と前記ロッド状の材料との間の前記相対運動を形成するために、前記ロッド状の材料を、前記ロッド状の材料の長手方向にスライドさせる、
請求項１から６のいずれか１項記載の方法。
【請求項８】
前記電極装置（４）と前記ロッド状の材料（１）との間の前記相対運動を形成するために、前記電極装置（４）を、前記ロッド状の材料（１）の長手方向にスライドさせる、
請求項１から７のいずれか１項記載の方法。
【請求項９】
前記電極装置（４）を、前記高電圧パルスを発生させる高電圧発生器と一緒に前記ロッド状の材料（１）の長手方向にスライドさせる、
請求項８記載の方法。
【請求項１０】
前記ロッド状の材料（１）を、斜め姿勢または水平姿勢で用意し、
前記電極装置（４）の前記少なくとも２つの電極（５，６）を、前記ロッド状の材料（１）の長手軸線に対して実質的に中心合わせされた状態で、前記ロッド状の材料（１）の上方に配置する、
請求項１から９のいずれか１項記載の方法。
【請求項１１】
前記電極装置（４）の前記少なくとも２つの電極（５，６）を、各前記電極（５，６）と前記ロッド状の材料（１）の表面との間の間隔がそれぞれ２ｍｍ〜４０ｍｍの範囲にあるように、且つ、前記電極（５，６）同士の間の間隔が４０ｍｍ〜１００ｍｍの範囲にあるように配置する、
請求項１から１０のいずれか１項記載の方法。
【請求項１２】
前記ロッド状の材料（１）を通る高電圧ブレークダウンおよび／または前記ロッド状の材料（１）の表面に沿った高電圧ブレークダウンを発生させるために、前記電極装置（４）に、１００ＫＶ〜３００ＫＶの範囲の高電圧パルスを印加する、
請求項１から１１のいずれか１項記載の方法。
【請求項１３】
前記ロッド状の材料（１）を通る高電圧ブレークダウンおよび／または前記ロッド状の材料（１）の表面に沿った高電圧ブレークダウンを発生させるために、前記電極装置（４）に、３００ジュール〜１０００ジュールの範囲の１パルス当たりのパワーを有する高電圧パルスを印加する、
請求項１から１２のいずれか１項記載の方法。
【請求項１４】
前記ロッド状の材料（１）を通る高電圧ブレークダウンおよび／または前記ロッド状の材料（１）の表面に沿った高電圧ブレークダウンを発生させるために、前記電極装置（４）に、０．５Ｈｚ〜４０Ｈｚの範囲の周波数を有する高電圧パルスを印加する、
請求項１から１３のいずれか１項記載の方法。
【請求項１５】
前記電極装置（４）と前記ロッド状の材料（１）との間の前記相対運動、および／または、前記電極装置（４）への前記高電圧パルスの前記印加を、相対運動１ｍｍ当たり０．５〜１．０パルスが前記電極装置（４）に印加されるように実施する、
請求項１から１４のいずれか１項記載の方法。
【請求項１６】
前記電極装置（４）の前記電極（５，６）と前記ロッド状の材料（１）との間の領域を、処理液（２）で洗浄する、
請求項１から１５のいずれか１項記載の方法。
【請求項１７】
前記ロッド状の材料（１）を通る高電圧ブレークダウンおよび／または前記ロッド状の材料（１）の表面に沿った高電圧ブレークダウンを発生させるために、前記電極装置（４）の前記少なくとも２つの電極（５，６）の第１電極（５）に前記高電圧パルスを印加し、その一方で、前記少なくとも２つの電極（５，６）の第２電極（６）を固定電位に接続する、
請求項１から１６のいずれか１項記載の方法。
【請求項１８】
前記少なくとも２つの電極（５，６）の前記第２電極（６）を接地させる、
請求項１７記載の方法。
【請求項１９】
前記ロッド状の材料を通る高電圧ブレークダウンおよび／または前記ロッド状の材料の表面に沿った高電圧ブレークダウンを発生させるために、前記電極装置の前記少なくとも２つの電極に、接地電位ではない異なる電位を有するパルスを同時に印加する、
請求項１から１６のいずれか１項記載の方法。
【請求項２０】
請求項１から１９のいずれか１項記載の方法を実施するための装置において、
ａ）前記装置は、処理流体（２）を充填可能な処理空間（８）を有し、前記処理空間（８）は、ロッド状の材料（１）または前記ロッド状の材料（１）の所定の部分（３）を収容するために使用され、前記処理空間（８）が前記処理流体（２）で充填されている場合には、前記ロッド状の材料（１）または前記ロッド状の材料（１）の前記部分（３）が、前記処理流体（２）によって取り囲まれるようになっており、
ｂ）前記装置は、少なくとも２つの電極（５，６）を含む電極装置（４）を有し、前記少なくとも２つの電極（５，６）は、前記処理空間（８）が処理流体（２）で充填されていて、且つ、前記処理空間（８）が前記ロッド状の材料（１）または前記ロッド状の材料（１）の前記部分（３）を規定通りに収容している場合に、前記ロッド状の材料（１）または前記ロッド状の材料（１）の前記部分（３）の領域に規定通りに配置可能であり、このとき、前記少なくとも２つの電極（５，６）が前記処理流体（２）中に浸漬されるように、且つ、前記電極（５，６）同士の間と、各前記電極（５，６）と前記ロッド状の材料（１）との間と、に間隔が設けられるようになっており、規定通りの動作時には、前記間隔により、前記電極装置（４）に高電圧パルスを印加することによって、前記ロッド状の材料（１）を通る高電圧ブレークダウンおよび／または前記ロッド状の材料（１）の表面に沿った高電圧ブレークダウンを、前記電極（５，６）の領域に発生させることが可能となり、
ｃ）前記装置は、前記ロッド状の材料（１）を通る高電圧ブレークダウンおよび／または前記ロッド状の材料（１）の表面に沿った高電圧ブレークダウンを発生させるために、前記電極装置（４）に高電圧パルスを印加するための手段を有し、
ｄ）前記装置は、規定通りの動作時に前記高電圧ブレークダウンが発生している間に、前記ロッド状の材料（１）の長手方向における前記電極装置（４）と前記ロッド状の材料（１）との間の相対運動を形成するための手段を有し、
このとき、前記相対運動は、前記ロッド状の材料（１）を通る高電圧ブレークダウンおよび／または前記ロッド状の材料（１）の表面に沿った高電圧ブレークダウンの位置が、前記ロッド状の材料（１）の長手方向に徐々に変化されるように実施され、
前記ロッド状の材料（１）は、前記位置においてそれぞれ処理流体（２）によって取り囲まれており、且つ、前記電極（５，６）は、前記位置においてそれぞれ前記処理流体（２）中に浸漬されている、
ことを特徴とする装置。
【請求項２１】
前記装置は、前記ロッド状の材料（１）を収容するための構成（７）を有し、規定通りの動作時には、前記構成（７）により、前記ロッド状の材料（１）を、前記処理空間（８）内で処理液（２）によって完全に取り囲まれた状態で保持することができる、
請求項２０記載の装置。
【請求項２２】
前記構成（７）は、前記ロッド状の材料（１）を収容するための上方が開放された槽状またはシャーレ状の容器（７）であり、
前記ロッド状の材料（１）は、水平姿勢を有する、
請求項２１記載の装置。
【請求項２３】
前記槽状またはシャーレ状の容器（７）は、規定通りに断片化動作が行われた後、前記ロッド状の材料（１）の前記断片化によって生じた断片と一緒に前記装置から取り出すことができる、
請求項２２記載の装置。
【請求項２４】
前記装置は、前記ロッド状の材料を収容するための構成を有し、前記構成により、前記ロッド状の材料の端部が前記処理流体中に浸漬されるように、前記ロッド状の材料がこのとき斜めの姿勢を有するように、且つ、前記ロッド状の材料の下側の端部が前記処理空間内で前記処理流体中に浸漬されるように、前記ロッド状の材料を保持することができる、
請求項２０記載の装置。
【請求項２５】
前記電極装置と前記ロッド状の材料との間の相対運動を形成するための前記手段は、前記ロッド状の材料を、前記ロッド状の材料の長手軸線に沿ってスライドさせるように構成されている、
請求項２０から２４のいずれか１項記載の装置。
【請求項２６】
前記電極装置（４）と前記ロッド状の材料（１）との間の相対運動を形成するための前記手段は、前記電極装置（４）を、前記ロッド状の材料（１）の長手軸線に沿ってスライドさせるように構成されている、
請求項２０から２５のいずれか１項記載の装置。
【請求項２７】
前記電極装置（４）に高電圧パルスを印加するための前記手段は、高電圧パルス発生器を含み、
前記電極装置（４）と前記ロッド状の材料（１）との間の相対運動を形成するための前記手段は、前記電極装置（４）を、前記高電圧パルス発生器と一緒に前記ロッド状の材料（１）の長手軸線に沿ってスライドさせるように構成されている、
請求項２６記載の装置。
【請求項２８】
前記電極装置（４）の前記少なくとも２つの電極（５，６）は、規定通り、前記ロッド状の材料（１）の長手軸線に対して実質的に中心合わせされた状態で、前記ロッド状の材料（１）の上方に配置することができる、
請求項２０から２７のいずれか１項記載の装置。
【請求項２９】
前記電極装置（４）の前記少なくとも２つの電極（５，６）は、規定通り、各前記電極（５，６）と前記ロッド状の材料（１）の表面との間の間隔がそれぞれ２ｍｍ〜４０ｍｍの範囲にあるように、且つ、前記電極（５，６）同士の間の間隔が４０ｍｍ〜１００ｍｍの範囲にあるように配置することができる、
請求項２０から２８のいずれか１項記載の装置。
【請求項３０】
前記装置は、各前記電極（５，６）と前記ロッド状の材料（１）との間の間隔を前記装置が規定通りに動作している間に調整するための手段を含む、
請求項２０から２９のいずれか１項記載の装置。
【請求項３１】
前記電極装置（４）に高電圧パルスを印加するための前記手段は、前記電極装置（４）に１００ＫＶ〜３００ＫＶの範囲の高電圧パルスを印加するように構成されている、
請求項２０から３０のいずれか１項記載の装置。
【請求項３２】
前記電極装置（４）に高電圧パルスを印加するための前記手段は、前記電極装置（４）に３００ジュール〜１０００ジュールの範囲の１パルス当たりのパワーを有する高電圧パルスを印加するように構成されている、
請求項２０から３１のいずれか１項記載の装置。
【請求項３３】
前記電極装置（４）に高電圧パルスを印加するための前記手段は、前記電極装置（４）に０．５Ｈｚ〜４０Ｈｚの範囲のパルス周波数を有する高電圧パルスを印加するように構成されている、
請求項２０から３２のいずれか１項記載の装置。
【請求項３４】
前記ロッド状の材料（１）の長手方向における前記電極装置（４）と前記ロッド状の材料（１）との間の相対運動を形成するための前記手段、および／または、前記電極装置（４）に高電圧パルスを印加するための前記手段は、規定通りの動作時に、前記電極装置（４）に、相対運動１ｍｍ当たり０．５〜１．０パルスを印加することができるように構成されている、
請求項２０から３３のいずれか１項記載の装置。
【請求項３５】
規定通りの動作時に、前記電極装置（４）の前記電極（５，６）と前記ロッド状の材料（１）との間の領域を処理液（２）によって洗浄するための手段が設けられている、
請求項２０から３４のいずれか１項記載の装置。
【請求項３６】
前記電極装置（４）の前記少なくとも２つの電極（５，６）の第１電極（５）に、前記高電圧パルスを印加することができ、その一方で、前記少なくとも２つの電極（５，６）の他の１つの電極（６）は、固定電位にある、
請求項２０から３５のいずれか１項記載の装置。
【請求項３７】
前記少なくとも２つの電極（５，６）の前記他の１つの電極（６）は、接地されている、
請求項３６記載の装置。
【請求項３８】
前記ロッド状の材料を通る高電圧ブレークダウンおよび／または前記ロッド状の材料の表面に沿った高電圧ブレークダウンを発生させるために、前記電極装置の前記少なくとも２つの電極に、接地電位ではない異なる電位を有するパルスを同時に印加することができる、
請求項２０から３５のいずれか１項記載の装置。
【請求項３９】
前記装置はさらに、装置制御部を有し、前記装置制御部によって、規定通りに動作している間に、前記高電圧パルスのエネルギ、前記高電圧パルスの周波数、前記電極装置（４）と前記ロッド状の材料（１）との間の相対速度、各前記電極（５，６）と前記ロッド状の材料（１）との間の間隔、および／または、所定の装置パラメータを、規定通りの動作時に求められた装置パラメータおよび／またはプロセスパラメータに基づいて、調整および／または制御することができる、
請求項２０から３８のいずれか１項記載の装置。
【請求項４０】
半導体材料からなるロッド（１）を断片化するための、請求項２０から３９のいずれか１項記載の装置の使用。
【請求項４１】
前記ロッド（１）は、多結晶シリコンからなる、
請求項４０記載の使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、独立請求項の上位概念に記載された、とりわけ多結晶シリコンからなるロッド状の材料を断片化するための方法と、方法を実施するための装置と、装置の使用とに関する。
【背景技術】
【０００２】
ソーラー産業用又はエレクトロニクス産業用の、多結晶又は単結晶基板を結晶成長させるためのベース材料である高純度の多結晶シリコンを製造するために、主としてシーメンス法が用いられる。この方法によれば、１００ｍｍ〜１５０ｍｍの範囲の太さを有する多結晶シリコンロッドが形成され、結晶炉で使用するためにこれを小さい断片に破砕しなければならない。
【０００３】
この際には、個々の断片ができるだけ１０ｍｍ〜３０ｍｍの間の寸法を有するようにすべきであり、且つ、２ｍｍ未満であってはならず、さらには針状であるべきでないということに注意すべきである。なぜならこのことは、流動性に対して負の影響を及ぼすからである。シリコンの特別な結晶構造のせいで、シリコンロッドを破砕して、このようなできるだけ同じ寸法及び形状を有する断片にするということは、非常に困難である。
【０００４】
さらには、高純度のベース材料を、破砕時に異物との接触によって汚染してはならないことに注意すべきである。不純物、とりわけ金属による材料汚染は危険であり、５ｐｐｂ未満、さらに好ましくは２ｐｐｂ未満に抑えるべきである。
【０００５】
従来技術から、シリコンロッドを破砕するための種々の方法が知られており、これらの方法では、機械的作用又は熱的作用によってロッドが破砕されるか、又は、機械的作用と熱的作用との組み合わせによってロッドが破砕される。衝撃波によってロッドを破砕することも知られている。
【０００６】
しかしながら、これらの公知の方法はすべて、動作コスト又は装置コスト、エネルギコスト、粒径分布、及び／又は材料汚染に関して相当の欠点を有する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従って、本発明の課題は、従来技術の上記の欠点を有さないか又は少なくとも部分的に回避する方法及び装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題は、独立請求項の対象によって解決される。
【０００９】
従って、本発明の第１態様は、ロッド状の材料、好ましくは例えば多結晶シリコンのような半導体材料を断片化するための方法に関する。
【００１０】
本方法では、２つ又は３つ以上の電極を含む電極装置が、断片化すべきロッド状の材料の、処理流体中に、好ましくは水中に浸漬される部分の領域に配置され、このとき、前記電極が前記処理流体中に浸漬されるように、且つ、前記電極同士の間と、各前記電極と前記ロッド状の材料との間とに間隔が設けられるようにされる。
【００１１】
各前記間隔は、前記電極装置に高電圧パルスを印加することによって、前記ロッド状の材料を通る高電圧ブレークダウン及び／又は前記ロッド状の材料の表面に沿った高電圧ブレークダウンを、前記電極の領域に発生させることができるように選択される。前記間隔の大きさは、前記処理流体の導電率と、前記ロッド状の材料の導電率と、前記高電圧パルスの大きさとに依存している。適切な間隔は、その都度の動作状況に応じて当業者によって簡単な実験によって求めることができる。
【００１２】
前記電極装置に高電圧パルスが印加され、これによって、前記ロッド状の材料を通る高電圧ブレークダウン及び／又は前記ロッド状の材料の表面に沿った高電圧ブレークダウンが、前記電極の領域に発生することとなる。前記高電圧ブレークダウンの発生中に、前記ロッド状の材料の長手方向における前記電極装置と前記ロッド状の材料との間の相対運動が形成され、これによって、前記ロッド状の材料を通る高電圧ブレークダウン及び／又は前記ロッド状の材料の表面に沿った高電圧ブレークダウンの位置が、前記ロッド状の材料の長手方向に徐々に変化される。
【００１３】
本発明に係る方法によれば、例えばロッド状の半導体材料、とりわけシリコンロッドを、比較的わずかなエネルギコストで比較的均一な寸法及び形状を有する断片に破砕することが可能となり、このように比較的均一な寸法及び形状を有する断片は、結晶炉における後続の処理のために最も良好に適している。本方法によれば、異物による汚染も極めて少なく抑えることが可能である。
【００１４】
本方法の好ましい１つの実施形態では、前記ロッド状の材料は、前記断片化時には前記処理流体中に完全に浸漬されている。前記ロッド状の材料は、このときには実質的に水平姿勢を有している。
【００１５】
この場合、さらに好ましくは、前記ロッド状の材料は、前記断片化時には上方が開放されている槽状又はシャーレ状の容器内に収容されており、前記ロッド状の材料の断片化によって生じた断片は、前記容器内に収集され、完全に断片化された後に、当該容器と一緒に搬出される。
【００１６】
こうすることにより、本方法を、工業的なバッチ操作において高価な搬送装置を用いることなく比較的簡単な装置を用いて実施することが可能となる。
【００１７】
本方法の別の１つの好ましい実施形態では、前記ロッド状の材料は、前記断片化時には端部が前記処理流体中に浸漬されており、好ましくは、前記ロッド状の材料は、このときには斜め姿勢を有しており、前記斜め姿勢では、前記ロッド状の材料の下側の端部が前記処理流体中に浸漬されている。こうすることにより、前記ロッド状の材料を前記処理流体で充填された断片化ゾーンへと連続的に供給しながら、本方法をほぼ連続操作において簡単に実施することが可能となる。
【００１８】
有利には、前記電極装置と前記ロッド状の材料との間の前記相対運動は、少なくとも部分的に、前記ロッド状の材料を、前記ロッド状の材料の長手方向にスライドさせることによって形成される。
【００１９】
これに代えて又はこれに加えて、前記電極装置と前記ロッド状の材料との間の前記相対運動を形成するために、前記電極装置が、前記ロッド状の材料の長手方向にスライドされる。
【００２０】
装置の概念に応じて、上記の２つの変形例の一方又は他方、若しくは組み合わせを、特に好ましく選択することができる。
【００２１】
後者の変形例の場合には、前記電極装置を、前記高電圧パルスを発生させる高電圧発生器と一緒に前記ロッド状の材料の長手方向にスライドさせることが好ましい。こうすることにより、電極装置と高電圧発生器との面倒な可動式の結合を省略することが可能となる。
【００２２】
前記ロッド状の材料が、前記断片化時に斜め姿勢又は好ましくは水平姿勢を有している場合であって、且つ、このときに前記電極装置の前記電極が、有利には前記ロッド状の材料の長手軸線に対して実質的に中心合わせされた状態で、前記ロッド状の材料の上方に配置される場合には、特に均一な断片化結果を実現することが可能である。
【００２３】
前記電極装置の前記電極は、好ましくは、各前記電極と前記ロッド状の材料の表面との間の間隔が、それぞれ２ｍｍ〜４０ｍｍの範囲にあるように、且つ、前記電極同士の間の間隔が、４０ｍｍ〜１００ｍｍの範囲にあるように配置される。上記範囲の間隔は、特に適当であることが判明している。
【００２４】
前記ロッド状の材料を通る高電圧ブレークダウン及び／又は前記ロッド状の材料の表面に沿った高電圧ブレークダウンを発生させるために、前記電極装置に、好ましくは１００ＫＶ〜３００ＫＶの範囲、とりわけ１５０ＫＶ〜２００ＫＶの範囲の高電圧パルスが印加される。
【００２５】
前記高電圧パルスの１パルス当たりのパワーは、好ましくは３００ジュール〜１０００ジュールの間、とりわけ５００ジュール〜７５０ジュールの間にある。
【００２６】
上記の電圧範囲及び上記のパワー範囲は、特に適当であることが判明している。
【００２７】
前記ロッド状の材料を通る高電圧ブレークダウン及び／又は前記ロッド状の材料の表面に沿った高電圧ブレークダウンを発生させるための、前記電極装置への前記高電圧パルスの印加は、好ましくは０．５Ｈｚ〜４０Ｈｚの範囲、とりわけ１Ｈｚ〜５Ｈｚの範囲のパルス周波数によって実施される。
【００２８】
前記電極装置と前記ロッド状の材料との間の前記相対運動、及び／又は、前記電極装置への高電圧パルスの前記印加は、好ましくは相対運動１ｍｍ当たり０．５〜１．０パルス、とりわけ０．１〜２．０パルスが前記電極装置に印加されるように実施される。
【００２９】
このようなパルス周波数、及び、このような相対運動１ｍｍ当たりパルス印加数は、特に適当であることが判明している。
【００３０】
前記電極装置の前記電極と前記ロッド状の材料との間の、処理流体で充填されている領域は、好ましくは処理液によって洗浄される。こうすることにより、処理ゾーンから微細な材料を除去して、当該処理ゾーン内に存在する処理流体の不変の品質を保証することが可能となり、このことは、安定したプロセス制御にとって有利である。
【００３１】
本方法の好ましい１つの実施形態では、前記ロッド状の材料を通る高電圧ブレークダウン及び／又は前記ロッド状の材料の表面に沿った高電圧ブレークダウンを発生させるために、前記電極装置の前記少なくとも２つの電極の第１電極に前記高電圧パルスが印加され、その一方で、前記少なくとも２つの電極の第２電極は、固定電位にあり、とりわけ接地されている。
【００３２】
本方法の好ましい別の１つの実施形態では、前記ロッド状の材料を通る高電圧ブレークダウン及び／又は前記ロッド状の材料の表面に沿った高電圧ブレークダウンを発生させるために、前記電極装置の前記少なくとも２つの電極に、接地電位ではない異なる電位を有するパルスが同時に印加される。
【００３３】
使用される高電圧パルス源の形式及び構造に応じて、上記の一方又は他方の変形例を好ましく選択することができる。
【００３４】
本発明の第２態様は、本発明の第１態様に基づく方法を実施するための装置に関する。前記装置は、処理流体、好ましくは水を充填可能な処理空間を有し、前記処理空間内には、前記ロッド状の材料又は前記ロッド状の材料の所定の部分を配置することができ、前記処理空間が処理流体で充填されている場合には、前記ロッド状の材料又は前記ロッド状の材料前記部分が、前記処理流体によって取り囲まれるようになっている。
【００３５】
前記装置はさらに、少なくとも２つの電極を含む電極装置を有し、前記少なくとも２つの電極は、前記処理空間が処理流体で充填されていて、且つ、前記処理空間が前記ロッド状の材料又は前記ロッド状の材料の前記部分を規定通りに収容している場合に、規定通りの動作のために、前記ロッド状の材料又は前記ロッド状の材料の前記部分の領域に配置可能であり、このとき、前記電極が前記処理流体中に浸漬されるように、且つ、前記電極同士の間と、各前記電極と前記ロッド状の材料との間とに間隔が設けられるようになっており、規定通りの動作時には、前記間隔により、前記電極装置に高電圧パルスを印加することによって、前記ロッド状の材料を通る高電圧ブレークダウン及び／又は前記ロッド状の材料の表面に沿った高電圧ブレークダウンを、前記電極の領域に形成することが可能となる。
【００３６】
既に述べたように、前記間隔は、前記処理流体の導電率と、前記ロッド状の材料の導電率と、前記高電圧パルスの大きさとに依存している。適切な間隔は、その都度の動作状況に応じて当業者によって簡単な実験によって求めることができる。
【００３７】
前記装置はさらに、前記ロッド状の材料を通る高電圧ブレークダウン及び／又は前記ロッド状の材料の表面に沿った高電圧ブレークダウンを発生させるために、前記電極装置に高電圧パルスを印加するための手段と、規定通りの動作時に前記高電圧ブレークダウンが発生している間に、前記ロッド状の材料の長手方向における前記電極装置と前記ロッド状の材料との間の相対運動を形成するための手段と、を含み、このとき、前記ロッド状の材料を通る高電圧ブレークダウン及び／又は前記ロッド状の材料の表面に沿った高電圧ブレークダウンの位置が、前記ロッド状の材料の長手方向に徐々に変化され、前記ロッド状の材料は、前記位置においてそれぞれ処理流体によって取り囲まれており、且つ、前記電極は、前記位置においてそれぞれ前記処理流体中に浸漬されている。
【００３８】
本発明に係る装置によれば、本発明の第１態様に基づく方法を簡単に実施することができる。
【００３９】
好ましい１つの実施形態では、前記装置は、前記ロッド状の材料を収容するための構成、好ましくは前記ロッド状の材料を収容するための上方が開放された槽状又はシャーレ状の容器を有する。規定通りの動作時には、前記容器により、前記ロッド状の材料を、前記処理空間内で処理液によって完全に取り囲まれた状態で、しかも好ましくは水平姿勢で保持することができる。
【００４０】
この場合、さらに好ましくは、前記装置は、規定通りに断片化動作が行われた後、前記槽状又はシャーレ状の容器を、当該容器内に存在する前記ロッド状の材料の断片化によって生じた断片と一緒に前記装置から取り出すことができるように構成されている。
【００４１】
こうすることにより、工業的なバッチ動作のために高価な搬送装置を用いない比較的簡単な装置を提供することが可能となる。
【００４２】
別の１つの好ましい実施形態によれば、前記装置は、前記ロッド状の材料を収容するための構成を有し、前記構成により、前記ロッド状の材料の端部が前記処理空間内で前記処理流体中に浸漬されるように、とりわけ前記ロッド状の材料がこのとき斜め姿勢を有するように、且つ、前記ロッド状の下側の端部が前記処理空間内で前記処理流体中に浸漬されるように、前記ロッド状の材料を保持することができる。こうすることにより、準連続的な装置を簡単に実現することが可能となり、この準連続的な装置では、前記ロッド状の材料が、前記処理流体で充填された断片化ゾーンにとりわけ重力搬送によって連続的に供給され、そこで断片化される。
【００４３】
本装置の好ましい１つの実施形態では、前記電極装置と前記ロッド状の材料との間の相対運動を形成するための前記手段は、前記ロッド状の材料を、前記ロッド状の材料の長手軸線に沿ってスライドさせるように構成されている。
【００４４】
これに代えて又はこれに加えて、前記手段は、前記電極装置を、前記ロッドの長手軸線に沿ってスライドさせるように構成されている。
【００４５】
装置の概念に応じて、上記の２つの変形例の一方又は他方、若しくは組み合わせを、特に好ましく選択することができる。
【００４６】
後者の変形例の場合には、前記電極装置に高電圧パルスを印加するための前記手段は、高電圧パルス発生器を含み、前記電極装置と前記ロッド状の材料との間の相対運動を形成するための前記手段は、前記電極装置を、前記高電圧パルス発生器と一緒に前記ロッド状の材料の長手軸線に沿ってスライドさせるように構成されていることが好ましい。こうすることにより、電極装置と高電圧発生器との面倒な可動式の結合を省略することが可能となる。
【００４７】
好ましくは、前記装置は、前記電極装置の前記少なくとも２つの電極を、規定通り、有利には前記ロッド状の材料の長手軸線に対して実質的に中心合わせされた状態で、前記ロッド状の材料の上方に配置することが可能となるように構成されている。このような装置によれば、特に均一な断片化結果を実現することが可能である。
【００４８】
前記電極装置の前記電極は、有利には、各前記電極と前記ロッド状の材料の表面との間の間隔がそれぞれ２ｍｍ〜４０ｍｍの範囲にあるように、且つ、前記電極同士の間の間隔が４０ｍｍ〜１００ｍｍの範囲にあるように配置することができる。このような間隔は、特に適当であることが判明している。
【００４９】
さらに好ましくは、前記装置は、各前記電極と前記ロッド状の材料との間の各間隔をとりわけ自動的に調整するための、好ましくは前記装置が規定通りに動作している間に各間隔を調整するための手段を含む。
【００５０】
前記電極装置に高電圧パルスを印加するための前記手段は、有利には、１００ＫＶ〜３００ＫＶの範囲、とりわけ１５０ＫＶ〜２００ＫＶの範囲にあり、３００ジュール〜１０００ジュールの範囲、とりわけ５００ジュール〜７５０ジュールの範囲の１パルス当たりのパワーと、０．５Ｈｚ〜４０Ｈｚの範囲、とりわけ１Ｈｚ〜５Ｈｚの範囲のパルス周波数とを有する高電圧パルスを、前記電極装置に印加するように構成されている。
【００５１】
このようなパラメータ範囲は、特に適当であることが判明している。
【００５２】
さらに好ましくは、前記ロッド状の材料の長手方向における前記電極装置と前記ロッド状の材料との間の相対運動を形成するための前記手段、又は、前記電極装置に高電圧パルスを印加するための前記手段は、前記電極装置の断片化動作中に、相対運動１ｍｍ当たり０．５〜１．０パルス、とりわけ０．１〜２．０パルスを印加することができるように構成されている。このような相対運動１ｍｍ当たりのパルス繰り返し数は、特に適当であることが判明している。
【００５３】
別の１つの好ましい実施形態では、前記装置は、前記断片化動作中に、前記電極装置の前記電極と前記ロッド状の材料との間の領域を処理液によって洗浄するための手段を含む。このような手段は、例えば１つ又は複数の供給ノズルを含み、これらの供給ノズルを介して、前記電極と前記ロッド状の材料との間の領域に新鮮な処理液又は浄化された処理液を注入することができる。こうすることによって、前記領域から微細粒子を除去して、当該領域内の処理液の電気導電率を一定に維持することが可能となり、このことは、安定したプロセス制御を促進させる。
【００５４】
本装置のさらに別の１つの好ましい実施形態では、前記ロッド状の材料を通る高電圧ブレークダウン及び／又は前記ロッド状の材料の表面に沿った高電圧ブレークダウンを発生させるために、前記電極装置の前記少なくとも２つの電極の第１電極に、前記高電圧パルスを印加することができ、その一方で、前記少なくとも２つの電極の他の１つの電極は、固定電位、とりわけ接地電位にある。
【００５５】
本装置の別の１つの好ましい実施形態では、前記ロッド状の材料を通る高電圧ブレークダウン及び／又は前記ロッド状の材料の表面に沿った高電圧ブレークダウンを発生させるために、前記電極装置の前記少なくとも２つの電極に、接地電位ではない異なる電位を有するパルスを同時に印加することができる。
【００５６】
電極装置及び使用される高電圧パルス発生器に応じて、上記の一方又は他方の実施形態を好ましく選択することができる。
【００５７】
さらに好ましくは、本発明に係る装置は、装置制御部を有し、前記装置制御部によって、好ましくは前記断片化動作中に、前記高電圧パルスのエネルギ、前記高電圧パルスの周波数、前記電極装置と前記ロッド状の材料との間の相対速度、各前記電極と前記ロッド状の材料との間の間隔、及び／又は、所定の装置パラメータを、有利には規定通りの動作時に求められた装置パラメータ及び／又はプロセスパラメータに基づいて、好ましくは自動的に、調整及び／又は制御することができる。
【００５８】
本発明の第３態様は、半導体材料、好ましくは多結晶シリコンからなるロッドを断片化するための、本発明の第２態様に基づく装置の使用に関する。前記装置のこのような使用では、本発明の利点が特に顕著となる。
【００５９】
図面の簡単な説明
本発明のさらなる実施形態、利点、及び適用方法は、従属請求項と、図１に基づいた以下の記載とから明らかとなる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】図１は、本発明に係る装置の一部の断面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００６１】
図１は、本発明の第１態様に基づく方法によって多結晶シリコンロッド１を断片化するための本発明に係る装置の一部を、当該装置内に配置される断片化すべきシリコンロッド１の長手方向を横切る方向に切断した断面図で示す。
【００６２】
見て取れるように本装置は、シリコンロッド１の長手方向に延在する鉢９を有する。この鉢９は、請求項に記載された通りの処理空間８を形成しており、この処理空間８は、処理流体２、本実施例では水２で充填されている。
【００６３】
断片化すべきシリコンロッド１は、処理空間８内の槽状の容器７の中に配置されている。槽状の容器７の内壁は、ポリウレタンマット１０によって形成されており、ポリウレタンマット１０の下側は、ＰＥ製の下敷き１１の上で支持されている。シリコンロッド１は、このときには水平姿勢を有しており、処理流体２によって完全に取り囲まれている。槽状の容器７は、処理空間８内に収納されており、シリコンロッド１が完全に断片化された後、この断片化によって生じた粉々の材料として収容されているシリコンロッド１の断片と一緒に、処理空間８から取り出されるように構成されている。
【００６４】
本装置はさらに、２つの電極５，６を有する電極装置４を含み、これら２つの電極５，６は、シリコンロッド１の長手軸線に対して実質的に中心合わせされた状態で、シリコンロッド１の上方に配置されている。２つの電極５，６は、処理流体２中に浸漬されており、左側の電極５には、断片化動作中に、同じく本装置の一部である高電圧パルス発生器（図示せず）によって高電圧パルスが印加され、その一方で、右側の電極６は接地されている。２つの電極５，６同士の間の間隔は、各電極５，６とシリコンロッド１との間の間隔よりも格段に大きい。上記の間隔は、高電圧パルス発生器によって左側の電極５に高電圧パルスが印加された場合に、シリコンロッド１を通る高電圧ブレークダウン及び／又はシリコンロッド１の表面に沿った高電圧ブレークダウンが、これらの電極５，６の領域に発生するように選択されており、この高電圧ブレークダウンによって、シリコンロッド１の断片化が引き起こされる。本実施例では、シリコンロッド１の直径は約１２０ｍｍであり、シリコンロッド１の長さは約２ｍである。各電極５，６とシリコンロッド１の表面との間の間隔は、約８ｍｍである。電極５，６同士の間の間隔は、約６０ｍｍである。高電圧パルス発生器によって発生可能な高電圧パルスは、約２００ＫＶの電圧を有し、５Ｈｚのパルス周波数で発生される。１パルス当たりのパワーは、約７００ジュールである。
【００６５】
高電圧ブレークダウンを発生させる際には、電極装置４を、高電圧パルス発生器と一緒にスライドテーブル（図示せず）上でシリコンロッド１の長手方向にシリコンロッド１に沿って移動させることが可能であり、これにより、各電極５，６とシリコンロッド１との間の間隔を実質的に変化させることなく、シリコンロッド１を通る高電圧ブレークダウン又はシリコンロッド１の表面に沿った高電圧ブレークダウンの位置を、シリコンロッド１の長手方向に徐々に変化させることが可能となる。規定通りの動作時には、電極装置４は、シリコンロッド１に沿って毎秒６ｍｍ〜１０ｍｍの範囲の速度で移動される。
【００６６】
本装置はさらに、断片化動作中に、各電極５，６とシリコンロッド１との間の間隔と、電極装置４の移動速度とを調整することができる装置制御部を含む。
【００６７】
本明細書には本発明の好ましい実施形態が記載されているが、本発明がこれらの実施形態に限定されるわけではなく、以下に記載する特許請求の範囲に含まれる他の方式で実施可能であることを明記しておく。
【図１】
0006403795.tif 000002