(57)【要約】【課題】多結晶シリコンを所望の大きさの塊に破砕して、最大目的寸法の管理ができるとともに、破砕時に微粉の発生を抑えることができる、多結晶シリコンの破砕に適した装置及びその破砕装置を用いた多結晶シリコン破砕物の製造方法を提供する。【解決手段】平行な軸線４回りに互いに逆回転する一対のロール３の間に塊状の多結晶シリコンを挟み込んで破砕する多結晶シリコンの破砕装置１であって、両ロール３の両端部に、両ロール３の間隙の側方を閉塞する仕切り板９（側板）が、ロール３の軸線４と直交し相互に一定の間隔をおいて平行に設けられており、ロール３の外周面上に複数の破砕歯５が半径方向外方に突出して設けられるとともに、仕切り板９の内壁面上に複数の突出歯９１がロール３の軸線４と平行な方向に突出して設けられている。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
平行な軸線回りに互いに逆回転する一対のロール間に塊状の多結晶シリコンを挟み込んで破砕する多結晶シリコンの破砕装置であって、両ロールの両端部に、両ロール間隙の側方を閉塞する一対の側板が、前記ロールの軸線と直交し相互に一定の間隔をおいて平行に設けられており、前記ロールの外周面上に複数の破砕歯が半径方向外方に突出して設けられるとともに、前記側板の内壁面上に複数の突出歯が前記ロールの軸線と平行な方向に突出して設けられていることを特徴とする多結晶シリコンの破砕装置。
【請求項２】
前記破砕歯及び前記突出歯は、その先端面が球面状に形成されるとともに、側面が円錐面状又は円柱面状に形成されていることを特徴とする請求項１記載の多結晶シリコンの破砕装置。
【請求項３】
前記側板上の各突出歯は、前記ロール表面上に設けられた各破砕歯の突出高さと同じか又はそれよりも低く設定されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の多結晶シリコンの破砕装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の多結晶シリコンの破砕装置を用いて多結晶シリコンの破砕物を製造することを特徴とする多結晶シリコン破砕物の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体用シリコン等の原料である多結晶シリコンを塊状に破砕する装置及びその破砕装置を用いた多結晶シリコン破砕物の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体チップに使用されるシリコンウエハは、例えばチョクラルスキー（ＣＺ）法により製造された単結晶シリコンから作製される。そして、このＣＺ法による単結晶シリコンの製造には、例えば、シーメンス法によって棒状に形成された多結晶シリコンを塊状に破砕したものが用いられる。
この多結晶シリコンの破砕は、図１０に示すように、多結晶シリコンのロッドＲを数ｍｍ〜数ｃｍの大きさの塊Ｃにするものであり、ロッドＲを熱衝撃等によって適宜の大きさに砕いた後に、ハンマーで直接叩き割る方法が一般的であるが、作業者の負担が大きく、棒状の多結晶シリコンから所望の大きさの塊を得るには非効率である。
【０００３】
特許文献１には、棒状の多結晶シリコンをロールクラッシャーで破砕して塊状のシリコンを得る方法が開示されている。このロールクラッシャーは、一つのロールをハウジング内に収容したシングルロールクラッシャーであり、そのロール表面には複数の歯が形成され、これら歯とハウジングの内壁面との隙間に多結晶シリコンを挟むことによって連続的に衝撃を与えて棒状の多結晶シリコンを破砕する。
【０００４】
一方、特許文献２及び特許文献３には、粗く破砕された塊状の多結晶シリコンを破砕する破砕装置が提案されている。これらの装置は、二つのロールを備え、各ロールの隙間に塊状の多結晶シリコンを挟んで破砕するダブルロールクラッシャーである。
【０００５】
ところで、この種のロールクラッシャーにおいては、特許文献１ではロールとハウジングの内壁面との間、特許文献２及び特許文献３では両ロールの間の間隙が、得られる破砕物の最大目的寸法として設定される。しかしながら、これらのロールとハウジングの内壁面との間や両ロール間の間隙に、破砕された塊状の多結晶シリコンが押し込まれ、すり潰されるために、多結晶シリコンの微粉が生成される割合が多くなっている。したがって、多結晶シリコンを所望の大きさにする際の破砕効率が低いものとなっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−１２２９０２号公報
【特許文献２】特表２００９−５３１１７２号公報
【特許文献３】特開２００６−１９２４２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、多結晶シリコンを所望の大きさの塊に破砕して、最大目的寸法の管理ができるとともに、破砕時に微粉の発生を抑えることができる、多結晶シリコンの破砕に適した装置及びその破砕装置を用いた多結晶シリコン破砕物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】
本発明の多結晶シリコンの破砕装置は、平行な軸線回りに互いに逆回転する一対のロール間に塊状の多結晶シリコンを挟み込んで破砕する多結晶シリコンの破砕装置であって、両ロールの両端部に、両ロール間隙の側方を閉塞する一対の側壁が、前記ロールの軸線と直交し相互に一定の間隔をおいて平行に設けられており、前記ロールの外周面上に複数の破砕歯が半径方向外方に突出して設けられるとともに、前記側板の内壁面上に複数の突出歯が前記ロールの軸線と平行な方向に突出して設けられていることを特徴とする。
【０００９】
この破砕装置では、ロールに破砕歯を設けるだけでなく、ロールの軸線と直交する方向に配置された側板にも突出歯を設けることにより、ロール間だけでなく、側板に対しても、多結晶シリコンとの接触を少なくすることができる。したがって、破砕時に多結晶シリコンがすり潰されて微粉が生成される割合を低減させることができ、ロールを回転しながら破砕歯によって多結晶シリコンを連続的に打撃して、効率良く破砕することができる。なお、得られる多結晶シリコンの最大目的寸法は、各ロールの対向間隔により設定しておけばよい。
【００１０】
また、本発明の多結晶シリコンの破砕装置において、前記破砕歯及び前記突出歯は、その先端面が球面状に形成されるとともに、側面が円錐面状又は円柱面状に形成されているとよい。
破砕歯及び突出歯の先端面が球面状に形成されていることから、各歯の先端と多結晶シリコンとは点接触状態となり、また、その歯の側面も円錐面状又は円柱面状に形成されているので、歯の側面が多結晶シリコンに接触する際には線接触状態となる。したがって、歯と多結晶シリコンとは点接触又は線接触状態となるから、多結晶シリコンが歯により押しつぶされて微細粉が生じることが防止される。
【００１１】
本発明の多結晶シリコンの破砕装置において、前記側板上の各突出歯は、前記ロール表面上に設けられた各破砕歯の突出高さと同じか又はそれよりも低く設定されているとよい。
この場合、側板上の各突出歯の間に、破砕後の多結晶シリコンの塊の一部が入り込んだとしても、浅く設けられた突出歯の間でそのままの状態に留まることはなく容易に落下するので、押し込まれた状態ですり潰されることを防止することができ、多結晶シリコンの塊を確実に両ロール間で破砕して通過させることができる。
【００１２】
本発明の多結晶シリコン破砕物の製造方法は、前記破砕装置のいずれかを用いて多結晶シリコンの破砕物を製造することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、ロールの回転によって多結晶シリコンを連続的に効率良く破砕することができるとともに、その寸法管理ができる。破砕歯の先端が球面状で側面が円錐面状又は円柱面状に形成したので、多結晶シリコンへの接触が点接触又は線接触になり、多結晶シリコンが破砕歯によって押しつぶされることがなく、微細粉の発生を防止して、ロス率を小さくして生産性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係る多結晶シリコンの破砕装置の一実施形態を示す一部を透視した斜視図である。
【図２】図１の破砕装置におけるロール表面の斜視図である。
【図３】破砕装置に取り付けられている破砕歯ユニットの背面から見た斜視図である。
【図４】複数個並んだ状態の破砕歯ユニットの斜視図である。
【図５】破砕歯の斜視図である。
【図６】ロールの対向部における位置関係を説明する正面図である。
【図７】ロールの破砕歯と仕切り板の突出歯の位置関係を説明する上面図である。
【図８】角錐状の破砕歯を説明する（ａ）が斜視図、（ｂ）がロールの対向部における正面図である。
【図９】破砕歯について（ａ）（ｂ）の二種類の変形例を示す斜視図である。
【図１０】多結晶シリコンのロッドを破砕して塊状としたものを示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明に係る多結晶シリコンの破砕装置及びその破砕装置を用いた多結晶シリコン破砕物の製造方法の実施形態を図面を参照しながら説明する。
本実施形態の破砕装置１は、図１に示すように、ハウジング２内に二つのロール３がその回転軸線４を水平方向に向けて平行に配置されており、両ロール３の外周面に複数の破砕歯５が半径方向外方に向けて突設されている。また、ハウジング２内には、両ロール３の両端部に、それら両ロール３の間隙の側方を閉塞する一対の仕切り板９（側板）が、ロール３の軸線４と直交し相互に一定の間隔をおいて平行に設けられており、それら仕切り板９が互いに対向する内壁面９ａには、複数の突出歯９１が、ロール３の軸線４と平行方向に突出して設けられている。また、仕切り板９は、ハウジング２の内壁面との間に一定の間隔をおいて平行に設けられている。
【００１６】
この場合、各ロール３の外周面は、図２に示すように、均一な円弧面ではなく、軸方向に沿う長尺な平坦面６を周方向に連結して構成された多面体状に形成されている。各平坦面６の両端部にねじ穴７が設けられ、これら平坦面６に、図３に示す破砕歯ユニット８が一つずつ固定されている。
【００１７】
破砕歯ユニット８は、図３及び図４に示すように、ロール３の平坦面６に当接する短冊状の固定カバー１１と、この固定カバー１１に取り付けられる複数個の破砕歯５とから構成されている。
破砕歯５は、超硬合金又はシリコン材により、図５に示すように、柱状部１３とその基端部で拡径する若干の厚さのつば部１４とが一体に形成された形状とされている。柱状部１３は、その先端面１５が球面状に形成されるとともに、側面１６が円柱面状に形成されている。つば部１４は、円形板の両側部を柱状部１３の長手方向と平行に切除した形状とされ、その切除した部分により、平面部１７が１８０°反対向きに形成されている。
【００１８】
また、固定カバー１１は、ロール３の平坦面６と同じ幅、長さの短冊状に形成され、その長手方向に相互間隔をおいて破砕歯固定孔２１が貫通状態に形成され、両端部にねじ挿通孔２２が形成されている。これら破砕歯固定孔２１は、図３に示すように、固定カバー１１の厚さの半分までが破砕歯５の柱状部１３の側面１６に対応した断面円形の嵌合孔２３とされ、残りの半分が破砕歯５のつば部１４に対応して平面部２４を有する拡径部２５とされている。そして、破砕歯５は、固定カバー１１の嵌合孔２３に柱状部１３を嵌合した状態でつば部１４が拡径部２５に嵌合し、固定カバー１１の平面部２４とつば部１４の平面部１７とが当接することにより、固定カバー１１に回り止めされた状態に保持される。
【００１９】
この場合、この固定カバー１１は拡径部２５をロール３表面に向け、嵌合孔２３から破砕歯５の柱状部１３を突出させた状態として、ロール３の各平坦面６に重ねられ、その両端部がねじ２６によりロール表面に固定される。
また、各破砕歯ユニット８は、隣接する破砕歯ユニット８の破砕歯５がロール３の周方向に連続して並ばないように、図４に示すように、破砕歯５が千鳥状に配列した状態に取り付けられる。一方、両ロール３の間では、図６に示すように、その対向部において両ロール３の破砕歯５の先端面１５どうしが対向するように配置される。なお、この図６においては、千鳥状に配列されている破砕歯５のうち、同一円周上に配置される一列の破砕歯５を実線で示し、他の列の破砕歯５を二点鎖線で示している。
【００２０】
仕切り板９は、超硬合金の平板に、複数の突出歯９１が一体に形成された形状とされている。これら突出歯９１は、ロール３の破砕歯５と同様に、隣接する列において突出歯９１どうしが連続して並ばないように千鳥状に配列されている。また、各突出歯９１は、図７に示すように、ロール３の表面上に設けられた各破砕歯５と同様に、その先端面９５が球面状に形成されるとともに、側面９６が円柱面状に形成されている。
【００２１】
このように構成された仕切り板９は、ハウジング２に固定されており、図１に示すように、両ロール３の半分以上を係合するようにしてロール３の直径よりも若干大きい径の円弧状にくり抜いた２個の切欠９２が形成され、これら切欠９２内に各ロール３の両端部を係合した状態で、両ロール３の間に架け渡されるように配置されている。この仕切り板９をロール３に係合した状態では、仕切り板９の切欠９２の内周面とロール３の外周面との間には、ロール３の回転を阻害しない程度に若干の隙間が形成され、また、ロール３の両端部に設けられている破砕歯ユニット８固定用のねじ２６が仕切り板９の外側方に配置され、両仕切り板９がロール３の対向部からその上下の空間を挟んだ状態としている。そして、これら仕切り板９に挟まれた空間が多結晶シリコン破砕空間３３とされ、ハウジング２の上面には、その破砕空間３３の真上に配置されるように投入口３４が設けられている。
【００２２】
そして、この実施形態では、破砕後の多結晶シリコンの塊（多結晶シリコン破砕物）の大きさ（最大目的寸法）として、最大辺の長さが５〜６０ｍｍのものを得るようにしており、その大きさの塊を得るために、各破砕歯５は、柱状部１３の直径Ｄ１が１０〜１４ｍｍ、図６に示す固定カバー１１の表面から破砕歯５の先端までの突出高さＨ１が１０〜３０ｍｍとされるとともに、ロール３上において隣接する破砕歯５どうしの間隔Ｌ１が１１〜３５ｍｍとされている。また、両ロール３の対向部において、破砕歯５の先端面１５どうしの対向する間隙Ｇ１が５〜３０ｍｍに設定される。
一方、仕切り板９の各突出歯９１は、柱状部９３の直径Ｄ２が１０〜１４ｍｍ、内壁面９ａの表面から突出歯９１の先端までの突出高さＨ２が１０〜３０ｍｍとされ、ロール３に設けられた各破砕歯５の突出高さＨ１と同じか又はそれよりも低く設定されている。隣接する突出歯９１どうしの間隔Ｌ２は１１〜３５ｍｍ、ロール３の破砕歯５との対向間隙Ｇ２は５〜１０ｍｍに設定されている。
【００２３】
なお、両ロール３を収容したハウジング２は、コンタミ防止のため、ポリプロピレン等の樹脂製とされ、あるいは金属製のハウジングの内面にテトラフルオロエチレンのコーティングをしたものが用いられる。
なお、このハウジング２には、両ロール３を回転駆動するギヤボックス（図示略）等が備えられ、ギヤボックスには排気装置（図示略）が接続されて、ハウジング２及びギヤボックスの内部空間が排気されるようになっている。
【００２４】
このように構成した破砕装置１を用いて多結晶シリコン破砕物を製造する場合、両ロール３を回転させた状態で、ハウジング２の投入口３４から両仕切り板９の間の多結晶シリコン破砕空間３３に予め粗く破砕した適宜の大きさの多結晶シリコンを投入すると、両ロール３の破砕歯５の間で多結晶シリコンがさらに破砕されて塊状に細分化される。
このとき、各破砕歯５は、その先端面１５が球面状に形成されているので、この先端面１５と多結晶シリコンとは点接触となる。また、柱状部１３の側面１６が円柱面状に形成されているので、この側面１６と多結晶シリコンとは点接触又は線接触となる。このため、多結晶シリコンに対して破砕歯５は点接触又は線接触状態で衝撃を付加するので、多結晶シリコンを面で押しつぶすようなことが低減される。
【００２５】
また、両ロール３の両端部上に配置されている仕切り板９は、その間で破砕される多結晶シリコンの塊がハウジング２の内壁面とロール３の端面との間に侵入してつぶされることを防止するとともに、その仕切り板９の内壁面９ａに設けた突出歯９１によって、多結晶シリコンとの接触を少なくすることができる。また、突出歯９１の突出高さＨ２は、ロール３の破砕歯５の突出高さＨ１と同じか又はそれよりも低く設定されていることから、各突出歯９１の間に、破砕後の多結晶シリコンの塊の一部が入り込んだとしても、浅く設けられた突出歯９１の間でそのままの状態に留まることはなく容易に落下するので、押し込まれた状態ですり潰されることを防止することができる。これにより、多結晶シリコンがすり潰されて微粉が生成される割合を低減させることができるとともに、多結晶シリコンの塊を確実に両ロール３の間で破砕して下方に通過させることができる。
【００２６】
因みに、図８（ａ）に示すように、破砕歯３５が角錐状に形成されている場合であると、（ｂ）に示すように、両ロールで対向している破砕歯３５の間に多結晶シリコンが挟まって破砕歯３５の平面３５ａどうしの間で押しつぶされる場合があり、これが面接触となるため微細粉が生じる。図８に示す例では、破砕歯３５の先端面３５ｂも平坦面に形成されているため、この先端面３５ｂによっても押しつぶされる。
このような平坦面を有する破砕歯では微細粉の発生を防ぐことは難しいが、本実施形態の破砕歯は、柱状部の先端が球面状で、側面が円柱面状に形成されているため、微細粉の発生を低減することができる。
【００２７】
また、この破砕装置１においては、破砕歯５を超硬合金又はシリコン材によって形成しているので、この破砕歯５から多結晶シリコンに不純物が混入することが防止される。一方、破砕歯ユニット８を固定するねじ２６は一般には金属製のものが用いられるが、このねじ２６は仕切り板９により多結晶シリコン破砕空間３３の外方に配置されているため、多結晶シリコンに接触することがなく、多結晶シリコン破砕空間３３を囲む仕切り板９が超硬合金製、ハウジング２もポリプロピレン等の樹脂製とされ、あるいはテトラフルオロエチレンのコーティングがなされているので、破砕途中の多結晶シリコンに不純物が混入することが防止される。したがって、この破砕装置１によれば、半導体原料用の多結晶シリコンとして高品質のものを得ることができる。
【００２８】
さらに、本実施形態においては、個々の破砕歯５を固定カバー１１により保持して破砕歯ユニット８を構成し、この破砕歯ユニット８をロール３の表面に固定しているので、一部の破砕歯５に欠損等が生じたとしても、その欠損が生じた破砕歯５のみを交換すればよく、その場合、破砕歯ユニット８はねじ止めによりロール３に固定されているとともに、破砕歯５は固定カバー１１の破砕歯固定孔２１に嵌合されているだけであり、その交換作業も容易である。この固定カバー１１は強度確保のためにはステンレス鋼等により製作するのがよいが、その表面にポリプロピレンやテトラフルオロエチレン等の樹脂を被覆しておけば、多結晶シリコンと接触した場合でもコンタミを防止することができる。
【００２９】
図９は、破砕装置１に用いられる破砕歯の変形例を示している。いずれの破砕歯４１，４２も柱状部４３とつば部２４とを有する点は一実施形態の破砕歯５と同様であり、つば部２４の形状も図５に示すものと同じである。これらの図において共通部分には同一符号を付している。
図９（ａ）に示す破砕歯４１は、柱状部４３の側面４４ａ，４４ｂがつば部２４から長手方向の途中位置までは円柱面状に形成されるが、その途中位置よりも先端部分は円錐面状に形成され、先端面４５は球面状に形成されている。この場合、円柱面状側面４４ａは柱状部４３の長さの半分以下に形成され、円錐面状側面４４ｂの方が円柱面状側面４４ａよりも長く形成されている。
また、図９（ｂ）に示す破砕歯４２は、図９（ａ）に示す破砕歯４１に比べて柱状部４３の円柱面状側面４４ａが長く形成され、柱状部４３の長さの半分以上の長さに形成され、その分、円錐面状側面４４ｂの長さが短く形成されている。
【００３０】
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。
例えば、上記実施形態では、両ロールの対向部で破砕歯の先端面どうしが対向するように配置したが、一方のロールの破砕歯が他方のロールの隣接する破砕歯の間に対向するように配置してもよい。
また、一実施形態で説明した破砕歯の対向間隔等の諸寸法は、必ずしもこれに限定されるものではない。
また、上述実施形態においては、突出歯が一体に形成された仕切り板を用いたが、ロール表面に別体の破砕歯を設けたように、板材に別体の破砕歯を組み込むことにより仕切り板を構成してもよい。
さらに、上述のような仕切り板を設ける代わりに、ハウジングの側壁の内壁面に突出歯を構成してもよい。この場合、ハウジングの側壁が本発明の側板に相当し、多結晶シリコンの塊がハウジングの内壁面とロールの端面との間に侵入してつぶされることを防止できるので、多結晶シリコンの塊を確実に破砕して下方に通過させることができる。
【符号の説明】
【００３１】
１  破砕装置
２  ハウジング
３  ロール
４  回転軸線
５  破砕歯
６  平坦面
７  ねじ穴
８  破砕歯ユニット
９  仕切り板（側板）
９ａ  内壁面
１１  固定カバー
１３，９３  柱状部
１４  つば部
１５，９５  先端面
１６，９６  側面
１７  平面部
２１  破砕歯固定孔
２２  ねじ挿通孔
２３  嵌合孔
２４  平面部
２５  拡径部
２６  ねじ
３３  多結晶シリコン破砕空間
３４  投入口
４１，４２  破砕歯
４３  柱状部
４４ａ  円柱状側面
４４ｂ  円錐状側面
４５  先端面
９１  突出歯
９２  切欠
【図１】
2012125671.tif 000003
【図２】
2012125671.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2012125671.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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