多結晶シリコンの破砕装置及び多結晶シリコン破砕物の製造方法
【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、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の製造方法を提供する。
【解決手段】平行な軸線回りに互いに逆回転する一対の主ロール３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、二つの主ロール３の間隙Ｇ１の下方に、間隙Ｇ１を通過する多結晶シリコンを受ける副ロール４（受け部材）が設けられるとともに、副ロール４と主ロール３との対向間隙Ｇ２は間隙Ｇ１と同じか又はそれよりも小さく設定されている。
【解決手段】平行な軸線回りに互いに逆回転する一対の主ロール３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、二つの主ロール３の間隙Ｇ１の下方に、間隙Ｇ１を通過する多結晶シリコンを受ける副ロール４（受け部材）が設けられるとともに、副ロール４と主ロール３との対向間隙Ｇ２は間隙Ｇ１と同じか又はそれよりも小さく設定されている。
【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１１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、投入される多結晶シリコンは、定形であるとは限らず、特定の方向に細長い形状のものも存在する。そのような多結晶シリコンがロールの長さ方向に沿って投入されると、前述した間隙を通り抜けてしまう場合があり、間隙により定まる最大目的寸法より大きい多結晶シリコンが目的破砕物の中に混入するおそれがある。
【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、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、両ロールの間隙の下方に、該間隙を通過する多結晶シリコンを受ける受け部材が設けられるとともに、該受け部材と各ロールとの対向間隔は前記間隙と同じか又はそれよりも小さく設定されていることを特徴とする。
【０００９】
ロールの間隙よりも大きい長さを有する細長い多結晶シリコンがロール間隙で破砕されずに、その間隙を通り抜けたとしても、ロールの下方で受け部材により受けられ、この受け部材の左右のいずれかに落下し、そのときに受け部材と各ロールとの対向間隔の間で破砕することができる。
この場合、得られる多結晶シリコンの最大目的寸法は、受け部材と各ロールとの対向間隔により設定しておけばよい。
【００１０】
本発明の多結晶シリコンの破砕装置において、前記受け部材は、各ロールとの対向部がロールの軸心に平行な軸を中心とする円弧面状に形成され、前記軸を中心に回動可能であるとよい。
受け部材のロールへの対向部が円弧面に形成され、回動可能であると、多結晶シリコンが押しつぶされることなく破砕され、微粉の発生を防止することができる。
【００１１】
本発明の多結晶シリコンの破砕装置において、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ており、各破砕歯は、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。
【００１２】
この破砕装置では、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。また、破砕歯の先端面が球面状に形成されていることから、破砕歯の先端と多結晶シリコンとは点接触状態となり、また、その破砕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、破砕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、破砕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、多結晶シリコンが破砕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。
【００１３】
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】
【００１４】
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、ロールの間隙の下方に受け部材を設けたので、細長い多結晶シリコンがロールの間隙を通り抜けて落下してしまうことがなく、最大目的寸法を超えた破砕物の混入を高い確率で防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【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正面図である。
【図２】図１の破砕装置における主ロールの斜視図である。
【図３】図２の主ロール表面の斜視図である。
【図４】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５】複数個並んだ状態の破砕歯ユニットの斜視図である。
【図６】破砕歯の斜視図である。
【図７】主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８】主ロールと副ロールとの対向部における位置関係を説明する正面図である。
【図９】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１０】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１１】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】
【００１６】
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、ハウジング（図示略）内に、図１に示すように、二つの主ロール３がその回転軸線を水平方向に向けて平行に配置されているとともに、これら主ロール３の間隙Ｇ１の下方に、主ロール３の回転軸線と平行な軸線の副ロール４（受け部材）が設けられている。これらロール３，４は、図１及び図２に示すように、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。この場合、各ロール３，４の外周面は、図３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おり、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４に示す破砕歯ユニット８が一つずつ固定されている。
【００１７】
また、主ロール３及び副ロール４とも同じ形状、寸法の破砕歯ユニット８が取り付けられているが、二つの主ロール３は同一の直径に形成され、同じ個数の破砕歯ユニット８が取り付けられているのに対して、副ロール４は、主ロール３よりも小さい直径に形成され、その分、破砕歯ユニット８の取り付け個数も少なくなっている。また、主ロール３は、図示略の回転機構により相互に逆方向に回転駆動されるが、副ロール４は、回転自在な状態で支持されている。
【００１８】
破砕歯ユニット８は、図４及び図５に示すように、ロール３，４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６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。
【００１９】
また、固定カバー１１は、ロール３，４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４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。
【００２０】
この場合、この固定カバー１１は拡径部２５をロール３，４の表面に向け、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３，４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３，４の周方向に連続して並ばないように、図５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、二つの主ロール３の間では、図７に示すように、その対向部において主ロール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７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。
【００２１】
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Ｄが１０〜１４ｍｍ、図７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Ｈが１０〜３０ｍｍとされるとともに、主ロール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、二つの主ロール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、副ロール４においては、図８に示すように、隣接する破砕歯どうしの間隔Ｌ２は１１〜３５ｍｍ、主ロール３との間の破砕歯の先端面どうしの対向間隙Ｇ２は３〜２０に設定され、二つの主ロール３の間隙Ｇ１と同じか又はそれよりも小さく設定されている。
【００２２】
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、二つの主ロール３を回転させた状態で、予め粗く破砕した適宜の大きさの多結晶シリコンを主ロール３間に投入すると、二つの主ロール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、主ロール３の間隙Ｇ１よりも大きい長さを有する細長い多結晶シリコンが、二つの主ロール３の間を通り抜けたとしても、主ロール３の間隙Ｇ１の下方で副ロール４により受けることができる。そして、多結晶シリコンは、この副ロール４の左右のいずれかに落下し、副ロール４と主ロール３との対向間隔Ｇ２の間で破砕される。
上述したように、主ロール３を回転しながら破砕歯５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ので、多結晶シリコンを最大目的寸法以下の大きさに破砕することができる。
【００２３】
なお、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り、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。
また、副ロール４は、主ロール３の回転軸線に平行な軸線を中心とする円弧面状に形成されるとともに、その軸線を中心に回動自在に支持されていることから、多結晶シリコンが押しつぶされることなく破砕され、微粉の発生を防止することができる。
【００２４】
因みに、図９（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９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。
【００２５】
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３１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。
【００２６】
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。
【００２７】
図１０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６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１０（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１０（ｂ）に示す破砕歯４２は、図１０（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。
【００２８】
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。
【符号の説明】
【００２９】
１ 破砕装置
３ 主ロール
４ 副ロール
５ 破砕歯
６ 平坦面
７ ねじ穴
８ 破砕歯ユニット
１１ 固定カバー
１３ 柱状部
１４ つば部
１５ 先端面
１６ 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
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
【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１１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、投入される多結晶シリコンは、定形であるとは限らず、特定の方向に細長い形状のものも存在する。そのような多結晶シリコンがロールの長さ方向に沿って投入されると、前述した間隙を通り抜けてしまう場合があり、間隙により定まる最大目的寸法より大きい多結晶シリコンが目的破砕物の中に混入するおそれがある。
【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、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、両ロールの間隙の下方に、該間隙を通過する多結晶シリコンを受ける受け部材が設けられるとともに、該受け部材と各ロールとの対向間隔は前記間隙と同じか又はそれよりも小さく設定されていることを特徴とする。
【０００９】
ロールの間隙よりも大きい長さを有する細長い多結晶シリコンがロール間隙で破砕されずに、その間隙を通り抜けたとしても、ロールの下方で受け部材により受けられ、この受け部材の左右のいずれかに落下し、そのときに受け部材と各ロールとの対向間隔の間で破砕することができる。
この場合、得られる多結晶シリコンの最大目的寸法は、受け部材と各ロールとの対向間隔により設定しておけばよい。
【００１０】
本発明の多結晶シリコンの破砕装置において、前記受け部材は、各ロールとの対向部がロールの軸心に平行な軸を中心とする円弧面状に形成され、前記軸を中心に回動可能であるとよい。
受け部材のロールへの対向部が円弧面に形成され、回動可能であると、多結晶シリコンが押しつぶされることなく破砕され、微粉の発生を防止することができる。
【００１１】
本発明の多結晶シリコンの破砕装置において、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ており、各破砕歯は、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。
【００１２】
この破砕装置では、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。また、破砕歯の先端面が球面状に形成されていることから、破砕歯の先端と多結晶シリコンとは点接触状態となり、また、その破砕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、破砕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、破砕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、多結晶シリコンが破砕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。
【００１３】
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】
【００１４】
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、ロールの間隙の下方に受け部材を設けたので、細長い多結晶シリコンがロールの間隙を通り抜けて落下してしまうことがなく、最大目的寸法を超えた破砕物の混入を高い確率で防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【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正面図である。
【図２】図１の破砕装置における主ロールの斜視図である。
【図３】図２の主ロール表面の斜視図である。
【図４】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５】複数個並んだ状態の破砕歯ユニットの斜視図である。
【図６】破砕歯の斜視図である。
【図７】主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８】主ロールと副ロールとの対向部における位置関係を説明する正面図である。
【図９】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１０】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１１】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】
【００１６】
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、ハウジング（図示略）内に、図１に示すように、二つの主ロール３がその回転軸線を水平方向に向けて平行に配置されているとともに、これら主ロール３の間隙Ｇ１の下方に、主ロール３の回転軸線と平行な軸線の副ロール４（受け部材）が設けられている。これらロール３，４は、図１及び図２に示すように、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。この場合、各ロール３，４の外周面は、図３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おり、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４に示す破砕歯ユニット８が一つずつ固定されている。
【００１７】
また、主ロール３及び副ロール４とも同じ形状、寸法の破砕歯ユニット８が取り付けられているが、二つの主ロール３は同一の直径に形成され、同じ個数の破砕歯ユニット８が取り付けられているのに対して、副ロール４は、主ロール３よりも小さい直径に形成され、その分、破砕歯ユニット８の取り付け個数も少なくなっている。また、主ロール３は、図示略の回転機構により相互に逆方向に回転駆動されるが、副ロール４は、回転自在な状態で支持されている。
【００１８】
破砕歯ユニット８は、図４及び図５に示すように、ロール３，４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６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。
【００１９】
また、固定カバー１１は、ロール３，４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４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。
【００２０】
この場合、この固定カバー１１は拡径部２５をロール３，４の表面に向け、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３，４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３，４の周方向に連続して並ばないように、図５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、二つの主ロール３の間では、図７に示すように、その対向部において主ロール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７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。
【００２１】
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Ｄが１０〜１４ｍｍ、図７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Ｈが１０〜３０ｍｍとされるとともに、主ロール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、二つの主ロール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、副ロール４においては、図８に示すように、隣接する破砕歯どうしの間隔Ｌ２は１１〜３５ｍｍ、主ロール３との間の破砕歯の先端面どうしの対向間隙Ｇ２は３〜２０に設定され、二つの主ロール３の間隙Ｇ１と同じか又はそれよりも小さく設定されている。
【００２２】
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、二つの主ロール３を回転させた状態で、予め粗く破砕した適宜の大きさの多結晶シリコンを主ロール３間に投入すると、二つの主ロール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、主ロール３の間隙Ｇ１よりも大きい長さを有する細長い多結晶シリコンが、二つの主ロール３の間を通り抜けたとしても、主ロール３の間隙Ｇ１の下方で副ロール４により受けることができる。そして、多結晶シリコンは、この副ロール４の左右のいずれかに落下し、副ロール４と主ロール３との対向間隔Ｇ２の間で破砕される。
上述したように、主ロール３を回転しながら破砕歯５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ので、多結晶シリコンを最大目的寸法以下の大きさに破砕することができる。
【００２３】
なお、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り、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。
また、副ロール４は、主ロール３の回転軸線に平行な軸線を中心とする円弧面状に形成されるとともに、その軸線を中心に回動自在に支持されていることから、多結晶シリコンが押しつぶされることなく破砕され、微粉の発生を防止することができる。
【００２４】
因みに、図９（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９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。
【００２５】
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３１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。
【００２６】
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。
【００２７】
図１０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６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１０（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１０（ｂ）に示す破砕歯４２は、図１０（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。
【００２８】
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。
【符号の説明】
【００２９】
１ 破砕装置
３ 主ロール
４ 副ロール
５ 破砕歯
６ 平坦面
７ ねじ穴
８ 破砕歯ユニット
１１ 固定カバー
１３ 柱状部
１４ つば部
１５ 先端面
１６ 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
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
【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、両ロールの間隙の下方に、該間隙を通過する多結晶シリコンを受ける受け部材が設けられるとともに、該受け部材と各ロールとの対向間隙は前記間隙と同じか又はそれよりも小さく設定さ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】
前記受け部材は、各ロールとの対向部がロールの軸心に平行な軸を中心とする円弧面状に形成され、前記軸を中心に回動可能であ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ており、各破砕歯は、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又は２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。
【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、両ロールの間隙の下方に、該間隙を通過する多結晶シリコンを受ける受け部材が設けられるとともに、該受け部材と各ロールとの対向間隙は前記間隙と同じか又はそれよりも小さく設定さ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】
前記受け部材は、各ロールとの対向部がロールの軸心に平行な軸を中心とする円弧面状に形成され、前記軸を中心に回動可能であ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ており、各破砕歯は、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又は２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。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１２−１２５６７０（Ｐ２０１２−１２５６７０Ａ）
【公開日】平成２４年７月５日（２０１２．７．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２７７３８０（Ｐ２０１０−２７７３８０）
【出願日】平成２２年１２月１３日（２０１０．１２．１３）
【出願人】（０００００６２６４）三菱マテリアル株式会社 (4,417)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月５日（２０１２．７．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月１３日（２０１０．１２．１３）
【出願人】（０００００６２６４）三菱マテリアル株式会社 (4,417)
【Ｆターム（参考）】
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