多結晶シリコン破砕物の製造方法および多結晶シリコンの破砕装置
【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、多結晶シリコン破砕物の製造方法および多結晶シリコンの破砕に適した破砕装置を提供する。
【解決手段】破砕装置１は、塊状の多結晶シリコンを破砕する１次破砕手段１０と、１次破砕手段により破砕された多結晶シリコン破砕物のうち、サイズの大きい多結晶シリコン破砕物を破砕する２次破砕手段２０とを有しており、１次破砕手段１０の各ロール３に設けられる破砕歯５は、その先端面５５が球面状に形成されるとともに、側面５６が円錐面状に形成され、２次破砕手段２０の各ロール３に設けられる破砕歯５は、その先端面５５が球面状に形成されるとともに、側面５６が円柱面状に形成されている。
【解決手段】破砕装置１は、塊状の多結晶シリコンを破砕する１次破砕手段１０と、１次破砕手段により破砕された多結晶シリコン破砕物のうち、サイズの大きい多結晶シリコン破砕物を破砕する２次破砕手段２０とを有しており、１次破砕手段１０の各ロール３に設けられる破砕歯５は、その先端面５５が球面状に形成されるとともに、側面５６が円錐面状に形成され、２次破砕手段２０の各ロール３に設けられる破砕歯５は、その先端面５５が球面状に形成されるとともに、側面５６が円柱面状に形成されている。
【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して多結晶シリコン破砕物を製造する方法及び多結晶シリコンを破砕する装置に関する。
【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１４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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【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】
【０００６】
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発生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。
【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、多結晶シリコン破砕物の製造方法および多結晶シリコンの破砕に適した破砕装置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、塊状の多結晶シリコンを破砕する１次破砕手段と、前記１次破砕手段により破砕された多結晶シリコン破砕物のうち、サイズの大きい多結晶シリコン破砕物を破砕する２次破砕手段とを有しており、各破砕手段は、平行な軸線回りに互いに逆回転する一対のロール間に多結晶シリコンを挟み込んで破砕する構成とされ、各ロールには、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、前記１次破砕手段の各ロールに設けられる破砕歯は、その先端面が球面状に形成されるとともに、側面が円錐面状に形成され、前記２次破砕手段の各ロールに設けられる破砕歯は、その先端面が球面状に形成されるとともに、側面が円柱面状に形成されていることを特徴とする。
【０００９】
１次破砕手段においては、各破砕歯の側面を円錐面状に形成し、各破砕歯の間に形成される空間を大きく設けていることから、破砕歯の先端で破砕された多結晶シリコン破砕物が押しつぶされて微細化されることを回避できる。
また、２次破砕手段においては、各破砕歯の側面を円柱面状に形成し、各破砕歯の間隔を平行に設けており、１次破砕手段で破砕しきれなかったサイズの大きい多結晶シリコン破砕物を、高い確率で所望の大きさに破砕することができる。
このように、二段階の破砕手段を構成することにより、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、破砕時に多結晶シリコンの破砕物がすり潰されて過度に微細化されることを回避できるので、微粉が生成される割合を低減させることができる。
なお、破砕歯の先端面が球面状に形成されていることから、各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。
【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１次破砕手段の一対のロールは同調して回転し、各ロールの前記破砕歯が最も近接する位置において、前記破砕歯の先端どうしが対向するように設けられているとよい。
この場合、各ロールの破砕歯は同じ角度及びタイミングで塊状の多結晶シリコンに当接するため、破砕後の多結晶シリコン破砕物のサイズを、各ロールの各破砕歯の間隔で形成される空間サイズ以下とすることができ、塊が押しつぶされて過度に微細化されることを回避することができる。
【００１１】
さらに、本発明の多結晶シリコンの破砕装置において、前記１次破砕手段の両ロールに設けられる破砕歯は、高さの高い破砕歯と、高さの低い破砕歯とが少なくとも前記ロールの周方向又は幅方向に交互に設けられるとともに、両ロールの前記破砕歯どうしが最も近接する位置において、前記高さの高い破砕歯と、前記高さの低い破砕歯との先端どうしが対向するように設けられているとよい。
高さの異なる破砕歯を交互に設けることによって、両ロールの対向部において各破砕歯の先端どうしの間隔で形成される空間位置が、破砕歯の配置ごとにロールの半径方向にずれて配置される。これにより、細長い破砕物が投入されたとしても、ロールの周方向又は幅方向に隣接する破砕歯に接触して破砕されるので、破砕物が破砕されずに通過してしまうことを低減することができる。そして、破砕物を所望の大きさの塊に破砕することができる。
【００１２】
本発明の多結晶シリコン破砕物の製造方法は、塊状の多結晶シリコンを破砕する１次破砕工程と、前記１次破砕工程により破砕された多結晶シリコン破砕物を複数のサイズに選別する選別工程と、前記選別工程により破砕された多結晶シリコン破砕物のうち、サイズの大きい多結晶シリコン破砕物を破砕する２次破砕工程とを有しており、各破砕工程は、平行な軸線回りに逆回転する一対のロール間に多結晶シリコンを挟み込むことにより破砕するものであり、各ロールには、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、前記１次破砕工程では、先端面が球面状に形成されるとともに、側面が円錐面状に形成された破砕歯を有するロールにより破砕を行い、前記２次破砕工程では、先端面が球面状に形成されるとともに、側面が円柱面状に形成された破砕歯を有するロールにより破砕を行うことを特徴とする。
【００１３】
また、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、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。
【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模式図である。
【図２】破砕手段の一部を透視した斜視図である。
【図３】ロール表面の斜視図である。
【図４】１次破砕手段の破砕歯ユニットの斜視図である。
【図５】破砕歯ユニットを背面から見た斜視図である。
【図６】１次破砕手段の破砕歯の斜視図であり、（ａ）が高さの低い破砕歯、（ｂ）が高さの高い破砕歯を示す。
【図７】１次破砕手段のロール対向部における位置関係を説明する正面図である。
【図８】２次破砕手段の破砕歯ユニットの斜視図である。
【図９】２次破砕手段の破砕歯の斜視図である。
【図１０】２次破砕手段のロール対向部における位置関係を説明する正面図である。
【図１１】２次破砕手段のロール対向部における位置関係の一例を説明する正面図である。
【図１２】第２実施形態における１次破砕手段の破砕歯ユニットを示す斜視図である。
【図１３】第２実施形態における１次破砕手段のロール対向部における位置関係を説明する正面図である。
【図１４】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およ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。
本実施形態の多結晶シリコンの破砕装置１は、直径１２０ｍｍ、長さ１８００ｍｍの多結晶シリコンロッドを粗破砕して最大辺の長さが９０ｍｍ〜１１０ｍｍの塊状としたものを破砕し、最大辺の長さが７ｍｍ〜４５ｍｍのサイズ（Ｓサイズ）の多結晶シリコン破砕物を製造する装置である。
破砕装置１は、図１に示すように、塊状の多結晶シリコンＣ１を所定の大きさに破砕する１次破砕手段１０と、１次破砕手段１０により破砕された多結晶シリコン破砕物Ｃ２を、複数のサイズに選別する選別手段４０と、選別された多結晶シリコン破砕物のうち、サイズの大きい多結晶シリコン破砕物を破砕する２次破砕手段２０とを有している。
なお、選別手段４０は、多結晶シリコン破砕物を、最大辺の長さが４５ｍｍを超えるＬサイズの破砕物ＣＬ、最大辺の長さが７ｍｍ以上４５ｍｍ以下のＳサイズの破砕物ＣＳ、最大辺の長さ７ｍｍ未満の微粉ＣＰに選別するものである。選別手段４０は、目開きの大きさが異なる二つのメッシュコンベア４１，４２により構成され、一段目のメッシュコンベア４１でＬサイズの破砕物ＣＬと、Ｌサイズ未満の破砕物とを選別し、二段目のメッシュコンベア４２でＳサイズの破砕物ＣＳと微粉ＣＰとを選別することができる。
【００１７】
各破砕手段１０，２０は、図２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が、ロール３の回転軸線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いる。
【００１８】
各ロール３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３１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３１の両端部にねじ穴３２が設けられ、これら平坦面３１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。
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の平坦面３１に当接する短冊状の固定カバー７と、この固定カバー７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、超硬合金により、図６及び図９に示すように、柱状部５３とその基端部で拡径する若干の厚さのつば部５４とが一体に形成された形状とされている。柱状部５３は、その先端面５５が球面状に形成されるとともに、側面５６が円錐面状又は円柱面状に形成されている。つば部５４は、円形板の両側部を柱状部５３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５７が１８０°反対向きに形成されている。
【００１９】
また、固定カバー７は、ロール３の平坦面３１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７１が貫通状態に形成され、両端部にねじ挿通孔７２が形成されている（図５参照）。これら破砕歯固定孔７１は、図５に示すように、固定カバー７の厚さの半分までが破砕歯５の柱状部５３の基端部の側面形状に対応した断面円形の嵌合孔７３とされ、残りの半分が破砕歯５のつば部５４に対応して平面部７４を有する拡径部７５とされている。そして、破砕歯５は、固定カバー７の嵌合孔７３に柱状部５３を嵌合した状態でつば部５４が拡径部７５に嵌合し、固定カバー７の平面部７４とつば部５４の平面部５７とが当接することにより、固定カバー７に回り止めされた状態に保持される。
この場合、この固定カバー７は拡径部７５をロール３表面に向け、嵌合孔７３から破砕歯５の柱状部５３を突出させた状態として、ロール３の各平坦面３１に重ねられ、その両端部がねじ３３によりロール表面に固定される。
【００２０】
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及び図８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。
１次破砕手段１０の両ロール３に設けられる各破砕歯５は、つば部５４から破砕歯の先端までの突出高さが高い破砕歯５Ｌと、突出高さの低い破砕歯５Ｓの二種類で構成されている。各破砕歯５Ｌ，５Ｓは、図６に示すように、柱状部５３の側面５６が、つば部５４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球面状に形成された先端面５５に連続する円錐面状に形成されている。この場合、柱状部５３の基端部に位置する、側面５６の円柱面状部分５６ａは、固定カバー７に取り付けた際に、固定カバー７の表面から突出しない程度の長さに形成される。
【００２１】
また、突出高さの異なる二種類の破砕歯５Ｌ，５Ｓは、図４に示すように、ロール３の周方向に同じ突出高さの破砕歯が隣接しないように、隣接する破砕歯ユニット８ごとに高さの高い破砕歯５Ｌ又は高さの低い破砕歯５Ｓが配列されている。これら破砕歯５Ｌ，５Ｓが設けられた破砕歯ユニット８が、ロール３の周方向に交互に取り付けられて、高さの高い破砕歯５Ｌと、高さの低い破砕歯５Ｓとが、交互に配置される。
【００２２】
一方、両ロール３の間では、図７に示すように、その対向部（両ロール３の破砕歯どうしが最も近接する位置）において両ロール３にそれぞれ設けられる高さの高い破砕歯５Ｌと高さの低い破砕歯５Ｓの先端面５５どうしが対向するように配置される。高さの高い破砕歯５Ｌと、高さの低い破砕歯５Ｓとがロール３の周方向に交互に設けられることによって、両ロール３の対向部において破砕歯５Ｌ，５Ｓの先端面５５どうしの空間位置が破砕歯５Ｌ，５Ｓの配置ごとに、ロール３の半径方向にずれて配置される。つまり、両ロール３の対向部において、矢印Ａで示す破砕歯５Ｌと破砕歯５Ｓとが対峙して形成される空間位置は、両ロール３間の中心位置よりも左側にあるが、ロール３が回転して次の破砕歯５Ｌと破砕歯５Ｓとが対峙するときには、空間位置は両ロール３間の中心位置よりも右側にずれて配置され、ロール３の回転に伴って空間位置が左右に交互にずれて配置されることとなる。
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を実線で示し、他の列の破砕歯を二点鎖線で示している。
【００２３】
また、２次破砕手段２０の両ロールに設けられる各破砕歯５Ｍは、図９に示すように、柱状部５３の先端面５５が球面状に形成され、側面５６が円柱面状に形成されている。また、各破砕歯ユニット８は、上述したように、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８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。この場合、両ロール３の間では、図１０に示すように、その対向部において両ロール３の破砕歯５Ｍの先端面５５どうしが対向するように配置されているが、図１１に示すように、両ロール３の破砕歯５Ｍの先端面５５どうしが対向しないように、周方向にずらして配置することもできる。
【００２４】
そして、この実施形態では、破砕後の多結晶シリコン破砕物のサイズとして、最大辺の長さが７ｍｍ以上４５ｍｍ以下となるＳサイズの破砕物を得るようにしており、その大きさの破砕物を得るために、各破砕手段１０，２０の破砕歯は以下のように設定されている。
１次破砕手段１０の各破砕歯５Ｌ，５Ｓにおいては、図６に示すように、柱状部５３の底面の直径Ｄ１が１４ｍｍ、先端面５５が直径６ｍｍの球面状に形成され、固定カバー７の表面から破砕歯の先端までの突出高さは、図７に示すように、高さの高い破砕歯５Ｌの突出高さＨＬが３０ｍｍ、高さの低い破砕歯５Ｓの突出高さＨＳが２０ｍｍに設定されている。また、ロール３の軸方向に隣接する破砕歯どうしの間隔Ｌ１１は２２ｍｍとされ、ロール３の回転方向に隣接する破砕歯どうしの間隔Ｌ１２は２６ｍｍとされている。さらに、両ロール３の対向部において、破砕歯５Ｌと破砕歯５Ｓとの先端面どうしの対向距離Ｇ１が１０ｍｍに設定されている。
２次破砕手段２０の各破砕歯５Ｍにおいては、柱状部５３の直径Ｄ２が１４ｍｍ（図９参照）、突出高さＨＭが２０ｍｍとされている（図１０参照）。また、ロール３の軸方向に隣接する破砕歯どうしの間隔Ｌ２１は２６ｍｍとされ、ロール３の回転方向に隣接する破砕歯どうしの間隔Ｌ２２も２６ｍｍとされている。破砕歯５Ｍの先端面どうしの対向距離Ｇ２は、１０ｍｍに設定されている。
【００２５】
また、各破砕手段１０，２０の両ロール３を収容するハウジング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。
ハウジング２内には、両ロール３の両端部にロール３の軸線４と直交して配置される一対の仕切り板９がハウジング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。これら仕切り板９は、ハウジング２に固定されており、両ロール３の半分以上を係合するように、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９１が形成され、これら切欠９１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９１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３３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９２とされ、ハウジング２の上面には、その破砕空間９２の真上に配置されるように投入口９３が設けられる。これら仕切り板９も、ハウジング２と同様にポリプロピレン等の樹脂製、あるいは金属製のもの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。
【００２６】
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、まず、１次破砕手段１０の両ロール３を回転させた状態で、ハウジング２の投入口９３から両仕切り板９の間の多結晶シリコン破砕空間９２に予め粗く破砕した適宜の大きさの多結晶シリコンＣ１を投入する。投入された多結晶シリコンは、両ロール３の破砕歯５の間で破砕されて、大部分がＬサイズおよびＳサイズの破砕物に細分化され、少量の微粉ＣＰを含む多結晶シリコン破砕物Ｃ２が生成される（１次破砕工程）。
１次破砕手段１０により破砕された多結晶シリコン破砕物は、選別手段３０によって各サイズに選別される（選別工程）。
次に、選別された多結晶シリコン破砕物のうち、サイズの大きいＬサイズの破砕物ＣＬのみが、両ロール３を回転させた状態の２次破砕手段２０の多結晶シリコン破砕空間９２に投入される。２次破砕手段２０に投入された破砕物ＣＬは、両ロール３の破砕歯５の間で破砕され、大部分がＳサイズの破砕物に生成される（２次破砕工程）。
【００２７】
このとき、１次破砕手段１０においては、各破砕歯５の側面５６を円錐面状に形成し、各破砕歯５の間に形成される空間を大きく設けていることから、破砕歯５の先端で破砕された多結晶シリコン破砕物が押しつぶされて微細化されることを回避することができる。
また、１次破砕手段１０の一対のロール３は同調して回転し、各ロール３の破砕歯５が、最も近接する位置において、破砕歯５の先端どうしが対向するように設けられていることから、各ロール３の破砕歯５は、同じ角度及びタイミングで塊状の多結晶シリコンに当接する。そのため、破砕後の多結晶シリコン破砕物のサイズを、各ロール３の各破砕歯５の間隔で形成される空間サイズ以下とすることができ、塊が押しつぶされて過度に微細化されることを回避することができる。
【００２８】
また、高さの高い破砕歯５Ｌと高さの低い破砕歯５Ｓとを交互に設けることによって、両ロール３の対向部において破砕歯５Ｌ，５Ｓの先端面５５どうしの間隔で形成される空間位置が、破砕歯５Ｌ，５Ｓの配置ごとにロール３の半径方向にずれて配置される。仮に、細長い多結晶シリコンが投入されたとしても、多結晶シリコンが狭小間隙Ｇａ（図７参照）に正確に向きを一致させた姿勢で投入され、その投入時の姿勢を維持した状態でその狭小間隙Ｇａを通過する確率は極めて低く、多結晶シリコンは周方向に隣接する破砕歯５Ｌ，５Ｓに接触して破砕される。したがって、多結晶シリコンが破砕されずに通過してしまうことを防止することができ、効率的に多結晶シリコンを所望の大きさの塊に破砕することができる。
【００２９】
２次破砕手段２０においては、各破砕歯５Ｍの側面５６を円柱面状に形成し、各破砕歯５Ｍの間隔を平行に設けており、１次破砕手段１０で破砕しきれなかったサイズの大きい多結晶シリコン破砕物を、高い確率で所望の大きさに破砕することができる。
また、各破砕手段１０，２０の各破砕歯５は、その先端面５５が球面状に形成されているので、この先端面５５と多結晶シリコンとは点接触となり、また、柱状部５３の側面５６が円錐面状又は円柱面状に形成されているので、この側面５６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はない。
【００３０】
このように、本実施形態の破砕装置１では、二段階の破砕手段を構成することにより、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、破砕時に多結晶シリコンの破砕物がすり潰されて過度に微細化されることを回避できるので、微粉が生成される割合（ロス率）を低減させることができる。
【００３１】
なお、各破砕手段１０，２０の両ロール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しており、多結晶シリコンの塊を両ロール３の間で破砕して下方に通過させることができる。
【００３２】
また、この破砕装置１においては、破砕歯５を超硬合金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３３は一般には金属製のものが用いられるが、このねじ３３は仕切り板９により多結晶シリコン破砕空間９２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９２を囲む仕切り板９、ハウジング２が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。
【００３３】
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７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７の破砕歯固定孔７１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７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。
【００３４】
図１２及び図１３は、本発明の第２実施形態を示す。第１実施形態の破砕装置１では、１次破砕手段１０において、高さの高い破砕歯５Ｌと高さの低い破砕歯５Ｓをロール３の周方向のみに交互に配列して設けていたが、第２実施形態では、図１２に示すように、高さの高い破砕歯５Ｌと高さの低い破砕歯５Ｓを、ロール３の周方向及び幅方向に交互に配列して設けた。
第２実施形態の１次破砕手段の両ロール３の間では、図１３に示すように、その対向部において両ロール３にそれぞれ設けられる高さの高い破砕歯５Ｌと高さの低い破砕歯５Ｓの先端面５５どうしが対向するように配置される。これら高さの高い破砕歯５Ｌと高さの低い破砕歯５Ｓとがロール３の周方向に交互に設けられることによって、両ロール３の対向部において破砕歯５Ｌ，５Ｓの先端面５５どうしの空間位置も破砕歯５Ｌ，５Ｓの配置ごとにロール３の半径方向にずれて配置される。
【００３５】
これにより、細長い破砕物が投入されたとしても、ロール３の周方向に隣接する破砕歯５Ｌ，５Ｓに接触して破砕されるので、破砕物が破砕されずに通過してしまうことを低減することができる。
その他の構成は、上述の実施形態のものと同じであり、共通部分に同一符号を付して説明を省略する。
【実施例】
【００３６】
次に、実施例について比較例と対比して説明する。
実施例として、図１に示す構成の破砕装置１を用いて、直径１２０ｍｍ、長さ１８００ｍｍの多結晶シリコンロッドを粗破砕して最大辺の長さが９０ｍｍ〜１１０ｍｍの塊状とした多結晶シリコンの破砕を行った。また、比較例として、破砕装置１の１次破砕手段１０と２次破砕手段２０による破砕順序を逆にした破砕装置を構成し、多結晶シリコンの破砕を行った。つまり、比較例は、側面が円柱面状の破砕歯で１次破砕を行い、側面が円錐面状の破砕歯で２次破砕を行った。
そして、破砕工程毎に得られた多結晶シリコンの破砕物に含まれるＬサイズ、Ｓサイズ、微分の破砕物の割合を調べた。表１に結果を示す。
なお、実施例および比較例において２次破砕工程で各破砕手段に投入される多結晶シリコンは、１次破砕工程により破砕された多結晶シリコン破砕物のうち、Ｌサイズのものだけである。そのため、「２次破砕後」の結果は、１次破砕工程時に破砕されて得られたＬサイズの破砕物に対する割合を示している。
【００３７】
【表１】
【００３８】
表１からわかるように、実施例の破砕装置においては、１次破砕後の微粉の割合が低く、その後の２次破砕工程においても、微粉の割合が低く抑えられ、Ｓサイズの破砕物への変換効率が高くなっていることがわかる。
このように、１次破砕工程を円錐面状の破砕歯で行い、２次破砕工程を円柱面状の破砕歯で行うことにより、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。
【００３９】
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】
【００４０】
１ 多結晶シリコンの破砕装置
２ ハウジング
３ ロール
４ 回転軸線
５，５Ｌ，５Ｓ，５Ｍ 破砕歯
７ 固定カバー
８ 破砕歯ユニット
９ 仕切り板
１０ １次破砕手段
２０ ２次破砕手段
３１ 平坦面
３２ ねじ穴
３３ ねじ
４０ 選別手段
４１，４２ メッシュコンベア
５３ 柱状部
５４ つば部
５５ 先端面
５６ 側面
５６ａ 円柱面状部分
５７ 平面部
７１ 破砕歯固定孔
７２ ねじ挿通孔
７３ 嵌合孔
７４ 平面部
７５ 拡径部
９１ 切欠
９２ 多結晶シリコン破砕空間
９３ 投入口
【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して多結晶シリコン破砕物を製造する方法及び多結晶シリコンを破砕する装置に関する。
【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１４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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【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】
【０００６】
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発生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。
【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、多結晶シリコン破砕物の製造方法および多結晶シリコンの破砕に適した破砕装置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、塊状の多結晶シリコンを破砕する１次破砕手段と、前記１次破砕手段により破砕された多結晶シリコン破砕物のうち、サイズの大きい多結晶シリコン破砕物を破砕する２次破砕手段とを有しており、各破砕手段は、平行な軸線回りに互いに逆回転する一対のロール間に多結晶シリコンを挟み込んで破砕する構成とされ、各ロールには、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、前記１次破砕手段の各ロールに設けられる破砕歯は、その先端面が球面状に形成されるとともに、側面が円錐面状に形成され、前記２次破砕手段の各ロールに設けられる破砕歯は、その先端面が球面状に形成されるとともに、側面が円柱面状に形成されていることを特徴とする。
【０００９】
１次破砕手段においては、各破砕歯の側面を円錐面状に形成し、各破砕歯の間に形成される空間を大きく設けていることから、破砕歯の先端で破砕された多結晶シリコン破砕物が押しつぶされて微細化されることを回避できる。
また、２次破砕手段においては、各破砕歯の側面を円柱面状に形成し、各破砕歯の間隔を平行に設けており、１次破砕手段で破砕しきれなかったサイズの大きい多結晶シリコン破砕物を、高い確率で所望の大きさに破砕することができる。
このように、二段階の破砕手段を構成することにより、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、破砕時に多結晶シリコンの破砕物がすり潰されて過度に微細化されることを回避できるので、微粉が生成される割合を低減させることができる。
なお、破砕歯の先端面が球面状に形成されていることから、各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。
【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１次破砕手段の一対のロールは同調して回転し、各ロールの前記破砕歯が最も近接する位置において、前記破砕歯の先端どうしが対向するように設けられているとよい。
この場合、各ロールの破砕歯は同じ角度及びタイミングで塊状の多結晶シリコンに当接するため、破砕後の多結晶シリコン破砕物のサイズを、各ロールの各破砕歯の間隔で形成される空間サイズ以下とすることができ、塊が押しつぶされて過度に微細化されることを回避することができる。
【００１１】
さらに、本発明の多結晶シリコンの破砕装置において、前記１次破砕手段の両ロールに設けられる破砕歯は、高さの高い破砕歯と、高さの低い破砕歯とが少なくとも前記ロールの周方向又は幅方向に交互に設けられるとともに、両ロールの前記破砕歯どうしが最も近接する位置において、前記高さの高い破砕歯と、前記高さの低い破砕歯との先端どうしが対向するように設けられているとよい。
高さの異なる破砕歯を交互に設けることによって、両ロールの対向部において各破砕歯の先端どうしの間隔で形成される空間位置が、破砕歯の配置ごとにロールの半径方向にずれて配置される。これにより、細長い破砕物が投入されたとしても、ロールの周方向又は幅方向に隣接する破砕歯に接触して破砕されるので、破砕物が破砕されずに通過してしまうことを低減することができる。そして、破砕物を所望の大きさの塊に破砕することができる。
【００１２】
本発明の多結晶シリコン破砕物の製造方法は、塊状の多結晶シリコンを破砕する１次破砕工程と、前記１次破砕工程により破砕された多結晶シリコン破砕物を複数のサイズに選別する選別工程と、前記選別工程により破砕された多結晶シリコン破砕物のうち、サイズの大きい多結晶シリコン破砕物を破砕する２次破砕工程とを有しており、各破砕工程は、平行な軸線回りに逆回転する一対のロール間に多結晶シリコンを挟み込むことにより破砕するものであり、各ロールには、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、前記１次破砕工程では、先端面が球面状に形成されるとともに、側面が円錐面状に形成された破砕歯を有するロールにより破砕を行い、前記２次破砕工程では、先端面が球面状に形成されるとともに、側面が円柱面状に形成された破砕歯を有するロールにより破砕を行うことを特徴とする。
【００１３】
また、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、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。
【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模式図である。
【図２】破砕手段の一部を透視した斜視図である。
【図３】ロール表面の斜視図である。
【図４】１次破砕手段の破砕歯ユニットの斜視図である。
【図５】破砕歯ユニットを背面から見た斜視図である。
【図６】１次破砕手段の破砕歯の斜視図であり、（ａ）が高さの低い破砕歯、（ｂ）が高さの高い破砕歯を示す。
【図７】１次破砕手段のロール対向部における位置関係を説明する正面図である。
【図８】２次破砕手段の破砕歯ユニットの斜視図である。
【図９】２次破砕手段の破砕歯の斜視図である。
【図１０】２次破砕手段のロール対向部における位置関係を説明する正面図である。
【図１１】２次破砕手段のロール対向部における位置関係の一例を説明する正面図である。
【図１２】第２実施形態における１次破砕手段の破砕歯ユニットを示す斜視図である。
【図１３】第２実施形態における１次破砕手段のロール対向部における位置関係を説明する正面図である。
【図１４】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およ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。
本実施形態の多結晶シリコンの破砕装置１は、直径１２０ｍｍ、長さ１８００ｍｍの多結晶シリコンロッドを粗破砕して最大辺の長さが９０ｍｍ〜１１０ｍｍの塊状としたものを破砕し、最大辺の長さが７ｍｍ〜４５ｍｍのサイズ（Ｓサイズ）の多結晶シリコン破砕物を製造する装置である。
破砕装置１は、図１に示すように、塊状の多結晶シリコンＣ１を所定の大きさに破砕する１次破砕手段１０と、１次破砕手段１０により破砕された多結晶シリコン破砕物Ｃ２を、複数のサイズに選別する選別手段４０と、選別された多結晶シリコン破砕物のうち、サイズの大きい多結晶シリコン破砕物を破砕する２次破砕手段２０とを有している。
なお、選別手段４０は、多結晶シリコン破砕物を、最大辺の長さが４５ｍｍを超えるＬサイズの破砕物ＣＬ、最大辺の長さが７ｍｍ以上４５ｍｍ以下のＳサイズの破砕物ＣＳ、最大辺の長さ７ｍｍ未満の微粉ＣＰに選別するものである。選別手段４０は、目開きの大きさが異なる二つのメッシュコンベア４１，４２により構成され、一段目のメッシュコンベア４１でＬサイズの破砕物ＣＬと、Ｌサイズ未満の破砕物とを選別し、二段目のメッシュコンベア４２でＳサイズの破砕物ＣＳと微粉ＣＰとを選別することができる。
【００１７】
各破砕手段１０，２０は、図２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が、ロール３の回転軸線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いる。
【００１８】
各ロール３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３１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３１の両端部にねじ穴３２が設けられ、これら平坦面３１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。
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の平坦面３１に当接する短冊状の固定カバー７と、この固定カバー７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、超硬合金により、図６及び図９に示すように、柱状部５３とその基端部で拡径する若干の厚さのつば部５４とが一体に形成された形状とされている。柱状部５３は、その先端面５５が球面状に形成されるとともに、側面５６が円錐面状又は円柱面状に形成されている。つば部５４は、円形板の両側部を柱状部５３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５７が１８０°反対向きに形成されている。
【００１９】
また、固定カバー７は、ロール３の平坦面３１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７１が貫通状態に形成され、両端部にねじ挿通孔７２が形成されている（図５参照）。これら破砕歯固定孔７１は、図５に示すように、固定カバー７の厚さの半分までが破砕歯５の柱状部５３の基端部の側面形状に対応した断面円形の嵌合孔７３とされ、残りの半分が破砕歯５のつば部５４に対応して平面部７４を有する拡径部７５とされている。そして、破砕歯５は、固定カバー７の嵌合孔７３に柱状部５３を嵌合した状態でつば部５４が拡径部７５に嵌合し、固定カバー７の平面部７４とつば部５４の平面部５７とが当接することにより、固定カバー７に回り止めされた状態に保持される。
この場合、この固定カバー７は拡径部７５をロール３表面に向け、嵌合孔７３から破砕歯５の柱状部５３を突出させた状態として、ロール３の各平坦面３１に重ねられ、その両端部がねじ３３によりロール表面に固定される。
【００２０】
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及び図８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。
１次破砕手段１０の両ロール３に設けられる各破砕歯５は、つば部５４から破砕歯の先端までの突出高さが高い破砕歯５Ｌと、突出高さの低い破砕歯５Ｓの二種類で構成されている。各破砕歯５Ｌ，５Ｓは、図６に示すように、柱状部５３の側面５６が、つば部５４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球面状に形成された先端面５５に連続する円錐面状に形成されている。この場合、柱状部５３の基端部に位置する、側面５６の円柱面状部分５６ａは、固定カバー７に取り付けた際に、固定カバー７の表面から突出しない程度の長さに形成される。
【００２１】
また、突出高さの異なる二種類の破砕歯５Ｌ，５Ｓは、図４に示すように、ロール３の周方向に同じ突出高さの破砕歯が隣接しないように、隣接する破砕歯ユニット８ごとに高さの高い破砕歯５Ｌ又は高さの低い破砕歯５Ｓが配列されている。これら破砕歯５Ｌ，５Ｓが設けられた破砕歯ユニット８が、ロール３の周方向に交互に取り付けられて、高さの高い破砕歯５Ｌと、高さの低い破砕歯５Ｓとが、交互に配置される。
【００２２】
一方、両ロール３の間では、図７に示すように、その対向部（両ロール３の破砕歯どうしが最も近接する位置）において両ロール３にそれぞれ設けられる高さの高い破砕歯５Ｌと高さの低い破砕歯５Ｓの先端面５５どうしが対向するように配置される。高さの高い破砕歯５Ｌと、高さの低い破砕歯５Ｓとがロール３の周方向に交互に設けられることによって、両ロール３の対向部において破砕歯５Ｌ，５Ｓの先端面５５どうしの空間位置が破砕歯５Ｌ，５Ｓの配置ごとに、ロール３の半径方向にずれて配置される。つまり、両ロール３の対向部において、矢印Ａで示す破砕歯５Ｌと破砕歯５Ｓとが対峙して形成される空間位置は、両ロール３間の中心位置よりも左側にあるが、ロール３が回転して次の破砕歯５Ｌと破砕歯５Ｓとが対峙するときには、空間位置は両ロール３間の中心位置よりも右側にずれて配置され、ロール３の回転に伴って空間位置が左右に交互にずれて配置されることとなる。
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を実線で示し、他の列の破砕歯を二点鎖線で示している。
【００２３】
また、２次破砕手段２０の両ロールに設けられる各破砕歯５Ｍは、図９に示すように、柱状部５３の先端面５５が球面状に形成され、側面５６が円柱面状に形成されている。また、各破砕歯ユニット８は、上述したように、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８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。この場合、両ロール３の間では、図１０に示すように、その対向部において両ロール３の破砕歯５Ｍの先端面５５どうしが対向するように配置されているが、図１１に示すように、両ロール３の破砕歯５Ｍの先端面５５どうしが対向しないように、周方向にずらして配置することもできる。
【００２４】
そして、この実施形態では、破砕後の多結晶シリコン破砕物のサイズとして、最大辺の長さが７ｍｍ以上４５ｍｍ以下となるＳサイズの破砕物を得るようにしており、その大きさの破砕物を得るために、各破砕手段１０，２０の破砕歯は以下のように設定されている。
１次破砕手段１０の各破砕歯５Ｌ，５Ｓにおいては、図６に示すように、柱状部５３の底面の直径Ｄ１が１４ｍｍ、先端面５５が直径６ｍｍの球面状に形成され、固定カバー７の表面から破砕歯の先端までの突出高さは、図７に示すように、高さの高い破砕歯５Ｌの突出高さＨＬが３０ｍｍ、高さの低い破砕歯５Ｓの突出高さＨＳが２０ｍｍに設定されている。また、ロール３の軸方向に隣接する破砕歯どうしの間隔Ｌ１１は２２ｍｍとされ、ロール３の回転方向に隣接する破砕歯どうしの間隔Ｌ１２は２６ｍｍとされている。さらに、両ロール３の対向部において、破砕歯５Ｌと破砕歯５Ｓとの先端面どうしの対向距離Ｇ１が１０ｍｍに設定されている。
２次破砕手段２０の各破砕歯５Ｍにおいては、柱状部５３の直径Ｄ２が１４ｍｍ（図９参照）、突出高さＨＭが２０ｍｍとされている（図１０参照）。また、ロール３の軸方向に隣接する破砕歯どうしの間隔Ｌ２１は２６ｍｍとされ、ロール３の回転方向に隣接する破砕歯どうしの間隔Ｌ２２も２６ｍｍとされている。破砕歯５Ｍの先端面どうしの対向距離Ｇ２は、１０ｍｍに設定されている。
【００２５】
また、各破砕手段１０，２０の両ロール３を収容するハウジング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。
ハウジング２内には、両ロール３の両端部にロール３の軸線４と直交して配置される一対の仕切り板９がハウジング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。これら仕切り板９は、ハウジング２に固定されており、両ロール３の半分以上を係合するように、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９１が形成され、これら切欠９１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９１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３３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９２とされ、ハウジング２の上面には、その破砕空間９２の真上に配置されるように投入口９３が設けられる。これら仕切り板９も、ハウジング２と同様にポリプロピレン等の樹脂製、あるいは金属製のもの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。
【００２６】
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、まず、１次破砕手段１０の両ロール３を回転させた状態で、ハウジング２の投入口９３から両仕切り板９の間の多結晶シリコン破砕空間９２に予め粗く破砕した適宜の大きさの多結晶シリコンＣ１を投入する。投入された多結晶シリコンは、両ロール３の破砕歯５の間で破砕されて、大部分がＬサイズおよびＳサイズの破砕物に細分化され、少量の微粉ＣＰを含む多結晶シリコン破砕物Ｃ２が生成される（１次破砕工程）。
１次破砕手段１０により破砕された多結晶シリコン破砕物は、選別手段３０によって各サイズに選別される（選別工程）。
次に、選別された多結晶シリコン破砕物のうち、サイズの大きいＬサイズの破砕物ＣＬのみが、両ロール３を回転させた状態の２次破砕手段２０の多結晶シリコン破砕空間９２に投入される。２次破砕手段２０に投入された破砕物ＣＬは、両ロール３の破砕歯５の間で破砕され、大部分がＳサイズの破砕物に生成される（２次破砕工程）。
【００２７】
このとき、１次破砕手段１０においては、各破砕歯５の側面５６を円錐面状に形成し、各破砕歯５の間に形成される空間を大きく設けていることから、破砕歯５の先端で破砕された多結晶シリコン破砕物が押しつぶされて微細化されることを回避することができる。
また、１次破砕手段１０の一対のロール３は同調して回転し、各ロール３の破砕歯５が、最も近接する位置において、破砕歯５の先端どうしが対向するように設けられていることから、各ロール３の破砕歯５は、同じ角度及びタイミングで塊状の多結晶シリコンに当接する。そのため、破砕後の多結晶シリコン破砕物のサイズを、各ロール３の各破砕歯５の間隔で形成される空間サイズ以下とすることができ、塊が押しつぶされて過度に微細化されることを回避することができる。
【００２８】
また、高さの高い破砕歯５Ｌと高さの低い破砕歯５Ｓとを交互に設けることによって、両ロール３の対向部において破砕歯５Ｌ，５Ｓの先端面５５どうしの間隔で形成される空間位置が、破砕歯５Ｌ，５Ｓの配置ごとにロール３の半径方向にずれて配置される。仮に、細長い多結晶シリコンが投入されたとしても、多結晶シリコンが狭小間隙Ｇａ（図７参照）に正確に向きを一致させた姿勢で投入され、その投入時の姿勢を維持した状態でその狭小間隙Ｇａを通過する確率は極めて低く、多結晶シリコンは周方向に隣接する破砕歯５Ｌ，５Ｓに接触して破砕される。したがって、多結晶シリコンが破砕されずに通過してしまうことを防止することができ、効率的に多結晶シリコンを所望の大きさの塊に破砕することができる。
【００２９】
２次破砕手段２０においては、各破砕歯５Ｍの側面５６を円柱面状に形成し、各破砕歯５Ｍの間隔を平行に設けており、１次破砕手段１０で破砕しきれなかったサイズの大きい多結晶シリコン破砕物を、高い確率で所望の大きさに破砕することができる。
また、各破砕手段１０，２０の各破砕歯５は、その先端面５５が球面状に形成されているので、この先端面５５と多結晶シリコンとは点接触となり、また、柱状部５３の側面５６が円錐面状又は円柱面状に形成されているので、この側面５６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はない。
【００３０】
このように、本実施形態の破砕装置１では、二段階の破砕手段を構成することにより、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、破砕時に多結晶シリコンの破砕物がすり潰されて過度に微細化されることを回避できるので、微粉が生成される割合（ロス率）を低減させることができる。
【００３１】
なお、各破砕手段１０，２０の両ロール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しており、多結晶シリコンの塊を両ロール３の間で破砕して下方に通過させることができる。
【００３２】
また、この破砕装置１においては、破砕歯５を超硬合金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３３は一般には金属製のものが用いられるが、このねじ３３は仕切り板９により多結晶シリコン破砕空間９２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９２を囲む仕切り板９、ハウジング２が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。
【００３３】
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７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７の破砕歯固定孔７１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７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。
【００３４】
図１２及び図１３は、本発明の第２実施形態を示す。第１実施形態の破砕装置１では、１次破砕手段１０において、高さの高い破砕歯５Ｌと高さの低い破砕歯５Ｓをロール３の周方向のみに交互に配列して設けていたが、第２実施形態では、図１２に示すように、高さの高い破砕歯５Ｌと高さの低い破砕歯５Ｓを、ロール３の周方向及び幅方向に交互に配列して設けた。
第２実施形態の１次破砕手段の両ロール３の間では、図１３に示すように、その対向部において両ロール３にそれぞれ設けられる高さの高い破砕歯５Ｌと高さの低い破砕歯５Ｓの先端面５５どうしが対向するように配置される。これら高さの高い破砕歯５Ｌと高さの低い破砕歯５Ｓとがロール３の周方向に交互に設けられることによって、両ロール３の対向部において破砕歯５Ｌ，５Ｓの先端面５５どうしの空間位置も破砕歯５Ｌ，５Ｓの配置ごとにロール３の半径方向にずれて配置される。
【００３５】
これにより、細長い破砕物が投入されたとしても、ロール３の周方向に隣接する破砕歯５Ｌ，５Ｓに接触して破砕されるので、破砕物が破砕されずに通過してしまうことを低減することができる。
その他の構成は、上述の実施形態のものと同じであり、共通部分に同一符号を付して説明を省略する。
【実施例】
【００３６】
次に、実施例について比較例と対比して説明する。
実施例として、図１に示す構成の破砕装置１を用いて、直径１２０ｍｍ、長さ１８００ｍｍの多結晶シリコンロッドを粗破砕して最大辺の長さが９０ｍｍ〜１１０ｍｍの塊状とした多結晶シリコンの破砕を行った。また、比較例として、破砕装置１の１次破砕手段１０と２次破砕手段２０による破砕順序を逆にした破砕装置を構成し、多結晶シリコンの破砕を行った。つまり、比較例は、側面が円柱面状の破砕歯で１次破砕を行い、側面が円錐面状の破砕歯で２次破砕を行った。
そして、破砕工程毎に得られた多結晶シリコンの破砕物に含まれるＬサイズ、Ｓサイズ、微分の破砕物の割合を調べた。表１に結果を示す。
なお、実施例および比較例において２次破砕工程で各破砕手段に投入される多結晶シリコンは、１次破砕工程により破砕された多結晶シリコン破砕物のうち、Ｌサイズのものだけである。そのため、「２次破砕後」の結果は、１次破砕工程時に破砕されて得られたＬサイズの破砕物に対する割合を示している。
【００３７】
【表１】
【００３８】
表１からわかるように、実施例の破砕装置においては、１次破砕後の微粉の割合が低く、その後の２次破砕工程においても、微粉の割合が低く抑えられ、Ｓサイズの破砕物への変換効率が高くなっていることがわかる。
このように、１次破砕工程を円錐面状の破砕歯で行い、２次破砕工程を円柱面状の破砕歯で行うことにより、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。
【００３９】
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】
【００４０】
１ 多結晶シリコンの破砕装置
２ ハウジング
３ ロール
４ 回転軸線
５，５Ｌ，５Ｓ，５Ｍ 破砕歯
７ 固定カバー
８ 破砕歯ユニット
９ 仕切り板
１０ １次破砕手段
２０ ２次破砕手段
３１ 平坦面
３２ ねじ穴
３３ ねじ
４０ 選別手段
４１，４２ メッシュコンベア
５３ 柱状部
５４ つば部
５５ 先端面
５６ 側面
５６ａ 円柱面状部分
５７ 平面部
７１ 破砕歯固定孔
７２ ねじ挿通孔
７３ 嵌合孔
７４ 平面部
７５ 拡径部
９１ 切欠
９２ 多結晶シリコン破砕空間
９３ 投入口
【特許請求の範囲】
【請求項１】
塊状の多結晶シリコンを破砕する１次破砕手段と、前記１次破砕手段により破砕された多結晶シリコン破砕物のうち、サイズの大きい多結晶シリコン破砕物を破砕する２次破砕手段とを有しており、各破砕手段は、平行な軸線回りに互いに逆回転する一対のロール間に多結晶シリコンを挟み込んで破砕する構成とされ、各ロールには、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、前記１次破砕手段の各ロールに設けられる破砕歯は、その先端面が球面状に形成されるとともに、側面が円錐面状に形成され、前記２次破砕手段の各ロールに設けられる破砕歯は、その先端面が球面状に形成されるとともに、側面が円柱面状に形成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１次破砕手段の一対のロールは同調して回転し、各ロールの前記破砕歯が最も近接する位置において、前記破砕歯の先端どうしが対向するように設けら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１次破砕手段の両ロールに設けられる破砕歯は、高さの高い破砕歯と、高さの低い破砕歯とが少なくとも前記ロールの周方向又は幅方向に交互に設けられるとともに、両ロールの前記破砕歯どうしが最も近接する位置において、前記高さの高い破砕歯と、前記高さの低い破砕歯との先端どうしが対向するように設けら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】
塊状の多結晶シリコンを破砕する１次破砕工程と、前記１次破砕工程により破砕された多結晶シリコン破砕物を複数のサイズに選別する選別工程と、前記選別工程により破砕された多結晶シリコン破砕物のうち、サイズの大きい多結晶シリコン破砕物を破砕する２次破砕工程とを有しており、各破砕工程は、平行な軸線回りに逆回転する一対のロール間に多結晶シリコンを挟み込むことにより破砕するものであり、各ロールには、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、前記１次破砕工程では、先端面が球面状に形成されるとともに、側面が円錐面状に形成された破砕歯を有するロールにより破砕を行い、前記２次破砕工程では、先端面が球面状に形成されるとともに、側面が円柱面状に形成された破砕歯を有するロールにより破砕を行う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５】
請求項１から３に記載の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多結晶シリコン破砕物の製造方法。
【請求項１】
塊状の多結晶シリコンを破砕する１次破砕手段と、前記１次破砕手段により破砕された多結晶シリコン破砕物のうち、サイズの大きい多結晶シリコン破砕物を破砕する２次破砕手段とを有しており、各破砕手段は、平行な軸線回りに互いに逆回転する一対のロール間に多結晶シリコンを挟み込んで破砕する構成とされ、各ロールには、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、前記１次破砕手段の各ロールに設けられる破砕歯は、その先端面が球面状に形成されるとともに、側面が円錐面状に形成され、前記２次破砕手段の各ロールに設けられる破砕歯は、その先端面が球面状に形成されるとともに、側面が円柱面状に形成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１次破砕手段の一対のロールは同調して回転し、各ロールの前記破砕歯が最も近接する位置において、前記破砕歯の先端どうしが対向するように設けら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１次破砕手段の両ロールに設けられる破砕歯は、高さの高い破砕歯と、高さの低い破砕歯とが少なくとも前記ロールの周方向又は幅方向に交互に設けられるとともに、両ロールの前記破砕歯どうしが最も近接する位置において、前記高さの高い破砕歯と、前記高さの低い破砕歯との先端どうしが対向するように設けら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】
塊状の多結晶シリコンを破砕する１次破砕工程と、前記１次破砕工程により破砕された多結晶シリコン破砕物を複数のサイズに選別する選別工程と、前記選別工程により破砕された多結晶シリコン破砕物のうち、サイズの大きい多結晶シリコン破砕物を破砕する２次破砕工程とを有しており、各破砕工程は、平行な軸線回りに逆回転する一対のロール間に多結晶シリコンを挟み込むことにより破砕するものであり、各ロールには、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、前記１次破砕工程では、先端面が球面状に形成されるとともに、側面が円錐面状に形成された破砕歯を有するロールにより破砕を行い、前記２次破砕工程では、先端面が球面状に形成されるとともに、側面が円柱面状に形成された破砕歯を有するロールにより破砕を行う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５】
請求項１から３に記載の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１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１２−２３６７４６（Ｐ２０１２−２３６７４６Ａ）
【公開日】平成２４年１２月６日（２０１２．１２．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１０７７０６（Ｐ２０１１−１０７７０６）
【出願日】平成２３年５月１２日（２０１１．５．１２）
【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１２月６日（２０１２．１２．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月１２日（２０１１．５．１２）
【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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