JP6998936B2 - 多結晶シリコン加工品の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、多結晶シリコン加工品の新規な製造方法に関する。詳しくは、ジーメンス法により得られた多結晶シリコンロッドを取り扱う際に、多結晶シリコンロッド端部に存在するカーボン部材による、多結晶シリコンロッド表面のカーボン汚染を防止する工程を含む、多結晶シリコン加工品の新規な製造方法を提供するものである。

半導体あるいは太陽電池用ウェハーの原料として使用する多結晶シリコンは、通常ジーメンス法を用いて、図１に示すように、反応器１内に、種棒となる逆Ｕ字型に組まれたシリコン芯線２が、電極３に接続したカーボン部材４に保持され、該シリコン芯線表面に多結晶シリコンを析出せしめて、多結晶シリコンロッド５として得られる。その後、上記多結晶シリコンロッドを、その端部にカーボン部材が存在する状態で上記電極から取り外し、例えば図２に示すように、数本まとめて台車６で加工室まで運搬した後、上記カーボン部材を切り離す。その後、必要に応じて、多結晶シリコンロッドを適当な大きさに破砕し、また、多結晶シリコン表面に付着した汚染物を取り除くために洗浄することによって、ナゲット、カットロッド等の加工品として製品化する。

近年、多結晶シリコンの表面に対する清浄度への要求が高まっている。こうした状況を受けて、本発明者らは、多結晶シリコン加工品の製造方法においてどの操作が多結晶シリコン表面の汚染の原因となるのか調査した。その結果、多結晶シリコンロッドを反応器外へ取り出す際や台車により運搬する際等に生じる前記カーボン部材による汚染が大きな要因であることを見出した。例えば、該カーボン部材が近隣の多結晶シリコンロッド表面に直接接触する、また、ある時には、該カーボン部材が種々の部材等との接触によりその一部が割れ落ち、割れ落ちたカーボン部材の破片が多結晶シリコンロッド表面に接触することによって、その箇所にカーボンが付着してカーボン汚染を生じることが、本発明者等の確認により明らかとなった。

一方、多結晶シリコン表面におけるフッ素成分や金属等の汚染レベルを低下させる方法として、反応器内でジーメンス法による合成直後の多結晶シリコンロッドの上部からプラスチック製袋を被せ、そのまま反応器外に取り出した後、上記多結晶シリコンロッドの下部が上記プラスチック製袋からはみ出さないように密封してクリーンルームに運搬し、その後、クリーンルーム内で上記多結晶シリコンロッドを破砕し製品化する方法が提案されている（特許文献１）。こうすることによって、反応器外への取り出しの際や台車による運搬等の際における上記多結晶シリコンロッドと種々の部材等との直接的な接触を回避し、その結果、多結晶シリコンロッドの表面清浄度を維持することができるとされている。

しかしながら、前記方法のように端部にカーボン部材を含む状態で多結晶シリコンロッドを密封すると、当然カーボン部材も上記プラスチック製袋に収容されることになる。この状態で多結晶シリコンロッドを台車等により運搬すると、前記割れ落ちたカーボン部材の破片が上記プラスチック製袋内で多結晶シリコンロッド表面に接触し、カーボン汚染を生じる虞があった。また、多結晶シリコンロッド端部のカーボン部材を反応器内で除去した後に、ロッドをプラスチック製袋に収容することもあるが、カーボン部材の除去の際に、カーボンの一部が飛散し、反応器およびロッドを汚染することもある。

特開２０１５－２２９６０４号公報

従って、本発明の目的は、ジーメンス法により得られた多結晶シリコンロッドを取り扱う際に、上記多結晶シリコンロッド端部に存在するカーボン部材による、多結晶シリコンロッド表面のカーボン汚染を防止する工程を含む、多結晶シリコン加工品の新規な製造方法を提供することにある。

本発明者等は、上記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた。その結果、多結晶シリコンロッドの端部に存在するカーボン部材を被覆材により被覆することにより、上記目的を達成し得ることを見出し、本発明を完成するに至った。

即ち、本発明は、ジーメンス法による反応器内で電極に接続したカーボン部材に保持されたシリコン芯線に多結晶シリコンを析出せしめて得られた多結晶シリコンロッドを、その端部に上記カーボン部材を含む状態で取り出し、これを加工する方法において、上記多結晶シリコンロッドを上記電極から取り外し、加工するまでの間に、上記多結晶シリコンロッドの端部に存在するカーボン部材を、被覆材を用いて被覆することにより、多結晶シリコンロッドとカーボン部材とを隔離した状態で取り扱う工程を含むことを特徴とする、多結晶シリコン加工品の製造方法である。

また本発明では、前記多結晶シリコンロッドの下部を、カーボン部材とともに被覆材で被覆することが好ましい。この際には、多結晶シリコンロッドの端部から２００ｍｍ以下までの領域を被覆することが好ましい。

さらに、前記多結晶シリコンロッドの下部を、カーボン部材とともに被覆材で被覆するとともに、該多結晶シリコンロッドの上部または全体を他の被覆材で被覆することが好ましい。

また、本発明の加工方法は、カーボン部材を多結晶シリコンロッドから除去する工程を含み、この際には、カーボン部材が被覆材により被覆された状態で、カーボン部材を除去することが好ましい。

前記被覆材は、好ましくは樹脂製被覆材であり、さらに好ましくはポリエチレン製フィルムまたはバッグである。

本発明の多結晶シリコン加工品は、上記の方法により得られ、好ましくはチャンク、ナゲット、チップなどと呼ばれる多結晶シリコンの破砕品である。

本発明の製造方法は、前記カーボン部材を、被覆材を用いて被覆することにより、多結晶シリコンロッドとカーボン部材とを隔離した状態で取り扱う工程を含み、そうすることによって、前記カーボン部材による多結晶シリコンロッド表面のカーボン汚染、具体的には、多結晶シリコンロッドを反応器外へ取り出す際や台車に積載する際、その端部に存在するカーボン部材が近隣の多結晶シリコンロッド表面に直接接触することによって生じるカーボン汚染、また、多結晶シリコンロッドを台車で運搬中、上記カーボン部材の一部が割れ落ち、割れ落ちたカーボン部材の破片が台車上の多結晶シリコンロッド表面に接触することによって生じるカーボン汚染、を効果的に回避することができ、その結果、安定して清浄度の高い多結晶シリコン加工品を得ることができる。

ジーメンス法による反応器の概略図である。 台車に積載された多結晶シリコンロッドの概略図である。 反応器内において取り外された直後の多結晶シリコンロッドの概略図である。 カーボン部材を被覆材により被覆した状態の多結晶シリコンロッドの概略図である。

以下、本発明の実施形態をさらに詳細に説明する。まず、本明細書で使用する主な用語を概説する。
多結晶シリコンロッドとは、図１に示すようなジーメンス反応炉を用いて得られる多結晶シリコンの柱状物であり、シリコン芯線の表面に析出した多結晶シリコンからなる。ジーメンス法によれば、逆Ｕ字型形状で得られるが、本発明の多結晶シリコンロッドは、逆Ｕ字型形状の一部が欠けたＬ字型形状であってもよく、また棒状であってもよい。
また、多結晶シリコンロッドの端部とは、カーボン部材の上端部に接する部分である。この端部およびその近傍領域のロッドを、ロッドの「下部」と表記することもある。
多結晶シリコンロッドの上部とは、前記下部以外の部分を示し、カーボン部材からの離れた部分をいう。
また、多結晶シリコンロッドと、その端部のカーボン部材とを合わせて、「全体」と呼ぶことがある。

本発明の多結晶シリコン加工品の製造方法において、ジーメンス法により得られた多結晶シリコンロッドは、前記したように、カーボン部材に保持されたシリコン芯線表面に多結晶シリコンを析出せしめて得られる。このとき、上記シリコン芯線表面だけでなく前記カーボン部材表面にも一部多結晶シリコンが析出し、前記カーボン部材と多結晶シリコンロッドとが一体となる。そのため、析出反応後、反応器内において、上記多結晶シリコンロッドは、その端部にカーボン部材を含む状態で電極から取り外される。上記取り外された多結晶シリコンロッドは、逆Ｕ字状物（図３（ａ））であり、また、逆Ｕ字型に組まれたシリコン芯線の上部両端に対応する部分から割れた逆Ｌ字状物（図３（ｂ））や、棒状物（図３（ｃ））である。

本発明の最大の特徴は、析出反応後、前記多結晶シリコンロッドを電極から取り外し、加工するまでの間に、前記カーボン部材を被覆材により被覆することにより、該多結晶シリコンロッドと上記カーボン部材とを隔離した状態で取り扱う工程を含むことである。

本発明の多結晶シリコン加工品の製造方法において、多結晶シリコンロッドを電極から取り外し、加工するまでの間とは、反応器内において多結晶シリコンロッドをその端部にカーボン部材を含んだ状態で電極から取り外した直後から、多結晶シリコンロッドからカーボン部材が分離され接触しない状態になるまでの間を指す。本発明の効果を十分発揮するためには、多結晶シリコンロッド表面におけるカーボン汚染の原因となるカーボン部材を早い時期に被覆するほど上記汚染を回避することができるため好ましい。従って、該被覆の時期としては、反応器内において電極から多結晶シリコンロッドを取り外した時、反応器外に多結晶シリコンロッドを取り出した時、多結晶シリコンロッドを台車に降ろす時、多結晶シリコンロッドを台車上に積載した時などが挙げられるが、中でも反応器内において電極から多結晶シリコンロッドを取り外した直後が最も好ましい。

本発明の多結晶シリコン加工品の製造方法において、該多結晶シリコンロッドの端部に存在するカーボン部材を、被覆材を用いて被覆する態様は、該多結晶シリコンロッドと上記カーボン部材とを隔離した状態となる態様が全て含まれる。ここで、「隔離した状態」とは、あるロッドの表面と、他のロッド端部のカーボン部材とが直接接触しない状態を言う。たとえば、少なくともカーボン部材の表面全体を覆うとともに、前記割れ落ちたカーボン部材の破片が飛散して多結晶シリコンロッド表面に接触しないように被覆する態様が含まれる。従って、カーボン部材を、被覆材を用いて被覆する態様は、カーボン部材のみを被覆する態様（図４（ａ））、カーボン部材が存在する側の多結晶シリコンロッド下部を一部含んだ状態（図４（ｂ））で被覆する態様が挙げられる。

被覆材の材質は特に限定はされず、樹脂製、布製、紙製であってもよい。特に汚染が低く、柔軟で取扱いの容易な樹脂製被覆材が好ましく用いられる。以下では樹脂製被覆材の使用例を説明するが、樹脂製被覆材に代えて、布製、紙製の被覆材を用いてもよい。前記樹脂製被覆材を用いて前記カーボン部材を被覆する具体的な態様としては、（１）樹脂製フィルムや樹脂製バッグを使用して、カーボン部材を覆う態様、（２）樹脂製キャップを使用して、カーボン部材に装着する態様、（３）樹脂溶解液にカーボン部材を浸漬して該カーボン部材表面に被膜を形成する態様、などが挙げられる。

そのうち、（１）の態様においては、例えば、略正方形の樹脂製フィルムの中央にカーボン部材が存在する側の多結晶シリコンロッド端部を立てて置き、該樹脂製フィルムの向かい合う端同士をもちあげることでカーボン部材を包む態様、樹脂製フィルムから形成されるバッグを上記多結晶シリコンロッド端部側から被せる態様等が挙げられる。このとき、上記樹脂製フィルムをカーボン部材に密着するようにしてもよいし、樹脂製フィルムとカーボン部材との間に隙間があってもよい。ただし、樹脂製フィルムとカーボン部材との間に開口が存在する場合は、その開口から前記割れ落ちたカーボン部材の破片が飛散する虞があるため、ひもやベルト、粘着テープ等を使用して樹脂製被覆材の外側から巻き付けてカーボン部材に固定することで、上記開口を閉塞することが好ましい。その他に、帯状の樹脂製フィルムをカーボン部材に巻き付ける様にして覆う態様も挙げられる。

いずれの方法においても、前記樹脂製フィルムとしては、前記取り出しや運搬等の際に破損しない程度の機械的特性を有していれば特に限定されず、例えば、厚さが１００～１０００μｍのポリエチレン製フィルム、ポリエチレン製バッグなどが挙げられる。

また、（２）の樹脂製キャップとしては、例えば、ゴムのような弾性を有する材料からなり、前記カーボン部材が存在する側の多結晶シリコンロッド端部の形状に合わせて成形された成形体であって、一端は閉塞されているとともに、他端は開口を形成するものである。

被覆材として、樹脂製フィルム、バッグ、キャップを使用する際には、被覆材の内面（カーボン部材に接する面）および外面を予め洗浄しておくことが好ましい。洗浄は酸洗浄が好ましい。酸洗浄により、被覆材由来の汚染を低減できる。

さらに、（３）の樹脂溶解液としては、ウレタンゴム、ラテックスゴム、ブタジエン樹脂、ポリビニルアルコール、液状ブチルゴム、液状ゴム、天然ゴム、ニトリルゴム、クロロプレンゴム、酢酸ビニルゴム等から選択されるゴム素材を、テトラヒドロフラン、アセトニトリル、トリクロロエタン、トリクロロエチレン、メチレンクロライド、トルエン、キシレン等の有機溶媒に溶解したものが挙げられる。

カーボン部材が存在する側の多結晶シリコンロッド下部を一部含んだ状態（図４（ｂ）で被覆する場合には、図示したように、ロッドの被覆領域の長さＬを、多結晶シリコンロッド端部から２００ｍｍ以下とすることが好ましく、１００ｍｍ以下とすることがさらに好ましい。被覆材により包まれた領域では、その内部でカーボン部材の破片などが発生し、ロッドがカーボン汚染を受けやすい。したがって、被覆領域の長さＬを小さくすることで、カーボン汚染の少ない多結晶シリコンの収率が高められる。なお、カーボン汚染を問題としない用途であれば、被覆材に包まれた領域のロッドも使用できる。

また、前記被覆材を用いて被覆する態様は、これらに限定されるものではなく、多結晶シリコンロッドが種々の部材等に直接接触することを回避するために、多結晶シリコンロッドの下部を、カーボン部材とともに被覆材で被覆するとともに、該多結晶シリコンロッドの上部あるいは全体を他の被覆材で被覆してもよい。例えば、樹脂製フィルムから形成されるバッグを前記カーボン部材が存在する側の多結晶シリコンロッド端部に被せるとともに、さらに別の樹脂製バッグを、多結晶シリコンロッドの上部あるいは前記カーボン部材と多結晶シリコンロッドとを含む全体に被せる態様も採用される。

本発明の加工方法は、カーボン部材が被覆材により被覆された状態で、カーボン部材を除去する工程を含むことが好ましい。本発明の多結晶シリコン加工品の好ましい製造方法において、前記カーボン部材が被覆材により被覆された多結晶シリコンロッドを、前記したように、数本まとめて台車等で加工室まで運搬した後、上記カーボン部材を除去する。カーボン部材の除去は、たとえばロッドの下端部を切り落としたり、あるいはハンマー等の高硬度工具でカーボン部材を叩き落とすことで行う。このとき、上記多結晶シリコンロッドを、そのカーボン部材を上記被覆材により被覆した状態で加工室まで運搬し、その被覆した状態のまま上記カーボン部材を除去することが好ましい。カーボン部材が全て被覆材で被覆された状態で、上記カーボン部材を除去することが好ましい。さらに多結晶シリコンロッドの下部が被覆材により被覆され、かるカーボン部材が全て被覆材で被覆された状態で、上記カーボン部材を除去することが好ましい。こうすることにより、上記カーボン部材を切り離す時の衝撃や、上記切り離したカーボン部材が地面に落下する時の衝撃等により、上記カーボン部材が割れてその破片が飛散することを未然に防ぐことができるため、例えば、上記破片が加工室全体に飛散することによって生じる、多結晶シリコンロッド表面の二次的な汚染を防止することができる。

その後、上記被覆材は、多結晶シリコンロッドからカーボン部材を分離し接触しない状態にした後、必要に応じて該カーボン部材から取り外すことが好ましい。

このように、本発明の方法によれば、前記カーボン部材による多結晶シリコンロッド表面のカーボン汚染を効果的に回避することができ、その結果、安定して清浄度の高い多結晶シリコン加工品を得ることができる。
多結晶シリコン加工品としては、多結晶シリコンロッドを破砕して得られる多結晶シリコンの破砕物が挙げられる。この破砕物は、そのサイズに応じてチャンク、ナゲット、チップなどと呼ばれることがある。また多結晶シリコンロッドを柱状に切断して得られるカットロッドであってもよい。

１ 反応器
２ シリコン芯線
３ 電極
４ カーボン部材
５ 多結晶シリコンロッド
６ 台車
７ 被覆材

Claims (7)

1. ジーメンス法による反応器内で電極に接続したカーボン部材に保持されたシリコン芯線に多結晶シリコンを析出せしめて得られた多結晶シリコンロッドを、その端部に上記カーボン部材を含む状態で取り出し、これを加工する方法において、上記多結晶シリコンロッドを上記電極から取り外し、加工するまでの間に、上記多結晶シリコンロッドの端部に存在するカーボン部材を、被覆材を用いて被覆することにより、多結晶シリコンロッドとカーボン部材とを隔離した状態で取り扱う工程を含むことを特徴とする、多結晶シリコン加工品の製造方法。
2. 前記多結晶シリコンロッドの下部を、カーボン部材とともに被覆材で被覆する請求項１に記載の多結晶シリコン加工品の製造方法。
3. 前記多結晶シリコンロッドの下部を、カーボン部材とともに被覆材で被覆する際に、該多結晶シリコンロッドの端部から２００ｍｍ以下までの領域を被覆する、請求項１に記載の多結晶シリコン加工品の製造方法。
4. 前記多結晶シリコンロッドの下部を、カーボン部材とともに被覆材で被覆するとともに、該多結晶シリコンロッドの上部または全体を他の被覆材で被覆する請求項１に記載の多結晶シリコン加工品の製造方法。
5. カーボン部材が被覆材により被覆された状態で、カーボン部材を除去する工程を含む請求項１～４のいずれかに記載の多結晶シリコン加工品の製造方法。
6. 前記被覆材が樹脂製被覆材である請求項１～５のいずれかに記載の多結晶シリコン加工品の製造方法。
7. 前記樹脂製被覆材が、ポリエチレン製フィルムまたはバッグである請求項６に記載の多結晶シリコン加工品の製造方法。

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