KR19980086789A - 옵토엘렉트로닉 분급장치 - Google Patents

Abstract

반도체 재료의 옵토엘렉트로닉 분급장치(optoelectronic classification apparatus)는 분리장치(separating device)(2)와 슬라이드면(slede face)(3)을 구비하며 수평면에 대하여 그 슬라이드면(3)의 각을 조절할 수 있도록 하고, 그 분리장치(2)와 슬라이드면(3)은 각각 분급되는 반도체 재료로 된 표면을 가지며, 분급되는 반도체 재료가 낙하하는 빔통로(beam)를 형성하는 방사선원(radiation source)(5)과, 최소한 하나의 다이버터장치(diverter deuse)(8)를 제어하는 제어유닛(contral unit)(7)에 분급되는 반도체 재료의 형상을 전송하는 형상인식장치(6)로 구비한다.

Description

옵토엘렉트로닉 분급장치

본 발명은 반도체 재료의 옵토엘레트로닉 분급장치 및 그 방법에 관한 것이다.

태양 전지 또는 전자구성부품, 예로서 저장구성소자 또는 마이크로 프로세서 등의 제조에서는 고순도의 반도체 재료가 필요하다.

목적물로 되게 도입한 도판트(dopants)에서는 가장 바람직한 경우 이와같은 종류의 재료에 나타내는 불순물이 존재한다.

따라서, 유해한 불순물의 농도를 가급적 낮게 유지시키는 것이 바람직하다.

높은 레벨의 순도로 제조되는 반도체 재료라도 바람직한 제품을 얻기 위하여 더 처리할 때 다시 오염되는 것으로 자주 관찰되었다.

이 때문에, 최초 레벨의 순도를 다시 얻기 위하여 재차 복잡한 세정공정이 필요하였다.

그 반도체 재료의 결정격자에 결합되어 있는 외부 금속원자가 그 전하분포를 방해하여 그 구성부품의 성능을 최대로 감소시키거나 고장을 초래한다.

그 결과, 특히 금속 불순물에 의해 얻어진 반도체 재료의 오염은 피하도록 한다.

이것은 특히 전자산업분야에서 반도체재료를 현재까지 가장 자주 사용되었던 실리콘에 적용하였다.

고순도의 실리콘은 휘발성이 높으며, 예로서 트리클로로실란 등 증류방법을 사용하여 용이하게 정제할 수 있는 실리콘화합물의 열분해에 의해 얻어진다.

이 경우, 그 실리콘은 대표적인 직경 70~300㎜와 길이 500~2500㎜를 가진 다결정성 로드형태로 얻어진다.

대부분 그 로드를 사용하여 도가니인발 단결정, 스트립(strips)또는 시트(sheets)를 제조하거나, 다결정성 태양전지 기재를 제조하였다.

이들의 제품은 고순도의 용융 실리콘으로 제조되기 때문에, 도가니에서 고형실리콘을 융용시키는 것이 필요하다.

가급적 능률적으로 이 조작을 하기 위하여, 예로서 위에서 설명한 다결정성 로드등 용량이 큰 고형실리콘을 용융전에 미분쇄시킬 필요가 있다.

이것은 일반적으로 조(jaw)또는 압연크러셔(rolling crushers), 해머 또는 치즐(chisels)등 금속분쇄공구를 사용하여 미분쇄를 하기 때문에 반도체 재료의 표면 오염을 포함한다.

크러셔(crushers)또는 해머(ha㎜ers)등 기계공구를 사용하는 반도체 재료의 통상의 미분쇄 방법에 의해, 그 반도체 재료는 여러 가지의 프라그먼트크기로 존재한다.

프로세스 엔지니어링에 있어서, 최초의 폴리실리콘 등 여러 가지의 반도체 재료는 용융 조작할 때 소정의 프로그먼트 크기 분포에서 존재할 필요가 있다.

그 반도체 재료와 함께 그 도가니에 통과할 때 어떤 불순물도 허용할 수 없기 때문에, 그 분쇄 공정에서나 분급공정에서 그 불순물에 대하여 특히 엄격한 요구가 필요하다.

따라서, 선별장치 등 금속제 공구에서 나오는 외부물질의 원자로부터 오는 어떤 오일도 없다.

이와같은 사실에서 통상적으로 사용할 수 있는 통상의 선별장치를 제외한다.

예로서 금속제 진동스크린상에서 선별할 때 경질의 끝이 예리한 실리콘 프라그먼트는 그 스크린 저면을 크게 마모시켜, 그 실리콘 표면의 오염은 허용할 수 없는 상태로 되어, 복잡한 정제방법을 사용할 필요가 있다.

따라서, 현재 실리콘제 스크린 저면이 사용되었다.

그러나, 그 실리콘 구성 부품이 파괴될 염려가 커 수리시에 큰 비용이든다.

선별방법의 또 다른 결점은 그 실리콘 프라그먼트의 입자형상이 불균일하므로 그 스크린이 파괴될 우려가 큰데 있다.

이와같은 이유 때문에, 예로서 유체분급 등 스크린 없는 분급방법의 사용이 연구되었다.

그 필요한 절단점(cut-off point)이 수 ㎝ 범위내에 있기 때문에, 가스분급(gas classifcation)이 강구되었다.

그 이유는 이 목적에 필요로 하며, 선별되는 끝이 예리한 반도체 재료와 함께 높은 공기속도가 그 장치를 크게 마모시키기 때문이다.

수중에서의 유체분급은 제한범위에서만 이와같은 결점을 나타내나, 이 경우 그 실리콘 프라그먼트의 불균일한 입자 형상은 절단점이 대단히 정밀하지 않은 상태로 된다.

그 이유는 예로서 잎(leaf)형상의 실리콘 프라그먼트가 미세한 그 반도체 재료내에서 부유되어 침전속도가 낮아지기 때문이다(물론 이들의 형상 크기가 더 거친 입자 분급에 속하는 것을 의미하나). 더욱이 이 습식 분급방법에서 연속적인 재료 공급이 대단히 어렵다.

이와같이 위에서 설명한 모든 분급방법은 큰 결점을 나타낸다.

그 이유는 이들의 방법이 선별되는 반도체재료를 오염시키며, 블록킹시키거나 정확한 절단점이 불충분하기 때문이다.

따라서, 이 발명의 목적은 위에서 설명한 종래의 결점들을 극복한 장치 및 방법, 특히 반도체 재료가 가급적 최저의 금속원자로 오염되며, 적합하고 정밀한 절단점을 설정시킬수 있고, 가급적 적은 마모가 존재하며, 블록킹 될 수 있는 구멍이 없는 반도체 재료, 특히 실리콘의 분급 장치 및 방법을 제공하는데 있다.

이 목적은 본 발명에 의해 기대이상으로 달성되었다.

도 1 은 본 발명에 의한 장치의 개략도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 반도체 재료

2 : 분리장치(separating device)

3 : 슬라이드면(slide surface)

4 : 빔 통로(beam path)

5 : 방사선원(radiation source)

6 : 형상인식장치(shape recognition device)

7 : 제어유닛(control unit)

8 : 다이버터장치(diverter device)

9 : 분리장치(separating device)

10,11 : 회수 콘테이너(collection container)

첨부도면에 따라 본 발명의 구성을 구체적으로 설명한다.

본 발명은 반도체 재료의 옵토엘렉트로닉 분급장치에 있어서, 분리장치(separating device)(2)와 슬라이드면(slide face)(3)을 구비하여, 그 수평면에 대한 슬라이드면(3)의 각(angle)을 조절할 수 있도록 하며, 그 분리장치(2)와 슬라이드면(3)은 각각 분급되는 반도체 재료로 된 하나의 면(a face)을 가지고, 분급되는 반도체재료가 낙하하는 빔통로(beam path)를 형성하는 방사선원(radiation source)(5)과, 최초한 하나의 다이버터장치(diverter device)(8)를 제어하는 제어유닛(control cnit)(7)에 분급되는 반도체재료의 형상을 전송하는 형상인식장치(shape recognition device)(6)를 구비한 장치이다.

이 장치는 경질이며 취성(brittle)있는 반도체 재료, 예로서 입자크기에 따라 게르마늄 또는 갈륨 아세니드 등 반도체 재료의 분급의 사용에 바람직하다.

이 장치는 실리콘의 분급의 사용에 바람직하다.

이 장치는 또 반도체 재료를 2개이상의 입자크기 프랙션으로 분리하는데 사용할 수 있다.

이 장치는 분급되는 반도체 재료(1)를 우선 분리시켜 동시에 운반하는 장치, 바람직하게는 진동콘베이어(vibrating conveyor)에 통과하도록 구성되어 있다.

이 진동콘베이어는 진동시키면서 반도체 재료의 단편을 분리시켜 슬라이드면(3)방향으로 운송시키는 것이 바람직하다.

그러나, 그 진동콘베이어상에 반도체 재료를 용이하게 분리된 형상으로 설정할수도 있다.

이 슬라이드면(3)의 각(angle)은 그 수평면에 대하여 조절할 수 있도록 하여, 이것은 그 단편이 중력의 작용에 의해 하방으로 슬라이딩할 수 있게 커버링하는 면과 단편 사이의 마찰계수의 함수로서 설정한다.

그 각은 20°~ 80°, 바람직하게는 30°~ 70°의 범위로 설정한다.

분리시키면서 운반하는 이 장치(2)와 슬라이드면(3)은 분급되는 반도체 재료가 그 반도체 재료 이외에 다른 재료와 이들의 표면상에서 접촉되지 않게 구성되어 있다.

이것은 분급되는 반도체재료와 동일한 반도체 재료로 그 슬라이드면(3)과 분리시키면서 운반하는 이 장치(2)를 코팅시켜 실시하는 것이 바람직하다.

그 분리 장치(2)와 슬라이드면(3)은 적합한 반도체 재료로 전부 구성할 수도 있다.

따라서, 실리콘의 경우, 이것은 이들을 실리콘으로 코팅시킬수 있거나 실리콘으로 구성시킬수 있다는 것을 의미한다.

그 슬라이드면에서, 반도체 재료편(pieces)은 이들의 중력중심이 가급적 낮은 레벨에서 위치하도록 정렬된다.

이것은 슬라이드면(3)상을 통과한후 이들의 반도체 재료의 자유낙하를 할 때 반도체 재료의 최대 돌출표면이 방사선원(5)과 대향하고 있다는 것을 의미한다.

그 슬라이드면(3)과 다이버터장치(8)사이의 자유낙하 높이는 5㎝~20㎝, 특히 10㎝가 바람직하다.

방사선원(5)과 형상인식장치(6)는 이 낙하거리의 거의 중심에서 배열되어 있어, 반도체 재료편이 방사선원(5)과 형상인식장치(6)의 사이에서 이동한다.

그 반도체 재료편과 방사선원(5)사이의 거리는 50-120㎝, 특히 70㎝가 바람직하며, 그 반도체 재료편과 형상인식장치(6)사이의 거리는 5㎝-12㎝, 특히 6㎝가 바람직하다.

그 방사선원(5)은 레이저(laser)또는 400nm~700nm의 가시광을 발광하는 램프등 전자방사선원이 바람직하다.

이것은 적외선범위, 자외선범위 또는 X-선 범위에서 전자방사선을 방출할 수 있다.

그 형상인식 장치(6)는 가시광선, 적외선, 자외선, 또는 X-선을 검지하는 분할이 높은 센서(resolution sensor)가 바람직하며, 이것은 카메라로 구성할 수 있다.

이 센서는 제어유닛(7)에 접속되며, 그 제어유닛은 입력데이타를 평가한다.

이 제어유닛은 컴퓨터가 바람직하다.

이 제어유닛(7)은 예정 프로그램을 사용하여 최소한 하나의 다이버터장치(8)를 제어한다.

이 경우, 제어유닛(7)과 형상인식장치(6)로 구성되는 이 인식시스템은 소정의 입자크기 또는 입자크기범위를 검지할 수 있다.

적합한 입자크기 또는 입자크기범위로 얻는 다이버터장치(8)는 가스 또는 액체를 분출시킬수 있는 노즐(nozzle)이 바람직하다.

그 가스는 공기 또는 질소등 불활성가스가 바람직하며, 그 가스는 대기압이상, 바람직하게는 3-10bar, 특히 6bar 의 압력에서 분사시킬수 있다.

그 액체의 경우, 콘덕턴스가 0.14uS, 특히 0.08uS인 고순도의 물이 압력 2~20bar에서 분사되는 것이 바람직하다.

바람직한 실시예에서, 너무 큰 반도체 재료편은 압력 1500bar~5000bar, 특히 3500bar에서 물분사에 의해 미분쇄시킨다.

그 다이버터장치(8)는 그 자체를 배열시킬수 있고, 또 그 방사선원(5)의 빔통로(beam path)(4)를 통하여 그 반도체재료편이 낙하할 때 차례로 배열시켜 3-15㎜, 특히 9㎜의 간격으로 배열시킨 다수의 노즐를 구성시킬수 있다.

소정의 입자크기 또는 입자 크기범위로 분류한 반도체 재료편을 분리장치(9)를 통하여 회수콘테이너(10)에 회수시키는 것이 바람직하며, 분류되지지 아니한 반도체 재료편은 회수 콘테이너(11)에 회수된다.

그 회수콘테이너는 최소한 그 내측면에 분급된 반도체 재료로 된 표면을 갖거나, 또는 그 콘테이너가 이 반도체 재료로 구성할 수 있다.

그 반도체재료의 2가지 분리스트림은 또 다른 인식 시스템과 다이버터장치에 의해 또 다른 입자 등급으로 분리시킬수 있다.

표면파라미터(surface parameter)에 의해 분급을 동일하게 실시할 수 있다.

또 다른 분리장치(9)를 구성시켜 반도체재료를 다수의 입자 등급으로 분리하도록 하며, 이 경우 그 낙하통로는 강도가 다른 분류효과, 바람직하게는 강도가 다른 에어블라스트(air blasts)에 의해 분리된다.

이 분리장치(9)는 그 표면상에 등급 반도체재료로 구성하거나, 이 재료로 이루어지는 것이 바람직하다.

이 발명의 또 다른 목적은 본 발명에 의한 옵토엘렉트로닉 분급장치를 사용하여 반도체 재료를 옵토엘렉트로닉 분급을 하는 방법에 있어서, 그 분급되는 반도체재료를 분리장치(2)상에서 분리시키고, 슬라이드면(shide face)(3)상에서 하방으로 슬라잉(sliding)시켜, 수평면에 대하여 그 슬라이드면의 각(angle)을 조정할 수 있도록 하여, 분급되는 반도체 재료의 중력 중심을 가급적 낮게 설정하고, 반도체 재료가 슬라이드면(3)을 이탈한후에는 정렬상태에서 방사선원(5)의 빔통로(beam path)(4)을 통과하여, 형상 인식장치(6)가 분급되는 반도체 재료의 형상을 제어유닛(7)에 전송시켜, 미리 설정한 기준에 따라, 분급되는 반도체 재료를 분류하는 최소한 하나의 다이버터장치(diveter decice)(8)를 제어함을 특징으로 하는 방법을 제공한다.

본 발명에 의한 바람직한 방법에서, 미분쇄 재료(1), 이 경우 반도체 재료를 분리장치(2)에서 슬라이드면(3)쪽으로 이송시켜, 그 슬라이드면의 각을, 분급되는 반도체 재료와, 그 분급 반도체 재료가 중력의 힘으로 하방으로 슬라이딩할 수 있게 코팅한 그 표면 사이에서 마찰계수에 의해 조정한다.

이 프로세스에서, 불규칙적인 형상의 반도체 재료가 그 중력 중심이 가급적 낮은 레벨에서 설정되게 정렬한다.

즉 그 최대 돌출면이 그 슬라이드면(3)에 대향한다.

이와같이 정렬한 미분쇄 반도체재료는 그 슬라이드면(3)을 떠난후에 방사선원(5)과 형상인식장치(6)로 구성되어 있는 인식시스템과 그 방사선원(5)의 빔통로(4)를 통과하면서 이동되어 형상인식장치(6)에 의해 검지한다.

그 형상인식장치는 광학분할(optical resolution)0.1㎜~20㎜ 특히 0.5-10㎜ 를 가지며, 얻어진 데이터는 제어유닛(7)에 의해 평가한다.

그 분급되는 반도체 재료는 낙하시간 0.05초~ 1초, 특히 0.1초~0.2 초에 걸쳐 그 인식 시스템을 통과한다.

측정한 종방향 길이에 의해 발생한 편차 또는 설정분리기준에 대한 분급되는 반도체 재료의 돌출표면에 따라, 최소한 하나의 다이버터장치(diverter device)(8)가 작동하여, 그 장치가 예로서 공기분사(air jet)에 의해 극소한 모든 반도체 재료를 분류하여 이들의 원래의 낙하통로에서 편향된다(deflect).

분리장치(9)는 2개의 프랙션(fraction)을 분리시켜, 각각의 회수 콘테이너(10)(11)에서 회수한다.

본 발명에 의한 장치와 조합한 본 발명에 의한 방법은 오염없이 분급을 실시하는 잇점이 있고, 연속적으로 15㎜~150㎜의 범위로 분급하는 것이 바람직하다.

그러나, 이것은 예로서 10-20㎜의 범위로 얻거나, 일정한 입자크기의 소정의 설정 %를 얻어, 또 다른 소정의 입자크기의 %와 혼합할 수 있게 설정할수도 있다.

이와같이하여, 예로서 단결정을 인발하는 (pull)도가니에 충전하기 위하여 소정의 입자크기 분포를 필요로 하는 구매자의 요구에 따라 조절할 수 있는 소정의 비용을 정확하게 설정할 수 있다.

실시예

본 발명에 의한 옵토엘렉트로닉 분급장치의 바람직한 실시에서는 조작폭 예로서 500㎜, 광분할(optical resolution)0.5㎜, 간격 8㎜로 배치한 노즐배열로 하여, 입자 분리크기 30㎜와 예리한 절단점(sharp cut-off point)을 가진 크기가 다른 폴리실리콘 프라그먼트 파일(pile)에서 유량 1t/h 으로 분급하였다.

본 발명에 의해 가급적 최저의 금속원자로 오염되고, 가급적 적은 마모가 발생하며, 블로킹될 수 있는 구멍이 없는 반도체 재료, 특히 실리콘의 분급장치와 그 방법을 구성할 수 있다.

본 발명에 의해, 오염없이 반도체 재료의 분급(classification)을 실시할 수 있으며, 크기가 너무 큰 반도체 재료는 물분사(water jet)에 의해 미분쇄시킬수 있다.

Claims (7)

1. 반도체 재료의 옵토엘렉트로닉 분급장치(apparatus for the optoelectronic classification)에 있어서, 분리장치(separating device)(2)와 슬라이드면(slide face)(3)을 구비하여, 그 슬라이드면(3)의 수평면에 대한 각(angle)을 조정할 수 있도록 하고, 그 분리장치(2)와 슬라이드면(3)은 각각 분급되는 반도체 재료로 된 표면을 구비하며, 분급되는 반도체 재료가 낙하하는 빔통로(beam path)(4)를 형성하는 방사선원(rediation source)(5)와, 최소한 하나의 다이버터장치(diverter device)(8)를 제어하는 제어유닛(control unit)(7)에 분급되는 반도체 재료의 형상을 전송하는 형상인식장치(shape recognition device)(6)를 구비함을 특징으로 하는 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   그 슬라이드면(3)의 각은 20 °~80°임을 특징으로 하는 장치.
3. 제 1 항에 있어서, 그 분리장치(2)와 슬라이드면(3)의 표면은 실리콘으로 구성됨을 특징으로 하는 장치.
4. 반도체 재료의 옵토엘렉트로닉 분급방법에 있어서, 분급되는 반도체 재료를 분리장치(2)상에서 분리시켜, 슬라이드면(slide face)(3)상에서 하방으로 슬라이딩(sliding)하고, 수평면에 대한 슬라이드면의 각(角)을 조정할 수 있도록 하여 분급되는 반도체 재료의 중력중심이 가급적 낮게 설정하고, 그 슬라이드면을 떠난 후에는 그 반도체 재료가 정렬상태에서 방사선원(5)의 빔통로(4)를 통과하여 형상인식장치(6)가 미리 설정된 기준에 따라 분급되는 반도체 재료를 분류하는 최소한 하나의 다이버터장치(diverter devike)(8)를 제어하는 제어유닛(control unit)(7)으로 분급되는 반도체 재료의 형상을 전송시킴을 특징으로 하는 방법.
5. 제 4 항에 있어서, 그 슬라이드면의 각은 20°~80°의 범위로 설정함을 특징으로 하는 방법.
6. 제 4 항에 있어서, 그 분급되는 반도체 재료는 실리콘임을 특징으로 하는 방법.
7. 제 4 항에 있어서, 크기가 너무 큰 반도체 재료는 물분사(water jet)에 의해 추가로 미분쇄 시킴을 특징으로 하는 방법.