JP2005225691A - 高純度SiO固体の製造方法及び製造装置 - Google Patents

高純度SiO固体の製造方法及び製造装置 Download PDF

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Abstract

【課題】 高純度で生産速度の高いSiO固体の製造方法及び製造装置を提供する。
【解決手段】 SiOを含む原料及びSiを含む原料を減圧下で加熱し、SiO気体を発生させ、該SiO気体を冷却し、SiO固体を析出させることでSiO固体を製造する方法であって、原料収容容器内に前記SiOを含む原料を下層、前記Siを含む原料を上層として積層してから加熱することを特徴とするSiO固体の製造方法、及びそのための装置。
【選択図】 なし

Description

本発明は、高純度Si製造原料、Si系セラミックス製造原料、高分子フィルム蒸着用原料として利用される高純度のSiO固体を安価に、かつ生産性良く製造する方法及び製造装置に関するものである。
SiO固体を製造する際には、Si原料+SiO原料又はC原料+SiO原料の組合せで、それぞれ粉体で用いられる場合が多い(例えば、特許文献1、特許文献2)。高純度のC粉末は比較的容易に手に入るが、SiやSiO粉末はSiO気体発生効率を上げるために、一般に市販されている50〜200μm径の粉末を粉砕し、50μm以下の原料を使用する方法(特許文献3、特許文献4)がある。この場合、粉砕過程での汚染を受け、いずれの粉末も混練するので、その時の汚染も避けられない。さらに、原料の粉径が小さくなるほど、スプラッシュ現象により飛散し、析出したSiO固体への混入の可能性が高くなる。
(特許文献5)においては、スプラッシュ現象によるSiO固体への原料混入を抑えるため、原料充填箇所とSiO固体析出箇所に飛散した原料を通さずに、SiO気体のみを通過させる遮蔽板を設置すれば、金属不純物濃度が50ppm以下のSiO固体の製造が可能であるとされている。しかしながら、該発明では、原料Siとして、半導体Siウェハーを粉砕したものを使用しているにもかかわらず、SiO固体中のFe濃度は8ppm以上、さらに、数種類の不純物元素の濃度が1ppm以上となっており、原料Siより純度が低下している。この場合も、原料を粉砕する過程で汚染を受けていると考えられる。
一方、SiOを高純度化する方法として、例えば、(特許文献6)で開示される方法がある。これは、SiO気体を急冷して得られたSiO固体を1400〜1800℃で蒸留する方法である。蒸発室と捕集室からなる装置において、蒸発室に入れられたSiO固体を前記温度に加熱し、捕集室を加熱せずに減圧状態にすると、蒸発室で蒸発したSiO気体は捕集室に導入され、粉末が形成するものであるが、この方法では、蒸発室の温度で蒸発してしまう不純物も捕集室に導入されることになり、実際に純度99.9%のSiOしか得られていない。
特開昭63−103814号公報 特開平4−81524号公報 特開平6−57417号公報 特開2000−262572号公報 特開2002−194535号公報 特開昭60−215514号公報
上述したように、原料として粉体を使用すると、スプラッシュ現象により、原料自身が飛散し、SiO固体中に混入することがあり、さらに、反応率を高めるために、微細な粉体を用いようとすると、よりその可能性が高くなってしまう。原料の1つであるSiO粉末は、安価で、高純度のものが比較的容易に入手することが可能であるが、Si粉末は、純度98〜99%程度の金属Siを用いられることが多い。このSi粉末は、質量割合で数百〜数千ppmのFe、Al、Cr、Ni、Ca等の不純物が含まれており、飛散してSiO固体中に混入すると、SiO中のこれらの不純物濃度が高くなってしまう。半導体グレードのような高純度Siを用いようとしても、粉砕工程や、SiO粉との混合工程により、汚染を受けてしまうため、同様の問題が起こり、さらに、原料コストが高くなるため、大量生産に適した原料とは言えない。また、高純度C粉末も容易に入手可能であるが、スプラッシュ現象が起こると、C自身がSiO固体中の不純物となってしまうと言う問題がある。
(特許文献6)で開示される、SiOを蒸留する方法においては、SiO気体を急冷してSiO粉を析出させるため、SiO中の不純物もそのまま残留することになってしまう。
本発明は、SiOを含む原料及びSiを含む原料を減圧下で加熱し、SiO気体を発生させ、該SiO気体を冷却し、SiO固体を析出させる方法において、上記のような問題がなく、高純度で生産速度の高いSiO固体の製造方法及び製造装置を提供するものである。
本発明者らは、SiOを含む原料及びSiを含む原料を減圧下で加熱し、SiO気体を発生させ、該SiO気体を冷却し、SiO固体を析出させる方法において、スプラッシュ現象によるSiO固体への汚染を防止するために、粒状のSiOを含む原料を用い、原料温度をSiの融点以上にすることが必要であることを見出した。さらに、生産速度を高めるべく検討を行った結果、融液化されたSi原料とSiO原料との接触面積を最大にし、Si原料融液を流動化させることが有効であることがわかった。
不純物を含んだ原料から発生したSiO気体中には、蒸発した各不純物元素も気体として含まれる。原料容器内に装入され、一旦SiOを含む原料に接触したSiを含む原料の総質量に対して、その全量をSiO気化により消費させるのではなく、ある一定量に制限することで、不純物元素の気化を抑制できることがわかった。さらに、SiOを析出させる容器内に不純物元素の気体が飛来しても、SiO固体の析出温度を450℃以上とすれば不純物気体のSiO固体表面への付着率が低下し、SiO固体へ混入し難いことも判明した。
本発明は、SiOを含む原料及びSiを含む原料を減圧下で加熱し、SiO気体を発生させ、該SiO気体を冷却し、SiO固体を析出させることでSiO固体を製造する方法であって、原料収容容器内に前記SiOを含む原料を下層、前記Siを含む原料を上層として、積層してから加熱するSiO固体の製造方法と、前記Siを含む原料を融液状態に加熱してから、SiOを含む原料と接触させて反応させるSiO固体の製造方法、に関する。
本発明の製造方法においては、SiOを含む原料を0.5〜100mmの粒度範囲のものを選択し、該原料を1420〜1800℃を加熱し、このとき、Siを含む原料が、SiOを含む原料との接触反応時に流動していることが望ましい。投入された原料の使用量に関しては、Siを含む原料とSiOを含む原料との接触反応において、Siを含む原料の投入量の少なくとも5質量%を反応残渣として反応系外に排出すること、SiOを固体析出に関しては、その温度を450〜1000℃とすることが望ましい。
また、本発明は、真空ポンプを備えた減圧容器内に、Siを含む原料とSiOを含む原料を収容する容器及び該容器の加熱手段と、前記容器内のSiを含む原料の流動手段と、Siを含む原料とSiOを含む原料から生成するSiO気体を冷却固化するSiO析出部を備えたSiO固体の製造装置、に関する。
さらに、本発明は、真空ポンプを備えた減圧容器内に、Siを含む原料を収容する容器及び該容器の加熱手段と、SiOを含む原料を収容する容器及び該容器の加熱手段と、Siを含む原料とSiOを含む原料から生成するSiO気体を冷却固化するSiO析出部を備えたSiO固体の製造装置、に関する。本発明の製造装置においては、Siを含む原料を収容する容器からSiOを含む原料を収容する容器へSiを含む原料を移動させる手段が具備されていることが望ましい。
さらに、前記2つの製造装置には、反応残渣分離手段及び反応残渣回収手段を備えていることが望ましい。
本発明のSiO固体を製造する方法及び装置によれば、粉体原料を用いたときに生じるSiO固体への不純物汚染がなく、不純物濃度が高い原料を用いても、高純度のSiO固体を製造することが可能であるため、高価な高純度原料を使用する必要がなく、さらに粉砕、混練、造粒工程を省略でき、SiO固体の生産速度も大きいため、低コストで高純度SiO固体を提供することができる。
SiOを含む原料及びSiを含む原料を減圧下で加熱し、SiO気体を発生させ、該SiO気体を冷却し、SiO固体を析出させる方法において、原料収容容器内にSiOを含む原料を下層、前記Siを含む原料を上層として積層してから加熱するか、又はSiを含む原料を融液状態に加熱してからSiOを含む原料と接触させて反応させる。
不純物を含んだ原料より発生したSiO気体中には、各不純物元素の蒸気圧分の気体として含まれ、その圧力比は、
α=ΣP/PSiO ・・・ (1)
(ここで、αは各不純物元素の蒸気圧の総和とSiO気体圧力の比、Pは各不純物元素の蒸気圧、PSiOはSiO気体の圧力)
となる。同じ不純物濃度をもった原料を同じ温度で加熱する場合、各不純物元素の蒸気圧は一定であるので、原料の反応によって発生するSiO気体の圧力を高める、つまり、SiO気体を効率的に発生させることにより、上記αが小さくなるため、SiO固体中に付着混入する不純物濃度を低下することが可能である。
SiO気体を効率的に発生させるためには、Si原料とSiO原料の接触面積を大きくすることが必要である。しかしながら、粒状のSiO原料を用い、上層にSiO原料、下層にSi原料を積層して原料収容容器内に充填した場合、原料を加熱しSi原料が溶解し融液化しても、粒状のSiO原料の流動性が悪く、Si原料融液内に移動しないため、Si融液と接触するSiO原料は極僅かである。また、Si原料とSiO原料を混合して充填した場合には、粉体等の小さいサイズのSiを原料とした場合、Si原料が液滴化し、孤立してSiO原料内に担持される可能性があり、液滴化したSi原料が反応により消滅すると、その中に含まれる不純物元素は、固体になるもの以外はすべて気化することになるので、不純物元素気体の圧力が高い状態になってしまう。反対に、大きいサイズのSiを原料とした場合、Si原料が溶融して空隙になった部分はSiO原料が入り込み難いため、空隙になったままとなり、Si原料とSiO原料の接触面積を最大にすることができない。
一方、上層にSi原料、下層にSiO原料を積層して、原料収容容器内に充填すると、SiO原料は最密充填されており、融液化したSi原料が重力により下層のSiO原料に流れ込み、空隙を埋めることになるので、Si原料とSiO原料の接触面積を最大にすることができる。また、予め原料収容容器内にSiO原料のみを充填、加熱し、これに別の容器で溶解したSi原料の融液を流入させても良い。
ところで、粉体原料を用いる場合、原料の嵩密度が高く、SiO気体の通気性が悪い。また、一般的にSiとSiOのモル比を1(質量比Si:SiO=28:60)程度にすることが多く、真密度も差が無いため、SiO容量が大きく、熱伝導性が悪い。そのため、原料容器に充填された原料の内部が急激に加熱され、SiO気体が発生すると、その上部に堆積された原料がSiO気体の圧力に耐えられずに突沸する。原料の粉径が小さく軽いため、突沸した原料はSiO気体の気流に乗り飛散し、冷却固化したSiO固体に付着混入することになる。
SiO原料として、その粒度が0.5mm以上であれば、原料内部でSiO気体が急激に発生したとしても、通気性が確保されているため、原料の突沸は起こらない。一方、その粒度が100mm以上になると、Si原料の融液との接触面積が小さくなるため、生産速度が低下してしまう。
SiOを含む原料の粒度が大きいために、Si原料が固体のままだと、SiO原料との接触面積が著しく小さいため反応速度が小さく、原料温度を1420℃以上にして、Si原料を溶解することが必要である。また、1800℃超でSiもしくはSiOが存在する環境下で、耐久性を確保できる炉材がないため、この温度以下でSiO気体を発生させる。
SiO気体の生成熱は360kJ/molと大きいが、上述したように、粉体原料を使用する場合、熱伝導率が小さいため、原料温度の低下を招く。本発明では、Si原料を融液化するので、これが熱媒体となり、効率的に原料を加熱できるという点で有利である。さらに、Si原料の融液を流動させ、強制対流を発生させることで、SiO気体生成により奪われた熱を、より効率的に補うことができ、生産速度の向上に繋がる。ここで、Si原料の融液を流動させるのは、融液の原料上部からの滴下又は流し込み、機械的な攪拌及び電磁誘導による攪拌の何れかの方法、もしくは複数組み合わせる方法で行う。
不純物を含んだ原料より発生したSiO気体中には、各不純物元素がその蒸気圧分の気体として含まれる。Siと不純物との合金を溶液化した場合、その不純物の蒸気圧は、Siとの相互作用で決まる係数に、不純物単体の平衡蒸気圧とSi中に含まれる不純物のモル分率をかけた値となる。
P=Σk・P・N ・・・ (2)
(ここで、Pは不純物の系内の蒸気圧、kはSiと不純物nとの相互作用で決まる係数(理想溶液の場合1となる)、Pは不純物n単体の平衡蒸気圧、Nは不純物nのモル分率)
不純物濃度が微量であるとき、その不純物はSi原子に囲まれ、周囲から均一な相互作用を受けることになるため、k=1が成立しなくなり、例えば、Si中のFeの場合、(2)式でkFe<1となり、蒸気圧はより低くなることが知られている。つまり、Si中のFeは蒸発し難いため、SiO気体生成によりSiが消費され減少すると、Feが濃化していくことになる。
Si融液とSiOを接触させると、SiOが分解し酸素原子がSi融液中に溶け込むことが知られており、Siより酸化され易い不純物元素は酸化物に変化する。例えば、Caは、本来蒸気圧が高い元素であるが、その酸化物であるCaOの蒸気圧が低いため、Si融液中に残存することになる。
原料として、Si原料粉末を用いると、SiO気体生成で消費され、ある割合で完全に消滅するSi粉が存在する。この場合、Si粉中に含まれる不純物は原料容器内に固体として残存する以外のものは気化し、Si粉が消滅する寸前には不純物が濃化されているために、その蒸気圧が高く、SiO気体中の不純物気体の濃度が高い状態になってしまう。それに対し、Si原料融液を用いた場合、蒸発し難い不純物元素、あるいはその酸化物の蒸気圧が低い元素については、原料中に留めておくことが可能である。ただし、SiO気体発生により、Si原料融液の量が減少していくので、不純物が濃化される。したがって、原料容器内に一度投入され、SiO気体生成に寄与するSi原料融液の減少量が95%に達する前に、即ち、Si原料の投入量の少なくとも5質量%を反応残渣として系外に排出すれば、濃化残留した不純物も系外に排出されるので、生成したSiO固体への不純物汚染を防止することができる。Si原料の反応残渣は、予め原料収容容器の底部に細孔を開ける等しておき、別の容器にSi融液を移動させる。移動させた残渣は、不純物元素が気化しないよう、Siの融点以下の温度に保持し、固化する。残渣を収容する容器は、SiO気体が流入しないで、独立に排気することが可能な区域に設置されることが望ましい。この場合、残渣を固化せずに、融液のまま容器に収容しても良い。
また、反応残渣を系外に排出しない場合は、Si原料の投入量の少なくとも5質量%以下にならないところでSi原料を冷却固化し、SiO気体の発生を停止するか、あるいは新たにSi原料を投入して不純物濃度を希釈する処置を行っても良い。
しかしながら、原料中に不純物が存在している限り、不純物気体を全く発生させないようにすることは不可能である。例えば、SiO気体を断熱膨張させて、急冷することによりSiO粉体を製造する場合、低温でも非常に高い蒸気圧をもつ不純物以外のものは、大部分がSiO粉体の中にトラップされることになる。そこで、本発明者らは、各不純物元素数種類について、SiO固体中の不純物濃度の析出温度依存性について調査したところ、B、Fe、Ni、Cr等は、SiO固体表面への付着係数に温度依存性があり、析出温度が450℃以上であれば充分、SiO固体から除去できることがわかった。ただし、析出温度を高温にし過ぎると、SiO固体自体の析出率が低下するため、上限を1000℃とした。
上述した方法によるSiO固体製造を可能にすべく、第一の装置は、真空ポンプを備えた減圧容器内に、Siを含む原料とSiOを含む原料を収容する容器及び該容器の加熱手段と、前記容器内のSiを含む原料の流動手段と、Siを含む原料とSiOを含む原料から生成するSiO気体を冷却固化するSiO析出部を少なくとも備えることを特徴とするSiO固体の製造装置である。真空ポンプは、容器内を少なくともSiOの蒸気圧以下に減圧できる能力を持つものを選択し、Si及びSiO原料を1420℃超に加熱できるヒータが具備され、融液の原料上部からの滴下又は流し込める装置、融液を機械的に攪拌できる装置及び電磁誘導による攪拌が可能な装置の何れか、もしくは複数が設置されている。SiO気体を固化するSiO析出部は、450〜1000℃の範囲に制御することができ、SiO気体が原料部から析出部まで移動する空間は、少なくともSiOが固化しない1300℃以上に設定することができるようになっている。
また、真空ポンプを備えた減圧容器内の、Siを含む原料とSiOを含む原料を収容する容器から、SiO析出部までのSiO気体が存在する空間は、SiO気体が加熱手段と接触しないように壁で覆われている。原料収容容器は減圧容器内下部に設置された原料容器回転装置上に載置されており、該原料収容容器内のSiを含む原料の流動手段とは、回転による機械的な攪拌手段、さらには、電磁誘導による攪拌手段が挙げられる。SiO析出部は該減圧用器内上部に設置され、SiO気体を導入する枝管を介して接続されている。該枝管にも少なくとも1300℃以上に加熱できる加熱手段が具備されている。該SiO析出部は450〜1000℃に保持できることが必要である。該SiO析出部を断熱し、加熱された枝管からの熱伝導あるいは輻射により、前記温度範囲まで加熱することが可能であれば、該SiO析出部の外周に断熱材を設置すればよく、それが不可能である場合には、加熱手段を備えることが必要である。
第二の装置は、Siを含む原料を収容する容器及び該容器の加熱手段と、SiOを含む原料を収容する容器及び該容器の加熱手段と、Siを含む原料を収容する容器からSiOを含む原料を収容する容器へ、Siを含む原料を必要により移動させることができる装置である。Si原料を収容する容器とSiO原料を収容する容器が別々に配置され、それぞれに1420℃超に加熱できるヒータが具備されている。Si原料を収容する容器は、Si融液を傾注できる装置を備えているか、もしくは容器自体がSi原料が融解すると、その融液が自動的にSiO原料を収容する容器に流入する機能を有している。すなわち、Siを含む原料を収容する容器は、目皿付き(粒度が小さい場合)のロートなどの融液滴下容器であり、原料が融解すると目皿を通過して自動的に落下する。SiOを含む原料を収容する容器は、SiOを収容するだけではなく、落下するSi融液をも収容する容量が必要である。したがって、Siを含む原料を収容する容器はSiOを含む原料を収容する容器の上方に位置し、かつ、SiOを含む原料を収容する容器は落下するSi融液を受け得る位置であることが必要である。減圧容器およびSiO析出部は、第一の発明の場合と同じである。
第三の装置は、第一の装置又は第二の装置に原料収容容器からSi残渣を回収し、それを収容する容器が設置されているものである。原料収容容器に傾動装置が付いたもの、又は、原料収容容器の底部に細孔が開けられており、自動的にSi残渣回収容器に流入される機能を有している。Si残渣回収容器には、原料収容容器がSiO気体を発生させるための所定の温度に加熱されている際にも、Si融点以下の温度を保持できるようになっている。さらに、残渣を収容する容器が設置されている区域は、SiO気体が流入せず、独立に排気することが可能になっている。
(実施例1)
図1は、本発明を実施するための装置の一例である。直径120mm、深さ300mmのカーボン製反応原料容器12に、3〜7mmのケイ石粒13を1.2kg充填し、その上に10〜50mmの金属Si粒0.6kgを入れたSi原料容器15を置き、カーボン製下部原料室4に装入した。各原料の不純物濃度は、表1に示す通りである。原料室用チャンバー1上部と析出室用チャンバー2の接合部側の開口部を直径100mm、他端を直径50mmとした長さ500mmの石英製析出容器6に断熱材11を装着し、析出用チャンバー2内に設置した。最初に、原料室用チャンバー1と析出室用チャンバー2を備えた真空容器内を、真空ポンプで排気口3より圧力が1Pa以下になるまで排気した後、Arを導入し、チャンバー内を大気圧にし、ヒータ7、8、9の昇温を開始した。ヒータ9により析出容器6内の温度分布が650〜800℃になるように制御し、このとき、下部原料室4、上部原料室5の温度がヒータ7、8により1450℃になるよう制御した。反応原料容器12内上部に堆積された金属Si原料は溶解して、ケイ石粒13の隙間にSi原料融液が浸入した状態となる。その後、チャンバー内を真空ポンプにより排気し、下部原料室4及び上部原料室5が1650℃になるまで昇温した。このとき、原料回転装置16により、反応原料容器12を50回転/分で1分間回転、その後、1分間停止のサイクルを繰り返した。Si原料融液が流動し、Si原料融液とケイ石粒との反応により、SiO気体が発生、カーボン製枝管10を経由して析出容器6に送り込まれ、ここで、SiO固体が析出する。Si原料融液の残量が0.1kgになるまで、SiO気体を発生させ、ヒータ7の電源出力をオフにして、下部原料室4の降温を開始した。このとき、上部原料室5は1650℃、析出容器6は650〜800℃の温度範囲を保ったままにした。下部原料室4が1300℃以下になった時点で、ヒータ8、9の電源出力をオフにした。この実施例でのSiOの生産速度は38kg/m/hrで、得られたSiOの不純物濃度は表1に示される通りであった。
(実施例2)
図2の装置により、本発明を実施した。ノズルの内径5mm、長さ200mmを有するカーボン製Si原料融液滴下用容器17に、10〜50mmの金属Si粒1.0kgを装入し、上部原料室5に設置した。直径120mm、深さ300mmのカーボン製反応原料容器12に、3〜7mmのケイ石粒13を3.0kg充填し、下部原料室4に設置した。反応原料容器12の底部には、1箇所、内径1mmの長さ50mmのノズルを設けておいた。排気口19が設けられているSi原料残渣室18に、直径120mm、深さ100mmのカーボン製Si融液受け皿21を設置した。各原料は、実施例1で使用したものと同じものを使用した。原料室用チャンバー1上部と析出室用チャンバー2の接合部側の開口部を直径100mm、他端を直径50mmとした長さ500mmの石英製析出容器6に断熱材11を装着し、析出用チャンバー2内に設置した。最初に、原料室用チャンバー1と析出室用チャンバー2を備えた真空容器内を、真空ポンプで排気口3より圧力が1Pa以下になるまで排気し、ヒータ7、8、9の昇温を開始した。ヒータ9により析出容器6内の温度分布が650〜800℃になるように制御し、このとき、下部原料室4、上部原料室5の温度が、ヒータ7、8により1400℃になるよう制御した。その後、下部原料室4及び上部原料室5を1650℃に昇温した。Si原料融液滴下用容器17に装入されたSi原料14は融解し、Si原料融液20が反応原料容器12に流入する。Si原料融液がケイ石粒13と反応し、SiO気体が発生、カーボン製枝管10を経由して析出容器6に送り込まれ、ここで、SiO固体が析出する。また、反応原料容器12にも貫通穴が開けられているため、融液が少しずつSi融液受け皿21に滴下される。これにより、原料容器12内のSi原料融液20は、重力により流動していることになる。また、Si融液受け皿21の温度はSi融点以下になっているため、不純物が濃縮され、滴下したSi融液は凝固する。凝固前に気化する微量の不純物元素は、排気口19により排気される。SiO気体発生が終了した時点で、ヒータ7の電源出力をオフにして、下部原料室4の降温を開始した。このとき、上部原料室5は1650℃、析出容器6は650〜800℃の温度範囲を保ったままにした。下部原料室4が1300℃以下になった時点で、ヒータ8、9の電源出力をオフにした。この実施例でのSiOの生産速度は72kg/m/hrで、得られたSiOの不純物濃度は、表1に示される通りであった。実験終了後、Si融液受け皿21に溜まったSi量を測定したところ0.3kgであった。
(比較例1)
図3の装置により、比較実験を実施した。直径120mm、深さ300mmのカーボン製反応原料容器12に、3〜7mmのケイ石粒13を1.2kgと、10〜50mmの金属Si粒14を0.6kgとを混合して充填し、カーボン製下部原料室4に装入した。各原料は、実施例1と同じものを使用した。原料室用チャンバー1上部と析出室用チャンバー2の接合部側の開口部を直径100mm、他端を直径50mmとした長さ500mmの石英製析出容器6に、断熱材11を装着し、析出用チャンバー2内に設置した。最初に、原料室用チャンバー1と析出室用チャンバー2を備えた真空容器内を、真空ポンプで排気口3より圧力が1Pa以下になるまで排気し、ヒータ7、8、9の昇温を開始した。ヒータ9により、析出容器6内の温度分布が650〜800℃になるように制御し、このとき、下部原料室4、上部原料室5の温度が、ヒータ7、8により1400℃になるよう制御した。その後、下部原料室4及び上部原料室5が、1650℃になるまで昇温した。Si原料融液とケイ石粒との反応によりSiO気体が発生、カーボン製枝管10を経由して析出容器6に送り込まれ、ここで、SiO固体が析出する。Si原料融液の残量が0.1kgになるまで、SiO気体を発生させ、ヒータ7の電源出力をオフにして、下部原料室4の降温を開始した。このとき、上部原料室5は1650℃、析出容器6は650〜800℃の温度範囲を保ったままにした。下部原料室4が1300℃以下になった時点で、ヒータ8、9の電源出力をオフにした。この実施例でのSiOの生産速度は15kg/m/hrで、得られたSiOの不純物濃度は、表1に示される通りであった。
(比較例2)
比較例1と同じ装置を用い、析出容器6内の温度分布を300〜400℃に変えて、SiO固体を製造した。この実施例でのSiOの生産速度は15kg/m/hrで、得られたSiOの不純物濃度は、表1に示される通りであった。
Figure 2005225691
表1の結果より、本発明の実施によるSiO固体中の不純物濃度は、比較例の試料に比べて低いことがわかった。殊に、SiO固体の析出温度、系外に排出されるSi残渣量の条件を備え、かつ、Si融液をケイ石粒原料内に移動させ、Si融液がケイ石粒原料内で流動させることによって、最もSiO固体の生産速度が高い、実施例2で作製したSiO固体が最も高純度であった。
本発明を実施するSiO固体製造装置の一例を示す概念図である。 本発明を実施する別のSiO固体製造装置の概念図である。 比較例を実施するSiO固体製造装置の概念図である。
符号の説明
1 原料室用チャンバー、
2 析出室用チャンバー、
3 排気口、
4 下部原料室、
5 上部原料室、
6 析出器、
7 ヒータ、
8 ヒータ、
9 ヒータ、
10 枝管、
11 断熱材、
12 反応原料容器、
13 ケイ石粒、
14 Si原料、
15 Si原料容器、
16 原料容器回転装置、
17 Si原料融液滴下用容器、
18 Si原料残渣室、
19 排気口、
20 Si原料融液、
21 Si融液受け皿。

Claims (11)

  1. SiOを含む原料及びSiを含む原料を減圧下で加熱し、SiO気体を発生させ、該SiO気体を冷却し、SiO固体を析出させることでSiO固体を製造する方法であって、原料収容容器内に前記SiOを含む原料を下層、前記Siを含む原料を上層として積層してから加熱することを特徴とするSiO固体の製造方法。
  2. SiOを含む原料及びSiを含む原料を減圧下で加熱し、SiO気体を発生させ、該SiO気体を冷却し、SiO固体を析出させることでSiO固体を製造する方法であって、前記Siを含む原料を融液状態に加熱してから、SiOを含む原料と接触させて反応させることを特徴とするSiO固体の製造方法。
  3. 前記SiOを含む原料が0.5〜100mmの粒度範囲である請求項1又は2に記載のSiO固体の製造方法。
  4. 前記SiOを含む原料を1420〜1800℃に加熱する請求項1又は2に記載のSiO固体の製造方法。
  5. 前記Siを含む原料が、SiOを含む原料との接触反応時に流動している請求項1又は2に記載のSiO固体の製造方法。
  6. 前記Siを含む原料とSiOを含む原料との接触反応において、Siを含む原料の投入量の少なくとも5質量%を反応残渣として反応系外に排出する請求項1又は2に記載のSiO固体の製造方法。
  7. 前記SiOを固体析出させる温度が450〜1000℃である請求項1又は2に記載のSiO固体の製造方法。
  8. 真空ポンプを備えた減圧容器内に、Siを含む原料とSiOを含む原料を収容する容器及び該収容容器の加熱手段と、前記収容容器内のSiを含む原料の流動手段と、Siを含む原料とSiOを含む原料から生成するSiO気体を冷却固化するSiO析出部を少なくとも備えることを特徴とするSiO固体の製造装置。
  9. 真空ポンプを備えた減圧容器内に、Siを含む原料を収容する容器及び該Si収容容器の加熱手段と、SiOを含む原料を収容する容器及び該SiO収容容器の加熱手段と、Siを含む原料とSiOを含む原料から生成するSiO気体を冷却固化するSiO析出部を少なくとも備えることを特徴とするSiO固体の製造装置。
  10. 前記Siを含む原料を収容する容器からSiOを含む原料を収容する容器へSiを含む原料を移動させる手段を備える請求項9記載のSiO固体の製造装置。
  11. さらに、反応残渣分離手段及び反応残渣回収手段を備える請求項8〜10のいずれか1項に記載のSiO固体の製造装置。
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