JP2011121049A - Silicon recycling system and silicon recycling method - Google Patents

Silicon recycling system and silicon recycling method Download PDF

Info

Publication number
JP2011121049A
JP2011121049A JP2010252730A JP2010252730A JP2011121049A JP 2011121049 A JP2011121049 A JP 2011121049A JP 2010252730 A JP2010252730 A JP 2010252730A JP 2010252730 A JP2010252730 A JP 2010252730A JP 2011121049 A JP2011121049 A JP 2011121049A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
silicon
temperature
heating
melting
solid content
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2010252730A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Koichi Kamisako
浩一 上迫
Tadashi Saito
忠 齋藤
Marwan Dhamrin
ダムリン マルワン
Toshinori Mori
俊謙 森
Naohisa Iwamoto
直久 岩本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tokyo University of Agriculture and Technology NUC
Original Assignee
Tokyo University of Agriculture and Technology NUC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tokyo University of Agriculture and Technology NUC filed Critical Tokyo University of Agriculture and Technology NUC
Priority to JP2010252730A priority Critical patent/JP2011121049A/en
Publication of JP2011121049A publication Critical patent/JP2011121049A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02WCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W30/00Technologies for solid waste management
    • Y02W30/20Waste processing or separation
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02WCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W30/00Technologies for solid waste management
    • Y02W30/50Reuse, recycling or recovery technologies
    • Y02W30/82Recycling of waste of electrical or electronic equipment [WEEE]

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a silicon recycling system capable of recycling waste silicon with high efficiency, economy and safety under a simple processing process. <P>SOLUTION: The silicon recycling system 10 includes a silicon ingot processing apparatus 17, a solid-liquid separator 18, a heat and baking treatment apparatus 19, a heat and melting means 20, and a one-way coagulation means 21. The heat and burning treatment apparatus 19 burns a silicon solid contents at heating temperatures between room temperature and 300°C, 300°C and 850°C, and 850°C and 1,200°C in the presence of inert gas or oxygen gas or under a vacuum condition. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、太陽電池用或は半導体デバイス用シリコンウエーハを製造する時に、マルチワイヤーソーを使用してシリコンインゴットをスライスする際に大量に発生するシリコン紛体或はシリコン粒体を再生して、太陽電池用或は半導体デバイス用シリコンウエーハの原材料として再利用する為のシステム及びその方法に関するものである。   The present invention regenerates silicon powder or silicon particles generated in large quantities when a silicon ingot is sliced using a multi-wire saw when manufacturing a silicon wafer for a solar cell or a semiconductor device. The present invention relates to a system and method for reusing it as a raw material for silicon wafers for batteries or semiconductor devices.

太陽電池用或は半導体デバイス用シリコンウエーハを製造する場合には、極めて高純度のシリコンインゴットを使用する必要があるが、シリコンの原料代が高価であるのに加えて、近年に於ける環境問題の対策として太陽光発電が脚光をあびており、更に日本政府の政策による後押しもあって、太陽電池の需要が急騰している。
その結果、高純度のシリコンの供給が逼迫すると共に当該シリコンの原料価格も更に上昇する傾向が見られる。
その為、高純度のシリコンの生産を増加させ、太陽電池の製造価格を安定化させる必要性が高まってきている。
When manufacturing silicon wafers for solar cells or semiconductor devices, it is necessary to use extremely high-purity silicon ingots, but in addition to the cost of raw materials for silicon, environmental problems in recent years As a countermeasure against this, solar power generation is in the spotlight, and further supported by the Japanese government's policies, the demand for solar cells has soared.
As a result, the supply of high-purity silicon is tightened and the raw material price of the silicon tends to rise further.
Therefore, there is an increasing need to increase the production of high-purity silicon and stabilize the manufacturing price of solar cells.

一方、従来から、シリコンインゴットを研削加工して太陽電池用或は半導体デバイス用シリコンウエーハを製造する場合に、シリコンの切削屑が大量に発生するが、係る切削屑には、切削時に使用される有機溶媒から発生する有機物や切削部材から発生する各種の金属や炭化珪素(SiC)などの不純物が含まれており、その分離操作は複雑でコストが掛かる関係から、殆どのシリコン切削屑(シリコンスラッジ、シリコンスラリー等)は廃棄処分されているのが実情である。   On the other hand, when silicon ingots are conventionally ground to produce silicon wafers for solar cells or semiconductor devices, a large amount of silicon cutting waste is generated, but such cutting waste is used during cutting. It contains impurities such as organic materials generated from organic solvents, various metals generated from cutting members and silicon carbide (SiC), and the separation operation is complicated and costly. In fact, silicon slurries etc. are disposed of.

係る状況下で、従来から当該シリコン切削屑を処理して高純度のシリコンを抽出し、それを再生して太陽電池用或は半導体デバイス用の原料として再利用しようとする技術開発が行われてきているが、種々の問題や制約から実生産に結びついているものは、少ない。   Under such circumstances, technology development has been conducted so far to treat the silicon cutting waste to extract high-purity silicon and recycle it as a raw material for solar cells or semiconductor devices. However, there are few things that are linked to actual production due to various problems and limitations.

例えば、太陽電池用或は半導体デバイス用シリコンウエーハを製造する為に、従来から高純度のシリコンで形成されたシリコンインゴットを、マルチワイヤーソーを使用してスライス加工を施し、複数枚のシリコンのウエーハを同時に形成する方法が、例えば特許文献1(特開平2003−159642号公報)或は後記する非特許文献1等に示されている様に、一般的に使用されている。   For example, in order to manufacture silicon wafers for solar cells or semiconductor devices, a silicon ingot conventionally formed of high-purity silicon is sliced using a multi-wire saw, and a plurality of silicon wafers are produced. A method of forming the two at the same time is generally used as disclosed in, for example, Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2003-159642) or Non-Patent Document 1 described later.

係る従来のシリコンインゴットスライス技術は、一般的に図2に示す様な構成を有しており、具体的には、図2に示す様に、シリコンブロック1が下降し、ワイヤーソー4に接触しスライス加工が実行される構造となっている。   Such a conventional silicon ingot slicing technique generally has a configuration as shown in FIG. 2, and specifically, as shown in FIG. 2, the silicon block 1 descends and contacts the wire saw 4. The slice processing is executed.

上記構成をより詳細に説明するならば、ワイヤーソー4が、複数のガイドローラ5に設けた溝中を一方向或いは双方向に移動する。スライスされるシリコンインゴットであるシリコンブロック1は接着剤3により適宜の強度を持った炭素系材料で構成されたビーム2に固定される。   If the said structure is demonstrated in detail, the wire saw 4 will move in the groove | channel provided in the several guide roller 5 to one direction or both directions. A silicon block 1 which is a silicon ingot to be sliced is fixed to a beam 2 made of a carbon-based material having an appropriate strength by an adhesive 3.

係る構成に於いて、回転するガイドローラ5の位置を固定し、適宜の有機溶剤からなる潤滑及び冷却用クーラントを流しながらシリコンブロック1を下降させ、ワイヤーソー4に接触させスライス加工が開始される。スライス工程の最終段階では、ワイヤーソー4は接着材部3を通り、当該ビーム2の下部をスライスする。   In such a configuration, the position of the rotating guide roller 5 is fixed, the silicon block 1 is lowered while flowing the lubricating and cooling coolant made of an appropriate organic solvent, and is brought into contact with the wire saw 4 to start the slicing process. . In the final stage of the slicing process, the wire saw 4 passes through the adhesive material part 3 and slices the lower part of the beam 2.

係る従来のシリコンインゴットのスライス技術に於いては、砥粒として炭化珪素SiC砥粒が使用されている。このマルチワイヤーソーでは、長尺のスチールワイヤーをシリコンブロック表面上で移動させて切削処理を行うが、その際、当該炭化珪素SiC砥粒を切削材として当該ワイヤーソー4の表面に適宜の接着剤で固着させて使用するか、上記した適宜の溶媒中に炭化珪素(SiC)砥粒粉を分散させたクーラントを当該切削部に連続的に供給しながら切削操作を行うものである。   In the conventional silicon ingot slicing technique, silicon carbide SiC abrasive grains are used as abrasive grains. In this multi-wire saw, a long steel wire is moved on the surface of the silicon block to perform a cutting process. At this time, an appropriate adhesive is applied to the surface of the wire saw 4 using the silicon carbide SiC abrasive grains as a cutting material. The cutting operation is performed while continuously supplying a coolant in which silicon carbide (SiC) abrasive powder is dispersed in the above-described appropriate solvent to the cutting portion.

然しながら、当該シリコンインゴットを研削する工程で発生した粉粒体状のシリコンと当該クーラントとの混合スラリー或はスラッジに、当該マルチワイヤーソー4から脱落した当該炭化珪素(SiC)砥粒粉或は当該クーラント内に混在されている当該炭化珪素(SiC)砥粒粉が多量に含まれる事になる。   However, the silicon carbide (SiC) abrasive powder dropped from the multi-wire saw 4 or the mixed slurry or sludge of the granular silicon generated in the process of grinding the silicon ingot and the coolant A large amount of the silicon carbide (SiC) abrasive powder mixed in the coolant is contained.

処で、係る炭化珪素(SiC)砥粒粉をスラリー或はスラッジから分離する事は容易ではなく、例えば、特開平5−270814号公報(特許文献2)に示される様なフィルター手段と酸化処理を組み合わせる方法或は特開平9−165212号公報(特許文献3)に示される様な磁気分離手段等を利用して機械的に分離する方法、更には、特開2004−223321号公報(特許文献4)に示されている様に、捕収剤と起泡剤とを併用して分離する方法等が従来から提案されてはいるが、工程が複雑で処理時間がかかり、従ってコストが増加するという問題があり、シリコンスラッジ或はシリコンスラリーからシリコンを回収して、シリコンウエーハの製造原料として再利用する事は実生産工程として事業化されていないのが実情である。   However, it is not easy to separate the silicon carbide (SiC) abrasive powder from the slurry or sludge. For example, the filter means and the oxidation treatment as disclosed in JP-A-5-270814 (Patent Document 2) Or a mechanical separation method using magnetic separation means as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-165212 (Patent Document 3), and further, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-223321 (Patent Document). As shown in 4), a method of separating by using a collector and a foaming agent in combination has been proposed, but the process is complicated and takes a long time, thus increasing the cost. The fact is that collecting silicon from silicon sludge or silicon slurry and reusing it as a raw material for producing silicon wafers has not been commercialized as an actual production process.

又、当該シリコンインゴットをマルチワイヤーソー4を使用してスライス加工する際に、当該シリコンインゴットを加工装置に固定する場合、当該シリコンインゴットが把持装置で変形しないように、適度の強度と硬度を持ったビーム材2が使用されるが、従来では、カーボン系の材料を主として使用するものであるため、当該ビーム材2が当該シリコンインゴットのスライス加工工程の最終段階で研削されて大量の炭素が当該スラリー或はスラッジ内に混入してしまい、その炭素の除去にも時間とコストが掛かっていた。   In addition, when slicing the silicon ingot using the multi-wire saw 4, when the silicon ingot is fixed to a processing device, the silicon ingot has an appropriate strength and hardness so that the silicon ingot is not deformed by the gripping device. Conventionally, the beam material 2 is used, but conventionally, a carbon-based material is mainly used. Therefore, the beam material 2 is ground at the final stage of the slicing process of the silicon ingot, and a large amount of carbon is applied. It was mixed in the slurry or sludge, and it took time and cost to remove the carbon.

同様に、当該ビーム材2を当該シリコンインゴット1と結合する為に有機系の接着剤を使用しているが、当該接着剤も当該シリコンインゴットのスライス加工工程の最終段階で研削されるので、有機系物質からなる粒状物が多量に該スラリー或はスラッジ内に混入してしまうので、該スラリー或はスラッジから除去すべき炭素或は酸素の量が増大する事から、上記したのと同様に処理時間及び処理コストが増大するという問題を有している。   Similarly, an organic adhesive is used to bond the beam material 2 to the silicon ingot 1, but the adhesive is also ground at the final stage of the slicing process of the silicon ingot. Since a large amount of particulate matter made of a system material is mixed in the slurry or sludge, the amount of carbon or oxygen to be removed from the slurry or sludge increases, so that the treatment is performed in the same manner as described above. It has the problem of increasing time and processing costs.

係る問題を解決する方法として、上記した特許文献1には、当該ビーム材としてシリコンインゴットと同じ特性を有するシリコン系材料で構成されたビーム材を使用する事が提案されているが、当該有機系接着剤を依然として使用することから、炭素或は酸素の発生量が増加する方向性は改善されていない。   As a method for solving such a problem, Patent Document 1 described above proposes to use a beam material made of a silicon-based material having the same characteristics as a silicon ingot as the beam material. Since the adhesive is still used, the direction of increasing the generation amount of carbon or oxygen has not been improved.

一方、当該シリコンインゴットのスライス加工工程で発生するシリコンスラリー或はシリコンスラッジには、主にワイヤーソーから分離される鉄、アルミニウム、チタン等の金属成分が不純物として混入されている場合が多く、又、一旦ドープされたシリコンから得られたシリコンインゴット或は不良品と成った半導体ウエーハから得られたシリコンインゴットには、ボロン、燐、砒素、アンチモン、金、銀、銅、ニッケル、カルシュウム等の金属不純物等が混入されている場合が多く、出発原料の如何に応じて、例えば、特開2008−115040号公報(特許文献5)等でも開示されている通り、更に係る金属不純物の除去方法を併用する必要があり、その為、更なる処理工程の増加、複雑化に加えて、処理効率が低下してコストのみ増大すると言う状況である為、従来では、廃棄されていた当該シリコンスラッジ或はシリコンスラリーの再生利用方法を実際に工業化した事実がないのが実情である。   On the other hand, the silicon slurry or silicon sludge generated in the slicing process of the silicon ingot is often mixed mainly with metal components such as iron, aluminum, and titanium separated from the wire saw as impurities. Silicon ingots obtained from doped silicon or silicon ingots obtained from defective semiconductor wafers include metals such as boron, phosphorus, arsenic, antimony, gold, silver, copper, nickel, and calcium. Impurities are often mixed, and depending on the starting material, for example, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-115040 (Patent Document 5), a method for removing such metal impurities is also used in combination. Therefore, in addition to further increase in processing steps and complexity, the processing efficiency is reduced and only the cost is reduced. Because of the situation to say that large to, in the past, have no facts were actually industrialize the recycling method of the silicon sludge or silicon slurry that had been discarded is the actual situation.

本願発明者等は、上記した多くの問題点を勘案して、従来、廃棄されていたシリコンスラッジ或はシリコンスラリー等から、高品質のシリコンインゴットを、簡易な処理工程で、効率よく、短時間で、安価に製造する方法に関して、鋭意検討を行って来た。   The inventors of the present application have taken into consideration the above-mentioned many problems, and from a silicon sludge or silicon slurry that has been conventionally discarded, a high-quality silicon ingot can be efficiently and quickly processed in a simple processing step. Therefore, intensive studies have been conducted on methods for manufacturing at low cost.

その結果、従来、その除去に多くの問題を抱えている炭化珪素(SiC)の発生を防止する方策の1つとして、従来使用されてきている、当該炭化珪素(SiC)を砥粒として使用する替わりに、当該金属性のワイヤー上にダイヤモンド砥粒をニッケルを使用して接着固化させたダイヤモンドワイヤーソーを使用する方法を採用する事を前提として、技術開発を継続してきた。   As a result, conventionally, silicon carbide (SiC), which has been conventionally used, is used as abrasive grains as one of the measures for preventing the generation of silicon carbide (SiC) that has many problems in its removal. Instead, technological development has been continued on the premise of adopting a method of using a diamond wire saw in which diamond abrasive grains are bonded and solidified using nickel on the metallic wire.

処で、当該ダイヤモンドワイヤーソーを使用する方法やダイヤモンド砥粒を含んだクーラントを当該ワイヤーソーに吹きかけて研削を行う方法は、例えば上記(特許文献1)の他に特許第3078020号公報(特許文献6)や特開2008−126341号公報(特許文献7)或は下記に示す非特許文献1に開示されているが、当該ダイヤモンドや炭素系ビーム材及び有機系接着剤及び有機系クーラントから出る炭素の量が極めて大きいので、炭素除去処理が問題となり、更にスライス時及びスライス後のシリコンスラッジの処理中にシリコンの酸化物SiOが形成され、酸素除去処理が必要となるため、上記したと同様に処理工程が複雑化と煩雑化になり、処理効率の低下や、処理時間、処理コストの増大を来たすという問題を含んでいた。 By the way, the method of using the said diamond wire saw and the method of spraying the coolant containing a diamond abrasive grain on the said wire saw, for example, patent 3078020 gazette (patent document) other than the above (patent document 1) 6), Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-126341 (Patent Document 7), or Non-Patent Document 1 shown below, carbon emitted from the diamond, the carbon-based beam material, the organic adhesive, and the organic coolant. Since the amount of carbon is extremely large, carbon removal treatment becomes a problem, and further, silicon oxide SiO 2 is formed during and after silicon sludge treatment during slicing, and oxygen removal treatment is necessary. In addition, the processing process becomes complicated and complicated, which causes problems such as reduced processing efficiency, increased processing time, and processing cost. It was.

その為、本願発明者等は、当該シリコンスラリー或いはシリコンスラッジ等に含まれる当該クーラントを構成していた有機溶剤から発生する炭素に加えて、当該ダイヤモンド及び有機系クーラントから発生する大量の炭素を如何に短時間で効率的に除去処理するかについて検討すると同時に、SiOの酸化物の発生も効率的に抑制でき、当該酸化物の酸素を効果的に除去できる処理方法について検討を行って来た。 For this reason, the inventors of the present application are not limited to the large amount of carbon generated from the diamond and organic coolant in addition to the carbon generated from the organic solvent constituting the coolant contained in the silicon slurry or silicon sludge. In addition, the present inventors have studied whether to efficiently remove the oxide in a short time, and at the same time, have been studying a treatment method that can effectively suppress the generation of oxides of SiO 2 and effectively remove oxygen of the oxides .

特開平5−270814号公報Japanese Patent Laid-Open No. 5-270814 特開平9−165212号公報JP-A-9-165212 特開2004−223321号公報JP 2004-223321 A 特開2008−115040号公報JP 2008-1105040 A 特許第3078020号公報Japanese Patent No. 3078020 特開2008−126341号公報JP 2008-126341 A

“Characterization of Multicrystalline Silicon Wafers for Solar Cell Applications sliced with a Fixed Abrasive Wire,”Y.Kondo et.al.,Presented at 23rd European Photovoltaic Solar Energy Conference 2008“Characterization of Multicrystalline Line Silicon Wafers for Solar Cell Applications sliced with a Fixed Absive Wire,” Y. Kondo et. al. , Presented at 23rd European Photovoltaic Solar Energy Conference 2008

本発明は、上記した従来の問題点を改善し、簡易な処理工程の下で、効率的に且つ経済的で然も安全性の高い状態で廃棄シリコンの再生利用を図る事が可能なシリコン再生利用システム及びその方法を提供するものである。   The present invention improves the above-described conventional problems, and enables silicon recycling to be performed efficiently and economically and with a high level of safety under simple processing steps. A use system and a method thereof are provided.

本発明は、上記目的を達成するために、基本的に以下に示す様な技術構成を採用するものである。即ち、本発明に係る第1の態様としては、太陽電池用若しくは半導体デバイス用シリコンウエーハを製造するに際し、シリコンインゴットを切断、研削加工時に発生するシリコン廃材からシリコンを抽出して当該太陽電池用若しくは半導体デバイス用シリコンウエーハの製造に再利用するシリコン再生利用システムであって、当該シリコン再生利用システムは、   In order to achieve the above object, the present invention basically adopts the following technical configuration. That is, as a first aspect according to the present invention, when manufacturing a silicon wafer for a solar cell or a semiconductor device, silicon is extracted from silicon waste material generated during cutting and grinding of the silicon ingot, or for the solar cell or A silicon recycling system that is reused for the manufacture of silicon wafers for semiconductor devices, the silicon recycling system,

(1)シリコンインゴットをシリコン系物質で構成されたビーム材を介して固定するシリコンインゴット固定装置と、
当該固定手段に固定されたシリコンインゴットをダイヤモンドワイヤソーからなる切断、研削部材により切断、研削する切断、研削加工装置と、
水或は水を含む有機系物質から構成されているクーラントを当該切断、研削加工手段の切断、研削加工部に供給するクーラント供給装置と、
から構成されているシリコンインゴット加工手段と、
(2)当該シリコンインゴット加工手段により得られた脱離ダイヤモンド粒子を含むシリコンスラリー或はシリコンスラッジから、シリコン固形分を分離する固液分離手段と、
(3)当該固液分離手段から得られた残留有機物質及びダイヤモンド粒子を含むシリコン固形分を加熱焼成処理する加熱焼成処理手段と、
(4)当該加熱処理手段から得られた当該シリコン焼成物を、当該シリコンの融点以上の温度で溶融する加熱溶融手段と、
(5)当該溶融されたシリコンを一方向凝固させて、シリコンインゴットを形成する為の一方向凝固手段と、
を含む、シリコン再生利用システムであって、
(1) a silicon ingot fixing device for fixing a silicon ingot via a beam material made of a silicon-based material;
Cutting the silicon ingot fixed to the fixing means with a diamond wire saw, cutting with a grinding member, grinding, a grinding apparatus,
A coolant supply device for supplying water or an organic material containing water to the cutting, cutting of the grinding means, and a grinding portion;
A silicon ingot processing means comprising:
(2) solid-liquid separation means for separating silicon solids from silicon slurry or silicon sludge containing desorbed diamond particles obtained by the silicon ingot processing means;
(3) a heating and baking treatment means for heating and baking silicon solids containing the residual organic substance and diamond particles obtained from the solid-liquid separation means;
(4) heating and melting means for melting the silicon fired product obtained from the heat treatment means at a temperature equal to or higher than the melting point of the silicon;
(5) Unidirectional solidification means for unidirectionally solidifying the molten silicon to form a silicon ingot;
A silicon recycling system comprising:

当該システムに於ける当該加熱焼成処理手段には、残留有機物質及びダイヤモンド粒子を含むシリコン固形分を焼成する領域に不活性ガス、又は水素ガス或は酸素ガスを供給する為のガス供給制御手段若しくは当該焼成領域を真空状態とする真空発生手段と、当該シリコン固形分を焼成する領域の温度を、室温から300℃の第1の温度領域範囲、300℃から850℃の第2の温度領域範囲、及び850℃から1200℃の第3の温度領域範囲で順次制御する為の第1の温度制御手段とが設けられており、   The heating and baking treatment means in the system includes a gas supply control means for supplying an inert gas, hydrogen gas or oxygen gas to a region where silicon solids containing residual organic substances and diamond particles are burned, or A vacuum generating means for making the firing region in a vacuum state, and a temperature of the region for firing the silicon solid content, a first temperature region range from room temperature to 300 ° C., a second temperature region range from 300 ° C. to 850 ° C., And a first temperature control means for sequentially controlling in a third temperature range of 850 ° C. to 1200 ° C.,

且つ当該加熱溶融手段には、当該加熱焼成後のシリコン固形分を溶融する為に、不活性ガス又は酸素ガス、或いは水素ガスを供給するためのガス供給手段と最高温度が1500℃以上を示す予め定められた特定の温度プロファイルに従って、当該加加熱溶融手段内の加熱溶融領域内の温度を制御する為の第2の温度制御手段が設けられている事を特徴とするシリコン再生利用システムである。   The heating and melting means includes a gas supply means for supplying an inert gas, oxygen gas, or hydrogen gas, and a maximum temperature of 1500 ° C. or higher in order to melt the silicon solid content after the heating and baking. The silicon recycling system is characterized in that second temperature control means for controlling the temperature in the heating / melting region in the heating / melting means is provided in accordance with a predetermined specific temperature profile.

本願発明に於いては、特に、当該第1の温度制御手段は、少なくとも不活性ガスの存在下で、当該第1の温度領域範囲での焼成処理を実行し、少なくとも不活性ガス及び酸素の存在下で、当該第2の温度領域範囲での焼成処理を実行し、少なくとも不活性ガス及び水素の存在下で、当該第3の温度領域範囲での焼成処理を実行する様に制御されるものである事が望ましい。
又、本発明に係る第2の態様としては、太陽電池用若しくは半導体デバイス用シリコンウエーハを製造するに際し、シリコンインゴットを切断、研削加工時に発生するシリコン廃材からシリコンを抽出して当該太陽電池用若しくは半導体デバイス用シリコンウエーハの製造に再利用するシリコン再生利用方法であって、当該シリコン再生利用方法は、
In the present invention, in particular, the first temperature control means executes a firing treatment in the first temperature region range in the presence of at least an inert gas, and at least the presence of the inert gas and oxygen. Under the control, the firing process is executed in the second temperature range, and the firing process is executed in the third temperature range at least in the presence of an inert gas and hydrogen. Something is desirable.
In addition, as a second aspect of the present invention, when manufacturing a silicon wafer for a solar cell or a semiconductor device, silicon is extracted from silicon waste material generated during cutting and grinding of the silicon ingot, or for the solar cell or A silicon recycling method that is reused in the manufacture of silicon wafers for semiconductor devices, the silicon recycling method,

(1)シリコンインゴットをシリコン系物質で構成されたビーム材を介して固定するシリコンインゴット固定装置と、
当該固定手段に固定されたシリコンインゴットをダイヤモンドワイヤソーからなる切断、研削部材により切断、研削する切断、研削加工装置と、
水或は水を含む有機系物質から構成されているクーラントを当該切断、研削加工手段の切断、研削加工部に供給するクーラント供給装置と、
から構成されているシリコンインゴット加工手段と、
(2)当該シリコンインゴット加工手段により得られた脱離ダイヤモンド粒子を含むシリコンスラリー或はシリコンスラッジから、シリコン固形分を分離する固液分離手段と、
(3)当該固液分離手段から得られた残留有機物質及びダイヤモンド粒子を含むシリコン固形分を加熱焼成処理する加熱焼成処理手段と、
(4)当該加熱処理手段から得られた当該シリコン焼成物を、当該シリコンの融点以上の温度で溶融する加熱溶融手段と、
(5)当該溶融されたシリコンを一方向凝固させて、シリコンインゴットを形成する為の一方向凝固手段と、
を含む、シリコン再生利用システムに於いて、
(1) a silicon ingot fixing device for fixing a silicon ingot via a beam material made of a silicon-based material;
Cutting the silicon ingot fixed to the fixing means with a diamond wire saw, cutting with a grinding member, grinding, a grinding apparatus,
A coolant supply device for supplying water or an organic material containing water to the cutting, cutting of the grinding means, and a grinding portion;
A silicon ingot processing means comprising:
(2) solid-liquid separation means for separating silicon solids from silicon slurry or silicon sludge containing desorbed diamond particles obtained by the silicon ingot processing means;
(3) a heating and baking treatment means for heating and baking silicon solids containing residual organic substances and diamond particles obtained from the solid-liquid separation means;
(4) heating and melting means for melting the silicon fired product obtained from the heat treatment means at a temperature equal to or higher than the melting point of the silicon;
(5) Unidirectional solidification means for unidirectionally solidifying the molten silicon to form a silicon ingot;
In a silicon recycling system, including

当該加熱焼成処理手段に於いて、残留有機物質及びダイヤモンド粒子を含むシリコン固形分を、不活性ガス又は水素ガス或は酸素ガスの存在下、若しくは真空状態下で、室温から300℃の第1の温度領域範囲、300℃から850℃の第2の温度領域範囲、及び850℃から1200℃の第3の温度領域範囲で順次制御された温度条件で焼成すると共に、当該加熱溶融手段に於いては、最高温度が1500℃以上を示す予め定められた特定の温度プロファイルに従って、当該焼成後の当該シリコン固形分を加熱溶融した後、一方向凝固処理する事を特徴とするシリコン再生利用方法である。   In the heating and baking treatment means, a silicon solid content containing residual organic substances and diamond particles is converted into a first temperature of room temperature to 300 ° C. in the presence of an inert gas, hydrogen gas or oxygen gas, or in a vacuum state. In the heating and melting means, firing is performed under temperature conditions sequentially controlled in a temperature region range, a second temperature region range of 300 ° C. to 850 ° C., and a third temperature region range of 850 ° C. to 1200 ° C. The silicon recycling method is characterized by heat-melting the silicon solid content after the firing in accordance with a predetermined specific temperature profile indicating a maximum temperature of 1500 ° C. or higher and then performing a unidirectional solidification treatment.

本発明は、上記した様な技術構成を採用した結果、従来の廃棄シリコンの再生利用方法に比較して、簡易な処理工程の下で、効率的に且つ経済的で然も安全性の高い状態で廃棄シリコンの再生利用を図る事が可能なシリコン再生利用システム及びシリコン再生利用方法が提供される。   As a result of adopting the above-described technical configuration, the present invention is an efficient, economical and yet highly safe state under a simple processing process as compared with the conventional recycling method of waste silicon. Thus, a silicon recycling system and a silicon recycling method capable of recycling waste silicon are provided.

図1(A)は、本発明に係るシリコン再生利用システムの構成を説明するブロック図であり、図1(B)は、本発明に係る加熱焼成装置の一具体例の構成を説明する図である。FIG. 1A is a block diagram illustrating a configuration of a silicon recycling system according to the present invention, and FIG. 1B is a diagram illustrating a configuration of a specific example of a heating and baking apparatus according to the present invention. is there. 図2は、ワイヤーソーを用い、シリコンブロックをスライス加工する状態を説明する図である。FIG. 2 is a diagram illustrating a state in which a silicon block is sliced using a wire saw. 図3は、シリコンスラッジを固液分離した後のシリコン固形分を焼成する際の焼成温度とシリコン固形分の重量変化の関係を示すグラフである。FIG. 3 is a graph showing the relationship between the firing temperature and the change in weight of the silicon solids when the silicon solids after the silicon sludge is solid-liquid separated are fired. 図4は、本発明に於ける各手段或は各装置の配置形状の例を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing an example of an arrangement shape of each means or each device in the present invention. 図5は、本発明に於けるシリコン焼成体を加熱溶融処理する際に使用される加熱温度プロファイルの一例を示すものである。FIG. 5 shows an example of a heating temperature profile used when the silicon fired body in the present invention is heated and melted. 図6は、シリコンスラッジを焼成する際に有機物が除去される程度を示したグラフである。FIG. 6 is a graph showing the degree to which organic substances are removed when baking silicon sludge.

本発明に係るシリコン再生利用システムの具体例を、図面を参照しながら以下にて説明する。
即ち、図1は、本発明に係るシリコン再生利用システムの一具体例の構成を示すブロック図であり、図中、太陽電池用若しくは半導体デバイス用シリコンウエーハを製造するに際し、シリコンインゴットを切断、研削加工時に発生するシリコン廃材からシリコンを抽出して当該太陽電池用及び/又は半導体デバイス用シリコンウエーハの製造に再利用するシリコン再生利用システム10であって、当該シリコン再生利用システム10は、シリコンインゴット11をシリコン系物質で構成されたビーム材12を介して固定保持する機能を有するシリコンインゴット固定装置14と、当該シリコンインゴット固定手段14に固定されたシリコンインゴット11をダイヤモンドワイヤソー4からなる切断、研削部材により切断、研削する切断、研削加工装置15と、水或は水を含む有機系物質から構成されているクーラントを当該切断、研削加工手段の切断、研削加工部に供給するクーラント供給装置16と、から構成されているシリコンインゴット加工手段17と、当該シリコンインゴット加工手段17により得られたダイヤモンド粒子を含むシリコンスラリー或はシリコンスラッジから、シリコン固形分を分離する固液分離手段18と、当該固液分離手段18から得られた残留有機物質及び残留ダイヤモンド粒子を含むシリコン固形分を加熱焼成処理する加熱焼成処理手段19と、当該加熱処理手段19から得られた当該シリコン焼成物を、当該シリコンの融点以上の温度で溶融する加熱溶融手段20と、当該溶融されたシリコンを一方向凝固させて、シリコンインゴットを形成する為の一方向凝固手段21と、を含む、シリコン再生利用システム10であって、当該システム10に於ける当該加熱焼成処理手段19には、残留有機物質及び残留ダイヤモンド粒子を含むシリコン固形分を焼成する領域に不活性ガス、又は、水素ガス或は酸素ガスを供給する為のガス供給制御手段22若しくは当該焼成領域を真空状態とする真空発生手段23と、当該シリコン固形分を焼成する領域の温度を、室温から300℃の第1の温度領域範囲、300℃から850℃の第2の温度領域範囲、及び850℃から1200℃の第3の温度領域範囲で順次制御する為の第1の温度制御手段24とが設けられており、且つ当該加熱溶融手段20には、当該加熱焼成後のシリコン固形分を溶融する為に、最高温度が1500℃以上を示す予め定められた特定の温度プロファイルに従って、当該加加熱溶融手段20内の加熱溶融領域内の温度を制御する為の第2の温度制御手段25が設けられているシリコン再生利用システム10が示されている。
A specific example of the silicon recycling system according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
1 is a block diagram showing the configuration of a specific example of a silicon recycling system according to the present invention. In the figure, when manufacturing a silicon wafer for a solar cell or a semiconductor device, the silicon ingot is cut and ground. A silicon recycling system 10 that extracts silicon from silicon waste material generated during processing and reuses it in the production of silicon wafers for solar cells and / or semiconductor devices. The silicon recycling system 10 includes a silicon ingot 11. A silicon ingot fixing device 14 having a function of fixing and holding the material through a beam material 12 made of a silicon-based material, and a silicon ingot 11 fixed to the silicon ingot fixing means 14 is cut and ground by a diamond wire saw 4. Cutting, grinding by cutting, grinding Silicon ingot processing comprising a construction device 15 and a coolant supply device 16 for supplying water or an organic material containing water to the cutting, cutting of the grinding means, and supplying to the grinding portion Means 17, solid-liquid separation means 18 for separating silicon solids from silicon slurry or silicon sludge containing diamond particles obtained by the silicon ingot processing means 17, and the residue obtained from the solid-liquid separation means 18 Heat-firing treatment means 19 for heat-firing treatment of silicon solids containing organic substances and residual diamond particles, and heat-melting for melting the silicon fired product obtained from the heat-treatment means 19 at a temperature equal to or higher than the melting point of the silicon. The means 20 and the molten silicon are unidirectionally solidified to form a silicon ingot. And a unidirectional solidification means 21, wherein the heating and firing treatment means 19 in the system 10 fires silicon solids containing residual organic substances and residual diamond particles. The gas supply control means 22 for supplying an inert gas, hydrogen gas or oxygen gas to the area or the vacuum generating means 23 for making the firing area in a vacuum state, and the temperature of the area where the silicon solid content is fired First temperature control for sequentially controlling in a first temperature region range from room temperature to 300 ° C., a second temperature region range from 300 ° C. to 850 ° C., and a third temperature region range from 850 ° C. to 1200 ° C. Means 24, and the heating and melting means 20 has a predetermined maximum temperature of 1500 ° C. or higher in order to melt the silicon solid content after the heating and firing. A silicon recycling system 10 is shown in which a second temperature control means 25 is provided for controlling the temperature in the heating / melting region in the heating / melting means 20 according to the specific temperature profile.

上記本発明に於ける具体例に於いては、更に、当該固液分離手段18と当該加熱焼成処理手段19との間に、当該クーラントの有機物成分を除去する為、或は所定の金属を除去する為の第1の洗浄手段28が配置されているものであっても良い。   In the specific example of the present invention, the organic component of the coolant is removed between the solid-liquid separation means 18 and the heating and firing treatment means 19 or a predetermined metal is removed. The 1st washing means 28 for doing may be arranged.

更に、上記本発明に於ける具体例に於いては、当該加熱焼成処理手段19と当該加熱溶融手段20との間に、当該シリコン固形分に含まれる金属成分を除去する為の酸処理を行う第2の洗浄装置29及び/又は、当該加熱焼成後のシリコン固形分を溶融処理するに先立って、適宜の大きさの複数の固形物に変形させるための成型手段50が配置されているものであっても良い。   Furthermore, in the specific example of the present invention, an acid treatment is performed between the heat-firing treatment means 19 and the heat-melting means 20 for removing the metal component contained in the silicon solid content. The second cleaning device 29 and / or the molding means 50 for deforming the solid silicon content after heating and baking into a plurality of solid materials having an appropriate size is disposed prior to the melting treatment. There may be.

本発明の再生シリコン利用方法及び再生シリコン利用システムに於ける基本的技術思想は、上記した様に、SiCを実質的に発生させないようにする為に、従来のSiC系砥粒を使用したワイヤーソーに替えて、ダイヤモンドソーを使用するにあたり、大量の炭素が発生する事に対応して、如何に効率よくダイヤモンド等の炭素を低温で燃焼させると同時に、酸化物、例えばSiO等の発生を極力抑制する事を勘案して酸素の発生機会を極力回避する事にある。 As described above, the basic technical idea of the recycled silicon utilization method and the recycled silicon utilization system of the present invention is that a wire saw using conventional SiC-based abrasive grains is used so as not to substantially generate SiC. Instead of using diamond saws, how much carbon is generated in response to the generation of a large amount of carbon, and at the same time, carbon such as diamond is burned at a low temperature and at the same time the generation of oxides such as SiO 2 is as much as possible. In consideration of the control, the opportunity to generate oxygen is avoided as much as possible.

本発明に於いては、当該シリコンインゴット11をシリコン系物質で構成されたビーム材12に固定する際には、公知の有機系接着剤を使用する事ができるが、できる限り不純物が混入し難い接着剤を使用することが好ましい。   In the present invention, when fixing the silicon ingot 11 to the beam member 12 made of a silicon-based material, a known organic adhesive can be used, but impurities are hardly mixed as much as possible. It is preferable to use an adhesive.

又、本発明に於いて使用されるクーラントとしては、水を使用することも可能であるが、水溶性有機系のクーラントを使用する事が望ましく、例えば、ジエチレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール等が使用される事が望ましい。   In addition, water can be used as the coolant used in the present invention, but it is desirable to use a water-soluble organic coolant, such as diethylene glycol, polyethylene glycol, or polypropylene glycol. It is desirable to be done.

一方、本発明に於ける当該固液分離手段18は、特にその構成が限定されるものではなく、従来公知の固液分離方法を採用する事が出来る。
次に、本発明に於いて、当該固液分離手段18と当該加熱焼成処理手段19との間に、必要に応じて設けられる当該第1の洗浄手段28も有機物成分を除去する為、或は所定の金属を除去する為に従来から使用されている公知の洗浄手段が使用可能である。
On the other hand, the configuration of the solid-liquid separation means 18 in the present invention is not particularly limited, and a conventionally known solid-liquid separation method can be adopted.
Next, in the present invention, the first cleaning means 28 provided as necessary between the solid-liquid separation means 18 and the heating and baking treatment means 19 also removes organic components, or Any known cleaning means conventionally used for removing a predetermined metal can be used.

更に、本発明に於ける当該加熱焼成処理手段19は、当該固液分離手段18から得られた当該ダイヤモンド粒子を含むシリコン固形分を加熱焼成処理する事によって、当該シリコン固形分に残留している有機物質を蒸発除去すると共に、残留有機物及びダイヤモンドから発生する大量の炭素を燃焼により除去するものである。   Furthermore, the heat-firing treatment means 19 in the present invention remains in the silicon solid content by heat-firing the silicon solid content containing the diamond particles obtained from the solid-liquid separation means 18. The organic substance is removed by evaporation, and a large amount of carbon generated from the residual organic substance and diamond is removed by combustion.

そして、当該加熱焼成処理手段19には、図1(B)に示す様に、当該有機物質及びダイヤモンド粒子を含むシリコン固形分を焼成する焼成領域、例えば焼成炉30に、不活性ガス或は酸素ガス又は、水素ガスを供給する為のガス供給源31に接続されたガス供給管32と当該不活性ガス供給管32に設けられている適宜のスイッチ手段33及び当該スイッチ手段33を制御する制御手段34で構成されるガス供給制御手段22、及び/又は、当該焼成領域30を真空状態とする真空発生手段36(23)と、当該真空発生手段36に接続された減圧管37と当該減圧管37に設けられている適宜のスイッチ手段38及び当該スイッチ手段38を制御する制御手段34で構成されるものである。   Then, as shown in FIG. 1 (B), the heating and baking treatment means 19 has an inert gas or oxygen in a baking region for baking silicon solids containing the organic substance and diamond particles, for example, a baking furnace 30. A gas supply pipe 32 connected to a gas supply source 31 for supplying gas or hydrogen gas, appropriate switch means 33 provided in the inert gas supply pipe 32, and control means for controlling the switch means 33 34 and / or a vacuum generating means 36 (23) for bringing the firing region 30 into a vacuum state, a pressure reducing pipe 37 connected to the vacuum generating means 36, and the pressure reducing pipe 37 Are provided with appropriate switch means 38 and control means 34 for controlling the switch means 38.

更に、当該加熱焼成処理手段19には、当該焼成領域30内の温度を加熱するための加熱手段40と当該加熱手段40に加熱エネルギーを供給するエネルギー供給源、例えば電源41及び当該焼成領域30内の温度を調整するための加熱温度調整手段42とが設けられており、当該加熱温度調整手段42は、前記した制御手段34の制御に応答して、当該焼成領域30内の温度を調整する。   Further, the heating and baking treatment means 19 includes a heating means 40 for heating the temperature in the baking area 30 and an energy supply source for supplying heating energy to the heating means 40, such as a power source 41 and the baking area 30. The heating temperature adjusting means 42 is provided for adjusting the temperature of the heating region. The heating temperature adjusting means 42 adjusts the temperature in the firing region 30 in response to the control of the control means 34 described above.

本発明に於ける当該制御手段34は、当該スイッチ手段33、38及び当該加熱温度調整手段42を所定のプログラムの指令に基づいて、制御・操作を実行する事が可能である。
本発明に於ける当該加熱焼成処理手段19の当該焼成領域の焼成温度に関し、本願発明者等は、種々の実験に基づいて検討した結果、残留有機物及びダイヤモンドの炭素系物質を燃焼させる際に発生する、COの発生量を当該燃焼温度との関係で検討した結果、特に、図6に示す様に、例えば、アルゴンガスの様な、不活性ガスの存在下で、有機物を燃焼させた場合、100℃から200℃の間では、炭素の燃焼が促進されていることが判明し、又、例えば、アルゴンガスの様な、不活性ガスと酸素ガスの存在下で、300℃から850℃の間で燃焼させた場合に、COの発生が認められ、従って、上記温度条件領域で、残留炭素系物質が十分燃焼(酸化反応)しているものと判断される。
The control means 34 in the present invention can control and operate the switch means 33 and 38 and the heating temperature adjusting means 42 based on a command of a predetermined program.
Regarding the firing temperature of the firing region of the heating and firing treatment means 19 in the present invention, the inventors of the present application have studied based on various experiments, and as a result, the residual organic matter and the carbonaceous material of diamond are generated when burned. As a result of examining the amount of CO 2 generated in relation to the combustion temperature, in particular, as shown in FIG. 6, for example, when organic matter is burned in the presence of an inert gas such as argon gas. It is found that between 100 ° C. and 200 ° C., the combustion of carbon is promoted, and, for example, in the presence of an inert gas and oxygen gas such as argon gas, the temperature is between 300 ° C. and 850 ° C. Thus, it is determined that CO 2 is sufficiently burned (oxidation reaction) in the above temperature condition region.

即ち、本願発明者等は、固液分離されたシリコン固形分を燃焼処理するに際し、上記温度条件と雰囲気条件の下で、当該燃焼温度とSiOの発生量との関係を調べた処、図3に示す様に、当該燃焼温度が850℃を超えると当該SiOの発生量が急激に増加する事が判明した。
その結果、本発明に於いては、当該加熱焼成処理手段19の当該焼成領域30内の温度が300℃から850℃の範囲で酸素ガスと不活性ガスを供給して残留炭素系物質の焼成処理を行う事が望ましいとの知見を得たものである。
That is, the inventors of the present application examined the relationship between the combustion temperature and the generation amount of SiO 2 under the temperature condition and the atmospheric condition when the silicon solid content separated into solid and liquid was burned. As shown in FIG. 3, it was found that when the combustion temperature exceeds 850 ° C., the generation amount of the SiO 2 rapidly increases.
As a result, in the present invention, oxygen gas and inert gas are supplied in the temperature range of 300 ° C. to 850 ° C. in the baking region 30 of the heat baking processing means 19 to burn the residual carbon-based material. The knowledge that it is desirable to perform is obtained.

一方、上記焼成処理工程によって焼成されたシリコン固形分に不活性ガスの存在下に水素ガスを供給しながら、850℃から1200℃まで、温度を上昇させながら、酸化物の発生状況を分析したところ、水素ガスにより酸素が吸収されて、酸化物の発生が低減することが判明した。
具体的には、当該加熱焼成処理手段19の当該焼成領域内の温度は、常温から1200℃まで、雰囲気条件を変更しながら徐々に所定のプロファイルに沿って、上昇させるものであるが、当該温度常温から300℃の間では、主に残留有機物が除去され、それ以上の温度で、ダイヤモンドを含む残留炭素系物質が燃焼している状態となっている。
On the other hand, the state of oxide generation was analyzed while increasing the temperature from 850 ° C. to 1200 ° C. while supplying hydrogen gas in the presence of an inert gas to the silicon solid content baked by the above baking treatment step. It has been found that oxygen is absorbed by hydrogen gas and the generation of oxides is reduced.
Specifically, the temperature in the baking region of the heating and baking processing means 19 is gradually increased from room temperature to 1200 ° C. along a predetermined profile while changing the atmospheric conditions. Between room temperature and 300 ° C., residual organic substances are mainly removed, and the residual carbon-based material containing diamond is in a state of burning at a temperature higher than that.

上記から明らかな様に、本願発明に於ける当該加熱焼成処理行程では、少なくとも不活性ガスの存在下で、当該第1の温度領域範囲での焼成処理が実行され、少なくとも不活性ガス及び酸素の存在下で、当該第2の温度領域範囲での焼成処理が実行され、少なくとも不活性ガス及び水素の存在下で、当該第3の温度領域範囲での焼成処理が実行される事が望ましい。   As is apparent from the above, in the heating and baking treatment step in the present invention, the baking treatment in the first temperature range is performed at least in the presence of an inert gas, and at least the inert gas and oxygen are added. It is desirable that the firing process in the second temperature region range be performed in the presence, and the firing process in the third temperature region range be performed in the presence of at least an inert gas and hydrogen.

又、本発明に於いては、当該加熱焼成処理手段19と当該加熱溶融手段20との間に、当該シリコン固形分に含まれる金属成分を除去する為の酸処理を行う第2の洗浄装置29及び/又は、当該加熱焼成後のシリコン固形分を溶融処理するに先立って、適宜の大きさの複数の固形物に変形させるための成型手段50が配置されているものであって、係る手段は、何れも従来公知の装置、方法を使用する事が可能である。   In the present invention, the second cleaning device 29 performs an acid treatment for removing the metal component contained in the silicon solid content between the heating and baking means 19 and the heating and melting means 20. And / or prior to melting the silicon solid content after the heating and firing, a molding means 50 is arranged for transforming into a plurality of solids of an appropriate size. In any case, a conventionally known apparatus and method can be used.

更に、当該加熱焼成処理手段19は、1000℃から1100℃の間で、アルゴンと水素の混合ガスによってシリコン固形分を処理することによって、シリコン固形分に含まれるシリコン酸化物SiOから酸素を除去することが可能である。
尚、本発明に於ける当該成型手段50は、当該焼成済みのシリコン固形分を当該加熱溶融手段20に設けられている、例えば石英のるつぼ内に装填する際に、出来るだけ多くのシリコン固形分を充填させるためには、適宜の大きさの固形物にする事が望ましい。
Further, the heat treatment means 19 removes oxygen from the silicon oxide SiO 2 contained in the silicon solid content by treating the silicon solid content between 1000 ° C. and 1100 ° C. with a mixed gas of argon and hydrogen. Is possible.
In the present invention, the molding means 50 has as much silicon solid content as possible when the baked silicon solid content is loaded into, for example, a quartz crucible provided in the heating and melting means 20. In order to fill the liquid, it is desirable to make the solid material of an appropriate size.

本発明に於ける当該成型処理に於いては、加圧状態で処理する事が望ましい。
次いで、本発明に於いては、当該るつぼに充填された複数個のシリコン固形物を当該加熱溶融手段20で加熱溶融させる。この処理においてシリコンの酸化物SiOを蒸発させて、酸素を除去することができる。一方向凝固手段21に於いて、当該溶融されたシリコンを一方向凝固させて、シリコンインゴットを形成するものである。
In the molding process according to the present invention, it is desirable to process in a pressurized state.
Next, in the present invention, a plurality of silicon solids filled in the crucible are heated and melted by the heating and melting means 20. In this process, the silicon oxide SiO can be evaporated to remove oxygen. In the unidirectional solidification means 21, the molten silicon is unidirectionally solidified to form a silicon ingot.

本発明に於ける、当該加熱溶融手段20及び当該一方向凝固手段21は、何れも従来公知の方法及び装置が使用出来るものであるが、当該加熱溶融手段20に於いては、当該加熱焼成後のシリコン固形分を溶融する為に、最高温度が1600℃以上を示す予め定められた特定の温度プロファイルに従って、当該加熱溶融手段20内の加熱溶融領域内の温度を制御する為の第2の温度制御手段25が設けられている事が望ましい。当該一方向凝固手段21に於いて、図5に示すような温度プロファイルによって金属不純物の偏析による除去が可能である。   In the present invention, both the heating and melting means 20 and the unidirectional solidification means 21 can use conventional methods and apparatuses. However, in the heating and melting means 20, after the heating and baking, A second temperature for controlling the temperature in the heating and melting region in the heating and melting means 20 in accordance with a predetermined specific temperature profile in which the maximum temperature is 1600 ° C. or higher. It is desirable that a control means 25 is provided. The unidirectional solidification means 21 can remove metal impurities by segregation by a temperature profile as shown in FIG.

更に、当該加熱溶融手段20に於いて、アルゴン及び水素のガスを供給するためのガス供給制御手段が設けられている事が望ましい。これにより、加熱昇温時に水素還元反応により、シリコン酸化物SiOの酸素を除去することができる。
尚、本発明に於いては、当該加熱溶融手段20と当該一方向凝固手段21とは、同一の装置を利用する事が可能である。
Further, it is desirable that the heating and melting means 20 is provided with a gas supply control means for supplying argon and hydrogen gas. Thus, the hydrogen reduction reaction at the time of heating temperature increase, it is possible to remove the oxygen of the silicon oxide SiO 2.
In the present invention, the heating and melting means 20 and the unidirectional solidification means 21 can use the same apparatus.

即ち、本発明に於ける当該加熱溶融手段20に於いて、当該シリコン固形分を溶融するに際して、本発明者等は、鋭意検討した結果、当該溶融加熱操作の初期の段階で、加熱温度を徐々に制御しながら上昇させ、そのピーク温度を少なくとも1600℃近傍に到達させ、その後、徐々に加熱温度を低下させるような温度プロファイルに従って溶融凝固処理する事が望ましいとの知見を得た。   That is, when the silicon solid content is melted in the heating and melting means 20 in the present invention, the present inventors have intensively studied. As a result, the heating temperature is gradually increased in the initial stage of the melting and heating operation. It was found that it is desirable to melt and solidify it according to a temperature profile that causes the peak temperature to reach at least around 1600 ° C. and then gradually lowers the heating temperature.

当該ピーク温度値としては、1500℃から1850℃の間の温度が使用可能である。
一方、本発明に於いては、出来るだけ酸素の発生を少なくする状態で廃棄シリコンを処理する事が望まれているので、上記した本願発明に於けるそれぞれの手段、それぞれの段階に於けるそれぞれの処理操作は、不活性ガスの雰囲気下、或は真空状態下で実行される事が望ましい。
当該不活性ガスとしては、窒素、アルゴン等が望ましい。
As the peak temperature value, a temperature between 1500 ° C. and 1850 ° C. can be used.
On the other hand, in the present invention, it is desired to treat the waste silicon in a state in which the generation of oxygen is reduced as much as possible. Therefore, each means in the present invention described above, and each step in each stage. It is desirable that this processing operation be performed in an inert gas atmosphere or in a vacuum state.
As the inert gas, nitrogen, argon or the like is desirable.

更に、本発明に於いては、上記処理操作を確実にする為に、図4に示す様に、上記した本発明の各手段、装置の少なくとも一つは、完全密閉された空間内に配置されている事が望ましく、当該完全密閉された空間は、例えば、非通気性を持つ適宜の材料で構成された床面と密接接合された閉鎖状側壁部と当該閉鎖状側壁部の天井部を密閉して覆う上部覆い部とからなる閉鎖体51で構成されるものである。
従って、当該それぞれの閉鎖体51には、不活性ガス供給手段或は真空状態発生手段等が併設されるものである。
Furthermore, in the present invention, in order to ensure the above processing operation, as shown in FIG. 4, at least one of the above-described means and devices of the present invention is disposed in a completely sealed space. The completely sealed space is preferably sealed with a closed side wall portion that is intimately joined to a floor surface made of an appropriate material having no air permeability and a ceiling portion of the closed side wall portion. It is comprised by the closing body 51 which consists of an upper cover part covered.
Therefore, each of the closed bodies 51 is provided with an inert gas supply means or a vacuum state generation means.

更に、本発明に於いては、上記した本発明に於ける全ての手段、装置等が一つの閉鎖体52内に配備されているものであっても良い。
本発明に係る別の態様としては、太陽電池用若しくは半導体デバイス用シリコンウエーハを製造するに際し、シリコンインゴットを切断、研削加工時に発生するシリコン廃材からシリコンを抽出して当該太陽電池用若しくは半導体デバイス用シリコンウエーハの製造に再利用するシリコン再生利用方法であって、当該シリコン再生利用方法は、シリコンインゴットをシリコン系物質で構成されたビーム材を介して固定するシリコンインゴット固定装置と、当該固定手段に固定されたシリコンインゴットをダイヤモンドワイヤソーからなる切断、研削部材により切断、研削する切断、研削加工装置と、水或は水を含む有機系物質から構成されているクーラントを当該切断、研削加工手段の切断、研削加工部に供給するクーラント供給装置と、から構成されているシリコンインゴット加工手段と、当該シリコンインゴット加工手段により得られた脱離ダイヤモンド粒子を含むシリコンスラリー或はシリコンスラッジから、シリコン固形分を分離する固液分離手段と、当該固液分離手段から得られた残留有機物質及びダイヤモンド粒子を含むシリコン固形分を加熱焼成処理する加熱焼成処理手段と、当該加熱処理手段から得られた当該シリコン焼成物を、当該シリコンの融点以上の温度で溶融する加熱溶融手段と、当該溶融されたシリコンを一方向凝固させて、シリコンインゴットを形成する為の一方向凝固手段と、を含むシリコン再生利用方法に於いて、当該加熱焼成処理手段に於いて、残留有機物質及びダイヤモンド粒子を含むシリコン固形分を、不活性ガス、水素ガス或は酸素ガスの存在下、若しくは真空状態下で、室温から300℃の範囲、300℃から850℃の範囲、及び850℃から1200℃の範囲で制御された温度条件で焼成すると共に、当該加熱溶融手段に於いては、最高温度が1500℃以上を示す予め定められた特定の温度プロファイルに従って、当該焼成後の当該シリコン固形分を加熱溶融した後、一方向凝固処理する事を特徴とするシリコン再生利用方法である。
以下に、本発明に於ける、加熱温度条件の好ましい具体的な条件を検討するために、以下に示す様な実験を行った。
Further, in the present invention, all the means, devices, etc. in the present invention described above may be provided in one closing body 52.
As another aspect of the present invention, when manufacturing silicon wafers for solar cells or semiconductor devices, silicon is extracted from silicon waste material generated during cutting and grinding of silicon ingots, and for the solar cells or semiconductor devices. A silicon recycling method that is reused for manufacturing a silicon wafer, the silicon recycling method including a silicon ingot fixing device that fixes a silicon ingot via a beam material made of a silicon-based material, and a fixing means. Cutting a fixed silicon ingot made of a diamond wire saw, cutting using a grinding member, grinding, a grinding processing device, and water or a coolant composed of an organic material containing water, cutting the grinding processing means , Coolant supply device for supplying to the grinding part, Silicon ingot processing means constituted, solid-liquid separation means for separating silicon solids from silicon slurry or silicon sludge containing desorbed diamond particles obtained by the silicon ingot processing means, and the solid-liquid separation means A heating and baking treatment means for heating and baking silicon solids containing the residual organic substance and diamond particles obtained from the above, and the fired silicon product obtained from the heating treatment means is melted at a temperature equal to or higher than the melting point of the silicon. In a silicon recycling method, comprising: a heat-melting means; and a unidirectional solidification means for forming a silicon ingot by unidirectionally solidifying the melted silicon. Silicon solids containing organic substances and diamond particles are converted into inert gas, hydrogen gas or oxygen gas. In the heating or melting means, firing is carried out in the presence or in a vacuum state under controlled temperature conditions in the range of room temperature to 300 ° C, in the range of 300 ° C to 850 ° C, and in the range of 850 ° C to 1200 ° C. Is a silicon recycling method characterized by heat-melting the silicon solid content after firing in accordance with a predetermined temperature profile in which the maximum temperature is 1500 ° C. or higher and then subjecting it to unidirectional solidification. .
Hereinafter, in order to examine preferable specific conditions of the heating temperature condition in the present invention, the following experiment was conducted.

(実験例1)
太陽電池用多結晶シリコンインゴットを、シリコン系の接着剤を使用して、適宜の固定手段に固定させた後、当該シリコンインゴットをジエチレングリコール(DEG)を主成分とするクーラントを用いて、図2に示す様な、インゴット加工手段を使用して、ダイヤモンドワイヤーソー4(ジャパンファインスチール社製 EDSW EW−160)によりスライスすることにより得られた、ダイヤモンド粒子を含むシリコンスラッジを、遠心分離機による固液分離を行い、シリコン固形分を回収した。
(Experimental example 1)
After fixing the polycrystalline silicon ingot for solar cells to an appropriate fixing means using a silicon-based adhesive, the silicon ingot is used in FIG. 2 using a coolant mainly composed of diethylene glycol (DEG). The silicon sludge containing diamond particles obtained by slicing with diamond wire saw 4 (EDSW EW-160 manufactured by Japan Fine Steel Co., Ltd.) using an ingot processing means as shown in FIG. Separation was performed to recover silicon solids.

前記固形分から10kgの試料を取り出し、水系洗浄法により2回洗浄し、加熱乾燥機により50℃で24時間の乾燥処理を行い、乾燥粉末を作製した。
係る工程では、洗浄剤として有機系溶剤を使用することも可能であり、又取り出す試料も場合によっては、1kg程度であっても良く、更には、当該加熱乾燥機の温度を80℃に設定するものであっても良い。
A 10 kg sample was taken out of the solid content, washed twice by an aqueous cleaning method, and dried at 50 ° C. for 24 hours with a heat dryer to prepare a dry powder.
In such a process, it is possible to use an organic solvent as a cleaning agent, and the sample to be taken out may be about 1 kg depending on the case. Furthermore, the temperature of the heating dryer is set to 80 ° C. It may be a thing.

次に、前記乾燥粉末から50gを取り出して、角型石英製容器に充填し、この容器を石英管式加熱電気炉(いすゞ製作所製 KRB−23HH)に挿入し、アルゴンガスを流入させながら、加熱焼成処理を行った。加熱焼成処理は、室温から300℃まで15℃/分の昇温速度で昇温加熱し、300℃で30分間保持し、液体残留物(水、有機物)を除去した。
次に、15℃/分の昇温速度で1540℃まで昇温し、30分間の加熱溶融を行った。この加熱溶融の際に、加熱温度が1200℃以上になると、残留物からの反応生成物が析出し、石英管内面に付着することを確認した。
Next, 50 g is taken out of the dry powder, filled into a square quartz container, and this container is inserted into a quartz tube heating electric furnace (KRB-23HH manufactured by Isuzu Seisakusho), and heated while flowing argon gas. A baking treatment was performed. The heating and baking treatment was performed by heating from room temperature to 300 ° C. at a rate of 15 ° C./min and holding at 300 ° C. for 30 minutes to remove liquid residues (water, organic matter).
Next, it heated up to 1540 degreeC with the temperature increase rate of 15 degree-C / min, and heat-melted for 30 minutes. During the heating and melting, when the heating temperature was 1200 ° C. or higher, it was confirmed that the reaction product from the residue was deposited and adhered to the inner surface of the quartz tube.

その後、5℃/分の降温速度で冷却を行った。
以上の実験により、石英容器内にシリコン固体が形成され、シリコンの回収が可能であることを確認できた。
前記実施例において乾燥処理によって得られる乾燥粉末の一部には、10%程度の液体残留物が含まれることを熱重量分析法により確認した。
これは、洗浄工程で水を洗浄剤として使用した場合に見られる現象であった。
Thereafter, cooling was performed at a rate of temperature decrease of 5 ° C./min.
From the above experiment, it was confirmed that silicon solid was formed in the quartz container and silicon could be recovered.
It was confirmed by thermogravimetric analysis that about 10% of the liquid residue was contained in a part of the dry powder obtained by the drying treatment in the examples.
This was a phenomenon observed when water was used as a cleaning agent in the cleaning process.

(実験例2)
前記実験例1において、固液分離によって得られたシリコン固形分を用いて、ダイヤモンドを含む炭素系残留物を除去するための低温燃焼の実験を行った。この実験では、石英管式加熱電気炉を用いた。
上記により得られた、シリコン固形分20gを、石英製容器に充填し、この容器を石英管式加熱電気炉(いすゞ製作所製 EKRO−13K)に挿入し、空気雰囲気で加熱処理を行った。
(Experimental example 2)
In the experimental example 1, a low temperature combustion experiment for removing carbon-containing residues including diamond was performed using silicon solid content obtained by solid-liquid separation. In this experiment, a quartz tube heating electric furnace was used.
20 g of silicon solid content obtained as described above was filled in a quartz container, and this container was inserted into a quartz tube type heating electric furnace (EKRO-13K manufactured by Isuzu Seisakusho) and subjected to heat treatment in an air atmosphere.

先ず、室温から10℃/分の昇温速度で800℃まで昇温加熱し、シリコン固形分の変化を観察した。
その結果、170℃〜300℃程度の温度範囲で、煙状の有機系析出物が観察され、550℃〜800℃程度の温度範囲では、赤色の燃焼現象が観察され、又COの発生が認められた。
First, the temperature was increased from room temperature to 800 ° C. at a rate of temperature increase of 10 ° C./min, and changes in the silicon solid content were observed.
As a result, smoke-like organic precipitates are observed in the temperature range of about 170 ° C. to 300 ° C., red combustion is observed in the temperature range of about 550 ° C. to 800 ° C., and the generation of CO 2 occurs. Admitted.

当該170℃〜300℃程度の温度範囲での析出物は、残留溶媒(主としてクーラント成分)と考えられ、550℃〜800℃程度の温度範囲での燃焼現象或は、COの発生は、炭素(ダイヤモンド砥粒片及び残留炭素)の燃焼よるものと考えられる。 The precipitate in the temperature range of about 170 ° C. to 300 ° C. is considered as a residual solvent (mainly a coolant component), and the combustion phenomenon or the generation of CO 2 in the temperature range of about 550 ° C. to 800 ° C. It is thought to be due to the combustion of (diamond abrasive grains and residual carbon).

この結果は、550℃以上の温度で燃焼処理を行うと、ダイヤモンド砥粒片を含む炭素系残留物から発生する炭素が極めて効率的に燃焼(酸化反応)する事を示しており、この温度条件と前記したシリコンの酸化物が生じ易い温度である900℃以上の温度を避け、900℃以下の温度で燃焼処理することによって、シリコンの酸化物の発生を効率よく抑制しながら、炭素を効率的に燃焼させてことにより、その後の工程に於いて、炭素や酸素を除去する為の別途処理を行う必要がなくなり、短時間での、簡易な工程で効率よく、低コストで、ダイヤモンド砥粒片などからの炭素不純物を除去する事は可能であることを示している。   This result shows that when the combustion treatment is performed at a temperature of 550 ° C. or higher, the carbon generated from the carbon-based residue including the diamond abrasive grains is burned very efficiently (oxidation reaction). By avoiding the temperature of 900 ° C. or higher, which is the temperature at which silicon oxide is likely to be generated, and performing combustion treatment at a temperature of 900 ° C. or lower, carbon is efficiently generated while suppressing generation of silicon oxide efficiently. In this way, it is not necessary to carry out a separate process for removing carbon and oxygen in the subsequent process, and the diamond abrasive grains can be efficiently and easily manufactured at a low cost in a short time. It is shown that it is possible to remove carbon impurities from the above.

(実験例3)
上記実験例1において個液分離によって得られたシリコン固形分を用いて、有機系残留物及びシリコン酸化物を低減除去し、シリコン個体を形成するための実験を行った。
有機系残留物の除去には、回転式管状炉(フルテック社、FT−1100−100)を用いて、800℃で、アルゴンガス雰囲気下で、1時間行った。この処理により、有機系クーラントの除去が確認された。得られたシリコン固形分を、高温電気炉(フルテック社、FVT−1600P)を使用して、アルゴンと水素の混合ガスを流しながら、1600℃まで10℃/分で昇温し、1600℃に1時間保持した後、自然冷却させた。この実験により、シリコン個体が形成できることを確認できた。
(Experimental example 3)
Using the silicon solid content obtained by the individual liquid separation in Experimental Example 1, an organic residue and silicon oxide were reduced and removed, and an experiment for forming a silicon solid was performed.
The organic residue was removed at 800 ° C. under an argon gas atmosphere for 1 hour using a rotary tubular furnace (Flutech, FT-1100-100). This treatment confirmed the removal of the organic coolant. The obtained silicon solid content was heated up to 1600 ° C. at a rate of 10 ° C./min while flowing a mixed gas of argon and hydrogen using a high-temperature electric furnace (Flutech, FVT-1600P). After holding for a period of time, it was allowed to cool naturally. From this experiment, it was confirmed that a silicon solid body could be formed.

本発明は、シリコンインゴットを切削する工程で発生したシリコン屑から、不純物が少なく、高純度のシリコンを抽出し、それを太陽電池用若しくは半導体デバイス用のウエーハの製造原料として再利用することにより、シリコン原料の不足を補い、シリコン原料費の高騰を抑制する事に活用出来る。   The present invention is to extract high-purity silicon with less impurities from silicon scrap generated in the process of cutting a silicon ingot, and reuse it as a raw material for manufacturing a wafer for a solar cell or a semiconductor device. It can be used to make up for the shortage of silicon raw materials and suppress the rise in silicon raw material costs.

1:Siブロック
2:ビーム材
3:接着剤
4:ダイヤモンドワイヤー
5:ガイドローラ
10:シリコン再生利用システム
11:シリコンインゴット
12:ビーム材
14:シリコンインゴット固定装置
15:切断、研削加工装置
16:クーラント供給装置
17:シリコンインゴット加工手段
18:固液分離手段
19:加熱焼成処理手段
20:加熱溶融手段
21:一方向凝固手段
22:不活性ガス供給制御手段
23:真空発生手段
24:第1の温度制御手段
25:第2の温度制御手段
28:第1の洗浄手段
29:第2の洗浄装置
30:焼成領域
31:ガス供給源
32:ガス供給管
33:スイッチ手段
34:制御手段
36:真空発生手段
37:減圧管
38:スイッチ手段
40:加熱手段
41:エネルギー供給源
42:加熱温度調整手段
50:成型手段
51:閉鎖体
52:閉鎖体
1: Si block 2: Beam material 3: Adhesive 4: Diamond wire 5: Guide roller 10: Silicon recycling system 11: Silicon ingot 12: Beam material 14: Silicon ingot fixing device 15: Cutting and grinding device 16: Coolant Supply device 17: Silicon ingot processing means 18: Solid-liquid separation means 19: Heat-firing treatment means 20: Heat-melting means 21: Unidirectional solidification means 22: Inert gas supply control means 23: Vacuum generation means 24: First temperature Control means 25: Second temperature control means 28: First cleaning means 29: Second cleaning device 30: Firing region 31: Gas supply source 32: Gas supply pipe 33: Switch means 34: Control means 36: Vacuum generation Means 37: Pressure reducing pipe 38: Switch means 40: Heating means 41: Energy supply source 42: Heating temperature Adjustment means 50: molding means 51: closing member 52: the closing body

Claims (15)

太陽電池用若しくは半導体デバイス用シリコンウエーハを製造するに際し、シリコンインゴットを切断、研削加工時に発生するシリコン廃材からシリコンを抽出して当該太陽電池用若しくは半導体デバイス用シリコンウエーハの製造に再利用するシリコン再生利用システムであって、当該シリコン再生利用システムは、
(1)シリコンインゴットをシリコン系物質で構成されたビーム材を介して固定するシリコンインゴット固定装置と、
当該固定手段に固定されたシリコンインゴットをダイヤモンドワイヤソーからなる切断、研削部材により切断、研削する切断、研削加工装置と、
水或は水を含む有機系物質から構成されているクーラントを当該切断、研削加工手段の切断、研削加工部に供給するクーラント供給装置と、
から構成されているシリコンインゴット加工手段と、
(2)当該シリコンインゴット加工手段により得られたダイヤモンド粒子を含むシリコンスラリー或はシリコンスラッジから、シリコン固形分を分離する固液分離手段と、
(3)当該固液分離手段から得られた残留有機物質及びダイヤモンド粒子を含むシリコン固形分を加熱焼成処理する加熱焼成処理手段と、
(4)当該加熱処理手段から得られた当該シリコン焼成物を、当該シリコンの融点以上の温度で溶融する加熱溶融手段と、
(5)当該溶融されたシリコンを一方向凝固させて、シリコンインゴットを形成する為の一方向凝固手段と、
を含む、シリコン再生利用システムであって、
当該システムに於ける当該加熱焼成処理手段には、残留有機物質及びダイアヤモンド粒子を含むシリコン固形分を焼成する領域に不活性ガス又は、水素ガス、或は酸素ガスを供給する為のガス供給制御手段若しくは当該焼成領域を真空状態とする真空発生手段と、当該シリコン固形分を焼成する領域の温度を室温から300℃の第1の温度領域範囲、300℃から850℃の第2の温度領域範囲、及び850℃から1200℃の第3の温度領域範囲で順次制御する為の第1の温度制御手段とが設けられており、
且つ当該加熱溶融手段には、当該加熱焼成後のシリコン固形分を溶融する為に、最高温度が1500℃以上を示す予め定められた特定の温度プロファイルに従って、当該加加熱溶融手段内の加熱溶融領域内の温度を制御する為の第2の温度制御手段が設けられている事を特徴とするシリコン再生利用システム。
When manufacturing silicon wafers for solar cells or semiconductor devices, silicon is extracted from silicon waste material generated during cutting and grinding of silicon ingots and reused for manufacturing silicon wafers for solar cells or semiconductor devices A silicon recycling system,
(1) a silicon ingot fixing device for fixing a silicon ingot via a beam material made of a silicon-based material;
Cutting the silicon ingot fixed to the fixing means with a diamond wire saw, cutting with a grinding member, grinding, a grinding apparatus,
A coolant supply device for supplying water or an organic material containing water to the cutting, cutting of the grinding means, and a grinding portion;
A silicon ingot processing means comprising:
(2) solid-liquid separation means for separating silicon solids from silicon slurry or silicon sludge containing diamond particles obtained by the silicon ingot processing means;
(3) a heating and baking treatment means for heating and baking silicon solids containing the residual organic substance and diamond particles obtained from the solid-liquid separation means;
(4) heating and melting means for melting the silicon fired product obtained from the heat treatment means at a temperature equal to or higher than the melting point of the silicon;
(5) Unidirectional solidification means for unidirectionally solidifying the molten silicon to form a silicon ingot;
A silicon recycling system comprising:
The heating and baking treatment means in the system includes a gas supply control for supplying an inert gas, a hydrogen gas, or an oxygen gas to a region for baking silicon solids containing residual organic substances and diamond particles. Means for generating a vacuum in the firing region, and the temperature of the region in which the silicon solid content is fired, the first temperature region range from room temperature to 300 ° C., and the second temperature region range from 300 ° C. to 850 ° C. , And a first temperature control means for sequentially controlling in a third temperature region range from 850 ° C. to 1200 ° C.,
In addition, the heating and melting means includes a heating and melting region in the heating and melting means according to a predetermined specific temperature profile in which the maximum temperature is 1500 ° C. or higher in order to melt the silicon solid content after the heating and baking. A silicon recycling system characterized in that second temperature control means for controlling the temperature inside is provided.
当該第1の温度制御手段は、少なくとも不活性ガスの存在下で、当該第1の温度領域範囲での焼成処理を実行し、少なくとも不活性ガス及び酸素の存在下で、当該第2の温度領域範囲での焼成処理を実行し、少なくとも不活性ガス及び水素の存在下で、当該第3の温度領域範囲での焼成処理を実行するものである事を特徴とする請求項1に記載のシリコン再生利用システム。   The first temperature control means executes a firing process in the first temperature region range at least in the presence of an inert gas, and the second temperature region in the presence of at least an inert gas and oxygen. 2. The silicon regeneration according to claim 1, wherein the baking treatment is performed in a range, and the baking treatment is performed in the third temperature region range at least in the presence of an inert gas and hydrogen. Usage system. 当該固液分離手段と当該加熱焼成処理手段との間に、当該クーラントの有機物成分若しくは当該シリコン固形分に含まれる金属を除去する為の洗浄装置が配置されている事を特徴とする請求項1に記載のシリコン再生利用システム。   2. A cleaning device for removing an organic substance component of the coolant or a metal contained in the silicon solid content is disposed between the solid-liquid separation unit and the heating and baking unit. The silicon recycling system described in 1. 当該加熱焼成処理手段に於いて、設定される当該焼成温度は、当該ダイヤモンドが燃焼する温度領域であって、且つ当該シリコン固形分内のシリコンが酸化されない範囲の温度領域が重複する温度領域から選択されるものである事を特徴とする請求項1に記載のシリコン再生利用システム。   The firing temperature set in the heating and firing treatment means is selected from a temperature region in which the diamond burns and a temperature region in which silicon in the silicon solid content is not oxidized overlaps. The silicon recycling system according to claim 1, wherein the system is used. 当該加熱焼成処理手段と当該加熱溶融手段との間に、当該加熱焼成後のシリコン固形分を溶融処理するに先立って、適宜の大きさの複数の固形物に変形させるための成型手段が設けられている事を特徴とする請求項1乃至4の何れかに記載のシリコン再生利用システム。   Between the heat-firing treatment means and the heat-melting means, there is provided a molding means for transforming the solid silicon content after the heat-firing into a plurality of solids having an appropriate size. The silicon recycling system according to any one of claims 1 to 4, wherein the silicon recycling system is provided. 当該成型手段に於いては、当該加熱焼成後のシリコン固形分に圧力を印加するための加圧手段が更に設けられている事を特徴とする請求項5に記載のシリコン再生利用システム。   6. The silicon recycling system according to claim 5, wherein said molding means is further provided with a pressurizing means for applying pressure to the silicon solid content after the heating and firing. 当該シリコン再生利用システムに於ける当該各手段は、当該シリコン固形分内に酸化物が発生しないか、当該シリコン固形分から酸化物が発生しない様な条件下でそれぞれの処理が実行されるものである事を特徴とする請求項1乃至6の何れかに記載のシリコン再生利用システム。   Each means in the silicon recycling system is such that each process is performed under conditions such that no oxide is generated in the silicon solid content or oxide is not generated from the silicon solid content. The silicon recycling system according to any one of claims 1 to 6, characterized in that: 当該シリコン再生利用システムに於ける当該各手段の少なくとも一つの手段に於いては、不活性ガス雰囲気下で、或は真空状態下で、所定の処理が実行されるものである事を特徴とする請求項7に記載のシリコン再生利用システム。   At least one of the means in the silicon recycling system is characterized in that a predetermined process is performed in an inert gas atmosphere or in a vacuum state. The silicon recycling system according to claim 7. 当該シリコン再生利用システムに於ける当該各手段の少なくとも一つの手段は、密閉空間内に配置されている事を特徴とする請求項8に記載のシリコン再生利用システム。   9. The silicon recycling system according to claim 8, wherein at least one of the means in the silicon recycling system is disposed in a sealed space. 太陽電池用若しくは半導体デバイス用シリコンウエーハを製造するに際し、シリコンインゴットを切断、研削加工時に発生するシリコン廃材からシリコンを抽出して当該太陽電池用若しくは半導体デバイス用シリコンウエーハの製造に再利用するシリコン再生利用方法であって、当該シリコン再生利用方法は、
(1)シリコンインゴットをシリコン系物質で構成されたビーム材を介して固定するシリコンインゴット固定装置と、
当該固定手段に固定されたシリコンインゴットをダイヤモンドワイヤソーからなる切断、研削部材により切断、研削する切断、研削加工装置と、
有機系物質から構成されているクーラントを当該切断、研削加工手段の切断、研削加工部に供給するクーラント供給装置と、
から構成されているシリコンインゴット加工手段と、
(2)当該シリコンインゴット加工手段により得られたダイヤモンド粒子を含むシリコンスラリー或はシリコンスラッジから、ダイヤモンド粒子を含むシリコン固形分を分離する固液分離手段と、
(3)当該固液分離手段から得られた当該ダイヤモンド粒子を含むシリコン固形分を加熱焼成処理する加熱焼成処理手段と、
(4)当該加熱処理手段から得られた当該シリコン焼成物を、当該シリコンの融点以上の温度で溶融する加熱溶融手段と、
(5)当該溶融されたシリコンを一方向凝固させて、シリコンインゴットを形成する為の一方向凝固手段と、
を含む、シリコン再生利用方法に於いて、
当該加熱焼成処理手段に於いて、当該ダイヤモンド粒子を含むシリコン固形分を、不活性ガス又は、水素ガス、或は酸素ガスの存在下、若しくは真空状態下で、室温から300℃の第1の温度領域範囲、300℃から850℃の第2の温度領域範囲、及び850℃から1200℃の第3の温度領域範囲の温度条件で焼成すると共に、当該加熱溶融手段に於いては、最高温度が1500℃以上を示す予め定められた特定の温度プロファイルに従って、当該焼成後の当該シリコン固形分を加熱溶融した後、一方向凝固処理する事を特徴とするシリコン再生利用方法。
When manufacturing silicon wafers for solar cells or semiconductor devices, silicon is extracted from silicon waste material generated during cutting and grinding of silicon ingots and reused for manufacturing silicon wafers for solar cells or semiconductor devices The method of using the silicon recycling method is as follows:
(1) a silicon ingot fixing device for fixing a silicon ingot via a beam material made of a silicon-based material;
Cutting the silicon ingot fixed to the fixing means with a diamond wire saw, cutting with a grinding member, grinding, a grinding apparatus,
A coolant supply device for supplying the coolant made of an organic material to the cutting, cutting of the grinding means, and the grinding portion;
A silicon ingot processing means comprising:
(2) solid-liquid separation means for separating silicon solids containing diamond particles from silicon slurry or silicon sludge containing diamond particles obtained by the silicon ingot processing means;
(3) a heating and baking treatment means for heating and baking silicon solids containing the diamond particles obtained from the solid-liquid separation means;
(4) heating and melting means for melting the silicon fired product obtained from the heat treatment means at a temperature equal to or higher than the melting point of the silicon;
(5) Unidirectional solidification means for unidirectionally solidifying the molten silicon to form a silicon ingot;
In the silicon recycling method, including
In the heating and baking treatment means, the silicon solid content containing the diamond particles is converted into a first temperature of room temperature to 300 ° C. in the presence of an inert gas, hydrogen gas, oxygen gas, or vacuum. In the heating and melting means, the maximum temperature is 1500, while firing under the temperature conditions of the region range, the second temperature region range of 300 ° C to 850 ° C, and the third temperature region range of 850 ° C to 1200 ° C. A silicon recycling method characterized by heat-melting the silicon solid content after firing in accordance with a predetermined temperature profile indicating a temperature equal to or higher than ° C., followed by unidirectional solidification.
当該加熱焼成処理手段と当該加熱溶融手段との間に、当該加熱焼成後のシリコン固形分を溶融処理するに先立って、適宜の大きさの複数の固形物に変形させる処理を行う事を特徴とする請求項10に記載のシリコン再生利用方法。   Before the heat-firing treatment means and the heat-melting means, the silicon solid content after the heat-firing is subjected to a process of transforming into a plurality of solids of an appropriate size prior to the melting treatment. The silicon recycling method according to claim 10. 当該成型処理に於いては、当該加熱焼成後のシリコン固形分に圧力を印加する事を特徴とする請求項11に記載のシリコン再生利用方法。   The silicon recycling method according to claim 11, wherein in the molding process, pressure is applied to the silicon solid content after the heating and baking. 当該シリコン再生利用方法に於ける当該各手段は、当該シリコン固形分内に酸化物が発生しないか、当該シリコン固形分から酸化物が発生しない様な条件下でそれぞれの処理が実行される事を特徴とする請求項10乃至12の何れかに記載のシリコン再生利用方法。   Each means in the silicon recycling method is characterized in that each process is executed under conditions such that no oxide is generated in the silicon solid content or oxide is not generated from the silicon solid content. The silicon recycling method according to any one of claims 10 to 12. 請求項13に記載されている少なくとも一つの手段は、密閉された空間領域内に配置する事を特徴とするシリコン再生利用方法。   14. The silicon recycling method, wherein at least one means described in claim 13 is disposed in a sealed space region. 当該シリコン再生利用方法に於ける当該各処理の少なくとも一つの処理に於いては、不活性ガス或は酸素ガスの雰囲気下で、或は真空状態下で、所定の処理が実行されるものである事を特徴とする請求項13に記載のシリコン再生利用方法。   In at least one of the processes in the silicon recycling method, a predetermined process is performed in an atmosphere of an inert gas or an oxygen gas, or in a vacuum state. The silicon recycling method according to claim 13, wherein:
JP2010252730A 2009-11-11 2010-11-11 Silicon recycling system and silicon recycling method Pending JP2011121049A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010252730A JP2011121049A (en) 2009-11-11 2010-11-11 Silicon recycling system and silicon recycling method

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009257817 2009-11-11
JP2009257817 2009-11-11
JP2010252730A JP2011121049A (en) 2009-11-11 2010-11-11 Silicon recycling system and silicon recycling method

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2011121049A true JP2011121049A (en) 2011-06-23

Family

ID=44285507

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2010252730A Pending JP2011121049A (en) 2009-11-11 2010-11-11 Silicon recycling system and silicon recycling method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2011121049A (en)

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102352523A (en) * 2011-11-09 2012-02-15 长沙岱勒新材料科技有限公司 Heat treatment method for electroplated diamond wire saw
CN102500602A (en) * 2011-11-07 2012-06-20 英利集团有限公司 Equipment and method for recycling photovoltaic module
JP2013131665A (en) * 2011-12-22 2013-07-04 Tamotsu Yokoo Silicon recovery method
EP2712844A1 (en) * 2012-09-27 2014-04-02 Fesil Sunergy AS Recycling of silicon kerfs from wafer sawing
JP2014077624A (en) * 2012-09-18 2014-05-01 Panasonic Corp Heat treatment device and method
CN103806097A (en) * 2012-11-12 2014-05-21 松下电器产业株式会社 Silicon cycle recycling system and method thereof
JP2014111519A (en) * 2012-11-12 2014-06-19 Panasonic Corp Silicon recycling system and method for the same
JP2016015299A (en) * 2014-06-30 2016-01-28 ティーエムシー株式会社 Silicon fine particle
JP2016164113A (en) * 2015-02-26 2016-09-08 京セラ株式会社 Method for refining silicon sludge
KR20200014737A (en) * 2017-03-27 2020-02-11 시 추 Method, apparatus and system for producing silicon-containing products using silicon sludge, a by-product produced by cutting silicon with diamond wire

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102500602A (en) * 2011-11-07 2012-06-20 英利集团有限公司 Equipment and method for recycling photovoltaic module
CN102352523A (en) * 2011-11-09 2012-02-15 长沙岱勒新材料科技有限公司 Heat treatment method for electroplated diamond wire saw
JP2013131665A (en) * 2011-12-22 2013-07-04 Tamotsu Yokoo Silicon recovery method
JP2014077624A (en) * 2012-09-18 2014-05-01 Panasonic Corp Heat treatment device and method
EP2712844A1 (en) * 2012-09-27 2014-04-02 Fesil Sunergy AS Recycling of silicon kerfs from wafer sawing
JP2014111519A (en) * 2012-11-12 2014-06-19 Panasonic Corp Silicon recycling system and method for the same
CN103806097A (en) * 2012-11-12 2014-05-21 松下电器产业株式会社 Silicon cycle recycling system and method thereof
CN103806097B (en) * 2012-11-12 2017-08-08 松下知识产权经营株式会社 Silicon cycling reutilization system and its method
JP2016015299A (en) * 2014-06-30 2016-01-28 ティーエムシー株式会社 Silicon fine particle
JP2016164113A (en) * 2015-02-26 2016-09-08 京セラ株式会社 Method for refining silicon sludge
KR20200014737A (en) * 2017-03-27 2020-02-11 시 추 Method, apparatus and system for producing silicon-containing products using silicon sludge, a by-product produced by cutting silicon with diamond wire
JP2020515505A (en) * 2017-03-27 2020-05-28 シュウ, キシーCHU, Xi Method, device and system for manufacturing silicon-containing product by using silicon sludge produced as a by-product during diamond wire cutting of silicon material
KR102593874B1 (en) 2017-03-27 2023-10-24 시 추 Method, device and system for producing silicon-containing products using silicon sludge, a by-product produced by cutting silicon with a diamond wire

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2011121049A (en) Silicon recycling system and silicon recycling method
JP5903474B2 (en) Method of purifying silicon using cascade process
Hachichi et al. Silicon recovery from kerf slurry waste: a review of current status and perspective
JP5857572B2 (en) Valuable metal recovery method
Yang et al. A rapid thermal process for silicon recycle and refining from cutting kerf-loss slurry waste
WO2008053696A1 (en) Silicon reclamation apparatus and method of reclaiming silicon
JP4966938B2 (en) Silicon regeneration method
Zhang et al. Recovery of silicon kerf waste from diamond wire sawing by two-step sintering and acid leaching method
Huang et al. A metallurgical route to upgrade silicon kerf derived from diamond-wire slicing process
JP5631782B2 (en) Method for recovering silicon and method for manufacturing silicon
JPH10245216A (en) Production of silicon for solar cell
US20130064751A1 (en) Method for producing high purity silicon
JP2024026145A (en) Silicon granules for preparing trichlorosilane and related manufacturing methods
WO2009081725A1 (en) Silicon reclamation method
JP2010195635A (en) Purification method of silicon, and purified silicon
JP2012111672A (en) Method for purifying silicon and purified silicon
JP2002293528A (en) Production method of silicon for solar cell
US20130272945A1 (en) Method for Producing Silicon Chloride from Silicon Sludge
WO2010055615A1 (en) High grade silicon and thermoelectric conversion material
JP4963271B2 (en) Silicon melting method and silicon purification method
JP2008308345A (en) Apparatus for regenerating semiconductor material, and method and apparatus for manufacturing solar cell
CN103922344A (en) Method for recovering and preparing solar-grade silicon material
JP5716167B2 (en) Silicon recycling system and method
CN103806097B (en) Silicon cycling reutilization system and its method
WO2011162012A1 (en) Method for producing raw material for silicon solar cell

Legal Events

Date Code Title Description
RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20110415