JP2012020364A - Method for regenerating silicon - Google Patents

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義之 北條
Kimihiko Kajimoto
公彦 梶本
Akihiko Shibaike
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for regenerating silicon, with which the regenerated silicon whose phosphorus concentration is sufficiently lowered can be obtained.SOLUTION: In the method for regenerating silicon, the regenerated silicon having the phosphorus concentration usable as a raw material for solar cells can be obtained from the silicon chips which are produced as by-products when a silicon block is cut, without performing a special dephosphorization treatment. The method for regenerating the silicon comprises the steps of: recovering the silicon chip-containing solid content from waste slurry including the silicon chips, which are produced as by-products when the silicon block is stuck to a dummy material by using an adhesive and a part of the silicon block-stuck dummy material is cut by using a wire with the abrasive grain stuck to the surface and a coolant to obtain a silicon wafer; cleaning the recovered solid content with a first cleaning liquid and a second cleaning liquid different from the first cleaning liquid; melting the cleaned solid content to obtain molten silicon; and solidifying the molten silicon. The dummy material has easy solubility in the first cleaning liquid and the adhesive has easy solubility in the second cleaning liquid.

Description

本発明は、シリコン再生方法に関する。   The present invention relates to a silicon regeneration method.

シリコンウエハの製造方法としては、従来、シリコンカーバイトなどの遊離砥粒と灯油系またはグリコールなど基材とするオイルとを混合してスラリー化したものを潤滑材として、ワイヤーをガイドローラーに巻きつけて高速に走行させながら、シリコンブロックに対して送りを与えていき切断する方法(以下、遊離砥粒法と称す)が一般的である。また、近年では、砥粒をワイヤーに固着させた固定砥粒ワイヤーを用いて、ワイヤーをガイドローラーに巻きつけて高速に走行させながら、シリコンブロックに対して送りを与えていき切断する方法(以下、固定砥粒法と称す)が開発されている(例えば、特許文献1参照)。このようなシリコンブロックを切断しシリコンウエハを製造する装置はマルチワイヤソー装置と呼ばれている。   Conventionally, silicon wafers are manufactured by mixing a slurry of loose abrasives such as silicon carbide and kerosene or base oil such as glycol, and winding the wire around a guide roller as a lubricant. In general, a method of cutting the silicon block while feeding it at a high speed (hereinafter referred to as the free abrasive grain method) is generally used. Moreover, in recent years, using a fixed abrasive wire in which abrasive grains are fixed to a wire, the wire is wound around a guide roller and fed at a high speed while being fed to a silicon block for cutting (hereinafter referred to as the following) (Referred to as Patent Document 1). An apparatus for cutting a silicon block to manufacture a silicon wafer is called a multi-wire saw apparatus.

固定砥粒法は遊離砥粒法と比較して、切断速度が速い、得られたウエハの厚みむらが小さいなどの切断本来の利点以外に、シリコンブロックの切断により生じる廃スラリーへの砥粒の混入が少ないという利点およびワイヤーの減耗に起因する重金属類の廃スラリーへの混入が少ないという利点がある。このため、シリコンブロックの切断により生じる廃スラリーから回収される再生シリコンの純度が高く、シリコンの再原料化が容易になることが期待されている。   In addition to the original advantages of the fixed abrasive method, such as faster cutting speed and less uneven thickness of the wafer, compared to the free abrasive method, the abrasive particles can be added to the waste slurry generated by cutting the silicon block. There is an advantage that there is little mixing, and there is an advantage that there is little mixing of heavy metals into the waste slurry due to wire wear. For this reason, the purity of the recycled silicon recovered from the waste slurry generated by cutting the silicon block is high, and it is expected that the silicon can be easily recycled.

特開2007−180527号公報JP 2007-180527 A

しかし、固定砥粒法によるシリコンブロックの切断により生じる廃スラリーから再生された再生シリコン中には、1重量ppm程度のリンを含んでいる。このため、この再生シリコンを太陽電池用シリコン原料として用いるために真空溶解法または電子ビーム法などによる脱リン工程が必要となり、製造コストを増加させている。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、リン濃度が十分に低減された再生シリコンを得ることができるシリコン再生方法を提供する。
However, the recycled silicon regenerated from the waste slurry produced by cutting the silicon block by the fixed abrasive method contains about 1 ppm by weight of phosphorus. For this reason, in order to use this regenerated silicon as a silicon raw material for solar cells, a dephosphorization process by a vacuum melting method or an electron beam method is required, which increases the manufacturing cost.
The present invention has been made in view of such circumstances, and provides a silicon regeneration method capable of obtaining reclaimed silicon having a sufficiently reduced phosphorus concentration.

本発明は、シリコンブロックを切断しその際副生したシリコン屑より、真空溶解法または電子ビーム法のごとき特別の脱リン処理をすることなく、太陽電池用原料として利用可能なリン濃度を有する再生シリコンを得るシリコン再生方法であって、前記シリコンブロックをダミー材に接着剤を用いて接着させた状態で、表面に砥粒を固着したワイヤーとクーラントとを用いて、前記シリコンブロックとダミー材の一部を切断してシリコンウエハを得、その際副生したシリコン屑を含む廃スラリーからシリコン屑含有固形分を回収する工程と、回収した固形分を第1洗浄液とそれと異なる第2洗浄液とで洗浄する工程と、洗浄した固形分を熔融して熔融シリコンを得る工程と、熔融シリコンを凝固する工程とを含み、前記ダミー材は、第1洗浄液に易溶性を有し、前記接着剤は、第2洗浄液に易溶性を有することを特徴とするシリコン再生方法を提供する。   The present invention cuts a silicon block and regenerates a phosphorus concentration that can be used as a raw material for a solar cell, without performing a special dephosphorization treatment such as a vacuum melting method or an electron beam method from silicon by-products generated as a by-product. A silicon regeneration method for obtaining silicon, wherein the silicon block and the dummy material are bonded to each other using a wire and a coolant in which abrasive grains are fixed to the surface of the dummy block with an adhesive. A part of the silicon wafer is cut to obtain a silicon wafer, and a silicon scrap-containing solid content is recovered from a waste slurry containing by-produced silicon scrap. The recovered solid content is divided into a first cleaning liquid and a different second cleaning liquid. The dummy material includes a step of cleaning, a step of melting the washed solid content to obtain molten silicon, and a step of solidifying the molten silicon. To have a readily soluble, the adhesive provides a silicon reproducing method characterized by having a readily soluble in the second cleaning solution.

本発明によれば、ダミー材が第1洗浄液に易溶性を有するため、廃スラリーから回収した固形分を第1洗浄液で洗浄することにより、廃スラリーに含まれるダミー材の成分を容易に除去することができる。このことにより、ダミー材に含まれるリンを容易に除去することができ、リン濃度が十分に低減された再生シリコンを得ることができる。また、このため、再生シリコンを得る際にリンを除去する工程、例えば、真空溶解、あるいは、電子ビーム溶解を省略することができ、低コストで太陽電池グレードのシリコンを提供することができる。   According to the present invention, since the dummy material is readily soluble in the first cleaning liquid, the components of the dummy material contained in the waste slurry are easily removed by cleaning the solid content recovered from the waste slurry with the first cleaning liquid. be able to. As a result, phosphorus contained in the dummy material can be easily removed, and a regenerated silicon having a sufficiently reduced phosphorus concentration can be obtained. For this reason, the step of removing phosphorus when obtaining regenerated silicon, for example, vacuum melting or electron beam melting can be omitted, and solar cell grade silicon can be provided at low cost.

本発明の一実施形態のシリコン再生方法に含まれる回収工程で回収するシリコン屑が排出される切断工程の説明図である。It is explanatory drawing of the cutting process by which the silicon | silicone waste collect | recovered at the collection | recovery process included in the silicon | silicone reproduction | regenerating method of one Embodiment of this invention is discharged | emitted. 本発明の一実施形態のシリコン再生方法に含まれる回収工程で回収するシリコン屑が排出される切断工程で用いるワイヤーの概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the wire used at the cutting process by which the silicon | silicone waste collect | recovered at the collection | recovery process included in the silicon | silicone reproduction | regeneration method of one Embodiment of this invention is discharged | emitted. 本発明の一実施形態のシリコン再生方法に含まれる回収工程から偏析工程までの説明図である。It is explanatory drawing from the collection | recovery process included in the silicon reproduction | regenerating method of one Embodiment of this invention to a segregation process. 本発明の一実施形態のシリコン再生方法に含まれる熔融工程の説明図である。It is explanatory drawing of the melting process included in the silicon | silicone reproduction | regenerating method of one Embodiment of this invention.

本発明のシリコン再生方法は、シリコンブロックを切断しその際副生したシリコン屑より、真空溶解法または電子ビーム法のごとき特別の脱リン処理をすることなく、太陽電池用原料として利用可能なリン濃度を有する再生シリコンを得るシリコン再生方法であって、前記シリコンブロックをダミー材に接着剤を用いて接着させた状態で、表面に砥粒を固着したワイヤーとクーラントとを用いて、前記シリコンブロックとダミー材の一部を切断してシリコンウエハを得、その際副生したシリコン屑を含む廃スラリーからシリコン屑含有固形分を回収する工程と、回収した固形分を第1洗浄液とそれと異なる第2洗浄液とで洗浄する工程と、洗浄した固形分を熔融して熔融シリコンを得る工程と、熔融シリコンを凝固する工程とを含み、前記ダミー材は、第1洗浄液に易溶性を有し、前記接着剤は、第2洗浄液に易溶性を有することを特徴とする。   The silicon regeneration method of the present invention is a phosphor that can be used as a raw material for solar cells without cutting the silicon block and by performing a special dephosphorization treatment such as a vacuum melting method or an electron beam method from silicon by-products generated as a by-product. A silicon recycling method for obtaining a recycled silicon having a concentration, wherein the silicon block is bonded to a dummy material using an adhesive, and the silicon block is used by using a wire and a coolant in which abrasive grains are fixed to the surface. And a part of the dummy material is cut to obtain a silicon wafer, and a process of recovering the silicon scrap-containing solid content from the waste slurry containing silicon scrap generated as a by-product, and the recovered solid content is different from the first cleaning liquid. 2 a step of cleaning with the cleaning liquid, a step of melting the cleaned solid content to obtain molten silicon, and a step of solidifying the molten silicon. Chromatography material has an easily soluble in the first washing solution, the adhesive is characterized by having a readily soluble in the second cleaning solution.

太陽電池用原料として利用可能なリン濃度とは、真空溶解法または電子ビーム法などの脱リン工程を行わなくても、太陽電池用原料として利用することができるシリコン中のリン濃度をいう。
本発明のシリコン再生方法において、前記リン濃度は、0.32重量ppm以下であることが好ましい。
このことにより、真空溶解法または電子ビーム法などの脱リン工程を省略することができ、太陽電池用原料として利用可能なリン濃度を有する再生シリコンを得ることができる。
本発明のシリコン再生方法において、前記ダミー材は、ソーダガラスであり、第1洗浄液は、0.5%以上10%以下のフッ化水素酸であることが好ましい。
ソーダガラスは、フッ化水素酸に易溶性を示すため、第1洗浄液での洗浄により、廃スラリーから回収した固形分に含まれるダミー材の成分を容易に除去することができる。このことにより、前記固形分からダミー材に含まれていたリンを容易に除去することができる。
The phosphorus concentration that can be used as a raw material for a solar cell refers to the phosphorus concentration in silicon that can be used as a raw material for a solar cell without performing a dephosphorization step such as a vacuum melting method or an electron beam method.
In the silicon regeneration method of the present invention, the phosphorus concentration is preferably 0.32 ppm by weight or less.
Thereby, a dephosphorization step such as a vacuum melting method or an electron beam method can be omitted, and a regenerated silicon having a phosphorus concentration that can be used as a raw material for a solar cell can be obtained.
In the silicon recycling method of the present invention, it is preferable that the dummy material is soda glass, and the first cleaning liquid is 0.5% or more and 10% or less hydrofluoric acid.
Since soda glass is easily soluble in hydrofluoric acid, the components of the dummy material contained in the solid content recovered from the waste slurry can be easily removed by washing with the first washing liquid. Thus, phosphorus contained in the dummy material can be easily removed from the solid content.

本発明のシリコン再生方法において、接着剤はエポキシ樹脂系接着剤であり、第2洗浄液は、2%以上67.5%以下の硝酸であることが好ましい。
エポキシ樹脂系接着剤は硝酸に易溶性を有するため、第2洗浄液での洗浄により、廃スラリーから回収した固形分に含まれる接着剤の成分を容易に除去することができる。このことにより、前記固形分から接着剤に含まれていたリンを容易に除去することができる。
本発明のシリコン再生方法において、前記接着剤は、第1洗浄液に易溶性を有することが好ましい。
このことにより、廃スラリーから回収した固形分に含まれる接着剤の成分を容易に除去することができる。このことにより、前記固形分から接着剤に含まれていたリンを容易に除去することができる。
In the silicon recycling method of the present invention, the adhesive is preferably an epoxy resin adhesive, and the second cleaning liquid is preferably nitric acid of 2% or more and 67.5% or less.
Since the epoxy resin adhesive is readily soluble in nitric acid, the components of the adhesive contained in the solid content recovered from the waste slurry can be easily removed by washing with the second washing liquid. Thereby, phosphorus contained in the adhesive can be easily removed from the solid content.
In the silicon regeneration method of the present invention, it is preferable that the adhesive is easily soluble in the first cleaning liquid.
Thereby, the component of the adhesive contained in the solid content recovered from the waste slurry can be easily removed. Thereby, phosphorus contained in the adhesive can be easily removed from the solid content.

本発明のシリコン再生方法において、前記ワイヤーは、ニッケルめっき層を有し、前記ニッケルめっき層は、0.05重量%以下のリンの濃度を有することが好ましい。
このことにより、廃スラリーから回収した固形分へのニッケルめっき層からのリンの混入を少なくすることができ、本発明により回収できる再生シリコン中のリンの濃度を低くすることができる。
本発明のシリコン再生方法において、熔融シリコンを凝固する工程は、冷却容器に出湯した前記熔融シリコンを凝固する工程を含むことが好ましい。
冷却容器に熔融シリコンを出湯することにより、坩堝中に酸化シリコンや砥粒などを残存させて熔融シリコンのみを凝固させることができる。このことにより、酸化シリコンや砥粒が除去された再生シリコンを得ることができる。
In the silicon regeneration method of the present invention, it is preferable that the wire has a nickel plating layer, and the nickel plating layer has a phosphorus concentration of 0.05% by weight or less.
Thereby, the mixing of phosphorus from the nickel plating layer into the solid content recovered from the waste slurry can be reduced, and the concentration of phosphorus in the regenerated silicon that can be recovered by the present invention can be reduced.
In the silicon regeneration method of the present invention, it is preferable that the step of solidifying the molten silicon includes the step of solidifying the molten silicon discharged from the cooling vessel.
By pouring molten silicon into the cooling vessel, silicon oxide, abrasive grains, etc. can remain in the crucible and only the molten silicon can be solidified. This makes it possible to obtain recycled silicon from which silicon oxide and abrasive grains have been removed.

本発明のシリコン再生方法において、熔融シリコンを凝固する工程により形成したシリコン塊をシリコンの融点以上の温度に加熱して熔融させ、一方向凝固させる工程をさらに含むことが好ましい。
このことにより、本発明により回収できる再生シリコンから鉄などの金属成分を除去することができる。
Preferably, the silicon regeneration method of the present invention further includes a step of heating and melting the silicon lump formed by the step of solidifying the molten silicon to a temperature equal to or higher than the melting point of silicon to solidify in one direction.
Thereby, metal components such as iron can be removed from the regenerated silicon that can be recovered by the present invention.

以下、本発明の一実施形態を図面を用いて説明する。図面や以下の記述中で示す構成は、例示であって、本発明の範囲は、図面や以下の記述中で示すものに限定されない。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The configurations shown in the drawings and the following description are merely examples, and the scope of the present invention is not limited to those shown in the drawings and the following description.

シリコン再生方法
本実施形態のシリコン再生方法は、シリコンブロック1を切断しその際副生したシリコン屑より、真空溶解法または電子ビーム法のごとき特別の脱リン処理をすることなく、太陽電池用原料として利用可能なリン濃度を有する再生シリコンを得るシリコン再生方法であって、シリコンブロック1をダミー材5に接着剤3を用いて接着させた状態で、表面に砥粒を固着したワイヤー8とクーラント13とを用いて、シリコンブロック1とダミー材5の一部を切断してシリコンウエハ11を得、その際副生したシリコン屑を含む廃スラリー20からシリコン屑含有固形分26を回収する工程と、回収した固形分26を第1洗浄液とそれと異なる第2洗浄液とで洗浄する工程と、洗浄した固形分31を熔融して熔融シリコン32を得る工程と、熔融シリコン32を凝固する工程とを含み、ダミー材5は、第1洗浄液に易溶性を有し、接着剤3は、第2洗浄液に易溶性を有することを特徴とする。
Silicon Regeneration Method The silicon regeneration method of this embodiment is a raw material for solar cells that is obtained by cutting the silicon block 1 and using silicon debris produced as a by-product without performing a special dephosphorization treatment such as a vacuum melting method or an electron beam method. Is a silicon regeneration method for obtaining a regenerated silicon having a phosphorus concentration that can be used as a wire, and a wire 8 having abrasive grains fixed on the surface and a coolant in a state where the silicon block 1 is adhered to the dummy material 5 using the adhesive 3 13 is used to obtain a silicon wafer 11 by cutting a part of the silicon block 1 and the dummy material 5 and recovering the silicon waste-containing solid content 26 from the waste slurry 20 containing silicon waste produced as a by-product. A step of cleaning the recovered solid content 26 with a first cleaning liquid and a second cleaning liquid different from the first cleaning liquid; and melting the cleaned solid content 31 to obtain a molten silicon 32 That includes a step, and a step of solidifying the molten silicon 32, the dummy member 5 has a readily soluble in the first cleaning liquid, the adhesive 3, characterized by having a readily soluble in the second cleaning solution.

また、本実施形態のシリコン再生方法は、固形分を洗浄液で洗浄する洗浄工程を複数備えてもよく、偏析工程をさらに有してもよい。また、必要に応じてリーチング工程を行ってもよい。
以下、本実施形態のシリコン再生方法について説明する。
Moreover, the silicon regeneration method of the present embodiment may include a plurality of cleaning steps for cleaning the solid content with a cleaning liquid, and may further include a segregation step. Moreover, you may perform a leaching process as needed.
Hereinafter, the silicon regeneration method of this embodiment will be described.

1.切断工程
図1は、切断工程の説明図であり、図2は、切断工程で用いるワイヤーの概略断面図である。
切断工程において、ダミー材5に接着剤3で接着したシリコンブロック1およびダミー材5の一部が、表面に固着した砥粒22を有するワイヤー8とクーラント13とを用いて切断される。例えば、図1のように、クーラントを供給しながら、高速に走行させているワイヤー8にシリコンブロック1に送りを与えて、シリコンブロック1を切断しシリコンウエハ11を製造することができる。
1. Cutting Process FIG. 1 is an explanatory diagram of the cutting process, and FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a wire used in the cutting process.
In the cutting step, the silicon block 1 bonded to the dummy material 5 with the adhesive 3 and a part of the dummy material 5 are cut using the wire 8 having the abrasive grains 22 fixed to the surface and the coolant 13. For example, as shown in FIG. 1, the silicon wafer 1 can be manufactured by cutting the silicon block 1 by feeding the silicon block 1 to the wire 8 running at high speed while supplying the coolant.

シリコンブロック1は、シリコンウエハの原料となるシリコンブロックであれば特に限定されないが、例えば、半導体用の単結晶シリコンであってもよく、太陽電池用の多結晶シリコンであってもよい。シリコンブロック1の形状は、円柱形であってもよく、四角柱であってもよい。
ダミー材5は、シリコンブロック1を固定することができるものであり、第1洗浄液に易溶性を有するものを用いる。例えば、ダミー材5をガラスとしたときに、第1洗浄液をフッ化水素酸とすることができる。また、ダミー材5にソーダガラスを用いることができる。ソーダガラスは比較的安価であるからである。
The silicon block 1 is not particularly limited as long as it is a silicon block used as a raw material for a silicon wafer. For example, the silicon block 1 may be single crystal silicon for semiconductors or polycrystalline silicon for solar cells. The shape of the silicon block 1 may be a cylindrical shape or a quadrangular prism.
The dummy material 5 is capable of fixing the silicon block 1 and is easily soluble in the first cleaning liquid. For example, when the dummy material 5 is made of glass, the first cleaning liquid can be hydrofluoric acid. Further, soda glass can be used for the dummy material 5. This is because soda glass is relatively inexpensive.

接着剤3は、シリコンブロック1とダミー材5とを接着することができるものであれば特に限定されないが、例えば、エポキシ樹脂系接着剤とすることができる。接着剤3は、例えば、0.1〜0.2mm程度の厚さでシリコンブロック1とダミー材5とを接着することができる。
クーラント13は、シリコンブロック1を切断する工程において、冷却効果と潤滑油として作用するものであれば特に限定されないが、例えば、基材としてグリコールなどの水溶性オイルを用いることもでき、基材として機械加工用の不水溶性オイルを用いることもできる。なお、クーラントに再利用クーラントを用いる場合、クーラントに前切断品のシリコン切屑が含まれることがある。
ワイヤー8は、固定砥粒ワイヤーを用いることができる。この場合、母線(鋼材)21にダイヤモンドなどの砥粒22が固着されている。また、ワイヤー8は、砥粒22とワイヤー8の密着性を向上させるため、ニッケルめっき層23を有することができる。
The adhesive 3 is not particularly limited as long as it can bond the silicon block 1 and the dummy material 5, but may be, for example, an epoxy resin adhesive. The adhesive 3 can bond the silicon block 1 and the dummy material 5 with a thickness of about 0.1 to 0.2 mm, for example.
The coolant 13 is not particularly limited as long as it acts as a cooling effect and a lubricating oil in the step of cutting the silicon block 1, but for example, a water-soluble oil such as glycol can be used as a base material. Water-insoluble oils for machining can also be used. In addition, when using a reuse coolant for a coolant, the silicon | silicone chips of a pre-cut product may be contained in a coolant.
The wire 8 can be a fixed abrasive wire. In this case, abrasive grains 22 such as diamond are fixed to a bus bar (steel material) 21. Further, the wire 8 can have a nickel plating layer 23 in order to improve the adhesion between the abrasive grains 22 and the wire 8.

この切断工程により、クーラント13に、(1)シリコンブロック1が切断されることにより生じるシリコン屑15、(2)ワイヤー8が磨耗することにより生じるワイヤー屑16、(3)接着剤3が切断されることにより生じる接着剤屑17、(4)ダミー材18が切断されることにより生じるダミー材屑18が混入した廃スラリー20が排出される。
なお、シリコン屑15には、結晶シリコン、酸化シリコンが含まれると考えられる。また、ワイヤー屑16には、母線21の屑および砥粒が含まれると考えられ、ワイヤー8がニッケルめっき層23を有する場合には、ワイヤー屑15にはニッケルめっき層23の屑が含まれると考えられる。
By this cutting step, (1) silicon scrap 15 generated by cutting the silicon block 1, (2) wire scrap 16 generated when the wire 8 is worn, and (3) adhesive 3 are cut into the coolant 13. The waste slurry 20 mixed with the waste of the adhesive 17 and (4) the waste of the dummy 18 generated by cutting the dummy 18 is discharged.
The silicon scrap 15 is considered to contain crystalline silicon and silicon oxide. The wire scrap 16 is considered to include scraps and abrasive grains of the bus bar 21. When the wire 8 has the nickel plating layer 23, the wire scrap 15 includes scraps of the nickel plating layer 23. Conceivable.

2.回収工程
図3は、回収工程から偏析工程までの説明図である。
回収工程において、廃スラリー20について固液分離を行い、シリコン屑15を含む固形分26を回収する。固形分26を回収する方法は、特に限定されないが、例えば、(i)廃液をフィルターまたは遠心分離機を用いて固体分を捕捉し乾燥させることにより。固形分26を取得する方法、(ii)廃液を回収し加熱または蒸留することにより。固形分26を取得する方法および(iii)廃液に対して凝集剤を用いて。固形分26を取得する方法のうち少なくとも1つを含む方法である。
2. Recovery Process FIG. 3 is an explanatory diagram from the recovery process to the segregation process.
In the recovery step, the waste slurry 20 is subjected to solid-liquid separation, and the solid content 26 including the silicon scrap 15 is recovered. The method for recovering the solid content 26 is not particularly limited. For example, (i) by capturing the solid content of the waste liquid using a filter or a centrifuge and drying it. A method of obtaining the solid content 26, (ii) by collecting and heating or distilling the waste liquid. A method for obtaining the solid content 26 and (iii) using a flocculant for the waste liquid. It is a method including at least one of the methods for obtaining the solid content 26.

3.洗浄工程
洗浄工程において、廃スラリー20から回収された固形分26が洗浄液で洗浄される。洗浄工程は、固形分26を1つの洗浄液で洗浄してもよく、洗浄液による洗浄と固液分離を行い、複数の洗浄液で洗浄してもよい。複数の洗浄液で固形分26を洗浄する場合、1つの洗浄液で洗浄した後、「回収工程」と同様の方法で固液分離を行い、他の洗浄液で洗浄することができる。また、洗浄工程後に「回収工程」と同様の方法で固液分離を行い固形分31を得ることができる。洗浄工程で用いる洗浄液は、酸、アルカリ、有機溶剤および水からなる群から選択された少なくとも1つを含む洗浄液を用いることができる。
また、洗浄工程で用いる洗浄液のうち少なくとも1つはダミー材5が易溶性を示す。例えば、ダミー材5にソーダガラス板を用いる場合、洗浄液にフッ化水素酸を用いることができる。このことにより、固形分26に含まれるダミー材屑18を容易に除去することができ、ダミー材屑18に含まれるリンを容易に除去することができる。また、この洗浄液は、クーラント13および接着剤屑17が易溶性を示すものが好ましい。また、洗浄液にフッ化水素酸を用いる場合、フッ化水素酸の濃度は特に限定されないが、例えば、0.5%以上10%以下である。
3. Washing Step In the washing step, the solid content 26 recovered from the waste slurry 20 is washed with a washing liquid. In the washing step, the solid content 26 may be washed with one washing liquid, and washing with a washing liquid and solid-liquid separation may be performed, and washing with a plurality of washing liquids may be performed. When the solid content 26 is washed with a plurality of washing liquids, after washing with one washing liquid, solid-liquid separation can be performed in the same manner as in the “recovery step”, and washing with other washing liquids can be performed. Moreover, solid content 31 can be obtained by performing solid-liquid separation by the same method as the “recovery step” after the washing step. As the cleaning liquid used in the cleaning process, a cleaning liquid containing at least one selected from the group consisting of an acid, an alkali, an organic solvent, and water can be used.
Further, at least one of the cleaning liquids used in the cleaning process is easily soluble in the dummy material 5. For example, when a soda glass plate is used for the dummy material 5, hydrofluoric acid can be used for the cleaning liquid. Thereby, the dummy material waste 18 contained in the solid content 26 can be easily removed, and the phosphorus contained in the dummy material waste 18 can be easily removed. In addition, the cleaning liquid is preferably one in which the coolant 13 and the adhesive scrap 17 are easily soluble. Moreover, when using hydrofluoric acid for a washing | cleaning liquid, the density | concentration of hydrofluoric acid is not specifically limited, For example, it is 0.5% or more and 10% or less.

また、固形分26に含まれるクーラント13を除去するためには、クーラント13が水溶性オイルの場合、洗浄液は、水が好ましい。固形分26に含まれる接着剤屑17を除去するためには、接着剤13がエポキシ樹脂系接着剤の場合、洗浄液は、硝酸が好ましい。洗浄液に硝酸を用いる場合、硝酸の濃度は特に限定されないが、例えば、2%以上67.5%以下である。
固形分26に含まれるダミー材屑18を除去するためには、ダミー材5がソーダガラスの場合、洗浄液は、フッ酸が好ましい。従って、切断工程において、クーラント13に水溶性オイルを用い、接着剤3にエポキシ樹脂系接着剤を用い、ダミー材5にソーダガラス板を用いた場合、廃スラリー20から回収された固形分を水、硝酸、フッ酸でそれぞれ洗浄することが好ましい。この3つの洗浄液で洗浄する順番は任意であるが、固形分26には、クーラント13が他の不純物と比較して多く含まれることから、水を洗浄液として洗浄することが好ましい。
In order to remove the coolant 13 contained in the solid content 26, when the coolant 13 is a water-soluble oil, the cleaning liquid is preferably water. In order to remove the adhesive waste 17 contained in the solid content 26, when the adhesive 13 is an epoxy resin adhesive, the cleaning liquid is preferably nitric acid. When nitric acid is used for the cleaning liquid, the concentration of nitric acid is not particularly limited, but is, for example, 2% or more and 67.5% or less.
In order to remove the dummy material waste 18 contained in the solid content 26, when the dummy material 5 is soda glass, the cleaning liquid is preferably hydrofluoric acid. Therefore, in the cutting process, when water-soluble oil is used for the coolant 13, an epoxy resin adhesive is used for the adhesive 3, and a soda glass plate is used for the dummy material 5, the solid content recovered from the waste slurry 20 is water. It is preferable to wash with nitric acid and hydrofluoric acid, respectively. The order of cleaning with these three cleaning liquids is arbitrary, but since the solid content 26 contains more coolant 13 than other impurities, it is preferable to wash with water as the cleaning liquid.

なお、固形分26に含まれるワイヤー屑16のうち、めっき成分、および、ワイヤー素線の殆どは塩酸、硫酸、硝酸、フッ酸などの一般的な無機酸で溶解可能であるが、Ni−P結合の多くは酸に溶解せずに残留することが多い。従って、シリコン屑の再生という観点からは、ワイヤーめっき中のP濃度は低い方が望ましい。このため、ワイヤー8に含まれるニッケルめっき層23は、固形分26中のニッケルめっき層23に由来するリン濃度が0.1ppm以下となるリン濃度を有することができる。このことにより、ニッケルめっき層23に由来する固形分26のリン濃度を低くすることができる。ニッケルめっき層23中のリン濃度は、母線21にニッケルめっき層23を形成するときに調整することができる。なお、固形分26中のニッケルめっき層23に由来するリン濃度は、固形分26中のニッケルの濃度とニッケルめっき層23中のリン濃度との積により求めることができる。   Of the wire scraps 16 contained in the solid content 26, most of the plating components and wire strands can be dissolved by common inorganic acids such as hydrochloric acid, sulfuric acid, nitric acid, and hydrofluoric acid. Many of the bonds often remain undissolved in the acid. Therefore, it is desirable that the P concentration during wire plating is low from the viewpoint of regeneration of silicon scraps. For this reason, the nickel plating layer 23 included in the wire 8 can have a phosphorus concentration such that the phosphorus concentration derived from the nickel plating layer 23 in the solid content 26 is 0.1 ppm or less. Thereby, the phosphorus concentration of the solid content 26 derived from the nickel plating layer 23 can be lowered. The phosphorus concentration in the nickel plating layer 23 can be adjusted when the nickel plating layer 23 is formed on the bus bar 21. The phosphorus concentration derived from the nickel plating layer 23 in the solid content 26 can be obtained by the product of the nickel concentration in the solid content 26 and the phosphorus concentration in the nickel plating layer 23.

ダミー材5に酸、アルカリ、有機溶剤のいずれにも難溶であるものを用いる場合、例えば、カーボン板を用いる場合、ダミー材5は、固形分26中のダミー材5に由来するリン濃度とニッケルめっき層23に由来するリン濃度との和が0.1ppm以下となるリン濃度を有することができる。このことにより、ダミー材5に由来する固形分26のリン濃度を低くすることができる。なお、固形分26中のダミー材5に由来するリン濃度は、切断したシリコンブロック1の長さをL1、接着剤3の厚さをL2、切断したダミー材5の長さをL3としたとき、L3/(L1+L2+L3)とダミー材5中のリン濃度との積により求めることができる。 When the material that is hardly soluble in any of acid, alkali, and organic solvent is used as the dummy material 5, for example, when a carbon plate is used, the dummy material 5 has a phosphorus concentration derived from the dummy material 5 in the solid content 26. The phosphorus concentration derived from the nickel plating layer 23 can have a phosphorus concentration of 0.1 ppm or less. Thereby, the phosphorus concentration of the solid content 26 derived from the dummy material 5 can be lowered. The phosphorus concentration derived from the dummy material 5 in the solid content 26 is L 1 for the length of the cut silicon block 1, L 2 for the thickness of the adhesive 3, and L 3 for the length of the cut dummy material 5. In this case, it can be obtained by the product of L 3 / (L 1 + L 2 + L 3 ) and the phosphorus concentration in the dummy material 5.

接着剤3に酸、アルカリ、有機溶剤のいずれにも難溶であるものを用いる場合、接着剤3は、固形分26中の接着剤3に由来するリンの濃度とニッケルめっき層23に由来するリン濃度との和が0.1ppm以下となるリン濃度を有することができる。このことにより、接着剤3に由来する固形分26のリン濃度を低くすることができる。なお、固形分26中の接着剤3に由来するリン濃度は、切断したシリコンブロック1の長さをL1、接着剤3の厚さをL2、切断したダミー材5の長さをL3としたとき、L2/(L1+L2+L3)と接着剤3中のリン濃度との積により求めることができる。 When the adhesive 3 that is hardly soluble in any of acid, alkali, and organic solvent is used, the adhesive 3 is derived from the concentration of phosphorus derived from the adhesive 3 in the solid content 26 and the nickel plating layer 23. It can have a phosphorus concentration such that the sum with the phosphorus concentration is 0.1 ppm or less. Thereby, the phosphorus concentration of the solid content 26 derived from the adhesive 3 can be lowered. The phosphorus concentration derived from the adhesive 3 in the solid content 26 is L 1 for the length of the cut silicon block 1, L 2 for the thickness of the adhesive 3, and L 3 for the length of the cut dummy material 5. In this case, it can be determined by the product of L 2 / (L 1 + L 2 + L 3 ) and the phosphorus concentration in the adhesive 3.

接着剤3およびダミー材5の両方が、酸、アルカリ、有機溶剤に難溶なものを用いる場合、接着剤3およびダミー材5は、固形分26中の接着剤3に由来するリンの濃度とダミー材5に由来するリンの濃度とニッケルめっき層23に由来するリン濃度との和が0.1ppm以下となるリン濃度を有することができる。このことにより、接着剤3およびダミー材5に由来する固形分26のリン濃度を低くすることができる。   When both of the adhesive 3 and the dummy material 5 use materials that are hardly soluble in acids, alkalis, and organic solvents, the adhesive 3 and the dummy material 5 have a concentration of phosphorus derived from the adhesive 3 in the solid content 26 and The phosphorus concentration derived from the dummy material 5 and the phosphorus concentration derived from the nickel plating layer 23 can have a phosphorus concentration that is 0.1 ppm or less. As a result, the phosphorus concentration of the solid content 26 derived from the adhesive 3 and the dummy material 5 can be lowered.

4.熔融工程
熔融工程において、洗浄工程後の固形分31をシリコンの融点以上の温度に加熱して熔融シリコン32とする。固形分31を熔融する方法は、特に限定されないが、例えば、固形分31を耐熱性容器(坩堝)に収容した後に加熱装置を用いて耐熱性容器を加熱することにより溶融シリコンとする方法などが挙げられる。熔融工程は、例えば、図4に示したような装置を用いて行うことができる。
耐熱性容器30としては、固形分31を溶融させることができるものであれば特に限定されず、たとえば、カーボン、ムライト、アルミナおよびマグネシアからなる群から選択された少なくとも1種からなる容器を用いることができる。
4). Melting process In the melting process, the solid content 31 after the cleaning process is heated to a temperature equal to or higher than the melting point of silicon to form molten silicon 32. The method for melting the solid content 31 is not particularly limited. For example, after the solid content 31 is accommodated in a heat resistant container (crucible), the heat resistant container is heated using a heating device to obtain molten silicon. Can be mentioned. The melting process can be performed using, for example, an apparatus as shown in FIG.
The heat resistant container 30 is not particularly limited as long as the solid content 31 can be melted. For example, a container made of at least one selected from the group consisting of carbon, mullite, alumina, and magnesia is used. Can do.

また、加熱手段35としては、固形分31を溶解させることができる温度まで加熱することができるものであれば特に限定されず、たとえば、抵抗加熱装置または誘導加熱装置などを用いることができる。
また、溶融工程は、不活性ガス(窒素、アルゴン、ヘリウムガスなど)雰囲気中で行う方が望ましい。このことによりシリコンが酸化されることにより酸化シリコンが増加することを抑制することができるからである。熔融工程における雰囲気圧力は固形分31の耐熱性容器30への追装、溶融の際は152Torr〜760Torr、望ましくは380Torr〜760Torrとすることができる。
The heating means 35 is not particularly limited as long as it can be heated to a temperature at which the solid content 31 can be dissolved. For example, a resistance heating device or an induction heating device can be used.
The melting step is preferably performed in an inert gas (nitrogen, argon, helium gas, etc.) atmosphere. This is because an increase in silicon oxide due to the oxidation of silicon can be suppressed. The atmospheric pressure in the melting step can be set to 152 Torr to 760 Torr, preferably 380 Torr to 760 Torr when the solid content 31 is added to the heat-resistant container 30 and melted.

また、熔融工程において、溶融シリコン32を凝固させる方法は特に限定されず、たとえば、固形分31を溶融した耐熱性容器30ごと冷却する方法または溶融シリコン32を傾動出湯などの方法により他の冷却用容器50に収容して冷却用容器50で冷却する方法などが挙げられる。冷却雰囲気としては、大気雰囲気または不活性ガス雰囲気などを挙げることができ、冷却雰囲気の圧力は大気圧程度またはそれから減圧したもののいずれであってもよい。
なお、冷却用容器50としては、たとえば、シリカ坩堝や砂を焼結した坩堝などの安価な使い捨てのものまたはカーボン鋳型や水冷銅鋳型などの再利用することができるもののいずれも用いることができる。
In the melting step, the method of solidifying the molten silicon 32 is not particularly limited. For example, the cooling of the solid silicon 31 together with the heat-resistant container 30 or the method of cooling the molten silicon 32 by other methods such as tilting hot water is used. The method etc. which are accommodated in the container 50 and cooled with the cooling container 50 are mentioned. Examples of the cooling atmosphere include an air atmosphere or an inert gas atmosphere, and the pressure of the cooling atmosphere may be about atmospheric pressure or reduced pressure.
In addition, as the cooling container 50, for example, an inexpensive disposable one such as a silica crucible or a sand crucible or a reusable one such as a carbon mold or a water-cooled copper mold can be used.

溶融シリコン32は、耐熱性容器30を傾けること、耐熱性容器30の上部に切れ込みを入れること、または、耐熱性容器30の下部または側面に開閉可能な出湯口を設けることなどにより耐熱性容器30から冷却用容器50に出湯することができる。熔融シリコン32は、比較的粘度の低い湯状であるため、耐熱性容器30中から粘度の低いものだけ出湯することができる。このことにより、熔融シリコン32を酸化シリコン32から分離して出湯することができる。この出湯した熔融シリコン32を凝固させることにより、シリコン屑の酸化膜(SiOx)に由来する酸化シリコンが低減されたシリコン塊43を得ることができる。また、ワイヤー8から混入した砥粒22も酸化シリコン33と共に低減することができる。 The molten silicon 32 is formed by inclining the heat-resistant container 30, making a notch in the upper part of the heat-resistant container 30, or providing a hot water outlet that can be opened and closed on the lower or side surface of the heat-resistant container 30. The hot water can be discharged into the cooling container 50. Since the molten silicon 32 is in the form of hot water having a relatively low viscosity, only hot water having a low viscosity can be discharged from the heat-resistant container 30. Thereby, the molten silicon 32 can be separated from the silicon oxide 32 and discharged. By solidifying the melted molten silicon 32, a silicon lump 43 in which silicon oxide derived from silicon scrap oxide film (SiO x ) is reduced can be obtained. Further, the abrasive grains 22 mixed from the wire 8 can be reduced together with the silicon oxide 33.

5.偏析工程
溶融工程の後に、偏析によって金属を除去する工程(偏析工程)が行なうことができる。この工程により、鉄などの金属成分を除去することができる。
なお、偏析によって金属成分を除去する方法は特に限定されないが、たとえば、従来から公知の一方向凝固などを用いることができる。
5. Segregation process After the melting process, a process of removing metal by segregation (segregation process) can be performed. By this step, metal components such as iron can be removed.
The method for removing the metal component by segregation is not particularly limited, and for example, conventionally known unidirectional solidification can be used.

6.シリコン塊
上記のシリコン再生方法によれば、たとえば、以下の(a)〜(e)に示す種類の不純物の含有量を低減した高純度のシリコン塊44を得ることができる。
(a)ボロンの含有量(重量):0.3重量ppm以下
(b)リンの含有量(重量):0.3重量ppm以下
(c)鉄の含有量(重量):1重量ppm以下
(d)炭化ケイ素の含有量(重量):100重量ppm以下
(e)酸素の含有量(重量):100重量ppm以下
6). Silicon Mass According to the above-described silicon regeneration method, for example, a high-purity silicon mass 44 in which the content of impurities of the types shown in the following (a) to (e) is reduced can be obtained.
(A) Boron content (weight): 0.3 ppm by weight or less (b) Phosphorus content (weight): 0.3 ppm by weight or less (c) Iron content (weight): 1 ppm by weight or less ( d) Silicon carbide content (weight): 100 ppm by weight or less (e) Oxygen content (weight): 100 ppm by weight or less

リン混入源の検討
切断工程における廃スラリー20中へのリンの混入源について検討を行った。
まず、ダミー材5であるソーダガラス板にエポキシ樹脂系接着剤を用いて太陽電池用多結晶シリコンを接着し、母線(鋼材)に砥粒であるダイヤモンドを溶着しNiめっきを施した固定砥粒ワイヤーおよびグリコールを基材とするクーラントを用いて太陽電池用多結晶シリコンを切断し、シリコンウエハを作製した。このシリコンウエハの作製時に排出される廃スラリーを固液分離し、固形分26を得た。この固形分26に含まれる各成分の割合およびその混入源のリン濃度を調べた。この結果を表1に示す。なお、表1中の「混入源に由来するリン濃度」は、「固形分中の各成分の含有率」と「混入源のリン濃度」との積となっている。
Examination of Phosphorus Contamination Source A study was conducted on the source of phosphorus contamination in the waste slurry 20 in the cutting step.
First, the fixed abrasive grains in which the soda glass plate which is the dummy material 5 is bonded with polycrystalline silicon for solar cells using an epoxy resin adhesive, diamond as the abrasive grains is welded to the busbar (steel material), and Ni plating is applied. The polycrystalline silicon for solar cells was cut using a coolant based on wire and glycol to produce a silicon wafer. The waste slurry discharged during the production of this silicon wafer was subjected to solid-liquid separation to obtain a solid content 26. The ratio of each component contained in the solid content 26 and the phosphorus concentration of the contamination source were examined. The results are shown in Table 1. The “phosphorus concentration derived from the contamination source” in Table 1 is the product of “content ratio of each component in the solid content” and “phosphorus concentration of the contamination source”.

Figure 2012020364
Figure 2012020364

表1を見ると、固定砥粒法により回収された固形分26中のリン成分が表1の通り、シリコン屑中のリン成分、クーラント中のリン成分、ワイヤーに含まれるニッケルに含まれるリン成分、接着剤中のリン成分、ダミー材中のリン成分の5種類であることを発見した。
なお、半導体用の単結晶シリコンを切断した場合のシリコン屑であればリンは殆ど含まれないが、太陽電池用多結晶シリコンを切断した場合のシリコン屑であればリンが〜0.3重量ppm含まれることがある。
Looking at Table 1, the phosphorus component in the solid content 26 recovered by the fixed abrasive method is as shown in Table 1. The phosphorus component in the silicon scrap, the phosphorus component in the coolant, and the phosphorus component contained in the nickel contained in the wire It was discovered that there are five types of phosphorus component in the adhesive and phosphorus component in the dummy material.
It should be noted that phosphorus is hardly included in the case of silicon scrap when cutting single-crystal silicon for semiconductors, but phosphorus is about 0.3 ppm by weight if it is silicon scrap when cutting polycrystalline silicon for solar cells. May be included.

クーラントには、リンが0.2重量ppm以下程度の含まれることがある。また、固形分に含まれるクーラントは水溶性の場合は水で洗浄すること、不水溶性の場合、灯油で洗浄することにより容易に除去可能である。
固定砥粒ワイヤーには、母線(鋼材)にダイヤモンドを溶着し、ダイヤモンドの密着性向上のために主にNiめっきを施しているが、密着性向上のためにPを4%以下の範囲で意図的に添加することがある。Niは塩酸、硫酸、硝酸、フッ酸などの無機酸に易溶であるが、Ni−P結合は化学的に安定であり、薬液による除去は比較的困難である。
The coolant may contain about 0.2 ppm by weight or less of phosphorus. Further, the coolant contained in the solid content can be easily removed by washing with water if it is water-soluble, or by washing with kerosene if it is water-insoluble.
For fixed abrasive wires, diamond is welded to the bus bar (steel) and Ni plating is mainly applied to improve the adhesion of diamond, but P is intended to be within 4% or less in order to improve adhesion. May be added. Ni is readily soluble in inorganic acids such as hydrochloric acid, sulfuric acid, nitric acid, and hydrofluoric acid, but the Ni-P bond is chemically stable and is relatively difficult to remove with a chemical solution.

接着剤は、多結晶シリコンとダミー材とを接着するための接着剤であり、接着剤中にリンを100重量ppm以下程度含む。例えば、日化精工製のエポキシ接着剤(Wボンド、Qボンド、Fボンド)を硬化させた後のもののリン濃度は30〜100重量ppmであった。接着剤厚さは0.1〜0.2mm程度である。接着剤中のリンの存在形態は有機リン化合物Cabc−P(a、b、c:任意の整数)であり、接着剤が溶解する酸に易溶であると考えられる。エポキシ接着剤は硝酸に対して易溶である。 The adhesive is an adhesive for bonding the polycrystalline silicon and the dummy material, and contains about 100 ppm by weight or less of phosphorus in the adhesive. For example, the phosphorus concentration after curing an epoxy adhesive (W bond, Q bond, F bond) manufactured by Nikka Seiko was 30 to 100 ppm by weight. The adhesive thickness is about 0.1 to 0.2 mm. The presence form of phosphorus in the adhesive is an organophosphorus compound C a H b O c —P (a, b, c: any integer), and is considered to be easily soluble in the acid in which the adhesive dissolves. Epoxy adhesives are readily soluble in nitric acid.

ダミー材は、多結晶シリコンを切断しシリコンウエハを作製する際に、多結晶シリコンを超えてダミー材まで切断する必要があり、廃スラリーから回収された固形分にはダミー材を切断した切り屑も含まれる。通常、マルチワイヤソーでシリコンを切断する場合、ダミー材も1〜5mm程度切断する。
ダミー材にはシリコン端材、ガラス、カーボン、木材など板状のものが用いることができる。ガラスはフッ酸に易溶であるが、カーボン、木材は化学物質に対して難溶であるため、本発明に基づくダミー材はガラスが望ましい。
When manufacturing a silicon wafer by cutting polycrystalline silicon, it is necessary to cut the dummy material beyond the polycrystalline silicon to the dummy material. Is also included. Usually, when cutting silicon with a multi-wire saw, the dummy material is also cut by about 1 to 5 mm.
As the dummy material, a plate-shaped material such as silicon edge material, glass, carbon, or wood can be used. Glass is readily soluble in hydrofluoric acid, but carbon and wood are poorly soluble in chemicals, so glass is desirable for the dummy material according to the present invention.

ガラスはソーダガラスなど安価なものを用いる。市販のソーダガラスのリン濃度は1〜20重量ppmであった。ガラス中のリンの存在形態は無機リン酸(H2PO3等)であり、ガラスが溶解する酸に易溶である。
図1において、L1:シリコンの切断長さ、L2:接着剤厚さ、L3:ダミー材の切り込み長さ、とした場合、
接着剤の含有率=L2÷(L1+L2+L3)×(100%−オイル含有率)≒0.05〜0.1%
ダミー材の含有率=L3÷(L1+L2+L3)×(100%−オイル含有率)≒1〜4%
である。
A cheap glass such as soda glass is used. The commercially available soda glass had a phosphorus concentration of 1 to 20 ppm by weight. The presence form of phosphorus in the glass is inorganic phosphoric acid (H 2 PO 3 or the like), which is easily soluble in an acid that dissolves the glass.
In FIG. 1, when L 1 is the cut length of silicon, L 2 is the adhesive thickness, and L 3 is the cut length of the dummy material,
Adhesive content = L 2 ÷ (L 1 + L 2 + L 3 ) × (100% −oil content) ≈0.05 to 0.1%
Dummy material content = L 3 ÷ (L 1 + L 2 + L 3 ) × (100% −oil content) ≈1 to 4%
It is.

シリコン再生実験
1.切断工程
ワイヤーにダイヤモンドを付着させ、ダイヤモンドの剥離を抑制するためにニッケルめっきを施したワイヤー(固定砥粒ワイヤー)が装着されたマルチワイヤソーを用いて、プロピレングリコールを基材としたクーラントをかけながら、シリコンブロックの切断を行いシリコンウエハを作製した。
切断時に用いるダミー材はフッ酸に易溶であるソーダガラスとし、接着剤は硝酸に易溶であるエポキシ接着剤とした。
Silicon regeneration experiment Cutting process While applying a coolant based on propylene glycol using a multi-wire saw with a nickel-plated wire (fixed abrasive wire) attached to the wire to prevent diamond peeling Then, the silicon block was cut to produce a silicon wafer.
The dummy material used at the time of cutting was soda glass that is easily soluble in hydrofluoric acid, and the adhesive was an epoxy adhesive that was easily soluble in nitric acid.

2.回収工程
切断工程により生じる廃スラリーを遠心分離機を用いて、オイル成分を粗除去し固形分を得た。「シリコン再生実験」の各工程後の固形分に含まれる不純物成分の濃度を表2に示す。
2. Recovery process The waste slurry produced in the cutting process was roughly removed by using a centrifugal separator to obtain a solid content. Table 2 shows the concentration of the impurity component contained in the solid content after each step of the “silicon regeneration experiment”.

Figure 2012020364
Figure 2012020364

回収工程により回収された固形分にはオイルが50%存在し、B、P、重金属などの測定は不可であった。
また、固定砥粒ワイヤーを用いて切断工程を行っているため、遊離砥粒を用いて切断工程を行った場合に比べ、砥粒成分の含有率が非常に少ない。
The solid content recovered by the recovery process contained 50% oil, and B, P, heavy metals, etc. could not be measured.
Moreover, since the cutting process is performed using the fixed abrasive wire, the content rate of the abrasive component is very small compared to the case where the cutting process is performed using the free abrasive grains.

3.洗浄工程
洗浄工程において、水洗浄、フッ酸洗浄、硝酸洗浄をこの順で行った。
まず、回収工程により回収された固形分を、固形分:水=(1:5)から(1:10)で希釈し、遠心分離機により固液分離して、オイル分の除去を行った。オイル成分の除去性を高めるために、洗浄を2度行った。
水洗浄完了後の固形分中の不純物濃度を表2に示す。尚、水洗浄完了後のシリコンは水を30〜50%含むが、分析を行うために、150℃真空中で乾燥し、水分を除去したものを分析している。測定はB、P、Fe、NiはICP質量分析計、Cは燃焼法、Oは蛍光X線、オイル成分は熱天秤で測定した。水洗浄完了後では、Ni濃度が高いが、これはワイヤーのニッケルめっきに起因しているものと考えられる。また、C濃度が2,000重量ppmであるが、これは砥粒であるダイヤモンド、残留オイル中のカーボンCpqr(p、q、r:任意の整数)、接着剤成分のカーボンCstu(s、t、u:任意の整数)を足したものであると考えられる。Oは10%程度存在するが、表面酸化膜、残留オイル中の酸素、接着剤成分の酸素を足したものであると考えられる。
3. Cleaning step In the cleaning step, water cleaning, hydrofluoric acid cleaning, and nitric acid cleaning were performed in this order.
First, the solid content recovered in the recovery process was diluted with solid content: water = (1: 5) to (1:10), and solid-liquid separation was performed with a centrifuge to remove the oil content. In order to improve the removability of the oil component, washing was performed twice.
Table 2 shows the impurity concentration in the solid content after completion of the water washing. In addition, although silicon after completion of the water cleaning contains 30 to 50% of water, in order to perform analysis, the silicon which has been dried in a vacuum at 150 ° C. to remove moisture is analyzed. B, P, Fe, and Ni were measured by an ICP mass spectrometer, C was a combustion method, O was a fluorescent X-ray, and an oil component was measured by a thermobalance. After completion of water washing, the Ni concentration is high, which is considered to be due to the nickel plating of the wire. The C concentration is 2,000 ppm by weight, which is diamond as abrasive grains, carbon C p H q O r (p, q, r: any integer) in residual oil, carbon of adhesive component It is considered that C s H t O u (s, t, u: any integer) is added. O is present at about 10%, but is considered to be the sum of the surface oxide film, oxygen in the residual oil, and oxygen of the adhesive component.

水洗浄後の固形分中のNi濃度が200重量ppm存在するため、ワイヤーのニッケルめっき中のリン濃度を、固形分中のニッケルめっきに由来するニッケル濃度が0.1ppm以下となるように制御する必要があり、ワイヤーのニッケルめっき中のリン濃度が0.05重量%以下となるように制御したワイヤーを切断工程において用いている。なお、固形分中のニッケルめっきに由来するニッケル濃度は、固形分中のニッケル濃度とニッケルめっき中のリン濃度の積により求めた。   Since the Ni concentration in the solid content after washing with water is 200 ppm by weight, the phosphorus concentration in the nickel plating of the wire is controlled so that the nickel concentration derived from the nickel plating in the solid content is 0.1 ppm or less. It is necessary to use a wire that is controlled so that the phosphorus concentration in the nickel plating of the wire is 0.05% by weight or less in the cutting step. The nickel concentration derived from the nickel plating in the solid content was determined by the product of the nickel concentration in the solid content and the phosphorus concentration in the nickel plating.

次に、水洗済み固形分:1%の希フッ酸=(1:5)で1時間攪拌を行い、フィルタープレスを用いて固液分離して、ガラス成分の除去を行った。
フッ酸洗浄完了後の固形分の不純物濃度を表2に示す。尚、フッ酸洗浄完了後の固形分はふっ酸水溶液を30〜50%含むが、分析を行うために、水でpH7近傍になるまでリンスを行った後150℃真空中で乾燥し、水分を除去したものを分析している。測定はB、P、Fe、NiはICP質量分析計、Cは燃焼法、Oは蛍光X線、オイル成分は熱天秤で測定した。フッ酸洗浄完了後ではPはあまり低減しない。これは、ダミー材であるガラス中に存在しているPはフッ酸で低減可能であるが、ニッケルめっき中のP、すなわち、Ni−P結合がフッ酸に対して、難溶であるためと考えられる。
Next, it was stirred for 1 hour with dilute hydrofluoric acid having a solid content of 1% after washing with water (1: 5), followed by solid-liquid separation using a filter press to remove the glass component.
Table 2 shows the impurity concentration of the solid content after completion of the hydrofluoric acid cleaning. The solid content after completion of the hydrofluoric acid cleaning contains 30 to 50% hydrofluoric acid aqueous solution. For analysis, rinse with water until the pH is close to 7, then dry at 150 ° C. in vacuum to remove moisture. Analyzing what was removed. B, P, Fe, and Ni were measured by an ICP mass spectrometer, C was a combustion method, O was a fluorescent X-ray, and oil components were measured by a thermobalance. P does not decrease much after completion of the hydrofluoric acid cleaning. This is because P present in the glass as a dummy material can be reduced with hydrofluoric acid, but P in nickel plating, that is, the Ni-P bond is hardly soluble in hydrofluoric acid. Conceivable.

次に、フッ酸洗浄済みシリコン:5%の硝酸=(1:5)で1時間攪拌を行い、フィルタープレスを用いて固液分離して、接着剤成分の低減を行った。更に、酸成分を除去するために、ろ液がpH7近傍になるまで水洗を行い、150℃真空中で乾燥を行った。
前記硝酸洗浄および水洗完了後のシリコンの不純物濃度を表2に示す。測定はB、P、Fe、NiはICP質量分析計、Cは燃焼法、Oは蛍光X線、オイル成分は熱天秤で測定した。硝酸洗浄により、接着剤成分の溶解が可能であり、CやPの若干の減少が見られる。Oは水洗完了後から硝酸洗浄完了後までほとんど差が見られないが、これはOのほとんどがシリコン屑の表面酸化膜に起因しているためと考えられる。
Next, the hydrofluoric acid washed silicon: 5% nitric acid = (1: 5) was stirred for 1 hour, and solid-liquid separation was performed using a filter press to reduce the adhesive component. Furthermore, in order to remove an acid component, it washed with water until the filtrate became pH 7 vicinity, and dried in 150 degreeC vacuum.
Table 2 shows the impurity concentration of silicon after completion of the nitric acid cleaning and water cleaning. B, P, Fe, and Ni were measured by an ICP mass spectrometer, C was a combustion method, O was a fluorescent X-ray, and oil components were measured by a thermobalance. By washing with nitric acid, the adhesive component can be dissolved, and a slight decrease in C and P is observed. There is almost no difference in the O from the completion of the water washing to the completion of the nitric acid washing. This is probably because most of the O is caused by the surface oxide film of silicon scrap.

4.熔融工程
溶融前洗浄工程を行った後、洗浄工程後の固形分の溶融を行った。熔融工程は、図4に示すような溶融炉を用いて行った。
尚、固定砥粒を用いた切断を行った際に発生する固形分は、砥粒成分が0.1%と遊離砥粒の場合と比較すると非常に少ないため、砥粒成分の影響が小さく、Siとその他成分との分離性も良好であり、回収率も高くなる点にメリットがある。
4). Melting process After the pre-melting cleaning process, the solid content after the cleaning process was melted. The melting process was performed using a melting furnace as shown in FIG.
In addition, since the solid content generated when cutting using fixed abrasive is very small compared to the case of 0.1% abrasive component and free abrasive, the influence of the abrasive component is small, There are merits in that the separability between Si and other components is good and the recovery rate is high.

まず、チャンバー41内に、坩堝30および坩堝30を加熱する加熱手段35およびこれを傾動する傾動手段49を少なくとも持つ炉体53を設置した。
坩堝30内に溶融前洗浄を行った固形分31を追装していき、溶融を行った。雰囲気は窒素とし、雰囲気圧力は380Torr〜760Torrとした。坩堝30内の温度はシリコンの融点である1412℃以上とし、1600℃程度とした。熔融シリコン32はカーボン製の攪拌棒48を用いて攪拌した。
First, the furnace body 53 having at least the crucible 30 and the heating means 35 for heating the crucible 30 and the tilting means 49 for tilting the crucible 30 was installed in the chamber 41.
In the crucible 30, the solid content 31 that had been washed before melting was added and melted. The atmosphere was nitrogen, and the atmosphere pressure was 380 Torr to 760 Torr. The temperature in the crucible 30 was set to 1412 ° C., which is the melting point of silicon, or about 1600 ° C. The molten silicon 32 was stirred using a carbon stirring rod 48.

その後、坩堝30を傾動手段49を用いて傾動して熔融シリコン32を第1出湯容器50に出湯した。坩堝30内に残留したもの33は殆どが酸化シリコンであるので、これを物理的な手段52を用いて第2出湯容器51に除去した。第1出湯容器5内の熔融シリコンを自然冷却し凝固させ、シリコン塊43を得た。
溶融工程後のシリコン塊43の不純物濃度を表2に示す。測定はB、P、Fe、NiはICP質量分析計、C、Oは燃焼法で測定を行った。塊化することにより、表面酸化膜の影響が小さくなるため、酸素濃度は非常に小さくなった。
Thereafter, the crucible 30 was tilted using the tilting means 49 to discharge the molten silicon 32 into the first hot water container 50. Since most of the material 33 remaining in the crucible 30 is silicon oxide, it was removed to the second hot water container 51 using physical means 52. The molten silicon in the first hot water container 5 was naturally cooled and solidified to obtain a silicon lump 43.
Table 2 shows the impurity concentration of the silicon lump 43 after the melting step. B, P, Fe, and Ni were measured by an ICP mass spectrometer, and C and O were measured by a combustion method. Since the influence of the surface oxide film is reduced by the agglomeration, the oxygen concentration becomes very small.

5.偏析工程
熔融工程後のシリコン塊43から金属不純物を除去するために、偏析を利用した一方向凝固を行った。
溶融工程後のシリコン塊、250kgを内寸、680×680mmのシリカ坩堝に投入し、シリカ坩堝を所定のホットゾーン(加熱帯)を持つ一方向凝固炉に投入した。1450℃まで加熱してシリコンを溶融した後、10mm/Hの速度でシリカ坩堝を低下させホットゾーンから離していき、一方向凝固させた。
得られた250kgのシリコン塊(約680mm×680mm×230mm)の下端部を5mm、側端部を5mm、上端部を10mmバンドソーで切断し、その後、ハンドリングをしやすいように小割にした。
5. Segregation process In order to remove metal impurities from the silicon mass 43 after the melting process, unidirectional solidification using segregation was performed.
After the melting step, 250 kg of silicon lump, 250 kg of internal size, was put into a 680 × 680 mm silica crucible, and the silica crucible was put into a unidirectional solidification furnace having a predetermined hot zone (heating zone). After heating to 1450 ° C. to melt the silicon, the silica crucible was lowered at a rate of 10 mm / H and separated from the hot zone to solidify in one direction.
The obtained 250 kg silicon lump (about 680 mm × 680 mm × 230 mm) was cut with a band saw at a lower end of 5 mm, a side end of 5 mm, and an upper end of 10 mm, and then cut into pieces for easy handling.

シリコン塊をバンドソーで切断した後のシリコン塊の上端部付近の不純物濃度を表2に示す。得られたシリコン塊では、シリコンからのリン除去法である、真空溶解、または、電子ビーム溶解の工程を行わなくても、リン濃度は0.28重量ppmと太陽電池用シリコン原料として利用可能な濃度であった。このうちの、0.1重量ppm程度のリンはNi−Pめっきの残留分に起因していると考えられる。また、Bや重金属の濃度も太陽電池用シリコン原料として使用可能な濃度であった。   Table 2 shows the impurity concentration in the vicinity of the upper end of the silicon lump after the silicon lump is cut with a band saw. The obtained silicon lump can be used as a silicon raw material for solar cells with a phosphorus concentration of 0.28 ppm by weight, without performing vacuum melting or electron beam melting, which is a method for removing phosphorus from silicon. Concentration. Of these, about 0.1 ppm by weight of phosphorus is considered to be caused by the Ni-P plating residue. Moreover, the density | concentration of B and heavy metal was also a density | concentration which can be used as a silicon raw material for solar cells.

1: シリコンブロック 3:接着剤 5:ダミー材 8:ワイヤー 10:廃スラリー容器 11:シリコンウエハ 13:クーラント 15:シリコン屑 16:ワイヤー屑 17:接着剤屑 18:ダミー材屑 20:廃スラリー 21:母線 22:砥粒 23:ニッケルめっき層 25:洗浄液 26、31:固形分 27:洗浄容器 28:攪拌器 30、38:耐熱性容器(坩堝) 32、37:熔融シリコン 33:酸化シリコン 35、39:加熱手段 41:チャンバー 43、44:シリコン塊 48:攪拌棒 49:傾動手段 50:第1冷却用容器 51:第2冷却用容器 52:かきだし棒 53:炉体     1: Silicon block 3: Adhesive 5: Dummy material 8: Wire 10: Waste slurry container 11: Silicon wafer 13: Coolant 15: Silicon waste 16: Wire waste 17: Adhesive waste 18: Dummy waste 20: Waste slurry 21 : Busbar 22: Abrasive grain 23: Nickel plating layer 25: Cleaning liquid 26, 31: Solid content 27: Cleaning container 28: Stirrer 30, 38: Heat-resistant container (crucible) 32, 37: Molten silicon 33: Silicon oxide 35, 39: heating means 41: chamber 43, 44: silicon block 48: stirring rod 49: tilting means 50: first cooling vessel 51: second cooling vessel 52: scraping rod 53: furnace body

Claims (8)

シリコンブロックを切断しその際副生したシリコン屑より、真空溶解法または電子ビーム法のごとき特別の脱リン処理をすることなく、太陽電池用原料として利用可能なリン濃度を有する再生シリコンを得るシリコン再生方法であって、
前記シリコンブロックをダミー材に接着剤を用いて接着させた状態で、表面に砥粒を固着したワイヤーとクーラントとを用いて、前記シリコンブロックとダミー材の一部を切断してシリコンウエハを得、その際副生したシリコン屑を含む廃スラリーからシリコン屑含有固形分を回収する工程と、
回収した固形分を第1洗浄液とそれと異なる第2洗浄液とで洗浄する工程と、
洗浄した固形分を熔融して熔融シリコンを得る工程と、
熔融シリコンを凝固する工程とを含み、
前記ダミー材は、第1洗浄液に易溶性を有し、前記接着剤は、第2洗浄液に易溶性を有することを特徴とするシリコン再生方法。
Silicon obtained by cutting silicon blocks to obtain regenerated silicon having a phosphorus concentration that can be used as a raw material for solar cells, without any special dephosphorization treatment such as vacuum melting method or electron beam method from silicon by-product generated as a by-product A playback method,
In a state where the silicon block is bonded to the dummy material using an adhesive, a silicon wafer is obtained by cutting a part of the silicon block and the dummy material using a wire and a coolant having abrasive grains fixed on the surface. , A step of recovering the silicon scrap-containing solid content from the waste slurry containing silicon scrap generated as a by-product,
Washing the collected solids with a first washing liquid and a different second washing liquid;
Melting the washed solid to obtain molten silicon;
A step of solidifying molten silicon,
The method of reclaiming silicon, wherein the dummy material is easily soluble in the first cleaning liquid, and the adhesive is easily soluble in the second cleaning liquid.
前記リン濃度は、0.32重量ppm以下である請求項1に記載の方法。   The method according to claim 1, wherein the phosphorus concentration is 0.32 ppm by weight or less. 前記ダミー材は、ソーダガラスであり、
第1洗浄液は、0.5%以上10%以下のフッ化水素酸である請求項1または2に記載の方法。
The dummy material is soda glass,
The method according to claim 1 or 2, wherein the first cleaning liquid is 0.5% to 10% hydrofluoric acid.
前記接着剤は、エポキシ樹脂系接着剤であり、
第2洗浄液は、2%以上67.5%以下の硝酸である請求項1〜3のいずれか1つに記載の方法。
The adhesive is an epoxy resin adhesive,
The method according to any one of claims 1 to 3, wherein the second cleaning liquid is nitric acid of 2% to 67.5%.
前記接着剤は、第1洗浄液に易溶性を有する請求項1または2に記載の方法。   The method according to claim 1, wherein the adhesive is easily soluble in the first cleaning liquid. 前記ワイヤーは、ニッケルめっき層を有し、
前記ニッケルめっき層は、0.05重量%以下のリンの濃度を有する請求項1〜5のいずれか1つに記載の方法。
The wire has a nickel plating layer,
The method according to claim 1, wherein the nickel plating layer has a concentration of phosphorus of 0.05% by weight or less.
熔融シリコンを凝固する工程は、冷却用容器に出湯した前記熔融シリコンを凝固する工程を含む請求項1〜6のいずれか1つに記載の方法。   The method according to any one of claims 1 to 6, wherein the step of solidifying the molten silicon includes a step of solidifying the molten silicon discharged from the cooling vessel. 熔融シリコンを凝固する工程により形成したシリコン塊をシリコンの融点以上の温度に加熱して熔融させ、一方向凝固する工程をさらに含む請求項1〜7のいずれか1つに記載の方法。   The method according to any one of claims 1 to 7, further comprising a step of heating and melting the silicon lump formed by the step of solidifying the molten silicon to a temperature equal to or higher than the melting point of silicon and solidifying in one direction.
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