JP2017512159A - 多結晶シリコンの製造方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、多結晶シリコンバーの提供、多結晶シリコン片への多結晶シリコンバーの粉砕、および底部、壁および開口部を備え、多結晶シリコン片と接触する底部および壁の少なくとも内面がプラスチックで被覆された段ボール箱内に多結晶シリコン片を導入することによる多結晶シリコン片の梱包を含む、多結晶シリコンを製造する方法に関する。

Description

本発明は多結晶シリコンの製造方法に関する。

多結晶シリコン（ポリシリコン）は、多結晶シリコンロッド（その後、多結晶シリコンチャンクに粉砕される）を与えるシーメンス法によってトリクロロシランのようなハロシランから細いロッド上に主に堆積される。チャンクに粉砕した後、特定のサイズ等級にそれらを分級することが通例である。選別および分級した後、チャンクは特定の重量に量られ、プラスチック袋に梱包される。チャンクの選別、分級、計量および梱包のための対応する方法は、ＵＳ２０１３３０９５２４Ａ１号から知られている。

半導体およびソーラー産業における用途のために、最小レベルの汚染を有するチャンクポリシリコンが望ましい。従って、チャンクに粉砕すること、選別および分級、計量ならびに梱包は、最小レベルの汚染で行うことが望ましい。

典型的には、チャンクは、個々の処理工程の間に１つの装置からの別の装置、例えば、粉砕装置から梱包機へ輸送されなければならない。この場合、バッファ容器と呼ばれるもの、典型的には、プラスチックボックス内にチャンクをすぐ保存するのが通例である。

最後の処理工程は常にプラスチック袋における梱包であるが、チャンクポリシリコンが、充填の過程でプラスチック袋を貫通するおそれがあり、最悪の場合にはプラスチック袋を完全に破きすらする、鋭利な縁の、非自由流動性バルク材料であるという事実のために問題である。

ＤＥ１０ ２００７ ０２７ １１０Ａ１号は、この目的のために、多結晶シリコンを充填装置によって、自由にぶらさがった、完全に形成された袋に充填し、このように充填された袋を閉じることを含み、袋は１０から１０００μｍの壁厚さを有する高純度プラスチックからなり、充填装置は非金属低汚染物質の自由にぶらさがったエネルギー吸収体を備え、この吸収体が多結晶シリコンで充填する前にプラスチック袋に導入され、この吸収体によって多結晶シリコンがプラスチック袋に満たされて、その後自由にぶらさがったエネルギー吸収体が多結晶シリコンで満たされたプラスチック袋から取り除かれて、プラスチック袋が閉じられる、多結晶シリコンを梱包する方法を開示する。

プラスチック袋内のエネルギー吸収体を提供するそのような方法は、梱包中にプラスチック袋の破裂を大いに防止することができる。しかし、これは、小さいまたは軽いチャンクにのみ適用される。

チャンクの質量に比例して袋の損傷のリスクが増加することがわかった。

原理的に、袋のフィルムを強化することにより破裂割合を低下させる１つの考えられる方法は、特にあまり可撓性でないフィルムは取り扱いが困難であるので、あまり実用的であるとは見られていない。梱包機械が使用されることは、３５０μｍより大きい厚さを有するフィルムには設計されていない。また、このような厚い袋を溶着するにはより長い時間がかかるであろうし、そのため処理能力が低下する。

袋のそのような破裂は、梱包操作中だけでなく、顧客への輸送の過程でも発生する可能性がある。チャンクポリシリコンは鋭利な縁を有し、そのため袋内のチャンクが好ましくない向きに置かれた場合には、袋フィルムに対するチャンクの相対的な動きおよび袋フィルムに対するチャンクの圧力によって、それぞれチャンクが袋フィルムを切断し、貫通するという結果がもたらされる。

経験から、チャンクポリシリコンで満たされた市販のＰＥフィルム製の袋は、輸送の途中でまたは輸送後に引き裂かれて開口する溶着継ぎ目を示すことが示される。

袋の梱包から突出したチャンクは周囲の物質によって許容できないほど直接汚染され、チャンク内部は周囲の空気の流入の結果として汚染される。この問題は、ポリシリコンが第１の袋の中に充填され、この第１の袋がその後第２の袋内に導入されるいわゆる二重袋の場合にも現れる。

より大きな塊に対しては、ＵＳ２０１３０２６９２９５Ａ１号は、それぞれの場合における少なくとも１つのフィルムが、梱包されるべき多結晶シリコンの寸法に適合した立方体状の段ボール箱に挿入され、多結晶シリコンはその少なくとも１つのフィルムに導入され、その後少なくとも１つのフィルムは溶着され、多結晶シリコンを取り囲む、２ｋｇより重い重量および９０から１７０ｍｍの大きさのチャンクまたは丸いロッドの形の多結晶シリコンを梱包する方法を開示する。チャンクまたは丸いロッドの形であり、２ｋｇより重い重量および９０から１７０ｍｍの大きさを有する多結晶シリコンは、１０から２００μｍの厚さを有し、多結晶シリコンを取り囲む少なくとも１つのフィルムで囲まれており、この少なくとも１つのフィルムが補強構造を有するさらなるフィルムに囲まれている。フィルムが溶着された後、多結晶シリコンは、分離要素または段ボール箱を備える輸送容器内に導入される。

このようにして、より大きなチャンクの場合に、輸送中の破裂はより効果的に回避されているものとされる。

米国特許出願公開第２０１３／０３０９５２４号明細書 独国特許出願公開第１０２００７０２７１１０号明細書 米国特許出願公開第２０１３／０２６９２９５号明細書

原則的に、その発想は、このように、プラスチックボックス内のチャンクを輸送し、最後の工程として、プラスチック袋またはフィルムにそれらを梱包することである。

本発明の目的は、より安価で、より経済的に実行可能な方法を提供することであった。

この目的は、多結晶シリコンロッドの提供、多結晶シリコンチャンクへの多結晶シリコンロッドの粉砕、ならびに底部、壁および開口部を備え、多結晶シリコンチャンクと接触する底部および壁の少なくとも内面はプラスチックで被覆された段ボール箱内に多結晶シリコンチャンクを導入することによる多結晶シリコンチャンクの梱包を含む、多結晶シリコンを製造する方法により達成される。

多結晶シリコンは、好ましくは、反応ガスとしてのシリコン含有成分および水素を用いて、加熱された細いシリコンロッド上に堆積される（シーメンス法）。好ましくは、シリコン含有成分はクロロシランであり、より好ましくはトリクロロシランである。堆積は従来技術に従って行われ、例えば、ＷＯ２００９／０４７１０７Ａ２号が参照される。

堆積後、多結晶シリコンロッドは粉砕される。好ましくは、まず、ポリシリコンロッドの予備粉砕がある。この目的のために、低摩耗材料、例えば、超硬合金製のハンマーが用いられる。予備粉砕は、好ましくは耐摩耗性プラスチックまたはシリコンからなる表面を有する作業台上で行われる。

この後、チャンクサイズ０、１、２、３、４または５の所望の目標サイズへの予備粉砕されたポリシリコンの粉砕が続く。チャンクサイズは、シリコンチャンクの表面上の２点間の最長距離（＝最大長）として以下のように定義される。
チャンクサイズ（ＣＳ）０［ｍｍ］０．１から５
チャンクサイズ１［ｍｍ］３から１５
チャンクサイズ２［ｍｍ］１０から４０
チャンクサイズ３［ｍｍ］２０から６０
チャンクサイズ４［ｍｍ］４５から１２０
チャンクサイズ５［ｍｍ］１００から２５０

この文脈では、それぞれの場合におけるチャンク画分の少なくとも９０重量％が挙げられたサイズの範囲内である。

粉砕は粉砕機、例えば、ジョークラッシャーによって行われる。このような粉砕機は、例えば、ＥＰ３３８６８２Ａ２号に記載されている。

その後、粉砕したシリコンは、場合により機械的なスクリーンにより上記チャンクサイズに分級される。その前に、それは好ましくは段ボール箱に梱包され、粉砕装置からそれを選別し、分類する装置へ搬送される。

場合により、チャンクは最終梱包前に洗浄される。この目的のために、分級されたシリコンは段ボール箱に梱包され、洗浄装置に搬送される。チャンクを粉砕後に梱包した同じ段ボール箱を使用することが好ましい。

洗浄操作では、ＨＮＯ_３およびＨＦを含む洗浄液を使用することが好ましい。

好ましくは、ポリシリコンチャンクは、少なくとも１つの段階で予備洗浄操作中に酸化性洗浄溶液で洗浄され、さらなる段階で主要な洗浄操作中にＨＮＯ_３およびＨＦを含む洗浄溶液で洗浄され、親水化の場合、さらに別の段階で酸化性洗浄流体で洗浄される。予備洗浄は、好ましくは、ＨＦ／ＨＣｌ／Ｈ_２Ｏ_２によって行われる。シリコン表面の親水化は、好ましくは、ＨＣｌ／Ｈ_２Ｏ_２によって行われる。

洗浄後または粉砕直後（洗浄が行われない場合）、ポリシリコンチャンクは段ボール箱に梱包される。これは、好ましくは、底部、壁および開口部を備え、多結晶シリコンチャンクと接触する底部および壁の少なくとも内面がプラスチックで被覆された段ボール箱である。好ましくは、洗浄後の梱包に使用される段ボール箱は、粉砕後にチャンクを梱包したものと同じである。

段ボールは、セルロース、木材パルプおよび古紙から製造された材料であり、その使用は梱包された商品を保護するために梱包産業においては通例である。それは本質的にはより大きな厚さを有する紙である。段ボールは一般に複数の層を有し、即ち、接着剤を使用せずに一緒にプレスされる、異なる厚さの紙のいくつかの層からなる。

好ましくは、段ボール箱は、多結晶シリコンチャンクで充填された後に閉じられる。これは、好ましくは同様にボール紙からなるカバー（段ボール箱のふた）を使用して行われる。より好ましくは、多結晶シリコンチャンクに面するカバーの内面は同様にプラスチックで被覆される。

プラスチックコーティングは、好ましくは５０μｍから５００μｍの厚さを有する。

使用されるプラスチックは、好ましくは、１００ｐｐｂｗ未満のホウ素、１００ｐｐｂｗ未満のリンおよび１０ｐｐｂｗ未満のヒ素を含む。

プラスチックは、好ましくは、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリウレタン（ＰＵ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリ塩化ビニリデン（ＰＶＤＣ）およびポリシロキサン（シリコーン）からなる群から選択される。

段ボール箱は、プラスチックで裏打ち、積層、噴霧または蒸気コーティングされていてもよい。

コーティングは、例えば、水性ポリマー分散液を用いて、または押出方法において行うことができる。押出コーティングの場合には、ポリマーペレットが使用され、これが液体熱可塑性溶融物に変換される。液体溶融物は担体ウェブに塗布される。

好ましくは、粉砕後、任意の選別および分級工程後、ならびに任意の洗浄工程後に、それぞれの場合において、多結晶シリコンチャンクは、プラスチックのコーティングを有する前述の段ボール箱に梱包され、次の処理工程へ輸送される。

好ましくは、多結晶シリコンチャンクは、最後の処理工程の後に、プラスチックコーティングを有する前述の段ボール箱に梱包され、顧客に輸送される。

段ボール箱は、より好ましくは、製造工程における装置間のチャンクの輸送のため、および顧客に輸送される最終的な梱包箱としての両方で使用される。

これはより狭い空間要件および生産性の向上につながる。

これは製造工程で相当な利点を構成する。プラスチック袋は使用されない。従って、従来技術から既知の問題を回避することができる。

顧客が所望しているように、段ボール箱の大きさを変化させることができる。

好ましく正味重量は５ｋｇから１２００ｋｇである。

特に好ましいのは５ｋｇから５００ｋｇの正味重量であり、特に好ましいのは１０ｋｇから４０ｋｇ正味重量である。

柔軟な段ボール箱サイズのために、いかなる大きなコストおよび不便さなしに既存の製造工場を改造することも可能である。

充填後、段ボール箱は自動的に溶着または密封することができる。

好ましくは、段ボール箱は矩形の形状を有する。これはさらなる処理の容易な自動化を可能にする。

市販のパレットシステムの使用が可能であり、好ましい。段ボール箱は、好ましくは、パレット上に固定され、より好ましくは結び付けられる。

特にチャンクサイズ０から３のチャンクの梱包の場合は、まったく製品特性に対する悪影響（汚染、破裂、微粉の形成）が見出されていない。

チャンクサイズ４および５のチャンクの梱包の場合は、段ボール箱の内側に少なくとも２５０μｍのプラスチックコーティングの層厚さを提供することが有利であることが見出された。

梱包の過程で、チャンクは箱に直接計量することができる。なお、標準梱包機械またはグラブアームを有するロボットを使用することができる。比較的低いレベルの微粉は箱の充填の過程で生じる。

箱に手動で充填する場合、高純度のポリエチレン製またはＰＵから製の手袋を使用することが好ましい。手袋を構成する材料は、１００ｐｐｂｗ未満のホウ素、１００ｐｐｂｗ未満のリンおよび１０ｐｐｂｗ未満のヒ素を含むべきである。

従来技術のプラスチック袋の場合には、例えば、成形チューブを用いて、またはカラーの上に袋を引くことにより袋を事前に成形することが一般に必要であった。段ボール箱が使用されているので、本発明の方法でこれを行う必要はない。従来技術から知られている破裂に関する問題は発生しない。

従来技術で必要とされる、梱包材料への損傷についての視覚的監視は必要ない。

段ボール箱は、好ましくは、段ボール箱の把持および保持を可能にするために箱の外壁に固定された操作要素を含む。

Claims (10)

1. 多結晶シリコンロッドの提供、多結晶シリコンチャンクへの多結晶シリコンロッドの粉砕、ならびに底部、壁および開口部を備える段ボール箱内に多結晶シリコンチャンクを導入することによる多結晶シリコンチャンクの梱包を含む多結晶シリコンを製造する方法であって、少なくとも多結晶シリコンチャンクと接触する底部および壁の内面がプラスチックで被覆された、多結晶シリコンを製造する方法。
2. プラスチックが、１００ｐｐｂｗ未満のホウ素、１００ｐｐｂｗ未満のリンおよび１０ｐｐｂｗ未満のヒ素を含む、請求項１に記載の方法。
3. プラスチックが、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリウレタン、ポリフッ化ビニリデン、ポリ塩化ビニリデンおよびポリシロキサンからなる群から選択される、請求項１または請求項２に記載の方法。
4. 底部および壁の内面が、厚さ５０μｍから５００μｍのプラスチックで被覆されている、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
5. 多結晶シリコンチャンクが、ＰＥまたはＰＵ製の、１００ｐｐｂｗ未満のホウ素、１００ｐｐｂｗ未満のリンおよび１０ｐｐｂｗ未満のヒ素を含む手袋を装着することにより、段ボール箱内に手動で導入される、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
6. 多結晶シリコンチャンクを特定のサイズ等級に選別および分級することをさらに含む、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
7. 選別および分級された多結晶シリコンチャンクを洗浄することをさらに含む、請求項６に記載の方法。
8. 粉砕後、任意の選別および分級工程後、ならびに任意の洗浄工程後に、それぞれの場合において、多結晶シリコンチャンクが、その内面上にプラスチックコーティングを有する段ボール箱内に梱包され、次の処理工程へ輸送される、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
9. 多結晶シリコンチャンクは、その内面上にプラスチックコーティングを有する段ボール箱内に梱包され、顧客に輸送される、請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。
10. いくつかの段ボール箱はパレット上に固定され、顧客に輸送される、請求項９に記載の方法。