JP2018515335A - チャンクポリシリコンまたは粒状ポリシリコンの製品流を搬送するための装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、プラスチックまたはシリコンでライニングされた金属製の搬送面と、製品流中の金属異物または導電性異物を検出するための渦電流センサーとを含む、チャンクポリシリコンまたは粒状ポリシリコンの製品流を搬送するための装置に関する。

Description

本発明は、チャンクポリシリコンまたは粒状ポリシリコンの製品流を搬送するための装置に関する。具体的には、そのような製品流中の金属異物を識別するための装置に関する。

多結晶シリコン（略してポリシリコン）は、チョクラルスキー法（ＣＺ法）またはゾーンメルト法（ＦＺ法）による半導体用単結晶シリコンを製造するための出発物質や、太陽光発電区域に用いられる太陽電池製造用の、様々な延伸および鋳造工程による単結晶シリコンまたは多結晶シリコンの製造方法のための出発物質として、用いられる。

粒状多結晶シリコン、すなわち、略して粒状ポリシリコンは、流動床反応器で製造される。これは、気体流によって流動床中にケイ素粒子を流動させて、前記流動床を加熱装置により高温に加熱することにより行う。ケイ素含有反応ガスの添加により、高温の粒子表面で熱分解反応がもたらされる。この反応により、ケイ素粒子上にケイ素原子が堆積し、個々の粒子の直径は大きくなる。直径が大きくなった粒子は定期的に引き抜かれ、連続法で処理操作に付される種粒子がそれに付随する利益を享受できる速度で、比較的小さなケイ素粒子を添加する。ケイ素含有反応ガスとしては、ケイ素ハロゲン化合物（例えば、クロロシランまたはブロモシラン）、モノシラン（ＳｉＨ_４）、およびこれらの気体と水素との混合物を使用することができる。

製造された後、粒状ポリシリコンは通常２つ以上の断片に分割されるか、または選別設備により分類される（分類）。最も小さな分類断片（標準よりも小さな分類）を、その後、粉砕設備により種粒子に加工して、反応器へ加えることができる。

分類された目的の断片は、通常、包装されて顧客へ輸送される。顧客は、チョクラルスキー法（ＣＺ法）による単結晶の成長のために、特に粒状ポリシリコンを用いる。

多結晶シリコンは、同様に、シーメンス法により製造することができる。この方法は、ベルジャー型反応器（「シーメンス反応器」）中に直接的に電流を通過させることにより、通常はケイ素の細いフィラメントロッドである支持体を加熱すること、ならびに、水素を含む反応ガスおよび１つ以上のケイ素含有成分を導入することを含む。

用いられるケイ素含有成分は、通常、トリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ_３、ＴＣＳ）または、トリクロロシランとジクロロシラン（ＳｉＨ_２Ｃｌ_２、ＤＣＳ）および／もしくはテトラクロロシラン（ＳｉＣｌ_４、ＳＴＣ）との混合物である。シラン（ＳｉＨ_４）は、あまり一般的ではないが、工業的規模で用いられる。

フィラメントロッドは、反応器の基部において電極に垂直に挿入され、電極を通じて電源と接続している。

高純度ポリシリコンが加熱されたフィラメントロッドの上に堆積することによって、経時的に水平ブリッジの直径は増大する。

ロッドが冷却された後に反応ベルジャーを開け、更なる処理または中間貯蔵のために、ロッドを手または特定の装置、いわゆる、取り外し補助器具によって取り除く。

大抵の用途では、多結晶シリコンロッドは小さなチャンクに割られて、通常は、その後に寸法により分類される。

米国特許第２００７／０２３５５７４号公報は、粗チャンクポリシリコンを粉砕設備に供給するための供給装置、粉砕設備、およびチャンクポリシリコンを分類するための分類設備を備えた、多結晶シリコンの粉砕・分類用装置であって、粉砕設備中の少なくとも一つの粉砕パラメータ、および／または分類設備中の少なくとも一つの分類パラメータを様々に調整できるコントローラを備える装置を開示している。

粉砕設備は、１〜１０個の粉砕機から構成される多段式の粉砕設備とすることができる。

分類設備は、多段式機械的スクリーニング設備および多段式光電子工学的分離設備から構成されていてもよい。機械的スクリーニング設備は、製品流中の微細画分を除去する機能を有する。微細画分のチャンクポリシリコンフィードは、光電子工学的分類設備により分類される。チャンクポリシリコンの分類は、チャンクポリシリコンの長さ、面積、形状、形態、色、および質量からなる群から選択される１〜３つの基準に従ってなされる。しかしながら、ポリシリコンチャンクの各パラメータを識別するための、公知の電子センサーテクノロジーの他の組合せも同様に適切である（例えば、金属探知器、超音波、赤外線）。

個々の粉砕段階の間や、粉砕設備の内部および下流に、磁気選別機（例えば、磁性板、磁気ドラム、または磁気ベルト）を配置することによって、チャンクポリシリコンから金属異物を取り除き、チャンクポリシリコンの金属汚染を低減することができる。

鉄などの強磁性異物のみしか取り除くことができないことが、不利な点である。非磁性の金属異物は取り除くことができない。

米国特許第２００５／０３４４３０Ａ１号公報は、チャンクポリシリコンの搬送チャネル、ホッパーと転向板とを有するチャンクポリシリコンの秤量装置、高純度プラスチックフィルムからビニール袋を形成する充填装置、チャンクポリシリコンの充填されたビニール袋のための漏れ止め溶接装置、搬送チャネルの上に搭載されたフローボックス、計量装置、充填装置および漏れ止め溶接装置、チャンクポリシリコンの詰められた漏れ止め溶接されたビニール袋のためのコンベアベルトを含み、チャンクポリシリコンの粒子汚染を防ぐ装置を開示しており、チャンクポリシリコンに接触することになる全ての構成部品は、シリコンで覆われているか、または高度に耐摩耗性のプラスチックでライニングされている。

チャンクポリシリコンを、シリコンで被覆された搬送チャネル上の秤量装置へ輸送し、前記チャンクポリシリコンは、ホッパーからビニール袋へ出され、該ビニール袋は充填後に漏れ止め溶接され、チャンクポリシリコンが充填されたビニール袋をコンベアベルトで磁気誘導検出器を通過させ、いかなる金属汚染も検出される。

欠点はパッケージングした後にのみ、金属異物の検出が可能なことである。

中国実用新案出願公告第２０２０５２６２４号は、通常のシリコンから金属または高度にドープされたシリコンを分類する装置を記載している。材料は、生成物タンク内に置かれる。生成物タンクは、渦電流センサーおよび除去機構を含む検出デバイスに結合されている。シリコンを搬送するためのコンベアベルトは、所望により、検出デバイス内に存在していてもよい。渦電流検出装置は、必要に応じて、信号を分離機構へ伝達し、その結果、金属または高度にドープされたシリコンを自動的に除去する。

米国特許第２００７／０２３５５７４号公報 米国特許第２００５／０３４４３０Ａ１号公報 中国実用新案出願公告第２０２０５２６２４号

上記の配置は、渦電流センサーと干渉するため、金属搬送チャネルには適さない。したがって、ポリシリコンを含む製品流中の金属の検出は不可能である。

本発明の目的は、上記の問題から生じたものである。

本発明の目的は、プラスチックまたはシリコンでライニングされた金属製の搬送面と、製品流中の金属異物または導電性異物を検出するための渦電流センサーとを含む、チャンクポリシリコンまたは粒状ポリシリコンの製品流を搬送する装置により達成することができる。

そのような装置はまた、以下では、搬送装置とも呼ばれ、例え非磁性のものであっても、いかなる種類の金属異物をも、識別することを可能にする。

さらに、ポリシリコンを含む製品流について、パッケージング前であっても金属異物を分析することができる。

原則として、（たとえ、金属製の設備であっても）ポリシリコンの製造において使用されるいかなる設備も、比較的簡単な方法でそのような装置に組み込むことができる。

既存の設備もライニング材料も適応させる必要はない。

本発明による装置の使用は、ポリシリコンの純度を損なわない。

本発明の目的はまた、チャンクポリシリコンまたは粒状ポリシリコンの製品流中の金属異物または導電性異物を識別する方法によっても達成され、前記製品流は、本発明による装置の搬送面上を移動し、前記異物の検出は、渦電流センサーにより行われる。

一実施態様において、搬送装置は、従来の搬送チャネルまたは設備であり、好ましくは振動搬送チャネルであり、搬送トラフまたはチャネルを含み、それらを通して搬送面を形成し、該搬送面はプラスチックまたはシリコンでライニングされている。該ライニングは、特に搬送面が金属製であるため、搬送トラフまたはチャネルトラフ上を移動させられるポリシリコン製品流を汚染から守る。

一実施態様において、異物を検出するための渦電流センサーは、搬送トラフまたはチャネルトラフ中に直接的に搭載され、すなわち、それらのプラスチックまたはシリコンライニングの板に搭載される。

一実施態様において、渦電流センサーは、筐体上部、筐体中部、および筐体底部を含むモジュール構造を有する。センサーは、筐体中部に固定することができる。センサーのためのケーブルは、筐体底部を介して筐体内部に通される。筐体上部はセンサーを覆う機能を果たす。搬送トラフまたはチャネルトラフのライニングもまた、筐体上部に固定することができる。筐体のモジュール構造は、センサー、筐体部分などの交換を容易にすることができる。筐体底部は、センサーを均等にするための溶接したステンレス鋼板および複数のケーブル進入路を含んでいてもよい。ケーブル進入路は、センサーケーブルを筐体中へ通す機能を果たす。筐体中部は、センサーを固定し、センサーケーブルを埋め込む機能を果たす。筐体上部は、センサーのすぐ上に配置され、センサーを覆い、ライニングを固定する機能を果たす。３つの区分から構成される筐体は、好ましくはネジ接合部により、防塵形式で組み立てられる。

好ましい実施態様において、渦電流センサーは、一体成形の非導電性筐体に固定される。センサーの検出面は好ましくは、摩耗および汚染された接地面から、高耐性非導電性材料により保護されている。さらに、搬送トラフまたはチャネルトラフのライニングも筐体に固定されていてもよい。センサーの交換手段は、搬送ユニットの下面からの筐体の個々の分解をせずに、行うことができる。

別の実施態様において、筐体は、塵不透性プラスチック筐体である。

一実施態様において、搬送トラフまたはチャネルトラフの横方向ライニングも存在する。該ライニングは、非導電性物質、例えば、プラスチック、シリコンまたはセラミックで作られている。ＰＵを使用することが好ましい。

一実施態様において、複数の渦電流センサーが一列に、製品流の方向に対して横方向に配置されている。別の好ましい実施態様において、複数の渦電流センサーが、製品流の方向で、お互いに対して横方向にオフセットな複数の列に、配置されている。

干渉を避けるために、最も近い近接するセンサー間の特定の最小距離Ｓを設けるべきである。

一実施態様において、２以上の平行な列の渦電流センサーが、搬送方向に対して横方向に配置されている。

相互電場干渉のために、最小距離Ｓは、個々のセンサー間で、センサー強度の関数として維持しなければならない。第二列の最も近接した隣接するセンサーは、同様に、最小距離Ｓを維持しなければならず、第一列のセンサーに対しても少なくとも距離Ｓが存在するように維持しなければならない。

相互間の最小距離Ｓおよびその数を観察している間は、装置検出精度はセンサー列のオフセット角度αにより変化し得る。

検出精度は、センサーの中心軸と、異物の中心軸との間の距離を小さくすることにより、更に向上し得る。最も高い精度は、距離が０である場合に達成される。

一実施態様において、異物が検出されると、評価用電子機器により搬送装置の電源が切られる。

一実施態様において、その中に位置するセンサーを備える筐体は、搬送装置の搬送トラフまたはチャネルトラフに搭載されている。筐体は、搬送トラフまたはチャネルトラフのライニングの下に位置する。固定は、側面ライニングに固定することにより行われる。

一実施態様において、筐体は、プラスチック、好ましくはポリアミドから製造される。

センサーおよび筐体上部間の特定の距離は、維持されるべきである。これにより、センサーが振動により損傷を受けない。

センサーの数は、チャネル幅、センサー力線強度、検出精度および信頼度に依存する。

搬送面の幅／チャネル幅は、２００ｍｍ〜最大２０００ｍｍとすることができる。一実施態様において、チャネル幅は４００〜６００ｍｍである。

搬送面が大きくなればなる程、必要なセンサーの数は多くなる。

センサー間の距離Ｓは、隣接する渦電流センサーに相互干渉が生じないように選択されるべきである。

センサー間の距離Ｓは、好ましくは３０〜２００ｍｍであり、一実施態様においては、センサー間の距離Ｓは８０〜１２０ｍｍである。

側面ライニングの幅は、チャネルトラフが力線と干渉しないように選ばれるべきである。

比較的小さい金属異物または導電性異物の高い検出信頼度は、複数のセンサー列を含むセンサー配置により達成することができ、該センサー列は、搬送方向に対して横向きに、相互にオフセットに配置される。この配置は、搬送面全体を良好にカバーする。一列の二つのセンサー間の間隔（距離Ｓ）のために、製品流とともに搬送される小さな異物は、発見されないままであり得る。しかしながら、第一の列に平行な第二の列のセンサーが存在する場合には、確実に、このような小さな異物であっても検出される。また、より良好な検出精度を達成するために、２以上のセンサー列を設けることもできる。センサー列の好ましい数は、第一の列のセンサー距離Ｓに依存する。第一の列に平行なセンサーを有する第二の列が存在する場合、少なくともセンサー間の最小距離Ｓを維持することが好ましい。検出精度を促進するために、先行する列に対してオフセットである２以上のセンサー列が存在していてもよい。センサー列の数は、好ましくは最大５である。お互いに対してオフセットな列は、必要な検出精度の関数とされる。

センサーの検出半径内、したがって検出列全体の異なる力線配置のために、複数の列の配置は、必要とされる検出精度が、後続の列の相殺により、必要とされる幅全体の必要な検出信頼性を表すように、選択されなければならない。

したがって、一実施態様において、一つ列の二つの最も近い隣接するセンサーの中心点が、別の列の共通する最も近い隣接するセンサーの中心点に結合する場合、最小辺長Ｓを有する三角形が形成されるように、センサー配置は選択される。図１参照。

渦電流センサーの評価は、電流出力信号、好ましくは電圧出力信号により行うことができる。

金属異物または導電性異物によりもたらされる電圧信号の変化により、評価電子機器により搬送チャネルを停止させることができる。

本発明による方法の上記実施態様に関連して引用された特徴は、本発明による装置に対応して適用することができる。本発明による実施態様のこれらのおよび他の特徴は、図および特許請求の範囲の記載中において明らかにされている。個々の特徴は、別々にまたは組み合わせて、本発明の実施態様として実現することができる。前記特徴は、更に、独立して、保護に望ましい有利な実施をさらに特徴付け得る。

２列に、搬送方向に対して横方向に配置されたセンサーを含む集積センサーユニットを有する搬送チャネルの模式図である。

図１は、移送ユニットのチャネルトラフ５に搭載され、強度２を有するセンサー１を含む筐体３を示す。

センサー１の間の距離Ｓは、それらの強度が２である場合にセンサー１同士で相互作用が生じないように選択される。

筐体３は、側面ライニング４を介して、チャネルトラフのライニング（図示せず）に固定されている。

また、製品流が動く搬送方向も示されている。

２列のセンサー１は、搬送方向に対して平行に横方向に配置されて存在している。

最も近い隣接するセンター１は、距離Ｓでお互いにそれぞれ離間している。

さらに、ある列は別の列に対して、距離Ｓ／２で、搬送方向に対して横方向にオフセットされている。

実施態様の上記記載は、例示的なものであると理解するべきである。本開示は、それによって当業者が本発明および本発明に付随する利益を理解せしめるものであり、記載の構造よび方法の変更および改良も含むことは、当業者に明らかである。そのような変更および改良、ならびに均等物も、したがって特許請求の範囲に含まれる。

１ センサー
２ センサー強度
３ 筐体
４ ライニング
５ チャネルトラフ
α オフセット角度

Claims (8)

1. プラスチックまたはシリコンでライニングされた金属製の搬送面と、製品流中の金属異物または導電性異物を検出するための渦電流センサーとを含む、チャンクポリシリコンまたは粒状ポリシリコンの製品流を搬送するための装置。
2. 前記渦電流センサーは、前記搬送面のライニングの下部の筐体内に位置する、請求項１に記載の装置。
3. 前記筐体およびライニングが固定されている側面ライニングを含む、請求項２に記載の装置。
4. 前記渦電流センサーは、搬送された製品流に対して横方向の複数の平行で離間した列に配置されている、請求項１〜３のいずれか一項に記載の装置。
5. 少なくとも一列の渦電流センサーは、別の列の渦電流センサーに対して横方向にオフセットに配置されている、請求項４に記載の装置。
6. 前記渦電流センサーは、一つの列中の最も近い隣接した二つの渦電流センサーの中心点が別の列の共通の最も近い隣接した渦電流センサーの中心点に結合する場合に、最小辺長Ｓを有する三角形が形成されるように配置される、請求項４または５に記載の装置。
7. 前記製品流は、請求項１〜６のいずれか一項に記載の装置のプラスチックまたはシリコンでライニングされた金属製の搬送面上を移動し、前記異物の検出は渦電流センサーによりなされる、チャンクポリシリコンまたは粒状ポリシリコンの製品流中の金属異物または導電性の異物を識別するための方法。
8. 前記装置は、異物が検出されると、評価用電子機器により電源が切られる、請求項７に記載の方法。