JP2018521908A - ポリシリコンの包装 - Google Patents

Abstract

本発明は反応器内で棒状のポリシリコンを堆積させることによって製造された破砕されたポリシリコン棒のチャンクの形態でポリシリコンを提供すること；ポリシリコンを洗浄すること；ポリシリコンを包装することを含むポリシリコンの包装方法であって、ポリシリコンは洗浄中に処理シェル内にあり、ポリシリコンは処理シェルからプラスチックバッグ内に包装され、処理シェルおよびプラスチックバッグは充填ユニットに固定され、充填ユニットはポリシリコンが処理シェルからプラスチックバッグに滑り込むように回転するよう設定される該方法に関する。

Description

本発明はポリシリコンの包装に関する。

多結晶シリコン、即ち、略してポリシリコンは、シーメンス法によってクロロシランから棒状に析出させることができる。次いで、典型的には棒状ポリシリコンは、理想的には汚染のない方法で、チャンク、即ち、チャンクポリシリコンに破砕される。そのような方法および対応する破砕機は、ＥＰ１６４５３３３Ａ１号に記載されている。

チャンクポリシリコンは、鋭い縁の非自由流動性のバルク材である。

しかし、粉砕の過程で、高純度シリコンは異質原子で汚染される。これらは、特に、金属炭化物またはダイヤモンド残留物および金属不純物である。

従って、例えば、単結晶引き上げのためのより高価な用途では、チャンクシリコンは、通常、その後の処理および／または包装の前に洗浄される。これは、典型的には、１つ以上の化学的湿式洗浄工程で達成される。

これは、異なる化学薬品および／または酸の混合物を使用して、特に付着している異種原子を再び表面から除去することを含む。

ＥＰ０９０５７９６Ｂ１号は、低い金属濃度を有するシリコンを製造する方法を特許請求しており、シリコンを予備洗浄（それは少なくとも１段階で、それは化合物フッ化水素酸（ＨＦ）、塩酸（ＨＣｌ）および過酸化水素（Ｈ_２Ｏ_２）を含む酸化性洗浄溶液で洗浄される）、主洗浄（さらなる段階でそれは硝酸（ＨＮＯ_３）およびフッ化水素酸（ＨＦ）を含む洗浄溶液で洗浄される）および親水化（さらなる段階でそれは酸化性洗浄溶液で洗浄される）に供される。

洗浄工程の後、洗浄されたチャンクポリシリコンは、典型的にはプラスチックバッグに包装される。

ＵＳ７０１３６２０Ｂ２号は、高純度チャンクポリシリコンの完全自動搬送、秤量、分割、充填および包装のための装置を開示する。この装置は、チャンクポリシリコン用の搬送チャネルと、漏斗に接続されたチャンクポリシリコン用の計量装置と、シリコン製の偏向板と、高純度プラスチックフィルム（例えば、ＰＥ製）からプラスチックバッグを形成する充填装置と、チャンクポリシリコンで充填されたプラスチックバッグのための溶接装置とを備える。

シリコンまたは高度に耐摩耗性のプラスチックを有するこの装置の被覆成分は、チャンクポリシリコンの低汚染包装を可能にすると言われている。

ＵＳ２０１０／０１５４３５７Ａ１号は、回転式コンベヤー充填および閉鎖機械から構成されるチャンクポリシリコンを包装する装置または充填ステーションおよび閉鎖ステーションを含み、ＰＥバッグは把持部システム上に懸架され、サイクルのシーケンスにおいてステーションからステーションに移動され、充填ステーションは、多結晶シリコンでＰＥバッグを充填する前にＰＥバッグ内に導入され、多結晶シリコンでＰＥバッグを充填した後にＰＥバッグから除去される非金属低汚染性構成材料製の自由に懸架されたエネルギー吸収材を含み、充填されたＰＥバッグは、把持部システムによって閉鎖ステーション内に前方へ搬送され、そこで閉じられる非円形装置を開示する。

ＵＳ２０１０／０１５４３５７Ａ１号によれば、ポリシリコンは最初に秤量され、処理容器内に分けられ、洗浄され、その後、それは非金属低汚染性構成材料製の自由に懸架されたフレキシブルホースを含む充填装置を介して、これらの区切られたユニット内で、同様に自由に懸架された高純度プラスチックバッグに導入され、続いてプラスチックバッグが閉じられる。バッグは装置の充填ステーションで開かれる。シリコンまたは低汚染性構成材料で裏張りされ、非金属構成材料、例えば、プラスチック製の可動性フレキシブルホースに接続された搬送装置を使用して、このホースを介して鋭い縁のチャンクポリシリコンを開封したＰＥバッグに充填する。搬送装置は、例えば、搬送チャネルまたは傾斜台、好ましくは傾斜台である。

ＵＳ２０１２／０１９８７９３Ａ１号は、ポリシリコンチャンクの計量供給および包装方法であって、ポリシリコンチャンクの生成物流は、搬送チャネルを介して輸送され、少なくとも１つのスクリーンによって粗いチャンクと細かいチャンクに分離され、計量はかりによって目標重量まで秤量され、排出され、排出チャネルを介して包装ユニットに搬送され、そこでポリシリコンチャンクは第１のプラスチックバッグに充填され、バッグが閉じられ、ポリシリコンチャンクを含むプラスチックバッグはシェーパーによって成形されたさらなるプラスチックバッグに包装され、その後溶接して閉じられ、少なくとも１つのスクリーンおよび計量はかりは少なくとも部分的にそれらの表面に硬質金属を含み、プラスチックバッグを成形するためのシェーパーは耐磨耗性コーティングを有する該方法を開示する。

ＵＳ２０１３／００４２５８２Ａ１号には、多結晶シリコンを充填装置によってプラスチックバッグに充填する多結晶シリコンの包装方法であって、貯蔵容器はシリコンが充填される開口部を有し、貯蔵容器をシリコンで充填させた後にプラスチックバッグは貯蔵容器の上に引っ張られ、続いて貯蔵容器を回転させて、シリコンが貯蔵容器からプラスチックバッグ内に滑り出るようにする該方法が開示されている。

特定のサイズの種類のチャンクの包装の間、例えば、２０から６０ｍｍのチャンクサイズの場合、望ましくないより小さなシリコン粒子またはチャンクも形成されることが分かっている。そのようなチャンクサイズの場合、そのような望ましくない粒子の割合は１７０００から２３０００ｐｐｍｗである。

以下では、８ｍｍ×８ｍｍの正方形のメッシュ開口を有するメッシュスクリーンを介して取り除くことができるようなサイズのシリコンの全てのチャンクまたは粒子を微粉画分と称する。微粉画分は、顧客の処理に悪影響を与えるので、顧客にとって望ましくない。顧客が微粉画分を取り除く必要がある場合（例えば、スクリーニングによって）、これには余分な労力が必要である。

ＵＳ７０１３６２０号に記載されているような多結晶シリコンの自動包装と同様に、プラスチックバッグへの多結晶シリコンの手動包装も可能である。

ＵＳ２０１２／０１９８７９３Ａ１号は、半導体産業用のチャンクポリシリコンに対して必要とされる±１％未満という高い重量測定精度を達成するためには、クラス１００のクリーンルーム内で洗浄されたポリシリコンチャンクの労働集約的手作業による包装が必要であると報告している。これは、高純度の手袋、例えば、高純度繊維製品、ＰＵまたはＰＥ手袋を用いて、洗浄が行われる処理容器から表面に金属不純物をもはや有していない洗浄されたポリシリコンチャンクを取り込み、それらをＰＥ二重バッグに導入することを含む。

ＵＳ２０１４／０１３０４５５Ａ１号は、チャンクの形態で存在する多結晶シリコンを包装する方法であって、
− 計量システムに多結晶シリコンを提供する工程；
− 微粉画分がスクリーンによって除去される計量システムから計量システムの下に配置されたプラスチックバッグに多結晶シリコンを充填する工程；
を含み、充填中、充填された多結晶シリコンを有するプラスチックバッグの重量が決定され、目標重量の達成後に充填作業が停止され、充填作業全体の間に、４５０ｍｍ未満という、計量システムからプラスチックバッグへの多結晶シリコンの落下高さが、少なくとも１つの締め付け装置によって維持される該方法を開示する。

計量システムの搬送チャネルからプラスチックバッグへの多結晶シリコンの落下高さは、４５０ｍｍ未満、好ましくは３００ｍｍ以下でなければならない。これにより、微粉画分の量を減らすことが可能になる。

手作業による包装により、チャンクサイズ２０から６０ｍｍの場合、１７０００ｐｐｍｗから１４００ｐｐｍｗといったわずかな量まで微粉画分の量をさらに顕著に減少させることができる。

しかし、手作業による包装は、多大な労力および人件費の上昇を伴う。

さらに、手作業による包装によって達成可能な量よりもさらに微粉画分の量を減らすことが望ましいであろう。

欧州特許出願公開第１６４５３３３号明細書 欧州特許第０９０５７９６号明細書 米国特許第７０１３６２０号明細書 米国特許出願公開第２０１０／０１５４３５７号明細書 米国特許出願公開第２０１２／０１９８７９３号明細書 米国特許出願公開第２０１３／００４２５８２号明細書 米国特許出願公開第２０１４／０１３０４５５号明細書

従って、本発明は、その目的のために多結晶シリコンの自動包装を行い、それによって形成される微粉画分の量を極めて低いレベルに減少させるものである。本発明はまた、その目的のために、この目的に適した装置を提供するものである。

本発明によって達成されるべき目的は、上記の問題から生じた。

本発明の目的は、反応器内で棒状のポリシリコンを堆積することにより製造された粉砕ポリシリコン棒のチャンクの形態でポリシリコンを提供すること、ポリシリコンを洗浄すること、ポリシリコンを包装することを含むポリシリコンを包装する方法であって、ポリシリコンは、洗浄中に処理容器内に配置され、処理容器からプラスチックバッグへのポリシリコンの包装は処理容器およびプラスチックバッグが固定された充填ユニットの回転を含み、ポリシリコンは処理容器からプラスチックバッグへ滑り込む該方法により達成される。

本発明による包装プラントの様々な時点における状態を示す概略図である。

プラスチックバッグは、好ましくは、予め製造された二重バッグである。従って、従来技術と一線を画して、ポリシリコンは、第２のプラスチックバッグ内に続いて配置される第１のプラスチックバッグに包装されない。ポリシリコンは、好ましくは、二重バッグに直接充填される。

この目的のために、二重バッグは包装プラント内に固定され、好ましくは締め付けられる。

一実施形態では、プラスチックバッグはシェーパー内で予め成形され、次いでシェーパーを用いて包装プラントに確実に固定される。最も簡単な場合、シェーパーは、成形されたプラスチックバッグが配置される取り付け容器である。シェーパーは機械的に包装プラントに締め付けられる。シェーパーは、プラントの回転中にプラスチックバッグがその形状を保持することを保証する。

充填作業中にポリシリコンチャンクが包装プラントから落下できないことが保証される。

洗浄および包装されるポリシリコンは、最初は処理容器内に配置される。ポリシリコンは、ＵＳ２０１０／０１５４３５７号に記載されているように処理容器内に配置されながら洗浄される。処理容器内のポリシリコンの洗浄は、例えば、ＥＰ０９０５７９６Ｂ１号に記載されているように行うことができる。

従来技術と一線を画して、ポリシリコンによるプラスチックバッグの充填は、搬送装置、例えば、搬送チャネルまたは傾斜台を介するのではなく、処理容器から直接行われる。

これは、処理容器内のポリシリコンが直接的な落下高さに打ち勝つ必要がないという利点を有する。

さらに、処理容器の中身をバッグまたは二重バッグに出して処理容器を空にすることは、処理容器およびバッグ／二重バッグの回転を介して行われる。

処理容器および二重バッグの回転により、ポリシリコンは回転／摺動状態に設定され、開放して保持された二重バッグ内に滑り込む。

その結果、できるだけ少ない量の微粉画分が形成される。

一実施形態では、全ての空の処理容器は、計量および／またはカメラシステムで完全に空になっているかチェックされ、解除される。

包装プラントは少なくとも１つの充填ユニットを含む。最も簡単な場合、これは一種の漏斗である。

ポリシリコンは、充填ユニットを介して処理容器からプラスチックバッグ内に滑り込む。

一実施形態では、充填ユニットはシリコン製である。

しかし、シリコンに対して低汚染性である他の構成材料を使用することもできる。

充填ユニットの１つの開口部は、充填ユニットに固定された、ポリシリコンを含む処理容器を有する。

その中にＰＥ二重バッグが配置されたシェーパーが、反対側の所定位置に締め付けられる。

一実施形態では、処理容器は、化学的に安定した材料で作られる。

シェーパーは、有利には形状が安定した材料で作られる。

処理能力の要件に応じて、バッグおよび処理容器の受け入れは、手動または自動の方式で行うことができる。

一実施形態では、包装プラントは、メインフレームおよび回転可能なフレームを備える。

回転可能なフレームは、それに固定された充填ユニットを有する。駆動は、回転可能なフレームを回転に設定する駆動軸に伝達される。一方、処理容器が空になってバッグの充填が行われる。

回転速度は、チャンクサイズに応じて転倒角度の関数として調整可能である。

本発明の文脈で、上記の転倒角度は、ポリシリコンが充填ユニットを介して処理容器からバッグ内に滑り込み始める角度である。

一実施形態では、転倒角度に達するとすぐに、回転速度は、バッグの充填全体がポリシリコンの摺動運動の形態で行われる程度まで低下される。これにより、特に円滑な包装が保証される。

プラントは、１つ以上の充填ユニットで実施されてもよい。

一実施形態では、最大１０個の回転可能な充填ユニットならびに同じ数の処理容器およびプラスチックバッグが存在する。

一実施形態では、プラントは２つの充填ユニットを含む。

充填されたバッグの取り出しと、新しい空のバッグの取り付けおよび締め付けが、処理容器の供給部の反対側に位置することが好ましい。

バッグの取り付けおよびバッグの取り出し作業は自動化されてもよい。

一実施形態は、プラスチックバッグを含むシェーパーを固定するように機能するシェーパーレシーバーを備える。

一実施形態では、プラスチックバッグは、その開口部により、充填ユニットの一端の上に引っ張られる。包装されるポリシリコンを含む処理容器は、充填ユニットの他端に固定される。

一実施形態では、プラントのメインフレームは、脚部および側部固定ブラケットを備える。

脚部とシェーパーレシーバーは各々それぞれのカバーを有することができる。

これらのカバーおよび側部固定ブラケットは、シリコンに対して低汚染性の材料から製造することができる。それらは、好ましくは、プラスチック（例えば、ＰＵ）またはシリコン製の裏張りを備える。

一実施形態では、プラントの回転運動は、駆動軸を駆動し、歯付ベルトを介して歯付きベルトプーリーに接続された歯車付きモータを介して達成される。

本発明による方法の上記の実施形態に関連して引用された特徴は、本発明の実施形態として別々にまたは組み合わせて実現されてもよい。前記特徴は、それ自体の保護のために適格である有利な実施態様をさらに記述することができる。

図１は、経時の包装作業の進行状況を示す。この図は、開始状態ｔ１において、ポリシリコンが配置された処理容器１と、処理容器１およびプラスチックバッグ３が固定された充填ユニット２とを示す。

処理容器１からのポリシリコンは、充填ユニット２を介してプラスチックバッグ３内に導入される。

プラスチックバッグ３は、シェーパー４内に配置される。

シェーパー４は、プラスチックバッグ３の成形体として機能する。

シェーパー４はまた、充填ユニット２またはこの目的のために設けられたシェーパー用の受け取り手段に締め付けられ、即ち、プラスチックバッグが固定されることも保証する。

この図は回転軸も示す。

時刻ｔ２において、ポリシリコンは、充填ユニット２を介してシェーパー４からプラスチックバッグ３内に滑り込み始める。

この時点で、プラントの回転速度は、充填作業全体（例えば、時間ｔ３）中にポリシリコンの摺動運動を確実にするために低下されるべきである。

時刻ｔ４において、ポリシリコンの全体がプラスチックバッグ３内に配置される。

その後、プラントの回転を停止することができる。

充填されたプラスチックバッグ３は取り外され、例えば、溶接されて閉じられ、段ボール箱に包装され、発送される。

［比較例］
ポリシリコンを洗浄のために処理容器に入れる。

処理容器に入れる重量は、例えば、５ｋｇに加えて、チャンクのサイズに依存する、エッチングによって除去された材料のための少量の補充である。

洗浄処理の実行後、処理容器内の目標重量は５ｋｇ±５０ｇである。

次いで、処理容器を包装に運ぶ。

ここで、前記容器を、把持システムによってロボットに受け入れ、中身を包装用傾斜台上に排出し、容器を空にする。

包装用傾斜台の端にはシェーパーに取り付けられた二重バッグを配置する。

ポリシリコンがバッグ内に滑り込むようにポリシリコンを収容する傾斜台を起立させることによって、二重バッグを充填する。

中身を傾斜台に排出して処理容器を空にすること、およびバッグへの摺動運動によってポリシリコンの後粉砕が引き起こされる。これにより、微粉画分が発生する。

［実施例］
処理容器は、本発明による包装プラントの充填ユニットに締め付けられる。

充填ユニットの他端には、その中に取り付けられた二重バッグを有するシェーパーがある。

処理容器および二重バッグを回転運動に設定し、ポリシリコンがバッグ内に滑り込むことにより、二重バッグを充填する。

形成された微粉画分は傾斜台包装（比較例）に比べて５０％を超えて減少した。

以上、例示的な実施形態の説明は、例示的なものとして理解されるべきである。これにより、なされた開示は、当業者が、本発明およびそれに関連する利点を理解することを可能にし、当業者に明らかな記載された構造および方法に対する変更および修正も包含する。従って、そのような変更および修正、ならびに均等物は全て、特許請求の範囲の保護の範囲に含まれるものとする。

採用された参照番号のリスト
１ 処理容器
２ 充填ユニット
３ プラスチックバッグ
４ シェーパー

Claims (6)

1. 反応器内で棒状のポリシリコンを堆積することにより製造された粉砕ポリシリコン棒のチャンクの形態でポリシリコンを提供すること、ポリシリコンを洗浄すること、ポリシリコンを包装することを含むポリシリコンの包装方法であって、ポリシリコンは、洗浄中に処理容器内に配置され、処理容器からプラスチックバッグへのポリシリコンの包装は、処理容器およびプラスチックバッグが固定された充填ユニットの回転を含み、ポリシリコンは処理容器からプラスチックバッグへ滑り込む、該方法。
2. プラスチックバッグはシェーパー内に配置され、シェーパーは充填ユニットに固定される請求項１に記載の方法。
3. 充填ユニットはシリコン製である請求項１または請求項２に記載の方法。
4. 全ての空にされた処理容器が、計量および／またはカメラシステムにより完全に空になっているかチェックされる請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
5. 充填ユニットを介してポリシリコンが処理容器からバッグ内に滑り込み始める時点の後に、回転速度が低下される請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
6. プラスチックバッグが予め製作された二重バッグである請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。

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