JP6004531B2 - Reduction furnace cleaning method - Google Patents
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Description
本発明は、シーメンス法による多結晶シリコンの製造に使用されるベルジャー型還元炉の洗浄方法に関し、より詳しくは、製造される多結晶シリコンの不純物量低減、これによる品質向上に有効な還元炉洗浄方法に関する。 The present invention relates to a cleaning method for a bell jar type reduction furnace used in the production of polycrystalline silicon by the Siemens method. More specifically, the present invention relates to a reduction furnace cleaning effective for reducing the amount of impurities in the produced polycrystalline silicon and thereby improving the quality. Regarding the method.
シーメンス法による多結晶シリコンの製造では、ベルジャー炉と呼ばれる還元炉内にクロロシランと水素ガスの混合ガスを通すことにより、クロロシランの熱分解反応及び水素還元反応により、通電加熱されたシリコン芯材の表面にシリコンが気相析出し、多結晶シリコンロッドが製造される。このとき各種の塩化物が副生し、これがベルジャー炉の内面にポリマーとして付着して、主に多結晶シリコンの製造効率、生産性を低下させる原因になる。 In the production of polycrystalline silicon by the Siemens method, the surface of a silicon core material that is energized and heated by the pyrolysis reaction and hydrogen reduction reaction of chlorosilane by passing a mixed gas of chlorosilane and hydrogen gas through a reduction furnace called a bell jar furnace. Silicon is deposited in a vapor phase to produce a polycrystalline silicon rod. At this time, various chlorides are by-produced and adhere to the inner surface of the bell jar furnace as a polymer, which mainly causes a decrease in the production efficiency and productivity of polycrystalline silicon.
すなわち、多結晶シリコンの製造に使用されるベルジャー炉は、釣り鐘状のベルジャーを円盤状の炉底部上に脱着可能に載置した構造になっており、多結晶シリコンの製造段階で副生する塩化物ポリマーは主にベルジャー内面に付着して光沢度を低下させ、炉内の輻射効果の低下、これによる反応速度の低下の原因になるのである。 That is, the bell jar furnace used for the production of polycrystalline silicon has a structure in which a bell-shaped bell jar is detachably mounted on the bottom of the disk-like furnace, and the chloride produced as a by-product in the production stage of polycrystalline silicon. The product polymer mainly adheres to the inner surface of the bell jar, lowers the glossiness, and lowers the radiation effect in the furnace, thereby reducing the reaction rate.
このため、多結晶シリコンの製造バッチごとにベルジャーの内面洗浄を繰り返すことが通例になっており、その洗浄方法としては、特許文献1に示すドライアイスブラストがある。ドライアイスブラストとは、ドライアイスペレットと呼ばれるドライアイスの小さな粒を洗浄対象面に吹き付け衝突させて、洗浄対象面に付着する異物を機械的に除去する方法であり、ブラスト粒であるドライアイスペレットが衝突後、瞬時に気化するため後に残らず汚染源にならないという点で、多結晶シリコン製造用ベルジャー炉のベルジャー内面洗浄に適する。 For this reason, it is customary to repeatedly clean the inner surface of the bell jar for each polycrystalline silicon production batch. As a cleaning method, there is dry ice blasting disclosed in Patent Document 1. Dry ice blasting is a method in which small particles of dry ice called dry ice pellets are blown against and collided with the surface to be cleaned to mechanically remove foreign substances adhering to the surface to be cleaned. Is suitable for cleaning the inner surface of the bell jar of a bell jar furnace for producing polycrystalline silicon in that it instantly vaporizes after impact and does not remain as a source of contamination.
しかしながら、ベルジャー内面に付着する塩化物ポリマーに対しては、ドライアイスブラストはブラスト粒の衝突による衝撃力が小さいため、洗浄力が十分とは言えない。このため、最近では塩化物ポリマーに対する洗浄力が高く手法的にも簡便な高圧水洗浄がベルジャー内面洗浄に多用されている。塩化物ポリマーに対して高圧水洗浄を行うと塩酸が発生するが、ベルジャーは炉底部から分離可能で、炉底部から離れた別の場所で洗浄を行うことができると共に、内面が平滑な形状であるために塩酸残留の懸念がなく、洗浄に伴う塩酸の発生は問題にならない。 However, with respect to the chloride polymer adhering to the inner surface of the bell jar, the dry ice blast has a small impact force due to the collision of the blast particles, and thus the cleaning power is not sufficient. For this reason, recently, high-pressure water cleaning, which has a high detergency for chloride polymers and is simple in terms of technique, has been frequently used for bell jar inner surface cleaning. Hydrochloric acid is generated when high-pressure water washing is performed on chloride polymers, but the bell jar can be separated from the bottom of the furnace and can be washed at a different location away from the bottom of the furnace, and the inner surface has a smooth shape. For this reason, there is no concern about residual hydrochloric acid, and the generation of hydrochloric acid during cleaning does not become a problem.
ところで、多結晶シリコンは太陽電池の素材である他、シリコン単結晶の製造原料であるため、製品の要求純度が年々高まっており、このため多方面から様々な純度向上策が講じられており、ベルジャー内面洗浄も製造効率向上策であると同時に多結晶シリコンの純度向上策の一つでもある。しかしながら、多くの対策を複合的に組み合わせても、最新の高い要求純度を満たすのは非常に困難になりつつあり、新たな視点の高純度化対策が求められている。 By the way, polycrystalline silicon is a raw material for solar cells, and since it is a raw material for producing silicon single crystals, the required purity of products has been increasing year by year.Therefore, various purity improvement measures have been taken from various aspects. Cleaning the inner surface of the bell jar is a measure for improving the production efficiency and at the same time a measure for improving the purity of polycrystalline silicon. However, even if many countermeasures are combined, it is becoming very difficult to satisfy the latest high required purity, and a high-purity countermeasure from a new viewpoint is required.
本発明の目的は、製造される多結晶シリコンの不純物量低減、品質向上について、新たな視点からの対策として有効な還元炉洗浄方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a reduction furnace cleaning method that is effective as a countermeasure from a new viewpoint for reducing the amount of impurities and improving the quality of polycrystalline silicon produced.
本発明者は様々な方面から製品の品質向上、特に不純物量低減に取り組んできたが、更なる不純物の低減には、これまでとは異なる新視点からの対策が必要であると考え、これまで省みられることのなかったベルジャー炉の炉底部表面の清浄度に着目した。 The present inventor has been working on improving the quality of products, especially reducing the amount of impurities from various viewpoints, but for further reduction of impurities, he believes that measures from a new perspective different from the conventional ones are necessary. We paid attention to the cleanliness of the surface of the bottom of the bell jar furnace that was not omitted.
ベルジャー炉の炉底部に組み合わされるベルジャーは、炉底部から分離が可能であるため、炉底部から離れた洗浄室等へ移動できると共に、内面形状が単純なため、洗浄が容易である上に塩酸等の副生物が溜まることもなく、また、その内面の清浄度が輻射効果に直接的な影響を与えるのが明らかなことから、従来より常識的、定常的に洗浄処理を受けてきた。 The bell jar combined with the bottom of the bell jar furnace is separable from the bottom of the furnace, so it can be moved to a cleaning room away from the bottom of the furnace, and the internal shape is simple, so cleaning is easy and hydrochloric acid etc. As a result, it has been clear that the cleanliness of the inner surface has a direct influence on the radiation effect.
これに対し、炉底部は定位置に固定され、洗浄室への移動が不可能であると共に、多数の電極やガスノズルにより表面形状が複雑となるため輻射熱の乱反射が激しく自然減衰が顕著と考えられ、その上、その複雑な表面が多結晶シリコンより下方に位置するという製品との位置関係を考慮するならば、炉底部の表面性状が製品品質や輻射効果に大きな影響を与えるとは考え難く、表面洗浄を受けることはなかった。また仮に表面洗浄を企画しても、表面の複雑な形状のために高圧水洗浄の場合は副生物である塩酸の残留が避けられず、これも放置の理由の一つであると考えられる。 On the other hand, the bottom of the furnace is fixed at a fixed position and cannot be moved to the cleaning chamber, and the surface shape is complicated by a large number of electrodes and gas nozzles. In addition, if considering the positional relationship with the product that the complex surface is located below the polycrystalline silicon, it is difficult to think that the surface properties of the furnace bottom will have a significant effect on the product quality and radiation effect, There was no surface cleaning. Even if surface cleaning is planned, due to the complicated shape of the surface, residual by-product hydrochloric acid is unavoidable in the case of high-pressure water cleaning, which is considered to be one of the reasons for neglect.
このような状況下で、本発明者は、ベルジャー炉の炉底部表面に徐々に蓄積されていく塩化物ポリマー等による汚れが多結晶シリコンの製造に無関係であるはずがないと考え、その除去方法、すなわち炉底部表面の洗浄方法について検討した。その結果、次の事実が判明した。 Under such circumstances, the present inventor considers that contamination due to chloride polymer or the like gradually accumulated on the bottom surface of the bell jar furnace should not be irrelevant to the production of polycrystalline silicon, and a method for removing the contamination That is, the cleaning method of the furnace bottom surface was examined. As a result, the following facts were found.
ベルジャー炉の炉底部は定位置に固定され、移動不可能であると共に、電極なども多数立設されているため、高圧水洗浄を適応した場合は副生する塩酸の除去が困難である。このため、ベルジャー内面洗浄に適用される高圧水洗浄の適用は困難である。そこで、洗浄力は劣るものの塩酸残留等の二次的弊害を生じる懸念のないドライアイスブラストに着目し、実際にドライアイスブラストによる炉底部表面の洗浄処理を試みた。その結果、複雑な形状にもかかわらず殆ど死角なく均一に洗浄でき、製品中の不純物量が低減し、品質が向上する傾向が確認された。また、塩酸残留等の二次的弊害による問題も生じなかった。しかしながら、いかんせんブラスト粒の衝突による衝撃力が小さく、洗浄能力、これによ品質向上効果に問題があった。 Since the bottom of the bell jar furnace is fixed at a fixed position and cannot move, and a large number of electrodes and the like are erected, removal of by-product hydrochloric acid is difficult when high-pressure water washing is applied. For this reason, it is difficult to apply high-pressure water cleaning applied to bell jar inner surface cleaning. In view of this, attention was paid to dry ice blasting, which has poor cleaning power but has no fear of causing secondary adverse effects such as residual hydrochloric acid, and an attempt was made to actually clean the furnace bottom surface with dry ice blasting. As a result, it was confirmed that even though the shape was complicated, it could be cleaned uniformly with almost no blind spots, the amount of impurities in the product was reduced, and the quality was improved. In addition, problems due to secondary adverse effects such as residual hydrochloric acid did not occur. However, the impact force due to the collision of the blast grains is small, and there is a problem in the cleaning performance and the quality improvement effect.
そこで本発明者は、ドライアイスブラストによる洗浄能力を高めることを企画し、その方策について鋭意検討を行った。その結果、ドライアイスブラストの際に炉底部の温度を上げておくと、炉底部表面に付着する塩化物ポリマーが軟化し、ドライアイスブラストであっても、形状の複雑な炉底部表面から塩化物ポリマー等の汚れが効果的、効率的に除去されること、その汚れ除去の結果として、製造される多結晶シリコンの品質が予想以上に上がり、炉底部の加熱による影響の大きなことが判明した。 Therefore, the present inventor planned to increase the cleaning ability by dry ice blasting, and intensively studied the measures. As a result, if the temperature at the bottom of the furnace is raised during dry ice blasting, the chloride polymer adhering to the furnace bottom surface softens, and even with dry ice blasting, chloride from the surface of the furnace bottom having a complicated shape It has been found that the contamination of the polymer and the like is effectively and efficiently removed, and as a result of the removal of the contamination, the quality of the produced polycrystalline silicon is higher than expected and is greatly affected by heating of the furnace bottom.
本発明の還元炉洗浄方法は、かかる知見を基礎として開発されたものであり、シーメンス法による多結晶シリコンの製造に使用されるベルジャー型還元炉を操業後に開放し、製品を取り出した後に、炉底部を加熱した状態で炉底部の表面をドライアイスブラストにより洗浄処理するものである。 The reduction furnace cleaning method of the present invention was developed on the basis of such knowledge, and the bell jar type reduction furnace used for the production of polycrystalline silicon by the Siemens method is opened after the operation, and after the product is taken out, the furnace The surface of the furnace bottom is cleaned by dry ice blasting while the bottom is heated.
本発明の還元炉洗浄方法においては、ベルジャー炉の炉底部表面をドライアイスブラストにより洗浄する際に、炉底部を加熱することにより、炉底部表面に付着する塩化物ポリマーが軟化するので、衝撃力が小さいドライアイスブラストであっても、その塩化物ポリマーを効率的、効果的に除去することができる。ドライアイスブラストは、形状が複雑な炉底部表面に対しても効果的である。また、ブラスト粒であるドライアイスペレットは衝突と同時に瞬時に気化して消失するので、高圧水洗浄による場合に問題となる塩酸等の副生物の発生自体がなく、形状が複雑な炉底部表面であっても副生物の残留による二次的な問題を生じるおそれがない。 In the reduction furnace cleaning method of the present invention, when the furnace bottom part surface of the bell jar furnace is cleaned with dry ice blasting, the chloride polymer adhering to the furnace bottom part surface is softened by heating the furnace bottom part. Even if the dry ice blasting is small, the chloride polymer can be removed efficiently and effectively. Dry ice blasting is also effective for the furnace bottom surface having a complicated shape. Also, dry ice pellets, which are blasted particles, are instantly vaporized and disappear at the same time as the collision. Even if it exists, there is no possibility of causing secondary problems due to residual by-products.
また、ベルジャー炉の炉底部は操業時に冷却を行うために冷却水流路を有しており、これにスチーム、加熱水、加熱した乾燥空気などの加熱流体を通過させることにより、簡単に加熱を行うことができる。冷却水流路は炉底部に立設された電極にまでは通じていないが、炉底部本体を加熱すれば熱伝導により電極も加熱され、これに付着する塩化物ポリマーも簡単に除去することができ、電極を独自に加熱する必要性は特には存在しない。 In addition, the bottom of the bell jar furnace has a cooling water flow path for cooling during operation, and heating is easily performed by passing a heating fluid such as steam, heated water, and heated dry air. be able to. Although the cooling water passage does not lead to the electrode standing at the bottom of the furnace, heating the furnace bottom body heats the electrode by heat conduction, and the chloride polymer adhering to it can be easily removed. There is no particular need to heat the electrodes independently.
炉底部を加熱操作するタイミングについては、ブラスト開始より前に加熱を行ってもよいし、ブラスト中に加熱を行ってもよく、ブラスト前からブラスト中にかけて加熱を行ってもよい。洗浄能力の点からはブラスト開始前に予め加熱を行っておくのがよい。要は炉底部を常温より高い温度にしてドライアイスブラストを行うということであり、加熱操作のタイミングは特に問わない。 About the timing which heat-operates a furnace bottom part, you may heat before a blast start, may heat during a blast, and may heat before a blast before a blast. From the viewpoint of cleaning ability, it is preferable to perform heating before starting blasting. In short, dry ice blasting is performed with the bottom of the furnace higher than room temperature, and the timing of the heating operation is not particularly limited.
炉底部の加熱温度は、表面温度で30〜200℃が好ましく、40〜150℃がより好ましく、50〜100℃が更に好ましい。200℃を超えるような高温の加熱はパッキンを劣化させるおそれがあり、熱経済的にも好ましいとは言えない。低すぎる加熱温度は洗浄能力の向上に対する効力が小さい。炉底部の表面温度は、ここでは炉底部の中心から東西南北の4方向へ半径の1/2の距離移動した4点の平均値である。 The heating temperature at the bottom of the furnace is preferably 30 to 200 ° C, more preferably 40 to 150 ° C, and still more preferably 50 to 100 ° C in terms of surface temperature. Heating at a high temperature exceeding 200 ° C. may deteriorate the packing, and it cannot be said that it is preferable in terms of thermo-economics. A heating temperature that is too low has little effect on improving the cleaning ability. Here, the surface temperature of the furnace bottom is an average value of four points moved from the center of the furnace bottom by four distances in the east, west, north and south directions.
ドライアイスブラストによる洗浄の目安は、炉底部表面の洗浄後の光沢度で表して 30〜1000が望ましく、50〜700がより望ましい。炉底部表面に対してドライアイスブラストを行うと、表面に付着する塩化物ポリマー等の汚れが除去され、光沢度が上昇する。光沢度は、JISZ8741に基づき屈折率が1.567であるガラス表面において60°で入射した光の反射率が10%であるときを光沢度100として数値化したもので、光沢度計を使用して測定され、ここでは炉底部の表面温度と同様に炉底部の中心から東西南北へ半径の1/2移動した4点の平均値で表している。 The standard of cleaning with dry ice blasting is preferably 30 to 1000, more preferably 50 to 700, expressed by the glossiness after cleaning of the furnace bottom surface. When dry ice blasting is performed on the furnace bottom surface, dirt such as a chloride polymer adhering to the surface is removed, and the glossiness is increased. The glossiness is quantified as a glossiness of 100 when the reflectance of light incident at 60 ° on a glass surface having a refractive index of 1.567 based on JISZ8741 is 10%. Here, as with the surface temperature of the bottom of the furnace, it is represented by an average value of four points moved from the center of the furnace bottom by ½ to the east, west, south, and north.
洗浄後の光沢度が低すぎると、製造される多結晶シリコンの純度向上が不十分となる。また、洗浄によって輻射効率が上ることにより、多結晶シリコンの生産速が増加し、電力消費量が減少するが、洗浄後の光沢度が低すぎると、この効果も不十分となる。反対に、洗浄後の光沢度が高すぎると、洗浄に要する手間、コスト(ブラスト時間、ブラスト粒の使用量)が必要以上に増加し、経済性が低下する。 If the glossiness after washing is too low, the purity of the produced polycrystalline silicon is insufficiently improved. In addition, the radiation efficiency is increased by washing, so that the production speed of polycrystalline silicon is increased and the power consumption is reduced. However, if the glossiness after washing is too low, this effect becomes insufficient. On the other hand, if the glossiness after cleaning is too high, the labor and cost required for cleaning (blasting time, amount of blast particles used) increase more than necessary, and the economic efficiency decreases.
ブラスト条件については、上記光沢度が満足されるように適宜設定すればよく、例えばドライアイスペレットの粒径は平均値で0.1〜20mmが好ましく、キャリアガス圧は0.1〜1.0MPaが好ましい。これらが小さいと洗浄能力が不十分となり、大きすぎる場合は経済性が低下したり、逆に洗浄能力の低下が生じる。またブラスト量は0.3〜3kg/分が好ましい。これが少ないと洗浄効率か低下し、多い場合はブラスト装置の必要以上の規模増大を招き、経済性を低下させる原因になる。なお、ドライアイスペレットの形状については球体に限らず、円柱体等もあるので、球体以外のものの粒径については同体積の球体の直径に換算して表すこととする。 The blasting conditions may be appropriately set so that the above glossiness is satisfied. For example, the average particle size of the dry ice pellets is preferably 0.1 to 20 mm, and the carrier gas pressure is 0.1 to 1.0 MPa. Is preferred. If these are small, the cleaning ability becomes insufficient, and if they are too large, the economic efficiency is lowered, or conversely, the cleaning ability is lowered. The blast amount is preferably 0.3 to 3 kg / min. If the amount is small, the cleaning efficiency is lowered. If the amount is large, the blasting apparatus is unnecessarily increased in scale, which causes a reduction in economic efficiency. The shape of the dry ice pellet is not limited to a sphere, but includes a cylindrical body and the like, and the particle diameter of the other than the sphere is expressed in terms of the diameter of a sphere having the same volume.
本発明の還元炉洗浄方法は、製造される多結晶シリコンの品質を高めるにあたり、これまで省みられることのなかったベルジャー炉の構造が複雑な炉底部表面の清浄度に着目し、その清浄度を、加熱を併用したドライアイスブラストにより簡単に且つ効率的、効果的向上させることにより、多結晶シリコンの更なる品質向上を容易に図ることができ、合わせて生産性の向上を図ることができる。 The reduction furnace cleaning method of the present invention focuses on the cleanliness of the surface of the bottom of the furnace having a complicated structure of a bell jar furnace, which has not been omitted so far, in improving the quality of the produced polycrystalline silicon. Can be easily and efficiently and effectively improved by dry ice blasting combined with heating, so that further improvement in the quality of polycrystalline silicon can be easily achieved, and productivity can be improved. .
以下に本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
本実施形態の還元炉洗浄方法が対象とする還元炉、すなわち多結晶シリコン製造用ベルジャー型還元炉(ベルジャー炉)は、図1に示すように、円盤状の炉底部10と、炉底部10に被せられる釣り鐘状のベルジャー20とを主要構成部材としている。炉底部10は操業室に設置されているのに対し、ベルジャー20は炉底部10から分離可能であり、図示されない搬送機構により操業室から洗浄室等への往復搬送が可能である。
As shown in FIG. 1, a reduction furnace targeted by the reduction furnace cleaning method of the present embodiment, that is, a bell jar type reduction furnace (bell jar furnace) for producing polycrystalline silicon, includes a disk-shaped furnace bottom 10 and a
炉底部10の表面には、シリコン芯材に対する支持及び通電を目的として多数の電極11が分散して立設されると共に、原料ガスを炉内へ導入するためのガス導入ノズル及び未反応ガス及び副生ガスを排出するためのガス排出ノズルが、電極11と干渉しないように分散して開口している。これら電極及びノズルのために、炉底部10の表面は複雑な構造物が密集する構成になっている。
A large number of
一方、炉底部10の内部には、操業時の加熱から炉底部10を保護するために、冷却用の通水路(冷却水通路)が設けられている。通水路には、冷却水の供給源と加熱用スチームの供給源が、図示されない切替え機構により選択的に接続される。
On the other hand, a cooling water passage (cooling water passage) is provided inside the
炉底部10が設置された操業室には、ブラスト装置30が炉底部10と共に配置されている。ブラスト装置30はブラスト粒であるドライアイスの小さな粒(ドライアイスペレット)を、キャリアガスである乾燥ガス(例えば窒素、アルゴン、乾燥エアなど)により、下向きのノズル31の先端から吐出する構成となっている。このブラスト装置30は、操業室内で移動可能であり、その移動及びノズル31の角度変更等により、炉底部10上の電極等の構造物の表面を含めた表面全体にドライアイスペレットを噴射可能に構成されている。
In the operation room where the furnace bottom 10 is installed, a
次に、本実施形態の還元炉洗浄方法を説明する。 Next, the reducing furnace cleaning method of this embodiment will be described.
多結晶シリコン製造操業では、ベルジャー炉内の電極に取付けられたシリコン芯材を通電加熱した状態で、クロロシランと水素の混合ガスからなる原料ガスを炉底部10のガス導入ノズルから炉内に導入する。これにより、炉内のシリコン芯材が表面への多結晶シリコンの析出により成長し、製品である多結晶シリコンロッドとなる。このとき、未反応の原料ガス及び副生物を含む排ガスは、炉底部10周囲のガス排出ノズルから炉外へ排出される。また、炉底部10の過熱を防ぐために、炉底部10内の冷却水流路に冷却水が流通される。
In the polycrystalline silicon manufacturing operation, a raw material gas composed of a mixed gas of chlorosilane and hydrogen is introduced into the furnace from the gas introduction nozzle at the furnace bottom 10 while the silicon core attached to the electrode in the bell jar furnace is energized and heated. . Thereby, the silicon core material in the furnace grows by precipitation of polycrystalline silicon on the surface, and becomes a polycrystalline silicon rod as a product. At this time, the exhaust gas containing unreacted source gas and by-products is discharged out of the furnace from the gas discharge nozzle around the
多結晶シリコンロッドの製造操業が終わると、炉底部10の冷却水流路に冷却水を流通させつつ、原料ガスを水素ガスのみに切替え、炉内を冷却する。ベルジャー炉内を開放できる程度に炉内温度が低下すると、ベルジャー20を炉底部10から分離し、製造された多結晶シリコンロッドを外気に曝して各ロッドの冷却を促進する。炉底部10から分離されたベルジャー20は操業室から洗浄室へ搬送され、ここで、内面に高圧水洗浄を行うことにより、塩化物ポリマーなどの付着物を除去し、光沢度を回復させる。
When the manufacturing operation of the polycrystalline silicon rod is finished, the raw material gas is switched to only hydrogen gas while cooling water is circulated through the cooling water flow path of the furnace bottom 10 to cool the inside of the furnace. When the furnace temperature is lowered to such an extent that the bell jar furnace can be opened, the
多結晶シリコンロッドのハンドリングが可能な常温程度に各ロッドが冷却されると、各ロッドの電極からの取り外し行う。ロッドの取り外し、すなわち製品採取が終わった段階では、炉底部10は常温にまで冷却されている。 When each rod is cooled to about room temperature where the polycrystalline silicon rod can be handled, the rod is removed from the electrode. At the stage where the rod is removed, that is, the product is collected, the furnace bottom 10 is cooled to room temperature.
従来はここで操業の1サイクルを終えていたが、本実施形態では更に炉底部10の表面に対してブラスト装置30を用いてドライアイスブラストによる表面洗浄を行う。具体的には、炉底部10の冷却水流路に、冷却水に代えてスチームを流通させて、炉底部10の表面を所定温度に加熱する。この状態でブラスト装置30を炉底部10の近くに搬送し、下向きノズル31を角度を変えつつ炉底部10上で水平方向(X−Y方向)に移動させる。これにより、炉底部10上の電極及びガスノズルを含む表面全体にドライアイスペレットを衝突させる。
Conventionally, one cycle of operation has been completed here, but in this embodiment, the surface of the furnace bottom 10 is further subjected to surface cleaning by dry ice blasting using the
ドライアイスペレットはブラスト粒としては柔らかく、炉底部10の表面に傷をつけないだけでなく、ブラストと同時に炭酸ガスに気化するため、残留物を生じない。ただし、ブラスト能力が高くなく、炉底部10が常温に冷えた状態では表面の付着物を除去する効果は低い。しかしながら、ここでは炉底部10を加熱しているので、付着物の主体である塩化物ポリマーが軟化しており、ドライアイスブラストであるにもかかわらず、付着物が効果的に除去される。ドライアイスブラストによる洗浄効果は、炉底部10の加熱温度が高くなるほど、顕著となる。 The dry ice pellets are soft as blast grains, and not only do not damage the surface of the furnace bottom 10, but also vaporize into carbon dioxide gas at the same time as blasting, so no residue is generated. However, the blasting ability is not high, and the effect of removing surface deposits is low when the furnace bottom 10 is cooled to room temperature. However, since the furnace bottom 10 is heated here, the chloride polymer which is the main substance of the deposit is softened, and the deposit is effectively removed despite the dry ice blasting. The cleaning effect by dry ice blast becomes more remarkable as the heating temperature of the furnace bottom 10 becomes higher.
そして、炉底部10の表面に付着する塩化物ポリマー等が除去されることにより、次のサイクルで製造される多結晶シリコンロッド中の不純物量が減少し、その純度、品質が向上する。また、炉底部10の表面が製品より下にあり、且つ複雑な乱反射構造であるにもかかわらず、その表面の光沢度が上ることによる炉内の輻射効果の向上効果は小さくなく、これによる多結晶シリコンの析出速度増加、反応時間の短縮及び電力原単位の低減が期待できる。
And the chloride polymer etc. which adhere to the surface of the furnace
以下に、本実施形態の有効性を定量的に示す。 Below, the effectiveness of this embodiment is shown quantitatively.
多結晶シリコンの製造に使用するベルジャー炉の炉底部表面を前述した手法により洗浄した。ベルジャー炉の規模は多結晶シリコンの製造本数で34本である。ドライアイスブラスト条件については、米粒大の円柱形状ドライアイスペレット、具体的には直径が約3mmで長さが10〜20mmの円柱形状ドライアイスペレットを使用すると共に、キャリアガスである窒素ガスの圧力を0.1〜1.0MPa、ドライアイスペレットの噴射量を0.3〜3kg/分の範囲内で様々に調整を行うことにより、洗浄性と経済性が両立する一つの適正条件を見出し、その条件で一定時間をかけて炉底部の表面全体を洗浄した。この通常洗浄に対し、ブラスト条件を変えずに洗浄時間を1.5倍とした精密洗浄も実施した。炉底部の加熱については、冷却水流路へのスチームの供給により行い、その供給量の増減により様々に加熱温度を変更した。 The surface of the bottom of a bell jar furnace used for the production of polycrystalline silicon was cleaned by the method described above. The scale of the bell jar furnace is 34 in the production number of polycrystalline silicon. Regarding dry ice blasting conditions, a rice-sized cylindrical dry ice pellet, specifically, a cylindrical dry ice pellet having a diameter of about 3 mm and a length of 10 to 20 mm is used, and the pressure of nitrogen gas as a carrier gas is used. By adjusting the spray amount of dry ice pellets in the range of 0.3 to 3 kg / min in various ways, we found one appropriate condition that achieves both cleanability and economy, Under this condition, the entire surface of the furnace bottom was cleaned over a certain time. In contrast to this normal cleaning, precision cleaning was also performed with a cleaning time of 1.5 times without changing the blasting conditions. The heating of the furnace bottom was performed by supplying steam to the cooling water flow path, and the heating temperature was variously changed by increasing or decreasing the supply amount.
炉底部の加熱を伴うドライアイスブラストによる表面洗浄の効果を、製造される多結晶シリコンロッドの製品品質及び生産性について、表面洗浄を行わなかった場合(比較例1)、炉底部の表面洗浄を行ったが手法がドライアイスブラストのみであった(炉底部の加熱を行わなかった)場合(比較例2)と比較して表1に示す。 The effect of surface cleaning by dry ice blasting with heating of the bottom of the furnace, the product quality and productivity of the manufactured polycrystalline silicon rod, when surface cleaning is not performed (Comparative Example 1), the surface cleaning of the furnace bottom is performed The results are shown in Table 1 in comparison with the case where the method was only dry ice blasting (no heating of the furnace bottom) (Comparative Example 2).
製品品質は、製造された多結晶シリコンのサンプルをFZ法により単結晶化した後、ライフタイム測定器でライフタイムを測定することに調査し、その調査結果を、比較例1を100としたときの相対比率で表した。この比率が大きいほど高純度で高品質である。また生産性は電力原単位で評価し、比較例1を1000としたときの相対比率で表した。この比率が小さいほど高効率で経済的である。炉底部表面の洗浄程度は、洗浄度の高い一部の例につき、洗浄後の表面の光沢度により評価した。炉底部の加熱温度は、ブラスト開始直前の表面温度である。光沢度及び表面温度は、前述した4点平均法による測定値である。 The product quality was investigated by measuring the lifetime with a lifetime measuring instrument after single-crystallizing the manufactured polycrystalline silicon sample by the FZ method, and the result of the comparison is 100 for Comparative Example 1. It was expressed as a relative ratio. The larger this ratio, the higher the purity and quality. Productivity was evaluated in terms of power consumption, and expressed as a relative ratio when Comparative Example 1 was 1000. The smaller this ratio, the higher the efficiency and the economy. The degree of cleaning of the furnace bottom surface was evaluated by the glossiness of the surface after cleaning for some examples with high cleaning levels. The heating temperature at the bottom of the furnace is the surface temperature just before the start of blasting. The glossiness and the surface temperature are measured values by the above-mentioned four-point average method.
表1から明らかなように、炉底部の加熱を伴うドライアイスブラストは、多結晶シリコンロッドの品質向上及び生産性向上に有効である。ブラスト条件を一定とすれば、炉底部の加熱温度が高くなるほど清浄度が向上し、品質向上及び生産性向上についての有効性が向上する。またブラスト洗浄「◎」は、通常洗浄「○」の1.5倍の時間をかけた精密洗浄であり、品質向上及び生産性向上において相応の効果を奏している。 As is clear from Table 1, dry ice blasting involving heating of the furnace bottom is effective for improving the quality and productivity of polycrystalline silicon rods. If the blast condition is constant, the higher the heating temperature at the bottom of the furnace, the higher the cleanliness and the more effective the quality and productivity. The blast cleaning “◎” is a precision cleaning that takes 1.5 times as long as the normal cleaning “◯”, and has a corresponding effect in improving quality and productivity.
10 炉底部
11 電極
20 ベルジャー
30 ブラスト装置
31 ノズル
10 furnace bottom 11
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