JP6203959B2 - 多結晶シリコンを作製するための方法 - Google Patents

Description

本発明は、多結晶シリコンを作製するための方法に関する。

多結晶シリコン（ポリシリコン）は、トリクロロシランなどのハロシランから、主としてシーメンスプロセスによって細い芯ロッド上に堆積され、それによって多結晶シリコンロッドが得られ、続いてこれが、汚染が非常に低い手順で粉砕されて、多結晶シリコン塊となる。

半導体およびソーラー産業での用途の場合、ほとんど汚染されていないポリシリコン塊が望まれる。従って、この物質は、顧客へ輸送される前に、包装も汚染が低い方法で行われるべきである。

原理上はシリコン塊の包装に対する適合性を有するチューブ型パウチ包装機（tubular pouch machines）が市販されている。１つのそのような包装機は、例えば、独国特許出願公開第３６４０５２０（Ａ１）号に記載されている。

ポリシリコン塊は、端部が鋭い非易流動性バルク物質である。従って、包装の段階では、その物質が充填時に通常のプラスチックパウチに穴を開けないこと、または最悪の場合としてそれを完全に破壊してしまうようなことがないことを確実にするために注意を払う必要がある。

このようなことが起こることを防止するために、市販の包装機は、ポリシリコンの包装用に適切に改変される必要がある。

その理由は、プラスチックパウチに穴が開いていると、さらにラインの停止が引き起こされ、シリコンが汚染されてしまうからである。

独国特許出願公開第１０２００７０２７１１０（Ａ１）号には、多結晶シリコンを包装するための方法が開示され、ここでは、多結晶シリコンは、自由に吊り下げられ、完全に成形されたパウチ中に、充填装置によって充填され、充填されたパウチは、続いて密封されるが、パウチが１０から１０００μｍの壁厚を有する高純度プラスチックから成ることを特徴としており、充填装置は、非金属低汚染物質から作られた自由に吊り下げられたエネルギー吸収体を含み、それは多結晶シリコンが導入される前にプラスチックパウチ中に導入され、それを介して多結晶シリコンがプラスチックパウチ中に導入され、自由に吊り下げられたエネルギー吸収体は、続いて多結晶シリコンが充填されたプラスチックパウチから取り出され、プラスチックパウチは密封される。

プラスチックパウチの密封は、典型的には、溶接によって行われる。

プラスチックパウチ内にエネルギー吸収体を供給するこの種の方法により、包装の過程でプラスチックパウチに穴が開くことの大部分を防ぐことができる。しかし、これは、小さい塊および／または軽量の塊の場合にしか当てはまらない。

パウチ損傷発生のリスクは、塊の質量に比例して増加することが見出されている。

パウチフィルムの強化によるものである穴開きを低減するために原理上考え得る１つの可能性は、特に、この種の可撓性が低下したフィルムは扱いが困難となることから、それほど実用的ではないことが証明されている。使用されている包装機は、３５０μｍを超える厚さを有するフィルム用には設計されていない。さらに、そのような厚さのパウチは、溶接に要する時間が長くなり、従って、処理能力が落ちてしまう。

パウチへのそのような穴開きは、包装の過程だけでなく、顧客への輸送中にも発生し得る。ポリシリコン塊は、端部が鋭く、そのため、塊がパウチフィルムに対して移動した結果として、および／またはパウチフィルム上に圧力が掛けられた結果として、パウチ中の塊の配向が好ましくない状態となった場合、それらは、このフィルムに切断または穴開きを起こす。

経験から、標準的な市販のＰＥフィルムから作られたパウチは、ポリシリコン塊で充填されると、輸送時または輸送後に、引裂かれて開いた状態の溶接線部を示すことが分かっている。

パウチ包装材から突き出した塊は、周囲の物質による直接の許容されない汚染を受ける可能性があり、一方内部にある塊は、流入する周囲空気によって、許容されないほど汚染される可能性がある。

この問題は、ポリシリコンが第一のパウチに充填され、この第一のパウチが続いて第二のパウチに導入されるといういわゆるダブルパウチを用いる場合であっても見られる。

先行技術で公知のあらゆる対策にも関わらず、穴開きおよびパウチ損傷についての１００％の目視検査が常に必要とされる。

本発明の目的は、これらの問題から発展されたものである。

この目的は、多結晶シリコンを作製するための方法によって達成され、その方法は、多結晶シリコンロッドを供給すること、多結晶シリコンロッドを粉砕して多結晶シリコン塊とすること、ならびに基部、壁部、および開口部を有する堅固で本質的に安定である容器中に多結晶シリコン塊を導入することによって多結晶シリコン塊を包装することを含み、この容器は、２つの異なるサイズである基部および開口部の領域、ならびに側面を有する円錐台または角錐台の形状を有し、容器の基部の領域は、開口部の領域よりも大きく、容器の壁部は、少なくとも０．５ｍｍの厚さを有し、円錐または角錐の側面線（lateral line）と垂直軸線との間の角度は、少なくとも２°である。

多結晶シリコンは、好ましくは、反応ガスとしてケイ素含有成分および水素を用いて、加熱された細いシリコン芯ロッド上に堆積される（シーメンスプロセス）。ケイ素含有成分は、好ましくは、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、例えば国際公開第２００９／０４７１０７（Ａ２）号を参照して、先行技術に従って行われる。

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行われる。この予備粉砕では、超硬合金を例とする低摩耗性材料から作られたハンマーが用いられる。予備粉砕は、低摩耗性プラスチックまたはシリコンから成ることが好ましい面を有する作業台上で行われる。

これに続いて、予備粉砕されたポリシリコンは、所望される目標塊サイズ０、１、２、３、または４に粉砕される。塊サイズは、シリコン塊の面上における２点間の最大距離（＝最大長さ）として、以下のように定義される：
塊サイズ０：約０．５から５ｍｍ
塊サイズ１：約３から１５ｍｍ
塊サイズ２：約１０から４０ｍｍ
塊サイズ３：約２０から６０ｍｍ
塊サイズ４：約＞４５ｍｍ

粉砕は、ジョークラッシャーを例とする粉砕機によって行われる。１つのそのような粉砕機は、例えば欧州特許出願公開第３３８６８２（Ａ２）号に記載されている。

その後、粉砕されたシリコンは、適宜機械的ふるいにより、上記の塊サイズに分級される。

塊は、所望に応じて、包装前に洗浄されてよい。この目的のために、ＨＮＯ_３およびＨＦを含む洗浄溶液が、好ましく用いられる。

ポリシリコン塊は、好ましくは、予備洗浄作業において、酸化性洗浄溶液で少なくとも１段階洗浄され、さらなる段階での主洗浄作業において、ＨＮＯ_３およびＨＦを含む洗浄溶液で洗浄され、なおさらなる段階での親水性化手順において、酸化性洗浄液で洗浄される。予備洗浄は、好ましくは、ＨＦ／ＨＣｌ／Ｈ_２Ｏ_２によって行われる。シリコン面の親水性化は、好ましくは、ＨＣｌ／Ｈ_２Ｏ_２によって行われる。

洗浄後、または粉砕の後に直接（洗浄が行われない場合）、ポリシリコン塊は、包装される。

容器の基部領域は、円形または楕円形であってよい（円錐台）。円錐台は、正円錐から、それより小さい円錐を基部領域に平行に切り取ることによって作製される。

基部領域が正方形もしくは長方形（四角形）であるか、または多角形である場合（角錐台）も好ましい。角錐台は、角錐（出発角錐）から、それよりも小さい類似の角錐（相補的角錐（complementary pyramid））を基部領域に平行に切り取ることによって形成される。

角錐台の２つの平行な面は、互いに類似している。角錐台は、各々が側面線を有する複数の側面を有し、これらの側面線は、角錐の垂直軸線と異なる角度を形成し得る。角錐台の側面線のすべては、角錐の垂直軸線と、少なくとも２°の角度を形成するべきである。

従って、用いられる容器は、好ましくは、基部、壁部、および開口部を有する堅固で本質的に安定である容器であり、この容器は、２つの異なるサイズの円形領域および側面を有する円錐台の形態を有し、円形基部領域は、容器開口部の円形領域よりも大きく、容器の壁部は、少なくとも０．５ｍｍの厚さを有し、側面線と垂直円錐軸線との間の角度は、少なくとも２°である。

容器はまた、角錐台の形態を有していてもよい。この場合、基部領域は、正方形、長方形、または多角形であってよい。この場合、開口部も、正方形、長方形、または多角形の形態を有する。ここでも、いずれの側面線と垂直軸線との間の角度も、少なくとも２°であることが必須である。

容器の壁部は、好ましくは、０．６ｍｍから１ｍｍの厚さを有する。

側面線と垂直円錐軸線との間の角度は、好ましくは、２°から６．５°である。

容器の開口部は、蓋によって閉じることができる。

容器は、好ましくは、プラスチックから成る。

用いられるプラスチックは、好ましくは、ホウ素については１００ｐｐｂｗ未満、リンについては１００ｐｐｂｗ未満、およびヒ素については１０ｐｐｂｗ未満の含有量を有する。

プラスチックは、好ましくは、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリウレタン、およびポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）から成る群より選択される。

容器内部に入れられたシリコン塊は、容器の傾いた壁部によって動かないようにされる。このことは、シリコン塊が輸送中も固定されるという点で、ポリシリコンの既存の包装材と比較して利点を有する。容器中では、塊の相対的な動きは存在しない。従って、輸送中における物質の不必要なさらなる粉砕を防止することが可能である。

包装中、塊は、容器中へ直接量り入れることが可能である。標準的な包装機またはグリッパーアーム付きロボットが用いられてよい。容器充填の過程では、比較的少ない微粉含有量しか発生しない。

容器が手作業で充填される場合、高純度ポリエチレンまたはＰＵのグローブが用いられることが好ましい。グローブを構成する材料は、ホウ素については１００ｐｐｂｗ未満、リンについては１００ｐｐｂｗ未満、およびヒ素については１０ｐｐｂｗ未満の含有量を有するべきである。

先行技術でのパウチの場合、一般則として、例えば成形チューブ（forming tube）によるか、またはパウチを肩に引っ掛けることにより、パウチを予め成形する必要があった。本発明の方法では、堅固で本質的に安定である容器が用いられることにより、これを行う必要がなくなる。先行技術から知られる穴開きの問題は発生しない。

先行技術の場合のような包装材の損傷についての目視検査を行う必要はない。

充填された容器は、ボール紙製輸送用ボックスに自動的に包装されてよい。

容器は、好ましくは、容器を握って保持することができるように、容器の外側壁部上に取り付けられたサービス部材（service elements）を含む。

容器をボール紙製輸送用ボックス中に包装するために、グリッパーアーム付きロボットまたはローラーコンベアが用いられてよい。

容器のボール紙製輸送用ボックス中への包装は、好ましくは、ボックス容積が最適に利用され、最大包装密度が得られるように行われる。

Claims (10)

1. 多結晶シリコンロッドを供給すること、前記多結晶シリコンロッドを粉砕して多結晶シリコン塊とすること、ならびに基部、壁部、および開口部を有する、容器中に前記多結晶シリコン塊を導入することによって前記多結晶シリコン塊を包装することを含み、前記容器は、２つの異なるサイズである基部および開口部の領域、ならびに側面を有する円錐台または角錐台の形状を有し、前記容器の前記基部の領域は、前記開口部の領域よりも大きく、前記容器の前記壁部は、少なくとも０．５ｍｍの厚さを有し、円錐または角錐の側面線（lateral line）と垂直軸線との間の角度は、少なくとも２°である、多結晶シリコンを作製するための方法。
2. 前記容器の前記基部領域が、円形または楕円形である、請求項１に記載の方法。
3. 前記容器の前記基部領域が、正方形、長方形、または多角形である、請求項１に記載の方法。
4. 前記容器の前記壁部が、０．６ｍｍから１ｍｍの厚さを有する、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
5. 円錐または角錐の側面線と垂直軸線との間の前記角度が、２°から６．５°である、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
6. 前記容器が、ホウ素については１００ｐｐｂｗ未満、リンについては１００ｐｐｂｗ未満、およびヒ素については１０ｐｐｂｗ未満の含有量であるプラスチックから成る、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
7. 前記プラスチックが、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリウレタン、およびポリフッ化ビニリデンから成る群より選択される、請求項６に記載の方法。
8. 前記多結晶シリコン塊が、ホウ素については１００ｐｐｂｗ未満、リンについては１００ｐｐｂｗ未満、およびヒ素については１０ｐｐｂｗ未満の含有量であるＰＥまたはＰＵのグローブを装着して、手作業で前記容器へ導入される、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
9. 前記多結晶シリコン塊が、包装される前に、ＨＮＯ_３およびＨＦを含む洗浄溶液で洗浄される、請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。
10. 前記多結晶シリコン塊が、包装されるか、または洗浄される前に、塊サイズのクラスに分級される、請求項１から９のいずれか一項に記載の方法。