JP2014096307A - Impurity removing method and microwave heating apparatus - Google Patents
Impurity removing method and microwave heating apparatus Download PDFInfo
- Publication number
- JP2014096307A JP2014096307A JP2012248127A JP2012248127A JP2014096307A JP 2014096307 A JP2014096307 A JP 2014096307A JP 2012248127 A JP2012248127 A JP 2012248127A JP 2012248127 A JP2012248127 A JP 2012248127A JP 2014096307 A JP2014096307 A JP 2014096307A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- gas
- silicon
- container
- carbon
- microwave heating
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Abstract
Description
本発明は、太陽電池に使用する不純物の少ないシリコンを得る方法およびマイクロ波加熱装置に関する。特に、マイクロ波加熱装置を用いてシリコン粉に混ざったカーボンを低減させる方法及び装置に関する。 The present invention relates to a method for obtaining silicon with less impurities used for a solar cell and a microwave heating apparatus. In particular, the present invention relates to a method and apparatus for reducing carbon mixed in silicon powder using a microwave heating apparatus.
現在、脱原子力発電の観点からエネルギー源の多様化が叫ばれ、太陽光発電が脚光を浴び、低コスト発電の実用化や研究開発が盛んに行われている。太陽電池材料としては、シリコン材料が最も重要視されているが、太陽電池の需要増大による材料の安定確保が重要な問題となりつつある。 Currently, diversification of energy sources is called out from the viewpoint of denuclear power generation, solar power generation is in the spotlight, and low-cost power generation is being put into practical use and research and development. As a solar cell material, the silicon material is regarded as the most important, but ensuring the stability of the material due to an increase in the demand for the solar cell is becoming an important problem.
そして、太陽電池用シリコンを低コスト、かつ、安定して供給する方法として、太陽電池を製造時に廃棄されているシリコンを再利用する様々な方法が提案されている。例えば、シリコンをスライスしてウェハに加工する際に発生するシリコンスラッジから固形分を分離し、分離した固形分を粉末状またはペレット状に加工し、太陽電池用シリコン原料として再利用する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。 As a method for stably supplying silicon for solar cells at low cost, various methods for reusing silicon that has been discarded at the time of manufacturing solar cells have been proposed. For example, a method has been proposed in which solids are separated from silicon sludge generated when silicon is sliced and processed into wafers, and the separated solids are processed into powder or pellets and reused as silicon raw materials for solar cells. (For example, refer to Patent Document 1).
上述の特許文献１では、シリコンをウェハに加工する際、マルチワイヤーでインゴットをスライス加工しているが、シリコンを接着剤で取り付けているビーム（主にカーボン材）と一緒に加工してしまうので、シリコンの切削粉には、接着剤とカーボンが不純物としてシリコンスラッジに含まれることになる。このとき、シリコン加工粉に含まれる不純物を除去する方法は、シリコンスラッジを磁場中での磁気分離を行った後、酸溶液に浸漬させることで除去回収している。 In the above-mentioned Patent Document 1, when processing silicon into a wafer, the ingot is sliced with multi-wire, but since silicon is processed together with a beam (mainly carbon material) attached with an adhesive. In silicon cutting powder, adhesive and carbon are contained as impurities in silicon sludge. At this time, as a method for removing impurities contained in the silicon processed powder, silicon sludge is magnetically separated in a magnetic field and then removed and recovered by immersing it in an acid solution.
表１は、上述の方法で不純物を除去した際の不純物低減効果の結果を示している。 Table 1 shows the result of the impurity reduction effect when impurities are removed by the above-described method.
表１の素材と結果（実施例）との差を見ると、鉄（Ｆｅ）や銅（Ｃｕ）では一桁以上の減少が見られるが、カーボンについては殆ど低減されず、カーボンを多量に残存してしまうということが分かる。 Looking at the difference between the materials in Table 1 and the results (Examples), iron (Fe) and copper (Cu) show an order of magnitude or more reduction, but carbon is hardly reduced and a large amount of carbon remains. You can see that
一方、マイクロ波加熱は、物質を内部から加熱することができ、表面を均一、瞬時に加熱できる特徴を有している。また、マイクロ波加熱装置自体もコンパクトで衛生的であるため、様々な分野で応用されており、特に食品関係の加熱によく利用されている。 On the other hand, microwave heating has a feature that a substance can be heated from the inside, and the surface can be heated uniformly and instantaneously. Moreover, since the microwave heating apparatus itself is compact and hygienic, it is applied in various fields, and is often used particularly for food-related heating.
また、マイクロ波には、カーボンのように効率よくマイクロ波を吸収し、１分で１２８３℃まで加熱しやすい材料（非特許文献１参照）や、石英、アルミナのようなマイクロ波を吸収しにくい材料があり、材料による加熱選択性を有する特徴がある。 In addition, the microwave absorbs microwaves efficiently like carbon and easily absorbs microwaves such as quartz and alumina that are easy to heat to 1283 ° C. in 1 minute (see Non-Patent Document 1). There is a material, and there is a feature of having heat selectivity by the material.
カーボンの除去にマイクロ波加熱を利用した例としては、マイクロ波焼成炉中の酸素ガス濃度を低くして、セラミック材に含む有機バインダー成分を燃焼させ、除去するマイクロ波焼成炉及びその方法が知られる（特許文献２参照）。 As an example of using microwave heating for carbon removal, a microwave firing furnace and method for burning and removing the organic binder component contained in the ceramic material by lowering the oxygen gas concentration in the microwave firing furnace are known. (See Patent Document 2).
図４は、特許文献２に記載のマイクロ波加熱装置の構成図である。 FIG. 4 is a configuration diagram of the microwave heating apparatus described in Patent Document 2.
同図において、炉室４内に被焼成物３を設置し、大気よりも低い酸素濃度のガスをガス導入管１４より炉室４に導入する。マイクロ波発信器８より発生させたマイクロ波は、導波管９を介して被焼成物３に照射し、加熱を行う。マイクロ波の拡散手段として、拡散ファン５が設けられている。低い酸素濃度のガスにより、カーボンの急激な燃焼を抑え、カーボンを除去する。
In the figure, the object to be fired 3 is installed in a furnace chamber 4, and a gas having an oxygen concentration lower than the atmosphere is introduced into the furnace chamber 4 through a
また、マイクロ波加熱を土壌分析に利用した例としては、ＣａＯ・６Ａｌ２Ｏ３の試料ホルダー（符号１０）上に分析サンプルを載せ、マイクロ波を照射して加熱し、発生したガスをガス捕集機４６で回収し、分析装置（符号５０）で分析する（特許文献３参照）。図５は、特許文献３に記載のマイクロ波加熱分析装置の構成図である。
In addition, as an example in which microwave heating is used for soil analysis, an analysis sample is placed on a CaO.6Al2O3 sample holder (symbol 10), heated by microwave irradiation, and the generated gas is collected by a
しかしながら、特許文献２に記載のマイクロ波加熱装置では、加熱対象物であるシリコンスラッジは、その中に含まれるカーボン濃度は制御されておらず、カーボン濃度のばらつきが大きくなる。そのため、同一処理を行った場合、バッチによっては、カーボンを所望の濃度まで低減できず、太陽電池用シリコン原料として再利用できないことになる。また、カーボン濃度を極端に下げるため、所望の処理を長時間行ったり、高いマイクロ波電力で処理を行ったりすると、シリコンスラッジの中のシリコンの酸化が促進してしまい、次工程でシリコンの収率を極端に下げてしまう原因ともなる。 However, in the microwave heating apparatus described in Patent Document 2, the concentration of carbon contained in silicon sludge, which is an object to be heated, is not controlled, and the variation in carbon concentration increases. Therefore, when the same treatment is performed, depending on the batch, carbon cannot be reduced to a desired concentration and cannot be reused as a silicon raw material for solar cells. In addition, if the desired treatment is performed for a long time or with a high microwave power in order to extremely reduce the carbon concentration, the oxidation of silicon in the silicon sludge is promoted, and the silicon is absorbed in the next step. It can also cause the rate to drop extremely.
また、特許文献３に記載の分析装置では、試料ホルダーを熱することにより、シリコンとカーボンのマイクロ波吸収の違いを利用した加熱の選択性の効果が小さくなる。更に、ガス捕集機で発生ガスを捕集し、その後、ガスクロマトグラフや質量分析などのような分析では、低圧環境が必要となり、処理中のリアルタイムでの分析ができない可能性がある。 Moreover, in the analyzer described in Patent Document 3, heating the sample holder reduces the effect of heating selectivity using the difference in microwave absorption between silicon and carbon. Furthermore, in the analysis such as gas chromatograph and mass spectrometry after collecting the generated gas with a gas collector, a low pressure environment is required, and there is a possibility that the analysis in real time during the processing cannot be performed.
本発明は、上記従来の問題点を解決するものであり、マイクロ波加熱を用いて、できる限りシリコンの酸化を促進させず、効率よくシリコンスラッジ中のカーボンを所望の濃度まで低減させることが可能な、不純物除去方法およびマイクロ波加熱装置を提供することを目的とする。その結果、処理したシリコン材料を太陽電池用シリコン原料として再利用させることができる。 The present invention solves the above-mentioned conventional problems, and it is possible to efficiently reduce the carbon in the silicon sludge to a desired concentration by using microwave heating without promoting the oxidation of silicon as much as possible. Another object is to provide an impurity removal method and a microwave heating apparatus. As a result, the treated silicon material can be reused as a silicon raw material for solar cells.
上記目的を達成するために、本発明のマイクロ波加熱装置は、シリコンにカーボンが混入したシリコン混合粉にマイクロ波を照射し、前記カーボンを除去するマイクロ波加熱装置であり、下記の構成要件を備える。 In order to achieve the above object, a microwave heating apparatus of the present invention is a microwave heating apparatus that irradiates a silicon mixed powder in which carbon is mixed in silicon with microwaves and removes the carbon. Prepare.
１）容器。 1) Container.
２）容器の内部にマイクロ波を発生させるマイクロ波生成装置。 2) A microwave generator that generates microwaves inside the container.
３）容器の内部に配置され、かつ、シリコン混合粉を攪拌する機能を備えた試料台。 3) A sample stage disposed inside the container and having a function of stirring the silicon mixed powder.
４）容器の内部にガスを導入するポート。 4) A port for introducing gas into the container.
５）試料台と対向して設けられた排気口。 5) An exhaust port provided facing the sample stage.
６）排気口に吸入されたガス濃度を検知するガス検知装置。 6) A gas detection device for detecting the concentration of gas taken into the exhaust port.
７）ガス検知装置で検知した信号によって演算した結果にも基づきプロセス制御する演算器。 7) An arithmetic unit that performs process control based on a result calculated by a signal detected by the gas detection device.
８）マイクロ波加熱によって生成したガスの濃度を計測し、前記容器に導入するガスの流量を制御する制御コントローラ。 8) A controller that measures the concentration of gas generated by microwave heating and controls the flow rate of gas introduced into the container.
この構成により、導入するガスが直接試料にあたることを防げるため、粉が舞い散らない。更に、排気口を試料の上面に設置することにより、加熱により発生したガスを効率よく排気することができ、また、試料である粉を排気、容器内に飛散ることを防いでいる。 With this configuration, it is possible to prevent the introduced gas from directly hitting the sample, so that the powder does not splash. Furthermore, by installing an exhaust port on the upper surface of the sample, the gas generated by heating can be efficiently exhausted, and the powder as the sample is prevented from being exhausted and scattered in the container.
また、発生したガスを検知し、処理容器内に導入するガス濃度を制御することで、カーボンの燃焼を所望の速度範囲に制御させることができる。これにより、シリコン混合粉が局部的に加熱され、自己連鎖的にシリコン粉が酸化する反応を抑制することができる。 Further, by detecting the generated gas and controlling the concentration of the gas introduced into the processing container, the combustion of carbon can be controlled within a desired speed range. Thereby, silicon mixed powder is heated locally and the reaction which silicon powder oxidizes self-chained can be suppressed.
また、初期のシリコン混合粉のカーボン濃度が大きく異なる処理でも、この加熱処理によって所望のカーボン濃度以下の処理を安定的に供給することができる。更に、プロセスの終点を見極めることができるため、過度な処理によるシリコン粉な余分な酸化を抑制することができる。これにより、次の工程でのシリコンの収率を極端に悪くすることなく、処理したシリコン材料を太陽電池用シリコン原料として再利用させることができる。 Further, even in a process in which the carbon concentration of the initial silicon mixed powder is greatly different, a process having a desired carbon concentration or less can be stably supplied by this heat treatment. Furthermore, since the end point of the process can be determined, excessive oxidation of silicon powder due to excessive processing can be suppressed. Thereby, the processed silicon material can be reused as a silicon raw material for solar cells without extremely reducing the yield of silicon in the next step.
本発明は、発生したガスを検知する装置と容器の排気口の間に、金属製のメッシュ状のフィルタを備えているものも含む。 The present invention also includes a device provided with a metal mesh filter between the device for detecting the generated gas and the exhaust port of the container.
この機構により、発生したガスを検知するところへマイクロ波の侵入や加熱対象物であるシリコン混合粉の侵入を防ぐことができ、異常放電など抑制することができ、安定にガス分析を行うことができる。 With this mechanism, it is possible to prevent the penetration of microwaves and silicon mixed powder that is the heating target into the place where the generated gas is detected, suppress abnormal discharge, etc., and perform stable gas analysis. it can.
また、本発明は、前記試料台は石英部材またはシリコン酸化膜でコーティングされた部材で構成されているものも含む。 Further, the present invention includes one in which the sample stage is composed of a quartz member or a member coated with a silicon oxide film.
この機構により、試料台がマイクロ波を吸収することがなく、被加熱物であるシリコン粉にマイクロ波を効率よく吸収させることができる。また、試料台からの熱伝達を極力避けることができるため、マイクロ波吸収の材料選択性（カーボン／シリコン）をあげることができ、シリコン粉を極力加熱せず、カーボン粉を選択的に加熱することができる。更に、金属不純物をシリコン混合粉に混入させない利点もある。 By this mechanism, the sample stage does not absorb the microwave, and the silicon powder that is the object to be heated can efficiently absorb the microwave. Moreover, since heat transfer from the sample stage can be avoided as much as possible, the material selectivity (carbon / silicon) of microwave absorption can be increased, and the carbon powder is selectively heated without heating the silicon powder as much as possible. be able to. Further, there is an advantage that metal impurities are not mixed into the silicon mixed powder.
また、本発明は、前記試料台に試料を攪拌するためのフィンが備え付けられているものも含む。 Further, the present invention includes one in which fins for stirring the sample are provided on the sample stage.
この機構により、シリコン混合粉を効率よく攪拌できるため、試料全体のカーボン除去濃度が均一化される。 By this mechanism, the silicon mixed powder can be efficiently stirred, so that the carbon removal concentration of the entire sample is made uniform.
本発明のマイクロ波を照射することによって試料中の不純物を低減する方法は、試料を加熱して発生したガスを検知して、その信号を演算し、導入するガス量を制御して不純物除去量を所望の範囲内になるように制御することを特徴とする。 The method of reducing impurities in a sample by irradiating the microwave of the present invention detects the gas generated by heating the sample, calculates its signal, controls the amount of introduced gas, and removes impurities. Is controlled to be within a desired range.
この方法により、シリコン混合粉を加熱しすぎることがなく、シリコンが局部的に加熱されときに発生する自己連鎖的なシリコン粉の酸化を抑制することができる。 By this method, the silicon mixed powder is not heated excessively, and the self-chained silicon powder oxidation that occurs when silicon is locally heated can be suppressed.
本発明のマイクロ波を照射することによって試料中の不純物を低減する方法は、試料を加熱して発生したガスを検知して、プロセスの終点を決めることを特徴とする。 The method of reducing impurities in a sample by irradiating the microwave of the present invention is characterized in that a gas generated by heating the sample is detected to determine the end point of the process.
この方法により、初期のシリコン混合粉のカーボン濃度が大きく異なる処理でも、この加熱処理によって所望のカーボン濃度以下の処理を安定的に供給することができる。また、過度な処理を抑えることができ、シリコン粉な余分な酸化を抑制することができる。これにより、次の工程でのシリコンの収率を極端に悪くすることなく、処理したシリコン材料を太陽電池用シリコン原料として再利用させることができる。 By this method, even when the carbon concentration of the initial silicon mixed powder is greatly different, this heat treatment can stably supply a treatment having a desired carbon concentration or less. Moreover, excessive processing can be suppressed and excessive oxidation of silicon powder can be suppressed. Thereby, the processed silicon material can be reused as a silicon raw material for solar cells without extremely reducing the yield of silicon in the next step.
また、本発明の上記の不純物を低減する方法において、試料は、シリコンとカーボンを含んだ粉であり、カーボンの低減する方法であることが望ましい。 In the above method for reducing impurities according to the present invention, the sample is a powder containing silicon and carbon, and is preferably a method for reducing carbon.
また、本発明の上記の不純物を低減する方法において、発生したガスを赤外線の吸収によってガスの濃度を計測し、その信号をもとにガスの流量を制御することが望ましい。これにより、大気環境下で計測することができ、処理中をリアルタイムで高感度にガス分析を行うことができる。 In the method for reducing impurities according to the present invention, it is desirable to measure the concentration of the generated gas by absorbing infrared rays and control the flow rate of the gas based on the signal. Thereby, it can measure in an atmospheric environment and can perform gas analysis with high sensitivity in real time during processing.
また、本発明の上記の不純物を低減する方法において、発生したガスを赤外線の吸収によってカーボン含有ガスの濃度を計測し、その信号をもとに酸素ガスの流量を制御することが望ましい。これにより、シリコンの酸化を抑制でき、カーボンの燃焼を効率的に制御できるため、シリコンの酸化を抑え、所望のカーボン濃度に低減できたシリコンを安定的に供給することができる。 In the method for reducing impurities according to the present invention, it is desirable to measure the concentration of the carbon-containing gas in the generated gas by infrared absorption, and to control the flow rate of oxygen gas based on the signal. Thereby, since the oxidation of silicon can be suppressed and the combustion of carbon can be controlled efficiently, the oxidation of silicon can be suppressed and silicon that has been reduced to a desired carbon concentration can be supplied stably.
以上のように、本発明のマイクロ波加熱方法および装置によれば、リアルタイムで発生したガスを検知し、処理容器内に導入するガス濃度を制御することで、カーボンの燃焼を所望の速度範囲に制御させることできる。これにより、シリコン混合粉が局部的に加熱され、自己連鎖的にシリコン粉が酸化する反応を抑制することができる。 As described above, according to the microwave heating method and apparatus of the present invention, by detecting the gas generated in real time and controlling the gas concentration introduced into the processing container, the combustion of carbon is brought into a desired speed range. Can be controlled. Thereby, silicon mixed powder is heated locally and the reaction which silicon powder oxidizes self-chained can be suppressed.
また、初期のシリコン混合粉のカーボン濃度が大きく異なる処理でも、この加熱処理によって所望のカーボン濃度以下の処理を安定的に供給することができる。更に、プロセスの終点を見極めることができるため、過度な処理を抑えることができ、シリコン粉な余分な酸化を抑制することができる。これにより、次の工程でのシリコンの収率を極端に悪くすることなく、処理したシリコン材料を太陽電池用シリコン原料として再利用させることができる。 Further, even in a process in which the carbon concentration of the initial silicon mixed powder is greatly different, a process having a desired carbon concentration or less can be stably supplied by this heat treatment. Furthermore, since the end point of the process can be determined, excessive processing can be suppressed and excessive oxidation of silicon powder can be suppressed. Thereby, the processed silicon material can be reused as a silicon raw material for solar cells without extremely reducing the yield of silicon in the next step.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に係るマイクロ波加熱装置の概略断面図を示す。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of the microwave heating apparatus according to the first embodiment.
本実施の形態で使用したマイクロ波加熱装置は、金属製容器１０と、粉の攪拌機能の備えた試料台２０と、マイクロ波発生電源８０と、含酸素系ガス５０及び不活性ガス６０を導入するガス導入機構（符号なし）と、排気口９０と、排気口９０に設けられたガス分析装置１００と、その信号を演算する演算器１３０と、制御コントローラ１４０とから構成される。
The microwave heating apparatus used in the present embodiment introduces a
金属製容器１０の底部には、粉の攪拌機能を備えた石英製の試料台２０を設置されている。試料３０は、シリコンスラッジ（シリコンにカーボンが混入したシリコン混合粉）であり、粒径５ｍｍ以下の粒や粒と粉混合された材料形態でもよい。このとき、試料３０を効率よく攪拌するため、石英製の攪拌フィン４０が設けてある。なお、本実施の形態では、試料３０を攪拌させるために回転機構を利用したが、共振器を使って振動させたり、マイクロ波の吸収しにくい材質（例えば、石英、アルミナなど）の攪拌棒などで試料３０を攪拌しても良い。
At the bottom of the
また、金属製容器１０のうち図示していない面には、ドアが設けられており、試料３０の交換ができるようになっている。また、金属製容器１０の底部には、金属製容器１０内の雰囲気を制御するため、含酸素系ガス５０として酸素ガスおよび不活性ガス６０（アルゴン）が容器内に導入できる構造になっている。
Further, a door (not shown) of the
なお、本実施の形態では、酸素ガスを用いたが、ドライエアーや酸素含有ガス（バランスガス）や水素などのカーボンを燃焼を促進させるガスであれば良い。もう一方のガスは、不活性ガスとしてアルゴンを用いたが、ヘリウムやネオンなどの不活性ガスのほかに窒素ガスなど、カーボンの燃焼を抑制するガスであればよい。 In this embodiment, oxygen gas is used, but any gas that promotes combustion of carbon such as dry air, oxygen-containing gas (balance gas), or hydrogen may be used. The other gas uses argon as an inert gas, but may be any gas that suppresses the combustion of carbon, such as nitrogen gas in addition to an inert gas such as helium or neon.
金属製容器１０の側面には、導波管７０が設置されており、マイクロ波発生電源８０から供給されたマイクロ波を金属製容器１０内に導入し、試料３０を表面温度７００から８００℃程度に加熱することができる。試料３０の上面には、排気口９０が設けられ、加熱時に発生したガスを金属製容器１０外へ排出する。
A
また、排気ダクトの中間には、ガス分析装置１００が設けられており、発生したガスの濃度分析ができる。排気口９０とガス分析装置１００の間には、メッシュ状の金属製フィルタ１１０が介してあり、排気ダクトのガス分析装置１００までマイクロ波が侵入や試料３０である粉の侵入を防ぐために設けている。これにより、ガス分析が正確に実施することができる。
Further, a
このフィルタは、マイクロ波の侵入のみを防ぐためなら数ｃｍオーダーの穴でも構わないが、試料３０の粉が細かいため、今回は、数１００マイクロメールと程度のものを使用した。また、容器上面には、試料３０の表面温度を計測できるように放射温度計１２０を設置した。排気ダクト内に設置したガス分析装置１００は、赤外吸収法を用いて発生したガスを検知する。波長４．３マイクロメートル（２３３０ｃｍ-1）での二酸化炭素（ＣＯ2）の赤外吸収強度により、試料３０から低減させたカーボン量をリアルタイムに概算した。
This filter may be a hole of the order of several centimeters in order to prevent only microwaves from entering. However, since the powder of the
本実施の形態では、二酸化炭素の赤外吸収ピークによりカーボン量を概算したが、一酸化炭素（ＣＯ）や炭化水素（ＣＨx、ＣＨxＯy）などの赤外吸収ピークを用いても良い。更には、ガス分析方法として赤外吸収による方法を選択したが、排気ダクト内で発生したガスを発光させ、その発光からガスを分析するＩＣＰ法や質量分析法、光干渉法を用いてもよい。 In the present embodiment, the amount of carbon is estimated from the infrared absorption peak of carbon dioxide, but infrared absorption peaks such as carbon monoxide (CO) and hydrocarbons (CH x , CH x O y ) may be used. . Furthermore, although the infrared absorption method is selected as the gas analysis method, an ICP method, a mass spectrometry method, or an optical interference method may be used in which the gas generated in the exhaust duct emits light and the gas is analyzed from the emitted light. .
ガス分析装置１００から出た結果を演算器１３０、制御コントローラ１４０を介し、金属製容器１０内に導入する含酸素系ガス５０の量の制御を行う。具体的には、含酸素系ガス５０の量と発生した炭酸ガスの炭素濃度が比例する範囲（反応律速）になるような酸素ガス量で処理を行う。これにより、炭素の燃焼を酸素ガスの量で制御が可能となる。更には、発生したガス中に含まれる炭酸ガスの濃度が所望の濃度の範囲内になるように、金属製容器１０内の酸素濃度を制御する。これにより、シリコンスラッジが過剰に加熱されることがなく、シリコンが局部的に加熱され場合によく発生する自己連鎖的にシリコン粉の酸化する反応を抑制することができる。
The amount of the oxygen-containing
また、ガス分析の結果から、プロセスの終点を決め、含酸素系ガス５０の量を低下させるか、マイクロ波発生電源８０をストップして、プロセスを終了させてもよい。処理しているシリコンスラッジ内のカーボン濃度が０．０５ａｔ％近傍まで低下すると、処理しているシリコン粉の酸化度合いが急激に増加する傾向にある。
Further, the end point of the process may be determined from the gas analysis result, and the amount of the oxygen-containing
これより、初期のシリコンスラッジのカーボン濃度が大きく異なる処理でも、この加熱処理によって所望のカーボン濃度以下の処理を安定的に供給することができる。また、過度な処理によるシリコン粉な余分な酸化を抑制することができる。これにより、次の工程でのシリコンの収率を極端に悪くすることなく、処理したシリコン材料を太陽電池用シリコン原料として再利用させることができる。 As a result, even in a process in which the carbon concentration of the initial silicon sludge is greatly different, a process having a desired carbon concentration or less can be stably supplied by this heat treatment. Moreover, excessive oxidation of silicon powder due to excessive treatment can be suppressed. Thereby, the processed silicon material can be reused as a silicon raw material for solar cells without extremely reducing the yield of silicon in the next step.
（実施の形態２）
図２および３は、実施の形態２に係るマイクロ波加熱装置の概略断面図を示す。
(Embodiment 2)
2 and 3 are schematic cross-sectional views of the microwave heating apparatus according to the second embodiment.
なお、本実施の形態２は、試料３０を入れる試料台２０の形状が上述の実施の形態１と異なる。
The second embodiment is different from the first embodiment described above in the shape of the
図２に示すように、約３０°斜めに設置した回転機構を有する金属製の試料台２０（ドラム）とする。金属製のドラムの内部は、石英部材で覆われている。これにより、実施の形態１に比べ、試料３０が満遍なく攪拌され、シリコンスラッジを均一的にマイクロ波により加熱することができ、シリコンが局部的に加熱され場合によく発生する自己連鎖的にシリコン粉の酸化が進行する反応を抑制することができる。
As shown in FIG. 2, a metal sample stage 20 (drum) having a rotation mechanism installed at an angle of about 30 ° is used. The interior of the metal drum is covered with a quartz member. As a result, compared to the first embodiment, the
また、多量に粉を処理することも可能である。本実施の形態では、約３０°に傾いた金属製のドラムを用いたが、垂直方向に設置された石英製ドラムを使用してもよい。その場合、加熱により発生したガスが、横方向からぬける構造にするのが望ましい。更に、今回は、試料であるシリコンへの不純物汚染（金属汚染）を軽減させるため、金属製のドラムの内部を石英部材で覆ったが、シリコン酸化膜やシリコン窒化膜、シリコンなどでコーティングしても良い。 It is also possible to process a large amount of powder. In the present embodiment, a metal drum inclined at about 30 ° is used, but a quartz drum installed in a vertical direction may be used. In that case, it is desirable to have a structure in which the gas generated by heating is removed from the lateral direction. Furthermore, this time, in order to reduce impurity contamination (metal contamination) on the silicon sample, the interior of the metal drum was covered with a quartz member, but it was coated with a silicon oxide film, silicon nitride film, silicon, or the like. Also good.
また、更に図３に示すように、ドラム内に小さい石英製ドラムで小分けすることにより、一度に処理できる試料３０の量を更に多くすることができる。
Further, as shown in FIG. 3, the amount of the
本発明の不純物除去方法および不純物除去装置は、赤外線吸収法により、マイクロ波加熱により発生したガスのカーボン量をモニタリングすることで、カーボン量低減するプロセスが安定化し、被処理物である初期のシリコンスラッジのカーボン濃度が異なる材料でも、所望のカーボン量まで低減させることができる。また、余分なシリコンの酸化も抑制することができる。その結果、処理したシリコン材料を太陽電池用シリコン原料として再利用させる装置及び方法に利用可能である。 The impurity removal method and the impurity removal apparatus of the present invention monitor the amount of carbon in a gas generated by microwave heating by an infrared absorption method, thereby stabilizing the process of reducing the amount of carbon, and the initial silicon that is an object to be processed. Even materials with different carbon concentrations of sludge can be reduced to a desired amount of carbon. Further, excessive silicon oxidation can be suppressed. As a result, it can be used for an apparatus and a method for reusing the treated silicon material as a silicon raw material for solar cells.
１０ 金属製容器
２０ 試料台
３０ 試料
４０ 攪拌フィン
５０ 含酸素系ガス
６０ 不活性ガス
９，７０ 導波管
８０ マイクロ波発生電源
９０ 排気口
１００ ガス分析装置
１１０ 金属製フィルタ
１２０ 放射温度計
１３０ 演算器
１４０ 制御コントローラ
DESCRIPTION OF
Claims (8)
容器と、
前記容器の内部にマイクロ波を発生させるマイクロ波生成装置と、
前記容器の内部に配置され、かつ、前記シリコン混合粉を攪拌する機能を備えた試料台と、
前記容器の内部にガスを導入するポートと、
前記試料台と対向して設けられた排気口と、
前記排気口に吸入されたガス濃度を検知するガス検知装置と、
前記ガス検知装置で検知した信号によって演算した結果にも基づきプロセス制御する演算器と、
マイクロ波加熱によって生成したガスの濃度を計測し、前記容器に導入するガスの流量を制御する制御コントローラと、を備えたこと、
を特徴とするマイクロ波加熱装置。 In the microwave heating apparatus for irradiating the silicon mixed powder in which carbon is mixed with silicon with microwaves and removing the carbon,
A container,
A microwave generator for generating microwaves inside the container;
A sample stage disposed inside the container and having a function of stirring the silicon mixed powder;
A port for introducing gas into the container;
An exhaust port provided facing the sample stage;
A gas detection device for detecting the concentration of gas sucked into the exhaust port;
An arithmetic unit that performs process control based also on a result calculated by a signal detected by the gas detection device;
A controller for measuring the concentration of the gas generated by microwave heating and controlling the flow rate of the gas introduced into the container;
The microwave heating device characterized by this.
前記ガス分析装置によって、発生したガスを赤外線の吸収によってカーボン含有ガスの濃度を計測し、その信号をもとに含酸素系ガスの流量を制御する、請求項１〜４の何れか一項に記載のマイクロ波加熱装置。 A gas analyzer,
The concentration of the carbon-containing gas is measured by absorption of infrared rays of the generated gas by the gas analyzer, and the flow rate of the oxygen-containing gas is controlled based on the signal. The microwave heating apparatus as described.
容器内に配置された前記シリコン混合粉を加熱することで発生した前記シリコン混合粉からのガスを検知してその信号を演算し、前記容器内に導入するガス量を制御することでカーボンの除去速度が所望の範囲内になるように制御すること、
を特徴とする不純物除去方法。 An impurity removal method for removing carbon from a silicon mixed powder mixed with carbon using a microwave,
Detecting gas from the silicon mixed powder generated by heating the silicon mixed powder arranged in the container, calculating the signal, and removing the carbon by controlling the amount of gas introduced into the container Control the speed to be within the desired range,
A method for removing impurities.
請求項６または７に記載の不純物除去方法。 Gas concentration generated by heating the silicon mixed powder is measured by absorbing infrared rays, and the flow rate of the gas introduced into the container is controlled based on the signal.
The impurity removal method according to claim 6 or 7.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2012248127A JP2014096307A (en) | 2012-11-12 | 2012-11-12 | Impurity removing method and microwave heating apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2012248127A JP2014096307A (en) | 2012-11-12 | 2012-11-12 | Impurity removing method and microwave heating apparatus |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2014096307A true JP2014096307A (en) | 2014-05-22 |
Family
ID=50939231
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2012248127A Pending JP2014096307A (en) | 2012-11-12 | 2012-11-12 | Impurity removing method and microwave heating apparatus |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2014096307A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2021082151A1 (en) * | 2019-10-29 | 2021-05-06 | 上海埃梅奇高分子材料科技发展有限公司 | Thermal system based on wave energy molecular oscillation heat collector |
| WO2021082152A1 (en) * | 2019-10-29 | 2021-05-06 | 上海埃梅奇高分子材料科技发展有限公司 | Dielectric for use in wave energy molecular oscillation heat collector |
-
2012
- 2012-11-12 JP JP2012248127A patent/JP2014096307A/en active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2021082151A1 (en) * | 2019-10-29 | 2021-05-06 | 上海埃梅奇高分子材料科技发展有限公司 | Thermal system based on wave energy molecular oscillation heat collector |
| WO2021082152A1 (en) * | 2019-10-29 | 2021-05-06 | 上海埃梅奇高分子材料科技发展有限公司 | Dielectric for use in wave energy molecular oscillation heat collector |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4840516B2 (en) | Method and apparatus for analyzing sulfur in metal samples | |
| KR101229577B1 (en) | The method for analysis of total organic carbon and apparatus | |
| JP6160938B2 (en) | Substrate etching apparatus and substrate etching method | |
| JP2015156420A (en) | Evaluation method for carbon concentration in silicon single crystal, and method of manufacturing semiconductor device | |
| JP2014041030A (en) | Impurity analysis method of semiconductor substrate | |
| Wang et al. | Rapid high-performance sample digestion for ICP determination by ColdBlock™ digestion: part 1 environmental samples | |
| JP2014096307A (en) | Impurity removing method and microwave heating apparatus | |
| Frentiu et al. | A novel analytical system with a capacitively coupled plasma microtorch and a gold filament microcollector for the determination of total Hg in water by cold vapour atomic emission spectrometry | |
| Su et al. | High-efficiency and rapid cyanide removal in SPL derived from aluminum electrolysis production under microwave and sensitizer synergistic action | |
| JP6400475B2 (en) | Component analysis apparatus and component analysis method | |
| JP2008298606A (en) | Combustion method of sample for analysis | |
| JP4022347B2 (en) | Analytical oxygen analysis method | |
| JP2010261743A5 (en) | ||
| JP5177263B2 (en) | Hot metal desulfurization method | |
| CN101551351B (en) | VOCs detection system and detection method based on photocatalysis technology and self-cleaning method thereof | |
| JP5716167B2 (en) | Silicon recycling system and method | |
| Tang et al. | Determination of fluorine in copper concentrate via CaF molecules using laser-induced breakdown spectroscopy | |
| Zhao et al. | Optimization of lithium metaborate fusion and post-ultrasonic extraction for multi-element determination in graphite by ICP-AES | |
| RU2681962C1 (en) | Method of degassing tungsten nanopowder | |
| JP3736427B2 (en) | Method and apparatus for analyzing components in molten metal | |
| JP6493379B2 (en) | Metal slab cleanliness evaluation method and metal slab cleanliness evaluation apparatus | |
| JP2010243450A (en) | Method for measuring carbon concentration in silicon product, and method for manufacturing silicon product using the same | |
| JP2007051903A (en) | Analytical method for metal impurity | |
| CN1899749A (en) | Analyzing method for nickel-gold brazing filler metal | |
| CN117733662A (en) | Diamond polishing method based on plasma etching and modification effects |