[发明专利]硅循环再利用系统及其方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种从对硅锭进行切断、研磨加工时所产生的硅废料中提取硅，并将其再利用于太阳电池或者半导体设备用硅片制造中的硅循环再利用系统及其方法。

背景技术

目前，从脱离原子能发电的观点来看，提倡能源的多样化，太阳能发电受到关注，低成本发电的实用化和研究开发盛行。作为太阳电池材料，硅材料最受到重视，但是由于太阳电池的需求增大，材料稳定性的确保成为重要的问题。

而且，作为低成本且稳定地供给太阳电池用硅的方法，提出了各种对制造太阳电池时所废弃的硅进行再利用的方法。例如，提出了一种从对硅进行切片并加工成晶片时所生成的硅泥中分离固体成分，并作为太阳电池用硅原料进行再利用的系统及其方法（例如，参照专利文献1）。

图4为表示所述专利文献1中所述的以往的硅循环再利用系统及硅循环再利用方法。

专利文献1的硅循环再利用系统10由以下机构构成。

[1]具有对硅锭11进行加工的、由金刚石线构成的切断、切削加工装置15的硅锭加工机构17。

[2]从硅泥中分离固体硅成分的固液分离机构18。

[3]对含有残留碳元素成分的固体硅成分进行加热处理的加热烧成处理机构19。

[4]以熔点以上的温度对硅进行加热的加热熔融机构20。

[5]使硅进行单方向凝固并形成硅锭的单方向凝固机构21。

在硅锭加工机构17中，通过金刚石线进行切削加工，因此，在通过固液分离机构18回收的固体成分的硅泥中含有很多有机物质和金刚石颗粒。

之后，通过设有气体供给机构22、真空产生机构23、温度控制机构24的加热烧成机构19对包含残留有机物质及金刚石颗粒的固体成分进行加热处理。在实施例中，使用石英管式加热电炉，在惰性气氛下以300℃实施处理，在惰性气体以及氧气的气氛下以300℃到850℃实施处理，在惰性气体以及氢气的气氛下以1200℃到1500℃实施处理。接着，又示出了一种以到达硅的熔点以上的温度的方式来使用加热熔融机构20，通过单方向凝固机构21形成硅锭的硅循环再利用系统及其方法。

另一方面，微波加热具有能够从内部对物质进行加热，并能够均匀且瞬间地对表面进行加热的特征。此外，微波加热装置自身也是结构紧凑且卫生的，因此，被应用于各种领域，特别是经常被利用于食品相关的加热。

此外，对于微波，存在像碳元素这样高效地吸收微波，并在一分钟之内容易加热到1283℃的材料（参照非专利文献1），或，石英、特氟龙（注册商标）、氧化铝之类的不易吸收微波的材料，微波具有根据材料不同的加热选择性的特征。

作为在太阳电池用硅基板的再生法中利用了微波加热的例子，如下方法众所周知：对废弃对象的硅片进行混酸处理或者通过固体酸进行的物理处理，由此，去除金属表面层，进行过氧化物、水、溶解辅助剂等的化学活性化处理后，在水洗、干燥工序进行微波处理，获得金属杂质少的硅基板（参照专利文献2）。

图5为专利文献2中所述的从废弃晶片的收货到出货的工序图。

如同一图5所示，若在水洗之后的干燥工序中进行微波照射，则不存在对硅基板的物理性能的影响，能够在5分钟左右的短时间内不留水印地进行干燥。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2011-121049号公报

专利文献2：日本特许第3781106号公报

非专利文献

非专利文献1：NTS著《微波的新工业利用技术：从纳米、微粒制造到杀菌、环境修复》NTS出版2003年

发明内容

发明所要解决的课题

然而，在上述专利文献1中所述的加热燃烧装置中，作为残留有机成分和残留金刚石颗粒的碳元素燃烧，能够降低碳元素浓度，但是不能完全抑制硅的氧化，氧元素浓度上升。因此，在作为下一工序的熔融加热工序中，氧元素（O）以结合了硅（Si）的氧化硅（SiO）的形式变为气体而被排出，所以，在氧元素浓度高的材料中，最终能够利用的硅量（收获率）变得极差。此外，若为了提高硅的收获率，在抑制了硅的氧化的条件下进行处理，则碳元素浓度不能降低到所希望的浓度，结果，存在形成碳元素、氧元素浓度高的硅锭的课题。

此外，专利文献2中所述的微波处理方法是用于对附着于再利用到太阳电池的硅片表面上的水分进行干燥的，与本案的目的有很大不同。

解决课题的技术方案