(57)【要約】【課題】多結晶シリコンの製造工程等において発生するクロロシラン類のポリマーを、確実かつ安全に効率よく処理する。【解決手段】クロロシラン類を含有するポリマーを処理するポリマー処理装置１０であって、加水分解の処理水Ｗ１を保持する液槽部２２と、液槽部２２の上部に接続された散水塔２４とを有する処理槽２０と、処理槽２０内に不活性ガスを供給する不活性ガス供給手段７０と、散水塔２４の上部に接続され、下方に向けて開放した開口部４０ａを有するガス案内塔４０と、水封水Ｗ２を保持する水封槽５０と、を有し、ガス案内塔４０の開口部４０ａが水封水Ｗ２中に収容されることにより、処理槽２０の散水塔２４およびガス案内塔４０の内部気体が処理槽２０および水封槽５０によって水封されるとともに、不活性ガス供給手段７０によって処理槽２０内に不活性ガスが供給され、処理槽２０およびガス案内塔４０の内部が陽圧に維持される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
多結晶シリコン製造プロセスまたはトリクロロシラン製造プロセスにおいて発生する、クロロシラン類を含有するポリマーを処理するポリマー処理装置であって、
加水分解のための処理水を保持する液槽部とおよびこの液槽部の上部に接続された散水塔を有する処理槽と、
前記処理槽に接続され、この処理槽の前記散水塔内に不活性ガスを供給する不活性ガス供給手段と、
前記散水塔の上部に接続され、下方に向けた開口部を有するガス案内塔と、
このガス案内塔の前記開口部を水封水によって水封する水封槽とを有することを特徴とするポリマー処理装置。
【請求項２】
前記処理水を攪拌する攪拌装置を備えることを特徴とする請求項１に記載のポリマー処理装置。
【請求項３】
多結晶シリコン製造プロセスまたはトリクロロシラン製造プロセスにおいて発生する、クロロシラン類を含有するポリマーを処理するポリマー処理方法であって、
加水分解のための処理水中で前記ポリマーを加水分解し、
この加水分解によって発生した気体を、不活性ガスを供給され陽圧に維持された水封空間に放出するとともに、この水封空間を水封する水封水を通過させてから回収することを特徴とするポリマー処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トリクロロシランの精製工程、多結晶シリコンの製造工程等において回収されるクロロシラン類のポリマーの処理装置および処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、半導体材料となる高純度の多結晶シリコンの製造方法として、シーメンス法が知られている。シーメンス法は、トリクロロシラン（三塩化珪素（ＳｉＨＣｌ3））と水素との混合ガスからなる原料ガスを、加熱したシリコン芯棒に接触させ、その表面に原料ガスの反応によって多結晶シリコンを析出させる製造方法である。
【０００３】
シーメンス法には、たとえば、粉末状の金属シリコンと塩化水素ガスとを流動塩化炉内で反応させ（塩化工程）、蒸留精製することにより得られる高純度トリクロロシランが用いられる。
【０００４】
シーメンス法（反応工程）が行われる反応炉からは、未反応のトリクロロシランおよび塩化水素とともに、副生成物のテトラクロロシラン（四塩化珪素）の他に、テトラクロロジシラン（Ｓｉ2Ｈ2Ｃｌ4）、ヘキサクロロジシラン（Ｓｉ2Ｃｌ6）などの高沸点クロロシラン類（テトラクロロシランよりも沸点が高いクロロシラン類）を含むガスが排出される。この排ガスから回収された水素は、一般的には精製などの操作が行われて再度反応炉に投入されて多結晶シリコンの析出反応に用いられる。また、この排ガスを、蒸留精製などを行い、得られるテトラクロロシランを水素とともに転換炉内で反応させ（転換工程）、蒸留精製することによりトリクロロシランを生成することができる。
【０００５】
塩化工程、転換工程や反応後の排ガスから水素を回収する際に行われる蒸留精製によって、クロロシラン類のポリマーが回収される。このようなポリマーは、主に多結晶シリコン析出反応や転化反応の過程で精製される高沸点クロロシラン類含有物で、発火などのおそれがあり、そのまま廃棄することができないので、加水分解等により処理された後、廃棄されていた。
【０００６】
たとえば特許文献１には、塩化水素水溶液等を用いてポリマーを加水分解することにより、取り扱いやすいゲル状の生成物を回収するとともに、加水分解によって生じた塩化水素ガスを回収する技術が記載されている。
また、特許文献２には、石灰粒子を含むアルカリ性スラリーを用いてポリマーを加水分解することにより、シリカスラリーを回収する技術が記載されている。
また、特許文献３には、ポリマーを加水分解する反応容器の内面に流れを持つ液層を形成することにより、部材表面でのシリカの付着および成長を防止する技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開昭５８−１８０４９４号公報
【特許文献２】特開昭６２−２７５０１３号公報
【特許文献３】特開平１１−２５３７４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
クロロシラン類のポリマーを加水分解することにより、塩化水素、水素、シリカ等が生成する。塩化水素は有害物質であり、水素ガスは空気に接触すると爆発のおそれがある。また、シリカは塊状に成長しやすく、この塊が内部に未反応のポリマー（加水分解していない活性なポリマー）や加水分解により生成した水素ガスを包含した場合、発火や衝撃による爆発等のおそれがある。このため、ポリマーの加水分解処理においては、ポリマーを確実に加水分解し、分解生成物を安全かつ確実に回収することが求められる。
【０００９】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、多結晶シリコンの製造工程等において発生するクロロシラン類のポリマーを、確実かつ安全に効率よく処理することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、多結晶シリコン製造プロセスまたはトリクロロシラン製造プロセスにおいて発生する、クロロシラン類を含有するポリマーを処理するポリマー処理装置であって、加水分解のための処理水を保持する液槽部およびこの液槽部の上部に接続された散水塔を有する処理槽と、前記処理槽に接続され、この処理槽の前記散水塔内に不活性ガスを供給する不活性ガス供給手段と、前記散水塔の上部に接続され、下方に向けた開口部を有するガス案内塔と、このガス案内塔の前記開口部を水封水によって水封する水封槽とを有する。
【００１１】
このポリマー処理装置によれば、処理槽の散水塔およびガス案内塔が水封空間となり、不活性ガス供給手段によって散水塔内に不活性ガスが供給されることにより、この水封空間が陽圧に維持される。
【００１２】
したがって、クロロシラン類のポリマーを、空気に接触させずに加水分解処理でき、分解生成物を安全かつ確実に回収できる。より具体的には、処理槽内で行われるクロロシラン類のポリマーの加水分解処理によって発生した塩化水素、シリカ、水素などのうち、固体であるシリカおよび水溶性である塩化水素は主に処理水および水封水とともに回収できる。一方、処理槽の散水塔およびガス案内塔が陽圧状態に維持されているので、処理水および水封水に吸収されない水素ガス等を含むガスは、水封水を通過した後に回収できる。つまり、塩化水素と水素とを別々に回収できる。
【００１３】
このポリマー処理装置において、前記処理水を攪拌する攪拌装置を備えることが好ましい。この場合、加水分解によって生じたシリカが液槽部内に堆積したり、液槽部内にポリマーが偏在したりすることを防ぎ、配管の閉塞や局所的な加水分解の進行による処理水温の異常上昇等を抑止することができる。また、攪拌によってシリカを微細に粉砕してシリカ中の活性な水素を放出させ、安全を確保することができる。
【００１４】
また、本発明は、多結晶シリコン製造プロセスまたはトリクロロシラン製造プロセスにおいて発生する、クロロシラン類を含有するポリマーを処理するポリマー処理方法であって、加水分解のための処理水中で前記ポリマーを加水分解し、この加水分解によって発生した気体を、不活性ガスを供給され陽圧に維持された水封空間に放出するとともに、この水封空間を水封する水封水を通過させてから回収する。
【００１５】
このポリマー処理方法によれば、加水分解による生成物の一部を、処理水または水封水とともに回収できるので、生成物の中和、スラリー化等の処理を容易かつ安全に行うことができる。また、処理水または水封水とともに回収できない水素ガス等の生成物を、水封水を通過させた後に回収できるので、塩化水素ガス等の水溶性ガスや未反応ガスの割合も少なく、スクラバ等への負荷も低減でき、安定した中和処理を容易に行うことができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のポリマー処理装置および処理方法によれば、加水分解によって生じる塩化水素、水素およびシリカを安全かつ確実に回収しながら、ポリマーを処理できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明のポリマー処理装置の概要を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明に係るポリマー処理装置および処理方法の実施形態について説明する。図１に示すように、本実施形態のポリマー処理装置１０は、加水分解を行う処理槽２０と、処理槽２０に接続され、処理槽２０内に不活性ガス（本実施形態では窒素ガス）を供給する不活性ガス供給手段７０と、処理槽２０の上部に接続されたガス案内塔４０と、水封水Ｗ２を保持する水封槽５０とを有している。
【００１９】
ポリマー供給管３０は、処理槽２０に接続され、ポリマーの供給を遮断する遮断弁３２と、ポリマーの流量を調整するコントロール弁３４とを備え、処理槽２０の処理水Ｗ１中に一端が開口している耐食合金管である。ポリマーはスラリー状であり、ポリマー供給管３０を通じて、遮断弁３２およびコントロール弁３４の下流側に供給される窒素ガスとともに、処理水Ｗ１中に圧送される。
【００２０】
処理槽２０は、加水分解の処理水Ｗ１を保持する液槽部２２と液槽部２２の上部に配置された散水塔２４とを有する。
処理槽２０の液槽部２２は、排水口２２ａ、オーバーフロー口２２ｂおよび窒素ガス供給口２２ｃが設けられ、処理水Ｗ１を攪拌する攪拌機６０を備えている。なお、攪拌機６０の回転グランド部は、後述するポリマーの加水分解時に発生する塩化水素による腐食を防止するため、窒素ガス等の不活性ガスでシールされている（図示略）。この処理槽３０に保持される処理水Ｗ１には、多結晶シリコンの切断等を行う際の加工処理水などを用いてもよい。排水口２２ａおよびオーバーフロー口２２ｂには、中和槽６２に接続された排水管６４ａ，６４ｂがそれぞれ接続されている。各排水管６４ａ，６４ｂには、それぞれボールバルブ６５ａ，６５ｂが備えられている。オーバーフロー口２２ｂに接続された排水管６４ｂには、処理槽２０内への空気の逆流を防ぐために、常時窒素ガスが供給される。窒素ガス供給口２２ｃには、処理槽２０に常時窒素ガスを供給する不活性ガス供給手段７０が接続されている。
【００２１】
処理槽２０の散水塔２４は、散水装置２６を備え、液槽部２２の上部に気密に接続されている。散水装置２６は、多結晶シリコンの切断等を行う際の加工処理水などを散水塔２４の内部に散水してもよい。散水塔２４内に散水された加工処理水などは、塩化水素ガス等の水溶性ガスを吸収して液槽部２２の処理水Ｗ１に混合される。散水塔２４の上部には、ガス案内塔４０が気密に接続されている。
【００２２】
ガス案内塔４０は、散水塔２４に接続された煙道４２と、散水装置４４とを備え、下方に向けて開放した開口部４０ａが水封槽５０の水封水Ｗ２中に没するように設置されている。散水装置４４は、煙道４２およびガス案内塔４０の内部に対して、工業用水を散水する。散水された工業用水は、煙道４２およびガス案内塔４０の内部の水溶性ガスを吸収して流れ、水封槽５０に保持されている水封水Ｗ２に混合される。
【００２３】
水封槽５０は、工業用水を水封水Ｗ２として保持する液槽部５２と、気体を保持する気槽部５４とを有する。
液槽部５２には、オーバーフローにより水封水Ｗ２を排水する排水口５２ａが設けられている。気槽部５４には、外部のスクラバ６６に接続されて気槽部５４の内部気体を排出する排気口５４ａが設けられている。水封槽５０に気密に接続されたガス案内塔４０の開口部４０ａは、排水口５２ａの開口位置（すなわち水封水Ｗ２の液面）よりも低い位置に配置されている。これにより、処理槽２０の散水塔２４およびガス案内塔４０は水封されるとともに、開口部４０ａの水封水Ｗ２の液面からの深さに応じた水圧によって、散水塔２４およびガス案内塔４０を陽圧に維持することができる。排水口５２ａは、水封水Ｗ２を流出するとともに、気体が流通できるように形成されている。排水口５２ａから流出した水封水Ｗ２は、排水管６４ｃを通じて中和槽６２に送られる。
【００２４】
ここで、以上のように構成されたポリマー処理装置１０を用いるポリマー処理方法について説明する。
まず、ボールバルブ６５ａで排水管６４ａを閉鎖して処理槽２０の液槽部２２に処理水Ｗ１を保持させるとともに、排水管６４ｃを通じて水封水Ｗ２を排水しながら水封槽５０の液槽部５２に水封水Ｗ２を保持させる。散水装置２６でシリコンを切削加工した際の加工処理水を用いる場合は、処理水Ｗ１は、シリコン切粉を含む加工処理水である。一方、水封水Ｗ２は工業用水である。水封槽５０の液面がガス案内塔４０の開口部４０ａよりも上方になるまで水封水Ｗ２を満たすことにより、処理槽２０およびガス案内塔４０を水封することができる。このとき、ボールバルブ６５ｂで排水管６４ｂを開放することにより、処理槽２０の液槽部２２の液面を所定位置に維持できる。
【００２５】
このように処理水Ｗ１および水封水Ｗ２によって処理槽２０およびガス案内塔４０を水封するとともに、不活性ガス供給手段７０によって窒素ガス供給口２２ｃを通じて処理槽２０に窒素ガスを供給し、ガス案内塔４０の開口部４０ａから空気を排出（パージ）する。ガス案内塔４０の開口部４０ａが水封水Ｗ２の液面よりも低いことから、処理槽２０およびガス案内塔４０内は、開口部４０ａの深さに応じた水圧による陽圧の水封状態となる。
【００２６】
処理槽２０およびガス案内塔４０内の空気が窒素に置換されたら、ポリマーの処理を開始することができる。すなわち、攪拌機６０および散水装置２６，４４を駆動して、処理水Ｗ１を攪拌しつつ、加工処理水および工業用水をそれぞれ散水しながら、コントロール弁３４を調整しポリマーの流量を適切に設定するとともにポリマー供給管３０の遮断弁３２を開放し、適切な流量のポリマーを窒素ガスとともに処理槽２０へ供給する。このとき、処理槽２０に対して不活性ガス供給手段７０を用いて窒素ガスを供給し続けることにより、処理槽２０およびガス案内塔４０内を陽圧に維持する。なお、排水管６４ｂから空気が処理槽２０内に逆流しないように、排水管６４ａにも窒素ガスを所定圧で供給する。
【００２７】
液槽部２２の処理水Ｗ１中に供給されたポリマーが加水分解されることにより、シリカ、水素、塩化水素が発生する。ポリマーの加水分解は発熱反応であり、処理水Ｗ１中でシリカが堆積したりポリマーが偏在したりすることにより、局所的に加水分解が進行すると、処理水Ｗ１の液温が異常上昇し、処理槽２０が破損する等のおそれがある。このため、攪拌機６０を用いて処理水Ｗ１を常に攪拌するとともに、処理水Ｗ１の液温を数カ所で測定し、液温の測定値に差が生じたときには警報等を発するとともに遮断弁３２を用いてポリマーの供給を停止し、処理槽の冷却等の処置を行う。この場合、攪拌機６０の破損、排水口２２ａやオーバーフロー口２２ｂの閉塞等が生じていないかを確認する。また、加水分解による急激なガスの発生により散水塔２４、煙道４２およびガス案内塔４０の内圧が一定以上に上昇しないように、警報や安全弁による管理を行う。
【００２８】
加水分解によって生じたシリカは、処理水Ｗ１中で攪拌され、排水口２２ａを通じて排出される。シリコンを切削加工した際の加工処理水を使用した場合でも、シリカは同様に処理槽２０内で攪拌され、排出される。この場合、処理水Ｗ１中に攪拌されたシリカは、水面に浮いてくるため、側溝等を流す場合と比較して、パイプ等の管を使用して流すことで排出中のシリカの閉塞を防止できる。
【００２９】
加水分解によって生じた塩化水素は、一部が処理水Ｗ１中に溶け、処理水Ｗ１とともに排水口２２ａを通じて液槽部２２から排出され、排水管６４ａを通じて中和槽６２へと送られる。また、処理水Ｗ１中に溶けずに気体として放出された塩化水素は、散水塔２４中で散水された加工処理水に吸収される。加工処理水は処理水Ｗ１に混合されるので、処理水Ｗ１から放出された塩化水素ガスも、液槽部２２の処理水Ｗ１とともに回収される。また、外部装置でのシリコンの切削加工により発生した加工処理水を、本装置で再利用した上で処理水Ｗ１とともに処理することもできる。
【００３０】
加水分解によって生じた水素は、処理水Ｗ１から放出される。処理槽２０には窒素ガスが供給され、処理槽２０およびガス案内塔４０は陽圧に維持されているため、この窒素ガスや加水分解により発生した水素ガスは処理水Ｗ１に吸収されるが、処理水Ｗ１に吸収されない気体は、散水塔２４の上部から煙道４２を通じてガス案内塔４０の開口部４０ａにおいて図に矢印で示すように水封水Ｗ２の液面を押し下げ、水封水Ｗ２へと吹き込まれる。ガス案内塔４０には散水装置４４によって工業用水が散水されており、この工業用水は水封水Ｗ２に混合されるので、未吸収の塩化水素ガス等はガス案内塔４０内で工業用水に吸収され、もしくは水と反応して、さらに処理水Ｗ２に吹き込まれることにより、処理水Ｗ２に吸収される。水素ガスを含む気体は、開口部４０ａから水封水Ｗ２を通過し、水封槽５０の気槽部５４へ放出される。
【００３１】
水封水Ｗ２を通過した気体は、水封槽５０の気槽部５４から排気口５４ａを通じてスクラバ６６に吸引される。スクラバ６６では、未吸収の塩化水素等の酸性ガスを中和する。
なお、水素ガス濃度が高い混合気体に空気に接触すると爆発するおそれがある。水封槽５０の気槽部５４に保持される気体には水素ガスが含まれているので、この混合気体の水素ガス濃度を低下させるために、図に矢印で示すように排水口５２ａから外気を流入させながら、スクラバ６６で気槽部５４の気体を吸引することにより、気槽部５４の気体の水素ガスを外気で希釈している。
【００３２】
処理槽２０で発生した気体を通過させた水封水Ｗ２は、煙道４２およびガス案内塔４０で吸収した塩化水素や、未反応ガスの水封槽５０中での加水分解により生じたシリカ等を含み、排水口５２ａを通じて水封槽５０からオーバーフローして中和槽６２へ送られる。
【００３３】
以上説明したように、本発明によれば、陽圧の水封空間でポリマーの加水分解を行うので、加水分解の生成ガスを大気中に放出したり爆発させたりすることなく、安全かつ確実に回収することができる。
なお、本発明は前記実施形態の構成のものに限定されるものではなく、細部構成においては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
【符号の説明】
【００３４】
１０  ポリマー処理装置
２０  処理槽
２２  液槽部
２２ａ  排水口
２２ｂ  オーバーフロー口
２２ｃ  窒素ガス供給口
２４  散水塔
２６，４４  散水装置
３０  ポリマー供給管
３２  遮断弁
３４  コントロール弁
４０  ガス案内塔
４０ａ  開口部
４２  煙道
５０  水封槽
５２  液槽部
５２ａ  排水口
５４  気槽部
５４ａ  排気口
６０  攪拌機
６２  中和槽
６４ａ，６４ｂ，６４ｃ  排水管
６５ａ，６５ｂ  ボールバルブ
６６  スクラバ
７０  不活性ガス供給手段
Ｗ１  処理水
Ｗ２  水封水
【図１】
2011168430.tif 000003