(57)【要約】【課題】シリコン製造装置の反応管を吊り下げることなく、反応管の熱膨張に追従することができる新規な反応管の取付構造を提供すること。【解決手段】シリコン製造装置１の反応容器本体２内の反応部３内には、にクロロシラン類及び水素を供給するガス供給管６と、シリコンを析出させる反応管７と、該反応管７の外周側に配設され析出したシリコンを溶融する高周波コイル１１と、反応管７と高周波コイル１１との間に設けられた断熱材９と、反応部３の下部に設けられ断熱材９を支持する中間壁８とを備えている。該中間壁８の上面には、反応管７を支持させるようにした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応容器内の反応室にクロロシラン類及び水素を供給するガス供給管と、前記クロロシラン類及び水素からシリコンを析出させ且つ熱膨張する材質の反応管と、該反応管の外周側に配設され析出したシリコンを溶融する加熱手段と、前記反応管と加熱手段との間に設けられた断熱材とを備え、前記反応管の下端部から溶融シリコンを下方の回収部に流下させるシリコン製造装置において、
前記反応室と前記回収部の間に反応容器の中心側へ突出する中間壁を形成し、該中間壁に前記反応管を支持させるようにしたことを特徴とするシリコン製造装置。
【請求項２】
前記反応管の上端部と前記反応室の天井部との間には、上下方向に伸縮する伸縮材を気密に配設するようにしたことを特徴とする請求項１に記載のシリコン製造装置。
【請求項３】
前記中間壁の上面に支持壁を形成し前記反応管を前記支持壁を介して支持させるようにしたことを特徴とする請求項１又は２に記載のシリコン製造装置。
【請求項４】
前記反応管は、外筒反応管と該外筒反応管の内周面に間隔を空けて配設された内筒反応管とを備え、
前記外筒反応管の内周面には該内周面の周方向に間隔を空けて前記反応容器の内側へ突出する複数の突出部を形成し、
該外筒反応管は前記中間壁によって支持させ、前記内筒反応管は前記突出部によって前記外筒反応管に支持させるようにしたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のシリコン製造装置。
【請求項５】
前記蛇腹部材と前記反応管の間に熱伝導を下げる中間部材を配設したことを特徴とする請求項２〜４に記載のシリコン製造装置。
【請求項６】
前記反応管の下端部は、該反応管の下端部の外周側に形成した環状の平坦部と、該平坦部の内周側から前記反応管の半径方向下側に向かってテーパ状に減径する円錐台形部とを形成し、前記支持壁に前記平坦部を支持させて前記円錐台形部を前記支持壁よりも内方へ突出させるようにしたことを特徴とする請求項３〜４のいずれか１項に記載のシリコン製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコンの反応容器において、熱膨張率の大きな材料で形成された反応管を安定させて支持することができるシリコン製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、様々な分野において利用され、今後さらなる発展および需要が見込まれる半導体や太陽光発電用電池などの原料として、多結晶シリコンが用いられており、高純度の多結晶シリコンを効率良く製造することが求められている。
従来の多結晶シリコンの製造方法としては、たとえば、ベルジャー内部に配置されたシリコン棒の表面を加熱し、これにトリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ3）やモノシラン（ＳｉＨ4）などのクロロシラン類と水素等の還元性ガスとを含むシリコン析出用原料ガスを接触させて多結晶シリコンを析出させるシーメンス法などが挙げられる。
【０００３】
上記シーメンス法は、高純度なシリコンが得られることを特徴としているが、析出がバッチ式であるため、主となるシリコン棒の設置、通電加熱、析出、冷却、取り出し、ベルジャーの洗浄などの極めて煩雑な手順を行なわなければならないという問題点がある。
このような問題点を解決するために、シリコンを効率的に製造できる方法およびその装置として、シリコンの融点未満の温度に加熱した筒状反応容器内にシリコン析出用原料ガスを供給してシリコンを析出させた後、該筒状反応容器の内表面をシリコンの融点温度以上に加熱して、析出したシリコンの一部または全部を溶融することにより、析出したシリコンを落下させて回収する多結晶シリコン製造方法および該方法に用いられるシリコン製造装置が提案されている（特許文献１参照）。
【０００４】
図６、図７は、従来のシリコン製造装置の一例を示し、図６はシリコン製造装置の断面図、図７は該シリコン製造装置の反応部の部分拡大断面図である。
シリコン製造装置５１は、上方に位置する反応部５２と、下方に位置する回収部５３とを備え、反応容器本体５４の天井壁の中央部には、シリコンの原料であるクロロシラン類と水素を供給するガス供給管５５を設けている。ガス供給管５５の外周囲には、間隔を空けて反応管５６を配設している。反応管５６のさらに外側の周囲には断熱材６４を介在させて、高周波加熱コイル６１が巻装されている。そして、反応管５６の下部には、隙間を空けて仕切壁６５が配設されている。断熱材６４は、耐熱性のあるカーボングラファイトを使用している。
反応容器本体５４の下端部に位置する回収部５３には、回収容器５８が回収部５３の支持床壁５９に載置され、回収部を解体して回収容器５８の取り出しをする構造になっている。支持床壁５９には、冷却ジャケット６０を配設し、該冷却ジャケット６０には、図示しない冷却手段の供給口及び排出口を接続し、冷却水を循環させることができる。反応部５２と回収部５３との間には、ガスの排出配管６３が配設され、ガス排出配管６３は後流側のガス処理設備に接続されている。
【０００５】
このような構造のシリコン製造装置５１は、高周波加熱コイル６１に電圧を印加させると、反応管５６が高周波加熱コイル６１の高周波による渦電流によって加熱され、反応管５６の内面がシリコンの融点を超える温度に加熱される。ガス供給管５５からは、クロロシラン類と水素とが供給され、これらのガスが反応管５６の内面に接触させてシリコンを溶融状態で析出させる。溶融状態で析出したシリコン溶液は、反応管５６の下端部を伝わるように落下し、反応管５６の下端部の開口から流下し、直下に位置する回収容器５８に回収される。
回収容器５８に回収されたシリコンは、回収容器５８の取り出し前に冷却ジャケット６０の冷却水によって、冷却され固化した状態で回収容器５８と共に反応容器本体５４の外側へ取り出される。
【特許文献１】ＷＯ０２／１００７７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
反応管５６の材料は、熱に耐性のあるグラファイトを使用している。グラファイトは、１０００℃でグラファイトの長さが７ｍであると約１００ｍｍ程度熱膨張する。そのため、図６及び図７に示すように、反応管５６の下部の開口側をフリー状態にしなければならない。このように、従来の反応管５６は、反応部５２において吊り下げることによって、熱膨張の問題を解決するようにしている。
しかしながら、吊り下げ方式の反応管５６であると、上方に吊り下げ部があるので、反応器本体の重心が上部に位置し、反応容器本体を強固に形成する必要があり、設置時における組付け作業にも手間がかかり、さらには、反応管を大型化すると自重が自己にかかり、反応管自体の大型化が困難であった。
また、反応管５６の下端が熱膨張のため支持できないため、反応管５６と仕切壁６５との間から、クロロシランや、水素ガスが浸入してしまう。すると、それらのガスが反応管５６の外周部側の温度の低い部分に回り込んでしまうことがあり、それを防止するために、シールガス供給管６７から窒素ガスをシールガスとして充填するようにしている。
本発明は、このような事情を踏まえた上で、反応管を吊り下げることなく、反応管の熱膨張に追従することができ、反応管の支持構造についても、反応管を安定して支持することができ、さらにはシールガスを減らすことができる新規な反応管を備えたシリコン製造装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のシリコン製造装置は、上記課題を解決することを目的として、反応容器内の反応室にクロロシラン類及び水素を供給するガス供給管と、前記クロロシラン類及び水素からシリコンを析出させ且つ熱膨張する材質の反応管と、該反応管の外周側に配設され析出したシリコンを溶融する加熱手段と、前記反応管と加熱手段との間に設けられた断熱材とを備え、前記反応管の下端部から溶融シリコンを下方の回収部に流下させるシリコン製造装置において、前記反応室と前記回収部の間に反応容器の中心側へ突出する中間壁を形成し、該中間壁に前記反応管を支持させるようにした。
上記シリコン製造装置は、前記反応管の上端部と前記反応室の天井部との間には、上下方向に伸縮する伸縮材を気密に配設することができる。
上記シリコン製造装置は、前記中間壁の上面に支持壁を形成し前記反応管を前記支持壁を介して支持させることができる。
上記シリコン製造装置の前記反応管は、外筒反応管と該外筒反応管の内周面に間隔を空けて配設された内筒反応管とを備え、前記外筒反応管の内周面には該内周面の周方向に間隔を空けて前記反応容器の内側へ突出する複数の突出部を形成し、該外筒反応管は前記中間壁によって支持させ、前記内筒反応管は前記突出部によって前記外筒反応管に支持させることができる。
上記シリコン製造装置の前記反応管の下端部は、該反応管の下端部の外周側に形成した環状の平坦部と、該平坦部の内周側から前記反応管の半径方向下側に向かってテーパ状に減径する円錐台形部とを形成し、前記支持壁に前記平坦部を支持させて前記円錐台形部を前記支持壁よりも内方へ突出させることができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明のシリコン製造装置は、反応室と回収部の間に反応容器の中心側へ突出する中間壁を形成し、該中間壁に前記反応管を支持させるようにしたので、反応管が吊り下げ式から据置き式となったので、反応管の支持構造の安定化を図ることができる。反応管に負荷する荷重が引っ張りから圧縮力に変わったので、構造上強くなり、反応管の大きさも大きく形成できる。
上記シリコン製造装置の前記反応管の上端部と前記反応室の天井部との間には、上下方向に伸縮する伸縮材を気密に配設したので、シールガスを必要としなくなった。
上記シリコン製造装置は、前記中間壁の上面に支持壁を形成し前記反応管を前記支持壁によって支持させたので、反応管の支持構造の自由度を大きくすることができる。
上記シリコン製造装置の前記反応管は、外筒反応管と該外筒反応管の内周面に間隔を空けて配設された内筒反応管とを備え、前記外筒反応管の内周面には該内周面の周方向に間隔を空けて前記反応容器の内側へ突出する複数の突出部を形成し、該外筒反応管は前記中間壁によって支持させ、前記内筒反応管は前記突出部によって前記外筒反応管に支持させることができ、２重管の内筒反応管についても、据置構造で支持できるようになった。
上記シリコン製造装置の前記反応管の下端部は、該反応管の下端部の外周側に形成した環状の平坦部と、該平坦部の内周側から前記反応管の半径方向下側に向かってテーパ状に減径する円錐台形部とを形成し、前記支持壁に前記平坦部を支持させて前記円錐台形部を前記支持壁よりも内方へ突出させたので、前記仕切壁に前記平坦部を安定させて支持させることができ、前記台形円錐部の下端から仕切壁に触れることなくシリコンを流下させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の第１の実施形態によるシリコン製造装置について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明に係るシリコン製造装置１を示し、このシリコン製造装置１は、円筒状の外壁を有する反応容器本体２の上方部分を占める反応部３と、下方部分を占める回収部４とを備えている。反応容器本体２の天面壁２ａの中央部には、シリコンの原料であるクロロシラン類と水素を供給する円筒形状のガス供給管６が設けられ、ガス供給管６はその軸を上下方向に向けて、天面壁２ａを貫通するように取付けられている。このガス供給管６の上端部側には、図示しないクロロシラン類と水素を各々供給することができるガス供給手段に接続されている。
【００１０】
反応部３と回収部４との間には、環状の中間壁８が設けられ、中間壁８の上面には、筒状の支持壁１０を配設している。支持壁１０は、耐熱を有する材料で本実施形態では、セラミックスによって形成されている。支持壁１０の上部には、ガス供給管６と円環状の空隙を形成して円筒状の反応管７を配設している。
図２に示すように、反応管７は支持壁１０と密着して配設され、ガス供給管６と同心軸上に配置されている。反応管７の下端部の外周側は、支持壁１０に載置される平坦な載置部７ａが形成され、載置部７ａは平坦な支持壁１０の上端面に載置されるようにして支持されている。
【００１１】
載置部７ａよりも内周側は、支持壁１０に対して半径方向内側に突出させている。そして、支持壁１０の上端部の平坦部の内周側から反応管７の半径方向下側に向かってテーパ状に減径、すなわち反応管７の半径方向内側にかつ下向きに傾斜する逆円錐台形面７ｃを形成し、その下端側先端部７ｂを下方の回収部４側へ突出させ、反応管７の先端部７ｂは、ガス供給管６の下端位置よりも十分低い位置に配設されている。反応管７は、シリコンの融点で耐性のあるグラファイトなどの炭素材料で形成することが好ましく、シリコンと接触する内面は、窒化珪素、炭化珪素などで被覆すると反応管７の耐久性を向上させることができる。反応管７は、一体成形で形成することも可能であるが、成形型が大きくなるので、分割して形成することができる。例えば、反応管７の軸方向へ、複数の円環状に分割して積み重ねることができ、周方向に、例えば９０°毎に４分割することもできる。適宜、反応管７の大きさ重量などによって、適宜変更することができる。このような場合は、分割ラインにシール部材を充填する必要がある。
【００１２】
反応管７の上端部は、断面がコ字形状であって円環状の断熱材１２が配設され、断熱材１２は、ステンレスなどで形成されている。断熱材１２の上部には、筒状の伸縮部材１３の下端部が取付けられ、伸縮部材１３の上端部は、天面壁２ａに取付けられている。これらの伸縮部材１３と天面壁２ａ、断熱材１２と反応管７の上端部の各取付部は、気密に接続され、これらはボルト３０，３１によって固定されている。したがって、上述したように、反応管７と支持壁１０との連結も気密であるので、反応管７の内周部側と該反応管７の外周部側とは、ガスの流れが遮断される。
なお、伸縮部材１３は、上下方向に伸縮が可能であり、具体的には径の異なる２以上の円筒部材のすり合わせ構造、蛇腹構造などが挙げられる。また、材質はステンレスの他にシリコンなどが使用できる。
【００１３】
反応容器本体２には加熱手段が設けられ、加熱手段は本実施形態では高周波加熱コイル１１が使用され、断熱部材９の外周囲に巻装されている。この高周波加熱コイル１１は、図示しない高周波電源に接続されている。高周波加熱コイル１１を配設する位置は、反応管７から下方の支持壁１０の周囲まで配設される。
断熱部材９は、中間壁８の上面に反応管７及び支持壁１０の外周面に対して間隔を空けて支持されている。断熱部材９は、高周波加熱コイル１１の稼働時に、反応管７によって発生する熱を断熱させるものであり、例えば、フェルト状のカーボンファイバー、セラミック焼結体等が用いられるが、本実施形態では、カーボンファイバーを使用している。中間壁８の下部には、冷却ジャケット１７が設けられ、冷却ジャケット１７は図示しない供給管から冷却水が供給され、図示しない排水管から冷却水を排出させている。
【００１４】
図１に示すように、反応容器本体２の下部に位置する回収部４には、有底円筒形状の回収容器１４が備えられている。回収容器１４は、反応管７の直下方に位置し、反応管７の内径よりも十分に大きく形成された開口１４ａを上方に有している。回収容器１４は、反応容器本体２の下部側に水平方向に配設されている支持床壁１６に載置されている。回収容器１４の材質は、熱に強いカーボン製である。
回収容器１４の底部に配設されている支持床壁１６の下部には、回収容器１４を冷却する冷却ジャケット１８が配設されている。冷却ジャケット１８には、冷却水が流れる図示しない供給管が連結され、供給管には図示しない冷却水の供給手段と連結され、図示しない排水管から冷却水を排出させている。反応部３の中間壁８の下部には、排気管２９が形成され、内部ガスを外部の後処理工程に排出することができる。
【００１５】
次に、本実施形態のシリコン製造装置の作用について説明する。
図１に示すシリコン製造装置１を稼働させるには、反応容器本体２の高周波加熱コイル１１に電圧を印加させると、反応管７が高周波加熱コイル１１の高周波による渦電流によって加熱され、反応管７の内面がシリコンの融点を超える温度に加熱される。ガス供給管６からは、クロロシラン類と水素とが供給され、これらのガスが反応管７の内面に接触させてシリコンを溶融状態で析出させる。
反応に使用するクロロシラン類としては、例えば、トリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ３、四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ４）、ジクロロシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２）、モノクロロシラン（ＳｉＨ３Ｃｌ）、あるいはヘキサクロロジシラン（Ｓｉ２Ｃｌ６）などのクロロジシラン類、オクタクロロトリシラン（Ｓｉ３Ｃｌ８）などのクロロトリシラン類を挙げることができる。
【００１６】
溶融状態で析出したシリコン溶液は、反応管７の内面から下端部までを伝わるように流下し、反応管７の下端部の開口から流下し、直下に位置する回収容器１４に回収される。この際、反応管７の先端部７ｂを支持壁１０に接しないように、反応容器本体２の半径方向内側へ突出させたので、シリコン溶液が支持壁１０に接することなく、回収容器１４に流下させることができる。
反応容器本体２の内部の未反応のクロロシランガス、塩酸ガス、水素ガス等は、排気管２９によって排出される。中間壁８に配設されている冷却ジャケット１７は、反応部３の温度上昇を防止するとともに、回収部４の温度上昇を防止することができる。
シリコンの生成中では、反応管７は１０００℃以上の温度となり、反応管７の上部には、伸縮自在の伸縮部材１３が配設されているので、伸縮部材１３が縮むことによって、反応管７の伸びを伸縮部材１３が吸収し、反応管７が破損することがない。
【００１７】
本実施形態では、このように、反応管７が伸びても伸縮部材１３が反応管７の伸びを吸収してくれるのでシール性が保持され、従来のように、反応管５６と仕切壁６５との間にガス流路となる空間を形成する必要がない（図７参照）。そのため、未反応のクロロシランガス、塩酸ガス、水素ガスなどが、反応管５６の外周部側に回り込むことがなくなる。したがって、シールガス供給管６７（図７参照）から窒素ガスを供給する必要がない。そのため、従来では反応部において、シリコン製造装置の構造上の理由から、反応管の内外間におけるガス流の流れが発生していたが、本実施形態では反応部３において、そのようなガス流の流れ無くすことができる。よって、シリコンの生成の質を向上させることができ、さらには、シールガス供給管６７のような窒素ガスの供給設備の廃止によって、シリコン製造装置の設備の簡易化を図ることができる。
【００１８】
回収容器１４に回収されたシリコンは、回収容器１４の取り出し前に冷却ジャケット１８の冷却水によって、冷却され溶融状態から固化され、その後固化した状態で回収部４を解体して回収容器１４を回収部４から取り出すことができる。
このようなシリコンの回収が終了し、高周波コイル１１の電源がオフ状態となった後は、反応管７の温度が降下することになり、反応管７の長さが熱収縮によって縮む状態となるが、このときは、伸縮部材１３が伸びることによって、反応管７の縮みを伸縮部材１３が吸収することができる。
【００１９】
このように、本発明の実施形態では、従来の反応管を吊り下げる構造から、中間壁８に形成した支持壁１０に据置くようにしたので、反応管７の熱膨張に追従することができ、しかも反応室の密閉を維持できる構造となった。また、反応管を吊り下げ構造から据置構造にすることによって、反応管７自体も堅固となり寿命を延ばすことができる。
なお、従来において、図７に示す断熱材６４にカーボングラファイトを使用しているような時に、反応管５６と仕切壁６５の間から水素が侵入すると、水素の温度が高いときは、カーボングラファイトと水素が接触してメタン化反応するおそれがある。そのため、シールガスを必要とする。上述した伸縮部材１３は、用いることが望ましいが、反応管の上部は、高熱部と離れた位置にあるため、シールガスを流さなくても、その影響は少ない。また、低温水素を使用することで、水素のメタン化を防ぐことができるため、この意味では、必ずしも伸縮部材１３は必要としない（これについては、第２の実施形態の伸縮部材１３，４１についても同じである）。
【００２０】
次に、本発明の第２の実施形態によるシリコン製造装置について、図面を参照しながら説明する。なお、本実施形態では、シリコン製造装置１の反応容器本体２の反応部３の構成が異なり、回収部４は同じ構造であるので、反応部３の構成について説明する。また、上記第１の実施形態と基本的構成が同一であるものは、同一の符合を付して説明する。
図３は、本実施形態に係るシリコン製造装置１を示し、このシリコン製造装置１は、円筒状の外壁を有する反応容器本体２の上方部分を占める反応部３と、下方部分を占める回収部４とを備えている。反応容器本体２の天面壁２ａには、シリコンの原料を供給する環状形状のガス供給管３３が設けられ、ガス供給管３３はその軸を上下方向に向けて、天面壁２ａを貫通するように取付けられている。このガス供給管３３には、図示しないクロロシラン類と水素を各々供給するガス供給手段に接続されている。
【００２１】
反応部３と回収部４との間には、環状の中間壁８が設けられ、中間壁８の上面には、筒状の支持壁１０を配設している。支持壁１０は、耐熱を有するセラミックスによって形成されている。支持壁１０の上部には、ガス供給管３３の外周側に位置させて、円筒状の外筒反応管３５を配設している。
図４に示すように、外筒反応管３５は支持壁１０と密着して配設され、ガス供給管３３と同心軸上に配置されている。外筒反応管３５の下端部の外周側は、支持壁１０に載置される平坦な被載置部３５ａが形成され、被載置部３５ａは平坦な支持壁１０の上端面に載置されるようにして支持されている。
【００２２】
被載置部３５ａよりも内周側は、支持壁１０に対して半径方向内側に突出させている。そして、支持壁１０の上端部から半径方向内側にかつ下向きに傾斜する逆円錐台形面３５ｃを形成し、その下端側先端部３５ｂを下方の回収部４側へ突出させ、外筒反応管３５の先端部３５ｂは、ガス供給管３３の下端位置よりも十分低い位置に配設されている。外筒反応管３５は、シリコンの融点で耐性のあるグラファイトなどの炭素材料で形成することが好ましく、シリコンと接触する内面は、窒化珪素、炭化珪素などで被覆すると反応管３５の耐久性を向上させることができる。外筒反応管３５は、該反応管３５の軸方向へ、複数の円環状に分割して積み重ねることができ、周方向に、例えば９０°毎に４分割することもできる。適宜、外筒反応管３５の大きさ重量などによって、適宜変更することができる。
【００２３】
外筒反応管３５の上端部は、断面がコ字形状の断熱材１２が配設され、断熱材１２は、ステンレスなどで形成されている。断熱材１２の上部には、伸縮部材１３の下端部が取付けられ、伸縮部材１３の上端部は、天面壁２ａに取付けられている。これらの伸縮部材１３と天面壁２ａ、断熱材１２と外筒反応管３５の上端部の各取付部は、気密に接続され、これらはボルト３０，３１によって固定されている。したがって、上述したように、外筒反応管３５と支持壁１０との連結も気密であるので、外筒反応管３５の内周部側と該外筒反応管３５の外周部側とは、ガスの流れが遮断される。
なお、伸縮部材１３は、上下方向に伸縮が可能であり、材質はステンレスの他にシリコンなどが使用できる。
【００２４】
図３に示すように、外筒反応管３５の下端側内周面には、反応容器本体２の中心側に水平方向へ突出する突部３８を形成している。複数の突部３８（４個所）は外筒反応管３５に一体に取付けられ、図５に示すように、本実施形態では、外筒反応管３５の周方向へ９０°間隔で配設されている。
突部３８の上面先端部には、有底円筒形状の内筒反応管３６が載置されるようにして支持され、向かい合う突部３８の先端部間距離は、内筒反応管３６を支持できるように、内筒反応管３６の外径よりも、十分に小さく形成されている。内筒反応管３６の材質は、外筒反応管３５と同様にグラファイトなどの炭素材料で形成される。図５に示すように、隣り合う突部３８間には、空隙３９が形成され、外筒反応管３５の内周面と内筒反応管３６の外周面の反応空間４０と、下方の回収部４の室内とを連通している（図３又は図４）。
【００２５】
内筒反応管３６の上端部には、上下方向に伸縮自在の伸縮部材４１の下端部が取付けられ、伸縮部材４１の上端部は、天面壁２ａに取付けられている。これらの伸縮部材４１と天面壁２ａ、及び伸縮部材４１と内筒反応管３６の上端部の各取付部は、気密に接続され、これらは図示しないボルトによって固定されている。
したがって、外筒反応管３５の内周面と内筒反応管３６の外周面との間の反応空間４０との間の環状空間は気密に形成され、該反応空間４０と、外筒反応管３５の外周部側及び内筒反応管３６の内周部側は、ガス供給管３３からのガス以外のガスの流れが遮断される。
なお、伸縮部材４１の材質はステンレスの他にシリコンなどが使用できる。
【００２６】
反応容器本体２には加熱手段が設けられ、加熱手段は本実施形態では高周波加熱コイル１１が使用され、断熱部材９の外周囲に巻装されている。この高周波加熱コイル１１は、図示しない高周波電源に接続されている。高周波加熱コイル１１を配設する位置は、反応管３５から下方の支持壁１０の周囲まで配設される。
断熱部材９は、中間壁８の上面に反応管３５及び支持壁１０の外周面に対して間隔を空けて支持されている。断熱部材９は、高周波加熱コイル１１の稼働時に、反応管３５によって発生する熱を断熱させるものであり、例えば、フェルト状のカーボンファイバー、セラミック焼結体等が用いられる。中間壁８の下部には、冷却ジャケット１７が設けられ、冷却ジャケット１７は図示しない供給管から冷却水が供給され、図示しない排水管から冷却水を排出させている。
回収部４の構成については、上述したように上記第１の実施形態と同じである。
【００２７】
次に、本第２の実施形態のシリコン製造装置の作用について説明する。
シリコン製造装置１は、反応容器本体２の高周波加熱コイル１１に電圧を印加させると、外筒及び内筒反応管３５，３６が高周波加熱コイル１１の高周波による渦電流によって加熱され、反応管３５，３６の内面がシリコンの融点を超える温度に加熱される。環状のガス供給管３３からは、クロロシラン類と水素とが供給され、これらのガスが外筒反応管３５の内周面と内筒反応管３６の外周面に接触してシリコンを溶融状態で析出させる。このように、反応管を外筒反応管３５と内筒反応管３６とからなる２重管構造とすることによって、シリコン析出部の表面積が広くなり、シリコンの生産量と製造効率が向上する。
【００２８】
溶融状態で析出したシリコン溶液は、外筒反応管３５の内周面及び内筒反応管３６の外周面から下端部に伝わるように流下し、反応管３５，３６の下端部から流下し、直下に位置する回収容器１４に回収される。
シリコンの生成中では、反応管３５，３６は１０００℃以上の温度となり、上下方向に延びる。外筒反応管３５の上部には伸縮部材１３が配設され、内筒反応管３６の上部には伸縮部材４１が配設されているので、各伸縮部材１３，４１が縮むことによって、反応管３５，３６の伸びを伸縮部材１３，４１が吸収し、反応管３５，３６が破損することがない。また、僅かであるが反応管３５，３６の径方向の延びに対しても、伸縮部材１３，４１が吸収するので、互いが破損することがない。
【００２９】
本実施形態では、このように、外筒反応管３５が伸びても伸縮部材１３が外筒反応管３５の伸びを吸収してくれるのでシール性が保持され、従来のように、反応管５６と仕切壁６５との間にガス流路となる空間を形成する必要がない（図７参照）。そのため、未反応のクロロシランガス、塩酸ガス、水素ガスなどが、反応管５の外周部側に回り込むことがなくなる。したがって、シールガス供給管６７（図７参照）から窒素ガスを供給する必要がない。同様に、内筒反応管３６が上方へ伸びると伸縮部材４１が内筒反応管３６の伸びを吸収してくれるのでシール性が保持される。
このように、従来では反応部において、シリコン製造装置の構造上の理由から、反応管の内外間におけるガス流の流れが発生していたが、本実施形態では反応部３において、そのようなガス流の流れを無くすことができる。よって、シリコンの生成の質を向上させることができ、さらには、シールガス供給管６７（図７参照）のような窒素ガスの供給設備の廃止によって、シリコン製造装置の設備の簡易化を図ることができる。
【００３０】
回収容器１４に回収されたシリコンは、回収容器１４の取り出し前に冷却ジャケット１８の冷却水によって、冷却され溶融状態から固化され、その後固化した状態で回収部４を解体して回収容器１４を回収部４から取り出すことができる。
このようなシリコンの回収が終了し、高周波コイル１１の電源がオフ状態となった後は、反応管３５，３６の温度が降下することになり、反応管３５，３６の長さが熱収縮によって縮む状態となるが、このときは、伸縮部材１３，４１が伸びることによって、反応管３５，３６の縮みを伸縮部材１３、４１が吸収することができる。
このように、本発明の実施形態では、反応管が２重管構造にあるにも拘わらず、外筒反応管３５及び内筒反応管３６のいずれの反応管も据え置くことができるようになった。これらの反応管３５，３６は、熱膨張に追従することができ、しかも反応部の密閉を維持できる構造となった。また、外筒反応管３５を吊り下げ構造から据置構造にすることによって、自己に係る負荷が、引張り力から圧縮力による自重に変更したため強度が大きくなり、外筒反応管３５に内筒反応管３６を支持させることができるようになった。
【００３１】
以上、本発明の各実施形態について説明したが、本発明の技術的思想に基づいて、勿論、本発明は種々の変形又は変更が可能である。
例えば、上記した断熱材１２は、必ずしも必須ではなく、伸縮部材１３の材質について、十分に耐熱性を有するものであれば、断熱材を省略してもよい。
また、上記実施形態では、反応管７と断熱材１２を介して伸縮部材１３との間を気密にし、及び反応管７と支持壁１０との間を気密にし、反応管７の内外のガスの流れを遮断したが、それらの間を気密にしない場合は、図６に示す従来技術と同様に窒素ガスでシールしてもよい。
また、上記各実施形態では、中間壁８の上に支持壁１０を設け、該支持壁１０に反応管７，３５を支持させるようにしたが、反応管７，３５を直接中間壁８に載置する構造も可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の第１の実施形態によるシリコン製造装置（単一管構造）の概略断面図である。
【図２】図１のシリコン製造装置の反応部の部分拡大断面図である。
【図３】本発明の第２の実施形態によるシリコン製造装置（２重管構造）の概略断面図である。
【図４】図３のシリコン製造装置の反応部の部分拡大断面図である。
【図５】図３の外筒反応管及び内筒反応管を上方から見た断面図である。
【図６】従来のシリコン製造装置の概略断面図である。
【図７】図７のシリコン製造装置の反応部の部分拡大断面図である。
【符号の説明】
【００３３】
１  シリコン製造装置
２  反応容器本体
２ａ  天面壁
３  反応部
４  回収部
６  ガス供給管
７，３５，３６  反応管
７ａ  載置部
７ｂ  先端部
７ｃ  円錐台形面
１０  支持壁
１１  高周波加熱コイル
１３，４１  伸縮部材
１４  回収容器
１７，１８  冷却ジャケット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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