(57)【要約】【課題】原料ガス供給管及び排ガス排出管の二重管内の空気溜まりを確実に解消して、反応炉内に露出するこれら配管の上端部を効果的に冷却する。【解決手段】反応炉の底板部を貫通する原料ガス供給管７及び排ガス排出管９が、原料ガス又は排ガスが流通する内側配管２１と、該内側配管２１の回りに冷却水を流通させるためのリング状空間２３を形成する外側配管２２とからなる二重管構造とされ、反応炉内に露出する上端部に、リング状空間２３を閉塞する端板２５が設けられ、リング状空間２３内に、端板２５の裏側で冷却水を周方向に沿って案内する周回流路２７を端板２５との間で区画形成する案内手段２６が設けられ、外側配管２２に、周回流路２７を経由した冷却水を外側配管２２から排出する排出口３５が形成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応炉内で複数のシリコン芯棒を加熱するとともに、原料ガス供給管から供給された原料ガスの反応により、前記シリコン芯棒の回りに多結晶シリコンを析出させ、反応後の排ガスを排ガス排出管から反応炉の外部に排出する多結晶シリコン製造装置において、
前記原料ガス供給管及び排ガス排出管は、前記反応炉の底板部を貫通状態に設けられるとともに、原料ガス又は排ガスが流通する内側配管と、該内側配管の回りに冷却水を流通させるためのリング状空間を形成する外側配管とからなる二重管構造とされ、前記反応炉内に露出する上端部に、前記リング状空間を閉塞する端板が設けられ、前記リング状空間内に、前記端板の裏側で冷却水を周方向に沿って案内する周回流路を前記端板との間で区画形成する案内手段が設けられ、前記外側配管に、前記周回流路を経由した冷却水を前記外側配管から排出する排出口が形成されていることを特徴とする多結晶シリコン製造装置。
【請求項２】
前記案内手段は、前記リング状空間内に前記端板と間隔を開けて周方向に沿って配置された円弧板と、該円弧板の一端と前記端板との間を閉塞するとともに前記円弧板の他端との間に間隔を開けて配置された仕切り部材とを備え、該仕切り部材と前記端板及び前記円弧板により囲まれた前記周回流路に、前記排出口が開口していることを特徴とする請求項１記載の多結晶シリコン製造装置。
【請求項３】
前記反応炉の底板部は、上板と下板とが相互に間隔を開けて配置された二重構造に形成されるとともに、これら両板の間に冷却水が流通する炉底空間部が形成され、該炉底空間部に前記排出口が開口していることを特徴とする請求項１又は２記載の多結晶シリコン製造装置。
【請求項４】
前記底板部の外周部に、前記炉底空間部から冷却水を外部に排出する炉外排出口が設けられ、前記周回流路の排出口は、前記底板部の半径方向内方に向けて配置されていることを特徴とする請求項３記載の多結晶シリコン製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反応炉内で加熱したシリコン芯棒の表面に多結晶シリコンを析出させて多結晶シリコンのロッドを製造する多結晶シリコン製造装置に係り、特に、反応炉の底板部における配管貫通部の冷却構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の多結晶シリコンの製造装置としては、シーメンス法による製造装置が知られている。この多結晶シリコンの製造装置では、反応炉内に種棒となるシリコン芯棒を多数配設して加熱しておき、この反応炉にクロロシランガスと水素ガスとを含む原料ガスを供給して、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熱分解及び水素還元によって生じた多結晶シリコンを析出させるようになっている。
【０００３】
このような多結晶シリコンの製造装置においては、種棒となるシリコン芯棒は、反応炉の底板部に配設した電極に立設状態に固定され、その上端部が、短尺の連結部材によって一対ずつ連結されることにより、Π字状をなすように固定されている。また、原料ガスの噴出口は反応炉の底板部に複数設けられ、多数立設されているシリコン芯棒の間に分散されるように配置されている。そして、電極からシリコン芯棒に通電して、その抵抗によってシリコン芯棒を発熱させ、下方から噴出される原料ガスをシリコン芯棒表面に接触させて多結晶シリコンを析出させ、これをシリコン芯棒の周囲に成長させてシリコンロッドを得るのである。反応後の排ガスを反応炉から排出させるための排ガス排出管も反応炉の底板部に適宜の間隔をあけて複数設けられている（特許文献１〜３参照）。
【０００４】
上記シーメンス法による多結晶シリコンの製造においては、一般に１０００℃前後の高温下で反応が行われるため、反応装置自体やその内部雰囲気も高温状態になることから、ジャケット方式などを用いて冷却を行い、一定温度以下に維持されることが多い。このため、反応炉の壁及び底板部は、冷却水を流通させ得るように二重構造とされており、原料ガス供給管及び排ガス排出管は、その二重構造の底板部を貫通して反応炉の内底部に上端部を臨ませるように配置されている。これら原料供給管及び排ガス排出管も二重管状に形成され、その二重管の間に冷却水が流通されるようになっているが、反応炉内に臨む上端部に冷却水を十分に行き渡らせる必要がある。
このような上下方向に沿う配管の上端部まで冷却水を流通させる場合、例えば特許文献４では、配管の上端部に細管を設けて、その細管に接続した空気抜き用弁を開放して、配管上端部に溜まる空気を細管から外部に流出させるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−２０６３８７号公報
【特許文献２】特許２００１−２７８６１１号公報
【特許文献３】特許２８６７３０６号公報
【特許文献４】実開昭５２−１４０１２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、稼働中は反応炉内が例えば１０００℃もの高温状態となるとともに、反応炉の内底部には、原料ガス供給のための噴出ノズル及び排ガス排出口とともに、電極がそれぞれ多数配置され、また、各電極に多結晶シリコンのロッドが上下方向に沿って設けられる。したがって、この反応炉の底板部を貫通する配管の上端部に、さらに空気抜きのための細管を設けることは、その高温環境下でかつ限られたスペースでの配管となり、現実的には不可能である。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、原料ガス供給管及び排ガス排出管の二重管内の空気溜まりを確実に解消して、反応炉内に露出するこれら配管の上端部を効果的に冷却することができる多結晶シリコン製造装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の多結晶シリコン製造装置は、反応炉内で複数のシリコン芯棒を加熱するとともに、原料ガス供給管から供給された原料ガスの反応により、前記シリコン芯棒の回りに多結晶シリコンを析出させ、反応後の排ガスを排ガス排出管から反応炉の外部に排出する多結晶シリコン製造装置において、前記原料ガス供給管及び排ガス排出管は、前記反応炉の底板部を貫通状態に設けられるとともに、原料ガス又は排ガスが流通する内側配管と、該内側配管の回りに冷却水を流通させるためのリング状空間を形成する外側配管とからなる二重管構造とされ、前記反応炉内に露出する上端部に、前記リング状空間を閉塞する端板が設けられ、前記リング状空間内に、前記端板の裏側で冷却水を周方向に沿って案内する周回流路を前記端板との間で区画形成する案内手段が設けられ、前記外側配管に、前記周回流路を経由した冷却水を前記外側配管から排出する排出口が形成されていることを特徴とする。
【０００９】
この多結晶シリコン製造装置においては、内側配管と外側配管との間のリング状空間を下方から上方に向けて供給されてきた冷却水が案内手段によって周回流路内に案内され、該周回流路内で端板の裏面に接触しながら周回する。したがって、端板の下方に空気溜まりが形成されることがなく、端板及び両管の上端部が常時流通する冷却水によって効果的に冷却される。
【００１０】
また、本発明の多結晶シリコン製造装置において、前記案内手段は、前記リング状空間内に前記端板と間隔を開けて周方向に沿って配置された円弧板と、該円弧板の一端と前記端板との間を閉塞するとともに前記円弧板の他端との間に間隔を開けて配置された仕切り部材とを備え、該仕切り部材と前記端板及び前記円弧板により囲まれた前記周回流路に、前記排出口が開口しているとよい。
周回流路が端板の下方で円弧板と仕切り部材とにより形成されており、極めて簡単な構造で、冷却水を周回させて、原料ガス供給管及び排ガス排出管の上端部を確実に冷却することができる。
【００１１】
本発明の多結晶シリコン製造装置において、前記反応炉の底板部は、上板と下板とが相互に間隔を開けて配置された二重構造に形成されるとともに、これら両板の間に冷却水が流通する炉底空間部が形成され、該炉底空間部に前記排出口が開口しているとよい。
原料ガス供給管及び排ガス排出管が貫通している底板部内にも冷却水が流通しているので、原料ガス供給管及び排ガス排出管に底板部から熱が伝わることが抑制されるとともに、これらの二重管内を経由した冷却水が底板部内の炉底空間部に排出され、底板部の冷却にも利用することができる。
【００１２】
また、本発明の多結晶シリコン製造装置において、前記底板部の外周部に、前記炉底空間部から冷却水を外部に排出する炉外排出口が設けられ、前記周回流路の排出口は、前記底板部の半径方向内方に向けて配置されているとよい。
底板部内の炉底空間部において、冷却水が一旦半径方向内方に向けて流通され、その後、半径方向外方に向けて流れて外周部の炉外排出口から外部に排出される。したがって、底板部内の中心部も含めて隅々まで冷却水が行き渡り、底板部の冷却効果をより高めることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の多結晶シリコン製造装置によれば、原料ガス供給管及び排ガス排出管における内側配管と外側配管の上端部に、その間のリング状空間を閉塞する端板との間で案内手段によって周回流路が形成され、下方から上方に向けて供給されてきた冷却水を周回流路内で端板の裏面に接触しながら周回させるので、端板の下方に空気溜まりが形成されることがなく、端板及び両管の上端部が常時流通する冷却水によって効果的に冷却される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態の多結晶シリコン製造装置における原料ガス供給管（又は排ガス排出管）の上端部を一部切欠いて示す斜視図である。
【図２】一実施形態の多結晶シリコン製造装置における反応炉のベルジャを一部切欠いた状態の斜視図である。
【図３】図２の反応炉の底板部を拡大して示す縦断面図である。
【図４】図３の底板部の配管貫通部を示す拡大縦断面図である。
【図５】図３の底板部の炉底空間部における冷却水の流通方向を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の多結晶シリコン製造装置の一実施形態を図１〜図５を参照しながら説明する。
図２は多結晶シリコン製造装置の全体図であって、この多結晶シリコン製造装置の反応炉１は、炉底を構成する底板部２と、この底板部２上に脱着自在に取り付けられた釣鐘形状のベルジャ３とを具備している。
底板部２には、多結晶シリコンの種棒となるシリコン芯棒４が取り付けられる複数の電極５と、クロロシランガスと水素ガスとを含む原料ガスを炉内に噴出するための噴出ノズル６を備えた原料ガス供給管７（図３参照）と、反応後のガスを炉外に排出するための排出口８を備えた排ガス排出管９とがそれぞれ複数設けられている。図３において、符号１０は、底板部２を貫通状態に設けられる電極５の支持部材を示している。なお、この図３においては、簡略のため、原料ガス供給管７、排ガス排出管９及び支持部材１０とも１個ずつのみ示している。
【００１６】
また、原料ガスの噴出ノズル６は、各シリコン芯棒４に対して均一に原料ガスを供給することができるように、反応炉１の底板部２の上面のほぼ全域に分散して適宜の間隔で複数設置されている。これら噴出ノズル６は、原料ガス供給管７を経由して反応炉１の外部の原料ガス供給系１１に接続されている。また、排出口８は、底板部２の外周部付近に適宜の間隔を開けて複数設置され、排ガス排出管９を経由して外部の排ガス処理系１２に接続されている。
【００１７】
各電極５は、底板部２上に一定の間隔をおいてほぼ同心円状に配置されているとともに、それぞれ底板部２の支持部材１０内に垂直に立設されており、外部の電源１３に接続されている。また、各電極５には上下方向に沿って孔（図示略）が形成され、その孔内に、シリコン芯棒４の下端部が挿入状態に取り付けられるようになっている。なお、シリコン芯棒４は、二本ずつが組となって同じシリコン製の連結部材１４により上端部で連結され、Π字状に組み立てられている。
【００１８】
底板部２は、図３に示すように、相互に間隔を開けてほぼ水平に設けられた上板１５と下板１６との間に所定の高さの炉底空間部１７を形成した二重構造とされ、その炉底空間部１７内に、後述するように冷却水が流通されるようになっている。また、この底板部２に、前述したように、電極５の支持部材１０とともに原料ガス供給管７及び排ガス排出管９がそれぞれ貫通状態に設けられている。
以下、これら原料ガス供給管７及び排ガス排出管９の貫通部の構造について説明するが、原料ガス供給管７及び排ガス排出管９のいずれも、その貫通部についての基本構造はほぼ同一であるので、以下では、これらの貫通部について同じ図面（図１及び図４）で説明する。
【００１９】
この原料ガス供給管７及び排ガス排出管９は、図１及び図４に示すように、軸心を同じくする内側配管２１と外側配管２２とからなる二重管状に形成され、内側配管２１に原料ガスが流通し、また、内側配管２１と外側配管２２の間のリング状空間２３内に、外側配管２２に接続状態の冷却水供給系２４（図３参照）から冷却水が供給され流通される構成である。また、この内側配管２１と外側配管２２との間の上端面には、リング状空間２３を閉塞するリング状の端板２５が設けられており、この上端部が底板部２の上面から突出した状態に露出している。
そして、両配管２１，２２の間のリング状空間２３内に、下方から上昇してきた冷却水を端板２５の下方位置でリング状空間２３の周方向に沿って案内する案内手段２６が設けられている。
【００２０】
この案内手段２６は、リング状空間２３の一部に周方向に沿って配置され端板２５との間に周回流路２７を形成する円弧板２８と、この円弧板２８の一端に連結され端板２５との間を閉塞しつつ周回流路２７から下方に屈曲状態の導出流路２９を形成するガイドボックス３０とを備えた構成とされている。
円弧板２８は、リング板の一部を切欠した形態とされ、その内周縁が内側配管２１の外周面に接合されるとともに、外周縁が外側配管２２の内周面に接合されている。また、ガイドボックス（本発明の仕切り部材に相当する）３０は、円弧板２８の一端から下方に屈曲するように鉛直方向かつ半径方向に沿って延びる鉛直板３１と、円弧板２８の両端の間に鉛直方向かつ半径方向に沿って配置され上端が端板２５の裏面に接触した仕切り板３２と、これら鉛直板３１と仕切り板３２との下端の間を連結して下方のリング状空間２３から導出流路２９を区画する水平板３３とから構成されている。
【００２１】
したがって、このガイドボックス３０は、その仕切り板３２が円弧板２８の他端との間に隙間を開けて配置されていることにより、その隙間の部分が周回流路２７への導入口３４とされ、ガイドボックス３０の鉛直板３１、仕切り板３２及び水平板３３により囲まれた部分が導出流路２９とされ、この導出流路２９に面する外側配管２２の管壁に、冷却水の排出口３５が形成されている。この排出口３５は、外側配管２２の上端より下方位置で底板部２の上板１５と下板１６との間の炉底空間部１７に配置され、底板部２のほぼ中心に向けて開口し、冷却水を底板部２の半径方向内方に排出するようになっている。
【００２２】
このように案内手段２６が構成されることにより、リング状空間２３を上昇してきた冷却水は、導入口３４から周回流路２７に侵入し、周回流路２７を周方向に流通した後、ガイドボックス３０の導出流路２９に導かれて、該導出流路２９の排出口３５から、底板部２の上板１５と下板１６との間の炉底空間部１７に底板部２の半径方向内方に向けて排出される。
【００２３】
また、反応炉１の底板部２における原料ガス供給管７及び排ガス排出管９の各配管貫通部は、前述したようにいずれも同様の構造とされているが、各配管貫通部の排出口３５は、それぞれが、底板部２の上板１５と下板１６との間の炉底空間部１７内で底板部２のほぼ中心に向けて配置されている。このため、図５に示すように、各排出口３５から冷却水が底板部２の中心に向けて排出されることになる。
一方、図３、図４及び図５に示すように、底板部２の外周壁には、炉底空間部１７内から冷却水を外部に排出するための炉外排出口３６が接続されている。
【００２４】
このように構成された多結晶シリコン製造装置において、反応炉１内に配設したシリコン芯棒４を加熱しておき、原料ガス供給管７から原料ガスを供給してシリコン芯棒４の表面に多結晶シリコンを析出させるとともに、反応後の排ガスを排ガス排出管９から反応炉１の外に排出する。この多結晶シリコンの製造中、原料ガス供給管７及び排ガス排出管９の内側配管２１と外側配管２２との間のリング状空間２３に冷却水供給系２４から冷却水が供給される。この冷却水は、リング状空間２３を通って両配管２１，２２を冷却しながら上昇した後、これら配管２１，２２の上端部で案内手段２６の円弧板２８とガイドボックス３０との間の導入口３４から図１の矢印Ａで示すように周回流路２７に案内される。この周回流路２７内では、円弧板２８と端板２５との間を冷却水が周方向に流通し、その間に端板２５を含めた両配管２１，２２の上端部を冷却する。この場合、冷却水が端板２５の裏面に接触しながら周回するので、端板２５の裏側に空気溜まりが形成されることがなく、常に流通する冷却水で満たされた状態となり、配管２１，２２の上端部を効果的に冷却することができる。
【００２５】
周回流路２７を周回した冷却水は、その後、図１の矢印Ｂで示すように円弧板２８の端部から導出流路２９に案内され、外側配管２２の排出口２５から底板部２の上板１５と下板１６との間の炉底空間部１７に半径方向内方に向けて排出される。各配管貫通部の排出口３５から冷却水が底板部２の半径方向内方に向けて排出されると、冷却水は、炉底空間部１７内を流通されるうちに他の配管貫通部（原料ガス供給管７又は排ガス排出管９）や電極５の支持部材１０に衝突しながら底板部２の外周部に押し流され、底板部２の外周壁の炉外排出口３６から炉外に排出される。
【００２６】
以上説明したように、この多結晶シリコン製造装置においては、反応炉１の底板部２を貫通する原料ガス供給管７及び排ガス排出管９が二重管構造とされ、その上端部に端板２５との間で周回流路２７を形成したから、端板２５の裏面が冷却水で満たされ、空気溜まりが発生することがなく、反応炉１内に露出する上端部を効果的に冷却することができる。また、これら原料ガス供給管７及び排ガス排出管９を経由した冷却水を炉底空間部１７に半径方向内方に向けて排出し、炉底空間部１７内を流通させた後に、底板部２の外周部から炉外に排出するようにしており、したがって、炉底空間部１７内の中心部を含めて隅々まで冷却水が行き渡り、底板部２の冷却効果を高めることができる。
【００２７】
なお、本発明は上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。例えば、上記実施形態では、ガイドボックスにより周回流路から屈曲するように導出流路を形成したが、導出流路を省略し、周回流路の端部から冷却水を排出するようにしてもよい。その場合は、円弧板の一端と端板との間を板状の仕切り部材によって閉塞すればよい。
【符号の説明】
【００２８】
１  反応炉
２  底板部
３  ベルジャ
４  シリコン芯棒
５  電極
６  噴出ノズル
７  原料ガス供給管
８  排出口
９  排ガス排出菅
１０  支持部材
１１  原料ガス供給系
１２  排ガス処理系
１３  電源
１４  連結部材
１５  上板
１６  下板
１７  炉底空間部
２１  内側配管
２２  外側配管
２３  リング状空間
２４  冷却水供給系
２５  端板
２６  案内手段
２７  周回流路
２８  円弧板
２９  導出流路
３０  ガイドボックス（仕切り部材）
３１  鉛直板
３２  仕切り板
３３  水平板
３４  導入口
３５  排出口
３６  炉外排出口
【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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