(57)【要約】【課題】多結晶シリコンの品質を低下させず、しかも、製造コストをアップさせることもない冷却手段を備えた多結晶シリコン製造用反応炉を提供すること。【解決手段】ベースプレート１２上にセットされたベルジャ１０には、ベルジャ壁の全面をくまなく冷却するために、ベルジャ１０の外壁とジャケット１１の内壁との間に仕切り板１５で区画された螺旋状の冷媒流路１６が形成されている。冷媒は、ベルジャ直胴部の下部に設けられた冷媒導入口１３から流入し、螺旋状冷媒流路に沿って、ベルジャ上部の鏡板部を順次経由してベルジャ頂部に設けられた冷媒排出口１４から流出する。冷媒流路１６は、冷媒の流れに垂直な断面を通過する単位時間当たりの冷媒量を該断面の面積で除した値が、ベルジャ上部の鏡板部においてベルジャ直胴部よりも大きくなるように設計されている。【選択図】図４Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シーメンス法により多結晶シリコンを製造するための反応炉であって、
前記反応炉を構成するベルジャに、該ベルジャの壁面を冷却するための冷媒流路が設けられており、
前記冷媒流路は、ベルジャ上部の鏡板部における冷却効率がベルジャ直胴部における冷却効率よりも高くなるように構成されている、多結晶シリコン製造用反応炉。
【請求項２】
前記冷媒流路は、ベルジャ上部の鏡板部における冷媒流速がベルジャ直胴部における冷媒流速よりも高くなるように構成されている、請求項１に記載の多結晶シリコン製造用反応炉。
【請求項３】
前記冷媒流路は、ベルジャ直胴部の下部からベルジャ上部の鏡板部を順次経由してベルジャ頂部まで至る連続した管状のものとされ、該連続管状の流路の冷媒の流れに垂直な断面を通過する単位時間当たりの冷媒量（Ｖ／ｔ）を該断面の面積（Ｓ）で除した値（Ｖ／（Ｓ・ｔ））が、前記ベルジャ上部の鏡板部において前記ベルジャ直胴部よりも大きい、請求項２に記載の多結晶シリコン製造用反応炉。
【請求項４】
請求項２に記載の多結晶シリコン製造用反応炉を用い、前記ベルジャ上部の鏡板部における冷媒流速を、前記ベルジャ直胴部における冷媒流速よりも高く設定した条件で多結晶シリコンの析出反応を行う、多結晶シリコンの製造方法。
【請求項５】
請求項３に記載の多結晶シリコン製造用反応炉を用い、前記ベルジャ上部の鏡板部における冷媒流速を、前記ベルジャ直胴部における冷媒流速よりも高く設定した条件で多結晶シリコンの析出反応を行う、多結晶シリコンの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は多結晶シリコンの製造技術に関し、特に、シーメンス法により多結晶シリコンを製造するための反応炉およびそれを用いた多結晶シリコンの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
多結晶シリコンは、半導体デバイス製造用の単結晶シリコン基板や太陽電池製造用基板の原料とされる。多結晶シリコンの製造方法としては、シーメンス法が知られている。シーメンス法は、クロロシランを含む原料ガスを加熱されたシリコン芯線に接触させ、これにより、該シリコン芯線の表面に多結晶シリコンを化学的気相成長法（ＣＶＤ法）により気相成長させてシリコン棒として得る方法である。
【０００３】
シーメンス法に使用される反応炉は、金属製のベルジャと呼ばれる上部容器とベースプレートと呼ばれる下部底板により密閉空間を構成し、その密閉空間内において気相成長反応が実施される。それぞれ、ベルジャとベースプレートのそれぞれは、過剰な温度上昇を防止するため、水やシリコーンオイルなどの冷媒によって冷却される。
【０００４】
上述の密閉空間内には、鉛直方向２本と水平方向１本のシリコン芯線を鳥居型に組み立てる。そして、この鳥居型のシリコン芯線の両端を、一対の芯線ホルダを介してベースプレート上に配置した一対の金属電極に固定する。気相成長反応を起こさせる原料ガスの供給口及び反応排ガスの排気口も、このベースプレート上に配置される。このような構成は、例えば、特開２０１１−２３１００５号公報（特許文献１）に開示されている。
【０００５】
一般に、反応炉内には、ベースプレート上に配置した一対の金属電極に固定された鳥居型のシリコン芯線が数十個設けられ、多重環式に配置される。近年では、多結晶シリコンの需要増大に伴い、生産量を高めるための反応炉の大型化が進み、一回の反応バッチで多量の多結晶シリコンを析出させる方法が採用されるようになってきている。この傾向に伴い、反応炉内に配置するシリコン芯線の数も多くなってきている。
【０００６】
反応炉の大型化が進むことにより、反応器容積に対する金属製ベルジャの表面積が相対的に小さくなる。このため、金属製ベルジャの冷却を効率的に行うことも重要な課題となってくる。ベルジャの冷却が十分に行われないと、金属製ベルジャの壁面温度が上昇した場合に、ベルジャを構成する金属成分からのアウトガスが発生し、これが不純物として気相成長中の多結晶シリコンに混入して、その品質低下を招くことが知られている（例えば、特開平８−２５９２１１号公報（特許文献２）を参照）。
【０００７】
一方、金属製ベルジャの壁面温度を低くし過ぎると、金属製ベルジャ内壁で原料シラン成分が凝縮して排ガス系の閉塞を引き起こす。また、多結晶シリコン棒からの除熱量が増加することに起因して、ＣＶＤ反応が進行する温度を維持するために必要な電力供給量が増大してコストがアップするという結果ともなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１１−２３１００５号公報
【特許文献２】特開平８−２５９２１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述のように、ベルジャからのアウトガスは多結晶シリコンの品質を劣化させるため、ベルジャには、その壁面を冷却するための冷媒を流通させる冷媒流路が設けられる。このような冷媒流路は、ベルジャ壁の全面をくまなく冷却するために、ジャケットとの間を仕切り板等により区画し、ベルジャ直胴部の下部からベルジャ上部の鏡板部を順次経由してベルジャ頂部まで至る螺旋状の連続した管状の流路とされる。冷媒はベルジャ直胴部の下部から流入され、ベルジャ直胴部からベルジャ上部の鏡板部へと螺旋状に流れてベルジャ頂部から流出される。
【００１０】
ＣＶＤ反応工程中、反応器内部のシリコン棒の表面温度は１０００℃前後にまで加熱された状態にある。さらに、ベースプレートには、原料ガスをベルジャ内に供給するためのガスノズルが噴出口が上方を向くように設けられており、反応ガスは表面温度が１０００℃前後の多結晶シリコン棒に向けて噴出される。
【００１１】
その結果、ベルジャ内では、自然対流による上昇気流とガスノズルからの原料ガス噴流による上昇気流が発生し、これらの上昇気流はベルジャ上部の鏡板部に直接当たることになる。ベルジャ上部の鏡板部に当たった反応ガスの流れは、その後、ベルジャ内壁に沿って曲がり、ベルジャ壁面との熱交換で冷却されながら下降流となり、ベースプレートに設けられた排ガス口から反応炉外へと排気される。
【００１２】
反応ガスがベルジャ壁面で冷却される際の反応ガス本体からベルジャ壁面への熱の伝達は、ベルジャ内壁面付近に発生する温度境界層を通じて行われる。この温度境界層の厚さは、反応ガスの流れの方向が変わるベルジャ上部の鏡板部付近で非常に薄くなるため、伝熱は促進されることが予想される。事実、ベルジャ上部の鏡板部における単位面積当たりの除熱量は非常に大きなものとなる。
【００１３】
このような場合に、従来の構成の冷媒流路による冷却を行い、ベルジャ直胴部の内壁が適正温度となるように条件設定すると、ベルジャ上部の鏡板部の温度は４００℃を超えるケースも起こり得ることが、本発明者らの検討により判明した。ベルジャ上部の鏡板部がこのような高温となった場合には、特許文献２でも指摘されているように、鏡板部からのアウトガスが生じて多結晶シリコンの品質低下を招くおそれがある。
【００１４】
一方、ベルジャ全体について冷却効率を高めようとすると、設備コストがアップしてしまう。また、ベルジャ直胴部の温度を下げ過ぎてしまうと、多結晶シリコン棒の表面を適切な温度に維持するために必要な電力供給量が増大してエネルギコストがアップしてしまう。
【００１５】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、多結晶シリコンの品質を低下させず、しかも、製造コストをアップさせることもない冷却手段を備えた多結晶シリコン製造用反応炉、および、これを用いた多結晶シリコンの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記課題を解決するため、本発明に係る多結晶シリコン製造用反応炉は、シーメンス法により多結晶シリコンを製造するための反応炉であって、前記反応炉を構成するベルジャに、該ベルジャの壁面を冷却するための冷媒流路が設けられており、前記冷媒流路は、ベルジャ上部の鏡板部における冷却効率がベルジャ直胴部における冷却効率よりも高くなるように構成されている。
【００１７】
例えば、前記冷媒流路は、ベルジャ上部の鏡板部における冷媒流速がベルジャ直胴部における冷媒流速よりも高くなるように構成されている。
【００１８】
また、例えば、前記冷媒流路は、ベルジャ直胴部の下部からベルジャ上部の鏡板部を順次経由してベルジャ頂部まで至る連続した管状のものとされ、該連続管状の流路の冷媒の流れに垂直な断面を通過する単位時間当たりの冷媒量（Ｖ／ｔ）を該断面の面積（Ｓ）で除した値（Ｖ／（Ｓ・ｔ））が、前記ベルジャ上部の鏡板部において前記ベルジャ直胴部よりも大きい。
【００１９】
本発明に係る多結晶シリコンの製造方法では、上述の多結晶シリコン製造用反応炉を用い、前記ベルジャ上部の鏡板部における冷媒流速を、前記ベルジャ直胴部における冷媒流速よりも高く設定した条件で多結晶シリコンの析出反応を行う。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の多結晶シリコン製造用反応炉を用いることにより、ベルジャ内壁の特に高温となりやすい部分の冷却効率を選択的に上げることができる。このため、ベルジャ内壁の異常高温によるアウトガス発生でもたらされる多結晶シリコンの品質劣化を防止できる。さらに、多結晶シリコンの表面温度を析出反応に適する値に維持するための電力コストの上昇を抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１Ａ】従来構成の多結晶シリコン製造用反応炉のベルジャの概略断面図である。
【図１Ｂ】図１Ａに示したベルジャの壁面を冷却するための冷媒の流路の概略を説明するための図である。
【図２】ベルジャ壁と冷媒との間での熱の移動とベルジャ壁面温度の関係を概念的に説明するための図である。
【図３】従来構造の反応炉におけるベルジャ内壁面の温度Ｔ２を推定するために行った冷媒温度測定点を示す図である（比較例１）。
【図４Ａ】本発明に係る多結晶シリコン製造用反応炉の一態様のベルジャの概略断面図である。
【図４Ｂ】図４Ａに示したベルジャの壁面を冷却するための冷媒の流路の概略を説明するための図である。
【図５Ａ】本発明に係る多結晶シリコン製造用反応炉に設けられる冷媒流路の一構成例である。
【図５Ｂ】本発明に係る多結晶シリコン製造用反応炉に設けられる冷媒流路の他の構成例である。
【図６】実施例１で用いた反応炉におけるベルジャ内壁面の温度Ｔ２を推定するために行った冷媒温度測定点を示す図である。
【図７】比較例２で用いた反応炉におけるベルジャ内壁面の温度Ｔ２を推定するために行った冷媒温度測定点を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下に、図面を参照して、本発明を実施するための形態について説明する。
【００２３】
図１Ａおよび図１Ｂはそれぞれ、従来構成の多結晶シリコン製造用反応炉のベルジャの概略断面図および当該ベルジャの壁面を冷却するための冷媒の流路の概略を説明するための図である。
【００２４】
図１Ａにおいて、ベースプレート１２上にセットされたベルジャ１０には、ベルジャ壁の全面をくまなく冷却するために、ベルジャ１０の外壁とジャケット１１の内壁との間に仕切り板１５で区画された螺旋状の冷媒流路１６が形成されている。冷媒は、ベルジャ直胴部の下部に設けられた冷媒導入口１３から流入し、螺旋状冷媒流路に沿って、ベルジャ上部の鏡板部を順次経由してベルジャ頂部に設けられた冷媒排出口１４から流出する。ベルジャ直胴部の下部から流入した冷媒は、ベルジャ頂部から流出するまでの間に、ベルジャ１０の壁面から熱を吸収してその温度が上昇する。
【００２５】
図２は、ベルジャ壁と冷媒との間での熱の移動とベルジャ壁面温度の関係を概念的に説明するための図である。この図において、反応炉内の反応ガス温度をＴ１、ベルジャ１０の内壁面温度をＴ２、ベルジャ１０外壁面温度をＴ３、ベルジャ１０とジャケット１１との間に形成されている冷媒流路を流れる冷媒の温度をＴ４としている。
【００２６】
反応炉内の熱は、ベルジャ内壁面近傍に生じた温度境界層を通して、ベルジャ内壁面に到達する。この熱は、ベルジャ内壁からベルジャ外壁へと熱伝導し、さらに、ベルジャ外壁面近傍に生じた冷媒の温度境界層を通して、冷媒へと達する。ここで、金属製のベルジャ１０からのアウトガス量を決定するのはベルジャ内壁面の温度Ｔ２である。つまり、アウトガスを低減するには、温度Ｔ２を低くする必要がある。
【００２７】
本発明者らは、従来構造の反応炉におけるベルジャ内壁面の温度Ｔ２を推定するため、多結晶シリコンを製造している際の冷媒（水）の温度を、ベルジャ１０の各部に渡って測定した。
【００２８】
図３は、従来構造の反応炉におけるベルジャ内壁面の温度Ｔ２を推定するために行った冷媒温度測定点を示す図である。なお、符号１７で示したものは、シリコン芯線上に析出した多結晶シリコンである。
【００２９】
表１に、測定点ａ〜ｈでの冷媒温度を纏めた。
【００３０】
【表１】
2014162674.tif 000003
【００３１】
この結果によると、冷媒流路を流れる冷却水による除熱量をベルジャ壁の単位表面積当りの数値で表わすと、ベルジャ上部の鏡板部の値は、ベルジャ下部の直胴部の数倍の大きさになっている。また、その除熱量から推算される鏡板部でのベルジャ内壁面の温度は３００℃を遥かに超える４００℃以上となり、直胴部と比較して顕著に高温となっていることが明らかになった。
【００３２】
本発明者らは、この原因について次のように考えている。すなわち、ＣＶＤ反応中、反応炉内部には表面温度が１０００℃を超える棒状の多結晶シリコンが存在し、さらにベースプレートには原料ガスを噴出するガスノズルがその噴出口を上方に向けて設けられている。そのため、原料ガスは自然対流による上昇気流とガスノズルから噴出するガス噴流に起因する上昇気流が発生し、その上昇気流はベルジャ上部の鏡板部に直接当たることになる。
【００３３】
このような場合、鏡板部におけるベルジャ内壁面近傍に発生する温度境界層は非常に薄いものとなり、伝熱は促進される。事実、鏡板部における単位面積当たりの除熱量は非常に大きくなっている。一方、直胴部においては、ベルジャ内壁面近傍に発生する温度境界層は、鏡板部に比較して十分に厚く、伝熱効率は然程大きくはならない。
【００３４】
そこで、本発明では、シーメンス法により多結晶シリコンを製造するための反応炉を構成するベルジャの壁面を冷却するための冷媒流路を、ベルジャ上部の鏡板部における冷却効率がベルジャ直胴部における冷却効率よりも高くなるように構成することで、ベルジャの直胴部で過剰な冷却がなされることを避けつつ、鏡板部での十分な冷却を可能とする。
【００３５】
ベルジャの鏡板部における冷却効率が、直胴部の冷却効率よりも高くなるような構成には、幾つかの選択が考えられる。例えば、直胴部の冷媒流路間の隔壁を厚くしたり直胴部の冷媒流路の一部に冷媒が流れない領域を設けることによって直胴部での単位面積当たりの冷媒流量を実効的に低くする構成が考えられる。また、冷媒流路に流す冷媒の種類を直胴部と鏡板部とで異ならせ、鏡板部には相対的に熱容量の大きな冷媒を流す構成も考えられる。あるいは、冷媒流路に流す冷媒の温度を直胴部と鏡板部とで異ならせ、鏡板部には相対的に低い温度の冷媒を流す構成も考えられる。
【００３６】
しかし、これらの構成は、冷媒流路が複雑な構造となったり、ベルジャ内壁面に局部的な温度差が発生したり、あるいは、反応炉の運転作業の内容が複雑なものとなったりするといった不都合がある。
【００３７】
そこで、本発明では、このような不都合が生じないように、ベルジャ外壁面近傍に発生する冷媒の温度境界層の厚さを規定する冷媒速度を直胴部と鏡板部とで異ならせることで、熱伝導量の制御を行うこととした。
【００３８】
つまり、本発明では、冷媒流路を、ベルジャ上部の鏡板部における冷媒流速がベルジャ直胴部における冷媒流速よりも高くなるように構成する。
【００３９】
例えば、ベルジャ直胴部の下部からベルジャ上部の鏡板部を順次経由してベルジャ頂部まで至る連続した管状の冷媒流路を、連続管状の流路の冷媒の流れに垂直な断面を通過する単位時間当たりの冷媒量（Ｖ／ｔ）を該断面の面積（Ｓ）で除した値（Ｖ／（Ｓ・ｔ））が、ベルジャ上部の鏡板部においてベルジャ直胴部よりも大きくなるように設計する。
【００４０】
このような構成であれば、直胴部と鏡板部の冷媒流路を別系統とする必要がなく、ベルジャ中央部に冷媒流路の導入口や排出口を新たに追加する必要もなく、反応炉の構成を複雑化させることがない。
【００４１】
図４Ａおよび図４Ｂはそれぞれ、本発明に係る多結晶シリコン製造用反応炉の１態様のベルジャの概略断面図および当該ベルジャの壁面を冷却するための冷媒の流路の概略を説明するための図である。
【００４２】
上述のとおり、ベースプレート１２上にセットされたベルジャ１０には、ベルジャ壁の全面をくまなく冷却するために、ベルジャ１０の外壁とジャケット１１の内壁との間に仕切り板１５で区画された螺旋状の冷媒流路１６が形成されている。冷媒は、ベルジャ直胴部の下部に設けられた冷媒導入口１３から流入し、螺旋状冷媒流路に沿って、ベルジャ上部の鏡板部を順次経由してベルジャ頂部に設けられた冷媒排出口１４から流出する。
【００４３】
冷媒流路１６は、冷媒の流れに垂直な断面を通過する単位時間当たりの冷媒量（Ｖ／ｔ）を該断面の面積（Ｓ）で除した値（Ｖ／（Ｓ・ｔ））が、ベルジャ上部の鏡板部においてベルジャ直胴部よりも大きくなるように設計されている。このため、ベルジャ上部の鏡板部では、冷媒が相対的に高速で流れることとなり、当該鏡板部での伝熱効率が向上する。
【００４４】
このような冷媒流路１６の具体的な構成としては、例えば、下記のようなものがある。
【００４５】
図５Ａおよび図５Ｂは、本発明に係る多結晶シリコン製造用反応炉に設けられる冷媒流路の構成例を示す直胴部と鏡板部の境界近傍の断面図である。
【００４６】
図５Ａに示した例では、鏡板部の流路の幅（乃至高さ）が、直胴部のそれに比較して小さくなっており、これにより、ベルジャ上部の鏡板部における冷媒流速がベルジャ直胴部における冷媒流速よりも高くなる。この態様を便宜上、流路断面積縮小型と呼ぶ。
【００４７】
図５Ｂに示した例では、直胴部の流路が複数（３路）とされている一方、鏡板部の流路は一つとされている。この態様を便宜上、流路集合型と呼ぶ。
【００４８】
直胴部の３つの流路および鏡板部のひとつの流路の冷媒流れに対して垂直な断面積が等しい場合、冷媒が直胴部から鏡板部に流入すると、鏡板部の流路を単位時間当たりに通過する冷媒量は３倍となる結果、鏡板部の流速は３倍になる。つまり、この場合も、冷媒の流れに垂直な断面を通過する単位時間当たりの冷媒量（Ｖ／ｔ）を該断面の面積（Ｓ）で除した値（Ｖ／（Ｓ・ｔ））が、ベルジャ上部の鏡板部においてベルジャ直胴部よりも大きくなる。このため、ベルジャ上部の鏡板部では、冷媒が相対的に高速で流れることとなり、当該鏡板部での伝熱効率が向上する。
【００４９】
なお、螺旋状の冷媒流路１６は単一のものである必要はなく、管状の流路を複数設け、これらを螺旋状に配置して、全体としてひとつの冷媒流路１６が構成される態様のものとしてもよい。
【００５０】
このような冷媒流路を採用すると、直胴部と鏡板部の冷媒流路を別系統とする必要がなく、ベルジャ中央部に冷媒流路の導入口や排出口を新たに追加する必要もなく、反応炉の構成を複雑化させることがない。そして、ベルジャ上部の鏡板部を効率的に冷却することができるため、ベルジャ内壁面の温度Ｔ２がアウトガス低減に充分なレベルで制御できる。
【００５１】
冷媒は、熱等による変質が少なく、適度な熱容量を持ち、常圧あるいは加圧状態で液体であるものであればよい。具体的には、水、塩水溶液、エチレングリコール類水溶液等の水、または、水溶液や、シリコーンオイル等を挙げることができる。このうち、水は冷媒流路に圧力耐性を与える必要があるが、熱容量、装置腐食性が低いこと等から最も好ましく使用できる。
【００５２】
本発明に係る多結晶シリコンの製造方法では、上述の多結晶シリコン製造用反応炉を用い、ベルジャ上部の鏡板部における冷媒流速を、ベルジャ直胴部における冷媒流速よりも高く設定した条件で多結晶シリコンの析出反応を行う。
【実施例】
【００５３】
［実施例１］
図６に図示した構造の反応炉（ベルジャの内容積３ｍ3）を用意した。冷媒流路は、仕切り板の配置により、直胴部における流速方向に垂直な断面積が９８ｃｍ2、鏡板部における流速方向に垂直な断面積が２２ｃｍ2とした。また、ジャケットは、水を循環させた際、水温が１３０℃程度まで上昇しても良い耐圧構造とした。
【００５４】
このベルジャ内に４組のシリコン芯線を立て、ベースプレート側より、水素を希釈ガスとしてトリクロロシランを供給し、定常状態でのシリコン芯線の温度を約１０００℃として多結晶シリコンを製造した。なお、図６には、１組のシリコン芯線上に析出した多結晶シリコン１７のみを示し、他の３組については図示を省略している。
【００５５】
なお、多結晶シリコンの析出反応工程時には、ベルジャの中央部付近が１２０〜１４０℃程度になるよう、冷媒である水の循環を制御した。冷媒は冷媒タンクよりポンプで供給し、ベルジャの入り口での冷媒温度が９０℃になるよう管理した。この時のポンプによる冷媒循環から生じた冷媒圧力損失は、ＯＵＴ-ＩＮで０．１３ＭＰａであった。
【００５６】
このような条件下での多結晶シリコン製造時の冷媒（水）の温度を、図中に示した冷媒温度測定点で測定した。
【００５７】
表２に、測定点ａ〜ｈでの冷媒温度、単位面積当たりの除熱量、各測定点におけるベルジャ内壁面温度の推定値を纏めた。
【００５８】
【表２】
2014162674.tif 000004
【００５９】
［比較例１］
図３を用いて説明した実験結果（表１）を比較例１とした。なお、ベルジャの内容積は３ｍ3であり、冷媒流路は、直胴部と鏡板部の何れにおいても、流速方向に垂直な断面積が９８ｃｍ2である。また、実施例１と同様の条件により、ベルジャの中央部付近が１２０〜１４０℃程度になるよう、冷媒である水を循環させながら、多結晶シリコンの製造工程を実施した。また、冷媒のジャケット入口での温度も実施例１と同様９０℃に管理した。
【００６０】
［比較例２］
図７に図示した構造の反応炉（ベルジャの内容積３ｍ3）を用意した。冷媒流路は、直胴部と鏡板部の何れにおいても、流速方向に垂直な断面積が２２ｃｍ2である。また、実施例１と同様の条件により、ベルジャの中央部付近が１２０〜１４０℃程度になるよう、冷媒である水を循環させながら、多結晶シリコンの製造工程を実施した。また、冷媒のジャケット入口での温度も実施例１と同様９０℃に管理した。
【００６１】
このような条件下での多結晶シリコン製造時の冷媒（水）の温度を、図中に示した冷媒温度測定点で測定した。
【００６２】
表３に、測定点ａ〜ｈでの冷媒温度、単位面積当たりの除熱量、各測定点におけるベルジャ内壁面温度の推定値を纏めた。
【００６３】
【表３】
2014162674.tif 000005
【００６４】
これらの結果から、以下の結論が導かれる。
【００６５】
比較例１および比較例２で得られた結果より、冷却効率を上げるために、ポンプから送りだされる冷媒の時間当たり量を変えずに、冷媒流路の冷媒流速方向に垂直な断面の断面積を、直胴部と鏡板部で変えない状態で、全ての断面積を小さくした場合、流速が０．８５ｍ／ｓｅｃから３．８ｍ／ｓｅｃになると、圧力損失は０．００９３ＭＰａから１．０３ＭＰａと非常に大きくなる。しかし、ベルジャ内壁面温度は４００℃以下にすることが可能である。流速の上昇率に比べて圧力損失の上昇率が非常に大きくなったのは、流路断面積を小さくすると、ベルジャ表面積は同じままでも流路の長さが長くなってしまう効果が大きく効いている。
【００６６】
これに対し、鏡板部でのみ冷媒流路の断面積を小さくした実施例１では、冷媒の圧力損失は０．１３ＭＰａと、１／１０程度に抑えることができ、かつ、ベルジャー壁内面温度は４００℃以下の押さえることが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本発明によれば、冷媒の圧力損失を低く抑えて、かつ伝熱効率を高く保つことを可能とし、多結晶シリコンの品質を高く保つことが可能となる。
【００６８】
本発明は、多結晶シリコンの品質を低下させず、しかも、製造コストをアップさせることもない冷却手段を備えた多結晶シリコン製造用反応炉を提供する。
【符号の説明】
【００６９】
１０  ベルジャ
１１  ジャケット
１２  ベースプレート
１３  冷媒導入口
１４  冷媒排出口
１５  仕切り板
１６  冷媒流路
１７  多結晶シリコン
【図１Ａ】
2014162674.tif 000006
【図１Ｂ】
2014162674.tif 000007
【図３】
2014162674.tif 000008
【図４Ａ】
2014162674.tif 000009
【図４Ｂ】
2014162674.tif 000010
【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
2014162674.tif 000012
【図６】
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【図７】
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【図２】
2014162674.tif 000015