(57)【要約】  【課題】  筒状部材は、上部より下部の方が析出したシリコンが堆積しやすく、下部の損傷が進むと全体を交換しなければならなかった。また、交換作業が容易ではなく、捕集効率が低下しシリコンを安価に製造することが困難であった。  【解決手段】  その内面でシラン系ガスを接触させてシリコン５を析出させる複数の反応部材６ａ〜６ｄが上下に積み重なって構成されているとともに、その内面が下方に拡がって傾斜している筒状部材６である。上側の反応部材に析出したシリコン５は下側の反応部材に接触しながら落下することがほとんどなくなり、そのまま鉛直方向に落下するため、下側の反応部材の損傷が抑制され長寿命化が図れる。また、反応部材６ａ〜６ｄの交換は損傷が進んだもののみを取り替えればよいため、部品コストが低減でき、短時間で容易に交換することができるので稼働率を低下させることなくシリコン５を安価に製造することができる。【選択図】  図１
2008184349.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁波を発生させる加熱手段を備えたシリコン析出用の反応槽内に配置される筒状部材であって、該筒状部材はその内面がシラン系ガスを接触させてシリコンを析出させる複数の反応部材が上下に積み重なって構成されているとともに、前記反応部材は、その内面が下方に拡がって傾斜していることを特徴とする筒状部材。
【請求項２】
前記反応部材は、円錐台状であることを特徴とする請求項１に記載の筒状部材。
【請求項３】
前記反応部材は、角錐台状であることを特徴とする請求項１に記載の筒状部材。
【請求項４】
上下に隣接している前記反応部材は、上側の前記反応部材の下面の内縁が下側の前記反応部材の上面の内縁より内側に位置していることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の筒状部材。
【請求項５】
上下に隣接している前記反応部材は、上側の前記反応部材が、下側の前記反応部材にかみ合わされていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の筒状部材。
【請求項６】
前記反応部材は、窒化珪素質焼結体からなることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の筒状部材。
【請求項７】
前記反応部材は、内面が研磨されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の筒状部材。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれかに記載の筒状部材が、電磁波を発生させる加熱手段を備えたシリコン析出用の反応槽内に配置されていることを特徴とするシリコン析出用装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体または太陽電池の原料であるシリコンを製造するための装置に用いる筒状部材およびこれを用いたシリコン析出用装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、半導体または太陽電池の原料であるシリコンの製造方法としては種々の方法が知られており、その代表的なものとしてジーメンス法や溶融析出法が挙げられる。
【０００３】
ジーメンス法は、主に半導体の原料として用いられるシリコンの製造方法であり、この方法は析出の基材であるフィラメントを反応容器内に配置して通電により加熱し、トリクロロシランやモノシランを導入して、フィラメントに接触させてシリコンを析出させる方法である。この方法は、高純度のシリコンが得られるものの、析出したシリコンの回収に多大な労力を要し、析出効率が悪く、フィラメントの加熱に多くの電力を消費することから、シリコンが高価になるという問題があった。そのため、安価なシリコンを製造する方法が望まれていた。このような要望に応えて考え出された溶融析出法は、画期的な製造方法と言われており、ジーメンス法に比べてシリコンの析出速度が１桁速く、主に太陽電池の原料として用いられるシリコンの製造方法である。
【０００４】
図７は、特許文献１で提案された溶融析出法を用いたシリコン析出用装置の主要部を示す概念図であり、（ａ）は筒状部材の表面にシリコンが析出した状態を示し、（ｂ）は筒状部材の表面から溶融したシリコンが落下した状態を示している。
【０００５】
このシリコン析出用装置20は、トリクロロシランやジクロロシラン等のシラン系ガスを供給する原料ガス供給口21と、電磁波を発生させる加熱手段23と、この加熱手段23によって加熱され、内面上にシラン系ガスを接触させシリコン24を析出させる筒状部材25と、電磁波を遮らずに筒状部材25の存在する雰囲気から加熱手段23を隔離する隔壁部材26と、析出して落下したシリコン24を回収する回収部27および排ガス出口28を備えたケーシング22とから構成されている。
【０００６】
そして、筒状部材25の析出領域である内面以外の表面にシリコン24が析出しないように、筒状部材25と原料ガス供給口21との間に備えられたシールガス供給口29よりシールガスを供給して、シラン系ガスとの接触を防いでいる。
【０００７】
このようなシリコン析出用装置20を用いてシリコン24を製造する場合には、加熱手段23によって筒状部材25を加熱して、筒状部材25の内面の温度がシリコン24の融点未満の温度、例えば1400℃になるように保持する。次いで、シラン系ガスを原料ガス供給口21より供給し、筒状部材25の内面の加熱された部位にシリコン24を固体の状態で析出させる。併せて、シールガス供給口29からシールガスである水素やアルゴン等を供給して、筒状部材25の加熱された内面以外の表面にシリコン24が析出するのを防止する。
【０００８】
シリコン24を析出させた後、シラン系ガスの供給を停止し、シールガスの供給量を少なくした後、筒状部材25の内面の温度がシリコン24の融点よりやや高い温度、例えば1500℃で保持すると、筒状部材25上に析出していたシリコン24は、筒状部材25と接触していた部分のみが溶融し、大部分が塊状となって回収部27に落下する。
【０００９】
なお、反応に寄与しなかった排ガスは、排ガス出口28より順次排出され、これを回収して精製することにより原料ガスとして再利用されるというものである。
【００１０】
また、図８は、特許文献２に記載された筒状部材を示す斜視図である。この筒状部材30は、台形の板状パーツ同士をシリコン融液との接触角度が45°以上であるセラミック材料の粉末を含むシール剤で接合することにより、八角錐台状に形成されている。また、大型の筒状部材を一体的に成形するのは困難であることから、円筒や六角筒のパーツをシール剤による接合で複数個積み重ねた筒状部材が提案されている。
【特許文献１】国際公開第2002／100777号パンフレット
【特許文献２】特開2005−187259号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、特許文献１で提案されたシリコン析出用装置20を用いると、ジーメンス法を利用した装置に比べてシリコン24を効率的かつ安価に製造することができるものの、シリコン24の析出を重ねると、筒状部材25の内面の上部より下部の方が析出したシリコン24が堆積しやすいため、筒状部材25の下部の損傷が大きくなるが、部分的な交換はできないため筒状部材25全体を交換しなければならなかった。また、シリコン24の析出量を増やすためにシリコン析出用装置20が大型化してきていることから、この筒状部材25も大きくなってきており、このような大きな筒状部材25はコストが高く、さらには交換作業が容易ではないことから捕集効率が低下し、これらに伴いシリコン24の製造コストが上がるという問題があった。
【００１２】
また、特許文献２に記載された図８に示す筒状部材30を特許文献１に記載されたシリコン析出用装置20に用いると、筒状部材30が円筒である場合よりは下部における損傷は小さくなるものの、やはり下部の損傷が大きく、下部が損傷した場合には筒状部材30全体を交換しなければならなかった。また、円筒や六角筒のパーツをシール剤による接合で複数個積み重ねた筒状部材も、特許文献１の筒状部材25と同様の問題があった。
【００１３】
本発明は、上記課題を解決すべく案出されたものであり、筒状部材の損傷ばらつきを抑えることにより長寿命化を図り、損傷が進んで交換が必要となっても部分的な交換が容易にできることにより、高純度のシリコンを効率的かつ安価に製造することができる筒状部材を提供することを目的とするものである。また、本発明は、この筒状部材を用いた、高純度のシリコンを効率的かつ安価に製造することができるシリコン析出用装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の筒状部材は、電磁波を発生させる加熱手段を備えたシリコン析出用の反応槽内に配置される筒状部材であって、該筒状部材はその内面がシラン系ガスを接触させてシリコンを析出させる複数の反応部材が上下に積み重なって構成されているとともに、前記反応部材は、その内面が下方に拡がって傾斜していることを特徴とするものである。
【００１５】
また、本発明の筒状部材は、上記構成において、前記反応部材が円錐台状であることを特徴とするものである。
【００１６】
また、本発明の筒状部材は、上記構成において、前記反応部材が角錐台状であることを特徴とするものである。
【００１７】
また、本発明の筒状部材は、上記各構成において、上下に隣接している前記反応部材は、上側の前記反応部材の下面の内縁が下側の前記反応部材の上面の内縁より内側に位置していることを特徴とするものである。
【００１８】
また、本発明の筒状部材は、上記各構成において、上下に隣接している前記反応部材は、上側の前記反応部材が下側の前記反応部材にかみ合わされていることを特徴とするものである。
【００１９】
また、本発明の筒状部材は、上記各構成において、前記反応部材が窒化珪素質焼結体からなることを特徴とするものである。
【００２０】
また、本発明の筒状部材は、上記各構成において、前記反応部材は、内面が研磨されていることを特徴とするものである。
【００２１】
さらに、本発明のシリコン析出用装置は、上記いずれかの構成の本発明の筒状部材が電磁波を発生させる加熱手段を備えたシリコン析出用の反応槽内に配置されていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の筒状部材によれば、この筒状部材は電磁波を発生させる加熱手段を備えたシリコン析出用の反応容器内に配置され、筒状部材はその内面でシラン系ガスを接触させてシリコンを析出させる複数の反応部材が上下に積み重なって構成されているとともに、この反応部材は、その内面が下方に拡がって傾斜していることから、上側の反応部材に析出したシリコンは下側の反応部材に接触しながら落下することがほとんどなく、そのまま鉛直方向に落下するため、下側の反応部材の損傷が抑制され、損傷ばらつきが少ないことから寿命を延ばすことができる。また、損傷した反応部材を交換する場合には、損傷が進んだ反応部材のみを取り替えればよいため、部品コストを削減することができる。
【００２３】
また、本発明の筒状部材によれば、反応部材が円錐台状であるときには、シラン系ガスの接触する内面が下方に拡がって傾斜しており、水平断面が円形状であり損傷が集中するような箇所が無いので、１つの反応部材の中での損傷ばらつきを生じることが少ない。さらに、個々の反応部材については複数パーツに対する接合等を必要とせず、容易に成形できるため、成形コストを削減することができる。
【００２４】
また、本発明の筒状部材によれば、反応部材が角錐台状であるときには、単純形状である板状体を接合して反応部材を形成することができるので、この反応部材を用いれば反応部材の成形コストを削減することができる。
【００２５】
また、本発明の筒状部材によれば、上下に隣接している反応部材は、上側の反応部材の下面の内縁が下側の反応部材の上面の内縁より内側に位置しているときには、溶融して液滴状になったシリコンを上側の反応部材の下面の内縁より鉛直方向に落下させることができるので、上下の反応部材間の隙間に容易に浸透せず、反応部材の損傷ばらつきが小さくなり、シリコンの捕集効率がほとんど低下しないものとすることができる。
【００２６】
また、本発明の筒状部材によれば、上下に隣接している反応部材は、上側の反応部材が、下側の反応部材にかみ合わされているときには、反応部材の部分的な交換が容易であるとともに、接合剤を用いて反応部材同士を接合しなくて済むため、シリコンの析出を重ねても、接合剤の劣化に伴う筒状部材の破損は発生しなくなる。
【００２７】
また、本発明の筒状部材によれば、反応部材は窒化珪素質焼結体からなるときには、高温での熱伝導性および機械的特性に優れ、かつシリコンの純度が低下する原因となる炭素成分を含まないため、高純度のシリコンを効率的に析出することができる。
【００２８】
また、本発明の筒状部材によれば、反応部材の内面が研磨されているときには、反応部材の内面は平滑になり、アンカー効果の影響が抑制されるので、反応部材の内面に析出していたシリコンは落下しやすくなるため、シリコンの捕集効率を上げることができる。
【００２９】
さらに、本発明のシリコン析出用装置は、上記いずれかの構成の筒状部材が電磁波を発生させる加熱手段を備えたシリコン析出用の反応槽内に配置されていることから、高純度のシリコンを効率的かつ安価に製造することができるとともに、耐用性に優れた析出用装置とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、本発明の筒状部材およびこれを用いたシリコン析出用装置の実施の形態の例について説明する。
【００３１】
図１は、本発明の筒状部材およびこれを用いたシリコン析出用装置の実施の形態の一例を示す、（ａ）は本発明の筒状部材およびシリコン析出用装置の実施の形態の一例を示す断面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＳ部の拡大断面図である。
【００３２】
図１（ａ）に示すシリコン析出用装置１は、トリクロロシランやジクロロシラン等のシラン系ガスを供給する原料ガス供給口２を有する反応槽３と、電磁波を発生させるヒーター等の加熱手段４と、この加熱手段４によって加熱され、内面上にシラン系ガスを接触させてシリコン５を析出させる筒状部材６と、電磁波を遮らずに筒状部材６の存在する雰囲気から加熱手段４を隔離する隔壁部材７と、析出したシリコン５を回収する回収部８と、反応に寄与しなかったシラン系ガスを排出する排ガス出口９とから構成されている。
【００３３】
また、筒状部材６の析出領域である内面以外の表面にシリコン５が析出しないように、シールガス供給口10よりシールガスを供給し、シラン系ガスとの接触を防いでいる。
【００３４】
このシリコン析出用装置１を用いたシリコン５の析出方法は、加熱手段４によって筒状部材６を加熱して、筒状部材６の内面の温度がシリコン５の融点以上の温度、例えば1500℃になるように保持し、次いで、シラン系ガスを原料ガス供給口２より反応槽３に供給し、併せて、筒状部材６の内面以外の表面にシリコン５が析出するのを防止するためにシールガス供給口10からシールガスである水素やアルゴン等のガスを供給し、加熱された筒状部材６にシラン系ガスを接触させてシリコン５を析出させる方法である。
【００３５】
なお、反応に寄与しなかったシラン系ガスは、排ガスとして排ガス出口９より順次排出され、回収して精製することにより原料ガスとして再利用される。
【００３６】
本発明の筒状部材６は、その内面でシラン系ガスを接触させてシリコン５を析出させる複数の反応部材６ａ〜６ｄが、図１（ｂ）に示すように、上下に積み重なって構成されているとともに、これら反応部材６ａ〜６ｄは、その内面が下方に拡がって傾斜していることが重要である。
【００３７】
特に、鉛直方向と反応部材６ａ〜６ｄの内面とのなす角度は、いずれも１°以上10°以下であることが好適である。この範囲では、例えば、上側に配置した反応部材６ａに析出したシリコン５は下側の反応部材６ｂに沿ってその内面に接触しながら落下することがほとんどなくなり、そのまま鉛直方向に落下するため、反応部材６ａで析出したシリコン５が下側の反応部材６ｂ〜６ｄに沿って接触することが少ないので各反応部材６ａ〜６ｄ間の損傷ばらつきが抑制される。また、繰り返しの使用によって損傷が進み反応部材６ａ〜６ｄの交換の必要が生じても、損傷が進んだ反応部材６ａ〜６ｄのいずれかのみを取り替えればよいため、部品コストを削減することができる。さらに、複数の反応部材６ａ〜６ｄが円錐台状であるときには、個々の反応部材６ａ〜６ｄについては複数パーツに対する接合等を必要とせず、容易に成形できるため、工程数が少ないことから成形コストを削減することができる。
【００３８】
このような円錐台状の反応部材６ａ〜６ｄが上下に積み重なって構成される筒状部材６の大きさは、例えば反応部材６ａの最上面における内径が300〜350ｍｍであり、反応部材６ｄの最下面における内径が328〜385ｍｍであり、高さが800〜1000ｍｍである。
【００３９】
次に、図２は、図１に示す反応部材の実施の形態の他の例を示す斜視図である。
【００４０】
図２に示す反応部材６ｅは、角錐台状であり、内面は下方に拡がって傾斜している。この場合には、単純形状である板状体61を接合剤62により接合して反応部材６ｅを形成することができるので、成形コストを削減することができる。また、この反応部材６ｅは八角錐台状の例であるが、六角錐台状や四角錐台状や十二角錐台状等の他の角錐台状の反応部材であっても構わない。板状体61と板状体61とを接合する接合剤62は、シリコン５に対する耐食性に優れるという点から、セラミックスである窒化珪素またはサイアロンを含むものが好適である。
【００４１】
このような角錐台状の反応部材６ｅが上下に積み重なって構成される筒状部材６の大きさは、例えば最上面における内縁を結ぶ対角線の長さが300〜350ｍｍであり、最下面における内縁を結ぶ対角線の長さが328〜385ｍｍであり、高さが800〜1000ｍｍである。
【００４２】
図３は、本発明の筒状部材およびシリコン析出用装置の実施の形態の他の例を示す、（ａ）は本発明の筒状部材およびシリコン析出用装置の実施の形態の他の例の断面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＳ部の拡大断面図である。なお、以下の図面においては、図１と同様の部材には同じ符号を用いて示す。
【００４３】
図３（ａ）に示すように、本発明の筒状部材６を構成する反応部材６ａ〜６ｄにおいては、図３（ｂ）のＳ部の拡大断面図に示すように、上下に隣接している上側の反応部材６ａの下面の内縁が下側の反応部材６ｂの上面の内縁より内側に位置していることが好ましい。これにより、溶融して液滴状になったシリコン５であっても、上側の反応部材６ａの下面の内縁より鉛直方向に落下させることができるので、シリコン５が上下の反応部材６ａ，６ｂ間の隙間に容易に浸透せず、各反応部材６ａ，６ｂの損傷ばらつきが小さくなり、交換頻度が少なくなるとともにシリコン５の捕集効率がほとんど低下しないものとなる。
【００４４】
このとき、上側の反応部材６ａの下面の内縁および下側の反応部材６ｂの上面の内縁間の距離（図３（ｂ）中に示すｄ）は、0.2〜0.4ｍｍであることが好適である。
【００４５】
図４は、本発明のシリコン析出用装置の実施の形態の他の例を示す、（ａ）はシリコン析出用装置の断面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＳ部の拡大断面図である。
【００４６】
本発明の筒状部材６を構成する反応部材６ａ〜６ｄは、図４（ｂ）のＳ部の拡大断面図に示すように、上側の反応部材６ａが、下側の反応部材６ｂにかみ合わされていることが好ましい。これにより、反応部材６ａ〜６ｄの部分的な交換が容易であるとともに、複数の反応部材６ａ〜６ｄを積み重なった状態で安定したものとするのに接合剤を用いて反応部材６ａ〜６ｄ同士を接合しなくて済むため、シリコン５の析出を継続して行なっても、接合剤の劣化に伴う筒状部材６の破損等が発生しないものとなる。
【００４７】
また、この場合にも、図３に示す例と同様に、上下に隣接している上側の反応部材６ａの下面の内縁が下側の反応部材６ｂの上面の内縁より内側に位置していることが好ましい。これにより、溶融して液滴状になったシリコン５であっても、上側の反応部材６ａの下面の内縁より鉛直方向に落下させることができるので、シリコン５が上下の反応部材６ａ，６ｂ間の隙間に容易に浸透せず、各反応部材６ａ，６ｂの損傷ばらつきが小さくなり、交換頻度が少なくなるとともにシリコン５の捕集効率がほとんど低下しないものとなる。
【００４８】
このときの上側の反応部材６ａの下面の内縁および下側の反応部材６ｂの上面の内縁間の距離（図４（ｂ）中に示すｄ）も、0.2〜0.4ｍｍであることが好適である。
【００４９】
次に、図５（ａ）および（ｂ）は、それぞれ本発明の筒状部材およびシリコン析出用装置の実施の形態の他の例を示す断面図である。
【００５０】
図５（ａ）に示す例のように、筒状部材６を構成する反応部材６ａ〜６ｄが上側より下側に向かって順次高さが高くなるように積み重ねてもよい。このような構成とすると、例えば反応部材６ｂの交換の際に必ず取り外さなければならない上側の反応部材６ａが軽量なので、各反応部材６ａ〜６ｄの交換がより容易である。
【００５１】
また、図５（ｂ）に示す例のように、筒状部材６の外面と内面の傾斜角度を変更して反応部材６ａ〜６ｄを積み重ねてもよい。このような構成とすると、損傷を受けやすい各反応部材６ａ〜６ｄの下側が厚いので、より反応部材６ａ〜６ｄの寿命を延ばすことができるものとなる。
【００５２】
次に、図６は、本発明の筒状部材およびシリコン析出用装置の実施の形態の他の例を示す断面図である。
【００５３】
この図６に示す例のように、筒状部材６の外側に配置される隔壁部材７として、複数の隔壁部材７ａ〜７ｄを積み重ねて隔壁部材７を構成してもよい。このような構成とすると、隔壁部材７に部分的な損傷があっても、損傷の進んだ隔壁部材７ａ〜７ｄのいずれかのみを交換すればよいので、隔壁部材７についても交換部品のコストを削減することができる。
【００５４】
また、筒状部材６は窒化珪素質焼結体からなることが好適である。窒化珪素質焼結体は高温での熱伝導性および機械的特性に優れ、かつシリコン５の純度が低下する原因となる炭素成分を含まないため、高純度のシリコン５を効率的に析出させて捕集することができる。
【００５５】
シリコン５の析出の際、筒状部材６は約1500℃程度の高温で用いられるため、この温度範囲における熱伝導率および強度が高いことが好ましいことから、筒状部材６は、組成式Ｓｉ６−ＺＡｌＺＯＺＮ８−Ｚ（ｚ＝0.1〜１）で表されるβ−サイアロンを主相とし、Ａｌ，Ｓｉ，ＲＥ（ＲＥは周期表第３族元素）の構成比率がそれぞれＡｌ２Ｏ３，ＳｉＯ２，ＲＥ２Ｏ３換算でＡｌ２Ｏ３が５〜50質量％，ＳｉＯ２が５〜20質量％，残部が主としてＲＥ２Ｏ３であるＲＥ−Ａｌ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎからなる粒界相を、主相と粒界相とからなる焼結体に対して４〜20体積％の範囲で含み、かつＦｅの珪化物粒子をＦｅ換算で焼結体に対して0.02〜３質量％含む窒化珪素質焼結体で形成することがさらに好適である。
【００５６】
組成式Ｓｉ６−ＺＡｌＺＯＺＮ８−Ｚ（ｚ＝0.1〜１）で表されるβ−サイアロンの主相はβ−Ｓｉ３Ｎ４内にＡｌ，Ｏ，Ｎ成分が固溶した結晶から構成される主相であり、固溶量ｚの値は窒化珪素質焼結体の熱伝導率や強度に影響を与える。固溶量ｚが小さい場合は、焼結性が低下するため、緻密化を促進しようとして焼成温度を上げざるを得ず、この結果、異常な粒成長が発生し、高温における強度が低下するおそれがある。一方、固溶量ｚが大きいと、β−Ｓｉ３Ｎ４の結晶対称性が損なわれて、結晶の熱伝導性が低下するため、窒化珪素質焼結体の高温における熱伝導率が低下する。その結果、筒状部材６の放熱特性が低くなるため、シリコン５を繰り返して析出させると、残留熱応力が蓄積しやすく、筒状部材６は増加した残留熱応力により破壊しやすくなる。このような観点から、固溶量ｚは0.1〜１とすることにより、高温における熱伝導率および強度がともに高い窒化珪素質焼結体を得ることができる。特に、固溶量ｚは0.35〜0.70であることがより好適である。
【００５７】
ここで、固溶量ｚは、次のようにして算出することができる。すなわち、窒化珪素質焼結体を粒度200メッシュ以下に粉砕し、得られた粉末に対して粉末Ｘ線回折法における回折角の角度補正用サンプルとして高純度α−窒化珪素粉末（宇部興産製Ｅ−10グレード、Ａｌ含有量は20ｐｐｍ以下）を60質量％添加して乳鉢にて均一混合し、粉末Ｘ線回折法により解析範囲２θを33〜37°とし、走査ステップ幅を0.002°として、Ｃｕ−Ｋα線（λ＝1.54056Å）にてプロファイル強度を測定する。角度の補正は、角度補正用サンプルより得られるピークの最大値を用いて補正する。
【００５８】
すなわち、２θ＝34.565°付近に現れるα（102）の0.002°毎に得られるピーク強度の上位10点の平均２θと34.565°との差（Δ２θ１）、および２θ＝35.333°付近に現れるα（210）の0.002°毎に得られるピーク強度の上位10点の平均２θと35.333°との差（Δ２θ２）をそれぞれ求め、その差の平均（Δ２θ１＋Δ２θ２）／２を補正Δ２θとする。次に、２θ＝36.055°付近に現れるβ（210）の0.002°毎に得られるピーク強度の上位10点の平均２θを補正Δ２θによって補正した角度を内筒２のβ（210）のピーク位置（２θβ）とする。そして、ピーク位置（２θβ），λ＝1.54056Å，（ｈｋｌ）＝（210）を以下の数式に代入して格子定数ａ（Å）を算出する。
【００５９】
ｓｉｎ２θβ＝λ２（ｈ２＋ｈｋ＋ｋ２）／（３ａ２）＋λ２ｌ２／（４ｃ２）
この数式で、算出した格子定数ａ（Å）と、K. H. Jack，J. Mater. Sci.，11（1976）1135−1158，Fig. 13に記載された格子定数ａ（Å）−固溶量ｚのグラフとから、固溶量ｚを求めることができる。
【００６０】
そして、粒界相はＲＥ−Ａｌ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎからなり、Ａｌ，Ｓｉ，ＲＥの構成比率がＡｌ２Ｏ３，ＳｉＯ２，ＲＥ２Ｏ３換算でＡｌ２Ｏ３が５〜50質量％，ＳｉＯ２が５〜20質量％，残部が主としてＲＥ２Ｏ３であり、主相と粒界相とからなる焼結体に対して４〜20体積％の範囲で含むことが好適である。なお、本発明では、Ａｌ２Ｏ３，ＳｉＯ２，ＲＥ２Ｏ３およびＮの総和を100質量％として粒界相の構成比率を表現する。
【００６１】
ここで一般的に、ＲＥ−Ａｌ−Ｓｉ−Ｏを含む酸化物は、窒化珪素やサイアロンの緻密化を促進するものである。Ａｌ２Ｏ３，ＳｉＯ２，ＲＥ２Ｏ３等の粉末原料は温度上昇に伴って反応し、1400℃以上で窒化珪素やサイアロンと濡れの良い液相を生成した後、窒化珪素やサイアロンを溶解することで、ＲＥ−Ａｌ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎからなる粒界相を形成する。
【００６２】
この粒界相におけるＡｌの構成比率は、窒化珪素質焼結体の熱伝導率や強度に影響を与える。Ａｌの構成比率が低過ぎたり高過ぎたりすると、ＲＥ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２系の最低液層生成組成（以下、低融点組成という。）から外れる可能性が高くなる。このため、焼成温度を高くしなければならず、焼成温度を高くすると、β−Ｓｉ３Ｎ４内にＡｌ，Ｏ，Ｎ成分が固溶した結晶は粗大化し、高温における強度が低下する。併せて、Ａｌの構成比率が高過ぎる場合には、固溶量ｚが１より大きくなりやすく、窒化珪素質焼結体の高温における熱伝導率も低下して、粒界相は浸食されやすくなる。
【００６３】
また、粒界相のＳｉの構成比率も、窒化珪素質焼結体の熱伝導率や強度に影響を与える。Ｓｉの構成比率が低いと、低融点組成から外れる可能性が高くなり、Ａｌの場合と同様に、高温における強度が低下する。一方、Ｓｉの構成比率が高いと、低融点組成に近づくが、そのために粒界相を構成する原子同士の高温における結合力が弱くなるため、高温におけるフォノンの伝搬の低下により、高温における熱伝導率および強度がともに低下する。
【００６４】
このような観点から、Ａｌ，Ｓｉ，ＲＥ（ＲＥは周期表第３族元素）の構成比率はそれぞれＡｌ２Ｏ３，ＳｉＯ２，ＲＥ２Ｏ３換算でＡｌ２Ｏ３が５〜50質量％，ＳｉＯ２が５〜20質量％，残部が主としてＲＥ２Ｏ３であることが好適であり、この構成比率は焼結性の向上だけではなく、高温においても粒界相の原子間結合力を保持できるので、高温における熱伝導率および強度の改善に効果的である。
【００６５】
また、粒界相の焼結体に対する体積比率は、窒化珪素質焼結体の耐食性や強度に影響を与える。粒界相の体積比率が高過ぎると粒界相に被加工物Ｗの金属粉が固着しやすく、低過ぎると強度が低下する。粒界相の焼結体に対する体積比率は、４〜20体積％であることが好適であり、この範囲にすることで金属粉の固着が少なく、しかも強度の高い窒化珪素質焼結体を得ることができる。
【００６６】
このようなＡｌ２Ｏ３，ＳｉＯ２，ＲＥ２Ｏ３の構成比率および粒界相の体積比率は次のようにして求めることができる。先ず、ＩＣＰ（Inductivity Coupled Plasma）分光分析法により焼結体中のＲＥおよびＡｌの各比率（質量％）を測定し、この比率（質量％）をそれぞれＲＥ２Ｏ３およびＡｌ２Ｏ３にした場合の比率（質量％）に換算する。次に、酸素分析法によりＬＥＣＯ社製酸素分析装置（ＴＣ−136型）を用いて焼結体中のすべての酸素の比率を測定し、ＲＥ２Ｏ３およびＡｌ２Ｏ３の酸素の比率を差し引き、残りの酸素の比率をＳｉＯ２の比率（質量％）に換算する。焼結体中の残部をＳｉ３Ｎ４とみなし、各比率（質量％）をそれぞれの理論密度（Ｙ２Ｏ３：5.02ｇ／ｃｍ３，Ｅｒ２Ｏ３：8.64ｇ／ｃｍ３，Ｙｂ２Ｏ３：9.18ｇ／ｃｍ３，Ｌｕ２Ｏ３：9.42ｇ／ｃｍ３，Ａｌ２Ｏ３：3.98ｇ／ｃｍ３，ＳｉＯ２：2.65ｇ／ｃｍ３，Ｓｉ３Ｎ４：3.18ｇ／ｃｍ３）で除して、粒界相の体積比率を算出する。
【００６７】
次に、エネルギー分散型Ｘ線分光分析法（ＥＤＳ）を用いて粒界相に含まれる窒素（Ｎ）の比率（質量％）を算出し、Ａｌ２Ｏ３，ＳｉＯ２，ＲＥ２Ｏ３および窒素（Ｎ）の各比率（質量％）の総和を100％として粒界相の構成比率を算出する。但し、本発明で用いられる窒化珪素質焼結体の粒界相に含まれる窒素の構成比率は微量であり、通常は0.1質量％以下であるので、以降ではＲＥ２Ｏ３に含んで表記する。
【００６８】
なお、粒界相中のＲＥは周期表第３族元素、例えばＥｒ，Ｙｂ，Ｌｕ等であっても構わないが、ＲＥがＹであることが好ましい。これは、Ｙが周期表第３族元素の中でも軽元素であるためフォノンの伝搬が良く、粒界相の熱伝導率の向上に効果的であるからである。また、温度1400〜1500℃における４点曲げ強度および熱伝導率は、それぞれＪＩＳ  Ｒ  1604−1995およびＪＩＳ  Ｒ  1611−1997に準拠して測定すればよい。
【００６９】
また、焼結体中のＦｅの珪化物粒子は、焼結体の破壊靱性，耐熱衝撃性，熱伝導率，強度に影響を与えるため、Ｆｅの珪化物粒子をＦｅ換算で焼結体に対して0.02〜３質量％含む窒化珪素質焼結体を構成することが好適である。
【００７０】
Ｆｅの珪化物は、熱膨張係数が大きく、β−サイアロン粒子や粒界相に対して残留応力を発生させていると思われ、焼結体の破壊靱性を向上させる効果があり、耐熱衝撃性の向上にも有効である。また、高温における破壊の形態である粒界滑りが発生する際に、β−サイアロン粒子の滑りを妨げる楔のような働きをしており、高温における強度を向上させる効果があり、耐熱衝撃性の向上にも有効である。また、Ｆｅの珪化物は、焼成時の液相成分の一つとして作用し、焼結性の向上に効果的である。Ｆｅの珪化物粒子がＦｅ換算で焼結体に対して0.02質量％より少ないと、焼結体の破壊靱性および高温における強度を十分高くすることができない。また、Ｆｅの珪化物は熱伝導率が低いため、Ｆｅの珪化物粒子をＦｅ換算で焼結体に対して３質量％を超えると、焼結体の熱伝導率が低下する。なお、Ｆｅの珪化物は粉末Ｘ線回折法やＸ線マイクロアナライザー（ＥＰＭＡ）による元素分析によってその形態を確認することができる。また、ＩＣＰ分光分析法により定量化することができる。
【００７１】
なお、Ｆｅの珪化物は、β−サイアロンの粒子間またはＲＥ−Ａｌ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎからなる粒界相中に粒径が50μｍ以下、望ましくは粒径が２〜30μｍの粒子として点在して、ＦｅＳｉ２，ＦｅＳｉ，Ｆｅ３Ｓｉ，Ｆｅ５Ｓｉ３の形態で存在することが好ましく、特にＦｅＳｉ２（ＪＣＰＤＳ＃35−0822）であることが好ましい。
【００７２】
また、筒状部材６は、内面がセラミックスの焼き肌面等であるよりも研磨されていることが好適である。内面が研磨されていると、平滑になり、アンカー効果の影響が抑制されるので、筒状部材６の内面に析出したシリコン５が落下しやすくなるため、シリコン５の捕集効率を上げることができる。
【００７３】
また、隔壁部材７は、筒状部材６と同様に、組成式Ｓｉ６−ＺＡｌＺＯＺＮ８−Ｚ（ｚ＝0.1〜１）で表されるβ−サイアロンを主相とし、Ａｌ，Ｓｉ，ＲＥ（ＲＥは周期表第３族元素）の構成比率がそれぞれＡｌ２Ｏ３，ＳｉＯ２，ＲＥ２Ｏ３換算でＡｌ２Ｏ３が５〜50質量％，ＳｉＯ２が５〜20質量％，残部が主としてＲＥ２Ｏ３であるＲＥ−Ａｌ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎからなる粒界相を、主相と粒界相とからなる焼結体に対して４〜20体積％の範囲で含み、かつＦｅの珪化物粒子をＦｅ換算で焼結体に対して0.02〜３質量％含む窒化珪素質焼結体から形成することが好適である。
【００７４】
このような本発明の筒状部材６を得るための製造方法を説明する。
【００７５】
先ず、窒化珪素質粉末のβ化率が40％以下であって、組成式Ｓｉ６−ＺＡｌＺＯＺＮ８−Ｚにおける固溶量ｚが0.5以下である窒化珪素質粉末と、添加物成分としてＡｌ２Ｏ３，ＳｉＯ２，ＲＥ２Ｏ３，Ｆｅ２Ｏ３の各粉末とを、バレルミル，回転ミル，振動ミル，ビーズミル等を用いて湿式混合し、粉砕してスラリーとする。
【００７６】
ここで、添加成分であるＡｌ２Ｏ３，ＳｉＯ２，ＲＥ２Ｏ３の各粉末の合計は、窒化珪素質粉末とこれら添加成分の粉末の合計との総和を100体積％としたときに、４〜20体積％になるようにすればよい。
【００７７】
窒化珪素には、その結晶構造の違いにより、α型およびβ型という２種類の窒化珪素が存在する。α型は低温で、β型は高温で安定であり、1400℃以上でα型からβ型への相転移が不可逆的に起こる。
【００７８】
ここで、β化率とは、Ｘ線回折法で得られたα（102）回折線とα（210）回折線との各ピーク強度の和をＩα、β（101）回折線とβ（210）回折線との各ピーク強度の和をＩβとしたときに、次の式によって算出される値である。
【００７９】
β化率＝｛Ｉβ／（Ｉα＋Ｉβ）｝×100  （％）
窒化珪素質粉末のβ化率は、窒化珪素質焼結体の強度および破壊靱性値に影響する。β化率が40％以下の窒化珪素質粉末を用いるのは、強度および破壊靱性値をともに高くすることができるからである。β化率が40％を超える窒化珪素質粉末は、焼成工程で粒成長の核となって、粗大で、しかもアスペクト比の小さい結晶となりやすく、強度および破壊靱性値とも低下する。特に、β化率が10％以下の窒化珪素質粉末を用いるのが好ましく、これにより、固溶量ｚを0.1以上にすることができる。
【００８０】
また、固溶量ｚは、窒化珪素質焼結体の熱伝導率に影響し、固溶量ｚが0.5以下の粉末を用いるのは、焼結後にアスペクト比５以上の針状結晶組織が得られ、窒化珪素質焼結体の強度および熱伝導率をともに高くすることができるからである。固溶量ｚが0.5を超える場合は、窒化珪素質粉末が焼成工程で粒成長の核となり、焼結後の主相となるβ−サイアロンの固溶量ｚが１を超えやすく、熱伝導率が低下するおそれがある。
【００８１】
窒化珪素質粉末の粉砕で用いるメディアは、窒化珪素質，ジルコニア質，アルミナ質等の各種焼結体からなるメディアを用いることができるが、不純物が混入しにくい材質、あるいは同じ材料組成の窒化珪素質焼結体からなるメディアが好適である。
【００８２】
なお、窒化珪素質粉末の粉砕は、粒度分布曲線の累積体積の総和を100％としたときの累積体積が90％となる粒径（Ｄ９０）が３μｍ以下となるまで粉砕することが、焼結性の向上および結晶組織の針状化の点から好ましい。粉砕によって得られる粒度分布は、メディアの外径，メディアの量，スラリーの粘度，粉砕時間等で調整することができる。スラリーの粘度を下げるには分散剤を添加することが好ましく、短時間で粉砕するには、予め累積体積50％となる粒径（Ｄ５０）が１μｍ以下の粉末を用いることが好ましい。
【００８３】
次に、得られたスラリーを粒度200メッシュより細かいメッシュを通した後に乾燥させて顆粒を得る。また、スラリーの段階でパラフィンワックスやポリビニルアルコール（ＰＶＡ），ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）等の有機バインダを粉末100質量％に対して１〜10質量％を混合することが、成形性のために好ましい。乾燥は、スプレードライヤーで乾燥させてもよく、他の方法であっても何ら問題ない。
【００８４】
次に、得られた顆粒を、冷間等方圧加圧法（ＣＩＰ）を用いて相対密度が45〜60％の円錐台状の成形体とする。成形圧力は50〜300ＭＰａの範囲であれば、成形体の密度の向上や顆粒の潰れ性の観点より好適である。得られた成形体は、反応部材６ａであれば下部に、反応部材６ｂ，６ｃであれば上下に、反応部材６ｄであれば上部にかみ合わせるための段差を切削加工により施す。そして、窒素雰囲気中、あるいは真空雰囲気中などで脱脂した方がよい。脱脂温度は添加した有機バインダの種類によって異なるが、900℃以下がよく、特に500〜800℃とすることが好適である。
【００８５】
次に、一般的な窒化珪素質成形体の焼成に用いる黒鉛抵抗発熱体を使用した焼成炉内に成形体を配置し、焼成する。焼成炉内には成形体の含有成分の揮発を抑制するためにＡｌ２Ｏ３，ＳｉＯ２，ＲＥ２Ｏ３等の成分を含んだ共材を配置してもよい。
【００８６】
また、成形体の配置方法として、成形体を窒化珪素質粉末中または炭化珪素質粉末中に埋設する方法を用いれば、電気炉において大気中で焼成することも可能である。このような方法を用いると、成形体をそれら粉末中に埋設したことにより大気中の酸素ガスは遮断され、実質的に焼成雰囲気は窒素雰囲気となる。温度については、室温から300〜1000℃までは真空雰囲気中にて昇温し、その後、窒素ガスを導入して、窒素分圧を50〜300ｋＰａに維持する。このとき成形体の開気孔率は40〜55％程度であるため、成形体中には窒素ガスが十分充填される。1000〜1400℃付近では添加物成分であるＡｌ２Ｏ３やＲＥ２Ｏ３が固相反応を経て、液相成分を形成し、約1400℃以上の温度域で、β−サイアロンを析出し、緻密化が開始する。β−サイアロンはβ−Ｓｉ３Ｎ４のＳｉ４＋位置にＡｌ３＋，Ｎ３−，Ｏ２−が置換固溶したものであり、Ｓｉ３Ｎ４−ＡｌＮ−Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２系の多くの状態図（例えば、K. H. Jack，J. Mater. Sci.，11（1976）1135−1158，Fig. 11）にあるように、β−サイアロン相の安定領域はＳｉ３Ｎ４−Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２系に対してＮ３−が価数の安定には不足しており、外部からＮ３−の供給が必要となる。これは、成形体中に充填された窒素ガスがＮ３−となるからであり、窒素分圧を低く抑えることによってβ−サイアロンの固溶量ｚを低くすることができるからである。
【００８７】
すなわち、開気孔率が40〜55％から５％に達するまでの段階はできるだけ窒素分圧を低く設定する必要があり、50〜300ｋＰａとすることが重要である。窒素分圧が300ｋＰａを超えると、β−Ｓｉ３Ｎ４に対しＡｌ３＋，Ｎ３−，Ｏ２−の置換固溶が進み、固溶量ｚが１を超えやすくなり、熱伝導率が低下する。窒素分圧が50ｋＰａより小さくなると、β−サイアロンの平衡窒素分圧より小さくなり、β−サイアロンの分解反応が進行して、Ｓｉが溶融するため、正常な窒化珪素質焼結体にならない。また、温度が1800℃を超えるとＡｌ３＋，Ｎ３−，Ｏ２−の置換固溶が進行し、固溶量ｚが１を超えやすくなり、熱伝導率が低下する。焼結が進行し、開気孔率が５％未満となった場合は、窒化珪素質焼結体中への窒素ガスの供給量が少なくなるため、300ｋＰａを超える窒素分圧であっても構わないし、1800℃以上の温度で焼成しても構わない。最終的には相対密度96％以上まで緻密化を進行させることで、高温における強度および熱伝導とも高い窒化珪素質焼結体からなる円錐台状の反応部材６ａ〜６ｄを得ることができる。
【００８８】
また、図２に示すような角錐台状の反応部材６ｅを得るには、単純形状である板状の窒化珪素質焼結体によって板状体61を上述のような方法で形成し、この板状体61同士を接合剤62により接合することで得られる。
【００８９】
なお、窒化珪素質焼結体において微細な結晶組織を得るには、焼成温度を1700℃以上1800℃未満にすればよい。また、真空雰囲気中にて昇温後、窒素分圧は150ｋＰａ以下とした方が経済的観点からも望ましい。より緻密化を促進するには、開気孔率が５％以下となった段階で200ＭＰａ以下のガス圧焼結処理または熱間等方加圧（ＨＩＰ）処理を施しても構わない。この場合、開気孔率１％以下で、相対密度が97％以上、さらには99％以上まで焼結を促進させた後に、ガス圧焼結処理または熱間等方加圧（ＨＩＰ）処理を施すことが好適である。
【００９０】
また、添加したＦｅ２Ｏ３粉末は焼成で主相であるβ−サイアロンと反応して、酸素成分を脱離し、Ｆｅの珪化物粒子を生成する。
【００９１】
そして、上述した製造方法で得られた筒状部材６を構成する複数の反応部材６ａ〜６ｄに対して、内筒研磨機等で内面を研磨することが好ましく、算術平均高さＲａを0.5μｍ以下とするとさらに好ましい。この算術平均高さＲａは、ＪＩＳ  Ｂ  0601−2001に準拠して測定することができる。このように反応部材６ａ〜６ｄを研磨することにより内面が平滑になり、アンカー効果の影響が抑制されるので、反応部材６ａ〜６ｄの内面に析出したシリコン５が落下しやすくなるため、シリコン５の捕集効率を上げることができる。
【００９２】
最後に、反応部材６ａ〜６ｄを下から反応部材６ｄ，６ｃ，６ｂ，６ａの順に積み重ねることにより、内面が下方に拡がって傾斜した筒状部材６を得ることができる。この筒状部材６は、例えば上側の反応部材６ａの内面に析出したシリコン５は下側の反応部材６ｂに接触しながら落下することがほとんどなく、そのまま鉛直方向に落下するため、下側の反応部材６ｂの損傷を抑制することができ、反応部材６ａ〜６ｄの損傷ばらつきが少ないことから筒状部材６の寿命を延ばすことができる。また、反応部材６ａ〜６ｄを交換する場合には、損傷が進んだ部位のみを取り替えればよいため、筒状部材６およびシリコン析出装置１の部品コストを削減することができる。
【００９３】
さらに、このように優れた筒状部材６が電磁波を発生させる加熱手段４を備えたシリコン析出用の反応槽３内に配置されている本発明のシリコン析出用装置１は、高純度のシリコン５を効率的かつ安価に製造することができるとともに、耐用性に優れた装置とすることができる。
【実施例】
【００９４】
以下、本発明の実施例について詳細を説明する。
【００９５】
（実施例１）
先ず、本発明の筒状部材６の作製を以下の手順で行なった。筒状部材６の形状として、試料１は、図１に示すような、複数の反応部材６ａ〜６ｄが上下に積み重なっているとともに、内面が下方に拡がって傾斜しているもの、試料２は、図３に示すような、上側の反応部材６ａの下面の内縁が下側の反応部材６ｂの上面の内縁より内側に位置しているもの、試料３は、図４に示すような、上側の反応部材６ａが下側の反応部材６ｂにかみ合わされているものとした。
【００９６】
窒化珪素質粉末（平均粒径Ｄ５０＝３μｍ，Ａｌ含有量は200ｐｐｍ，酸素含有量は0.9質量％），Ｙ２Ｏ３粉末（平均粒径Ｄ５０＝0.9μｍ），Ａｌ２Ｏ３粉末（平均粒径Ｄ５０＝0.5μｍ），ＳｉＯ２粉末（平均粒径Ｄ５０＝1.9μｍ）を所定量調合し、振動ミルを用いて72時間粉砕混合し、Ｄ９０＝1.5μｍの混合粉末からなるスラリーを作製した。次に、混合粉末100質量％に対してポリビニルアルコール（ＰＶＡ）を５質量％添加し、これを＃400のメッシュに通して異物を除去し、脱鉄器にて脱鉄した後、乾燥し、顆粒を得た。そして、この顆粒を冷間等方圧加圧法（ＣＩＰ）により各試料形状の成形体とし、必要に応じて切削加工を施した。そして、600℃の窒素雰囲気中でポリビニルアルコール（ＰＶＡ）を除去後、黒鉛抵抗発熱体を使用した焼成炉内に配置し、窒素分圧を110ｋＰａに維持した状態で、1750℃，15時間で焼成し、焼結体を得た。アルキメデス法にてこの焼結体の気孔率を測定した結果、気孔率はすべて２％以下となっていた。さらに、300ｋＰａの窒素中にて1800℃，５時間で再度焼成して、相対密度が97％以上の窒化珪素質焼結体からなり、反応部材６ａの最上面における内径が350ｍｍ、反応部材６ｄの最下面における内径が380ｍｍ、高さが850ｍｍの筒状部材６を得た。
【００９７】
なお、窒化珪素質焼結体を用いて形成した筒状部材６は、いずれも組成式Ｓｉ５．９２Ａｌ０．０８Ｏ０．０８Ｎ７．９２で表されるβ−サイアロンを主相とし、Ａｌ，Ｓｉ，Ｙの構成比率がそれぞれＡｌ２Ｏ３，ＳｉＯ２，Ｙ２Ｏ３換算でＡｌ２Ｏ３が２質量％，ＳｉＯ２が15質量％，残部が主としてＹ２Ｏ３であるＹ−Ａｌ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎからなる粒界相を、主相と粒界相とからなる焼結体に対して10体積％の範囲で含み、かつＦｅの珪化物粒子をＦｅ換算で焼結体に対して0.8質量％含む窒化珪素質焼結体から形成されたものである。
【００９８】
また、比較例として、一体に形成された円筒形状のカーボン製筒状部材を用意した。
【００９９】
これらの各筒状部材６をシリコン析出用装置１に配置し、加熱手段４によって筒状部材６を加熱して、筒状部材６の内面の温度がシリコン５の融点以上の温度である1500℃になるように保持し、次いで、シラン系ガスを原料ガス供給口２より反応槽３に供給し、併せて、筒状部材６の内面以外の表面にシリコン５が析出するのを防止するためにシールガス供給口10からシールガスである水素ガスを供給し、筒状部材６の加熱された内面にシラン系ガスを接触させてシリコン５を析出させた。
【０１００】
その結果、比較例は、溶融したシリコン５がカーボン製筒状部材の内面を沿ってカーボン製筒状部材の下方から落下するために下方の損傷が激しく、最初に交換が必要となった。これに対し、本発明の筒状部材６を用いた試料１〜３は、上側の反応部材に析出したシリコン５は、下側の反応部材の内面に接触しながら落下することがほとんどなく、そのまま鉛直方向に落下するため、各反応部材６ａ〜６ｄの損傷が少なく、また損傷のばらつきも小さくて、寿命が長かった。
【０１０１】
また、コストの面においても、比較例は、カーボン製筒状部材の下方は損傷が激しいものの上方は特に損傷が見られなかったが、部分的な交換ができないためにカーボン製筒状部材全体を交換しなければならなかった。これに対して、本発明の筒状部材６である試料１〜３は、いずれも損傷の進んだ反応部材６ａ〜６ｄのいずれかのみを取り替えればよいため、部品コストを削減できることが確認できた。さらに、比較例は、カーボン製筒状部材全体を交換しなければならないため、交換には多くの時間と労力を要したが、本発明の筒状部材６である試料１〜３は、損傷の進んだ反応部材６ａ〜６ｄのいずれかのみを交換すればよいので、短時間で容易に交換することができた。
【０１０２】
また、比較例のカーボン製筒状部材は、析出したシリコン５に炭素成分が含まれており、筒状部材の材料に起因してシリコン５の純度を低下させた。これに対し、本発明の筒状部材６である試料１〜３は、窒化珪素質焼結体からなるので、高温での熱伝導性および機械的特性に優れ、かつシリコン５の純度が低下する原因となる炭素成分を含まないため、純度が高いシリコン５を得ることができた。
【０１０３】
また、本発明の筒状部材６の試料１〜３を再度作製し、その内面を研磨した。なお、ＪＩＳ  Ｂ  0601−2001に準拠して測定した筒状部材６の内面の算術平均高さは0.45μｍであった。この内面を研磨した筒状部材６をシリコン析出用装置１に配置し、同様のシリコン５の析出を行なったところ、未研磨の試料１〜３に対してさらに寿命が延び、2000時間を超える稼働に耐えることができた。これは、内面が研磨されていることから、平滑になり、アンカー効果の影響が抑制されるので、反応部材６ａ〜６ｄの内面に析出していたシリコン５が落下しやすくなったことから損傷をさらに抑制できたことによると考えられる。
【０１０４】
以上により、このように優れた本発明の筒状部材６を配置したシリコン析出用装置１は、高純度のシリコン５を効率的かつ安価に製造することができるとともに、耐用性に優れた装置とすることが確認できた。
【図面の簡単な説明】
【０１０５】
【図１】本発明の筒状部材およびシリコン析出用装置の実施の形態の一例を示す、（ａ）は筒状部材およびシリコン析出用装置の断面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＳ部の拡大断面図である。
【図２】図１に示す反応部材の実施の形態の他の例を示す斜視図である。
【図３】本発明の筒状部材およびシリコン析出用装置の実施の形態の他の例を示す、（ａ）は筒状部材およびシリコン析出用装置の断面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＳ部の拡大断面図である。
【図４】本発明の筒状部材およびシリコン析出用装置の実施の形態の他の例を示す、（ａ）は筒状部材およびシリコン析出用装置の断面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＳ部の拡大断面図である。
【図５】（ａ）および（ｂ）は、それぞれ本発明の筒状部材およびシリコン析出用装置の実施の形態の他の例を示す断面図である。
【図６】本発明の筒状部材およびシリコン析出用装置の実施の形態の他の例を示す断面図である。
【図７】従来のシリコン析出用装置の主要部を示す概念図である。
【図８】従来の筒状部材を示す斜視図である。
【符号の説明】
【０１０６】
１：シリコン析出用装置
２：原料ガス供給口
３：反応槽
４：加熱手段
５：シリコン
６：筒状部材
６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ，６ｅ：反応部材
７：隔壁部材
７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ：隔壁部材
８：回収部
９：排ガス出口
10：シールガス供給口
【図１】
2008184349.tif 000003
【図２】
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【図３】
2008184349.tif 000005
【図４】
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【図５】
2008184349.tif 000007
【図６】
2008184349.tif 000008
【図７】
2008184349.tif 000009
【図８】
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