JP2010254561A - Polycrystalline silicon manufacturing apparatus and method for manufacturing the same - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress the formation of a silicon film to the inside face of a viewing window, and to effectively maintain the function as that of a viewing window during manufacturing of polycrystal silicon. <P>SOLUTION: The outside face of the wall 3a of a reaction furnace wherein polycrystal silicon is precipitated by the reaction of gaseous starting materials is fixed with one edge of a sleeve 23 communicating with an opening part 21 formed at the wall 3a. The other edge of the sleeve 23 is provided with a window plate 25 which clogs the edge part and further can observe the inside of the reaction furnace via the opening part 21, and the sleeve 23 is connected with a gaseous hydrogen feeding system 34 feeding gaseous hydrogen to the inside of the sleeve 23. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、反応炉内で原料ガスを反応させて多結晶シリコンを析出させる多結晶シリコン製造装置に係り、その反応炉の内部を観察可能な覗き窓が設けられた多結晶シリコン製造装置及び多結晶シリコン製造方法に関する。   The present invention relates to a polycrystalline silicon manufacturing apparatus in which a raw material gas is reacted in a reaction furnace to deposit polycrystalline silicon, and the polycrystalline silicon manufacturing apparatus provided with a viewing window capable of observing the inside of the reaction furnace, The present invention relates to a method for producing crystalline silicon.

この種の多結晶シリコン製造装置としては、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製造装置による製造では、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混合ガスからなる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円柱状に析出させる方法である。   As this type of polycrystalline silicon manufacturing apparatus, a manufacturing apparatus based on the Siemens method is known. In the production using this polycrystalline silicon production apparatus, a large number of silicon core rods serving as seed rods are placed in a reaction furnace and heated, and a raw material gas comprising a mixed gas containing chlorosilane gas and hydrogen gas in the reaction furnace. Is supplied, is brought into contact with a heated silicon core rod, and polycrystalline silicon generated by thermal decomposition of the source gas and hydrogen reduction is deposited on the surface thereof in a columnar shape.

このような多結晶シリコン製造装置では、反応中の炉内状況を観察するために、反応炉の壁に覗き窓が設けられている。この覗き窓は、例えば特許文献1又は特許文献2に記載されているように、反応炉のジャケット構造の壁を貫通するように筒体が固着され、その筒体の端部に窓板が設けられた構成とされている。そして、反応炉の側方に光高温計を設置し、覗き窓を介して反応炉内の多結晶シリコンの表面温度を計測することができるようになっている。
また、特許文献3記載の覗き窓の構造では、ジャケットにより二重構造とされた内側炉壁の開口部と外側炉壁の開口部とに、それぞれ窓板を取り付けた二重構造とし、両窓板の間に冷却水が流通できるようになっている。
In such a polycrystalline silicon manufacturing apparatus, a viewing window is provided on the wall of the reaction furnace in order to observe the state in the furnace during the reaction. For example, as described in Patent Document 1 or Patent Document 2, the viewing window has a cylindrical body fixed so as to pass through the wall of the reactor jacket structure, and a window plate is provided at the end of the cylindrical body. It is set as the structure. An optical pyrometer is installed on the side of the reaction furnace, and the surface temperature of the polycrystalline silicon in the reaction furnace can be measured through the viewing window.
Moreover, in the structure of the viewing window described in Patent Document 3, a double structure in which a window plate is attached to each of an opening portion of the inner furnace wall and an opening portion of the outer furnace wall that are double-structured by a jacket is provided. Cooling water can be circulated between the plates.

特表2002−508294号公報Special Table 2002-508294 特開2003−40612号公報JP 2003-40612 A 特許第3749471号公報Japanese Patent No. 3749471

ところで、反応炉内には、未反応の原料ガスや副生成物である四塩化珪素、塩酸ガス、ポリマー化合物、反応中に発生したシリコン粉末等(これらをプロセスガスと称す)が充満しており、これらプロセスガス中に含まれるポリマーが覗き窓の内面に付着することで結露し、反応熱によりシリコン膜化し易い。このシリコン膜は不透明であるため、その成長が進行すると、多結晶シリコンの製造途中で内部観察ができなくなってしまうという問題がある。   By the way, the reactor is filled with unreacted raw material gas and by-products such as silicon tetrachloride, hydrochloric acid gas, polymer compound, silicon powder generated during the reaction, etc. (these are called process gases). The polymer contained in these process gases is condensed by adhering to the inner surface of the viewing window, and is easily formed into a silicon film by reaction heat. Since this silicon film is opaque, there is a problem that when the growth proceeds, internal observation becomes impossible during the production of polycrystalline silicon.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、覗き窓の内面へのシリコン膜の形成を抑制し、多結晶シリコンの製造中に覗き窓としての機能を有効に維持させることができる多結晶シリコン製造装置及び多結晶シリコン製造方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and can suppress the formation of a silicon film on the inner surface of the viewing window, and can effectively maintain the function as the viewing window during the production of polycrystalline silicon. An object is to provide a polycrystalline silicon manufacturing apparatus and a polycrystalline silicon manufacturing method.

本発明の多結晶シリコン製造装置は、原料ガスの反応により多結晶シリコンが析出される反応炉の壁の外面に、該壁に形成した開口部に連通するスリーブの一端が固定され、該スリーブの他端に、その端部を閉塞するとともに前記開口部を介して反応炉内を目視可能な窓板が設けられ、前記スリーブに、該スリーブの内部に水素ガスを供給する水素ガス供給系が接続されていることを特徴とする。   In the polycrystalline silicon production apparatus of the present invention, one end of a sleeve communicating with the opening formed in the wall is fixed to the outer surface of the reaction furnace wall where the polycrystalline silicon is deposited by the reaction of the raw material gas. The other end is provided with a window plate that closes the end and allows the inside of the reactor to be visually observed through the opening, and is connected to the sleeve with a hydrogen gas supply system that supplies hydrogen gas into the sleeve. It is characterized by being.

この多結晶シリコン製造装置では、スリーブ内に水素ガスを供給することにより、スリーブ内を水素ガスで充満させるとともに、スリーブから反応炉内に向かう水素ガスの流れを形成し、反応炉内のプロセスガス中のポリマーがスリーブ内に侵入して窓板内面に到達することを抑制することができる。この水素ガスは、多結晶シリコン製造の原料ガスの一部として用いられ、また反応後のプロセスガス中にも含まれるものであるから、反応炉内に混入しても多結晶シリコンの製造及びその後の排ガスの処理には支障がない。また、この水素ガスの供給により、窓板の内面は冷却されるので、窓板のための特別の冷却手段を設ける必要はない。   In this polycrystalline silicon manufacturing apparatus, by supplying hydrogen gas into the sleeve, the sleeve is filled with hydrogen gas, and a flow of hydrogen gas from the sleeve toward the reactor is formed, so that process gas in the reactor is formed. It is possible to suppress the polymer inside from entering the sleeve and reaching the inner surface of the window plate. This hydrogen gas is used as a part of the raw material gas for the production of polycrystalline silicon, and is also contained in the process gas after the reaction. There is no problem in the treatment of exhaust gas. Moreover, since the inner surface of the window plate is cooled by the supply of the hydrogen gas, it is not necessary to provide a special cooling means for the window plate.

本発明の多結晶シリコン製造装置において、前記スリーブは、その内径が長さの10〜20%の範囲内に設定されているとよい。
この場合、スリーブの長さとしては150mm程度、あるいはそれ以上あればよい。
スリーブをこのような寸法設定としたことにより、プロセスガス中のポリマーの侵入防止に必要な量の水素ガスを供給する手段として、一般的なコンプレッサー等を用いた水素ガス供給系とすることができる。水素ガスの供給量としては例えば50リットル/分以上が好ましい。
In the polycrystalline silicon manufacturing apparatus of the present invention, the sleeve may have an inner diameter set in a range of 10 to 20% of the length.
In this case, the length of the sleeve may be about 150 mm or more.
By setting the sleeve to such a dimension, a hydrogen gas supply system using a general compressor or the like can be used as means for supplying a hydrogen gas in an amount necessary for preventing the polymer from entering the process gas. . The supply amount of hydrogen gas is preferably 50 liters / minute or more, for example.

また、本発明の多結晶シリコン製造装置において、前記スリーブの長さ方向の途中位置に、内部空間を開閉するバルブが設けられているとよい。
覗き窓から内部を監視しないときは、バルブを閉じた状態としておくことにより、水素ガスの供給を停止しておくことが可能である。
In the polycrystalline silicon manufacturing apparatus of the present invention, a valve that opens and closes the internal space may be provided at a midway position in the length direction of the sleeve.
When the inside is not monitored from the viewing window, the supply of hydrogen gas can be stopped by keeping the valve closed.

また、本発明の多結晶シリコン製造装置において、前記反応炉の壁と前記スリーブとの固定部分を囲むようにリング状のジャケットが設けられ、該ジャケットに冷却水を流通させる冷却水供給系が接続されている構成としてもよい。   Further, in the polycrystalline silicon manufacturing apparatus of the present invention, a ring-shaped jacket is provided so as to surround a fixed portion between the reactor wall and the sleeve, and a cooling water supply system for circulating cooling water is connected to the jacket. It is good also as the structure currently made.

この多結晶シリコン製造装置では、反応炉の壁に近いスリーブの一端側が冷却されるので、窓板への熱の影響をより軽減することができる。   In this polycrystalline silicon manufacturing apparatus, since the one end side of the sleeve close to the wall of the reactor is cooled, the influence of heat on the window plate can be further reduced.

また、本発明の多結晶シリコン製造方法は、反応炉の壁の外面に、該壁に形成した開口部に連通するスリーブの一端を固定し、該スリーブの他端に、その端部を閉塞するとともに前記開口部を介して反応炉内を観察可能な窓板を設けておき、前記スリーブに接続した水素ガス供給系からスリーブの内部に水素ガスを供給しながら、前記反応炉内に原料ガスを供給して多結晶シリコンを析出することを特徴とする。
スリーブ内に水素ガスを供給することにより、窓板からの視界を良好に維持できるので、反応炉内部を外部から観察し、また必要箇所の温度を正確に計測しながら、原料ガスの供給量等を適切に制御して、所望の多結晶シリコンを得ることができる。
In the method for producing polycrystalline silicon according to the present invention, one end of a sleeve communicating with an opening formed in the wall is fixed to the outer surface of the reactor wall, and the end is closed at the other end of the sleeve. In addition, a window plate capable of observing the inside of the reaction furnace through the opening is provided, and the raw material gas is introduced into the reaction furnace while supplying hydrogen gas into the sleeve from a hydrogen gas supply system connected to the sleeve. Supplying and depositing polycrystalline silicon is characterized.
By supplying hydrogen gas into the sleeve, the visibility from the window plate can be maintained well, so the inside of the reactor is observed from the outside and the temperature of the required part is accurately measured, while the supply amount of raw material gas, etc. The desired polycrystalline silicon can be obtained by appropriately controlling the above.

本発明によれば、スリーブ内に水素ガスを供給することにより、反応炉内のプロセスガス中のポリマーがスリーブ内に侵入して窓板内面に付着することでシリコン膜が形成されることを抑制することができるので、多結晶シリコンの製造中、窓板の透過率を良好に維持して、反応炉内を正確に監視することができる。しかも、この水素ガスは、多結晶シリコン製造の原料ガスの一部として用いられ、また反応後のプロセスガス中にも含まれるものであるから、反応炉内に混入しても多結晶シリコンの製造やその後の排ガスの処理には支障がない。また、この水素ガスの供給により、窓板の内面は冷却されるので、特別の冷却手段を設ける必要はなく、装置構造を単純にして、メンテナンスを容易にすることができる。   According to the present invention, by supplying hydrogen gas into the sleeve, the polymer in the process gas in the reaction furnace is prevented from entering the sleeve and sticking to the inner surface of the window plate to form a silicon film. Therefore, the inside of the reaction furnace can be accurately monitored while maintaining the transmittance of the window plate during the production of polycrystalline silicon. Moreover, since this hydrogen gas is used as a part of the raw material gas for the production of polycrystalline silicon and is also included in the process gas after the reaction, the production of polycrystalline silicon even if mixed in the reaction furnace. There is no problem in the treatment of exhaust gas after that. Further, since the inner surface of the window plate is cooled by the supply of the hydrogen gas, it is not necessary to provide a special cooling means, and the apparatus structure can be simplified and maintenance can be facilitated.

本発明に係る多結晶シリコン製造装置の一実施形態を示す一部を破断した全体斜視図である。It is the whole perspective view which fractured | ruptured one part which shows one Embodiment of the polycrystalline-silicon manufacturing apparatus which concerns on this invention. 図1における覗き窓ユニットの部分を拡大して示した縦断面図である。It is the longitudinal cross-sectional view which expanded and showed the part of the observation window unit in FIG. 覗き窓ユニットを反応炉の外面の法線に対して水平方向に傾斜させて取り付けた例を示す横断面図である。It is a cross-sectional view showing an example in which the observation window unit is attached while being inclined in the horizontal direction with respect to the normal line of the outer surface of the reaction furnace.

以下、本発明の一実施形態を図面を参照しながら説明する。
図1は本実施形態の多結晶シリコン製造装置の全体を示す図であって、該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。
そして、底板部2に、多結晶シリコンによって形成されたシリコン芯棒4が取り付けられる複数対の電極5と、原料ガスを炉内に噴出するための噴出ノズル6と、反応後のガスを炉外に排出するためのガス排出口7とがそれぞれ複数設けられている。これら噴出ノズル6は、反応炉1の外部の原料ガス供給系8に接続されている。また、ガス排出口7は、底板部2の上の外周部付近に周方向に適宜の間隔をあけて複数設置され、外部のガス処理系9に接続されている。各電極5は外部の電源部10に接続状態とされている。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram showing the entire polycrystalline silicon production apparatus of this embodiment. A reaction furnace 1 of the polycrystalline silicon production apparatus includes a bottom plate portion 2 constituting a furnace bottom, and desorption on the bottom plate portion 2. A bell-shaped bell jar 3 attached freely is provided.
Then, a plurality of pairs of electrodes 5 to which a silicon core rod 4 formed of polycrystalline silicon is attached to the bottom plate portion 2, an ejection nozzle 6 for ejecting a raw material gas into the furnace, and a gas after reaction outside the furnace A plurality of gas discharge ports 7 are provided for discharging the gas. These ejection nozzles 6 are connected to a source gas supply system 8 outside the reaction furnace 1. In addition, a plurality of gas discharge ports 7 are installed in the vicinity of the outer peripheral portion on the bottom plate portion 2 with appropriate intervals in the circumferential direction, and are connected to an external gas processing system 9. Each electrode 5 is connected to an external power supply unit 10.

また、シリコン芯棒4は、下端部が電極5内に差し込まれた状態に固定されることにより、上方に延びて立設されており、そのうちの二本ずつを対として上端部で1本の短尺の連結部材12によって連結されることにより、全体として逆U字又はΠ字状となるようにシード組み立て体13を構築している。これらシード組み立て体13は、電極5が反応炉1の中心から概略同心円状に配置されていることにより、全体としてほぼ同心円状に配置されている。
また、反応炉1の底板部2及びベルジャ3の壁はジャケット構造とされ、内部に熱媒体を流通させる流路14が形成され、該流路14に、冷却水等を流通させる熱媒体供給系15が接続されている。
Moreover, the silicon | silicone core stick | rod 4 is standingly extended and extended by fixing the state in which the lower end part was inserted in the electrode 5, Two of them are made into a pair, and one piece is set by the upper end part. By being connected by the short connecting member 12, the seed assembly 13 is constructed so as to have an inverted U-shape or hook shape as a whole. These seed assemblies 13 are arranged substantially concentrically as a whole by arranging the electrodes 5 substantially concentrically from the center of the reaction furnace 1.
Further, the bottom plate portion 2 and the wall of the bell jar 3 of the reaction furnace 1 have a jacket structure, and a flow path 14 for circulating a heat medium is formed therein, and a heat medium supply system for circulating cooling water or the like in the flow path 14. 15 is connected.

そして、反応炉1のベルジャ3の壁3aに、炉内に連通する開口部21がベルジャ3の壁3aの半径外方から半径内方に向けて漸次内径を拡大するテーパ状に形成され、該開口部21に覗き窓ユニット22が取り付けられている。この覗き窓ユニット22は、図2に示すように、開口部21に連通してベルジャ3の壁3aから突出するスリーブ23と、該スリーブ23とベルジャ3の壁3aとの間を囲むリング状ハウジング24と、スリーブ23の突出側の先端に設けられた窓板25とを有する構成とされている。
スリーブ23は、一端がベルジャ3の壁3aに固定されて、この壁3aから垂直に立設されており、その内径がベルジャ3の壁3aの開口部21の内径よりも小さく形成され、その突出端部(他端)には、フランジ26が一体に形成されている。
リング状ハウジング24は、スリーブ23よりも大径の外側筒体27と、該外側筒体27の両端に固定される一対のリング状側板28とにより、スリーブ23の一端部の回りにリング状の流路29を形成しており、そのリング状の流路29に冷却水を流通させる冷却水供給系30が接続されている。
Then, an opening 21 communicating with the inside of the reactor is formed in a taper shape that gradually increases the inner diameter from the outside of the wall 3a of the bell jar 3 toward the inside of the radius. A viewing window unit 22 is attached to the opening 21. As shown in FIG. 2, the viewing window unit 22 includes a sleeve 23 that communicates with the opening 21 and protrudes from the wall 3 a of the bell jar 3, and a ring-shaped housing that surrounds the sleeve 23 and the wall 3 a of the bell jar 3. 24 and a window plate 25 provided at the tip of the sleeve 23 on the protruding side.
One end of the sleeve 23 is fixed to the wall 3a of the bell jar 3 and is erected vertically from the wall 3a. The inner diameter of the sleeve 23 is smaller than the inner diameter of the opening 21 of the wall 3a of the bell jar 3. A flange 26 is integrally formed at the end (the other end).
The ring-shaped housing 24 is formed in a ring shape around one end portion of the sleeve 23 by an outer cylindrical body 27 having a diameter larger than that of the sleeve 23 and a pair of ring-shaped side plates 28 fixed to both ends of the outer cylindrical body 27. A flow path 29 is formed, and a cooling water supply system 30 for circulating the cooling water is connected to the ring-shaped flow path 29.

窓板25は、透明なガラス等により円形板状に形成されている。そして、スリーブ23の先端のフランジ26に、シールリング31を介して窓板25が当接され、該窓板25の外面にさらにシールリング31を介してリング枠32が当接され、該リング枠32とフランジ26とがねじ(図示略)等によって固定されることにより、これらの間に窓板25が挟持される構成である。
また、スリーブ23の長さ方向の途中位置に、その内部空間23aに連通する管33が垂直に固定され、該管33に水素ガス供給系34が接続されている。さらに、この管33の接続部分と窓板25との間でスリーブ23の内部空間23aの途中位置を開閉するボールバルブ等のバルブ35が設けられている。
なお、符号36は覗き窓ユニット22を介して反応炉1の内部を監視する光高温計(パイロスコープ)を示している。
The window plate 25 is formed in a circular plate shape using transparent glass or the like. Then, the window plate 25 is brought into contact with the flange 26 at the tip of the sleeve 23 via the seal ring 31, and the ring frame 32 is further brought into contact with the outer surface of the window plate 25 via the seal ring 31. 32 and the flange 26 are fixed by screws (not shown) or the like, so that the window plate 25 is sandwiched between them.
Further, a pipe 33 communicating with the internal space 23 a is fixed vertically at an intermediate position in the length direction of the sleeve 23, and a hydrogen gas supply system 34 is connected to the pipe 33. Further, a valve 35 such as a ball valve is provided between the connecting portion of the tube 33 and the window plate 25 to open and close the middle position of the internal space 23 a of the sleeve 23.
In addition, the code | symbol 36 has shown the optical pyrometer (pyroscope) which monitors the inside of the reaction furnace 1 through the observation window unit 22. FIG.

次に、このように構成した多結晶シリコン製造装置を用いて多結晶シリコンを製造する方法について説明する。
反応炉1内に立設されている各シリコン芯棒4に電源部10からそれぞれ通電するなどにより、これらシリコン芯棒4を発熱させるとともに、原料ガス供給系8からトリクロロシランと水素ガスとを含む原料ガスを供給して噴出ノズル6から炉内に噴出すると、その原料ガスがシリコン芯棒4の表面上に多結晶シリコンを析出し、その径を徐々に大きくして円柱状のシリコンロッドとして成長する。供給される原料ガスは、例えば11.8〜12.4cmの外径のシリコンロッドを得るために、114〜119時間の反応時間内に、トリクロロシランが216〜228ton、水素ガスが273000〜288000m供給される。
この多結晶シリコンの製造時に、バルブ35を開放状態として、シリコン芯棒4の発熱状態及び多結晶シリコンの成長状態を覗き窓ユニット22の窓板25を介して光高温計36によって計測しながら監視する。
Next, a method for manufacturing polycrystalline silicon using the thus configured polycrystalline silicon manufacturing apparatus will be described.
These silicon core rods 4 are heated by energizing each silicon core rod 4 standing in the reaction furnace 1 from the power supply unit 10, and contain trichlorosilane and hydrogen gas from the raw material gas supply system 8. When the raw material gas is supplied and ejected from the ejection nozzle 6 into the furnace, the raw material gas deposits polycrystalline silicon on the surface of the silicon core rod 4, and its diameter is gradually increased to grow as a cylindrical silicon rod. To do. For example, in order to obtain a silicon rod having an outer diameter of 11.8 to 12.4 cm, the raw material gas to be supplied is 216 to 228 tons of trichlorosilane and 273,000 to 288000 m 3 of hydrogen gas within a reaction time of 114 to 119 hours. Supplied.
During the production of the polycrystalline silicon, the valve 35 is opened, and the heat generation state of the silicon core rod 4 and the growth state of the polycrystalline silicon are monitored while being measured by the optical pyrometer 36 through the window plate 25 of the viewing window unit 22. To do.

この実施形態の多結晶シリコン製造装置においては、バルブ35を開放状態とする前又はバルブ35の開放と同時に、覗き窓ユニット22のスリーブ23内に図2の実線矢印で示すように水素ガス供給系34から常温の水素ガスを供給する。この水素ガスを供給することにより、水素ガスがスリーブ23内に充満するとともに、破線矢印Aで示すようにスリーブ23から開口部21を通じて反応炉1内に流れ込む。一方、反応炉1内には、プロセスガスとして、未反応の原料ガスとともに、副生成物として生じる四塩化珪素、塩酸ガス、ポリマー化合物やシリコン粉末が充満しているが、開口部21の部分においては、覗き窓ユニット22のスリーブ23から水素ガスが流れ出ているので、反応炉1内のプロセスガス中のポリマーが開口部21からスリーブ23内に侵入しようとすると水素ガスによって押し戻され、スリーブ23の奥に配置される窓板25に到達することはなく、スリーブ23内の大部分が水素ガス雰囲気に維持される。   In the polycrystalline silicon manufacturing apparatus of this embodiment, before the valve 35 is opened or simultaneously with the opening of the valve 35, the hydrogen gas supply system is shown in the sleeve 23 of the viewing window unit 22 as indicated by the solid line arrow in FIG. A hydrogen gas at room temperature is supplied from 34. By supplying this hydrogen gas, the hydrogen gas is filled into the sleeve 23 and flows into the reactor 1 from the sleeve 23 through the opening 21 as indicated by the broken arrow A. On the other hand, the reaction furnace 1 is filled with silicon tetrachloride, hydrochloric acid gas, polymer compound, and silicon powder generated as by-products as process gas as well as unreacted raw material gas. Since the hydrogen gas flows out from the sleeve 23 of the observation window unit 22, the polymer in the process gas in the reaction furnace 1 is pushed back by the hydrogen gas when trying to enter the sleeve 23 from the opening 21. It does not reach the window plate 25 disposed in the back, and most of the inside of the sleeve 23 is maintained in a hydrogen gas atmosphere.

したがって、覗き窓ユニット22の窓板25にシリコン膜が形成されることを抑制して、該窓板25の透過性を良好に維持することができ、光高温計36からの計測を正確に行うことができ、ひいては、多結晶シリコンの製造管理を容易にして高品質の多結晶シリコンを製造することができる。
スリーブ23に供給する常温の水素ガスの量は、長さLが150〜310mm、内径が長さの10〜20%の範囲のスリーブ23においては、約40〜100リットル/分、好ましくは50〜65リットル/分とされる。
この程度の供給量であれば、前述した反応炉内に原料ガスの一部として供給される水素ガスの量に比べて相当少ないので、多結晶シリコンの析出に影響を与えることはない。
Therefore, it is possible to suppress the silicon film from being formed on the window plate 25 of the viewing window unit 22 and maintain the transparency of the window plate 25, and to accurately perform the measurement from the optical pyrometer 36. As a result, production control of polycrystalline silicon can be facilitated to produce high quality polycrystalline silicon.
The amount of normal-temperature hydrogen gas supplied to the sleeve 23 is about 40 to 100 liters / minute, preferably 50 to 50 for the sleeve 23 having a length L of 150 to 310 mm and an inner diameter in the range of 10 to 20%. 65 liters / minute.
With such a supply amount, it is considerably smaller than the amount of hydrogen gas supplied as a part of the source gas into the reaction furnace described above, and thus does not affect the precipitation of polycrystalline silicon.

また、前述の特許文献3記載の覗き窓においては、窓板に冷却水を接触させるようにしていたが、本実施形態の覗き窓ユニットにおいては、窓板25がスリーブ23の突出側の端部に設けられて、開口部21内の熱源から離間させられているとともに、スリーブ23内に外部から供給される水素ガスが図2の破線矢印Bで示すように窓板25に接触することから、該水素ガスによって窓板25も冷却される。したがって、窓板25のための特別の冷却手段を設ける必要はない。しかも開口部21の回りに設けたリング状ハウジング24内に冷却水が流通しているので、窓板25への熱の影響をさらに小さくすることができる。   Further, in the viewing window described in Patent Document 3, the cooling water is brought into contact with the window plate. However, in the viewing window unit of the present embodiment, the window plate 25 is an end portion on the protruding side of the sleeve 23. Since the hydrogen gas supplied from the outside into the sleeve 23 comes into contact with the window plate 25 as shown by the broken line arrow B in FIG. The window plate 25 is also cooled by the hydrogen gas. Therefore, it is not necessary to provide special cooling means for the window plate 25. Moreover, since the cooling water circulates in the ring-shaped housing 24 provided around the opening 21, the influence of heat on the window plate 25 can be further reduced.

以上のような覗き窓ユニット22において、スリーブ23の長さLは、短いと、窓板25から反応炉1内部を覗く際の視野は広くなるが、反応炉1内部との距離が近くなるため、水素ガスによる窓板25の冷却効果が低く、ポリマーが窓板25に付着し易くなる。また、Lが長すぎると、ポリマーは窓板25に付着しにくくなるが、反応炉1内部からの距離が長くなる分、視野は狭くなる。
表1は、スリーブ23の長さL、内径Dを変えて、所定量の水素ガスを管33から供給しながら窓板25へのポリマーの付着の有無を目視観察した結果を示している。この場合、バルブ35は観察中、連続して開状態に維持した。表1中、実施例1〜5及び比較例1では、スリーブ23を反応炉1の外面の法線に沿って設けたが、実施例6では、図3に示すように、反応炉1の外面の法線に対して水平方向に20°の傾斜角度θでスリーブ23を取り付けたものである。この図3中の各要素には図1及び図2に示す実施形態のものと同じ符号を付している。
In the viewing window unit 22 as described above, if the length L of the sleeve 23 is short, the field of view when looking into the reaction furnace 1 from the window plate 25 is widened, but the distance from the reaction furnace 1 is short. Further, the cooling effect of the window plate 25 by hydrogen gas is low, and the polymer easily adheres to the window plate 25. On the other hand, if L is too long, the polymer is difficult to adhere to the window plate 25, but the field of view is narrowed as the distance from the inside of the reactor 1 increases.
Table 1 shows the result of visually observing whether or not the polymer adheres to the window plate 25 while changing the length L and the inner diameter D of the sleeve 23 and supplying a predetermined amount of hydrogen gas from the pipe 33. In this case, the valve 35 was continuously kept open during the observation. In Table 1, in Examples 1 to 5 and Comparative Example 1, the sleeve 23 was provided along the normal line of the outer surface of the reaction furnace 1, but in Example 6, as shown in FIG. The sleeve 23 is attached at an inclination angle θ of 20 ° in the horizontal direction with respect to the normal line. Each element in FIG. 3 is given the same reference numeral as that of the embodiment shown in FIGS.

Figure 2010254561
Figure 2010254561

この表1からわかるように、いずれも観察開始後2日程度では窓板へのポリマー付着は認められなかったが、比較例1においては、スリーブの内径Dに対してスリーブの長さLが短いため、3日後でポリマー付着が認められた。また、各実施例については、その後反応を約5日間まで継続して観察したところ、表1の実施例1,2,4,5,6については窓板25へのポリマー付着は確認されず、炉内を良好に観察できた。他の実施例と比べて水素ガス流量が少ない実施例3については、約5日間後にわずかにポリマー付着は認められたものの、視界が遮られるほどではなく、反応炉の内部は観察することができた。なお、実施例6のように反応炉に対して傾斜させてスリーブを取り付けると、反応炉1内部の監視位置を変えることができ、また、法線に沿って設けたスリーブと組み合わせて使用すれば、より監視範囲も広がることから、監視によって得られる情報量も多くなる。   As can be seen from Table 1, no polymer adhesion to the window plate was observed in about 2 days after the start of observation, but in Comparative Example 1, the sleeve length L was shorter than the sleeve inner diameter D. Therefore, polymer adhesion was observed after 3 days. In addition, for each example, when the reaction was continuously observed for about 5 days thereafter, polymer adhesion to the window plate 25 was not confirmed for Examples 1, 2, 4, 5, and 6 in Table 1, The inside of the furnace could be observed well. In Example 3, where the hydrogen gas flow rate is lower than in the other examples, although slight polymer adhesion was observed after about 5 days, the view was not obstructed and the inside of the reactor could be observed. It was. In addition, if the sleeve is attached to the reactor in a tilted manner as in Example 6, the monitoring position inside the reactor 1 can be changed, and if used in combination with a sleeve provided along the normal line Since the monitoring range is further expanded, the amount of information obtained by monitoring increases.

以上の結果から、覗き窓ユニット22の機能を有効に発揮させるには、スリーブ23としては、その長さLが150mm程度あるいはそれ以上が好ましく、その場合の内径Dは、長さの10%〜20%が好ましい。例えば、長さが150〜300mmで、15mm〜60mmの内径に設定される。スリーブ23の内部容量をこの程度に設定することにより、プロセスガス中のポリマーの侵入防止に必要な量の水素ガスを供給する手段として、一般的なポンプ等を用いた水素ガス供給系34とすることができる。この場合、水素ガスの供給量は50リットル/分以上とされる。
監視作業が終了したら、バルブ35を閉じた状態とするとともに、水素ガス供給系34からの水素ガスの供給を遮断する。
From the above results, the length L of the sleeve 23 is preferably about 150 mm or more in order to effectively exhibit the function of the viewing window unit 22, and the inner diameter D in that case is 10% to 10% of the length. 20% is preferred. For example, the length is 150 to 300 mm, and the inner diameter is set to 15 to 60 mm. By setting the internal capacity of the sleeve 23 to this level, a hydrogen gas supply system 34 using a general pump or the like is used as means for supplying a hydrogen gas in an amount necessary for preventing the polymer from entering the process gas. be able to. In this case, the supply amount of hydrogen gas is 50 liters / minute or more.
When the monitoring operation is completed, the valve 35 is closed and the supply of hydrogen gas from the hydrogen gas supply system 34 is shut off.

以上説明したような覗き窓ユニット22を反応炉1に設けたことにより、多結晶シリコンを製造する際に、覗き窓ユニット22のスリーブ23内に水素ガスを供給することにより、窓板25からの視界を良好に維持できるので、反応炉1の内部を外部から観察し、また必要箇所の温度を正確に計測することができ、これにより、原料ガスの供給量等を適切に制御して、所望の多結晶シリコンを得ることができる。   By providing the viewing window unit 22 as described above in the reaction furnace 1, by supplying hydrogen gas into the sleeve 23 of the viewing window unit 22 when producing polycrystalline silicon, Since the field of view can be maintained well, the inside of the reactor 1 can be observed from the outside, and the temperature of the necessary part can be accurately measured, thereby appropriately controlling the supply amount of the raw material gas and the like. The polycrystalline silicon can be obtained.

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、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、覗き窓ユニットを反応炉の壁に固定状態に設けておいてもよいし、反応炉の壁からスタッドボルトを立設し、該スタッドボルトに着脱可能に取り付ける構成としてもよい。その場合、反応炉の壁との間にヒンジを介して取り付けて回動可能な構造としてもよい。また、バルブは管と窓板との間に設けたが、スリーブの長さの範囲のいずれかに設ければよい。
また、図3ではスリーブを反応炉の外面の法線方向に対して水平方向に傾斜するように取り付けたが、上下方向に傾斜させて取り付けてもよく、反応炉内部の監視すべき領域に応じた向き及び角度で設置すればよい。また、反応炉の周囲の複数箇所に覗き窓ユニットを設置し、異なる位置からの炉内観察を行うことで情報量の収集を増やすことができる。
In addition, this invention is not limited to the said embodiment, A various change can be added in the range which does not deviate from the meaning of this invention.
For example, the viewing window unit may be provided in a fixed state on the wall of the reaction furnace, or a stud bolt may be erected from the wall of the reaction furnace and detachably attached to the stud bolt. In that case, it is good also as a structure which can be attached and rotated via the hinge between the walls of a reaction furnace. Further, although the valve is provided between the tube and the window plate, it may be provided in any one of the length ranges of the sleeve.
In FIG. 3, the sleeve is attached so as to incline in the horizontal direction with respect to the normal direction of the outer surface of the reactor. However, the sleeve may be attached in an up and down direction depending on the area to be monitored in the reactor. It may be installed at the right angle and angle. In addition, it is possible to increase the amount of information collected by installing observation windows at a plurality of locations around the reactor and observing the inside of the reactor from different positions.

1 反応炉
2 底板部
3 ベルジャ
3a 壁
4 シリコン芯棒
5 電極
6 噴出ノズル
7 ガス排出口
8 原料ガス供給系
9 ガス処理系
10 電源部
12 連結部材
13 シード組み立て体
21 開口部
22 覗き窓ユニット
23 スリーブ
24 リング状ハウジング
25 窓板
29 流路
30 冷却水供給系
34 水素ガス供給系
35 バルブ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Reaction furnace 2 Bottom plate part 3 Belger 3a Wall 4 Silicon core stick 5 Electrode 6 Injection nozzle 7 Gas exhaust port 8 Raw material gas supply system 9 Gas processing system 10 Power supply part 12 Connecting member 13 Seed assembly 21 Opening part 22 Viewing window unit 23 Sleeve 24 Ring-shaped housing 25 Window plate 29 Flow path 30 Cooling water supply system 34 Hydrogen gas supply system 35 Valve

Claims (5)

原料ガスの反応により多結晶シリコンが析出される反応炉の壁の外面に、該壁に形成した開口部に連通するスリーブの一端が固定され、該スリーブの他端に、その端部を閉塞するとともに前記開口部を介して反応炉内を観察可能な窓板が設けられ、前記スリーブに、該スリーブの内部に水素ガスを供給する水素ガス供給系が接続されていることを特徴とする多結晶シリコン製造装置。   One end of a sleeve communicating with the opening formed in the wall is fixed to the outer surface of the reactor wall where polycrystalline silicon is deposited by the reaction of the raw material gas, and the end is closed at the other end of the sleeve. And a window plate capable of observing the inside of the reaction furnace through the opening, and a hydrogen gas supply system for supplying hydrogen gas to the inside of the sleeve is connected to the sleeve. Silicon manufacturing equipment. 前記スリーブは、その内径が長さの10〜20%の範囲内に設定され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。   The polycrystalline silicon manufacturing apparatus according to claim 1, wherein an inner diameter of the sleeve is set within a range of 10 to 20% of a length. 前記スリーブの長さ方向の途中位置に、内部空間を開閉するバルブが設けられ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。   The polycrystalline silicon manufacturing apparatus according to claim 1, wherein a valve that opens and closes the internal space is provided at an intermediate position in the length direction of the sleeve. 前記反応炉の壁と前記スリーブとの固定部分を囲むようにリング状ハウジングが設けられ、該リング状ハウジング内に冷却水を流通させる冷却水供給系が接続されていることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の多結晶シリコン製造装置。   The ring-shaped housing is provided so as to surround a fixed portion between the wall of the reaction furnace and the sleeve, and a cooling water supply system for circulating cooling water is connected to the ring-shaped housing. The polycrystalline silicon manufacturing apparatus according to any one of 1 to 3. 反応炉の壁の外面に、該壁に形成した開口部に連通するスリーブの一端を固定し、該スリーブの他端に、その端部を閉塞するとともに前記開口部を介して反応炉内を観察可能な窓板を設けておき、前記スリーブに接続した水素ガス供給系からスリーブの内部に水素ガスを供給しながら、前記反応炉内に原料ガスを供給して多結晶シリコンを析出することを特徴とする多結晶シリコン製造方法。   One end of a sleeve communicating with the opening formed in the wall is fixed to the outer surface of the reaction furnace wall, and the end is closed at the other end of the sleeve and the inside of the reaction furnace is observed through the opening. A possible window plate is provided, and while supplying hydrogen gas from the hydrogen gas supply system connected to the sleeve to the inside of the sleeve, a raw material gas is supplied into the reactor to deposit polycrystalline silicon. A method for producing polycrystalline silicon.
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