JP2014040330A - シリコン製造装置及びシリコン製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】低コストで収率よく多結晶のシリコンを生成することができると共に、シリコンが析出される面を有する部材の材料が混入されることを抑制しながら連続的かつ効率的に多結晶のシリコンを回収することも可能にする拡張性のあるシリコン製造装置及びシリコン製造方法を提供する。
【解決手段】加熱器２２で、反応器１０の一部の温度をシリコンの析出温度範囲に設定しつつ、四塩化珪素ガス供給口１６ａから四塩化珪素ガスを反応器内に供給すると共に、亜鉛ガス供給口１８ａから亜鉛ガスを反応容器内に供給して、反応器内で四塩化珪素を亜鉛で還元して、反応器内においてシリコンの析出温度範囲に設定された領域に対応した壁部にシリコンが析出するシリコン析出領域Ｓを形成した後に、剥離機構２４が、棒部材２４ｂをシリコン析出領域に析出したシリコンに当てながら移動することにより、シリコン析出領域に析出したシリコンを剥離する。
【選択図】図１

Description

本発明は、シリコン製造装置及びシリコン製造方法に関し、特に、反応器又はその内管にシリコン析出領域を形成するシリコン製造装置及びシリコン製造方法に関するものである。

一般的な高純度シリコンの製造方法としては、粗製シリコンを塩化水素と反応させて得られるトリクロロシラン等のシラン化合物を原料とし、化学的気相成長法によりシリコンを製造するシーメンス法が知られている。シーメンス法によれば、極めて高純度のシリコンを得ることができるが、シリコン生成反応の速度が極めて遅いことのみならず、収率が低いため、一定の製造能力を得るために大規模な設備が必要となることに加えて、製造に必要な電力消費量も高純度シリコン１ｋｇあたり３５０ｋＷｈもの大きな電力が必要とされている。つまり、シーメンス法で製造された高純度シリコンは、１１−ナイン以上の純度を必要とする付加価値の高い高集積化電子デバイス用としては好適であるが、今後、急速に市場が拡大するとされている太陽電池用のシリコンとしては、高コストで過剰品質である。

一方で、四塩化珪素を原料とし、四塩化珪素を高温で金属亜鉛によって還元する亜鉛還元法は、１９５０年代に原理的な実証がなされたとされるが、シーメンス法に匹敵する高純度のシリコンを得ることが難しいものとされていた。しかしながら、近年、太陽電池用のシリコンとしては、６−ナイン程度の純度のシリコンで足りて高集積化電子デバイス用ほどの高純度のものが不要な状況となり、かつ、急速な市場拡大に答えるべく、設備がコンパクトであって消費エネルギーが小さく、低コストでシリコンを得る製造方法として、亜鉛還元法は、再度見直され、再びその製造方法の検討が為されるようになった。もちろん、シーメンス法で製造されたシリコンの端材やオフスペックを太陽電池用途に流用することも可能であるが、シリコンの製造量の確保やコスト削減には一定の限界があり、低コストで製造量の確保ができる亜鉛還元法の開発が急務となっている。

かかる状況下で、亜鉛還元法として、亜鉛ガス導入口から亜鉛ガスを横方向に供給する一方で、亜鉛ガス導入口よりも下方の四塩化珪素ガス導入口から四塩化珪素ガスを横方向へ供給して、亜鉛ガス導入口及び四塩化珪素ガス導入口から横方向に進むに従ってシリコンを生成せんとする構成が提案されている（特許文献１参照）。

また、亜鉛還元法として、加熱された四塩化珪素ガスと亜鉛ガスとを接触させ、固体シリコンを四塩化珪素ガス供給配管の噴出口に析出させる構成が提案されている（特許文献２参照）。

特開２００４−１９６６４２号公報 特開２００７−１４５６６３号公報

しかしながら、本発明者の検討によれば、特許文献１に提案される構成では、亜鉛ガス導入口及び四塩化珪素ガス導入口から横方向に進むに従ってシリコンが生成されるようであるが、具体的な構成が開示されておらず、実用化への途が不明である。

また、特許文献２に提案される構成では、固体シリコンを四塩化珪素ガス供給配管の噴出口に限定して析出させるのみであるので、シリコンの生成領域が狭くその収量には自ずと限界があり、低コストを維持してシリコンの製造量の確保をすることが実現し難い。

また、本発明者の検討によれば、反応管の内壁面にシリコンを析出させた後、かかるシリコンにショックブローガスを吹き付けて剥離して落下させ、下方のシリコン回収槽に回収することがシリコンの製造量を増大する観点からは好ましい。

しかしながら、かかる構成を採用した場合に、ショックブローガスの温度が相対的に低いときに、ショックブローガスが反応管の内壁面とシリコンとの界面に吹き付けられると、反応管を構成する材料の熱膨張係数とシリコンの熱膨張係数との差により、反応管の内壁面に応力が発生し、反応管の内壁面の一部が剥離されてシリコンと共に下方に落下してしまい、回収されたシリコン中に反応管を構成する材料（例えば石英）が混入する傾向があることが判明した。

ここで、ショックブローガスを反応管やシリコンと同じ高温に加熱して吹きつければ、かかる事態は回避できるが、そのためには高温高圧のショックブローガスを用いる必要があり、設備上の負荷が大きくなる傾向がある。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたもので、低コストで収率よく多結晶のシリコンを生成することができると共に、シリコンが析出される面を有する部材の材料が混入されることを抑制しながら連続的かつ効率的に多結晶のシリコンを回収することも可能にする拡張性のあるシリコン製造装置及びシリコン製造方法を提供することを目的とする。

以上の目的を達成すべく、本発明の第１の局面におけるシリコン製造装置は、鉛直方向に立設する反応器と、前記反応器に連絡して四塩化珪素ガス供給口を有すると共に、前記四塩化珪素ガス供給口から四塩化珪素ガスを前記反応器内に供給する四塩化珪素ガス供給管と、前記反応器に連絡する亜鉛ガス供給口を有すると共に、前記亜鉛ガス供給口から亜鉛ガスを前記反応容器内に供給する亜鉛ガス供給管と、前記反応器を加熱する加熱器と、前記反応器の内部に侵入する棒部材を有し、前記棒部材を前記鉛直方向に移動自在な剥離機構と、を備え、 前記加熱器で、前記反応器の一部の温度をシリコンの析出温度範囲に設定しつつ、前記四塩化珪素ガス供給口から四塩化珪素ガスを前記反応器内に供給すると共に、前記亜鉛ガス供給口から亜鉛ガスを前記反応容器内に供給して、前記反応器内で四塩化珪素を亜鉛で還元して、前記反応器内において前記シリコンの析出温度範囲に設定された領域に対応した壁部にシリコンが析出するシリコン析出領域を形成した後に、前記剥離機構が、前記棒部材を前記シリコン析出領域に析出したシリコンに当てながら移動することにより、前記シリコン析出領域に析出したシリコンを剥離する構成を有する。

また本発明は、かかる第１の局面に加えて、前記剥離機構は、更に、前記棒部材が挿通されて内部を封ずる弾性部材である伸縮管と、前記伸縮管に荷重を印加自在な錘と、を備えることを第２の局面とする。

また本発明は、かかる第１又は第２の局面に加えて、前記棒部材は、前記鉛直方向に延在し、前記シリコン析出領域に対向しながら移動自在であることを第３の局面とする。

また本発明は、かかる第１から第３のいずれかの局面に加えて、更に、前記反応器の内側に装脱自在に挿入された内管を備え、前記シリコン析出領域は、前記シリコンの析出温度範囲に設定された領域に対応する前記反応器内の前記内管の内壁面であることを第４の
局面とする。

また本発明の別の局面におけるシリコン製造方法は、鉛直方向に立設する反応器と、前記反応器に連絡して四塩化珪素ガス供給口を有すると共に、前記四塩化珪素ガス供給口から四塩化珪素ガスを前記反応器内に供給する四塩化珪素ガス供給管と、前記反応器に連絡する亜鉛ガス供給口を有すると共に、前記亜鉛ガス供給口から亜鉛ガスを前記反応容器内に供給する亜鉛ガス供給管と、前記反応器を加熱する加熱器と、棒部材を有し、前記棒部材を前記鉛直方向に移動自在な剥離機構と、を備えたシリコン製造装置を用いて、前記加熱器で、前記反応器の一部の温度をシリコンの析出温度範囲に設定しつつ、前記四塩化珪素ガス供給口から四塩化珪素ガスを前記反応器内に供給すると共に、前記亜鉛ガス供給口から亜鉛ガスを前記反応容器内に供給して、前記反応器内で四塩化珪素を亜鉛で還元して、前記反応器内において前記シリコンの析出温度範囲に設定された領域に対応した壁部にシリコンが析出するシリコン析出領域を形成した後に、前記剥離機構が、前記棒部材を前記シリコン析出領域に析出したシリコンに当てながら移動することにより、前記シリコン析出領域に析出したシリコンを剥離するものである。

本発明の第１の局面におけるシリコン製造装置によれば、剥離機構が、棒部材をシリコン析出領域に析出したシリコンに当てながら移動することにより、シリコン析出領域に析出したシリコンを剥離するため、低コストで収率よく多結晶のシリコンを生成することができると共に、シリコンが析出される面を有する部材の材料が混入されることを抑制しながら連続的かつ効率的に多結晶のシリコンを回収することができる拡張性のある構成を実現し得る。また、かかる効果は、本発明の別の局面におけるシリコン製造方法においても同様に得られる。

本発明の第２の局面における構成によれば、剥離機構が、更に、棒部材が挿通されて内部を封ずる弾性部材である伸縮管と、伸縮管に荷重を印加自在な錘と、を備えるものであるため、反応器の内部の気密を維持したまま、伸縮管の弾性力や錘の荷重を利用して、簡便な構成により効率的に棒部材を移動することができ、シリコンが析出される部材の材料が混入されることを抑制しながら連続的かつ効率的に多結晶のシリコンを剥離して回収することができる。

本発明の第３の局面における構成によれば、棒部材が、鉛直方向に延在し、シリコン析出領域に対向しながら移動自在であることにより、シリコン析出領域のシリコンにより確実に当たることができ、シリコンが析出される部材の材料が混入されることを抑制しながら連続的かつ効率的に多結晶のシリコンを剥離して回収することができる。

本発明の第４の局面における構成によれば、反応器に装脱自在に挿入した内管の内壁面にシリコン析出領域を画成できるので、シリコンの収量を増加できるとともに、内壁面が劣化した内管を簡便に交換できるので、反応器自体を交換することなく多結晶シリコンの製造を継続して行うことができる。

本発明の実施形態におけるシリコン製造装置の模式的縦断面図である。 本実施形態におけるシリコン製造装置の模式的横断面図であり、図１のＡ−Ａ断面図に相当する。 図３（ａ）は、本実施形態におけるシリコン製造装置の亜鉛ガス供給管の模式的拡大横断面図であり、図１のＢ−Ｂ断面図に相当し、図３（ｂ）は、本実施形態におけるシリコン製造装置の四塩化珪素ガス供給管の模式的拡大横断面図であり、図１のＣ−Ｃ断面図に相当する。

以下、図面を適宜参照して、本発明の実施形態におけるシリコン製造装置及び方法につき詳細に説明する。なお、図中、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸は、３軸直交座標系を成し、ｚ軸は、縦方向である鉛直方向を示し、ｚ軸の負方向を下方であって下流側とする。

図１は、本実施形態におけるシリコン製造装置の模式的縦断面図である。図２は、本実施形態におけるシリコン製造装置の模式的横断面図であり、図１のＡ−Ａ断面図に相当する。また、図３（ａ）は、本実施形態におけるシリコン製造装置の亜鉛ガス供給管の模式的拡大横断面図であり、図１のＢ−Ｂ断面図に相当し、図３（ｂ）は、本実施形態におけるシリコン製造装置の四塩化珪素ガス供給管の模式的拡大横断面図であり、図１のＣ−Ｃ断面図に相当する。

図１及び図２に示すように、シリコン製造装置１は、ｚ軸に平行な中心軸Ｃと同軸で鉛直方向に延在する典型的には円筒状で、かつ、その内部で四塩化珪素が亜鉛で還元される還元反応が生じる反応器１０を備える。かかる反応器１０は、典型的には石英製であり、その縦壁に挿通孔１０ａが形成されている。また、反応器１０の上方端は、それに固設された典型的には石英製で円板状の上蓋１２で閉じられ、反応器１０の下方端には、連結部材３０が設けられる。

ここで、シリコン製造装置１においては、反応器１０が、その径Ｄよりも、上蓋１２への合わせ面と連結部材３０への合わせ面との長さＬが長い寸法を有する縦型の反応器であり、反応器の１０の内部において、亜鉛ガスを四塩化珪素ガスよりも上方（上流側）で供給し、適宜反応器１０の温度を設定しながら、還元反応を生じて、シリコンを析出する析出領域を四塩化珪素ガスが供給される部位よりも下方（下流側）に画成し、反応器１０のより下方（より下流側）から、シリコンを回収し得るものである。

具体的には、図２にも示すように、反応器１０の上方開放端を閉じる上蓋１２に、その中央領域で中心軸Ｃと同軸に１個の挿通孔１２ａ、並びにそれぞれ隣接して挿通孔１２ａを囲うように複数個の挿通孔１２ｂ及び複数個の挿通孔１２ｃが、形成される。

１個の挿通孔１２ａには、図示を省略する亜鉛ガス供給源に連絡して典型的には石英製である１本の亜鉛ガス供給管１８が挿通されて固定される。かかる亜鉛ガス供給管１８は、反応器１０の内部に侵入して、中心軸Ｃと同軸で鉛直下方に延在すると共に、その縦壁の下端部で中心軸Ｃに直交する方向に向いて開口する亜鉛ガス供給口１８ａを有する一方で、その鉛直方向の先端は閉じられている。なお、亜鉛ガス供給源としては、かかる亜鉛ガス供給管１８の鉛直方向に延在する部分に亜鉛線を導入して、詳細は後述する加熱器で亜鉛線を沸点以上に加熱して気化する構成を採用してもよいし、独立した亜鉛ガス供給装置を採用してもよい。また、必要に応じて、亜鉛ガス供給管１８には、図示を省略する不活性ガス源から不活性ガスを混入可能である。

亜鉛ガス供給管１８の亜鉛ガス供給口１８ａは、図３（ａ）に示すように、複数個備えられることが好ましく、典型的には中心軸Ｃに軸対称に１２０°の等間隔で、その縦壁の下端に３個開口することが好ましい。これは、亜鉛ガスが反応器１０の内部に水平方向で吐出されてより確実に均等に拡散し、亜鉛ガスと四塩化珪素ガスとの混合がより良好に行われ得るためである。なお、もちろん、亜鉛ガスと四塩化珪素ガスとが良好に混合する場合には、亜鉛ガス供給管１８の亜鉛ガス供給口１８ａは、１個のみ設けてもよいし、亜鉛ガス供給管１８の鉛直方向の先端を開放して設けてもよい。

複数の挿通孔１２ｂは、典型的には中心軸Ｃから等距離であって上蓋１２の周方向に１
２０°の等間隔で３個設けられている。かかる各挿通孔１２ｂには、図示を省略する不活性ガス供給源に連絡して典型的には石英製である１本の不活性ガス供給管１４が挿通されて固定され、不活性ガス供給管１４は、反応器１０の内部に侵入して、中心軸Ｃと平行で鉛直下方に延在し、その下端で開放された開口である不活性ガス供給口１４ａを有する。また、不活性ガス供給管１４の内部には、図示を省略する四塩化珪素ガス供給源に連絡して典型的には石英製である１本の四塩化珪素ガス供給管１６が配設されて、四塩化珪素ガス供給管１６は、反応器１０の内部に侵入して、中心軸Ｃと平行で鉛直下方に延在する。かかる四塩化珪素ガス供給管１６は、その縦壁の下端部で中心軸Ｃに直交する方向に向いて開口する四塩化珪素ガス供給口１６ａを有する一方で、その鉛直方向の先端は閉じられている。なお、四塩化珪素ガス供給管１６は、必要に応じて図示を省略する不活性ガス供給源に連絡可能である。

四塩化珪素ガス供給管１６の四塩化珪素ガス供給口１６ａは、図３（ｂ）に示すように、その縦壁の下端において任意の位置及び任意の個数で開口すれば足りる（図中では、一例として、内管２６の内壁に対向して１個のみ開口するものを示す）。これは、亜鉛ガスと四塩化珪素ガスとの混合性の観点からは、四塩化珪素ガスが水平方向に吐出されるものであれば足りるからである。

複数の挿通孔１２ｃは、典型的には中心軸Ｃから等距離であって上蓋１２の周方向に１２０°の等間隔で、かつ対応する挿通孔１２ｂを挟むように３個設けられている。かかる各挿通孔１２ｃには、詳細は後述する剥離機構２４の導入管２４ａが挿通されて固定される。

このように上蓋１２の中央に１本の亜鉛ガス供給管１８を挿通して反応器１０内を延在させると共に、その周囲に複数の不活性ガス供給管１４に内包される四塩化珪素ガス供給管１６を配設する構成を採用した理由は、沸点が９１０℃の亜鉛ガスは、沸点が５９℃の四塩化珪素ガスよりも高温に加熱された状態で反応器１０に導入される必要があるため、反応器１０や上蓋１２の径が若干大きくなる傾向にはあるものの、装置全体の構成をよりコンパクトにしながら、相対的に高温に維持した亜鉛ガスを確実に反応器１０内の径方向の中央部に集中的に導入すると共に、四塩化珪素ガスをその周囲に分散的に導入し得る利便性を考慮したためである。なお、反応器１０や上蓋１２の径を更に大型化できる場合には、亜鉛ガス供給管１８を上蓋１２の中央領域に複数個設けてもかまわない。

ここで、不活性ガス供給口１４ａは、反応器１０の上蓋１２への合わせ面からの長さＬ１の位置で、反応器１０の内部に開口する。また、四塩化珪素ガス供給口１６ａは、反応器１０の上蓋１２への合わせ面からの長さＬ２（Ｌ２＞Ｌ１）の位置で、反応器１０の内部に開口する。また、亜鉛ガス供給口１８ａは、反応器１０の上蓋１２への合わせ面からの長さＬ３（Ｌ３＜Ｌ２）の位置で、反応器１０の内部に開口する。つまり、不活性ガス供給口１４ａの開口位置（下端位置）は、四塩化珪素ガス供給口１６ａの開口位置（典型的には中心位置）よりも、上方にある。また、亜鉛ガス供給口１８ａの開口位置（典型的には中心位置）は、四塩化珪素ガス供給口１６ａの開口位置よりも、上方にあり、不活性ガス供給口１４ａの開口位置よりも、下方にある（Ｌ１＜Ｌ３＜Ｌ２）。

反応器１０の縦壁に設けられた挿通孔１０ａには、図示を省略する排気ガス処理装置に連絡して典型的には石英製である排気管２０が挿通される。かかる排気管２０は、反応器１０の挿通孔１０ａで溶着され、反応器１０と一体構成されることが耐久上好ましい。また、排気管２０の反応器１０側の端部は、反応器１０内で開口する排気導入口２０ａを有する。

また、反応器１０の縦壁は、その外部から加熱器２２で囲われる。かかる加熱器２２は
、中心軸Ｃと同軸な典型的には円筒状の電気炉であり、鉛直下方に向かって、第１加熱部２２ａ、第２加熱部２２ｂ及び第３加熱部２２ｃを順次有し、第３加熱部２２ｃには、排気管２０が貫通する貫通孔２２ｄが設けられる。

更に、反応器１０には、その内壁に沿って、中心軸Ｃと同軸で延在する典型的には円筒状の内管２６が挿入される。かかる内管２６は、典型的には石英製であって、反応器１０に対して装脱自在であり、内管２６の内壁面が、多結晶シリコンが析出する析出領域Ｓとなる。

具体的には、内管２６の上端２６ａは、開放端であって反応器１０の上蓋１２への合わせ面からの長さＬ４の位置にあり、不活性ガス供給管１４の不活性ガス供給口１４ａの開口位置は、内管２６の上端２６ａよりも上方にある一方で、四塩化珪素ガス供給管１６の四塩化珪素ガス供給口１６ａ、及び四塩化珪素ガス供給口１６ａの開口位置よりも上方にある亜鉛ガス供給管１８の亜鉛ガス供給口１８ａの各開口位置は、内管２６の上端２６ａよりも下方にある（Ｌ１＜Ｌ４＜Ｌ３＜Ｌ２）。

このように、四塩化珪素ガス供給管１６の四塩化珪素ガス供給口１６ａの開口位置及び亜鉛ガス供給管１８の亜鉛ガス供給口１８ａの開口位置が、内管２６の上端２６ａよりも下方になるように設定したのは、上蓋１２の中央に亜鉛ガス供給管１８を挿通して反応器１０内を延在させる構成を採用したことで、内管２６の縦壁に挿通孔を設けることなく簡便な構成で亜鉛ガス供給口１８ａを下方に配置することが可能となったことのみならず、四塩化珪素ガスに加えて亜鉛ガスもが内管２６の内部で吐出されることにより、反応器１０の縦内壁と内管２６の縦外壁との隙間でかかるガスが不要に拡散して侵入してしまう現象を確実に抑制して、内管２６の内壁面に析出領域Ｓが確実に画成できることを考慮したためである。

また、内管２６は、その下方端が連結部材３０で支持されるため排気管２０を超えて下方に延在するから、不要に排気管２０の排気導入口２０ａを塞がないように、反応器１０の挿通孔１０ａに対応する位置に挿通孔２６ｂを有している。つまり、排気管２０は、反応器１０の縦壁に設けられた挿通孔１０ａ及び内管２６の縦壁に設けられ挿通孔２６ｂに挿通されて固定される。

また、内管２６は、加熱器２２における第２加熱部２２ｂ及び第３加熱部２２ｃにより、１０００℃以上１１００℃以下の温度のような高温に加熱されて維持されるため、その外壁面が反応器１０の内壁面と接していると、互いに固着して取り外せなくなる可能性があることを考慮して、所定の間隙を介して反応器１０に対して並置されている。なお、かかる間隙を安定的に維持するには、典型的には石英製のスペーサを設置することも好ましい。

より詳しくは、加熱器２２において、第１加熱部２２ａは、シリコンが析出する析出温度を超える温度（例えば、１２００℃）を呈するように加熱して維持可能な加熱部であり、不活性ガス供給口１４ａを有する不活性ガス供給管１４、四塩化珪素ガス供給口１６ａを有する四塩化珪素ガス供給管１６及び亜鉛ガス供給口１８ａを有する亜鉛ガス供給管１８が配された反応器１０の縦壁、それに対応する内管２６の縦壁及びその内部を囲って、かかる領域をシリコンが析出する析出温度を超える温度に加熱して維持する。

ここで、シリコンが析出する析出温度の範囲としては、９５０℃以上１１００℃以下の範囲が好適な温度範囲として評価できる。というのは、反応器１０の縦壁、内管２６の縦壁及びその内部の温度が９５０℃未満であると、四塩化珪素が亜鉛で還元される還元反応の反応速度が遅くなってしまう一方で、反応器１０の縦壁、内管２６の縦壁及びその内部
の温度が１１００℃を超えると、シリコンが固体で存在するよりも四塩化珪素という化合物の気体として存在することが安定なためかかる還元反応自体が起こらないと考えられるからである。また、亜鉛の沸点は９１０℃であるので、かかるシリコンが析出する析出温度の範囲自体は、亜鉛の沸点を超えた温度範囲である。

また、第２加熱部２２ｂ及びその鉛直下方に連続的に設けられた第３加熱部２２ｃは、シリコンの析出温度範囲にある温度を呈するように加熱して維持可能な加熱部であり、不活性ガス供給管１４、四塩化珪素ガス供給管１６及び亜鉛ガス供給管１８が配されない反応器１０の縦壁、それに対応する内管２６の縦壁及びその内部を上下に連続して覆って、かかる領域をシリコンが析出する析出温度に加熱して維持する。

ここで、第２加熱部２２ｂは、第１加熱部２２ａが加熱する部分よりも下方において、シリコンが析出する析出温度の範囲内である温度（例えば、１１００℃）で反応器１０の縦壁、内管２６の縦壁及びその内部を加熱可能な加熱部である。また、第３加熱部２２ｃは、第２加熱部２２ｂが加熱する部分よりも下方において、シリコンが析出する析出温度の範囲内であるが第２加熱部２２ｂの加熱温度よりは低い温度（例えば１０００℃）で反応器１０の縦壁、内管２６の縦壁及びその内部を加熱可能な加熱部である。

かかる第２加熱部２２ｂは、第１加熱部２２ａの加熱温度と第３加熱部２２ｃの加熱温度とをつなぐ中間の加熱温度を呈するものであるが、必要に応じて省略可能であり、いずれにせよ、四塩化珪素ガス供給口１６ａを有する四塩化珪素ガス供給管１６及び亜鉛ガス供給口１８ａを有する亜鉛ガス供給管１８が配される部分において反応器１０の縦壁、それに対応する内管２６の縦壁及びその内部をシリコンが析出する析出温度を超える温度で加熱する第１加熱部２２ａの鉛直下方において、かかる四塩化珪素ガス供給管１６及び亜鉛ガス供給管１８が配されない部分における反応器１０の縦壁、それに対応する内管２６の縦壁及びその内部をシリコンが析出する析出温度範囲で加熱するような加熱部を設ければよい。なお、第２加熱部２２ｂは、第１加熱部２２ａの加熱温度と第３加熱部２２ｃの加熱温度との差が過大にならないように調整する機能もあり、内管２６の縦壁等の温度変化が過大になることを抑制できる。

なお、加熱器２２における第１加熱部２２ａ、第２加熱部２２ｂ及び第３加熱部２２ｃの加熱温度の全ては、いずれも亜鉛の沸点である９１０℃を超えていることになる。

さて、剥離機構２４は、反応器１０に装着された内管２６の内壁面における析出領域Ｓに堆積した多結晶シリコンを剥離して自重で下方に落下させる機構であり、上蓋１２の各挿通孔１２ｃに、その導入管２４ａが挿通されて固定される。

より詳しくは、剥離機構２４は、各挿通孔１２ｃに固定された導入管２４ａに上下移動自在に挿通されて、中心軸Ｃと平行に延在する典型的には石英製の棒部材２４ｂを備える。かかる棒部材２４ｂは、反応器１０内に侵入して内管２６の内壁面の析出領域Ｓに析出した多結晶シリコンの層には干渉するが、内管２６の内壁面自体には不要に干渉することがないように、内管２６の内壁面に対して所定の間隔でもって離間しながら平行に延在して対向する。棒部材２４ｂの形状は、内管２６が円筒状の場合には典型的には円柱状であり、内管２６が角筒状の場合には典型的には角柱状である。

更に、剥離機構２４は、導入管２４ａの上端部と棒部材２４ｂの上端部であるフランジ部との間に介装されて棒部材２４ｂが挿通される内部領域を封ずると共に所定のバネ定数を有した弾性部材である蛇腹状の伸縮管２４ｃと、棒部材２４ｂの上端部であるフランジ部上に載置された錘２４ｄと、錘２４ｄに連絡したアクチュエータ２４ｅと、を備える。伸縮管２４ｃは、初期状態において、アクチュエータ２４ｅが錘２４ｄを最下位で係止す
ることにより錘２４ｄの荷重を受けて所定長さほど縮んだ圧縮状態に設定されていてもよいし、アクチュエータ２４ｅが錘２４ｄを最上位で係止することにより錘２４ｄの荷重を実質受けないような実質的に自然長を呈する非圧縮状態に設定されていてもよい。なお、伸縮管２４ｃの下端部を上蓋１２の上面に直接当接する場合には、導入管２４ａは、省略可能である。

かかる剥離機構２４では、伸縮管２４ｃが初期状態において圧縮状態に設定されている場合には、棒部材２４ｂは、対応して最下位の位置にあるが、アクチュエータ２４ｅを作動して錘２４ｄの係止を解いて上方に引っ張り上げて、圧縮状態の伸縮管２４ｃを伸ばすことにより、棒部材２４ｂは、伸縮管２４ｃの伸張力を受けながらアクチュエータ２４ｅの引き上げ力により上方に移動して最上位の位置まで移動することができる。そして、棒部材２４ｂが最上位の位置まで移動したならば、アクチュエータ２４ｅで錘２４ｄを係止して、棒部材２４ｂを最上位の位置に維持することになる。もちろん、棒部材２４ｂが最上位の位置まで移動した際に、必要に応じて、アクチュエータ２４ｅで錘２４ｄを係止しない状態に維持してもよく、かかる場合には、伸縮管２４ｃが錘２４ｄの荷重を受けて縮むことにより、棒部材２４ｂは、下方に移動して最下位の位置まで移動することができ、その後必要に応じて、棒部材２４ｂは、このような上下移動の動作を繰り返すことが可能である。

一方で、伸縮管２４ｃが初期状態において非圧縮状態に設定されている場合には、棒部材２４ｂは、対応して最上位の位置にあるが、アクチュエータ２４ｅを作動して錘２４ｄの係止を解いて錘２４ｄの荷重を伸縮管２４ｃに印加して縮めることにより、棒部材２４ｂは、伸縮管２４ｃの圧縮反力を受けながら錘２４ｄの荷重により下方に移動して最下位の位置まで移動することができる。そして、棒部材２４ｂが最下位の位置まで移動したならば、アクチュエータ２４ｅで錘２４ｄを係止して、棒部材２４ｂを最下位の位置に維持することになる。もちろん、棒部材２４ｂが最下位の位置まで移動した際に、必要に応じて、アクチュエータ２４ｅで錘２４ｄを係止しないで上方に引っ張り上げてもよく、かかる場合には、伸縮管２４ｃが錘２４ｄの荷重を受けないで伸びることにより、棒部材２４ｂは、上方に移動して最上位の位置まで移動することができ、その後必要に応じて、棒部材２４ｂは、このような上下移動の動作を繰り返すことが可能である。

ここで、内管２６の内壁面の析出領域Ｓに多結晶シリコンが析出している場合には、棒部材２４ｂが、かかる上下移動を行うことにより、その下方の先端や析出領域Ｓに対向する側面が、析出領域Ｓに析出した典型的には針状結晶から成る多結晶シリコンに機械的に当たって、その衝撃で針状の多結晶シリコンを、析出領域Ｓから、つまり内管２６の内壁面から折って剥離させて反応器１０の下方に自重で落下させることができる。

つまり、棒部材２４ｂは、それを上下移動することによって、シリコン析出領域Ｓに析出した多結晶シリコンを剥離して反応器１０の下方に落下させることが必要なものであるから、棒部材２４ｂの上下方向の移動範囲としては、少なくとも、その下方の先端が、シリコン析出領域Ｓの上端に対してより鉛直上方の位置とより鉛直下方の位置との間の位置をとりえるような移動範囲が必要である。また、より確実にシリコン析出領域Ｓに析出した多結晶シリコンを剥離するためには、棒部材２４ｂの上下方向の移動範囲としては、棒部材２４ｂの下方の先端が、シリコン析出領域Ｓの下端よりも鉛直下方となる位置に達するような移動範囲を確保することがより好ましい。

なお、棒部材２４ｂを上下に移動するための装置として、伸縮管２４ｃ、錘２４ｄ及びアクチュエータ２４ｅから成るものを示したが、もちろんこれに限定されるものではなく、より高価なものとはなるがエアーシリンダー等の装置を用いてもかまわない。

更に、このように内管２６の内壁面の析出領域Ｓに堆積した多結晶シリコンが剥離されて自重で下方に落下することになるので、反応器１０の下方端に接続された連結部材３０には、順次、連絡管３２、バルブ装置３４及びシリコン回収槽３６が接続する。

具体的には、連絡管３２が、連結部材３０を介して反応器１０の内部と連通し、かかる連絡管３２には、バルブ装置３４が接続する。

かかるバルブ装置３４は、反応器１０の内部の環境と外部の環境とを遮断自在なバルブ３４ａを備える。反応器１０の内部とシリコン回収槽３６との連通を遮断するためにバルブ３４ａを閉じた状態では、剥離機構２４の棒部材２４ｂを上下移動することにより剥離されて自重により落下してくる多結晶シリコンを、バルブ３４ａ上に堆積自在である。一方で、バルブ３４ａを開いた状態では、反応器１０の内部とバルブ装置３４の下方に設けられたシリコン回収槽３６とが連通し、バルブ３４ａ上に堆積した多結晶シリコンをシリコン回収槽３６に自重で落下させて回収自在である。

また、かかるシリコン回収槽３６は、加熱器２２の加熱領域外の常温雰囲気中に設置されており、シリコン製造装置１に対して装脱自在である。

ついで、以上の構成のシリコン製造装置１を用いて、多結晶のシリコンを製造するシリコンの製造方法につき、詳細に説明する。なお、かかるシリコンの製造方法の一連の工程は、各種センサからの検出データを参照しながら各種データベース等を有するコントローラで自動制御してもよいし、一部又は全部を手動で行ってもよい。

まず、バルブ装置３４のバルブ３４ａを閉じて、反応器１０の内部と外部とを遮断した状態で、反応器１０の内部に、不活性ガス供給口１４ａから不活性ガスを所定時間供給して、反応器１０の内部の反応雰囲気を整える。この際、必要に応じて、四塩化珪素ガス供給口１６ａ及び亜鉛ガス供給口１８ａからも、不活性ガスを所定時間供給してもかまわない。

次に、加熱器２２における第１加熱部２２ａにより、不活性ガス供給口１４ａを有する不活性ガス供給管１４、四塩化珪素ガス供給口１６ａを有する四塩化珪素ガス供給管１６及び亜鉛ガス供給口１８ａを有する亜鉛ガス供給管１８が配された反応器１０の縦壁、それに対応する内管２６の縦壁及びその内部を加熱し、かかる部分をシリコンの析出温度を超える温度に加熱して維持する。同時に、加熱器２２における第２加熱部２２ｂ及び第３加熱部２２ｃにより、かかる不活性ガス供給管１４、四塩化珪素ガス供給管１６及び亜鉛ガス供給管１８が配されない反応器１０の縦壁、それに対応する内管２６の縦壁及びその内部を加熱し、かかる部分をシリコンの析出温度範囲に加熱して維持する。

次に、かかる温度条件を維持して、還元反応工程を実施する。具体的には、反応器１０の内部に、四塩化珪素ガス供給口１６ａから四塩化珪素ガスを供給し、かつ亜鉛ガス供給口１８ａから亜鉛ガスを供給する。この際、必要に応じて、不活性ガス供給口１４ａから不活性ガスを供給していてもかまわない。

すると、反応器１０の内部で、四塩化珪素が亜鉛で還元される還元反応が生じ得ることになる。しかし、ここで、四塩化珪素ガスは、その比重が亜鉛ガスの比重の２．６倍程度である相対的に重いガスなので、四塩化珪素ガス供給口１６ａの開口位置よりも上方にある亜鉛ガス供給口１８ａまでは実質拡散できず、反応器１０の内部における四塩化珪素ガス供給口１６ａの近傍かそれよりも下方領域で、還元反応が生じて、固体のシリコンと塩化亜鉛ガスとが生成することになる。

更に、ここで、不活性ガス供給管１４、四塩化珪素ガス供給管１６及び亜鉛ガス供給管１８が配されない反応器１０の縦壁、それに対応する内管２６の縦壁及びその内部は、第２加熱部２２ｂ及び第３加熱部２２ｃにより、シリコンの析出温度範囲の温度を呈するように加熱され維持されているため、還元反応により生成されたシリコンは、かかる内管２６の縦壁の下部、つまり内管２６の内壁面における四塩化珪素ガス供給口１６ａよりも下方であって排気導入口２０ａよりも上方である領域である析出領域Ｓに針状結晶として析出していく。この際、四塩化珪素ガス供給口１６ａや亜鉛ガス供給口１８ａには、シリコンが析出することはなく、かかる供給口がシリコンで閉塞されることもない。

更にこのように、内管２６の内壁面の下部における析出領域Ｓでは、針状結晶のシリコンが順次析出されていくと共に、その析出されたシリコンを種結晶としてシリコンが結晶成長していくため、十分な厚みの多結晶シリコンが堆積されることになる。ここでは、このような析出のプロセス及びそれに関連する結晶成長のプロセスを含めて、析出と呼ぶことにする。

次に、かかる還元反応を所定時間継続した後、内管２６の内壁面の下部における析出領域Ｓに十分な厚みの多結晶シリコンが堆積されたならば、反応の原料である四塩化珪素ガスと亜鉛ガスとの供給を停止する。そして、不活性ガス供給管１４の不活性ガス供給口１４ａ等から不活性ガスを反応器１０の内部に供給した状態で、反応器１０の内部の雰囲気を不活性ガスで置換する。

次に、剥離機構２４のアクチュエータ２４ｅを作動し、錘２４ｄの係止を解いて伸縮管２４ｃを伸張又は圧縮することにより、棒部材２４ｂを対応して上下移動させると、その先端や側面が内管２６の内壁面の析出領域Ｓに堆積した多結晶シリコンに当たり、その衝撃で針状の多結晶シリコンが折れることにより内管２６の内壁面から機械的に剥離され、その剥離物が自重で下方に落下する。この際、バルブ３４ａは、反応器１０の内部と外部とを遮断すべく閉じられているから、落下してきたシリコンはバルブ３４ａ上に堆積していく。

そして、このように棒部材２４ｂを上下移動する剥離工程が終了したならば、バルブ３４ａを開いてバルブ３４ａ上に堆積した多結晶シリコンを自重でシリコン回収槽３６に落下させた後、反応器１０の内部を外部から遮断すべくバルブ３４ａを再び閉じる一方で、シリコン回収槽３６内の多結晶シリコンを取り出して回収して、今回のシリコンの製造方法の一連の工程は終了し、必要に応じて連続的に、次回のシリコンの製造方法の一連の工程に入る。ここで、シリコン回収槽３６は、シリコン製造装置１に対して装脱自在であるので、シリコンが落下し終わったならば、バルブ３４ａを閉じた後に、シリコン回収槽３６をシリコン製造装置１から取り外して所定の保管場所に移動して、シリコン回収槽３６の内部の多結晶シリコンを取り出すことも可能となる。

ここで、かかるシリコンの製造方法を一連の工程を何回か繰り返すと、内管２６の内壁面が劣化してくるため、繰り返し回数が規準回数を超えた内管２６については、反応器１０から取り外して、新たな内管２６に交換することになる。

なお、以上の本実施形態においては、交換の利便性等を考慮して内管２６を反応器１０内に配設したが、反応器１０自体を適宜交換することが可能な場合であれば、内管２６を省略して、反応器１０の内壁面に直接的にシリコン析出領域Ｓを設定することも可能である。

また、以上の本実施形態においては、亜鉛ガス供給口１８ａが四塩化珪素ガス供給口１６ａよりも上方に配置される構成について説明したが、これに限定されるものではなく、
構成は煩雑にはなるが、ガスの吐出方向や流速等を制御してガスの拡散性等が調整できる場合には、亜鉛ガス供給口１８ａが四塩化珪素ガス供給口１６ａに対して同じ高さやより下方に配置されるような構成を採用することも可能である。

また、以上の本実施形態において、反応器、上蓋、連結部材、不活性ガス供給管、四塩化珪素ガス供給管、亜鉛ガス供給管、排気管、内管及び棒部材の材質としては、９５０℃以上もの高温において、原料の四塩化珪素ガスや亜鉛ガス、副生する塩化亜鉛ガス等に耐える材質でなければならないので、石英、炭化珪素、窒化珪素等が挙げられるが、析出したシリコン中への炭素や窒素の混入を避ける見地からは、石英、具体的には石英ガラスが最も好ましい。また、伸縮管の材質としては、特に限定されず、金属製や樹脂製が挙げられるが、耐熱性の点からは金属製であることが好ましい。

また、以上の本実施形態において、不活性ガスとしては、Ｈｅガス、Ｎｅガス、Ａｒガス、Ｋｒガス、Ｘｅガス、Ｒｎガス等の希ガスや窒素ガス等が挙げられるが、析出したシリコン中への窒素の混入を避ける見地からは希ガスが好ましく、中でも低価格であるＡｒガスが最も好ましい。

さて、以下、本実施形態に対応する実験例及びその比較例について、詳細に説明する。

（実験例）
本実験例では、本実施形態のシリコン製造装置１を用いて、多結晶シリコンを製造した。

具体的には、シリコン製造装置１において、石英製の反応器１０は、外径Ｄを２２６ｍｍ（肉厚は３ｍｍで、内径は２２０ｍｍ）及び長さＬを２３３０ｍｍに設定し、石英製の内管２６は、外径を２０６ｍｍ（肉厚は３ｍｍで、内径は２００ｍｍ）及び反応器１０の上蓋１２への合わせ面からの上端２６ａの長さＬ４を５０ｍｍに設定し、石英製の亜鉛ガス供給管１８は、外径を４２ｍｍ（肉厚は３ｍｍで、内径は３６ｍｍ）に設定し、亜鉛ガス供給管１８の下端を塞いで縦壁のみに中心軸Ｃについて１２０°の等間隔になるように径１６ｍｍで３個設けた亜鉛ガス供給口１８ａの開口位置（開口の中心位置）は、反応器１０の上蓋１２への合わせ面からの長さＬ３が３００ｍｍになるように設定し、かつ、反応器１０の下部に連絡する排気導入口２０ａを有する石英製の排気管２０は、外径を５６ｍｍ（肉厚は２ｍｍで、内径は５２ｍｍ）に設定した。

また、石英製の不活性ガス供給管１４及びその内部に配設される石英製の四塩化珪素ガス供給管１６は、中心軸Ｃから８５ｍｍの距離で１２０度の均等な間隔で３個配設し、各剥離機構２４の棒部材２４ｂは、３個の不活性ガス供給管１４を対応して挟んで中心軸Ｃから８５ｍｍの距離で１２０°の均等な間隔で３個配設した。

ここで、各不活性ガス供給管１４は、外径を１６ｍｍ（肉厚は１ｍｍで、内径は１４ｍｍ）に設定し、不活性ガス供給口１４ａの開口位置（不活性ガス供給管１４の反応器１０内における端部位置）は、反応器１０の上蓋１２への合わせ面からの長さＬ１が１０ｍｍになるように設定し、各四塩化珪素ガス供給管１６は、外径を９ｍｍ（肉厚は１ｍｍで、内径は７ｍｍ）に設定し、四塩化珪素ガス供給管１６の下端を塞いで縦壁のみに径４ｍｍで内管２６の内壁に対向するように１個設けた四塩化珪素ガス供給口１６ａの開口位置（開口の中心位置）は、反応器１０の上蓋１２への合わせ面からの長さＬ２が５００ｍｍになるように設定した。

また、各剥離機構２４については、棒部材２４ｂは、石英製であって鉛直方向に延在する円柱状の棒部材として、その外径を９ｍｍ及び長さ１９００ｍｍに設定し、伸縮管２４
ｃは、金属製として、その自然長を１００ｍｍ及びバネ定数を０．１５ｋｇ/ｍｍに設定し、錘２４ｄは、鉄製として、その重量を３ｋｇに設定した。かかる剥離機構２４の初期状態としては、予め錘２４ｄの荷重を伸縮管２４ｃに印加して、棒部材２４ｂを最下位に位置させておいた。

以上の具体的構成において、反応器１０の内部を外部から遮断するために、バルブ装置３４のバルブ３４ａを閉じた状態で、まず、不活性ガス供給管１４の不活性ガス供給口１４ａより０．８３ＳＬＭの流量のＡｒガス、四塩化珪素ガス供給管１６の四塩化珪素ガス供給口１６ａより１．００ＳＬＭの流量のＡｒガス、及び亜鉛ガス供給管１８の亜鉛ガス供給口１８ａより０．８４ＳＬＭの流量のＡｒガス（計２．６７ＳＬＭの流量のＡｒガス）を反応器１０の内部に吐出した。

次に、このようにＡｒガスを反応器１０の内部に供給している状態で、加熱器２２を通電して、第１加熱部２２ａにより対応する反応器１０の縦壁、内管２６の縦壁及びその内部の領域が１２００℃になるように昇温して維持し、第２加熱部２２ｂにより対応する反応器１０の縦壁、内管２６の縦壁及びその内部の領域が１１００℃になるように昇温して維持し、第３加熱部２２ｃにより対応する反応器１０の縦壁、内管２６の縦壁及びその内部の領域が１０００℃になるように昇温して維持した。

次に、このように加熱器２２を通電して、第１加熱部２２ａ、第２加熱部２２ｂ及び第３加熱部２２ｃが、それぞれ対応する反応器１０の縦壁、内管２６の縦壁及びその内部の領域を加熱して維持した状態で、Ａｒガスに加えて流量が１０．００ＳＬＭの亜鉛ガスを混合した混合ガスを１０．８４ＳＬＭの流量で亜鉛ガス供給管１８の亜鉛ガス供給口１８ａより反応器１０の内部に吐出した。同時に、不活性ガス供給管１４の不活性ガス供給口１４ａより０．８３ＳＬＭの流量のＡｒガスを反応器１０の内部に吐出しながら、四塩化珪素ガス供給管１６のガスをＡｒガスから四塩化珪素ガスに切り替えて、四塩化珪素ガス供給口１６ａより５．００ＳＬＭの流量の四塩化珪素ガスを反応器１０の内部に吐出して、１２０分の間、反応させた。

次に、このように１２０分間反応させた後、加熱器２２の通電を維持した状態で、反応の原料である四塩化珪素ガス及び亜鉛ガスの供給を停止した。その後、再び、不活性ガス供給管１４の不活性ガス供給口１４ａより２００ＳＬＭの流量のＡｒガス、四塩化珪素ガス供給管１６の四塩化珪素ガス供給口１６ａより２００ＳＬＭの流量のＡｒガス、亜鉛ガス供給管１８の亜鉛ガス供給口１８ａより２００ＳＬＭの流量のＡｒガスを、反応器１０の内部にそれぞれ吐出して、反応器１０の内部をＡｒガスで５分間置換した。

次に、このようにＡｒガスで置換した後、アクチュエータ２４ｅで錘２４ｄの係止を解いて引き上げると、伸縮管２４ｃが約２０ｍｍ伸びることによって、棒部材２４ｂを鉛直上方に約２０ｍｍ移動させた。その後、再びアクチュエータ２４ｅで錘２４ｄを押し下げてその荷重を伸縮管２４ｃに印加し、伸縮管２４ｃを約２０ｍｍ縮ませて、棒部材２４ｂを鉛直下方に約２０ｍｍ下げた位置に復帰させておいた。

そして、以上のような１２０分間の反応、５分間のＡｒガスによる置換、及び棒の上下移動操作の一連の工程を合計２回繰り返した後で、反応器１０の下方で連結するバルブ装置３４のバルブ３４ａを開けて、シリコン回収槽３６にバルブ３４ａ上の堆積物を落下させ、シリコン回収槽３６の中の回収物を確認したところ、針状の多結晶シリコンに加えて亜鉛及び塩化亜鉛が存在した。

かかる針状の多結晶シリコンは、反応器１０内の内管２６の内壁面にシリコンが析出した後、棒部材２４ｂの上下移動操作によって剥離されてバルブ装置３４のバルブ３４ａ上
に堆積したものが回収されたものと考えられる。また、亜鉛及び塩化亜鉛は、原料の亜鉛ガス及び副生の塩化亜鉛ガスが、反応器１０の下部における加熱器２２で加熱されていない領域に拡散して、冷却固化したものと考えられる。かかる針状の多結晶シリコンの重量を計測したところ、７６６ｇであり、反応に供した四塩化珪素ガスの反応率は５１％であった。また、亜鉛及び塩化亜鉛の重量を計測したところ、４８９ｇであった。

ここで、針状の多結晶シリコンを光学顕微鏡で観察したところ、内管２６の材料である無色透明の石英片は認められなかった。これは、剥離機構２４の棒部材２４ｂを上下移動して反応器１０の内管２６の内壁面に析出したシリコンを剥離することにより、回収された多結晶シリコン中への石英片の混入が防止できたためと考えられる。

（比較例）
本比較例では、本実施形態のシリコン製造装置１において剥離機構２４をショックブローガス供給管に置き換えた構成のシリコン製造装置を用いたこと以外は、実験例と同様に多結晶シリコンを製造した。ここで、各ショックブローガス供給管は、石英製であって、図示を省略する高圧の不活性ガス供給源に連絡しながら上蓋１２の各挿通孔１２ｃに挿通されて固定されると共に、反応器１０の内部に侵入して、反応器１０及び内管２６の内壁面に沿って鉛直下方に延在するもので、反応器１０の内部における端部において、鉛直下方に向いて開口するショックブローガス供給口を有する。

具体的には、ショックブローガス供給管は、３個の不活性ガス供給管１４を対応して挟んで中心軸Ｃから８５ｍｍの距離で１２０°の均等な間隔で３個配設した。各ショックブローガス供給管は、外径を９ｍｍ（肉厚は１ｍｍで、内径は７ｍｍ）に設定し、ショックブローガス供給口の開口位置（ショックブローガス供給管の反応器１０内における端部位置）は、反応器１０の上蓋１２への合わせ面からの長さが６００ｍｍになるように設定した。

以上の具体的構成において、実験例と同様の各工程を行って、亜鉛と四塩化珪素とで１２０分間の反応を行った後、Ａｒガスで５分間置換した。その後、ショックブローガス供給管のショックブローガス供給口よりＡｒガスを高圧で吐出して、ショックブローを行った。この際のショックブローの条件は、Ａｒガスの圧力を０．４ＭＰａとして１回のショックブロー時間を０．５秒に設定し、次のショックブローまでの間隔を３．０秒間空けて、合計１５回のショックブローを実行した。

そして、以上の１２０分間の反応、５分間のＡｒガスによる置換及びＡｒガスによる１５回のショックブローの一連の工程を合計２回繰り返した後で、反応器１０の下方で連結するバルブ装置３４のバルブ３４ａを開けて、シリコン回収槽３６にバルブ３４ａ上の堆積物を落下させ、シリコン回収槽３６の中の回収物を確認したところ、針状の多結晶シリコンに加えて亜鉛及び塩化亜鉛が存在した。

かかる 針状の多結晶シリコンは、反応器１０内の内管２６の内壁面にシリコンが析出した後、ショックブローによって剥離されてバルブ装置３４のバルブ３４ａ上に堆積したものが回収されたものと考えられる。また、亜鉛及び塩化亜鉛は、原料の亜鉛ガス及び副生の塩化亜鉛ガスが、反応器１０の下部の加熱器で加熱されていない領域に拡散して、冷却固化したものと考えられる。かかる針状の多結晶シリコンの重量を計測したところ、７８１ｇであり、反応に供した四塩化珪素ガスの反応率は５２％であった。また、亜鉛及び塩化亜鉛の重量を計測したところ、４９９ｇであった。

ここで、針状の多結晶シリコンを光学顕微鏡で観察したところ、極微量ではあるが、無色透明の石英片が混入していた。また、内管２６のシリコン析出領域Ｓに相当する部位の
内壁面を目視で観察した結果、無数のクラックが観察された。これは、温度の低いＡｒガスが、ショックブローの際に石英製の内管２６の内壁面とシリコンとの界面に吹き付けられ、これら２種類の材料の熱膨張係数の差により、内管２６の内壁面に応力が発生して内管２６の内壁面の一部が剥離し、シリコンと共に下方に落下して回収されたシリコン中に混入したものと考えられる。

以上の実験例及び比較例からは、実験例では、比較例で見られるような回収された多結晶シリコン中への石英片の混入が防止できており、剥離機構２４において移動自在な棒部材２４ｂを設ける有意性が確認できたものといえる。

なお、本発明においては、部材の種類、配置、個数等は前述の実施形態に限定されるものではなく、その構成要素を同等の作用効果を奏するものに適宜置換する等、発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能であることはもちろんである。

以上のように、本発明においては、低コストで収率よく多結晶のシリコンを生成することができると共に、シリコンが析出される面を有する部材の材料が混入されることを抑制しながら連続的かつ効率的に多結晶のシリコンを回収することも可能にする拡張性のあるシリコン製造装置及びシリコン製造方法を提供することができるものであり、その汎用普遍的な性格から、太陽電池用シリコン等の製造装置に広範に適用され得るものと期待される。

１………シリコン製造装置
１０……反応器
１０ａ…挿通孔
１２……上蓋
１２ａ、１２ｂ、１２ｃ…挿通孔
１４……不活性ガス供給管
１４ａ…不活性ガス供給口
１６……四塩化珪素ガス供給管
１６ａ…四塩化珪素ガス供給口
１８……亜鉛ガス供給管
１８ａ…亜鉛ガス供給口
２０……排気管
２０ａ…排気導入口
２２……加熱器
２２ａ…第１加熱部
２２ｂ…第２加熱部
２２ｃ…第３加熱部
２２ｄ…貫通孔
２４……剥離機構
２４ａ…導入管
２４ｂ…棒部材
２４ｃ…伸縮管
２４ｄ…錘
２４ｅ…アクチュエータ
２６……内管
２６ａ…上端
２６ｂ…挿通孔
３０…連結部材
３２…連絡管
３４…バルブ装置
３４ａ…バルブ
３６…シリコン回収槽

Claims (5)

1. 鉛直方向に立設する反応器と、
   前記反応器に連絡して四塩化珪素ガス供給口を有すると共に、前記四塩化珪素ガス供給口から四塩化珪素ガスを前記反応器内に供給する四塩化珪素ガス供給管と、
   前記反応器に連絡する亜鉛ガス供給口を有すると共に、前記亜鉛ガス供給口から亜鉛ガスを前記反応容器内に供給する亜鉛ガス供給管と、
   前記反応器を加熱する加熱器と、
   前記反応器の内部に侵入する棒部材を有し、前記棒部材を前記鉛直方向に移動自在な剥離機構と、
   を備え、
   前記加熱器で、前記反応器の一部の温度をシリコンの析出温度範囲に設定しつつ、前記四塩化珪素ガス供給口から四塩化珪素ガスを前記反応器内に供給すると共に、前記亜鉛ガス供給口から亜鉛ガスを前記反応容器内に供給して、前記反応器内で四塩化珪素を亜鉛で還元して、前記反応器内において前記シリコンの析出温度範囲に設定された領域に対応した壁部にシリコンが析出するシリコン析出領域を形成した後に、前記剥離機構が、前記棒部材を前記シリコン析出領域に析出したシリコンに当てながら移動することにより、前記シリコン析出領域に析出したシリコンを剥離するシリコン製造装置。
2. 前記剥離機構は、更に、前記棒部材が挿通されて内部を封ずる弾性部材である伸縮管と、前記伸縮管に荷重を印加自在な錘と、を備える請求項１に記載のシリコン製造装置。
3. 前記棒部材は、前記鉛直方向に延在し、前記シリコン析出領域に対向しながら移動自在である請求項１又は２に記載のシリコン製造装置。
4. 更に、前記反応器の内側に装脱自在に挿入された内管を備え、前記シリコン析出領域は、前記シリコンの析出温度範囲に設定された領域に対応する前記反応器内の前記内管の内壁面である請求項１から３のいずれかに記載のシリコン製造装置。
5. 鉛直方向に立設する反応器と、
   前記反応器に連絡して四塩化珪素ガス供給口を有すると共に、前記四塩化珪素ガス供給口から四塩化珪素ガスを前記反応器内に供給する四塩化珪素ガス供給管と、
   前記反応器に連絡する亜鉛ガス供給口を有すると共に、前記亜鉛ガス供給口から亜鉛ガスを前記反応容器内に供給する亜鉛ガス供給管と、
   前記反応器を加熱する加熱器と、
   棒部材を有し、前記棒部材を前記鉛直方向に移動自在な剥離機構と、
   を備えたシリコン製造装置を用いて、
   前記加熱器で、前記反応器の一部の温度をシリコンの析出温度範囲に設定しつつ、前記四塩化珪素ガス供給口から四塩化珪素ガスを前記反応器内に供給すると共に、前記亜鉛ガス供給口から亜鉛ガスを前記反応容器内に供給して、前記反応器内で四塩化珪素を亜鉛で還元して、前記反応器内において前記シリコンの析出温度範囲に設定された領域に対応した壁部にシリコンが析出するシリコン析出領域を形成した後に、前記剥離機構が、前記棒部材を前記シリコン析出領域に析出したシリコンに当てながら移動することにより、前記シリコン析出領域に析出したシリコンを剥離するシリコン製造方法。

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