WO2014080588A1 - 多結晶シリコン棒の製造装置および製造方法 - Google Patents

多結晶シリコン棒の製造装置および製造方法 Download PDF

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heater
electrode
polycrystalline silicon
inverted
core wire
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Inventor
直樹 永井
田中　秀二
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信越化学工業株式会社
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    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B33/00—Silicon; Compounds thereof
    • C01B33/02—Silicon
    • C01B33/021—Preparation
    • C01B33/027—Preparation by decomposition or reduction of gaseous or vaporised silicon compounds other than silica or silica-containing material
    • C01B33/035—Preparation by decomposition or reduction of gaseous or vaporised silicon compounds other than silica or silica-containing material by decomposition or reduction of gaseous or vaporised silicon compounds in the presence of heated filaments of silicon, carbon or a refractory metal, e.g. tantalum or tungsten, or in the presence of heated silicon rods on which the formed silicon is deposited, a silicon rod being obtained, e.g. Siemens process

Definitions

  • the present invention relates to a technique for manufacturing a polycrystalline silicon rod, and more particularly to a heater for heating a silicon core wire used in manufacturing a polycrystalline silicon rod.
  • Polycrystalline silicon is a raw material for a single crystal silicon substrate for manufacturing semiconductor devices and a silicon substrate for manufacturing solar cells.
  • polycrystalline silicon is produced by bringing a source gas containing chlorosilane into contact with a heated silicon core wire, and depositing polycrystalline silicon on the surface of the silicon core wire by chemical vapor deposition (CVD: Chemical). Vapor Deposition) is performed by the Siemens method (see, for example, Japanese Patent Publication No. 37-18861 (Patent Document 1)).
  • the sealed space formed by the base plate and the dome-shaped container (belger) described above becomes a reaction space for vapor-phase growth of polycrystalline silicon.
  • the metal electrode for silicon penetrates the base plate with an insulator interposed therebetween, and is connected to another metal electrode for silicon through wiring or connected to a power source arranged outside the reaction furnace.
  • silicon metal In order to prevent polycrystalline silicon from precipitating in parts other than the torii type silicon core wire during the vapor phase growth of polycrystalline silicon in the reaction space, and to prevent damage due to the high temperature of the equipment material, silicon metal
  • the electrode, the base plate, and the bell jar are cooled using a coolant such as water or oil.
  • the core wire holder is cooled via the metal electrode for silicon.
  • the raw material gas is supplied from the gas nozzle into the reactor while heating the silicon core wire to a temperature range of 900 ° C. or higher and 1200 ° C. or lower by supplying a current from the metal electrode for silicon to the hydrogen atmosphere in the reaction furnace, Then, silicon is vapor-phase grown, and polycrystalline silicon having a desired diameter is formed in an inverted U shape.
  • the source gas for example, a mixed gas of trichlorosilane and hydrogen is used. Then, after cooling the inside of the reactor, the atmosphere is released, and polycrystalline silicon is taken out from the reactor.
  • the silicon core wire is made of polycrystalline or single crystal silicon or the like, but the silicon core wire used for producing high-purity polycrystalline silicon needs to be high-purity with low impurity concentration. Is required to have a high resistance with a specific resistance of 500 ⁇ cm or more. Since energization of such a high-resistance silicon core wire generally cannot be started at room temperature, it is necessary to energize the silicon core wire in advance by initially heating the silicon core wire to 200 to 400 ° C. to lower the specific resistance (increasing conductivity). .
  • a heater for initial heating is provided at the center or inner peripheral surface of the reactor.
  • the heater is made of carbon, for example.
  • the heater is heated by energization, and the silicon core wire disposed around the heater is heated to a desired temperature by radiant heat generated at that time (for example, JP 2011-037699 A). No. (Patent Document 2)).
  • the silicon core wire is energized and the heater begins to generate heat, the heater ends and is turned off.
  • the base plate used in the Siemens method is generally provided with a silicon metal electrode, a gas nozzle, an exhaust port, a heater metal electrode, and the like in a manner that penetrates the base plate.
  • a silicon metal electrode As described above, the base plate used in the Siemens method is generally provided with a silicon metal electrode, a gas nozzle, an exhaust port, a heater metal electrode, and the like in a manner that penetrates the base plate.
  • the location of the silicon metal electrode, gas nozzle, and exhaust port affects the crystal precipitation during the CVD reaction, so the installation location should be carefully examined.
  • the role of the heater is the initial heating of the silicon core wire, and its arrangement should be considered in consideration of the influence on the heating state of the silicon core wire, and also has a negative effect on the deposition of silicon on the silicon core wire after the end of the initial heating. It is also important not to become. Furthermore, since the lifetime of the heater is shortened when silicon deposition on the heater becomes significant, the heater is preferably installed in a place where silicon is not deposited as much as possible during the CVD reaction.
  • the metal electrode for silicon, the gas nozzle, the exhaust port, and the heater metal electrode are installed through the base plate, it is not possible to determine the optimum arrangement location unless the polycrystalline silicon rod is actually grown. In addition, since these are installed in such a manner as to penetrate the base plate, it is difficult to improve the initial arrangement because it is necessary to change the design of the base plate.
  • the present invention has been made in view of such problems, and its object is to provide a pair of heater electrodes that hold both lower ends of an inverted U-shaped heater used for initial heating of a silicon core wire. Without changing the installation position of the heater, the heater arrangement in the bell jar can be made variable, which makes it possible to improve the problems such as poor growth of the polycrystalline silicon rod and shortened unscheduled heater life. It is to provide a manufacturing apparatus.
  • a polycrystalline silicon rod manufacturing apparatus is a device for manufacturing a polycrystalline silicon rod by vapor-phase growing polycrystalline silicon on a silicon core wire.
  • the heater is placed on the heater electrode via a heater electrode adapter, and the lower end of the inverted U-shaped heater has a central axis at a position different from the extension line of the central axis of the heater electrode. It is characterized by that.
  • the heater electrode adapter has an electrode coupling member for coupling to the electrode and a holding member for holding the lower end portion of the heater, and the holding member is an extension line of the central axis of the electrode. Use one that can turn around.
  • a method for manufacturing a polycrystalline silicon rod according to the present invention is a method for manufacturing a polycrystalline silicon rod using the above-described apparatus, and a first step of manufacturing a polycrystalline silicon rod by heating a silicon core wire with the heater. And a second step of adjusting the position of the heater based on the state of the obtained polycrystalline silicon rod, and a third step of manufacturing the polycrystalline silicon rod by heating the silicon core wire with the heater after the position adjustment. And steps.
  • an inverted U-shaped heater is placed on a heater electrode via a heater electrode adapter, and the lower end of the inverted U-shaped heater is the central axis of the heater electrode.
  • a heater electrode adapter is selected that provides a central axis at a position different from the extension line. For this reason, it becomes possible to change the position of a heater by selection of the electrode adapter for heaters couple
  • the heater electrode adapter has an electrode coupling member and a holding member for holding the heater, and the holding member can be turned around the central axis of the heater electrode, the heater electrode adapter itself is replaced. Therefore, the arrangement of the inverted U-shaped heater in the bell jar in the horizontal direction is variable, and the heater can be easily arranged at an appropriate position. As a result, it is possible to optimize the heater arrangement from three viewpoints: initial heating of the silicon core wire, influence on silicon deposition on the silicon core wire, and silicon deposition on the heater.
  • FIG. 5A the holding member is turned around the central axis of the electrode coupling member, and thereby the inverted U-shaped heater is turned around the central axis of the heater electrode.
  • FIG. It is a figure which shows the mode of arrangement
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view illustrating a general configuration of a reactor for producing a polycrystalline silicon rod by vapor-phase growing polycrystalline silicon by the Siemens method.
  • a silicon core wire 5 is assembled into a torii type (inverted U shape) with two vertical directions and one horizontal direction in a space constituted by the bell jar 8 and the base plate 1, and the torii type silicon core wire 5 is assembled.
  • a pair of silicon metal electrodes 2 disposed on the base plate 1 via a pair of carbon core wire holders 9 or via a core wire holder adapter (not shown).
  • the silicon metal electrode 2 passes through the base plate 1 with the insulator 7 interposed therebetween, and is connected to another silicon metal electrode (not shown) by wiring (not shown) or is disposed outside the reaction furnace 200.
  • the reference numeral 3 indicates a gas nozzle
  • the reference numeral 4 indicates an exhaust port. Note that each of the silicon core wire, the heater, the gas nozzle, and the like is schematically represented one by one, and actually a plurality of each is arranged based on various designs.
  • An inverted U-shaped heater 11 for heating the silicon core wire to a temperature at which electricity can be passed connects the two column portions 11a having a straight body portion perpendicular to the bottom plate and the upper ends of the two column portions 11a. It has an inverted U-shape consisting of a bridge portion 11 b, and both lower end portions of the heater are fixed to a pair of heater electrodes 12 via a heater electrode adapter 10.
  • the heater metal electrode 12 passes through the base plate 1 with the insulator 7 interposed therebetween, and is connected to a power source (not shown) disposed outside the reaction furnace 200.
  • the surface temperature is heated to about 900 to 1200 ° C.
  • Trichlorosilane is supplied as a silicon raw material.
  • the silicon core wire 5 is heated by energization from the silicon metal electrode 2, but an “U” -shaped heater 11 is used for “initial heating” in which the temperature of the silicon core wire 5 is heated to 200 to 400 ° C. . After the initial heating, the heater 11 is turned off, and the heating is performed to the above temperature necessary for the deposition of the polycrystalline silicon 6 only by energization from the silicon metal electrode 2.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a configuration example of the reaction furnace 100 of the polycrystalline silicon rod manufacturing apparatus according to the present invention.
  • this reaction furnace 100 is configured such that both ends of the inverted U-shaped silicon core wire 5 are connected to each other via a pair of carbon core wire holders 9 in the space formed by the bell jar 8 and the base plate 1. Alternatively, it is further fixed to a pair of silicon metal electrodes 2 arranged on the base plate 1 via an adapter (not shown). The metal electrode 2 for silicon penetrates the base plate 1 with the insulator 7 interposed therebetween.
  • Both lower ends of the inverted U-shaped heater 11 are fixed to a pair of heater electrodes 12 via a heater electrode adapter 13.
  • the heater metal electrode 12 passes through the base plate 1 with the insulator 7 interposed therebetween.
  • the inverted U-shaped heater 11 is placed on the heater electrode 12 provided through the base plate 1 via the heater electrode adapter 13.
  • the electrode adapter 13 is used in which the electrode coupling portion is located on an extension line of the center axis of the electrode, and the heater holding portion is provided at a position shifted in the horizontal direction from the extension line of the center axis of the electrode. For this reason, when both lower ends of the inverted U-shaped heater 11 are fixed to the heater electrode adapter 13, the central axis of the lower end of the inverted U-shaped heater 11 is different from the extension line of the central axis of the electrode (offset). ) Mode.
  • the position of the heater electrode of the reaction furnace 200 cannot be changed, but the state of the offset can be changed by changing the shape of the heater adapter 13.
  • the heater electrode adapter is configured to have an electrode coupling member 13a and a holding member 13b for holding the heater, and the holding member 13b can be turned around an extension line of the central axis of the electrode. Since the lower end portion of the inverted U-shaped heater 11 also rotates around the central axis of the heater electrode 12, the arrangement of the inverted U-shaped heater 11 in the reaction furnace 100 in the horizontal direction is variable. . Moreover, the magnitude
  • FIG. 3 is a view showing a configuration example of the heater electrode adapter 13 of the above-described inverted U-shaped heater
  • FIG. 3 (A) is a top view
  • FIG. 3 (B) is a cross-sectional view.
  • the heater electrode adapter 13 includes an electrode coupling member 13a having a recess in the center, a holding member 13b that holds the lower end of the inverted U-shaped heater 11 and is rotatable around the central axis of the electrode coupling member 13a.
  • the fastening member 13c is inserted into the recess of the electrode coupling member 13a and supports the holding member 13b.
  • the lower end of the inverted U-shaped heater 11 is inserted into a hole 13h provided in the holding member 13b. It is fixed in a manner.
  • the column portion 11a of the inverted U-shaped heater 11 has a curved portion 11a2 on the lower end side of the column portion as shown in FIG. 4 in addition to the mode including only the straight body portion perpendicular to the base plate 1. It is good also as an aspect. In this case, the amount of “offset” increases by the amount of curvature.
  • FIG. 5A is a diagram showing a state in which the lower end portions of the inverted U-shaped heater 11 are held by the pair of heater electrode adapters 13 of the inverted U-shaped heater described above from above the base plate 1.
  • a mode in which two inverted U-shaped heaters 11 are provided is shown. Note that what is indicated by reference numeral 3 is a gas nozzle that penetrates the base plate 1.
  • FIG. 5B shows a state in which the holding member 13b in the state of FIG. 5A is rotated around the central axis of the heater electrode 12, and thereby the inverted U-shaped heater 11 is rotated around the central axis of the heater electrode 12.
  • FIG. 6 is a diagram showing the arrangement of the inverted U-shaped heater 11 provided on the base plate via the heater electrode adapter 10 in the conventional apparatus.
  • the arrangement of the U-shaped heater 11 is determined depending on where the heater electrode is provided on the base plate, and if the arrangement of the heater 11 is to be changed, the design of the base plate must be changed again.
  • both lower ends of the inverted U-shaped heater 11 are fixed to the heater electrode adapter 13 having the holding member 13b that can roll around the central axis of the heater electrode 12, and
  • the central axis of the lower end of the U-shaped heater 11 is arranged in the horizontal direction.
  • the optimal arrangement from the three viewpoints of the initial heating of the silicon core wire, the effect on the silicon deposition on the silicon core wire, and the silicon deposition on the heater is easy.
  • a polycrystalline silicon rod is produced by heating the silicon core wire 5 with the inverted U-shaped heater 11 using the above-described apparatus, and the state of the obtained polycrystalline silicon rod From this, it is determined whether the arrangement of the heater 11 is appropriate and necessary position adjustment is performed, and the silicon core wire 5 is heated by the heater 11 after the position adjustment to manufacture a polycrystalline silicon rod.
  • the inverted U-shaped heater is placed on the heater electrode via the holding member, and the lower end of the inverted U-shaped heater has a central axis different from the central axis of the heater electrode. Since the holding member can roll around the central axis of the heater electrode, the arrangement of the inverted U-shaped heater in the bell jar in the horizontal direction is variable and can be arranged at an appropriate position. As a result, it is possible to optimize the heater arrangement from three viewpoints: initial heating of the silicon core wire, influence on silicon deposition on the silicon core wire, and silicon deposition on the heater.

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Abstract

　ヒータ用電極アダプタ１３は、電極結合部分が電極の中心軸の延長線上に位置し、ヒータ保持部が電極の中心軸の延長線上から水平方向にずれた位置に設けられたものが用いられる。このため、逆Ｕ字状ヒータ１１の両下端部はヒータ用電極アダプタ１３に固定された際、逆Ｕ字状ヒータ１１の下端部の中心軸は電極の中心軸の延長線上とは異なる（オフセット）態様で載置されている。好ましくは、ヒータ用電極アダプタは電極結合部材１３ａとヒータを保持する保持部材１３ｂを持つ構成とされ、保持部材１３ｂは電極の中心軸の延長線の周りを転回可能とされ、当該転回に伴い、逆Ｕ字状ヒータ１１の下端部もヒータ用電極１２の中心軸の周りを転回することとなるから、反応炉１００内での逆Ｕ字状のヒータ１１の水平方向での配置が可変となる。

Description

多結晶シリコン棒の製造装置および製造方法
　本発明は、多結晶シリコン棒の製造技術に関し、より詳細には、多結晶シリコン棒の製造時に用いられるシリコン芯線を加熱するためのヒータに関する。
　多結晶シリコンは、半導体デバイス製造用単結晶シリコン基板や太陽電池製造用シリコン基板の原料である。一般に、多結晶シリコンの製造は、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、当該シリコン芯線の表面に多結晶シリコンを気相成長（ＣＶＤ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ
Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）させるシーメンス法により行われる（例えば、特公昭３７－１８８６１号公報（特許文献１）を参照）。
　シーメンス法により多結晶シリコンを気相成長する場合、鉛直方向に２本、水平方向に１本のシリコン芯線を、反応炉内に鳥居型（逆Ｕ字状）に組立て、この鳥居型に組んだシリコン芯線の両端のそれぞれを、芯線ホルダを介してベースプレート（底板）上に設けたシリコン用金属電極に固定する。そして、これらのシリコン用金属電極から上記鳥居型シリコン芯線に通電することで加熱がなされる。なお、通常は、複数個の鳥居型シリコン芯線がベースプレート上に配置される。
　反応炉（反応器）内では、上述したベースプレートとドーム型の容器（ベルジャ）で形成される密閉空間が多結晶シリコンを気相成長させるための反応空間となる。シリコン用金属電極は絶縁物を挟んでベースプレートを貫通し、配線を通して別のシリコン用金属電極に接続されるか、反応炉外に配置された電源に接続される。反応空間内で多結晶シリコンを気相成長させる際に鳥居型シリコン芯線以外の部分にも多結晶シリコンが析出することを防止し、また装置材料の高温による損傷を防止するために、シリコン用金属電極とベースプレートおよびベルジャは、水、オイルなどの冷媒を用いて冷却される。芯線ホルダは、シリコン用金属電極を介して冷却される。
　反応炉内を水素雰囲気とし、上記シリコン用金属電極から電流を導通させてシリコン芯線を９００℃以上１２００℃以下の温度範囲に加熱しながら原料ガスをガスノズルから反応炉内に供給すると、シリコン芯線上にシリコンが気相成長し、所望の直径の多結晶シリコンが逆Ｕ字状に形成される。上記原料ガスとしては、例えばトリクロロシランと水素の混合ガスが用いられる。そして反応炉内を冷却した後に大気開放し、反応炉から多結晶シリコンを取り出す。
　ところで、シリコン芯線は多結晶または単結晶のシリコン等で作製されるが、高純度多結晶シリコン製造のために用いられるシリコン芯線は不純物濃度の低い高純度なものである必要があり、具体的には、比抵抗が５００Ωｃｍ以上の高抵抗のものであることが求められる。このような高抵抗のシリコン芯線の通電は、一般に常温では開始できないため、予めシリコン芯線を２００～４００℃に初期加熱して比抵抗を下げて（導電性を高めて）から通電する必要がある。
　このような初期加熱のために、反応炉の中央または内周面に初期加熱用のヒータを設けてある。ヒータは例えばカーボンで製作される。反応開始時には、先ずこのヒータを通電により発熱させ、その際に発生する輻射熱によってヒータ周辺に配置されているシリコン芯線を所望の温度にまで加熱するということが行われる（例えば、特開２０１１－０３７６９９号公報（特許文献２）を参照）。ヒータはシリコン芯線の通電がなされ、それ自身の発熱が始まると、役割が終わり、切電される。
　上述の如く、シーメンス法にて使用されるベースプレートにはシリコン用金属電極、ガスノズル、排気口、ヒータ用金属電極などが、ベースプレートを貫通させる態様で設置されるのが一般的である。これらのうち、シリコン用金属電極、ガスノズル、排気口は、その配置がＣＶＤ反応時の結晶析出に影響するため、慎重に設置場所を検討すべきである。
　ヒータの役割はシリコン芯線の初期加熱であり、その配置は、シリコン芯線の加熱状態への影響を考慮して検討されるべきことに加え、初期加熱終了後のシリコン芯線へのシリコンの析出に弊害とならないことも重要である。さらに、ヒータへのシリコンの析出が顕著となるとヒータの寿命が短くなるから、ＣＶＤ反応時にシリコンがなるべく析出しない場所に設置されることが好ましい。
　つまり、シリコン芯線を通電可能な温度に加熱するための逆Ｕ字状のヒータを底板上に設置するに際しては、シリコン芯線の初期加熱の具合、シリコン芯線へのシリコンの析出への影響、および、ヒータへのシリコンの析出の具合の、３つの観点からの配置の最適化が望まれる。
特公昭３７－１８８６１号公報 特開２０１１－０３７６９９号公報
　ベースプレートを貫通させてシリコン用金属電極、ガスノズル、排気口、ヒータ用金属電極を設置する場合、実際に多結晶シリコン棒を育成してみないとそれらの最適な配置場所を判断することができない。しかも、これらはベースプレートを貫通させる態様で設置されているため、当初の配置を変更しようとするとベースプレートの設計変更から行わなければならず改善が困難であった。
　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、シリコン芯線の初期加熱用に用いられる逆Ｕ字状のヒータの両下端部を保持する一対のヒータ用電極の設置位置を変更することなく、ベルジャ内におけるヒータ配置を可変とし、これにより、多結晶シリコン棒の育成不良や予定外のヒータ寿命の短縮といった問題を改善することが可能な多結晶シリコン棒の製造装置を提供することにある。
　上述の課題を解決するために、本発明に係る多結晶シリコン棒の製造装置は、シリコン芯線上に多結晶シリコンを気相成長させて多結晶シリコン棒を製造するための装置であって、前記シリコン芯線を通電可能な温度に加熱するための逆Ｕ字状のヒータであって底板に垂直な直胴部を有する２つの柱部と該２つの柱部の上端部同士を連結するブリッジ部とを有するヒータと、該ヒータの両下端部から通電して加熱するための一対のヒータ用電極と、を備え、前記ヒータ用電極は前記底板を貫通して設けられており、前記逆Ｕ字状ヒータはヒータ用電極アダプタを介して前記ヒータ用電極上に載置されており、前記逆Ｕ字状ヒータの下端部は前記ヒータ用電極の中心軸の延長線上とは異なる位置に中心軸を有する、ことを特徴とする。
　好ましくは、前記ヒータ用電極アダプタは、前記電極に結合するための電極結合部材と、前記ヒータの下端部を保持するための保持部材を持ち、該保持部材は前記電極の中心軸の延長線の廻りを転回可能であるものを用いる。
　本発明に係る多結晶シリコン棒の製造方法は、上述の装置を用いた多結晶シリコン棒の製造方法であって、前記ヒータによりシリコン芯線を加熱して多結晶シリコン棒を製造する第１のステップと、得られた多結晶シリコン棒の状態に基づいて前記ヒータの位置調整を行う第２のステップと、該位置調整後のヒータによりシリコン芯線を加熱して多結晶シリコン棒を製造する第３のステップと、を備えている。
　本発明の多結晶シリコンの製造装置は、逆Ｕ字状ヒータがヒータ用電極アダプタを介してヒータ用電極上に載置されており、逆Ｕ字状ヒータの下端部はヒータ用電極の中心軸の延長線上とは異なる位置に中心軸与えるヒータ用電極アダプタが選択される。このため、電極に結合されるヒータ用電極アダプタの選択によってヒータの位置を変更することが可能になる。
　更に、ヒータ用電極アダプタを電極結合部材とヒータを保持する保持部材を持つ構成とし、保持部材がヒータ用電極の中心軸の周りを転回可能とした場合には、ヒータ用電極アダプタそのものを交換することなく、ベルジャ内での逆Ｕ字状のヒータの水平方向での配置が可変となり、容易にヒータを適正位置に配置させることが可能となる。これにより、シリコン芯線の初期加熱の具合、シリコン芯線へのシリコンの析出への影響、および、ヒータへのシリコンの析出の具合の、３つの観点からのヒータ配置の最適化が可能となる。
多結晶シリコン棒製造用反応炉の一般的な構成を例示した断面概略図である。 本発明に係る多結晶シリコン棒の製造装置の反応炉の構成例を示す断面概略図である。 逆Ｕ字状ヒータのヒータ用電極アダプタの構成例を示す図である。 柱部の下端部側に湾曲部を有している態様の逆Ｕ字状ヒータを示す図である。 逆Ｕ字状ヒータのヒータ用電極アダプタの一対に逆Ｕ字状ヒータの両下端部を保持させた状態をベースプレートの上方向から示した図である。 図５Ａの状態のヒータ用電極アダプタに対し、保持部材を電極結合部材の中心軸の周りで転回させ、これにより、逆Ｕ字状ヒータをヒータ用電極の中心軸の周りで転回させた状態を示す図である。 従来型の装置における、逆Ｕ字状ヒータのベースプレート上での配置の様子を示す図である。
　以下に、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
　図１は、シーメンス法により多結晶シリコンを気相成長させて多結晶シリコン棒を製造するための反応炉の一般的な構成を例示した断面概略図である。
　反応炉２００は、ベルジャ８とベースプレート１により構成される空間内に、シリコン芯線５を鉛直方向２本、水平方向１本の鳥居型（逆Ｕ字状）に組み立て、該鳥居型のシリコン芯線５の両端を１対のカーボン製芯線ホルダ９を介して、あるいは、更に芯線ホルダアダプタ（不図示）を介して、ベースプレート１上に配置した一対のシリコン用金属電極２に固定する。シリコン用金属電極２は、絶縁物７を挟んでベースプレート１を貫通し、配線（不図示）により別のシリコン用金属電極（不図示）に接続されるか、反応炉２００外に配置された電源（不図示）に接続される。なお、図中、符号３で示したものはガスノズルであり、符号４で示したものは排気口である。なお、シリコン芯線、ヒータ、ガスノズル等はいずれも１つずつ模式的に表現されたもので、実際にはそれぞれの複数のものが種々の設計に基づいて配置される。
　シリコン芯線を通電可能な温度に加熱するための逆Ｕ字状のヒータ１１は、底板に垂直な直胴部を有する２本の柱部１１ａと該２つの柱部１１ａの上端部同士を連結するブリッジ部１１ｂとから成る逆Ｕ字状のもので、該ヒータの両下端部は、ヒータ用電極アダプタ１０を介して、一対のヒータ用電極１２に固定されている。ヒータ用金属電極１２は、絶縁物７を挟んでベースプレート１を貫通し、反応炉２００外に配置された電源（不図示）に接続される。
　シリコン芯線５上に多結晶シリコン６を成長（析出）させるためには、一般的には、シリコン芯線５の抵抗値を下げるためにその表面温度が９００～１２００℃程度となるように加熱し、トリクロロシランをシリコン原料として供給する。シリコン芯線５の加熱はシリコン用金属電極２からの通電により行われるが、シリコン芯線５の温度を２００～４００℃にまで加熱する「初期加熱」には、逆Ｕ字状のヒータ１１が用いられる。なお、初期加熱後にはヒータ１１はオフされ、シリコン用金属電極２からの通電のみにより多結晶シリコン６の析出に必要な上記温度にまで加熱がなされる。
　図２は、本発明に係る多結晶シリコン棒の製造装置の反応炉１００の構成例を示す断面概略図である。
　上述の反応炉２００と同様に、この反応炉１００は、ベルジャ８とベースプレート１により構成される空間内に、逆Ｕ字状のシリコン芯線５の両端を１対のカーボン製芯線ホルダ９を介して、あるいは、更にアダプタ（不図示）を介して、ベースプレート１上に配置した一対のシリコン用金属電極２に固定する。シリコン用金属電極２は、絶縁物７を挟んでベースプレート１を貫通している。
　逆Ｕ字状のヒータ１１の両下端部は、ヒータ用電極アダプタ１３を介して、一対のヒータ用電極１２に固定されている。ヒータ用金属電極１２は、絶縁物７を挟んでベースプレート１を貫通している。
　本発明においても、従来の装置と同様に、ベースプレート１を貫通して設けられたヒータ用電極１２の上に逆Ｕ字状ヒータ１１がヒータ用電極アダプタ１３を介して載置されるが、ヒータ用電極アダプタ１３は、電極結合部分が電極の中心軸の延長線上に位置し、ヒータ保持部が電極の中心軸の延長線上から水平方向にずれた位置に設けられたものが用いられる。このため、逆Ｕ字状ヒータ１１の両下端部はヒータ用電極アダプタ１３に固定された際、逆Ｕ字状ヒータ１１の下端部の中心軸は電極の中心軸の延長線上とは異なる（オフセット）態様で載置されている。ここでは、反応炉２００のヒータ用電極の位置を変更することはできないが、ヒータ用アダプタ１３の形状を変更することにより、オフセットの状態を変更することができる。
　好ましくは、ヒータ用電極アダプタは電極結合部材１３ａとヒータを保持する保持部材１３ｂを持つ構成とされ、保持部材１３ｂは電極の中心軸の延長線の周りを転回可能とされ、当該転回に伴い、逆Ｕ字状ヒータ１１の下端部もヒータ用電極１２の中心軸の周りを転回することとなるから、反応炉１００内での逆Ｕ字状のヒータ１１の水平方向での配置が可変となる。また、保持部材１３ｂのみを交換し、長さを変えることによって、オフセットの大きさを変更することもできる。
　図３は上述の逆Ｕ字状ヒータのヒータ用電極アダプタ１３の構成例を示す図で、図３（Ａ）は上面図、図３（Ｂ）は断面図である。このヒータ用電極アダプタ１３は、中央に凹部を有する電極結合部材１３ａと、逆Ｕ字状ヒータ１１の下端部を保持するとともに電極結合部材１３ａの中心軸の周りを回動可能な保持部材１３ｂと、電極結合部材１３ａの上記凹部に挿入されて保持部材１３ｂを支持するための締結部材１３ｃとから成り、逆Ｕ字状ヒータ１１の下端部は保持部材１３ｂに設けられた穴部１３ｈに挿入される態様で固定される。
　なお、逆Ｕ字状ヒータ１１の柱部１１ａは、ベースプレート１に垂直な直胴部のみから成る態様以外にも、図４に示すような、柱部の下端部側に湾曲部１１ａ２を有している態様としてもよい。この場合には、湾曲分だけ「オフセット」の量が多くなる。
　図５Ａは上述の逆Ｕ字状ヒータのヒータ用電極アダプタ１３の一対に逆Ｕ字状ヒータ１１の両下端部を保持させた状態をベースプレート１の上方向から示した図で、この図には２つの逆Ｕ字状ヒータ１１が設けられた態様が示されている。なお、符号３で示したものは、ベースプレート１を貫通するガスノズルである。
　図５Ｂは、図５Ａの状態の保持部材１３ｂをヒータ用電極１２の中心軸の周りで転回させ、これにより、逆Ｕ字状ヒータ１１をヒータ用電極１２の中心軸の周りで転回させた状態を示す図である。
　図６は、従来型の装置における、ヒータ用電極アダプタ１０を介して設けられた、逆Ｕ字状ヒータ１１のベースプレート上での配置の様子を示す図であるが、このような態様では、逆Ｕ字状ヒータ１１の配置はベースプレート上の何処にヒータ用電極を設けたかにより決まってしまい、ヒータ１１の配置を変更しようとすればベースプレートの設計変更からやり直すしかない。
　これに対して、本発明のように、逆Ｕ字状ヒータ１１の両下端部をヒータ用電極１２の中心軸の周りを転回可能な保持部材１３ｂを持つヒータ用電極アダプタ１３に固定し、逆Ｕ字状ヒータ１１の下端部の中心軸がヒータ用電極１２の中心軸とは異なる（オフセット）態様とすることで、反応炉１００内での逆Ｕ字状のヒータ１１の水平方向での配置が容易に変更できることで、シリコン芯線の初期加熱の具合、シリコン芯線へのシリコンの析出への影響、および、ヒータへのシリコンの析出の具合の、３つの観点からの最適配置が容易なものとなる。
　本発明に係る多結晶シリコン棒の製造方法では、上述の装置を用い、逆Ｕ字状ヒータ１１によりシリコン芯線５を加熱して多結晶シリコン棒を製造し、得られた多結晶シリコン棒の状態からヒータ１１の配置の適否を判断して必要な位置調整を行い、該位置調整後のヒータ１１によりシリコン芯線５を加熱して多結晶シリコン棒を製造するという工程を採用する。
　本発明によれば、逆Ｕ字状ヒータが保持部材を介してヒータ用電極上に載置されており、逆Ｕ字状ヒータの下端部はヒータ用電極の中心軸とは異なる中心軸を有し、保持部材がヒータ用電極の中心軸の周りを転回可能であるため、ベルジャ内での逆Ｕ字状のヒータの水平方向での配置が可変となり適正位置に配置させることが可能となる。これにより、シリコン芯線の初期加熱の具合、シリコン芯線へのシリコンの析出への影響、および、ヒータへのシリコンの析出の具合の、３つの観点からのヒータ配置の最適化が可能となる。
１　ベースプレート
２　シリコン用金属電極
３　ガスノズル
４　排気口
５　シリコン芯線
６　多結晶シリコン
７　絶縁物
８　ベルジャ
９　芯線ホルダ
１０　ヒータ用電極アダプタ
１１　ヒータ
１２　ヒータ用金属電極
１３　ヒータ用電極アダプタ
１３ａ　電極結合部材
１３ｂ　保持部材
１００，２００　反応炉

Claims (3)

  1. 　シリコン芯線上に多結晶シリコンを気相成長させて多結晶シリコン棒を製造するための装置であって、
    　前記シリコン芯線を通電可能な温度に加熱するための逆Ｕ字状のヒータであって底板に垂直な直胴部を有する２つの柱部と該２つの柱部の上端部同士を連結するブリッジ部とを有するヒータと、該ヒータの両下端部から通電して加熱するための一対のヒータ用電極と、を備え、
    　前記ヒータ用電極は前記底板を貫通して設けられており、
    　前記逆Ｕ字状ヒータはヒータ用電極アダプタを介して前記ヒータ用電極上に載置されており、
    　前記逆Ｕ字状ヒータの下端部は前記ヒータ用電極の中心軸の延長線上とは異なる位置に中心軸を有する、
    ことを特徴とする多結晶シリコン棒の製造装置。
  2. 　前記ヒータ用電極アダプタは、前記電極に結合するための電極結合部材と、前記ヒータの下端部を保持するための保持部材を持ち、該保持部材は前記電極の中心軸の延長線の廻りを転回可能である、請求項１に記載の多結晶シリコン棒の製造装置。
  3. 　請求項１または２に記載の装置を用いた多結晶シリコン棒の製造方法であって、前記ヒータによりシリコン芯線を加熱して多結晶シリコン棒を製造する第１のステップと、得られた多結晶シリコン棒の状態に基づいて前記ヒータの位置調整を行う第２のステップと、該位置調整後のヒータによりシリコン芯線を加熱して多結晶シリコン棒を製造する第３のステップと、を備えている多結晶シリコン棒の製造方法。
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