專利名稱：多晶硅制造裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種多晶硅制造裝置，在加熱后的硅芯棒表面析出多晶硅而 制造多晶硅的桿。
本發(fā)明對(duì)2008年6月24日申請(qǐng)的日本專利申請(qǐng)第2008-164298號(hào)以及 2009年6月5日申請(qǐng)的日本專利申請(qǐng)第2009-135831號(hào)的主張優(yōu)先權(quán)，并引 用其內(nèi)容。
背景技術(shù)：
以往，作為多晶硅制造裝置，已知可采用西門子法的技術(shù)。在借助西門 子法的多晶硅制造裝置中，在反應(yīng)爐內(nèi)配設(shè)有多個(gè)硅芯棒，反應(yīng)爐內(nèi)的硅芯 棒加熱后，向該反應(yīng)爐中供給由氯硅烷氣體和氫氣的混合氣體構(gòu)成的原料氣 體，使其與加熱后的硅芯棒接觸。并且，使通過(guò)原料氣體的熱分解及氫還原 而產(chǎn)生的多晶硅析出在硅芯棒的表面上。
在這樣的多晶硅制造裝置中，成為晶種的硅芯棒以立設(shè)狀態(tài)固定在配設(shè) 在反應(yīng)爐的內(nèi)底部的電極上。并且，從該電極給硅芯棒通電，借助其電阻使 硅芯棒發(fā)熱。此時(shí)，使從下方噴出的原料氣體與硅芯棒表面接觸，形成多晶 硅的桿。在反應(yīng)爐的內(nèi)底面的大致全部區(qū)域中分散地設(shè)置有多個(gè)保持該硅芯 棒的電極，如專利文獻(xiàn)l所述，以被環(huán)狀的絕緣材料包圍的狀態(tài)設(shè)置在反應(yīng) 爐的底板部的通孔內(nèi)(參照日本專利特開2007-107030號(hào)/>報(bào))。
在上述的多晶硅制造裝置中，反應(yīng)爐內(nèi)的氣體溫度最高成為500 ~ 600 1C的高溫。因此，保持電極的電極托架在內(nèi)部使冷卻水流通而進(jìn)行冷卻。但 是，設(shè)置在反應(yīng)爐的底板部與電極托架之間的絕緣材料不能直接冷卻，因此 受到反應(yīng)爐內(nèi)的熱而容易形狀損壞，容易成為絕緣功能惡化的原因。此時(shí)， 使用陶瓷類的絕緣材料時(shí)，有可能因不能吸收反應(yīng)爐的底板部和電極托架的 熱膨脹差而導(dǎo)致破損。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明鑒于這樣的問(wèn)題而提出，其目的在于提供一種多晶硅制造裝置， 能夠吸收反應(yīng)爐的底板部和電極托架的熱膨脹差，且能夠維持良好的絕緣性。
本發(fā)明的多晶硅制造裝置，在供給了原料氣體的反應(yīng)爐內(nèi)，通過(guò)加熱硅 芯棒而使多晶硅析出在硅芯棒的表面。本發(fā)明的多晶硅制造裝置具有電極、 電極托架、及環(huán)狀絕緣材料。電極沿上下方向延設(shè)保持上述硅芯棒。電極托 架內(nèi)部形成有使冷卻介質(zhì)流通的冷卻流路，并插入形成在上述反應(yīng)爐的底板 部上的通孔內(nèi)，保持上述電極。環(huán)狀絕緣材料配置在上述通孔的內(nèi)周面和上 述電極托架的外周面之間，使上述底板部和上述電極托架之間電氣地絕緣。 并且，在本發(fā)明的多晶硅制造裝置中，在上述電極托架的外周面上設(shè)置有擴(kuò) 徑部，該擴(kuò)徑部與上述環(huán)狀絕緣材料的上端部的上表面的至少一部分接觸， 在其內(nèi)部形成了上述冷卻流路的一部分。
呈插入反應(yīng)爐的底板部的狀態(tài)的環(huán)狀絕緣材料，其上端部的上表面朝向 反應(yīng)爐的內(nèi)部。由此，若環(huán)狀絕緣材料保持從通孔的內(nèi)周面和電極托架之間 向反應(yīng)爐內(nèi)露出的狀態(tài)，則來(lái)自反應(yīng)爐內(nèi)的硅芯棒等的輻射熱經(jīng)由通孔的內(nèi) 周面和電極托架之間而直接作用在環(huán)狀絕緣材料的上端部。在本發(fā)明中，通 過(guò)將與環(huán)狀絕緣材料的上端部的上表面的至少一部分接觸的擴(kuò)徑部設(shè)置在 電極托架上，電極托架負(fù)擔(dān)朝向該上表面的輻射熱，因此能夠減少直接作用 在環(huán)狀絕緣材料上的輻射熱。而且，因?yàn)槔鋮s介質(zhì)也在擴(kuò)徑部?jī)?nèi)流通，因此 能夠提高環(huán)狀絕緣材料的冷卻效果。
并且，在本發(fā)明的多晶硅制造裝置中，上述擴(kuò)徑部最好覆蓋上述環(huán)狀絕 緣材料的上述上端部的上述上表面整體。
此時(shí)，通過(guò)以覆蓋環(huán)狀絕緣材料的上端部的上表面整體的方式設(shè)置擴(kuò)徑 部，借助擴(kuò)徑部遮蔽來(lái)自反應(yīng)爐的輻射熱，因此能夠更有效地從輻射熱保護(hù) 環(huán)狀絕緣材料。并且，借助擴(kuò)徑部冷卻環(huán)狀絕緣材料的上端部的上表面整體， 因此，能夠更有效地防止環(huán)狀絕緣材料的形狀或絕緣功能的惡化。
并且，在本發(fā)明的多晶硅制造裝置中，最好上述冷卻介質(zhì)在冷卻了上述 擴(kuò)徑部之后，冷卻上述電極附近。
此時(shí)，在電極托架內(nèi)流通的冷卻介質(zhì)冷卻比較^f氐溫的擴(kuò)徑部之后再冷卻 比較高溫的電極附近，從而能夠?qū)U(kuò)徑部維持為低溫，因此能夠更有效地防 止環(huán)狀絕緣材料變?yōu)楦邷亍?br> 并且，在本發(fā)明的多晶硅制造裝置中，最好上述冷卻流路具有外周側(cè)流 路和內(nèi)周側(cè)流路，上述外周側(cè)流路的一部分形成在上述擴(kuò)徑部?jī)?nèi)。外周側(cè)流 路使上述冷卻介質(zhì)在上述電極托架內(nèi)的外周部中沿著其長(zhǎng)度方向朝向其上端部流通。內(nèi)周側(cè)流路使上述冷卻介質(zhì)在上述外周側(cè)流路的內(nèi)側(cè)沿著上迷長(zhǎng) 度方向朝向上述電極托架的下端部流通。
此時(shí)，冷卻介質(zhì)在電極托架內(nèi)的外周部中朝向上端部流通后，在其內(nèi)側(cè) 朝向下端部流通，由此能夠效率良好地直到上端部將電極托架冷卻。
并且，在本發(fā)明的多晶硅制造裝置中，上述環(huán)狀絕緣材料最好由具有彈 性的樹脂構(gòu)成。此時(shí)，防止由底板部及電極托架的熱膨脹差導(dǎo)致的環(huán)狀絕緣 材料的破損，且借助環(huán)狀絕緣材料吸收底板部和電極托架的熱膨脹差，防止 硅芯棒的變位或析出的多晶硅的破損。
根據(jù)本發(fā)明的多晶硅制造裝置，設(shè)置在電極托架上的擴(kuò)徑部遮斷從硅芯 棒至環(huán)狀絕緣材料的輻射熱，且冷卻環(huán)狀絕緣材料，因此，能夠有效地從來(lái) 自于反應(yīng)時(shí)的高溫條件下保護(hù)環(huán)狀絕緣材料，能夠良好地維持環(huán)狀絕緣材料 的絕緣性及彈性。由此，作為該環(huán)狀絕緣材料，能夠使用合成樹脂等，能夠 確保底板部和電極之間的絕緣且能夠吸收熱膨脹差等，能夠維持裝置整體的 健全性。


圖l是切去反應(yīng)爐的爐罩的一部分后的立體圖。
圖2是圖l所示的反應(yīng)爐的剖視圖。
圖3是示出圖2所示的反應(yīng)爐的一根的硅芯棒用電極單元的放大剖視圖。
圖4是示出圖2所示的反應(yīng)爐的兩根的硅芯棒用電極單元的重要部分的 放大剖視圖。
附圖標(biāo)記i兌明 1反應(yīng)爐 2底板部 4珪芯棒
5、 5A、 5B電極單元 21通孔
22、 46電極托架
、 47電極 25、 45擴(kuò)徑部27、 40冷卻流路 27A、 40A外周側(cè)流路 27B、 40B內(nèi)周側(cè)流路 34環(huán)狀絕緣材料
具體實(shí)施例方式
下面根據(jù)

本發(fā)明的多晶硅制造裝置的一個(gè)實(shí)施方式。 圖1是本發(fā)明適用的多晶硅制造裝置的整體圖。該多晶硅制造裝置的反 應(yīng)爐l具備底板部2，構(gòu)成爐底；以及吊鐘形狀的爐罩3，拆裝自如地安 裝座該底板部2上。底板部2的上表面形成為大致平坦的水平面。爐罩3作 為整體成為吊鐘形狀，天頂是拱頂型，因此其內(nèi)部空間形成為中央部最高、 外周部最低。并且，底板部2及爐罩3的壁為套管構(gòu)造(圖示略)，借助冷 卻水而被冷卻。
在底板部2上分別設(shè)置有多個(gè)電極單元5，安裝有硅芯棒4;多個(gè)噴 出噴嘴(氣體噴出口 ) 6,用于將包含氯硅烷氣體和氫氣的原料氣體噴出至 爐內(nèi)；以及多個(gè)氣體排出口7，用于將反應(yīng)后的氣體排出至爐外。
以能夠?qū)τ诟鞴栊景?均一地供給原料氣體的方式，在反應(yīng)爐1的底板 部2的上表面的大致全部區(qū)域中分散并隔開適當(dāng)?shù)亻g隔設(shè)置有多個(gè)原料氣體 的噴出噴嘴6。這些噴出噴嘴6與反應(yīng)爐1的外部的原料氣體供給源8連接。 并且，在底板部2上的外周部附近，在周方向上適宜地隔開間隔地設(shè)置有多 個(gè)氣體排出口 7，并與外部的排氣處理系統(tǒng)9連接。電源電路10與電極單元 5連接。底板部2成為套管構(gòu)造，在其內(nèi)部形成有冷卻流路(圖示略)。
珪芯棒4以下端部插入電極單元5內(nèi)的狀態(tài)被固定，從而向上方延伸地 立設(shè)，以其中每?jī)筛蓪?duì)連結(jié)的方式，在上端部安裝有一根短尺寸的連結(jié)部 件12。該連結(jié)部件12也與硅芯棒4相同地由硅形成。通過(guò)兩根硅芯棒4和 連結(jié)它們的連結(jié)部件12，作為整體為n字狀(倒U字狀)地組合為晶種組合 體13。由于電極單元5從反應(yīng)爐1的中心同心圓狀地配置，因此晶種組合體 13距反應(yīng)爐1的中心配置為大致同心圓狀。
具體地，如圖2所示，在反應(yīng)爐1內(nèi)，作為上述電極單元5，配設(shè)有保 持一#^芯棒4的一根的珪芯棒用電極單元5A、及保持兩根珪芯棒4的兩根 的硅芯棒用電極單元5B。
如圖2所示，這些一根的硅芯棒用電極單元5A和兩根的硅芯棒用電極單元5B能夠?qū)⒗缛M晶種組合體13作為一個(gè)單元串聯(lián)地連接。此時(shí)，從 單元的列端， 一個(gè)一根的硅芯棒用電極單元5A、兩個(gè)兩根的硅芯棒用電極單 元5B、 一個(gè)一根的硅芯棒用電極單元5A以這樣的順序排列即可。此時(shí)，四 個(gè)電極單元5A、 5B之間以跨立的方式設(shè)置三組晶種組合體13。借助相鄰接 的不同的電極分別保持一個(gè)晶種組合體13的兩硅芯棒4。
即，在一根的硅芯棒用電極單元5A上保持晶種組合體13的兩根硅芯棒 4中的一根，在兩根的硅芯棒用電極單元5B上將兩組晶種組合體13的硅芯 棒4各保持一根。并且，電源線與列兩端的一根的硅芯棒用電極單元5A連 接，流過(guò)電流。此時(shí)，在兩根的硅芯棒用電極單元5B中，兩電極47之間經(jīng) 由臂部42而流過(guò)電流(參照?qǐng)D4 )。
通過(guò)這樣令電極為兩種，設(shè)置保持一根硅芯棒4的一根的硅芯棒用電極 單元5A和保持兩棉在芯棒4的兩根的硅芯棒用電極單元5B，與全部保持一 根的情況相比，能夠減少電極單元數(shù)(例如2/3左右)。這樣電極單元數(shù)少 時(shí)，也能夠減少形成在反應(yīng)爐1的底板部2上的通孔，能夠維持底板部2為 剛性構(gòu)造。并且，能夠以少的電極單元數(shù)保持多的硅芯棒4，因此能夠在反 應(yīng)爐1內(nèi)設(shè)置多的硅芯棒4，能夠提高生產(chǎn)性。并且，由于電極單元數(shù)少， 也能夠減少配置在底板部2的下方的冷卻配管和電源線，提高其維護(hù)作業(yè)性。
接著，詳細(xì)地說(shuō)明各電極單元的構(gòu)造。
首先，說(shuō)明保持一根硅芯棒4的一根的硅芯棒用電極單元5A。如圖3 所示，電極單元5A包括電極托架22、電極23。以插入形成在反應(yīng)爐1的底 板部2上的通孔21的狀態(tài)，設(shè)置電極托架22,電極23設(shè)置在該電極托架 22的上端部，保持硅芯棒4。
如圖3所示，電極托架22由不銹鋼等導(dǎo)電材料形成為棒狀。直線狀的 桿部24、中空?qǐng)A盤狀的擴(kuò)徑部25、陽(yáng)螺紋部26成為一體地形成電極托架22。 直線狀的桿部24沿著上下方向插入通孔21內(nèi)。中空?qǐng)A盤狀的擴(kuò)徑部25形 成為與電極托架22同軸狀，設(shè)置在直線狀的桿部24的上端部，比該桿部24 直徑大。在擴(kuò)徑部24內(nèi)部，與電極托架22同軸狀地形成有圓環(huán)狀的空間25a， 空間25a比該桿部24直徑大。陽(yáng)螺玟部26從該擴(kuò)徑部25的上表面進(jìn)一步 向上方突出。并且，在桿部24的下方，在從底板部2突出的位置上形成有 陽(yáng)螺紋部28。
電極托架22形成為中空的。在電極托架22的內(nèi)部，與電極托架22同 軸狀地具備有內(nèi)筒30，該內(nèi)筒30具有比電極托架22的內(nèi)徑小的外徑，并將電極托架22的內(nèi)部分隔為外周側(cè)空間和內(nèi)周側(cè)(中心部)空間。內(nèi)筒30的 上端與電極托架22的上端內(nèi)表面;J誠(chéng)，在該上端部形成有連通該內(nèi)筒30的 內(nèi)外的開口部30a。由此，在電極托架22的內(nèi)部，從桿部24至陽(yáng)螺紋部26, 形成有冷卻流路27,該冷卻流路27借助開口部30a連通形成在該內(nèi)筒30 和電極托架22之間的外周側(cè)流路27A、和形成在內(nèi)筒30內(nèi)的內(nèi)周側(cè)流路27B。 冷卻介質(zhì)在該冷卻流路27中流通。
在內(nèi)筒30的外周面，在與擴(kuò)徑部25的內(nèi)部空間25a相對(duì)應(yīng)的位置中， 與內(nèi)筒30大致垂直地設(shè)置有環(huán)形板31。借助該環(huán)形板31，在外周側(cè)流路27A 中流通的冷卻介質(zhì)的流通方向被引導(dǎo)至擴(kuò)徑部25內(nèi)的空間25a。在內(nèi)筒30 的外周面上，在與陽(yáng)螺紋部28相對(duì)應(yīng)的位置中，沿著內(nèi)筒30的軸線方向，
墊32.
另一方面，使電極托架22為插入狀態(tài)的底板部2的通孔21下部為直線 部21A，上部成為向上方逐漸擴(kuò)徑的錐部21B。直線部21A其內(nèi)徑形成得比 電極托架22的桿部24的外徑大。由此，在該桿部24的周圍形成有環(huán)狀的 空間。錐部21B形成為例如對(duì)于垂直軸5° ~15°的傾斜角。在錐部21B的 上端開口部形成有比該錐部21B的最大內(nèi)徑還要擴(kuò)徑的锪孔部33。
在該通孔21的內(nèi)周面和電極托架22的桿部24之間，圍著電極托架22 設(shè)置有環(huán)狀絕緣材料34。該環(huán)狀絕緣材料34由例如以聚四氟乙烯(PTFE)、 鐵氟隆(PFA)為代表的氟類樹脂等、具有彈性的高熔點(diǎn)的絕緣樹脂形成。 環(huán)狀絕緣材料34包括插入通孔21的直線部21A中的帶凸緣套筒35、和配置 在通孔21的錐部21B的錐部件36這兩個(gè)部件。例如作為環(huán)狀絕緣材料34 的材料所使用的PTFE，熔點(diǎn)(ASTM規(guī)格D792 )是327TC，彎曲彈性率(ASTM 規(guī)格D790 )是0. 55GPa，拉伸彈性率(ASTM規(guī)格D638 )是0. 44 ~ 0. 55 GPa, 線膨脹系數(shù)(ASTM規(guī)格D696 )是10x 1(T7lC。
角度的錐狀。錐部件36從底板部2的上方插入通孔21，與該錐部21B的內(nèi) 表面抵接。電極托架22的擴(kuò)徑部25的下表面與該錐部件36的上端部的上 表面抵接。擴(kuò)徑部25其外徑設(shè)定為與錐部件36的最大外徑、即上端部的上 表面的外徑大致相等、覆蓋錐部件36 (環(huán)狀絕緣材料34)的整個(gè)上表面。 另外，擴(kuò)徑部25和锪孔部33的側(cè)面的距離足夠遠(yuǎn)離為不會(huì)發(fā)生短路時(shí)，為 了提高冷卻效果而能夠令擴(kuò)徑部25的外徑比錐部件36的上端部的上表面的外徑稍大。相對(duì)于此，在擴(kuò)徑部25和锪孔部33的側(cè)面的距離近時(shí)，為了防 止短路，能夠令擴(kuò)徑部25的外徑比錐部件36的上端部的上表面的外徑稍小。
在錐部件36的外周面及上端面的內(nèi)周部分別設(shè)置有0型環(huán)43。借助這 些0型環(huán)43，保持錐部件36和電極托架22及底板部2之間的氣密性、即反 應(yīng)爐1的通孔21中的氣密性。
帶凸緣套筒35以與其下端部一體形成的凸緣部37與反應(yīng)爐1的底板部 2的背面抵接的方式，插入在直線部21A中。凸緣部37的上表面借助旋入電 極托架22的陽(yáng)螺紋部28的螺母38而推壓底板部2的背面。在凸緣部37的 下表面和螺母38之間，順次配置環(huán)形墊片39a、碟形彈簧39b、環(huán)形墊片39a。 利用螺母38將凸緣部37的上表面向底板部2推壓時(shí)，借助蝶形彈簧39b實(shí) 現(xiàn)適當(dāng)?shù)膲毫?。環(huán)形墊片39a最好是不銹鋼(SUS304 )制的，碟形彈簧39b 最好是不銹鋼(SUS631)制的。
通過(guò)緊固該螺母38，擴(kuò)徑部25和螺母38的間隔變小，因此對(duì)于底板 部2向下方拉伸電極托架22，在擴(kuò)徑部25和螺母38之間夾持環(huán)狀絕緣材料 34。并且，借助其夾持力，錐部件36的外周面被按壓在通孔21的錐部21B 的內(nèi)周面上，這些環(huán)狀絕緣材料34和電極托架22與底板部2 —體地固定。 此時(shí)， 一邊確認(rèn)電極托架22的擴(kuò)徑部25的下表面的高度位置(從底板部2 的表面突出的高度)， 一邊令擴(kuò)徑部25的下部與底板部2接近。此時(shí)，調(diào)節(jié) 螺母38的旋入量，防止擴(kuò)徑部25的下部與底板部2接近而在它們之間產(chǎn)生 電氣短路。
借助碟形彈簧39b及環(huán)狀絕緣材料34 (樹脂制的帶凸緣套筒35及錐部 件36)的彈性變形，容許電極托架22和底板部2之間的上下方向的相對(duì)移 動(dòng)。由此，吸收電極托架22和底板部2的熱膨脹差。
在該固定狀態(tài)中，環(huán)狀絕緣材料34的錐部件36的上端部比通孔21的 錐部21B的上端部向上方稍稍突出而與锪孔部33內(nèi)面對(duì)。因此，錐部件36 上端部的外徑設(shè)定得比錐部21B的最大外徑大，使得其上端部從鏈孔部33 的底面突出、且不比锪孔部33的上端部向上方突出。
另一方面，電極23由碳等形成為圓柱狀。電極23下端部具有旋入電極 托架22的陽(yáng)螺紋部26的陰螺紋部43,其上端部具有以插入狀態(tài)固定硅芯棒 4的孔23a,孑L23a沿著軸心形成。
說(shuō)明形成在一根的硅芯棒用電極單元5A中的冷卻流路27。如圖3所示， 冷卻介質(zhì)通過(guò)設(shè)置在電極托架22的下端部的流入口 27a，流入外周側(cè)流路27A,向上方流通。并且，冷卻介質(zhì)由環(huán)形板31引導(dǎo)，在擴(kuò)徑部25內(nèi)的空 間25a流通之后，到達(dá)陽(yáng)螺紋部26的內(nèi)部、即電極23附近。冷卻介質(zhì)在外 周側(cè)流路27A內(nèi)充滿直到與電極托架22的上端部?jī)?nèi)表面接觸時(shí)，從設(shè)置在 內(nèi)筒30的上端部的開口部30a向內(nèi)筒30內(nèi)流入。其后，冷卻介質(zhì)在內(nèi)筒30 的內(nèi)部、即內(nèi)周側(cè)流路27B向下方流通，從:&置在內(nèi)筒30的下端部的流出 口 127B向電極托架22的外部流出。即，冷卻介質(zhì)在外周側(cè)流路27A中流通 期間，冷卻比較低溫的擴(kuò)徑部25后，冷卻比較高溫的電極23附近，通過(guò)內(nèi) 周側(cè)流路27B從電極托架22排出。
說(shuō)明兩根的硅芯棒用電極單元5B。在圖4中放大示出兩根的硅芯棒用 電極單元5B。兩根的硅芯棒用電極單元5B在構(gòu)成為具備以插入狀態(tài)設(shè)置在 形成于反應(yīng)爐1的底板部2上的通孔21內(nèi)的電極托架46、及設(shè)置在該電極 托架46的上端部的電極47這一點(diǎn)上，是與一根的硅芯棒用電極單元5A相 同的結(jié)構(gòu)。但兩根的硅芯棒用電極單元5B為電極托架46在上端部分成2股、 其兩端部分別設(shè)置有電極47的結(jié)構(gòu)，這一點(diǎn)與一根的硅芯棒用電極單元5A 不同。
電極單元5B的電極托架46為呈桿狀的桿部41、和與該桿部41的上端 垂直的臂部42—體形成的結(jié)構(gòu)。電極托架46由不銹鋼等導(dǎo)電材料形成。在 桿部41的長(zhǎng)度方向中途位置安裝有中空環(huán)狀的擴(kuò)徑部"，并且，在從桿部 41的底板部2的下表面突出的位置形成有與第一實(shí)施方式中的陽(yáng)螺紋部28 相同的陽(yáng)螺紋部46a。
關(guān)于成為插入該電極托架46狀態(tài)的底板部2的通孔21 (直線部21A、 錐部21B)、形成在該錐部21B的上端開口部的锪孔部33、設(shè)置在通孔21的 內(nèi)周面和電極托架46的桿部41之間的環(huán)狀絕緣材料34 (帶凸緣套筒35、 錐部件36 )、與桿部41的陽(yáng)螺紋部46a旋合的螺母部件38、及環(huán)形墊片39a 等，由于與一根的硅芯棒用電極單元5A具有相同的結(jié)構(gòu)及效果，在此省略 說(shuō)明。
電極托架46的臂部42從桿部41的上端分別向左右方向水平地延伸， 從而與桿部41一起成為T字。在臂部42上，分別在垂直方向上貫通其左右 兩端部而形成有使電極47旋合的陰螺紋孔42a。電極47與該陰螺紋孔42a 旋合而在臂部42上部露出。在臂部42上的電極47的基端部上安裝有陽(yáng)螺 母部件44。螺母部件44形成為圓柱狀，在其內(nèi)周部形成有與電極47旋合的 陰螺紋部。螺母部件44最好由碳等形成。在臂部42上形成有直線狀內(nèi)部空間42b，向左右方向延伸；以及圓 孤狀內(nèi)部空間42c,將各陰螺紋孔42a的外周圍成C字狀、分別與上述直線 狀內(nèi)部空間42b連通。直線狀內(nèi)部空間42b由第3分隔板48C上下劃分。
電極托架46的桿部41的上部空間借助與第3分隔板48C連接的第2 分隔板48B，劃分為左側(cè)空間41c和右側(cè)空間41d。在該第2分隔板48B的 下端與圓板狀的第1分隔板48A連接，該第1分隔板48A與桿部41的軸線 方向大致垂直而上下劃分桿部41內(nèi)。在該第1分隔板48A上，形成有僅在 第2分隔板48B的右側(cè)開口的通孔48a。并且，在桿部41中形成有，第1 開口部41a,設(shè)置在第1分隔板48A的下方；以及第2開口部41b，設(shè)置在 笫1分隔板48A的上方且對(duì)于第l開口部41a隔著桿部41的軸線180。相反 側(cè)。
擴(kuò)徑部45是通過(guò)與桿部41的外周面嵌合而在擴(kuò)徑部45和桿部41的外 周面之間形成環(huán)狀空間45b的環(huán)狀部件。該擴(kuò)徑部45內(nèi)的環(huán)狀空間45b,經(jīng) 由在第1分隔板48A的下方開口的第l開口部41a及在第1分隔板48A的上 方開口的第2開口部41b，與桿部41內(nèi)連通。并且，在擴(kuò)徑部45的上表面
外周部形成有周狀的壁部45a。
并且，在該第1分隔板48A的下表面，與桿部41大致同軸狀地安裝有 內(nèi)筒49，該內(nèi)筒49通過(guò)通孔148A與右側(cè)空間41d連通。該內(nèi)筒49在第1 分隔板48A的下方，將桿部41的內(nèi)部分隔為外周側(cè)空間(外周側(cè)流路40A) 和內(nèi)周側(cè)空間(內(nèi)周側(cè)流路40B)。
通過(guò)這樣地構(gòu)成兩根的硅芯棒用電極單元5B，在電極托架46內(nèi)，形成 有基于桿部41下部的外周側(cè)流路40A及內(nèi)周側(cè)流路40B、擴(kuò)徑部45的環(huán)狀 空間45b、桿部41上部的左側(cè)空間41c、桿部41上部的右側(cè)空間41d、臂部 42的直線狀空間42b及圓弧狀空間42c的冷卻流路40。
在冷卻流路40中，冷卻介質(zhì)從電極托架46的下端部流入至在內(nèi)筒49 的外周面和桿部41的內(nèi)周面之間形成的外周側(cè)流路40A中，向上方流通。 到達(dá)第1分隔板48A時(shí)，冷卻介質(zhì)由該第1分隔板48A遮蔽，通過(guò)第l開口 部41a向擴(kuò)徑部45內(nèi)的環(huán)狀空間45b流入。冷卻介質(zhì)冷卻擴(kuò)徑部45后，通 過(guò)第2開口部41b向第1分隔板48A的上側(cè)、且第2分隔板48B的左側(cè)、即 左側(cè)空間41c流通。
向左側(cè)空間41c流入的冷卻介質(zhì)，由第2分隔板48B及第3分隔板48C 從臂部42的直線狀內(nèi)部空間42b的左下部被引導(dǎo)至左側(cè)的圓弧狀內(nèi)部空間42c。其后，冷卻介質(zhì)在直線狀內(nèi)部空間42b中，在第3分隔板48C的上側(cè) 流通，通過(guò)右側(cè)的圓孤狀內(nèi)部空間42c,被向直線狀內(nèi)部空間42b的右下部 引導(dǎo)。冷卻介質(zhì)在這期間冷卻電極47附近。并且，冷卻介質(zhì)沿著第2分隔 板48B在右側(cè)空間41d流通，到達(dá)第1分隔板48A時(shí)，通過(guò)通孔148A流入 內(nèi)筒49內(nèi)的內(nèi)周側(cè)流路40B中，并從電極托架46排出。
在這樣構(gòu)成的多晶硅制造裝置中，從各電極單元5 (電極單元5A、電極 單元5B)向硅芯棒4通電時(shí)，硅芯棒4成為電阻發(fā)熱狀態(tài)，且即使在各硅芯 棒4彼此之間，也受到來(lái)自相鄰接的硅芯棒4的輻射熱，相互被加熱，它們 相互作用而成為高溫狀態(tài)。與該高溫狀態(tài)的硅芯棒4的表面接觸的原料氣體 進(jìn)行反應(yīng)而析出多晶硅。
來(lái)自該硅芯棒4的輻射熱也作用在反應(yīng)爐1的底板部2上的各電極單元 5A、 5B上，對(duì)于不抗熱的環(huán)狀絕緣材料34由于上端部的一部分在锪孔部33 內(nèi)露出所以也可能會(huì)受到熱的影響。但是，如圖3及圖4所示，由于在該環(huán) 狀絕緣材料34的上端部的上表面上配置分別覆蓋了電極托架22的擴(kuò)徑部25 及電極托架46的擴(kuò)徑部45，因此，直接作用在該上端面的輻射熱變少。而 且，電極托架22、 46借助在內(nèi)部流通的冷卻介質(zhì),皮冷卻，因此環(huán)狀絕緣材 料34也被有效地冷卻。特別地，冷卻介質(zhì)在設(shè)置于覆蓋環(huán)狀絕緣材料34的 上端部的上表面的擴(kuò)徑部25、 45的內(nèi)部的空間中流通，從而有效地冷卻了 環(huán)狀絕緣材料34。
這樣，在高溫的反應(yīng)爐1內(nèi)中，也抑制環(huán)狀絕緣材料34因高溫的變形 或惡化等，維持其彈性，因此，能夠吸收各部件的熱變形，能夠抑制應(yīng)力的 作用，能夠適當(dāng)?shù)鼐S持設(shè)備的功能。
此外，本發(fā)明并不限定于上述實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)，在具體部分結(jié)構(gòu)中，在 不脫離本發(fā)明的主旨的范圍中可以添加各種變更。
例如，電極托架的擴(kuò)徑部并不一定要覆蓋環(huán)狀絕緣材料的上端面的上表 面整體，只要能夠防止環(huán)狀絕緣材料的變形或惡化等的程度，也可以設(shè)置為 覆蓋上述上表面的至少一部分。
并且，在上述實(shí)施方式中，冷卻流路僅設(shè)置有一個(gè)系統(tǒng)，但也可以分別 設(shè)置用于冷卻擴(kuò)徑部的冷卻流路和用于冷卻電極附近的冷卻流路。
以上，說(shuō)明了本發(fā)明的最佳實(shí)施例，但本發(fā)明并不限定于這些實(shí)施例。 在不脫離本發(fā)明的主旨的范圍中，可以進(jìn)行結(jié)構(gòu)的添加、省略、置換、及其 他變更。本發(fā)明并不限定于上述的說(shuō)明，僅由附加的權(quán)利要求書限定。
權(quán)利要求
1.一種多晶硅制造裝置，在供給了原料氣體的反應(yīng)爐內(nèi)，通過(guò)加熱硅芯棒而使多晶硅析出在硅芯棒的表面，其特征在于，具有電極，沿上下方向延設(shè)保持上述硅芯棒；電極托架，內(nèi)部形成有使冷卻介質(zhì)流通的冷卻流路，并插入形成在上述反應(yīng)爐的底板部上的通孔內(nèi)，保持上述電極；環(huán)狀絕緣材料，配置在上述通孔的內(nèi)周面和上述電極托架的外周面之間，使上述底板部和上述電極托架之間電氣地絕緣，在上述電極托架的外周面上設(shè)置有擴(kuò)徑部，該擴(kuò)徑部與上述環(huán)狀絕緣材料的上端部的上表面的至少一部分接觸，在其內(nèi)部形成有上述冷卻流路的一部分。
2. 如權(quán)利要求1所述的多晶硅制造裝置，其特征在于，上述擴(kuò)徑部覆 蓋上述環(huán)狀絕緣材料的上述上端部的上述上表面整體。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的多晶硅制造裝置，其特征在于，上述冷卻 介質(zhì)在冷卻了上述擴(kuò)徑部之后，冷卻上述電極附近。
4. 如權(quán)利要求1至3中的任意一項(xiàng)所述的多晶硅制造裝置，其特征在 于，上述冷卻流路具有外周側(cè)流路，使上述冷卻介質(zhì)在上述電極托架內(nèi)的 外周部中沿著其長(zhǎng)度方向朝向其上端部流通；以及內(nèi)周側(cè)流路，使上述冷卻 介質(zhì)在上述外周側(cè)流路的內(nèi)側(cè)沿著上述長(zhǎng)度方向朝向上述電極托架的下端 部流通，上述外周側(cè)流路的一部分形成在上述擴(kuò)徑部?jī)?nèi)。
5. 如權(quán)利要求1至4中的任意一項(xiàng)所述的多晶硅制造裝置，其特征在 于，上述環(huán)狀絕緣材料由具有彈性的樹脂構(gòu)成。
全文摘要
本發(fā)明的多晶硅制造裝置，在供給有原料氣體的反應(yīng)爐(1)內(nèi)，通過(guò)加熱硅芯棒(4)而使多晶硅析出在硅芯棒的表面。本發(fā)明的多晶硅制造裝置具有電極(23)、電極托架(22)、及環(huán)狀絕緣材料(34)。電極沿上下方向延設(shè)保持硅芯棒。電極托架內(nèi)部形成有使冷卻介質(zhì)流通的冷卻流路(27)，并插入形成在反應(yīng)爐的底板部(2)上的通孔(21)內(nèi)，保持電極。環(huán)狀絕緣材料配置在通孔的內(nèi)周面和電極托架的外周面之間，使底板部和電極托架之間電氣地絕緣。并且，在本發(fā)明的多晶硅制造裝置中，在電極托架的外周面上設(shè)置有擴(kuò)徑部(25)，該擴(kuò)徑部與環(huán)狀絕緣材料的上端部的上表面的至少一部分接觸，在其內(nèi)部形成了冷卻流路的一部分。
文檔編號(hào)C01B33/035GK101613106SQ20091015034
公開日2009年12月30日 申請(qǐng)日期2009年6月23日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月24日
發(fā)明者坂口昌晃, 手計(jì)昌之, 石井敏由記, 遠(yuǎn)藤俊秀 申請(qǐng)人:三菱麻鐵里亞爾株式會(huì)社