反应炉清洗装置.pdf

本发明提供一种反应炉清洗装置，对生成多晶硅的反应炉的内壁面进行清洗，其中，将反应炉炉壁做成双层构造，在以水平状态设置的大致圆盘形状的承接盘的中央部沿铅直方向形成贯通孔，并在承接盘的外周部形成设置反应炉的开口缘部的凸缘部，在承接盘的贯通孔中以旋转自如且沿铅直方向移动自如的方式设置轴，在轴的上端部设置向三维方向高压喷射清洗液的喷嘴装置，在轴的基端部设置使该轴旋转并使该轴沿铅直方向移动的驱动机构，并设置能向反应炉的炉壁内供给蒸汽的蒸汽配管。

1.  一种反应炉清洗装置，对生成多晶硅的反应炉的内壁面进行清洗，其特征在于，
上述反应炉的炉壁为双层构造，
该反应炉清洗装置包括：
大致圆盘形状的承接盘，以水平状态设置于上述反应炉内；
贯通孔，沿铅直方向形成于上述承接盘的中央部；
排液口，形成于承接盘；
凸缘部，形成在上述承接盘的外周部，在该凸缘部上设置生成多晶硅的反应炉的开口缘部；
轴，穿过上述承接盘的贯通孔，并以绕轴心旋转自如且沿铅直方向移动自如的方式设置；
喷嘴装置，设于上述轴的上端部，且向三维方向高压喷射清洗液；
驱动机构，设于上述轴的基端部，使该轴旋转并使该轴沿铅直方向移动；
蒸汽配管，设于上述炉壁的内壁和外壁之间，能够供给蒸汽。

2.  根据权利要求1所述的反应炉清洗装置，其特征在于，在上述轴的外周部形成有进给螺纹，
在上述承接盘上设有固定螺母，所述固定螺母与上述进给螺纹螺纹接合，且随着上述轴的旋转而向上方或下方引导该轴，
上述驱动机构设有借助驱动机构的动力源而旋转的带轮，上述轴插入到该带轮的中央部，在上述带轮的内周面与轴的外周面之间设置有使上述带轮和轴以能沿长度方向滑动的方式嵌合的花键槽和花键条。

3.  根据权利要求1或2所述的反应炉清洗装置，其特征在于，上述承接盘的上表面以朝向上述排液口具有向下斜坡的方式倾斜。

4.  一种反应炉清洗方法，对生成多晶硅的反应炉的做成双层构造的炉壁的内壁面进行清洗，其特征在于，
将上述反应炉的炉壁的下端开口缘部设置于大致圆盘形状的承接盘上，
一边使配置于该承接盘的中央部的轴旋转并沿铅直方向移动，一边从该轴的上端部的喷嘴向三维方向高压喷射清洗水来对上述反应炉的炉壁的内周面进行清洗，
从承接盘的排液口排出了清洗废液后，向上述反应炉的炉壁的外壁与内壁之间供给蒸汽，
对炉壁的内周面进行干燥。

反应炉清洗装置
技术领域
本发明涉及一种对用西门子法制造多晶硅时所使用的多晶硅反应炉的内壁面进行清洗的反应炉清洗装置。
本申请对2008年1月25日申请的日本专利申请第2008-014967号主张优先权，并将其内容援引于此。
背景技术
作为半导体材料的高纯度多晶硅的制造方法，公知有西门子法。该西门子法是这样的制造方法：由氯硅烷和氢的混合气体构成的原料气体接触加热了的硅芯棒，在其表面上进行热分解和氢还原反应，由此析出多晶硅。作为实施该制造方法的装置，使用在反应炉中立设有多个硅芯棒的多晶硅反应炉。
在该多晶硅反应炉中制造多晶硅时，热分解和氢还原反应时作为副产品生成的氯硅烷聚合物凝结并附着于冷却了的反应炉的内壁面。若要取出析出的多晶硅，必须将反应炉向大气开放。此时，氯硅烷聚合物与大气中的水分发生水解反应，生成氯化氢。该氯化氢腐蚀反应炉的内壁面，使作业区域恶化，对多晶硅产品而言是污染源。而且，在氯硅烷聚合物附着于反应炉壁的状态下，反应炉内壁面的反射率降低，不反射来自加热后的硅棒的辐射热，电力使用效率降低。因此，为了高效率地制造高纯度的多晶硅，需要在一次反应结束时且转移到下一反应之前，除去附着于反应炉内壁面的氯硅烷聚合物。因此，例如日本特开昭56-114815号公报中提出了如下方法：向多晶硅反应炉壁内供给蒸汽来加热反应炉的内壁面，将加湿了的惰性气体或空气导入炉内来将附着于反应炉内壁面的氯硅烷聚合物水解，接着将喷嘴安装于炉内而向内壁面喷射惰性气体的高速喷射流来除去反应炉内壁面的附着物。
日本特许第3167191号公报中记载了使二氧化碳颗粒(pellet)撞击反应炉内表面来除去硅附着物的方法。
但是，在上述的清洗方法中，向具有凹凸的反应炉内壁面整个区域无遗漏地喷射高速喷射流是较为困难的，有时无法完全除去附着物。在如日本特许第3167191号公报记载的技术那样使用二氧化碳颗粒的方法中，不进行附着物的水解，存在打开反应炉时产生盐酸气体的可能。
发明内容
本发明是鉴于上述课题而做成的，其目的在于提供一种可容易且可靠地除去多晶硅反应炉内壁面的附着物的反应炉清洗装置。
为了解决上述课题，本发明提出以下方案。
即，本发明的反应炉清洗装置，对生成多晶硅的反应炉的炉壁做成双层构造的炉壁的内壁面进行清洗，其特征在于，在以水平状态设置的大致圆盘形状的承接盘上形成排液口，并在上述承接盘的外周部形成凸缘部，所述凸缘部设置上述反应炉的炉壁的下端开口缘部，在上述承接盘的中央部以旋转自如且沿铅直方向移动自如的方式设置轴，在上述轴的上端部设置向三维方向高压喷射清洗水的喷嘴装置，并在上述轴的基端部设置使该轴旋转并使该轴沿铅直方向移动的驱动机构，设有能向上述反应炉的炉壁的外壁与内壁之间供给蒸汽的蒸汽配管。
在本反应炉清洗装置中清洗反应炉的内壁面时，反应炉下侧的开口缘部从上方抵接于呈圆盘形状的承接盘的外周部的凸缘部，从而反应炉设置于承接盘上。在承接盘的中央部，沿铅直方向设有上端具有喷嘴装置的轴，借助设于轴的基端部的驱动机构而使该轴旋转并且沿铅直方向移动。如此，设于轴的上端的喷嘴装置随着轴的上下移动而向三维方向高压喷射清洗液。由此，能够从反应炉的内壁面的上部到下部三维地向各方向高压喷射清洗水，所以可无遗漏地将清洗水直接喷到反应炉内壁面的整个区域。
通过使用清洗水，能够促进附着物的水解而生成在化学上稳定的硅来进行除去。
在清洗中会产生盐酸气体等腐蚀性气体，但反应炉的内部空间除了排液口之外基本上是密闭状态，该腐蚀性气体被清洗水吸收而从该排液口排出到系统外。因此，不会有盐酸气体腐蚀外部气氛的问题，能够维持可制造高品质多晶硅的作业环境。
通过对反应炉炉壁的双层构造的内部供给蒸汽，能够可靠且高效率地将喷射后残留于反应炉内部的水分蒸发除去，能使反应炉内保持可制造高品质多晶硅的清洁度。
在本发明的反应炉清洗装置中，其特征在于，在上述轴的外周部形成有进给螺纹，在上述承接盘上设有固定螺母，所述固定螺母与上述进给螺纹螺纹接合，且随着上述轴的旋转而向上方或下方引导该轴，
在上述驱动机构上设有借助驱动机构的动力源而旋转的带轮，上述轴插入该带轮的中央部，在上述带轮的内周面与轴的外周面之间设有使上述带轮和轴以能沿长度方向滑动的方式嵌合的花键槽和花键条。
由于该轴的花键条与带轮的花键条嵌合，因此由动力源传递到带轮时，与带轮嵌合的轴也旋转。此时，轴相对于带轮可沿该轴的长度方向滑动地嵌合，因此，即使轴的进给螺纹被固定螺母引导而使该轴上下移动，也不会妨碍从带轮向轴传递动力，轴可靠地旋转。因此，轴可上下移动，所以设于该轴的上端的喷嘴装置可在反应炉的内壁面的上下范围内有效地喷射清洗液。
在本发明的反应炉清洗装置中，其特征在于，上述承接盘的上表面以朝向上述排液口具有向下斜坡的方式倾斜。由此，向反应炉内壁面喷射后而收容于承接盘的清洗废液容易被引导到排液口，因此能够容易地对清洗后的清洗废液进行处理。
本发明的反应炉清洗方法，对生成多晶硅的反应炉的做成双层构造的炉壁的内壁面进行清洗，其特征在于，将上述反应炉的炉壁的下端开口缘部设置于大致圆盘形状的承接盘上，一边使配置于该承接盘的中央部的轴沿铅直方向移动，一边从该轴的上端部的喷嘴向三维方向高压喷射清洗水来对上述反应炉的炉壁的内周面进行清洗，从承接盘的排液口排出了清洗废液后，向上述反应炉的炉壁的外壁与内壁之间供给蒸汽，对炉壁的内周面进行干燥。
根据本发明的反应炉清洗装置，能够在从反应炉的内壁面的上部到下部的范围内三维地向各方向高压喷射清洗水，可无遗漏地将清洗水直接喷到反应炉内壁面的整个区域。还将清洗中产生的盐酸气体等从排液口排出到系统外，并且利用清洗水将附着物水解而生成硅，因此，对清洗后的反应炉的处理也是安全的。而且，由于能够向反应炉的外壁与内壁之间供给蒸汽，因此可高效率且可靠地除去残留清洗液。
附图说明
图1是本实施方式的反应炉清洗装置的概略构成图。
图2是本实施方式的反应炉清洗装置的承接盘的俯视图。
图3是图1的A-A剖视图。
图4是图1的B-B剖视图。
图5是本实施方式的反应炉清洗装置的喷嘴装置的放大图。
图6是表示带轮和轴的花键嵌合部分的变形例的与图3同样的剖视图。
附图标记说明
1 反应炉清洗装置
10 承接盘
10A 上表面
11 贯通孔
12 清洗液排出孔
13 凸缘部
20 轴
21 清洗液供给通路
25 进给螺纹
30 驱动机构
31 动力源
32 带轮
33 传动带
40 固定螺母
50 喷嘴装置
62 蒸汽配管
70 反应炉
70A 外壁
70B 内壁
71 橡胶密封垫
80 轴
81 花键槽
82 带轮
84 花键条
具体实施方式
以下参照附图详细说明本发明实施方式的反应炉清洗装置。图1是本实施方式的反应炉清洗装置的概略构成图，图2是本实施方式的反应炉清洗装置的承接盘的俯视图，图3是图1的A-A剖视图，图4是图1的B-B剖视图，图5是本实施方式的反应炉清洗装置的喷嘴装置的放大图。如图1所示，本实施方式的反应炉清洗装置1大致由承接盘10、轴20、驱动机构30、固定螺母40和喷嘴装置50构成。
承接盘10为大致圆盘形状，借助适当立设于底板部60上的支柱61来支承该承接盘10的外周部下表面。如图2所示，在俯视时处于该承接盘10中央的部分，沿铅直方向贯通地设有贯通孔11，并在承接盘10的半径方向中途位置设有排液口12。承接盘10的上表面10A以成为朝向该清洗液排出孔12的向下斜坡的方式倾斜形成。
在承接盘10的外周部(凸缘部13)配置有橡胶密封垫71，所述橡胶密封垫71与作为清洗对象的反应炉70的呈吊钟状的炉壁70的下侧开口缘部抵接，由在该凸缘部13隔开间隔地设置多处(本实施方式中为12处)的止动部13A实施例如螺栓止动等，从而将反应炉的炉壁70牢固地固定于承接盘10上。
另外，如图1所示，将呈吊钟状的反应炉的炉壁70做成具有外壁70A和内壁70B的双层构造，其内部是中空状态，从以圆环状设于支柱61周围的蒸汽配管62经蒸汽供给通路63将蒸汽供给到反应炉70的炉壁的双层构造内部。
轴20被设置成：从底板部60的下方向上方贯通该底板部60，进而贯通上述承接盘10的贯通孔11而沿铅直轴线O延伸，且可绕铅直轴线O旋转。该轴20的内部沿铅直轴线O穿设有清洗水供给通路21，经设于轴20最下部的旋转接头22，从与未图示的清洗水供给源连接的清洗水供给管23将用于清洗反应炉炉壁70的内壁面72的清洗水供给到该清洗液供给通路21。作为该清洗水，使用纯水或超纯水。
另外，在轴20的外周部形成有进给螺纹25，为了使形成有该进给螺纹25的外周侧面四方形成花键条，而沿铅直轴线O以L字状切口，如图3所示那样其水平截面形成为十字状。因此，轴20仅在其水平截面的十字的端部设置进给螺纹25。
驱动机构30由动力源31、圆盘形状的带轮32、将动力源31的旋转传递到带轮32的传动带33构成，所述动力源31由马达、减速器等构成。如图3所示，在带轮32的中央开设有俯视为十字状的十字孔32A，来作为花键槽，上述轴20的外周侧面嵌合于该十字孔32A，将带轮32的旋转传递到轴20。
带轮32的十字孔32A和轴20可沿铅直方向滑动地相嵌合。因此，将带轮32的旋转传递到轴20，同时，又能使轴20相对于带轮32沿铅直方向移动。
固定螺母40是以贯通承接盘10的贯通孔11的方式固定在设于承接盘10下部的固定台41上的圆筒形状的构件，其内部形成有沿铅直轴线O延伸的内螺纹42。如图4所示，轴20的进给螺纹25与该固定螺母40的内螺纹42螺纹接合，在驱动机构30的作用下沿T方向旋转的轴20以进给螺纹25被该固定螺母40的内螺纹42引导的方式向上方移动。另一方面，轴20朝向与T方向相反一侧旋转时，向下方移动。在固定螺母40的外周设有绉纹管64，所述绉纹管64包围该固定螺母40和轴20，将贯通孔11密封而沿铅直方向延伸，随着轴20的上下移动，该绉纹管64也进行伸缩以始终包围轴20。
喷嘴装置50设于轴20的上端，从轴20的清洗水供给通路21接受清洗水的供给，一边向三维方向旋转一边以高压喷射清洗水。具体而言，如图5所示，使从喷嘴装置主体51向水平方向突出地设置的旋转壳体52绕水平轴线P向U方向旋转，同时该喷嘴装置主体51绕铅直轴线O旋转。由此，能够从喷射口53三维地向各方向喷射清洗水，所述喷射口53自旋转壳体52朝向与水平轴线P垂直的方向且以180°间隔配设有2个。
对喷嘴装置主体51的驱动可以考虑各种方法。从清洗液供给通路21供给的清洗液使例如设于喷嘴装置主体51内的未图示的叶轮旋转，借助其旋转力，使旋转壳体52绕水平轴线P向U方向旋转。也可以经由未图示的齿轮使喷嘴装置主体51绕垂直轴线O向T方向旋转。
利用以上这样构成的反应炉清洗装置1来清洗反应炉70的内壁面72时，设于呈吊钟状的反应炉70下侧的开口缘部的橡胶密封垫71从上方与设于承接盘10外周部的凸缘部13抵接，从而将反应炉70设置于承接盘10上。排液管65与排液口12连接。借助驱动机构30而绕铅直轴线O向T方向旋转的轴20被固定螺母40引导而向上方移动。由此，安装于轴20上的喷嘴装置50，也以面对设于承接盘10上方的反应炉70的内壁面72的状态，绕铅直轴线O向T方向旋转，同时向上方移动。
进而，喷出清洗水时，除了旋转壳体52绕水平轴线P向U方向旋转外，喷嘴装置50还绕铅直轴线O向T方向旋转。从设于该旋转壳体52上的喷射口53向与水平轴线P垂直的方向高压喷射清洗水。另一方面，在驱动机构30使轴20绕铅直轴线O向与T方向相反一侧旋转时，随着轴20向下方移动，喷嘴装置50一边如上述那样喷射清洗水，一边向下方移动。由此，能够从反应炉的炉壁70的内壁面72的上部到下部三维地向各方向高压喷射清洗液，因此，可无遗漏地将清洗液直接喷到反应炉的炉壁70的内壁面72的整个区域。此时的清洗水喷射压力为10MPa以上25MPa以下，利用该范围的喷射压力，能够高效率且可靠地除去附着于炉壁70内壁面的附着物。
此时，通过向反应炉的炉壁70的炉壁双层构造内供给蒸汽，能够可靠且高效率地蒸发除去喷射后残留于反应炉的炉壁70内部的清洗液成分，能够使反应炉的炉壁70内部保持可制造高品质多晶硅的清洁度。
轴20的外周部以局部留有进给螺纹25的方式沿其铅直轴线O切口而形成截面十字状，该轴20与带轮32的十字孔32A嵌合，因此如果动力源31的旋转通过传动带33传递到带轮32，则与带轮32嵌合的轴20也旋转。此时，轴20相对于带轮32可沿上下方向滑动地嵌合，因此即使轴20的进给螺纹25被固定螺母40引导而使该轴20上下移动，也不会妨碍从带轮32向轴20传递动力，轴20能可靠地进行旋转。因此，可以一边可靠地对轴20传递旋转力，一边进行上下移动，从而设于该轴20上端的喷嘴装置50可在反应炉的炉壁70的内壁面72的上下范围内有效地喷射清洗水。
承接盘10的上表面10A以朝向排液口12具有向下斜坡的方式倾斜，因此，向反应炉的炉壁70的内壁面72喷射而收容于承接盘10的清洗液容易引导到排液口12，从而可容易地处理清洗后的清洗液。
通过使用清洗水，可促进附着物的水解形成在化学上稳定的硅来进行除去。即使清洗后在炉壁70内表面等处残留一些残留物，由于是无害的硅，因此也是安全的。
另外，在清洗中会产生盐酸气体等腐蚀性气体，但反应炉的炉壁70的内部空间除了排液口12之外基本上是密闭状态，该腐蚀性气体全部从该排液口12经排液管65排出到系统外。因此，不会有盐酸气体腐蚀外部气氛的问题，能够维持可制造高品质多晶硅的作业环境。
以上，说明了本发明的实施方式的反应炉清洗装置1，但本发明不限于此，在不脱离本发明技术思想的范围内可以进行适当变更。
例如，在本实施方式中，作为轴20的外周部的花键条，是沿铅直轴线O将外周侧面四方切成L字状而形成水平截面为十字状，但只要是沿轴20的长度方向形成的花键条即可，不限于十字状。
例如也可以做成图6所示的构造，在该图6中，将轴80形成为圆柱状，在其外周面的一部分沿轴80的长度方向形成1条花键槽81，在带轮82的、插入整个轴80的圆形孔83的内周部上，形成有与花键槽81嵌合的花键条84。这些花键条和花键槽只要设置成在轴与带轮之间为嵌合状态即可。
该轴20的进给螺纹25和花键条可以相互独立地形成。即，在本实施方式中，作为花键条，轴20形成为截面十字状，在其十字的端部形成有进给螺纹25，但也可以在轴20上将形成花键条的部位、和形成进给螺纹25的部位分开。