JP2013533199A - エネルギーの回収を伴って半導体を製造する装置および方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、半導体の加工処理操作を行う間のエネルギー回収の操作を与えるか、またはそれを容易にすることができ、これは、上に放射シールドを有するベルジャーを用いることによって行われ、その放射シールドはベルジャーの内面上に配置されるニッケルを含む中間層とこの中間層の上に配置される金の層を含みうる反射層からなる。反射層は５％未満の輻射率を有し、より好ましくは、反射層は約１％未満の輻射率を有する。反応チャンバからの熱を、一つ以上の他のユニット操作の加熱負荷を低減させるために用いることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は半導体材料を製作する装置と方法に関し、特に、半導体を製作する際に熱エネルギーを回収および利用することによって電力消費量を低減させる装置と方法に関する。

関連する技術についての検討
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本発明の一つ以上の態様は、半導体材料製造設備の化学気相成長装置を対象とすることができる。化学気相成長装置は、底板とこの底板に固定することのできるベルジャー（bell jar）とを有する反応チャンバを含んでいてもよい。ベルジャーは、典型的にはベルジャーの内面に配置されるニッケル層と、典型的にはこのニッケル層の上に配置される金の層とからなる放射シールドを有していてもよい。ベルジャーは、導管入口と導管出口を有する冷却用導管をさらに含んでいてもよく、ここで、冷却用導管は放射シールドと熱伝達するようになっている。装置はさらに熱交換器を有していてもよく、この熱交換器はその第一の熱作用側（thermal side）において冷却用導管に流体的に接続されていて、またさらに、その第二の熱作用側において半導体材料製造設備の少なくとも一つのユニット操作（unit operation）に流体的に接続されている。放射シールドは典型的に約５％未満の輻射率を有する。本発明の幾つかの側面に従う幾つかの態様において、熱交換器は典型的に、冷却液または冷却用流体（これは、幾つかの場合には本質的に水からなる）を介して放射シールドと熱的に接続されている。装置はさらに一つ以上のフラッシュドラムを有していてもよく、フラッシュドラムの各々は、冷却用導管の導管出口に流体的に接続されている入口と熱交換器の入口に流体的に接続されている蒸気出口を有していてもよい。熱交換器は、フラッシュドラムの上流に流体的に接続されている出口を有していてもよい。フラッシュドラムは、冷却用導管の導管入口の上流に流体的に接続されている凝縮液出口を有していてもよい。装置はさらに、熱交換器から下流に流体的に接続されているクーラーを有していてもよく、このクーラーは幾つかの場合には、冷却用導管の導管入口の上流に流体的に接続されている。本発明の幾つかの態様に関連する幾つかの構成において、装置は少なくとも１種の多結晶シリコン先駆物質の化合物の一つ以上の供給源をさらに有していてもよく、その一つ以上の供給源の各々は、反応チャンバの反応体入口に流体的に接続されているか、あるいは接続可能である。

本発明の一つ以上の態様は、半導体製造設備において半導体材料を製作することを容易にする方法を対象としてもよい。この方法は、底板とこの底板に固定することのできるベルジャーとを有する反応チャンバを含む化学気相成長装置を用意することを含んでいてもよい。ベルジャーは典型的に、ベルジャーの内面に配置されるニッケル層とこのニッケル層の上に配置される金の層とを伴う放射シールドを有する。ベルジャーは典型的に、導管入口と導管出口を含む冷却用導管をさらに有する。この方法はさらに、冷却用導管を熱交換器に第一の熱作用側において流体的に接続することを含んでいてもよく、ここで、熱交換器は第二の熱作用側において半導体製造設備の少なくとも一つのユニット操作に流体的に接続されている。幾つかの場合において、冷却用導管を熱交換器に流体的に接続することは、熱交換器の第一の熱作用側を少なくとも一つのフラッシュドラムに接続することを含んでいてもよく、そして幾つかの場合においては、少なくとも一つのフラッシュドラムを冷却用導管に接続することを含んでいてもよい。本発明の幾つかの構成において、製造を容易にする方法は、冷却装置を冷却用導管およびフラッシュドラムに接続することをさらに含んでいてもよい。

本発明の一つ以上の態様は、底板とこの底板に固定することのできるベルジャーとを有する反応チャンバを含む化学気相成長装置を対象とすることができる。ベルジャーは、ベルジャーの内面に配置されるニッケル層からなる放射シールドを有していてもよく、またベルジャーはさらに、ニッケル層の上に配置される金の層を有していてもよい。ベルジャーは、導管入口と導管出口を有する冷却用導管をさらに含んでいてもよく、ここで、冷却用導管は放射シールドと熱伝達するようになっている。

本発明の一つ以上のさらなる態様は、半導体製造設備の化学気相成長装置において半導体材料を製作する方法を対象としてもよい。化学気相成長装置は、上に放射シールドを有するベルジャーによって少なくとも一部が画定された反応チャンバを有していてもよく、ここで、放射シールドはベルジャーの内面上に配置されたニッケル層と、そのニッケル層の上に配置された金の層からなる。半導体材料を製作する方法は、先駆物質反応体を反応チャンバの中に導入すること、反応チャンバの中で先駆物質反応体の少なくとも一部の半導体材料への転化が促進されるのに十分な温度までフィラメントを加熱すること、および反応チャンバからの熱エネルギーの少なくとも一部を半導体製造設備のプロセス流体へ移動させることを含んでいてもよい。本発明の一つ以上の特定の態様は、半導体材料としての多結晶シリコンを製作する方法を対象としてもよい。半導体材料を製作する方法は、反応チャンバから熱エネルギーを回収することを含んでいてもよい。本発明の幾つかの構成は半導体材料を製作する方法を含んでいてもよく、この場合、反応チャンバから熱エネルギーを回収することは、冷却液への熱伝達を促進することによって、放射シールドの温度を約２００℃から約３００℃までの範囲に維持することを含む。本発明のさらに他の構成は、半導体材料を製作する方法であって、この場合、反応チャンバから熱エネルギーを回収することは、放射シールドの温度を約２００℃から約２５０℃までの範囲に維持するのに十分なほどに冷却液への熱伝達を促進することを含む。本発明のさらに他の構成は、半導体材料を製作する方法であって、この場合、反応チャンバから熱エネルギーを回収することは、放射シールドと熱伝達する冷却用導管を通して水を循環させることを含み、そして反応チャンバから回収した熱エネルギーの少なくとも一部を移動させることは、水の少なくとも一部をフラッシュ蒸発器においてフラッシュ蒸気に蒸発させることと、そのフラッシュ蒸気でプロセス流体を加熱することを含む。本発明のさらなる構成は、半導体材料を製作する方法であって、この場合、反応チャンバから熱エネルギーの少なくとも一部を移動させることは、冷却液の少なくとも一部を蒸発させること、蒸発した冷却液の少なくとも一部を熱交換器へ移動させること、および熱交換器の中の蒸発した冷却液の少なくとも一部を凝縮させることを含む。本発明の半導体材料を製作する方法を対象とする幾つかの構成において、回収した熱エネルギーの少なくとも一部を移動させることは、半導体製造設備の再沸器においてプロセス流体を加熱することを含む。

本発明の一つ以上の態様は、化学気相成長装置の反応チャンバ内で多結晶シリコンを製造する方法を対象としてもよい。その方法は、製造される多結晶シリコンの１Ｋｇ当り５０ＫＷ・ｈｒ未満の正味の反応チャンバ電力消費率において、シリコン先駆物質反応体の多結晶シリコンへの転化を促進することを含んでいてもよく、この場合、反応チャンバは、上に放射シールドを有するベルジャーによって少なくとも一部が画定されていて、その放射シールドは、ベルジャーの内面上に配置されたニッケル層と、そのニッケル層の上に配置されていて５％未満の輻射率を有する金の層からなる。多結晶シリコンを製造する方法は、熱エネルギーを反応チャンバから多結晶シリコンの設備の熱交換器へ移動させることをさらに含んでいてもよい。本発明の幾つかの構成において、多結晶シリコンを製造する方法は、反応チャンバからの熱エネルギーの少なくとも一部を受け入れるように配置された冷却液の少なくとも一つの操作条件を調整することをさらに含んでいてもよい。多結晶シリコンを製造する方法を対象とする本発明の幾つかの態様によれば、冷却液の少なくとも一つの操作条件を調整することは、反応チャンバと熱交換器の間の熱伝達を与える冷却用導管を通って流れる冷却液の流量を調節することを含んでいてもよい。多結晶シリコンを製造する方法を対象とする本発明の他の態様によれば、冷却液の少なくとも一つの操作条件を調整することは、多結晶シリコンを製造する間、金の層を約２００℃から約３００℃までの範囲の最大温度に維持することを含んでいてもよい。

添付する図面は一定の縮尺で描くことを意図してはいない。図面において、様々な図面において示されている各々の同一またはほぼ同一の構成要素は、同様の数字によって示されている。明快にする目的で、全ての図面において全ての構成要素が表示されているわけではない。

図１は本発明の一つ以上の態様に係る化学気相成長装置の概略図である。 図２は本発明の一つ以上の態様に関連する反応チャンバの一部分の概略図である。 図３は本発明の一つ以上の態様に係る放射シールドを示す顕微鏡写真のコピーである。 図４は本発明の一つ以上の態様に係る放射シールドを有するベルジャーの写真のコピーである。 図５は金の層を有する放射シールドの反射率の低下を示すグラフであり、ニッケル層を用いる場合と用いない場合について、水素と窒素を含むガス混合物に様々な温度において約４時間晒した後のものである。 図６は本発明の一つ以上の態様に係る堆積プロセスを行う間に発生する熱エネルギーを回収することを目的とする態様を示す装置の概略図である。 図７は本発明の一つ以上の態様に係る堆積プロセスを行う間に発生する熱エネルギーを回収することを目的とする態様を示す装置の概略図である。 図８は本発明の一つ以上の態様に係る堆積プロセスを行う間に発生する熱エネルギーを回収することを目的とする態様を示す装置の概略図である。 図９は本発明の一つ以上の態様に係る堆積プロセスを行う間に発生する熱エネルギーを回収することを目的とする態様を示す装置の概略図である。

本発明の一つ以上の態様は、エネルギー回収操作を提供するか、またはそれを容易にすることができる。本発明の一つ以上の態様は、好ましくは、半導体の処理加工操作の際のエネルギー消費量の低減をもたらすか、またはそれを容易にすることができる。本発明の一つ以上のさらなる態様は、半導体材料を製造する際に半導体の処理加工設備の一つ以上の構成要素を従来の温度よりも高い温度で操作することを提供するか、またはそれを容易にすることができる。

本発明の幾つかの態様は、製造される多結晶シリコンの１Ｋｇ当り５０ＫＷ・ｈｒ未満の正味の反応チャンバ電力消費率において、シリコン先駆物質反応体の多結晶シリコンへの転化を促進することによって、化学気相成長装置の反応チャンバ内で多結晶シリコンを製造することを容易にすることができる。反応チャンバは、上に放射シールドを有するベルジャーによって少なくとも一部が画定されていてもよく、その放射シールドは例えば、ベルジャーの内面上に配置されたニッケルを含む中間層と、その中間層の上に配置された金の層を含みうる反射層からなる。好ましくは、反射層は５％未満の輻射率を有し、より好ましくは、反射層は約１％未満の輻射率を有する。

多結晶シリコンを製造することは、熱エネルギーを反応チャンバから多結晶シリコンの設備の熱交換器へ移動させることをさらに含んでいてもよい。本発明の幾つかの構成において、多結晶シリコンを製造する方法は、反応チャンバからの熱エネルギーの少なくとも一部を受け入れるように配置された冷却液の少なくとも一つの操作条件を調整することをさらに含んでいてもよい。幾つかの場合において、冷却液の少なくとも一つの操作条件を調整することは、反応チャンバと熱交換器の間の熱伝達を与える冷却用導管を通って流れる冷却液の流量を調節することを含んでいてもよい。多結晶シリコンを製造する方法を対象とする本発明の他の態様によれば、冷却液の少なくとも一つの操作条件を調整することは、多結晶シリコンを製造する間、金の層を約２００℃から約３００℃までの範囲の最大温度に維持することを含んでいてもよい。

本発明の一つ以上の特定の態様は、半導体材料を製造するための製造装置を対象とすることができる。図１と図２に概略的に示すように、本発明の一つ以上の構成は、半導体製品１０２を製造するための化学気相成長装置１００を含む製造装置を対象とすることができる。化学気相成長装置１００は、底板１０６とこの底板１０６に固定することのできるベルジャー１０８によって画定されているか、あるいはこれらを有する反応チャンバ１０４を含みうる。ベルジャー１０８は、典型的にはベルジャー１０８の内面１１４に配置される第一の層または中間層１１２と典型的には中間層１１２の上に配置される反射層１１６とからなる放射シールド１１０を有する。放射シールド１１０は、半導体製品１０２からの入射輻射線の少なくとも部分的な反射率をもたらす。放射シールド１１０は、半導体製品１０２からのベルジャー１０８への輻射熱移動を少なくとも部分的に低減させる。ベルジャー１０８は、一つ以上の冷却用導管１１８のような、一つ以上の熱伝達構造物をさらに有していてもよい。

ベルジャー１０８は、任意の様々な等級のステンレス鋼合金またはその他のニッケル合金のような金属からなっていてもよい。
冷却液または冷却流体のような熱伝達媒体を含む構成において、一つ以上の導管１１８は典型的に、少なくとも一つの導管入口１２０と少なくとも一つの導管出口１２２を有する。出口１２２は、一つ以上の冷却用導管１１８の一つ以上の流路を通して入口１２０に流体的に接続されている。一つ以上の冷却用導管１１８のうちの少なくとも一つは典型的に、放射シールド１１０と熱伝達されるようになっている。

本発明の幾つかの態様に関連する幾つかの構成において、化学気相成長装置は少なくとも１種の多結晶シリコン先駆物質の化合物の一つ以上の供給源をさらに有していてもよく、その一つ以上の供給源の各々は、例えば一つ以上のチャンバの入口１４２を通して、反応チャンバの反応体入口に流体的に接続されているか、あるいは接続可能である。半導体を製作する間、一つ以上のフィラメント１４４は、典型的には一つ以上の電源１４６からの電気エネルギーによって、１種以上の先駆物質化合物の半導体材料製品１０２への転化が促進される温度まで加熱される。一つ以上の半導体製作反応からの未反応の先駆物質化合物と副生物は、少なくとも一つのチャンバの出口１４８を通ってチャンバ１０４から出ることができる。

放射シールド１１０は典型的に約５％未満の輻射率を有する。本発明の幾つかの側面に従う幾つかの態様において、一つ以上の熱交換器が、冷却用流体（これは、幾つかの場合には本質的に水からなる）を介して放射シールド１１０と熱的に接続されていてもよい。

本発明の幾つかの構成において、装置は、一つ以上の冷却用導管１１８に第一の熱作用側で流体的に接続されている少なくとも一つの熱交換器１２３をさらに有していてもよい。本発明の特定の態様において、熱交換器１２３は、半導体製造設備の少なくとも一つのユニット操作に、第二の熱作用側で流体的に接続されていてもよい。

本発明の幾つかの構成において、装置は一つ以上のフラッシュドラム１２４を有していてもよい。一つ以上のフラッシュドラム１２４の各々は、導管出口１２２に流体的に接続されている入口１２６を有していてもよい。一つ以上のフラッシュドラム１２４は、一つ以上の蒸気出口１２８をさらに有していてもよい。蒸気出口１２８は一つ以上の熱交換器１２３の熱交換器入口１３０に流体的に接続されていてもよく、またさらに他の構成においては、熱交換器１２３は、典型的には第二の入口１３４においてフラッシュドラムの上流に流体的に接続されている熱交換器出口１３２を有していてもよい。一つ以上のフラッシュドラム１２４は、冷却用導管１１８の導管入口１２０の上流に流体的に接続されている凝縮液出口１３６をさらに有していてもよい。

本発明の幾つかのさらなる態様は、導管出口１２２を介して導管１１８に流体的に接続されているヒーター１３８のような熱交換器を有していてもよい。典型的に、熱交換器１３８は導管入口１２０の上流に流体的に接続されていてもよい。従って、本発明の幾つかの構成において、熱交換器１３８は導管１１８にループまたは流体流路において流体的に接続されていてもよい。装置はクーラー１４０のような一つ以上の冷却用のユニット操作をさらに有していてもよく、これは熱交換器１３８からの下流に流体的に接続されていてもよく、また幾つかの場合においては、冷却用導管の導管入口１２０の上流に流体的に接続されていてもよい。従って、本発明の幾つかの構成においては、熱交換器１３８と導管１１８を含むフローループの中にクーラー１４０を含んでいてもよい。

本発明の一つ以上のさらなる態様は、半導体製造設備の化学気相成長装置において半導体材料を製作する方法を対象とすることができる。本発明の特定の適用において、半導体材料は多結晶シリコンとすることができる。半導体材料１０２を製作することは、少なくとも１種の先駆物質反応体を反応チャンバ１０４の中に導入すること、反応チャンバ１０４の中で少なくとも１種の先駆物質反応体の少なくとも一部の半導体材料１０２への転化が促進されるのに十分な温度までフィラメント１４４を加熱すること、および反応チャンバからの熱エネルギーの少なくとも一部を半導体製造設備のプロセス流体へ移動させることを含んでいてもよい。半導体材料を製作する方法は、反応チャンバ１０４から熱エネルギーを回収することをさらに含んでいてもよい。反応チャンバから熱エネルギーを回収することは、冷却液への熱伝達を促進することによって、放射シールド１１０の温度を約２００℃から約３００℃までの範囲に維持することを含んでいてもよい。本発明の好ましい構成は、放射シールドの温度を約２００℃から約２５０℃までの範囲に維持するのに十分な量で、反応チャンバからの熱エネルギーを回収または移動させることを含んでいてもよい。本発明の特定の非限定的な態様によれば、反応チャンバから熱エネルギーを回収することは、熱伝達媒体のような媒体を放射シールドと熱伝達する冷却用導管を通して循環させることによって行うことができる。熱伝達媒体は液体とすることができて、また本質的に水からなっていてもよい。反応チャンバから回収または移動された熱エネルギーの少なくとも一部の移動を促進することは、熱伝達媒体における相変化を促進させることを含んでいてもよい。例えば、本発明の幾つかの特に有利な態様は、熱伝達媒体（例えば水）の少なくとも一部をフラッシュ蒸発器またはフラッシュドラム１２４においてフラッシュ蒸気に蒸発させることと、そのフラッシュ蒸気でプロセス流体を少なくとも部分的に加熱することを含んでいてもよい。そのプロセス流体は、設備の蒸留器１５０の底部流体であってもよい。従って、本発明の幾つかの態様は、半導体を製作する操作によって発生した熱エネルギーを同じ設備の別のユニット操作へ移動させることを含んでいてもよい。しかしながら、発生したエネルギーを回収することは、製作設備の熱負荷を低減させることの他に、他の手段を含んでいてもよい。例えば、反応チャンバから熱エネルギーを回収することは、熱エネルギーの少なくとも一部を利用し、それによって一つ以上の補助ユニットの加熱要件を少なくとも部分的に低減させることを含んでいてもよい。そのような補助ユニットは、同一または隣接する建屋、設備または構造物におけるヒーターまたはその他の温水利用設備であってもよい。例えば、本発明の装置と方法は、少なくとも一つの加熱負荷（heating load）１５２を熱交換器１３８を介して反応チャンバに熱的に接続することを含んでいてもよい。加熱負荷１５２は例えば、工業上の建物、商業上の建物または居住用の建物における温水ヒーターであってもよい。

熱伝達を容易にする相変化を有利に利用する本発明の構成においては、反応チャンバから熱エネルギーの少なくとも一部を移動させることは、フラッシュドラム１２４の中の冷却液の少なくとも一部を蒸発させること、蒸発した冷却液の少なくとも一部を熱交換器１２３へ移動させること、および熱交換器１２３（これは例えば、半導体製造設備の再沸器である）の中の蒸発した冷却液の少なくとも一部を凝縮させることを含んでいてもよい。

従って、本発明の非限定的な態様は、堆積装置から熱交換器へ熱伝達させ、そして加熱する負荷の少なくとも一部を与えること、冷却用流体の相変化を用いて堆積装置から熱伝達させ、そしてさらに熱交換器へ熱伝達することによって潜熱を受け入れること、および加熱する負荷と熱伝達する第二の循環熱伝達媒体を有する中間の熱交換器を用いて熱伝達させること、を含む構成を含んでいてもよい。

放射シールドの温度は、例えば、冷却用流体の流量を調節するか、冷却用流体の温度を調節することによって、あるいはその両方を行うことによって、目的の温度または目的の温度範囲あるいは所望の温度範囲に調整することができる。例えば、導管１１８に導入される冷却用流体の流量は、弁１５５、１５７および１５９のような一つ以上の流量制御装置を作動させることによって増加または低下させることができて、これによって同様に、冷却用流体出口１２２の温度を低下または上昇させることができる。冷却用流体の温度の調節は、例えば、フラッシュドラム１２４、熱交換器１２３、および熱交換器１３８のうちのいずれか一つ以上のものの一つ以上の運転条件を調節することによって、クーラー１４０における熱伝達率を増大または低下させることによって行うことができる。一つ以上の制御器１６０を利用して一つ以上の制御信号１６１を発生させ、それによって、流量制御装置のうちのいずれか一つを作動させるか、クーラー１４０を通しての熱伝達率を調節するか、あるいはフラッシュドラム１２４、熱交換器１２３、および熱交換器１３８のうちのいずれかのものの任意の操作パラメーターを調節することができる。

本発明のさらなる態様は、半導体材料を製作することを容易にする方法を対象としてもよい。半導体材料の製作を容易にする方法は、少なくとも一つの反応チャンバを含む化学気相成長装置を用意することを含んでいてもよい。少なくとも一つの反応チャンバの各々は、典型的には、底板とこの底板に固定することのできるベルジャーを有する。ベルジャーは典型的には、ベルジャーの内面に配置される中間層（例えば、ニッケル層）とこの中間層の上に配置される反射層とを伴う放射シールドを有する。反射層は好ましくは約５％未満の輻射率を有し、より好ましくは、約１％未満の輻射率を有する。さらに好ましい構成において、半導体材料の製作を容易にする方法は、冷却用導管（これは、放射シールドと熱伝達するようになっている）を一つ以上の熱交換器の第一の熱作用側に流体的に接続することを含んでいてもよい。本発明のさらなる態様において、半導体の製作を容易にする方法は、熱交換器の第二の熱作用側を半導体製造設備の少なくとも一つのユニット操作に流体的に接続することを含んでいてもよい。従って、熱交換器が予め取り付けられている現行の設備または現行のユニット操作において、本発明の関連する態様は、一つ以上の現行の熱交換器を冷却用導管を介して放射シールドと熱伝達するように改造することを含んでいてもよい。

本発明の幾つかの構成において、冷却用導管を熱交換器に流体的に接続することは、熱交換器の第一の熱作用側を少なくとも一つのフラッシュドラムに接続することを含んでいてもよく、そして幾つかの場合においては、少なくとも一つのフラッシュドラムを冷却用導管に接続することを含んでいてもよい。本発明の他の構成によれば、製造を容易にする方法は、冷却装置を冷却用導管およびフラッシュドラムに接続することをさらに含んでいてもよい。

本発明の上述した態様およびその他の態様の作用と利点は、以下の実施例からさらに理解することができる。これらの実施例は本発明の一つ以上の装置と技術の利益および／または利点を例示するものであるが、しかし本発明の全ての範囲を例証するものではない。

以下の実施例の幾つかのものにおいて熱伝達媒体として水を用いることができたが、いかなる適当な流体であっても、加熱源としての少なくとも一つの反応チャンバからの熱伝達を容易にすることができ、そしてさらに、一つ以上の熱を受け取る装置へ潜熱を送るために気化させることができて、あるいは本発明の一つ以上の態様に従って加熱負荷を用いることができる。例えば、発生した熱の回収と移動を用意にすることによって一つ以上の加熱負荷のうちの名目上の加熱負荷の少なくとも一部を与えるために、加熱／蒸発／冷却／凝縮のサイクルにおいてプロパンを用いることができる。

実施例１
本実施例は本発明の態様を記述する。
本発明に係る放射シールドを有するステンレス鋼のベルジャーを製作した。慣用の技術によって、ニッケルを含む第一の層をベルジャーのステンレス鋼の表面上に約３０μｍ未満の厚さで直接付与した。慣用の技術によって、金を含む第二の層をニッケルの第一の層に約５μｍ未満の厚さで直接付与した。

図３は、本発明の幾つかの態様に従う、放射シールドを有するベルジャーの一部分の断面を示す。ステンレス鋼のベルジャーの表面は「スチール」と表示されている。ニッケルの第一の層は「Ｎｉストライク」層と表示されていて、ニッケルの第一の層の上に付与された金の第二の層は「Ａｕコーティング」と表示されている。図４は、本発明の幾つかの態様に従う、放射シールドを有するベルジャーを示す。

ニッケルの層は、ステンレス鋼の表面への金の材料の接着を促進し、また３００℃程度の温度において使用する際のステンレス鋼の表面と金の層との間の遮断層として役立つと考えられる。

実施例２
本実施例は、ニッケルの層と金の層を有する放射シールドを用いる装置と金の層だけからなる放射シールドを用いる装置の性能と観察を比較するものである。

本発明に従って、また実質的に上の実施例１に従って、上にニッケル／金（Ｎｉ−Ａｕコーティング）の放射シールドを有する幾つかのステンレス鋼のサンプルを用意した。金の層（Ａｕコーティング）だけからなる放射シールドを有するステンレス鋼のサンプルも用意した。

幾つかのサンプルを、水素と窒素ガスの混合物に様々な温度において約４時間にわたって曝露した。様々な温度において曝露を行った後、各々のサンプルの表面の反射率を評価した。

図５に示すように、約２００℃以下の温度において使用する間、Ａｕコーティングの反射率は安定していて、反射率の低下を示さなかった。しかし、約２００℃を超える使用温度において、金の層だけを有する放射シールドの反射率は低下した。それに対して、本発明に従ってニッケルの層と金の層を有する放射シールドは、約３００℃以下の使用温度において反射率の低下を示さなかった。

従って、この実施例は、約２００℃から約３００℃までの範囲の表面温度において用いることのできる放射シールドの使用を支持する。
実施例３
本実施例は、凝縮液の生成に関連して、蒸気を発生させ、次いでこれを熱負荷へ潜熱を移動させるために用いることによって反応チャンバからの熱を回収することに関連する本発明の態様を予測的に記述する。

図６に典型的なものとして示す装置を参照すると、約１００ｍ^３/ｈｒで流れる水を、化学気相成長装置６０４Ａ、６０４Ｂ、および６０４Ｃの反応チャンバ内で発生する熱によって約１５６．２℃の温度まで加熱することができるだろう。加熱された水を一つ以上の蒸気ドラム６２４においてフラッシュすることにより、約２．８バール（ゲージ圧）の圧力で蒸気を生成することができるだろう。この圧力において、飽和蒸気温度は約１４２℃であると予想される。次いで、フラッシュドラム６２４からの約２．１バール（ゲージ圧）の圧力の飽和蒸気を凝縮することができて、そして、例えば一つ以上の熱交換器６２３においてプロセス流体を少なくとも部分的に加熱し、それによりその加熱負荷の一部を少なくとも部分的に与える。フラッシュ圧力は弁６１０を用いることによって制御することができるだろう。次いで、熱交換器６２３からの凝縮液を、一つ以上の凝縮液ポンプ６２２によってフラッシュドラム６２４へ戻すことができるだろう。熱伝達媒体（これには凝縮液も含まれる）をドラム６２４から一つ以上の循環ポンプ６２０によって循環させ、そして反応チャンバにおいて再加熱することができるだろう。

堆積装置に導入する前の水を冷却するためにクーラーを用いることができて、それにより反応チャンバを冷却することができる。
およそ４０００ＭＴＡの多結晶シリコンのプラントについて約７０％のオンラインベースにおいて運転される２０の反応チャンバからの、予想される全送出エネルギーは約２１６３７ＫＷであろう。

実施例４
本実施例は、実施例３で示した本発明の態様の変形を予測的に記述する。図７に典型的に示すように、この変形例は、第一のフラッシュドラム６２４から第一の圧力で蒸気を供給し、そして第二の蒸発器または第二のフラッシュドラム７２４を用いることによって第一の圧力よりも低い第二の圧力で蒸気を供給するように構成することができるだろう。実施例３で示した構成において、第一のフラッシュドラム６２４からの気化した蒸気を用いて、第一の加熱操作６２３の加熱負荷の少なくとも一部を補うことができるだろう。第一の加熱操作６２３からの凝縮液を第二のフラッシュドラム７２４に送ることができるだろう。第一のフラッシュドラム６２４からの飽和した水を第二のフラッシュドラム７２４に送ることができるだろう。第二のフラッシュドラム７２４において、水を低圧の蒸気に蒸発させることができて、これを、第二の加熱操作７２５の加熱負荷の少なくとも一部を供給するために利用することができるだろう。第二の加熱操作７２５からの凝縮液を、凝縮液ポンプ６２２によって第二のフラッシュドラム７２４に送ることができるだろう。熱伝達媒体を循環させて、複数の堆積装置６０４の反応チャンバにおいて約１５６．２℃の温度まで再加熱することができるだろう。第一の弁６１０を、第一のフラッシュドラム６２４において約４．２バール（ゲージ圧）の圧力および約１４２℃の関連した温度で飽和蒸気を生成させるのを容易にするために用いることができ、これにより、約３．５バール（ゲージ圧）の圧力の飽和した利用可能な蒸気を第一の加熱操作６２３に提供することができる。第二の弁６１２を、第二のフラッシュドラム７２４において約２．８バール（ゲージ圧）の圧力および約１３５℃の関連した温度で低圧の飽和蒸気を生成させるのを容易にするために用いることができ、これにより、約２．１バール（ゲージ圧）の圧力の利用可能な飽和した低圧蒸気を第二の加熱操作７２５に提供することができる。

約７０％のオンラインベースにおいて運転される２０の反応チャンバを有する、およそ４０００ＭＴＡの多結晶シリコンの設備に基づいて、第一の加熱操作に送出することのできる予想される凝結体の熱エネルギーは約４１９１ＫＷであり、そして第二の加熱操作に送出することのできる予想される凝結体の熱エネルギーは約１７４４７ＫＷである。

実施例５
本実施例は、実施例４のさらなる変形を記述する。図８に典型的に示すこの予測的な構成において、第一の弁６１０を適宜作動させることによって、第一のフラッシュドラム６２４を約３．５バール（ゲージ圧）の圧力で操作することができ、それにより利用可能な飽和した蒸気を約２．８バール（ゲージ圧）の圧力および約１４２℃の関連した温度で第一の加熱操作６２３に提供することができるだろう。第二のフラッシュドラム７２４を操作し、第二の弁６１２を適宜作動させることによって、飽和した蒸気を約２．１バール（ゲージ圧）の圧力および約１３５℃の関連した温度で第二の加熱操作７２５に提供することができるだろう。第一の加熱操作６２３からの凝縮液を、第一の凝縮液ポンプ６２２によって第二のフラッシュドラム７２４に送ることができるだろう。第二の加熱操作７２５からの凝縮液を、第二の凝縮液ポンプ８２１によって第二のフラッシュドラム７２４に送ることができるだろう。

この予測的な例において、約７０％のオンラインベースにおいて運転される２０の反応チャンバを有する、およそ４０００ＭＴＡの多結晶シリコンの設備に基づいて、少なくとも一つの第一の加熱操作に供給することのできる予想される凝結体の熱エネルギーは約１２５１３ＫＷであり、そして少なくとも一つの第二の加熱操作に送出されると予想される凝結体の熱エネルギーは約９１２４ＫＷである。

実施例６
本実施例は、実施例３の別の変形を記述する。図９に典型的に示すこの予測的な構成において、循環ポンプ６２０によって水を循環させ、そして複数の堆積装置６０４において加熱することができるだろう。加熱された水は第一の熱交換器９３８の第一の熱作用側に熱エネルギーを与え、そして第一の熱交換器９３８の第二の熱作用側を通って流れる熱流体の温度を上昇させることができるだろう。次いで、一つ以上の圧縮機９４１を用いて熱交換器９３８からの熱流体の圧力を上昇させ、それによりその温度を上昇させることができるだろう。次いで、その加熱されて加圧された熱流体をフラッシュさせることによって高圧の蒸気を発生させ、この蒸気を第二の熱交換器９３９において利用し、熱交換器は、別の循環する熱伝達流体を利用することによって一つ以上の加熱操作８２３に熱を与えることができるだろう。あるいは、加熱されて加圧された熱流体を直接利用して、一つ以上の加熱操作８２３の加熱負荷の少なくとも一部を満たすことができるだろう。

場合により、タービン９４２のような膨張機を用い、熱流体を減圧させることによってシャフトの仕事を取り出すことができるだろう。シャフトの仕事を圧縮機９４１に送り、そして圧縮機９４１における熱流体の圧力を上昇させるのに含まれる必要なシャフトの仕事の少なくとも一部を補うことができるだろう。タービン９４２からの熱流体は、複数の装置６０４からの加熱された水によって、第一の熱交換器９３８の第二の熱作用側において再加熱することができるだろう。

本発明の幾つかの例証となる態様を説明したが、上記のものは単なる例示であって限定的なものではなく、実例としてのみ提示されたものであることは、当業者には明白なはずである。多数の修正と他の態様が当業者の技能の範囲内のものであって、本発明の範囲内に含まれると考えられる。特に、ここで提示した実施例の多くは方法の作用または装置の要素の特定の組み合わせを含むが、それらの作用とそれらの要素は同じ目的を達成するための他のやり方で組み合わせることができると理解すべきである。

ここで説明されたパラメーターと構成は例示のものであって、実際のパラメーターおよび／または構成は本発明の装置と技術が用いられる特定の用途に依存するであろう、ということを当業者であれば認識するはずである。また当業者であれば、機械的な実験を行う中で、本発明の特定の態様と同等のものを認識し、あるいは確認することもできるはずである。例えば、本発明の一つ以上の態様を実施するために、いかなる制御器（例えば、（これに限定するものではないが）プログラマブル・ロジック・コントローラ（ＰＬＣ））も用いることができる。また、装置の任意の操作上の対象を自動化することのできる他のデバイスを用いることもできる。同様に、飽和蒸気を生成するために水を蒸発させることは、フラッシュドラムの上流にある弁を用いることによって容易にすることができる。従って、ここで記述された態様は実例としてのみ提示されたものであって、添付された特許請求の範囲とその同等物の範囲内において、具体的に記述されたものとは別の方法で本発明を実施することができると理解される。

さらに、本発明はここで記述された個々の特徴点、システム、サブシステム、または技術、およびここで記述された二つ以上の特徴点、システム、サブシステム、または技術の任意の組み合わせを対象としていて、二つ以上の特徴点、システム、サブシステム、および／または方法のいかなる組み合わせであっても、そのような特徴点、システム、サブシステム、および技術が互いに矛盾していない場合は、特許請求の範囲で具現化される本発明の範囲内にあると考えられる、と認識すべきである。さらに、一つの態様だけとの関連において記述された作用、要素、および特徴点は、他の態様における同様の役割のものから排除されることは意図されていない。

ここで用いられるとき、「複数の」という用語は、二つ以上の項目または構成要素を指す。「含む」および「有する」という用語、その他同種類のものは、明細書中であっても請求の範囲中であっても制限のない用語、すなわち、「含むが、しかしそれらに限定はされない」ということを意味する。従って、それらの用語を用いることは、その後に挙げられる項目とそれらの同等物および追加の項目を包含することを意味する。請求の範囲に関して、「からなる」および「本質的に何々からなる」という移行句だけが、それぞれ閉じた移行句または閉じた移行句に準じるものである。請求の範囲における「第一の」、「第二の」、「第三の」といった順序を示す用語、その他同種類の用語であって請求の範囲の要素を変更するものの使用は、いかなる優先性、先行性、または別の要素に対する序列、または方法の行為が行われる時間的な序列をそれ自体が示すのではなく、請求の範囲の要素を区別するために、特定の名称を有する請求の範囲の一つの要素を同じ名称を有する別の要素と区別するための単なる表示として用いられている。

１００ 化学気相成長装置、 １０２ 半導体製品、 １０４ 反応チャンバ、 １０６ 底板、 １０８ ベルジャー、１１０ 放射シールド、 １１２ 中間層、 １１４ 内面、 １１６ 反射層、 １１８ 冷却用導管、 １２０ 導管入口、 １２２ 導管出口、 １２３ 熱交換器、 １２４ フラッシュドラム、 １２６ 入口、 １２８ 蒸気の出口、 １３０ 熱交換器の入口、 １３２ 熱交換器の出口、 １３４ 第二の入口、 １３６ 凝縮液の出口、 １３８ 熱交換器（ヒーター）、 １４０ クーラー、 １４２ チャンバの入口、 １４４ フィラメント、 １４６ 電源、 １４８ チャンバの出口、 １５０ 蒸留器、 １５２ 加熱負荷、 １５５、１５７、１５９ 弁、 １６０ 制御器、 １６１ 制御信号、 ６０４ 堆積装置、 ６０４Ａ、６０４Ｂ、６０４Ｃ 化学気相成長装置、 ６１０ （第一の）弁、 ６１２ 第二の弁、 ６２０ 循環ポンプ、 ６２２ （第一の）凝縮液ポンプ、 ６２３ 熱交換器（第一の加熱操作）、 ６２４ 蒸気ドラム（フラッシュドラム）、 ７２４ 第二のフラッシュドラム（第二の蒸発器）、 ７２５ 第二の加熱操作、 ８２１ 第二の凝縮液ポンプ、 ８２３ 加熱操作、 ９３８ 第一の熱交換器、 ９３９ 第二の熱交換器、 ９４１ 圧縮機、 ９４２ タービン。

Claims (25)

1. 半導体材料製造設備の化学気相成長装置であって：
   底板とこの底板に固定することのできるベルジャーとを有する反応チャンバ、ここで、ベルジャーは、ベルジャーの内面に配置されるニッケル層と、このニッケル層の上に配置される金の層とからなる放射シールドを有し、ベルジャーは、導管入口と導管出口を有する冷却用導管をさらに含んでいて、ここで、冷却用導管は放射シールドと熱伝達するようになっている；および
   第一の熱作用側において冷却用導管に流体的に接続されていて、またさらに、第二の熱作用側において半導体材料製造設備の少なくとも一つのユニット操作に流体的に接続されている熱交換器；
   を有する、前記化学気相成長装置。
2. 放射シールドは約５％未満の輻射率を有する、請求項１に記載の化学気相成長装置。
3. 熱交換器は、本質的に水からなる冷却液を介して放射シールドと熱的に接続されている、請求項１に記載の化学気相成長装置。
4. 冷却用導管の導管出口に流体的に接続されている入口と熱交換器の入口に流体的に接続されている蒸気出口とを有するフラッシュドラムをさらに含む、請求項１に記載の化学気相成長装置。
5. 熱交換器は、フラッシュドラムの上流に流体的に接続されている熱交換器出口を有する、請求項４に記載の化学気相成長装置。
6. フラッシュドラムは、冷却用導管の導管入口の上流に流体的に接続されている凝縮液出口を有する、請求項５に記載の化学気相成長装置。
7. 熱交換器から下流に流体的に接続されているとともに冷却用導管の導管入口の上流に流体的に接続されているクーラーをさらに有する、請求項６に記載の化学気相成長装置。
8. 反応チャンバの反応体入口に流体的に接続可能な、少なくとも１種の多結晶シリコン先駆物質の化合物の供給源をさらに有する、請求項１に記載の化学気相成長装置。
9. 半導体製造設備において半導体材料を製作することを容易にする方法であって：
   底板とこの底板に固定することのできるベルジャーとを有する反応チャンバを含む化学気相成長装置を用意すること、ここで、ベルジャーは、ベルジャーの内面に配置されるニッケル層とこのニッケル層の上に配置される金の層とを伴う放射シールドを有し、ベルジャーはさらに、導管入口と導管出口を含む冷却用導管を有する；および
   冷却用導管を熱交換器に第一の熱作用側において流体的に接続すること、ここで、熱交換器は第二の熱作用側において半導体製造設備の少なくとも一つのユニット操作に流体的に接続されている；
   を含む、前記方法。
10. 冷却用導管を熱交換器に流体的に接続することは、熱交換器の第一の熱作用側をフラッシュドラムに接続することと、フラッシュドラムを冷却用導管に接続することを含む、請求項９に記載の方法。
11. 冷却装置を冷却用導管およびフラッシュドラムに接続することをさらに含む、請求項１０に記載の方法。
12. 底板とこの底板に固定することのできるベルジャーとを有する反応チャンバを含む化学気相成長装置であって、ここで、ベルジャーは、ベルジャーの内面に配置されるニッケル層とこのニッケル層の上に配置される金の層からなる放射シールドを有し、ベルジャーはさらに、導管入口と導管出口を有する冷却用導管を含み、ここで、冷却用導管は放射シールドと熱伝達するようになっている、前記化学気相成長装置。
13. 半導体製造設備の化学気相成長装置において半導体材料を製作する方法であって、化学気相成長装置は、上に放射シールドを有するベルジャーによって少なくとも一部が画定された反応チャンバを有し、放射シールドはベルジャーの内面上に配置されたニッケル層とこのニッケル層の上に配置された金の層からなり、半導体材料を製作する方法は：
    先駆物質反応体を反応チャンバの中に導入すること；
    反応チャンバの中で先駆物質反応体の少なくとも一部の半導体材料への転化が促進されるのに十分な温度までフィラメントを加熱すること；および
    反応チャンバからの熱エネルギーの少なくとも一部を半導体製造設備のプロセス流体へ移動させること；
    を含む、前記方法。
14. 半導体材料は多結晶シリコンである、請求項１３に記載の方法。
15. 反応チャンバから熱エネルギーを回収することをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
16. 反応チャンバから熱エネルギーを回収することは、冷却液への熱伝達を促進することによって、放射シールドの温度を約２００℃から約３００℃までの範囲に維持することを含む、請求項１５に記載の方法。
17. 反応チャンバから熱エネルギーを回収することは、放射シールドの温度を約２００℃から約２５０℃までの範囲に維持するのに十分なほどに冷却液への熱伝達を促進することを含む、請求項１６に記載の方法。
18. 反応チャンバから熱エネルギーを回収することは、放射シールドと熱伝達する冷却用導管を通して水を循環させることを含み、そして反応チャンバから回収した熱エネルギーの少なくとも一部を移動させることは、水の少なくとも一部をフラッシュ蒸発器においてフラッシュ蒸気に蒸発させることと、そのフラッシュ蒸気でプロセス流体を加熱することを含む、請求項１５に記載の方法。
19. 反応チャンバから熱エネルギーの少なくとも一部を移動させることは、冷却液の少なくとも一部を蒸発させること、蒸発した冷却液の少なくとも一部を熱交換器へ移動させること、および熱交換器の中の蒸発した冷却液の少なくとも一部を凝縮させることを含む、請求項１３に記載の方法。
20. 回収した熱エネルギーの少なくとも一部を移動させることは、半導体製造設備の再沸器においてプロセス流体を加熱することを含む、請求項１３に記載の方法。
21. 化学気相成長装置の反応チャンバ内で多結晶シリコンを製造する方法であって、製造される多結晶シリコンの１Ｋｇ当り５０ＫＷ・ｈｒ未満の正味の反応チャンバ電力消費率において、シリコン先駆物質反応体の多結晶シリコンへの転化を促進することを含み、ここで、反応チャンバは、上に放射シールドを有するベルジャーによって少なくとも一部が画定されていて、その放射シールドは、ベルジャーの内面上に配置されたニッケル層と、そのニッケル層の上に配置されていて５％未満の輻射率を有する金の層からなる、前記方法。
22. 熱エネルギーを反応チャンバから多結晶シリコンの設備の熱交換器へ移動させることをさらに含む、請求項２１に記載の方法。
23. 反応チャンバからの熱エネルギーの少なくとも一部を受け入れるように配置された冷却液の少なくとも一つの操作条件を調整することをさらに含む、請求項２２に記載の方法。
24. 冷却液の少なくとも一つの操作条件を調整することは、反応チャンバと熱交換器の間の熱伝達を与える冷却用導管を通って流れる冷却液の流量を調節することを含む、請求項２３に記載の方法。
25. 冷却液の少なくとも一つの操作条件を調整することは、多結晶シリコンを製造する間、金の層を約２００℃から約３００℃までの範囲の最大温度に維持することを含む、請求項２３に記載の方法。