JP6391467B2 - ポリシリコンリアクタの洗浄ツール - Google Patents

Description

関連出願の相互参照

本出願は、２０１１年６月２９日に出願した米国仮出願Ｎｏ．６１／５０２，６１４に基づく優先権を主張し、その仮出願の全ての記載は、その全体が参照されることによりここに含まれる。

本発明は、一般には、ポリシリコンリアクタの洗浄システムおよび方法に関し、特に、ポリシリコンリアクタの内部を洗浄するための洗浄ツールに関する。

エレクトロニクスと太陽電池産業で使用される超高純度ポリシリコンは、リアクタ中で実施される化学気相堆積（ＣＶＤ）プロセスを用いて気相反応からの堆積を通じて製造される。

ＣＶＤリアクタ中で超高純度の多結晶シリコンを製造するために使用する１つのプロセスは、ジーメンスプロセス（Siemens process）と呼ばれる。リアクタ中に配置されるシリコンロッドは、プロセスを開始するためのシードとして使用される。気体のシリコン含有反応物質は、リアクタを通って流れ、ロッドの表面上にシリコンを堆積する。気体の反応物質（即ち、気体の前駆体）は、ハロシラン（halosilane）やモノシラン（monosilane）のようなシリコン含有化合物である。反応物質は１０００℃より高い温度に加熱され、それらの条件下でロッドの表面上で分解する。シリコンはこのように以下の全体の反応に従って、ロッド上に堆積する。

２ＨＳｉＣｌ_３→Ｓｉ＋２ＨＣｌ＋ＳｉＣｌ_４

プロセスは、ロッドの表面上に所定の膜厚を有するシリコンの層を堆積した後に停止する。続いてロッド１００は、ＣＶＤリアクタから取り出され、シリコンはロッドから取り出され、更に処理される。

ロッドが引き出された後、リアクタは洗浄され、リアクタの内部表面に堆積したシリコンおよび他の材料が除去される。公知のシステムでは、一般にはリアクタは技術者により手動で洗浄される。技術者は、内部表面に向かって脱イオン水を噴射してリアクタを洗浄する。

本背景部分は、以下において記載され、および／または請求される本発明の多くの形態に関係する多くの形態の技術を、読者に紹介することを意図する。このように、これらの意見はこのような観点から読まれ、従来技術の自白ではないと理解すべきである。

１つの形態は、化学気相堆積リアクタベルの内部表面を洗浄するためのシステムである。システムは、リアクタベルのフランジに接続するためのフレームと、フレームに接続された作動メカニズムであって、リアクタベルがフレームに接続された場合に、リアクタベルの内部空間内で垂直および回転運動ができるように形成された作動メカニズムと、作動メカニズムに接続された少なくとも１つのブラシであって、リアクタベルの内部表面に接触するように形成されたブラシと、作動メカニズムに接続された少なくとも１つのノズルであって、リアクタベルの内部表面に対して水流を向けるように形成されたノズルとを含む。

他の形態は、ブラシを用いた化学気相堆積リアクタベルの内部表面の洗浄方法である。この方法は、フレームの上にリアクタベルを配置する工程と、第１アクチュエータを操作して、ブラシをリアクタベルの内部表面に噛み合わせる工程と、ノズルからリアクタベルの内部表面に対してノズルからの水流を向ける工程と、第２アクチュエータを操作してブラシを回転させる工程とを含む。

上述の形態に関連して述べられた特徴の、多くの改良が存在する。また、更なる特徴が、その上に、上述の形態に組み込まれても良い。それらの改良や追加の特徴は、独立に、または組み合わせで存在しても良い。例えば、記載された具体例のいずれかに関連して以下で検討される多くの特徴は、独立でまたは組み合わせで、上述の形態のいずれかに組み込まれても良い。

化学気相堆積リアクタの内部表面を洗浄するためのシステムの斜視図である。 図１のシステムの正面図である。 図１のシステムの上面図である。 図１中に破線の円で示した、図１のシステムの一部の拡大図である。 図１中に破線の円で示した、図１のシステムの一部の拡大図である。 図１中に破線の円で示した、図１のシステムの一部の拡大図である。

様々な図中の同じ参照符号は、同じ要素を示す。

ここに記載された具体例は、一般には化学気相堆積（ＣＶＤ）ポリシリコンリアクタの内部表面を洗浄するためのシステムおよび方法に関する。システムは、内部表面を液体で洗い、ブラシでこするように操作できる。システムはまた、気体の流れで内部表面を乾燥させるように操作できる。

ＣＶＤリアクタの内部表面を洗浄するための例示的なシステムは、図１〜６に、全体が１００で表される。使用中、システム１００は、ＣＶＤリアクタのリアクタベル１０２（広く言えばハウジング）中に配置される。リアクタベル１０２は図１、２において、破線で示される。システム１００は、その代わりに、実質的に固定され、引き上げ機や他の好ましい構造により、ベルが下げられ、またはシステムの周りに配置されても良い。

例示の具体例では、システムは、４つの足１０６を備えたフレーム１０４を含む。使用中にリアクタベル１０２を支持するフランジ１０８は、フレーム１０４に接続され、一般に足１０６の隣に配置される。フランジ１０８は、リアクタベル１０２の底部フランジ１１０の直径と等しいか、より大きな直径を有する。図２に示すように、システムの使用中に、リアクタベル１０２の底部フランジ１１０は、フランジ１０８の上に配置される。フランジ１０８は、フランジのリアクタベル１０２の底部フランジ１１０を固定するのに使用される機械的固定具をその中に収容するように形成された開口部を有しても良い。

さらに、フレーム１０４に取り付けられたクランプ１１２が、リアクタベル１０２の底部フランジ１１０を、フレーム１０４のフランジに接続するように保持するために、使用されても良い。例示の具体例では、４つの周囲に配置されたクランプ１１２が使用されるが、異なる数または配置のクランプが他の実施例で使用されても良い。さらに、図では、クランプ１１２は固定されない状態で示されている。リアクタベルの底部フランジ１１０をフランジ１０８に固定するために、クランプ１１２は内側に旋回する。

連接メカニズム１２０がシステム１００の中央部分１２２に配置され、フレーム１０４に接続される。例示の具体例では、連接メカニズム１２０は３つの分離したアクチュエータ１２４を有するが、他の具体例が異なる数のアクチュエータを有しても良い。それぞれのアクチュエータ１２４は、その一つの端部が、フレーム１０４に接続されたベースプレート１２６に接続される。他の反対側の端部では、アクチュエータ１２４は、トッププレート１２８に接続される。

（以下により詳細に示す）２組のブラシ１３０とノズル１３２は、アクチュエータ１２４のそれぞれに接続される。アクチュエータ１２４は、垂直軸Ｖに平行な方向に、垂直に移動できる。それぞれのアクチュエータ１２４は、他とは独立して動いても良い。作動メカニズム１２０は、ベースプレート１２６および／またはトッププレート１２８の回転により、Ｖ軸に平行な軸の周りで回転できる。

図４、５に示された具体例では、ブラシ１３０とノズル１３２のそれぞれの組は、垂直方向に他の組から離れている。ノズル１３２はまた、ブラシ１３０に対して角度をもって配置される。さらに、追加のノズル１３４（図４）がそれぞれのノズル１３２の上に配置される。このように、例示の具体例では、９つのノズル１３２、１３４と、６つのブラシ１３０がある。他の具体例は、異なった数および／配置のノズルおよびブラシを用いても良い。

それぞれのブラシ１３０で、それらの１つが図６に詳細に示されているブラシ１３０は、円形のヘッドから突き出した剛毛１３６を有する。例示の具体例では、剛毛１３６は、円形のヘッド１３８の外周の周りに配置されるが、それらはヘッドの他の場所に配置されても良い。

剛毛１３６は、例えばポリアミドおよびファイバーグラス、炭素および／またはステンレス鋼と組み合わせたポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）のようないずれかの好ましい材料から形成されても良い。さらに、いくつかの具体例は、異なった形状のヘッド１３８を用いても良い（例えば、長方形、三角形、楕円形または正方形）。

図４、５に示すように、ブラシ１３０は、ブラシ１３０のヘッド１３８を回転できる好ましい回転アクチュエータ１４０に接続されても良い。１つの具体例では、回転アクチュエータ１４０は、１分間あたり所定の回転数で、ブラシ１３０を回転することができる。

例示の具体例では、ブラシ１３０は、おおよそ２００〜３００ＲＰＭで回転するが、他の具体例は、異なるＲＰＭでアクチュエータを回転しても良い。さらに、アクチュエータ１４０は、回転ヘッド１３８に加えて、またはその代わりに、ブラシ１３０を振動および／または震えさせても良い。

ブラシ１３０は、また、水平軸Ｈに平行な方向に、ブラシ１３０を横方向に動かす好ましい直線アクチュエータ１４２に接続されても良い。他の具体例では、直線アクチュエータ１４２は、水平軸Ｈに平行でない他の方向に、ブラシを動かすことができる。直線アクチュエータ１４２は、ブラシ１３０に十分な力をかけて、リアクタベル１０２の内部表面１４４（図２）に向かってブラシ１３０の剛毛を押しつける。このブラシ１３０の押しつけは、リアクタベル１０２の内部表面上に付着した材料（例えば汚染物質）を剛毛１３６により除去するのを助ける。

上述のように、例示の実施例では、ノズル１３２の１つは、それぞれのブラシ１３０の隣に配置される。追加のノズル１３４は、ブラシ１３０とノズルの一番上の組の上に、垂直に配置される。ノズル１３２、１３４は、それぞれ作動メカニズム１２０に接続されるが、他の具体例では、ノズル１３２、１３４はシステム１００の中の他の構造に接続されても良い。例示の具体例では、等しい数のノズル１３２とブラシ１３０を有する。他の具体例では、ブラシ１３０の数より多いまたは少ないノズル１３２を有しても良い。さらに、ノズル１３２は、ブラシ１３０と隣り合わないように、異なって配置しても良い。

ノズル１３２、１３４は、適当な流体源１４６に接続され（図２にその一部が示される）、ノズルに液体（例えば、脱イオン水、洗剤、水等）を供給できる。ノズル１３２、１３４は、リアクタベル１０２の内部表面１４４に対して流体を向ける（例えば噴射する）ために使用される。この流体は、ヘッド１３８の剛毛１３６により表面をこすった後に、内部表面１４４をリンスするために使用しても良い。ヘッド１３８の剛毛１３６がリアクタベル１０２の内部表面１４４をこするのに使用されながら、この流体（または他のタイプの流体）が内部表面１４４に対して向けられ（例えば噴射され）ても良い。例えば、リアクタベル１０２の内部表面１４４をこする間に、洗剤流体が使用されても良い。いくつかの具体例では、ノズル１３２、１３４が、リアクタベル１０２の内部表面１４４に対して、気体の流れを向けるために使用されても良い。このノズル１３２、１３４からの気体の流れは、表面を洗浄した後に、内部表面１４４を乾燥させるために使用しても良い。

例示の具体例では、リアクタベル１０２の内部表面１４４に対して気体の流れを向けるために、乾燥ノズル１５０（図６）が提供される。例示の具体例では、気体は窒素であるが、他の具体例では、異なった気体（例えば不活性ガス）が使用されても良い。乾燥ノズル１５０は、リアクタベル１０２の内部表面１４４の異なった部分に気体を向けるために、ノズル１５０を動かせる、作動メカニズム１２０（例えば、他のアクチュエータ）の一部に接続される。さらに、乾燥ノズル１５０は、適当な気体を供給源（図示せず）に接続される。

例示の具体例では、乾燥ノズル１５０は、リアクタベル１０２の中に形成されたビューイングウインドウ（図示せず）に向かって気体の流れを向けるために使用される。しかしながら、他の具体例では、乾燥ノズル１５０は、リアクタベル１０２の他の部分、または全体の内部表面１４４に対して気体の流れを向けるのに使用しても良い。さらに、例示の具体例は、リアクタベル１０２の内部表面１４４に対して空気の流れまたは他の好適な気体を向けるために、フレーム１０４のフランジ１０８の垂直方向の下に配置されたブロワー１５２を含む。この空気の流れは、洗浄サイクルの完了後に、内部表面１４４の乾燥を助ける。

例示の具体例は、また、ビューイングウインドウの検査を助けるために、光１６０（図６）を含んでも良い。例示の具体例では、光１６０は、好適な光源（図示せず）に接続された光ファイバー光である。光１６０は、また、以下でより詳細に述べる洗浄サイクル中に、リアクタベル１０２の内部表面１４４の調査を可能にする。１つの光１６０が図６に示されるが、複数の光が使用され、システム１００を通じて配置されても良い。

使用中、リアクタベル１０２が下げられ、またはフレーム１０４の上に配置されて、洗浄サイクルが始まる。次に、リアクタベル１０２は、クランプ１１２および／または好適な固定具でフレーム１０４に固定される。次に、ブラシ１３０に接続された直線アクチュエータ１４２が延ばされ、リアクタベル１０２の内部表面１４４に接触するように、ブラシを運ぶ。次に、流体がノズル１３２、１３４から内部表面１４４に対して噴射され、回転アクチュエータ１４０がブラシ１３０を回転し始める。ブラシ１３０の回転と内部表面１４４に対する剛毛１３６の接触が、内部表面から汚染物質および／または残骸を除去する。他の具体例では、それらの最初の工程の順番が入れ替えられる。例えば、直線アクチュエータ１４２が延びて、および／または回転アクチュエータ１４０によりブラシ１３０が回転する前に、ノズル１３２、１３４が内部表面１４４の上に流体を噴射しても良い。

ブラシ１３０が回転し、ノズル１３２、１３４が流体を噴出し、作動メカニズム１２０が、一般に垂直軸Ｖに平行な方向にノズルとブラシを移動させる。作動メカニズム１２０は、また、垂直軸Ｖの回りでノズル１３２、１３４とブラシ１３０を回転させる。作動メカニズムの回転と垂直移動の速度は、リアクタベル１０２の内部表面１４４から残骸、および／または汚染物質を好適に除去するために調整できる。さらに、回転および垂直移動の速度は、内部表面１４４の汚染物質の量に応じて調整される。汚染物質の量の測定は、オペレータにより、または１またはそれ以上のセンサを用いて行われる。測定は、内部表面１４４の１またはそれ以上の点で行われても良い。次に、制御システムが、この測定に基づいて、作動メカニズム１２０の回転および垂直移動の速度を調整する。他の具体例では、オペレータが、測定に基づいて、作動メカニズム１２０の回転および垂直移動の速度を調整しても良い。

さらに、作動メカニズム１２０は、リアクタベル１０２の内部表面１４４の洗浄中に、ブラシ１３０およびノズル１３２、１３４の垂直移動および／または回転の速度を変える。例えば、内部表面の他の部分より、その部分に堆積した汚染物質の量が多い内部表面１４４を洗浄する場合、垂直移動および／または回転の速度は減少する。速度は、また、その上に堆積した汚染物質の量がより少ない内部表面１４４の部分を洗浄する場合に、減少しても良い。

洗浄サイクルは、汚染物質、またはその一部または数パーセントがリアクタベル１０２の内部表面１４４から除去されるまで続く。動作中、内部表面１４４の上の汚染物質の量、またはその一部または数パーセントが内部表面から除去されたか否かを特定するために、他の測定が行われても良い。他の具体例では、洗浄サイクルは、所定の時間（例えば、３０分間）続いても良い。

洗浄が完了した後、作動メカニズム１２０により、乾燥ノズル１５０が、リアクタベル１０２のビューイングウインドウに隣接する位置まで移動する。次に、乾燥ノズル１５０により、気体（例えば窒素）の流れがビューイングウインドウに対して向けられ、ビューイングウインドウの表面から液体を除去する。次に、ブロア１５２が、リアクタベル１０２の内部表面１４４に対して空気を向けて、表面を乾燥させる。例示の具体例では、ブロア１５２は空気を加熱するように操作でき、内部表面１４４の乾燥をさらに助ける。

内部表面１４４を乾燥させた後、システム１００のフレーム１０４にリアクタベル１０２を固定するクランプ１１２および／または機械的固定具が除去される。次に、引き上げ機または他のメカニズムが、フレーム１０４からリアクタベル１０２を移動させるのに使用される。次に、リアクタベル１０２が、使用するために配置されるか、または後に使用するために保管される。

洗浄されたリアクタベル１０２は、向上した反射性を有する。この向上した反射性は、プロセス中のエネルギー消費を減らし、これによりプロセスをより効率的にする。

本発明、またはその具体例の要素を紹介する場合、「ａ」、「ａｎ」、「ｔｈｅ」、「ｓａｉｄ」のような冠詞は、１またはそれ以上の要素があることを意味する。「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、および「有する（ｈａｖｉｎｇ）」の用語は、含まれることを意図し、列記された要素の他の追加の要素があっても良いことを意味する。特定の方位（例えば「上（ｔｏｐ）」、「底（ｂｏｔｔｏｍ）」、「横（ｓｉｄｅ）」等）を示す用語の使用は、記載の利便のためで、記載した項目の特定の方位を要求するものではない。

本発明の範囲から離れることなく、上記構造および方法において、様々な変更を行うことができるため、上記記載に含まれ、および添付された図面に示された全ての内容は、例示として解釈され、限定する意味に解釈されるべきではないことを意図する。

Claims (6)

1. 化学気相堆積リアクタベルの内部表面を洗浄するための、垂直軸を備えたシステムであって、
   リアクタベルのフランジを載置するためのフレームと、
   フレームに接続された作動メカニズムであって、リアクタベルがフレームに載置された場合に、リアクタベルの内部空間内で垂直軸に沿った運動および回転運動ができるように形成された作動メカニズムと、
   作動メカニズムに接続された少なくとも１つのブラシであって、リアクタベルの内部表面に接触するように形成されたブラシと、
   少なくとも１つのブラシを作動メカニズムに接続し、垂直軸と直角にブラシを動かすリニアアクチュエータと、
   作動メカニズムに接続された少なくとも１つのノズルであって、リアクタベルの内部表面に対して水流を向けるように形成されたノズルと、を含むシステム。
2. さらに少なくとも１つのブラシに接続された回転アクチュエータを含み、回転アクチュエータはブラシを回転させるように形成される請求項１に記載のシステム。
3. リアクタベルの中に形成されたウインドウの内部表面に対して気体の流れを向けるための乾燥ノズルを含む請求項１に記載のシステム。
4. ブラシを用いた化学気相堆積リアクタベルの内部表面の洗浄方法であって、
   フレームの上にリアクタベルを配置する工程と、
   第１アクチュエータを操作して、ブラシをリアクタベルの内部表面に噛み合わせる工程であって、第１アクチェータはリアクタベルの長手方向の軸に平行に移動する工程と、
   ノズルからリアクタベルの内部表面に対してノズルからの水流を向ける工程と、
   第２アクチュエータを操作してブラシを回転させる工程と、を含む方法。
5. さらに内部表面の汚染物の量を測定する工程と、内部表面の汚染物の量に基づいて、リアクタベルの長手方向の軸に沿って第１アクチュエータの回転および移動の速度を調整する工程とを含む請求項４に記載の方法。
6. さらにリアクタベルの中に形成されたウインドウの内部表面に対して気体の流れを向ける工程を含む請求項５に記載の方法。

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