KR101420338B1

KR101420338B1 - 씨브이디 반응장치용 절연 슬리브 및 그 절연 슬리브가 구비된 씨브이디 반응장치

Info

Publication number: KR101420338B1
Application number: KR1020120025172A
Authority: KR
Inventors: 이영우
Original assignee: 한국실리콘주식회사; (주)인벤트리
Priority date: 2012-03-12
Filing date: 2012-03-12
Publication date: 2014-07-16
Also published as: KR20130104041A

Abstract

본 발명은 교체주기가 연장되고, 수명이 연장되며, 비용을 절감하고, 규소의 증착속도를 지연시키며, 재사용을 위한 강산 에칭 공정을 회피할 수 있는 CVD 반응장치용 절연슬리브 및 그 절연 슬리브가 구비된 CVD 반응장치를 제공한다.
그 절연 슬리브는, 원통형으로 형성되고, 전극(50)을 포위하도록 하부면이 기판(10)에 접촉 배치되는 몸체(72)와, 그 몸체(72)의 상단에 일체로 형성되고 중앙에 전극(50)이 관통하는 삽입공(731)이 형성된 원판형 커버(73)로 이루어진 본체(71); 및 그 본체(71)의 몸체(72)를 포위하도록 원통형 또는 링형으로 형성되고, 하단은 기판(10)의 표면에 접하며, 상단은 상기 본체(71)의 커버(73)의 주변 하부에 접촉하도록 형성되는 분리체(75)로 구성된다.

Description

씨브이디 반응장치용 절연 슬리브 및 그 절연 슬리브가 구비된 씨브이디 반응장치{Insulation Sleeve for CVD Reactor and CVD Reactor with The Insulation Sleeve}

본 발명은 반도체 공정에 적용되는 CVD 반응장치에 적용되는 절연 슬리브에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 교체주기가 연장되고, 수명이 연장되며, 비용을 절감하고, 규소의 증착속도를 지연시키며, 재사용을 위한 강산 에칭 공정을 회피할 수 있는 CVD 반응장치용 절연슬리브 및 그 절연 슬리브가 구비된 CVD 반응장치에 관한 것이다.

일반적으로 다양한 산업분야에는 다양한 재료가 사용되고 있으며, 이 같은 재료들은 자연 상태에서 획득하거나 제공받을 수 있는 반면, 일부의 재료들은 특수 공정 또는 처리를 거친 후 획득하거나 제공받아 사용하고 있다.

이와 같이 별도의 생산 처리 또는 별도의 생산 공정을 거쳐 획득될 수 있는 재료들 중 하나로서, 예컨대 전자산업 특히 반도체 산업에 필수적으로 사용되고 있는 다결정 실리콘 혹은 폴리실리콘이 있다. 이 폴리실리콘은 반도체 또는 태양광 발전 산업에 사용되는 단결정 혹은 다결정 실리콘 잉곳의 제조에 사용되는 출발 물질로서, 반도체분야에서 사용되는 폴리실리콘은 ppb (parts per billion) 또는 ppt (parts per trillion)수준의 전자적 활성을 띠는 불순물을 포함하는 순도를 지녀야 한다.

예컨대, 폴리실리콘 로드(rods)는 모노실란 또는 염화실란(예, 삼염화실란) 같은 기체상태의 실리콘 화합물이 붉게 가열되는 로드 또는 실리콘 필라멘트 또는 텅스텐이나 탄탈룸 같이 전기전도도가 높은 고융점 금속으로 제조된 필라멘트의 표면에 열분해에 의해 생성된다. 이와 같은 모노실란 및 염화실란을 이용하는 CVD(Chemical Vaper Deposition) 반응기(reactor)들이 미국 특허 제3,011,877호, 제3,147,141호, 제3,152,933호 개시되어 있는 바, 이와 같은 반응기들은 일명 지멘스 반응기로 통칭된다.

이와 같은 종래의 CVD 반응기에 의하면, 기판(base plate) 위에 벨형 반응기가 가스 밀폐형(gas-tight) 플랜지로 결합된 공정 용기로서, 그 내부에는 한 개 이상의 반응 챔버가 구비되어 있다. 그 벨형 반응기는 외부 자켓(outer jacket)과 내벽(inner shell)을 구비하며, 그 사이에는 냉각제가 흐르는 구조로 되어 있는 바, 그 외부 자켓에는 냉각제 유입관 및 냉각제 유출관이 연결되어 있다. 이 같은 구조에 따라 CVD 공정 중에 100℃ 내지 200℃의 온도로 냉각된 반응기 내벽의 상태를 유지하게 되는 것이다. 그리고, 기판에도 냉각제 유입관 과 냉각제 유출관이 연결되어 있어 기판이 소정의 온도를 초과하지 않도록 제한한다. 그 기판에는 또한 가스 유입구와 가스 배출구가 구비되어 있다. 또한,실리콘 함유 가스원에 연결된 가스 유입구를 통해 실리콘 함유가스 화합물이 반응 챔버내로 유입되며, CVD 반응을 거친 가스는 가스 배출구를 통해 반응 챔버 외부로 배출된다. 또한, 기판의 외부에서 반응 챔버내로 두 개의 기밀단자(feed through)가 연장되고, 그 단부는 로드 지지대로 지지된 채 예컨대 흑연으로 된 전극이 연결된다. 그리고 그 반응 챔버 내에는 한 세트 이상의 로드 필라멘트들(rod filaments)이 구비되어 있는바, 한 세트의 로드 필라멘트는 반응 챔버 내에서 서로 이격되어 직립된 두 개의 로드 필라멘트와, 이들의 상부의 각각의 단부를 수평으로 연결하는 한 개의 수평 로드 필라멘트로 이루어져 역U자형을 이루고 있다. 또한, 두 개의 직립 로드 필라멘트는 그 아래쪽 단부가 전극과 기밀단자를 통해 외부의 전기에너지 공급원에 연결되어 있어 한 세트의 로드 필라멘트는 하나의 완전한 전기 회로를 형성하게 되는 것이다.

이 같은 종래의 CVD 반응기 장치에서, CVD 공정을 위해 기밀단자와 전극을 통해 로드 필라멘트에 전류를 인가하고, 실리콘함유 가스원으로부터 모노실란 또는 디실란 또는 염화실란과 같은 실리콘함유 가스 화합물 또는 이들 가스의 혼합물을 반응 챔버로 공급되면, 그 로드 필라멘트가 가열됨과 동시에 반응 챔버 내에서는 실리콘과 수소가 만들어지는 모노실란의 열분해 반응이나 HCl 또는 SiCl₄와 같은 염소 화합물 및 수소를 생성시키는 염화실란의 열분해 반응이 발생하게되는 것이다.

이와 같은 열분해 반응에 의한 CVD 증착은 다음과 같은 반응식으로 나타낼 수 있다. 즉,

SiH₄ + H₂ Si + 3H₂

SiHCl₃ + H₂ Si + 3HCl

SiHCl₃ + HCl SiCl₄ + H₂

위로부터 알 수 있는 바와 같이, 폴리실리콘은 가열된 로드 필라멘트 표면에 모노실란 또는 염화실란의 불균일 분해 후 화학기상증착(CVD)에 의해 생성되는 것이다. 이후, 증착 폴리실리콘 로드의 직경을 원하는 크기까지 증가시킨 다음, 반응기 장치를 정지시킨 후 반응 챔버에서 공정 가스를 제거하고 반응기를 열어 폴리실리콘 로드를 수확하는 것이다.

그러나, 이와 같은 종래의 CVD 반응기들에서 폴리실리콘 제조에 소요되는 전기에너지 소비가 크고, CVD 공정 중에 폴리실리콘 로드의 순수 에너지 손실이 과도하여 폴리실리콘 로드 내부 전체의 온도 편차가 심하며, 인장 응력이 증대되어 대구경의 폴리실리콘 로드를 생산할 수 없고, 반응 챔버 내의 공정 환경을 훼손하는 불순물의 발생이 초래되는 문제점이 있었다.

이에 최근에는, 위와 같은 문제점을 해결하기 위한 하나의 기술이 특허공개 제10-2011-61984호에 개시되어 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 특허공개 제10-2011-61984호에 개시된 CVD 반응기는, 냉각 기벽(1a)을 갖는 한 개 이상의 반응 챔버(1b)를 포함하는 반응 용기(1); 반응 챔버(1b) 안으로 연장된 복수의 전극(2); 반응 챔버(1b) 내에서 양 단부가 복수의 전극(2) 중 서로 다른 두 전극에 연결되며, 두 전극을 통해 자신에 전류가 흐를 때 고온으로 가열되는 적어도 한 개의 로드 필라멘트(3); 반응 용기(1)의 내부까지 연결되어, 실리콘 함유 원료가스를 반응 챔버 (1b)안으로 공급하여 화학기상증착(CVD) 반응에 의해 가열된 로드 필라멘트(3) 표면에 폴리실리콘을 증착시켜 폴리실리콘 로드(4a)를 생산하도록 하는 실리콘 함유 가스원(4); 및 고온 가열되는 로드 필라멘트(3)와 상기 냉각 기벽(1a) 사이 및 로드 필라멘트(3)와 반응 챔버(1b)의 바닥 사이 중 적어도 어느 하나에 위치하여 폴리실리콘 로드(4a)에서 방사된 복사열 에너지의 냉각 기벽(1a) 및 반응 챔버(1b)의 바닥 중 적어도 어느 하나로의 열전달을 차단하는 복사열 차단막(5)으로 구성된다. 물론, 반응 용기(1)의 내측 하부에는 기판(6)이 구비되어 있으며, 그 기판(6)에는 기밀 단자(7)가 관통 설치되며, 그 기밀 단자(7)의 상단에는 전극(2)이 하우징형의 로드 지지대(8)에 의해 수직하게 설치되는 것이다. 그 로드 지지대(8)는 전극(2)과 기판(6)과의 절연을 위해 절연체로 형성되어 있다.

이와 같은 구성에 따라, CVD 반응기 내에 로드 필라멘트와 냉각 기벽 사이에 복사열 차단막을 설치하여 가열된 필라멘트 로드에서 냉각 기벽으로 방사되는 복사열 에너지를 차단하여 반응기 내부의 폴리실리콘의 표면에서의 열 손실량을 감소시켜주어 폴리실리콘 로드의 순수 에너지 손실량이 감소되고, 이에 따라 CVD 반응기의 온도조절 메커니즘에 의해 그 CVD 반응기의 전체적인 전기 에너지 소모량을 현저하게 검소시켜주며, 또한, 폴리실리콘 로드의 순수 에너지 손실량의 감소에 의해 폴리실리콘 로드의 표면 온도의 강하가 감소되어 폴리실리콘 로드의 중심과 표면 간의 온도 편차가 크게 감소되며 부속적인 인장 응력을 감소시켜 폴리실리콘 로드를 대구경으로 성장시킬 수 있는 효과가 제공된다.

그러나, 위와 같은 CVD 반응기에서는 다음과 같은 문제점이 초래되는 것으로 나타났다. 먼저, 폴리실리콘의 산출을 위한 CVD 공정의 수회 반복시 절연 슬리브, 즉 로드 지지대의 측표면에 규소(Si)가 점진적으로 증착되어 전극과 기판이 상호 통전되어 전원이 차단되는 유전(electric trip)현상이 초래됨으로, 예컨대 6회의 CVD 공정후 고가의 로드 지지대를 회수하거나 교체해야 하는 문제점이 있다.

그리고, 회수되거나 교체된 로드 지지대를 재사용하기 위해서는 강산을 이용한 에칭(etching)공정을 거쳐야 하므로 작업자 및 주변 분위기에 위험을 초래하는 문제점이 있다.

또한, 종래의 반응기에 사용되는 로드 지지대는 표면 조도가 거칠어 그 로드 지지대 외표면에 규소가 신속하게 증착되어 사용수명이 저하되는 문제점이 있다.

이에 본 발명은 상술된 문제점들을 해결하기 위해 발명된 것으로서, 본 발명의 목적은 폴리실리콘의 산출을 위한 CVD 공정시 측표면에 규소(Si)가 점진적으로 증착되는 시간이 지연되고, 사용수명 및 고유수명이 연장되며, 재사용을 위한 에칭(etching)공정이 생략되는 CVD 반응장치용 절연 슬리브를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 폴리실리콘의 산출을 위한 CVD 공정시 측표면에 규소(Si)가 점진적으로 증착되는 시간을 지연시키고, 수명이 연장되며, 재사용을 위한 에칭(etching) 공정을 생략하거나 줄일 수 있는 절연 슬리브를 사용하는 CVD 반응장치를 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적은, 원형 또는 다른 형태로 형성되며 냉각라인이 형성된 기판과, 그 기판 상에 수직 설치되고 냉각라인이 형성되고 내부에 CVD 공정이 실행되는 반응챔버를 형성하는 벨형 반응기와, 그 기판의 중앙에 설치되어 실리콘 함유가스를 반응챔버 내로 공급하기 위한 실리콘 함유가스 공급관과, 그 기판의 적정 위치에 설치되어 전원을 공급받기 위한 복수의 기밀단자와, 그 기밀단자의 상단에 전기적으로 접촉되는 전극과, 각각의 전극에 전기적으로 접속되는 직립로드 필라멘트 및 그 각각의 직립로드 필라멘트의 상단에 양단이 연결되는 수평로드 필라멘트로 이루어진 로드 필라멘트를 포함하는 CVD 반응장치에서, 상기 전극과 기판 간의 통전을 방지하기 위한 CVD 반응장치용 절연 슬리브에 있어서, 원통형으로 형성되고, 상기 기밀단자 및 상기 전극의 일부를 포위하도록 하부면이 상기 기판에 접촉 배치되는 몸체와, 상기 몸체의 상단에 일체로 형성되고 중앙에 상기 전극이 관통하는 삽입공이 형성된 원판형 커버로 이루어진 본체; 및 상기 본체의 몸체를 포위하도록 원통형 또는 링형으로 형성되고, 하단은 상기 기판의 표면에 접하며, 상단은 상기 본체의 커버의 주변 하부에 접촉하도록 형성되는 분리체를 포함하는 것을 특징으로 하는 CVD 반응장치용 절연 슬리브에 의해 달성될 수 있다.

그리고, 본 발명의 하나의 주요 특징에 따르면, 원형 또는 다른 형태로 형성되며 냉각라인이 형성된 기판과, 그 기판 상에 수직 설치되고 냉각라인이 형성되고 내부에 CVD 공정이 실행되는 반응챔버를 형성하는 벨형 반응기와, 그 기판의 중앙에 설치되어 실리콘 함유가스를 반응챔버 내로 공급하기 위한 실리콘 함유가스 공급관과, 그 기판에 관통설치되어 전원을 공급받기 위한 복수의 기밀단자와, 그 기밀단자의 상단에 전기적으로 접촉되는 전극과, 각각의 전극에 전기적으로 접속되는 직립로드 필라멘트 및 그 각각의 직립로드 필라멘트의 상단에 양단이 연결되는 수평로드 필라멘트로 이루어진 로드 필라멘트를 포함하는 CVD 반응장치에서, 상기 전극과 기판 간의 통전을 방지하기 위한 CVD 반응장치용 절연 슬리브에 있어서, 원통형으로 형성되고, 상기 기밀단자 및 상기 전극의 일부를 포위하도록 하부면이 상기 기판에 접촉 배치되는 몸체와, 상기 몸체의 상단에 분리가능하게 설치되고 중앙에 상기 전극이 관통하는 삽입공이 형성된 원판형 커버로 이루어진 본체; 및 상기 본체의 몸체를 포위하도록 원통형 또는 링형으로 형성되고, 하단은 상기 기판의 표면에 접하며, 상단은 상기 본체의 커버의 주변 하부에 접촉하도록 형성되는 분리체를 포함한다.

상기 목적은 또한 위와 같은 특징을 갖는 절연 슬리브를 구비한 CVD 반응기에 의해 달성될 수 있다.

본 발명에 따른 CVD 반응장치용 절연 슬리브에 의하면, 절연 슬리브가 본체와 분리체로 분리 형성되어, 장기간 사용시 분리체만을 교체하여 사용함으로써, 교체 기간 및 비용이 저렴하게 유지되며, 이로 인해 절연 슬리브 전체의 사용수명 및 고유수명이 연장되며, 재사용을 위한 에칭(etching)공정이 생략되거나 감소될 수 있어 경제성 및 신뢰성이 현저히 향상되는 효과가 있는 것이다.

도 1은 종래의 CVD 반응장치를 보여주는 단면도.
도 2는 도 1의 CVD 반응장치에 사용되는 로드 지지대를 보여주는 사시도.
도 3은 본 발명에 따른 절연 슬리브가 적용된 CVD 반응장치를 보여주는 단면도.
도 4는 본 발명의 제 1실시예에 따른 CVD 반응장치용 절연 슬리브를 보여주는 분해 사시도.
도 5는 도 4의 CVD 반응장치용 절연 슬리브가 결합된 상태에서의 단면도.
도 6은 본 발명의 제 2실시예에 따른 CVD 반응장치용 절연 슬리브를 보여주는 분해 사시도.
도 7은 도 6의 CVD 반응장치용 절연 슬리브가 결합된 상태에서의 단면도.
도 8은 본 발명의 제 3실시예에 따른 CVD 반응장치용 절연 슬리브를 보여주는 분해 사시도.
도 9는 도 8의 CVD 반응장치용 절연 슬리브가 결합된 상태에서의 단면도.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 3 내지 도 9에 있어서, 본 발명에 따른 CVD 반응장치용 절연 슬리브가 적용된 CVD 반응장치는 기본적으로, 원형 또는 다른 형태로 형성되며 냉각라인(12)이 형성된 기판(10)과, 그 기판(10)상에 수직 설치되고 냉각라인(22)이 형성되며 내부에 CVD 공정이 실행되는 반응챔버(24)를 형성하는 벨형 반응기(20)와, 기판(10)의 중앙에 설치되어 실리콘 함유가스를 반응챔버(24)내로 공급하기 위한 실리콘 함유가스 공급관(30)과, 기판(10)의 적정 위치에 설치되어 전원을 공급받기 위한 복수의 기밀단자(40)와, 그 기밀단자(40)의 상단에 전기적으로 접촉되는 전극(50)과, 각각의 전극(50)에 전기적으로 접속되는 직립로드 필라멘트(62) 및 그 각각의 직립로드 필라멘트(62)의 상단에 양단이 연결되는 수평로드 필라멘트(64)로 이루어진 로드필라멘트(60)와, 각각의 전극(50)은 물론 그 전극(50)상에 배치된 로드필라멘트(60)를 안정적으로 지지하며 전극(50)과 기판(10) 간의 통전을 방지하기 위한 절연 슬리브(70)를 포함한다. 물론, 그 CVD 반응장치는 기판(10)과 벨형 반응기(20)와의 절연 및 견고한 고정을 위한 플랜지(80)와, CVD 공정 후의 가스를 반응챔버(24)로부터 배출시키기 위해 기판(10)에 설치되는 배출 가스관(90)을 포함한다.

특히, 본 발명의 하나의 특징에 따르면, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 1실시예에 따른 CVD 반응장치용 절연 슬리브(70)는 분리형으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

보다 상세히 설명하면, 그 절연 슬리브(70)는 본체(71)와 분리체(75)로 구성된다. 본체(71)는 원통형으로 형성되고 전극(50)을 포위하며 하부면이 기판(10)에 접촉 배치되는 몸체(72)와, 그 몸체(72)의 상단에 일체로 형성되고 중앙에 전극(50)이 관통하는 삽입공(731)이 형성된 원판형 커버(73)로 구성된다.

여기서, 커버(73)의 직경은 몸체(72)의 외경보다 크게 형성되어야 하며, 삽입공(731)의 직경은 전극(50)이 충분히 삽입될 수 있도록 설정되는 것이 바람직하다.

또한, 몸체(72) 및 커버(73)로 이루어진 본체(71)는 예컨대, 석영(quartz)으로 형성되며, 그 몸체(72)의 외표면, 특히 커버(73)의 표면에서의 규소의 증착속도를 최대로 억제하거나 지연시키기 위해 표면 조도를 낮게 유지하도록 표면처리되는 것이 바람직하다.

한편, 분리체(75)는 본체(71)의 몸체(72)를 포위하도록 원통형 또는 링형으로 형성된다. 그 분리체(75)의 하단은 기판(10)의 표면에 접하며, 상단은 본체(71)의 커버(72) 주변 하부에 접촉하도록 형성된다.

그리고, 분리체(75)의 높이는 본체(71)의 몸체(72)와 동일하게 설정되는 것이 바람직하다. 그 분리체(75)의 내경은 본체(71)의 몸체(72)가 용이하게 삽입됨은 물론 그 본체(71)를 견고하고 안정적으로 지지할 수 있도록 설정되며, 그 분리체(75)의 외경은 CVD 공정중 필연적으로 절연 슬리브(70)에 증착되는 규소가 몸체(72)로 유입되는 것을 방지하도록 커버(72)의 직경보다 같거나 미세하게 크게 설정되는 것이 바람직하다.

또한, 분리체(75)는 예정된 횟수 또는 설정된 사용수명에 따라 또는 과도하게 규소가 증착되어 전극(50)과 베이스(10)간의 통전이 발생되기 전에 교체되어야 하는 바, 이때 경제성을 고려하지 않고도 쉽게 교체하거나 폐기할 수 있도록 본체(71)보다 저가의 석영으로 제조되거나 형성될 수 있다.

선택적으로, 절연 슬리브(70)의 본체(71)는 복사열의 전달을 방지하기 위해 불투명 또는 반투명 처리되는 것이 바람직하며, 분리체(75)는 규소의 증착을 지연 또는 제한하도록 매끄러운 표면을 유지하는 투명한 상태로 유지할 수 있다. 또한, 분리체(73)의 내측면도 복사열의 전달을 방지하도록 불투명 또는 반투명 처리될 수 있다.

한편, 본체(71)의 몸체(72)의 하부 내측에는, 기판(10)과의 연전달을 제한하기 위해 테프론으로 형성되는 절연링(미도시)이 설치될 수 있으며, 이 경우 그 절연링(미도시)의 팽창으로 인한 몸체(72)의 변형 및 파손을 방지하도록 여유홈(721)이 형성될 수 있다.

그리고, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 하나의 특징에 따르면, 본 발명의 제2실시예에 따른 CVD 반응장치용 절연 슬리브(70)는 3단 분리형으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

보다 상세히 설명하면, 그 절연 슬리브(70)는 상호 분리가능한 몸체(72) 및 커버(73)로 이루어진 본체(71)와, 분리체(75)로 구성된다. 본체(71)의 몸체(72)는 원통형으로 형성되고 전극(40)을 포위하며 하단이 기판(10)에 접촉 배치되도록 형성된다. 그 몸체(72)는 커버(73)를 지지할 수 있도록 일정 두께로 형성되는 것이 바람직하다.

그리고 커버(73)는 몸체(72)의 상단에 분리가능하게 배치되며, 중앙에 전극(50)이 관통하는 삽입공(731)이 형성된 원판형으로 형성된다.

또한, 몸체(72) 및 커버(73)로 분리 형성되는 본체(71)는 예컨대, 석영(quartz)으로 형성되며, 그 몸체(72)의 외표면, 특히 커버(72)의 표면에서의 규소의 증착속도를 최대로 억제하거나 지연시키기 위해 표면조도를 높게 유지하도록 표면처리되는 것이 바람직하다.

한편, 분리체(75)는 본체(71)의 몸체(72)를 포위하도록 원통형 또는 링형으로 형성된다. 그 분리체(75)의 하단은 기판(10)의 표면에 접하며, 상단은 본체(71)의 커버(72)의 주변 하부에 접촉하도록 형성된다.

선택적으로, 절연 슬리브(70)의 본체(71)는 복사열의 전달을 방지하기 위해 불투명 또는 반투명 처리되는 것이 바람직하며, 분리체(75)의 내측면 또는 외측면은 규소의 증착을 지연 또는 제한하도록 매끄러운 표면을 유지하는 투명한 상태로 형성할 수 있다.

한편, 본체(71)의 몸체(72)의 하부 내측에는 기판(10)과의 연전달을 제한하기 위해 테프론으로 형성되는 절연링(미도시)이 설치되며, 이 경우 그 절연링(미도시)의 팽창으로 인한 몸체(72)의 변형 및 파손을 방지하도록 여유홈(721)이 형성될 수 있다.

그리고, 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 또 다른 하나의 특징에 따르면, 본 발명의 제3실시예에 따른 CVD 반응장치용 절연 슬리브(70)는 상술된 제2실시예와 같이 3단 분리형으로 형성된다.

보다 상세히 설명하면, 그 절연 슬리브(70)는 상호 분리가능한 몸체(72) 및 커버(73)로 이루어진 본체(71)와, 분리체(75)로 구성된다. 본체(71)의 몸체(72)는 원통형으로 형성되고 전극(50)을 포위하며 하단이 기판(10)에 접촉 배치되도록 형성된다. 그 몸체(72)는 커버(73)를 지지할 수 있도록 일정 두께로 형성되는 것이 바람직하다.

특히, 커버(73)의 하부면에는 몸체(72)와의 견고한 결합을 위해 또한 규소의 몸체(72) 내부로의 침입을 방지하기 위해 몸체(72)의 내경에 결합되도록 결합부(732)가 일체로 돌출 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 몸체(72) 및 커버(73)로 분리 형성되는 본체(71)는 예컨대, 석영(quartz)으로 형성되며, 그 몸체(72)의 외표면, 특히 커버(72)의 표면에서의 규소의 증착 속도를 최대로 억제하거나 지연시키기 위해 표면 조도를 높게 유지하도록 표면처리되는 것이 바람직하다.

한편, 분리체(75)는 몸체(72)를 포위하도록 원통형 또는 링형으로 형성된다. 그 분리체(75)의 하단은 기판(10)의 표면에 접하며, 상단은 본체(71)의 커버(72)의 주변 하부에 접촉하도록 형성된다.

그리고, 분리체(75)의 높이는 몸체(72)와 동일하게 설정되는 것이 바람직하다. 그 분리체(75)의 내경은 본체(71)의 몸체(72)가 용이하게 삽입됨은 물론 그 본체(71) 또는 커버(73)를 견고하고 안정적으로 지지할 수 있도록 설정되며, 그 분리체(75)의 외경은 CVD 공정중 필연적으로 절연 슬리브(70)에 증착되는 규소가 몸체(72)로 유입되는 것을 방지하도록 커버(73)의 직경보다 같거나 미세하게 크게 설정되는 것이 바람직하다.

선택적으로, 절연 슬리브(70)의 본체(71)는 복사열의 전달을 방지하기 위해 불투명 또는 반투명 처리되는 것이 바람직하며, 분리체(75)는 규소의 증착을 지연 또는 제한하도록 매끄러운 표면의 투명한 상태로 형성될 수 있다.

한편, 본체(71)의 몸체(72)의 하부 내측에는 기판(10)과의 연전달을 제한하기 위해 테프론으로 형성되는 절연링(미도시)이 설치될 수 잇으며, 이 경우 그 절연링(미도시)의 팽창으로 인한 몸체(72)의 변형 및 파손을 방지하도록 여유홈(721)이 형성될 수 있다.

선택적으로, 분리체(75)의 상부면을 따라 커버(73)의 하부 또는 몸체(72)의 상부로 규소가 유입되는 것을 차단하기 위해, 그 분리체(75)의 상단은 외측 하방으로 경사지는 모따기부(751)가 형성될 수 있다.

또한, 분리체(75)의 상단이 모따기 성형되어 모따기부(751)가 형성되는 경우, 이에 대응하게 커버(73)의 주변부에는 그 하방으로 연장되는 에지(733)가 형성될 수 있다. 이와 같은 구성에 따라, 분리체(75)의 모따기부(751)와 커버(73)의 에지(733)의 상호간 접촉 결합에 의해 규소가 몸체(72)로 침입하는 것을 차단할 수 있다.

이하, 전술된 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 CVD 반응장치용 절연 슬리브의 설치 및 그 작용모드에 대해 설명한다.

먼저, 제 1실시예의 경우, 전극(50)을 형성하는 수직 전극에 분리체(75)를 삽입하여 하방으로 이동시켜 기판(10)상에 배치하고, 본체(71)의 커버(73)의 삽입공(731)을 전극(50)에 외삽시킨 후 하방으로 이동시켜 몸체(72)를 분리체(75)에 삽입하여 그 몸체(72)의 하단을 기판(10)에 접촉시켜 설치를 완료한다. 물론, 설치가 완료되면 커버(73)의 하부면은 분리체(75)의 상단면에 접촉상태를 이루게 되는 것이다.

한편, 다른 설치방식으로, 본체(71)와 분리체(73)를 결합시킨 상태에서 커버(73)의 삽입공(731)을 전극(50)에 외삽시킨 후 하방으로 이동시켜 상기와 같이 설치할 수 있다.

그리고, 제 2 및 3실시예의 경우에는, 전극(50)을 형성하는 수직 전극에 분리체(75)를 삽입하여 하방으로 이동시켜 기판(10)상에 배치하고, 본체(71)의 몸체(72)를 전극(50)에 외삽하여 하방으로 이동시켜 그 몸체(72)를 분리체(75)에 삽입한 후, 커버(73)의 삽입공(731)을 전극(50)에 외삽시킨 후 하방으로 이동시켜 몸체(72) 및 분리체(75)상에 접촉 배치시켜 설치를 완료한다.

여기서, 제3실시예의 경우에는, 커버(73)의 하부면에 형성된 결합부(732)가 몸체(72)의 상단 내부로 삽입 결합되어 견고한 결합을 이룰 수 있다.

물론, 다른 설치방식으로, 본체(71)의 몸체(72) 및 커버(73)와 분리체(73)를 결합시킨 상태에서 커버(73)의 삽입공(731)을 전극(50)에 외삽시킨 후 하방으로 이동시켜 상기와 같이 설치할 수 있다.

이와 같이, CVD 반응장치에 본 발명에 따른 절연 슬리브(70)가 설치된 상태에서 CVD 공정이 실행되면, 전극(50)에 연결된 로드 필라멘트(60) 주변에 폴리 실리콘이 생성 및 증착되어 폴리 실리콘로드가 형성되며, 공정 마감후 이를 획득하여 폴리 실리콘을 제공받을 수 있는 것이다.

이 같은 CVD 공정중 규소들은 로드 필라멘트 뿐 아니라, 전극(50) 및 절연 슬리브(70)에도 증착되며, 이 같은 규소의 증착이 과도하게 이루어져 증착된 규소에 의해 전극(50)과 기판(10)간의 통전이 이루어지기 전에 또는 예정된 사용시간이 지나면 절연 슬리브(70)를 교체해야 한다.

이때, 작업자는 절연 슬리브(70)의 설치순서와 역순으로 절연 슬리브(70)를 회수 한 후 분리체(75)만을 교체하거나 세정 또는 에칭 한 후 다시 설치하여 CVD 공정을 행할 수 있다.

여기서, 절연 슬리브(70)의 실제적인 교체 또는 세정은 일정 횟수에 걸쳐 분리체(75)만을 교체 또는 세정하여 사용함으로써, 비용 및 시간이 현저히 절약될 수 잇는 것이다.

실제적으로, 종래의 CVD 반응장치용 절연 슬리브는 통상 6회 정도의 사용후 전체 절연 슬리브를 교체하거나 에칭 후 3 ~ 4회 재사용하는 반면, 본 발명에 따른 절연 슬리브는 분리체(75) 만을 별도로 분리하여 교체하거나 세정하여 사용할 수 있으므로, 에칭공정 없이도 전체적인 절연 슬리브의 사용횟수는 9 ~ 10회로 연장될 수 있는 것이다.

이에 따라, 본 발명에 따른 CVD 반응장치용 절연 슬리브는 폴리실리콘의 산출을 위한 CVD 공정시 측표면에 규소(Si)가 증착되는 경우 분리체만을 교체 및 세정함으로써, 사용수명 및 고유수명이 연장되며, 재사용을 위한 에칭(etching)공정이 생략되거나 감소되며, 교체 시간을 줄일 수 있어 작업성 및 생산성이 현저하게 향상되는 것이다.

또한, 분리체(75)의 모따기부(751)와 커버(73)의 에지(733)의 상호간 접촉 결합에 의해 규소가 몸체(72)로 침입하는 것을 차단하여 본체(71)의 사용수명을 더욱 연장시킬 수 있는 것이다.

10 : 기판 20 : 벨형 반응기
30 : 가스 공급관 40 : 기밀 단자
50 : 전극 60 : 로드 필라멘트
70 : 절연 슬리브 71 : 본체
72 : 몸체 73 : 커버
75 : 분리체

Claims

원형 또는 다른 형태로 형성되며 냉각라인(12)이 형성된 기판(10)과, 그 기판(10)상에 수직 설치되고 냉각라인(22)이 형성되고 내부에 CVD 공정이 실행되는 반응챔버(24)를 형성하는 벨형 반응기(20)와, 기판(10)의 중앙에 설치되어 실리콘 함유가스를 반응챔버(24)내로 공급하기 위한 실리콘 함유가스 공급관(30)과, 기판(10)에 관통 설치되어 전원을 공급받기 위한 복수의 기밀단자(40)와, 그 기밀단자(40)의 상단에 전기적으로 접촉되는 전극(50)과, 각각의 전극(50)에 전기적으로 접속되는 직립로드 필라멘트(62) 및 그 각각의 직립로드 필라멘트(62)의 상단에 양단이 연결되는 수평로드 필라멘트(64)로 이루어진 로드필라멘트(60)를 포함하는 CVD 반응장치에서, 상기 전극(50)과 기판(10) 간의 통전을 방지하기 위한 CVD 반응장치용 절연 슬리브(70)에 있어서,
원통형으로 형성되고, 상기 전극(50)을 포위하도록 하부면이 상기 기판(10)에 접촉 배치되는 몸체(72)와, 상기 몸체(72)의 상단에 일체로 형성되고 중앙에 상기 전극(50)이 관통하는 삽입공(731)이 형성된 원판형 커버(73)로 이루어진 본체(71); 및
상기 본체(71)의 몸체(72)를 포위하도록 원통형 또는 링형으로 형성되고, 하단은 상기 기판(10)의 표면에 접하며, 상단은 상기 본체(71)의 커버(73)의 주변 하부에 접촉하도록 형성되는 분리체(75)를 포함하며:
상기 본체(71) 및 상기 분리체(75)는 석영(quartz)으로 형성되고, 상기 분리체(75)의 높이는 상기 본체(71)의 몸체(72)와 동일하게 설정되며, 분리체(75)의 내경은 상기 본체(71)의 몸체(72)가 삽입되어 지지될 수 있도록 설정되고, 상기 분리체(75)의 외경은 CVD 공정중 절연 슬리브(70)에 증착되는 규소가 상기 몸체(72)로 유입되는 것을 방지하도록 설정되는 것을 특징으로 하는 CVD 반응장치용 절연 슬리브.
삭제
제 1항에 있어서, 상기 절연 슬리브(70)의 본체(71)는 복사열의 전달을 방지하기 위해 불투명 또는 반투명하게 형성되며, 상기 분리체(75)의 내측면 또는 외측면은 규소의 증착을 지연 또는 제한하도록 매끄럽고 투명하게 형성되는 것을 특징으로 하는 CVD 반응장치용 절연 슬리브.
제 1항에 있어서, 상기 본체(71)의 몸체(72)의 하부 내측에는, 기판(10)과의 열전달을 제한하기 위한 절연링의 팽창으로 인한 상기 몸체(72)의 변형 및 파손을 방지하도록 여유홈(721)이 형성되고, 상기 분리체(75)의 상단에는 모따기부(751)가 형성되며 상기 커버(73)의 주변부에는 상기 모따기부(751)와 면접촉을 이루도록 하방으로 연장되는 에지(733)가 형성되는 것을 특징으로 하는 CVD 반응장치용 절연 슬리브.
삭제
원형 또는 다른 형태로 형성되며 냉각라인(12)이 형성된 기판(10)과, 그 기판(10)상에 수직 설치되고 냉각라인(22)이 형성되고 내부에 CVD 공정이 실행되는 반응챔버(24)를 형성하는 벨형 반응기(20)와, 기판(10)의 중앙에 설치되어 실리콘 함유가스를 반응챔버(24)내로 공급하기 위한 실리콘 함유가스 공급관(30)과, 기판(10)에 관통 설치되어 전원을 공급받기 위한 복수의 기밀단자(40)와, 그 기밀단자(40)의 상단에 전기적으로 접촉되는 전극(50)과, 각각의 전극(50)에 전기적으로 접속되는 직립로드 필라멘트(62) 및 그 각각의 직립로드 필라멘트(62)의 상단에 양단이 연결되는 수평로드 필라멘트(64)로 이루어진 로드필라멘트(60)를 포함하는 CVD 반응장치에서, 상기 전극(50)과 기판(10) 간의 통전을 방지하기 위한 CVD 반응장치용 절연 슬리브(70)에 있어서,
원통형으로 형성되고, 상기 전극(50)을 포위하도록 하부면이 상기 기판(10)에 접촉 배치되는 원통형 몸체(72)와, 상기 원통형 몸체(72)의 상단에 분리가능하게 설치되고 중앙에 상기 전극(50)이 관통하는 삽입공(731)이 형성된 원판형 커버(73)로 이루어진 본체(71); 및
상기 본체(71)의 원통형 몸체(72)를 포위하도록 원통형 또는 링형으로 형성되고, 하단은 상기 기판(10)의 표면에 접하며, 상단은 상기 본체(71)의 커버(73)의 주변 하부에 접촉하도록 형성되는 분리체(75)를 포함하며:
상기 커버(73)의 하부면에는, 상기 원통형 몸체(72)와의 결합 및 상기 원통형 몸체(72) 내부로의 규소의 침입을 방지하도록 상기 원통형 몸체(72)의 내경에 결합되는 결합부(732)가 일체로 돌출 형성되는 것을 특징으로 하는 CVD 반응장치용 절연 슬리브.
삭제
제 6항에 있어서, 상기 본체(71) 및 상기 분리체(75)는 석영(quartz)으로 형성되고, 상기 분리체(75)의 높이는 상기 본체(71)의 원통형 몸체(72)와 동일하게 설정되며, 분리체(75)의 내경은 상기 본체(71)의 원통형 몸체(72)가 삽입되어 지지될 수 있도록 설정되고, 상기 분리체(75)의 외경은 CVD 공정중 절연 슬리브(70)에 증착되는 규소가 상기 원통형 몸체(72)로 유입되는 것을 방지하도록 설정되는 것을 특징으로 하는 CVD 반응장치용 절연 슬리브.
제 6항에 있어서, 상기 절연 슬리브(70)의 본체(71)는 복사열의 전달을 방지하기 위해 불투명 또는 반투명하게 형성되며, 상기 분리체(75)는 규소의 증착을 지연 또는 제한하도록 매끄럽고 투명하게 형성되는 것을 특징으로 하는 CVD 반응장치용 절연 슬리브.
제 6항에 있어서, 상기 본체(71)의 원통형 몸체(72)의 하부 내측에는, 기판(10)과의 연전달을 제한하기 위한 절연링의 팽창으로 인한 상기 원통형 몸체(72)의 변형 및 파손을 방지하도록 여유홈(721)이 형성되며, 상기 분리체(75)의 상단에는 모따기부(751)가 형성되며 상기 커버(73)의 주변부에는 상기 모따기부(751)와 면접촉을 이루도록 하방으로 연장되는 에지(733)가 형성되는 것을 특징으로 하는 CVD 반응장치용 절연 슬리브.
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