KR101632236B1 - 캐리어 몸체 상에 재료를 침착시키기 위한 제조 장치 - Google Patents

캐리어 몸체 상에 재료를 침착시키기 위한 제조 장치 Download PDF

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Abstract

캐리어 몸체 상에 재료를 침착시키는 제조 장치에 개스킷이 사용된다. 제조 장치의 하우징 및 베이스 플레이트에 의해 반응 체임버가 한정된다. 침착될 재료 또는 그의 전구체를 포함하는 침착 조성물이 반응 체임버를 빠져나가는 것을 방지하기 위해 개스킷이 하우징과 베이스 플레이트 사이에 배치된다. 개스킷은 개스킷이 상기 반응 체임버 내의 재료를 오염시키는 것을 방지하기 위해 가요성 흑연 재료를 포함한다.

Description

캐리어 몸체 상에 재료를 침착시키기 위한 제조 장치{MANUFACTURING APPARATUS FOR DEPOSITING A MATERIAL ON A CARRIER BODY}
본 발명은 일반적으로 캐리어 몸체 상에 재료를 침착시키기 위한 제조 장치에 관한 것이다. 보다 구체적으로는, 본 발명은 제조 장치에 사용하기 위한 개스킷(gasket)에 관한 것이다.
캐리어 몸체 상에 재료를 침착시키기 위한 제조 장치가 당업계에 공지되어 있다. 예를 들어, 다결정 규소를 생성하기 위해 규소가 캐리어 몸체 상에 침착될 수 있다. 불순물에 의한 재료의 오염이 제한되도록 고순도를 갖는 재료를 침착시키는 것이 바람직하다. 재료, 특히 고순도를 갖는 규소를 침착시키는 것은, 침착 공정을 둘러싼 환경 조건의 세심한 제어를 수반한다. 예를 들어, 재료와 직접적으로 물리적으로 연통하거나 대기 연통하는 임의의 물질은 잠재적으로 재료에 불순물을 제공함으로써 재료를 오염시킬 수 있다.
소정 조건 하에서는, 재료와 직접적으로 물리적으로 연통하거나 대기 연통하는 물질이 재료에 훨씬 더 많은 양의 불순물을 제공할 수 있다. 예를 들어, 물질이 가열되는 경우, 그 내에 존재하는 많은 불순물이 물질로부터 방출되게 된다. 물질에 의해 방출되는 방출 불순물은 이어서 반응 체임버 내에 도입될 수 있다. 일단 방출 불순물이 반응 체임버에 진입하면, 방출 불순물은 재료에 의해 흡수됨으로써 재료를 오염시킬 수 있다. 그렇기 때문에, 재료의 존재 하에서 가열이 가해지는 임의의 물질은 재료에 대한 오염에 상당한 영향을 미칠 수 있다. 종래의 제조 장치에서, 반응 체임버를 밀봉하는 데 사용되는 개스킷이 재료의 잠재적인 오염 요소이다.
일반적으로, 종래의 제조 장치의 작동 동안에, 캐리어 몸체는 캐리어 몸체 상에 재료를 침착시키기 위해 재료를 함유하는 침착 가스의 존재 하에서 가열된다. 캐리어 몸체의 가열은 반응 체임버의 가열 및 그 결과 개스킷의 가열을 야기한다. 전형적으로, 개스킷은 재료에서 발견될 경우 불순물로 간주될 물질을 함유하는 테플론(Teflon)(등록상표) 함침 재료를 포함한다. 개스킷의 가열 및 침착 가스에의 개스킷의 노출은 개스킷으로부터 반응 체임버 내로의 불순물의 방출을 야기한다.
반응 체임버 내로 방출된 불순물은 캐리어 몸체 상의 재료를 오염시키며, 이는 바람직하지 않다. 추가적으로, 개스킷이 가열됨에 따라, 개스킷은 가요성을 상실하고 광범위한 크리프 완화(creep relaxation)를 겪으며, 이는 개스킷이 반응 체임버를 적절히 밀봉하는 것을 방해한다. 반응 체임버가 적절히 밀봉되지 않으면, 반응 체임버 외부로부터의 불순물이 반응 체임버에 진입하여 재료를 오염시킬 수 있다.
종래의 제조 장치는 종래의 제조 장치의 작동 동안에 개스킷을 냉각시키려는 노력으로 수냉 재킷(water-cooling jacket)과 같은 냉각 장치를 구비할 수 있다. 냉각 장치는 개스킷으로부터의 불순물의 방출을 방지하고 개스킷의 경화 및 크리프 완화를 방지하려는 노력으로 개스킷의 가열을 제한한다. 그러나, 냉각 장치의 사용과 관련된 증가된 비용 및 정비로 인해 냉각 장치의 사용을 회피하는 움직임이 당업계에 존재한다. 그렇기 때문에, 캐리어 몸체 상에 재료를 침착시키기 위한 제조 장치용의 개선된 개스킷을 제공하는 것에 대한 필요성이 여전히 남아 있다.
캐리어 몸체 상에 재료를 침착시키는 제조 장치에 개스킷이 사용된다. 개스킷은 제조 장치의 하우징과 베이스 플레이트 사이를 밀봉한다. 하우징과 베이스 플레이트에 의해 반응 체임버가 한정된다. 개스킷은 침착될 재료 또는 그의 전구체(precursor)를 포함하는 침착 조성물이 반응 체임버를 빠져나가는 것을 방지한다. 개스킷은 가요성 흑연 재료를 포함한다. 가요성 흑연 재료는 개스킷이 반응 체임버 내의 재료를 오염시키는 것을 방지한다. 따라서, 개스킷은 고순도의 재료를 생성하는 제조 장치에 사용될 수 있다. 추가적으로, 개스킷은 여전히 재료에의 불순물의 제공을 최소화하면서 냉각 장치를 갖지 않는 제조 장치에 사용될 수 있어, 제조 장치가 고순도의 재료를 생성할 수 있게 한다.
본 발명이 첨부 도면과 관련하여 고찰될 때 하기의 상세한 설명을 참조하여 더 잘 이해됨에 따라, 본 발명의 다른 이점들이 용이하게 인식될 것이다.
<도 1>
도 1은 캐리어 몸체 상에 재료를 침착시키기 위한 제조 장치의 부분 단면도이며, 제조 장치는 반응 체임버를 한정하기 위해 베이스 플레이트에 결합된 하우징을 가짐.
<도 2>
도 2는 제조 장치의 일부분의 단면도이며, 하우징의 플랜지로부터 연장되는 핑거(finger)와 베이스 플레이트 사이에 베이스 플레이트에 의해 한정되는 홈(groove) 내에 개스킷이 배치됨.
<도 3>
도 3은 제조 장치의 일부분의 단면도이며, 하우징의 플랜지와 베이스 플레이트 사이에, 그리고 또한 반응 체임버와 베이스 플레이트의 홈 사이에 개스킷이 배치됨.
<도 4>
도 4는 제조 장치의 일부분의 단면도이며, 하우징의 플랜지와 베이스 플레이트 사이에, 그리고 또한 베이스 플레이트의 홈과, 하우징을 베이스 플레이트에 결합시키는 볼트 사이에 개스킷이 배치됨.
<도 5>
도 5는 제조 장치의 일부분의 단면도이며, 핑거와 베이스 플레이트 사이에 베이스 플레이트의 홈 내에 제1 개스킷이 배치되고, 하우징의 플랜지와 베이스 플레이트 사이에, 그리고 또한 베이스 플레이트의 홈과, 하우징을 베이스 플레이트에 결합시키는 볼트 사이에 제2 개스킷이 배치됨.
<도 6a>
도 6a는 개스킷의 세그먼트(segment)의 평면도.
<도 6b>
도 6b는 도 6a의 복수의 세그먼트들의 평면도이며, 세그먼트들이 중첩되어 개스킷을 형성함.
<도 7a>
도 7a는 리세스(recess)를 한정하는 제1 단부 및 그로부터 연장되는 레그(leg)를 갖는 제2 단부를 갖는, 개스킷의 대안적인 세그먼트의 평면도.
<도 7b>
도 7b는 도 7a의 복수의 세그먼트들의 평면도이며, 세그먼트들이 상호맞물려 개스킷을 형성함.
<도 8a>
도 8a는 각각 노치(notch)를 한정하는 제1 단부 및 제2 단부를 갖는, 개스킷의 다른 대안적인 세그먼트의 평면도.
<도 8a>
도 8a는 도 8a의 복수의 세그먼트들의 평면도이며, 세그먼트들이 상호맞물려 개스킷을 형성함.
동일한 도면 부호들이 몇몇 도면들 전체에 걸쳐 동일하거나 대응하는 부분들을 지시하는 도면을 참조하면, 제조 장치가 10에 개괄적으로 도시되어 있다. 제조 장치(10)의 작동 동안에, 재료가 캐리어 몸체(12) 상에 침착된다. 예를 들어, 제조 장치(10)는 고순도 다결정 규소를 생성하기 위해 캐리어 몸체(12) 상에 규소를 침착시키기 위한, 지멘스형(Siemens type) 화학 증착 반응기와 같은, 화학 증착 반응기일 수 있다. 캐리어 몸체(12)는 실질적으로 U-형상인 구성을 가질 수 있다. 그러나, 캐리어 몸체(12)가 U-형상의 구성 이외의 구성을 가질 수 있음을 인식하여야 한다. 추가적으로, 침착되는 재료가 규소인 경우, 캐리어 몸체(12)는 전형적으로 고순도 규소를 포함하는 규소 슬림 로드(slim rod)이며, 이때 규소 슬림 로드 상에 규소가 침착되어 고순도 다결정 규소를 생성한다.
도 1을 참조하면, 제조 장치(10)는 베이스 플레이트(14), 및 반응 체임버(18)를 한정하기 위해 베이스 플레이트(14)와 결합하기 위한 하우징(16)을 포함한다. 하우징(16)은 적어도 하나의 벽(20)을 가지며, 이때 벽(20)은 전형적으로 하우징(16)의 원통형 구성을 나타낸다. 그러나, 하우징(16)이 원통형 이외의 구성, 예를 들어 정육면체 구성을 가질 수 있음을 인식하여야 한다. 하우징(16)은 하우징(16)의 내부에 대한 접근을 허용하기 위해 개방된 단부(22)를 갖는다. 베이스 플레이트(14)는 단부(22)를 덮어 반응 체임버(18)를 한정하기 위해 개방된 하우징(16)의 단부(22)에 결합된다. 일반적으로, 베이스 플레이트(14)는 베이스 플레이트(14)가 하우징(16)에 결합된 때 하우징(16)의 벽(20)에 대해 횡방향에 있다. 추가적으로, 베이스 플레이트(14)는 전형적으로 하우징(16)의 벽(20)을 넘어 베이스 플레이트 단부(24)까지 연장된다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 하우징(16)은 하우징(16)의 벽(20)으로부터 연장되는 플랜지(26)를 갖는다. 보다 구체적으로, 플랜지(26)는 하우징(16)의 벽(20)으로부터 플랜지 단부(28)까지 횡방향으로 연장된다. 베이스 플레이트(14)가 하우징(16)에 결합된 때, 베이스 플레이트 단부(24)와 플랜지 단부(28)는 전형적으로 서로 정렬되며, 이때 플랜지(26)는 베이스 플레이트(14)에 평행하다. 전형적으로, 플랜지(26)는 베이스 플레이트(14)가 하우징(16)에 결합된 때 베이스 플레이트(14)와 평행하다. 플랜지(26)는 베이스 플레이트(14)가 하우징(16)에 결합되는 것을 허용한다. 전형적으로, 플랜지(26)와 베이스 플레이트(14) 둘 모두는 하우징(16)을 베이스 플레이트(14)에 고정시키기 위해 볼트와 같은 패스너(fastener)(32)를 수용하기 위한 구멍(30)을 한정한다. 달리 말하면, 패스너(32)는 하우징(16)과 베이스 플레이트(14)가 서로에 대해 이동하는 것을 방지한다. 베이스 플레이트(14)와 플랜지(26) 내의 구멍(30)에 패스너(32)의 나사산을 수용하기 위해 나사산 형성될 수 있음을 인식하여야 한다.
도 2 내지 도 5에 가장 잘 도시된 바와 같이, 베이스 플레이트(14)는 홈(34)을 한정할 수 있다. 홈(34)은 베이스 플레이트(14)의 주연부(periphery) 둘레에 한정된다. 추가적으로, 하우징(16)의 플랜지(26)는 베이스 플레이트(14)의 홈(34)과 맞물리기 위해 플랜지(26)로부터 연장되는 핑거(36)를 가질 수 있다. 플랜지(26)의 핑거(36)와 베이스 플레이트(14)의 홈(34)의 맞물림은, 하우징(16)을 베이스 플레이트(14)에 결합시킬 때 베이스 플레이트(14)와 하우징(16)이 적절히 정렬되는 것을 보장한다.
제조 장치(10)는 반응 체임버(18) 내에 적어도 부분적으로 배치되는 전극(38)을 포함한다. 전극(38)은 전형적으로 베이스 플레이트(14)를 관통해 배치된다. 캐리어 몸체(12)는 반응 체임버(18) 내의 전극(38)에 결합된다. 전형적으로, 전극(38)은 실온에서의 최소 전기 전도도가 14×106 지멘스/미터(Siemens/meter) 또는 S/m 이상인 전기 전도성 재료를 포함한다. 예를 들어, 전극(38)은 구리, 은, 니켈, 인코넬(Inconel) 및 금 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 이들 각각은 상기에 기재된 전도도 파라미터를 충족시킨다. 추가적으로, 전극(38)은 상기에 기재된 전도도 파라미터를 충족시키는 합금을 포함할 수 있다. 보다 전형적으로, 전극(38)의 전기 전도성 재료는 실온에서의 최소 전기 전도도가 약 58×106 S/m이다. 전극(38)은 전형적으로 구리를 포함하며, 이때 구리는 전극(38)의 중량을 기준으로 약 100 중량%의 양으로 존재한다. 구리는 무-산소(oxygen-free) 전해 구리 등급 UNS 10100일 수 있다.
전극(38)은 전극(38)을 통한 전류의 통과에 의해 반응 체임버(18) 내에서 가열된다. 전극(38)의 가열의 결과로서, 캐리어 몸체(12)는 줄 가열(Joule heating)로 알려진 과정을 통해 침착 온도로 가열된다. 전형적으로, 반응 체임버(18) 내의 캐리어 몸체(12)의 침착 온도는 약 800 내지 약 1,250℃, 보다 전형적으로는 약 900 내지 약 1,150℃, 그리고 보다 더 전형적으로는 약 950 내지 약 1,100℃이다. 캐리어 몸체(12)의 줄 가열은 캐리어 몸체(12)와 연통하는 반응 체임버(18) 및 다른 재료의 방사/대류 가열을 야기한다. 전형적으로, 제조 장치(10)의 작동 동안에, 반응 체임버(18)의 작동 온도는 약 실온 내지 약 400℃, 보다 전형적으로는 약 150 내지 약 350℃, 그리고 보다 더 전형적으로는 약 150 내지 약 350℃이다. 작동 온도는 제조 장치(10)의 작동 동안에 일정하지 않으며 작동 온도는 작동 동안에 대체로 증가한다는 것을 인식하여야 한다.
반응 체임버(18)의 방사/대류 가열은 일반적으로 침착 조성물의 열분해를 촉진시킨다. 침착 조성물은 캐리어 몸체(12) 상에 침착될 재료 또는 그의 전구체를 포함한다. 예를 들어, 침착될 재료는 규소일 수 있으며 침착 조성물은 할로실란, 예를 들어 클로로실란 또는 브로모실란을 포함할 수 있다. 침착 조성물은 수소를 추가로 포함할 수 있다. 그러나, 침착 조성물이 다른 전구체, 특히 규소 함유 분자, 예를 들어 실란, 사염화규소, 트라이브로모실란, 및 트라이클로로실란을 포함할 수 있음을 인식하여야 한다. 전형적으로, 침착될 재료가 규소인 경우, 캐리어 몸체(12)는 규소 슬림 로드이고 침착 조성물은 트라이클로로실란을 함유한다. 트라이클로로실란의 열분해에 기인하여 규소가 캐리어 몸체(12) 상에 침착된다. 그러나, 제조 장치(10)가 규소 이외의 재료를 캐리어 몸체(12) 상에 침착시키는 데 사용될 수 있음을 인식하여야 한다. 추가적으로, 침착될 재료가 하나 초과의 재료를 포함하는 조성물일 수 있음을 인식하여야 한다.
일반적으로, 불순물들이 재료를 오염시키는 것을 방지하는 것이 유익하다. 불순물 또는 불순물들은, 이들 용어가 본 명세서에 일반적으로 사용되는 바와 같이, 침착되는 재료 내에서의 그의 존재가 바람직하지 않은 원소 또는 화합물로서 정의된다. 예를 들어, 침착될 재료가 규소인 경우, 관심대상의 불순물은 전형적으로 알루미늄, 비소, 붕소, 인, 철, 니켈, 구리, 크롬, 및 이들의 조합들을 포함한다. 일반적으로, 캐리어 몸체(12) 상에 침착되는 재료 내에 존재하는 불순물을 제한하는 것은 고순도의 재료를 생성한다. 고순도는, 이 용어가 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 재료가 1 ppma(parts per million atomic) 이하의 불순물 함량을 갖는다는 것을 의미한다. 그러나, 침착될 재료가 규소인 경우, 침착되는 규소들 사이에 추가의 차이가 존재하며, 이는 순차적으로 더 낮은 불순물 함량에 기초해 이루어질 수 있음을 인식하여야 한다. 고순도를 갖는 것으로서 재료를 특징짓기 위한 상기 임계치가 불순물 함량에 대한 상한을 제공하지만, 침착되는 규소들은 상기에 기재된 임계치보다 상당히 더 낮은 불순물 함량을 갖는 고순도로서 여전히 특징지어질 수 있다.
도 1을 참조하면, 제조 장치(10)는 또한 침착 조성물을 반응 체임버(18) 내로 도입시키기 위한, 하우징(16)에 의해 한정되는 입구(42)를 포함한다. 입구(42)가 베이스 플레이트(14)에 의해 한정될 수 있음을 인식하여야 한다. 전형적으로, 가스 상태의 침착 조성물을 반응 체임버(18)로 전달하기 위해 입구 파이프(44)가 입구(42)에 연결된다. 제조 장치(10)는 또한 침착 조성물 또는 그의 반응 부산물이 반응 체임버(18)로부터 제거되는 것을 허용하기 위한, 하우징(16)에 의해 한정되는 출구(46)를 포함할 수 있다.
일반적으로, 플랜지(26)와 베이스 플레이트(14) 사이의 기계적 상호작용은 침착 조성물이 반응 체임버(18)를 빠져나가는 것을 방지하기에 불충분하다. 추가적으로, 플랜지(26)와 베이스 플레이트(14) 사이의 기계적 상호작용은 전형적으로 반응 체임버(18)의 외부에 있는 불순물, 예를 들어 반응 체임버(18) 외부의 주위 대기 중의 불순물이 반응 체임버(18)에 진입하는 것을 방지하기에 불충분하다. 따라서, 제조 장치(10)는 하우징(16)과 베이스 플레이트(14) 사이를 밀봉하기 위해 베이스 플레이트(14)와 하우징(16) 사이에 배치되는 적어도 하나의 개스킷(48)을 추가로 포함한다.
도 2 내지 도 5를 참조하면, 개스킷(48)은 하우징(16)과 베이스 플레이트(14) 사이를 밀봉한다. 일반적으로, 개스킷(48)은 반응 체임버(18)를 밀봉하여 침착 조성물이 반응 체임버(18)를 빠져나가는 것을 방지하기 위해 플랜지(26)와 베이스 플레이트(14) 사이에서 압축된다. 예를 들어, 침착 조성물이 트라이클로로실란을 포함하는 경우, 침착 조성물은 가스이며 개스킷(48)은 트라이클로로실란이 반응 체임버(18)를 빠져나가는 것을 방지한다. 추가적으로, 개스킷(48)은 반응 체임버(18)의 외부에 있는 불순물이 제조 장치(10)의 작동 동안에 반응 체임버(18)에 진입하는 것을 방지한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 개스킷(48)은 베이스 플레이트(14)의 홈(34) 내에 배치될 수 있으며, 이때 핑거(36)는 하우징(16)과 베이스 플레이트(14) 사이를 밀봉하기 위해 개스킷(48)과 접촉하여 개스킷(48)을 압축한다. 추가적으로, 도 3에 도시된 바와 같이, 개스킷(48)은 반응 체임버(18) 내에 홈(34)에 인접하게 베이스 플레이트(14) 상에 배치될 수 있으며, 이때 플랜지(26)는 하우징(16)과 베이스 플레이트(14) 사이를 밀봉하기 위해 개스킷(48)과 접촉하여 개스킷(48)을 압축한다. 더욱이, 도 4에 도시된 바와 같이, 개스킷(48)은 반응 체임버(18)의 외부에 홈(34)에 인접하게 베이스 플레이트(14) 상에 배치될 수 있으며, 이때 플랜지(26)는 하우징(16)과 베이스 플레이트(14) 사이를 밀봉하기 위해 개스킷(48)과 접촉하여 개스킷(48)을 압축한다.
도 5를 참조하면, 적어도 하나의 개스킷(48)은 제1 개스킷(48A)과 제2 개스킷(48B)으로서 추가로 한정될 수 있다. 전형적으로, 제1 개스킷(48A)은 홈(34) 내에 배치되고 제2 개스킷(48B)은 홈(34)에 인접하게 베이스 플레이트(14) 상에 배치된다. 제2 개스킷(48B)은 반응 체임버(18) 외부에 있을 수 있거나 반응 체임버(18) 내에 있을 수 있다. 핑거(36)는 하우징(16)과 베이스 플레이트(14) 사이를 밀봉하기 위해 제1 개스킷(48A)과 접촉하여 제1 개스킷(48A)을 압축한다. 플랜지(26)는 하우징(16)과 베이스 플레이트(14) 사이를 추가로 밀봉하기 위해 제2 개스킷(48B)과 접촉하여 제2 개스킷(48B)을 압축한다.
도 6a 내지 도 8b를 참조하면, 개스킷(48)은 복수의 세그먼트(50)들을 포함할 수 있으며, 이때 인접 세그먼트(50)들은 연속하여 서로 접촉하여 개스킷(48)을 형성한다. 일반적으로, 세그먼트(50)는 제1 단부(52), 및 제1 단부(52)로부터 이격된 제2 단부(54)를 갖는다. 도 6a 및 도 6b에 도시된 바와 같이, 세그먼트(50)들은 개스킷(48)을 형성하기 위해 서로 중첩될 수 있다. 예를 들어, 세그먼트(50)들 중 하나의 세그먼트의 제1 단부(52)는 세그먼트(50)들 중 다른 하나의 세그먼트의 제2 단부(54)의 상부에 적층될 수 있다. 대안적으로, 도 7a 및 도 7b에 도시된 바와 같이, 세그먼트(50)들 각각의 제1 단부(52)는 리세스(54)를 한정할 수 있고 제2 단부(56)는 레그(58)를 가질 수 있다. 그러한 실시예에서, 세그먼트(50)들 중 하나의 세그먼트의 레그(58)는 세그먼트(50)들을 상호맞물리게 하여 개스킷(48)을 형성하기 위해 세그먼트(50)들 중 다른 하나의 세그먼트의 리세스(54)와 맞물린다. 도 8a 및 도 8b에 도시된 다른 대안으로서, 세그먼트(50)들의 제1 단부(52)와 제2 단부(56)는 세그먼트(50)들 각각의 대향 측들에 노치(60)를 한정할 수 있으며, 이때 세그먼트(50)들 중 하나의 세그먼트의 제1 단부(52)는 세그먼트(50)들을 상호맞물리게 하여 개스킷(48)을 형성하기 위해 세그먼트(50)들 중 다른 하나의 세그먼트의 노치(60)와 맞물린다. 개스킷(48)은 개스킷(48)이 다양한 직경 및 두께로 형성되는 것을 허용하기 위해 복수의 세그먼트(50)들을 포함한다. 예를 들어, 추가의 세그먼트(50)들이 상호맞물려 개스킷(48)의 직경을 증가시킨다. 대안적으로, 더 적은 세그먼트(50)들이 상호맞물려 개스킷(48)의 직경을 감소시킨다.
제조 장치(10)의 작동 동안에, 반응 체임버(18) 내의 압력은 작동 압력으로 증가할 수 있다. 반응 체임버(18) 내의 압력이 작동 압력에 도달할 수 있지만, 개스킷(48)은 여전히 하우징(16)과 베이스 플레이트(14) 사이를 밀봉할 수 있다. 전형적으로, 작동 압력은 약 1520 kPa(약 15 기압) 미만, 보다 전형적으로는 약 203 내지 약 811 kPa(약 2 내지 약 8 기압), 그리고 보다 더 전형적으로는 약 304 내지 약 709 kPa(약 3 내지 약 7 기압)이다. 핑거(36)와 홈(34)의 맞물림은 반응 체임버(18)의 측면 파열을 방지한다. 달리 말하면, 핑거(36)와 홈(34)의 맞물림은 반응 체임버(18) 내의 압력이 증가함에 따라 개스킷(48)이 파열되는 것을 방지한다. 더욱이, 핑거(36)와 홈(34)의 맞물림은 개스킷(48)이 더 얇게 되는 것을 허용한다.
개스킷(48)은 가요성 흑연 재료를 포함한다. 일반적으로, 가요성 흑연 재료는 캐리어 몸체(12) 상에 침착되는 재료를 오염시킬 수 있는, 반응 체임버(18) 내로의 불순물의 도입을 최소화하거나 심지어 방지하면서, 개스킷(48)이 반응 체임버(18)를 적절히 밀봉하는 것을 허용하기 위해 사용된다. 달리 말하면, 가요성 흑연 재료는 개스킷(48)이 하우징(16) 및 베이스 플레이트(14)의 표면들에 맞추어 조정됨으로써 반응 체임버(18)를 밀봉하는 것을 허용한다. 추가적으로, 개스킷(48)의 가요성 흑연 재료는 재료가 하우징(16)과 베이스 플레이트(14) 사이에서 압축되는 것을 허용하는 경도를 갖는다. 달리 말하면, 개스킷(48)의 가요성 흑연 재료는 개스킷(48)이 하우징(16)과 베이스 플레이트(14) 사이에서 압축되는 것을 허용하기에 충분히 연질이다.
일반적으로, 개스킷(48)은 반응 체임버(18)와 대기 연통한다. 그렇기 때문에, 개스킷(48)은 반응 체임버(18)의 작동 온도의 결과로서 가열되며, 이는 시간이 지남에 따라 개스킷(48)을 손상시킬 수 있다. 추가적으로, 개스킷(48)은 개스킷(48)이 반응 체임버(18) 내의 작동 압력에 노출될지라도 반응 체임버(18)의 밀봉을 유지한다. 작동 온도 및 작동 압력에의 개스킷(48)의 노출은 크리프 완화를 야기할 수 있으며, 이는 개스킷(48)이 반응 체임버(18)를 밀봉하는 것을 방해할 수 있다. 그러나, 가요성 흑연 재료로 제조된 개스킷(48)은, 반응 체임버(18) 내의 작동 온도 및 작동 압력에 노출되는 동안, 테플론(등록상표)과 같은 다른 재료로 제조된 종래 기술의 다른 개스킷과 비교할 때 더 긴 기간 동안 반응 체임버(18)를 밀봉하는 데 요구되는 압축 강도를 유지할 수 있다. 일반적으로, 개스킷(48)의 가요성 흑연 재료는 개스킷(48)이 반응 체임버(18)의 밀봉을 유지하는 것을 보장하기 위해 3% 미만의 크리프 완화를 갖는다. 전형적으로, 크리프 완화는 방법 BSI-F125를 사용해 시험될 수 있다.
개스킷(48)은 또한 반응 체임버(18) 내의 캐리어 몸체(12)와 대기 연통하며, 이에 따라 재료가 캐리어 몸체(12) 상에 침착됨에 따라 재료와 대기 연통한다. 따라서, 개스킷(48)이 반응 체임버(18) 내로 불순물을 제공하지 않는 것을 보장하기 위해 주의를 기울여야 한다. 그렇기 때문에, 개스킷(48)의 가요성 흑연 재료는, 작동 온도에 노출될 때, 반응 체임버(18) 내로의 불순물의 도입을 야기할 수 있는 분해를 방지하기에 적합한 열 안정성을 갖는다. 추가적으로, 작동 온도 및 침착 가스에 노출되는 결과로서 발생할 수 있는 개스킷(48)의 분해를 통해 불순물을 반응 체임버(18) 내로 제공할 수 있다. 달리 말하면, 개스킷(48)은 작동 온도가 가해질 때 분해되지 않는다. 추가적으로, 개스킷(48)의 가요성 흑연 재료는, 침착 가스 예를 들어 클로로실란과 같은 염소 함유 가스에 노출될 때, 반응 체임버(18) 내로의 불순물의 도입을 야기할 수 있는, 개스킷(48)의 분해를 방지하기에 적합한 내화학성을 갖는다.
개스킷(48)의 가요성 흑연 재료의 열 안정성 및 내화학성은, 가요성 흑연 재료가 캐리어 몸체(12)와 대기 연통할지라도 가요성 흑연 재료가 불순물을 반응 체임버(18) 내로, 제공한다 하더라도, 최소로 제공하게 한다. 달리 말하면, 개스킷(48)의 가요성 흑연 재료가 침착 가스 및 반응 체임버(18)의 작동 온도에 노출될 때 분해에 견딜 수 있기 때문에, 개스킷(48) 내에 존재할 수 있는 불순물들의 도입이 전부 제한되거나 방지된다.
전형적으로, 캐리어 몸체(12) 상에 침착되는 재료가 고순도여야 하는 경우, 개스킷(48)의 가요성 흑연 재료는 1 ppma 미만인 양의 불순물을 캐리어 몸체(12) 상에 침착되는 재료에 제공한다. 그러나, 캐리어 몸체(12) 상에 침착되는 재료가 고순도가 아닌 경우에도, 개스킷(48)의 가요성 흑연 재료는 테플론(등록상표) 함침 재료로 제조된 개스킷과 같은 종래 기술의 공지된 개스킷보다 더 적은 불순물을 제공한다. 개스킷(48) 내의 불순물이 캐리어 몸체(12) 상에 침착되는 재료를 오염시키는 것을 제한하거나 방지하는 것은 캐리어 몸체(12) 상에 침착되는 재료, 특히 다결정 규소가 상기에 기재된 고순도 임계치를 충족시키고/충족시키거나 초과하는 것을 허용한다. 추가적으로, 개스킷(48)으로부터의 불순물이 캐리어 몸체(12) 상에 침착되는 재료를 오염시키는 것을 제한하거나 방지하는 것은 제조 장치(10)가 개스킷(48)의 가열을 감소시키기 위한 냉각 장치를 구비하지 않는다는 사실에도 불구하고 성취될 수 있다. 그러나, 수냉 재킷과 같은 냉각 장치가 가요성 흑연 재료의 오염 제한 효과를 추가로 향상시키기 위해 사용될 수 있음을 인식하여야 한다.
전형적으로, 개스킷(48)의 가요성 흑연 재료는 가요성 흑연 재료의 100 중량부를 기준으로 99.75 중량부 이상, 보다 전형적으로는 99.88 중량부 이상, 그리고 보다 더 전형적으로는 99.95 중량부 이상의 흑연을 포함한다. 달리 말하면, 가요성 흑연 재료는 99.92% 이상의 흑연을 포함한다. 또 다른 방식으로 말하면, 전형적으로, 가요성 흑연 재료는 2,500 ppma 미만, 보다 전형적으로는 1,200 ppma 미만, 그리고 보다 더 전형적으로는 600 ppma 미만의 불순물 함량을 갖는다. 가요성 흑연 재료는 또한 핵 등급 흑연으로 불릴 수 있는데, 그 이유는 불순물에 대한 흑연의 높은 비율이 가요성 흑연 재료를 원자로에 사용하기에 적합하게 만들기 때문이다. 가요성 흑연 재료의 불순물 함량이 낮기 때문에, 가요성 흑연 재료는 캐리어 몸체(12) 상에 침착되는 재료에 약 10 ppma 미만, 보다 전형적으로는 약 5 ppma 미만, 그리고 보다 더 전형적으로는 약 1 ppma 미만의 불순물을 제공한다.
가요성 흑연 재료 내에 존재하는 불순물들의 작은 비율에도 불구하고, 캐리어 몸체(12) 상에 침착되는 재료의 오염을 방지하기 위해 가요성 흑연 재료 내의 붕소 및 인의 불순물 함량이 추가로 최소화된다. 이는 침착되는 재료가 규소인 경우에 특히 유익한데, 그 이유는 붕소 및 인이 다결정 규소의 생성에 있어서 관심대상일 수 있는 2가지 불순물이기 때문이다. 전형적으로, 가요성 흑연 재료는 10.0 ppma 미만, 보다 전형적으로는 6.0 ppma 미만, 그리고 보다 더 전형적으로는 1.0 ppma 미만인 양의 인을 함유한다. 가요성 흑연 재료로부터 인을 제거하기 위해 가요성 흑연 재료가 염소로 정제될 수 있음을 인식하여야 한다. 달리 말하면, 가요성 흑연 재료는 가요성 흑연 재료로부터 인을 제거하기 위해 염소 가스에 노출될 수 있다. 추가적으로, 가요성 흑연 재료는 전형적으로 1.0 ppma 미만, 보다 전형적으로는 0.8 ppma 미만, 그리고 보다 더 전형적으로는 0.5 ppma 미만인 양의 붕소를 함유한다. 더욱이, 개스킷(48)의 가요성 흑연 재료에는 붕소 및/또는 인이 실질적으로 없을 수 있다.
상기에 소개된 바와 같이, 가요성 흑연 재료는 개스킷(48)이 반응 체임버(18)를 적절히 밀봉하는 것을 허용한다. 추가적으로, 가요성 흑연 재료는 개스킷(48)이 반응 체임버(18)의 작동 온도에 노출될 때 불순물을 반응 체임버(18) 내로 방출하지 않는다. 따라서, 개스킷(48)은 고순도를 갖는 재료를 침착시키기 위해 제조 장치(10) 내에서 사용될 수 있다. 예를 들어, 침착되는 재료가 다결정 규소를 생성하기 위한 규소인 경우, 개스킷(48)이 가요성 흑연 재료를 포함하기 때문에 개스킷(48)에 의한 가능한 오염이 제한되거나 심지어 제거되므로 다결정 규소가 고순도로 생성된다.
명백히, 본 발명의 많은 변경 및 변화가 상기의 교시를 고려하여 가능하다. 상기의 발명은 관련 법적 기준에 따라 설명되었으며, 이에 따라 그 설명은 본질적으로 제한적인 것보다는 예시적인 것이다. 개시된 실시예에 대한 변화 및 변경이 당업자에게 명백해질 수 있으며, 본 발명의 범주 내에 있다. 따라서, 본 발명에 제공되는 법적 보호의 범주는 오직 하기의 특허청구범위를 연구함으로써 결정될 수 있다.

Claims (36)

  1. 캐리어 몸체 상에 재료를 침착시키기 위한 제조 장치로서,
    베이스 플레이트;
    반응 체임버를 형성하기 위해 상기 베이스 플레이트와 결합하기 위한 플랜지를 갖는 하우징;
    상기 재료 또는 상기 재료의 전구체(precursor)를 포함하는 침착 조성물을 상기 반응 체임버 내로 도입하기 위한, 상기 하우징에 의해 형성되는 입구; 및
    상기 침착 조성물이 상기 반응 체임버를 빠져나가는 것을 방지하기 위해 상기 하우징과 상기 베이스 플레이트 사이를 밀봉하기 위해 상기 베이스 플레이트와 상기 하우징 사이에 배치되는 적어도 하나의 개스킷(gasket);을 포함하며,
    상기 개스킷은 상기 개스킷이 상기 반응 체임버 내의 상기 재료를 오염하는 것을 방지하기 위해 가요성 흑연 재료를 포함하는, 제조 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 가요성 흑연 재료는 상기 캐리어 몸체 상에 침착되는 상기 재료에 10 ppma(parts per million atomic) 미만의 불순물들을 제공하는, 제조 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 베이스 플레이트는 홈(groove)을 형성하고, 핑거(finger)가 상기 베이스 플레이트의 상기 홈과 맞물리기 위해 상기 하우징의 상기 플랜지로부터 연장하며, 상기 개스킷은 상기 베이스 플레이트의 상기 홈 내에 배치되며, 상기 핑거는 상기 하우징과 상기 베이스 플레이트 사이를 밀봉하기 위해 상기 개스킷과 접촉하여 상기 개스킷을 압축하는, 제조 장치.
  4. 캐리어 몸체 상에 재료를 침착시키는 제조 장치에 사용하기 위한 개스킷으로서, 상기 제조 장치는 반응 체임버를 형성하는 하우징 및 베이스 플레이트를 포함하며, 상기 개스킷은 상기 재료 또는 상기 재료의 전구체를 포함하는 침착 조성물이 상기 반응 체임버를 빠져나가는 것을 방지하기 위해 상기 제조 장치의 하우징과 베이스 플레이트 사이를 밀봉하며, 상기 개스킷은 상기 캐리어 몸체 상에 침착되는 상기 재료에 10 ppma 미만의 불순물들을 제공하는 가요성 흑연 재료를 포함하는, 개스킷.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 가요성 흑연 재료는 10 ppma 미만의 소정의 인을 포함하는, 개스킷.
  6. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서, 상기 가요성 흑연 재료는 흑연으로 본질적으로 이루어지는, 개스킷.
  7. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서, 상기 개스킷은 복수의 세그먼트(segment)들을 포함하며, 상기 세그먼트들 각각은 서로 접촉하여 상기 개스킷을 형성하는, 개스킷.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 세그먼트들 각각은 상기 개스킷을 형성하기 위해 서로 중첩되는, 개스킷.
  9. 고순도 다결정 규소를 생성하기 위해 규소 슬림 로드(slim rod) 상에 규소를 침착시키기 위한 지멘스형(Siemens type) 화학 증착 반응기로서,
    베이스 플레이트;
    반응 체임버를 형성하기 위해 상기 베이스 플레이트와 결합하기 위한 플랜지를 갖는 하우징;
    상기 규소 또는 상기 규소의 전구체를 포함하는 침착 조성물을 상기 반응 체임버 내로 도입하기 위한, 상기 하우징에 의해 형성되는 입구; 및
    상기 침착 조성물이 상기 반응 체임버를 빠져나가는 것을 방지하기 위해 상기 하우징과 상기 베이스 플레이트 사이를 밀봉하기 위해 상기 베이스 플레이트와 상기 하우징 사이에 배치되는 적어도 하나의 개스킷;을 포함하며,
    상기 개스킷은 상기 개스킷이 상기 반응 체임버 내의 상기 규소 슬림 로드 상에 침착되는 상기 규소를 오염하는 것을 방지하기 위해 가요성 흑연 재료를 포함하는, 지멘스형 화학 증착 반응기.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 가요성 흑연 재료는 상기 규소 슬림 로드 상에 침착되는 상기 규소에 10 ppma 미만의 불순물들을 제공하는, 지멘스형 화학 증착 반응기.
  11. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서, 상기 베이스 플레이트는 홈을 형성하고, 핑거가 상기 베이스 플레이트의 상기 홈과 맞물리기 위해 상기 하우징의 상기 플랜지로부터 연장하며, 상기 개스킷은 상기 베이스 플레이트의 상기 홈 내에 배치되며, 상기 핑거는 상기 하우징과 상기 베이스 플레이트 사이를 밀봉하기 위해 상기 개스킷과 접촉하여 상기 개스킷을 압축하는, 지멘스형 화학 증착 반응기.
  12. 제 6 항에 있어서, 상기 개스킷은 복수의 세그먼트들을 포함하며, 상기 세그먼트들 각각은 서로 접촉하여 상기 개스킷을 형성하는, 개스킷.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 세그먼트들 각각은 상기 개스킷을 형성하기 위해 서로 중첩되는, 개스킷.

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