KR20120093486A - 더스트 회수 기능 및 세척 편의성이 향상된 폴리실리콘 제조장치 - Google Patents

더스트 회수 기능 및 세척 편의성이 향상된 폴리실리콘 제조장치 Download PDF

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(주)세미머티리얼즈
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Abstract

더스트 회수가 용이하고 세척 편의성이 향상된 폴리실리콘 제조장치에 관하여 개시한다.
본 발명은 서로 다른 온도로 유지되는 상부 챔버 및 하부 챔버를 포함하여 형성되며, 원료가스를 공급받는 가스 투입구를 저부에 구비하고, 배출가스를 배출하는 가스 배출구를 상부에 구비하는 종형(bell-jar) 반응부와, 하부 챔버의 바닥면을 수직 관통하여 형성되며, 서로 이격 배치되어 통전되는 제1전극 및 제2전극을 포함하여 형성되는 전극부와, 제1전극 및 상기 제2전극 사이의 통전을 위해 상호 간을 연결하여 형성되되, 통전 시 전기저항 가열되어 원료가스를 열분해하여 폴리실리콘을 석출하는 실리콘 코어 로드부와, 실리콘 코어 로드부가 전기저항 가열되기까지 비저항을 낮추도록 예열하는 예열부 및, 상부 챔버의 내측 상단에 구비되어 더스트(dust)를 회수하는 더스트 회수부를 포함하는 폴리실리콘 제조장치를 제공한다.

Description

더스트 회수 기능 및 세척 편의성이 향상된 폴리실리콘 제조장치{APPARATUS FOR MANUFACTURING POLYSILICON WITH A FUNCTION OF IMPROVED DUST COLLECTION AND CLEANING CONVENIENCE}
본 발명은 더스트 회수 기능 및 세척 편의성이 향상된 폴리실리콘 제조장치에 관한 기술이다.
태양광에너지를 전기에너지로 변환시키는 소자인 태양전지(solar cell)에서의 광전효과(photovoltaic effect)에 근거하여 구현되는 태양광발전은 대표적인 신재생에너지라 할 수 있다.
특히, 태양광발전 산업은, 최근 이상기후에 따른 지구환경의 심각성 확산과 유가의 고공행진을 이유로 고속으로 성장하고 있는 중이다.
이때, 실리콘결정형 태양전지의 원료로 사용되는 것이 다결정 상태의 고순도 실리콘, 즉 폴리실리콘(polysilicon 또는 polycrystalline silicon)이다.
현재 폴리실리콘 생산 공장에서는 실리콘 석출용 실란원료, 즉 Si-H-Cl계 화합물 가운데에서 삼염화실란(trichloro-silane) 또는 모노실란(mono-silane) 가운데 한 가지를 선택하여 실란원료로 활용하고 있다.
이 외에도 사염화실란 및 이염화실란이 채택될 수 있지만, 모노실란에 비해 경제성 측면에서 활용성이 떨어지는 편이다.
가스화공정에서 제조되는 초고순도의 실란원료로부터 고체상태의 폴리실리콘을 형성시키는 과정을 실리콘 석출공정이라 한다.
실란원료 가스는 고온에서의 수소환원반응 및 열분해를 통해 실리콘 원소를 생성시킨다. 이렇게 생성된 실리콘 원소는 로드(rod) 또는 입자의 표면에 다결정상태로 석출되어 실리콘 결정을 형성한다.
이러한 실리콘 석출공정으로는, 막대형 제품 생산용 종형(bell-jar) 반응기를 이용하는 지멘스(Simens) 석출법과, 입자형 제품 생산용 유동층석출법(fluidized bed reactor: FBR)을 이용하는 유동층석출법이 있다.
그런데 모노실란을 이용하여 지멘스 석출법을 통해 폴리실리콘을 제조하는 장치의 경우에는, 종형 반응기 내에서 더스트(dust)가 발생되는 문제가 빈번하게 발생된다.
종형 반응기 내부의 챔버 상에 존재하는 더스트는, 온도 측정을 방해하거나, 또는 실리콘 코어 로드의 표면을 불균질하게 하여 제품 품질에 악영향을 끼치므로, 이를 해결할 수 있는 방안이 모색되어 왔다.
본 발명의 목적은, 폴리실리콘 제조 공정 중, 특히 모노실란을 사용하는 종형 반응기 내에서 발생 가능한 더스트(dust)를 효과적으로 회수하여, 더스트의 발생으로 유인되는 각종 문제를 해소할 수 있는 폴리실리콘 제조장치를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은, 종형 반응기의 하부 챔버를 분리가 편리한 구조로 개선하고, 장비의 세척 및 실리콘 코어 로드의 탈착이 용이한 구조로 설계 변경한 폴리실리콘 제조장치를 제공함에 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 상기 언급한 과제에 국한되지 않으며, 상기에서 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 사상에 따르면, 서로 다른 온도로 유지되는 상부 챔버 및 하부 챔버를 포함하여 형성되며, 원료가스를 공급받는 가스 투입구를 저부에 구비하고, 배출가스를 배출하는 가스 배출구를 상부에 구비하는 종형(bell-jar) 반응부; 상기 하부 챔버의 바닥면을 수직 관통하여 형성되며, 서로 이격 배치되어 통전되는 제1전극 및 제2전극을 포함하여 형성되는 전극부; 상기 제1전극 및 상기 제2전극 사이의 통전을 위해 상호 간을 연결하여 형성되되, 통전 시 전기저항 가열되어 원료가스를 열분해하여 폴리실리콘을 석출하는 실리콘 코어 로드부; 상기 실리콘 코어 로드부가 전기저항 가열되기까지 비저항을 낮추도록 예열하는 예열부; 및 상기 상부 챔버의 내측 상단에 구비되어 더스트(dust)를 회수하는 더스트 회수부;를 포함하는 폴리실리콘 제조장치를 제공한다.
본 발명에 따르면, 모노실란을 사용하는 종형 반응기 내에서 폴리실리콘 석출 반응 중 발생 가능한 더스트를 효과적으로 포집 및 회수할 수 있게 되어, 더스트의 발생으로 인해 실리콘 코어 로드부의 표면이 불균질해지는 문제를 해결하여, 더 나은 품질의 폴리실리콘을 제공할 수 있는 기술적 효과가 있다.
또한, 본 발명의 폴리실리콘 제조장치에 따르면, 실리콘 코어 로드의 가열 작용에 의해 원료가스가 열분해되고, 이로 인해 폴리실리콘이 석출되는 종형 반응기의 하부 챔버 구조를, 분리가 용이한 구조로 개선함으로써, 장치의 세척, 유지, 관리, 보수 및 로드의 탈착 측면에서 편의성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 폴리실리콘 제조장치의 기본적인 형상 및 구조를 도시한 도면,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 폴리실리콘 제조장치의 종방향 단면 구조를 개략적으로 도시한 도면,
도 3은 도 2에 도시된 도면을 통해 본 발명의 일실시예에 따른 폴리실리콘 제조장치의 작용 효과를 설명하기 위해 도시한 도면,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 폴리실리콘 제조장치에서 더스트 회수부에 구비되는 필터부의 형상 일부분을 예시적으로 도시한 도면임.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 폴리실리콘 제조장치에 관하여 상세히 설명하기로 한다.
폴리실리콘(polysilicon 또는 polycrystalline silicon)은, 실리콘결정형 태양전지 또는 반도체의 원료로 사용되는 다결정 상태의 고순도 실리콘을 지칭한다.
실리콘 석출용 실란원료, 즉 Si-H-Cl계 화합물 가운데에서, 이염화실란, 삼염화실란(trichloro-silane), 사염화실란 및 모노실란 중에 선택되어 사용된다. 다만 그 중 모노실란이 경제성 측면에서 활용성이 높다.
가스화공정에서 제조되는 초고순도의 실란원료로부터 고체상태의 폴리실리콘을 형성하는 과정을 실리콘 석출공정이라 한다.
이러한 실리콘 석출공정으로서 대표적인 것이, 종형(bell-jar) 반응기를 이용하는 지멘스(Simens) 석출법이다.
다만, 이러한 지멘스 석출법을 채택하여, 모노실란을 실란원료로 이용할 경우에는 종형 반응기 내부에서 폴리실리콘의 석출 반응 중 더스트(dust)가 발생되는 문제점이 있다.
발생된 더스트는 종형 반응기 내의 온도 측정을 방해함은 물론, 실리콘 코어 로드의 표면을 불균질하게 만들어 제조되는 폴리실리콘의 품질에 악영향을 끼칠 수 있으며, 공정 수율 또한 저하시킨다.
따라서 더스트를 효과적으로 포집하여 회수하기 위한 개선된 방안이 필요하다.
다음으로, 도 1을 통해 기본적인 폴리실리콘 제조장치의 형상, 구조 및 작용 관계에 관하여 간략히 살펴보기로 한다.
도 1은 폴리실리콘 제조장치의 기본적인 형상 및 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도시된 바와 같이, 폴리실리콘 제조장치(10)는, 종형(bell-jar) 반응부(20)와, 전극부(50)와, 실리콘 코어 로드부(30)와, 예열부(40)를 포함하는 구성으로 이루어진다.
종형 반응부(20)는, 폴리실리콘 석출을 위한 분위기를 조성하는 챔버를 내측에 구비하며, 원료가스를 공급받는 가스 투입구(70)를 챔버 하측에 구비한다. 그리고 공급된 원료가스가 반응을 마친 후 생성되는 배출가스를 배출하는 가스 배출구(80)를 챔버 상측에 구비한다. 이러한 형태를 상부 배출 방식이라 한다.
여기서, 가스 배출구(80)의 위치가 챔버 하측에 구비되는 형태가 이와 다른 방식으로 존재할 수 있는데, 이는 하부 배출 방식이라 한다.
그리고 종형 반응부(20)의 저부 상에는 전극부(50)가 수직 관통하여 형성된다.
전극부(50)는 서로 이격 배치된 제1전극(52)과, 제2전극(54)을 포함하며, 제1전극(52)으로는 초기 전류가 인가되며, 인가된 전류는 폴리실리콘 코어 로드부(30)에 의해 제2전극(54)까지 통전된다.
이러한 전극부(50)의 통전 작용에 따라 필라멘트 형상의 폴리실리콘 코어 로드부(30)는 전기저항 가열될 수 있다.
가열된 폴리실리콘 코어 로드부(30)는 공급된 원료가스를 열분해하여 표면상으로 폴리실리콘을 석출 및 성장시킨다.
한편, 폴리실리콘 코어 로드부(30)가 전기저항 가열되기 전까지는 일정한 예열 처리가 요구된다.
이러한 예열 처리는 폴리실리콘 코어 로드부(30)의 비저항을 낮추어주기 위한 것으로, 전극부(50)의 통전 작용에 의해 효과적으로 전기저항 가열되기 위한 선행 가열 형태로 볼 수 있다.
따라서 폴리실리콘 코어 로드부(30)의 예열을 위해 예열부(40)가 구비된다.
예열부(40)는, 열매체가 유입되고, 순환된 후 유출됨에 따라 근접 배치된 폴리실리콘 코어 로드부(30)를 가열하는 열교환기의 형태를 가질 수 있다.
다만, 이러한 폴리실리콘 제조장치(10)는, 모노실란을 사용하므로, 반응 중 챔버 내부에 더스트가 발생되는 문제가 따른다.
발생된 더스트는 결과적으로 온도 측정에 방해를 일으키며, 심지어 실리콘 코어 로드부(30)의 표면을 불균질하게 하여, 표면을 통해 석출되는 폴리실리콘의 품질에 악영향을 끼친다.
또한, 예열부(40)으로 인해 장치의 세척 및 로드의 탈착이 힘든 문제점이 있었다.
본 발명은 이러한 불편을 해소하기 위해 창안된 것으로서, 챔버 내부의 더스트를 효과적으로 회수함은 물론, 세척 관리, 로드의 탈착까지 용이한 구조의 폴리실리콘 제조장치를 제공한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 폴리실리콘 제조장치의 종방향 단면 구조를 개략적으로 도시한 도면이며, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 폴리실리콘 제조장치의 작용 효과를 설명하기 위해 도시한 도면이다.
이러한 도 2 및 도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 그 형상은 물론 특징적 구조를 살펴보기 위하여 개시된 것으로, 도시된 특정 형상 및 구조에 의해 본 발명의 범주가 제한될 필요는 없다.
도 2 및 도 3을 병행 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 폴리실리콘 제조장치(100)는, 종형(bell-jar) 반응부(110)와, 제1전극(152) 및 제2전극(154)이 통전 가능하게 형성된 전극부(150)와, 전기저항 가열되어 폴리실리콘을 석출하는 실리콘 코어 로드부(140)와, 실리콘 코어 로드부(140)를 예열하는 예열부(160)와, 더스트 회수부(170)를 포함하는 구성으로 이루어진다.
종형 반응부(110)는, 상부가 종형(bell-jar) 형상 구조를 가지며, 나머지 부분은 밀폐된 원통 형상 구조를 갖는 폴리실리콘 석출, 성장을 통해 제조하기 위한 반응기(reactor)이다.
종형 반응기(110)로 투입된 원료가스는 가열된 실리콘 코어 로드부(140)의 고온에 의해 수소환원반응 및 열분해가 이루어져 실리콘 원소를 생성시킨다.
생성된 실리콘 원소는 실리콘 코어 로드부(140)의 표면에 다결정상태로 석출되어 폴리실리콘이 만들어진다.
종형 반응부(110) 구조는, 상부 챔버(120)와 하부 챔버(130)를 구분될 수 있다.
여기서 종형 반응부(110)를 상부 챔버(120) 및 하부 챔버(130)로 구분하는 의미는, 각각의 챔버는 서로 다른 온도로 유지되어야 하며 반응 종료 후 장치의 세척 및 실리콘 코어 로드 탈거의 용이함 때문이다.
본 발명의 실시예에 따른 폴리실리콘 제조장치(100)는, 모노실란을 원료로 사용하는 것으로서, 반응 중 발생된 더스트(dust)는 온도가 낮은 쪽으로 유동하는 특성이 있다.
종형 반응부(110) 내부에서 발생된 더스트가 상부 챔버(120) 쪽으로 유동되어 효과적으로 회수되기 위해서는, 하부 챔버(130) 내의 온도에 비해 상부 챔버(120) 내의 온도가 낮게 유지되는 것이 좋다.
바람직하게는, 상부 챔버(120)는 25 ~ 35℃, 하부 챔버(130)는 35~70℃의 온도로 각각 달리 유지되는 것이 좋다.
이러한 이를 위해, 상부 챔버(120)는, 벽면을 따라 냉각수가 순환하는 냉각로드(123)를 구비한다.
아울러, 이러한 냉각로드(123) 측으로 냉각수가 유입되기 위한 냉각수 투입구(124)와, 순환을 마친 냉각수가 배출되기 위한 냉각수 배출구(125)가 구비된다.
한편, 종형 반응부(110)는 외부로부터 원료가스를 공급받고, 반응을 마친 후 생성된 가스(이하, '배출가스'라 함)를 효과적으로 배출하는 구조를 가지는데, 도 2에 도시된 종형 반응부(110)는 상부 배출 방식이 개시되어 있다.
다시 말해, 원료가스를 공급받는 가스 투입구(112)는 종형 반응부(110)의 저부, 즉 하부 챔버(130)의 바닥면에 연통 형성되며, 배출가스를 배출하는 가스 배출구(114)는 종형 반응부(110)의 상부, 즉 상부 챔버(120)의 상단에 연통 형성된다.
다음으로, 전극부(150)에 대해 살펴보기로 한다.
전극부(160)는 폴리실리콘의 석출을 위해 실리콘 코어 로드부(140)를 전기저항 가열하는 수단으로서, 상호 통전되는 형태의 제1전극(152) 및 제2전극(154)을 포함하여 형성된다.
이러한 전극부(150)는 하부 챔버(130)의 바닥면을 수직 관통하여 형성된다.
여기서, 제1전극(152) 및 제2전극(154)은 실리콘 코어 로드부(140)의 양단에 연결되는데, 제1전극(152)로 인가된 전류는 실리콘 코어 로드부(140)를 통해 제2전극(154)까지 통전된다.
이러한 전극부(150)의 통전 작용에 따라, 실리콘 코어 로드부(140)는 전기저항 가열된다.
그 다음으로, 폴리실리콘 코어 로드부(140)에 대해 살펴보기로 한다.
폴리실리콘 코어 로드부(140)는 자체 가열됨에 따라, 하부 챔버(130)로 공급된 원료가스를 열분해하는 작용을 하며, 생성된 실리콘 원소를 표면에 다결정상태로 석출하는 부재이다.
도시된 바와 같이, 실리콘 코어 로드부(140)의 형상 및 구조는, 종형 반응부(110)의 하부 챔버(130) 바닥면으로부터 역 U자 형상으로 상향 돌설된다. 그리고 양단을 통해 제1전극(152) 및 제2전극(154)과 연결된다.
전술한 전극부(160)의 통전 작용에 의해, 상기 실리콘 코어 로드부(140)는 전기저항 가열된다. 이렇게 가열된 실리콘 코어 로드부(140)는 하부 챔버(130) 내로 공급된 원료가스를 열분해한다. 그리고 실리콘 원소를 생성한다. 생성된 실리콘 원소는 상기 실리콘 코어 로드부(140)의 표면에 다결정상태로 석출되어 폴리실리콘 형태로 만들어진다.
그 다음으로, 예열부(160)에 대해 살펴보기로 한다.
예열부(160)는, 실리콘 코어 로드부(140)가 전기저항 가열되도록 비저항을 낮추어 주도록 예열하는 가열수단이다.
바람직한 실시예로서, 상기 예열부(160)는, 실리콘 코어 로드부(140)의 주변으로 내부 유동하는 열매체를 순환시키는 재킷 타입 열교환기(jacket type heat exchanger)의 구조를 띤다.
이러한 예열부(160)는, 열매체가 유입되는 열매체 유입라인(162)과, 열교환을 마친 열매체가 유출되는 열매체 유출라인(164)과, 실리콘 코어 로드부 주변으로 수직 유로를 형성하는 열교환 재킷(166)의 구성을 포함한다.
열매체 유입라인(162)은 외부의 열매체 공급조로부터 열교환 재킷(166)의 입측으로 열매체를 공급하도록 하부 챔버(130)의 저부를 관통하여 형성된다.
이와 마찬가지로, 열매체 유출라인(164)은 상기 열교환 재킷(166)을 통해 순환 유동을 마친 열매체를 외부로 배출시키도록 하부 챔버(130)의 저부를 관통하여 형성된다.
다만, 이러한 열매체 유입라인(162) 및 열매체 유출라인(164)은, 각각이 상기 하부 챔버(130) 및 열교환 재킷(166)으로부터 분리되어 탈부착 가능한 구조로 형성되는 것이 바람직하다.
상기 열매체 유입라인(162) 및 상기 열매체 유출라인(164)이 분리 가능한 구조를 가짐에 따라, 하부 챔버(130)는 물론, 열교환 재킷(166) 상에 증착된 더스트(dust)의 세척 및 실리콘 코어 로드의 탈착 편의성이 향상되는 효과가 제공된다.
한편, 열교환 재킷(166) 역시, 세척이 편리한 구조를 가지는 데, 그 형상 및 구조를 설명하기로 한다.
하부 챔버(130)의 외곽으로는 단열재(133)가 형성되어, 하부 챔버(130)의 온도 유지를 위한 보온성이 발휘되며, 그 내측으로 실리콘 코어 로드부(140)가 다수 설치된다.
각각의 실리콘 코어 로드부(140)의 외주면 바깥으로 일정한 공간이 형성되는데, 이러한 공간이 바로 열교환 재킷(166)이다.
열교환 재킷(166)은 전술한 열매체 유입구(162)로부터 유입된 열매체를 실리콘 코어 로드부(140)의 주변을 따라 수직 유동시켜 열교환을 통해 실리콘 코어 로드부(140)의 온도를 승온시키는 작용을 한다.
다만, 이러한 열교환 재킷(166) 사이의 격벽은 일체형으로 구조로 이루어진다. 이로써, 기존 개별 격벽이 존재하는 구조에 비해 재킷 분리가 용이해지며, 결과적으로 장치의 유지, 보수 세척 및 실리콘 코어 로드의 탈착이 용이해진다.
그 다음으로, 더스트 회수부(170)에 대해 살펴보기로 한다.
더스트 회수부(170)는, 본 발명과 같이 모노실란을 실란원료로 사용하는 종형 반응부(110)에서 발생되는 더스트를 회수하기 위한 기능 수단이다.
반응 중에 종형 반응기(110) 내부에서 발생된 더스트는, 온도 측정에 방해를 일으키며, 실리콘 코어 로드부(140)의 표면을 불균질하게 하여, 석출되는 폴리실리콘의 품질에 악영향을 끼칠 우려가 있다.
하부 챔버(130)는 물론, 상부 챔버(120) 내에서 발생되어 정체 또는 순환하는 더스트는 비교적 낮은 온도 분위기를 갖는 상부 챔버(120) 측으로 유동되는 경향이 있다.
게다가, 상부 챔버(120)의 상단 중앙에는 가스 배출구(114)가 형성되어 있으므로, 배출가스에 혼입되어 상부 챔버(120) 상단 측으로 유동될 수 있다.
이러한 종형 반응부(110)의 특징에 따라, 더스트 회수부(170)는, 상부 챔버(120)의 내측 상단에서 가스 배출구(114)에 대면하도록 수평 방향으로 배치되는 것이 바람직하다.
더스트 회수부(170)는, 더스트의 특성상 온도가 낮은 쪽으로 유동하여 증착되는 점을 고려하여, 냉각수가 순환하는 내부채널(미도시)을 구비하는 열교환기의 형태를 지니는 것이 바람직하다.
이로써, 상부 챔버(120)의 내측 상단에 배치되는 상기 더스트 회수부(170)의 주변은 상대적으로 저온 영역을 형성하여, 더스트의 증착이 유도된다.
여기서, 상기 저온 영역의 유지 온도는 상부 챔버(120)의 온도에 비해 더 낮게 형성되는 것이 좋은데, 바람직하게는 15 ~ 25℃ 사이에서 유지시켜 주는 것이 좋다.
한편, 이러한 더스트 회수부(170)는, 표면상으로 증착되어 회수되는 더스트를 걸러 포집하기 위한 필터부(172)를 더 구비할 수 있다.
필터부(172)는, 더스트 회수부(170)의 외연을 둘러 감싸는 형태로 결합되는 덧댐 부재로서, 더스트를 더욱 효과적으로 회수할 수 있게 해준다.
도 2를 참조하면, 도시된 필터부(172)는 더스트 회수부(170)의 배면에만 형성된 것으로 보이나, 이와 달리, 측면, 상부면까지 전체적으로 형성되어도 무방하다.
나아가, 상기 필터부(172)는, 더스트 회수부(170)의 외연에 탈부착 가능한 형태로 이루어지는 것이 좋은데, 세척의 편의성을 도모하기 위함이다.
이러한 필터부(172)는, 표면상으로 증착된 더스트의 효과적인 포집을 위하여 다양한 형상을 가질 수 있다.
도 4는 이러한 필터부(172)의 다양한 형상을 도시한 도면이다.
도 4의 (a)를 통해 메쉬(mesh) 형상의 필터부(172)를 확인할 수 있으며, 도 7의 (b)를 통해 엠보싱(embossing) 형상의 필터부(172)를 확인할 수 있다.
그리고 도 4의 (c)를 통해 주름진 코러게이트(corrugate) 형상의 필터부(172)를 확인할 수 있다.
이러한 필터부(172)의 형상 역시 본 발명에 따른 바람직한 3가지 실시예에 해당되는 것일 뿐, 더 다양한 실시 형태로도 변형이 가능하다.
이하, 본 발명에 따른 폴리실리콘 제조장치의 작용 효과에 대해 도 3을 참조하여 설명하기로 한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 폴리실리콘 제조장치(100)는, 종형 반응기(110)의 하부 챔버(130) 내부로 공급된 원료가스를 고온에서 수소환원반응 및 열분해하여, 폴리실리콘을 석출하는 장치이다.
아울러, 모노실란을 실란원료로 사용할 때 발생되는 더스트를 효과적으로 회수할 수 있는 폴리실리콘 제조장치이다.
도 3의 종형 반응부(110) 내에 도시된 실선 화살표는 원료가스 및 배출가스의 유동 방향을 나타낸 것이며, 점선 화살표는 냉각수 및 열매체의 유입 및 유출 방향을 나타낸 것이다.
가스 투입구(112)를 통해 원료가스가 하부 챔버(130)로 공급된다.
한편, 열매체 유입라인(162), 열교환 재킷(166), 열매체 유출라인(164)을 따라 순환하는 열매체에 의해 실리콘 코어 로드부(140)가 가열되어 비저항이 낮아진다. 그리고 전극부(150)의 통전에 의해 실리콘 코어 로드부(140)는 일정 온도까지 가열된다.
하부 챔버(130)로 공급된 원료가스는 가열된 실리콘 코어 로드부(140)에 의해 열분해되어 실리콘 원소를 생성한다. 그리고 생성된 실리콘 원소는 실리콘 코어 로드부(140)의 표면에서 다결정 형태로 석출되어 폴리실리콘이 제조된다.
다만, 모노실란을 실란원료로 사용하는 본 발명의 경우, 상기의 반응 중 더스트를 발생시키게 되는데, 발생된 더스트는 종형 반응부(110) 내부에서 정체 또는 순환하며, 실리콘 코어 로드부(140)의 표면을 불균질하게 한다.
이러한 더스트는 챔버 간의 온도 차이 및 배출가스의 유동 흐름에 따라 종형 반응부(110)의 내측 상부로 이동하게 된다. 그리고 더스트 회수부(170)의 주변 온도 강하 작용에 따라 더스트 회수부(170) 표면 쪽으로 증착이 유도된다.
결과적으로, 더스트는 더스트 회수부(170)의 외연에 장착된 필터부(172)에 포집되어 회수된다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 폴리실리콘 제조장치에 따르면, 모노실란을 사용하는 종형 반응기 내에서 폴리실리콘 석출 반응 중 발생되는 더스트가 효과적으로 회수되며, 더스트의 존재로 인한 문제점이 해결될 수 있다.
그리고 종형 반응기의 하부 챔버 구조를, 분리가 용이한 구조로 개선함으로써, 장치의 유지, 관리, 보수, 세척 및 로드의 탈착 측면에서 유리하다.
지금까지 본 발명에 따른 더스트 회수 기능 및 세척 편의성이 향상된 폴리실리콘 제조장치에 관한 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 실시적인 변형이 가능함은 물론이다.
즉, 전술된 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 범위는 전술된 상세한 설명보다는 후술될 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 그 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 폴리실리콘 제조장치
110: 종형 반응부
120: 상부 챔버
130: 하부 챔버
140: 실리콘 코어 로드부
150: 전극부
160: 예열부
170: 더스트 회수부

Claims (10)

  1. 서로 다른 온도로 유지되는 상부 챔버 및 하부 챔버를 포함하여 형성되며, 원료가스를 공급받는 가스 투입구를 저부에 구비하고, 배출가스를 배출하는 가스 배출구를 상부에 구비하는 종형(bell-jar) 반응부;
    상기 하부 챔버의 바닥면을 수직 관통하여 형성되며, 서로 이격 배치되어 통전되는 제1전극 및 제2전극을 포함하여 형성되는 전극부;
    상기 제1전극 및 상기 제2전극 사이의 통전을 위해 상호 간을 연결하여 형성되되, 통전 시 전기저항 가열되어 원료가스를 열분해하여 폴리실리콘을 석출하는 실리콘 코어 로드부;
    상기 실리콘 코어 로드부가 전기저항 가열되기까지 비저항을 낮추도록 예열하는 예열부; 및
    상기 상부 챔버의 내측 상단에 구비되어 더스트(dust)를 회수하는 더스트 회수부;를 포함하는 폴리실리콘 제조장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 더스트 회수부는,
    상기 상부 챔버의 내측 상단에서 상기 가스 배출구에 대면하도록 수평 방향으로 배치되되, 냉각수가 순환하는 내부채널을 구비하여, 상기 내부채널 주변으로 저온 영역을 형성함에 따라 더스트의 증착을 유도하는 열교환기인 것을 특징으로 하는 폴리실리콘 제조장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 더스트 회수부에 의해 형성되는 저온 영역의 유지 온도는 15 ~ 25℃인 것을 특징으로 하는 폴리실리콘 제조장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 더스트 회수부는,
    외연을 둘러 감싸며 결합되어 증착된 더스트를 걸러 포집하는 필터부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 폴리실리콘 제조장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 필터부는,
    상기 더스트 회수부의 외연에 탈부착 가능한 형태로 이루어지는 것을 특징으로 하는 폴리실리콘 제조장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 필터부는,
    메쉬(mesh) 형상, 엠보싱(embossing) 형상, 코러게이트(corrugate) 형상 및 부정형의 표면요철 형상 중 어느 하나의 형상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 폴리실리콘 제조장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 상부 챔버는,
    상기 하부 챔버에 비해 낮은 온도로 유지되는 것을 특징으로 하는 폴리실리콘 제조장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 상부 챔버는 25 ~ 35℃의 온도로 유지되며, 상기 하부 챔버는 35~70℃의 온도로 유지되는 것을 특징으로 하는 폴리실리콘 제조장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 예열부는,
    상기 하부 챔버 저부를 통해 열매체가 유입되는 열매체 유입라인;
    상기 하부 챔버 저부를 통해 유입된 열매체가 순환되고 유출되는 열매체 유출라인; 및
    상기 열매체 유입구 및 상기 열매체 유출구 사이를 순환하는 열매체가 상기 실리콘 코어 로드부를 가열하도록, 상기 실리콘 코어 로드부 주변으로 수직 유로를 형성하는 열교환 재킷(jacket);을 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리실리콘 제조장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 열교환 재킷 사이의 격벽은 일체형 구조로 형성되며,
    상기 열매체 유입라인 및 상기 열매체 유출라인은 분리되어 탈거 가능한 구조로 이루어지는 것을 특징으로 하는 폴리실리콘 제조장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103898475A (zh) * 2014-04-21 2014-07-02 清远先导材料有限公司 一种多腔室石墨沉积装置及化学气相沉积炉
CN103964443A (zh) * 2013-02-05 2014-08-06 六九硅业有限公司 一种cvd反应器
EP3178964A1 (en) 2015-12-09 2017-06-14 OCI Company Ltd. Cvd apparatus
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