KR20130057424A

KR20130057424A - 열복사 차폐체를 포함하는 지멘스 반응기용 벨 자

Info

Publication number: KR20130057424A
Application number: KR1020127026652A
Authority: KR
Inventors: 기안루카 파자글리아; 마테오 푸마갈리; 밀린드 쿨카니
Original assignee: 엠이엠씨 일렉트로닉 머티리얼스 쏘시에떼 퍼 아찌오니
Priority date: 2010-04-12
Filing date: 2010-09-10
Publication date: 2013-05-31
Also published as: US20110250366A1; TW201142923A; JP2013523596A; CN102869608A; WO2011128729A1; EP2558411A1

Abstract

화학 기상 증착 공정을 통해 복수의 가열된 실리콘 로드 상에 다결정 실리콘을 퇴적하기 위해 사용되는 종류의 지멘스 반응기용 벨 자. 벨 자는 그 안에 복수의 가열된 실리콘 로드를 수용하도록 적응된 내부 공간을 적어도 부분적으로 정의하는 내부 표면을 갖는 열전도성 내벽을 포함한다. 열복사 차폐체는, 일반적으로 내벽의 내부 표면과 인접하고 반대의 관계에 있는 내부 공간 내에 존재한다. 열복사 차폐체는 벨 자의 내부 공간 내의 복수의 가열된 실리콘 로드로부터 방출된 열복사에 실질적으로 불투과성이다.

Description

열복사 차폐체를 포함하는 지멘스 반응기용 벨 자{BELL JAR FOR SIEMENS REACTOR INCLUDING THERMAL RADIATION SHIELD}

이 단락은 하기 서술되고/서술되거나 청구된, 본 출원의 다양한 측면과 관련있을 수 있는 기술의 다양한 측면을 독자에게 소개하고자 외도된다. 이러한 논의는 독자에게 본 발명의 다양한 측면에 대해 더 나은 이해를 용이하게 하기 위한 배경 정보를 제공하는데 유용할 것으로 여겨진다. 따라서, 이러한 서술은 선행 기술의 인용으로서가 아닌, 상기 관점에서 읽히는 것으로 이해되어야 한다.

고순도 다결정 실리콘(폴리실리콘)은 전기적 성분 및 태양 전지의 제조를 위한 출발 재료이다. 이는 실리콘 소스 가스를 수소와 열분해 또는 환원시킴으로써 수득된다. 이러한 공정은 당업자에게 화학 기상 증착(CVD)로서 알려져 있다. 폴리실리콘은 소위 지멘스 반응기내에서 생성될 수 있다. 상기 CVD 반응기 내에서 원소 실리콘의 화학 기상 증착은 실리콘 로드(rod), 소위 가는 로드 상에서 일어난다. 로드는 지멘스 반응기의 금속 벨 자(bell jar) 내에 배치되며 전류원과 전기적으로 연결된다. 상기 로드는 전류가 로드에 공급될 때 저항 가열을 통해 1000 ℃ 보다 더 높게 가열된다. 수소 및 실리콘 소스 가스, 예를 들어 트리클로로실란을 포함하는 반응 가스가 벨 자로 도입된다. 가스 혼합물이 로드 표면과 접촉할 때 도전성 열 전달에 의해 가스 혼합물이 가열되어, 실리콘 로드 표면상에서 CVD 반응이 일어난다.

로드에서 열 에너지로 변환되는 대부분의 전기 에너지는 로드의 고온으로 인해 로드 표면으로부터 복사된다. 각 로드로부터의 열복사의 일부는, 인접한 로드로 입사하게 되고 로드에 의해 흡수되어, 로드의 가열에 기여하게 된다. 반응 가스는 열복사에 대해 투과성이며, 따라서, 열복사의 에너지는 반응 가스로 전달되지 않는다. 대신, 대부분의 열복사는 지멘스 반응기의 벨 자의 금속 벽에 도달한다. 금속 벽은 입사된 열복사의 적어도 일부를 흡수한다. 금속 벽에서의 열은 대류에 의해 금속 벽을 둘러싼 냉각 채널을 통해 흐르는 액체에 전달된다. 금속 벽으로부터의 열 전달은 벽의 부식을 방지하고, 가압하에서 벽을 기계적으로 안정화하고, 벽상의 실리콘 증착을 억제한다.

한 측면에서, 화학 기상 증착 공정을 통해 복수의 가열된 실리콘 로드상에 다결정 실리콘을 퇴적하기 위해 사용되는 종류의 지멘스 반응기용 벨 자는, 일반적으로 복수의 가열된 실리콘 로드를 그안에 수용하도록 적응된 내부 공간을 적어도 일부 정의하는 내부 표면을 갖는 열 도전성 내벽을 포함한다. 내부 공간 내의 열복사 차폐체(shield)는 일반적으로 내벽의 내부 표면과 인접하고 반대의 관계에 있다. 열복사 차폐체는 벨 자의 내부 공간 내의 복수의 가열된 실리콘 로드로부터 방출된 열복사에 실질적으로 불투과성이다.

다른 측면에서, 화학 기상 증착 공정을 통해 복수의 가열된 실리콘 로드 상에 다결정 실리콘을 퇴적하기 위해 사용되는 종류의 지멘스 반응기용 벨 자내에 복사 차폐체를 구축하는 방법은, 일반적으로, 벨 자 내벽의 내부 표면 주위의 적어도 하나의 행에 복수의 장착 부재를 제공하는 단계를 포함한다. 내벽의 내부 표면은 복수의 가열된 실리콘 로드를 수용하도록 적응된 벨 자의 내부 공간을 적어도 부분적으로 정의한다. 복수의 열복사 차폐 부재를 장착 부재 상에 장착하여 열복사 차폐 부재가 벨 자 내벽의 내부 표면 주위에서 서로에 대해 나란히 배열되도록 한다. 열복사 차폐 부재는, 화학 기상 증착 공정 중에 벨 자 내부 공간 내의 복수의 가열된 실리콘 로드로부터 방출된 열복사에 대해 실질적으로 불투과성이다.

또다른 측면에서, 지멘스 반응기의 벨 자의 내부 공간 내의 가열된 실리콘 로드에 의해 방출된 열복사로 인한 지멘스 반응기 내에서의 열 손실을 감소시키는 방법은, 지멘스 반응기의 벨 자의 내부 공간 내에 배치된 실리콘 로드에 전기 에너지를 공급하는 단계를 일반적으로 포함한다. 실리콘 로드는 전기 에너지를 열 에너지로 변환시켜서, 실리콘 로드가 열복사를 방출한다. 실리콘 로드로부터 방출된 열복사는, 벨 자의 내부 공간내의 열복사 차폐체를 이용하여 반사 및 흡수된다. 열복사 차폐체는 벨 자의 내벽에 대해 반대의 관계로 고정된다. 열복사 차폐체는 실리콘 로드로부터 방출된 열복사에 실질적으로 불투과성이다.

상술한 측면들과 관련하여 주목되는 특징(feature)의 다양한 개선이 존재한다. 추가의 특징도 또한 상술한 측면에 통합될 수 있다. 이러한 개선 및 추가의 특징들은 개별적으로 또는 임의의 조합으로 존재할 수 있다. 예를 들어, 임의의 예시된 실시예와 관련하여 하기 논의된 다양한 특징은, 임의의 상술한 측면에 단독으로, 또는 임의의 조합으로 통합될 수 있다.

도 1은 지멘스 반응기용 변경된 벨 자의 실시예의 전방 정면도.
도 2는 도 1의 2-2 선을 따라 취한 변경된 벨 자의 종방향 단면도.
도 3은 벨 자에서 차폐 부재가 제거된, 도 2 의 종방향 단면도의 확대된 부분도.
도 4는 도 2의 종방향 단면의 확대된 부분도.
도 5는 벨 자의 내벽에 고정된 행거(hanger)를 예시하는 도 3의 확대된 부분도.
도 6은 벨 자의 열복사 차폐 부재의 전면도.
도 7은 도 5의 열복사 차폐체의 말단 정면도.

이제 도면, 특히 도 1-3과 관련하여, 지멘스 반응기용 벨 자의 한 실시예는 개괄적으로 10으로 나타낸다. 본 출원에서 사용된 바와 같이, 용어 "지멘스 반응기"는 화학 기상 증착(CVD)에 의해 다결정 실리콘(폴리실리콘)을 생성하는데 사용되는 반응기를 지칭하기 위해 광범위하게 사용된다. 용어 "지멘스 반응기"는 임의의 특정 반응기 모델 또는 제조사에 한정되지 않는다. 벨 자(10)는, 일반적으로 원통형 및 열 도전성인 금속 내벽(12)을 포함한다(도 2 및 3). 내벽(12)은 개방 하부, 및 복수의 실리콘 로드(예를 들어 12-18 이하의 로드, 또는 36 이하의 로드, 또는 심지어는 54 이하의 로드)를 수용하기 위한 내부 공간(14)을 부분적으로 정의하는 내부 표면을 갖는다. 작동 중에, 실리콘 로드(미도시)는 반응기의 기저부 플레이트(미도시)상에 장착되고 내부 공간(14)으로 상향 연장된다. 당업계에 일반적으로 공지된 바와 같이, 실리콘 로드를 저항성 가열에 의해 1000 ℃ 이상의 온도까지 가열하기 위해 실리콘 로드는 전류원(미도시)에 전기적으로 연결된다.

벨 자(10)는 또한 내벽(12)의 상부 상에 일체로 형성된 돔-형태 최상부(top)(16)(도 2), 및 내벽(12) 및 돔-형태 최상부(16)의 외부 표면을 둘러싸며 적어도 부분적으로 도관(20)을 정의하는 냉각 자켓(18)을 포함한다.

이와 함께, 내벽(12) 및 돔-형태 최상부(16)는 내부 공간(14)을 정의한다. 당업계에 일반적으로 공지된 바와 같이, CVD 공정 중에 사용되는, 실란, 클로로실란, 수소 및 염화 수소와 같은 반응 가스가 하나 이상의 가스 주입구(미도시)를 통해 내부 공간(14)으로 도입된다. CVD 공정중에 실리콘 로드 상에 퇴적되지 않은 가스는 가스 배출구(미도시)를 통해 내부 공간에서 제거된다. 냉각 자켓(18)은 하나 이상의 주입구(미도시) 및 하나 이상의 배출구(미도시)를 포함한다. 냉각 액체의 소스(미도시)는 도관(20)으로 액체를 연속적으로 전달하기 위해 냉각 자켓(18)의 주입구에 유동적으로 연결될 수 있다. 당업계에 일반적으로 공지된 바와 같이, 도관(20) 내의 흐르는 냉각 액체는 내부 금속벽(16)과 열 접촉 상태이어서, 내벽에 의해 흡수된 임의의 입사 열복사는, 강제적인 대류 열전달에 의해 냉각 액체로 전달되고 CVD 공정에 기여하지 않고 반응기에서 제거된다.

도 2-5 와 관련하여, 변경된 벨 자(10)는 또한 내부 공간(14) 내에 일반적으로 30으로 나타낸 열복사 차폐체를 포함한다. 열복사 차폐체(30)는 내벽(12) 상에 장착된 복수의 차폐 부재(32)를 포함한다. 예시된 실시예에서, 차폐 부재(32)는 상부 및 하부 행들로 나란히 배열된, 일반적으로 길쭉하고 얇은 플레이트 또는 평판(slab)의 형태이다(도 2). 한 실시예에서, 차폐 부재(32)는 실리콘으로 형성될 수 있다. 실리콘으로 형성된 차폐 부재(32)는 CVD 공정 중에 실리콘 로드를 오염시키지 않을 것이라고 여겨진다. 또한, 수차례의 일괄 사이클(batch cycle) 동안 실리콘 차폐 부재(32)를 사용한 후에, 차폐 부재는 식각과 같은 후처리 후에 저급 실리콘 제품으로서 판매되거나 재활용될 수 있다. 일례에서, 차폐 부재(32)는 초크랄스키 성장과 같은 적절한 공정을 통해 성장된 준-단결정 로드로부터 절단될 수 있다. 다른 실시예에서, 차폐 부재(32)는 실리콘 옥사이드, 실리콘 카바이드, 실리콘 카바이드로 코팅된 탄소 복합 재료와 같은 다른 실리콘-함유 재료로부터 형성될 수 있다. 차폐 부재(32)는 또한 본 발명의 범위를 벗어남이 없이, 실리콘을 포함하지 않는 재료를 포함하여, 다른 재료로부터 형성될 수 있다.

차폐 부재(32)의 각각의 상부 및 하부 행들은 벨 자(10) 내벽(12)의 실질적으로 전체의 원주에 걸쳐 있고, 이와 함께, 상부 및 하부 행들은 벨 자(10)의 개방 하부 인근에서부터 벨 자의 돔-형태 최상부(16) 인근까지, 내벽의 실질적으로 전체의 높이를 따라 걸쳐 있다. 차폐체(30)는 내벽(12)의 내부 표면적의 적어도 대부분을 막거나 덮으며, 내벽의 내부 표면적의 적어도 약 80%, 및 좀더 적절하게는 내벽의 내부 표면적의 적어도 약 88%, 및 내벽 및 돔-형태 최상부(16)의 결합된 내부 표면의 약 67.5% 를 덮을 수 있다. 차폐체(30)는 본 발명의 범위를 벗어남이 없이, 다른 비율의 내벽(12)의 내부 표면적을 막거나 덮을 수 있다. 또한, 다른 실시예에서, 차폐체(30)는 또한 돔-형태 최상부(16)의 일부 또는 대부분을 막거나 덮을 수 있다.

예시된 실시예에서(도 2-4), 차폐 부재(32)는, 내벽(12)의 내부 표면에 고정된, 개괄적으로 36으로 나타내는 행거(광범위하게는 장착 부재) 상에 장착된다. 예시적 실시예에서, 각 행거(36)는, 내벽(12)으로부터 내부 공간(14)의 중심을 향하여 연장된 몸체 부재(36a), 및 몸체 부재의 말단부에 고정되며 몸체의 상부 표면을 지나 상향 돌출되어 상부 립(lip)(40)을 정의하는 플랜지 부재(36b)를 포함하는 투피스 조립체(two-piece assembly)이다. 예시적 실시예에서, 각 행거(36)는 용접되거나 그렇지 않으면 내벽(12)에 고정되는 금속 고리(44)에 (볼트(42)를 통해) 볼트 접합된다.

도 5와 관련하여, 각각의 예시된 고리(44)는, 행거를 고리상에 위치시키고 행거에 추가적인 내력 지지를 제공하기 위해, 행거(36)의 몸체 부재(36a) 내에 형성된 상응하는 그루브(groove)(46) 내에 수용된 선반(ledge)(45)을 포함한다. 행거(36)는 다른 구성일 수 있으며, 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 다른 방법으로 내벽(12)에 구축 및 고정될 수 있다.

각 차폐 부재(32)는, 행거(36)중 하나를 수용하도록 크기가 정해지고 성형된 개구부(48)를 그의 상부에 갖는다. 특히, 개구부(48)는 차폐 부재(32)가 행거(36)의 상부 립(40) 상에서 및 상부 립(40)을 지나서 이동하는 것이 가능하도록 크기가 정해지고 성형된다. 상부 립(40)은 차폐 부재(32)가 행거(36)에서 의도하지 않게 미끄러지는 것을 억제하는 정지부(stop)으로서 작용하며; 행거(36)로부터 차폐 부재를 제거하기 위해서는, 차폐 부재(32)가 위쪽으로 들어올려진 다음 내부 공간(14)의 중심을 향하여 안쪽으로 이동되어야 한다. 행거(36)의 몸체 부재(36a)가 개구부(48) 내에 수용된 채, 개구부(48)를 부분적으로 정의하는 상부 주변부 여백은 몸체 부재의 상부 표면 상에 놓여진다.

예시된 실시예에서, 상부 및 하부 레일 또는 플랫폼(50)은 용접 등에 의해 내벽(12)에 고정되고 내벽 원주 주위에 걸쳐 있다. 차폐 부재(32)의 하부는, 차폐 부재에 추가의 지지를 제공하고, 벨 자(10)가 이동할 때, 특히 반응기로부터 로드를 제거하기 위해 벨 자를 위로 들어올릴 때 차폐 부재가 인접한 차폐 부재를 치지 않도록 하기 위해 각각의 플랫폼(50)상에 놓여진다. 예시된 실시예에서, 하부 플랫폼(50)은 그의 상부 표면 내에 차폐 부재의 하부가 수용되는 리세스(recess) 또는 그루브(51)를 갖는다. 도시하지는 않았지만, 상부 플랫폼(50)도 또한 그루브를 가질 수 있다. 대안적으로, 두 플랫폼 모두 실질적으로 편평한 상부 표면, 또는 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 다른 윤곽을 가질 수 있다. 한 실시예에서, 차폐 부재(32)는 각 행거(36)에 걸려 있고 각 플랫폼(50) 상에 놓여 있어서, 차폐 부재가 내벽(16)으로부터 이격된다(즉, 접촉하지 않는다). 다른 예에서, 벨 자(10)는 하나 이상의 플랫폼(50)을 포함하지 않을 수 있고 따라서 차폐 부재(32)는 헹거(36)에 자유롭게 걸릴 수 있다. 예를 들어, 상부 플랫폼(50)이 생략될 수 있다.

도 3 에서 가장 잘 도시한 바와 같이, 차폐 부재(32)가 각각의 행거(36)상에 걸리는 경우, 각 차폐 부재 내에서 개구부(48)를 부분적으로 정의하는 하부 주변부 여백은 상응하는 행거(36)의 하부 표면으로부터 이격된다. 즉, 각 개구부(48)의 치수는 행거(36)의 몸체부(36a)와, 개구부를 정의하는 하부 주변부 여백 사이에 슬랙(slack) 또는 팽창 갭(52)이 존재하도록 된다. 팽창 갭(52)의 크기는 CVD 공정중의 열팽창으로 인해 차폐 부재(32)가 행거(36)에 대해 종방향으로 이동할 수 있도록 하기에 적합하다. 열팽창 도중 차폐 부재(32)의 종방향 이동이 가능함으로써, 행거(36) 및 플랫폼(50) 사이의 비좁고 고정된 공간으로 인해 차폐 부재 상에서 종방향 압축 하중이 작용하는 것이 억제된다. 또한, 하부 행의 차폐 부재(32) 상에서 종방향 압축 하중이 작용하는 것을 억제하기 위해, 열팽창 도중에 차폐 부재가 상부 플랫폼에 대해 가압하는 것을 억제하도록 하부 행의 차폐 부재의 상부는 상부 플랫폼(50)으로부터 적당한 거리로 이격될 수 있다. 또한, 차폐 부재(32) 상의 횡방향 압축 하중을 억제하기 위해, 열팽창 도중에 차폐 부재가 횡방향으로 인접한 차폐 부재에 대해 가압하거나 압착하는 것을 피하도록 각 행의 인접한 차폐 부재는 서로 적절한 거리로 횡방향으로 이격될 수 있다.

차폐 부재(32)의 총 갯수 및 치수, 및 벨 자(10) 내에서의 차폐 부재의 배열(예를 들어 단일 행을 포함한 행의 수)은 특정 반응기를 위한 벨 자의 크기에 따라 달라진다. 예시적 실시예에서, 벨 자(10)는 한번의 CVD 공정중에 12-18 개의 실리콘 로드를 처리하도록 크기가 정해지고 성형된다. 상기와 같은 벨 자(10)에서 및 도시한 바와 같이, 열복사 차폐체(30)는 적절하게는 두 행의 차폐 부재(32)(즉, 상부 행 및 하부 행)를 포함할 수 있다. 12-18 개의 로드를 위해 크기가 정해지고 성형된 벨 자(10)의 한 예는 각 행에 32개의 차폐 부재(32)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 벨 자(10)에서, 각 차폐 부재(32)(도 5 및 6)는 약 900 mm 내지 약 1100 mm의 길이(L), 약 100 mm 내지 약 200 mm의 폭(W), 및 약 7 mm 내지 약 9 mm의 두께를 가질 수 있다. 다른 실시예에서, 차폐체(30)는 적절하게는 좀더 많거나 좀더 적은 행의 열 차폐 부재(32), 좀더 많거나 좀더 적은 수의 차폐 부재를 포함할 수 있으며, 각각의 차폐 부재는 더 짧거나 더 길고, 더 넓거나 덜 넓고, 더 두껍거나 더 얇을 수 있다.

반응기 작동 중에, 전기 에너지원으로부터의 전기 에너지를 벨 자(10)의 내부 공간(14) 내의 실리콘 로드에 인가한다. 실리콘 로드의 고유 전기 저항은 전기 에너지를 열 에너지 또는 열로 변환시킨다. 열 에너지는, 전도에 의해, 로드의 노출된 표면에 접촉하는 반응 가스에 전달되며, 이는 로드 표면 상에 폴리실리콘 퇴적물을 생성하기 위한 실리콘 로드 표면 상에서의 반응을 촉진한다. 대부분의 열 에너지는 열복사로서 로드 표면으로부터 방출된다. 하지만, 반응 가스는 열복사에 대해 투과성이므로, 상기 열 에너지는 가스에 직접 전달되지 않으며 가스의 가열에 기여하지 않는다. 열복사 차폐체(30)는 실질적으로 열복사에 불투과성이며, 그렇지 않았으면 금속 내벽(16)에 입사되었을, 가열된 실리콘 로드로부터 방출된 적어도 대부분의 열복사가 내벽에 도달하는 것을 억제한다.

열복사 차폐체(30)가 복수의 실리콘 차폐 부재(32)를 포함하는 실시예에서, 차폐체에 입사한 열복사의 약 80%가 차폐 부재에 의해 흡수되는 것으로 여겨진다. 이러한 수치는 실리콘의 복사율(emissivity)에 의해 결정되며, 문헌에 따르면 약 0.8 이다. 흡수된 열복사는 차폐 부재(32)의 내부 에너지를 증가시키는 경향이 있다. 따라서, 차폐 부재(32)는 내벽(12)을 향하는 것을 포함하여 모든 방향으로 그의 온도에 따라 열복사를 방출한다. 하지만, 차폐 부재(32)는 실리콘 로드보다 훨씬 온도가 낮으며, 따라서 차폐 부재로부터 입사된 열복사는 실리콘 로드로부터 입사된 열복사보다 더 적다. 따라서, 열복사 차폐체(30)를 포함하지 않는 비변경 벨 자(10)를 이용하는 것에 비해 더 적은 열이 냉각 자켓(18)에 의해 제거되어야 한다.

실리콘은 실질적으로 불투과성이므로(실리콘의 투과 계수는 무시할 정도임), 각각의 실리콘 차폐 부재(32)는 또한 약 20%의 입사 열복사를 실리콘 로드를 향해 다시 반사한다. 이어서 상기 반사된 복사는 로드에 열을 추가하기 위해 실리콘 로드에 의해 흡수될 수 있으며, 이번에는 로드의 표면에서 반응 가스에 열을 전도한다.

CFD 시뮬레이션에 기초하여, 실리콘 차폐체(30)는 내벽(16) 상에 입사되는 열복사를 반응기의 종류에 따라 약 30-48% 감소시킬 수 있다. 임의의 특정 이론에 결부됨이 없이, 차폐 부재(32) 상의 입사 열복사는 더 작은 반응기 내에서 더 강하므로, 열복사 차폐체는 더 작은 반응기(예를 들어, 12-18 로드 반응기) 상에서는 좀 더 큰 효과를 가질 수 있고 더 큰 반응기(예를 들어, 54 로드 반응기) 상에서는 더 적은 효과를 가질 수 있다. 이는, 보다 큰 반응기에 비하여, 열복사가 차폐체에 도달하는 것을 저해하는 실리콘 로드가 덜 존재하기 때문일 수 있다.

실리콘 차폐체(30)는 내벽(16) 상의 입사 열복사를 감소시키고 실리콘 로드를 향해 열복사를 다시 반사 및 방출시키므로, 열복사 차폐체는 지멘스 반응기의 에너지 효율을 증가시켜야 한다. CFD 시뮬레이션에 기초하여, 열복사 차폐체(30)를 갖는 변경된 벨 자(10)를 포함하는 지멘스 반응기 내에서 한번의 CVD 공정을 완료하는데 필요한 총 에너지는 지멘스 반응기의 비변경 벨 자를 이용한 CVD 공정에 비하여 약 20% 내지 약 30% 감소한다.

본 명세서는, 최적 실시예를 포함하는 예들을 이용하여, 본 발명을 개시하고, 또한 임의의 장치 또는 시스템을 제조 및 이용하며 임의의 관련된 방법을 수행하는 것을 포함하여 당업자가 본 발명을 실시할 수 있게 한다. 본 발명의 특허가능한 범위는 당업자에게 발생할 수 있는 다른 예들을 포함할 수 있다. 상기 다른 예들은 본 발명의 범위 내에 있음이 의도된다.

본 출원에서 예시 및 서술된 본 발명의 실시예에서 동작의 실시 또는 수행 순서는 달리 특정되지 않으면 필수적인 것은 아니다. 즉, 동작은 달리 특정되지 않으면 임의의 순서로 수행될 수 있고, 본 발명의 실시예는 본 출원에 개시된 것보다 추가의 또는 더 적은 동작을 포함할 수 있다. 예를 들어, 특정 동작을 다른 동작 전에, 다른 동작과 동시에, 또는 다른 동작 후에 실시 또는 수행하는 것은 본 발명의 측면의 범위 내에 있음이 고려된다.

본 발명의 요소 또는 그의 실시예를 도입할 때, 관사 "a", "an", "the" 및 "상기(said)" 는 하나 이상의 요소가 존재함을 의미하는 것이 의도된다. 용어 "포함하는(comprising)", "포함하는(including)" 및 "갖는(having)"은 포괄적인 것을 의도하며 제시된 요소 이외에 추가의 요소가 존재할 수 있음을 의미한다.

상기 구성에서 본 발명의 범위에서 벗어남이 없이 다양한 변경이 이루어질 수 있으므로, 상술한 서술내용에 포함되고 첨부된 도면에 도시된 모든 사항은 예시적인 것으로서 해석되어야 하며 제한되는 의미로 해석되지 않아야 함이 의도된다.

Claims

복수의 가열된 실리콘 로드(rod) 상에 화학 기상 증착 공정을 통해 다결정 실리콘을 퇴적시키기 위해 사용되는 종류의 지멘스 반응기용 벨 자(bell jar)로서,
상기 복수의 가열된 실리콘 로드들을 수용하도록 적응된 내부 공간을 적어도 부분적으로 정의하는 내부 표면을 갖는 열전도성 내벽;
상기 내벽의 상기 내부 표면에 일반적으로 인접하고 상기 내벽의 상기 내부 표면과 대향 관계에 있는 상기 내부 공간 내의 열복사 차폐체(thermal radiation shield) - 상기 열복사 차폐체는 상기 벨 자의 상기 내부 공간 내의 상기 복수의 가열된 실리콘 로드들로부터 방출된 열복사에 대해 실질적으로 불투과성이며, 상기 열복사 차폐체는 복수의 차폐 부재를 포함함 -; 및
상기 내벽의 상기 내부 표면에 고정된 복수의 행거
를 포함하며,
상기 복수의 차폐 부재는 상기 행거들 상에 분리가능하게 걸려있는 벨 자.
제1항에 있어서, 상기 차폐 부재들의 각각은 상기 행거를 수용하기 위한 개구부를 포함하는 벨 자.
제2항에 있어서, 각각의 행거는, 상기 벨 자의 상기 내부 공간 안쪽으로 돌출되고, 상기 행거로부터 상기 차폐 부재가 미끄러져 분리되는 것을 억제하도록 적응된 립(lip)을 그의 말단부에 포함하는 벨 자.
제2항에 있어서, 상기 개구부는, 상기 차폐 부재의 열팽창 중에 상기 차폐 부재가 상기 행거에 대해 종방향 이동이 가능하도록 크기가 정해지고 성형되는 벨 자.
제4항에 있어서, 상기 내벽의 상기 내부 표면에 고정되고, 상기 차폐 부재들의 각각의 하부를 지지하도록 적응된 플랫폼을 더 포함하는 벨 자.
제1항에 있어서, 상기 열복사 차폐체들은, 상기 내벽의 상기 내부 표면의 실질적으로 전체의 원주에 걸쳐 있는(spanning) 적어도 하나의 행에 배열된 벨 자.
제6항에 있어서, 상기 열복사 차폐체는 적어도 두 개의 수직으로 이격된 행에 배열되고, 각 행은 상기 내벽의 상기 내부 표면의 실질적으로 전체의 원주에 걸쳐 있고 상기 적어도 두 개의 행은 상기 내벽의 상기 내부 표면의 실질적으로 전체의 높이에 함께 걸쳐 있는 벨 자.
제6항에 있어서, 상기 차폐 부재의 각각은 실리콘으로 구성된 벨 자.
화학 기상 증착 공정으로 복수의 가열된 실리콘 로드 상에 다결정 실리콘을 퇴적하기 위해 사용되는 종류의 지멘스 반응기용 벨 자 내에 복사 차폐체를 구축하는 방법으로서,
상기 벨 자 내벽의 내부 표면 주위의 적어도 하나의 행에 복수의 장착 부재를 제공하는 단계 - 상기 내벽의 상기 내부 표면은 상기 복수의 가열된 실리콘 로드를 수용하도록 적응된 상기 벨 자의 내부 공간을 적어도 부분적으로 정의함 -;
상기 벨 자의 상기 내벽의 상기 내부 표면 주위에 복수의 상기 열복사 차폐 부재가 서로 나란히 배열되도록 상기 장착 부재들 상에 열복사 차폐 부재들을 장착하는 단계 - 상기 열복사 차폐 부재들은 화학 기상 증착 공정 중에 상기 벨 자의 상기 내부 공간 내의 상기 복수의 가열된 실리콘 로드로부터 방출된 열복사에 실질적으로 불투과성임 -
를 포함하는 복사 차폐체 구축 방법.
제9항에 있어서, 상기 복수의 장착 부재는 복수의 행거를 포함하며, 상기 복수의 열복사 차폐 부재를 장착하는 단계는 상기 복수의 열복사 차폐체를 상기 행거들 상에 분리가능하도록 거는 단계를 포함하는 복사 차폐체 구축 방법.
제10항에 있어서, 상기 차폐 부재들의 각각은 그를 통해 연장되는 개구부를 갖고, 상기 복수의 열복사 차폐체를 상기 행거들 상에 분리가능하도록 거는 단계는 상기 차폐 부재들의 상기 개구부들 내에 상기 행거들을 수용하는 단계를 포함하는 복사 차폐체 구축 방법.
제9항에 있어서,
상기 복수의 장착 부재 아래에, 상기 내벽의 상기 내부 표면 상에 플랫폼을 제공하는 단계; 및
상기 열복사 차폐 부재들이 상기 장착 부재들 상에 장착될 때 상기 플랫폼 상에 열복사 차폐 부재들의 하부들을 지지하는 단계
를 더 포함하는 복사 차폐체 구축 방법.
지멘스 반응기의 벨 자의 내부 공간 내의 가열된 실리콘 로드들에 의해 방출된 열복사에 기인한 상기 지멘스 반응기 내에서의 열손실을 감소시키는 방법으로서,
상기 지멘스 반응기의 상기 벨 자의 상기 내부 공간 내에 배치된 상기 실리콘 로드들에 전기 에너지를 공급하는 단계 - 상기 실리콘 로드들은 전기 에너지를 열 에너지로 변환하고, 그에 의해 상기 실리콘 로드들이 열복사를 방출함 -;
상기 벨 자의 상기 내부 공간 내의 열복사 차폐체를 이용하여 상기 실리콘 로드들로부터 방출된 열복사를 반사 및 흡수하는 단계 - 상기 열복사 차폐체는, 상기 벨 자의 내벽에 대해 대향 관계로 고정되어 있고, 상기 열복사 차폐체는 상기 실리콘 로드들로부터 방출된 열복사에 실질적으로 불투과성임 -
를 포함하는 열손실 감소 방법.
제13항에 있어서, 상기 내벽에 입사되는 입사 열복사를 약 30% 내지 약 48%만큼 감소시키는 단계를 더 포함하는 열손실 감소 방법.
제13항에 있어서, 상기 실리콘 로드들에 공급되는 총 전기 에너지를 상기 열복사 차폐체를 포함하지 않는 지멘스 반응기에 비해 약 20% 내지 약 30% 감소시키는 단계를 더 포함하는 열손실 감소 방법.