KR20130138232A - 실리콘 생산에 적합한, 기계적으로 유동화되는 반응기 시스템들 및 방법들 - Google Patents
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Abstract
기계적으로 유동화되는 시스템들 및 공정들은 실리콘의 효율적인, 비용 효율이 높은 생산을 허용한다. 미립자는 가열된 트레이 또는 팬에 제공될 수 있으며, 이는 반응 표면을 제공하기 위해 발진되거나 진동된다. 미립자는 트레이 또는 팬 내에서 아래도 이동하며 반응 물질이 바람직한 상태에 이를 때까지 반응 물질은 트레이 또는 팬 내에서 위로 이동한다. 배출된 가스들은 재활용될 수 있다.
Description
본 출원은 2010년 10월 7일에 출원된 미국 가 특허 출원 제 61/390,977호의 35 U.S.C. 119(e) 하에서의 이익을 주장하며, 그것은 여기에 참조로서 완전히 포함된다.
본 개시는 일반적으로 기계적으로 유동화되는 반응기들에 관한 것이며, 그것은 예를 들어 화학적 증기 증착을 통해, 폴리실리콘 같은, 실리콘 생산에 적합할 수 있다.
실리콘, 특히 폴리실리콘은 다양한 반도체 제품을 만드는 기본 물질이다. 실리콘은 광전 변환기들뿐만 아니라, 많은 통합된 회로 기술들의 기반을 형성한다. 고순도 실리콘에 대해 특별히 산업적으로 관심을 가진다.
폴리실리콘을 생산하기 위한 공정들은 화학 증기 증착 반응기 및 유동화되는 베드 반응기를 포함하여, 다른 유형의 반응 디바이스들 내에서 수행될 수 있다. 화학 증기 증착(CVD) 공정, 특히 지멘스(Siemens) 또는 "핫 와이어(hot wire)"의 다양한 측면은, 예를 들어 여러 가지의 미국 특허 또는 공개된 출원들에서 설명되었다(예를 들어, 미국 특허 제3,011,877; 3,099,534; 3,147,141; 4,150,168; 4,179,530; 4,311,545; 및 5,118,485호를 보시오).
실린과 트리클로로실란은 모두 폴리실리콘의 생산을 위해 공급재로 사용된다. 실린은 트리클로로실란보다 정제되기 쉬우므로 고순도의 공급재로 더 쉽게 사용 가능하다. 트리클로로실란의 생산은 붕소 및 인 불순물들을 유도하며, 그것들은 트리클로로실란 그 자체의 끓는점에 가까운 끓는점들을 구비하는 경향이 있으므로 제거하기가 어렵다. 실란 및 트리클로로실란 모두 지멘스-형 화학 증기 증착 반응기들 내에서 공급재로 사용되나, 트리클로로실란이 그러한 반응기들 내에서 더 일반적으로 사용된다. 반면, 실란은 유동화되는 베드 반응기들 내에서 폴리실리콘의 생산을 위한 공급재로 더 일반적으로 사용된다.
실란은 화학 증기 증착 또는 유동화되는 베드 반응기들 중 어느 하나를 위한 공급재로 사용될 때 단점이 있다. 지멘스-형 화학 증기 증착 반응기 내에서 실란으로부터 폴리실리콘을 생산하는 것은 그러한 반응기 내에서 트리클로로실란으로부터 폴리실리콘을 생산하는 것에 비해 전기에너지가 두 배까지 요구될 수 있다. 게다가, 지멘스-형 화학 증기 증착 반응기는 트리클로로실란에서 보다 실란으로부터 약 절반의 폴리실리콘만을 산출하므로 많은 자본 비용이 든다. 따라서, 실란의 더 높은 순도로부터 생기는 이점들은 지멘스-형 화학 증기 증착 반응기 내에서 실란으로부터 폴리실리콘을 생산하는 데 드는 더 많은 자본 및 작동 비용에 의해 상쇄된다. 이는 그러한 반응기들 내에서 폴리실리콘의 생산을 위한 공급재로서 트리클로로실란의 일반적인 이용을 이끌었다.
유동화되는 베드 반응기 내에서 폴리실리콘의 생산을 위한 공급재로서의 실란은 지멘스-형 화학 증기 증착 반응기들 내에서의 생산에 비해 전기 에너지 사용에 관하여 이점들이 있다. 그러나, 작동 비용 이점들을 상쇄시키는 단점들이 있다. 유동화되는 베드 반응기 사용에서, 공급재의 순도가 높을지라도 처리 그 자체는 더 질이 낮은 폴리실리콘 제품을 생기게 할 수 있다. 예를 들어, 폴리실리콘 먼지가 형성될 수 있어, 그것이 반응기 내에서 미립자 물질을 형성하는 것에 의해 작동을 방해할 수 있으며 또한 총 생산량을 감소시킬 수 있다. 게다가, 유동화되는 베드 반응기 내에서 생산된 폴리실리콘은 여분의 수소 가스를 포함할 수 있으며, 그것은 뒤이은 처리에 의해 제거되어야 한다. 추가적으로, 유동화되는 베드 반응기 내에서 생산된 폴리실리콘은 또한 유동화되는 베드 내의 마모 상태에 의해 금속 불순물들을 포함할 수 있다. 그러므로, 고순도의 실란은 쉽게 이용할 수 있으나, 반응기 중 어느 하나의 유형에서 폴리실리콘의 생산을 위한 공급재로서 그것의 이용은 언급된 단점들에 의해 제한될 수 있다.
화학 증기 증착 반응기들은 증기 또는 가스 형태로 존재하는, 제1 화학 종을 고체 물질로 변환하기 위해 사용될 수 있다. 증착은 제1 화학 종의 하나 이상의 제2 화학 종으로의 화학 변환에 관계될 수 있으며 일반적으로 관계되고, 제2 화학 종 중의 하나는 실질적으로 비-휘발성종이다.
화학 증착은 특정한 높은 온도로 기판을 가열하는 것에 의해 유발되며 그 온도에서 제1 화학 종이 하나 이상의 전술된 제2 화학 종과 접촉하여 파괴되고, 제2 화학 종 중의 하나는 실질적으로 비-휘발성종이다. 그렇게 형성되고 증착되는 고체는 부동의 로드 같이, 벌크 형태 상에 증착되거나, 비즈 또는 다른 미립자 같이, 이동 가능한 기판들 상에 증착되는 연속적인 고리 모양의 층들의 형태로 될 수 있다.
추가적인 성장을 위한 시드(seed)로 작용하는, 분해 반응의 바람직한 산물로 이루어지는 먼지, 그리고 또한 분해 반응의 바람직한 산물로 이루어지는 미리-형성된 비즈의 축적이, 제1 화학 종 및 일반적으로 제3 비-반응성 가스 화학 종으로 이루어지는 가스 흐름에 의해, 유동화되거나 부유되고, 먼지 및 비즈가 제2 화학 종 중의 하나가 증착되는 기판으로 작용하는 유동체 베드 반응기 내에서 비즈는 일반적으로 생산되거나 성장된다.
이러한 시스템 내에서, 제3 비-반응성 화학 종은 두 가지의 핵심 기능을 수행한다. 첫째, 제3 비-반응성 종은 분해의 속도를 제어하기 위해 희석제로 작용하여 과도한 먼지, 잠재적인 산출량 감소가 분해 반응기 내에서 형성되지 않게 할 수 있다. 이러한 역할에서, 제3 비-반응성종은 보통 실질적으로 일반적인 종이다. 둘째, 제3 비-반응성 종은 먼지 및 비즈 베드를 유동화시키는 수단이다. 이를 수행하기 위해 이차적인 역할은 제3 비-반응성 가스 종의 큰 체적 유량을 요구한다. 큰 체적 유량은 높은 에너지 비용을 초래하고 유동화되는 베드 내부에서 마모 힘들에 의한 - 과도한 먼지 생성, 및 베드 밖으로 먼지를 부는 것에 의한 - 산출량 감소와 함께 문제점들을 발생시킨다.
여기에 설명된 것과 같이, 먼지, 비즈 또는 다른 미립자는 기계적으로 부유되거나 유동화되며, 그에 의해 제1 화학 종에 노출되고, 가스 흐름을 유동화시키기 위한 필요 조건이 불필요하다. 기계적인 부유, 또는 유동화는 기계적인 리프팅 디바이스에 의해 및/또는 진동하는 수직 및/또는 수평 방향으로 반복적인 운동량 전달에 의해 제1 화학 종에 미립자를 노출시키기 위해 작용한다. 운동량 전달은 기계적인 진동에 의해 발생되며, 먼지, 비즈 및/또는 다른 미립자는 가열되고 제1 화학 종과 접촉하여 가져와진다. 제1 화학 종의 분해에 의해 산출된 제2 화학 종은 부유되거나 유동화되는 먼지, 비즈 또는 다른 미립자 상에 증착된다. 따라서 먼지는 더 큰 미립자 또는 비즈로 변환된다. 종물(seeding material)로서의 이용을 위한 먼지는 제어된 마모에 의해 비즈로부터 생성될 수 있으며, 및/또는 먼지, 비즈 또는 다른 미립자의 별개의 공급원으로부터 시스템에 추가될 수 있다.
화학 증기 증착 반응기 시스템은 제1 가스상의 화학 종을 포함하는 가스에 다수의 먼지, 비즈 또는 다른 미립자의 표면을 실질적으로 노출시키기 위한 기계적인 수단, 상기 표면들과 접촉하여 가져와지는 제1 가스상의 화학 종이 상기 표면들 상에 제2 화학 종을 실질적으로 증착하고 화학적으로 분해하도록 충분히 높은 온도로 먼지, 비즈 또는 다른 미립자의 표면들 또는 먼지, 비즈 또는 다른 미립자를 가열시키기 위한 수단, 및 실질적으로 비-휘발성 종이고 근접하여 뜨거운 표면 상에 증착되기 쉬운, 하나 이상의 제2 화학 종에 가열 시 분해하는 그러한 화학 종으로부터 선택된 제1 가스의 공급원을 포함하는 것으로 요약될 수 있다. 제1 화학 종은 실란 가스(SiH4)일 수 있다. 제1 화학 종은 트리클로로실란 가스(SiHCl3)일 수 있다. 제1 화학 종은 디클로로실란 가스(SiH2C12)일 수 있다. 기계적인 수단은 진동 베드일 수 있다. 진동 베드는 편심 플라이휠, 압전 변환기 또는 음파 변환기 중의 적어도 하나를 포함할 수 있다. 진동 주파수는 1 및 4000 분당 사이클 사이의 범위일 수 있다. 진동 주파수는 500 및 3500 분당 사이클 사이의 범위일 수 있다. 진동 주파수는 1000 및 3000 분당 사이클 사이의 범위일 수 있다. 진동 주파수는 2500 초당 사이클일 수 있다. 진동의 진폭은 1/100 인치 및 4 인치 사이의 범위일 수 있다. 진동의 진폭은 1/100 인치 및 1/2 인치 사이의 범위일 수 있다. 진동의 진폭은 1/64 인치 및 1/4 인치 사이의 범위일 수 있다. 진동의 진폭은 1/32 인치 및 1/8 인치 사이의 범위일 수 있다. 진동의 진폭은 1/64 인치일 수 있다.
반응기 시스템은 내부 및 외부를 구비하는 격납 용기를 더 포함할 수 있으며, 기계적인 수단의 적어도 일부는 격납 용기의 내부 안에 위치된 진동 베드를 포함한다. 가열시키기 위한 수단은 격납 용기의 내부 안에 적어도 부분적으로 위치될 수 있다. 격납 용기의 내부는 제1 반응물 및 제3 비-반응성 종을 포함하는 가스로 채워질 수 있다. 격납 용기는 적어도 하나의 벽을 포함할 수 있으며, 적어도 하나의 벽은 격납 용기의 외부에 위치된 냉각 재킷 또는 공기 냉각 핀들에 의해 차갑게 유지될 수 있다. 냉각 매체는 냉각 재킷을 통해 흐를 수 있으며 제어된 온도 및 유량을 구비할 수 있어 격납 용기의 내부 안의 가스의 온도는 바람직한 낮은 온도로 제어될 수 있다. 격납 용기의 내부에서 가스의 혼합 평균 온도는 30℃ 및 500℃ 사이에서 제어될 수 있다. 격납 용기의 내부에서 가스의 혼합 평균 온도는 50℃ 및 300℃ 사이에서 제어될 수 있다. 격납 용기의 내부에서 가스의 혼합 평균 온도는 100℃에서 제어될 수 있다. 격납 용기의 내부에서 가스의 혼합 평균 온도는 50℃에서 제어될 수 있다.
진동 베드는 편평한 팬을 포함할 수 있으며 그것으로부터 연장하는 적어도 하나의 외벽을 구비한다. 진동 베드는 가열될 수 있으며 편평한 표면일 수 있는 바닥 표면을 포함할 수 있다. 바닥 및 적어도 하나의 외벽은 컨테이너를 형성할 수 있으며 제2 종의 먼지, 비즈 또는 다른 미립자는 컨테이너 내부에 위치될 수 있다. 베드의 가열된 부분의 표면 온도는 100℃ 및 1300℃ 사이가 되도록 제어될 수 있다. 베드의 가열된 부분의 표면 온도는 100℃ 및 900℃ 사이가 되도록 제어될 수 있다. 베드의 가열된 부분의 표면 온도는 200℃ 및 700℃ 사이가 되도록 제어될 수 있다. 베드의 가열된 부분의 표면 온도는 300℃ 및 600℃ 사이가 되도록 제어될 수 있다. 베드의 가열된 부분의 표면 온도는 대략 450℃가 되도록 제어될 수 있다. 제1 종의 분해 속도는 표면 온도를 제어하는 것에 의해 제어될 수 있다.
산출된 비즈의 크기는 컨테이너의 외벽의 높이에 의해 제어될 수 있다. 더 큰 비즈는 외벽의 높이를 증가시키는 것에 의해 형성될 수 있으며, 더 작은 비즈는 외벽의 높이를 낮추는 것에 의해 형성될 수 있다. 베드는 전기적으로 가열될 수 있다.
격납 용기의 내부에서 가스의 압력은 7psig 및 200psig 사이가 되도록 제어될 수 있다.
격납 용기의 내부 안의 가스는 제1 반응물을 포함할 수 있으며 제3 비-반응성종이 격납 용기에 추가될 수 있고, 가스는 제1 반응물, 제3 비-반응성 희석제로 이루어질 수 있으며, 분해 반응에 의해 형성된 제2 종 중의 하나는 격납 용기로부터 배출될 수 있다. 제1 반응물 및 제3 비-반응성 종을 포함하는 가스는 격납 용기에 연속적으로 추가될 수 있으며, 제1 반응물로 이루어지는 가스, 제3 비-반응성 희석제, 및 분해 반응에 의해 형성된 제2 종 중의 하나는 격납 용기로부터 연속적으로 배출될 수 있다. 제1 반응물의 변환 정도는 격납 용기 내부의 증기 공간을 샘플링하는 것에 의해 연속적으로 감시될 수 있다. 제1 반응물 및 제3 비-반응성종을 포함하는 가스는 격납 용기로 배치식으로 추가될 수 있으며, 제1 반응물, 제3 비-반응성 희석제, 및 분해 반응에 의해 형성된 제2 종 중의 하나로 이루어지는 가스는 격납 용기로부터 배치식으로 배출될 수 있다. 제1 반응물의 변환 정도는 격납 용기 내부의 증기 공간을 샘플링하는 것에 의해, 및/또는 격납 용기 내의 압력 증가 또는 감소를 감시하는 것에 의해 연속적으로 감시될 수 있다. 격납 용기에 추가된 가스는 실란 가스(SiH4) 및 수소 희석제로 이루어질 수 있으며, 격납 용기로부터 배출된 가스는 비반응된 실란 가스, 수소 희석제, 및 분해 반응에 의해 형성된 수소 가스로 이루어질 수 있고, 베드에 추가된 먼지 및 비즈는 실리콘으로 이루어질 수 있다. 실란 가스의 분해는 더 큰 비즈를 형성하는 비즈 상에, 그리고 비즈를 형성하는 먼지 상에 증착하는 폴리실리콘을 생산할 수 있다.
비즈는 비드로부터 연속적으로 수확될 수 있으며, 수확된 비즈의 평균 크기는 컨테이너의 외벽의 높이를 조절하는 것에 의해 조절될 수 있다. 더 큰 크기의 비즈는 컨테이너의 외벽의 높이는 증가시키는 것에 의해 형성될 수 있으며, 더 작은 비즈는 컨테이너의 외벽의 높이를 낮추는 것에 의해 형성될 수 있다. 평균 비드 크기는 1/100 인치 직경 및 1/4 인치 직경 사이에서 제어될 수 있다. 평균 비드 크기는 1/64 인치 직경 및 3/16 인치 직경 사이에서 제어될 수 있다. 평균 비드 크기는 1/32 인치 직경 및 1/8 인치 직경 사이에서 제어될 수 있다. 평균 비드 크기는 1/8 인치 직경으로 제어될 수 있다.
격납 용기 내부의 가스의 압력은 5psia 및 300psia 사이에서 제어될 수 있다. 격납 용기 내부의 가스의 압력은 14.7psia 및 200psia 사이에서 제어될 수 있다. 격납 용기 내부의 가스의 압력은 30psia 및 100psia 사이에서 제어될 수 있다. 격납 용기 내부의 가스의 압력은 70psia로 제어될 수 있다. 격납 용기 내부의 가스의 압력은 배치 반응의 초기에 14.7psia로, 그리고 배치 반응의 끝에 28psia 내지 32psia로 조절될 수 있다.
제1 화학 종의 변환은 베드의 온도, 진동의 주파수, 진동의 진폭, 반응 또는 격납 용기 내의 제1 종의 농도, 반응 또는 격납 용기 내의 (예를 들어, 제1 종 및 희석제 같은) 가스의 압력 및 격납 용기 내부에서 가스의 머무름 시간을 조절하는 것에 의해 제어될 수 있다. 실란 변환은 베드의 온도, 진동의 주파수, 진동의 진폭, 및 격납 용기 내부에서 가스의 머무름 시간을 조절하는 것에 의해 제어될 수 있다. 실란 가스 변환은 20% 및 100% 사이에서 제어될 수 있다. 실란 가스 변환은 40% 및 100% 사이에서 제어될 수 있다. 실란 가스 변환은 80% 및 100% 사이에서 제어될 수 있다. 실란 가스 변환은 98%에서 제어될 수 있다.
외벽의 높이는 1/4 인치 및 15 인치 사이일 수 있다. 외벽의 높이는 1/2 인치 및 15 인치 사이일 수 있다. 외벽의 높이는 1/2 인치 및 5 인치 사이일 수 있다. 외벽의 높이는 1/2 인치 및 3 인치 사이일 수 있다. 외벽의 높이는 대략 2 인치일 수 있다.
전기 가열은 팬의 표면 아래에 위치된 저항의 가열 코일에 의해 수행될 수 있다. 저항의 가열 코일은 밀폐된 컨테이너 내부에 위치될 수 있다. 밀폐된 컨테이너는 팬의 아래쪽과 직접 접촉하는 측을 제외한 모든 측들 상에서 고립된다. 팬의 아래쪽은 가열 코일을 유지하는 밀폐된 컨테이너의 상측을 형성할 수 있다.
제1 가스상의 화학 종 및 희석제 가스를 포함하는 가스에 다수의 비즈의 표면을 실질적으로 노출시키기 위한 기계적인 수단 및 비즈 또는 비즈의 표면들을 가열시키기 위한 수단은 금속 또는 그래파이트 또는 금속 및 그래파이트의 화합물로 만들어질 수 있다. 금속은 316 SS 또는 니켈일 수 있다.
비즈의 형성 속도는 먼지의 형성 속도와 맞춰질 수 있다. 먼지의 형성 속도는 진동의 주파수, 진동의 진폭, 및 측면들의 높이를 조절하는 것에 의해 제어될 수 있다.
격납 용기로부터 배출된 수소는 연관된 실란 생산 공정들에서의 사용 또는 판매를 위해 회수될 수 있다. 비즈와 동반되거나 비즈를 포함하는 제2 화학 종 안에 포함되는 수소 가스의 여분의 농도는 격납 용기에 추가된 가스 내의 수소 희석제의 농도를 제어하는 것에 의해 제어될 수 있다. 수소 희석제의 농도는 0 및 90 몰 퍼센트 사이에서 제어될 수 있다. 수소 희석제의 농도는 0 및 80 몰 퍼센트 사이에서 제어될 수 있다. 수소 희석제의 농도는 0 및 90 몰 퍼센트 사이에서 제어될 수 있다. 수소 희석제의 농도는 0 및 50 몰 퍼센트 사이에서 제어될 수 있다. 수소 희석제의 농도는 0 및 20 몰 퍼센트 사이에서 제어될 수 있다.
팬으로부터 넘치는 비즈는 두 개 이상의 격리 밸브들 및 중간의 제2 격납 용기로 이루어지는 록 호퍼 메커니즘을 통해 격납 용기의 바닥으로부터 제거될 수 있다.
본 명세서 내에 포함되어 있음.
도면들에서, 동일한 참조 부호들은 유사한 요소들 또는 작용들을 나타낸다. 도면들에서 크기들 및 요소들의 상대적인 위치들은 반드시 치수로 그려지지 않는다. 예를 들어, 다양한 요소들의 형상들 및 각도는 치수로 그려지지 않으며, 이러한 요소들 중의 일부는 도면의 판독을 개선하기 위해 임의로 확대되거나 위치로 된다. 게다가, 도시된 것과 같이 요소들의 특별한 형상들은 특별한 요소들의 실질적인 형상에 관한 정보를 전달하도록 의도되지 아니하며, 오로지 도면들에서 인식을 쉽게 하기 위해 선택되었다.
도 1은 하나의 설명된 실시예에 따라, 실리콘의 마련에 유용한, 가압된 격납 용기, 격납 용기 내에 위치된 기계적으로 유동화되는 베드, 및 다양한 공급 라인들 및 출력 라인들을 포함하는 시스템의 일부 깨진 개략도이다.
도 2는 하나의 설명된 실시예에 따라 회전하는 타원형 베어링 또는 캠(들)을 통해 기계적으로 발진되거나 진동되는 기계적으로 유동화되는 베드의 등축의 다이어그램이다.
도 3은 다른 설명된 실시예에 따라, 많은 압전 변환기들을 통해 기계적으로 발진되거나 진동되는 기계적으로 유동화되는 베드의 단면도이다.
도 4는 다른 설명된 실시예에 따라, 많은 초음파 변환기들을 통해 기계적으로 발진되거나 진동되는 기계적으로 유동화되는 베드의 단면도이다.
도 1은 하나의 설명된 실시예에 따라, 실리콘의 마련에 유용한, 가압된 격납 용기, 격납 용기 내에 위치된 기계적으로 유동화되는 베드, 및 다양한 공급 라인들 및 출력 라인들을 포함하는 시스템의 일부 깨진 개략도이다.
도 2는 하나의 설명된 실시예에 따라 회전하는 타원형 베어링 또는 캠(들)을 통해 기계적으로 발진되거나 진동되는 기계적으로 유동화되는 베드의 등축의 다이어그램이다.
도 3은 다른 설명된 실시예에 따라, 많은 압전 변환기들을 통해 기계적으로 발진되거나 진동되는 기계적으로 유동화되는 베드의 단면도이다.
도 4는 다른 설명된 실시예에 따라, 많은 초음파 변환기들을 통해 기계적으로 발진되거나 진동되는 기계적으로 유동화되는 베드의 단면도이다.
다음의 설명에서, 특정 상세 사항은 다양하게 개시된 실시예들의 철저한 이해를 제공하도록 포함된다. 그러나, 관련된 기술에서의 당업자는 실시예들이 하나 이상의 이러한 특정 상세 사항들 없이, 또는 다른 방법들, 구성요소들, 물질들 등을 구비하여 실시될 수 있다는 것을 알 것이다. 다른 예시들에서, 혼합기들, 분리기들, 증발기들, 밸브들, 제어기들, 및/또는 재조합 반응기들의 내부 구조를 포함하나, 이에 한정되지 아니하는, 실리콘을 만들기 위한 시스템들과 연관된 공지된 구조들은 실시예들의 불필요하게 불명료한 설명들을 피하기 위해 상세히 설명되거나 도시되지 않는다.
내용에서 달리 요구되지 않는 한, 명세서 및 청구항 전반에서 "포함하다(comprise)"라는 단어 및 "포함하다(comprises)" 및 "포함하는(comprising)"과 같은 그것의 변형은 즉, "포함하나, 이에 한정되지 않는다"와 같이, 개방된, 포괄적인 의미로 해석된다.
이 명세서 전반에서 "일 실시예", 또는 "하나의 실시예", 또는 "다른 실시예", 또는 "일부 실시예들", 또는 "특정 실시예들"에 대한 참조는 실시예와 관련하여 설명된 특별한 지시 대상의 특징, 구조, 또는 특질이 적어도 하나의 실시예에 포함된다는 것을 의미한다. 그러므로, 이 명세서 전반에 걸쳐 다양한 위치들에서 "일 실시예에서", 또는 "하나의 실시예에서", 또는 "다른 실시예에서", 또는 "일부 실시예들에서", 또는 "특정 실시예들에서"라는 구문들의 등장은 반드시 모두 동일한 실시예를 참조하는 것이 아니다. 게다가, 특별한 특징들, 구조들, 또는 특질들은 하나 이상의 실시예들에서 적절한 방식으로 결합될 수 있다.
이 명세서 및 첨부된 청구항들에서 사용된 것과 같이 "하나의(a)", "하나의(an)" 및 "그(the)"라는 단수 표현들은 내용에서 달리 명백하게 명시하지 않는 한 복수의 지시대상을 포함한다. 그러므로, 예를 들어, 클로로실란에 대한 참조는 클로로실란의 단일의 종(species)을 포함하나, 또한 클로로실란의 다양한 종들을 포함할 수 있다. "또는(or)"이라는 용어는 또한 내용에서 달리 명백하게 명시하지 않는 한 "및/또는"을 포함하는 것으로 일반적으로 활용된다.
여기에 사용된 것과 같이, "실란"이라는 용어는 SiH4을 언급한다. 여기에 사용된 것과 같이, "실란들"이라는 용어는 일반적으로 실란 및/또는 그것의 파생어들을 언급하도록 사용된다. 여기에 사용된 것과 같이, "클로로실란"이라는 용어는 실란의 유도체(derivative)를 언급하며 하나 이상의 수소가 염소에 의해 치환되었다. "클로로실란"이라는 용어는 클로로실란의 하나 이상의 종을 언급한다. 클로로실란은 모노클로로실란(SiH3Cl 또는 MCS); 디클로로실란(SiH2Cl2 또는 DCS); 트리클로로실란(SiHCl3 또는 TCS); 또는 또한 실리콘 테트라클로라이드로 언급되는 테트라클로로실란(SiCl4 또는 STC)에 의해 예시된다. 실란의 녹는점 및 끓는점은 분자 내의 염소의 수와 함께 증가한다. 그러므로, 예를 들어, 실란은 표준 온도 및 압력에서 기체이며, 반면 실리콘 테트라클로라이드는 액체이다.
여기에서 사용된 것과 같이, 달리 구체화되지 않는 한, "염소"라는 용어는 원자 염소, 즉, Cl 형식을 구비하는 염소를 언급하며, 분자 염소, 즉, Cl2 형식을 구비하는 염소가 아니다. 여기에서 사용된 것과 같이, "실리콘"이라는 용어는 원자 실리콘, 즉 Si 형식을 구비하는 실리콘을 언급한다.
여기에서 사용된 것과 같이, "화학 증기 증착 반응기" 또는 "CVD 반응기"라는 용어는 지멘스-형 또는 "핫 와이어(hot wire)" 반응기를 언급한다.
달리 구체화되지 않는 한, "실리콘" 및 "폴리실리콘"이라는 용어는 여기에 개시된 방법들 및 시스템들에서 실리콘 제품을 언급할 때 여기에서 교환 가능하게 사용된다.
달리 구체화되지 않는 한, 여기에 퍼센트로 표현된 농도는 농도가 몰 퍼센트(mole percent)인 것을 의미하도록 이해된다.
여기에 제공된 방향들(headings)은 오직 편의를 위한 것이며 실시예들의 범위 또는 의미를 설명하는 것이 아니다.
도 1은 하나의 설명된 실시예에 따라, 기계적으로 유동화되는 베드 반응기 시스템(mechanically fluidized bed reactor system; 100)을 도시한다.
기계적으로 유동화되는 베드 반응기 시스템(100)은 미립자(예를 들어, 먼지, 비즈)를 기계적으로 유동화시키고, 열을 제공하며 원하는 반응(들)이 생성되는 기계적으로 유동화되는 베드 장치(mechanically fluidized bed apparatus; 102)를 포함한다. 또한 기계적으로 유동화되는 베드 반응기 시스템(100)은 하나 이상의 용기 벽들(110)에 대하여 외부(108)로부터 분리되는 내부(106)를 구비하는, 반응 용기(reaction vessel; 104)를 포함한다. 기계적으로 유동화되는 베드 장치(102)는 반응 용기(104)의 내부(106) 안에 위치될 수 있다. 기계적으로 유동화되는 베드 반응기 시스템(100)은 반응물 가스 공급 서브시스템(reactant gas supply subsystem; 112), 미립자 공급 서브시스템(particulate supply subsystem; 114), 배기 가스 회수 서브시스템(exhaust gas recovery subsystem; 116), 및 반응의 바람직한 산물을 수집하기 위한 반응된 산물 수집 서브시스템(reacted product collection subsystem; 118)을 포함한다. 기계적으로 유동화되는 베드 반응기 시스템(100)은 기계적으로 유동화되는 베드 반응기 시스템(100)의 다양한 다른 구조들 또는 요소들을 제어하기 위해 결합된 자동화된 제어 서브시스템(automated control subsystem; 120)을 더 포함할 수 있다. 이러한 구조들 또는 서브시스템들의 각각은 차례로, 이하에 설명된다.
기계적으로 유동화되는 베드 장치(102)는 바닥 표면(122a)을 구비하는 적어도 하나의 트레이(tray) 또는 팬(pan; 122), 트레이 또는 팬(122)의 바닥 표면(122a)을 적어도 가열하기 위해 열적으로 결합된 (도 1에서는 하나로만 지목되는) 적어도 하나의 가열 요소(124), 및 트레이(122)의 바닥 표면(122a)을 적어도 발진(oscillate)시키거나 진동(vibrate)시키기 위해 결합된 오실레이터(oscillator; 126)를 포함한다. 트레이(122)는 또한 트레이(122)의 바닥 표면(122a)으로부터 일반적으로 수직으로 연장하는, 외벽(perimeter wall; 122b)을 포함한다. 외벽(122b) 및 바닥 표면(122a)은 리세스(recess; 128)를 형성하여 바람직한 반응이 일어나게 될 물질(130)을 일시적으로 유지할 수 있다. 바닥 표면(122a), 및 가능한 외벽(122b)은 반응물 산물의 축적(buildup)에 의해 빨리 약화되지 않는 물질로 형성될 수 있다. 바닥 표면(122a), 및/또는 트레이(122)는 금속 또는 그래파이트(graphite) 또는 금속 및 그래파이트의 화합물로 형성될 수 있다. 금속은 예를 들어 316SS 또는 니켈의 형태를 취할 수 있다. 기계적으로 유도된 진동 또는 발진을 통한 베드의 유동화는 제1 반응성 종들이 베드 안으로 포함되고 뜨거운 먼지, 비즈, 또는 다른 미립자와 밀접하게 접촉하거나 가깝게 근접해 오도록 가져와지는 메커니즘이다. 여기에서 그리고 청구항들에서 사용된 기계적으로 유동화되는 베드라는 용어는 발진 또는 진동이 기계적, 자기적, 음파, 또는 다른 메커니즘을 통해 베드 또는 트레이에 결합되든지 결합되지 않든지 발진 또는 진동을 통한 미립자(예를 들어, 먼지, 비즈(beads) 또는 다른 미립자)의 유동화의 서스펜션(suspension)을 의미한다. 그것은 미립자를 통해 흐르는 가스에 의해 유발되는 유동화와 구별된다. 진동 및 발진이라는 용어, 및 그것의 파생어들(예를 들어, 진동하는, 발진하는)은 여기에 그리고 청구항들에서 교환 가능하게 사용된다. 게다가, 트레이 또는 팬이라는 용어들은 바닥 표면 및 기계적으로 유동화되는 베드를 일시적으로 유지할 수 있는 리세스를 형성하기 위해 그것으로부터 연장하는 적어도 하나의 벽을 구비하는 구조를 언급하기 위해 여기에 그리고 청구항들에 교환 가능하게 사용된다.
가열 요소(124)는 예를 들어, 제어 신호에 응답하여, 전류 공급원(132)으로부터 그것을 통하여 지나는 전류에 응답하여 열을 발생시키는 하나 이상의 발광 또는 저항 요소같이 다양한 형태를 취할 수 있다. 복사(radiant) 또는 저항 요소(들)는 예를 들어 전기 쿡 탑 스토브들(electric cook top stoves), 또는 수중 전열기들에서 공통적으로 발견되는 전기 코일들과 유사할 수 있다.
가열 요소(124)는 밀폐된 컨테이너 안에 둘러싸일 수 있다. 예를 들어, 복사 또는 저항 요소(들)는 모든 측들에서 둘러싸일 수 있다. 예를 들어, 열적 절연 물질(thermally insulating material; 134)은 바닥 표면(122a)에 가깝거나 트레이 또는 팬(122)의 바닥 표면(122a)을 형성하는 부분을 제외한 모든 측들에서 복사 또는 저항 요소(들)를 둘러쌀 수 있다. 열적 절연 물질은, 예를 들어 전기 복사 또는 저항 가열 요소들이 유리-세라믹 쿠킹 표면 아래에 위치되는 "유리 톱" 스토브들에서 사용되는 것과 유사한 유리-세라믹 물질(예를 들어 Li2O x Al2O3 x nSiO2-시스템 또는 LAS 시스템)의 형태를 취할 수 있다. 열적 절연 또는 절연 물질은 유리-세라믹과 다른 형태들을 취할 수 있다. 앞서 기술된 바와 같이, 열적 절연체는 트레이 또는 팬(122)의 바닥 표면(122a)을 형성하거나 아주 가까운 부분을 제외하고 밀폐된 컨테이너의 모든 측들 상에서 사용될 수 있다. 열 전달 메커니즘은 전도, 복사 또는 그것의 조합일 수 있다.
이하에 설명된 바와 같이, 제품이 반응할 때, 개별적인 부분들(130)의 질량 및/또는 부피는 증가할 수 있다. 뜻밖에도, 더 큰 부분들이 트레이 또는 팬(122) 내에서 위로 이동하는 동안, 더 작은 부분들은 아래로 이동한다. 일단 입자들(130)이 바람직한 크기에 도달했을 때, 입자들(130)은 외벽(122b) 위에서 진동할 수 있으며, 일반적으로 반응 용기(104) 내에서 아래로 떨어질 수 있다.
반응 용기(104)의 내부는 그것의 외부(108)에 비해 증가된 압력에서 유지되거나 상승될 수 있다. 그러므로 용기 벽(110)은 용기 벽(110)이 겪게 될 예상되는 작동 압력들을 견디도록 적합한 물질 및 두께로 될 수 있다. 추가적으로, 반응 용기(104)의 전체 형상은 그러한 예상되는 작동 압력들을 견디도록 설계되거나 선택될 수 있다. 더욱이, 반응 용기(104)는 충분한 안전 여유를 구비하여 반복되는 가압 사이클들을 견디도록 설계될 수 있다.
반응 용기(104)는 냉각 재킷(cooling jacket; 133)을 포함할 수 있으며 그 안에서 펌핑되는 적합한 냉각제 유체(coolant fluid; 135)를 구비할 수 있다. 추가적으로, 또는 그 대신에, 반응 용기는 외부(108) 안으로 열 분산을 위한 큰 표면적을 제공하는 (도 1에서는 하나로만 지목되는) 냉각 핀들(cooling fins; 137) 또는 다른 냉각 구조들을 포함할 수 있다.
반응물 가스 공급 시스템(112)은 반응 용기(104)의 내부(106)로 반응물 가스를 공급하기 위해 결합될 수 있다. 반응물 가스 공급 시스템(112)은 예를 들어 실란의 저장소(136)를 포함할 수 있다. 반응물 가스 공급 시스템(112)은 또한 수소의 저장소(138)를 포함할 수 있다. 분리된 저장소로 도시되었으나, 일부 실시예들은 실란 및 수소를 위해 결합된 저장소를 활용할 수 있다. 반응물 가스 공급 시스템(112)은 또한 하나 이상의 도관들(140), 혼합 밸브들(142), 흐름 조절 밸브들(144) 및 반응 용기(104)의 내부(106) 안으로 실란 및 수소를 공급하기 위해 작동 가능한 다른 구성요소들(예를 들어, 송풍기, 압축기)을 포함할 수 있다. 반응물 가스 공급 시스템(112)의 다양한 요소들은 제어 화살표들(즉, 꼬리에 위치된 ⓒ를 구비하는 하나로 향해진 화살표들)에 의해 가리켜진 것과 같이, 수동으로 또는 자동적으로 제어될 수 있다. 특히, 반응물 또는 제1 종들(예를 들어, 실란)에 대한 희석제(diluent)(예를 들어, 수소)의 비율이 제어된다.
미립자 공급 서브시스템(114)은 필요한 경우, 반응 용기(104)의 내부에 미립자를 공급할 수 있다. 미립자 공급 서브시스템(114)은 미립자(148)의 저장소(146)를 포함할 수 있다. 미립자 공급 서브시스템(114)은 미립자 저장소(146)로부터 반응 용기(104)의 내부(106) 안의 트레이 또는 팬(122)의 리세스(128)로 미립자(148)의 공급 또는 전달을 제어하도록 작동 가능한, 입력 록 호퍼(input lock hopper; 149)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 입력 록 호퍼(149)는 중간 격납 용기(intermediate containment vessel; 151), 중간 격납 용기(151)의 입구를 선택적으로 밀폐시키기 위해 작동 가능한 입구 밸브(153) 및 중간 격납 용기(151)의 출구를 선택적으로 밀폐시키기 위해 작동 가능한 출구 밸브(155)를 포함할 수 있다. 미립자 공급 서브시스템(114)은 추가적으로, 또는 그 대신에, 미립자 저장소(146)로부터 반응 용기(104)의 내부(106) 안의 트레이 또는 팬(122)의 리세스(128)로 또는 입력 록 호퍼(149)로 미립자(148)를 전달하기 위해 이송 서브시스템(conveyance subsystem; 150)을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 입력 록 호퍼의 중간 격납 용기(151)는 미립자의 저장소로서 역할을 할 수 있다. 어떠한 경우에, 반응기 또는 격납 용기(104)의 내부(106)에 제공되는 미립자의 양은 자동적으로 또는 수동으로 제어될 수 있다. 이송 서브시스템(150)은 다양한 형태들을 취할 수 있다. 예를 들어, 이송 서브시스템(150)은 하나 이상의 도관들 또는 송풍기들(blowers)을 포함할 수 있다. 송풍기들은 반응 용기(104)의 내부로 바람직한 양의 미립자(148)를 이동시키도록 선택적으로 작동될 수 있다. 그 대신에, 이송 서브시스템(150)은 기어, 클러치, 풀리, 및/또는 구동 벨트 같은 변속장치 및 전기 모터 같은 적합한 구동 메커니즘을 구비하는 이송 벨트를 포함할 수 있다. 그 대신에, 이송 서브시스템(150)은 오거(auger) 또는 다른 운송 메커니즘을 포함할 수 있다. 미립자는 다양한 형태들을 취할 수 있다. 예를 들어, 미립자는 먼지 또는 비즈로 제공될 수 있으며, 이는 바람직한 반응을 위한 시드(seed)으로 역할을 할 수 있다. 일단 시드가 뿌려지면, 트레이 또는 팬(122)의 기계적 발진 또는 진동은 추가적인 먼지를 생성할 수 있으며, 적어도 어느 정도 셀프 시딩(self seeding)이 될 수 있다.
배기 가스 회수 서브시스템(116)은 반응 용기(104)의 내부(106)와 유동적으로 결합되는 입구(160)를 포함한다. 배기 가스 회수 서브시스템(116)은 하나 이상의 도관들(162), 흐름 조절 밸브들(164), 및 반응 용기(104)의 내부로부터 배기 가스를 회수하는 다른 구성요소들(예를 들어, 송풍기, 압축기)을 포함할 수 있다. 배기 가스 회수 서브시스템(116)의 하나 이상의 구성요소들은 제어 신호들(꼬리에 위치된 ⓒ를 구비하는 하나로 향해진 화살표)에 의해 가리켜진 것과 같이, 수동으로 또는 자동적으로 제어될 수 있다. 배기 가스 회수 서브시스템(116)은 반응물 가스 공급 시스템(112)의 저장소(들)로 회수된 배기 가스를 반환할 수 있다. 배기 가스 회수 서브시스템(116)은 어떠한 조치 없이 저장소(들)로 직접적으로 회수된 배기 가스를 반환할 수 있으며, 또는 적절한 조치 후에 회수된 배기 가스를 반환할 수 있다. 예를 들어, 배기 가스 회수 서브시스템(116)은 퍼지 서브시스템(purge subsystem; 165)을 포함할 수 있다. 퍼지 서브시스템(165)은 배기 가스 흐름으로부터 일부 또는 모든 제2 종(예를 들어, 수소)을 퍼지할 수 있다. 이는 반응 동안 제2 종의 순생산량(net production)일 수 있으므로 유용할 수 있다. 예를 들어, 살린이 실리콘 안으로 분해될 때 수소의 순생산량일 수 있다.
반응된 산물 수집 서브시스템(118)은 기계적으로 유동화되는 베드 장치(102)의 트레이 또는 팬(122)으로부터 떨어지는 바람직한 반응 산물(170)을 수집한다. 반응된 산물 수집 서브시스템(118)은 트레이 또는 팬(122)보다 상대적으로 낮게 위치되고, 트레이 또는 팬(122)의 주변을 지나 결과적인 반응 산물(170)의 대부분이 잡히는 것을 보장하기 위한 충분한 거리로 연장하는 깔때기(funnel) 또는 슈트(chute)(172)를 포함할 수 있다. 적합한 도관(174)은 출력 록 호퍼(176)에 깔때기 또는 슈트(172)를 유동적으로 결합시킬 수 있다. 입구 흐름 조절 밸브(inlet flow regulating valve; 178)는 반응 용기(104)의 내부(106)로 출력 록 호퍼(output lock hopper; 176)의 입구(180)를 선택적으로 결합시키도록 (꼬리에 ⓒ를 구비하는 하나로 향해진 화살표에 의해 가리켜진 것과 같이) 제어 신호들을 통해 수동으로 또는 자동적으로 작동 가능하다. 출구 흐름 조절 밸브(outlet flow regulating valve; 182)는 출구(184)를 거쳐 출력 록 호퍼(176)로부터 반응된 산물을 선택적으로 제공하기 위해 (꼬리에 ⓒ를 구비하는 하나로 향해진 화살표에 의해 가리켜진 것과 같이) 제어 신호들을 통해 수동으로 또는 자동적으로 작동 가능하다. 중간 제2 격납 용기는 트레이 또는 팬(122)으로부터 넘쳐 흐르는 비즈 또는 미립자를 수집하게 위해 사용될 수 있다.
제어 서브시스템(120)은 100의 하나 이상의 다른 요소들을 제어하기 위해 통신 가능하게 결합될 수 있다. 제어 서브시스템(120)은 하나 이상의 센서들을 포함할 수 있으며 이것은 기계적으로 유동화되는 베드 반응기 시스템(100)의 하나 이상의 구성요소들의 작동 파라미터(parameter)를 나타내는 (꼬리에 위치된 원형 안에 T를 구비하는, 하나로 향해진 화살표들에 의해 가리켜지는) 센서 신호들을 발생시킨다. 예를 들어, 제어 서브시스템(120)은 트레이 또는 팬(122)의 바닥 표면(112a) 또는 그것의 내용물들(130)의 온도를 나타내는 신호 같이, 온도를 나타내는 신호들을 발생시키는 온도 센서(예를 들어, 열전대)(186)를 포함할 수 있다. 또한 예를 들어, 제어 서브시스템(120)은 (꼬리에 위치된 원형 안에 P를 구비하는, 하나로 향해진 화살표들에 의해 가리켜지는) 압력을 나타내는 센서 신호들을 발생시키기 위해 압력 센서(188)를 포함할 수 있다. 그러한 압력 신호들은 예를 들어 반응 용기(104)의 내부(106) 안의 압력을 나타낼 수 있다. 제어 서브시스템(120)은 또한 다양한 밸브들, 송풍기들, 압축기들, 및 다른 장비들과 결합된 센서들로부터 신호들을 수용할 수 있다. 그것은 유량, 온도, 압력, 진동 주파수, 밀도, 중량, 및/또는 크기와 같이 장비의 특별한 부분들 내에서 작동 특성들을 나타내는 및/또는 장비의 특별한 부분의 위치 또는 상태를 나타낼 수 있다.
제어 서브시스템(120)은 정의된 한 세트의 명령들 또는 로직(logic)에 따라 기계적으로 유동화되는 베드 반응기 시스템(100)의 하나 이상의 요소들을 자동적으로 제어하는 데 다양한 센서 신호들을 이용할 수 있다. 예를 들어, 제어 서브시스템(120)은 밸브(들), 히터(들), 모터들, 액추에이터들(actuators) 또는 변환기들(transducers), 송풍기들, 압축기들 등 같이 다양한 요소들을 제어하기 위한 제어 신호들을 발생시킬 수 있다. 그러므로, 예를 들어, 제어 서브시스템(120)은 하나 이상의 밸브들, 컨베이어들 또는 반응 또는 격납 용기의 내부에 미립자를 선택적으로 제공하기 위해 다른 운송 메커니즘들을 제어하기 위해 구성되고 통신적으로(communicatively) 결합될 수 있다. 또한 예를 들어, 제어 서브시스템(120)은 바람직한 유동화를 발생시키기 위해 트레이 또는 팬(122)의 진동 또는 발진의 주파수를 제어하도록 구성되고 통신적으로 결합될 수 있다. 제어 서브시스템(120)은 트레이 또는 팬, 도는 그것의 내용물의 온도를 제어하도록 구성되고 통신적으로 결합될 수 있다. 그러한 것은 복사 또는 저항 히터 요소(들)를 통한 전류의 흐름을 제어하는 것에 의해 이루어질 수 있다. 또한 예를 들어, 제어 서브시스템(120)은 반응 또는 격납 용기의 내부 안으로 반응물 가스의 흐름을 제어하도록 구성되고 통신적으로 결합될 수 있다. 그러한 것은 하나 이상의 밸브들, 예를 들어 솔레노이드들, 릴레이들(relays) 또는 다른 액추에이터들을 통해 제어하는 것에 의해 및/또는 하나 이상의 송풍기들 또는 압축기들을 제어하는 것에 의해, 예를 들어 연관된 전기 모터의 속도를 제어하는 것에 의해 이루어질 수 있다. 또한 예를 들어, 제어 서브시스템(120)은 격납 용기의 반응으로부터 배기 가스의 배출을 제어하기 위해 구성되고 통신적으로 결합될 수 있다. 그러한 것은 하나 이상의 밸브들, 댐퍼들(dampers), 송풍기들, 배출 팬들을 제어하기 위해 적합한 제어 신호들을, 하나 이상의 솔레노이드들, 릴레이들, 전기 모터들 또는 다른 액추에이터들을 통해 제공하는 것에 의해 이루어질 수 있다.
제어 서브시스템(120)은 다양한 형태들을 취할 수 있다. 예를 들어, 제어 서브시스템(120)은 하나 이상의 마이크로프로세서들 및 메모리들(예를 들어, RAM, ROM, 플래시, 스피팅 미디어(spinning media))을 구비하는 프로그래밍된 일반적인 목적의 컴퓨터를 포함할 수 있다. 그 대신에, 또는 추가적으로 제어 서브시스템(120)은 프로그래밍 가능한 게이트 어레이(programmable gate array), 주문형 반도체(application specific integrated circuit), 및/또는 프로그래밍 가능한 로직 제어기를 포함할 수 있다.
도 2는 회전하는 타원형 베어링 또는 하나 이상의 캠들(cams)(204)을 통해 기계적으로 발진되거나 진동되는 트레이 또는 팬(202)을 포함하는 기계적으로 유동화되는 베드(mechanically fluidized bed; 200)을 도시하며, 캠들은 하나의 도시된 실시예에 따라 동조될 수 있다.
트레이 또는 팬(202)은 바닥 표면(202a) 및 반응되는 물질을 일시적으로 유지하도록 리세스를 형성하기 위해 거기에 수직하게 연장하는 외벽(202b)을 포함한다. (파선으로 도시된) 많은 가열 요소들(206)은 트레이 또는 팬(202)을 통과하며 바닥 표면(202a), 및 바닥 표면(202a)과 접촉하는 내용물들을 적어도 가열시키기 위해 작동 가능하다.
트레이 또는 팬(202)은 (도 2에서 하나로 나타내지는) 하나 이상의 탄성 부재(resilient member; 210)에 의해 베이스(base; 208)로부터 부유될 수 있다. 탄성 부재들(210)은 트레이 또는 팬(202)이 베이스(208)에 대해 적어도 한 방향 또는 방향성으로 발진 또는 진동하게 한다. 탄성 부재들(210)은, 예를 들어 하나 이상의 스프링들의 형태를 취할 수 있다. 탄성 부재들(210)은 겔, 고무 또는 폼 고무의 형태를 취할 수 있다. 그 대신에, 트레이 또는 팬(202)은 하나 이상의 자석들(예를 들어, 영구 자석들, 전자석들, 철 요소들(ferrous elements))을 통해 베이스(208)에 결합될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 트레이 또는 팬(202)은 하나 이상의 와이어들, 케이블들, 스트링들(strings), 또는 스프링들을 통해 베이스(208)로부터 부유될 수 있다.
타원형 베어링 또는 캠(204)은 액추에이터, 예를 들어 전기 모터(212)를 통해 구동된다. 전기 모터(212)는 변속장치(transmission; 214)를 통해 타원형 베어링 또는 캠(204)에 구동 가능하게 결합될 수 있다. 변속장치(214)는 다양한 형태들을 취할 수 있으며, 예를 들어 하나 이상의 기어들, 풀리들, 벨트들, 구동 축들, 또는 타원형 베어링 또는 캠(204)에 전기 모터(212)를 물리적으로 및/또는 자기적으로 결합시키기 위한 자석들이 있다. 타원형 베어링 또는 캠(204)은 타원형 베어링 또는 캠(204)이 회전하면서 베드 또는 트레이(20)를 연속적으로 발진시킨다.
도 3은 다른 설명된 실시예에 따라, (도 3에서 두 개로 지목되는) 많은 압전 변환기들(piezoelectric transducers) 또는 액추에이터들(304)을 통해 기계적으로 발진되거나 진동되는 트레이 또는 팬(302)을 포함하는 기계적으로 유동화되는 베드(300)를 도시한다.
트레이 또는 팬(302)은 바닥 표면(302a) 및 그 안에 물질을 유지하기 위한 리세스를 형성하기 위해, 그것의 주변으로부터 수직하게 연장하는 외벽(302b)을 포함한다. (도 3에서는 하나로만 지목되는) 많은 가열 요소들(306)은 바닥 표면(302a)과 열적으로 결합되며 바닥 표면(302a)과 접촉하는 내용물들 및 바닥 표면(302a)을 적어도 가열하기 위해 작동 가능하다. 전술된 것과 같이, 가열 요소는 복사 요소들 또는 전기적 저항 요소들의 형태를 취할 수 있다. 그 대신에, 다른 요소들은 예를 들어 레이저들 또는 가열된 유체들을 이용하여 활용될 수 있다.
트레이 또는 팬(302)은 베이스(308)에 결합된다. 일부 실시예들에서 트레이 또는 팬(302)은 압전 변환기(304)를 통해서만 베이스(308)에 물리적으로 결합된다. 다른 실시예들에서, 트레이 또는 팬(302)은 하나 이상의 탄성 부재들(예를 들어, 스프링들, 겔들, 고무, 폼 고무들)을 통해 베이스(308)에 물리적으로 결합된다. 추가적인 실시예들에서, 트레이 또는 팬(302)은 하나 이상의 자석들(예를 들어, 영구 자석들, 전자석들, 철 요소들)을 통해 베이스(308)에 결합될 수 있다. 또 추가적인 실시예들에서, 트레이 또는 팬(302)은 하나 이상의 와이어들, 케이블들, 스트링들, 또는 스프링들을 통해 베이스(308)로부터 부유될 수 있다.
많은 압전 변환기들(304)은 트레이 또는 팬(302)에 물리적으로 결합된다. 압전 변환기들(304)은 압전 변환기들(304)이 베이스에 대해 트레이 또는 팬(202)을 발진 또는 진동하도록 하기 위해 변화하는 전류를 작용시키는 전류 공급원(310)에 전기적으로 결합된다. 전기 전류는 바람직한 발진 또는 진동 주파수를 획득하기 위해 제어될 수 있다.
도 4는 다른 설명된 실시예에 따라, (도 4에서 두 개로 지목되는) 많은 초음파 변환기들(ultrasonic transducers) 또는 액추에이터들(404)을 통해 기계적으로 발진되거나 진동되는 트레이 또는 팬(402)을 포함하는 기계적으로 유동화되는 베드(400)를 도시한다.
트레이 또는 팬(402)은 바닥 표면(402a) 및 그 안에 물질을 유지하기 위한 리세스를 형성하기 위해, 그것의 주변으로부터 수직하게 연장하는 외벽(402b)을 포함한다. (도 4에서는 하나로만 지목되는) 많은 가열 요소들(406)은 바닥 표면(402a)에 열적으로 결합되며 바닥 표면(402a)과 접촉하는 내용물 및 바닥 표면(402a)을 적어도 가열시키도록 작동 가능하다. 전술된 것과 같이, 가열 요소들(406)은 복사 요소들 또는 전기 저항 요소들의 형태로 취해질 수 있으며, 절연층(예를 들어, 유리-세라믹)에 의해 덮일 수 있다. 그 대신에, 다른 가열 요소들은 예를 들어 레이저들 또는 가열된 유체들을 이용하여 활용될 수 있다.
트레이 또는 팬(402)은 베이스(408)에 결합된다. 트레이 또는 팬(402)은 하나 이상의 탄성 요소들(410)(예를 들어, 스프링들, 겔들)을 통해서만 베이스(408)에 물리적으로 결합될 수 있다. 그 대신에, 트레이 또는 팬(402)은 하나 이상의 자석들(예를 들어, 자석들, 전자석들, 철 요소들)을 통해 베이스(408)에 결합될 수 있다. 또 추가적인 실시예에서, 트레이 또는 팬(402)은 하나 이상의 와이어들, 케이블들, 스트링들, 또는 스프링들을 통해 베이스(408)로부터 부유될 수 있다.
많은 초음파 변환기들(404)은 초음파 파동들을 발생시키기 위해 그리고 트레이 또는 팬(402) 또는 그것의 내용물들에 그러한 초음파 압력 파동들을 전파시키기 위해 작용 가능하다. 초음파 변환기들(404)은 트레이 또는 팬(402) 또는 베이스(408)에 대해 그것의 내용물을 발진 또는 진동시키기 위해 변화하는 전류를 작용시키는 전류 공급원(412)에 전기적으로 결합된다. 전기 전류는 바람직한 발진 또는 진동 주파수를 획득하기 위해 제어될 수 있다.
예시
제1 화학 종들은 실란 가스(SiH4); 트리클로로실란 가스(SiHCl3); 또는 디클로로실란 가스(SiH2C12)를 포함하는 다양한 형태들을 취할 수 있다. 그것은 반응 또는 격납 용기(104) 안으로 가스상의 형태로 제공될 수 있다.
제2 화학 종은 먼지, 비즈 또는 다른 미립자의 형태를 취할 수 있으며, 트레이 또는 팬에 의해 형성된 리세스 내에 위치될 수 있다. 외벽의 높이는 생성된 비즈 또는 다른 미립자의 크기를 효율적으로 제어할 수 있다. 특히, 트레이 또는 팬의 바닥 표면에 대해, 더 긴 외벽은 더 큰 비즈 또는 다른 미립자의 형성을 유발할 것이다. 외벽의 높이는 1/2 인치 및 15 인치 사이에 있을 수 있다. 1/2 인치 및 10 인치 사이; 1/2인치 및 5 인치 사이; 1/2인치 및 3 인치; 또는 대략 2 인치의 높이는 특히 이로울 수 있다.
제3 비-반응성 종(third non-reactive specie)은 반응물 또는 격납 용기(104)에 추가될 수 있다. 제3 비-반응성 종은 희석제로서 기능한다.
적어도 트레이 또는 팬의 바닥 표면은 가열될 수 있다. 100℃ 및 900℃ 사이의 범위의; 200℃ 및 700℃ 사이의 범위의; 300℃ 및 600℃ 사이의 범위의; 또는 대략 450℃에서의 온도들은 특히 적합할 수 있다. 제1 종의 분해 속도는 트레이 또는 팬의 바닥 표면의 온도를 제어하는 것에 의해 효과적으로 제어될 수 있다.
발진 또는 진동은 하나 이상의 축을 따르거나 하나 이상의 축에 대해 일어날 수 있다. 발진 또는 진동은 많은 주파수들 중 어느 것에든지 있을 수 있다. 특히 이로운 주파수들은 1 및 4000 분당 사이클 사이; 500 및 3500 분당 사이클 사이; 1000 및 3000 분당 사이클 사이; 또는 2500 초당 사이클을 포함할 수 있다. 발진 또는 진동의 다양한 크기들 또는 진폭들이 활용될 수 있다. 1/100 인치 및 1/2 인치 사이의; 1/64 인치 및 1/4 인치 사이의; 1/32 인치 및 1/8 인치 사이의; 또는 대략 1/64 인치의 진폭은 특히 이로울 수 있다.
반응 또는 격납 용기(104)의 내부(106) 안의 가스의 혼합 평균 온도(bulk temperature)는 제어될 수 있다. 30℃ 및 500℃ 사이의; 50℃ 및 300℃ 사이의 범위; 대략 100℃ 또는 대략 50℃에서 특히 이로울 수 있다.
반응 또는 격납 용기(104) 내부의 가스의 압력은 제어될 수 있다. 7psig 및 200psig 사이의 압력은 특히 이로울 수 있다. 5psig 및 300psig 사이의; 14.7psig 및 200psig 사이의; 30psig 및 100psig; 대략 70psig의 압력이 이로울 수 있다. 배치식 반응(batch reaction)의 초기에 반응 또는 격납 용기(104) 내부의 가스의 압력은 대략 14.7psig이도록 제어될 수 있으며, 배치식 반응의 끝에서는 대략 28psig 내지 32psig일 수 있다.
분해 반응에 의해 형성된 제2 종은 반응 또는 격납 용기(104)로부터 배출될 수 있다. 그러한 것은 배치식으로 또는 연속적으로 배치될 수 있다. 특히, 제1 종의 더 높은 밀도에 대해 제1 종(예를 들어, 실란)의 분해에서 형성된 제2 종(예를 들어, 수소)의 낮은 가스 밀도는 유동화되는 베드 또는 미립자로부터 제2 종의 결합 해제를 수월하게 한다. 이는 제1 종이 뜨거운 먼지, 비즈 또는 다른 미립자와 밀접하게 접촉하거나 가까이 근접하게 할 수 있다. 예를 들어, 수소는 미립자의 기계적으로 유동화되는 베드 내에서 오르는 경향이 있는 반면, 실란은 그 안에서 가라앉을 것이다.
실란 가스 변환은 20% 및 100% 사이; 40% 및 100% 사이; 80% 및 100%; 또는 대략 98%일 수 있다.
제어 서브시스템 또는 작업자는 제1 반응물의 변환의 정도를 감시할 수 있다. 예를 들어, 변환의 정도는 반응 또는 격납 용기(104) 내부의 증기 공간을 샘플링(sampling) 하는 것에 의해 연속적으로 감시될 수 있다.
제1 반응물 및 제3 비-반응성 종을 포함하는 가스는 반응 또는 격납 용기(104)에 배치식으로(batch-wise) 추가될 수 있다. 제1 반응물, 제3 비-반응성 희석제, 및 분해 반응에 의해 형성된 제2 종 중의 하나를 포함하는 가스는 격납 용기(104)의 반응으로부터 배치식으로 배출될 수 있다. 반응 또는 격납 용기(104)에 추가된 가스는 예를 들어 실란 가스(SiH4) 및 수소 희석제를 포함할 수 있으며, 반응 또는 격납 용기(104)로부터 배출된 가스는 비반응된 실란 가스, 수소 희석제, 및 분해 반응에 의해 형성된 수소 가스를 포함할 수 있다. 먼지, 비즈 또는 트레이 또는 팬(122)에 추가된 다른 미립자는 실리콘을 포함할 수 있다.
실란 가스의 분해는 더 큰 비즈 또는 미립자를 형성하는 비즈들 상에, 그리고 다른 미립자 또는 비즈를 형성하는 먼지 상에 증착하는 폴리실리콘을 생산할 수 있다. 비즈 또는 다른 미립자는 베드 또는 트레이(122)로부터 연속적으로 수확될 수 있다. 생산된 평균 비드(bead) 크기는 1/100 인치 직경 및 1/4 인치 직경의 사이; 1/64 인치 직경 및 3/16 인치 직경 사이; 1/32 인치 직경 및 1/8 인치 직경 사이; 또는 1/8 인치 직경일 수 있다.
비즈의 형성 속도는 먼지의 형성 속도와 맞춰질 수 있다. 먼지의 형성 속도는 진동의 주파수, 진동 진폭, 및/또는 외벽의 높이를 조절하는 것에 의해 제어될 수 있다.
반응 또는 격납 용기(104)로부터 배출된 수소는 판매를 위해 또는 관련된 실란 생산 공정들에서의 사용을 위해 회수될 수 있다.
비즈를 포함하는 제2 화학 종 안에 포함되거나 비즈와 동반되는 수소 가스의 여분의 농도는 격납 용기에 추가되는 가스 내의 수소 희석제의 농도를 제어하는 것에 의해 제어될 수 있다. 수소 희석제의 농도는 0 및 90 몰 퍼센트 사이; 0 및 80 몰 퍼센트 사이; 0 및 90 몰 퍼센트 사이; 0 및 50 몰 퍼센트 사이; 또는 0 및 20 몰 퍼센트 사이일 수 있다.
실리콘의 생산을 위해 여기에 설명되고 개시된 시스템들 및 공정들은 현재 활용되는 시스템들 및 공정들보다 현저한 이점들을 가질 수 있다.
시스템들 및 공정들은 반도체용 또는 태양용 실리콘 중 어느 하나의 생산을 위해 적합하다. 생산 공정 내의 시작 물질로서 실란의 이용은 높은 순도의 실리콘이 더 쉽게 생산되게 할 수 있다. 실란은 정제하기가 훨씬 쉽다. 그것의 낮은 끓는점에 의해, 쉽게 정제될 수 있으며 정제 동안 시작 물질로서 트리클로로실란의 정제 및 마련에서 일어날 수 있는 오염물질들을 실어 나르는 경향을 구비하지 않는다. 더욱이, 트리클로로실란의 생산을 위한 특정 공정들은 탄소-함유 혼합물들을 형성하기 위해 클로로실란과 반응하거나 산물 안으로 실어 나를 수 있는 탄소 또는 그래파이트를 활용한다.
요약에서 설명된 것을 포함하는, 설명된 실시예들의 위의 서술은 포괄적이거나 개시된 정확한 형태들에 실시예들을 한정하도록 의도되지 않는다. 구체적인 실시예들 및 예시들이 설명의 목적을 위해 위에 설명되었으나, 다양한 균등한 변형들이 본 개시의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않고 이루어질 수 있으며, 이는 관련 기술의 당업자들에 의해 인식될 수 있다. 다양한 실시예들의 위에 제공된 지침들은 일반적으로 위에 설명된 예시적인 시스템들, 방법들 및 디바이스들 뿐만 아니라, 실리콘을 생산하기 위한 다른 시스템들, 방법들 및/또는 공정들에 적용될 수 있다.
예를 들어, 위에 상세한 설명은 블록 다이어그램들, 설계도들, 순서도들 및 예시들의 이용을 통해 시스템들, 공정들, 방법들 및/또는 디바이스들의 다양한 실시예들을 설명했다. 그러한 블록 다이어그램들, 설계도들, 순서도들 및 예시들이 하나 이상의 기능들 및/또는 작동들을 포함하는 한, 그러한 블록 다이어그램들, 설계도들, 순서도들 및 예시들 내부에서 각각의 기능 및/또는 작동이 넓은 범위의 시스템 구성요소들, 하드웨어, 소프트웨어, 펌웨어, 또는 사실상 그것의 조합에 의해, 개별적으로 및/또는 일괄적으로 실시될 수 있다는 것은 당업자에 의해 이해될 것이다.
특정 실시예들에서, 사용된 시스템들 또는 생산된 디바이스들은 전술된 특별한 실시예들에서 보다 더 적은 구조들 또는 구성요소들을 포함할 수 있다. 다른 실시예들에서, 사용된 시스템들 또는 생산된 디바이스들은 여기에 설명된 것들과 더불어 구조들 또는 구성요소들을 포함할 수 있다. 추가적인 실시예들에서, 사용된 시스템들 또는 생산된 디바이스들은 여기에 설명된 것들과 다르게 배치된 구조들 또는 구성요소들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 온도, 압력, 또는 유량의 효율적인 제어를 제공하기 위해 시스템 내의 추가적인 히터들 및/또는 혼합기들 및/또는 분리기들이 있을 수 있다. 게다가, 여기에 설명된 절차들 또는 방법들의 실시에서, 더 적은 작동들, 추가적인 작동들이 있을 수 있으며, 또는 작동들은 여기에 설명된 것들과 다른 순서로 실행될 수 있다. 시스템 또는 디바이스 구성요소들의 제거, 추가, 또는 재배치, 또는 공정들 또는 방법들의 작업적인 측면들은 본 개시를 고려하여 관련 기술에 대한 당업자의 기술 내에서 이루어질 수 있다.
여기에 설명된 폴리실리콘을 만들기 위한 시스템들 및 방법들의 작동은 자동화된 제어 서브시스템들의 제어 하에 있을 수 있다. 그러한 자동화된 제어 서브시스템들은 하나 이상의 적합한 센서들(예를 들어, 흐름 센서들, 압력 센서들, 온도 센서들), 액추에이터들(예를 들어, 모터들, 밸브들, 솔레노이드들, 댐퍼들), 화학적 분석기들 및 프로세서 기반의 시스템들을 포함할 수 있으며, 프로세서 기반의 시스템들은 센서들, 분석기들 및/또는 사용자 입력으로부터 정보 또는 데이터에 대해 적어도 일부 기반되는 물질들의 다양한 구성요소들 및/또는 흐름, 압력 및/또는 온도를 자동적으로 제어하기 위해 프로세서-판독 가능한 저장 매체 내에 저장된 명령들을 실행한다.
*시스템들 및 공정들의 제어 및 작동, 또는 폴리실리콘을 만들기 위한 시스템들 및 디바이스들의 설계에 관하여, 특정 실시예들에서 본 발명의 요지는 주문형 반도체(ASICs)를 통해 실시될 수 있다. 그러나, 여기에 전체적으로 또는 부분적으로 개시된 실시예들이 표준 집적 회로들에서, 하나 이상의 컴퓨터들에서 실행하는 하나 이상의 컴퓨터 프로그램들(하나 이상의 컴퓨터 시스템들에서 실행하는 하나 이상의 프로그램들)로, 하나 이상의 제어기들(예를 들어, 마이크로제어기들)에서 실행하는 하나 이상의 프로그램들로, 하나 이상의 프로세서들(예를 들어, 마이크로프로세서들)에서 실행하는 하나 이상의 프로그램들로, 펌웨어로, 또는 사실상 그것들의 조합으로, 동등하게 실시될 수 있다는 것을 당업자들은 인정할 것이다. 따라서, 소프트웨어 및/또는 펌웨어를 위한 코드를 짜기 및/또는 회로도 설계는 본 개시를 고려하여 당업자들의 기술 내에 있을 것이다.
전술된 다양한 실시예들은 추가적인 실시예들을 제공하기 위해 결합될 수 있다. 더 추가적인 실시예들을 제공하기 위해 다양한 특허들, 출원들 및 공개들의 개념들을 활용하는 것이 필요하다면, 실시예들의 측면들은 변경될 수 있다.
이것들 및 다른 변화들이 앞서-상세한 설명을 고려하여 실시예들에 이루어질 수 있다. 일반적으로, 다음의 청구항들에서, 사용되는 용어들은 명세서 및 청구항들에 개시된 특정 실시예들에 청구항들을 제한하도록 해석되지 아니하며, 그러한 청구항들이 주어지는 등가물들의 완전한 범위와 함께 모든 가능한 실시예들을 포함하도록 해석된다. 따라서, 청구항들은 본 개시에 의해 제한되지 않는다.
100: 기계적으로 유동화되는 베드 반응기 시스템
102: 기계적으로 유동화되는 베드 장치
104: 반응 용기
106: 내부
108: 외부
110: 벽
112: 반응물 가스 공급 서브시스템
114: 미립자 공급 서브시스템
116: 배기 가스 회수 서브시스템
118: 반응된 산물 수집 서브시스템
120: 제어 서브시스템
122: 트레이 또는 팬
122a: 바닥 표면
122b: 외벽
124: 가열 요소
126: 오실레이터
128: 리세스
130: 물질
132: 전류 공급원
133: 냉각 재킷
134: 절연 물질
135: 냉각제 유체
136: 실란의 저장소
137: 냉각 핀
138: 수소의 저장소
140: 도관
142: 혼합 밸브
144: 흐름 조절 밸브
146: 저장소
148: 미립자
149: 입력 록 호퍼
150: 이송 서브시스템
151: 중간 격납 용기
153: 입구 밸브
155: 출구 밸브
160: 입구
165: 퍼지 서브시스템
170: 반응의 산물
172: 깔때기 또는 슈트
174: 도관
176: 출력 록 호퍼
178: 입구 흐름 조절 밸브
180: 입구
182: 출구 흐름 조절 밸브
184: 출구
200: 기계적으로 유동화되는 베드
202: 트레이 또는 팬
202a: 바닥 표면
202b: 외벽
204: 타원형 베어링 또는 캠
206: 가열 요소
208: 베이스
210: 탄성 부재
212: 전기 모터
214: 변속장치
300: 기계적으로 유동화되는 베드
302: 트레이 또는 팬
302a: 바닥 표면
302b: 외벽
304: 압전 변환기
306: 가열 요소
308: 베이스
310: 전류 공급원
400: 기계적으로 유동화되는 베드
402: 트레이 또는 외벽
402a: 바닥 표면
402b: 외벽
404: 초음파 변환기
406: 가열 요소
408: 베이스
410: 탄성 요소
412: 전류 공급원
102: 기계적으로 유동화되는 베드 장치
104: 반응 용기
106: 내부
108: 외부
110: 벽
112: 반응물 가스 공급 서브시스템
114: 미립자 공급 서브시스템
116: 배기 가스 회수 서브시스템
118: 반응된 산물 수집 서브시스템
120: 제어 서브시스템
122: 트레이 또는 팬
122a: 바닥 표면
122b: 외벽
124: 가열 요소
126: 오실레이터
128: 리세스
130: 물질
132: 전류 공급원
133: 냉각 재킷
134: 절연 물질
135: 냉각제 유체
136: 실란의 저장소
137: 냉각 핀
138: 수소의 저장소
140: 도관
142: 혼합 밸브
144: 흐름 조절 밸브
146: 저장소
148: 미립자
149: 입력 록 호퍼
150: 이송 서브시스템
151: 중간 격납 용기
153: 입구 밸브
155: 출구 밸브
160: 입구
165: 퍼지 서브시스템
170: 반응의 산물
172: 깔때기 또는 슈트
174: 도관
176: 출력 록 호퍼
178: 입구 흐름 조절 밸브
180: 입구
182: 출구 흐름 조절 밸브
184: 출구
200: 기계적으로 유동화되는 베드
202: 트레이 또는 팬
202a: 바닥 표면
202b: 외벽
204: 타원형 베어링 또는 캠
206: 가열 요소
208: 베이스
210: 탄성 부재
212: 전기 모터
214: 변속장치
300: 기계적으로 유동화되는 베드
302: 트레이 또는 팬
302a: 바닥 표면
302b: 외벽
304: 압전 변환기
306: 가열 요소
308: 베이스
310: 전류 공급원
400: 기계적으로 유동화되는 베드
402: 트레이 또는 외벽
402a: 바닥 표면
402b: 외벽
404: 초음파 변환기
406: 가열 요소
408: 베이스
410: 탄성 요소
412: 전류 공급원
Claims (82)
- 제1 가스의 화학 종을 포함하는 가스에 다수의 먼지, 비즈 또는 다른 미립자의 표면을 실질적으로 노출시키기 위한 기계적인 수단;
상기 표면들과 접촉하는 제1 가스의 화학 종이 화학적으로 분해되고 상기 표면들 상에 제2 가스의 화학 종을 실질적으로 증착하도록 상기 먼지, 비즈 또는 다른 미립자의 표면들 또는 상기 먼지, 비즈 또는 다른 미립자를 충분히 높은 온도로 가열시키기 위한 수단; 및
하나 이상의 제2 화학 종에 가열하여 분해되는 화학 종들로부터 선택된 제1 가스의 공급원, 상기 하나 이상의 제2 화학 종들 중 하나는 실질적으로 비-휘발성 종이며 뜨거운 표면 상에 근접하여 증착되기 쉬움;
을 포함하는 화학적 증기 증착 반응기 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 제1 화학 종은 실란 가스(SiH4)인 반응기 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 제1 화학 종은 트리클로로실란 가스(SiHCl3)인 반응기 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 제1 화학 종은 디클로로실란 가스(SiH2C12)인 반응기 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 기계적인 수단은 진동 베드인 반응기 시스템. - 제5항에 있어서,
상기 진동 베드는 편심 플라이휠, 압전 변환기 또는 음파 변환기 중 적어도 하나를 포함하는 진동 베드. - 제1항에 있어서,
상기 기계적인 수단은 대략 1 및 4000 분당 사이클 사이의 주파수 범위에서 진동 또는 발진을 생성하는 진동 또는 발진의 적어도 하나의 공급원을 포함하는 진동 베드. - 제1항에 있어서,
상기 기계적인 수단은 대략 500 및 3500 분당 사이클 사이의 주파수에서 진동 또는 발진을 생성하는 진동 또는 발진의 적어도 하나의 공급원을 포함하는 진동 베드. - 제1항에 있어서,
상기 기계적인 수단은 대략 1000 및 3000 분당 사이클 사이의 주파수에서 진동 또는 발진을 생성하는 진동 또는 발진의 적어도 하나의 공급원을 포함하는 진동 베드. - 제1항에 있어서,
상기 기계적인 수단은 대략 2500 분당 사이클의 주파수에서 진동 또는 발진을 생성하는 진동 또는 발진의 적어도 하나의 공급원을 포함하는 진동 베드. - 제1항에 있어서,
상기 기계적인 수단은 대략 1/100인치 및 4인치 사이의 진폭에서 진동 또는 발진을 생성하는 적어도 하나의 진동 또는 발진의 공급원을 포함하는 진동 베드. - 제1항에 있어서,
상기 기계적인 수단은 대략 1/64인치 및 1/4인치 사이의 진폭에서 진동 또는 발진을 생성하는 적어도 하나의 진동 또는 발진의 공급원을 포함하는 진동 베드. - 제1항에 있어서,
상기 기계적인 수단은 대략 1/32인치 및 1/8인치 사이의 진폭에서 진동 또는 발진을 생성하는 적어도 하나의 진동 또는 발진의 공급원을 포함하는 진동 베드. - 제1항에 있어서,
상기 기계적인 수단은 대략 1/64인치의 진폭에서 진동 또는 발진을 생성하는 적어도 하나의 진동 또는 발진의 공급원을 포함하는 진동 베드. - 제1항에 있어서,
내부 및 외부를 구비하는 격납 용기를 더 포함하며, 기계적인 수단의 적어도 일부는 상기 격납 용기의 내부 안에 위치된 진동 베드를 포함하는 반응기 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 가열시키기 위한 수단은 상기 격납 용기의 내부에 적어도 부분적으로 위치되는 반응기 시스템. - 제15항에 있어서,
상기 격납 용기의 내부는 제1 반응물 및 제3 비반응성 종을 포함하는 가스로 채워지는 격납 용기. - 제15항에 있어서,
상기 격납 용기는 적어도 하나의 벽을 포함하며, 상기 적어도 하나의 벽은 상기 격납 용기의 외부에 위치된 공기 냉각 핀 또는 냉각 재킷에 의해 차갑게 유지되는 격납 용기. - 제18항에 있어서,
냉각 매체는 상기 냉각 재킷을 통해 흐르고 제어된 온도 및 유량을 구비하여 상기 격납 용기 내부의 가스의 온도가 바람직하게 낮은 온도로 제어되는 냉각 시스템. - 제19항에 있어서,
상기 격납 용기 내부의 가스의 혼합 평균 온도는 30℃ 및 500℃ 사이에서 제어되는 시스템. - 제19항에 있어서,
상기 격납 용기 내부의 가스의 혼합 평균 온도는 50℃ 및 300℃ 사이에서 제어되는 시스템. - 제19항에 있어서,
상기 격납 용기 내부의 가스의 혼합 평균 온도는 100℃에서 제어되는 시스템. - 제19항에 있어서,
상기 격납 용기 내부의 가스의 혼합 평균 온도는 50℃에서 제어되는 시스템. - 제5항에 있어서,
상기 진동 베드는 편평한 팬을 포함하며 상기 편평한 팬으로부터 연장하는 적어도 하나의 외벽을 구비하는 진동 베드. - 제24항에 있어서,
상기 진동 베드는 편평한 표면이고 가열되는 바닥 표면을 포함하는 진동 베드. - 제25항에 있어서,
상기 바닥 및 적어도 하나의 외벽은 컨테이너를 형성하며 상기 먼지, 비즈 또는 제2 종의 다른 미립자는 상기 컨테이너 내부에 위치되는 시스템. - 제26항에 있어서,
상기 베드의 가열된 부분의 표면 온도는 100℃ 및 1300℃ 사이가 되도록 제어되는 시스템. - 제26항에 있어서,
상기 베드의 가열된 부분의 표면 온도는 100℃ 및 900℃ 사이가 되도록 제어되는 시스템. - 제26항에 있어서,
상기 베드의 가열된 부분의 표면 온도는 200℃ 및 700℃ 사이가 되도록 제어되는 시스템. - 제26항에 있어서,
상기 베드의 가열된 부분의 표면 온도는 300℃ 및 600℃ 사이가 되도록 제어되는 시스템. - 제26항에 있어서,
상기 베드의 가열된 부분의 표면 온도는 대략 450℃가 되도록 제어되는 시스템. - 제27항에 있어서,
제1 종의 분해 속도는 상기 표면 온도를 제어하는 것에 의해 제어되는 시스템. - 제32항에 있어서,
생산된 비즈의 크기는 상기 컨테이너의 외벽의 높이에 의해 제어되는 시스템. - 제33항에 있어서,
더 큰 비즈는 상기 외벽의 높이를 증가시키는 것에 의해 형성되고, 더 작은 비즈는 상기 외벽의 높이를 낮추는 것에 의해 형성되는 시스템. - 제27항에 있어서,
상기 베드는 전기적으로 가열되는 시스템. - 제17항에 있어서,
상기 격납 용기 내부의 가스 압력은 7 psig 및 200 psig 사이가 되도록 제어되는 시스템. - 제17항에 있어서,
상기 격납 용기 내부의 가스는 제1 반응물을 포함하고 제3 비-반응성 종은 상기 격납 용기에 추가되며, 제1 반응물, 제3 비-반응성 희석제, 및 분해 반응에 의해 형성되는 제2 종 중의 하나로 이루어지는 가스는 상기 격납 용기로부터 배출되는 시스템. - 제37항에 있어서,
상기 제1 반응물 및 제3 비-반응성 종을 포함하는 가스는 상기 격납 용기에 연속적으로 추가되고, 제1 반응물, 제3 비-반응성 희석제, 및 분해 반응에 의해 형성된 제2 종 중의 하나로 이루어지는 가스는 상기 격납 용기로부터 연속적으로 배출되는 시스템. - 제38항에 있어서,
상기 제1 반응물의 변환 정도는 상기 격납 용기 내부의 증기 공간을 샘플링 하는 것에 의해 연속적으로 감시되는 시스템. - 제37항에 있어서,
상기 제1 반응물 및 제3 비-반응성 종을 포함하는 가스는 상기 격납 용기에 배치식으로 추가되고, 제1 반응물, 제3 비-반응성 희석제, 및 분해 반응에 의해 형성된 제2 종 중의 하나로 이루어지는 가스는 상기 격납 용기로부터 배치식으로 배출되는 시스템. - 제40항에 있어서,
상기 제1 반응물의 변환 정도는 상기 격납 용기 내부의 증기 공간을 샘플링 하는 것에 의해, 및/또는 상기 격납 용기 내에서의 압력의 증가 또는 감소를 감시하는 것에 의해 연속적으로 감시되는 시스템. - 제37항에 있어서,
상기 격납 용기에 추가되는 가스는 실란 가스(SiH4) 및 수소 희석제로 이루어지고, 상기 격납 용기로부터 배출되는 가스는 비반응된 실란 가스, 수소 희석제, 및 분해 반응에 의해 형성된 수소 가스로 이루어지고, 베드에 추가되는 먼지 및 비즈는 실리콘으로 이루어지는 시스템. - 제42항에 있어서,
실란 가스의 분해는 비즈를 형성하는 먼지 상에, 그리고 더 큰 비즈를 형성하는 비즈 상에 증착하는 폴리실리콘을 산출하는 시스템. - 제43항에 있어서,
상기 비즈는 상기 베드로부터 연속적으로 수확되고, 상기 수확된 비즈의 평균 크기는 상기 컨테이너의 외벽의 높이를 조절하는 것에 의해 제어되는 시스템. - 제44항에 있어서,
더 큰 비즈는 상기 컨테이너의 외벽의 높이를 증가시키는 것에 의해 형성되고, 더 작은 비즈는 상기 컨테이너의 외벽의 높이를 낮추는 것에 의해 형성되는 시스템. - 제45항에 있어서,
평균 비드의 크기는 1/100인치 직경 및 1/4인치 직경 사이에서 제어되는 시스템. - 제45항에 있어서,
평균 비드의 크기는 1/64인치 직경 및 3/16인치 직경 사이에서 제어되는 시스템. - 제45항에 있어서,
평균 비드의 크기는 1/32인치 직경 및 1/8인치 직경 사이에서 제어되는 시스템. - 제45항에 있어서,
평균 비드의 크기는 1/8인치 직경으로 제어되는 시스템. - 제37항에 있어서,
상기 격납 용기 내부의 가스의 압력은 5psia 및 300psia 사이에서 제어되는 시스템. - 제38항에 있어서,
상기 격납 용기 내부의 가스의 압력은 14.7psia 및 200psia 사이에서 제어되는 시스템. - 제38항에 있어서,
상기 격납 용기 내부의 가스의 압력은 30psia 및 100psia 사이에서 제어되는 시스템. - 제38항에 있어서,
상기 격납 용기 내부의 가스의 압력은 70psia로 제어되는 시스템. - 제40항에 있어서,
상기 격납 용기 내부의 가스의 압력은 배치 반응의 초기에 14.7psia, 배치 반응의 끝에 28psia 내지 32psia로 제어되는 시스템. - 제37항에 있어서,
상기 제1 화학 종 변환은 베드의 온도, 진동 주파수, 진동의 진폭, 상기 격납 용기 내의 제1 종의 농도, 상기 격납 용기 내의 가스의 압력, 및 상기 격납 용기 내부의 가스의 머무름 시간을 조절하는 것에 의해 제어되는 시스템. - 제42항에 있어서,
실란 변환은 베드의 온도, 진동의 주파수, 진동의 진폭, 상기 격납 용기 내의 제1 종의 농도, 상기 격납 용기 내의 가스의 압력, 및 상기 격납 용기 내부의 가스의 머무름 시간을 조절하는 것에 의해 제어되는 시스템. - 제56항에 있어서,
실란 가스 변환은 20% 및 100% 사이에서 제어되는 시스템. - 제56항에 있어서,
실란 가스 변환은 40% 및 100% 사이에서 제어되는 시스템. - 제56항에 있어서,
실란 가스 변환은 80% 및 100% 사이에서 제어되는 시스템. - 제60항에 있어서,
실란 가스 변환은 98%로 제어되는 시스템. - 제24항에 있어서,
상기 외벽의 높이는 1/4 인치 및 15 인치 사이인 시스템. - 제24항에 있어서,
상기 외벽의 높이는 1/2 인치 및 15 인치 사이인 시스템. - 제24항에 있어서,
상기 외벽의 높이는 1/2 인치 및 5 인치 사이인 시스템. - 제24항에 있어서,
상기 외벽의 높이는 1/2 인치 및 3 인치 사이인 시스템. - 제24항에 있어서,
상기 외벽의 높이는 대략 2인치인 시스템. - 제35항에 있어서,
전기 가열은 상기 팬의 표면 아래에 위치된 저항 가열 코일에 의해 수행되는 시스템. - 제66항에 있어서,
상기 저항 가열 코일은 밀폐된 컨테이너 내부에 위치되는 시스템. - 제67항에 있어서,
상기 밀폐된 컨테이너는 상기 팬의 아래쪽과 직접 접촉하는 측을 제외한 모든 측들 상에서 절연되는 시스템. - 제68항에 있어서,
상기 팬의 아래쪽은 상기 가열 코일을 유지하는 상기 밀폐된 컨테이너의 상 측을 형성하는 시스템. - 제1항에 있어서,
제1 가스상의 화학 종을 포함하는 가스에 다수의 비즈의 표면을 실질적으로 노출시키기 위한 기계적인 수단 및 상기 비즈 또는 상기 비즈의 표면들을 가열시키기 위한 수단은 금속 또는 그래파이트 또는 금속 및 그래파이트의 화합물로 만들어지는 시스템. - 제70항에 있어서,
상기 금속은 316SS 또는 니켈인 시스템. - 제44항에 있어서,
상기 비즈의 형성 속도는 먼지의 형성 속도와 맞춰지는 시스템. - 제72항에 있어서,
상기 먼지의 형성 속도는 진동의 주파수, 진동의 진폭, 및 측면 높이를 조절하는 것에 의해 제어되는 시스템. - 제42항에 있어서,
상기 격납 용기로부터 배출된 수소는 연관된 실란 생산 공정들에서의 사용을 위해 또는 판매를 위해 회수되는 시스템. - 제42항에 있어서,
상기 비즈와 동반되거나 상기 비즈를 포함하는 제2 화학 종 안에 포함되는 수소 가스의 여분의 농도는 상기 격납 용기에 추가된 가스 내의 수소 희석제의 농도를 제어하는 것에 의해 제어되는 시스템. - 제75항에 있어서,
상기 수소 희석제의 농도는 0 및 90 몰 퍼센트 사이에서 제어되는 시스템. - 제75항에 있어서,
상기 수소 희석제의 농도는 0 및 80 몰 퍼센트 사이에서 제어되는 시스템. - 제75항에 있어서,
상기 수소 희석제의 농도는 0 및 90 몰 퍼센트 사이에서 제어되는 시스템. - 제75항에 있어서,
상기 수소 희석제의 농도는 0 및 50 몰 퍼센트 사이에서 제어되는 시스템. - 제75항에 있어서,
상기 수소 희석제의 농도는 0 및 20 몰 퍼센트 사이에서 제어되는 시스템. - 제44항에 있어서,
두 개 이상의 격리 밸브 및 고립 및 중간의 제2 격납 용기를 포함하는 출력 록 호퍼를 더 포함하고, 편평한 팬으로부터 넘쳐 흐르는 미립자는 상기 출력 록 호퍼를 통해 상기 격납 용기로부터 제거되는 시스템. - 제15항에 있어서,
상기 격납 용기의 내부에 미립자를 선택적으로 제공하기 위해 작동 가능하고 상기 격납 용기의 내부에 결합된 중간의 제2 격납 용기 및 두 개 이상의 격리 밸브를 포함하는 입력 록 호퍼를 더 포함하는 시스템.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| N231 | Notification of change of applicant | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E601 | Decision to refuse application |