KR20140033160A - 폴리실리콘 반응기용 세척 도구 - Google Patents

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KR20140033160A
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엠이엠씨 일렉트로닉 머티리얼스 쏘시에떼 퍼 아찌오니
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Abstract

폴리실리콘의 제조시에 사용된 화학 기상 증착 반응기 벨의 내부면을 세척하기 위한 시스템 및 방법이 제공된다. 일 방법에서, 반응기 벨이 프레임의 정상부에 위치되고, 제1 액추에이터는 브러시가 반응기 벨의 내부면에 결합하도록 동작된다. 액체의 유동은 반응기 벨의 내부면에 대해 노즐로부터 안내되고, 제2 액추에이터는 브러시를 회전하도록 동작된다.

Description

폴리실리콘 반응기용 세척 도구 {CLEANING TOOL FOR POLYSILICON REACTOR}
관련 출원의 상호 참조
본 출원은 그 전체 개시 내용이 그대로 본 명세서에 참조로서 합체되어 있는, 2011년 6월 29일 출원된 미국 가출원 제61/502,614호를 우선권 주장한다.
분야
본 발명은 일반적으로 폴리실리콘 반응기(polysilicon reactor)를 세척하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 더 구체적으로는 폴리실리콘 반응기의 내부를 세척하기 위한 세척 도구에 관한 것이다.
전자 및 태양광 산업에 사용되는 초순수 폴리실리콘은 종종 반응기 내에서 수행되는 화학 기상 증착(CVD) 프로세스를 경유하여 기체 반응제로부터 증착을 통해 생성된다.
CVD 반응기 내에서 초순수 다결정질 실리콘을 생성하는데 사용되는 일 프로세스는 지멘스 프로세스(Siemens process)라 칭한다. 반응기 내에 배치된 실리콘 봉이 프로세스를 시작하기 위한 종자(seed)로서 사용된다. 기체 실리콘 함유 반응제는 반응기를 통해 유동하여 실리콘을 봉의 표면 상에 증착한다. 기체 반응제(즉, 기체 전구체)는 할로실란 또는 모노실란과 같은 실란 함유 화합물이다. 반응제는 1000℃ 초과의 온도로 가열되고, 이들 조건 하에서 봉의 표면 상에 분해된다. 실리콘은 따라서 이하의 전체 반응에 따라 봉 상에 증착된다.
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프로세스는 미리 정해진 두께를 갖는 실리콘의 층이 봉의 표면 상에 증착된 후에 정지된다. 봉(100)은 이어서 CVD 반응기로부터 추출되고, 실리콘은 추가의 프로세싱을 위해 봉으로부터 채취된다.
봉이 추출된 후에, 반응기는 반응기의 내부면 상에 증착된 실리콘 및 다른 재료를 제거하기 위해 세척된다. 공지의 시스템에서, 반응기는 통상적으로 기술자에 의해 수동으로 세척된다. 기술자는 내부면에 대해 탈이온화수를 분사함으로써 반응기를 세척한다.
이 배경기술 섹션은 이하에 설명되고 그리고/또는 청구되는 본 발명의 개시 내용의 다양한 태양에 관련될 수도 있는 당 기술 분야의 다양한 태양을 독자에게 소개하도록 의도된 것이다. 이 설명은 본 발명의 개시 내용의 다양한 태양의 더 양호한 이해를 용이하게 하기 위해 배경 정보를 독자에게 제공하는 것을 돕는 것으로 고려된다. 이에 따라, 이들 서술은 종래 기술의 용인으로서가 아니라, 이러한 견지에서 숙독되어야 한다는 것이 이해되어야 한다.
일 태양은 화학 기상 증착 반응기 벨의 내부면을 세척하기 위한 시스템이다. 시스템은 반응기 벨의 플랜지에 연결을 위한 프레임과, 프레임에 연결되고 반응기 벨이 프레임에 연결될 때 반응기 벨의 내부 공간 내에서 수직 및 회전 이동하기 위해 구성된 작동 기구와, 작동 기구에 연결되고 반응기 벨의 내부면에 접촉하도록 구성된 적어도 하나의 브러시와, 작동 기구에 연결되고 반응기 벨의 내부면에 대해 액체의 유동을 안내하도록 구성된 적어도 하나의 노즐을 포함한다.
다른 태양은 브러시를 사용하여 화학 기상 증착 반응기 벨의 내부면을 세척하는 방법이다. 방법은 반응기 벨을 프레임 정상부에 위치시키는 단계와, 브러시가 반응기 벨의 내부면에 결합하도록 제1 액추에이터를 동작하는 단계와, 반응기 벨의 내부면에 대해 노즐로부터 액체의 유동을 안내하는 단계와, 브러시를 회전시키도록 제2 액추에이터를 동작하는 단계를 포함한다.
전술된 태양에 관련하여 언급된 특징의 다양한 개량이 존재한다. 다른 특징이 또한 마찬가지로 전술된 태양에 합체될 수도 있다. 이들 개량 및 부가의 특징은 개별적으로 또는 임의의 조합으로 존재할 수도 있다. 예를 들어, 임의의 예시된 실시예와 관련하여 이하에 설명된 다양한 특징은 단독으로 또는 임의의 조합으로 임의의 전술된 태양에 합체될 수도 있다.
도 1은 화학 기상 증착 반응기의 내부면을 세척하기 위한 시스템의 사시도이다.
도 2는 도 1의 시스템의 정면도이다.
도 3은 도 1의 시스템의 상면도이다.
도 4는 도 1에 쇄선 원에 의해 지시된 도 1의 시스템의 부분의 확대도이다.
도 5는 도 1에 쇄선 원에 의해 지시된 도 1의 시스템의 부분의 확대도이다.
도 6은 도 1에 쇄선 원에 의해 지시된 도 1의 시스템의 부분의 확대도이다.
다양한 도면에서 유사한 도면 부호는 유사한 요소를 지시한다.
본 명세서에 설명된 실시예는 일반적으로 화학 기상 증착(CVD) 폴리실리콘 반응기의 내부면을 세척하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다. 시스템은 액체로 내부면을 헹굼하고, 브러시로 내부면을 마찰 세정(scrubing)하도록 동작 가능하다. 시스템은 또한 가스의 유동으로 내부면을 건조하도록 동작 가능하다.
CVD 반응기의 내부면을 세척하기 위한 예시적인 시스템이 도 1 내지 도 6에 일반적으로 도면 부호 100으로 지시되어 있다. 사용 중에, 시스템(100)은 CVD 반응기의 반응기 벨(102)(넓게는, 하우징) 내에 위치된다. 반응기 벨(102)은 도 1 및 도 2에 가상선으로 도시되어 있다. 시스템(100)은 대안적으로 실질적으로 고정형일 수도 있고, 벨은 호이스트(hoist) 또는 다른 적합한 구조체에 의해 시스템 주위로 하강하거나 위치될 수도 있다.
시스템은 예시적인 실시예에서 4개의 레그(106)를 갖는 프레임(104)을 포함한다. 사용 중에 반응기 벨(102)을 지지하기 위한 플랜지(108)가 프레임(104)에 연결되고, 레그(106)에 일반적으로 인접하여 위치된다. 플랜지(108)는 반응기 벨(102)의 저부 플랜지(110)의 직경과 같거나 큰 직경을 갖는다. 도 2에 도시된 바와 같이, 반응기 벨(102)의 저부 플랜지(110)는 시스템(100)의 사용 중에 플랜지(108) 상에 배치된다. 플랜지(108)는 반응기 벨(102)의 저부 플랜지(110)를 플랜지에 고정하는데 사용된 기계적 체결구를 수용하기 위해 그 내부에 형성된 개구를 가질 수도 있다. 더욱이, 프레임(104)에 부착된 클램프(112)가 반응기 벨(102)의 저부 플랜지(110)를 프레임(104)의 플랜지(108)와 접촉하여 유지하는데 사용될 수도 있다. 4개의 원주방향으로 이격된 클램프(112)가 예시적인 실시예에 사용되지만, 상이한 수 또는 구성의 클램프가 다른 실시예에서 사용될 수 있다. 더욱이, 클램프(112)는 도면들에 비고정 상태로 도시되어 있다. 반응기 벨의 저부 플랜지(110)를 플랜지(108)에 체결하기 위해, 클램프(112)는 내향으로 피벗된다.
관절 연결 기구(120)가 시스템(100)의 중앙부(122)에 배치되고, 프레임(104)에 연결된다. 관절 연결 기구(120)는 예시적인 실시예에서 3개의 개별 액추에이터(124)를 갖지만, 다른 실시예는 상이한 수의 액추에이터를 가질 수도 있다. 각각의 액추에이터(124)는 일 단부에서 베이스 플레이트(126)에 연결되고, 베이스 플레이트는 이어서 프레임(104)에 연결된다. 다른 대향 단부에서, 액추에이터(124)는 상부 플레이트(128)에 연결된다.
2쌍의 부시(130) 및 노즐(132)(이하에 더 상세히 설명됨)이 각각의 액추에이터(124)에 연결된다. 액추에이터(124)는 수직축(V)에 평행한 수직 방향으로 이동 가능하다. 각각의 액추에이터(124)는 다른 것들에 독립적으로 이동될 수도 있다. 관절 연결 기구(120)는 기부 플레이트(126) 및/또는 상부 플레이트(128)의 회전에 의해 V 축에 평행한 축 둘레로 회전될 수 있다.
도 4 및 도 5에 도시된 바와 같은 예시적인 실시예에서, 각각의 쌍의 브러시(130) 및 노즐(132)은 다른 것으로부터 수직으로 이격된다. 노즐(132)은 또한 브러시(130)에 대해 각도를 이루어 변위된다. 더욱이, 부가의 노즐(134)(도 4)이 각각의 노즐(132) 위에 위치된다. 따라서, 예시적인 실시예에서 9개의 노즐(132, 134) 및 6개의 브러시(130)가 존재한다. 다른 실시예는 상이한 수 및/또는 배열의 노즐 및 브러시를 사용할 수도 있다.
그 중 하나가 도 6에 상세히 도시되어 있는 각각의 브러시(130)는 원형 헤드(138)로부터 돌출하는 강모(bristle)(136)를 갖는다. 강모(136)는 예시적인 실시예에서 원형 헤드(138)의 주위(perimeter) 둘레에 배치되지만, 다른 실시예에서 이들 강모는 헤드의 다른 부분에 배치될 수도 있다. 강모(136)는 폴리아미드 및 파이버 글래스, 탄소 및/또는 스테인레스강과 조합하여 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)과 같은 임의의 적합한 재료로부터 구성될 수도 있다. 더욱이, 몇몇 실시예는 상이하게 성형된(예를 들어, 직사각형, 삼각형, 장방형 또는 정사각형) 헤드(138)를 사용할 수도 있다.
도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 브러시(130)는 브러시(130)의 헤드(138)를 회전하도록 동작 가능한 적합한 회전 액추에이터(140)에 연결된다. 일 실시예에 따르면, 회전 액추에이터(140)는 미리 정해진 분당 회전수(RPM)로 브러시(130)를 회전시키도록 동작 가능하다. 예시적인 실시예에서, 브러시(130)는 대략 200 내지 300 RPM으로 회전하지만, 다른 실시예는 상이한 RPM으로 액추에이터를 회전시킬 수도 있다. 더욱이, 액추에이터(140)는 헤드(138)를 회전하는 것에 부가하여 또는 대신에 브러시(130)를 발진하고 그리고/또는 진동할 수도 있다.
브러시(130)는 또한 수평축(H)에 평행한 방향으로 브러시(130)를 측방향으로 변위하도록 동작 가능한 적합한 선형 액추에이터(142)에 연결된다. 다른 실시예에서, 선형 액추에이터(142)는 또한 수평축(H)에 평행하지 않은 다른 방향으로 브러시(130)를 변위하도록 동작 가능할 수도 있다. 선형 액추에이터(142)는 반응기 벨(102)의 내부면(144)(도 2)에 대해 브러시(130)의 강모(136)를 가압하기 위해 브러시(130) 상에 충분한 힘을 인가하는 것이 가능하다. 이 브러시(130)의 가압은 강모(136)에 의해 반응기 벨(102)의 내부면(144) 상에 배치된 재료(예를 들어, 오염물)의 제거를 보조한다.
전술된 바와 같이, 노즐(132) 중 하나는 예시적인 실시예에서 각각의 브러시(130)에 인접하여 위치된다. 부가의 노즐(134)은 브러시(130)와 노즐(132)의 최상위 쌍 위에 수직으로 위치된다. 노즐(132, 134)은 관절 연결 기구(120)에 각각 연결되지만, 다른 실시예에서 노즐(132, 134)은 시스템(100) 내의 다른 구조체에 연결될 수도 있다. 예시적인 실시예에서, 동일한 수의 노즐(132) 및 브러시(130)가 존재한다. 다른 실시예에서, 브러시(130)보다 더 많거나 적은 노즐(132)이 존재할 수도 있다. 더욱이, 노즐(132)은 이들이 브러시(130)에 인접하지 않도록 상이하게 위치될 수도 있다.
노즐(132, 134)은 유체(예를 들어, 탈이온화수, 세제, 물 등)를 노즐에 공급하는 것이 가능한 적합한 유체 공급 소스(146)(그 일부가 도 2에 도시되어 있음)에 연결된다. 노즐(132, 134)은 반응기 벨(102)의 내부면(144)에 대해 유체를 안내(예를 들어, 분사)하는데 사용된다. 이 유체는 표면이 헤드(138)의 강모(136)에 의해 마찰 세정된 후에 내부면(144)을 헹굼하는데 사용될 수도 있다. 이 유체(또는 다른 유형의 유체)는 또한 헤드(138)의 강모(136)가 반응기 벨(102)의 내부면(144)을 마찰 세정하는데 사용되는 동안 내부면(144)에 대해 안내(예를 들어, 분사)될 수도 있다. 예를 들어, 세제 유체가 반응기 벨(102)의 내부면(144)의 마찰 세정 중에 사용될 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 노즐(132, 134)은 반응기 벨(102)의 내부면(144)에 대해 가스의 유동을 안내하는데 사용될 수도 있다. 노즐(132, 134)로부터 이 가스 유동은 표면이 세척된 후에 내부면(144)을 건조하는데 사용될 수도 있다.
예시적인 실시예에서, 건조 노즐(150)(도 6)이 반응기 벨(102)의 내부면(144)에 대해 가스의 유동을 안내하기 위해 제공된다. 가스는 예시적인 실시예에서 질소이지만, 다른 실시예에서 다른 가스가 사용될 수도 있다(예를 들어, 불활성 가스). 건조 노즐(150)은 반응기 벨(102)의 내부면(144)의 상이한 부분들에 대해 가스를 안내하기 위해 노즐(150)을 이동시키도록 동작 가능한 관절 연결 기구(120)의 부분(예를 들어, 다른 액추에이터)에 연결된다. 더욱이, 건조 노즐(150)은 가스의 적합한 공급원(도시 생략)에 연결된다. 예시적인 실시예에서, 건조 노즐(150)은 반응기 벨(102) 내에 형성된 조망 윈도우(viewing window)(도시 생략)에 대해 가스의 유동을 안내하는데 사용된다. 그러나, 다른 실시예에서, 건조 노즐(150)은 반응기 벨(102)의 전체 내부면(144) 또는 다른 부분에 대해 가스의 유동을 안내하는데 사용될 수도 있다. 더욱이, 예시적인 실시예는 반응기 벨(102)의 내부면(144)에 대해 공기 또는 다른 적합한 가스의 유동을 안내하기 위해 프레임(104)의 플랜지(108) 아래에 수직으로 위치된 송풍기(152)를 포함한다. 이 공기의 유동은 세척 사이클의 완료 후에 내부면(144)을 건조하는 것을 보조한다. 예시적인 실시예는 또한 조망 윈도우의 검사를 보조하기 위한 라이트(160)(도 6)를 포함한다. 라이트(160)는 예시적인 실시예에서 적합한 광 발생기(도시 생략)에 연결된 광 파이버 라이트이다. 라이트(160)는 또한 이하에 더 상세히 설명되는 세척 사이클 중에 반응기 벨(102)의 내부면(144)의 검사를 허용한다. 하나의 라이트(160)가 도 6에 도시되어 있지만, 다수의 라이트가 사용되어 시스템(100) 전체에 걸쳐 위치될 수도 있다.
사용시에, 세척 사이클은 반응기 벨(102)이 프레임(104) 위에 하강되거나 배치될 때 시작된다. 반응기 벨(102)은 이어서 클램프(112) 및/또는 적합한 체결구로 프레임(104)에 고정된다. 브러시(130)에 연결된 선형 액추에이터(142)는 이어서 연장되어 브러시를 반응기 벨(102)의 내부면(144)에 접촉시키게 된다. 유체는 이어서 내부면(144)에 대해 노즐(132, 134)로부터 분사되고, 회전 액추에이터(140)는 브러시(130)를 회전시키기 시작한다. 내부면(144)에 대한 브러시(130)의 회전과 강모(136)의 접촉은 내부면으로부터 퇴적된 오염물 및/또는 부스러기를 제거한다. 다른 실시예에서, 이들 초기 단계들은 변경될 수도 있다. 예를 들어, 노즐(132, 134)은 선형 액추에이터가 연장되고(142) 그리고/또는 브러시(130)가 회전 액추에이터(140)에 의해 회전되기 전에 내부면(144) 상에 유체를 분사할 수도 있다.
브러시(130)가 회전하고 노즐(132, 134)이 유체를 분사함에 따라, 관절 연결 기구(120)는 수직축(V)에 일반적으로 평행한 방향으로 노즐 및 브러시를 이동시킨다. 관절 연결 기구(120)는 또한 수직축(V) 둘레로 노즐(132, 134) 및 브러시(130)를 회전시킨다. 관절 연결 기구(120)의 회전 및 수직 이동의 속도는 반응기 벨(102)의 내부면(144)으로부터 부스러기 및/또는 오염물을 적합하게 제거하기 위해 조정될 수도 있다. 더욱이, 회전 및 수직 이동의 속도는 내부면(144)의 오염물의 양에 기초하여 조정될 수도 있다. 오염물의 양의 측정은 작업자에 의해 또는 하나 이상의 센서로 행해질 수도 있다. 측정은 내부면(144) 상의 하나 이상의 점에서 취해질 수도 있다. 제어 시스템은 이어서 이 측정에 기초하여 관절 연결 기구(120)의 회전 및 수직 이동의 속도를 조정한다. 다른 실시예에서, 작업자는 측정에 기초하여 관절 연결 기구(120)의 회전 및 수직 이동의 속도를 조정할 수도 있다.
더욱이, 관절 연결 기구(120)는 반응기 벨(102)의 내부면(144)의 세척 중에 브러시(130)와 노즐(132, 134)의 수직 이동 및/또는 회전의 속도를 변경할 수도 있다. 예를 들어, 수직 이동 및/또는 회전의 속도는 내부면의 다른 부분보다 더 많은 양의 그 위에 퇴적된 오염물을 갖는 내부면(144)의 부분을 세척할 때 감소될 수도 있다. 속도는 또한 더 적은 양의 그 위에 퇴적된 오염물을 갖는 내부면(144)의 부분을 세척할 때 감소될 수도 있다.
세척 사이클은 오염물 또는 그 일부 또는 퍼센트가 반응기 벨(102)의 내부면(144)으로부터 제거될 때까지 계속된다. 동작시에, 다른 측정이 취해져서 내부면(144) 상의 오염물의 양 또는 그 일부 또는 퍼센트가 내부면으로부터 제거되어 있는지를 판정할 수도 있다. 다른 실시예에서, 세척 사이클은 미리 정해진 시간 기간(예를 들어, 30분) 동안 계속될 수도 있다.
세척 사이클이 완료된 후에, 건조 노즐(150)은 관절 연결 기구(120)에 의해 반응기 벨(102)의 조망 윈도우에 인접한 위치로 이동된다. 가스(예를 들어, 질소)의 유동은 이어서 조망 윈도우에 대해 건조 노즐(150)에 의해 안내되어 윈도우를 건조시키고 윈도우의 표면으로부터 액체를 제거한다. 송풍기(152)는 이어서 표면을 건조하기 위해 반응기 벨(102)의 내부면(144)에 대해 공기의 유동을 안내하는데 사용될 수도 있다. 예시적인 실시예에서, 송풍기(152)는 내부면(144)을 건조하는 것을 더 보조하기 위해 공기를 가열하도록 동작 가능하다.
내부면(144)이 건조된 후에, 반응기 벨(102)을 시스템(100)의 프레임(104)에 고정하는 클램프(112) 및/또는 기계적 체결구가 제거된다. 호이스트 또는 다른 기구가 이어서 프레임(104)으로부터 반응기 벨(102)을 제거하는데 사용된다. 반응기 벨(102)은 이어서 사용 개시되거나 이후의 사용을 위해 보관된다.
세척된 반응기는 증가된 반사율을 가질 것이다. 이 증가된 반사율은 프로세스에 소비된 에너지를 감소시킬 것이고, 이에 의해 프로세스를 더 효율적이게 한다.
본 발명의 요소 및 그 실시예(들)를 소개할 때, 단수 표현은 하나 이상의 요소가 존재하는 것을 의미하도록 의도된다. 용어 "포함하는", "구비하는" 및 "갖는"은 포함적인 것으로 의도되고, 열거된 요소 이외의 부가의 요소가 존재할 수도 있다는 것을 의미한다. 특정 배향을 지시하는 용어(예를 들어, "위", "아래", "측면" 등)의 사용은 설명의 편의를 위한 것이고, 설명된 아이템의 임의의 특정 배향을 요구하는 것은 아니다.
다양한 변경이 본 발명의 범주로부터 벗어나지 않고 상기 구성 및 방법에 행해질 수 있기 때문에, 상기 설명에 포함되고 첨부 도면(들)에 도시된 모든 제재는 한정의 개념이 아니라 예시적인 것으로서 해석되어야 한다.

Claims (11)

  1. 화학 기상 증착 반응기 벨의 내부면을 세척하기 위한 시스템으로서,
    상기 반응기 벨 아래에 배치되고 상기 반응기 벨의 플랜지에 연결된 프레임과,
    상기 프레임에 연결되고, 상기 반응기 벨이 상기 프레임에 연결될 때 상기 반응기 벨의 내부 공간 내에서 수직 및 회전 이동하기 위해 구성된 작동 기구와,
    상기 작동 기구에 연결되고, 상기 반응기 벨의 내부면에 접촉하도록 구성된 적어도 하나의 브러시와,
    상기 작동 기구에 연결되고, 상기 반응기 벨의 내부면에 대해 액체의 유동을 안내하도록 구성된 적어도 하나의 노즐을 포함하는 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 브러시에 연결되고, 상기 브러시를 회전하도록 구성된 회전 액추에이터를 더 포함하는 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 브러시를 상기 작동 기구에 연결하는 선형 액추에이터를 더 포함하는 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 반응기 벨 내에 형성된 윈도우의 내부면에 대해 가스의 유동을 안내하기 위한 건조 노즐을 더 포함하는 시스템.
  5. 제4항에 있어서, 상기 윈도우의 검사를 보조하기 위한 라이트를 더 포함하는 시스템.
  6. 브러시를 사용하여 화학 기상 증착 반응기 벨의 내부면을 세척하는 방법으로서,
    상기 반응기 벨을 프레임 정상부에 위치시키는 단계와,
    상기 브러시가 상기 반응기 벨의 내부면에 결합하도록 제1 액추에이터를 동작하는 단계와,
    상기 반응기 벨의 내부면에 대해 노즐로부터 액체의 유동을 안내하는 단계와,
    상기 브러시를 회전시키도록 제2 액추에이터를 동작하는 단계를 포함하는 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 반응기 벨의 종축에 평행한 수직축 주위를 작동 기구가 회전하도록 하는 단계를 더 포함하는 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 반응기 벨의 종축에 평행한 수직축을 따라 상기 작동 기구가 이동하도록 하는 단계를 더 포함하는 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 내부면의 오염물의 양을 측정하는 단계를 더 포함하는 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 내부면의 오염물의 양에 기초하여 회전 및 수직 이동의 속도를 조정하는 단계를 더 포함하는 방법.
  11. 제6항에 있어서, 상기 반응기 벨 내에 형성된 윈도우의 내부면에 대해 가스의 유동을 안내하는 단계를 더 포함하는 방법.
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