KR20200016271A - 세정 장치, 및 세정 방법 - Google Patents

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Abstract

노즐(112·122)로부터 연마 입자를 포함하는 세정액을 토출하고, 벨자(500)의 내벽면(502)을 세정하는 세정 방법으로서, 노즐(112·122)은, 세정액에 의한 에로전(erosion)이 500㎛／시간 이하가 되는 토출압으로 세정액을 토출하고, 세정액의 내벽면(502)에의 충돌압이 내벽면(502)의 오염을 제거할 수 있는 압력을 확보하도록, 노즐(112·122)과 내벽면(502)과의 거리를 조정한다.

Description

세정 장치, 및 세정 방법
본 발명은 반응기의 세정 장치 및 세정 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 지멘스법에 따라 다결정 실리콘을 기상(氣相) 성장할 때에 이용되는 반응기의 내벽면을 세정하기 위한 세정 장치 및 세정 방법에 관한 것이다.
반도체 재료가 되는 고순도의 다결정 실리콘의 제조 방법으로서 지멘스법이 알려져 있다. 지멘스법은, 클로로실란과 수소와의 혼합 가스로 이루어지는 원료 가스가, 가열된 실리콘 심봉(芯棒)에 접촉하고, 그 표면 상에서 열분해 및 수소 환원 반응함으로써 다결정 실리콘이 석출되는 제조 방법이다. 이 제조 방법을 실시하는 장치로서, 반응로에 다수의 실리콘 심봉을 입설(立設)한 폴리실리콘 제조용 반응기(벨자)가 이용되고 있다.
벨자를 이용하여 다결정 실리콘을 제조할 때에는, 냉각된 벨자의 내벽면에 부생물(副生物)이 부착된다. 벨자 내벽면에 부착된 부생물은, 대기중의 수분과 가수분해 반응하여 염화수소를 발생시킨다. 이 염화수소가 반응로의 내벽면을 부식한다. 또한, 부생물이 벨자 내벽면에 부착된 상태에서는, 벨자 내벽면의 반사율이 저하한다. 벨자 내벽면의 반사율이 저하하면, 전력 효율이 나빠지는 것 외에, 다결정 실리콘의 제조시에 벨자 내의 온도가 오르지 않아, 다결정 실리콘을 석출할 수 없다.
그 때문에, 고순도의 다결정 실리콘을 효율적으로 제조하려면, 반응이 종료되어 다음 반응으로 이동하기 전에 벨자의 내벽면을 세정할 필요가 있다. 종래, 벨자의 내벽면의 세정 방법에 대해서, 다양한 기술이 제안되고 있다.
예를 들면, 특허문헌 1에 기재되어 있는 기술에서는, 반응로의 노벽(爐壁) 내에 스팀을 공급하여 반응로의 내벽면을 가열하고, 조습(調濕) 가스를 로 내에 도입하여 반응로의 내벽면의 부착물을 가수분해한다. 그 다음에 반응로 내에 노즐을 장입(裝入)하여 불활성 가스의 고속 제트류를 내벽면에 분사하여 반응로의 내벽면의 부착물을 제거한다. 특허문헌 2에 기재되어 있는 기술에서는, 반응로의 내벽면 상의 실리콘 부착물에 이산화탄소 펠렛을 충돌시켜 실리콘 부착물을 제거한다. 특허문헌 3에 기재되어 있는 기술에서는, 중앙부에 배치한 샤프트를 회전시킴과 함께 연직 방향으로 이동하면서, 당해 샤프트의 상단부의 노즐로부터 삼차원 방향으로 순수(純水) 또는 초순수의 세정수를 고압 분사하여 반응로의 내벽면을 세정한다. 특허문헌 4에 기재되어 있는 기술에서는, 반응로의 내벽면 상의 부착물에 얼음 입자를 고압 가스로 분사하여 부착물을 제거한다. 특허문헌 5에 기재되어 있는 기술에서는, 연직 방향으로 이동 가능한 수직축의 주위를 공전하며, 또한, 자전하는 노즐로부터 삼차원 방향으로 고압 분사되는 순수 또는 초순수의 세정수에 의해, 반응로의 내벽면을 세정한다. 특허문헌 6에 기재되어 있는 기술에서는, 자전하면서 액체를 분사하는 회전 브러쉬에 의해 반응로 본체의 내벽을 세정한다.
일본국 공개특허공보 「특개소56-114815호 공보」 일본국 공개특허공보 「특개평6-216036 공보」 일본국 공개특허공보 「특개2009-196882 공보」 일본국 공개특허공보 「특개2012-101984 공보」 일본국 공개특허공보 「특개2012-20917 공보」 일본국 공개특허공보 「특개평2-145767 공보」
그러나, 상술한 바와 같은 종래 기술은, 이하의 문제가 있다. 반응로의 부착물은 내벽면에 견고하게 부착되어 있는 것이 많고, 특허문헌 1에 나타내는 불활성 가스의 고속 제트류의 분사하는 기술이나, 특허문헌 3, 및 5에 나타내는 순수 또는 초순수의 고압 분사에 의해 부착물 제거하는 기술에서는, 물리적인 제거 능력의 면에서 불충분할 경우가 있다. 또한, 특허문헌 2에 나타내는 이산화탄소 펠렛을 사용하는 기술이나, 특허문헌 4에 나타내는 얼음 입자를 사용하는 기술은, 부착물의 가수분해를 진행시키는 것이 아니기 때문에, 부착물이 잔류해 있으면, 반응로를 개방했을 때에 대기중의 수분에 의해 염화수소가 발생할 우려가 있다. 또한, 특허문헌 6에 나타내는 회전 브러쉬에 의한 기술에서는, 요철을 갖는 반응로의 내벽면의 전역(全域)에 걸쳐 골고루 브러쉬를 대는 것은 곤란하며, 부착물을 완전히 제거할 수 없을 우려가 있다.
본 발명의 일 태양은, 이러한 문제점을 감안하여 이루어진 것이며, 그 목적은, 벨자의 내벽면의 부착물을 확실히 제거할 수 있는 세정 장치 등을 실현하는 것을 목적으로 한다.
상기의 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 태양에 따른 세정 방법은, 노즐로부터 연마 입자를 포함하는 세정액을 토출하고, 다결정 실리콘의 제조에 사용되는 벨자의 내벽면에 충돌시켜, 상기 내벽면을 세정하는 세정 방법으로서, 상기 노즐은, 상기 세정액에 의한 상기 노즐의 에로전(erosion)이 500㎛／시간 이하가 되는 토출압으로 상기 세정액을 토출하고, 상기 세정액의 상기 내벽면에의 충돌압이 상기 내벽면의 오염을 제거할 수 있는 압력을 확보하도록, 상기 노즐과 상기 내벽면과의 거리를 조정하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기의 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 태양에 따른 세정 장치는, 노즐로부터 연마 입자를 포함하는 세정액을 토출하고, 다결정 실리콘의 제조에 이용되는 벨자의 내벽면에 충돌시켜, 상기 내벽면을 세정하는 세정 장치로서, 상기 벨자의 상부 만곡(灣曲) 내벽면의 정점(頂点)을 지나는 호(弧)의 적어도 절반의 형상을 따라 배치되어 있는 복수의 상기 노즐을 갖는 제1 세정 유닛과, 상기 벨자의 측부 직동(直胴) 내벽면의 높이 방향의 형상을 따라 배치되어 있는 다른 복수의 상기 노즐을 갖는 제2 세정 유닛을 구비하고, 상기 제1 세정 유닛의 상기 노즐을 상기 상부 만곡 내벽면에 근접시킨 상태이며, 또한, 제2 세정 유닛의 상기 노즐을 상기 측부 직동 내벽면에 근접시킨 상태에서, 상기 제1 세정 유닛 및 상기 제2 세정 유닛을 상기 벨자에 대하여 상대적으로 이동시키는 구동 기구를 구비하고 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 태양에 따르면, 벨자의 내벽면의 부착물을 확실하게 제거할 수 있는 효과를 발휘한다. 예를 들면, 본 발명의 일 태양에 따른 도 1에 나타내는 태양의 세정 장치를 이용하고, 연마성이 높은 연마 입자를 포함하는 세정액을 이용하고, 노즐의 에로전이 100㎛／시간, 충돌압 15㎫이 되도록 노즐과 벨자 벽면과의 거리를 조정하고(약 200㎜), 세정 시간을 2시간으로 하여 벨자 세정을 행한 바, 반사율이 0.7 이상이 될 정도로 벨자의 내벽면을 세정할 수 있었다. 또한, 상기 세정을 30회 실시했을 때에도, 노즐에는 이상은 없고, 마찬가지의 세정을 행할 수 있었다.
이에 대하여, 마찬가지의 세정액을 사용하여, 상기 종래 기술에 나타내는, 중앙부에 배치한 샤프트를 회전시킴과 함께 연직 방향으로 이동하면서, 당해 샤프트의 상단부의 노즐로부터 삼차원 방향으로 상기 세정액을 분사하여 반응로의 내벽면을 세정하는 장치를 사용하여, 충돌압이 15㎫이 되도록 세정을 행한 결과, 세정 개시부터 1.7시간에서, 에로전에 의해 노즐이 파손되어, 반사율이 0.7 이상이 될 정도로 벨자의 내벽면을 세정할 수 없었다.
도 1은 본 발명의 실시형태 1에 따른 세정 장치의 개략 구성을 나타내는 도면.
도 2는 상기 세정 장치의 공급 유닛의 개략 구성을 나타내는 모식도.
도 3의 (a) 및 (b)는, 상기 세정 장치의 세정 방법을 설명하는 플로우도.
도 4는 본 발명의 실시형태 2에 따른 세정 장치의 개략 구성의 일부를 나타내는 도면.
이하, 본 발명의 실시형태에 대해서, 상세하게 설명한다. 또한, 설명의 편의상, 각 실시형태에 나타낸 부재와 동일한 기능을 갖는 부재에 대해서는, 동일한 부호를 부기(付記)하고, 적절하게 그 설명을 생략한다.
〔실시형태 1〕
이하, 본 발명의 실시형태 1에 대해서, 도 1∼도 4에 의거하여 설명한다. 도 1은 본 발명의 실시형태 1에 따른 세정 장치(100)의 개략 구성을 나타내는 도면이다. 도 2는, 세정 장치(100)의 공급 유닛(170)의 개략 구성을 나타내는 모식도이다.
(세정 시스템)
세정 시스템(600)은, 벨자(500)의 본체(501)의 내벽면(502)을 세정하기 위한 시스템이다. 세정 시스템(600)은, 도 1에 나타내는 바와 같이, 세정 장치(100), 고압 펌프(200), 및 세정액 탱크(300)를 구비하고 있다.
세정액 탱크(300)는, 연마 입자를 포함하는 세정액을 저류(貯留)하는 탱크이다. 또한, 세정액 탱크(300)는, 벨자(500)의 세정 후의 세정액을 회수할 수도 있다. 고압 펌프(200)는, 세정액 탱크(300)로부터 세정 장치(100)로 세정액을 고압으로 송액(送液)하는 펌프이다.
(세정 장치)
세정 장치(100)는, 노즐(112·122)에 에로전이 일어나기 어려운 토출압으로 연마 입자를 포함하는 세정액을 노즐(112·122)로부터 토출한다. 그리고, 다결정 실리콘의 제조에 이용되는 벨자(500)의 내벽면(502)에 세정액을 충돌시켜, 내벽면(502)을 세정한다. 또한, 세정 장치(100)는, 세정액이 벨자(500)의 내벽면(502)에 충돌할 때의 충돌압이, 내벽면(502)의 오염을 제거할 수 있는 압력을 확보하도록 노즐(112·122)과 세정면(내벽면(502))과의 거리를 일정하게 조정한다. 이에 따라, 세정 능력을 희생하지 않고, 노즐(112·122) 등의 에로전을 일으키기 어렵게 할 수 있다. 이하에 세정 장치(100)에 대해서 상세하게 설명한다.
세정 장치(100)는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 제1 세정 유닛(110), 제2 세정 유닛(120), 메인 샤프트(140), 구동부(160), 및 공급 유닛(170)을 구비하고 있다.
또한, 세정 장치(100)의 세정 대상인 벨자(500)는 캡슐 형상이며, 상부(503)가 만곡하고, 동체부(504)가 절구통형으로 되어 있다. 이하, 상부(503)의 내벽면을 상부 만곡 내벽면(503a), 동체부(504)의 내벽면을 측부 직동 내벽면(504a)이라고 표기한다.
(제1 세정 유닛(110))
제1 세정 유닛(110)은, 상부 만곡 내벽면(503a)을 세정한다. 제1 세정 유닛(110)은, 노즐 프레임(111), 노즐(112), 노즐 헤더(113), 및 노즐 호스(114)를 구비하고 있다.
노즐(112)은, 상부 만곡 내벽면(503a)의 정점(503b)을 지나는 호의 적어도 절반의 형상을 따르도록, 노즐 프레임(111)에 복수 고정되어 있다. 복수의 노즐(112)은, 예를 들면, 1개의 상기 호를 따라 일렬로 배치되어 있어도 되고, 복수의 상기 호로 분할하여 배치되어 있어도 된다. 복수의 노즐(112)은, 각각의 세정 범위의 합계 범위가 상기 절반을 커버하도록 배치되어 있으면 된다.
노즐(112) 자체는 회전하지 않고, 분사구도 회전하지 않도록 고정되어 있다. 노즐(112)은, 예를 들면, 3개에 1세트로 하고, 노즐 프레임(111)에 10세트(10계열)의 노즐(112)이 배치되어 있어도 된다. 노즐(112)은, 내삽품(內揷品)이 텅스텐 카바이드제 이상의 경도를 갖는 재질인 것이 바람직하다. 노즐(112)은, 토출압이 높을수록 에로전이 커진다. 그 때문에, 노즐(112)은, 세정액에 의한 노즐(112)의 에로전이 500㎛／시간 이하가 되는 토출압으로 세정액을 토출한다.
또한, 노즐(112)과 상부 만곡 내벽면(503a)과의 거리는, 세정액의 상부 만곡 내벽면(503a)에의 충돌압이 상부 만곡 내벽면(503a)의 오염을 제거할 수 있는 압력을 확보하도록, 일정하게 조정된다. 상기 충돌압은, 10㎫ 이상으로 설정할 수 있다. 상기 충돌압은, 높을수록 세정 효과가 커지지만, 내벽면(502)(세정 대상)의 감육(減肉)을 고려할 필요가 있다. 또한, 충돌압이 지나치게 작으면, 세정 부족이 된다. 따라서, 연마 입자의 종류에도 의하지만, 상기 충돌압은, 10㎫ 이상으로 하는 것이 바람직하다.
노즐(112)의 에로전이 500㎛／시간 이하가 되는 토출압으로 노즐(112)이 세정액을 토출하고, 상부 만곡 내벽면(503a)의 오염을 제거할 수 있는 충돌압을 확보 하기 위해서는, 노즐(112)과 상부 만곡 내벽면(503a)과의 거리를 조절한다. 구체적인 노즐(112)과 상부 만곡 내벽면(503a)과의 거리는, 100∼300㎜ 정도, 더 바람직하게는, 150∼250㎜로 하는 것이 바람직하다. 상기 거리는 0㎜에 가까운 쪽일수록 세정 능력이 높아지지만, 이러한 거리를 상기 범위 정도로 함으로써 광각형의 노즐(112)을 채용할 수 있고, 1개의 노즐에 대한 세정 범위를 넓힐 수 있다. 또한, 이에 따라, 벨자(500)의 본체(501)와 세정 장치(100) 사이에 여유가 생겨, 벨자(500)의 세정 장치(100)에의 탈착을 용이하게 할 수 있다. 상기 토출압, 및 거리의 조정은 수동이어도 되고, 자동으로 이루어져도 된다.
노즐 프레임(111)은, 벨자(500)의 높이 방향으로 연신(延伸)하고, 벨자(500)의 상부를 향하여 볼록해지는 형상을 갖는 복수의 부재로 이루어진다. 또한, 벨자(500)의 높이 방향과 평행하게 나열된 당해 복수의 부재를 1세트로 했을 때, 노즐 프레임(111)은, 2세트로 구성되는 것이어도 된다. 그 경우, 2개의 복수의 판 부재의 세트는 정점(503b)을 지나는 벨자(500)의 축에 대하여, 선대칭이 되도록, 후술하는 메인 샤프트(140)에 노즐 프레임(121)을 통해 접속되어 있다.
노즐 프레임(111)은, 노즐(112)이 상부 만곡 내벽면(503a)에 근접시킨 상태에서, 노즐(112)과 상부 만곡 내벽면(503a)과의 거리가 일정해지도록, 메인 샤프트(140)의 회전에 맞춰 회전(이동)한다. 환언하면, 노즐 프레임(111)은, 구동부(160)에 의해 회전하는 메인 샤프트(140)의 회전에 맞춰 회전한다. 노즐 프레임(111)은, 예를 들면, 정전(正轉)한 후 반전하는 왕복 회전을 행해도 된다. 또한, 노즐 프레임(111)의 이동은, 회전뿐이며, 상하 방향으로는 이동시키지 않는다.
노즐 헤더(113)는, 후술하는 공급 유닛(170)으로부터 노즐 호스(114·174)에 의해 송액된 세정수를, 각 노즐(112)에 분배한다.
노즐 호스(114)는 고압 호스이며, 가요성(可撓性)을 갖는다. 본 실시형태에서는, 상술한 바와 같이, 메인 샤프트(140)로부터 노즐(112·122) 사이의 세정액 유로(流路)(노즐 호스(114))는 가요성을 갖는다. 그 때문에, 세정액 유로는 고정 배관보다도 급격한 곡선을 피할 수 있다. 그 결과, 메인 샤프트(140)로부터 노즐(112·122)까지의 세정액 유로의 에로전에 의한 트러블을 방지할 수 있다. 또한, 가요성을 가짐함으로써 노즐(112·122)과 벽면과의 거리 조정을 용이하게 할 수 있다.
(제2 세정 유닛)
제2 세정 유닛(120)은, 측부 직동 내벽면(504a)을 세정한다. 제2 세정 유닛(120)은, 노즐 프레임(121), 노즐(122), 노즐 헤더(123), 및 노즐 호스(124)를 구비하고 있다.
노즐(122)은, 복수, 측부 직동 내벽면(504a)의 높이 방향의 형상을 따라 노즐 프레임(121)에 고정되어 있다. 복수의 노즐(122)은, 고정되어 있는 벨자(500)의 높이 방향의 위치가 달라도 되고, 예를 들면, 측부 직동 내벽면(504a)의 높이 방향의 형상을 따라 일렬로 배치되어 있어도 된다. 노즐(122)은, 세정액에 의한 노즐(122)의 에로전이 500㎛／시간 이하가 되는 토출압으로 세정액을 토출한다.
또한, 노즐(122)과 측부 직동 내벽면(504a)과의 거리는, 세정액의 측부 직동 내벽면(504a)에의 충돌압이 측부 직동 내벽면(504a)의 오염을 제거할 수 있는 압력을 확보하도록, 일정하게 조정된다. 상술한 바와 같이, 상기 충돌압은 10㎫ 이상, 상기 거리는 150∼250㎜로 하는 것이 바람직하다. 상기 토출압, 및 거리의 조정은 수동이어도 되고, 자동으로 이루어져도 된다.
노즐 프레임(121)은, 벨자(500)의 높이 방향과 평행하게 연신하는 4개의 봉 형상 부재를 서로 고정시킨 부재이다. 노즐 프레임(121)은, 후술하는 메인 샤프트(140)에 접속되어 있으며, 구동부(160)에 의해 회전하는 메인 샤프트(140)의 회전, 및 상하 방향의 이동에 맞춰 이동(회전, 및 상하 방향으로 이동)한다. 노즐 프레임(121)은, 노즐(122)이 측부 직동 내벽면(504a)에 근접시킨 상태에서, 노즐(122)과 측부 직동 내벽면(504a)과의 거리가 일정해지도록, 메인 샤프트(140)의 회전, 및 상하 방향의 이동에 맞춰 이동(회전, 및 상하 방향으로 이동)한다.
노즐 헤더(123)는, 노즐 프레임(121)에 장착되어 있으며, 후술하는 공급 유닛(170)으로부터 송액된 세정수를, 노즐(122)에 분배한다.
본 실시형태에 있어서, 노즐(122)은, 측부 직동 내벽면(504a)의 높이 방향의 전체 범위에 걸쳐 마련되어 있지 않고, 측부 직동 내벽면(504a)의 높이 방향의 전체 범위의 일부의 범위에 마련되어 있다. 그 때문에, 제2 세정 유닛(120)은, 노즐 프레임(121)을 회전, 및 상하 방향으로 이동시킴으로써 측부 직동 내벽면(504a)의 전역을 세정한다.
또한, 노즐 프레임(121)을 상하 방향으로 이동시킬 경우, 상하로 이동시키는 거리는, 예를 들면 500㎜로 설정할 수 있다. 또한, 노즐 프레임(121)에 간격을 두고 노즐(122)을 마련함으로써, 상하 방향으로 이동시키는 거리를 작게 할 수 있다. 또한, 노즐 프레임(121)의 상하 방향으로의 이동은, 회전과 동시에 나선 형상(스파이럴 형상)으로 이동해도 되고, 회전 후에 상하 방향으로 이동하는 등 별개로 이동해도 된다. 노즐 프레임(121)의 상하 방향으로의 이동은, 예를 들면, 상한을 원점으로 하여 하강하는 것이어도 된다. 그 경우, 노즐 프레임(121)의 하강 속도는 회전 수에 의해 결정된다.
노즐 호스(124)는, 후술하는 공급 유닛(170)으로부터의 세정수를, 노즐(122)에 송액한다. 노즐 호스(124)는 고압 호스이며, 또한 가요성을 갖는 것임이 바람직하다.
본 실시형태에 있어서, 공급 유닛(170)으로부터 노즐(112·122)의 토출구에 이르기까지의 세정액 유로에 있어서의 세정액의 유속은, 세정액에 의한 세정액 유로의 내벽의 에로전이 1㎛／시간 이하가 되도록 제어된다. 구체적으로는, 상기 유속은 2.0m／s 이하로 하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 세정액 유로의 마모에 의한 트러블을 방지할 수 있다. 상기 제어는, 수동으로 행해지는 것이어도 되고, 자동으로 행해지는 것이어도 된다.
또한, 본 실시형태에서는, 노즐(112·122)로서, 3D 노즐(노즐(112·122) 자체가 회전하는 노즐)은 채용하지 않고, 노즐(112·122)은 각각 노즐 프레임(111·121)에 고정되어 있다. 분사구가 고정된 노즐(112·122)은, 노즐 프레임(111·121)이 이동함으로써 내벽면(502)을 세정한다. 3D 노즐은 회전 이음매에는 슬라이딩부가 있어, 에로전의 원인이 된다. 3D 노즐을 이용하면, 노즐의 에로전이 2000㎛／시간 이상이 되고, 또한, 3D 노즐이 자전하기 위한 기어 기구부의 에로전으로 회전 불량이 되어, 내벽면(502)을 한 번도 세정할 수 없을 경우가 있다. 그것에 대하여, 본 실시형태에서는, 노즐(112·122)의 슬라이딩부를 없애고, 노즐(112·122)의 에로전을 방지함으로써, 연마 입자를 포함하는 세정액에 의한 세정을 가능하게 했다.
(메인 샤프트)
메인 샤프트(140)(회전부)는, 노즐 프레임(111·121)에 접속되어 있으며, 후술하는 구동부(160)에 의해, 회전, 및 상하 방향으로 이동한다. 이에 따라, 노즐 프레임(111·121)을 통해 노즐(112·121)의 세정 위치를 이동시킨다.
메인 샤프트(140)는 중공(中空)으로 되어 있으며, 내부에는, 노즐(112·122)에의 세정액 유로인 복수의 노즐 호스(174)(노즐 호스(114·124))가 들어가 있다. 메인 샤프트(140)는, 샤프트 커버(도시 생략)를 구비하고 있다. 샤프트 커버에 의해, 메인 샤프트(140) 표면에의 세정수의 접촉이나, 내벽면(502)의 세정 중에 벨자(500)의 내부로부터 구동부(160)로 세정액이 유입하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 샤프트 커버는 상하로 나누어져 있고, 샤프트 커버의 상부는 하부의 일부에 덮이도록 형성되어 있다. 당해 상부 및 하부 사이에는 그랜드 패킹(도시 생략)이 마련되어 있어, 메인 샤프트(140) 내로 세정액이 유입하는 것을 방지하고 있다.
또한, 세정 장치(100)는, 세정 후, 열풍 등을 벨자(500) 내부에 송풍하고, 벨자(500) 내부를 건조시키는 건조 노즐을 구비하고 있어도 된다.
(구동부)
구동부(160)(구동 기구)는, 회전·상하 구동력을 발생시켜, 메인 샤프트(140)를 회전, 및 상하 방향으로 이동시킨다. 구체적으로는, 제1 세정 유닛(110)의 노즐(112)을 상부 만곡 내벽면(503a)에 근접시킨 상태이며, 또한, 제2 세정 유닛(120)의 노즐(122)을 측부 직동 내벽면(504a)에 근접시킨 상태를 생각한다. 구동부(160)는, 이들 상태에서, 제1 세정 유닛(110) 및 제2 세정 유닛(120)을 벨자(500)에 대하여 상대적으로 이동시킨다.
구동부(160)는 승강용 모터(161)(제2 구동부), 및 회전용 모터(162)(제1 구동부, 및 제2 구동부)를 구비하고 있다. 구동부(160)는, 벨자(500)의 내부(세정 공간)가 아니라 외부, 즉 세정 분위기 밖에 설치되어 있다. 그 때문에, 구동부(160)의 세정액에 의한 에로전을 방지할 수 있다.
승강용 모터(161)는, 감속기를 통해, 메인 샤프트(140)를 상하 방향으로 이동시킨다. 회전용 모터(162)는, 감속기·롤러 체인에 의해, 메인 샤프트(140)를 회전 이동시킨다.
(공급 유닛)
공급 유닛(170)은, 고압 펌프(200)에 의해 세정액 탱크(300)로부터 송액된 세정수를, 노즐 헤더(113·123)를 통해 노즐(121·122)에 분급(分給)한다. 공급 유닛(170)은, 도 2에 나타내는 바와 같이, 밸브 헤더 서포트(171), 밸브 헤더(172), 고압 밸브(173), 및 노즐 호스(174)를 구비하고 있다.
밸브 헤더 서포트(171)는, 수평 방향으로 회전 가능한 대(台)이며, 메인 샤프트(140)의 회전에 추종하여 회전한다. 밸브 헤더 서포트(171) 위에는 밸브 헤더(172)가 설치되어 있다. 밸브 헤더(172)는, 밸브 헤더(172)에 장착된 고압 밸브(173)를 전환함으로써, 소정의 노즐(121·122)에 세정수를 공급한다.
노즐 호스(174)(세정액 유로)는, 가요성을 갖는다. 노즐 호스(174)가 가요성을 가짐으로써, 메인 샤프트(140)와 고압 밸브(173) 사이에 발생하는 회전이나 상하 방향으로의 이동을 흡수할 수 있다. 그 결과, 메인 샤프트(140)와 고압 밸브(173) 사이에 슬라이딩부가 있는 이음매를 사용하지 않고, 공급 유닛(170)으로부터 메인 샤프트(140)까지의 세정액 유로의 마모에 의한 트러블을 방지할 수 있다.
(변형예)
제2 세정 유닛(120)에는, 노즐(122)이, 측부 직동 내벽면(504a)의 둘레 방향의 형상을 따라 환(環) 형상으로 배치되어 있어도 된다. 또한, 그 경우, 노즐 프레임(121)은, 회전하지 않고, 노즐(122)이 측부 직동 내벽면(504a)에 근접시킨 상태에서, 노즐(122)과 측부 직동 내벽면(504a)과의 거리가 일정해지도록, 상하 방향으로 이동한다. 상기 상하 방향의 이동은, 승강용 모터(161)(제3 구동부)에 의해 행해진다.
또한, 노즐(122)은, 측부 직동 내벽면(504a)의 높이 방향의 형상을 따라 배치되고, 또한 둘레 방향의 형상을 따라 환 형상으로 배치되어 있는 것이어도 된다.
(세정 방법)
본 실시형태의 세정 방법에 대해서, 도 3에 의거하여 설명한다. 도 3은, 세정 장치(100)의 세정 방법을 설명하는 플로우도이다. 구체적으로는, 도 3의 (a)는, 세정 방법의 플로우도이며, 도 3의 (b)는 고압 밸브(173)가 전환된 플로우도이다.
우선, 도 3의 (a)에 나타내는 바와 같이, 프리 세정으로서 순수에 의해 벨자 내부를 수세(水洗)한다. 그리고 연마 입자를 포함하는 세정액으로 세정을 개시한다. 세정은 소정의 고압 밸브(173)(이후, 고압 밸브 V1이라고 표기함)를 하나 열고, 구동부(160)에 의해 메인 샤프트(140)가 회전, 또는 상하 방향으로 이동함으로써 세정을 행한다. 당해 고압 밸브 V1의 세정 범위의 세정이 종료되면, 다음 고압 밸브(173)(이후, 고압 밸브 V2라고 표기함)를 열고 세정을 행한다. 모든 밸브에 의한 세정이 종료된 후, 순수에 의해 린스를 행하고, 건조 노즐에 의해 건조를 행한다.
또한, 도 3의 (b)에 나타내는 바와 같이, 소정의 고압 밸브 V1에 의한 세정이 종료된 후, 고압 밸브 V1을 순수에 의해 세정하여, 고압 밸브 V1에 잔류해 있는 연마 입자를 제거한다. 세정 후, 고압 밸브 V2를 열고, 고압 밸브 V1을 닫을 때까지, 고압 펌프(200)를 정지한다. 그 후, 고압 밸브 V2에 접속되어 있는 노즐(112·122)이 커버하는 세정 범위를 세정한다.
고압 펌프(200)를 정지시킨 후, 고압 밸브 V1을 닫기 전에 다음 고압 밸브 V2를 엶으로써, 세정 경로 내를 완전히 닫지 않고, 압력이 빠져나가지 않도록 할 수 있다. 이에 따라, 고압 밸브(173)의 전환시의 밸브 개폐의 트러블을 방지할 수 있다. 또한, 고압 밸브의 개폐시에 유로가 좁혀짐으로써 유속이 빨라지는 것에 의한 에로전을 방지할 수 있다.
〔실시형태 2〕
실시형태 2에 대해서, 도 4에 의거하여 설명한다. 도 4는, 본 발명의 실시형태 2에 따른 세정 장치(100A)의 개략 구성의 일부를 나타내는 도면이다. 세정 장치(100A)는, 세정 장치(100)와 비교하여, 구동부(160) 대신에 구동부(160a)를 구비하는 점이 다르고, 그 밖의 구성은 마찬가지이다.
구동부(160a)는, 구동부(160)와 비교하여, 벨자 구동부(180), 및 승강용 모터(161)를 구비하는 점이 다르고, 그 밖의 구성은 마찬가지이다. 제1 세정 유닛(110)의 노즐(112)을 상부 만곡 내벽면(503a)에 근접시킨 상태, 및 제2 세정 유닛(120)의 노즐(122)을 상기 측부 직동 내벽면(504a)에 근접시킨 상태 중 적어도 한쪽의 상태를 생각한다. 벨자 구동부(180)는, 이 중 적어도 한쪽의 상태에서, 벨자(500)를 이동(회전)시킨다. 벨자 구동부(180)는, 도 4에 나타내는 바와 같이, 회전 테이블(181), 벨자 회전용 모터(182), 테이블 구동용 타이어(183), 및 회전용 베어링(184)을 구비하고 있다. 벨자 구동부(180)는, 세정 분위기 밖에 설치되어 있다.
회전 테이블(181)은 설치면 위에 수평 방향으로 회전 가능하게 마련되어 있다. 회전 테이블(181) 위에는 벨자(500)가 설치되고, 회전 테이블(181)이 회전하는 것에 수반하여, 벨자(500)가 회전한다. 회전 테이블(181)과 설치면 사이에는, 회전 테이블(181)의 회전을 원활하게 하기 위한 회전용 베어링(184)이 마련되어 있다.
벨자 회전용 모터(182)는, 감속기·롤러 체인에 의해 테이블 구동용 타이어(183)의 회전을 통해, 벨자 회전용 모터(182)의 회전이 회전 테이블(181)에 전달됨으로써 벨자(500)를 회전시킨다.
구동부(160a)(구동 기구)는, 승강용 모터(161)(제2 구동부)를 구비하고 있다. 환언하면, 제1 세정 유닛(110), 및 제2 세정 유닛(120)은 회전하지 않는다. 단, 제2 세정 유닛(120)의 세정시는 상하 방향으로만 이동하고(도 4의 양쪽 화살표), 세정을 행한다.
즉, 세정 장치(100A)에서는, 벨자(500) 자체가 회전하고(도 4의 흰색 화살표), 제2 세정 유닛(120)이 상하 방향으로 이동함으로써 내벽면(502)의 세정을 행한다. 이에 따라, 도 2에 나타내는 바와 같은 공급 유닛의 회전을 흡수하기 위한 회전 가능한 밸브 헤더(172) 등이 불필요해진다. 설비적으로 상기 기구를 설치하기 위한 스페이스를 확보할 수 없을 경우는 유효하다.
또한, 제2 세정 유닛(120)을 상하 방향으로 이동시키지 않고, 벨자(500)를 상하 방향으로 이동시킴으로써 내벽면(502)의 세정을 행해도 된다.
(에로전 대책 정리)
본 실시형태에 있어서의, 노즐, 및 세정액 유로 에로전을 방지하기 위한 대책에 대해서 하기에 정리한다. (1) 노즐(112·122)과 내벽면(502)과의 거리를 조정함으로써, 노즐(112·122)의 토출압을 억제하면서, 세정액의 내벽면(502)에의 충돌압을 확보한다. (2) 노즐(112·122), 및 세정액 유로에 슬라이딩부를 마련하지 않는다. (3) 세정액 유로의 유속을 억제한다. (4) 세정액 유로에 있어서, 극력 급격한 곡선을 피한다. (5) 노즐(112·122)의 내삽품을 텅스텐 카바이드제 이상의 경도를 갖는 재질로 한다. (6) 고압 밸브(173)의 마모 대책으로서 개폐간에 순수세정을 행하고, 배관 및 밸브 내에 잔류해 있는 연마 입자의 세정을 행한다. (7) 고압 밸브(173)의 마모 대책, 및 개폐에 의한 급격한 압력 변동에 의한 트러블 방지로서 개폐시는 고압 펌프(200)를 정지한다. (8) 구동부(160)는 모두, 벨자(500)의 외부 부착으로 한다.
본 발명은 상술한 각 실시형태에 한정되는 것이 아니라, 청구항에 나타낸 범위에서 각종 변경이 가능하며, 다른 실시형태에 각각 개시된 기술적 수단을 적절하게 조합하여 얻어지는 실시형태에 대해서도 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.
(정리)
상기의 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 태양에 따른 세정 방법은, 노즐로부터 연마 입자를 포함하는 세정액을 토출하고, 다결정 실리콘의 제조에 이용되는 벨자의 내벽면에 충돌시켜, 상기 내벽면을 세정하는 세정 방법으로서, 상기 노즐은, 상기 세정액에 의한 상기 노즐의 에로전이 500㎛／시간 이하가 되는 토출압으로 상기 세정액을 토출하고, 상기 세정액의 상기 내벽면에의 충돌압이 상기 내벽면의 오염을 제거할 수 있는 압력을 확보하도록, 상기 노즐과 상기 내벽면과의 거리를 조정하는 것을 특징으로 한다.
상기 구성에 따르면, 세정액에 연마 입자가 포함되어 있기 때문에, 세정액의 물리적인 제거 능력이 높아져, 확실하게 벨자의 내벽면의 부착물을 제거할 수 있다.
또한, 세정액의 내벽면에의 충돌압을 확보하도록, 노즐과 내벽면과의 거리가 조정된다. 그 때문에, 노즐의 에로전이 500㎛／시간 이하가 되는 토출압으로 세정액을 노즐로부터 토출해도, 노즐을 내벽면 근방에 배치함으로써 세정액의 내벽면에의 충돌압을 확보할 수 있다. 그 결과, 세정액을 토출하는 노즐의 에로전을 방지하면서, 벨자의 내벽면의 부착물을 확실하게 제거할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 태양에 따른 세정 방법에서는, 상기 충돌압은 10㎫ 이상으로 하는 것이 바람직하다.
상기 구성에 따르면, 연마 입자를 포함하는 세정액으로 내벽면의 오염을 제거하는 충돌압을 확보할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 태양에 따른 세정 방법에서는, 상기 노즐의 토출구에 이르기까지의 세정액 유로에 있어서의 상기 세정액의 유속을, 상기 세정액에 의한 상기 세정액 유로의 내벽의 에로전이 1㎛／시간 이하가 되도록 제어하는 것이 바람직하다.
상기 구성에 따르면, 세정액 유로에 있어서도 에로전을 방지할 수 있다.
또한, 상기의 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 태양에 따른 세정 장치는, 노즐로부터 연마 입자를 포함하는 세정액을 토출하고, 다결정 실리콘의 제조에 이용되는 벨자의 내벽면에 충돌시켜, 상기 내벽면을 세정하는 세정 장치로서, 상기 벨자의 상부 만곡 내벽면의 정점을 지나는 호의 적어도 절반의 형상을 따라 배치되어 있는 복수의 상기 노즐을 갖는 제1 세정 유닛과, 상기 벨자의 측부 직동 내벽면의 높이 방향의 형상을 따라 배치되어 있는 다른 복수의 상기 노즐을 갖는 제2 세정 유닛을 구비하고, 상기 제1 세정 유닛의 상기 노즐을 상기 상부 만곡 내벽면에 근접시킨 상태이며, 또한, 제2 세정 유닛의 상기 노즐을 상기 측부 직동 내벽면에 근접시킨 상태에서, 상기 제1 세정 유닛 및 상기 제2 세정 유닛을 상기 벨자에 대하여 상대적으로 이동시키는 구동 기구를 구비하고 있는 것을 특징으로 한다.
상기 구성에 따르면, 세정액에 연마 입자가 포함되어 있기 때문에, 세정액의 물리적인 제거 능력이 높아져, 확실하게 벨자의 내벽면의 부착물을 제거할 수 있다.
또한, (1) 복수의 노즐을 상부 만곡 내벽면에 근접시킨 상태이며, 또한 (2) 다른 복수의 노즐을 측부 직동 내벽면에 근접시킨 상태에서, 구동 기구에 의해, 제1 세정 유닛, 및 제2 세정 유닛이 벨자에 대하여 상대적으로 이동한다. 이에 따라, 노즐과 내벽면을 근접시킨 채, 내벽면 전체를 세정할 수 있기 때문에, 세정액의 토출압을 억제한 채여도, 내벽면에의 세정액의 충돌압을 확보할 수 있다. 그 때문에, 세정액을 토출하는 노즐의 에로전을 방지하면서, 벨자의 내벽면의 부착물을 확실하게 제거할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 태양에 따른 세정 장치에서는, 상기 구동 기구는, 상기 제1 세정 유닛의 상기 노즐을 상기 상부 만곡 내벽면에 근접시킨 상태에서, 상기 제1 세정 유닛을 이동시키는 제1 구동부와, 상기 제2 세정 유닛의 상기 노즐을 상기 측부 직동 내벽면에 근접시킨 상태에서, 상기 제2 세정 유닛을 이동시키는 제2 구동부를 구비하고 있는 것이 바람직하다.
상기 구성에 따르면, 제1 구동부 및 제2 구동부에 의해, 제1 세정 유닛 및 제2 세정 유닛을 벨자에 대하여 상대적으로 이동시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일 태양에 따른 세정 장치에서는, 상기 제2 세정 유닛은, 상기 벨자의 측부 직동 내벽면의 둘레 방향의 형상을 따라 환 형상으로 배치되어 있는 또 다른 복수의 상기 노즐을 갖고, 상기 구동 기구는, 상기 제1 세정 유닛의 상기 노즐을 상기 상부 만곡 내벽면에 근접시킨 상태에서, 상기 제1 세정 유닛을 이동시키는 제1 구동부와, 상기 제2 세정 유닛의 상기 노즐을 상기 측부 직동 내벽면에 근접시킨 상태에서, 상기 제2 세정 유닛을 이동시키는 제3 구동부를 구비하고 있는 것이 바람직하다.
상기 구성에 따르면, 제2 세정 유닛은 측부 직동 내벽면의 둘레 방향의 형상을 따라 환 형상으로 배치되어 있는 노즐을 갖는다. 또한, (1) 제1 구동부에 의해, 복수의 노즐을 내벽면에 근접시킨 상태에서 제1 세정 유닛이 벨자 내를 이동한다. 또한, (2) 제3 구동부에 의해, 또 다른 복수의 노즐을 내벽면에 근접시킨 상태에서 제2 세정 유닛이 벨자 내를 이동한다. 이 (1) 및 (2)의 동작에 의해 벨자의 내벽면이 세정된다. 이에 따라, 노즐과 내벽면을 근접시킨 채, 내벽면 전체의 세정이 행해지기 때문에, 세정액의 토출압을 억제한 채여도, 내벽면에의 세정액의 충돌압을 확보할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 태양에 따른 세정 장치에서는, 상기 구동 기구는, 세정 공간의 외부에 마련되어 있는 것이 바람직하다.
상기 구성에 따르면, 구동 기구가 세정 공간의 외부에 마련되어 있기 때문에, 구동부의 세정액에 의한 에로전을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 태양에 따른 세정 장치에서는, 당해 세정 장치의 회전부로부터 노즐까지의 세정액 유로는, 가요성을 갖는 것이 바람직하다.
상기 구성에 따르면, 세정 공간과 구동부 사이에 발생하는 회전과 상하 방향의 이동을 가요성에 의해 흡수할 수 있다. 그 결과, 회전과 상하 방향의 이동을 위해 슬라이딩부가 있는 이음매를 사용할 필요가 없어져, 세정액 공급 유닛으로부터 노즐까지의 세정액 유로의 마모에 의한 트러블을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 태양에 따른 세정 장치에서는, 상기 구동 기구는, 상기 제1 세정 유닛의 상기 노즐을 상기 상부 만곡 내벽면에 근접시킨 상태, 및 제2 세정 유닛의 상기 노즐을 상기 측부 직동 내벽면에 근접시킨 상태 중 적어도 한쪽의 상태에서, 상기 벨자를 이동시키는 벨자 구동부를 구비하고 있는 것이 바람직하다.
상기 구성에 따르면, (1) 복수의 노즐을 내벽면에 근접시킨 상태, 및 (2) 다른 복수의 노즐을 내벽면에 근접시킨 상태 중 적어도 한쪽의 상태에서, 벨자가 이동함으로써 벨자의 내벽면이 세정된다. 이에 따라, 노즐과 내벽면을 근접시킨 채, 내벽면 전체의 세정이 행해지기 때문에, 세정액의 토출압을 억제한 채여도, 내벽면에의 세정액의 충돌압을 확보할 수 있다.
100: 세정 장치
110: 제1 세정 유닛
120: 제2 세정 유닛
112·122: 노즐
114: 노즐 호스(세정액 유로)
140: 메인 샤프트(회전부)
160: 구동부(구동 기구)
161: 승강용 모터(제2 구동부, 제3 구동부)
162: 회전용 모터(제1 구동부, 제2 구동부)
174: 노즐 호스(세정액 유로)
180: 벨자 구동부
500: 벨자
502: 내벽면
503a: 상부 만곡 내벽면
504a: 측부 직동 내벽면

Claims (9)

  1. 노즐로부터 연마 입자를 포함하는 세정액을 토출하고, 다결정 실리콘의 제조에 이용되는 벨자의 내벽면에 충돌시켜, 상기 내벽면을 세정하는 세정 방법으로서,
    상기 노즐은, 상기 세정액에 의한 상기 노즐의 에로전(erosion)이 500㎛／시간 이하가 되는 토출압으로 상기 세정액을 토출하고,
    상기 세정액의 상기 내벽면에의 충돌압이 상기 내벽면의 오염을 제거할 수 있는 압력을 확보하도록, 상기 노즐과 상기 내벽면과의 거리를 조정하는 것을 특징으로 하는 세정 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 충돌압은 10㎫ 이상으로 하는 것을 특징으로 하는 세정 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 노즐의 토출구에 이르기까지의 세정액 유로(流路)에 있어서의 상기 세정액의 유속을, 상기 세정액에 의한 상기 세정액 유로의 내벽의 에로전이 1㎛／시간 이하가 되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 세정 방법.
  4. 노즐로부터 연마 입자를 포함하는 세정액을 토출하고, 다결정 실리콘의 제조에 이용되는 벨자의 내벽면에 충돌시켜, 상기 내벽면을 세정하는 세정 장치로서,
    상기 벨자의 상부 만곡(灣曲) 내벽면의 정점(頂点)을 지나는 호(弧)의 적어도 절반의 형상을 따라 배치되어 있는 복수의 상기 노즐을 갖는 제1 세정 유닛과,
    상기 벨자의 측부 직동(直胴) 내벽면의 높이 방향의 형상을 따라 배치되어 있는 다른 복수의 상기 노즐을 갖는 제2 세정 유닛을 구비하고,
    상기 제1 세정 유닛의 상기 노즐을 상기 상부 만곡 내벽면에 근접시킨 상태이며, 또한, 제2 세정 유닛의 상기 노즐을 상기 측부 직동 내벽면에 근접시킨 상태에서, 상기 제1 세정 유닛 및 상기 제2 세정 유닛을 상기 벨자에 대하여 상대적으로 이동시키는 구동 기구를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 세정 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 구동 기구는,
    상기 제1 세정 유닛의 상기 노즐을 상기 상부 만곡 내벽면에 근접시킨 상태에서, 상기 제1 세정 유닛을 이동시키는 제1 구동부와,
    상기 제2 세정 유닛의 상기 노즐을 상기 측부 직동 내벽면에 근접시킨 상태에서, 상기 제2 세정 유닛을 이동시키는 제2 구동부를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 세정 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 제2 세정 유닛은, 상기 벨자의 측부 직동 내벽면의 둘레 방향의 형상을 따라 환(環) 형상으로 배치되어 있는 또 다른 복수의 상기 노즐을 갖고,
    상기 구동 기구는,
    상기 제1 세정 유닛의 상기 노즐을 상기 상부 만곡 내벽면에 근접시킨 상태에서, 상기 제1 세정 유닛을 이동시키는 제1 구동부와,
    상기 제2 세정 유닛의 상기 노즐을 상기 측부 직동 내벽면에 근접시킨 상태에서, 상기 제2 세정 유닛을 이동시키는 제3 구동부를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 세정 장치.
  7. 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 구동 기구는, 세정 공간의 외부에 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 세정 장치.
  8. 제4항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    당해 세정 장치의 회전부로부터 노즐까지의 세정액 유로는, 가요성(可撓性)을 갖는 것을 특징으로 하는 세정 장치.
  9. 제4항에 있어서,
    상기 구동 기구는, 상기 제1 세정 유닛의 상기 노즐을 상기 상부 만곡 내벽면에 근접시킨 상태, 및 제2 세정 유닛의 상기 노즐을 상기 측부 직동 내벽면에 근접시킨 상태 중 적어도 한쪽의 상태에서, 상기 벨자를 이동시키는 벨자 구동부를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 세정 장치.
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