KR20230007226A - 다결정 실리콘 로드의 제조 장치 및 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
[과제] 심선에의 실리콘의 석출을 억제하고 심선용 전극의 배치를 바꿀 수 있는 다결정 실리콘 로드의 제조 장치 및 다결정 실리콘 로드를 제공한다.
[해결수단] 다결정 실리콘 로드의 제조 장치는, 다결정 실리콘을 석출시키기 위한 실리콘 심선(1)과, 바닥판(80)을 관통하여 마련된 실리콘 심선용 전극(60)과, 실리콘 심선(1)과 실리콘 심선용 전극(60) 사이에 마련되며, 바닥판(80)에 대해 이동 가능한 어댑터 등으로 이루어지는 조정 부재(10)와, 조정 부재(10)를 냉각 가능한 냉각부를 갖고 있다.
[해결수단] 다결정 실리콘 로드의 제조 장치는, 다결정 실리콘을 석출시키기 위한 실리콘 심선(1)과, 바닥판(80)을 관통하여 마련된 실리콘 심선용 전극(60)과, 실리콘 심선(1)과 실리콘 심선용 전극(60) 사이에 마련되며, 바닥판(80)에 대해 이동 가능한 어댑터 등으로 이루어지는 조정 부재(10)와, 조정 부재(10)를 냉각 가능한 냉각부를 갖고 있다.
Description
본 발명은 가열된 실리콘 심선의 표면에 원료 가스를 공급함으로써 다결정 실리콘을 석출시키기 위한 다결정 실리콘 제조 장치 및 제조 방법에 관한 것이다.
다결정 실리콘은 반도체용의 단결정 실리콘 또는 태양 전지용 실리콘의 원료이다. 다결정 실리콘의 제조 방법으로서는, 지멘스법이 알려져 있다. 지멘스법은, 일반적으로 실란 원료 가스를 가열된 실리콘 심선에 접촉시킴으로써, 실리콘 심선의 표면에 CVD(Chemical Vapor Deposition)법을 이용하여 다결정 실리콘을 석출시키는 방법이다.
지멘스법은, 실리콘 심선을 연직 방향 2개, 수평 방향 1개의 역 U자형으로 조립하고, 역 U자형 실리콘 심선의 양단부를 각각 심선 홀더에 접속하고, 바닥판 상에 배치한 한 쌍의 금속제의 전극에 고정한다. 일반적으로는 반응로 내에는 복수 세트의 역 U자형 실리콘 심선을 배치한 구성으로 되어 있다.
역 U자형의 실리콘 심선을 석출 온도까지 통전에 의해 가열하고, 원료 가스로서 예컨대 트리클로로실란과 수소의 혼합 가스를 실리콘 심선 상에 접촉시켜서, 실리콘이 기상 성장하여, 소망 직경의 다결정 실리콘 로드가 역 U자 형상으로 형성된다.
지멘스법에 사용되는 바닥판에 있어서, 실리콘 심선용 전극은 반응로의 바닥판의 관통 구멍 내에 삽입되어 있는 것이 일반적이다. 그리고, 상술한 바와 같이 복수 세트의 실리콘 심선을 배치하기 때문에, 바닥판을 관통하는 실리콘 심선용 전극이 복수개 존재하고 있다.
이러한 가운데, 전극의 배치에 대한 다양한 제안이 이루어지고 있다.
특허문헌 1(일본 특허 공개 제 2011-231005 호 공보)에서는, 표면 형상 불량이나 휨이 없도록 다결정 실리콘을 석출하는 것이 용이한 다결정 실리콘 환원로를 제공하기 위해, 실리콘 심봉과 원료 가스 공급구, 배기구의 위치 관계가 제안되어 있다.
특허문헌 2(WO2011/123998)에서는, 열효율, 가스 흐름의 균일성을 높이고, 생산량의 증가, 표면 품질의 개선, 에너지 소비의 삭감이 가능한 배치가 제안되어 있다.
특허문헌 3(WO2012/171149)이나 특허문헌 4(WO2013/093051)에서도, 생산성이나 반응로 내의 균일성을 목적으로 하여 반응로 내의 배치가 제안되어 있다.
이러한 가운데, 특허문헌 5(일본 특허 공개 제 2014-101256 호 공보)에는, 노 내에 설치하는 히터의 수명을 연장하기 위해, 배치를 가변으로 하기 위한 제안이 이루어지고 있다.
그러나, 특허문헌 1 내지 4에 제안되어 있는 최적의 배치는 각각 상이하다. 또한, 반응로의 대형화도 진행되고 있어서, 반응기에 드는 비용은 매우 크다. 그럼에도 불구하고, 바닥판을 관통하는 실리콘 심선용 전극은 설치 전에 배치를 결정할 필요가 있다.
그러나, 실제로는, 설치한 반응기 그 자체로 다결정 실리콘을 성장시켜 보지 않으면, 다결정 실리콘의 성장 형상은 알 수 없다.
또한, 특허문헌 5와 같은 태양도 제안되어 있지만, 특허문헌 5에 의해 히터의 배치를 최적화할 수 있어도, 어댑터 등에는 다결정 실리콘이 석출되어 버리기 때문에, 심선의 배치를 재조정할 수도 없고, 어댑터 등 자체의 재이용도 곤란해져 폐기하지 않을 수 없다. 만약 재이용 가능하다고 해도, 배치의 재조정 시에는 석출되어 버린 다결정 실리콘이 조정 부재로부터 벗겨져 떨어지는 경우가 있다. 어댑터 등에 석출되어 버린 다결정 실리콘은 부재와 접촉하고 있어서 품질이 저하된다. 그 다결정 실리콘이 노 내로 낙하하여, 결과적으로 노 내의 오염이 증가해 버린다. 또한, 이들 석출되어 버린 다결정 실리콘은 반도체용이나 태양 전지용의 다결정 실리콘으로서 적합하지 않기 때문에, 품질 요구가 낮은 제품에 유용할 수밖에 없다.
본 발명은 이러한 문제를 감안하여 이루어진 것으로서, 어댑터 등에의 실리콘의 석출을 억제하고, 지장 없이 심선용 전극의 위치를 이동시킬 수 있는 다결정 실리콘 로드의 제조 장치 및 다결정 실리콘 로드의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 다결정 실리콘 로드의 제조 장치는,
다결정 실리콘을 석출시키기 위한 심선과,
바닥판을 관통하여 마련된 심선용 전극과,
상기 실리콘 심선과 상기 심선용 전극 사이에 마련되고, 상기 바닥판에 대해 이동 가능한 조정 부재와,
상기 조정 부재를 냉각 가능한 냉각부를
포함할 수도 있다.
본 발명에 따른 다결정 실리콘 로드의 제조 장치에 있어서,
상기 냉각부는 기체를 상기 조정 부재를 향하여 내뿜는 노즐을 가질 수도 있다.
본 발명에 따른 다결정 실리콘 로드의 제조 장치에 있어서,
상기 기체는 실란 원료 가스일 수도 있다.
본 발명에 따른 다결정 실리콘 로드의 제조 장치에 있어서,
상기 냉각부는, 상기 바닥판과 상기 조정 부재 사이에 마련되며 상기 조정 부재를 상기 바닥판에 의해 냉각하기 위한 방열 절연 부재를 가질 수도 있다.
본 발명에 따른 다결정 실리콘 로드의 제조 장치에 있어서,
상기 냉각부는, 상기 심선용 전극 내에 마련되며 냉각액을 흘리기 위한 유로를 가질 수도 있다.
본 발명에 따른 다결정 실리콘 로드의 제조 장치에 있어서,
상기 조정 부재는 상기 심선용 전극의 중심축과 상기 실리콘 심선의 중심축이 상이하도록 상기 심선용 전극과 상기 실리콘 심선을 연결할 수도 있다.
본 발명에 따른 다결정 실리콘 로드의 제조 장치에 있어서,
상기 조정 부재는 상기 심선용 전극의 재질과 상이한 재질로 이루어질 수도 있다.
본 발명에 따른 다결정 실리콘 로드의 제조 장치에 있어서,
상기 조정 부재는 상기 심선용 전극보다 저항률이 낮을 수도 있다.
본 발명에 따른 다결정 실리콘 로드의 제조 방법은,
전술한 다결정 실리콘 로드의 제조 장치를 이용하여, 심선에 다결정 실리콘을 석출시키는 공정을 포함하고,
상기 다결정 실리콘을 석출시키는 공정에서, 상기 냉각부에 의해 조정 부재를 냉각할 수도 있다.
다결정 실리콘 로드를 성장시키는 장치 또는 방법에 대해 본 발명을 적용함으로써, 실리콘 심선용 전극의 위치 이동을 원활하게 실행할 수 있어서, 배치의 최적화를 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 태양으로서 조정 부재를 냉각하기 위한 기구나 부재를 채용함으로써, 다결정 실리콘의 제조 시에 조정 부재를 냉각할 수 있기 때문에, 조정 부재에의 다결정 실리콘의 퇴적을 방지하고, 조정 부재의 가동에 지장을 초래하지 않도록 할 수 있었다. 그 결과, 조정 부재가 지장 없이 가동함으로써, 성장 중이나 제조 후 냉각 중의 다결정 실리콘에 의해 심선용 전극에 가해지는 응력을 완화할 수 있어서, 성장 중이나 제조 후 냉각 중의 다결정 실리콘의 균열이나 도괴를 방지할 수 있었다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 반응로의 종단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시형태에서 사용되는 실리콘 심선, 조정 부재 등을 위에서 본 평면도이다.
도 3은 도 2의 상태로부터, 실리콘 심선용 전극의 중심축 주위로 회전시킨 상태를 나타내는 평면도이다.
도 4는 본 발명의 실시형태에서 사용되는 조정 부재의 일 예를 나타낸 종단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시형태에서 사용되는 조정 부재를 냉각하기 위한 기구의 일 예를 나타낸 종단면도이다.
도 6은 본 발명의 실시형태에서 사용되는 조정 부재를 냉각하기 위한 기구의 다른 예를 나타낸 종단면도이다.
도 7은 본 발명의 실시형태에서 사용되는 조정 부재를 이동시키기 위한 기구로서, 도 2 내지 도 4에 도시한 태양과는 상이한 태양을 나타낸 종단면도이다.
도 8은 본 발명의 실시형태에서 사용되는 조정 부재를 냉각하기 위한 기구, 제어부 및 온도계를 나타낸 종단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시형태에서 사용되는 실리콘 심선, 조정 부재 등을 위에서 본 평면도이다.
도 3은 도 2의 상태로부터, 실리콘 심선용 전극의 중심축 주위로 회전시킨 상태를 나타내는 평면도이다.
도 4는 본 발명의 실시형태에서 사용되는 조정 부재의 일 예를 나타낸 종단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시형태에서 사용되는 조정 부재를 냉각하기 위한 기구의 일 예를 나타낸 종단면도이다.
도 6은 본 발명의 실시형태에서 사용되는 조정 부재를 냉각하기 위한 기구의 다른 예를 나타낸 종단면도이다.
도 7은 본 발명의 실시형태에서 사용되는 조정 부재를 이동시키기 위한 기구로서, 도 2 내지 도 4에 도시한 태양과는 상이한 태양을 나타낸 종단면도이다.
도 8은 본 발명의 실시형태에서 사용되는 조정 부재를 냉각하기 위한 기구, 제어부 및 온도계를 나타낸 종단면도이다.
이하, 본 발명을 실시하기 위한 형태에 대해 설명한다.
<구성>
도 1에 나타내는 바와 같이, 지멘스법에 사용되는 반응로(100)는 바닥판(베이스 플레이트)(80)과 벨자(bell jar)(81)를 갖는다. 실리콘 심선용 전극(60)은 반응로(100)의 바닥판(80)의 관통 구멍 내에 삽입되어 있는 것이 일반적이다. 일반적으로는 복수 세트의 실리콘 심선(1)을 배치하기 때문에, 바닥판(80)을 관통하는 실리콘 심선용 전극(60)은 복수개 존재하고 있다.
따라서, 반응로(100)를 설계할 시점에 바닥판(80)의 관통 구멍의 위치를 결정해야 한다. 그러나, 실제로는, 설치한 반응로(100) 그 자체로 다결정 실리콘을 성장시켜 보지 않으면, 다결정 실리콘의 성장 형상은 알 수 없다.
완전히 동일한 조건에서 반응로(100)를 증설시킬 경우에는 큰 문제가 되지 않는다. 그러나, 대부분의 경우, 생산성이나 표면 형상의 일종인 팝콘 형상, 성장 시의 다결정 실리콘의 형상의 개선 등을 목적으로 하여 개선된 반응로(100)를 설계하게 된다. 이때에는, 반응로(100) 내의 배치에 있어서는 실리콘 심선용 전극(60)만이 아니라, 공급 가스 입구(91), 배기 가스 출구(96)의 노 내 배치를 변경하는 경우가 많다. 반응 조건에 있어서는 온도, 공급 가스 농도, 공급 가스 유량, 반응 압력 등의 변경도 아울러 실행하는 경우가 많다. 그 경우, 배치가 변경되고, 나아가 반응 조건이 변경되어 있게 되므로, 실제로는, 설치한 반응로(100) 그 자체로 다결정 실리콘을 성장시켜 보지 않으면, 팝콘 형상을 포함한 다결정 실리콘의 성장 형상은 알 수 없다.
또한, 특허문헌 5에 나타나 있는 바와 같이, 히터만의 배치를 최적화할 수 있어도, 히터는 초기 가열을 위해 사용되고, 다결정 실리콘이 성장 중에는 히터는 통전을 정지하고 있기 때문에, 히터에의 다결정 실리콘의 석출은 거의 없다. 이 때문에, 다결정 실리콘이 석출되기 전에 히터의 위치만을 조정하려면 특허문헌 5로도 되지만, 다결정 실리콘이 석출된 후에 실리콘 심선(1)의 배치를 이동시킬 때에는 지장이 생길 수 있다.
이 때문에, 반응 가스가 공급된 상태에서 통전하고, 반응 온도에 도달해 있는 상태나, 반응 종료 후의 냉각 시에 있어서, 바닥판(80) 상에서 실리콘 심선(1)의 배치가 이동하는 경우, 이동하는 부재에의 다결정 실리콘의 석출을 방지하는 케어가 필요하다.
본 실시형태에서는, 실리콘 심선용 전극(60)의 관통 구멍 위치에 좌우되는 일 없이, 바닥판(80) 상에 자유롭게 배치할 수 있다. 이때에는, 바닥판(80) 상에서 조정할 수 있는 구성으로 할 수 있다.
일 예로서, 본 실시형태의 다결정 실리콘 로드의 제조 장치는 지멘스법에 의해 다결정 실리콘 로드를 제조하기 위한 장치이다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 다결정 실리콘 로드의 제조 장치는, 다결정 실리콘을 석출시키기 위한 실리콘 심선(심선)(1)과, 바닥판(80)을 관통하여 마련된 실리콘 심선용 전극(심선용 전극)(60)과, 실리콘 심선(1)과 실리콘 심선용 전극(60) 사이에 마련되고, 바닥판(80)에 대해 이동 가능한 어댑터 등으로 이루어지는 조정 부재(10)와, 조정 부재(10)를 냉각 가능한 냉각부(냉각 기구)를 가지고 있다.
반응 시에 다결정 실리콘의 직경이 커져 갈 때나, 반응 종료 시에 다결정 실리콘 로드를 냉각할 때에 응력을 완화시키기 위해, 조정 부재(10)가 면내에서 자연스럽게 이동하지만, 성장한 다결정 실리콘의 직경이 커질수록 반응 시, 또는 냉각 시, 또는 반응 시와 냉각 시에 이동하는 조정 부재(10)의 이동량은 커진다. 반응로 내의 다결정 실리콘의 평균 직경이 150㎜인 경우, 조정 부재(10)의 이동량은 최대 10㎜였다. 마찬가지로, 다결정 실리콘 직경이 120mm인 경우, 이동량은 최대 7mm였다.
어댑터 등의 조정 부재(10)는, 바닥판(80) 상에서, 실리콘 심선용 전극(60)의 중심축과 실리콘 심선(1)의 중심축이 상이하도록 연결할 수도 있다. 조정 부재(10)와 실리콘 심선(1) 사이에는 심선 보지 부재(2)가 마련될 수도 있다(도 5 및 도 6 참조).
도 1에 나타내는 바와 같이, 역 U자 형상의 실리콘 심선(1)의 양 하단부는, 조정 부재(10)를 거쳐서, 한 쌍의 실리콘 심선용 전극(60)에 고정되어 있다. 실리콘 심선용 전극(60)은 절연물(61)을 사이에 두고 바닥판(80)을 관통하고 있다.
도 4에 나타내는 바와 같이, 조정 부재(10)는, 중앙에 오목부를 갖는 전극 결합 부재(11)와, 실리콘 심선(1)의 하단부를 보지하는 동시에 전극 결합 부재(11)의 중심축 주위를 회동 가능한 보지 부재(12)와, 전극 결합 부재(11)의 상기 오목부에 삽입되어 보지 부재(12)를 지지하기 위한 나사 등의 체결 부재(13)를 가질 수도 있다. 실리콘 심선(1)의 하단부는 보지 부재(12)에 마련된 구멍부(12a)에 삽입되는 태양으로 고정될 수도 있다.
도 2는 실리콘 심선(1)의 조정 부재(10)의 한 쌍에 실리콘 심선(1)의 양 하단부를 보지시킨 상태를 바닥판(80)의 상방향으로부터 나타낸 도면이며, 이 도면에는 2개의 실리콘 심선(1)이 마련된 태양이 도시되어 있다. 또한, 도 2에서는, 후술하는 냉각용의 노즐(20)이 실리콘 심선(1)의 양 하단부에 인접하여 마련되는 태양으로 되어 있다. 도 3은, 도 2의 상태의 조정 부재(10)를 실리콘 심선용 전극(60)의 중심축 주위로 회전시킨 태양이다. 이와 같이, 본 실시형태의 실리콘 심선(1)의 양 하단부는 이동 가능하게 되어 있다. 또한, 실리콘 심선(1)의 양 하단부를 이동시키는 태양은 다양하며, 예컨대 실리콘 심선(1)의 양 하단부를 면내 방향(수평 방향)으로 슬라이드시킴으로써 이동시키도록 할 수도 있다(도 7 참조). 이 경우에는, 예컨대 조정 부재(10)의 바닥면에 오목부(115)가 마련되고, 이 오목부(115)에 삽입되는 볼록부(110)가 심선용 전극(60)의 상면에 마련될 수도 있다. 그리고, 조정 부재(10)가 볼록부(110)를 따라 이동 가능하게 되어, 체결 부재(120)에 의해 바닥판(80)에 고정된 고정구(121)에 대해 그 위치가 고정되도록 할 수도 있다.
도 6에 나타내는 바와 같이, 냉각부는, 저류한 기체 또는 생성한 기체를 공급하는 기체 공급부(25)와, 조정 부재(10)를 향해 기체를 내뿜는 노즐(냉각 노즐)(20)과, 기체 공급부(25)와 노즐(20) 사이에 마련되고 기체 공급부(25)로부터 공급되는 기체를 노즐(20)로 인도하는 기체 공급관(26)을 가질 수도 있다. 기체 공급부(25)로부터 공급되는 기체는 실란 원료 가스일 수도 있다. 이 경우, 실란 원료 가스는, 예컨대 트리클로로실란과 수소의 혼합 가스로 이루어질 수도 있다. 다결정 실리콘의 석출 반응 중 및/또는 다결정 실리콘 로드의 냉각 중의 응력 발생에 의한 조정 부재(10)의 이동 거리는 10mm 정도이기 때문에, 노즐(20)의 위치를 고정하고 있어도, 조정 부재(10)를 충분히 냉각할 수 있다. 다만, 이러한 태양에 한정되는 것은 아니며, 슬라이딩 등에 의해 노즐(20)의 위치가 면내 방향으로 이동 가능하게 되어도 좋다. 또한, 기체 공급부(25)로부터의 기체의 공급량 및/또는 노즐(20)의 방향은 자유롭게 변경할 수 있게 되어 있어서, 기체의 공급량이나 노즐(20)의 방향을 조정함으로써, 다결정 실리콘의 석출 반응 중 및/또는 다결정 실리콘 로드의 냉각 중의 응력 발생에 의해 조정 부재(10)가 이동해도, 조정 부재(10)에 대해 충분한 냉각을 실행할 수 있게 할 수도 있다. 이때의 각 부재의 제어는 제어부(50)(도 8 참조)로부터의 지령을 받아 실행될 수도 있다.
도 5 및 도 6에 나타내는 바와 같이, 냉각부는, 바닥판(80)과 조정 부재(10) 사이에 마련되며 조정 부재(10)를 바닥판(80)에 의해 냉각하기 위한 방열 절연 부재(30)를 가질 수도 있다. 바닥판(80)의 내부에는, 냉각수 등의 냉각액이 통과하는 바닥판 냉각액 통로(70)가 마련되고, 바닥판 냉각액 통로(70)를 냉각액이 통과함으로써, 바닥판(80)이 냉각될 수도 있다. 전술한 방열 절연 부재(30)를 마련함으로써, 냉각된 바닥판(80)에 의해 조정 부재(10)를 냉각할 수 있게 된다. 방열 절연 부재(30)로서는, 실리콘 고무 등에 열전도성 충전제를 배합한 것을 사용할 수도 있다. 예컨대, 실리콘 고무 등의 합성 고무 100중량부에, 산화 베릴륨, 산화 알루미늄, 수화 산화 알루미늄, 산화 마그네슘, 산화 아연으로부터 선택되는 적어도 1종 이상의 금속 산화물을 100~800중량부 배합한 절연성 조성물을 사용할 수도 있다. 나아가, 세라믹스를 사용할 수도 있다. 또한, 방열 절연 부재(30)의 다른 예로서는, 예컨대 질화 규소, 탄화 규소, 질화 알루미늄, 산화 알루미늄, 지르코니아 등을 사용할 수도 있다. 또한, 심선용 전극(60)이 구리인 경우에는, 열전도율은 매우 높다. 그리고, 심선용 전극(60) 내에 냉각수가 흐르고 있는 경우에는, 심선용 전극(60)에 의해 방열 절연 부재(30)를 냉각할 수 있고, 그 결과, 조정 부재(10)를 냉각하는 것도 가능하다.
방열 절연 부재(30)는 조정 부재(10)에 고정되고, 바닥판(80)에는 고정되지 않도록 할 수도 있다. 이 경우, 조정 부재(10)의 이동에 수반하여 방열 절연 부재(30)도 이동하게 된다. 또한, 방열 절연 부재(30)가 조정 부재(10)의 가동 거리에 대해 면내 방향(수평 방향)으로 충분한 크기를 갖고 있는 경우, 방열 절연 부재(30)가 바닥판(80)에 고정되고, 조정 부재(10)가 10mm 정도의 범위에서 이동해도 바닥판(80)은 이동하지 않는 태양으로 할 수도 있다. 일 예로서, 다결정 실리콘의 석출 반응 중 및/또는 다결정 실리콘 로드의 냉각 중에 조정 부재(10)가 10㎜ 정도로 이동하는 경우에는, 방열 절연 부재(30)의 면내 방향에서의 크기가 그다지 크지 않아도, 조정 부재(10)의 위치에 관계 없이, 조정 부재(10)와 바닥판(80)을 방열 절연 부재(30)를 거쳐서 항상 접촉시킬 수 있다.
도 5 및 도 6에 나타내는 바와 같이, 냉각부는 냉각수 등의 냉각액을 공급하는 액체 공급부(40)와, 심선용 전극(60) 내에 마련되며 냉각액을 흘리기 위한 전극 냉각액 유로(41)를 가질 수도 있다. 심선용 전극(60)은 통상, 통전하는 전극을 냉각하기 위해서 냉각수 등의 냉각액을 흘리고 있어서, 바람직하다.
전술한 바와 같이, 냉각부로서, 조정 부재(10)를 향해 냉각용 기체를 내뿜는 기구, 방열 절연 부재(30)를 거쳐서 조정 부재(10)를 바닥판(80)에 연결시키는 것에 의한 방열 효과에 의해 냉각하는 기구 및 냉각액에 의해 심선용 전극(60)을 거쳐서 조정 부재(10)를 냉각하는 기구 중 어느 하나 이상 또는 이들 모두를 채용함으로써, 조정 부재(10)에 대해 실리콘의 결정이 석출되는 것을 방지할 수 있다. 즉, 냉각부(냉각 기구)를 마련하지 않은 경우에는, 통전에 의한 발열 등에 의해, 조정 부재(10)에 실리콘의 결정이 석출되어 버리는 경우가 있다. 이와 같이 실리콘의 결정이 조정 부재(10)에 석출되면, 다음 다결정 실리콘(새로운 다결정 실리콘)의 성장을 개시하기 전에 조정 부재(10)의 위치를 조정하여 이동시키는 경우에는 이동 시에 석출된 결정이 노 내에 낙하하여 오염이 된다. 또한, 이와 같이 실리콘의 결정이 조정 부재(10)에 석출되면, 조정 부재(10)에 의한 조정을 원활하게 실행할 수 없다는 문제도 생길 수 있다. 이 점에서, 전술한 바와 같은 냉각부를 채용함으로써, 조정 부재(10)에 있어서의 통전에 의한 발열을 제열할 수 있어서, 이러한 문제가 발생하는 것을 미연에 방지할 수 있는 점에서 매우 유익하다. 또한, 본 실시형태에 따르면, 발열에 의해 조정 부재(10)의 저항값이 상승하는 것도 방지할 수 있다.
또한, 이와 같이 조정 부재(10)를 냉각하는 냉각부(냉각 기구)를 채용함으로써, 다결정 실리콘의 제조 시에 조정 부재를 냉각할 수 있기 때문에, 조정 부재(10)에의 다결정 실리콘의 퇴적을 방지하여, 조정 부재(10)의 가동에 지장을 초래하지 않도록 하는 것도 가능하다. 그 결과, 조정 부재(10)를 지장 없이 이동시킬 수 있고, 성장 중의 다결정 실리콘이나, 성장이 종료된 냉각 공정에 있어서의 다결정 실리콘에 의해 심선용 전극(60)에 가해지는 응력을 완화할 수 있다. 이 때문에, 성장 중이나 제조 후 냉각 중의 다결정 실리콘의 균열이나 도괴를 방지할 수 있다. 또한, 성장이 종료된 후에 응력 완화를 위한 가열 공정을 실행해도 되지만, 그 때에도 조정 부재(10)를 지장 없이 이동시킬 수 있으므로, 심선용 전극(60)에 가해지는 응력을 완화할 수 있다.
조정 부재(10)는 실리콘 심선용 전극(60)의 재질과 상이한 재질로 이루어질 수도 있다. 일 예로서, 실리콘 심선용 전극(60)으로서는 금속이 이용되고 있지만, 조정 부재(10)에는 동일한 금속을 사용하는 것도 가능하고, 이종의 금속, 나아가서는 카본, 그 외 통전이 가능한 재질을 사용할 수 있다.
조정 부재(10)는 실리콘 심선용 전극(60)에 마련된 실리콘 심선용 전극(60)보다 저항률이 낮을 수도 있다. 이러한 태양을 채용함으로써, 여분의 발열을 피할 수 있다는 점에서 유익하다.
조정 부재(10)에 본 실시형태에 따른 냉각부(냉각 기구)가 없는 경우에는, 다결정 실리콘의 석출 시에는 조정 부재(10)의 온도가 400℃를 초과하게 되어, 조정 부재(10)에 다결정 실리콘이 석출된다. 한편, 본 실시형태에서 나타낸 냉각부를 채용함으로써, 조정 부재(10)의 온도를 400℃ 이하, 바람직하게는 350℃ 이하, 더욱 바람직하게는 200℃ 이하로 할 수 있어서, 조정 부재(10)에 다결정 실리콘이 석출되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 조정 부재(10)에, 조정 부재(10)의 온도를 측정하기 위한 온도계(90)가 설치되고, 해당 온도계(90)에 있어서의 측정 결과를 받아, 냉각부에 의한 조정 부재(10)의 냉각 온도를 제어부(50)로 제어할 수 있도록 해도 좋다(도 8 참조). 또한, 제어부(50)는 온도계(90) 외에 액체 공급부(40), 기체 공급부(25) 등의 다른 부재와도 통신 가능하게 되어, 액체 공급부(40), 기체 공급부(25) 등을 제어할 수 있도록 해도 좋다.
조정 부재(10)를 사용한 장치를 이용하면, 실리콘 심선용 전극(60)의 관통 구멍의 바로 위에 배치한 구조에서 성장시킨 결과, 예컨대 팝콘의 발생 상황, 성장한 로드의 형상이 바람직하지 않은 것이었던 경우에, 그들을 해결하기 위해 배치의 조정을 실행하고 성장시킴으로써 소망의 다결정 실리콘을 얻을 수 있다.
<방법>
다결정 실리콘 로드의 제조 장치를 이용한 다결정 실리콘 로드의 제조 방법의 일 예를 설명한다.
실리콘 심선용 전극(60)에 전류를 흘림으로써, 실리콘 심선(1)에 다결정 실리콘을 석출시킨다. 이때, 실란 원료 가스가 원료 가스 공급부의 공급 가스 입구(91)로부터 공급되게 되고, 다결정 실리콘의 성장에 이용되지 않은 실란 원료 가스가 배기 가스 출구(96)로부터 배출되게 된다.
이와 같이 다결정 실리콘을 석출시키는 공정에서, 냉각부에 의해 조정 부재(10)를 냉각한다. 이때에는, 도 6에 나타내는 바와 같이 조정 부재(10)를 향하여 노즐로부터 냉각용 기체를 내뿜는 기구, 도 5 및 도 6에 나타내는 바와 같이 방열 절연 부재(30)를 거쳐서 조정 부재(10)를 바닥판(80)에 연결시키는 것에 의한 방열 효과에 의해 냉각하는 기구, 및 냉각액에 의해 조정 부재(10)를 간접적으로 냉각하는 기구 중 어느 하나 이상 또는 이들 모두를 채용하면 된다.
다결정 실리콘의 직경이 커져 갈 때나 다결정 실리콘 로드를 냉각할 때에 응력을 완화시키기 위해, 조정 부재(10)가 면내에서 자연스럽게 이동하는 경우가 생기지만, 본 실시형태에서 설명한 냉각부(냉각기구)를 채용함으로써, 실리콘 심선(1)이 바닥판(80)에 대해 원활하게 이동하게 된다. 즉, 본 실시형태에서 설명한 냉각부를 채용함으로써, 조정 부재(10)에 대해 실리콘의 결정이 석출되는 것을 방지할 수 있고, 그 결과, 조정 부재(10)에 의한 조정을 원활하게 실행하는 것이 가능해진다.
또한, 성장한 다결정 실리콘 로드를 제거한 후, 다음 다결정 실리콘 로드(새로운 다결정 실리콘 로드)를 생성하는 공정을 실행하게 되지만, 다음 다결정 실리콘을 성장시키기 전에 조정 부재(10)의 위치를 조정하여 이동시키는 것이 필요할 수도 있다. 본 실시형태에 의하면, 조정 부재(10)에 대해 실리콘의 결정이 석출되는 것을 방지할 수 있기 때문에, 이와 같이 조정 부재(10)의 위치를 조정하여 이동시키는 경우에도, 조정 부재(10)에 석출된 결정이 조정 부재(10)에 의한 조정 시에 노 내에 낙하하여 오염이 되는 것을 방지할 수 있고, 또한 조정 부재(10)에 의한 조정을 원활하게 실행할 수 없는 문제가 생기는 것도 방지할 수 있다.
본 실시형태에 의하면, 반응로(100) 내의 최적의 위치에 실리콘 심선(1)을 설치할 수 있고, 그 배치 하에, 소망의 다결정 실리콘을 얻기 위해 성장시킬 수 있다. 또한, 다결정 실리콘의 성장 과정에 있어서, 다결정 실리콘에 발생하는 응력을 완화하기 때문에, 지장 없이 실리콘 심선(1)의 위치를 이동(조정)할 수 있다.
Claims (9)
- 다결정 실리콘을 석출시키기 위한 심선과,
바닥판을 관통하여 마련된 심선용 전극과,
상기 실리콘 심선과 상기 심선용 전극 사이에 마련되며, 상기 바닥판에 대해 이동 가능한 조정 부재와,
상기 조정 부재를 냉각 가능한 냉각부를 포함하는
다결정 실리콘 로드의 제조 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 냉각부는, 기체를 상기 조정 부재를 향해 내뿜는 노즐을 갖는
다결정 실리콘 로드의 제조 장치. - 제 2 항에 있어서,
상기 기체는 실란 원료 가스인
다결정 실리콘 로드의 제조 장치. - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 냉각부는, 상기 바닥판과 상기 조정 부재 사이에 마련되며 상기 조정 부재를 상기 바닥판에 의해 냉각하기 위한 방열 절연 부재를 갖는
다결정 실리콘 로드의 제조 장치. - 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 냉각부는, 상기 심선용 전극 내에 마련되며 냉각액을 흘리기 위한 유로를 갖는
다결정 실리콘 로드의 제조 장치. - 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 조정 부재는, 상기 심선용 전극의 중심축과 상기 실리콘 심선의 중심축이 상이하도록 상기 심선용 전극과 상기 실리콘 심선을 연결하는
다결정 실리콘 로드의 제조 장치. - 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 조정 부재는 상기 심선용 전극의 재질과 상이한 재질로 이루어지는
다결정 실리콘 로드의 제조 장치. - 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 조정 부재는 상기 심선용 전극보다 저항률이 낮은
다결정 실리콘 로드의 제조 장치. - 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 기재된 다결정 실리콘 로드의 제조 장치를 이용한 다결정 실리콘 로드의 제조 방법에 있어서,
심선에 다결정 실리콘을 석출시키는 공정을 포함하고,
상기 다결정 실리콘을 석출시키는 공정에서, 상기 냉각부에 의해 조정 부재를 냉각하는
다결정 실리콘 로드의 제조 방법.
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