KR101590607B1 - 폴리실리콘 제조 장치 - Google Patents
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Abstract
화학기상증착(CVD) 반응기를 이용한 폴리실리콘 제조 장치를 제공한다. 폴리실리콘 제조 장치는, 기판과 반응기 커버를 포함하는 반응 챔버와, 절연 부재를 매개로 기판에 관통 설치되며 전원에 연결되는 적어도 한 쌍의 전극과, 전극 척에 의해 한 쌍의 전극 각각에 결합되며 상단이 서로 연결되는 적어도 한 쌍의 필라멘트와, 기판 상에서 한 쌍의 전극 각각의 상면과 측면을 둘러싸는 전극 커버 및 전극 커버의 상면을 덮는 커버 쉴드를 구비한 커버 조립체를 포함한다.
Description
본 발명은 폴리실리콘 제조 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전극 커버를 구비한 폴리실리콘 제조 장치에 관한 것이다.
폴리실리콘(polysilicon 또는 polycrystalline silicon)은 반도체 산업과 태양광 발전산업 등에서 기초 원료로 사용되는 성분이다. 이러한 폴리실리콘의 제조 방법 중 화학기상증착(chemical vapor deposition, CVD) 반응기를 이용한 지멘스(Simens) 석출법이 알려져 있다.
지멘스 석출법에 따른 폴리실리콘 제조 장치는 기판 상에 결합된 반응기 커버와, 기판에 관통 설치되는 적어도 한 쌍의 전극과, 전극 척에 의해 각각의 전극에 결합되는 필라멘트와, 한 쌍의 필라멘트의 상단을 연결하는 연결 로드를 포함한다. 한 쌍의 전극은 전원과 연결되고, 절연 소재의 부싱(bushing)과 스페이스 링에 의해 기판과 절연된다.
전원으로부터 공급된 전력은 전극, 전극 척, 필라멘트, 및 연결 로드를 지나 다시 필라멘트, 전극 척, 및 전극을 통해 전원으로 가게 된다. 이러한 전력 인가 시 실리콘 소재의 필라멘트가 1,000℃ 이상의 온도로 저항 발열을 일으키며, 고압 조건에서 60~80시간 정도 실란계 원료 가스와 수소를 주입하면 필라멘트 표면에 실리콘이 다결정 형태로 석출된다.
이 과정에서 전극을 수냉(water cooling) 등의 방법으로 냉각하고 있으나, 전극 척과 접하는 전극의 상부 온도는 800℃ 이상으로 상승하게 된다. 따라서 전극의 상부 표면과 스페이스 링에 실리콘이 증착되어 전극과 기판의 절연 특성이 저하된다. 또한, 필라멘트의 아래 부분에서는 전극을 통한 열 손실이 발생한다.
본 발명은 전극과 스페이스 링에 실리콘이 증착되지 않도록 함으로써 전극과 기판의 절연 특성을 유지하고, 전극을 통한 필라멘트의 열 손실을 억제하며, 유지 보수 비용을 낮출 수 있는 폴리실리콘 제조 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 폴리실리콘 제조 장치는, 기판과 반응기 커버를 포함하는 반응 챔버와, 절연 부재를 매개로 기판에 관통 설치되며 전원에 연결되는 적어도 한 쌍의 전극과, 전극 척에 의해 한 쌍의 전극 각각에 결합되며 상단이 서로 연결되는 적어도 한 쌍의 필라멘트와, 기판 상에서 한 쌍의 전극 각각의 상면과 측면을 둘러싸는 전극 커버 및 전극 커버의 상면을 덮는 커버 쉴드를 구비한 커버 조립체를 포함한다.
전극은 전극 척에 맞물리는 돌출부를 상면에 형성할 수 있다. 전극 커버는 돌출부를 수용하는 개구부를 형성하면서 전극의 상면 위에 배치되는 수평 커버와, 수평 커버의 가장자리에서 수평 커버와 수직하게 연결되는 수직 커버를 포함할 수 있다.
수평 커버와 수직 커버는 개별 교체가 가능한 분리형으로 구성될 수 있다. 전극 커버는 용융 실리카(fused silica, SiO2), 질화규소(Si3N4), 알루미나(Al2O3), 지르코니아(ZrO2), 마그네시아(MgO), 및 뮬라이트(3Al2O3ㆍ2SiO2)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 포함할 수 있다.
커버 쉴드는 돌출부를 수용하는 개구부를 형성하며 수평 커버보다 큰 직경을 가지는 원판 모양으로 형성될 수 있다.
다른 한편으로 커버 쉴드는 돌출부를 수용하는 개구부를 형성하며 수평 커버의 상면을 덮는 제1 쉴드와, 제1 쉴드의 가장자리와 연결되며 수직 커버의 외면을 덮는 제2 쉴드를 포함할 수 있다. 제1 쉴드와 제2 쉴드는 개별 교체가 가능한 분리형으로 구성될 수 있다.
커버 쉴드는 흑연을 포함하는 탄소계 물질로 형성될 수 있다. 커버 쉴드는 폴리실리콘 제조 후 새것으로 교체되거나 폴리실리콘 증착에 영향을 미치지 않는 한도 내에서 반복 사용될 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 폴리실리콘 제조 장치는, 기판과 반응기 커버를 포함하는 반응 챔버와, 절연 부재를 매개로 기판에 관통 설치되며 전원에 연결되는 적어도 한 쌍의 전극과, 전극 척에 의해 한 쌍의 전극 각각에 결합되며 상단이 서로 연결되는 적어도 한 쌍의 필라멘트와, 기판 상에서 전극의 상면과 측면을 둘러싸는 전극 커버를 포함하며, 전극 척은 전극 커버의 상면을 덮는 하측 단부를 포함한다.
전극은 전극 척에 맞물리는 돌출부를 상면에 형성할 수 있다. 전극 커버는 돌출부를 수용하는 개구부를 형성하면서 전극의 상면 위에 배치되는 수평 커버와, 수평 커버의 가장자리에서 수평 커버와 수직하게 연결되는 수직 커버를 포함할 수 있다.
수평 커버와 수직 커버는 개별 교체가 가능한 분리형으로 구성될 수 있다. 전극 커버는 용융 실리카(fused silica, SiO2), 질화규소(Si3N4), 알루미나(Al2O3), 지르코니아(ZrO2), 마그네시아(MgO), 및 뮬라이트(3Al2O3ㆍ2SiO2)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 포함할 수 있다.
전극 척은 필라멘트의 단부를 고정시키는 척 파트와, 척 파트의 아래에 연결되는 쉴드 파트를 포함할 수 있다. 쉴드 파트의 직경은 척 파트의 최대 직경보다 클 수 있고, 전극 커버의 직경과 같거나 이보다 클 수 있다.
폴리실리콘 제조 장치는 보조 쉴드를 더 포함할 수 있다. 보조 쉴드는 쉴드 파트의 가장자리에서 쉴드 파트와 수직하게 연결되며 수직 커버의 외면을 덮을 수 있다. 전극 척과 보조 쉴드는 흑연을 포함하는 탄소계 물질로 형성될 수 있고, 보조 쉴드는 쉴드 파트에 착탈 가능한 방식으로 조립될 수 있다.
다른 한편으로, 전극 척은 필라멘트를 고정시키는 상측 단부와, 상측 단부와 하측 단부를 연결하는 단일 기울기의 측면을 포함할 수 있다. 하측 단부의 직경은 전극 커버의 직경과 같거나 이보다 클 수 있다.
폴리실리콘 제조 장치는 보조 쉴드를 더 포함할 수 있다. 보조 쉴드는 하측 단부의 가장자리에서 하측 단부와 수직하게 연결되며 수직 커버의 외면을 덮을 수 있다. 전극 척과 보조 쉴드는 흑연을 포함하는 탄소계 물질로 형성될 수 있고, 보조 쉴드는 하측 단부에 착탈 가능한 방식으로 조립될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 전극 커버로 인해 폴리실리콘 제조 과정에서 전극과 스페이스 링 표면에 폴리실리콘이 증착되지 않으므로 전극과 기판의 절연 특성을 높게 유지할 수 있다. 그리고 커버 쉴드 또는 전극 척의 하측 단부가 전극 커버의 상면을 덮어 전극 커버의 세정 작업을 생략할 수 있으므로 폴리실리콘 제조 장치의 유지보수 비용을 크게 낮출 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 폴리실리콘 제조 장치의 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시한 폴리실리콘 제조 장치의 부분 확대도이다.
도 3은 도 2에 도시한 커버 조립체의 분해 사시도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 폴리실리콘 제조 장치의 부분 확대도이다.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 폴리실리콘 제조 장치의 부분 확대도이다.
도 6a와 도 6b는 본 발명의 제4 실시예에 따른 폴리실리콘 제조 장치의 부분 확대도이다.
도 7a와 도 7b는 본 발명의 제5 실시예에 따른 폴리실리콘 제조 장치의 부분 확대도이다.
도 8a와 도 8b는 본 발명의 제6 실시예에 따른 폴리실리콘 제조 장치의 부분 확대도이다.
도 9a와 도 9b는 본 발명의 제7 실시예에 따른 폴리실리콘 제조 장치의 부분 확대도이다.
도 2는 도 1에 도시한 폴리실리콘 제조 장치의 부분 확대도이다.
도 3은 도 2에 도시한 커버 조립체의 분해 사시도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 폴리실리콘 제조 장치의 부분 확대도이다.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 폴리실리콘 제조 장치의 부분 확대도이다.
도 6a와 도 6b는 본 발명의 제4 실시예에 따른 폴리실리콘 제조 장치의 부분 확대도이다.
도 7a와 도 7b는 본 발명의 제5 실시예에 따른 폴리실리콘 제조 장치의 부분 확대도이다.
도 8a와 도 8b는 본 발명의 제6 실시예에 따른 폴리실리콘 제조 장치의 부분 확대도이다.
도 9a와 도 9b는 본 발명의 제7 실시예에 따른 폴리실리콘 제조 장치의 부분 확대도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 폴리실리콘 제조 장치의 단면도이고, 도 2는 도 1에 도시한 폴리실리콘 제조 장치의 부분 확대도이다.
도 1과 도 2를 참고하면, 폴리실리콘 제조 장치(100)는 발열 가능한 실리콘 필라멘트가 구비된 화학기상증착(CVD) 반응기로 이루어진다. 구체적으로, 폴리실리콘 제조 장치(100)는 반응 챔버(10), 적어도 한 쌍의 전극(20), 적어도 한 쌍의 필라멘트(30), 및 복수의 커버 조립체(40)를 포함한다.
반응 챔버(10)는 기판(11)(또는 베이스 플레이트)과, 기판(11) 상에 설치되는 반응기 커버(12)로 구성된다. 반응기 커버(12)는 종(bell) 모양일 수 있으며, 내부에 냉각 유체가 흐르는 이중벽 구조로 이루어질 수 있다. 반응기 커버(12)는 도시하지 않은 가스 밀폐형 플랜지에 의해 기판(11) 상에 조립 설치된다.
기판(11)에는 가스 유입구(13)와 가스 배출구(14)가 형성된다. 가스 유입구(13)를 통해 반응 챔버(10) 내부로 실란계 원료 가스(예를 들어 트리클로로실란(trichlorosilane, SiHCl3))가 유입되고, CVD 반응을 거친 가스는 가스 배출구(14)를 통해 반응 챔버(10) 외부로 배출된다. 또한, 기판(11)에는 전극(20) 설치를 위한 복수의 개구부가 형성된다.
기판(11)과 전극(20)은 모두 금속으로 제작되므로 전극(20)은 절연 부재(50)를 매개로 기판(11)에 관통 설치되어 기판(11)과 절연 상태를 유지한다. 절연 부재(50)는 부싱(bushing)(51)과 스페이스 링(space ring)(52)으로 구성될 수 있다.
부싱(51)은 기판(11)의 개구부에서 전극(20)을 둘러싸는 원통형 링으로서 4불화 에틸렌 수지와 같은 내열 수지로 형성될 수 있다. 스페이스 링(52)은 기판(11) 상에서 전극(20)을 둘러싸는 원통형 링으로서 세라믹으로 형성될 수 있다. 부싱(51)과 스페이스 링(52)은 각각 기판(11)의 면 방향 및 기판(11)의 두께 방향을 따라 전극(20)과 기판(11)을 분리 절연시킨다.
전극(20)은 스페이스 링(52) 위에 플랜지(21)를 형성한 티(T)자형 단면을 가질 수 있으며, 전극(20) 상면에 전극 척(60)과 맞물리기 위한 돌출부(22)를 형성할 수 있다. 전극 척(60)은 필라멘트(30)의 단부를 고정시키며, 전극(20)의 돌출부(22)에 결합되어 필라멘트(30)를 전극(20)에 고정시키는 기능을 한다. 전극 척(60)은 흑연과 같은 도전 재질로 형성되어 전극(20)과 필라멘트(30)를 전기적으로 연결시킨다.
한 쌍의 필라멘트(30)가 한 쌍의 전극(20) 각각에 설치된다. 한 쌍의 필라멘트(30)는 반응 챔버(10) 내부에서 기판(11)에 수직하게 위치하며, 상단에 고정된 연결 로드(31)에 의해 전기적으로 연결된다. 필라멘트(30)와 연결 로드(31)는 실리콘으로 형성된다. 한 쌍의 필라멘트(30)와 하나의 연결 로드(31)로 구성된 한 세트의 로드 필라멘트(35)는 반응 챔버(10) 내에 복수개로 구비된다.
도 1에서는 두 세트의 로드 필라멘트(35)를 예로 들어 도시하였으나, 실제 반응 챔버(10) 내부에는 이보다 많은 수의 로드 필라멘트(35)가 위치한다.
한 쌍의 전극(20)은 전원(29)에 연결되며, 한 세트의 로드 필라멘트(35)가 하나의 전기 회로를 형성한다. 따라서 전극(20)을 통해 필라멘트(30)로 전류를 흘리면 필라멘트(30)와 연결 로드(31)는 1000℃ 이상의 고온으로 저항 발열을 하고, 고압 조건에서 60시간 이상 실란계 원료 가스와 수소를 주입하면 발열된 필라멘트(30)와 연결 로드(31) 표면에 실리콘이 다결정 형태로 석출된다. 즉 필라멘트(30)와 연결 로드(31) 표면에 폴리실리콘이 형성된다.
전극(20)은 수냉(water cooling) 등의 방법으로 냉각되어 폴리실리콘 제조 과정에서 필라멘트(30)보다 낮은 온도를 유지한다. 이를 위해 전극(20) 내부에 냉각수가 순환하는 채널(도시하지 않음)이 형성될 수 있다.
커버 조립체(40)는 복수의 전극(20) 각각에 설치되어 폴리실리콘 제조 과정에서 전극(20)을 덮어 보호한다. 커버 조립체(40)는 기판(11)과 전극 척(60) 사이에 위치하며, 전극 척(60) 아래의 전극(20)을 반응 챔버(10)의 내부 공간으로부터 격리시킨다.
도 3은 도 2에 도시한 커버 조립체의 분해 사시도이다. 도 2와 도 3을 참고하면, 커버 조립체(40)는 기판(11) 상에서 전극(20)의 상면과 측면을 둘러싸는 전극 커버(41)와, 전극 커버(41)의 상면을 덮는 커버 쉴드(45)로 구성된다.
전극 커버(41)는 돌출부(22)를 수용하는 개구부(411)를 형성하며 전극(20)의 상면 위에 배치되는 수평 커버(42)와, 수평 커버(42)의 가장자리에서 수평 커버(42)와 수직하게 연결되며 전극(20)의 플랜지(21)와 스페이스 링(52)을 둘러싸는 원통 모양의 수직 커버(43)로 구성될 수 있다.
수평 커버(42)는 전극(20)의 상면과 접하거나 일정 거리를 유지할 수 있으며, 수직 커버(43)는 전극(20)의 플랜지(21) 및 스페이스 링(52)과 일정 거리를 유지한다. 전극 커버(41)가 전극(20)과 일정 거리를 유지하는 경우 열 전도율을 낮출 수 있다.
수평 커버(42)와 수직 커버(43)는 일체형으로 구성되거나 분리형으로 구성될 수 있다. 분리형의 경우 수평 커버(42)와 수직 커버(43)는 착탈 가능한 방식으로 조립되며, 폴리실리콘 제조 장치(100)의 보수 과정에서 개별 교체가 가능하다. 도 2와 도 3에서는 분리형 전극 커버(41)를 예로 들어 도시하였다.
전극 커버(41)는 절연체로 형성되어 기판(11) 및 전극(20) 모두와 절연 상태를 유지한다. 전극 커버(41)는 절연 특성이 우수하고, 폴리실리콘의 순도에 영향을 주지 않으며, 반응 챔버(10) 내부의 고온(대략 1000℃ 내지 1200℃)에서 안정하고, 가공이 용이해야 한다.
이러한 사항들을 고려할 때 전극 커버(41)는 용융 실리카(fused silica, SiO2), 질화규소(Si3N4), 알루미나(Al2O3), 지르코니아(ZrO2), 마그네시아(MgO), 및 뮬라이트(3Al2O3ㆍ2SiO2) 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
전극 커버(41)로 인해 폴리실리콘 제조 과정에서 전극(20)과 스페이스 링(52) 표면에 폴리실리콘이 증착되지 않으므로, 전극(20)과 기판(11)의 절연 특성을 높게 유지할 수 있다. 또한, 종래에 전극(20) 재사용을 위해 전극(20)에 부착된 폴리실리콘 제거하는 처리 과정(폴리실리콘 식각 과정)을 생략할 수 있으며, 처리 과정에서 전극(20)이 손상되는 문제 또한 방지할 수 있다.
커버 쉴드(45)는 전극 커버(41) 위에 배치되어 전극 커버(41)의 상면을 덮는다. 커버 쉴드(45)는 돌출부(22)가 수용되는 개구부(451)를 형성하며 전극 커버(41)보다 큰 직경을 가지는 원판 모양으로 형성될 수 있다.
절연 특성과 고온 안정성이 높은 전술한 소재로 제조되는 전극 커버(41)는 비교적 고가의 부품이며, 주변 온도로 인해 전극 커버(41) 표면에 폴리실리콘이 증착되면 사용 후 전극 커버(41)를 세정하는 과정이 필요하다. 즉 전극 커버(41)는 소모성 부품이 아닌 재사용 가능한 부품이지만 재사용을 위해서는 매번 세정 작업이 요구되며, 세정에 따른 비용이 발생한다.
커버 쉴드(45)는 전극 커버(41)보다 저가이고, 폴리실리콘 순도에 영향을 미치지 않는 물질로 형성된다. 예를 들어 커버 쉴드(45)는 흑연을 포함하는 탄소계 물질로 형성될 수 있다. 커버 쉴드(45)가 전극 커버(41) 위에서 전극 커버(41)보다 큰 직경의 원판 모양으로 형성됨에 따라, 전극 커버(41) 대신 커버 쉴드(45) 표면에 폴리실리콘이 증착된다.
커버 쉴드(45)는 소모성 부품으로서 사용 후 새로운 커버 쉴드(45)로 대체되거나, 폴리실리콘 증착에 영향을 주지 않는 한 여러 번 사용이 가능하다. 이러한 커버 쉴드(45)로 인해 전극 커버(41)의 세정 작업을 생략할 수 있으므로 폴리실리콘 제조 장치(100)의 유지보수 비용을 크게 낮출 수 있다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 폴리실리콘 제조 장치의 부분 확대도이다.
도 4를 참고하면, 제2 실시예의 폴리실리콘 제조 장치는 커버 쉴드(45a)가 제1 쉴드(46)와 제2 쉴드(47)로 구성되는 것을 제외하고 전술한 제1 실시예와 같은 구성으로 이루어진다. 제1 실시예와 같은 부재에 대해서는 같은 도면 부호를 사용한다.
제1 쉴드(46)는 돌출부(22)를 수용하는 개구부를 형성하며 수평 커버(42)의 상면을 덮는다. 제2 쉴드(47)는 제1 쉴드(46)의 가장자리에서 제1 쉴드(46)와 수직하게 연결되며 수직 커버(43)의 외면을 덮는다. 제1 쉴드(46)와 제2 쉴드(47)는 일체형으로 구성될 수 있다.
제2 쉴드(47)는 기판(11)과 통전되지 않도록 기판(11)과 거리를 두고 위치하며, 폴리실리콘이 증착될 가능성이 높은 수직 커버(43)의 윗부분을 덮는다.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 폴리실리콘 제조 장치의 부분 확대도이다.
도 5를 참고하면, 제3 실시예의 폴리실리콘 제조 장치는 제1 쉴드(46)와 제2 쉴드(47)가 분리형으로 구성되는 것을 제외하고 전술한 제2 실시예와 같은 구성으로 이루어진다. 제2 실시예와 같은 부재에 대해서는 같은 도면 부호를 사용한다.
제1 쉴드(46)와 제2 쉴드(47)는 착탈 가능한 방식으로 조립되며, 커버 쉴드(45b) 사용 후 개별 교체가 가능하다. 폴리실리콘 제조 과정에서 제2 쉴드(47)보다 제1 쉴드(46)의 표면에 폴리실리콘이 더 많이 증착될 수 있으며, 이 경우 커버 쉴드(45b) 사용 후 제1 쉴드(46)만 새것으로 교체하여 제2 쉴드(47)에 조립할 수 있다.
도 6a와 도 6b는 본 발명의 제4 실시예에 따른 폴리실리콘 제조 장치의 부분 확대도이다.
도 6a와 도 6b를 참고하면, 제4 실시예의 폴리실리콘 제조 장치는 별도의 커버 쉴드 없이 전극 척(60a)이 전극 커버(41)의 상면을 덮는 구조로 형성된 것을 제외하고 전술한 제1 실시예와 같은 구성으로 이루어진다. 제1 실시예와 같은 부재에 대해서는 같은 도면 부호를 사용한다.
전극 척(60a)은 전극 커버(41)의 상면을 덮는 하측 단부(61)를 포함한다. 즉 전극 척(60a)의 하측 단부(61)는 전극 커버(41)와 같거나 이보다 큰 직경으로 형성되어 전극 커버(41)의 상면을 덮는다. 제4 실시예에서 전극 척(60a)은 필라멘트(30)의 단부를 고정시키는 척 파트(62)와, 척 파트(62)의 아래에 연결되며 전극 커버(41)의 상면을 덮는 쉴드 파트(63)를 포함한다.
쉴드 파트(63)는 척 파트(62)의 최대 직경보다 큰 직경으로 형성되며, 전극 커버(41)와 같거나 이보다 큰 직경으로 형성되어 전극 커버(41)의 상면을 덮는다. 도 6a에서는 쉴드 파트(63)의 직경이 전극 커버(41)의 직경과 같은 경우를 도시하였고, 도 6b에서는 쉴드 파트(63)의 직경이 전극 커버(41)의 직경보다 큰 경우를 도시하였다.
전극 척(60a)은 통상 흑연을 포함하는 탄소계 물질로 형성되며, 소모성 부품으로서 폴리실리콘 제조 장치(100) 사용 후 새것으로 교체되거나 폴리실리콘 증착에 영향을 미치지 않는 한 여러 번 사용된다. 따라서 커버 쉴드를 별도의 부품으로 제작하지 않고 전극 척(60a)에 쉴드 파트(63)를 일체로 형성할 수 있다. 제4 실시예의 구성은 전술한 제1 실시예 내지 제3 실시예 대비 커버 쉴드를 따로 제작하는 번거로움을 피할 수 있다.도 7a와 도 7b는 본 발명의 제5 실시예에 따른 폴리실리콘 제조 장치의 부분 확대도이다.
도 7a와 도 7b를 참고하면, 제5 실시예의 폴리실리콘 제조 장치는 보조 쉴드(70)를 더 포함하는 것을 제외하고 전술한 제4 실시예와 같은 구성으로 이루어진다. 제4 실시예와 같은 부재에 대해서는 같은 도면 부호를 사용한다.
보조 쉴드(70)는 전극 척(60b)의 쉴드 파트(63) 가장자리에서 쉴드 파트(63)와 수직하게 연결되며, 수직 커버(43)의 외면을 덮는다. 보조 쉴드(70)는 쉴드 파트(63)에 착탈 가능한 방식으로 조립될 수 있으며, 이 경우 보조 쉴드(70)의 개별 교체가 가능하다. 보조 쉴드(70)는 전극 척(60b)과 같은 흑연으로 형성된다.
보조 쉴드(70)는 기판(11)과 통전되지 않도록 기판(11)과 거리를 두고 위치하며, 폴리실리콘이 증착될 가능성이 높은 수직 커버(43)의 윗부분을 덮는다.
도 8a와 도 8b는 본 발명의 제6 실시예에 따른 폴리실리콘 제조 장치의 부분 확대도이다.
도 8a와 도 8b를 참고하면, 제6 실시예의 폴리실리콘 제조 장치는 척 파트와 쉴드 파트의 구분 없이 전극 척(60c)이 단일 기울기의 측면을 가지는 것을 제외하고 전술한 제4 실시예와 같은 구성으로 이루어진다. 제4 실시예와 같은 부재에 대해서는 같은 도면 부호를 사용한다.
전극 척(60c)은 필라멘트(30)를 고정시키는 상측 단부(64)와, 전극(20)의 돌출부(22)에 결합되며 전극 커버(41)의 상면을 덮는 하측 단부(61)와, 상측 단부(64)와 하측 단부(61)를 연결하는 단일 기울기의 측면(65)을 포함한다. 하측 단부(61)는 상측 단부(64)보다 큰 직경으로 형성되고, 전극 커버(41)의 직경과 같거나 이보다 큰 직경으로 형성되어 전극 커버(41)의 상면을 덮는다.
전극 척(60c)은 원뿔의 일부를 제거한 모양으로 형성되며, 단순한 외형을 가짐에 따라 가공을 용이하게 할 수 있다. 도 8a에서는 전극 척(60c)의 하측 단부(61) 직경이 전극 커버(41)의 직경과 같은 경우를 도시하였고, 도 8b에서는 전극 척(60c)의 하측 단부(61) 직경이 전극 커버(41)의 직경보다 큰 경우를 도시하였다.
도 9a와 도 9b는 본 발명의 제7 실시예에 따른 폴리실리콘 제조 장치의 부분 확대도이다.
도 9a와 도 9b를 참고하면, 제7 실시예의 폴리실리콘 제조 장치는 보조 쉴드(70)를 더 포함하는 것을 제외하고 전술한 제6 실시예와 같은 구성으로 이루어진다. 제6 실시예와 같은 부재에 대해서는 같은 도면 부호를 사용한다.
보조 쉴드(70)는 전극 척(60d)의 하측 단부(61) 가장자리에서 전극 척(60d)과 수직하게 연결되며, 수직 커버(43)의 외면을 덮는다. 보조 쉴드(70)는 전극 척(60d)에 착탈 가능한 방식으로 조립될 수 있으며, 이 경우 보조 쉴드(70)의 개별 교체가 가능하다. 보조 쉴드(70)는 전극 척(60d)과 같은 흑연으로 형성된다.
보조 쉴드(70)는 기판(11)과 통전되지 않도록 기판(11)과 거리를 두고 위치하며, 폴리실리콘이 증착될 가능성이 높은 수직 커버(43)의 윗부분을 덮는다.
전술한 실시예들에 따르면, 전극 커버(41)로 인해 폴리실리콘 제조 과정에서 전극(20)과 스페이스 링(52) 표면에 폴리실리콘이 증착되지 않으므로 전극(20)과 기판(11)의 절연 특성을 높게 유지할 수 있다. 그리고 커버 쉴드(45, 45a, 45b) 또는 전극 척(60a, 60b, 60c, 60d)의 하측 단부가 전극 커버(41)의 상면을 덮어 전극 커버(41)의 세정 작업을 생략할 수 있으므로 폴리실리콘 제조 장치(100)의 유지보수 비용을 크게 낮출 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
100: 폴리실리콘 제조 장치 10: 반응 챔버
11: 기판 12: 반응기 커버
20: 전극 30: 필라멘트
40: 커버 조립체 41: 전극 커버
45, 45a, 45b: 커버 쉴드 51: 부싱
52: 스페이스 링 60a, 60b, 60c, 60d: 전극 척
11: 기판 12: 반응기 커버
20: 전극 30: 필라멘트
40: 커버 조립체 41: 전극 커버
45, 45a, 45b: 커버 쉴드 51: 부싱
52: 스페이스 링 60a, 60b, 60c, 60d: 전극 척
Claims (19)
- 기판과 반응기 커버를 포함하는 반응 챔버;
절연 부재를 매개로 상기 기판에 관통 설치되며 전원에 연결되는 적어도 한 쌍의 전극;
전극 척에 의해 상기 한 쌍의 전극 각각에 결합되며 상단이 서로 연결되는 적어도 한 쌍의 필라멘트; 및
상기 기판 상에서 상기 한 쌍의 전극 각각의 상면과 측면을 둘러싸는 전극 커버와, 상기 전극 커버의 상면을 덮는 교체형 커버 쉴드를 구비한 커버 조립체
를 포함하며,
상기 커버 쉴드는 흑연을 포함하는 탄소계 물질로 형성되는 폴리실리콘 제조 장치. - 제1항에 있어서,
상기 전극은 상기 전극 척에 맞물리는 돌출부를 상면에 형성하며,
상기 전극 커버는, 상기 돌출부를 수용하는 개구부를 형성하면서 상기 전극의 상면 위에 배치되는 수평 커버와, 수평 커버의 가장자리에서 수평 커버와 수직하게 연결되는 수직 커버를 포함하는 폴리실리콘 제조 장치. - 제2항에 있어서,
상기 수평 커버와 상기 수직 커버는 개별 교체가 가능한 분리형으로 구성되는 폴리실리콘 제조 장치. - 제2항에 있어서,
상기 전극 커버는 용융 실리카(fused silica, SiO2), 질화규소(Si3N4), 알루미나(Al2O3), 지르코니아(ZrO2), 마그네시아(MgO), 및 뮬라이트(3Al2O3ㆍ2SiO2)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 포함하는 폴리실리콘 제조 장치. - 제2항에 있어서,
상기 커버 쉴드는 상기 돌출부를 수용하는 개구부를 형성하며 상기 수평 커버보다 큰 직경을 가지는 원판 모양으로 형성되는 폴리실리콘 제조 장치. - 제2항에 있어서,
상기 커버 쉴드는, 상기 돌출부를 수용하는 개구부를 형성하며 상기 수평 커버의 상면을 덮는 제1 쉴드와, 제1 쉴드의 가장자리와 연결되며 상기 수직 커버의 외면을 덮는 제2 쉴드를 포함하는 폴리실리콘 제조 장치. - 제6항에 있어서,
상기 제1 쉴드와 상기 제2 쉴드는 개별 교체가 가능한 분리형으로 구성되는 폴리실리콘 제조 장치. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 커버 쉴드는 폴리실리콘 제조 후 새것으로 교체되거나 폴리실리콘 증착에 영향을 주지 않는 한도 내에서 반복 사용되는 폴리실리콘 제조 장치. - 기판과 반응기 커버를 포함하는 반응 챔버;
절연 부재를 매개로 상기 기판에 관통 설치되며 전원에 연결되는 적어도 한 쌍의 전극;
전극 척에 의해 상기 한 쌍의 전극 각각에 결합되며 상단이 서로 연결되는 적어도 한 쌍의 필라멘트; 및
상기 기판 상에서 상기 전극의 상면과 측면을 둘러싸는 전극 커버를 포함하며,
상기 전극 척은 상기 전극 커버의 상면을 덮는 하측 단부를 포함하고,
상기 하측 단부의 직경은 상기 전극 커버의 직경과 같거나 이보다 작은 폴리실리콘 제조 장치. - 제10항에 있어서,
상기 전극은 상기 전극 척에 맞물리는 돌출부를 상면에 형성하며,
상기 전극 커버는, 상기 돌출부를 수용하는 개구부를 형성하면서 상기 전극의 상면 위에 배치되는 수평 커버와, 수평 커버의 가장자리에서 수평 커버와 수직하게 연결되는 수직 커버를 포함하는 폴리실리콘 제조 장치. - 제11항에 있어서,
상기 수평 커버와 상기 수직 커버는 개별 교체가 가능한 분리형으로 구성되는 폴리실리콘 제조 장치. - 제11항에 있어서,
상기 전극 커버는 용융 실리카(fused silica, SiO2), 질화규소(Si3N4), 알루미나(Al2O3), 지르코니아(ZrO2), 마그네시아(MgO), 및 뮬라이트(3Al2O3ㆍ2SiO2)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 포함하는 폴리실리콘 제조 장치. - 제10항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전극 척은 상기 필라멘트의 단부를 고정시키는 척 파트와, 척 파트의 아래에 연결되며 상기 하측 단부를 가지는 쉴드 파트를 포함하며,
상기 쉴드 파트의 직경은 상기 척 파트의 최대 직경보다 큰 폴리실리콘 제조 장치. - 제14항에 있어서,
상기 쉴드 파트의 가장자리에서 상기 쉴드 파트와 수직하게 연결되며 상기 수직 커버의 외면을 덮는 보조 쉴드를 더 포함하는 폴리실리콘 제조 장치. - 제15항에 있어서,
상기 전극 척과 상기 보조 쉴드는 흑연을 포함하는 탄소계 물질로 형성되며,
상기 보조 쉴드는 상기 쉴드 파트에 착탈 가능한 방식으로 조립되는 폴리실리콘 제조 장치. - 제10항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전극 척은 상기 필라멘트를 고정시키는 상측 단부와, 상측 단부와 상기 하측 단부를 연결하는 단일 기울기의 측면을 포함하는 폴리실리콘 제조 장치. - 제17항에 있어서,
상기 하측 단부의 가장자리에서 상기 하측 단부와 수직하게 연결되며 상기 수직 커버의 외면을 덮는 보조 쉴드를 더 포함하는 폴리실리콘 제조 장치. - 제18항에 있어서,
상기 전극 척과 상기 보조 쉴드는 흑연을 포함하는 탄소계 물질로 형성되며,
상기 보조 쉴드는 상기 하측 단부에 착탈 가능한 방식으로 조립되는 폴리실리콘 제조 장치.
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