多結晶シリコン製造装置
【課題】 連続的に、かつ安定的に多結晶シリコンを製造することができ、生産性を高め、製造原価を下げることができる流動層反応器を提供する。
【解決手段】 内部でシリコン析出反応が起きる反応管と、前記反応管内のシリコン粒子に流動ガスを供給する流動ガス供給部と、前記反応管の内部でシリコン析出反応時に反応温度を一定に維持させるための手段と、を含む。
【解決手段】 内部でシリコン析出反応が起きる反応管と、前記反応管内のシリコン粒子に流動ガスを供給する流動ガス供給部と、前記反応管の内部でシリコン析出反応時に反応温度を一定に維持させるための手段と、を含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多結晶シリコン製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、高純度多結晶シリコンは、半導体素子や太陽電池などに用いられることのできる半導体性質を有する素材や高い純度が要求される化学原料または産業用素材として広く使われており、精密機能素子または小型高集積精密システム用の部品や素材としても活用されている。
【０００３】
このような多結晶シリコンを製造するために、非常に高い純度で精製されたシリコン含有反応ガスの熱分解及び/または水素還元反応でシリコン表面にシリコン元素を継続的に析出させるシリコン析出方法が利用されてきた。
【０００４】
上記のように、多様な用途で用いられる多結晶シリコンの商業的な大量生産のために、縦型反応器または流動層反応器が用いられたが、縦型反応器はシリコン析出によって増加する棒の直径に限界があり、製品が連続的に生産できない基本的な限界を有しているため、同一の反応条件で反応収率の高い流動層反応器が広く用いられてきた。
【０００５】
しかし、前記流動層反応器も反応管内の反応領域の温度が一定に維持されなければ、連続的に種粒子の表面で安定的なシリコン析出反応が起きにくく、内部装置の破損や生産製品の破損が起きる問題点があった。
【０００６】
したがって、現状では、生産性を高め、安定的に多結晶シリコン粒子を持続的に製造することができる方法が必要である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、連続的に、かつ安定的に多結晶シリコンを製造することができる流動層反応器を提供することを目的とする。
【０００８】
また、本発明は、生産性を高め、製造原価を下げることができる流動層反応器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明による多結晶シリコン製造装置は、内部でシリコン析出反応が起きる反応管と、前記反応管内のシリコン粒子に流動ガスを供給する流動ガス供給部と、前記反応管の内部でシリコン析出反応時に反応温度を一定に維持させるための手段と、を含む。
【００１０】
前記手段は、前記反応管の内部に熱を供給して前記シリコン粒子のシリコン析出反応を起こすためのヒーターと、前記ヒーターに電源を供給する電源供給部と、前記反応管の内部でシリコン析出反応が起きる間に、前記反応管の内部の温度が一定に維持されるように前記電源供給部を制御する制御部と、を含むことができる。
【００１１】
前記制御部は、前記反応管内の内部温度に変化がある場合、前記電源供給部を制御することができる。
【００１２】
前記反応管内の温度変化を感知するための温度測定部を含むことができる。
【００１３】
前記温度測定部は、温度測定装置と、前記温度測定装置をカバーするハウジングと、前記ハウジングと離隔されて前記ハウジングを囲む保護管と、を含むことができる。
【００１４】
前記温度測定装置は、複数個あるいは単一個が前記ハウジングの内部に設けられることができる。
【００１５】
前記温度測定装置は、前記ヒーターの最高温度が測定される領域に対応して装着されることができる。
【００１６】
前記温度測定部は、前記反応管の外側に配置される温度センサーを含むことができる。
【００１７】
前記温度センサーの個数は複数個であり、前記複数の温度センサーは、互いに所定間隔を置いて前記反応管の外側に配置されることができる。
【００１８】
前記複数の温度センサーから測定された温度に対して平均温度値を求め、平均温度値は、既設定された基準温度値より低い場合、前記電源供給部を通して前記反応管内の温度を上昇させることができる。
【００１９】
前記複数の温度センサーから測定された温度のうち、最大温度値が既設定された基準温度値より低い場合、前記電源供給部を通して前記反応管内の温度を上昇させることができる。
【００２０】
前記流動ガス供給部が組み立てられる底面部をさらに含み、前記底面部は、基底プレートと、前記基底プレートの上に位置して前記基底プレートを絶縁させる第１プレートと、前記第１プレートの上に位置してヒーターに電気を供給する第２プレートと、前記第２プレートの上に位置して前記第２プレートを絶縁させる第３プレートと、を含むことができる。
【００２１】
前記第２プレートの端と前記基底プレートの一面とが離隔されることができる。
【００２２】
前記基底プレートと前記第２プレートとの端の間に、前記第１プレートの一部分が位置することができる。
【００２３】
前記第２プレートと前記第３プレートとのそれぞれは、複数の単位プレートを含むことができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明は、反応温度を一定に維持して多結晶シリコンの破損無しに、安定的に生産が可能である。
【００２５】
また、本発明は、反応温度増加による装置の破損を防止することができる。
【００２６】
また、一定の反応温度の維持によって連続的な運転が可能であるため、多結晶シリコン大量生産化が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施形態による概略的な多結晶シリコン製造装置を示した図である。
【図２】本発明の実施形態による多結晶シリコン製造装置のプレートの一例を示した図である。
【図３】本発明の実施形態による多結晶シリコン製造装置のプレートの他の例を示した図である。
【図４】本発明の実施形態による多結晶シリコン装置において内部温度による反応温度制御方法を説明するための図である。
【図５】本発明の実施形態による温度測定部を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の実施形態について、添付した図面を参照し、詳細に説明する。ただし、添付の図面は、本発明の内容をより容易に開示するために説明されるたけであり、本発明の範囲が添付の図面の範囲に限定されないことは、この技術分野における通常の知識を有した者であれば容易に分かる。
【００２９】
図１は、本発明の実施形態による多結晶シリコン製造装置を示す。示されたように、本発明の実施形態による多結晶シリコン製造装置５００は、ヘッド１００と、第１ボディ部２００と、第２ボディ部３００と底面部４００とを含む。
【００３０】
ヘッド１００は、第１ボディ部２００と連結され、第１ボディ部２００の第１反応管２５０の直径より大きい直径を有する。多結晶シリコン製造装置５００内のガス及び微細粒子が第１反応管２５０からヘッド１００を通る際に直径増加によってガス及び微細粒子の流速が減少する。
【００３１】
これによって、排出されるガスあるいは微細粒子の後処理負担が減ることができる。ヘッド１００の内壁は、高温で変形しにくい無機材料からなることができる。例えば、ヘッド１００の内壁は、石英、シリカ、窒化ケイ素、窒化ホウ素、ジルコニア、炭化ケイ素、黒鉛、シリコン、ガラス質炭素のうち、少なくとも１つからなることができる。
【００３２】
また、ヘッド１００の外壁に対する冷却が可能な場合、ヘッド１００の内壁に有機高分子を用いたコーティングまたはライニングのうち、少なくとも１つが行われることができる。
【００３３】
ヘッド１００の内壁が、炭化ケイ素、黒鉛、ガラス質炭素のような炭素含有材料からなった場合、多結晶シリコンが炭素不純物によって汚染される恐れができるため、多結晶シリコンが接触できるヘッド１００の内壁は、シリコン、シリカ、石英、窒化ケイ素などのような材料でコーティングまたはライニングされることができる。
【００３４】
例えば、ヘッド１００は、複数の部分ヘッド１００ａ、１００ｂを含み、第１部分ヘッド１００ａの内面にライニング膜１５０が位置することができる。
【００３５】
第１ボディ部２００は、ヘッド１００の下に位置してヘッド１００と連結され、多結晶シリコン析出反応が起きる空間を提供する。
【００３６】
第２ボディ部３００は、第１ボディ部２００の下に位置して第１ボディ部２００と連結され、第１ボディ部２００とともに多結晶シリコン析出反応または加熱反応のうち、少なくとも１つが起きる空間を提供する。
【００３７】
このような、第１ボディ部２００と第２ボディ部３００とは、独立的に別々になって互いに結合されて反応空間を提供するが、第１ボディ部２００と第２ボディ部３００とが、１つのボディからなる一体型で作られることができる。
【００３８】
底面部４００は、第２ボディ部３００の下に位置して第２ボディ部３００と連結され、多結晶シリコン析出のための各種ノズル６００、６５０、ヒーター７００、電極８００などが組み立てられる。一方、ヘッド１００と、第１ボディ部２００と、第２ボディ部３００とは、炭素鋼、ステンレス鋼、その他合金鋼など機械強度に優れ、加工の容易な金属材料からなることができる。このような材質からなる第１ボディ部２００及び第２ボディ部３００の保護膜は、金属、有機高分子、セラミックス、または石英などからなることができる。
【００３９】
ヘッド１００と第１ボディ部２００と第２ボディ部３００との組み立ての際、反応器の内部を外部空間から遮断するためにガスキット（ｇａｓｋｅｔ）またはシーリング材（ｓｅａｌｉｎｇ ｍａｔｅｒｉａｌ）が利用されることができる。第１ボディ部２００と第２ボディ部３００とは、円筒状パイプ、フランジ、チューブ及びフィッティング（ｆｉｔｔｉｎｇ）、板（ｐｌａｔｅ）、円錐、楕円または二重壁の間に冷却媒体が流れるジャケット（ｊａｃｋｅｔ）などのように、多様な形態を有することができる。
【００４０】
また、ヘッド１００と、第１ボディ部２００と、第２ボディ部３００とが金属材質からなった場合、その内部表面に保護膜がコーティングされるか、保護管または保護壁が追加で設けられることができる。保護膜、保護管または保護壁は、金属材質からなることができるが、反応器内部の汚染を防ぐために有機高分子、セラミックス、石英などのような非金属材料がコーティングまたはライニングされることができる。
【００４１】
第１ボディ部２００と第２ボディ部３００とは、熱膨脹防止、作業者保護、その他事故防止などの目的で、水、オイル、ガス、空気などのような冷却流体によって日程温度範囲以下に維持されることができる。冷却が必要な第１ボディ部２００と第２ボディ部３００との要素の内部あるいは外壁に、冷却流体の循環が可能となるように製作されることができる。
【００４２】
一方、第１ボディ部２００と第２ボディ部３００との外部表面に、作業者保護及び過多な熱損失防止のために断熱材が設けられることができる。
【００４３】
次に、本発明の実施形態による流動層反応器の組み立て過程について詳細に説明する。
【００４４】
第１反応管２５０は、第１ボディ部２００に挿入される。第２ボディ部３００の中に第２反応管３５０が挿入され、第２ボディ部３００の下端を密閉するための底面部４００に各種ノズル６００、６５０と電極８００とヒーター７００とが組み立てられる。第２反応管３５０が挿入された第２ボディ部３００に底面部４００が連結される。以後、第１ボディ部２００と第２ボディ部３００とが互いに連結され、ヘッド１００が第１ボディ部２００に連結される。
【００４５】
底面部４００に組み立てられる各種ガス供給部は、流動ガス供給部６００と反応ガス供給部６５０とを含むことができる。
【００４６】
第１反応管２５０と第２反応管３５０とは、チューブ形状や、チューブ、円錐及び楕円部分を含む形状を有することができる。第１反応管２５０と第２反応管３５０との端の部分は、フランジ形で加工されることができる。第１反応管２５０と第２反応管３５０とは、複数の部分からなることができ、このような部分の一部が、第１ボディ部２００及び第２ボディ部３００の内壁面にライナー（ｌｉｎｅｒ）のような形態で設けられることもできる。
【００４７】
第１反応管２５０と第２反応管３５０との材質は、高温で変形しにくい無機材料からなることができ、石英、シリカ、窒化ケイ素、窒化ホウ素、ジルコニア、イットリア、炭化ケイ素、黒鉛、シリコン、ガラス質炭素、またはこのような材料が混合した複合体などのような無機材料からなることができる。
【００４８】
第１反応管２５０と第２反応管３５０とが炭化ケイ素、黒鉛、ガラス質炭素などの炭素含有材質からなった場合、炭素含有材質は多結晶シリコンを汚染させる恐れがあるため、多結晶シリコンが接触できる反応管の内壁面は、シリコン、シリカ、石英、窒化ケイ素などでコーティングまたはライニングされることができる。
【００４９】
流動ガス供給部６００は、反応管内のシリコン粒子を流動させる流動ガスを供給する。反応管内に位置するシリコン粒子の一部または全部は、流動ガスによって流動する。このとき、流動ガスは、水素、窒素、アルゴン、ヘリウム、塩化水素（ＨＣｌ）、四塩化シラン（ＳｉＣｌ４）のうち少なくとも１つを含むことができる。流動ガス供給部６００は、反応管として用いられることができる無機材質成分からなったチューブ、ライナーまたは成型品であることができる。
【００５０】
反応ガス供給部６５０は、シリコン粒子層にシリコン元素を含む反応ガスを供給する。反応ガスは、多結晶シリコンの析出に用いられる原料ガスとしてシリコン元素成分を含む。反応ガスは、モノシラン（ＳｉＨ４）、ジシラン（ｄｉｓｉｌａｎｅ：Ｓｉ２Ｈ６）、高次シラン（ＳｉｎＨ２ｎ＋２、ｎは３以上の自然数)、二塩化シラン（ＤＣＳ：ＳｉＨ２Ｃｌ２）、三塩化シラン（ＴＣＳ：ＳｉＨＣｌ３）、四塩化シラン（ＳＴＣ：ＳｉＣｌ４）、ジブロモシラン（ＳｉＨ２Ｂｒ２）、トリブロモシラン（ＳｉＨＢｒ３）、ｓｉｌｉｃｏｎｔｅｔｒａｂｒｏｍｉｄｅ（ＳｉＢｒ４）、ｄｉｉｏｄｏｓｉｌａｎｅ（ＳｉＨ２Ｉ２）、ｔｒｉｉｏｄｏｓｉｌａｎｅ（ＳｉＨＩ３）、ｓｉｌｉｃｏｎｔｅｔｒａｉｏｄｉｄｅ（ＳｉＩ４）のうち少なくとも１つを含むことができる。このとき、反応ガスは、水素、窒素、アルゴン、ヘリウム、または塩化水素のうち少なくとも１つをさらに含むことができる。反応ガスの供給によって、０．１〜２ｍｍ程度の多結晶シリコン種粒子の表面に多結晶シリコンが析出され、多結晶シリコン種粒子の大きさが増加する。
【００５１】
多結晶シリコン種粒子の大きさが一定程度増加すると、流動層反応器の外部に放出される。ヒーター７００は、多結晶シリコン製造装置５００の内部に、多結晶シリコン粒子の表面でシリコン析出反応が起きるための熱を供給する。
【００５２】
実施形態において、シリコン析出反応のために反応管２５０の内部において熱が供給できるが、反応管２５０の外部から反応管２５０の内部に供給された熱によってシリコン析出反応が起きることもできる。ヒーター７００は、抵抗体を含み、電気の供給を受けることによって熱を供給することができる。ヒーター７００は、グラパイト（ｇｒａｐｈｉｔｅ）、炭化ケイ素のようなセラミックス、または金属材質のうち少なくとも１つを含むことができる。
【００５３】
ガス排出部１７は、ヘッド１００に設けられ、シリコン析出反応時に発生された流動ガス、未反応の反応ガス、反応生成物ガスを含む排出ガスを外部に排出させ、連続的に運転させることができる。排出ガスとともに運ばれてくるシリコン微粒子または高分子量の反応副産物は別途の排出ガス処理部（図示せず）で分離することができる。
【００５４】
各ガス供給部６００、６５０、すなわち、各種ノズル、電極８００及びヒーター７００などは、底面部４００を構成するプレート４１０乃至４４０とともに組み立てられる。このとき、電極８００は、ヒーター７００と電気的に連結され、ヒーター７００は電極８００から供給された電源によってヒーティングされる。
【００５５】
示されたように、本発明の実施形態による底面部４００は、基底プレート４１０と、第１乃至第３プレート４２０、４３０、４４０とを含む。
【００５６】
基底プレート４１０は、第２ボディ部３００と連結され、流動ガス供給部及び反応ガス供給部と組み立てられる。基底プレート４１０は、炭素鋼、ステンレス鋼、その他合金鋼などの機械強度に優れ、加工の容易な金属材料からなることができる。
【００５７】
第１プレート４２０は、基底プレート４１０上に位置し、基底プレート４１０を絶縁させる。これによって、第１プレート４２０は、クオーツ（ｑｕａｒｔｚ）のように高温で耐えることができ、絶縁性を持ちながらも析出される多結晶シリコンを汚染させない物質からなることができる。第１プレート４２０は、クオーツの以外に窒化ケイ素、アルミナ、イットリアなどの高温での耐熱性を有するセラミックス物質からなることができ、場合によってはこのようなセラミックス物質で第１プレート４２０の表面がコーティングまたはライニングされることができる。
【００５８】
第２プレート４３０は、第１プレート４２０上に位置し、ヒーター７００と接触してヒーター７００に電気を供給する。これによって、第２プレート４３０は、グラパイト、シリコンカーバイドがコーティングされたグラパイト、シリコンカーバイド、窒化ケイ素がコーティングされたグラパイトのような導電性物質からなることができる。基底プレート４１０と第２プレート４３０との間には絶縁特性を有している第１プレート４２０が位置するため、基底プレート４１０と第２プレート４３０とは互いに絶縁される。第２プレート４３０がヒーター７００と接触するため、第２プレート４３０で熱が発生することがあるが、第２プレート４３０で電流の流れる断面積がヒーター７００に比べて非常に大きいため、第２プレート４３０で発生する熱はヒーター７００で発生する熱に比べて非常に小さい。また、第２プレート４３０で発生する接触抵抗による熱発生を減らすために軟性に優れたグラパイトシート（ｓｈｅｅｔ）が第２プレート４３０とヒーター７００との間に挿入されることもできる。
【００５９】
基底プレート４１０と第２プレート４３０とが導電性を有する場合、基底プレート４１０と第２プレート４３０との接触によって基底プレート４１０に流れる漏洩電流が発生することがある。これによって、示されたように、基底プレート４１０と第２プレート４３０との端は、所定距離ほど離隔されている。
【００６０】
すなわち、第１プレート４２０には第２プレート４３０が装着されることができる溝が形成されることができる。例えば、第１プレート４２０には第２プレート４３０の長さと同一であるか大きい溝が形成され、第２プレート４３０が第１プレート４２０の溝の中に装着されることができる。これによって、基底プレート４１０と第２プレート４３０との端の間に第１プレート４２０の一部分が位置することができるため、基底プレート４１０と第２プレート４３０との間の絶縁が維持されることができる。
【００６１】
示されたように、第１プレート４２０によって基底プレート４１０と第２プレート４３０とが絶縁されることができ、第２プレート４３０の周りを囲む絶縁リング９００が設けられることによって基底プレート４１０と第２プレート４３０とが絶縁されることもできる。このとき、絶縁リング９００は、クオーツ、セラミックスからなることができる。
【００６２】
第３プレート４４０は、第２プレート４３０上に位置し、第１反応管２５０及び第２反応管３５０の内部で析出された多結晶シリコンが第２プレート４３０によって汚染されることを防止する。これによって、第３プレート４４０は、高温で変形しにくい無機材料からなることができ、石英、シリカ、窒化ケイ素、窒化ホウ素、ジルコニア、炭化ケイ素、黒鉛、シリコン、ガラス質炭素、またはこのような材料が混合した複合体などのような無機材料からなることができる。第３プレート４４０が炭化ケイ素、黒鉛、ガラス質炭素などの炭素含有材質からなった場合、炭素含有材質は多結晶シリコンを汚染させる恐れがあるため、第３プレート４４０の表面は、シリコン、シリカ、石英、窒化ケイ素などでコーティングまたはライニングされることができる。
【００６３】
また、底面部４００の第２プレート４３０と第３プレート４４０とは１つのボディではなく複数個の断片を含むため、多結晶シリコン製造装置の組み立て、設置及びメンテナンスが容易になる。すなわち、多結晶シリコンの大量生産のための装置の大きさが増加するため、第２プレート４３０と第３プレート４４０とが１つのボディからなった場合、装置の組み立て、設置及びメンテナンスが困難になる恐れがある。
【００６４】
例えば、図２に示されたように、第３プレート４４０は、同心円方向と直径方向に切られた断片で構成されることができる。また、図３に示されたように、第３プレート４４０は、大きさの異なるリング形態の断片で構成されることができる。
【００６５】
図４は、本発明の実施形態による多結晶シリコン装置において内部温度による反応温度制御方法を説明するための図であり、図５は、本発明の実施形態による温度測定部を示した図である。
【００６６】
図４及び図５を参照すれば、多結晶シリコン製造装置５００は、温度測定部９１０、９３０と、制御部９５０と、電源供給部９００とを含む。なお、多結晶シリコン装置の構造において、既に図１で説明した部分は省略する。
【００６７】
温度測定部９１０、９３０は、シリコン析出反応が起きる反応管２５０、３５０の内部の温度を周期的に測定するかあるいはシリコン析出反応が起きる間に連続的に測定することができる。
【００６８】
このような温度測定部９１０、９３０は、反応管の外側に配置されて反応管の内部温度を測定することができ、反応管の内部方向に配置されるように底面部４００に設けられることができる。
【００６９】
温度測定部が反応管の外側に配置される場合、温度測定部は、温度センサー９１０を含むか温度センサーそのものになって反応管の外側で反応管の内部温度を測定することができる。このように、反応管の外側で温度センサー９１０を利用して内部反応温度を測定するようになると、反応管の内部で粒子の流動を邪魔しないため、製品生産性や反応条件を邪魔しない。
【００７０】
温度センサー９１０の個数は少なくとも１つ以上であり、温度センサー９１０が複数個の場合、複数の温度センサーは所定の間隔を置いて互いに反応管の外側に配置されることができる。
【００７１】
このとき、複数の温度センサーは、配置された各領域において反応管の内部領域の温度を測定し、制御部９５０は、測定された内部温度値のうち最大温度値を抽出して既設定された基準温度値と比べて、最大温度値が基準温度値より低い場合、電源供給部９００を制御して反応管内の温度を上昇させて反応温度が一定に維持されるようにする。
【００７２】
制御部９５０による電源供給部９００の制御は、電圧あるいは電流コントロールが可能であるため、反応管内の温度を上昇させて一定に維持させるためにヒーター７００に伝達される要因は電圧あるいは電流になることができる。
【００７３】
基準温度値は、固定された値ではなく、シリコン製造装置の運転の際に内部で安定に、かつ連続的に反応が起きるための温度値であるため、シリコン製造装置の内部環境や構造によって異なって設定されることができる。
【００７４】
また、複数の温度センサーが各領域において反応管の内部領域の温度を測定するとき、制御部９５０は、測定された温度に対して平均温度値を算出し、平均温度値を既設定された基準温度値と比べて、平均温度値が基準温度値より低い場合、電源供給部９００を制御して反応管内の温度を上昇させて一定に維持させることができる。
【００７５】
温度測定部９３０が底面部４００と組み立てされて反応管の内部方向に配置される場合、反応管の外側に配置されて反応温度を測定するときより反応管の内部の粒子流動の邪魔が存在するが、反応管の内部で直接的に反応温度を測定することができるため、シリコン析出反応時にヒーターのオーバーヒーティングによる温度測定誤差を減らすことができる。
【００７６】
温度測定部９３０は、反応管の内部の粒子流動の邪魔を最小限にするためには、できるだけヒーター７００と平行な方向に設けられることが望ましく、これによって、底面部４００との組み立て及び設置の容易な利点がある。
【００７７】
温度測定部９３０は、温度測定装置９３１と温度測定装置とを囲むハウジング９３３と、ハウジングから離隔されて物理的あるいは化学的反応による汚染が発生することを防止するためにハウジングを取り囲む保護管９３５とを含むことができる。反応管の圧力と保護管の圧力との間の差によって圧力が低い保護管の破損が発生することがあるため、ハウジングと保護管との間の離隔された空間に所定のガスを供給し、反応管の圧力と保護管の圧力との間の圧力差を減らし、保護管の破損を防止することができる。
【００７８】
温度測定装置９３１は、サーモカップル（ｔｈｅｒｍｏ−ｃｏｕｐｌｅ）あるいは放射温度計（Ｐｙｒｏｍｅｔｅｒ）などを使うことができる。放射温度計を使う場合、放射温度計はハウジングや保護管無しにシリコン製造装置のヘッド１００またはボディ部２００、３００にウィンドウが設けられたノズルに装着され、反応管の内部温度を測定することができる。このとき、ウィンドウは、光を透過することができる透明素材、例えば、クオーツ、強化ガラス等が用いられることができ、必要によって金（Ａｕ）またはバリウム（Ｂａ）がコーティングされることができる。
【００７９】
温度測定部９３０は、少なくとも１つ以上が反応管の内部方向に配置されるように底面部４００と組み立てられ、単一温度測定部を構成するハウジング９３３は、単一個あるいは複数個であることができる。
【００８０】
このとき、ハウジング９３３の内部に装着される温度測定装置９３１は、単一個あるいは複数個であることができる。ハウジング９３３の内部に装置される温度測定装置が単一個の場合、温度測定装置９３１は、ヒーターの最高温度を測定することができる領域と対応される領域に装着されることが望ましい。これは、反応管の内部の温度によって電源供給部９００を制御して反応管の内部温度を一定に維持させるに、反応管の内部の温度測定に対する正確性を高め、容易に制御することができるためである。
【００８１】
温度測定装置９３１が複数個の場合、温度測定装置９３１は、ヒーターの最高温度を測定することができる領域、及び周辺領域の温度を測定することができる領域と対応される領域に装着されることができる。このとき、制御部９５０は複数の領域において測定された温度に対して平均温度値を算出し、既設定された基準温度値と比べて電源供給部９００を制御することができる。
【００８２】
このように、多結晶シリコン製造装置は、反応管の内部でシリコン析出反応が起きる間に、反応管の内部の温度変化によって内部温度を一定に維持させることによって連続的な運転ができ、多結晶シリコンの大量生産が可能である。
【００８３】
本発明の権利は、上述した実施形態に限定されず、請求範囲に記載したものにより定義され、本発明の分野における通常の知識を有した者が請求範囲に記載した権利範囲内で多様な変形と改作ができるということは自明である。
【符号の説明】
【００８４】
１００ ヘッド
２００ 第１ボディ部
２５０ 第１反応管
３００ 第２ボディ部
２７０ 支持リング
３５０ 第２反応管
４００ 底面部
４１０ 基底プレート
４２０ 第１プレート
４３０ 第２プレート
４４０ 第３プレート
５００ 流動層反応器
６００ 流動ガス供給部
６５０ 反応ガス供給部
７００ ヒーター
８００ 電極
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多結晶シリコン製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、高純度多結晶シリコンは、半導体素子や太陽電池などに用いられることのできる半導体性質を有する素材や高い純度が要求される化学原料または産業用素材として広く使われており、精密機能素子または小型高集積精密システム用の部品や素材としても活用されている。
【０００３】
このような多結晶シリコンを製造するために、非常に高い純度で精製されたシリコン含有反応ガスの熱分解及び/または水素還元反応でシリコン表面にシリコン元素を継続的に析出させるシリコン析出方法が利用されてきた。
【０００４】
上記のように、多様な用途で用いられる多結晶シリコンの商業的な大量生産のために、縦型反応器または流動層反応器が用いられたが、縦型反応器はシリコン析出によって増加する棒の直径に限界があり、製品が連続的に生産できない基本的な限界を有しているため、同一の反応条件で反応収率の高い流動層反応器が広く用いられてきた。
【０００５】
しかし、前記流動層反応器も反応管内の反応領域の温度が一定に維持されなければ、連続的に種粒子の表面で安定的なシリコン析出反応が起きにくく、内部装置の破損や生産製品の破損が起きる問題点があった。
【０００６】
したがって、現状では、生産性を高め、安定的に多結晶シリコン粒子を持続的に製造することができる方法が必要である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、連続的に、かつ安定的に多結晶シリコンを製造することができる流動層反応器を提供することを目的とする。
【０００８】
また、本発明は、生産性を高め、製造原価を下げることができる流動層反応器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明による多結晶シリコン製造装置は、内部でシリコン析出反応が起きる反応管と、前記反応管内のシリコン粒子に流動ガスを供給する流動ガス供給部と、前記反応管の内部でシリコン析出反応時に反応温度を一定に維持させるための手段と、を含む。
【００１０】
前記手段は、前記反応管の内部に熱を供給して前記シリコン粒子のシリコン析出反応を起こすためのヒーターと、前記ヒーターに電源を供給する電源供給部と、前記反応管の内部でシリコン析出反応が起きる間に、前記反応管の内部の温度が一定に維持されるように前記電源供給部を制御する制御部と、を含むことができる。
【００１１】
前記制御部は、前記反応管内の内部温度に変化がある場合、前記電源供給部を制御することができる。
【００１２】
前記反応管内の温度変化を感知するための温度測定部を含むことができる。
【００１３】
前記温度測定部は、温度測定装置と、前記温度測定装置をカバーするハウジングと、前記ハウジングと離隔されて前記ハウジングを囲む保護管と、を含むことができる。
【００１４】
前記温度測定装置は、複数個あるいは単一個が前記ハウジングの内部に設けられることができる。
【００１５】
前記温度測定装置は、前記ヒーターの最高温度が測定される領域に対応して装着されることができる。
【００１６】
前記温度測定部は、前記反応管の外側に配置される温度センサーを含むことができる。
【００１７】
前記温度センサーの個数は複数個であり、前記複数の温度センサーは、互いに所定間隔を置いて前記反応管の外側に配置されることができる。
【００１８】
前記複数の温度センサーから測定された温度に対して平均温度値を求め、平均温度値は、既設定された基準温度値より低い場合、前記電源供給部を通して前記反応管内の温度を上昇させることができる。
【００１９】
前記複数の温度センサーから測定された温度のうち、最大温度値が既設定された基準温度値より低い場合、前記電源供給部を通して前記反応管内の温度を上昇させることができる。
【００２０】
前記流動ガス供給部が組み立てられる底面部をさらに含み、前記底面部は、基底プレートと、前記基底プレートの上に位置して前記基底プレートを絶縁させる第１プレートと、前記第１プレートの上に位置してヒーターに電気を供給する第２プレートと、前記第２プレートの上に位置して前記第２プレートを絶縁させる第３プレートと、を含むことができる。
【００２１】
前記第２プレートの端と前記基底プレートの一面とが離隔されることができる。
【００２２】
前記基底プレートと前記第２プレートとの端の間に、前記第１プレートの一部分が位置することができる。
【００２３】
前記第２プレートと前記第３プレートとのそれぞれは、複数の単位プレートを含むことができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明は、反応温度を一定に維持して多結晶シリコンの破損無しに、安定的に生産が可能である。
【００２５】
また、本発明は、反応温度増加による装置の破損を防止することができる。
【００２６】
また、一定の反応温度の維持によって連続的な運転が可能であるため、多結晶シリコン大量生産化が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施形態による概略的な多結晶シリコン製造装置を示した図である。
【図２】本発明の実施形態による多結晶シリコン製造装置のプレートの一例を示した図である。
【図３】本発明の実施形態による多結晶シリコン製造装置のプレートの他の例を示した図である。
【図４】本発明の実施形態による多結晶シリコン装置において内部温度による反応温度制御方法を説明するための図である。
【図５】本発明の実施形態による温度測定部を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の実施形態について、添付した図面を参照し、詳細に説明する。ただし、添付の図面は、本発明の内容をより容易に開示するために説明されるたけであり、本発明の範囲が添付の図面の範囲に限定されないことは、この技術分野における通常の知識を有した者であれば容易に分かる。
【００２９】
図１は、本発明の実施形態による多結晶シリコン製造装置を示す。示されたように、本発明の実施形態による多結晶シリコン製造装置５００は、ヘッド１００と、第１ボディ部２００と、第２ボディ部３００と底面部４００とを含む。
【００３０】
ヘッド１００は、第１ボディ部２００と連結され、第１ボディ部２００の第１反応管２５０の直径より大きい直径を有する。多結晶シリコン製造装置５００内のガス及び微細粒子が第１反応管２５０からヘッド１００を通る際に直径増加によってガス及び微細粒子の流速が減少する。
【００３１】
これによって、排出されるガスあるいは微細粒子の後処理負担が減ることができる。ヘッド１００の内壁は、高温で変形しにくい無機材料からなることができる。例えば、ヘッド１００の内壁は、石英、シリカ、窒化ケイ素、窒化ホウ素、ジルコニア、炭化ケイ素、黒鉛、シリコン、ガラス質炭素のうち、少なくとも１つからなることができる。
【００３２】
また、ヘッド１００の外壁に対する冷却が可能な場合、ヘッド１００の内壁に有機高分子を用いたコーティングまたはライニングのうち、少なくとも１つが行われることができる。
【００３３】
ヘッド１００の内壁が、炭化ケイ素、黒鉛、ガラス質炭素のような炭素含有材料からなった場合、多結晶シリコンが炭素不純物によって汚染される恐れができるため、多結晶シリコンが接触できるヘッド１００の内壁は、シリコン、シリカ、石英、窒化ケイ素などのような材料でコーティングまたはライニングされることができる。
【００３４】
例えば、ヘッド１００は、複数の部分ヘッド１００ａ、１００ｂを含み、第１部分ヘッド１００ａの内面にライニング膜１５０が位置することができる。
【００３５】
第１ボディ部２００は、ヘッド１００の下に位置してヘッド１００と連結され、多結晶シリコン析出反応が起きる空間を提供する。
【００３６】
第２ボディ部３００は、第１ボディ部２００の下に位置して第１ボディ部２００と連結され、第１ボディ部２００とともに多結晶シリコン析出反応または加熱反応のうち、少なくとも１つが起きる空間を提供する。
【００３７】
このような、第１ボディ部２００と第２ボディ部３００とは、独立的に別々になって互いに結合されて反応空間を提供するが、第１ボディ部２００と第２ボディ部３００とが、１つのボディからなる一体型で作られることができる。
【００３８】
底面部４００は、第２ボディ部３００の下に位置して第２ボディ部３００と連結され、多結晶シリコン析出のための各種ノズル６００、６５０、ヒーター７００、電極８００などが組み立てられる。一方、ヘッド１００と、第１ボディ部２００と、第２ボディ部３００とは、炭素鋼、ステンレス鋼、その他合金鋼など機械強度に優れ、加工の容易な金属材料からなることができる。このような材質からなる第１ボディ部２００及び第２ボディ部３００の保護膜は、金属、有機高分子、セラミックス、または石英などからなることができる。
【００３９】
ヘッド１００と第１ボディ部２００と第２ボディ部３００との組み立ての際、反応器の内部を外部空間から遮断するためにガスキット（ｇａｓｋｅｔ）またはシーリング材（ｓｅａｌｉｎｇ ｍａｔｅｒｉａｌ）が利用されることができる。第１ボディ部２００と第２ボディ部３００とは、円筒状パイプ、フランジ、チューブ及びフィッティング（ｆｉｔｔｉｎｇ）、板（ｐｌａｔｅ）、円錐、楕円または二重壁の間に冷却媒体が流れるジャケット（ｊａｃｋｅｔ）などのように、多様な形態を有することができる。
【００４０】
また、ヘッド１００と、第１ボディ部２００と、第２ボディ部３００とが金属材質からなった場合、その内部表面に保護膜がコーティングされるか、保護管または保護壁が追加で設けられることができる。保護膜、保護管または保護壁は、金属材質からなることができるが、反応器内部の汚染を防ぐために有機高分子、セラミックス、石英などのような非金属材料がコーティングまたはライニングされることができる。
【００４１】
第１ボディ部２００と第２ボディ部３００とは、熱膨脹防止、作業者保護、その他事故防止などの目的で、水、オイル、ガス、空気などのような冷却流体によって日程温度範囲以下に維持されることができる。冷却が必要な第１ボディ部２００と第２ボディ部３００との要素の内部あるいは外壁に、冷却流体の循環が可能となるように製作されることができる。
【００４２】
一方、第１ボディ部２００と第２ボディ部３００との外部表面に、作業者保護及び過多な熱損失防止のために断熱材が設けられることができる。
【００４３】
次に、本発明の実施形態による流動層反応器の組み立て過程について詳細に説明する。
【００４４】
第１反応管２５０は、第１ボディ部２００に挿入される。第２ボディ部３００の中に第２反応管３５０が挿入され、第２ボディ部３００の下端を密閉するための底面部４００に各種ノズル６００、６５０と電極８００とヒーター７００とが組み立てられる。第２反応管３５０が挿入された第２ボディ部３００に底面部４００が連結される。以後、第１ボディ部２００と第２ボディ部３００とが互いに連結され、ヘッド１００が第１ボディ部２００に連結される。
【００４５】
底面部４００に組み立てられる各種ガス供給部は、流動ガス供給部６００と反応ガス供給部６５０とを含むことができる。
【００４６】
第１反応管２５０と第２反応管３５０とは、チューブ形状や、チューブ、円錐及び楕円部分を含む形状を有することができる。第１反応管２５０と第２反応管３５０との端の部分は、フランジ形で加工されることができる。第１反応管２５０と第２反応管３５０とは、複数の部分からなることができ、このような部分の一部が、第１ボディ部２００及び第２ボディ部３００の内壁面にライナー（ｌｉｎｅｒ）のような形態で設けられることもできる。
【００４７】
第１反応管２５０と第２反応管３５０との材質は、高温で変形しにくい無機材料からなることができ、石英、シリカ、窒化ケイ素、窒化ホウ素、ジルコニア、イットリア、炭化ケイ素、黒鉛、シリコン、ガラス質炭素、またはこのような材料が混合した複合体などのような無機材料からなることができる。
【００４８】
第１反応管２５０と第２反応管３５０とが炭化ケイ素、黒鉛、ガラス質炭素などの炭素含有材質からなった場合、炭素含有材質は多結晶シリコンを汚染させる恐れがあるため、多結晶シリコンが接触できる反応管の内壁面は、シリコン、シリカ、石英、窒化ケイ素などでコーティングまたはライニングされることができる。
【００４９】
流動ガス供給部６００は、反応管内のシリコン粒子を流動させる流動ガスを供給する。反応管内に位置するシリコン粒子の一部または全部は、流動ガスによって流動する。このとき、流動ガスは、水素、窒素、アルゴン、ヘリウム、塩化水素（ＨＣｌ）、四塩化シラン（ＳｉＣｌ４）のうち少なくとも１つを含むことができる。流動ガス供給部６００は、反応管として用いられることができる無機材質成分からなったチューブ、ライナーまたは成型品であることができる。
【００５０】
反応ガス供給部６５０は、シリコン粒子層にシリコン元素を含む反応ガスを供給する。反応ガスは、多結晶シリコンの析出に用いられる原料ガスとしてシリコン元素成分を含む。反応ガスは、モノシラン（ＳｉＨ４）、ジシラン（ｄｉｓｉｌａｎｅ：Ｓｉ２Ｈ６）、高次シラン（ＳｉｎＨ２ｎ＋２、ｎは３以上の自然数)、二塩化シラン（ＤＣＳ：ＳｉＨ２Ｃｌ２）、三塩化シラン（ＴＣＳ：ＳｉＨＣｌ３）、四塩化シラン（ＳＴＣ：ＳｉＣｌ４）、ジブロモシラン（ＳｉＨ２Ｂｒ２）、トリブロモシラン（ＳｉＨＢｒ３）、ｓｉｌｉｃｏｎｔｅｔｒａｂｒｏｍｉｄｅ（ＳｉＢｒ４）、ｄｉｉｏｄｏｓｉｌａｎｅ（ＳｉＨ２Ｉ２）、ｔｒｉｉｏｄｏｓｉｌａｎｅ（ＳｉＨＩ３）、ｓｉｌｉｃｏｎｔｅｔｒａｉｏｄｉｄｅ（ＳｉＩ４）のうち少なくとも１つを含むことができる。このとき、反応ガスは、水素、窒素、アルゴン、ヘリウム、または塩化水素のうち少なくとも１つをさらに含むことができる。反応ガスの供給によって、０．１〜２ｍｍ程度の多結晶シリコン種粒子の表面に多結晶シリコンが析出され、多結晶シリコン種粒子の大きさが増加する。
【００５１】
多結晶シリコン種粒子の大きさが一定程度増加すると、流動層反応器の外部に放出される。ヒーター７００は、多結晶シリコン製造装置５００の内部に、多結晶シリコン粒子の表面でシリコン析出反応が起きるための熱を供給する。
【００５２】
実施形態において、シリコン析出反応のために反応管２５０の内部において熱が供給できるが、反応管２５０の外部から反応管２５０の内部に供給された熱によってシリコン析出反応が起きることもできる。ヒーター７００は、抵抗体を含み、電気の供給を受けることによって熱を供給することができる。ヒーター７００は、グラパイト（ｇｒａｐｈｉｔｅ）、炭化ケイ素のようなセラミックス、または金属材質のうち少なくとも１つを含むことができる。
【００５３】
ガス排出部１７は、ヘッド１００に設けられ、シリコン析出反応時に発生された流動ガス、未反応の反応ガス、反応生成物ガスを含む排出ガスを外部に排出させ、連続的に運転させることができる。排出ガスとともに運ばれてくるシリコン微粒子または高分子量の反応副産物は別途の排出ガス処理部（図示せず）で分離することができる。
【００５４】
各ガス供給部６００、６５０、すなわち、各種ノズル、電極８００及びヒーター７００などは、底面部４００を構成するプレート４１０乃至４４０とともに組み立てられる。このとき、電極８００は、ヒーター７００と電気的に連結され、ヒーター７００は電極８００から供給された電源によってヒーティングされる。
【００５５】
示されたように、本発明の実施形態による底面部４００は、基底プレート４１０と、第１乃至第３プレート４２０、４３０、４４０とを含む。
【００５６】
基底プレート４１０は、第２ボディ部３００と連結され、流動ガス供給部及び反応ガス供給部と組み立てられる。基底プレート４１０は、炭素鋼、ステンレス鋼、その他合金鋼などの機械強度に優れ、加工の容易な金属材料からなることができる。
【００５７】
第１プレート４２０は、基底プレート４１０上に位置し、基底プレート４１０を絶縁させる。これによって、第１プレート４２０は、クオーツ（ｑｕａｒｔｚ）のように高温で耐えることができ、絶縁性を持ちながらも析出される多結晶シリコンを汚染させない物質からなることができる。第１プレート４２０は、クオーツの以外に窒化ケイ素、アルミナ、イットリアなどの高温での耐熱性を有するセラミックス物質からなることができ、場合によってはこのようなセラミックス物質で第１プレート４２０の表面がコーティングまたはライニングされることができる。
【００５８】
第２プレート４３０は、第１プレート４２０上に位置し、ヒーター７００と接触してヒーター７００に電気を供給する。これによって、第２プレート４３０は、グラパイト、シリコンカーバイドがコーティングされたグラパイト、シリコンカーバイド、窒化ケイ素がコーティングされたグラパイトのような導電性物質からなることができる。基底プレート４１０と第２プレート４３０との間には絶縁特性を有している第１プレート４２０が位置するため、基底プレート４１０と第２プレート４３０とは互いに絶縁される。第２プレート４３０がヒーター７００と接触するため、第２プレート４３０で熱が発生することがあるが、第２プレート４３０で電流の流れる断面積がヒーター７００に比べて非常に大きいため、第２プレート４３０で発生する熱はヒーター７００で発生する熱に比べて非常に小さい。また、第２プレート４３０で発生する接触抵抗による熱発生を減らすために軟性に優れたグラパイトシート（ｓｈｅｅｔ）が第２プレート４３０とヒーター７００との間に挿入されることもできる。
【００５９】
基底プレート４１０と第２プレート４３０とが導電性を有する場合、基底プレート４１０と第２プレート４３０との接触によって基底プレート４１０に流れる漏洩電流が発生することがある。これによって、示されたように、基底プレート４１０と第２プレート４３０との端は、所定距離ほど離隔されている。
【００６０】
すなわち、第１プレート４２０には第２プレート４３０が装着されることができる溝が形成されることができる。例えば、第１プレート４２０には第２プレート４３０の長さと同一であるか大きい溝が形成され、第２プレート４３０が第１プレート４２０の溝の中に装着されることができる。これによって、基底プレート４１０と第２プレート４３０との端の間に第１プレート４２０の一部分が位置することができるため、基底プレート４１０と第２プレート４３０との間の絶縁が維持されることができる。
【００６１】
示されたように、第１プレート４２０によって基底プレート４１０と第２プレート４３０とが絶縁されることができ、第２プレート４３０の周りを囲む絶縁リング９００が設けられることによって基底プレート４１０と第２プレート４３０とが絶縁されることもできる。このとき、絶縁リング９００は、クオーツ、セラミックスからなることができる。
【００６２】
第３プレート４４０は、第２プレート４３０上に位置し、第１反応管２５０及び第２反応管３５０の内部で析出された多結晶シリコンが第２プレート４３０によって汚染されることを防止する。これによって、第３プレート４４０は、高温で変形しにくい無機材料からなることができ、石英、シリカ、窒化ケイ素、窒化ホウ素、ジルコニア、炭化ケイ素、黒鉛、シリコン、ガラス質炭素、またはこのような材料が混合した複合体などのような無機材料からなることができる。第３プレート４４０が炭化ケイ素、黒鉛、ガラス質炭素などの炭素含有材質からなった場合、炭素含有材質は多結晶シリコンを汚染させる恐れがあるため、第３プレート４４０の表面は、シリコン、シリカ、石英、窒化ケイ素などでコーティングまたはライニングされることができる。
【００６３】
また、底面部４００の第２プレート４３０と第３プレート４４０とは１つのボディではなく複数個の断片を含むため、多結晶シリコン製造装置の組み立て、設置及びメンテナンスが容易になる。すなわち、多結晶シリコンの大量生産のための装置の大きさが増加するため、第２プレート４３０と第３プレート４４０とが１つのボディからなった場合、装置の組み立て、設置及びメンテナンスが困難になる恐れがある。
【００６４】
例えば、図２に示されたように、第３プレート４４０は、同心円方向と直径方向に切られた断片で構成されることができる。また、図３に示されたように、第３プレート４４０は、大きさの異なるリング形態の断片で構成されることができる。
【００６５】
図４は、本発明の実施形態による多結晶シリコン装置において内部温度による反応温度制御方法を説明するための図であり、図５は、本発明の実施形態による温度測定部を示した図である。
【００６６】
図４及び図５を参照すれば、多結晶シリコン製造装置５００は、温度測定部９１０、９３０と、制御部９５０と、電源供給部９００とを含む。なお、多結晶シリコン装置の構造において、既に図１で説明した部分は省略する。
【００６７】
温度測定部９１０、９３０は、シリコン析出反応が起きる反応管２５０、３５０の内部の温度を周期的に測定するかあるいはシリコン析出反応が起きる間に連続的に測定することができる。
【００６８】
このような温度測定部９１０、９３０は、反応管の外側に配置されて反応管の内部温度を測定することができ、反応管の内部方向に配置されるように底面部４００に設けられることができる。
【００６９】
温度測定部が反応管の外側に配置される場合、温度測定部は、温度センサー９１０を含むか温度センサーそのものになって反応管の外側で反応管の内部温度を測定することができる。このように、反応管の外側で温度センサー９１０を利用して内部反応温度を測定するようになると、反応管の内部で粒子の流動を邪魔しないため、製品生産性や反応条件を邪魔しない。
【００７０】
温度センサー９１０の個数は少なくとも１つ以上であり、温度センサー９１０が複数個の場合、複数の温度センサーは所定の間隔を置いて互いに反応管の外側に配置されることができる。
【００７１】
このとき、複数の温度センサーは、配置された各領域において反応管の内部領域の温度を測定し、制御部９５０は、測定された内部温度値のうち最大温度値を抽出して既設定された基準温度値と比べて、最大温度値が基準温度値より低い場合、電源供給部９００を制御して反応管内の温度を上昇させて反応温度が一定に維持されるようにする。
【００７２】
制御部９５０による電源供給部９００の制御は、電圧あるいは電流コントロールが可能であるため、反応管内の温度を上昇させて一定に維持させるためにヒーター７００に伝達される要因は電圧あるいは電流になることができる。
【００７３】
基準温度値は、固定された値ではなく、シリコン製造装置の運転の際に内部で安定に、かつ連続的に反応が起きるための温度値であるため、シリコン製造装置の内部環境や構造によって異なって設定されることができる。
【００７４】
また、複数の温度センサーが各領域において反応管の内部領域の温度を測定するとき、制御部９５０は、測定された温度に対して平均温度値を算出し、平均温度値を既設定された基準温度値と比べて、平均温度値が基準温度値より低い場合、電源供給部９００を制御して反応管内の温度を上昇させて一定に維持させることができる。
【００７５】
温度測定部９３０が底面部４００と組み立てされて反応管の内部方向に配置される場合、反応管の外側に配置されて反応温度を測定するときより反応管の内部の粒子流動の邪魔が存在するが、反応管の内部で直接的に反応温度を測定することができるため、シリコン析出反応時にヒーターのオーバーヒーティングによる温度測定誤差を減らすことができる。
【００７６】
温度測定部９３０は、反応管の内部の粒子流動の邪魔を最小限にするためには、できるだけヒーター７００と平行な方向に設けられることが望ましく、これによって、底面部４００との組み立て及び設置の容易な利点がある。
【００７７】
温度測定部９３０は、温度測定装置９３１と温度測定装置とを囲むハウジング９３３と、ハウジングから離隔されて物理的あるいは化学的反応による汚染が発生することを防止するためにハウジングを取り囲む保護管９３５とを含むことができる。反応管の圧力と保護管の圧力との間の差によって圧力が低い保護管の破損が発生することがあるため、ハウジングと保護管との間の離隔された空間に所定のガスを供給し、反応管の圧力と保護管の圧力との間の圧力差を減らし、保護管の破損を防止することができる。
【００７８】
温度測定装置９３１は、サーモカップル（ｔｈｅｒｍｏ−ｃｏｕｐｌｅ）あるいは放射温度計（Ｐｙｒｏｍｅｔｅｒ）などを使うことができる。放射温度計を使う場合、放射温度計はハウジングや保護管無しにシリコン製造装置のヘッド１００またはボディ部２００、３００にウィンドウが設けられたノズルに装着され、反応管の内部温度を測定することができる。このとき、ウィンドウは、光を透過することができる透明素材、例えば、クオーツ、強化ガラス等が用いられることができ、必要によって金（Ａｕ）またはバリウム（Ｂａ）がコーティングされることができる。
【００７９】
温度測定部９３０は、少なくとも１つ以上が反応管の内部方向に配置されるように底面部４００と組み立てられ、単一温度測定部を構成するハウジング９３３は、単一個あるいは複数個であることができる。
【００８０】
このとき、ハウジング９３３の内部に装着される温度測定装置９３１は、単一個あるいは複数個であることができる。ハウジング９３３の内部に装置される温度測定装置が単一個の場合、温度測定装置９３１は、ヒーターの最高温度を測定することができる領域と対応される領域に装着されることが望ましい。これは、反応管の内部の温度によって電源供給部９００を制御して反応管の内部温度を一定に維持させるに、反応管の内部の温度測定に対する正確性を高め、容易に制御することができるためである。
【００８１】
温度測定装置９３１が複数個の場合、温度測定装置９３１は、ヒーターの最高温度を測定することができる領域、及び周辺領域の温度を測定することができる領域と対応される領域に装着されることができる。このとき、制御部９５０は複数の領域において測定された温度に対して平均温度値を算出し、既設定された基準温度値と比べて電源供給部９００を制御することができる。
【００８２】
このように、多結晶シリコン製造装置は、反応管の内部でシリコン析出反応が起きる間に、反応管の内部の温度変化によって内部温度を一定に維持させることによって連続的な運転ができ、多結晶シリコンの大量生産が可能である。
【００８３】
本発明の権利は、上述した実施形態に限定されず、請求範囲に記載したものにより定義され、本発明の分野における通常の知識を有した者が請求範囲に記載した権利範囲内で多様な変形と改作ができるということは自明である。
【符号の説明】
【００８４】
１００ ヘッド
２００ 第１ボディ部
２５０ 第１反応管
３００ 第２ボディ部
２７０ 支持リング
３５０ 第２反応管
４００ 底面部
４１０ 基底プレート
４２０ 第１プレート
４３０ 第２プレート
４４０ 第３プレート
５００ 流動層反応器
６００ 流動ガス供給部
６５０ 反応ガス供給部
７００ ヒーター
８００ 電極
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部でシリコン析出反応が起きる反応管と、
前記反応管内のシリコン粒子に流動ガスを供給する流動ガス供給部と、
前記反応管の内部でシリコン析出反応時に反応温度を一定に維持させるための手段と、
を含む多結晶シリコン製造装置。
【請求項２】
前記手段は、
前記反応管の内部に熱を供給して前記シリコン粒子のシリコン析出反応を起こすためのヒーターと、
前記ヒーターに電源を供給する電源供給部と、
前記反応管の内部でシリコン析出反応が起きる間に、前記反応管の内部の温度が一定に維持されるように前記電源供給部を制御する制御部と、
を含む、請求項１に記載の多結晶シリコン製造装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記反応管内の内部温度に変化がある場合、前記電源供給部を制御する、請求項２に記載の多結晶シリコン製造装置。
【請求項４】
前記反応管内の温度変化を感知するための温度測定部を含む、請求項１から３のいずれかに記載の多結晶シリコン製造装置。
【請求項５】
前記温度測定部は、温度測定装置と、前記温度測定装置をカバーするハウジングと、前記ハウジングと離隔されて前記ハウジングを囲む保護管と、を含む、請求項４に記載の多結晶シリコン製造装置。
【請求項６】
前記温度測定装置は、複数個あるいは単一個が前記ハウジングの内部に設けられる、請求項５に記載の多結晶シリコン製造装置。
【請求項７】
前記温度測定装置は、前記ヒーターの最高温度が測定される領域に対応して装着される、請求項５または６に記載のシリコン製造装置。
【請求項８】
前記温度測定部は、前記反応管の外側に配置される温度センサーを含む、請求項４または５に記載のシリコン製造装置。
【請求項９】
前記温度センサーの個数は複数個であり、前記複数の温度センサーは、互いに所定間隔を置いて前記反応管の外側に配置される、請求項８に記載の多結晶シリコン製造装置。
【請求項１０】
前記複数の温度センサーから測定された温度に対して平均温度値を求め、平均温度値は、既設定された基準温度値より低い場合、前記電源供給部を通して前記反応管内の温度を上昇させる、請求項９に記載の多結晶シリコン製造装置。
【請求項１１】
前記複数の温度センサーから測定された温度のうち、最大温度値が既設定された基準温度値より低い場合、前記電源供給部を通して前記反応管内の温度を上昇させる、請求項９に記載の多結晶シリコン製造装置。
【請求項１２】
前記流動ガス供給部が組み立てられる底面部をさらに含み、
前記底面部は、基底プレートと、前記基底プレートの上に位置して前記基底プレートを絶縁させる第１プレートと、前記第１プレートの上に位置してヒーターに電気を供給する第２プレートと、前記第２プレートの上に位置して前記第２プレートを絶縁させる第３プレートと、を含む、請求項１に記載の多結晶シリコン製造装置。
【請求項１３】
前記第２プレートの端と前記基底プレートの一面とが離隔される、請求項１２に記載の多結晶シリコン製造装置。
【請求項１４】
前記基底プレートと前記第２プレートとの端の間に、前記第１プレートの一部分が位置する、請求項１２に記載の多結晶シリコン製造装置。
【請求項１５】
前記第２プレートと前記第３プレートとのそれぞれは、複数の単位プレートを含む、請求項１２に記載の多結晶シリコン製造装置。
【請求項１】
内部でシリコン析出反応が起きる反応管と、
前記反応管内のシリコン粒子に流動ガスを供給する流動ガス供給部と、
前記反応管の内部でシリコン析出反応時に反応温度を一定に維持させるための手段と、
を含む多結晶シリコン製造装置。
【請求項２】
前記手段は、
前記反応管の内部に熱を供給して前記シリコン粒子のシリコン析出反応を起こすためのヒーターと、
前記ヒーターに電源を供給する電源供給部と、
前記反応管の内部でシリコン析出反応が起きる間に、前記反応管の内部の温度が一定に維持されるように前記電源供給部を制御する制御部と、
を含む、請求項１に記載の多結晶シリコン製造装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記反応管内の内部温度に変化がある場合、前記電源供給部を制御する、請求項２に記載の多結晶シリコン製造装置。
【請求項４】
前記反応管内の温度変化を感知するための温度測定部を含む、請求項１から３のいずれかに記載の多結晶シリコン製造装置。
【請求項５】
前記温度測定部は、温度測定装置と、前記温度測定装置をカバーするハウジングと、前記ハウジングと離隔されて前記ハウジングを囲む保護管と、を含む、請求項４に記載の多結晶シリコン製造装置。
【請求項６】
前記温度測定装置は、複数個あるいは単一個が前記ハウジングの内部に設けられる、請求項５に記載の多結晶シリコン製造装置。
【請求項７】
前記温度測定装置は、前記ヒーターの最高温度が測定される領域に対応して装着される、請求項５または６に記載のシリコン製造装置。
【請求項８】
前記温度測定部は、前記反応管の外側に配置される温度センサーを含む、請求項４または５に記載のシリコン製造装置。
【請求項９】
前記温度センサーの個数は複数個であり、前記複数の温度センサーは、互いに所定間隔を置いて前記反応管の外側に配置される、請求項８に記載の多結晶シリコン製造装置。
【請求項１０】
前記複数の温度センサーから測定された温度に対して平均温度値を求め、平均温度値は、既設定された基準温度値より低い場合、前記電源供給部を通して前記反応管内の温度を上昇させる、請求項９に記載の多結晶シリコン製造装置。
【請求項１１】
前記複数の温度センサーから測定された温度のうち、最大温度値が既設定された基準温度値より低い場合、前記電源供給部を通して前記反応管内の温度を上昇させる、請求項９に記載の多結晶シリコン製造装置。
【請求項１２】
前記流動ガス供給部が組み立てられる底面部をさらに含み、
前記底面部は、基底プレートと、前記基底プレートの上に位置して前記基底プレートを絶縁させる第１プレートと、前記第１プレートの上に位置してヒーターに電気を供給する第２プレートと、前記第２プレートの上に位置して前記第２プレートを絶縁させる第３プレートと、を含む、請求項１に記載の多結晶シリコン製造装置。
【請求項１３】
前記第２プレートの端と前記基底プレートの一面とが離隔される、請求項１２に記載の多結晶シリコン製造装置。
【請求項１４】
前記基底プレートと前記第２プレートとの端の間に、前記第１プレートの一部分が位置する、請求項１２に記載の多結晶シリコン製造装置。
【請求項１５】
前記第２プレートと前記第３プレートとのそれぞれは、複数の単位プレートを含む、請求項１２に記載の多結晶シリコン製造装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−２２４５３２（Ｐ２０１２−２２４５３２Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１５日（２０１２．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２１７１８６（Ｐ２０１１−２１７１８６）
【出願日】平成２３年９月３０日（２０１１．９．３０）
【出願人】（５１１２３７７１５）シリコンバリュー有限会社 (5)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月１５日（２０１２．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月３０日（２０１１．９．３０）
【出願人】（５１１２３７７１５）シリコンバリュー有限会社 (5)
【Ｆターム（参考）】
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