(57)【要約】【課題】  反応ガスを安定的に供給することができ、シリコン析出の効率を向上することができ、シリコン析出工程時に不純物による多結晶シリコンの汚染を防止することができる流動層反応器を提供する。【解決手段】  内部にシリコン粒子を含む反応管と、内部の反応ガスチャンネルに沿って前記反応管の内部にシリコン元素を含む反応ガスを供給し、前記反応ガスチャンネルを取り囲むチャンネルを有する反応ガス供給部と、を含む。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部にシリコン粒子を含む反応管と、
内部の反応ガスチャンネルに沿って前記反応管の内部にシリコン元素を含む反応ガスを供給し、前記反応ガスチャンネルを取り囲むチャンネルを有する反応ガス供給部と、を含み、
前記チャンネルは、不活性ガスが流れる、流動層反応器。
【請求項２】
前記反応管の内部に熱を供給し、前記チャンネルに流れる前記不活性ガスが内部のヒーターチャンネルに沿って流れる加熱部と、
前記反応ガス供給部と前記加熱部とを固定させるプレートと、をさらに含む、請求項１に記載の流動層反応器。
【請求項３】
前記チャンネルは、第１チャンネルと、前記第１チャンネルと連結された第２チャンネルとを含み、
前記第１チャンネルと第２チャンネルとに流れるガスの経路方向は、互いに反対方向である、請求項１に記載の流動層反応器。
【請求項４】
前記プレートは、前記反応ガス供給部のチャンネルと前記加熱部のヒーターチャンネルとを互いに連通させるための連結チャンネルを有する、請求項２に記載の流動層反応器。
【請求項５】
前記反応ガス供給部は、前記反応管内でのシリコン析出温度より低い温度に維持される、請求項１に記載の流動層反応器。
【請求項６】
前記反応ガス供給部は、周りの全体に不活性ガスが連続的に供給される、請求項５に記載の流動層反応器。
【請求項７】
前記加熱部は、ヒーターと、前記ヒーターとを囲むヒーターキャップとを含み、
前記ヒーターチャンネルは、前記ヒーターと前記ヒーターキャップとの離隔された空間によって形成される、請求項２に記載の流動層反応器。
【請求項８】
前記ヒーターキャップは、クオーツからなった、請求項７に記載の流動層反応器。
【請求項９】
前記不活性ガスは、アルゴンまたはヘリウムのうち少なくとも１つを含む、請求項１または５に記載の流動層反応器。
【請求項１０】
前記ヒーターの物質は、グラパイトを含む、請求項７に記載の流動層反応器
【請求項１１】
前記反応ガス供給部は、前記反応ガス供給圧力が一定に維持される、請求項１に記載の流動層反応器。
【請求項１２】
前記連結チャンネルは、前記反応ガス供給部の中心から放射線方向に形成された第１連結チャンネルと、前記第１連結チャンネルと交差する第２連結チャンネルと、を含む、請求項４に記載の流動層反応器。
【請求項１３】
前記第１連結チャンネルと第２連結チャンネルとは、互いに閉空間的に連結される、請求項１２に記載の流動層反応器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流動層反応器に関する。
【背景技術】
【０００２】
高純度多結晶シリコンは、半導体素子または太陽電池に用いられることのできる素材として広く使われている。このような多結晶シリコンを製造するために、シリコンを含む反応ガスの熱分解及び水素還元反応でシリコンを析出させるシリコン析出方法が利用されている。
【０００３】
多結晶シリコンの大量生産のためには、実験室で用いられる流動層反応器に比べて大きさと高さとが大きい流動層反応器が必要である。したがって、多結晶シリコンが量産できる流動層反応器は、重量が非常に重く体積も大きいため、流動層反応器の組み立て、設置及びメンテナンスが困難である。
【０００４】
これによって、組み立て、設置及びメンテナンスが容易であり、かつ多結晶シリコンの大量生産が可能である流動層反応器に関する研究が活発に行われている。
【０００５】
このような流動層反応器は、シリコン析出工程の際に、安定的に反応ガスが供給されなければならず、不純物による多結晶シリコンの汚染可能性があるため、汚染を防止することができる構造を備えなければならない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、反応ガスを安定的に供給することができ、シリコン析出の効率を向上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。
【０００７】
また、本発明は、シリコン析出工程時に不純物による多結晶シリコンの汚染を防止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、多結晶シリコンの大量生産が可能であり、組み立て、設置及びメンテナンスが容易な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】
本発明の実施形態による流動層反応器は、内部にシリコン粒子を含む反応管と、内部の反応ガスチャンネルに沿って前記反応管の内部にシリコン元素を含む反応ガスを供給し、前記反応ガスチャンネルを取り囲むチャンネルを有する反応ガス供給部と、を含み、前記チャンネルは、不活性ガスが連続的に流れる。
【００１０】
流動層反応器は、反応管の内部に熱を供給し、前記チャンネルに流れる不活性ガスが内部のヒーターチャンネルに沿って流れる加熱部と、前記反応ガス供給部と前記加熱部とを固定させるプレートと、をさらに含むことができる。
【００１１】
チャンネルは、第１チャンネルと、前記第１チャンネルと連結された第２チャンネルと、を含み、第１チャンネルと第２チャンネルとに流れるガスの経路方向は、互いに反対方向であることができる。
【００１２】
プレートは、前記反応ガス供給部のチャンネルと前記加熱部のヒーターチャンネルを互いに連通させるための連結チャンネルを有することができる。
【００１３】
反応ガス供給部は、前記反応管内でのシリコン析出温度より低い温度に維持されることができる。
【００１４】
反応ガス供給部は、周りの全体に不活性ガスが連続的に供給されることができる。
【００１５】
加熱部は、ヒーターと、前記ヒーターを囲むヒーターキャップと、を含み、前記ヒーターチャンネルは、前記ヒーターと前記ヒーターキャップとの離隔された空間によって形成されることができる。
【００１６】
ヒーターキャップは、クオーツからなることができる。
【００１７】
不活性ガスは、アルゴンまたはヘリウムのうち少なくとも１つを含むことができる。
【００１８】
ヒーターの物質は、グラパイトを含むことができる。
【００１９】
反応ガス供給部は、前記反応ガス供給圧力が一定に維持されることができる。
【００２０】
連結チャンネルは、前記反応ガス供給部の中心から放射線方向に形成された第１連結チャンネルと、前記第１連結チャンネルと交差する第２連結チャンネルと、を含むことができる。
【００２１】
第１連結チャンネルと第２連結チャンネルとは、互いに閉空間的に連結されることができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明は、反応ガスを安定的に供給することができ、シリコン析出の効率を向上することができる。
【００２３】
また、本発明は、シリコン析出工程時に不純物による多結晶シリコンの汚染を防止することができる。
【００２４】
本発明は、流動層反応器の組み立て、設置及びメンテナンスなどが容易であり、組み立て過程に伴う反応管内への球形石英ビーズの充填の際に、目視でその状態を確認しながら充填を容易に行うことができるという効果がある。
【００２５】
また、本発明は、流動層反応器の底面部を複数層のプレートで構成して多結晶シリコンの汚染を防止することができ、組み立て、設置及びメンテナンスを容易に行うことができるという効果がある。
【００２６】
また、本発明は、石英プレートを多層で構成し、それぞれのプレート内でも各プレートを構成する断片の境界部を互いにずれるように配置し、製造される多結晶シリコンの汚染を防止し、組み立て、設置及びメンテナンスを簡単に行うことができるという効果がある。
【００２７】
また、本発明は、流動層反応器の高圧反応の途中に流動ガス供給ノズルが圧力に耐えられず離脱する事故を防止し、流動層反応器の安定した運転が可能である。
【００２８】
また、本発明は、流動層反応器の反応管の内部を加熱するために設けられるヒーターを流動層反応器の底面部に予め着設した固定部に嵌め込んで組立てることができるため、組み立て、設置及びメンテナンスが非常に簡単であるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施形態による流動層反応器を示す。
【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流動層反応器のプレートと加熱部との組み立て構造を示した図である。
【図５ａ】本発明の実施形態によるヒーターと第２プレートとの電気的連結を示す。
【図５ｂ】本発明の実施形態によるヒーターと第２プレートとの電気的連結を示す。
【図５ｃ】本発明の実施形態によるヒーターと第２プレートとの電気的連結を示す。
【図６】本発明の実施形態による流動層反応器の反応ガス供給部を示した図である。
【図７】本発明の一実施形態における流動層反応器の加熱部及び底面部を示した図である。
【図８】本発明の一実施形態におけるプレートに形成された連結チャンネルを示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、添付の図面を参照し、本発明による望ましい実施形態を詳細に説明する。
【００３１】
図１は、本発明の実施形態による流動層反応器を示す。示されたように、本発明の実施形態による流動層反応器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。
【００３２】
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。流動層反応器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。
【００３３】
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。
【００３４】
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利用し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。
【００３５】
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あるため、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。
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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われることができる。
【００３９】
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供給部６００、６５０、加熱部７００、電極８００などが組み立てられる。
【００４０】
このとき、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。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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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一定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。
【００４４】
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。
【００４５】
上述のように、多結晶シリコンの大量生産のために流動層反応器の大きさ及び高さが増加する場合、流動層反応器の組み立て、設置及びメンテナンスが困難である。すなわち、流動層反応器が大きく高さが高く重量が重い１つのボディ部と反応管とを含む場合、流動層反応器の組み立て、設置及びメンテナンスの際にボディ部の取り扱いが困難になり、ボディ部とノズルや反応管とがぶつかって破損されることがある。一方に、本発明の実施形態による流動層反応器は、複数のボディ部２００、３００と反応管２５０、３５０とを含むため、流動層反応器の組み立て、設置及びメンテナンスが容易に行われることができる。
【００４６】
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。
【００４７】
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と加熱部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、延長ヘッド１００が第１ボディ部２００に連結される。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。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。
【００５４】
一方、反応ガス供給部６５０は、反応ガスが流れる反応ガスチャンネルＬの周りに形成されたチャンネルＣを含み、このようなチャンネルＣには、反応ガスより低い温度を有した不活性ガスが流れるようになる。また、示されたように、反応ガス供給部は、チャンネルＣに不活性ガスを注入するための注入口１６０を含む。
【００５５】
前記不活性ガスが反応ガス供給部の周りに形成されたチャンネルＣに沿って流れて連通されたヒーターチャンネルに供給され、ヒーターチャンネルに供給された不活性ガスは、ヒーターの周辺を流れた後に排出口１７０を通して外部に排出される。
【００５６】
加熱部７００は、流動層反応器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。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。加熱部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。加熱部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。
【００５７】
各ガス供給部６００、６５０、すなわち、各種ノズル、電極８００及び加熱部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。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。
【００５８】
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。
【００５９】
第１プレート４２０は、基底プレート４１０の上に位置し、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。
【００６０】
第２プレート４３０は、第１プレート４２０上に位置し、加熱部７００と接触して加熱部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が加熱部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加熱部７００に比べて非常に大きいため、第２プレート４３０で発生する熱は加熱部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、軟性が優秀なグラパイトシート（ｓｈｅｅｔ）が第２プレート４３０と加熱部７００との間に挿入されることもできる。
【００６１】
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。
【００６２】
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Ｌ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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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、流動層反応器の組み立て、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流動層反応器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、流動層反応器の組み立て、設置及びメンテナンスが困難になる恐れがある。
【００６６】
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。
【００６７】
図４は、本発明の実施形態による流動層反応器のプレートと加熱部との組み立て構造を示した図である。図４に示されたように、基底プレート４１０と、第１プレート４２０と、第２プレート４３０と、第３プレート４４０とを貫通する固定手段４５０によって、基底プレート４１０と、第１プレート４２０と、第２プレート４３０と、第３プレート４４０とが固定されることができる。
【００６８】
底面部４００に含まれた複数のプレート４１０乃至４４０は、複数のプレート４１０乃至４４０を貫通する固定手段によって固定される。このような固定手段は、第１反応管２５０及び第２反応管３５０の内部で形成される多結晶シリコンの汚染を防止するために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、シリコン、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。
【００６９】
固定手段４５０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、炭素含有材質による多結晶シリコンの汚染防止のために、固定手段の表面は、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か、シリコン、シリカ、石英、窒化ケイ素からなったキャップが固定手段に被せられることができる。固定手段４５０は、複数のプレート４１０乃至
４４０とネジ締結方式で組み立てられる。
【００７０】
一方、加熱部７００は、熱が放出されるヒーター７１０と、ヒーター７１０と空間を隔てて前記ヒーターを囲むヒーターキャップ７３０とを含む。
【００７１】
このような加熱部７００は、固定部７２０が着設された底面部４００と組み立てられる。ピンやクリップのような固定部７２０は、底面部４００のプレートのうち加熱部７００と連結される第２プレート４３０に形成された穿孔部に組み立てられる。加熱部７００には固定部７２０が挿入される溝が形成され、製造者または使用者が加熱部７００を固定部７２０に圧入して加熱部７００を底面部４００に固定することができる。したがって、加熱部７００の組み立てにはネジボルトなどの締結が不要であるため、加熱部７００の組み立てが簡単に行われることができる。本実施形態において、加熱部７００は、Ｕ字形状を有するため、１つの加熱部７００ごとに２つの固定部７２０が必要であるが、加熱部７００の形状によって固定部の個数は変更されることができる。固定部７２０は、グラパイトや金属材質のように電気伝導性と軟性とに優れた材質からなることができる。
【００７２】
第２プレート４３０は、複数の単位プレートを含み、加熱部７００の下部は、互いに隣接した単位プレートと接触することによって第２プレート４３０の単位プレートを通して電気の供給を受ける。このとき、加熱部７００において底面部４００に連結される部分は、前記加熱部の長さ方向に対して垂直の方向に前記加熱部の下部に延びた突出部７００ａを含む。
【００７３】
このような前記加熱部の突出部７００ａは、前記固定部７２０と結合されると同時に、前記第３プレート４４０によって覆われて加熱部７００の固定がより安定的に行われることができる。
【００７４】
隣接した単位プレート４３０ａ、４３０ｂは、互いに絶縁されている。例えば、加熱部７００の下部と接触する第２プレート４３０の単位プレート４３０ａ、４３０ｂの間には、絶縁体７4０が位置することができる。絶縁体７4０は、加熱部７００の下部と接触する単位プレート４３０ａ、４３０ｂの間を絶縁させて、漏洩電流の発生を防止する。単位プレート４３０ａ、４３０ｂについては、以後により詳細に説明される。
【００７５】
本発明の実施形態において、加熱部７００は、単位体積当たり広い表面積を有することによって加熱効率を高めるために、加熱部７００の表面にしわが形成されることができる。表面積を広げて加熱効率を高めるために、しわの以外に加熱部７００の表面に多様な形状の突起あるいはパターンが形成されることもできる。これによって、加熱部７００の表面に、しわ、突起またはパターンのうち少なくとも１つが形成されることができる。
【００７６】
加熱部は、加熱部７００を保護し、かつヒーター７１０による多結晶シリコンの汚染を防止するために、ヒーターキャップ７３０がヒーター７１０の外部を取り囲んでヒーター７１０が露出しないようにする。
【００７７】
このようなヒーターキャップ７３０の役割を果たすために、ヒーターキャップ７３０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、シリコン、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。ヒーターキャップ７３０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、炭素含有材質による多結晶シリコンの汚染防止のために、ヒーターキャップの表面は、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。
【００７８】
ヒーターキャップ７３０は、前記ヒーターキャップの長さ方向に対して垂直の方向に延びた係止突起７１０ａを含み、前記ヒーターキャップ７３０の係止突起７１０ａは、第３プレート４４０の複数の単位プレート４４０ａ、４４０ｂの間に嵌められて固定される。
【００７９】
次に、図面を参照し、ヒーターと第２プレートとの電気的連結について詳細に説明する。
【００８０】
図５ａ〜図５ｃは、本発明の実施形態によるヒーターと第２プレートとの電気的連結を示す。
【００８１】
図５ａ〜図５ｃを参照すると、各ヒーターグループＨＧ１、ＨＧ２、ＨＧ３は、２つの電極８００と連結され、ヒーターグループＨＧ１〜ＨＧ３の消費する電力量は同一であることができる。電極８００は、黒鉛、炭化ケイ素、金属材質、またはこれらの複合物からなることができる。電極８００の形態は、ケーブル、棒、ロッド、成形物、コンセント、結合器、バー、編組線やこれらの組合であることができる。このとき、図５ａ及び図５ｂに示されたように、１つの電極８００には、２つのヒーターグループが連結されることができる。これによって、ｎ個(ｎは２以上の自然数)のヒーターグループの場合、流動層反応器はｎ個の電極８００を含むことができる。
【００８２】
ヒーターグループＨＧ１〜ＨＧ３の電気抵抗は、互いに同一であることができる。すなわち、各ヒーターグループＨＧ１、ＨＧ２、ＨＧ３が含むヒーター７1０の個数は一定であり、ヒーターグループＨＧ１、ＨＧ２、ＨＧ３が含むヒーター７1０の抵抗は、互いに同一であることができる。各ヒーターグループＨＧ１、ＨＧ２、ＨＧ３が含むヒーター７1０の個数が互いに同一である場合、流動層反応器５００の組み立て、設置及びメンテナンスが容易になることができる。図５ａでは、各ヒーターグループＨＧ１、ＨＧ２、ＨＧ３が含むヒーター７1０の個数は、２つで一定であり、ヒーターグループＨＧ１、ＨＧ２、ＨＧ３が含むヒーター７1０の抵抗は、互いに同一である。
【００８３】
ヒーターグループＨＧ１〜ＨＧ４を構成するヒーター７1０の抵抗が互いに異なっていても、複数のヒーターグループＨＧ１〜ＨＧ４のそれぞれの抵抗が互いに同一になるようにヒーター７1０が配列されれば、複数のヒーターグループＨＧ１〜ＨＧ４の消費する電力量が互いに同一となり、流動層反応器５００の内部に均一な熱が供給されることができる。
【００８４】
上述のように、多結晶シリコン製品の大量生産のために流動層反応器が大きくなるほど流動層反応器５００の内部領域も大きくなる。これによって、複数のヒーターグループＨＧ１〜ＨＧ３は、流動層反応器５００の内部領域に均一に熱を供給しなければならない。本発明の実施形態による流動層反応器のヒーターグループＨＧ１、ＨＧ２、ＨＧ３は、流動層反応器の内部領域全体を均一に加熱することができるため、良質の多結晶シリコン製品を大量生産することができる。
【００８５】
複数のヒーターグループＨＧ１〜ＨＧ３のそれぞれは、互いに異なる相を有した電源の供給を受けることができる。例えば、本発明の実施形態による流動層反応器が３つのヒーターグループＨＧ１〜ＨＧ３を含む場合、各ヒーターグループＨＧ１、ＨＧ２、ＨＧ３は、３相電源の供給を受けることができる。このとき、各相の位相差は、１２０゜であることができる。
【００８６】
また、各ヒーターグループＨＧ１〜ＨＧ３が互いに同一の電力量を消費するように、ヒーターグループＨＧ１〜ＨＧ３に供給される電源が独立的に制御されることができる。例えば、各ヒーターグループＨＧ１、ＨＧ２、ＨＧ３の電気抵抗が異なるか同一の電力供給が困難である場合、ヒーターグループＨＧ１、ＨＧ２、ＨＧ３が互いに同一の電力量を消費するように、互いに異なる大きさの単層電源が各ヒーターグループＨＧ１〜ＨＧ３に供給されることができる。
【００８７】
多相電源が供給される場合、図５ａ及び図５ｂに示されたように、隣接したヒーターグループは電極８００を共有することができるが、図５ｃのように単層電源が供給される場合、１つのヒーターグループは他のヒーターグループと共有しない２つの電極８００と連結されることができる。
【００８８】
上述のように、ヒーター７1０は、絶縁体７4０によって互いに絶縁された単位プレート４３０ａ、４３０ｂと接触する。例えば、図５ａに示されたように、ヒーター７1０の一端は、１つの単位プレート４３０ａに連結され、 ヒーター７1０の他端は、他の１つの単位プレート４３０ｂに連結される。これによって、ヒーターグループのヒーター７1０は、直列連結されることができる。
【００８９】
第２プレート４３０の単位プレート４３０ａ、４３０ｂは、
ヒーター７1０と同一の物質からなることができる。例えば、 ヒーター７1０と単位プレート４３０ａ、４３０ｂとの材質については上述したため、これについての説明は省略する。
【００９０】
図５ａの単位プレートは、図４の単位プレート４３０ａ、４３０ｂに当てはまることができる。
【００９１】
一方、図５ａ及び図５ｂの流動層反応器のそれぞれは、３つのヒーターグループＨＧ１、ＨＧ２、ＨＧ３及び４つのヒーターグループＨＧ１、ＨＧ２、ＨＧ３、ＨＧ４を含むが、これに限定するものではない。
【００９２】
図６は、本発明の実施形態による流動層反応器の反応ガス供給部を示した図である。図６に示されたように、反応ガス供給部６５０は、反応ガスの流れる反応ガスチャンネルＬの周りに反応ガスより低い温度を有した不活性ガスやシリコン析出反応が起きにくいガスが供給されるチャンネルＣを含み、前記チャンネルＣは、第１チャンネルＡと、第１チャンネルＡと連結された第２チャンネルＢとを含む。
【００９３】
不活性ガスは、アルゴン、ヘリウムのうち少なくとも１つ以上を含むことができる。不活性ガスは、反応ガス供給部６５０の注入口１６０を通して外部から第１チャンネルＡに流入される。不活性ガスは、第１チャンネルＡと連結された第２チャンネルＢを通して流れながら前記反応ガス供給部の全体を冷却させる。
【００９４】
このとき、反応ガス供給部６５０の注入口１６０に流入された不活性ガスは、反応ガス供給部の下部から第１チャンネルＡに沿って前記反応ガス供給部の上部方向に流れ、反応ガス供給部の上部で再び第２チャンネルＢに沿って反応ガス供給部の下部方向に移動することができる。
【００９５】
一方、反応ガスが反応ガス供給部６５０を通して反応管２５０の内部に供給される際に、反応ガスの温度はシリコンが析出されることができる温度の以下であるが、反応ガス供給部６５０そのものが加熱部７００と隣接して位置するため、反応ガス供給部６５０の温度はシリコン析出が起きる温度と類似することができる。
【００９６】
これによって、反応ガス供給部６５０の表面や反応ガスチャンネルＬでシリコン析出反応が起きることができる。このような析出されたシリコンは、反応ガス供給部を通した反応ガスの供給を邪魔することがある。
【００９７】
したがって、シリコン析出温度以下の温度を有する不活性ガスで反応ガス供給部６５０を冷却させ、反応ガス供給部６５０の表面でシリコン析出が起きないようにする。すなわち、反応ガス供給部は、前記不活性ガスによって反応管内のシリコン析出温度より低い温度に維持される。
【００９８】
また、反応ガス供給部を取り囲んだ第１チャンネルと第２チャンネルとに不活性ガスを供給して反応ガスチャンネルの内部でシリコン析出が起きることを防止し、実質的に反応ガス供給部における反応ガス供給圧力が一定に維持される。これによって、一定の量の反応ガスが持続的に供給されるため、シリコン析出反応が安定的に、かつ連続的に発生することができる。
【００９９】
本発明の実施形態において、反応ガス供給部６５０は、第１チャンネルＡと第２チャンネルＢと反応ガスチャンネルＬとからなった３重同軸管であることができる。
【０１００】
図７は、本発明の一実施形態における流動層反応器の加熱部及び底面部を示した図である。図７に示されたように、加熱部７００は、ヒーター７１０と空間を隔てて前記ヒーター７１０を取り囲んだヒーターキャップ７３０を含む。前記ヒーターとヒーターキャップとによって形成された空間は、ヒーターチャンネルＨＣを形成する。
【０１０１】
第２チャンネルＢから排出された不活性ガスは、第２プレート４３０に形成された連結チャンネルＣＣに沿って移動し、前記連結チャンネルＣＣと空間的に連結されたヒーターチャンネルＨＣの一側に供給され、全体のヒーター７１０を取り囲みながら流れる。以後、ヒーターチャンネルＨＣの他側から排出された不活性ガスが連結チャンネルＣＣと空間的に連結された排出口１７０を通して外部に排出される。
【０１０２】
これによって、反応管の内部の多結晶シリコンがヒーターを構成する物質によって汚染されることを防止することができる。
【０１０３】
すなわち、ヒーターを構成する代表的な物質はグラパイト（ｇｒａｐｈｉｔｅ）である。ヒーターが電気の供給によって熱を発生させると、このようなグラパイトは、多結晶シリコンを汚染させる恐れがある。このとき、不活性ガスをヒーターの周辺に供給し、反応管内での汚染が起きることを遮断する。
【０１０４】
また、高温の水素は炭素と反応して多様な炭化水素汚染物質を発生させることがあるが、ヒーターチャンネルＨＣに不活性ガスを供給して炭素と高温の水素とが接触することを遮断して汚染物質の発生を防ぎ、ヒーターの構成物質である炭素の損失を抑制することができる。このとき、炭素で構成されたヒーターの場合にヒーターの寿命を延長させることができる。
【０１０５】
図８は、本発明の一実施形態におけるプレートに形成された連結チャンネルを示した図である。
【０１０６】
示されたように、連結チャンネルＣＣは、第２プレート４３０に形成されるが、底面部を構成する基底プレート４１０、第１プレート４２０及び第３プレート４４０のうち、いずれか一つのプレートに形成されることができる。
【０１０７】
前記連結チャンネルＣＣは、反応ガス供給部の第２チャンネルと空間的に連結されたものであり、これは、反応ガス供給部６５０の中心から放射線方向に形成された第１連結チャンネルＣＣ１と、前記第１連結チャンネルと交差する第２連結チャンネルＣＣ２とを含むことができる。
【０１０８】
第１連結チャンネルと第２連結チャンネルとは、互いに閉空間的に連結される。これによって、不活性ガスが連結チャンネルを通してヒーターチャンネルの内部に全体的に均一に供給される。
【０１０９】
プレートに形成された連結チャンネルの構造は、同心円連結チャンネルと放射線連結チャンネルとして示したが、加熱部のヒーターチャンネルに全体的に均一に供給されることができるなら、どの構造でも適用可能である。
【０１１０】
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】
【０１１１】
１００  延長ヘッド
２００  第１ボディ部
２５０  第１反応管
３００  第２ボディ部
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
６００  流動ガス供給部
６５０  反応ガス供給部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図５ｃ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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