(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
メインチャンバ(12)内のシリコン融液からシリコン単結晶棒(11)を回転させながら引上げるワイヤ(13)と、前記ワイヤ(13)を巻取るワイヤ巻取り機構(14)と、前記ワイヤ巻取り機構(14)を収容しかつ前記メインチャンバ(12)に連通するヘッドチャンバ(16)とを備えたシリコン単結晶引上げ装置において、
前記ヘッドチャンバ(16)にヘッド用真空ポンプ(33)の吸引口(33a)が接続され、
前記ヘッド用真空ポンプ(33)が前記ヘッドチャンバ(16)内で発生した塵埃を吸引して排出するように構成され、
前記ヘッド用真空ポンプ(33)の吐出口(33b)がフィルタ(34)を介して前記ヘッドチャンバ(16)に接続され、
前記ヘッドチャンバ(16)内で発生した塵埃が前記フィルタ(34)にて捕集されるように構成された
ことを特徴とするシリコン単結晶引上げ装置のヘッド構造。
【請求項２】
ヘッド用真空ポンプ(33)の吸引口(33a)とヘッドチャンバ(16)とを接続する第１管路(41)に設けられこの第１管路(41)を開閉する第１開閉弁(51)と、
前記ヘッド用真空ポンプ(33)の吐出口(33b)とフィルタ(34)とを接続する第２管路(42)に設けられ前記ヘッド用真空ポンプ(33)の吐出口(33b)を前記フィルタ(34)又は大気に連通するように切換える切換弁(36)と、
前記フィルタ(34)と前記ヘッドチャンバ(16)とを接続する第３管路(43)に設けられこの第３管路(43)を開閉する第２開閉弁(52)と、
引上げ装置(10)の稼働状態に応じて前記ヘッド用真空ポンプ(33)、前記第１開閉弁(51)、前記切換弁(36)及び前記第２開閉弁(52)を制御するコントローラと
を備えた請求項１記載のシリコン単結晶引上げ装置のヘッド構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリコン単結晶棒を引上げる装置のヘッドの構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、単結晶棒を引上げるワイヤがワイヤ巻取りドラムにより巻取られ、このドラムが単結晶棒の軸線を中心に回転し、このドラムの引上げ回転軸に沿って左右で巻き方向が対称となるようにドラムの周壁に一対の螺旋状の溝が設けられ、これらの溝に同一巻込み方向に巻込み案内されるように一対のワイヤ部材が垂下され、更にこれらのワイヤ部材の下端に種結晶保持体が接続されたワイヤ巻取り機構が開示されている（特開平９−１５６８８７号）。
このように構成されたワイヤ巻取り機構では、一対のワイヤ部材に均等に荷重が分散されるため、ワイヤ部材への負担が軽減され、細くて柔軟な撓み弾性を有するワイヤ部材を使用することができ、ワイヤ部材の巻上げ動作もスムーズになる。この結果、ワイヤ巻取りドラムの小径化及び小型化と、装置全体の小型化及び軽量化を図ることができるようになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来の特開平９−１５６８８７号公報に示されたワイヤ巻取り機構では、ワイヤ巻取りドラムが真空のヘッドチャンバに軸受を介して回転可能に収容され、かつこのヘッドチャンバがメインチャンバに連通するため、ドラム及びワイヤ部材の摩擦により発生した塵埃や、軸受にて発生した塵埃が両チャンバが連通するワイヤ通孔からメインチャンバ内に侵入するおそれがあった。
本発明の目的は、ヘッドチャンバ内のワイヤの摺動部等から発生する塵埃がメインチャンバ内に侵入するのを防止できる、シリコン単結晶引上げ装置のヘッド構造を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、図１に示すように、メインチャンバ１２内のシリコン融液からシリコン単結晶棒１１を回転させながら引上げるワイヤ１３と、ワイヤ１３を回転させながら巻取るワイヤ巻取り機構１４と、ワイヤ巻取り機構１４を収容しかつメインチャンバ１２に連通するヘッドチャンバ１６とを備えたシリコン単結晶引上げ装置の改良である。
その特徴ある構成は、ヘッドチャンバ１６にヘッド用真空ポンプ３３の吸引口３３ａが接続され、ヘッド用真空ポンプ３３がヘッドチャンバ１６内で発生した塵埃を吸引して排出するように構成され、ヘッド用真空ポンプ３３の吐出口３３ｂがフィルタ３４を介してヘッドチャンバ１６に接続され、ヘッドチャンバ１６内で発生した塵埃がフィルタ３４にて捕集されるように構成されたところにある。
この請求項１に記載されたシリコン単結晶引上げ装置のヘッド構造では、ワイヤ巻取り機構１４が作動すると、ヘッドチャンバ１６内でワイヤ１３等が擦れたり或いは摺動したりして塵埃が発生する場合があるけれども、これらの塵埃はヘッド用真空ポンプ３３によりヘッドチャンバ１６内の気体とともに吸引されてヘッドチャンバ１６外に排出される。
【０００５】
またヘッドチャンバ１６内の気体が塵埃とともにヘッド用真空ポンプ３３で吸引されると、気体中の塵埃はフィルタ３４で捕集される。更に塵埃が除去されて浄化された気体は再びヘッドチャンバ１６内に戻る。
【０００６】
請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明であって、更に図１に示すように、ヘッド用真空ポンプ３３の吸引口３３ａとヘッドチャンバ１６とを接続する第１管路４１に設けられこの第１管路４１を開閉する第１開閉弁５１と、ヘッド用真空ポンプ３３の吐出口３３ｂとフィルタ３４とを接続する第２管路４２に設けられヘッド用真空ポンプ３３の吐出口３３ｂをフィルタ３４又は大気に連通するように切換える切換弁３６と、フィルタ３４とヘッドチャンバ１６とを接続する第３管路４３に設けられこの第３管路４３を開閉する第２開閉弁５２と、引上げ装置１０の稼働状態に応じてヘッド用真空ポンプ３３、第１開閉弁５１、切換弁３６及び第２開閉弁５２を制御するコントローラとを備えたことを特徴とする。
【０００７】
この請求項２に記載されたシリコン単結晶引上げ装置のヘッド構造では、メインチャンバ１２内を大気に開放したときには、コントローラは第１及び第２開閉弁５１，５２を開き、かつ切換弁３６をヘッド用真空ポンプ３３の吐出口３３ｂ及びフィルタ３４を連通するように切換え、ヘッドチャンバ１６内で発生した塵埃をフィルタ３４にて捕集する。
またメインチャンバ１２内を所定の負圧にしたときには、コントローラは第１開閉弁５１を開き、第２開閉弁５２を閉じ、かつ切換弁３６をヘッド用真空ポンプ３３の吐出口３３ｂ及び大気を連通するように切換え、ヘッドチャンバ１６内で発生した塵埃を大気中に排出する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１及び図２に示すように、シリコン単結晶棒１１は引上げ装置１０によりシリコン融液から引上げられる。この引上げ装置１０はメインチャンバ１２内のシリコン融液からシリコン単結晶棒１１を回転させながら引上げるワイヤ１３と、ワイヤ１３を回転させながら巻取るワイヤ巻取り機構１４と、ワイヤ巻取り機構１４を収容しかつメインチャンバ１２に連通するヘッドチャンバ１６とを備える。
【０００９】
ヘッドチャンバ１６はメインチャンバ１２の上端に回転可能に設けられる。即ちメインチャンバ１２の上面にはワイヤ１３を遊挿可能な第１筒部１２ａが上方に向って突設され、ヘッドチャンバ１６の下面にはワイヤ１３を遊挿可能な第２筒部１６ａが下方に向って突設される。第２筒部１６ａは第１筒部１２ａより大径に形成され、第１筒部１２ａに磁性流体シール１７を介して回転可能に嵌入される。磁性流体シール１７は第１筒部１２ａと第２筒部１６ａとの隙間を塞ぐことにより、メインチャンバ１２内及びヘッドチャンバ１６内を大気と遮断するように構成される。また第２筒部１６ａの外周面には従動プーリ１８が嵌着され、このプーリ１８と図示しないヘッド駆動用モータの出力軸に嵌着された駆動プーリ（図示せず）との間にはベルト１９が掛け渡される。ヘッドチャンバ１６は上記ヘッド駆動用モータにより回転駆動されるように構成される。
【００１０】
ワイヤ巻取り機構１４はヘッドチャンバ１６の上壁１６ｂ下面に吊下げられた定滑車２１と、ヘッドチャンバ１６の下壁１６ｃ上面に回転可能かつ摺動可能に取付けられた巻取りドラム２２と、この巻取りドラム２２を回転駆動するドラム駆動用モータ２３とを有する。巻取りドラム２２はシャフト２４にスプライン嵌合される。即ち、ドラム２２はシャフト２４の長手方向に摺動可能にかつシャフト２４に対して回転不能に構成される。ドラム２２をシャフト２４に摺動可能に嵌入したのは、ワイヤ１３をドラム２２に均一に巻取るためである。このシャフト２４はヘッドチャンバ１６の下壁１６ｃ上面に立設された一対のブラケット２６，２６に軸受２７，２７を介して回転可能に保持される（図２）。
【００１１】
またドラム駆動用モータ２３は減速機付電動モータであり、ヘッドチャンバ１６の上壁１６ｂ上面に取付けられる。このモータ２３の出力軸２３ａは上壁１６ｂからヘッドチャンバ１６内に挿入され、その下端には駆動ギヤ２８（図２）が嵌着される。またシャフト２４の一端は上記出力軸２３ａの近傍まで延び、シャフト２４の一端には上記駆動ギヤ２８に噛合する従動ギヤ２９（図２）が嵌着される。駆動ギヤ２８及び従動ギヤ２９としては、この実施の形態では傘歯車が用いられる。なお、駆動ギヤ２８としてウォームを用い、従動ギヤ２９としてウォームホイールを用いてもよい。ワイヤ１３は上記ドラム２２に繰出し可能に巻取られ、繰出されたワイヤ１３は定滑車２１に係合した後、第２筒部１６ａ及び第１筒部１２ａ内を通ってメインチャンバ１２内に垂下される。またワイヤ１３の先端には種結晶３１を保持するチャック３２が取付けられる（図１）。なお図２の符号３０は磁性流体シールである。
【００１２】
一方、ヘッドチャンバ１６の上壁１６ｂ上面には図１に詳しく示すように、ヘッド用真空ポンプ３３が取付けられる。このポンプ３３の吸引口３３ａには第１管路４１の一端が接続され、第１管路４１の他端はヘッドチャンバ１６の側壁１６ｄからヘッドチャンバ１６内に挿入される。またポンプ３３の吐出口３３ｂは第２管路４２を介してフィルタ３４の入口３４ａに接続される。フィルタ３４の出口３４ｂには第３管路４３の一端が接続され、第３管路４３の他端はヘッドチャンバ１６の側壁１６ｄからヘッドチャンバ１６内に挿入される。
【００１３】
第１及び第３管路４１，４３にはこれらの管路４１，４３を開閉する第１及び第２開閉弁５１，５２がそれぞれ設けられ、第２管路４２にはヘッド用真空ポンプ３３の吐出口３３ｂをフィルタ３４又は大気に連通するように切換える切換弁３６が設けられる。第１及び第２開閉弁５１，５２は２ポート２位置切換えの電磁弁であり、オンすると第１及び第３管路４１，４３をそれぞれ開放し、オフすると第１及び第３管路４１，４３をそれぞれ閉止するように構成される。また切換弁３６は３ポート２位置切換えの電磁弁であり、オンするとポンプ３３の吐出口３３ｂとフィルタ３４とを連通し、オフするとポンプ３３の吐出口３３ｂと大気とを連通するように構成される。
【００１４】
メインチャンバ１２内にはこのチャンバ１２内の圧力を検出する圧力センサ（図示せず）が設けられる。この圧力センサの検出出力はコントローラ（図示せず）の制御入力に接続され、コントローラの制御出力はヘッド用真空ポンプ３３、第１開閉弁５１、第２開閉弁５２及び切換弁３６にそれぞれ接続される。上記圧力センサにより引上げ装置１０の稼働状態、具体的にはメインチャンバ１２内が所定の負圧か又は大気圧かが検出されるように構成される。即ち、メインチャンバ１２内が所定の負圧の場合には、コントローラはシリコン単結晶棒１１を引上げている状態（以下、引上げ状態という）であると判断し、メインチャンバ１２内が大気圧の場合には、メインチャンバ１２内にシリコン多結晶体等の材料をセットしている状態（以下、準備状態という）であると判断する。
【００１５】
更にメインチャンバ１２内には図示しないがシリコン融液を貯留する石英るつぼが設けられ、この石英るつぼは支軸を介してるつぼ駆動手段に接続される。石英るつぼの外周面は石英るつぼから所定の間隔をあけてカーボン製のヒータにより包囲され、このヒータは保温筒により包囲される。ヒータは石英るつぼに投入された高純度のシリコン多結晶体を加熱・融解してシリコン融液にするように構成される。なお、ドラム駆動用モータ２３及びヘッド用真空ポンプ３３には図示しないスリップリング及び電刷子を介して電力が供給されるように構成される。
【００１６】
このように構成されたシリコン単結晶引上げ装置の動作を説明する。
引上げ装置１０の準備状態では、メインチャンバ１２内及びヘッドチャンバ１６内が大気に開放され、石英るつぼにシリコン多結晶体を充填したり、ドラム駆動用モータ２３により巻取りドラム２２を回転駆動してワイヤ１３を繰出し又は巻取り、ワイヤ１３の先端のチャック３２に種結晶３１を取付けたりする作業が行われる。ワイヤ１３の繰出し又は巻取り時には、駆動ギヤ２８と従動ギヤ２９との噛合により（歯面同士に僅かな滑りが生じる。）、若しくはワイヤ１３がドラム２２の外周面等に擦られることにより、又はドラム２２がシャフト２４に対して摺動することにより、或いは定滑車２１や軸受２７が回転することにより、ヘッドチャンバ１６内に塵埃が発生する。
【００１７】
一方、圧力センサがメインチャンバ１２内が大気圧であることを検出すると、コントローラは引上げ装置１０が準備状態であると判断し、第１及び第２開閉弁５１，５２をオンして第１及び第３管路４１，４３を開放し、切換弁３６をオンしてヘッド用真空ポンプ３３の吐出口３３ｂをフィルタ３４に連通させる。この状態でヘッド用真空ポンプ３３を作動させると、ヘッドチャンバ１６内の空気が第１管路４１、ヘッド用真空ポンプ３３及び第２管路４２を介してフィルタ３４に流入し、フィルタ３４にて空気に含まれる塵埃が除去され、浄化された空気が第３管路４３を介して再びヘッドチャンバ１６内に戻る。この結果、ヘッドチャンバ１６内で発生した塵埃は速やかにフィルタ３４により除去されるので、上記塵埃がメインチャンバ１６内に侵入することはない。
【００１８】
また引上げ装置１０の準備が完了すると、メイン真空ポンプ（図示せず）を作動させてメインチャンバ１２内が所定の負圧になるまで空気を吸引するとともに、メインチャンバ１２内に不活性ガスを供給して空気を不活性ガスに置換する。ヘッドチャンバ１６内もメインチャンバ１２内に連通しているため、所定の負圧になりかつヘッドチャンバ１６内の空気が不活性ガスに置換される。またヒータを作動して石英るつぼ内のシリコン多結晶体を融解してシリコン融液にし、ワイヤ１３を繰出してチャック３２に取付けられた種結晶３１をシリコン融液に浸す。このときワイヤ１３の繰出しにより上記と同様にヘッド用チャンバ１６内には塵埃が発生する。
【００１９】
一方、圧力センサがメインチャンバ１６内が所定の負圧であることを検出すると、コントローラは引上げ装置１０が引上げ状態になったと判断し、第１開閉弁５１をオンしたまま、第２開閉弁５２をオフして第３管路４３を閉止し、更に切換弁３６をオフしてヘッド用真空ポンプ３３の吐出口３３ｂを大気に連通させる。この結果、ヘッド用真空ポンプ３３の作動によりヘッドチャンバ１６内の不活性ガスは速やかに塵埃とともに大気に排出されるので、上記塵埃がメインチャンバ１２内に侵入することはなく、塵埃（パーティクル）を含まない高純度のシリコン単結晶棒１１を引上げることができる。
【００２０】
なお、シリコン単結晶棒１１の引上げ状態でヘッドチャンバ１６内の不活性ガスがメインチャンバ１２内に引っ張られないように、ヘッド用真空ポンプ３３はメイン真空ポンプより吸引能力の大きなポンプを使用する必要がある。例えば、メインチャンバ１２内の圧力が１０Torrの場合にはヘッドチャンバ１６内の圧力を５Torrにできるヘッド用真空ポンプ３３を使用する必要があり、メインチャンバ１２内の圧力が３０Torrの場合にはヘッドチャンバ１６内の圧力を１５〜２０Torrにできるヘッド用真空ポンプ３３を使用する必要がある。一方、ヘッド用真空ポンプ３３としてメイン真空ポンプより吸引能力の小さなポンプしか使用できない場合には、引上げ装置１０の引上げ状態になったときに、第１及び第２開閉弁５１，５２をオフして第１及び第３管路４１，４３を閉止し、ヘッド用真空ポンプ３３を停止させる。
【００２１】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、ヘッドチャンバにヘッド用真空ポンプの吸引口を接続し、ヘッド用真空ポンプがヘッドチャンバ内で発生した塵埃を吸引して排出するように構成したので、ヘッドチャンバ内のワイヤの摺動部等から塵埃が発生しても、ヘッド用真空ポンプがこれらの塵埃を速やかに吸引してヘッドチャンバ外に排出する。この結果、上記塵埃がメインチャンバ内に侵入しないので、塵埃（パーティクル）を含まない高純度のシリコン単結晶棒を引上げることができる。
またヘッド用真空ポンプの吐出口をフィルタを介してヘッドチャンバに接続し、ヘッドチャンバ内で発生した塵埃をフィルタにて捕集するように構成すれば、ヘッドチャンバ内の気体が塵埃とともにヘッド用真空ポンプで吸引され、この気体中の塵埃がフィルタで捕集されて浄化された後に、浄化された気体が再びヘッドチャンバ内に戻る。この結果、上記と同様に上記塵埃のメインチャンバ内への侵入を防止できる。
【００２２】
更に第１管路にこの第１管路を開閉する第１開閉弁を設け、第２管路にヘッド用真空ポンプの吐出口をフィルタ又は大気に連通するように切換える切換弁を設け、第３管路にこの第３管路を開閉する第２開閉弁を設け、更に引上げ装置の稼働状態に応じてコントローラがヘッド用真空ポンプ、第１開閉弁、切換弁及び第２開閉弁を制御するように構成すれば、メインチャンバ内が大気に開放されたときに、コントローラが第１及び第２開閉弁を開き、かつ切換弁をヘッド用真空ポンプの吐出口及びフィルタを連通するように切換える。この結果、ヘッドチャンバ内で発生した塵埃は速やかにフィルタにより捕集され、浄化された空気がヘッドチャンバ内に戻されるので、上記塵埃のメインチャンバ内への侵入を防止できる。
一方、メインチャンバ内が所定の負圧になると、コントローラは第１開閉弁を開き、第２開閉弁を閉じ、かつ切換弁をヘッド用真空ポンプの吐出口及び大気を連通するように切換える。この結果、ヘッドチャンバ内で発生した塵埃は大気中に排出されるので、上記塵埃のメインチャンバ内への侵入を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明実施形態のシリコン単結晶引上げ装置のヘッドを含む要部断面図。
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図。
【符号の説明】
１０  シリコン単結晶引上げ装置
１１  シリコン単結晶棒
１２  メインチャンバ
１３  ワイヤ
１４  ワイヤ巻取り機構
１６  ヘッドチャンバ
３３  ヘッド用真空ポンプ
３３ａ  吸引口
３３ｂ  吐出口
３４  フィルタ
４１  第１管路
４２  第２管路
４３  第３管路
５１  第１開閉弁
５２  第２開閉弁
【図１】
0003726866.tif 000002
【図２】
0003726866.tif 000003