(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
単結晶引上げ装置の不活性ガスを回収するドライ真空ポンプを備えた不活性ガス回収装置であって、前記ドライ真空ポンプによって回収される不活性ガスの一部を熱交換器を通して冷却し、この冷却された不活性ガスを前記ドライ真空ポンプの冷却ラインに送り込んでドライ真空ポンプを冷却するようにしたことを特徴とする単結晶引上げ装置の不活性ガス回収装置。
【請求項２】
単結晶引上げ装置の不活性ガスを回収するドライ真空ポンプと、回収された不活性ガスを精製する精製装置とを備えた単結晶引上げ装置の不活性ガス回収装置であって、前記精製装置を経由した不活性ガスの一部を前記ドライ真空ポンプの冷却ラインに送り込んでドライ真空ポンプを冷却するようにしたことを特徴とする単結晶引上げ装置の不活性ガス回収装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の単結晶引上げ装置の不活性ガス回収装置において、前記ドライ真空ポンプの冷却ラインには、ドライ真空ポンプの温度が所定値を越えた場合に、不活性ガスに代って大気によってドライ真空ポンプを冷却するインタロック機構が設けられたことを特徴とする単結晶引上げ装置の不活性ガス回収装置。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の単結晶引上げ装置の不活性ガス回収装置において、前記ドライ真空ポンプには、ポンプ内部の粉塵を外部に排出するパージラインが接続されることを特徴とする単結晶引上げ装置の不活性ガス回収装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリコン等の単結晶引上げ装置で用いられる不活性ガスを回収する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えばシリコン等の単結晶を製造する方法として、吊具で吊下げられる種結晶を不活性ガス雰囲気化のチャンバ内のシリコン融液に接触させ、回転させながらゆっくりと引上げることで単結晶を育成するいわゆるチョクラルスキー法のような製造方法が知られているが、このようなチャンバ内の不活性ガスをドライ真空ポンプで回収して循環させる技術が、例えば特開平７−３３５８１号等に示されている。
【０００３】
ところで、このようなドライ真空ポンプは、チャンバ内で加熱された温度の高い不活性ガスを吸引することに加えて、吸引したガスがポンプ内のロータ等で圧縮されて温度が一層高まるため、ポンプ内を効果的に冷却しなければ、ロータ等とケーシングのクリアランスが無くなってロックするいわゆるローターロック等の不具合を生じるようになる。このため、従来では、ポンプ内に外気を導入してロータ等を冷却するようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このようにポンプ内に外気を導入する場合、不活性ガスと大気が混ざり合って不活性ガスの純度が低下し、これを循環させて再使用するため精製しようとすると精製装置を大型化しなければならず著しいコスト高になる。
【０００５】
そこで本発明は、不活性ガスを回収して循環させるような回収装置において、ドライ真空ポンプを効果的に冷却しつつ、同時に精製装置の大型化を招くことのない回収装置の提供を目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本発明は、請求項１において、単結晶引上げ装置の不活性ガスを回収するドライ真空ポンプを備えた不活性ガス回収装置において、ドライ真空ポンプによって回収される不活性ガスの一部を熱交換器を通して冷却し、この冷却された不活性ガスをドライ真空ポンプの冷却ラインに送り込んでドライ真空ポンプを冷却するようにした。
【０００７】
このようにドライ真空ポンプによって回収した不活性ガスの一部を冷却し、この冷却ガスを冷却ラインからポンプ内に送り込んでロータ等を冷却するようにすれば、同種の不活性ガスが混じり合うだけで不活性ガスの純度が低下するような不具合がなくなり、精製装置を大型化しなくても精製可能で安価に済む。
ここで、ドライ真空ポンプとは、水封式真空ポンプまたは油回転真空ポンプのようにケーシング内に封水とか、潤滑気密用の油等の液体を入れて処理ガスが液体に接触するようなタイプ以外の乾式の機械式真空ポンプを意味する。
【０００８】
また請求項２では、単結晶引上げ装置の不活性ガスを回収するドライ真空ポンプと、回収された不活性ガスを精製する精製装置とを備えた単結晶引上げ装置の不活性ガス回収装置において、精製装置を経由した不活性ガスの一部をドライ真空ポンプの冷却ラインに送り込んでドライ真空ポンプを冷却するようにした。
【０００９】
このように精製装置を経由して精製された不活性ガスあるいは精製途中の不活性ガスを使用して冷却すれば、精製前の不活性ガスを使用することに較べてより綺麗であるため、例えばポンプ内に蓄積するＳｉＯ（一酸化ケイ素）微粉等の量を減らすことが出来る等、ドライ真空ポンプの故障につながる要因を軽減できる。
【００１０】
また請求項３では、ドライ真空ポンプの冷却ラインに、ドライ真空ポンプの温度が所定値を越えた場合に、不活性ガスに代って大気によってドライ真空ポンプを冷却するインタロック機構を設けた。
【００１１】
ここで、一般的に不活性ガスの比熱は空気に較べて小さいため、ドライ真空ポンプを不活性ガスで冷却すると、大気で冷却することに較べて冷却効果が劣りがちである。
一方、真空ポンプの温度が高まりすぎるとポンプ内のロータ等の熱膨張によってケーシング間とのクリアランスが無くなり、ロータがロックするローターロック現象が生じる。
そこで、ローターロック等の不具合の生起を防止するため、ドライ真空ポンプの温度が所定値を越えた場合に、インターロック機構を介して冷却ラインに大気が導入されるようにし、ドライ真空ポンプの安定運転を図ることにした。
【００１２】
また請求項４では、ドライ真空ポンプに、ポンプ内部の粉塵を外部に排出するパージラインを接続した。
すなわち、ドライ真空ポンプを不活性ガスで冷却すれば、回収した不活性ガスに含まれるＳｉＯ微粉等の粉塵がポンプ内に蓄積されやすくなり、ポンプの安定運転を妨げるようになる。
そこで、この粉塵を除去するため、ドライ真空ポンプにパージラインを接続し、例えば操業終了時等に粉塵を外部に排出することが出来るようにした。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について添付した図面に基づき説明する。
ここで図１は本発明に係る不活性ガス回収装置の第１構成例の概要図、図２は第２構成例の概要図である。
【００１４】
本発明に係る不活性ガス回収装置は、例えばシリコン単結晶を製造する単結晶引上げ装置のチャンバ内で使用されるアルゴンガス等の使用済みの不活性ガスを回収して精製し、これを循環させて再使用するような装置として構成され、特にアルゴンガスを回収するドライ真空ポンプの冷却方式等に特徴を有している。
【００１５】
この不活性ガス回収装置は、図１の第１構成例に示すように、単結晶引上げ装置１のチャンバから回収ライン２を通じて使用済みのアルゴンガスを吸引するドライ真空ポンプ３と、このドライ真空ポンプ３で吸引されたアルゴンガスを回収精製装置５に送り込む精製ライン４と、この回収精製装置５で精製したアルゴンガスを供給ライン６に戻す循環ライン７を備えており、供給ライン６はアルゴンガスを貯溜するガスタンク８から引上げ装置１のチャンバに接続されている。
【００１６】
ここで、使用済みのアルゴンガスを回収するドライ真空ポンプ３は、ポンプ内に水、油等の液体が封入されない乾式の機械式真空ポンプであり、このようなドライ真空ポンプ３を使用することで、例えば水封式真空ポンプ等に較べて処理ガス中に水等の液体または液体が分解して生成する不純物が混入するような不具合がなく、また高真空度を得ることが出来るとともに、排気速度を安定させることが出来る等の各種利点を得ることが出来るが、ポンプ内のロータ等の冷却には格別の配慮が必要となる。
【００１７】
すなわち、ロータ等を大気で冷却すれば、比較的効果的に冷却することが可能であるが、反面、処理ガス中に空気成分が混入して不活性ガスの純度が低下し、回収精製装置５を大型化しなければならないためコスト高になる。
【００１８】
そこで図１に示す第１構成例では、前記精製ライン４の途中に、アルゴンガスの一部を引き込んで熱交換器１０で冷却した後、ドライ真空ポンプ３に送り込んでロータ等を冷却する冷却ライン１１を接続している。
【００１９】
因みに、本実施形態におけるドライ真空ポンプ３は、ケーシング内にスクリュー式のロータを備えており、冷却ライン１１の接続ポートは、ガスが最も圧縮されてロータの熱が一番高まりやすいガス流路の下流側とされ、ケーシング内に向けて直接冷却ガスを送り込むことが出来るようにされている。
このため、冷却ガスの接続ポートより下流側では、処理ガスと冷却ガスが混じり合って流動することになる。
【００２０】
ところで図３は、結晶引上げの各工程における大気で冷却した時のケーシング内の温度（テスト▲１▼〜▲３▼）と、回収したアルゴンガスで冷却した時のケーシング内の温度（テスト▲４▼、▲５▼）を測定した実測値である。ここで、温度の測定は、ロータの熱が一番高まりやすいガス流路下流側のケーシング内にシーズ熱電対をセットして測定した。
【００２１】
この結果から、アルゴンガスで冷却した時の温度は大気で冷却した時の温度に較べて全般的に高めであるが、冷却上充分実用限度内であり有効であることが確認された。
但し、本発明のようにＡｒを冷却ガスとした場合の方が、２０〜３０℃ポンプの温度が高くなるので、万が一冷却効果が不充分となり実用限度を越えた場合の事を考えて、冷却ライン１１にインタロック機構１２を設けている。
【００２２】
このインタロック機構１２は、例えばシーズ熱電対１７によってケーシング内の温度を測定し、温度が所定値以上になったら制御装置１８によって大気開放バルブ１３を制御して冷却ライン１１に大気を導入し、アルゴンガスによる冷却を大気による冷却に自動的に切換えるようにしている。
そしてこのような制御によってローターロック等の不具合を完全に防止することが出来る。
【００２３】
また、アルゴンガスを利用して冷却すれば、大気で冷却することに較べてガス中に含まれるＳｉＯ微粉等の粉塵が真空ポンプ３内に蓄積しやすくなる。
そこで本発明ではポンプ内に蓄積した粉塵を外部に排出するパージライン１４を設けている。
【００２４】
このパージライン１４は、前記回収ライン２の途中に接続される大気開放バルブ１５と、前記精製ライン４の途中に接続される大気放出ライン１６とを結ぶラインとして構成され、例えば操業停止等の前に、回収ライン２のアルゴンガス通路を遮断して大気開放バルブ１５を開き、ドライ真空ポンプ３内に蓄積する粉塵を大気放出ライン１６から放出するようにする。
【００２５】
以上のように構成した不活性ガス回収装置において、単結晶引上げ装置１のチャンバにガスタンク８から供給されるアルゴンガスを導入して内部を不活性ガス雰囲気化し、シリコン融液に種結晶を接触させて単結晶を育成する。この時、シリコン融液を保持する石英ルツボとシリコン融液の反応によってＳｉＯの微粉が発生し、またＳｉＯと黒鉛ヒータ等が反応してＣＯガスやＣＯ２  ガスが発生するとともに、その他の黒鉛部品等から発生するＮ２  、Ｈ２  等の脱ガスによって、アルゴンガス中には各種の不純ガス等が含まれるようになる。
【００２６】
ドライ真空ポンプ３は、以上のような不純ガス等を含んだアルゴンガスを回収し、これを回収精製装置５に送り込んで精製することで、各種不純ガス等を除去し、これを循環ライン７から供給ライン６に戻して循環させるが、精製ライン４の途中から回収ガスの一部を熱交換器１０に送って冷却し、冷却ライン１１を通してドライ真空ポンプ３を冷却する。
【００２７】
すなわち、ポンプケーシングの接続ポートから冷却したアルゴンガスをケーシング内に送り込み、ロータを冷却することで、ローターロック等の不具合を防止する。
この際、回収したアルゴンガスで冷却するため、アルゴンガスの純度が低下するような事態がなく、回収精製装置５をより安価に構成出来る。
【００２８】
また、アルゴンガスで冷却中に、真空ポンプ３の温度が所定値以上になった時は、インタロック機構１２で大気による冷却に自動的に切換わり、また操業停止等の前には、パージライン１４によってポンプ内部の粉塵を除去するため、ポンプの安定運転が可能である。
【００２９】
一方、図２は別形態の構成例であり、冷却用のアルゴンガスとして回収精製装置からの精製済みあるいは精製途中のアルゴンガスを利用するようにしたものである。
すなわち、冷却ライン１１の入口側を回収精製装置５に接続し、精製済みあるいは精製途中のアルゴンガスを用いて冷却する。この場合はドライ真空ポンプ３のケーシング内に浄化されたアルゴンガスが導入されるため、例えばポンプ内に蓄積するＳｉＯ量を少なくすることが出来る等、真空ポンプ３に対する悪影響を抑制出来る。
【００３０】
回収精製装置は、不純物の含まれた精製ラインのガスからＳｉＯ等の微粉の除去、不純ガス成分の分離などを行ない不活性ガスの精製を行なうが、この精製途中段階のガス、あるいは精製完了後のガスを冷却用のガスとして使用する。どの段階のガスを冷却用のガスとして用いるかは、回収精製装置の形態等によりコスト等を勘案して選択すればよい。
【００３１】
尚、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
例えば不活性ガスはアルゴンガス以外でも良く、単結晶引上げ装置はシリコン以外の単結晶引上げ用でも良い。
また回収精製装置を経由した不活性ガスを冷却ガスに用いる場合にも、熱交換器を通して冷却したガスをドライ真空ポンプに送り込んでも良い。
【００３２】
【発明の効果】
以上のように本発明に係る不活性ガス回収装置は、請求項１のように、ドライ真空ポンプによって回収される不活性ガスの一部を熱交換器を通して冷却し、この冷却された不活性ガスでドライ真空ポンプを冷却するようにしたため、不活性ガスの純度が低下するような不具合がなくなり、精製装置を安価に構成出来る。また請求項２のように、精製装置を経由した不活性ガスの一部でドライ真空ポンプを冷却すれば、上記効果の他、例えばポンプ内に蓄積するＳｉＯの量を減らすことが出来る等、ドライ真空ポンプの故障につながる要因を軽減することができる。
【００３３】
また請求項３のように、ドライ真空ポンプの温度が所定値を越えた場合に、不活性ガスに代って大気によってドライ真空ポンプを冷却するインタロック機構を設ければ、ロータ等の温度が異常に高まるような不具合が防止され、安定した状態で真空ポンプを運転することが出来る。
そして請求項４のように、ドライ真空ポンプに、ポンプ内部の粉塵を外部に排出するパージラインを接続すれば、真空ポンプの一層の安定運転が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る不活性ガス回収装置の第１構成例の概要図である。
【図２】本発明に係る不活性ガス回収装置の第２構成例の概要図である。
【図３】ポンプケーシング内の温度を測定した結果のグラフである。
【符号の説明】
１…単結晶引上げ装置、              ２…回収ライン、
３…ドライ真空ポンプ、              ４…精製ライン、
５…回収精製装置、                  ６…供給ライン、
７…循環ライン、                    ８…ガスタンク、
１０…熱交換器、                    １１…冷却ライン、
１２…インタロック機構、            １３…大気開放バルブ、
１４…パージライン、                １５…大気開放バルブ、
１６…大気開放ライン                １７…熱電対、
１８…制御装置。
【図１】
0003603578.tif 000002
【図２】
0003603578.tif 000003
【図３】
0003603578.tif 000004