(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
単結晶引上げ機(11)に排気管(14)を介して連通接続されたガス導入室(21)と、複数のロータ羽根(22)が偏心した状態で回転可能に収容されかつ所定の流量の水(23)が水供給手段(35)により供給されるロータ室(24)と、前記ガス導入室(21)と前記ロータ室(24)とを区画しかつ前記ガス導入室と前記ロータ室とを連通接続する吸込口(27a)を有するロータガイド板(27)とを備え、前記単結晶引上げ機(11)に供給された不活性ガスを吸込口(27a)から吸込みかつ圧縮して前記水(23)とともに排出するように構成された単結晶引上げ機の不活性ガス排気系の水封式真空ポンプにおいて、
先端が封止され長手方向に複数の噴射孔(33a)が形成されかつ基端が前記水供給手段(35)に接続された洗浄パイプ(33)が、前記複数の噴射孔(33a)を前記ロータガイド板(27)に対向して前記ガス導入室(21)の内部に設けられたことを特徴とする単結晶引上げ機の不活性ガス排気系の水封式真空ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、単結晶引上げ機に供給された不活性ガスを吸引して排出する排気系に関する。更に詳しくは排気系に設けられた水封式の真空ポンプに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、単結晶引上げ機の不活性ガス排気系では、図５に示すようにシリコン単結晶の引上げ機１が排気管２を介して水封式の真空ポンプ３の吸込口に接続され、引上げ機１に供給された不活性ガス（例えば、Ａｒガス）が上記真空ポンプ３により排気管２を通して吸引され、引上げ機１の上部には不活性ガスを引上げ機１内に供給する吸気管４の一端が接続され、この吸気管４の他端は不活性ガスを貯留するタンク（図示せず）に接続される。また真空ポンプ３内には水５が封入され、この水は循環ポンプ４によりセパレータタンク６及び水冷却器７を通って循環して使用される。セパレータタンク６の底壁にはこのタンク６内の水５を排出可能な水排出管８が接続され、この管８には水排出弁８ａが設けられる。更にセパレータタンク６の蓋には清浄水供給管９が接続され、この管９には清浄水供給弁９ａが設けられる。
【０００３】
このように構成された不活性ガス排気系では、引上げ機１によりシリコン単結晶を引上げるときには、吸気管４から引上げ機１内に不活性ガスを供給し、この引上げ機１内の不活性ガスを真空ポンプ３により吸引して引上げ機１内が所定の負圧に保たれる。一方、引上げ機１内の不活性ガスにはＳｉＯやＳｉＯ2等の粉塵が混入するため、この粉塵は排気管２を通って真空ポンプ３に封入された水５に混入する。このため、引上げ機１による単結晶の引上げ完了毎（１バッチ毎）に真空ポンプ３を停止し、水排出弁８ａを開いてセパレータタンク６内の水５を排出し、更に清浄水供給弁９ａを開いてセパレータタンク６に粉塵を含まない清浄な水５を新たに供給している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来の単結晶引上げ機の不活性ガス排気系では、不活性ガスに混入したＳｉＯやＳｉＯ2等の粉塵が真空ポンプの吸込口近傍に堆積して吸込口を狭め、真空ポンプによる不活性ガスの吸引力が低下する不具合があった。
また上記真空ポンプの吸込口に堆積した粉塵は、真空ポンプを頻繁に分解・洗浄して除去しなければならず、真空ポンプの保守作業が煩わしい問題点もあった。
本発明の目的は、不活性ガスに混入した粉塵が吸込口近傍に堆積するのを防止できるとともに、保守作業の間隔を長くすることができる、単結晶引上げ機の不活性ガス排気系の水封式真空ポンプを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、図１及び図４に示すように、単結晶引上げ機１１に排気管１４を介して連通接続されたガス導入室２１と、複数のロータ羽根２２が偏心した状態で回転可能に収容されかつ所定の流量の水が水供給手段３５により供給されるロータ室２４と、ガス導入室２１とロータ室２４とを区画しかつガス導入室とロータ室とを連通接続する吸込口２７ａを有するロータガイド板２７とを備え、単結晶引上げ機１１に供給された不活性ガスを吸込口２７ａから吸込みかつ圧縮して水２３とともに排出するように構成された単結晶引上げ機の不活性ガス排気系の水封式真空ポンプの改良である。
その特徴ある構成は、先端が封止され長手方向に複数の噴射孔３３ａが形成されかつ基端が水供給手段３５に接続された洗浄パイプ３３が、複数の噴射孔３３ａをロータガイド板２７に対向してガス導入室２１の内部に設けられたところにある。
【０００６】
この請求項１に記載された単結晶引上げ機の不活性ガス排気系の水封式真空ポンプでは、単結晶を構成する元素の酸化物等からなる粉塵が不活性ガスに混入し、この粉塵が不活性ガスとともに真空ポンプ１６のガス導入室２１に流入してロータガイド板２７に付着しても、水供給手段３５から洗浄パイプ３３に供給された水２３が複数の噴射孔３３ａからロータガイド板２７に向って噴射されるので、この噴射された水２３によりロータガイド板２７に付着した粉塵は洗い流される。
【０００７】
【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。
この実施の形態では、引上げ機により引上げられる単結晶はシリコン単結晶である。図４に示すように、引上げ機１１は、チャンバ１２と、このチャンバの上端に接続されたケーシング１３とを有する。上記チャンバ１２内には、図示しないがシリコン融液が貯留される石英るつぼや、この石英るつぼを包囲し上記シリコン融液を加熱するヒータ等が収容される。またケーシング１３にはシリコン単結晶を引上げる引上げ手段が設けられる。チャンバ１２の下面には排気管１４を介して真空ポンプ１６が接続され、ケーシング１３の上部には吸気管１７が接続される。吸気管の一端はケーシング１３の上面に接続され、吸気管の他端は不活性ガス（この実施の形態ではＡｒガス）が貯留されるタンク（図示せず）に接続される。また排気管１４は一端がチャンバ１２の下面にそれぞれ接続され他端が合流する一対の第１及び第２分岐管１４ａ，１４ｂと、一端が第１及び第２分岐管の合流端に接続され他端が水封式の真空ポンプ１６のガス導入室２１に接続された集合管１４ｃとを有する。なお、水封式の真空ポンプはメカニカルブースタと組合せて用いてもよい。
【０００８】
真空ポンプ１６より排気上流側の集合管１４ｃには後述するサイクロン１８（図１）が設けられ、このサイクロンの下端にはダストチャンバ１９が設けられる。このサイクロン１８によりＡｒガスに含まれるＳｉＯやＳｉＯ2等の粉塵（単結晶を構成する元素の酸化物等からなる粉塵）がＡｒガスから分離され、分離された粉塵はダストチャンバ１９に貯留されるように構成される。但し、上記サイクロン１８は引上げ機１１内を所定の負圧に保つために、排気管１４の内径をサイクロン１８の入口直前であまり絞らないようにして圧力損失を少なくしている。このため、サイクロンによる粉塵の分離能力はあまり高くない。
【０００９】
真空ポンプ１６は、図１〜図３に詳しく示すように、引上げ機１１に排気管１４を介して連通接続された上記ガス導入室２１と、複数のロータ羽根２２が偏心した状態で回転可能に収容されかつ所定の流量の水２３が供給されるロータ室２４と、ロータ室で圧縮されたＡｒガス及びロータ室からオーバフローした水２３が流入する排出室２６と、ガス導入室２１及び排出室２６とロータ室２４とを区画するロータガイド板２７とを備える。ロータガイド板２７の一方の面にはカバー体２８が取付けられ、このロータガイド板２７とカバー体２８により第１空間３１が形成される（図１及び図２）。カバー体２８の内部には一対の第１仕切り板４１，４１（図２）が配設され、これらの仕切り板により第１空間３１が狭いガス導入室２１と広い排出室２６に区画される（図１及び図２）。
【００１０】
上記カバー体２８の側壁２８ａ上部にはガス導入室２１に臨む第１導入口２８ｂが形成され、この第１導入口には集合管１４ｃが接続される（図１）。ガス導入室２１の内部には洗浄パイプ３３が設けられる（図１及び図２）。この洗浄パイプ３３は予め先端が封止されかつ長手方向に複数の噴射孔３３ａ（図１）が形成される。また洗浄パイプ３３の基端はカバー体２８の周壁２８ｃ上部を通って循環ポンプ３５（水供給手段）に接続され（図４）、複数の噴射孔３３ａはロータガイド板２７に対向して設けられる（図１）。更にカバー体２８の周壁２８ｃ下部には第２排出口２８ｄが形成される（図１及び図２）。この第２排出口には気水排出管３４の一端が接続され、気水排出管の他端は不活性ガスと水２３を分離するセパレータタンク３６（図４）に接続される。
【００１１】
ロータ室２４は、ロータガイド板２７の他方の面にケーシング２９の一方の面を取付けることにより形成され（図１及び図３）、ケーシングの他方の面には第１モータ５１が取付けられる（図１）。この第１モータ５１はその出力軸５１ａがケーシング２９の中心線から偏心した状態でケーシング２９に取付けられ（図１及び図３）、出力軸５１ａには複数のロータ羽根２２と一体的に形成されたロータホルダ３７が嵌着される（図１）。これにより複数のロータ羽根２２はケーシング２９の中心線から偏心した状態でロータ室２４に回転可能に収容される。
【００１２】
またロータガイド板２７にはポートシリンダ３８が一体的に設けられる（図１及び図３）。このポートシリンダは第１モータ５１の出力軸５１ａと中心線が一致し、かつロータ室２４内に突出するように設けられる。このポートシリンダ３８は同心状の外筒３８ａ及び内筒３８ｂを有し、外筒及び内筒間の空間は一対の第２仕切り板４２，４２（図３）により狭い吸込室３８ｃ及び広い吐出室３８ｄに区画される。上記一対の第２仕切り板４２，４２は一対の第１仕切り板４１，４１と第１モータ５１の出力軸５１ａを中心としてそれぞれ同一角度になるように形成される、即ち一対の第２仕切り板４２，４２は一対の第１仕切り板４１，４１にそれぞれ重合するように形成される（図２及び図３）。またロータガイド板２７には、外筒３８ａ及び内筒３８ｂの間に位置しかつガス導入室２１及び吸込室３８ｃを連通接続する円弧状の吸込口２７ａと、外筒３８ａ及び内筒３８ｂの間に位置しかつ排出室３４及び吐出室３８ｄを連通接続する円弧状の吐出口２７ｂとが形成される（図２）。更に外筒３８ａには、吸込室３８ｃ及びロータ室２４を連通接続する第２導入口３８ｅと、ロータ室２４及び吐出室３８ｄを連通接続する第１排出口３８ｆとがそれぞれ形成される（図１及び図３）。なお、複数のロータ羽根２２は外筒３８ａの外周面に接しかつ外筒の外周面を摺動しながら回転するようにロータホルダ３７に等間隔に配設される。
【００１３】
一方、図４に示すように、セパレータタンク３６の下部には循環パイプ５３の一端が接続され、循環パイプの他端は第１及び第２分岐パイプ６１，６２の一端に接続される。第１分岐パイプ６１の他端は真空ポンプ１６のケーシング２９の上部に接続され、第２分岐パイプ６２の他端は洗浄パイプ３３の基端に接続される。循環パイプ５３には、水２３を循環させる前述の循環ポンプ３５（水供給手段）と、水２３を冷却する水冷却器５５とが設けられる。また第１分岐パイプ６１にはこのパイプを流れる水２３の流量を測定する第１流量計７１が設けられ、第２分岐パイプ６２にはこのパイプを流れる水２３の流量を測定する第２流量計７２が設けられる。なお、上記循環ポンプ３５は第２モータ５２により駆動される。
【００１４】
セパレータタンク３６の側壁３６ａ上部には清浄水供給管５４が接続され、清浄水供給管にはこの管を開閉可能な清浄水供給弁５６が設けられる。セパレータタンク３６の底壁３６ｂには水排出管５７が接続され、この水排出管にはこの管を開閉可能な水排出弁５８が設けられる。清浄水供給弁５６及び水排出弁５８は２ポート２位置切換の電磁弁であり、オンすると管５４，５７を開き、オフすると管５４，５７を閉じるように構成される。更にセパレータタンク３６の蓋３６ｃには回収管５９の一端が接続され、回収管の他端はＡｒガスを回収する回収タンク（図示せず）に接続される。
【００１５】
なお、図４の符号６３及び６４は吸気管１７及び集合管１４ｃを流れるＡｒガスの流量をそれぞれ調整する電動式のコントロール弁であり、これらの弁６３，６４によりチャンバ１２内の圧力が制御される。また符号６６及び６７は集合管１４ｃを開閉するエア作動式のアングル弁であり、符号６８は集合管１４ｃの途中から分岐する第３分岐管１４ｄの上端に設けられたフラッパバルブである。このバルブ６８は排気管１４内に堆積した粉塵が燃焼して排気管内の圧力が急激に上昇したときに排気管内を大気に開放するために設けられる。更に第１分岐パイプ６１には第１電磁弁８１及び第１絞り弁９１が設けられ、第２分岐パイプ６２には第２電磁弁８２及び第２絞り弁９２が設けられる。第１及び第２電磁弁８１，８２は第１及び第２分岐パイプ６１，６２を電磁気的にそれぞれ開閉する開閉弁であり、第１及び第２絞り弁９１，９２は第１及び第２分岐パイプ６１，６２を流れる水２３の流量をそれぞれ調整する弁である。
【００１６】
このように構成されたシリコン単結晶引上げ機１１の不活性ガス排気系の水封式真空ポンプ１６の動作を説明する。
引上げ機１１を稼働してシリコン単結晶を引上げるときには、吸気管１７から引上げ機１１内にＡｒガスを供給し、この引上げ機内のＡｒガスを真空ポンプ１６により吸引して引上げ機内を所定の負圧に保つ。第１モータ５１により駆動されて真空ポンプ１６のロータ羽根２２が回転すると、ロータ室２４に供給された水２３がロータ室の内周面に沿って流れ、ロータ室２４の略中央に、複数のロータ羽根２２の間に位置しかつポートシリンダ３８の外筒３８ａの外径より大径の略円柱状の第２空間３２（ロータポケット）が発生する（図３）。このとき第２空間の外周面に対して、即ちロータ室２４内をリング状に流れる水２３の内周面に対して、複数のロータ羽根２２の回転中心が偏心しているので、ガス導入室２１内のＡｒガスは吸込口２７ａ及び第２導入口３８ｅを通ってロータ室２４のロータ羽根２２間に流入した後に、ロータ羽根の回転に伴って次第に圧縮され、第１排出口３８ｆ及び吐出口２７ｂを通って排出室２６に排出される。同時にロータ室２４からオーバフローした水２３も第１排出口３８ｆ及び吐出口２７ｂを通って排出室２６に排出される。
【００１７】
一方、引上げ機１１内のＡｒガスには、ＳｉＯやＳｉＯ2等の粉塵が混入するため、この粉塵はＡｒガスとともに排気管１４を通って真空ポンプ１６のガス導入室２１に流入する。このときＡｒガスは第１導入口２８ｂからガス導入室２１に流入してロータガイド板２７に吹付けられるため、Ａｒガスに含まれる粉塵の多くはロータガイド板２７に付着する。しかし真空ポンプ１６の稼働中には、循環ポンプ３５により洗浄パイプ３３に水２３が供給されるので、洗浄パイプに形成された複数の噴射孔３３ａからロータガイド板２７に向って水２３が噴射される（図１）。この結果、上記噴射された水によりロータガイド板２７に付着した粉塵が洗い流され、Ａｒガスに混入した粉塵が吸込口２７ａ近傍に堆積するのを防止できるので、真空ポンプ１６によるＡｒガスの吸引力が低下することはない。また真空ポンプ１６のガス導入室２１の内面に粉塵が堆積しないので、真空ポンプを分解して洗浄する保守作業の間隔を長くし、保守作業の頻度を少なくすることができる。
【００１８】
上記噴射孔３３ａから噴射された水２３は洗い流した粉塵とともに、吸込口２７ａ及び第２導入口３８ｅを通ってロータ室２４に流入し、ロータ室２４内の水２３と混合される。また排出室２６に流入したＡｒガス及び水２３は気水排出管３４を通ってセパレータタンク３６に戻され、更に循環ポンプ３５により再びロータ室２４及びガス導入室２１に送出される。このため、上記水２３に含まれる粉塵は次第に増大するので、引上げ機１１によるシリコン単結晶の引上げ完了毎（１バッチ毎）に真空ポンプ１６を停止し、水排出弁５８を開いてセパレータタンク３６内の水２３を排出した後に、水排出弁５８を閉じ、更に清浄水供給弁５６を開いてセパレータタンク３６に、粉塵を含まない清浄な水２３を新たに供給する。
なお、この実施の形態では、不活性ガスとしてＡｒガスを挙げたが、窒素ガス等でもよい。
【００１９】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、先端が封止され長手方向に複数の噴射孔が形成されかつ基端が水供給手段に接続された洗浄パイプを、複数の噴射孔をロータガイド板に対向してガス導入室の内部に設けたので、不活性ガスに混入した粉塵が不活性ガスとともに真空ポンプのガス導入室に流入してロータガイド板に付着しても、この粉塵は洗浄パイプの複数の噴射孔から噴射される水により洗い流される。この結果、不活性ガスに混入した粉塵が真空ポンプの吸込口近傍に堆積するのを防止できるので、真空ポンプによる不活性ガスの吸引力が低下することはない。また真空ポンプのガス導入室の内面に粉塵が堆積しないので、真空ポンプを分解して洗浄する保守作業の間隔を長くし、保守作業の頻度を少なくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明実施形態の水封式真空ポンプの縦断面図。
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図。
【図３】図１のＢ−Ｂ線断面図。
【図４】その真空ポンプを含む単結晶引上げ機の不活性ガス排気系の回路構成図。
【図５】従来例を示す図４に対応する単結晶引上げ機の不活性ガス排気系の回路構成図。
【符号の説明】
１１  単結晶引上げ機
１４  排気管
２１  ガス導入室
２２  ロータ羽根
２３  水
２４  ロータ室
２７  ロータガイド板
２７ａ  吸込口
３３  洗浄パイプ
３３ａ  噴射孔
３５  循環ポンプ（水供給手段）
【図１】
0004093530.tif 000002
【図２】
0004093530.tif 000003
【図３】
0004093530.tif 000004
【図４】
0004093530.tif 000005
【図５】
0004093530.tif 000006