特開 2024-73310 単結晶引上げ装置のルツボ又はヒーターに用いる集塵冷却装置及び集塵冷却方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024073310

(43)【公開日】2024-05-29

(54)【発明の名称】単結晶引上げ装置のルツボ又はヒーターに用いる集塵冷却装置及び集塵冷却方法

(51)【国際特許分類】

   C30B 29/06 20060101AFI20240522BHJP

   C30B 15/00 20060101ALI20240522BHJP

【ＦＩ】

C30B29/06 502Z

C30B15/00 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022184435

(22)【出願日】2022-11-17

(71)【出願人】

【識別番号】302006854

【氏名又は名称】株式会社ＳＵＭＣＯ

(74)【代理人】

【識別番号】100147485

【弁理士】

【氏名又は名称】杉村 憲司

(74)【代理人】

【識別番号】230118913

【弁護士】

【氏名又は名称】杉村 光嗣

(74)【代理人】

【識別番号】100165696

【弁理士】

【氏名又は名称】川原 敬祐

(72)【発明者】

【氏名】沖田 憲治

【テーマコード（参考）】

4G077

【Ｆターム（参考）】

4G077AA02

4G077BA04

4G077CF10

4G077EG26

4G077EG27

4G077FK07

(57)【要約】

【課題】単結晶引上げ装置におけるルツボ又はヒーターの冷却時に、粉塵を効果的に回収し、かつ、冷却を効果的に促進することが可能な集塵冷却装置を提供する。
【解決手段】本発明の集塵冷却装置１００は、カバー１０とダクト２０と集塵吸引機３０とを有する。カバー１０は、ルツボ１１６又はヒーター１２４を上から覆い、下方は開放状態となっている。ダクト２０は、カバー１０と集塵吸引機３０とを連結する。集塵吸引機３０が作動することで、カバー１０の下方からカバー１０の内部空間に気流が流れ込み、この気流がヒーター１２４の周囲、又は、ルツボ１１６の周囲を通り、ダクト２０の内部を介して、集塵吸引機３０に流入する過程で、集塵吸引機３０が粉塵を回収し、かつ、気流が冷却を促進する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

単結晶引上げ装置でインゴットの引上げを完了した後、前記単結晶引上げ装置におけるルツボ又は前記ルツボの周囲に位置するヒーターの冷却時に、前記ルツボ又は前記ヒーターから発生する粉塵を回収し、かつ、前記冷却を促進する集塵冷却装置であって、
前記ルツボ又は前記ヒーターを上から覆い、下方が開放状態となっているカバーと、
集塵吸引機と、
前記カバーと前記集塵吸引機とを連結するダクトと、
を有し、前記集塵吸引機が作動することで、前記カバーの下方から前記カバーの内部空間に気流が流れ込み、前記気流が前記ヒーターの周囲、又は、前記ルツボの周囲を通り、前記ダクトの内部を介して、前記集塵吸引機に流入する過程で、前記集塵吸引機が前記粉塵を回収し、かつ、前記気流が前記冷却を促進する、集塵冷却装置。

【請求項2】

前記ダクトの片端が前記ルツボの内部に位置する、請求項１に記載の集塵冷却装置。

【請求項3】

前記集塵吸引機が、前記単結晶引上げ装置と同じフロア内に設置された、請求項１又は２に記載の集塵冷却装置。

【請求項4】

前記カバー、前記ダクト、及び前記集塵吸引機から選択される少なくとも一つが、断熱体及び吸熱体の一方又は両方を有する、請求項１又は２に記載の集塵冷却装置。

【請求項5】

前記集塵吸引機は、内部を冷却するための熱交換器を有する、請求項１又は２に記載の集塵冷却装置。

【請求項6】

単結晶引上げ装置でインゴットの引上げを完了した後、前記単結晶引上げ装置におけるルツボ又は前記ルツボの周囲に位置するヒーターの冷却時に、前記ルツボ又は前記ヒーターから発生する粉塵を回収し、かつ、前記冷却を促進する集塵冷却方法であって、
前記ルツボ又は前記ヒーターを上からカバーで覆い、前記カバーの下方は開放状態とし、
集塵吸引機を用意し、
前記カバーと前記集塵吸引機とをダクトで連結し、
前記集塵吸引機を作動させることで、前記カバーの下方から前記カバーの内部空間に気流が流れ込み、前記気流が前記ヒーターの周囲、又は、前記ルツボの周囲を通り、前記ダクトの内部を介して、前記集塵吸引機に流入する過程で、前記集塵吸引機が前記粉塵を回収し、かつ、前記気流が前記冷却を促進する、集塵冷却方法。

【請求項7】

前記ダクトの片端を前記ルツボの内部に位置させる、請求項６に記載の集塵冷却方法。

【請求項8】

前記集塵吸引機を、前記単結晶引上げ装置と同じフロア内に設置する、請求項６又は７に記載の集塵冷却方法。

【請求項9】

前記カバー、前記ダクト、及び前記集塵吸引機から選択される少なくとも一つが、断熱体及び吸熱体の一方又は両方を有する、請求項６又は７に記載の集塵冷却方法。

【請求項10】

前記集塵吸引機は、内部を冷却するための熱交換器を有する、請求項６又は７に記載の集塵冷却方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、単結晶引上げ装置におけるルツボ又はヒーターの冷却時に、ルツボ又はヒーターから発生する粉塵を回収し、かつ、冷却を促進するための集塵冷却装置及び集塵冷却方法に関する。

【背景技術】

【0002】

単結晶シリコンインゴットの代表的な製造方法として、チョクラルスキー法（ＣＺ法）を挙げることができる。ＣＺ法では、図３に示すような、クリーンルーム内に設置したシリコン単結晶引上げ装置１０００を用いる。単結晶の引上げ中には、石英ルツボ１１６Ａに含まれる酸素とシリコン融液とが反応してシリコン酸化物（ＳｉＯ_Ｘ）が生成する。このシリコン酸化物が気化して、メインチャンバー１１０内の不活性ガスの流れに沿って移動する過程で冷却され固化して、メインチャンバー１１０の内壁面や、メインチャンバー１１０内の各部材（例えばヒーター１２４）の表面に付着し、これが時間の経過とともに徐々に堆積する。そのため、単結晶の引上げが終了した後、シリコン単結晶引上げ装置１０００を解体して、この付着物を取り除く清掃、すなわち解体清掃を行う。その際、メインチャンバー１１０とプルチャンバー１１１とを分離し、チャンバー内空間をクリーンルーム内雰囲気に開放（以下、これを「開炉」と称する。）した上で、各種の被清掃部品を清掃する。つまり、メインチャンバー１１０の内壁面の清掃や、メインチャンバー１１０内の各部材（例えばヒーター１２４）の清掃は、クリーンルーム内雰囲気下で行われる。よって、クリーンルーム内で被清掃部品の周囲には、取り除いた付着物が粉塵となって舞うことになる。

【0003】

特許文献１には、この解体清掃時に粉塵が飛散してクリーンルーム内の清浄度が悪化することを防ぐための粉塵除去装置及び方法が記載されている。ここでは、チャンバー周囲を合成樹脂シートで覆い、この合成樹脂シートで覆われた空間内において、チャンバーを挟むように給気用ファンと吸込みフードを設ける。吸込みフードは、クリーンルームの床面より下のピット内に設けられた排気用ファンに接続される。排気用ファンの直上流にはＨＥＰＡフィルターが設けられる。給気用ファンと排気用ファンを作動させると、給気用ファンからチャンバーに向けて気流が形成され、その気流は吸込みフードに導かれ、ＨＥＰＡフィルターで気流中の粉塵が除去され、排気用ファンからクリーンエアーが排気される。

【0004】

再び図３を参照して、シリコン単結晶引上げ装置１０００の解体時には、各種部品の清掃に加えて、ルツボ１１６から残シリコンを除去したり、ルツボ１１６を交換したりといった各種作業がある。通常、単結晶引上げ装置１０００でインゴットの引上げを完了したら、当該インゴットを取り出した後に、開炉を行う。この段階では、残シリコンを含むルツボ１１６や、この周囲に位置するヒーター１２４は、２００℃程度の高温であるため、ルツボ１１６及びヒーター１２４を自然放冷して、これらの温度が例えば５０℃以下といった常温に低下した後に、上記した各種作業を行う。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００４－２２４６０６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、ルツボ１１６及びヒーター１２４の冷却を自然放冷にて行う場合、冷却に長時間を要し、単結晶引上げ装置の操業におけるサイクルタイムが長くなってしまうという問題がある。また、開炉直後はルツボ１１６及びヒーター１２４が高温であるため、ルツボ１１６及びヒーター１２４の周囲には熱対流によって強い上昇気流が起きている。ヒーター１２４からはシリコン酸化物（ＳｉＯ_Ｘ）を含むパーティクルが発生して、飛散する。ルツボ１１６内では、残シリコンとこれに接する石英ルツボ１１６Ａとの熱膨張係数の違いから、石英とシリコンが共に微細領域で割れ始め、石英とシリコンの微粉が飛散する。これらの粉塵の飛散がクリーンルーム内の清浄度を悪化させる。

【0007】

特許文献１の技術は、解体清掃時に飛散する粉塵を回収するものであり、ルツボ又はヒーターの冷却時にこれらから発生する粉塵を回収するものではない。特許文献１では、ルツボ又はヒーターの冷却時にこれらから発生する粉塵も、解体作業に至るまでの冷却に長時間を要することも問題視していない。

【0008】

上記課題に鑑み、本発明は、単結晶引上げ装置におけるルツボ又はヒーターの冷却時に、粉塵を効果的に回収し、かつ、冷却を効果的に促進することが可能な集塵冷却装置及び集塵冷却方法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】

本発明の要旨構成は、以下のとおりである。
［１］単結晶引上げ装置でインゴットの引上げを完了した後、前記単結晶引上げ装置におけるルツボ又は前記ルツボの周囲に位置するヒーターの冷却時に、前記ルツボ又は前記ヒーターから発生する粉塵を回収し、かつ、前記冷却を促進する集塵冷却装置であって、
前記ルツボ又は前記ヒーターを上から覆い、下方が開放状態となっているカバーと、
集塵吸引機と、
前記カバーと前記集塵吸引機とを連結するダクトと、
を有し、前記集塵吸引機が作動することで、前記カバーの下方から前記カバーの内部空間に気流が流れ込み、前記気流が前記ヒーターの周囲、又は、前記ルツボの周囲を通り、前記ダクトの内部を介して、前記集塵吸引機に流入する過程で、前記集塵吸引機が前記粉塵を回収し、かつ、前記気流が前記冷却を促進する、集塵冷却装置。

【0010】

［２］前記ダクトの片端が前記ルツボの内部に位置する、上記［１］に記載の集塵冷却装置。

【0011】

［３］前記集塵吸引機が、前記単結晶引上げ装置と同じフロア内に設置された、上記［１］又は［２］に記載の集塵冷却装置。

【0012】

［４］前記カバー、前記ダクト、及び前記集塵吸引機から選択される少なくとも一つが、断熱体及び吸熱体の一方又は両方を有する、上記［１］～［３］のいずれか一項に記載の集塵冷却装置。

【0013】

［５］前記集塵吸引機は、内部を冷却するための熱交換器を有する、上記［１］～［４］のいずれか一項に記載の集塵冷却装置。

【0014】

［６］単結晶引上げ装置でインゴットの引上げを完了した後、前記単結晶引上げ装置におけるルツボ又は前記ルツボの周囲に位置するヒーターの冷却時に、前記ルツボ又は前記ヒーターから発生する粉塵を回収し、かつ、前記冷却を促進する集塵冷却方法であって、
前記ルツボ又は前記ヒーターを上からカバーで覆い、前記カバーの下方は開放状態とし、
集塵吸引機を用意し、
前記カバーと前記集塵吸引機とをダクトで連結し、
前記集塵吸引機を作動させることで、前記カバーの下方から前記カバーの内部空間に気流が流れ込み、前記気流が前記ヒーターの周囲、又は、前記ルツボの周囲を通り、前記ダクトの内部を介して、前記集塵吸引機に流入する過程で、前記集塵吸引機が前記粉塵を回収し、かつ、前記気流が前記冷却を促進する、集塵冷却方法。

【0015】

［７］前記ダクトの片端を前記ルツボの内部に位置させる、上記［６］に記載の集塵冷却方法。

【0016】

［８］前記集塵吸引機を、前記単結晶引上げ装置と同じフロア内に設置する、上記［６］又は［７］に記載の集塵冷却方法。

【0017】

［９］前記カバー、前記ダクト、及び前記集塵吸引機から選択される少なくとも一つが、断熱体及び吸熱体の一方又は両方を有する、上記［６］～［８］のいずれか一項に記載の集塵冷却方法。

【0018】

［１０］前記集塵吸引機は、内部を冷却するための熱交換器を有する、上記［６］～［９］のいずれか一項に記載の集塵冷却方法。

【発明の効果】

【0019】

本発明の集塵冷却装置及び集塵冷却方法によれば、単結晶引上げ装置におけるルツボ又はヒーターの冷却時に、粉塵を効果的に回収し、かつ、冷却を効果的に促進することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】本発明の一実施形態による集塵冷却装置１００を示す模式図である。

【図2】本発明の他の実施形態による集塵冷却装置２００を示す模式図である。

【図3】シリコン単結晶引上げ装置１０００の構成を模式的に示す、引上げ軸Ｘに沿った断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

（単結晶引上げ装置）
まず、図３を参照して、本発明の一実施形態を適用する単結晶引上げ装置の一例であるシリコン単結晶引上げ装置１０００の構成について説明する。

【0022】

シリコン単結晶引上げ装置１０００は、メインチャンバー１１０、プルチャンバー１１１、ルツボ１１６、シャフト１１８、シャフト駆動機構１２０、筒状の熱遮蔽体１２２、筒状のヒーター１２４、筒状の断熱体１２６、シードチャック１２８、引上げワイヤ１３０、ワイヤ昇降機構１３２、及び一対の電磁石１３４を有する。

【0023】

メインチャンバー１１０は、内部にルツボ１１６が収容される有底円筒形状のチャンバーである。プルチャンバー１１１は、メインチャンバー１１０と同一の中心軸を有し、メインチャンバー１１０の上方に設けられる、メインチャンバー１１０よりも小径の円筒形状のチャンバーである。メインチャンバー１１０とプルチャンバー１１１との間にはゲートバルブ１１２が設けられ、このゲートバルブ１１２の開閉により、メインチャンバー１１０及びプルチャンバー１１１内の空間は、互いに連通・遮断される。プルチャンバー１１１の上部には、Ａｒガスなどの不活性ガスをメインチャンバー１１０内に導入するガス導入口１１３が設けられる。また、メインチャンバー１１０の底部には、図示しない真空ポンプの駆動によりメインチャンバー１１０内の気体を吸引して排出するガス排出口１１４が設けられる。

【0024】

ルツボ１１６は、メインチャンバー１１０の中心部に配置され、シリコン融液Ｍを収容する。ルツボ１１６は、石英ルツボ１１６Ａと黒鉛ルツボ１１６Ｂの二重構造を有する。石英ルツボ１１６Ａは、シリコン融液Ｍを内面で直接支持する。黒鉛ルツボ１１６Ｂは、石英ルツボ１１６Ａの外側で石英ルツボ１１６Ａを支持する。

【0025】

シャフト１１８は、メインチャンバー１１０の底部を鉛直方向に貫通して、ルツボ１１６を上端で支持する。そして、シャフト駆動機構１２０は、シャフト１１８を介してルツボ１１６を回転させつつ昇降させる。

【0026】

熱遮蔽体１２２は、ルツボ１１６の上方に、シリコン融液Ｍから引き上げられる単結晶シリコンインゴットＩを囲むように設けられる。

【0027】

筒状のヒーター１２４は、メインチャンバー１１０内でルツボ１１６を囲うように位置する。ヒーター１２４は、カーボンを素材とする抵抗加熱式ヒーターが一般的であり、ルツボ１１６内に投入されるシリコン原料を溶融してシリコン融液Ｍを形成し、さらに、形成したシリコン融液Ｍを維持するための加熱を行う。

【0028】

筒状の断熱体１２６は、熱遮蔽体１２２の上端よりも下方で、ヒーター１２４の外周面とは離間して、メインチャンバー１１０の内側面に沿って設けられる。断熱体１２６は、メインチャンバー１１０内の特に熱遮蔽体１２２よりも下方の領域に保熱効果を付与し、ルツボ１１６内のシリコン融液Ｍを維持しやすくする機能を有する。

【0029】

ルツボ１１６の上方には、種結晶Ｓを保持するシードチャック１２８を下端で保持する引上げワイヤ１３０がシャフト１１８と同軸上に配置され、ワイヤ昇降機構１３２が、引上げワイヤ１３０をシャフト１１８と逆方向または同一方向に所定の速度で回転させつつ昇降させる。

【0030】

一対の電磁石１３４は、メインチャンバー１１０の外側でルツボ１１６を包含する高さ範囲に、引上げ軸Ｘに対して左右対称に位置する。この一対の電磁石３４のコイルに電流を流すことによって、シリコン融液Ｍに対して水平の磁場分布を形成する水平磁場を発生させることができる。図３では、水平磁場を発生させる一対の電磁石３４を示したが、これに代えて、シリコン融液Ｍに対してカスプ型の磁場分布を形成するカスプ磁場を発生させる電磁石を配置してもよい。結晶育成の際にシリコン融液Ｍに対して磁場を印可させない場合には、電磁石は不要である。

【0031】

既述のとおり、単結晶引上げ装置１０００でインゴットの引上げを完了したら、当該インゴットを取り出した後に、開炉を行う。図１，２も参照して、この段階では、残シリコンＲを含むルツボ１１６や、この周囲に位置するヒーター１２４は、２００℃程度の高温である。従来は、ルツボ１１６及びヒーター１２４を自然放冷して、これらの温度が例えば５０℃以下といった常温に低下した後に、各種部品の清掃に加えて、ルツボ１１６から残シリコンを除去したり、ルツボ１１６を交換したりといった各種作業を行っていた。本発明の一実施形態による集塵冷却装置及び集塵冷却方法は、ルツボ１１６又はヒーター１２４の冷却時、好適にはルツボ１１６及びヒーター１２４の冷却時に適用するものである。

【0032】

（集塵冷却装置及び集塵冷却方法）
図１を参照して、本発明の一実施形態による集塵冷却装置１００及び集塵冷却方法を説明する。集塵冷却装置１００とこれを用いる集塵吸引方法は、単結晶引上げ装置でインゴットの引上げを完了した後、単結晶引上げ装置におけるルツボ１１６及びヒーター１２４の一方又は両方の冷却時に、ルツボ１１６及びヒーター１２４の一方又は両方から発生する粉塵を回収し、かつ、ルツボ１１６及びヒーター１２４の一方又は両方の冷却を促進するものである。集塵冷却装置１００は、主たる構成要素として、カバー１０、ダクト２０、及び集塵吸引機３０を有する。

【0033】

［カバー］
カバー１０は、ルツボ１１６及びヒーター１２４の一方又は両方（好適には両方）を上から覆い、下方が開放状態となっている。すなわち、カバー１０の下端とチャンバーベース１３６との間に隙間がある。本実施形態は、単結晶引上げ装置の中でも、特にルツボ１１６及びヒーター１２４の一方又は両方に着目して、これらの冷却時における、これらから発生する粉塵に着目するものである。そこで、開炉後にメインチャンバー１１０が覆っていない状態のルツボ１１６及びヒーター１２４の一方又は両方をカバー１０で覆うものとする。なお、図１に示すチャンバーベース１３６は、図３のチャンバー１１０の下部においてチャンバー１１０が分割された際の分割開口上面であり、チャンバーベース１３６の高さ位置は、フロアレベル、すなわちクリーンルームの床面と同じ高さ位置である。

【0034】

カバー１０の素材は特に限定されないが、カバー１０は、ルツボ１１６及びヒーター１２４の一方又は両方に接することなく、ルツボ１１６及びヒーター１２４の一方又は両方を上から覆うことが好ましく、このために必要な剛性を有することが好ましい。また、カバー１０は、高温のルツボ１１６及びヒーター１２４による輻射熱に耐えうる耐熱性を有することが好ましい。一例として、カバー１０は、内装１０Ａ、断熱体１０Ｂ、及び外装１０Ｃの３層構造を有する。内装１０Ａは、ライニングを施したステンレス鋼板とすることができる。内装１０Ａのステンレス鋼板にライニングを施すことで、ステンレス鋼板がヒーター１２４に直接接触して、ヒーター１２４にステンレスの削れ粉が付着することを回避することができる。ライニング素材は、テフロン（登録商標）系樹脂又はカーボンとすることが好ましい。外装１０Ｃはステンレス鋼板とすることができる。内装１０Ａと外装１０Ｃとの間に断熱体１０Ｂを配置することで、カバー１０の外側の温度上昇を抑えることができる。断熱体１０Ｂは発塵源ともなり得るため、内装１０Ａと外装１０Ｃとの間に挟むことが好ましい。カバー１０は、真空二重構造を有することも好ましい。これにより、断熱体１０Ｂが不要となる。

【0035】

カバー１０は、ルツボ１１６及びヒーター１２４の一方又は両方を上から覆うことができる限り、その形状及び寸法は限定されない。ただし、カバー１０内のルツボ１１６及びヒーター１２４を覆う空間のサイズを最小化する観点から、図１に示すように、カバー１０は、平坦で水平に延在する上部と、この上部と連結し鉛直に延在する側部と、と有し、底部のない形状であることが好ましい。上部の形状は、ルツボ１１６及びヒーター１２４と同様に円形であることが好ましい。これにより、カバー１０内部での気流で均一になりやすい。カバー１０の内部寸法は、内径が５００～２５００ｍｍ程度、高さが３００～１５００ｍｍ程度であることが好ましい。カバー１０の使用時の状態としては、カバー１０の内径がヒーター１２４の外径より１００～３００ｍｍ大きいことが好ましく、カバー１０の上部の内面とヒーター１２４の上端との隙間が１００～３００ｍｍであることが好ましい。また、カバー１０の下端とチャンバーベース１３６との隙間は５０～１５０ｍｍであることが好ましい。

【0036】

［ダクト］
ダクト２０は、カバー１０と集塵吸引機とを連結する。具体的には、カバー２０は、カバー１０の上部から、片端がカバー１０の内部空間に位置するように挿入され、他端が集塵吸引機３０に接続されている。粉塵の回収効率及び冷却の促進効率の観点から、ダクト２０の片端は、ルツボ１１６の内部に位置することが好ましい。ダクト２０の素材は特に限定されないが、内部を通過する高温の気流に耐えうる耐熱性を有することが好ましい。一例として、ダクト２０は、ダクト本体２０Ａ、断熱体２０Ｂ、及び外装２０Ｃの３層構造を有する。ダクト本体２０Ａは、テフロン（登録商標）又はステンレス鋼板とすることができ、カバー１０の上部から装入されて、その片端がカバー１０の内部空間、好ましくはルツボ１１６の内部に位置する。外装２０Ｃはステンレス鋼板とすることができる。ダクト本体２０Ａと外装２０Ｃとの間に断熱体２０Ｂを配置することで、ダクト２０の外側の温度上昇を抑えることができる。断熱体２０Ｂは発塵源ともなり得るため、ダクト本体２０Ａと外装２０Ｃとの間に挟むことが好ましい。ダクト２０は、真空二重構造を有することも好ましい。これにより、断熱体２０Ｂが不要となる。

【0037】

ダクト２０の形状及び寸法は特に限定されない。形状に関しては、例えば延在方向に垂直な断面形状が円形又は矩形とすることができる。円形の場合、ダクト２０の内径は４０～６００ｍｍ程度とすることができ、矩形の場合、ダクト２０の内寸法が一辺４０～６００ｍｍ程度とすることができる。ダクト２０の長さは、他端を集塵吸引機３０に接続できる限り、特に限定されない。

【0038】

［集塵吸引機］
図１を参照して、集塵吸引機３０の構造を説明する。集塵機３０は、筐体３４と、その内部に位置する吸引ブロワー３５と、を有し、吸引ブロワー３５によって形成される気流の上流側から２段階のフィルター（中性能フィルター３１及びＨＥＰＡフィルター３２）が設置された構造を有する。集塵吸引機３０の内部（筐体３４の内部）は、中性能フィルター３１とＨＥＰＡフィルター３２とによって、気流の上流側から第１内部空間３３Ａ、第２内部空間３３Ｂ、及び第３内部空間３３Ｃに区画される。本実施形態では、吸引ブロワー３５は第２内部空間３３Ｂに配置されるが、これに限定されず、筐体３４の内部であればよい。吸引ブロワー３５は、集塵吸引機３０の内部に流入する高温の気流に耐えうる耐熱性を有することが好ましい。

【0039】

ダクト２０の他端は筐体３４のうち第１内部空間３３Ａを区画する部分に接続される。このため、ダクト２０の内部を通る気流は、まず集塵吸引機３０の第１内部空間３３Ａに流入する。第１内部空間３３Ａに流入した気流は、第２内部空間３３Ｂに送られる過程で、中性能フィルター３１を通過する。中性能フィルター３１は、粒径が概ね１μｍ以上の粉塵を捕捉する機能を有する。第２内部空間３３Ｂに流入した気流は、第３内部空間３３Ｃに送られる過程で、ＨＥＰＡフィルター３２を通過する。ＨＥＰＡフィルター３２は、粒径が概ね０．３μｍ以上の粉塵を捕捉する機能を有する。第３内部空間３３Ｃに流入した気流は、筐体３４のうち第３内部空間３３Ｃを区画する部分に設けられた排気口３６を介して、集塵吸引機３０の外部に排出される。すなわち、集塵吸引機３０は、ダクト２０の内部から粉塵を含む空気を吸引し、中性能フィルター３１及びＨＥＰＡフィルター３２で粉塵を捕捉しつつ、粒径が０．３μｍ以上の粉塵を含まない清浄な空気を放出する。

【0040】

一例として、筐体３４は、内装３４Ａ、断熱体３４Ｂ、及び外装３４Ｃの３層構造を有する。内装３４Ａはステンレス鋼板とすることができる。ただし、図１に示すように、内装３４Ａは、筐体３４のうち、ＨＥＰＡフィルター３２よりも下流である第３内部空間３３Ｃを区画する部分にのみ設けることでもよい。断熱体３４Ｂは発塵源ともなり得るため、ＨＥＰＡフィルター３２より下流の部分では、内装３４Ａと外装３４Ｃとの間に挟むことが好ましいが、ＨＥＰＡフィルター３２より上流の部分では、断熱体３４Ｂがむき出しになっていても、断熱体３４Ｂからの発塵はＨＥＰＡフィルター３２で捕捉できる。断熱体３４Ｂを配置することで、集塵吸引機３０の外側の温度上昇を抑えることができる。外装３４Ｃはステンレス鋼板とすることができる。筐体３４は、真空二重構造を有することも好ましい。これにより、断熱体３４Ｂが不要となる。

【0041】

集塵吸引機３０が作動することで、すなわち、吸引ブロワー３５が作動することで、以下のように気流が発生する。まず、カバー１０の下方からカバー１０の内部空間に気流が流れ込み、この気流がヒーター１２４の周囲、及び／又は、ルツボ１１６の周囲を通り、ダクト２０の内部を介して、集塵吸引機３０に流入する。この気流には、ヒーター１２４及びルツボ１１６の一方又は両方から発生した粉塵が含まれるところ、集塵吸引機３０が粉塵を回収することができ、粉塵をシリコン単結晶引上げ装置１０００が設置されたクリーンルーム内に飛散させることがない。これは、カバー１０の下方が開放状態になっていること、かつ、ダクト２０がカバー１０の上部から、片端がカバー１０の内部空間に位置するように挿入されていることに起因する。これにより、本実施形態では、給気用ファンのような給気手段がなくとも、集塵吸引機３０の吸引ブロワー３５を作動させるだけで、ヒーター１２４及びルツボ１１６の一方又は両方から発生した粉塵を効果的に回収するための気流を形成することができる。また、この気流は、ヒーター１２４及びルツボ１１６の一方又は両方から効果的に抜熱することができるため、ヒーター１２４及びルツボ１１６の一方又は両方の冷却を効果的に促進することができる。

【0042】

集塵吸引機３０が、クリーンルームの床面より下のピットに設けられる場合、クリーンルーム内の室圧が下がり、クリーンルーム内の清浄度が悪化する懸念がある。そのため、集塵吸引機３０は、単結晶引上げ装置１０００と同じフロア内（すなわち、クリーンルーム内）に設置されることが好ましい。これにより、クリーンルーム内の室圧が下がることによる清浄度の悪化の懸念がない。

【0043】

例えば、集塵吸引機３０は、クリーンルーム内のフロア上に設置された昇降機構付き台車５０上に設置される。集塵吸引機３０、ダクト２０、及びカバー１０が一体固定されている場合、昇降機構付き台車５０を上下させることで、カバー１０を上下させて、ルツボ１１６及びヒーター１２４に被せることができる。

【0044】

［集塵吸引機の変形例］
図２を参照して、本発明の他の実施形態による集塵冷却装置２００及び集塵冷却方法を説明する。集塵冷却装置２００とこれを用いる集塵吸引方法は、集塵吸引機４０の構成が集塵吸引機３０と異なる点を除いて、図１に示す集塵冷却装置１００と同じである。よって、カバー１０及びダクト２０の説明は、図１に関する記載を援用する。

【0045】

図２を参照して、集塵吸引機４０の構造を説明する。集塵機４０は、筐体４４と、その内部に位置する吸引ブロワー４５と、を有し、吸引ブロワー４５によって形成される気流の上流側から２段階のフィルター（中性能フィルター４１及びＨＥＰＡフィルター４２）が設置された構造を有する。集塵吸引機４０の内部（筐体４４の内部）は、中性能フィルター４１とＨＥＰＡフィルター４２とによって、気流の上流側から第１内部空間４３Ａ、第２内部空間４３Ｂ、及び第３内部空間４３Ｃに区画される。本実施形態では、吸引ブロワー４５は第２内部空間４３Ｂに配置されるが、これに限定されず、集塵吸引機４０の内部であればよい。吸引ブロワー４５は、集塵吸引機４０の内部に流入する高温の気流に耐えうる耐熱性を有することが好ましい。

【0046】

ダクト２０の他端は筐体４４のうち第１内部空間４３Ａを区画する部分に接続される。このため、ダクト２０の内部を通る気流は、まず集塵吸引機４０の第１内部空間４３Ａに流入する。第１内部空間４３Ａに流入した気流は、第２内部空間４３Ｂに送られる過程で、中性能フィルター４１を通過する。中性能フィルター４１は、粒径が概ね１μｍ以上の粉塵を捕捉する機能を有する。第２内部空間４３Ｂに流入した気流は、第３内部空間４３Ｃに送られる過程で、ＨＥＰＡフィルター４２を通過する。ＨＥＰＡフィルター４２は、粒径が概ね０．３μｍ以上の粉塵を捕捉する機能を有する。第３内部空間４３Ｃは、筐体４４と併せて、ステンレスのパンチング板４６によっても区画される。第３内部空間４３Ｃに流入した気流は、パンチング板４６の貫通孔を介して、集塵吸引機４０の外部に排出される。すなわち、集塵吸引機４０は、ダクト２０の内部から粉塵を含む空気を吸引し、中性能フィルター４１及びＨＥＰＡフィルター４２で粉塵を捕捉しつつ、粒径が０．３μｍ以上の粉塵を含まない清浄な空気を放出する。

【0047】

一例として、筐体４４は、内装４４Ａ、断熱体４４Ｂ、及び外装４４Ｃの３層構造を有する。内装４４Ａはステンレス鋼板とすることができる。ただし、図２に示すように、内装４４Ａは、筐体４４のうち、ＨＥＰＡフィルター４２よりも下流である第３内部空間４３Ｃを区画する部分にのみ設けることでもよい。断熱体４４Ｂを配置することで、集塵吸引機４０の外側の温度上昇を抑えることができる。外装４４Ｃはステンレス鋼板とすることができる。筐体４４は、真空二重構造を有することも好ましい。これにより、断熱体４４Ｂが不要となる。

【0048】

集塵吸引機４０が作動することにより生じる気流と、それによる粉塵回収及び冷却促進については、図１に関する説明を援用する。さらに、本実施形態では、集塵吸引機４０は、熱交換器４７及び冷却器４８を有する。熱交換器４７は、第３内部空間４３Ｃに配置されるが、これに限定されず、筐体４４の内部であればよい。冷却器４８は、筐体４４の外側に配置されているが、これに限定されず、熱交換器４７に接続されていればよい。本実施形態では、冷却器４８に接続された熱交換器４７によって、筐体４４に流入した高温の気流が冷却される。この結果、ヒーター１２４及びルツボ１１６の一方又は両方からより効果的に抜熱することができるため、ヒーター１２４及びルツボ１１６の一方又は両方の冷却をより効果的に促進することができる。

【0049】

集塵吸引機４０が、単結晶引上げ装置１０００と同じフロア内（すなわち、クリーンルーム内）に設置されることが好ましいこと、例えば、クリーンルーム内のフロア上に設置された昇降機構付き台車５０上に設置されることは、図１と同様である。

【0050】

［断熱体・吸熱体］
断熱体１０Ｂ、断熱体２０Ｂ、断熱体３４Ｂ、及び断熱体４４Ｂの素材は特に限定されないが、例えば、テフロン（登録商標）系のスポンジや表面コーティングされたカーボンとすることができる。また、断熱体１０Ｂ、断熱体２０Ｂ、断熱体３４Ｂ、及び断熱体４４Ｂのうち少なくとも一つを吸熱体に置換してもよい。あるいは、カバー１０、ダクト２０、集塵吸引機３０、集塵吸引機４０から選択される少なくとも一つに、断熱体１０Ｂ、断熱体２０Ｂ、断熱体３４Ｂ、及び断熱体４４Ｂに加えて、吸熱体を設けてもよい。吸熱体を設けることで、ヒーター１２４及びルツボ１１６の一方又は両方からより効果的に抜熱することができるため、ヒーター１２４及びルツボ１１６の一方又は両方の冷却をより効果的に促進することができる。吸熱体の素材は特に限定されないが、例えば、セラミックファイバーやＰＴＦＥ多孔質材とすることができる。

【実施例0051】

（発明例）
図１に示す集塵冷却装置１００を用意した。シリコン単結晶引上げ装置でインゴットの引上げを完了し、当該インゴットを取り出した後に、開炉を行った。開炉直後のルツボ及びヒーターに対して、図１に示す集塵冷却装置１００を用いて、図１について説明した集塵冷却方法を適用し、ルツボ及びヒーターが５０℃以下になるまで冷却を行った。

【0052】

（比較例）
シリコン単結晶引上げ装置でインゴットの引上げを完了し、当該インゴットを取り出した後に、開炉を行った。開炉直後のルツボ及びヒーターを自然放冷して、ルツボ及びヒーターが５０℃以下になるまで待機した。

【0053】

［評価］
開炉直後からルツボ及びヒーターが５０℃以下になるまでの時間を比較したところ、比較例では９０分であったのに対して、発明例では２５分であり、発明例では冷却が効果的に行えたことが分かる。

【0054】

また、発明例及び比較例ともに、冷却中のクリーンルーム内のパーティクル数（最大値）を測定した。具体的には、カバーの開口部の位置において、冷却中、１分間隔でパーティクル数の測定を行い、得られた測定値の中の最大値を採用した。その結果、粒径０．３μｍ以上のパーティクル数が、比較例では５０００個／ｆｔ^３であったのに対して、発明例では１０個／ｆｔ^３であり、発明例では粉塵を効果的に回収できたことが分かる。

【産業上の利用可能性】

【0055】

本発明の集塵冷却装置及び集塵冷却方法によれば、単結晶引上げ装置におけるルツボ又はヒーターの冷却時に、粉塵を効果的に回収し、かつ、冷却を効果的に促進することが可能である。

【符号の説明】

【0056】

１００ 集塵冷却装置
２００ 集塵冷却装置
１０ カバー
１０Ａ 内装（ステンレス＋ライニング）
１０Ｂ 断熱体
１０Ｃ 外装（ステンレス）
２０ ダクト
２０Ａ ダクト本体
２０Ｂ 断熱体
２０Ｃ 外装（ステンレス）
３０ 集塵吸引機
３１ 中性能フィルター
３２ ＨＥＰＡフィルター
３３Ａ 第１内部空間
３３Ｂ 第２内部空間
３３Ｃ 第３内部空間
３４ 筐体
３４Ａ 内装（ステンレス）
３４Ｂ 断熱体
３４Ｃ 外装（ステンレス）
３５ 吸引ブロワー
３６ 排気口
４０ 集塵吸引機
４１ 中性能フィルター
４２ ＨＥＰＡフィルター
４３Ａ 第１内部空間
４３Ｂ 第２内部空間
４３Ｃ 第３内部空間
４４ 筐体
４４Ａ 内装（ステンレス）
４４Ｂ 断熱体
４４Ｃ 外装（ステンレス）
４５ 吸引ブロワー
４６ パンチング板（ステンレス）
４７ 熱交換器
４８ 冷却器
５０ 昇降機構付き台車
１０００ シリコン単結晶引上げ装置
１１０ メインチャンバー
１１１ プルチャンバー
１１２ ゲートバルブ
１１３ ガス導入口
１１４ ガス排出口
１１６ ルツボ
１１６Ａ 石英ルツボ
１１６Ｂ 黒鉛ルツボ
１１８ シャフト
１２０ シャフト駆動機構
１２２ 熱遮蔽体
１２４ ヒーター
１２６ 断熱体
１２８ シードチャック
１３０ 引上げワイヤ
１３２ ワイヤ昇降機構
１３４ 電磁石
１３６ チャンバーベース
Ｓ 種結晶
Ｍ シリコン融液
Ｉ 単結晶シリコンインゴット
Ｘ 引上げ軸
Ｒ 残シリコン

【図1】

【図2】

【図3】