JP2003002787A - 単結晶引上げ用容器の排気装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ポンプを常に必要最小限の能力で稼動させて消
費電力を低減させる。 【解決手段】制御弁５からみて容器１側の圧力Ｐcとポ
ンプ１４側の圧力Ｐpとの差圧ΔＰが差圧検出手段６に
よって検出される。そして、ポンプ１４の排気速度を変
化させる排気速度可変手段１１、１２が設けられる。そ
こで制御部７によって、差圧検出手段６で検出された差
圧ΔＰが大きいほど、ポンプ１４の排気速度を小さくす
るように、排気速度可変手段１１、１２が制御される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＣＺ法（チョクラ
ルスキー法）などを用いて単結晶を引き上げる単結晶引
上げ用容器に関し、特に単結晶引上げ用容器中の圧力が
設定圧となるように容器中のガスを排気する排気装置に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術および発明が解決しようとする課題】単結
晶引上げ用容器つまりＣＺ炉内には石英るつぼが設けら
れている。この石英るつぼ内には多結晶シリコン（Ｓ
i）が溶融されている。そこでＣＺ法によって石英るつ
ぼ内のシリコン融液から単結晶シリコンが引き上げられ
る。

【０００３】単結晶引上げのプロセス（１バッチ）の間
で、容器内は高温となるため種々の蒸発物が発生する。
そこで単結晶引上げ用容器にアルゴン（Ａr）ガスを供
給して容器外に蒸発物とともに排気して容器内から蒸発
物を除去しクリーンにしている。アルゴンガスの供給流
量は１バッチ中の各工程ごとに変化する。

【０００４】引上げ成長した単結晶シリコン中には、酸
素が固溶している。酸素は石英るつぼから析出しシリコ
ン融液中に溶け込み、単結晶シリコンの引上げ時に単結
晶シリコン中に取り込まれる。単結晶シリコン中の酸素
濃度は、素子、デバイスの特性に重大な影響を与えると
ともに、素子、デバイスの製造工程において、その歩留
まりに重大な影響を与える。そして、この単結晶シリコ
ン中の酸素濃度は、容器内のアルゴンガスの圧力に依存
している。

【０００５】そこで従来より、単結晶引上げ用容器内の
圧力を設定値となるように制御することで、単結晶シリ
コン中の酸素濃度が所望の濃度となるように制御してい
る。

【０００６】以下図６を参照して説明する。

【０００７】（従来技術１）従来技術は図６からブース
タ１３とインバータ１１、１２が除去された構成であ
る。

【０００８】すなわち単結晶引上げ用容器１が、排気管
１０を介して、ポンプ１４（真空ポンプ）に接続されて
いる。ポンプ１４は、所定の電源によってポンプモータ
が駆動することに応じて作動する。ポンプ１４にはドラ
イポンプが使用される。単結晶引上げ用容器１とポンプ
１４との間の排気管１０上には、制御弁２１、サイクロ
ン１９が設けられている。またポンプ１４の後段には集
塵装置２１が設けられている。なおサイクロン１９の代
わりにダストフィルタを使用してもよい。

【０００９】単結晶引上げ用容器１にはアルゴン（Ａ
r）ガスが外部より供給される。アルゴンガスは上述し
たように単結晶引上げ用容器１内で発生する蒸発物を排
気して容器１内をクリーンに保つために使用される。容
器１内に供給されるアルゴンガスの流量はマスフローメ
ータなどの流量センサ２０によって検出される。

【００１０】サイクロン１９は排気中の蒸発物、ゴミ、
塵等を捕らえポンプ１４側に導かないようにするために
設けられている。集塵装置２１はサイクロン１９で捕ら
えきれなかった細かな汚染物を大気中に排気しないため
に設けられている。

【００１１】制御弁２１はその開き角Ａが変化すること
によって排気管１０の開口面積を変化させる。制御弁２
１の開き角Ａは、単結晶引上げ用容器１内の圧力Ｐcを
フィードバック量として制御される。すなわち単結晶引
上げ用容器１内の圧力Ｐcが容器１内に設けられた圧力
センサによって検出され、目標圧力Ｐrと検出した圧力
Ｐcとの偏差が零となるように制御弁２１の開き角Ａが
調整される。

【００１２】一方ポンプ１４は、単結晶引上げのプロセ
ス（１バッチ）の間の最も過酷な条件に合わせた能力の
ものが使用される。すなわち１バッチ中の各工程でアル
ゴンガスの供給流量が変化するが、容器１内に想定され
る最も大きな流量を供給したときに、容器１内を想定さ
れる最も低い圧力を維持することができる能力の大型の
ポンプ１４が選択される。そしてこのポンプ１４は１バ
ッチを通して常に定格出力（最大能力、最大排気速度）
で作動され、容器１内のガスを最大の排気速度で排気管
１０を介して大気中に排気させる。

【００１３】しかしながらポンプ１４を上述した最も過
酷な条件で作動させることは稀であり、殆どの流量、圧
力条件下ではポンプ１４の能力は過剰となり必要以上の
電力を消費することになる。

【００１４】すなわち容器１内に供給されるアルゴンガ
スの流量が、想定される最大流量よりも僅かでも減少す
ると、容器１内の圧力Ｐcを目標圧力Ｐrにすべく、制御
弁２１の開き角Ａはほぼ最小に調整され（制御弁２１が
ほぼ閉止状態となり）排気管１０の開口がほぼ閉じられ
た状態となる。

【００１５】このように排気管１０の開口をほぼ閉じた
状態でポンプ１４を定格出力で作動させることは、ポン
プ１４を過剰な能力で作動していることになり必要以上
の電力が消費されていることになる。

【００１６】以上の従来技術１に対して、以下に示す参
考例１、２は本発明者らによって提案され研究された技
術である。参考例１、２は秘密状態でなされ公知技術と
なっていない。

【００１７】（参考例１）上述した従来技術１にブース
タ１３を付加した構成である。ブースタ１３は具体的に
はブロワであり、ポンプ１４の能力を拡大するために設
けられる。ブースタ１３は、排気管１０上にポンプ１４
と直列に、ポンプ１４の前段に設けられている。ブース
タ１３を備えることによってポンプ１４は小型のものを
使用することができる。

【００１８】このため従来技術１と比較して同じ排気速
度でありながら消費電力を小さくすることができる。

【００１９】（参考例２）上述した参考例１に更にイン
バータ１１、１２を付加した構成である。インバータ１
１、１２はブースタ１３、ポンプ１４それぞれに独立し
て設けられる。ブースタ１３はインバータ１１から出力
される周波数に応じた能力で駆動される。ポンプ１４は
インバータ１２から出力される周波数に応じた能力で駆
動される。

【００２０】インバータ１１、１２の出力周波数を低下
させて使用すれば、参考例１と比較して消費電力を小さ
くすることができる。

【００２１】図４は密閉容器としての単結晶引上げ用容
器１内の圧力Ｐcを一定（目標圧力２０Torr）にし、こ
の条件下での消費電力を比較して示している。

【００２２】図４（ｂ）はインバータ１１、１２の周波
数（Ｈz）を設定条件を示す。条件（１）はインバータ
１１、１２の周波数（Ｈz）がそれぞれ６０、６０（Ｈ
z）の場合であり、条件（２）は４５、４５（Ｈz）の場
合であり、条件（３）は４５、４３（Ｈz）の場合であ
る。条件（１）、（２）の場合には、独立したインバー
タ１１、１２を設けるのでなくブースタ１３、ポンプ１
４に共通の１個のインバータを設けて装置を構成するこ
とができる。

【００２３】図４（ａ）は条件（１）、（２）、（３）
毎に、アルゴンガスの供給流量（ｌ/分）と、消費電力
（ｋＷ）との関係を示している。

【００２４】図４から明らかなように、ブースタ１３、
ポンプ１４を定格出力で駆動する条件（１）では最も消
費電力が大きく、条件（１）に対してインバータ１１、
１２の周波数を同じ数値に下げた条件（２）では条件
（１）よりも消費電力が低下し、インバータ１２の周波
数を更に下げた条件（３）では条件（２）よりも更に消
費電力を小さくすることができる。

【００２５】以上のようにインバータ１１、１２をブー
スタ１３、ポンプ１４毎に独立して設けインバータ出力
周波数をそれぞれ異ならせてブースタ１３、ポンプ１４
を駆動すれば消費電力を小さくできることが研究の結果
明らかになっている。

【００２６】しかし、いかにしてインバータ出力周波数
を変化させれば、ポンプが常に必要最小限の能力で稼動
し消費電力が低減するのかについては明らかになってい
なかった。

【００２７】そこで本発明は、ポンプを常に必要最小限
の能力で稼動させて消費電力を低減させることを解決課
題とするものである。

【００２８】

【課題を解決するための手段および効果】そこで本発明
の第１発明は、単結晶引上げ用容器を、排気管を介して
ポンプに接続して、このポンプによって前記容器内のガ
スを排気するとともに、前記排気管上に当該排気管の開
口面積を変化させる制御弁を設け、前記容器内の圧力が
目標圧力となるように前記制御弁の開口面積を制御する
ようにした単結晶引上げ用容器の排気装置において、前
記制御弁からみて容器側の圧力とポンプ側の圧力との差
圧を検出する差圧検出手段と、前記ポンプの排気速度を
変化させる排気速度可変手段と、前記差圧検出手段で検
出された差圧が大きいほど、前記ポンプの排気速度を小
さくするように、前記排気速度可変手段を制御する制御
手段とを備えたことを特徴とする。

【００２９】第１発明によれば、図１に示すように制御
弁５からみて容器１側の圧力Ｐcとポンプ１４側の圧力
Ｐpとの差圧ΔＰが差圧検出手段６によって検出され
る。そして、ポンプ１４の排気速度を変化させる排気速
度可変手段１１、１２が設けられる。そこで制御部７に
よって、差圧検出手段６で検出された差圧ΔＰが大きい
ほど、ポンプ１４の排気速度を小さくするように、排気
速度可変手段１１、１２が制御される。

【００３０】第１発明によれば、差圧ΔＰが大きく差圧
設定値ΔＰrに対する誤差が大きくなっているときには
ポンプ１４の能力（排気速度）が高すぎる状態であると
判断してインバータ１１、１２の出力周波数ｆを小さく
してポンプ１４の能力（排気速度）を抑えるようにする
とともに（図３（ａ））、制御弁５の開き角Ａの制御
（圧力Ｐc一定制御）によって差圧ΔＰを小さくして
（図３（ｂ））、差圧ΔＰを差圧設定値ΔＰrに安定さ
せている（図３（ｃ））。このためポンプ１４が常に必
要最小限の能力で稼動し消費電力が飛躍的に低減する。

【００３１】第２発明は、単結晶引上げ用容器を、排気
管を介してポンプに接続して、このポンプによって前記
容器内のガスを排気するとともに、前記排気管上に当該
排気管の開口面積を変化させる制御弁を設け、前記容器
内の圧力が目標圧力となるように前記制御弁の開口面積
を制御するようにした単結晶引上げ用容器の排気装置に
おいて、前記ポンプの排気速度を変化させる排気速度可
変手段と、前記制御弁の開口面積が小さいほど、前記ポ
ンプの排気速度を小さくするように、前記排気速度可変
手段を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする。

【００３２】第２発明によれば、図３（ａ）の横軸を
「差圧ΔＰ」から「開き角Ａ」に代えることで、制御弁
５の開き角Ａつまり排気管１０の開口面積が小さいほ
ど、インバータ１１、１２の出力周波数ｆを小さくして
ポンプ１４の排気速度（能力）を小さくする制御が行わ
れる。これにより第１発明と同様の効果が得られる。

【００３３】第３発明は、単結晶引上げ用容器を、排気
管を介してポンプに接続して、このポンプによって前記
容器内のガスを排気するとともに、前記排気管上に当該
排気管の開口面積を変化させる制御弁を設け、前記容器
内の圧力が目標圧力となるように前記制御弁の開口面積
を制御するようにした単結晶引上げ用容器の排気装置に
おいて、前記制御弁からみて容器側の圧力とポンプ側の
圧力との差圧を検出する差圧検出手段と、前記ポンプの
排気速度を変化させる排気速度可変手段と、差圧目標値
と、前記差圧検出手段で検出された差圧との偏差を積分
し、この積分値に応じて、前記ポンプの排気速度を小さ
くするように、前記排気速度可変手段を制御する制御手
段とを備えたことを特徴とする。

【００３４】第３発明によれば、図１に示すように、差
圧目標値ΔＰrと検出差圧ΔＰとの誤差の積分値に応じ
て、ポンプ１４の排気速度を小さくしている。これによ
り第１発明と同様の効果が得られる。

【００３５】第４発明は、第１発明または第２発明また
は第３発明において、前記排気速度可変手段は、前記ポ
ンプを駆動するインバータの周波数を変化させるもので
あることを特徴とする。

【００３６】第５発明は、第１発明または第２発明また
は第３発明において、前記ポンプに加えて、このポンプ
の能力を高めるブースタを備え、前記排気速度可変手段
は、前記ポンプと、前記ブースタを駆動するインバータ
の周波数を変化させるものであることを特徴とする。

【００３７】第６発明は、第１発明または第２発明また
は第３発明において、前記ポンプに加えて、このポンプ
の能力を高めるブースタを備えるとともに、前記ポン
プ、前記ブースタそれぞれを駆動する各インバータを備
え、前記排気速度可変手段は、前記ポンプ、前記ブース
タ毎に備えられた各インバータの周波数を独立して変化
させるものであることを特徴とする。

【００３８】第７発明は、第１発明または第３発明にお
いて、前記制御手段は、前記差圧を一定値に保持するよ
うに前記排気速度可変手段を制御することを特徴とす
る。

【００３９】第８発明は、第２発明において、前記制御
手段は、前記制御弁の開口面積を一定値に保持するよう
に前記排気速度可変手段を制御することを特徴とする。

【００４０】第９発明は、第１発明または第２発明また
は第３発明において、前記制御弁は、前記容器内の圧力
を検出して目標圧力と検出した圧力との偏差が零になる
ように、開口面積が制御されることを特徴とする。

【００４１】

【発明の実施の形態】以下図面を参照して実施形態につ
いて説明する。

【００４２】・第１の実施形態 図１は第１の実施形態を示している。第１の実施形態で
は図６と同様にサイクロン１９、集塵装置２１を設ける
ことが可能であるが、図１ではこれらの図示を省略して
いる。

【００４３】単結晶引上げ用容器１つまりＣＺ炉は一般
的なＣＺ炉用の材料で構成された気密容器であり、容器
１内には石英るつぼが設けられている。この石英るつぼ
内には多結晶シリコン（Ｓi）が溶融されている。容器
１内ではＣＺ法によって石英るつぼ内のシリコン融液か
ら単結晶シリコンを引き上げ成長させるプロセスが実施
される。

【００４４】単結晶引上げのプロセス（１バッチ）の間
で、容器１内は高温となるため種々の蒸発物が発生す
る。そこで単結晶引上げ用容器１に外部からアルゴン
（Ａr）ガスを供給して容器１外に蒸発物とともに排気
して容器１内から蒸発物を除去しクリーン（清浄）にし
ている。アルゴンガスの供給流量は１バッチ中の各工程
ごとに変化する。容器１内に供給されるアルゴンガスの
流量はマスフローメータなどの流量センサ２０によって
検出される。なお容器１内を清浄するために使用するガ
スはアルゴンガス以外の不活性ガスを使用することがで
きる。

【００４５】単結晶引上げ用容器１は、排気管１０を介
して、ポンプ１４に接続されている。ポンプ１４は、真
空ポンプであり、所定の電源によってポンプモータが駆
動することによって作動する。ポンプ１４にはドライポ
ンプが使用される。単結晶引上げ用容器１とポンプ１４
との間の排気管１０上には、制御弁５、ブースタ１３が
設けられている。

【００４６】ポンプ１４を作動させることによって容器
１内に供給されるアルゴンガスの流量と、ポンプ１４の
排気速度とをバランスさせ容器１内を真空に減圧した雰
囲気にすることができる。

【００４７】制御弁５はその開き角Ａが変化することに
よって排気管１０の開口面積を変化させる。モータ４が
駆動することによって制御弁５の開口面積が変化する。
もちろん油圧、空圧等を利用した他のアクチュエータを
使用して制御弁５を駆動してもよい。

【００４８】引き上げられた単結晶シリコン中の酸素濃
度を所望の濃度にすべく制御弁５の開き角Ａは、単結晶
引上げ用容器１内の圧力Ｐcをフィードバック量として
容器１内の圧力Ｐcが目標圧力Ｐr（圧力設定値：たとえ
ば２０Torr）となるようにフィードバック制御される。

【００４９】すなわち単結晶引上げ用容器１内の圧力Ｐ
cが容器１内あるいは容器１に接続する管路に設けられ
た圧力センサ２によって検出され、目標圧力Ｐrと検出
した圧力Ｐcとの偏差が零となるようにコントローラ３
は、開き角指令ｉを電気信号としてモータ４に出力す
る。コントローラ３はたとえばＰＩＤ（比例、積分、微
分）制御を実行する。

【００５０】なお本実施形態では制御弁５の開き角Ａを
フィードバック制御しているが、オープンループで制御
してもよい。また制御弁５を自動制御するのでなく手動
制御してもよい。たとえば制御弁５を手動の閉止弁で構
成して圧力Ｐcを目標圧力Ｐrにするように手動で操作し
てもよい。つまり容器１内の圧力Ｐcを目標圧力Ｐrにす
ることができるのであればいかなる制御方法をも採用す
ることができる。

【００５１】メカニカルブースタ１３は、排気管１０上
にポンプ１４と直列に、ポンプ１４の前段に設けられて
いる。ブースタ１３は具体的にはブロワであり、ポンプ
１４の能力を拡大するために設けられる。ブースタ１３
を備えることによってポンプ１４は小型のものを使用す
ることができる。

【００５２】インバータ１１、１２はブースタ１３、ポ
ンプ１４それぞれに接続している。ブースタ１３はイン
バータ１１から出力される周波数ｆに応じた能力で駆動
される。ポンプ１４はインバータ１２から出力される周
波数ｆに応じた能力で駆動される。

【００５３】このようにインバータ１１、１２はポンプ
１４の能力である排気速度を変化させる排気速度可変手
段を構成している。インバータ１１、１２の出力周波数
ｆを低下させて使用すれば、消費電力を小さくすること
ができる。

【００５４】制御弁５からみて容器１側つまり上流側の
圧力Ｐcとポンプ１４側つまり下流側の圧力Ｐpとの差圧
ΔＰが、差圧検出手段である差圧センサ６によって検出
される。

【００５５】制御部７は、差圧センサ６で検出された差
圧ΔＰが大きいほど、ポンプ１４の排気速度を小さくす
るように、インバータ１１、１２の出力周波数を制御す
る。

【００５６】すなわち制御部７では差圧設定値ΔＰr
（差圧目標値：たとえば５Torr）が設定されている。差
圧設定値ΔＰrと差圧センサ６の検出差圧ΔＰとの誤差
が演算され積分要素８、９にそれぞれ加えられる。積分
要素８では差圧設定値ΔＰrと差圧センサ６の検出差圧
ΔＰとの誤差が積分され、積分値が出力される。同様に
積分要素９でも誤差が積分され、積分値が出力される。

【００５７】制御部７ではインバータ１１、１２の周波
数ｆの初期設定値ｆrが設定されている。周波数初期設
定値ｆrと積分要素８の積分値とが加算され、加算され
た周波数ｆを示す信号がインバータ１１に出力される。
同様に周波数初期設定値ｆrと積分要素９の積分値とが
加算され、加算された周波数ｆを示す信号がインバータ
１２に加えられる。つまりカスケード制御が実行され
る。

【００５８】インバータ１１は、現在加えられている周
波数ｆの値となるように周波数を変化させてブースタ１
３を駆動する。同様にインバータ１２は、現在加えられ
ている周波数ｆの値となるように周波数を変化させてポ
ンプ１４を駆動する。

【００５９】このようにインバータ１１、１２の周波数
ｆはカスケード制御される。

【００６０】差圧センサ６の検出差圧ΔＰが差圧設定値
ΔＰr（５Torr）よりも大きく差圧設定値ΔＰrに達して
いない段階では、これらの誤差は負の値を示し積分値は
負の値を示す。このためインバータ１１、１２の周波数
ｆは、積分値に応じて周波数初期設定値ｆrに対して徐
々に低くなる。つまり誤差の積分値に応じて、ポンプ１
４の排気速度を小さくしている。

【００６１】また制御部７では上述したように制御弁５
の前後差圧ΔＰを一定値（差圧設定値ΔＰr）に保持す
るようにインバータ１１、１２を制御している。制御弁
５の差圧ΔＰを一定値に保持するようにしているのは、
種々の外乱に対して制御弁５の制御動作を行う余裕を確
保するためである。これにより単結晶引上げの１バッチ
中にアルゴンガス流量や容器１内の雰囲気圧力Ｐcが大
幅に変化したとしてもポンプ１４の消費電力を最適な値
に維持することが可能になる。

【００６２】以下図３を参照して図１の第１の実施形態
の制御動作について説明する。

【００６３】なお容器１内の圧力が大気圧となっている
制御開始時には、制御弁５の開き角Ａは最大にされるも
のとする。

【００６４】図３（ａ）は制御弁５の前後差圧ΔＰと、
インバータ１１、１２の出力周波数ｆとの関係ＬＮ1を
示している。関係ＬＮ1は、差圧センサ６で検出された
差圧ΔＰが大きいほど、インバータ１１、１２の出力周
波数ｆが小さくなりポンプ１４の排気速度が小さくなる
ことを示している。制御部７では、関係ＬＮ１にしたが
いインバータ１１、１２の出力周波数ｆを変化させる。

【００６５】図３（ｃ）は制御弁５の開き角Ａと制御弁
５の前後差圧ΔＰとの関係ＬＮ3を示している。関係Ｌ
Ｎ3は、制御弁５の開き角Ａが大きくなると差圧ΔＰが
小さくなることを示している。

【００６６】図３（ｂ）はインバータ１１、１２の出力
周波数ｆと、制御弁５の開き角Ａと制御弁５の前後差圧
ΔＰとの関係ＬＮ2を示している。関係ＬＮ2は、容器１
内の圧力Ｐcを目標圧力Ｐrになるように制御する条件
（圧力Ｐc一定条件）では、インバータ出力周波数ｆが
小さいほど制御弁５の開き角Ａを大きくする必要がある
ことを示している。

【００６７】圧力Ｐcの制御中にアルゴンガスの供給流
量が減少した場合を想定する。

【００６８】アルゴンガスの供給流量が減少すると制御
弁５は開き角Ａを小さくする方向に作動するため差圧Δ
Ｐが増大する。制御部７では、関係ＬＮ1にしたがい差
圧ΔＰの増大に応じてインバータ出力周波数ｆを小さく
しポンプ１４の能力たる排気速度を小さくする。つまり
図３（ａ）で動作点がａからｂに移動する。

【００６９】差圧ΔＰの増大およびポンプ１４の排気速
度の減少は、容器１内の圧力Ｐcを増加させる。このた
め圧力Ｐc一定条件の下では、制御弁５は開き角Ａを大
きくする方向に作動する。つまり図３（ｂ）の関係ＬＮ
2に示すように、インバータ出力周波数ｆの低下に伴い
制御弁５の開き角Ａが大きくなる。

【００７０】図３（ｃ）の関係ＬＮ3に示すように、制
御弁５の開き角Ａが大きくなると、差圧ΔＰが小さくな
る。

【００７１】差圧ΔＰが小さくなるので、図３（ａ）で
動作点がｂからｃに移動する。最終的にｃ点で差圧設定
値ΔＰrと検出差圧ΔＰとの誤差が零になって安定す
る。

【００７２】以上のように本実施形態の制御によれば、
差圧ΔＰが大きく差圧設定値ΔＰrに対する誤差が大き
くなっているときにはポンプ１４の能力（排気速度）が
高すぎる状態であると判断してインバータ１１、１２の
出力周波数ｆを小さくしてポンプ１４の能力（排気速
度）を抑えるようにするとともに（図３（ａ））、制御
弁５の開き角Ａの制御（圧力Ｐc一定制御）によって差
圧ΔＰを小さくして（図３（ｂ））、差圧ΔＰを差圧設
定値ΔＰrに安定させている（図３（ｃ））。このため
ポンプ１４が常に必要最小限の能力で稼動し消費電力が
飛躍的に低減する。

【００７３】また本実施形態の制御部７では、差圧の誤
差の積分値に応じてポンプ１４の排気速度を小さくする
ようにインバータ１１、１２の周波数ｆを制御してい
る。しかし本発明としては必ずしも積分値を演算する必
要はない。本発明としては、差圧センサ６で検出された
差圧ΔＰが大きいほど、ポンプ１４の排気速度（能力）
を小さくするように、インバータ１１、１２の出力周波
数ｆを制御できる制御系を構成できればよい。

【００７４】なお、特別な条件下では以下の制御が実行
される。

【００７５】（実施例１）単結晶引上げ用容器１にアル
ゴンガスを供給しないで放置しておく場合または制御弁
５を完全に閉止して放置しておく場合がある。このよう
な条件のときにはポンプ１４の負荷が最も軽くなるため
ポンプモータが止まらない程度のインバータ出力周波数
に下げられる。ポンプ１４の消費電力は定格出力の１/
１０程度に下げることが可能である。ポンプモータを完
全に止めないで低速で回転させておくことによってポン
プ１４に巻き込まれたダストの固着を防ぐことができイ
ンバータ１１、１２の始動時の負荷を軽減することがで
き、システムの信頼性を向上させることができる。

【００７６】（実施例２）同様に引上げ停止中には強制
的にポンプモータが止まらない程度のインバータ出力周
波数に下げられる。

【００７７】（実施例３）また単結晶引上げ用容器１内
が高真空のままで制御弁５を閉止している状態から制御
弁５を開放したとすると、ポンプ１４の前後差圧が過大
であるにもかかわらずポンプモータの回転が低い状態で
あるのでポンプ１４が逆転して大気が容器１側に逆流す
るおそれがある。これを防ぐためには、制御弁５を開放
する前に、インバータ出力周波数を通常使用時の設定値
に自動的に変更してポンプモータの回転数を上昇させて
おけばよい。すなわちコントローラ３では、制御弁５を
開放させる処理を実行する際に、まずインバータ出力周
波数を通常使用時に設定値に切り換える。これによりポ
ンプモータが徐々に回転上昇する。そしてポンプモータ
の回転数が所定の値まで大きくなった時点で制御弁５を
開放する指令ｉを出力する。

【００７８】なお上記実施例１、２、３は本発明にとっ
て必須の条件ではない。

【００７９】・第２の実施形態 さて単結晶引上げ用容器１内の圧力が大気圧となってい
る状態から、制御弁５の開き角Ａを最大にして減圧を開
始したとすると、大量のガスがポンプ１４に吸入されポ
ンプ１４やインバータ１１、１２にかかる負荷が過大と
なる。

【００８０】そこで第２の実施形態では図２に示す構成
によってポンプ作動開始時にポンプ１４等にかかる負荷
を軽減するようにしている。

【００８１】この第２の実施形態では図２に示すよう
に、制御弁５の前段の排気管１０上に、制御弁１５、１
６が設けられる。さらに排気管１０のバイパス管１０ａ
が設けられ、制御弁１６と並列に、バイパス管１０ａ上
に制御弁１７、１８が設けられる。

【００８２】制御弁１５、１７は手動操作弁でありたと
えばボールバルブが使用される。制御弁１６、１８はア
クチュエータで作動する弁でありたとえばエアシリンダ
によって作動するいわゆるエアオペレートバルブが使用
される。バイパス管１０ａ上に設けられた制御弁１７、
１８は開口面積が小さく、小さな流量を通過させる小型
のものが使用される。

【００８３】制御開始時には手動操作弁１５、１７は予
め所定の開度に調整されている。またエアオペレートバ
ルブ１６、１８は閉止されている。

【００８４】単結晶引上げ用容器１内の圧力が大気圧と
なっている状態で、制御開始の指示が与えられると、ま
ずバイパス管１０ａ上の小型のエアオペレートバルブ１
８が開放される。これにより制限された流量のガスがポ
ンプ１４に吸入されることになりポンプ１４やインバー
タ１１、１２にかかる負荷が軽減される。タイマによっ
て所定時間が計時され容器１内の減圧が進行すると、排
気管１０上のエアオペレートバルブ１６が開放される。

【００８５】制御弁５の動作は、第１の実施形態と同様
である。

【００８６】・第３の実施形態 上述した第１あるいは第２の実施形態では、差圧センサ
６で検出された差圧ΔＰが大きいほど、インバータ１
１、１２の出力周波数ｆを小さくしてポンプ１４の排気
速度（能力）を小さくする制御が行われる。

【００８７】しかし図３（ｃ）から明らかなように、制
御弁５の開き角Ａと差圧ΔＰとの間には、制御弁５の開
き角Ａが大きくなると差圧ΔＰが小さくなるという関係
ＬＮ3がある。

【００８８】そこで図３（ａ）の横軸を「差圧ΔＰ」か
ら「開き角Ａ」に代えることで、制御弁５の開き角Ａつ
まり排気管１０の開口面積が小さいほど、インバータ１
１、１２の出力周波数ｆを小さくしてポンプ１４の排気
速度（能力）を小さくする制御を行う実施も可能であ
る。

【００８９】この場合、制御弁５の開き角Ａが検出さ
れ、検出された開き角Ａが目標値に保持されるようにイ
ンバータ１１、１２が制御される。制御弁５の開き角Ａ
を一定値に保持することで、種々の外乱に対して制御弁
５の制御動作を行う余裕を確保することができる。これ
により単結晶引上げの１バッチ中にアルゴンガス流量や
容器１内の雰囲気圧力Ｐcが大幅に変化したとしてもポ
ンプ１４の消費電力を最適な値に維持することが可能に
なる。

【００９０】なお第３の実施形態によれば、図１、図２
に示す差圧センサ６は不要となる。

【００９１】・第４の実施形態 図１、図２ではブースタ１３、ポンプ１４毎に独立した
インバータ１１、１２を設けているが、ブースタ１３、
ポンプ１４に共通の１個のインバータを設けて、この１
個のインバータの出力周波数を、上述した第１あるいは
第２あるいは第３の実施形態と同様にして制御してもよ
い。

【００９２】・第５の実施形態 図１、図２ではポンプ１４以外に、ブースタ１３を設け
ているが、このブースタ１３とこれに付随するインバー
タ１１の配設を省略しポンプ１４にインバータ１２を接
続した構成にして、この１個のインバータ１２の出力周
波数を、上述した第１あるいは第２あるいは第３の実施
形態と同様にして制御してもよい。

【００９３】・第６の実施形態 以上の実施形態ではインバータ１１、１２の出力周波数
を変化させることでポンプ１４の排気速度（能力）を変
化させているが、排気管１０上にポンプ１４を複数設
け、この複数のポンプ１４の稼動数を変化させることに
よって排気速度を変化させてもよい。すなわち複数のポ
ンプ１４のうち稼動しているポンプを増やし稼動停止し
ているポンプを減らすことによりインバータの出力周波
数を大きくするのと同様の効果が得られ、複数のポンプ
１４のうち稼動停止しているポンプを増やし稼動してい
るポンプを減らすことによりインバータの出力周波数を
小さくするのと同様の効果が得られる。

【００９４】以上の実施形態による効果について、図５
を参照して説明する。

【００９５】図５（ａ）は単結晶引上げのプロセス（１
バッチ）と、ポンプ１４の消費電力との関係を示してい
る。図５（ｂ）は図５（ａ）に対応する図であり、単結
晶引上げのプロセス（１バッチ）と、アルゴンガスの供
給流量との関係を示している。

【００９６】１バッチ中にアルゴンガスの供給流量は、
図５（ｂ）の特性Ｌ5にしたがって変化する。特性Ｌ5は
流量センサ２０の検出値をプロットしたものである。

【００９７】前述した従来技術１を適用すると、１バッ
チ中のポンプ１４の消費電力は特性Ｌ1に示す値（１０
０％）を示す。また参考例１を適用すると、１バッチ中
のポンプ１４の消費電力は特性Ｌ2に示す値を示し、従
来技術１と比較して低下しているのがわかる。

【００９８】これに対して本発明を適用すると、１バッ
チ中にポンプ１４の消費電力は特性Ｌ4にしたがって変
化する。特性Ｌ3は消費電力の平均値を示している。本
発明による消費電力は従来技術１、参考例１と比較して
格段に低下しているのがわかる。

【００９９】なお以上の実施形態では単結晶シリコンを
引き上げる場合を想定しているが、引き上げられる単結
晶はシリコン以外の半導体であってもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は第１の実施形態の排気装置を示す図であ
る。

【図２】図２は第２の実施形態の排気装置を示す図であ
る。

【図３】図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は実施形態の制御
動作を説明する図である。

【図４】図４は単結晶引上げ用容器内の圧力を一定にし
た条件下でのポンプ消費電力を比較して示す図である。

【図５】図５（ａ）、（ｂ）は単結晶引上げのプロセス
（１バッチ）で、ポンプ消費電力が低減するという本発
明の効果を説明する図である。

【図６】図６は参考例の装置構成を示す図である。

【符号の説明】

１ 単結晶引上げ用容器 ５ 制御弁 ６ 差圧センサ ７ 制御部 １１、１２ インバータ １３ ブースタ（メカニカルブースタ） １４ ポンプ（ドライポンプ）

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 単結晶引上げ用容器を、排気管を介
   してポンプに接続して、このポンプによって前記容器内
   のガスを排気するとともに、前記排気管上に当該排気管
   の開口面積を変化させる制御弁を設け、前記容器内の圧
   力が目標圧力となるように前記制御弁の開口面積を制御
   するようにした単結晶引上げ用容器の排気装置におい
   て、 前記制御弁からみて容器側の圧力とポンプ側の圧力との
   差圧を検出する差圧検出手段と、 前記ポンプの排気速度を変化させる排気速度可変手段
   と、 前記差圧検出手段で検出された差圧が大きいほど、前記
   ポンプの排気速度を小さくするように、前記排気速度可
   変手段を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする
   単結晶引上げ用容器の排気装置。
2. 【請求項２】 単結晶引上げ用容器を、排気管を介
   してポンプに接続して、このポンプによって前記容器内
   のガスを排気するとともに、前記排気管上に当該排気管
   の開口面積を変化させる制御弁を設け、前記容器内の圧
   力が目標圧力となるように前記制御弁の開口面積を制御
   するようにした単結晶引上げ用容器の排気装置におい
   て、 前記ポンプの排気速度を変化させる排気速度可変手段
   と、 前記制御弁の開口面積が小さいほど、前記ポンプの排気
   速度を小さくするように、前記排気速度可変手段を制御
   する制御手段とを備えたことを特徴とする単結晶引上げ
   用容器の排気装置。
3. 【請求項３】 単結晶引上げ用容器を、排気管を介
   してポンプに接続して、このポンプによって前記容器内
   のガスを排気するとともに、前記排気管上に当該排気管
   の開口面積を変化させる制御弁を設け、前記容器内の圧
   力が目標圧力となるように前記制御弁の開口面積を制御
   するようにした単結晶引上げ用容器の排気装置におい
   て、 前記制御弁からみて容器側の圧力とポンプ側の圧力との
   差圧を検出する差圧検出手段と、 前記ポンプの排気速度を変化させる排気速度可変手段
   と、 差圧目標値と、前記差圧検出手段で検出された差圧との
   偏差を積分し、この積分値に応じて、前記ポンプの排気
   速度を小さくするように、前記排気速度可変手段を制御
   する制御手段とを備えたことを特徴とする単結晶引上げ
   用容器の排気装置。
4. 【請求項４】 前記排気速度可変手段は、前記ポンプ
   を駆動するインバータの周波数を変化させるものである
   ことを特徴とする請求項１または２または３記載の単結
   晶引上げ用容器の排気装置。
5. 【請求項５】 前記ポンプに加えて、このポンプの能
   力を高めるブースタを備え、 前記排気速度可変手段は、前記ポンプと、前記ブースタ
   を駆動するインバータの周波数を変化させるものである
   ことを特徴とする請求項１または２または３記載の単結
   晶引上げ用容器の排気装置。
6. 【請求項６】 前記ポンプに加えて、このポンプの能
   力を高めるブースタを備えるとともに、 前記ポンプ、前記ブースタそれぞれを駆動する各インバ
   ータを備え、 前記排気速度可変手段は、前記ポンプ、前記ブースタ毎
   に備えられた各インバータの周波数を独立して変化させ
   るものであることを特徴とする請求項１または２または
   ３記載の単結晶引上げ用容器の排気装置。
7. 【請求項７】 前記制御手段は、前記差圧を一定値に
   保持するように前記排気速度可変手段を制御することを
   特徴とする請求項１または３記載の単結晶引上げ用容器
   の排気装置。
8. 【請求項８】 前記制御手段は、前記制御弁の開口面
   積を一定値に保持するように前記排気速度可変手段を制
   御することを特徴とする請求項２記載の単結晶引上げ用
   容器の排気装置。
9. 【請求項９】 前記制御弁は、前記容器内の圧力を検
   出して目標圧力と検出した圧力との偏差が零になるよう
   に、開口面積が制御されることを特徴とする請求項１ま
   たは２または３記載の単結晶引上げ用容器の排気装置。