JP4586958B2 - 単結晶引上げ設備及び真空排気方法 - Google Patents

Description

本発明は、チョクラルスキー法によりシリコン等の半導体単結晶を製造する単結晶引上げ装置を複数台配設した単結晶引上げ設備に関し、また、本発明は、このような単結晶引上げ設備を用いた真空排気方法に関する。

半導体デバイスの基板として用いられる単結晶は、例えばシリコン単結晶があり、主にチョクラルスキー法（Ｃｚｏｃｈｒａｌｓｋｉ Ｍｅｔｈｏｄ）により製造されている。

チョクラルスキー法により単結晶を製造する際には、例えば図２に示すような単結晶製造装置１を用いて製造される。
単結晶製造装置１は、内部にシリコン融液等の原料融液２４を収容する石英ルツボ２１、該石英ルツボ２１を収納する黒鉛ルツボ２２、ヒータ２３等を内部に収容した主チャンバーＣ_１と、育成した単結晶２５を収容し、取り出すための上部チャンバーＣ_２を具備する。そして、主チャンバーＣ_１と、上部チャンバーＣ_２は、ゲートバルブＧＶ_１で仕切ることができる。

また、主チャンバーＣ_１と上部チャンバーＣ_２には、それぞれのチャンバー内を減圧真空化するための排気用配管の接続ポートＰ_２、Ｐ_１とＡｒガス等の不活性ガスを導入するためのガス供給配管の接続ポートＱ_２、Ｑ_１とが配設されている。
近年では、このような単結晶引上げ装置を複数台まとめて配設した単結晶引上げ設備において、単結晶を大量生産している。

次に、図３に、単結晶引上げ装置１の減圧配管系統を示す。
単結晶引上げ装置１の上部チャンバーＣ_２に配設された排気用配管の接続ポートＰ_１には、弁Ｖ_２を介して副真空ポンプＶＰ_３が接続されている。また、主チャンバーＣ_１に配設された排気用配管の接続ポートＰ_２にはコンダクタンスバルブＬＶ_４を介して真空ポンプＶＰ_１が接続されている。

そして、ガス供給配管の接続ポートＱ_１から不活性ガスを少量ずつ供給しながら主真空ポンプＶＰ_１を駆動させて排気することによりチャンバー内を減圧状態とし、コンダクタンスバルブＬＶ_４を調節してチャンバー内が所定の圧力になるよう制御している。これは、例えばシリコン単結晶の引上げ中にシリコン融液表面から酸化シリコン（ＳｉＯ）ガスが蒸発し、これがチャンバー内に滞留すると凝縮してダストとなり、引上げ中の固液界面に付着して、単結晶化が妨げられることがあり、これを防止する必要があるからである。

尚、育成された単結晶を取り出す場合等、主チャンバーＣ_１を減圧状態に保ったまま上部チャンバーＣ_２を常圧に戻す場合には、以下のように操作する。
先ず、ゲートバルブＧＶ_１を閉じ、それから、ガス供給配管のポートＱ_１から不活性ガスを供給して該上部チャンバーＣ_２を常圧に戻す。尚、ゲートバルブＧＶ_１を閉じた後、主チャンバーＣ_１は、減圧状態に保つ必要がある。そのため、ガス供給配管のポートＱ_２から少量の不活性ガスを供給しながら主真空ポンプＶＰ_１により排気を続行することで、主チャンバーＣ_１内の減圧状態を維持する。

次に、常圧に戻した上部チャンバーＣ_２を再び減圧状態に戻し、単結晶引上げを再開する場合には、以下のように操作する。
先ず、副真空ポンプＶＰ_３を駆動させて排気し、上部チャンバーＣ_２を主チャンバーＣ_１とほぼ同等の減圧状態にする。それから、ゲートバルブＧＶ_１を開き、同時に弁Ｖ_２を閉じてから副真空ポンプＶＰ_３を停止する。

従来の単結晶引上げ設備では、図３に示すように、一台の単結晶引上げ装置につきそれ専用の副、主真空ポンプをそれぞれ一台配設している。このような単結晶引上げ設備が一般的であった理由は、操業状況に応じて、各単結晶引上げ装置のチャンバー内の圧力を制御する必要があるためである。また、複数の単結晶引上げ装置の全てを同時に稼動して同時に引上げ操作を実施する場合だけでなく、装置を逐次的に稼動して操業させる場合もある。

したがって、従来の単結晶引上げ設備では、単結晶引き上げ装置を数十台以上設置した場合でも、主、副真空ポンプもそれぞれ単結晶引上げ装置と同じ台数設置する必要があり、最近の単結晶引上げ設備の大規模化傾向が進展した状況では、単結晶引上げ設備の設備コスト及びランニングコストが高く、また、単結晶引上げ設備を設けるためにかなり広いスペースが必要であるという問題があった。

そこで、上部チャンバーを真空排気する副真空ポンプを複数台の単結晶引上げ装置で共用した単結晶引上げ設備が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。これにより、単結晶引上げ設備の設備コスト、ランニングコストの低減、単結晶引上げ設備を設けるために必要なスペースの効率化が多少図られている。しかしながら、副真空ポンプは、もともとそれほど大きな設置スペースを必要とせず、また稼動する時間も極めて短いものであるので、これを複数台の単結晶引上げ装置で共用したとしてもランニングコストの低減及びスペースの削減効果はそれほど大きいものではない。そのため、単結晶引上げ設備の設備コスト及びランニングコストをさらに低減でき、単結晶引上げ設備を設けるために必要なスペースの効率化がさらにすすんだ単結晶引上げ設備が求められている。

特開２０００−３２７４８０号公報

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので、一台の単結晶引上げ装置毎にそれ専用の副、主真空ポンプをそれぞれ一台配設するものや、複数台の単結晶引上げ装置で副真空ポンプを共用するものと比較して、設備コスト及びランニングコストを大幅に低減でき、また、より小さいスペースで設けることが可能な単結晶引上げ設備を提供することを目的とする。さらに、本発明は、そのような単結晶引上げ設備を用いた真空排気方法を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するために、ルツボを収容する主チャンバーの上部にゲートバルブを介して上部チャンバーが設けられた単結晶引上げ装置を複数台配設し、該複数台の単結晶引上げ装置を逐次的に稼動可能な単結晶引上げ設備において、少なくとも、前記各単結晶引上げ装置の主チャンバーからの排気用配管が接続集合する共用配管と、該共用配管を介して複数台の単結晶引上げ装置に接続された主真空ポンプと、前記各単結晶引上げ装置の上部チャンバーからの排気用配管を介して接続された副真空ポンプと、前記複数台の単結晶引上げ装置の各主チャンバーと前記共用配管の間の各排気用配管に設けられた自動弁とを具備し、該自動弁は、自動的に開度調節を行うことにより各単結晶引上げ装置のチャンバー内を所定圧力に制御するものであることを特徴とする単結晶引上げ設備を提供する。
そして、この場合、前記主真空ポンプは、前記複数台の単結晶引上げ装置よりも少ない台数であるものとすることができる。

すなわち、本発明の単結晶引上げ設備は、共用配管を介して複数台の単結晶引上げ装置に接続された主真空ポンプにより、各単結晶引上げ装置のチャンバー内を排気するものである上に、前記複数台の単結晶引上げ装置の各主チャンバーと前記共用配管の間の各排気用配管には、自動弁が設けられ、該自動弁は、自動的に開度調節を行うことにより各単結晶引上げ装置のチャンバー内を所定圧力に制御するものである。このように、本発明の単結晶引上げ設備では、共用配管を介して複数台の単結晶引上げ装置に主真空ポンプを接続することで、従来、一台の単結晶引上げ装置につきそれ専用の主真空ポンプを一台配設していたのが、その必要がなくなり、例えば、単結晶引上げ装置よりも少ない台数で主真空ポンプを配設することができるようになる。また、本発明の単結晶引上げ設備では、一台の単結晶引上げ装置につき少なくとも一つの自動弁を設けているため、複数の単結晶引上げ装置で主真空ポンプを共用し、主真空ポンプの台数が、単結晶引上げ装置の台数よりも少ない場合であっても、各単結晶引上げ装置のチャンバー内を、確実に所定圧力に制御することができる。このように、単結晶引上げ設備に配設する主真空ポンプの数を減らすことができるので、単結晶引上げ設備の設備コスト及びランニングコストを低減でき、また、その設置スペースも削減することができる。

また、本発明の単結晶引上げ設備では、前記主真空ポンプは、回転数をインバータ制御により自動的に変動させることにより、前記共用配管内の圧力を所定圧力に制御するものであるのが好ましい。

このように、主真空ポンプの回転数をインバータ制御により自動的に変動させることによって、共用配管内の圧力を常に所定圧力に制御することが可能となる。特に、複数台の単結晶引上げ装置の間で稼動状況が変化しても、共用配管内は安定した圧力が得られる。その結果、複数台の単結晶引上げ装置の各主チャンバーと共有配管の間の各自動弁は、その開度を、稼動状況に応じて頻繁に調節する必要がなくなる。したがって、各単結晶引上げ装置のチャンバー内の圧力を容易に所望圧力に安定して制御することができる。

また、本発明の単結晶引上げ設備では、前記主真空ポンプは、前記共用配管の一つを介して複数台接続されたものであるのが好ましい。

このように、共用配管の一つを介して複数台の主真空ポンプを接続することで、全体としての排気容量を大きくすることができるため、より多くの台数の単結晶引上げ装置のチャンバー内の排気を安定して行うことができる。

また、本発明の単結晶引上げ設備では、前記主真空ポンプは、一つの共用配管に接続された全主真空ポンプの排気速度の合計値が、排気する各単結晶引上げ装置のチャンバー内の圧力を所定圧力とするために必要な排気速度の合計値より大きいものであるのが好ましい。

このように、一つの共用配管に接続された全主真空ポンプの排気速度の合計値が、排気する各単結晶引上げ装置のチャンバー内の圧力を所定圧力とするために必要な排気速度の合計値より大きければ、排気する全ての単結晶引上げ装置のチャンバー内を、確実に所定圧力とすることができる。このとき、全主真空ポンプとは一つの共用配管に接続されている駆動している全ての主真空ポンプのことをいう。したがって、単結晶引上げ時には、複数台の単結晶引上げ装置の台数より少ない台数の主真空ポンプで排気を行ったとしても、排気する全ての単結晶引上げ装置の炉内圧力を安定させることができるため、操業を安定化させることができ、極めて安定した結晶品質の単結晶製造が可能となる。

また、本発明の単結晶引上げ設備では、前記共用配管を介して、さらに予備ポンプを接続し、前記主真空ポンプの故障時に、前記主真空ポンプから前記予備ポンプに切替えるものであるのが好ましい。

このように、予備ポンプがあれば、主真空ポンプの故障時に、主真空ポンプから予備ポンプに切替えて操業を継続することができる。

この場合、前記予備ポンプを、前記主真空ポンプの電流値が所定値を越えた時に、自動的に起動し、該起動した予備ポンプと共用配管の間の弁を自動的に開とし、かつ電流値が所定値を超えた主真空ポンプと共用配管の間の弁を自動的に閉とし、その後、電流値が所定値を超えた主真空ポンプを自動的に停止させることによって、主真空ポンプから予備ポンプに自動的に切替えるものであるのが好ましい。

このように、主真空ポンプから予備ポンプに自動的に切替えることができれば、単結晶引上げ中に主真空ポンプが故障した場合でも、単結晶引上げ設備全体の操業停止による被害を未然に防止することができる。そのため、主真空ポンプで複数台の単結晶引上げ装置のチャンバー内の排気を行ったとしてもより安全でかつ安定した単結晶製造が可能となる。

さらに、本発明は、複数台の単結晶引上げ装置を真空排気する方法であって、前記本発明の単結晶引上げ設備を用い、前記主真空ポンプにより、複数台の単結晶引上げ装置の排気を行うことを特徴とする真空排気方法を提供する。

このような本発明の真空排気方法により、例えば単結晶引上げ装置よりも少ない台数で主真空ポンプを配設することができるので、主真空ポンプ配設のための設備コストや、主真空ポンプ駆動のためのランニングコストの低減と主真空ポンプの設置スペースの削減を図ることができる。しかも、単結晶引上げ装置よりも少ない台数で主真空ポンプを配設した場合でも、自動弁により、各単結晶引上げ装置のチャンバー内を、確実に所定圧力に制御することが可能となる。また、主真空ポンプが故障した場合であっても、予備ポンプに切替えることにより、安全でかつ安定して単結晶育成を行うことができる。

以上のように、本発明によれば、単結晶引上げ装置を複数台配設した単結晶引上げ設備において、主真空ポンプを、共用配管を介して複数台の単結晶引上げ装置に接続し、前記複数台の単結晶引上げ装置の各主チャンバーと前記共用配管の間の各排気用配管に、自動弁を設けることにより、単結晶引上げ装置よりも少ない台数で主真空ポンプを配設できるようになる。このように、単結晶引上げ設備に配設する主真空ポンプの数を減らすことができるので、単結晶引上げ設備の設備コスト及びランニングコストを低減でき、また、その設置スペースも削減することができる。また、その場合でも、自動弁により、各単結晶引上げ装置のチャンバー内を、確実に所定圧力に制御することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
本発明者らは、単結晶引上げ装置を複数台配設した単結晶引上げ設備において、その設備コスト及びランニングコストを低減し、その設置スペースの効率化をすすめるためには、設置スペースが大きい主真空ポンプを、複数台の単結晶引上げ装置で共用し、設置する主真空ポンプの数を減らすことが最も効果的であると考えた。しかし、従来、１台の主真空ポンプで、複数台の単結晶引上げ装置のチャンバー内の圧力を所望の圧力に制御することは極めて困難であった。
そこで、本発明者らは、鋭意検討を重ねた結果、複数台の単結晶引上げ装置で主真空ポンプを共用する場合に、共用配管を設け、複数台の単結晶引上げ装置のそれぞれに、自動弁を設けることで、各単結晶引上げ装置のチャンバー内を、確実に所望圧力に制御することが可能になることに想到し、本発明を完成させた。

すなわち、本発明の単結晶引上げ設備は、ルツボを収容する主チャンバーの上部にゲートバルブを介して上部チャンバーが設けられた単結晶引上げ装置を複数台配設した単結晶引上げ設備において、少なくとも、前記各単結晶引上げ装置の主チャンバーからの排気用配管が接続集合する共用配管と、該共用配管を介して複数台の単結晶引上げ装置に接続された主真空ポンプと、前記各単結晶引上げ装置の上部チャンバーからの排気用配管を介して接続された副真空ポンプと、前記複数台の単結晶引上げ装置の各主チャンバーと前記共用配管の間の各排気用配管に設けられた自動弁とを具備し、該自動弁は、自動的に開度調節を行うことにより各単結晶引上げ装置のチャンバー内を所定圧力に制御するものであることを特徴とする。

以下、このような本発明の単結晶引上げ設備について図面を参照して説明する。
図１は、本発明の単結晶引上げ設備の一実施形態を示した概略図であって、その配管系統を示す図である。
図１に示した単結晶引上げ設備では、単結晶引上げ装置を少なくとも４台（１ａ〜１ｄ）併設している。これらの単結晶引上げ装置１ａ〜１ｄは、それぞれ、石英ルツボ、黒鉛ルツボ、ヒータ等（不図示）を収容した主チャンバーＣ_１と、その上部にゲートバルブＧＶ_１を介して連接した上部チャンバーＣ_２を具備している。単結晶引上げ装置の上部チャンバーＣ_２は、育成した単結晶を収容し、取り出すためのものである。

前記主チャンバーＣ_１と上部チャンバーＣ_２に、チャンバー内を減圧真空化するための排気用配管の接続ポートＰ_２、Ｐ_１とＡｒガス等の不活性ガスを導入するためのガス供給配管の接続ポートＱ_２、Ｑ_１とを配設している。前記両チャンバーＣ_１、Ｃ_２のガス供給配管の接続ポートＱ_２、Ｑ_１は、それぞれ開閉弁を介して不活性ガスタンク等のガス供給源に通ずる不活性ガス供給配管（不図示）に接続している。また、上部チャンバーＣ_２の排気用配管の接続ポートＰ_１は弁Ｖ_２を配設した真空用配管に接続し、他方の端末は副真空ポンプＶＰ_３に接続している。また、主チャンバーＣ_１の排気用配管の接続ポートＰ_２は、コンダクタンスバルブＬＶ_１、及び弁Ｖ_１が、この順序に配設された真空排気用配管に接続し、その下流側端末は共用配管１０に接続している。コンダクタンスバルブＬＶ_１は自動弁であり、自動的に開度調節を行うことにより各単結晶引上げ装置のチャンバー内を所定圧力に制御することが可能である。さらに、前記共用配管１０の下流側は２系統に並列して分岐し、一方は弁ＬＶ_２を介して主真空ポンプＶＰ_１に接続しており、もう一方は弁ＬＶ_３を介して予備ポンプＶＰ_２に接続している。そして、主真空ポンプＶＰ_１にはインバータ制御装置ＩＶ_１が接続され、予備ポンプＶＰ_２にはインバータ制御装置ＩＶ_２が接続されている。

このように、共用配管１０を介して少なくとも４台の単結晶引上げ装置１ａ〜１ｄに主真空ポンプＶＰ_１を接続することで、単結晶引上げ装置よりも少ない台数（ここでは１台）で主真空ポンプを配設することができるようになる。また、本発明の単結晶引上げ設備では、４台の単結晶引上げ装置１ａ〜１ｄのそれぞれに自動弁であるコンダクタンスバルブＬＶ_１を設けているため、４台の単結晶引上げ装置１ａ〜１ｄで主真空ポンプＶＰ_１を共用し主真空ポンプＶＰ_１の台数が単結晶引上げ装置の台数よりも少ない台数であっても、各単結晶引上げ装置のチャンバー内を、確実に所定圧力に制御することができる。
また、予備ポンプＶＰ_２があるので、主真空ポンプＶＰ_１の故障時に、主真空ポンプＶＰ_１から予備ポンプＶＰ_２に切替えて用いることができる。

尚、本発明では、図１に示すような設備が一つのみの単結晶引上げ設備でも良いし、あるいは、図１に示すような設備を複数並設するようにしても良い。

次に、図１に示した本発明に係る単結晶引上げ設備を稼動させて、初期状態から単結晶引上げ装置１ａのチャンバー内を排気真空化する動作について説明する。まず、単結晶引上げ装置１ａに接続する弁Ｖ_１、Ｖ_２を閉じて、主真空ポンプＶＰ_１及び予備ポンプＶＰ_２を停止させておく。そして、副真空ポンプＶＰ_３を起動させ、弁Ｖ_２を開いて、副真空ポンプＶＰ_３により単結晶引上げ装置１ａのチャンバー内を１０^−３乃至１０^−４ｈＰａ程度まで真空排気し、弁Ｖ_２を閉として、チャンバー内にリークがないかを確認する。このとき、ゲートバルブＧＶ_１は開き、上部チャンバーＣ_２と主チャンバーＣ_１とは連通状態にある。

次に、主真空ポンプＶＰ_１を駆動させ、それと同時に弁ＬＶ_２も開となり、これによって共用配管１０内が真空状態になる。そして、ガス供給配管接続ポートＱ_１から単結晶引上げ時に供給する所定の不活性ガスを導入し、単結晶引上げ装置１ａのチャンバー内の圧力が所定の圧力（例えば、５０〜１００ｈＰａ）になったところで、弁Ｖ_１を開、弁Ｖ_２を閉として、単結晶引上げ装置１ａのチャンバー内の排気を副真空ポンプＶＰ_３から主真空ポンプＶＰ_１に切替える。そして、その後副真空ポンプＶＰ_３を停止させる。

そして、前記ガス供給配管の接続ポートＱ_１からチャンバー内への不活性ガス導入を続行しながら主真空ポンプＶＰ_１による排気を続けると共に、共用配管１０内の圧力を測定する圧力計Ｐ_４の信号をインバータ制御装置ＩＶ_１が受け取って、共用配管１０内の圧力値が所定値になるように主真空ポンプＶＰ_１の回転数を制御する。

このように、主真空ポンプＶＰ_１の回転数をインバータ制御により自動的に変動させることによって、共用配管１０内の圧力を常に所定圧力に制御することが可能となる。特に、４台の単結晶引上げ装置１ａ〜１ｄの間で稼動状況が変化しても、共用配管１０内は安定した圧力が得られる。

さらに、圧力計Ｐ_３で測定される単結晶引上げ装置１ａのチャンバー内の圧力が所定の圧力（例えば、５０〜１００ｈＰａ）になるよう、コンダクタンスバルブＬＶ_１が自動的に開度調節を行うことにより、単結晶引上げ装置１ａ〜１ｄのチャンバー内が目的とする圧力値に維持されて単結晶の引上げが行なわれる。

このように、一台の単結晶引上げ装置につき少なくとも一つの自動弁を設けているため、４台の単結晶引上げ装置１ａ〜１ｄで１台の主真空ポンプＶＰ_１を共用し、主真空ポンプの台数が、単結晶引上げ装置の台数よりも少ない場合であっても、各単結晶引上げ装置のチャンバー内を、確実に所定圧力に制御することができる。

単結晶引上げ装置１ｂ〜１ｄの初期状態からの立上げに際しては、単結晶引上げ装置１ａについて例示した上述の操作手順を用いて順次立上げることができる。

次に単結晶の引上げが終了し、単結晶を単結晶引上げ装置より取り出す場合等、主チャンバーＣ_１を減圧状態に保ったまま上部チャンバーＣ_２を常圧に戻す動作について説明する。

まず、単結晶を上部チャンバーＣ_２に収容した後、ゲートバルブＧＶ_１を閉じて主チャンバーＣ_１と上部チャンバーＣ_２を隔離する。そして、前記ガス供給配管の接続ポートＱ_１から不活性ガスを導入して常圧に戻す。このとき、該隔離された主チャンバーＣ_１内には、ガス供給配管の接続ポートＱ_２から不活性ガスを極少量導入しながら主真空ポンプＶＰ１による排気を続け、該主チャンバーＣ_１内の減圧状態を維持する。

そして、上部チャンバーＣ_２を開放して単結晶を取り出した後、再び該上部チャンバーＣ_２を真空状態に戻す場合には、副真空ポンプＶＰ_３を起動させて、弁Ｖ_２を開く。そして、該上部チャンバーＣ_２を一旦真空排気することにより、上部チャンバーＣ_２内の空気を完全に排出してから、弁Ｖ_２を閉として、ガス供給配管接続ポートＱ_１から極少量の不活性ガスを導入し、該上部チャンバーＣ_２内の圧力値が前記主チャンバーＣ_１内の圧力値とほぼ等しくなったときゲートバルブＧＶ_１を開いて、上部チャンバーＣ_２と主チャンバーＣ_１とは連通状態とし、副真空ポンプＶＰ_３を停止する。

また、本発明の単結晶引上げ設備では主真空ポンプＶＰ_１に異常が生じて主真空ポンプＶＰ_１の電流値Ａ_１が所定値を超えた場合には、停止していた予備ポンプＶＰ_２を自動的に駆動させると同時に弁ＬＶ_３が開となる。このとき、主真空ポンプＶＰ_１と予備ポンプＶＰ_２が同時に運転しているので、共用配管１０内の圧力は一時所定圧力より低くなる。この圧力変動の信号を受けて、インバータ制御装置ＩＶ_１、ＩＶ_２により主真空ポンプＶＰ_１、予備ポンプＶＰ_２の回転数が低速となり、共用配管１０内の圧力が所定値に制御される。

次に、弁ＬＶ_２が自動的に閉となり、主真空ポンプＶＰ_１が自動的に停止する。このとき、共用配管１０内の圧力は一時所定圧力より高くなるので、インバータ制御装置ＩＶ_２により予備ポンプＶＰ_２の回転数が高速となり、共用配管１０内の圧力が所定値に制御される。このようにして、主真空ポンプＶＰ_１に異常が発生した場合であっても、安全に予備ポンプＶＰ_２へ切替えが行われる。
このように駆動している主真空ポンプの電流値を監視して、電流値が所定値を越えた場合には、主真空ポンプから予備ポンプに自動的に切替えることにより、主真空ポンプの故障による被害を未然に防止することができる。すなわち、単結晶引上げ装置より少ない台数の主真空ポンプで排気する真空排気装置であっても、単結晶引上げ装置１台につき主真空ポンプ１台が具備されている従来の真空排気装置より信頼性の高いものとすることができる。

例えば、単結晶引上げ装置１台につきそれ専用の主真空ポンプ１台が具備されている従来の真空排気装置において、単結晶引上げ中に主真空ポンプが故障して停止した場合、操業を継続することが不可能となり、引上げ中の単結晶は勿論、場合によっては石英ルツボ内に収容されている原料融液が固化する際の熱膨張によって、黒鉛ルツボ等の炉内構成（ホットゾーン）部品を破損する被害を被っていた。しかし、本発明の真空排気装置であれば、主真空ポンプが故障した場合であっても、停止している予備の主真空ポンプを駆動させて、操業を継続することが可能となるので、上記のような主真空ポンプの故障による被害を防止することができる。そのため、主真空ポンプで複数台の単結晶引上げ装置のチャンバー内の排気を行ったとしてもより安全でかつ安定した単結晶製造が可能となる。
尚、図１の単結晶引上げ設備では、さらに、予備ポンプＶＰ_２の電流値Ａ_２についても監視できる。

本発明の単結晶引上げ設備に設置される単結晶引上げ装置は、例えば、図２に示したような主チャンバーと上部チャンバー及びゲートバルブを備えた、所謂チョクラルスキー法に用いられる単結晶引上げ装置であれば特に限定されるものではなく、従来型の装置を含め任意の装置を用いることができる。

また、本発明の単結晶引上げ設備で用いる主真空ポンプの排気容量は、設置される単結晶引上げ装置の台数、各単結晶引上げ装置の大きさ、各装置の配置レイアウト等、単結晶引上げ設備の規模、態様を勘案して、適宜設定される。
例えば、８インチサイズの単結晶を引上げるための単結晶引上げ装置を１つの共用配管を介して６台設置した単結晶引上げ設備の場合、各単結晶引上げ装置に１００ｌ／ｍｉｎのＡｒガスを供給し、炉内圧力を５０〜１００ｈＰａに制御するためには、各単結晶引上げ装置において１０００〜２０００ｌ／ｍｉｎの排気速度が必要となる。従って、１２０００ｌ／ｍｉｎ以上の排気能力を持つ主真空ポンプを選定すれば、６台すべての単結晶引上げ装置において目的とする炉内圧力を制御することが可能となる。また、このときの共用配管の内径は１６０〜２００ｍｍのものを用いることが好ましい。

このように、一つの共用配管に接続された全主真空ポンプの排気速度の合計値が、排気する各単結晶引上げ装置のチャンバー内の圧力を所定圧力とするために必要な排気速度の合計値より大きければ、排気する全ての単結晶引上げ装置のチャンバー内を、確実に所定圧力とすることができる。したがって、単結晶引上げ時には、複数台の単結晶引上げ装置の台数より少ない台数の主真空ポンプで排気を行ったとしても、排気する全ての単結晶引上げ装置の炉内圧力が安定しているため、極めて安定した操業ができ、結晶品質も安定した単結晶製造が可能となる。

また、図１に示す単結晶引上げ設備では、主真空ポンプは、共用配管の一つを介して１台のみが接続されているが、複数台接続されたものとしても良い。このように、共用配管の一つを介して複数台の主真空ポンプを接続することで、全体としての排気容量をさらに大きくすることができるため、より多くの台数の単結晶引上げ装置のチャンバー内の排気を安定して行うことができる。

さらに、本発明は、複数台の単結晶引上げ装置を真空排気する方法において、上述の本発明の単結晶引上げ設備を用いて、前記主真空ポンプにより、複数台の単結晶引上げ装置の排気を行うことにより、主真空ポンプ配設のための設備コストや、主真空ポンプ駆動のためのランニングコストの低減と主真空ポンプの設置スペースの削減を図ることができる上に、各単結晶引上げ装置のチャンバー内を、確実に所定圧力に制御することが可能となる。また、主真空ポンプが故障した場合であっても、予備ポンプに切替えることにより、安全でかつ安定した結晶品質の単結晶育成を行うこともできる。

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。

本発明の単結晶引上げ設備の一実施形態を示した概略図である。 単結晶引上げ装置の構造を説明するための概略図である。 従来の単結晶引上げ設備における単結晶引上げ装置の減圧配管系統を示す概略図である。

符号の説明

１，１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ…単結晶引上げ装置、 １０…共用配管、
２１…石英ルツボ、 ２２…黒鉛ルツボ、 ２３…ヒータ、
２４…原料融液、 ２５…単結晶、 Ｃ_１…主チャンバー、 Ｃ_２…上部チャンバー、
ＧＶ_１…ゲートバルブ、 ＬＶ_１，ＬＶ_４…コンダクタンスバルブ、
ＬＶ_２，ＬＶ_３，Ｖ_１，Ｖ_２…弁、 Ｐ_１，Ｐ_２…接続ポート（排気用配管）
Ｑ_１，Ｑ_２…接続ポート（ガス供給配管）、 ＶＰ_１…主真空ポンプ、
ＶＰ_２…予備ポンプ、 ＶＰ_３…副真空ポンプ、 ＩＶ_１…インバータ制御装置、
ＩＶ_２…インバータ制御装置、 Ｐ_３，Ｐ_４…圧力計、
…共用配管内の圧力、 Ａ_１…主真空ポンプの電流値、
Ａ_２…予備ポンプの電流値。

Claims (7)

1. ルツボを収容する主チャンバーの上部にゲートバルブを介して上部チャンバーが設けられた単結晶引上げ装置を複数台配設し、該複数台の単結晶引上げ装置を逐次的に稼動可能な単結晶引上げ設備において、少なくとも、前記各単結晶引上げ装置の主チャンバーからの排気用配管が接続集合する共用配管と、該共用配管を介して複数台の単結晶引上げ装置に接続された主真空ポンプと、前記各単結晶引上げ装置の上部チャンバーからの排気用配管を介して接続された副真空ポンプと、前記複数台の単結晶引上げ装置の各主チャンバーと前記共用配管の間の各排気用配管に設けられた自動弁とを具備し、該自動弁は、自動的に開度調節を行うことにより各単結晶引上げ装置のチャンバー内を所定圧力に制御するものであり、前記主真空ポンプは、回転数をインバータ制御により自動的に変動させることにより、前記共用配管内の圧力を所定圧力に制御するものであることを特徴とする単結晶引上げ設備。
2. 前記主真空ポンプは、前記複数台の単結晶引上げ装置よりも少ない台数であることを特徴とする請求項１に記載の単結晶引上げ設備。
3. 前記主真空ポンプは、前記共用配管の一つを介して複数台接続されたものであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の単結晶引上げ設備。
4. 前記主真空ポンプは、一つの共用配管に接続された全主真空ポンプの排気速度の合計値が、排気する各単結晶引上げ装置のチャンバー内の圧力を所定圧力とするために必要な排気速度の合計値より大きいものであることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の単結晶引上げ設備。
5. 前記共用配管を介して、さらに予備ポンプを接続し、前記主真空ポンプの故障時に、前記主真空ポンプから前記予備ポンプに切替えるものであることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の単結晶引上げ設備。
6. 前記予備ポンプを、前記主真空ポンプの電流値が所定値を越えた時に、自動的に起動し、該起動した予備ポンプと共用配管の間の弁を自動的に開とし、かつ電流値が所定値を超えた主真空ポンプと共用配管の間の弁を自動的に閉とし、その後、電流値が所定値を超えた主真空ポンプを自動的に停止させることによって、主真空ポンプから予備ポンプに自動的に切替えるものであることを特徴とする請求項５に記載の単結晶引上げ設備。
7. 複数台の単結晶引上げ装置を真空排気する方法であって、請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の単結晶引上げ設備を用い、前記主真空ポンプにより、複数台の単結晶引上げ装置の排気を行うことを特徴とする真空排気方法。

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