用于单晶提拉装置的坩埚或加热器的集尘冷却装置及集尘冷却方法

技术领域

本发明涉及用于在单晶提拉装置中的坩埚或加热器的冷却时回收从坩埚或加热器产生的粉尘且促进冷却的集尘冷却装置及集尘冷却方法。

背景技术

作为单晶硅锭的代表性的制造方法能够列举切克劳斯基法(CZ法)。CZ法中使用图3所示那样的在洁净室内设置的硅单晶提拉装置1000。单晶的提拉中，石英坩埚116A所含的氧和硅融液反应而生成硅氧化物(SiO

专利文献1中记载了用于防止该解体清扫时粉尘飞散而洁净室内的清洁度恶化的粉尘除去装置及方法。这里，将腔周围用合成树脂片覆盖，在该由合成树脂片覆盖的空间内，以隔着腔的方式设置供气用风扇和吸入风斗。吸入风斗与设置在比洁净室的地面靠下的凹陷内的排气用风扇连接。在排气用风扇的稍上游设置HEPA过滤器。使供气用风扇和排气用风扇工作时，从供气用风扇向腔形成气流，该气流被导向吸入风斗，借助HEPA过滤器除去气流中的粉尘，从排气用风扇排出清洁空气。

再参照图3，在硅单晶提拉装置1000的解体时，除了各种零件的清扫，还有从坩埚116除去残硅或更换坩埚116的各种作业。通常，借助单晶提拉装置1000完成锭的提拉后，取出该锭后进行开炉。在该阶段，包括残硅的坩埚116、位于其周围的加热器124为200℃左右的高温，所以使坩埚116及加热器124自然冷却，它们的温度下降至例如50℃以下的常温后进行上述的各种作业。

专利文献1：日本特开2004-224606号公报。

然而，通过自然冷却进行坩埚116及加热器124的冷却的情况下，冷却需要较长时间，有单晶提拉装置的作业的周期时间变长的问题。此外，刚开炉后坩埚116及加热器124为高温，所以在坩埚116及加热器124的周围由于热对流而产生较强的上升气流。包括硅氧化物(SiO

专利文献1的技术是在解体清扫时回收飞散的粉尘的技术，而并非是在坩埚或加热器的冷却时回收从它们产生的粉尘的技术。专利文献1中，没有将坩埚或加热器的冷却时从它们产生的粉尘视为问题，也没有将至解体作业为止的冷却需要较长时间视为问题。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种能够在单晶提拉装置中的坩埚或加热器的冷却时有效地回收粉尘且有效地促进冷却的集尘冷却装置及集尘冷却方法。

本发明的主要方案如下所述。

[1]一种集尘冷却装置，在借助单晶提拉装置完成锭的提拉后，在前述单晶提拉装置的坩埚或位于前述坩埚的周围的加热器的冷却时，回收从前述坩埚或前述加热器产生的粉尘，且促进前述冷却，前述集尘冷却装置的特征在于，具有罩、集尘抽吸机、导管，前述罩从上方覆盖前述坩埚或前述加热器，下方呈开放状态，前述导管将前述罩和前述集尘抽吸机连结，通过前述集尘抽吸机工作，气流从前述罩的下方流入前述罩的内部空间，在前述气流穿过前述加热器的周围或者前述坩埚的周围而经由前述导管的内部流入前述集尘抽吸机的过程中，前述集尘抽吸机回收前述粉尘，且前述气流促进前述冷却。

[2]如上述[1]所述的集尘冷却装置，前述导管的一端位于前述坩埚的内部。

[3]如上述[1]或[2]所述的集尘冷却装置，前述集尘抽吸机设置在与前述单晶提拉装置相同的层内。

[4]如上述[1]至[3]中任一项所述的集尘冷却装置，从前述罩、前述导管及前述集尘抽吸机选择的至少一者具有隔热体及吸热体的一方或两方。

[5]如上述[1]至[4]中任一项所述的集尘冷却装置，前述集尘抽吸机具有用于将内部冷却的热交换器。

[6]一种集尘冷却方法，在借助单晶提拉装置完成锭的提拉后，在前述单晶提拉装置的坩埚或位于前述坩埚的周围的加热器的冷却时，回收从前述坩埚或前述加热器产生的粉尘，且促进前述冷却，前述集尘冷却方法的特征在于，从上方用罩覆盖前述坩埚或前述加热器，前述罩的下方呈开放状态，准备集尘抽吸机，借助导管将前述罩和前述集尘抽吸机连结，通过使前述集尘抽吸机工作，气流从前述罩的下方流入前述罩的内部空间，在前述气流穿过前述加热器的周围或者前述坩埚的周围而经由前述导管的内部流入前述集尘抽吸机的过程中，前述集尘抽吸机回收前述粉尘，且前述气流促进前述冷却。

[7]如上述[6]所述的集尘冷却方法，使前述导管的一端位于前述坩埚的内部。

[8]如上述[6]或[7]所述的集尘冷却方法，将前述集尘抽吸机设置在与前述单晶提拉装置相同的层内。

[9]如上述[6]至[8]中任一项所述的集尘冷却方法，从前述罩、前述导管及前述集尘抽吸机选择的至少一者具有隔热体及吸热体的一方或两方。

[10]如上述[6]至[9]中任一项所述的集尘冷却方法，前述集尘抽吸机具有用于将内部冷却的热交换器。

发明效果

根据本发明的集尘冷却装置及集尘冷却方法，能够在单晶提拉装置的坩埚或加热器的冷却时，有效地回收粉尘且有效地促进冷却。

附图说明

图1是示出本发明的一实施方式的集尘冷却装置100的示意图。

图2是示出本发明的其他实施方式的集尘冷却装置200的示意图。

图3是示意地示出硅单晶提拉装置1000的结构的沿提拉轴X的剖视图。

具体实施方式

(单晶提拉装置)

首先，参照图3，对应用本发明的一实施方式的单晶提拉装置的一例即硅单晶提拉装置1000的结构进行说明。

硅单晶提拉装置1000具有主腔110、牵引腔111、坩埚116、轴118、轴驱动机构120、筒状的热屏蔽体122、筒状的加热器124、筒状的隔热体126、籽晶夹头128、提拉线材130、线材升降机构132及一对电磁铁134。

主腔110是在内部容纳坩埚116的有底圆筒形状的腔。牵引腔111具有与主腔110相同的中心轴，设置于主腔110的上方，是比主腔110直径小的圆筒形状的腔。在主腔110与牵引腔111之间设置闸阀112，通过该闸阀112的开闭，主腔110及牵引腔111内的空间彼此连通/切断。在牵引腔111的上部，设置将Ar气体等的非活性气体导入主腔110内的气体导入口113。此外，在主腔110的底部，设置借助图中未示出的真空泵的驱动将主腔110内的气体抽吸而排出的气体排出口114。

坩埚116配置于主腔110的中心部，容纳硅融液M。坩埚116具有石英坩埚116A和石墨坩埚116B的双层构造。石英坩埚116A借助内表面直接支承硅融液M。石墨坩埚116B在石英坩埚116A的外侧支承石英坩埚116A。

轴118在铅垂方向上贯通主腔110的底部，在上端支承坩埚116。并且，轴驱动机构120经由轴118使坩埚116旋转且升降。

热屏蔽体122设置成在坩埚116的上方包围从硅融液M提拉的单晶硅锭I。

筒状的加热器124定位成在主腔110内包围坩埚116。加热器124一般是以碳为材料的电阻加热式加热器，将投入至坩埚116内的硅原料熔融而形成硅融液M，进而，进行用于维持所形成的硅融液M的加热。

筒状的隔热体126在比热屏蔽体122的上端靠下方处与加热器124的外周面离开而沿主腔110的内侧面设置。隔热体126对主腔110内的特别是在比热屏蔽体122靠下方的区域施加保热效果，具有容易维持坩埚116内的硅融液M的功能。

在坩埚116的上方，将保持籽晶S的籽晶夹头128在下端保持的提拉线材130与轴118配置于同轴上，线材升降机构132使提拉线材130向与轴118相反的方向或相同的方向以既定的速度旋转且升降。

一对电磁铁134在主腔110的外侧在包括坩埚116的高度范围相对于提拉轴X左右对称地设置。电流流过该一对电磁铁34的绕组，从而能够产生相对于硅融液M形成水平的磁场分布的水平磁场。图3中示出了产生水平磁场的一对电磁铁34，但也可以取而代之，配置产生相对于硅融液M形成凹坑型的磁场分布的凹坑磁场的电磁铁。在晶体培育时相对于硅融液M不施加磁场的情况下无需电磁铁。

如前所述，借助单晶提拉装置1000完成锭的提拉后，取出该锭后进行开炉。也参照图1、2，在该阶段，包括残硅R的坩埚116、位于其周围的加热器124为200℃左右的高温。以往将坩埚116及加热器124自然冷却，它们的温度下降至例如50℃以下的常温后，除了各种零件的清扫，进行从坩埚116除去残硅或更换坩埚116的各种作业。本发明的一实施方式的集尘冷却装置及集尘冷却方法在坩埚116或加热器124的冷却时应用，优选地在坩埚116及加热器124的冷却时应用。

(集尘冷却装置及集尘冷却方法)

参照图1，对本发明的一实施方式的集尘冷却装置100及集尘冷却方法进行说明。集尘冷却装置100与使用其的集尘抽吸方法在借助单晶提拉装置完成锭的提拉后，在单晶提拉装置的坩埚116及加热器124的一方或两方的冷却时，回收从坩埚116及加热器124的一方或两方产生的粉尘，且促进坩埚116及加热器124的一方或两方的冷却。集尘冷却装置100具有罩10、导管20及集尘抽吸机30作为主要的结构要素。

[罩]

罩10从上方覆盖坩埚116及加热器124的一方或两方(优选地为两方)，下方为开放状态。即，在罩10的下端和腔基座136之间存在间隙。本实施方式在单晶提拉装置中，特别地关注坩埚116及加热器124的一方或两方，关注它们冷却时从它们产生的粉尘。因此，开炉后，借助罩10覆盖主腔110未覆盖的状态的坩埚116及加热器124的一方或两方。另外，图1所示的腔基座136是图3的腔110的下部中腔110被分割时的分割开口上表面，腔基座136的高度位置是地面高度，即与洁净室的地面相同的高度位置。

罩10的材料没有特别限定，但优选地，罩10在不与坩埚116及加热器124的一方或两方接触的情况下，从上方覆盖坩埚116及加热器124的一方或两方，为此优选具有必要的刚性。此外，罩10优选具有能够耐受高温的坩埚116及加热器124导致的辐射热的耐热性。作为一例，罩10具有内装10A、隔热体10B及外装10C的3层构造。内装10A能够是设有内衬的不锈钢板。通过在内装10A的不锈钢板设置内衬，能够避免不锈钢板与加热器124直接接触而不锈钢的切削粉附着于加热器124。内衬材料优选为特氟龙(注册商标)系树脂或碳。外装10C能够设为不锈钢板。通过在内装10A和外装10C之间配置隔热体10B，能够抑制罩10的外侧的温度上升。隔热体10B也会成为发尘源，所以优选地夹在内装10A和外装10C之间。罩10也优选为具有真空双层构造。由此，无需隔热体10B。

罩10只要能够从上方覆盖坩埚116及加热器124的一方或两方则其形状及尺寸不被限定。但是，从使罩10内的覆盖坩埚116及加热器124的空间的尺寸最小化的观点出发，如图1所示，罩10优选为具有平坦且水平地延伸的上部、与该上部连结而铅垂地延伸的侧部，没有底部的形状。上部的形状优选与坩埚116及加热器124同样为圆形。由此，罩10内部的气流容易变得均匀。罩10的内部尺寸优选为内径是500～2500mm左右，高度是300～1500mm左右。作为使用罩10时的状态，罩10的内径优选为比加热器124的外径大100～300mm，罩10的上部的内表面与加热器124的上端的间隙优选为100～300mm。此外，罩10的下端和腔基座136的间隙优选为50～150mm。

[导管]

导管20将罩10和集尘抽吸机30连结。具体地，导管20从罩10的上部以一端位于罩10的内部空间的方式插入，另一端与集尘抽吸机30连接。从粉尘的回收效率及冷却的促进效率的观点出发，导管20的一端优选位于坩埚116的内部。导管20的材料没有特别限定，但优选具有能够耐受通过内部的高温的气流的耐热性。作为一例，导管20具有导管主体20A、隔热体20B及外装20C的3层构造。导管主体20A能够设为特氟龙(注册商标)或不锈钢板，从罩10的上部装入，其一端位于罩10的内部空间，优选地位于坩埚116的内部。外装20C能够为不锈钢板。通过在导管主体20A和外装20C之间配置隔热体20B，能够抑制导管20的外侧的温度上升。隔热体20B也会成为发尘源，所以优选地夹在导管主体20A和外装20C之间。导管20也优选为具有真空双层构造。由此，无需隔热体20B。

导管20的形状及尺寸没有特别限定。关于形状，例如能够令与延伸方向垂直的截面形状为圆形或矩形。圆形的情况下，导管20的内径能够为40～600mm左右，矩形的情况下，导管20的内尺寸可以令一边为40～600mm左右。导管20的长度只要能够将另一端与集尘抽吸机30连接就不被特别限定。

[集尘抽吸机]

参照图1，对集尘抽吸机30的构造进行说明。集尘机30具有下述构造：具有壳体34、位于其内部的抽吸鼓风机35，从由抽吸鼓风机35形成的气流的上游侧设置有两级的过滤器(中性能过滤器31及HEPA过滤器32)。集尘抽吸机30的内部(壳体34的内部)借助中性能过滤器31和HEPA过滤器32从气流的上游侧划分成第1内部空间33A、第2内部空间33B及第3内部空间33C。在本实施方式中，抽吸鼓风机35配置于第2内部空间33B，但不限于此，只要是壳体34的内部即可。抽吸鼓风机35优选具有能够耐受流入集尘抽吸机30的内部的高温的气流的耐热性。

导管20的另一端与壳体34中的划分第1内部空间33A的部分连接。因此，穿过导管20的内部的气流首先流入集尘抽吸机30的第1内部空间33A。流入第1内部空间33A的气流在被送向第2内部空间33B的过程中通过中性能过滤器31。中性能过滤器31具有捕捉粒径大致1μm以上的粉尘的功能。流入第2内部空间33B的气流在被送向第3内部空间33C的过程中通过HEPA过滤器32。HEPA过滤器32具有捕捉粒径大致0.3μm以上的粉尘的功能。流入第3内部空间33C的气流经由设置在壳体34中的划分第3内部空间33C的部分的排气口36被向集尘抽吸机30的外部排出。即，集尘抽吸机30从导管20的内部抽吸包括粉尘的空气，借助中性能过滤器31及HEPA过滤器32捕捉粉尘，同时将不含粒径0.3μm以上的粉尘的清洁空气放出。

作为一例，壳体34具有内装34A、隔热体34B及外装34C的3层构造。内装34A能够设为不锈钢板。但是，如图1所示，内装34A也可以仅设置于壳体34中的比HEPA过滤器32靠下游的划分出第3内部空间33C的部分。隔热体34B也会为发尘源，所以优选地在比HEPA过滤器32靠下游的部分夹在内装34A和外装34C之间，但在比HEPA过滤器32靠上游的部分，即使隔热体34B暴露，也能够借助HEPA过滤器32捕捉来自隔热体34B的发尘。通过配置隔热体34B，能够抑制集尘抽吸机30的外侧的温度上升。外装34C能够设为不锈钢板。壳体34优选地具有真空双层构造。由此，无需隔热体34B。

通过集尘抽吸机30工作，即抽吸鼓风机35工作，如下所述地产生气流。首先，气流从罩10的下方流入罩10的内部空间，该气流穿过加热器124的周围及/或坩埚116的周围，经由导管20的内部流入集尘抽吸机30。该气流中包含从加热器124及坩埚116的一方或两方产生的粉尘，但集尘抽吸机30能够回收粉尘，不使粉尘在设置有硅单晶提拉装置1000的洁净室内飞散。这是因为，罩10的下方为开放状态且导管20从罩10的上部以一端位于罩10的内部空间的方式插入。由此，在本实施方式中，即使没有供气用风扇那样的供气机构，仅使集尘抽吸机30的抽吸鼓风机35工作，也能够形成用于有效地回收从加热器124及坩埚116的一方或两方产生的粉尘的气流。此外，该气流能够从加热器124及坩埚116的一方或两方有效地放热，所以能够有效地促进加热器124及坩埚116的一方或两方的冷却。

集尘抽吸机30设置于比洁净室的地面靠下的凹陷的情况下，洁净室内的室压下降，有洁净室内的清洁度恶化的可能。因此，集尘抽吸机30优选地设置于与单晶提拉装置1000相同的层内(即，洁净室内)。由此，没有由于洁净室内的室压下降而清洁度恶化的可能。

例如，集尘抽吸机30设置在带升降机构的台车50上，所述带升降机构的台车50设置在洁净室内的层上。集尘抽吸机30、导管20及罩10一体固定的情况下，使带升降机构的台车50升降，从而能够使罩10上下运动来覆盖坩埚116及加热器124。

[集尘抽吸机的变形例]

参照图2，对本发明的其他实施方式的集尘冷却装置200及集尘冷却方法进行说明。集尘冷却装置200和使用其的集尘抽吸方法除了集尘抽吸机40的结构与集尘抽吸机30不同这一点以外，与图1所示的集尘冷却装置100相同。由此，罩10及导管20的说明引用与图1相关的记载。

参照图2，对集尘抽吸机40的构造进行说明。集尘机40具有下述构造：具有壳体44、位于其内部的抽吸鼓风机45，从由抽吸鼓风机45形成的气流的上游侧设置有两级的过滤器(中性能过滤器41及HEPA过滤器42)。集尘抽吸机40的内部(壳体44的内部)被中性能过滤器41和HEPA过滤器42从气流的上游侧划分成第1内部空间43A、第2内部空间43B及第3内部空间43C。在本实施方式中，抽吸鼓风机45配置于第2内部空间43B，但不限于此，为集尘抽吸机40的内部即可。抽吸鼓风机45优选地具有耐受流入集尘抽吸机40的内部的高温的气流的耐热性。

导管20的另一端与壳体44中的划分出第1内部空间43A的部分连接。因此，穿过导管20的内部的气流首先流入集尘抽吸机40的第1内部空间43A。流入第1内部空间43A的气流在被送向第2内部空间43B的过程中通过中性能过滤器41。中性能过滤器41具有捕捉粒径大致1μm以上的粉尘的功能。流入第2内部空间43B的气流在被送向第3内部空间43C的过程中通过HEPA过滤器42。HEPA过滤器42具有捕捉粒径大致0.3μm以上的粉尘的功能。第3内部空间43C也与壳体44一同被不锈钢的穿孔板46划分。流入第3内部空间43C的气流经由穿孔板46的贯通孔被向集尘抽吸机40的外部排出。即，集尘抽吸机40从导管20的内部抽吸包括粉尘的空气，借助中性能过滤器41及HEPA过滤器42捕捉粉尘，且将不含粒径0.3μm以上的粉尘的清洁的空气放出。

作为一例，壳体44具有内装44A、隔热体44B及外装44C的3层构造。内装44A能够为不锈钢板。但是，如图2所示，内装44A也可以仅设置于壳体44中的比HEPA过滤器42靠下游的划分出第3内部空间43C的部分。通过配置隔热体44B，能够抑制集尘抽吸机40的外侧的温度上升。外装44C能够为不锈钢板。壳体44优选地具有真空双层构造。由此，无需隔热体44B。

关于通过集尘抽吸机40工作而产生的气流和由此产生的粉尘回收及冷却促进，引用与图1相关的说明。进而，在本实施方式中，集尘抽吸机40具有热交换器47及冷却器48。热交换器47配置于第3内部空间43C，但不限于此，为壳体44的内部即可。冷却器48配置于壳体44的外侧，但不限于此，与热交换器47连接即可。在本实施方式中，借助与冷却器48连接的热交换器47，流入壳体44的高温的气流被冷却。结果，能够从加热器124及坩埚116的一方或两方更有效地放热，所以能够更有效地促进加热器124及坩埚116的一方或两方的冷却。

与图1相同，集尘抽吸机40优选地设置于与单晶提拉装置1000相同的层内(即，洁净室内)，例如，设置在带升降机构的台车50上，所述带升降机构的台车50设置在洁净室内的层上。

[隔热体·吸热体]

隔热体10B、隔热体20B、隔热体34B及隔热体44B的材料没有特别限定，但例如能够使用特氟龙(注册商标)系的海绵、进行了表面涂层的碳。此外，也可以将隔热体10B、隔热体20B、隔热体34B及隔热体44B中的至少一个用吸热体取代。或者，在从罩10、导管20、集尘抽吸机30、集尘抽吸机40选择的至少一个上除了隔热体10B、隔热体20B、隔热体34B及隔热体44B还设置吸热体。通过设置吸热体，能够从加热器124及坩埚116的一方或两方有效地放热，所以能够有效地促进加热器124及坩埚116的一方或两方的冷却。吸热体的材料没有特别限定，但例如能够设为陶瓷纤维、PTFE多孔质材。

实施例

(发明例)

准备图1所示的集尘冷却装置100。借助硅单晶提拉装置完成锭的提拉，取出该锭后进行开炉。相对于刚开炉后的坩埚及加热器，使用图1所示的集尘冷却装置100，应用关于图1了说明的集尘冷却方法，进行冷却直至坩埚及加热器变为50℃以下。

(比较例)

借助硅单晶提拉装置完成锭的提拉，取出该锭后进行开炉。将刚开炉后的坩埚及加热器自然冷却，待机至坩埚及加热器变为50℃以下。

[评价]

比较刚开炉后至坩埚及加热器变为50℃以下的时间后可知，与比较例中为90分钟相对，发明例中为25分钟，发明例中能够有效地进行冷却。

此外，发明例及比较例中均测定了冷却中的洁净室内的颗粒数(最大值)。具体地，在罩的开口部的位置，在冷却中以1分钟间隔进行颗粒数的测定，采用所得到的测定值中的最大值。结果，粒径0.3μm以上的颗粒数在比较例中为5000个/ft

产业上的可利用性

根据本发明的集尘冷却装置及集尘冷却方法，能够在单晶提拉装置中的坩埚或加热器的冷却时有效地回收粉尘且有效地促进冷却。

附图标记说明

100 集尘冷却装置

200 集尘冷却装置

10 罩

10A 内装(不锈钢+内衬)

10B 隔热体

10C 外装(不锈钢)

20 导管

20A 导管主体

20B 隔热体

20C 外装(不锈钢)

30 集尘抽吸机

31 中性能过滤器

32 HEPA过滤器

33A 第1内部空间

33B 第2内部空间

33C 第3内部空间

34 壳体

34A 内装(不锈钢)

34B 隔热体

34C 外装(不锈钢)

35 抽吸鼓风机

36 排气口

40 集尘抽吸机

41 中性能过滤器

42 HEPA过滤器

43A 第1内部空间

43B 第2内部空间

43C 第3内部空间

44 壳体

44A 内装(不锈钢)

44B 隔热体

44C 外装(不锈钢)

45 抽吸鼓风机

46 穿孔板(不锈钢)

47 热交换器

48 冷却器

50 带升降机构的台车

1000 硅单晶提拉装置

110 主腔

111 牵引腔

112 闸阀

113 气体导入口

114 气体排出口

116 坩埚

116A 石英坩埚

116B 石墨坩埚

118 轴

120 轴驱动机构

122 热屏蔽体

124 加热器

126 隔热体

128 籽晶夹头

130 提拉线材

132 线材升降机构

134 电磁铁

136 腔基座

S 籽晶

M 硅融液

I 单晶硅锭

X 提拉轴

R 残硅。