(57)【要約】      （修正有）【課題】塊状の固体原料が坩堝に投入されるときに発生するスプラッシュを抑制するとともに、発生したスプラッシュの飛散を抑制することができる固体原料投入装置を提供する。また前記固体原料投入装置を含んで構成される融液原料供給装置および結晶製造装置を提供する。【解決手段】塊状の固体原料４を副坩堝２１の開口に向けて案内して供給する案内部材１と、固体原料４を案内部材１に供給する固体原料供給手段３と、飛散防止部材２とを含む固体原料投入装置１０とする。また固体原料投入装置１０を備える融液原料供給装置２０および結晶製造装置とする。【選択図】図２
2008195601.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
坩堝の開口に対して鉛直方向上方に配置されて、鉛直方向下端部に排出口が形成され、前記排出口とは水平方向にずれた位置で鉛直方向上端部に投入口が形成され、投入口から鉛直方向下方に進むにつれて水平方向に進んで排出口に連なる傾斜面が形成される案内部材と、
坩堝で融解させるべき塊状の固体原料を、案内部材の投入口に供給する固体原料供給手段と、
前記排出口鉛直方向上方に配置され、前記排出口を上面側から覆う飛散防止部材とを含むことを特徴とする固体原料投入装置。
【請求項２】
前記固体原料供給手段は、
固体原料を収容する凹所が形成される固体原料収容容器と、
前記固体原料収容容器を前記投入口の上方に配置した状態で、前記固体原料収容容器を水平な方向に延びる回転軸線まわりに回転させる回転手段とを有することを特徴とする請求項１記載の固体原料投入装置。
【請求項３】
前記固体原料収容容器の開口は、四角形状に形成されることを特徴とする請求項２記載の固体原料投入装置。
【請求項４】
前記飛散防止部材は、排出口を覆う排出口被覆部と、
排出口被覆部のうち、案内部材の投入口寄りの部分から上方に屈曲する屈曲部とを有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の固体原料投入装置。
【請求項５】
前記案内部材は、前記傾斜面と、
前記傾斜面の傾斜方向に垂直で水平な方向の両側端部に形成される側壁面とを含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の固体原料投入装置。
【請求項６】
前記傾斜面は、幅手方向の長さが、投入口から排出口にわたって投入口での幅と同じ長さに形成されるか、または投入口での幅が最も短くなるように形成されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の固体原料投入装置。
【請求項７】
前記案内部材の傾斜面と、水平面とが成す鋭角θが、案内部材と固体原料との平均静止摩擦係数をμとしたとき、
０．７ｔａｎ−１μ≦θ≦２ｔａｎ−１μで導かれる範囲に設定されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の固体原料投入装置。
【請求項８】
前記斜面部材は、固体原料の硬さよりも高い硬さをもつ材料によって傾斜面が形成されることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の固体原料投入装置。
【請求項９】
前記固体原料がシリコンであることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つに記載の固体原料投入装置。
【請求項１０】
結晶製造装置の主坩堝に融液原料を供給する融液原料供給装置において、
融液を貯留する副坩堝と、
前記副坩堝を加熱する加熱手段と、
副坩堝に塊状の固体原料を投入する固体原料投入装置と、
副坩堝内に貯留される融液を結晶製造装置の主坩堝に導く融液導入手段とを含み、
前記固体原料投入装置は、
副坩堝の開口に対して鉛直方向上方に配置されて、鉛直方向下端部に排出口が形成され、前記排出口とは水平方向にずれた位置で鉛直方向上端部に投入口が形成され、投入口から鉛直方向下方に進むにつれて水平方向に進んで排出口に連なる傾斜面が形成される案内部材と、
副坩堝で融解させるべき塊状の固体原料を、案内部材の投入口に投入する固体原料供給手段と、
前記排出口鉛直方向上方に配置され、前記排出口を上面側から覆う飛散防止部材とを有することを特徴とする融液原料供給装置。
【請求項１１】
融液導入手段は、前記融液原料供給装置の副坩堝の側面に配置されて、副坩堝から結晶製造装置の主坩堝に融液原料を流過させる融液原料流過手段であって、
副坩堝への固体原料の投入によって、副坩堝の側壁に形成される導入口から溢れ出る融液原料を結晶製造装置の主坩堝に導く流路を形成する流路形成部を有することを特徴とする請求項１０記載の融液原料供給装置。
【請求項１２】
副坩堝の中心軸線に垂直な断面で見た場合、前記導入口と、案内部材の排出口とが、中心に関して、略点対称となる位置に位置することを特徴とする請求項１１記載の融液原料供給装置。
【請求項１３】
前記固体原料投入装置は、請求項１〜９のいずれか１つに記載の固体原料投入装置であることを特徴とする請求項１０〜１２のいずれか１つに記載の融液原料供給装置。
【請求項１４】
主坩堝内で融解された融液原料から結晶体を成長させる結晶製造装置において、
融液原料を貯留する主坩堝と、
前記主坩堝を加熱する加熱手段と、
主坩堝に融液原料を供給する請求項１０〜１３のいずれか１つに記載の融液原料供給装置とを含んで構成される結晶製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体原料が融解される坩堝に固体原料を投入する固体原料投入装置に関する。また結晶製造装置の主坩堝に融液原料を供給する融液原料供給装置に関する。さらに主坩堝内で融解された融液から結晶体を成長させる結晶製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコン、ＧａＡｓなどの半導体の結晶体は、ＩＣ，ＬＳＩなどの半導体デバイス材料として広く用いられる。
【０００３】
結晶製造装置において、結晶体を継続的に製造するために、結晶体が製造される主坩堝に、固体原料または融液原料を随時供給する装置が種々提案されている。大径かつ長大な結晶体を連続的に製造するために、主坩堝から引上げられる結晶体の成長容量に応じて、主坩堝に固体原料である顆粒状のシリコンが投入される装置が、たとえば特許文献１に開示されている。
【０００４】
特許文献１に開示される装置では、主坩堝内に原料融液の液面を液面下で連通した状態で内、外の領域に区分する隔壁が配置される。さらに前記隔壁に、前記主坩堝の外側領域からの融液原料の飛散を防止する飛散防止板が設けられる。また固体原料を主坩堝に案内する原料供給管および原料導入治具が、主坩堝の上方に配置される。また主坩堝に投入される固体原料は、粒状シリコン種をシランガスなどに暴露することによって成長させて製造される顆粒状シリコンである。
【０００５】
特許文献１に開示される装置で結晶体を製造する場合、主坩堝および種結晶を回転させた状態で、前記隔壁によって区分された主坩堝内の内側領域の融液に種結晶を浸して、引上げを行う。このとき主坩堝から引上げられる結晶体の成長容量に応じて、固体原料である顆粒状のシリコンが、原料供給管およびロートに管部を接続した原料導入治具を通して、前記隔壁によって区分された主坩堝内の外側領域に投入される。投入された顆粒状のシリコン固体原料は、主坩堝内で融解されて融液となり、結晶体を製造するための融液原料となる。
【０００６】
また特許文献２には、主坩堝に固体原料を投入するための供給管を有する装置が開示されている。さらに前記供給管の内部に、たとえば一定間隔毎に互い違いに、それぞれ下方に傾斜した状態で、邪魔板が固定される。各邪魔板は、その下端縁と供給管内面との間に間隙を形成し、これら間隙の最小値は、固体原料が容易に通過できる大きさで、かつ固体原料が主坩堝に落下するときの落下速度を適度に低下させるように考慮した値に設定される。
【０００７】
特許文献２に開示される装置で固体原料を主坩堝に投入する場合、固体原料は供給管内を通過する。このとき供給管内に配置される邪魔板によって、固体原料の落下速度が低下され、固体原料が主坩堝に投入される。
【０００８】
【特許文献１】特開平２−９７９０号公報
【特許文献２】特開平１−１１９５９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
このような特許文献１に開示される装置では、顆粒状のシリコン固体原料を主坩堝に、随時投入して融解させ、主坩堝内に融液を補充することで、結晶体を継続的に製造することが可能である。
【００１０】
また顆粒状のシリコン固体原料が主坩堝内の融液に投入される場合、固体原料が融解される直前に顆粒が破裂する。このとき顆粒状のシリコン固体原料が破裂することによって発生する顆粒砕片が主坩堝内に飛散する。また破裂する顆粒状のシリコン固体原料の近傍に存在する融液も主坩堝内に飛散する。
【００１１】
特許文献１に開示される装置では、主坩堝内の隔壁に飛散防止板が設けられるので、前述の飛散した顆粒砕片および融液である飛散物質が、主坩堝内で製造中の結晶体に付着するのを防止することができる。また飛散防止板は、飛散物質が主坩堝から外側に飛出すことを防止する。そのため主坩堝の外側に配置される周辺機器に、飛散物質が付着することを防止して、周辺機器の破損を防止することができる。
【００１２】
しかしながら特許文献１に開示される装置では、主坩堝に投入される固体原料が、粒状シリコン種をシランガスなどに暴露することによって成長させて製造される顆粒状シリコンである。顆粒状シリコンは、シーメンス法によって製造される多結晶シリコン棒と比較してコストが高い。
【００１３】
シーメンス法によって製造される多結晶シリコン棒は、劈開して、塊状のシリコン原料とし、主坩堝に投入する固体原料として使用される。多結晶シリコン棒は、劈開する回数を増やすことによって顆粒形状にすることができるが、劈開作業および得られた固体原料を洗浄する工数が増えて、コストが高くなる。そのためコスト低減のためには、最小限の劈開回数で作成された、大サイズの塊状シリコンを固体原料として使用する必要がある。
【００１４】
特許文献１に開示される装置において、固体原料として大サイズの塊状シリコンを使用する場合、塊状シリコンは、原料供給管および原料導入治具を通して主坩堝に投入される。
【００１５】
そのため塊状シリコンが原料供給管に向けて供給される供給位置は、原料供給管を用いない場合に比べて、塊状シリコンが投入される主坩堝に対して高い位置となる。
【００１６】
前記供給位置における塊状シリコンの位置エネルギーは、原料供給管を用いない場合に比べて大きくなるので、塊状シリコンが主坩堝内の融液に落下したとき、多量かつ激しいスプラッシュが発生する場合がある。この多量のスプラッシュが主坩堝内の隔壁に設けられる飛散防止板に付着すると、スプラッシュの構成であるシリコンと飛散防止板の熱膨張率の差によって、飛散防止板が割れたり、欠けたりする場合がある。さらに原料供給管の下端に多量のスプラッシュが付着して、原料供給管の開口部を塞ぐと、塊状シリコンを主坩堝に投入できなくなる場合がある。
【００１７】
また大サイズの塊状シリコンが原料供給管に向けて供給される場合、塊状シリコンが原料供給管の管内部で、ブリッジを形成して詰まることがないように、原料供給管の管内径を、１つの塊状シリコンの大きさの３倍程度に設計する必要がある。このように管内径が設計された原料供給管は、コストが高い。さらに原料供給管には、前述のように多量のスプラッシュが付着するので、原料供給管を頻繁に交換する必要があり、ランニングコストも増大する。
【００１８】
特許文献２に開示される装置では、主坩堝に固体原料を投入するための供給管の内部に邪魔板が固定される。そのため大サイズの塊状シリコンが供給管の内部を通過するとき、供給管内に配置される邪魔板によって、特許文献１に開示される装置に比べて、塊状シリコンの落下速度が低下された状態で、塊状シリコンを主坩堝に投入することができる。
【００１９】
したがって塊状シリコンが主坩堝内の融液に落下したときの融液面の揺れを抑制することができ、主坩堝内で製造中の結晶体の品質を高品質に維持することができる。さらに塊状シリコンが主坩堝内の融液に落下したときに発生するスプラッシュを抑制することができる。
【００２０】
しかしながら特許文献２に開示される装置のように、原料供給管の内部に邪魔板を配置する構成では、原料供給管の構造が複雑になるため、コストが高くなる。大サイズの塊状シリコンを固体原料として使用する場合、塊状シリコンが邪魔板と原料供給管の管内面との間隙で、ブリッジを形成して詰まることがないように、前記間隙を、１つの塊状シリコンの大きさの３倍程度に設計する必要がある。このように間隙が設計された邪魔板を有する原料供給管は、コストがさらに高くなる。
【００２１】
また特許文献２に開示される装置では、塊状シリコンが主坩堝内の融液に落下したときに発生するスプラッシュの飛散を防止する飛散防止板が設けられていない。そのため飛散物質が主坩堝内で製造中の結晶体に付着したり、主坩堝から外側に飛出してしまう場合がある。
【００２２】
したがって本発明の目的は、塊状の固体原料が坩堝に投入されるときに発生するスプラッシュを抑制するとともに、発生したスプラッシュの飛散を抑制することができる固体原料投入装置を提供することである。また前記固体原料投入装置を含んで構成される融液原料供給装置および結晶製造装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
本発明は、坩堝の開口に対して鉛直方向上方に配置されて、鉛直方向下端部に排出口が形成され、前記排出口とは水平方向にずれた位置で鉛直方向上端部に投入口が形成され、投入口から鉛直方向下方に進むにつれて水平方向に進んで排出口に連なる傾斜面が形成される案内部材と、
坩堝で融解させるべき塊状の固体原料を、案内部材の投入口に供給する固体原料供給手段と、
前記排出口鉛直方向上方に配置され、前記排出口を上面側から覆う飛散防止部材とを含むことを特徴とする固体原料投入装置である。
【００２４】
また本発明は、前記固体原料供給手段は、
固体原料を収容する凹所が形成される固体原料収容容器と、
前記固体原料収容容器を前記投入口の上方に配置した状態で、前記固体原料収容容器を水平な方向に延びる回転軸線まわりに回転させる回転手段とを有することを特徴とする。
【００２５】
また本発明は、前記固体原料収容容器の開口は、四角形状に形成されることを特徴とする。
【００２６】
また本発明は、前記飛散防止部材は、排出口を覆う排出口被覆部と、
排出口被覆部のうち、案内部材の投入口寄りの部分から上方に屈曲する屈曲部とを有することを特徴とする。
【００２７】
また本発明は、前記案内部材は、前記傾斜面と、
前記傾斜面の傾斜方向に垂直で水平な方向の両側端部に形成される側壁面とを含むことを特徴とする。
【００２８】
また本発明は、前記傾斜面は、幅手方向の長さが、投入口から排出口にわたって投入口での幅と同じ長さに形成されるか、または投入口での幅が最も短くなるように形成されることを特徴とする。
【００２９】
また本発明は、前記案内部材の傾斜面と、水平面とが成す鋭角θが、案内部材と固体原料との平均静止摩擦係数をμとしたとき、
０．７ｔａｎ−１μ≦θ≦２ｔａｎ−１μで導かれる範囲に設定されることを特徴とする。
【００３０】
また本発明は、前記斜面部材は、固体原料の硬さよりも高い硬さをもつ材料によって傾斜面が形成されることを特徴とする。
【００３１】
また本発明は、前記固体原料がシリコンであることを特徴とする。
また本発明は、結晶製造装置の主坩堝に融液原料を供給する融液原料供給装置において、
融液を貯留する副坩堝と、
前記副坩堝を加熱する加熱手段と、
副坩堝に塊状の固体原料を投入する固体原料投入装置と、
副坩堝内に貯留される融液を結晶製造装置の主坩堝に導く融液導入手段とを含み、
前記固体原料投入装置は、
副坩堝の開口に対して鉛直方向上方に配置されて、鉛直方向下端部に排出口が形成され、前記排出口とは水平方向にずれた位置で鉛直方向上端部に投入口が形成され、投入口から鉛直方向下方に進むにつれて水平方向に進んで排出口に連なる傾斜面が形成される案内部材と、
副坩堝で融解させるべき塊状の固体原料を、案内部材の投入口に投入する固体原料供給手段と、
前記排出口鉛直方向上方に配置され、前記排出口を上面側から覆う飛散防止部材とを有することを特徴とする融液原料供給装置である。
【００３２】
また本発明は、融液導入手段は、前記融液原料供給装置の副坩堝の側面に配置されて、副坩堝から結晶製造装置の主坩堝に融液原料を流過させる融液原料流過手段であって、
副坩堝への固体原料の投入によって、副坩堝の側壁に形成される導入口から溢れ出る融液原料を結晶製造装置の主坩堝に導く流路を形成する流路形成部を有することを特徴とする。
【００３３】
また本発明は、副坩堝の中心軸線に垂直な断面で見た場合、前記導入口と、案内部材の排出口とが、中心に関して、略点対称となる位置に位置することを特徴とする。
【００３４】
また本発明は、前記固体原料投入装置は、前記固体原料投入装置であることを特徴とする。
【００３５】
また本発明は、主坩堝内で融解された融液原料から結晶体を成長させる結晶製造装置において、
融液原料を貯留する主坩堝と、
前記主坩堝を加熱する加熱手段と、
主坩堝に融液原料を供給する前記融液原料供給装置とを含んで構成される結晶製造装置である。
【発明の効果】
【００３６】
本発明によれば、固体原料供給手段によって塊状の固体原料が供給される投入口と、固体原料が坩堝に向かって排出される排出口とが、案内部材の傾斜面を介して、水平方向にずれた位置で形成されるので、飛散防止部材を排出口に対して鉛直方向上方に配置することができる。
【００３７】
塊状の固体原料が坩堝に投入される場合、まず塊状の固体原料が、固体原料供給手段によって、案内部材の投入口に供給される。そのあと塊状の固体原料は、案内部材の傾斜面を滑り落ちて、排出口から坩堝に落下する。このとき固体原料が落下する衝撃によって、坩堝内で融解された融液の融液面に、スプラッシュが発生する。排出口を上面側から覆うように、飛散防止部材が配置されるので、発生したスプラッシュの飛散を抑制することができる。
【００３８】
また塊状の固体原料は、案内部材の傾斜面を滑り落ちて、排出口から坩堝に落下するので、固体原料の鉛直方向下向きの落下速度が低下する。そのためスプラッシュの発生が抑制される。
【００３９】
また本発明によれば、前記固体原料供給手段は、固体原料収容容器と、前記固体原料収容容器を回転させる回転手段とを有する。塊状の固体原料が坩堝に投入される場合、まず固体原料が、固体原料収容容器に落下して収容される。そのあと固体原料収容容器を回転手段によって回転することによって、固体原料収容容器に収容された固体原料が、案内部材の投入口に供給される。そのあと固体原料は、案内部材の傾斜面を滑り落ちて、排出口から坩堝に投入される。
【００４０】
固体原料収容容器を回転手段によって回転することによって、固体原料収容容器に収容された固体原料が案内部材の投入口に供給されるので、特許文献１，２にそれぞれ記載されるような原料供給管などを使用する必要がない。
【００４１】
そのため固体原料が案内部材の投入口に向けて供給される供給位置を、原料供給管を用いる場合に比べて、固体原料が投入される坩堝に対して低い位置に設定することができる。したがって固体原料が投入されたときに坩堝内で発生するスプラッシュを抑制することができる。
【００４２】
また本発明によれば、前記固体原料収容容器の開口は、四角形状に形成される。そのため固体原料収容容器に収容された固体原料を、開口部である四角形状角部に集めた状態で、案内部材の投入口に供給することができる。したがって投入口からの飛出しを防ぐために投入口を大きくする必要がなく、案内部材をコンパクトに設計することができ、装置コストを低減することができる。
【００４３】
また本発明によれば、飛散防止部材が排出口被覆部を有するので、固体原料が坩堝に投入されたときに発生するスプラッシュの飛散を抑制することができる。さらに飛散防止部材が屈曲部を有するので、案内部材の投入口の上方に配置される固体原料供給手段から供給される固体原料の飛散を抑制することができる。
【００４４】
また本発明によれば、前記案内部材には、傾斜面の傾斜方向に垂直で水平な方向の両側端部に側壁面が形成される。そのため固体原料が傾斜面を滑り落ちるときに、傾斜面からはみだしてしまうことを抑制することができる。
【００４５】
また本発明によれば、傾斜面は、幅手方向の長さが、投入口から排出口にわたって投入口での幅と同じ長さに形成されるか、または投入口での幅が最も短くなるように形成される。そのため固体原料が傾斜面を滑り落ちるときに、固体原料が滑り落ちる方向に対して固体原料が通過可能な幅が短くならないので、多くの固体原料が通過する場合であっても、傾斜面の途中で固体材料が集中して詰まることを抑制することができる。
【００４６】
また本発明によれば、前記案内部材の傾斜面と水平面とが成す鋭角が、案内部材と固体原料との平均静止摩擦係数を考慮して導かれる範囲に設定される。そのため固体原料が案内部材の傾斜面を滑り落ちるときの速度が抑制されながら、固体原料が坩堝に投入される。したがって固体原料が坩堝に投入されたときに発生するスプラッシュの飛散を抑制することができる。また固体原料が案内部材の傾斜面上で静止することがないので、継続的に固体原料を坩堝に投入することができる。
【００４７】
また本発明によれば、前記案内部材の傾斜面が、固体原料よりも高い硬さをもつ材料によって形成される。そのため固体原料が固体原料供給手段によって案内部材に供給されるとき、固体原料が案内部材に接触する衝撃によって傾斜面に発生する傷を抑制することができる。また固体原料が傾斜面を滑り落ちるときに発生する傷も抑制することができる。そのため傾斜面の傷に由来する異物の発生を抑制することができ、坩堝に異物が混入することを防止できる。
【００４８】
また本発明によれば、固体原料としてシリコンが使用される。シリコンでは、低コストでかつ高品質の固体原料は、シーメンス法によって製造される大サイズの塊状シリコンである。固体原料が大サイズの塊状シリコンであっても、坩堝に投入されるときに発生するスプラッシュを抑制するとともに、発生したスプラッシュの飛散を抑制することができる。
【００４９】
また本発明によれば、結晶製造装置の主坩堝に融液原料を供給する融液原料供給装置が、融液を貯留する副坩堝と、副坩堝を加熱する加熱手段と、副坩堝に塊状の固体原料を投入する固体原料投入装置と、副坩堝に貯留される融液を結晶製造装置の主坩堝に導く融液導入手段とを含んで構成される。
【００５０】
結晶製造装置の主坩堝に融液原料が供給される場合、まず塊状の固体原料が固体原料投入装置によって副坩堝に投入される。加熱手段によって加熱された副坩堝に投入された塊状の固体原料は、融解されて融液となり、副坩堝に貯留される。副坩堝に貯留される融液原料は、融液導入手段によって、結晶製造装置の主坩堝に導かれて、主坩堝内で結晶体を製造するための融液原料となる。
【００５１】
固体原料が固体原料投入装置によって副坩堝に投入され、融液原料が副坩堝に貯留されるので、融液原料を結晶体が製造される主坩堝に随時供給して補充することができる。そのため主坩堝内で結晶体を継続的に製造することができる。また加熱手段によって副坩堝を加熱することができるので、固体原料投入装置によって投入された固体原料を融解することができ、貯留される融液原料を常時融解した状態に維持することができる。
【００５２】
また前記固体原料投入装置の固体原料供給手段によって案内部材の投入口に供給された塊状の固体原料は、案内部材の傾斜面を滑り落ちて、排出口から副坩堝に落下するので、固体原料の鉛直方向下向きの落下速度が低下される。
【００５３】
そのため副坩堝内でのスプラッシュの発生が抑制できる。また排出口を上面側から覆うように飛散防止部材が配置されるので、副坩堝内で発生したスプラッシュの飛散を抑制することができる。そのため飛散物質が副坩堝から外側に飛出すことを防止することができる。したがって副坩堝の外側に配置される周辺機器に飛散物質が付着することを防止するだけでなく、主坩堝内で製造中の結晶体に飛散物質が付着することを防止することができる。
【００５４】
また本発明によれば、前記融液導入手段が、副坩堝の側面に配置され、副坩堝から結晶製造装置の主坩堝に融液原料を流過させる融液原料流過手段である。また融液導入手段は、副坩堝への固体原料の投入によって、副坩堝の側壁に形成される導入口から溢れ出る融液原料を結晶製造装置の主坩堝に導く流路を形成する流路形成部を有する。
【００５５】
副坩堝で貯留される融液原料が結晶製造装置の主坩堝に供給される場合、副坩堝内の融液原料の融液面が、副坩堝の側壁に形成される導入口より下側になるように、融液原料が副坩堝内に貯留される。この状態で副坩堝に固体原料が投入されると、固体原料の投入量に応じた融液原料が、導入口から溢れ出る。導入口から溢れ出た融液原料は、流路形成部内を流過して、結晶製造装置の主坩堝に供給される。
【００５６】
固体原料の投入量に応じて導入口から溢れ出た融液原料が、結晶製造装置の主坩堝に供給されるので、主坩堝への融液原料供給量を制御する別の制御手段を必要としない。そのため装置コストの低減化が可能である。
【００５７】
また本発明によれば、副坩堝の中心軸線に垂直な断面で見た場合、前記融液導入手段の導入口と、前記案内部材の排出口とが、中心に関して、略点対称となる位置にそれぞれ配置される。そのため案内部材の排出口から副坩堝に投入された固体原料は、融液導入手段の導入口に到達するまでに融解される。したがって融解していない固体原料が、導入口から結晶製造装置の主坩堝に供給されることを防止できる。
【００５８】
また本発明によれば、融液原料供給装置に配置される固体原料投入手段が、前記固体原料投入装置である。そのため塊状の固体原料が副坩堝に投入されるときに発生するスプラッシュが抑制されるとともに、発生したスプラッシュの飛散が抑制される。
【００５９】
また本発明によれば、主坩堝内で融解された融液原料から結晶体を成長させる結晶製造装置が、融液原料を貯留する主坩堝と、主坩堝を加熱する加熱手段と、主坩堝に融液原料を供給する前記融液原料供給装置とを含んで構成される。
【００６０】
結晶製造装置の主坩堝内で融液原料から結晶体を成長させる場合、まず融液原料が融液原料供給装置によって主坩堝に供給される。加熱手段によって加熱された主坩堝に投入された融液原料は主坩堝に貯留される。主坩堝に貯留される融液原料は、主坩堝内で結晶を成長させて結晶体を製造するための融液原料となる。そのあと主坩堝および種結晶を回転させた状態で、主坩堝内の融液に種結晶を浸して、引上げを行う。このようにして結晶体が製造される。
【００６１】
結晶製造装置が融液原料供給装置を含んでいるので、主坩堝から引上げられる結晶体の成長容量に応じて、結晶体を成長させる融液原料が融液原料供給装置によって主坩堝に供給される。そのため結晶体を継続的に製造することができる。また加熱手段によって主坩堝を加熱することができるので、主坩堝内で貯留される融液原料を常時融解した状態に維持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６２】
図１は、本発明の実施の一形態である結晶製造装置１００の構成を示す断面図であり、図２は、融液原料供給装置２０の構成を示す断面図である。結晶製造装置１００は、主坩堝１０１と、加熱手段１０３と、固体原料投入装置１０を有する融液原料供給装置２０とを含んで構成される。結晶製造装置１００は、たとえばシリコンなどの半導体の結晶体を製造する装置である。
【００６３】
融液原料供給装置２０は、結晶体を成長させる主坩堝１０１に融液原料を供給する装置である。融液原料供給装置２０は、副坩堝２１と、加熱手段２３と、固体原料投入装置１０と、融液導入手段２５とを含んで構成される。
【００６４】
副坩堝２１は、固体原料投入装置１０から投入された固体原料４および固体原料４が融解された融液原料５を、貯留する部材である。本実施の形態では、副坩堝２１は円筒状に形成され、上面から鉛直方向下方に向けて円柱状の凹所が形成される。副坩堝２１の側面および下面には、断熱部材２２が被覆される。断熱部材２２は、副坩堝２１からの放熱を抑制して、副坩堝２１が加熱手段２３によって効率よく加熱されるための部材である。加熱手段２３は、副坩堝２１を加熱する手段である。加熱手段２３は、副坩堝２１の側面を被覆する断熱部材２２の周囲を囲むように設けられる。
【００６５】
加熱手段２３としては、誘導加熱手段および抵抗加熱手段などによって実現される。前記誘導加熱手段では、副坩堝２１の側面を被覆する断熱部材２２の周囲を囲むように設けられた誘導加熱コイルに電流を流すことによって、副坩堝２１を加熱することができる。前記抵抗加熱手段では、カーボンなどで形成された発熱部材に電流を流すことによって、副坩堝２１を加熱することができる。本実施の形態では、加熱手段２３は誘導加熱手段であり、誘導加熱コイルは耐火煉瓦で被覆され、輻射熱から保護される。
【００６６】
加熱手段２３を副坩堝２１の外周に配置することによって、副坩堝２１に投入された固体原料４を融解させ、かつ副坩堝２１内で貯留される融液原料５を常時融解した状態に維持することができる。
【００６７】
固体原料投入装置１０は、塊状の固体原料を副坩堝２１に投入する装置である。固体原料投入装置１０は、案内部材１と、固体原料供給手段３と、飛散防止部材２とを含んで構成される。固体原料投入装置１０は、副坩堝２１の開口に対して鉛直方向上方に配置される。
【００６８】
固体原料供給手段３は、固体原料４を案内部材１に向けて落下させて供給する。案内部材１は、固体原料供給手段３によって供給される固体原料４を案内するとともに、鉛直方向の落下速度を減速させ、副坩堝２１に投入する。固体原料４が、坩堝内の融液内に進入することで、融液面に対して融液の一部が鉛直方向上方に飛散する。飛散防止部材２は、融液の一部となるプラッシュの拡がりを防ぐ。
【００６９】
図３は、案内部材１の構成を示す斜視図である。図４は、案内部材１の構成を示す上面図である。案内部材１は、固体原料供給手段３から供給された固体原料４を、副坩堝２１に導く部材であって、大略的に漏斗形状に形成される。案内部材１は、副坩堝２１の開口に対して鉛直方向上方に配置される。案内部材１は、鉛直方向両側に開口が形成される略筒状に形成され、鉛直方向両側に開放される連通空間が形成される。
【００７０】
連通空間は、下方に進むにつれて先細に形成される。本実施形態では、連通空間の下底の中心と上底の中心とを結ぶ直線が、鉛直方向下方に進むにつれて水平方向一方に傾斜する形状に形成される。
【００７１】
案内部材１には、鉛直方向下端部に排出口１ｂが形成される。排出口１ｂは、連通空間のうち下方に形成される開口となる。また案内部材１は、鉛直方向上端部に上方側開口が形成される。上方側開口のうちで一部の領域には、前記排出口１ｂとは水平方向にずれた位置に投入口１ｄが形成される。また案内部材１は、連通空間に対して、鉛直方向下方から臨む傾斜面１ａが形成される。傾斜面１ａは、投入口１ｄから鉛直方向下方に進むにつれて水平方向に進んで排出口１ｂに連なる。
【００７２】
本実施の形態では、図３（ａ）および図４（ａ）に示すように、傾斜面１ａは、幅手方向の長さが、投入口１ｄから排出口１ｂにわたって投入口１ｄでの幅と同じ長さに形成される。また、図３（ｂ）および図４（ｂ）に示すように、傾斜面１ａの幅手方向の長さが連続的に変化して、投入口１ｄでの幅が最も短くなるように形成されてもよい。このように傾斜面１ａの幅手方向の長さを設定することによって、固体原料４が傾斜面１ａを滑り落ちるときに、固体原料４が滑り落ちる方向に対して固体原料４が通過可能な幅が短くならない。そのため、多くの固体原料４が通過する場合であっても、固体原料４が傾斜面１ａの途中で集中して詰まってしまうことを抑制することができる。
【００７３】
また案内部材１は、連通空間に対して、傾斜面１ａの傾斜方向に垂直で水平な方向にそれぞれ臨む側壁面１ｃを含んで構成される。
【００７４】
側壁面１ｃは、傾斜面１ａから屈曲して、鉛直方向および傾斜方向を含む平面に平行に延びる。また案内部材１は、連通空間に対して、傾斜面１ａと反対側から臨む対向面を含んで形成される。このように傾斜面と、２つの側壁面１ｃと、対向面とによって、連通空間が規定される。以上のように案内部材１に側壁面１ｃと、対向面とが形成されるので、固体原料４が傾斜面１ａを滑り落ちるとき、固体原料４が傾斜面１ａからはみだしてしまうことを抑制することができる。
【００７５】
案内部材１は、坩堝周囲の温度に耐え得る耐熱性を有する材料によって実現される。本実施の形態では、案内部材１は、高温に耐えることができ、安価かつ容易に加工することができる黒鉛によって実現される。また固体原料は、シリコン塊によって実現される。傾斜面１ａは、固体原料が傾斜面１ａを滑落可能となるように設定され、本実施の形態では、傾斜面１ａと水平面とが成す鋭角θは、１５°以上４０°以下に設定されるが、この設定理由を以下に記述する。
【００７６】
案内部材１の傾斜面１ａと水平面とが成す鋭角であるθは、案内部材１と固体原料４との平均静止摩擦係数をμとしたとき、下記式（１）で導かれる範囲に設定される。
０．７ｔａｎ−１μ≦θ≦２ｔａｎ−１μ                            …（１）
【００７７】
傾斜面の角度θが、０．７ｔａｎ−１μ未満に設定されることで、固体原料４が傾斜面を滑落しないおそれがある。また傾斜面の角度θが、２ｔａｎ−１μを越えると、固体原料４の落下速度が過剰となり、スプラッシュが大きくなるおそれがある。本実施形態では、傾斜面の角度θを、０．７ｔａｎ−１μ≦θ≦２ｔａｎ−１μとすることで、固体原料４を滑落させるとともに、スプラッシュが大きくなることを防ぐことができる。
【００７８】
一例として、平均静止摩擦係数μは、任意に複数、たとえば１０個程度選出した固体原料４の、それぞれの静止摩擦係数μ０を平均した値としてもよい。ここで各静止摩擦係数μ０は、案内部材１の材質と同じ材質で作成された試験板材を用いて、任意の角度の傾斜面を形成し、固体原料４が動き始める直前の角度η０を求め、その角度η０を下記式（２）に代入することによって算出する。
μ＝ｔａｎη０                                                  …（２）
【００７９】
試験板材として黒鉛を用い、固体原料４としてシリコンを用いた場合の平均静止摩擦係数μは、シリコンの形状によってばらつきがあるものの、約０．３５程度である。前述の平均静止摩擦係数μの測定結果から、固体原料４として塊状のシリコンを用い、案内部材１の材質として黒鉛を用いた場合、案内部材１の傾斜面１ａと水平面とが成す鋭角θは、１５°以上４０°以下に設定される。
【００８０】
したがって案内部材１の傾斜面１ａと水平面とが成す鋭角であるθを１５°未満に設定すると、固体原料４が傾斜面１ａ上で滑らずに止まってしまう。鋭角θを４０°を超えて設定すると、固体原料４が傾斜面１ａを滑り落ちて、副坩堝２１に投入されたとき、副坩堝２１に貯留される融液原料５が激しくスプラッシュする。さらに案内部材１から外側に、固体原料４が飛散する場合もある。ここでスプラッシュとは、固体原料４が融液原料５に投入されたときの衝撃によって発生する飛散物質である。
【００８１】
また鋭角θを小さく設定することによって、固体原料４が傾斜面１ａを滑り落ちる速度を減速させることができる。また鋭角θを大きく設定することによって、固体原料４が傾斜面１ａ上で止まることなく滑り落ちる。また鋭角θを大きく設定することによって、案内部材１をコンパクトに設計することができる。
【００８２】
また案内部材１のうち、投入口１ｄから排出口１ｂまでの鉛直方向の長さＬ１、融液導入手段２５の導入口２５ａから排出口１ｂまでの水平方向の長さＬ２および排出口１ｂから副坩堝２１内で貯留される融液原料５の融液面までの鉛直方向の長さＬ４は、固体原料４を投入口１ｄに供給するためのスペース、供給される固体原料４の大きさおよび固体原料４の投入量などを考慮して設定される。
【００８３】
本実施の形態では、供給される固体原料の形状を球形と見なした場合の直径が４０ｍｍ程度に対して、投入口１ｄから排出口１ｂまでの鉛直方向の長さＬ１が１００ｍｍ、導入口２５ａから排出口１ｂまでの水平方向の長さＬ２が１５０ｍｍ、排出口１ｂから副坩堝２１内で貯留される融液原料５の融液面までの鉛直方向の長さＬ４が３０ｍｍで設定される。
【００８４】
図５は、案内部材１１の構成を示す斜視図である。また図６は、案内部材１１の構成を示す上面図である。案内部材１１は、傾斜面１１ａの幅手方向の長さに関する設定以外は、前記案内部材１と同じ構成である。案内部材１１が有する傾斜面１１ａの幅手方向の長さに関する設定についてのみ以下に記載する。
【００８５】
案内部材１１は、投入口１１ｄから鉛直方向下方に進むにつれて水平方向に進んで排出口１１ｂに連なる傾斜面１１ａが形成される。傾斜面１１ａは、幅手方向の長さが連続的に変化し、投入口１１ｄでの幅が最も長くなるように形成される。これによって、固体原料４が投入口１１ｄに向けて投入されるときの投入スペースを充分に確保することができるので、固体原料４が投入口１１ｄから外方にはずれて装置の外部に飛散してしまうのを防止することができる。また、案内部材１１においては、傾斜面１１ａは、投入口１１ｄでの幅よりも排出口１１ｂでの幅を短く設定することができる。そのため、排出口１１ｂから副坩堝２１に向けて排出される固体原料４を集中させて排出することができ、固体原料４が排出口１１ｂから外方にはずれて装置の外部に飛散してしまうのを防止することができる。
【００８６】
図２に示すように、飛散防止部材２は、固体原料４が副坩堝２１に投入されたときに発生するスプラッシュが連通空間よりも上方へ飛散することを抑制する部材である。本実施の形態では、飛散防止部材２は、案内部材１の上端部に載置される。具体的には、飛散防止部材２は、排出口の上方で、かつ傾斜面の上方に配置される。
【００８７】
飛散防止部材２は、断面形状が略Ｌ字状となる形状に形成される。飛散防止部材２は、排出口被覆部２ｂと、排出口被覆部２ｂから上方に屈曲する屈曲部２ａとを含んで構成される。排出口被覆部２ｂは、板状に形成されて、連通空間のうちで投入口を除く上方側開口を塞ぎ、案内部材１の排出口１ｂの鉛直方向上方に配置される。また屈曲部２ａは、いた上に形成されて、排出口被覆部２ｂのうち、案内部材１の投入口１ｄ寄りの部分から上方に屈曲する。
【００８８】
図７は、固体原料供給手段３の構成を示す正面図である。図８は、固体原料供給手段３の構成を示す上面図である。固体原料供給手段３は、固体原料４を収容して、収容された固体原料４を案内部材１の投入口１ｄに供給する手段である。固体原料供給手段３は、凹所が形成される固体原料収容容器３ａを含んで構成される。固体原料収容容器３ａから案内部材１の投入口１ｄに固体原料４を供給する場合、固体原料収容容器３ａの開口部から案内部材１の投入口１ｄまでの鉛直方向の長さＬ３は、固体原料収容容器３ａと案内部材１とが接触しないように設定される。
【００８９】
本実施の形態では、長さＬ３は、２０ｍｍ以上１５０ｍｍ以下程度の範囲に設定される。長さＬ３を２０ｍｍ未満に設定すると、固体原料収容容器３ａと案内部材１とが接触する場合がある。また長さＬ３を１５０ｍｍを超えて設定すると、固体原料４が案内部材１に供給されたときの衝撃によって、案内部材１が破損したり、固体原料４が案内部材１から外側に飛散する場合がある。
【００９０】
固体原料供給手段３は、固体原料収容容器３ａと、シャフト３ｂと、回転手段と、直動手段とを含んで構成される。固体原料収容容器３ａは、固体原料４を収容する凹所が形成され、開口部が正方形である。
【００９１】
シャフト３ｂは、固体原料収容容器３ａの側面に固定される棒状部材である。シャフト３ｂは、固体原料収容容器３ａの正方形状の開口部の一方の対角線が、シャフト３ｂの軸と平行となり、他方の対角線が垂直となるように、固体原料収容容器３ａの側面に固定される。
【００９２】
回転手段は、シャフト３ｂを介して固体原料収容容器３ａを、水平方向に延びる回転軸線まわりＢの方向に回転させる。シャフト３ｂの軸方向Ｃの一方に案内部材１が配置され、軸方向Ｃの他方に計量した固体原料４を固体原料収容容器３ａ内に添加する固体原料添加部が配置される。直動手段は、シャフト３ｂを介して固体原料収容容器３ａを、シャフト３ｂの軸方向Ｃの両側に配置される案内部材１と固体原料添加部との間を直線移動させる。
【００９３】
以上のような固体原料供給手段３を用いて、固体原料４を固体原料収容容器３ａから案内部材１の投入口１ｄに供給する場合、まず直動手段が、固体原料収容容器３ａを固体原料添加部に移動させる。次に固体原料添加部で、計量された固体原料４が、固体原料収容容器３ａに添加される。
【００９４】
そのあと直動手段が、固体原料収容容器３ａを案内部材１の投入口１ｄの鉛直方向上方に移動させる。そのあと回転手段が、シャフト３ｂを介して固体原料収容容器３ａを、水平方向に延びる回転軸線まわりＢの方向に回転させ、固体原料４を案内部材１の投入口１ｄに供給する。このとき固体原料収容容器３ａに収容された固体原料４が、固体原料収容容器３ａの正方形状開口部の角部に集められた状態で、案内部材１の投入口１ｄに供給される。
【００９５】
回転手段が固体原料収容容器３ａを回転させて、固体原料４が案内部材１の投入口１ｄに供給されるので、特許文献１，２にそれぞれ記載されるような原料供給管などを使用する必要がない。そのため固体原料４が案内部材１の投入口１ｄに向けて供給される供給位置を、原料供給管を用いる場合に比べて、固体原料４が投入される副坩堝２１に対して低い位置で設定することができる。したがって固体原料４が投入されたときに副坩堝２１内で発生するスプラッシュを抑制することができる。
【００９６】
また固体原料４が、固体原料収容容器３ａの正方形状開口部の角部に集められた状態で、案内部材１の投入口１ｄに供給されるので、投入口１ｄからの飛出しを防ぐために投入口１ｄを大きくする必要がなく、案内部材１をコンパクトに設計することができ、装置コストを低減することができる。
【００９７】
以上のような本実施の形態の固体原料投入装置１０を用いて、塊状の固体原料４が副坩堝２１に投入される場合、まず固体原料供給手段３の固体原料収容容器３ａに収容されている固体原料４が、案内部材１の投入口１ｄに供給される。このとき塊状の固体原料４は、１つの塊の重量が約５０ｇで、体積が約５０ｃｍ３である大サイズの固体原料である。また案内部材１の投入口１ｄに供給される１回あたりの固体原料４の総重量は約５００ｇで、総体積が約５００ｃｍ３である。
【００９８】
案内部材１の投入口１ｄに供給された固体原料４は、案内部材１の傾斜面１ａを滑り落ちて、案内部材１の排出口１ｂから副坩堝２１に落下する。固体原料４が案内部材１の傾斜面１ａを滑り落ちて、副坩堝２１に貯留される融液原料５の融液面に落下するので、後述するように固体原料４の鉛直方向下向きの落下速度が低下される。そのため固体原料４が落下する衝撃によって融液原料５の融液面に発生するスプラッシュを抑制することができる。
【００９９】
また案内部材１の傾斜面１ａと水平面とが成す鋭角θが、案内部材１と固体原料４との平均静止摩擦係数μを考慮して導かれる範囲に設定される。そのため固体原料４が案内部材１の傾斜面１ａを滑り落ちるときの速度が抑制されながら、固体原料４が副坩堝２１に投入される。したがって固体原料４が落下する衝撃によって融液原料５の融液面に発生するスプラッシュをさらに抑制することができる。また固体原料４が案内部材１の傾斜面１ａ上で静止することがないので、継続的に固体原料４を副坩堝２１に投入することができる。
【０１００】
また固体原料４が副坩堝２１に投入される案内部材１の排出口１ｂを、上面側から覆うように飛散防止部材２の排出口被覆部２ｂが配置されるので、発生したスプラッシュの飛散を抑制することができる。また飛散防止部材２が、排出口被覆部２ｂのうち、案内部材１の投入口１ｄ寄りの部分から上方に屈曲する屈曲部２ａを有するので、案内部材１の投入口１ｄの上方に配置される固体原料供給手段３から供給される固体原料４の飛散を抑制することができる。
【０１０１】
また副坩堝２１の開口に対して鉛直方向上方に案内部材１が配置され、かつ案内部材１の排出口１ｂの上面に飛散防止部材２が配置されているので、副坩堝２１の開口は、案内部材１および飛散防止部材２によって覆われる。そのため固体原料４が副坩堝２１に投入されることによって発生するスプラッシュが、副坩堝２１から外側に飛出すことを防止することができる。
【０１０２】
したがって副坩堝２１の外側に配置される周辺機器に飛散物質が付着することを防止することができる。さらに副坩堝２１の開口は、案内部材１および飛散防止部材２によって覆われるので、副坩堝２１に貯留される融液原料５の融液面からの放熱を防ぐことができ、副坩堝２１内の融液原料５を効率的に加熱することができる。
【０１０３】
また固体原料投入装置１０が、副坩堝２１の開口に対して鉛直方向上方に配置されるので、固体原料投入装置１０を有する融液原料供給装置２０の設置面積を、コンパクトに設計することができる。
【０１０４】
融液導入手段２５は、副坩堝２１内に貯留される融液原料５を結晶製造装置１００の主坩堝１０１に導く手段である。融液導入手段２５は、副坩堝２１の側面に配置され、副坩堝２１の側壁に形成される導入口２５ａから鉛直方向下方に向けて傾斜する流路形成部２５ｂを有する。流路形成部２５ｂは、内部が中空の円筒形状の部材である。導入口２５ａから溢れ出た融液原料５は、流路形成部２５ｂの内部を流過する。また副坩堝２１の中心軸線に垂直な断面で見た場合、導入口２５ａと案内部材１の排出口１ｂとが、中心に関して略点対称となる位置にそれぞれ配置される。
本実施の形態では、流路形成部２５ｂの外周には、断熱部材が被覆される。さらに前記断熱部材の周囲を囲むように加熱手段が配置される。流路形成部２５ｂの外周に断熱部材および加熱手段を配置することによって、流路形成部２５ｂを流過する融液原料が、流路形成部２５ｂ内部で凝固するのを防止することができる。
【０１０５】
以上のような融液導入手段２５を用いて、副坩堝２１に貯留される融液原料５を結晶製造装置１００の主坩堝１０１に供給する場合、副坩堝２１内の融液原料５の融液面が、副坩堝２１の側壁に形成される融液導入手段２５の導入口２５ａより下側になるように、融液原料５が副坩堝２１内に貯留される。
【０１０６】
この状態で副坩堝２１に固体原料４が投入されると、固体原料４の投入量に応じた融液原料５が、導入口２５ａから溢れ出る。導入口２５ａから溢れ出た融液原料５は、融液導入手段２５の流路形成部２５ｂ内を流過して、結晶製造装置１００の主坩堝１０１に供給される。
【０１０７】
固体原料４の投入量に応じて導入口２５ａから溢れ出た融液原料５が、結晶製造装置１００の主坩堝１０１に供給されるので、主坩堝１０１への融液原料供給量を制御する別の制御手段を必要としない。そのため装置コストの低減化が可能である。
【０１０８】
また融液原料５が、副坩堝２１の側壁に形成される導入口２５ａから鉛直方向下方に向けて傾斜する流路形成部２５ｂ内を流過して結晶製造装置１００の主坩堝１０１に供給されるので、融液原料５が主坩堝１０１に流下するときの流下速度を低下させることができる。そのため融液原料５が主坩堝１０１に流下するときの衝撃によって発生する、主坩堝１０１内の融液原料の融液面の揺れを抑制することができる。その結果、結晶品質の高い結晶体の製造が可能となる。
【０１０９】
また副坩堝２１の中心軸線に垂直な断面で見た場合、融液導入手段２５の導入口２５ａと、案内部材１の排出口１ｂとが、中心に関して略点対称となる位置にそれぞれ配置される。そのため案内部材１の排出口１ｂから副坩堝２１に投入された固体原料４は、融液導入手段２５の導入口２５ａに到達するまでに融解される。したがって融解していない固体原料４が、導入口２５ａから結晶製造装置１００の主坩堝１０１に供給されることを防止できる。
【０１１０】
図９は、本発明の実施の第２形態である融液原料供給装置３０の構成を示す断面図である。融液原料供給装置３０は、案内部材１の傾斜面１ａに保護部材３１を配置した以外は、前記融液原料供給装置２０と同じ構成である。保護部材３１についてのみ以下に記載する。
【０１１１】
保護部材３１は、固体原料４の硬さよりも高い硬さをもつ材料である。固体原料４の硬さよりも高い硬さをもつ材料としては、たとえばセラミックスである炭化ケイ素（ＳｉＣ）が挙げられる。ここで材料の硬さは、ビッカース硬さであり、ＪＩＳＺ２２４４に準拠した方法で測定される。保護部材３１は、案内部材１の傾斜面１ａを覆うように配置される。本実施の形態では、保護部材３１は、炭化ケイ素で形成される。シリコンから成る固体原料のビッカース硬さが１０００ＨＶに対して、炭化ケイ素から成る保護部材３１のビッカース硬さは２２００ＨＶである。
【０１１２】
以上のように案内部材１の傾斜面１ａに、炭化ケイ素で形成される保護部材３１を配置して、シリコンから成る固体原料を傾斜面１ａに供給する場合、傾斜面１ａに固体原料の硬さよりも高い硬さをもつ保護部材３１が形成されるので、固体原料が接触することによって保護部材３１に衝撃が加えられても、保護部材３１の表面に傷が発生することを抑制することができる。
【０１１３】
そのため保護部材３１の傷に由来する異物の発生を抑制することができ、副坩堝２１に異物が混入することを防止できる。副坩堝２１に異物が混入することを防止できるので、結晶体が製造される主坩堝にも異物が混入することを防止でき、結晶体の品質を低下させることを防止できる。
【０１１４】
また傾斜面１ａに傷が発生することを抑制することができるので、傾斜面１ａを固体原料が滑り落ちるとき、傾斜面１ａの傷部で固体原料が静止することを防止できる。固体原料が傾斜面１ａ上で静止することを防止できるので、継続的に固体原料を副坩堝２１に投入することができる。
【０１１５】
保護部材３１が形成されていない黒鉛から成る案内部材１の傾斜面１ａに、シリコンから成る固体原料を供給する場合、案内部材１の傾斜面１ａが削れる場合がある。案内部材１の傾斜面１ａが削られると、傾斜面１ａの黒鉛成分で構成される黒鉛粒子が発生する。発生した黒鉛粒子が、副坩堝２１に混入し、さらに副坩堝２１から結晶製造装置の主坩堝に混入する場合がある。黒鉛粒子が混入した主坩堝内で結晶体を成長させると、結晶体の品質を低下させることになる。
【０１１６】
図１に示すように結晶製造装置１００は、主坩堝１０１と、加熱手段１０３と、前記固体原料投入装置１０を有する前記融液原料供給装置２０とを含んで構成される。
【０１１７】
主坩堝１０１は、融液原料供給装置２０から供給される融液原料を、貯留する部材である。本実施の形態では、主坩堝１０１は円柱状部材であり、上面から鉛直方向下方に向けて円柱状の凹所が形成される。加熱手段１０３は、主坩堝１０１を加熱する手段である。加熱手段１０３としては、誘導加熱手段、抵抗加熱手段などが挙げられる。前記誘導加熱手段では、主坩堝１０１の外周に設けられた誘導加熱コイルに電流を流すことによって、主坩堝１０１を加熱することができる。前記抵抗加熱手段では、カーボンなどで形成された発熱部材に電流を流すことによって、主坩堝１０１を加熱することができる。加熱手段１０３を主坩堝１０１の外周に配置することによって、主坩堝１０１内で貯留される融液原料を常時融解した状態に維持することができる。
【０１１８】
融液原料供給装置２０は、流路形成部２５ｂのうち、副坩堝２１の側壁に形成される導入口２５ａとは反対側の開口が、主坩堝１０１の上方になるように配置される。
【０１１９】
以上のような結晶製造装置１００を用いてシリコン結晶体をチョクラルスキ（ＣＺ）法で製造する場合、まずシーメンス法によって製造される塊状の多結晶シリコン原料が、固体原料投入装置１０から副坩堝２１に投入される。このとき多結晶シリコン原料の投入量に応じた融液原料が、副坩堝２１の側壁に形成される導入口２５ａから溢れ出る。
【０１２０】
導入口２５ａから溢れ出た融液原料は、流路形成部２５ｂ内を流過して、主坩堝１０１に供給され、貯留される。主坩堝１０１に貯留される融液原料は、主坩堝１０１内でシリコン結晶体を製造ための融液原料となる。そのあと主坩堝１０１および種結晶を回転させた状態で、主坩堝１０１内の融液に種結晶を浸して、引上げを行う。このようにしてシリコン結晶体が製造される。
【０１２１】
結晶製造装置１００が融液原料供給装置２０を有するので、主坩堝１０１から引上げられるシリコン結晶体の成長容量に応じて、融液原料が融液原料供給装置２０から主坩堝１０１に供給される。そのためシリコン結晶体を継続的に製造することができる。
【０１２２】
また融液原料供給装置２０が固体原料投入装置１０を備えているので、副坩堝２１に投入される固体原料が、シーメンス法によって製造される大サイズの塊状多結晶シリコン原料であっても、副坩堝２１に投入されるときに発生するスプラッシュを抑制するとともに、発生したスプラッシュの飛散を抑制することができる。したがって主坩堝１０１内で製造中のシリコン結晶体に飛散物質が付着することを防止することができる。
【０１２３】
また結晶製造装置１００は、固体原料４を融解させ融液原料５を貯留する副坩堝２１と、副坩堝２１から供給された融液原料を貯留する主坩堝１０１とを有する。副坩堝２１の容積は、主坩堝１０１の容積に比べて小さく設定される。固体原料４を融解させる必要がある副坩堝２１の容積が、融液原料を融解された状態で維持するだけでよい主坩堝１０１の容積よりも小さく設定できるので、各坩堝２１，１０１を加熱手段によって加熱するとき、熱効率がよい状態で加熱することができる。
【０１２４】
以上のような本実施の形態は、発明の例示に過ぎず、発明の範囲内において構成を変更することができる。本実施の形態では、固体原料４が固体原料投入装置１０から副坩堝２１に投入される例を示した。固体原料４が、固体原料投入装置１０から結晶体が成長される主坩堝１０１に投入されてもよい。
【０１２５】
また本実施の形態では、副坩堝２１で貯留された融液原料５が、副坩堝２１の側壁に形成された導入口２５ａから鉛直方向下方に向けて傾斜する流路形成部２５ｂの内部を流過して、主坩堝１０１に供給される。副坩堝２１から主坩堝１０１に融液原料５を供給するための構成は、これに限定されるものではなく、副坩堝２１と、副坩堝２１の外周に設けられる加熱手段２３との間に空隙部が形成された構成であってもよい。空隙部は、副坩堝２１の外壁を鉛直方向に貫通するように形成される。このような構成では、導入口２５ａから溢れ出た融液原料５が、空隙部を介して、主坩堝１０１に供給される。
【０１２６】
また副坩堝２１は、前記空隙部に隣接する副坩堝２１の外壁上面に、前記空隙部に向けて下降勾配になるように形成され、副坩堝２１と前記空隙部とを連通させる溝形状の注液手段を含んでもよい。このような構成では、副坩堝２１内の融液原料５は、溝形状の注液手段を介して空隙部に流過する。
【０１２７】
また前記注液手段が、空隙部に隣接する副坩堝２１の外壁上部に該外壁を空隙部に向けて下降勾配になるように挿通し、副坩堝２１の外壁側面から空隙部に向けて突出するように設けられ、副坩堝２１から溢れ出る融液原料５を流過させる注液筒と、注液筒に対してほぼ垂直になるように注液筒の空隙部側端部またはその近傍に接続され、副坩堝２１から注液筒を介して流過する融液原料５を鉛直方向下方に滴下させる滴下部とを含んで構成されてもよい。このような構成では、副坩堝２１内の融液原料５は、注液筒を介して滴下部に流過し、そのあと滴下部から空隙部に流過する。
【０１２８】
また副坩堝２１は、その外壁上面および内壁面に開口部を有する２つの凹所であって、この２つの凹所を結ぶ仮想線が、固体原料投入装置１０による固体原料投入位置と前記注液手段とを結ぶ仮想線と交差する２つの凹所が形成され、融液原料５の液面から鉛直方向上方に突出し、固体原料４が供給される側の融液原料５の液面と融液原料５を注液手段内に流入させる側の融液原料５の液面とを仕切るように設けられ、両端部が副坩堝２１に形成される２つの凹所に嵌入されて副坩堝２１に支持される仕切り板を有してもよい。前記仕切り板によって、副坩堝２１に投入される固体原料４が、融液原料５の液面を浮遊し、注液手段近傍に至り、注液手段の融液原料５が流過する流入口を部分的に閉塞させて、融液原料５の注液手段への円滑な流入を阻害するのを防止できる。
【０１２９】
また固体原料４が供給される案内部材１の傾斜面１ａの表面粗さを粗くして、傾斜面１ａに凹凸形状を付けることもできる。傾斜面１ａの表面粗さを粗くすることによって、傾斜面１ａを滑り落ちる固体原料４の落下速度を低下させることができる。そのため固体原料４が副坩堝２１に投入されるときに発生するスプラッシュを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１３０】
【図１】本発明の実施の一形態である結晶製造装置１００の構成を示す断面図である。
【図２】本発明の実施の第１形態である融液原料供給装置２０の構成を示す断面図である。
【図３】案内部材１の構成を示す斜視図である。
【図４】案内部材１の構成を示す上面図である。
【図５】案内部材１１の構成を示す斜視図である。
【図６】案内部材１１の構成を示す上面図である。
【図７】固体原料供給手段３の構成を示す正面図である。
【図８】固体原料供給手段３の構成を示す上面図である。
【図９】本発明の実施の第２形態である融液原料供給装置３０の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【０１３１】
１，１１  案内部材
１ａ，１１ａ  傾斜面
１ｂ，１１ｂ  排出口
１ｃ，１１ｃ  側壁面
１ｄ，１１ｄ  投入口
２  飛散防止部材
２ａ  屈曲部
２ｂ  排出口被覆部
３  固体原料供給手段
３ａ  固体原料収容容器
３ｂ  シャフト
４  固体原料
５  融液原料
１０  固体原料投入装置
２０，３０  融液原料供給装置
２１  副坩堝
２２  断熱部材
２３，１０３  加熱手段
２４  支持体
２５  融液導入手段
２５ａ  導入口
２５ｂ  流路形成部
３１  保護部材
１００  結晶製造装置
１０１  主坩堝
１０２  チャンバ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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