(57)【要約】      （修正有）【課題】容器材料排出口を開放して固体材料を材料貯蔵容器から排出するとともに、固体材料がバルブ開口部からバルブ筐体内に飛散して進入するのを防止することができ、設備コストを低減するとともに駆動制御を簡単化することができる固体材料供給装置を提供する。【解決手段】固体材料２１を貯蔵する材料貯蔵容器５は、固体材料２１が排出される開口である容器材料排出口６ｂを閉鎖する閉鎖位置と、容器材料排出口６ｂを開放する開放位置とに変位可能に形成される開閉部材７を有する。また開閉部材７は、開閉部材７が閉鎖位置から開放位置に変位するとともに、材料投入バルブ２が有する投入バルブ筐体３に形成される投入バルブ開口部３ａに挿通するように構成される。【選択図】図４
2008239449.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
開閉可能なバルブと、固体材料を貯蔵する材料貯蔵容器とを含んで構成され、
前記バルブは、材料貯蔵容器から排出される固体材料が通過する開口であるバルブ開口部を有する筐体状に形成されるバルブ筐体と、前記バルブ筐体の内壁面に形成されるバルブ当接面に当接または離反することにより、前記バルブ開口部を閉鎖または開放するための弁体とを含んで構成され、
前記材料貯蔵容器は、固体材料が投入される開口である容器材料投入口および固体材料が排出される開口である容器材料排出口を有する円形断面、もしくは多角形断面の筒状部材と、開閉部材とを含んで構成され、
前記開閉部材は、前記容器材料排出口を閉鎖する閉鎖位置と、容器材料排出口を開放する開放位置とに変位可能に形成され、
開閉部材は、開閉部材が前記閉鎖位置から前記開放位置に変位するとともに、前記バルブ開口部に挿通するように構成されることを特徴とする固体材料供給装置。
【請求項２】
前記材料貯蔵容器が有する前記開閉部材は、複数の開閉部材で構成され、
前記複数の開閉部材は、それぞれ前記容器材料排出口を閉鎖する閉鎖位置と、容器材料排出口を開放する開放位置とに変位可能に形成され、
複数の開閉部材は、それぞれ前記閉鎖位置から前記開放位置に変位するとともに、前記バルブ開口部に挿通するように構成されることを特徴とする請求項１に記載の固体材料供給装置。
【請求項３】
前記開閉部材には、前記容器材料排出口に当接して容器材料排出口を閉鎖する開閉部材の部材当接面に対して、一辺が接する板状に形成される突出部材が設けられ、
前記突出部材は、開閉部材が前記閉鎖位置から前記開放位置に変位するとともに、前記バルブ開口部に挿通するように構成されることを特徴とする請求項１または２に記載の固体材料供給装置。
【請求項４】
前記バルブ筐体に形成される前記バルブ当接面は、前記容器材料排出口から排出される固体材料が前記バルブ開口部に向けて投入される投入方向に対して、同一方向に向いていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の固体材料供給装置。
【請求項５】
開閉部材が有する前記部材当接面は、固体材料の硬さよりも高い硬さをもつ材料によって形成されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の固体材料供給装置。
【請求項６】
前記開閉部材には、前記筒状部材の近傍に配置されるように、前記部材当接面に接して回転軸が形成され、
開閉部材は、前記回転軸まわりに回転することで、前記閉鎖位置と前記開放位置とに変位可能に構成されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の固体材料供給装置。
【請求項７】
筐体状に形成されるチャンバと、請求項１〜６のいずれか１つに記載の固体材料供給装置とを含んで構成され、
前記チャンバには、固体材料がチャンバ内に投入される開口であるチャンバ材料投入口が形成され、
固体材料供給装置に形成される容器材料排出口から排出される固体材料が、前記チャンバ材料投入口に導かれるように、チャンバと固体材料供給装置とが接続されていることを特徴とする固体材料処理装置。
【請求項８】
材料貯蔵容器が有する開閉部材が、材料貯蔵容器に形成される容器材料排出口を閉鎖する閉鎖位置に位置した状態で、固体材料を材料貯蔵容器に形成される容器材料投入口に向けて投入して材料貯蔵容器内で貯蔵する固体材料貯蔵工程と、
開閉部材が回転軸まわりに回転して、容器材料排出口を開放する開放位置に変位するとともにバルブに形成されるバルブ開口部に挿通して、固体材料を容器材料排出口からバルブ開口部に向けて排出する固体材料排出工程とを含んで構成される固体材料供給方法。
【請求項９】
材料貯蔵容器が有する複数の開閉部材が、材料貯蔵容器に形成される容器材料排出口を閉鎖する閉鎖位置にそれぞれ位置した状態で、固体材料を材料貯蔵容器に形成される容器材料投入口に向けて投入して材料貯蔵容器内で貯蔵する固体材料貯蔵工程と、
複数の開閉部材が回転軸まわりに回転して、容器材料排出口を開放する開放位置に変位するとともにバルブに形成されるバルブ開口部に挿通して、固体材料を容器材料排出口からバルブ開口部に向けて排出する固体材料排出工程とを含んで構成される固体材料供給方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体材料を開閉可能なバルブに向けて供給する固体材料供給装置および固体材料供給方法に関する。また固体材料供給装置によってチャンバ内に供給される固体材料を処理する固体材料処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコンなどの半導体の結晶体は、ＩＣ（Integrated Circuit），ＬＳＩ（Large 
Scale Integration）などの半導体デバイス材料として広く用いられる。結晶体を製造する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材料処理チャンバ内に配置される坩堝に、固体材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、坩堝から引上げられる結晶体の成長容量に応じて、固体材料を坩堝に投入する固体材料供給装置が、たとえば特許文献１〜７に開示されている。
【０００３】
結晶体を製造するとき、材料処理チャンバ内には、材料処理チャンバの周辺とは異なる不活性ガスが充填されている。そのため坩堝から引上げられる結晶体の成長容量に応じて、固体材料を坩堝に投入するとき、固体材料が材料処理チャンバの周辺に存在する気体に接触しない状態で、固体材料を材料処理チャンバ内に配置される坩堝に投入する必要がある。このような場合、ロードロック機構を使用する場合がある。
【０００４】
ロードロック機構は、開閉可能な材料投入バルブおよび準備チャンババルブと、材料処理チャンバとは別体に設けられる材料準備チャンバとを含んで構成される。材料投入バルブおよび準備チャンババルブは、それぞれ固体材料が通過する開口であるバルブ開口部を有するバルブ筐体を有する。材料投入バルブが有するバルブ開口部は、固体材料を材料準備チャンバに向けて投入するときの開口であり、準備チャンババルブが有するバルブ開口部は、固体材料を材料準備チャンバから材料処理チャンバに向けて排出するときの開口である。材料準備チャンバは、準備チャンババルブが有するバルブ開口部を介して材料処理チャンバと接続され、不活性ガスが充填できるように構成される。
【０００５】
ロードロック機構を使用して材料処理チャンバに固体材料を供給する場合、まず準備チャンババルブを閉鎖して、材料投入バルブを開放した状態で、固体材料を材料投入バルブが有するバルブ開口部に向けて投入する。このようにして固体材料が材料準備チャンバ内に投入されると、材料投入バルブを閉鎖して材料準備チャンバ内を密閉状態にし、材料準備チャンバ内に不活性ガスを充填する。次に準備チャンババルブを開放して、固体材料を準備チャンババルブが有するバルブ開口部を介して、不活性ガスが充填される材料処理チャンバに供給する。このようにして固体材料が材料準備チャンバから材料処理チャンバに供給されると準備チャンババルブを閉鎖する。
【０００６】
固体材料を材料投入バルブが有するバルブ開口部に向けて投入するとき、固体材料がバルブ開口部からバルブ筐体内に飛散して進入する場合がある。固体材料がバルブ筐体内に進入すると、バルブ筐体の内壁面に傷がつく場合がある。そのためバルブ筐体の内壁面にバルブ弁体が当接することによってバルブ開口部を閉鎖するとき、バルブ筐体の内壁面とバルブ弁体との密着性が低下して、材料準備チャンバの気密性が失われる。
【０００７】
特許文献７に開示される固体材料供給装置は、固体材料を貯蔵する材料貯蔵容器と、開閉可能なバルブが有するバルブ開口部に挿通するように構成される供給管とを含む。材料貯蔵容器には、固体材料が排出される開口である容器材料排出口が形成され、容器材料排出口から排出される固体材料が供給管に導かれるように、材料貯蔵容器と供給管とが接続されている。この装置によって固体材料をバルブ開口部に向けて投入する場合、まずバブルを開放した状態で、供給管をバルブ開口部に挿通させる。次に容器材料排出口を開放して、固体材料を材料貯蔵容器から排出する。材料貯蔵容器から排出される固体材料は、供給管内を移動して、バルブ開口部を通過する。
【０００８】
【特許文献１】特開昭６１−３６１９７号公報
【特許文献２】特開昭６１−１６３１８７号公報
【特許文献３】特開平１−２８２１９４号公報
【特許文献４】特開平２−２７９５８２号公報
【特許文献５】特開平６−１８３８７６号公報
【特許文献６】特開平８−２５２６５０号公報
【特許文献７】特開２００３−２７７９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７に開示される装置では、固体材料は、バルブ開口部に挿通される供給管内を移動して、バルブ開口部を通過する。そのため固体材料をバルブ開口部に向けて投入するとき、固体材料がバルブ開口部からバルブ筐体内に飛散して進入するのを防止することができる。しかしながら容器材料排出口を開放して固体材料を材料貯蔵容器から排出する排出動作と、供給管をバルブ開口部に挿通させる挿通動作とが別々に行われるので、それぞれ別々の駆動源が必要となり設備コストが高くなる。また前記排出動作と挿通動作とを連動して制御する必要があるので、制御が複雑化する。
【００１０】
したがって本発明の目的は、１つの駆動源で容器材料排出口を開放して固体材料を材料貯蔵容器から排出するとともに、固体材料がバルブ開口部からバルブ筐体内に飛散して進入するのを防止することができ、設備コストを低減するとともに、駆動制御を簡単化することができる固体材料供給装置および固体材料供給方法を提供することである。また固体材料供給装置によって供給される固体材料を処理する固体材料処理装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、開閉可能なバルブと、固体材料を貯蔵する材料貯蔵容器とを含んで構成され、
前記バルブは、材料貯蔵容器から排出される固体材料が通過する開口であるバルブ開口部を有する筐体状に形成されるバルブ筐体と、前記バルブ筐体の内壁面に形成されるバルブ当接面に当接または離反することにより、前記バルブ開口部を閉鎖または開放するための弁体とを含んで構成され、
前記材料貯蔵容器は、固体材料が投入される開口である容器材料投入口および固体材料が排出される開口である容器材料排出口を有する円形断面、もしくは多角形断面の筒状部材と、開閉部材とを含んで構成され、
前記開閉部材は、前記容器材料排出口を閉鎖する閉鎖位置と、容器材料排出口を開放する開放位置とに変位可能に形成され、
開閉部材は、開閉部材が前記閉鎖位置から前記開放位置に変位するとともに、前記バルブ開口部に挿通するように構成されることを特徴とする固体材料供給装置である。
【００１２】
また本発明は、前記材料貯蔵容器が有する前記開閉部材は、複数の開閉部材で構成され、
前記複数の開閉部材は、それぞれ前記容器材料排出口を閉鎖する閉鎖位置と、容器材料排出口を開放する開放位置とに変位可能に形成され、
複数の開閉部材は、それぞれ前記閉鎖位置から前記開放位置に変位するとともに、前記バルブ開口部に挿通するように構成されることを特徴とする。
【００１３】
また本発明は、前記開閉部材には、前記容器材料排出口に当接して容器材料排出口を閉鎖する開閉部材の部材当接面に対して、一辺が接する板状に形成される突出部材が設けられ、
前記突出部材は、開閉部材が前記閉鎖位置から前記開放位置に変位するとともに、前記バルブ開口部に挿通するように構成されることを特徴とする。
【００１４】
また本発明は、前記バルブ筐体に形成される前記バルブ当接面は、前記容器材料排出口から排出される固体材料が前記バルブ開口部に向けて投入される投入方向に対して、同一方向に向いていることを特徴とする。
【００１５】
また本発明は、開閉部材が有する前記部材当接面は、固体材料の硬さよりも高い硬さをもつ材料によって形成されることを特徴とする。
【００１６】
また本発明は、前記開閉部材には、前記筒状部材の近傍に配置されるように、前記部材当接面に接して回転軸が形成され、
開閉部材は、前記回転軸まわりに回転することで、前記閉鎖位置と前記開放位置とに変位可能に構成されることを特徴とする。
【００１７】
また本発明は、筐体状に形成されるチャンバと、前記固体材料供給装置とを含んで構成され、
前記チャンバには、固体材料がチャンバ内に投入される開口であるチャンバ材料投入口が形成され、
固体材料供給装置に形成される容器材料排出口から排出される固体材料が、前記チャンバ材料投入口に導かれるように、チャンバと固体材料供給装置とが接続されていることを特徴とする固体材料処理装置である。
【００１８】
また本発明は、材料貯蔵容器が有する開閉部材が、材料貯蔵容器に形成される容器材料排出口を閉鎖する閉鎖位置に位置した状態で、固体材料を材料貯蔵容器に形成される容器材料投入口に向けて投入して材料貯蔵容器内で貯蔵する固体材料貯蔵工程と、
開閉部材が回転軸まわりに回転して、容器材料排出口を開放する開放位置に変位するとともにバルブに形成されるバルブ開口部に挿通して、固体材料を容器材料排出口からバルブ開口部に向けて排出する固体材料排出工程とを含んで構成される固体材料供給方法である。
【００１９】
また本発明は、材料貯蔵容器が有する複数の開閉部材が、材料貯蔵容器に形成される容器材料排出口を閉鎖する閉鎖位置にそれぞれ位置した状態で、固体材料を材料貯蔵容器に形成される容器材料投入口に向けて投入して材料貯蔵容器内で貯蔵する固体材料貯蔵工程と、
複数の開閉部材が回転軸まわりに回転して、容器材料排出口を開放する開放位置に変位するとともにバルブに形成されるバルブ開口部に挿通して、固体材料を容器材料排出口からバルブ開口部に向けて排出する固体材料排出工程とを含んで構成される固体材料供給方法である。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、固体材料を貯蔵する材料貯蔵容器は、固体材料が排出される開口である容器材料排出口を閉鎖する閉鎖位置と、容器材料排出口を開放する開放位置とに変位可能に形成される開閉部材を有する。また開閉部材は、開閉部材が閉鎖位置から開放位置に変位するとともに、開閉可能なバルブが有するバルブ筐体に形成されるバルブ開口部に挿通するように構成される。そのため開閉部材を開放位置に変位させることによって、容器材料排出口を開放して固体材料を材料貯蔵容器から排出する排出動作と、開閉部材をバルブ開口部に挿通させる挿通動作とを同時に行うことができる。前記排出動作と挿通動作とを同時に行うことができるので、それぞれ別々の駆動源で排出動作と挿通動作とを行う場合に比べて、設備コストを低減することができるとともに、駆動制御を簡単化することができる。また固体材料をバルブ開口部に向けて投入する場合、材料貯蔵容器に貯蔵される固体材料は、容器材料排出口から排出されるとともに、バルブ開口部に挿通する開閉部材に案内されてバルブ開口部を通過するので、固体材料がバルブ開口部からバルブ筐体内に飛散して進入するのを防止することができる。
【００２１】
また本発明によれば、材料貯蔵容器が有する開閉部材は、複数の開閉部材で構成される。また複数の開閉部材は、それぞれが閉鎖位置から開放位置に変位するとともに、バルブ開口部に挿通するように構成される。そのため開閉部材が開放位置に変位するとともにバルブ開口部に挿通するとき、複数の開閉部材がバルブ開口部に挿通するので、固体材料がバルブ開口部からバルブ筐体内に飛散して進入する確率を低減することができる。
【００２２】
また本発明によれば、開閉部材には、容器材料排出口に当接して容器材料排出口を閉鎖する部材当接面に対して一辺が接する突出部材が設けられる。突出部材は、開閉部材が閉鎖位置から開放位置に変位するとともに、バルブ開口部に挿通するように構成される。そのため開閉部材が開放位置に変位するとともにバルブ開口部に挿通するとき、突出部材もバルブ開口部に挿通するので、固体材料がバルブ開口部からバルブ筐体内に飛散して進入する確率を低減することができる。
【００２３】
また本発明によれば、バルブ開口部を閉鎖または開放するための弁体が当接するバルブ筐体に形成されるバルブ当接面は、容器材料排出口から排出される固体材料がバルブ開口部に向けて投入される投入方向に対して同一方向に向いている。固体材料がバルブ開口部からバルブ筐体内に飛散して進入した場合、バルブ当接面が投入方向に対して同一方向に向いているので、固体材料がバルブ当接面に接触するのを防止することができる。そのためバルブ当接面に傷がつくのを防止することができ、弁体がバルブ開口部を閉鎖するときの気密性を維持することができる。
【００２４】
また本発明によれば、開閉部材が有する部材当接面は、固体材料の硬さよりも高い硬さをもつ材料によって形成される。部材当接面が容器材料排出口に当接して容器材料排出口を閉鎖した状態で、固体材料を材料貯蔵容器内に貯蔵するとき、部材当接面の硬さが固体材料の硬さよりも高いので、固体材料が接触することによって部材当接面に傷がつくのを防止することができる。そのため部材当接面の傷に由来する異物の発生を抑制することができ、材料貯蔵容器から異物が排出されるのを防止することができる。
【００２５】
また本発明によれば、開閉部材には、部材当接面に接して回転軸が形成される。また回転軸は、容器材料排出口が形成される筒状部材の近傍に配置される。また開閉部材は、回転軸まわりに回転することで、閉鎖位置と開放位置とに変位可能に構成される。そのため開閉部材は、回転軸まわりに回転することによって、閉鎖位置から開放位置に変位するとともに、バルブ開口部に挿通することができる。また回転軸が容器材料排出口が形成される筒状部材の近傍に配置されるので、開閉部材が回転することによって、固体材料が容器材料排出口から排出されるとともに、バルブ開口部に挿通する開閉部材に案内されてバルブ開口部を通過するとき、固体材料が開閉部材に囲まれる領域外に飛散して容器材料排出口から排出されるのを防止することができる。
【００２６】
また本発明によれば、固体材料処理装置は、チャンバと前記固体材料供給装置とを含んで構成される。またチャンバには、固体材料がチャンバ内に投入される開口であるチャンバ材料投入口が形成され、固体材料供給装置から排出される固体材料がチャンバ材料投入口に導かれるように、チャンバと固体材料供給装置とが接続される。固体材料をチャンバ材料投入口を介してチャンバ内に供給するとき、容器材料排出口を開放して固体材料を材料貯蔵容器から排出する排出動作と、開閉部材をバルブ開口部に挿通させる挿通動作とを１つの駆動源で同時に行うことができる固体材料供給装置を含んで構成されるので、それぞれ別々の駆動源で排出動作と挿通動作とを行う場合に比べて、設備コストを低減することができるとともに、駆動制御を簡単化することができる。
【００２７】
また本発明によれば、まず開閉部材が閉鎖位置に位置した状態で、固体材料を材料貯蔵容器内で貯蔵する。次に開閉部材が回転軸まわりに回転して、開放位置に変位するとともにバルブ開口部に挿通する。このとき材料貯蔵容器に貯蔵される固体材料は、容器材料排出口から排出されるとともに、バルブ開口部に挿通する開閉部材に案内されてバルブ開口部を通過する。そのため固体材料がバルブ開口部からバルブ筐体内に飛散して進入するのを防止することができる。
【００２８】
また本発明によれば、まず複数の開閉部材が閉鎖位置に位置した状態で、固体材料を材料貯蔵容器内で貯蔵する。次に複数の開閉部材が回転軸まわりに回転して、それぞれが開放位置に変位するとともにバルブ開口部に挿通する。このとき材料貯蔵容器に貯蔵される固体材料は、容器材料排出口から排出されるとともに、バルブ開口部に挿通する複数の開閉部材に案内されてバルブ開口部を通過する。固体材料は、バルブ開口部に挿通する複数の開閉部材に案内されるので、固体材料がバルブ開口部からバルブ筐体内に飛散して進入する確率を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
図１は、本発明の実施の第１形態である固体材料処理装置２０の構成を示す断面図である。固体材料処理装置２０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。本実施の形態では、固体材料処理装置２０は、シリコン単結晶体を製造する。固体材料処理装置２０は、固体材料供給装置１と、材料準備チャンバ１０と、準備チャンババルブ１１と、材料処理チャンバ１３と、処理装置バルブ１５と、プルチャンバ１４とを含んで構成される。
【００３０】
固体材料供給装置１は、詳細は後述するが、材料貯蔵容器５内に貯蔵する固体材料を材料投入バルブ２が有する投入バルブ開口部３ａに向けて排出するとともに、固体材料が投入バルブ開口部３ａから投入バルブ筐体３内に飛散して進入するのを防止して、材料処理チャンバ１３内に固体材料を供給する装置である。本実施の形態では、固体材料は、シリコン単結晶体を製造するための原料となるシリコン固体材料２１である。シリコン固体材料２１の形状は、その１つの塊において、粒状、粉状、礫状などの任意の形状である。
【００３１】
材料準備チャンバ１０は、固体材料処理装置２０の周辺とは異なる不活性ガスが充填できるように構成され、固体材料供給装置１から排出されるシリコン固体材料２１を、固体材料処理装置２０の周辺に存在する外部気体に接触しない状態で収容する。本実施の形態では、前記不活性ガスはアルゴンガスであり、固体材料処理装置２０の周辺には外部気体として空気が存在する。材料準備チャンバ１０には、準備チャンバ気体供給口１０ａと、準備チャンバ気体排気口１０ｂとが形成される。準備チャンバ気体供給口１０ａは、アルゴンガスが気体供給手段（不図示）によって材料準備チャンバ１０内に供給される開口であり、材料準備チャンバ１０の上壁面に形成される。本実施の形態では、アルゴンガスを供給するときのガス流量は、たとえば１００Ｌ／ｍｉｎに設定する。準備チャンバ気体排気口１０ｂは、材料準備チャンバ１０内に存在する気体が材料準備チャンバ１０外に排気される開口であり、排気手段（不図示）が接続され、材料準備チャンバ１０の下壁面に形成される。材料準備チャンバ１０は、固体材料供給装置１が有する材料投入バルブ２に形成される投入バルブ開口部３ａから鉛直方向下方に配置され、投入バルブ開口部３ａを介して固体材料供給装置１と接続される。
【００３２】
また材料準備チャンバ１０の内部には、材料収容手段１２が配置される。材料収容手段１２は、材料収容容器１２ａとロッド１２ｂとを含んで構成される。材料収容容器１２ａは、固体材料供給装置１から排出されるシリコン固体材料２１を収容する凹所が形成される。材料収容容器１２ａは、たとえばステンレスなどの金属、グラファイトなどによって形成することができるが、その内壁面は、シリコン固体材料２１の硬さよりも高い硬さをもつ材料によって被覆することが好ましい。前記材料としては、炭化珪素、窒化珪素などのセラミックス材料を挙げることができる。本実施の形態では、材料収容容器１２ａは、ステンレス（ＳＵＳ３０４）から成る材料で形成され、その内壁面は、炭化珪素から成る材料で被覆される。ロッド１２ｂは、材料収容容器１２ａの側面に固定される棒状部材である。材料収容手段１２は、ロッド１２ｂを介して材料収容容器１２ａを、水平方向に直線移動させ、水平方向に延びる回転軸線まわりに回転させることができるように構成される。材料収容手段１２は、材料投入バルブ２に形成される投入バルブ開口部３ａから鉛直方向下方に配置される。
【００３３】
準備チャンババルブ１１は、材料準備チャンバ１０と材料処理チャンバ１３とを仕切る開閉可能なバルブである。準備チャンババルブ１１は、筐体状に形成される準備バルブ筐体１１ａと、準備バルブ弁体１１ｃとを含んで構成される。準備バルブ筐体１１ａには、準備バルブ開口部１１ｂが形成される。準備バルブ開口部１１ｂは、固体材料供給装置１から排出されて、材料準備チャンバ１０内で収容されるシリコン固体材料２１を、材料準備チャンバ１０から材料処理チャンバ１３に向けて排出するときの開口である。準備バルブ弁体１１ｃは、板状に形成され、準備バルブ開口部１１ｂを閉鎖または開放する。準備チャンババルブ１１は、材料準備チャンバ１０の側壁面に接して配置され、材料処理チャンバ１３に形成されるチャンバ材料投入口１３ａを介して材料処理チャンバ１３と接続される。
【００３４】
材料処理チャンバ１３は、筐体状に形成される。材料処理チャンバ１３内では、固体材料供給装置１から供給されるシリコン固体材料２１を用いてシリコン単結晶体を成長させる。材料処理チャンバ１３には、チャンバ材料投入口１３ａと、結晶引上げ口１３ｂと、処理装置気体排気口１３ｃとが形成される。チャンバ材料投入口１３ａは、固体材料供給装置１から排出されるシリコン固体材料２１が材料処理チャンバ１３内に投入される開口であり、材料処理チャンバ１３の側壁面に形成される。結晶引上げ口１３ｂは、材料処理チャンバ１３内で成長させるシリコン単結晶体を引上げる開口であり、材料処理チャンバ１３の上壁面に形成される。処理装置気体排気口１３ｃは、材料処理チャンバ１３内に存在する気体が材料処理チャンバ１３外に排気される開口であり、排気手段（不図示）が接続され、材料処理チャンバ１３の下壁面に形成される。
【００３５】
また材料処理チャンバ１３の内部には、坩堝１６と、加熱手段１８とが配置される。坩堝１６は、グラファイトから成る外坩堝１６ａと、石英から成る内坩堝１６ｂとを含んで構成され、固体材料供給装置１から排出されるシリコン固体材料２１およびシリコン固体材料２１が融解されたシリコン融液２２を貯留する部材である。外坩堝１６ａおよび内坩堝１６ｂ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。外坩堝１６ａは、内坩堝１６ｂを覆うように配置され、外坩堝１６ａの内壁面と内坩堝１６ｂの外壁面とは接している。坩堝１６は、結晶引上げ口１３ｂから鉛直方向下方に配置される。また外坩堝１６ａの下壁面には、外坩堝１６ａの下壁面から鉛直方向下方に延びる坩堝回転軸１７が固定される。加熱手段１８は、坩堝１６を加熱する手段である。加熱手段１８は、坩堝１６の周囲を囲むように設けられる。加熱手段１８は、たとえば誘導加熱手段によって実現される。この場合、坩堝１６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、坩堝１６を加熱することができる。
【００３６】
処理装置バルブ１５は、材料処理チャンバ１３とプルチャンバ１４とを仕切る開閉可能なバルブである。処理装置バルブ１５は、筐体状に形成される処理バルブ筐体１５ａと、処理バルブ弁体１５ｃとを含んで構成される。処理バルブ筐体１５ａには、処理バルブ開口部１５ｂが形成される。処理バルブ開口部１５ｂは、材料処理チャンバ１３内で成長させたシリコン単結晶体が結晶引上げ口１３ｂを介して通過する開口である。処理バルブ弁体１５ｃは、板状に形成され、処理バルブ開口部１５ｂを閉鎖または開放する。処理装置バルブ１５は、材料処理チャンバ１３に形成される結晶引上げ口１３ｂから鉛直方向上方に配置され、結晶引上げ口１３ｂを介して材料処理チャンバ１３と接続される。
【００３７】
プルチャンバ１４は、筐体状に形成され、材料処理チャンバ１３内で成長させたシリコン単結晶体を収容する。プルチャンバ１４には、処理装置気体供給口１４ａが形成される。処理装置気体供給口１４ａは、アルゴンガスが気体供給手段（不図示）によってプルチャンバ１４内に供給される開口であり、プルチャンバ１４の側壁面に形成される。本実施の形態では、アルゴンガスを供給するときのガス流量は、たとえば１００Ｌ／ｍｉｎに設定する。処理装置気体供給口１４ａから供給されるアルゴンガスは、結晶引上げ口１３ｂを介して材料処理チャンバ１３内に流入し、材料処理チャンバ１３に形成される処理装置気体排気口１３ｃから材料処理チャンバ１３外に排気される。プルチャンバ１４は、処理装置バルブ１５に形成される処理バルブ開口部１５ｂから鉛直方向上方に配置され、処理バルブ開口部１５ｂを介して処理装置バルブ１５と接続される。
【００３８】
またプルチャンバ１４の鉛直方向上方には、結晶引上げ手段１９が配置され、プルチャンバ１４の内部には、結晶引上げ手段１９によって回転、昇降するワイヤケーブル１９ａが配置される。結晶引上げ手段１９は、ワイヤケーブル１９ａを介してシリコン単結晶体を引上げて成長させる。
【００３９】
図２は、固体材料処理装置２０が有する固体材料供給装置１の構成を示す断面図である。固体材料供給装置１は、材料貯蔵容器５と、材料投入バルブ２とを含んで構成される。材料貯蔵容器５は、詳細は後述するが、筒状部材６に形成される容器材料投入口６ａから投入されるシリコン固体材料２１を貯蔵する。また筒状部材６内に貯蔵されるシリコン固体材料２１は、筒状部材６に形成される容器材料排出口６ｂから材料貯蔵容器５外に排出される。材料貯蔵容器５は、材料投入バルブ２に形成される投入バルブ開口部３ａから鉛直方向上方に配置される。
【００４０】
材料投入バルブ２は、開閉可能なバルブである。材料投入バルブ２は、筐体状に形成される投入バルブ筐体３と、投入バルブ弁体４とを含んで構成される。投入バルブ筐体３には、投入バルブ開口部３ａと投入バルブ当接面３ｂとが形成される。投入バルブ開口部３ａは、材料貯蔵容器５が有する容器材料排出口６ｂから排出されるシリコン固体材料２１が通過する開口である。投入バルブ当接面３ｂは、投入バルブ筐体３の内壁面に形成され、投入バルブ弁体４が投入バルブ開口部３ａを閉鎖するときに当接する面である。本実施の形態では、投入バルブ当接面３ｂは、鉛直方向下方に向いている。つまり投入バルブ当接面３ｂは、容器材料排出口６ｂから排出されるシリコン固体材料２１が投入バルブ開口部３ａに向けて投入される投入方向に対して同一方向に向いている。
【００４１】
そのためシリコン固体材料２１が投入バルブ開口部３ａに向けて投入されるとき、シリコン固体材料２１が投入バルブ当接面３ｂに接触するのを防止することができる。したがって投入バルブ当接面３ｂに傷がつくのを防止することができ、投入バルブ弁体４が投入バルブ開口部３ａを閉鎖するときの気密性を維持することができる。
【００４２】
投入バルブ弁体４は、板状に形成され、投入バルブ開口部３ａを閉鎖または開放する。投入バルブ弁体４の投入バルブ当接面３ｂと当接する面には、シール部材４ａが配置される。材料投入バルブ２は、投入バルブ弁体４が投入バルブ当接面３ｂに当接または離反することにより、投入バルブ開口部３ａを閉鎖または開放するように構成される。材料投入バルブ２は、投入バルブ開口部３ａを介して材料準備チャンバ１０と接続される。
【００４３】
図３は、固体材料供給装置１が有する材料貯蔵容器５の構成を示す斜視図である。図３（ａ）に示すように、材料貯蔵容器５は、筒状に形成される筒状部材６と、２つの開閉部材７，８を含んで構成される。筒状部材６には、シリコン固体材料２１が投入される開口である容器材料投入口６ａと、シリコン固体材料２１が排出される開口である容器材料排出口６ｂとが形成される。
【００４４】
２つの開閉部材７，８は、矩形板状に形成され、容器材料排出口６ｂを閉鎖または開放する。第１開閉部材７の厚み方向一方の面は、容器材料排出口６ｂを閉鎖するときに容器材料排出口６ｂに当接する第１部材当接面７ａとなる。第１部材当接面７ａにおいて、第１開閉部材７の４つの縁辺のうち１つとなる縁辺に隣接して第１回転軸７ｃが形成される。また第１部材当接面７ａにおいて、第１開閉部材７の第１回転軸７ｃが形成される縁辺の伸延方向両側に位置する２つの縁辺に隣接して、第１部材当接面７ａに対して垂直になるように、それぞれ扇形板状の第１突出部材７ｂが形成される。第１開閉部材７は、第１回転軸７ｃが筒状部材６の近傍にくるように配置される。第１回転軸７ｃと筒状部材６との間隔は、装置サイズや取扱う固体材料の大きさを考慮して設定される。本実施の形態では、第１回転軸７ｃと筒状部材６との間隔は、１ｍｍ〜１０ｍｍの範囲で設定される。第１開閉部材７は、第１回転軸７ｃまわりに回転することで、容器材料排出口６ｂを閉鎖または開放するように構成される。
【００４５】
第２開閉部材８は、第１開閉部材７の第１部材当接面７ａよりも大きい外形となる第２部材対向面８ａを有する。第２部材対向面８ａは、容器材料排出口６ｂを閉鎖するときに容器材料排出口６ｂに当接する第１開閉部材７に対向する。第２部材対向面８ａにおいて、第２開閉部材８の４つの縁辺のうち１つとなる縁辺に隣接して第２回転軸８ｃが形成される。また第２部材対向面８ａにおいて、第２開閉部材８の第２回転軸８ｃが形成される縁辺の伸延方向両側に位置する２つの縁辺に隣接して、第２部材対向面８ａに対して垂直になるように、それぞれ扇形板状の第２突出部材８ｂが形成される。第２開閉部材８は、第２回転軸８ｃが筒状部材６の近傍にくるように配置される。第２回転軸８ｃと筒状部材６との間隔は、装置サイズや取扱う固体材料の大きさを考慮して設定される。本実施の形態では、第２回転軸８ｃと筒状部材６との間隔は、１ｍｍ〜１０ｍｍの範囲で設定される。また第２開閉部材８は、第２回転軸８ｃが筒状部材６を介して第１回転軸７ｃに対向するように配置される。第２開閉部材８は、第２回転軸８ｃまわりに回転することで、容器材料排出口６ｂを閉鎖または開放するように構成される。
【００４６】
開閉部材７，８および突出部材７ｂ，８ｂは、たとえばステンレスなどの金属、グラファイトなどによって形成することができるが、第１部材当接面７ａ、第２部材対向面８ａおよび突出部材７ｂ，８ｂの内側に向く面は、シリコン固体材料２１の硬さよりも高い硬さをもつ材料によって被覆することが好ましい。前記材料としては、炭化珪素、窒化珪素などのセラミックス材料を挙げることができる。本実施の形態では、開閉部材７，８および突出部材７ｂ，８ｂは、ステンレス（ＳＵＳ３０４）から成る材料で形成され、第１部材当接面７ａ、第２部材対向面８ａおよび突出部材７ｂ，８ｂの内側に向く面は、炭化珪素から成る材料で被覆される。
【００４７】
そのためシリコン固体材料２１が接触することによって第１部材当接面７ａおよび第２部材対向面８ａに傷がつくのを防止することができる。したがって傷に由来する異物の発生を抑制することができ、材料貯蔵容器５から異物が排出されるのを防止することができる。
【００４８】
２つの開閉部材７，８が容器材料排出口６ｂを開放するとき、図３（ｂ）に示すように、まず第２開閉部材８が第２回転軸８ｃまわりに鉛直方向下方に向けて回転する。そのあと図３（ｃ）に示すように、第１開閉部材７が第１回転軸７ｃまわりに鉛直方向下方に向けて回転して、容器材料排出口６ｂを開放する。このとき容器材料排出口６ｂの周囲は、第１開閉部材７、第１突出部材７ｂ、第２開閉部材８および第２突出部材８ｂによって、囲まれる。
【００４９】
図４は、固体材料供給装置１から固体材料が排出される様子を示す断面図である。固体材料供給装置１からシリコン固体材料２１を排出するとき、開閉部材７，８は、回転軸７ｃ，８ｃまわりに回転して、材料貯蔵容器５に形成される容器材料排出口６ｂを開放するとともに、材料投入バルブ２が有する投入バルブ筐体３に形成される投入バルブ開口部３ａに挿通する。このとき突出部材７ｂ，８ｂも投入バルブ開口部３ａに挿通する。材料貯蔵容器５内に貯蔵されるシリコン固体材料２１は、容器材料排出口６ｂが開放されることによって、容器材料排出口６ｂから鉛直方向下方に落下して排出されるとともに、投入バルブ開口部３ａに挿通する開閉部材７，８および突出部材７ｂ，８ｂに案内されて投入バルブ開口部３ａを通過する。投入バルブ開口部３ａを通過したシリコン固体材料２１は、材料準備チャンバ１０内に配置される材料収容手段１２に向けて落下して、材料収容容器１２ａ内に収容される。
【００５０】
そのため容器材料排出口６ｂを開放してシリコン固体材料２１を材料貯蔵容器５から排出する排出動作と、開閉部材７，８を投入バルブ開口部３ａに挿通させる挿通動作とを同時に行うことができるので、それぞれ別々の駆動源で排出動作と挿通動作とを行う場合に比べて、設備コストを低減することができるとともに、駆動制御を簡単化することができる。また材料貯蔵容器５に貯蔵されるシリコン固体材料２１は、容器材料排出口６ｂから排出されるとともに、投入バルブ開口部３ａに挿通する開閉部材７，８に案内されて投入バルブ開口部３ａを通過するので、シリコン固体材料２１が投入バルブ開口部３ａから投入バルブ筐体３内に飛散して進入するのを防止することができる。
【００５１】
また２つの開閉部材７，８が容器材料排出口６ｂを開放するとともに投入バルブ開口部３ａに挿通するので、シリコン固体材料２１が投入バルブ開口部３ａから投入バルブ筐体３内に飛散して進入する確率を低減することができる。
【００５２】
また開閉部材７，８が容器材料排出口６ｂを開放するとともに投入バルブ開口部３ａに挿通するとき、開閉部材７，８に設けられる突出部材７ｂ，８ｂも投入バルブ開口部３ａに挿通する。そのためシリコン固体材料２１が投入バルブ開口部３ａから投入バルブ筐体３内に飛散して進入する確率を低減することができる。
【００５３】
また開閉部材７，８には回転軸７ｃ，８ｃが形成されるので、開閉部材７，８は、回転軸まわりに回転することによって、容器材料排出口６ｂを開放するとともに投入バルブ開口部３ａに挿通することができる。また回転軸７ｃ，８ｃは、容器材料排出口６ｂが形成される筒状部材６の近傍に配置される。そのため開閉部材７，８が回転することによって、シリコン固体材料２１が容器材料排出口６ｂから排出されるとともに、投入バルブ開口部３ａに挿通する開閉部材７，８に案内されて投入バルブ開口部３ａを通過するとき、シリコン固体材料２１が開閉部材７，８に囲まれる領域外に飛散して容器材料排出口６ｂから排出されるのを防止することができる。
【００５４】
図５は、固体材料処理装置２０における固体材料供給方法を示すフローチャートである。まずステップｓ０では、開閉部材７，８を材料貯蔵容器５に形成される容器材料排出口６ｂを閉鎖する閉鎖位置に位置させる。また材料投入バルブ２および準備チャンババルブ１１を閉鎖させた状態で処理装置バルブ１５を開放させて、排気手段によって材料処理チャンバ１３およびプルチャンバ１４内に存在する気体を、処理装置気体排気口１３ｃを介して排気する。そのあとアルゴンガスを気体供給手段によって処理装置気体供給口１４ａから供給する。このようにして材料処理チャンバ１３およびプルチャンバ１４内にアルゴンガスを充填させてステップｓ１に進み、シリコン固体材料２１を材料処理チャンバ１３内に配置される坩堝１６に供給する作業を開始する。
【００５５】
ステップｓ１では、シリコン固体材料２１を材料貯蔵容器５に形成される容器材料投入口６ａに向けて投入して、シリコン固体材料２１を材料貯蔵容器５内に貯蔵する。次にステップｓ２では、材料投入バルブ２を開放させる。このとき材料投入バルブ２に形成される投入バルブ開口部３ａから鉛直方向下方の材料準備チャンバ１０内に材料収容容器１２ａが配置されている。
【００５６】
次にステップｓ３では、開閉部材７，８を回転軸７ｃ，８ｃまわりに回転させる。このとき開閉部材７，８は、容器材料排出口６ｂを開放するとともに、投入バルブ開口部３ａに挿通する。また開閉部材７，８に設けられる突出部材７ｂ，８ｂも投入バルブ開口部３ａに挿通する。材料貯蔵容器５内に貯蔵されるシリコン固体材料２１は、容器材料排出口６ｂが開放されることによって、容器材料排出口６ｂから鉛直方向下方に落下して排出されるとともに、投入バルブ開口部３ａに挿通する開閉部材７，８および突出部材７ｂ，８ｂに案内されて投入バルブ開口部３ａを通過する。投入バルブ開口部３ａを通過したシリコン固体材料２１は、材料準備チャンバ１０内に配置される材料収容手段１２に向けて落下して、材料収容容器１２ａ内に収容される。
【００５７】
次にステップｓ４では、開閉部材７，８を回転軸７ｃ，８ｃまわりに回転させて、容器材料排出口６ｂを閉鎖する。次にステップｓ５では、シリコン固体材料２１が材料収容容器１２ａ内に収容された状態で、材料投入バルブ２を閉鎖させる。このようにして材料準備チャンバ１０を密閉してステップｓ６に進む。ステップｓ６では、排気手段によって材料準備チャンバ１０内に存在する気体を、準備チャンバ気体排気口１０ｂを介して排気する。次にステップｓ７では、アルゴンガスを気体供給手段によって準備チャンバ気体供給口１０ａから供給する。このようにして材料準備チャンバ１０内にアルゴンガスを充填させてステップｓ８に進む。ステップｓ８では、準備チャンババルブ１１を開放させる。
【００５８】
次にステップｓ９では、ロッド１２ｂを介して材料収容容器１２ａを水平方向に直線移動させてチャンバ材料投入口１３ａを通過させ、材料収容容器１２ａを坩堝１６の鉛直方向上方に移動させる。次にステップｓ１０では、ロッド１２ｂを介して材料収容容器１２ａを水平方向に延びる回転軸線まわりに回転させる。これによって材料収容容器１２ａ内に収容されたシリコン固体材料２１が、鉛直方向下方に落下して、坩堝１６内に供給される。次にステップｓ１１では、シリコン固体材料２１が坩堝１６内に供給されると、ロッド１２ｂを介して材料収容容器１２ａを水平方向に直線移動させて、材料収容容器１２ａを材料準備チャンバ１０内に戻す。次にステップｓ１２では、準備チャンババルブ１１を閉鎖させる。
【００５９】
次にステップｓ１３では、終了するか否かを判断し、予め定められる終了条件を満足すると、ステップｓ１４に進み、作業を終了する。終了条件は、固体材料供給装置１によって材料処理チャンバ１３内に供給されたシリコン固体材料２１を用いて、シリコン単結晶体を成長させ、シリコン単結晶体の製造が完了すると終了条件を満足する。シリコン単結晶体を成長させるとき、まず坩堝１６内に投入されたシリコン固体材料２１を融解して、シリコン融液２２を坩堝１６内に貯留する。このとき坩堝１６は、加熱手段１８によって加熱されている。
【００６０】
そのあと坩堝回転軸１７まわりに坩堝１６を回転させた状態で、坩堝１６内に貯留されたシリコン融液２２に、ワイヤケーブル１９ａの先端に固定される種結晶を浸し、結晶引上げ手段１９によって徐々に種結晶を引上げることによって結晶を成長させる。このとき坩堝１６から引上げられるシリコン単結晶体の成長容量に応じて、固体材料供給装置１によって、シリコン固体材料２１を坩堝１６に随時供給する。このようにしてシリコン単結晶体の引上げ作業が完了すると、処理装置バルブ１５を閉鎖させて、シリコン単結晶体をプルチャンバ１４内に収容し、シリコン単結晶体の製造が完了する。またステップｓ１３において、終了条件を満足しない場合には、ステップｓ１に戻り、固体材料供給作業を繰返す。
【００６１】
以上のように本実施形態の固体材料処理装置２０によれば、シリコン固体材料２１をチャンバ材料投入口１３ａを介して材料処理チャンバ１３内に供給するとき、容器材料排出口６ｂを開放してシリコン固体材料２１を材料貯蔵容器５から排出する排出動作と、開閉部材７，８を投入バルブ開口部３ａに挿通させる挿通動作とを同時に行うことができる固体材料供給装置１を含むので、それぞれ別々の駆動源で排出動作と挿通動作とを行う場合に比べて、設備コストを低減することができるとともに、駆動制御を簡単化することができる。
【００６２】
図６は、本発明の実施の第２形態である固体材料処理装置５０の構成を示す断面図である。固体材料処理装置５０は、固体材料供給装置３１と、材料準備チャンバ４０と、材料処理チャンバ１３と、処理装置バルブ１５と、プルチャンバ１４とを含んで構成される。材料処理チャンバ１３、処理装置バルブ１５およびプルチャンバ１４は、前述した実施の第１形態である固体材料処理装置２０と同様に構成される。固体材料処理装置５０において、固体材料処理装置２０とは異なる、固体材料供給装置３１および材料準備チャンバ４０についてのみ以下に記載する。
【００６３】
固体材料供給装置３１は、詳細は後述するが、材料貯蔵容器３５内に貯蔵する固体材料を材料投入バルブ３２が有する投入バルブ開口部３３ａに向けて排出するとともに、固体材料が投入バルブ開口部３３ａから投入バルブ筐体３３内に飛散して進入するのを防止する。さらに固体材料供給装置３１は、投入バルブ開口部３３ａを通過した固体材料がシュータ４１内を滑り落ちて材料処理チャンバ１３内に供給されるように構成される。固体材料供給装置３１は、シュータ４１が投入バルブ開口部３３ａから材料処理チャンバ１３に形成されるチャンバ材料投入口１３ａに向けて下降勾配の傾斜面となるように配置される。またシュータ４１がチャンバ材料投入口１３ａに挿通して、シュータ４１の下端部が材料処理チャンバ１３内に配置される坩堝１６の鉛直方向上方となるように配置される。またシュータ４１は、チャンバ材料投入口１３ａを介して材料処理チャンバ１３と接続される。
【００６４】
材料準備チャンバ４０は、不活性ガスであるアルゴンガスが充填できるように構成される。材料準備チャンバ４０には、準備チャンバ気体供給口４０ａと、準備チャンバ気体排気口４０ｂと、準備チャンバ蓋４０ｃとが形成される。準備チャンバ気体供給口４０ａは、アルゴンガスが気体供給手段（不図示）によって材料準備チャンバ４０内に供給される開口であり、材料準備チャンバ４０の側壁面に形成される。本実施の形態では、アルゴンガスを供給するときのガス流量は、たとえば１００Ｌ／ｍｉｎに設定する。準備チャンバ気体排気口４０ｂは、材料準備チャンバ４０内に存在する気体が材料準備チャンバ４０外に排気される開口であり、排気手段（不図示）が接続され、材料準備チャンバ４０の側壁面に形成される。準備チャンバ蓋４０ｃは、開閉可能に形成され、材料準備チャンバ４０の上壁面となる。材料準備チャンバ４０は、投入バルブ開口部３３ａを介して材料投入バルブ３２と接続される。
【００６５】
図７は、固体材料処理装置５０が有する固体材料供給装置３１の構成を示す断面図である。固体材料供給装置３１は、材料貯蔵容器３５と、材料投入バルブ３２と、シュータ４１とを含んで構成される。材料貯蔵容器３５は、詳細は後述するが、筒状部材３６に形成される容器材料投入口３６ａから投入されるシリコン固体材料２１を貯蔵する。また筒状部材３６内に貯蔵されるシリコン固体材料２１は、筒状部材３６に形成される容器材料排出口３６ｂから材料貯蔵容器３５外に排出される。材料貯蔵容器３５は、容器材料排出口３６ｂが材料投入バルブ３２に形成される投入バルブ開口部３３ａに対向するように、材料準備チャンバ４０内に配置される。
【００６６】
材料投入バルブ３２は、開閉可能なバルブである。本実施の形態では、材料投入バルブ３２は、材料準備チャンバ４０と材料処理チャンバ１３とを仕切るバルブである準備チャンババルブを兼ねる。材料投入バルブ３２は、筐体状に形成される投入バルブ筐体３３と、投入バルブ弁体３４とを含んで構成される。投入バルブ筐体３３には、投入バルブ開口部３３ａと投入バルブ当接面３３ｂとが形成される。投入バルブ開口部３３ａは、材料貯蔵容器３５が有する容器材料排出口３６ｂから排出されるシリコン固体材料２１が通過する開口である。投入バルブ当接面３３ｂは、投入バルブ筐体３３の内壁面に形成され、投入バルブ弁体３４が投入バルブ開口部３３ａを閉鎖するときに当接する面である。本実施の形態では、投入バルブ当接面３３ｂは、容器材料排出口３６ｂから排出されるシリコン固体材料２１が投入バルブ開口部３３ａに向けて投入される投入方向に対して同一方向に向いている。
【００６７】
投入バルブ弁体３４は、板状に形成され、投入バルブ開口部３３ａを閉鎖または開放する。投入バルブ弁体３４の投入バルブ当接面３３ｂと当接する面には、シール部材３４ａが配置される。材料投入バルブ３２は、投入バルブ弁体３４が投入バルブ当接面３３ｂに当接または離反することにより、投入バルブ開口部３３ａを閉鎖または開放するように構成される。
【００６８】
シュータ４１は、前述したように、投入バルブ開口部３３ａから材料処理チャンバ１３に形成されるチャンバ材料投入口１３ａに向けて下降勾配の傾斜面となり、材料貯蔵容器３５から排出されるシリコン固体材料２１をチャンバ材料投入口１３ａに導く。シュータ４１は筒状に形成され、シュータ４１が形成する傾斜面に対して投入バルブ開口部３３ａが垂直となり、投入バルブ開口部３３ａを囲むように投入バルブ筐体３３に接続される。
【００６９】
シュータ４１は、たとえばステンレスなどの金属、グラファイトなどによって形成することができるが、その内壁面は、シリコン固体材料２１の硬さよりも高い硬さをもつ材料によって被覆することが好ましい。前記材料としては、炭化珪素、窒化珪素などのセラミックス材料を挙げることができる。本実施の形態では、シュータ４１は、ステンレス（ＳＵＳ３０４）から成る材料で形成され、その内壁面は、炭化珪素から成る材料で被覆される。
【００７０】
図８は、固体材料供給装置３１が有する材料貯蔵容器３５の構成を示す斜視図である。図８（ａ）に示すように、材料貯蔵容器３５は、筒状に形成される筒状部材３６と、第１開閉部材３７とを含んで構成される。筒状部材３６には、シリコン固体材料２１が投入される開口である容器材料投入口３６ａと、シリコン固体材料２１が排出される開口である容器材料排出口３６ｂとが形成される。
【００７１】
第１開閉部材３７は、矩形板状に形成され、容器材料排出口３６ｂを閉鎖または開放する。第１開閉部材３７の厚み方向一方の面は、容器材料排出口３６ｂを閉鎖するときに容器材料排出口３６ｂに当接する第１部材当接面３７ａとなる。第１部材当接面３７ａにおいて、第１開閉部材３７の４つの縁辺のうち１つとなる縁辺に隣接して第１回転軸３７ｃが形成される。また第１部材当接面３７ａにおいて、第１開閉部材３７の第１回転軸３７ｃが形成される縁辺の伸延方向両側に位置する２つの縁辺に隣接して、第１部材当接面３７ａに対して垂直になるように、それぞれ扇形板状の第１突出部材３７ｂが形成される。第１開閉部材３７は、第１回転軸３７ｃが筒状部材３６の近傍にくるように配置される。第１回転軸３７ｃと筒状部材３６との間隔は、装置サイズや取扱う固体材料の大きさを考慮して設定される。本実施の形態では、第１回転軸３７ｃと筒状部材３６との間隔は、１ｍｍ〜１０ｍｍの範囲で設定される。第１開閉部材３７は、第１回転軸３７ｃまわりに回転することで、容器材料排出口３６ｂを閉鎖または開放するように構成される。
【００７２】
第１開閉部材３７および第１突出部材３７ｂは、たとえばステンレスなどの金属、グラファイトなどによって形成することができるが、第１部材当接面３７ａおよび突出部材３７ｂの内側に向く面は、シリコン固体材料２１の硬さよりも高い硬さをもつ材料によって被覆することが好ましい。前記材料としては、炭化珪素、窒化珪素などのセラミックス材料を挙げることができる。本実施の形態では、第１開閉部材３７および第１突出部材３７ｂは、ステンレス（ＳＵＳ３０４）から成る材料で形成され、第１部材当接面３７ａおよび第１突出部材３７ｂの内側に向く面は、炭化珪素から成る材料で被覆される。第１開閉部材３７が容器材料排出口３６ｂを開放するとき、図８（ｂ）に示すように、第１開閉部材３７が第１回転軸３７ｃまわりに回転して、容器材料排出口３６ｂを開放する。
【００７３】
図９は、固体材料供給装置３１から固体材料が排出される様子を示す断面図である。固体材料供給装置３１からシリコン固体材料２１を排出するとき、第１開閉部材３７は、第１回転軸３７ｃまわりに回転して、材料貯蔵容器３５に形成される容器材料排出口３６ｂを開放するとともに、材料投入バルブ３２が有する投入バルブ筐体３３に形成される投入バルブ開口部３３ａに挿通して、シュータ４１の内壁面に接触する。このとき第１突出部材３７ｂも投入バルブ開口部３３ａに挿通する。
【００７４】
材料貯蔵容器３５内に貯蔵されるシリコン固体材料２１は、容器材料排出口３６ｂが開放されることによって、容器材料排出口３６ｂから排出されるとともに、第１開閉部材３７の第１部材当接面３７ａに落下し、投入バルブ開口部３３ａに挿通する第１開閉部材３７および第１突出部材３７ｂに案内されて、第１部材当接面３７ａ上を滑り落ちて、投入バルブ開口部３３ａを通過する。投入バルブ開口部３３ａを通過したシリコン固体材料２１は、シュータ４１内を滑り落ちて、材料処理チャンバ１３内に配置される坩堝１６に向けて落下する。
【００７５】
容器材料排出口３６ｂから排出されるシリコン固体材料２１は、第１部材当接面３７ａに落下して、第１部材当接面３７ａ上を滑り落ちるので、第１部材当接面３７ａをシリコン固体材料２１の硬さよりも高い硬さをもつ炭化珪素で被覆する効果が発揮される。
【００７６】
またシリコン固体材料２１は、第１部材当接面３７ａ上を滑り落ちて、投入バルブ開口部３３ａを通過するので、シリコン固体材料２１が筒状部材３６から見て、開放位置にある第１開閉部材３７に対して垂直となる方向には飛散しない。そのためシリコン固体材料２１が投入バルブ開口部３３ａから投入バルブ筐体３３内に飛散して進入するのを防止するために必要な、投入バルブ開口部３３ａに挿通する開閉部材を１枚とすることができる。したがって複数の開閉部材を設ける場合に比べて、材料コストを低減することができるとともに、駆動制御を簡単化することができる。
【００７７】
また固体材料処理装置５０では、材料投入バルブ３２が材料準備チャンバ４０と材料処理チャンバ１３とを仕切るバルブである準備チャンババルブを兼ねる。また容器材料排出口３６ｂから排出されるシリコン固体材料２１は、シュータ４１内を滑り落ちて、材料処理チャンバ１３内に配置される坩堝１６に供給されるので、前述した固体材料処理装置２０が有する材料収容手段１２を必要としない。そのため設備コストをさらに低減することができる。
【００７８】
図１０は、固体材料処理装置５０における固体材料供給方法を示すフローチャートである。まずステップａ０では、第１開閉部材３７を材料貯蔵容器３５に形成される容器材料排出口３６ｂを閉鎖する閉鎖位置に位置させる。また材料投入バルブ３２を閉鎖させた状態で処理装置バルブ１５を開放させて、排気手段によって材料処理チャンバ１３およびプルチャンバ１４内に存在する気体を、処理装置気体排気口１３ｃを介して排気する。そのあとアルゴンガスを気体供給手段によって処理装置気体供給口１４ａから供給する。このようにして材料処理チャンバ１３およびプルチャンバ１４内にアルゴンガスを充填させてステップａ１に進み、シリコン固体材料２１を材料処理チャンバ１３内に配置される坩堝１６に供給する作業を開始する。
【００７９】
ステップａ１では、まず材料準備チャンバ４０が有する準備チャンバ蓋４０ｃを開放させる。次にシリコン固体材料２１を材料準備チャンバ４０内に配置される材料貯蔵容器３５が有する容器材料投入口３６ａに向けて投入して、シリコン固体材料２１を材料貯蔵容器３５内に貯蔵する。次にステップａ２では、準備チャンバ蓋４０ｃを閉鎖させて、材料準備チャンバ４０を密閉してステップａ３に進む。ステップａ３では、排気手段によって材料準備チャンバ４０内に存在する気体を、準備チャンバ気体排気口４０ｂを介して排気する。次にステップａ４では、アルゴンガスを気体供給手段によって準備チャンバ気体供給口４０ａから供給する。このようにして材料準備チャンバ４０内にアルゴンガスを充填させてステップａ５に進む。ステップａ５では、材料投入バルブ３２を開放させる。
【００８０】
次にステップａ６では、第１開閉部材３７を第１回転軸３７ｃまわりに回転させる。このとき第１開閉部材３７は、容器材料排出口３６ｂを開放するとともに、投入バルブ開口部３３ａに挿通して、シュータ４１の内壁面に接触する。また第１開閉部材３７に設けられる第１突出部材３７ｂも投入バルブ開口部３３ａに挿通する。材料貯蔵容器３５内に貯蔵されるシリコン固体材料２１は、容器材料排出口３６ｂが開放されることによって、容器材料排出口３６ｂから排出されるとともに、投入バルブ開口部３３ａに挿通する第１開閉部材３７および第１突出部材３７ｂに案内されて、第１開閉部材３７の第１部材当接面３７ａ上を滑り落ちて、投入バルブ開口部３３ａを通過する。投入バルブ開口部３３ａを通過したシリコン固体材料２１は、シュータ４１内を滑り落ちて、材料処理チャンバ１３内に配置される坩堝１６に向けて落下する。このようにしてシリコン固体材料２１が坩堝１６内に供給されてステップａ７に進む。ステップａ７では、第１開閉部材３７を第１回転軸３７ｃまわりに回転させて、容器材料排出口３６ｂを閉鎖する。次にステップａ８では、材料投入バルブ３２を閉鎖させる。
【００８１】
次にステップａ９では、終了するか否かを判断し、予め定められる終了条件を満足すると、ステップａ１０に進み、作業を終了する。終了条件は、固体材料供給装置３１によって材料処理チャンバ１３内に供給されたシリコン固体材料２１を用いて、シリコン単結晶体を成長させ、シリコン単結晶体の製造が完了すると終了条件を満足する。シリコン単結晶体を成長させるとき、まず坩堝１６内に投入されたシリコン固体材料２１を融解して、シリコン融液２２を坩堝１６内に貯留する。このとき坩堝１６は、加熱手段１８によって加熱されている。
【００８２】
そのあと坩堝回転軸１７まわりに坩堝１６を回転させた状態で、坩堝１６内に貯留されたシリコン融液２２に、ワイヤケーブル１９ａの先端に固定される種結晶を浸し、結晶引上げ手段１９によって徐々に種結晶を引上げることによって結晶を成長させる。このとき坩堝１６から引上げられるシリコン単結晶体の成長容量に応じて、固体材料供給装置１によって、シリコン固体材料２１を坩堝１６に随時供給する。このようにしてシリコン単結晶体の引上げ作業が完了すると、処理装置バルブ１５を閉鎖させて、シリコン単結晶体をプルチャンバ１４内に収容し、シリコン単結晶体の製造が完了する。またステップａ９において、終了条件を満足しない場合には、ステップａ１に戻り、固体材料供給作業を繰返す。
【００８３】
以上のように本実施形態の固体材料処理装置５０によれば、シリコン固体材料２１をチャンバ材料投入口１３ａを介して材料処理チャンバ１３内に供給するとき、容器材料排出口３６ｂを開放してシリコン固体材料２１を材料貯蔵容器３５から排出する排出動作と、第１開閉部材３７を投入バルブ開口部３３ａに挿通させる挿通動作とを同時に行うことができる固体材料供給装置３１を含むので、それぞれ別々の駆動源で排出動作と挿通動作とを行う場合に比べて、設備コストを低減することができるとともに、駆動制御を簡単化することができる。
【００８４】
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。たとえば固体材料供給装置１，３１によって供給された固体材料を用いて、材料処理チャンバ１３，４３内でシリコン単結晶体を製造する例を示した。しかしながら本発明は、これに限定するものではなく、チャンバ１３，４３内で製造する結晶として、シリコン多結晶などを挙げることができる。またシリコンから成る結晶以外に、ゲルマニウムなどの元素半導体、ガリウム砒素などの化合物半導体を材料とする結晶が挙げられる。
【００８５】
またチャンバ１３，４３内で実施するプロセスは、坩堝１６，４６内に貯留した融液から結晶体を製造するプロセスに限定するものではなく、半導体材料または金属材料の融液から半導体材料または金属材料を析出体として析出させるプロセスなどに適用してもよい。また半導体材料は、たとえば光電変換素子として利用することができる。光電変換素子としては、電気エネルギを光に変換する発光ダイオードや半導体レーザなどを挙げることができ、光を電気エネルギに変換するフォトダイオードなどを挙げることができる。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】本発明の実施の第１形態である固体材料処理装置２０の構成を示す断面図である。
【図２】固体材料処理装置２０が有する固体材料供給装置１の構成を示す断面図である。
【図３】固体材料供給装置１が有する材料貯蔵容器５の構成を示す斜視図である。
【図４】固体材料供給装置１から固体材料が排出される様子を示す断面図である。
【図５】固体材料処理装置２０における固体材料供給方法を示すフローチャートである。
【図６】本発明の実施の第２形態である固体材料処理装置５０の構成を示す断面図である。
【図７】固体材料処理装置５０が有する固体材料供給装置３１の構成を示す断面図である。
【図８】固体材料供給装置３１が有する材料収容容器３５の構成を示す斜視図である。
【図９】固体材料供給装置３１から固体材料が排出される様子を示す断面図である。
【図１０】固体材料処理装置５０における固体材料供給方法を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００８７】
１，３１  固体材料供給装置
２，３２  材料投入バルブ
３，３３  投入バルブ筐体
４，３４  投入バルブ弁体
５，３５  材料貯蔵容器
６，３６  筒状部材
７，３７  第１開閉部材
８  第２開閉部材
１０，４０  材料準備チャンバ
１１  準備チャンババルブ
１２  材料収容手段
１３  材料処理チャンバ
１４  プルチャンバ
１５  処理装置バルブ
１６  坩堝
１７  坩堝回転軸
１８  加熱手段
１９  結晶引上げ手段
２０，５０  固体材料処理装置
２１  シリコン固体材料
２２  シリコン融液
４１  シュータ
【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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【図１０】
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