(57)【要約】【課題】原料供給管（ホッパー本体）の長さを調節することにより、原料供給管と底蓋との間の隙間の発生を防止する原料供給装置を提供する。【解決手段】単結晶引き上げ装置に設置されて塊状の原料であるランプ材を供給する原料供給装置１であって、前記ランプ材を保持する略円筒状の原料供給管３と、該原料供給管３の下端開口部に脱着可能に装着される円錐状の底蓋５と、該底蓋５を吊り下げる支持部材７とを備え、前記原料供給管３は、その軸方向の長さを調節できる長さ調節手段を備える。これにより、前記原料供給管３及び前記支持部材７の軸方向の長さが変化したときに、前記下端開口部と前記底蓋５との間に隙間が発生することを防止する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
単結晶育成用原料を供給する原料供給装置であって、
前記原料を保持する略円筒状の原料供給管と、
前記原料供給管の下方開口端に脱着可能に備えられる円錐状の底蓋と、
前記底蓋を吊り下げる支持部材と、を備え、
前記底蓋の装着により閉じられた前記下方開口端を有する前記原料供給管内に保持される原料は、前記底蓋の装脱により開かれた前記下方開口端から放出され、
前記原料供給管は、長さ調節手段を備えることを特徴とする原料供給装置。
【請求項２】
前記長さ調節手段は、嵌め合いによる伸縮管であることを特徴とする請求項１記載の原料供給装置。
【請求項３】
前記長さ調節手段は、前記原料供給管の軸方向の長さにおいて、下方に配置されることを特徴とする請求項１又は２記載の原料供給装置。
【請求項４】
前記長さ調節手段は、前記原料供給管の軸方向の長さにおいて、中央部に配置されることを特徴とする請求項１又は２記載の原料供給装置。
【請求項５】
前記長さ調節手段は、前記原料供給管の軸方向の長さにおいて、上方に配置されることを特徴とする請求項１又は２記載の原料供給装置。
【請求項６】
前記長さ調節手段は、機械的な付勢手段を備えることを特徴とする請求項１又は２記載の原料供給装置。
【請求項７】
前記伸縮管は、伸縮方向にガイド部材を備えることを特徴とする請求項２記載の原料供給装置。
【請求項８】
単結晶育成用原料を保持する略円筒状の原料供給管と、
前記原料供給管の下方開口端に脱着可能に備えられる円錐状の底蓋と、
前記底蓋を吊り下げる支持部材と、を備える原料供給装置を用いて原料を供給する原料供給方法であって、
塊状の前記原料を前記底蓋が装着された前記原料供給管内に充填する工程と、
前記原料供給管内に充填された前記原料を備える原料供給装置を単結晶育成装置内に、前記支持部材で支持することにより吊り下げる工程と、
前記支持部材と前記原料供給管の軸方向の長さ比が変化した場合に、前記原料供給管の軸方向の長さを調節することにより、装着された前記底蓋と前記下方開口端との間に隙間ができないようにする工程と、
前記底蓋を装脱して前記充填された原料を放出する工程と、を含むことを特徴とする原料供給方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、単結晶インゴットを製造する単結晶引き上げ装置に係り、特に、多結晶原料を供給する原料供給装置及び原料供給方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスを作製するための基板として用いられる鏡面ウェーハは、単結晶インゴットを薄板部材にスライスし、その表裏面を研削・研磨等することにより得られる。この単結晶インゴットは、例えば、チョクラルスキー（ＣＺ）法（ＭＣＺ法を含む）により製造することができる。チョクラルスキー法を用いた一般的な単結晶インゴットの製造方法について以下簡単に説明する。
【０００３】
チョクラルスキー法では、単結晶引き上げ装置の炉内に設置された石英坩堝に原料の多結晶シリコン（多結晶原料）を充填し、石英坩堝周囲に設けられたヒータにより石英坩堝を加熱することによって、多結晶シリコンを溶融し、原料融液とする。そこに種子にあたる単結晶（種結晶）を浸して、結晶引き上げ機構を使って種結晶をゆっくりと引き上げることによって、種結晶と同じ方位配列を持った単結晶を成長させ、大きな円柱状の単結晶インゴットに仕上げる。そして必要な大きさに成長した単結晶インゴットを炉外に取り出す事により単結晶インゴットの製造を完了する。
【０００４】
ヒータによる加熱を停止した後、単結晶引き上げ装置の内部を冷却し、新たな石英坩堝と原料の多結晶シリコンの再投入を行う。通常、石英坩堝の中に原料融液が残ったままシリコンを融点以下に冷却すると、融液の凝固時の膨張により石英坩堝が壊れるため、１つの石英坩堝から１本の単結晶インゴットしか製造することができず、コストが増大することになっていた。そのため、１つの単結晶インゴットの製造工程が終了した後、装置を冷却せずに、石英坩堝の中の原料融液が凝固することを防ぎながら次の単結晶インゴット製造に用いる原料の多結晶シリコンを再投入し、再投入した多結晶シリコンを溶融して、再度単結晶インゴットを引き上げる単結晶インゴット製造方法が提案されている。原料の多結晶シリコンの供給については、次のような技術が開示されている。
【０００５】
例えば、特許文献１では、単結晶製造装置（単結晶引き上げ装置）内に取り入れ取り出しが簡単に行え、ナゲット状及び／または粒状（以下、「塊状」と総称する）原料を坩堝内の固化した融液面に直接投入するリチャージ管が開示されている。このリチャージ管は、リチャージに適した供給速度を実現し、短時間でスムースに効率よくリチャージを行うことで単結晶の生産性を向上させることができるとしている。
【０００６】
また、特許文献２では、原料融液からの輻射熱を要因とするランプ材（原料の多結晶シリコン）の加熱により、ランプ材が底蓋上で溶融して貼りついたり、熱膨張によりブリッジを形成して落下しなくなるという問題点を改善する単結晶引き上げ装置用リチャージ装置が開示されている。
【０００７】
さらに、特許文献３では、結晶汚染を生ずることがなく、固形原料を円周方向に均等に、かつ多量に投入することが出来る原料供給装置及び供給方法が開示されている。
【０００８】
開示されている各技術では、略円筒状の原料供給管（ホッパー本体、リチャージ管本体ともいう）と円錐状の底蓋から構成される原料供給装置を用い、リチャージ管に底蓋で蓋をして原料の多結晶シリコンを入れ、底蓋を上下動することによって開閉して、原料供給管内の原料の多結晶シリコンを石英坩堝へ落下させる構成となっている。
【特許文献１】再公表ＷＯ２００２／０６８７３２号公報
【特許文献２】特開２００４−２４４２３６公報
【特許文献３】特開２００６−８９２９４公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、単結晶引き上げ工程において、単結晶シリコン引き上げの溶解工程の途中で単結晶引き上げ装置の炉内に原料供給装置を挿入しているため、原料供給装置全体が高温（数百度）になっている。このため、原料供給装置内において、底蓋を吊り下げるシャフト（ワイヤー）等が伸びて底蓋が下がり、原料供給管と底蓋の間に隙間が生じ、原料供給管内の多結晶シリコンが隙間から落下するおそれがある。
【００１０】
例えば、原料供給管の材質が石英であり、シャフトが金属製の場合、一般に金属は石英より熱膨張率が高く、常温で長さが同じであっても、高温になると金属製のシャフトが原料供給管より伸びて長くなり原料供給管と底蓋との間に隙間が生じることがある。例えば、単結晶引き上げ装置の炉内に原料供給装置が吊るされると、たとえ素早く作業をしたとしても、ある程度時間がかかり、シャフトの温度が４００℃から５００℃に上がることもあり、数ミリメートルの隙間が生じると推定される。この隙間では、必ずしも塊状の原料の全てが落下するわけではないが、粒状のものや、ナゲット状の原料同士の摩擦などにより生じた破片や小片（以下これらを総称して、「原料粉」という）は、このような隙間から落下するおそれがある。この隙間から落下した粒状の原料は、坩堝内に落下したときに融液を跳ねることがあり、跳ね上がった融液は、炉内品に付着し、その後引上げ中に落下して結晶に付着し結晶を有転位化させたり、将来コンタミとして、単結晶シリコンに悪影響を与えたりする恐れがある。また、原料供給管の下端がゲートより上にあるときに、このような原料粉（上述の破片や粒状片等を含む）が落下した場合、落下した原料粉がゲート上やゲートフランジ上に乗ってチャンバのリーク不良を生じたり、ゲート開閉ができなくなる危険性がある。
【００１１】
ここで、原料粉とは、上述のような原料供給管と底蓋との間の隙間から落下可能な大きさの原料の小片、粒、顆粒等の原料固体が砕けて細かになったものを意味することができ、球形、ラグビーボールのような楕円球等あらゆる形状のものを含んでよい。球形近似をしたときの個数を基準とした算術による平均径が、約０．１ｍｍから約５．０ｍｍのものとすることもできる。
【００１２】
また、形状指数Ｆを、１から１０のものとすることもできる。ここで、形状指数は、次のように定義される。原料粉の体積から等価な球の直径（Ｄｅｑ）を求め、原料粉の形状に関して得られる最大の距離（Ｌｍａｘ）との比Ｆを取ったものである。例えば、図９に示すように、次のように求められる。
径がＤの球：Ｄｅｑと、Ｌｍａｘ（直径）は同じであるので、Ｆ＝Ｌｍａｘ／Ｄｅｑ＝１。
一辺がＤの立方体：Ｌｍａｘは対角線長さで、Ｆ＝√３／（６／π）１／３＝１．３９６。
一辺がＤで２Ｄの高さの正四角柱：Ｌｍａｘは対角線長さで、Ｆ＝√６／（１２／π）１／３＝１．５７。
高さが径Ｄの２倍の円柱：Ｌｍａｘは上下底を結ぶ斜線長さで、Ｆ＝√５／３１／３＝１．５５。
高さが径Ｄと同じ円錐：Ｌｍａｘは円錐面に沿う長さで、Ｆ＝√５／４１／３＝１．４１。
厚みＤで幅が４Ｄで長さが８Ｄの平板：Ｌｍａｘは対角線長さで、Ｆ＝９／（１９２／π）１／３＝２．２８。
【００１３】
一方、落下した原料粉等が、融液を跳ね上げて、単結晶引き上げ装置の部品に融液が付着すること等を防ぐため、原料供給装置を低い位置へ保とうとすると、原料供給管は、更に高温にさらされることとなる。このときは、約６００度以上になるとも考えられ、この場合、生じる隙間は１０ミリメートル以上になると推察される。そのため、より大きな原料粉等まで落下して、液跳ねなどの問題を更に生じやすくさせるおそれがある。
【００１４】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、原料供給管の軸方向の長さを調節することにより、原料供給管と底蓋との間の隙間の発生を防止する原料供給装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記課題を解決するために、本発明における原料供給装置は、原料を保持する略円筒状の原料供給管と、前記原料供給管の下方開口端に脱着可能に備えられる円錐状の底蓋と、前記底蓋を吊り下げる支持部材と、を備え、前記原料供給管は、長さ調節手段を備える。
【００１６】
より具体的には、本発明では以下のようなものを提供することができる。
【００１７】
（１）単結晶育成用原料を供給する原料供給装置であって、前記原料を保持する略円筒状の原料供給管と、前記原料供給管の下方開口端に脱着可能に備えられる円錐状の底蓋と、前記底蓋を吊り下げる支持部材と、を備え、前記底蓋の装着により閉じられた前記下方開口端を有する前記原料供給管内に保持される原料は、前記底蓋の装脱により開かれた前記下方開口端から放出され、前記原料供給管は、長さ調節手段を備えることを特徴とする原料供給装置を提供することができる。
【００１８】
（２）前記長さ調節手段は、嵌め合いによる伸縮管であることを特徴とする上記（１）記載の原料供給装置を提供することができる。
【００１９】
ここで、嵌め合いによる伸縮管とは、所定の大きさの内径を有する略円筒形の第１の管と、その第１の管の中に嵌め合いで入る前記内径より小さい外径を有する略円筒形の第２の管とからなる伸縮管を例としてあげることができる。これらの２つの管は、前記第１の管の内側と前記第２の管の外側とを摺動（スライド）させて、管全体の長さを伸縮できる。尚、これら第１の管と第２の管とのいずれをも下方に配置することができるが、第１の管を下方に配置する方がより好ましい。前記第１の管の内側と前記第２の管の外側の間の摺動部にコンタミが入りにくくなるからである。
【００２０】
（３）前記長さ調節手段は、前記原料供給管の軸方向の長さにおいて、下方に配置されることを特徴とする上記（１）又は（２）記載の原料供給装置を提供することができる。
【００２１】
ここで、下方とは、少なくとも前記原料供給管の軸方向の長さの半分より下方であってよい。より好ましくは、前記原料供給管の軸方向の長さの３／４よりも下方であってよい。尚、前記原料供給管にいわゆるストッパが装着されている場合は、その装着されたストッパよりも下方であることが好ましい。ストッパが原因で生じ得る前記底蓋及び前記原料供給管の下方開口端との隙間をも調節して、キャンセルすることが可能である。
【００２２】
（４）前記長さ調節手段は、前記原料供給管の軸方向の長さにおいて、中央部に配置されることを特徴とする上記（１）又は（２）記載の原料供給装置を提供することができる。
【００２３】
（５）前記長さ調節手段は、前記原料供給管の軸方向の長さにおいて、上方に配置されることを特徴とする上記（１）又は（２）記載の原料供給装置を提供することができる。
【００２４】
（６）前記長さ調節手段は、機械的な付勢手段を備えることを特徴とする上記（１）又は（２）記載の原料供給装置を提供することができる。
【００２５】
ここで、上述の中央部とは、前記原料供給管の軸方向の長さの略中央部位を含んでよく、全体長さの約１／４から３／４の間の部位を意味することができる。このように長さ調節手段を備える位置を変えることにより、上述の機械的な付勢手段についてより好ましいものを選択することが可能となる。ここで、機械的な付勢手段とは、化学的なもの、電気的なものを除いた手段を意味してよい。長さ調整手段の部材の材料として主に石英が用いられ、その環境も高温になり易いところ、化学的なものや電気的なものは必ずしも好ましくないからである。
【００２６】
（７）前記伸縮管は、伸縮方向にガイド部材を備えることを特徴とする上記（１）又は（２）記載の原料供給装置を提供することができる。
【００２７】
ここで、ガイド部材とは、嵌め合いによる伸縮管の摺動部に設けられたレールのようなものを例としてあげることができる。これにより、不用意な回転を防止し、よりスムースな伸縮を可能にできる。
【００２８】
（８）単結晶育成用原料を保持する略円筒状の原料供給管と、前記原料供給管の下方開口端に脱着可能に備えられる円錐状の底蓋と、前記底蓋を吊り下げる支持部材と、を備える原料供給装置を用いて原料を供給する原料供給方法であって、塊状の前記原料を前記底蓋が装着された前記原料供給管内に充填する工程と、前記原料供給管内に充填された前記原料を備える原料供給装置を単結晶育成装置内に、前記支持部材で支持することにより吊り下げる工程と、前記支持部材と前記原料供給管の軸方向の長さ比が変化した場合に、前記原料供給管の軸方向の長さを調節することにより、装着された前記底蓋と前記下方開口端との間に隙間ができないようにする工程と、前記底蓋を装脱して前記充填された原料を放出する工程と、を含むことを特徴とする原料供給方法を提供できる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、原料供給管の長さを調節することにより、原料供給管の下方端部の開口と底蓋との間の隙間の発生を防止することが可能となる。これにより、原料供給管の下方端部の開口と底蓋との間に生じる隙間から原料粉等が落下することを防ぐことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
次に、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。各図面において同一の構成または機能を有する構成要素および相当部分には、同一の符号を付し、その説明は省略する。また、以下の説明では、本発明に係る実施の態様の一例を示したに過ぎず、当業者の技術常識に基づき、本発明の範囲を超えることなく、適宜変更可能である。従って、本発明の範囲はこれらの具体例に限定されるものではない。
【００３１】
図１（ａ）から（ｃ）は、本発明に係る原料供給装置１の一例を示した断面図である。図１（ａ）に示すように、原料供給装置１は、原料（例えば、多結晶シリコン）を保持する略円筒状の原料供給管（又はホッパー本体）３と、原料供給管３の下端開口部３ａを開閉する円錐状の底蓋５と、底蓋５を吊り下げるシャフト７とを備える。シャフト７は、更に上のシード軸１６に連結され、図示しない吊り下げ装置により、この原料供給装置１全体が吊り下げられる。底蓋５は、シャフト７に固定されており、第１の管３２の下方端の開口部３ａに装着され、開口部３ａを閉じる。また、後述するように、第１の管３２の下降を止めることになる。金属製のシャフト７には、円筒形状のストッパ７１がかしめてあり、固定されている。第１の天板９ａは、原料供給管３に汚染物が混入することを防止するとともに、シャフト７を挿通する孔が形成されている。また、シャフト７に連結された底蓋５が原料供給管３の中心になるようにガイドする。この第１の天板９ａに固定されて第２の天板９ｂが設けられる。この第１の天板９ａと第２の天板９ｂの間にストッパ７１が、シャフト７を挿通するためにそれぞれ開けられた孔の径よりも大きな径をもって備えられ、ストッパ７１と第２の天板９ｂとによって、第１の天板９ａに固定された第２の管３１が吊り下げられる。この第１の天板９ａには、直接ボルトで、若しくは、クランプ状の留め具を介して係止部４２ａが固定されている。この係止部４２ａは、鉛直方向に伸びる円筒形状をしており第２の管３１の回りに対称に２個備えられている。回転対称に、３個又は４個備えてもよい。また、円筒形状に限らず、単なる棒状のものが周方向に３本以上で軸対称に配置されていてもよい。この係止部４２ａは後述する底蓋５の開閉機構に用いられる。
【００３２】
図１（ｂ）は、図１（ａ）の原料供給装置１が引き上げ装置に挿入され、温度が上がり、金属製のシャフト７が伸びた状態を示している。このとき、第２の管３１も熱膨張により伸びてはいるが、材質が石英であるためその伸びは著しく少なく、この図ではないものとして取り扱っている。図１（ｂ）に示すようにシャフト７の長さが、Ｄだけ伸びている。従って、第１の管３２の下方端の開口部３ａと底蓋５との間には、隙間が生じている。
【００３３】
図１（ｃ）は、図１（ｂ）の原料供給装置１が自動で隙間を閉じた状態を示している。即ち、第１の管３２は、自重により下方に移動し、隙間の空いた図１（ｂ）の状態から、自動的に隙間を閉めて、底蓋５を再度装着した状態を示している。ここでわかるように、第１の管３２及び第２の管３１のオーバーラップした摺動部の長さが、Ｄだけ短くなっており、熱膨張差等により伸びたＤを吸収している。従って、このような摺動部は、想定される伸びの分以上を確保することが好ましい。
【００３４】
ここで、底蓋５は、底面の直径が第２の管３２の径と略同じかやや大きい。底蓋５の円錐面の一部分が第１の管３２の下端と係合してホッパー管５の下端開口部３ａを閉じる。
【００３５】
このように、全体の長さを調整する長さ調節機構を有する原料供給管３により、原料供給装置１は、原料供給管３と底蓋５との間に隙間が発生することを防止することができる。これにより、原料供給管３と底蓋５との間に生じる隙間から原料粉が落下することを防ぐことができる。
【００３６】
図２（ａ）から（ｄ）は、原料供給管３を構成する第２の管３１と第１の管３２の長さの割合を変えた例等を縦断面図において示す。図２（ａ）は、長さ調節機構を下方に設けた場合、図２（ｂ）は、長さ調節機構を中ほどに設けた場合、図２（ｃ）は、長さ調節機構を上方に設けた場合の例を示す図である。長さ調節機構によって、原料供給管３と底蓋５との間に隙間が発生することを防ぐとともに長さ調節機構を設ける位置によって、次のような効果を得ることもできる。図２（ａ）では、底蓋５へかかる第１の管３２の重さが過度に重くなることを防ぐことが可能である。図２（ｂ）では、底蓋５へかかる第１の管３２の重さを十分とし、隙間を空き難くすることができる。
【００３７】
図２（ｃ）では、底蓋５へかかる第１の管３２の重さをさらに十分とし、隙間がより空き難くすることができる。また、内径が大きくなるため、より多くの原料を充填することができる。
【００３８】
図２（ｄ）では、図２（ｃ）と同様に、底蓋５へかかる第１の管３２の重さをさらに十分とし、より多くの原料を充填することができる。尚、この実施例の場合は、係止部４２が第１の管３２にベルト等で固定される構造となっている。従って、図２（ａ）から（ｃ）の場合とは、その開放のタイミングが少しずれることになる。即ち、係止部４２により第１の管３２の下降が係止される場合、長さ調節機構が機能しないため底蓋５の装脱が遅れることがない。
【００３９】
次に、図３に基づいて本発明の実施の形態の例である原料供給装置１を適用した単結晶シリコンを引き上げる単結晶引き上げ装置１０の全体構成について簡単に説明する。断面で表される図３は、単結晶シリコン引き上げの溶解工程の途中で単結晶引き上げ装置１０の炉内に原料供給装置１を設置した状態を示している。図３に示す単結晶引き上げ装置１０は、主として、チャンバ１２と、サブチャンバ１４と、から構成される。チャンバ１２内には、石英坩堝２０と黒鉛坩堝２２とヒータ２４を囲繞する断熱材２６がそれぞれ配置される。サブチャンバ１４は、チャンバ１２の上部に開口部１８ａを開閉可能なゲートバルブ１８を隔てて設けられており、結晶育成工程では、原料融液４８から単結晶を引上げ、切り離した後、単結晶インゴットを保持し、そして、単結晶引き上げ装置１０外へと取り出すために用いられる。シード軸１６は、種結晶（図示せず）又は原料供給装置１を掛け止めする。
【００４０】
まず、チャンバ１２について説明する。図３に示すように、有底円筒形状のチャンバ１２は、その底部中央から回転軸を鉛直上方に向けた状態で、上下動自在な回転軸２８が配置される。回転軸２８の上端には椀状の黒鉛坩堝２２を固定しており、黒鉛坩堝２２の内部には椀状の石英坩堝２０が嵌合されている。石英坩堝２０と黒鉛坩堝２２の二重構造としたのは、原料融液に直接接する坩堝はシリコンに対する汚染を防止するために、石英坩堝２０とすることが望ましいからである。一方、石英は高温で軟化すると共に、脆く破損しやすいという性質を有するため、その周囲を黒鉛坩堝２２で囲繞している。
【００４１】
黒鉛坩堝２２の周囲はヒータ２４に囲繞されており、このヒータ２４により石英坩堝２０内に投入された多結晶シリコンのランプ材４６を溶融する。ヒータ２４の周囲にはチャンバ１２と同心円状に円筒形状の断熱材２６を配置している。断熱材２６はヒータ２４からの熱がチャンバ１２に直接輻射されることを防止している。
【００４２】
図３に示すように、チャンバ１２上部にはゲートバルブ１８を介して略円筒形状のサブチャンバ１４が連結されている。チャンバ１２とサブチャンバ１４とは、このゲートバルブ１８により連通または遮断可能となっている。一方、図示しないが、サブチャンバ１４の上端は天板により封鎖されている。また、図３に示すように、サブチャンバ１４の内周面には、中心軸に向かって突出したリング状のフランジ部４０を設けている。
【００４３】
サブチャンバ１４上部には、図示しないシード軸引き上げ装置が設けられている。シード軸引き上げ装置は、シード軸１６を上下動自在に保持しており、サブチャンバ１４の中心軸に沿って吊り下げられている。シード軸１６の下端には、単結晶インゴット引き上げ工程の際には種結晶が吊り下げられ、原料供給工程の際には原料供給装置１が吊り下げられる。
【００４４】
次に、原料供給工程の際にシード軸１６に掛け止めする原料供給装置１の構成について説明する。シード軸１６には、シャフト７が結合されており、このシャフト７は、第２の天板９ｂ及び第１の天板９ａに開けられた孔を通して、底蓋５に結合されている。図１で説明したように第２の管３１と第１の管３２からなる原料供給管３は、第２の天板９ｂに係止されたストッパ７１及び底蓋５により究極的にシャフト７で保持される。
【００４５】
第２の管３１と第１の管３２は、製品となるシリコン単結晶を汚染しないように、原料のシリコンへの不純物の混入を防止するために、石英製としている。また、第２の管３１と第１の管３２を透明の石英で構成することにより、原料供給装置１内部に装填した多結晶シリコンのランプ材４６が全て落下したか否かを確認することができる。また、第１の天板９ａは、フランジ部４０に掛け止めて、この第１の天板９ａを介して第２の管３１の下降を停止させる係止部４２ａを固定する。係止部４２ａが、フランジ部４０に支持され、第１の天板９ａの下降を停止し、この第１の天板９ａに固定される第２の管３１の下降を停止させる。
【００４６】
第１の管３２は、自重により第２の管３１との摺動部でスライドして下降し、その下端の開口部３ａが底蓋５の円錐面に当接する。底蓋５は、シャフト７に固定されて吊り下げられているので、第１の管３２の更なる下降を止める。ここで、開口部３ａは底蓋５により閉じられるのであるが、この第１の管３２の自重が余圧のように働いて、開口部３ａの閉鎖を確実にすることができる。シャフト７は、金属製（例えばステンレス製）である。図１で説明したように、シャフト７には、ストッパ７１が固定され、それぞれにシャフト７が挿通するための孔が開けられた第１の天板９ａと第２の天板９ｂとの間に配置されている。原料供給装置１が吊り下げられた状態では、ストッパ７１が第２の天板９ｂに当接し、第１の天板９ａを介して第２の天板９ｂに固定された第２の管３１が吊り下げられ、嵌め込み式の２重管の外側の管となる第１の管３２も、底蓋５によって下降することが制限されている。
【００４７】
図４は、原料供給を開始する状態を示している。原料となる多結晶シリコンを原料供給する場合、まず、ゲートバルブ１８（図３参照）が開口し、チャンバ１２とサブチャンバ１４とが一つの空間となる。このとき、ルツボ２０内の融液４８から熱が輻射により与えられ、原料供給装置１の温度が上昇する。さらに、原料供給装置１全体が下降し、係止部４２ａがフランジ部４０へ支持されて、第１の天板９ａを介して第２の管３１の下降が止められる。さらに、第２の管３１の位置が下がらないままシャフト７を下降させることにより、ついには底蓋５が装脱され、第１の管３２の下方端の開口部３ａが開くことになるが、第１の管３２及び第２の管３１との摺動部にスライドする余地がある場合は、まず、第１の管３２の自重により第１の管３２が下降し、底蓋５の装脱が遅れる（図５）。
【００４８】
しかしながら、さらに、シャフト７が下降すると、底蓋５が開口部３ａから装脱され、第１の管３２の下方端の開口部３ａが開き、原料供給装置１から、石英坩堝２０の原料融液４８へ塊状の多結晶シリコンが供給される。このとき、第２の管３１の第２のフランジ３１ａに第１の管３２の第１のフランジ３２ａが支持されている。本実施例では、底蓋５の下降が継続する一方、原料供給管３（第２の管３１及び第１の管３２）の下降が止められることにより、開口部３ａが開く構造となっているが、逆に、底蓋５の下降が止められ、原料供給管３が上昇するようにすることもできる。即ち、両者の相対的な移動により、開口部３ａを開閉することができる。
【００４９】
ところで、原料供給装置１が高温の状態のサブチャンバ１４へ設置されたとき、あるいは、サブチャンバ１４へ設置された原料供給装置１が下降してチャンバ１２内へ移動したとき、原料供給装置１は高温に曝されることになる。特にゲートバルブ１８が開いている場合は、坩堝２２等の輻射熱で容易に高温になる。原料供給装置１が高温に曝されて第２の管３１に比べシャフト７が伸びた結果、底蓋５が相対的に下降することになる。上述したように第１の管３２の自重により第１の管３２が容易に下降しなければ、図４に示すように、下端開口部３ａと底蓋５との間に隙間が生じることがある。このときは、例えば、後述するような第３の管により、第１の管３２を下方に押し下げることも可能である。これ以外にも、同様な押し下げ治具（例えば、第１の管３２の第１のフランジ部３２ａに作用する１又は複数の鉛直に設けられた棒）を備えたり、非接触で磁気等により作用する電磁気機構等を配置し、生じた隙間を適宜狭くしたり、なくしたりすることが可能である。図４の場合では、図５に示すように、第１の管３２が底蓋５の下降に同期して下降するため、第１の管３２の下端開口部３ａと底蓋５との間に隙間が生じることを自動で防止できる。従って、熱膨張による隙間の発生を防止し、原料供給管３（第１の管３２及び第２の管３１からなる）に充填された塊状の多結晶シリコンであるランプ材４６あるいはこれらの摩擦等によって発生する破片や小片を含む原料粉が落下することを防ぐことができる。
【００５０】
このように、原料供給管３に長さ調節機構（又は長さ調節手段）を設けることにより、原料供給管３と底蓋５との間に隙間が発生することを防止することができる。これにより、原料供給管３と底蓋５との間に生じる隙間から多結晶原料粉等が落下することを防止し、多結晶原料粉等の落下による不具合の発生を回避することが可能になる。例えば、ゲートバルブ１８のシール（Ｏリング）部等に付着することによる、リーク不良の発生を防ぐことができる。また、単結晶引き上げ装置１０の炉内（チャンバ１２あるいはサブチャンバ１４内）の温度が高い場合であっても、原料供給装置１を単結晶引き上げ装置１０内へ設置することが可能になり、また、ゲートバルブ１８を開けた状態で、長時間原料供給装置１を単結晶引き上げ装置１０内においておくことが可能となる。
【００５１】
また、全体としての原料供給管３は、所定の長さを確保しなければならないが、第２の管３１と第１の管３２とに分割して、全体として原料供給管３の所定の長さ相当分を確保することができる。従って、このように１つの管の長さをあまりに長くする必要も無く、短い管を多く製造すればよいので、特に石英製の管等の製造において生産性が向上する。
【００５２】
図７及び８に、別の実施形態をそれぞれ縦断面図及びＡＡ−ＡＡ断面図において示す。基本的な構造は、図２（ｄ）のものと同じであるので、重複する説明は省略する。第２の管３１の外側に、第３の管３１ｂを鉛直方向にスライド可能に設置したものである。この第３の管３１ｂは、第１の管３２の第１のフランジ３２ａ上に置かれ、第１の管３２の下降を付勢する。
【００５３】
図８は、図７のＡＡ−ＡＡ断面図を示す。図中上下にそれぞれ鉛直方向に沿って延びるガイド部材３１ｃ及び３２ｂが備えられる。これらが備えられるところには、第１のフランジ３２ａ及び第２のフランジ３１ａは、カットされて開口３１ｄとなっているため、第１の管３２及び第２の管３１の相対的なスライドを阻害するものではなく、傾いて若しくは回転しながらスライドすることを防止するものである。
【００５４】
以上、図１から８において図示はしていないが、底蓋５の周辺部にかかる荷重が過大である場合は、第１のフランジ３２ａ及び第２のフランジ３１ａの間に、耐熱性のばねのような弾性体を設けて、底蓋５の周辺部にかかる荷重を緩和することができる。
【００５５】
さらに、上記実施の形態で示した原料供給管の長さ調節機構は一例であり、その他の手段であってもかまわない。底蓋の移動に連動して原料供給管の長さが変化し、底蓋と原料供給管の下端開口部との間に隙間が発生しない手段であればこのほかの方法であってもよい。
【００５６】
また、上記実施の形態で示した原料供給装置１並びに単結晶引き上げ装置１０は一例であり、これらに限られることない。本発明の原料供給装置は、原料供給管（ホッパー本体）の下端開口部を円錐状の底蓋を脱着して開閉する機能を有する如何なる装置へ適用することも可能である。また、原料供給装置１の原料供給管の形状が円筒形のものを例として上述の実施例で説明してきたが、円筒形に限られるものではなく、矩形の筒形状等、他の形状であってもよいことはいうまでもない。また、底蓋の形状も円錐形又は円錐台形状に限られず、例えば角錐や角柱のような、他の形状であってもよいことはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明に係る原料供給装置の例を示した断面図である。（ａ）は、常温時の状態を示し、（ｂ）は、高温時の状態を示し、（ｃ）は、長さ調節機構が機能したときの状態を示したものである。
【図２】原料供給管を構成する第１の管及び第２の管の長さの割合を変えた例を示す図である。（ａ）は第１の管が短い場合、（ｂ）は第１の管及び第２の管の長さが同じくらいの場合、（ｃ）は第１の管が長い場合、（ｄ）は第１の管が長い場合であって係止部を第１の管に固定した場合の例を示したものである。
【図３】本実施形態の例である原料供給装置を配置した単結晶引き上げ装置の例を示した断面図である。
【図４】図３の単結晶引き上げ装置であって、ゲートバルブが開けられ原料供給装置が高温に曝されたときの状態を示した図である。
【図５】図４の単結晶引き上げ装置において、本実施形態の例である原料供給装置の長さ調節機構が機能したときの状態を示した断面図である。
【図６】図４の単結晶引き上げ装置において、本実施形態の例である原料供給装置が原料のランプ材（塊状の多結晶シリコン）を放出している状態を示した断面図である。
【図７】本発明に係る原料供給装置の別の実施形態を示した断面図である。
【図８】図７のＡＡ−ＡＡ断面図を示した図である。
【図９】図形指数の説明図である。
【符号の説明】
【００５８】
１  原料供給装置
３  原料供給管
５  底蓋
７  シャフト
９ａ、９ｂ  第１及び第２の天板
１０  単結晶引き上げ装置
１２  チャンバ
１４  サブチャンバ
１６  シード軸
１８  ゲートバルブ
２０  石英坩堝
２２  黒鉛坩堝
２４  ヒータ
２６  断熱材
２８  回転軸
３１  第２の管
３１ａ  第２フランジ
３１ｂ  第３の管
３１ｃ  ガイド
３２  第１の管
３２ａ  第１フランジ部
３２ｂ  ガイド
４０  フランジ部
４２、４２ａ  係止部
４６  ランプ材
４８  原料融液
７１  ストッパ
【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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