(57)【要約】【課題】原料の落下による坩堝の破損を防止することが可能な原料供給装置を提供する。【解決手段】原料供給装置２０は円筒状のフィーダ２１を備え、チャンバ２の開口部３ａにフィーダ２１を挿通する。フィーダ２１は、チャンバ２の上部からワイヤ２３により吊下げられており、上下方向に昇降可能である。そのため、ピース２５を供給する際に、フィーダ２１の先端は坩堝５の近くまで移動することが可能である。また、フィーダ２１は、ピース２５の汚染を防ぐとともに、高熱に耐えることができるように石英で構成されている。フィーダ２１の内部には、そのフィーダ２１の内径より若干小さい径の円板状のピース２５が複数積層された状態で装填されている。フィーダ２１には投入機構が配設されており、その投入機構によりピース２５を１つずつ坩堝５内の融液に投入する。【選択図】  図２
2004182569.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＣＺ法において、チャンバ内に配設される坩堝の内部に残る融液に原料を供給する際に使用される原料供給装置であって、
前記原料は所定の形状を有する原料片であり、該原料片を投入する際に前記坩堝の上方において投入位置をガイドする供給ガイドと、
前記原料片を前記供給ガイド内を介して前記坩堝内の融液に投入する投入機構と
を備えたことを特徴とする原料供給装置。
【請求項２】
前記供給ガイドは、複数の前記原料片を積層した状態で装填可能に構成され、該供給ガイドは装填された複数の前記原料片を１つずつ前記坩堝内の融液に投入する投入機構を備えたことを特徴とする請求項１に記載の原料供給装置。
【請求項３】
前記供給ガイドは前記原料片を複数列装填可能に構成され、前記投入機構は前記供給ガイドに装填された複数列の前記原料片から各列１つずつの前記原料片を坩堝内の融液に投入することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の原料供給装置。
【請求項４】
前記チャンバは開閉可能な開口部を有し、該開口部を介して前記チャンバ外部から前記原料片を１つずつ前記チャンバ内に移送する移送機構と、
該移送機構により移送された１つの前記原料片を保持し、前記供給ガイド内を介して前記原料片を投入する投入機構と
を備えたことを特徴とする請求項１に記載の原料供給装置。
【請求項５】
前記投入機構は、１つの前記原料片を保持する保持部と、
該保持部を融液に近づく方向に移動させることが可能な移動機構とを備え、
前記保持部が１つの前記原料片を前記供給ガイド内を介して前記坩堝内の融液に投入することを特徴とする請求項４に記載の原料供給装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、単結晶シリコン等の単結晶をＣＺ法により製造する際に、多結晶シリコン等の多結晶原料を坩堝内に供給する原料供給装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、単結晶シリコンの製造方法の一つとしてチョクラルスキー法（ＣＺ法）が用いられている。ＣＺ法とは単結晶製造装置のチャンバ内に設置した坩堝に原料である多結晶シリコンを充填し、坩堝の周囲に設けたヒータによって多結晶シリコンを加熱溶融する。そして、シードチャックに取り付けた種結晶を融液に浸漬し、シードチャック及び坩堝を互いに同方向または逆方向に回転しつつシードチャックを引き上げることにより単結晶シリコンを成長させる方法である。
【０００３】
そして、このＣＺ法において、生産性を上げる手段の一つとしてリチャージ法が用いられている。これは、融液から単結晶シリコンを引き上げた後、坩堝内に残る融液に多結晶シリコンを追加供給して融液を補充することで単結晶を成長させる工程を複数回繰り返す方法である。これにより、単結晶シリコンの製造効率が上がるとともに、同じ坩堝で再度単結晶シリコンを製造することで坩堝のコストが低減されるため、単結晶シリコンの製造によく用いられている。そして、このリチャージ法では、一本の長ロッド状の多結晶シリコンを吊り具により吊下げた状態で徐々に溶かし込んでいく方法が主流となっている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−２５５６８０号公報（第４−６頁、第３図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、前記の方法では、長ロッド状の多結晶シリコンの内部に存在する内部応力により熱や衝撃が加わると破裂や折れが起こることがあり、その折れた多結晶シリコンの残骸が落下して坩堝を破損してしまう恐れがあった。
【０００６】
また、近年生産量の増えている３００ミリ径単結晶の引き上げでは、長ロッドを３本まとめて吊下げて使用することもあるため、上記のような破損の確率がさらに増すこととなっている。
【０００７】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、原料の落下による坩堝の破損を防止することが可能な原料供給装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、ＣＺ法においてチャンバ内に配設される坩堝の内部に残る融液に原料を供給する際に使用される原料供給装置であって、前記原料は所定の形状を有する原料片であり、該原料片を投入する際に前記坩堝の上方において投入位置をガイドする供給ガイドと、前記原料片を前記供給ガイド内を介して前記坩堝内の融液に投入する投入機構とを備えたことを要旨とする。
【０００９】
この発明によれば、坩堝の上方において投入位置を位置決めする供給ガイドを介して、投入機構が所定の形状を有する原料片を坩堝内に投入する。原料片で投入するため、従来の長ロッド状で供給する場合のように内部応力による折れ等で原料が落下することを防ぎ、それによる坩堝の破損を防止することが可能である。また、供給ガイドが投入位置を位置決めするため、供給ガイドにより坩堝内の融液に投入されるよう位置決めすることで坩堝内の融液に確実に原料片を投入することが可能である。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の原料供給装置において、前記供給ガイドは、複数の前記原料片を積層した状態で装填可能に構成され、該供給ガイドは装填された複数の前記原料片を１つずつ前記坩堝内の融液に投入する投入機構を備えたことを要旨とする。
【００１１】
この発明によれば、供給ガイドに備えられた投入機構により原料片を１つずつ坩堝内の融液に投入することができる。また、供給ガイドには所定の形状を有する複数の原料片が積層された状態で装填されており、その複数の原料片から投入機構により１つずつ投入することで供給量の制御を容易に行うことができる。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の原料供給装置において、前記供給ガイドは前記原料片を複数列装填可能に構成され、前記投入機構は前記供給ガイドに装填された複数列の前記原料片から各列１つずつの原料片を坩堝内の融液に投入することを要旨とする。
【００１３】
この発明によれば、複数列の原料片からそれぞれ１つずつ原料片が投入される。このため、単位時間当たりに投入する原料片の数を増やすことができ、坩堝内に原料を補充するための所要時間を大幅に短縮できる。従って、単結晶の製造サイクルタイムを短くでき、単結晶の生産効率が大幅に向上する。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の原料供給装置において、前記チャンバは開閉可能な開口部を有し、該開口部を介して前記チャンバ外部から前記原料片を１つずつ前記チャンバ内に移送する移送機構と、該移送機構により移送された１つの前記原料片を保持し、前記供給ガイド内を介して前記原料片を投入する投入機構とを備えたことを要旨とする。
【００１５】
この発明によれば、チャンバ外部から移送機構が原料片をチャンバ内に移送し、その原料片を投入機構が供給ガイド内を介して投入する。このため、投入機構は、供給ガイドにより位置決めされた状態でその供給ガイド内を介して確実に坩堝内の融液に原料片を投入することが可能である。また、１つずつ原料片を投入することができるため、供給量を制御することが可能である。
【００１６】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の原料供給装置において、前記投入機構は、１つの前記原料片を保持する保持部と、該保持部を融液に近づく方向に移動させることが可能な移動機構とを備え、前記保持部が１つの前記原料片を前記供給ガイド内を介して前記坩堝内の融液に投入することを要旨とする。
【００１７】
この発明によれば、投入機構は保持部と移動機構を備え、保持部が原料片を保持する。そして、原料片を保持した状態の保持部は移動機構により供給ガイドを介して融液表面に近づき、その保持を解除して坩堝内の融液に原料片を投入する。このため、原料片を坩堝に近づいて投入することができ、確実に坩堝内に原料を投入することができる。また、近づいて投入することで融液内にゆっくりと原料片を投入でき、例えば、投入する際の衝撃を減らし、投入する際の液跳ねを防止することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をＣＺ（Ｃｚｏｃｈｒａｌｓｋｉ  ）法による単結晶の製造において使用される原料供給装置に具体化した一実施形態を図１〜図５に従って説明する。
【００１９】
図１はＣＺ法による単結晶の製造を示す説明図を示す。同図に示すように、ＣＺ法に使用される単結晶製造装置１はチャンバ２を備え、チャンバ２は、開口部３ａを備える略円筒状のチャンバ本体３を備えている。そして、チャンバ本体３内の中央には、多結晶シリコンの融液を入れる坩堝５が配置されている。坩堝５は、高熱に耐えられ、さらには汚染を防ぐために石英で構成されている。坩堝５は、同坩堝５と相似形である外容器６に載置されており、坩堝５はその外容器６を下側から支持する支持部材７により外容器６とともに回転し、さらには昇降可能になっている。
【００２０】
坩堝５の外側には抵抗加熱式の筒状のヒータ８が坩堝５と同心円状に配設されており、ヒータ８及び坩堝５は略円筒状の断熱容器９に格納されている。ヒータ８は、坩堝５内の多結晶シリコンを加熱溶融する。断熱容器９は、その上部周縁からロート状に下方へ屈折する屈折部１０を備える。屈折部１０により、その断熱容器９内は熱の対流が発生し、断熱容器９の中が高温に保たれ易くなっている。また、屈折部１０により、坩堝５の上側には坩堝５の直径より少し小さい直径の孔１０ａが形成され、チャンバ本体３の底面には支持部材７の軸径より少し大きい直径の孔３ｂが形成されている。前記支持部材７はチャンバ本体３の底面に形成した孔３ｂを貫通し、回転昇降装置１１に連結されている。この回転昇降装置１１により坩堝５は、単結晶を製造する場合のみならず原料を供給する際にも回転可能である。なお、本実施形態では、原料の供給の際にも回転昇降装置１１により坩堝５は回転する。
【００２１】
チャンバ本体３の開口部３ａ上部にはマガジン装置Ｍからチャンバ２を構成する管部１２が延出しており、その管部１２及びチャンバ本体３の中心軸上に例えばステンレス製のワイヤ１３が昇降自在に垂下される。ワイヤ１３は、その上端が巻取装置（ドラム）１４に接続されており、巻取装置１４はモータ１５により駆動される。また、モータ１５の制御はコントローラ１６により行われ、これらによりワイヤ１３は昇降する。ワイヤ１３の下端にはシードチャック１７が取り付けられており、このシードチャック１７に種結晶１８を取り付けた状態で多結晶シリコンの融液に浸漬する。次に、シードチャック１７及び坩堝５を互いに同方向及び逆方向に回転しつつシードチャック１７を引き上げることで単結晶シリコン１９を成長させる。そして、徐々に引き上げることで図１に示すように、長ロッド状の単結晶シリコン１９を製造する。そして、製造された単結晶シリコン１９は、チャンバ２の上部にある管部１２内に格納される。なお、ワイヤ１３の昇降は巻取装置１４及びモータ１５により行われる。マガジン装置Ｍは後記する原料供給装置２０を備えチャンバ２の上部で回動することで原料供給装置２０をチャンバ２の上部に位置させる。また、マガジン装置Ｍの回動により管部１２も回動し、その回動した後にワイヤ１３を降下することで単結晶シリコン１９を取り出す。
【００２２】
図２は、原料供給を示す説明図である。同図に示すように原料供給装置２０は供給ガイドとしてのフィーダ２１を備える。図２に示す状態は、フィーダ２１がチャンバ本体３の上部から開口部３ａを通って原料供給のためにチャンバ本体３内に挿通された状態である。なお、原料供給装置２０もチャンバ２を構成する管部２２を備え、フィーダ２１はその管部２２に案内されて開口部３ａの上部からワイヤ２３に吊下された状態でチャンバ３本体内に挿入される。管部２２及び開口部３ａは、円筒状ではなく、その断面が図２の手前側及び奥側に膨らんだ楕円形状であり、ワイヤ２３はその楕円の中心ではなく、中心から図２の手前側にずれた位置に吊下げられている。このため、フィーダ２１は、坩堝５の中心ではなく坩堝５の中心から手前側にずれた位置に吊下げられている。なお、フィーダ２１は、中心からずれているが、坩堝５の範囲内に含まれた位置で吊下げられている。このため、ピース２５をフィーダ２１を介して坩堝５の中心からずれた位置に投入可能となっている。なお、ワイヤ２３の下端に設けられる係止部２３ａ（図３参照）によりフィーダ２１とワイヤ２３は係止され、吊下げられている。ワイヤ２３の上側はマガジン装置Ｍ内に設けられた制御部２４内の巻取装置３２（図３参照）に接続されており、モータ３３の駆動により巻取装置３２に巻き取られたワイヤ２３が巻き取り又は繰り出されることによりフィーダ２１は昇降自在に構成されている。そのため、原料を供給する際に、フィーダ２１の先端は坩堝５の近くまで移動可能となっている。また、フィーダ２１は、原料の汚染を防ぐとともに、高熱に耐えることができるように石英で構成されている。もちろん、フィーダ２１の内部の原料が接する部分のみを石英で構成してもよく、例えば耐熱性及び汚染防止性のある金属（例えばステンレス）からなる筒内に石英タイルを貼った構成でもよい。
【００２３】
フィーダ２１内には、その内径より若干小さな外径（直径）を有する原料片としての円板状の多結晶シリコンピース（以下、ピース２５と称す）が複数積層された状態で装填されている。このピース２５は、長ロッド状の多結晶シリコンロッド（原料ロッド）を複数に分割（輪切り）することで形成される。
【００２４】
ここで、多結晶シリコンロッドの製造方法について説明する。その製造方法とは、図示しないが反応炉（還元炉）内に設置された８ミリ程度の何本もの細いシリコンのシードを通電加熱（約１０００℃以上）しておき、そのシード表面にシラン系ガスと水素を混合したガスを流す。これにより、シードの表面にシリコンが析出し略棒状の多結晶シリコンが製造される。そして、この多結晶シリコンをダイヤモンドカッター等で所望する円柱形状に加工し、洗浄を行うことで多結晶シリコンロッドが製造される。また、純度は多結晶シリコンの反応バッチ毎に変わるため、高純度の単結晶シリコンをＣＺ法で製造するには、高純度のピース２５のみを原料として使用することで可能となる。また、比較的低純度でよい単結晶シリコンを製造するには、比較的低純度のピース２５のみを原料として使用することで可能となる。
【００２５】
図３は原料供給装置の概略的な構成図である。同図に示すように、原料供給装置２０は、フィーダ２１の下端の投入口からピース２５を坩堝５内の融液に１つずつ投入する投入機構２６を備える。投入機構２６は、第１挟持部２７、第２挟持部２８、瀬切り部２９及び支持部３０を備える。これらの制御は制御部２４内のコントローラ３１が行う。また、ワイヤ２３の上端が接続された巻取装置（ドラム）３２は、コントローラ３１によりモータ３３が正逆回転駆動するよう制御されることにより巻き取り・繰り出し動作する。このため、コントローラ３１がモータ３３を制御することでフィーダ２１は昇降する。
【００２６】
第１挟持部２７は、フィーダ２１内面からその半径方向に出没可能に構成されており、高熱に耐えられるとともに金属汚染のないように少なくともその先端側の保持部分（ブロック部）は例えば石英により構成され、その基端側のロッド部分は例えばＳＵＳにより構成される。第１挟持部２７の出没制御は、フィーダ２１の側壁内部に軸方向に沿って設けられた接続部２７ａと、接続部２７ａの下端と連結された挟持部駆動機構３４と、接続部２７ａの上端に連結された駆動装置３５とにより行われる。コントローラ３１は駆動装置３５を駆動制御することにより、駆動装置３５の駆動によって接続部２７ａを介して挟持部駆動機構３４に伝達される動力に基づき第１挟持部２７を出没させ、それによりピース２５の挟持（保持）及び挟持の解除の制御を行う。この際、一対の第１挟持部２７，２７をそれぞれ駆動する一対の駆動装置３５，３５は、その動作の同期がとられるようにコントローラ３１により駆動制御され、これによりピース２５の挟持が確実に行われる。
【００２７】
第２挟持部２８の制御は、第１挟持部２７と同じ又は類似の構造（機構）を用いて行われ、フィーダ２１の側壁内部に軸方向に沿って設けられた接続部２８ａと、接続部２８ａの下端と連結された挟持部駆動機構３６と、接続部２８ａの上端と連結された駆動装置３７とにより行われる。ここで、第１挟持部２７の場合と異なり、第２挟持部２８は、ピース２５を挟持した状態で下降できるようにフィーダ２１に対し昇降可能に構成されている。詳しくは、フィーダ２１の下端部に設けられたレール４０に沿って昇降部３８が昇降可能に備えられ、第２挟持部２８及び挟持部駆動機構３６はこの昇降部３８に設けられている。昇降部３８は接続部３８ａを介して昇降装置３９に接続されており、コントローラ３１が昇降装置３９を駆動制御することにより接続部３８ａを介して昇降部３８が昇降し、これにより第２挟持部２８が昇降するようになっている。このため、ピース２５を坩堝５に供給する際に、第２挟持部２８は１つのピース２５を挟持した状態で、降下することができる。そして、坩堝５内の融液に十分近づいた状態でピース２５の挟持を解除し、ピース２５を融液上に静かに載置するようしてゆっくり投入する。
【００２８】
第２挟持部２８の図３に示す位置が待機位置であり、第２挟持部２８は待機位置からピース２５を挟持して投入位置まで所定距離だけ下降し、挟持の解除によるピース２５の投入後、その投入位置から上昇して再び待機位置に復帰する。第１挟持部２７は、待機位置にある第２挟持部２８よりピース厚にほぼ等しい距離だけ上側に配置されている。このため、第２挟持部２８が最下段にあるピース２５を挟持するとき、下から二段目のピース２５が第１挟持部２７により挟持されるようになっている。
【００２９】
図５は、瀬切り部及び支持部の概略的な構成図である。図３及び図５に示すように投入機構２６は、一対の板で構成される瀬切り部２９及び支持部３０を備える。瀬切り部２９の制御は、フィーダ２１の側壁内部に軸方向に沿って設けられた接続部２９ａと、接続部２９ａの下端と連結された瀬切り部駆動機構４１と、接続部２９ａの上端と連結された駆動装置４３により行われる。一方、支持部３０の制御は、フィーダ２１の側壁内部に軸方向に沿って設けられた接続部３０ａと、接続部３０ａの下端と連結された支持部駆動機構４２と、接続部３０ａの上端と連結された駆動装置４４とにより行われる。
【００３０】
コントローラ３１は駆動装置４３を駆動制御することにより、駆動装置４３の駆動によって接続部２９ａを介して瀬切り部駆動機構４１に伝達される動力に基づき瀬切り部２９を出没させ、それによりピース２５の支持及び支持の解除の制御を行う。また、コントローラ３１は駆動装置４４を駆動制御することにより、駆動装置４４の駆動によって接続部３０ａを介して支持部駆動機構４２に伝達される動力に基づき支持部３０を出没させ、それによりピース２５の支持及び支持の解除の制御を行う。
【００３１】
瀬切り部２９は、第２挟持部２８が最下段に位置する１つのピースを挟持する際に、その上側に積層されている他のピース２５と最下段のピース２５との間に挿入され、上側に積層されている他のピース２５を支持することにより、最下段のピース２５を他のピース２５から切り離す。支持部３０は、第２挟持部２８によるピース２５の投入後、瀬切り部２９に支持された残りのピース２５のうち最下段のピース２５を第２挟持部２８が挟持できる位置まで下降させる際にその残りのピース２５の最下面を支持するために使用される。瀬切り部２９及び支持部３０は、フィーダ２１の周方向において第１挟持部２７及び第２挟持部２８とは中心角で９０度ずれた位置に設けられている。
【００３２】
瀬切り部２９は、第２挟持部２８とほぼ同じ高さとなる位置に設けられている。一方、支持部３０は、第２挟持部２８からピース厚の１／２の距離だけ下側に離れた位置に設けられている。そのため、第２挟持部２８がピース２５を坩堝５内に投入し終わると、瀬切り部２９が没入するとともに支持部３０が突出することで、フィーダ２１内の残りのピース２５はピース厚の１／２の距離だけ落下して支持部３０により下側から支持される。この状態では第２挟持部２８が最も下側のピース２５を挟持し、下側から二番目のピース２５を第１挟持部２７が挟持できる位置関係となる。
【００３３】
第１挟持部２７、第２挟持部２８、瀬切り部２９及び支持部３０の各駆動方式としては、ワイヤ駆動方式、ロッド駆動方式、及びガス圧駆動方式などが挙げられる。投入機構２６の投入作動部分がフィーダ下部の高温域に配置されることから（電気部品の耐熱許容範囲を超えるので）、ワイヤ、ロッド、ガス圧等の手段によりフィーダ２１の下端まで動力を機械的に伝達する必要がある。また、動力伝達の媒体として使用される接続部は、フィーダ２１の昇降に応じて長さ対応可能である必要がある。
【００３４】
ワイヤ駆動方式の場合、駆動装置３５，３７，４３，４４をワイヤ巻取用ドラム及びモータで構成する。そして、接続部２７ａ，２８ａ，２９ａ，３０ａはドラムから吊下されたワイヤとし、このワイヤの巻取り・繰出し運動が挟持部駆動機構３４，３６、瀬切り部駆動機構４１及び支持部駆動機構４２によってフィーダ径方向の出没運動に変換される構成とする。駆動機構は例えばセラミック製のバネにより突出方向に付勢された出力軸をワイヤの巻取りによる引っ張り力により没入させる機構が挙げられる。フィーダ２１の昇降時に接続部としてのワイヤに弛みや無理な引張りが生じないように、接続部としてのワイヤはフィーダ２１の昇降に同期しても巻取り・繰出しされる。
【００３５】
また、ロッド駆動方式の場合、駆動装置３５，３７，４３，４４をモータユニットで構成する。そして、接続部２７ａ，２８ａ，２９ａ，３０ａはモータユニットにより軸回転駆動される伸縮式のロッドとし、ロッドの正逆の軸回転運動が挟持部駆動機構３４，３６、瀬切り部駆動機構４１及び支持部駆動機構４２によってフィーダ径方向の出没運動に変換される構成とする。伸縮式のロッドは、例えば複数本のパイプを軸回転の伝達可能かつ軸方向のスライド可能にスプライン連結する多段構造が挙げられる。
【００３６】
さらにガス圧駆動方式の場合、駆動装置３５，３７，４３，４４を作動流体（高圧ガス）の給気・排気を切換える電磁切換弁で構成する。そして、接続部２７ａ，２８ａ，２９ａ，３０ａはガス通路となるチューブ及びパイプとし、挟持部駆動機構３４，３６、瀬切り部駆動機構４１及び支持部駆動機構４２はパイプから導入されるガス圧によって直動往復運動する構成とする。ガス通路は、上部をフレキシブル性を有する耐熱樹脂製（耐熱ゴム等）のチューブとし、下部を耐熱性を有するセラミック製のパイプとして、両者を連結した構成とする。上部のチューブはフレキシブル性を得るために例えば螺旋状の構造とし、フィーダ２１の昇降に応じて長さ対応できるようにする。挟持部駆動機構３４，３６、瀬切り部駆動機構４１及び支持部駆動機構４２には例えばシリンダ（エアシリンダ等）を採用する。なお、使用するガスはエア（空気）でもよいが、漏出ガスによる単結晶の酸化が懸念される場合は、不活性ガス（アルゴン、ヘリウム等）を使用できる。もちろん、ガス圧を利用する場合、高圧ガスでなく負圧（真空）を使用することもでき、負圧を使用した場合は漏出ガスによる酸化の懸念が大幅に減る。
【００３７】
また、昇降部３８の駆動方式についても、ワイヤ駆動方式、ロッド駆動方式、及びガス圧駆動方式などを同様に採用することができる。但し、ガス圧駆動方式は昇降部３８の昇降速度が安定しにくいため、ワイヤ駆動方式またはロッド駆動方式が好ましい。
【００３８】
ワイヤ駆動方式の場合、昇降装置３９をワイヤ巻取用ドラム及びモータで構成し、接続部３８ａはドラムから吊下されたワイヤとし、このワイヤの巻取り・繰出しにより昇降部３８を昇降させる構成とする。また、ロッド駆動方式の場合、昇降装置３９をモータユニットで構成し、接続部３８ａはモータユニットにより軸回転駆動される伸縮式のロッド（例えばスプライン連結の多段ロッド）とし、ロッドの正逆の軸回転運動が昇降部３８の昇降運動に変換される構成とする。例えばロッドの下部がボールネジ構造で昇降部３８と螺合され、ロッドの正逆の軸回転により昇降部３８が昇降する構成を採用する。またロッド駆動方式の他の構成として、昇降装置３９をシリンダとし、シリンダのピストンロッドに連結したロッドの下端に昇降部３８を連結し、シリンダの伸縮駆動により昇降部３８を昇降させる構成としてもよい。なお、昇降部３８の昇降時には第２挟持部２８も同期して昇降するように、昇降装置３９の駆動と同期して駆動装置３７も駆動される。
【００３９】
このように第１挟持部２７、第２挟持部２８、瀬切り部２９、支持部３０及び昇降部３８の各駆動に適用する駆動方式は、上記各方式から一つ又は複数を任意に選択して採用することができる。なお、フィーダ２１の側壁内部に挿通される接続部２７ａ，２８ａ，２９ａ，３０ａ及びフィーダ２１の下端部に配置される挟持部駆動機構３４，３６、瀬切り部駆動機構４１及び支持部駆動機構４２は高熱に耐えられるように例えばＳＵＳにより構成されている。
【００４０】
次に本実施形態の作用について説明する。
図１に示すように、ＣＺ法により単結晶シリコン１９を製造する際には、チャンバ２内に配設された坩堝５に原料である多結晶シリコンを充填し、坩堝５の周囲に設けられたヒータ８により多結晶シリコンを加熱溶融する。そして、ワイヤ１３の下端に設けられるシードチャック１７に取り付けた種結晶１８を融液に浸漬し、シードチャック１７及び坩堝５を互いに同方向又は逆方向に回転しつつ、シードチャック１７を引き上げて単結晶シリコン１９を成長させる。
【００４１】
次に、原料の供給について説明する。前記のように製造した単結晶シリコン１９をチャンバ本体３内から取り出し、チャンバ本体３の上側の管部１２に取り入れる。そして、マガジン装置Ｍが回転することで、製造した単結晶シリコン１９を取り出し可能になるとともに、原料供給装置２０が開口部３ａ上側に位置するようになる。
【００４２】
図４は、原料供給の工程を示す説明図を示す。図４（ａ）に示すように、マガジン装置Ｍ内からワイヤ２３により吊下げられた状態のフィーダ２１が、コントローラ３１によるモータ３３の制御で降下し、開口部３ａを挿通して坩堝５近くの投入位置まで移動する。なお、フィーダ２１内に積層状態に装填された複数のピース２５は支持部３０に支持された状態にある。また、坩堝５は回転昇降装置１１により回転している状態である。
【００４３】
そして、図４（ｂ）に示すように、第１挟持部２７及び第２挟持部２８が突出し、最も下側のピース２５が第２挟持部２８に挟持されるとともに、下側から２番目のピース２５が第１挟持部２７に挟持される。これら第１挟持部２７及び第２挟持部２８の突出制御は、コントローラ３１が駆動装置３５，３７を制御することで行われる。そして、第１挟持部２７及び第２挟持部２８が各ピース２５を挟持すると、駆動装置４４が作動されて支持部３０が没入する。
【００４４】
次に、図４（ｃ）に示すように、第２挟持部２８は、最も下側のピース２５を挟持した状態で、昇降部３８が下降することで共に下降し、坩堝５に近づく。そして、坩堝５側に第２挟持部２８が所定距離移動すると、瀬切り部２９がフィーダ２１内面から突出する。そして、図４（ｄ）に示すように、第２挟持部２８が坩堝５に十分近づくとその挟持を解除して、ピース２５を坩堝５内の融液に解放して投入する。フィーダ２１は坩堝５の中心からずれた位置にあるため、投入されたピース２５は、坩堝５の回転中心からずれた位置において融液に浮いた状態で坩堝５の回転とともにフィーダ２１の下方の投入箇所を空けるように移動する。このため、前に投入したピース２５がほぼ完全に溶けるのを待つことなく、空いた投入箇所にピース２５を連続的に投入することが可能となる。これと前後して、第１挟持部２７による挟持も解除されて、瀬切り部２９に残りのピース２５が落下する。このとき、瀬切り部２９上に落下する距離はピース２５の厚みの１／２だけなので落下時にピース２５に加わる衝撃は比較的小さく済む。
【００４５】
そして、図４（ｅ）に示すように、第２挟持部２８が投入を終えて、昇降部３８が上昇することで、第２挟持部２８が元の位置（待機位置）に戻る。それとともに、フィーダ２１が坩堝５内の融液から所定距離だけ離れる位置（待機位置）まで上昇するとともに支持部３０がフィーダ２１の内面から突出する。そして、図４（ｆ）に示すように、瀬切り部２９が没入すると、ピース２５は支持部３０に落下してその上面に支持されることとなる。このとき、支持部３０上に落下する距離もピース２５の厚みの１／２だけなので、落下時にピース２５に加わる衝撃は比較的小さく済む。そして、図４（ａ）に示す工程に移行し、再度ピース２５を坩堝５内に供給する。この際、前回投入したピース２５が溶け終わっていなくとも、その前回投入したピース２５は、坩堝５の回転により次のピース２５の投入箇所とは違う位置にあるため、溶け終わるのを待つことなく次のピース２５を投入することが可能である。これ以後は、前記の一連動作を繰り返すことでフィーダ２１内のピース２５を坩堝５内に供給する。
【００４６】
そして、必要数のピース２５の供給が終了すると、コントローラ３１は、モータ３３を制御することでワイヤ２３を引き上げ、フィーダ２１を管部２２に取り込む。そして、マガジン装置Ｍが回転することにより、新たな種結晶１８が装着されたシードチャック１７がワイヤ１３により吊下げられた状態で開口部３ａの上側に位置する。そして、ワイヤ１３を降下させることで、単結晶シリコンを再度成長させる作業を繰り返すことが可能である。
【００４７】
本実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）フィーダ２１に設けられる第１挟持部２７、第２挟持部２８、瀬切り部２９及び支持部３０を駆動制御することにより、フィーダ２１に積層状態で装填されたピース２５を１つずつ坩堝５内の融液に投入する。このため、長ロッド状の多結晶シリコンで供給する従来のように内部応力による破損及びその残骸が落下することを防止でき、それによる坩堝５の破損を防止できる。特に第２挟持部２８を昇降可能としたのでピース２５を融液の液面に近づいて投入することができる。また、近づいて投入することで融液内にゆっくりと原料片を投入でき、投入する際の衝撃を低減し、投入する際の液跳ねをなくすことができる。
【００４８】
（２）ピース２５は、１つあたりの大きさが決まっているため、投入するピース２５の数によりその供給量を制御することができ、必要な量を供給することが可能である。
【００４９】
（３）フィーダ２１は坩堝５の中心からずれた位置において坩堝５に近づき、ピース２５を投入する構成とした。また、坩堝５は、回転可能であり、坩堝５が回転している状態でピース２５を投入した。このため、ピース２５は坩堝５の中心からずれた位置に投入され、坩堝５の回転に伴いフィーダ２１の投入箇所から移動する。このため、次のピース２５を投入する際に、その前に投入したピース２５が溶け終わっていなくとも、坩堝５の回転により移動しているため、前に投入したピース２５と干渉を起こすことなく、次のピース２５を投入することができる。従って、坩堝５の中心にピース２５を投入する場合に比べ、坩堝５内にピース２５を補充するための所要時間を大幅に短縮できる。従って、単結晶の製造サイクルタイムを短くでき、単結晶の生産効率が大幅に向上する。
【００５０】
（４）ピース２５の純度は多結晶シリコンの反応バッチ毎に変わるため、ピース２５を純度に応じて使い分けることで必要な純度に応じた単結晶シリコンの製造が可能となる。
【００５１】
（５）フィーダ２１からピース２５を落下させて投入するため、原料片のすべてを使用することができ、原料のロスがない。
（第２実施形態）
次に、本発明を具体化した第２実施形態について図６を参照にして説明する。なお、本実施形態は、近年需要が高まってきている３００ミリ単結晶シリコンを製造する際に使用される原料供給装置である。なお、基本的な構造は前記第１実施形態と同じであり、以下前記第１実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００５２】
図６は、供給ガイドの説明図を示す。一般に、３００ミリの単結晶シリコンを製造する際には、その原料としての多結晶シリコンの供給量は大幅に増える。そのため、本実施形態における原料供給装置５０は、図６に示すように、前記第１実施形態における供給ガイドとしてのフィーダ２１が３本集まった構造に一体形成されたハニカム状の供給ガイド５１を用いて原料を供給する。この一つひとつは前記第１実施形態のフィーダ２１と構成は基本的に同じである。また、３本のフィーダ２１がピース２５を投入するタイミングは同期が取られており、３つともほぼ同じタイミングで投入する。また、ハニカム状の供給ガイド５１はワイヤ５２により吊下げられている。このワイヤ５２の吊下げ側の先端にはボール５３が設けられている。そして、このボール５３がハニカム状の供給ガイド５１の中心に設けられる嵌合部５４に嵌合することで供給ガイド５１を吊下げている。
【００５３】
なお、他の構造及び作用は前記第１実施形態と同様のため説明は省略する。
（１）第１実施形態におけるフィーダ２１を３つ集めて一体形成されたハニカム状の供給ガイド５１を構成し、坩堝５内にピース２５を投入する投入口を複数（３つ）設定した。これにより、近年需要が高まってきている３００ミリ単結晶シリコンを製造するときにも効率よく原料の供給をすることができる。このため、坩堝５内に融液を補充するための時間を大幅に短縮でき、リチャージ法による製造サイクルタイムを短くでき、単結晶シリコンの生産効率が大幅に向上する。
【００５４】
（第３実施形態）
次に、本発明を具体化した第３実施形態を図７〜図１０を参照にして説明する。なお、本実施形態では、単結晶の製造と原料の供給を同時に行っており、単結晶の製造については前記第１実施形態と基本的に同じである。以下、前記第１実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００５５】
図７は、単結晶の製造及び原料の供給を示す説明図である。単結晶の製造については前記第１実施形態と基本的に同じであるためその説明は省略する。原料供給装置６０は供給ガイド６１を備える。図７に示す状態は、供給ガイド６１がチャンバ本体３の上部から開口部３ａを通って原料供給のため坩堝５近くの投入位置まで下降した状態である。供給ガイド６１は、チャンバ本体３の上部からワイヤ６２に吊下げられた状態である。
【００５６】
図１０は供給ガイドの断面斜視図である。供給ガイド６１の形状は、図７に示すように、上側に突出した壁６３を備えるとともに、図１０に示すように、その断面形状は四角形状である。また、後記するチャック装置６８が移動する孔６１ａを備え、その孔６１ａはチャック装置６８に合わせた四角形状である。供給ガイド６１は、バランスを保つために２本のワイヤ６２により吊下げられている。ワイヤ６２の上側はマガジン装置Ｍ内に設けられた制御部６４内の巻取装置６５（図８参照）に接続されており、モータ６６（図８参照）の駆動により巻取装置６５がワイヤ６２を巻き取り又は繰り出すことにより供給ガイド６１は昇降する。そのため、原料を供給する際に、供給ガイド６１の先端は坩堝５内の融液近くまで移動可能となっている。また、供給ガイド６１は、原料の汚染を防ぐとともに、高熱に耐えることができるように石英で構成されている。もちろん、供給ガイド６１の内部の原料が接する部分のみを石英で構成してもよく、例えば耐熱性及び汚染防止性のある金属（例えばステンレス）からなる筒内に石英タイルを貼った構成でもよい。
【００５７】
図８は、原料供給装置の概略的な構成図である。同図に示すように、原料供給装置６０は、供給ガイド６１を介してその下端の投入口からピース２５を坩堝５内の融液に１つずつ投入する投入機構６７を備える。投入機構６７は、チャック装置６８を備え、チャック装置６８は、保持部としての挟持部６９、ロッド７０及びそのロッド７０の内部に設けられるロッド７１を備える。挟持部６９は高熱に耐えられるとともに金属汚染のないように少なくとも挟持部分は例えば石英により構成され、ロッド７０及び７１は例えばＳＵＳにより構成される。
【００５８】
ロッド７０及びギア７２ａ及びモータ７２により移動機構が構成され、ロッド７０は、その上側にラックアンドピニオン構造を備え、コントローラ７３がモータ７２を制御してギア７２ａを回動させることでロッド７０は上下に移動する。これにより、挟持部６９は上下に移動することができる。また、コントローラ７３が電磁切換弁（以下、切換弁８６ａという）を制御することで、ロッド７１の上端に接続されているシリンダ装置８６がロッド７１を下側に付勢する。これにより、ロッド７１の下端に接続された図示しないリンク機構を介して、その下側に付勢されたロッド７１の動作が挟持動作に変換され、挟持部６９によるピース２５の挟持が行われる。挟持部６９は、挟持位置に位置する円板状のピース２５の外周面を挟持する。一方、コントローラ７３が切換弁８６ａを制御してシリンダ装置８６の付勢が解除されると挟持部６９による挟持は解除される。シリンダ装置８６及び切換弁８６ａは、移動機構による移動に合わせて同期がとられる。なお、コントローラ７３による制御は、後記するコントローラ７９とタイミングを合わせて行われる。また、チャック装置６８として、前記第１実施形態に示したような、ワイヤ駆動方式、ロッド駆動方式ガス圧駆動方式等も採用することができる。
【００５９】
ワイヤ駆動方式の場合、制御部６４はワイヤ巻き取りドラム及びモータを備える。そして、モータを制御することによりワイヤの巻き取り又は繰り出しを行い、挟持部６９に設けられたリンク機構がそのワイヤの巻き取り又は繰り出し動作を挟持動作に変換する。ロッド駆動方式の場合、挟持部６９と制御部６４が備えるモータユニットを伸縮式のロッドにより接続する。そして、ロッドの正逆の軸回転動作が図示しないリンク機構を介して挟持部６９の挟持動作に変換される構成とする。
【００６０】
ガス圧駆動方式の場合、制御部６４と挟持部６９とを伸縮自在に構成されたチューブやパイプ等により接続する。このチューブやパイプ等は、ガスの通路となる。そして、挟持部６９に小型のシリンダ装置を設け、制御部６４が電磁切換弁によりシリンダ装置へのガスの供給を制御することで挟持部６９に設けられたシリンダ装置が駆動し、挟持及び挟持の解除を行う。なお、チャック装置６８は、挟持制御を行える構成であれば、この他に公知技術を採用することができる。
【００６１】
ロッド７０、ギア７２ａ及びモータ７２により構成される移動機構においても、前記第１実施形態のようなワイヤ方式、ロッド方式、ガス圧方式を採用してもよい。チャック装置６８の挟持部６９を上下に移動する構成であれば、この他に公知技術を採用することができる。
【００６２】
原料供給装置６０は、移送機構としての移送装置７４を備える。移送装置７４は、移送部７５、モータ７６、レール部７７、ストッパー部７８及びコントローラ７９を備える。移送部７５はコントローラ７９の制御によりチャンバ２内の供給ガイド６１側（図８の左側）に向かって水平方向に伸縮自在に構成されている。詳しくは、移送部７５は、スライド式に構成されており、モータ７６の正逆回転により具体的には図示しないチェーンを介してその回転がスライド方向の移動に変換され、それにより移送部７５がスライドして伸縮する構成である。コントローラ７９は、モータ７６を駆動して移送部７５をチャンバ２を構成する管部８１に設けられた開口部８１ａを介して、待機位置にいる供給ガイド６１の壁６３まで延出する。移送部７５は、壁６３側に突部７５ａを備え、この突部７５ａにより転がり移動してくるピース２５を挟持される位置に止める。なお、開口部８１ａの開閉は、開口部８１ａを開閉するシャッタ８２に接続されたワイヤ８３を巻取装置８４が巻き取り又は繰り出しをすることで行われる。巻取装置８４はモータ８５により駆動し、そのモータ８５をコントローラ７３が制御する。すなわち、コントローラ７３により巻取装置８４がワイヤ８３を巻き取るようにモータ８５を制御するとシャッタ８２が上に移動して開状態となる。逆に、ワイヤ８３を繰り出すと閉状態となる。
【００６３】
原料片としてのピース２５は、移送装置７４内においてレール部７７に複数並んだ状態で配置されている。レール部７７は、移送部７５側に対して若干傾斜を有する状態で配設されており、ピース２５が倒れないようにピース２５の下側において両側から挟んで支持している。レール部７７に複数配置されているピース２５の最も移送部７５側のピースは、その下側においてストッパー部７８により傾斜方向への移動が規制されている。ストッパー部７８は、突部７８ａ及び電磁ソレノイド７８ｂを備え、突部７８ａが電磁ソレノイド７８ｂにより突出したり没入したりする構成である。電磁ソレノイド７８ｂはコントローラ７９により制御される。そして、突部７８ａがレール部７７の下側から突出している状態においてピース２５は、傾斜方向への移動が規制される。一方、コントローラ７９により電磁ソレノイド７８ｂが制御されることで突部７８ａが没入すると、ピース２５は移送部７５側に転がり移動する。なお、ストッパー部７８は、図示しないセンサを備え、１つのピース２５が突部７８ａを越えるとそれをそのセンサが検知し、コントローラ７９はそのセンサの検知信号に基づき電磁ソレノイド７８ｂを制御して突部７８ａを突出させる。このため、ピース２５を１つずつ供給することができる。コントローラ７９は、コントローラ７３と電気的に接続されており、コントローラ７３の制御とタイミングを合わせて電磁ソレノイド７８ｂ及びモータ７６を制御する。なお、ピース２５が接することとなる移送部７５、レール部７７、ストッパー部７８の突部７８ａは金属汚染のないように例えば石英により構成される。
【００６４】
次に、本実施形態の作用について説明する。
図７及び図８に示すように、単結晶シリコンの製造と原料の供給は同時に行われる。そして、多結晶シリコン融液が少なくなると、コントローラ７３がモータ８５を制御することで巻取装置８４によりワイヤ８３を巻き取り、シャッタ８２を上側に移動させ、開口部８１ａを開状態とする。
【００６５】
図９は、原料供給を示す説明図である。図９（ａ）に示すように、開口部８１ａが開状態となると、コントローラ７３は供給ガイド６１を待機位置まで下降させ、移送装置７４からのピース２５の移送を待つ。次に、図９（ｂ）に示すように、移送装置７４のコントローラ７９は、供給ガイド６１が待機位置まで移動したことをコントローラ７３から知ると、モータ７６を駆動して移送部７５をスライドさせ、供給ガイド６１の壁６３まで延出させる。そして、延出が完了すると、ストッパー部７８の電磁ソレノイド７８ｂを制御することで突部７８ａによるピース２５の規制を解除する。すると、最も移送部７５側のピース２５は、レール部７７の傾斜で自重により移送部７５側に転がり移動する。そして、移送部７５に設けられた突部７５ａによりピース２５はその転がりが止められ、チャック装置６８により挟持される挟持位置に停止する。
【００６６】
図９（ｃ）に示すようにコントローラ７３はコントローラ７９から投入すべきピース２５が挟持位置まで移動したことを知ると、モータ７２を制御することでギア７２ａを回動させてチャック装置６８を降下させる。そして、挟持部６９がピース２５を挟持可能な位置まで移動すると、コントローラ７３は切換弁８６ａを制御して、シリンダ装置８６によりロッド７１を制御してピース２５を挟持する。チャック装置６８は、ピース２５を挟持した後、ピース２５が移送部７５から離間するよう少し上昇する。そして、ピース２５を挟持したことを、コントローラ７９がコントローラ７３から知ると、コントローラ７９は、モータ７６を制御して移送部７５を縮める。
【００６７】
次に、図９（ｄ）に示すように挟持部６９がピース２５を挟持した状態で供給ガイド６１内を下降し、坩堝５内の融液表面近くまで移動する。そして、コントローラ７３は十分近づくと、図９（ｅ）に示すように、切換弁８６ａを制御してシリンダ装置８６を制御することで挟持部６９の挟持を解除し、ピース２５を解放して投入する。そして、図９（ｆ）に示すように、供給ガイド６１及びチャック装置６８ともに待機位置まで上昇し、移送装置７４から次のピース２５が挟持位置に来るのを待つ。そして、コントローラ７９が電磁ソレノイド７８ｂを制御することで図９（ｂ）以降の上記の動作を繰り返し原料の供給を行う。なお、移送部７５による挟持位置へのピース２５の供給が終わる毎に、コントローラ７３は、モータ８５を制御することでシャッタ８２を閉状態とする。
【００６８】
本実施形態によれば以下のような効果を得ることができる。
（１）移送装置７４によりピース２５を１つずつ供給ガイド６１内に移送し、そのピース２５をチャック装置６８の挟持部６９により挟持し、融液近くまで下降して投入した。このため、融液表面に近づいてゆっくりとピース２５を投入することができ、投入する際の衝撃を減らすことができる。また、ピースの形状で投入するため、従来の長ロッド状を使用する場合に問題となった長ロッドの内部応力による破損を防止することができ、その破片等が落下することによる坩堝の破損も防止することができる。
【００６９】
（２）供給ガイド６１により投入位置が位置決めされた状態で坩堝５内にピース２５を投入することができるため、例えば、坩堝の縁にピース２５が投入され、それにより坩堝５及びピース２５が破損することを防止でき、確実に坩堝５内にピース２５を投入することができる。
【００７０】
（３）移送装置７４によるピース２５の移送は、ピース２５をレール部７７及び移送部７５を転がして、チャンバ２内のチャック装置６８による挟持位置まで移動させることにより行う。このため、ピース２５が削れる等の破損がない。
【００７１】
（４）単結晶の製造とピース２５の供給を同時に行っているため、前記第１実施形態及び第２実施形態と異なり、ピース２５を供給しながら単結晶シリコンの製造が可能である。従って、坩堝５内に融液を補充するだけのための時間を大幅に短縮でき、リチャージ法による製造サイクルタイムを短くでき、単結晶シリコンの生産効率が大幅に向上する。
【００７２】
（５）挟持部６９は、円板状のピース２５の外周面を挟持してピース２５を挟持する。このため、例えば、挟持が多少緩くなった場合でも、円板状のピース２５の半径方向において係止するため、安定した保持が可能である。また、挟持部６９がピース２５の外周面を挟持するため、ピース２５の投入方向に直交する断面積が小さくなり、供給ガイド６１の孔６１ａの断面積を小さくすることができる。従って、チャンバ２内における供給ガイド６１のスペースを小さくすることができる。
【００７３】
なお、上記各実施形態は以下のように変更してもよい。
・前記第３実施形態では、ピース２５を転がしてチャック装置６８により挟持される位置まで移動させ、チャック装置６８はピース２５の外周面を挟持してピース２５を挟持した。これに限らず、図１１に示すように、円板状のピース２５の端面を挟持する構成としてもよい。この構成によれば、円板状のピース２５の軸方向を鉛直方向に向けて挟持した場合に比べ、ピース２５の投入方向に直交する断面積が小さくなるため、供給ガイド６１のチャンバ２内でのスペースを小さくすることができる。
【００７４】
・前記第３実施形態では、移送機構としての移送装置７４によりピース２５を転がしてチャンバ２内に移送したが、ピース２５をチャンバ２外部からチャンバ２内に移送する移送機構であれば特にその構成は限定されず、他の公知の技術を採用してもよい。例えば、図１２に示す構成を採用してもよい。移送装置７４は、移送部７５、モータ７６、コントローラ７９、シリンダ装置８７及び８８及び上面検出センサ８９を備える。原料片としてのピース２５は、移送装置７４内において、昇降する載置板８７ｂ上に図示しないガイドに案内されるとともに、シリンダ装置８７により下側から支持された状態で複数積層されている。最上部に位置するピース２５の上面側には、例えば近接センサで構成される上面検出センサ８９が設けられており、上面検出センサ８９は、最上に位置するピース２５の下面と移送部７５の上面とが一致する位置において最上に位置するピース２５の上面を検知し、検知信号をコントローラ７９に送信する。コントローラ７９は上面検出センサ８９の検知信号に基づきロッド８７ｃの先端に固定された載置板８７ｂを制御し、最上に位置するピース２５の下面と移送部７５の上面とを一致させる。また、最上部に位置するピース２５の隣には、ピース２５を供給ガイド６１内に移動させるシリンダ装置８８が設けられている。このシリンダ装置８８がそのロッド８８ｃの先端に固定された押出板８８ｂによってピース２５を押すことで、ピース２５は挟持部６９に挟持される位置まで移送部７５上を滑るように移動する。シリンダ装置８７，８８及びモータ７６の制御はすべてコントローラ７９が行っている。コントローラ７９は、コントローラ７３と電気的に接続されており、そのコントローラ７３の制御とタイミングを合わせて電磁切換弁（以下、切換弁８７ａ，８８ａという）及びモータ７６を制御する。なお、図１２に示す供給ガイド６１は、チャック装置６８の挟持部６９がピース２５を挟持する待機位置にいる状態である。なお、ピース２５が接することとなる移送部７５、シリンダ装置８７及び８８の先端部分は金属汚染のないように例えば石英により構成される。
【００７５】
この構成によれば、コントローラ７９は、モータ７６を制御することで移送部７５をスライドさせ、延出が完了すると切換弁８８ａを制御してシリンダ装置８８のロッド８８ｃを突出させ、押出板８８ｂによりピース２５を移送部７５の上面を滑らすように移動させる。これにより、チャック装置６８の挟持部６９に挟持される位置までピース２５を押し出すことができる。そして、移送部７５を縮めた後、コントローラ７９は、切換弁８７ａを制御することでシリンダ装置８７を上昇駆動させ、複数のピース２５を上側に押し上げる。コントローラ７９は、最上部のピース２５を上面検出センサ８９により検出すると、シリンダ装置８７の押し上げを停止する。これにより、次のピース２５を供給ガイド６１内に移送可能な状態となる。
【００７６】
・前記第１実施形態における投入機構２６は、第１挟持部２７及び第２挟持部２８のような挟持機構に限らず、瀬切り部２９や支持部３０のようにピース２５を下側から支持する支持構造としてもよい。また、瀬切り部２９及び支持部３０も同じく、ピース２５を下側から支持する構造に限らず、挟持機構などの他の構造を採用してもよい。ピース２５を１つずつ坩堝５内に投入できる投入機構であれば特に限定されない。第３実施形態の投入機構６７においても同じく、挟持部６９のような挟持する構成に限らず、支持する支持構造等のように他の構造を採用してもよく、保持する構成であれば特に限定されない。
【００７７】
・前記第１実施形態における投入機構２６は、ワイヤ、ロッド、エア等を使用する方式に限定されない。投入機構２６として機能する構成であれば他の駆動方式を採用できる。第３実施形態おける投入機構６７を構成するチャック装置６８も同じくワイヤ、ロッド、エア等を使用する構成に限らない。公知の技術を用いて、同様の動作を行えるものであるなら特に限定されない。
【００７８】
・前記第１実施形態において移動機構がない構成を採用できる。融液表面までの距離が短い場合は、移動することなくピース２５を落下させてもよい。また、第１挟持部２７及び第２挟持部２８をローラで構成し、ブレーキ装置により制動を掛けたローラでピースを把持し、その後、制動を徐々に解除し、ピースが自重でローラを回転させて下降し投入される構成でもよい。
【００７９】
・前記第１実施形態において、フィーダ２１の材質は石英に限定されない。ＳＵＳ、カーボン、セラミック、モリブデン、タングステン等でもよい。原料のピース２５は金属汚染を嫌うため、それを考慮して使用する材質を選定する。前記第２実施形態及び第３実施形態における供給ガイド５１，６１も同じく石英に限定されない。
【００８０】
・前記第１実施形態の投入機構２６を構成する第１挟持部２７、第２挟持部２８、瀬切り部２９及び支持部３０の材質は石英に限定しない。ＳＵＳ、カーボン、セラミック、モリブデン、タングステン等でもよい。また、接続部や駆動機構もＳＵＳに限らず、前記の材質により構成してもよい。
【００８１】
・前記第３実施形態において、移送装置７４は、管部１２に備え付けられる構成にかぎらない。例えば、チャンバ本体３に備え付けられていてもよい。単結晶製造装置１とは別に移送装置７４を設け、その移送装置７４から移送部７５によりピース２５を供給ガイド６１内に供給できる構成であれば、移送装置７４の設置場所は特に限定されない。
【００８２】
・前記第３実施形態において、供給ガイド６１は壁６３を有する構造に限らず、壁６３がない構造を採用してもよい。
・前記第１実施形態において、フィーダ２１によりピース２５を中心からずれた位置に供給していたが、坩堝５の中心に供給する構成としてもよい。この場合、フィーダ２１を坩堝５の中心で昇降させる構成とする。また、管部１２及び開口部３ａの断面は、楕円形状であったが円形状であってもよい。坩堝５の中心に原料を供給する際にも、ピース２５の投入は１つずつであるが、投入したピース２５が溶け終わる前に次のピース２５を投入することが可能である。特に、坩堝５内の融液の深さが十分に有る場合は、投入したピース２５が溶け終わる前に次のピース２５を入れても問題はない。また、前記第２実施形態も同じく坩堝５の中心にピース２５を供給する構成を採用してもよく、その際の構成は上記の第１実施形態の場合と同様である。なお、第３実施形態では、単結晶の製造と同時に原料の供給を行っていたが、単結晶の製造と原料の供給を別々に行う構成として、同じく坩堝５の中心に原料を供給構成としてもよい。この場合も同じく、供給ガイド６１及びチャック装置６８を坩堝５の中心で昇降させることで可能となる。これらの構成によれば、ピース２５の供給にかかる時間を短縮することが可能となる。
【００８３】
・前記第１実施形態において、フィーダ２１の待機位置を次回投入予定のピース２５を予備加熱できる程度に坩堝５に近い位置に設定してもよい。これにより、ピース２５を投入して次のピース２５を投入するまでに、その次のピース２５を十分予備加熱することが可能となる。
【００８４】
・前記各実施形態において、ＣＺ法に限らず、ＭＣＺ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｆｉｅｌｄ  ａｐｐｌｉｅｄ  Ｃｚｏｃｈｒａｌｓｋｉ）法のような他のＣＺ法に使用してもよい。
・前記第１実施形態において、フィーダ２１はワイヤ２３に吊下げられる構成に限らない。例えばフィーダ２１にボールネジ構造でロッドを螺合しそのロッドをモータにより正逆軸回転駆動させてフィーダ２１を昇降させる方式、あるいはフィーダ２１に連結したロッドをシリンダにより駆動させるシリンダ駆動方式を採用できる。
【００８５】
・前記各実施形態において、ピース２５は円板状に限定されない。所定の形状を有していれば特に限定はされず、例えば直方体でもよい。但し、フィーダ装填時に原料片の隣合う面同士が接する状態に積層できる形状が好ましい。この場合、フィーダ２１及び供給ガイド６１の内面形状（断面形状）は原料片の形状と合わせる必要がある。もちろん、フィーダ２１に装填された原料片が接する状態で配列される必要はなく、原料片同士が仕切り等を介して僅かな隙間を隔して配列されている積層状態であっても構わない。
【００８６】
・前記各実施形態において、原料供給装置２０，５０，６０は単結晶シリコン１９を製造する場合に使用したが単結晶であれば特に限定されず、ガリウムやヒ素等を製造する場合に使用してもよい。
【００８７】
・前記第３実施形態の機構と前記第２実施形態の機構を組み合わせた機構を採用してもよい。第２実施形態のような供給ガイド５１を用いて、第３実施形態の投入機構によりピース２５してもよい。この場合、投入機構は、供給ガイド５１に合わせて複数必要である。これにより、ピース２５を複数の供給ガイドから供給することができるため、より製造サイクルタイムを短縮でき、単結晶シリコンの生産効率が向上する。
【００８８】
・前記第３実施形態において、原料供給装置６０によるピース２５の供給は、単結晶の製造とともに行われていたが、前記第１実施形態のように単結晶の製造とピース２５の供給を別に行う構成としてもよい。さらに、この場合、前記第１実施形態のように、坩堝５の中心から少しずれた位置においてピース２５を供給する構成としてもよく、チャック装置６８が坩堝５の中心から少しずれた位置においてピース２５を供給することでピース２５を連続して投入することが可能となる。
【００８９】
・前記第１実施形態及び前記第２実施形態において、前記第３実施形態のように原料供給装置２０，５０によるピース２５の供給を単結晶シリコン１９の製造とともに行う構成としてもよい。
【００９０】
次に、上記各実施形態及び別例から把握できる技術的思想を以下に追記する。
（１）前記投入機構は、投入する１つの前記原料片を他の前記原料片から瀬切る瀬切り機構と、該瀬切り機構により他の前記原料片から瀬切った１つの前記原料片を保持するとともに、保持を解除して該１つの原料片を前記坩堝内の融液に投入する保持部とを備えることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の原料供給装置。この構成によれば、瀬切り機構により投入する原料片とそれ以外の原料片とを切り離すことが可能である。そして、投入する原料片を保持し、その保持を解除することで坩堝内の融液に投入する。このため、１つの原料を瀬切り機構により確実に切り離すことができ、その切り離した原料片を保持部が確実に坩堝内に投入することが可能である。従って、原料片を１つずつ確実に投入できる。
【００９１】
（２）前記投入機構は、１つの前記原料片を保持した前記保持部を融液に近づく方向に移動させることが可能な移動機構を備えることを特徴とする前記技術的思想（１）に記載の原料供給装置。この構成によれば、移動機構により投入機構の保持部が原料片を保持した状態で、坩堝内の融液表面に近づき原料片を投入することができ、確実に坩堝内に原料片を投入することができる。また、近づくことでゆっくりと投入することができ、原料片投入時の衝撃を低減し、液跳ねを防止することができる。
【００９２】
（３）前記原料片は円板形状であり、前記保持部は、前記円板形状の原料片の外周面を保持することを特徴とする前記技術的思想（１）又は（２）に記載の原料供給装置。
【００９３】
（４）前記原料片は円板形状であり、前記移送機構は、前記円板形状の原料片を前記チャンバ内に移送し、前記保持部が前記円板状の原料片の外周面を保持することを特徴とする請求項５に記載の原料供給装置。この構成によれば、原料片は円板状の形状であり、その円板状の原料片をチャンバ内に移送し、保持部はその原料片を外周面にて保持する。このため、安定して原料片を保持することができ、安定した原料の供給が可能となる。また、保持部として例えば、挟持する構成を使用した場合、原料片の外周面にて挟持することで、原料片の投入方向に直交する断面積を小さくすることができ、それにより保持部のチャンバ内や供給ガイド内におけるスペースを低減することができる。また、供給ガイドを小さくすることができる。
【００９４】
（５）前記坩堝は原料供給時に回転可能に構成され、該回転時に前記供給ガイドは、前記坩堝の中心からずれた位置において前記原料片の投入位置をガイドすることを特徴とする請求項１〜請求項５及び前記技術的思想（１）〜（４）のいずれか一項に記載の原料供給装置。この構成によれば、坩堝の中心からずれた位置において供給ガイドにより投入位置がガイドされ、それにより中心からずれた位置において回転する坩堝内に原料片を供給することができる。このため、投入した原料片は坩堝とともに回転して移動することとなり、次の原料片を前回投入した原料片と接触することなく、すぐに投入することが可能となる。従って、坩堝内に原料を補充するための所要時間を大幅に短縮できる。従って、単結晶の製造サイクルタイムを短くでき、単結晶の生産効率が大幅に向上する。
【００９５】
（６）前記供給ガイドを前記坩堝の上方において昇降可能とする昇降機構を備える請求項１〜請求項５及び前記技術的思想（１）〜（５）のいずれか一項に記載の原料供給装置。
【００９６】
（７）前記供給ガイドを前記坩堝の上方において前記原料片の投入時期となるまで待機する待機位置と前記原料片を投入する投入位置との間で昇降可能とする昇降機構を備える前記技術的思想（６）に記載の原料供給装置。
【００９７】
（８）前記待機位置は、前記供給ガイド内にある次回投入予定の原料片を予備加熱可能に前記坩堝に近い位置である前記技術的思想（７）に記載の原料供給装置。この構成によれば、投入前の待機中に予備加熱されることにより原料片が融液に投入される際の両者の温度差が少なく済み、この種の温度差が大きい場合に原料片投入時に発生する融液の跳ね等を防ぎ易くなる。
【００９８】
（９）前記昇降機構は昇降装置及びワイヤを備え、該ワイヤにより前記供給ガイドを吊下げ、前記昇降装置によりワイヤを昇降させることで前記供給ガイドを前記坩堝内の融液表面近くまで移動させることを特徴とする前記技術的思想（６）〜（８）のいずれか一項に記載の原料供給装置。
【００９９】
（１０）前記原料片の供給は、ＣＺ法による単結晶の製造と同時に行われることを特徴とする請求項１〜５及び前記技術的思想（１）〜（９）のいずれか一項に記載の原料供給装置。
【０１００】
（１１）ＣＺ法においてチャンバ内に配設される坩堝の内部に残る融液に原料を供給する際に使用される原料供給方法であって、
前記原料として所定の形状を有する原料片を用い、該原料片を投入する際に前記坩堝の上方の投入位置に前記原料片をガイドし、その投入位置にガイドされた状態で前記原料片を前記坩堝内の融液に投入することを特徴とする原料供給方法。
【０１０１】
（１２）前記投入位置は坩堝の中心からずれた位置であることを特徴とする前記技術的思想（１１）に記載の原料供給方法。
（１３）複数の前記原料片を前記坩堝上部において積層状態に装填し、その装填された複数の前記原料片を１つずつ前記坩堝内の融液に投入することを特徴とする前記技術的思想（１１）又は（１２）に記載の原料供給方法。
【０１０２】
（１４）前記積層状態で装填されている前記原料片のうち次回投入予定の原料片を前記チャンバ内に保持することでチャンバ内の熱により予備加熱することを特徴とする前記技術的思想（１１）〜（１３）のいずれか一項に記載の原料供給方法。
【０１０３】
（１５）前記原料片の投入を単結晶の製造と同時に行うことを特徴とする前記技術的思想（１１）〜（１４）のいずれか一項に記載の原料供給方法。
（１６）前記原料片は円板形状であり、該円板形状の原料片の外周面を保持することを特徴とする前記技術的思想（１１）〜（１５）のいずれか一項に記載の原料供給方法。
【０１０４】
【発明の効果】
本発明によれば、原料の落下による坩堝の破損を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態における単結晶の製造を示す説明図。
【図２】第１実施形態における原料供給を示す説明図。
【図３】第１実施形態における原料供給装置の概略的な構成図。
【図４】（ａ）〜（ｆ）は、第１実施形態における原料供給の工程を示す説明図。
【図５】第１実施形態における瀬切り部及び支持部の概略的な構成図。
【図６】第２実施形態における供給ガイドの説明図。
【図７】第３実施形態における単結晶の製造及び原料の供給を示す説明図。
【図８】第３実施形態における原料供給装置の概略的な構成図。
【図９】（ａ）〜（ｆ）は、第３実施形態における原料供給の工程を示す説明図。
【図１０】供給ガイドの断面斜視図。
【図１１】別例におけるチャック装置の斜視図。
【図１２】別例における原料供給装置の概略的な構成図。
【符号の説明】
１…単結晶製造装置、２…チャンバ、５…坩堝、１９…単結晶シリコン、２０…原料供給装置、２１…供給ガイドとしてのフィーダ、２５…原料片としての多結晶シリコンピース（ピース）、２６…投入機構、５０…原料供給装置、５１…供給ガイド、６０…原料供給装置、６１…供給ガイド、６７…投入機構、６９…保持部としての挟持部、７０…移動機構を構成するロッド、７２…移動機構を構成するモータ、７２ａ…移動機構を構成するギア、７４…移送機構としての移送装置、８１ａ…開口部。
【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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【図１１】
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【図１２】
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