(57)【要約】【課題】リチャージ装置の原料容器２００の単結晶製造装置１００内での上下位置を任意に制御できるようにすることにより、単結晶の品質および生産性を向上させることを可能とするリチャージ装置およびこれを用いたリチャージ方法を提供する。  【解決手段】結晶融液１０５を貯留するルツボ１０１を有する単結晶製造装置１００に設けられ、前記ルツボ１０１に固形状原料１５５を供給するために固形状原料１５５が充填される筒状の原料容器２００を備える固形状原料１５５のリチャージ装置であって、筒状の原料容器２００を保持する独立して制御可能な２つの保持機構を有することを特徴とする固形状原料１５５のリチャージ装置。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
結晶融液を貯留するルツボを有する単結晶製造装置に設けられ、前記ルツボに固形状原料を供給するために該固形状原料が充填される筒状の原料容器を備える固形状原料のリチャージ装置であって、
前記筒状の原料容器を保持する独立して制御可能な２つの保持機構を有することを特徴とする固形状原料のリチャージ装置。
【請求項２】
前記２つの保持機構のうち、少なくとも一方の保持機構は前記筒状の原料容器の中心を通るワイヤと、該ワイヤに固定される前記筒状の原料容器の底蓋を構成要素とすることを特徴とする請求項１記載の固形状原料のリチャージ装置。
【請求項３】
結晶融液を貯留するルツボを有する単結晶製造装置に設けられ、前記ルツボに固形状原料を供給するために該固形状原料が充填される筒状の原料容器を備え、かつ、前記筒状の原料容器を保持する独立して制御可能な２つの保持機構を有する固形状原料のリチャージ装置を用いたリチャージ方法であって、
前記固形状原料を充填した前記筒状の原料容器を、前記２つの保持機構の双方を同時に駆動させて前記単結晶製造装置内を下降させるステップと、
前記２つの保持機構の少なくとも一方の駆動を停止させることにより前記筒状の原料容器の下降を停止させるステップと、
前記２つの保持機構の他方のみを駆動させ、前記筒状の原料容器内に充填された前記固形状原料をルツボに供給するステップを有することを特徴とする固形状原料のリチャージ装置を用いたリチャージ方法。
【請求項４】
前記２つの保持機構のうち、少なくとも一方の保持機構は前記筒状の原料容器の中心を通るワイヤと、該ワイヤに固定される前記筒状の原料容器の底蓋を構成要素とすることを特徴とする請求項３記載の固形状原料のリチャージ装置を用いたリチャージ方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、チョクラルスキー（ＣＺ法）による単結晶製造装置における、固形状原料のリチャージ装置およびこれを用いたリチャージ方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
単結晶、例えばシリコン単結晶の製造方法として、いわゆるチョクラルスキー（ＣＺ法）が知られている。この方法では、育成炉内に設置されたルツボに固形状のシリコン原料を収容し、ヒータを高温加熱してルツボ内の原料を融液とする。そして、原料融液面に種結晶を着液させ、種結晶の下方に所望の直径と品質とを有する単結晶を育成する。
もっとも、シリコン単結晶育成前にルツボに固形状のシリコン原料を隙間なく収容した場合でも、シリコン原料は溶融することで隙間がなくなり、必ずルツボの容積に若干の余裕が生ずる。一般にＣＺ法による結晶育成時に使用されるルツボは使い捨てであるため、ひとつのルツボで育成する結晶重量を増加させるほど、全体的なコスト削減につながることは以前からよく知られている。しかしながら、ルツボへ最初に固形状のシリコン原料を収容する際のシリコン原料を増加させることは既に限界に達している。そこで、最初に固形状のシリコン原料を一度溶融した後、シリコン融液に固形状のシリコン原料を追加供給することでルツボの容積を有効利用し、よって、育成する結晶重量を増加させる方法が提案されてきた。この技術はリチャージ技術と呼ばれる。
【０００３】
また、従来は、１回の操業で１本の単結晶を引上げる１本引き操業が広く用いられているが、複数の単結晶を引上げるマルチ引き操業も、上記のリチャージ技術の応用により次第に増える傾向にある。すなわち、例えば、１本のシリコン単結晶を引き上げた後、減少したシリコン融液に固形状のシリコン原料を追加供給して、２本目以降のシリコン単結晶を引き上げるのである。このようなマルチ引き操業も、一度しか使用できないルツボから複数本の単結晶を製造し、単結晶の生産性を向上させるとともに、高価なルツボを有効に活用して、単結晶製造コスト削減を図ることを目的としている。
【０００４】
これらの、シリコン融液上に固形状のシリコン原料を追加供給するリチャージ技術の中で、実用性の観点から注目されている技術の一つとして、リチャージ管リチャージ法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
図１０に従来技術のリチャージ管リチャージ法で用いられるシリコン単結晶製造装置を説明する模式的縦断面図である。図１０に示すように、シリコン単結晶製造装置１００にはリチャージ装置が設けられている。そして、このリチャージ装置は、固形状シリコン多結晶原料１５５が充填される筒状の原料容器２００、この筒状の原料容器２００を吊り下げるワイヤ１２９、ワイヤ１２９を巻き上げるが引上げモータ１４１で構成されている。そして、ワイヤ１２９は原料容器２００の中心を通り、原料容器２００の底蓋２０３の中心で固定されている。原料容器２００全体は、この底蓋２０３が原料容器２００のリチャージ管２０１の下端を支えることによって、保持されている。
そして、筒状の原料容器２００に充填された固形状シリコン多結晶原料１５５は、原料容器２００が石英ルツボ１０１にむけて降下し、図１１に示すようにストッパ２０５がサブチャンバ１２７の内壁に設けられたフリンジ１２８に掛け止めされた後、さらに底蓋２０３のみが降下し、隙間２１０が生ずることによって、石英ルツボ１０１のシリコン融液面へと供給される構成になっている。
【特許文献１】特再２００２−０６８７３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
もっとも、上記のような、構成をとる従来技術のリチャージ管リチャージ法のリチャージ装置では、石英ルツボ１０１へ固形状シリコン多結晶材料１５５を供給する際の原料容器２００の上下位置が、ストッパ２０５とフリンジ１２８によって、一意的に決定されており、上下位置を任意に制御することができなかった。
したがって、固形状シリコン多結晶原料１５５を供給する際の、シリコン融液固化面１０６と原料容器２００の距離を理想的な距離に設定できないという問題があった。このため、例えば、供給する固形状シリコン多結晶材料１５５の量に応じた適切な高さに原料容器２００を制御できないため、固化面上の固形状シリコン多結晶原料１５５分布が最適化されず、後の、固形状シリコン多結晶原料１５５に要する加熱時間が長くなり生産性を低下させるという問題が起こりえる。
また、例えば、残余シリコン融液量が少なく、シリコン融液固化面１０６と原料容器２００の距離が高くなりすぎた場合、固化面１０６で跳ね返った固形状シリコン多結晶材料１５５が、石英ルツボ１０１の内側面にあたり石英ルツボを破損させ、これによって生じた石英屑がシリコン単結晶の転位原因となるという問題も起こりえる。
さらに、目的の単結晶を育成するために炉内の熱環境（ホットゾーン）を変更した場合に、最適な原料高さで投入できなくなるという問題も起こりうる。
【０００６】
また、従来技術のリチャージ装置では、固形状シリコン多結晶原料１５５および原料容器２００の全重量が底蓋２０３とリチャージ管２０１下端の接触面でのみ保持され支えている。そして、シリコン単結晶の大口径化に伴い、リチャージ管が大口径化・長大化し、充填される固形状シリコン多結晶原料１５５も増加の一途をたどっている現状において、保持のための原料容器２００強度が保てないという問題が生じていた。
【０００７】
さらに、原料容器の中心を通る保持ワイヤを構成要素とするリチャージ管リチャージ法のリチャージ装置では、図１２に示すように、固形状シリコン多結晶原料１５５供給時に、何らかの要因で固形状シリコン多結晶原料１５５に偏りが生じ、底蓋２０３がリチャージ管２０１に対して、傾いた状態で固定されてしまう場合がある。このような場合に、底蓋２０３に固定されたワイヤ１２９のみによって保持されている従来技術の原料容器２００では、原料容器２００の回収が極めて困難になり、結晶引上げ自体を中断せざるを得なくなるという問題も生じうる。
【０００８】
本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、その目的とするところは、リチャージ装置の原料容器の単結晶製造装置内での上下位置を任意に制御できるようにすることにより、単結晶の品質および生産性を向上させることを可能とするリチャージ装置およびこれを用いたリチャージ方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様の固形状原料のリチャージ装置は、
結晶融液を貯留するルツボを有する単結晶製造装置に設けられ、前記ルツボに固形状原料を供給するために該固形状原料が充填される筒状の原料容器を備える固形状原料のリチャージ装置であって、
前記筒状の原料容器を保持する独立して制御可能な２つの保持機構を有することを特徴とする固形状原料のリチャージ装置である。
【００１０】
ここで、前記２つの保持機構のうち、少なくとも一方の保持機構は前記筒状の原料容器の中心を通るワイヤと、該ワイヤに固定される前記筒状の原料容器の底蓋を構成要素とすることが望ましい。
【００１１】
本発明の一態様の固形状原料のリチャージ装置を用いたリチャージ方法は、
結晶融液を貯留するルツボを有する単結晶製造装置に設けられ、前記ルツボに固形状原料を供給するために該固形状原料が充填される筒状の原料容器を備え、かつ、前記筒状の原料容器を保持する独立して制御可能な２つの保持機構を有する固形状原料のリチャージ装置を用いたリチャージ方法であって、
前記固形状原料を充填した前記筒状の原料容器を、前記２つの保持機構の双方を同時に駆動させて前記単結晶製造装置内を下降させるステップと、
前記２つの保持機構の少なくとも一方の駆動を停止させることにより前記筒状の原料容器の下降を停止させるステップと、
前記２つの保持機構の他方のみを駆動させ、前記筒状の原料容器内に充填された前記固形状原料をルツボに供給するステップを有することを特徴とする固形状原料のリチャージ装置を用いたリチャージ方法である。
【００１２】
この時、前記２つの保持機構のうち、少なくとも一方の保持機構は前記筒状の原料容器の中心を通るワイヤと、該ワイヤに固定される前記筒状の原料容器の底蓋を構成要素とすることが望ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、リチャージ装置の原料容器の単結晶製造装置内での上下位置を任意に制御できるようにすることにより、単結晶の品質および生産性を向上させることを可能とするリチャージ装置およびこれを用いたリチャージ方法を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明に係る固形状原料のリチャージ管およびこれを用いたリチャージ方法についての実施の形態につき、添付図面に基づき説明する。なお、ここでは単結晶として、シリコン単結晶を製造する場合を例として記載する。
【００１５】
[実施の形態１]
（単結晶製造装置・リチャージ装置）
最初に、実施の形態１で用いられるシリコン単結晶製造装置およびリチャージ装置の構成について説明する。
図１は、本実施の形態で用いられるシリコン単結晶製造装置の模式的縦断面図である。
図１に示すシリコン単結晶製造装置は、原料となる多結晶シリコンが充填されるルツボ１０１、１０３、多結晶シリコンを加熱、溶融し、シリコン結晶を製造するための結晶融液であるシリコン融液１０５とするための主ヒータ１０７および、下部ヒータ１０９がチャンバ１１１内に格納されている。
【００１６】
なお、上記ルツボ１０１、１０３は、内側にシリコン融液１０５を直接収容する石英ルツボ１０１と、石英ルツボ１０１を外側で支持するためのカーボンルツボ１０３とから構成されている。ルツボ１０１、１０３は、シリコン単結晶製造装置の下部に取り付けられた回転駆動機能（図示せず）によって回転昇降自在なルツボシャフト１１３によって支持されている。
ルツボ１０１、１０３を取り囲むように主ヒータ１０７および、下部ヒータ１０９が配置されており、主ヒータ１０７の外側には、主ヒータ１０７からの熱がチャンバ１１１に直接輻射されるのを防止するための第１の保温材１１５、第２の保温材１１７が主ヒータ１０７の周囲を取り囲むように設けられている。加えて、シリコン融液１０５やルツボ１０１、１０３からの熱がチャンバ１１１に直接輻射されるのを防止するための第３の保温材１１９、第４の保温材１２１が設けられている。そして、シリコン融液１０５やルツボ１０１、１０３からの熱が引き上げシリコン単結晶１２３の冷却を阻害しないように輻射シールド１２５が、シリコン融液１０５、ルツボ１０１、１０３とシリコン単結晶１２３間に設けられている。なお、保温材１１５、１１７の材質については、特に保温性に優れているものを使用することが望ましく、通常成形断熱材が用いられている。保温材１１９、１２１の材質については、例えば、成形断熱材、カーボン、あるいはカーボンの表面を炭化ケイ素で被覆したものが用いられている。輻射シールド１２５については、輻射熱を調整する役目を果たしているので、例えば、モリブデン、タングステン、タンタル等の金属や、カーボン、カーボンの表面を炭化ケイ素で被覆したもの及びこれらの内側に成形断熱材を設置したものが用いられる。
【００１７】
なお、チャンバ１１１は、ステンレス等の耐熱性、熱伝導性に優れた金属により形成されており、冷却管（図示せず）を通して水冷されている。
さらに、チャンバ１１１上部にはゲートバルブ１３５を介して、シリコン融液１０５から引上げられたシリコン単結晶や後述する原料容器２００を保持して取り出すためのサブチャンバ１２７が設けられている。また、サブチャンバ１２７上端は天板１４７により封鎖されている。そして、引上げられたシリコン単結晶の取り出しや後述する原料容器２００を取り出し可能にするサブチャンバの蓋（図示せず）がサブチャンバ上方側面に設けられている。
【００１８】
そして、サブチャンバ１２７上部には、引上げモータ１４１を設けている。引上げモータ１４１は、ワイヤ１２９を上下動自在に保持しており、ワイヤ１２９は天板を通して、サブチャンバ１２７の中心軸に沿って吊り下げられている。ワイヤ１２９の下端には、シリコン単結晶引上げ工程の際には図２に示すように種結晶１３１が吊り下げられ、リチャージ工程の際には図１に示すように、原料容器２００が吊り下げられる。
【００１９】
次に、リチャージ装置について説明する。まず、本実施の形態で用いられるリチャージ装置は、図１に示すように、筒状の原料容器２００、それぞれ独立して制御可能な第１の保持機構および第２の保持機構で構成されている。ここで、原料容器２００は、固形状多結晶シリコン原料１５５が充填されるリチャージ管２０１と底蓋２０３およびリチャージ管２０１をサブチャンバ１２７の中心軸に安定させるためにワイヤ１２９を通すリング２０４から構成されている。ワイヤ１２９は底蓋２０３の中心部に固定されており、リチャージ管２０１は、底蓋２０３によって保持されている。また、リチャージ管２０１上部外周には、後述するアーム状把持示具１６０で原料容器２００を掛け止めするためのストッパ２０５が設けられている。
ここで、リチャージ管２０１は、シリコン融液１０５と接近するため、耐熱性に優れるほか、ウェーハを汚染しないものとすることが好ましく、加工性に優れ、比較的安価な点から石英が好ましいが、炭化ケイ素、窒化ケイ素、または酸化アルミニウム等を用いることが出来る。
また、リチャージ管２０１の内径は、上から下まで均一であってもよいし、固形状原料１５５の降下をスムーズにするために、下端に向けて広がったテーパ状でも構わない。あるいは、固形状原料１５５の降下スピードを抑制するために、下端に向けて細くなる逆テーパ形状であっても構わない。
【００２０】
そして、第１の保持機構は従来技術のように、引上げモータ１４１と、引上げモータ１４１から伸び、リング２０４に通され、原料容器の中心を通り、底蓋２０３の中央部に固定されるワイヤ１２９から構成されている。
次に、第２の保持機構は、第２の引上げモータ１４５と、アーム駆動部１６１で自在に開閉しストッパ２０５を掛け止めするアーム状把持示具１６０と、このアーム状把持示具１６０を第２の引き上げモータ１４５から吊り下げる複数本の第２のワイヤ１４３によって構成されている。
ここで、アーム状把持示具１６０は、適度な強度を有し、ウェーハを汚染しないものとすることが好ましく、高温環境下においても高い強度を示し、且つ熱膨張率も低い点からモリブデンが好ましいが、同様の物性を示すタングステンやタンタル等も使用する条件に応じて用いることも出来ると考える。
【００２１】
（リチャージ方法）
次に、上記のように構成されたシリコン単結晶製造装置およびリチャージ装置を用いたリチャージ方法について図１乃至図８を用いて説明する。
【００２２】
まず、シリコン単結晶製造装置１００は、ゲートバルブ１３５を開き、サブチャンバ１２７の上方側面に設けられた蓋（図示せず）を閉じた状態にしておく。
次に、チャンバ１１１およびサブチャンバ１２７の内部を不活性ガスで置換した後、Ａｒ等の不活性ガスを流した状態で低圧に保つ。その後、ヒータ１０７，１０９を加熱することにより、予め石英ルツボ１０１の内部に投入されている固形状多結晶シリコン原料（図示せず）を溶融し、シリコン融液１０５とする。
次に、図２に示すように、ゲートバルブ１３５を閉め、チャンバ１１１とサブチャンバ１２７と遮断する。これにより、チャンバ１１１内を不活性雰囲気に保持しシリコン融液１０５の酸化を防止した状態で、サブチャンバ１２７を常圧に戻す。その後、サブチャンバ１２７の蓋（図示せず）を開き、ワイヤ１２９の下端に種結晶１３１を吊り下げる。そして、ワイヤ１２９の下端に種結晶１３１を吊り下げた後、サブチャンバ１２７の蓋（図示せず）を閉じ、サブチャンバ１２７を密閉する。
【００２３】
なお、この時、第２の保持機構を構成するアーム状把持示具１６０は、サブチャンバ１２７上部に、アーム駆動部１６１により開かれた状態で保持されている。
【００２４】
その後、サブチャンバ１２７を減圧し、サブチャンバ１２７内部をＡｒ等の不活性雰囲気で満たす。次に、ゲートバルブ１３５を開き、チャンバ１１１とサブチャンバ１２７を連通する。この状態で、種結晶１３１はシリコン融液１０５の真上に位置するため、シリコン融液１０５の輻射熱により予熱される。
次に、ワイヤ１２９引上げモータ１４１を駆動し、ワイヤ１２９下端に吊り下げられた種結晶１３１を降下させ、種結晶１３１の少なくとも一部をシリコン融液１０５に浸す。種結晶１３１がシリコン融液１０５に浸されると、図３に示すように種結晶１３１下方に徐々にシリコン単結晶１２３が成長する。そして、シリコン単結晶１２３が成長するに従い、所定速度で種結晶１３１を引上げることにより、所望の直径および長さを有するシリコン単結晶インゴット１５０を引上げることが可能となる。
その後、成長したシリコン単結晶インゴット１５０を、図４に示すようにサブチャンバ１２７まで上昇させる。そして、ゲートバルブ１３５を閉じ、チャンバ１１１とサブチャンバ１２７とを遮断する。これにより、チャンバ１１１内を不活性雰囲気に保持し、シリコン融液１０５の酸化を防止した状態で、サブチャンバ１２７を常圧に戻す。その後、サブチャンバ１２７の蓋を開き、シリコン単結晶インゴット１５０を取り出す。このようにして、１本目のシリコン単結晶インゴット１５０の製造工程が終了する。
【００２５】
次に、単結晶製造装置外で、リチャージする原料となる固形状多結晶シリコン原料１５５を原料容器２００に充填した後に、サブチャンバ１２７の蓋を開き、図５に示すように原料容器２００を第１の保持機構を構成するワイヤ１２９に吊り下げる。
次に、図１に示すように、第２の保持機構により原料容器２００を吊り下げる。すなわち、アーム駆動部１６１により、アーム状把持示具１６０を閉じ、原料容器２００のリチャージ管上部外周に設けられたストッパ２０５に引っ掛けることにより、原料容器２００を保持する。
このようにして、本実施の形態においては、２つの保持機構を用いて原料容器２００が保持される。
【００２６】
次に、サブチャンバ１２７の蓋を閉じサブチャンバ１２７を密閉する。その後、サブチャンバ１２７を減圧し、サブチャンバ１２７内部を不活性雰囲気で満たす。
次に、ゲートバルブ１３５を開き、チャンバ１１１とサブチャンバ１２７内を連通させる。この状態で引上げモータ１４１と第２の引上げモータ１４５を制御することで、ワイヤ１２９および第２のワイヤ１４３と共に原料容器２００を下降させる。
この際、原料容器２００および固形状シリコン多結晶原料１５５の総重量は、第１の保持機構および第２の保持機構双方で負担されることになる。そして、それぞれの保持機構の総重量の負担割合は任意であるが、原料容器２００の重量、固形状シリコン多結晶原料１５５の重量および原料容器２００の構造的強度等を勘案し、最適な負担割合となるように制御することが望ましい。
【００２７】
そして、図６に示すように、第２の保持機構を構成する第２の引上げモータ１４５を制御することにより、所望の上下位置で、原料容器２００を構成するリチャージ管２０１下降を停止させる。
そして、停止した第２の引上げモータ１４５と独立に引上げモータ１４１を制御し駆動させることにより、更にワイヤ１２９を下降させる。すると、図７に示すように、底蓋２０３のみが更に下降する。そうすると、リチャージ管２０１と底蓋２０３の間に、隙間２１０が生じ、この隙間２１０から、固形状多結晶シリコン原料１５５が、自重により石英ルツボ１０１内に落下する。
なお、固形状多結晶シリコン原料１５５の石英ルツボ１０１に供給する際には、事前にヒータ１０７、１０９を制御することにより温度を降下させ、シリコン融液１０５を固化させておくことが望ましい。なぜなら、固化させることによって、シリコン融液の跳ね飛びを防止することが出来るからである。
【００２８】
リチャージ管１２７内部に装填されたすべての固形状多結晶シリコン原料１５５が、石英ルツボ１０１内に投入された後、第１の保持機構を構成する引上げモータ１４１を駆動しワイヤ１２９を上昇させる。すると、底蓋２０３が上昇する。そして、引上げモータ１４１と第２の引上げモータ１４５を制御することで、ワイヤ１２９および第２のワイヤ１４３と共に原料容器２００を上昇させる。
【００２９】
なお、リチャージ管１２７内部に装填されたすべての固形状多結晶シリコン原料１５５が、石英ルツボ１０１内に投入された後、シリコン融液１０５の表面固化のために、下げていたチャンバ１１１内温度を、ヒータ１０７，１０９を制御することによって上昇させ、石英ルツボ１０１内に投入した固形状多結晶シリコン原料１５５を溶融する。
そして、図８に示すように原料容器２００が、サブチャンバ１２７まで完全に上昇した後に、ゲートバルブ１３５を閉め、チャンバ１１１とサブチャンバ１２７を遮断する。これにより、チャンバ１１１内を不活性雰囲気に保持し、シリコン融液１０５の酸化を防止した状態で、サブチャンバ１２７の蓋を開き、サブチャンバ１２７内を常圧に戻す。その後、原料容器２００を単結晶製造装置１００外部に取り出しリチャージ工程が完了する。
【００３０】
上記のシリコン単結晶インゴット１５０の製造工程とリチャージ工程を繰り返すことにより、石英ルツボ１０１を交換することなく２本目以降のシリコン単結晶インゴットを連続して製造することが可能となる。
また、ここでは、マルチ引き操業の際のリチャージを例にして記載したが、１本目のシリコン単結晶原料を増量することを目的とするリチャージについても、先行するシリコン単結晶引上げがない以外、同様な方法で本発明を適用することが可能である。
【００３１】
（作用・効果）
このように、リチャージ装置に筒状の原料容器を保持する独立して制御可能な２つの保持機構を設けることにより、ルツボ内に固形状原料を供給する際、原料容器の上下位置を任意に制御することが可能となる。したがって、リチャージ毎の条件に最適な供給高さ位置を選択することが可能になる。
よって、例えば、リチャージの衝撃で生ずる石英屑を原因とするシリコン単結晶転位の抑制や、供給した原料の分布を最適化することによる原料溶融時間の短縮化が実現できること、さらに、目的の単結晶を育成するために炉内の熱環境（ホットゾーン）を変更した場合にも、フランジ位置を変更することなく最適な原料投入高さで投入することが可能となる。これにより、単結晶製造における品質および生産性の向上を実現することが可能となる。
また、リチャージ装置に筒状の原料容器を保持する独立して制御可能な２つの保持機構を設けることにより、原料容器および充填された固形状原料の重量を２つの保持機構に適切な負担割合で分散させ、原料容器の大型化や固形状原料の増量に伴う総重量の増大した場合でも、強度的に問題のないリチャージ装置を提供することができる。
さらに、従来の原料容器の中心を通る保持ワイヤを構成要素とするリチャージ管リチャージ法のリチャージ装置で生ずる底蓋が傾いて固定されてしまうようなトラブル時でも、第２の保持装置を使用して原料容器を引上げることにより、結晶引上げ自体を中断するという事態を回避することが可能となる。
【００３２】
[実施の形態２]
次に、実施の形態２で用いられるシリコン単結晶製造装置およびリチャージ装置の構成について説明する。
図９は、本実施の形態で用いられるシリコン単結晶製造装置の模式的縦断面図である。本実施の形態のシリコン単結晶製造装置およびリチャージ装置においては、第２の保持機構が第２の引上げモータ１４５と、リチャージ管２０１上部外周に設けられたストッパ２０５に固定され、第２の引き上げモータ１４５から原料容器２００を吊り下げる複数本の第２のワイヤ１４３によって構成されている点以外は、実施の形態１と同様である。
また、このシリコン単結晶製造装置およびリチャージ装置を用いたリチャージ方法についても、第２の保持機構への原料容器２００の脱着が、アーム状把持器具１６０の開閉でなく、第２のワイヤ１４３への接続、取り外しによる以外は第１の実施の形態と同様である。
そして、作用・効果においても第１の実施の形態と同様である。
【００３３】
ここでは、固形状原料として、固形状多結晶シリコンを用いたが、多結晶に限らず、固形状単結晶シリコンを用いても構わないし、両方を用いても構わない。また、シリコン以外の原料を用いる場合も同様に、多結晶または単結晶、または両方を固形状原料として選択できる。
【００３４】
ここで、上記記載した実施の形態においては、単結晶としてシリコン単結晶を例として記載したが、本発明の適用は、必ずしもシリコン単結晶に限られず、チョクラルスキー（ＣＺ）法を用いて引上げられる単結晶であれば、例えば、ＧａＡｓ単結晶、ＩｎＰ単結晶等の単結晶についても適用することが可能である。
【００３５】
以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。実施の形態の説明においては、単結晶製造装置、リチャージ装置、リチャージ方法等で、本発明の説明に直接必要としない部分等については記載を省略したが、必要とされる単結晶製造装置、リチャージ装置、リチャージ方法等に関わる要素を適宜選択して用いることができる。
その他、本発明の要素を具備し、当業者が適宜設計変更しうる全ての固形状原料のリチャージ装置およびこれを用いたリチャージ方法は、本発明の範囲に包含される。
【実施例】
【００３６】
以下、本発明の実施例について、図面を参照しつつ説明するが、これらによって本発明が限定されるものではない。
【００３７】
（実施例）
図１に示した構成を有するシリコン単結晶製造装置およびリチャージ装置を用いて、リチャージ作業を実施した。
まず、内径６００ｍｍ（２４インチ）の石英ルツボ１０１を使用した。この石英ルツボ１０１に１４０ｋｇの固形状シリコン多結晶１５５を充填した状態で溶融した後、ゲートバルブ１３５を閉めた状態でサブチャンバ１２７内を常圧に戻した。その後、図１に示すようにサブチャンバ１２７内に円筒上の原料容器２００を第１の保持機構を構成するワイヤ１２９につるした状態でセットし、第２の保持機構を構成するモリブデンから成るアーム状把持示具１６０で、原料容器２００を固定した。その後、サブチャンバ１２７内を５３３３Ｐａ(４０Ｔｏｒｒ）まで減圧した。
【００３８】
なお、ここで、用いられたリチャージ管２０１は平均内径が２００ｍｍ、長さが１５００ｍｍの下端に向けて広がったテーパ形状であった。また、リチャージ管２０１への固形状多結晶シリコン原料１５５の充填量は４０ｋｇである。
【００３９】
サブチャンバ１２７の減圧完了後、図６に示すように、ゲートバルブ１３５を開き原料容器２００を目的の上下位置である固化面１０６から３００ｍｍの位置までおろした。ここで、第２の保持機構を構成する第２の引上げモータ１４５は動かさず、図７に示すように、第１の保持機構を構成する引上げモータ１４１のみを駆動することによって、ワイヤ１２９に固定された底蓋２０３のみ下降させて隙間２１０を形成し、リチャージ管２０１内の固形状多結晶シリコン原料１５５を固化面１０６に投入、供給した。リチャージ完了後、引上げモータ１４１および第２の引上げモータ１４５を動かすことによって原料容器２００を図８に示すようにサブチャンバ１２７まで上昇させた後、サブチャンバ１２７外へ取り出した。
【００４０】
このように、実施例において、独立して制御可能な２つの保持機構を有する本発明のリチャージ装置を用いたリチャージ方法においても、従来の１つの保持機構のみを有するリチャージ装置と同様のリチャージ作業を遜色なく行えることが判明した。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】実施の形態１および実施例のシリコン単結晶製造装置の模式的縦断面図である。
【図２】実施の形態１および実施例のシリコン単結晶製造装置の模式的縦断面図である。
【図３】実施の形態１および実施例のシリコン単結晶製造装置の模式的縦断面図である。
【図４】実施の形態１および実施例のシリコン単結晶製造装置の模式的縦断面図である。
【図５】実施の形態１および実施例のシリコン単結晶製造装置の模式的縦断面図である。
【図６】実施の形態１および実施例のシリコン単結晶製造装置の模式的縦断面図である。
【図７】実施の形態１および実施例のシリコン単結晶製造装置の模式的縦断面図である。
【図８】実施の形態１および実施例のシリコン単結晶製造装置の模式的縦断面図である。
【図９】実施の形態２のシリコン単結晶製造装置の模式的縦断面図である。
【図１０】従来技術のシリコン単結晶製造装置の模式的縦断面図である。
【図１１】従来技術のシリコン単結晶製造装置の模式的縦断面図である。
【図１２】従来技術のシリコン単結晶製造装置の問題点を示す図である。
【符号の説明】
【００４２】
１０１  石英ルツボ
１０５  シリコン融液
１０６  固化面
１１１  チャンバ
１２７  サブチャンバ
１２９  ワイヤ
１３５  ゲートバルブ  
１４１  引上げモータ
１４３  第２のワイヤ
１４５  第２の引上げモータ
１５５  固形状多結晶シリコン原料
１６０  アーム状把持示具
２００  原料容器
２０１  リチャージ管
２０３  底蓋
２１０  隙間
【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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