(57)【要約】【課題】単結晶育成の際ルツボ内に効率良く大量の原料融液を形成できる単結晶育成装置を提供する。【解決手段】プルチャンバ２内に収納された原料蓄積管１１と、原料蓄積管１１の下端開口部に装着された底蓋１４と、底蓋１４に連結され蓄積管１１と底蓋１４を昇降させるシャフト１５と、プルチャンバ２の側面を貫通して原料蓄積管１１内に先端が挿入される進退可能な原料案内管２５と、原料案内管２５を介して固形原料１２Ｂを原料蓄積管１１内に供給する原料供給装置２１と、を備える。原料案内管２５の先端を挿入させた状態の原料蓄積管１１に、固形原料１２Ｂを原料供給装置２１より原料案内管２５を介し供給して蓄積し、底蓋１４の下降により原料１２Ｂをルツボ３内に投下させる。【選択図】図１
2009263178.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チョクラルスキー法による単結晶の育成に用いられ、ルツボ内の原料融液に粒塊状の固形原料を追加チャージまたはリチャージする原料供給機構を有する単結晶育成装置であって、
前記ルツボを内部に配置したメインチャンバと、
このメインチャンバの上端部に連結され、育成した単結晶を内部に収容するプルチャンバと、
このプルチャンバ内に昇降可能に収納された原料蓄積管と、
この原料蓄積管の下端開口部に脱着可能に装着された底蓋と、
前記原料蓄積管の内部を貫通して前記底蓋に連結され、前記原料蓄積管および前記底蓋を昇降させる昇降装置と、
前記プルチャンバの側面を貫通して前記原料蓄積管内に先端が挿入される進退可能な原料案内管と、
この原料案内管を介して前記固形原料を前記原料蓄積管内に供給する原料供給装置と、を備えたことを特徴とする単結晶育成装置。
【請求項２】
前記原料蓄積管の内部には、前記原料案内管の先端から投入された固形原料が衝突する緩衝板が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の単結晶育成装置。
【請求項３】
チョクラルスキー法により単結晶を育成するに際し、ルツボ内の原料融液に粒塊状の固形原料を追加チャージまたはリチャージする原料供給方法であって、
前記ルツボを内部に配置したメインチャンバの上端部にプルチャンバを連結し、このプルチャンバ内に下端開口部に着脱可能な底蓋が装着された原料蓄積管を配置した後、
前記プルチャンバの側面を貫通して前記原料蓄積管の内部に原料案内管を進出させ、
原料供給装置より前記原料案内管を介して前記固形原料を前記原料蓄積管内に投入して蓄積し、
前記原料蓄積管の下端開口部に装着された底蓋を開放して、前記原料蓄積管内の前記固形原料を前記ルツボ内に投下することを特徴とする原料供給方法。
【請求項４】
前記原料蓄積管への前記固形原料の蓄積、および前記原料蓄積管内の前記固形原料の投下を繰り返すことを特徴とする請求項３に記載の原料供給方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、チョクラルスキー法（以下、「ＣＺ法」という）によるシリコン単結晶の育成における大量の原料融液の形成に用いられる原料供給機構を有する単結晶育成装置、およびその装置で採用される原料供給方法に関し、特に、ルツボ内の原料融液に固形原料を追加チャージまたはリチャージする場合に適した単結晶育成装置および原料供給方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、ＣＺ法によるシリコン単結晶の育成は、以下のように行われる。ルツボ内に充填された多結晶シリコンの固形原料を、ルツボを囲繞するヒータにより加熱し溶融させる。ルツボ内に原料融液が形成されると、ルツボ上に配された種結晶を下降させ原料融液に浸漬する。この状態から種結晶およびルツボを所定の方向に回転させながら種結晶を徐々に引き上げ、これにより、種結晶の下方にシリコン単結晶が育成される。
【０００３】
育成された単結晶は、種結晶直下に形成された絞り部から所望の直径まで逐次直径を増加させた増径部（クラウン部またはショルダー部と呼ばれる）と、製品として取り扱われる所望の直径の直胴部と、育成の最終段階で転位の導入を防止するために直胴部から逐次直径を減少させた減径部（エンドコーン部またはテール部と呼ばれる）と、から構成される。また、ルツボ内には、結晶化されなかった少量の融液が残存する。
【０００４】
ところで、ルツボ内に初期チャージで充填される固形原料としては主に塊状のものが用いられることから、ルツボ内では固形原料同士の間に空隙が存在し、ルツボ内での固形原料の充填率は限界がある。これに起因して、加熱溶融した後の原料融液の量は、許容できるルツボの容積に比べて減少した状態になる。
【０００５】
一方、単結晶を育成する場合、直胴部の直径が同じであれば、直胴部の長さにかかわらず、増径部および減径部の形状寸法、並びにルツボ内の残存融液の量は一定にすることができる。このため、大量の原料融液より単結晶を育成した方が、使用した原料に対する製品対象の直胴部の重量割合（歩留まり）を向上させることができ、高い生産性を実現できる。
【０００６】
従って、単結晶の生産性を高めるため、原料融液量を可能な限り大量に確保した状態で単結晶の引き上げを行う必要があり、ルツボ内に初期チャージとして充填した固形原料を溶融した後、さらに固形原料を追加供給するという追加チャージが行われる。
【０００７】
また、単結晶の育成方法として、単結晶の育成後、融液が残っているルツボ内に固形原料を供給して先の単結晶育成時とほぼ同量の原料融液を形成し、引き続き単結晶の引き上げを行うという、いわゆるマルチプリング法が知られている。マルチプリング法における固形原料の供給はリチャージと呼ばれる。
【０００８】
追加チャージとリチャージは、ともにルツボ内の融液に原料を供給し、ルツボ内の原料融液を増量させるものであり、同様の手法により行われる。追加チャージやリチャージでの原料供給の手法としては、カットロッド方式、チャンク管方式、原料フィーダ方式、および融液供給方式がある。
【０００９】
カットロッド方式では、カットロッドと称される円柱状の固形原料をルツボの上方に吊り下げ、これを下降させてルツボ内の融液に浸し、下端部から徐々に溶融させることにより、原料融液を増量させる（例えば、特許文献１参照）。
【００１０】
チャンク管方式では、塊状の固形原料を充填したチャンク管と称される円筒状の石英管をルツボの上方に配置し、これをルツボ内の融液面直上まで下降させた後、石英管の下端開口部に装着されている底蓋を下方に移動させて石英管の下端開口部を開くことにより、融液に原料を供給し、原料融液の増量を図っている（例えば、特許文献２参照）。
【００１１】
原料フィーダ方式では、塊状や顆粒状の固形原料を蓄積したタンクより固形原料を切り出し、これを石英製の供給管の上部から投入することにより、供給管を通じてその下端からルツボ内の融液に原料を投下し、原料融液を増量させる（例えば、特許文献３〜５参照）。
【００１２】
融液供給方式では、単結晶引き上げ用のルツボとは別の容器内で固形原料を溶融させ、この溶融原料をルツボ内の融液に供給し、原料融液の増量を図っている（例えば、特許文献６参照）。
【００１３】
【特許文献１】特許第３５７２９９８号公報
【特許文献２】再公表ＷＯ２００２／０６８７３２号公報
【特許文献３】特許第２９３５３３７号公報
【特許文献４】特開２００３−２７７９号公報
【特許文献５】特開２００６−２１９７３号公報
【特許文献６】特開２０００−２６４７７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
近年、単結晶の直径（直胴部の直径）の更なる大径化が図られており、これに伴ってルツボの容積も増大している。このため、より大量の原料融液をルツボ内に形成できる手法が強く望まれているが、上述した原料供給の各手法では、以下の問題がある。
【００１５】
カットロッド方式の場合、固形原料であるカットロッドは製造可能な重量に限界があり、１本のカットロッドによる原料融液の増量は限られる。また、カットロッドは溶融中に破裂し落下するおそれがある。このため、実用的には、破裂を回避するために軽量のカットロッドを順次供給することになるが、この場合、カットロッドの付け替えやカットロッドを溶融させるための加熱に多大な手間と時間を要し、生産効率が低下する。
【００１６】
チャンク管方式の場合、石英管内に収容できる固形原料の量は予め決まっており、それを超える量の固形原料の供給を必要とするときには、空になった石英管を固形原料が充填された石英管に順次交換しなければならない。そのため、石英管の交換に多大な手間と時間を要し、生産効率の向上は望めない。
【００１７】
原料フィーダ方式の場合、固形原料は供給管内を落下し融液に投下されるため、融液に到達したときに液ハネが生じる。液ハネは単結晶の有転位化の要因となる。この液ハネの発生を防止するために、固形原料の落下速度を緩和するための特別な機構が必要となる。また、固形原料はルツボ内の融液面上の１箇所に集中して投下され、局所的に堆積することから、一度にルツボ内に供給できる固形原料の量は限られる。このため、大量の固形原料を供給するには長時間を要する。
【００１８】
融液供給方式の場合、溶融原料をルツボ内へ導く過程で凝固させないように複雑な加熱機構が必要となる。また、固形原料を溶融して溶融原料にする速度は限界があるため、短時間で大量の融液原料を供給することは困難である。
【００１９】
このように、従来の原料供給の各手法では、追加チャージやリチャージによって大量の原料融液を得るのに長時間を要するため、より大量の原料融液を必要とする単結晶の大径化への対応には生産効率の面で問題がある。
【００２０】
本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、ＣＺ法による単結晶育成での追加チャージまたはリチャージの際、ルツボ内に効率良く大量の原料融液を形成できる原料供給機構を有する単結晶育成装置、およびその装置で採用される原料供給方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
上記目的を達成するため、本発明による単結晶育成装置は、ＣＺ法による単結晶の育成に用いられ、ルツボ内の原料融液に粒塊状の固形原料を追加チャージまたはリチャージする原料供給機構を有する単結晶育成装置であって、前記ルツボを内部に配置したメインチャンバと、このメインチャンバの上端部に連結され、育成した単結晶を内部に収容するプルチャンバと、このプルチャンバ内に昇降可能に収納された原料蓄積管と、この原料蓄積管の下端開口部に脱着可能に装着された底蓋と、前記原料蓄積管の内部を貫通して前記底蓋に連結され、前記原料蓄積管および前記底蓋を昇降させる昇降装置と、前記プルチャンバの側面を貫通して前記原料蓄積管内に先端が挿入される進退可能な原料案内管と、この原料案内管を介して前記固形原料を前記原料蓄積管内に供給する原料供給装置と、を備えたことを特徴とする。
【００２２】
このような構成により、前記原料案内管の先端を前記原料蓄積管内に挿入させた状態で前記底蓋が装着されている前記原料蓄積管に、前記固形原料を前記原料供給装置より前記原料案内管を介し供給して蓄積し、その後、前記底蓋の下降により前記原料蓄積管の下端開口部を開放して、前記原料蓄積管内の前記固形原料を前記ルツボ内に投下することができる。このため、原料蓄積管をルツボ上に停止させたままの状態で、原料蓄積管での固形原料の蓄積と、原料蓄積管からの固形原料の投下とを繰り返すことにより、連続的に固形原料をルツボ内に供給することができる。
【００２３】
この単結晶育成装置では、原料案内管から原料蓄積管に供給された固形原料による原料蓄積管や底蓋の損傷を防止する観点から、前記原料蓄積管の内部には、前記原料案内管の先端から投入された固形原料が衝突する緩衝板が設けられていることが好ましい。
【００２４】
また、上記目的を達成するための本発明による原料供給方法は、ＣＺ法により単結晶を育成するに際し、ルツボ内の原料融液に粒塊状の固形原料を追加チャージまたはリチャージする原料供給方法であって、前記ルツボを内部に配置したメインチャンバの上端部にプルチャンバを連結し、このプルチャンバ内に下端開口部に着脱可能な底蓋が装着された原料蓄積管を配置した後、前記プルチャンバの側面を貫通して前記原料蓄積管の内部に原料案内管を進出させ、原料供給装置より前記原料案内管を介して前記固形原料を前記原料蓄積管内に投入して蓄積し、前記原料蓄積管の下端開口部に装着された底蓋を開放して、前記原料蓄積管内の前記固形原料を前記ルツボ内に投下することを特徴とする。
【００２５】
このような原料供給方法によっても、上述した単結晶育成装置と同様に、大量の固形原料を連続的に順次ルツボ内に供給することができる。
【００２６】
この原料供給方法では、前記原料蓄積管への前記固形原料の蓄積、および前記原料蓄積管内の前記固形原料の投下を繰り返すことが好ましい。
【発明の効果】
【００２７】
本発明の単結晶育成装置および原料供給方法によれば、ＣＺ法による単結晶育成での追加チャージまたはリチャージの際、大量の固形原料を連続的に順次ルツボ内に供給することができ、その結果、ルツボ内に効率良く大量の原料融液を形成することが可能になる。従って、より大量の原料融液を必要とする大径化を図った単結晶の育成を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下に、本発明の単結晶育成装置および原料供給方法の実施形態について、図面を参照しながら詳述する。
【００２９】
図１は、本発明の原料供給機構を配備した単結晶育成装置の全体構成を示す縦断面図である。同図では、ルツボ内に初期チャージの固形原料が充填され、さらに追加チャージの準備が整った状態を示している。
【００３０】
同図に示すように、ＣＺ法による単結晶育成装置は、その外郭がメインチャンバ１およびプルチャンバ２から構成され、さらにゲートバルブ１０を備える。プルチャンバ２は、メインチャンバ１よりも小径の円筒状であり、メインチャンバ１と同軸上でメインチャンバ１の上端部にゲートバルブ１０を介して連結されている。
【００３１】
ゲートバルブ１０は、メインチャンバ１の内部とプルチャンバ２の内部を連通／遮断可能にするために設けられるものである。メインチャンバ１の上端部に相当するゲートバルブ１０の上部の開口径は、プルチャンバ２よりも小径である。
【００３２】
メインチャンバ１の内部には、その中心部にルツボ３が配置されている。ルツボ３は、内側の石英ルツボ３Ａと外側の黒鉛ルツボ３Ｂとから構成された二重構造のものであり、ペディスタルと呼ばれる支持軸４上に図示しないルツボ受けを介して支持されている。支持軸４は、ルツボ３を周方向に回転させるとともに、ルツボ３を軸方向に昇降させるように駆動する。
【００３３】
ルツボ３の外側には、ルツボ３を囲繞するように抵抗加熱式のヒータ５が配置されている。ヒータ５の外側には、断熱材６がメインチャンバ１の内周面に沿って配置されている。ルツボ３内に初期チャージとして充填された固形原料１２Ａは、ヒータによる加熱によって溶融し原料融液を形成する。後述する追加チャージやリチャージによってルツボ３内に供給された固形原料１２Ｂも、ヒータ５の加熱により溶融され原料融液を形成する。
【００３４】
ここで、初期チャージした固形原料１２Ａの溶融後は、ルツボ３内の原料融液を増量して大量の原料融液を確保するために、追加チャージが行われる。その追加チャージの際に使用される原料供給機構は、以下のように構成される。
【００３５】
プルチャンバ２内には、ワイヤなどの引き上げ軸８が垂下され、円筒状の原料蓄積管１１が、引き上げ軸８の下端に連結された図示しない吊り下げ治具、および昇降軸としての金属製シャフト１５を介して、ルツボ３の上方に配置される。引き上げ軸８は、プルチャンバ２の最上部に設置された図示しない駆動装置により、回転駆動および昇降駆動される。引き上げ軸８の昇降駆動に伴って原料蓄積管１１が昇降する。
【００３６】
原料蓄積管１１は、追加チャージの際に内部に固形原料を蓄積するため、開口した下端に円錐状の底蓋１４を脱着可能に装着している。底蓋１４には、原料蓄積管１１の内部を上方より貫通して鉛直方向に延在する金属製シャフト１５が連結されている。原料蓄積管１１および底蓋１４は、固形原料と接触することから、固形原料に不純物が混入しないように、石英製やＳｉＣ製のもの、表面をＳｉＣでコーティングした炭素材、または金属に特殊な表面処理を施したものが好ましく、特に石英製のものが望ましい。
【００３７】
プルチャンバ２の外側には、原料供給装置２１が配設されている。この原料供給装置２１は、粒塊状の固形原料１２Ｂを蓄積したタンク２２を備え、タンク２２の底に設けられたバルブ２３を開くことにより、タンク２２の底から固形原料１２Ｂを切り出すものである。
【００３８】
原料供給装置２１の下部からは所定の角度で下向きに傾斜した傾斜管２４が延び出しており、この傾斜管２４の下端は、プルチャンバ２の下部の側面に接続されている。傾斜管２４内には、石英製やＳｉＣ製の原料案内管２５が収納されている。この原料案内管２５は、モータまたはシリンダの駆動により傾斜管２４内を進退することが可能であり、進出することでその先端部がプルチャンバ２の側面を貫通しプルチャンバ２の内部に突出する。また、傾斜管２４の下端近傍には、傾斜管２４内を連通／遮断可能にするための傾斜管シャッター２６が設けられている。
【００３９】
原料蓄積管１１の上部の外周面には、環状の金属製フランジ１８が設けられている。金属製フランジ１８は、原料蓄積管１１が下降している際に、ゲートバルブ１０の上部小径部１０ａの端面に当接することにより、それ以上の下降を制限し、原料蓄積管１１をその位置に停止させるためのストッパとして機能する。
【００４０】
さらに、原料蓄積管１１の上部の周面には、金属製フランジ１８の上方であって、原料供給装置２１からの傾斜管２４が配置されている側に、貫通孔２７が設けられている。この貫通孔２７は、原料蓄積管１１が金属製フランジ１８により下降を停止された状態のとき傾斜管２４の延長線上に位置するように設けられており、傾斜管２４内を進出させた原料案内管２５の先端部を挿通させるものである。
【００４１】
また、原料蓄積管１１の内部には、原料蓄積管１１が金属製フランジ１８により下降を停止された状態のときの傾斜管２４の延長線上に、石英製または多結晶シリコン製の緩衝板２８が設けられている。この緩衝板２８は、傾斜管２４の傾斜角度と直角、乃至はやや上向きの姿勢で原料蓄積管１１の内周面に固設されている。
【００４２】
図２は、原料供給機構を構成する原料蓄積管の下部を拡大して示す図であり、同図（ａ）は縦断面図を示し、同図（ｂ）は横断面図を示している。
【００４３】
同図に示すように、金属製シャフト１５は、保護管１６で覆われている。保護管１６は、外側の主保護管１６Ａと、この主保護管１６Ａの内側に摺動可能に挿入された副保護管１６Ｂとで構成され、副保護管１６Ｂによって金属製シャフト１５を保持する。主保護管１６Ａおよび副保護管１６Ｂは、固形原料と接触することから、原料蓄積管１１および底蓋１４と同様、石英製のものが望ましい。また、主保護管１６Ａは、原料蓄積管１１の中心軸上で鉛直方向に延在し、原料蓄積管１１の内周面に支持板１７を介在して固設されている。
【００４４】
従って、金属製シャフト１５は、保護管１６で覆われて固形原料との接触が遮断されるため、固形原料への汚染を確実に防止することができる。さらに、金属製シャフト１５は、これを保持する副保護管１６Ｂが主保護管１６Ａとの摺動により案内されるため、原料蓄積管１１の中心位置からずれることがなく、安定した昇降動作を行うことができる。
【００４５】
図３は、原料蓄積管の下降を制限する金属製フランジの固定に使用される金属製バンドの外観斜視図である。前記図１に示す金属製フランジ１８は、その上下を、原料蓄積管１１の外周面に締め付けた図３に示す金属製バンド１９により保持される。金属製バンド１９の締め付け高さを調整することにより、原料蓄積管１１の下降の停止位置を調整することができる。
【００４６】
このような構成の単結晶育成装置を用いた追加チャージの工程を、以下に順を追って説明する。
【００４７】
図４は、本発明の単結晶育成装置における追加チャージの工程を説明する図である。図４（ａ）に示すように、プルチャンバ２内に、空の原料蓄積管１１を、引き上げ軸８の下端に連結された吊り下げ治具、および金属製シャフト１５を介して吊り下げ、このプルチャンバ２を、初期チャージの固形原料１２Ａがルツボ３内に充填されたメインチャンバ１の上端部に連結する。
【００４８】
一方、原料供給装置２１のタンク２２内に固形原料１２Ｂを投入し、タンク２２内に固形原料１２Ｂを蓄積する。このとき、タンク２２内には、その底の方に相対的に粒径の小さい固形原料１２Ｂが蓄積されるようにする。例えば、タンク２２の底の方の固形原料１２Ｂの粒径は１０〜３０ｍｍとし、底以外の固形原料１２Ｂの粒径は３０〜５０ｍｍとする。
【００４９】
そして、ヒータ５に通電し、ルツボ３内に充填された固形原料１２Ａへの加熱を開始する。また、ゲートバルブ１０を開くとともに、傾斜管シャッター２６を開く。
【００５０】
続いて、図４（ｂ）に示すように、引き上げ軸８を下降させ、金属製フランジ１８がゲートバルブ１０の上部小径部１０ａの端面に当接するまで、原料蓄積管１１を下降させる。この時点で引き上げ軸８の下降を一旦停止する。すなわち、この時点では原料蓄積管１１は、下端開口部が底蓋１４で閉ざされた状態で、ルツボ３の直上で停止した状態にされる。
【００５１】
次に、図４（ｃ）に示すように、原料案内管２５を傾斜管２４内に沿って進出させる。これにより、原料案内管２５は、先端部がプルチャンバ２の側面を貫通して原料蓄積管１１の貫通孔２７を挿通し、原料蓄積管１１内に臨む状態になり、他方の端部が原料供給装置２１のバルブ２３の直下に位置した状態になる。
【００５２】
次いで、図４（ｄ）に示すように、原料供給装置２１のバルブ２３を開閉し、所定量の固形原料１２Ｂを切り出す。このとき、タンク２２の底に蓄積されている粒径の小さい固形原料１２Ｂが初期に排出され、続いて相対的に粒径の大きい固形原料１２Ｂが排出される。切り出された固形原料１２Ｂは、原料案内管２５内に導入され、原料案内管２５を通じてその先端から原料蓄積管１１内に投入される。投入された固形原料１２Ｂは、緩衝板２８に衝突して落下し、原料蓄積管１１内に堆積し蓄積される。
【００５３】
その際、原料案内管２５から投入された固形原料１２Ｂは、緩衝板２８に衝突することにより運動エネルギーが吸収されて速度が低減されるため、その後の落下速度が緩和される。従って、固形原料１２Ｂが原料蓄積管１１の内周面や底蓋１４の上側面に衝突しても、原料蓄積管１１や底蓋１４に与えるダメージは少なく、原料蓄積管１１や底蓋１４の損傷を防止することができる。
【００５４】
また、原料蓄積管１１や底蓋１４に与えるダメージがそもそも少ない粒径の小さい固形原料１２Ｂが初期に投入され、これが底蓋１４上に先ず堆積するため、この小粒径の固形原料１２Ｂが、後に落下してくる大粒径の固形原料１２Ｂに対してクッションの役割を果たす。従って、緩衝板２８による固形原料１２Ｂの落下速度の低減化とあいまって、原料蓄積管１１や底蓋１４の損傷を防止することができる。
【００５５】
その後、図４（ｅ）に示すように、ルツボ３内の固形原料１２Ａの溶融がほぼ終わるか、または完了すると、引き上げ軸８をさらに下降させ、底蓋１４を下降させる。
【００５６】
これにより、図４（ｆ）に示すように、原料蓄積管１１の下端開口部が開放され、原料蓄積管１１内の固形原料１２Ｂが自重により落下して、ルツボ３内の原料融液１３に供給される。その際、原料蓄積管１１内の固形原料１２Ｂは、円錐状の底蓋１４の上側面に沿いながら円周方向で均等に投下されるため、液ハネを生じることなく、ルツボ３内の原料融液１３上に広範囲に堆積する。その結果、一度に大量の固形原料１２Ｂをルツボ３内に供給することができる。
【００５７】
原料蓄積管１１が空になると、引き上げ軸８を上昇させ、原料蓄積管１１の下端開口部を底蓋１４で閉ざす。そして、ルツボ３内の原料融液量が高い生産性で単結晶を育成することが可能な目標値に達するまで、前記図４（ｃ）〜（ｆ）に示す工程を繰り返す。
【００５８】
このように、本発明では、原料蓄積管を下降の制限位置であるルツボの直上に停止させたままの状態で、原料供給装置からの固形原料の切り出しによる原料蓄積管への固形原料の蓄積と、原料蓄積管内に蓄積された固形原料のルツボ内への投下とを繰り返すことにより、連続的に固形原料をルツボ内に供給することができ、その結果、ルツボ内に大量の原料融液を形成することができる。
【００５９】
すなわち、本発明では、従来のカットロッド方式でのカットロッドの付け替えや、チャンク管方式での石英管の交換などは一切不要であり、短時間で効率良く大量の原料融液の形成が行える。また、本発明では、原料蓄積管から一度に大量の固形原料をルツボ内に供給することが可能であるため、従来の原料フィーダ方式や融液供給方式によるものと比較しても、短時間で大量の原料融液の形成が行える。従って、本発明は、より大量の原料融液を必要とする大径化を図った単結晶の育成に適用することで、一層効果を発揮する。
【００６０】
また、従来の原料フィーダ方式の場合、固形原料を切り出す際に切り出し速度を制御することが多く、そのため切り出し重量を制御するのに振動フィーダや重量測定用ロードセルなどの特殊な装置をフィーダ内に設置していたが、本発明では、そのような装置を設置する必要がなく、構成を簡素にすることができる。
【００６１】
こうして、ルツボ内の原料融液量が目標値に達すると、図示はしないが、引き上げ軸を上昇させて、原料蓄積管をプルチャンバ内に収納し、ゲートバルブおよび傾斜管シャッターを閉じる。その後、プルチャンバをメインチャンバから取り外す。プルチャンバ内の原料蓄積管および金属製シャフトを種結晶に付け替え、このプルチャンバをメインチャンバに取り付ける。これに代えて、別に準備しておいた種結晶付きのプルチャンバをメインチャンバに取り付けても構わない。
【００６２】
そして、ルツボ内の原料融液に種結晶を浸漬し、種結晶を引き上げてシリコン単結晶を育成する。
【００６３】
以上では、追加チャージでの原料供給について説明したが、リチャージでの原料供給においても、同様の工程に従う。すなわち、単結晶を育成して引き上げた後、ルツボ内に残存している融液に対し、前記図４（ａ）〜（ｆ）に示す工程に従って固形原料の供給を行う。
【００６４】
その他本発明は上記の実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。例えば、追加チャージやリチャージによる原料供給にあたり、メインチャンバに連結されたときにプルチャンバ内に収納されている原料蓄積管内に、予め固形原料を充填していても構わない。この場合は、先ず、原料蓄積管を下降の制限位置まで下降させるとともに、そのまま底蓋を下降させることにより、原料蓄積管内に充填されている固形原料をルツボ内に投下し、次に、底蓋を上昇させて原料蓄積管の下端開口部を閉ざした後、前記図４（ｃ）に示す工程に移行する。
【００６５】
また、上記の実施形態では、原料蓄積管の下降を制限するための金属製フランジを金属製バンドで保持するようにしているが、原料蓄積管の外周面に周方向に配設した複数の突起を設けて、この突起で金属製フランジを保持するようにしても構わない。また、原料蓄積管の昇降を司る昇降軸として、金属製シャフトに代え、金属製ワイヤを用いることもできる。
【００６６】
また、追加チャージやリチャージによる原料供給を含む単結晶育成の操業において、一連の効率を一層高めるために、以下のように構成することができる。
【００６７】
図５は、単結晶育成における一連の操業効率を高めることが可能な単結晶育成装置の構成例を模式的に示す上面図である。同図に示す単結晶育成装置は、内部にルツボを有する１つのメインチャンバに対し、２つのプルチャンバを備える。一方のプルチャンバは、上述した本発明の原料供給機構を構成する原料供給用のプルチャンバであり、他方のプルチャンバは、種結晶を備えた単結晶引き上げ用のプルチャンバである。原料供給用のプルチャンバと単結晶引き上げ用のプルチャンバは、メインチャンバに隣接して立設された支柱に、それぞれアーム部材を介して水平方向に旋回可能に支持されており、各支柱を中心に旋回することにより、メインチャンバ上の連結位置と、メインチャンバ上から外れた位置とに配置され得る。
【００６８】
このような構成にすれば、図５に示すように、メインチャンバに原料供給用のプルチャンバを連結して追加チャージやリチャージによる原料供給を完了した後、その原料供給用のプルチャンバを旋回させてメインチャンバ上から外し、これに伴って、単結晶引き上げ用のプルチャンバをメインチャンバ上に旋回させてメインチャンバと連結し、単結晶の引き上げを行うことができる。すなわち、追加チャージやリチャージによる原料供給後、無用な時間を費やすことなく、単結晶の引き上げに移行することができる。
【００６９】
さらに、メインチャンバに単結晶引き上げ用のプルチャンバを連結して単結晶の引き上げを完了した後、その単結晶引き上げ用のプルチャンバを旋回させてメインチャンバ上から外し、これに伴って、原料供給用のプルチャンバをメインチャンバ上に旋回させてメインチャンバと連結し、固形原料の原料供給を行うことができる。
【００７０】
すなわち、単結晶の引き上げ後も、無用な時間を費やすことなく、追加チャージやリチャージによる原料供給に移行することができる。また、原料供給用のプルチャンバによる原料供給中は、その時間を有効に活用して、単結晶引き上げ用のプルチャンバ内で単結晶を冷却することができる。
【００７１】
従って、１つのメインチャンバに対して、原料供給用のプルチャンバと単結晶引き上げ用のプルチャンバを別個独立して備えることにより、単結晶育成における一連の操業効率を高めることが可能になる。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
本発明の単結晶育成装置および原料供給方法によれば、ＣＺ法による単結晶育成での追加チャージまたはリチャージの際、ルツボ内に効率良く大量の原料融液を形成することが可能になる。よって、本発明は、より大量の原料融液を必要とする大径化を図った単結晶の育成に極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明の原料供給機構を配備した単結晶育成装置の全体構成を示す縦断面図である。
【図２】原料供給機構を構成する原料蓄積管の下部を拡大して示す図であり、同図（ａ）は縦断面図を示し、同図（ｂ）は横断面図を示している。
【図３】原料蓄積管の下降を制限する金属製フランジの固定に使用される金属製バンドの外観斜視図である。
【図４】本発明の単結晶育成装置における追加チャージの工程を説明する図である。
【図５】単結晶育成における一連の操業効率を高めることが可能な単結晶育成装置の構成例を模式的に示す上面図である。
【符号の説明】
【００７４】
１    メインチャンバ
２    プルチャンバ
３    ルツボ
４    支持軸
５    ヒータ
６    断熱材
８    引き上げ軸
１０    ゲートバルブ
１０ａ    小径部
１１    原料蓄積管
１２Ａ、１２Ｂ    固形原料
１３    原料融液
１４    底蓋
１５    金属製シャフト
１６    保護管
１７    支持板
１８    金属製フランジ
１９    金属製バンド
２１    原料供給装置
２２    タンク
２３    バルブ
２４    傾斜管
２５    原料案内管
２６    傾斜管シャッター
２７    貫通孔
２８    緩衝板
【図１】
2009263178.tif 000003
【図２】
2009263178.tif 000004
【図３】
2009263178.tif 000005
【図４】
2009263178.tif 000006
【図５】
2009263178.tif 000007