JP2003002779A - 単結晶引上げ用容器の原料供給装置および原料供給方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ＣＺ炉の分解、清掃、組立作業時の作業効率を
損なうことなく、またＣＺ炉の製造コストを上昇させる
ことなく、また単結晶シリコンの品質を低下させること
なく、多結晶シリコン原料を供給できるようにする。 【解決手段】単結晶引上げ用容器１から分離自在に原料
供給装置１００が設けられる。原料供給装置１００に
は、単結晶引上げ用容器１に設けられた容器側開口部３
に対して取り付けおよび取り外しが自在に、供給装置側
開口部８が設けられる。また供給装置側開口部８の内外
に移動自在に、供給管１３が設けられる。また供給装置
側開口部８が、容器側開口部３に取り付けられた際に、
供給管１３の先端１３ａを、供給装置側開口部８内から
外へ移動させて容器側開口部３を介して単結晶引上げ用
容器１内の融液７１近傍に位置させる自由度を有した駆
動軸１１、５１、５２が設けられる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＣＺ法（チョクラ
ルスキー法）などを用いて単結晶シリコンなどの単結晶
半導体を引き上げる単結晶引上げ用容器内へ、多結晶の
原料を供給する装置および方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術および発明が解決しようとする課題】単結
晶引上げ用容器つまりＣＺ炉内には石英るつぼが設けら
れている。この石英るつぼ内で多結晶シリコン（Ｓi）
が加熱され溶融される。溶融が安定化すると、引上げ機
構によって石英るつぼ内のシリコン融液から単結晶シリ
コンが引き上げられる。

【０００３】ここで偏析によって、いわゆる「酸素歯抜
け不良」が発生することがあり、このためには石英るつ
ぼ内に多結晶シリコンの原料を追加供給する必要があ
る。また石英るつぼ内に多結晶シリコンの原料を追加供
給することで、石英るつぼ１個当たりで製造される単結
晶シリコンの量を増やすことができ、製造コストを低減
させることができる。

【０００４】追加供給用の多結晶シリコン原料は、多結
晶シリコンを破砕したり、粒状に精製して得られるもの
であり、破砕（粉砕）ナゲットあるいは粒状ナゲットと
呼ばれる。破砕ナゲットは直径が約２〜３ｃｍ程度の破
砕片であり、粒状ナゲットは直径が約２〜３ｍｍ程度の
粒状物である。これらナゲットはホッパに予め投入され
ており、ホッパから供給管を介してＣＺ炉内の石英るつ
ぼ内に供給される。

【０００５】また多結晶シリコン原料の供給方法には、
以下の方法がある。

【０００６】１）リチャージ この方法は、単結晶シリコンのインゴットを１本引き上
げる毎に、石英るつぼ内に多結晶シリコン原料を追加供
給するというものである。追加供給後に単結晶シリコン
の引上げを繰り返す。この方法によれば単結晶シリコン
のインゴットを取り出す毎にＣＺ炉を外気に開放して清
掃することはないので、ＣＺ炉内の石英るつぼに、温度
変化による熱応力が加わることはない。このため石英る
つぼの耐久性が向上し１個の石英るつぼで２〜３本の単
結晶シリコンを製造することができ、製造コストが低減
する。

【０００７】２）連続チャージ この方法は、単結晶シリコンを引上げながら石英るつぼ
内に多結晶シリコン原料を追加供給するというものであ
る。連続チャージの場合には、１本の単結晶シリコンを
引上げＣＺ炉外へ単結晶シリコンを取り出して１回の操
業が終了すると、その後にＣＺ炉を分解して炉内を清掃
し再度炉を組み立てる必要がある。

【０００８】３）追いチャージ この方法は、石英るつぼ内に多結晶シリコン原料を供給
して加熱、溶融した溶かした後に更に多結晶シリコン原
料を追加供給するというものである。追いチャージで
は、溶液が減少する前に予め原料を追加供給する。

【０００９】連続チャージを前提として原料供給を行う
装置に関する発明は、たとえば特開平３−２３２８６号
公報、特開平９−１７５８８３号公報に開示されてい
る。

【００１０】これら公報には、供給管を、ホッパ側の部
分と、ＣＺ炉側の部分とに分割し、このＣＺ路側の一部
の供給管をＣＺ炉に予め固定しておき、原料供給時に、
ホッパ側の一部の供給管を、ＣＺ炉側の一部の供給管に
接続するという発明が記載されている。

【００１１】しかし上記公報記載の発明によれば、供給
管の一部がＣＺ炉に固定されているため、操業終了後に
ＣＺ炉を分解、清掃、組立する作業を行う際に、その供
給管が障害になる。このためＣＺ炉の分解、清掃、組立
作業が煩雑になり作業効率が損なわれるおそれがある。

【００１２】また上記公報記載の発明によれば、供給管
の一部をＣＺ炉に予め固定しておく必要があるため、Ｃ
Ｚ炉が多種類、多数ある場合には、ＣＺ炉の種類毎にそ
れに適合した供給管を用意したりＣＺ炉の個数分の供給
管を用意したりする手間がかかるとともに、複数のＣＺ
炉すべてに供給管を固定する作業が必要になる。このた
めＣＺ炉の製造、開発に要する投資額が大きくなった
り、ＣＺ炉の改造に要する追加投資額が大きくなり、製
造コストが大幅に上昇する。また上記公報記載の発明に
よれば、供給管の一部がＣＺ炉に固定されているため、
供給管の先端位置と石英るつぼの融液表面との位置関係
を調整することができない。

【００１３】ここに、ホットゾーンの種類や引上げ条件
に応じて融液表面の高さが変化することがある。供給管
の先端位置と石英るつぼの融液表面との位置関係を調整
することができれば、ホットゾーンの種類や引上げ条件
に応じた適切な高さに供給管先端を位置させることがで
きる。

【００１４】また供給管の先端位置と石英るつぼの融液
表面との位置関係を調整できないと、多結晶シリコンの
ナゲットが融液に落下する場所、距離によっては、融液
表面で飛散して液滴が炉内に付着、堆積することがあ
る。炉内に付着、堆積した多結晶シリコンが落下して、
引上げ成長中のインゴットに付着すると、単結晶を有転
移化させ結晶欠陥を生じさせ単結晶シリコンの品質を低
下させるおそれある。

【００１５】なお特公平６−１１６８０号公報（特開昭
６１−１３２５８５号公報）には、ＣＺ炉にガイドを固
定しこのガイドに沿って投入管（供給管）の先端を、石
英るつぼに対して相対的に移動させるという発明が記載
されている。しかし投入管はガイドとともにＣＺ炉に固
定されているため、上述した分解、清掃、組立作業時の
作業効率の低下は避けられない。

【００１６】本発明はこうした実状に鑑みてなされたも
のであり、ＣＺ炉の分解、清掃、組立作業時の作業効率
を損なうことなく、またＣＺ炉の製造コストを上昇させ
ることなく、また単結晶シリコンの品質を低下させるこ
となく、多結晶シリコン原料を供給できるようにするこ
とを第１の解決課題とするものである。

【００１７】ところでＣＺ法によるプロセスは概略する
と、溶融、溶融安定化、引上げ、冷却、取り出しの各工
程からなる。

【００１８】リチャージによる方法で多結晶シリコン原
料を供給する場合には、単結晶シリコンの引き上げを終
了してからつぎの単結晶シリコンの引上げを開始するま
での時間を短くすることが作業効率を向上させる上で重
要である。

【００１９】ここに従来の技術水準を示す文献として、
特開平１−１４８７７９号公報、特開平８−１４３３９
２号公報がある。上記特開平１−１４８７７９号公報に
は、単結晶シリコンをＣＺ炉から取り出した後に多結晶
シリコン原料を追加供給するという発明が記載されてい
る。また上記特開平８−１４３３９２号公報には、多結
晶シリコン原料の追加供給と単結晶シリコンの取り出し
を並行して行うという発明が記載されている。

【００２０】本発明はリチャージによる方法で多結晶シ
リコン原料を供給する際に、サイクルタイムを短縮し作
業効率を向上させることを第２の解決課題とするもので
ある。

【００２１】ところで多結晶シリコン原料の供給の仕方
によっては、単結晶シリコンの品質等に以下のような影
響を与えるため以下のような対策をとる必要がある。

【００２２】（ａ）微細粉の除去 多結晶シリコン原料のナゲットに付着している微細粉
や、ナゲットが供給管を通過する過程で発生した微細粉
がＣＺ炉内に付着、堆積する。この炉内に付着、堆積し
た多結晶シリコンが落下して、引上げ成長中のインゴッ
トに付着すると、単結晶を有転移化させ結晶欠陥を生じ
させ単結晶シリコンの品質を低下させる。また微細粉が
供給管内に付着、堆積することによって供給管を閉塞さ
せる。このため多結晶シリコン原料の微細粉を除去する
必要がある。

【００２３】（ｂ）石英るつぼへのダメージ低減 多結晶シリコン原料のナゲットが一度に大量に供給され
たり落下速度が大きすぎる場合には、ナゲットが石英る
つぼに接触等することによって石英るつぼを破損させる
などのダメージを与える。石英るつぼが損傷等するとそ
れ以降の石英るつぼの使用が困難になったり単結晶シリ
コンの品質に影響を与える。このためナゲットが石英る
つぼに接触等した際のダメージを低減することが必要で
ある。

【００２４】（ｃ）液滴、破片の飛散防止 多結晶シリコン原料のナゲットが一度に大量に供給され
たり落下速度が大きすぎる場合には、ナゲットが融液に
落下することによって、多結晶シリコン原料の液滴、破
片が飛散して炉内に付着、堆積する。炉内に付着、堆積
した多結晶シリコンが落下して、引上げ成長中のインゴ
ットに付着すると、単結晶を有転移化させ結晶欠陥を生
じさせ単結晶シリコンの品質を低下させる。このためナ
ゲットが融液に落下した際の液滴、破片の飛散を防止す
ることが必要である。

【００２５】上述した（ａ）の微細粉の除去に関連する
従来技術として、特開平１１−３２２４８４号公報に記
載されたものがある。

【００２６】この公報には、供給管の上部にダスト分離
器を設けこのダスト分離器によって多結晶シリコン原料
のナゲットに付着している微細なダストを除去するとい
う発明が記載されている。

【００２７】しかし上記公報記載の発明によれば、供給
開始時点でナゲットに既に付着している微細粉を除去す
ることはできても、このナゲットが供給管を通過する過
程で発生する微細粉については除去することができな
い。したがって炉内への微細粉の付着、堆積による単結
晶シリコンの品質低下あるいは微細粉による供給管の閉
塞といった問題を完全に解決することはできない。

【００２８】また供給管内のガスをポンプによって吸い
込み、微細粉を除去することも考えられるが、単にガス
を吸い込むだけでは、供給管の先端から供給管内にＳi
Ｏのアモルファスが侵入してしまう。なおＳiＯは溶融
したシリコンと石英るつぼとが反応することによって発
生する。このため供給管内でＳiＯが付着、堆積し、こ
の付着、堆積したＳiＯが落下して、引上げ成長中のイ
ンゴットの成長界面に付着すると、単結晶を有転移化さ
せ結晶欠陥により品質を劣化させる。

【００２９】本発明はこうした実状に鑑みてなされたも
のであり、供給管内へのＳiＯの侵入を防止して、単結
晶シリコンの品質を向上させることを第３の解決課題と
するものである。

【００３０】また本発明は、供給管を通過する過程で発
生する多結晶シリコン原料の微細粉を、確実に除去でき
るようにして、単結晶シリコンの品質を向上させるとと
もに供給管の閉塞を防止することを第４の解決課題とす
るものである。

【００３１】上述した（ｂ）、（ｃ）の石英るつぼへの
ダメージ低減、液滴、破片の飛散防止に関しては、 ｉ）供給量の調節 ｉｉ）落下速度の調節 が具体的な対策として挙げられる。破砕ナゲットを使用
する際には供給管内で閉塞が起こり易い。この点からも
供給量の調節は重要である。

【００３２】ｉ）の供給量の調節に関連する従来技術と
して、特開平４−３６２０８８号公報に記載されたもの
がある。この公報にはホッパ内に回転ロータを設け、回
転ロータによりナゲットを掻き取り、掻き取った量のナ
ゲットをホッパの下方へ落とすという発明が記載されて
いる。

【００３３】また特開平３−２３２８６号公報には、ホ
ッパの下部に水平に延びる筒状の導出部を形成し、この
導出部を振動フィーダにより振動させてホッパ内の多結
晶シリコン原料を一定量ずつ導出部から供給管に導くと
いう発明が記載されている。

【００３４】しかしこれら公報記載の発明によれば、回
転ロータや振動フィーダといった複雑な機構を、ホッパ
に設ける必要があり、装置コストが大幅に上昇する。

【００３５】また粒子が粗い破砕ナゲットをホッパ内に
投入したとすると、ナゲット同士が噛み合いホッパの下
部開口部でいわゆる「ブリッジ」が発生する。上記公報
記載の発明を、ブリッジ発生時に適用したとすると、こ
のブリッジを崩すことはできない。このため供給量の調
節が困難になるばかりか、原料供給それ自体が困難にな
る。

【００３６】本発明はこうした実状に鑑みてなされたも
のであり、ホッパ内でブリッジが発生したとしても多結
晶シリコン原料の供給量の調節を、簡易な機構で精度よ
く行えるようにすることを第５の解決課題とするもので
ある。

【００３７】上記ｉｉ）の落下速度の調節に関連する従
来技術として、特開平１−１１９５９４号公報に記載さ
れたものがある。この公報には、１本の供給管内に邪魔
板を設け、多結晶シリコン原料のナゲットがこの邪魔板
を通過するときの抵抗によって落下速度を減速させると
いう発明が記載されている。また同公報には、管の一部
を変形させて管内に凸部を形成することにより、ナゲッ
トの落下速度を減速させるという発明が記載されてい
る。また管全体を波形や螺旋状に屈折させることによ
り、ナゲットの落下速度を減速させるという発明が記載
されている。

【００３８】しかし上記公報記載の各発明によれば、管
内の各部で断面積が大きく変化するため、特に粒子の粗
い破砕ナゲット使用時には管が閉塞しやすい。また管全
体を波形や螺旋状に屈折させることで十分な減速効果を
上げるためには、振り幅を広くとる必要がある。このた
め管の幅方向に大きな場積をとることとなり、ＣＺ炉の
開口部に供給管を挿入することができなかったり、供給
管が炉の内部部材と干渉するなどの問題が発生する。ま
た幅の広い供給管に合わせてＣＺ炉を改造することが必
要になることもある。

【００３９】本発明はこうした実状に鑑みてなされたも
のであり、供給管内で閉塞を生じることなく、しかもＣ
Ｚ炉内の内部部品と干渉するなどの問題が生じることな
く、確実に供給管内で落下速度を調節することができる
ようにすることを第６の解決課題とするものである。

【００４０】

【課題を解決するための手段および効果】本発明の第１
発明は、第１の解決課題を達成するために、多結晶の原
料（６３）を溶融し融液（７１）から単結晶半導体を引
き上げる単結晶引上げ用容器（１）を備え、前記単結晶
引上げ用容器（１）内に外部から供給管（１３）を介し
て多結晶原料（６３）を供給するようにした単結晶引上
げ用容器の原料供給装置において、前記単結晶引上げ用
容器（１）から分離自在の原料供給装置（１００）であ
って、単結晶引上げ用容器（１）に設けられた容器側開
口部（３）に対して取り付けおよび取り外しが自在の供
給装置側開口部（８）と、前記供給装置側開口部（８）
の内外に移動自在の供給管（１３）と、前記供給装置側
開口部（８）が、前記容器側開口部（３）に取り付けら
れた際に、前記供給管（１３）の先端（１３ａ）を、前
記供給装置側開口部（８）内から外へ移動させて前記容
器側開口部（３）を介して単結晶引上げ用容器（１）内
の融液（７１）近傍に位置させる自由度を有した駆動軸
（１１、５１、５２）とを前記原料供給装置（１００）
に設けたことを特徴とする。

【００４１】第１発明によれば、図１に示すように、単
結晶引上げ用容器１から分離自在に原料供給装置１００
が設けられる。原料供給装置１００には、単結晶引上げ
用容器１に設けられた容器側開口部３に対して取り付け
および取り外しが自在に、供給装置側開口部８が設けら
れる。また供給装置側開口部８の内外に移動自在に、供
給管１３が設けられる。また供給装置側開口部８が、容
器側開口部３に取り付けられた際に、供給管１３の先端
１３ａを、供給装置側開口部８内から外へ移動させて容
器側開口部３を介して単結晶引上げ用容器１内の融液７
１近傍に位置させる自由度を有した駆動軸１１、５１、
５２が設けられる。

【００４２】このため原料供給装置側開口部８を、単結
晶引上げ用容器１側の開口部３に位置決めした上で、駆
動軸１１、５１、５２を駆動させることによって、供給
管１３の先端１３ａを開口部８外へ移動させ容器１内の
融液７１近傍に位置決めすることができる。

【００４３】第１発明によれば、単結晶引上げ用容器１
側に供給管の一部を固定しないで済むので、容器（炉）
の分解、清掃、組立作業時の作業効率が向上する。また
容器１の種類に応じて、容器１の個数分だけ供給管を用
意して、供給管を容器１に個別に固定する作業が不要に
なるので、容器（炉）の製造コストが飛躍的に低減す
る。

【００４４】また第１発明によれば、駆動軸１１、５
１、５２によって、供給管１３の先端１３ａと石英るつ
ぼの融液表面との位置関係を調整することができるの
で、ホットゾーンの種類や引上げ条件に応じて融液表面
の高さが変化したとしても適切な高さに供給管先端１３
ａを位置させることができる。

【００４５】また駆動軸１１、５１、５２によって、供
給管１３の先端１３ａと石英るつぼの融液表面との位置
関係を調整することができるので、融液表面での液滴、
破砕片の飛散を防止することができる。具体的には、融
液表面の固化した部分７１ａに、多結晶原料６３が投入
されるように、供給管１３の先端１３ａの位置を調整す
ることで飛散を防止できる。このため引上げ成長中のイ
ンゴットに多結晶原料６３が付着することで発生する品
質低下を、防止することができる。

【００４６】このように第１発明によれば、容器の分
解、清掃、組立作業時の作業効率を損なうことなく、ま
た容器の製造コストを上昇させることなく、また単結晶
半導体の品質を低下させることなく、多結晶半導体原料
を供給できるという効果が得られる。

【００４７】第２発明は、第２の解決課題を達成するた
めに、単結晶引上げ用容器（１）内に外部から原料供給
装置（１００）を介して多結晶原料（６３）を供給する
とともに、単結晶引上げ用容器（１）内で、多結晶原料
（６３）を加熱、溶融し、融液（７１）から単結晶半導
体を引き上げ、冷却してから単結晶半導体を取り出し
て、つぎの加熱溶融、つぎの単結晶半導体の引き上げを
繰り返し行う単結晶引上げ用容器の原料供給方法におい
て、冷却期間が終了するまでの間に、単結晶晶引上げ用
容器（１）の場所まで前記原料供給装置（１００）を移
動させて、単結晶引上げ用容器（１）の開口部（３）
に、原料供給装置（１００）の供給管（１３）を挿入し
て、当該供給管（１３）を介して、多結晶原料（６３）
の単結晶引上げ容器（１）内への追加供給を開始してお
く工程と、多結晶原料（６３）の追加供給終了後に、単
結晶引上げ用容器（１）の開口部（３）から、前記原料
供給装置（１００）の供給管（１３）を切り離す工程と
を含むことを特徴とする。

【００４８】第２発明によれば、冷却期間が終了するま
での間に、単結晶晶引上げ用容器１の場所まで原料供給
装置１００が移動し、単結晶引上げ用容器１の開口部３
に、原料供給装置１００の供給管１３が挿入され、当該
供給管１３を介して、多結晶原料６３の単結晶引上げ容
器１内への追加供給が開始される。

【００４９】そして多結晶原料６３の追加供給終了後
に、単結晶引上げ用容器１の開口部３から、原料供給装
置１００の供給管１３が切り離される。

【００５０】このように第２発明によれば、単結晶半導
体の冷却中に、原料供給装置１００を容器（ＣＺ炉）に
接続して容器（ＣＺ炉）内に原料の供給を開始するよう
にしているので、つぎの単結晶半導体の引上げを早く開
始することができる。このためサイクルタイムが短縮し
作業効率が向上する。

【００５１】以上のように第２発明によれば、リチャー
ジによる方法で多結晶半導体原料を供給する際に、プロ
セスのサイクルタイムが短縮し作業効率が向上するとい
う効果が得られる。

【００５２】第３発明は、第２発明において、融液表面
の固化した部分（７１ａ）に、多結晶原料（６３）が投
入されるように、前記供給管（１３）の先端（１３ａ）
の位置を調整する工程を更に含むことを特徴とする。

【００５３】第３発明によれば、供給管１３の先端１３
ａの位置が調整されて、融液表面の固化した部分７１ａ
に、多結晶原料６３が投入されるので、融液表面での液
滴、破砕片の飛散を防止できる。このため引上げ成長中
のインゴットに多結晶原料６３が付着することで発生す
る品質低下を、防止することができる。またホットゾー
ンの種類や引上げ条件に応じて融液表面の高さが変化し
たとしても適切な高さに供給管先端１３ａを位置させる
ことができる。

【００５４】第４発明は、第３の解決課題を達成するた
めに、多結晶の原料（６３）を溶融し融液（７１）から
単結晶半導体を引き上げる単結晶引上げ用容器（１）を
備え、前記単結晶引上げ用容器（１）内に外部から供給
管（１３）を介して多結晶原料（６３）を供給するよう
にした単結晶引上げ用容器の原料供給装置において、前
記供給管（１３）の原料投入口（１３ｂ）の近傍に、吸
引口（２５）を設け、この吸引口（２５）を介して供給
管（１３）内を吸引する吸引手段と、前記供給管（１
３）の原料排出口（１３ｃ）近傍に、供給口（２４）を
設け、この供給口（２４）を介して前記供給管（１３）
内に不活性ガスを供給するガス供給手段と、前記供給口
（２４）内に供給される不活性ガスの供給量が、前記吸
引口（２５）から吸引される量よりも大きくなるように
前記吸引手段および前記ガス供給手段を調整する手段を
備えたことを特徴とする。

【００５５】第４発明によれば、図１に示すように、供
給管１３の供給口２４内に供給される不活性ガスの供給
量が、吸引口２５から吸引される量よりも大きくなる。
このため供給管１３の原料排出口１３ｃから外部へ一定
量のガスの流れが形成され、供給管１３内へのＳiＯの
侵入が防止される。

【００５６】このように第４発明によれば、供給管内へ
のＳiＯの侵入が防止され、これにより単結晶半導体の
品質が向上するという効果が得られる。

【００５７】第５発明は、第４の解決課題を達成するた
めに、多結晶の原料（６３）を溶融し融液（７１）から
単結晶半導体を引き上げる単結晶引上げ用容器（１）を
備え、前記単結晶引上げ用容器（１）内に外部から供給
管（１３）を介して多結晶原料（６３）を供給するよう
にした単結晶引上げ用容器の原料供給装置において、前
記供給管（１３）の原料投入口（１３ｂ）の近傍に、吸
引口（２５）を設け、この吸引口（２５）を介して供給
管（１３）内を吸引する吸引手段と、前記供給管（１
３）の原料排出口（１３ｃ）近傍に、供給口（２４）を
設け、この供給口（２４）を介して前記供給管（１３）
内に不活性ガスを供給するガス供給手段と、前記供給管
（１３）内の平均流速が、前記供給管（１３）の原料排
出口（１３ｃ）近傍の流れの流速よりも大きくなるよう
に前記吸引手段および前記ガス供給手段を調整する手段
を備えたことを特徴とする。

【００５８】第５発明によれば、図１に示すように、供
給管１３内の平均流速が、供給管１３の原料排出口１３
ｃ近傍の流れの流速よりも大きくなる。このため破砕ナ
ゲットが供給管１３を通過する過程で発生する微細粉
（出口１３ｃから出た後周囲へアルゴンガスの流れに乗
って飛散する）を確実に除去しつつ破砕ナゲットを供給
管１３の外部へ排出させることができる。

【００５９】このように第５発明によれば、供給管を通
過する過程で発生する多結晶半導体原料の微細粉を、確
実に除去でき、これにより単結晶半導体の品質が向上し
供給管の閉塞が防止されるという効果が得られる。

【００６０】第６発明は、第５の解決課題を達成するた
めに、多結晶の原料（６３）を溶融し融液（７１）から
単結晶半導体を引き上げる単結晶引上げ用容器（１）を
備え、ホッパ（６０）内の多結晶原料（６３）を、当該
ホッパ（６０）の下部に設けた開口部（６４）から供給
管（１３）に導き、当該供給管（１３）を介して外部か
ら前記単結晶引上げ用容器（１）内に多結晶原料（６
３）を供給するようにした単結晶引上げ用容器の原料供
給装置において、下降することによって前記ホッパ（６
０）の下部開口部（６４）を閉塞する弁体（１５）を、
前記ホッパ（６０）内に上下動自在に設け、前記弁体
（１５）の側面を、重力に応じて多結晶原料（６３）を
落下させる傾斜形状に形成したことを特徴とする。

【００６１】第６発明によれば、図１に示すように、下
降することによってホッパ６０の下部開口部６４を閉塞
する弁体１５が、ホッパ６０内に上下動自在に設けら
れ、この弁体１５の側面が、重力に応じて多結晶原料６
３を落下させる傾斜形状に形成されている。

【００６２】このため弁体１５を上下動させることによ
り、ホッパ６０内のブリッジを崩して、その多結晶原料
６３を弁体１５の側面からホッパ６０の下部開口部６４
へ落とすことができる。つまり原料が破砕ナゲットであ
ったとしてもホッパ６０内で詰まることなく確実にホッ
パ６０から供給管１３へと導くことができる。弁体１５
の上下動の幅、速度等を調整することで多結晶原料６３
の供給量を調節することができる。またホッパ６０内で
弁体１５を上下動させることができればよいので、機構
が簡易なものとなる。

【００６３】このように第６発明によれば、ホッパ内で
ブリッジが発生したとしても多結晶半導体原料の供給量
の調節を、簡易な機構で精度よく行うことができる。

【００６４】第７発明は、第６発明において、前記弁体
（１５）を、所定幅内で上下動させる駆動手段（１７）
をさらに備え、前記弁体（１５）の上限位置を変化させ
ることによって多結晶原料（６３）の供給量を調整する
ことを特徴とする。

【００６５】第７発明によれば、図４に示すように駆動
手段１７が駆動して、弁体１５が所定幅（Ｈ1〜Ｌ0）内
で上下動することで一定量の多結晶原料６３が供給され
る。そして弁体１５の上限位置をＨ1からＨ2に変化させ
ることによって多結晶原料６３の供給量を調整（大き
く）することができる。

【００６６】第８発明は、第６発明において、前記弁体
（１５）に下方向から作用する力に応じて当該弁体（１
５）が上方向に移動可能に、当該弁体（１５）を吊り下
げたことを特徴とする。

【００６７】第８発明によれば、弁体１５の下部とホッ
パ６０との間に破砕ナゲットが挟まった場合には、挟ま
った位置から弁体１５はそれ以上下方に移動することは
なく弁体１５が再度上昇した際に挟まった状態が（自然
に）解除される。このため破砕ナゲットが破砕したり、
弁体１５が破損したり、ホッパ６０が破損したりするこ
とが防止される。

【００６８】第９発明は、第６の解決課題を達成するた
めに、多結晶の原料（６３）を溶融し融液（７１）から
単結晶半導体を引き上げる単結晶引上げ用容器（１）を
備え、前記単結晶引上げ用容器（１）内に外部から供給
管（１３）を介して多結晶原料（６３）を供給するよう
にした単結晶引上げ用容器の原料供給装置において、断
面積が略等しい各管（２１、２２）を略平行に、これら
を近接もしくは重ねて配置し、これら略平行に配置した
各管（２１、２２）同士を、当該管（２１、２２）の断
面積と略等しい断面積の接続部材（２３、２７、２８、
２９）によって接続して、前記供給管（１３）を構成し
たことを特徴とする。

【００６９】第９発明によれば、図２に示すように、断
面積が略等しい各管２１、２２が略平行に配置されてい
る。そして各管２１、２２の断面が重なるように配置さ
れている（図２（ｍ））。そして、これら略平行に配置
した各管２１、２２同士が、当該管２１、２２の断面積
と略等しい断面積の接続部材２３、２７、２８、２９に
よって接続されて、供給管１３が構成される。

【００７０】このため供給管１３は屈曲部（減速部）を
有しながらも各部で断面積がほぼ一定となり、破砕ナゲ
ットが供給管１３内で閉塞することはなくなる。また各
管２１、２２は近接もしくは断面が重なるように略平行
に配置されているので、供給管１３自体の幅が小さくな
り幅方向の場積を小さくできる。このため供給管１３が
容器（ＣＺ炉）内の内部部品と干渉するなどの問題は生
じない。

【００７１】このように第９発明によれば、供給管内で
閉塞を生じることなく、しかも容器（ＣＺ炉）内の内部
部品と干渉するなどの問題が生じることなく、確実に供
給管内で落下速度を調節することができるという効果が
得られる。

【００７２】

【発明の実施の形態】以下図面を参照して実施形態の装
置について説明する。

【００７３】図１は実施形態の構成を側面からみた図で
ある。

【００７４】同図１に示すように、実施形態装置は、単
結晶引上げ用容器としてのＣＺ炉（チャンバ）１と、こ
のＣＺ炉１から分離可能にかつ移動自在に設けられた原
料供給装置１００とからなる。

【００７５】ＣＺ炉１内には、多結晶シリコンの原料６
３を溶融して融液７１として収容する石英るつぼ７０が
設けられている。るつぼ７０の周囲には、るつぼ７０内
の多結晶シリコン原料６３を加熱して溶融するヒータ７
２が設けられている。るつぼ７０の上方には図示しない
引上げ機構が設けられている。溶融が安定化すると、こ
の引上げ機構により種結晶が融液７１に浸漬されて融液
７１から単結晶シリコンのインゴットが引き上げられ
る。

【００７６】ＣＺ炉１の外壁にあってるつぼ７０の斜め
上方には、開口部２が形成されている。この開口部２に
は開口部２を開閉するゲートバルブ３が取り付けられて
いる。

【００７７】ゲートバルブ３が閉じられることにより炉
１内と外気が遮断され炉１内を真空（たとえば２０Torr
程度）に維持することができる。ＣＺ炉１にはアルゴン
ガスなどの不活性ガスが供給されるとともに図示しない
排気口からポンプによって排気される。これにより炉１
内は所定の低圧に減圧される。

【００７８】単結晶シリコンの引上げに伴いシリコン融
液７１が減少する。シリコン融液７１の減少に伴い融液
７１と石英るつぼ７０との接触面積が変化し石英るつぼ
７０からの酸素溶出量が変化する。この変化が、引き上
げられる単結晶シリコン中の酸素濃度分布に影響を与え
る。また偏析によって、いわゆる「酸素歯抜け不良」が
発生するおそれがある。

【００７９】そこで、これらを防止するために、原料供
給装置１００は、融液７１が減少した石英るつぼ７０内
に多結晶シリコン原料６３を追加供給する。また石英る
つぼ７０内に多結晶シリコンの原料６３を追加供給する
ことで、石英るつぼ１個当たりで製造される単結晶シリ
コンの量を増やすことができ、製造コストを低減させる
ことができる。

【００８０】原料供給装置１００には、ＣＺ炉１のゲー
トバルブ３に対して取り付けおよび取り外しが自在に、
開口部８が設けられている。また、この開口部８の内外
に移動自在に、供給管１３が設けられている。また開口
部８を、ＣＺ炉１のゲートバルブ３まで移動させこれに
位置決めできる自由度を有した第１の駆動軸としてのモ
ータ１０、上下ガイド４１、移動部材４２、Ｘ−Ｙ移動
機構４３が設けられている。また開口部８が、ＣＺ炉１
のゲートバルブ３に取り付けられた際に、供給管１３の
先端１３ａを、開口部８内から外へ移動させてゲートバ
ルブ３を介してＣＺ炉１内の融液７１近傍に位置させる
ことができる自由度を有した第２の駆動軸としてのモー
タ１１、斜めガイド５１、移動部材５２が設けられてい
る。

【００８１】すなわち原料供給装置１００には、車輪に
よって装置１００全体を移動させることができる台車４
が設けられている。台車４はモータ等のアクチュータで
駆動させてもよく人力で動かしてもよい。

【００８２】台車４の上下方向つまりＺ軸方向に沿って
上下ガイド４１が設けられている。上下ガイド４１には
移動部材４２が上下ガイド４１に沿って滑動自在に設け
られている。この移動部材４２にはＸ−Ｙ移動機構４３
を介して上下動ベース５が取り付けられている。上下動
ベース５は、ホッパ６０、中間部材１４、ベローズ７、
供給管１３を中心とする原料供給機構部を支持してい
る。なおベローズ７の代わりに可撓性のある任意の部材
を使用することができる。

【００８３】台車４にはモータ１０が設けられている。
モータ１０が駆動すると移動部材４２は、上下ガイド４
１に沿ってＺ軸方向つまり上下方向に移動する。またＸ
−Ｙ移動機構４３が作動すると上下動ベース５はＸ軸方
向もしくはＹ軸方向つまり水平方向に移動する。また上
下動ベース５は中心鉛直軸に対して回転が可能になって
いる。

【００８４】上下動ベース５には斜め方向に沿って斜め
ガイド５１が設けられている。斜めガイド５１には移動
部材５２が斜めガイド５１に沿って滑動自在に設けられ
ている。

【００８５】ホッパ６０はホッパ外壁６とその内側のホ
ッパ内壁１２とからなる。ホッパ内壁１２内には、外部
より多結晶シリコン原料６３が投入されて貯留されてい
る。

【００８６】ホッパ内壁１２と供給管１３との間には中
間部材１４が位置している。中間部材１４はホッパ外壁
６の内側に位置している。供給管１３はベローズ７の内
側に位置している。

【００８７】ホッパ外壁６０の下方端部と中間部材１４
の下方端部とベローズ７の上方端部と供給管１３の上方
端部とは、締結部材６５によって共締めされている。

【００８８】ベローズ７の下方先端には、ＣＺ炉１のゲ
ートバルブ３の開口に応じた開口部８が形成されてい
る。この開口部８の周囲には、ＣＺ炉１のゲートバルブ
３のフランジ３ａへの取り付けが可能のフランジ８ａが
取り付けられている。

【００８９】フランジ８ａは、結合解除が自在の結合部
材９によって上下動ベース５に結合されている。

【００９０】移動部材５２はホッパ外壁６に取り付けら
れている。

【００９１】ホッパ６０の外壁６、ベローズ７、接続部
材６５、フランジ８ａは、真空保持が可能な材質で構成
されている。ホッパ外壁６はたとえばステンレスで構成
されている。

【００９２】なおホッパ内壁１２、供給管１３、中間部
材１４はたとえば石英で構成されている。

【００９３】上下動ベース５にはモータ１１が設けられ
ている。モータ１１が駆動すると移動部材５２は、斜め
ガイド５１に沿って斜め方向に移動する。

【００９４】以上のようにモータ１０、Ｘ−Ｙ移動機構
４３を駆動させることによって上下動ベース５を任意の
場所に位置させることができ、これにより上下動ベース
５に支持されているベローズ７の先端開口部８を任意の
位置に位置決めすることができる。またモータ１１を駆
動させることによってホッパ外壁６とともに供給管１３
を斜め方向に移動させることができ、これにより供給管
１３の先端１３ａを斜め方向の任意の位置に位置決めす
ることができる。

【００９５】ここでベローズ７の先端開口部８のフラン
ジ８ａは結合部材９によって上下動ベース５に固定され
ている。このため移動部材５２の斜め移動に伴いベロー
ズ７は縮退もしくは伸張して、供給管１３の先端１３ａ
はベローズ７の内外の任意の位置に移動する。

【００９６】図３は供給管１３が移動する様子を示して
いる。

【００９７】移動部材５２が斜めガイド５１の上方に位
置している場合には、Ａに示す状態となる。このときベ
ローズ７は伸張し供給管１３の先端１３ａはベローズ７
の先端開口部８内に位置している。

【００９８】移動部材５２が斜めガイド５１の下方に位
置すると、Ｂに示す状態に変化する。このときベローズ
７は縮退し供給管１３の先端１３′ａはベローズ７の先
端開口部８外に位置する。

【００９９】つぎにホッパ６０の構成について詳述す
る。

【０１００】ホッパ内壁１２の下側には、ホッパ内壁１
２内に貯留されている多結晶シリコン原料６３を、中間
部材１４を介して供給管１３に導く開口部６４が形成さ
れている。ホッパ内壁１２内では、弁体１５がシャフト
１６によって上下動自在に吊り下げられ、配置されてい
る。弁体１５は下部開口部６４の上方にあって、下降す
ることによって下部開口部６４を閉塞できる位置に配置
されている。

【０１０１】弁体１５は、円錐形状の部材であり、たと
えば石英で構成されている。

【０１０２】なお弁体１５は円錐形状に限定されるもの
ではなく、弁体１５の側面が、重力に応じて多結晶シリ
コン原料６３を落下させる傾斜形状に形成されていれば
よい。

【０１０３】ホッパ６０の上部には、シャフト１６を上
方で支持するとともに同シャフト１６を上下方向に移動
させるモータ１７、係止部材６１等が設けられている。

【０１０４】すなわちシャフト１６の上端部１６ａは、
上方に移動可能に係止部材６１によって係止されてい
る。したがって弁体１５に下方向から力が作用すると、
その力に応じて弁体１５はシャフト１６とともに上方向
に移動する。

【０１０５】係止部材６１は、ボールネジを介してモー
タ１７の回転軸に接続している。このためモータ１７の
駆動に応じて回転運動が直動運動に変換されてシャフト
１６が上下動し、これに応じて弁体１５が上下動する。
なおボールネジの代わりに、回転運動を直動運動に変換
する他の機構、要素を使用してもよい。

【０１０６】つぎに供給管１３の構成について詳述す
る。

【０１０７】供給管１３は、その上端の原料投入口１３
ｂから多結晶シリコン原料６３が投入され、その下端の
原料排出口１３ｃから多結晶シリコン原料６３が排出さ
れる。つまりホッパ内壁１２の下部開口部６４から落下
した多結晶シリコン原料６３は中間部材１４を通過して
供給管１３の原料投入口１３ｂに投入され、供給管１３
の内部を通過して、原料排出口１３ｃから外部へ排出さ
れる。

【０１０８】供給管１３の原料投入口１３ｂの近傍に
は、吸引口２５が形成されている。吸引口２５は中間部
材１４に形成されている。吸引口２５は図示しない配管
を介して真空ポンプに接続されており、この吸引口２５
を介して供給管１３内が吸引される。

【０１０９】また供給管１３の原料排出口１３ｃ近傍に
は、供給口２４が形成されている。この供給口２４はガ
ス供給管２６を介して図示しないアルゴンガス供給源に
接続されており、この供給口２５を介して供給管１３内
にアルゴンガスが供給される。なおアルゴンガスの代わ
りに他の不活性ガスを使用してもよい。

【０１１０】ここで供給口２４内に供給されるアルゴン
ガスの供給量は、吸引口２５から吸引される量よりも大
きくなり、供給管１３内の平均流速が、供給管１３の原
料排出口１３ｃ近傍の流れの流速よりも大きくなるよう
に、真空ポンプ、アルゴンガス供給源が制御されてい
る。

【０１１１】図２は供給管１３の構成を示している。

【０１１２】図２（ａ）、（ｂ）は供給管１３の一部を
三角法にて示している。図２（ｍ）は図２（ａ）のＧ−
Ｇ断面を示している。

【０１１３】これら図２（ａ）、（ｂ）、（ｍ）に示す
ように、供給管１３は、基本的には、断面積が等しい各
管２１、２２を平行に配置して構成したものである。管
２１、２２は図２（ｈ）に示すように断面が円形のパイ
プを所定の形状に形成してなるものである。

【０１１４】各管２１、２２は、それらの断面が重なる
ように配置されている（図２（ｍ））。そして、これら
平行に配置した各管２１、２２同士は、これら管２１、
２２の断面積と等しい断面積となるように、接続板２
８、２９、２３、２７によって接続されている。接続板
２８、２９、２３、２７はそれぞれ図２（ｉ）、
（ｊ）、（ｋ）、（ｌ）に示すように、所定形状に形成
してなる板材である。接続板同士の接合、これらと管２
１、２２との接合はたとえば溶接によって行われる。

【０１１５】管２１、２２の接続箇所は１箇所以上あれ
ば十分減速効果が得られるが、望ましくは３箇所以上あ
ればよい。

【０１１６】以上のように供給管１３が構成されている
ため供給管１３は屈曲部（減速部）を有しながらも各部
で断面積が一定となる。また各管２１、２２がそれらの
断面が重なるように平行に配置されて供給管１３を構成
しているので、供給管１３自体の幅が小さくなり幅方向
の場積が小さくなる。

【０１１７】なお管２１、２２は断面が円形を想定して
いるが、矩形等任意の断面形状としてもよい。また各管
２１、２２をそれらの断面が重なるように配置している
が（図２（ｍ））、必ずしも断面を重ねる必要はなく各
管２１、２２が近接していればよい。

【０１１８】また供給管１３の先端形状は図２（ａ）、
（ｂ）に示すもの以外に、図２（ｃ）、（ｄ）に示す形
状にしてもよく、また図２（ｅ）、（ｆ）に示す形状に
してもよい。また図２（ｇ）に示すように供給管１３の
先端に材質がシリコンの板２５を挿入してもよい。

【０１１９】つぎに上述した実施形態装置の動作につい
て説明する。なお本実施形態では、リチャージによる方
法で多結晶シリコン原料６３を供給する場合を想定す
る。また多結晶シリコン原料６３として破砕ナゲットを
使用する場合を想定する。

【０１２０】ＣＺ法によるプロセスは概略すると、溶
融、溶融安定化、引上げ、冷却、取り出しの各工程から
なる。リチャージによる方法ではこのプロセスが繰り返
され複数本の単結晶シリコンが引き上げられ、単結晶が
引き上げられる毎に多結晶シリコン原料６３の追加供給
が行われる。原料供給装置１００はつぎのサイクルで動
作する。

【０１２１】・第１工程（原料供給装置１００の移動） 原料供給装置１００のホッパ６０内には予め多結晶シリ
コン原料６３が投入されておかれる。そして原料供給装
置１００が台車４によってＣＺ炉１の場所まで移動され
る。この移動は単結晶引上げが終了し冷却期間中に行わ
れる。あるいはその前に移動を終了させてもおいてもよ
い。

【０１２２】単結晶シリコンの引上げ前および引上げ中
にはＣＺ炉１に原料供給装置１００は取り付けられてい
ない。このため、その期間中は原料供給装置１００の分
解、清掃を容易に行うことができる。また、あるＣＺ炉
で引上げが行われている期間に他のＣＺ炉の場所まで原
料供給装置１００を移動させて多結晶シリコン原料６３
を追加供給することができる。このため１台の原料供給
装置１００で複数のＣＺ炉１に対して原料供給を行うこ
とができ装置コスト、作業効率を向上させることができ
る。

【０１２３】つぎの第２工程〜第４工程は、冷却期間終
了までの間に行われる。

【０１２４】・第２工程（原料供給装置１００の取り付
け） つぎにＣＺ炉１に原料供給装置１００が取り付けられ
る。

【０１２５】すなわちモータ１０、Ｘ−Ｙ移動機構４３
を駆動させることによって、ベローズ７の先端開口部８
のフランジ８ａが、ＣＺ炉１のゲートバルブ３のフラン
ジ３ａに位置決めされる。つぎに結合部材９の結合が解
除され、ベローズ７の先端開口部８のフランジ８ａが、
上下動ベース５から解放される。つぎにベローズ７の先
端フランジ８ａがＣＺ炉１のゲートバルブ３のフランジ
３ａに締結等されて固定される。このようにＣＺ炉１へ
の原料供給装置１００の取り付けは、ＣＺ炉１に問題と
なる力が作用することなく容易に行うことができる。

【０１２６】・第３工程（供給管１３の挿入） つぎにＣＺ炉１のゲートバルブ３に、供給管１３が挿入
される。

【０１２７】すなわちＣＺ炉１の内部をアルゴンガスな
どの不活性ガスによって置換した後、ゲートバルブ３を
開口させる。つぎにモータ１１を駆動させることによっ
て供給管１３を、ゲートバルブ３内に挿入して供給管１
３の先端１３ａを融液７１近傍の所定位置に位置決めす
る。つまり図３に示すように供給管１３の先端１３ａを
ベローズ７内の位置（Ａ状態）からベローズ７外の位置
（Ｂ状態）まで下げその先端１３′ａをＣＺ炉１内の指
定位置に位置決めする。通常は融液７１表面からの高さ
が５０ｍｍ〜１００ｍｍの位置に供給管先端１３ａが位
置決めされる。ここで前述したように供給管１３はその
幅方向の場積が小さくなるように構成されている。この
ため供給管１３が挿入されるゲートバルブ３、開口部２
を小さく形成することができる。あるいは既存の開口部
２、ゲートバルブ３に改造を施すことなく使用すること
ができる。また供給管１３の場積が小さいため、挿入さ
れた供給管１３がＣＺ炉１内の内部部品と干渉するなど
の問題は生じない。

【０１２８】・第４工程（多結晶シリコン原料６３の供
給開始） 単結晶シリコンの引上げ終了後に、ヒータ７２の出力を
低下させており、既に融液７１の加熱が停止している。
このため供給管１３の挿入時点では、融液７１の表面の
一定面積が固化している。多結晶シリコン原料６３は、
この固化部分７１ａに向けて投入される。投入原料の
「島」を融液７１の表面で形成し以後はこの「島」上に
原料を投入していく。

【０１２９】モータ１１を駆動させ供給管１３の先端１
３ａの位置を調整することで、融液７１表面の固化部分
７１ａに向けて、多結晶シリコン原料６３を投入するこ
とができる。このように固化部分７１ａに多結晶シリコ
ン原料６３を投入することで、融液７１表面での液滴、
破砕片の飛散を防止できる。このため引上げ成長中のイ
ンゴットに多結晶シリコン原料６３が付着することで発
生する品質低下を、防止することができる。また供給管
１３の先端１３ａを融液７１に浸す程度まで下げて、上
述した飛散を防止することもできる。

【０１３０】またモータ１１を駆動させ供給管先端１３
ａの位置を調整することで、ホットゾーンの種類や引上
げ条件に応じて融液表面の高さが変化したとしても適切
な高さに供給管先端１３ａを位置させることができる。

【０１３１】また原料供給開始までの待機時には、モー
タ１１を駆動させ供給管先端１３ａを、るつぼ７０から
離れた上方へ退避させておくことで、熱変形等を防止す
ることができる。

【０１３２】以上のようにして第２工程〜第４工程の
「原料供給装置１００の取り付け」、「供給管１３の挿
入」、「多結晶シリコン原料６３の供給開始」が、冷却
期間終了までの間に行われる。

【０１３３】・第５工程（供給量調節） モータ１７が駆動し弁体１５が上下動すると、図１に示
すようにホッパ内壁１２下部に形成されたブリッジが崩
れ、その多結晶原料６３が弁体１５の側面からホッパ下
部開口部６４へと落とされる。つまり原料６３がブリッ
ジし易い破砕ナゲットであったとしてもホッパ内壁１２
内で詰まることなく確実に供給管１３へと導くことがで
きる。

【０１３４】多結晶シリコン原料６４の供給量の調節
は、以下のようにモータ１７を駆動制御することで行わ
れる。

【０１３５】図４は時間ｔと弁体１５の上下位置との関
係を示している。弁体１５の上限位置Ｈ1、下限位置Ｌ
0、弁体１５の上下動速度Ｖが予め設定されている。こ
れら上限位置Ｈ1、下限位置Ｌ0、上下動速度Ｖを固定し
てモータ１７を駆動制御し弁体１５を上下動させれば、
単位時間当たり一定量の多結晶原料６３がホッパ下部開
口部６４から落下し供給管１３を介してるつぼ７０内へ
供給される。弁体１５の上限位置Ｈ1は、通常、弁体１
５の最低位置（開口部６４を閉塞する位置）から３０〜
５０ｍｍ程度の高さに設定される。また弁体１５の下限
位置Ｌ0は、通常、弁体１５の最低位置から１０〜２０
ｍｍ程度の高さに設定される。また弁体１５の上下動速
度Ｖは、通常、２〜５ｍｍ/ｓ程度に設定される。上限
位置Ｈ1、下限位置Ｌ0、上下動速度Ｖを変更すること
で、単位時間当たりの供給量を変化させることができ
る。さらに弁体１５が下限位置Ｌ0に位置した際に弁体
１５の動きを一旦停止させ（数秒間）、その停止期間を
調整することにより供給量の調整幅をさらに広くするこ
とが可能になる。

【０１３６】本実施形態では、図４に示すように、弁体
１５の下限位置Ｌ0、上下動速度Ｖを一定にし、上限位
置を変化させることで供給量を調節している。上限位置
をＨ1からＨ2に変化させることによって多結晶シリコン
原料６３の供給量を大きくすることができる。

【０１３７】供給量の調節は、手動制御系あるいはフィ
ードバック制御などの自動制御系を構築して行うことが
できる。

【０１３８】多結晶シリコン原料６３の供給量は、ＣＺ
炉１に形成されたのぞき窓から落下状態を目視して判断
してもよく、所定のセンサを設けて正確に検出すること
もできる。たとえばホッパ６０全体の重量変化あるいは
ホッパ６０内の重量変化をセンサによって検出すること
で、供給量の変化を検出することができる。

【０１３９】シャフト１６の上端部１６ａは、上方向に
移動可能に係止部材６１に係止されており、弁体１５は
上方向には強制的に持ち上げられるが、下方向には自重
で移動する構造となっている。

【０１４０】このため弁体１５の下部とホッパ内壁１２
との間に破砕ナゲットが挟まった場合には、その位置で
弁体１５はそれ以上の下方向への動きを止める。そして
弁体１５に下方向から作用する力に応じて、弁体１５が
上方向に移動する。このため破砕ナゲットが破砕した
り、弁体１５が破損したり、ホッパ内壁１２が破損した
りすることが防止される。モータ１７が駆動し弁体１５
が上方向に移動すると、挟まれていた破砕ナゲットは落
下し弁体１５は通常の動きに復帰する。

【０１４１】上述した破砕ナゲットの挟み込みは、ＣＺ
炉１ののぞき窓から目視により原料の投入状態を確認す
ることで判断することもでき、またシャフト１６の上端
部１６ａと係止部材６１との係止状態を監視することで
判断してもよい。またこれらをセンサで検出することも
できる。この結果破砕ナゲットの挟み込みが煩雑に発生
していると判断された場合には弁体１５の上限位置Ｌ
0、下限位置Ｈ1、上下動速度Ｖを自動あるいは手動で適
宜変更してもよい。

【０１４２】供給管１３からの吸引量および供給管１３
へのアルゴンガス供給量は、前述したように、アルゴン
ガス供給量が、吸引量よりも大きくなるように調節され
ている。このため供給管１３の原料排出口１３ｃから外
部へ一定量のガスの流れが形成される。このため供給管
１３内へのＳiＯアモルファスの侵入を防止することが
できる。

【０１４３】また供給管１３内の平均流速が、供給管１
３の原料排出口１３ｃ近傍の流れの流速よりも大きくな
るように調節されている。このため破砕ナゲットが供給
管１３を通過する過程で発生する微細粉を確実に除去し
つつ破砕ナゲットを供給管１３の外部へ排出させること
ができる。

【０１４４】このように本実施形態によれば、供給管１
３を通過する過程で発生する多結晶シリコン原料６３の
微細粉を、確実に除去でき、かつ供給管１３内へのＳi
Ｏアモルファスの侵入を防止できる。これにより引上げ
成長される単結晶シリコンの品質が向上し供給管１３の
閉塞が防止される。

【０１４５】また供給管１３は、前述したように屈曲部
（減速部）を有しながらも各部で断面積が一定となるよ
うに構成されている。このため破砕ナゲットが供給管１
３内で詰まり管を閉塞することはなくなる。

【０１４６】このように本実施形態によれば、供給管１
３内で閉塞を生じることなく、十分に減速させた多結晶
シリコン原料６３を、るつぼ７０内に落下させることが
できる。このため飛散等による単結晶シリコンの品質低
下を防止できるとともに、るつぼ７０に与えるダメージ
を軽減することができる。

【０１４７】原料供給の総時間は、溶融時間とほぼ等し
く設定し、原料６３を連続的に供給する。

【０１４８】また原料供給の総時間を、溶融時間よりも
短く設定して、原料６３を断続的に投入してもよい。こ
の場合原料６３の供給を休止している期間では、モータ
１１を駆動させて供給管先端１３ａを、るつぼ７０から
離れた上方へ退避させておくことで、ヒータ７２、るつ
ぼ７０で発生する熱の影響による熱変形等を防止するこ
とができる。

【０１４９】・第６工程（原料供給装置１００の取り外
し） 多結晶シリコン原料６３の供給が終了すると、モータ１
１を駆動させて供給管先端１３ａを上方に移動させベロ
ーズ７内に退避させる。つぎにゲートバルブ３が閉じら
れる。つぎにベローズ７の先端フランジ８ａを、ＣＺ炉
１のゲートバルブ３のフランジ３ａから取り外す。つぎ
にベローズ７の先端開口部８のフランジ８ａを上下動ベ
ース５に結合部材９によって結合する。このようにして
ＣＺ炉１のゲートバルブ３から、原料供給装置１００の
供給管１３が切り離される。しかもＣＺ炉１内を真空に
保持した状態でゲートバルブ３から原料供給装置１００
の供給管１３を切り離すことができる。

【０１５０】ＣＺ炉１から分離した原料供給装置１００
は、他のＣＺ炉１の場所まで移動して同様に上述した第
１工程〜第６工程を行うことができる。

【０１５１】以上説明したように本実施形態の方法によ
れば、単結晶シリコンの冷却中に、原料供給装置１００
をＣＺ炉１に接続してＣＺ炉１内に原料６３の供給、溶
融を開始するようにしているので、つぎの単結晶シリコ
ンの引上げを早く開始することができる。このためサイ
クルタイムが短縮し作業効率が向上する。

【０１５２】また本実施形態の装置によれば、ＣＺ炉１
側に供給管１３（の一部）を固定しないで済むので、Ｃ
Ｚ炉１の分解、清掃、組立作業時の作業効率が向上す
る。また供給管１３は１つの原料供給装置１００に１つ
備えてあれば複数種類、複数台のＣＺ炉１に対応でき、
ＣＺ炉１の種類に合わせて、ＣＺ炉１の個数分だけ供給
管１３を用意する必要はない。また供給管１３をＣＺ炉
１に個別に固定する作業も不要になる。このためＣＺ炉
１の製造コストが飛躍的に低減する。

【０１５３】なお以上の説明では、リチャージによる方
法で原料供給する場合を想定している。しかし本発明は
連続チャージによる方法、追いチャージによる方法で原
料供給する場合にも適用することができる。

【０１５４】なお本実施形態では原料として破砕ナゲッ
トを想定しているが、もちろん粒状ナゲットを使用する
場合にも本発明を適用することができる。

【０１５５】また本実施形態では単結晶シリコンを引き
上げる場合を想定しているが、引き上げられる単結晶は
シリコン以外の半導体であってもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は実施形態の装置構成を示す側面図であ
る。

【図２】図２（ａ）〜（ｍ）は図１に示す供給管の詳細
な構成を示す図である。

【図３】図３は図１に示す供給管が移動する様子を説明
する図である。

【図４】図４は図１に示すホッパ内の弁体の動作を示す
図である。

【符号の説明】

１ 単結晶引上げ用容器（ＣＺ炉） ３ ゲートバルブ ７ ベローズ １３ 供給管 １５ 弁体 １００ 原料供給装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 森本 茂夫 神奈川県平塚市万田1200番地 株式会社小 松製作所研究所内 Ｆターム(参考） 4G077 AA02 BA04 CF05 EG30 PB01 PB04 PB09 PB11

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 多結晶の原料（６３）を溶融し融液
   （７１）から単結晶半導体を引き上げる単結晶引上げ用
   容器（１）を備え、前記単結晶引上げ用容器（１）内に
   外部から供給管（１３）を介して多結晶原料（６３）を
   供給するようにした単結晶引上げ用容器の原料供給装置
   において、 前記単結晶引上げ用容器（１）から分離自在の原料供給
   装置（１００）であって、 単結晶引上げ用容器（１）に設けられた容器側開口部
   （３）に対して取り付けおよび取り外しが自在の供給装
   置側開口部（８）と、 前記供給装置側開口部（８）の内外に移動自在の供給管
   （１３）と、 前記供給装置側開口部（８）が、前記容器側開口部
   （３）に取り付けられた際に、前記供給管（１３）の先
   端（１３ａ）を、前記供給装置側開口部（８）内から外
   へ移動させて前記容器側開口部（３）を介して単結晶引
   上げ用容器（１）内の融液（７１）近傍に位置させる自
   由度を有した駆動軸（１１、５１、５２）とを前記原料
   供給装置（１００）に設けたことを特徴とする単結晶引
   上げ用容器の原料供給装置。
2. 【請求項２】 単結晶引上げ用容器（１）内に外部か
   ら原料供給装置（１００）を介して多結晶原料（６３）
   を供給するとともに、単結晶引上げ用容器（１）内で、
   多結晶原料（６３）を加熱、溶融し、融液（７１）から
   単結晶半導体を引き上げ、冷却させてから単結晶半導体
   を取り出して、つぎの加熱溶融、つぎの単結晶半導体の
   引き上げを繰り返し行う単結晶引上げ用容器の原料供給
   方法において、 冷却期間が終了するまでの間に、単結晶晶引上げ用容器
   （１）の場所まで前記原料供給装置（１００）を移動さ
   せて、単結晶引上げ用容器（１）の開口部（３）に、原
   料供給装置（１００）の供給管（１３）を挿入して、当
   該供給管（１３）を介して、多結晶原料（６３）の単結
   晶引上げ容器（１）内への追加供給を開始しておく工程
   と、 多結晶原料（６３）の追加供給終了後に、単結晶引上げ
   用容器（１）の開口部（３）から、前記原料供給装置
   （１００）の供給管（１３）を切り離す工程とを含むこ
   とを特徴とする単結晶引上げ用容器の原料供給方法。
3. 【請求項３】 融液表面の固化した部分（７１ａ）に、
   多結晶原料（６３）が投入されるように、前記供給管
   （１３）の先端（１３ａ）の位置を調整する工程を更に
   含むことを特徴とする請求項２記載の単結晶引上げ用容
   器の原料供給方法。
4. 【請求項４】 多結晶の原料（６３）を溶融し融液
   （７１）から単結晶半導体を引き上げる単結晶引上げ用
   容器（１）を備え、前記単結晶引上げ用容器（１）内に
   外部から供給管（１３）を介して多結晶原料（６３）を
   供給するようにした単結晶引上げ用容器の原料供給装置
   において、 前記供給管（１３）の原料投入口（１３ｂ）の近傍に、
   吸引口（２５）を設け、 この吸引口（２５）を介して供給管（１３）内を吸引す
   る吸引手段と、 前記供給管（１３）の原料排出口（１３ｃ）近傍に、供
   給口（２４）を設け、 この供給口（２４）を介して前記供給管（１３）内に不
   活性ガスを供給するガス供給手段と、 前記供給口（２４）内に供給される不活性ガスの供給量
   が、前記吸引口（２５）から吸引される量よりも大きく
   なるように前記吸引手段および前記ガス供給手段を調整
   する手段を備えたことを特徴とする単結晶引上げ用容器
   の原料供給装置。
5. 【請求項５】 多結晶の原料（６３）を溶融し融液
   （７１）から単結晶半導体を引き上げる単結晶引上げ用
   容器（１）を備え、前記単結晶引上げ用容器（１）内に
   外部から供給管（１３）を介して多結晶原料（６３）を
   供給するようにした単結晶引上げ用容器の原料供給装置
   において、 前記供給管（１３）の原料投入口（１３ｂ）の近傍に、
   吸引口（２５）を設け、 この吸引口（２５）を介して供給管（１３）内を吸引す
   る吸引手段と、 前記供給管（１３）の原料排出口（１３ｃ）近傍に、供
   給口（２４）を設け、この供給口（２４）を介して前記
   供給管（１３）内に不活性ガスを供給するガス供給手段
   と、 前記供給管（１３）内の平均流速が、前記供給管（１
   ３）の原料排出口（１３ｃ）近傍の流れの流速よりも大
   きくなるように前記吸引手段および前記ガス供給手段を
   調整する手段を備えたことを特徴とする単結晶引上げ用
   容器の原料供給装置。
6. 【請求項６】 多結晶の原料（６３）を溶融し融液
   （７１）から単結晶半導体を引き上げる単結晶引上げ用
   容器（１）を備え、ホッパ（６０）内の多結晶原料（６
   ３）を、当該ホッパ（６０）の下部に設けた開口部（６
   ４）から供給管（１３）に導き、当該供給管（１３）を
   介して外部から前記単結晶引上げ用容器（１）内に多結
   晶原料（６３）を供給するようにした単結晶引上げ用容
   器の原料供給装置において、 下降することによって前記ホッパ（６０）の下部開口部
   （６４）を閉塞する弁体（１５）を、前記ホッパ（６
   ０）内に上下動自在に設け、前記弁体（１５）の側面
   を、重力に応じて多結晶原料（６３）を落下させる傾斜
   形状に形成したことを特徴とする単結晶引上げ用容器の
   原料供給装置。
7. 【請求項７】 前記弁体（１５）を、所定幅内で上下
   動させる駆動手段（１７）をさらに備え、前記弁体（１
   ５）の上限位置を変化させることによって多結晶原料
   （６３）の供給量を調整することを特徴とする請求項６
   記載の単結晶引上げ用容器の原料供給装置。
8. 【請求項８】 前記弁体（１５）に下方向から作用す
   る力に応じて当該弁体（１５）が上方向に移動可能に、
   当該弁体（１５）を吊り下げたことを特徴とする請求項
   ６記載の単結晶引上げ用容器の原料供給装置。
9. 【請求項９】 多結晶の原料（６３）を溶融し融液
   （７１）から単結晶半導体を引き上げる単結晶引上げ用
   容器（１）を備え、前記単結晶引上げ用容器（１）内に
   外部から供給管（１３）を介して多結晶原料（６３）を
   供給するようにした単結晶引上げ用容器の原料供給装置
   において、 断面積が略等しい各管（２１、２２）を略平行に、これ
   らを近接もしくは重ねて配置し、これら略平行に配置し
   た各管（２１、２２）同士を、当該管（２１、２２）の
   断面積と略等しい断面積の接続部材（２３、２７、２
   ８、２９）によって接続して、前記供給管（１３）を構
   成したことを特徴とする単結晶引上げ用容器の原料供給
   装置。