(57)【要約】      （修正有）【課題】余分なコストを発生させることなく、充分な量の輻射熱を融液表面と坩堝との接触領域に向けて反射できる結晶成長装置を提供する。【解決手段】溶融シリコン２を貯留する坩堝３が加熱手段である高周波誘導コイル７によって加熱されるときに、溶融シリコン２表面からの輻射熱を反射する熱遮蔽板１１が、溶融シリコン２表面からの輻射熱を溶融シリコン２表面と坩堝３との接触領域２ａ，２ａ’に向けて反射させるようにする。また、熱遮蔽板１１は、可動式とする。【選択図】図１
2008156203.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部が不活性な雰囲気に保たれた空間を形成する外壁と、
前記空間内に配置され、半導体材料の融液を貯留する坩堝と、
前記坩堝の周囲に設けられる加熱手段と、
前記加熱手段によって前記坩堝が加熱されるときに、前記融液表面からの輻射熱を遮蔽する熱遮蔽板とを具備する結晶成長装置において、
前記熱遮蔽板は、前記融液表面からの輻射熱を融液表面と坩堝との接触領域に向けて反射させるように構成されることを特徴とする結晶成長装置。
【請求項２】
前記熱遮蔽板は、可動式であることを特徴とする請求項１に記載の結晶成長装置。
【請求項３】
前記熱遮蔽板は、前記融液表面からの輻射熱を反射させて融液表面と坩堝との接触領域に向けて集熱させることを特徴とする請求項１または２に記載の結晶成長装置。
【請求項４】
前記熱遮蔽板は、前記融液表面と坩堝との接触領域を焦点とするパラボラ型形状であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の結晶成長装置。
【請求項５】
前記半導体材料がシリコンであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の結晶成長装置。
【請求項６】
多結晶を成長させるための下地基板を水平方向および鉛直方向に移動させる浸漬引上げ手段を具備し、
前記浸漬引上げ手段が、前記融液に前記下地基板を浸漬させて引上げることによって、前記下地基板の表面に薄板状多結晶体を成長させることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の結晶成長装置。
【請求項７】
前記坩堝を設置する台座と、
前記台座を冷却する冷却手段と、
前記台座を鉛直軸線回りに回転させる筒体とを具備し、
前記冷却手段が、前記融液が貯留された前記坩堝の底部を冷却することによって、前記融液を一方向に凝固させてインゴット状多結晶体を成長させることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の結晶成長装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、結晶成長装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコン単結晶およびシリコン多結晶はＩＣ(Integrated Circuit)などに用いる半導体の材料として広く用いられている。そして、シリコン単結晶製造装置およびシリコン多結晶製造装置については、種々のものが提案されている。
【０００３】
シリコン単結晶製造装置には、たとえば、単結晶の核になる種結晶を溶融シリコンに浸漬し、浸漬した種結晶を溶融シリコン中から引上げることによって棒状単結晶を製造する単結晶引上げ装置が知られている。
【０００４】
このような単結晶引上げ装置においては、引上げ速度を高速化するために溶融シリコンの表面温度をできるだけ低く保つことが望まれる。しかし、溶融シリコンの表面温度を下げると、坩堝壁近傍の溶融シリコンの温度が先に凝固温度に達してしまい、坩堝壁近傍において溶融シリコンの凝固が発生してしまう。
【０００５】
上記問題を解決するための従来技術について図１０を参照して説明する。図１０は、従来の単結晶引上げ装置を示す断面図である。
【０００６】
たとえば、特許文献１では、図１０（ａ）に示すように、融液表面３１からの輻射熱を融液表面３１と坩堝３２との接触領域３３に向けて反射させる反射板３４を、単結晶３５を囲繞して単結晶３５と坩堝３２との間に設けている。
【０００７】
また、特許文献２では、図１０（ｂ）に示すように、坩堝３２の上端より低い坩堝３２内の位置に、融液表面３１および坩堝３２と融液表面３１との接触領域３３に反射面が対面するリング状の反射板３４を配設し、この反射板３４を炉上部より吊下ストリング３６で吊下している。
【０００８】
上記のように、特許文献１，２では、坩堝３２内に反射板を設けて融液表面３１からの輻射熱を融液表面３１と坩堝３２との接触領域３３に向けて反射させることによって坩堝壁近傍における溶融シリコンの凝固を抑制している。
【０００９】
また、シリコン多結晶製造装置には、多結晶薄板状シリコン成長装置や多結晶シリコンインゴット成長装置が知られている。図１１は、特許文献３に開示されている従来の多結晶薄板状シリコン成長装置を示す断面図である。
【００１０】
従来の多結晶薄板状シリコン成長装置は、図１１に示すように、溶融シリコン４１を貯留する坩堝４２中に、水平および上下機構を有する浸漬引上げ機構部４３に装着される下地基板４４を浸漬させ、下地基板４４の表面にシリコンを凝固成長させて薄板状多結晶体を製造するものである。
【００１１】
また従来の多結晶シリコンインゴット成長装置は、溶融シリコンが収容された鋳型の底部を冷却することにより、徐々に溶融シリコンを上部に一方向に凝固させてインゴット状の多結晶体を製造する。この際、一方向凝固性のよい多結晶シリコンインゴットを得るには、融液の温度分布を底部から上方に垂直方向の温度勾配を有するようにする必要がある。
【００１２】
上記の従来の多結晶薄板状シリコン成長装置および多結晶シリコンインゴット成長装置には、融液表面からの輻射熱によって受ける浸漬引上げ機構部４３や装置外壁４５の熱損傷を防止するために、熱遮蔽板４６が設けられている。特許文献３に開示されている多結晶薄板状シリコン成長装置において、熱遮蔽板４６は平面状の形状である。また、特許文献４には、四角形の枠状の形状の熱遮蔽板を有する多結晶シリコンインゴット成長装置が開示されている。
【００１３】
このようなシリコン多結晶製造装置においても、坩堝壁近傍における溶融シリコンの凝固は、得られるシリコン多結晶の結晶品質を低下させる原因になる。そのため従来のシリコン多結晶製造装置においても、坩堝壁近傍において溶融シリコンの凝固が起こらない装置が望まれている。
【００１４】
また、坩堝の開口部付近に設けられる断熱材を可動式にした多結晶薄板状シリコン成長装置も知られている。図１２は、特許文献５に開示されている従来の板状結晶の製造装置を示す断面図である。特許文献５の板状結晶の製造装置は、図１２に示すように、坩堝５１中に貯留されるシリコン融液５２に旋回析出機構５３に装着される基板５４を浸漬させ、基板５４上にシリコンを析出させて薄板状のシリコンを形成するものである。この板状結晶の製造装置には、坩堝５１の開口部における辺部縁上に、可動アーム５５を備え、矢印５５Ａの方向に移動可能な可動式断熱材５６が配置されている。そして、この可動式断熱材５６を移動させることで坩堝５１の開口部における被覆面積を調節することにより、溶融原料の水平方向における温度分布を均一化させている。
【００１５】
【特許文献１】特開平３−２９５８９２号公報
【特許文献２】特開平５−４３３８３号公報
【特許文献３】特開２００５−２７２１５３号公報
【特許文献４】特開２００５−１２５３８１号公報
【特許文献５】特開２００６−１８２６２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかし、特許文献１，２に示すように、平面状の反射板３４によって輻射熱を反射させる場合、反射された輻射熱が分散されてしまい、充分な量の輻射熱を効果的に接触領域３３に集熱できない。さらに、単結晶引上げ装置に必須の装置構成ではない反射板３４を新たに設けるために余分なコストが発生してしまう。また特許文献５の板状結晶の製造装置においても、板状結晶の製造装置に必須の装置構成ではない可動式断熱材５６を新たに設けるために余分なコストが発生してしまう。
【００１７】
また、特許文献１，２の単結晶引上げ装置では、単結晶引上げの開始前における接触領域３３に輻射熱が反射されるように反射板３４が固定されている。そのため、単結晶引上げの進行とともに融液表面３１の高さが低下して接触領域３３の位置が変化すると、輻射熱を効果的に接触領域３３に反射することができなくなってしまう。
【００１８】
本発明は、上述のような問題点に鑑みてなされたものであって、その目的は、余分なコストを発生させることなく、充分な量の輻射熱を融液表面と坩堝との接触領域に向けて反射できる結晶成長装置を提供することである。また、融液表面の高さが変化しても、輻射熱を効果的に接触領域に反射して坩堝壁近傍における融液の凝固を抑制することができる結晶成長装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明は、内部が不活性な雰囲気に保たれた空間を形成する外壁と、
前記空間内に配置され、半導体材料の融液を貯留する坩堝と、
前記坩堝の周囲に設けられる加熱手段と、
前記加熱手段によって前記坩堝が加熱されるときに、前記融液表面からの輻射熱を遮蔽する熱遮蔽板とを具備する結晶成長装置において、
前記熱遮蔽板は、前記融液表面からの輻射熱を融液表面と坩堝との接触領域に向けて反射させるように構成されることを特徴とする結晶成長装置である。
【００２０】
また本発明の結晶成長装置は、前記熱遮蔽版は、可動式であることを特徴とする。
また本発明の結晶成長装置は、前記熱遮蔽板は、前記融液表面からの輻射熱を反射させて融液表面と坩堝との接触領域に向けて集熱させることを特徴とする。
【００２１】
また本発明の結晶成長装置は、前記熱遮蔽板は、前記融液表面と坩堝との接触領域を焦点とするパラボラ型形状であることを特徴とする。
【００２２】
また本発明の結晶成長装置は、前記半導体材料がシリコンであることを特徴とする。
また本発明の結晶成長装置は、多結晶を成長させるための下地基板を水平方向および鉛直方向に移動させる浸漬引上げ手段を具備し、
前記浸漬引上げ手段が、前記融液に前記下地基板を浸漬させて引上げることによって、前記下地基板の表面に薄板状多結晶体を成長させることを特徴とする。
【００２３】
また本発明の結晶成長装置は、前記坩堝を設置する台座と、
前記台座を冷却する冷却手段と、
前記台座を鉛直軸線回りに回転させる筒体とを具備し、
前記冷却手段が、前記融液が貯留された前記坩堝の底部を冷却することによって、前記融液を一方向に凝固させてインゴット状多結晶体を成長させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、外壁によって形成された内部が不活性な雰囲気に保たれる空間内に配置され、半導体材料の融液を貯留する坩堝が、前記坩堝の周囲に設けられる加熱手段によって加熱されるときに、融液表面からの輻射熱を遮蔽する熱遮蔽板が、融液表面からの輻射熱を融液表面と坩堝との接触領域に向けて反射させる。このように、反射専用の板を新たに設けず、結晶成長装置に必須の装置構成である熱遮蔽板に輻射熱の反射機能を持たせることによって余分なコストが発生しない。また、坩堝外に設置される熱遮蔽板を利用するために、坩堝内に反射板を設ける場合と比較して反射板の面積を大きくすることができるので、充分な量の輻射熱を融液表面と坩堝との接触領域に向けて反射させることができ、坩堝壁近傍における融液の凝固を抑制することができる。
【００２５】
また本発明によれば、前記熱遮蔽板は可動式であることにより、融液表面の高さの変化に対応して熱遮蔽板を移動させることができるため、融液表面の高さが変化しても、輻射熱を効果的に接触領域に反射して坩堝壁近傍における融液の凝固を抑制することができる。
【００２６】
また本発明によれば、前記熱遮蔽板が融液表面からの輻射熱を反射させて融液表面と坩堝との接触領域に向けて集熱させる。このように、熱遮蔽板が融液表面と坩堝との接触領域に向けて輻射熱を集熱させることによって、前記接触領域を効率的に高温に保温し、坩堝壁近傍における融液の凝固を抑制することができる。
【００２７】
また本発明によれば、熱遮蔽板が融液表面と坩堝との接触領域を焦点とするパラボラ型形状であることにより、融液表面と坩堝との接触領域に向けて輻射熱を反射させて集熱する際に、前記接触領域をより効率的に高温に保温し、坩堝壁近傍における融液の凝固を抑制することができる。
【００２８】
また本発明によれば、半導体材料がシリコンであることによって、融液の凝固速度が一定になるので、応力歪みが少なく、品質の優れたシリコン多結晶を成長させることができる。
【００２９】
また本発明によれば、多結晶を成長させるための下地基板を水平方向および鉛直方向に移動させる浸漬引上げ手段が、融液に前記下地基板を浸漬させて引上げることによって、前記下地基板の表面に薄板状多結晶体を成長させる。このように坩堝壁近傍における融液の凝固が抑制されている状態で下地基板の浸漬及び引上げを行うことにより、高品質の薄板状多結晶体を得ることができる。
【００３０】
また本発明によれば、坩堝が台座に設置され、冷却手段が台座を冷却しながら筒体が台座を鉛直軸線回りに回転させることで、融液が貯留された坩堝の底部を冷却し、融液を一方向に凝固させてインゴット状多結晶体を成長させる。このように坩堝壁近傍における融液の凝固が抑制されているため、融液の温度分布が、底部から上部に向う低温から高温への垂直方向の温度勾配になり、一方向凝固性のよい高品質のインゴット状多結晶体を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下に実施の形態を挙げ、本発明を具体的に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り特に限定されるものではない。
【００３２】
本発明の結晶成長装置は、内部が不活性な雰囲気に保たれた空間を形成する外壁と、前記空間内に配置され、半導体材料の融液を貯留する坩堝と、前記坩堝の周囲に設けられる加熱手段と、前記加熱手段によって前記坩堝が加熱されるときに、前記融液表面からの輻射熱を遮蔽する熱遮蔽板とから構成される。
【００３３】
本発明の結晶成長装置は、半導体材料の融液を貯留する坩堝が加熱手段によって加熱されるときに、融液表面からの輻射熱を遮蔽する熱遮蔽板が、融液表面からの輻射熱を融液表面と坩堝との接触領域、さらに詳しくは融液と坩堝との接触領域のうち、前記融液表面近傍の領域に向けて反射させる。このように、反射専用の板を新たに設けず、結晶成長装置に必須の装置構成である熱遮蔽板に輻射熱の反射機能を持たせることによって余分なコストが発生しない。また、坩堝外に設置される熱遮蔽板を利用するために、坩堝内に反射板を設ける場合と比較して反射板の面積を大きくすることができるので、充分な量の輻射熱を融液表面と坩堝との接触領域に向けて反射させることができ、坩堝壁近傍における融液の凝固を抑制することができる。
【００３４】
（第１の実施形態）
以下に本発明の第１の実施形態として、浸漬引上げ機構を有する多結晶薄板状シリコン成長装置１について図１〜図３を参照して説明する。この装置では、浸漬引上げ機構があるために熱遮蔽板を坩堝の上方全体に覆うことができない。図１は、本発明の第１の実施形態における多結晶薄板状シリコン成長装置１を概略的に示す断面図であり、図２は、図１の多結晶薄板状シリコン成長装置１における浸漬引上げ機構１００を概略的に示す概略図であり、図３は、図１の多結晶薄板状シリコン成長装置１における熱遮蔽板１１の形状を示す概略図である。
【００３５】
多結晶薄板状シリコン成長装置１では、溶融シリコン２を坩堝３内に貯留し、薄板製造に用いる基板である下地基板４を溶融シリコン２に浸漬し、シリコンを下地基板４の表面で凝固成長させて多結晶薄板状シリコン１０を製造する。この際、熱遮蔽板１１により溶融シリコン２表面からの輻射熱を反射させて坩堝３と溶融シリコン２との接触領域２ａ，２ａ’に向けて集熱させることにより、接触領域２ａ，２ａ’を効率的に高温に保温し、坩堝壁近傍における溶融シリコン２の凝固を抑制することができる。また、上記のように坩堝壁近傍における溶融シリコン２の凝固が抑制されている状態で下地基板４の浸漬及び引上げを行うことにより、高品質の多結晶薄板状シリコン１０を得ることができる。
【００３６】
多結晶薄板状シリコン成長装置１は、図１に示すように、その主要部が装置外壁５に囲まれた内部空間６に収容される。装置外壁５は、天板５ａおよび底板５ｂから構成され、略円柱状形状である。装置外壁５の形状としては、特に上記構成に限定されるものではなく内部に空間が形成されるような箱状のものであればよく、たとえば、直方体形状などの形状であってもよい。また、装置外壁５はステンレス鋼などによって形成される。
【００３７】
また多結晶薄板状シリコン成長装置１は、たとえば、真空ポンプなどの図示しない真空排気手段を備え、内部空間６を低圧雰囲気に保っている。もしくはアルゴンなどの不活性ガス供給手段を備え、内部空間６を不活性ガス雰囲気に保っていてもよい。このように内部空間６を非酸化的環境に保つことで、シリコンを容器内で加熱溶融した際に受ける酸化による悪影響を低減することができる。
【００３８】
内部空間６には、溶融シリコン２を貯留する坩堝３とその周囲を囲むように設けられた加熱手段である高周波誘導コイル７とから構成される高周波誘導加熱装置８があり、装置外壁５から離れた中央部に配置されている。
【００３９】
坩堝３は、カーボン製の有底の円筒状容器であり、底部の反対側には、シリコンを装入するとともに溶融シリコン２に下地基板４を浸漬させるための開口部が形成されている。開口部の直径は、特に限定されるものではなく、所望のサイズの多結晶薄板状シリコンが得られるように適宜設定すればよい。坩堝３の構成材料としては、特に上記構成に限定されるものではなく、たとえば、グラファイト、シリカなどの耐火材であってもよい。また坩堝３の形状としては、特に上記構成に限定されるものではなく、たとえば、四角柱状などであってもよい。
【００４０】
高周波誘導コイル７は、坩堝３内のシリコンを加熱するための加熱手段であり、図示しない高周波制御電源から高周波誘導コイル７に、たとえば、７ｋＨｚ〜９ｋＨｚの高周波電流を流すことによって発熱し、シリコンを溶融するとともに溶融シリコン２を所望の温度に維持することができる。坩堝３の温度は、後述する多結晶薄板状シリコン１０の板厚や品質を安定したものとするため、シリコンの融点である１４１２℃に対し、若干高い温度、たとえば１４５０℃に維持されている。
【００４１】
高周波誘導加熱装置８は、装置外壁５の底板５ｂ上に設けられる支持台９上に設置されている。支持台９は、高温になる坩堝３および高周波誘導コイル７を支持するとともに、底板５ｂへの熱伝導量を少なくし、底板５ｂが熱損傷することを避ける。支持台９の構成材料としては、耐火性と断熱性とを有する素材であればよく、たとえば、耐火れんがなどが挙げられる。
【００４２】
下地基板４は、その表面にシリコンなどの結晶薄板を成長させるための基板であり、内部空間６内の坩堝３の上方に配置される。また図２に示す浸漬引上げ機構１００によって支持され、矢符Ａに示すように下降して溶融シリコン２に浸漬された後、上昇して引上げられる。下地基板４の表面の形状は特に限定されるものではないが、たとえば、図示しない四角錘状の凸部が規則的に形成されており、下地基板４が溶融シリコン２に浸漬されると四角錘状の凸部の頂点から結晶が成長し、下地基板４の表面に多結晶薄板状シリコン１０が形成される。
【００４３】
図２は、浸漬引上げ機構１００の側面図である。浸漬引上げ機構１００は、図２に示すように下地基板４を保持する保持ヘッド１０１と、保持ヘッド１０１が装着されて鉛直方向に延びて設けられる垂直アーム１０２と、保持ヘッド１０１と垂直アーム１０２とを水平方向と鉛直方向とに移動させる駆動部１０３と、駆動部１０３が水平方向に走行する軌道となる軌道部材１０４とを含んで構成される。
【００４４】
軌道部材１０４は、たとえば金属製の細長い部材であり、内部空間６内において坩堝３の上方の空間を、下地基板搬入口から下地基板搬出口に向かって延びるように設けられる。駆動部１０３は、軌道部材１０４に形成されるたとえば溝上の軌道に案内されて、保持ヘッド１０１および垂直アーム１０２を水平方向へ進退自在に移動させる。また、駆動部１０３は、保持ヘッド１０１と垂直アーム１０２とを、鉛直方向に進退自在に移動させる。保持ヘッド１０１は、ハンドリング機構を備え、ハンドリング機構の動作によって下地基板４を把持し、また解放することができる。ハンドリング機構としては、たとえば、台形状の凹凸部を嵌合させる機構、真空吸着機構などがある。
【００４５】
熱遮蔽板１１は、高周波誘導加熱装置８と浸漬引上げ機構１００との間に、溶融シリコン２の表面から浸漬引上げ機構１００に向かう輻射熱をさえぎるように固定されている。熱遮蔽板１１には、反射率が高く耐熱性に優れたモリブデン製のものを用いたが、特にこれに限定されるものではなく、耐熱性があり反射率の高い材料から形成されたものであればよい。熱遮蔽板１１の形状は、図３（ａ），（ｂ）に示すような曲面部１１ａ，１１ａ’を有するリング状の部材である。図３（ａ）は、熱遮蔽板１１を上から見たときの上面図であり、図３（ｂ）は、熱遮蔽板１１の切断面線Ｘ１―Ｘ１’から見た端面図である。そして、図３（ｃ）は、熱遮蔽板１１の曲面部１１ａの形状を示す概略図である。熱遮蔽板の曲面部１１ａは、図３（ｃ）に示すように、軸Ｌ１を軸とし、焦点を坩堝３と溶融シリコン２との接触領域２ａとする放物線の一部を形成する形状である。以下、この形状をパラボラ型形状と記す。
【００４６】
熱遮蔽板の曲面部１１ａ’も焦点を坩堝３と溶融シリコン２との接触領域２ａ’とするパラボラ型形状である。このとき、焦点となる接触領域２ａ，２ａ’は熱遮蔽板１１の曲面部１１ａ，１１ａ’の最も近くに位置する部分である。たとえば、図１に示すように、熱遮蔽板１１の曲面部１１ａに対しては曲面部１１ａの最も近くに位置する接触領域２ａが焦点となり、熱遮蔽板１１の曲面部１１ａ’に対しては曲面部１１ａ’の最も近くに位置する接触領域２ａ’が焦点となる。
【００４７】
この熱遮蔽板１１が上記のような焦点を坩堝３と溶融シリコン２との接触領域２ａ，２ａ’とするパラボラ型形状の曲面部１１ａ，１１ａ’を有することによって、溶融シリコン２表面からの輻射熱を坩堝３と溶融シリコン２との接触領域２ａ，２ａ’に集熱させる際に、接触領域２ａ，２ａ’をより効率的に高温に保温し、坩堝壁近傍における溶融シリコン２の凝固を抑制することができる。
【００４８】
次に、多結晶薄板状シリコン成長装置１の動作について説明する。
まず、坩堝３内にシリコン材料を充填する。この充填作業は、多結晶薄板状シリコン成長装置１の外部で行うことが好ましい。充填終了後、坩堝３を支持台９に設置し、次いで図示しない高周波制御電源から高周波誘導コイル７に、７ｋＨｚ〜９ｋＨｚの高周波電流を流し、坩堝３内のシリコン材料を溶融するとともに溶融シリコン２を所望の温度、たとえば１４５０℃に維持する。
【００４９】
その後、浸漬引上げ機構１００の駆動部１０３の動作によって、保持ヘッド１０１と垂直アーム１０２とを下地基板搬入口の近傍まで移動させる。次いで、下地基板４を下地基板搬入口を通して受取り、保持ヘッド１０１により保持させる。そして、保持ヘッド１０１と垂直アーム１０２とを下地基板搬入口の近傍から坩堝３の上方まで移動させた後、垂直アーム１０２を下方に向かって移動、すなわち降下するように移動させ、保持ヘッド１０１に保持される下地基板４を、坩堝３内の溶融シリコン２に浸漬し、下地基板４の表面にシリコン多結晶を凝固析出させる。
【００５０】
下地基板４の表面にシリコンを凝固析出させて多結晶薄板状シリコン１０を生成させた後、浸漬引上げ機構１００の駆動部１０３を動作させて、垂直アーム１０２を上方に向かって移動させ、保持ヘッド１０１に保持される下地基板４とその表面に生成された多結晶薄板状シリコン１０とを、溶融シリコン２から引上げる。
【００５１】
次に、浸漬引上げ機構１００の駆動部１０３を動作させて、保持ヘッド１０１に保持される下地基板４と多結晶薄板状シリコン１０とを、坩堝３の上方位置から下地基板搬出口近傍まで水平方向に搬送し、下地基板搬出口を通して他の搬送手段へ引渡す。
【００５２】
上記動作中において、多結晶薄板状シリコン１０の結晶品質を低下させる溶融シリコン２の坩堝壁近傍における凝固を抑える必要がある。したがって、熱遮蔽板１１の曲面部１１ａ、１１ａ’によって、溶融シリコン２表面からの輻射熱を坩堝３と溶融シリコン２との接触領域２ａ，２ａ’に集熱させ、接触領域２ａ，２ａ’をより効果的に高温に保温し、坩堝壁近傍における溶融シリコン２の凝固を抑制する。
【００５３】
以後、順次新しい下地基板４を装置内に搬入し、溶融シリコン２に浸漬することで、多結晶薄板状シリコン１０が順次析出される。
【００５４】
（第２の実施形態）
以下に、本発明の第２の実施形態として、浸漬引上げ機構を有する多結晶薄板状シリコン成長装置２１について図４を参照して説明する。この装置では、浸漬引上げ機構があるために熱遮蔽板を坩堝の上方全体に覆うことができない。図４は、本発明の第２の実施形態における多結晶薄板状シリコン成長装置２１を概略的に示す断面図である。
【００５５】
本発明の第２の実施形態における多結晶薄板状シリコン成長装置２１において、第１の実施形態における多結晶薄板状シリコン成長装置１と同一のものには同一の符号を付し、説明を省略する。
【００５６】
多結晶薄板状シリコン成長装置２１では、溶融シリコン２を坩堝３内に貯留し、薄板製造に用いる基板である下地基板４を溶融シリコン２に浸漬し、シリコンを下地基板４の表面で凝固成長させて多結晶薄板状シリコン１０を製造する。この際、熱遮蔽板１３により溶融シリコン２表面からの輻射熱を反射させて坩堝３と溶融シリコン２との接触領域２ｂ，２ｂ’に向けて集熱させることにより、接触領域２ｂ，２ｂ’を効率的に高温に保温し、坩堝壁近傍における溶融シリコン２の凝固を抑制することができる。また、上記のように坩堝壁近傍における溶融シリコン２の凝固が抑制されている状態で下地基板４の浸漬及び引上げを行うことにより、高品質の多結晶薄板状シリコン１０を得ることができる。
【００５７】
さらに、上記熱遮蔽板１３は可動式である。これにより溶融シリコン２の液面の高さの変化に対応して熱遮蔽板１３を移動させることができるため、溶融シリコン２の液面の高さが変化しても、輻射熱を効果的に接触領域２ｂ，２ｂ’に反射して坩堝壁近傍における融液の凝固を抑制することができる。
【００５８】
多結晶薄板状シリコン成長装置２１において多結晶薄板状シリコン成長装置１と異なる部分は、坩堝３の形状と、熱遮蔽板１３と、レーザ測長装置が設けられる部分である。
【００５９】
坩堝３は、カーボン製の有底の方形の容器であり、底部の反対側には、シリコンを装入するとともに溶融シリコン２に下地基板４を浸漬させるための開口部が形成されている。
【００６０】
開口部の大きさは、特に限定されるものではなく、所望のサイズの多結晶薄板状シリコンが得られるように適宜設定すればよい。また坩堝３の形状としては、特に上記構成に限定されるものではなく、たとえば、円筒状などであってもよい。
【００６１】
熱遮蔽板１３は、高周波誘導加熱装置８と浸漬引上げ機構１００との間に、溶融シリコン２の表面から浸漬引上げ機構１００に向かう輻射熱をさえぎるようにして設けられる。熱遮蔽板１３には、反射率が高く耐熱性に優れたモリブデン製のものを用いたが、特にこれに限定されるものではなく、耐熱性があり反射率の高い材料から形成されたものであればよい。
【００６２】
図５は、図４の多結晶薄板状シリコン成長装置２１における熱遮蔽板１３の形状を示す概略図である。図５（ａ）は熱遮蔽板１３を上から見たときの上面図であり、図５（ｂ）は熱遮蔽板１３の切断面線Ｘ２―Ｘ２’から見たときの端面図であり、図５（ｃ）は熱遮蔽板１３の曲面部１３ａの形状を示す図であり、図５（ｄ）は、熱遮蔽板１３の動作を説明するための図である。
【００６３】
熱遮蔽板１３は、図５（ａ）に示すように、同じ形状の４つの部材１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ，１３Ｄが組み合わされて構成される枠状の部材である。これらの４つの部材１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ，１３Ｄは、曲面部を有する。たとえば図５（ｂ）に示すように、部材１３Ａは曲面部１３ａを有し、部材１３Ｂは曲面部１３ｂを有する。曲面部１３ａは、図５（ｃ）に示すように軸Ｌ２を軸とし、焦点を坩堝３と溶融シリコン２との接触領域２ｂとするパラボラ型形状である。曲面部１３ｂも、曲面部１３ａと同様に、焦点を坩堝３と溶融シリコン２との接触領域２ｂ’とするパラボラ型形状である。このとき、焦点となる接触領域２ｂ，２ｂ’は、曲面部１３ａ，１３ｂの最も近くに位置する部分である。たとえば、図４に示すように、曲面部１３ａに対しては曲面部１３ａの最も近くに位置する接触領域２ｂが焦点となり、曲面部１３ｂに対しては曲面部１３ｂの最も近くに位置する接触領域２ｂ’が焦点となる。
【００６４】
このように、熱遮蔽板１３が焦点を坩堝３と溶融シリコン２との接触領域２ｂ，２ｂ’とするパラボラ型形状の曲面部１３ａ，１３ｂを有することによって、溶融シリコン２表面からの輻射熱を坩堝３と溶融シリコン２との接触領域２ｂ，２ｂ’に集熱させる際に、接触領域２ｂ，２ｂ’をより効率的に高温に保温し、坩堝壁近傍における溶融シリコン２の凝固を抑制することができる。なお、残りの部材１３Ｃ，１３Ｄも上述の部材１３Ａ，１３Ｂと同様の構成である。
【００６５】
また、上記４つの部材１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ，１３Ｄは可動式であり、回転可能に構成される。以下、これらの部材１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ，１３Ｄの回転動作について説明するが、部材１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ，１３Ｄは構成および動作を同じくするので、図５（ｄ）に示すように、部材１３Ａを代表例として説明し、他については説明を省略する。
【００６６】
部材１３Ａは、図５（ａ）に示すように、部材１３Ａの最外辺に平行で、曲面部１３ａの軸Ｌ２に直交し、部材１３Ａの内部を通る軸を回転軸Ｌ３とすると、図５（ｄ）に示すように、回転軸Ｌ３の回りを矢印で示す方向に回転可能に構成される。そして部材１３Ａは、溶融シリコン２の液面の高さの変化にともなって位置が変化する接触領域２ｂに焦点が合うように、回転軸Ｌ３の回りを回転する。すなわち溶融シリコン２の液面の高さが低下した場合には、図４に示すように、回転軸Ｌ３の回りを矢印Ａ１，Ａ２で示す方向に回転し、接触領域２ｂに焦点を合わせる。熱遮蔽板１３を構成する部材１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ，１３Ｄによる上述の回転動作は、図示しない制御手段によって制御される。
【００６７】
このように、熱遮蔽板１３を構成する４つの部材１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ，１３Ｄが可動式であり、溶融シリコン２の液面の高さの変化に対応して熱遮蔽板１３を移動させることができるため、溶融シリコン２の液面の高さが変化しても、輻射熱を効果的に接触領域に反射して坩堝壁近傍における溶融シリコン２の凝固を抑制することができる。
【００６８】
熱遮蔽板１３の形状は、特に上記構成に限定されるものではなく、たとえば、坩堝３の形状が円筒状であれば、曲面部を有する複数の部材から構成されるリング状のものであってもよい。
【００６９】
また多結晶薄板状シリコン成長装置２１には、図示しないレーザ測長装置（液面高検出装置）が設けられる。レーザ測長装置は、発光器および受光器から構成され、発光器はグリーンレーザを溶融シリコン２表面に照射し、その反射光を受光器で受光することにより溶融シリコン２の液面の高さ位置を測定する。そしてレーザ測長装置は、計測した溶融シリコン２の液面の高さ位置を制御手段に出力する。
【００７０】
以下に、多結晶薄板状シリコン成長装置２１の動作について説明する。
まず、坩堝３内にシリコン材料を充填する。この充填作業は、多結晶薄板状シリコン成長装置２１の外部で行うことが好ましい。充填終了後、坩堝３を支持台９に設置し、次いで図示しない高周波制御電源から高周波誘導コイル７に、７ｋＨｚ〜９ｋＨｚの高周波電流を流し、坩堝３内のシリコン材料を溶融するとともに溶融シリコン２を所望の温度、たとえば１４５０℃に維持する。
【００７１】
その後、浸漬引上げ機構１００の駆動部１０３の動作によって、保持ヘッド１０１と垂直アーム１０２とを下地基板搬入口の近傍まで移動させる。次いで、下地基板４を下地基板搬入口を通して受取り、保持ヘッド１０１により保持させる。そして、保持ヘッド１０１と垂直アーム１０２とを下地基板搬入口の近傍から坩堝３の上方まで移動させた後、垂直アーム１０２を下方に向かって移動、すなわち降下するように移動させ、保持ヘッド１０１に保持される下地基板４を、坩堝３内の溶融シリコン２に浸漬し、下地基板４の表面にシリコン多結晶を凝固析出させる。
【００７２】
下地基板４の表面にシリコンを凝固析出させて多結晶薄板状シリコン１０を生成させた後、浸漬引上げ機構１００の駆動部１０３を動作させて、垂直アーム１０２を上方に向かって移動させ、保持ヘッド１０１に保持される下地基板４とその表面に生成された多結晶薄板状シリコン１０とを、溶融シリコン２から引上げる。
【００７３】
次に、浸漬引上げ機構１００の駆動部１０３を動作させて、保持ヘッド１０１に保持される下地基板４と多結晶薄板状シリコン１０とを、坩堝３の上方位置から下地基板搬出口近傍まで水平方向に搬送し、下地基板搬出口を通して他の搬送手段へ引渡す。以後、順次新しい下地基板４を装置内に搬入し、溶融シリコン２に浸漬することで、多結晶薄板状シリコン１０が順次析出される。
【００７４】
上記動作中において、多結晶薄板状シリコン１０の結晶品質を低下させる溶融シリコン２の坩堝壁近傍における凝固を抑える必要がある。したがって、たとえば熱遮蔽板１３を構成する部材１３Ａ，１３Ｂの曲面部１３ａ、１３ｂによって、溶融シリコン２表面からの輻射熱を坩堝３と溶融シリコン２との接触領域２ｂ，２ｂ’に集熱させ、接触領域２ｂ，２ｂ’をより効果的に高温に保温し、坩堝壁近傍における溶融シリコン２の凝固を抑制する。
【００７５】
また、多結晶薄板状シリコン１０が順次析出されると、それにともなって溶融シリコン２の液面の高さが徐々に低下し、坩堝３と溶融シリコン２との接触領域の位置が変化する。このような変化に対応するために、レーザ測長装置は溶融シリコン２の液面の高さ位置を測定し、その計測値を制御手段に出力する。制御手段は、レーザ測長装置から入力された計測値に基づいて、熱遮蔽板１３を構成する部材、たとえば部材１３Ａ，１３Ｂを、図４に示すように、回転軸Ｌ３，Ｌ４の回りを矢印Ａ１，Ａ２およびＢ１，Ｂ２で示す方向に回転させ、接触領域２ｂ，２ｂ’にその焦点を合わせるように制御する。この制御を行う間隔としては、特に限定されるものではないが、たとえば多結晶薄板状シリコン１０を１６回析出する毎に行われることが好ましい。
【００７６】
なお、第２の実施形態では、レーザ測長装置により溶融シリコン２の液面の高さ位置を測定する構成であったが、特にこれに限定されるものではなく、たとえば、多結晶薄板状シリコン１０を析出した量から溶融シリコン２の液面の高さ位置を推定し、推定した位置に基づいて熱遮蔽板１３を回転動作させる構成であってもよい。
【００７７】
（第３の実施形態）
次いで、本発明の第３の実施形態として、浸漬引上げ機構などを有しない多結晶シリコンインゴット成長装置３１について図６および図７を参照して説明する。この装置では、熱遮蔽板を坩堝の上方全体に覆うことができる。図６は、本発明の第３の実施形態における多結晶シリコンインゴット成長装置３１を概略的に示す断面図であり、図７は、図６の多結晶シリコンインゴット成長装置３１における熱遮蔽板１６の形状を示す概略図である。
【００７８】
本発明の第３の実施形態における多結晶シリコンインゴット成長装置３１において、第１の実施形態における多結晶薄板状シリコン成長装置１と同一のものには同一の符号を付し、説明を省略する。
【００７９】
多結晶シリコンインゴット成長装置３１は、溶融シリコン２が収容された坩堝３の底部を冷却媒体が流れる台座１２などによって冷却することにより、徐々に溶融シリコン２を上部に一方向に凝固させてインゴット状の多結晶体を製造する。この際、熱遮蔽板１６により溶融シリコン２表面からの輻射熱を反射させて坩堝３と溶融シリコン２との接触領域２ｃ，２ｃ’に集熱させることにより、接触領域２ｃ，２ｃ’を効率的に高温に保温し、坩堝壁近傍における溶融シリコン２の凝固を抑制することができる。また、上記のように坩堝壁近傍における溶融シリコン２の凝固が抑制されているため、溶融シリコン２の温度分布が、底部から上部に向う低温から高温への垂直方向の温度勾配になり、一方向凝固性のよい高品質の多結晶シリコンインゴットを得ることができる。
【００８０】
多結晶シリコンインゴット成長装置３１において多結晶薄板状シリコン成長装置１と異なる部分は、図６に示すように、高周波誘導加熱装置８が設置される台座１２と熱遮蔽板１６の部分である。
【００８１】
台座１２の構成材料としては、特に限定されるものではなく、耐火性と断熱性とを有する素材であればよい。
【００８２】
台座１２は、下方に連結する筒体１４によって回転できる。台座１２の回転に従って坩堝３も回転するために、坩堝３内の溶融シリコン２の温度分布は均一となる。また台座１２は中空二重構造であり、筒体１４も同様に二重管状である。台座１２および筒体１４は冷却槽１５と連結されており、冷却槽１５は、冷却水を台座１２および筒体１４に供給し、冷却水を循環させて台座１２を冷却し、坩堝３を底面から冷却する。
【００８３】
冷却槽１５から供給される冷媒は、特に上記構成に限定されるものではなく、たとえば、ヘリウムガス、炭酸ガスなどであってもよい。
【００８４】
熱遮蔽板１６は、高周波誘導加熱装置８と装置外壁５との間に、溶融シリコン２の表面から装置外壁５に向かう輻射熱をさえぎるように固定されている。熱遮蔽板１６には、反射率が高く耐熱性に優れたモリブデン製のものを用いたが、特にこれに限定されるものではなく、耐熱性があり反射率の高い材料から形成されたものであればよい。熱遮蔽板１６の形状は、図７（ａ），（ｂ）に示すような曲面部１６ｂ，１６ｂ’および平面部１６ｃを有する円形状の部材である。図７（ａ）は、熱遮蔽板１６を上から見たときの上面図であり、図７（ｂ）は、熱遮蔽板１６の切断面線Ｙ１―Ｙ１’から見た端面図である。熱遮蔽板１６の曲面部１６ｂ，１６ｂ’は、多結晶薄板状シリコン成長装置１における熱遮蔽板１１の曲面部１１ａ，１１ａ’と同様のパラボラ型の形状である。このとき、焦点となる接触領域２ｃ，２ｃ’は熱遮蔽板１６の曲面部１６ｂ，１６ｂ’の最も遠くに位置する部分である。たとえば、図６に示すように、熱遮蔽板１６の曲面部１６ｂに対しては曲面部１６ｂの最も遠くに位置する接触領域２ｃが、熱遮蔽板１６の曲面部１６ｂ’に対しては曲面部１６ｂ’の最も遠くに位置する接触領域２ｃ’が焦点となる。
【００８５】
この熱遮蔽板１６が上記のような焦点を坩堝３と溶融シリコン２との接触領域２ｃ，２ｃ’とするパラボラ型形状の曲面部１６ｂ，１６ｂ’を有することによって、溶融シリコン２表面からの輻射熱を坩堝３と溶融シリコン２との接触領域２ｃ，２ｃ’に集熱させる際に、接触領域２ｃ，２ｃ’をより効果的に高温に保温し、坩堝壁近傍における溶融シリコン２の凝固を抑制することができる。
【００８６】
次に、多結晶シリコンインゴット成長装置３１の動作について説明する。
まず、坩堝３内にシリコン材料を充填する。この充填作業は、多結晶シリコンインゴット成長装置３１の外部で行うことが好ましい。充填終了後、坩堝３の中心部が台座１２の中心部にくるように坩堝３を設置し、次いで図示しない駆動手段により筒体１４を回転させ、坩堝３を回転させる。そして、図示しない高周波制御電源から高周波誘導コイル７に７ｋＨｚ〜９ｋＨｚの高周波電流を流し、坩堝３内のシリコン材料を溶融するとともに溶融シリコン２を所望の温度、たとえば１４５０℃に維持する。
【００８７】
その後、冷却槽１５から台座１２および筒体１４に冷却水を供給し、冷却水を循環させて坩堝３を底面から冷却すると、溶融シリコン２の温度分布が、底部から上部に向う低温から高温への垂直方向の温度勾配になる。そして、坩堝３内の溶融シリコン２が、坩堝３の底部から上部に向かって一方向凝固を開始する。
【００８８】
この一方向凝固において、一方向凝固性のよい多結晶シリコンインゴットを得るために、溶融シリコン２表面を加熱し、特に溶融シリコン２の坩堝壁近傍における凝固を抑える必要がある。したがって、熱遮蔽板１６は平面部１６ｃによって溶融シリコン２表面からの輻射熱を反射し、溶融シリコン２表面全体を加熱する。そして、熱遮蔽板１６の曲面部１６ｂ，１６ｂ’によって、溶融シリコン２表面からの輻射熱を坩堝３と溶融シリコン２との接触領域２ｃ，２ｃ’に集熱させ、接触領域２ｃ，２ｃ’をより効果的に高温に保温し、坩堝壁近傍における溶融シリコン２の凝固を抑制する。
【００８９】
そして、シリコンの一方向凝固が完全に終了したことを確認した後、坩堝３を多結晶シリコンインゴット成長装置３１から取り出し、坩堝３から得られた多結晶シリコンインゴットを取り出す。
【００９０】
（第４の実施形態）
次いで、本発明の第４の実施形態として、浸漬引上げ機構などを有しない多結晶シリコンインゴット成長装置４１について図８を参照して説明する。この装置では、熱遮蔽板を坩堝の上方全体に覆うことができる。図８は、本発明の第４の実施形態における多結晶シリコンインゴット成長装置４１を概略的に示す断面図である。
【００９１】
本発明の第４の実施形態における多結晶シリコンインゴット成長装置４１において、第３の実施形態における多結晶シリコンインゴット成長装置３１と同一のものには同一の符号を付し、説明を省略する。
【００９２】
多結晶シリコンインゴット成長装置４１は、溶融シリコン２が収容された円筒状の坩堝３の底部を冷却媒体が流れる台座１２などによって冷却することにより、徐々に溶融シリコン２を上部に一方向に凝固させてインゴット状の多結晶体を製造する。この際、可動式の熱遮蔽板１７により溶融シリコン２表面からの輻射熱を反射させて坩堝３と溶融シリコン２との接触領域２ｄ，２ｄ’に集熱させることにより、接触領域２ｄ，２ｄ’を効率的に高温に保温し、坩堝壁近傍における溶融シリコン２の凝固を抑制することができる。また、上記のように坩堝壁近傍における溶融シリコン２の凝固が抑制されているため、溶融シリコン２の温度分布が、底部から上部に向う低温から高温への垂直方向の温度勾配になり、一方向凝固性のよい高品質の多結晶シリコンインゴットを得ることができる。
【００９３】
さらに、上記熱遮蔽板１７は可動式である。これにより溶融シリコン２の液面の高さの変化に対応して熱遮蔽板１７を移動させることができるため、溶融シリコン２の液面の高さが変化しても、輻射熱を効果的に接触領域２ｄ，２ｄ’に反射して坩堝壁近傍における融液の凝固を抑制することができる。
【００９４】
多結晶シリコンインゴット成長装置４１において多結晶シリコンインゴット成長装置３１と異なる部分は、図８に示すように熱遮蔽板１７の部分と、レーザ測長装置が設けられる部分である。
【００９５】
熱遮蔽板１７は、高周波誘導加熱装置８と装置外壁５との間に、溶融シリコン２の表面から装置外壁５に向かう輻射熱をさえぎるようにして設けられる。熱遮蔽板１７には、反射率が高く耐熱性に優れたモリブデン製のものを用いたが、特にこれに限定されるものではなく、耐熱性があり反射率の高い材料から形成されたものであればよい。
【００９６】
図９は、図８の多結晶シリコンインゴット成長装置４１における熱遮蔽板１７の形状を示す概略図である。図９（ａ）は、熱遮蔽板１７を上から見たときの上面図であり、図９（ｂ）は、熱遮蔽板１７の切断面線Ｙ２―Ｙ２’から見たときの端面図であり、図９（ｃ）は、熱遮蔽板１７の動作を説明するための図である。
【００９７】
熱遮蔽板１７は、図９（ａ）に示すように、曲面部を有する同じ形状の４つの部材１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃ，１７Ｄと、平面部で構成される円形の部材１７Ｅとが組み合わされて構成されるリング状の部材である。たとえば図９（ｂ）に示すように、部材１７Ａは曲面部１７ａを有し、部材１７Ｂは曲面部１７ｂを有する。熱遮蔽板１７の曲面部１７ａ，１７ｂは、多結晶薄板状シリコン成長装置１における熱遮蔽板１１の曲面部１１ａ，１１ｂと同様のパラボラ型形状である。このとき、焦点となる接触領域２ｄ，２ｄ’は曲面部１７ａ，１７ｂの最も遠くに位置する部分である。たとえば、図８に示すように、曲面部１７ａに対しては曲面部１７ａから最も遠くに位置する接触領域２ｄが焦点となり、曲面部１７ｂに対しては曲面部１７ｂから最も遠くに位置する接触領域２ｄ’が焦点となる。
【００９８】
このように、熱遮蔽板１７が上記のような焦点を坩堝３と溶融シリコン２との接触領域２ｄ，２ｄ’とするパラボラ型形状の曲面部１７ａ，１７ｂを有することによって、溶融シリコン２表面からの輻射熱を坩堝３と溶融シリコン２との接触領域２ｄ，２ｄ’に集熱させる際に、接触領域２ｄ，２ｄ’をより効率的に高温に保温し、坩堝壁近傍における溶融シリコン２の凝固を抑制することができる。
【００９９】
また、上記４つの部材１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃ，１７Ｄは可動式であり、回転可能に構成される。以下、これらの部材１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃ，１７Ｄの回転動作について説明するが、部材１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃ，１７Ｄは構成および動作を同じくするので、図９（ｃ）に示すように、部材１７Ａを代表例として説明し、他については説明を省略する。
【０１００】
部材１７Ａは、図９（ａ）に示すように、部材１７Ａの最外周の円弧の２等分線に垂直で、曲面部１７ａの軸に直交し、部材１７Ａの内部を通る軸を回転軸Ｌ５とすると、図９（ｃ）に示すように、回転軸Ｌ５の回りを矢印で示す方向に回転可能に構成される。そして部材１７Ａは、溶融シリコン２の液面の高さの変化にともなって位置が変化する接触領域２ｄに焦点が合うように、回転軸Ｌ５の回りを回転する。すなわち溶融シリコン２の液面の高さが低下した場合には、図８に示すように、回転軸Ｌ５の回りを矢印Ｃ１，Ｃ２で示す方向に回転し、接触領域２ｄに焦点を合わせる。熱遮蔽板１７を構成する部材１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃ，１７Ｄによる上述の回転動作は、図示しない制御手段によって制御される。
【０１０１】
このように、熱遮蔽板１７を構成する４つの部材１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃ，１７Ｄが可動式であり、溶融シリコン２の液面の高さの変化に対応して熱遮蔽板１７を移動させることができるため、溶融シリコン２の液面の高さが変化しても、輻射熱を効果的に接触領域に反射して坩堝壁近傍における溶融シリコン２の凝固を抑制することができる。
【０１０２】
また多結晶シリコンインゴット成長装置４１には、図示しないレーザ測長装置が設けられる。レーザ測長装置は、発光器および受光器から構成され、発光器はグリーンレーザを溶融シリコン２表面に照射し、その反射光を受光器で受光することにより溶融シリコン２の液面の高さ位置を測定する。そしてレーザ測長装置は、計測した溶融シリコン２の液面の高さ位置を制御手段に出力する。
【０１０３】
次に、多結晶シリコンインゴット成長装置４１の動作について説明する。
まず、坩堝３内にシリコン材料を充填する。この充填作業は、多結晶シリコンインゴット成長装置４１の外部で行うことが好ましい。充填終了後、坩堝３の中心部が台座１２の中心部にくるように坩堝３を設置し、次いで図示しない駆動手段により筒体１４を回転させ、坩堝３を回転させる。そして、図示しない高周波制御電源から高周波誘導コイル７に７ｋＨｚ〜９ｋＨｚの高周波電流を流し、坩堝３内のシリコン材料を溶融するとともに溶融シリコン２を所望の温度、たとえば１４５０℃に維持する。
【０１０４】
その後、冷却槽１５から台座１２および筒体１４に冷却水を供給し、冷却水を循環させて坩堝３を底面から冷却すると、溶融シリコン２の温度分布が、底部から上部に向う低温から高温への垂直方向の温度勾配になる。そして、坩堝３内の溶融シリコン２が、坩堝３の底部から上部に向かって一方向凝固を開始する。
【０１０５】
この一方向凝固において、一方向凝固性のよい多結晶シリコンインゴットを得るために、溶融シリコン２表面を加熱し、特に溶融シリコン２の坩堝壁近傍における凝固を抑える必要がある。したがって、熱遮蔽板１７は部材１７Ｅによって溶融シリコン２表面からの輻射熱を反射し、溶融シリコン２表面全体を加熱する。そして、熱遮蔽板１７の曲面部１７ａ，１７ｂによって、溶融シリコン２表面からの輻射熱を坩堝３と溶融シリコン２との接触領域２ｄ，２ｄ’に集熱させ、接触領域２ｄ，２ｄ’をより効果的に高温に保温し、坩堝壁近傍における溶融シリコン２の凝固を抑制する。
【０１０６】
そして、シリコンの一方向凝固が完全に終了したことを確認した後、坩堝３を多結晶シリコンインゴット成長装置４１から取り出し、坩堝３から得られた多結晶シリコンインゴットを取り出す。
【０１０７】
また多結晶シリコンインゴット成長装置４１では、坩堝３内に充填されたシリコン材料の量の違いによって溶融シリコン２の液面の高さが異なり、坩堝３と溶融シリコン２との接触領域の位置も異なる。このような溶融シリコン２の液面の高さの変化に対応するために、シリコン材料を溶融して溶融シリコン２とした際に、レーザ測長装置は溶融シリコン２の液面の高さ位置を計測し、その計測値を制御手段に出力する。制御手段は、レーザ測長装置から入力された計測値に基づいて、熱遮蔽板１７を構成する部材、たとえば部材１７Ａ，１７Ｂを、図８に示すように、回転軸Ｌ５，Ｌ６の回りを矢印Ｃ１，Ｃ２およびＤ１，Ｄ２で示す方向に回転させ、接触領域２ｄ，２ｄ’にその焦点を合わせるように制御する。
【０１０８】
なお、第４の実施形態では、レーザ測長装置により溶融シリコン２の液面の高さ位置を測定する構成であったが、特にこれに限定されるものではなく、たとえば、坩堝３内に充填されたシリコン材料の量から溶融シリコン２の液面の高さ位置を推定し、推定した位置に基づいて熱遮蔽板１７を回転動作させる構成であってもよい。
【０１０９】
また、上記の第１〜第４の実施形態において、本発明の結晶成長装置に適用する材料としてシリコン用いたが、特にこれに限定されるものではなく、たとえば、ゲルマニウムなどの半導体材料であってもよい。材料にシリコンを用いると融液の凝固速度が一定になるので、応力歪みが少なく、品質の優れたシリコン多結晶を成長させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１１０】
【図１】本発明の第１の実施形態における多結晶薄板状シリコン成長装置を概略的に示す断面図である。
【図２】図１の多結晶薄板状シリコン成長装置における浸漬引上げ機構を概略的に示す概略図である。
【図３】図１の多結晶薄板状シリコン成長装置における熱遮蔽板の形状を示す概略図である。
【図４】本発明の第２の実施形態における多結晶薄板状シリコン成長装置を概略的に示す断面図である。
【図５】図４の多結晶薄板状シリコン成長装置における熱遮蔽板の形状を示す概略図である。
【図６】本発明の第３の実施形態における多結晶シリコンインゴット成長装置を概略的に示す断面図である。
【図７】図６の多結晶シリコンインゴット成長装置における熱遮蔽板の形状を示す概略図である。
【図８】本発明の第４の実施形態における多結晶シリコンインゴット成長装置を概略的に示す断面図である。
【図９】図８の多結晶シリコンインゴット成長装置における熱遮蔽板の形状を示す概略図である。
【図１０】従来の単結晶引上げ装置を示す断面図である。
【図１１】従来の多結晶薄板状シリコン成長装置を示す断面図である。
【図１２】従来の板状結晶の製造装置を示す断面図である。
【符号の説明】
【０１１１】
１，２１  多結晶薄板状シリコン成長装置
２  溶融シリコン
２ａ，２ａ’，２ｂ，２ｂ’，２ｃ，２ｃ’，２ｄ，２ｄ’  坩堝と溶融シリコンとの接触領域
３  坩堝
４  下地基板
５  装置外壁
５ａ  天板
５ｂ  底板
６  内部空間
７  高周波誘導コイル
８  高周波誘導加熱装置
９  支持台
１０  多結晶薄板状シリコン
１１，１３，１６，１７  熱遮蔽板
１２  台座
１４  筒体
１５  冷却槽
３１，４１  多結晶シリコンインゴット成長装置
１００  浸漬引上げ機構
１０１  保持ヘッド
１０２  垂直アーム
１０３  駆動部
１０４  軌道部材
【図１】
2008156203.tif 000003
【図２】
2008156203.tif 000004
【図３】
2008156203.tif 000005
【図４】
2008156203.tif 000006
【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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