(57)【要約】【課題】るつぼに入ったシリコン融液に種結晶を浸漬してシリコン単結晶を成長させる際に、多結晶や双晶が発生するのを防止する。【解決手段】製造装置１０は、種結晶Ｓを、原料が融解してできたシリコン融液Ｍに浸漬された位置とシリコン融液Ｍの上方の位置との間を移動可能に保持する保持機構５と、シリコン融液Ｍに浸漬された種結晶Ｓを冷却するための冷却機構５と、を備える。冷却された種結晶Ｓがシリコン融液Ｍに浸漬されると、シリコン融液Ｍの周囲部から種結晶の浸漬箇所にかけての温度勾配が大きくなり、温度揺らぎの影響を受けにくくなる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン単結晶の原料を保持する耐熱性の容器と、前記原料を任意の温度に加熱する温度制御機構と、を備えるシリコン単結晶の製造装置において、
種結晶を、前記原料が融解してできたシリコン融液に浸漬された位置と前記シリコン融液の上方の位置との間を移動可能に保持する保持機構と、
前記シリコン融液に浸漬された種結晶を冷却するための冷却機構と、を備えることを特徴とするシリコン単結晶の製造装置。
【請求項２】
前記冷却機構は、前記容器の外側から前記供給手段から前記容器の内側であって前記シリコン融液に浸漬された前記種結晶の近傍まで延設されたパイプと、前記容器の外側にある前記パイプの一端が接続され、前記パイプに不活性ガスを送り込む供給手段と、を有し、
前記パイプの他端から前記供給手段によって送り込まれた不活性ガスを、前記種結晶の表面に沿って流れるように吹き出すことを特徴とする請求項１に記載のシリコン単結晶の製造装置。
【請求項３】
前記保持機構は、前記シリコン融液の上方に上下方向に延設され、下端に前記種結晶が取り付けるための取付部が設けられた棒と、前記棒および前記取付部に取り付けられた種結晶を上下方向に移動させる駆動機構を有し、
前記パイプは、前記シリコン融液の上方に、前記棒が内側に通された状態で上下方向に延設されるとともに、その上端が前記供給手段に接続され、
前記パイプの下端から前記不活性ガスを前記種結晶の側周面に沿って下方に流れるよう吹き出すことを特徴とする請求項２に記載のシリコン単結晶の製造装置。
【請求項４】
前記シリコン融液の上方に、前記容器の内側に挿入可能な有底筒状に形成されるとともに、前記容器の内部の空間と前記容器の上方との間を上下動可能に設けられた輻射シールドを備えることを特徴とする請求項１から３の何れか一項に記載のシリコン単結晶の製造装置。
【請求項５】
耐熱性の容器内に保持されたシリコン融液に種結晶を浸漬することにより、前記種結晶から結晶を成長させるシリコン単結晶の製造方法において、
前記シリコン融液に浸漬した前記種結晶を冷却しながらシリコン単結晶を成長させることを特徴とするシリコン単結晶の製造方法。
【請求項６】
前記シリコン融液に浸漬した前記種結晶とともに前記シリコン融液の前記種結晶を浸漬した箇所の近傍を冷却しながらシリコン単結晶を成長させることを特徴とする請求項５に記載のシリコン単結晶の製造方法。
【請求項７】
前記種結晶の表面に沿って不活性ガスを流すことにより前記種結晶を冷却することを特徴とする請求項５または６に記載のシリコン単結晶の製造方法。
【請求項８】
前記不活性ガスを前記種結晶に向けて流す手段への前記不活性ガスの供給量を１０Ｌ／分超とすることを特徴とする請求項７に記載のシリコン単結晶の製造方法。
【請求項９】
前記容器を、水平方向に沿って切断したときの断面形状が正方形または長方形のものとすることを特徴とする請求項５から８の何れか一項に記載の多結晶シリコンの製造方法。
【請求項１０】
前記シリコン融液の液面を上方から輻射シールドで覆いながらシリコン単結晶を成長させることを特徴とする請求項５から９の何れか一項に記載のシリコン単結晶の製造方法。
【請求項１１】
前記シリコン融液の液面中央部に前記種結晶を浸漬することを特徴とする請求項５から１０の何れか一項に記載のシリコン単結晶の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコン単結晶の製造装置およびシリコン単結晶の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、シリコン単結晶のインゴットを製造する方法として、るつぼに保持されたシリコン融液の液面中央部にシリコンの種結晶を浸漬することにより、種結晶からシリコン単結晶を成長させるようにした、いわゆる、カイロポーラス法（以下ＬＥＫ法）が知られている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４７４８１８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来のＬＥＫ法では、結晶成長時に多結晶や双晶が発生しやすいという問題があった。この問題について検討したところ、シリコン融液の温度揺らぎがその原因の一つであることを突き止めた。すなわち、シリコン融液の結晶成長方向の温度勾配が小さい従来のＬＥＫ法では、温度揺らぎが成長中の単結晶に与える影響が大きく、温度揺らぎによる僅かな温度変化でも結晶とシリコン融液の界面における凝固と融解の繰り返しの幅が大きくなる。そして、このことが多結晶や双晶の発生頻度を高くし、歩留まりの低下を招いていた。
【０００５】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、るつぼに保持されたシリコン融液に種結晶を浸漬してシリコン単結晶を成長させる際に、多結晶や双晶が発生するのを防止することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、シリコン単結晶の原料を保持する耐熱性の容器と、前記原料を任意の温度に加熱する温度制御機構と、を備えるシリコン単結晶の製造装置において、種結晶を、前記原料が融解してできたシリコン融液に浸漬された位置と前記シリコン融液の上方の位置との間を移動可能に保持する保持機構と、前記シリコン融液に浸漬された種結晶を冷却するための冷却機構と、を備えることを特徴としている。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のシリコン単結晶の製造装置において、前記冷却機構は、前記容器の外側から前記供給手段から前記容器の内側であって前記シリコン融液に浸漬された前記種結晶の近傍まで延設されたパイプと、前記容器の外側にある前記パイプの一端が接続され、前記パイプに不活性ガスを送り込む供給手段と、を有し、前記パイプの他端から、前記供給手段によって送り込まれ不活性ガスを、前記種結晶の表面に沿って流れるように、または、前記種結晶にかかるように吹き出すことを特徴としている。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のシリコン単結晶の製造装置において、前記保持機構は、前記シリコン融液の上方に上下方向に延設され、下端に前記種結晶が取り付けるための取付部が設けられた棒と、前記棒および前記取付部に取り付けられた種結晶を上下方向に移動させる駆動機構を有し、前記パイプは、前記シリコン融液の上方に、前記棒が内側に通された状態で上下方向に延設されるとともに、その上端が前記供給手段に接続され、前記パイプの下端から前記不活性ガスを前記種結晶の側周面に沿って下方に流れるよう吹き出すことを特徴としている。
【０００９】
請求項４に記載の発明は、請求項１から３の何れか一項に記載のシリコン単結晶の製造装置において、前記シリコン融液の上方に、前記容器の内側に挿入可能な有底筒状に形成されるとともに、前記容器の内部の空間と前記容器の上方との間を上下動可能に設けられた輻射シールドを備えることを特徴としている。
【００１０】
請求項５に記載の発明は、耐熱性の容器内に保持されたシリコン融液に種結晶を浸漬することにより前記種結晶から結晶を成長させるシリコン単結晶の製造方法において、前記シリコン融液に浸漬した前記種結晶を冷却しながらシリコン単結晶を成長させることを特徴としている。
【００１１】
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載のシリコン単結晶の製造方法において、前記シリコン融液に浸漬した前記種結晶とともに前記シリコン融液の前記種結晶を浸漬した箇所の近傍を冷却しながらシリコン単結晶を成長させることを特徴としている。
【００１２】
請求項７に記載の発明は、請求項５または６に記載のシリコン単結晶の製造方法において、前記種結晶の表面に沿って不活性ガスを流すことにより前記種結晶を冷却することを特徴としている。
【００１３】
請求項８に記載の発明は、請求項７に記載のシリコン単結晶の製造方法において、前記不活性ガスを前記種結晶に向けて流す手段への前記不活性ガスの供給量を１０Ｌ／分超とすることを特徴としている。
【００１４】
請求項９に記載の発明は、請求項５から８の何れか一項に記載の多結晶シリコンの製造方法において、前記容器を、水平方向に沿って切断したときの断面形状が正方形または長方形のものとすることを特徴としている。
【００１５】
請求項１０に記載の発明は、請求項５から９の何れか一項に記載のシリコン単結晶の製造方法において、前記シリコン融液の液面を上方から輻射シールドで覆いながらシリコン単結晶を成長させることを特徴としている。
【００１６】
請求項１１に記載の発明は、請求項５から１０の何れか一項に記載のシリコン単結晶の製造方法において、前記シリコン融液の液面中央部に前記種結晶を浸漬することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、シリコン融液に浸漬した種結晶を冷却するので、シリコン融液の種結晶が浸漬された箇所は温度が低下し、シリコン融液の最も温度の高くなる融液周囲部から種結晶が浸漬された箇所にかけての温度勾配が大きくなる。このため、成長中の単結晶が受けるシリコン融液の温度揺らぎの影響が低減され、一度凝固した結晶が融解しにくくなる。よって、るつぼに入ったシリコン融液に種結晶を浸漬してシリコン単結晶を成長させる際に、多結晶や双晶が発生するのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態に係るシリコン単結晶の製造装置を示す縦断面図である。
【図２】図１の製造装置における種結晶保持冷却機構の下端部付近を拡大して示した図である。
【図３】（ａ）は同実施形態の製造装置において、加熱中に生じるシリコン融液の対流を側方から示した図であり、（ｂ）は同対流を上方から示した図である。
【図４】（ａ）は同実施形態の製造装置において、種結晶を浸漬した後に生じるシリコン融液の対流を側方から示した図であり、（ｂ）は同対流を上方から示した図である。
【図５】（ａ）はガスパイプを流れる不活性ガスの流量とシリコン融液の液面と輻射シールド底壁との間の空間温度との関係を示すグラフであり、（ｂ）は不活性ガスの流量と輻射シールド底壁の上方における空間温度との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
＜実施形態＞
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２０】
〔シリコン単結晶の製造装置〕
まず、本実施形態のシリコン単結晶の製造装置（以下、製造装置１０）の概略構成について説明する。
本実施形態の製造装置１０は、図１に示すように、本体１、るつぼ２、サセプタ３、ヒーター４、種結晶保持冷却機構５、輻射シールド６、などで構成されている。
本体１は、側壁１１と、側壁１１の上に設けられるチャンバーフランジ１２などからなる。側壁１１は、断熱材でるつぼ２、サセプタ３、ヒーター４を囲むように筒状に形成されている。チャンバーフランジ１２は、側壁１１の上に開閉可能に設けられた蓋である。チャンバーフランジ１２が閉じられると、本体１内は気密状態となる。
【００２１】
るつぼ２は、シリコン単結晶の原料であるシリコン融液（以下融液Ｍ）を保持するための耐熱性の容器であって、例えば石英で形成されている。また、るつぼ２は、上面が開口された有底の角筒状をなし、水平方向に沿って切断したときの断面形状は正方形または長方形となっている。
サセプタ３は、るつぼ２を保持するための部材であって、カーボンでるつぼ２を収納可能な形状（ここでは略立方体状）に形成されるとともに、本体１の内部に配置されている。
ヒーター４は、サセプタ３およびサセプタ３に保持されるるつぼ２を加熱するためのもので、例えばグラファイトで、サセプタ３の側方に、サセプタ３を囲むように設けられている。ヒーター４の加熱温度は、任意に調節できるよう構成されている。
【００２２】
種結晶保持冷却機構５は、種結晶Ｓを保持、冷却および移動させるためのものである。種結晶保持冷却機構５は、チャンバーフランジ１２の上に設けられる軸上下動機構５１と、軸上下動機構５１の上に設けられる軸回転機構５２、軸回転機構５２から鉛直方向下方に延びるガスパイプ（パイプ）５３、ガスパイプ５３の内側に通された状態で上下方向に延設されたプルロッド（棒）５４、図示しない不活性ガス供給機構からなる。ガスパイプ５３は、下端に吹き出し口（下側開口）５３ａを有し、駆動機構５１により上下動可能となっている。プルロッド５４は、下端に設けられた保持部５４ａで種結晶Ｓを保持し、駆動機構５１によりガスパイプ５３とは独立して上下動可能となっている。プルロッド５４が上方に移動すると、種結晶Ｓが融液Ｍの上方に位置し、プルロッド５４が下方に移動すると、種結晶Ｓがサセプタ３に保持されたるつぼ２の中にある融液Ｍの中央部に浸漬されるようになっている。
【００２３】
軸回転機構５２は、ガスパイプ５３の上端に接続され、不活性ガス供給機構から不活性ガス（例えば窒素（Ｎ2）、アルゴン（Ａｒ））の供給を受け、その不活性ガスをガスパイプ５３に送り出すよう構成されている。すなわち、ガスパイプ５３は、軸回転機構５２を介して不活性ガス供給機構と接続されている。供給された不活性ガスは、図２に示すように、ガスパイプ５３とプルロッド５４との間にできる空間５３ｂを通り、ガスパイプ５３の吹き出し口５３ａから吹き出すようになっている。吹き出し口５３ａから吹き出した不活性ガスは、種結晶Ｓの側周面に沿って下方に流れるようになっている。この不活性ガスの流れによって種結晶Ｓの熱が奪われて種結晶Ｓが冷却される。
【００２４】
図１の説明に戻る。輻射シールド６は、ヒーター４からの輻射熱を遮るとともに、融液Ｍ周囲部の液面から熱が逃げるのを防ぐためのもので、上部が開口した有底角筒状に形成されている。輻射シールド６の底壁６２中央部には孔６２ａが形成されており、ガスパイプ５３およびプルロッド５４を通すことができるようになっている。輻射シールド６は、上下動可能に構成されており、最も上に移動したときはるつぼ２およびサセプタ３の上方に位置する。また、輻射シールド６が最も下に移動したときは、その下部がサセプタ３に取り付けられたるつぼ２の内側に僅かに隙間を開けて挿入され、側壁６１によってヒーター４とるつぼ２内部の空間とが仕切られる。そして、融液Ｍ周囲部の液面が底壁６２で上方から覆われた状態となる。
【００２５】
〔シリコン単結晶の製造方法〕
次に、本実施形態のシリコン単結晶の製造方法について説明する。
本実施形態では、上記の製造装置１０を用い、カイロポーラス法によってシリコン単結晶を製造する。具体的には、まず、原料を入れるるつぼ２の内面に離型材Ｒ（図３参照）を形成し、原料が直接るつぼ２に接触しないようにする。そして、原料となるシリコンおよび不純物（例えばホウ素）をるつぼ２に充填する。そして、るつぼ２をサセプタ３にセットし、本体１内を所定圧力の不活性ガスで満たす。そして、ヒーター４でシリコンを融点よりも高い温度となるように加熱し、シリコンを融解させる。
【００２６】
シリコンが融解し融液Ｍとなった後、ヒーター４の加熱温度をシリコンの融点よりやや高い温度に設定し、輻射シールド６を下ろして、融液Ｍの温度を安定させる。温度が安定した後も、ヒーター４から熱が加えられたり、融液Ｍの液面から熱が逃げたりするため、融液Ｍにはある程度の対流が生じる。特に、本実施形態のように角筒型のるつぼ２を用いる場合、本体１における断熱部材等の最適化が充分でない、ヒーター４による炉内温度分布に偏りがあるなどの理由により、融液Ｍの温度分布に、るつぼ２の一端側が高く他端側が低くなるような偏りが生じ易くなり、その対流は、図３に示すように、るつぼの一端側から他端側へ流れる偏った流れになることがある。
【００２７】
この状態で、不活性ガス供給機構から軸回転機構５２を介してアルゴンなどの不活性ガスをガスパイプ５３に送り込みつつ種結晶Ｓを下降させる。すると、プルロッド５４の先端に保持された種結晶Ｓの側周面に沿って不活性ガスが下方に向かって流れ、種結晶Ｓが冷却される。このとき、輻射シールド６の側壁６１によって、ヒーター４からるつぼ２の内側に入り込もうとする輻射熱が遮られるので、不活性ガスが加熱されて冷却効果が低下するのを防ぐことができる。そして、冷却された種結晶Ｓが融液Ｍの液面中央部に浸漬される。すると、ガスパイプ５３から吹き出す不活性ガスは、種結晶Ｓだけでなく、融液Ｍの種結晶Ｓが浸漬された箇所の近傍（周囲）にも吹きかけられる。融液Ｍの中央部は、冷却された種結晶Ｓと直接吹きかけられる不活性ガスとによって冷却される。不活性ガスの供給量や供給の継続時間は、シリコン単結晶の成長具合や融液Ｍ全体の温度に応じて加減する。
【００２８】
融液Ｍ中央部が冷却されると、融液Ｍ周囲部の温度が相対的に高まるので、融液Ｍの、周囲部から中央部にかけての温度勾配が大きくなる。これにより、当初融液Ｍに図３に示したような対流が生じていたとしても、その対流は図４に示すように、るつぼ側壁付近で上昇し中央で沈み込む流れに変化する。このため、融液Ｍの中央部において多少の温度揺らぎが生じたとしても、種結晶Ｓと融液Ｍの界面における単結晶の凝固と融解の繰り返し幅は小さくなり、種結晶Ｓから安定的にシリコン単結晶が成長していく。また、種結晶Ｓから成長した単結晶も不活性ガスにより冷却されることになるので、上記の原理でシリコン単結晶がいつまでも成長することになる。更に、輻射シールド６の底壁６２によって融液Ｍ周囲部の液面から熱が逃げにくくなるので、融液Ｍ周囲部の温度の偏りが低減され、そこに生じる対流は最低限に抑えられる。このため、シリコン単結晶がより成長し易くなる。
【００２９】
〔輻射シールドの効果〕
ここで、不活性ガスを供給する際の輻射シールドの役割とその効果について説明する。
まず、炉内温度１５３０℃、炉内圧力１００ｋＰａの状態で、不活性ガスを供給しない場合、不活性ガスを２Ｌ／分、１０Ｌ／分、１２Ｌ／分の異なる３段階の供給量で供給する場合について、融液Ｍの液面と輻射シールド６の底壁６２との間の空間であって、種結晶Ｓからるつぼ側壁に向かって水平方向に３５ｍｍ、７５ｍｍ離れた箇所の温度を、熱電対を用いて計測した。
計測の結果、図５（ａ）に示すように、不活性ガスの流量が０，２Ｌ／分の場合には、３５ｍｍ位置および７５ｍｍ位置においてそれぞれ微小な温度降下が見られた。すなわち、融液Ｍの液面と輻射シールド６の底壁６２との間の空間においては、何れの位置であっても等しく温度降下が生じている。そして、不活性ガスの供給量を１０Ｌ／分超とした場合には、当該空間の冷却の度合いが顕著になることが確認できた。
【００３０】
また、熱電対を初期位置（融液Ｍの液面と輻射シールド６の底壁６２との間の空間の高さ）から鉛直上方向へ８０ｍｍ移動させ、輻射シールド６の底壁６２の上方における空間温度を計測した場合、図５（ｂ）に示すように、プルロッド５４から水平方向に３５ｍｍ離れた位置では不活性ガス流量が２Ｌ／分でも温度降下が見られ、融液面中央部から水平方向に７５ｍｍ離れた位置では逆に温度上昇が見られた。これは、この高さにおいては、るつぼ２内側の空間に不活性ガスの対流による温度揺らぎが発生するためであると考えられる。
以上の計測結果から、不活性ガスが種結晶Ｓ付近に導入された状態でも、輻射シールド６が融液Ｍの液面と輻射シールド６の底壁６２との間の空間における不活性ガスの対流を抑え、それに伴う融液面付近における温度揺らぎが低減されていることが確認できる。なお、図示は省略するが、本体１内の圧力を９５ｋＰａにした状態で同様の実験を行っても同様の結果が得られた。
【００３１】
〔不活性ガスの好ましい供給量〕
ところで、融液Ｍの液面と輻射シールド６の底壁６２との間の空間における水平方向の温度分布は、融液面における温度分布に対応している。このため、空間温度の低下は、その下方の融液Ｍの液面の温度が低下したことを示す。つまり、図５に示した結果から、１０Ｌ／分以下では種結晶付近における融液Ｍの冷却効果は低く、十分な冷却効果が得られない。そして、融液Ｍを充分に冷却するためには、不活性ガスの供給流速を１０Ｌ／分超とすることが好ましいということになる。
なお、冷却の原理上、不活性ガスの流量を１０Ｌ／分から多くするほど冷却効果は高まることになるので、冷却することのみを考えれば供給量の上限を定める必要は無い。しかし、供給量を上げすぎると、融液Ｍの冷やし過ぎとなったり、不活性ガスの対流が増大したりして、結晶の成長に影響が出る畏れがあるので、そのような問題が生じない範囲で適宜設定すればよい。
【００３２】
〔本発明の製造方法によるシリコン単結晶の育成〕
次に、本実施形態の製造方法の具体例、従来の製造方法の一例、および各製造方法によって製造されたシリコンインゴットの差異について説明する。
本実施形態の製造方法では、まず、水平方向の断面が１００ｍｍ〜２００ｍｍ四方の正方形をした角筒型のるつぼに原料であるシリコンフレークを入れた。そして、そのるつぼを本体１内に設置し、該本体１内を所定圧力の不活性ガスで満たした。その後、ヒーターでシリコン原料を１５００℃以上に加熱して融解させた。融解後、融液Ｍの液面を観察したところ、図３に示したような対流が生じていた。ここで、輻射シールドを下ろし、融液Ｍを一定時間保持してから結晶成長温度まで下げて温度の安定を待った。
【００３３】
融液Ｍの温度が安定した後、ガスパイプに不活性ガスを５〜３０Ｌ／ｍｉｎ流し、種結晶を融液Ｍの液面中央部に浸漬し、種結晶とその近傍の融液Ｍの液面を冷却した。すると、種結晶から下方および側方へとシリコン結晶粒が対流の下流方向および下方に向かって成長し始めた。その後、一定の速度で融液Ｍの温度を下げていきながらシリコン単結晶の成長を継続した。本体１内が室温まで冷えてから結晶インゴットを取り出して観察したところ、種結晶からシリコン単結晶が成長しているのが見られた。
【００３４】
〔従来の製造方法との比較〕
また、比較のため、種結晶保持冷却機構５の冷却機能および輻射シールド６を用いない従来の製造方法による結晶成長を行った。まず、上記実施例と同じ材料をるつぼに入れ、同じ温度制御でシリコンを融解させたところ、融液Ｍに図３に示したような対流が生じた。ここで、種結晶を融液Ｍの液面中央部に浸漬した。すると、種結晶から結晶粒が対流の下流方向に向かって成長し始めたが、ある程度成長したところで結晶粒が種結晶から離れ、対流によってるつぼ他端の壁面に流されてしまった。流された結晶粒は、その後もるつぼ他端の壁面で成長し続けた。結晶粒が流された後、種結晶から下方へ成長する結晶は見られたが、側方への成長は見られなかった。本体１内が室温まで冷えてから結晶インゴットを取り出て観察したところ、種結晶からシリコン単結晶は成長しておらず、多結晶や双晶が発生しているのが確認された。
【００３５】
以上のように、本実施形態のシリコン単結晶の製造装置１０は、保持された種結晶Ｓを冷却するための保持冷却機構５（冷却機構）を有するので、融液Ｍに種結晶Ｓを浸漬した際にこの保持冷却機構５を作動させることにより、種結晶Ｓおよびその近傍の融液Ｍが冷却され、融液Ｍの最も温度の高い融液周囲部から種結晶が浸漬されている箇所にかけての温度勾配が大きくなる。このため、成長中の単結晶が受ける融液Ｍの温度揺らぎの影響が低減され、一度凝固した結晶は融解しにくくなる。このため、シリコン単結晶を安定的に成長させることができ、その歩留まりを向上させることができる。
【００３６】
また、本実施形態の製造装置１０は、ガスパイプ５３（パイプ）の他端から供給手段によって送り込まれた不活性ガスを、種結晶Ｓの表面に沿って流れるようにしているので、保持冷却機構５を簡単に構成することができ、製造装置１０を安価なものとすることができる。
また、ガスパイプ５３は、融液Ｍの上方に、プルロッド５４（棒）が内側に通された状態で上下方向に延設されるとともに、その上端が不活性ガス供給機構（供給手段）に接続され、吹き出し口５３ａ（ガスパイプ５３の下端）から不活性ガスを種結晶Ｓの側周面に沿って下方に流れるよう吹き出すので、種結晶Ｓの冷却と融液Ｍの冷却を同時かつ容易に行うことができる。
【００３７】
また、本実施形態の製造装置１０は、融液Ｍの上方に、るつぼ２の内側に挿入可能な有底筒状に形成されるとともに、るつぼ２の上方とるつぼ２の内部の空間との間を上下動可能に設けられた輻射シールドを備えている。このため、一つの駆動機構で輻射シールド６および石英シールド７を上下動させることができるので、製造装置１０を簡素な構成とすることができるし、製造工程を短縮することもできる。また、輻射シールド６が下降したときに、輻射シールド６の側壁がヒーター４からの輻射熱を遮るとともに、底壁が融液Ｍの液面から熱が逃げるのを防ぐので、融液Ｍを対流の少ないより安定した状態とすることができる。
【００３８】
また、本実施形態のシリコン単結晶の製造方法では、融液Ｍに浸漬した種結晶Ｓを冷却するので、融液Ｍの最も温度の高い融液周囲部から種結晶が浸漬されている箇所にかけての温度勾配が大きくなる。このため、成長中の単結晶が受ける融液Ｍの温度揺らぎの影響が低減され、一度凝固した結晶は融解しにくくなる。このため、シリコン単結晶を安定的に成長させることができ、その歩留まりを向上させることができる。
また、種結晶Ｓとともに融液Ｍの種結晶Ｓを浸漬した箇所の近傍を冷却するので、種結晶Ｓのみを冷却する場合よりも融液Ｍの周囲部から中央部にかけての温度勾配を大きくすることができ、シリコン単結晶を更に安定的に成長させることができる。
【００３９】
また、本実施形態の製造方法では、種結晶Ｓの表面に沿って不活性ガスを流すことにより種結晶Ｓを冷却するので、種結晶Ｓの冷却を容易に行うことができる。
また、本実施形態の製造方法では、ガスパイプ（不活性ガスを種結晶Ｓに向けて流す手段）への不活性ガスの供給量を１０Ｌ／分超としているので、充分な冷却効果を得ることができる。
また、るつぼ（容器）を、水平方向に沿って切断したときの断面形状が正方形または長方形のものとしているので、角柱形のインゴットが製造され、このインゴットからは正方形または長方形のウエハーが切り出される。太陽電池セルなどの素子は、正方形または長方形をしているので、正方形または長方形のウエハーからは、同面積の円形ウエハーよりも大きいまたは多くの素子を製造することができる。
【００４０】
また、本実施形態の製造方法では、融液Ｍの液面を上方から輻射シールド６で覆うので、融液Ｍの液面から熱が逃げにくくなり、温度揺らぎも低減できる。さらに、融液Ｍの温度が偏りにくくなる。このため、融液Ｍの対流が弱まり、シリコン単結晶を成長させ易くすることができる。
また、冷却された種結晶Ｓを融液Ｍの液面中央部に浸漬するので、融液Ｍの対流が、周囲部で上昇し、周囲部から中央部に向かい、中央部で沈下する理想的な流れに変化する。このため、対流の偏りが生じ易い円筒形以外の形状（例えば角筒型等）のるつぼ（容器）を用いた場合であっても、容易にシリコン単結晶を成長させることができる。
【００４１】
＜変形例＞
以上、本発明者によってなされた発明を実施形態に基づいて具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。
【００４２】
例えば、本実施形態では、ガスパイプ５３の中にプルロッド５４を通し、ガスパイプ５３とプルロッド５４との間の空間５３ｂに不活性ガスを通したが、プルロッド５４自体を筒状に形成し、プルロッド５４の中に不活性ガスを通すようにしてもよいし、プルロッド５４から離れた位置にプルロッド５４と並行してガスパイプ５３を配設するようにしてもよい。
また、本実施形態では、不活性ガスを種結晶Ｓの側周面に沿って下方に流れるようにしたが、不活性ガスが種結晶Ｓの表面に直接吹きかかるようにしてもよい。
また、本実施形態では、種結晶Ｓを不活性ガスで冷却しながら下降させ、シリコン融液Ｍに浸漬するようにしたが、種結晶Ｓを予めある程度冷却してから浸漬するようにしてもよいし、種結晶Ｓを融液Ｍに浸漬してから冷却を開始するようにしてもよい。
【００４３】
また、本実施形態では、種結晶Ｓを融液Ｍに浸漬させたときに、ガスパイプ５３の吹き出し口５３ａから吹き出す不活性ガスが融液Ｍの浸漬箇所近傍にもかかるようになっていたが、種結晶Ｓにかけられた後の不活性ガスが側方または上方に流れるよう構成することにより、種結晶Ｓのみを冷却するようにしてもよい。そうすれば、不活性ガスで融液面が揺らされるのを防ぐことができる。
【００４４】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００４５】
１０  製造装置
３  るつぼ（容器）
５  種結晶保持冷却機構（保持機構、冷却機構）
５１  軸上下動機構
５２  軸回転機構
５３  ガスパイプ（パイプ）
５４  プルロッド（棒）
５４ａ  保持部
６  輻射シールド
６２  底壁
６２ａ  孔
Ｍ  シリコン融液
Ｓ  種結晶
【図１】
2013184842.tif 000003
【図２】
2013184842.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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