(57)【要約】【課題】固相原料を加熱して溶融させた後に固化させる熱処理において、温度検知手段の設置状態、劣化状態、較正方法などによるばらつきの問題を解消し、測定精度を超えた精度で熱処理状態の再現性を確保し得る方法を提供することを課題とする。【解決手段】容器に収納した固相原料を加熱手段により加熱して溶融させた後に、前記固相原料を固化させる固相原料の熱処理方法であり、温度検知手段により前記固相原料の温度を検知し、前記固相原料が溶融完了直前に一定化する温度を基準温度Ｔｍ℃とし、前記基準温度Ｔｍ℃に基づいて温度制御を行うことを特徴とする固相原料の熱処理方法により、上記の課題を解決する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
容器に収納した固相原料を加熱手段により加熱して溶融させた後に、前記固相原料を固化させる固相原料の熱処理方法であり、
温度検知手段により前記固相原料の温度を検知し、前記固相原料が溶融完了直前に一定化する温度を基準温度Ｔｍ℃とし、前記基準温度Ｔｍ℃に基づいて温度制御を行うことを特徴とする固相原料の熱処理方法。
【請求項２】
前記温度検知手段が、前記容器または前記容器と熱的に導通がある位置でありかつ前記固相原料の温度と相関関係を有する温度を検知し得る位置に設置されてなる請求項１に記載の固相原料の熱処理方法。
【請求項３】
前記温度制御が、前記温度検知手段の検知温度をＴ℃、前記基準温度Ｔｍ℃との差（Ｔｍ−Ｔ）℃をΔＴ℃、熱処理における所望の設定温度差をΔＴｓ℃としたときに、制御用設定温度Ｔｈを（ΔＴｓ−ΔＴ）℃補正することからなる請求項１または２に記載の固相原料の熱処理方法。
【請求項４】
前記固相原料が、脆性材料である請求項１〜３のいずれか１つに記載の固相原料の熱処理方法。
【請求項５】
前記脆性材料が、シリコン材料である請求項４に記載の固相原料の熱処理方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１つに記載の固相原料の熱処理方法により製造されたインゴット。
【請求項７】
請求項６に記載のインゴットを加工して得られた加工物。
【請求項８】
前記加工物が、シリコン材料由来の加工物である請求項７に記載の加工物。
【請求項９】
請求項８に記載の加工物を用いて製造されたシリコン太陽電池。
【請求項１０】
請求項１〜５のいずれか１つに記載の固相原料の熱処理方法に用いる熱処理装置であり、
固相原料を収納する容器、前記固相原料の温度を検知する温度検知手段、加熱手段、前記加熱手段の温度を検知する温度検知手段を備えることを特徴とする固相原料の熱処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固相原料の熱処理方法とその装置およびインゴットとその用途に関する。さらに詳しくは、本発明は、固相原料の熱処理方法とそれに用いられる固相原料の熱処理装置およびそれにより得られるシリコンインゴットのようなインゴット（鋳造物）とその加工物を用いて製造されるシリコン太陽電池のような用途に関する。
【背景技術】
【０００２】
地球環境に様々な問題を引き起こしている石油などの代替として自然エネルギーの利用が注目されている。その中でも太陽電池は大きな設備を必要とせず、稼働時に騒音などを発生しないことから、日本や欧州などで特に積極的に導入されてきている。
カドミウムテルルなどの化合物半導体を用いた太陽電池も一部で実用化されているが、物質自体の安全性やこれまでの実績、またコストパフォーマンスの面から、多結晶シリコン基板、単結晶シリコン基板を用いたシリコン太陽電池が大きなシェアを占めている。
【０００３】
上記のシリコンだけでなく、ゲルマニウムやヒ化ガリウムなどのIII−Ｖ族化合物、セレン化亜鉛などのII−VI族化合物、その他II−IV−Ｖ２族化合物、Ｉ−III−VI２族化合物などの半導体材料は、脆性材料で割れ易く、かつ太陽電池用材料として用いる場合には、転位による品質低下が顕著である。そのため、これらの材料を結晶成長などの鋳造により製造する際には、温度条件の制御が重要になる。
また、鋳造により製造する金属材料や絶縁材料においても、所望の結晶粒径に調製する場合には、半導体材料と同様に温度条件の制御が重要になる。
【０００４】
例えば、キャスト法による太陽電池用多結晶シリコンインゴットの製造では、一般的に固相原料を内部に装填した容器を装置内にセットし、ヒータで固相原料を加熱溶融した後、容器底部側の温度を低下させることで容器底部から上部にかけて、溶融した固相原料を一方向凝固させることにより、太陽電池用多結晶シリコンインゴットを製造する。
【０００５】
例えば、特開２００８−０６３１９４号公報（特許文献１）には、多結晶シリコン太陽電池の特性向上を目的として、原料中に少量のゲルマニウムを添加し、結晶成長初期に容器底面の温度を１４１０℃で４０分間保持することにより、シリコンインゴット最下部で＜１１２＞方向に延びるデンドライト結晶を成長（発現）させる技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−０６３１９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１のような温度制御では、シリコンの融点である１４１０℃という絶対値に大きな意味があり、熱電対や放射温度計などの温度検知手段の経時劣化、その設置位置や温度較正方法のばらつきなど、様々なばらつき要因があるために、再現よく多結晶シリコンを製造することが非常に難しい。また、特許文献１には、ばらつき要因の具体的な方策については提示されていない。
【０００８】
また、シリコンに限らず、幅広く半導体材料、金属材料、絶縁体材料の鋳造、結晶成長時においても同様に、温度検知手段における検知温度の絶対値の測定精度を超えた精度で、材料自体の温度の絶対値を制御する必要に迫られることが多い。特に鋳造物が脆性材料である場合には、熱処理時の温度制御に高い精度が要求される。
【０００９】
本発明は、固相原料を加熱して溶融させた後に固化させる熱処理において、温度検知手段の設置状態、劣化状態、較正方法などによるばらつきの問題を解消し、測定精度を超えた精度で熱処理状態の再現性を確保し得る方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者は、鋭意研究を重ねた結果、温度検知手段のデータをその時々の温度検知手段の劣化状態、設置状態、較正方法にあった基準温度という概念を導入することで、上記の課題を解決できることを見出し、本発明に至った。
【００１１】
かくして、本発明によれば、容器に収納した固相原料を加熱手段により加熱して溶融させた後に、前記固相原料を固化させる固相原料の熱処理方法であり、
温度検知手段により前記固相原料の温度を検知し、前記固相原料が溶融完了直前に一定化する温度を基準温度Ｔｍ℃とし、前記基準温度Ｔｍ℃に基づいて温度制御を行うことを特徴とする固相原料の熱処理方法が提供される。
【００１２】
また、本発明によれば、上記の固相原料の熱処理方法により製造されたインゴット、そのインゴットを加工して得られた加工物、特にシリコン材料由来の加工物、その加工物を用いて製造されたシリコン太陽電池が提供される。
【００１３】
さらに、本発明によれば、上記の固相原料の熱処理方法に用いる熱処理装置であり、固相原料を収納する容器、前記固相原料の温度を検知する温度検知手段、加熱手段、前記加熱手段の温度を検知する温度検知手段を備えることを特徴とする固相原料の熱処理装置が提供される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、固相原料を加熱して溶融させた後に固化させる熱処理において、温度検知手段の設置状態、劣化状態、較正方法などによるばらつきの問題を解消し、測定精度を超えた精度で熱処理状態の再現性を確保し得る方法を提供することができる。
すなわち、本発明によれば、固相原料の熱処理において、温度制御が困難な条件においても、精度よくかつ再現性よく制御することが可能となる。したがって、様々な特性に着目することで、鋳造物を所望の条件で再現よく鋳造することが可能となる。
【００１５】
本発明の固相原料の熱処理方法は、温度検知手段が容器または容器と熱的に導通がある位置でありかつ固相原料の温度と相関関係を有する温度を検知し得る位置に設置されてなる場合に、上記の効果がさらに発揮される。
また、本発明の固相原料の熱処理方法は、温度制御が温度検知手段の検知温度をＴ℃、基準温度Ｔｍ℃との差（Ｔｍ−Ｔ）℃をΔＴ℃、熱処理における所望の設定温度差をΔＴｓ℃としたときに、制御用設定温度Ｔｈを（ΔＴｓ−ΔＴ）℃補正することからなる場合に、上記の効果がさらに発揮される。
さらに、本発明の固相原料の熱処理方法は、固相原料が脆性材料である場合、特にその脆性材料がシリコン材料である場合に、上記の効果がさらに発揮される。
【００１６】
本発明のインゴットおよびそれを加工して得られた加工物は、それらが脆性材料、特にシリコン材料由来のシリコンインゴットおよび加工物である場合に、上記の効果がさらに発揮される。
本発明において、「シリコン材料由来の加工物」とは、シリコンブロックおよびシリコンウエハなどを意味する。
また、シリコン材料由来の加工物を用いて製造された「シリコン太陽電池」とは、最小ユニットを構成する「シリコン太陽電池セル」およびその複数個を電気的に接続した「シリコン太陽電池モジュール」を意味する。
すなわち、本発明の固相原料の熱処理方法によれば、所望の特性を有する脆性材料のインゴットおよび加工物、特にシリコンインゴット、ブロックおよびウエハを再現よく製造することができ、ひいては所望の特性を有するシリコン太陽電池を安定的に市場に供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】固相原料の溶融過程における容器の検知温度の変化を示す概念図である。
【図２】本発明の熱処理方法が適用可能な熱処理装置の一例を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
（固相原料の熱処理方法）
本発明の固相原料の熱処理方法は、容器に収納した固相原料を加熱手段により加熱して溶融させた後に、前記固相原料を固化させる固相原料の熱処理方法であり、温度検知手段により前記固相原料の温度を検知し、前記固相原料が溶融完了直前に一定化する温度を基準温度Ｔｍ℃とし、前記基準温度Ｔｍ℃に基づいて温度制御を行うことを特徴とする。
【００１９】
基準温度Ｔｍ℃（以下「℃」を省略することもある）の決定方法を、図面を用いて説明する。
図１は、固相原料の溶融過程における容器の検知温度の変化、すなわち容器内の固相原料を溶融するために加熱ヒータによって加熱した時の温度変化を示す概念図である。
まず、加熱を開始すると徐々に温度が上昇する（領域Ｉ）が、容器内が固相と液相の混合状態になると固相原料が完全に溶け切るまで、融液の温度はほぼ固相原料の融点で一定（領域II）になる。この状態での温度検知手段の検知温度の平均値を「Ｔｍ」と決定する。すなわち、基準温度Ｔｍは、容器内の融液が固相原料の融点であるときの、温度検知手段の検知温度である。その後加熱を続けると全量溶融した後再度温度が上昇し始め、加熱を停止すると温度が低下する（領域III）。
【００２０】
基準温度Ｔｍは、検知温度の絶対値のばらつき要因の影響を全て反映した値、すなわちすべての誤差を含んだ値である。
例えば、温度検知手段が熱電対である場合には、温度較正方法のばらつき、較正後の継続使用による経時劣化、設置位置のばらつき、周辺部品との接触度合のばらつきなどの要因が含まれる。熱電対では、その測定精度を上げる手法として、基準温度接点（例えば、氷水中の０℃を冷接点とする）を設置する方法があり、これにより確かに冷接点の温度ばらつきは抑えられるが、その他のばらつき（誤差）に対しては効果がない。
また、温度検知手段が放射温度計である場合にも、温度較正方法のばらつき、検出素子の経時劣化、観測ポイントのばらつき、温度測定用窓の曇り具合によるばらつきなどの要因が含まれる。
【００２１】
したがって、上記の基準温度が一定になるように加熱温度を制御することで、ばらつき要因の大部分を排除することができる。温度較正方法のばらつきや、較正後の継続使用による経時劣化などを完全に排除できないものの、結晶成長に重要である「Ｔｍ」に近い温度領域での測定ばらつきはかなり抑えられ、熱処理（鋳造）条件の再現性が確保できる。
【００２２】
温度検知手段は、容器または容器と熱的に導通がある位置でありかつ固相原料の温度と相関関係を有する温度を検知し得る位置に設置されてなるのが好ましく、後述のように、容器下面中央近傍は、容器内の溶融した固相原料の温度を最もよく反映した値が得られることから特に好ましい。
【００２３】
本発明の固相原料の熱処理方法は、温度制御が、前記温度検知手段の検知温度をＴ℃、前記基準温度Ｔｍ℃との差（Ｔｍ−Ｔ）℃をΔＴ℃、熱処理における所望の設定温度差をΔＴｓ℃としたときに、制御用設定温度Ｔｈを（ΔＴｓ−ΔＴ）℃補正することからなるのが好ましい。具体的には、実施例において詳述する。
【００２４】
（固相原料）
本発明において熱処理の対象となる固相原料としては、例えば、シリコンやゲルマニウムのような半導体材料；ヒ化ガリウムなどのIII−Ｖ族化合物、セレン化亜鉛などのII−VI族化合物、その他II−IV−Ｖ２族化合物、Ｉ−III−VI２族化合物などの化合物半導体材料；アルミニウム、銅、チタン、クロムやそれらの合金などの金属材料；酸化物、窒化物、硫化物などの絶縁材料が挙げられる。
これらの中でも、本発明の効果が十分に発揮される点で脆性材料が好ましく、シリコン材料が特に好ましい。
【００２５】
（固相原料の熱処理装置）
本発明の固相原料の熱処理装置は、固相原料を収納する容器、前記固相原料の温度を検知する温度検知手段、加熱手段、前記加熱手段の温度を検知する温度検知手段を備えることを特徴とする。
本発明の固相原料の熱処理方法に利用可能な熱処理装置は特に限定されず、上記の手段を備えるものであれば、公知の装置を転用することができる。
【００２６】
例えば、容器の台座側に設けられた冷媒循環のような冷却機構によって容器底面を冷却することと、昇降駆動機構によって容器を加熱機構から遠ざけることとの併用により、容器中の溶融原料を、下部から徐々に固化させる方式の装置などが挙げられる。
容器底部での結晶成長（固化）をできるだけ精度よく制御するためには、容器底部付近の温度を検知するのが好ましい。特に面内では容器底部中央近傍がヒータなどの影響を直接受け難いことから特に好ましい。
【００２７】
熱処理装置の構成によっては上記のような位置に容器の温度検知手段が設置できない場合も考えられる。その場合には、容器と熱的に導通のある位置に容器の温度検知手段を設置することができる。
温度検知手段によって基準温度Ｔｍを決定し、ある時点での容器の検知温度Ｔを測定する。そして、（Ｔ−Ｔｍ）を補正後の容器検知温度とし、熱処理条件のうちのある特定の時点での（Ｔ−Ｔｍ）の値が、前回の条件（所望の条件）と同じになるように加熱ヒータの制御用設定温度Ｔｈを変更すればよい。あるいは前回までの熱処理時に調べておいた加熱ヒータの検知温度とＴｍとの関係を用いて温度制御を行ってもよい。但し、容器の温度検知手段の交換や位置変更など行っている場合には、その際に発生するばらつきも含まれてしまうため、好ましくない。
【００２８】
図２は、本発明の熱処理方法が適用可能な熱処理装置の一例を示す概略断面図である。
この装置は、一般に多結晶シリコンインゴットを鋳造するために使用され、抵抗加熱炉を構成するチャンバー（密閉容器）７を有している。
チャンバー７の内部には、黒鉛製、石英（ＳｉＯ2）製などの容器１が配置され、チャンバー７の内部の雰囲気を密閉状態で保持できるようになっている。
容器１が収容されるチャンバー７内には、容器１を支持する、黒鉛製の容器台３が配置されている。容器台３は、昇降駆動機構１２により昇降が可能であり、その内部には冷却槽１１内の冷媒（冷却水）が循環されるようになっている。
容器台３の上部には、黒鉛製などの外容器２が配置され、その中に容器１が配置されている。外容器２の代わりに、容器１を取り囲むような黒鉛製などのカバーが配置されていてもよい。
【００２９】
外容器２を取り囲むように、黒鉛ヒータのような加熱ヒータ１０が配置され、さらにこれらを上方から覆うように、断熱材８が配置されている。
加熱ヒータ１０は、容器１の周囲から加熱して、容器１内の原料シリコン４を融解させることができる。
加熱ヒータ１０による加熱、上記の冷却槽１１による容器１下方からの冷却および昇降駆動機構１２による容器１の昇降により、本発明の温度制御が可能であれば、発熱体などの加熱機構の方式や形態、配置は特に限定されない。
【００３０】
容器１の底面の温度を検出するために、容器１下面中央近傍に容器下熱電対５が、外容器２下面の中央近傍に外容器下熱電対６がそれぞれ配置されており、制御装置９で温度データ記録する。また、ヒータ温度は加熱ヒータの温度検知手段によって検知され、加熱ヒータ１０による加熱状態を制御する。上記の熱電対以外にも温度を検出するための熱電対や放射温度計が配置されていてもよい。
本発明においては、固相原料が溶融完了直前に一定化する温度を上記の容器下熱電対５および外容器下熱電対６において検知して、基準温度Ｔｍとする。
【００３１】
チャンバー７は、外部の酸素ガス、窒素ガスなどが流入しないように、その内部を密閉状態に保持でき、通常、多結晶シリコンなどのシリコン原料を投入した後でその溶融前に、チャンバー７内を真空にし、その後アルゴンガスなどの不活性ガスを導入して、不活性な雰囲気に保持する。
【００３２】
このような構成の装置により、基本的に、容器１への固相原料４としてシリコンの充填、脱気（真空化）および不活性ガスの導入によるチャンバー７内のガス置換、加熱による固相原料４の溶融、溶融確認とその保持、温度制御および昇降駆動機構１２の動作による固化開始、固化完了確認およびアニールならびにインゴット取り出しの工程により、多結晶シリコンインゴットの熱処理を行う。
【００３３】
固相原料としてシリコンを用いる熱処理方法およびその装置について説明したが、本発明の固相原料の熱処理方法は、方式の異なるキャスト法、単結晶の引上げに用いられるＣＺ法、融液から直接ウエハ状の結晶を成長させるリボン法、融液の液滴をアルゴンなどの不活性ガス中に滴下することで結晶化させる球状シリコン法などの熱処理方法および熱処理装置にも適用可能である。
【００３４】
（インゴット）
本発明のインゴット（鋳造物）は、本発明の固相原料の熱処理方法により製造される。
固相原料がシリコン材料である場合には、シリコンインゴットが製造される。
【００３５】
（加工物）
本発明の加工物は、インゴットを加工して得られる。
固相原料がシリコン材料である場合には、シリコン材料由来の加工物が得られる。
上記のように、シリコン材料由来の加工物とは、シリコンブロックおよびシリコンウエハなどを意味する。
シリコンブロックは、例えば、バンドソーなどの公知の装置を用いて、本発明のシリコンインゴットを角柱状に切断加工することにより得ることができる。
また、必要に応じて、シリコンブロックの表面を研磨加工してもよい。
シリコンウエハは、例えば、マルチワイヤーソーなどの公知の装置を用いて、上記のシリコンブロックを所望の厚さにスライス加工することにより得ることができる。現状では、厚さ１７０〜２００μｍ程度が一般的であるが、傾向としてはコスト削減のため、薄型化の傾向にある。
【００３６】
（シリコン太陽電池）
本発明のシリコン太陽電池は、本発明のシリコン材料由来の加工物（シリコンウエハ）を用いて製造される。
シリコン太陽電池セルは、例えば、本発明のシリコンウエハを用いて、公知の太陽電池セルプロセスにより製造することができる。すなわち、公知の材料を用いて、公知の方法により、ｐ型の不純物がドープされたシリコンウエハの場合、ｎ型の不純物をドープしてｎ型層を形成してｐｎ接合を形成し、表面電極および裏面電極を形成してシリコン太陽電池セルを得る。同様に、ｎ型の不純物がドープされたシリコンウエハの場合、ｐ型の不純物をドープしてｐ型層を形成してｐｎ接合を形成し、表面電極および裏面電極を形成してシリコン太陽電池セルを得る。あるいは、これらシリコン同士のｐｎ接合を利用したものの他にも、薄い絶縁層を挟んで金属を蒸着するなどしたＭＩＳ型太陽電池、例えば、ウエハと反対の導電型アモルファスなどのシリコン薄膜を製膜し、異なる構造のｐ型、ｎ型シリコンヘテロ接合を利用したものなどがある。また、その複数個を電気的に接続して、シリコン太陽電池モジュールを得る。
【００３７】
上記のように、本明細書においては、「太陽電池セル」と「太陽電池モジュール」とを含む概念として、単に「太陽電池」と称する。したがって、例えば「シリコン太陽電池」と記載されたものがあれば、それは「シリコン太陽電池セル」および「シリコン太陽電池モジュール」を含む意味となる。
【実施例】
【００３８】
以下に試験例により本発明を具体的に説明するが、これらの試験例により本発明が限定されるものではない。
【００３９】
（試験例１）多結晶シリコンインゴットの結晶粒径のばらつきに関する検討
図２に示される熱処理装置を用いて、本発明の固相原料の熱処理方法と従来の方法により、それぞれ５回、多結晶シリコンインゴットの熱処理を行い、温度条件に敏感な結晶粒径（結晶核発生密度）のばらつきを評価した。
図２に示される熱処理装置内の黒鉛製の容器台３（８８０ｍｍ×８８０ｍｍ×厚さ２００ｍｍ）上に、黒鉛製の外容器２（内寸：９００ｍｍ×９００ｍｍ×高さ４６０ｍｍ、底板肉厚および側面肉厚２０ｍｍ）を設置し、その中に石英製の容器１（内寸：８３０ｍｍ×８３０ｍｍ×４２０ｍｍ、底板肉厚および側面肉厚２２ｍｍ）を設置した。また、容器の温度検知手段として容器下熱電対（熱電対Ａ）５を容器１下面中央近傍に、外容器下熱電対（熱電対Ｂ）６を外容器２下面中央近傍（容器下２０ｍｍ）の２ヵ所に設置した。また加熱ヒータの温度検知手段として、加熱ヒータ（黒鉛ヒータ）１０から４０ｍｍ離れた位置に加熱ヒータの出力制御用熱電対（熱電対Ｈ）１３を設置した。それぞれの熱電対での検知温度にそれぞれの添え字をつけて、Ｔａ、ＴｂおよびＴｈとした。
検知温度Ｔｈを設定して加熱ヒータ１０の出力調整を行う方式により制御装置９で温度を制御し、各検知温度Ｔａ、ＴｂおよびＴｈを１０秒間隔で記録した。
図２における図番７および８は、それぞれチャンバーおよび断熱材を示す。
【００４０】
インゴットの比抵抗が約２Ωｃｍになるようにホウ素ドーパント濃度を調整した固相原料（シリコン）４の４２０ｋｇを容器１に装填し、装置内の所定の位置に設置した。次いで、装置内を真空引きし、アルゴンガスで置換した。その後、加熱ヒータ１０を用いて固相原料４を溶融し、全原料の融解を確認した後、溶融完了直前に一定化する基準温度Ｔｍを測定した。ここで熱電対Ａおよび熱電対Ｂに対応する基準温度Ｔｍにそれぞれの添え字をつけて、ＴｍａおよびＴｍｂとした。
本発明の固相原料の熱処理方法における温度補正のポイントを、固相原料４の融解完了から３０分後、冷却槽１１を備えた昇降駆動機構１２を用いた容器１の下降開始の１時間前とした。
【００４１】
表１に最適温度条件としての最適値（℃）を示す。
ここで、「ΔＴａ」は、熱電対Ａの（検知温度−固相原料の溶融安定時における検知温度）Ｔａ−Ｔｍａを、「ΔＴｂ」は、熱電対Ｂの（検知温度−固相原料の溶融安定時における検知温度）Ｔｂ−Ｔｍｂを意味する。
表１から明らかなように、熱電対Ａおよび熱電対Ｂのどちらのデータを用いてもΔＴａとΔＴｂは誤差範囲内で一致するため、加熱制御温度の補正には適宜選択可能である。また、この結果から、容器１と熱的に導通のある部分に温度検知手段を設置することでも同様に制御することが可能であることが推察される。
【００４２】
理想条件では、設定温度差ΔＴｓが−２０℃であるので、実施例１〜５回目では、ΔＴａおよびΔＴｂがそれぞれ−２０℃となるように、（ΔＴｓ−ΔＴ）から制御用設定温度Ｔｈの補正値を算出し、その後の熱処理条件を補正値分だけ補正した。
すなわち、ΔＴａおよびΔＴｂがそれぞれ−２３℃であれば、理想条件の設定温度差ΔＴｓ（−２０℃）よりも３℃低いため、設定温度を３℃上げた。具体的にはＴｈを１４５０℃から１４５３℃に変更し、以下同様に温度プログラムを全て補正値分補正した。
従来例１〜５回目では、表１に示すように、上記の温度補正なしに熱処理を行った。
【００４３】
得られたそれぞれのシリコンインゴットを、バンドソーを用いてシリコンブロック２５本（各１５６ｍｍ×１５６ｍｍ×２００ｍｍ）に加工し、さらにワイヤーソーを用いてスライスして、シリコンウエハ（１５６ｍｍ×１５６ｍｍ×厚さ０．１８ｍｍ）約１２，０００枚を得た。
【００４４】
結晶粒径評価は、各インゴットから切り出した２５本のブロックから最も底に近いウエハに対して行い、ウエハ２５枚の結晶粒径の平均値をそのインゴットの平均結晶粒径とした。なお、結晶粒径を評価するにあたり、多結晶シリコンウエハ表面によく見られるΣ３粒界はここでは粒界とカウントしなかった。
Σ３粒界とは、対応格子理論において、結晶の単位胞に対する対応格子の単位胞の体積の割合の逆数で定義されるシグマ値が３となる粒界のことである。Σ３粒界は、単一の結晶核から成長した結晶粒内にストレスなどの影響で入った積層欠陥に由来するものであり、結晶核の発生数を評価する場合には粒界としてカウントするべきものではないため、ここでは粒界としてカウントしなかった
結晶粒径は、デジタルマイクロスコープ（株式会社キーエンス製、型式：ＶＨＸ−１０００）を用いて測定した。
【００４５】
得られた結晶粒径の評価結果を表２に示す。
表２は、実施例の５回の平均値を１００とした結果であり、実施例は、従来例と比較して５回の標準偏差が小さく、平均結晶粒径が揃い、再現性が良好で、温度制御がうまく機能していることがわかる。
【００４６】
また、得られたシリコンウエハを通常の太陽電池セルプロセスに投入して、１つのインゴット当たり１２，０００個の太陽電池（外形１５６ｍｍ×１５６ｍｍ×厚さ０．１８ｍｍ）を作製し、その出力（Ｗ）を測定した。各インゴット単位で出力の平均値をとり、実施例の５回の平均値を１００とした結果を表２に示す。
この結果から、実施例は、従来例と比較して、５回の標準偏差が小さく、太陽電池セル特性という面からもばらつきが少ないことがわかる。各インゴットの平均出力では、従来例の方が実施例の平均値よりも高いものも見られるが、５回の平均値で比較した場合、従来例の方が実施例よりも０．３２％低く、やはりばらつきに起因して全体的に出力が低下したものと考えられる。
【００４７】
また、得られた従来例および実施例の太陽電池セルを通常の太陽電池モジュールプロセスに投入して太陽電池モジュールを作製したところ、太陽電池セルと同様に、実施例の太陽電池セルの太陽電池モジュールは、従来例のものと比較して平均出力が高く、ばらつきも少ない傾向が得られた。
【００４８】
【表１】
2013170108.tif 000003
【００４９】
【表２】
2013170108.tif 000004
【００５０】
以上、本発明の実施例の一例として、多結晶シリコンインゴットを例示したが、同様の温度制御の考え方を用いることで他の材料に対しても固化を再現性よく制御することが可能となる。
金属などの延性材料においても結晶組織の差異によって様々な特性を示すため、本発明の熱処理方法が適用できる。
脆性材料の場合には、鋳造物内部の熱応力によって割れが生じたりすることもあり、またその中でも半導体材料の場合には応力により結晶欠陥（転位など）が導入され、電子デバイスとしての特性を大幅に下げてしまうものがあり、またシリコンと同様に、結晶粒径が特性に大きな影響を与える場合があり、本発明の熱処理方法がより効果的である。
【符号の説明】
【００５１】
１  容器
２  外容器
３  容器台
４  固相原料（シリコン）
５  容器下熱電対（熱電対Ａ）
６  外容器下熱電対（容器下２０ｍｍ熱電対Ｂ）
７  チャンバー
８  断熱材
９  制御装置
１０  加熱ヒータ（黒鉛ヒータ）
１１  冷却槽
１２  昇降駆動機構
１３  加熱ヒータの出力制御用熱電対
【図１】
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【図２】
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