JP2011098844A - 多結晶シリコンインゴットの製造装置及び多結晶シリコンインゴットの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】坩堝内に装入された塊状のシリコン原料を効率良く溶解することができ、多結晶シリコンインゴットの生産効率を大幅に向上させることが可能な多結晶シリコンインゴットの製造装置及び多結晶シリコンインゴットの製造方法を提供する。
【解決手段】坩堝２０内に装入されたシリコン原料を溶解してシリコン融液を生成し、このシリコン融液を凝固させて多結晶シリコンのインゴットを製出する多結晶シリコンインゴットの製造装置１０であって、有底筒状をなす坩堝２０と、坩堝２０の上方側に配置された上部加熱部１４と、坩堝２０の下方側に配置された下部加熱部３０と、を備え、下部加熱部３０は、坩堝２０が載置される台座３１と、誘導加熱コイル３２と、を有し、誘導加熱コイル３２によって台座３１に電流を発生させ、台座３１を自己発熱させる構成とされていることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、坩堝内に収容したシリコン原料を溶解してシリコン融液を生成し、このシリコン融液を坩堝内で凝固させることによって、多結晶シリコンのインゴットを製出する多結晶シリコンインゴットの製造装置及び多結晶シリコンインゴットの製造方法に関するものである。

近年、環境負荷の少ない発電方式として太陽電池モジュールを利用したものが注目され、様々な分野で広く使用されている。このような太陽電池モジュールは、ｐｎ接合されたシリコンの半導体の板材からなるセルを複数備え、これらのセルが太陽電池用インターコネクタおよびバスバーによって電気的に接続された構成とされている。
最近では、太陽電池モジュールの普及に伴い、半導体の素材となるシリコン材の需要が高まっており、シリコン原料が不足する状況にある。

ところで、前述の太陽電池モジュールを構成する半導体の素材として、坩堝内で一方向凝固させた多結晶シリコンインゴットが広く使用されている。
このような多結晶シリコンインゴットを製出するための製造装置としては、例えば、特許文献１，２に示すように、チャンバの内部空間に、石英ガラスなどで構成された有底筒状の坩堝と、坩堝が載置される冷却板と、坩堝の上方に位置する上部ヒータと、坩堝の下方に位置する下部ヒータと、が配設されたものが提案されている。

この多結晶シリコンインゴットの製造装置においては、坩堝内に塊状のシリコン原料を装入し、チャンバ内を例えばアルゴンガスなどの不活性ガス雰囲気とし、上部ヒータと下部ヒータにより上方と下方とから坩堝を加熱して坩堝内のシリコン原料を溶融させる。
そして、坩堝内のシリコン原料を完全に溶融させた段階で、冷却板により坩堝の底面部側からシリコン融液を冷却するとともに上部ヒータによって坩堝の上部を加熱しておく。すると、シリコン融液は、坩堝の底面部から上方に向けて高温となる温度勾配に沿って、一方向に結晶を成長させながら凝固することになる。このとき、シリコン融液中の不純物が固相側から液相側へと排出されることになり、純度が高く結晶性に優れた多結晶シリコンインゴットが製造される。

特開２０００−２９００９６号公報 特開２０００−３１９０９４号公報

ところで、特許文献１、２に開示されているような従来の多結晶シリコンインゴットの製造装置においては、冷却板の下側にカーボンヒータ等からなる下部ヒータが配設されている。また、坩堝はカーボン等からなる補強部材によって保持されており、冷却板の上に補強部材及び坩堝が載置されている。そして、下部ヒータを発熱させることで、その熱を冷却板に伝達させ、さらに、この冷却板から補強部材及び坩堝へと熱を伝達させ、シリコン原料を加熱していた。このように、冷却板、補強部材及び坩堝を介して下部ヒータの熱を伝達させていることから、シリコン原料の溶解に多くの時間を要していた。このため、効率良く多結晶シリコンインゴットを製出できないといった問題があった。さらに、シリコン原料の溶解に要する電力量が増大し、多結晶シリコンインゴットの製造コストが大幅に増大してしまうといった問題があった。

この発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、坩堝内に装入された塊状のシリコン原料を効率良く溶解することができ、多結晶シリコンインゴットの生産効率を大幅に向上させることが可能な多結晶シリコンインゴットの製造装置及び多結晶シリコンインゴットの製造方法を提供することを目的とする。

前述の課題を解決するために、本発明の多結晶シリコンインゴットの製造装置は、坩堝内に装入されたシリコン原料を溶解してシリコン融液を生成し、このシリコン融液を凝固させて多結晶シリコンのインゴットを製出する多結晶シリコンインゴットの製造装置であって、有底筒状をなす坩堝と、前記坩堝の上方側に配置された上部加熱部と、前記坩堝の下方側に配置された下部加熱部と、を備え、前記下部加熱部は、前記坩堝が載置される台座と誘導加熱コイルとを有し、前記誘導加熱コイルによって前記台座に電流を発生させ、前記台座を自己発熱させる構成とされていることを特徴としている。

この構成の多結晶シリコンインゴットの製造装置によれば、坩堝の下方側に配置された下部加熱部が、坩堝が載置される台座と誘導加熱コイルとを有し、誘導加熱コイルによって台座に電流を発生させ、台座を自己発熱させる構成としていることから、自己発熱する台座から坩堝の底面に熱を効率良く伝達することができ、坩堝内のシリコン原料の溶解を促進することができる。また、シリコン原料が溶解してシリコン融液が生成した場合、シリコン融液自体を自己発熱させることも可能となる。
よって、シリコン原料の溶解時間を短縮することができ、多結晶シリコンインゴットの生産効率の向上を図ることができる。また、シリコン原料の溶解に掛かる時間及び所要電力量を抑えることができ、多結晶シリコンインゴットの製造コストを大幅に削減することが可能となる。

ここで、前記誘導加熱コイルは、その外形が平板状をなし、前記台座の下側に配設されていることが好ましい。
この場合、誘導加熱コイルに通電することにより、前記台座の表面全体に渦電流を発生させることができ、台座を確実に、かつ、効率的に自己発熱させることが可能となる。

また、前記誘導加熱コイルと前記台座との間には、挿抜可能な断熱シートが介装されていることが好ましい。
誘導加熱コイルに通電して台座を自己発熱させている場合には、前記誘導加熱コイルと前記台座との間に断熱シートを介装させることによって、誘導加熱コイルを台座の熱から保護することができる。
また、坩堝内において凝固させた多結晶シリコンインゴットは、高温の状態で取り出すことができないため、チャンバ内において冷却する必要がある。ここで、多結晶シリコンインゴットを冷却する際に、断熱シートを取り出すことにより、誘導加熱コイル内を流通する冷却媒体（冷却水等）によって坩堝底面の冷却を促進することができる。よって、多結晶シリコンインゴットを冷却する時間を短縮でき、次の多結晶シリコンインゴットの製造を早期に実施することができる。よって、多結晶シリコンインゴットの生産効率のさらなる向上を図ることができる。さらに、坩堝内のシリコン融液を凝固させる場合にも、誘導加熱コイル内を流通する冷却媒体（冷却水等）によって坩堝底面の冷却を促進し、シリコン融液の凝固時間の短縮を図ることができる。

さらに、前記誘導加熱コイルを前記坩堝の底面に対して近接離反させるコイル昇降部が設けられていることが好ましい。
この場合、シリコン原料を溶解する際には、誘導加熱コイルを坩堝の底面から離間しておくことで、自己発熱する台座と誘導加熱コイルとの間に空間が確保され、台座の熱による誘導加熱コイルの損傷を防止することができる。なお、誘導加熱コイルを台座から離間させた場合であっても、台座に渦電流を発生させ、台座を自己発熱させることができる。一方、シリコン融液を凝固させる場合には、誘導加熱コイルを坩堝の底面に近接させておくことで、誘導加熱コイルの内部を流通する冷却媒体（冷却水等）によって坩堝の冷却を効率良く行うことができる。これにより、シリコン融液の凝固時間を短縮することが可能となる。

また、前記誘導加熱コイルは、前記坩堝の底面の中央部分を加熱する中央部加熱領域と、前記坩堝の底面の周縁部分を加熱する周縁部加熱領域と、を有し、前記中央部加熱領域及び前記周縁部加熱領域に対して、それぞれ選択して通電することが可能な構成とされていることが好ましい。
この場合、坩堝の底面の中央部分と周縁部分とで加熱状況を調整することが可能となる。例えば、シリコン融液を凝固させる場合において、坩堝の周縁部分のみを加熱することにより、坩堝の底面の中央部分から放熱され、上方に向けて凝固が進行していくことになり、結晶性の高い多結晶シリコンインゴットを製出することが可能となる。

本発明の多結晶シリコンインゴットの製造方法は、坩堝内に装入されたシリコン原料を溶解してシリコン融液を生成し、このシリコン融液を凝固させて多結晶シリコンのインゴットを製出する多結晶シリコンインゴットの製造方法であって、前記坩堝内にシリコン原料を装入するシリコン原料装入工程と、前記坩堝の上方側に配置された上部加熱部と、前記坩堝の下方側に配置されるとともに前記坩堝が載置される台座と誘導加熱コイルとを有する下部加熱部と、によって、前記坩堝内のシリコン原料を溶解してシリコン融液を生成する加熱溶融工程と、前記上部加熱部で上方を保温しつつ前記坩堝の底面側から冷却し、前記シリコン融液を前記坩堝内で一方向凝固させる凝固工程と、前記坩堝内の多結晶シリコンインゴットを冷却する冷却工程と、を有し、前記加熱溶融工程では、前記誘導加熱コイルによって前記台座に電流を発生させ、前記台座を自己発熱させ、前記坩堝を加熱する構成とされていることを特徴としている。

この構成の多結晶シリコンインゴットの製造方法によれば、坩堝の下方側に配置された下部加熱部が、前記坩堝が載置される台座と誘導加熱コイルとを有しており、加熱溶融工程では、前記誘導加熱コイルによって前記台座に電流を発生させ、前記台座を自己発熱させ、前記坩堝を加熱する構成とされているので、自己発熱する台座から坩堝の底面に効率良く熱を伝達することができ、坩堝内のシリコン原料の溶解を促進することができる。また、シリコン原料が溶解してシリコン融液が生成した場合、シリコン融液自体を自己発熱させることも可能となる。

ここで、前記冷却工程では、前記誘導加熱コイル内部に流動されている冷却媒体によって前記台座を冷却する構成とすることが好ましい。
誘導加熱コイルの内部には、誘導加熱コイル自体を熱から保護するために冷却媒体（冷却水等）が流通されている。そこで、冷却工程において、この冷却媒体を利用して、坩堝内の多結晶シリコンインゴットを効率的に冷却することが可能となる。これにより、多結晶シリコンインゴットの冷却時間を大幅短縮することができ、多結晶シリコンインゴットの生産効率の向上を図ることができる。

また、前記誘導加熱コイルは、前記坩堝の底面の中央部分を加熱する中央部加熱領域と、前記坩堝の底面の周縁部分を加熱する周縁部加熱領域と、を有し、前記凝固工程において、前記周縁部加熱領域のみに通電することにより、前記坩堝の周縁からの抜熱を防止することが好ましい。
この場合、前記凝固工程において、前記周縁部加熱領域のみに通電することにより、前記坩堝の周縁からの抜熱を防止することから、坩堝の底面側から結晶を成長させることができ、結晶性の高い多結晶シリコンインゴットを製出することが可能となる。

本発明によれば、坩堝内に装入された塊状のシリコン原料を効率良く溶解することができ、多結晶シリコンインゴットの生産効率を大幅に向上させることが可能な多結晶シリコンインゴットの製造装置及び多結晶シリコンインゴットの製造方法を提供することができる。

本発明の第一の実施形態である多結晶シリコンインゴットの製造装置の概略説明図である。 図１に示す多結晶シリコンインゴットの製造装置に備えられた高周波加熱コイル（誘導加熱コイル）の平面図である。 本発明の第二の実施形態である多結晶シリコンインゴットの製造装置の概略説明図である。 図３に示す多結晶シリコンインゴットの製造装置において、凝固工程を実施する状態を示す説明図である。

以下に、本発明の実施の形態について添付した図面を参照して説明する。
まず、図１及び図２を用いて、本発明の第一の実施形態である多結晶シリコンインゴット製造装置及び多結晶シリコンインゴットの製造方法について説明する。

本実施形態である多結晶シリコンインゴットの製造装置１０は、内部空間を気密状態で保持可能なチャンバ１１を備えており、このチャンバ１１の内部空間に、有底筒状をなす坩堝２０と、この坩堝２０の上方に位置するカーボンヒータ１４と、坩堝１２の下方に位置する下部加熱部３０と、坩堝２０の外周を覆う断熱部材１８と、が配設されている。

ここで、チャンバ１１には、その内部空間に例えばアルゴンガスなどの不活性ガスを供給する不活性ガス供給手段（図示なし）、及び、チャンバ１１の壁部に冷却水を供給してこれを循環させる冷却材供給手段（図示なし）などが別途設けられている。
坩堝２０は、石英ガラスで構成されており、底面部２０Ａと、この底面部２０Ａから立設された側壁部２０Ｂと、を備えている。この坩堝２０は、補強プレート２１Ａと補強壁２１Ｂとを備えた補強部材２１によって補強されている。

そして、下部加熱部３０は、坩堝２０の底面部２０Ａ側に配設された台座３１と、この台座３１の下方側に配設された高周波加熱コイル３２と、を備えている。
台座３１は、例えばカーボンまたはシリコンカーバイド等で構成されており、略平板状をなすプレート部３１Ａと、このプレート部３１Ａの周縁部から立設した側筒部３１Ｂを備えており、万が一、シリコン融液が坩堝２０から漏れ出した場合であっても、シリコン融液が高周波加熱コイル３２へと達することがないように構成されている。
なお、この台座３１、坩堝２０及び補強部材２１は、図示しない坩堝支持部材によって支持されている。
また、プレート部３１Ａと高周波加熱コイル３２との間には、断熱シート３８が挿抜可能に配設されている。なお、断熱シート３８は、高周波加熱コイル３２に通電しても渦電流が発生しない材質、例えばガラスウール等で構成されている。

高周波加熱コイル３２は、図２に示すように、銅管を渦巻き状に配設して形成されており、全体として平板状をなしている。この銅管の内部には、冷却媒体（冷却水）が流通される構成とされている。そして、本実施形態では、高周波加熱コイル３２が中央領域３２Ａと周縁領域３２Ｂの２つの領域に区画されている。電源３３の一方の電極が周縁領域３２Ｂの外周端部分に接続されており、電源３３の他方の電極が切替部３４に接続されている。切替部３４は、一方の接点３４Ａと、他方の接点３４Ｂと、これら一方の接点３４Ａ又は他方の接点３４Ｂのいずれかを選択するスイッチ部３４Ｃと、を備えており、一方の接点３４Ａが中央領域３２Ａの内周端部分に接続され、切替部３４の他方の接点３４Ｂが周縁領域３２Ｂの内周端部分に接続されている。

以下に、この多結晶シリコンインゴット製造装置１０を用いた多結晶シリコンインゴットの製造方法について説明する。

（シリコン原料装入工程）
まず、坩堝２０内に塊状のシリコン原料を装入する。ここで、シリコン原料としては、１１Ｎ（純度９９．９９９９９９９９９）の高純度シリコンを砕いて得られた「チャンク」と呼ばれる塊状のものが使用される。この塊状のシリコン原料の粒径は、例えば、３０ｍｍから１００ｍｍとされている。

（加熱溶融工程）
シリコン原料が装入された坩堝２０を、台座３１上に載置された補強部材２１の中に収容する。このとき、台座３１と高周波加熱コイル３２との間には、断熱シート３８が装入されている。
この状態で、高周波加熱コイル３２に冷却水を流通させるとともに通電を行う。このとき、切替部３４のスイッチ部３４Ｃは一方の接点３４Ａ側に接続されており、高周波加熱コイル３２の中央領域３２Ａの内周端と周縁領域３２Ｂの外周端とが電源を介して接続されることになり、高周波加熱コイル３２の全体、すなわち中央領域３２Ａ及び周縁領域３２Ｂに通電されることになる。

すると、断熱シート３８を介して配設された台座３１の表面に渦電流が発生し、ジュール熱によって台座３１自体が自己発熱することになる。
また、坩堝２０の上方に配置されたカーボンヒータ１４に通電して発熱させる。
このカーボンヒータ１４からの熱と、自己発熱した台座３１からの熱によって、坩堝２０内のシリコン原料を溶解し、シリコン融液を生成する。

（凝固工程）
次いで、高周波加熱コイル３２の切替部３４のスイッチ部３４Ｃを他方の接点３４Ｂ側に変更する。すると、高周波加熱コイル３２の周縁領域３２Ｂの内周端と周縁領域３２Ｂの外周端とが電源を介して接続されることになり、高周波加熱コイル３２のうち周縁領域３２Ｂのみで通電されることになる。また、坩堝の上方に配設されたカーボンヒータ１４は、通電したままとしておく。このとき、断熱シート３８を抜き出しておいてもよい。

すると、坩堝２０の上部はカーボンヒータ１４からの熱で温度が維持されることになる。また、坩堝２０の下部は、高周波加熱コイル３２の中央領域３２Ａが通電されておらず、かつ、高周波加熱コイル３２の内部に冷却水が流通されていることから、熱が底面部２０Ａ側から放散されることになる。これにより、坩堝２０内部においては、底面部２０Ａ側から上方に向かうにしたがい温度が高くなるように温度勾配が設けられることになり、坩堝２０内のシリコン融液は、坩堝２０の底面部２０Ａ側から上方に向けて一方向凝固されることになる。
なお、高周波加熱コイル３２の周縁領域３２Ｂのみに通電を行っていることから、坩堝２０の底面部２０Ａの周縁部及び側壁部２０Ｂが加熱されることになる。これにより、側壁部２０Ｂ等からの熱の放散が抑制される。

（冷却工程）
次に、カーボンヒータ１４を停止し、坩堝２０内の多結晶シリコンインゴットを冷却する。このとき、高周波加熱コイル３２の通電を停止するとともに冷却水の流通を続行しておく。これにより、高周波加熱コイル３２の内部を流通する冷却水によって、坩堝２０内の多結晶シリコンインゴットの冷却を促進する。
このようにして、一方向凝固された多結晶シリコンインゴットが製出される。

以上のような構成とされた本実施形態である多結晶シリコンインゴットの製造装置１０及び製造方法によれば、高周波加熱コイル３２によって台座３１を自己発熱させ、この台座３１の熱を、効率的に坩堝２０の底面部２０Ａに伝達させることができ、坩堝内のシリコン原料の溶解を促進することができる。また、シリコン原料が溶解してシリコン融液が生成した場合、シリコン融液自体を自己発熱させることが可能となる。これにより、シリコン原料の溶解時間を大幅に短縮することができ、多結晶シリコンインゴットの生産効率の向上を図ることができる。また、シリコン原料の溶解に掛かる時間及び所要電力量を抑えることができ、多結晶シリコンインゴットの製造コストを大幅に削減することが可能となる。

また、冷却工程において、高周波加熱コイル３２内部に流動されている冷却水によって台座３１を冷却する構成としていることから、坩堝２０内の多結晶シリコンインゴットを効率的に冷却することが可能となる。
特に、本実施形態では、高周波加熱コイル３２と台座３１との間に、挿抜可能な断熱シート３８が介装されているので、冷却工程において、断熱シート３８を取り出すことによって、高周波加熱コイル３２内を流通する冷却水によって坩堝２０の底面部２０Ａからの熱放散を促進することができ、多結晶シリコンインゴットの冷却時間をさらに短縮することができる。また、凝固工程においても、底面部２０Ａからの熱の放散が促進されることで、凝固時間の短縮も図ることができる。
このように、シリコン原料の溶解時間及び多結晶シリコンインゴットの冷却時間を短縮することができ、多結晶シリコンインゴットの生産効率のさらなる向上を図ることができる。また、高周波加熱コイル３２に通電して台座３１を自己発熱させている場合には、断熱シート３８を介装させることによって、台座３１の熱から高周波加熱コイル３２を保護することができる。これにより、高周波加熱コイル３２の寿命延長を図ることができる。

さらに、高周波加熱コイル３２が、中央領域３２Ａと周縁領域３２Ｂの２つの領域に区画されており、周縁領域３２Ｂの外周端部分が電源３３の一方の電極に接続され、電源３３の他方の電極に切替部３４が接続されており、切替部３４の一方の接点３４Ａが中央領域３２Ａの内周端部分に接続され、切替部３４の他方の接点３４Ｂが周縁領域３２Ｂの内周端部分に接続されているので、中央領域３２Ａ及び周縁領域３２Ｂ、若しくは、周縁領域３２Ｂのみ、を選択して通電することができる。

よって、凝固工程において、周縁領域３２Ｂのみに通電して坩堝２０の底面部２０Ａの周縁部のみを加熱することにより、坩堝２０の底面部２０Ａの中央部分から熱を放散させるとともに周縁部分からの熱の放散を抑制することが可能となり、坩堝２０内のシリコン融液を底面部２０Ａ側から上方に向けて凝固させることができ、結晶性の高い多結晶シリコンインゴットを製出することが可能となる。

また、本実施形態では、高周波加熱コイル３２が、銅管を渦巻き状に配置して、外形が平板状をなすように構成されているので、高周波加熱コイル３２に通電することにより、台座３１の表面全体に渦電流を発生させることができ、台座３１を確実に、かつ、効率的に自己発熱させることが可能となる。また、この多結晶シリコンインゴットの製造装置１０の小型化を図ることができる。

次に、図３及び図４を用いて、本発明の第２の実施形態である多結晶シリコンインゴットの製造装置及び製造方法について説明する。

本実施形態である多結晶シリコンインゴット製造装置１１０は、内部空間を気密状態で保持可能なチャンバ１１１を備えており、このチャンバ１１１の内部空間に、有底筒状をなす坩堝１２０と、この坩堝１２０の上方に位置するカーボンヒータ１１４と、坩堝１２０の下方に位置する下部加熱部１３０と、坩堝１２０の外周を覆う断熱部材１１８と、が配設されている。

坩堝１２０は、石英ガラスで構成されており、底面部１２０Ａと、この底面部１２０Ａから立設された側壁部１２０Ｂと、を備えている。この坩堝１２０は、補強プレート１２１Ａと補強壁１２１Ｂとを備えた補強部材１２１によって補強されている。

下部加熱部１３０は、坩堝１２０が載置される台座１３１と、この台座１３１の下方側に配設された高周波加熱コイル１３２と、を備えている。
台座１３１は、例えばカーボンまたはシリコンカーバイド等で構成されており、略平板状をなすプレート部１３１Ａと、このプレート部１３１Ａの周縁部から立設した側筒部１３１Ｂとを備えており、万が一、シリコン融液が坩堝１２０から漏れ出した場合であっても、シリコン融液が高周波加熱コイル１３２へと達することがないように構成されているのである。
なお、この台座１３１、坩堝１２０及び補強部材１２１は、図示しない坩堝支持部材によって支持されている。

また、プレート部１３１Ａと高周波加熱コイル１３２との間には、断熱シート１３８が挿抜可能に配設されている。なお、断熱シート１３８は、高周波加熱コイル１３２に通電した場合であっても、渦電流が発生しない材質、例えばガラスウール等で構成されている。なお、本実施形態では、台座１３１のプレート部１３１Ａの厚さが、例えば７０〜１００ｍｍと比較的厚く形成されている。

高周波加熱コイル１３２は、銅管を渦巻き状に配設して形成されており、全体として平板状をなしている。この銅管の内部には、冷却媒体（冷却水）が流通される構成とされている。
そして、本実施形態では、高周波加熱コイル１３２は、コイル支持部材１３５によって支持されている。このコイル支持部材１３５は、昇降機能を有しており、坩堝１２０の底面部１２０Ａに対して、高周波加熱コイル１３２を近接離反させることが可能な構成とされている。

以下に、この多結晶シリコンインゴット製造装置１１０を用いた多結晶シリコンインゴットの製造方法について説明する。

（シリコン原料装入工程）
まず、坩堝１２０内に塊状のシリコン原料を装入する。ここで、シリコン原料としては、１１Ｎ（純度９９．９９９９９９９９９）の高純度シリコンを砕いて得られた「チャンク」と呼ばれる塊状のものが使用される。この塊状のシリコン原料の粒径は、例えば、３０ｍｍから１００ｍｍとされている。

（加熱溶融工程）
シリコン原料が装入された坩堝１２０を、台座１３１上に載置された補強部材１２１の中に収容する。このとき、台座１３１と高周波加熱コイル１３２との間には、断熱シート１３８が装入されている。
この状態で、高周波加熱コイル１３２に冷却水を流通させるとともに通電を行う。すると、断熱シート１３８を介して配設された台座１３１の表面に渦電流が発生し、ジュール熱によって台座１３１自体が自己発熱することになる。
また、坩堝１２０の上方に配置されたカーボンヒータ１１４に通電して発熱させる。
このカーボンヒータ１１４からの熱と、自己発熱した台座１３１からの熱によって、坩堝１２０内のシリコン原料を溶解し、シリコン融液を生成する。

（凝固工程）
次いで、高周波加熱コイル１３２への通電を停止する。また、高周波加熱コイル１３２内部では冷却水を流通させたままとする。そして、断熱シート１３８を抜き出すとともに、コイル支持部材１３５を上昇させて高周波加熱コイル１３２を台座１３１の下面に接触させる。
また、坩堝の上方に配設されたカーボンヒータ１１４は、通電したままとしておく。

すると、坩堝１２０の上部はカーボンヒータ１１４からの熱で温度が維持されることになる。また、冷却水が流通されている高周波加熱コイル１３２が台座１３１に接触されていることから、坩堝１２０の底面部１２０Ａが冷却されることになる。これにより、坩堝１２０内部においては、底面部１２０Ａ側から上方に向かうにしたがい温度が高くなるように温度勾配が設けられることになり、坩堝１２０内のシリコン融液は、坩堝１２０の底面部１２０Ａ側から上方に向けて一方向凝固されることになる。

（冷却工程）
次に、カーボンヒータ１１４を停止し、坩堝１２０内の多結晶シリコンインゴットを冷却する。このとき、高周波加熱コイル１３２の通電を停止するとともに冷却水の流通を続行しておく。これにより、高周波加熱コイル１３２の内部を流通する冷却水によって、坩堝１２０内の多結晶シリコンインゴットの冷却を促進する。
このようにして、一方向凝固された多結晶シリコンインゴットが製出される。

以上のような構成とされた本実施形態である多結晶シリコンインゴットの製造装置及び製造方法によれば、高周波加熱コイル１３２がコイル支持部材１３５によって支持されており、坩堝１２０の底面部１２０Ａに対して高周波加熱コイル１３２を近接離反させることが可能な構成とされているので、冷却工程において、冷却水が流通された高周波加熱コイル１３２を坩堝１２０の底面部１２０Ａに近接させるように、本実施形態では、台座１３１に高周波加熱コイル１３２が接触するように構成することで、坩堝１２０の冷却を効率良く行うことができる。これにより、坩堝１２０内の多結晶シリコンインゴットの冷却時間を大幅に短縮することができる。また、凝固工程においても、坩堝１２０の底面部１２０Ａからの熱の放散を促進することによって、凝固時間の短縮も図ることができる。

また、本実施形態では、台座１３１のプレート部１３１Ａの厚さが、例えば７０〜１００ｍｍと比較的厚く形成されているので、加熱溶融工程において、プレート部１３１Ａによって熱が面方向に広がり、坩堝１２０の底面部１２０Ａを均一に、かつ、効率的に加熱することができる。

以上、本発明の実施形態である多結晶シリコンインゴットの製造装置及び多結晶シリコンインゴットの製造方法について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、１１Ｎの高純度シリコンであって、粒径３０ｍｍから１００ｍｍの塊状のシリコン原料を用いたもので説明したが、これに限定されることはなく、粒径、純度等は適宜選択することが好ましい。

また、チャンバ、カーボンヒータ、断熱部材等の形状や構造は、本実施形態に限定されることはなく、適宜設計変更することができる。
さらに、高周波加熱コイル（誘導加熱コイル）を渦巻き状に形成したものとして説明したが、これに限定されることはなく、他の形状に配設してもよい。
また、高周波加熱コイル（誘導加熱コイル）を、台座の下側に配置したもので説明したが、この台座を誘導加熱できれば、高周波加熱コイル（誘導加熱コイル）の配置に制限はない。

１０、１１０ 多結晶シリコンインゴット製造装置
１４、１１４ カーボンヒータ（上部加熱部）
２０、１２０ 坩堝
２０Ａ、１２０Ａ 底面部
３０、１３０ 下部加熱部
３１、１３１ 台座
３２、１３２ 高周波加熱コイル（誘導加熱コイル）

Claims (8)

1. 坩堝内に装入されたシリコン原料を溶解してシリコン融液を生成し、このシリコン融液を凝固させて多結晶シリコンのインゴットを製出する多結晶シリコンインゴットの製造装置であって、
   有底筒状をなす坩堝と、前記坩堝の上方側に配置された上部加熱部と、前記坩堝の下方側に配置された下部加熱部と、を備え、
   前記下部加熱部は、前記坩堝が載置される台座と、誘導加熱コイルと、を有し、前記誘導加熱コイルによって前記台座に電流を発生させ、前記台座を自己発熱させる構成とされていることを特徴とする多結晶シリコンインゴットの製造装置
2. 前記誘導加熱コイルは、その外形が平板状をなし、前記台座の下側に配設されていることを特徴とする請求項１に記載の多結晶シリコンインゴットの製造装置。
3. 前記誘導加熱コイルと前記台座との間には、挿抜可能な断熱シートが介装されていることを特徴とする請求項２に記載の多結晶シリコンインゴットの製造装置。
4. 前記誘導加熱コイルを前記坩堝の底面に対して近接離反させるコイル昇降部が設けられていることを特徴とする請求項２又は請求項３のいずれか一項に記載の多結晶シリコンインゴットの製造装置。
5. 前記誘導加熱コイルは、前記坩堝の底面の中央部分を加熱する中央部加熱領域と、前記坩堝の底面の周縁部分を加熱する周縁部加熱領域と、を有し、
   前記中央部加熱領域及び前記周縁部加熱領域に対して、通電をそれぞれ選択して行うことが可能な構成とされていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の多結晶シリコンインゴットの製造装置。
6. 坩堝内に装入されたシリコン原料を溶解してシリコン融液を生成し、このシリコン融液を凝固させて多結晶シリコンのインゴットを製出する多結晶シリコンインゴットの製造方法であって、
   前記坩堝内にシリコン原料を装入するシリコン原料装入工程と、
   前記坩堝の上方側に配置された上部加熱部と、前記坩堝の下方側に配置されるとともに前記坩堝が載置される台座と誘導加熱コイルとを有する下部加熱部と、によって、前記坩堝内のシリコン原料を溶解してシリコン融液を生成する加熱溶融工程と、
   前記上部加熱部で上方を保温しつつ前記坩堝の底面側から冷却し、前記シリコン融液を前記坩堝内で一方向凝固させる凝固工程と、前記坩堝内の多結晶シリコンインゴットを冷却する冷却工程と、を有し、
   前記加熱溶融工程では、前記誘導加熱コイルによって前記台座に電流を発生させ、前記台座を自己発熱させ、前記坩堝を加熱する構成とされていることを特徴とする多結晶シリコンインゴットの製造方法。
7. 前記冷却工程では、前記誘導加熱コイル内部に流動されている冷却媒体によって前記台座を冷却することを特徴とする請求項６に記載の多結晶シリコンインゴットの製造方法。
8. 前記誘導加熱コイルは、前記坩堝の底面の中央部分を加熱する中央部加熱領域と、前記坩堝の底面の周縁部分を加熱する周縁部加熱領域と、を有し、
   前記凝固工程において、前記する周縁部加熱領域のみに通電することにより、前記坩堝の周縁からの抜熱を防止することを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の多結晶シリコンインゴットの製造方法。

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