シリコンの溶解方法、シリコン溶解装置及びシリコン単結晶製造装置
【課題】改良された予備加熱機構を用いてシリコン原料を予備加熱した後、誘導加熱によってシリコン原料を溶解させる。
【解決手段】シリコン原料２を収容する溶解容器１１と、シリコン原料２を取り囲む筒状の予備加熱機構１４と、予備加熱機構１４の周囲に巻回された誘導コイル１２と、誘導コイル１２に交流電流を供給する電源回路１３と、予備加熱機構の着脱を行う着脱機構１５とを備えている。そして、予備加熱機構１４を取り付けた状態で誘導コイル１２に交流電流を流すことによりシリコン原料２を予備加熱した後、予備加熱機構１４を取り外した状態で誘導コイル１２に交流電流を流すことにより、予備加熱されたシリコン原料２を誘導加熱する。これにより、シリコン原料２を誘導加熱する前に効率よく予備加熱を行うことが可能となる。
【解決手段】シリコン原料２を収容する溶解容器１１と、シリコン原料２を取り囲む筒状の予備加熱機構１４と、予備加熱機構１４の周囲に巻回された誘導コイル１２と、誘導コイル１２に交流電流を供給する電源回路１３と、予備加熱機構の着脱を行う着脱機構１５とを備えている。そして、予備加熱機構１４を取り付けた状態で誘導コイル１２に交流電流を流すことによりシリコン原料２を予備加熱した後、予備加熱機構１４を取り外した状態で誘導コイル１２に交流電流を流すことにより、予備加熱されたシリコン原料２を誘導加熱する。これにより、シリコン原料２を誘導加熱する前に効率よく予備加熱を行うことが可能となる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はシリコンの溶解方法及びシリコン溶解装置に関し、特に、シリコン原料を誘導加熱によって溶融させる方法及び装置に関する。また、本発明はこのようシリコン溶解装置を用いたシリコン単結晶製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
チョクラルスキー法（ＣＺ法）を用いたシリコン単結晶の製造においては、石英ガラスルツボ内のシリコン融液に種結晶を浸漬し、ルツボを回転させながら徐々にシリコン単結晶を引き上げる。シリコン融液を得る方法としては、ルツボ内にシリコン原料（ポリシリコン）を充填し、ルツボの周囲に配置されたヒータの輻射熱によって加熱する方法が一般的である。しかしながら、輻射熱による加熱ではシリコン原料の加熱が間接的であることから、高い加熱効率を得ることは困難である。
【０００３】
これに対し、被加熱体を直接加熱する方法として誘導加熱が知られている。誘導加熱とは、被加熱体の周囲に巻回した誘導コイルに交流電流を流すことによって被加熱体に交流磁束を通過させ、内部で発生する密度の高い渦電流によって被加熱体を自己加熱させる方法である。したがって、シリコン原料を溶解させる方法として誘導加熱を利用すれば、シリコン融液を効率よく生成できるものと考えられる（特許文献１〜６参照）。
【０００４】
しかしながら、シリコンの抵抗率は温度依存性が大きく、室温では高抵抗である。このため、室温で誘導コイルに交流電流を流しても、シリコンには誘導電流が発生せず、自己加熱しない。このため、予備加熱によってシリコンをある程度の温度まで加熱し、その後、誘導加熱を行う必要がある。特許文献１では、棒状のカーボン発熱体をるつぼ内に挿入し、カーボン発熱体を誘導加熱することにより生じる輻射熱でシリコンを予備加熱する方法が記載されている。
【特許文献１】特開平１１−１３０５８１号公報
【特許文献２】特開平１１−１８０７９８号公報
【特許文献３】特開２００１−１９５９３号公報
【特許文献４】特開２００１−１９５９４号公報
【特許文献５】特開平５−１５９５０号公報
【特許文献６】特開平５−１８６７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載されたカーボン発熱体は、棒状であることから誘導コイルとカーボン発熱体との距離が遠くなり、その結果、十分な予備加熱ができないという問題がある。また、棒状のカーボン発熱体をルツボ内に挿入する必要があることから、その分シリコン原料のチャージ量が減少するという問題もある。さらに、シリコン原料とカーボン発熱体との接触を避けるためには、カーボン発熱体をシリカ製容器に収容する必要もあり、構造が複雑となる。
【０００６】
しかも、特許文献１に記載された装置は、シリコン原料が導電性材料からなる水冷ルツボで覆われていることから、中央部のカーボン発熱体によって予備加熱されたシリコン原料が外側から冷却されてしまう。このため、高い加熱効率を得ることは困難である。
【０００７】
したがって、本発明の目的は、改良された予備加熱機構を用いてシリコン原料を予備加熱した後、誘導加熱によって溶解させることが可能なシリコンの溶解方法及びシリコン溶解装置を提供することである。
【０００８】
また、本発明の他の目的は、シリコン融液を誘導加熱によって得る改良されたシリコン単結晶製造装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明によるシリコンの溶解方法は、筒状の予備加熱機構によってシリコン原料を取り囲んだ状態で誘導コイルに交流電流を流すことにより、シリコン原料を予備加熱する予備加熱工程と、予備加熱機構を前記シリコン原料の周囲から取り外した状態で誘導コイルに交流電流を流すことにより、予備加熱されたシリコン原料を誘導加熱する誘導加熱工程と、を備えることを特徴とする。また、本発明によるシリコン融解装置は、シリコン原料を収容する溶解容器と、シリコン原料を取り囲む筒状の予備加熱機構と、予備加熱機構の周囲に巻回された誘導コイルと、誘導コイルに交流電流を供給する電源回路と、予備加熱機構の着脱を行う着脱機構と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
本発明によれば、筒状の予備加熱機構を用いていることから、誘導コイルと予備加熱機構との距離を近づけることができる。このため、予備加熱機構を効率的に誘導加熱することが可能となる。しかも、シリコン原料が外周側から予備加熱されるため、保温性の高い状態で予備加熱を行うことが可能となる。
【００１１】
本発明においては、シリコン原料を収容する溶解容器の外周を取り囲むように予備加熱機構を配置することが好ましい。これによれば、シリコン原料と予備加熱機構とが接しないことから、シリコン原料の汚染を防止することができる。しかも、予備加熱機構が溶解容器の外部に配置されることから、シリコン原料のチャージ量が減少することもない。
【００１２】
本発明においては、交流電流の周波数を１００ｋＨｚ以上、２ＭＨｚ未満とすることが好ましい。これによれば、シリコン原料を誘導加熱によって効率よく溶解させることが可能となる。しかも、誘導コイルが放電を起こす危険性も少ないため、放電の発生による電源回路などの停止などもほとんど無く、作業効率を高めることも可能となる。
【００１３】
本発明においては、交流電流の周波数を１００ｋＨｚ以上、３００ｋＨｚ未満とすることが好ましい。これによれば、シリコン原料に浸透する電流の深さが最適となることから、より効率よくシリコン原料を全融させることが可能となる。また、交流電流の周波数を上記の範囲に設定すれば、誘導コイルが放電を起こすことはほとんど無くなる。
【００１４】
また、本発明によるシリコン単結晶製造装置は、上記のシリコン溶解装置と、溶融容器内のシリコン融液を石英ルツボに供給する供給機構と、石英ルツボ内のシリコン融液からシリコン単結晶を引き上げる引き上げ機構とを備えることを特徴とする。本発明によれば、効率よくシリコン融液を生成することができることから、シリコン単結晶の製造効率を高めることが可能となる。
【００１５】
この場合、供給機構は引き上げ機構によるシリコン単結晶の引き上げ中にシリコン融液を石英ルツボに追加供給するものであることが好ましい。これによれば、石英ルツボにシリコン融液を効率よく連続的に供給できることから、サイクルタイムのさらなる短縮及び製造コストのさらなる低減を図ることが可能となる。
【発明の効果】
【００１６】
このように、本発明によれば、シリコン原料を誘導加熱する前に、効率よく予備加熱を行うことが可能となる。また、このようにして得られたシリコン融液を石英ルツボに供給することにより、シリコン単結晶の製造効率を高めることも可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。
【００１８】
図１は、本発明の好ましい実施形態によるシリコン溶解装置の構成を示す模式図である。
【００１９】
図１に示すように、本実施形態によるシリコン溶解装置１０は、シリコン原料２が収容される溶解容器１１と、溶解容器１１の周囲に巻回された誘導コイル１２と、誘導コイル１２に交流電流を供給する電源回路１３と、シリコン原料２を予備加熱する予備加熱機構１４と、予備加熱機構１４の着脱を行う着脱機構１５とを備えている。
【００２０】
溶解容器１１は、シリコン原料２を収容し、予備加熱機構１４による予備加熱及び誘導コイル１２による誘導加熱によって溶解したシリコン融液を保持するための容器である。溶解容器１１の材料は、耐熱性及び絶縁性を有しシリコン融液との反応性の低い材料であれば特に限定されないが、石英ガラスを用いることが特に好ましい。
【００２１】
誘導コイル１２は、溶解容器１１に充填されたシリコン原料２又は予備加熱機構１４を誘導加熱するためのコイルであり、溶解容器１１の周囲に巻回されている。誘導コイル１２の一端及び他端は電源回路１３に接続されており、電源回路１３から交流電流が供給されると誘導加熱を行う。電源回路１３は、供給する電力量及び周波数の切り替えが可能に構成されている。
【００２２】
予備加熱機構１４は、輻射熱によって溶解容器１１に収容されたシリコン原料２を予備加熱するための機構であり、本実施形態では溶解容器１１の外周を取り囲む筒状部材によって構成されている。筒状部材の材料としては、耐熱性及び導電性の高い材料を用いる必要があり、カーボン材料を用いることが特に好ましい。本実施形態のように、溶解容器１１の外周を取り囲む筒状部材によって予備加熱機構１４を構成すれば、シリコン原料２と予備加熱機構１４とが直接接しないことから、シリコン原料２に混入する不純物を低減することが可能となる。
【００２３】
予備加熱機構１４は、着脱機構１５によって溶解容器１１から着脱可能に構成されている。図１に示すように、着脱機構１５によって予備加熱機構１４が装着された状態においては、誘導コイル１２とシリコン原料２との間に予備加熱機構１４が位置する。このため、この状態で誘導コイル１２に交流電流を流すと、予備加熱機構１４が誘導加熱され、これによって生じる輻射熱によってシリコン原料２が間接的に加熱される。一方、図２に示すように、着脱機構１５によって予備加熱機構１４が取り外された状態においては、誘導コイル１２とシリコン原料２との間に予備加熱機構１４が存在しないことから、この状態で誘導コイル１２に交流電流を流すと、シリコン原料２が誘導加熱される。
【００２４】
次に、本実施形態によるシリコン溶解装置１０を用いたシリコンの溶解方法について説明する。
【００２５】
図３は、本実施形態によるシリコンの溶解方法を説明するためのフローチャートである。
【００２６】
まず、溶解容器１１にシリコン原料２を充填する（ステップＳ１）。充填するシリコン原料２の形状やサイズについては特に限定されないが、後述するステップＳ５の誘導加熱において効率よく加熱を行うためには、個々のチップ原料の最大長が２ｍｍ以上、１００ｍｍ未満であることが好ましい。これは、２ｍｍ未満であると誘導電流の浸透深さからチップ原料にパワーが入らず高周波溶解ができないからだからであり、１００ｍｍ以上であると原料内部に大きな熱応力が生じて割れる可能性があるからである。
【００２７】
シリコン原料２を溶解容器１１に充填した後、予備加熱機構１４を装着した状態で誘導コイル１２に交流電流を流す。その結果、予備加熱機構１４が誘導加熱され、これによって生じる輻射熱によりシリコン原料２が予備加熱される（ステップＳ２）。予備加熱時における電力量及び周波数は、シリコン原料２の重量及び予備加熱機構１４を構成する筒状部材の材料によって定められ、例えばシリコン原料２の重量が１．５ｋｇであり、予備加熱機構１４を構成する筒状部材がカーボン材料からなる場合には、２５ｋＷ、１００〜２００ｋＨｚの範囲に設定することが好ましい。
【００２８】
予備加熱によってシリコン原料２が所定の温度に達した後（ステップＳ３：ＹＥＳ）、着脱機構１５を用いて予備加熱機構１４を取り外す（ステップＳ４）。これによりシリコン原料２が直接誘導加熱され、融点まで上昇する（ステップＳ５）。誘導加熱は、輻射熱による加熱と比べて重量に対する溶解速度が非常に速いため、シリコン原料２を効率よく全融させることが可能となる。
【００２９】
予備加熱機構１４を取り外すための「所定の温度」については特に限定されないが、７００℃以上、８００℃以下の範囲に設定することが好ましい。これは、７００℃未満ではシリコン原料２の電気抵抗が十分に下がっておらず、シリコン原料２を効率よく誘導加熱することが困難だからであり、８００℃を超える場合には輻射熱による加熱よりも誘導加熱の方が効率よくシリコン原料２を加熱できるからである。
【００３０】
また、シリコン原料２を誘導加熱する際の周波数は、１００ｋＨｚ以上、２ＭＨｚ未満とすることが好ましい。これは、周波数を１００ｋＨｚ未満に設定すると加熱効率が低下するからであり、また、周波数を２ＭＨｚ以上に設定すると誘導コイル１２が放電を起こす確率が高まるからである。誘導コイル１２に放電が発生すると、電源回路１３に含まれる安全装置が作動し、一時的に電力の供給が停止することから溶解作業が中断してしまう。これに対し、誘導コイル１２に流す交流電流の周波数を１００ｋＨｚ以上、２ＭＨｚ未満に設定すれば、放電の発生を防止しつつ、効率よくシリコン原料２を加熱することが可能となる。
【００３１】
シリコン原料２を誘導加熱する際の周波数は、１００ｋＨｚ以上、３００ｋＨｚ未満とすることが特に好ましい。これは、周波数が高くなるほど電流浸透深さが浅くなることから、被加熱体がシリコンである場合には周波数を１００ｋＨｚ以上、３００ｋＨｚ未満に設定することにより、非常に効率よく全融させることが可能となるからである。しかも、交流電流の周波数をこの範囲に設定すれば、誘導コイル１２が放電を起こす可能性もほとんど無くなる。尚、大気圧下では、３００ｋＨｚ以上、２ＭＨｚ未満の周波数範囲においても誘導コイル１２が放電を起こす確率は高くないが、実際にシリコン単結晶を製造するためにシリコン融液を生成する場合には、減圧下で加熱作業が行われることが多く、このような減圧環境下においても確実に放電の発生を防止するためには、周波数を１００ｋＨｚ以上、３００ｋＨｚ未満の範囲に設定することが望ましい。
【００３２】
一方、シリコン原料２を誘導加熱する際の電力量は、溶解させるシリコン原料２の重量によって定められ、例えばシリコン原料２の重量が１．５ｋｇであれば、１５〜３０ｋＷの範囲に設定することが好ましい。シリコン原料２を誘導加熱する際に必要となる電力量は、周波数が１００ｋＨｚ以上、３００ｋＨｚ未満の範囲において低い周波数であるほど少なくなる。また、周波数を高くすると、溶解容器１１の上部でブリッジが形成されることがあり、シリコン原料２を上部から連続的に供給する場合にはこれが問題となり得る。これらの点を考慮すれば、シリコン原料２を誘導加熱する際の周波数は１００ｋＨｚ以上、１５０ｋＨｚ以下とすることが特に好ましい。
【００３３】
以上のプロセスにより溶解容器１１内のシリコン原料２が全融し、シリコン融液を得ることができる。このように、本実施形態によるシリコンの溶解方法によれば、まず予備加熱機構１４からの輻射熱によってシリコン原料２を予備加熱し、これによりシリコン原料２が所定の温度まで加熱されてからシリコン原料２への直接的な誘導加熱を行っていることから、効率よくシリコン融液を生成することが可能となる。
【００３４】
しかも、予備加熱機構１４が筒状であることから、誘導コイル１２と予備加熱機構１４との近接させることができる。このため、予備加熱機構１４効率的に誘導加熱することが可能となる。しかも、シリコン原料２が外周側から予備加熱されるため、保温性の高い状態で予備加熱を行うことも可能となる。さらに、本実施形態では、溶解容器１１の外周を取り囲むように予備加熱機構１４を配置していることから、シリコン原料２と予備加熱機構１４とが接することがなく、シリコン原料２の汚染を防止することができる。しかも、予備加熱機構１４が溶解容器１１の外部に配置されることから、シリコン原料２のチャージ量が減少することもない。
【００３５】
本実施形態によるシリコン溶解装置１０は、連続ＣＺ法によるシリコン単結晶の引き上げが可能なシリコン単結晶製造装置に用いることが好適である。
【００３６】
図４は、連続ＣＺ法によるシリコン単結晶の引き上げが可能なシリコン単結晶製造装置２０の構成を示す模式図である。
【００３７】
図４に示すシリコン単結晶製造装置２０では、シリコン融液４を収容する石英ルツボ２１がチャンバ２２の内部に設けられている。この石英ルツボ２１の外周面および外底面はグラファイトサセプタ２３により保持される。グラファイトサセプタ２３は鉛直方向に平行な支持軸２４の上端に固定され、この支持軸２４を介して石英ルツボ２１を回転させるとともに、上下方向に移動できるように構成されている。
【００３８】
石英ルツボ２１およびグラファイトサセプタ２３の外周面はヒータ２５により囲繞され、このヒータ２５はさらに保温筒２６により包囲される。シリコン単結晶の育成における原料溶解の過程では、ヒータ２５の加熱により石英ルツボ２１内に充填された高純度の多結晶シリコン原料が加熱、溶解されてシリコン融液４になる。
【００３９】
一方、チャンバ２２の上端部には引き上げ機構２７が設けられる。この引き上げ機構２７には石英ルツボ２１の回転中心に向かって垂下されたワイヤケーブル２８が取り付けられ、ワイヤケーブル２８を巻き取りまたは繰り出す引上げ用モータ（図示せず）が配備される。ワイヤケーブル２８の下端には種結晶８が取り付けられる。
【００４０】
育成中のシリコン単結晶６を囲繞するように、シリコン単結晶６と保温筒２６との間に円筒状の熱遮蔽部材２９が設けられる。この熱遮蔽部材２９はコーン部２９ａとフランジ部２９ｂとからなり、このフランジ部２９ｂを保温筒２６に取り付けることにより熱遮蔽部材２９が所定位置に配置される。
【００４１】
図４に示すシリコン単結晶製造装置２０は、上述したシリコン溶解装置１０をさらに備え、これによって石英ルツボ２１へのシリコン融液４の追加供給が可能とされている。シリコン溶解装置１０によって生成されたシリコン融液４は、供給機構３０を介して石英ルツボ２１に供給される。供給機構３０は、引き上げ機構２７によるシリコン単結晶６の引き上げ中にシリコン融液４を石英ルツボ２１に追加供給することができ、これにより、シリコン単結晶６の連続的な引き上げが可能とされている。供給機構３０は配管を有しており、配管へのシリコン融液４の供給は、溶解容器１１の上部に設けた堰の上下動や、溶解容器１１の傾転により行うことができる。また、溶解容器１１の底部に配管を接続し、密閉したチャンバ２２中の雰囲気の圧力を調整することによっても行うことができる。
【００４２】
連続ＣＺ法においてシリコン融液４を追加供給するためには、シリコン原料２を高速に溶解させる必要があるが、本実施形態によるシリコン溶解装置１０を用いることによりこれを実現することが可能となる。
【００４３】
以上、本発明の好ましい実施の形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を加えることが可能であり、それらも本発明に包含されるものであることは言うまでもない。
【００４４】
例えば上記実施形態では、シリコン溶解装置１０の用途として、連続ＣＺ法において追加供給するシリコン融液の生成に用いた例を示したが、本発明によるシリコン溶解装置の用途がこれに限定されるものではない。したがって、シリコン単結晶の引き上げにおいて初期チャージのシリコン原料２をあらかじめシリコン溶解装置１０によって溶解させ、得られたシリコン融液を石英ルツボに移し替えるといった用途に用いることも可能である。このような用途は、近年のシリコン単結晶及び石英ルツボの大型化に伴って生じる大チャージ化の問題を解決する方法の一つとして有望であると考えられる。
【００４５】
また、上記実施形態では、予備加熱機構１４を構成する筒状部材を溶解容器１１の外周部分に配置したが、図５に示すように、予備加熱機構１４を溶解容器１１の内部に配置しても構わない。これによれば、予備加熱効率を高めることが可能となる。
【実施例】
【００４６】
図５に示す構成を有するシリコン溶解装置を用意した。溶解容器１１としては、内径１５０ｍｍ、外径１８０ｍｍ、高さ１８０ｍｍの石英蓋つき石英円筒容器を用い、これを耐熱レンガ上に載置した。予備加熱機構１４としては、厚さ８ｍｍのカーボン製の筒状部材（カーボン筒）を用い、これを溶解容器１１内に配置した。
【００４７】
次に、カーボン筒に囲まれた領域にチップ上の多結晶シリコン原料２を１．５ｋｇ充填した。シリコン原料２の平均直径サイズは２０ｍｍとした。さらに加熱中の断熱性を確保するため、厚さ３５ｍｍの断熱材１６を容器全体に巻きつけた。誘導コイル１２は６ターンとした。また、白金熱電対を溶解容器１１に挿入し、シリコン原料２の温度を直接測定可能とした。
【００４８】
以上の準備が整った後、誘導コイル１２に交流電流を流すことによってカーボン筒を誘導加熱し、その輻射熱によってシリコン原料２を加熱した。交流電流の周波数は１６０ｋＨｚ、電力は２５ｋＷとした。尚、シリコン原料２の加熱中は、常にアルゴン（Ａｒ）ガスを溶解容器１１内に導入し、これによってシリコン表層の酸化を抑制した。
【００４９】
カーボン筒からの輻射熱によってシリコン原料２が７５０℃に加熱された時点で、カーボン筒を溶解容器１１から取り出し、これによってシリコン原料２を直接誘導加熱した。シリコン原料２の誘導加熱においては、交流電流の周波数を２０ｋＨｚ〜１５０ｋＨｚまでの範囲において１０ｋＨｚ刻みで種々の周波数を印加し、周波数ごとに溶解状況を観察した。結果を図６に示す。図６の縦軸は、シリコンの全量に対する融液の割合を示している。したがって、全融状態が１である。
【００５０】
図６に示すように、周波数が２０ｋＨｚ〜９０ｋＨｚの範囲では溶解割合が０．５未満であったが、１００ｋＨｚ〜１５０ｋＨｚの範囲では溶解割合がほぼ１であった。このように、シリコン原料２の溶解割合は１００ｋＨｚを境に顕著に変化することが確認された。
【００５１】
また、シリコン原料２の誘導加熱においては、交流電流の周波数を５０ｋＨｚ及び１００ｋＨｚ〜２．５ＭＨｚまでの範囲において１００ｋＨｚ刻みで種々の周波数を印加し、周波数ごとに放電の発生頻度をカウントする実験も行った。実験の結果を図７に示す。
【００５２】
図７に示すように、２ＭＨｚ未満の範囲では放電の発生頻度が非常に少なく（０回〜２回）、特に、３００ｋＨｚ未満の範囲では放電は観測されなかった。これに対し、２ＭＨｚ以上の範囲では１０回以上の放電が発生した。このように、放電の発生頻度は２ＭＨｚを境に顕著に変化することが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の好ましい実施形態によるシリコン溶解装置１０の構成を示す模式図である。
【図２】着脱機構１５によって予備加熱機構１４が取り外された状態を示す図である。
【図３】本発明の好ましい実施形態によるシリコンの溶解方法を説明するためのフローチャートである。
【図４】本発明の好ましい実施形態によるシリコン単結晶製造装置２０の構成を示す模式図である。
【図５】変形例によるシリコン溶解装置の構成を示す模式図である。
【図６】交流電流の周波数と溶解割合との関係を示すグラフである。
【図７】交流電流の周波数と放電頻度との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５４】
２ シリコン原料
４ シリコン融液
６ シリコン単結晶
８ 種結晶
１０ シリコン溶解装置
１１ 溶解容器
１２ 誘導コイル
１３ 電源回路
１４ 予備加熱機構
１５ 着脱機構
１６ 断熱材
２０ シリコン単結晶製造装置
２１ 石英ルツボ
２２ チャンバ
２３ グラファイトサセプタ
２４ 支持軸
２５ ヒータ
２６ 保温筒
２７ 引き上げ機構
２８ ワイヤケーブル
２９ 熱遮蔽部材
２９ａ コーン部
２９ｂ フランジ部
３０ 供給機構
【技術分野】
【０００１】
本発明はシリコンの溶解方法及びシリコン溶解装置に関し、特に、シリコン原料を誘導加熱によって溶融させる方法及び装置に関する。また、本発明はこのようシリコン溶解装置を用いたシリコン単結晶製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
チョクラルスキー法（ＣＺ法）を用いたシリコン単結晶の製造においては、石英ガラスルツボ内のシリコン融液に種結晶を浸漬し、ルツボを回転させながら徐々にシリコン単結晶を引き上げる。シリコン融液を得る方法としては、ルツボ内にシリコン原料（ポリシリコン）を充填し、ルツボの周囲に配置されたヒータの輻射熱によって加熱する方法が一般的である。しかしながら、輻射熱による加熱ではシリコン原料の加熱が間接的であることから、高い加熱効率を得ることは困難である。
【０００３】
これに対し、被加熱体を直接加熱する方法として誘導加熱が知られている。誘導加熱とは、被加熱体の周囲に巻回した誘導コイルに交流電流を流すことによって被加熱体に交流磁束を通過させ、内部で発生する密度の高い渦電流によって被加熱体を自己加熱させる方法である。したがって、シリコン原料を溶解させる方法として誘導加熱を利用すれば、シリコン融液を効率よく生成できるものと考えられる（特許文献１〜６参照）。
【０００４】
しかしながら、シリコンの抵抗率は温度依存性が大きく、室温では高抵抗である。このため、室温で誘導コイルに交流電流を流しても、シリコンには誘導電流が発生せず、自己加熱しない。このため、予備加熱によってシリコンをある程度の温度まで加熱し、その後、誘導加熱を行う必要がある。特許文献１では、棒状のカーボン発熱体をるつぼ内に挿入し、カーボン発熱体を誘導加熱することにより生じる輻射熱でシリコンを予備加熱する方法が記載されている。
【特許文献１】特開平１１−１３０５８１号公報
【特許文献２】特開平１１−１８０７９８号公報
【特許文献３】特開２００１−１９５９３号公報
【特許文献４】特開２００１−１９５９４号公報
【特許文献５】特開平５−１５９５０号公報
【特許文献６】特開平５−１８６７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載されたカーボン発熱体は、棒状であることから誘導コイルとカーボン発熱体との距離が遠くなり、その結果、十分な予備加熱ができないという問題がある。また、棒状のカーボン発熱体をルツボ内に挿入する必要があることから、その分シリコン原料のチャージ量が減少するという問題もある。さらに、シリコン原料とカーボン発熱体との接触を避けるためには、カーボン発熱体をシリカ製容器に収容する必要もあり、構造が複雑となる。
【０００６】
しかも、特許文献１に記載された装置は、シリコン原料が導電性材料からなる水冷ルツボで覆われていることから、中央部のカーボン発熱体によって予備加熱されたシリコン原料が外側から冷却されてしまう。このため、高い加熱効率を得ることは困難である。
【０００７】
したがって、本発明の目的は、改良された予備加熱機構を用いてシリコン原料を予備加熱した後、誘導加熱によって溶解させることが可能なシリコンの溶解方法及びシリコン溶解装置を提供することである。
【０００８】
また、本発明の他の目的は、シリコン融液を誘導加熱によって得る改良されたシリコン単結晶製造装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明によるシリコンの溶解方法は、筒状の予備加熱機構によってシリコン原料を取り囲んだ状態で誘導コイルに交流電流を流すことにより、シリコン原料を予備加熱する予備加熱工程と、予備加熱機構を前記シリコン原料の周囲から取り外した状態で誘導コイルに交流電流を流すことにより、予備加熱されたシリコン原料を誘導加熱する誘導加熱工程と、を備えることを特徴とする。また、本発明によるシリコン融解装置は、シリコン原料を収容する溶解容器と、シリコン原料を取り囲む筒状の予備加熱機構と、予備加熱機構の周囲に巻回された誘導コイルと、誘導コイルに交流電流を供給する電源回路と、予備加熱機構の着脱を行う着脱機構と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
本発明によれば、筒状の予備加熱機構を用いていることから、誘導コイルと予備加熱機構との距離を近づけることができる。このため、予備加熱機構を効率的に誘導加熱することが可能となる。しかも、シリコン原料が外周側から予備加熱されるため、保温性の高い状態で予備加熱を行うことが可能となる。
【００１１】
本発明においては、シリコン原料を収容する溶解容器の外周を取り囲むように予備加熱機構を配置することが好ましい。これによれば、シリコン原料と予備加熱機構とが接しないことから、シリコン原料の汚染を防止することができる。しかも、予備加熱機構が溶解容器の外部に配置されることから、シリコン原料のチャージ量が減少することもない。
【００１２】
本発明においては、交流電流の周波数を１００ｋＨｚ以上、２ＭＨｚ未満とすることが好ましい。これによれば、シリコン原料を誘導加熱によって効率よく溶解させることが可能となる。しかも、誘導コイルが放電を起こす危険性も少ないため、放電の発生による電源回路などの停止などもほとんど無く、作業効率を高めることも可能となる。
【００１３】
本発明においては、交流電流の周波数を１００ｋＨｚ以上、３００ｋＨｚ未満とすることが好ましい。これによれば、シリコン原料に浸透する電流の深さが最適となることから、より効率よくシリコン原料を全融させることが可能となる。また、交流電流の周波数を上記の範囲に設定すれば、誘導コイルが放電を起こすことはほとんど無くなる。
【００１４】
また、本発明によるシリコン単結晶製造装置は、上記のシリコン溶解装置と、溶融容器内のシリコン融液を石英ルツボに供給する供給機構と、石英ルツボ内のシリコン融液からシリコン単結晶を引き上げる引き上げ機構とを備えることを特徴とする。本発明によれば、効率よくシリコン融液を生成することができることから、シリコン単結晶の製造効率を高めることが可能となる。
【００１５】
この場合、供給機構は引き上げ機構によるシリコン単結晶の引き上げ中にシリコン融液を石英ルツボに追加供給するものであることが好ましい。これによれば、石英ルツボにシリコン融液を効率よく連続的に供給できることから、サイクルタイムのさらなる短縮及び製造コストのさらなる低減を図ることが可能となる。
【発明の効果】
【００１６】
このように、本発明によれば、シリコン原料を誘導加熱する前に、効率よく予備加熱を行うことが可能となる。また、このようにして得られたシリコン融液を石英ルツボに供給することにより、シリコン単結晶の製造効率を高めることも可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。
【００１８】
図１は、本発明の好ましい実施形態によるシリコン溶解装置の構成を示す模式図である。
【００１９】
図１に示すように、本実施形態によるシリコン溶解装置１０は、シリコン原料２が収容される溶解容器１１と、溶解容器１１の周囲に巻回された誘導コイル１２と、誘導コイル１２に交流電流を供給する電源回路１３と、シリコン原料２を予備加熱する予備加熱機構１４と、予備加熱機構１４の着脱を行う着脱機構１５とを備えている。
【００２０】
溶解容器１１は、シリコン原料２を収容し、予備加熱機構１４による予備加熱及び誘導コイル１２による誘導加熱によって溶解したシリコン融液を保持するための容器である。溶解容器１１の材料は、耐熱性及び絶縁性を有しシリコン融液との反応性の低い材料であれば特に限定されないが、石英ガラスを用いることが特に好ましい。
【００２１】
誘導コイル１２は、溶解容器１１に充填されたシリコン原料２又は予備加熱機構１４を誘導加熱するためのコイルであり、溶解容器１１の周囲に巻回されている。誘導コイル１２の一端及び他端は電源回路１３に接続されており、電源回路１３から交流電流が供給されると誘導加熱を行う。電源回路１３は、供給する電力量及び周波数の切り替えが可能に構成されている。
【００２２】
予備加熱機構１４は、輻射熱によって溶解容器１１に収容されたシリコン原料２を予備加熱するための機構であり、本実施形態では溶解容器１１の外周を取り囲む筒状部材によって構成されている。筒状部材の材料としては、耐熱性及び導電性の高い材料を用いる必要があり、カーボン材料を用いることが特に好ましい。本実施形態のように、溶解容器１１の外周を取り囲む筒状部材によって予備加熱機構１４を構成すれば、シリコン原料２と予備加熱機構１４とが直接接しないことから、シリコン原料２に混入する不純物を低減することが可能となる。
【００２３】
予備加熱機構１４は、着脱機構１５によって溶解容器１１から着脱可能に構成されている。図１に示すように、着脱機構１５によって予備加熱機構１４が装着された状態においては、誘導コイル１２とシリコン原料２との間に予備加熱機構１４が位置する。このため、この状態で誘導コイル１２に交流電流を流すと、予備加熱機構１４が誘導加熱され、これによって生じる輻射熱によってシリコン原料２が間接的に加熱される。一方、図２に示すように、着脱機構１５によって予備加熱機構１４が取り外された状態においては、誘導コイル１２とシリコン原料２との間に予備加熱機構１４が存在しないことから、この状態で誘導コイル１２に交流電流を流すと、シリコン原料２が誘導加熱される。
【００２４】
次に、本実施形態によるシリコン溶解装置１０を用いたシリコンの溶解方法について説明する。
【００２５】
図３は、本実施形態によるシリコンの溶解方法を説明するためのフローチャートである。
【００２６】
まず、溶解容器１１にシリコン原料２を充填する（ステップＳ１）。充填するシリコン原料２の形状やサイズについては特に限定されないが、後述するステップＳ５の誘導加熱において効率よく加熱を行うためには、個々のチップ原料の最大長が２ｍｍ以上、１００ｍｍ未満であることが好ましい。これは、２ｍｍ未満であると誘導電流の浸透深さからチップ原料にパワーが入らず高周波溶解ができないからだからであり、１００ｍｍ以上であると原料内部に大きな熱応力が生じて割れる可能性があるからである。
【００２７】
シリコン原料２を溶解容器１１に充填した後、予備加熱機構１４を装着した状態で誘導コイル１２に交流電流を流す。その結果、予備加熱機構１４が誘導加熱され、これによって生じる輻射熱によりシリコン原料２が予備加熱される（ステップＳ２）。予備加熱時における電力量及び周波数は、シリコン原料２の重量及び予備加熱機構１４を構成する筒状部材の材料によって定められ、例えばシリコン原料２の重量が１．５ｋｇであり、予備加熱機構１４を構成する筒状部材がカーボン材料からなる場合には、２５ｋＷ、１００〜２００ｋＨｚの範囲に設定することが好ましい。
【００２８】
予備加熱によってシリコン原料２が所定の温度に達した後（ステップＳ３：ＹＥＳ）、着脱機構１５を用いて予備加熱機構１４を取り外す（ステップＳ４）。これによりシリコン原料２が直接誘導加熱され、融点まで上昇する（ステップＳ５）。誘導加熱は、輻射熱による加熱と比べて重量に対する溶解速度が非常に速いため、シリコン原料２を効率よく全融させることが可能となる。
【００２９】
予備加熱機構１４を取り外すための「所定の温度」については特に限定されないが、７００℃以上、８００℃以下の範囲に設定することが好ましい。これは、７００℃未満ではシリコン原料２の電気抵抗が十分に下がっておらず、シリコン原料２を効率よく誘導加熱することが困難だからであり、８００℃を超える場合には輻射熱による加熱よりも誘導加熱の方が効率よくシリコン原料２を加熱できるからである。
【００３０】
また、シリコン原料２を誘導加熱する際の周波数は、１００ｋＨｚ以上、２ＭＨｚ未満とすることが好ましい。これは、周波数を１００ｋＨｚ未満に設定すると加熱効率が低下するからであり、また、周波数を２ＭＨｚ以上に設定すると誘導コイル１２が放電を起こす確率が高まるからである。誘導コイル１２に放電が発生すると、電源回路１３に含まれる安全装置が作動し、一時的に電力の供給が停止することから溶解作業が中断してしまう。これに対し、誘導コイル１２に流す交流電流の周波数を１００ｋＨｚ以上、２ＭＨｚ未満に設定すれば、放電の発生を防止しつつ、効率よくシリコン原料２を加熱することが可能となる。
【００３１】
シリコン原料２を誘導加熱する際の周波数は、１００ｋＨｚ以上、３００ｋＨｚ未満とすることが特に好ましい。これは、周波数が高くなるほど電流浸透深さが浅くなることから、被加熱体がシリコンである場合には周波数を１００ｋＨｚ以上、３００ｋＨｚ未満に設定することにより、非常に効率よく全融させることが可能となるからである。しかも、交流電流の周波数をこの範囲に設定すれば、誘導コイル１２が放電を起こす可能性もほとんど無くなる。尚、大気圧下では、３００ｋＨｚ以上、２ＭＨｚ未満の周波数範囲においても誘導コイル１２が放電を起こす確率は高くないが、実際にシリコン単結晶を製造するためにシリコン融液を生成する場合には、減圧下で加熱作業が行われることが多く、このような減圧環境下においても確実に放電の発生を防止するためには、周波数を１００ｋＨｚ以上、３００ｋＨｚ未満の範囲に設定することが望ましい。
【００３２】
一方、シリコン原料２を誘導加熱する際の電力量は、溶解させるシリコン原料２の重量によって定められ、例えばシリコン原料２の重量が１．５ｋｇであれば、１５〜３０ｋＷの範囲に設定することが好ましい。シリコン原料２を誘導加熱する際に必要となる電力量は、周波数が１００ｋＨｚ以上、３００ｋＨｚ未満の範囲において低い周波数であるほど少なくなる。また、周波数を高くすると、溶解容器１１の上部でブリッジが形成されることがあり、シリコン原料２を上部から連続的に供給する場合にはこれが問題となり得る。これらの点を考慮すれば、シリコン原料２を誘導加熱する際の周波数は１００ｋＨｚ以上、１５０ｋＨｚ以下とすることが特に好ましい。
【００３３】
以上のプロセスにより溶解容器１１内のシリコン原料２が全融し、シリコン融液を得ることができる。このように、本実施形態によるシリコンの溶解方法によれば、まず予備加熱機構１４からの輻射熱によってシリコン原料２を予備加熱し、これによりシリコン原料２が所定の温度まで加熱されてからシリコン原料２への直接的な誘導加熱を行っていることから、効率よくシリコン融液を生成することが可能となる。
【００３４】
しかも、予備加熱機構１４が筒状であることから、誘導コイル１２と予備加熱機構１４との近接させることができる。このため、予備加熱機構１４効率的に誘導加熱することが可能となる。しかも、シリコン原料２が外周側から予備加熱されるため、保温性の高い状態で予備加熱を行うことも可能となる。さらに、本実施形態では、溶解容器１１の外周を取り囲むように予備加熱機構１４を配置していることから、シリコン原料２と予備加熱機構１４とが接することがなく、シリコン原料２の汚染を防止することができる。しかも、予備加熱機構１４が溶解容器１１の外部に配置されることから、シリコン原料２のチャージ量が減少することもない。
【００３５】
本実施形態によるシリコン溶解装置１０は、連続ＣＺ法によるシリコン単結晶の引き上げが可能なシリコン単結晶製造装置に用いることが好適である。
【００３６】
図４は、連続ＣＺ法によるシリコン単結晶の引き上げが可能なシリコン単結晶製造装置２０の構成を示す模式図である。
【００３７】
図４に示すシリコン単結晶製造装置２０では、シリコン融液４を収容する石英ルツボ２１がチャンバ２２の内部に設けられている。この石英ルツボ２１の外周面および外底面はグラファイトサセプタ２３により保持される。グラファイトサセプタ２３は鉛直方向に平行な支持軸２４の上端に固定され、この支持軸２４を介して石英ルツボ２１を回転させるとともに、上下方向に移動できるように構成されている。
【００３８】
石英ルツボ２１およびグラファイトサセプタ２３の外周面はヒータ２５により囲繞され、このヒータ２５はさらに保温筒２６により包囲される。シリコン単結晶の育成における原料溶解の過程では、ヒータ２５の加熱により石英ルツボ２１内に充填された高純度の多結晶シリコン原料が加熱、溶解されてシリコン融液４になる。
【００３９】
一方、チャンバ２２の上端部には引き上げ機構２７が設けられる。この引き上げ機構２７には石英ルツボ２１の回転中心に向かって垂下されたワイヤケーブル２８が取り付けられ、ワイヤケーブル２８を巻き取りまたは繰り出す引上げ用モータ（図示せず）が配備される。ワイヤケーブル２８の下端には種結晶８が取り付けられる。
【００４０】
育成中のシリコン単結晶６を囲繞するように、シリコン単結晶６と保温筒２６との間に円筒状の熱遮蔽部材２９が設けられる。この熱遮蔽部材２９はコーン部２９ａとフランジ部２９ｂとからなり、このフランジ部２９ｂを保温筒２６に取り付けることにより熱遮蔽部材２９が所定位置に配置される。
【００４１】
図４に示すシリコン単結晶製造装置２０は、上述したシリコン溶解装置１０をさらに備え、これによって石英ルツボ２１へのシリコン融液４の追加供給が可能とされている。シリコン溶解装置１０によって生成されたシリコン融液４は、供給機構３０を介して石英ルツボ２１に供給される。供給機構３０は、引き上げ機構２７によるシリコン単結晶６の引き上げ中にシリコン融液４を石英ルツボ２１に追加供給することができ、これにより、シリコン単結晶６の連続的な引き上げが可能とされている。供給機構３０は配管を有しており、配管へのシリコン融液４の供給は、溶解容器１１の上部に設けた堰の上下動や、溶解容器１１の傾転により行うことができる。また、溶解容器１１の底部に配管を接続し、密閉したチャンバ２２中の雰囲気の圧力を調整することによっても行うことができる。
【００４２】
連続ＣＺ法においてシリコン融液４を追加供給するためには、シリコン原料２を高速に溶解させる必要があるが、本実施形態によるシリコン溶解装置１０を用いることによりこれを実現することが可能となる。
【００４３】
以上、本発明の好ましい実施の形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を加えることが可能であり、それらも本発明に包含されるものであることは言うまでもない。
【００４４】
例えば上記実施形態では、シリコン溶解装置１０の用途として、連続ＣＺ法において追加供給するシリコン融液の生成に用いた例を示したが、本発明によるシリコン溶解装置の用途がこれに限定されるものではない。したがって、シリコン単結晶の引き上げにおいて初期チャージのシリコン原料２をあらかじめシリコン溶解装置１０によって溶解させ、得られたシリコン融液を石英ルツボに移し替えるといった用途に用いることも可能である。このような用途は、近年のシリコン単結晶及び石英ルツボの大型化に伴って生じる大チャージ化の問題を解決する方法の一つとして有望であると考えられる。
【００４５】
また、上記実施形態では、予備加熱機構１４を構成する筒状部材を溶解容器１１の外周部分に配置したが、図５に示すように、予備加熱機構１４を溶解容器１１の内部に配置しても構わない。これによれば、予備加熱効率を高めることが可能となる。
【実施例】
【００４６】
図５に示す構成を有するシリコン溶解装置を用意した。溶解容器１１としては、内径１５０ｍｍ、外径１８０ｍｍ、高さ１８０ｍｍの石英蓋つき石英円筒容器を用い、これを耐熱レンガ上に載置した。予備加熱機構１４としては、厚さ８ｍｍのカーボン製の筒状部材（カーボン筒）を用い、これを溶解容器１１内に配置した。
【００４７】
次に、カーボン筒に囲まれた領域にチップ上の多結晶シリコン原料２を１．５ｋｇ充填した。シリコン原料２の平均直径サイズは２０ｍｍとした。さらに加熱中の断熱性を確保するため、厚さ３５ｍｍの断熱材１６を容器全体に巻きつけた。誘導コイル１２は６ターンとした。また、白金熱電対を溶解容器１１に挿入し、シリコン原料２の温度を直接測定可能とした。
【００４８】
以上の準備が整った後、誘導コイル１２に交流電流を流すことによってカーボン筒を誘導加熱し、その輻射熱によってシリコン原料２を加熱した。交流電流の周波数は１６０ｋＨｚ、電力は２５ｋＷとした。尚、シリコン原料２の加熱中は、常にアルゴン（Ａｒ）ガスを溶解容器１１内に導入し、これによってシリコン表層の酸化を抑制した。
【００４９】
カーボン筒からの輻射熱によってシリコン原料２が７５０℃に加熱された時点で、カーボン筒を溶解容器１１から取り出し、これによってシリコン原料２を直接誘導加熱した。シリコン原料２の誘導加熱においては、交流電流の周波数を２０ｋＨｚ〜１５０ｋＨｚまでの範囲において１０ｋＨｚ刻みで種々の周波数を印加し、周波数ごとに溶解状況を観察した。結果を図６に示す。図６の縦軸は、シリコンの全量に対する融液の割合を示している。したがって、全融状態が１である。
【００５０】
図６に示すように、周波数が２０ｋＨｚ〜９０ｋＨｚの範囲では溶解割合が０．５未満であったが、１００ｋＨｚ〜１５０ｋＨｚの範囲では溶解割合がほぼ１であった。このように、シリコン原料２の溶解割合は１００ｋＨｚを境に顕著に変化することが確認された。
【００５１】
また、シリコン原料２の誘導加熱においては、交流電流の周波数を５０ｋＨｚ及び１００ｋＨｚ〜２．５ＭＨｚまでの範囲において１００ｋＨｚ刻みで種々の周波数を印加し、周波数ごとに放電の発生頻度をカウントする実験も行った。実験の結果を図７に示す。
【００５２】
図７に示すように、２ＭＨｚ未満の範囲では放電の発生頻度が非常に少なく（０回〜２回）、特に、３００ｋＨｚ未満の範囲では放電は観測されなかった。これに対し、２ＭＨｚ以上の範囲では１０回以上の放電が発生した。このように、放電の発生頻度は２ＭＨｚを境に顕著に変化することが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の好ましい実施形態によるシリコン溶解装置１０の構成を示す模式図である。
【図２】着脱機構１５によって予備加熱機構１４が取り外された状態を示す図である。
【図３】本発明の好ましい実施形態によるシリコンの溶解方法を説明するためのフローチャートである。
【図４】本発明の好ましい実施形態によるシリコン単結晶製造装置２０の構成を示す模式図である。
【図５】変形例によるシリコン溶解装置の構成を示す模式図である。
【図６】交流電流の周波数と溶解割合との関係を示すグラフである。
【図７】交流電流の周波数と放電頻度との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５４】
２ シリコン原料
４ シリコン融液
６ シリコン単結晶
８ 種結晶
１０ シリコン溶解装置
１１ 溶解容器
１２ 誘導コイル
１３ 電源回路
１４ 予備加熱機構
１５ 着脱機構
１６ 断熱材
２０ シリコン単結晶製造装置
２１ 石英ルツボ
２２ チャンバ
２３ グラファイトサセプタ
２４ 支持軸
２５ ヒータ
２６ 保温筒
２７ 引き上げ機構
２８ ワイヤケーブル
２９ 熱遮蔽部材
２９ａ コーン部
２９ｂ フランジ部
３０ 供給機構
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状の予備加熱機構によってシリコン原料を取り囲んだ状態で誘導コイルに交流電流を流すことにより、前記シリコン原料を予備加熱する予備加熱工程と、前記予備加熱機構を前記シリコン原料の周囲から取り外した状態で前記誘導コイルに交流電流を流すことにより、予備加熱された前記シリコン原料を誘導加熱する誘導加熱工程と、を備えることを特徴とするシリコンの溶解方法。
【請求項２】
前記予備加熱工程は、前記シリコン原料を収容する溶解容器の外周を取り囲むように、前記予備加熱機構を配置して行うことを特徴とする請求項１に記載のシリコンの溶解方法。
【請求項３】
前記誘導加熱工程においては、前記交流電流の周波数を１００ｋＨｚ以上、２ＭＨｚ未満とすることを特徴とする請求項１又は２に記載のシリコンの溶解方法。
【請求項４】
前記誘導加熱工程においては、前記交流電流の周波数を１００ｋＨｚ以上、３００ｋＨｚ未満とすることを特徴とする請求項３に記載のシリコンの溶解方法。
【請求項５】
シリコン原料を収容する溶解容器と、前記シリコン原料を取り囲む筒状の予備加熱機構と、前記予備加熱機構の周囲に巻回された誘導コイルと、前記誘導コイルに交流電流を供給する電源回路と、前記予備加熱機構の着脱を行う着脱機構と、を備えることを特徴とするシリコン溶解装置。
【請求項６】
前記予備加熱機構は、前記溶解容器の外周を取り囲むように配置されることを特徴とする請求項５に記載のシリコン溶解装置。
【請求項７】
前記電源回路は、前記誘導コイルに１００ｋＨｚ以上、２ＭＨｚ未満の交流電流を供給することを特徴とする請求項５又は６に記載のシリコン溶解装置。
【請求項８】
前記電源回路は、前記誘導コイルに１００ｋＨｚ以上、３００ｋＨｚ未満の交流電流を供給することを特徴とする請求項７に記載のシリコン溶解装置。
【請求項９】
請求項５乃至８のいずれか一項に記載のシリコン溶解装置と、前記溶融容器内のシリコン融液を石英ルツボに供給する供給機構と、前記石英ルツボ内のシリコン融液からシリコン単結晶を引き上げる引き上げ機構とを備えることを特徴とするシリコン単結晶製造装置。
【請求項１０】
前記供給機構は、前記引き上げ機構によるシリコン単結晶の引き上げ中に前記シリコン融液を石英ルツボに追加供給するものであることを特徴とする請求項９に記載のシリコン単結晶製造装置。
【請求項１】
筒状の予備加熱機構によってシリコン原料を取り囲んだ状態で誘導コイルに交流電流を流すことにより、前記シリコン原料を予備加熱する予備加熱工程と、前記予備加熱機構を前記シリコン原料の周囲から取り外した状態で前記誘導コイルに交流電流を流すことにより、予備加熱された前記シリコン原料を誘導加熱する誘導加熱工程と、を備えることを特徴とするシリコンの溶解方法。
【請求項２】
前記予備加熱工程は、前記シリコン原料を収容する溶解容器の外周を取り囲むように、前記予備加熱機構を配置して行うことを特徴とする請求項１に記載のシリコンの溶解方法。
【請求項３】
前記誘導加熱工程においては、前記交流電流の周波数を１００ｋＨｚ以上、２ＭＨｚ未満とすることを特徴とする請求項１又は２に記載のシリコンの溶解方法。
【請求項４】
前記誘導加熱工程においては、前記交流電流の周波数を１００ｋＨｚ以上、３００ｋＨｚ未満とすることを特徴とする請求項３に記載のシリコンの溶解方法。
【請求項５】
シリコン原料を収容する溶解容器と、前記シリコン原料を取り囲む筒状の予備加熱機構と、前記予備加熱機構の周囲に巻回された誘導コイルと、前記誘導コイルに交流電流を供給する電源回路と、前記予備加熱機構の着脱を行う着脱機構と、を備えることを特徴とするシリコン溶解装置。
【請求項６】
前記予備加熱機構は、前記溶解容器の外周を取り囲むように配置されることを特徴とする請求項５に記載のシリコン溶解装置。
【請求項７】
前記電源回路は、前記誘導コイルに１００ｋＨｚ以上、２ＭＨｚ未満の交流電流を供給することを特徴とする請求項５又は６に記載のシリコン溶解装置。
【請求項８】
前記電源回路は、前記誘導コイルに１００ｋＨｚ以上、３００ｋＨｚ未満の交流電流を供給することを特徴とする請求項７に記載のシリコン溶解装置。
【請求項９】
請求項５乃至８のいずれか一項に記載のシリコン溶解装置と、前記溶融容器内のシリコン融液を石英ルツボに供給する供給機構と、前記石英ルツボ内のシリコン融液からシリコン単結晶を引き上げる引き上げ機構とを備えることを特徴とするシリコン単結晶製造装置。
【請求項１０】
前記供給機構は、前記引き上げ機構によるシリコン単結晶の引き上げ中に前記シリコン融液を石英ルツボに追加供給するものであることを特徴とする請求項９に記載のシリコン単結晶製造装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１０−１５０１００（Ｐ２０１０−１５０１００Ａ）
【公開日】平成２２年７月８日（２０１０．７．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３３２２１６（Ｐ２００８−３３２２１６）
【出願日】平成２０年１２月２６日（２００８．１２．２６）
【出願人】（３０２００６８５４）株式会社ＳＵＭＣＯ (1,197)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年７月８日（２０１０．７．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１２月２６日（２００８．１２．２６）
【出願人】（３０２００６８５４）株式会社ＳＵＭＣＯ (1,197)
【Ｆターム（参考）】
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