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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023025811
(43)【公開日】2023-02-24
(54)【発明の名称】薄板状単結晶製造装置および薄板状単結晶製造方法
(51)【国際特許分類】
C30B 29/06 20060101AFI20230216BHJP
C30B 15/34 20060101ALI20230216BHJP
【ＦＩ】
C30B29/06 503
C30B15/34
【審査請求】未請求
【請求項の数】34
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021131180
(22)【出願日】2021-08-11
(71)【出願人】
【識別番号】595132751
【氏名又は名称】株式会社クリスタルシステム
(74)【代理人】
【識別番号】110001070
【氏名又は名称】弁理士法人エスエス国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】進藤 勇
【テーマコード（参考）】
4G077
【Ｆターム（参考）】
4G077AA02
4G077BA04
4G077CF03
4G077ED01
4G077EG15
4G077EG29
4G077PE02
4G077PK00
(57)【要約】 （修正有）
【課題】赤外線の大出力化を抑止しながら大型の原料塊を適用可能とし、添加剤濃度が最適組成で均質である薄板状単結晶を、低コストでしかも連続して高精度に製造することのできる薄板状単結晶製造装置および薄板状単結晶製造方法を提供する。
【解決手段】原料塊１２の上側面１４の表面を融解する赤外線照射手段２０と、赤外線照射手段にて融解され、原料塊の上側面の表面に得られた融液中に薄板状の種子単結晶３２の下側面３４を浸すとともに、浸した状態から種子単結晶を上方に引き上げる昇降手段３０と、原料塊を水平方向に移動する水平方向移動手段７２と、を備え、昇降手段を介して種子単結晶を上方に引き上げると同時に、原料塊を、水平方向移動手段で水平方向に移動させることで、原料塊の上側面の溶融域を、水平方向に移動させながら連続的に薄板状単結晶４０を製造する、薄板状単結晶製造装置および製造方法である。
【選択図】図１
【解決手段】原料塊１２の上側面１４の表面を融解する赤外線照射手段２０と、赤外線照射手段にて融解され、原料塊の上側面の表面に得られた融液中に薄板状の種子単結晶３２の下側面３４を浸すとともに、浸した状態から種子単結晶を上方に引き上げる昇降手段３０と、原料塊を水平方向に移動する水平方向移動手段７２と、を備え、昇降手段を介して種子単結晶を上方に引き上げると同時に、原料塊を、水平方向移動手段で水平方向に移動させることで、原料塊の上側面の溶融域を、水平方向に移動させながら連続的に薄板状単結晶４０を製造する、薄板状単結晶製造装置および製造方法である。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
薄板状単結晶製造用の原料塊の上側面に対して赤外線を照射し、前記原料塊の上側面の表面を融解する赤外線照射手段と、
前記赤外線照射手段にて融解され、前記原料塊の上側面の表面に得られた融液中に薄板状の種子単結晶の下側面を浸すとともに、浸した状態から前記種子単結晶を上方に引き上げる昇降手段と、
前記原料塊を水平方向に移動する水平方向移動手段と、
を備え、
前記赤外線照射手段によって原料塊の上側面の表面に得られた融液中に、前記昇降手段を介して種子単結晶の下側面を浸すことで、浸された前記種子単結晶の下側面から単結晶の育成を開始させ、
さらに前記昇降手段を介して種子単結晶を上方に引き上げると同時に、前記原料塊を、前記水平方向移動手段で水平方向に移動させることで、前記原料塊の上側面の溶融域を、水平方向に移動させながら連続的に薄板状単結晶が製造されるよう構成されていることを特徴とする薄板状単結晶製造装置。
前記赤外線照射手段にて融解され、前記原料塊の上側面の表面に得られた融液中に薄板状の種子単結晶の下側面を浸すとともに、浸した状態から前記種子単結晶を上方に引き上げる昇降手段と、
前記原料塊を水平方向に移動する水平方向移動手段と、
を備え、
前記赤外線照射手段によって原料塊の上側面の表面に得られた融液中に、前記昇降手段を介して種子単結晶の下側面を浸すことで、浸された前記種子単結晶の下側面から単結晶の育成を開始させ、
さらに前記昇降手段を介して種子単結晶を上方に引き上げると同時に、前記原料塊を、前記水平方向移動手段で水平方向に移動させることで、前記原料塊の上側面の溶融域を、水平方向に移動させながら連続的に薄板状単結晶が製造されるよう構成されていることを特徴とする薄板状単結晶製造装置。
【請求項2】
前記赤外線照射手段から照射される赤外線が、レーザ光であることを特徴とする請求項１に記載の薄板状単結晶製造装置。
【請求項3】
前記レーザ光の照射域の形状が、前記原料塊の厚さ方向に対して直交する水平方向に細長い中空四角形状であることを特徴とする請求項２に記載の薄板状単結晶製造装置。
【請求項4】
前記原料塊を載置する載置台と、
前記載置台の上下方向の位置を所定位置となるように位置制御する位置制御手段と、
を備えることを特徴とする請求項３に記載の薄板状単結晶製造装置。
前記載置台の上下方向の位置を所定位置となるように位置制御する位置制御手段と、
を備えることを特徴とする請求項３に記載の薄板状単結晶製造装置。
【請求項5】
前記水平方向移動手段が、
前記位置制御手段の底部側方に設けられた駆動軸と、
前記駆動軸を駆動させる駆動手段と、
を備え、
前記駆動手段を介して駆動軸を駆動させることにより、前記載置台および前記位置制御手段を、前記原料塊の厚さ方向である水平方向に移動させるよう構成されていることを特徴とする請求項４に記載の薄板状単結晶製造装置。
前記位置制御手段の底部側方に設けられた駆動軸と、
前記駆動軸を駆動させる駆動手段と、
を備え、
前記駆動手段を介して駆動軸を駆動させることにより、前記載置台および前記位置制御手段を、前記原料塊の厚さ方向である水平方向に移動させるよう構成されていることを特徴とする請求項４に記載の薄板状単結晶製造装置。
【請求項6】
前記水平方向移動手段が、
前記載置台および前記位置制御手段を前記原料塊の厚さ方向である水平方向に移動させるよう構成されている場合において、
前記原料塊の上側面における前記原料塊の厚さ方向に対して直交する水平方向の両端部の位置と、前記中空四角形状における前記原料塊の厚さ方向に対して直交する水平方向の両端部の位置とが、略一致するとともに、
前記中空四角形状における前記原料塊の厚さ方向に対して直交する水平方向の長さが、前記原料塊の上側面における前記原料塊の厚さ方向に対して直交する水平方向の長さよりも若干小さくなるように、前記レーザ光の照射域の大きさが設定されていることを特徴とする請求項５に記載の薄板状単結晶製造装置。
前記載置台および前記位置制御手段を前記原料塊の厚さ方向である水平方向に移動させるよう構成されている場合において、
前記原料塊の上側面における前記原料塊の厚さ方向に対して直交する水平方向の両端部の位置と、前記中空四角形状における前記原料塊の厚さ方向に対して直交する水平方向の両端部の位置とが、略一致するとともに、
前記中空四角形状における前記原料塊の厚さ方向に対して直交する水平方向の長さが、前記原料塊の上側面における前記原料塊の厚さ方向に対して直交する水平方向の長さよりも若干小さくなるように、前記レーザ光の照射域の大きさが設定されていることを特徴とする請求項５に記載の薄板状単結晶製造装置。
【請求項7】
前記水平方向移動手段が、
前記位置制御手段の底部側方に設けられた駆動軸と、
前記駆動軸を駆動させる駆動手段と、
を備え、
前記駆動手段を介して駆動軸を駆動させることにより、前記載置台および前記位置制御手段を、前記原料塊の厚さ方向に対して直交する方向である水平方向に移動させるよう構成されていることを特徴とする請求項４に記載の薄板状単結晶製造装置。
前記位置制御手段の底部側方に設けられた駆動軸と、
前記駆動軸を駆動させる駆動手段と、
を備え、
前記駆動手段を介して駆動軸を駆動させることにより、前記載置台および前記位置制御手段を、前記原料塊の厚さ方向に対して直交する方向である水平方向に移動させるよう構成されていることを特徴とする請求項４に記載の薄板状単結晶製造装置。
【請求項8】
前記水平方向移動手段が、
前記載置台および前記位置制御手段を前記原料塊の厚さ方向に対して直交する方向である水平方向に移動させるよう構成されている場合において、
前記原料塊の上側面における前記原料塊の厚さ方向である水平方向の両端部の位置と、前記中空四角形状における前記原料塊の厚さ方向である水平方向の両端部の位置とが、略一致するとともに、
前記中空四角形状における前記原料塊の厚さ方向である水平方向の長さが、前記原料塊の上側面における前記原料塊の厚さ方向である水平方向の長さよりも若干小さくなるように、前記レーザ光の照射域の大きさが設定されていることを特徴とする請求項７に記載の薄板状単結晶製造装置。
前記載置台および前記位置制御手段を前記原料塊の厚さ方向に対して直交する方向である水平方向に移動させるよう構成されている場合において、
前記原料塊の上側面における前記原料塊の厚さ方向である水平方向の両端部の位置と、前記中空四角形状における前記原料塊の厚さ方向である水平方向の両端部の位置とが、略一致するとともに、
前記中空四角形状における前記原料塊の厚さ方向である水平方向の長さが、前記原料塊の上側面における前記原料塊の厚さ方向である水平方向の長さよりも若干小さくなるように、前記レーザ光の照射域の大きさが設定されていることを特徴とする請求項７に記載の薄板状単結晶製造装置。
【請求項9】
前記水平方向移動手段が、
前記位置制御手段の底部側方に設けられた駆動軸と、
前記駆動軸を駆動させる駆動手段と、
を備え、
前記駆動手段を介して駆動軸を駆動させることにより、前記載置台および前記位置制御手段を、前記原料塊の厚さ方向である水平方向および／または前記原料塊の厚さ方向に対して直交する方向である水平方向に移動させるよう構成されていることを特徴とする請求項４に記載の薄板状単結晶製造装置。
前記位置制御手段の底部側方に設けられた駆動軸と、
前記駆動軸を駆動させる駆動手段と、
を備え、
前記駆動手段を介して駆動軸を駆動させることにより、前記載置台および前記位置制御手段を、前記原料塊の厚さ方向である水平方向および／または前記原料塊の厚さ方向に対して直交する方向である水平方向に移動させるよう構成されていることを特徴とする請求項４に記載の薄板状単結晶製造装置。
【請求項10】
前記載置台および前記位置制御手段の水平方向への移動速度が、
０．００５ｍｍ／分～１００ｍｍ／分の範囲内であることを特徴とする請求項４～９のいずれか一項に記載の薄板状単結晶製造装置。
０．００５ｍｍ／分～１００ｍｍ／分の範囲内であることを特徴とする請求項４～９のいずれか一項に記載の薄板状単結晶製造装置。
【請求項11】
前記水平方向移動手段が、
リニアアクチュエーターであることを特徴とする請求項４～１０のいずれか一項に記載の薄板状単結晶製造装置。
リニアアクチュエーターであることを特徴とする請求項４～１０のいずれか一項に記載の薄板状単結晶製造装置。
【請求項12】
前記昇降手段が、
製造された前記薄板状単結晶を連続してロール状に巻き取る巻き取り手段であり、
前記巻き取り手段が、
前記薄板状単結晶を連続して巻き取る巻装軸と、
前記巻装軸を回動させる回動手段と、
を備え、
前記巻装軸に、複数の細線を介して前記種子単結晶が吊り下げられるよう構成されていることを特徴とする請求項１～１１のいずれか一項に記載の薄板状単結晶製造装置。
製造された前記薄板状単結晶を連続してロール状に巻き取る巻き取り手段であり、
前記巻き取り手段が、
前記薄板状単結晶を連続して巻き取る巻装軸と、
前記巻装軸を回動させる回動手段と、
を備え、
前記巻装軸に、複数の細線を介して前記種子単結晶が吊り下げられるよう構成されていることを特徴とする請求項１～１１のいずれか一項に記載の薄板状単結晶製造装置。
【請求項13】
前記巻き取り手段による薄板状単結晶の巻き取り速度が、
０．００５ｍｍ／分～１００ｍｍ／分の範囲内であることを特徴とする請求項１２に記載の薄板状単結晶製造装置。
０．００５ｍｍ／分～１００ｍｍ／分の範囲内であることを特徴とする請求項１２に記載の薄板状単結晶製造装置。
【請求項14】
前記種子単結晶において、
前記細線が取り付けられた部分の厚さが、
製造される前記薄板状単結晶の厚さ以下の大きさであることを特徴とする請求項１２または１３に記載の薄板状単結晶製造装置。
前記細線が取り付けられた部分の厚さが、
製造される前記薄板状単結晶の厚さ以下の大きさであることを特徴とする請求項１２または１３に記載の薄板状単結晶製造装置。
【請求項15】
前記原料塊の材料がシリコンである場合、前記薄板状単結晶の厚さが、３０μｍ～５００μｍの範囲内であることを特徴とする請求項１～１４のいずれか一項に記載の薄板状単結晶製造装置。
【請求項16】
前記原料塊の周囲には、前記原料塊を予め加熱する補助加熱部材が設けられていることを特徴とする請求項１～１５のいずれか一項に記載の薄板状単結晶製造装置。
【請求項17】
前記補助加熱部材の外側には、さらに断熱材が配設されていることを特徴とする請求項１６に記載の薄板状単結晶製造装置。
【請求項18】
前記原料塊の上側面には、
製造される前記薄板状単結晶の組成と平衡共存する液相の組成物が必要量、最初に配置されていることを特徴とする請求項１～１７のいずれか一項に記載の薄板状単結晶製造装置。
製造される前記薄板状単結晶の組成と平衡共存する液相の組成物が必要量、最初に配置されていることを特徴とする請求項１～１７のいずれか一項に記載の薄板状単結晶製造装置。
【請求項19】
赤外線照射手段を介して、薄板状単結晶製造用の原料塊の上側面に赤外線を照射し、前記原料塊の上側面の表面を融解する融解工程と、
前記融解工程にて、前記原料塊の上側面の表面に得られた融液中に、昇降手段を介して薄板状の種子単結晶の下側面を浸し、前記種子単結晶の下側面から単結晶の育成を開始させる育成工程と、
前記育成工程にて、単結晶の育成が開始された前記種子単結晶を上方に引き上げると同時に、前記原料塊を、水平方向移動手段を介して水平方向に移動させることで、前記原料塊の上側面の溶融域を水平方向に移動させながら、連続的に薄板状単結晶を製造する連続製造工程と、
を少なくとも有することを特徴とする薄板状単結晶製造方法。
前記融解工程にて、前記原料塊の上側面の表面に得られた融液中に、昇降手段を介して薄板状の種子単結晶の下側面を浸し、前記種子単結晶の下側面から単結晶の育成を開始させる育成工程と、
前記育成工程にて、単結晶の育成が開始された前記種子単結晶を上方に引き上げると同時に、前記原料塊を、水平方向移動手段を介して水平方向に移動させることで、前記原料塊の上側面の溶融域を水平方向に移動させながら、連続的に薄板状単結晶を製造する連続製造工程と、
を少なくとも有することを特徴とする薄板状単結晶製造方法。
【請求項20】
前記融解工程において、
前記赤外線照射手段から照射される赤外線が、レーザ光であることを特徴とする請求項１９に記載の薄板状単結晶製造方法。
前記赤外線照射手段から照射される赤外線が、レーザ光であることを特徴とする請求項１９に記載の薄板状単結晶製造方法。
【請求項21】
前記連続製造工程において、
前記水平方向移動手段を介して前記原料塊を、前記原料塊の厚さ方向である水平方向に移動させることを特徴とする請求項２０に記載の薄板状単結晶製造方法。
前記水平方向移動手段を介して前記原料塊を、前記原料塊の厚さ方向である水平方向に移動させることを特徴とする請求項２０に記載の薄板状単結晶製造方法。
【請求項22】
前記連続製造工程において、
前記溶融域が、前記原料塊の上側面における前記原料塊の厚さ方向の一方側の端部に達したら、今度は逆側である前記原料塊の厚さ方向の他方側の端部に向かって溶融域を移動させ、これを連続的に繰り返すことを特徴とする請求項２１に記載の薄板状単結晶製造方法。
前記溶融域が、前記原料塊の上側面における前記原料塊の厚さ方向の一方側の端部に達したら、今度は逆側である前記原料塊の厚さ方向の他方側の端部に向かって溶融域を移動させ、これを連続的に繰り返すことを特徴とする請求項２１に記載の薄板状単結晶製造方法。
【請求項23】
前記融解工程において、
前記レーザ光の照射域の形状が、前記原料塊の厚さ方向に対して直交する水平方向に細長い中空四角形状であり、
前記原料塊の上側面における前記原料塊の厚さ方向に対して直交する水平方向の両端部の位置と、前記中空四角形状における前記原料塊の厚さ方向に対して直交する水平方向の両端部の位置とが、略一致するとともに、
前記中空四角形状における前記原料塊の厚さ方向に対して直交する水平方向の長さが、前記原料塊の上側面における前記原料塊の厚さ方向に対して直交する水平方向の長さよりも若干小さくなるように、前記レーザ光の照射域の大きさが設定されていることを特徴とする請求項２１または２２に記載の薄板状単結晶製造方法。
前記レーザ光の照射域の形状が、前記原料塊の厚さ方向に対して直交する水平方向に細長い中空四角形状であり、
前記原料塊の上側面における前記原料塊の厚さ方向に対して直交する水平方向の両端部の位置と、前記中空四角形状における前記原料塊の厚さ方向に対して直交する水平方向の両端部の位置とが、略一致するとともに、
前記中空四角形状における前記原料塊の厚さ方向に対して直交する水平方向の長さが、前記原料塊の上側面における前記原料塊の厚さ方向に対して直交する水平方向の長さよりも若干小さくなるように、前記レーザ光の照射域の大きさが設定されていることを特徴とする請求項２１または２２に記載の薄板状単結晶製造方法。
【請求項24】
前記連続製造工程において、
前記水平方向移動手段を介して前記原料塊を、前記原料塊の厚さ方向に対して直交する方向である水平方向に移動させることを特徴とする請求項２０に記載の薄板状単結晶製造方法。
前記水平方向移動手段を介して前記原料塊を、前記原料塊の厚さ方向に対して直交する方向である水平方向に移動させることを特徴とする請求項２０に記載の薄板状単結晶製造方法。
【請求項25】
前記連続製造工程において、
前記溶融域が、前記原料塊の上側面における前記原料塊の厚さ方向に対して直交する方向の一方側の端部に達したら、今度は逆側である前記原料塊の厚さ方向に対して直交する方向の他方側の端部に向かって溶融域を移動させ、これを連続的に繰り返すことを特徴とする請求項２４に記載の薄板状単結晶製造方法。
前記溶融域が、前記原料塊の上側面における前記原料塊の厚さ方向に対して直交する方向の一方側の端部に達したら、今度は逆側である前記原料塊の厚さ方向に対して直交する方向の他方側の端部に向かって溶融域を移動させ、これを連続的に繰り返すことを特徴とする請求項２４に記載の薄板状単結晶製造方法。
【請求項26】
前記融解工程において、
前記レーザ光の照射域の形状が、前記原料塊の厚さ方向に対して直交する水平方向に細長い中空四角形状であり、
前記原料塊の上側面における前記原料塊の厚さ方向の両端部の位置と、前記中空四角形状における前記原料塊の厚さ方向の両端部の位置とが、略一致するとともに、
前記中空四角形状における前記原料塊の厚さ方向である水平方向の長さが、前記原料塊の上側面における前記原料塊の厚さ方向である水平方向の長さよりも若干小さくなるように、前記レーザ光の照射域の大きさが設定されていることを特徴とする請求項２４または２５に記載の薄板状単結晶製造方法。
前記レーザ光の照射域の形状が、前記原料塊の厚さ方向に対して直交する水平方向に細長い中空四角形状であり、
前記原料塊の上側面における前記原料塊の厚さ方向の両端部の位置と、前記中空四角形状における前記原料塊の厚さ方向の両端部の位置とが、略一致するとともに、
前記中空四角形状における前記原料塊の厚さ方向である水平方向の長さが、前記原料塊の上側面における前記原料塊の厚さ方向である水平方向の長さよりも若干小さくなるように、前記レーザ光の照射域の大きさが設定されていることを特徴とする請求項２４または２５に記載の薄板状単結晶製造方法。
【請求項27】
前記連続製造工程において、
前記水平方向移動手段を介して前記原料塊を、前記原料塊の厚さ方向である水平方向および前記原料塊の厚さ方向に対して直交する方向である水平方向に移動させることを特徴とする請求項２０に記載の薄板状単結晶製造方法。
前記水平方向移動手段を介して前記原料塊を、前記原料塊の厚さ方向である水平方向および前記原料塊の厚さ方向に対して直交する方向である水平方向に移動させることを特徴とする請求項２０に記載の薄板状単結晶製造方法。
【請求項28】
前記連続製造工程において、
前記溶融域が、前記原料塊の上側面における前記原料塊の厚さ方向に対して直交する水平方向の一方側の端部に達したら、所定の長さだけ前記原料塊の厚さ方向に移動させ、今度は逆側である前記原料塊の厚さ方向に対して直交する水平方向の他方側の端部に向かって溶融域を移動させ、
次いで再び前記原料塊の厚さ方向に対して直交する水平方向の一方側の端部に向かって溶融域を移動させ、これを前記原料塊の上側面の全面に対して連続的に行うことを特徴とする請求項２７に記載の薄板状単結晶製造方法。
前記溶融域が、前記原料塊の上側面における前記原料塊の厚さ方向に対して直交する水平方向の一方側の端部に達したら、所定の長さだけ前記原料塊の厚さ方向に移動させ、今度は逆側である前記原料塊の厚さ方向に対して直交する水平方向の他方側の端部に向かって溶融域を移動させ、
次いで再び前記原料塊の厚さ方向に対して直交する水平方向の一方側の端部に向かって溶融域を移動させ、これを前記原料塊の上側面の全面に対して連続的に行うことを特徴とする請求項２７に記載の薄板状単結晶製造方法。
【請求項29】
前記融解工程において、
前記レーザ光の照射域の形状が、前記原料塊の厚さ方向に対して直交する水平方向に細長い中空四角形状であることを特徴とする請求項２７または２８に記載の薄板状単結晶製造方法。
前記レーザ光の照射域の形状が、前記原料塊の厚さ方向に対して直交する水平方向に細長い中空四角形状であることを特徴とする請求項２７または２８に記載の薄板状単結晶製造方法。
【請求項30】
前記連続製造工程において、
前記原料塊を、前記水平方向移動手段を介して水平方向に移動させる際の移動速度が、０．００５ｍｍ／分～１００ｍｍ／分の範囲内であることを特徴とする請求項１９～２９のいずれか一項に記載の薄板状単結晶製造方法。
前記原料塊を、前記水平方向移動手段を介して水平方向に移動させる際の移動速度が、０．００５ｍｍ／分～１００ｍｍ／分の範囲内であることを特徴とする請求項１９～２９のいずれか一項に記載の薄板状単結晶製造方法。
【請求項31】
前記連続製造工程の後、
連続的に製造された前記薄板状単結晶を、ロール状に巻き取る巻き取り工程と、
をさらに有することを特徴とする請求項１９～３０のいずれか一項に記載の薄板状単結晶製造方法。
連続的に製造された前記薄板状単結晶を、ロール状に巻き取る巻き取り工程と、
をさらに有することを特徴とする請求項１９～３０のいずれか一項に記載の薄板状単結晶製造方法。
【請求項32】
前記巻き取り工程において、
前記薄板状単結晶の巻き取り速度が、０．００５ｍｍ／分～１００ｍｍ／分の範囲内であることを特徴とする請求項３１に記載の薄板状単結晶製造方法。
前記薄板状単結晶の巻き取り速度が、０．００５ｍｍ／分～１００ｍｍ／分の範囲内であることを特徴とする請求項３１に記載の薄板状単結晶製造方法。
【請求項33】
前記融解工程において、
製造される前記薄板状単結晶が分解融解物質である場合には、その組成と平衡共存する液相の組成物を、最初に必要量、前記原料塊の上側面に配置しておくことを特徴とする請求項１９～３２のいずれか一項に記載の薄板状単結晶製造方法。
製造される前記薄板状単結晶が分解融解物質である場合には、その組成と平衡共存する液相の組成物を、最初に必要量、前記原料塊の上側面に配置しておくことを特徴とする請求項１９～３２のいずれか一項に記載の薄板状単結晶製造方法。
【請求項34】
前記融解工程において、
製造される前記薄板状単結晶が添加剤を含む固溶体物質である場合には、その組成と平衡共存する液相の組成物を、最初に必要量、前記原料塊の上側面に配置しておくことを特徴とする請求項１９～３２のいずれか一項に記載の薄板状単結晶製造方法。
製造される前記薄板状単結晶が添加剤を含む固溶体物質である場合には、その組成と平衡共存する液相の組成物を、最初に必要量、前記原料塊の上側面に配置しておくことを特徴とする請求項１９～３２のいずれか一項に記載の薄板状単結晶製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、薄板状単結晶を連続して製造することのできる薄板状単結晶製造装置および薄板状単結晶製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
薄板状単結晶を連続的に製造することのできる薄板状単結晶製造装置および薄板状単結晶製造方法が、既に本発明者によって開発されている。
この本発明者によって開発された薄板状単結晶製造装置および薄板状単結晶製造方法は、薄板状単結晶製造用の原料塊の上側面に赤外線（レーザ光）を照射して融解し、得られた融液中に薄板状の種子単結晶を浸して引き上げることにより、薄板状単結晶を連続的に製造するものである（特許文献１）。
この本発明者によって開発された薄板状単結晶製造装置および薄板状単結晶製造方法は、薄板状単結晶製造用の原料塊の上側面に赤外線（レーザ光）を照射して融解し、得られた融液中に薄板状の種子単結晶を浸して引き上げることにより、薄板状単結晶を連続的に製造するものである（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特願２０２１－００２２８５号
【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、特許文献１に記載の薄板状単結晶製造装置および薄板状単結晶製造方法では、原料塊のサイズを大きくして長尺な薄板状単結晶を連続的に製造しようとすると、大型化した原料塊の上側面を融解するのに、赤外線（レーザ光）を大出力化する必要があり、赤外線照射手段の高価格化をもたらし、製造コスト高を招くおそれがあった。
【0005】
そこで本発明は、赤外線の大出力化を抑止しながら大型の原料塊を適用可能とし、添加剤濃度が最適組成で均質であり、薄板状単結晶を、低コストでしかも連続して高精度に製造することのできる薄板状単結晶製造装置および薄板状単結晶製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明は、前述した従来技術における課題を解決するために発明されたものであって、
本発明の薄板状単結晶製造装置は、
薄板状単結晶製造用の原料塊の上側面に対して赤外線を照射し、前記原料塊の上側面の表面を融解する赤外線照射手段と、
前記赤外線照射手段にて融解され、前記原料塊の上側面の表面に得られた融液中に薄板状の種子単結晶の下側面を浸すとともに、浸した状態から前記種子単結晶を上方に引き上げる昇降手段と、
前記原料塊を水平方向に移動する水平方向移動手段と、
を備え、
前記赤外線照射手段によって原料塊の上側面の表面に得られた融液中に、前記昇降手段を介して種子単結晶の下側面を浸すことで、浸された前記種子単結晶の下側面から単結晶の育成を開始させ、
さらに前記昇降手段を介して種子単結晶を上方に引き上げると同時に、前記原料塊を、前記水平方向移動手段で水平方向に移動させることで、前記原料塊の上側面の溶融域を、水平方向に移動させながら連続的に薄板状単結晶が製造されるよう構成されていることを特徴とする。
本発明の薄板状単結晶製造装置は、
薄板状単結晶製造用の原料塊の上側面に対して赤外線を照射し、前記原料塊の上側面の表面を融解する赤外線照射手段と、
前記赤外線照射手段にて融解され、前記原料塊の上側面の表面に得られた融液中に薄板状の種子単結晶の下側面を浸すとともに、浸した状態から前記種子単結晶を上方に引き上げる昇降手段と、
前記原料塊を水平方向に移動する水平方向移動手段と、
を備え、
前記赤外線照射手段によって原料塊の上側面の表面に得られた融液中に、前記昇降手段を介して種子単結晶の下側面を浸すことで、浸された前記種子単結晶の下側面から単結晶の育成を開始させ、
さらに前記昇降手段を介して種子単結晶を上方に引き上げると同時に、前記原料塊を、前記水平方向移動手段で水平方向に移動させることで、前記原料塊の上側面の溶融域を、水平方向に移動させながら連続的に薄板状単結晶が製造されるよう構成されていることを特徴とする。
【0007】
さらに、本発明の薄板状単結晶製造方法は、
赤外線照射手段を介して、薄板状単結晶製造用の原料塊の上側面に赤外線を照射し、前記原料塊の上側面の表面を融解する融解工程と、
前記融解工程にて、前記原料塊の上側面の表面に得られた融液中に、昇降手段を介して薄板状の種子単結晶の下側面を浸し、前記種子単結晶の下側面から単結晶の育成を開始させる育成工程と、
前記育成工程にて、単結晶の育成が開始された前記種子単結晶を上方に引き上げると同時に、前記原料塊を、水平方向移動手段を介して水平方向に移動させることで、前記原料塊の上側面の溶融域を水平方向に移動させながら、連続的に薄板状単結晶を製造する連続製造工程と、
を少なくとも有することを特徴とする。
赤外線照射手段を介して、薄板状単結晶製造用の原料塊の上側面に赤外線を照射し、前記原料塊の上側面の表面を融解する融解工程と、
前記融解工程にて、前記原料塊の上側面の表面に得られた融液中に、昇降手段を介して薄板状の種子単結晶の下側面を浸し、前記種子単結晶の下側面から単結晶の育成を開始させる育成工程と、
前記育成工程にて、単結晶の育成が開始された前記種子単結晶を上方に引き上げると同時に、前記原料塊を、水平方向移動手段を介して水平方向に移動させることで、前記原料塊の上側面の溶融域を水平方向に移動させながら、連続的に薄板状単結晶を製造する連続製造工程と、
を少なくとも有することを特徴とする。
【0008】
このようにすれば、原料塊の上側面の融液（溶融域）を水平方向に移動させながら、薄板状単結晶を成長させることになるため、薄板状単結晶の成長を安定して連続的に行うことができる。しかも薄板状単結晶製造装置を構成する部材が少なく、添加剤濃度が最適組成で均質である薄板状単結晶を、低コストでしかも連続して高精度に製造することができる。
【0009】
また、厚さ方向および／または厚さ方向に対して直交する方向に大型の原料塊を使用することができ、長尺な薄板状単結晶を連続して製造可能となるので、製造コストの大幅な削減を達成することができる。
【0010】
さらには分解融解物質や固溶体物質など、いわゆる不一致融解物質の均質組成の薄板状単結晶を高精度に製造することができる。
また、赤外線照射手段を動かさず、原料塊を水平方向に移動させる構造であるため、大型の原料塊を適用しても赤外線照射手段を大出力化させる必要がなく、製造コストを抑制することができる。
また、赤外線照射手段を動かさず、原料塊を水平方向に移動させる構造であるため、大型の原料塊を適用しても赤外線照射手段を大出力化させる必要がなく、製造コストを抑制することができる。
【0011】
また、本発明の薄板状単結晶製造装置は、
前記赤外線照射手段から照射される赤外線が、レーザ光であることを特徴とする。
さらに、本発明の薄板状単結晶製造方法は、
前記融解工程において、
前記赤外線照射手段から照射される赤外線が、レーザ光であることを特徴とする。
前記赤外線照射手段から照射される赤外線が、レーザ光であることを特徴とする。
さらに、本発明の薄板状単結晶製造方法は、
前記融解工程において、
前記赤外線照射手段から照射される赤外線が、レーザ光であることを特徴とする。
【0012】
このようにレーザ光であれば、原料塊の所定の範囲を正確に加熱することができるため、融液が原料塊の上側面からこぼれ落ちてしまうことなく、原料塊の上側面に融液（溶融域）を確実に形成し続けることができる。
【0013】
なお赤外線照射手段は、上面視における原料塊を中心として、上下左右（例えば９０度毎）の四方に設置されることが好ましい。しかしながら、一つの赤外線照射手段から照射されるレーザ光を分割して、原料塊に四方からレーザ光を照射するようにしても良いものである。
【0014】
さらには、四方（９０度毎）に限らず、例えば二方（１８０度毎）でも良いなど、赤外線照射手段の数について限定されるものではなく、後述するレーザ光の中空四角形状の照射域の大きさや赤外線照射手段の出力強度などを鑑みて決定すれば良いものである。
【0015】
また、本発明の薄板状単結晶製造装置は、
前記レーザ光の照射域の形状が、前記原料塊の厚さ方向に対して直交する水平方向に細長い中空四角形状であることを特徴とする。
このようにレーザ光の照射域の形状が中空四角形状であれば、原料塊の上側面を全面に亘って確実に融解することができる。
前記レーザ光の照射域の形状が、前記原料塊の厚さ方向に対して直交する水平方向に細長い中空四角形状であることを特徴とする。
このようにレーザ光の照射域の形状が中空四角形状であれば、原料塊の上側面を全面に亘って確実に融解することができる。
【0016】
また、本発明の薄板状単結晶製造装置は、
前記原料塊を載置する載置台と、
前記載置台の上下方向の位置を所定位置となるように位置制御する位置制御手段と、
を備えることを特徴とする。
前記原料塊を載置する載置台と、
前記載置台の上下方向の位置を所定位置となるように位置制御する位置制御手段と、
を備えることを特徴とする。
【0017】
このように載置台の上下方向の位置を制御できるようにすれば、水平方向に大型であることに加え、上下方向に大型の原料塊を使用可能となり、さらには薄板状単結晶の引き上げに伴って原料塊の融液の液面位置が下がっても、当初の位置を保つように原料塊の位置を上げることにより、常に融液の液面位置を同じ位置に制御することができる。
【0018】
したがって、常に赤外線の照射位置を同じ位置に固定すれば良くなり、薄板状単結晶を安定的かつ歩留まり良く連続的に製造することができる。
なお、平行に進む赤外線（レーザ光）を、原料塊の上側面に対して垂直方向から照射する場合には、原料塊の融液の液面位置が下がっても赤外線（レーザ光）の照射強度は変わらないので、原料塊の融液の液面位置を一定に維持する位置制御をしなくても良い。
なお、平行に進む赤外線（レーザ光）を、原料塊の上側面に対して垂直方向から照射する場合には、原料塊の融液の液面位置が下がっても赤外線（レーザ光）の照射強度は変わらないので、原料塊の融液の液面位置を一定に維持する位置制御をしなくても良い。
【0019】
また、本発明の薄板状単結晶製造装置は、
前記水平方向移動手段が、
前記位置制御手段の底部側方に設けられた駆動軸と、
前記駆動軸を駆動させる駆動手段と、
を備え、
前記駆動手段を介して駆動軸を駆動させることにより、前記載置台および前記位置制御手段を、前記原料塊の厚さ方向である水平方向に移動させるよう構成されていることを特徴とする。
前記水平方向移動手段が、
前記位置制御手段の底部側方に設けられた駆動軸と、
前記駆動軸を駆動させる駆動手段と、
を備え、
前記駆動手段を介して駆動軸を駆動させることにより、前記載置台および前記位置制御手段を、前記原料塊の厚さ方向である水平方向に移動させるよう構成されていることを特徴とする。
【0020】
このように構成されていれば、載置台および位置制御手段を水平方向に確実に移動させることができ、赤外線（レーザ光）の照射によって原料塊の上側面に形成される融液（溶融域）を、水平方向に移動させながら薄板状単結晶の成長を安定して連続的に行うことができる。
【0021】
また、本発明の薄板状単結晶製造装置は、
前記水平方向移動手段が、
前記載置台および前記位置制御手段を前記原料塊の厚さ方向である水平方向に移動させるよう構成されている場合において、
前記原料塊の上側面における前記原料塊の厚さ方向に対して直交する水平方向の両端部の位置と、前記中空四角形状における前記原料塊の厚さ方向に対して直交する水平方向の両端部の位置とが、略一致するとともに、
前記中空四角形状における前記原料塊の厚さ方向に対して直交する水平方向の長さが、前記原料塊の上側面における前記原料塊の厚さ方向に対して直交する水平方向の長さよりも若干小さくなるように、前記レーザ光の照射域の大きさが設定されていることを特徴とする。
前記水平方向移動手段が、
前記載置台および前記位置制御手段を前記原料塊の厚さ方向である水平方向に移動させるよう構成されている場合において、
前記原料塊の上側面における前記原料塊の厚さ方向に対して直交する水平方向の両端部の位置と、前記中空四角形状における前記原料塊の厚さ方向に対して直交する水平方向の両端部の位置とが、略一致するとともに、
前記中空四角形状における前記原料塊の厚さ方向に対して直交する水平方向の長さが、前記原料塊の上側面における前記原料塊の厚さ方向に対して直交する水平方向の長さよりも若干小さくなるように、前記レーザ光の照射域の大きさが設定されていることを特徴とする。
【0022】
また、本発明の薄板状単結晶製造方法は、
前記連続製造工程において、
前記水平方向移動手段を介して前記原料塊を、前記原料塊の厚さ方向である水平方向に移動させることを特徴とする。
前記連続製造工程において、
前記水平方向移動手段を介して前記原料塊を、前記原料塊の厚さ方向である水平方向に移動させることを特徴とする。
【0023】
また、本発明の薄板状単結晶製造方法は、
前記連続製造工程において、
前記溶融域が、前記原料塊の上側面における前記原料塊の厚さ方向の一方側の端部に達したら、今度は逆側である前記原料塊の厚さ方向の他方側の端部に向かって溶融域を移動させ、これを連続的に繰り返すことを特徴とする。
前記連続製造工程において、
前記溶融域が、前記原料塊の上側面における前記原料塊の厚さ方向の一方側の端部に達したら、今度は逆側である前記原料塊の厚さ方向の他方側の端部に向かって溶融域を移動させ、これを連続的に繰り返すことを特徴とする。
【0024】
また、本発明の薄板状単結晶製造方法は、
前記融解工程において、
前記レーザ光の照射域の形状が、前記原料塊の厚さ方向に対して直交する水平方向に細長い中空四角形状であり、
前記原料塊の上側面における前記原料塊の厚さ方向に対して直交する水平方向の両端部の位置と、前記中空四角形状における前記原料塊の厚さ方向に対して直交する水平方向の両端部の位置とが、略一致するとともに、
前記中空四角形状における前記原料塊の厚さ方向に対して直交する水平方向の長さが、前記原料塊の上側面における前記原料塊の厚さ方向に対して直交する水平方向の長さよりも若干小さくなるように、前記レーザ光の照射域の大きさが設定されていることを特徴とする。
前記融解工程において、
前記レーザ光の照射域の形状が、前記原料塊の厚さ方向に対して直交する水平方向に細長い中空四角形状であり、
前記原料塊の上側面における前記原料塊の厚さ方向に対して直交する水平方向の両端部の位置と、前記中空四角形状における前記原料塊の厚さ方向に対して直交する水平方向の両端部の位置とが、略一致するとともに、
前記中空四角形状における前記原料塊の厚さ方向に対して直交する水平方向の長さが、前記原料塊の上側面における前記原料塊の厚さ方向に対して直交する水平方向の長さよりも若干小さくなるように、前記レーザ光の照射域の大きさが設定されていることを特徴とする。
【0025】
このように原料塊の上側面における原料塊の厚さ方向に対して直交する水平方向の両端部の位置と、レーザ光の中空四角形状の照射域における原料塊の厚さ方向に対して直交する水平方向の両端部の位置とが、略一致するように、中空四角形状のレーザ光を原料塊の上側面に照射すれば、原料塊の上側面のレーザ光が照射されている中空四角形状の四角帯部分が先に融解され、中空四角形状のレーザ光が照射されていない中心部分は、先に融解された四角帯部分の融液からの熱伝導により融解されることとなる。
【0026】
したがってレーザ光の照射されていない中心部分の温度を、四角帯部分の温度よりも低く制御することができる。なおレーザ光の照射域を、中空四角形状に形成する方法としては、例えば４本の直線状（長方形）のレーザ光を、原料塊の上側面に対して四方から照射することで中空四角形状とすることができる。
【0027】
さらにレーザ光は、原料塊の上側面に対して、斜め上方の方向から照射しても、真上から垂直方向に照射しても良いが、単結晶材料の熱伝導特性、製造する薄板状単結晶の厚さに応じて、最適な照射角度に調整可能であることが好ましい。
【0028】
ところで、原料塊を融解して連続的に薄板状単結晶を製造するには、原料塊の融解と、薄板状単結晶としての固化とを、同時進行で継続させる必要がある。しかしながら原料塊の融解には加熱が必要であり、薄板状単結晶の固化には融液の冷却が必要である。
【0029】
したがって、薄板状単結晶の安定的な製造を可能にするためには、「加熱」と「冷却」の相反する行為を、制御性良く安定的に継続させることが必須である。上記した照射域が中空四角形状のレーザ光を原料塊の上側面に照射することにより、これを実現することができる。
【0030】
すなわち、レーザ光の照射されていない中心部分の温度を、四角帯部分の温度よりも低くするといった温度分布を、原料塊の上側面の融液（溶融域）に持たせることで、この中心部分から薄板状単結晶の成長を安定して連続的に行うことができる。
【0031】
また、本発明の薄板状単結晶製造装置では、原料塊を水平方向に移動する水平方向移動手段を有しているため、原料塊の上側面の厚さ方向の一方側の端部に、中空四角形状の照射域の一方側の端部を略一致させ、この状態で原料塊を原料塊の厚さ方向である水平方向に移動させることで、この中空四角形状の照射域が原料塊の上側面の厚さ方向の他方側の端部に向かって移動しているような状態とすることができる。
【0032】
これにより、例えば原料塊の厚さ方向に大型の原料塊を使用することができ、長尺な薄板状単結晶を連続的に製造することができる。
原料塊の大きさについて、中空四角形状のレーザ光の照射域の原料塊の厚さ方向に対して直交する水平方向の長さが、原料塊の厚さ方向に対して直交する水平方向の長さに「略一致」している場合には、原料塊の厚さ方向の長さの制限は、原理的に無いものである。
原料塊の大きさについて、中空四角形状のレーザ光の照射域の原料塊の厚さ方向に対して直交する水平方向の長さが、原料塊の厚さ方向に対して直交する水平方向の長さに「略一致」している場合には、原料塊の厚さ方向の長さの制限は、原理的に無いものである。
【0033】
ここで「略一致」と表現した理由としては、完全に中空四角形状のレーザ光の照射域の原料塊の厚さ方向に対して直交する水平方向の長さと、原料塊の厚さ方向に対して直交する水平方向の長さとを一致させてしまう、すなわちぎりぎりまで大きさを合わせてしまうと、レーザ光の照射により原料塊の上側面が融解して、融液（溶融域）が形成された際に、融液が原料塊の上側面からこぼれ落ちてしまう恐れがあるためである。
【0034】
このため実際には、原料塊の厚さ方向に対して直交する水平方向の長さに対し、中空四角形状のレーザ光の照射域の原料塊の厚さ方向に対して直交する水平方向の長さを「若干小さく」設定することで、融液が原料塊の上側面からこぼれ落ちてしまうことなく、融液を表面張力で原料塊の上側面に保持させたまま、原料塊の上側面の厚さ方向と直交する水平方向の一方側の端部から他方側の端部までを確実に融解させることができる。
【0035】
もちろん、水平方向移動手段によって、原料塊を原料塊の厚さ方向に移動させた際には、原料塊の上側面における原料塊の厚さ方向である水平方向の一端部の位置と、レーザ光の中空四角形状の照射域における原料塊の厚さ方向である水平方向の一端部の位置とを「略一致」させる、すなわち上記したのと同様、両方の一端部を完全に一致させてしまうと、レーザ光の照射によって得られた融液が、原料塊の上側面からこぼれ落ちてしまうおそれがある。このため、中空四角形状のレーザ光の照射域の原料塊の厚さ方向である水平方向の一端部が、原料塊の厚さ方向である水平方向の一端部の若干手前の位置に到達したら、それ以上のぎりぎりの位置までは、原料塊を移動させないようにすることが好ましい。これは一端部の反対側の他端部についても同様である。
【0036】
なお、中空四角形状のレーザ光の照射域と、レーザ光の照射によって形成される融液（溶融域）の大きさは、相互に関連しているため、同じ照射域の大きさであってもレーザ光の出力を上げれば、融液（溶融域）の大きさは大きくなる。したがって、予めレーザ光の照射域の大きさを最適に決めることは困難であるため、まずは実際にレーザ光を原料塊の上側面に照射して融液（溶融域）を形成させ、その形状が溶け残りを出さず、かつ融液（溶融域）が原料塊の上側面からこぼれ落ちない中空四角形状の照射域の大きさと、レーザ光の出力の両方を観察しながら決定することが重要である。
このように溶融域の水平方向への移動を繰り返せば、水平方向に大きな原料塊を用いて、長尺な薄板状単結晶を連続的に製造することができる。
このように溶融域の水平方向への移動を繰り返せば、水平方向に大きな原料塊を用いて、長尺な薄板状単結晶を連続的に製造することができる。
【0037】
また、本発明の薄板状単結晶製造装置は、
前記水平方向移動手段が、
前記位置制御手段の底部側方に設けられた駆動軸と、
前記駆動軸を駆動させる駆動手段と、
を備え、
前記駆動手段を介して駆動軸を駆動させることにより、前記載置台および前記位置制御手段を、前記原料塊の厚さ方向に対して直交する方向である水平方向に移動させるよう構成されていることを特徴とする。
前記水平方向移動手段が、
前記位置制御手段の底部側方に設けられた駆動軸と、
前記駆動軸を駆動させる駆動手段と、
を備え、
前記駆動手段を介して駆動軸を駆動させることにより、前記載置台および前記位置制御手段を、前記原料塊の厚さ方向に対して直交する方向である水平方向に移動させるよう構成されていることを特徴とする。
【0038】
また、本発明の薄板状単結晶製造装置は、
前記水平方向移動手段が、
前記載置台および前記位置制御手段を前記原料塊の厚さ方向に対して直交する方向である水平方向に移動させるよう構成されている場合において、
前記原料塊の上側面における前記原料塊の厚さ方向である水平方向の両端部の位置と、前記中空四角形状における前記原料塊の厚さ方向である水平方向の両端部の位置とが、略一致するとともに、
前記中空四角形状における前記原料塊の厚さ方向である水平方向の長さが、前記原料塊の上側面における前記原料塊の厚さ方向である水平方向の長さよりも若干小さくなるように、前記レーザ光の照射域の大きさが設定されていることを特徴とする。
前記水平方向移動手段が、
前記載置台および前記位置制御手段を前記原料塊の厚さ方向に対して直交する方向である水平方向に移動させるよう構成されている場合において、
前記原料塊の上側面における前記原料塊の厚さ方向である水平方向の両端部の位置と、前記中空四角形状における前記原料塊の厚さ方向である水平方向の両端部の位置とが、略一致するとともに、
前記中空四角形状における前記原料塊の厚さ方向である水平方向の長さが、前記原料塊の上側面における前記原料塊の厚さ方向である水平方向の長さよりも若干小さくなるように、前記レーザ光の照射域の大きさが設定されていることを特徴とする。
【0039】
また、本発明の薄板状単結晶製造方法は、
前記連続製造工程において、
前記水平方向移動手段を介して前記原料塊を、前記原料塊の厚さ方向に対して直交する方向である水平方向に移動させることを特徴とする。
前記連続製造工程において、
前記水平方向移動手段を介して前記原料塊を、前記原料塊の厚さ方向に対して直交する方向である水平方向に移動させることを特徴とする。
【0040】
また、本発明の薄板状単結晶製造方法は、
前記連続製造工程において、
前記溶融域が、前記原料塊の上側面における前記原料塊の厚さ方向に対して直交する方向の一方側の端部に達したら、今度は逆側である前記原料塊の厚さ方向に対して直交する方向の他方側の端部に向かって溶融域を移動させ、これを連続的に繰り返すことを特徴とする。
前記連続製造工程において、
前記溶融域が、前記原料塊の上側面における前記原料塊の厚さ方向に対して直交する方向の一方側の端部に達したら、今度は逆側である前記原料塊の厚さ方向に対して直交する方向の他方側の端部に向かって溶融域を移動させ、これを連続的に繰り返すことを特徴とする。
【0041】
また、本発明の薄板状単結晶製造方法は、
前記融解工程において、
前記レーザ光の照射域の形状が、前記原料塊の厚さ方向に対して直交する水平方向に細長い中空四角形状であり、
前記原料塊の上側面における前記原料塊の厚さ方向の両端部の位置と、前記中空四角形状における前記原料塊の厚さ方向の両端部の位置とが、略一致するとともに、
前記中空四角形状における前記原料塊の厚さ方向である水平方向の長さが、前記原料塊の上側面における前記原料塊の厚さ方向である水平方向の長さよりも若干小さくなるように、前記レーザ光の照射域の大きさが設定されていることを特徴とする。
前記融解工程において、
前記レーザ光の照射域の形状が、前記原料塊の厚さ方向に対して直交する水平方向に細長い中空四角形状であり、
前記原料塊の上側面における前記原料塊の厚さ方向の両端部の位置と、前記中空四角形状における前記原料塊の厚さ方向の両端部の位置とが、略一致するとともに、
前記中空四角形状における前記原料塊の厚さ方向である水平方向の長さが、前記原料塊の上側面における前記原料塊の厚さ方向である水平方向の長さよりも若干小さくなるように、前記レーザ光の照射域の大きさが設定されていることを特徴とする。
【0042】
このようにすれば、原料塊の厚さ方向に対して直交する方向に原料塊を移動させても、上記したのと同様、長尺な薄板状単結晶を連続的に製造することができる。ここでは、原料塊の厚さ方向に対して直交する方向に大きな原料塊を用いることが好ましい。
【0043】
また、本発明の薄板状単結晶製造装置は、
前記水平方向移動手段が、
前記位置制御手段の底部側方に設けられた駆動軸と、
前記駆動軸を駆動させる駆動手段と、
を備え、
前記駆動手段を介して駆動軸を駆動させることにより、前記載置台および前記位置制御手段を、前記原料塊の厚さ方向である水平方向および／または前記原料塊の厚さ方向に対して直交する方向である水平方向に移動させるよう構成されていることを特徴とする。
前記水平方向移動手段が、
前記位置制御手段の底部側方に設けられた駆動軸と、
前記駆動軸を駆動させる駆動手段と、
を備え、
前記駆動手段を介して駆動軸を駆動させることにより、前記載置台および前記位置制御手段を、前記原料塊の厚さ方向である水平方向および／または前記原料塊の厚さ方向に対して直交する方向である水平方向に移動させるよう構成されていることを特徴とする。
【0044】
また、本発明の薄板状単結晶製造方法は、
前記連続製造工程において、
前記水平方向移動手段を介して前記原料塊を、前記原料塊の厚さ方向である水平方向および前記原料塊の厚さ方向に対して直交する方向である水平方向に移動させることを特徴とする。
前記連続製造工程において、
前記水平方向移動手段を介して前記原料塊を、前記原料塊の厚さ方向である水平方向および前記原料塊の厚さ方向に対して直交する方向である水平方向に移動させることを特徴とする。
【0045】
また、本発明の薄板状単結晶製造方法は、
前記連続製造工程において、
前記溶融域が、前記原料塊の上側面における前記原料塊の厚さ方向に対して直交する水平方向の一方側の端部に達したら、所定の長さだけ前記原料塊の厚さ方向に移動させ、今度は逆側である前記原料塊の厚さ方向に対して直交する水平方向の他方側の端部に向かって溶融域を移動させ、
次いで再び前記原料塊の厚さ方向に対して直交する水平方向の一方側の端部に向かって溶融域を移動させ、これを前記原料塊の上側面の全面に対して連続的に行うことを特徴とする。
前記連続製造工程において、
前記溶融域が、前記原料塊の上側面における前記原料塊の厚さ方向に対して直交する水平方向の一方側の端部に達したら、所定の長さだけ前記原料塊の厚さ方向に移動させ、今度は逆側である前記原料塊の厚さ方向に対して直交する水平方向の他方側の端部に向かって溶融域を移動させ、
次いで再び前記原料塊の厚さ方向に対して直交する水平方向の一方側の端部に向かって溶融域を移動させ、これを前記原料塊の上側面の全面に対して連続的に行うことを特徴とする。
【0046】
また、本発明の薄板状単結晶製造方法は、
前記融解工程において、
前記レーザ光の照射域の形状が、前記原料塊の厚さ方向に対して直交する水平方向に細長い中空四角形状であることを特徴とする。
前記融解工程において、
前記レーザ光の照射域の形状が、前記原料塊の厚さ方向に対して直交する水平方向に細長い中空四角形状であることを特徴とする。
【0047】
このようにすれば、原料塊の厚さ方向に原料塊を移動させるとともに、原料塊の厚さ方向に対して直交する方向に原料塊を移動させることで、長尺な薄板状単結晶を連続的に製造することができる。
また厚さ方向および厚さ方向に対して直交する方向の両方向に大きな原料塊を用いることができるので、長尺な薄板状単結晶を連続的に製造することができる。
また厚さ方向および厚さ方向に対して直交する方向の両方向に大きな原料塊を用いることができるので、長尺な薄板状単結晶を連続的に製造することができる。
【0048】
また、本発明の薄板状単結晶製造装置は、
前記載置台および前記位置制御手段の水平方向への移動速度が、
０．００５ｍｍ／分～１００ｍｍ／分の範囲内であることを特徴とする。
前記載置台および前記位置制御手段の水平方向への移動速度が、
０．００５ｍｍ／分～１００ｍｍ／分の範囲内であることを特徴とする。
【0049】
さらに、本発明の薄板状単結晶製造方法は、
前記連続製造工程において、
前記原料塊を、前記水平方向移動手段を介して水平方向に移動させる際の移動速度が、０．００５ｍｍ／分～１００ｍｍ／分の範囲内であることを特徴とする。
前記連続製造工程において、
前記原料塊を、前記水平方向移動手段を介して水平方向に移動させる際の移動速度が、０．００５ｍｍ／分～１００ｍｍ／分の範囲内であることを特徴とする。
【0050】
特に水平方向への移動速度がこのような範囲内であれば、原料塊の上側面に形成される溶融域から薄板状単結晶を製造することにより、消費される原料を、常に水平方向から供給することができ、溶融域のサイズと組成を均一に保持することができる。
【0051】
したがって、「溶媒移動法」のスキームを維持することができ、製造される薄板状単結晶の組成を均一に保持しながら、薄板状単結晶の成長を安定して連続的に行うことができる。
【0052】
なお原料塊の移動に伴って、原料塊の上側面では原料の融解と固化が継続される。固化は、薄板状単結晶の製造に伴って固化する部分と、残りは原料塊の移動に伴って溶融域が移動することに伴って固化する部分である。原料塊の上側面で固化した部分では、原料塊の移動速度、すなわち溶融域の移動速度が速すぎると、セル成長が発生する場合がある。
【0053】
セル成長が発生すると、固化した部分にラメラ組織が形成され、次に融解される際に均質な融解が困難となり、製品中の組成変動をもたらす場合がある。したがって、移動速度はセル成長が発生しない範囲内であることが好ましい。
【0054】
なお、原料塊としてシリコンを用いる場合には、移動速度を０．５ｍｍ／分～５０ｍｍ／分の範囲内とすることが好ましい。一方、原料塊としてシリコン以外の酸化物などの熱伝導率の低い材料を用いる場合には、薄板状単結晶の引き上げ（巻き取り）速度がシリコンの場合よりも遅くなるため、原料塊の移動速度を０．０５ｍｍ／分～０．５ｍｍ／分の範囲内とすることが好ましい。
【0055】
さらに原料塊として多成分系の酸化物材料を用いる場合には、薄板状単結晶の引き上げ（巻き取り）速度が、シリコン以外の酸化物などの熱伝導率の低い材料を用いる場合よりもさらに遅くなるため、原料塊の移動速度を０．００５ｍｍ／分～０．０５ｍｍ／分の範囲内とすることが好ましい。他方、金属材料などのように熱伝導率が高い材料の場合には、原料塊の移動速度を１ｍｍ／分～１００ｍｍ／分の範囲内とすることが好ましい。
【0056】
すなわち、原料塊の材料によって、薄板状単結晶の最適な引き上げ（巻き取り）速度が変わるので、用いる原料塊の材料に合わせて、原料塊の移動速度を設定すれば良いものである。
【0057】
また、本発明の薄板状単結晶製造装置は、
前記水平方向移動手段が、
リニアアクチュエーターであることを特徴とする。
前記水平方向移動手段が、
リニアアクチュエーターであることを特徴とする。
【0058】
このように水平方向移動手段が、電動モーターの回転運動を線形運動に変換するリニアアクチュエーターであれば、位置制御手段を水平方向に移動させる際の移動速度の調整が容易であるとともに、振動が生じ難いため、原料塊の上側面の融液が上側面からこぼれ落ちてしまうことなく、薄板状単結晶の成長を安定して連続的に行うことができる。
【0059】
また、本発明の薄板状単結晶製造装置は、
前記昇降手段が、
製造された前記薄板状単結晶を連続してロール状に巻き取る巻き取り手段であり、
前記巻き取り手段が、
前記薄板状単結晶を連続して巻き取る巻装軸と、
前記巻装軸を回動させる回動手段と、
を備え、
前記巻装軸に、複数の細線を介して前記種子単結晶が吊り下げられるよう構成されていることを特徴とする。
前記昇降手段が、
製造された前記薄板状単結晶を連続してロール状に巻き取る巻き取り手段であり、
前記巻き取り手段が、
前記薄板状単結晶を連続して巻き取る巻装軸と、
前記巻装軸を回動させる回動手段と、
を備え、
前記巻装軸に、複数の細線を介して前記種子単結晶が吊り下げられるよう構成されていることを特徴とする。
【0060】
このように巻き取り手段が構成されていれば、連続的に製造された薄板状単結晶を確実に巻装軸に巻き取ることができ、薄板状単結晶製造装置を必要以上に大型化させることがない。
【0061】
また製造された薄板状単結晶はロール状であるため出荷の際に容易に搬送することができ、取扱い性を高めることができる。
さらに種子単結晶の吊り下げを、熱に強く高強度な細線で行えば、連続的に製造された薄板状単結晶を確実に巻装軸に巻き取ることができる。
さらに種子単結晶の吊り下げを、熱に強く高強度な細線で行えば、連続的に製造された薄板状単結晶を確実に巻装軸に巻き取ることができる。
【0062】
また、本発明の薄板状単結晶製造装置は、
前記巻き取り手段による薄板状単結晶の巻き取り速度が、
０．００５ｍｍ／分～１００ｍｍ／分の範囲内であることを特徴とする。
前記巻き取り手段による薄板状単結晶の巻き取り速度が、
０．００５ｍｍ／分～１００ｍｍ／分の範囲内であることを特徴とする。
【0063】
このような巻き取り速度で薄板状単結晶を巻き取れば、薄板状単結晶を破損させることなく、確実に巻き取ることができる。したがって、歩留まり良く薄板状単結晶を製造することができる。
【0064】
なお、原料塊としてシリコンを用いる場合には、薄板状単結晶の巻き取り速度を０．５ｍｍ／分～５０ｍｍ／分の範囲内とすることが好ましい。一方、原料塊としてシリコン以外の酸化物などの熱伝導率の低い材料を用いる場合には、薄板状単結晶の引き上げ（巻き取り）速度がシリコンの場合よりも遅くなるため、巻き取り速度を０．０５ｍｍ／分～０．５ｍｍ／分の範囲内とすることが好ましい。
【0065】
さらに原料塊として多成分系の酸化物材料を用いる場合には、薄板状単結晶の引き上げ（巻き取り）速度が、シリコン以外の酸化物などの熱伝導率の低い材料の場合よりもさらに遅くなるため、巻き取り速度を０．００５ｍｍ／分～０．０５ｍｍ／分の範囲内とすることが好ましい。他方、金属材料などのように熱伝導率が高い材料の場合には、巻き取り速度を１ｍｍ／分～１００ｍｍ／分の範囲内とすることが好ましい。
【0066】
すなわち、原料塊の材料によって、薄板状単結晶の最適な引き上げ（巻き取り）速度が変わるので、用いる原料塊の材料に合わせて、巻き取り速度を設定すれば良いものである。
【0067】
また、本発明の薄板状単結晶製造方法は、
前記連続製造工程の後、
連続的に製造された前記薄板状単結晶を、ロール状に巻き取る巻き取り工程と、
をさらに有することを特徴とする。
このように巻き取り工程を有していれば、連続的に製造された薄板状単結晶を確実にロール状に巻き取ることができ、効率的に薄板状単結晶を製造することができる。
前記連続製造工程の後、
連続的に製造された前記薄板状単結晶を、ロール状に巻き取る巻き取り工程と、
をさらに有することを特徴とする。
このように巻き取り工程を有していれば、連続的に製造された薄板状単結晶を確実にロール状に巻き取ることができ、効率的に薄板状単結晶を製造することができる。
【0068】
また、本発明の薄板状単結晶製造方法は、
前記巻き取り工程において、
前記薄板状単結晶の巻き取り速度が、０．００５ｍｍ／分～１００ｍｍ／分の範囲内であることを特徴とする。
前記巻き取り工程において、
前記薄板状単結晶の巻き取り速度が、０．００５ｍｍ／分～１００ｍｍ／分の範囲内であることを特徴とする。
【0069】
このような巻き取り速度で薄板状単結晶を巻き取れば、薄板状単結晶を破損させることなく、確実に巻き取ることができる。したがって、歩留まり良く薄板状単結晶を製造することができる。
【0070】
なお、原料塊としてシリコンを用いる場合には、薄板状単結晶の巻き取り速度を０．５ｍｍ／分～５０ｍｍ／分の範囲内とすることが好ましい。一方、原料塊としてシリコン以外の酸化物などの熱伝導率の低い材料を用いる場合には、薄板状単結晶の引き上げ（巻き取り）速度がシリコンの場合よりも遅くなるため、巻き取り速度を０．０５ｍｍ／分～０．５ｍｍ／分の範囲内とすることが好ましい。
【0071】
さらに原料塊として多成分系の酸化物材料を用いる場合には、薄板状単結晶の引き上げ（巻き取り）速度が、シリコン以外の酸化物などの熱伝導率の低い材料の場合よりもさらに遅くなるため、巻き取り速度を０．００５ｍｍ／分～０．０５ｍｍ／分の範囲内とすることが好ましい。他方、金属材料などのように熱伝導率が高い材料の場合には、巻き取り速度を１ｍｍ／分～１００ｍｍ／分の範囲内とすることが好ましい。すなわち、原料塊の材料によって、薄板状単結晶の最適な引き上げ（巻き取り）速度が変わるので、用いる原料塊の材料に合わせて、巻き取り速度を設定すれば良いものである。
【0072】
また、本発明の薄板状単結晶製造装置は、
前記種子単結晶において、
前記細線が取り付けられた部分の厚さが、
製造される前記薄板状単結晶の厚さ以下の大きさであることを特徴とする。
前記種子単結晶において、
前記細線が取り付けられた部分の厚さが、
製造される前記薄板状単結晶の厚さ以下の大きさであることを特徴とする。
【0073】
このように、種子単結晶において、細線を取り付けた部分の厚さが、製造される薄板状単結晶の厚さ以下の大きさに設定されていれば、巻装軸に薄板状単結晶を巻き取る際に、薄板状単結晶の表面が細線に接触して破損が生ずることを確実に防止することができる。
【0074】
また、本発明の薄板状単結晶製造装置は、
前記原料塊の材料がシリコンである場合、前記薄板状単結晶の厚さが、３０μｍ～５００μｍの範囲内であることを特徴とする。
前記原料塊の材料がシリコンである場合、前記薄板状単結晶の厚さが、３０μｍ～５００μｍの範囲内であることを特徴とする。
【0075】
このように原料塊の材料がシリコンである場合には、このような厚さであれば、高純度な薄板状単結晶を連続的に製造し、巻き取ることにより長尺化を達成することができる。
なお、原料塊の上側面に照射するレーザ光の水平方向に対する傾斜角度や照射するレーザ光の間隔を最適に調整すれば、これよりもさらに薄い薄板状単結晶やさらに厚い薄板状単結晶を製造することも可能である。
なお、原料塊の上側面に照射するレーザ光の水平方向に対する傾斜角度や照射するレーザ光の間隔を最適に調整すれば、これよりもさらに薄い薄板状単結晶やさらに厚い薄板状単結晶を製造することも可能である。
【0076】
また原料塊の材料として、シリコン以外の酸化物材料や金属材料を用いた場合においても、原料塊の上側面に照射するレーザ光の水平方向に対する傾斜角度や照射するレーザ光の間隔を最適に調整することにより、所望の厚さを有する薄板状単結晶を製造することができる。
【0077】
また、本発明の薄板状単結晶製造装置は、
前記原料塊の周囲には、前記原料塊を予め加熱する補助加熱部材が設けられていることを特徴とする。
前記原料塊の周囲には、前記原料塊を予め加熱する補助加熱部材が設けられていることを特徴とする。
【0078】
このように補助加熱部材が設けられていれば、原料塊の温度を予め融点よりも低い温度まで加熱しておくことにより、赤外線（レーザ光）の照射量を減らすことができる。したがって、原料塊の大きさを大きくしても、赤外線照射手段を必要以上に大出力化する必要がなく、製造コストを抑制することができる。
【0079】
また、本発明の薄板状単結晶製造装置は、
前記補助加熱部材の外側には、さらに断熱材が配設されていることを特徴とする。
このように補助加熱部材の外側に断熱材が配設されていれば、補助加熱部材によって融点よりも低い温度まで加熱するのに必要なエネルギーを大幅に削減することができる。
前記補助加熱部材の外側には、さらに断熱材が配設されていることを特徴とする。
このように補助加熱部材の外側に断熱材が配設されていれば、補助加熱部材によって融点よりも低い温度まで加熱するのに必要なエネルギーを大幅に削減することができる。
【0080】
また、本発明の薄板状単結晶製造装置は、
前記原料塊の上側面には、
製造される前記薄板状単結晶の組成と平衡共存する液相（これを溶媒相と呼ぶ）の組成物が必要量、最初に配置されていることを特徴とする。
前記原料塊の上側面には、
製造される前記薄板状単結晶の組成と平衡共存する液相（これを溶媒相と呼ぶ）の組成物が必要量、最初に配置されていることを特徴とする。
【0081】
なおこの場合の「必要量」とは、レーザ光の照射によって原料塊の上側面に形成される溶融域の容量と同量である。
このように、製造される薄板状単結晶の組成と平衡共存する液相の組成物を、最初に必要量、原料塊の上側面に配置しておくことにより、いわゆる溶媒移動法のスキームを維持することができる。したがって、均質で最適組成の薄板状単結晶を連続的に製造することができる。
このように、製造される薄板状単結晶の組成と平衡共存する液相の組成物を、最初に必要量、原料塊の上側面に配置しておくことにより、いわゆる溶媒移動法のスキームを維持することができる。したがって、均質で最適組成の薄板状単結晶を連続的に製造することができる。
【0082】
ただし形成される溶融域からの蒸発によって成分が変動してしまう場合には、予めその蒸発量と同量の成分を原料塊に添加しておき、常に組成と量が変動しないようにしながら薄板状単結晶を製造することにより、均質組成で高品質な薄板状単結晶を製造することができる。
【0083】
さらに蒸発によって所定の成分組成が変動してしまう場合には、雰囲気中に、当該成分を反応によって補填可能なガスを供給することで、所定の組成の薄板状単結晶を製造することもできる。例えばリンを添加したＮ型シリコン単結晶を製造する場合、ホスフィン（ＰＨ3）ガスを利用することが良く知られている。
【0084】
また、本発明の薄板状単結晶製造方法は、
前記融解工程において、
製造される前記薄板状単結晶が分解融解物質である場合には、その組成と平衡共存する液相（これを溶媒相と呼ぶ）の組成物を、最初に必要量、前記原料塊の上側面に配置しておくことを特徴とする。
前記融解工程において、
製造される前記薄板状単結晶が分解融解物質である場合には、その組成と平衡共存する液相（これを溶媒相と呼ぶ）の組成物を、最初に必要量、前記原料塊の上側面に配置しておくことを特徴とする。
【0085】
さらに、本発明の薄板状単結晶製造方法は、
前記融解工程において、
製造される前記薄板状単結晶が添加剤を含む固溶体物質である場合には、その組成と平衡共存する液相（これを溶媒相と呼ぶ）の組成物を、最初に必要量、前記原料塊の上側面に配置しておくことを特徴とする。
前記融解工程において、
製造される前記薄板状単結晶が添加剤を含む固溶体物質である場合には、その組成と平衡共存する液相（これを溶媒相と呼ぶ）の組成物を、最初に必要量、前記原料塊の上側面に配置しておくことを特徴とする。
【0086】
なお、この場合の「必要量」とは、レーザ光の照射によって原料塊の上側面に形成される溶融域の容量と同量である。
最初に原料塊の上側面に形成される溶融域では、原料塊の移動に伴って新たな原料の供給と、溶融域からの固化が同時進行で継続される。溶融域からの固化とは、薄板状単結晶の製造に伴って固化する部分と、残りは溶融域の移動に伴って固化する部分である。
最初に原料塊の上側面に形成される溶融域では、原料塊の移動に伴って新たな原料の供給と、溶融域からの固化が同時進行で継続される。溶融域からの固化とは、薄板状単結晶の製造に伴って固化する部分と、残りは溶融域の移動に伴って固化する部分である。
【0087】
これにより原料塊の融解と固化が同時に進むので、得られた製品（薄板状単結晶）中の添加剤濃度は、原料塊中の添加剤濃度と同一となり均質となる。このスキームは「溶媒移動法」と呼ばれ、「融液法」で均質組成の単結晶の製品（薄板状単結晶）を製造可能とする唯一の手段である。
【0088】
このように、製造される薄板状単結晶の組成と平衡共存する液相の組成物を、最初に必要量、原料塊の上側面に配置しておくことにより、均質で最適組成の薄板状単結晶を連続的に製造することができる。
【0089】
ただし形成される溶融域からの蒸発によって成分が変動してしまう場合には、予めその蒸発量と同量の成分を原料塊に添加しておき、常に組成と量が変動しないようにしながら薄板状単結晶を製造することにより、均質組成で高品質な薄板状単結晶を製造することができる。
【発明の効果】
【0090】
本発明の薄板状単結晶製造装置および薄板状単結晶製造方法によれば、水平方向移動手段で原料塊を水平方向に移動することで、原料塊の上側面の融液（溶融域）を水平方向に移動させながら、薄板状単結晶を成長させるため、赤外線の大出力化をすることなく大型の原料塊を適用することができ、添加剤濃度が最適組成で均質である薄板状単結晶を、低コストでしかも連続して高精度に製造することができる。
【0091】
そして原料塊の上側面に形成される溶融域の位置を常に同じ位置に制御することにより高さ方向においても大きな原料塊の使用が可能となり、製造コストの大幅な低減が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0092】
【発明を実施するための形態】
【0093】
以下、本発明の薄板状単結晶製造装置および薄板状単結晶製造方法について、図面に基づきより詳細に説明する。
本発明の薄板状単結晶製造装置および薄板状単結晶製造方法は、赤外線の大出力化を抑止しながら大型の原料塊を適用可能とし、添加剤などを含む固溶体の組成が最適組成で均質である薄板状単結晶を、低コストでしかも連続して高精度に製造するためのものである。
本発明の薄板状単結晶製造装置および薄板状単結晶製造方法は、赤外線の大出力化を抑止しながら大型の原料塊を適用可能とし、添加剤などを含む固溶体の組成が最適組成で均質である薄板状単結晶を、低コストでしかも連続して高精度に製造するためのものである。
【0094】
＜薄板状単結晶製造装置１０＞
［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態における薄板状単結晶製造装置１０は、図１に示したように、まずチャンバー８０内に配設された載置台８２上に薄板状単結晶製造用の原料塊１２が設けられている。この原料塊１２は、直方体をしている。
［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態における薄板状単結晶製造装置１０は、図１に示したように、まずチャンバー８０内に配設された載置台８２上に薄板状単結晶製造用の原料塊１２が設けられている。この原料塊１２は、直方体をしている。
【0095】
また、チャンバー８０の上部には、この直方体の原料塊１２の上側面１４に対して赤外線１６を照射し、上側面１４の表面を融解して融液１８（溶融域）を得るための赤外線照射手段２０を備えている。なお図中では、赤外線照射手段２０が、原料塊１２の左右に設けられているが、実際には原料塊１２の上側面１４に対して四方から赤外線１６が照射されるよう四つの赤外線照射手段２０が、原料塊１２の上面視において上下左右である周囲四方に配設されている（図１において作図の便宜上、原料塊１２の前後方向に配設された赤外線照射手段２０、後述する反射鏡２４、赤外線１６は、不図示である）。
【0096】
これら４つの赤外線照射手段２０からそれぞれ照射される赤外線１６は、レーザ光１６ａであることが好ましい。
ここでレーザ光１６ａの照射域Ａは、図２に示したように、水平方向（図２では上下方向）に細長い中空四角形状とし、四角形を構成する四辺、すなわち長辺２本と短辺２本を、四つの赤外線照射手段２０からそれぞれ照射される断面が長方形の４本のレーザ光１６ａで形成している。なおレーザ光１６ａの幅Ｅは、厚さが数百μｍ程度の薄板状単結晶４０を製造する場合には３ｍｍ～６ｍｍの範囲内とすることが好ましい。
ここでレーザ光１６ａの照射域Ａは、図２に示したように、水平方向（図２では上下方向）に細長い中空四角形状とし、四角形を構成する四辺、すなわち長辺２本と短辺２本を、四つの赤外線照射手段２０からそれぞれ照射される断面が長方形の４本のレーザ光１６ａで形成している。なおレーザ光１６ａの幅Ｅは、厚さが数百μｍ程度の薄板状単結晶４０を製造する場合には３ｍｍ～６ｍｍの範囲内とすることが好ましい。
【0097】
レーザ光１６ａの幅Ｅは、大きくし過ぎるとレーザ光１６ａの出力を大きくすることになり、コストアップに繋がることとなる。逆にレーザ光１６ａの幅Ｅを細くし過ぎると、所定の溶融域１８を形成させるのに、レーザ光１６ａの出力を高める必要がある。レーザ光１６ａの出力を高めると、レーザ光１６ａの照射を受けている原料塊１２の上側面１４の融液１８の温度が上がり過ぎて蒸発などが激しくなる傾向となり、安定して薄板状単結晶４０を製造することが困難となる。
【0098】
さらに原料塊１２の厚さ方向Ｗにおける隣合うレーザ光１６ａとレーザ光１６ａの間の距離Ｆは、２ｍｍ～１０ｍｍの範囲内とすることが好ましい。
照射域Ａの原料塊１２の厚さ方向Ｗの隣合うレーザ光１６ａとレーザ光１６ａの間の距離Ｆは、狭すぎると薄板状単結晶４０を引き上げる（巻き取る）際の、融液１８の温度制御が困難となる。逆に隣合うレーザ光１６ａとレーザ光１６ａの間の距離Ｆを大きくし過ぎると、レーザ光１６ａの出力を大きくする必要が生じる。
照射域Ａの原料塊１２の厚さ方向Ｗの隣合うレーザ光１６ａとレーザ光１６ａの間の距離Ｆは、狭すぎると薄板状単結晶４０を引き上げる（巻き取る）際の、融液１８の温度制御が困難となる。逆に隣合うレーザ光１６ａとレーザ光１６ａの間の距離Ｆを大きくし過ぎると、レーザ光１６ａの出力を大きくする必要が生じる。
【0099】
このようなレーザ光１６ａによる中空四角形状の照射域Ａは、図３に示したように、原料塊１２の上側面１４に、この水平方向に細長い中空四角形状の照射域Ａが形成されるよう、レーザ光１６ａを合致させることが好ましい。
【0100】
このとき、中空四角形状の照射域Ａは、原料塊１２の厚さ方向を「Ｗ」、原料塊１２の厚さ方向に対して直交する方向（水平方向）を「Ｄ」とした場合、原料塊１２の上側面１４における原料塊１２の厚さ方向に対して直交する方向（水平方向）Ｄの両端部の位置と、中空四角形状における原料塊１２の厚さ方向に対して直交する方向（水平方向）Ｄの両端部の位置とを、「略一致」させることが好ましい。
【0101】
そして中空四角形状における原料塊１２の厚さ方向に対して直交する方向（水平方向）Ｄの長さが、原料塊１２の上側面１４における原料塊１２の厚さ方向に対して直交する方向（水平方向）Ｄの長さよりも若干小さくなるように、レーザ光１６ａの照射域Ａの大きさを設定することが好ましい。
【0102】
ここで「略一致」と表現した理由としては、完全に中空四角形状のレーザ光１６ａの照射域Ａの原料塊１２の厚さ方向に対して直交する方向（水平方向）Ｄの長さと、原料塊１２の厚さ方向に対して直交する方向（水平方向）Ｄの長さとを一致させてしまう、すなわちぎりぎりまで大きさを合わせてしまうと、レーザ光１６ａの照射により原料塊１２の上側面１４が融解して、融液１８（溶融域）が形成された際に、融液１８が原料塊１２の上側面１４からこぼれ落ちてしまう恐れがあるためである。
【0103】
このため実際には、原料塊１２の厚さ方向に対して直交する方向（水平方向）Ｄの長さに対し、中空四角形状のレーザ光１６ａの照射域Ａの原料塊１２の厚さ方向に対して直交する方向（水平方向）Ｄの長さを「若干小さく」設定することで、融液１８が原料塊１２の上側面１４からこぼれ落ちてしまうことなく、融液１８を表面張力で原料塊１２の上側面１４に保持させたまま、原料塊１２の上側面１４の厚さ方向と直交する方向（水平方向）Ｄの一方側の端部から他方側の端部までを確実に融解させることができる。
【0104】
なお、中空四角形状のレーザ光１６ａの照射域Ａと、レーザ光１６ａの照射によって形成される融液１８（溶融域）の大きさは、相互に関連しているため、同じ照射域Ａの大きさであってもレーザ光１６ａの出力を上げれば、融液１８（溶融域）の大きさは、大きくなる。
【0105】
したがって、予めレーザ光１６ａの照射域Ａの大きさを最適に決めることは困難である。このため、まずは実際にレーザ光１６ａを原料塊１２の上側面１４に照射して融液１８（溶融域）を形成させ、そのレーザ光１６ａで作った中空四角形状が溶け残りを出さず、かつ融液１８（溶融域）が原料塊１２の上側面１４からこぼれ落ちない大きさと、レーザ光１６ａの出力の両方を観察しながら、レーザ光１６ａの照射域Ａの大きさを決定することが重要である。
【0106】
ここで、赤外線照射手段２０から照射されるレーザ光１６ａは、どのようにしてチャンバー８０内に入射しても構わないものであるが、反射鏡２４を介してチャンバー８０の上部に設けられた窓２２からチャンバー８０内に入射され、チャンバー８０内の原料塊１２の上側面１４に照射されるようにすることが好ましい。
【0107】
この時、レーザ光１６ａは、図１に示したように原料塊１２の上側面１４に対して、斜め上方の方向から照射されるが、図４に示したように原料塊１２の上側面１４に対して、真上から垂直方向に照射されるようにしても良い。原料塊１２の上側面１４に照射されるレーザ光１６ａは、原料塊１２の材料の熱伝導率および製造する薄板状単結晶４０の厚さなどに合わせて、最適な照射角度に制御すれば良いものである。
【0108】
これにより、原料塊１２の上側面１４に、図２に示したような中空四角形状のレーザ光１６ａを照射すると、図３に示したようにレーザ光１６ａが照射された部位（照射域Ａの四角帯部分Ｂ）は先に融解され、レーザ光１６ａの当たっていない中空四角形状の中心部分Ｃは、先に融解された四角帯部分Ｂおよびその周囲近傍に形成された融液１８からの熱伝導により融解されることになる。
【0109】
したがってレーザ光１６ａの当たっていない中心部分Ｃの温度を、レーザ光１６ａが照射された部位（四角帯部分Ｂ）の温度よりも低く制御することができ、このような温度分布を原料塊１２の上側面１４の融液１８（溶融域）に持たせることで、この融液１８（溶融域）の中心部から薄板状単結晶４０の成長を安定して連続的に行うことができる。
【0110】
すなわち、図５および図６に示したように、原料塊１２の上側面１４に中空四角形状のレーザ光１６ａを照射することで、中空四角形状の照射域Ａのうち、四角帯部分Ｂおよび四角帯部分Ｂの近傍の方が、中心部分Ｃよりも深くまで融液１８が形成され、中心部分Ｃは、中心部分Ｃの周囲よりも浅く低い温度の融液１８が形成されることとなる。
【0111】
一方、チャンバー８０の上方には、赤外線照射手段２０にて融解され、原料塊１２の上側面１４の表面に得られた融液１８（溶融域）中に、薄板状の種子単結晶３２の下側面３４を浸すとともに、浸した状態から種子単結晶３２を上方に引き上げ、さらに種子単結晶３２とともに製造された薄板状単結晶４０を上方に引き上げる昇降手段３０が設けられている。
【0112】
昇降手段３０としては特に構造が限定されるものではないが、例えば製造された薄板状単結晶４０を連続してロール状に巻き取る巻き取り手段５０であることが好ましい。具体的な構成としては、製造された薄板状単結晶４０を連続して巻き取る巻装軸３６と、巻装軸３６を回動させる回動手段３８とを有するものである。なお、図中において符号４４は、薄板状単結晶４０を連続して巻装軸３６に巻き取る際にガイドとなる回転ローラーである。
【0113】
ここで図７に示したように、種子単結晶３２の下側面３４の長尺方向（原料塊１２の厚さ方向と直交する方向Ｄ）の大きさＴ１は、原料塊１２の上側面１４における原料塊１２の厚さ方向と直交する方向Ｄの大きさＴ２よりも一回り小さく設定されている。例えば具体的な両者の大きさの関係として、原料塊１２の上側面１４における原料塊１２の厚さ方向と直交する方向Ｄの大きさＴ２は、種子単結晶３２の下側面３４の長尺方向（種子単結晶３２の厚さ方向と直交する方向）の大きさＴ１よりも数ｍｍ以上、大きく設定されている。すなわち、融液１８中に種子単結晶３２の下側面３４を全て浸すことができる大きさに設定されている。
【0114】
種子単結晶３２を浸す、原料塊１２の上側面１４に赤外線照射手段２０を介して形成される融液１８（溶融域）は、図８（ａ）の状態から水平方向移動手段７２を介して原料塊１２を原料塊１２の厚さ方向Ｗ（図８（ａ）では右方向）に移動させると、図８（ｂ）に示したように、融液１８（溶融域）は、それに伴って左方向（原料塊１２の移動方向とは逆方向）に移動する。すなわち原料塊１２の表面では、融液１８（溶融域）の移動方向で融解が進み、同時に融液１８（溶融域）の移動方向と逆方向で融液１８の凝固が進むことになる。
【0115】
水平方向移動手段７２は、図１に示したように位置制御手段８４の底部側方に設けられた駆動軸７４と、この駆動軸７４を駆動させる例えばモーターなどの駆動手段７６とを備えてなるものであり、この駆動手段７６を介して駆動軸７４を駆動させることにより、原料塊１２が載置された載置台８２および載置台８２の上下方向の位置を所定位置となるように位置制御する位置制御手段８４を、原料塊１２の厚さ方向Ｗに移動させることができる。
【0116】
なお、位置制御手段８４は、載置台８２の下方に設置された駆動軸８６を、例えばモーターなどの駆動手段８８を介して駆動させることで、載置台８２の上下方向の位置を変動させることができるようになっている。しかしながらこの構造に限定されるものではなく、エアシリンダーなどの公知の手段を用いても良いものである。
【0117】
水平方向移動手段７２による載置台８２および位置制御手段８４の水平方向への移動速度は、０．００５ｍｍ／分～１００ｍｍ／分の範囲内であることが好ましい。
ここで原料塊１２としてシリコンを用いる場合には、移動速度を０．５ｍｍ／分～５０ｍｍ／分の範囲内とすることが好ましい。一方、原料塊１２としてシリコン以外の酸化物などの熱伝導率の低い材料を用いる場合には、薄板状単結晶４０の引き上げ（巻き取り）速度がシリコンの場合よりも遅くなるため、原料塊１２の移動速度を０．０５ｍｍ／分～０．５ｍｍ／分の範囲内とすることが好ましい。
ここで原料塊１２としてシリコンを用いる場合には、移動速度を０．５ｍｍ／分～５０ｍｍ／分の範囲内とすることが好ましい。一方、原料塊１２としてシリコン以外の酸化物などの熱伝導率の低い材料を用いる場合には、薄板状単結晶４０の引き上げ（巻き取り）速度がシリコンの場合よりも遅くなるため、原料塊１２の移動速度を０．０５ｍｍ／分～０．５ｍｍ／分の範囲内とすることが好ましい。
【0118】
さらに原料塊１２として多成分系の酸化物材料を用いる場合には、薄板状単結晶４０の引き上げ（巻き取り）速度が、シリコン以外の酸化物などの熱伝導率の低い材料の場合よりもさらに遅くなるため、原料塊１２の移動速度を０．００５ｍｍ／分～０．０５ｍｍ／分の範囲内とすることが好ましい。他方、金属材料などのように熱伝導率が高い材料の場合には、原料塊１２の移動速度を１ｍｍ／分～１００ｍｍ／分の範囲内とすることが好ましい。
【0119】
ただし原料塊１２の移動速度が上記の範囲内であっても、原料塊１２の移動に伴って固化した部位にセル成長の発生に伴うラメラ構造の形成が観察されたら移動速度を下げ、原料の安定した融解、固化が可能となる移動速度とすることが望ましい。
【0120】
なお水平方向移動手段７２は、電動モーターの回転運動を線形運動変換するリニアアクチュエーターであることが好ましい。このようにリニアアクチュエーターであれば、位置制御手段８４を水平方向に移動させる際の移動速度の調整が容易であるとともに、振動が生じ難いため、原料塊１２の上側面１４の融液１８（溶融域）が上側面１４からこぼれ落ちてしまうことなく、表面張力で保持されたまま、薄板状単結晶４０の成長を安定して連続的に行うことができる。
【0121】
またリニアアクチュエーターの他にも、例えばローラーコンベア（図示せず）上を位置制御手段８４が水平方向に移動する構造など、リニアアクチュエーターと同様に、原料塊１２の上側面１４の融液１８（溶融域）が上側面１４からこぼれ落ちてしまうことなく原料塊１２を水平方向に移動することのできる構造であれば、特に限定されるものではないものである。
【0122】
そして中空四角形状のレーザ光１６ａの照射によって形成される融液１８（溶融域）が、図８（ｃ）および図９に示したように、原料塊１２の一方側の端部まで到達したら、今度は原料塊１２の移動方向を反転させ、図１０（ａ）に示したように、左方向（原料塊１２の他方側の端部の方向）に移動させる。
【0123】
さらに図１０（ｂ）に示したように、左方向（原料塊１２の他方側の端部の方向）に原料塊１２を移動させ、再び融液１８（溶融域）が、図１０（ｃ）および図１１に示したように原料塊１２の他方側の端部に到達したら、再び反転して右方向（原料塊１２の一方側の端部の方向）に原料塊１２を移動させ、この左右への反転を連続的に継続させる。
【0124】
このように原料塊１２の位置を、水平方向移動手段７２を介して左右の水平方向（原料塊１２の厚さ方向Ｗ）に移動させることにより、原料塊１２の大きさを、原料塊１２の厚さ方向Ｗに大きくしても、順次、融解、凝固させることができる。したがって、原理的には原料塊１２の厚さ方向Ｗに大きさの制限のない、厚さ方向に大きな原料塊１２を用いることができる。
【0125】
もちろん、水平方向移動手段７２によって、原料塊１２を原料塊１２の厚さ方向Ｗに移動させた際には、原料塊１２の上側面１４における原料塊１２の厚さ方向Ｗである水平方向の一端部の位置と、レーザ光１６ａの中空四角形状の照射域Ａにおける原料塊１２の厚さ方向Ｗである水平方向の一端部の位置とを「略一致」させてしまう、すなわち上記したのと同様、両方の一端部を完全に一致させてしまうと、レーザ光１６ａの照射によって得られた融液１８が、原料塊１２の上側面１４からこぼれ落ちてしまうおそれがある。
【0126】
このため、中空四角形状のレーザ光１６ａの照射域Ａの原料塊１２の厚さ方向Ｗである水平方向の一端部が、原料塊１２の厚さ方向Ｗである水平方向の一端部の若干手前の位置に到達したら、それ以上のぎりぎりの位置までは、原料塊１２を移動させないようにすることが好ましい。これは一端部の反対側の他端部についても同様である。
【0127】
このようにして原料塊１２の上側面１４に、移動しながら連続的に得られる融液１８（溶融域）の中心部に、昇降手段３０（巻き取り手段５０）を介して種子単結晶３２の下側面３４を浸すことで、浸された種子単結晶３２の下側面３４における融液１８との界面では、種子単結晶３２を介して熱伝導で熱が種子単結晶３２の上方に移動することにより界面温度が下がり、単結晶の成長が開始される。
【0128】
その単結晶の成長速度に合わせて、昇降手段３０を介して種子単結晶３２を上方に引き上げ、単結晶と融液１８との固液界面位置を一定に保つことにより、安定的かつ連続的に薄板状単結晶４０を製造することができる。ここで巻き取り手段５０による薄板状単結晶４０の巻き取り速度は、０．００５ｍｍ／分～１００ｍｍ／分の範囲内であることが好ましい。
【0129】
なお原料塊１２としてシリコンを用いる場合には、薄板状単結晶４０の巻き取り速度を０．５ｍｍ／分～５０ｍｍ／分の範囲内とすることが好ましい。一方、原料塊１２としてシリコン以外の酸化物などの熱伝導率の低い材料を用いる場合には、薄板状単結晶４０の引き上げ（巻き取り）速度がシリコンの場合よりも遅くなるため、巻き取り速度を０．０５ｍｍ／分～０．５ｍｍ／分の範囲内とすることが好ましい。
【0130】
さらに原料塊１２として多成分系の酸化物材料を用いる場合には、薄板状単結晶４０の引き上げ（巻き取り）速度が、シリコン以外の酸化物などの熱伝導率の低い材料の場合よりもさらに遅くなるため、巻き取り速度を０．００５ｍｍ／分～０．０５ｍｍ／分の範囲内とすることが好ましい。他方、金属材料などのように熱伝導率が高い材料の場合には、巻き取り速度を１ｍｍ／分～１００ｍｍ／分の範囲内とすることが好ましい。
【0131】
すなわち、原料塊１２の材料によって、薄板状単結晶４０の最適な引き上げ（巻き取り）速度が変わるので、用いる原料塊１２の材料に合わせて、巻き取り速度を設定すれば良いものである。
【0132】
製造される薄板状単結晶４０の厚さは、定常状態では融液１８の温度および種子単結晶３２の引き上げ（巻き取り）速度などによって調整することができ、例えば原料塊１２の材料がシリコンである場合には、３０μｍ～５００μｍ程度の厚さとすることができる。ただし、薄板状単結晶４０の厚さが５００μｍを超えると、巻き取り手段５０が大型化してしまうので、５００μｍを超える場合には巻き取らずに上方に引き上げて製品とすることもできる。
【0133】
なお、原料塊１２の上側面１４に照射するレーザ光１６ａの水平方向に対する傾斜角度や照射するレーザ光１６ａの間隔を最適に調整すれば、これよりもさらに薄い薄板状単結晶４０やさらに厚い薄板状単結晶４０を製造することもできる。
【0134】
また原料塊１２の材料として、シリコン以外の酸化物材料や金属材料を用いた場合においても、原料塊１２の上側面１４に照射するレーザ光１６ａの水平方向に対する傾斜角度や照射するレーザ光１６ａの間隔を最適に調整することにより、所望の厚さを有する薄板状単結晶４０を製造することができる。
【0135】
なお、融液１８の温度と薄板状単結晶４０の引き上げ（巻き取り）速度との間には相関関係がある。すなわち、融液１８の温度が高い場合には薄板状単結晶４０の成長に必要な冷却量が増えるので、薄板状単結晶４０の引き上げ（巻き取り）速度を遅くし、融液１８の温度が低い場合には薄板状単結晶４０の引き上げ（巻き取り）速度を速めることで、薄板状単結晶４０の生産性を高めることができる。ただし、引き上げ（巻き取り）速度が速すぎるといわゆる「セル成長」が発生し易くなり、薄板状単結晶４０の結晶特性が劣化するので、適宜薄板状単結晶４０の引き上げ（巻き取り）速度を調整することが好ましい。
【0136】
なお、融液１８に浸される種子単結晶３２の厚さＶ２や、厚さＶ２に対して直交する方向の幅（大きさ）としては、特に限定されるものではなく、薄板状単結晶製造装置１０の大きさに合わせて適宜設定すれば良いものである。
【0137】
例えば種子単結晶３２の厚さを３００μｍ～５００μｍ程度の厚さとした場合には、融液１８の温度および薄板状単結晶４０の引き上げ（巻き取り）速度を調節することにより、所望の厚さの薄板状単結晶４０を連続的に製造することができる。
【0138】
また本明細書中では、薄板状単結晶４０の厚さと種子単結晶３２の厚さを異ならせて図示しているが、これは図中で薄板状単結晶４０と種子単結晶３２の区別がつくように敢えてしたものであって、特に両者の厚さの関係を限定するものではないものである。
【0139】
薄板状単結晶４０を巻き取る際には、巻き取り手段５０の巻装軸３６に、種子単結晶３２を複数（図７では３本）の、熱に強く高強度な細線５２を介して吊り下げておくことが好ましい。特に種子単結晶３２において、細線５２が取り付けられた部位の厚さＶ１を、種子単結晶３２の厚さＶ２以下とすれば、巻装軸３６に薄板状単結晶４０を巻き取る際に、薄板状単結晶４０の表面が細線５２に接触して破損が生ずることを確実に防止することができる。
【0140】
種子単結晶３２に細線５２を取り付ける方法としては特に限定されるものではないが、例えば種子単結晶３２の端部に細線５２を結びつけるための貫通穴（図示せず）を数カ所設けるとともに、この貫通穴とつながるように凹溝（図示せず）を種子単結晶３２の両面に設け、種子単結晶３２に細線５２を結び付けた際に、この凹溝内に細線５２が嵌り、種子単結晶３２よりも外方に細線５２が出っ張らないようにすると良い。このようにすることにより、薄板状単結晶４０を巻き取る際に、薄板状単結晶４０の表面が細線５２に接触して破損が生ずることを確実に防止することができる。
【0141】
また、本発明の薄板状単結晶製造装置１０においては、昇降手段３０と原料塊１２の間に、連続的に製造される薄板状単結晶４０の揺れを防止し、成長位置がズレを生じないように所定の範囲内に留める揺れ止め部材６０と、融液１８から発せられる輻射熱を、連続的に製造される薄板状単結晶４０に届き難いように遮蔽する遮蔽部材６２と、を設けておくことが好ましい。
【0142】
揺れ止め部材６０を設けることで、製造された薄板状単結晶４０が、左右に振れ過ぎて成長位置がズレを生ずることを抑制でき、高品質な薄板状単結晶４０を安定的かつ連続的に製造することができる。
【0143】
また遮蔽部材６２を設けることで、薄板状単結晶４０の製造速度を速めることができる。すなわち、原料塊１２を融解し、単結晶として固化させる方法は「融液法」と呼ばれるが、この融液法における単結晶の成長速度は、結晶が固化する際に放出される結晶化潜熱を、融液１８に接触している単結晶中の熱伝導によって効率良く排熱することで速められる。
【0144】
したがって、例えば赤外線１６（レーザ光１６ａ）の光路を遮らないように遮蔽部材６２を設ければ、薄板状単結晶４０への輻射熱の到達量を減らし、薄板状単結晶４０の温度を上げないことにより結晶化潜熱を効率良く排熱でき、薄板状単結晶４０の製造効率を高めることができる。
【0145】
このように、本発明の薄板状単結晶製造装置１０を用いることで、連続的に薄板状単結晶４０を製造することができるが、薄板状単結晶４０を連続して製造していくと、原料塊１２の上側面１４の位置が下がってしまうこととなる。このようになってしまうと赤外線照射手段２０による赤外線１６（レーザ光１６ａ）の照射位置を、所望の位置となるように制御する必要がある。
【0146】
本実施形態においては、赤外線１６の照射位置を制御する代わりに、原料塊１２を載置する載置台８２に、載置台８２の上下方向の位置を制御する位置制御手段８４を備えている。
【0147】
このよう位置制御手段８４を備えることで、連続的に製造された薄板状単結晶４０の引き上げに伴って、原料塊１２の上側面１４の位置が下がっても、載置台８２を上げて原料塊１２の上側面１４の位置を当初の位置と同位置に保つことができ、常に融液１８の液面位置を同じ位置にすることができる。
【0148】
したがって、常に同じ位置に赤外線１６が照射されるようにすれば良く、薄板状単結晶４０を安定的に歩留まり良く連続的に製造することができる。ここで図４および図６に示した薄板状単結晶製造装置１０のように、原料塊１２の上側面１４に対し、レーザ光１６ａを原料塊１２の真上から垂直に照射する場合には、原料塊１２の上側面１４の位置が上下方向に変動しても融液１８の温度は変わらないので、原料塊１２の上側面１４の上下方向の位置制御をしなくても良い。
【0149】
なお、上述した薄板状単結晶製造装置１０に用いられる原料塊１２は、製造される薄板状単結晶４０の材料の組成の原料塊１２である。ただし、薄板状単結晶４０の材料が分解融解物質である場合には、この原料塊１２を、本発明の薄板状単結晶製造装置１０でそのまま融解して固化させても、目的とする薄板状単結晶４０を得ることはできない。
【0150】
製造される薄板状単結晶４０の材料の組成と平衡共存する液相（これを溶媒相という）の組成物を必要量、最初に原料塊１２の上側面１４に載せておき、最初にこれを融解する。この場合の「必要量」とは、赤外線１６（レーザ光１６ａ）の照射によって、原料塊１２の上側面１４に形成される融液（溶融域）１８の容量と同量である。このようにすると原料塊１２の上側面１４上に、レーザ光１６ａの照射によって形成される融液相の量に相当する溶媒が載っている状態となる。
【0151】
このようにしてから薄板状単結晶４０を製造すると、原料塊１２の移動に伴って新たに溶融域１８に供給される原料分と薄板状単結晶４０として固化した分、および原料塊１２の移動に伴って溶融域１８が固化した分とが同量となるため、溶媒の量と組成は最初から最後まで変わらず、見かけ上、溶媒相が原料塊１２を溶かしつつ、単結晶を析出しながら固化して移動している様子に見える。
【0152】
このスキームを「溶媒移動法」と呼ぶ。本発明の薄板状単結晶製造装置１０によって得られる薄板状単結晶４０が分解融解物質である場合や添加剤を含む固溶体物質である場合、得られる薄板状単結晶４０中の添加剤濃度を均質にするには、この「溶媒移動法」を用いることが重要である。
【0153】
このように、本発明によれば、水平方向移動手段７２で原料塊１２を水平方向に移動することで、原料塊１２の上側面１４の融液（溶融域）１８を水平方向に移動させながら、薄板状単結晶４０を成長させるため、赤外線１６の大出力化をすることなく大型の原料塊１２を適用することができ、添加剤濃度が最適組成で均質である薄板状単結晶４０を、低コストでしかも連続して高精度に製造することができる。
【0154】
【0155】
図１２～図１４に示した薄板状単結晶製造装置１０は、基本的には図１～図１１に示した第１の実施形態の薄板状単結晶製造装置１０と同じ構成であるので、同じ構成部材には、同じ参照番号を付してその詳細な説明を省略し、相違点について説明する。
【0156】
本発明の第２の実施形態における薄板状単結晶製造装置１０は、図１２～図１４に示したように、原料塊１２の周囲に、原料塊１２を予め加熱する補助加熱部材６４が設けられており、さらに補助加熱部材６４の外側に、断熱材６６が配設されている点で、第１の実施形態における薄板状単結晶製造装置１０と異なっている。
【0157】
補助加熱部材６４および断熱材６６は、図１３に示したように、載置台８２に原料塊１２を載置した際に、原料塊１２の周囲をすっぽりと覆うように、位置制御手段８４の側方に配設されることが好ましい。
【0158】
このように、位置制御手段８４の側方に補助加熱部材６４および断熱材６６を設ければ、図１４に示したように、原料塊１２の上側面１４の溶融に伴って、位置制御手段８４にて原料塊１２を上方に移動させた際に、補助加熱部材６４および断熱材６６の高さ位置を同位置に維持したままとすることができる。
【0159】
また、当然ながら位置制御手段８４と水平方向移動手段７２は接続されているため、水平方向移動手段７２による原料塊１２の水平方向への移動に追随して、補助加熱部材６４および断熱材６６も移動させることができ、常に原料塊１２を加熱状態とすることができる。
【0160】
なお、補助加熱部材６４による原料塊１２の加熱は、原料塊１２の融点よりも低い温度までとすることが好ましい。
赤外線照射手段２０から照射された赤外線１６（レーザ光１６ａ）を、原料塊１２の上側面１４に照射する前に、補助加熱部材６４を介して予め原料塊１２の温度を融点よりも低い温度まで加熱しておくことにより、赤外線１６（レーザ光１６ａ）の照射量を減らすことができる。したがって、原料塊１２の大きさを大きくしても、赤外線照射手段２０を必要以上に大出力化する必要がなく、製造コストを抑制することができる。
また、補助加熱部材６４の外側に断熱材６６が配設されていれば、補助加熱部材６４によって融点よりも低い温度まで加熱するのに必要なエネルギーを節約することができる。
赤外線照射手段２０から照射された赤外線１６（レーザ光１６ａ）を、原料塊１２の上側面１４に照射する前に、補助加熱部材６４を介して予め原料塊１２の温度を融点よりも低い温度まで加熱しておくことにより、赤外線１６（レーザ光１６ａ）の照射量を減らすことができる。したがって、原料塊１２の大きさを大きくしても、赤外線照射手段２０を必要以上に大出力化する必要がなく、製造コストを抑制することができる。
また、補助加熱部材６４の外側に断熱材６６が配設されていれば、補助加熱部材６４によって融点よりも低い温度まで加熱するのに必要なエネルギーを節約することができる。
【0161】
【0162】
図１５および図１６に示した薄板状単結晶製造装置１０は、基本的には図１～図１１に示した第１の実施形態の薄板状単結晶製造装置１０と同じ構成であるので、同じ構成部材には、同じ参照番号を付してその詳細な説明を省略し、相違点について説明する。
【0163】
本発明の第３の実施形態における薄板状単結晶製造装置１０は、図１５および図１６に示したように、水平方向移動手段７２が位置制御手段８４の底部側方の正面側に設けられており、原料塊１２の厚さ方向に対して直交する方向Ｄに大きな原料塊１２が用いられている点で、第１の実施形態における薄板状単結晶製造装置１０と異なっている。
【0164】
すなわち、第３の実施形態における薄板状単結晶製造装置１０は、水平方向移動手段７２を介して、原料塊１２を、原料塊１２の厚さ方向に対して直交する方向（水平方向）Ｄに移動させることで、原料塊１２の上側面１４に設けられた融液（溶融域）１８を原料塊１２の厚さ方向に対して直交する方向Ｄ（図１６では矢印の上下方向）に移動させながら、連続的に薄板状単結晶４０を製造するよう構成している。
【0165】
ここで原料塊１２の上側面１４に照射されるレーザ光１６ａによる中空四角形状の照射域Ａは、図１６に示したように、原料塊１２の厚さ方向に対して直交する方向Ｄに大きな原料塊１２の上側面１４に、この水平方向（図１６では上下方向）に細長い中空四角形状の照射域Ａが形成されるよう、レーザ光１６ａを合致させることが好ましい。
【0166】
このとき、中空四角形状の照射域Ａは、原料塊１２の上側面１４における原料塊１２の厚さ方向Ｗの両端部の位置と、中空四角形状における原料塊１２の厚さ方向Ｗの両端部の位置とを、「略一致」させることが好ましい。
【0167】
そして中空四角形状における原料塊１２の厚さ方向Ｗの長さが、原料塊１２の上側面１４における原料塊１２の厚さ方向Ｗの長さよりも若干小さくなるように、レーザ光１６ａの照射域の大きさを設定することが好ましい。
【0168】
ここで「略一致」と表現した理由としては、第１の実施形態で説明したのと同様、完全に中空四角形状のレーザ光１６ａの照射域Ａの原料塊１２の厚さ方向Ｗの長さと、原料塊１２の厚さ方向Ｗの長さとを一致させてしまう、すなわちぎりぎりまで大きさを合わせてしまうと、レーザ光１６ａの照射により原料塊１２の上側面１４が融解して、融液１８（溶融域）が形成された際に、融液１８が原料塊１２の上側面１４からこぼれ落ちてしまう恐れがあるためである。
【0169】
このため実際には、原料塊１２の厚さ方向Ｗの長さに対し、中空四角形状のレーザ光１６ａの照射域Ａの原料塊１２の厚さ方向Ｗの長さを「若干小さく」設定することで、融液１８が原料塊１２の上側面１４からこぼれ落ちてしまうことなく、融液１８を表面張力で原料塊１２の上側面１４に保持させたまま、原料塊１２の上側面１４の厚さ方向と直交する方向Ｄの一方側の端部から他方側の端部までを確実に融解させることができる。
【0170】
原料塊１２の上側面１４をレーザ光１６ａで照射し融液（溶融域）１８を形成したら、水平方向移動手段７２を介して、原料塊１２を原料塊１２の厚さ方向に対して直交する方向Ｄ（図１６では下方向）に原料塊１２を移動させ、原料塊１２の、原料塊１２の厚さ方向に対して直交する方向Ｄの一端部に到達するところまで融液（溶融域）１８を形成し、これを繰り返せば良い。
【0171】
このように原料塊１２が、原料塊１２の厚さ方向に対して直交する方向Ｄに大きな原料塊１２であっても、水平方向移動手段７２を位置制御手段８４の底部側方の正面側に設けることにより、添加剤濃度が最適組成で均質である薄板状単結晶４０を、低コストでしかも連続して高精度に製造することができる。
【0172】
【0173】
図１７～図２０に示した薄板状単結晶製造装置１０は、基本的には図１～図１１に示した第１の実施形態の薄板状単結晶製造装置１０と同じ構成であるので、同じ構成部材には、同じ参照番号を付してその詳細な説明を省略し、相違点について説明する。
【0174】
本発明の第４の実施形態における薄板状単結晶製造装置１０は、図１７および図１８に示したように、水平方向移動手段７２が、位置制御手段８４の底部側方の左右側（図１７では右側）に設けられているとともに、位置制御手段８４の底部側方の正面側にも設けられており、原料塊１２の厚さ方向Ｗと厚さ方向に対して直交する方向Ｄの両方向に大きな原料塊１２が用いられている点で、第１の実施形態における薄板状単結晶製造装置１０と異なっている。
【0175】
このように水平方向移動手段７２が２つ設けられていれば、原料塊１２を水平方向の所望の方向へ自由に移動させることができるため、大きな原料塊１２を用いることができる。
【0176】
なおこのように水平方向移動手段７２が２つ設けられている場合には、図１８に示したように、原料塊１２の厚さ方向Ｗと厚さ方向に対して直交する方向Ｄの両方向に大きな原料塊１２を用いることができ、例えばまずは図１９（ａ）に示したように、原料塊１２の左下隅近傍にレーザ光１６ａの照射域Ａを合わせて、原料塊１２の上側面１４に融液（溶融域）１８を形成し、この位置から位置制御手段８４の底部側方の正面側に設けられた水平方向移動手段７２ｂで、原料塊１２を原料塊１２の厚さ方向に対して直交する方向Ｄの一端部から他端部に向かって移動させることで図１９（ｂ）に示した状態とする。
【0177】
次に位置制御手段８４の底部側方の左右側（図１７では右側）に設けられた水平方向移動手段７２ａで、原料塊１２を原料塊１２の厚さ方向Ｗに向かって移動させ１９（ｃ）に示した状態とする。この時の原料塊１２の移動距離は、レーザ光１６ａによる照射域Ａによって形成される溶融域１８の厚さ方向の大きさよりも小さい値とし、移動速度は、移動に伴って溶融域１８が固化する際にセル成長が発生しない範囲の速度とする。その具体的な移動量および移動速度は、薄板状単結晶４０の製造条件に合致させて決定する。
【0178】
次いで図２０（ａ）に示したように、再び位置制御手段８４の底部側方の正面側に設けられた水平方向移動手段７２ｂで、原料塊１２を原料塊１２の厚さ方向に対して直交する方向Ｄの他端部に向かって移動させる。溶融域１８が他端部に達したら、さらに図２０（ｂ）に示したように、位置制御手段８４の底部側方の左右側（図１７では右側）に設けられた水平方向移動手段７２ａで、原料塊１２を原料塊１２の厚さ方向Ｗに向かって所定の長さだけ移動させる。
【0179】
次いで、図２０（ｃ）に示したように、位置制御手段８４の底部側方の正面側に設けられた水平方向移動手段７２ｂで、原料塊１２を原料塊１２の厚さ方向に対して直交する方向Ｄの他端部から一端部に向かって移動させることで、原料塊１２の上側面１４の全ての領域を融解することができる。
【0180】
このような動きを原料塊１２の上側面１４の大きさに応じて繰り返し行うことで、原料塊１２の厚さ方向Ｗと、厚さ方向に対して直交する方向Ｄの両方向に大きな原料塊１２に対して、原料塊１２の上側面１４に形成された溶融域１８を水平方向に移動させながら、連続的に薄板状単結晶４０を製造することができる。したがって、薄板状単結晶４０を連続して製造することができる。
【0181】
なお、第４の実施形態では、水平方向移動手段７２ａと水平方向移動手段７２ｂの２つを備えることで、原料塊１２を水平方向のいずれの方向にも移動できるようにしているが、この構成に限定されるものではなく、公知の水平移動テーブルなどを用いても良いものである。
【0182】
【0183】
図２１および図２２に示した薄板状単結晶製造装置１０は、基本的には図１～図１１に示した第１の実施形態の薄板状単結晶製造装置１０と同じ構成であるので、同じ構成部材には、同じ参照番号を付してその詳細な説明を省略し、相違点について説明する。
【0184】
本発明の第５の実施形態における薄板状単結晶製造装置１０は、図２１および図２２に示したように、原料塊１２の形状が、横倒しした円柱状である点で、第１の実施形態における薄板状単結晶製造装置１０と異なっている。
【0185】
すなわち、第１の実施形態における薄板状単結晶製造装置１０では、直方体状の原料塊１２を用いているが、このように横倒しした円柱状の原料塊１２であっても、薄板状単結晶４０を連続して製造することができる。
【0186】
なおこの場合には、横倒しした円柱状の原料塊１２を載置台８２に載せ、原料塊１２の長尺方向（原料塊１２の厚さ方向に対して直交する方向Ｄ）と種子単結晶３２の厚さ方向に対して直交する方向Ｄを合わせ、この状態で、原料塊１２の上側面１４にレーザ光１６ａの照射を開始し、原料塊１２の上側面１４の一番突出された箇所（円の頂部）に形成された融液（溶融域）１８に種子単結晶３２を浸し上方に引き上げることで、薄板状単結晶４０の育成を開始することができる。
【0187】
原料塊１２の断面は円形であるため、原料塊１２の溶融域１８の範囲は、薄板状単結晶４０の育成とともに次第に大きくなり、円柱状の原料塊１２の横半分（断面では上半分）まで溶融された時点で最大になった後、次第に小さくなる。殆どの原料塊１２を融解、固化させた段階で、薄板状単結晶４０の製造は終了となる。
【0188】
なお、原料塊１２の上側面１４におけるレーザ光１６ａの照射域Ａによって形成される溶融域１８の厚さ方向Ｗの端部位置は、原料塊１２の上側面１４の厚さ方向Ｗの端部位置に合致させる必要がある。この場合には、第４の実施形態で説明した厚さ方向Ｗおよび厚さ方向に対して直交する方向Ｄの両方向に大きな原料塊１２を用いた場合と同じように、レーザ光１６ａの照射域Ａの位置を設定すれば良い。
【0189】
横倒しした円柱状の原料塊１２は、シーメンス法で製造されたＵ字状の単結晶の曲がった部分を切断することで、２本の円柱状の原料塊１２とすることができる。
円柱状の原料塊１２は、上側面１４のサイズが刻々と変化するので、予めレーザ光１６ａの照射プログラムを組んでおき、水平方向移動手段７２と連動して、融液（溶融域）１８を形成するようにすることが好ましい。
円柱状の原料塊１２は、上側面１４のサイズが刻々と変化するので、予めレーザ光１６ａの照射プログラムを組んでおき、水平方向移動手段７２と連動して、融液（溶融域）１８を形成するようにすることが好ましい。
【0190】
【0191】
図２３および図２４に示した薄板状単結晶製造装置１０は、基本的には図１～図１１に示した第１の実施形態の薄板状単結晶製造装置１０と同じ構成であるので、同じ構成部材には、同じ参照番号を付してその詳細な説明を省略し、相違点について説明する。
【0192】
本発明の第６の実施形態における薄板状単結晶製造装置１０は、図２３および図２４に示したように、チャンバー８０において、チャンバー８０内を、添加剤を含んだ雰囲気ガスで満たすガス導入装置９０が備えられている点で、第１の実施形態における薄板状単結晶製造装置１０と異なっている。
【0193】
ガス導入装置９０は、チャンバー８０の上部側方に設けられ、ガス導入装置９０から導入管９２を介してチャンバー８０内に、雰囲気ガスが導入されるようになっている。またチャンバー８０の下方側方には、排出管９４が設けられ、この排出管９４からチャンバー８０外に雰囲気ガスを排出できるようになっている。
【0194】
これにより、チャンバー８０内は、薄板状単結晶４０の製造に適した雰囲気ガスで満たされた状態を維持することができ、添加剤濃度が均質で高品質な薄板状単結晶４０を連続的に製造することができる。
【0195】
なお雰囲気ガスは、製造される薄板状単結晶４０の材料の特性に合わせて用意すれば良く、例えばＮ型シリコンの薄板状単結晶４０を製造する場合には、雰囲気ガスとしてホスフィン（ＰＨ3）を最適濃度に含有する高純度アルゴンガスをチャンバー８０内に導入することが好ましい。
【0196】
また、図２４に示したように、例えば赤外線照射手段２０から照射された赤外線１６（レーザ光１６ａ）をチャンバー８０内に導光するための窓２２の下方にカバー部材４２を設け、積極的にチャンバー８０とカバー部材４２とで区切られた空間内に、ガス導入装置９０から雰囲気ガスが導入されるようにしても良いものである。
【0197】
このようにチャンバー８０とカバー部材４２とで区切られた空間内に雰囲気ガスが導入されれば、窓２２に融液１８から生ずる蒸発物が付着してしまうことを防止することができ、添加剤濃度が均質で高品質な薄板状単結晶４０を安定的に歩留まり良く連続的に製造することができる。
【0198】
【0199】
図２５および図２６に示した薄板状単結晶製造装置１０は、基本的には図１～図１１に示した第１の実施形態の薄板状単結晶製造装置１０と同じ構成であるので、同じ構成部材には、同じ参照番号を付してその詳細な説明を省略し、相違点について説明する。
【0200】
本発明の第７の実施形態における薄板状単結晶製造装置１０は、図２５および図２６に示したように、チャンバー８０において、チャンバー８０内を、添加剤を含んだ雰囲気ガスで満たすガス導入装置９０が備えられているとともに、昇降手段３０が、原料塊１２の上部に複数（図２５では２つ）設けられている点で、第１の実施形態における薄板状単結晶製造装置１０と異なっている。ガス導入装置９０が備えられた点に関する説明は、第６の実施形態で説明したのと同様である。
【0201】
具体的には、昇降手段３０（巻き取り手段５０）がチャンバー８０の上部に左右に２つ並べて設けられており、原料塊１２の上側面１４の融液１８に種子単結晶３２，３２を浸し、これをそれぞれに昇降手段３０，３０（巻き取り手段５０，５０）で上方に引き上げることで、薄板状単結晶４０，４０をそれぞれ製造することができるようになっている。
このように昇降手段３０が原料塊１２の上部に複数設けられていれば、昇降手段３０が一つの場合と比べ、薄板状単結晶４０の製造効率を格段に向上させることができる。
このように昇降手段３０が原料塊１２の上部に複数設けられていれば、昇降手段３０が一つの場合と比べ、薄板状単結晶４０の製造効率を格段に向上させることができる。
【0202】
＜薄板状単結晶製造方法＞
次に、本発明の薄板状単結晶製造装置１０を用いた薄板状単結晶製造方法について説明する。
次に、本発明の薄板状単結晶製造装置１０を用いた薄板状単結晶製造方法について説明する。
【0203】
まず図２７（ａ）に示したように、チャンバー８０内の載置台８２に原料塊１２を載せてチャンバー８０内を密閉し、原料塊１２の上側面１４の上部に、原料塊１２の長尺方向（厚さ方向に対して直交する方向Ｄ）と薄板状の種子単結晶３２の長尺方向（厚さ方向に対して直交する方向Ｄ）とが一致するように、種子単結晶３２を配設する。種子単結晶３２は、細線５２を介して巻き取り手段５０の巻装軸３６から吊り下げられている。
【0204】
なお、チャンバー８０内は、排出管９４を介して雰囲気が真空排気され、製造される薄板状単結晶４０の材料の特性に合わせた雰囲気ガスが、ガス導入装置９０の導入管９２を介してチャンバー８０内に導入される。
【0205】
次いで図２７（ｂ）に示したように、赤外線照射手段２０を介して原料塊１２の上側面１４の角部近傍に対して赤外線１６（レーザ光１６ａ）を照射し、上側面１４を部分的に融解する。
【0206】
赤外線１６（レーザ光１６ａ）の照射域Ａの形状は、水平方向に細長い中空四角形状であり、原料塊１２の上側面１４に、この水平方向に細長い中空四角形状の照射域Ａを形成するようにレーザ光１６ａを合致させて照射する。
【0207】
これにより、原料塊１２の上側面１４にレーザ光１６ａの照射により融液１８（溶融域）が形成され、レーザ光１６ａの当たっていない融液１８（溶融域）の中心部は、先に融解された照射域Ａの四角帯部分Ｂの近傍の融液１８からの熱伝導により融解される。同時に原料塊１２は、水平方向移動手段７２ａと水平方向移動手段７２ｂを介して原料塊１２の厚さ方向Ｗおよび厚さ方向に対して直交する方向Ｄに所定の速度で移動させ、原料塊１２の上側面１４の角部が完全に溶融域１８で覆われる状態にする。
【0208】
次いで図２７（ｃ）および図１９（ａ）に示したように、原料塊１２の上側面１４に得られた融液１８（溶融域）の中心部に、昇降手段３０（巻き取り手段５０）を介して、薄板状の種子単結晶３２の下側面３４を浸し、種子単結晶３２の下側面３４から単結晶の成長を開始させる。
【0209】
さらに図２８（ａ）に示したように、昇降手段３０（巻き取り手段５０）を介して種子単結晶３２を上方に引き上げ、薄板状単結晶４０を連続的に製造する。
次いで原料塊１２を、水平方向移動手段７２ｂにより厚さ方向に対して直交する方向Ｄに所定の速度で移動させる。溶融域１８が原料塊１２の厚さ方向に対して直交する方向Ｄの端部に達したら、今度は水平方向移動手段７２ａにより所定の長さだけ所定の移動速度で移動させ、再び水平方向移動手段７２ｂで厚さ方向に対して直交する方向Ｄの反対側の端部に向かって移動を開始し、これを原料塊１２の上側面１４の全面に亘って繰り返す（図２８（ｂ）および図１９（ｂ）～図２０（ｃ））。
次いで原料塊１２を、水平方向移動手段７２ｂにより厚さ方向に対して直交する方向Ｄに所定の速度で移動させる。溶融域１８が原料塊１２の厚さ方向に対して直交する方向Ｄの端部に達したら、今度は水平方向移動手段７２ａにより所定の長さだけ所定の移動速度で移動させ、再び水平方向移動手段７２ｂで厚さ方向に対して直交する方向Ｄの反対側の端部に向かって移動を開始し、これを原料塊１２の上側面１４の全面に亘って繰り返す（図２８（ｂ）および図１９（ｂ）～図２０（ｃ））。
【0210】
次いで図２８（ｃ）に示したように、薄板状単結晶４０の連続的な製造に伴って、載置台８２の位置を、位置制御手段８４を介して上方に移動させる。これにより、引き上げに伴って原料塊１２の融液１８の位置が下がっても、当初の位置を保つように原料塊１２の位置を位置制御し、常に融液１８の液面位置を同じ位置とする。
【0211】
ここで図４および図６に示した薄板状単結晶製造装置１０のように、原料塊１２の上側面１４に対し、レーザ光１６ａを原料塊１２の真上から垂直に照射する場合には、原料塊１２の上側面１４の位置が変動しても融液１８の温度は変わらないので、原料塊１２の上側面１４の位置を一定の位置に制御しなくても良い。
【0212】
次いで図２９（ａ）に示したように、赤外線照射手段２０による赤外線１６（レーザ光１６ａ）の照射量を増やして融液１８の温度を上げ、最後に図２９（ｂ）に示したように、薄板状単結晶４０を融液１８から切り離し、昇降手段３０（巻き取り手段５０）により連続的に製造された薄板状単結晶４０の巻き取りを終え、赤外線照射手段２０による赤外線１６（レーザ光１６ａ）の照射を終えれば、薄板状単結晶４０の製造が完了となる。
【実施例0213】
［実施例１］
本発明の薄板状単結晶製造装置１０を用いて、リンを添加したＮ型シリコンの薄板状単結晶４０を製造した。
本発明の薄板状単結晶製造装置１０を用いて、リンを添加したＮ型シリコンの薄板状単結晶４０を製造した。
【0214】
なお原料塊１２として、幅４００ｍｍ、厚さ５００ｍｍ、高さ５００ｍｍの直方体状の原料塊１２を用いた。
一方、薄板状の種子単結晶３２として、（１１１）面を有する幅３５０ｍｍ、厚さ０．３ｍｍ、高さ１００ｍｍのシリコンの種子単結晶３２を用いた。シリコンは（１１１）面方向にファセットと呼ばれる平坦状の面が現れやすい性質があり、この平坦状の面を、種子単結晶３２の板面とした。種子単結晶３２は、予め３本の細線５２を介して巻き取り手段５０の巻装軸３６に取り付けた。
一方、薄板状の種子単結晶３２として、（１１１）面を有する幅３５０ｍｍ、厚さ０．３ｍｍ、高さ１００ｍｍのシリコンの種子単結晶３２を用いた。シリコンは（１１１）面方向にファセットと呼ばれる平坦状の面が現れやすい性質があり、この平坦状の面を、種子単結晶３２の板面とした。種子単結晶３２は、予め３本の細線５２を介して巻き取り手段５０の巻装軸３６に取り付けた。
【0215】
まず、チャンバー８０内の載置台８２上にこの原料塊１２を載せ、チャンバー８０を閉じて内部の雰囲気を真空状態とした。
次いでチャンバー８０内に、雰囲気ガスを導入した。雰囲気ガスとしては、高純度アルゴンガスを使用し、リンを添加するためにホスフィン（ＰＨ3）ガスを必要量添加したものを用いた。
次いでチャンバー８０内に、雰囲気ガスを導入した。雰囲気ガスとしては、高純度アルゴンガスを使用し、リンを添加するためにホスフィン（ＰＨ3）ガスを必要量添加したものを用いた。
【0216】
この原料塊１２の上側面１４に、幅６ｍｍ、長さ３８２ｍｍの断面が長方形であるレーザ光１６ａを左右からそれぞれ水平方向からの傾斜角度８０度で、原料塊１２の厚さ方向Ｗの一方側の端部から３ｍｍ離して一方側のレーザ光１６ａを照射し、この一方側のレーザ光１６ａから６ｍｍ離した位置に他方側のレーザ光１６ａを照射した。
【0217】
さらにこれと同時に、原料塊１２の厚さ方向と直交する方向Ｄの両端部には、レーザ光１６ａの照射域Ａの四角帯部分Ｂの短辺部分として、両端部からそれぞれ３ｍｍ離して幅６ｍｍ、長さ１８ｍｍの断面が長方形であるレーザ光１６ａを、水平方向から傾斜角度８０度でそれぞれ照射した。
【0218】
レーザ光１６ａの照射域Ａの形状は、４つの赤外線照射手段２０から照射された４つのレーザ光１６ａにより、全体で水平方向に細長い中空四角形状となっている。これにより原料塊１２の上側面１４に、四角形状の融液１８（溶融域）を形成させた。
【0219】
同時に原料塊１２は、原料塊１２の厚さ方向Ｗの一方側の端部に向かって移動速度１ｍｍ／分で水平移動を開始させ、溶融域１８が一方側の端部に達したら反転させ、同様に１ｍｍ／分の速度で逆方向の他方側の端部に向かって移動させ、これを繰り返した。
【0220】
巻き取り手段５０の巻装軸３６を回転させ、レーザ光１６ａによって融解して得られた融液１８の中心部に、上記した種子単結晶３２の下側面３４を浸し、種子単結晶３２の下側面３４から薄板状単結晶４０を成長させながら、今度は巻装軸３６を逆方向に回転させ、種子単結晶３２を上方に５ｍｍ／分の速度で引き上げ、上部で巻装軸３６に薄板状単結晶４０を連続的にロール状に巻き取り、長さ１０ｍを超える長尺の薄板状単結晶４０を製造した。
【0221】
なお、種子単結晶３２は、直径０．０５ｍｍ程度のカーボンファイバー製の細線５２で巻き取り手段５０の巻装軸３６にセットされ、回動手段３８で巻装軸３６の回転方向や回転速度を制御することで、種子単結晶３２を上下方向に移動させた。
【0222】
原料塊１２の上側面１４の融液１８（溶融域）の中心部に種子単結晶３２が浸されると、直ぐに結晶化が始まり、種子単結晶３２の浸された部分は厚くなるものの、このまま放置すると厚くなった部分が融解して薄くなることを確認した。
【0223】
この状態で、種子単結晶３２を上方に引き上げ、製造された薄板状単結晶４０の厚さをカメラで確認し、引き上げ（巻き取り）速度とレーザ光１６ａの照射強度を調整しながら厚さを０．３ｍｍに制御して巻装軸３６を回転させ、連続的に薄板状単結晶４０を巻装軸３６に巻き取った。なお、この間、原料塊１２は１ｍｍ／分の速度で連続的に移動させ、融液１８（溶融域）が原料塊１２の厚さ方向Ｗの一方側の端部に達したら反転させて他方側の端部に向かって移動させる作業を連続させた。
【0224】
なお、種子単結晶３２の引き上げ（巻き取り）速度を遅くすると、薄板状単結晶４０の厚さが厚くなり、引き上げ（巻き取り）速度を速めると薄板状単結晶４０の厚さが薄くなることを確認した。毎分３０ｍｍの速度で厚さ０．３ｍｍの薄板状単結晶４０が連続して引き上がるように融液１８の温度を調節した。
【0225】
ここで薄板状単結晶４０の引き上げに伴い、原料塊１２の融液１８の液面位置が下がるので、当初の位置を保つように原料塊１２を載せている載置台８２の位置を、位置制御手段８４を介して所定の位置に制御し、常に原料塊１２の融液１８の液面位置を当初の位置と同じ位置となるようにしている。
【0226】
このようにして製造された１０ｍを超える長尺で、厚さが０．３ｍｍ、幅が３７４～３７８ｍｍの薄板状単結晶４０を、二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ：Secondary Ion Mass Spectrometry）法を用いて確認した。
【0227】
その結果、添加剤であるリンの濃度が最適組成で均質であり、高品質であることが確認され、本発明の薄板状単結晶製造装置１０および薄板状単結晶製造方法の優位性が確認できた。
【0228】
次に上述した本発明の薄板状単結晶製造装置１０およびこの薄板状単結晶製造装置１０を用いた薄板状単結晶製造方法のまとめについて説明する。
本発明の薄板状単結晶製造装置１０および薄板状単結晶製造方法によって、薄板状単結晶４０を連続して安定的に製造できるようにした最も大きな要因は、原料塊１２の融解と、得られた融液１８からの単結晶化とを、それぞれ独立して概ね制御できるようにした点である。
本発明の薄板状単結晶製造装置１０および薄板状単結晶製造方法によって、薄板状単結晶４０を連続して安定的に製造できるようにした最も大きな要因は、原料塊１２の融解と、得られた融液１８からの単結晶化とを、それぞれ独立して概ね制御できるようにした点である。
【0229】
そして原料塊１２を連続的に水平方向へ反転移動させる水平方向移動手段７２（７２ａ、７２ｂ）を用いて、大型の原料塊１２が適用可能となる構成としたことである。
すなわち、原料塊１２を融解して融液１８を得るには加熱が必要であるが、融液１８を固化させて結晶化させるには冷却が必要であり、両者は相反している。
すなわち、原料塊１２を融解して融液１８を得るには加熱が必要であるが、融液１８を固化させて結晶化させるには冷却が必要であり、両者は相反している。
【0230】
そこで本発明では、結晶化が行われる部分（融液１８の中心部）には直接、レーザ光１６ａを照射せず、結晶化が行われる部分以外の部分（融液１８の中心部を除いた周縁領域）にレーザ光１６ａを照射して、原料塊１２の上側面１４を部分的に融解し、融液１８の熱を、結晶化が行われる部分（中心部）に伝導させて、原料塊１２の上側面１４上に融液１８（溶融域）を形成させる構成とした。
【0231】
これにより、結晶化が行われる部分（中心部）の温度は、レーザ光１６ａの照射を受けて融解している部分の温度よりも低くなり、結晶化を容易にしている。
融液１８の中心部に、種子単結晶３２を浸すと、融液１８の熱が、浸された種子単結晶３２の下側面３４に伝わるので、下側面３４に接する融液１８の温度は低くなり、結晶化が急激に進む。しばらく放置しておくと、種子単結晶３２を伝わって逃げる熱量は定常状態になり、それまでに急激に固化した部位は周囲の融液１８からの熱により次第に融解し、定常状態になる。
融液１８の中心部に、種子単結晶３２を浸すと、融液１８の熱が、浸された種子単結晶３２の下側面３４に伝わるので、下側面３４に接する融液１８の温度は低くなり、結晶化が急激に進む。しばらく放置しておくと、種子単結晶３２を伝わって逃げる熱量は定常状態になり、それまでに急激に固化した部位は周囲の融液１８からの熱により次第に融解し、定常状態になる。
【0232】
この状態で種子単結晶３２を上方に引上げる（巻き取る）と、種子単結晶３２は低温部に移動することになるので、融液１８と接している下側面３４では、結晶化が進む。
種子単結晶３２の引上速度（巻き取り速度）を速め、結晶化が追い付かなくなると、製造された薄板状単結晶４０の厚みは薄くなり、引上速度（巻き取り速度）を遅くすると結晶化が進むので薄板状単結晶４０の厚みが増す。
種子単結晶３２の引上速度（巻き取り速度）を速め、結晶化が追い付かなくなると、製造された薄板状単結晶４０の厚みは薄くなり、引上速度（巻き取り速度）を遅くすると結晶化が進むので薄板状単結晶４０の厚みが増す。
【0233】
そこで融液１８の温度を低めに制御すれば結晶化が容易となり、薄板状単結晶４０の厚みが厚くなるので、引上速度（巻き取り速度）を速めても所定の厚みの薄板状単結晶４０を連続的に製造することができる。
【0234】
なお、種子単結晶３２の引上速度（巻き取り速度）を速めれば、薄板状単結晶４０の製造効率を高めることができるが、あまり早くし過ぎるとセル成長が発生する可能性が高まる。セル成長が発生すると、局部的に添加剤であるリンの濃度が大きく変動し、単結晶としての特性が劣化する。したがって、セル成長の発生を抑止しながら、できるだけ引上速度（巻き取り速度）を速めて薄板状単結晶４０を連続的に製造することが重要である。
【0235】
さらには本発明によって、分解融解物質や固溶体単結晶など、いわゆる不一致融解物質についても、均質組成で高品質な薄板状単結晶４０の製造が始めて可能になった。このような不一致融解物質の均質組成の薄板状単結晶４０は、従来の製造方法では製造が不可能とされてきたものである。
【0236】
すなわち、原料を融解して融液を形成させ、これを固化して単結晶を製造するいわゆる「融液法」で、これらの不一致融解物質の均質組成単結晶を製造するためには、目的組成の原料塊を製造しておき、目的組成物質と平衡共存する溶媒組成の溶媒を用いて原料塊の溶解と、溶媒からの単結晶の析出を同時進行で進める、いわゆる「溶媒移動法」を適用する以外に原理的に方法が無い。
【0237】
本発明においては、原料塊１２の上側面１４に溶媒相成分を必要量配置してから赤外線１６を照射して融解し、溶媒部を形成させる。そして溶媒部を水平方向に移動させて、溶媒部への新たな原料の供給と溶媒部からの薄板状単結晶４０の製造および溶媒部の固化とを同時進行させることにより、「溶媒移動法」を適用し、均質組成の薄板状単結晶４０を製造可能とした。
【0238】
なお、Ｎ型シリコンの場合には添加剤としてリンを所定用、添加するが、リンは融液１８からの蒸発があり、融液１８中の濃度が時間の経過とともに薄くなってしまうことになる。そこで雰囲気中にホスフィン（ＰＨ3）を添加して薄板状単結晶４０の製造（育成）を行った。
【0239】
この場合、ホスフィン（ＰＨ3）とシリコン融液が反応してリンが融液中に溶け込む。融液中のリンの濃度と、固化した薄板状単結晶４０中のリンの濃度には、分配係数で規定された濃度比に従った濃度差があり、融液中のリンの濃度を所定の濃度にして一定に保持しておくと、薄板状単結晶４０中のリンの濃度も一定に保持される。
【0240】
この薄板状単結晶４０中のリンの濃度が最適濃度になるよう、融液中のリンの濃度を設定し、そのリンの濃度が維持されるようにホスフィン（ＰＨ3）の雰囲気中の濃度を設定した。
【0241】
以上、本発明の薄板状単結晶製造装置１０およびこの薄板状単結晶製造装置１０を使用した薄板状単結晶製造方法について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されないものである。
【0242】
例えば、上記した薄板状単結晶製造装置１０では、第１の実施形態から第７の実施形態までを別々に記載したが、これらを適宜組み合わせて本発明の薄板状単結晶製造装置１０としても良いものである。
【0243】
さらに上記した薄板状単結晶製造装置１０では、赤外線照射手段２０から照射されたレーザ光１６ａで、中空四角形状の照射域Ａを形成できるように、赤外線照射手段２０を、上面視における原料塊１２を中心として、上下左右（例えば９０度毎）の四方に設けた場合を例にしているが、これに限定されるものではなく、一つの赤外線照射手段２０から照射されるレーザ光１６ａを分割して、原料塊１２に四方からレーザ光１６ａを照射するようにしても良いものである。
【0244】
さらには、四方（９０度毎）に限らず、例えば二方（１８０度毎）でも良いなど、赤外線照射手段２０の数について限定されるものではなく、レーザ光１６ａの中空四角形状の照射域Ａの大きさや赤外線照射手段２０の出力強度などを鑑みて決定すれば良いものである。
【0245】
また、原料塊１２の上側面１４の中心部を除く周縁領域に合致する、水平方向に細長い中空四角形状の照射域Ａを形成できるようにレーザ光１６ａを照射することができれば、一つの赤外線照射手段２０から照射されるレーザ光１６ａの断面形状を長方形に限定するものではないものである。
【0246】
すなわち、断面コ字状のレーザ光１６ａを左右それぞれから原料塊１２の上側面１４に照射し、２つの断面コ字状のレーザ光１６ａ，１６ａで、水平方向に細長い中空四角形状の断面形状の照射域Ａを形成しても良いものである。
【0247】
また、上記した薄板状単結晶製造装置１０では、赤外線照射手段２０から照射される赤外線１６（レーザ光１６ａ）は、反射鏡２４を介してチャンバー８０内に導入されるよう構成されているが、図３０に示したように、反射鏡２４を介することなく直接チャンバー８０内に導入されるよう構成しても良いものである。反射鏡２４を介する必要が有るか否かは、薄板状単結晶製造装置１０の構成やサイズ等を鑑みて適宜決定すれば良いものである。
【0248】
さらに、製造される薄板状単結晶４０の厚さとしては、３０μｍ～５００μｍ程度の厚さとして記載したが、これ以上の例えば５０００μｍ以上の厚さであっても原理的に製造可能であって、厚さが上記の範囲に限定されるものではないものである。
【0249】
また、融液１８に浸される種子単結晶３２の厚さについても、例えば３００μｍ～５００μｍ程度の厚さとして記載したが、こちらもこの範囲外の厚さであっても原理的に薄板状単結晶４０を製造可能であって、厚さが上記の範囲に限定されるものではないものである。
【0250】
さらに、リンを添加したＮ型シリコンの薄板状単結晶４０を製造する場合には、上記したように雰囲気中にホスフィン（ＰＨ3）を添加しておき、ホスフィン（ＰＨ3）とシリコン融液が反応してリンが融液中に溶け込むことで、リンが添加されたＮ型シリコンの薄板状単結晶４０を製造するようにしているが、これに限定されるものではなく、元々の必要な添加剤（リン）の量に、蒸発によって失われる添加剤（リン）の量を最初から加えた原料塊１２を製造するようにしても良いものである。
【0251】
このように本発明の薄板状単結晶製造装置１０および薄板状単結晶製造方法は、本発明の目的を逸脱しない範囲で種々の変更が可能なものである。
【符号の説明】
【0252】
１０ 薄板状単結晶製造装置
１２ 原料塊
１４ 上側面
１６ 赤外線
１６ａ レーザ光
１８ 融液（溶融域）
２０ 赤外線照射手段
２２ 窓
２４ 反射鏡
３０ 昇降手段
３２ 種子単結晶
３４ 下側面
３６ 巻装軸
３８ 回動手段
４０ 薄板状単結晶
４２ カバー部材
４４ 回転ローラー
５０ 巻き取り手段
５２ 細線
６０ 揺れ止め部材
６２ 遮蔽部材
６４ 補助加熱部材
６６ 断熱材
７２ 水平方向移動手段
７２ａ 水平方向移動手段
７２ｂ 水平方向移動手段
７４ 駆動軸
７６ 駆動手段
８０ チャンバー
８２ 載置台
８４ 位置制御手段
８６ 駆動軸
８８ 駆動手段
９０ ガス導入装置
９２ 導入管
９４ 排出管
Ａ 照射域
Ｂ 四角帯部分
Ｃ 中心部分
Ｄ 原料塊の厚さ方向に対して直交する方向
Ｅ レーザ光の幅
Ｆ レーザ光とレーザ光の間の距離
Ｔ１ 種子単結晶の下側面の長尺方向（厚さ方向と直交する方向）の大きさ
Ｔ２ 原料塊の上側面における厚さ方向と直交する方向の大きさ
Ｖ１ 種子単結晶の細線が取り付けられた部位の厚さ
Ｖ２ 種子単結晶の厚さ
Ｗ 原料塊の厚さ方向
１２ 原料塊
１４ 上側面
１６ 赤外線
１６ａ レーザ光
１８ 融液（溶融域）
２０ 赤外線照射手段
２２ 窓
２４ 反射鏡
３０ 昇降手段
３２ 種子単結晶
３４ 下側面
３６ 巻装軸
３８ 回動手段
４０ 薄板状単結晶
４２ カバー部材
４４ 回転ローラー
５０ 巻き取り手段
５２ 細線
６０ 揺れ止め部材
６２ 遮蔽部材
６４ 補助加熱部材
６６ 断熱材
７２ 水平方向移動手段
７２ａ 水平方向移動手段
７２ｂ 水平方向移動手段
７４ 駆動軸
７６ 駆動手段
８０ チャンバー
８２ 載置台
８４ 位置制御手段
８６ 駆動軸
８８ 駆動手段
９０ ガス導入装置
９２ 導入管
９４ 排出管
Ａ 照射域
Ｂ 四角帯部分
Ｃ 中心部分
Ｄ 原料塊の厚さ方向に対して直交する方向
Ｅ レーザ光の幅
Ｆ レーザ光とレーザ光の間の距離
Ｔ１ 種子単結晶の下側面の長尺方向（厚さ方向と直交する方向）の大きさ
Ｔ２ 原料塊の上側面における厚さ方向と直交する方向の大きさ
Ｖ１ 種子単結晶の細線が取り付けられた部位の厚さ
Ｖ２ 種子単結晶の厚さ
Ｗ 原料塊の厚さ方向
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
【図28】
【図29】
【図30】