(57)【要約】材料のシートをその材料の溶融物内に配置する。シートは、一実施形態において、冷却プレートを使用して形成する。励起コイル及び感知コイルを、冷却プレートの下流域に配置する。励起コイル及び感知コイルは渦電流を使用して、溶融物頂部上における固体シートの厚さを決定する。
2013537514.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シート形成装置において、
材料の溶融物と、
前記溶融物ないに位置する前記材料のシートと、
前記シートを形成するよう構成した冷却プレートと、
前記冷却プレートの下流域に配置した励起コイル及び感知コイルと、及び
前記励起コイルに接続した電源と
を備えた、シート形成装置。
【請求項２】
請求項１記載のシート形成装置において、前記シートは前記溶融物上に浮遊するものとした、シート形成装置。
【請求項３】
請求項１記載のシート形成装置において、前記材料はシリコンとした、シート形成装置。
【請求項４】
請求項１記載のシート形成装置において、さらに、前記励起コイル及び前記感知コイルの周りに配置した石英ライナーを備えた、シート形成装置。
【請求項５】
請求項１記載のシート形成装置において、さらに、前記励起コイル及び前記感知コイルに接続したコントローラを備えた、シート形成装置。
【請求項６】
請求項１記載のシート形成装置において、前記励起コイル及び感知コイルは、前記シート及び前記溶融物の表面上方に配置する、シート形成装置。
【請求項７】
請求項１記載のシート形成装置において、前記励起コイル及び感知コイルは、銅又はモリブデンで構成した、シート形成装置。
【請求項８】
請求項１記載のシート形成装置において、さらに、前記溶融物を収容するよう構成した容器と、前記溶融物から前記シートを分離するよう構成した越流部とを備えた、シート形成装置。
【請求項９】
請求項１記載のシート形成装置において、さらに、前記シート及び前記溶融物表面の流れを等しい速度にするよう構成したポンプを備えた、シート形成装置。
【請求項１０】
測定方法であって、
材料のシートを前記材料の溶融物において凍結させる凍結ステップと、
前記溶融物及び前記シートをチャネルに通して流動させる流動ステップと、及び
前記シートの厚さを、渦電流を使用して測定する渦電流使用ステップと
を有する、測定方法。
【請求項１１】
請求項１０記載の測定方法において、さらに、前記測定している厚さに基づいてパラメータを調整するステップを有する、測定方法。
【請求項１２】
請求項１１記載の測定方法において、前記パラメータは、前記凍結ステップ中の温度、又は前記流動ステップ中の速度とした、測定方法。
【請求項１３】
請求項１０記載の測定方法において、前記渦電流使用ステップは、前記シート及び前記溶融物に磁場を賦課する磁場賦課ステップと、前記シート及び前記溶融物に磁場を誘導させる磁場誘導ステップと、及び前記シート及び前記溶融物における磁場を測定するステップとを有する、測定方法。
【請求項１４】
測定装置において、
励起コイル及び感知コイルと、
前記励起コイルを付勢して時変磁場を発生するよう構成した電源と、及び
前記感知コイルに誘導された磁場を測定するよう構成したコントローラであって、前記感知コイルからの信号を解釈して低抵抗率層上に位置する高抵抗率層の厚さを見積もる、該コントローラと
を備えた、測定装置。
【請求項１５】
請求項１４記載の測定装置において、前記高抵抗率層は、シリコン、ゲルマニウム及び炭化ケイ素からなるグループから選択した材料の固体とし、前記高抵抗率層が前記材料の液体の頂部に位置するものとした、測定装置。
【請求項１６】
請求項１４記載の測定装置において、前記コントローラは、２種類の周波数ハーモニック手法を使用する構成とし、低周波数を分析して低抵抗率層の頂部位置を測定し、また高周波数を分析して前記高抵抗率層の頂部位置を測定し、そして、前記高抵抗率層の厚さを、前記低周波数及び高周波数との間における差から見積もる、測定装置。
【請求項１７】
請求項１４記載の測定装置において、前記励起コイルは、電流における非周期的波形を使用した、測定装置。
【請求項１８】
請求項１４記載の測定装置において、前記非周期的波形は、ステップ関数とした、測定装置。
【請求項１９】
請求項１４記載の測定装置において、さらに、前記励起コイル及び前記感知コイル双方を構成する１個のコイルを備えた、測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
連邦政府支援による研究又は開発に関する供述
アメリカ合衆国政府は、本発明における一括払いライセンスと、及び限定条件内でアメリカ合衆国エネルギー省が受注した契約番号ＤＥ−ＥＥ００００５９５の条件によって生ずる合理的な条件に関して他者にライセンス供与することを特許権者に要求する権利とを有する。
技術分野
本発明は、溶融物からのシート形成に関し、またとくに、溶融物から形成した固体シートの厚さを測定することに関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコンのウエハ又はシートは集積回路産業で使用されるとともに、これらシリコンのウエハ又はシートは太陽電池にも使用することができる。大部分の太陽電池は、シリコンウエハ、例えば単結晶シリコンウエハから形成する。現在のところ、結晶シリコン太陽電池のコストの大部分は、太陽電池を形成するウエハにかかっている。太陽電池効率又は標準的な明るさの下で生産される電力量は、部分的にこのウエハの品質で制限される。太陽電池に対する需要はグリーンエネルギーに対する要望とともに増大しており、太陽電池産業の一つの目標は、コスト／電力比を低下させることである。品質を低下させることなくウエハを製造するコストにおけるいかなる低減もこのコスト／電力比を低下させ、またこのグリーンエネルギー技術の利用可能性をより広めることができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
シリコン太陽電池の最大効率は、２０％を越える効率である。これら効率は、エレクトロニクスグレードの単結晶シリコンウエハを使用して得られる。このようなウエハは、チョクラルスキー法を使用して成長させた単結晶シリコンの円筒形ブールから切り出した薄いスライスによって形成することができる。これらスライスは２００μｍに満たない厚さにすることができる。順次の切り出しプロセスは、ウエハあたり約２００μｍの切り口損失又は切り出しブレードの幅に起因する損失を生ずる。円筒形ブール又はウエハはさらに、太陽電池を形成するため、正方形にする必要がある。正方形化損失及び切り口損失の双方は、材料をムダにし、材料コストを上昇させることになる。太陽電池が薄くなればなるほど、カットあたりのシリコン廃棄物パーセントが増大する。切り出し技術の限界が、より薄い太陽電池を得る能力を阻害する。
【０００４】
他の太陽電池は、多結晶シリコンインゴットから切り出したウエハを使用して形成する。多結晶シリコンインゴットは、単結晶シリコンよりも迅速に成長する。しかし、結果として得られるウエハの品質は低くなり、これはすなわち、欠陥又は粒界がより多くなるからであり、この低い品質の結果太陽電池の効率が低下する。多結晶シリコンインゴットの切り出しプロセスは、単結晶シリコンインゴット又はブールと同様に非効率的である。
【０００５】
シリコン廃棄物を減らす他の解決法は、イオン注入後にシリコンインゴットからウエハを劈開することである。例えば、水素、ヘリウム又は他の希ガスイオンを、シリコンインゴットの表面下に注入して注入領域を形成する。これに続いて、熱的、物理的又は化学的な処理を行って、ウエハをインゴットからこの注入領域に沿って劈開する。イオン注入を経る劈開は、切り口損失なくウエハを生産することができるが、この方法を使用することによりシリコンウエハを経済的に生産することができるのかを証明しなければならない。
【０００６】
他の解決法としては、溶融物からシリコンリボンを垂直方向に引き上げ、引き上げたシリコンを冷却し、シートとして固化させるものがある。冷却及び固化中に除熱される潜熱は垂直方向リボンに沿って除熱されるはずである。この結果、リボンに沿って大きな温度勾配が生ずる。この温度勾配は結晶シリコンリボンに応力を与え、この結果、低品質多粒界シリコンとなる。リボンの幅及び厚さも、この温度勾配に起因して限界を生ずる。
【０００７】
溶融物から水平方向にシートを生産するのは、インゴットからシリコンをスライスするよりも安価であり、切り口損失又は正方形化に起因する損失を排除することができる。溶融物から水平方向に生産するシートはさらに、水素イオン又は垂直方向に引き出すシリコンリボン方法を使用するインゴットから劈開するシリコンよりも安価となり得る。さらに、溶融物から水平方向にシートを分離することは、垂直方向に引き出すリボンに比較してシートの結晶品質が向上する。材料コストを低減できるこのような結晶成長方法は、シリコン太陽電池のコストを低減する大きな実現ステップである。しかし、このシートの厚さは、均一に又は所定の太陽電池設計では特定値にする必要がある。したがって、厚さは生産中に制御する必要がある。しかし、多くの厚さ測定装置は溶融物の高温温度環境に耐えることはできない。当業界には溶融物におけるシートを測定する、とくに、溶融物におけるシート厚さを測定する要望がある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１態様によれば、シート形成装置を提供する。このシート形成装置は、材料の溶融物と、この溶融物に位置する材料シートを備える。冷却プレートはシートを形成するよう構成する。励起コイル及び感知コイルを冷却プレートの下流域に配置する。電源を励起コイルに接続する。
【０００９】
本発明の第２態様によれば、測定方法を提供する。この測定方法は、材料の溶融物における材料シートを凍結させるステップを有する。溶融物及びシートはチャネルを経て流動する。このシートの厚さ測定は、渦電流を使用して行う。
【００１０】
本発明の第３態様によれば、測定装置を提供する。測定装置は、励起コイル及び感知コイルを備える。電源は、励起コイルを付勢して、時変（時間的に変化する）磁場を発生するよう構成する。コントローラは、感知コイル内に誘導される磁場を測定するよう構成する。コントローラは、感知コイルからの信号を解釈して、より低い抵抗層の頂部に位置するより高い抵抗層の厚さを推定する。
【００１１】
本発明をよりよく理解できるようにするため、本明細書に添付した図面を参照して説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】溶融物からシートを分離する装置の実施形態における側方から見た断面図である。
【図２】溶融物からシートを引き出す装置の実施形態における側方から見た断面図である。
【図３】渦電流式測定装置の実施形態における側方から見た断面図である。
【図４】励起コイル及び感知コイルの図である。
【図５】一実施形態における垂直方向位置に対する正規化電流密度を比較するグラフチャートである。
【図６】溶融物における誘導電流の平面図である。
【図７】溶融物におけるスキン深さを示す側方から見た断面図である。
【図８】周波数に対するスキン深さを比較するグラフチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明装置及び方法の実施形態を、太陽電池に関連して説明する。しかし、これら装置及び方法を使用して、例えば、集積回路、フラットパネル、発光ダイオード（ＬＥＤ）、又は当業者に既知の他のサブストレートを生産することもできる。さらに、シリコン溶融物について記載するが、この溶融物は、ゲルマニウム、シリコン（ケイ素）及びゲルマニウム、ガリウム、窒化ガリウム、炭化ケイ素、他の半導体材料、又は当業者に既知の他の材料を含むことができる。したがって、本発明は、以下に説明する特定実施形態に限定するものではない。
【００１４】
図１は、溶融物からシートを分離する装置の実施形態の側方から見た断面図である。シート形成装置１５は容器１６を有する。容器１６は、例えば、タングステン、ボロン、窒化物、窒化アルミニウム、モリブデン、グラファイト、炭化ケイ素又は石英で形成することができる。容器１６は、溶融物１０を収容するよう構成し、また場合によってはるつぼとする。この溶融物１０はシリコン（ケイ素）とすることができる。シート１３はこの溶融物１０上に形成される。場合によっては、シートは、少なくとも部分的に溶融物１０内で浮遊する。シート１３は図１において溶融物１０に浮遊するものとして示すが、溶融物と１０内に少なくとも部分的に沈み込む、又は溶融物１０の頂部上に浮遊するものとすることができる。場合によって、シート１３の１０％が溶融物１０の頂部上に突出する。溶融物１０はシート形成装置１５内で循環する。
【００１５】
この容器１６は少なくとも１個のチャネル１７を画定する。このチャネル１７は、溶融物１０を保持するよう構成し、この溶融物１０はチャネル１７の第１ポイント１８から第２ポイント１９に流動する。場合によっては、チャネル１７内の環境は、溶融物１０が波打つのを防止するようにする。溶融物１０は、例えば、圧力差、重力、ガスリフト式ポンプ、スクリューポンプ、他のタイプのポンプ、又は他の輸送方法で流動するものとする。溶融物１０は越流部１２を越えて流れる。この越流部１２は、傾斜路、堰、リッジ、小ダム、又はコーナーとすることができ、図１に示す実施形態に限定するものではない。越流部１２は、シートが溶融物１０から分離できる任意の形状とすることができる。
【００１６】
１つの特別な実施形態において、容器１６は約１６８５Ｋよりも僅かに高い温度に維持することができる。１６８５Ｋは、シリコンにおける凍結温度又は界面温度を表す。容器１６の温度を、溶融物１０の凍結温度より僅かに高い温度に維持することにより、冷却プレート１４は、放射冷却を利用して機能し、溶融物１０上又は溶融物１０内にあるシート１３を所望の凍結量にする。この特別な実施形態における冷却プレート１４は、単独セグメント又は区域により構成することができるが、他の実施形態では複数セグメント又は区域で構成することができる。容器１６は溶融物１０の溶融温度より高い任意の温度とすることができる。このことにより溶融物１０が容器１６において固化するのを阻止する。場合によっては、容器１６の異なる領域を異なる温度に加熱し、この加熱は容器１６内にヒータを埋め込み、また多重ゾーン温度制御を使用して行う。
【００１７】
シート形成装置１５は冷却プレート１４を有する。この冷却プレート１４は、シート１３が溶融物１０上に形成できる熱抽出を可能にする。冷却プレート１４によれば、冷却プレート１４の温度が溶融物１０の凍結温度よりも低いとき、溶融物上又は溶融物内でシート１３を凍結させる。この冷却プレート１４は放射冷却を利用し、また例えば、グラファイト、石英、又は炭化ケイ素で形成することができる。溶融物１０の攪乱を減少するとともに、シート１３における欠陥なくシート１３を形成することができる。
【００１８】
溶融熱及び溶融物１０から溶融物表面上に放出される熱の熱抽出は、瑕疵密度が少ない状態にシート１３を維持しつつリボン引き出す他の方法に比べて、シート１３の高速生産を可能にする。溶融物１０の表面上でシート１３を冷却する、又は溶融物１０上に浮遊するシート１３により溶融の潜熱を、緩慢に、また大きな面積にわたりシート抽出速度を比較的速くして除熱することができる。
【００１９】
冷却プレート１４の寸法は、長さ及び幅の双方とも増大させることができる。長さを増大させることにより、同一の垂直方向成長速度、したがって、同一のシート１３の厚さに関してシート１３の抽出をより速くすることができる。冷却プレート１４の幅を増大させることにより、より広い幅のシート１３にすることができる。垂直方向にシートを引き出す方法と違って、図１に示す装置及び方法の実施形態で生産したシート１３の幅に物理的な限界は元々存在しない。
【００２０】
シート１３が溶融物１０上に形成された後、シート１３を溶融物１０から越流部１２を使用して分離する。溶融物１０は、チャネル１７の第１ポイント１８から第２ポイント１９に流動する。シート１３は、溶融物１０とともに流動する。シート１３のこの輸送は、連続動作とすることができる。場合によって、シート１３は溶融物１０の表面が流動するのとほぼ同一速度で流動する。このようにして、シート１３が形成され、溶融物１０の表面に対して相対的に静止した状態で輸送される。越流部１２の形状及び越流部１２の向きを変更し、溶融物１０又はシート１３の速度輪郭を変化させることができる。
【００２１】
溶融物１０は越流部１２においてシート１３から分離する。一実施形態において、溶融物１０の流れは越流部１２を越えて溶融物１０を輸送し、またシート１３を、少なくとも部分的に越流部１２を越えて輸送する。このことは、単結晶シート１３の破断を少なくする、又は回避することができ、これはすなわち、シート１３には何ら外部応力が加わらないからである。勿論シートを引っ張る、又は何らかの外部力を加えることもできる。溶融物１０は、この特別な実施形態において、越流部１２を越えてシート１３から離れるよう流れる。越流部１２では冷却を加えず、シート１３に対する熱的ショックを回避する。一実施形態において、越流部１２における分離はほぼ等温条件で生ずる。一実施形態において、シート１３は越流部１２を越えて直線的に移動しようとする。このシート１３は、場合によっては、越流部１２を越えて進んだ後に支持して破断を回避するようにすることができる。
【００２２】
図２は、溶融物からシートを引っ張る装置の実施形態の側方から見た断面図である。この実施形態においては、シート形成装置２０は、溶融物１０からシート１３を引っ張ることによりシート１３を輸送する。この実施形態において、溶融物１０は、チャネル１７内で循環させず、またシート１３はシート種を使用して引っ張ることができる。シート１３は冷却プレート１４による冷却で形成され、またこの結果生ずるシート１３を溶融物１０から引き出す。
【００２３】
図１〜２に示す双方の実施形態は冷却プレート１４を使用する。冷却プレート１４の長さにわたって異なる冷却温度、溶融物１０の異なる流動速度又はシート１３の異なる引っ張り速度、シート形成装置１５又はシート形成装置２０の種々の部分における長さ、シート形成装置１５又はシート形成装置２０内におけるタイミングを使用してプロセス制御を行うことができる。溶融物１０がシリコンである場合、多結晶シート１３又は単結晶シート１３をシート形成装置１５において形成することができる。図１又は図２のいずれかの実施形態において、シート形成装置１５又はシート形成装置２０は、所望温度で移動するよう支援するエンクロージャ内に収納することができる。
【００２４】
図１及び図２は、溶融物１０からシート１３を形成することができるシート形成装置の２つのみの実施形態である。シート１３を水平方向に成長させる他の装置又は方法も可能である。本明細書中記載した方法及び装置の実施形態は、とくに図１のシート形成装置につき説明したが、これら実施形態は、図２に示すようなシート１３の水平方向成長方法又は装置に適用することもできる。この実施形態は、垂直方向シート成長方法にも適用できる。したがって、本明細書に記載する実施形態は、単に図１の特別な実施形態に限定するものではない。
【００２５】
シート１３の厚さ測定には多くの利点がある。このような測定は、シート１３の生産に関してフィードバック機構又はプロセス制御システムとして使用することができる。これにより、シート１３を所望の厚さに形成することを確実にする。その場測定によれば、溶融物１０上にシート１３を形成しつつ、シート１３の厚さをリアルタイムでモニタリングすることを可能にする。このことにより、ムダを減少し、連続シート１３を形成することができる。
【００２６】
液体シリコンは、約１．３９Ｅ６Ｓ／ｍの導電率を有する金属である。溶融温度における固体シリコンは、導電率５Ｅ４Ｓ／ｍを有する内在的半導体である。したがって、固体シリコンは、液体シリコンよりも導電率が低い。このような導電率の差により渦電流測定が可能となり、シート１３の厚さを決定することができる。
【００２７】
図３は、渦電流測定システムの実施形態の側方から見た断面図である。渦電流測定システム２２は、励起コイル２３及び感知コイル２４を有する。この特別な実施形態において、励起コイル２３は感知コイル２４内に配置するが、他の構成も可能である。場合によっては、感知コイル２４は励起コイル２３よりも周長又は直径を大きくし、図４に示すようにこの励起コイル２３を感知コイル２４の内部に配置する。一実施形態において、感知コイル２４の直径を約１０ｍｍにし、溶融物１０の表面の上方約０．５ｍｍ〜１ｍｍの間の位置に配置する。励起コイル２３及び感知コイル２４は、例えば、モリブデン又は銅で形成することができる。場合によっては、励起コイル２３及び感知コイル２４を単独のコイルとして組み合わせることができる。この単独コイルをコントローラ２７に接続し、このコントローラ２７によって、渦電流を励起するのに使用される大電流の頂部における渦電流で生ずる僅かな電圧を感知する。
【００２８】
図３に戻って説明すると、スリーブ２５により励起コイル２３及び感知コイル２４の双方を包囲する。スリーブ２５は、例えば、石英、又は溶融物１０の温度に耐えることができる他の何らかの材料とすることができる。一実施形態において、スリーブ２５は渦電流測定システム２２を使用して発生した場に影響を与えないものとする。渦電流測定システム２２は、冷却プレート１４の下流域に配置し、また感知コイル２４又は励起コイル２３のループ直径より小さい距離だけ、溶融物１０の上方に配置することができる。この渦電流測定システム２２をコントローラ２７に接続し、感知コイル２４からの信号を解釈する。このコントローラ２７はシート１３の形成中、プロセスを制御する。電源２８は感知コイル２４及び励起コイル２３を選択的に付勢する。使用する周波数は、例えば、１．２ＭＨｚ、８ＭＨｚ又は１００ＭＨｚとすることができる。
【００２９】
渦電流測定システム２２の励起コイル２３は、時変磁場を構築する。このような賦課磁場は、循環する起電力（ＥＭＦ）を誘導する。導体、例えば溶融物１０において、ＥＭＦ又はＥＭＦと導体との間における運動は、電気的ループ又は渦電流を発生する。電子の循環する流れが溶融物１０内に生ずる。このような電気的ループ又は渦電流は、誘導磁場又はＥＭＦを発生する。この誘導磁場は、レンツの法則によって、賦課磁場を部分的に打ち消す、又は賦課磁場に対抗する極性を有する。賦課磁場が強くなればなるほど、導体の導電率は大きくなる、又は賦課磁場がより速く変化し、渦電流がより多く発生し、また誘導磁場がより強くなる。
【００３０】
感知コイル２４は、時間依存の総磁場を測定し、またこの磁場に対応する信号を供給する。賦課磁場の変化に依存する大きさ及び周波数から、シート１３の厚さを決定することができる。この厚さを図３に矢印２６で示す。図５は、垂直方向位置に対する正規化した電流密度の実施形態を比較するグラフチャートである。図５は、１．９ｍｍの液体シリコンの頂部に位置する固体シリコンの１００μｍにわたる深さの関数としての渦電流密度のモデルを示す。励起コイルにおけるステップ関数電流をモデル化する。このチャートは、渦電流開始直後の期間における渦電流の時間展開を示す。最初の数ナノ秒で、固体膜は、スキン深さが僅かであり高い周波数に起因して、総電流の大きな割合を有するとともに、時間の進行につれて、より深い液体が応答において優勢となる。
【００３１】
図３に示す固体シリコンシート１３は、電子の波動関数を周期ポテンシャルの固有関数に制限する結晶構造を有する。したがって、シート１３の導電率は、シリコンの溶融物１０よりも小さく、渦電流は抑制される。シリコンの溶融物１０よりもシート１３を測定するよう誘導される磁場は少なくなる。シート１３及び溶融物１０双方が存在する領域で誘導される磁場の差は、溶融物１０のみ存在する領域とはことなり、シート１３の厚さは、この差から部分的に計算することができる。
【００３２】
コントローラ２７は、２種類の周波数ハーモニック（高調波）手法を使用することができる。低周波数を分析して溶融物１０の頂部を測定する。高周波数を分析してシート１３の頂部を測定する。シート１３は、この場合、溶融物１０よりも抵抗率が高い。シート１３の厚さは、２つの周波数に関する応答差から見積もることができる。他の場合、２つよりも多い周波数を使用し、ノイズが測定に干渉しないようにし、又は測定している材料特性の範囲をより広くすることができるようにする。さらに、非高調波的手法で多重周波数を使用することもできる。この場合、励起コイル２３においてステップ関数又は電流の離散パルスを使用することができる。このような波形は、暗黙的に広範囲の周波数を含む。
【００３３】
図６は、溶融物に誘導された電流の線図的説明図である。図６は、渦電流測定システムから見下ろした溶融物１０の頂部を示す。溶融物１０内における誘導電流をなす導通電子は、水の渦又は渦流につかまったかのように、溶融物１０内で旋回する。したがって、賦課磁場５０（図６におけるドット付き領域で示す）は、渦電流５１を発生する。この賦課磁場５０は、図３の励起コイル２３内におけるような電流５２を有する。図６に再び戻って説明すると、この電流５２は、渦電流５１とは反対向きである。一実施形態においては、電流５２及び渦電流５１双方は、ＡＣ電流とする。渦電流５１は自ら誘導された磁場を発生する。図３に戻って説明すると、感知コイル２４は、部分的渦に、電流５１のこの誘導された磁場を測定する。
【００３４】
図７は、溶融物内におけるスキン深さを側方から見た断面図である。スキンは、ＡＣ電流に関する導体内での分布傾向に影響を与え、導体表面近傍の電流密度がコアにおけるよりもより大きい。固体シリコンは、液体シリコンよりも抵抗率が高く、またしたがって、スキン深さは大きくなる。他の材料の抵抗特性は類似する。図７から分かるように、場は励起コイル２３から発生する強度６２を有する。シート１３の表面６０の下側で強度は減衰する。スキン深さは、方向６１に向かって、固体シート１３における場を測定する。スキン深さ（ｄ）は、以下の式を使用して計算することができる。すなわち、
ｄ＝√（ρ／（πμｋμ０ｆ））
この式において、ρはΩｍの単位の抵抗率、ｆはＨｚ単位の周波数、μｋ は媒体の相対透磁率、μ０ は真空の透磁率であり、シリコンに関しては４πＥ−７ヘンリー／ｍである。この式から分かるように、周波数、抵抗率、及び透磁率は、すべてスキン深さに影響する。
【００３５】
渦電流は、導体における励起コイル（例えば、図７における励起コイル２３）の近傍の表面に集中する。渦電流の強度は、励起コイル２３からの距離につれて減少する。したがって、誘導される磁場及び渦電流は、スキン効果に起因して深さにつれて減少する。１つの潜在的メカニズムにおいて、表面６０近傍の渦電流は、励起コイル２３からの磁場を遮蔽し、表面６０からより深い位置における賦課磁場を弱める。勿論、他のメカニズムも可能である。
【００３６】
スキン効果は、渦電流測定に影響する。固体シリコン及び液体シリコンは、例えば、それぞれ異なる抵抗率を有する。したがって、それぞれ特定周波数に関して異なるスキン深さを有する。スキン深さにおける差は、比較によって厚さ測定を可能にする。例えば、より高い抵抗率層の厚さ及びより低い抵抗率層の厚さは、本明細書に記載した装置の実施形態を使用して見積もることができる。
【００３７】
図８は、スキン深さ対周波数を比較するチャートグラフである。渦電流測定システム、例えば、図３の励起コイル２３を有するシステムの周波数を調整することによって、固体シート又は液体溶融物を測定することができる。高周波数で固体シートを測定するとともに、低周波数で液体溶融物を測定することができる。
【００３８】
特別な実施形態において、励起コイル２３は、電流においてステップ関数を使用する。勿論、他の非周期的波形を使用することもできる。このステップ関数は、比較的短い立ち上がり時間を有する。結果として誘導された磁場、又はＥＭＦにおける立ち上がり形状の評価は、シートの厚さ決定の一部として行う。
【００３９】
図３に示す渦電流測定システム２２は、リアルタイムプロセス制御に使用することができる。このようなリアルタイムプロセス制御は、コントローラ２７を使用して行う。シート１３の厚さに応じて調整できる２つのパラメータとしては、冷却プレート１４の温度、又は溶融物１３若しくはシート１３の移動速度がある。例えば、シート１３が厚すぎる場合、冷却プレート１４の温度を上昇させる、又は溶融物１０の速度を増加させて冷却プレート１４の下方でのドウェル時間を減少する。シートが薄すぎる場合、冷却プレートの温度を低下させる、又は溶融物１０の速度を減少させて冷却プレート１４の下方でのドウェル時間を増大する。勿論、他の組合せ又はパラメータを、測定に基づいて調整することができる。
【００４０】
一実施形態において、渦電流測定システム２２で測定している固体及び液体の双方は同一材料、例えばシリコンとする。固体シリコン及び液体シリコンの測定について記載したが、本明細書記載の実施形態から他の材料にも有用である。
【００４１】
本発明は、本明細書に記載した特別な実施形態で範囲を限定すべきではない。実際、本明細書に記載した実施形態以外にも、他の実施形態及び変更例があり得ることは、上述の記載及び図面から当業者には明らかであろう。したがって、このような他の実施形態及び変更例も本発明の範囲内であることを意図するものである。さらに、本発明は、特定の目的に関する特定環境における特別な実施状況で説明したが、当業者であれば、その有用性はそれらに限定されるものではなく、また本発明は多くの目的に関する多くの環境の下に有利に実施できることは理解できるであろう。したがって、特許請求の範囲が本明細書に記載した本発明の全体幅及び精神を表すものである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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