(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
融液から成長した結晶シートの厚さを制御する装置であって、
前記融液を含有するように構成されるるつぼであって、前記融液は、前記るつぼの床から第１距離離れている露出面を有する、るつぼと、
前記融液の表面に沿って前記結晶シートの結晶化先端を生成するように構成される晶析装置と、
該晶析装置の下流側の前記るつぼの底部に配置される分割加熱器と、
を備え、
該分割加熱器は、
前記融液に対して非汚染性である物質を含み、前記融液に接触するように構成される複数の側壁と上部とを備えるハウジングと、
前記融液から隔離され、前記結晶シートの引き上げ方向と垂直な横方向に沿って配置され、個別に電力供給される複数の発熱体と、
を備え、
前記ハウジングは、前記複数の発熱体と前記融液との間に配置され、
前記複数の発熱体は、前記融液の露出面に対して、前記第１距離よりも短い第２距離の組に配置され、
前記複数の発熱体は、電力が前記複数の発熱体に個別に供給され制御されると、前記横方向に沿って熱流束プロファイルを変化させるように構成され、前記複数の発熱体は、前記結晶シートをメルトバックして、前記結晶シートの厚さを制御する、
装置。
【請求項２】
前記複数の発熱体は、前記横方向に沿っておよび前記引き上げ方向に沿って前記融液の表面から一定距離に配置される、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
隣接する発熱体の間に配置され、第１熱伝導率を与えるように構成される物質を含む絶縁体アセンブリと、
前記複数の発熱体と前記ハウジングの上部との間に配置され、前記第１熱伝導率より高い第２熱伝導率を有する導体アセンブリと、
前記発熱体と前記ハウジングの上部との間に配置される空胴と、
をさらに備え、
前記絶縁体アセンブリ、前記導体アセンブリ、および前記空胴は、前記露出面で前記複数の発熱体によって生成される総熱流束レベルに対して１％未満のウィグル振幅を有する熱流束プロファイルを生成するように相互動作する、
請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記複数の発熱体に個別に電力を送るように構成される加熱器制御システムをさらに備え、
前記加熱器制御システムは、前記横方向に沿った前記結晶シートの受信厚さプロファイルに応じて、前記受信厚さプロファイルよりも均一な前記結晶シートの調整厚さプロファイルを創成する熱流束プロファイルを生成するように構成される、
請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記複数の発熱体は、前記引き上げ方向に沿って伸長する、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記絶縁体アセンブリは、隣接する発熱体の間に配置される複数の熱障壁を備え、
前記熱障壁の上面は、前記ハウジングの上部に近接し前記複数の発熱体によって画定される上面に対して陥凹している、
請求項３に記載の装置。
【請求項７】
前記絶縁体アセンブリは、隣接する発熱体の間に配置される複数の熱障壁を備え、
一対の外側熱障壁の第１上面は、該外側熱障壁の間に配置される内側熱障壁の第２上面よりも前記ハウジングの上部の近くに配置される、
請求項３に記載の装置。
【請求項８】
融液から結晶シートを成長させるシステムであって、
前記融液を含有するように構成されるるつぼであって、前記融液は、るつぼの床から第１距離離れている露出面を有する、るつぼと、
第１位置で前記融液の表面に沿って前記結晶シートの結晶化先端を生成するように構成される晶析装置と、
引き上げ方向に沿って前記結晶シートを引き上げるように構成される結晶引き上げ装置であって、前記晶析装置の下流の第２位置において、前記結晶シートは前記引き上げ方向と垂直な横方向に沿って初期厚さプロファイルを有する、結晶引き上げ装置と、
前記第２位置の下流の分割加熱器と、
を備え、
前記分割加熱器は、
ハウジングと、
前記横方向に沿って配置される複数の発熱体と、
を備え、
前記ハウジングは、前記複数の発熱体と前記融液との間に配置され、
前記複数の発熱体は、前記融液の露出面に対して、前記第１距離よりも短い第２距離の組に配置され、
前記複数の発熱体は、前記結晶シートをメルトバックして前記第２位置の下流の第３位置において前記初期厚さプロファイルよりも均一な前記横方向に沿った最終厚さプロファイルを生成するように、前記横方向に沿って熱流束プロファイルを変化させるように構成される、
システム。
【請求項９】
厚さ制御システムをさらに備え、
前記厚さ制御システムは、
前記横方向に沿った前記結晶シートの現厚さプロファイルを測定するように構成される厚さ測定システムと、
前記結晶シートをメルトバックして前記現厚さプロファイルと比較して向上した厚さ均一性を有する前記横方向に沿った調整厚さプロファイルを生成するのに効果的な調整熱流束プロファイルを生成するために、前記複数の発熱体に供給される電力を制御するように構成される加熱器制御システムと、
を備える、
請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記厚さ測定システムは、超音波厚さ測定システムまたはレーザ厚さモニターを備える、請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
前記加熱器制御システムは、
それぞれ前記複数の発熱体に個別に電力を供給するように構成される複数の電源と、
前記現厚さプロファイルに基づいて前記調整熱流束プロファイルを計算する構成要素と、
を備える、
請求項９に記載のシステム。
【請求項１２】
前記分割加熱器は、
隣接する発熱体の間に配置され、第１熱伝達率を与えるように構成される物質を含む絶縁体アセンブリと、
前記複数の発熱体と前記ハウジングの上部との間に配置され、前記第１熱伝達率より高い第２熱伝達率を有する導体アセンブリと、
前記発熱体と前記ハウジングの上部との間に配置される空胴と、
をさらに備え、
前記絶縁体アセンブリ、前記導体アセンブリ、および前記空胴は、前記露出面で前記分割加熱器によって生成される総熱流束レベルに対して１％未満のウィグル振幅を有する熱流束プロファイルを生成するように相互動作する、
請求項８に記載のシステム。
【請求項１３】
前記絶縁体アセンブリおよび導体アセンブリは、前記ハウジングの上部の一対の外側部分に隣接して第１熱流束密度を与えるように構成され、前記第１熱流束密度は、前記一対の外側部分の間に配置される前記ハウジングの上部の内側部分に隣接する第２熱流束密度よりも大きい、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
結晶シートの厚さを制御する方法であって、
晶析装置を用いて融液の表面上に前記結晶シートの結晶化先端を生成するステップと、
引き上げ方向に沿って前記結晶化先端から前記結晶シートを引き上げるステップであって、前記結晶化先端の下流の第１位置において、前記結晶シートは前記引き上げ方向と垂直な横方向に沿って初期厚さプロファイルを有する、ステップと、
前記横方向に沿って異なる位置で前記結晶シートに隣接して配置される複数の発熱体を用いて、前記結晶シートを前記第１位置より下流のメルトバック領域にわたってメルトバックするステップであって、前記複数の発熱体は、前記融液の表面から、前記融液を含有するるつぼの融液深さよりも短い距離の組に配置される、ステップと、
を有し、
前記複数の発熱体は、前記結晶シートをメルトバックして、前記メルトバック領域の下流の位置の前記結晶シートにおいて前記初期厚さプロファイルよりも均一な前記横方向に沿った最終厚さプロファイルを生成するように、前記横方向に沿って熱流束プロファイルを変化させるように構成される、
方法。
【請求項１５】
前記横方向に沿った前記結晶シートの現厚さプロファイルを測定するステップと、
前記結晶シートをメルトバックして、現厚さプロファイルと比較して向上した厚さ均一性を有する前記横方向に沿った調整厚さプロファイルを生成するのに効果的な調整熱流束プロファイルを生成するために、前記複数の発熱体に個別に供給される電力を制御するステップと、
をさらに有する、
請求項１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、単結晶基板形成に関し、特に、融液から成長した結晶物質の厚さを制御する装置および技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、シリコン等の所与の物質の融液から単結晶 シートを成長させる技術が開発されている。これは、所与の物質からなる融液の表面上の所与の位置において所与の物質の固体薄層を結晶化させて、引き上げ方向に沿って固体薄層を引き上げることによってなされる。単結晶物質が所与の方向に沿って引き出されるにつれて、単結晶物質のリボンが形成され得る。ここで、リボンの一端は、前記所与の位置、または、結晶化が起こる結晶化領域に静止している。この結晶化領域が、前縁に形成される結晶ファセットによって画定される、単結晶シートと融液との間の結晶化先端（前縁）を画定し得る。 
【０００３】
成長速度が単結晶シートまたは「リボン」の引き上げ速度に一致するように定常状態条件において該ファセット前縁の成長を維持するために、結晶化領域において晶析装置による強い冷却を行ってもよい。その結果、行われた冷却の強度に相応した初期厚さの単結晶シートが形成され得る。この初期厚さは、シリコンリボン成長の場合、約１〜２ｍｍであることが多い。しかし、単結晶シートまたはリボンから作成される太陽電池等の用途では、目標厚さは、約２００μｍ以下であり得る。そのためには、初期形成リボンの厚さを減らす必要があり、これは、リボンを引き上げ方向に引き上げる際に融液を含有するるつぼの領域の上でリボンを加熱することによってなされ得る。リボンが融液と接触しながらリボンを該領域を通って引き出すにつれて、所与の厚さのリボンがメルトバックして、リボン厚さが目標厚さに減少し得る。このメルトバック法は、一般的に上記された処理にしたがってシリコン融液の表面上にシリコンシートを形成するいわゆるフローティングシリコン法（ＦＳＭ）に特に適している。
【０００４】
しかし、ＦＳＭ等の方法を使用した単結晶シートの成長時に、単結晶シートの幅にわたって、すなわち、引き上げ方向と垂直な横方向に沿って、シート厚さが変化することがある。シート厚さは、ラン毎に変化することもあり得れば、１つのランにおいて変化することもあり得る。ここで、ランは、単一の単結晶物質リボンを製造する処理に相当する。加えて、リボンの最終目標厚さが初期厚さの１０分の１であり得ることから、厚さ均一性の精密制御は特に重要であり得る。例えば、デバイス応用は、基板厚さ２００μｍ＋／−２０μｍを規定し得る。 晶析装置近くの初期厚さが２ｍｍであり初期厚さ変化が５％（または１００μｍ）である単結晶シートを結晶化させる場合、初期厚さ変化を補正しなければ、リボンをメルトバック領域を通して引き出すことによって厚さ２００μｍまで薄くすると、１００μｍの厚さ変化が厚さ変化５０％になり、意図する用途にリボンが使えなくなることがある。また、従来の加熱器を用いてリボンをメルトバックしても簡単に補正できないような状態で、リボンの厚さが横方向に沿って変化していることもある。
【０００５】
上記およびその他の点を鑑みて、本改良が必要とされる。
【発明の概要】
【０００６】
発明の概要において、後述の発明を実施するための形態でさらに説明する概念を選択して簡略化して紹介する。発明の概要は、請求項に記載された対象の主な特徴や必須の特徴を特定するものではなく、請求項に記載された対象の範囲を決定する助けとなるものでもない。
【０００７】
ある実施態様において、融液から成長した結晶シートの厚さを制御する装置は、前記融液を含有するように構成されるるつぼであって、前記融液は、前記るつぼの床から第１距離離れている露出面を有する、るつぼと、前記融液に対して非汚染性である物質を含み、前記融液に接触するように構成される複数の側壁と上部とを備えるハウジングと、前記融液から隔離され、前記結晶シートの引き上げ方向と垂直な横方向に沿って配置され、個別に電力供給される複数の発熱体と、を含んでもよく、前記複数の発熱体は、前記融液の露出面に対して、前記第１距離よりも短い第２距離の組に配置され、前記複数の発熱体は、電力が前記複数の発熱体に個別に供給されると、前記横方向に沿って熱流束プロファイルを変化させるように構成される。
【０００８】
他の実施態様において、融液から結晶シートを成長させるシステムは、前記融液を含有するように構成されるるつぼであって、前記融液は、るつぼの床から第１距離離れている露出面を有する、るつぼと、第１位置で前記融液の表面に沿って前記結晶シートの結晶化先端を生成するように構成される晶析装置と、引き上げ方向に沿って前記結晶シートを引き上げるように構成される結晶引き上げ装置であって、前記晶析装置の下流の第２位置において、前記結晶シートは前記引き上げ方向と垂直な横方向に沿って初期厚さプロファイルを有する、結晶引き上げ装置と、を含んでもよい。前記システムは、前記第２位置の下流の分割加熱器を備えてもよく、前記分割加熱器は、ハウジングと、前記横方向に沿って配置される複数の発熱体と、を備え、前記ハウジングは、前記複数の発熱体と前記融液との間に配置され、前記複数の発熱体は、前記融液の露出面に対して、前記第１距離よりも短い第２距離の組に配置され、前記複数の発熱体は、前記結晶シートをメルトバックして前記第２位置の下流の第３位置において前記初期厚さプロファイルよりも均一な前記横方向に沿った最終厚さプロファイルを生成するように、前記横方向に沿って熱流束プロファイルを変化させるように構成される。
【０００９】
さらなる実施態様において、結晶シートの厚さを制御する方法は、晶析装置を用いて融液の表面上に前記結晶シートの結晶化先端を生成するステップと、引き上げ方向に沿って前記結晶化先端から前記結晶シートを引き上げるステップであって、前記結晶化先端の下流の第１位置において、前記結晶シートは前記引き上げ方向と垂直な横方向に沿って初期厚さプロファイルを有する、ステップと、前記横方向に沿って異なる位置で前記結晶シートに隣接して配置される複数の発熱体を用いて、前記結晶シートをメルトバック領域にわたってメルトバックするステップであって、前記複数の発熱体は、前記融液の表面から、前記融液を含有するるつぼの融液深さよりも短い距離の組に配置される、ステップと、を含んでもよい。前記複数の発熱体は、前記結晶シートをメルトバックして前記メルトバック領域の下流の位置の前記結晶シートにおいて前記初期厚さプロファイルよりも均一な前記横方向に沿った最終厚さプロファイルを生成するように、前記横方向に沿って熱流束プロファイルを変化させるように構成されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態に係る融液から結晶シートを成長させる処理システムを図示する。
【図２Ａ】本発明の追加の実施形態に係る他の処理システムの側面図である。
【図２Ｂ】本発明の追加の実施形態に係る他の処理システムの端面図である。
【図２Ｃ】図２Ａの分割加熱器の他の端面断面図である。
【図３Ａ】本発明のさらなる実施形態に係る他の処理システムの端面断面図である。
【図３Ｂ】分割加熱器のある実施形態を図示する。
【図３Ｃ】図３Ｂの分割加熱器によって生成され得る熱流束を図示する。
【図３Ｄ】分割加熱器の他の実施形態を図示する。
【図３Ｅ】図３Ｄの分割加熱器によって生成され得る熱流束を図示する。
【図３Ｆ】分割加熱器のさらなる実施形態を図示する。
【図３Ｇ】図３Ｆの分割加熱器によって生成され得る熱流束を図示する。
【図３Ｈ】図３Ｆの分割加熱器の動作の一例を図示する。
【図３Ｉ】図３Ｈの分割加熱器によって生成され得る熱流束を図示する。
【図４Ａ】処理装置の他の実施形態の上面斜視図である。
【図４Ｂ】図４Ａの装置の分割加熱器の一部の斜視断面図である。
【図５】図５Ａは、例示的分割加熱器の断面の一部の概略図である。図５Ｂは、図５Ａの分割加熱器において熱障壁の高さを変化させた際に生成される熱流束プロファイルを図示する。図５Ｃは、図５Ｂの曲線を生成するために用いる構成に対応する複数の発熱体のアレイから生成される熱流束曲線を図示する。図５Ｄは、図５Ｃの結果に基づく熱障壁の高さの関数としての熱流束変動の振幅をプロットする。図５Ｅは、熱障壁の高さの関数としての個々の発熱体からの熱流束プロファイルのＦＷＨＭをプロットする。
【図６】図６Ａは、他の分割加熱器の実施形態であって、分割加熱器の一縁部への外側部分を図示する。図６Ｂは、図６Ａの分割加熱器のシミュレーション熱流束を図示する。図６Ｃは、分割加熱器６００にしたがって一般的に配置された分割加熱器のＸ軸に沿った位置の関数として、溶融される結晶シートの厚さとして示される計算メルトバックプロファイル６２０を図示する。
【図７Ａ】本発明の種々の実施形態に係る処理システムを図示する。
【図７Ｂ】処理システムの他の実施形態を図示する。
【図８】図８Ａ〜８Ｃは、本発明の実施形態に係る結晶シートの厚さ制御のある実施の詳細を示す。
【図９Ａ】本発明の実施形態と整合する層を含む熱流束の三次元モデルを示す。
【図９Ｂ】一連の分割加熱器メルトバック応答曲線を図示する。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に、いくつかの実施形態を示す添付図面を参照して、本実施形態をより詳細に説明する。但し、本発明の対象は、多くの異なる形態で実施されるものであり、本明細書に記載の実施形態に限定されると解釈されるべきではない。むしろ、これらの実施形態は、本開示が詳細かつ完全であり、対象の範囲を当業者に十分に伝えるべく提供される。図面全体にわたって、同様の番号は同様の要素を参照する。
【００１２】
本実施形態は、従来の技術にはない結晶シートの成長のための複数の利点を提供する。例えば、実施形態は、結晶シートが融液の表面上で結晶化される際に生じ得る厚さ不均一性と一致するようにその場で（in-situ）調整可能なメルトバック熱プロファイルを持つメルトバック加熱器を提供する。その後、さらなる不均一性を導入することなく融液表面に沿った結晶シートの引き出し中に結晶シートにメルトバック熱プロファイルを適用することによってシート厚さを選択的に減少して、均一の厚さを有する最終シートを得ることができる。特定の実施形態は、共通の結晶シート不均一性に相応した空間分解能を持つ結晶シートの選択部分上での結晶シートのメルトバックを提供する。
【００１３】
実施形態は、メルトバック装置が結晶シートの厚さプロファイルの全ての側面を太陽エネルギー基板等の対象用途の厳密な形状因子要件に一致するように調整し得るというさらなる利点を提供する。これらの側面は、結晶シートの厚さ、厚さ均一性、および幅を含み得る。こうして、メルトバック装置における処理の後、単に結晶シートを所望の長さに切断するだけで、結晶シートを単結晶基板製品に直接加工することができる。
【００１４】
種々の実施形態は、単一結晶シートの側部または縁部に望ましくない結晶学的影響を度々受ける単結晶基板に高品質縁部を与える便利な方法を提供する。そのような欠陥の幅は、融液表面上で結晶シートを結晶化させるために使用されるガス冷却装置（晶析装置）の端部プロファイルに対応することができ、概して約１〜２ｃｍであり得る。以下で詳しく述べるように、いくつかの実施形態は、これらの「副作用」を完全にメルトバックして、単結晶シートが融液の表面に沿って引き出される（引き上げられる）につれて単結晶シートのクリーンな縁部を生成する装置および方法を提供する。本実施形態が提供するさらなる利点には、製造される結晶シートに対して非汚染性のメルトバック加熱器の強固かつ実用的な構造を含む。
【００１５】
図１は、本発明の実施形態に係る融液から結晶シートを成長させる処理システム１００を図示する。特記がない限り、本明細書において、「リボン」は、結晶シートを指し、特に、融液の表面に沿って単結晶シートを引き上げることによって形成される単結晶シートの形態を指し得る。処理システム１００は、るつぼホルダー１０２とるつぼ１０４とを含み、これらは既知の通り配置されてもよい。処理システム１００は、例えば、以下で詳しく述べるようにシリコンリボンを成長させるために使用されてもよい。るつぼ１０４は、融液１０６を含有し、ここからリボンが取り出される。加熱器１１２は、融液１０６の上面に向かう熱流束を生成するために設けられる。熱流束は、概して垂直矢印で示される。晶析装置１０８は、局所的冷却を生じて結晶シート１１０の結晶化を引き起こすために設けられる。これも、垂直矢印で示され、該矢印は、融液１０６の表面の部分からの急速な熱除去を表す。晶析装置１０８は、既知の通り配置されてもよく、例えば、晶析装置１０８に隣接する融液の部分からの急速な熱除去を生じる冷却ガスジェットを有する。
【００１６】
結晶シート１１０は、結晶引き上げ装置１１７によって引き上げ方向１１４に沿って引き上げられてもよい。この引き上げ方向は、図示のデカルト座標系におけるＺ軸と平行である。静止して融液１０６の表面上の晶析装置１０８に隣接し得る前縁１１５が形成されるように、処理システム１００によって定常状態条件が確立されてもよい。物質が融液１０６から結晶化されるにつれて、結晶シート１１０から形成されるリボンの（概してＺ軸に沿った）全長が時間と共に増すように結晶シート１１０が引き上げ方向１１４に沿って引き上げられる。いくつかの例において、結晶シート１１０の初期厚さは、晶析装置１０８の近くで１〜３ｍｍであってもよい。但し、実施形態はこの文脈において限定されない。いくつかの例において、本実施形態にしたがって成長した結晶シート等の結晶シートの幅は、１００ｍｍ〜２００ｍｍの範囲であってもよい。但し、実施形態はこの文脈において限定されない。シート幅Ｗは、図２Ｂに示すように、Ｘ軸と平行な方向等、引き上げ方向と垂直な方向に沿った結晶シートの幅を指し得る。
【００１７】
図１にさらに示すように、結晶シート１１０が引き上げ方向１１４に沿って引き上げられるにつれて、結晶シート１１０を融液１０６から離してもよい。加えて、結晶シートの厚さ部分をメルトバックすることによって結晶シート１１０を薄くして、結晶シート１１０の最終厚さ（Ｙ軸と平行）が前縁１１５近くに形成される初期厚さよりも実質的に薄くなるようにしてもよい。結晶シート１１０の対象用途に応じて、最終厚さは１ｍｍ未満であってもよく、例えば、０．５ｍｍ、２００μｍ、またはさらに薄い場合もある。このような厚さは、単結晶シリコンからなるリボンを成長させるのに適切である。本発明の実施形態にしたがって、処理システム１００は、Ｚ軸に沿って融液１０６の部分の下で延在する分割加熱器１１６を含む。分割加熱器１１６を用いて、結晶シート１１０が引き上げ方向１１４に沿って引き上げられるにつれて結晶シート１１０を徐々にメルトバックするように、十分な熱流束密度を結晶シート１１０に与えてもよい。しかし、従来の加熱器と違って、分割加熱器１１６は、引き上げ方向１１４に対する横方向に沿って、言い換えると、引き上げ方向と垂直にかつＸ軸と平行に、調整熱流束プロファイルを与えてもよい。以下で詳しく述べるように、この調整熱プロファイルは、横方向において所望の厚さおよび厚さ均一性を有するより薄い結晶シートを生成するように配置される横方向に沿った可変熱流束を与え得る。調整熱プロファイルは、分割加熱器１１６によるメルトバックが行われる前の結晶シート１１０の初期厚さの変化に対応し得る。
【００１８】
特に、以下で詳しく述べるように、種々の構成において、分割加熱器１１６等の分割加熱器は、横方向に沿って熱流束を変化させるように個別に電力供給される複数の発熱体を含んでもよい。横方向に沿った熱流束の変化は、横方向に沿った結晶シートの異なる部分が受け取り、１つの部分を他の部分と異なる溶融速度で選択的にメルトバックするようにしてもよい。これにより、結晶シートの所与の部分の厚さの全体的な減少を上昇あるいは低下させて、横方向に沿った異なる部分での結晶シートの厚さの違いに対応することができる。
【００１９】
図２Ａおよび２Ｂは、それぞれ本発明の追加の実施形態に係る他の処理システム２００の側面図および端面図である。本例において、処理システム２００は、同様の表記の、処理システム１００に示される構成要素と類似または同一の構成要素を含んでもよい。処理システム２００は、分割加熱器２１０を含む。分割加熱器２１０は、分割加熱器１１６の変形であってもよい。特に、図２Ｂは、晶析装置１０８の下流の、図２Ａの破線が示す位置での分割加熱器２１０を通る端面断面図を示す。図２Ｂに示すように、分割加熱器２１０は、複数の発熱体２２２を含む。複数の発熱体２２２は、横方向に沿って、すなわち、Ｘ軸に沿って、配置されてもよい。ここで、Ｚ軸は、引き上げ方向１１４と平行である。
【００２０】
図２Ａに戻って、結晶シート２０４が晶析装置１０８の下で形成されるにつれて、結晶シート２０４は、引き上げ方向１１４に沿って図示の通り右へと引き出されてもよい。晶析装置１０８に隣接して安定して位置する前縁２１８が形成されてもよい。結晶物質が融液２０２から形成されるにつれて、結晶シート２０４の引き上げ速度および融液２０２からの熱流速度と共に晶析装置１０８による冷却速度に応じて、結晶シート２０４がＹ軸に沿って所与の厚さに成長し得る。図２Ａおよび図２Ｂに示すように、結晶シート２０４の領域２０８は、分割加熱器２１０の左縁部（上流縁部）に近接する位置に対応する。分割加熱器２１０は、ハウジング２２０を含む。ハウジング２２０は、溶融石英等の物質からなってもよく、融液２０２に対して非汚染性である。例えば、溶融石英ハウジングは、低速でシリコン融液と反応し得るが、反応した時のみ融液にシリコンおよび酸素を与え、後者は融液からゲッタリングされてもよい。ハウジング２２０は、上部２２４および側部２２６を含んでもよい。上部２２４は、上部が融液１０６の露出面２３０により近くなるように、るつぼ１０４の下面２２８の上の高さｈ１で延在してもよい。ハウジング２２０は、るつぼ１０４に接触したあるいはるつぼ１０４と一体化した完全障壁を形成することによって、融液から発熱体２２２を隔離してもよい。
【００２１】
図２Ｂに示すように、ハウジング２２０の上部２２４は、露出面２３０の下の高さｈ２に配置されてもよい。ｈ１＋ｈ２は、融液深さｄと等しく、ここで、融液深さは、下面２２８から露出面２３０までの融液の深さを指す。いくつかの例において、ｈ２は、１ｍｍ〜５ｍｍであってもよい。いくつかの実施形態において、高さｈ２は、３ｍｍであってもよい。この場合、以下で詳しく述べるように局所的加熱を与えるために上部２２４を露出面に十分近づけながら初期厚さ２ｍｍの結晶シートを収容できる。
【００２２】
図２Ａおよび図２Ｂの断面図に示す結晶シート２０４の領域２０８は、結晶シート２０４が、結晶シート２０４をメルトバックするのに十分な増加熱流束に遭遇する箇所を表す。図２Ａに示唆するように、発熱体２２２は、分割加熱器２１０の長さに沿って延在し、結晶シート２０４が引き上げ方向１１４に引き上げられるにつれて、分割加熱器２１０の上で延在する結晶シート２０４をメルトバックするのに十分な熱流束を生じてもよい。これにより、結晶シート２０４は徐々に薄くなり、いくつかの例において、結晶シート２０４の最終厚さは５００μｍ未満になる。
【００２３】
図２Ｂに戻って、引き上げ方向１１４の横方向に沿って並べて配置された発熱体２２２として表記される、複数の発熱体からなる分割加熱器センブリが示されている。発熱体２２２は、種々の実施形態において個別に電力供給される抵抗発熱体であってもよい。これにより、各発熱体は、他の発熱体と異なるレベルの熱流束を与えることができる。以下により詳細に示すように、発熱体２２２は、所与の発熱体がＸ軸に沿った横方向に対して特定される結晶シート２０４の同じ部分に熱流束を与えるように、Ｚ軸または引き上げ方向１１４と平行に延在してもよい。例えば、発熱体２２２ａは、結晶シート２０４の左端を表す部分２３１により近く配置されてもよい。したがって、ある条件下では、該発熱体は、他の発熱体よりも多くの熱流束を部分２３１に供給し得る。同様に、他の発熱体よりも部分２３２の近くに配置された発熱体２２２ｂは、他の発熱体よりも多くの熱流束を部分２３２に供給し得る。発熱体２２２ｃは、他の発熱体よりも多くの熱流束を部分２３４に供給し得る。発熱体２２２ｄは、他の発熱体よりも多くの熱流束を部分２３６に供給し得る。発熱体２２２ｅは、他の発熱体よりも多くの熱流束を部分２３８に供給し得る。所与の発熱体に供給される電流または電力を個別に調整することによって、発熱体２２２全体として、異なる部分間で変化する熱流束を呈する横方向（Ｘ軸）に沿った熱流束プロファイルを生成し得る。
【００２４】
図２Ｂに示すように、結晶シート２０４の領域２０８は、異なる厚さを呈するＸ軸に沿った厚さプロファイルによって特徴付けられてもよく、異なる種類の粗さ成分によって特徴付けられてもよい。種々の実施形態にしたがって、発熱体２２２は、結晶シートが分割加熱器２１０の上で引き出されるにつれて、結晶シートの異なる部分において異なる程度で結晶シート２０４をメルトバックするために、熱流束がＸ軸に沿っても変化する熱流束プロファイルを生成するように、個別に電力供給されてもよい。その結果、メルトバック処理を終えて分割加熱器２１０の上に位置しなくなった後の結晶シート２０４の厚さはより均一になる。
【００２５】
図２Ｃは、分割加熱器および結晶シート２０４の他の端面断面図である。ここでは、分割加熱器２１０の右縁部（下流縁部）に近接する領域２１４が示される。この箇所で、分割加熱器２１０によるメルトバック処理は、より薄い結晶シートを生成し、該結晶シートは領域２０８においてよりも均一な厚さをさらに呈する。
【００２６】
図２Ｂおよび２Ｃにさらに示唆するように、局所的熱流束がより効果的に結晶シート２０４に向けられるように、発熱体２２２をハウジング２２０の上部２２４の近くに配置してもよい。例えば、いくつかの実施形態において、発熱体２２２は、上部２２４から５ｍｍ以下の距離の組に配置されてもよい。いくつかの実施形態において、発熱体２２２は、５ｍｍ以下に等しい、露出面２３０からの共通距離ｈ３に配置されてもよい。但し、実施形態はこの文脈において限定されない。いくつかの例において、Ｘ軸と平行な横方向に沿った分割加熱器２１０の幅は、１００ｍｍ〜２００ｍｍの範囲であってもよく、発熱体の数は、１０〜２５の範囲であってもよい。したがって、隣接する発熱体間の横方向に沿った離隔は、４ｍｍ〜２０ｍｍであってもよい。加えて、熱流束が結晶シート２０４に向かうように発熱体２２２を互いから隔離するために、絶縁体アセンブリ２４０を分割加熱器２１０内に設けてもよい。いくつかの実施形態において、絶縁体アセンブリ２４０は、複数の絶縁体部分からなってもよい。
【００２７】
図２Ａに示すように、処理システム２００は、横方向に沿った結晶シート２０４の現厚さプロファイルを測定するように構成される厚さ測定システム２０６を含んでもよい。図２Ａの例において、厚さ測定システム２０６は、結晶シートが分割加熱器２１０の上で引き出される直前に結晶シート２０４の厚さを測定するように、領域２０８に隣接して配置される。本例において、現厚さプロファイルは、したがって、メルトバックが起こる直前の横方向に沿った結晶シートの受信厚さプロファイルを表し得る。
【００２８】
処理システム２００はまた、調整熱流束プロファイルを生成するのに用いられ得る、複数の発熱体２２２に供給される電力を制御するように構成される加熱器制御システム２１６を含んでもよい。調整熱流束プロファイルは、現厚さプロファイルと比較して向上した厚さ均一性を有する横方向に沿った調整厚さプロファイルを生成する方法で、結晶シートが分割加熱器２１０の上で引き出されるにつれて結晶シートをメルトバックするのに効果的であり得る。いくつかの例において、現厚さプロファイルは、結晶シート２０４が分割加熱器２１０に露出される前の位置で測定されてもよく、厚さプロファイルを含む信号が加熱器制御システム２１６に送られてもよい。次に、加熱器制御システム２１６は、結晶シート２０４の調整メルトバック処理を与えるべく適切な熱流束プロファイルを生成するために、発熱体２２２に供給される電力を個別に調整する制御信号を送信してもよい。測定および制御構成要素の詳細については、後続の図面と関連して述べる。
【００２９】
種々の実施形態において、分割加熱器の上の融液に熱伝導率を調整するために、発熱体およびハウジングの上部に近接する領域における分割加熱器の構造を設計する。該領域の構造は、伝導および放射の熱伝達機構を利用してもよい。分割加熱器によって用いられる物質の例には、半透明の溶融石英がある。種々の実施形態に係る分割加熱器の他の構成要素は、グラファイト等の高い熱伝導率の不透明物質、および、多孔質セラミック等の中程度の熱伝導率の不透明物質を含む。グラファイトの場合、該物質は、分割加熱器の発熱体とハウジングの上部との間に配置される導体アセンブリとして適している。融液の表面での熱流束プロファイルを調整すべく、熱をより垂直またはより横方向（水平）に向けるように導体アセンブリを設計してもよい。多孔質セラミックは、例えば、遮熱材として使用して、シリコンを溶融するために用いられる昇温特性で横方向の熱伝達を制限してもよい。例示的分割加熱器に使用されるその他の物質には、分割加熱器内の空洞を満たして高透明度および低熱伝導率を提供し得るアルゴン等の不活性ガスがある。
【００３０】
種々の実施形態において、これらの構成要素は、結晶シートが配置される融液表面での個々の発熱体の残留痕跡を低減するために十分に（Ｘ−Ｚ面において）熱の横広がりを高めるように設計されてもよい。例えば、融液表面での熱流束プロファイルにおけるウィグル（wiggle）または波の振幅（ウィグル振幅）は、総熱流束レベルに対して１％未満であってもよい。同時に、分割加熱器の構成要素は、発熱体の離隔の１〜３倍等の隣接する発熱体間の離隔のオーダーでの横方向長さに制限された局所増加熱流を与えるように設計されてもよい。こうして、横方向に沿った熱流束の局所変化を意図的に生じながら、融液表面での熱流束の不要な変動を低減または除去することができる。
【００３１】
図３Ａは、本発明のさらなる実施形態に係る他の処理システム３００の端面断面図である。明確にするために、処理システム３００の一部のみを図示する。処理システム３００は、るつぼホルダー３０６を介して、るつぼ３０８に熱流束を供給する、るつぼ加熱器３０４として示される１つ以上のるつぼ加熱器を含んでもよい。この熱流束は、融液３２０を溶融状態に維持するために用いられてもよい。処理システム３００はさらに、絶縁体アセンブリ３１０と発熱体３１２とからなる分割加熱器３０２を含む。加えて、分割加熱器３０２は、例えば絶縁体アセンブリ３１０の熱伝導率と比べて相対的に高い熱伝導率を有する少なくとも１つの導体部を含み得る導体アセンブリ３１４を含む。図示の通り、導体アセンブリ３１４は、分割加熱器３０２の発熱体３１２とハウジング３１７の上部３１６との間に配置される。
【００３２】
種々の実施形態において、導体アセンブリ３１４等の導体アセンブリの設計は、分割加熱器によって生成される熱流束プロファイルを調整するために調整されてもよい。熱が融液３２０を通って結晶シート３１８に伝導される際、初期厚さプロファイルに応じて、より均一な熱流束プロファイルまたは小規模の長さスケールで変化し得る熱流束プロファイルを提供することが望ましい。
【００３３】
図３Ｂは、図示の通りＹ軸と平行な方向に沿って熱を向けるようにそれぞれの発熱体３３２に隣接して位置する導体３３４として示される複数の隔離導体からなる導体アセンブリが設けられる分割加熱器３３０のある実施形態を図示する。導体３３４はまた、空胴３３７内に位置し、ある例において、空胴３３７はアルゴンで満たされてもよい。発熱体３３２および導体３３４は、近接発熱体３３２および近接導体３３４間の熱伝導を抑制する絶縁体アセンブリ３３５によって囲まれている。したがって、熱流束の最大成分は、Ｙ軸に沿って生成される。分割加熱器３３０によって生成されるこの集中熱流束は、発熱体３３２の真上位置の融液表面で集中熱流束を生じ得る。
【００３４】
図３Ｃは、分割加熱器３３０によって生成され得る熱流束（ｑ''）を図示する。特に、曲線３３６は、Ｘ軸に沿った位置の関数としての各発熱体３３２によって生成される個々の熱流束を図示する。各曲線３３６の振幅が同じであるように、同じ熱を出力するべく各発熱体３３２への電力が設定されると仮定し得る。曲線３３８は、分割加熱器３３０の上面の上の２ｍｍ〜５ｍｍに配置され得る、融液表面で分割加熱器３３０によって生成される熱流束合計を表す。図示の通り、熱流束の強度は変化し、最大振幅は発熱体３３２のＸ軸に沿った位置に対応する位置で観測される。このように、該構成は融液表面で熱流束の高局所化を提供し得るが、大きな振幅を持つリップルが不可避であり得る。
【００３５】
図３Ｄは、空胴３４７と、熱拡散器として作用する平面導体３４４とからなる導体アセンブリが設けられる分割加熱器３４０の他の実施形態を図示する。平面導体３４４は、分割加熱器３４０の発熱体３３２とハウジングの上部３４５との間に位置する。平面導体３４４は高い熱伝導率を持つため、発熱体３３２によって出力される熱は、Ｘ−Ｚ面において横方向にも移動し得る。これは、融液の表面での位置の関数としての熱流束の変化を低減する効果を生じ得る。図３Ｅは、分割加熱器３４０によって生成され得る熱流束を図示する。特に、曲線３４６は、Ｘ軸に沿った位置の関数としての各発熱体３３２によって生成される個々の熱流束を示す。各曲線３４６の振幅が同じであるように、同じ熱を出力すべく各発熱体３３２への電力が設定されると仮定し得る。曲線３４８は、融液表面で分割加熱器３４０によって生成される熱流束合計を表す。図示の通り、熱流束の強度は変化するが、表面での熱流束の変化の振幅は曲線３３８よりも小さい。
【００３６】
図３Ｆは、分割加熱器３５０の発熱体３３２とハウジングの上部３５５との間に位置する、空胴３５７と導体３５４とからなる導体アセンブリが設けられる分割加熱器３５０の他の実施形態を図示する。本例において、導体３５４の断面は、図示の通りＸ−Ｙ面において断面鋸歯形状である。導体３５４は、隣接する発熱体３３２間の中間に介在するＸ位置で上部３５５から最遠まで延在する。これは、融液の表面での位置の関数としての熱流束の変化を低減する効果を生じ得る。図３Ｇは、分割加熱器３５０によって生成され得る熱流束を図示する。特に、曲線３５６は、Ｘ軸に沿った位置の関数としての各発熱体３３２によって生成される個々の熱流束を示す。各曲線３５６の振幅が同じであるように、同じ熱を出力すべく各発熱体３３２への電力が設定されると仮定し得る。曲線３５８は、融液表面で分割加熱器３５０によって生成される熱流束合計を表す。図示の通り、Ｘ軸に沿った熱流束の強度は均一である。もちろん、融液表面で均一な熱流束を与えることができる分割加熱器３５０等の加熱器を用いて、異なる発熱体に供給される電流または電力を変化させることによってＸ軸に沿った可変熱流束を与えてもよい。
【００３７】
分割加熱器３５０は図３Ｇに示すように均一な熱流束を出力し得るが、分割加熱器３５０は、加熱器離隔に相当する長さスケールでＸ方向における熱流束を意図的に変化させる能力を提供してもよい。言い換えると、分割加熱器３５０は、ある条件下で、融液表面において均一な熱流束を生成することができ、異なる条件下で、意図的に不均一な熱流束プロファイルを生成することができてもよい。図３Ｉは、図３Ｈに示唆するように単一の発熱体３３２ｂが他の発熱体３３２よりも高い電力を供給される際に分割加熱器３５０によって生成され得る熱流束を図示する。特に、曲線３６６は、第１振幅を生じる第１電力を有する各発熱体３３２によって生成される個々の熱流束を示し、曲線３６７は、第１振幅よりも大きい第２振幅を生じる第２電力を有する発熱体３３２ｂによって生成される熱流束を示す（図３Ｉにおける発熱体３３２ｂの大きなサイズは、物理的なサイズではなく電力出力の大きさを表す）。曲線３６８は、融液表面で分割加熱器３５０によって生成される熱流束合計を表す。図示の通り、熱流束の強度は、ピークを呈する発熱体３３２ｂのＸ位置に対応する部分３７０に沿った箇所を除いて、均一である。他の実施において、分割加熱器は、図３Ｃに示すような不要なウィグルの重畳なしで、単調増加熱流束プロファイル、凹熱流束プロファイル、凸熱流束プロファイル、または任意の所望の形状の熱流束プロファイル等の他の種類の不均一な熱流束プロファイルを生成してもよい。
【００３８】
図４Ａは、処理装置４００の他の実施形態の上面斜視図である。処理装置は、結晶シート４１２がＺ軸と平行な引き上げ方向に沿って引き出されるにつれて結晶シート４１２をメルトバックするのに用いられ得る分割加熱器４０２を含む。分割加熱器４０２は、複数の発熱体４０４と、絶縁体アセンブリ４０６とを含む。発熱体４０４は、電流がヘアピンを伝わる「ヘアピン」構成を有し、これによって抵抗加熱が生じ得る。各発熱体４０４は、Ｚ軸と平行および引き上げ方向と平行に配列された上部分４１４を含む。したがって、結晶シート４１２が分割加熱器４０２の上で引き出されるにつれて、図２Ｂに関連して画定される結晶シート４１２の所与の部分は、結晶シート４１２が分割加熱器４０２に露出されている間中、発熱体４０４のうちの同じ発熱体の上に留まる。言い換えると、図４Ｂに示すように、例えば、結晶シート４１２の第１外側部分（図示せず）は第１外側発熱体４０４ａの上に留まり、結晶シート４１２の第２外側部分（図示せず）は第２外側発熱体４０４ｂの上に留まり、結晶シート４１２の中間部分（図示せず）は中間発熱体４０４ｃの上に留まる。加えて、発熱体４０４は、横方向（Ｘ軸と平行）に沿っておよび引き上げ方向（Ｚ軸と平行）に沿って、融液の表面４０８から一定距離に配置されてもよい。これにより、同じ発熱体が結晶シート４１２の対応部分に隣接して融液表面から一定距離に留まることから、分割加熱器４０２が結晶シート４１２に与える積分熱流束を、（結晶シート４１２のＸ軸に沿って）任意の所与の部分に対してもっと精密に調整することができる。
【００３９】
追加の実施形態において、分割加熱器によって出力される熱流束プロファイルは、発熱体の周囲に配置される絶縁体アセンブリの構成を調整することによって調整されてもよい。図５Ａは、分割加熱器５００の断面部分を概略図示する。融液５０２は、導体５０６の上に配置されるハウジング５０４の上に配置される。３つの発熱体の組において、発熱体５０８は２つの部分からなり、図４に示すようにヘアピン型発熱体の第１ターンおよび第２ターンであってもよい。発熱体５０８は、不活性ガス等の環境が与えられる空胴５１０内に配置されてもよい。絶縁体アセンブリ５１２は、隣接する発熱体間を延在する一連の熱障壁５１４（プラグ）を含む。融液５０２の表面で分割加熱器５００によって生成される熱流束プロファイルを調整するために、熱障壁５１４の高さｈを調整してもよい。いくつかの例において、熱障壁５１４の上部が発熱体５０８の上部によって画定される表面５１６と一致するような熱障壁５１４の高さｈであってもよい。他の例において、熱障壁の高さは、熱障壁５１４の上部が表面５１６から陥凹しているあるいは表面５１６の上を延在しているような熱障壁の高さであってもよい。
【００４０】
図５Ｂは、図５Ａに概略図示されるように分割加熱器において熱障壁の高さを変化させた際に生成される一連の計算熱流束プロファイルを図示する。本例において、熱障壁物質は、シリコン融液に相当する昇温を含む熱伝導に強い障壁を与える多孔質セラミック物質である。熱障壁は、Ｘ軸に沿って幅４ｍｍである。曲線５２２は、熱障壁が表面５１６の２ｍｍ上を延在する構成において個々の発熱体によって生成される熱流束曲線を表す。曲線５２４は、熱障壁の上部が表面５１６と一致する構成を表す。曲線５２６は、熱障壁の上部が表面５１６の３ｍｍ下である構成を表す。曲線５２８は、熱障壁の上部が表面５１６の６ｍｍ下である構成を表す。曲線５３０は、熱障壁の上部が表面５１６の９ｍｍ下である構成を表す。図示の通り、熱障壁の高さを下げると、熱流束のピーク振幅が減少し、熱流束ピークの半値全幅（ＦＷＨＭ）が増加する。
【００４１】
図５Ｃは、図５Ｂの曲線を生成するのに用いられた構成に対応する複数の発熱体のアレイから生成される一連の熱流束曲線を図示する。曲線５３２は、熱障壁が表面５１６の２ｍｍ上を延在する構成の熱流束曲線を表す。曲線５３４は、熱障壁の上部が表面５１６と一致する構成を表す。曲線５３６は、熱障壁の上部が表面５１６の３ｍｍ下である構成を表す。曲線５３８は、熱障壁の上部が表面５１６の６ｍｍ下である構成を表す。曲線５４０は、熱障壁の上部が表面５１６の９ｍｍ下である構成を表す。図示の通り、熱障壁の高さを下げると、表面での熱流束（ウィグル）の変化が抑えられて、曲線５３２で観測された起伏が曲線５３６、５３８、および５４０においてなくなる。
【００４２】
図５Ｄは、図５Ｃの結果に基づいて表面５１６に対する熱障壁５１４（プラグ）の高さの関数としての熱流束変動（ウィグル）の振幅をプロットする。図示のように、振幅は、熱障壁が表面５１６と同一平面（０）または表面５１６の上（＋２ｍｍ）で延在するまで、ゼロである。図５Ｅは、熱障壁の高さの関数としての個々の発熱体からの熱流束プロファイルのＦＷＨＭをプロットする。図示のように、ＦＷＨＭは、熱障壁の高さの上昇につれて、単調減少する。分割加熱器の設計に際して、図５Ｄおよび５Ｅに示すデータを考慮してもよい。例えば、より小さいＦＷＨＭは、Ｘ方向に沿った位置の関数としての変化する熱流束のより精細な制御を表す。しかし、熱障壁の高さの上昇と共にＦＨＷＭが減少するにつれて、融液表面での熱流束の変動の振幅は上昇する。したがって、最も小さいＦＷＨＭ、すなわち、熱流束の表面変動なしに実現可能な最も精細な制御を達成するためには、−３ｍｍに対応する熱障壁の高さが望ましいと言える。
【００４３】
追加の実施形態において、分割加熱器は、融液表面で制御可能に不均一な熱流束プロファイルを生成するように構成されてもよい。図６Ａは、分割加熱器６００の一縁部への外側部分が示される分割加熱器６００の実施形態を図示する。分割加熱器６００は、以下に詳細に述べる違いを除いて、概して上記の分割加熱器５００と同様に構成されてもよい。分割加熱器６００は、例えば、図４に概略図示するようにＸ軸に沿って互いに並べられた２０個の発熱体５０８ａを含んでもよい。発熱体５０８は、表面５１６の３ｍｍ下の高さで延在する熱障壁によって離されてもよい。但し、Ｘ軸に沿った分割加熱器６００の縁部に最も近い２つの外側発熱体５０８は、熱障壁アセンブリ６０４として示される高熱抵抗熱障壁アセンブリによって離されてもよい。図示の例において、熱障壁アセンブリ６０４は、表面５１６の２ｍｍ上を延在する高さの熱障壁６０６を含み、さらに、導体５０６の部分と入れ替わり不活性ガスで満たされ得る空胴５１０ａを含む。熱障壁アセンブリ６０４は、外側発熱体５０８ａと他の発熱体との間の熱分離を増加させるように作用する。こうして、外側発熱体５０８ａが生じる熱は、外側発熱体５０８ａの真上の融液５０２の部分へと上方向にＹ軸に沿ってより強度に伝えられる。いくつかの実施形態において、分割加熱器は、熱障壁アセンブリ６０４に対して図示されるように構成される一対の外側熱障壁を含んでもよい。
【００４４】
図６Ｂは、分割加熱器６００のシミュレーション熱流束を図示する。図示の通り、Ｙ軸と平行な方向における熱流束６１０が、Ｘ軸に沿った他の位置と異なり、外側発熱体５０８ａの上により集中している。
【００４５】
このような不均一な熱流束プロファイルを有する分割加熱器６００等の分割加熱器を用いて、より高いレートで結晶シートの縁部を選択的にメルトバックしてもよい。これは、度々不均一性、粗い性質、その他の欠陥の原因となる結晶シートの縁部の調整を促進するのに有用であり得る。図６Ｃは、分割加熱器６００にしたがって一般的に配置された分割加熱器のＸ軸に沿った位置の関数としての溶融された結晶シートの厚さとして示される計算メルトバックプロファイル６２０を図示する。メルトバックプロファイル６２０は、Ｘ軸（引き上げ方向に対して横方向）に沿った幅１７５ｍｍの分割加熱器に特徴的である。図示のように、メルトバック厚さは、分割加熱器が及ぶ領域の大部分において一定であり 、１．０８ｍｍの値である。各縁部で、ピーク値１．３５ｍｍのメルトバック厚さのピーク６３０および数ｍｍのＦＷＨＭが観測される。このように、本例において、数ｍｍの幅を有する結晶シートの２つの縁部領域が、内部領域よりも約２５％高いレートで選択的に溶融されてもよい。この種のスパイクプロファイルを用いて、結晶シートの縁部をメルトバックして縁部の欠陥または突起を除去してもよい。例えば、ピーク６３０によって表される熱流束スパイクを用いて、約１〜２ｃｍの寸法の結晶シートの付随する欠陥 を低減または除去してもよい。
【００４６】
種々の実施形態において、分割加熱器の動作を、結晶シートの処理中にその場で（in-situ）調整してもよい。これにより、分割加熱器の設定を、結晶シートの実際のリアルタイム特性、特に、結晶シートの厚さプロファイルにしたがって、調整することができる。図７Ａは、本発明の種々の実施形態に係る処理システム７００を図示する。処理システム７００は、結晶シート７０８の厚さのリアルタイム測定に応じて結晶シート７０８に加えられる熱を調整可能である。図示の構成において、処理システム７００は、融液７０４を保持するるつぼ７０２を含む。晶析装置７０６は、上記の通りＺ軸と平行な引き上げ方向に引き出され得る結晶シート７０８を生成するように構成される。処理システム７００は、例えば図３Ａ〜６Ａの実施形態のいずれかと同様の構造の分割加熱器７１０を含む。処理システム７００はさらに、厚さ測定システム７１４と加熱器制御システム７１６とを含む厚さ制御システム７１２を含む。厚さ測定システム７１４は、超音波厚さ測定システム等の、既知の構成要素または構成要素の組であってもよい。厚さ測定システム７１４は、横方向にわたって、すなわち、Ｘ軸と平行に、結晶シート７０８の厚さプロファイルを生成するように構成される。図示の例において、厚さ測定システム７１４は、分割加熱器７１０の直上流の位置Ｐ１に位置する。厚さ測定システム７１４によって測定される厚さプロファイルは、こうして、メルトバックが起こる直前の結晶シート７０８のプロファイルを構成し得る。厚さ測定システムは、加熱器制御システム７１６によって受信される、厚さ測定プロファイルを構成する信号７１８または一連の信号を生成してもよい。加熱器制御システム７１６は、横方向に沿った結晶シート７０８の調整厚さプロファイルを生成する方法で、結晶シート７０８をメルトバックするのに効果的な調整熱流束プロファイルを生成するために、分割加熱器７１０の発熱体に供給される電力を制御するように構成されてもよい。この調整厚さプロファイルは、点Ｐ１で測定される現厚さプロファイルと比べて向上した厚さ均一性を有する。言い換えると、加熱器制御システム７１６は、Ｘ軸に沿った結晶シートの異なる部分の測定厚さに基づいて分割加熱器７１０の異なる発熱体（図示せず）における電流または電力を調整するために信号７２０を送信してもよく、ここで、所与の部分は所与の発熱体に対応する。加熱器制御システム７１６は、それぞれの発熱体に個々に電力を供給する複数の電源（個々に図示せず）を含んでもよい。電流調整後に異なる発熱体によって生成される熱流束は、点Ｐ２で薄くなった結晶シート７２１が分割加熱器７１０の上から出てくる例のように結晶シートの各部分の目標厚さのメルトバックを生じるものである。 
【００４７】
図７Ｂは、処理システムの他の実施形態７３０を図示する。本例において、厚さ制御システム７３２は、位置Ｐ３の分割加熱器７１０の下流にある厚さ測定システム７３４からなる。厚さ制御システム７３２の一例は、当技術分野で既知のレーザ厚さモニターである。厚さ制御システム７３２は、厚さプロファイル７３６を出力してもよい。厚さプロファイル７３６は、加熱器制御システム７１６に制御信号７３８を生成させて、分割加熱器７１０における発熱体を調整する。
【００４８】
処理システム７３０における厚さ測定は結晶シート７０８のメルトバック処理の後に行われることから、結晶シート７０８ａとして示される点Ｐ３の薄くなった結晶シートの測定によって、結晶シート７０８ａの厚さプロファイルが目標プロファイルを満たしていないことを示すことができる。例えば、名目上２００ｍｍであるリボンの厚さ変化が４０ｍｍと測定されることがあり、これは、太陽電池用途の許容範囲を逸脱し得る。したがって、この場合、メルトバックが終了したか、あるいは、測定厚さ変化を十分に低減するためにリボンをメルトバックするのに十分な時間が残っていないという理由で、結晶シート７０８の領域７４０は回復できないと判断され得る。この問題に対処するために、他の実施形態は、複数の厚さ測定システムを有する処理システムを提供する。例えば、第１厚さ測定システムは位置Ｐ１に、第２厚さ測定システムは位置Ｐ３に配置されてもよい。異なる実施形態において、位置Ｐ１、位置Ｐ３、または両位置での厚さモニタリングを継続的、周期的、または断続的に行ってもよい。両位置Ｐ１およびＰ３で決定される厚さプロファイルは加熱器制御システム７１６に送られ、加熱器制御システム７１６が目標厚さプロファイルを満たすように結晶シートをメルトバックするために適切な調整熱流束プロファイルを決定してもよい。その後、加熱器制御システム７１６は、複数の発熱体を用いて調整熱流束プロファイルを生成するために分割加熱器７１０に制御信号を送ってもよい。
【００４９】
図８Ａ〜８Ｃは、本発明の実施形態に係る結晶シートの厚さ制御のある実施の詳細を示す。図８Ａにおいて、メルトバックされるべき結晶シートによって呈され得る初期厚さプロファイル８０２を示す。初期厚さプロファイル８０２は、融液から結晶化される結晶シリコンリボンから測定される。初期厚さプロファイル８０２は、横方向厚さプロファイルであり、厚さは、Ｚ軸に沿った引き上げ方向に対して横（垂直）であるＸ軸に沿って測定される。初期厚さプロファイル８０２は、結晶シリコンリボンが２ｍｍの範囲の初期平均厚さを有することを示す。しかし、厚さは、２００ｍｍの測定Ｘ範囲にわたって、実質的に１ｍｍ〜２．４ｍｍ変化する。図８Ａの例において、メルトバック後の結晶シリコンリボンの目標厚さは、３００ｍｍに設定される。これを達成するために、図８Ｂに示すよに分割加熱器８１０を設けてもよい。分割加熱器８１０は、一例において、内側熱障壁によって間隔を空けられた１６個の内部発熱体と、外側熱障壁によって内側発熱体から間隔を空けられ、結晶シートの縁部を整えるのに用いられる２つの外側発熱体とを含んでもよい。図８Ａおよび８Ｂの例において、結晶シートの測定初期厚さプロファイル８０２および目標厚さが与えられると、初期厚さプロファイル８０２を用いて、結晶シートの部分をメルトバックするために分割加熱器８１０の各発熱体に供給すべき所要メルトバック電力を計算してもよい。所与の横方向位置（Ｘ）でのメルトバック電力Ｐｍｂ（ｘ）は、次のように決定されてもよい：
【数１】
0006615875.tif 000002
【００５０】
ここで、Ｖｐは、リボン引き上げ速度、Ｈｆは、融解潜熱、ρは、結晶密度、
0006615875.tif 000003
は、所与の横方向位置（Ｘ）でのメルトバック厚さ、Δｘは、結晶シートの部分の幅である。種々の実施形態において、電力を印加する処理は、目標厚さ均一性を得るために繰り返し行われてもよい。
【００５１】
図８Ａはまた、メルトバック後に３００ｍｍの均一な目標厚さを得るべく結晶シリコンリボンをメルトバックするために結晶シートに適用される計算熱流束プロファイル８０４を図示する。ある例において、計算熱流束プロファイルは、計算流体力学（ＣＦＤ）モデリングを用いて決定されてもよい。図８Ｃに、計算熱流束プロファイルを生成するために、１６個の異なる発熱体８１２と、発熱体Ｏ１およびＯ２として示される２つの外側調整発熱体とに適用される計算電力値（単位Ｗ）の表が示される。図示の通り、図の右側に向かって発熱体に適用される電力レベルは、初期厚さが大幅に小さい図の左側の発熱体に適用される電力レベルよりも大幅に高い。加えて、周辺位置における発熱体Ｏ１およびＯ２に適用される電力は、他の位置よりも大幅に高く、その結果、より高い熱流束が周辺位置の結晶シートに向かう。こうして、該位置での物質の完全メルトバックが得られる。概して、分割加熱器８１０は、ハウジングの上部の一対の外側部分に隣接して第１熱流束密度を与えるように構成され、第１熱流束密度は、一対の外側部分の間に配置されるハウジングの上部の内側部分に隣接する第２熱流束密度よりも大きい。この構成により、外側部分の上に配置された結晶シートの部分がより速いレートでメルトバックの対象となり得る。
【００５２】
特に、発熱体Ｏ１およびＯ２に適用されるより高い電力は、プロファイル両端にスパイクを呈する計算熱流束プロファイル８０４を生成する。 このスパイクプロファイルは、図６Ａ〜６Ｃに関連して述べたように発熱体Ｏ１およびＯ２に熱分離が与えられる分割加熱器８１０の構造によって生成されてもよい。該熱分離は、発熱体Ｏ１およびＯ２に適用される増加電力と組み合わせて、熱流束プロファイル８０４によって例示されるスパイク熱流束プロファイルを生成する機能へとつながる。曲線８０６は、上曲線で表される初期厚さプロファイル８０２の結晶シリコンシートの、計算熱流束プロファイル８０４の適用後の最終厚さプロファイルを表す。曲線部分８０５は、シミュレーションアーティファクトである。図示の通り、最終厚さプロファイル８０６は、初期厚さプロファイルよりもはるかに均一である。
【００５３】
図８Ｂに戻って、分割加熱器８１０の発熱体８１２は、互いに約１ｃｍの間隔である。したがって、分割加熱器８１０を用いて、所与の起伏に隣接する発熱体８１２に選択的に異なる電流量を印加することによって、結晶シートの横方向にわたって発生し得る約１ｃｍ以上の厚さ起伏を除去してもよい。他の実施形態において、結晶シート内の厚さ変化や欠陥の特徴的な長さスケールにしたがって、および、式（１）に規定されるように、Ｘ方向に沿って適切な長さスケール（ΔＸ）でのメルトバック厚さの制御を提供するために、Ｘ軸に沿った隣接する加熱器間の間隔はより大きくてもより小さくてもよい。
【００５４】
他の実施形態において、分割加熱器の正確な三次元ＣＦＤモデルを用いて、メルトバック応答曲線を取得してもよい。薄くすべき結晶シートは、（電力Ｐｉでの特定区分発熱体からの）熱流束
0006615875.tif 000004
が評価可能な、融液の表面上の等温境界によって表すことができる。そして、この熱流束を（引き上げ方向ｚに沿って）積分して、個々の区分メルトバック応答曲線
0006615875.tif 000005
を取得してもよい。これらの曲線は、取得可能なメルトバックプロファイルの空間にまたがり、次のように個々の応答（例えば、１６要素を超える）を合計することによって真メルトバックプロファイル
0006615875.tif 000006
が得られる：
【数２】
0006615875.tif 000007
【００５５】
リボンの理想形（厚さおよび均一性）に最も近いメルトバックプロファイルを生成する最適化電力のためのコンピューターによる検索を行ってもよい。図９Ａおよび９Ｂにこの方法の一例を図示する。図９Ａは、融液の上部の熱流束を表す層９０２を含む熱流束の三次元モデルを図示する。図９Ｂは、一連の分割加熱器メルトバック応答曲線９０４を図示する。メルトバック応答曲線９０４の個々の応答曲線は、分割加熱器の発熱体によって生成され得る熱流束プロファイルを表し、熱流束プロファイルは、Ｚ方向に沿った発熱体の長さにわたって積分される。個々の発熱体への電力を上げることによって、応答曲線の形状が変化し得る。分割加熱器における複数の発熱体の個々の応答曲線全ての合計は、分割加熱器全体の熱流束プロファイルとなる。
【００５６】
本発明は、本明細書に記載する特定の実施形態によりその範囲を制限されない。実際、本明細書に記載した実施形態に加えて、本発明の他の様々な実施形態および変更は、先の記載および添付図面から、当業者に明らかであろう。よって、このような他の実施形態および変更は、本発明の範囲に含まれるものである。さらに、本発明は、特定の目的に対する特定の環境における特定の実施の文脈で本明細書に記載されているが、当業者は、その有用性がこれに限定されず、本発明は多くの目的に対して多くの環境において有利に実施できることを認識するであろう。したがって、後述の特許請求の範囲は、本明細書に記載する本発明の全容および精神を考慮して解釈すべきである。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図３Ｅ】
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【図３Ｆ】
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【図３Ｇ】
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【図３Ｈ】
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【図３Ｉ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９Ａ−９Ｂ】
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