(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
融液から結晶シートを形成する装置であって、
前記融液を収容するるつぼと、
前記融液の表面近傍に冷却領域を提供するよう構成されたコールドブロックであって、前記冷却領域は前記結晶シートの結晶フロントを生成するよう作動するコールドブロックと、
前記融液の前記表面に沿う、引張り方向に前記結晶シートを引き出すよう構成された結晶引張り器と、を備え、
前記結晶フロントは第１の結晶フロントであり、
前記コールドブロックは、前記融液の前記表面に平行な平面に、第１の部分と該第１の部分に接続された第２の部分とを含むＶ字形状の構造を備え、前記第１の部分は、前記引張り方向に対する垂線に対して第１の角度で前記第１の結晶フロントを生成するよう構成され、前記第２の部分は、前記垂線に対して前記第１の角度と等しい大きさの第２の角度で、第２の結晶フロントを生成するよう構成され、前記垂線が、前記結晶フロントに対して９０°未満で、０°より大きい角度を成すようにし、前記結晶引張り器は、Ｖｐを引張り速度、Ｖｇを前記結晶の成長速度、θを前記結晶フロントに対する前記垂線の前記角度としたときに、ＶｐがＶｇ／ｃｏｓθとなるような引張り速度で前記結晶シートを引き出し、前記装置から引き出される前記結晶シートは、前記垂線に沿って、前記結晶シートから形成される基板の意図した基板幅の２倍以上の第５の幅を有し、前記基板は、前記第１の部分と前記第２の部分との交点で生成された前記結晶シートの部分を含まない、結晶シート形成装置。
【請求項２】
前記コールドブロックのアセンブリは、前記結晶フロントの第２の幅に等しい前記冷却領域で第１の幅の結晶シートを生成するよう構成された細長形状を備える、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記コールドブロックは、第１と第２の位置との間を移動するよう作動し、前記第１の位置の方が前記融液の表面に近く、前記コールドブロックが前記第１の位置に配置された場合の前記結晶シートの第１の成長速度の方が、前記コールドブロックが前記第２の位置に配置された場合の第２の成長速度より速い、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記第１の結晶フロントに平行な、前記第１の部分の第３の幅は、前記第２の結晶フロントに平行な、前記第２の部分の第４の幅に等しい、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記融液近傍の前記第１の部分の第１の下面は、前記融液近傍の前記第２の部分の第２の下面と同一平面にある、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記コールドブロックは、該コールドブロックの温度を、前記融液の溶融温度以下に維持するための内部流体を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
融液から結晶シートを形成する方法であって、
前記融液を形成するために、るつぼ内の材料を加熱するステップと、
前記融液の表面から第１の距離のところにコールドブロックの冷却領域を提供するステップであって、前記冷却領域は前記結晶シートの結晶フロントを生成するよう作動するステップと、
前記コールドブロックを前記融液の前記表面に平行な平面内にＶ字形状の構成で、第１の部分及び該第１の部分に接続される第２の部分として配置するステップと、
前記融液の前記表面に沿う引張り方向に対する垂線に対して第１の角度で前記第１の部分を用いて第１の結晶フロントを生成するステップと、
前記垂線に対して、前記第１の角度の大きさと同一の大きさを有する第２の角度で前記第２の部分を用いて第２の結晶フロントを生成するステップと、
前記引張り方向に前記結晶シートを引っ張るステップと、
前記結晶シートから製造される基板の基板幅を決定するステップと、
前記Ｖ字形状の構成が前記垂線に沿って、前記基板幅の２倍より大きい値に等しい第５の幅を有するよう配置するステップと、
を含み、
前記結晶シートを引っ張るステップは、前記垂線が、前記結晶フロントに対して０°より大きく９０°未満の角度を成すようにし、Ｖｐを引張り速度、Ｖｇを前記結晶の成長速度、θを前記結晶フロントに対する前記垂線の前記角度としたときに、ＶｐがＶｇ／ｃｏｓθとなるような引張り速度で前記結晶シートを引っ張り、前記基板は、前記第１の部分と前記第２の部分との交点で生成された前記結晶シートの部分を含まない、結晶シート形成方法。
【請求項８】
前記コールドブロックの冷却領域は、前記結晶フロントの第２の幅に等しい第１の幅を有する細長形状として提供される、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記第１の結晶フロントに平行な前記第１の部分の第３の幅を、前記第２の結晶フロントに平行な第２の部分の第４の幅に等しく設定するステップをさらに含む、請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記融液近傍の前記第１の部分の第１の下面が、前記融液近傍の前記第２の部分の第２の下面と同一平面となるよう配置するステップをさらに含む、請求項７に記載の方法。
【請求項１１】
前記コールドブロックを、前記融液表面から前記第１の距離よりも大きい第２の距離に移動させるステップをさらに含み、前記結晶フロントは、前記コールドブロックが前記第２の距離に移動した際に終端する、請求項７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【連邦政府支援の研究または開発に関する陳述】
【０００１】
米国政府は、本発明における支払済の許諾を有し、米国エネルギー省によって付与された契約番号DE-EE0000595の契約条件によって提供される適当な条件で他者に許諾を与えることを、限定された状況で特許権者に要求する権利を有する。
【技術分野】
【０００２】
本発明の実施形態は、基板の製造分野に関する。特に、本発明は、融液から結晶シートを成長させるための方法、システム、および構造に関する。
【背景技術】
【０００３】
シリコン又はシリコン合金のような半導体材料は、集積回路や、他の用途のうちでも特に太陽電池産業で使用するためのウエハ又はシートとして製造することができる。再生可能エネルギー源の需要が増えているため、太陽電池のような大面積基板の需要が増え続けている。太陽電池産業における１つの大きなコストは、これらの太陽電池を作成するために用いられるウエハ又はシートである。ウエハ又はシートのコストの削減は、結果的に、太陽電池のコストを削減し、潜在的に再生可能エネルギー技術をより普及させることになるであろう。
【０００４】
費用対効果の高い大面積基板を生成する可能性を示す１つのタイプの技術は、融液からの結晶シートの成長を伴う。特に、融液から水平に引き出されるシート（又は“リボン”）の生成は、過去数十年にわたって研究されてきた。特に、いわゆるフローティングシリコン法（ＦＳＭ）、水平リボン成長法（ＨＲＧ）、及び低角度シリコンシート法のような技術が、典型的にはシリコンである結晶半導体材料の高品質なシートを成長させるための迅速で信頼性のある方法を発展させる目的で研究されてきた。これら全てのアプローチにおいて、半導体材料のシートは、成長する結晶材料の先端部に垂直な方向に引き出される。
【０００５】
図１は、従来技術に従って較正された、水平リボンの成長用システム１００を示す。システム１００は、材料を溶融するのに十分な温度にまで加熱されるるつぼ１０２を備え、それから水平シート１０６、又はリボンとしてシステム１００から引き出される。シリコンを成長させる場合には、るつぼ内の融液１０４の温度は、シリコンの溶融温度より僅かに高く設定するのがよい。例えば、下部領域１０８における融液１０４の温度は、融液１０４を形成する材料の溶融温度より数度高くするのがよい。水平シート１０６の成長は、イニシエータ１１０、又は“イニシャライザ”が融液１０４の上面に近接すると始まり、イニシエータ１１０は、融液１０４の表面から熱を除去する。図示の例において、イニシエータ１１０は、融液１０４の表面に垂直な方向１１２に沿って移動可能である。
【０００６】
従来技術によれば、イニシエータの少なくとも一部は、融液１０４の溶融温度より低い温度に維持される。イニシエータ１１０を、融液１０４の表面に十分近づけると、イニシエータ１１０によって提供される冷却によって、図１に示す成長界面１１４に沿って結晶化が起こる。そして、成長する結晶シート１０６が、引張り方向１１６に沿って引っ張られる。引張り方向１１６に沿う引張り速度は、水平シート１０６の安定した結晶フロント、すなわち先端部１１８が得られるように調整するのがよい。図１に例示されるように、先端部１１８は、引張り方向１１６に対して垂直に向けられる。引張り速度が、先端部１１８の成長速度を越えない限り、材料の連続シート１０６は、システム１００を用いて引き出すことができる。
【０００７】
図１に図示されたタイプの水平シート成長をモデル化する様々な取り組みが行われてきた。一例では、モンテカルロ解析によって、結晶シートの成長速度は、原子レベルで起こるプロセスによって制限されることが明らかになった。原子的粗面成長とファセット成長との２つの異なる成長レジームが同定されている。原子的粗面成長の場合、結晶成長速度は、融液の過冷却の量に比例し、１０Ｋごとの過冷却に対して約１ｃｍ／ｓであることが分かっている。ファセット成長のシミュレーションでは、ファセットを横切る個々の層ステップの速度は、過冷却度あたり約０．５ｍ／ｓである。実際の成長速度（Ｖｇ）は、後者の計算では推定されない、新しいステップの初期速度に依存する。
【０００８】
上記結果から分かるように、Ｖｇを増加させるために、成長する結晶界面の近傍の融液の過冷却を増大させるのが有用である。しかし、従来技術によれば、最大引張り速度Ｖｐは、依然としてＶｇ未満又はそれに等しい値に制限され、したがって、達成可能な所定の過冷却条件に対する基板製作速度に上限を置いている。上記の観点から、融液からシリコンシートを水平に成長させる速度を高めるための、改良された装置及び方法が必要とされることが認識されるだろう。
【発明の概要】
【０００９】
この概要は、詳細な説明で以下にさらに説明される簡略化形式で概念の選択を紹介するために提供される。この概要は、特許請求された主題の主たる特徴又は本質的な特徴を同定すること意図するものでなく、特許請求された主題の範囲を決定する一助とすることを意図するものでもない。
【００１０】
一例において、融液から結晶シートを形成する装置が提供される。本装置は、融液を収容するるつぼを備える。また、本装置は、融液の表面に近接する冷却領域を提供するよう構成されるコールドブロックも備える。冷却領域は、結晶シートの結晶フロントを生成するよう作動する。また、本装置は、融液の表面に沿う引張り方向に結晶シートを引き出すよう構成される結晶引張り器も備える。特に、引張り方向に対する垂線は、結晶フロントに対して、９０°未満で、０°より大きい角度を成す。
【００１１】
さらなる例において、融液から結晶シートを形成する方法は、融液を形成するためにるつぼ内の材料を加熱するステップを含む。本方法は、さらに、融液の表面から第１の距離のところにコールドブロックの冷却領域を提供するステップを含む。冷却領域は、結晶シートの結晶フロントを生成するよう作動する。また、本方法は、引張り方向に融液の表面に沿って結晶シートを引っ張るステップも含み、引張り方向に対する垂線は結晶フロントに対して０°より大きく９０°未満の角度を形成する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】従来技術による、融液からの結晶材料の水平リボン成長のためのシステムを示す図である。
【図２】多様な実施形態による融液から結晶シートを成長させるための装置の斜視図である。
【図３】図３ａは、図２の装置の上面図であり、図３ｂは、追加の実施形態による他の装置の上面図である。
【図４】図４ａは、従来技術による融液からの結晶シートを作成する幾何的特徴の細部を示す図であり、図４ｂは、いくつかの実施形態による融液から結晶シートを作成する幾何的特徴の細部を示す図である。
【図５】多様な実施形態による融液から結晶シートを成長させるための他の装置の斜視図である。
【図６】一部の拡大図を含む、図５の装置の上面図である。
【図７】追加の実施形態による融液から結晶シートを作成する幾何的特徴の細部を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明は、以下に、本発明の好適な実施形態が示される添付図面を参照して、より完全に説明される。しかしながら、本発明は、多くの異なる形式で具体化することができ、本明細書に記述される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、本開示が十分であり、完全であり、当業者に本発明の範囲を十分に伝えるように提供される。図面においては、全体にわたって同様の数字は同様の要素を示す。
【００１４】
上記の方法に関連する欠点を解決するために、本実施形態は、結晶材料、特に、単結晶材料の融液を水平に成長させるための新規性及び進歩性のある装置及び技術を提供する。多様な実施形態では、融液からの水平成長による単結晶シリコンシートの形成を改善する装置及び技術が開示される。本明細書に開示される装置は、概ね水平方向にシートを引っ張り、流し、さもなければ移送することによって融液から引き出すことができる長い単結晶シートを形成することができる。融液は、一実施形態においてはシートとともに流れるかもしれないが、シートに対して静止させることもできる。このような装置は、シリコン又はシリコン合金の薄い単結晶シートが、融液の表面領域から取り除かれ、長さ方向が、例えば、引張り方向に沿って整列するリボン形状を実現すべく融液の表面に沿う所定方向に引っ張られる固体のシートを形成することができるため、水平リボン成長（ＨＲＧ）又はフローティングシリコン法（ＦＳＭ）として称されることがある。
【００１５】
ＨＲＧ技術においては上記のように、シリコン融液の表面が溶融温度Ｔｍ以下に過冷却されると、成長する結晶フロントを生成させることができる。上記の成長のモデルのうちのどちらのモデルも、融液からのシリコンシートの水平方向な成長に最適であるとしても、その結果は、成長する結晶の成長フロントに与えられる過冷却の量と相俟って、シリコンの物理的な特性が、達成可能な結晶引張り速度の限界に制限を課していると考えられると示唆している。特に、装置によって与えられるシリコン融液の表面における過冷却の量は結晶シートが引き出される結晶フロントの成長速度Ｖｇを決定することができる。本実施形態には、従来の装置及び技術と比較して、所定の冷却度に対して結晶引張り速度を速くする方法で、結晶シートの水平方向の成長を開始し、持続する冷却装置の新規の構成の利点がある。特に、本明細書においては、従来技術に比べて、結晶フロントにおける成長速度を超える結晶引張り速度（速度Ｖｐ）を提供する技術及び装置が開示される。
【００１６】
多様な実施形態において、融液から結晶シートを形成する装置は、コールドブロックによって生成される結晶シートの結晶フロントが結晶シートの引張り方向に対する垂線に対して０でない角度を成すように相互運用可能なコールドブロックと結晶引張り器とを有する。このようにして、以降で詳述されるように、結晶シートの引張り速度は、結晶フロントの成長速度以上とすることができ、これにより、結晶シートの引張り速度を高くすることができる。
【００１７】
図２は多様な実施形態による装置２００の斜視図であり、図３ａは本装置２００の上面図である。装置２００は、融液１０４を形成するために、シリコンのような材料を溶融するのに用いられるるつぼ１０２を備え、これから結晶シート２０２が引き出される。装置は、るつぼ１０２と、融液１０４及び／又はるつぼ１０２を加熱するのに用いられる（不図示の）加熱構成要素とを含む従来技術において一般に知られているような構成要素を備える。シリコン成長の実施形態において、下部領域１０８におけるような融液１０４の温度は、シリコンの溶融温度（Ｔｍ）を僅かに超える範囲内、例えばシリコンの溶融温度Ｔｍより数度高い温度に維持するのがよい。融液１０４から材料の固形化処理を開始するために、装置２００は、融液１０４の表面２１２の一部に近接する、冷却領域を提供するように作動するコールドブロック２０６を備える。一例では、コールドブロック２０６には、このコールドブロック２０６内に融液表面２１２より冷たい領域を生成するために、コールドブロックの内部に（不図示の）冷却液体を設けられる。例示されるように、コールドブロック２０６は、高さＨ、すなわちコールドブロック２０６の下面２１８と融液１０４の表面２１２との間の最短距離を調節することができるように、方向２１４に沿って移動可能である。Ｈの値が十分に小さいと、コールドブロック２０６は、下面２１８に、その近傍にある融液１０４の一部を固化させるのに十分な、冷却領域を提供することができる。結晶化が起こると、結晶フロント２１０が形成され、Ｔｃ４−Ｔｍ４に比例する成長速度Ｖｇで成長する。Ｔｃは、融液１０４の表面２１２近傍のコールドブロック２０６の冷却領域の温度である。そのため、コールドブロック２０６が、冷却領域の温度Ｔｃを十分に低く維持し、コールドブロック２０６が表面２１２に十分近い場合、結晶シートに引き出すことができる結晶材料は、コールドブロック２０６近傍の表面２１２の領域内で成長する。
【００１８】
公知技術と同様に、結晶引張り器２２０は、例えば、図２に示されるデカルト座標系のＸ軸に平行な所定の方向に沿って前後に引き出される（単独では示されていない）結晶種を含むことができる。そして、沈殿層が結晶種に付着すると、結晶シート２０２は融液１０４から引き出すことができる。図２に例示されるように、結晶引張り器２２０が結晶材料の層を、Ｘ軸に平行な引張り方向２０８に沿って引っ張ると、結晶シート２０２は、コールドブロック２０６の下面近傍の融液１０４の領域から引き出される。所望の量の結晶シート２０２が生成されるまで、結晶材料の層は結晶シート２０２として引き出すことができる。その後、コールドブロック２０６は、融液１０４の表面２１２からさらに離れたところに、表面２１２から方向２１４に沿って離すことができる。このさらに離れたところでは、コールドブロック２０６は、もはや融液１０４を結晶化させるのに十分なほどに表面２１２を冷却しなくなり、つまり、Ｖｇは、結晶シート２０２の継続的な引張りを維持するのには不十分な値にまで低減する。そして、結晶フロント２１０は、コールドブロック２０６の下で終端し、結晶シート２０２はもはや成長しなくなる。
【００１９】
特に、図３ａで例示されるように、コールドブロック２０６が表面２１２に十分に近接し、結晶シート２０２が引張り方向２０８に沿って引き出されると、結晶フロント２１０が、コールドブロック２０６の下面２１８近傍の融液１０４の表面２１２の領域で生じる。図３ａの挿入図に示されるように、コールドブロック２０６は、表面２１２に平行なＸ−Ｙ平面で見て、一般に細長い形状を有する。そのため、コールドブロックは、細長くて、コールドブロック２０６の下面の形状と同様の形状を有する冷却領域２２２を生成する。そして、この冷却領域２２２は、（細長い）下面２１８の長さ方向に平行な線に沿って結晶フロント２１０を生成させることができる。なお、例示目的の図３ａの上面図で見ることができるが、冷却領域２２２は、図２に示される表面２１２近傍の、コールドブロック２０６の下面２１８に位置する。
【００２０】
さらに、図３ａに示されるように、冷却領域２２２は細長方向に平行な幅Ｗ２ａを有し、等しい幅の結晶フロント２１０を生成する。しかし、図３ａに示されるように、従来の技術及び装置とは異なり、本装置２００は、引張り方向２０８に対して垂直でなく、引張り方向２０８に対する垂線２３０に対して０°より大きく、９０°未満の角度を成す方向に結晶フロント２１０を生成する。
【００２１】
図３ｂは、追加の実施形態による他のコールドブロック２３４の上面図を示している。この場合、コールドブロックは、表面２１２に平行なＸ−Ｙ平面内で見て、一般的に細長い形状を有していない。コールドブロック２３４は、同様に細長形状でなく、コールドブロック２３４の下面の形状と同様の形状を有する冷却領域２３２を生成する。しかし、冷却領域２２２と同様に、冷却領域２３２は、引張り方向２０８に対する垂線２３０に対して０°より大きく、９０°未満の角度を成す結晶フロント２１０を生成するよう作動する。シリコンのような材料のシートを成長させる、図３ａ及び３ｂに例示されるコールドブロックの構成の利点は、以降の図面に関して詳述される。
【００２２】
図４ａ及び４ｂは、従来技術及び本実施形態による融液から結晶シートを作成するための構造の細部の比較を示している。特に、上面図が、参考のために図２及び３と同一のデカルト座標系を用いて例示されている。図４ａには、従来技術による装置で形成される結晶シート４０２の上面図が示されている。特に、（明示されていない）コールドブロックは、Ｙ軸に平行な方向に沿って、言い換えれば、引張り方向に対する垂線に沿って存在する結晶フロント４０８を生成する。結晶シート４０２は、Ｘ軸に平行な方向４０６に沿って、に沿って引っ張ることにより引き出される。結晶材料は、図４に示すように左へ向かう方向４０４に沿って、場合によっては、毎秒約数センチメートルの成長速度Ｖｇで、成長する傾向で、結晶フロント４０８を形成することができる。また、当然、結晶材料は、Ｚ方向に平行な速度で成長する。同時に、結晶シート材料は、引張り速度Ｖｐで方向４０６に沿って引き出すことができる。例示されるように、方向４０６は、結晶フロント４０８の成長方向４０４から１８０°の方向である。結晶シート４０２を引き出すのに用いられる引張り速度Ｖｐの値は、Ｖｇの値によってある程度決められる。例えば、Ｖｐの大きさがＶｇの大きさより大きくない限り、結晶フロント４０８は、十分迅速に方向４０４の方に伝播し、方向４０６に沿う引張り速度Ｖｐでのシート材料の引っ張りに対抗する。したがって、結晶フロント４０８は、固形化を引き起こす（不図示の）コールドブロック近傍の位置で安定した状態を保つことができ、連続シート４０２を、融液１０４から引っ張ることができる。このように、Ｖｇの大きさは、結晶シート４０２を引き出す引張り速度に上限を置いていることが分かる。
【００２３】
図４ｂには、本実施形態による装置で形成することのできる結晶シート４１０の上面図が示されている。図４ｂに例示される例では、従来技術との比較のために結晶シート４１０は、Ｘ軸に平行な方向４１６に沿って引っ張ることによって引き出される。再度、比較のために、結晶フロント４１２の成長速度Ｖｇは、図４ａの従来例における成長速度と同じ値であると想定する。しかし、従来技術とは異なり、コールドブロック（明示されていないが、図３ａ参照）は、Ｙ軸に対して０°でない角度θを成す方向に沿う方向に結晶フロント４１２を生成する。そのため、結晶フロント４１２に沿って形成される結晶材料は、図４ｂに示されるように、方向４１４に沿って下方に、かつ左側へと成長する傾向にある。
【００２４】
図４ｂに示される結晶材料が方向４１４に沿って速度Ｖｇで成長すると仮定した場合、結晶シート４１０を方向４１６に沿って引っ張られる場合に、引張り速度Ｖｐは、結晶フロント４１２の位置に変化をもたらさずに、Ｖｇ以上とすることができる。特に、図４ｂに例示されるように、Ｖｐ＝Ｖｇ／ｃｏｓθである場合、結晶フロント４１２の位置は安定したままでいることができる。再び、図２及び３を参照するに、このようにコールドブロック２０６の長軸を引張り方向に対する垂線に対して角度θで方向付けることによって、本実施形態は、従来技術よりＶｐを実質的に増大させる。また、図４ｂには、例示的な増大因子４１８をリストアップしており、増大因子４１８は、コールドブロックが本実施形態にしたがって構成される場合に、角度θの関数として達成可能なＶｐの相対的な増加を表す。例えば、θが４５°に等しい場合、Ｖｐは４１％増加し、また、θの値が６０°に等しい場合、Ｖｐは２倍になる。結晶シートのシート幅Ｓを同じに維持するためには、従来の装置の場合と同様に、細長い方向におけるコールドブロックの幅は従来の装置に対して増大させることに留意すべきである。例えば図４ａに例示されるように、従来の装置では、（不図示の）コールドブロックの幅Ｗ１は結晶シートの幅Ｓと同じである。これに対し、図３ａに示されるように、コールドブロック２０６の幅Ｗ２はシート幅Ｓより大きい。
【００２５】
水平に引き出される結晶シートの引張り速度を増大させることに加えて、本実施形態にはさらなる利点がある。例えば、融液からの結晶化の間に、コールドブロックの下面近くの融液表面に形成される渦で欠陥や異物が取り込まれることがある。細長方向が引張り方向に対して角度θを成すようにコールドブロックを方向付けることによって、欠陥や異物はコールドブロックの「下流」端の方に一掃され、それにより、後に基板を製造するのに用いることができるシートの一部からの欠陥や異物を潜在的に取り除くことができる。
【００２６】
図５は、多様な追加の実施形態による装置５００の斜視図を示し、図６は上面図を示す。本例において、るつぼ５０２は、融液５０４を収容し、融液５０４の少なくとも下部５０６は、結晶シート５３０を形成するための材料の溶融温度より高く維持される。コールドブロック５１０は、図６に示されるように上から見ると「Ｖ」字形状を有する。特に、コールドブロック５１０は、上から見ると、ともにＶを形成する細長形状をそれぞれ有する部分５１２及び部分５１４を備える。そのため、コールドブロック５１０の下面は、一般に、図６の挿入図に例示されるようなＶ字形状のパターンを有する冷却領域５４０を提供する。例示目的のために図６の上面図に見ることができるが、冷却領域５４０は、図５に示される表面５１８近傍のコールドブロック５１０の下面５１６に位置することに留意すべきである。
【００２７】
下面５１６が融液５０４の表面５１８に十分に近いと、冷却領域５４０はＶ字形状の結晶フロント５２２を生成することができる。Ｖ字形状の結晶フロント５２２は、２つの部分、すなわち図６にも図示されているように結晶フロント５２４及び５２６の組み合わせとして特徴付けることができる。結晶フロント５２４及び５２６を形成する結晶材料は、結晶シート５３０を形成するために引張り方向５２８に表面５１８に沿って引き出すことができる。
【００２８】
図６に示されるように、結晶フロント５２４は、図６に示されるように下向きの方向５３２に沿い、かつ左側へと成長する傾向にあり、一方、結晶フロント５２６は、同じく図６に示されるように、上向き方向５３４に沿い、かつ左側へと成長する傾向にある。部分５１２によって提供される冷却の度合いが、部分５１４によって提供される冷却の度合いと同一であるとすると、結晶フロント５２４の成長速度Ｖｇは、結晶フロント５２６の成長速度に等しい。従来の装置によって生成される結晶フロント４０８とは異なり、結晶フロント５２４及び５２６は、結晶フロント４１２と同様に、引張り方向５２８に対する垂線５４２に対して、それぞれ０でない角度を成す。特に、結晶フロント５２４は、垂線５４２に対して角度＋θを成すも、結晶フロント５２６は角度−θを成す。そのため、結晶フロント５２４及び５２６が同じ状態を保ったままで、連続する結晶シート５３０が形成される安定した結晶引張り状態下において、引張り方向５２８に沿う結晶シート５３０の引張り速度Ｖｐは、図４ｂで説明した増大因子４１８に従ってＶｇ以上とすることができる。多様な実施形態において、均一な結晶材料シートを形成するために、コールドブロック５１０は、角度−θと＋θとが同じ値となるように、引張り方向５２８に対して配置される。この条件を表現する別の方法は、結晶フロント５２４及び５２６の間の角度θ２を考慮することである。−θと＋θとが同じ値である場合、引張り方向５２８は結晶フロント間の角度θ２を二等分し、それにより引張り方向５２８とそれぞれ結晶フロント５２４及び５２６との間の角度＋θ３及び−θ３を等しい値にする。
【００２９】
さらに、Ｖ字形状構成のコールドブロック５１０を用いて均一な材料のシートを成長させるために、コールドブロック５１０の各部分５１２及び５１４の下面５５２及び５５４は同一平面にあり、表面５１８に平行であるよう構成するのがよい。そのため下面５５２及び５５４は表面５１８から同等に離間され、それにより、等しい度合いの冷却を表面５１８に提供し、その結果、結晶フロント５２４及び５２６に等しいＶｇの値を与えることができる。
【００３０】
図７は、結晶化を開始するのに、図５及び６で述べたようなＶ字形状のコールドブロックが用いられたときの結晶成長の形状のさらなる詳細を含む上面図を示している。例示されたように、結晶シート７０２は、（不図示の）コールドブロックが、Ｖ字形状の結晶フロント７１０を画定する結晶フロント７０６及び７０８を生成する間に、引張り方向７０４に沿って引っ張られる。結晶フロント７０６及び７０８は、安定した成長条件下で引張り速度Ｖｐが結晶フロント７０６及び７０８の成長速度Ｖｇを超えるように、それぞれの方向７１２及び７１４に成長する。結晶フロント７１０の方向は、個々の結晶フロント７０６及び７０８が交わるＰ点のところで急激な変化を示すため、Ｐ点の近傍の領域に欠陥が析出することがある。これは、結晶シート７０２を引っ張っている間に、結晶シート７０２の内部領域にでき、かつ引張り方向７０４に概して平行な一般的に直線状の領域７１６となる。多様な実施形態によれば、Ｖ字形状冷却ブロックの、図示されたＹ軸に平行な方向の全幅は、その後に基板を領域７１６と交差しないで結晶シートから切り取れるように、結晶シート７０２の幅Ｗ３（反対側７１８との間の距離）が十分であるように設定される。そのため、意図した基板幅を表す、所定寸法幅Ｗ４の基板７２０をダイシングすることが所望される場合、幅Ｗ３は、領域７１６がいずれの基板７２０にも含まれないようＷ４の２倍以上に設定される。
【００３１】
コールドブロックは、結晶フロント７０８の幅とは異なる幅の結晶フロント７０６を生成するよう配置することができるが、多様な実施形態では、結晶フロント７０６及び７０８の幅は同じとする。このようにして、等しい寸法の基板を、領域７１６の上下にある結晶シート７０２の領域７２２及び７２４から好都合に産出することができる。
【００３２】
要するに、本実施形態は、従来技術のＦＳＭ及びＨＲＧ装置よりも多数の利点を提供する。１つには、従来のＦＳＭ装置又はＨＲＧ装置と比較して、結晶シートを形成するために材料の融液表面に与えられる同程度の過冷却に対し、より速い結晶引張り速度を得ることができる。さらに、より少ない過冷却で従来装置と同一の結晶引張り速度を達成することができる。すなわち、本実施形態によって配置されるコールドブロックは、引張り方向に対するコールドブロックの傾斜した形状によって増大因子が提供されるため、従来の装置で用いられる融液の表面に対する過冷却を大きくしなくても、従来の装置と同等の引張り速度を達成することができる。
【００３３】
本発明は、本明細書に記載の特定の実施形態によって範囲が制限されるものではない。実際に、本明細書に記載の実施形態に加えて、本発明における他の多様な実施形態、及び本発明に対する変更は、先の記載及び添付の図面から当業者にとって明らかであろう。そのため、そのような他の実施形態及び変更は、本開示の範囲内にあると意図されている。さらに、本開示は、特定の目的のために、特定の環境において、特定の実装のうえで記載されてきたが、当業者は、その有用性がそれに限定されず、本開示は、任意の目的のために、任意の環境で、有利に実装することができると認識するであろう。したがって、本開示の主題は、本明細書に記載の本開示における十分な広がり及び思想をもって解釈されるべきである。
【図１】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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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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