(57)【要約】リボン結晶を成長させるための炉は、所定の方向に所定の速度でリボン結晶を成長させるためのチャネルと、成長中のリボン結晶から一部分を分離させるための分離メカニズムとを有する。分離メカニズムの少なくとも一部は、成長中のリボン結晶から該一部分を分離させている間に、概ね所定の方向に概ね所定の速度で動く。分離メカニズムは、レーザを備え、該レーザは、成長中のリボン結晶を複数回横切って横断するパルス化されたレーザビームを発生させることによって切断するために使用される。
2010508227.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
リボン結晶を成長させるための炉であって、該炉は、
所与の速度で所与の方向にリボン結晶を成長させるためのチャネルと、
該成長中のリボン結晶から一部分を分離するための分離メカニズムであって、該分離メカニズムの少なくとも一部が、該成長中のリボン結晶から該一部分を分離する間に、ほぼ該所与の速度で、ほぼ該所与の方向に動く、分離メカニズムと
を備える、炉。
【請求項２】
前記分離メカニズムは、ファイバレーザを備え、該ファイバレーザは、前記成長中のリボン結晶を切断するために、パルス化されたレーザビームを生成し、該レーザビームは、該分離メカニズムの一部である、請求項１に記載の炉。
【請求項３】
前記分離メカニズムは、前記成長中のリボン結晶に向かってレーザビームを配向するためのレーザビーム配向装置を備え、該レーザビームは、該分離メカニズムの一部である、請求項１に記載の炉。
【請求項４】
複数のリボン結晶を成長させるための複数のチャネルをさらに備える、請求項１に記載の炉であって、前記分離メカニズムは、実質的に同じように該複数のリボン結晶のそれぞれを切断するように動くことができる、炉。
【請求項５】
前記分離メカニズムは、前記成長中のリボン結晶を把持するための２つの範囲を備え、該分離メカニズムは、該２つの把持範囲の間で前記一部分を分離させる、請求項１に記載の炉。
【請求項６】
前記分離メカニズムは、前記リボン結晶の分離された部分を第１の場所から第２の場所に動かすための可動アームを備える、請求項１に記載の炉。
【請求項７】
前記所与の速度に関する運動情報の受信に応答して、前記分離メカニズムの少なくとも一部が、ほぼ該所与の速度で動く、請求項１に記載の炉。
【請求項８】
前記リボン結晶の分離された部分を受け入れるための容器をさらに備える、請求項１に記載の炉。
【請求項９】
前記分離部分は、前記成長中のリボン結晶の圧縮および張力の関数として該リボン結晶を切断する、請求項１に記載の炉。
【請求項１０】
リボン結晶を成長させるための装置であって、該装置は、
結晶成長チャネルと、
該結晶成長チャネルの中の成長中のリボン結晶を把持するための可動アームと、
該成長中のリボン結晶から一部分を分離するためのレーザ分離装置と
を備える、装置。
【請求項１１】
前記レーザ分離装置は、レーザを備え、該レーザは、前記成長中のリボン結晶の前記一部分を切断するためにレーザビームを発生させ、該成長中のリボン結晶は、所与の速度で所与の方向に動き、さらに、該成長中のリボン結晶から該一部分を分離するときには、該レーザビームは、少なくとも、ほぼ該所与の速度で、ほぼ該所与の方向に動く、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記レーザ分離装置はまた、前記成長中のリボン結晶から前記一部分を分離するときには、少なくとも、ほぼ前記所与の速度で、ほぼ前記所与の方向に動く、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記レーザ分離装置は、パルス化されたレーザビームを発生させるために、低出力のファイバレーザを備える、請求項１０に記載の装置。
【請求項１４】
複数の成長中のリボン結晶を誘導するための複数のリボンガイドをさらに備える、請求項１０に記載の装置であって、前記レーザ分離装置は、該複数のリボン結晶のそれぞれを実質的に同じように切断するために、該ガイドのそれぞれに対して動くことができる、装置。
【請求項１５】
前記成長中のリボン結晶の前記一部分を前記可動アームから受け入れるための容器をさらに備える、請求項１０に記載の装置。
【請求項１６】
リボン結晶ベースのウエハを形成する方法であって、
融解した材料からリボン結晶を成長させることと、
分離された部分を生成するために、該成長中のリボン結晶を切断するために分離メカニズムを使用することと、
該分離された部分を容器に移すために可動アームを制御することと
を包含する、方法。
【請求項１７】
前記分離メカニズムは、レーザを備え、該レーザは、前記成長中のリボン結晶を複数回横切って横断するパルス化されたレーザビームを発生させることによって切断するために使用される、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記分離メカニズムを使用することは、第１の吸引デバイスと第２の吸引デバイスとの間で前記リボン結晶を横切る概ね直線状の切断線を形成することを包含する、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
前記成長させることは、融解した材料から複数のリボン結晶を成長させることを包含する請求項１６に記載の方法であって、
該方法は、該複数のリボン結晶のうちのどれが、少なくとも所与の長さであるかを検知することと、
少なくとも該所与の長さであると決定された複数のリボン結晶のそれぞれに対して、前記分離メカニズムを連続して動かすことと
を包含する、方法。
【請求項２０】
前記分離メカニズムは、レーザビームを生成し、該レーザビームは、少なくとも、第１の方向と第２の方向とに動き、該第１の方向は、前記成長中のリボン結晶の幅を横切り、該第２の方向は、該第１の方向に対して実質的に垂直であり、該レーザビームは、該第２の方向における該成長中のリボン結晶の成長速度と実質的に同じである速度で、該第２の方向に動く、請求項１６に記載の方法。
【請求項２１】
前記成長中のリボン結晶は、圧縮下の第１の部分と、張力下の第２の部分とを有し、前記分離メカニズムは、該張力下の部分を切断する前に、実質的に該圧縮下の部分を通って切断する、請求項１６に記載の方法。
【請求項２２】
リボン結晶を成長させるための装置であって、該装置は、
複数の別々のリボン結晶を同時に成長させるための複数のチャネルと、
成長中のリボン結晶を把持するための可動アームと、
少なくとも１つの成長中のリボン結晶から一部分を分離するための分離装置であって、該分離装置は、２つ以上のチャネルにおいてリボン結晶を処理するために動くことができる、分離装置と
を備える、装置。
【請求項２３】
前記分離装置は、レーザ装置を備える、請求項２２に記載の装置。
【請求項２４】
前記レーザ装置は、パルス化されたレーザを備える、請求項２３に記載の装置。
【請求項２５】
前記分離装置と動作可能に結合されている位置ロジックであって、該位置ロジックは、少なくとも１つのリボン結晶の位置を検知することが可能であり、該分離装置は、該位置ロジックからの信号の受信に応答して、前記複数の成長中のリボン結晶のうちの選択されたものを処理するために動くことができる、位置ロジック
をさらに備える、請求項２３に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（優先権）
本特許出願は、「ＦＯＲＭＩＮＧ，ＣＵＴＴＩＮＧ  ＡＮＤ  ＰＲＯＣＥＳＳＩＮＧ  ＳＥＭＩＣＯＮＤＵＣＴＯＲ  ＷＡＦＥＲＳ」と題され、かつ、Ｒｏｂｅｒｔ  Ｅ．Ｊａｎｏｃｈ  Ｊｒ．を発明者とする２００６年１０月２７日出願の米国仮特許出願第６０／８５４，８４９号からの優先権を主張しており、該仮特許出願第の開示は、その全体が、本明細書において参考として援用される。
【０００２】
本特許出願はまた、「ＭＥＴＨＯＤ  ＡＮＤ  ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ  ＦＯＲ  ＦＯＲＭＩＮＧ  Ａ  ＳＩＬＩＣＯＮ  ＷＡＦＥＲ」と題され、かつ、Ｌｅｏ  ｖａｎ  Ｇｌａｂｂｅｅｋ、Ｂｒｉａｎ  Ａｔｃｈｌｅｙ、  Ｒｏｂｅｒｔ  Ｅ．Ｊａｎｏｃｈ  Ｊｒ．、Ａｎｄｒｅｗ  Ｐ．Ａｎｓｅｌｍｏ、およびＳｃｏｔｔ  Ｒｅｉｔｓｍａを発明者とする２００７年５月１８日出願の米国仮特許出願第６０／９３８，７９２号からの優先権を主張しており、該仮特許出願の開示は、その全体が、本明細書において参考として援用される。
【０００３】
（技術分野）
本発明は、概して、半導体ウエハに関し、さらに詳細には、本発明は、半導体ウエハを形成することに関する。
【背景技術】
【０００４】
シリコンウエハは、太陽電池、集積回路、およびＭＥＭＳデバイスなどの多種多様な半導体デバイスの基本構成要素である。例えば、Ｍａｒｌｂｏｒｏ、ＭａｓｓａｃｈｕｓｅｔｔｓのＥｖｅｒｇｒｅｅｎ  Ｓｏｌａｒ，Ｉｎｃ．は、周知の「リボン引き上げ」技術によって製造されたシリコンウエハから太陽電池を形成する。
【０００５】
リボン引き上げ技術は、望ましくないことに、かなりの人的相互作用を必要とする。特に、リボン引き上げ技術を使用して個々のシリコンウエハを生成するために、最初に、オペレータは、ダイヤモンドポイントを用いて半導体リボン結晶を手動でスクライビングし、そして、次に、別個のレーザ装置において処理するためにプラスチックのトレーに切断部分（この時点で「ウエハ」になると考えられる）を置く。該レーザ装置は、リボン結晶を成長させる炉から間隔をあけて置かれている。次に、レーザ装置はさらに、（より大きな）ウエハをより小さな半導体ウエハに切断する。例えば、レーザは、２メートルの長さのウエハを、１つ以上の、１５センチメートルの長さの、長方形のより小さな半導体ウエハに切断し得る。
【０００６】
労働集約的であることに加えて、半導体リボン結晶および半導体リボンウエハの手動のスクライビングと取り扱いとは、ウエハの生産量を減少させ得る。具体的には、スクライビングと取り扱いとは、望ましくないことに、リボン結晶およびリボンウエハの縁に微細な亀裂を形成し得る。特に、微細な亀裂は、最終的に、巨視的な亀裂をもたらし、結果として、ウエハの損傷をもたらす場合が多い。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一実施形態に従って、リボン結晶を成長させるための炉は、所与の速度で所与の方向にリボン結晶を成長させるためのチャネルと、成長中のリボン結晶から一部分を分離させるための分離メカニズムとを有する。分離メカニズムの少なくとも一部が、ほぼ所与の速度で、ほぼ所与の方向に動きながら、成長中のリボン結晶から該一部分を分離させる。
【０００８】
分離メカニズムは、ファイバレーザを有し得、該ファイバレーザは、成長中のリボン結晶を切断するために、パルス化された短いレーザビームを生成する。あるいは、またはさらに、分離メカニズムは、成長中のリボン結晶に向かってレーザビームを配向するためのレーザビーム配向装置を有し得る。両方の例において、レーザビームは、分離メカニズムの一部であると考えられ得る。
【０００９】
生産量を改善するために、装置は、複数のチャネルを有し、その結果として、複数のリボン結晶を成長させることが可能となり得る。その場合において、分離メカニズムは、複数のリボン結晶のそれぞれを実質的に同じように切断するように動くことができ得る。さらに、分離メカニズムは、成長中のリボン結晶を把持するための２つの範囲を有し得る。この場合には、分離メカニズムは、２つの把持範囲の間の結晶部分を分離し得る。分離メカニズムはまた、リボン結晶の分離された部分を第１の場所から第２の場所に動かすための可動アームを有し得る。
【００１０】
一部の実施形態において、分離メカニズムは、成長中のリボン結晶の所与の速度に関する運動情報を受信するための入力装置を有する。分離メカニズムの上記の部分は、運動情報の受信に応答して、ほぼ所与の速度で動き得る。効率と生産量とをさらに改善するために、分離部分は、成長中のリボン結晶の圧縮および張力の関数としてリボン結晶を切断する。分離される部分を切断した後に、炉は、分離された部分を容器内に設置し得る。
【００１１】
本発明の別の実施形態に従って、リボン結晶を成長させるための装置は、結晶成長チャネルと、成長中のリボン結晶を把持するための可動アームと、成長中のリボン結晶から一部分を分離するためのレーザ分離装置とを有する。
【００１２】
上記の装置はまた、複数の成長中のリボン結晶を案内するための複数のリボンガイドを有し得る。レーザ分離装置（例えば、レーザ、レーザビームに対するガイド、またはビーム自体）は、複数のリボン結晶を実質的に同じように切断するように、ガイドのそれぞれに対して動くことができ得る。
【００１３】
本発明の他の実施形態に従って、ウエハを形成する方法は、融解した材料からリボン結晶を成長させ、そして、成長中のリボン結晶を切断するために分離メカニズムを使用して、分離された部分を生成する。次に、方法は、可動アームを制御して、分離された部分を容器に動かす。
【００１４】
特に、方法は、分離メカニズムを使用し得、該分離メカニズムは、第１の吸引デバイスと第２の吸引デバイスとの間でリボン結晶を横切る概ね直線状の切断線を形成する。様々な実施形態において、方法は、融解した材料から複数のリボン結晶を成長させ得る。これを行うために、方法は、次に、複数のリボン結晶のうちのどれが、少なくとも所与の長さであるかを検知し得、そして、少なくとも所与の長さであると決定された複数のリボン結晶のうちのそれぞれに分離メカニズムを連続して動かし得る。
【００１５】
分離メカニズムは、少なくとも、成長中のリボン結晶を横切る第１の方向と、第１の方向に対して実質的に垂直である第２の方向とに動くレーザビームを生成し得る。レーザビームは、第２の方向に成長中のリボン結晶の成長速度と実質的に同じ速度で、第２の方向に動き得る。
【００１６】
さらに別の実施形態に従って、リボン結晶を成長させるための装置は、リボン結晶を成長させるためのチャネルと、成長中のリボン結晶を把持するための可動アームとを有する。装置はまた、複数の別々のリボン結晶を同時に成長させるための複数のチャネルと、成長中のリボン結晶から一部分を分離させるための分離装置とを有する。分離装置は、２つ以上のチャネルにおいてリボン結晶を処理するために動くことができる。
【００１７】
複数のチャネルを有する装置はまた、少なくとも１つのリボン結晶の位置を検知することが可能である位置ロジックを有し得る。分離装置は、位置ロジックからの信号の受信に応答して、複数の成長中のリボン結晶のうちの選択されたものを処理するために動くことができる。
【００１８】
当業者は、すぐ下で要約されている図面を参照して考察される以下の「発明を実施するための形態」から、本発明の様々な実施形態の利点をさらに完全に理解する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、本発明の例示的な実施形態に従って構成されたリボン引き上げ炉を概略的に示す。この図はまた、図２に示されたプロセスのステップ２００、ステップ２０２、およびステップ２０４を示す。
【図２】図２は、本発明の例示的な実施形態に従った、半導体ウエハを形成するプロセスを示す。
【図３】図３は、ステップ２０６とステップ２０８との間の図２の炉を概略的に示す。
【図４】図４は、ステップ２１０を実行しているときの図２の炉を概略的に示す。
【図５】図５は、ステップ２１２を実行しているときの図２の炉を概略的に示す。
【図６】図６は、図２の炉において使用されるエンクロージャの追加的な詳細を概略的に示す。
【図７】図７は、本発明の様々な実施形態を実装するための多数の異なる選択肢を詳述する図を示す。
【図８】図８〜図１１は、本発明の例示的な実施形態に従った、図７の図からのいくつかの並べ替えを概略的に示す。
【図９】図８〜図１１は、本発明の例示的な実施形態に従った、図７の図からのいくつかの並べ替えを概略的に示す。
【図１０】図８〜図１１は、本発明の例示的な実施形態に従った、図７の図からのいくつかの並べ替えを概略的に示す。
【図１１】図８〜図１１は、本発明の例示的な実施形態に従った、図７の図からのいくつかの並べ替えを概略的に示す。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
例示的な実施形態において、シリコンリボンウエハを形成する方法は、人的相互作用を最小化しながら、実質的に連続的なウエハの生成を可能にする。この目的のために、例示的なリボン引き上げ炉は、分離メカニズムを有し得、該分離メカニズムは、分離（例えば、切断）の間に、分離メカニズムが処理しようとする成長中のリボン結晶と概ね同じ速度で概ね同じ方向に動く。特に、分離メカニズムは、レーザ装置を有し得、および／または単一の炉または複数の炉のいずれかにおいて同時に成長している複数のリボン結晶を処理することが可能であり得る。これらの実施形態および他の実施形態の詳細が、以下で考察される。
【００２１】
図１は、本発明の例示的な実施形態に従って構成されたリボン引き上げ炉１０を概略的に示す。特に、炉１０は、融解した材料を含むためのるつぼ（図示せず）と、融解した材料から４つの別個のリボン結晶３０を４つの別個の成長チャネルに沿って案内するための４つのガイド１４Ａ〜ガイド１４Ｄを有するリボンガイドアセンブリ１４とを有する。
【００２２】
簡潔にするために、本明細書において考察される融解した材料は、融解したシリコンであり得る。当然ながら、本発明の様々な実施形態は、他の融解した材料に適用され得る。さらに、当業者は、様々な実施形態の原理が、４つよりも多いか、または４つよりも少ない別個の（概して参照番号３０で識別されている）リボン結晶を処理する炉に適用されるということを理解するべきである。例えば、一部の実施形態は、単一のリボン結晶３０だけ、または６つのリボン結晶３０を成長させる炉に適用される。したがって、４つのリボン結晶３０を成長させる単一の炉に関する考察は、単に例示的な目的のためのものである。
【００２３】
本発明の例示的な実施形態に従って、炉１０は、成長中のリボン結晶３０を選択的に分離（例えば、切断）し、そして、次に、（分離された部分はもはや成長していないので、ここではウエハの形態の）分離された部分を従来のトレー１８の中に動かすための可動アセンブリ１６を有し、該分離された部分は、（本明細書においては単に「ウエハ３１」と呼ばれる）より小さなウエハを形成する。例えば、可動アセンブリ１６は、１）第１のリボン結晶３０が成長すると、第１のリボン結晶３０から一部分を分離し、そして、次に、２）分離された部分をトレー１８に置くことによって、第１のリボン結晶３０を処理し得る。第１のリボン結晶３０の分離された部分をトレー１８に置いた後に、可動アセンブリ１６は、第２の成長中のリボン結晶３０に対して同じプロセスを繰り返し得る。このプロセスは、（例えば、炉１０を清掃するための）何らかの中断イベントまたは停止イベントまで、４つの成長中のリボン結晶３０の間でいつまでも繰り返し得る。
【００２４】
この機能を行うために、可動アセンブリ１６は、特に、リボン結晶３０の一部分を分離するための（例えば、すぐ下で考察されるが、図６に示されているレーザアセンブリ２０を有する）分離メカニズム／分離装置と、ウエハ３１と成長中のリボン結晶３０との両方を把持し、そして、把持されたウエハ３１をトレー１８の中に位置決めするための回転可能ロボットアーム２６とを有する。結果として、炉１０は、結晶成長プロセスを中断することなく、シリコンウエハ３１を実質的に連続的に生成し得る。しかしながら、一部の実施形態は、結晶の成長が停止したときには、リボン結晶３０を切断し得る。
【００２５】
それらの目的のために、分離装置は、レーザアセンブリ２０を含み得、該レーザアセンブリ２０は、可動アセンブリ１６の残りの部分と共に、鉛直方向ステージ２２に沿って鉛直方向に動くことができ、そして、水平方向ステージ２４に沿って水平方向に動くことができる。ステッピングモータ（その１つが、参照番号２８で示され、かつ、識別されている）などの従来の電動デバイスが、可動アセンブリ１６の運動を制御する。例えば、鉛直方向ステッピングモータ（図示せず）は、（以下でさらに詳細に考察される）成長中のリボンの鉛直方向の運動の関数として可動アセンブリ１６を鉛直方向に動かす。水平方向のステッピングモータ２８は、アセンブリ１６を水平方向に動かす。当然ながら、記載されているように、他のタイプのモータが、使用され得、したがって、ステッピングモータの考察は、例示であり、そして、全ての実施形態を限定することを意図していない。
【００２６】
鉛直方向ステージ２２と水平方向ステージ２４とによって与えられる可撓性が、レーザアセンブリ２０が、複数の成長中のリボン結晶３０を続けて切断することを可能にする。例示的な実施形態において、鉛直方向ステージ２２と水平方向ステージ２４とは、主に、アルミニウム部材から形成され、それは、研磨性であり得るシリコンから隔離される。具体的には、ステージ２２とステージ２４とをシリコンに露出させることは、それらの機能性を減じたり、低下させたりし得る。したがって、例示的な実施形態は、ステージ２２とステージ２４とを密閉したり、加圧したりすることにより、環境中のシリコンからステージ２２とステージ２４とを隔離する。
【００２７】
上記のように、リボンガイドアセンブリ１４は、同時に成長している４つの別個のリボン結晶３０に対して、４つの別個のガイド１４Ａ〜ガイド１４Ｄ（すなわち、各成長チャネルに対して１つのガイド）を有する。特定のチャネルに関わらず、個々に、またはひとまとめに参照するときには、ガイドは、概略的に、参照番号１４で識別される。
【００２８】
主にグラファイトから形成される各ガイド１４は、表面に沿ってごくわずかな減圧を生成する。この減圧が、成長中のリボン結晶３０をガイド１４の表面に沿って優しく摺動させることにより、リボン結晶３０が前方に垂れることを防止する。この目的のために、例示的な実施形態は、約１インチの水柱程度の圧力を有するベルヌーイの減圧（Ｂｅｒｎｏｕｌｌｉ  ｖａｃｕｕｍ）を発生させるために、各ガイド１４の表面にポートを提供する。
【００２９】
各ガイド１４はまた、成長中のリボン結晶３０が一定の高さ／一定の長さに到達したときを検知するリボン検知センサ３２を有する。以下で記述されるように、検知センサ３２はそれぞれ、可動アセンブリ１６による処理と、可動アセンブリ１６の位置決定とを制御する信号を生成する。具体的には、所与のリボン結晶３０が一定の高さ／一定の長さに到達したということを検知した後に、所与のリボン結晶３０をモニタリングしている所与のガイド１４上の検知センサ３２は、可動アセンブリ１６を制御するロジックに規定の信号を送る。受信後、可動アセンブリ１６は、所与のガイド１４まで水平方向に動き、ウエハ３１を生成する。当然ながら、他のガイド１４／他のチャネルにおけるセンサ３２からの要求が、充分に提供されていない場合には、可動アセンブリ１６は、遅延され得る。
【００３０】
多くの異なるタイプのデバイスが、検知センサ３２の機能性を実装するために使用され得る。例えば、光信号を送信し、そして、結果として生じる光反射を測定する逆反射センサが、満足な結果を提供する。別の例として、別個の送信ポートと受信ポートとを有する光センサがまた、検知センサの機能性を実装し得る。他の実施形態は、光以外のセンサを実装し得る。
【００３１】
したがって、可動アセンブリ１６は、検知センサ３２による検知に応答して適切なガイド１４にまで動く。このようにして、可動アセンブリ１６は、４つの成長中のリボン結晶３０を続けて処理し、切断することができる。例示的な実施形態は、他の構成に適用されたり、上で教示されたように、異なる数のガイド１４／チャネルに適用されたりするということに留意されたい。したがって、４つの隣り合うガイド１４に関する考察は、単に例示の目的のためのものである。
【００３２】
図２は、本発明の例示的な実施形態に従った、リボン結晶ベースのシリコンウエハ３１を形成する概略的なプロセスを示す。このプロセスは、リボン結晶ベースのシリコンウエハ３１を形成する多数のステップのうちのいくつかを示しているということに留意されたい。したがって、このプロセスの考察は、全ての必要なステップを含むと考えられるべきではない。
【００３３】
プロセスは、ステップ２００において開始する。ステップ２００においては、チャネルの１つにおける検知センサ３２が、リボン結晶３０が、最小の高さに到達したということを決定する。例えば、所与のチャネルの検知センサ３２は、るつぼ内の液体／固体の界面の約６フィート上に固定して位置決めされ得る。したがって、成長中のリボン結晶３０が、約３０センチメートルの長さであるときには、検知センサ３２は、上で記載された規定の信号をロジックに送り、該ロジックは、受信後の一定時間後に、所与のチャネルにおける適切な位置に可動アセンブリ１６（すなわち、特に、ロボットアーム２６およびレーザアセンブリ２０）を動かす。
【００３４】
関連のチャネルに到着した後に、ロボットアーム２６は、図１に示されているようにリボン結晶３０を把持する（ステップ２０２）。その目的のために、可動アセンブリ１６は、成長中のリボン結晶３０の縁を検知するための従来型視覚システムを有する。例示的な実施形態において、視覚システムは、リボンの縁の検知カメラ３４と、カメラ３４に対するコントラストを改善するためのバックライト範囲３５と、カメラ３４によって生成されたデジタル画像／デジタル写真からリボン結晶３０の前縁を決定するためのロジックとを含む。例示的な実施形態において、バックライト範囲３５は、複数の発光ダイオードを備え、一方、ロジックは、ソフトウェアプログラムを含む。
【００３５】
把持する目的のために、ロボットアーム２６は、（「把持減圧」と呼ばれる）減圧によってリボン結晶３０を固定するための少なくとも３つの吸引範囲３６を有する。しかしながら、把持減圧を加える前に、３つの吸引範囲３６が、成長中のリボン結晶３０の前側対面表面の非常に近くに位置決めされるように、ロボットアーム２６は動く。例えば、吸引範囲３６は、最初に、成長中のリボン結晶３０の前側表面から約０．１２５インチ離れて位置決めされ得る。
【００３６】
当業者には公知であるように、リボン結晶３０は、非常に壊れやすい。したがって、この時点において把持減圧を加えることは、成長中のリボン結晶３０を力で吸引範囲３６に衝突させ得、その力は、成長中のリボン結晶３０を損傷し得る。この可能性の公算を減少させるための工夫として、例示的な実施形態は、記載された把持減圧を加える前に、吸引範囲３６に向かって、成長中のリボン結晶３０をゆっくりと促す。具体的には、例示的な実施形態は、成長中のリボン結晶３０の裏側表面にベルヌーイの減圧を加えることを停止する。その代わりに、ガイド１４の前側表面の時限弁が、リボン結晶３０の裏側にごくわずかな正の圧力を加える。力のこの組み合わせが、吸引範囲３６と優しく接触するか、またはほぼ接触する（すなわち、小さな空隙を閉鎖する）ようにリボン結晶３０を促し、この時点において、炉１０は、記載された把持減圧を加え始める。
【００３７】
安定性を確実にするために、吸引範囲３６のうちの１つは、他の２つの吸引範囲３６よりも鉛直方向に低いところにある。吸引範囲３６はそれぞれ、外部減圧源を使用するベロー型吸引カップを有する装置（詳細には図示せず）を含み得る。リボン結晶３０と吸引カップとの間の接触点は、好適には、ウエハ３１と吸引装置との間の接触の力を最小化するために比較的に軟らかい。
【００３８】
リボン結晶３０の１つを把持した後に、プロセスは、図１に示されているように、上側吸引範囲３６と下側吸引範囲３６との間で、それを水平方向に切断することによって継続する（ステップ２０４）。例示的な実施形態において、ファイバレーザなどの（スキャナ５８を有する）レーザ３７は、レーザビーム３７を発生し、該レーザビーム３７は、所定の方法でリボン結晶３０を横切って切断し、ウエハ３１を生成する。
【００３９】
例えば、カメラ３４が、成長中のリボン結晶３０のデジタル写真を撮影した後に、ソフトウエアが、デジタル写真内のどの画素が、成長中のリボン結晶３０の前縁を表しているかを決定し得る。特に、前縁は、写真の中で対照的な黒色画素の列の外観を呈し得る。次に、ソフトウエアが、デジタル写真の中の前縁の位置を、ガイド１４に沿ったリボン結晶の縁の物理的な位置を表す値に翻訳する。
【００４０】
この生成された値は、レーザ３７が、成長中のリボン結晶３０の適切な場所にビームの照準を合わせることを可能にする。この位置は、前縁の下の定められた距離であり得る。例えば、この位置は、前縁の約１５ｃｍ下であり得、そして、このようにして、さらなる処理をすることなく、一定のサイズの仕様を満たす。
【００４１】
さらに、当業者には公知であるように、シリコンリボン結晶３０は、（リボン結晶３０の中間付近の）圧縮下にある部分と、（リボン結晶３０の縁付近の）張力下にある他の部分とを有する。これらの異なる部分は、概ね、同じ水平面にある。切断する際の破砕を最小化するために、例示的な実施形態は、最初に、圧縮下の部分を切断し、そして、次に、張力下の部分を切断する。例えば、レーザアセンブリ２０と関連するロジックは、最初に、中間の６５ミリメートル（概ね圧縮下の部分）を切断し、そして、次に、残りの切断されていない部分（概ね張力下の部分）を切断し、８２ミリメートルの幅のリボン結晶３０を切断するように構成され得る。レーザ３８は、同時に（すなわち、同じパスを使用して）、または連続的に（すなわち、異なるパスを使用して）いずれかで、張力下の２つの部分を切断し得る。
【００４２】
そのような方法で、リボン結晶３０を切断するために、レーザ３８は、スキャナを有し得、該スキャナは、張力下の部分を切断する前に、圧縮下の部分を横切る複数のパスを作成する。その際に、レーザ３８は、各異なるタイプの部分を順次に切断する。低い出力のパルスレーザ３８を使用するときには、各パスは、一組の穴を生成する。しかしながら、可動レーザアセンブリ２０は、各パスごとに穴を生成し、該穴が、少なくとも、前回のパスや他のパスの穴からずれるようにプログラミングされている。したがって、レーザ３８は、約１５０〜３００ミクロンの厚さを有するシリコンリボン結晶３０を、複数のパスの後に切断する。
【００４３】
例えば、レーザ３８は、２０キロヘルツの速度で１００ナノ秒のパルスを生成し、そして、毎秒約２メートルの速度で水平方向に動き得る。かかるレーザ３８は、圧縮下のシリコンリボン結晶３０の一部分を切断するために、約３００回のパスを作成し得る。リボン結晶３０の切断を完了するために、レーザ３８は、張力下の部分に対して複数パスのプロセスを繰り返す。複数パスのプロセスを使用することは、切断プロセスによって生成される熱を実質的に最小化し、それにより結果を改善する。
【００４４】
レーザの代替の実施形態は、圧縮領域または張力領域に関わらず、リボン３０の幅を真っ直ぐ横切ってリボン３０を切断する。しかしながら、微細な亀裂、および他の関連する問題を最小化するために、かかる実施形態は、好適にも、依然として、上で記述された方法と同様な複数パスの方法を使用する。
【００４５】
例示的な実施形態において、レーザ３８は、低出力のファイバレーザであり、該低出力のファイバレーザは、パルス化されたレーザビーム３７（走査ビーム３７）を生成する。例えば、レーザ３８は、Ｓｔａｒｎｂｅｒｇ、ＧｅｒｍａｎｙのＲｏｆｉｎ−Ｓｉｎａｒ  Ｌａｓｅｒ  ＧｍｂＨによって流通されているＲＳＭ  ＰｏｗｅｒＬｉｎｅ  Ｆファイバレーザであり得る。ＰｏｗｅｒＬｉｎｅ  Ｆファイバレーザは、約１０６５ｎｍで動作するＱスイッチ付きのＹｂファイバレーザである。テストの後に、記載されたＲｏｆｉｎレーザの性能に基づいて、低出力レーザ（すなわち、上で考察されたような複数の走査を使用するレーザ）は、実質的に、懸案の微細な亀裂を生成せず、かつ、しかも、充分に迅速に切断し、自動システムにおいて効果的かつ効率的に働くということを知って、本発明者らは、驚いた。例えば、本発明者らは、毎分約１８ミリメートルの速度でリボン結晶を成長させる４つのチャネルのシステムにおいて、低出力レーザ３８を首尾よく使用した。テストの間、成長中のリボン結晶３０を完全に切断するために約４０秒かかる低出力レーザ３８が、チャネル間で移動して、効率的かつ連続的にシリコンウエハ３１を生成する。
【００４６】
当然ながら、他のブランドおよび他のタイプのレーザ３８が、使用され得る。例えば、代替の実施形態は、１つまたは２つだけのパスを必要とするより高い電力のレーザ３８を使用し得る。しかしながら、かかるレーザ３８は、望ましくないことに、過度の熱を発生させ得、そして、結果として生じるウエハ３１に微細な亀裂を作り得る。
【００４７】
リボン結晶３０を横切って実質的に真っ直ぐな切断を作成するのではなく、一部の実施形態は、特定の縁形状（例えば、面取り）を形成するようにリボン結晶３０を切断する。特に、縁形状は、ウエハの応力をさらに減少させる角の丸みを含み得る。
【００４８】
様々な実施形態が、多数の他のレーザ実装を使用するということに留意されたい。例えば、炉１０は、単一の固定レーザ３８と、可動のファイバケーブル５７（図１１、以下で考察される）とを有し得、該可動のファイバケーブル５７は、可動スキャナ５８において終端する。別の例として、各リボンガイド１４は、自身のレーザ３８を有し得るか、または各リボンガイド１４は、単一のレーザ３８からエネルギーを受け取る単一のレーザヘッドを有し得る（以下で考察される）。ファイバケーブルを使用するのではなく、一部の実施形態は、単に、レーザ伝達媒体として空気を使用する。したがって、一部の実施形態において、レーザビーム３７自身が、可動アセンブリ１６の一部であると考えられ得る。さらに、一部の実施形態は、リボン結晶３０を切断するための他の技術、例えば、手動ののこぎり、または刻みデバイスを使用し得る。
【００４９】
図１によって適切に認識され得るように、把持減圧が、もはや、吸引範囲３６を介して加えられなくなるまで、可動アセンブリ１６と、リボン結晶３０とは、ほぼ同じ速度で同じ方向に動く。すなわち、２つの物体間の相対運動は、実質的に存在しない。これを行うことによって、レーザ３８がリボン結晶３０を切断する間でさえも、成長プロセスは、継続する。さらに、別様に事前に構成されていないに限り、リボン結晶３０を横切る切断は、実質的に真っ直ぐである。したがって、例示的な実施形態は、最終的に形成されるウエハ３１に対する特定のサイズ（例えば、１５センチメートル）を確実にするように、リボン結晶３０に対して（例えば、リボン結晶３０の前縁に対して）鉛直方向に吸引範囲３６を位置決めする。特に、この鉛直方向の位置は、結果として、結晶の成長速度と、可動アセンブリ１６がリボン結晶３０を把持するためにかかる時間の長さとの関数である。
【００５０】
具体的には、例示的な実施形態は、１秒ごとに何度もリボン結晶３０の実際の成長速度を決定する（例えば、毎秒２００回）。吸引範囲３６が、把持減圧を加えたほぼそのときに、この成長速度情報を受信するロジックは、この時点におけるその成長速度と等しい実質的に一定の速度に、可動アセンブリ１６の速さ／速度を固定する。当然ながら、この時点において、可動アセンブリ１６もまた、成長中のリボン結晶３０と同じ方向に動く。
【００５１】
このような方法の切断が、微細な亀裂を最小限に抑えて、実質的に均一な長さを有するリボン結晶ベースのウエハ３１を生成する。しかしながら、代替の実施形態においては、成長中のリボン結晶３０を把持する前に、可動アセンブリ１６が、炉１０に対して一定の場所に動く。かかる実施形態は、記載された第１の実施形態とは異なる。なぜならば、記載された第１の実施形態は、成長中のリボン結晶３０に対して可動アセンブリ１６を位置決めしないからである。かかる実施形態は、リボン結晶３０を把持した後にも、依然として、上記の決定された速度で動くが、かかる実施形態は、必ずしも、実質的に均一なサイズのウエハ３１を生成し得ない。
【００５２】
テストの間、本発明者らは、レーザビーム３７が、リボン結晶３０の一部分を酸化し始め、そして、結果的に、結果として生じるウエハ３１を酸化し始めたということに気付いた。この効果を最小化するために、一部の実施形態は、リボン結晶３０を切断する炉１０の領域にシールドガスを添加する。特に、シールドガスは、アルゴンであり得る。
【００５３】
リボン結晶３０を切断した後、ロボットアーム２６が、鉛直かつ上方向に非常にわずかな距離（例えば、０．１２５インチ）を動くことにより、取り去られた部分（すなわち、ウエハ３１）と残りのリボン結晶３０との間の完全な分離を確実にする（ステップ２０６）。分離が完了していない場合には、方法は、レーザ３８に、再び、分離されていない範囲のリボン結晶３０を横切って切断させ得るか、または（以前に切断された範囲と同じ範囲の）リボン結晶３０の幅全体を横切って切断させ得る。
【００５４】
次に、可動アセンブリ１６が、より大きな距離を上方向に動くことにより、アーム２６（図３）を回転させるために充分な隙間を提供する。このときに先立つある時点において、リボン結晶３０の残りの部分に加えられる把持減圧が、解放される。しかしながら、新たに切断されたウエハ３１に加えられる把持減圧は、継続して加えられる。
【００５５】
さらに、さらなる隙間を提供するために、ロボットアーム２６は、リボン結晶３０の表面に対して概ね垂直な方向に動き得る。例えば、ロボットアーム２６は、リボン結晶３０の表面から約２０ミリメートル離れるように動き得る。
【００５６】
適切な隙間を提供した後に、プロセスは、次に、ステップ２０８に続き、該ステップ２０８は、アーム２６を約９０°回転させることにより、下にあるトレー１８にウエハ３１を整列させる（図４）。次に、ステッピングモータが、トレー１８内のキャビティまでロボットアーム２６を下げる（ステップ２１０、図５）。この時点において、把持減圧が解放され得、その結果として、ウエハ３１がトレー１８にゆっくりと落下することを可能にする（ステップ２１２）。落下の衝撃を最小化するために、ウエハ３１が解放される前に、ウエハ３１は、トレー１８のすぐ近くなければならない。さらに、トレー１８は、衝撃を最小化するための特徴（例えば、軟らかい部分、または特殊な形状）を有し得る。
【００５７】
安全上の理由のために、可動アセンブリ１６全体が、好適にも、鉄などの不透明な材料で形成される固定エンクロージャ４０の中に囲まれる。エンクロージャ４０は、可動アセンブリ１６がより完全に見えるようにするために、図１、図３〜図５においては示されていない。したがって、成長中のリボン結晶３０は、るつぼから、ゴム製の光シール４１を通ってエンクロージャ４０の中へと上方向に延びる。図６は、エンクロージャ４０の追加的な詳細を概略的に示す。特に、エンクロージャ４０は、可動アセンブリ１６の内部コンポーネントを制御するための手動制御装置４２と、覗き窓４６を有するアクセスドア４４とを有する。エンクロージャ４０はまた、トレー１８の取り外しを可能にするために開くトラップドア５０の平衡を保つツール平衡器４８を有する。
【００５８】
上記のように、例示的な実施形態は、レーザビーム３７を提供するために、多数の異なる構成のうちの任意のものを使用し得る。それらの構成は、複数の炉１０にわたって共有される単一のレーザ３８から、各リボンガイド１４に対して個々の固定レーザ３８を有する単一の炉１０にまで及ぶ。レーザ３８は、固定、可動であり得、ならびに／または可動送達メカニズム（例えば、可動のファイバケーブル）、および／または異なる媒体（例えば、空気）を介してビーム３７を送達し得る。
【００５９】
図７は、レーザビーム３７を提供するための様々な選択肢を詳述する図を一般的に示す。要約すると、図の中の３つの列は、（上の列から下の列に向かって）
・システム内のレーザ３８の数と、
・レーザシステムの可動部分と、
・レーザビーム３７の終端点と
を表している。
【００６０】
図は、レーザビーム３７を送達するための様々な可能な選択肢の単なる一覧表であるということに留意されたい。例えば、システムは、単一のレーザ３８を使用し得、そして、そのビーム３７だけが、複数の異なる炉１０のそれぞれに送達され得る。スキャナ５８または他の装置が、その炉１０における異なるチャネルにレーザビーム３７を送達し得る。第２の例として、システムは、複数のレーザ３８を有し、そして、それぞれのレーザビーム３７を炉１０に送達し得る。さらに、当業者は、この図には明示的には示されていないさらなる並べ替えを加え得る。
【００６１】
図８〜図１１は、図の実施形態の４つの異なる並べ替え／実施形態の実装を概略的に示す。これらの４つの並べ替え／実施形態は、例示的な目的だけのために考察されており、したがって、本発明の全ての実施形態を限定することを意図していないということを、繰り返し述べておく。
【００６２】
図８は、５つの炉１０を有するシステムを概略的に示し、該５つの炉１０は、それぞれが、単一の固定レーザ３８からのレーザビーム３７を共有する。それらの目的のために、図８のシステムはまた、チューブ５１を含み、該チューブ５１は、伝達および切り替えの手段として働き、この手段を通って、レーザ３８からの単一のレーザビーム３７が、進行する。各炉１０は、各炉１０の内部にレーザビーム３７を選択的に反射するために、チューブ５１と炉１０の交差部分に、ミラーボックス（図示せず）を有する。各炉１０はまた、レーザビーム３７を分配するための内部コンポーネントを有する。例えば、一部の炉は、レーザビーム３７を分配する可動のファイバヘッドを有し得るが、他の炉は、レーザビーム３７を分配するための同様なチューブおよびミラーボックスの配置を有し得る。
【００６３】
図８に示されたシステムと同様の方法で、図９のシステムは、複数の炉１０にサービスを提供する。しかしながら、図９のシステムは、炉１０にサービスを提供するために回転システム５２を使用する。具体的には、この実施形態においては、単一のレーザ３８が、回転式割出しテーブル５４に固定され、該回転式割出しテーブル５４は、選択的に、選択された炉１０に向かって動く。ロボットアーム５６は、レーザ３８と接続されたファイバケーブル（図示せず）を、各炉１０の選択のチャネルに向かって動かす。あるいは、ロボットアーム２６は、レーザ３８自体を様々なチャネルに向かって動かし得る。
【００６４】
図１０は、本発明の別の実施形態を概略的に示し、この実施形態は、図８および図９に示された実施形態と同様の方法で、複数の炉１０に対してレーザビーム３７を提供する。実際に、この実施形態は、取り付けられたファイバケーブル（図示せず）を有する単一の可動レーザ３８を使用することによって、図９に示された実施形態と極めて類似している。しかしながら、図９に示された実施形態とは異なって、この実施形態におけるレーザ３８は、回転して動くのではなく、直線状に動く。
【００６５】
図１１は、本発明のさらに別の実施形態を概略的に示し、この実施形態においては、単一の固定レーザ３８が、レーザビーム３７を複数の炉１０に送達する。その目的のために、この実施形態は、異なる炉１０の間で直線状に動くことができるスキャナ５８において終端するファイバケーブル５７を含む。したがって、スキャナ５８が、直線状に動くことにより、選択された炉１０にレーザビーム３７を送達する。
【００６６】
当然ながら、上記ように、上で考察され、かつ、様々な図面に示された実施形態は、例示であり、本発明の全ての実施形態を限定することを意図していない。
【００６７】
したがって、本発明の例示的な実施形態は、シリコンリボン結晶ベースのウエハ３１が、リボン結晶の成長プロセスを中断させることなく連続的に形成されることを可能にする。記載されたシステムは、従来技術のシステムに関する様々な課題を克服している。具体的には、特に、従来技術の手動のスクライビングプロセスは、多くの場合に、微細な亀裂を作るが、低出力レーザプロセスを使用する実施形態のような様々な実施形態は、この課題を実質的に排除する。その結果として、例示的な実施形態は、ウエハの生産量を改善する。
【００６８】
生産の問題からの手動のオペレータの排除がまた、重要である。さらに詳細には、リボン結晶３０と、リボン結晶ベースのウエハ３１とは、本質的に、非常に薄くもろいガラス片であり、約１００ミクロン以下の薄さの部分を有し得る一般的なリボン結晶３０は、非常に壊れやすい。特別に訓練を受けた熟練した人員だけが、一般的に、プロセスに関与するという事実にも関わらす、彼らの手動の取り扱いは、依然として、しばしばリボン結晶３０とリボンウエハ３１とを壊し、その結果として、生産量を低下させ、同時に、費用を増加させる。しかしながら、かかる壊れやすい結晶３０およびウエハ３１の自動処理は、実用不可能であり、かつ、非常に複雑な設計上の難題であると考えられてきて、そのことが、当業者に手動のプロセスを使用させた。かくして、本発明者らは、かかる壊れやすい結晶３０とウエハ３１とを処理するための効果的な自動メカニズムを発見した。上に記述された炉と同様なプロトタイプおよび生産用の炉は、リボン結晶３０とリボンウエハ３１とをより優しく取り扱い、その結果として、ウエハの生産量を増加させ、同時に、労働コストを減少させる。
【００６９】
上記の考察は、本発明の様々な例示的な実施形態を開示しているが、当業者は、本発明の真の範囲を逸脱することなく、本発明の利点の一部を達成する様々な改変を行い得るということが、明らかである。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【手続補正書】
【提出日】平成21年4月28日(2009.4.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
リボン結晶を成長させるための炉であって、該炉は、
所与の速度で所与の方向にリボン結晶を成長させるためのリボン結晶成長チャネルと、
該成長中のリボン結晶から一部分を分離するための分離メカニズムであって、該分離メカニズムの少なくとも一部が、該成長中のリボン結晶から該一部分を分離する間に、ほぼ該所与の速度で、ほぼ該所与の方向に動く、分離メカニズムと
を備える、炉。
【請求項２】
前記分離メカニズムは、ファイバレーザを備え、該ファイバレーザは、前記成長中のリボン結晶を切断するために、パルス化されたレーザビームを生成し、該レーザビームは、該分離メカニズムの一部である、請求項１に記載の炉。
【請求項３】
前記分離メカニズムは、前記成長中のリボン結晶に向かってレーザビームを配向するためのレーザビーム配向装置を備え、該レーザビームは、該分離メカニズムの一部である、請求項１に記載の炉。
【請求項４】
複数のリボン結晶を成長させるための複数のリボン結晶成長チャネルをさらに備える、請求項１に記載の炉であって、前記分離メカニズムは、実質的に同じように該複数のリボン結晶のそれぞれを切断するように動くことができる、炉。
【請求項５】
前記分離メカニズムは、前記成長中のリボン結晶を把持するための２つの範囲を備え、該分離メカニズムは、該２つの把持範囲の間で前記一部分を分離させる、請求項１に記載の炉。
【請求項６】
前記分離メカニズムは、前記リボン結晶の分離された部分を第１の場所から第２の場所に動かすための可動アームを備える、請求項１に記載の炉。
【請求項７】
前記所与の速度に関する運動情報の受信に応答して、前記分離メカニズムの少なくとも一部が、ほぼ該所与の速度で動く、請求項１に記載の炉。
【請求項８】
前記リボン結晶の分離された部分を受け入れるための容器をさらに備える、請求項１に記載の炉。
【請求項９】
前記分離部分は、前記成長中のリボン結晶の圧縮および張力の関数として該リボン結晶を切断する、請求項１に記載の炉。
【請求項１０】
リボン結晶を成長させるための装置であって、該装置は、
リボン結晶成長チャネルと、
該リボン結晶成長チャネルの中の成長中のリボン結晶を把持するための可動アームと、
該成長中のリボン結晶から一部分を分離するためのレーザ分離装置と
を備える、装置。
【請求項１１】
前記レーザ分離装置は、レーザを備え、該レーザは、前記成長中のリボン結晶の前記一部分を切断するためにレーザビームを発生させ、該成長中のリボン結晶は、所与の速度で所与の方向に動き、さらに、該成長中のリボン結晶から該一部分を分離するときには、該レーザビームは、少なくとも、ほぼ該所与の速度で、ほぼ該所与の方向に動く、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記レーザ分離装置はまた、前記成長中のリボン結晶から前記一部分を分離するときには、少なくとも、ほぼ前記所与の速度で、ほぼ前記所与の方向に動く、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記レーザ分離装置は、パルス化されたレーザビームを発生させるために、低出力のファイバレーザを備える、請求項１０に記載の装置。
【請求項１４】
複数の成長中のリボン結晶を誘導するための複数のリボンガイドをさらに備える、請求項１０に記載の装置であって、前記レーザ分離装置は、該複数のリボン結晶のそれぞれを実質的に同じように切断するために、該ガイドのそれぞれに対して動くことができる、装置。
【請求項１５】
前記成長中のリボン結晶の前記一部分を前記可動アームから受け入れるための容器をさらに備える、請求項１０に記載の装置。
【請求項１６】
リボン結晶ベースのウエハを形成する方法であって、
融解した材料からリボン結晶を成長させることと、
分離された部分を生成するために、該成長中のリボン結晶を切断するために分離メカニズムを使用することと、
該分離された部分を容器に移すために可動アームを制御することと
を包含する、方法。
【請求項１７】
前記分離メカニズムは、レーザを備え、該レーザは、前記成長中のリボン結晶を複数回横切って横断するパルス化されたレーザビームを発生させることによって切断するために使用される、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記分離メカニズムを使用することは、第１の吸引デバイスと第２の吸引デバイスとの間で前記リボン結晶を横切る概ね直線状の切断線を形成することを包含する、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
前記成長させることは、融解した材料から複数のリボン結晶を成長させることを包含する請求項１６に記載の方法であって、
該方法は、該複数のリボン結晶のうちのどれが、少なくとも所与の長さであるかを検知することと、
少なくとも該所与の長さであると決定された複数のリボン結晶のそれぞれに対して、前記分離メカニズムを連続して動かすことと
を包含する、方法。
【請求項２０】
前記分離メカニズムは、レーザビームを生成し、該レーザビームは、少なくとも、第１の方向と第２の方向とに動き、該第１の方向は、前記成長中のリボン結晶の幅を横切り、該第２の方向は、該第１の方向に対して実質的に垂直であり、該レーザビームは、該第２の方向における該成長中のリボン結晶の成長速度と実質的に同じである速度で、該第２の方向に動く、請求項１６に記載の方法。
【請求項２１】
前記成長中のリボン結晶は、圧縮下の第１の部分と、張力下の第２の部分とを有し、前記分離メカニズムは、該張力下の部分を切断する前に、実質的に該圧縮下の部分を通って切断する、請求項１６に記載の方法。
【請求項２２】
リボン結晶を成長させるための装置であって、該装置は、
複数の別々のリボン結晶を同時に成長させるための複数のリボン結晶成長チャネルと、
成長中のリボン結晶を把持するための可動アームと、
少なくとも１つの成長中のリボン結晶から一部分を分離するための分離装置であって、該分離装置は、２つ以上のチャネルにおいてリボン結晶を処理するために動くことができる、分離装置と
を備える、装置。
【請求項２３】
前記分離装置は、レーザ装置を備える、請求項２２に記載の装置。
【請求項２４】
前記レーザ装置は、パルス化されたレーザを備える、請求項２３に記載の装置。
【請求項２５】
前記分離装置と動作可能に結合されている位置ロジックであって、該位置ロジックは、少なくとも１つのリボン結晶の位置を検知することが可能であり、該分離装置は、該位置ロジックからの信号の受信に応答して、前記複数の成長中のリボン結晶のうちの選択されたものを処理するために動くことができる、位置ロジック
をさらに備える、請求項２３に記載の装置。
【請求項２６】
少なくとも１つのリボンガイドは、前記リボン結晶の面に沿って真空を生成するためのポートと、該リボン結晶の面に正の圧力を生成するためのポートとを含む、請求項１４に記載の装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（優先権）
本特許出願は、「ＦＯＲＭＩＮＧ，ＣＵＴＴＩＮＧ  ＡＮＤ  ＰＲＯＣＥＳＳＩＮＧ  ＳＥＭＩＣＯＮＤＵＣＴＯＲ  ＷＡＦＥＲＳ」と題され、かつ、Ｒｏｂｅｒｔ  Ｅ．Ｊａｎｏｃｈ  Ｊｒ．を発明者とする２００６年１０月２７日出願の米国仮特許出願第６０／８５４，８４９号からの優先権を主張しており、該仮特許出願第の開示は、その全体が、本明細書において参考として援用される。
【０００２】
本特許出願はまた、「ＭＥＴＨＯＤ  ＡＮＤ  ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ  ＦＯＲ  ＦＯＲＭＩＮＧ  Ａ  ＳＩＬＩＣＯＮ  ＷＡＦＥＲ」と題され、かつ、Ｌｅｏ  ｖａｎ  Ｇｌａｂｂｅｅｋ、Ｂｒｉａｎ  Ａｔｃｈｌｅｙ、  Ｒｏｂｅｒｔ  Ｅ．Ｊａｎｏｃｈ  Ｊｒ．、Ａｎｄｒｅｗ  Ｐ．Ａｎｓｅｌｍｏ、およびＳｃｏｔｔ  Ｒｅｉｔｓｍａを発明者とする２００７年５月１８日出願の米国仮特許出願第６０／９３８，７９２号からの優先権を主張しており、該仮特許出願の開示は、その全体が、本明細書において参考として援用される。
【０００３】
（技術分野）
本発明は、概して、半導体ウエハに関し、さらに詳細には、本発明は、半導体ウエハを形成することに関する。
【背景技術】
【０００４】
シリコンウエハは、太陽電池、集積回路、およびＭＥＭＳデバイスなどの多種多様な半導体デバイスの基本構成要素である。例えば、Ｍａｒｌｂｏｒｏ、ＭａｓｓａｃｈｕｓｅｔｔｓのＥｖｅｒｇｒｅｅｎ  Ｓｏｌａｒ，Ｉｎｃ．は、周知の「リボン引き上げ」技術によって製造されたシリコンウエハから太陽電池を形成する。
【０００５】
リボン引き上げ技術は、望ましくないことに、かなりの人的相互作用を必要とする。特に、リボン引き上げ技術を使用して個々のシリコンウエハを生成するために、最初に、オペレータは、ダイヤモンドポイントを用いて半導体リボン結晶を手動でスクライビングし、そして、次に、別個のレーザ装置において処理するためにプラスチックのトレーに切断部分（この時点で「ウエハ」になると考えられる）を置く。該レーザ装置は、リボン結晶を成長させる炉から間隔をあけて置かれている。次に、レーザ装置はさらに、（より大きな）ウエハをより小さな半導体ウエハに切断する。例えば、レーザは、２メートルの長さのウエハを、１つ以上の、１５センチメートルの長さの、長方形のより小さな半導体ウエハに切断し得る。
【０００６】
労働集約的であることに加えて、半導体リボン結晶および半導体リボンウエハの手動のスクライビングと取り扱いとは、ウエハの生産量を減少させ得る。具体的には、スクライビングと取り扱いとは、望ましくないことに、リボン結晶およびリボンウエハの縁に微細な亀裂を形成し得る。特に、微細な亀裂は、最終的に、巨視的な亀裂をもたらし、結果として、ウエハの損傷をもたらす場合が多い。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一実施形態に従って、リボン結晶を成長させるための炉は、所与の速度で所与の方向にリボン結晶を成長させるためのチャネルと、成長中のリボン結晶から一部分を分離させるための分離メカニズムとを有する。分離メカニズムの少なくとも一部が、ほぼ所与の速度で、ほぼ所与の方向に動きながら、成長中のリボン結晶から該一部分を分離させる。
【０００８】
分離メカニズムは、ファイバレーザを有し得、該ファイバレーザは、成長中のリボン結晶を切断するために、パルス化された短いレーザビームを生成する。あるいは、またはさらに、分離メカニズムは、成長中のリボン結晶に向かってレーザビームを配向するためのレーザビーム配向装置を有し得る。両方の例において、レーザビームは、分離メカニズムの一部であると考えられ得る。
【０００９】
生産量を改善するために、装置は、複数のチャネルを有し、その結果として、複数のリボン結晶を成長させることが可能となり得る。その場合において、分離メカニズムは、複数のリボン結晶のそれぞれを実質的に同じように切断するように動くことができ得る。さらに、分離メカニズムは、成長中のリボン結晶を把持するための２つの範囲を有し得る。この場合には、分離メカニズムは、２つの把持範囲の間の結晶部分を分離し得る。分離メカニズムはまた、リボン結晶の分離された部分を第１の場所から第２の場所に動かすための可動アームを有し得る。
【００１０】
一部の実施形態において、分離メカニズムは、成長中のリボン結晶の所与の速度に関する運動情報を受信するための入力装置を有する。分離メカニズムの上記の部分は、運動情報の受信に応答して、ほぼ所与の速度で動き得る。効率と生産量とをさらに改善するために、分離部分は、成長中のリボン結晶の圧縮および張力の関数としてリボン結晶を切断する。分離される部分を切断した後に、炉は、分離された部分を容器内に設置し得る。
【００１１】
本発明の別の実施形態に従って、リボン結晶を成長させるための装置は、結晶成長チャネルと、成長中のリボン結晶を把持するための可動アームと、成長中のリボン結晶から一部分を分離するためのレーザ分離装置とを有する。
【００１２】
上記の装置はまた、複数の成長中のリボン結晶を案内するための複数のリボンガイドを有し得る。レーザ分離装置（例えば、レーザ、レーザビームに対するガイド、またはビーム自体）は、複数のリボン結晶を実質的に同じように切断するように、ガイドのそれぞれに対して動くことができ得る。
【００１３】
本発明の他の実施形態に従って、ウエハを形成する方法は、融解した材料からリボン結晶を成長させ、そして、成長中のリボン結晶を切断するために分離メカニズムを使用して、分離された部分を生成する。次に、方法は、可動アームを制御して、分離された部分を容器に動かす。
【００１４】
特に、方法は、分離メカニズムを使用し得、該分離メカニズムは、第１の吸引デバイスと第２の吸引デバイスとの間でリボン結晶を横切る概ね直線状の切断線を形成する。様々な実施形態において、方法は、融解した材料から複数のリボン結晶を成長させ得る。これを行うために、方法は、次に、複数のリボン結晶のうちのどれが、少なくとも所与の長さであるかを検知し得、そして、少なくとも所与の長さであると決定された複数のリボン結晶のうちのそれぞれに分離メカニズムを連続して動かし得る。
【００１５】
分離メカニズムは、少なくとも、成長中のリボン結晶を横切る第１の方向と、第１の方向に対して実質的に垂直である第２の方向とに動くレーザビームを生成し得る。レーザビームは、第２の方向に成長中のリボン結晶の成長速度と実質的に同じ速度で、第２の方向に動き得る。
【００１６】
さらに別の実施形態に従って、リボン結晶を成長させるための装置は、リボン結晶を成長させるためのチャネルと、成長中のリボン結晶を把持するための可動アームとを有する。装置はまた、複数の別々のリボン結晶を同時に成長させるための複数のチャネルと、成長中のリボン結晶から一部分を分離させるための分離装置とを有する。分離装置は、２つ以上のチャネルにおいてリボン結晶を処理するために動くことができる。
【００１７】
複数のチャネルを有する装置はまた、少なくとも１つのリボン結晶の位置を検知することが可能である位置ロジックを有し得る。分離装置は、位置ロジックからの信号の受信に応答して、複数の成長中のリボン結晶のうちの選択されたものを処理するために動くことができる。
【００１８】
当業者は、すぐ下で要約されている図面を参照して考察される以下の「発明を実施するための形態」から、本発明の様々な実施形態の利点をさらに完全に理解する。
例えば、本発明は、以下の項目を提供する。
（項目１）  
リボン結晶を成長させるための炉であって、該炉は、
所与の速度で所与の方向にリボン結晶を成長させるためのチャネルと、
該成長中のリボン結晶から一部分を分離するための分離メカニズムであって、該分離メカニズムの少なくとも一部が、該成長中のリボン結晶から該一部分を分離する間に、ほぼ該所与の速度で、ほぼ該所与の方向に動く、分離メカニズムと
を備える、炉。
（項目２）  
上記分離メカニズムは、ファイバレーザを備え、該ファイバレーザは、上記成長中のリボン結晶を切断するために、パルス化されたレーザビームを生成し、該レーザビームは、該分離メカニズムの一部である、項目１に記載の炉。
（項目３）  
上記分離メカニズムは、上記成長中のリボン結晶に向かってレーザビームを配向するためのレーザビーム配向装置を備え、該レーザビームは、該分離メカニズムの一部である、項目１に記載の炉。
（項目４）  
複数のリボン結晶を成長させるための複数のチャネルをさらに備える、項目１に記載の炉であって、上記分離メカニズムは、実質的に同じように該複数のリボン結晶のそれぞれを切断するように動くことができる、炉。
（項目５）  
上記分離メカニズムは、上記成長中のリボン結晶を把持するための２つの範囲を備え、該分離メカニズムは、該２つの把持範囲の間で上記一部分を分離させる、項目１に記載の炉。
（項目６）  
上記分離メカニズムは、上記リボン結晶の分離された部分を第１の場所から第２の場所に動かすための可動アームを備える、項目１に記載の炉。
（項目７）  
上記所与の速度に関する運動情報の受信に応答して、上記分離メカニズムの少なくとも一部が、ほぼ該所与の速度で動く、項目１に記載の炉。
（項目８）  
上記リボン結晶の分離された部分を受け入れるための容器をさらに備える、項目１に記載の炉。
（項目９）  
上記分離部分は、上記成長中のリボン結晶の圧縮および張力の関数として該リボン結晶を切断する、項目１に記載の炉。
（項目１０）  
リボン結晶を成長させるための装置であって、該装置は、
結晶成長チャネルと、
該結晶成長チャネルの中の成長中のリボン結晶を把持するための可動アームと、
該成長中のリボン結晶から一部分を分離するためのレーザ分離装置と
を備える、装置。
（項目１１）  
上記レーザ分離装置は、レーザを備え、該レーザは、上記成長中のリボン結晶の上記一部分を切断するためにレーザビームを発生させ、該成長中のリボン結晶は、所与の速度で所与の方向に動き、さらに、該成長中のリボン結晶から該一部分を分離するときには、該レーザビームは、少なくとも、ほぼ該所与の速度で、ほぼ該所与の方向に動く、項目１０に記載の装置。
（項目１２）  
上記レーザ分離装置はまた、上記成長中のリボン結晶から上記一部分を分離するときには、少なくとも、ほぼ上記所与の速度で、ほぼ上記所与の方向に動く、項目１１に記載の装置。
（項目１３）  
上記レーザ分離装置は、パルス化されたレーザビームを発生させるために、低出力のファイバレーザを備える、項目１０に記載の装置。
（項目１４）  
複数の成長中のリボン結晶を誘導するための複数のリボンガイドをさらに備える、項目１０に記載の装置であって、上記レーザ分離装置は、該複数のリボン結晶のそれぞれを実質的に同じように切断するために、該ガイドのそれぞれに対して動くことができる、装置。
（項目１５）  
上記成長中のリボン結晶の上記一部分を上記可動アームから受け入れるための容器をさらに備える、項目１０に記載の装置。
（項目１６）  
リボン結晶ベースのウエハを形成する方法であって、
融解した材料からリボン結晶を成長させることと、
分離された部分を生成するために、該成長中のリボン結晶を切断するために分離メカニズムを使用することと、
該分離された部分を容器に移すために可動アームを制御することと
を包含する、方法。
（項目１７）  
上記分離メカニズムは、レーザを備え、該レーザは、上記成長中のリボン結晶を複数回横切って横断するパルス化されたレーザビームを発生させることによって切断するために使用される、項目１６に記載の方法。
（項目１８）  
上記分離メカニズムを使用することは、第１の吸引デバイスと第２の吸引デバイスとの間で上記リボン結晶を横切る概ね直線状の切断線を形成することを包含する、項目１６に記載の方法。
（項目１９）  
上記成長させることは、融解した材料から複数のリボン結晶を成長させることを包含する項目１６に記載の方法であって、
該方法は、該複数のリボン結晶のうちのどれが、少なくとも所与の長さであるかを検知することと、
少なくとも該所与の長さであると決定された複数のリボン結晶のそれぞれに対して、上記分離メカニズムを連続して動かすことと
を包含する、方法。
（項目２０）  
上記分離メカニズムは、レーザビームを生成し、該レーザビームは、少なくとも、第１の方向と第２の方向とに動き、該第１の方向は、上記成長中のリボン結晶の幅を横切り、該第２の方向は、該第１の方向に対して実質的に垂直であり、該レーザビームは、該第２の方向における該成長中のリボン結晶の成長速度と実質的に同じである速度で、該第２の方向に動く、項目１６に記載の方法。
（項目２１）  
上記成長中のリボン結晶は、圧縮下の第１の部分と、張力下の第２の部分とを有し、上記分離メカニズムは、該張力下の部分を切断する前に、実質的に該圧縮下の部分を通って切断する、項目１６に記載の方法。
（項目２２）  
リボン結晶を成長させるための装置であって、該装置は、
複数の別々のリボン結晶を同時に成長させるための複数のチャネルと、
成長中のリボン結晶を把持するための可動アームと、
少なくとも１つの成長中のリボン結晶から一部分を分離するための分離装置であって、該分離装置は、２つ以上のチャネルにおいてリボン結晶を処理するために動くことができる、分離装置と
を備える、装置。
（項目２３）  
上記分離装置は、レーザ装置を備える、項目２２に記載の装置。
（項目２４）  
上記レーザ装置は、パルス化されたレーザを備える、項目２３に記載の装置。
（項目２５）  
上記分離装置と動作可能に結合されている位置ロジックであって、該位置ロジックは、少なくとも１つのリボン結晶の位置を検知することが可能であり、該分離装置は、該位置ロジックからの信号の受信に応答して、上記複数の成長中のリボン結晶のうちの選択されたものを処理するために動くことができる、位置ロジック
をさらに備える、項目２３に記載の装置。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、本発明の例示的な実施形態に従って構成されたリボン引き上げ炉を概略的に示す。この図はまた、図２に示されたプロセスのステップ２００、ステップ２０２、およびステップ２０４を示す。
【図２】図２は、本発明の例示的な実施形態に従った、半導体ウエハを形成するプロセスを示す。
【図３】図３は、ステップ２０６とステップ２０８との間の図２の炉を概略的に示す。
【図４】図４は、ステップ２１０を実行しているときの図２の炉を概略的に示す。
【図５】図５は、ステップ２１２を実行しているときの図２の炉を概略的に示す。
【図６】図６は、図２の炉において使用されるエンクロージャの追加的な詳細を概略的に示す。
【図７】図７は、本発明の様々な実施形態を実装するための多数の異なる選択肢を詳述する図を示す。
【図８】図８〜図１１は、本発明の例示的な実施形態に従った、図７の図からのいくつかの並べ替えを概略的に示す。
【図９】図８〜図１１は、本発明の例示的な実施形態に従った、図７の図からのいくつかの並べ替えを概略的に示す。
【図１０】図８〜図１１は、本発明の例示的な実施形態に従った、図７の図からのいくつかの並べ替えを概略的に示す。
【図１１】図８〜図１１は、本発明の例示的な実施形態に従った、図７の図からのいくつかの並べ替えを概略的に示す。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
例示的な実施形態において、シリコンリボンウエハを形成する方法は、人的相互作用を最小化しながら、実質的に連続的なウエハの生成を可能にする。この目的のために、例示的なリボン引き上げ炉は、分離メカニズムを有し得、該分離メカニズムは、分離（例えば、切断）の間に、分離メカニズムが処理しようとする成長中のリボン結晶と概ね同じ速度で概ね同じ方向に動く。特に、分離メカニズムは、レーザ装置を有し得、および／または単一の炉または複数の炉のいずれかにおいて同時に成長している複数のリボン結晶を処理することが可能であり得る。これらの実施形態および他の実施形態の詳細が、以下で考察される。
【００２１】
図１は、本発明の例示的な実施形態に従って構成されたリボン引き上げ炉１０を概略的に示す。特に、炉１０は、融解した材料を含むためのるつぼ（図示せず）と、融解した材料から４つの別個のリボン結晶３０を４つの別個の成長チャネルに沿って案内するための４つのガイド１４Ａ〜ガイド１４Ｄを有するリボンガイドアセンブリ１４とを有する。
【００２２】
簡潔にするために、本明細書において考察される融解した材料は、融解したシリコンであり得る。当然ながら、本発明の様々な実施形態は、他の融解した材料に適用され得る。さらに、当業者は、様々な実施形態の原理が、４つよりも多いか、または４つよりも少ない別個の（概して参照番号３０で識別されている）リボン結晶を処理する炉に適用されるということを理解するべきである。例えば、一部の実施形態は、単一のリボン結晶３０だけ、または６つのリボン結晶３０を成長させる炉に適用される。したがって、４つのリボン結晶３０を成長させる単一の炉に関する考察は、単に例示的な目的のためのものである。
【００２３】
本発明の例示的な実施形態に従って、炉１０は、成長中のリボン結晶３０を選択的に分離（例えば、切断）し、そして、次に、（分離された部分はもはや成長していないので、ここではウエハの形態の）分離された部分を従来のトレー１８の中に動かすための可動アセンブリ１６を有し、該分離された部分は、（本明細書においては単に「ウエハ３１」と呼ばれる）より小さなウエハを形成する。例えば、可動アセンブリ１６は、１）第１のリボン結晶３０が成長すると、第１のリボン結晶３０から一部分を分離し、そして、次に、２）分離された部分をトレー１８に置くことによって、第１のリボン結晶３０を処理し得る。第１のリボン結晶３０の分離された部分をトレー１８に置いた後に、可動アセンブリ１６は、第２の成長中のリボン結晶３０に対して同じプロセスを繰り返し得る。このプロセスは、（例えば、炉１０を清掃するための）何らかの中断イベントまたは停止イベントまで、４つの成長中のリボン結晶３０の間でいつまでも繰り返し得る。
【００２４】
この機能を行うために、可動アセンブリ１６は、特に、リボン結晶３０の一部分を分離するための（例えば、すぐ下で考察されるが、図６に示されているレーザアセンブリ２０を有する）分離メカニズム／分離装置と、ウエハ３１と成長中のリボン結晶３０との両方を把持し、そして、把持されたウエハ３１をトレー１８の中に位置決めするための回転可能ロボットアーム２６とを有する。結果として、炉１０は、結晶成長プロセスを中断することなく、シリコンウエハ３１を実質的に連続的に生成し得る。しかしながら、一部の実施形態は、結晶の成長が停止したときには、リボン結晶３０を切断し得る。
【００２５】
それらの目的のために、分離装置は、レーザアセンブリ２０を含み得、該レーザアセンブリ２０は、可動アセンブリ１６の残りの部分と共に、鉛直方向ステージ２２に沿って鉛直方向に動くことができ、そして、水平方向ステージ２４に沿って水平方向に動くことができる。ステッピングモータ（その１つが、参照番号２８で示され、かつ、識別されている）などの従来の電動デバイスが、可動アセンブリ１６の運動を制御する。例えば、鉛直方向ステッピングモータ（図示せず）は、（以下でさらに詳細に考察される）成長中のリボンの鉛直方向の運動の関数として可動アセンブリ１６を鉛直方向に動かす。水平方向のステッピングモータ２８は、アセンブリ１６を水平方向に動かす。当然ながら、記載されているように、他のタイプのモータが、使用され得、したがって、ステッピングモータの考察は、例示であり、そして、全ての実施形態を限定することを意図していない。
【００２６】
鉛直方向ステージ２２と水平方向ステージ２４とによって与えられる可撓性が、レーザアセンブリ２０が、複数の成長中のリボン結晶３０を続けて切断することを可能にする。例示的な実施形態において、鉛直方向ステージ２２と水平方向ステージ２４とは、主に、アルミニウム部材から形成され、それは、研磨性であり得るシリコンから隔離される。具体的には、ステージ２２とステージ２４とをシリコンに露出させることは、それらの機能性を減じたり、低下させたりし得る。したがって、例示的な実施形態は、ステージ２２とステージ２４とを密閉したり、加圧したりすることにより、環境中のシリコンからステージ２２とステージ２４とを隔離する。
【００２７】
上記のように、リボンガイドアセンブリ１４は、同時に成長している４つの別個のリボン結晶３０に対して、４つの別個のガイド１４Ａ〜ガイド１４Ｄ（すなわち、各成長チャネルに対して１つのガイド）を有する。特定のチャネルに関わらず、個々に、またはひとまとめに参照するときには、ガイドは、概略的に、参照番号１４で識別される。
【００２８】
主にグラファイトから形成される各ガイド１４は、表面に沿ってごくわずかな減圧を生成する。この減圧が、成長中のリボン結晶３０をガイド１４の表面に沿って優しく摺動させることにより、リボン結晶３０が前方に垂れることを防止する。この目的のために、例示的な実施形態は、約１インチの水柱程度の圧力を有するベルヌーイの減圧（Ｂｅｒｎｏｕｌｌｉ  ｖａｃｕｕｍ）を発生させるために、各ガイド１４の表面にポートを提供する。
【００２９】
各ガイド１４はまた、成長中のリボン結晶３０が一定の高さ／一定の長さに到達したときを検知するリボン検知センサ３２を有する。以下で記述されるように、検知センサ３２はそれぞれ、可動アセンブリ１６による処理と、可動アセンブリ１６の位置決定とを制御する信号を生成する。具体的には、所与のリボン結晶３０が一定の高さ／一定の長さに到達したということを検知した後に、所与のリボン結晶３０をモニタリングしている所与のガイド１４上の検知センサ３２は、可動アセンブリ１６を制御するロジックに規定の信号を送る。受信後、可動アセンブリ１６は、所与のガイド１４まで水平方向に動き、ウエハ３１を生成する。当然ながら、他のガイド１４／他のチャネルにおけるセンサ３２からの要求が、充分に提供されていない場合には、可動アセンブリ１６は、遅延され得る。
【００３０】
多くの異なるタイプのデバイスが、検知センサ３２の機能性を実装するために使用され得る。例えば、光信号を送信し、そして、結果として生じる光反射を測定する逆反射センサが、満足な結果を提供する。別の例として、別個の送信ポートと受信ポートとを有する光センサがまた、検知センサの機能性を実装し得る。他の実施形態は、光以外のセンサを実装し得る。
【００３１】
したがって、可動アセンブリ１６は、検知センサ３２による検知に応答して適切なガイド１４にまで動く。このようにして、可動アセンブリ１６は、４つの成長中のリボン結晶３０を続けて処理し、切断することができる。例示的な実施形態は、他の構成に適用されたり、上で教示されたように、異なる数のガイド１４／チャネルに適用されたりするということに留意されたい。したがって、４つの隣り合うガイド１４に関する考察は、単に例示の目的のためのものである。
【００３２】
図２は、本発明の例示的な実施形態に従った、リボン結晶ベースのシリコンウエハ３１を形成する概略的なプロセスを示す。このプロセスは、リボン結晶ベースのシリコンウエハ３１を形成する多数のステップのうちのいくつかを示しているということに留意されたい。したがって、このプロセスの考察は、全ての必要なステップを含むと考えられるべきではない。
【００３３】
プロセスは、ステップ２００において開始する。ステップ２００においては、チャネルの１つにおける検知センサ３２が、リボン結晶３０が、最小の高さに到達したということを決定する。例えば、所与のチャネルの検知センサ３２は、るつぼ内の液体／固体の界面の約６フィート上に固定して位置決めされ得る。したがって、成長中のリボン結晶３０が、約３０センチメートルの長さであるときには、検知センサ３２は、上で記載された規定の信号をロジックに送り、該ロジックは、受信後の一定時間後に、所与のチャネルにおける適切な位置に可動アセンブリ１６（すなわち、特に、ロボットアーム２６およびレーザアセンブリ２０）を動かす。
【００３４】
関連のチャネルに到着した後に、ロボットアーム２６は、図１に示されているようにリボン結晶３０を把持する（ステップ２０２）。その目的のために、可動アセンブリ１６は、成長中のリボン結晶３０の縁を検知するための従来型視覚システムを有する。例示的な実施形態において、視覚システムは、リボンの縁の検知カメラ３４と、カメラ３４に対するコントラストを改善するためのバックライト範囲３５と、カメラ３４によって生成されたデジタル画像／デジタル写真からリボン結晶３０の前縁を決定するためのロジックとを含む。例示的な実施形態において、バックライト範囲３５は、複数の発光ダイオードを備え、一方、ロジックは、ソフトウェアプログラムを含む。
【００３５】
把持する目的のために、ロボットアーム２６は、（「把持減圧」と呼ばれる）減圧によってリボン結晶３０を固定するための少なくとも３つの吸引範囲３６を有する。しかしながら、把持減圧を加える前に、３つの吸引範囲３６が、成長中のリボン結晶３０の前側対面表面の非常に近くに位置決めされるように、ロボットアーム２６は動く。例えば、吸引範囲３６は、最初に、成長中のリボン結晶３０の前側表面から約０．１２５インチ離れて位置決めされ得る。
【００３６】
当業者には公知であるように、リボン結晶３０は、非常に壊れやすい。したがって、この時点において把持減圧を加えることは、成長中のリボン結晶３０を力で吸引範囲３６に衝突させ得、その力は、成長中のリボン結晶３０を損傷し得る。この可能性の公算を減少させるための工夫として、例示的な実施形態は、記載された把持減圧を加える前に、吸引範囲３６に向かって、成長中のリボン結晶３０をゆっくりと促す。具体的には、例示的な実施形態は、成長中のリボン結晶３０の裏側表面にベルヌーイの減圧を加えることを停止する。その代わりに、ガイド１４の前側表面の時限弁が、リボン結晶３０の裏側にごくわずかな正の圧力を加える。力のこの組み合わせが、吸引範囲３６と優しく接触するか、またはほぼ接触する（すなわち、小さな空隙を閉鎖する）ようにリボン結晶３０を促し、この時点において、炉１０は、記載された把持減圧を加え始める。
【００３７】
安定性を確実にするために、吸引範囲３６のうちの１つは、他の２つの吸引範囲３６よりも鉛直方向に低いところにある。吸引範囲３６はそれぞれ、外部減圧源を使用するベロー型吸引カップを有する装置（詳細には図示せず）を含み得る。リボン結晶３０と吸引カップとの間の接触点は、好適には、ウエハ３１と吸引装置との間の接触の力を最小化するために比較的に軟らかい。
【００３８】
リボン結晶３０の１つを把持した後に、プロセスは、図１に示されているように、上側吸引範囲３６と下側吸引範囲３６との間で、それを水平方向に切断することによって継続する（ステップ２０４）。例示的な実施形態において、ファイバレーザなどの（スキャナ５８を有する）レーザ３７は、レーザビーム３７を発生し、該レーザビーム３７は、所定の方法でリボン結晶３０を横切って切断し、ウエハ３１を生成する。
【００３９】
例えば、カメラ３４が、成長中のリボン結晶３０のデジタル写真を撮影した後に、ソフトウエアが、デジタル写真内のどの画素が、成長中のリボン結晶３０の前縁を表しているかを決定し得る。特に、前縁は、写真の中で対照的な黒色画素の列の外観を呈し得る。次に、ソフトウエアが、デジタル写真の中の前縁の位置を、ガイド１４に沿ったリボン結晶の縁の物理的な位置を表す値に翻訳する。
【００４０】
この生成された値は、レーザ３７が、成長中のリボン結晶３０の適切な場所にビームの照準を合わせることを可能にする。この位置は、前縁の下の定められた距離であり得る。例えば、この位置は、前縁の約１５ｃｍ下であり得、そして、このようにして、さらなる処理をすることなく、一定のサイズの仕様を満たす。
【００４１】
さらに、当業者には公知であるように、シリコンリボン結晶３０は、（リボン結晶３０の中間付近の）圧縮下にある部分と、（リボン結晶３０の縁付近の）張力下にある他の部分とを有する。これらの異なる部分は、概ね、同じ水平面にある。切断する際の破砕を最小化するために、例示的な実施形態は、最初に、圧縮下の部分を切断し、そして、次に、張力下の部分を切断する。例えば、レーザアセンブリ２０と関連するロジックは、最初に、中間の６５ミリメートル（概ね圧縮下の部分）を切断し、そして、次に、残りの切断されていない部分（概ね張力下の部分）を切断し、８２ミリメートルの幅のリボン結晶３０を切断するように構成され得る。レーザ３８は、同時に（すなわち、同じパスを使用して）、または連続的に（すなわち、異なるパスを使用して）いずれかで、張力下の２つの部分を切断し得る。
【００４２】
そのような方法で、リボン結晶３０を切断するために、レーザ３８は、スキャナを有し得、該スキャナは、張力下の部分を切断する前に、圧縮下の部分を横切る複数のパスを作成する。その際に、レーザ３８は、各異なるタイプの部分を順次に切断する。低い出力のパルスレーザ３８を使用するときには、各パスは、一組の穴を生成する。しかしながら、可動レーザアセンブリ２０は、各パスごとに穴を生成し、該穴が、少なくとも、前回のパスや他のパスの穴からずれるようにプログラミングされている。したがって、レーザ３８は、約１５０〜３００ミクロンの厚さを有するシリコンリボン結晶３０を、複数のパスの後に切断する。
【００４３】
例えば、レーザ３８は、２０キロヘルツの速度で１００ナノ秒のパルスを生成し、そして、毎秒約２メートルの速度で水平方向に動き得る。かかるレーザ３８は、圧縮下のシリコンリボン結晶３０の一部分を切断するために、約３００回のパスを作成し得る。リボン結晶３０の切断を完了するために、レーザ３８は、張力下の部分に対して複数パスのプロセスを繰り返す。複数パスのプロセスを使用することは、切断プロセスによって生成される熱を実質的に最小化し、それにより結果を改善する。
【００４４】
レーザの代替の実施形態は、圧縮領域または張力領域に関わらず、リボン３０の幅を真っ直ぐ横切ってリボン３０を切断する。しかしながら、微細な亀裂、および他の関連する問題を最小化するために、かかる実施形態は、好適にも、依然として、上で記述された方法と同様な複数パスの方法を使用する。
【００４５】
例示的な実施形態において、レーザ３８は、低出力のファイバレーザであり、該低出力のファイバレーザは、パルス化されたレーザビーム３７（走査ビーム３７）を生成する。例えば、レーザ３８は、Ｓｔａｒｎｂｅｒｇ、ＧｅｒｍａｎｙのＲｏｆｉｎ−Ｓｉｎａｒ  Ｌａｓｅｒ  ＧｍｂＨによって流通されているＲＳＭ  ＰｏｗｅｒＬｉｎｅ  Ｆファイバレーザであり得る。ＰｏｗｅｒＬｉｎｅ  Ｆファイバレーザは、約１０６５ｎｍで動作するＱスイッチ付きのＹｂファイバレーザである。テストの後に、記載されたＲｏｆｉｎレーザの性能に基づいて、低出力レーザ（すなわち、上で考察されたような複数の走査を使用するレーザ）は、実質的に、懸案の微細な亀裂を生成せず、かつ、しかも、充分に迅速に切断し、自動システムにおいて効果的かつ効率的に働くということを知って、本発明者らは、驚いた。例えば、本発明者らは、毎分約１８ミリメートルの速度でリボン結晶を成長させる４つのチャネルのシステムにおいて、低出力レーザ３８を首尾よく使用した。テストの間、成長中のリボン結晶３０を完全に切断するために約４０秒かかる低出力レーザ３８が、チャネル間で移動して、効率的かつ連続的にシリコンウエハ３１を生成する。
【００４６】
当然ながら、他のブランドおよび他のタイプのレーザ３８が、使用され得る。例えば、代替の実施形態は、１つまたは２つだけのパスを必要とするより高い電力のレーザ３８を使用し得る。しかしながら、かかるレーザ３８は、望ましくないことに、過度の熱を発生させ得、そして、結果として生じるウエハ３１に微細な亀裂を作り得る。
【００４７】
リボン結晶３０を横切って実質的に真っ直ぐな切断を作成するのではなく、一部の実施形態は、特定の縁形状（例えば、面取り）を形成するようにリボン結晶３０を切断する。特に、縁形状は、ウエハの応力をさらに減少させる角の丸みを含み得る。
【００４８】
様々な実施形態が、多数の他のレーザ実装を使用するということに留意されたい。例えば、炉１０は、単一の固定レーザ３８と、可動のファイバケーブル５７（図１１、以下で考察される）とを有し得、該可動のファイバケーブル５７は、可動スキャナ５８において終端する。別の例として、各リボンガイド１４は、自身のレーザ３８を有し得るか、または各リボンガイド１４は、単一のレーザ３８からエネルギーを受け取る単一のレーザヘッドを有し得る（以下で考察される）。ファイバケーブルを使用するのではなく、一部の実施形態は、単に、レーザ伝達媒体として空気を使用する。したがって、一部の実施形態において、レーザビーム３７自身が、可動アセンブリ１６の一部であると考えられ得る。さらに、一部の実施形態は、リボン結晶３０を切断するための他の技術、例えば、手動ののこぎり、または刻みデバイスを使用し得る。
【００４９】
図１によって適切に認識され得るように、把持減圧が、もはや、吸引範囲３６を介して加えられなくなるまで、可動アセンブリ１６と、リボン結晶３０とは、ほぼ同じ速度で同じ方向に動く。すなわち、２つの物体間の相対運動は、実質的に存在しない。これを行うことによって、レーザ３８がリボン結晶３０を切断する間でさえも、成長プロセスは、継続する。さらに、別様に事前に構成されていないに限り、リボン結晶３０を横切る切断は、実質的に真っ直ぐである。したがって、例示的な実施形態は、最終的に形成されるウエハ３１に対する特定のサイズ（例えば、１５センチメートル）を確実にするように、リボン結晶３０に対して（例えば、リボン結晶３０の前縁に対して）鉛直方向に吸引範囲３６を位置決めする。特に、この鉛直方向の位置は、結果として、結晶の成長速度と、可動アセンブリ１６がリボン結晶３０を把持するためにかかる時間の長さとの関数である。
【００５０】
具体的には、例示的な実施形態は、１秒ごとに何度もリボン結晶３０の実際の成長速度を決定する（例えば、毎秒２００回）。吸引範囲３６が、把持減圧を加えたほぼそのときに、この成長速度情報を受信するロジックは、この時点におけるその成長速度と等しい実質的に一定の速度に、可動アセンブリ１６の速さ／速度を固定する。当然ながら、この時点において、可動アセンブリ１６もまた、成長中のリボン結晶３０と同じ方向に動く。
【００５１】
このような方法の切断が、微細な亀裂を最小限に抑えて、実質的に均一な長さを有するリボン結晶ベースのウエハ３１を生成する。しかしながら、代替の実施形態においては、成長中のリボン結晶３０を把持する前に、可動アセンブリ１６が、炉１０に対して一定の場所に動く。かかる実施形態は、記載された第１の実施形態とは異なる。なぜならば、記載された第１の実施形態は、成長中のリボン結晶３０に対して可動アセンブリ１６を位置決めしないからである。かかる実施形態は、リボン結晶３０を把持した後にも、依然として、上記の決定された速度で動くが、かかる実施形態は、必ずしも、実質的に均一なサイズのウエハ３１を生成し得ない。
【００５２】
テストの間、本発明者らは、レーザビーム３７が、リボン結晶３０の一部分を酸化し始め、そして、結果的に、結果として生じるウエハ３１を酸化し始めたということに気付いた。この効果を最小化するために、一部の実施形態は、リボン結晶３０を切断する炉１０の領域にシールドガスを添加する。特に、シールドガスは、アルゴンであり得る。
【００５３】
リボン結晶３０を切断した後、ロボットアーム２６が、鉛直かつ上方向に非常にわずかな距離（例えば、０．１２５インチ）を動くことにより、取り去られた部分（すなわち、ウエハ３１）と残りのリボン結晶３０との間の完全な分離を確実にする（ステップ２０６）。分離が完了していない場合には、方法は、レーザ３８に、再び、分離されていない範囲のリボン結晶３０を横切って切断させ得るか、または（以前に切断された範囲と同じ範囲の）リボン結晶３０の幅全体を横切って切断させ得る。
【００５４】
次に、可動アセンブリ１６が、より大きな距離を上方向に動くことにより、アーム２６（図３）を回転させるために充分な隙間を提供する。このときに先立つある時点において、リボン結晶３０の残りの部分に加えられる把持減圧が、解放される。しかしながら、新たに切断されたウエハ３１に加えられる把持減圧は、継続して加えられる。
【００５５】
さらに、さらなる隙間を提供するために、ロボットアーム２６は、リボン結晶３０の表面に対して概ね垂直な方向に動き得る。例えば、ロボットアーム２６は、リボン結晶３０の表面から約２０ミリメートル離れるように動き得る。
【００５６】
適切な隙間を提供した後に、プロセスは、次に、ステップ２０８に続き、該ステップ２０８は、アーム２６を約９０°回転させることにより、下にあるトレー１８にウエハ３１を整列させる（図４）。次に、ステッピングモータが、トレー１８内のキャビティまでロボットアーム２６を下げる（ステップ２１０、図５）。この時点において、把持減圧が解放され得、その結果として、ウエハ３１がトレー１８にゆっくりと落下することを可能にする（ステップ２１２）。落下の衝撃を最小化するために、ウエハ３１が解放される前に、ウエハ３１は、トレー１８のすぐ近くなければならない。さらに、トレー１８は、衝撃を最小化するための特徴（例えば、軟らかい部分、または特殊な形状）を有し得る。
【００５７】
安全上の理由のために、可動アセンブリ１６全体が、好適にも、鉄などの不透明な材料で形成される固定エンクロージャ４０の中に囲まれる。エンクロージャ４０は、可動アセンブリ１６がより完全に見えるようにするために、図１、図３〜図５においては示されていない。したがって、成長中のリボン結晶３０は、るつぼから、ゴム製の光シール４１を通ってエンクロージャ４０の中へと上方向に延びる。図６は、エンクロージャ４０の追加的な詳細を概略的に示す。特に、エンクロージャ４０は、可動アセンブリ１６の内部コンポーネントを制御するための手動制御装置４２と、覗き窓４６を有するアクセスドア４４とを有する。エンクロージャ４０はまた、トレー１８の取り外しを可能にするために開くトラップドア５０の平衡を保つツール平衡器４８を有する。
【００５８】
上記のように、例示的な実施形態は、レーザビーム３７を提供するために、多数の異なる構成のうちの任意のものを使用し得る。それらの構成は、複数の炉１０にわたって共有される単一のレーザ３８から、各リボンガイド１４に対して個々の固定レーザ３８を有する単一の炉１０にまで及ぶ。レーザ３８は、固定、可動であり得、ならびに／または可動送達メカニズム（例えば、可動のファイバケーブル）、および／または異なる媒体（例えば、空気）を介してビーム３７を送達し得る。
【００５９】
図７は、レーザビーム３７を提供するための様々な選択肢を詳述する図を一般的に示す。要約すると、図の中の３つの列は、（上の列から下の列に向かって）
・システム内のレーザ３８の数と、
・レーザシステムの可動部分と、
・レーザビーム３７の終端点と
を表している。
【００６０】
図は、レーザビーム３７を送達するための様々な可能な選択肢の単なる一覧表であるということに留意されたい。例えば、システムは、単一のレーザ３８を使用し得、そして、そのビーム３７だけが、複数の異なる炉１０のそれぞれに送達され得る。スキャナ５８または他の装置が、その炉１０における異なるチャネルにレーザビーム３７を送達し得る。第２の例として、システムは、複数のレーザ３８を有し、そして、それぞれのレーザビーム３７を炉１０に送達し得る。さらに、当業者は、この図には明示的には示されていないさらなる並べ替えを加え得る。
【００６１】
図８〜図１１は、図の実施形態の４つの異なる並べ替え／実施形態の実装を概略的に示す。これらの４つの並べ替え／実施形態は、例示的な目的だけのために考察されており、したがって、本発明の全ての実施形態を限定することを意図していないということを、繰り返し述べておく。
【００６２】
図８は、５つの炉１０を有するシステムを概略的に示し、該５つの炉１０は、それぞれが、単一の固定レーザ３８からのレーザビーム３７を共有する。それらの目的のために、図８のシステムはまた、チューブ５１を含み、該チューブ５１は、伝達および切り替えの手段として働き、この手段を通って、レーザ３８からの単一のレーザビーム３７が、進行する。各炉１０は、各炉１０の内部にレーザビーム３７を選択的に反射するために、チューブ５１と炉１０の交差部分に、ミラーボックス（図示せず）を有する。各炉１０はまた、レーザビーム３７を分配するための内部コンポーネントを有する。例えば、一部の炉は、レーザビーム３７を分配する可動のファイバヘッドを有し得るが、他の炉は、レーザビーム３７を分配するための同様なチューブおよびミラーボックスの配置を有し得る。
【００６３】
図８に示されたシステムと同様の方法で、図９のシステムは、複数の炉１０にサービスを提供する。しかしながら、図９のシステムは、炉１０にサービスを提供するために回転システム５２を使用する。具体的には、この実施形態においては、単一のレーザ３８が、回転式割出しテーブル５４に固定され、該回転式割出しテーブル５４は、選択的に、選択された炉１０に向かって動く。ロボットアーム５６は、レーザ３８と接続されたファイバケーブル（図示せず）を、各炉１０の選択のチャネルに向かって動かす。あるいは、ロボットアーム２６は、レーザ３８自体を様々なチャネルに向かって動かし得る。
【００６４】
図１０は、本発明の別の実施形態を概略的に示し、この実施形態は、図８および図９に示された実施形態と同様の方法で、複数の炉１０に対してレーザビーム３７を提供する。実際に、この実施形態は、取り付けられたファイバケーブル（図示せず）を有する単一の可動レーザ３８を使用することによって、図９に示された実施形態と極めて類似している。しかしながら、図９に示された実施形態とは異なって、この実施形態におけるレーザ３８は、回転して動くのではなく、直線状に動く。
【００６５】
図１１は、本発明のさらに別の実施形態を概略的に示し、この実施形態においては、単一の固定レーザ３８が、レーザビーム３７を複数の炉１０に送達する。その目的のために、この実施形態は、異なる炉１０の間で直線状に動くことができるスキャナ５８において終端するファイバケーブル５７を含む。したがって、スキャナ５８が、直線状に動くことにより、選択された炉１０にレーザビーム３７を送達する。
【００６６】
当然ながら、上記ように、上で考察され、かつ、様々な図面に示された実施形態は、例示であり、本発明の全ての実施形態を限定することを意図していない。
【００６７】
したがって、本発明の例示的な実施形態は、シリコンリボン結晶ベースのウエハ３１が、リボン結晶の成長プロセスを中断させることなく連続的に形成されることを可能にする。記載されたシステムは、従来技術のシステムに関する様々な課題を克服している。具体的には、特に、従来技術の手動のスクライビングプロセスは、多くの場合に、微細な亀裂を作るが、低出力レーザプロセスを使用する実施形態のような様々な実施形態は、この課題を実質的に排除する。その結果として、例示的な実施形態は、ウエハの生産量を改善する。
【００６８】
生産の問題からの手動のオペレータの排除がまた、重要である。さらに詳細には、リボン結晶３０と、リボン結晶ベースのウエハ３１とは、本質的に、非常に薄くもろいガラス片であり、約１００ミクロン以下の薄さの部分を有し得る一般的なリボン結晶３０は、非常に壊れやすい。特別に訓練を受けた熟練した人員だけが、一般的に、プロセスに関与するという事実にも関わらす、彼らの手動の取り扱いは、依然として、しばしばリボン結晶３０とリボンウエハ３１とを壊し、その結果として、生産量を低下させ、同時に、費用を増加させる。しかしながら、かかる壊れやすい結晶３０およびウエハ３１の自動処理は、実用不可能であり、かつ、非常に複雑な設計上の難題であると考えられてきて、そのことが、当業者に手動のプロセスを使用させた。かくして、本発明者らは、かかる壊れやすい結晶３０とウエハ３１とを処理するための効果的な自動メカニズムを発見した。上に記述された炉と同様なプロトタイプおよび生産用の炉は、リボン結晶３０とリボンウエハ３１とをより優しく取り扱い、その結果として、ウエハの生産量を増加させ、同時に、労働コストを減少させる。
【００６９】
上記の考察は、本発明の様々な例示的な実施形態を開示しているが、当業者は、本発明の真の範囲を逸脱することなく、本発明の利点の一部を達成する様々な改変を行い得るということが、明らかである。
【国際調査報告】
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