(57)【要約】ウェブ結晶などの半導体サブストレートを製造するための装置および方法を示す。当該装置は、チャンバーおよびチャンバー内にある結晶成長ハードウェア部分から構成される。磁場システムがチャンバー内に垂直磁場を発生する。
2004517797.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）チャンバーと、
（ｂ）上記チャンバー内に置かれ、サブストレートを成長させるために使用する結晶成長ハードウェアアセンブリと、
（ｃ）上記チャンバー周囲を囲み、結晶成長時に必要な磁場を発生する磁場発生器と、を含む半導体サブストレート製造装置。
【請求項２】
サブストレートがデンドライトウェブシリコンまたはデンドライトウェブゲルマニウムである請求項１の装置。
【請求項３】
上記磁場発生器が垂直方向に磁場を発生するものである請求項１の装置。
【請求項４】
上記磁場発生器が、上記チャンバー周囲を取り囲むコイルアッセンブリを含むことを特徴とした請求項１の装置。
【請求項５】
さらに、コイルアセンブリからの熱を伝えるための冷却板を具備している請求項４の装置。
【請求項６】
上記冷却板を使用して、上記コイルアセンブリを通過する電流によって発生する熱が伝えられ、上記熱が上記冷却板内に置かれた冷却チューブ内に水を流すことによって伝えられており、
上記冷却チューブがコイルアセンブリから電気的に絶縁され、電気分解が大幅に低減されることを特徴とした請求項５の装置。
【請求項７】
コイルアセンブリが冷却板から電気的に絶縁されていることを特徴とした請求項５の装置。
【請求項８】
コイルアセンブリがエポキシ樹脂で覆われ、ファイバーグラステープで巻かれていることを特徴とした請求項４の装置。
【請求項９】
さらに、シェル内に磁場を閉じ込めるために、少なくとも部分的に磁場発生器を包囲するシェルを具備している請求項１の装置。
【請求項１０】
さらに、チャンバー内の磁場の方向を制御するために、少なくとも部分的に磁場発生器を包囲するシェルを具備している請求項１の装置。
【請求項１１】
さらに、結晶成長アセンブリの位置において磁界強度を強化するために、少なくとも部分的に磁場発生器を包囲するシェルを具備している請求項１の装置。
【請求項１２】
さらに、強磁性体でできており、少なくとも部分的に磁場発生器を包囲するシェルを具備している請求項１の装置。
【請求項１３】
さらに、チャンバー壁に対して磁場発生器を囲んでいるシェルを備え、上記シェルがシース本体を含み、上記シース本体がシース本体の一端から突き出している上部突縁と、上部突縁の反対側でシース本体の他方の端を覆っている下部突縁を備えている請求項１の装置。
【請求項１４】
さらに、上記シェルがチャンバー内で結晶成長ハードウェアアセンブリ上に配置されたフィールドクランプメンバーを備え、上記フィールドクランプメンバーが上記結晶成長ハードウェアアセンブリからサブストレートを引き出すための開口部を備えており、フィールドクランプメンバーがチャンバー外側にある上記上部突縁と磁気伝導性を持つ請求項１３の装置。
【請求項１５】
トランジションリングが前述の上部突縁と上記フィールドクランプメンバーとを磁気的に結合することを特徴としたクレーム１４の装置。
【請求項１６】
チャンバーが、下部チャンバー本体にかぶさる上部チャンバーキャップを含み、
上記上部チャンバーキャップおよび上記下部チャンバー本体がギャップをはさんだ二重壁構造により形成され、
上記ギャップが二重壁構造中に冷却液を循環させてチャンバーから発生する熱を除去するためのものであり、
上記トランジションリングが、上部チャンバーキャップと下部チャンバー本体を結合し、二重壁構造中に冷却液を循環させるために上述のギャップにあわせた開口部を設けたものである、請求項１５の装置。
【請求項１７】
さらに、結晶成長ハードウェアアセンブリを支持するために磁場成形プレートをチャンバー内に備え、上記磁場成形プレートが結晶成長ハードウェアアセンブリの上の磁場を増強することを特徴とした請求項１の装置。
【請求項１８】
さらに、結晶成長ハードウェアアセンブリを支持するために磁場成形プレートをチャンバー内に備え、上記磁場成形プレートが選択された幾何学的構成となるように異なる厚みを持つことを特徴とした請求項１の装置。
【請求項１９】
上記加熱炉チャンバー内にある磁場を発生するためのコイルアセンブリと、
上記加熱炉チャンバー内にある上記の通常垂直方向である磁場を本質的に封じ込めるための強磁性体シェルと、を含むデンドライトウェブ結晶製造用の加熱炉チャンバー磁場システム。
【請求項２０】
上記コイルアセンブリが、少なくともコイル状エレメント１個と、上記コイル状エレメントとの間に熱伝導性を持つ冷却板とを備えた請求項１９の磁場発生器。
【請求項２１】
上記コイルアセンブリが上記加熱炉チャンバーの周りを囲むように配置された請求項１９の磁場発生器。
【請求項２２】
（ａ）メルトを入れる結晶成長ハードウェアアセンブリを備えたチャンバーを提供することと、
（ｂ）上記メルトからサブストレートを成長させることと、
（ｃ）結晶成長時にメルトに磁場を印加するための磁場発生器を使用し、
上記磁場がサブストレートの成長の長さ方向に加えられ、
上記磁場発生器が前述のチャンバー周囲を取り囲むことと、を含む半導体サブストレート製造プロセス。
【請求項２３】
請求項２２の方法によって形成されるデンドライトウェブ結晶。
【請求項２４】
さらに、前述のチャンバー内にほとんどの磁場を封じ込めるための強磁性体シェルを使用することを特徴とする請求項２２の方法。
【発明の詳細な説明】
（発明の背景）
当該発明は半導体サブストレート製造において、特に、磁場加熱炉使用による結晶の製造システムおよび方法に関するものである。
【０００１】
デンドライトウェブリボン結晶は、その化学的純度が高く、構造上欠陥の密度が低く、長方形で、結晶が比較的薄いことから、太陽電池によく使用されている。また、デンドライトウェブ結晶プロセスによる太陽電池の光からエネルギーへの変換効率は１７．３％であり、これはフローティングゾーンシリコンやその他の衆知の複雑なプロセスなど、高価なプロセスによってのみ得られる高い効率に匹敵する。
【０００２】
図１に、デンドライトウェブシリコン結晶１０のリボンまたはシートを示す。最初のシリコン溶融部分１２Ａから、単結晶としてデンドライトウェブシリコン結晶１０が引き出されている。第２のシリコン溶融部分１２Ｂは、第１のシリコン溶融部分１２Ａからバリヤ１４によって分離される。バリヤ１４は、第１と第２のシリコン溶融部分１２Ａと１２Ｂの間である程度の断熱を施す目的で備えられている。バリヤ１４の小さい開口部（図示されていない）を通って、溶融したシリコンが第２の溶融部分１２Ｂから第１の溶融部分１２Ａへと流れる。第１溶融部分１２Ａをシリコンの融点のわずか下に保つことにより、結晶が第１溶融部分１２Ａ内で連続的に凝固する。第２溶融部分１２Ｂは、融点の少し上にシリコンを加熱し、第２溶融部分１２Ｂにシリコンペレットを機械的に送り込むことによって補充される。第１および第２溶融部分１２Ａおよび１２Ｂは、るつぼ１６内に収まっている。
【０００３】
シリコン結晶１０は、通常、約１．８ ｃｍ／分の速度で上向きに引っ張られることによって成長する。結果的に形成されたデンドライトウェブシリコン結晶１０は、シリコンウェブ部分２０にシリコンデンドライト部分２２が結合されたものとなる。ウェブ部分２０は通常、幅が３〜８ ｃｍで、一般の正方形デンドライトの厚さ５５０μｍに比べ、厚さは約 １００ μｍと薄い。上記の結晶成長を維持するために、第１溶融部分１２Ａ内のメルト表面下で、デンドライトの尖った先端部分２４において、デンドライトサポート構造が連続的に形成される。
【０００４】
従来のデンドライトウェブ結晶成長プロセスは、結晶成長が途中で止まってしまう原因となる「不安定性」など、いくつかの欠点を持っている。その結果、得られる結晶の長さは１〜２ ｍに留まるため、商業的生産には不適当である。商業性を改善した製品を製造するために、メルトに磁場を適用して結晶を成長させると、デンドライトウェブ結晶の成長が安定するなどの改善が得られることが分かった。当該発明の譲受人に譲受された特許申請「Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｓｔａｂｉｌｉｚｉｎｇ Ｄｅｎｄｒｉｔｉｃ Ｗｅｂ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｇｒｏｗｔｈ（デンドライトウェブ結晶成長安定化の方法とシステム）」（シリーズ番号０９／２９４，５２９、１９９９年４月１９日付け）に、デンドライトウェブ結晶成長への磁場の応用に関する説明がある。そのような磁場の例を図２に示す。図２は、物理的に識別できる相対した磁極３２Ａと磁極３２Ｂの対を含む、ダイポールマグネットを持った加熱炉チャンバー３０を示す。磁極３２Ａと３２Ｂの間にあるワーキングギャップＧは、るつぼを収容している成長ハードウェア３４を配置する場所である。コイル３６Ａと３６Ｂがそれぞれ磁極３２Ａと磁極３２Ｂの周りに巻きつけられ、（一般にＸ軸またはＹ軸に沿って）水平磁場を発生する。外部ヨーク３８が磁気的に磁極３２Ａと磁極３２Ｂに接続される。
【０００５】
ここで、（一般にＸ軸またはＹ軸に沿った）水平磁場の代わりに、（一般にＺ軸に沿った）垂直磁場を成長ハードウェア３４に印加すると、多大な利点が得られることが分かった。垂直磁場を発生するためには、磁極３２Ａと３２Ｂをチャンバー３０の最上部と底に取り付ける必要がある。しかし、この構成はデンドライトウェブ結晶の形成を妨害する。つまり、上の磁極が、チャンバー３０の最上部を通して行われるウェブの抽出を妨害することになる。従って、ウェブ結晶の形成を妨害せずにほぼ垂直の磁場を発生させるための磁場発生器が必要になる。
【０００６】
（要約）
当該発明の実施例の１観点に従い、ウェブ結晶などの半導体サブストレートを製造するための装置を示す。当該装置は、チャンバーおよびチャンバー内にある結晶成長ハードウェア部分から構成される。結晶成長ハードウェアアセンブリは、サブストレートを成長させるためのものである。磁場発生器がこのチャンバー周囲を囲んでいる。磁場発生器は、結晶成長プロセス中に磁場を発生するために使用される。このチャンバーは、通常、結晶成長の縦方向として指定される縦軸（図中ではＺ軸）を有する。磁場発生器は、通常この縦方向に磁場を発生する。
【０００７】
磁場発生器の１実施例は、チャンバーを囲むコイルアセンブリから構成される。コイルアセンブリには、電流を流すためのコイル状エレメントが最低１個付いている。冷却板はコイルアセンブリと熱交換を行う。冷却板はコイル状エレメントを通る電流によって発生する熱を伝導させるためにある。冷却板中に置かれた冷却チューブに水を流すことによって熱が除去される。冷却チューブをコイル状エレメントから絶縁すると、電気分解を大幅に低減または完全に除去できる。
【０００８】
シェルは少なくとも部分的に磁場発生器を包囲している。シェルはシェル内に磁場を閉じ込め、チャンバー内での磁気方向を制御し、さらに、結晶成長ハードウェアアセンブリにおける磁界強度を増強するために使用される。
【０００９】
１実施例では、シェルはシース本体を備えることができ、シース本体は、シース本体の一端から突き出す上部突縁と、それに対向してシース本体の反対の端を囲む下部突縁が付いている。シェルには強磁性体を用い、さらに、チャンバー内の結晶成長ハードウェアアセンブリの上に配置したフィールドクランプメンバーを持つことができる。フィールドクランプメンバーには、結晶成長ハードウェアアセンブリからウェブ結晶を抽出するための開口部がある。フィールドクランプメンバーは上部突縁と磁気的に伝導性があり、上部突縁はチャンバー外側に配置される。トランジションリングを使用して、上部突縁をフィールドクランプメンバーに磁気的に結合させることができる。
【００１０】
別の実施例に従い、結晶成長ハードウェアアセンブリを支持するために磁場成形プレートをチャンバー内に配置することができる。磁場成形プレートは、結晶成長ハードウェアアセンブリ上の磁場を増強することができる。磁場成形プレートの厚さは変更可能で、希望の幾何学的形状を持たせることができ、磁気強度はこの幾何学的形状に依存する。
【００１１】
当該発明の実施例の別の１観点に従い、デンドライトウェブ結晶製造プロセスを示す。このプロセスには、結晶成長ハードウェアアセンブリを持つチャンバーを提供する行為が含まれる。結晶成長ハードウェアアセンブリにはメルトが入っており、メルトからサブストレートを成長させ、結晶成長段階でチャンバー内での結晶成長縦方向に向かってメルトに磁場が加えられる。磁場発生器は、メルトに磁場を加えるためにチャンバー周囲を囲んでいる。
【００１２】
（図の概説）
図１は、デンドライトウェブ結晶を成長させるための従来型るつぼの断面図である。
【００１３】
図２は、サブストレートを生成するために使用される従来型の加熱炉チャンバーの断面図で、チャンバーには、るつぼに水平方向の磁場を加えるためのダイポールマグネットがある。
【００１４】
図３は、磁気シェル付きの磁場発生器を持つ加熱炉チャンバーの実施例の横断面図である。
【００１５】
図４は、磁気シェル付きの磁場発生器を持つ加熱炉チャンバーの実施例の横断面図である。
【００１６】
図５は、冷却板がかぶさった磁場発生器のコイル状エレメント部分の拡大図である。
【００１７】
図６は、加熱炉チャンバーに使用されるトランジションリングの実施例の上平面図である。
【００１８】
図７は、加熱炉チャンバーからウェブを抽出するための開口部を持つフィールドクランプメンバーの実施例の上平面図である。
【００１９】
図８は、部分的に内部を示す、加熱炉チャンバーの上平面図である。
【００２０】
図９Ａ〜Ｃは、磁気シェル用スペーサによって支持される磁場成形プレートの他の実施例を示す。
【００２１】
図１０は、デンドライトウェブ結晶製造に使用される従来型結晶成長ハードウェアアセンブリの内部透視図である。
【００２２】
図１１は、図１０の結晶成長ハードウェアアセンブリ用るつぼの上平面図である。
【００２３】
図１２は、図３および図４の加熱炉チャンバー用磁気システムの計算から得られた磁束を示す。
【００２４】
図１３は、当該発明の１実施例における、ワーキングギャップに対するフィールドクランプメンバー開口部の狭い方の幅の幾何学的ｍｍｆ 係数の変化を示すグラフである。
【００２５】
図１４は、図２に示すダイポールシステムのワーキングギャップに対する幾何学的ｍｍｆ 係数と磁極半径の変化を示すグラフである。
【００２６】
図１５Ａと図１５Ｂは、当該発明の１実施例におけるシステムと加熱炉との漂遊磁界を、図２のダイポール磁気システムと比較したグラフである。
【００２７】
（当該発明の実施例の詳説）
（装置）
図の参照において、同じ参照番号は同じ部品を示す。図３および図４は、単結晶や多結晶型サブストレートなどの半導体サブストレートを製造するために使用される加熱炉チャンバー１００を示している。当業者は、当該発明の実施例が、Ｅｖｅｒｇｒｅｅｎ Ｓｏｌａｒ 社製造のストリングリボンおよびＡＳＥ Ａｍｅｒｉｃａｓ社製造のＥＦＧ（ｅｄｇｅ−ｄｅｆｉｎｅｄ ｆｉｌｍ−ｆｅｄ ｇｒｏｗｔｈ）などのシリコンシートやシリコンリボンを製造するために使用可能であることが理解できるであろう。説明のため、当該発明の実施例にはデンドライトウェブ結晶の製造工程を取り上げる。
【００２８】
チャンバー１００の一般的な構造は、下部の円筒形本体１０４に上部チャンバーキャップ１０２をかぶせたものである。チャンバー１００は一般にベル型を取り、たとえば、約５〜１２ ｍｍのギャップ１０８を囲む二重壁構造１０６を持たせることができる。例として（これに限られるものではないが）、下部円筒形本体１０４の直径は約６００ ｍｍにすることができる。チャンバー１００は、楕円形、四角形など、さまざまな幾何学的形状を取ることが可能であり、説明文中または図中に示すものに限られるわけではない。ギャップ１０８は、水などの冷却液をギャップ１０８内で循環させることによりチャンバー１００から熱を逃がし、温度を制御するためのものである。チャンバー１００には、オーステナイト系ステンレス鋼などの非強磁性体を使用できる。チャンバー１００の最上部にある覗き窓１１０は二重壁１０６を貫通しており、製造プロセス中にオペレータがデンドライトウェブ結晶を観察できるようにするためのものである。図中、覗き窓１１０はＺ軸に対して約４５°の角度に向いているためオペレータがまっすぐ覗き込むことができる。
【００２９】
二重壁１０６の外側にある円筒形のコイルアセンブリ１１２は、下部円筒形本体１０４を囲んでいる。つまり、円筒形本体１０４周囲をリングのように包囲している。コイルアセンブリ１１２は、チャンバー１００内でほぼ垂直方向に磁場を発生するために使われる。ここで、「垂直」は図中のＺ軸に対してほぼ平行な方向として定義される。あるいは、「垂直」はウェブ結晶の成長の長さ方向に平行な方向として定義される。図中、コイルアセンブリ１１２はだいたいＺ軸に中心を置いている。Ｚ軸はチャンバー１００の中心を通っているが、コイルアセンブリ１１２はＺ軸に対して非対称的に配置してかまわない。当業者には、コイルアセンブリ１１２に楕円形や正方形などのその他の幾何学的形状を使用できることは明らかであろう。
【００３０】
商業用実施例の１つとして、コイルアセンブリ１１２には、電気的に直列接続した４個のコイル状エレメント１１４Ａ、１１４Ｂ、１１４Ｃ、１１４Ｄを使用できる。コイル状エレメント１１４Ａ〜Ｄには、たとえば、厚さ０．０８ ｍｍの層間絶縁物質をはさんで１．２４５ ｍｍ×５０．８ ｍｍの銅条を６５回巻いたものを使用できる。絶縁物質にはマイラーなどが適している。
【００３１】
１実施例では、隣接して配置された各コイル状エレメント１１４Ａ〜Ｄの間に、３枚の環状冷却板１１６Ａ、１１６Ｂ、１１６Ｃをはさむ。冷却板１１６Ａ〜Ｃにはアルミニウムなど任意の適材を用いることができ、たとえば、１０ ｍｍなどの適切な厚さとすることができる。たとえば、２０ ｍｍ厚のアルミニウムなどを用いた、より厚く強固で頑強な冷却板１１６Ｄと１１６Ｅを使って、コイル状エレメント１１４Ａと１１４Ｄの上と下を塞ぐことができる。冷却板１１６Ａ〜Ｅは、コイル状エレメント１１４Ａ〜Ｄを通過する電流によって発生する熱を除去または発散するためのものである。たとえば冷却板１１６Ａ〜Ｅに挿入した銅管などの冷却チューブを通して、冷却板１１６Ａ〜Ｅに水などの冷却液を循環させてもよい。ここに説明する構造的実施例における重要な点は、コイル状エレメント１１４Ａ〜Ｄから冷却チューブを電気的に絶縁することである。水冷の場合、コイル状エレメント１１４Ａ〜Ｄから冷却チューブを電気的に絶縁すると、電気分解が大幅に軽減され、脱イオン水を使用する必要性が減る結果、運用経費とメンテナンスの必要性が最小となる。
【００３２】
図５は、コイル状エレメント１１４Ａに冷却板１１６Ｄがかぶさっている部分を拡大して示している。冷却チューブ１１８は冷却板１１６Ｄの部分にある。マイラーなどの電気的絶縁物１１５をはさみ、銅条１１３を使ってコイル状エレメント１１４Ａを形成する。１実施例では、コイル状エレメント１１４Ａ〜Ｄを冷却板１１６Ａ〜Ｅから電気的に絶縁するために、ファイバーグラスを織り込んだ布１１７を使用できる。コイルアセンブリ全体１１２に、ファイバーグラス製テープを巻きつけてから、エポキシ樹脂で真空含浸し、単一の硬質、不浸透性のコイルアセンブリ１１２を形成する。コイルアセンブリ１１２は、稼動時の熱膨張収縮によるストレスに対し、高い耐性を備えていなければならない。樹脂を含浸したファイバーグラスを、コイル状エレメント１１４Ａ〜Ｄの端と隣接する冷却板１１６Ａ〜Ｅの間にはさむことにより、効率の面で十分な高さの熱伝導性が得られる。
【００３３】
コイルアセンブリ１１２の実施例は、上述のものに限定されない。当業者が、実使用可能な任意の数のコイル状エレメント１１４Ａ〜Ｄおよび冷却板１１６Ａ〜Ｅ（たとえば、それぞれ２個と３枚）、コイル状エレメント１１４Ａ〜Ｄに使用されるアルミニウムなどのその他の適材、 オーステナイトステンレス鋼など冷却板１１６Ａ〜Ｅに使用されるその他の適切な非強磁性体材料など、さまざまに具体化できることが明らかであろう。さらに、コイル状エレメント１１４Ａ〜Ｄには、薄い条片ではなく、長方形、正方形、あるいは固形の銅またはアルミニウム線を使用できる。別の実施例では、冷却板１１６Ａ〜Ｅに熱を伝えて間接的に冷却するのではなく、熱伝導材料でできたチューブ内に脱イオン冷却液を流すことによって直接冷却することが可能な長方形、正方形、円形などの銅またはアルミニウムチューブを使ってコイル状エレメント１１４を作成することも考えられる。
【００３４】
層間絶縁には、導体を絶縁テープで巻く、導体に絶縁スリーブをかぶせる、または、導体をエナメル銅またはアルマイトなどの絶縁フィルムでコーティングするなどの別の方法や材料を使用することもできる。
【００３５】
上述の構造は、導電性を持つ導体を使った電気抵抗性のあるコイルに適用される。超電導コイルを使用してもよい。ただし、この場合はコイルにおける電力損失がゼロになる一方、今日の超電導体では、超電導コイルを−２６０℃未満という超低温に維持する必要性と経費とが問題となりうる。
【００３６】
１実施例では、図中１２０として示すように、軟らかい強磁性体（つまり、炭素含有量が低い鉄鋼など、容易に磁化できる材料）のシェルが下部円筒形本体１０４およびコイルアセンブリ１１２を包囲する。その他の適切な材料については、Ｌ．Ｊ． Ｇｉａｃｏｌｅｔｔｏ著「 Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｄｅｓｉｇｎｅｒｓ’ Ｈａｎｄｂｏｏｋ， ２ｎｄ Ｅｄ． 」（１９７７年発行）を参照のこと。強磁性体シェル１２０の役割は、ここに記述するものに限定されないが、シェル１２０内に磁場を封じ込めることにより漂遊外部磁界を低減すること、チャンバー１００内の磁気の方向を制御してチャンバー１００の中心部分における磁界強度を増強することなどがある。
【００３７】
１実施例では、シェル１２０は、円筒形シース１２２、円筒形シース１２２から突き出している上部突縁１２４、上部突縁１２４に対向し、円筒形シース１２２から突き出している下部突縁１２６などから構成される。
【００３８】
軟らかい強磁性体のトランジションリング１２８は、二重壁１０６の外側にある上部突縁１２４と、チャンバー１００内部にある軟らかい強磁性体フィールドクランプメンバー１３０とを磁気的に接続するための結合媒体として機能する。トランジションリング１２８は、上部チャンバーキャップ１０２および下部円筒形本体１０４の間を連結する。図６に示すようにトランジションリング１２８には、周囲に沿って設けられている開口部１２９があり、ギャップ１０８において上部チャンバーキャップ１０２から下部円筒形本体１０４へと水などの冷却液を循環させることができる。トランジションリング１２８には、さらに、トランジションリング１２８をフィールドクランプメンバー１３０に固定するための固定用穴１３１が付いている。
【００３９】
冷却液はチャンバー１００で発生する熱を吸収する。冷却液はまた、トランジションリング１２８およびフィールドクランプメンバー１３０を冷却し、磁気特性の劣化を防ぐためそれらを低温（例：５０℃〜３００℃）に保つ。軟炭素鋼より高価であるが、トランジションリング１２８にマルテンサイト系磁性ステンレス鋼を使用すると冷却水による有害な腐食を大幅に防止できる。
【００４０】
図３および図８を参照すると、コイルアセンブリ１１２の巻き線の最初と最後に接続されているねじ込み式端子１３２は、円筒形シース１２２の開口部１３４から操作できる。コイル冷却板１１６Ａ〜Ｅへの接続部分１３６も開口部１３４から操作できる。開口部１３４から漏れる漂遊磁界は、円筒形シース１２２を通過する磁束が分岐して開口部１３４の両側を通ることからほとんど無視できる。
【００４１】
コイルアセンブリ１１２および強磁性体シェル１２０の方向と物理的配置とによって、結晶成長を安定させるために十分な強度の垂直磁場（例：５００〜３０００ガウス）が得られる。フィールドクランプメンバー１３０を含むシェル１２０は比較的軽量（例：３５０〜４５０ ｋｇ）にできるが、最低１５００ガウスの必要最大磁場において発生する磁束によって完全に磁化したり磁気飽和することがないように、十分な厚さにする必要がある。適切な厚みＴ１（図３および図４）の例としては、約８ ｍｍから約４０ ｍｍ、より厳格には約１２ ｍｍから約２５ ｍｍなどがある。フィールドクランプメンバー１３０を含むシェル１２０には、炭素含有量が少ない鉄鋼など、適当な軟らかい強磁性体を使用できる。
【００４２】
別の実施例に関して、図３および図４を参照すると、磁気シェル１２０にはさらにスペーサ１４０で支持される磁場成形プレート１３８を含むことができる。磁場成形プレート１３８は、チャンバー１００のほぼ中心に置かれる結晶成長ハードウェアアセンブリ１４２を支持する。磁場成形プレート１３８の役割は、ここに記述するものに限定されないが、シリコンメルト上（図１の１２Ａ）に磁場を集中し、シリコンメルトに沿ってＸ軸上の磁気強度の変動を制御するなどがある。磁場成形プレート１３８とスペーサ１４０にも、炭素鋼などの軟らかい強磁性体を使用できる。磁場成形プレート１３８の典型的な厚さＴ２は、約２５ ｍｍから約４０ ｍｍにできる。スペーサ１４０は、下部突縁１２６の上の面から磁場成形プレート１３８の底面の間に約３０ ｍｍから約１００ ｍｍ、より厳格には約５０ ｍｍから約７０ ｍｍの隙間を持たせるためのものである。スペーサ１４０の役割は、ここに記述するものに限定されないが、磁場成形プレート１３８と下部突縁１２６の間の効率的な磁気結合、磁場成形プレート１３８の下にヒーターフィラメントを置くためのスペースの確保、コイルアセンブリ１１２を収容するためにシェル１２０内に大きい縦の空間を持たせることにより必要なコイル電力を低減することなどがある。
【００４３】
図９Ａ、９Ｂ、および９Ｃに示すように、磁場成形プレート１３８の厚みを変化させて上面を曲面にできる。図９Ａを参照すると、磁場成形プレート１３８の中央部は他の部分に比べて薄くなっている。このような構造は、メルト中央に比べてシリコンメルトの両端における磁場を強化させる。逆に、図９Ｂに示すように、外側部分より中央が厚いと、シリコンメルトの端部分の磁場が中央部分よりも減少する。別の実施例では、図９Ｃに示すように、磁場成形プレート１３８を曲面にして、シリコンメルト上の磁場を選択的に変化させることもできる。
【００４４】
フィールドクランプメンバー１３０、磁場成形プレート１３８、スペーサ１４０を含む強磁性体シェル１２０は、約５００〜３０００ガウスの磁場を発生し、コイルではそれに対応して約１７０〜６３００ Ｗの電力が消費される。
【００４５】
図３に代表されるように、ハードウェアアセンブリ１４２はグラファイトエレメント１４４などの断熱材によって部分的に包囲される。グラファイトエレメント１４４はハードウェアアセンブリ１４２の底部および側面を囲むことによって断熱を施し、るつぼエレメント１４６（図１０参照）を必要な動作温度（例：約１４００℃）に維持するために必要な電力を最小限に抑えることができる。
【００４６】
参考として添付する、当該発明の譲受人に譲受された特許申請書「Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｓｔａｂｉｌｉｚｉｎｇ Ｄｅｎｄｒｉｔｉｃ Ｗｅｂ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｇｒｏｗｔｈ（デンドライトウェブ結晶成長安定化の方法とシステム）」（シリーズ番号０９／２９４，５２９、１９９９年４月１９日付け）に、るつぼエレメント１４６に関する説明がある。図１０および図１１に簡単に示すように、るつぼエレメント１４６は、第２溶融部分１４８Ｂに囲まれた第１溶融部分１４８Ａを持っている。第１溶融部分１４８Ａはバリヤ１５０によって第２溶融部分１４８Ｂから分離されている。バリヤ１５０の小さい開口部（図示されていない）を通って、シリコンなどの溶融したコンパウンドが第２の溶融部分１４８Ｂから第１の溶融部分１４８Ａへと流れる。第１の溶融部分１４８Ａをシリコン結晶の融点（１４１２°Ｃ）のわずか下に保つことにより、結晶が第１溶融部分１４８Ａ内で連続的に凝固する。第１溶融部分１４８Ａは、結晶の融点の少し上に第２溶融部分を加熱し、フィード穴１５２から第２溶融部分１４２Ｂにシリコンペレットを機械的に送り込むことによって補充される。るつぼエレメント１４６はモリブデン（Ｍｏ）などの蓋１５４およびシールド１５６で覆われる。ハードウェアアセンブリ１４２からデンドライトウェブ結晶１５８を引き出すために、蓋１５４およびシールド１５６に開口部（番号なし）が設けられている。シールド１５６は蓋１５４からの熱損を減少させるもので、温度変化によるストレスを最小限に抑えながらデンドライトウェブ結晶１５８を冷却するために、デンドライトウェブ結晶１５８上に垂直の温度分布を形成する。抵抗加熱器１６０はサセプター１６２を囲んで十分な熱エネルギーを伝達し、結晶成長時にハードウェアアセンブリ１４２の構成部品と成長中のデンドライトウェブ結晶１５８とを適切な温度に保つ。図３に戻ると、下部突縁１２６のフィードスルーカップリング１６４を通して電力が抵抗加熱器１６０に送られている。
【００４７】
図３と図４で明らかなように、デンドライトウェブ結晶１５８は、フィールドクランプメンバー１３０の開口部１６６と加熱炉チャンバー１００の開口部１６８とを通し、加熱炉チャンバー１００の最上部からＺ軸に沿って機械的に引き出される。図７は、円形本体１７０に長方形の開口部１６６があるフィールドクランプメンバー１３０を上から見た平面図である。図中の長方形開口部１６６は、長さＬがＸ軸に沿い、幅ＷがＹ軸に沿って描かれている。長さＬと幅Ｗには任意の適切な値を使用すればよいが、Ｗをできるだけ小さくして開口部１６６からの漏れ磁束を防ぎ、シリコンメルト部分で最強の磁場が得られるようにすることが望ましい。例として、長さＬには約１５０ ｍｍ〜約３５０ ｍｍ、より厳格には約２５０ ｍｍ〜約３００ ｍｍが考えられる。また、デンドライトウェブ結晶形成の様子をまっすぐに観察できるような長さが適切である。例として、幅Ｗには約５０ ｍｍ〜約１８０ ｍｍ、より厳格には約８０ ｍｍ〜約１２０ ｍｍが考えられる。図１０に示すように、デンドライトウェブ結晶１５８の幅がＸ軸に、長さがＺ軸に、厚さがＹ軸に沿っている。
【００４８】
当業者には、当該発明を応用したその他のさまざまな実施例が考えられるであろう。たとえば、コイルアセンブリ１１２はコイルにそれほどの電力を必要としない上、優れた自己磁気遮蔽を持つ。従って、フィールドクランプメンバー１３０の開口部１６６は、幾何学的なｍｍｆ 係数ｋ またはコイル電力、あるいは外部漂遊磁界を急激に増加させずにＹ軸方向に大きくすることができる。フィールドクランプメンバー１３０の開口部１６６には、楕円形や円形など、他の形状を持たせることもできる。そのような実施例には、デンドライトウェブ結晶の垂直の温度分布を制御できるという利点がある。
【００４９】
（垂直磁場）
コイルアセンブリ１１２および磁気シェル１２０の方向と物理的配置によって、結晶の成長を安定させるように磁場を垂直方向に発生させる。その他の利点は、ここに記述するものに限定されないが、製品の製造に同等の有益な結果をもたらすために必要なコイル電力とコイルサイズを低減できること、結晶の平均の長さがより長いこと、結晶成長ハードウェア１４２と図１１に示すクォーツるつぼ１４６を含み、溶融シリコンが入っているチャンバー１００の構成部品の腐食の防止などがある。当該発明の実施例における磁気システム構成は、従来のダイポール磁気システムとは大きく異なる。図２に示すように、従来式のダイポールマグネットは、ＸまたはＹ方向に水平の磁場を発生する。従来式のダイポールマグネットは、物理的にまったく同じ磁極３２Ａと磁極３２Ｂの対を持ち、それぞれコイル３６Ａと３６Ｂが磁極３２Ａと３２Ｂに巻きつけられている。磁極３２Ａと磁極３２Ｂの間の空間であるワーキングギャップＧには結晶成長ハードウェア３４が入っている。外部ヨーク３８が磁気的に磁極３２Ａと磁極３２Ｂを接続する。
【００５０】
そのような従来式双磁極を使って垂直（Ｚ方向）磁場を発生するのは非常に困難である。このような配置にすると、つまり、１磁極がチャンバー３０の最上部にあり、別の磁極がチャンバー３０の底にある場合、上の磁極とコイルとがチャンバー３０上部を通してのウェブ抽出を妨害する可能性がある。簡単に言えば、上の磁極とコイルとがチャンバー３０の最上部で物理的な妨害物となり、ウェブを引き出すのが困難になる。
【００５１】
当該発明の実用磁気システムでは、１つのコイルアセンブリ１１２だけがチャンバー１００を囲んでいる。その結果、対向する磁極対を使用することが不要となる。スペーサ１４０と磁場成形プレート１３８とによる残留磁極があるのがせいぜいである。Ｚ軸に沿った垂直磁場の発生には、チャンバー１００の最上部に磁極を置く必要がなく、ウェブを引き出すために十分な大きさで、また、結晶形成を観察するときに視野をさえぎらないような適切な大きさの開口部１６６を設けることができる。
【００５２】
図４および図１２を参照すると、磁場成形プレート１３８の上面（ｚ＝ｚ１ における）から、結晶成長ハードウェアアセンブリ１４２が入っているワーキングギャップ を横切って、フィールドクランプメンバー１３０の開口部１６６の下端（ｙ＝ｙ１ における）へと磁束を発生させるために必要なコイルのアンペア回数 、つまり、 起磁力（ｍｍｆ ）は次のように求められる。アンペアの法則によると［Ｊ． Ｃ． Ｓｌａｔｅｒ ａｎｄ Ｎ． Ｈ． Ｆｒａｎｋ， Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｓｍ， ＭｃＧｒａｗ−Ｈｉｌｌ， １９４７， ｐｐ． ５９−６２］：
【００５３】
【数１】
2004517797.tif 000003
【００５４】
シェルが完全に磁化されない、つまり、磁気的に飽和しないようにするのに十分強磁性体シェル１２０が厚ければ、磁束を強磁性体シェル１２０中を通すために必要な磁界強度は、式（１）によって得られる、磁束をワーキングギャップに通すために必要な起磁力 Ｊ に比較するとほとんど問題にならない程小さい。
【００５５】
ワーキングギャップ中の磁界 Ｂ は通常Ｚ軸方向であるため、磁束 Φ はフィールドクランプメンバー１３０と上部突縁１２４の上の領域に渡るＢｚ  の積分として概算される。つまり、
【００５６】
【数２】
2004517797.tif 000004
【００５７】
ここで、Ｂ０ はウェブメルトインターフェイスの（つまり、ｚ ＝ ０における）磁界のｚ 成分で、Ｄｃ はコイルアセンブリ１１２の平均直径である。Ｄｓ がシース１２２の平均直径で、Ｂｓ がシース１２２中の制限磁束密度である場合、磁気飽和を防ぐためのシース１２２の最小の厚みは、
【００５８】
【数３】
2004517797.tif 000005
【００５９】
図３に示す加熱炉と磁場発生器に対する代表的な値は、
Ｂ０ ＝ ３ ｋＧ
Ｄｃ ＝ ６６８ ｍｍ
Ｄｓ ＝ ８３５ ｍｍ
Ｂｓ ＝ １８ ｋＧ
ここで、シース１２２の最小厚み Ｔｍｉｎ は ２２．３ ｍｍとする。
【００６０】
磁気飽和を防ぐために、上部突縁１２４、下部突縁１２６、フィールドクランプメンバー１３０も、その外周付近の厚みが最小でなければならない。
【００６１】
図７を見ると、ビデオカメラを使って加熱炉のオペレータが結晶形成と成長を観察できるようにするには、フィールドクランプの開口部１６６のＸ軸方向の長さがＹ軸方向の長さより大きいことが実際上重要である。式（１）の第２項を最小にしてｍｍｆを最小にするために、ｙ１ の値を小さくしてあることに注意されたい。 ｙ１ の値を小さくするもう１つの理由は、開口部を通る外部環境への磁場の漏れを最小に押さえるためである。
【００６２】
式（１）を次の形に書き換えるとより理解しやすい。
【００６３】
【数４】
2004517797.tif 000006
【００６４】
ここで、 ｋ はシェル１２０の詳細な構造に依存し、コイルの構造にもある程度依存する幾何学的ｍｍｆ 係数である。式（１）と式（４）を比較すると次のようになる。
【００６５】
【数５】
2004517797.tif 000007
【００６６】
ｋ の重要性はここで明らかになる。ｙ１ ＝ ０ であり、磁場が完全に均一 （Ｂｚ ＝ Ｂ０） であるような理想的な場合、ｋ の式の第２項はなくなり、第１項は１となる。従って、
ｋ≧１                          （６）
また、式（４）で与えられるｍｍｆ をできるだけ小さくするという観点では、ｋ が１に近いほどより理想的な構造が得られる。
【００６７】
ｋ の値は、「ＰＯＩＳＳＯＮ／ＳＵＰＥＲＦＩＳＨ， ＬＡ−ＵＲ−８７−１１５， １９８７ Ｌｏｓ Ａｌａｍｏｓ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ， Ｌｏｓ Ａｌａｍｏｓ， ＮＭ ８７５４５」のようなコードを使用して理論的に算出できる。図３および図４の実施例に対する計算結果を図１２に示す。等高線１８０は等間隔での磁束を示している。ｋ の値対 ｙ１／Ｇ のグラフを図１３に示す。図４に示すように、ｙ１ ＝ ５６ ｍｍ および Ｇ ＝ ２００ ｍｍに対して、
ｋ＝１．１２                  （７）
図２に示す従来式ダイポールの場合、磁極半径をＲ とすると、図１４に示すようにＲ／Ｇに対するｋ の値ははるかに高い。たとえば、図３に示す加熱炉では、Ｇ ＝ ５００ ｍｍのとき、
ｋ＝１．５７                  （８）
ここで、磁極半径はＲ ＝ １２５ ｍｍ である。
【００６８】
シェル１２０がコイルアセンブリ１１２を包囲し、磁場を効果的に封じ込めている様子を図１２に示す。顕著な磁場の漏れは、フィールドクランプメンバー１３０の開口部１６６からのものだけである。当該システムの構造に起因するものとして、開口部１８２など、システムに存在する他の開口部でもわずかな磁気漏れが起こりうる。図１５Ａと図１５Ｂに示すように、当該発明の実施例では、同じ加熱炉に水平磁場を印加した場合に比較し、漂遊磁界を１０〜１００倍程度減少させることができる。図１５Ａでは、ＡからＬで示す縦軸が、チャンバー１００の最上部から底までの、チャンバー１００内のＺ軸に沿った物理的位置を示している。図１５Ｂでは、ＡからＦが横方向位置で、ｚ ＝ ０においてチャンバー１００の前面を横切るＸ軸に沿っている。
【００６９】
コイルの電力損を低くすることは、製造工場における運用経費および資本経費に直接影響するため、商用システムにおいて重要である。巻きの平均の長さがＬ で、銅断面積がＡ の円筒形コイルの場合、電力損Ｐは、
【００７０】
【数６】
2004517797.tif 000008
【００７１】
ここで、（ がコイル巻き線の導電率である。資本経費の点から見ると、コイル巻き線の量 Ｖ も重要である。
【００７２】
Ｖ ＝ ＬＡ                              （１０）
下表に示すように、垂直磁場マグネットの場合に、コイル電力２．８ ｋＷ、銅体積０．０３８ ｍ３は、シリコンメルトにおいて２０００ガウスの磁場を発生する。これは、従来式水平磁場ダイポールマグネットを使って、同じ磁場を発生させるために必要な電力の４０％ で、必要な銅の量の６０％ である。 垂直磁場マグネットの質量 Ｍ も大幅に小さくなる。
【００７３】
【表１】
2004517797.tif 000009
【００７４】
当該発明のさまざまな応用によって、この他にも結晶成長に関する商業的に大きい利点が得られうる。たとえば、同じ結晶成長ハードウェアを使った場合に、１５００ガウスの磁場によって結晶成長を安定化できるのに対し、図２に示すような従来式配置の場合には２０００ガウスが必要である。式（９）を見ると、安定化に必要な磁場が低いことから、コイル電力が２．８０ ｋＷから１．５８ ｋＷへと４３％減少する。
【００７５】
別の代表的利点として、結晶の平均長がより長くなる。たとえば、現在商業的に実現可能な４．５ ｍをはるかに上回る９．４ ｍの長さの結晶が得られた。
【００７６】
もう１つの代表的利点として、クォーツるつぼの腐食率が５０％減少した。実例として、壁の厚さが２ ｍｍのるつぼが、図２の構成によるシステムでは使用日数が９日間であるのに比べ、１８日間使用することができた。
【００７７】
加熱炉チャンバー１００の実際の容積 Ｖｗ は、係数Ｓを使いチャンバー１００の寸法を立体的に拡大縮小することによってより大きくまたは小さくできる。この場合、
Ｖｗ  ∞  Ｓ３               （１１）
式（９）に従うと、コイル電力係数Ｐσ ／ Ｂ２ はＳに伴って変化する。つまり、
Ｐσ ／ Ｂ２  ∞ Ｓ ∞ Ｖｗ１／３ （１２）
式（３）に従うと、磁気飽和を防止するために、強磁性体シェル１２０の質量はＳ３ に伴って変化させる必要がある。コイルアセンブリ１１２の質量も、また、Ｓ３ に伴って変化するため、磁場発生器の全体の質量がＳ３ に伴って変化する。つまり、
Ｍ ∞ Ｓ３ ∞ Ｖｗ             （１３）
上述の係数の関係を考慮すると、当該発明のさまざまな応用において、拡大率に独立の効果尺度 ｆｍ は、
ｆｍ  ＝ Ｂ２ Ｖｗ４／３ ／ ＰＭσ     （１４）
σ を下げるために冷凍冷却を使用する場合、電力Ｐには巻き線の消費電力だけでなく冷凍機の消費電力も加える必要がある。
【００７８】
コイル電力Ｐと磁場発生器の質量Ｍは、それぞれ事実上の運用経費と資本経費の尺度となる。任意の磁場Ｂに対してこれらが減少するにつれ、効果尺度 ｆｍ は対応して増加する。
【００７９】
図３を参照すると、下部円筒形本体１０４で囲まれている実用上の円筒形体積 Ｖｗ の値は、代表的な寸法である直径５８５ ｍｍと高さ３００ ｍｍを使用すると、
Ｖｗ ＝ ０．７８５４ ｘ ３００ ｘ ５８５２ ＝ ８．０６３５ ｘ １０７ ｍｍ３
ここで、銅の巻き線の導電率が
σ  ＝ ５．８ ｘ １０４ ｍｍ／Ω
さらに、上記の表から得られる値、Ｂ ＝ ２，０００ ガウス、Ｐ ＝ ２，８００ Ｗ、Ｍ ＝ ８９０ ｋｇを使用すると式（１５）から得られる効果尺度は、
ｆｍ ＝ ０．９６４ Ｏｈｍ Ｇｓ２ ｍｍ３／ｋｇ Ｗ
比較すると、表中の従来式水平マグネットの効果尺度はｆｍ  ＝ ０．１３７ と、垂直磁場マグネットの場合の６分の１以下になる。当該発明を利用すると、約０．５以上の効果尺度ｆｍ を得ることが可能である。
【００８０】
腐食したるつぼを交換し、付着したシリコンを除去し、加熱炉の内部ハードウェアのメンテナンスを行うために、加熱炉チャンバー１００内部に簡単にアクセスできることが重要である。図３に示すように、スクリューリフトやウィンチなどの機械的装置を使用して、チャンバー１００、コイルアセンブリ１１２、シェル１２０、パーツ１２２、１２４、１２６を合わせて一体化したサブアセンブリとして持ち上げると、結晶成長ハードウェアアセンブリ１４２にアクセスできる。持ち上げた後、クリーニングやメンテナンスのために、Ｘ軸またはＹ軸の周りに９０度回転して、チャンバー１００内部にアクセスしやすいようにする。図３に示すように、ステンレス鋼などの任意の適材でできた下部突縁１８４をチャンバー１００の底部に溶接し、一体化した部品のサブアセンブリを持ち上げやすいようにする。コイルアセンブリ１１２が下部突縁１８４に、たとえば、下部冷却板１１６Ｄに固定された６本のＭ１２ボルトを使って固定される。一体化したサブアセンブリを持ち上げて回転させるための機械装置は、シース１２０と下部突縁１８４にボルトで固定できる。トランジションリング１２８の外面と、上部突縁１２４の内面の間に約１ ｍｍのクリアランスがある。このクリアランスは、加熱炉とマグネットコンポーネントの組み立てを容易にするためのものである。この程度のわずかなギャップは、必要なｍｍｆ やコイル電力、または、外部漂遊磁界をそれほど増加させることはない。
【００８１】
（操作および使用）
デンドライトウェブ結晶を生成するための加熱炉チャンバー１００とコイルアセンブリ１１２の操作方法を次に例を使って説明する。ここでの例は、当該発明の実施例の範囲を制限するものと解釈されてはならない。最初にクォーツるつぼ１６（図１）に２７５ ｇ の純度の高いシリコンペレットを入れてから、結晶成長アセンブリ１４２のモリブデンサセプター１６２（図１０）内に置く。モリブデン製蓋１５４とモリブデン製シールドスタック１５６（図１０）を所定の場所に配置する。結晶成長アセンブリ１４２が完成すると、加熱炉チャンバー１００の上部が所定位置に下げられる。次に、チャンバー１００内部が空にされ、チャンバー１００に外部環境への漏れがないことを確認するためにテストされる。漏れがないことが確認された後、チャンバー内が不活性アルゴンガスで満たされる。次に、シリコン材料を溶融するために、ヒーター１６０（図１０）が２２ ｋＷで起動される。 シリコンを室温から、融点である１４１２°Ｃより上まで上げるには約４５分かかる。シリコンが融けるとヒーター１６０への電力が約９ ｋＷに下がり、シリコンが溶融状態に保たれる。次に、コイル１１２ （図３）への冷却水の送水が開始され、シリコンメルトの中央部分で１２５０ガウスの磁界強度が得られるように、コイルの電力が５分間に渡って徐々に２ ｋＷへと下げられる。デンドライトウェブ結晶の成長を安定化させるには、１２５０ガウスが適していることが判明している。通常２週間の結晶成長実行中、磁界強度は１２５０ガウスに一定して保たれる。
【００８２】
結晶の成長は、デンドライトシード１８（図１）を溶融シリコン中に滴下し、シード１８が溶けることも凝固することもない状態で、融点の１４１２°Ｃを「維持する」ように温度調整されることによって開始される。次に、シリコンが単結晶シード上に凝着し、固体のシリコン「ウィング（翼）」がデンドライトシード１８の外側に向かって、メルト表面に直線的な形で成長し始めるように、シリコンメルトの温度が数度下げられる。この「ウィングアウト」が約４ ｃｍに達すると、デンドライトシード１８が上向きに引っ張られ、「ウィングアウト」の端に境界デンドライトが形成される。これらの境界デンドライトと上部「ウィングアウト」の間に溶融シリコンのフィルムが形成され、このフィルムが凝固して薄い（１００ ｍｍ）単結晶シリコンリボンを形成する。約１．８ ｃｍ／分の速度でメルトからウェブ結晶が安定して引き出されるように、引き出す速度とメルトの温度を調節する。固体の結晶が引き出されるのを補うために、領域１２Ｂ（図１）に落下して溶融するシリコンペレットによってメルトが補充される。ウェブ結晶は２〜３ ｍの長さに渡って自然に６ ｃｍ広がり、その後、結晶成長中安定した状態に維持される。何らかの理由で結晶の成長が終了した場合、上記の説明に従って別の結晶の成長を開始する。通常２週間を要する結晶成長の期間全体に渡って、垂直の磁界強度が一定に保たれる。成長工程が終了すると、ヒーターはゼロに下がり、シリコンメルトは凝固する。この時点で、コイル１１２への電力もゼロに下がり、チャンバーが室温にまで冷えて、クリーニングと次回の実行を開始できるようになる。
【００８３】
当該発明の特定の実施例をここに示して説明したが、当業者には、広い意味での当該発明の実施例の範疇から逸脱することなしに変更や修正を加えることができることが明白であろう。たとえば、当該発明の方法とシステムによって得られる利点は、デンドライトウェブシリコン結晶の成長のみに限定されない。ゲルマニウムなど、さまざまな他の化合物を含むデンドライトウェブ結晶も、当該発明の方法とシステムを使って成長させることができる。従って、添付のクレームは、そのようなすべての変更、同等、改変を、当該発明の具体化の本来的意味と範囲内に包含するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】
デンドライトウェブ結晶を成長させるための従来型るつぼの断面図である。
【図２】
サブストレートを生成するために使用される従来型の加熱炉チャンバーの断面図で、チャンバーには、るつぼに水平方向の磁場を加えるためのダイポールマグネットがある。
【図３】
磁気シェル付きの磁場発生器を持つ加熱炉チャンバーの実施例の横断面図である。
【図４】
磁気シェル付きの磁場発生器を持つ加熱炉チャンバーの実施例の横断面図である。
【図５】
冷却板がかぶさった磁場発生器のコイル状エレメント部分の拡大図である。
【図６】
加熱炉チャンバーに使用されるトランジションリングの実施例の上平面図である。
【図７】
加熱炉チャンバーからウェブを抽出するための開口部を持つフィールドクランプメンバーの実施例の上平面図である。
【図８】
部分的に内部を示す、加熱炉チャンバーの上平面図である。
【図９】
図９Ａ〜Ｃは、磁気シェル用スペーサによって支持される磁場成形プレートの他の実施例を示す。
【図１０】
図１０は、デンドライトウェブ結晶製造に使用される従来型結晶成長ハードウェアアセンブリの内部透視図である。
【図１１】
図１１は、図１０の結晶成長ハードウェアアセンブリ用るつぼの上平面図である。
【図１２】
図１２は、図３および図４の加熱炉チャンバー用磁気システムの計算から得られた磁束を示す。
【図１３】
図１３は、当該発明の１実施例における、ワーキングギャップに対するフィールドクランプメンバー開口部の狭い方の幅の幾何学的ｍｍｆ 係数の変化を示すグラフである。
【図１４】
図１４は、図２に示すダイポールシステムのワーキングギャップに対する幾何学的ｍｍｆ 係数と磁極半径の変化を示すグラフである。
【図１５Ａ】
図１５Ａは、当該発明の１実施例におけるシステムと加熱炉との漂遊磁界を、図２のダイポール磁気システムと比較したグラフである。
【図１５Ｂ】
図１５Ｂは、当該発明の１実施例におけるシステムと加熱炉との漂遊磁界を、図２のダイポール磁気システムと比較したグラフである。
【図１】
2004517797.tif 000010
【図２】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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2004517797.tif 000061
【国際調査報告】
2004517797.tif 000062
2004517797.tif 000063
2004517797.tif 000064