(57)【要約】融液から結晶シートを引き出すための装置である。該装置は、前記融液を含むように構成され、ダム構造を有する、るつぼであって、前記融液は、前記ダム構造の頂部により画定されるレベルを有する露出面を備える、るつぼを含んでもよい。前記装置は、該るつぼ内部に配置され、上面を有する、支持装置であって、前記結晶シートが前記支持装置の上を引き出されるときに、前記結晶シートは前記融液の前記露出面と同一平面に維持される、支持装置を更に含んでもよく、前記結晶シートが前記支持装置の上を引き出されるときに、前記結晶シートを部分的に融解するために、前記支持装置の前記上面を通って熱を向ける、融解戻しヒーターを含んでもよい。
2018530500.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
融液から結晶シートを引き出すための装置であって、該装置は、
前記融液を含むように構成され、ダム構造を有する、るつぼであって、前記融液は、前記ダム構造の頂部により画定されるレベルを有する露出面を備える、るつぼと、
該るつぼ内部に配置され、上面を有する、支持装置であって、前記結晶シートが前記支持装置の上を引き出されるときに、前記結晶シートは前記融液の前記露出面と同一平面に維持される、支持装置と、
前記結晶シートが前記支持装置の上を引き出されるときに、前記結晶シートを部分的に融解するために、前記支持装置の前記上面を通って熱を向ける、融解戻しヒーターと、を備える、装置。
【請求項２】
前記融液は酸化アルミニウムを備え、前記結晶シートはサファイアを備える、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記支持装置は、
前記るつぼの底から伸びる固定部分と、
前記支持装置の前記上面を画定する調整可能部分であって、前記ダム構造の前記頂部に対して第１のレベルに前記上面が配置される第１の位置から、前記ダム構造の前記頂部に対して第２のレベルに前記上面が配置される第２の位置へ、動くことができる、調整可能部分と、を備える、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記調整可能部分は、前記第１の位置及び前記第２の位置において、前記固定部分と接触する、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記支持装置は耐熱金属を備える、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記ダム構造の下流に配置され、ガスの流れを前記ダム構造に隣接する前記融液へ向ける、ガスジェットを更に備える、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
融液から結晶シートを成長させるための装置であって、該装置は、
前記融液を含むように構成され、ダム構造を有する、るつぼであって、前記融液は、前記ダム構造の頂部により画定される露出面を有する、るつぼと、
前記融液の前記露出面から冷却区域で熱を除去するために、前記融液の上に配置される晶析装置であって、前記結晶シートの前縁が前記冷却区域で前記露出面に形成され、前記結晶シートは最初のシートの厚さを有する、晶析装置と、
前記るつぼ内部で前記晶析装置の下流に配置され、上面を有する、支持装置であって、前記結晶シートが前記支持装置の上を引き出されるときに、前記結晶シートは前記融液の前記露出面と同一平面に維持される、支持装置と、を備える、装置。
【請求項８】
前記融液は酸化アルミニウムを備え、前記結晶シートはサファイアを備える、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記支持装置は、
前記るつぼの底から伸びる固定部分と、
前記支持装置の前記上面を画定する調整可能部分であって、前記ダム構造の前記頂部に対して第１のレベルに前記上面が配置される第１の位置から、前記ダム構造の前記頂部に対して第２のレベルに前記上面が配置される第２の位置へ、動くことができる、調整可能部分と、を備える、請求項７に記載の装置。
【請求項１０】
前記固定部分は、水平に対して、第１の傾斜角を画定する第１の接触面を有し、前記調整可能な部分は、前記第１の接触面と接触し前記第１の傾斜角で配置される第２の接触面を有し、前記支持装置の前記上面は前記水平に平行である、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記結晶シートが前記支持装置の上を引き出されるときに、前記結晶シートを部分的に融解するために、前記支持装置の前記上面を通って熱を向ける、融解戻しヒーターを更に備える、請求項７に記載の装置。
【請求項１２】
前記融解戻しヒーターは、前記るつぼの区分の下で、前記支持装置に隣接して配置される、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
融液から結晶シートを成長させる方法であって、該方法は、
ダム構造を有する、るつぼの中で、融液の露出面の上に前記結晶シートを形成するステップであって、前記露出面は前記ダム構造の頂部により画定される、ステップと、
前記露出面に対する前記結晶シートの表面の第１の位置を測定するステップと、
該第１の位置に基づいて、支持装置の上面を第１のレベルに置くステップと、
前記結晶シートを前記支持装置の前記上面の上を第１の方向に沿って引き出すステップであって、前記結晶シートは前記露出面と同一平面に維持される、ステップと、を有する方法。
【請求項１４】
前記支持装置は、
前記るつぼの底から伸びる固定部分と、
前記支持装置の前記上面を画定する調整可能部分と、を備え、
前記上面を前記第１のレベルに置くステップは、前記調整可能部分が前記固定部分と接触する間に、第１の位置から第２の位置へ前記第１の方向に沿って前記調整可能部分を動かす、ステップを有する、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記引き出すステップ中に、前記支持装置を通って、前記結晶シートへ、熱を向けるステップであって、前記支持装置の上に配置された前記結晶シートの一部の融解戻しをする、ステップを更に有する、請求項１３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、融液からの結晶材料の成長に関し、特に、融液から単一の結晶シートを形成することに関する。
【背景技術】
【０００２】
サファイアは、シリコンの次に２番目に最も広く用いられる、合成の単結晶材料である。サファイアは、酸化アルミニウム（Al03）の１つの結晶形状を表し、例えば、融液からサファイアの結晶ブールを成長することにより形成することができる。サファイアの応用は、発光ダイオード（LED）の基板、光の窓、サファイア上シリコン（SOS）、携帯機器など、としての使用を含む。これらの応用の全ては、薄い結晶シートの形状の単一の結晶（単結晶）サファイアを伴う。したがって、ブールとして成長するとき、成長後にブールを薄切りにすることにより、サファイアのシート又はウエーハを形成することができ、ターゲットの厚さのサファイアのシート又は基板を形成する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
シリコンの成長の場合において、単結晶シリコンは、いわゆるフローティングシリコン法（FSM）により成長させることができる。FSM方法において、融液表面で層を結晶化するために、融液表面の部分を冷却することにより、かつ、結晶層を水平方向に引くことにより、シリコンの結晶シートを融液から形成する。このように、単結晶シリコンのシートは、シリコンの融液からリボンとして、連続的に引き出すことができる。偶然に、単結晶シリコンの密度はシリコンの融液の密度より小さく、成長するシリコンのリボンが融液表面の上に浮かぶことを引き起す。これにより、リボンを、融液表面に沿って都合よく引き出すことができ、ターゲットの位置でシリコンの融液から分離することができる。融液からの単結晶シートの形成が望ましい、サファイアを含む他の材料のシステムは、液相においてより、結晶相において、より高い密度を示す。したがって、融液から水平方向を向くシートを引き出すことによりサファイアを形成するための技術は、欠けている。本発明は、これらの考慮及び他の考慮に鑑みて、提供される。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本概要は、以下の詳細な説明で更に説明する概念の選択を簡易な形式で導入するために提供される。本概要は、特許請求の範囲の主要事項の重要な特徴又は本質的な特徴を同定することを意図するものではなく、本概要は、特許請求の範囲の主要事項の範囲を決定するのに役立つことを意図するものでもない。
【０００５】
一実施態様において、融液から結晶シートを引き出すための装置は、前記融液を含むように構成され、ダム構造を有する、るつぼであって、前記融液は、前記ダム構造の頂部により画定されるレベルを有する露出面を備える、るつぼを含んでもよい。前記装置は、該るつぼ内部に配置され、上面を有する、支持装置であって、前記結晶シートが前記支持装置の上を引き出されるときに、前記結晶シートは前記融液の前記露出面と同一平面に維持される、支持装置を更に含んでもよく、前記結晶シートが前記支持装置の上を引き出されるときに、前記結晶シートを部分的に融解するために、前記支持装置の前記上面を通って熱を向ける、融解戻しヒーターを含んでもよい。
【０００６】
更なる実施態様において、融液から結晶シートを成長させるための装置は、前記融液を含むように構成され、ダム構造を有する、るつぼであって、前記融液は、前記ダム構造の頂部により画定される露出面を有する、るつぼを含んでもよい。前記装置は、前記融液の前記露出面から冷却区域で熱を除去するために、前記融液の上に配置される晶析装置であって、前記結晶シートの前縁が前記冷却区域で前記露出面に形成され、前記結晶シートは最初のシートの厚さを有する、晶析装置を、また、含んでもよく、前記るつぼ内部で前記晶析装置の下流に配置され、上面を有する、支持装置であって、前記結晶シートが前記支持装置の上を引き出されるときに、前記結晶シートは前記融液の前記露出面と同一平面に維持される、支持装置を含んでもよい。
【０００７】
更なる実施態様において、融液から結晶シートを成長させる方法は、ダム構造を有する、るつぼの中で、融液の露出面の上に前記結晶シートを形成するステップであって、前記露出面は前記ダム構造の頂部により画定される、ステップと、前記結晶シートの表面の位置を測定するステップと、測定した第１の位置に基づいて、支持装置の上面を第１のレベルに置くステップと、前記結晶シートを前記支持装置の前記上面の上を第１の方向に沿って引き出すステップであって、前記結晶シートは前記露出面と同一平面に維持される、ステップと、を含んでもよい。
【０００８】
更なる実施態様において、融液から結晶シートを引き出すための装置は、前記融液を含むように構成され、ダム構造を有する、るつぼであって、前記融液は、前記ダム構造の頂部により画定されるレベルを有する露出面を備える、るつぼと、該るつぼ内部に配置され、上面を有する、支持装置であって、前記結晶シートが前記支持装置の上を引き出されるときに、前記結晶シートは前記融液の前記露出面と同一平面に維持される、支持装置と、前記結晶シートが前記支持装置の上を引き出されるときに、前記結晶シートを部分的に融解するために、前記支持装置の前記上面を通って熱を向ける、融解戻しヒーターと、を含んでもよい。前記装置は、前記ダム構造の下流に配置され、ガスの流れを前記ダム構造に隣接する前記融液へ向ける、ガスジェットを更に含んでもよい。
【０００９】
更なる実施態様において、融液から結晶シートを引き出すための装置は、前記融液を含むように構成され、ダム構造を有する、るつぼであって、前記融液は、前記ダム構造の頂部により画定されるレベルを有する露出面を備える、るつぼを含んでもよく、前記ダム構造の下流に配置され、ガスの流れを前記ダム構造に隣接する前記融液へ向ける、ガスジェットを含んでもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１Ａは、本発明の様々な実施形態による、融液から結晶シートを形成するための装置を示す。図１Ｂは、本発明の実施形態による、ガスジェットのクローズアップを示す。
【図２Ａ】追加の実施形態による、別の装置の部分の側面図を示す。
【図２Ｂ】図２Ａの装置の端面図を示す。
【図３】支持装置の実施形態を示す。
【図４】図３の支持装置の実施形態により提供される例示的熱流プロファイルを示す。
【図５】図５Ａ及び図５Ｂは、本発明の実施形態により図３の支持装置を用いる結晶シートの処理中の２つの異なるシナリオを示す。
【図６】例示的プロセスフローを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本実施形態は、融液から単結晶シートを形成するための装置及び技術を提供する。融液表面に沿ってシートを水平にする方法で引き出すことにより、単結晶シートを成長させるために、様々な実施形態を有益に採用することができる。様々な実施形態において、単結晶シートが融液の密度より高い密度を有する、サファイアなどの材料の単結晶シートを成長させることができる。
【００１２】
さて、図を見るに、図１Ａは、融液から結晶シートを形成するための装置１００を示す。図２Ａは、装置２００の部分の側面図を示し、装置２００は装置１００の変形であり得る。図２Ｂは、装置２００の端面図を示す。様々な実施形態において、装置１００は、融液１０６を含むように構成される、るつぼ１０２を含むことができる。るつぼは、ヒーター１０４として示す様々なヒーターにより加熱することができる。ヒーター１０４は、以下に論じるような他の目的のためだけでなく、融液を生成し維持するために、用いることができる。装置１００は、冷却区域１２０で熱を除去するために、融液１０６の上に配置される晶析装置１０８を含むことができる。特に、熱は、融液の（上部）露出面１２４から除去することができ、結晶シート１１２の前縁１２２が、図２Ａに示すように、形成される。
【００１３】
装置１００は、さらに、前縁１２２の下に配置された増熱器１１０を含むことができる。装置１００は、また、ダム構造１１６も含むことができる。以下にもっと詳細に論じるように、ダム構造１１６は、融液１０６の露出面１２４のレベルを画定することができる。装置１００は、さらに、るつぼ１０２内部に配置され、晶析装置１０８の下流に配置された支持装置１１４を含むことができる。以下に論じるように、支持装置１１４又は類似の支持装置は、図示のデカルト座標系のＹ軸に沿ってそのレベルが変化する上面を含むことができる。支持装置１１４は、結晶シート１１２に熱を向けるだけでなく、結晶シート１１２を支持するために、用いることができる。サファイアの結晶シートを成長させるための様々な実施形態において、るつぼ１０２、増熱器１１０及び支持装置１１４は、モリブデン又はタングステンなどの耐熱金属から作ることができる。
【００１４】
さらに、図１Ｂに示すように、結晶シート１１２は、引くための道具（図示せず）により図の右に引き出すことができ、結晶シート１１２をダム構造１１６に引き上げる時に、結晶シート１１２は融液１０６から分離される。装置１００は、また、ガスジェット１１８も含むことができ、ガスジェット１１８は、ガスを結晶シート１１２の下側に向けることにより、結晶シート１１２を融液１０６から分離することを支援する。ガスジェット１１８は、ダム構造１１６の下流に配置することができ、ガスの流れ１２１をダム構造１１６に隣接する融液１０６に向ける。
【００１５】
融液１０６がアルミナ（サファイア）であり、融液１０６とダム構造１１６との間の接触角がより小さいとき、ガスジェット１１８は、特に、有用であり得る。例えば、Si融液の場合、シリコン融液と石英ダム構造との間の接触角は８７度であり、単にシートを少し上へ引っ張ることにより、安定性を維持することができる間に、メニスカス１１９が、広い範囲の接触角にわたって、安定のままでいることを可能にする。融液１０６がサファイアであり、ダム構造１１６がMo（モリブデン）から作られる場合の実施形態に対して、融液１０６とダム構造１１６との間の接触角は〜３０度である。このより小さい接触角により、単に結晶シート１１２を持ち上げることによって、安定性を維持することをもっと困難にさせる。ガスジェット１１８は、融液１０６とダム構造１１６との間のメニスカス１１９の第１の曲率を生成することができ、第１の曲率は、ガスジェット１１８がないときの融液１０６と支持装置１１４との間のメニスカス１１９の第２の曲率とは異なる。
【００１６】
結晶シート１１２が、融液１０６より、もっと高い密度を有する実施形態において、図２Ａに示すように、支持装置１１４は、露出面１２４と同一平面などのレベルに、結晶シート１１２を維持することができる。言い換えれば、結晶シート１１２が晶析装置１０８から引き離されるときに、支持装置１１４は、結晶シート１１２が露出面１２４の下に垂れ下がるのを防ぐことができる。
【００１７】
様々な実施形態において、融液からの単結晶シートのファセット縁の成長のために、装置１００又は装置２００を用いることができる。ファセット縁の成長は、単結晶シートを融液から引き出すプロセスを参照することができ、そのプロセスで、単結晶シートの前縁は、融液面に対して特定の方向に沿って、形成される。
【００１８】
単結晶サファイアの成長の実施形態において、結晶シート面（別の「Ａ」平面）に対して６０度の角度を形成するサファイア結晶構造の「Ａ」平面ファセットを用いて、結晶シートの前縁を形成することができる。図２Ａにおいて、結晶面は、結晶シート１１２の表面２２２により表すことができる。水平なシートとして引き出されるとき、表面２２２は、水平平面（Ｘ−Ｚ）にある融液１０６の露出面１２４に平行にすることができる。シートの表面が水平平面に平行に維持されている間に、単結晶シートは、したがって、シートを水平平面に沿って引き出すことにより、形成することができる。
【００１９】
様々な実施形態において、装置１００は、結晶シート１１２が前縁１２２の近くで生じる固体／液体インターフェースから熱を除去するために、集中冷却を供給することにより、結晶シート１１２の形成を促進することができる。様々な実施形態において、晶析装置１０８は、放射、ガス伝導及びガス対流のプロセスの組合せを促進することによる、集中冷却を供給することができる。特定の実施形態において、晶析装置１０８は、露出面１２４にごく接近して位置づけられた低温のブロックとすることができる。晶析装置１０８は、いくつかの実施形態において、冷却ガスを露出面１２４に向けるために、ガスジェットを含むことができる。
【００２０】
融液１０６が酸化アルミニウムである実施形態において、露出面１２４からのガス伝導及び放射は、結晶化を促進させるための適切な冷却を発生するのに十分であり得るため、冷却ジェットは選択的に省くことができる。これは、シリコン（融解温度１４１２℃）とは違って、サファイアの融液（２０５０℃）は晶析装置に対してもっとより高い温度に維持され、放射冷却はもっとより強い（Ｑ放射〜Ｔ４）ためであり、晶析装置１０８は水冷ブロックとすることができる。
【００２１】
晶析装置１０８により供給される集中冷却に加えて、結晶シート１１２の前縁の成長を安定化するために、増熱器１１０により融液から局所的熱流を供給することができる。サファイアシートを形成するためのファセット縁の成長の実施形態において、融液１０６の集中熱流は、サファイア（酸化アルミニウム）融液の絶縁性により、直ちに成し遂げることができる。例えば、サファイアの熱拡散率は、Siの２．６×１０−５m2/sに比べて、４．５×１０−７m2/sである。さらに、上記のように、るつぼ１０２及び増熱器１１０は、熱伝導である耐熱金属から成ることができる。例えば、るつぼ１０２及び増熱器１１０用にタングステンを用いる、いくつかの実施形態において、そのようなコンポーネントの熱伝導率は、タングステン金属の熱伝導率を代表する２０２W/mKとすることができる。
【００２２】
したがって、融液の比較的低い熱拡散率だけでなく、るつぼ及び増熱器の材料（耐熱金属）の比較的高い熱伝導率のために、サファイアのファセット縁の成長は、原則として、装置１００又は装置２００を用いて、直ちに成し遂げることができる。固体の結晶相の密度が液相（融液）の密度より高い、サファイア又は他の結晶材料の高品質の結晶シートを形成するための難しいがやりがいがある課題は、前述の結晶シートが融液の露出面の下に垂れ下がることである。様々な実施形態において、結晶シート１１２などの晶析装置１０８の下流に結晶シート用の支持を証明することにより、この課題に対処するために、支持装置１１４を用いることができる。
【００２３】
図１Ａに例示するように、支持装置１１４の上面は、露出面１２４のちょうど下に位置付けることができる。結晶シート１１２は図の右の方へ引き出されるので、この位置付けは、結晶シート１１２を露出面１２４と同一平面に維持するのを支援することができる。様々な実施形態において、るつぼ１０２は、融液１０６用の５ｍｍから２５ｍｍの融液の深さを含むのに適切なＹ方向に沿う深さを有することができる。実施形態は本文脈に限定されない。いくつかの実施形態において、約０．５ｍｍから３ｍｍの前縁に近い最初のシートの厚さに対して、結晶シート１１２を形成することができる。実施形態は本文脈に限定されない。したがって、結晶シート１１２の表面２２２を融液１０６の露出面１２４と同一平面に維持するために、支持装置１１４の上面は、融液の露出面１２４の下の約０．５ｍｍから３ｍｍに位置付けることができる。
【００２４】
異なるアプリケーションにより、結晶シート１１２のターゲットの厚さは、結晶シート１１２の最初のシートの厚さと異なるようにすることができる。さらに、結晶シートの厚さは、同一の公称プロセス条件に対して、稼働から稼働へ変えることができる。以下に詳細に説明するように、結晶シート１１２が融液の露出面１２４と同一平面のままであることができるように、結晶シート１１２を支持するために、支持装置１１４の上面を、したがって、融液１０６の露出面１２４に十分に近くにあるように、位置付ける又は再度位置付けることができる。言い換えれば、結晶シートが支持装置１１４の上を引かれるときに、結晶シートの表面２２２を露出面１２４のレベルと同じレベルにすることができる。
【００２５】
さらに図２に示唆されるように、結晶シート１１２の形態を向上するだけでなく、結晶シート１１２のシート厚さを修正するためにも、結晶シート１１２への熱流を調整するために、結晶シート１１２が右の方へ引き出されるときに、ヒーター１０４などのヒーターを用いることができる。
【００２６】
様々な実施形態において、支持装置１１４は、支持装置１１４の上面のレベルを変更することを促進する複合部分を有することができる。図２Ａ、図２Ｂ及び図３を参照するに、支持装置１１４の変形であり得る支持装置２０２が示される。本構成において、支持装置２０２は、るつぼ１０２の底から伸びる固定部分２０４を含むことができる。支持装置２０２は、さらに、支持装置２０２の上面２１６を画定する調整可能部分２０６を含むことができる。
【００２７】
図３に示唆されるように、調整可能部分２０６は少なくともＺ軸に沿って動くことができる。例えば、調整可能部分２０６は、図３に示すように、第１の位置Ｐ１から第２の位置Ｐ２へ動くことができる。この可動性により、結晶シート１１２のシート厚さの変更などのプロセス変更に適合することができる。図２Ａに示すように、融液１０６の露出面１２４のレベルは、ダム構造１１６の頂部２１０により画定することができる。結晶シート１１２を融液１０６から連続的に引き出す機能を促進するために、融液１０６の露出面１２４のレベルを、ほぼダム構造１１６の頂部２１０のレベルに維持することができる。露出面１２４のレベルがダム構造１１６の頂部２１０のレベルを少し超す場合、超過の融液はダム構造１１６を越えてあふれ出ることができる。したがって、十分な量の融液１０６をるつぼ１０２内部に維持することにより、露出面１２４のレベルは頂部２１０により画定することができる。この状況において、結晶シート１１２の表面２２２を露出面１２４と同一平面に維持するために、結晶シート１１２の厚さの変化は、以下の方法で、支持装置２０２により適合することができる。
【００２８】
第１のシナリオにおいて、結晶シート１１２は２ｍｍの厚さを有することができる。この状況において、調整可能部分２０６は、破線の構造に示されるように、位置Ｐ１に位置付けることができ、ダム構造１１６の頂部２１０などのるつぼ１０２の他のパーツに対して、第１のレベルＬ１に上面２１４が配置される。第１のシナリオにおいて、結晶シート１１２の厚さを２ｍｍと仮定すると、結晶シート１１２の表面２２２を融液１０６の露出面１２４と同一平面にすることができる。図３に例示する第２のシナリオにおいても、支持装置２０２は、実線の構造に示されるように、位置Ｐ２に位置付けることができる。第２のシナリオにおいて、ダム構造１１６の頂部２１０に対して、したがって、露出面１２４に対して、第２のレベルＬ２に上面２１４が配置される。第２のシナリオにおいて、上面２１４は、露出面１２４に、より近くに位置付けられる。結晶シート１１２が第１のシナリオより薄い場合、この構成は有用にすることができる。例えば、第２のシナリオにおいて、結晶シート１１２は１ｍｍの厚さを有することができる。したがって、結晶シート１１２の表面２２２を露出面１２４と同一平面にすることを維持するため、第１のシナリオと比較して、結晶シート１１２のより薄い厚さ用に調整するために、支持装置２０２の上面２１４のレベルＬ２は露出面１２４により近くにされる。もっと一般的に、結晶シートの引き出し方向に平行な方向（Ｚ軸）に沿って、調整可能部分２０６を単に動かすことにより、上面２１４のレベルを、必要に応じて、露出面に対して上方へ又は下方へ調整することができる。
【００２９】
結晶シート１１２に対する支持を提供することに加えて、支持装置２０２は、熱を露出面１２４の方へ向けることができ、特に、結晶シート１１２が支持装置２０２の上を引き出される間に、熱を結晶シート１１２の方へ向けることができる。例えば、支持装置２０２を通って結晶シート１１２へ流れる熱を供給する、ヒーター２１２として示す融解戻しヒーターを支持装置２０２の下に配置することができる。他の実施形態において、融解戻しヒーターを支持装置２０２の内部に配置することができる。以下に論じるように、支持装置２０２により供給される熱は、結晶シート１１２を右へ引き出すときに、結晶シート１１２の部分の融解戻しをするために、用いることができる。このように、結晶シート１１２の粗さを改良することができ、結晶シート１１２を融液１０６から分離する前に、結晶シート１１２の厚さをターゲットのシート厚さに調整することができる。結晶シート１１２への熱の伝達を促進するために、様々な実施形態において、調整可能な部分２０６を固定部分２０４に接触して維持することができる。例えば、調整可能な部分はＺ軸に沿って動かされるので、調整可能な部分２０６及び固定部分２０４は、互いに接触して維持することができる。
【００３０】
調整可能な部分が動かされる間に、上面２１４のレベルを調整し、固定部分２０４と調整可能な部分２０６との間の接触を維持するために、図３に示唆されるように、調整可能な部分２０６は摺動自在に動かすことができる。固定部分２０４及び調整可能な部分２０６は、図示のように、くさび形状を有することができる。固定部分２０４は、第１の接触面２２４を画定する上面を有することができ、第１の接触面は、水平に対して、第１の傾斜角θを形成する。調整可能な部分２０６は、第２の接触面２２６を画定する下面を有することができ、第２の接触面２２６は、上面２１４に対して、第１の傾斜角θに配置される。このように、第１の接触面２２４及び第２の接触面２２６は、互いに接触して維持され、上面２１４は水平に平行である。いくつかの実施形態において、調整可能な部分２０６の動きを促進し、調整可能な部分２０６と固定部分２０４との間の接着又は溶接を避けるために、調整可能な部分２０６は、固定部分２０４とは異なる材料から作ることができる。
【００３１】
図１Ａ及び図２Ａに戻るに、様々な実施形態において、結晶シート１１２のレベルをモニターすることができる。例えば、るつぼ１０２は炉１４０の中に配置することができる。炉１４０は、例えば、目視検査による結晶シート１１２のモニターを容易にする窓（図示せず）を含むことができる。いくつかの実施形態において、結晶シート１１２の引っ張り速度は、１mm/s以下のオーダーとすることができる。結晶シート１１２のレベルの変化が観察された時、例えば、露出面１２４と同一平面などのターゲットのレベルに結晶シートを維持するために、支持装置２０２は、調整可能な部分２０６の上面２１４のレベルを調整することができる。図３にもまた、戻るに、図３は、支持装置２０２の近くの結晶シート１１２のレベルの調整を明示的に例示するが、上面２１４のレベルの調整は、また、前縁１２２のレベルの調整の効果も有することができる。このように、露出面１２４と同一平面などのターゲットの位置に前縁１２２のレベルを維持するために、支持装置２０２を用いることができる。図２Ａに、さらに示すように、装置２００は、露出面１２４に対する、結晶シート１１２の、シート厚さ又は表面２２２の位置を測定するために、モニター２１５を含むことができる。モニターは、図示のように、支持装置２０２の上流に配置することができる。モニター２１５により測定された結晶シート１１２に関する情報は、結晶シート１１２の表面２２２を所望のレベルに維持するために、支持装置の上面２１４のレベルを調整するために用いることができる。
【００３２】
図４は、支持装置２０２の実施形態により提供される例示的熱流プロファイル４００を示す。例示されるように、熱流は調整可能な部分２０６の上に集中させることができる。この熱流の集中は、結晶シート１１２の少なくとも１部を融解し戻すために、用いることができる。約４W/cm2から５W/cm2などの十分な熱流束を結晶シート１１２へ供給することにより、図３に示すように、結晶シートを支持装置２０２の上で引き出すときに、結晶シートの下側を融解することができる。この結晶シート１１２の下側の融解により、結晶シート１１２と支持装置２０２との間の一定流体界面を供給することができ、氷の面上のアイススケート靴の動きに類似の潤滑を供給する。このように、結晶シート１１２を支持装置２０２の上で引き出すときに、支持装置２０２の調整可能な部分２０６は、融解戻しヒーターにより供給される伝導熱により、結晶シート１１２に対して、低摩擦のベアリング面を供給することができる。
【００３３】
図５Ａ及び図５Ｂは、本発明の実施形態により支持装置２０２を用いる結晶シートの処理中の２つの異なるシナリオを示す。特に、引っ張り方向が、例えば、図２Ａに更に例示されるように、Ｚ軸に沿っている場合に、結晶シート１１２は、引っ張り方向に垂直な横断面図で示される。また、図３を参照するに、結晶シート１１２の領域Ｒが支持装置２０２の点Ｐ３の上に配置される、図５Ａの第１のシナリオが示される。結晶シート１１２が右へ引き出されるときに、領域Ｒも、また、右へ動く。図５Ｂに示す第２のシナリオにおいて、領域Ｒが支持装置２０２の点Ｐ４の上に配置される。したがって、図５Ｂのシナリオは、図５Ａのシナリオと比較して、より後の時間の点での、結晶シート１１２の領域Ｒの状態を表わす。
【００３４】
また、図５Ａに示すように、融液領域５０２は、結晶シート１１２と調整可能な部分２０６との間に配置することができる。融液領域５０２は、少なくとも部分的に結晶シート１１２へ伝達された熱により、生じることができる。図５Ａに更に示すように、結晶シート１１２は、最初に、融液領域５０２に隣接する結晶シート１１２の下側に、より大きい粗さを示し得る。支持装置２０２は、結晶シートのより厚い領域の選択的融解戻しを意味する適応融解戻しを供給することにより、結晶シート１１２の粗さを有利に低減することができる。この適応融解戻しにより、結晶シート１１２のより良い厚さの均一性を導くことができ、粗さは、図５Ｂに示すように、低減される。特に、融液領域５０２がアルミナ融液であり、結晶シート１１２がサファイアである実施形態において、融液領域５０２は、比較的高い熱伝導抵抗を有する。したがって、結晶シート１１２が相対的により厚い領域５０６において、領域５０６と調整可能な部分２０６との間の融液領域５０２の部分５０４は相対的により薄い。したがって、領域５０６は、低い熱伝導抵抗の場所を示し、熱５０８が結晶シート１１２の中へつぎ込まれることを可能にし、より大きい融解戻しをもたらす。逆に、厚さがより薄い結晶シート１１２の領域５１０の下で、融液領域５１２として示される隣接する融液領域は、より厚い厚さを有する。このより厚い融液の厚さは、より高い熱伝導抵抗を示し、熱の流れを妨げ、融液領域５１２の結晶シートの融解戻しをより少なくすることをもたらす。この適応融解戻しプロセスにより、図５Ｂに示すように、より薄い結晶シートだけでなく、より滑らかな結晶シートにも導くことができる。
【００３５】
図５Ａ及び図５Ｂに示すように、結晶シート１１２の融解戻しをするために、熱を支持装置２０２を通して向けることにより提供される有利なことは、結晶シート及び支持装置がそのように近くにあるときに、結晶シートに加えられる熱をもっと正確に制御することである。例えば、融液領域５０２の平均の厚さは、いくつかの例において、１ｍｍ未満とすることができる。これは、サファイアのシートを処理するために用いるときに、特に、有利と成り得る。サファイア及びシリコンの特性の相違（サファイア：動粘性率1.88×10-5m2/s、熱拡散率4.62×10-7m2/s、及び熱膨張係数3.6×10-4/K；シリコン：動粘性率3.14×10-7m2/s、熱拡散率2.61×10-5m2/s、及び熱膨張係数1.0×10-4/K）により、レイリー数が、サファイアに対して、もっとより高くなることをもたらし、約１ｃｍの深さを有する融液の領域に自然の対流セルを創生する可能性をもたらす。レイリー数Ｒａは、以下の式により定義され、
【数１】
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ｇは重力定数、βは熱膨張係数、νは動粘性率、αは熱拡散率、Ｔｂ、Ｔｕは上部及び下部の境界の温度、並びに、Ｌは融液の深さである。装置１００に類似して配置された装置におけるアルミナ融液の挙動の流体力学計算モデリングによれば、融液がるつぼの底から露出面へ伸びる約１５ｍｍの融液の「深い」領域内に、対流セルを発生することを示す。さらに、融液の厚さが約３ｍｍから１ｍｍ未満に変わり得る支持装置１１４の上などの融液が薄い領域において、対流セルの形成は抑制される。したがって、支持装置１１４の上の融解戻し領域におけるなどの特定の領域において、熱流速のより優れた制御及び予測可能性が提供される。
【００３６】
図６は、例示的プロセスフロー６００を示す。ブロック６０２において、ダム構造を有するるつぼの融液の露出面上で結晶シートを形成する動作が実施される。様々な実施形態において、融液の露出面はダム構造の頂部により画定することができる。
【００３７】
ブロック６０４において、結晶シートの表面の第１の位置が測定される。第１の位置は露出面に対して測定することができる。第１の位置は晶析装置の下流で測定することができる。ブロック６０６において、測定した第１の位置に基づいて、支持装置の上面を第１の高さに置く。支持装置は、第１のシートの厚さの測定をした位置の下流に配置することができる。ブロック６０８において、結晶シートは露出面と同一平面に維持され、結晶シートは支持装置の上面の上を引き出される。
【００３８】
本実施形態の優位性は、新規な設計を有する支持装置を用いて、結晶シートを薄くし、かつ、結晶シートの厚さ均一性を増大する両方の機能を含むことである。他の優位性は、結晶シートを融液面と同一平面に維持する機能を含み、結晶シートの密度が融液の密度より大きいときでさえ、結晶シートを水平方向に融液から引き出す機能を促進することである。
【００３９】
本発明は、本明細書に記載した特定の実施形態による範囲に限定すべきではない。実際に、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及び変更は、前述の記載及び添付図面から当業者には明らかであろう。従って、そのような他の実施形態及び変更は、本発明の範囲内に入ることを意図している。さらに、本発明は、特定の目的のため、特定の環境で、特定の実施のコンテキストで、本明細書に記載したけれども、当業者は、本発明の実施形態の有用性がそれらに限定されず、本実施形態が、任意の数の目的のため、任意の数の環境で、有用に実施することができることを理解するであろう。従って、以下に記載の特許請求の範囲は、本明細書に記載されているように、本発明の全容及び精神に鑑みて解釈すべきである。
【図１Ａ−１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ−５Ｂ】
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【図６】
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【国際調査報告】
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