【手続補正書】
【提出日】平成27年12月4日(2015.12.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】発明の名称
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の名称】溶融体から結晶シートを成長させる装置及び方法
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
【図１Ａ】本実施形態による、溶融体からシリコンを成長させるための成長レジメを表すグラフである。
【図１Ｂ】シリコンリボンの引き出しを示す図である。
【図１Ｃ】第１組の条件下でシード結晶を溶融体中に配置するシナリオを示す図である。
【図１Ｄ】第２組の条件下でシード結晶を溶融体中に配置する際のシナリオを示す図である。
【図１Ｅ】本実施形態によりシード結晶を処理する際のシナリオを示す図である。
【図２】本実施形態による、溶融体からの異方性結晶成長のためのシステムの正面断面図である。
【図３】シリコンリボンの形成を促進するために使用する冷温ブロック・アセンブリを含む好適なシステムの側断面図である。
【図４Ａ】本実施形態による冷温ブロック・センブリの幾何学的特徴を示す図である。
【図４Ｂ】冷温ブロック近傍におけるシリコン溶融温度の変動を例示するモデル化結果を提示する図である。
【図５Ａ】溶融体からの結晶リボンの成長を開始し、拡幅して持続させるための冷温ブロック・アセンブリを含む装置を示す図である。
【図５Ｂ】図５Ａの拡幅装置の拡大図である。
【図５Ｃ】本実施形態による拡幅装置の代案を示す図である。
【図６Ａ】拡幅装置の他の実施形態を示す図である。
【図６Ｂ】図６Ａの拡幅装置を示す図である。
【図７Ａ】本実施形態による、水平結晶成長のための処理シーケンスを示す図である。
【図７Ｂ】本実施形態による、水平結晶成長のための処理シーケンスを示す図である。
【図７Ｃ】本実施形態による、水平結晶成長のための処理シーケンスを示す図である。
【図７Ｄ】本実施形態による、水平結晶成長のための処理シーケンスを示す図である。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
図１Ａは、本実施形態による、溶融体からシリコンを形成するための成長レジメの概要を二次元グラフで提示する。図１Ａに示すパラメータは、図１Ｂを参照することによってより良く理解することができ、図１Ｂは、本明細書ではシリコンリボン１２６と称するシリコンシートの、溶融体１２０の表面に沿った引き出しを示す。シリコンリボン１２６を結晶化するための冷温プレート１３０を、溶融体１２０に近接して設ける。図１Ａのグラフの縦軸は、値Ｔc−Ｔmであり、ここにＴmは溶融体の表面の溶融温度であり、Ｔcは溶融体表面に近接して保持された冷温プレートの温度である。特に、Ｔc−Ｔmの絶対値が大きいほど、より大量の放射熱が溶融体１２０から吸収される。横軸は、溶融体を通って垂直方向に冷温プレート１３０に向かう熱流量ｑy”である。図１Ａに示すように、Ｔc−Ｔmとｑy”との異なる組合せが、１０２、１０４．１０６、及び１０８のラベルを付けた異なるレジメをもたらし、これらについては、図１Ｃ〜１Ｅに関してさらに説明する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
図１Ｃに、図１Ａ中の点Ａ）によって指定された条件下で、シード結晶１２２が溶融体１２０中に配置されたシナリオを示す。レジメ１０２は、結晶成長が発生しないレジメであり、比較的低いＴc−Ｔmと、溶融体を通る比較的高い熱流量ｑy”との組合せによって生じ、溶融体を通る熱流量ｑy”が比較的高いため、溶融体１２０の表面から放射される熱が、結晶化を促進するには不十分である、ということになる。点Ａ）で示す条件下で、シード結晶１２２が溶融体１２０中に配置されると、溶融体を通る熱流量ｑy”はほぼ４Ｗ／ｃｍ2であり、図示するように、固体からの放射熱流量ｑ”rad-solidよりも大きい。このことは、成長なしの条件をもたらし、その代わりに、シード結晶１２２が再溶融して溶融体１２０に戻る。なお、図１Ａの曲線１１０は、ゼロ成長に相当するレジメ１０２の一方のエッジを境界として定め、これにより、曲線１１０の右側及び上側のあらゆる点が再溶融条件を表す。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
図１Ｄに、曲線１１０及び曲線１１２を境界とする成長レジメ１０４内にある点Ｂ）によって指定されるシナリオを示す。成長レジメ１０４は、構造的に安定した結晶成長が比較的低い成長速度で発生するレジメを表す。図１Ｄに示すように、ｑ”rad-solidはｑy”より大きく、シード結晶１２２上の結晶材料１２４の等方性成長をもたらす。図示する場合には、成長速度Ｖgが３μｍ／ｓである。溶融体表面からの放射熱流量ｑ”rad-liquidは溶融体を通る熱流量ｑy”より小さく、このため、結晶シードに隣接した液体の表面は液状のままである。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
図１Ｅに、本発明の発明者によって最初に線引きされた成長レジメ１０６内にある点Ｃ）によって指定されるシナリオを示す。成長レジメ１０６は、冷温プレート温度Ｔcと溶融体を通る熱流量ｑy”との組合せが、冷温プレートにより誘発される放射冷却によって溶融体の表面に異方性結晶成長を生じさせるレジメに相当する。条件が成長レジメ１０６内に入ると、冷温プレートの真下で結晶シードを引き出すことによって、結晶シートを溶融体表面上に形成することができる。図１Ａに示すように、成長レジメ１０６は、曲線１１２を境界とした右側及び上側となる。成長レジメ１０６中の点Ｃ）では、冷温プレート温度Ｔcは、また点Ａ）及びＢ）の冷温プレート温度と同じであるのに対し、シリコン溶融体を通る熱流量ｑy”は、点Ｂ）及びＣ）の熱流量よりも大幅に小さく、即ち１Ｗ／ｃｍ2である。図１Ｅに示すように、シード結晶１２２は、点Ｃ）によって指定される条件下で右向きに引き出される。これらの条件下で、シード結晶１２２からの放射熱、即ち固体からの放射熱流量ｑ”rad-solid、並びに溶融体表面を通る熱流量ｑ”rad-liquidの各々が、シリコン溶融体を通る熱流量ｑy”よりも大きい。従って、６μｍ／ｓの等方性成長速度Ｖgに加えて、持続的な異方性結晶成長が、シリコン溶融体１２０の表面で行われる、このようにして、シリコンリボン１２６が、先行エッジ１２８において形成され、１ｍｍ／ｓの引き出し速度を与えられる間に、この先行エッジは固定位置に留まる。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
図１Ａは、追加的な成長レジメ１０８を示し、このレジメは、６μｍ／ｓの成長速度に基づく構造的不安定性のレジメを表す。従って、線１１４の左側は、０．６Ｗ／ｃｍ2に相当し、シリコンの溶融体中に見出すことのできる代表的な不純物濃度であるとすれば、６μｍ／ｓ以上の成長速度は構造的に不安定であり得る。これらの不純物が、例えば鉄または他の材料を含み得る。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
図１Ａのグラフ中に指定された条件を考慮すれば、放射冷却による異方性結晶成長のための条件を得ることが困難なことがある。例えば、溶融体を通る熱流量ｑy”が低過ぎる場合、構造的に不安定な成長が行われる。これに加えて、例えば２Ｗ／ｃｍ2のような中程度の、溶融体を通る熱流量でも、異方性結晶成長にとって高過ぎることがあり、その代わりに、冷温プレート温度Ｔc次第で、成長レジメ１０４の低速の等方性結晶成長、あるいはレジメ１０２のシード結晶の再溶融を生じさせる。さらに、Ｔmより適度に低い冷温プレート温度Ｔcについては（例えば、Ｔc−Ｔm＝−３０℃を参照）、異方性で構造的に安定した結晶成長を溶融体から生じさせることのできる熱流量の範囲が存在しない。換言すれば、成長レジメ１０６の幅は、およそＴc−Ｔm＜３０℃なる値において消失する。点Ｃ）においても、冷温プレート温度がＴmを６０℃下回る際には、成長レジメ１０６の幅、即ち、溶融体を通る熱流量ｑy”が異方性結晶成長を生成することのできる範囲は、約０．６〜１．２Ｗ／ｃｍ2にしか及ばない。溶融体を通る熱流量ｑy”をこうした狭い範囲内に維持するためには、このことは、溶融体の最下部、並びに溶融体の最上部で共に、溶融体の温度の精密な制御を必要とし得る。他方では、図１Ａにも示すように、溶融体から異方性結晶成長を生じさせるためにｑy”の範囲を拡大するためには、Ｔc−Ｔmの絶対値を増加させることができる。しかし、このことは、冷温プレート温度を溶融体の温度よりも大幅に、例えば何百度のオーダーだけ低く維持しつつ、冷温プレートを溶融体の十分近く、２、３ミリメートル以内に導入して、放射を有効に吸収する必要がある。また、成長したシートの正味の厚さは、冷温プレートの（引き出し方向に沿った）幅に依存し、従って、例えば＜２００μｍの厚さを維持するためには、冷温プレートの幅を制限する必要があり得る。水冷ブロックは、表面に近い狭い領域からの熱の除去を可能にする。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２５】
種々の実施形態では、冷温ブロック２１６のような冷温ブロックがシールド体（図示せず）（本明細書では「シールド」とも称する）によって包囲され、シールド体は、溶融体表面の小領域に対する冷温ブロック２１６の放射冷却効果の閉じ込めを促進する。図１Ａ及び１Ｅも参照すれば、前に説明したように、曲線１１４の右側にレジメ１０４、１０６で示す、連続して安定した結晶成長を行うためには、溶融体を通る熱流量ｑy”が小さいことが必要である。この熱流量を、曲線１１０の右側に超えないようにするために、十分な冷却パワーを閉じ込め様式で供給して、低い値のＴcを、但し、冷温ブロックにおける、図１Ｅに示すシリコンリボン１２６の先行エッジ１２８に近接した部分のみに与えて、図２に示すように、溶融体表面２２４の他の部分は凝固しないようにする。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３０】
冷温ブロック・アセンブリ３０２によって行われる放射熱除去（冷却）を精密に制御するために、下部３２４を溶融体表面上に正確に配置する。図４Ａに、本実施形態による冷温ブロック・アセンブリ４００の幾何学的特徴を示す。冷温ブロック・アセンブリ４００は、補償ヒータ４０４によって包囲された冷温ブロック４０２を含み、補償ヒータ４０４は、冷温ブロック４０２の互いに対向する側に配置されている。本実施形態によれば、溶融体４０６の放射冷却の大きさ及び分布は、冷温ブロック・アセンブリ４００を軸４０９に沿って移動させて、冷温ブロック４０２から溶融体４０６までの垂直距離ｙを制御すると共に、補償ヒータ４０４の温度を制御することによって、制御することができる。一実施形態では、溶融体４０６に近接した補償ヒータ４０４の温度を、シリコンの融点と等価な１４１２℃にすることができる。冷温ブロック４０２の下面４０６の温度は、１０００℃未満に設定することができる。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３１】
図４Ｂに、冷温ブロック４０２に近接したシリコン溶融体の質的変化を示すモデル化結果を提示する。温度変化は、冷温ブロック４０２と補償ヒータ４０４との中心どうしの間隔Δｚについて示す。モデル化結果は、シリコン溶融体の温度変化を、シリコン溶融体４０６と冷温ブロック４０２の下面との垂直間隔ｙの関数としてプロットした４つの曲線を例示する。ｙの値はΔｚに関して表現する。曲線４１０は、２Δｚなるｙの値についてシリコン溶融体の温度が少ししか低下していないことを示している。他方では、曲線４１２は、１．５Δｚなるｙの値について、冷温ブロック４０２の下で溶融温度の大幅な低下が発生していることを示している。１Δｚなるｙの値について、曲線４１４は、溶融温度の低下がさらに顕著であり、冷温ブロック４０２の直下で、より尖鋭なピークをなしていることを示している。曲線４１６は、１Δｚなるｙの値を維持しつつ、冷温ブロック４０２の補償ヒータ４０４の温度Ｔhを低下させる（Ｔc−Ｔmのより大きな値を生じさせる）ことによって、溶融温度のさらに大きな低下が生じることを示している。溶融体表面における平均冷却の依存性は、双極（ダイポール）場として変化し、即ち、Ｑrad(ｙ)がおよそ(Δｚ／ｙ)3であることを示すことができる。従って、曲線４１０によって示唆されるように、冷温ブロック・アセンブリ４００は、このアセンブリをΔｚの数倍と等価な距離ｙだけ上昇させることによって、効果的に「ターンオフ」することができる。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３５】
図５Ａに、水平リボン成長（ＨＲＧ）装置５００を示し、ＨＲＧ装置５００は、溶融体からの結晶リボンの成長を開始し、拡幅し、そして持続させるための冷温ブロック・アセンブリを含む。図示する実施形態では、冷温ブロック・センブリが引き出し方向５１６に狭い幅を有し、これにより、引き出し方向５１６に狭い幅を有する冷温領域を生成することができ、この冷温領域は、引き出し方向５１６に直交する方向の長さを、より長くすることができる。別個には示していないが、種々の実施形態では、装置５００の初期化構成要素、拡幅構成要素、及び持続構成要素のうちの１つ以上にシールドを設けることができ、このシールドは、溶融体表面に近接して配置することのできるこれらの構成要素の下部のみに冷温領域を規定する。特に、初期化装置５０２は、冷温ブロック、及びこの冷温ブロックを包囲するシールドを含むことができ、上述したように、この冷温ブロックは、溶融体５１２の表面上におけるシートの異方性成長を誘発するために、溶融体５１２の温度を下回る第１温度Ｔcに冷却される。初期化装置５０２のシールドを、冷温ブロックの温度に対して高温に設定して、このシールドが、溶融体５１２の表面に近接した冷温ブロックの表面に沿った開口を規定することができる。これにより、初期化装置５０２が溶融体表面に近接した際に、シールド内の開口が、溶融体５１２の表面に冷温領域を与えることができる。以下に詳述するように、この冷温領域を用いて、溶融体５１２の表面上の、この冷温領域のサイズによって規定される溶融領域内に、異方性結晶成長を誘発する。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３８】
図５Ａに示すように、初期化装置５０２は、溶融体５１２の表面に直交する軸５０８ａ沿って移動するように動作可能であり、これにより、初期化装置５０２を、溶融体５１２に近接した点Ｄ）にもって来ることができ、この点で、狭幅リボン５１４の形成が開始される。拡幅装置５０４は、初期化装置５０２の下流にある点Ｅ）の上方に配置することができ、これにより、点Ｄ）において最初に形成され、溶融体５１２の表面に沿って方向５１６に引き出された狭幅リボン５１４が、その後に点Ｅ）の下を横切ることができる。拡幅装置５０４は軸５０８ｂに沿って移動するように動作可能であり、これにより、拡幅装置５０４も、溶融体５１２の表面に近接させることができる。図５Ａの画像では、拡幅装置５０４が溶融体５１２の表面から後退し、これにより、溶融体５１２に冷却効果を与えない。従って、図５Ａに示す瞬時には、狭幅リボン５１４が狭幅のままである。しかし、以下に説明するように、拡幅装置５０４は、溶融体５１２に近接すると、狭幅リボン５１４を拡幅することができる。持続装置５０６は、初期化装置５０２及び拡幅装置５０４の下流にある点Ｆ）の上方に配置され（図５Ａでは、これも後退した状態である）、これにより、点Ｄ）で最初に形成され、溶融体５１２の表面に沿って方向５１６に引き出されたリボンが、その後に点Ｆ）の下を横切ることができる。持続装置５０６は、軸５０８ｃに沿って移動するように動作可能であり、これにより、溶融体５１２の表面に近接させることができる。以下に詳述するように、持続装置５０６は、溶融体５１２に近接すると、リボンの幅を、拡幅装置５０４によって規定された幅に維持することができる。前述したように、また図５Ａに示すように、冷温ナイフの各々が、結晶化を監視するための光パイプ５１０を有することができる。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４０】
初期には狭幅であったリボン５１４を所望の幅まで拡幅するために、拡幅装置５０４は、狭幅リボン５１４の単調な外向きの成長を、方向５１８に促進させることができる。このことは、狭幅リボン５１４が方向５１６に沿って引き出される間に、拡幅装置５０４が、冷温領域の幅を方向５１８に、時間の関数として増加させることを必要とする。本実施形態によれば、図５Ａ、５Ｂ及び図６Ａ、６Ｂが、この拡幅を達成することのできる拡幅装置の２つの別個の構成を示す。図５Ａの例では、拡幅装置５０４が、曲面またはテーパ付きの表面をその下端に具えている。拡幅装置５０４の下端に関連して用いる「曲面」とは、溶融体５１２の表面に平行でない面を称し、例えば直線的な表面にすることも弧状にすることもできる。図５Ｃに示す拡幅装置５０４ａのように、溶融体から異なる距離の所に複数の表面を用いるような（即ち、段付き三角パターンのような）他の設計を用いることができる。図５Ｂに、拡幅装置５０４の拡大図を示し、ここでは、テーパ面または曲面５３０が、曲面５３０における内点Ｇ）及びＨ）の部分が外点Ｉ）及びＪ）よりも溶融体５１２に近いような形状にされている。拡幅装置５０４によって提供される実効的な放射冷却能力は、拡幅装置５０４と溶融体５１２の表面との間のギャップに敏感に依存し、この冷却効果は、曲面５３０によって、方向５１８に沿って段階化され、代案実施形態では、上記のように、正確な形状と直線的関係を有することができる。
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４１】
従って、拡幅装置５０４が溶融体表面に向かって低下すると、この低下プロセス中に、溶融体を結晶化させることのできる冷温領域の幅が時間と共に外向きに拡大する。従って、拡幅装置５０４の（ｘ軸に沿った）全幅を冷却することができるが、種々の異なる時点で、拡幅装置５０４の下面の種々の異なる位置が、冷却の影響を与えるのに十分なほど溶融体に近くなるに連れて、溶融体５１２に与えられる有効な冷却領域は時間と共に変化する。このようにして、拡幅装置５０４が低下するに連れて、拡幅装置５０４の下に引き出されるリボンは、その幅を拡大することができる。図５Ａ、５Ｂに示す例では、拡幅装置５０４が、最も内側の領域に凹部５３４を含む。凹部５３４は、初期化装置５０２によって形成される狭幅リボン５１４のような既存のリボンの幅と同等の幅を有することができる。凹部５３４は、拡幅装置５０４の最も内側の領域５３２を、溶融体５１２の表面から離れるように高くし、これにより、拡幅装置５０４の下に引き出される既存の狭幅リボンが、冷温領域からさらに離れ、従って、より少量の結晶化を施され易くし、結晶化は、既存の狭幅リボン５１４を軸５０８ｂに平行な方向に厚くし易くする。このことは、少なくとも最も内側の領域５３２の真下で、狭幅リボン５１４が過度に厚くなることを防止し、この領域の真下を通過する狭幅リボン５１４に対して、あっても少しの冷却効果しか与えないことができる。しかし、拡幅装置５０４の構成は、溶融体５１２における、拡幅装置５０４の点Ｇ）及びＨ）で表す部分の真下にある領域を、点Ｉ）及びＪ）で表す領域よりも前に結晶化し易く、これにより、少なくとも拡幅されたリボンの、これらの部分の下で、拡幅されたリボンの厚さをテーパ状にする。
【手続補正１６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４２】
図６Ａに、初期化装置６０２と共に使用することのできる拡幅装置６０４の他の具体例を示す。一実施形態では、初期化装置６０２が、軸６０６ａに沿って溶融体６１０に向かって低下し、結晶化を開始して狭幅リボン６１２を形成し、狭幅リボン６１２は方向６１４に沿って引き出される。初期化装置６０２によって狭幅リボン６１２が形成された後に、拡幅装置６０４を、軸６０６ｂに沿って溶融体６１０の表面に向けて低下させ、これにより、放射冷却が行われて、溶融体６１０における領域６１６及び６１７のような狭幅リボン６１２の外側にある領域を結晶化させる。図示するように、拡幅装置６０４は、ゾーン化された一組のヒータ６０８を含み、ヒータ６０８は、拡幅装置６０４の下部の、溶融体６１０に対面する下面上に配置されている。図６Ｂにさらに示すように、ゾーン化されたヒータ６０８は、一組のヒータ６０８ａ〜６０８ｆを具えることができ、これらのヒータを独立して制御して、各ヒータにとって局所的な加熱を行うことができる。このようにして、拡幅装置６０４に冷却流体を加える際に、それぞれのヒータ６０８ａ〜ｆをターンオンすることによって、拡幅装置６０４の温度を領域６１８ａ〜６１８ｆ内で局所的に増加させることができる。このことは、拡幅装置６０４の当該部分における放射冷却を除去または低減する効果を有する。従って、リボンを拡幅するために、拡幅装置６０４をリボン６１２の上方に配置し、低下させて溶融体６１０の表面に近接させると共に、ヒータ６０８ａ〜ｆをターンオンする。その後に、より広いゾーンにおいて結晶化を開始するために、内側のヒータ６０８ｃ、６０８ｄをターンオフまたは出力低下させ、これにより拡幅装置６０４の領域６１８ｃ及び６１８ｄが、より低温になる。さらに後の瞬時において、中間位置のヒータ６０８ｂ、６０８ｅをターンオフまたは出力低下させて、領域６１８ｂ及び６１８ｅの温度を低下させることができる。最後に、外側位置のヒータ６０８ａ、６０８ｆをターンオフまたは出力低下させて、領域６１８ａ及び６１８ｆの温度を低下させることができる。このようにヒータをターンオフする進行は、溶融体６１０の上方の冷温ゾーンを徐々に広げる効果を有し、これにより、狭幅リボン６１２が、拡幅装置６０４の下で引き出されるに連れて、徐々に単調に拡幅される。
【手続補正１７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４４】
再び図５Ａを参照すれば、種々の実施形態による、持続装置５０６が、その下面上に均一な形状を有し、この形状を溶融体５１２の表面と平行にして、方向５１８に沿った持続装置の全幅にわたって均一な温度を与えることができる。種々の実施形態では、拡幅装置５０４を用いてリボンを拡幅した後に、持続装置５０６を用いて、広幅の均一なリボンを維持することができる。持続装置５０６が溶融体５１２に向かって低下すると、拡幅装置５０４及び初期化装置５０２は、溶融体５１２から離れるように後退する。その後に、持続装置５０６は、固定幅全体にわたる均一な冷却を行うことができ、これにより、均一な厚さ及び幅の広幅リボンを成長させる。
【手続補正１８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４６】
図７Ａ〜７Ｄに、本実施形態による、水平リボン成長のための処理シーケンスを示す。図７Ａでは、結晶シード７１０が、溶融体７０８の表面内に配置され、方向７１４に引き出される。ＨＲＧ装置７００の初期化装置７０２を、軸７１２に沿って低下させることによって、溶融体７０８の表面に近接させる。拡幅装置７０４及び持続装置７０６は後退位置に配置され、このため、これらは溶融体７０８に近接せず、従って、溶融体７０８に冷却効果を与えない。初期化装置７０２は、結晶シード７１０の一方のエッジ上で異方性成長を開始させて、狭幅リボン７１６を形成し、結晶シード７１０が方向７１４に引き出されるに連れて、狭幅リボン７１６の長さが増加する。
【手続補正１９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４７】
図７Ｂでは、拡幅装置７０４が、溶融体７０８に近接するまで軸７１８に沿って低下し、これにより、拡幅装置７０４が溶融体７０８に冷却効果を与える。初期化装置７０２は、溶融体７０８に近接したままで、冷却効果を与え続ける。図示するように、狭幅リボン７１６が拡大されて広幅リボン部分７２０になる。曲面状の下面７０５を呈する拡幅装置７０４が溶融体に向かって徐々に低下するに連れて、広幅リボン部分７２０は、テーパ付きに形成された末端エッジ７２２を含む。上述したように、拡幅装置７０４が徐々に低下することにより、溶融体７０８にもたらされる冷温領域の幅が徐々に拡大され、これにより、冷却によって生じる結晶領域の幅が徐々に拡大する。初期化装置７０２と拡幅装置７０４との間では、リボンの先行部分７２４の幅がより狭く、初期化装置７０２の幅と一致する。
【手続補正２０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４８】
図７Ｃでは、持続装置７０６が軸７２６に沿って低下し、これにより、持続装置７０６が、幅Ｗ全体にわたって冷却効果を与える。図７Ｄでは、狭幅リボン７１６が方向７１４に引き出し続けられる間に、初期化装置７０２及び拡幅装置７０４が、溶融体７０８の表面付近から後退する。このことは、均一な厚さで長さが拡大された広幅リボン部分７２０を生じさせる。
【手続補正２１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４９】
図７Ａ〜７Ｄに示す処理シーケンスの変形例では、拡幅装置７０４の代わりに拡幅装置６０４を設けることができ、その動作は以上で詳述している。
【手続補正２２】
【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】
溶融体から結晶シートを成長させる装置であって、
冷温ブロック・アセンブリと；
結晶引き出し装置とを具え、
前記冷温ブロック・アセンブリは、
冷温ブロックと；
前記冷温ブロックを包囲し、前記冷温ブロックの温度に対して高温であるシールドとを具え、このシールドは、前記溶融体の溶融体表面に近接した前記冷温ブロックの表面に沿って配置された開口を規定し、この開口は、前記冷温ブロックの第１方向に沿った幅を具えた冷温領域を規定し、この冷温領域は、前記冷温ブロックに近接した前記溶融体表面の第１領域の局所的冷却を行うように動作可能であり、
前記結晶引き出し装置は、結晶シードを、前記第１方向に直交する方向に引き出すように構成されていることを特徴とする装置。
【請求項２】
前記シールドが、前記冷温ブロック・アセンブリの表面温度を、前記冷温領域の外側で前記冷温ブロックを包囲する領域内で、前記溶融体表面の温度に対して１０℃以内にするように構成された一組の補償ヒータ素子を具えていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記補償ヒータ素子が、１４１２℃の表面温度を提供するように動作可能であることを特徴とする請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記冷温ブロックが、冷却流体源に接続された流路を、当該冷温ブロックの内部に規定することを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記冷温ブロックを、前記溶融体表面の前記第１領域の上方に配置して、前記冷温ブロックを、前記溶融体表面に直交する方向に移動させるように構成されたホルダをさらに具えていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記シールドと前記冷温ブロックとの間に配置されたインシュレータ部をさらに具えていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記冷温領域に近接して前記冷温ブロック内に配置された少なくとも１つの光パイプであって、信号を発生するパイロメーターへ光を導くように構成された光パイプと；
前記パイロメーターから前記信号を受信して、前記溶融体の近傍の放射レベルが所定閾値に達すると、前記溶融体表面に沿った前記結晶シードの引き出しを開始するための制御信号を発生するように動作可能なコントローラと
をさらに具えていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記冷温ブロック・アセンブリが第１冷温ブロック・アセンブリであり、前記冷温ブロックが第１冷温ブロックであり、前記シールドが第１シールドであり、前記幅が第１の幅であり、前記装置が、
第２冷温ブロック・アセンブリをさらに具え、この第２冷温ブロック・アセンブリが、
第２冷温ブロックと、
前記第２冷温ブロックを包囲し、前記第２冷温ブロックに対して第２の高温である第２シールドとを具え、この第２シールドは、前記溶融体表面の第２領域に近接した前記第２冷温ブロックの第２表面に沿って配置された第２開口を規定し、この第２開口は第２冷温領域を規定し、前記第２冷温ブロック・アセンブリは、前記第２冷温領域内に第２の幅を生成するように動作可能であり、前記第２の幅は、当該第２の幅よりも大きい第３の幅まで時間と共に変化することを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記第２表面が曲面形状を具え、この曲面形状は、前記第２表面の外側領域が、前記第２表面の内側領域よりも、前記溶融体表面からの垂直距離が大きい所に位置するように構成されていることを特徴とする請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記第２表面が、当該第２表面の最も内側の領域に凹部を規定し、この凹部は、前記第１の幅に等しい幅を有することを特徴とする請求項８に記載の装置。
【請求項１１】
前記第２冷温ブロック・アセンブリが、前記第２表面に沿って配置された２つ以上のヒータ素子を具え、前記第２冷温ブロック・アセンブリは、前記少なくとも２つ以上のヒータ素子のうち少なくとも１つに至る電力を減少させて、前記第２の幅を、前記第３の幅まで、時間と共に変化させるように動作可能であることを特徴とする請求項８に記載の装置。
【請求項１２】
第３冷温ブロック・アセンブリをさらに具え、この第３冷温ブロック・アセンブリは、
第３冷温ブロックと；
この第３冷温ブロックを包囲する第３シールドとを具え、この第３シールドは、前記第３冷温ブロックの温度に対して第３の高温であり、前記第３シールドは、前記溶融体表面の第３領域に近接した前記第３冷温ブロックの第３表面に沿って配置された第３開口を具え、この第３開口は第３冷温領域を規定し、この第３冷温領域は、前記第３の幅に等しい第４の幅を具え、前記第３表面は、平坦な形状を具えて、均一な熱流束除去を行うことを特徴とする請求項８に記載の装置。
【請求項１３】
溶融体から結晶シートを成長させる方法であって、
前記溶融体の溶融体表面に近接した冷温ブロック・アセンブリを用意するステップであって、この冷温ブロック・アセンブリが、前記溶融体表面に対面する下面に沿って配置された開口を有するステップと；
前記冷温ブロック・アセンブリを、前記溶融体表面の上方に配置して、前記開口によって規定される冷温領域を形成するステップであって、前記冷温領域が、前記溶融体表面の温度Ｔmよりも低い温度Ｔcを有するステップと；
結晶シードに付着した結晶層が形成されたか否かを判定するステップと；
前記結晶シードを、経路に沿って引き出して、幅を有するリボン状の結晶シートを形成するステップと
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１４】
前記冷温ブロック・アセンブリを配置することによって、前記下面と前記溶融体表面との間に、値Δｚの２倍以下の垂直ギャップｙが設けられ、ここに、Δｚは、前記溶融体表面に平行な方向に沿った、前記冷温領域の中心と、前記下面において前記冷温領域を包囲するシールドの中心との間の距離であることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記冷温ブロック・アセンブリが第１冷温ブロック・アセンブリであり、前記冷温領域が第１冷温領域であり、前記経路が第１経路であり、前記幅が第１の幅であり、前記方法が、
前記第１経路に沿った第１位置に、前記溶融体表面に近接した第２冷温ブロック・アセンブリを用意するステップと；
前記第２冷温ブロック・アセンブリを、前記溶融体表面の上方に配置して、前記Ｔmよりも低い温度Ｔc2を有する第２冷温領域を形成するステップと；
前記リボンを、前記第２冷温ブロック・アセンブリの下で、前記第１経路に沿って引き出す間に、前記第２冷温領域を、前記第１の幅から、当該第１の幅よりも大きい第２の幅まで拡幅するステップと
をさらに含むことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
前記拡幅するステップが、
前記リボンを前記第１経路に沿って引き出す間に、前記第２冷温ブロック・アセンブリを、前記溶融体表面に向けて低下させることを含み、前記第２冷温ブロック・アセンブリの第２表面の外側領域が、前記第２表面の内側領域よりも、前記溶融体表面からの距離が大きい所にあることを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記拡幅するステップが、
前記第２冷温ブロック・アセンブリの第２表面に沿って配置された複数のヒータ素子のうち１つ以上に至る電力を減少させて、前記リボンを、前記第２表面の下で前記第１経路に沿って引き出す間に、前記第２冷温領域のサイズを増加させることを含む
ことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
前記第１経路に沿って見て、前記第２冷温ブロック・アセンブリよりも、前記第１冷温ブロック・アセンブリから遠い点に、前記溶融体表面に近接した第３冷温ブロック・アセンブリを用意するステップと；
前記第３冷温ブロック・アセンブリを、前記溶融体表面の上方に配置して、第３冷温領域を形成するステップと；
前記第３冷温ブロック・アセンブリの下で、前記リボンを、前記第１経路に沿って引き出す間に、前記第３冷温領域の幅を維持して、前記リボンを均一な厚さに形成するステップと
をさらに含むことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１９】
前記第３冷温ブロック・アセンブリの下で、前記リボンを前記第１経路に沿って引き出す間に、前記第２冷温領域を前記第２の幅に維持するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記判定するステップが、
前記溶融体表面付近の表面光強度を検出することと、
前記光強度が所定閾値を超えた際に、信号をコントローラに送信することをさらに含むことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項２１】
前記溶融体表面と前記冷温ブロック・アセンブリとの間にヘリウムを供給するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項２２】
前記リボンにおける、前記第２冷温ブロック・アセンブリよりも、前記第１冷温ブロック・アセンブリから遠い点を通過して引き出された部分中に転移が存在しないことを判定するステップと；
前記第１冷温ブロック・アセンブリ及び前記第２冷温ブロック・アセンブリを、前記溶融体表面に近接したそれぞれの位置から後退させるステップと
をさらに含むことを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２３】
前記冷温ブロック・アセンブリの外側を、前記Ｔmに対して１０℃以内の温度に加熱するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項２４】
溶融体から結晶シートを水平リボンの形に成長させる装置であって、
前記溶融体の溶融体表面において局所的な冷却を誘発するための第１冷温領域を提供するように動作可能な第１冷温ブロック・アセンブリであって、前記第１冷温領域が第１の幅を有する第１冷温ブロック・アセンブリと；
前記溶融体表面における局所的冷却を誘発するための、可変の冷温領域を提供するように動作可能な第２冷温ブロック・アセンブリであって、前記可変の冷温領域の幅を、前記第１の幅から、前記第１の幅よりも大きい第２の幅まで変化させるように動作可能な第２冷温ブロック・アセンブリと；
前記溶融体表面における局所的冷却を誘発するための第３冷温領域を提供するように動作可能な第３冷温ブロック・アセンブリであって、前記第３冷温領域が前記第２の幅を有する第３冷温ブロック・アセンブリと；
結晶シードを引き出すように構成された結晶引き出し装置と
を具えていることを特徴とする装置。
【請求項２５】
前記第１冷温ブロック・アセンブリ、前記第２冷温ブロック・アセンブリ、及び前記第３冷温ブロック・アセンブリの各々を包囲するシールドをさらに具え、このシールドは、前記第１冷温ブロック・アセンブリ、前記第２冷温ブロック・アセンブリ、及び前記第３冷温ブロック・アセンブリの各々の温度に対して高温であり、前記シールドは、前記溶融体表面に近接した前記第１冷温ブロック・アセンブリ、前記第２冷温ブロック・アセンブリ、または前記第３冷温ブロック・アセンブリの表面に沿って配置された開口を規定し、この開口は、前記第１冷温領域、前記可変の冷温領域、及び前記第３冷温領域のそれぞれを規定することを特徴とする請求項２４に記載の装置。