【手続補正書】
【提出日】平成30年2月22日(2018.2.22)
【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】
結晶シートを融液から成長させる晶析装置において、
前記融液の露出面に面した冷却ブロック表面を有する冷却ブロックであって、前記冷却ブロック表面で冷却ブロック温度を生ずるように構成し、前記冷却ブロック温度は前記露出面での前記融液の融解温度よりも低いものとする、前記冷却ブロックと、
前記冷却ブロック内に配置し、また前記露出面にガス噴射を送給するように構成したノズルであって、前記ガス噴射及び前記冷却ブロックが相互動作して、前記露出面から第１除熱速度で熱を除去するプロセスゾーンを生じ、前記第１除熱速度が、前記プロセスゾーンの外側の外側領域において前記露出面からの第２除熱速度より速い速度となる、前記ノズルと、
を備える、晶析装置。
【請求項２】
請求項１記載の晶析装置において、前記冷却ブロック表面を前記露出面の上方に第１高さに配置し、前記ノズルの先端部を前記露出面の上方に前記第１高さより低い第２高さに配置する、晶析装置。
【請求項３】
請求項１記載の晶析装置において、前記ノズルは石英ガラスから成るものとする、晶析装置。
【請求項４】
請求項１記載の晶析装置において、前記ノズルは、細長い断面を有する開孔であって、前記断面の長軸が引出し方向に直交する横方向に沿って延在する、前記開孔を有する、晶析装置。
【請求項５】
請求項４記載の晶析装置において、前記開孔の前記引出し方向に沿う開孔長さを０．０５ｍｍ〜０．５ｍｍとする、晶析装置。
【請求項６】
請求項４記載の晶析装置において、さらに、
開口を確定するエンクロージャであって、前記開口内に前記冷却ブロックを前記露出面に対向させて配置し、前記冷却ブロックの温度より高いエンクロージャ温度を有する、前記エンクロージャと、
前記エンクロージャと前記冷却ブロックとの間に配置し、また前記ガス噴射からのガスの７５％〜９５％を排出するように構成した、少なくとも１つの内部排出チャネルと、
を備える、晶析装置。
【請求項７】
請求項６記載の晶析装置において、前記少なくとも１つの内部排出チャネルは前記ガス噴射によって供給されるガスの７０％〜９０％を再利用するように構成した、晶析装置。
【請求項８】
請求項１記載の晶析装置において、さらに、前記冷却ブロック表面と前記露出面との間における高さを調整するように構成したアクチュエータを備える、晶析装置。
【請求項９】
請求項１記載の晶析装置において、前記ガス噴射は、ガス渦を前記プロセスゾーン内に生ずるように構成し、前記ガス渦が少なくとも一部の熱を前記露出面から冷却ブロックに至る対流によって除去する、晶析装置。
【請求項１０】
請求項１記載の晶析装置において、前記第１除熱速度は１００Ｗ／ｃｍ２より速いものとする、晶析装置。
【請求項１１】
請求項１記載の晶析装置において、前記ノズルは、横方向に沿う幅によって画定した細長い断面を持つ開孔であって、前記ガス噴射の流速が前記横方向に沿う前記開孔の幅１センチメートルあたり毎分少なくとも１リットルとなる、前記開孔を有する、晶析装置。
【請求項１２】
融液から結晶シートを成長させる方法において、
冷却ブロックを前記融液の露出面の上方に設置するステップと、
前記融液に面する前記冷却ブロックの冷却ブロック表面に、前記露出面における前記融液の融解温度よりも低い冷却ブロック温度を生ずるステップと、
ガス噴射を前記露出面まで前記冷却ブロック内に配置したノズルを経て送給するガス噴射送給ステップであって、前記ガス噴射及び前記冷却ブロックが相互動作して、前記露出面から第１除熱速度で熱を除去するプロセスゾーンを生じ、前記第１除熱速度は、前記プロセスゾーンの外側の外側領域における前記露出面からの第２除熱速度より速い速度となるようにする、前記ガス噴射送給ステップと、
を有する方法。
【請求項１３】
請求項１２記載の方法において、さらに、前記ガス噴射を使用して、ガス渦を前記プロセスゾーン内に生ずるガス渦発生ステップであって、前記ガス渦が対流除熱によって前記露出面から熱を除去し、前記プロセスゾーンにおける対流除熱速度が前記第１除熱速度の半分よりも速い速度となる、前記ガス渦発生ステップを有する、方法。
【請求項１４】
請求項１２記載の方法において、さらに、
前記冷却ブロックを前記露出面に対向させて配置させる開口を画定するエンクロージャを前記冷却ブロックの周りに設けるステップと、
前記冷却ブロック温度よりも高い前記エンクロージャのエンクロージャ温度を生ずるステップと、
前記エンクロージャと前記冷却ブロックとの間に少なくとも１つの内部排出チャネルを設けるステップと、
前記ガス噴射からの７５％〜９５％のガスを前記少なくとも１つの内部排出チャネルを経て排出するステップと、
を有する、方法。
【請求項１５】
前記ノズルは、開孔に沿って配置した複数のガス供給口を装備した前記開孔であって、前記複数のガス供給口は、それぞれ作動状態にあるとき個別にガスを前記開孔に送給するように構成して前記ガス噴射を形成する、前記開孔を有するものとし、また、前記少なくとも１つの内部排出チャネルは、複数の排出口であって、それぞれ作動状態にあるとき個別にガスを排出するように構成した、前記複数の排出口を有するものとした、請求項１４記載の方法において、
前記方法はさらに、
前記作動状態にあるガス供給口の数を調整して、前記プロセスゾーンの幅を目標幅まで調整するステップと、
前記少なくとも１つの内部排出チャネルにおける前記作動状態の排出口の数を調整して、前記目標幅に合致する排出幅を得るステップと、
を有する、方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００２】
本発明は、融液からの結晶材料の成長に関し、特に、冷却ブロック及びガス噴射を使用して融液を冷却する晶析装置並びに方法に関する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
１つの実施形態において、融液から結晶シートを成長させる晶析装置は、融液の露出面に面する冷却ブロック表面を有する冷却ブロックを備え、冷却ブロックは、露出面における融液の融解温度より低い冷却ブロック表面における冷却ブロック温度を生ずるように構成する。この晶析装置は、さらに、冷却ブロック内に配置してガス噴射を露出面に送給するノズルを備え、ガス噴射及び冷却ブロックが相互動作して、露出面から第１除熱速度で熱を除去するプロセスゾーンであって、第１熱除去速度が、プロセスゾーンの外側の外側領域における露出面からの第２除熱速度より速い速度となる、プロセスゾーンを生ずる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
他の実施形態において、融液から結晶シートを成長させる方法は、融液の露出面上方に冷却ブロックを配置するステップと、融液に面する冷却ブロックの冷却ブロック表面において露出面での融液の融解温度より低い冷却ブロック温度を生ずるステップと、を有する。この方法は、さらに、冷却ブロック内に配置したノズルを経てガス噴射を露出面に送給するガス噴射ステップを有し、このガス噴射ステップにおいて、ガス噴射及び冷却ブロックが相互動作して、融液表面から第１除熱速度で熱を除去するプロセスゾーンであって、第１除熱速度が、プロセスゾーンの外側の領域における融液表面からの第２除熱速度より速い速度となる、プロセスゾーンを生ずる。
融液から結晶シートを成長させる晶析装置及び方法において、ガス噴射を供給して融液表面と冷却ブロックとの間に対流領域を生ずる晶析装置の使用は、極めて高速な除熱を促進する。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
図１Ａにおいて示すように、ノズル１０４は、冷却ブロック１０６内に配置して、水又はエチレングリコールのような流体によって冷却することができ、この流体は、冷却ブロッック１０６におけるキャビティ（図示せず）内に流入するよう指向させる。従って、冷却ブロック１０６は、融液１１２よりも相当低い温度に維持することができる。例えば、融液１１２が純粋なシリコンである場合、露出面１１４の温度は１６８５Ｋの前後数度内に維持して、露出面１１４を融解状態に維持できるようにする。同時に、冷却水を冷却ブロック１０６に供給するとき、冷却ブロック１０６は、３００Ｋ〜４００Ｋの範囲内の温度で維持できる。一実施形態において、冷却ブロック１０６は、ニッケルから作製することができ、このニッケルは、高熱伝導性及び高融点を有し、冷却ブロックとして高温融液と密に近接して動作するのに適している。説明したように、ノズル１０４及び冷却ブロックは、相互動作して、狭いプロセスゾーンを生じ、このプロセスゾーンでは、除熱速度が、露出面１１４で又は露出面１１４近傍で所望結晶化を生ずるのに十分な高速であるとともに、プロセスゾーンの外側領域は融解状態のままとなる。さらに図１Ａに示すように、晶析装置１０２はエンクロージャ１０８を備え、このエンクロージャ１０８は、冷却ブロック１０６の温度よりも高いエンクロージャ温度に維持できる。エンクロージャ１０８は、断熱体及びヒーターを含む複数のコンポーネントを有し、それらはエンクロージャ１０８を高温に維持するのに使用する。例えば、エンクロージャ１０８は、露出面１１４の温度前後５０Ｋ以内の温度に維持することができる。エンクロージャ１０８は開口を画定し、この開口において、冷却ブロック１０６の冷却ブロック表面を露出面１１４に対向させて配置する。言い換えれば、エンクロージャによって画定した開口内で、冷却ブロック１０６の冷却ブロック表面は、融液１１２の露出面１１４に対面する。この開口エリアは、図１Ｂにつき後述するように、冷却ブロック１０６の底面を含む。従って、エンクロージャ１０８に近接する露出面１１４の領域に対する除熱速度は、冷却ブロック１０６に近接するプロセスゾーンの除熱速度よりも遅くすることができる。この図面及び以下の他の図面において、晶析装置１０２の頂部部分は簡単のため図示しないことを付記する。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２４】
次に図２Ｂにつき説明すると、図２Ａに示した動作中におけるシステム１００の一部分の拡大図である。図２Ｂに示すように、ガス噴射２０２は、露出面１１４に向けて指向され、露出面１１４及び冷却ブロック１０６及びノズル１０４の間に位置するガス渦２１０を生成する。ガス渦２１０は、以下に詳述するように、露出面１１４から熱を急速に除去する媒体を提供する。特に、ガス渦２１０は、露出面１１４から冷却ブロック１０６へ、少なくとも一部は対流によって熱を除去することができる。ガス渦２１０によって得られる除熱は、幾つかの例において、最大１０００Ｗ／ｃｍ２又はそれ以上にもなる数１００Ｗ／ｃｍ２のピーク除熱速度を生ずるのに十分である。これは、シリコンのシートを欠陥の少ない単結晶シートとして結晶化するのに特に有用であり得る。本発明は、Ｘ-Ｙ平面に平行な（１００）結晶面を有して成長したシリコンの単結晶シートにおいて、前縁は（１１１）結晶ファセット（小平面）によって特徴付けられ、この結晶ファセットは、Ｚ軸又は引出し方向１２０に対して５４度の角度をなす。このファセットを有する前縁を適切に成長させるため、極めて高速の除熱速度が、前縁における極めて狭い領域内で必要となる。幾つかの推定において、（１１１）ファセットを有する前縁を適切に成長させるピーク除熱速度は、１００Ｗ／ｃｍ２よりずっと速く、この値は、シリコンの結晶シートを形成するのに使用する従来装置によって達成する除熱速度より相当速い速度である。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３９】
図７は、内部排出チャネル経由で排出するガス量の変化が除熱のプロファイルに与える効果をｄの関数として示す。０％のガスが内部排出チャネル経由で排出（再利用）されるときの曲線７０２から、９０％のガスが内部排出チャネル経由で排出されるときの曲線７０６への変化で分かるように、ピークの除熱速度は単に２〜３％しか減少しない。曲線７０４は、５０％のガスが内部排出チャネル経由で排出されるときを示す。さらに有利なことに、ＦＨＨＭは、９０％排出で減少して、除熱はｄが低い値になるにつれてより集中し、それによってプロセスゾーンの幅を減少させる。しかし、ガス噴射から送給されるガスの一部分、例えば１０％を融液表面に沿う方向に排出し、このシステムから出るＳｉＯまたはＡｒのような何らかの汚染物質を排除することが望ましい点に留意されたい。特にＳｉＯ汚染物質の排除は、融液内におけるＳｉＯ粒子形成を回避することができ、このＳｉＯ粒子は、融液から成長する結晶シートの品質を低下させる。従って、様々な実施形態において、内部排出チャネルは、ガス噴射で供給されるガスの７５％〜９５％の間のガスを排出するように構成することができる。内部排出チャネル経由で排出するガスの少なくとも一部は幾つかの実施形態において再利用することができる。幾つかの実施形態において、内部排出チャネルは、ガス噴射で供給されるガスの７０％〜９０％を再利用するように構成することができる。このことは、ガス噴射がヘリウムからなるときのような材料コストを削減するのに役立てることができる。
【手続補正８】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図４】
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【手続補正９】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図６】
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【手続補正１０】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図８Ａ
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図８Ａ】
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