(57)【要約】【解決手段】管状シリコンインゴットを電磁鋳造するための炉を提供する。炉は、鋳型、外誘導コイルおよび内誘導コイル、ならびに支持部材を含んでいる。鋳型は、外ルツボおよび内ルツボを含んでいる。外ルツボは環状である。内ルツボは、外ルツボの中に配置され、内ルツボと外ルツボとの間に間隙ができるように外ルツボから間隔をあけている。鋳型は、この間隙に粒状シリコンを受け入れるように構成される。外誘導コイルは、外ルツボの周囲に配置される。内誘導コイルは、内ルツボの中に配置される。外誘導コイルおよび内誘導コイルは、鋳型内で粒状シリコンを加熱、溶融して管状シリコンインゴットを形成するように構成される。支持部材は、種晶に管状シリコンインゴットを形成する過程で種晶を鋳型に対して保持し、動かすように構成される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
管状シリコンインゴットを電磁鋳造するための炉であって、前記炉は、
外ルツボおよび内ルツボを含む鋳型であって、前記外ルツボは環状で、前記内ルツボは、前記外ルツボの中に配置され、前記内ルツボと前記外ルツボとの間に間隙ができるように前記外ルツボから間隔をあけ、前記鋳型は、前記間隙に粒状シリコンを受け入れるように構成される、鋳型と、
前記外ルツボの周囲に配置された外誘導コイルと、
前記内ルツボの中に配置された内誘導コイルであって、前記外誘導コイルおよび前記内誘導コイルは、前記鋳型内で前記粒状シリコンを加熱、溶融して管状シリコンインゴットを形成するように構成される、内誘導コイルと、
種晶に前記管状シリコンインゴットを形成する過程で前記種晶を鋳型に対して保持し、動かすように構成される支持部材と、
を備える、炉。
【請求項２】
請求項１に記載の炉であって、前記鋳型から引き上げた後に前記管状シリコンインゴットを加熱するように構成された複数のヒータをさらに含む、炉。
【請求項３】
請求項１に記載の炉であって、
複数のホッパーと、
前記粒状シリコンおよびドーパントを前記複数のホッパーに供給する複数の送り器と、
をさらに備え、
前記複数のホッパーは、前記粒状シリコンおよび前記ドーパントを前記鋳型の前記間隙の中に案内し、
前記外ルツボは、前記ホッパーから来る前記粒状シリコンおよび前記ドーパントを前記鋳型の前記間隙の中に案内するために漏斗形状である、炉。
【請求項４】
請求項１に記載の炉であって、前記内ルツボは、円形の側壁となるように円状に配置された複数のプレートの形態である、炉。
【請求項５】
請求項４に記載の炉であって、前記複数のプレートは、前記管状シリコンインゴットの冷却中に前記管状シリコンインゴットによって前記プレートにかかる収縮力を受けている間に前記プレートをゆがませるために間隔があいている、炉。
【請求項６】
請求項４に記載の炉であって、前記複数のプレートは、冷却材を受け入れて前記内ルツボを冷却するように構成された冷却材チャネルを有する、炉。
【請求項７】
請求項１に記載の炉であって、前記内ルツボは、閉口下端を有する、炉。
【請求項８】
請求項１に記載の炉であって、前記内ルツボは、開口下端を有する、炉。
【請求項９】
請求項１に記載の炉であって、前記内ルツボは、前記外ルツボの底よりも下に延在する、炉。
【請求項１０】
請求項１に記載の炉であって、前記内ルツボの側壁は、前記内ルツボの第１の下方外径が前記内ルツボの上方外径よりも短くなるようにテーパ状である、炉。
【請求項１１】
電磁鋳造システムであって、
請求項１に記載の炉と、
前記炉の少なくとも１つのパラメータを検知する少なくとも１つのセンサと、
前記少なくとも１つのパラメータに基づいて、前記鋳型から離れていく支持部材の引き上げ速度を制御するように構成される制御モジュールと、
を備えている、電磁鋳造システム。
【請求項１２】
請求項１１に記載の電磁鋳造システムであって、前記制御モジュールは、前記少なくとも１つのパラメータに基づいて、（ｉ）前記鋳型に入る前記粒状シリコンの流れ、および（ｉｉ）前記外誘導コイルおよび前記内誘導コイルへの電流を制御するように構成される、電磁鋳造システム。
【請求項１３】
管状シリコンインゴットを形成するための鋳型であって、前記鋳型は、
外ルツボであって、前記外ルツボは環状である、外ルツボと、
前記外ルツボが内ルツボを取り囲むように前記外ルツボの中に配置された内ルツボであって、前記外ルツボと前記内ルツボとの間には間隙があり、前記外ルツボおよび前記内ルツボは、前記間隙内に粒状シリコンを受け入れるように構成される、内ルツボと、
を備え、
前記内ルツボは、複数のプレートを有し、前記複数のプレートは、内面、側部、および外面を有し、前記内面は互いに対面し、内側の円形周囲に沿って配置され、前記複数のプレートは、管状構造になるように配置され、
前記複数のプレートは、前記管状シリコンインゴットの凝固中に前記外面にかかる前記管状シリコンインゴットの収縮力を受けている間に前記プレートが径方向内側に動くために、隣り合う前記側部どうしの間に間隙があるように配置される、鋳型。
【請求項１４】
請求項１３に記載の鋳型であって、前記外面は、前記内ルツボの外側円形周囲に沿って配置される、鋳型。
【請求項１５】
請求項１３に記載の鋳型であって、前記プレート間の前記間隙は、前記内ルツボの下部にあり、前記内ルツボの上部にはない、鋳型。
【請求項１６】
請求項１３に記載の鋳型であって、前記内ルツボは、閉口下端を有する、鋳型。
【請求項１７】
請求項１３に記載の鋳型であって、前記内ルツボは、開口下端を有する、鋳型。
【請求項１８】
請求項１３に記載の鋳型であって、前記内ルツボは、前記外ルツボの底よりも下に延在する、鋳型。
【請求項１９】
請求項１３に記載の鋳型であって、前記内ルツボは、前記内ルツボを冷却する冷却材を受け入れるための冷却材チャネルを有する、鋳型。
【請求項２０】
電磁鋳造システムであって、
請求項１９に記載の鋳型と、
前記鋳型の第１のパラメータを検知する第１のセンサと、
前記第１のパラメータに基づいて前記内ルツボへの冷却材の温度および流れを制御するように構成された制御モジュールと、
を備えている、電磁鋳造システム。
【請求項２１】
請求項２０に記載の電磁鋳造システムであって、
前記外ルツボを取り囲む外誘導コイルと、
前記内ルツボの中に配置された内誘導コイルと、
種晶を保持するように構成された支持部材と、
第２のパラメータを検知するように構成された第２のセンサと、
をさらに備え、
前記制御モジュールは、前記第１のパラメータおよび前記第２のパラメータに基づいて、（ｉ）前記鋳型から離れていく前記支持部材の引き上げ速度、（ｉｉ）前記鋳型に入る前記粒状シリコンの流れ、ならびに（ｉｉ）前記外誘導コイルおよび前記内誘導コイルへの電流を制御するように構成される、
電磁鋳造システム。
【請求項２２】
鋳型を介して管状シリコンインゴットを形成する方法であって、前記鋳型は、外ルツボおよび内ルツボを備え、前記外ルツボは環状であり、前記内ルツボは、前記外ルツボの中に配置され、前記内ルツボと前記外ルツボとの間に間隙ができるように前記外ルツボから間隔をあけ、前記方法は、
インゴット種晶を支持部材上にセットすることと、
内誘導コイルおよび外誘導コイルに給電して前記インゴット種晶の最上部を溶融し、前記外誘導コイルは前記外ルツボの周囲に配置され、前記内誘導コイルは前記内ルツボの中に配置されることと、
粒状シリコンおよびドーパントを前記鋳型の前記間隙に供給することと、
前記インゴット種晶上で結晶シリコンの成長を開始させることであって、（ｉ）前記内誘導コイルおよび前記外誘導コイルへの電流を制御して、前記鋳型内の前記粒状シリコンを加熱、溶融すること、および（ｉｉ）前記内ルツボへの冷却材の温度および流量を制御する間に前記支持部材を前記鋳型に対して引き下げることを含み、前記外誘導コイルおよび前記内誘導コイルは、前記鋳型内の前記粒状シリコンを加熱、溶融して前記管状シリコンインゴットを形成するように構成される、ことと、
を備える方法。
【請求項２３】
請求項２２に記載の方法であって、
前記管状シリコンインゴットが所定の長さの所にあるかどうかを判断することと、
前記管状シリコンインゴットが前記所定の長さの所にあれば、前記管状シリコンインゴットを所定期間にわたって所定温度範囲内に維持することと、
をさらに含む、方法。
【請求項２４】
請求項２２に記載の方法であって、前記粒状シリコンを溶融し、前記内ルツボの閉口下端で前記管状シリコンインゴットの一部を形成することを含む、方法。
【請求項２５】
請求項２２に記載の方法であって、前記粒状シリコンを溶融し、前記内ルツボの開口下端で前記管状シリコンインゴットの一部を形成することを含む、方法。
【請求項２６】
請求項２２に記載の方法であって、前記粒状シリコンを溶融し、前記内ルツボのテーパ状の下部で前記管状シリコンインゴットの一部を形成することを含む、方法。
【請求項２７】
請求項２６に記載の方法であって、前記粒状シリコンを溶融し、前記外ルツボのテーパ状ではない下部で前記管状シリコンインゴットの一部を形成することを含む、方法。
【請求項２８】
請求項２２に記載の方法であって、前記インゴット種晶上で前記結晶シリコンの成長を開始することは、前記内ルツボのプレートへの冷却材の温度および流量を制御する間に前記支持部材を前記鋳型に対して引き下げることを含む、方法。
【請求項２９】
請求項２８に記載の方法であって、前記プレート内のチャネルを通して前記冷却材を循環させることをさらに含む、方法。
【請求項３０】
請求項２２に記載の方法であって、前記内誘導コイルおよび前記外誘導コイルへの電流を制御して、溶融したシリコンと前記管状シリコンインゴットとの間の凝固界面の曲率を制御することをさらに含み、前記鋳型内で前記加熱し溶融した粒状シリコンは、前記溶融したシリコンを含む、方法。
【請求項３１】
請求項２２に記載の方法であって、
前記管状シリコンインゴットを冷却することと、
前記管状シリコンインゴットが冷却する間に前記内ルツボのプレートを互いに対して動かすことと、
さらに含む、方法。
【請求項３２】
請求項２２に記載の方法を用いて形成される管状シリコンインゴットであって、
前記管状シリコンインゴットの外面は、前記外ルツボの内面によって規定され、
前記管状シリコンインゴットの内面は、前記内ルツボの外面によって規定される、
管状シリコンインゴット。
【請求項３３】
請求項３２に記載の管状シリコンインゴットであって、前記管状シリコンインゴットの粒子構造の均一性は、前記粒状シリコンを前記鋳型内で前記内誘導コイルおよび前記外誘導コイルを介して加熱することに基づく、管状シリコンインゴット。
【請求項３４】
製品を形成する方法であって、前記方法は、
請求項２２に記載の方法と、
前記管状シリコンインゴットをスライスして前記製品を提供することと、
を含む、方法。
【請求項３５】
エッチングチャンバ用のリングであって、
前記リングは、請求項３４に記載の方法に従って形成され、
前記管状シリコンインゴットは、複数のスライスとなるように切断され、
前記スライスの１つは、前記リングになるように機械加工される、
リング。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［関連出願の相互参照］
本出願は、２０１７年１０月５日に出願された米国仮出願第６２／５６８，５２６号の利益を主張するものである。上記に引用した出願の開示全体を参照して本願に援用する。
【０００２】
本開示は、シリコンインゴットの電磁鋳造に関する。
【背景技術】
【０００３】
本明細書に記載する背景技術の説明は、本開示の背景を全般的に紹介することを目的としている。この背景技術の段落に記載されている範囲で本出願に明記されている発明者らの作業のほか、出願時に先行技術とみなしてはならない説明文の態様は、明示的にも黙示的にも本開示に対する先行技術としては認められない。
【０００４】
シリコンインゴットを鋳造する電磁鋳造システムは、炉を含んでいることがある。炉は通常、鋳型、誘導コイル、および１つ以上のヒータを含んでいる。鋳型は、開口端を有する筒形状のルツボである。開口端の一方は、多結晶シリコン（以下、「シリコン」と称する）の粒子を受け入れるための入り口として機能し、もう一方の開口端は、シリコン結晶（または形成されたインゴット）の出口として機能する。誘導コイルは、鋳型を取り囲んでいて、鋳型に入る粒状シリコンを溶融するために使用される。溶融したシリコンは、鋳型内で冷却を開始し、凝固したシリコンインゴットを形成する。１つ以上のヒータは、シリコンインゴットが低速で冷却して適切に硬化するように、鋳型の下に配置されて使用される。
【発明の概要】
【０００５】
管状シリコンインゴットを電磁鋳造するための炉を提供する。炉は、鋳型、外誘導コイル、内誘導コイル、および支持部材を含んでいる。鋳型は、外ルツボおよび内ルツボを含んでいる。外ルツボは環状である。内ルツボは、外ルツボの中に配置され、内ルツボと外ルツボとの間に間隙ができるように外ルツボから間隔をあけている。鋳型は、この間隙に粒状シリコンを受け入れるように構成される。外誘導コイルは、外ルツボの周囲に配置される。内誘導コイルは、内ルツボの中に配置される。外誘導コイルおよび内誘導コイルは、鋳型内で粒状シリコンを加熱、溶融して管状シリコンインゴットを形成するように構成される。支持部材は、種晶に管状シリコンインゴットを形成する過程で種晶を鋳型に対して保持し、動かすように構成される。
【０００６】
他の特徴として、炉は、鋳型から引き上げた後に管状シリコンインゴットを加熱するように構成されたヒータをさらに含んでいる。他の特徴として、炉はさらに、ホッパーおよび送り器を含んでいる。送り器は、粒状シリコンおよびドーパントを複数のホッパーに供給する。ホッパーは、粒状シリコンおよびドーパントを鋳型の間隙の中に案内する。外ルツボは、ホッパーから来る粒状シリコンおよびドーパントを鋳型の間隙の中に案内するために漏斗形状である。
【０００７】
他の特徴として、内ルツボは、円形の側壁となるように円状に配置されたプレートの形態である。他の特徴として、プレートは、管状シリコンインゴット冷却中に管状シリコンインゴットによってプレートにかかる収縮力を受けている間にプレートをゆがませるために間隔があいている。他の特徴として、プレートは、冷却材を受け入れて内ルツボを冷却するように構成された冷却材チャネルを含んでいる。
【０００８】
他の特徴として、内ルツボは、閉口下端を有する。他の特徴として、内ルツボは、開口下端を有する。他の特徴として、内ルツボは、外ルツボの底よりも下に延在する。他の特徴として、内ルツボの側壁は、内ルツボの第１の下方外径が内ルツボの上方外径よりも短くなるようにテーパ状である。
【０００９】
他の特徴として、電磁鋳造システムを提供し、電磁鋳造システムは、炉、少なくとも１つのセンサおよび制御モジュールを含んでいる。少なくとも１つのセンサは、炉の少なくとも１つのパラメータを検知する。制御モジュールは、少なくとも１つのパラメータに基づいて、鋳型から離れていく支持部材の引き上げ速度を制御するように構成される。他の特徴として、制御モジュールは、少なくとも１つのパラメータに基づいて、（ｉ）鋳型に入る粒状シリコンの流れ、および（ｉｉ）外誘導コイルおよび内誘導コイルへの電流を制御するように構成される。
【００１０】
他の特徴として、管状シリコンインゴットを形成するための鋳型を提供する。鋳型は、外ルツボおよび内ルツボを含んでいる。外ルツボは環状である。内ルツボは、外ルツボが内ルツボを取り囲むように、外ルツボの中に配置される。外ルツボと内ルツボとの間には間隙がある。外ルツボおよび内ルツボは、間隙内に粒状シリコンを受け入れるように構成される。内ルツボはプレートを含んでいる。プレートは、内面、側部、および外面を有する。内面は互いに対面し、内側の円形周囲に沿って配置される。プレートは、管状構造になるように配置される。プレートは、管状シリコンインゴットの凝固中に外面にかかる管状シリコンインゴットの収縮力を受けている間にプレートが径方向内側に動くために、隣り合う側部どうしの間に間隙があるように配置される。
【００１１】
他の特徴として、外面は、内ルツボの外側円形周囲に沿って配置される。他の特徴として、プレート間の間隙は、内ルツボの下部にあり、内ルツボの上部にはない。他の特徴として、内ルツボは、閉口下端を有する。他の特徴として、内ルツボは、開口下端を有する。他の特徴として、内ルツボは、外ルツボの底よりも下に延在する。他の特徴として、内ルツボは、内ルツボを冷却する冷却材を受け入れるための冷却材チャネルを有する。
【００１２】
他の特徴として、電磁鋳造システムを提供し、電磁鋳造システムは、鋳型、鋳型の第１のパラメータを検知する第１のセンサ、および第１のパラメータに基づいて内ルツボへの冷却材の温度および流れを制御するように構成された制御モジュールを含んでいる。他の特徴として、電磁鋳造システムは、外ルツボを取り囲む外誘導コイル；内ルツボの中に配置された内誘導コイル；種晶を保持するように構成された支持部材；および第２のパラメータを検知するように構成された第２のセンサを含んでいる。制御モジュールは、第１のパラメータおよび第２のパラメータに基づいて、（ｉ）鋳型から離れていく支持部材の引き上げ速度、（ｉｉ）鋳型に入る粒状シリコンの流れ、ならびに（ｉｉ）外誘導コイルおよび内誘導コイルへの電流を制御するように構成される。
【００１３】
他の特徴として、鋳型を介して管状シリコンインゴットを形成する方法を提供し、鋳型は、外ルツボおよび内ルツボを含み；外ルツボは環状であり；内ルツボは、外ルツボの中に配置され、内ルツボと外ルツボとの間に間隙ができるように外ルツボから間隔をあけている。本方法は、インゴット種晶を支持部材上にセットすること；内誘導コイルおよび外誘導コイルに給電してインゴット種晶の最上部を溶融し、外誘導コイルは外ルツボの周囲に配置され、内誘導コイルは内ルツボの中に配置されること；ならびに、粒状シリコンおよびドーパントを鋳型の間隙に供給することを含む。本方法はさらに、インゴット種晶上で結晶シリコンの成長を開始させることを含み、これは、（ｉ）内誘導コイルおよび外誘導コイルへの電流を制御して、鋳型内の粒状シリコンを加熱、溶融すること、ならびに（ｉｉ）内ルツボに向かう冷却材の温度および流量を制御する間に支持部材を鋳型に対して引き下げることを含む。外誘導コイルおよび内誘導コイルは、鋳型内の粒状シリコンを加熱、溶融して管状シリコンインゴットを形成するように構成される。
【００１４】
他の特徴として、本方法は、管状シリコンインゴットが所定の長さの所にあるかどうかを判断し；管状シリコンインゴットが所定の長さの所にあれば、管状シリコンインゴットを所定期間にわたって所定温度範囲内に維持することをさらに含む。他の特徴として、本方法は、粒状シリコンを溶融し、内ルツボの閉口下端で管状シリコンインゴットの一部を形成することを含む。他の特徴として、本方法は、粒状シリコンを溶融し、内ルツボの開口下端で管状シリコンインゴットの一部を形成することを含む。他の特徴として、本方法は、粒状シリコンを溶融し、内ルツボのテーパ状の下部で管状シリコンインゴットの一部を形成することを含む。他の特徴として、本方法は、粒状シリコンを溶融し、外ルツボのテーパ状ではない下部で管状シリコンインゴットの一部を形成することを含む。
【００１５】
他の特徴として、インゴット種晶上で結晶シリコンの成長を開始することは、内ルツボのプレートに向かう冷却材の温度および流量を制御する間に支持部材を鋳型に対して引き下げることを含む。他の特徴として、本方法は、プレート内のチャネルを通して冷却材を循環させることをさらに含む。他の特徴として、本方法は、内誘導コイルおよび外誘導コイルへの電流を制御して、溶融したシリコンと管状シリコンインゴットとの間の凝固界面の曲率を制御することをさらに含み、鋳型内で加熱、溶融した粒状シリコンは、溶融したシリコンを含む。
【００１６】
他の特徴として、本方法は、管状シリコンインゴットを冷却すること；および管状シリコンインゴットが冷却する間に内ルツボのプレートを互いに対して動かすことをさらに含む。他の特徴として、記載した方法を用いて管状シリコンインゴットが形成され、管状シリコンインゴットの外面は、外ルツボの内面によって規定され、管状シリコンインゴットの内面は、内ルツボの外面によって規定される。他の特徴として、管状シリコンインゴットの粒子構造の均一性は、粒状シリコンを鋳型内で内誘導コイルおよび外誘導コイルを介して加熱することに基づく。
【００１７】
他の特徴として、製品を形成する方法を提供する。製品を形成する方法は、管状シリコンインゴットを形成する方法；および管状シリコンインゴットをスライスして製品を提供することを含む。他の特徴として、エッチングチャンバ用のリングを提供する。リングは、製品を形成する方法に従って形成される。管状シリコンインゴットは、複数のスライスとなるように切断される。スライスの１つは、リングになるように機械加工される。
【００１８】
本開示の適応性のさらに他の領域は、詳細な説明、請求項および図面から明らかになるであろう。詳細な説明および特定の実施例は、例示のみを目的としており、本開示の範囲を限定する意図はない。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
本開示は、詳細な説明および添付の図面からより完全に理解されるであろう。
【００２０】
【図１】本開示の一実施形態による閉口した内ルツボを有する電磁鋳造炉を含むインゴット鋳造システムの一部の一例の側部断面図である。
【００２１】
【図２】本開示の一実施形態による開口端の内ルツボを有する電磁鋳造炉を含む別のインゴット鋳造システムの一部の一例の側部断面図である。
【００２２】
【図３】本開示の一実施形態によるテーパ状の開口した内ルツボを有する電磁鋳造炉を含む別のインゴット鋳造システムの一部の一例の側部断面図である。
【００２３】
【図４】本開示の一実施形態による内ルツボの一例の斜視図である。
【００２４】
【図５】本開示の一実施形態による冷却チャネルを有するプレートを含む内ルツボの一例の斜視図である。
【００２５】
【図６】本開示の一実施形態による制御システムを含むインゴット鋳造システムの一部の一例の機能ブロック図である。
【００２６】
【図７】本開示の一実施形態による管状シリコンインゴットを形成する一例の方法を示す図である。
【００２７】
【図８】固体のシリコンインゴットブロックを機械加工して形成したリングの一例の断面斜視図である。
【００２８】
【図９】本開示の一実施形態に従って提供された管状シリコンインゴットから機械加工したリングの一例の断面斜視図である。
【００２９】
図面では、同様および／または同一の要素を特定するために符号を再使用することがある。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
半導体基板をエッチングするためのエッチングチャンバは、電極および閉じ込めリングを含んでいてよい。電極および閉じ込めリングは、シリコンで形成されてよい。電極、閉じ込めリングおよびその他の環状に製造された部品は、筒状シリコンインゴットから形成されてよい。ただし、これは少なくとも、シリコンインゴットを形成すること、シリコンインゴットをスライスすること、およびスライスの中心で正確に孔を機械加工してリングを実現することを伴う。この製造プロセスは、時間とコストがかかる。このプロセスを簡易化するため、本明細書では、シリコンチューブを鋳造し、その後シリコンリングを実現するためにシリコンチューブをスライスしてよい炉を含む例を記載する。電磁鋳造は、様々な種類の設備、例えばエッチングチャンバの設備などで使用される部品のニアネットシェイプであるシリコンチューブを実現するために実施される。
【００３１】
図１は、電磁鋳造（ＥＭＣ）炉１０を含むインゴット鋳造システムの一部を示している。ＥＭＣ炉１０のほかに、インゴット鋳造システムは、制御システムも備えていてよく、その一例を図６に示している。ＥＭＣ炉１０は、チャンバ１２、外ルツボ１４、内ルツボ１６、外誘導コイル（円１８で表示）および内誘導コイル（円２０で表示）を含んでいてよい。チャンバ１２は、２つの領域２２、２４に分割されてよい。ルツボ１４、１６（「鋳型」とも称する）は、第１の領域２２に配置され、管状シリコンチューブを形成するために使用される。外ルツボ１４は管状で、支持部材２６を介してチャンバ１２の最上部から懸架されてよい。外ルツボ１４は、内ルツボ１６を取り囲んでいる。内ルツボ１６は、支持構造体を介してチャンバ１２の最上部から懸架されてよい。図示した例では、支持構造体は、（ｉ）供給および戻りライン２８から冷却材を受け入れてよい筒状マニホールド２７、ならびに（ｉｉ）供給および戻りライン２９を含んでいる。内ルツボ１６は、供給および戻りライン２９に接続され、この供給および戻りラインは、筒状マニホールド２７に接続されている。筒状マニホールド２７は、チャンバ１２の最上部に接続されている。
【００３２】
内ルツボ１６は、カップ形状で、内誘導コイル２０を保持している。内ルツボ１６は、側壁３１および底壁３３を有する。内ルツボ１６の下端３５は、底壁３３を介して閉じられている。これによって、誘導コイル２０から形成中の管状結晶３７に熱が直接通る量を制限する。閉口下端３５は、溶融混合物３９が内誘導コイル２０に達することも防止する。一実施形態では、側壁３１は、外ルツボ１４の側壁４１の下部より下には延在しない。
【００３３】
側壁３１、４１は、融点が少なくとも第１の所定レベルよりも上でバルブの熱伝導率が少なくとも第２の所定レベルよりも高く、一方で溶融混合物３９および結晶３７の汚染を最小に抑える１つ以上の材料で形成される。側壁３１、４１は、銅、ニッケル、銀、耐火性金属（例えばタングステンおよび／またはモリブデン）、および／またはその他の適切な材料で形成されてよい。一例の実施形態では、側壁３１、４１を形成する材料の融点は、溶融混合物３９を生成するために用意した材料の融点よりも高い。一例として、材料は、側壁３１、４１に含まれる銅の量を最小にして結晶３７の銅汚染を最小にするように選択されてよい。１つの実施形態では、側壁３１、４１は、それぞれのコアおよび外層を有する。外層は、コアを取り囲んでいてよい。コアは、銅を含み、外層は、所定量未満の銅を含む、または銅を含まない。別の実施形態では、溶融混合物３９および結晶３７に面している側壁３１の外層および側壁４１の内層は、所定量未満の銅を含む、または銅を含まない。
【００３４】
外ルツボ１４の上方内側部分３４は、ホッパー３６、３８から材料を誘導する漏斗形状であってよい。稼働中、原材料は、入口チャネル４０、４２を通ってバルブ４４、４６を介してホッパー３６、３８に供給される。例として、ホッパー３６は、ドーパント粉末（例えばホウ素）を受け入れるとしてよく、ホッパー３８は、粒状ポリシリコンを受け入れるとしてよい。材料は、外ルツボ１４と内ルツボ１６との間の環状間隙Ｇの中に落下する。次に材料は、誘導コイル１８、２０によって発生した熱で溶融して溶融混合物３９となり、溶融混合物は、冷却して、ルツボ１４、１６を出る前に結晶の一部を形成する。外誘導コイル１８は、外ルツボ１４を取り囲み、かつ／または外ルツボの周囲に巻き付けられ、供給された材料／溶融混合物３９の外側周囲部分を加熱する。内誘導コイル２０は、供給された材料／溶融混合物３９の内側周囲部分を加熱する。誘導コイル１８、２０は、ルツボ１４、１６に最も近い結晶３７の端部分も加熱してよい。
【００３５】
内誘導コイル２０は、結晶３７内の温度分布を制御し、溶融混合物３９と結晶３７との間に凝固界面５２を生成するように制御されてよい。凝固界面５２は、液体（すなわち溶融混合物３９）と固体（すなわち結晶３７）との間の界面である。凝固界面５２は、内誘導コイル２２０が使用されなかった場合よりも平坦（すなわち、より線形）である。凝固界面５２は、内誘導コイル２０が使用されなかった場合はよりカップ形状または丸くなる。凝固界面５２が平坦なほど、結晶３７の粒子構造の均一性が向上する。溶融したシリコンは、結晶粒状で凝固し、凝固面に対して垂直方向に成長する傾向がある。したがって、インゴットの結晶粒のサイズおよび向きは、凝固界面の曲率または湾曲に基づいている。図１〜図３の開示した炉を実現することにより、凝固面の湾曲率が下がり、これによって形成されたインゴットの粒子サイズの均一性が増す。湾曲率が低いほど、凝固面の中心での溶融混合物の深さ（または鉛直方向の曲率半径）が小さくなる。一例の深さＤを図１に示している。粒子サイズの均一性により、インゴットの機械特性の均一性が向上し、材料造形過程での処理のばらつきおよび機械的欠陥の形成が少なくなり、これによって機械加工の歩留まりが改善される。粒子サイズの均一性は、インゴットの化学特性の均一性も改善する。その結果、インゴットから機械加工された構成要素は、化学的影響およびプラズマ表面の影響に対して均一で制御可能な反応をする。このように制御可能であることにより、製造された構成要素を含む機器の信頼性が向上する。
【００３６】
チャンバ１２は、ガス入口６０、ガス出口６２、およびそれに対応するガス入口（またはガス供給）およびガス出口のバルブ６４、６６をさらに有していてよく、このバルブを供給ガス、パージガス、およびその他のガスが通るとしてよい。チャンバ１２は、第１の領域２２に第１のヒータ７０、第２の領域２４にヒータ７２をさらに備えていてよい。ヒータ７２は、領域２２、２４を隔てている壁７４からチャンバ１２および／または領域２４の下方端部まで、結晶３７に沿って一列に配置される。ヒータ７２は、結晶３７、種晶８０および結晶支持部材８２を取り囲む。ヒータ７０は、結晶３７の結晶化率を制御するために使用される。ヒータ７０、７２は、結晶３７の冷却を制御して結晶３７の亀裂を防止するために使用される。結晶３７が形成される前に、種晶８０は結晶支持部材８２の上に配置され、結晶支持部材８２は、ルツボ１４、１６に対して鉛直方向のシャフト８４によって動かされる。結晶３７が種晶８０に形成されるにつれて、結晶支持部材８２は、ヒータ７０、７２によって下向きに引っ張られる。結晶３７の質量と凝固界面５２の表面積との比率が通常の筒状インゴットの質量と対応する凝固界面の表面積に対する比率に比べて低いため、ルツボ１４、１６の下への熱抽出は簡易化されている。比率の低下は、鋳造されたシリコンインゴットの固有応力の低下に関連しており、鋳造されたシリコンインゴットから製造され機械加工された構成要素の歩留まりが改善される。
【００３７】
図２は、ＥＭＣ炉１００を含むインゴット鋳造システムの一部を示している。ＥＭＣ炉１００のほかに、インゴット鋳造システムは、制御システムも含んでいてよく、その一例を図６に示している。ＥＭＣ炉１００は、チャンバ１０２、外ルツボ１０４、開口端の内ルツボ１０６、外誘導コイル（円１１８で表示）および内誘導コイル（円１２０で表示）を含んでいてよい。チャンバ１０２は、２つの領域１２２、１２４に分割されてよい。ルツボ１０４、１０６（「鋳型」とも称する）は、第１の領域１２２に配置され、管状シリコンチューブを形成するために使用される。外ルツボ１０４は管状で、支持部材１２６を介してチャンバ１０２の最上部から懸架されてよい。外ルツボ１０４は、内ルツボ１０６を取り囲んでいる。内ルツボ１０６は、支持構造体を介してチャンバ１０２の最上部から懸架されてよい。図示した例では、支持構造体は、（ｉ）供給および戻りライン１２８から冷却材を受け入れてよい筒状マニホールド１２７、ならびに（ｉｉ）供給および戻りライン１２９を含んでいる。内ルツボ１０６は、供給および戻りライン１２９に接続され、この供給および戻りラインは、筒状マニホールド１２７に接続されている。筒状マニホールド１２７は、チャンバ１０２の最上部に接続されている。
【００３８】
内ルツボ１０６は管状で、内誘導コイル１２０を保持している。内ルツボ１０６は側壁１３１を有する。側壁１３１は、図１の側壁３１とは対照的に延在し、開口下端１３５を有する。開口端の側壁１３１を有することによって、熱は、内誘導コイル１２０から形成中の管状結晶１３７に直接通ってよい。ただし、長さが増した側壁１３１は、内誘導コイル１２０から凝固界面１３９に、かつルツボ１０４、１０６の間にある結晶１３７の一部１３９に直接通る量を制限する。長さが増したことで、溶融混合物１４１が内誘導コイル１２０に達することも防止する。図１の側壁３１とは異なり、側壁１３１は、外ルツボ１０４の壁１４３よりも下に延在する。
【００３９】
側壁１３１、１４３は、融点が少なくとも第１の所定レベルよりも上でバルブの熱伝導率が少なくとも第２の所定レベルよりも高く、一方で溶融混合物１４１および結晶１３７の汚染を最小に抑える１つ以上の材料で形成される。側壁１３１、１４３は、銅、ニッケル、銀、耐火性金属（例えばタングステンおよび／またはモリブデン）、および／またはその他の適切な材料で形成されてよい。側壁３１、４１の融点は、溶融混合物３９を生成するために用意した材料の融点よりも高い。一例として、材料は、側壁１３１、１４３に含まれる銅の量を最小にして結晶１３７の銅汚染を最小にするように選択されてよい。１つの実施形態では、側壁１３１、１４３は、それぞれのコアおよび外層を有する。外層は、コアを取り囲んでいてよい。コアは、銅を含み、外層は、所定量未満の銅を含む、または銅を含まない。別の実施形態では、溶融混合物１４１および結晶１３７に面している側壁１３１の外層および側壁１４３の内層は、所定量未満の銅を含む、または銅を含まない。
【００４０】
外ルツボ１０４の上方内側部分１３４は、ホッパー１３６、１３８から材料を誘導する漏斗形状であってよい。稼働中、原材料は、入口チャネル１４０、１４２を通ってバルブ１４４、１４６を介してホッパー１３６、１３８に供給される。例として、ホッパー１３６は、ドーパント粉末（例えばホウ素）を受け入れるとしてよく、ホッパー１３８は、粒状ポリシリコンを受け入れるとしてよい。材料は、外ルツボ１０４と内ルツボ１０６との間の環状間隙Ｇの中に落下する。次に材料は、誘導コイル１１８、１２０によって発生した熱で溶融して溶融混合物１４１となり、溶融混合物は、冷却して、ルツボ１０４、１０６を出る前に結晶の一部を形成する。外誘導コイル１１８は、外ルツボ１０４を取り囲み、かつ／または外ルツボの周囲に巻き付けられ、供給された材料／溶融混合物１４１の外側周囲部分を加熱する。内誘導コイル１２０は、供給された材料／溶融混合物１４１の内側周囲部分を加熱する。誘導コイル１１８、１２０は、ルツボ１０４、１０６に最も近い結晶１３７の端部分も加熱してよい。内誘導コイル１２０は、結晶１３７内の温度分布を制御し、溶融混合物１４１と結晶１３７との間に凝固界面１３９を生成するように制御されてよい。凝固界面１３９は、内誘導コイル１２０が使用されなかった場合よりも平坦である。
【００４１】
チャンバ１０２は、ガス入口１６０、ガス出口１６２、およびそれに対応するガス入口（またはガス供給）およびガス出口のバルブ１６４、１６６をさらに有していてよく、このバルブを供給ガス、パージガス、およびその他のガスが通るとしてよい。チャンバ１０２は、第１の領域１２２に第１のヒータ１７０、第２の領域１２４にヒータ１７２をさらに備えていてよい。ヒータ１７０は、第１の領域１２２にある結晶１３７の一部を取り囲んでいる。ヒータ１７２は、領域１２２、１２４を隔てている壁１７４からチャンバ１０２および／または領域１２４の下方端部まで、結晶１３７に沿って一列に配置される。ヒータ１７２は、結晶１３７、種晶１８０および結晶支持部材１８２を取り囲んでいる。ヒータ１７０は、結晶１３７の結晶化率を制御するために使用される。ヒータ１７０、１７２は、結晶１３７の冷却を制御するために使用される。結晶１３７が形成される前に、種晶１８０は結晶支持部材１８２の上に配置され、結晶支持部材１８２は、ルツボ１０４、１０６に対して鉛直方向のシャフト１８４によって動かされる。結晶１３７が種晶１８０に形成されるにつれて、結晶支持部材１８２は、ヒータ１７０、１７２によって下向きに引っ張られる。結晶１３７の質量と凝固界面１３９の表面積との比率が通常の筒状インゴットの質量と対応する凝固界面の表面積に対する比率に比べて低いため、ルツボ１０４、１０６の下への熱抽出は簡易化されている。比率の低下は、鋳造されたシリコンインゴットの固有応力の低下に関連しており、鋳造されたシリコンインゴットから製造され機械加工された構成要素の歩留まりが改善される。
【００４２】
図３は、ＥＭＣ炉２００を含むインゴット鋳造システムの一部を示している。ＥＭＣ炉２００のほかに、インゴット鋳造システムは、制御システムも含んでいてよく、その一例を図６に示している。ＥＭＣ炉２００は、チャンバ２０２、外ルツボ２０４、テーパ状に開口している内ルツボ２０６、外誘導コイル（円２１８で表示）および内誘導コイル（円２２０で表示）を含んでいてよい。チャンバ２０２は、２つの領域２２２、２２４に分割されてよい。ルツボ２０４、２０６（「鋳型」とも称する）は、第１の領域２２２に配置され、管状シリコンチューブを形成するために使用される。外ルツボ２０４は管状で、支持部材２２６を介してチャンバ２０２の最上部から懸架されてよい。外ルツボ２０４は、内ルツボ２０６を取り囲んでいる。内ルツボ２０６は、支持構造体を介してチャンバ２０２の最上部から懸架されてよい。図示した例では、支持構造体は、（ｉ）供給および戻りライン２２８から冷却材を受け入れてよい筒状マニホールド２２７、ならびに（ｉｉ）供給および戻りライン２２９を含んでいる。内ルツボ２０６は、供給および戻りライン２２９に接続され、この供給および戻りラインは、筒状マニホールド２２７に接続されている。筒状マニホールド２２７は、チャンバ２０２の最上部に接続されている。
【００４３】
内ルツボ２０６は円錐状で、内誘導コイル２２０を保有している。内ルツボ２０６は側壁２３１を有する。側壁２３１は、上方内径Ｄ１が下方内径Ｄ２よりも大きく、上方外径Ｄ３が下方外径Ｄ４よりも大きいようにテーパ状になっている。側壁２３１の内径は、最上端２３４から側壁２３１の下端２３６に向かって小さくなる。下端２３６は、開口端である。内ルツボ２０６は、下端２３６に向かってテーパ状になっていて、この下端でインゴットは凝固し、ルツボ２０４、２０６から引き上げられる。開口端の側壁２３１を有することによって、熱は、内誘導コイル２２０から形成中の管状結晶２３７に直接通ってよい。ただし、テーパ状の側壁２３１は、内誘導コイル２２０から凝固界面２４５に、かつルツボ２０４、２０６の間にある結晶２３７の一部２３９に直接通る量を制限する。テーパ状の側壁２３１は、溶融混合物２４１が内誘導コイル２２０に達することも防止する。また、テーパ状の側壁２３１を有することによって、結晶２３７は、凝固界面２４５の下で凝固するときに収縮することができる。側壁２３１はテーパ状になっているため、側壁２３１の下部２３５と結晶２３７との間には間隙Ｇ２がある。これによって結晶２３７が収縮するための空間ができるとともに、結晶２３７と側壁２３１の下部２３５との間の径方向の摩擦力を最小にする。これは、結晶２３７の機械的損傷を防止する。（ｉ）下部２３５と（ｉｉ）溶融混合物２４１および結晶２３７との間の間隙Ｇ２はテーパ状で、下端２３６が最も幅広い部分で、側壁２３１が溶融混合物２４１と接触する所が最も細い部分である。間隙Ｇ２の大きさは、結晶２３７の凝固過程で内ルツボ２０６の下部にかかる圧力が最小となるように設定されてよい。
【００４４】
側壁２３１、２４３は、融点が少なくとも第１の所定レベルよりも上でバルブの熱伝導率が少なくとも第２の所定レベルよりも高く、一方で溶融混合物２４１および結晶２３７の汚染を最小に抑える１つ以上の材料で形成される。側壁２３１、２４３は、銅、ニッケル、銀、耐火性金属（例えばタングステンおよび／またはモリブデン）、および／またはその他の適切な材料で形成されてよい。側壁３１、４１の融点は、溶融混合物３９を生成するために用意した材料の融点よりも高い。一例として、材料は、側壁２３１、２４３に含まれる銅の量を最小にして結晶２３７の銅汚染を最小にするように選択されてよい。１つの実施形態では、側壁２３１、２４３は、それぞれのコアおよび外層を有する。外層は、コアを取り囲んでいてよい。コアは、銅を含み、外層は、所定量未満の銅を含む、または銅を含まない。別の実施形態では、溶融混合物２４１および結晶２３７に面している側壁２３１の外層および側壁２４３の内層は、所定量未満の銅を含む、または銅を含まない。１つの実施形態では、側壁２３１の下端２３６は、側壁２４３よりも下に延在する。別の実施形態では、側壁２３１の下端２３６は、側壁２４３より下には延在しない。
【００４５】
外ルツボ２０４の上方内側部分２３４は、ホッパー２３６、２３８から材料を誘導する漏斗形状であってよい。稼働中、原材料は、入口チャネル２４０、２４２を通ってバルブ２４４、２４６を介してホッパー２３６、２３８に供給される。例として、ホッパー２３６は、ドーパント粉末（例えばホウ素）を受け入れるとしてよく、ホッパー２３８は、粒状ポリシリコンを受け入れるとしてよい。材料は、外ルツボ２０４と内ルツボ２０６との間の環状間隙Ｇの中に落下する。間隙Ｇの径方向（水平方向）の幅は、側壁２３１がテーパ状であるために、溶融混合物２４１および部分２３９の鉛直方向に沿って変化する。次に材料は、誘導コイル２１８、２２０によって発生した熱で溶融して溶融混合物２４１となり、溶融混合物は、冷却して、ルツボ２０４、２０６を出る前に結晶の一部を形成する。外誘導コイル２１８は、外ルツボ２０４を取り囲み、かつ／または外ルツボの周囲に巻き付けられ、供給された材料／溶融混合物２４１の外側周囲部分を加熱する。内誘導コイル２２０は、供給された材料／溶融混合物２４１の内側周囲部分を加熱する。誘導コイル２１８、２２０は、ルツボ２０４、２０６に最も近い結晶２３７の端部分も加熱してよい。内誘導コイル２２０は、結晶２３７内の温度分布を制御し、溶融混合物２４１と結晶２３７との間に凝固界面２４５を生成するように制御されてよい。凝固界面２４５は、内誘導コイル２２０が使用されなかった場合よりも平坦である。
【００４６】
チャンバ２０２は、ガス入口２６０、ガス出口２６２、およびそれに対応するガス入口（またはガス供給）およびガス出口のバルブ２６４、２６６をさらに有していてよく、このバルブを供給ガス、パージガス、およびその他のガスが通るとしてよい。チャンバ２０２は、第１の領域２２２に第１のヒータ２７０、第２の領域２２４にヒータ２７２をさらに備えていてよい。ヒータ２７２は、領域２２２、２２４を隔てている壁２７４からチャンバ２０２および／または領域２２４の下方端部まで、結晶２３７に沿って一列に配置される。ヒータ２７２は、結晶２３７、種晶２８０および結晶支持部材２８２を取り囲んでいてよい。ヒータ２７０は、結晶２３７の結晶化率を制御するために使用される。ヒータ２７０、２７２は、結晶２３７の冷却を制御するために使用される。結晶２３７が形成される前に、種晶２８０は結晶支持部材２８２の上に配置され、結晶支持部材２８２は、ルツボ２０４、２０６に対して鉛直方向のシャフト２８４によって動かされる。結晶２３７が種晶２８０に形成されるにつれて、結晶支持部材２８２は、ヒータ２７０、２７２によって下向きに引っ張られる。結晶２３７の質量と凝固界面２４５の表面積との比率が通常の筒状インゴットの質量と対応する凝固界面の表面積に対する比率に比べて低いため、ルツボ２０４、２０６の下への熱抽出は簡易化されている。比率の低下は、鋳造されたシリコンインゴットの固有応力の低下に関連しており、鋳造されたシリコンインゴットから製造され機械加工された構成要素の歩留まりが改善される。
【００４７】
図４は、図２の内ルツボ１０６の代わりとしてよい一例の内ルツボ３００を示している。プレートが冷却された液体ではない場合、図２のマニホールド１２７および供給および戻りライン１２９は、単純に支持部材１２６と同様の支持部材に置き換えられてよい。内ルツボ３００は、図２の外ルツボ１０４よりも下に延在してよい。内ルツボ３００は、円に沿って配置された一連のプレート３０２を含み、それによってプレート３０２は、開口下端３０４を有する円形壁を形成する。プレート３０２は、１つ以上の内径を規定する。上方外径ＤＩＡ１、下方外径ＤＩＡ２、上方内径ＤＩＡ３、および下方内径ＤＩＡ４を示している。１つの実施形態では、ＤＩＡ１はＤＩＡ２と等しく、かつ／またはＤＩＡ３はＤＩＡ４と等しい。別の実施形態では、ＤＩＡ１はＤＩＡ２と等しくはなく、かつ／またはＤＩＡ３はＤＩＡ４と等しくはない。プレート３０２は、内面３０３、側部３０５および外面３０７を有する。
【００４８】
さらに別の実施形態では、プレート３０２は、内ルツボ３００の最上部では間隔があいておらず、図示したように内ルツボ３００の下部で間隔があいている。下部で間隔があいているため、プレートどうしの間には矢印３０６で示した間隙がある。間隙３０６は、プレート３０２どうしの間で鉛直方向に延在し、プレート３０２には、内ルツボ３００の周囲に形成された管状シリコンインゴットが収縮する過程で径方向内側に動くための自由度が設けられる。プレート３０２どうしは、少なくとも内ルツボ３００の底で離れていて、プレートが内ルツボ３００の底で径方向にゆがんで管状シリコンインゴットの寸法変化に順応できるようになっており、この寸法変化は、インゴットの冷却過程での凝固および熱収縮によって起こるものである。別の実施形態では、プレート３０２は、内ルツボ３００の上部でも間隔があいており、間隙３０６は、内ルツボ３００の下端から内ルツボ３００の最上端まで延在する。
【００４９】
溶融混合物（例えば溶融混合物３９、１４１、２４１）は、間隙３０６に流入することはできない。間隙３０６は、溶融混合物が隣り合うプレート３０２どうしの間を通過するのを防止するために所定サイズよりも小さい。管状シリコンインゴットの収縮およびプレート３０２の径方向内側への動きを矢印３０８で表示している。これによって、インゴットの冷却過程での凝固および／または熱収縮によって起こる管状シリコンインゴットの内寸法の変化にプレート３０２を順応させることが可能である。プレート３０２を動かすことが可能であることで、内ルツボと管状シリコンインゴットとの間の摩擦が少なくなり、それがインゴットの損傷を防止する。プレート３０２は、図２の内ルツボ１０６と同じまたは同様の材料で形成されてよい。
【００５０】
図５は、冷却チャネル（そのうちの１つを３５４と表示）を有するプレート３５２を含む別の一例の内ルツボ３５０を示している。冷却チャネルは、内ルツボ３５０を冷却し、シリコンインゴットから熱を抽出するために使用される。冷却チャネルは、供給および戻りライン（例えば図１〜図３の供給および戻りライン２９、１２９、２２９）に接続されてよい。冷却チャネルは、Ｕ字型チャネルとして示されているが、他の構成であってもよい。冷却チャネルは、均一の内径を有していてプレート３５２の鉛直方向の長さに沿って延在しているものとして示されているが、冷却チャネルは、プレート３５２の一部のみに延在していてよく、かつ／またはプレート３５２の最上部近くよりもプレート３５２の底部近くで冷却が強くなるように内径／断面積を変化させてよい。１つの実施形態では、冷却チャネルは、プレート３５２の最上部からプレート３５２の底部に向けて段階的に冷却が強くなるように構成され、それによってプレート３５２の底部で冷却が最強になる。
【００５１】
プレート３５２は、図４のプレート３０２と同じように構成されてよいが、図５の実施形態では冷却チャネルを含んでいる。例として、冷却チャネルは、それぞれが鉛直方向に配置された入口チャネル（そのうちの１つを３６０と表示）、水平方向に配置された中間チャネル３６２、および鉛直方向に配置された出口チャネル（そのうちの１つを３６４と表示）を有する。入口チャネル３６０は、入口（そのうちの１つを３６８と表示を有する。出口チャネル３６４は、出口（そのうちの１つを３７０と表示）を有する。
【００５２】
１つの実施形態では、冷却チャネルは、内ルツボ３５０のプレート３５２が、冷却材を受け入れおよび排出を行うための単一の入り口および単一の出口のみを共同で有するように、連続状態で接続される。別の実施形態では、プレート３５２の冷却チャネルは、プレート３５２のグループができるように接続され、各グループが、連続状態で接続された２つ以上のプレート３５２を含んでいる。別の実施形態では、２つ以上のプレート３５２の冷却チャネルは、並列接続され、それによって２つ以上のプレート３５２は、同じ期間にわたって冷却材供給源から冷却材を受け入れる。冷却材供給源は、冷却材貯蔵部および１つ以上の冷却材ポンプを含んでいてよく、その例を図６に示している。１つの実施形態では、プレート３５２は、プレート間の機械的接触面に設置された誘電材料によって互いに電気的に絶縁される。
【００５３】
図６は、制御システム４００を含むインゴット鋳造システムの一部を示している。制御システム４００は、図１〜３のインゴット鋳造システムに含まれてよく、炉１０、１００、２００の動作を制御するために使用される。制御システム４００は、センサ（例えば圧力センサ４０２、温度センサ４０４、および位置センサ４０６）および制御モジュール４０８を含んでいてよい。圧力センサ４０２は、ライン６０、６２、１６０、１６２、２６０、２６２内および／または領域２２、２４、１２２、１２４、２２２、２２４内の圧力を検知するために使用されてよい。温度センサ４０４は、種晶（例えば種晶８０、１８０、２８０のいずれか１つ）および／または形成中の結晶（例えば結晶３７、１３７、２３７のいずれか１つ）の温度を検知する高温計４１０を含んでいてよい。温度センサ４０４は、例えばルツボ１４、１６、１０４、１０６、２０４、２０６の温度を検知するための他の温度センサ４１２を含んでいてよい。他の温度センサ４１２は、ライン６０、６２、１６０、１６２、２６０、２６２および／または領域２２、２４、１２２、１２４、２２２、２２４内の温度を検知するために使用されてよい。
【００５４】
制御モジュール４０８は、圧力モジュール４２０、温度モジュール４２２、シリコンモジュール４２４、ドーパントモジュール４２６、誘導モジュール４２８、引き上げ速度モジュール４３０および冷却モジュール４３２を含んでいてよい。圧力モジュール４２０は、圧力センサ４０２から来る圧力信号に基づいてチャンバ１２、１０２、２０２内および領域２２、２４、１２２、１２４、２２２、２２４内の圧力を測定してよい。圧力モジュール４２０は、チャンバ１２、１０２、２０２に出入りするガスの供給および放出を制御してよい。これは、ガスポンプ４４０の状態を制御することを含んでいてよく、ガスポンプは、ガス供給源４４２から来るガスをガス供給バルブ４４４（例えばバルブ６４、１６４、２６４のいずれか１つ）に供給する。温度モジュール４２２は、温度センサ４０４から来る温度信号に基づいてチャンバ１２、１０２、２０２内の温度およびチャンバ内にある要素の温度を測定してよい。
【００５５】
モジュール４２４、４２６、４２８、４３０および４３２は、圧力モジュール４２０および温度モジュール４２２によって測定されたパラメータに基づいて動作してよい。シリコンモジュール４２４は、シリコン供給送り器４５０を介して粒状シリコンをホッパーの中に供給するのを制御してよい。粒状シリコンは、シリコン供給源４５２からシリコン供給送り器４５０を通って送られてよい。重力送りの場合、シリコン供給送り器４５０は、単純にシリコン供給バルブ（例えばバルブ４６、１４６、２４６のいずれか１つ）を含んでいてよい。シリコン供給送り器４５０またはシリコン供給源４５２に供給センサ４５４が含まれ、シリコンがシリコン供給送り器４５０および／または鋳型に供給されているかどうか、かつ／またはこれを通して供給されているかどうかを示してよい。
【００５６】
ドーパントモジュール４２６は、ドーパント供給送り器４６０を介してドーパントをホッパーの中に供給するのを制御してよい。ドーパントは、ドーパント供給源４６２からドーパント供給送り器４６０を通って送られてよい。重力送りの場合、ドーパント供給送り器４６０は、単純にドーパント供給バルブ（例えばバルブ４４、１４４、２４４のいずれか１つ）を含んでいてよい。ドーパント供給送り器４６０またはドーパント供給源４６２に供給センサ４６４が含まれ、ドーパント供給送り器４６０および／または鋳型に供給されているかどうか、かつ／またはこれを通して供給されているかどうかを示してよい。
【００５７】
誘導モジュール４２８は、誘導コイル４７０（例えば誘導コイル１８、２０、１１８、１２０、２１８、２２０）の動作を制御する。誘導モジュール４２８は、誘導コイル４７０から電力を受け取り、かつ／または誘導コイルへの電力を制御してよい。制御モジュール４０８および誘導コイル４７０に電力を供給する電源４７２を示している。引き上げ速度モジュール４３０は、結晶支持部材のシャフト（例えばシャフト８４、１８４、２８４のいずれか１つ）の引き上げ速度を制御する。これは、結晶支持部材モータ４７４への電力を制御することを含んでいてよい。
【００５８】
冷却モジュール４３２は、ヒータモジュール４８０および冷却材モジュール４８２を含んでいてよい。ヒータモジュール４８０は、ヒータ４８４（例えばヒータ７０、７２、１７０、１７２、２７０、２７２）への電力を制御する。ヒータ４８４は、黒鉛加熱要素を含んでいてよい。冷却材モジュール４８２は、内ルツボの（例えば内ルツボ１６、１０６、２０６のいずれか１つ）プレートへの冷却材の温度および流量を制御する。本明細書では冷却材が内ルツボに供給されるものとして説明しているが、冷却材は、冷却材チャネルを含んでいてよい外ルツボにも供給されてよい。冷却材モジュール４８２は、冷却材貯蔵部４８６の冷却機４８５、冷却材ポンプ４８８および冷却材バルブ４９０を制御して温度および流量を制御する。制御システム４００は、出力バルブ４９２（例えばガス出口バルブ６６、１６６、２６６のいずれか１つ）をさらに含んでいてよく、出力バルブは制御モジュール４０８に制御される。
【００５９】
本明細書に開示するシステムは、多数の方法を用いて動作してよく、一例の方法を図７に示している。図７は、管状シリコンインゴットを形成する方法を示している。以下の動作は、主に図１〜図６の実施に関して説明するものだが、この動作は、本開示の他の実施に適用するために修正されてよい。この動作は、繰り返し実施されてよい。本方法は、５００から始まるとしてよい。５０２では、炉およびルツボの表面を清浄する。５０４では、インゴット種晶を結晶支持部材（例えば結晶支持部材８２、１８２、２８２のいずれか１つ）にセットする。結晶支持部材は台座と呼ぶことがある。
【００６０】
５０６で、モジュール４２０、４２２は、チャンバ（例えばチャンバ１２、１０２、２０２のいずれか１つ）の圧力および／または温度を設定する。これには、要素（例えば内ルツボ、外ルツボ、種晶など）の温度設定が含まれてよい。５０８で、引き上げ速度モジュール４３０は、結晶支持部材を介して種晶を持ち上げ、それによって種晶の第１の部分が外ルツボと内ルツボとの間の鋳型の一部の中に入る、または鋳型の底に当接する。動作５０８は、動作５０６を実施している間に実施されてよい。
【００６１】
５１０で、誘導モジュール４２８は、誘導コイル（例えば誘導コイル１８、２０、１１８、１２０、２１８、２２０）に給電して種晶の最上部を溶融する。電力は誘導コイルに供給され、それによって種晶の第１の部分は、制御された方法で、最上部が溶融するまで加熱される。最上部は、種晶の第１の部分の一部である。
【００６２】
５１２で、温度モジュール４２２は、最上部の温度が融点になっているか上回っているかを判断する。これは、高温計４１０を介して種晶の温度を検知することで達成される。１つの実施形態では、最上部の温度は、高温計４１０を介して検知された種晶の下部の温度に基づいて推定される。最上部が融点よりも高いか融点と等しければ、動作５１４が実施される。
【００６３】
５１４で、シリコンモジュール４２４およびドーパントモジュール４２６は、シリコンおよびドーパントを送り器４５０、４６０を介してホッパー（例えばホッパー３６、３８、１３６、１３８、２２３６、２３８）に供給する。供給されるドーパントの量は、供給されるシリコンの量に比例する。５１６で、引き上げ速度モジュール４３０が結晶支持部材を引き下げている間にモジュール４２４、４２６がシリコンおよびドーパントを鋳型の中に送り続けることを含む結晶成長が開始される。シリコンおよびドーパントは、制御された方法で供給され、溶融混合物と凝固したシリコンとの間の凝固界面が鋳型に対してほぼ同じ鉛直方向の位置に留まると同時に、種晶が鋳型から引き出されるように、引き上げ速度が制御される。粒状シリコンは、鋳型の中に送られ、制御された方法で誘導コイルを介して加熱されて、ルツボの壁と形成された結晶（または鋳造インゴット）との間の摩擦を軽減する。ルツボの壁と結晶との間の摩擦を軽減することで、結晶の機械的損傷および汚染を防止する。動作５１６は、前述したように、内ルツボのプレートへの冷却材の温度および流量を制御することも含んでいてよい。
【００６４】
５１７で、ヒータモジュール４８０は、鋳型から出した新たに形成された結晶の冷却速度を、例えばヒータ４８４への電流量を制御することによって制御する。５１８で、制御モジュール４０８は、シリコンおよびドーパントがホッパーを介して鋳型に供給され続けているかどうかを判断する。これは、センサ４５４、４６４から来る信号に基づいていてよい。シリコンおよびドーパントが供給されていれば、動作５２０が実施される、供給されていなければ動作５２４が実施される。
【００６５】
５２０で、制御モジュール４０８は、シリコンインゴットの長さが所定の長さ（例えば１〜２０メートル）かどうかを判断し、かつ／または結晶支持部材が鋳型から離れた所定位置にあるかどうかを判断する。これは、結晶支持部材の位置を示す位置センサ４０６から来る信号に基づいていてよい。結晶支持部材の位置は、シリコンインゴットの長さに直接関係している。シリコンインゴットが所定の長さで、かつ／または結晶支持部材が所定位置にあれば、動作５２４が実施され、５２２で結晶成長が続く。動作５１８、５２０および５２２は、動作５１８および／または５２０の結果により動作５２４が実施されるまで連続して実施されてよい。
【００６６】
５２４で、誘導モジュール４２８は、誘導コイル４７０への電力を止める。モジュール４２４、４２６は、送り器４５０、４６０を止め、かつ／または対応するバルブを閉じる。引き上げ速度モジュール４３０は、種晶／シリコンインゴットを動かすのを停止する。
【００６７】
５２６で、ヒータモジュール４８０は、シリコンインゴットを所定期間（例えば０．５〜６時間）にわたって高温（例えば１１００〜１３００℃）または所定温度範囲内に維持する。これによって、シリコンインゴット内の残留応力のアニール処理、およびその後のシリコンインゴットの機械加工過程での亀裂防止をしやすくする。５２８で、ヒータモジュール４８０は、ヒータ４８４への電流を低減してシリコンインゴットを冷ます。
【００６８】
５３０で、シリコンインゴットは、炉から取り除かれ、スライスされ、かつ／または機械加工される。これには、シリコンインゴットを所定幅（例えば３００〜６００ミリメートル）のスライス状に切断すること、および／またはシリコンインゴットおよび／またはスライスを機械加工して構成要素のリングを提供することが含まれてよい。シリコンインゴットは、ワイヤーソーまたはバンドソーを用いてスライスされてよい。本方法は５３２で終了としてよい。
【００６９】
上記の動作は、例示的な例であることを意味する。本動作は、用途に応じて、重複する期間にわたって連続的に、同期して、同時に、継続して実施されてもよいし、異なる順で実施されてもよい。また、実施および／または事象の順序によっては、いずれかの動作が実施されなかったり飛ばされたりすることがある。
【００７０】
内ルツボおよび外ルツボを有する鋳型を使用して管状（または中空の）シリコンインゴットから機械加工した構成要素の粒子構造、および外ルツボのみを使用して固体のインゴットブロックから機械加工した構成要素の粒子構造に関して上記に開示した相違点に加えて、追加の相違点を図８〜図９に関して以下に説明する。前述したように、管状シリコンインゴットの粒子構造の均一性は、内誘導コイルおよび外誘導コイルを介して鋳型内で粒状シリコンを加熱すること、および記載したヒータを介して冷却を制御することに基づいている。
【００７１】
図８は、外ルツボのみを有する鋳型を使用して固体のシリコンインゴットブロックからリング６００を機械加工することによってできた粒子構造の一例を示している。図８は、（ｉ）外ルツボに近いリング６００の外側部分６０２と（ｉｉ）この外側部分の径方向内側にあるリング６００の残り部分６０４との粒子構造の相違を示したものである。図８は、外ルツボを使用して固体のシリコンインゴットブロックを形成する過程でできたリング６００の粒子構造の均一性を示したものではない。見ての通り、外側部分６０２は、リング６００の径方向外面６０６の近くで表面付近のような（または小さい／細かい）粒子構造を有している。リング６００の残り部分６０４は、表面付近のような粒子構造よりも大きく粗い粒子構造を有している。これは、外面６０６が外ルツボに近いというだけの理由である。
【００７２】
図９は、外ルツボおよび内ルツボを有する鋳型を使用して、本明細書に開示した鋳型を使用して形成した管状シリコンインゴットからリング６１０を機械加工することによってできた粒子構造の一例を示している。図９は、（ｉ）外ルツボおよび内ルツボに近いリング６１０の外側部分および内側部分６１２、６１４と、（ｉｉ）この外側部分と内側部分６１２、６１４の間にあるリング６１０の残り部分６１６との粒子構造の相違を示したものである。図９は、外ルツボおよび内ルツボを使用して管状シリコンインゴットを形成する過程でできたリング６１０の粒子構造の均一性を示したものではない。見ての通り、外側部分および内側部分６１２、６１４は、リング６１０の径方向外面６１８および径方向内面６２０の近くで表面付近のような（または小さい／細かい）粒子構造を有している。リング６１０の残り部分６１６は、表面付近のような粒子構造よりも大きく粗い粒子構造を有している。これは、外面および内面６１８、６２０が外ルツボおよび内ルツボに近いためである。図８〜図９の例の間で示された相違は、特に多結晶シリコンの場合に当てはまることである。
【００７３】
上記の例は、シリコンインゴットを管形状に成長させるために材料を整形することを含んでいる。この種のニアネットシェイプにより、リングの形状をしている機器の構成要素および部品を製造するための原材料を経済的に使用することになる。この例は、内部チャネルのない多くの筒状インゴットとは異なり、それぞれの内部チャネルを有するシリコンチューブを鋳造する電磁鋳造炉を使用することを含んでいる。これにより、形成されたシリコンチューブの粒子構造の均一性が向上し、インゴット表面の損傷および不純物による汚染を軽減する。
【００７４】
以上の説明は、単に例示的なものであり、本開示、その応用または使用を何ら限定する意図はない。本開示の幅広い教示を多様な形態で実施することが可能である。したがって、本開示は特定の実施例を含んでいるが、図面、明細書、および以下の特許請求の範囲を検討することでその他の修正が明らかになるため、本開示の実際の範囲がそのように限定されるべきではない。１つの方法の中の１つ以上の工程は、本開示の原理を変更することなく異なる順序で（または同時に）実行されてよいことを理解すべきである。さらに、各々の実施形態を特定の特徴を有するものとして前述したが、本開示のいずれかの実施形態に関して記載したそのような特徴のいずれか１つ以上を、任意の他の実施形態で実施でき、かつ／または任意の他の実施形態の特徴と組み合わせることができ、その組み合わせが明示的に記載されていなくてもよい。換言すると、記載した実施形態は、相互に排除し合うものではなく、１つ以上の実施形態を互いに入れ替えたものも依然として本開示の範囲内である。
【００７５】
要素どうしの間（例えば、モジュールどうしの間、回路要素どうしの間、半導体層どうしの間など）の空間的および機能的関係は、「接続され（ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ）」、「係合され（ｅｎｇａｇｅｄ）」、「結合され（ｃｏｕｐｌｅｄ）」、「隣接する（ａｄｊａｃｅｎｔ）」、「〜の隣（ｎｅｘｔ  ｔｏ）」、「〜の上に（ｏｎ  ｔｏｐ  ｏｆ）」、「〜の上方に（ａｂｏｖｅ）」、「〜の下に（ｂｅｌｏｗ）」、および「配置され（ｄｉｓｐｏｓｅｄ）」などの様々な用語を用いて記載されている。「直接」と明示的に記載されていなければ、第１の要素と第２の要素との関係が上記の開示に記載されているとき、その関係は、第１の要素と第２の要素との間に他の介入要素がない直接の関係であり得るが、第１の要素と第２の要素との間に（空間的または機能的に）１つ以上の介入要素がある間接の関係でもあり得る。本明細書で使用したように、Ａ、Ｂ、およびＣのうちの少なくとも１つという句は、非排他的論理ＯＲを使用して、論理の（ＡまたはＢまたはＣ）という意味に解釈されるべきであり、「Ａの少なくとも１つ、Ｂの少なくとも１つ、Ｃの少なくとも１つ」という意味に解釈してはならない。
【００７６】
いくつかの実施態様では、コントローラはシステムの一部であり、システムは、上記の実施例の一部としてよい。このようなシステムは、１つまたは複数の処理ツール、１つまたは複数のチャンバ、処理用の１つまたは複数のプラットフォーム、および／または特定の処理構成要素を含むＥＭＣ処理機器を備えることができる。これらのシステムは、シリコンインゴット形成前、形成中、および形成後にシステムの動作を制御する電子機器と一体化していてよい。電子機器は、「コントローラ」と呼ばれることがあり、１つまたは複数のシステムの様々な構成要素またはサブパーツを制御してよい。コントローラは、システムの処理要件および／または種類に応じて、処理ガスの供給、温度設定（例えば加熱および／または冷却）、圧力設定、真空設定、電力設定、周波数設定、流量設定、流体供給の設定、電位および動作の設定、および移送ツールの設定など、本明細書に開示したいずれかの処理を制御するようにプログラムされてよい。
【００７７】
概して、コントローラは、命令を受け、命令を発し、動作を制御し、洗浄動作を可能にし、エンドポイント測定を可能にするなどを行う、様々な集積回路、論理回路、メモリ、および／またはソフトウェアを有する電子機器であると定義されてよい。集積回路は、プログラム命令を格納するファームウェア形態のチップ、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）と定義されるチップ、および／または１つ以上のマイクロプロセッサ、またはプログラム命令（例えばソフトウェア）を実行するマイクロコントローラを備えていてよい。プログラム命令は、システムで特定の処理を実行する動作パラメータを定義する様々な個別の設定（またはプログラムファイル）の形態でコントローラへと伝達される命令としてよい。
【００７８】
コントローラは、いくつかの実施態様では、システムと一体化し、システムに接続している、あるいはシステムとネットワーク接続されている、またはこれらを組み合わせた状態であるコンピュータの一部であってもよいし、このコンピュータに接続していてもよい。例えば、コントローラは、「クラウド」にあってもよいし、あるいは処理の遠隔アクセスを可能にできるファブホストコンピュータシステムの全体または一部であってもよい。コンピュータは、製造動作の現在の進捗を監視し、過去の製造動作の履歴を調査し、複数の製造動作から傾向または性能メトリックを調査し、現在の処理のパラメータを変更し、処理ステップを設定して現在の処理に従い、または新しい処理を始めるために、システムへの遠隔アクセスを可能にしてよい。いくつかの例では、リモートコンピュータ（例えばサーバ）は、ネットワークを介してシステムに処理レシピを提供でき、このネットワークは、ローカルネットワークまたはインターネットを含んでいてよい。リモートコンピュータは、パラメータおよび／または設定の入力またはプログラミングを可能にするユーザインターフェースを含んでいてよく、それらのパラメータおよび設定はその後、リモートコンピュータからシステムへ伝達される。いくつかの例では、コントローラは、１つ以上の動作中に実行される各々の処理工程に対するパラメータを指定するデータ形態の命令を受け取る。パラメータは、実行される処理の種類、およびコントローラがインターフェースするか制御するように構成されるツールの種類に対して固有のものとしてよいと理解すべきである。そのため、前述したように、一緒にネットワーク化され、本明細書に記載した処理および制御などの共通の目的に向かって機能する１つ以上の別個のコントローラを備えることなどによってコントローラを分散してよい。このようにするために分散したコントローラの例が、（例えばプラットホームレベルで、またはリモートコンピュータの一部として）遠隔地に位置する１つ以上の集積回路と通信するチャンバ上にあって、組み合わさってこのチャンバ上の処理を制御する１つ以上の集積回路であろう。
【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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【国際調査報告】
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