JP2001520160A - 溶湯から結晶を引き出すためのダイ - Google Patents
溶湯から結晶を引き出すためのダイInfo
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Abstract
(57)【要約】
本発明は、溶湯から成形された結晶を成長させるためのダイに関する。上記ダイは、溶湯内に浸漬される本体の下面５３と、毛管チャネルを通して溶湯から供給される液体をサポートするための本体の上面５５との間に配置されている少なくとも一本の長手方向の毛管チャネル５９を持つ本体５１を備える。上記ダイの場合、上記上面５５は、毛管チャネル５９が露出している、平らな面６３を含み、上記平らな面は、毛管チャネル５９の長手方向軸線に対して、例えば、４５度のような、９０度未満の角度θを形成する。
Description
【０００１】 （技術分野） 本発明は、特に、毛管成長法と呼ばれる固体化法即ち凝固法で使用することが
できる、湯から結晶を引き出すためのダイ即ちダイス（ｄｉｅ）に関する。
できる、湯から結晶を引き出すためのダイ即ちダイス（ｄｉｅ）に関する。
【０００２】 上記方法は、溶融材料の溶湯即ち湯からダイを通して、多結晶または単結晶材
料を引き出すことにより、上記結晶からできているある品目即ち製品を製造する
ことと、シード上でダイから出てくる溶融材料を結晶にすることからなる。
料を引き出すことにより、上記結晶からできているある品目即ち製品を製造する
ことと、シード上でダイから出てくる溶融材料を結晶にすることからなる。
【０００３】 本発明は、例えば、単結晶または多結晶の形をしている酸化物、シリコン、ア
ルミニウムまたはその他の金属のような種々の材料からできている複雑な形をし
ている種々の品目を製造するために使用することができる。
ルミニウムまたはその他の金属のような種々の材料からできている複雑な形をし
ている種々の品目を製造するために使用することができる。
【０００４】 （従来技術の説明） 湯即ち溶湯からの成長による単結晶または多結晶材料からできている品目の製
造方法は、昔から周知のものであり、例えば、参考文献１：１９８０年の結晶成
長ジャーナル５０号の８〜１７ページ掲載の、Ｈ．Ｅ．ラ・ベル・ジュニアの論
文、および参考文献２：１９９３年６月、クルワ・アカデミック出版の、Ｙ．Ａ
．タタチェンコ著の「成形結晶成長」１〜１８ページに記載されている。
造方法は、昔から周知のものであり、例えば、参考文献１：１９８０年の結晶成
長ジャーナル５０号の８〜１７ページ掲載の、Ｈ．Ｅ．ラ・ベル・ジュニアの論
文、および参考文献２：１９９３年６月、クルワ・アカデミック出版の、Ｙ．Ａ
．タタチェンコ著の「成形結晶成長」１〜１８ページに記載されている。
【０００５】 参考文献１においては、ＥＦＧ（縁部形成、フィルム供給成長）と呼ばれる引
出し法が、特に記載されている。この方法の場合には、湯で濡れている材料内に
形成された毛管チャネル即ち毛管通路を備えるダイが使用される。
出し法が、特に記載されている。この方法の場合には、湯で濡れている材料内に
形成された毛管チャネル即ち毛管通路を備えるダイが使用される。
【０００６】 参考文献２には、種々の結晶成長法が記載されているが、特に、適当な形のダ
イを使用する予備成形法が記載されている。
イを使用する予備成形法が記載されている。
【０００７】 参考文献３：ＥＰ−Ａ−６５３ ５０４には、溶融材料の液体バス即ち液体溶
湯からの結晶成長による多結晶または単結晶材料からなる品目の成長法が記載さ
れている。この方法の場合、そこを通して、シード即ち種子（ｓｅｅｄ）上で結
晶にしたい溶融材料が引き出されるダイが使用され、ダイおよび／またはシード
は、引き出す方向に垂直な面で、少なくとも一回の並進運動即ち一方向への運動
をする。特に、こうすることにより、複雑な形の種々の品目を製造することがで
きる。
湯からの結晶成長による多結晶または単結晶材料からなる品目の成長法が記載さ
れている。この方法の場合、そこを通して、シード即ち種子（ｓｅｅｄ）上で結
晶にしたい溶融材料が引き出されるダイが使用され、ダイおよび／またはシード
は、引き出す方向に垂直な面で、少なくとも一回の並進運動即ち一方向への運動
をする。特に、こうすることにより、複雑な形の種々の品目を製造することがで
きる。
【０００８】 参考文献４：ＵＳ−Ａ−４ ４３０ ３０５には、プレートの形をしている、
シリコンでできている品目を引き出すのに適している毛管を含むダイが記載され
ている。このダイは、製造中のプレートの一つの側面上だけに、不純物であるＳ
ｉＣの析出を促進するために特殊な形をしている。
シリコンでできている品目を引き出すのに適している毛管を含むダイが記載され
ている。このダイは、製造中のプレートの一つの側面上だけに、不純物であるＳ
ｉＣの析出を促進するために特殊な形をしている。
【０００９】 予備成形法における最近の進歩は、引出しデバイス即ち装置の利用によるもの
であり、このデバイスを使用すれば、溶融材料を供給するダイに対して、その上
で固体化即ち凝固が起こるシードを相対的に水平方向に移動させながら、垂直方
向に引き出すことにより、特殊な形のものを製造することができる。
であり、このデバイスを使用すれば、溶融材料を供給するダイに対して、その上
で固体化即ち凝固が起こるシードを相対的に水平方向に移動させながら、垂直方
向に引き出すことにより、特殊な形のものを製造することができる。
【００１０】 ある種の装置は、垂直軸Ｚを中心にする回転運動ω、および同じ垂直軸に沿っ
ての並進運動により、シードおよびるつぼが運動するチョクラルスキィ（Ｃｚｏ
ｃｈｒａｌｓｋｉ）炉をもとに開発されたものである。
ての並進運動により、シードおよびるつぼが運動するチョクラルスキィ（Ｃｚｏ
ｃｈｒａｌｓｋｉ）炉をもとに開発されたものである。
【００１１】 図１は、従来のバーの予備成形の簡単な例である。この場合、シードは垂直方
向に並進するだけである。
向に並進するだけである。
【００１２】 このような方法の場合、通常、供給は、固体化される液体２を含むるつぼ１か
らダイス即ちダイ３を介して供給が行われるが、上記ダイ３は、少なくとも一つ
の内部ボア即ち内部孔または毛管チャネル５を備え、るつぼからの液体がダイ材
料を濡らしている場合、またはるつぼ内の液体２の表面とダイの出口との間に圧
力差がある場合には、毛管現象による液体２の上昇あるいは回転が生じる。ダイ
３の出口においては、液体メニスカス７が形成され、単結晶のシード９の上で液
体の固体化即ち凝固が始まり、このシードおよび形成された固体１０を、速度Ｖ
ｚで、矢印の方向に引き上げることにより、固体化が継続して行われる。形成さ
れる固体の正確な形状は、固体化界面１１と、ダイ３の出口との間の距離により
異なるが、いつでも後者に近いところに留まる。上記界面の位置は、るつぼ１へ
の熱（カロリー）の供給を制御することにより調整することができる。
らダイス即ちダイ３を介して供給が行われるが、上記ダイ３は、少なくとも一つ
の内部ボア即ち内部孔または毛管チャネル５を備え、るつぼからの液体がダイ材
料を濡らしている場合、またはるつぼ内の液体２の表面とダイの出口との間に圧
力差がある場合には、毛管現象による液体２の上昇あるいは回転が生じる。ダイ
３の出口においては、液体メニスカス７が形成され、単結晶のシード９の上で液
体の固体化即ち凝固が始まり、このシードおよび形成された固体１０を、速度Ｖ
ｚで、矢印の方向に引き上げることにより、固体化が継続して行われる。形成さ
れる固体の正確な形状は、固体化界面１１と、ダイ３の出口との間の距離により
異なるが、いつでも後者に近いところに留まる。上記界面の位置は、るつぼ１へ
の熱（カロリー）の供給を制御することにより調整することができる。
【００１３】 局部的予備成形の場合には、特別な運動が行われる。すなわち、それ自身を中
心にしてシードが回転する。
心にしてシードが回転する。
【００１４】 参考文献３には、従来の予備成形（すなわち、シードを回転させないで湾曲し
た形のもの）、または局部的予備成形（すなわち、シードを回転させること）に
より、丸い形のものを形成することができる方法が記載されている。
た形のもの）、または局部的予備成形（すなわち、シードを回転させること）に
より、丸い形のものを形成することができる方法が記載されている。
【００１５】 図２は、シード９および固体化する品目の両者を垂直方向へ引き出し、また同
時に水平方向に並進させることにより、断面が丸い、湾曲したロッド１９を製造
する方法を示す。
時に水平方向に並進させることにより、断面が丸い、湾曲したロッド１９を製造
する方法を示す。
【００１６】 この図を見れば、ダイ３の中心に、通路即ちチャネル５が設けられていて、こ
のチャネルを通して、ダイの出口のところでメニスカス７を形成するために液体
が移動することを理解することができるだろう。この場合、固体化する品目１９
の固体−液体の界面１１が形成される。この場合、シード９は、Ｖｚの速度で垂
直方向に移動し、適当な速度Ｕｘで、ダイのところで説明する水平方向の並進運
動を行わせる。ダイの直径は、湾曲したロッド１９の直径ｄが、必要な大きさに
なるように選ばれる。この直径は、また、ダイ３の上の界面１１に位置により異
なる。半分の軸ａおよびｂを持つ楕円形のアームの形をしているロッドを製造す
るために、シードとダイが整合する第一の位置と、シードとダイとの間の距離が
ｂである第二の位置の間で、ダイは水平方向に並進し、垂直方向の引き上げ運動
の速度が規制されるが、時間ｔに関するダイの水平方向の並進の関数Ｕｘは、下
記式のようになる。
のチャネルを通して、ダイの出口のところでメニスカス７を形成するために液体
が移動することを理解することができるだろう。この場合、固体化する品目１９
の固体−液体の界面１１が形成される。この場合、シード９は、Ｖｚの速度で垂
直方向に移動し、適当な速度Ｕｘで、ダイのところで説明する水平方向の並進運
動を行わせる。ダイの直径は、湾曲したロッド１９の直径ｄが、必要な大きさに
なるように選ばれる。この直径は、また、ダイ３の上の界面１１に位置により異
なる。半分の軸ａおよびｂを持つ楕円形のアームの形をしているロッドを製造す
るために、シードとダイが整合する第一の位置と、シードとダイとの間の距離が
ｂである第二の位置の間で、ダイは水平方向に並進し、垂直方向の引き上げ運動
の速度が規制されるが、時間ｔに関するダイの水平方向の並進の関数Ｕｘは、下
記式のようになる。
【００１７】 Ｖｚ＝（πａ／２τ）・ｓｉｎ（πｔ／２τ）および Ｕｘ＝（πｂ／２τ）・ｃｏｓ（πｔ／２τ） ここで、τは、引き上げ運動の持続時間であり、ａおよびｂは、それぞれ、楕
円の半分の軸線を表わす。
円の半分の軸線を表わす。
【００１８】 上記方法の場合には、従来の予備成形用に開発されたダイと同じダイ、すなわ
ち、その上面が水平か、またはボアの軸および引き上げ運動の方向に垂直なダイ
が使用される。このようなダイを使用した場合には、予備成形材料に与えられる
形は、流体のメニスカス７のところだけで制御される。その幾何学的形状は、溶
融材料の毛管定数およびダイの接触制限条件により異なる。それ故、メニスカス
の形状およびダイとの接触は、結晶の形状を局部的に形成するパラメータ即ち要
因にしか過ぎない。
ち、その上面が水平か、またはボアの軸および引き上げ運動の方向に垂直なダイ
が使用される。このようなダイを使用した場合には、予備成形材料に与えられる
形は、流体のメニスカス７のところだけで制御される。その幾何学的形状は、溶
融材料の毛管定数およびダイの接触制限条件により異なる。それ故、メニスカス
の形状およびダイとの接触は、結晶の形状を局部的に形成するパラメータ即ち要
因にしか過ぎない。
【００１９】 材料の性質および炉内の熱的プロファイル（ｔｈｅｒｍａｌ ｐｒｏｆｉｌｅ
）に関連しているメニスカスの高さＨｍの数値が何であろうとも、水平方向のダ
イ上の流体の滴が平衡している場合には、引き上げの角度が大きい場合、いつで
も、結晶の厚さが薄すぎて、水平方向に引き抜く方法を実行することはできない
。
）に関連しているメニスカスの高さＨｍの数値が何であろうとも、水平方向のダ
イ上の流体の滴が平衡している場合には、引き上げの角度が大きい場合、いつで
も、結晶の厚さが薄すぎて、水平方向に引き抜く方法を実行することはできない
。
【００２０】 また、上面が水平なダイの使用は、この面全体上のメニスカスの付着の問題に
より制限を受けることがすでに観察されている。形状の制御が不十分になり、水
平方向に引き抜く方法が使えなくなる。
より制限を受けることがすでに観察されている。形状の制御が不十分になり、水
平方向に引き抜く方法が使えなくなる。
【００２１】 図３に予備成形方法の略図を示すが、この方法は、図２の方法に類似している
。これら二つの図面には、同じ参照番号が使用されている。上面が水平なダイス
即ちダイ３により引き抜いた結晶１９の厚さＥｃは、ダイ３の固有の寸法Ｅｆ、
メニスカスの高さＨｍ、および引き上げ角度αにより異なる。この引き上げ角度
は、成長速度の一意の関数である。例えば、水平方向の並進速度をＵｘで、垂直
方向の引き上げ速度をＶｚで示す、図２の場合には、引き上げ角度は、下記式に
より求められる。 ｔｇα＝Ｕｘ／Ｖｚ （Ｒ１） （サファイアの場合のように）、Ｅｆと比較して、メニスカスの高さＨｍが無
視できる場合には、結晶の厚さＥｃは、下記式により求められる。 Ｅｃ＝Ｅｆ・ｃｏｓα （Ｒ２） 式（Ｒ２）は、従来のダイを使用した場合の予備成形の主なハンディキャップ
、すなわち、結晶の厚さがゼロにならないようにするために必要な引き上げ角度
の幾何学的制限を示す。極めて明らかなことだが、頂部が平らな従来のダイを使
用した場合には、垂直軸に対して、引き上げ角度を９０度にすることは不可能で
ある。
。これら二つの図面には、同じ参照番号が使用されている。上面が水平なダイス
即ちダイ３により引き抜いた結晶１９の厚さＥｃは、ダイ３の固有の寸法Ｅｆ、
メニスカスの高さＨｍ、および引き上げ角度αにより異なる。この引き上げ角度
は、成長速度の一意の関数である。例えば、水平方向の並進速度をＵｘで、垂直
方向の引き上げ速度をＶｚで示す、図２の場合には、引き上げ角度は、下記式に
より求められる。 ｔｇα＝Ｕｘ／Ｖｚ （Ｒ１） （サファイアの場合のように）、Ｅｆと比較して、メニスカスの高さＨｍが無
視できる場合には、結晶の厚さＥｃは、下記式により求められる。 Ｅｃ＝Ｅｆ・ｃｏｓα （Ｒ２） 式（Ｒ２）は、従来のダイを使用した場合の予備成形の主なハンディキャップ
、すなわち、結晶の厚さがゼロにならないようにするために必要な引き上げ角度
の幾何学的制限を示す。極めて明らかなことだが、頂部が平らな従来のダイを使
用した場合には、垂直軸に対して、引き上げ角度を９０度にすることは不可能で
ある。
【００２２】 それ故、これらの従来のダイは、引き上げ角度が大きい場合には適していない
、特に、結晶の成長を水平方向に引き抜く場合には適していない。
、特に、結晶の成長を水平方向に引き抜く場合には適していない。
【００２３】 （発明の説明） 本発明の正確な目的は、この欠点を解決する湯から単結晶または多結晶を引き
上げるためのダイ即ちダイスを提供することである。
上げるためのダイ即ちダイスを提供することである。
【００２４】 この目的のために、本発明は、溶湯即ち湯から単結晶または多結晶を引き上げ
るためのダイス即ちダイを提案する。このダイは、湯内に浸漬される本体の下面
と、毛管チャネル即ち毛管通路を通して湯から供給される液体をサポートする即
ち支持するための上面との間に配置されている、縦方向即ち長手方向の少なくと
も一本の毛管チャネルを持つ。この場合、上記上面は、一本の毛管チャネルまた
は複数の毛管チャネルが露出している少なくとも一つの平らな面を含む。上記の
平らな面は、一本の毛管チャネルまたは複数の毛管チャネルに対して、例えば、
４５度のような、９０度未満の角度θを形成する。
るためのダイス即ちダイを提案する。このダイは、湯内に浸漬される本体の下面
と、毛管チャネル即ち毛管通路を通して湯から供給される液体をサポートする即
ち支持するための上面との間に配置されている、縦方向即ち長手方向の少なくと
も一本の毛管チャネルを持つ。この場合、上記上面は、一本の毛管チャネルまた
は複数の毛管チャネルが露出している少なくとも一つの平らな面を含む。上記の
平らな面は、一本の毛管チャネルまたは複数の毛管チャネルに対して、例えば、
４５度のような、９０度未満の角度θを形成する。
【００２５】 それ故、このダイは、固体化する即ち凝固する液体をサポートする平らな上面
を含むが、この上面は、水平軸に対して傾斜していて、それにより満足すべき条
件下で、例えば、９０度等の角度で曲がっている丸い楕円体またはパラボロイド
のような品目即ち製品のような、いくつかの形の形成するために必要な水平方向
の成長を行うことができる。
を含むが、この上面は、水平軸に対して傾斜していて、それにより満足すべき条
件下で、例えば、９０度等の角度で曲がっている丸い楕円体またはパラボロイド
のような品目即ち製品のような、いくつかの形の形成するために必要な水平方向
の成長を行うことができる。
【００２６】 本発明によれば、毛管チャネルが露出しているこの平らな面は、それにより、
空間内に一つの特別の平面を形成する。
空間内に一つの特別の平面を形成する。
【００２７】 本発明のダイは、例えば、円形、正方形または長方形の断面を持っているか、
または円形のクラウン（ｃｒｏｗｎ）の形をしている一本の毛管チャネルを含む
ことができる。本発明のダイは、また、断面が円形の数本の毛管チャネルを含む
ことができるし、または、参考文献４：ＵＳ−Ａ−４ ４３０ ３０５に記載さ
れているように、ダイの上面の下で、断面が長方形の一本の毛管チャネルに接続
されている、断面が円形の数本の毛管チャネルを含むこともできる。
または円形のクラウン（ｃｒｏｗｎ）の形をしている一本の毛管チャネルを含む
ことができる。本発明のダイは、また、断面が円形の数本の毛管チャネルを含む
ことができるし、または、参考文献４：ＵＳ−Ａ−４ ４３０ ３０５に記載さ
れているように、ダイの上面の下で、断面が長方形の一本の毛管チャネルに接続
されている、断面が円形の数本の毛管チャネルを含むこともできる。
【００２８】 平らな面上の毛管チャネルの開口部の縁部は、この平らな面に対して９０度の
角度を持つこともできるし、またはこの面に対して４５度というように、９０度
未満の角度を持つこともできる。
角度を持つこともできるし、またはこの面に対して４５度というように、９０度
未満の角度を持つこともできる。
【００２９】 好適な実施形態の場合には、本発明のダイは、一本の毛管チャネルと上面とを
備えるが、この上面の一部だけが、毛管チャネルの縦軸即ち長手方向軸線に対し
て、９０度未満の角度を持つ平らな面を形成する。上記毛管チャネルは、チャネ
ルの縦軸に対して傾斜している部分を通して、平な面上に露出している。
備えるが、この上面の一部だけが、毛管チャネルの縦軸即ち長手方向軸線に対し
て、９０度未満の角度を持つ平らな面を形成する。上記毛管チャネルは、チャネ
ルの縦軸に対して傾斜している部分を通して、平な面上に露出している。
【００３０】 この部分は、通常、毛管チャネルの他の部分と比較すると、より狭い断面を持
つ。
つ。
【００３１】 さらに、好適には、上記部分が、ダイの上面の平らな面に露出している開口部
の縁部は、この平らな面に対して９０度未満の角度を持つ。
の縁部は、この平らな面に対して９０度未満の角度を持つ。
【００３２】 例を挙げて説明すると、この角度は、角度θのように、４５度とすることもで
きる。
きる。
【００３３】 本発明のダイは、材料が湯即ち溶湯に対して化学的に不活性であり、好適に湯
で濡れている場合には、種々の材料で製造することができる。特に、本発明のダ
イは、モリブデンで製造することができる。
で濡れている場合には、種々の材料で製造することができる。特に、本発明のダ
イは、モリブデンで製造することができる。
【００３４】 本発明の他の特徴および利点は、詳細な説明を読み、その後で下記の例示とし
ての実施形態の説明を読めば、よりよく理解することができるだろう。これらの
実施形態は、例示としてのものであって、本発明を制限するものでないことを理
解されたい。上記説明は、添付の図面を参照しながら行う。
ての実施形態の説明を読めば、よりよく理解することができるだろう。これらの
実施形態は、例示としてのものであって、本発明を制限するものでないことを理
解されたい。上記説明は、添付の図面を参照しながら行う。
【００３５】 （実施形態の詳細な説明） ダイス即ちダイ３、シード（ｓｅｅｄ）９、結晶１９、流体メニスカス７およ
び凝固界面即ち固体化界面１１というように、図１−図３と同じ参照番号を使用
している図４について説明すると、本発明のダイを使用する場合、このダイの上
面６は、毛管チャネル５の縦軸（即ち長手方向軸線）、すなわち、垂直軸線に対
して９０度より小さい角度θを持つ。
び凝固界面即ち固体化界面１１というように、図１−図３と同じ参照番号を使用
している図４について説明すると、本発明のダイを使用する場合、このダイの上
面６は、毛管チャネル５の縦軸（即ち長手方向軸線）、すなわち、垂直軸線に対
して９０度より小さい角度θを持つ。
【００３６】 これらの条件の下で、作られた結晶の固有の寸法Ｅｃは、いつでも、ダイのそ
れおよび引き上げ角度αに関連している。メニスカスの高さＨｍも関連するが、
結晶の形は、ダイの寸法Ｅｆと比較した場合、Ｈｍが無視することができる数値
であるならば、材料が何であれ、下記の式（Ｒ３）で表わすことができる。 Ｅｃ＝Ｅｆ（１−ｓｉｎα／ｔｇθ） （Ｒ３） 幾何学的に考えれば、理論的に可能な引き上げ角度αの範囲は、水平ダイ（式
Ｒ１）の場合の［−π／２：π／２］から、本発明のダイ（式Ｒ３）の場合のＣ
［−θ；π／２］までとなる。
れおよび引き上げ角度αに関連している。メニスカスの高さＨｍも関連するが、
結晶の形は、ダイの寸法Ｅｆと比較した場合、Ｈｍが無視することができる数値
であるならば、材料が何であれ、下記の式（Ｒ３）で表わすことができる。 Ｅｃ＝Ｅｆ（１−ｓｉｎα／ｔｇθ） （Ｒ３） 幾何学的に考えれば、理論的に可能な引き上げ角度αの範囲は、水平ダイ（式
Ｒ１）の場合の［−π／２：π／２］から、本発明のダイ（式Ｒ３）の場合のＣ
［−θ；π／２］までとなる。
【００３７】 αに対する可能な数値の範囲は、（πからπ／２＋θ）となるが、傾斜角度θ
により理論的に可能な間隔に等しい並進が行われるが、この方法が、水平方向の
速度に対して一定の符号を持つ数値に依存している場合には、この並進は特に重
要なものになる。通常、この方法は、断面が種々に変化する丸い品目を製造する
ために使用される。依然として、引き上げ角度αが、−θより大きいままである
制限内でＵｘを倒置することができる。この後者の例の場合、その上面が、毛管
チャネルの軸線に対して、それぞれ、＋θおよび−θの角度を持つ二つの平らな
面を持つダイを使用することができる。この場合、各平面は、毛管チャネルが露
出している開口部を持つ。それぞれが一つの開口部に関連する二つの毛管チャネ
ルも使用することができる。このようなダイを使用すれば、引き上げ角度を完全
に対称にすることができる。
により理論的に可能な間隔に等しい並進が行われるが、この方法が、水平方向の
速度に対して一定の符号を持つ数値に依存している場合には、この並進は特に重
要なものになる。通常、この方法は、断面が種々に変化する丸い品目を製造する
ために使用される。依然として、引き上げ角度αが、−θより大きいままである
制限内でＵｘを倒置することができる。この後者の例の場合、その上面が、毛管
チャネルの軸線に対して、それぞれ、＋θおよび−θの角度を持つ二つの平らな
面を持つダイを使用することができる。この場合、各平面は、毛管チャネルが露
出している開口部を持つ。それぞれが一つの開口部に関連する二つの毛管チャネ
ルも使用することができる。このようなダイを使用すれば、引き上げ角度を完全
に対称にすることができる。
【００３８】 本発明のダイを使用した場合、結晶形成領域内に温度差ができる。実際、ダイ
の平らな面６の高いＨｆ点と低いＢｆ点との間の高低差により、炉の軸線方向に
対称な高温領域内にこれらの同じ点の間に温度差が発生する。Ｂｆの温度は、Ｈ
ｆの温度より高い。すべての予想に反して、この熱的勾配は、結晶の成長を改善
し、それによりＨｆにメニスカス７を容易に付着させることができ、この点にお
ける形状を制御を非常に正確に確実に行うことができる。さらに、温度スクリー
ニング（ｔｈｅｒｍａｌ ｓｃｒｅｅｎｉｎｇ）およびダイ・サポート幾何学（
ｄｉｅ ｓｕｐｐｏｒｔ ｇｅｏｍｅｔｒｙ）のような種々の解決方法により、
Ｂｆでの過熱の問題を解決することができ、またＨｆと丁度同じように、この点
においてこの方法を制御することができる。
の平らな面６の高いＨｆ点と低いＢｆ点との間の高低差により、炉の軸線方向に
対称な高温領域内にこれらの同じ点の間に温度差が発生する。Ｂｆの温度は、Ｈ
ｆの温度より高い。すべての予想に反して、この熱的勾配は、結晶の成長を改善
し、それによりＨｆにメニスカス７を容易に付着させることができ、この点にお
ける形状を制御を非常に正確に確実に行うことができる。さらに、温度スクリー
ニング（ｔｈｅｒｍａｌ ｓｃｒｅｅｎｉｎｇ）およびダイ・サポート幾何学（
ｄｉｅ ｓｕｐｐｏｒｔ ｇｅｏｍｅｔｒｙ）のような種々の解決方法により、
Ｂｆでの過熱の問題を解決することができ、またＨｆと丁度同じように、この点
においてこの方法を制御することができる。
【００３９】 それ故、本発明のダイは、最終的に、丸い楕円体、またはパラボロイドおよび
９０度の角度で曲がっている品目のような、いくつかの形を作るために必要な水
平方向の成長の問題を解決する。
９０度の角度で曲がっている品目のような、いくつかの形を作るために必要な水
平方向の成長の問題を解決する。
【００４０】 さらに、本発明は、参考文献３：ＥＰ−Ａ−６５３ ５０４に記載されている
ような、従来の方法および局部的予備成形方法の場合にも、使用することができ
、それにより、制御下での連続的な方法で、引き上げ中の形状を変更することが
できる。
ような、従来の方法および局部的予備成形方法の場合にも、使用することができ
、それにより、制御下での連続的な方法で、引き上げ中の形状を変更することが
できる。
【００４１】 最後に、本発明のダイを使用すれば、引き上げ中の材料が何であろうと、製造
中の品目の幾何学的仕様に基づいて、この方法を正確に制御することができる。
中の品目の幾何学的仕様に基づいて、この方法を正確に制御することができる。
【００４２】 熱を微細に制御することにより、ダイのＥｆの直径と比較してメニスカスの高
さが非常に低いという仮りの条件を満たすことができ、それ故、引き上げ角度α
、および引き上げられた結晶の厚さＥｃに関連する上記式Ｒ１およびＲ３を使用
することができる。
さが非常に低いという仮りの条件を満たすことができ、それ故、引き上げ角度α
、および引き上げられた結晶の厚さＥｃに関連する上記式Ｒ１およびＲ３を使用
することができる。
【００４３】 図５は、本発明の好適な実施形態のダイである。このダイは、本体５１、下面
５３、上面５５、および引き上げ装置内で支持体として使用される肩部５７を備
える。このダイは、断面が長方形の毛管チャネル５９を備えるが、このチャネル
は、断面が長方形の開口部６１を通って、下面５３上の一方の端部、および上面
５５上の他方の端部上に露出している。
５３、上面５５、および引き上げ装置内で支持体として使用される肩部５７を備
える。このダイは、断面が長方形の毛管チャネル５９を備えるが、このチャネル
は、断面が長方形の開口部６１を通って、下面５３上の一方の端部、および上面
５５上の他方の端部上に露出している。
【００４４】 この上面は、毛管チャネル５９の縦軸即ち長手方向軸線に対して、例えば、４
５度というような、９０度未満の角度θを持つ傾斜平面６３を形成している。上
面５５の残りの部分は、毛管チャネルの縦軸に対して、ほぼ９０度の角度を持つ
。面６３において、毛管チャネル５９は、もっと小さい部分の傾斜部分６５を通
って、開口部６１のところで露出し、その縁部は広くなり、外へ広がっている。
何故なら、上記毛管チャネルは、面６３に対して、例えば、４５度というように
、９０度未満の角度を持っているからである。
５度というような、９０度未満の角度θを持つ傾斜平面６３を形成している。上
面５５の残りの部分は、毛管チャネルの縦軸に対して、ほぼ９０度の角度を持つ
。面６３において、毛管チャネル５９は、もっと小さい部分の傾斜部分６５を通
って、開口部６１のところで露出し、その縁部は広くなり、外へ広がっている。
何故なら、上記毛管チャネルは、面６３に対して、例えば、４５度というように
、９０度未満の角度を持っているからである。
【００４５】 このダイは、サファイア（Ａｌ2０3）の予備成形に特に適している。傾斜面６
３上の熱プロファイルを最適化するために、その形状およびそれを支持する基部
の形状が特に研究された。そのため、この面上に形成されるメニスカスは、成長
の間中、優れた接触制限条件を持ち続ける。
３上の熱プロファイルを最適化するために、その形状およびそれを支持する基部
の形状が特に研究された。そのため、この面上に形成されるメニスカスは、成長
の間中、優れた接触制限条件を持ち続ける。
【００４６】 好適には、このダイは、モリブデンで作ることが好ましい。
【００４７】 図６Ａ−図６Ｃは、角度θが４５度である本発明のダイによる、半球形のクラ
ウンの製造を示す。これらの図面では、図２の参照番号と同じ参照番号を使用し
ている。
ウンの製造を示す。これらの図面では、図２の参照番号と同じ参照番号を使用し
ている。
【００４８】 この例の場合には、局部的予備成形方法が使用されているが、この方法は、速
度Ｖｚでのシード９の垂直方向への引き上げ運動、速度Ｕｘでの水平方向への並
進運動、および速度ωでの回転運動の組合せによる連続的な引き上げ角度αを変
化させながら行われる。
度Ｖｚでのシード９の垂直方向への引き上げ運動、速度Ｕｘでの水平方向への並
進運動、および速度ωでの回転運動の組合せによる連続的な引き上げ角度αを変
化させながら行われる。
【００４９】 最初、図６Ａに示すように、シード９の垂直方向の引き上げ運動、および同時
に行われる回転運動により垂直な部分が形成される。
に行われる回転運動により垂直な部分が形成される。
【００５０】 次に、球形を形成するために、成長パラメータ（Ｖｚ、Ｕｘおよびω）を変化
させながら、半球形の部分が形成される。図６Ｂにおいては、引き上げ運動は、
ほぼ水平に行われ、その後で、半球形のクラウンが形成されるにつれて、引き上
げ角度が変化し、小さくなる（図６Ｃ）。
させながら、半球形の部分が形成される。図６Ｂにおいては、引き上げ運動は、
ほぼ水平に行われ、その後で、半球形のクラウンが形成されるにつれて、引き上
げ角度が変化し、小さくなる（図６Ｃ）。
【００５１】 同じ参照番号が使用されている図７Ａ−図７Ｃにおいては、エルボ片即ちＬ字
形の屈曲片が、本発明のダイに対して、シードを回転させないで製造される。
形の屈曲片が、本発明のダイに対して、シードを回転させないで製造される。
【００５２】 スタート時に（図７Ａ）、速度Ｖｚで、垂直方向にシードを一回運動させる簡
単な引き上げ作業で垂直部分が製造される。
単な引き上げ作業で垂直部分が製造される。
【００５３】 次に、シードに水平方向および垂直方向の運動を速度ＵｘおよびＶｚで同時に
行わせることによりエルボ片が形成される（図７Ｂ）。
行わせることによりエルボ片が形成される（図７Ｂ）。
【００５４】 エルボ片を製造した後で、図７Ａのように、速度Ｖｚでの垂直方向の運動によ
り、引続き成長が行われる（図７Ｃ）。
り、引続き成長が行われる（図７Ｃ）。
【００５５】 もちろん、図６Ａ、図６Ｂ、図６Ｃ、図７Ａ、図７Ｂおよび図７Ｃのところで
説明した方向を組合せることにより、半球形のクラウンを形成し、シードの回転
運動を中止して、バーを直角に曲げることにより仕上げることにより、それを完
成することもできる。
説明した方向を組合せることにより、半球形のクラウンを形成し、シードの回転
運動を中止して、バーを直角に曲げることにより仕上げることにより、それを完
成することもできる。
【００５６】 それ故、本発明は多数に利点を持つ。何故なら、本発明を使用すれば、例えば
、非常に興味深い光学的、熱的、機械的、および化学的特性を持つサファイヤの
ような、機械工作が難しい材料を複雑な形に形成することができるからである。
、非常に興味深い光学的、熱的、機械的、および化学的特性を持つサファイヤの
ような、機械工作が難しい材料を複雑な形に形成することができるからである。
【００５７】 この材料の適用分野は、宝石類（時計皿）から、極度に強度の高い技術的構成
部材（ノズル、高圧窓、切断工具）および赤外線放射用の軍用装置（赤外線ドー
ム）にまで及ぶ。サファイヤの例外的な硬度を考えれば、予備成形は、その製造
コストをかなり下げる。
部材（ノズル、高圧窓、切断工具）および赤外線放射用の軍用装置（赤外線ドー
ム）にまで及ぶ。サファイヤの例外的な硬度を考えれば、予備成形は、その製造
コストをかなり下げる。
【００５８】 固体化界面が傾斜している成長用の装置により、予備成形が、今まで従来のダ
イでは製造することができなかった構成部材の製造にまで使用されるようになっ
た。この方法を使用すれば、半球形のクラウン、（例えば、中空のエルボ・チュ
ーブのような）特殊な形の被覆、および特殊なるつぼも製造することができる。
イでは製造することができなかった構成部材の製造にまで使用されるようになっ
た。この方法を使用すれば、半球形のクラウン、（例えば、中空のエルボ・チュ
ーブのような）特殊な形の被覆、および特殊なるつぼも製造することができる。
【００５９】 サファイヤより遥かに機械工作し易い材料のような他の材料も、この方法で加
工することができる。何故なら、予備成形により形成されるいくつかの形状（通
常、中空の品目、および直角に曲げられた品目）は、機械工作により製造するこ
とはできないからである。 ＜参考文献＞ １．１９８０年の、結晶成長ジャーナル、５０号の、８〜１７ページ掲載のＨ．
Ｅ．ラ・ベル・ジュニアの論文。 ２．１９９３年６月、クルワ・アカデミック出版の、Ｙ．Ａ．タタチェンコ著の
「成形結晶成長」の１〜１８ページ。 ３．ＥＰ−Ａ−６５３ ５０４。 ４．ＵＳ−Ａ−４３０ ３０５。
工することができる。何故なら、予備成形により形成されるいくつかの形状（通
常、中空の品目、および直角に曲げられた品目）は、機械工作により製造するこ
とはできないからである。 ＜参考文献＞ １．１９８０年の、結晶成長ジャーナル、５０号の、８〜１７ページ掲載のＨ．
Ｅ．ラ・ベル・ジュニアの論文。 ２．１９９３年６月、クルワ・アカデミック出版の、Ｙ．Ａ．タタチェンコ著の
「成形結晶成長」の１〜１８ページ。 ３．ＥＰ−Ａ−６５３ ５０４。 ４．ＵＳ−Ａ−４３０ ３０５。
【図１】 従来技術の引き上げ方法の略図である。この図の場合、シードは、垂直方向に
並進する。
並進する。
【図２】 二つの並進運動を使用する従来技術の予備成形方法を示す。
【図３】 二つの並進運動を使用する従来技術の予備成形方法を示す。
【図４】 ＥＰ−Ａ−６５３ ５０４に記載されている方法に適合する湾曲した形を予備
成形する方法の略図であるが、この方法の場合には、本発明のダイを使用する。
成形する方法の略図であるが、この方法の場合には、本発明のダイを使用する。
【図５】 本発明のダイの斜視図である。
【図６Ａ】 本発明のダイを使用しての、半球形のクラウンの製造を示す。
【図６Ｂ】 本発明のダイを使用しての、半球形のクラウンの製造を示す。
【図６Ｃ】 本発明のダイを使用しての、半球形のクラウンの製造を示す。
【図７Ａ】 本発明のダイによるエルボ形の品目の製造を示す。
【図７Ｂ】 本発明のダイによるエルボ形の品目の製造を示す。
【図７Ｃ】 本発明のダイによるエルボ形の品目の製造を示す。
【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成１２年４月１０日（２０００．４．１０）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項１２
【補正方法】変更
【補正内容】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ナボ、ジャン − フィリップ フランス国 サン − テグレーブ、パル ク ド ロシュプレーヌ、 リュ ドュ リフ トロンシャール、９ (72)発明者 クルロブ、ブラディミール ロシア連邦共和国 モスクワ、ディストリ クト、チェルノゴロブカ、 シュコルニイ ビー、14−57
Claims (13)
- 【請求項１】 溶湯から単結晶または多結晶を引き上げるためのダイであっ
て、溶湯内に浸漬される本体の下面（５３）と、一本の毛管チャネルまたは複数
の毛管チャネルを通して湯から供給される液体を支持するための本体の上面（５
５）と、の間に配置されている少なくとも一本の縦方向の毛管チャネル（５９）
を持つ本体（５１）を備え、前記上面（５５）は、前記一本の毛管チャネルまた
は複数の毛管チャネル（５９）が露出している少なくとも一つの平らな面（６３
）を含み、前記の平らな面が、前記一本の毛管チャネルまたは複数の毛管チャネ
ルの縦方向に対して９０度以下の角度θを形成するダイ。 - 【請求項２】 請求項１に記載のダイにおいて、断面が円形、正方形、また
は長方形の一本の毛管チャネルを備えるダイ。 - 【請求項３】 請求項１に記載のダイにおいて、断面が円形のクラウンであ
る一本の毛管チャネルを備えるダイ。 - 【請求項４】 請求項１に記載のダイにおいて、前記上面の下で、断面が長
方形の一本の毛管チャネル内に接続される数本の毛管チャネルを備えるダイ。 - 【請求項５】 請求項１−請求項４の何れかに記載のダイにおいて、前記角
度θが４５度に等しいことを特徴とするダイ。 - 【請求項６】 請求項１−請求項５の何れかに記載のダイにおいて、前記ダ
イの上面（５５）の平らな面（６３）上の前記毛管チャネルの開口部（６１）の
縁部が、前記平らな面に対して９０度未満の角度を持つダイ。 - 【請求項７】 請求項１−請求項５の何れかに記載のダイにおいて、一本の
毛管チャネル（５９）と、その一部だけが、前記毛管チャネルの縦軸に対して、
９０度未満の角度θを持つ前記平らな面（６３）を形成している上面（５５）と
を備え、前記毛管チャネル（５９）が、前記チャネルの縦軸に対して傾斜してい
る部分（６５）を通して前記平らな面上に露出しているダイ。 - 【請求項８】 請求項７に記載のダイにおいて、前記部分（６５）が、前記
毛管チャネルの残りの部分より小さな断面を持つダイ。 - 【請求項９】 請求項８に記載のダイにおいて、前記部分（６５）が、前記
ダイの前記上面の前記平らな面（６３）上に露出する前記開口部（６１）の縁部
が、前記平らな面に対して９０度未満の角度を持つダイ。 - 【請求項１０】 請求項１−請求項９の何れかに記載のダイにおいて、前記
毛管チャネル（５９）の前記開口部（６１）の縁部が、前記ダイの前記上面の前
記平らな面（６３）に対して４５度の角度を持つダイ。 - 【請求項１１】 請求項１−請求項１０の何れかに記載のダイであって、モ
リブデンから製造されるダイ。 - 【請求項１２】 多結晶材料または単結晶材料から成る製品の製造方法であ
って、少なくとも一本の毛管チャネル（５）を含むダイ（３）を通して引き上げ
ることにより、溶融材料の溶浴から前記製品を製造することと、前記毛管チャネ
ルから供給される溶融材料をシード（９）と接触させて、結晶にすることからな
り、前記シードおよび／または前記ダイが、引き上げ方向に垂直な面内で、少な
くとも一回の並進運動および／または回転運動を受け、前記溶融材料の前記結晶
化界面（１１）が、引き上げ方向に対して９０度未満の角度θを形成する方法。 - 【請求項１３】 請求項１２に記載の方法において、請求項１−請求項１１
に記載の任意の一つのダイを使用する方法。
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|---|---|---|---|
| FR97/12680 | 1997-10-10 | ||
| FR9712680A FR2769639B1 (fr) | 1997-10-10 | 1997-10-10 | Filiere pour le tirage de cristaux a partir d'un bain fondu |
| PCT/FR1998/002171 WO1999019545A1 (fr) | 1997-10-10 | 1998-10-09 | Filiere pour le tirage de cristaux a partir d'un bain fondu |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001520160A true JP2001520160A (ja) | 2001-10-30 |
| JP2001520160A5 JP2001520160A5 (ja) | 2006-01-05 |
Family
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000516090A Pending JP2001520160A (ja) | 1997-10-10 | 1998-10-09 | 溶湯から結晶を引き出すためのダイ |
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|---|---|
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| EP (1) | EP1021599B1 (ja) |
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| FR (1) | FR2769639B1 (ja) |
| WO (1) | WO1999019545A1 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8574968B2 (en) | 2007-07-26 | 2013-11-05 | Soitec | Epitaxial methods and templates grown by the methods |
Families Citing this family (5)
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| JP5999044B2 (ja) * | 2013-07-30 | 2016-09-28 | トヨタ自動車株式会社 | 引上式連続鋳造装置及び引上式連続鋳造方法 |
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