JP2015513514A - シリコン溶融体の表面上で持続的な異方性結晶成長を実現する装置 - Google Patents
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Abstract
Description
米国政府は、本発明における支払済の許諾を有し、米国エネルギー省によって付与された契約番号DE-EE0000595の契約条件によって提供される適当な条件で他者に許諾を与えることを、限定された状況で特許権者に要求する権利を有する。
本発明の好適例は、基板製造の分野に関するものである。より具体的には、本発明は、溶融体から結晶シートを成長させる方法、システム及び構造に関するものである。
シリコンウェハーまたはシートは、例えば集積回路または太陽電池産業において用いることができる。再生可能エネルギー源の需要が増加するに連れて、太陽電池の需要が増加し続ける。太陽電池産業における1つの主なコストは、これらの太陽電池を作製するために使用するウェハーまたはシートである。ウェハーまたはシートのコストの低減は、結果的に太陽電池のコストを低減し、この再生可能エネルギー技術をより普及させる
Claims (25)
- 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。 - 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。
- 前記補償ヒータ素子が、約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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。 - 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。 - 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。
- 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の幅におよそ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。
- 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。
- 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の幅におよそ等しい第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。 - 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、幅を有するリボンを形成するステップと
を含むことを特徴とする方法。 - 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。
- 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。
- 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。 - 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。
- 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。 - 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。
- 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、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。 - 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。
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