特表 2023-539379 シリコン充填物を覆うためのカバー部材を有する結晶引上げシステム、及びシリコン溶融物をるつぼアセンブリ内で成長させるための方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2023-09-13

(54)【発明の名称】シリコン充填物を覆うためのカバー部材を有する結晶引上げシステム、及びシリコン溶融物をるつぼアセンブリ内で成長させるための方法

(51)【国際特許分類】

   C30B 29/06 20060101AFI20230906BHJP

   C30B 15/12 20060101ALI20230906BHJP

   C30B 15/14 20060101ALI20230906BHJP

【ＦＩ】

C30B29/06 502C

C30B15/12

C30B15/14

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023514452

(86)(22)【出願日】2021-08-30

(85)【翻訳文提出日】2023-04-25

(86)【国際出願番号】 EP2021073902

(87)【国際公開番号】W WO2022049034

(87)【国際公開日】2022-03-10

(31)【優先権主張番号】63/073,180

(32)【優先日】2020-09-01

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】518112516

【氏名又は名称】グローバルウェーハズ カンパニー リミテッド

【氏名又は名称原語表記】ＧｌｏｂａｌＷａｆｅｒｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．

(74)【代理人】

【識別番号】100145403

【弁理士】

【氏名又は名称】山尾 憲人

(74)【代理人】

【識別番号】100184343

【弁理士】

【氏名又は名称】川崎 茂雄

(72)【発明者】

【氏名】トージ，パオロ

(72)【発明者】

【氏名】パンノッキア，マッテオ

(72)【発明者】

【氏名】スカラ，ロベルト

【テーマコード（参考）】

4G077

【Ｆターム（参考）】

4G077AA02

4G077BA04

4G077CF06

4G077CF10

4G077EG01

4G077EG11

4G077EG17

4G077EG19

4G077PD03

4G077PD08

4G077PE01

4G077PE27

(57)【要約】

ハウジングとるつぼアセンブリとを有する、結晶引上げシステムが開示される。システムは、インゴットの成長中にインゴットが通過する中央通路を画定する熱シールドを含む。カバー部材は、引上げ軸に沿って熱シールド内で移動可能である。カバー部材は、断熱層を含んでもよい。カバー部材は、融解中に充填物の少なくとも一部を覆う。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

シリコン溶融物から単結晶インゴットを成長させるための結晶引上げシステムであって、引上げ軸を有する前記システムが、
成長チャンバを画定するハウジングと、
前記シリコン溶融物を収容するための、前記成長チャンバ内に配置された、るつぼアセンブリと、
インゴットの成長中に、インゴットが通過する中央通路を画定する熱シールドと、
前記引上げ軸に沿って前記熱シールド内で移動可能なカバー部材であって、１つ又は複数の断熱層を備える、カバー部材と
を備える、結晶引上げシステム。

【請求項2】

前記カバー部材が、
前記引上げ軸に平行な第１のプレート軸を有する第１のプレートと、
前記引上げ軸に平行な第２のプレート軸を有する第２のプレートと
を含み、前記第２のプレートが、前記第１のプレートの上方に配置され、前記断熱層が、前記第１のプレートと前記第２のプレートとの間に配置される、請求項１に記載の結晶引上げシステム。

【請求項3】

前記第１のプレート及び前記第２のプレートが両方ともグラファイトで作られている、請求項２に記載の結晶引上げシステム。

【請求項4】

前記第１のプレート及び前記第２のプレートが炭化ケイ素でコーティングされている、請求項３に記載の結晶引上げシステム。

【請求項5】

前記断熱層がフェルトで作られている、請求項１から４のいずれか一項に記載の結晶引上げ装置。

【請求項6】

前記熱シールドが底部を有し、前記熱シールドの前記中央通路が前記熱シールドの前記底部において直径を有し、前記カバー部材が直径を有し、前記カバー部材の前記直径が、前記熱シールドの前記底部における、前記中央通路の前記直径の少なくとも０．７５倍、少なくとも０．８倍、少なくとも０．９倍、少なくとも０．９５倍、又は少なくとも０．９９倍である、請求項１から５のいずれか一項に記載の結晶引上げシステム。

【請求項7】

前記結晶引上げシステムが、チャックを備える引上げ機構を備え、前記引上げ機構が、前記引上げ軸に沿って前記チャックを上げ下げさせることができ、前記カバー部材が、前記チャックに取り外し可能に連結可能である、請求項１から６のいずれか一項に記載の結晶引上げシステム。

【請求項8】

前記チャックを、インゴットの成長を開始するための種結晶につなぐことが可能である、請求項７に記載の結晶引上げシステム。

【請求項9】

前記るつぼアセンブリが、底部と、外側側壁と、前記底部から上方に延びる内側堰とを備える、請求項１から８のいずれか一項に記載の結晶引上げシステム。

【請求項10】

前記るつぼアセンブリが、前記外側側壁と前記内側堰との間に配置された中央堰を備える、請求項９に記載の結晶引上げシステム。

【請求項11】

前記るつぼアセンブリが、３つの入れ子式るつぼを備える、請求項１０に記載の結晶引上げシステム。

【請求項12】

インゴットの成長中にインゴットが通過するジャケットチャンバを有する流体冷却円筒ジャケットをさらに備える、請求項１から１１のいずれか一項に記載の結晶引上げシステム。

【請求項13】

結晶引上げシステムのるつぼ内でシリコンの溶融物を調製する方法であって、前記結晶引上げシステムが、成長チャンバを画定するハウジング、前記シリコン溶融物を収容するための、前記成長チャンバ内に配置された、るつぼアセンブリ、及びインゴットの成長中にインゴットが通過する中央通路を画定する熱シールドを備え、前記方法は、
固体多結晶シリコンの充填物を前記るつぼアセンブリに加えることと、
前記熱シールドによって画定された前記中央通路を通って、前記充填物の少なくとも一部を覆うようにカバー部材を下げることと、
前記カバー部材が前記充填物の一部を覆っている間に、前記シリコン充填物を加熱して前記るつぼアセンブリ内でシリコン溶融物を生成することと、
前記溶融物が形成された後に、前記カバー部材を上げることと
を含む、方法。

【請求項14】

前記るつぼアセンブリが、底部と、外側側壁と、前記底部から上方に延びる内側堰と、前記外側側壁と内側堰との間に配置された中央堰とを備える、請求項１３に記載の方法。

【請求項15】

前記るつぼアセンブリが、３つの入れ子式るつぼを備える、請求項１４に記載の方法。

【請求項16】

前記外側側壁と前記中央堰との間に配置されたるつぼ溶融ゾーンに多結晶シリコンを加えることを含む方法であって、前記シリコン溶融物が、中央堰開口部を通って前記中央堰と前記内側堰との間に配置された中間ゾーンに流れ、前記シリコン溶融物が、内側堰開口部を通って前記内側堰内に配置された成長ゾーンに流れ、前記カバー部材が、前記るつぼ溶融ゾーンに多結晶シリコンが加えられる間に、前記シリコン溶融物の少なくとも一部を覆う、請求項１４又は１５に記載の方法。

【請求項17】

前記熱シールドが底部を有し、前記熱シールドの前記中央通路が前記熱シールドの前記底部において直径を有し、前記カバー部材が直径を有し、前記カバー部材の前記直径が、前記熱シールドの前記底部における、前記中央通路の前記直径の少なくとも０．７５倍、少なくとも０．８倍、少なくとも０．９倍、少なくとも０．９５倍、又は少なくとも０．９９倍である、請求項１３又は１４に記載の方法。

【請求項18】

前記カバー部材が、前記熱シールドの底部から３０ｍｍ未満、あるいは前記熱シールドの底部から２０ｍｍ未満、１０ｍｍ未満、又は５ｍｍ未満まで下げられる、請求項１３から１７のいずれか一項に記載の方法。

【請求項19】

前記カバー部材が、前記熱シールドの底部まで下げられる、請求項１３から１７のいずれか一項に記載の方法。

【請求項20】

前記カバー部材が断熱層を含む、請求項１３から１９のいずれか一項に記載の方法。

【請求項21】

前記カバー部材が炭化ケイ素被覆グラファイトプレートを含む、請求項１３から２０のいずれか一項に記載の方法。

【請求項22】

前記炭化ケイ素被覆グラファイトプレートが第１の炭化ケイ素被覆グラファイトプレートであり、前記カバー部材が、
前記第１の炭化ケイ素被覆グラファイトプレートの上方に配置された第２の炭化ケイ素被覆グラファイトプレートと、
前記第１の炭化ケイ素被覆グラファイトプレートと前記第２の炭化ケイ素被覆グラファイトプレートとの間に配置された断熱層と
を備える、請求項２１に記載の方法。

【請求項23】

単結晶シリコンインゴットを形成するための方法であって、
請求項１３から２２のいずれか一項に記載の方法によって結晶引上げシステムのるつぼ内でシリコンの溶融物を調製することと、
前記カバー部材を上げた後に、前記溶融物に接触するように種結晶を下げることと
を含む、方法。

【請求項24】

前記るつぼアセンブリが、底部と、外側側壁と、前記底部から上方に延びる内側堰と、前記外側側壁と前記内側堰との間に配置された中央堰とを備え、前記方法が、前記外側側壁と前記中央堰との間に配置されたるつぼ溶融ゾーンに多結晶シリコンを加えることを含み、前記シリコン溶融物が、中央堰開口部を通って前記中央堰と前記内側堰との間に配置された中間ゾーンに流れ、前記シリコン溶融物が、内側堰開口部を通って前記内側堰内に配置された成長ゾーンに流れ、前記カバー部材が、前記るつぼ溶融ゾーンに多結晶シリコンが加えられる間に、前記シリコン溶融物の少なくとも一部を覆う、請求項２３に記載の方法。

【請求項25】

前記カバー部材及び前記種結晶が、チャックを備える引上げ機構によって上げ下げされ、前記方法が、
前記カバー部材が上げられた後に前記カバー部材を前記チャックから取り外すことと、
前記カバー部材を前記チャックから取り外した後に、前記種結晶を前記チャックにつなぐことと
を含む、請求項２３又は２４に記載の方法。

【請求項26】

シリコン溶融物から単結晶インゴットを成長させるための結晶引上げシステムであって、引上げ軸を有する前記システムが、
成長チャンバを画定するハウジングと、
前記シリコン溶融物を収容するための、前記成長チャンバ内に配置された、るつぼアセンブリと、
インゴットの成長中にインゴットが通過する中央通路を画定する熱シールドと、
前記引上げ軸に沿って前記熱シールド内で移動可能なカバー部材であって、
前記引上げ軸に平行な第１のプレート軸を有する第１のプレートと、
前記引上げ軸と平行な第２のプレート軸を有する第２のプレートであって、前記第１のプレートの上方に配置される、第２のプレートと
を備えるカバー部材と
を備える、結晶引上げシステム。

【発明の詳細な説明】

【関連出願の相互参照】

【0001】

本出願は、２０２０年９月１日出願の米国仮特許出願第６３／０７３，１８０号の利益を主張し、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。

【技術分野】

【0002】

本開示の分野は、シリコン溶融物から単結晶インゴットを成長させるための結晶引上げシステムに関し、詳細には、連続的なチョクラルスキー法によるシリコンインゴットの成長に使用するためのカバー部材を含む結晶引上げシステムに関する。

【背景技術】

【0003】

シリコン結晶のシリコンインゴットは、単結晶シリコンの種をるつぼ内に保持されたシリコン溶融物と接触させるチョクラルスキー法によって調製することができる。溶融物から単結晶シリコンの種を引き出して、単結晶シリコンインゴットを溶融物から引き上げる。多結晶シリコンの充填物が最初にるつぼ内で溶融され、るつぼ内の溶融シリコンが枯渇するまで溶融物からシリコンインゴットを引き出すバッチシステムで、インゴットを調製することができる。あるいは、インゴットの成長中に、シリコン溶融物を補充するために、ポリシリコンが溶融物に断続的又は連続的に加えられる連続チョクラルスキー法で、インゴットを引き出してもよい。

【0004】

連続チョクラルスキー法では、るつぼを別々の溶融ゾーンに分割することができる。たとえば、るつぼアセンブリは、シリコンインゴットの成長中に、シリコン溶融物を補充するために、多結晶シリコンが加えられ、溶融される、外側溶融ゾーンを含むことができる。シリコン溶融物は、外側溶融ゾーンから、溶融物が熱的に安定する外側溶融ゾーン内の中間ゾーンに流れる。シリコン溶融物は、次いで、中間ゾーンから成長ゾーンに流れ、成長ゾーンからシリコンインゴットが引き上げられる。

【0005】

結晶引上げシステムは、るつぼ及びシリコン溶融物の上方に配置された熱シールドを含むことができる。熱シールドは、シリコンインゴットがシリコン溶融物から垂直に引き上げられるときに通過する通路を含む。熱シールドは、引き上げられたインゴットを、溶融物からの放射熱から保護及び遮蔽する。

【0006】

溶融段階中に、結晶引上げシステム内に温度勾配が生成され得る。温度勾配は、るつぼに熱応力を生じさせ、るつぼを損傷したり、場合によっては破壊したりすることがある。

【0007】

融解中のるつぼの損傷を減らすために、融解中により均一な温度勾配を維持する結晶引上げシステムが必要とされている。

【0008】

このセクションは、以下に記載及び／又は特許請求される本開示の様々な態様に関連し得る様々な態様の技術を読者に紹介することを意図している。この議論は、本開示の様々な態様のより良い理解を容易にするために読者に背景情報を提供するのに役立つと考えられる。したがって、これらの記述は、この観点から読まれるべきであり、従来技術の承認として読まれるべきではないことを理解されたい。

【発明の概要】

【0009】

本開示の一態様は、シリコン溶融物から単結晶インゴットを成長させるための結晶引上げシステムに関する。本システムは、引上げ軸と、成長チャンバを画定するハウジングとを含む。るつぼアセンブリは、シリコン溶融物を収容するために成長チャンバ内に配置される。熱シールドは、インゴットの成長中にインゴットが通過する中央通路を画定する。本システムは、引上げ軸に沿って熱シールド内で移動可能なカバー部材を含む。カバー部材は、１つ又は複数の断熱層を含む。

【0010】

本開示の別の態様は、結晶引上げシステムのるつぼ内でシリコンの溶融物を調製する方法に関する。結晶引上げシステムは、成長チャンバを画定するハウジングと、シリコン溶融物を収容するために成長チャンバ内に配置されたるつぼアセンブリと、インゴットの成長中にインゴットが通過する中央通路を画定する熱シールドとを含む。固体多結晶シリコンの充填物が、るつぼアセンブリに加えられる。カバー部材が、充填物の少なくとも一部を覆うために、熱シールドによって画定された中央通路を通って下げられる。カバー部材が、充填物の一部を覆っている間に、シリコン充填物は、るつぼアセンブリ中でシリコン溶融物を生成するために加熱される。カバー部材は、溶融物が形成された後に持ち上げられる。

【0011】

本開示のさらに別の態様は、シリコン溶融物から単結晶インゴットを成長させるための結晶引上げシステムに関する。本システムは、引上げ軸を有し、成長チャンバを画定するハウジングを含む。るつぼアセンブリは、シリコン溶融物を収容するために成長チャンバ内に配置される。システムは、インゴットの成長中にインゴットが通過する中央通路を画定する熱シールドを含む。カバー部材は、引上げ軸に沿って熱シールド内で移動可能である。カバー部材は、引上げ軸に平行な第１のプレート軸を有する第１のプレートを含む。カバー部材は、引上げ軸に平行な第２のプレート軸を有する第２のプレートを含む。第２のプレートは、第１のプレートの上方に配置される。

【0012】

本開示の上述の態様に関連して述べた特徴の様々な改良が存在する。また、本開示の上述の態様にさらなる特徴を組み込むこともできる。これらの改良及び追加の特徴は、個別に又は任意の組み合わせで存在してもよい。たとえば、本開示の図示された実施形態のいずれかに関連して以下で説明される様々な特徴は、単独で又は任意の組み合わせで、本開示の上述の態様のいずれかに組み込まれてもよい。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】シリコン溶融物から単結晶インゴットを成長させるための結晶引上げシステムの断面図である。

【図2】熱シールドの中央通路内に配置されたカバー部材を含む、結晶引上げシステムの一部の断面図である。

【図3】結晶引上げシステムのカバー部材の斜視図である。

【図4】カバー部材の断面図である。

【図5】カバー部材の組立図である。

【図6】カバー部材の第１のプレートの斜視図である。

【図7】第１のプレートの底面図である。

【図8】第１のプレートの断面図である。

【図9】カバー部材の第２のプレートの斜視図である。

【図10】第２のプレートの上面図である。

【図11】第２のプレートの断面図である。

【図12】カバー部材の断熱層の斜視図である。

【図13】カバー部材のシャフトの断面図である。

【図14】シャフトの上面図である。

【図15】結晶引上げシステムのチャックの斜視図である。

【図16】カバー部材のシャフトに係合したチャックの斜視図である。

【図17】融解中に断熱ありとなしのカバー部材を使用したときの、入れ子式るつぼアセンブリの外側のるつぼの内部温度のグラフである。

【図18】融解中に断熱ありとなしのカバー部材を使用したときの、入れ子式るつぼアセンブリの中央のるつぼの内部温度のグラフである。

【図19】融解中に断熱ありとなしのカバー部材を使用したときの、入れ子式るつぼアセンブリの最も内側のるつぼの内部温度のグラフである。

【図20】融解中に断熱ありとなしのカバー部材を用いた場合の電力プロファイルのグラフである。

【0014】

同じ参照符号は、図面全体を通して同じ部分を示す。

【発明を実施するための形態】

【0015】

本開示の提供は、連続チョクラルスキー（ＣＺ）法によってシリコン溶融物から、単結晶（ｍｏｎｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ）（すなわち、単結晶（ｓｉｎｇｌｅ ｃｒｙｓｔａｌ））シリコンインゴット（たとえば、半導体グレード又はソーラーグレードの材料）を製造するための結晶引上げシステムに関する。本明細書に開示されるシステム及び方法はまた、バッチ又はリチャージＣＺ法によって単結晶インゴットを成長させるために使用されてもよい。図１を参照すると、結晶引上げシステムがおおまかに示されており、概略的に１０と示されている。結晶引上げシステム１０は、引上げ軸Ｙ_１０と、成長チャンバ１４を画定するハウジング１２とを含む。るつぼアセンブリ１６は、成長チャンバ１４内に配置される。るつぼアセンブリ１６は、シリコン溶融物１８（たとえば、半導体グレード又はソーラーグレードの材料）を収容しており、以下でさらに説明するように、そこから単結晶インゴット２０が引上げ機構２２によって引き上げられる。

【0016】

結晶引上げシステム１０は、インゴットの成長中にインゴット２０が通過する中央通路２６を画定する熱シールド２４（「反射板」と呼ばれることもある）を含む。本開示の実施形態によれば、インゴット２０が溶融物１８から引き上げられる前に、初期溶融段階中に、カバー部材１００（図２）が下げられて多結晶シリコンの固体充填物を少なくとも部分的に覆って、融解中に中央通路２６を通って放射する熱を低減する。カバー部材１００は、引上げ軸Ｙ_１０に沿って熱シールド２４内で移動可能である。

【0017】

図２は、インゴット２０が引き上げられる前に、充填物が溶融される初期段階（すなわち、融解段階）中にカバー部材１００が中央通路２６内に配置された結晶引上げシステム１０の一部を示す。るつぼアセンブリ１６は、底部３０と、底部３０から上方に延びる外側側壁３２とを含む。るつぼアセンブリ１６は、中央堰３４と、底部３０から上方に延びる内側堰３６とを含む。中央堰３４は、外側側壁３２と内側堰３６との間に配置される。るつぼアセンブリ１６は、外側側壁３２と中央堰３４との間に配置されたるつぼ溶融ゾーン３８を含む。るつぼアセンブリ１６はまた、中央堰３４と内側堰３６との間に配置された中間ゾーン４０を含んでいる。るつぼアセンブリ１６はまた、内側堰３６内に配置された成長ゾーン４２を含んでいる。るつぼアセンブリ１６は、たとえば、結晶引上げシステム１０が本明細書で説明されるように機能することを可能にする、石英又は任意の他の適切な材料で作ってもよい。さらに、るつぼアセンブリ１６は、結晶引上げシステム１０が本明細書で説明されるように機能することを可能にする、任意の適切なサイズであってもよい。るつぼアセンブリ１６はまた、底部をともに形成する別個の底部を有し、るつぼの側壁が上述の堰３４、３６である、３つの「入れ子式」るつぼを含んでもよい。

【0018】

インゴットの成長中、多結晶シリコンがるつぼ溶融ゾーン３８に加えられ、そこでシリコンが溶融し、シリコン溶融物を補充する。シリコン溶融物は、中央堰開口部４４を通って中間ゾーン４０に流入する。次いで、シリコン溶融物は、内側堰開口部４１を通って、内側堰３６内に配置された成長ゾーン４２に流入する。様々なシリコン溶融ゾーン（たとえば、溶融ゾーン３８、中間ゾーン４０、成長ゾーン４２）が、連続チョクラルスキー法に従ってインゴットを成長させることを可能にし、連続チョクラルスキー法では、多結晶シリコンが連続的又は半連続的に溶融物に加えられ、インゴット２０が成長ゾーン４２から連続的に引き上げられる。成長ゾーン４２内のシリコン溶融物１８は、単一の種結晶７５（図１）と接触する。種結晶７５が溶融物１８からゆっくりと持ち上げられると、溶融物１８からの原子が種と整列し、種に付着してインゴット２０を形成する。

【0019】

るつぼアセンブリ１６は、サセプタ５０（図１）によって支持される。サセプタ５０は、回転可能なシャフト５１によって支持される。サイドヒータ５２は、システム１０に熱エネルギーを供給するためにサセプタ５０及びるつぼアセンブリ１６を取り囲む。１つ又は複数のボトムヒータ６２が、るつぼアセンブリ１６及びサセプタ５０の下方に配置される。ヒータ５２、６２が稼働して、固体多結晶シリコン原料の初期充填物を溶融し、初期充填物の溶融後、溶融物１８を液化状態に維持する。ヒータ５２、６２はまた、インゴットの成長中に供給管５４（図１）を通して加えられる固体多結晶シリコンを溶融するように作用する。ヒータ５２、６２は、システム１０が本明細書で説明されるように機能することを可能にする、任意の適切なヒータ（たとえば、抵抗ヒータ）であってもよい。

【0020】

結晶引上げシステム１０は、不活性ガスを成長チャンバ１４内に導入するためのガス入口（図示せず）と、不活性ガス並びに他のガス状及び浮遊粒子を成長チャンバ１４から排出するための１つ又は複数の排出出口（図示せず）とを含む。ガス入口は、アルゴンなどの適切な不活性ガスを供給する。

【0021】

システム１０は、熱シールド２４とともに配置された円筒形ジャケット５７を含む。ジャケット５７は流体冷却され、中央通路２６と位置合わせされたジャケットチャンバ６０を含む。インゴット２０は、引上げ軸Ｙ_１０に沿って中央通路２６を通ってジャケットチャンバ６０に引き上げられる。ジャケット５７は、引き上げられたインゴット２０を冷却する。

【0022】

熱シールド２４は、略円錐台形状である。熱シールド２４は、るつぼアセンブリ１６及び溶融物１８に面する、外側表面６１を含む。熱シールド２４は、溶融物の汚染を防止するようにコーティングされてもよい。いくつかの実施形態では、熱シールド２４は、内部にモリブデンシートを含む２つのグラファイトシェルで作られる。表面６１は、溶融物の汚染を低減するために（たとえば、ＳｉＣ）コーティングされてもよい。

【0023】

熱シールド２４は、底部５８（図２）を含む。熱シールド２４の中央通路２６は、熱シールド２４の底部５８に直径Ｄ_２６を有する。熱シールド２４は、るつぼアセンブリ１６の上方に配置され、それにより、中央通路２６は、溶融物１８から引き上げられたインゴットが中央通路２６を通って引き上げられることができるように、成長ゾーン４２の真上に配置される。通路の直径Ｄ_２６は、インゴット２０の直径（たとえば、２００ｍｍ又は３００ｍｍ又は他の直径のインゴット）を収容するようなサイズである。

【0024】

外側表面６１は、放射熱を溶融物１８及びるつぼアセンブリ１６に向かって反射する反射性コーティング剤でコーティングされてもよい。このように、熱シールド２４は、るつぼアセンブリ１６及び溶融物１８内に熱を保持するのを助ける。さらに、熱シールド２４は、引上げ軸Ｙ_１０に沿ってほぼ均一な温度勾配を維持するのに役立つ。

【0025】

初期溶融段階中に、固体多結晶シリコンの初期量が、るつぼ溶融ゾーン３８、中間ゾーン４０、及び成長ゾーン４２に供給される。他の実施形態では、固体多結晶シリコンは、るつぼ溶融ゾーン３８、中間ゾーン４０、及び成長ゾーン４２から選択される１つ又は２つのゾーンにのみ加えられる。融解中、カバー部材１００は、初期充填物が溶融される間に、シリコン充填物の少なくとも一部を覆う（すなわち、熱シールド２４の中央通路２６を塞ぐ）ように下げられる。引上げ機構２２は、カバー部材１００を上げ下げする。

【0026】

本開示の実施形態によれば、カバー部材１００は、熱シールド２４の底部５８から（すなわち、底部５８の下から又は上から）３０ｍｍ未満、あるいは熱シールド２４の底部５８から２０ｍｍ未満、１０ｍｍ未満、又は５ｍｍ未満まで下げられる。いくつかの実施形態では、カバー部材１００は、熱シールド２４の底部５８と位置合わせされるように下げられる。いくつかの実施形態では、カバー部材１００は、融解中に充填物の表面の８０～１００ｍｍ以内まで下げられる。

【0027】

シリコン充填物の初期量が溶融された後、多結晶シリコンの第２の量をるつぼ溶融ゾーン３８に加えてもよい（たとえば、第２の量全体が加えられるまで連続的に加える）。本開示のいくつかの実施形態によれば、この多結晶シリコンの第２の量が溶融ゾーン３８に加えられ、溶融されている間に、カバー部材１００は中央通路２６を覆う。第２の充填物が溶融した後、引上げ機構２２によってカバー部材１００が持ち上げられる。他の実施形態では、多結晶シリコンの第２の量が加えられている間、カバー部材１００は使用されない。

【0028】

カバー部材１００の一実施形態を図３に示す。カバー部材１００は、（本明細書では、それぞれ、「下側のプレート１０２」及び「上側のプレート１０４」と呼ばれることもある）第１のプレート１０２と第２のプレート１０４とを有する。各プレート１０２、１０４は、引上げ軸Ｙ_１０（図１）にほぼ平行な中心軸を有する。第１のプレート１０２と第２のプレート１０４とは、ほぼ平行である。第２のプレート１０４は、第１のプレート１０２の上方に配置される。

【0029】

第１のプレート１０２は、第１の環状壁１０６（図５～図６）を含み、第２のプレート１０４は、第２の環状壁１０８（図９）を含む。ここで図５を参照すると、第１の壁１０６は、第１の肩部１１０と第１のへり１１１とを含む。第２の壁１０８は、第２の肩部１１２と第２のへり１１３とを含む。組み立てられると、第２の肩部１１２は第１のへり１１１上に載り、第２のへり１１３は第１の肩部１１０上に載る。カバー部材チャンバ１１６（図８及び図１１）は、第１のプレート１０２と第２のプレート１０４との間に配置される。

【0030】

断熱層１３０（図４）は、第１のプレート１０２と第２のプレート１０４との間に形成されるチャンバ１１６内に配置される。断熱層１３０は、Ｔ_１３０の厚さ（たとえば、１０ｍｍ～約５０ｍｍ）を有する。断熱層１３０は、第１のプレート１０２と第２のプレート１０４との間で圧縮されてもよい。断熱層１３０は、断熱材のいくつかの積層を含んでもよく、又は単一層であってもよい。断熱層１３０は、その中に形成された開口部１３２を含んでもよい。

【0031】

断熱層１３０は、フェルトで作ってもよい。フェルトは、天然繊維又は合成繊維から構成されてもよい。フェルトは、純化フェルト（たとえば、最大灰分３０ｐｐｍ）であってもよい。断熱層１３０は、概して、適切な断熱特性を含む任意の材料から構成されてもよい。

【0032】

第１のプレート１０２は、シャフト１５０を連結するための、上方に突出するハブ１４５（図４）を含む。第２のプレートは、第２のプレート開口部１２８（図９）を含む。ハブ１４５は、第２のプレート１０４の開口部１２８及び断熱開口部１３２（図１２）を通って延びる。ハブ１４５は、レッジ１４９（図６）を含み、第２のプレート１０４は、レッジ１４９に着座している。ハブ１４５は、シャフト１５０が通って延びるハブ開口部１５３（図８）を含む。ハブ開口部１５３は、シャフト１５０の輪郭（たとえば、図示の実施形態のような正方形若しくは長方形、又は円形などの他の形状）と一致する輪郭を有する。ハブ１４５は、上壁１５７を有するハブチャンバ１２６を含む。

【0033】

カバー部材１００は、中心Ｘと外周１２２とを含む円形部分１２０（図７）を含み、直線状の縁部１２４を有する、概して、弓形の形状をしている。詳細には、第１及び第２のプレート１０２、１０４は、弦に沿ったセグメントが除去された円形部分の形状を有する。第１及び第２のプレート１０２、１０４は、長尺Ｌ_１と短尺Ｌ_２とを有する。長尺Ｌ_１は、円形部分１２０の直径であり、短尺Ｌ_２は、外周１２２から、中心Ｘを通って円形部分１２０の外周１２２まで延びる。第１及び第２のプレート１０２、１０４は、充填物／溶融物を見ることができるように弓形として成形される。他の実施形態では、カバー部材１００は完全に円形である。

【0034】

いくつかの実施形態では、カバー部材１００の直径は、熱シールド２４の底部５８の中央通路２６の直径の少なくとも０．７５倍であり、あるいは他の実施形態では、熱シールド２４の底部５８の中央通路２６の直径の少なくとも０．８倍、少なくとも０．９倍、少なくとも０．９５倍、又は少なくとも０．９９倍である。

【0035】

いくつかの実施形態では、第１のプレート１０２及び第２のプレート１０４はグラファイトで作られる。グラファイトは、炭化ケイ素（ＳｉＣ）でコーティングされてもよい。第１及び第２のプレート１０２、１０４は、他の適切な材料で構成されてもよい。第１及び第２のプレート１０２、１０４は、第１及び第２のプレート１０２、１０４の亀裂又は損傷をもたらす熱応力を防止する任意の適切な厚さＴ_１０２、Ｔ_１０４（たとえば、３ｍｍ～５０ｍｍの間の厚さ）（図８及び図１１）を有する。

【0036】

図１３～図１４を参照すると、カバー部材１００は、カバー部材１００を支持するシャフト１５０を含む。シャフト１５０は、任意の適切な結合構成において、第１及び／又は第２のプレート１０２、１０４に連結されてもよい。図示の実施形態では、シャフト１５０は、細長い矩形部分１５４とカラー１５６とを含む。カラー１５６は、ハブチャンバ１２６（図８）の直径よりも小さく、ハブ開口部１５３の幅よりも大きい、直径Ｄ_１５６を有する。第１のプレート１０２はカラー１５６上に載る。断熱層１３０及び第２のプレート１０４（図４）は、第１のプレート１０２によって支持される。あるいは、シャフト１５０は、第１のプレート１０２及び／又は第２のプレート１０４のいずれか又は両方と一体的に形成されてもよい。

【0037】

図１５～図１６を参照すると、引上げ機構２２は、引上げ軸Ｙ_１０に沿って上げ下げされるチャック７０を含む。チャック７０は、駆動モータによって上げ下げされる、引上げワイヤ又はケーブル３７に連結されてもよい（すなわち、引上げワイヤ又はケーブル及びモータは、引上げ機構２２の一部である）。カバー部材１００は、チャック７０に対して取り外し可能に連結可能である。たとえば、シャフト１５０とチャック７０とは、ピンロックを使用して連結されてもよい。シャフト１５０は、凹部１５８（図１３）を有する。シャフト１５０は、チャック７０内の孔部７２に挿入され、その結果、凹部１５８が孔部７２内に収容される。チャック７０は、孔部７２に対してほぼ垂直に延び、チャック７０を通過して孔部７２内に開口する開口部７４を含む。ピン７６は、ピン７６が、孔部７２内に配置されたシャフト１５０の凹部１５８と係合するように、開口部７４を通って孔部７２内に挿入される。このようにして、シャフト１５０とチャック７０とが結合される。シャフト１５０及びチャック７０は、カバー部材１００をチャック７０に結合するための任意の代替及び／又は追加の特徴を含んでもよい。

【0038】

融解後、カバー部材１００をチャック７０から取り外し、種結晶７５（図１）をチャック７０につなぐ。種結晶７５は、種７５がチャック７０に結合及び／又は結合解除され得るように、図示されていない同様の凹部を含むことができる。インゴットの成長プロセス中、種７５は、引上げ機構２２によって溶融物１８と接触するように下げられ、次いで、溶融物１８からゆっくりと持ち上げられる。カバー部材１００及び／又は種結晶は、チャック７０に選択的に結合及び結合解除され、その結果、引上げ機構２２を使用してカバー部材１００及び／又は種結晶７５のいずれかを上げ下げさせることができる。

【0039】

従来の結晶引上げシステムと比較して、本開示の実施形態の結晶引上げシステムは、いくつかの利点を有する。融解中に充填物を少なくとも部分的に覆うカバー部材を使用すると、垂直方向の放射熱損失を低減するように作用し、このことが、るつぼアセンブリの熱応力を低減する。カバー部材が内部に配置された断熱材を含む本開示の実施形態では、カバー部材を通した熱損失を低減することができる。カバー部材が断熱材を含む実施形態では、ヒータ電力を低減することができ、るつぼの寿命をさらに延ばすことができる。

【0040】

［実施例］
本開示のプロセスは、以下の実施例によってさらに説明される。これらの実施例は、限定的な意味で見るべきではない。

【0041】

［実施例１：融解中に断熱ありとなしのカバー部材を用いた場合のるつぼの温度の比較］
図４に示すものと同様のカバー部材が熱シールドの底部に配置された場合の、初期融解段階中のるつぼアセンブリの内部温度をモデル化した。図４と同様の別のカバー部材を使用したが、カバー部材は断熱材（すなわち、フェルト）を含まなかった。３つのるつぼからなる、入れ子式るつぼアセンブリを使用した。外側のるつぼ／側壁（図１７）、中央堰／中央のるつぼ（図１８）、及び内側堰／最も内側のるつぼ（図１９）で温度を測定した場合、断熱ありのカバー部材は、断熱なしのカバー部材を使用した場合のるつぼアセンブリの温度プロファイルと比較して、より低い温度プロファイルをもたらした。温度の最大低下は、内側堰で生じた２０℃であった（図１９）。この温度の低下は、るつぼアセンブリの損傷を低減する。

【0042】

［実施例２：融解中に断熱ありとなしのカバー部材を用いた場合の電力プロファイルの比較］
図４に示すカバー部材と同様のカバー部材が熱シールドの底部に配置された場合と、図４のカバー部材と同様の別のカバー部材を使用するが、そのカバー部材が断熱を含まない場合との、初期溶融段階中の、るつぼアセンブリに供給される電力（すなわち、結晶引上げシステムのヒータに供給される電力）を測定した。断熱ありのカバー部材を用いて供給された電力は、断熱なしのカバー部材を用いて供給された電力よりも小さかった（図２０）。断熱なしのカバー部材のために供給される最大電力は、断熱ありのカバー部材を用いて供給される最大電力よりも５ｋＷ大きかった。

【0043】

本明細書で使用される場合、「約」、「実質的に」、「本質的に」及び「およそ」という用語は、寸法、濃度、温度又は他の物理的若しくは化学的な性質若しくは特性の範囲とともに使用される場合、たとえば、丸め、測定方法又は他の統計的変動から生じる変動を含む、性質あるいは特性の範囲の上限及び／又は下限に存在し得る変動を包含することを意味する。

【0044】

本開示又はその（１つ又は複数の）実施形態の要素を導入する場合、冠詞「ａ（ある）」、「ａｎ」、「ｔｈｅ（上記、前記）」、及び「ｓａｉｄ」は、その要素が１つ又は複数あることを意味することを意図する。「備える」、「含む」、「有する」という用語は、包括的であることを意図しており、列挙された要素以外の追加の要素が存在してもよいことを意味する。特定の向き（たとえば、「上部」、「下部」、「側部」など）を示す用語の使用は、説明の便宜上のものであり、説明される部材の特定の向きを必要とするものではない。

【0045】

本開示の範囲から逸脱することなく上記の構成及び方法に様々な変更を加えることができるので、上記の説明に含まれ、添付の図面に示されるすべての事項は、限定的な意味ではなく、例示として解釈されるべきであることが意図される。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【国際調査報告】