專利名稱：從生產(chǎn)裝置移除板材的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種自熔化物形成板材的方法，且特別涉及一種最小化自熔化物形成的板材上的熱應(yīng)力的方法。
背景技術(shù)：
舉例而言，集成電路或太陽(yáng)能電池產(chǎn)業(yè)中可使用硅晶圓或板。隨著對(duì)再生性能源的需求增加，對(duì)太陽(yáng)能電池的需求也持續(xù)增加。大多數(shù)太陽(yáng)能電池由硅晶圓(諸如單晶體硅晶圓)制成。目前，結(jié)晶硅太陽(yáng)能電池的主要成本為太陽(yáng)能電池制造于其上的晶圓。太陽(yáng)能電池的效率或在標(biāo)準(zhǔn)照明下所產(chǎn)生的功率量部分地受此晶圓的品質(zhì)限制。隨著對(duì)太陽(yáng)能電池的需求增加，太陽(yáng)能電池產(chǎn)業(yè)的一目標(biāo)為降低成本/功率比。制造晶圓的成本在不降低品質(zhì)的情況下的任何減少均將降低成本/功率比，且允許此干凈能源技術(shù)的較寬可用性。
最高效率硅太陽(yáng)能電池可具有大于20%的效率。此等硅太陽(yáng)能電池是使用電子級(jí)單晶硅晶圓而制成?？山逵蓮氖褂肅zochralski方法生長(zhǎng)的單晶硅圓柱形晶塊(boule)鋸切薄片層來(lái)制成此類晶圓。此等片層的厚度可小于200 μ m。為維持單晶體生長(zhǎng)，所述晶塊必須從含有熔化物的坩堝(crucible)緩慢地生長(zhǎng)，諸如小于10 μ m/s。隨后的鋸切制程對(duì)每晶圓導(dǎo)致大約200μπι的鋸口損失(kerf loss)，或歸因于鋸條(saw blade)的寬度的損失。也可能需要使圓柱形晶塊或晶圓成正方形，以制作正方形太陽(yáng)能電池。使成正方形及鋸口損失兩者均導(dǎo)致材料浪費(fèi)且材料成本增加。隨著太陽(yáng)能電池變薄，每次切割浪費(fèi)的硅的百分比增加。鑄錠(ingot)分割技術(shù)的限制可能阻礙獲得較薄太陽(yáng)能電池的能力。
使用從多晶硅鑄錠鋸切的晶圓來(lái)制作其他太陽(yáng)能電池。多晶硅鑄錠的生長(zhǎng)速度可快于單晶硅的生長(zhǎng)速度。然而，所得晶圓的品質(zhì)較低，因?yàn)榇嬖谳^多缺陷及晶界(grain boundaries)，且此較低品質(zhì)導(dǎo)致較低效率的太陽(yáng)能電池。用于多晶硅鑄錠的鋸切制程與用于單晶硅鑄錠或晶塊的鋸切制程一樣低效。
可減少硅浪費(fèi)的另一解決方案為在離子植入之后使晶圓從硅鑄錠分裂(cleave)。 舉例而言，將氫、氦或其他惰性氣體植入硅鑄錠的表面之下，以形成經(jīng)植入?yún)^(qū)。接著進(jìn)行熱、 物理或化學(xué)處理，以使晶圓沿此經(jīng)植入?yún)^(qū)從鑄錠分裂。雖然經(jīng)由離子植入的分裂可在無(wú)鋸口損失的情況下產(chǎn)生晶圓，但仍有待證明可使用此方法來(lái)經(jīng)濟(jì)地產(chǎn)生硅晶圓。
又一解決方案為從熔化物垂直拉出薄硅帶，且接著允許所拉出的硅冷卻并凝固為板材。此方法的拉出速率可被限制為小于大約ISmm/min。在硅的冷卻及凝固期間所移除的潛熱(latent heat)必須沿垂直帶移除。此導(dǎo)致沿所述帶的較大溫度梯度。此溫度梯度對(duì)結(jié)晶硅帶加應(yīng)力，且可能導(dǎo)致較差品質(zhì)的多晶粒硅。所述帶的寬度及厚度也可能由于此溫度梯度而受限。舉例而言，寬度可被限于小于80nm，且厚度可被限于180 μ m。
已測(cè)試從熔化物實(shí)體拉出的水平硅帶。在一種方法中，將附著至一桿的晶種插入熔化物中，且在坩堝的邊緣上以較低角度拉出所述桿及所得板材。所述角度及表面張力被平衡，以防止熔化物從坩堝上濺出。然而，難以起始及控制此拉出制程。必須接取坩堝及熔化物以插入晶種，此可能導(dǎo)致熱量損失?？蓪㈩~外熱量添加至坩堝以補(bǔ)償此熱量損失。此額外熱量可能導(dǎo)致熔化物中的垂直溫度梯度，其可導(dǎo)致非層狀(non-laminar)流體流。而且，必須執(zhí)行可能較困難的傾斜角度調(diào)節(jié)，以平衡形成于坩堝邊緣處的彎月面(meniscus) 的重力與表面張力。此外，由于熱量是在板材與熔化物的分離點(diǎn)處被移除，因此作為潛熱被移除的熱量與作為顯熱(sensible heat)被移除的熱量之間存在突然變化。此可導(dǎo)致此分離點(diǎn)處沿帶的較大溫度梯度，且可導(dǎo)致晶體中的錯(cuò)位(dislocations)。錯(cuò)位及撓曲 (warping)可能由于沿板材的此等溫度梯度而發(fā)生。
尚未執(zhí)行從熔化物水平分離的薄板材的制造，例如使用溢道(spillway)。藉由分離從熔化物的水平制造板材與從鑄錠分割硅相比可能較便宜，且可能消除鋸口損失或由于使成正方形而導(dǎo)致的損失。藉由分離從熔化物的水平制造板材與使用氫離子從鑄錠分裂硅或其他拉出硅帶的方法相比也可能較便宜。此外，從熔化物水平分離板材與拉出帶相比可改良板材的晶體品質(zhì)。諸如此可降低材料成本的晶體生長(zhǎng)方法將為降低硅太陽(yáng)能電池的成本的主要可行步驟。
一旦制造出板材，就必須將其降溫至諸如室溫的較低溫度。舉例來(lái)說(shuō)，由包含熔融硅材的裝置中抽出硅板材，且將其輸送至較低溫的環(huán)境。在不同溫度的環(huán)境之間輸送延伸的板材或帶狀的板材會(huì)對(duì)板材造成熱應(yīng)力。且在大范圍的晶格常數(shù)中，沿著板材的溫度梯度會(huì)產(chǎn)生一梯度。若此梯度是均勻一致的，則晶格仍可維持有序，但若此梯度會(huì)沿著板材改變，則會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)位。若此板材是寬且薄，則溫度的橫向梯度所產(chǎn)生的應(yīng)力也會(huì)造成板材彎曲 (扭曲或端部彎曲(end buckling))。因此，沿著板材的溫度變化限制了板材的可用寬度及厚度。所以，此領(lǐng)域需要形成板材的改進(jìn)方法，以將從熔化物制造出的板材上的熱應(yīng)力減至最小，且特別是需要使板材可維持無(wú)錯(cuò)位及無(wú)畸變的移除板材的改進(jìn)方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第一方面提供一種方法，其包括冷卻一材料的熔化物以及在此熔化物中形成此材料的固體板材。輸送此板材及將此板材切割成至少一片段。冷卻此片段。
本發(fā)明的第二方面提供一種裝置。此裝置包括界定一通道的容器，此通道經(jīng)組態(tài)以容納一材料的熔化物。冷卻板配置成接近此熔化物，且經(jīng)組態(tài)以于此熔化物上形成此材料的板材。切削裝置經(jīng)組態(tài)以將此板材切成至少一片段。冷卻腔室經(jīng)組態(tài)以容納此片段。 此冷卻腔室及此片段是經(jīng)組態(tài)使近似均勻的橫向溫度橫跨此片段的表面。
本發(fā)明的第三方面提供一種裝置。此裝置包括界定一通道的容器，此通道經(jīng)組態(tài)以容納一材料的熔化物。冷卻板配置成接近此熔化物，且經(jīng)組態(tài)以于此熔化物上形成此材料的板材。切削裝置經(jīng)組態(tài)以將此板材切成至少一片段。冷卻腔室經(jīng)組態(tài)以容納此片段。 此片段在此冷卻腔室中冷卻。


為讓本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下面結(jié)合附圖作詳細(xì)說(shuō)明如下 圖1為根據(jù)一實(shí)施例的一種自熔化物分離出板材的裝置的剖面?zhèn)纫晥D； 圖2為根據(jù)一實(shí)施例的一種自熔化物拉出板材的裝置的剖面?zhèn)纫晥D； 圖3為根據(jù)一實(shí)施例的一種自熔化物制造出板材的裝置的剖面?zhèn)纫晥D； 圖4為根據(jù)一實(shí)施例的一種氣體等溫冷卻系統(tǒng)的剖面?zhèn)纫晥D； 圖5為根據(jù)一實(shí)施例的一種非均質(zhì)的等溫系統(tǒng)的剖面?zhèn)纫晥D； 圖6為使用圖3的實(shí)施例的制程流程圖。
具體實(shí)施例方式結(jié)合太陽(yáng)能電池而描述本文的裝置及方法的實(shí)施例。然而，此等實(shí)施例也可用于制造(例如)集成電路、扁平平板或本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的其他基板。此外，雖然本文將熔化物描述為硅，但熔化物可含有鍺、硅與鍺，或本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的其他材料。因此，本發(fā)明不限于下文所描述的具體實(shí)施例。
圖1為從熔化物分離板材的裝置的一實(shí)施例的剖面?zhèn)纫晥D。形成板材的裝置21 具有容器16以及平板15及20。容器16以及平板15及20可為(例如)鎢、氮化硼、氮化鋁、鉬、石墨、碳化硅或石英。容器16經(jīng)組態(tài)以容納熔化物10。熔化物10可為硅。在一實(shí)施例中，熔化物10可經(jīng)由進(jìn)料器11補(bǔ)充。進(jìn)料器11可含有固體硅或固體硅與鍺。在另一實(shí)施例中，熔化物10可被泵抽至(pumped into)容器16中。板材13將形成于熔化物10 上。在一種情況下，板材13將至少部分地在熔化物10內(nèi)浮動(dòng)。雖然圖1中是以板材13在熔化物10中浮動(dòng)為例，但板材13也可至少部分地浸沒(méi)于熔化物10中，或可浮動(dòng)于熔化物 10的頂部。在一種情況下，僅10%的板材13從熔化物10的頂部上方突出。熔化物10可在板材形成裝置21內(nèi)循環(huán)。
此容器16界定至少一通道17。此通道17經(jīng)組態(tài)以容納熔化物10，且熔化物10 從通道17的第一點(diǎn)18流動(dòng)至第二點(diǎn)19。在一種情況下，通道17內(nèi)的環(huán)境是靜止的，以防止在熔化物10中產(chǎn)生漣波(ripples)。熔化物10可由于(例如)壓力差、重力、磁流體動(dòng)力(magnetohydrodynamic)驅(qū)動(dòng)、螺旋泵，以及葉輪泵、輪或其他輸送方法而流動(dòng)。熔化物 10接著在溢道(spillway) 12上流動(dòng)。此溢道12可為斜面、堰(weir)、小提或角落，且不限于圖1中所說(shuō)明的實(shí)施例。溢道12可為允許板材13從熔化物10分離的任何形狀。
在此特定實(shí)施例中，平板15經(jīng)組態(tài)以部分延伸于熔化物10的表面下方。此可防止波或漣波形成于熔化物10上時(shí)對(duì)板材13造成干擾。此等波或漣波可由于從進(jìn)料器11 添加熔化物材料、泵抽或本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的其他原因而形成。平板15亦可用來(lái)控制熔化物10在通道17中的程度。
在一特定實(shí)施例中，可使容器16以及平板15及20維持在稍高于近似1687K的溫度。對(duì)于硅而言，1687K表示冷凝(freezing)溫度或界面溫度。藉由使容器16以及平板15及20的溫度維持于稍高于熔化物10的冷凝溫度，冷卻板14可使用輻射冷卻來(lái)起作用，以獲得熔化物10上或熔化物10中的板材13的所要冷凝速率。在此特定實(shí)施例中，冷卻板14由單個(gè)片段或部分組成，但在另一實(shí)施例中可包含多個(gè)片段或部分?？梢愿哂谌刍?0的熔化溫度的溫度來(lái)加熱通道17的底部，以在熔化物10的界面處形成較小的垂直溫度梯度，以防止組成過(guò)冷(constitutional supercooling)或在板材13上形成枝狀結(jié)晶 (dendrites)或分支突出部分。然而，容器16以及平板15及20可處于高于熔化物10的熔化溫度的任何溫度。此舉防止熔化物10在容器16以及平板15及20上凝固。
可藉由至少將裝置21部分地或完全地封入一包殼(enclosure)內(nèi)，來(lái)使裝置21 維持于稍高于熔化物10的冷凝溫度的溫度。若所述包殼使裝置21維持于高于熔化物10的冷凝溫度的溫度，則可避免或減少加熱裝置21的需要，且包殼中或周圍的加熱器可補(bǔ)償任何熱量損失。此包殼可藉由非均質(zhì)的傳導(dǎo)性而等溫。在另一特定實(shí)施例中，并不將加熱器安置于包殼上或包殼中，而是將加熱器安置于裝置21中。在一種情況下，可藉由將加熱器嵌入容器16內(nèi)及使用多區(qū)溫度控制來(lái)將容器16的不同區(qū)加熱至不同溫度。
包殼可控制裝置21所安置的環(huán)境。在一具體實(shí)施例中，包殼含有惰性氣體?？墒勾硕栊詺怏w維持于高于熔化物10的冷凝溫度。惰性氣體可減少添加至熔化物10中的溶質(zhì)量，其中溶質(zhì)的添加可能導(dǎo)致板材13在形成制程期間的組成不穩(wěn)定性。
裝置21包含冷卻板14。冷卻板14允許排熱，使板材13形成于熔化物10上。當(dāng)冷卻板14的溫度降低至低于熔化物10的冷凝溫度時(shí)，冷卻板14可致使板材13在熔化物 10上或熔化物10中冷凝。此冷卻板14可使用輻射冷卻，或可由(例如)石墨、石英或碳化硅制造。冷卻板14可從液態(tài)熔化物10快速、均勻且以受控量的方式移除熱量。在形成板材13時(shí)，可減少對(duì)熔化物10的干擾，以防止在板材13中產(chǎn)生瑕疵。
與其他帶拉出(ribbon pulling)方法相比，熔化物10的表面上的熔解熱量的排熱及來(lái)自熔化物10的熱量的排熱可允許較快地產(chǎn)生板材13，同時(shí)使板材13維持較低的缺陷密度。冷卻熔化物10的表面上的板材13或在熔化物10上浮動(dòng)的板材13允許緩慢地且在較大區(qū)域上移除熔解潛熱，同時(shí)具有相對(duì)大的板材13抽出速率。
冷卻板14在長(zhǎng)度及寬度上的尺寸可增加。以具有相同垂直生長(zhǎng)速率及所得板材 13厚度而言，增加長(zhǎng)度可允許較快的板材13抽出速率。增加冷卻板14的寬度可產(chǎn)生較寬的板材13。不同于垂直板材拉出方法，使用圖1中所述的裝置及方法的實(shí)施例，不存在對(duì)板材13的寬度的固有(inherent)實(shí)體限制。
在一特定實(shí)例中，熔化物10及板材13以大約lcm/s的速率流動(dòng)。冷卻板14的長(zhǎng)度大約為20cm且寬度大約為25cm。板材13可在大約20秒內(nèi)生長(zhǎng)至大約100 μ m的厚度。 因此，所述板材的厚度可以大約5 μ m/s的速率生長(zhǎng)?？梢源蠹sIOm2/小時(shí)的速率產(chǎn)生厚度大約為100 μ m的板材13。
在一實(shí)施例中，可使熔化物10中的熱梯度減至最小。此舉可允許熔化物10流穩(wěn)定且分層。也可允許使用冷卻板14以及經(jīng)由輻射冷卻來(lái)形成板材13。在一特定情況下，冷卻板14與熔化物10之間的溫度差為大約300K，可以大約7 μ m/s的速率在熔化物10上或熔化物10中形成板材13。
在冷卻板14下游且在平板20下方的通道17區(qū)域可為等溫的(isothermal)。此等溫區(qū)可允許板材13進(jìn)行退火。
在板材13形成于熔化物10上之后，使用溢道12使板材13從熔化物10中分離。 熔化物10從通道17的第一點(diǎn)18流動(dòng)至第二點(diǎn)19。板材13將與熔化物10 —起流動(dòng)。板材13的此輸送可為連續(xù)移動(dòng)。在一種情況下，板材13的流動(dòng)速度可大致與熔化物10的流動(dòng)速度相同。因此，可形成且輸送板材13，且板材13相對(duì)于熔化物10是靜止的?？筛囊绲?2的形狀或溢道12的定向(orientation)，以改變?nèi)刍?0或板材13的速度分布 (profile)。
熔化物10在溢道12處與板材13分離。在一實(shí)施例中，熔化物10的流動(dòng)在溢道 12上輸送熔化物10，且可至少部分地在溢道12上輸送板材13。此舉可使單晶板材13的破裂程度減至最低或防止單晶板材13的破裂，這是因?yàn)闊o(wú)外部應(yīng)力施加至板材13。在此特定實(shí)施例中，熔化物10將在溢道12上流動(dòng)且遠(yuǎn)離板材13。不應(yīng)將冷卻應(yīng)用于溢道12處，以防止對(duì)板材13造成熱震(thermal shock)。在一實(shí)施例中，溢道12處的分離是在近等溫條件下發(fā)生。
與以垂直于熔化物方向來(lái)拉出板材的方式相比，板材13可較快地形成于裝置21 中，這是因?yàn)槿刍?0可在一設(shè)定速度下流動(dòng)，而此設(shè)定速度使熔化物10上的板材13可以適當(dāng)?shù)乩鋮s及結(jié)晶。板材13會(huì)以大致與熔化物10的流動(dòng)速度一樣快的速度流動(dòng)。此舉減小板材13上的應(yīng)力。因?yàn)槔鰰?huì)對(duì)帶造成應(yīng)力，因此以垂直于熔化物方向來(lái)拉出帶會(huì)有速度上的限制。在一實(shí)施例中，裝置21中的板材13不會(huì)有任何所述拉出應(yīng)力。此舉可提升板材13的品質(zhì)以及板材13的生產(chǎn)速度。
在一實(shí)施例中，板材13可趨向于直接往前進(jìn)而越過(guò)溢道12。在一些情況下，可在板材13越過(guò)溢道12之后支撐板材13，以防止板材13斷裂。支撐元件22經(jīng)組態(tài)以支撐板材13。支撐元件22可使用(例如)氣體或鼓風(fēng)機(jī)來(lái)提供氣體壓力差以支撐板材13。在板材13從熔化物10分離之后，可緩慢地改變板材13所處的環(huán)境的溫度。在一種情況下，隨著板材13移動(dòng)遠(yuǎn)離溢道12，可降低所述溫度。
在一種情況下，板材13的生長(zhǎng)、板材13的退火以及使用溢道12使板材13從熔化物10的分離可在等溫環(huán)境下進(jìn)行。使用溢道12的分離以及使板材13與熔化物10以大致相等的速率流動(dòng)，可使板材13上的應(yīng)力或機(jī)械應(yīng)變減至最小。此舉增加產(chǎn)生單晶體板材13 的可能性。
在另一實(shí)施例中，將磁場(chǎng)施加至板材形成裝置21中的熔化物10及板材13。此舉可消震(dampen)熔化物10內(nèi)的振蕩流(oscillatory flow)，且可改良板材13的結(jié)晶化。
圖2為從熔化物拉出板材的裝置的一實(shí)施例的剖面?zhèn)纫晥D。在此實(shí)施例中，板材形成裝置23由熔化物10中拉出的板材13以輸送之。在此實(shí)施例中，熔化物10不會(huì)在通道17中循環(huán)，且可使用晶種來(lái)拉出板材13。可藉由冷卻板14來(lái)冷卻以形成板材13，且可從熔化物10中拉出所得板材。
圖1至圖2的實(shí)施例均使用冷卻板14。冷卻板14的長(zhǎng)度上的不同冷卻溫度、熔化物10的不同流動(dòng)速率或板材13的拉出速度、板材形成裝置21或板材形成裝置23的各個(gè)部分的長(zhǎng)度，或在板材形成裝置21或板材形成裝置23內(nèi)的時(shí)序(timing)可用于制程控制。若熔化物10為硅，則可在板材形成裝置21中形成多晶板材13或單晶體板材13。在圖 1或圖2的實(shí)施例中，板材形成裝置21或板材形成裝置23可包含于包殼中。
圖1及圖2僅為可在熔化物10中形成板材13的板材形成裝置的兩個(gè)實(shí)例。也可以使用其他用于垂直或水平板材13生長(zhǎng)的裝置或方法。雖然本文所描述的方法及裝置的實(shí)施例是針對(duì)圖1的板材形成裝置來(lái)具體描述，但這些實(shí)施例可應(yīng)用于任何垂直或水平板材13的生長(zhǎng)方法或裝置。因此，此處所述的實(shí)施例并非僅限于圖1至圖2的具體實(shí)施例。
在板材13上的峰值應(yīng)變(peak strain)可能發(fā)生于板材13的寬度(圖3的Z方向)的邊緣。溫度梯度造成的應(yīng)變可能使板材13產(chǎn)生形變或位移。此溫度梯度描述特定位置周圍的溫度改變的趨勢(shì)與速率?；诳赡茉斐尚巫兗拔灰?，有需要在一些實(shí)施例中最小化沿著板材13的溫度梯度。在板材13冷卻的過(guò)程中，降低溫度梯度可減少板材13的應(yīng)變。
圖3為本發(fā)明的一實(shí)施例的一種裝置的剖面?zhèn)纫晥D，其中裝置用以從熔化物制造出板材。雖然圖3的實(shí)施例是以使用板材形成裝置21為例，但圖3的實(shí)施例也可以使用板材形成裝置23或其他可從熔化物10形成板材13的裝置。圖3的實(shí)施例減少板材13可能經(jīng)歷的任何溫度梯度。板材13由板材形成裝置21所形成。板材13的潛熱在其暴露于冷卻板14的期間被移除，且橫跨于板材13的高度或厚度(圖3中的Y方向)的溫度梯度隨的產(chǎn)生。熔化物10的溫度使板材13可能會(huì)在區(qū)域34中進(jìn)行退火。在區(qū)域34中可維持一近似均勻的溫度。在一實(shí)施例中，區(qū)域34的溫度可略高于熔化物10的溫度，使得部分板材 13會(huì)熔回至熔化物10中。區(qū)域34的溫度也造成板材13中的應(yīng)變會(huì)進(jìn)行退火，其中此應(yīng)變是在冷卻板14的形成制程中或結(jié)晶制程中產(chǎn)生。
當(dāng)板材13在溢道12處自熔化物10分離，板材13會(huì)被輸送以離開(kāi)板材形成裝置 21。支撐單元30可將板材13保持為水平且平坦。支撐單元30可為氣體或鼓風(fēng)機(jī)、流體軸承或其他支撐系統(tǒng)。
切削裝置31將板材13切成至少一片段33。在此，片段33部分突出于冷卻腔室 32。切削裝置31可為激光切削機(jī)、熱壓器或鋸子。片段33可為方形、矩形或其他板材13 的部分形狀。在板材于熔化物10、區(qū)域34、或其他高溫度區(qū)域中退火后，可藉由切削裝置31 切削板材13。在切削板材13時(shí)，可藉由流體平臺(tái)、流體軸承或其他所屬領(lǐng)域中技術(shù)人員所熟知的裝置來(lái)支撐板材13。這樣的支撐可以在切削期間防止擾亂切削上游的板材13生長(zhǎng)。
板材13的片段33而后可在冷卻腔室32中冷卻。雖然圖3是以于冷卻腔室32中承載一片段33為例，但也可于冷卻腔室32中承載多個(gè)片段33。冷卻腔室32可維持空間上均勻的溫度，其中此溫度隨著時(shí)間而遞減。在一實(shí)施例中，可最小化冷卻腔室32與片段33 之間的溫度差。接著可在冷卻腔室32中進(jìn)行冷卻控制，以最小化片段33中的熱應(yīng)力或其他應(yīng)變。此舉可最小化板材13或片段33中產(chǎn)生的任何溫度梯度。若可最小化或防止溫度梯度，即可制造高品質(zhì)的板材13或片段33。如此，也能制造較寬的板材13或片段33。
本領(lǐng)域中技術(shù)人員皆熟知在這種冷卻腔室32中，可使用空間上的溫度梯度來(lái)制造隨著時(shí)間而遞減的溫度，以移除來(lái)自于冷卻腔室32或片段33內(nèi)部的熱。在某種程度上， 此溫度梯度垂直于板材13或片段33區(qū)域，且可忽略板材13或片段33的頂部與底部之間沿著圖3中的Y方向的溫度差。防止橫向溫度梯度可免除板材13或片段33翹曲的可能， 因此能免除板材13或片段33在尺寸上的限制。此處的橫向是指橫跨于片段33或板材13 的表面，或者是圖3中的X或Z方向。
一旦片段33被載入冷卻腔室32中，冷卻腔室32可將片段33自板材形成裝置21 中移除或輸送離開(kāi)。此動(dòng)作可在一輸送帶上、其他組件中或機(jī)械系統(tǒng)中，以自動(dòng)機(jī)械式進(jìn)行。在一實(shí)例中，在制造板材13與片段33的期間，可使用與循環(huán)多個(gè)系統(tǒng)32。冷卻腔室 32可在諸如一空間上或橫向(圖3的X或Z方向)感測(cè)中維持等溫或近似等溫，以在冷卻腔室32緩慢降低片段33的溫度之前，最小化片段33的應(yīng)力及應(yīng)變。
圖4為本發(fā)明的一實(shí)施例的一種氣體等溫冷卻系統(tǒng)的剖面?zhèn)纫晥D。圖4中的冷卻腔室40為圖3中的冷卻腔室32的一實(shí)施例。片段33靜置于冷卻腔室40中，其中冷卻腔室 40在空間上為等溫或近似等溫的環(huán)境。片段33可配置于冷卻腔室40中的一表面上。在冷卻腔室40中完成氣體對(duì)流冷卻，如此一來(lái)，冷卻腔室40及片段33可在空間上維持等溫或近似等溫并降至諸如室溫的溫度。因此，冷卻腔室40可在高溫下裝載片段33，且而后在低溫下移除片段33，其中相較于對(duì)板材13進(jìn)行主動(dòng)(active)冷卻，此方法能具有較少缺陷。
冷卻腔室40具有與片段33鄰近的多孔材料41，例如多孔陶瓷。多孔材料41藉由導(dǎo)管42與氣體源43流體交流。在一實(shí)施例中，可以燒結(jié)或鉆孔多孔材料41。諸如氫、氮、 氦或其他惰性氣體等鈍性氣體可自氣體源43流經(jīng)多孔材料41，使冷卻腔室40在受控制的方式下冷卻進(jìn)行空間上的等溫或冷卻。驅(qū)氣環(huán)44可用以捕捉氣體，以防止氣體影響冷卻腔室40的環(huán)境。環(huán)繞冷卻腔室40的熱絕緣體可進(jìn)一步地最小化可能對(duì)冷卻腔室40環(huán)境產(chǎn)生的影響。在裝載與運(yùn)輸片段33的期間以及在冷卻片段33以避免應(yīng)力或應(yīng)變的期間，冷卻腔室40經(jīng)組態(tài)以在空間上為等溫或近似等溫的環(huán)境，其中例如是在橫向(圖3中的X方向或Z方向)感測(cè)上為等溫。在冷卻期間，片段33在橫跨整個(gè)片段33上具有近似均勻的橫向溫度。此處的橫向使指橫跨于片段33或板材13的表面，或指圖3中的X方向或Z方向。
圖5為本發(fā)明一實(shí)施例的一種非均質(zhì)的等溫系統(tǒng)的剖面?zhèn)纫晥D。圖5的冷卻腔室 50為圖3的冷卻腔室32的另一實(shí)施例。在本實(shí)施例中，片段33被非均質(zhì)材質(zhì)的厚板51 所圍繞，此非均質(zhì)材質(zhì)例如為熱解石墨。片段33可配置于冷卻腔室50中的一表面上。當(dāng)冷卻腔室50被輸送至不同溫度的區(qū)域或冷卻腔室50四周的溫度改變時(shí)，厚板51的范圍可設(shè)置成使片段33維持在空間上等溫或近似等溫的環(huán)境中，因此片段33可維持在均勻溫度，其中空間上例如是指在橫向(圖3中的X方向或Z方向)感測(cè)上。舉例來(lái)說(shuō)，厚板51 可具有一橫向尺寸，此橫向尺寸比片段33的尺寸約大于50%。片段33可緩慢地適應(yīng)室外溫度的改變。本實(shí)施例允許在不同溫度的區(qū)域之間運(yùn)輸片段33以將其冷卻，且可不需要使用氣體進(jìn)行主動(dòng)(active)冷卻。在本實(shí)施例中，冷卻腔室50在冷卻腔室50及片段33 之中具有垂直的溫度梯度。熱導(dǎo)可用以維持橫向等溫或近似等溫的狀態(tài)，且可將熱以縱向 (transversely)而非橫向(laterally)方式排除。橫向上的非均質(zhì)熱傳導(dǎo)性可能會(huì)大于縱向上的非均質(zhì)熱傳導(dǎo)性。此處的橫向是指橫跨片段33或板材13的表面，或指圖3中的 X方向或Z方向。此處的縱向是指橫跨板材的厚度，或指圖3中的Y方向。
圖6為圖3的實(shí)施例的制程流程圖。雖然在附圖中是以冷卻腔室40及冷卻腔室 50為例，但也可以是其他實(shí)施例的冷卻腔室32，且冷卻腔室40及冷卻腔室50也可以是冷卻腔室32以外的其他冷卻腔室。例如在板材形成裝置21中或板材形成裝置23中形成板材(步驟60)。此板材再被切成片段(步驟61)。而后，此片段被裝載于冷卻腔室中(步驟 62)并被冷卻(步驟63)。冷卻此片段(步驟63)，使片段維持在空間上等溫或近似等溫狀態(tài)下以避免缺陷產(chǎn)生。在冷卻片段之前、冷卻片段期間或冷卻片段之后(步驟63)皆可輸送片段。此冷卻過(guò)程(步驟6 可使用氣體冷卻、將片段移動(dòng)至不同溫度下的不同區(qū)域或調(diào)整片段周遭的溫度。
本發(fā)明的范圍不受限于上述實(shí)施例。事實(shí)上，除了上述實(shí)施例以外，所屬領(lǐng)域中技術(shù)人員可根據(jù)以上描述及所附圖而輕易地得知本發(fā)明的其他各種實(shí)施例或本發(fā)明的潤(rùn)飾。 因此，這些其他的實(shí)施例或潤(rùn)飾亦涵蓋于本發(fā)明的范圍內(nèi)。再者，雖然本發(fā)明的實(shí)施例是以基于特定目的在特定環(huán)境中進(jìn)行特定施行為例以揭示本發(fā)明，然任何所屬技術(shù)領(lǐng)域中技術(shù)人員應(yīng)理解本發(fā)明不限于此，且本發(fā)明可以在多種環(huán)境與多種目的下有利地施行。因此，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作些許的更動(dòng)與潤(rùn)飾，故本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)以權(quán)利要求所界定的范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種方法，包括冷卻一材料的一熔化物； 于所述熔化物中形成所述材料的一固體板材； 輸送所述板材；將所述板材切割成至少一片段；以及冷卻所述片段。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述材料選自由硅、硅及鍺、鎵以及氮化鎵所構(gòu)成的族群。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括使用一溢道自所述熔化物分離所述板材。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中冷卻所述片段的步驟包括使用氣體進(jìn)行氣體冷卻。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中所述冷卻步驟將橫跨所述片段的表面的橫向熱梯度最小化。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述冷卻步驟包括隨著時(shí)間降低所述片段的溫度，且維持橫跨所述片段的表面的橫向溫度的均勻性。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中所述冷卻步驟縱向跨越所述片段的厚度。
8.一種裝置，包括一容器，界定一通道，所述通道經(jīng)組態(tài)以容納一材料的一熔化物； 一冷卻板，配置成接近所述熔化物，且經(jīng)設(shè)置以于所述熔化物上形成所述材料的一板材；一切削裝置，經(jīng)組態(tài)以將所述板材切成至少一片段；以及一冷卻腔室，經(jīng)組態(tài)以容納所述片段，其中所述冷卻腔室及所述片段是經(jīng)組態(tài)以使近似均勻的橫向溫度橫跨所述片段的表面。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其中所述材料選自由硅、硅及鍺、鎵以及氮化鎵所構(gòu)成的族群。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其中所述冷卻腔室包括一冷卻機(jī)制。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的裝置，其中所述冷卻機(jī)制包括多個(gè)導(dǎo)管以及一氣體源。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的裝置，其中所述冷卻腔室包括至少一多孔材料。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的裝置，還包括多個(gè)導(dǎo)管以及一氣體源，其中所述氣體源與所述多孔材料流體交流。
14.根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其中所述冷卻腔室經(jīng)組態(tài)以在一段時(shí)間內(nèi)改變所述近似均勻的橫向溫度。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的裝置，其中所述近似均勻的橫向溫度被降低至室溫。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的裝置，其中在沒(méi)有于所述片段的所述表面上產(chǎn)生橫向熱梯度的狀態(tài)下冷卻所述冷卻腔室以及所述片段。
17.一種裝置，包括一容器，界定一通道，所述通道經(jīng)組態(tài)以用來(lái)容納一材料的一熔化物； 一冷卻板，配置成接近所述熔化物，且經(jīng)組態(tài)以于所述熔化物上形成所述材料的一板材；一切削裝置，經(jīng)組態(tài)以將所述板材切成至少一片段；以及一冷卻腔室，經(jīng)組態(tài)以容納所述片段，其中所述片段在所述冷卻腔室中冷卻。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的裝置，其中所述材料選自由硅、硅及鍺、鎵以及氮化鎵所構(gòu)成的族群。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的裝置，其中所述冷卻腔具有配置于所述片段的上方與下方的多個(gè)腔壁，且所述腔壁具有非均質(zhì)的熱傳導(dǎo)性，即橫向跨越所述片段的表面的熱傳導(dǎo)性大致大于縱向跨越所述片段的厚度的熱傳導(dǎo)性。
20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的裝置，其中所述冷卻系統(tǒng)由熱解石墨組成。
全文摘要
冷卻一材料的熔化物且在此熔化物中形成此材料的板材。輸送此板材，將此板材切割成至少一片段，再于冷卻腔室中冷卻此片段。此材料可為硅、硅及鍺、鎵、或氮化鎵。冷卻是為了避免對(duì)此片段造成應(yīng)力或應(yīng)變。在一實(shí)例中，此冷卻腔室具有氣體冷卻。
文檔編號(hào)H01L21/20GK102187474SQ200980141470
公開(kāi)日2011年9月14日 申請(qǐng)日期2009年10月20日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月21日
發(fā)明者彼德·L·凱勒曼, 菲德梨克·卡爾森, 法蘭克·辛克萊 申請(qǐng)人:瓦里安半導(dǎo)體設(shè)備公司