JPH0361630B2 - - Google Patents
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- JPH0361630B2 JPH0361630B2 JP58143539A JP14353983A JPH0361630B2 JP H0361630 B2 JPH0361630 B2 JP H0361630B2 JP 58143539 A JP58143539 A JP 58143539A JP 14353983 A JP14353983 A JP 14353983A JP H0361630 B2 JPH0361630 B2 JP H0361630B2
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- single crystal
- superconducting
- melt
- storage container
- magnetic field
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B15/00—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
- C30B15/14—Heating of the melt or the crystallised materials
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
本発明は例えば半導体材料として用いるシリコ
ン単結晶を製造する単結晶引上装置に係り、特に
単結晶原料融液に磁場を印加する磁石装置を具備
した単結晶引上装置に関する。[Detailed Description of the Invention] [Technical Field of the Invention] The present invention relates to a single-crystal pulling device for producing a silicon single crystal used as a semiconductor material, for example, and particularly includes a magnet device for applying a magnetic field to a single-crystal raw material melt. This invention relates to a single crystal pulling device.
〔発明の技術的背景〕
第1図にCZ法(チヨクラルスキー法)による
従来の単結晶引上装置の一構成例を示す。単結晶
原料融液1(以下融液と略称する)が充填してあ
るルツボ2は、ヒータ3により加熱され、単結晶
原料は常に融液状態を保つている。この融液1中
に種結晶4を挿入し、引上駆動機構5により種結
晶4をある一定速度にて引上げてゆくと、固体−
液界面境界層6にて結晶が成長し、単結晶7が生
成される。この際、ヒータ3の加熱によつて誘起
される融液1の流体的運動、即ち熱対流8が発生
する。[Technical Background of the Invention] FIG. 1 shows an example of the configuration of a conventional single crystal pulling apparatus using the CZ method (Cyochralski method). A crucible 2 filled with a single-crystal raw material melt 1 (hereinafter abbreviated as melt) is heated by a heater 3, and the single-crystal raw material always maintains a melt state. When the seed crystal 4 is inserted into the melt 1 and the seed crystal 4 is pulled up at a certain speed by the pulling drive mechanism 5, the solid -
A crystal grows in the liquid interface boundary layer 6, and a single crystal 7 is generated. At this time, fluid movement of the melt 1 induced by heating by the heater 3, that is, thermal convection 8 occurs.
この熱対流8の発生原因は次の様に説明され
る。即ち、熱対流8は、一般に流体の熱膨張によ
る浮力と流体の粘性力との釣合いが破れた時に生
ずる。この浮力と粘性力との釣合い関係を表わす
無次元量がグラスホフ数NGrである。 The cause of this thermal convection 8 is explained as follows. That is, the thermal convection 8 generally occurs when the balance between the buoyant force due to thermal expansion of the fluid and the viscous force of the fluid is broken. The dimensionless quantity that represents the balance between this buoyant force and viscous force is the Grashof number N Gr .
NGr=g・α・ΔT・R3/ν3
ここで、g;重力加速度
α;融液の熱膨張率
ΔT;ルツボ半径方向温度差
R;ルツボ半径
ν;融液の動粘性係数
一般に、グラスホフ数NGrが融液1の幾何学的
寸法、熱的境界条件等によつて決定される臨界値
を越えると、融液1内に熱対流8が発生する。通
常、NGr>105にて融液1の熱対流8は乱流状態と
なり、NGr>109では撹乱状態となる。現在行なわ
れている直径3〜4インチの単結晶引上げの融液
条件においてはNGr>109となり(前記NGrの式に
よる)融液1内は撹乱状態となり、融液1の表面
すなわち固体−液界面境界層6は波立つた状態と
なる。 N Gr = g・α・ΔT・R 3 /ν 3 where, g: Gravitational acceleration α: Coefficient of thermal expansion of melt ΔT: Temperature difference in crucible radial direction R: Crucible radius ν: Coefficient of kinematic viscosity of melt Generally, When the Grashof number N Gr exceeds a critical value determined by the geometrical dimensions of the melt 1, thermal boundary conditions, etc., thermal convection 8 occurs within the melt 1. Normally, when N Gr >10 5 the thermal convection 8 of the melt 1 becomes turbulent, and when N Gr >10 9 it becomes a turbulent state. Under the current melt conditions for pulling a single crystal with a diameter of 3 to 4 inches, N Gr > 10 9 (according to the formula for N Gr above), and the inside of the melt 1 is in a disturbed state, and the surface of the melt 1, that is, the solid - The liquid interface boundary layer 6 becomes undulating.
このような撹乱状態の熱対流8が存在すると、
融液1内、特に固体−液界面境界層6での温度変
動が激しくなり、固体−液界面境界層6の厚さの
位置的及び時間的変動が激しく、成長中結晶の微
視的再溶解が顕著となり、成長した単結晶7中に
は転位ループ、積層欠陥等が発生する。しかもこ
の欠陥部分は、不規則な固体−液界面境界層6の
変動により単結晶引上方向に対して非均一に発生
する。 If such a disturbed thermal convection 8 exists,
Temperature fluctuations in the melt 1, especially in the solid-liquid interface boundary layer 6, become intense, and the thickness of the solid-liquid interface boundary layer 6 varies greatly both positionally and temporally, leading to microscopic re-dissolution of crystals during growth. becomes noticeable, and dislocation loops, stacking faults, etc. occur in the grown single crystal 7. Moreover, these defective portions occur non-uniformly in the single crystal pulling direction due to irregular fluctuations of the solid-liquid interface boundary layer 6.
更に、高温の融液1(例えば1500℃程度)が接
するルツボ2内面における融液1とルツボ2との
化学変化により、ルツボ2内面より融液1中に溶
解している不純物9がこの熱対流8に搬送され、
融液1の内部全体にわたつて分散する。この不純
物9が核となり単結晶7中に転位ループや欠陥、
成長縞等が発生して単結晶7の品質を劣化させて
いる。このため、このような単結晶7よりLSI
(Large Scale Integration;大規模集積回路)の
ウエハーを製造すると、欠陥部分を含んだウエハ
ーは電気的特性が劣化しているため使用不可能で
あり、従つて歩留りが悪くなる。 Furthermore, due to the chemical change between the melt 1 and the crucible 2 on the inner surface of the crucible 2 where the high-temperature melt 1 (for example, about 1500°C) contacts, the impurities 9 dissolved in the melt 1 from the inner surface of the crucible 2 are removed by this thermal convection. 8 and was transported to
Dispersed throughout the interior of the melt 1. This impurity 9 becomes a nucleus and causes dislocation loops and defects in the single crystal 7.
Growth stripes and the like occur, deteriorating the quality of the single crystal 7. Therefore, LSI is better than such a single crystal 7.
When manufacturing large scale integration (large scale integrated circuit) wafers, wafers containing defective parts are unusable due to deteriorated electrical characteristics, resulting in poor yield.
今後、単結晶7は増々大直径化してゆくが、前
記のグラスホフ数の式からもわかるようにルツボ
2の直径が増大すればする程、グラスホフ数も増
大し、融液1の熱対流8は一層激しさを増し、単
結晶7の品質も劣化の一途をたどることになる。
そこで、熱対流8を抑制し熱的・化学的に平衡状
態に近い成長条件にて単結晶引上げを行なうため
に、融液1に直流磁場を印加する手法が提案され
ている。 In the future, the diameter of the single crystal 7 will become larger and larger, but as can be seen from the equation for the Grashof number mentioned above, as the diameter of the crucible 2 increases, the Grashof number also increases, and the thermal convection 8 of the melt 1 increases. The problem will become even more severe, and the quality of the single crystal 7 will continue to deteriorate.
Therefore, a method has been proposed in which a DC magnetic field is applied to the melt 1 in order to suppress the thermal convection 8 and pull the single crystal under growth conditions close to a thermally and chemically equilibrium state.
第2図に磁場印加による従来の単結晶引上装置
の一例を示す。第2図においては第1図と同一部
分には同一符号を付してその説明は省略する。即
ち、第2図においては、ルツボ2の外周に、融液
1中に単結晶引上方向と直交する方向である図示
11方向に一様磁場が印加されるように磁石10
を配置する。単結晶7の融液1は一般に電気伝導
度σを有する導電体である。このため、電気伝導
度を有する流体が熱対流8により運動する際、磁
場印加方向11と平行でない方向に運動している
流体は、レンツの法則により磁気的抵抗力を受け
る。このため熱対流8の運動は阻止される。一般
に、磁場が印加された時の磁気抵抗力すなわち磁
気粘性係数νeffは
νeff=(μHD)2σ/ρ
ここで、μ;融液の透磁率
H;磁場強さ
D;ルツボ直径
σ;融液の電気伝導度
ρ;融液の密度
となり磁場強さが増大すると磁気粘性係数νeffが
増大し、先に示したグラスホフ数の式中のνが増
大することとなりグラスホフ数は急激に減少し、
ある磁場強さによつてグラスホフ数を臨界値より
小さくすることが出来る。これにより、融液1の
熱対流は完全に抑制される。このようにして磁場
を印加することにより熱対流が抑制されるので上
記した単結晶7中の不純物含有、転位ループの発
生、欠陥・成長縞の発生がなくなり、しかも単結
晶引上方向に均一な品質の単結晶7が得られ、単
結晶7の品質および歩留りが向上する。 FIG. 2 shows an example of a conventional single crystal pulling apparatus using magnetic field application. In FIG. 2, the same parts as in FIG. 1 are given the same reference numerals, and their explanations will be omitted. That is, in FIG. 2, the magnet 10 is placed around the outer periphery of the crucible 2 so that a uniform magnetic field is applied to the melt 1 in the direction 11 shown in the figure, which is orthogonal to the single crystal pulling direction.
Place. The melt 1 of the single crystal 7 is generally a conductor having an electrical conductivity σ. Therefore, when a fluid having electrical conductivity moves due to thermal convection 8, the fluid moving in a direction not parallel to the magnetic field application direction 11 is subjected to magnetic resistance according to Lenz's law. Therefore, the movement of thermal convection 8 is prevented. In general, the magnetoresistive force when a magnetic field is applied, that is, the magnetorheological coefficient ν eff , is ν eff = (μHD) 2 σ/ρ, where μ; magnetic permeability of the melt H; magnetic field strength D; crucible diameter σ; Electrical conductivity of the melt ρ: When the density of the melt increases and the magnetic field strength increases, the magnetorheological coefficient ν eff increases, and ν in the formula for the Grashof number shown earlier increases, and the Grashof number rapidly decreases. death,
With a certain magnetic field strength, the Grashof number can be made smaller than a critical value. Thereby, thermal convection of the melt 1 is completely suppressed. By applying a magnetic field in this way, thermal convection is suppressed, which eliminates the inclusion of impurities, the generation of dislocation loops, and the generation of defects and growth stripes in the single crystal 7, and moreover, the single crystal is uniform in the pulling direction. A high-quality single crystal 7 is obtained, and the quality and yield of the single crystal 7 are improved.
一方、上記特性を呈する磁場印加による単結晶
引上装置としては、近時脚光をあびる超電導磁石
を採用したものがある。 On the other hand, as a single crystal pulling apparatus by applying a magnetic field exhibiting the above-mentioned characteristics, there is one that employs a superconducting magnet, which has been in the spotlight recently.
第3図及び第4図は、超電導磁石装置を具備し
た従来の単結晶引上装置の一構成例を示すもので
第3図は正面方向から見た構成図、第4図は側面
方向から見た構成図であり、第2図と同一部分に
は同一符号を付してその説明を省略する。 Figures 3 and 4 show an example of the configuration of a conventional single crystal pulling apparatus equipped with a superconducting magnet device. 2, the same parts as in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals, and the explanation thereof will be omitted.
第3図及び第4図において、融液1に図示11
なる方向の磁場((以下横磁場と表記する)を印
加するために、引上装置チヤンバー12の外部
に、円筒型の超電導コイル13,14を、コイル
中心軸と横磁場方向11とが一致する図示位置に
設置する。 In FIGS. 3 and 4, 11 is shown in the melt 1.
In order to apply a magnetic field (hereinafter referred to as transverse magnetic field) in the direction of Install it in the location shown.
超電導コイル13は、極低温(例えば4.2〓)
液体ヘリウム15で満された内槽16に収納さ
れ、超電導状態に保持されている。超電導コイル
13を極低温状態にしておく保冷容器17a,1
7bは、内槽16と外槽18およびこれらの中間
に設置され外部からの侵入熱量を低減させる輻射
シールド板19より成つている。小型冷凍機50
a,50b,60a,60bは、それぞれ保冷容
器17a,17bに直接取付けられている。 The superconducting coil 13 is operated at an extremely low temperature (for example, 4.2〓)
It is housed in an inner tank 16 filled with liquid helium 15 and maintained in a superconducting state. Cold storage container 17a, 1 that keeps the superconducting coil 13 in an extremely low temperature state
7b consists of an inner tank 16, an outer tank 18, and a radiation shield plate 19 installed between these to reduce the amount of heat entering from the outside. Small refrigerator 50
a, 50b, 60a, and 60b are directly attached to the cold storage containers 17a and 17b, respectively.
小型冷凍機50a,50bは、この小型冷凍機
50a,50b内を循環している冷凍媒体(例え
ばヘリウム)51a,51bを圧縮する圧縮機ユ
ニツト52a,52bと、これらにより圧縮され
た冷凍媒体51a,51bを断熱膨張させ冷却す
る膨張機53a,53b(53bは図示しない)
と、輻射シールド温度(例えば80〓)まで冷却さ
れた冷凍ステージ54a,54b(54bは図示
しない)と、ヘリウム液化温度(例えば4.2〓)
まで冷却されたヘリウム再凝縮器55a,55b
(55bは図示しない)とより構成されている。 The small refrigerators 50a, 50b have compressor units 52a, 52b that compress the refrigerating medium (for example, helium) 51a, 51b circulating in the small refrigerators 50a, 50b, and the refrigerant medium 51a, 51b compressed by these compressor units 52a, 52b. Expanders 53a and 53b (53b is not shown) that adiabatically expands and cools 51b.
, freezing stages 54a and 54b (54b is not shown) cooled to a radiation shield temperature (for example, 80〓), and a helium liquefaction temperature (for example, 4.2〓).
Helium recondensers 55a and 55b cooled to
(55b is not shown).
小型冷凍機60a,20bは、小型冷凍機50
a,50bと同様な構造を有し、冷凍媒体61
a,61bと、圧縮機ユニツト62a,62b
と、膨張機63a,63b(63bは図示しない)
と、輻射シールド温度を有する冷凍ステージ64
a,64b(64bは図示しない)と、極低温
(例えば20〓)に冷却された冷凍ステージ65a,
65b(65bは図示しない)とにより構成され
ている。 The small refrigerators 60a and 20b are the small refrigerators 50
It has the same structure as a and 50b, and the refrigerating medium 61
a, 61b and compressor units 62a, 62b
and expanders 63a, 63b (63b is not shown)
and a freezing stage 64 having a radiation shield temperature.
a, 64b (64b is not shown), and a freezing stage 65a cooled to an extremely low temperature (for example, 20°).
65b (65b is not shown).
超電導コイル13,14は、常温中(例えば
300〓)に布設されたパワーリード20により直
列に接続され、電源21より励磁電流が供給され
る。パワーリード20よりの外部侵入熱は、小型
冷凍機60a,60bの冷凍ステージ64a,6
4b,65a,65bにより除去される。コイル
励磁に伴ない蒸発した内槽16内のヘリウムガス
は、小型冷凍機50a,50bのヘリウム再凝縮
器55a,55bにより再凝縮(液化)される。
このようにして保冷容器17a,17b内には、
常に液体ヘリウムが満され、超電導コイル13,
14は、超電導状態を保持し続けることが出来
る。 The superconducting coils 13 and 14 are heated at room temperature (for example,
300〓) are connected in series by a power lead 20 installed, and an excitation current is supplied from a power source 21. The external heat entering from the power lead 20 is transferred to the freezing stages 64a, 6 of the small refrigerators 60a, 60b.
4b, 65a, and 65b. The helium gas in the inner tank 16 that has evaporated due to the coil excitation is recondensed (liquefied) by the helium recondensers 55a and 55b of the small refrigerators 50a and 50b.
In this way, inside the cold storage containers 17a and 17b,
Always filled with liquid helium, the superconducting coil 13,
14 can continue to maintain the superconducting state.
一般に、単結晶引上装置は、その引上運転が完
了する毎にルツボ2および引上装置チヤンバー1
2の内面を清掃する必要がある。超電導磁石装置
を具備した従来の単結晶引上装置では、この清掃
を下記のような手順で実施する。先づ、超電導磁
石装置から発生する電磁力が作用する保冷容器1
7a,17bを支えるために設置してある支え棒
22を取り除く。各保冷容器17a,17bを保
持している架台19a,19bの下部に設置され
た床固定レール23上を、水平方向24に図示2
5なる固定位置まで移動させ、単結晶引上装置本
体と超電導磁石装置とを完全に分離する。この状
態にて、ルツボ2およびチヤンバー12の清掃を
行なう。 In general, a single crystal pulling device closes the crucible 2 and the pulling device chamber 1 every time the pulling operation is completed.
It is necessary to clean the inner surface of 2. In a conventional single crystal pulling apparatus equipped with a superconducting magnet device, this cleaning is performed in the following procedure. First, there is a cold container 1 on which the electromagnetic force generated from the superconducting magnet device acts.
The support rod 22 installed to support 7a and 17b is removed. 2 in the horizontal direction 24 on the floor fixed rails 23 installed at the bottom of the frames 19a and 19b holding the respective cold containers 17a and 17b.
5 to the fixed position to completely separate the single crystal pulling device main body and the superconducting magnet device. In this state, the crucible 2 and chamber 12 are cleaned.
ところで、上記のように構成された従来の単結
晶引上装置には次のような欠点がある。即ち、横
磁場を発生させるために、円筒型の2個の超電導
コイル13,14が使用されており、それぞれが
保冷容器17a,17bに収納されている。この
ため、各保冷容器17a,17b毎に、パワーリ
ード20を冷却する小型冷凍機60a,60b、
ヘリウム液化用の小型冷凍機50a,50bが必
要となる。従つて、合計4の小型冷凍機を使用す
ることになり、システムが複雑となり製造コスト
が高くなる。
By the way, the conventional single crystal pulling apparatus configured as described above has the following drawbacks. That is, in order to generate a transverse magnetic field, two cylindrical superconducting coils 13 and 14 are used, and are housed in cold containers 17a and 17b, respectively. Therefore, for each cold storage container 17a, 17b, a small refrigerator 60a, 60b that cools the power lead 20,
Small refrigerators 50a and 50b for helium liquefaction are required. Therefore, a total of four small refrigerators are used, which complicates the system and increases manufacturing costs.
本発明は、上記事情に基づいてなされたもの
で、その目的とするとこのは、単結晶原料融液に
対して横磁場を印加する超電導磁石を具備し、構
成が簡単であつて製造コストが安価なる単結晶引
上装置を提供することにある。
The present invention has been made based on the above circumstances, and its purpose is to provide a superconducting magnet that applies a transverse magnetic field to a single-crystal raw material melt, and to have a simple configuration and low manufacturing cost. An object of the present invention is to provide a single crystal pulling device.
本発明による単結晶引上装置は、ルツボに充填
された単結晶原料融液に種結晶を挿入しこの種結
晶を引上げることにより単結晶を生成する単結晶
引上げ装置本体と、
この単結晶引上げ装置本体を取囲むように互い
に対向し且つU字形に連結された第1、第2の保
冷容器を含む収納容器と、
この収納容器の上記第1、第2の保冷容器夫々
に収納されて上記単結晶の引上方向に対して直交
する方向に磁場を発生する第1、第2の超電導コ
イルと、
上記U字形に連結された第1、第2の保冷容器
内に配設され前記第1、第2の超電導コイルを相
互に直列接続する超電導渡りケーブルと、
上記収納容器に取付けられ当該容器内部を極低
温に冷却する冷凍機と、
を備えたものである。
The single crystal pulling device according to the present invention includes a single crystal pulling device main body that generates a single crystal by inserting a seed crystal into a single crystal raw material melt filled in a crucible and pulling the seed crystal; a storage container including first and second cold storage containers that face each other and are connected in a U-shape so as to surround the main body of the device; first and second superconducting coils that generate a magnetic field in a direction perpendicular to the pulling direction of the single crystal; , a superconducting crossover cable that connects second superconducting coils in series, and a refrigerator that is attached to the storage container and cools the inside of the container to an extremely low temperature.
この構成によれば、単結晶の引上方向に対して
直交する方向に発生される磁場は、第1、第2の
超電導コイルにより一体で発生されるが、これを
実現する超電導渡りケーブルは、上記U字形に連
結された第1、第2の保冷容器内に配設されてい
るので、常温部からの熱の侵入は大幅に低減され
る。従つて、収納容器を冷却するための冷凍機は
1台又は小容量のもので済む。 According to this configuration, the magnetic field generated in the direction perpendicular to the pulling direction of the single crystal is generated integrally by the first and second superconducting coils, but the superconducting crossover cable that realizes this is Since it is disposed within the first and second cold storage containers that are connected in the U-shape, the intrusion of heat from the room temperature area is significantly reduced. Therefore, only one refrigerator or one with a small capacity is sufficient for cooling the storage container.
また、夫々超電導コイルを収納した第1、第2
の保冷容器は収納容器に含まれ、しかも該収納容
器に冷凍機が取付けられているから、冷凍機を1
台使用した場合には、第1、第2の保冷容器を含
む収納容器を一括して冷却することができ、簡単
な構成でありながら効果的な冷却を実現する。 In addition, the first and second
The cold storage container is included in the storage container, and the refrigerator is attached to the storage container.
When a stand is used, the storage container including the first and second cold storage containers can be cooled all at once, and effective cooling is achieved despite the simple configuration.
さらに、単結晶引上げ装置本体を取囲むように
互いに対向しU字形であるから、当該収納容器の
単結晶引上げ装置本体への接近又は離脱が容易で
あり、清掃等において便利である。 Furthermore, since they are U-shaped and face each other so as to surround the single crystal pulling device main body, it is easy for the storage container to approach or leave the single crystal pulling device main body, which is convenient for cleaning.
以下本発明の一実施例を図面を参照して説明す
る。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
第5図及び第6図は本発明による単結晶引上装
置の一実施例を示すもので、第5図は正面方向か
ら見た構成図、第6図は上面方向から見た構成図
であり、第3図及び第4図と同一部分には同一符
号を付してその説明は省略する。第5図及び第7
図において、超電導コイル13,14を収納して
いる内槽16,輻射シールド19、保冷容器17
a,17bを図示の如く、引上装置チヤンバー1
2を取囲むようにU字形に連結する。超電導コイ
ル13,14を直列に接続するパワーリードは、
超電導線26を用い、液体ヘリウムが満された内
槽16中を渡らせる。電源21と超電導コイル1
3とを接続するパワーリード20を冷却する小型
冷凍機60aと、内槽16内で蒸発したヘリウム
ガスを再凝縮(液化)する小型冷凍機50aとを
保冷容器17aに直付けする。 5 and 6 show an embodiment of a single crystal pulling apparatus according to the present invention, FIG. 5 is a configuration diagram seen from the front direction, and FIG. 6 is a configuration diagram seen from the top direction. , 3 and 4 are designated by the same reference numerals, and their explanation will be omitted. Figures 5 and 7
In the figure, an inner tank 16 housing superconducting coils 13 and 14, a radiation shield 19, and a cold container 17 are shown.
a, 17b as shown in the drawing, the lifting device chamber 1
Connect them in a U shape so as to surround 2. The power lead that connects the superconducting coils 13 and 14 in series is
The superconducting wire 26 is passed through the inner tank 16 filled with liquid helium. Power supply 21 and superconducting coil 1
A small refrigerator 60a that cools the power lead 20 connected to the inner tank 16 and a small refrigerator 50a that recondenses (liquefies) the helium gas evaporated in the inner tank 16 are directly attached to the cold storage container 17a.
次に上記のように構成した本実施例の単結晶引
上装置の動作・作用を説明する。即ち、従来では
常温中に布設されていた超電導コイル13,14
の渡りケーブルが、本実施例では液体ヘリウム中
に浸漬された超電導線26として構成されている
ので、常温部よりの熱侵入が大幅に低減され、こ
の結果、従来のZコイル分離形に比べて、内槽1
6内のヘリウム蒸発量が低減される。このため、
ヘリウム液化用の小型冷凍機は1台で済む。ま
た、常温部と接続されるパワーリードが、電源2
1から超電導コイル13への間の1組となるの
で、パワーリード冷却用の小型冷凍機も1台で済
む。上記によれば、少数の冷凍機で冷却系が構成
されるので、従来と比較して2/3程度の製造コ
ストとなる。 Next, the operation and effect of the single crystal pulling apparatus of this embodiment configured as described above will be explained. That is, the superconducting coils 13 and 14, which were conventionally installed at room temperature,
In this embodiment, the crossover cable is configured as a superconducting wire 26 immersed in liquid helium, so heat intrusion from the room temperature section is greatly reduced, and as a result, compared to the conventional Z coil separated type, , inner tank 1
The amount of helium evaporated within 6 is reduced. For this reason,
Only one small refrigerator is needed for helium liquefaction. Also, the power lead connected to the room temperature section is connected to the power supply 2.
1 to the superconducting coil 13, only one small refrigerator is required for cooling the power lead. According to the above, since the cooling system is configured with a small number of refrigerators, the manufacturing cost is about 2/3 of that of the conventional method.
また第3図及び第4図に示す従来例では、超電
導コイル13,14を直列に接続しているパワー
リード20が、常温中に布設されているので、仮
りに永久電流スイツチを超電導コイル13,14
側に設置し、超電導コイル13,14から電源2
1間へのパワーリード20を着脱機構により取り
除き、永久電流モードにて運転をしても、超電導
コイル13から超電導コイル14間を渡つている
パワーリード20は取り除けない。従つて、ジユ
ール発熱が生じ永久電流モードの運転は不可能と
なつていた。 Further, in the conventional example shown in FIGS. 3 and 4, the power lead 20 connecting the superconducting coils 13 and 14 in series is installed at room temperature, so if the persistent current switch is temporarily connected to the superconducting coil 13, 14
The superconducting coils 13 and 14 are connected to the power source 2.
Even if the power lead 20 between the superconducting coils 13 and 14 is removed by the attachment/detachment mechanism and operation is performed in persistent current mode, the power lead 20 extending between the superconducting coils 13 and 14 cannot be removed. Therefore, Joule heat generation occurs, making it impossible to operate in persistent current mode.
これに対し本実施例では、超電導コイル13,
14間の渡りケーブルが、超電導状態となつてい
るので、永久電流スイツチを取付け、パワーリー
ド着脱機構により、電源21から超電導コイル1
3間へのパワーリード20を取り除くことによ
り、永久電流モードによる運転が可能となる。 On the other hand, in this embodiment, the superconducting coil 13,
Since the crossover cable between 14 and 14 is in a superconducting state, a persistent current switch is installed and the power lead attachment/detachment mechanism connects the power supply 21 to superconducting coil 1.
By removing the power lead 20 between 3 and 3, operation in persistent current mode becomes possible.
更に第3図及び第4図に示す従来例では、電磁
力の作用に対して保冷容器17a,17bを支え
るために、超電導コイル13,14の励磁時には
保冷容器17a,17bに支え棒22を取付け、
ルツボ2の清掃時は取除かねばならぬので、これ
らの作業が繁雑となつていた。 Furthermore, in the conventional example shown in FIGS. 3 and 4, support rods 22 are attached to the cold containers 17a, 17b when the superconducting coils 13, 14 are excited in order to support the cold containers 17a, 17b against the action of electromagnetic force. ,
Since it has to be removed when cleaning the crucible 2, these operations have become complicated.
これに対し本実施例では超電導コイル13,1
4は、U字形に構成された保冷容器17a,17
bに収納されているので、コイルを励磁した時に
生ずる電磁力は、このU字形に構成された保冷容
器17a,17bによつて支えられる。従つて、
従来使用していた電磁力の支え棒は必要ないの
で、超電導磁石装置の移動操作が容易に行なうこ
とができる。従つてルツボ2および引上装置チヤ
ンバー12の内面の清掃時は、床に固定されたレ
ール23上を図示24なる水平方向へ超電導磁石
装置を移動させ、これにより超電導磁石装置は単
結晶引上装置本体と完全に分離出来るので清掃が
容易となる。 On the other hand, in this embodiment, the superconducting coils 13, 1
4 is a U-shaped cold storage container 17a, 17;
b, the electromagnetic force generated when the coil is excited is supported by the U-shaped cold storage containers 17a and 17b. Therefore,
Since the electromagnetic support rod used in the past is not required, the superconducting magnet device can be easily moved. Therefore, when cleaning the inner surfaces of the crucible 2 and the pulling device chamber 12, the superconducting magnet device is moved in the horizontal direction 24 on the rails 23 fixed to the floor, and the superconducting magnet device becomes a single crystal pulling device. Cleaning is easy because it can be completely separated from the main body.
更に、上記完全分離出来る上にU字形に構成さ
れた保冷容器17a,17bで電磁力を支えられ
るので、永久電流モードのまま超電導磁石装置を
移動して固定位置25に固定した状態で単結晶引
上装置のルツボ2および引上装置チヤンバー12
の内面の清掃が可能である。このように永久電流
モードのまま単結晶引上運転および清掃が出来
る。保冷容器17a,17bがU字形の構成をな
しているので、既設の単結晶引上装置本体の構成
を何ら改造することなく、本実施例における超電
導磁石装置を取付けることが出来る。 Furthermore, since the electromagnetic force can be supported by the U-shaped cold storage containers 17a and 17b in addition to being able to be completely separated, the superconducting magnet device can be moved in the persistent current mode and the single crystal magnet device can be pulled while it is fixed at the fixed position 25. Upper device crucible 2 and pulling device chamber 12
It is possible to clean the inner surface of the In this way, single crystal pulling operation and cleaning can be performed in the persistent current mode. Since the cold containers 17a and 17b have a U-shaped configuration, the superconducting magnet device of this embodiment can be attached without any modification to the configuration of the existing single crystal pulling device main body.
次に本発明の他の実施例を第7図を参照して説
明する。第7図においては第5図及び第6図と同
一部分には同一符号を付してその説明を省略す
る。即ち、U字形に構成された保冷容器17a,
17bの接続部に可繞接手27および可繞接手2
7の長さ固定装置28を取付ける。他の構成は第
4図に示した実施例と同一である。 Next, another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In FIG. 7, the same parts as in FIGS. 5 and 6 are given the same reference numerals, and their explanations will be omitted. That is, the U-shaped cold storage container 17a,
A flexible joint 27 and a flexible joint 2 are attached to the connecting portion of 17b.
Attach the length fixing device 28 of 7. The other configurations are the same as the embodiment shown in FIG.
このような構成とすれば、単結晶引上装置チヤ
ンバー12の外径寸法に合せて可繞接手27の長
さを調節し、長さ固定装置28により可繞接手2
7長さを固定することが出来、よつて、あらゆる
種類の既設あるいは新設の単結晶引上装置本体に
超電導磁石装置が取付け可能となる。他の動作及
び作用については第5図及び第6図に示す実施例
と同様であるので説明は省略する。 With such a configuration, the length of the flexible joint 27 is adjusted according to the outer diameter dimension of the single crystal pulling device chamber 12, and the length of the flexible joint 27 is adjusted by the length fixing device 28.
7. The length can be fixed, so the superconducting magnet device can be attached to all kinds of existing or new single crystal pulling device bodies. The other operations and effects are the same as those of the embodiment shown in FIGS. 5 and 6, so their explanation will be omitted.
この他に本発明はその要旨を逸脱しない範囲で
種々変形して実施可能である。 In addition, the present invention can be implemented with various modifications without departing from the gist thereof.
以上述べたように本発明は、ルツボに充填され
た単結晶原料融液に種結晶を挿入しこの種結晶を
引上げることにより単結晶を生成する単結晶引上
げ装置本体と、
この単結晶引上げ装置本体を取囲むように互い
に対向し且つU字形に連結された第1、第2の保
冷容器を含む収納容器と、
この収納容器の上記第1、第2の保冷容器夫々
に収納されて上記単結晶の引上方向に対して直交
する方向に磁場を発生する第1、第2の超電導コ
イルと、
上記U字形に連結された第1、第2の保冷容器
内に配設され前記第1、第2の超電導コイルを相
互に直列接続する超電導渡りケーブルと、
上記収納容器に取付けられ当該容器内部を極低
温に冷却する冷凍機と、
を備えたものである。
As described above, the present invention provides a single crystal pulling device main body that generates a single crystal by inserting a seed crystal into a single crystal raw material melt filled in a crucible and pulling the seed crystal, and this single crystal pulling device. a storage container including first and second cold storage containers facing each other and connected in a U-shape so as to surround the main body; first and second superconducting coils that generate a magnetic field in a direction perpendicular to the pulling direction of the crystal; The present invention includes a superconducting crossover cable that connects the second superconducting coils in series, and a refrigerator that is attached to the storage container and cools the inside of the container to an extremely low temperature.
この構成によれば、単結晶の引上方向に対して
直交する方向に発生される磁場は、第1、第2の
超電導コイルにより一体で発生されるが、これを
実現する超電導渡りケーブルは、上記U字形に連
結された第1、第2の保冷容器内に配設されてい
るので、常温部からの熱の侵入は大幅に低減され
る。従つて、収納容器を冷却するための冷凍機は
1台又は小容量のもので済む。 According to this configuration, the magnetic field generated in the direction perpendicular to the pulling direction of the single crystal is generated integrally by the first and second superconducting coils, but the superconducting crossover cable that realizes this is Since it is disposed within the first and second cold storage containers that are connected in the U-shape, the intrusion of heat from the room temperature area is significantly reduced. Therefore, only one refrigerator or one with a small capacity is sufficient for cooling the storage container.
また、夫々超電導コイルを収納した第1、第2
の保冷容器は収納容器に含まれ、しかも該収納容
器に冷凍機が取付けられているから、冷凍機を1
台使用した場合には、第1、第2の保冷容器を含
む収納容器を一括して冷却することができ、簡単
な構成でありながら効果的な冷却を実現する。 In addition, the first and second
The cold storage container is included in the storage container, and the refrigerator is attached to the storage container.
When a stand is used, the storage container including the first and second cold storage containers can be cooled all at once, and effective cooling is achieved despite the simple configuration.
さらに、単結晶引上げ装置本体を取囲むように
互いに対向しU字形であるから、当該収納容器の
単結晶引上げ装置本体への接近又は離脱が容易で
あり、清掃等において便利である。 Furthermore, since they are U-shaped and face each other so as to surround the single crystal pulling device main body, it is easy for the storage container to approach or leave the single crystal pulling device main body, which is convenient for cleaning.
よつて、実用的な単結晶引上げ装置を提供でき
る。 Therefore, a practical single crystal pulling device can be provided.
第1図は従来の単結晶引上装置の一例を示す構
成図、第2図は磁場印加する単結晶引上装置の原
理を説明するための構成図、第3図及び第4図は
超電導磁石装置を具備した従来の単結晶引上装置
の一例を示すもので第3図は正面方向から見た構
成図、第4図は上面方向から見た構成図、第5図
及び第6図は本発明による単結晶引上装置の一実
施例を示すもので第5図は正面方向から見た構成
図、第6図は上面方向から見た構成図、第7図は
本発明による単結晶引上装置の他の実施例を示す
構成図である。
1……融液、2……ルツボ、3……ヒータ、4
……種結晶、5……引上駆動機構、6……固体−
液界面、7……単結晶、8……熱対流、9……不
純物、10……磁石、11……磁場方向、12…
…引上装置チヤンバー、13,14……超電導コ
イル、15……液体ヘリウム、16……内槽、1
7a,17b……保冷容器、18……外槽、19
……輻射シールド板、20……パワーリード、2
1……電源、22……支え棒、23……レール、
24……水平方向、25……固定位置、26……
超電導線、27……可繞接手、28……長さ固定
装置、29a,29b……架台、50a,50
b,60a,60b……小型冷凍機、51a,5
1b,61a,61b……冷凍媒体、52a,5
2b,62a,62b……圧縮機ユニツト、53
a,53b,63a,63b……膨張機、54
a,54b,64a,64b,65a,65b…
…冷凍ステージ、55a,55b……ヘリウム再
凝縮器。
Figure 1 is a configuration diagram showing an example of a conventional single crystal pulling device, Figure 2 is a configuration diagram explaining the principle of a single crystal pulling device that applies a magnetic field, and Figures 3 and 4 are superconducting magnets. This figure shows an example of a conventional single crystal pulling apparatus equipped with the device. Fig. 3 is a block diagram seen from the front, Fig. 4 is a block diagram seen from the top, and Figs. 5 and 6 are main views. FIG. 5 is a block diagram of the single crystal pulling device according to the present invention as seen from the front, FIG. 6 is a block diagram of the apparatus seen from the top, and FIG. It is a block diagram which shows another Example of an apparatus. 1... Melt, 2... Crucible, 3... Heater, 4
... Seed crystal, 5 ... Pulling drive mechanism, 6 ... Solid -
Liquid interface, 7...Single crystal, 8...Thermal convection, 9...Impurity, 10...Magnet, 11...Magnetic field direction, 12...
...Lifting device chamber, 13, 14...Superconducting coil, 15...Liquid helium, 16...Inner tank, 1
7a, 17b...Cold container, 18...Outer tank, 19
...Radiation shield plate, 20...Power lead, 2
1...Power supply, 22...Support rod, 23...Rail,
24...Horizontal direction, 25...Fixed position, 26...
Superconducting wire, 27... Capable joint, 28... Length fixing device, 29a, 29b... Frame, 50a, 50
b, 60a, 60b...Small refrigerator, 51a, 5
1b, 61a, 61b...refrigeration medium, 52a, 5
2b, 62a, 62b... Compressor unit, 53
a, 53b, 63a, 63b...expander, 54
a, 54b, 64a, 64b, 65a, 65b...
...Freezing stage, 55a, 55b...Helium recondenser.
Claims (1)
を挿入しこの種結晶を引上げることにより単結晶
を生成する単結晶引上げ装置本体と、 この単結晶引上げ装置本体を取囲むように互い
に対向し且つU字形に連結された第1、第2の保
冷容器を含む収納容器と、 この収納容器の上記第1、第2の保冷容器夫々
に収納されて上記単結晶の引上方向に対して直交
する方向に磁場を発生する第1、第2の超電導コ
イルと、 上記U字形に連結された第1、第2の保冷容器
内に配設され前記第1、第2の超電導コイルを相
互に直列接続する超電導渡りケーブルと、 上記収納容器に取付けられ当該容器内部を極低
温に冷却する冷凍機と、 を備えた単結晶引上装置。[Claims] 1. A single crystal pulling device main body that generates a single crystal by inserting a seed crystal into a single crystal raw material melt filled in a crucible and pulling the seed crystal; a storage container including first and second cold storage containers facing each other and connected in a U-shape so as to surround the storage container; first and second superconducting coils that generate a magnetic field in a direction perpendicular to the pulling direction; A single crystal pulling device comprising: a superconducting crossover cable that connects superconducting coils in series; and a refrigerator that is attached to the storage container and cools the inside of the container to an extremely low temperature.
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14353983A JPS6036391A (en) | 1983-08-05 | 1983-08-05 | Single crystal pulling equipment |
| US06/636,682 US4565671A (en) | 1983-08-05 | 1984-08-01 | Single crystal manufacturing apparatus |
| GB08419677A GB2144338B (en) | 1983-08-05 | 1984-08-02 | Single crystal manufacturing apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14353983A JPS6036391A (en) | 1983-08-05 | 1983-08-05 | Single crystal pulling equipment |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6036391A JPS6036391A (en) | 1985-02-25 |
| JPH0361630B2 true JPH0361630B2 (en) | 1991-09-20 |
Family
ID=15341096
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14353983A Granted JPS6036391A (en) | 1983-08-05 | 1983-08-05 | Single crystal pulling equipment |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6036391A (en) |
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|---|---|---|---|---|
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6033297A (en) * | 1983-07-29 | 1985-02-20 | Toshiba Ceramics Co Ltd | Pulling device for single crystal semiconductor |
-
1983
- 1983-08-05 JP JP14353983A patent/JPS6036391A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6036391A (en) | 1985-02-25 |
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