JPH11199366A - Single crystal silicon pulling device - Google Patents
Single crystal silicon pulling deviceInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 単結晶シリコン引き上げ装置の軽量、コンパ
クト化とコストダウン化。
【解決手段】 単結晶シリコン引き上げ装置において、
超伝導マグネットを冷却する極低温冷凍機および超伝導
マグネットのポート類(電流リードポートや計測ポー
ト)等の超伝導マグネットの付帯機器を、すべて超伝導
マグネットの上面以外に設け、超伝導マグネットの上面
をすっきりさせる。
【効果】 単結晶シリコンを取り出すときに可動シャフ
トのストロークが短くできるので、可動シャフト、支柱
およびベースの強度や剛性を下げることができる。これ
によって単結晶シリコン引き上げ装置を軽量、コンパク
トにそして安価にできる。
(57) [Abstract] [Problem] To reduce the weight, size and cost of a single crystal silicon pulling device. SOLUTION: In the single crystal silicon pulling apparatus,
The superconducting magnet, such as a cryogenic refrigerator that cools the superconducting magnet and the superconducting magnet's ports (current lead port and measurement port), are all provided in addition to the top of the superconducting magnet. To make it clear. [Effect] Since the stroke of the movable shaft can be shortened when single crystal silicon is taken out, the strength and rigidity of the movable shaft, the support, and the base can be reduced. This allows the single crystal silicon pulling apparatus to be lightweight, compact and inexpensive.
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明は単結晶シリコン引
き上げ装置に関するものである。特にいわゆるMCZ法
(磁界印加型チョクラルスキー法)を用いた単結晶シリ
コン引き上げ装置に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a single crystal silicon pulling apparatus. In particular, the present invention relates to a single crystal silicon pulling apparatus using a so-called MCZ method (magnetic field applying Czochralski method).
【0002】[0002]
【従来の技術】図6は、従来のMCZ法(磁界印加型チ
ョクラルスキー法)を用いた単結晶シリコン引き上げ装
置を示す。この装置は、たとえば低温工学・超伝導ハン
ドブック(オーム社、1993年)、1008ページに
示されている単結晶シリコン引き上げ装置と同様の装置
である。これは磁界印加型チョクラルスキー法(MCZ
法)と呼ばれ、溶融シリコンに磁界を印加して対流を抑
制し、良質な単結晶シリコンを得るものであり、半導体
デバイス用の単結晶シリコンの製造に最もよく用いられ
ている方法である。次に、磁界印加型チョクラルスキー
法(MCZ法)による単結晶シリコン引き上げ装置の動
作を説明すると、ルツボ2の中の溶融シリコン1はヒー
タ5によってルツボ2を介して摂氏約1500度の高温
に加熱されている。溶融シリコン1から成長した単結晶
シリコン6がワイヤ7を介してワイヤ巻上げ機構8によ
って引き上げられる。加熱された溶融シリコン1には対
流が生じる(図7参照)。この対流はルツボ2の直径が
大きくなると急激に激しくなり、12インチ以上の単結
晶シリコンの引き上げに際しては何らかの対流抑制策を
施さないと質の良い単結晶を得るのが困難とされてい
る。ところで溶融シリコン1は水銀と同程度の電気伝導
性を有する液体である。したがってこれに磁界が印加さ
れると、溶融シリコン1が磁力線を横切るときに電磁的
な制動力を受ける。この制動力によって溶融シリコン1
の対流は抑制され良質の単結晶シリコン6が得られる。
そこで超伝導マグネット10によって溶融シリコン1に
磁界を印加することが広く試みられるようになった。2. Description of the Related Art FIG. 6 shows a single crystal silicon pulling apparatus using a conventional MCZ method (magnetic field applying Czochralski method). This apparatus is similar to the single crystal silicon pulling apparatus described in, for example, page 1008 of Low Temperature Engineering and Superconductivity Handbook (Ohm Co., 1993). This is a magnetic field application type Czochralski method (MCZ
This method is called a method of applying a magnetic field to molten silicon to suppress convection and obtain high-quality single-crystal silicon. This method is most often used for manufacturing single-crystal silicon for semiconductor devices. Next, the operation of the single crystal silicon pulling apparatus using the magnetic field application type Czochralski method (MCZ method) will be described. The molten silicon 1 in the crucible 2 is heated by the heater 5 to a high temperature of about 1500 degrees Celsius through the crucible 2. Heated. Single crystal silicon 6 grown from molten silicon 1 is pulled up by wire winding mechanism 8 via wire 7. Convection occurs in the heated molten silicon 1 (see FIG. 7). It is said that this convection increases sharply as the diameter of the crucible 2 increases, and it is difficult to obtain a high-quality single crystal unless some convection suppressing measures are taken when pulling a single crystal silicon of 12 inches or more. By the way, the molten silicon 1 is a liquid having the same electrical conductivity as mercury. Therefore, when a magnetic field is applied thereto, the molten silicon 1 receives an electromagnetic braking force when crossing the magnetic field lines. The molten silicon 1
Is suppressed and high quality single crystal silicon 6 is obtained.
Therefore, application of a magnetic field to the molten silicon 1 by the superconducting magnet 10 has been widely attempted.
【0003】図6において溶融シリコン1がすべて単結
晶シリコン6に変わると単結晶シリコン6を取り出すこ
ととなる。単結晶シリコン6の取り出しは次の手順で行
われる。 (1)ヒータ5による加熱をやめて炉9の内部を室温ま
で冷却する。 (2)フランジ15の結合を解く。 (3)可動シャフト17を伸長させて単結晶シリコン6
を炉9から抜き出す(図8参照)。 (4)可動シャフト17を180度回転させて単結晶シ
リコン6を架台13の外に移す(図9参照)。 (5)可動シャフト17を収縮させて単結晶シリコン6
を下に降ろす。 (6)単結晶シリコン6を取り出す。In FIG. 6, when all of the molten silicon 1 is changed to single crystal silicon 6, the single crystal silicon 6 is taken out. The single-crystal silicon 6 is taken out in the following procedure. (1) The heating by the heater 5 is stopped and the inside of the furnace 9 is cooled to room temperature. (2) Uncoupling the flange 15. (3) Extend the movable shaft 17 to make the single crystal silicon 6
From the furnace 9 (see FIG. 8). (4) The single-crystal silicon 6 is moved outside the gantry 13 by rotating the movable shaft 17 by 180 degrees (see FIG. 9). (5) The movable shaft 17 is contracted to make the single crystal silicon 6
Lower down. (6) Take out the single crystal silicon 6.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】上述の単結晶シリコン
引き上げ装置は、図6に示されているように超伝導マグ
ネット10の付帯設備であるポート類(電流リードポー
トや計測ポート)11や極低温冷凍機12が超伝導マグ
ネット10の上面に設けられている。(同様に、低温工
学・超伝導ハンドブック(オーム社、1993年)、1
008ページに示されている単結晶シリコン引き上げ装
置においても、電流リード、計測線、小型冷凍機、サー
ビスポートなどが、真空槽の上面に設けられている。)
これにより、真空槽内部への電流供給や計測のための配
線が単結晶シリコン引き上げ装置の上側で接続でき、ま
た、極低温冷凍機12の取り扱いや外部の操作機器との
接続も容易である。しかし、付帯設備を超伝導マグネッ
トの上面に設けているため、単結晶シリコン6を取り出
すときに単結晶シリコン6の最下面がポート類11や極
低温冷凍機12の最上面より高くなるように可動シャフ
ト12を伸長させる必要があった。可動シャフト12の
ストロークを長くとるためには、可動シャフト12、支
柱18およびベース19を堅固にし、それらの剛性を上
げる必要がある。このため、単結晶シリコン引き上げ装
置は大きく、重くそして価格の高いものになってしま
う。As shown in FIG. 6, the above-mentioned single crystal silicon pulling apparatus includes ports (current lead ports and measurement ports) 11 which are auxiliary equipment of the superconducting magnet 10 and a cryogenic temperature. A refrigerator 12 is provided on the upper surface of the superconducting magnet 10. (Similarly, Low Temperature Engineering and Superconductivity Handbook (Ohm, 1993), 1
Also in the single crystal silicon pulling apparatus shown on page 008, current leads, measurement lines, small refrigerators, service ports, and the like are provided on the upper surface of the vacuum chamber. )
Thereby, wiring for current supply and measurement inside the vacuum chamber can be connected on the upper side of the single crystal silicon pulling device, and handling of the cryogenic refrigerator 12 and connection with external operation equipment are also easy. However, since the auxiliary equipment is provided on the upper surface of the superconducting magnet, the single crystal silicon 6 can be moved so that the lowermost surface of the single crystal silicon 6 is higher than the uppermost surfaces of the ports 11 and the cryogenic refrigerator 12 when the single crystal silicon 6 is taken out. The shaft 12 had to be extended. In order to increase the stroke of the movable shaft 12, it is necessary to make the movable shaft 12, the support 18 and the base 19 rigid and increase their rigidity. For this reason, the single crystal silicon pulling apparatus is large, heavy, and expensive.
【0005】この発明の目的は,単結晶シリコン引き上
げ装置を軽量、コンパクトかつ安価に提供することであ
る。An object of the present invention is to provide a single crystal silicon pulling apparatus that is lightweight, compact and inexpensive.
【0006】[0006]
【課題を解決するための手段】この発明に係る単結晶シ
リコン引き上げ装置は、溶融シリコンを収納するルツボ
と、ルツボを通して溶融シリコンを加熱するヒータとを
備える炉と、炉の半径方向の周辺に配置され、溶融シリ
コンに磁界を印加する超伝導マグネットと、炉と超伝導
マグネットとを支持する架台と、炉の上部でフランジを
介して接続され、ルツボから上方へ単結晶シリコンを引
きあげるワイヤ巻き上げ機構と、ワイヤ巻き上げ機構を
支持し、かつ、ワイヤ巻き上げ機構を上方へ持ち上げ、
さらに、炉の外周へ移動する移動機構とを備え、超伝導
マグネットの付帯機器を超伝導マグネットの上面以外の
場所に設ける。好ましくは、前記の付帯機器を超伝導マ
グネットの下面に設ける。好ましくは、前記の移動機構
が、支柱と、支柱に支持され垂直方向に上下するととも
に支柱を軸として回動可能な可動シャフトと、可動シャ
フトに水平方向に取り付けられるアームと、アームに取
り付けられ、単結晶シリコンに結合されるワイヤおよび
ワイヤ巻上げ機構を収納するアームヘッドとからなる。
また、好ましくは、前記の超伝導マグネットの付帯機器
が超伝導マグネットを冷却する極低温冷凍機とポート類
(電流リードポートや計測ポート)を含む。また、好ま
しくは、前記の極低温冷凍機は、2段または3段式ギフ
ォード・マクマフォン冷凍機、2段または3段式スター
リング冷凍機、2段または3段式パルス管冷凍機、およ
び、2段または3段式ヴィルマイヤー冷凍機のいずれか
である。また、好ましくは、前記の超伝導マグネットが
溶融シリコンに印加する磁界は、ルツボの軸に平行な平
行磁界、ルツボの軸に垂直な垂直磁界、及び、カスプ磁
界のいずれかである。また、好ましくは、前記の超伝導
マグネットがNbTi系の超伝導材料、Nb3Sn 系の
超伝導材料及び高温超伝導材料のいずれかで構成され
る。According to the present invention, there is provided a single crystal silicon pulling apparatus, comprising: a furnace having a crucible for storing molten silicon; a heater for heating the molten silicon through the crucible; A superconducting magnet that applies a magnetic field to the molten silicon, a gantry that supports the furnace and the superconducting magnet, and a wire winding mechanism that is connected via a flange at the top of the furnace and pulls single-crystal silicon upward from the crucible And supporting the wire winding mechanism, and lifting the wire winding mechanism upward,
Further, a moving mechanism for moving to the outer periphery of the furnace is provided, and ancillary equipment of the superconducting magnet is provided at a place other than the upper surface of the superconducting magnet. Preferably, the accessory is provided on a lower surface of the superconducting magnet. Preferably, the moving mechanism is a column, a movable shaft supported by the column and vertically movable and rotatable around the column, an arm horizontally attached to the movable shaft, and attached to the arm, An arm head that houses a wire coupled to the single crystal silicon and a wire winding mechanism.
Preferably, the accessory device of the superconducting magnet includes a cryogenic refrigerator for cooling the superconducting magnet and ports (current lead port and measurement port). Preferably, the cryogenic refrigerator is a two-stage or three-stage Gifford McMahon refrigerator, a two-stage or three-stage Stirling refrigerator, a two-stage or three-stage pulse tube refrigerator, and a two-stage refrigerator. Or a three-stage Villemeier refrigerator. Preferably, the magnetic field applied to the molten silicon by the superconducting magnet is any one of a parallel magnetic field parallel to the crucible axis, a vertical magnetic field perpendicular to the crucible axis, and a cusp magnetic field. In a preferred embodiment, the superconducting magnet is comprised of one of the superconducting material, Nb 3 Sn-based superconducting material and high temperature superconductive material NbTi system.
【0007】[0007]
【発明の実施の形態】以下,添付の図面を参照して本発
明の実施の形態を説明する。図1は、この発明の実施の
形態の単結晶シリコン引き上げ装置の断面図である。こ
の単結晶シリコン引き上げ装置では、超伝導マグネット
10の付帯設備であるポート類11や極低温冷凍機12
が超伝導マグネット10の上面以外に設けられている。
図において、炉9は溶融シリコン1、ルツボ2、ヒータ
5および単結晶シリコン5等の温度の高い(約摂氏15
00度)部分を断熱的に収納する。ルツボ2は溶融シリ
コン1を入れる。ルツボ駆動モータ4はベース19に支
持される。ルツボ駆動モータ4は、ルツボ駆動軸3を駆
動して、ルツボ2を回転させる。ヒータ5はルツボ2を
通して溶融シリコン1を加熱する。ワイヤ巻上げ機構8
は、熔融シリコン1から析出した単結晶シリコン6をワ
イヤ7によって結晶の析出速度に応じて引き上げる。溶
融シリコン1に磁界を印加する超伝導マグネット10
は、炉9の周囲に配置される。炉9および超伝導マグネ
ット10は架台13の上に乗せられ、架台13は、ベー
ス19に支持される。超伝導マグネット10の付帯設備
であるポート類11と極低温冷凍機12は、超伝導マグ
ネット10の上面以外に取り付けられるが、本実施形態
では、超伝導マグネット10の下面に取り付けられ、架
台13の内部空間に存在する。これにより、超伝導マグ
ネット10の上面がすっきりする。ここで、ポート類1
1は、超伝導マグネット10に電流を供給する電流リー
ドや超伝導マグネット10の状態をモニターするための
計測リードを超伝導マグネット10から取り出すために
設けられ、極低温冷凍機12は、超伝導マグネット10
内の超伝導コイルや熱シールドを極低温に冷却する。さ
らに、ワイヤ7およびワイヤ巻上げ機構8を収納するア
ームヘッド14は、炉9とアームヘッド14の結合と切
り離しを行うためのフランジ15を介して、炉9に接続
される。一方、可動シャフト17を支える支柱18は、
ベース19の上に、架台13の側に設けられる。支柱1
8は、可動シャフト17を支え、可動シャフト17は、
アームヘッド14を支えるアーム16、17はアーム1
6を介してアームヘッド14を上下に移動させる。な
お、引き上げ装置制御部20は、炉9でのシリコン単結
晶成長及び取り出しを制御し、超伝導マグネット制御部
21は、超伝導マグネット10での磁界発生を制御す
る。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a sectional view of a single crystal silicon pulling apparatus according to an embodiment of the present invention. In this single crystal silicon pulling apparatus, the ports 11 and the cryogenic refrigerator 12
Are provided other than the upper surface of the superconducting magnet 10.
In the figure, a furnace 9 has a high temperature (about 15 degrees Celsius) of molten silicon 1, crucible 2, heater 5, single-crystal silicon 5 and the like.
00 degrees) is stored insulated. Crucible 2 contains molten silicon 1. The crucible drive motor 4 is supported by the base 19. The crucible drive motor 4 drives the crucible drive shaft 3 to rotate the crucible 2. The heater 5 heats the molten silicon 1 through the crucible 2. Wire winding mechanism 8
Pulls single crystal silicon 6 precipitated from molten silicon 1 by wire 7 in accordance with the crystal deposition rate. Superconducting magnet 10 for applying a magnetic field to molten silicon 1
Are arranged around the furnace 9. The furnace 9 and the superconducting magnet 10 are mounted on a pedestal 13, and the pedestal 13 is supported on a base 19. The ports 11 and the cryogenic refrigerator 12 which are auxiliary equipment of the superconducting magnet 10 are mounted on the superconducting magnet 10 except for the upper surface thereof. Exists in the interior space. Thereby, the upper surface of the superconducting magnet 10 becomes clear. Here, ports 1
1 is provided for taking out a current lead for supplying a current to the superconducting magnet 10 and a measuring lead for monitoring the state of the superconducting magnet 10 from the superconducting magnet 10. 10
Cool superconducting coils and heat shields inside to extremely low temperatures. Further, the arm head 14 that houses the wire 7 and the wire winding mechanism 8 is connected to the furnace 9 via a flange 15 for connecting and disconnecting the arm head 14 from the furnace 9. On the other hand, the strut 18 supporting the movable shaft 17
It is provided on the base 19 on the base 19 side. Prop 1
8 supports the movable shaft 17, and the movable shaft 17
Arms 16 and 17 supporting arm head 14 are arms 1
The arm head 14 is moved up and down via 6. The pulling device control unit 20 controls the growth and extraction of the silicon single crystal in the furnace 9, and the superconducting magnet control unit 21 controls the magnetic field generation in the superconducting magnet 10.
【0008】また、図2は、図1に示した超伝導マグネ
ット10の基本構造を示す。この超伝導マグネット10
では、付帯設備であるポート類11や極低温冷凍機12
が超伝導マグネット10の下面に設けられている。図2
において、超伝導コイル50と熱シールド130は、真
空槽120の内部に配置される。電流リード110は超
伝導コイル50へ電流を供給する。真空槽120は、断
熱のために超伝導コイル50の周りを真空に保つ。熱シ
ールド130は真空槽120から超伝導コイル50への
熱ふく射を遮る。ポート類11は、超伝導コイル50に
電流を供給する電流リード110、超伝導コイル50の
状態をモニタするための計測リード(図示しない)、予
冷管などを真空槽120から取り出すために用いられ
る。また、極低温冷凍機12は超伝導コイル50や熱シ
ールド130を極低温に保つ。ポート類11と極低温冷
凍機12とは、超伝導マグネット10の下面に取り付け
られる。真空槽120の内部では、極低温冷凍機12の
冷却ステージの1つで熱シールド130の冷却を担当す
る第1段冷却ステージ140と、極低温冷凍機12の冷
却ステージの他の1つで超伝導コイル50の冷却を担当
する第2段冷却ステージ150が、低温冷凍機12と超
伝導コイル50の間に設けられる。超伝導コイル50
は、NbTiやNb3Sn等の金属系超伝導材料または
酸化物系の高温超伝導材料によって構成され、極低温冷
凍機12の第2段冷却ステージ150によって適当な温
度(NbTiの場合には4K近傍、Nb3Snの場合に
は10K近傍、高温超伝導材料の場合には50K近傍)
に保たれる。熱シールド130は極低温冷凍機12の第
1段冷却ステージ140によって冷却される。ここで、
極低温冷凍機12は、たとえば、2段または3段式GM
(ギフォード・マクマフォン)冷凍機、2段または3段
式スターリング冷凍機、2段または3段式パルス管冷凍
機、2段または3段式VM(ヴィルマイヤー)冷凍機で
ある。FIG. 2 shows the basic structure of the superconducting magnet 10 shown in FIG. This superconducting magnet 10
Then, the ports 11 and the cryogenic refrigerator 12
Are provided on the lower surface of the superconducting magnet 10. FIG.
, The superconducting coil 50 and the heat shield 130 are disposed inside the vacuum chamber 120. Current lead 110 supplies current to superconducting coil 50. The vacuum chamber 120 maintains a vacuum around the superconducting coil 50 for heat insulation. Heat shield 130 blocks heat radiation from vacuum chamber 120 to superconducting coil 50. The ports 11 are used to take out a current lead 110 for supplying a current to the superconducting coil 50, a measurement lead (not shown) for monitoring the state of the superconducting coil 50, a precooling tube, and the like from the vacuum chamber 120. Further, the cryogenic refrigerator 12 keeps the superconducting coil 50 and the heat shield 130 at a cryogenic temperature. The ports 11 and the cryogenic refrigerator 12 are attached to the lower surface of the superconducting magnet 10. Inside the vacuum chamber 120, one of the cooling stages of the cryogenic refrigerator 12 is responsible for cooling the heat shield 130, and the other of the cooling stages of the cryogenic refrigerator 12 is supercooled. A second cooling stage 150 for cooling the conduction coil 50 is provided between the low-temperature refrigerator 12 and the superconducting coil 50. Superconducting coil 50
Is formed of a metal-based superconducting material such as NbTi or Nb 3 Sn or an oxide-based high-temperature superconducting material, and is set to an appropriate temperature (4 K in the case of NbTi) by the second cooling stage 150 of the cryogenic refrigerator 12. Near, around 10K for Nb 3 Sn, around 50K for high temperature superconducting material)
Is kept. The heat shield 130 is cooled by the first cooling stage 140 of the cryogenic refrigerator 12. here,
The cryogenic refrigerator 12 is, for example, a two-stage or three-stage GM
(Gifford McMahon) A two-stage or three-stage Stirling refrigerator, a two-stage or three-stage pulse tube refrigerator, a two-stage or three-stage VM (Villmeyer) refrigerator.
【0009】次に、磁界印加型チョクラルスキー法(M
CZ法)による単結晶シリコン引き上げ装置の動作を図
1の装置について説明する。溶融シリコン1はヒータ5
によってルツボ2を介して摂氏約1500度の高温に加
熱されている。溶融シリコン1から成長した単結晶シリ
コン6がワイヤ7を介してワイヤ巻上げ機構8によって
約1mm/分の速度で引き上げられる。この時、溶融シ
リコン1をいれたルツボ2はルツボ駆動軸3を介してル
ツボ駆動モータ4によって回転させられる。また単結晶
シリコン6もルツボと反対の方向に回転させられてい
る。溶融シリコン1での対流抑制のため、超伝導マグネ
ット10によって溶融シリコン1に磁界を印加する。溶
融シリコン1は水銀と同程度の電気伝導性を有する液体
であるので、これに磁界が印加されると、溶融シリコン
1が磁力線を横切るときに電磁的な制動力を受ける。こ
の制動力によって溶融シリコン1の対流は抑制され良質
の単結晶シリコン6が得られる。Next, a magnetic field application type Czochralski method (M
The operation of the single crystal silicon pulling apparatus according to the CZ method will be described with reference to the apparatus shown in FIG. Molten silicon 1 is heater 5
To a high temperature of about 1500 degrees Celsius through the crucible 2. Single crystal silicon 6 grown from molten silicon 1 is pulled up by wire winding mechanism 8 via wire 7 at a speed of about 1 mm / min. At this time, the crucible 2 containing the molten silicon 1 is rotated by the crucible drive motor 4 via the crucible drive shaft 3. The single crystal silicon 6 is also rotated in the direction opposite to the crucible. To suppress convection in the molten silicon 1, a magnetic field is applied to the molten silicon 1 by the superconducting magnet 10. Since the molten silicon 1 is a liquid having the same electrical conductivity as mercury, when a magnetic field is applied to the liquid, the molten silicon 1 receives an electromagnetic braking force when crossing the magnetic field lines. The convection of the molten silicon 1 is suppressed by this braking force, and a high-quality single crystal silicon 6 is obtained.
【0010】図1に示した単結晶シリコン引き上げ装置
において、溶融シリコン1がすべて単結晶シリコン6に
変わると単結晶シリコン6を取り出すこととなる。単結
晶シリコン6の取り出しは次の手順で行われる。 (1)ヒータ5による加熱をやめて炉9の内部を室温ま
で冷却する。 (2)フランジ15の結合を解く。 (3)可動シャフト17を伸長させて単結晶シリコン6
を炉9から抜き出す。 (4)可動シャフト17を180度回転させて単結晶シ
リコン6を架台13の外に移す。 (5)可動シャフト17を収縮させて単結晶シリコン6
を下に降ろす。 (6)単結晶シリコン6を取り出す。In the single crystal silicon pulling apparatus shown in FIG. 1, when all of the molten silicon 1 is changed to single crystal silicon 6, the single crystal silicon 6 is taken out. The single-crystal silicon 6 is taken out in the following procedure. (1) The heating by the heater 5 is stopped and the inside of the furnace 9 is cooled to room temperature. (2) Uncoupling the flange 15. (3) Extend the movable shaft 17 to make the single crystal silicon 6
From the furnace 9. (4) The single-crystal silicon 6 is moved out of the gantry 13 by rotating the movable shaft 17 by 180 degrees. (5) The movable shaft 17 is contracted to make the single crystal silicon 6
Lower down. (6) Take out the single crystal silicon 6.
【0011】ここで、超伝導マグネットの付属設備であ
るポート類11や極低温冷凍機12を超伝導マグネット
10の上面に設けていないので、超伝導マグネットの上
面には付属の設備が何もなく、すっきりしている。した
がって、単結晶シリコンを取り出すときに、単結晶シリ
コンの最下面がたかだか超伝導マグネットの最上面より
高くなるように可動シャフトを伸長させればよい。従っ
て可動シャフトのストロークは従来より短くてもよくな
り、このため可動シャフト17、支柱18およびベース
19の強度や剛性を下げることができる。これによって
単結晶シリコン引き上げ装置を軽量、コンパクトにそし
て安価に提供できる。Here, since the ports 11 and the cryogenic refrigerator 12 which are the accessory equipment of the superconducting magnet are not provided on the upper surface of the superconducting magnet 10, there is no attached equipment on the upper surface of the superconducting magnet. , Is clear. Therefore, when taking out single crystal silicon, the movable shaft may be extended so that the lowermost surface of the single crystal silicon is at most higher than the uppermost surface of the superconducting magnet. Therefore, the stroke of the movable shaft may be shorter than before, and the strength and rigidity of the movable shaft 17, the support 18 and the base 19 can be reduced. This makes it possible to provide a single crystal silicon pulling apparatus that is lightweight, compact and inexpensive.
【0012】ところで超伝導マグネット10が溶融シリ
コン1に磁力線を印加する方法には色々あるが、図3、
4および5に示すものが代表的な方法である。それぞれ
の図において1は溶融シリコン、2はルツボ、10は超
伝導マグネット、50は超伝導コイル、60は超伝導マ
グネット10によって生成された磁界を示す磁力線、7
0は溶融シリコン1の液面を示す。図3は、ルツボ2に
垂直な方向に磁力線を印加する方法を示している。この
場合には、溶融シリコン1がルツボ2の底面に沿って外
周側に流動する時に対流が抑制される。図4は、ルツボ
2に水平な方向に磁力線を印加する方法を示している。
この場合には、溶融シリコン1がルツボ2の側壁に沿っ
て流動する時に対流が抑制される。図5は、カスプ磁界
(朝顔の花を2つ対抗させたような形状の磁界)をルツ
ボ2に印加する方法を示している。この場合には、溶融
シリコン1がルツボ2の底面を外周側に流動する時に
も、側壁を上昇する時にもその動きが抑制される。超伝
導マグネット制御部21は、いずれかの印加方法を用い
て、対流を抑制する。By the way, there are various methods in which the superconducting magnet 10 applies the lines of magnetic force to the molten silicon 1. FIG.
4 and 5 show typical methods. In each figure, 1 is molten silicon, 2 is a crucible, 10 is a superconducting magnet, 50 is a superconducting coil, 60 is magnetic lines of force indicating a magnetic field generated by the superconducting magnet 10, 7
0 indicates the liquid level of the molten silicon 1. FIG. 3 shows a method of applying magnetic lines of force in a direction perpendicular to the crucible 2. In this case, convection is suppressed when the molten silicon 1 flows to the outer peripheral side along the bottom surface of the crucible 2. FIG. 4 shows a method of applying magnetic lines of force to the crucible 2 in a horizontal direction.
In this case, convection is suppressed when the molten silicon 1 flows along the side wall of the crucible 2. FIG. 5 shows a method of applying a cusp magnetic field (a magnetic field shaped like two flowers of a morning glory) to the crucible 2. In this case, the movement is suppressed both when the molten silicon 1 flows on the bottom surface of the crucible 2 toward the outer periphery and when the molten silicon 1 rises on the side wall. The superconducting magnet control unit 21 suppresses convection by using one of the application methods.
【0013】[0013]
【発明の効果】この発明によれば、超伝導マグネットの
付属設備であるポート類や極低温冷凍機を超伝導マグネ
ットの上面以外に設け、超伝導マグネットの上面をすっ
きりさせているので、単結晶シリコンの取り出しの際の
移動距離が短くなり、単結晶シリコンの移動機構を軽量
でコンパクトにできる。また、超伝導マグネットの付帯
機器を超伝導マグネットの下面に設けるので、付帯機器
を架台の中に収容でき、単結晶シリコン引き上げ装置を
コンパクトにできる。また、前記の移動機構が、支柱
と、支柱に支持され垂直方向に上下するとともに支柱を
軸として回動可能な可動シャフトと、可動シャフトに水
平方向に取り付けられるアームと、アームに取り付けら
れ、単結晶シリコンに結合されるワイヤおよびワイヤ巻
上げ機構を収納するアームヘッドとからなるので、可動
シャフト、支柱などの強度や剛性を下げることができ
る。また、超伝導マグネットの付帯機器である、超伝導
マグネットを冷却する極低温冷凍機とポート類(電流リ
ードポートや計測ポート)を超伝導マグネットの上面以
外に設け、超伝導マグネットの上面をすっきりできる。
また、付帯設備である極低温冷凍機として、2段または
3段式ギフォード・マクマフォン冷凍機、2段または3
段式スターリング冷凍機、2段または3段式パルス管冷
凍機、および、2段または3段式ヴィルマイヤー冷凍機
のいずれかの極低温冷凍機を使用できる。また、超伝導
マグネットは溶融シリコンに印加する磁界として、ルツ
ボの軸に平行な平行磁界、ルツボの軸に垂直な垂直磁
界、及び、カスプ磁界のいずれかが使用できる。また、
超伝導マグネットはNbTi系の超伝導材料、Nb3S
n 系の超伝導材料及び高温超伝導材料のいずれかで構
成できる。According to the present invention, the ports and the cryogenic refrigerator, which are the auxiliary equipment of the superconducting magnet, are provided on the superconducting magnet other than the upper surface, and the upper surface of the superconducting magnet is made clear. The moving distance at the time of taking out silicon is shortened, and the moving mechanism of single crystal silicon can be made lightweight and compact. In addition, since the accessory device of the superconducting magnet is provided on the lower surface of the superconducting magnet, the accessory device can be housed in the gantry, and the single crystal silicon pulling apparatus can be made compact. The moving mechanism includes a support, a movable shaft supported by the support, vertically moving up and down, and rotatable about the support, an arm mounted on the movable shaft in a horizontal direction, and an arm mounted on the arm. Since it is composed of the wire coupled to the crystalline silicon and the arm head that houses the wire winding mechanism, the strength and rigidity of the movable shaft, the support, and the like can be reduced. In addition, a cryogenic refrigerator that cools the superconducting magnet and ports (current lead port and measurement port), which are auxiliary devices of the superconducting magnet, are provided other than the upper surface of the superconducting magnet, so that the upper surface of the superconducting magnet can be cleaned up. .
In addition, as a cryogenic refrigerator as a supplementary facility, a two-stage or three-stage Gifford McMahon refrigerator, two-stage or three-stage
Any cryogenic refrigerator, a staged Stirling refrigerator, a two-stage or three-stage pulse tube refrigerator, and a two-stage or three-stage Villemeier refrigerator can be used. The superconducting magnet can use any of a parallel magnetic field parallel to the crucible axis, a vertical magnetic field perpendicular to the crucible axis, and a cusp magnetic field as the magnetic field applied to the molten silicon. Also,
The superconducting magnet is NbTi-based superconducting material, Nb 3 S
It can be made of either an n-based superconducting material or a high-temperature superconducting material.
【図1】 この発明の実施の形態の単結晶シリコン引き
上げ装置の断面図FIG. 1 is a cross-sectional view of a single crystal silicon pulling apparatus according to an embodiment of the present invention.
【図2】 超伝導マグネットの基本構成の断面図FIG. 2 is a sectional view of a basic configuration of a superconducting magnet.
【図3】 超伝導マグネットが発生する垂直磁界の図FIG. 3 is a diagram of a vertical magnetic field generated by a superconducting magnet.
【図4】 超伝導マグネットが発生する水平磁界の図FIG. 4 is a diagram of a horizontal magnetic field generated by a superconducting magnet.
【図5】 超伝導マグネットが発生するカスプ磁界の図FIG. 5 is a diagram of a cusp magnetic field generated by a superconducting magnet.
【図6】 従来の単結晶シリコン引き上げ装置の断面図FIG. 6 is a cross-sectional view of a conventional single crystal silicon pulling apparatus.
【図7】 溶融シリコンの対流を説明する図FIG. 7 is a diagram illustrating convection of molten silicon.
【図8】 従来の単結晶シリコン引き上げ装置での単結
晶シリコンの取り出しの1ステップを示す断面図FIG. 8 is a sectional view showing one step of taking out single crystal silicon by a conventional single crystal silicon pulling apparatus.
【図9】 従来の単結晶シリコン引き上げ装置での単結
晶シリコンの取り出しの1ステップを示す断面図FIG. 9 is a cross-sectional view showing one step of taking out single-crystal silicon with a conventional single-crystal silicon pulling apparatus.
1 溶融シリコン、 2 ルツボ、 5 ヒータ、 6
単結晶シリコン、8 ワイヤ巻上げ機構、 9 炉、
10 超伝導マグネット、 11 ポート類、 12
極低温冷凍機、 13 架台、15 フランジ、 1
6 アーム、17 可動シャフト、 18 支柱。1 molten silicon, 2 crucible, 5 heater, 6
Single crystal silicon, 8 wire winding mechanism, 9 furnace,
10 superconducting magnet, 11 ports, 12
Cryogenic refrigerator, 13 gantry, 15 flange, 1
6 arms, 17 movable shafts, 18 columns.
Claims (7)
ボを通して溶融シリコンを加熱するヒータとを備える炉
と、 炉の半径方向の周辺に配置され、溶融シリコンに磁界を
印加する超伝導マグネットと、 炉と超伝導マグネットとを支持する架台と、 炉の上部でフランジを介して接続され、るつぼから上方
へ単結晶シリコンを引きあげるワイヤ巻き上げ機構と、 ワイヤ巻き上げ機構を支持し、かつ、ワイヤ巻き上げ機
構を上方へ持ち上げ、さらに、炉の外周へ移動する移動
機構とを備え、 超伝導マグネットの付帯機器を超伝導マグネットの上面
以外の場所に設けたことを特徴とする単結晶シリコン引
き上げ装置。1. A furnace having a crucible for containing molten silicon, a heater for heating the molten silicon through the crucible, a superconducting magnet disposed radially around the furnace and applying a magnetic field to the molten silicon; And a gantry supporting the superconducting magnet, a wire winding mechanism connected via a flange at the top of the furnace, and pulling the single crystal silicon upward from the crucible, and a wire winding mechanism supporting and supporting the wire winding mechanism. A single crystal silicon pulling apparatus, comprising: a moving mechanism for lifting upward and further moving to the outer periphery of the furnace, wherein ancillary equipment of the superconducting magnet is provided at a place other than the upper surface of the superconducting magnet.
グネットの下面に設けたことを特徴とする請求項1に記
載された単結晶シリコン引き上げ装置。2. The single crystal silicon pulling apparatus according to claim 1, wherein an accessory device of the superconducting magnet is provided on a lower surface of the superconducting magnet.
され垂直方向に上下するとともに支柱を軸として回動可
能な可動シャフトと、可動シャフトに水平方向に取り付
けられるアームと、アームに取り付けられ、単結晶シリ
コンに結合されるワイヤおよびワイヤ巻上げ機構を収納
するアームヘッドとからなることを特徴とする請求項1
〜2のいずれかに記載された単結晶シリコン引き上げ装
置。3. The moving mechanism includes a column, a movable shaft supported by the column, vertically movable and rotatable about the column, an arm mounted on the movable shaft in a horizontal direction, and an arm mounted on the arm. And a wire head connected to the single crystal silicon and a wire winding mechanism.
3. The single crystal silicon pulling apparatus according to any one of claims 1 to 2.
グネットを冷却する極低温冷凍機とポート類を含むこと
を特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載された単結
晶シリコン引き上げ装置。4. The single crystal silicon pulling apparatus according to claim 1, wherein the superconducting magnet auxiliary equipment includes a cryogenic refrigerator for cooling the superconducting magnet and ports.
ード・マクマフォン冷凍機、2段または3段式スターリ
ング冷凍機、2段または3段式パルス管冷凍機、およ
び、2段または3段式ヴィルマイヤー冷凍機のいずれか
である請求項4に記載された単結晶シリコン引き上げ装
置。5. A cryogenic refrigerator comprising a two-stage or three-stage Gifford McMahon refrigerator, a two-stage or three-stage Stirling refrigerator, a two-stage or three-stage pulse tube refrigerator, and a two-stage or three-stage refrigerator. The single crystal silicon pulling apparatus according to claim 4, wherein the single crystal silicon pulling apparatus is any of a Villemeier refrigerator.
する磁界がルツボの軸に平行な平行磁界、ルツボの軸に
垂直な垂直磁界、及び、カスプ磁界のいずれかである請
求項1〜5のいずれかに記載された単結晶シリコン引き
上げ装置。6. The magnetic field applied to the molten silicon by the superconducting magnet is any one of a parallel magnetic field parallel to the crucible axis, a vertical magnetic field perpendicular to the crucible axis, and a cusp magnetic field. Or a single crystal silicon pulling apparatus.
材料、Nb3Sn 系の超伝導材料及び高温超伝導材料の
いずれかで構成されている請求項1〜6のいずれかに記
載された単結晶シリコン引き上げ装置。7. A superconducting magnet superconductive material NbTi system, Nb 3 Sn-based superconducting material and single according to any of claims 1 to 6 is constituted by any one of the high temperature superconductor material Crystal silicon pulling device.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP844098A JPH11199366A (en) | 1998-01-20 | 1998-01-20 | Single crystal silicon pulling device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP844098A JPH11199366A (en) | 1998-01-20 | 1998-01-20 | Single crystal silicon pulling device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11199366A true JPH11199366A (en) | 1999-07-27 |
Family
ID=11693198
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP844098A Pending JPH11199366A (en) | 1998-01-20 | 1998-01-20 | Single crystal silicon pulling device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11199366A (en) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003002777A (en) * | 2001-06-13 | 2003-01-08 | Komatsu Machinery Corp | Semiconductor single crystal pulling device and its line configuration |
| WO2009145149A1 (en) | 2008-05-26 | 2009-12-03 | 株式会社東芝 | Superconducting magnet device for single crystal puller |
| JP2016132590A (en) * | 2015-01-19 | 2016-07-25 | トヨタ自動車株式会社 | Single crystal manufacturing device |
| CN110129890A (en) * | 2018-03-30 | 2019-08-16 | 杭州慧翔电液技术开发有限公司 | A method of loop construction and magnetic control pulling of crystals for magnetic control pulling of crystals |
| CN116005249A (en) * | 2022-12-26 | 2023-04-25 | 西安奕斯伟材料科技有限公司 | Method and device for growing monocrystalline silicon rod |
| JP2023069805A (en) * | 2021-11-08 | 2023-05-18 | 住友重機械工業株式会社 | Superconductive magnet device for single crystal pulling apparatus and magnetic field applying method in single crystal pulling apparatus |
-
1998
- 1998-01-20 JP JP844098A patent/JPH11199366A/en active Pending
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003002777A (en) * | 2001-06-13 | 2003-01-08 | Komatsu Machinery Corp | Semiconductor single crystal pulling device and its line configuration |
| WO2009145149A1 (en) | 2008-05-26 | 2009-12-03 | 株式会社東芝 | Superconducting magnet device for single crystal puller |
| JP2010006687A (en) * | 2008-05-26 | 2010-01-14 | Toshiba Corp | Superconductive magnet device for single crystal puller |
| US8280468B2 (en) | 2008-05-26 | 2012-10-02 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Superconducting magnet device for single crystal pulling apparatus |
| EP2287366A4 (en) * | 2008-05-26 | 2012-11-21 | Toshiba Kk | SUPERCONDUCTING MAGNETIC DEVICE FOR SINGLE CRYSTAL DRAWING DEVICE |
| JP2016132590A (en) * | 2015-01-19 | 2016-07-25 | トヨタ自動車株式会社 | Single crystal manufacturing device |
| US9982366B2 (en) | 2015-01-19 | 2018-05-29 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Single crystal production apparatus |
| CN110129890A (en) * | 2018-03-30 | 2019-08-16 | 杭州慧翔电液技术开发有限公司 | A method of loop construction and magnetic control pulling of crystals for magnetic control pulling of crystals |
| CN110129890B (en) * | 2018-03-30 | 2021-02-02 | 杭州慧翔电液技术开发有限公司 | Coil structure for magnetically controlled Czochralski single crystal and method for magnetically controlled Czochralski single crystal |
| JP2023069805A (en) * | 2021-11-08 | 2023-05-18 | 住友重機械工業株式会社 | Superconductive magnet device for single crystal pulling apparatus and magnetic field applying method in single crystal pulling apparatus |
| CN116005249A (en) * | 2022-12-26 | 2023-04-25 | 西安奕斯伟材料科技有限公司 | Method and device for growing monocrystalline silicon rod |
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