JPH11199366A - 単結晶シリコン引き上げ装置 - Google Patents
単結晶シリコン引き上げ装置Info
- Publication number
- JPH11199366A JPH11199366A JP844098A JP844098A JPH11199366A JP H11199366 A JPH11199366 A JP H11199366A JP 844098 A JP844098 A JP 844098A JP 844098 A JP844098 A JP 844098A JP H11199366 A JPH11199366 A JP H11199366A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- crystal silicon
- single crystal
- superconducting magnet
- stage
- refrigerator
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
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。
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。
Description
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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
上げ装置の断面図
【図２】 超伝導マグネットの基本構成の断面図
【図３】 超伝導マグネットが発生する垂直磁界の図
【図４】 超伝導マグネットが発生する水平磁界の図
【図５】 超伝導マグネットが発生するカスプ磁界の図
【図６】 従来の単結晶シリコン引き上げ装置の断面図
【図７】 溶融シリコンの対流を説明する図
【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
晶シリコンの取り出しの１ステップを示す断面図
【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
晶シリコンの取り出しの１ステップを示す断面図
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。
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。
Claims (7)
- 【請求項１】 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、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。 - 【請求項２】 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。 - 【請求項３】 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。 - 【請求項４】 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。 - 【請求項５】 極低温冷凍機が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
である請求項４に記載された単結晶シリコン引き上げ装
置。 - 【請求項６】 超伝導マグネットが溶融シリコンに印加
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。 - 【請求項７】 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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP844098A JPH11199366A (ja) | 1998-01-20 | 1998-01-20 | 単結晶シリコン引き上げ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP844098A JPH11199366A (ja) | 1998-01-20 | 1998-01-20 | 単結晶シリコン引き上げ装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11199366A true JPH11199366A (ja) | 1999-07-27 |
Family
ID=11693198
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP844098A Pending JPH11199366A (ja) | 1998-01-20 | 1998-01-20 | 単結晶シリコン引き上げ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11199366A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003002777A (ja) * | 2001-06-13 | 2003-01-08 | Komatsu Machinery Corp | 半導体単結晶引上げ装置及びそのライン構成 |
| WO2009145149A1 (ja) | 2008-05-26 | 2009-12-03 | 株式会社東芝 | 単結晶引上げ装置用超電導マグネット装置 |
| JP2016132590A (ja) * | 2015-01-19 | 2016-07-25 | トヨタ自動車株式会社 | 単結晶製造装置 |
| CN110129890A (zh) * | 2018-03-30 | 2019-08-16 | 杭州慧翔电液技术开发有限公司 | 一种用于磁控直拉单晶的线圈结构及磁控直拉单晶的方法 |
| CN116005249A (zh) * | 2022-12-26 | 2023-04-25 | 西安奕斯伟材料科技有限公司 | 单晶硅棒生长方法及装置 |
| JP2023069805A (ja) * | 2021-11-08 | 2023-05-18 | 住友重機械工業株式会社 | 単結晶引き上げ装置用の超伝導磁石装置、および単結晶引き上げ装置における磁場印加方法 |
-
1998
- 1998-01-20 JP JP844098A patent/JPH11199366A/ja active Pending
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003002777A (ja) * | 2001-06-13 | 2003-01-08 | Komatsu Machinery Corp | 半導体単結晶引上げ装置及びそのライン構成 |
| WO2009145149A1 (ja) | 2008-05-26 | 2009-12-03 | 株式会社東芝 | 単結晶引上げ装置用超電導マグネット装置 |
| JP2010006687A (ja) * | 2008-05-26 | 2010-01-14 | Toshiba Corp | 単結晶引上げ装置用超電導マグネット装置 |
| 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 | SUPERCONDUCTIVE MAGNETIC DEVICE FOR CRYSTAL BREEDERS |
| JP2016132590A (ja) * | 2015-01-19 | 2016-07-25 | トヨタ自動車株式会社 | 単結晶製造装置 |
| US9982366B2 (en) | 2015-01-19 | 2018-05-29 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Single crystal production apparatus |
| CN110129890A (zh) * | 2018-03-30 | 2019-08-16 | 杭州慧翔电液技术开发有限公司 | 一种用于磁控直拉单晶的线圈结构及磁控直拉单晶的方法 |
| CN110129890B (zh) * | 2018-03-30 | 2021-02-02 | 杭州慧翔电液技术开发有限公司 | 一种用于磁控直拉单晶的线圈结构及磁控直拉单晶的方法 |
| JP2023069805A (ja) * | 2021-11-08 | 2023-05-18 | 住友重機械工業株式会社 | 単結晶引き上げ装置用の超伝導磁石装置、および単結晶引き上げ装置における磁場印加方法 |
| CN116005249A (zh) * | 2022-12-26 | 2023-04-25 | 西安奕斯伟材料科技有限公司 | 单晶硅棒生长方法及装置 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5344919B2 (ja) | 結晶成長のための装置及び方法 | |
| CN111299553B (zh) | 多模式激发的深过冷定向凝固装置及方法 | |
| EP2287366B1 (en) | Superconducting magnet device for single crystal puller | |
| JPH11159899A (ja) | クライオスタット装置 | |
| CN110136915A (zh) | 一种超导磁体和磁控直拉单晶设备 | |
| JPH11199366A (ja) | 単結晶シリコン引き上げ装置 | |
| JP2896879B2 (ja) | 単結晶成長装置 | |
| JP3592467B2 (ja) | 単結晶引上げ装置用超電導磁石 | |
| JP3421837B2 (ja) | 単結晶引上げ装置用の冷凍機冷却型超電導磁石装置 | |
| JPH0361630B2 (ja) | ||
| JPH0950910A (ja) | 超電導コイル冷却装置 | |
| CN1195107C (zh) | 硅锭块生长装置 | |
| JP2000312036A (ja) | 低温容器内に配置される重量構造物の支持構造 | |
| JPH107486A (ja) | 磁界印加式単結晶製造装置 | |
| JP2551875B2 (ja) | 超電導コイルの冷却装置 | |
| JPH11176630A (ja) | 単結晶育成用超電導磁石システム | |
| JPH11199367A (ja) | 単結晶引上げ装置用の冷凍機冷却型超電導磁石装置 | |
| JP2952548B2 (ja) | 半導体単結晶製造装置 | |
| JP3476962B2 (ja) | 単結晶引上装置 | |
| JP2023069805A (ja) | 単結晶引き上げ装置用の超伝導磁石装置、および単結晶引き上げ装置における磁場印加方法 | |
| CN120748882B (zh) | 一种大尺寸磁控直拉单晶硅用超导磁体的磁场切换系统 | |
| CN223333591U (zh) | 一种具有主动屏蔽功能的mcz超导磁体 | |
| JP3366382B2 (ja) | 熱エネルギー伝導の制御方法 | |
| JP2001328895A (ja) | 単結晶の製造方法および製造装置 | |
| CN120989702A (zh) | 可连续拉制多根晶棒的单晶炉结构及方法 |