JPS6036392A - 単結晶引上装置 - Google Patents
単結晶引上装置Info
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- JPS6036392A JPS6036392A JP14354083A JP14354083A JPS6036392A JP S6036392 A JPS6036392 A JP S6036392A JP 14354083 A JP14354083 A JP 14354083A JP 14354083 A JP14354083 A JP 14354083A JP S6036392 A JPS6036392 A JP S6036392A
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- JP
- Japan
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- single crystal
- magnetic field
- magnet
- melt
- boundary layer
- Prior art date
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- Pending
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Classifications
-
- 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
- C30B15/30—Mechanisms for rotating or moving either the melt or the crystal
- C30B15/305—Stirring of the melt
Landscapes
- 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)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
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シ、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。
晶を製造する単結晶引上装置に係シ、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。
第１図にＣ２法（チョクラルスキー法）によあるルツボ
２は、ヒータ３によシ加熱され、単結晶原料は常に融液
状態を保っている。この融液Ｉ中に種結晶４を挿入し、
引上駆動機構５によシ釉結晶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の加熱によっ
て紡起される融液１の流体的運動、即ち熱対流８が発生
する。
２は、ヒータ３によシ加熱され、単結晶原料は常に融液
状態を保っている。この融液Ｉ中に種結晶４を挿入し、
引上駆動機構５によシ釉結晶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の加熱によっ
て紡起される融液１の流体的運動、即ち熱対流８が発生
する。
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＠ＮｏｒミＪ番α・ΔＴ−Ｒ／ν ここで、１：重力加速度 α；融液の熱膨張率 ΔＴ；ルツ７Ｉ？牛径方向温度差 Ｒ；ルツが半径 ν；融液の動粘性係数 一般に、グラスホフ数ＮｃＪｒが融液１の幾何学的寸法
、熱的境界条件等によっ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、Ｎｏｒ〉１０
５にて融液１の熱対流８は乱流状態となシＮ。ｒ〉１０
９では攪乱状態となる。
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＠ＮｏｒミＪ番α・ΔＴ−Ｒ／ν ここで、１：重力加速度 α；融液の熱膨張率 ΔＴ；ルツ７Ｉ？牛径方向温度差 Ｒ；ルツが半径 ν；融液の動粘性係数 一般に、グラスホフ数ＮｃＪｒが融液１の幾何学的寸法
、熱的境界条件等によっ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、Ｎｏｒ〉１０
５にて融液１の熱対流８は乱流状態となシＮ。ｒ〉１０
９では攪乱状態となる。
現在性なわれているは径３〜４インチの単結晶引上げの
融液条件においては、Ｎｏｒ〉１０９となシ（前記Ｎ。
融液条件においては、Ｎｏｒ〉１０９となシ（前記Ｎ。
、の式による）融液１内は攪乱状態となシ、融液１の表
面すなわち固体−液界面境界層６は波立った状態となる
。
面すなわち固体−液界面境界層６は波立った状態となる
。
このような攪乱状態の熱対流８が存在すると、融液１内
、特に固体−液界面層６での温度変動が激しくなシ、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ガシ、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。
、特に固体−液界面層６での温度変動が激しくなシ、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ガシ、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
の変動によシ単結晶引上方向に対して非均−に発生ずる
。
の変動によシ単結晶引上方向に対して非均−に発生ずる
。
更φ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
よシ、ルツボ２内面よシ融液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
って分散する。この不純物９が核となシ単結晶７中に転
位ループや欠陥、成長縞等が発生して単結晶７０品質を
劣化させている。このため、このような単結晶７よｉ）
ＬＳ Ｉ （Ｌａｒｇｅ ５ｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒ
ａｔｉｏｎ；大規模集積回路）のウェハーを製造すると
、欠陥部分を含んだウェハーは電気的特性が劣化してい
るため使用不可能であシ、従って歩留シが悪くなる。
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
よシ、ルツボ２内面よシ融液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
って分散する。この不純物９が核となシ単結晶７中に転
位ループや欠陥、成長縞等が発生して単結晶７０品質を
劣化させている。このため、このような単結晶７よｉ）
ＬＳ Ｉ （Ｌａｒｇｅ ５ｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒ
ａｔｉｏｎ；大規模集積回路）のウェハーを製造すると
、欠陥部分を含んだウェハーは電気的特性が劣化してい
るため使用不可能であシ、従って歩留シが悪くなる。
今後、単結晶７は増々大直径化してゆくが、前記のグ２
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。
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。
第２図（ａ）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（ａ）においては第１図と同一部分
には同一符号を伺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Ｉ中に単
結晶引上方向と垂直である図示１１方向に一様磁場が印
加されるように銅コイルから構成された磁石１ｏを配置
する。
一例を示す。第２図（ａ）においては第１図と同一部分
には同一符号を伺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Ｉ中に単
結晶引上方向と垂直である図示１１方向に一様磁場が印
加されるように銅コイルから構成された磁石１ｏ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
によシ運動する際、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、レンツの法則によシ磁気的抵抗
カを受ける。このため熱対流８の運動は阻止される。
である。このため、電気伝導度を有する流体が熱対流８
によシ運動する際、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、レンツの法則によシ磁気的抵抗
カを受ける。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々わち磁気
粘性係数ν８７．は、 νｅｆｆ ＝（μＨＤ）σ／ρ ここで１μ；融液の透磁率 Ｈ；磁場強さ Ｄ；ルツボ直径 α；融液の電気伝導度 ρ：融液の密度 となシ磁場強さが増大すると磁気粘性係数ν８．。
粘性係数ν８７．は、 νｅｆｆ ＝（μＨＤ）σ／ρ ここで１μ；融液の透磁率 Ｈ；磁場強さ Ｄ；ルツボ直径 α；融液の電気伝導度 ρ：融液の密度 となシ磁場強さが増大すると磁気粘性係数ν８．。
が増大し、先に示したグラスホフ数の式中のνが増大す
ることとなシ、ダラスホフ数は急激に減少し、ある磁場
強さによってグラスホフ数を臨界値よシ小さくすること
が出来る。これによシ、融液１の熱対流は完全に抑制さ
れる。
ることとなシ、ダラスホフ数は急激に減少し、ある磁場
強さによってグラスホフ数を臨界値よシ小さくすること
が出来る。これによシ、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シ熱対流が抑制
されるので上記した単結晶７中の不純物含有、転位ルー
ズの発生、欠陥・成長縞の発生がなくなシ、シかも単結
晶引上方向に均一な品質の単結晶７が得られ、単結晶７
の品質および歩留シが向上する。
されるので上記した単結晶７中の不純物含有、転位ルー
ズの発生、欠陥・成長縞の発生がなくなシ、シかも単結
晶引上方向に均一な品質の単結晶７が得られ、単結晶７
の品質および歩留シが向上する。
ところで、第２図（、）に示す従来の銅コイルによシ構
成された常電導磁石を具備した単結晶引上装置には次の
ような欠点がある。即ち、育成する単結晶サイズが４イ
ンチ以上のいわゆる大型単結晶引上装置では、ルツ？２
およびヒータ３を収納しているチャンバー１２が、例え
ば直を抑制するために、固体−液界面境界Ｎ６に所要の
磁場強度Ｂｓ （例えば２０００ガウス以上）をチャン
バー１２の外周に設叙された磁石１゜によシ得ようとす
る場合、ビオ・サバールの法則よシ計算すると非常に大
きなコイルのアンペア・ターンが必要である。例えば、
１０６アンペアターン以上必要となる。
成された常電導磁石を具備した単結晶引上装置には次の
ような欠点がある。即ち、育成する単結晶サイズが４イ
ンチ以上のいわゆる大型単結晶引上装置では、ルツ？２
およびヒータ３を収納しているチャンバー１２が、例え
ば直を抑制するために、固体−液界面境界Ｎ６に所要の
磁場強度Ｂｓ （例えば２０００ガウス以上）をチャン
バー１２の外周に設叙された磁石１゜によシ得ようとす
る場合、ビオ・サバールの法則よシ計算すると非常に大
きなコイルのアンペア・ターンが必要である。例えば、
１０６アンペアターン以上必要となる。
常電導磁石によジ、この様に大きなアンペア・ターンを
実現させようとすると、そのコイル径は巨大となシ、通
常はルッ日ン２の高さよシコイル内径は充分に太きくな
シ、ルッｙＪ？２はコイルによシすりぼシと覆われるか
たちとなる。このため、ルツボ２内の磁場分布１３は、
第２図（ｂ）に示すように、ルツボ２の高さ方向に対し
て／１ぼ一様となシ、通常、固体−液界面境界層６でグ
ラスホフ数Ｎ。Ｃ以下となる。ここで、ＮＧ、およびＮ
Ｇ２は、夫々固体−液界面境界層６、ルツが２の底部に
おける融液のグラスホフ数である。
実現させようとすると、そのコイル径は巨大となシ、通
常はルッ日ン２の高さよシコイル内径は充分に太きくな
シ、ルッｙＪ？２はコイルによシすりぼシと覆われるか
たちとなる。このため、ルツボ２内の磁場分布１３は、
第２図（ｂ）に示すように、ルツボ２の高さ方向に対し
て／１ぼ一様となシ、通常、固体−液界面境界層６でグ
ラスホフ数Ｎ。Ｃ以下となる。ここで、ＮＧ、およびＮ
Ｇ２は、夫々固体−液界面境界層６、ルツが２の底部に
おける融液のグラスホフ数である。
よって、ルツ７＋？２内部の融液１は、いたるところで
その熱対流が抑制され、融液１は完全に静止した状態と
なる。この状態では、対流熱伝達による熱の移動路がな
くなシ、ヒータ３からの融液１への熱供給は熱伝導のみ
となる。
その熱対流が抑制され、融液１は完全に静止した状態と
なる。この状態では、対流熱伝達による熱の移動路がな
くなシ、ヒータ３からの融液１への熱供給は熱伝導のみ
となる。
さて、単結晶サイズが２〜３インチと小型の場合はルツ
が２も４〜６インチと小型であ）、磁場印加によシ融液
１が完全に静止しても、ヒータ３から供給される熱は、
融液１の熱伝導によシ充分に固体−液境界層６まで伝え
られるので、固体−液境界層６とルツｙｌ？２の周辺部
との温度差はほとんど生じない。具体的には通常１０数
℃以内に抑えられる。
が２も４〜６インチと小型であ）、磁場印加によシ融液
１が完全に静止しても、ヒータ３から供給される熱は、
融液１の熱伝導によシ充分に固体−液境界層６まで伝え
られるので、固体−液境界層６とルツｙｌ？２の周辺部
との温度差はほとんど生じない。具体的には通常１０数
℃以内に抑えられる。
これに対して、単結晶サイズが４インチ以上の大型の単
結晶引上装置では、ルツボ２の直径が１０〜１４インチ
と大型化するため、熱伝導のみでは、もはやルツが２の
中心にある固体−液界面境界層６まで充分にヒータ３の
熱が伝わらない。このため、固体−液界面境界層６とル
ツボ２の周辺部では、大きな温度差が生じてしまう。具
体的には、通例、数ｌθ℃程度となる。
結晶引上装置では、ルツボ２の直径が１０〜１４インチ
と大型化するため、熱伝導のみでは、もはやルツが２の
中心にある固体−液界面境界層６まで充分にヒータ３の
熱が伝わらない。このため、固体−液界面境界層６とル
ツボ２の周辺部では、大きな温度差が生じてしまう。具
体的には、通例、数ｌθ℃程度となる。
固体−液界面境界層６にて、有効に単結晶７の育成を行
なうためには、ある程度以上の充分な温度が必要である
。例えば、シリコン単結晶の場合は、１４００℃以上必
要である。このため、ヒータ電力を増大させ温度勾配に
打ち勝って、固体−液界面境界層６に所要の温度を与え
る必要がある。
なうためには、ある程度以上の充分な温度が必要である
。例えば、シリコン単結晶の場合は、１４００℃以上必
要である。このため、ヒータ電力を増大させ温度勾配に
打ち勝って、固体−液界面境界層６に所要の温度を与え
る必要がある。
更らに、温度勾配が大きいと、単結晶サイズが大きい場
合は固体−液界面境界層６内でも相当の温度勾配が生じ
てしまう。均質な単結晶７を育成さぜるためには、育成
領域でのｉ２！度一様性も要求される。従って、このよ
うに温度勾配があることは単結晶育成上好ましくない。
合は固体−液界面境界層６内でも相当の温度勾配が生じ
てしまう。均質な単結晶７を育成さぜるためには、育成
領域でのｉ２！度一様性も要求される。従って、このよ
うに温度勾配があることは単結晶育成上好ましくない。
また、ルツボ２の中心と周辺部との温度差が太きすぎる
と、ルツボ２に作用する熱応力が過大となシ、ルツが２
の割れが生じやすくなる。
と、ルツボ２に作用する熱応力が過大となシ、ルツが２
の割れが生じやすくなる。
本発明は上記事情に基づいてなされたもので、その目的
とするところは、均質な単結晶の育成を図シ且つ熱応力
によるルツボの割れ防止を図った単結晶引上装置鍼を提
供することにある。
とするところは、均質な単結晶の育成を図シ且つ熱応力
によるルツボの割れ防止を図った単結晶引上装置鍼を提
供することにある。
本発明による単結晶引上装置は、単結晶引上装置本体と
、この単結晶引上装置本体の単結晶原料融液の固体−液
界面境界層近傍における熱対流は抑制し且つ上記単結晶
原料融液の固体−液界面境界層近傍よシ下部における熱
対流は存在するように上記単結晶引上装置本体に対して
配置した磁石装置とから構成され、上記固体−液界面境
界層と上記単結晶原料融液が充填されたルツが周辺部と
の温度差を小さくシ、もって均質な単結晶を育成し且つ
熱応力による上記ルツボの割れを防止するようにしてい
る。
、この単結晶引上装置本体の単結晶原料融液の固体−液
界面境界層近傍における熱対流は抑制し且つ上記単結晶
原料融液の固体−液界面境界層近傍よシ下部における熱
対流は存在するように上記単結晶引上装置本体に対して
配置した磁石装置とから構成され、上記固体−液界面境
界層と上記単結晶原料融液が充填されたルツが周辺部と
の温度差を小さくシ、もって均質な単結晶を育成し且つ
熱応力による上記ルツボの割れを防止するようにしてい
る。
以下本発明の一実施例を図面を参照して説明する。
第３１１ （ａ） （ｂ） （ｅ）は、本発明による単
結晶引上装置の第１の実施例を示すもので、落８図（、
）は構成図、第３図（ｂ）は磁場強度と位置との特性図
、第３図（ｃ）はグラスホフ数と位置と′のｌ＋！ｊ性
ｉであ 。
結晶引上装置の第１の実施例を示すもので、落８図（、
）は構成図、第３図（ｂ）は磁場強度と位置との特性図
、第３図（ｃ）はグラスホフ数と位置と′のｌ＋！ｊ性
ｉであ 。
シ＼算２Ｍ（２）ζ帥（Ｃ）
と同一部分には同一符号を付して、その説明は省略する
。
。
超電導コイル１５ａ、１５ｂ夫々のコイル中心軸Ｘ、〜
ＸＩ′及びＸ２〜Ｘ２′を、固体−液界面境界層６の延
長線上に一致させ、チャンバー１２を挾んで超電導コイ
ル１５ａ、１５ｂを単結晶引上軸１６に対して平行に配
置する。このコイル配置によシ、融液１には、単結晶引
上軸１６に対して直角方向の磁場１ノが印加される。
ＸＩ′及びＸ２〜Ｘ２′を、固体−液界面境界層６の延
長線上に一致させ、チャンバー１２を挾んで超電導コイ
ル１５ａ、１５ｂを単結晶引上軸１６に対して平行に配
置する。このコイル配置によシ、融液１には、単結晶引
上軸１６に対して直角方向の磁場１ノが印加される。
超電導コイル１５ａ、１５ｂ間の距Ｎｃｔ’ ２は、チ
ャンバー直径Ｌｌ 、超電導コイル１５ａ。
ャンバー直径Ｌｌ 、超電導コイル１５ａ。
１５ｂの保冷容器ｘ７ｈ、１７ｂの幅Ｔ、保冷容器１７
ａ、１７ｂとチャンバー１２の間Ｈｔに対してＮ Ｌ
ｔ ＝Ｌ ｒ ＋ ２ ｔ 十Ｔとして決定される距離
Ｌ２ なる間隔にて配置された超電導コイル１’５ａ、
１５ｂの内生径Ｒ１，外半径Ｒ３２幅Ｄ１およびアンペ
ア・ターンを、第３図（ｂ）に示すような磁場分布１８
になる様に選定する。
ａ、１７ｂとチャンバー１２の間Ｈｔに対してＮ Ｌ
ｔ ＝Ｌ ｒ ＋ ２ ｔ 十Ｔとして決定される距離
Ｌ２ なる間隔にて配置された超電導コイル１’５ａ、
１５ｂの内生径Ｒ１，外半径Ｒ３２幅Ｄ１およびアンペ
ア・ターンを、第３図（ｂ）に示すような磁場分布１８
になる様に選定する。
すなわち、固体−准界面境界層厚δに対して、Ｈ（Ｈ）
δ）なる深さ位置に於けるグラスホフ数が、第３図（ｃ
）に示すように臨界グラスホン数Ｎ になる様、その位
置での磁場強′度をＮ。ＣにＣ 対応した磁場強度Ｂ８にする。これによシ、ルツボ２の
高さ方向の磁場分布は第３図（ｂ）における図示１８の
様にこれに対応したグラスホフ数分布は第３図（ｃ）に
おける図示１９となる。
δ）なる深さ位置に於けるグラスホフ数が、第３図（ｃ
）に示すように臨界グラスホン数Ｎ になる様、その位
置での磁場強′度をＮ。ＣにＣ 対応した磁場強度Ｂ８にする。これによシ、ルツボ２の
高さ方向の磁場分布は第３図（ｂ）における図示１８の
様にこれに対応したグラスホフ数分布は第３図（ｃ）に
おける図示１９となる。
ここで、Ｂ４は、固体−液界面境界層６における磁場強
度であシ、Ｂ ４ ＞ Ｂ ｓ なる関係を有し、Ｂ、
は、ルツボ２の底部に於ける磁場強度であ、！ｌ） Ｂ
５ ＜ Ｂ ａ なる関係を有し、Ｎａ４は、Ｂ、に
対応したグラスホフ数でおｐＮＧ４〈Ｎｏｃなる関係を
有し、Ｎｏ５は、Ｂ、に対応したグラスホ７ＰでありＮ
（Ｊ５〉Ｎｏｃなる関係を有する。
度であシ、Ｂ ４ ＞ Ｂ ｓ なる関係を有し、Ｂ、
は、ルツボ２の底部に於ける磁場強度であ、！ｌ） Ｂ
５ ＜ Ｂ ａ なる関係を有し、Ｎａ４は、Ｂ、に
対応したグラスホフ数でおｐＮＧ４〈Ｎｏｃなる関係を
有し、Ｎｏ５は、Ｂ、に対応したグラスホ７ＰでありＮ
（Ｊ５〉Ｎｏｃなる関係を有する。
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。固体−液界面境界ｒｆ：Ｉ６よ
シ深さＨまでは、磁場強度がＢ。
動作・作用を説明する。固体−液界面境界ｒｆ：Ｉ６よ
シ深さＨまでは、磁場強度がＢ。
よシ大きいので、融液１のグラスホ７数ＮＧはＮｏ＜Ｎ
Ｇｃとなシ融液１の熱対流８は抑制され融液１は静止し
ている。−万、深さＨよシルッが２の底部までは、磁場
強度がＢ、よシ小さいので融液ｌのグラスホフ数Ｎ。は
、ＮＧ）Ｎ、ｃト；１１融液１中の熱対流８は依然とし
て存在している。
Ｇｃとなシ融液１の熱対流８は抑制され融液１は静止し
ている。−万、深さＨよシルッが２の底部までは、磁場
強度がＢ、よシ小さいので融液ｌのグラスホフ数Ｎ。は
、ＮＧ）Ｎ、ｃト；１１融液１中の熱対流８は依然とし
て存在している。
従って、ヒータ３よシの熱は、この熱対流８による対流
熱伝達によシ、この領域では有効に中心部まで伝熱され
る。このため融液１内は、はぼ一様の温度分布となる。
熱伝達によシ、この領域では有効に中心部まで伝熱され
る。このため融液１内は、はぼ一様の温度分布となる。
これに対して、固体−液界面境界層６よシ深さＨ′？：
、での領域では、対流熱伝達はない。ヒータ３からの熱
は、ルツボ２の周辺部および深さＨより下部の一様温度
融液部からの熱伝導によシ、固体−液界面境界層６へと
伝熱される。従って、従来型に比べて固体−液界面境界
層６への伝熱効果が高められるので、ルツボ２の周辺部
と固体−液界面境界層６との温度差は小さく在る。
、での領域では、対流熱伝達はない。ヒータ３からの熱
は、ルツボ２の周辺部および深さＨより下部の一様温度
融液部からの熱伝導によシ、固体−液界面境界層６へと
伝熱される。従って、従来型に比べて固体−液界面境界
層６への伝熱効果が高められるので、ルツボ２の周辺部
と固体−液界面境界層６との温度差は小さく在る。
更らに、単結晶７が育成される固体−液界面境界層６の
真下まで融液１は熱対流８によシ、良好に攪拌されてい
乙ので、均質な原料としての融液１が育成部へと供給さ
れる。
真下まで融液１は熱対流８によシ、良好に攪拌されてい
乙ので、均質な原料としての融液１が育成部へと供給さ
れる。
次に本発明の第２の実施例を第４図（−） （ｂ） （
Ｃ）を参照して説明する。
Ｃ）を参照して説明する。
Ｍ４図（ａ） （ｂ） （ｃ）は、本発明による単結晶
引上装置の第２の実施例を示すもので、第４図（ａ）は
構成図、第４図（ｂ）は磁場強度と位置との特性図、第
４図（Ｃ）はグラスホフ数と位置との特性図であり、第
１図、第２図及び第３図（ａ） （ｂ） （ｃ）と同一
部分には同一符号を付して、その説明は省略するＯ第４
図（ａ）において、超電導コイル１５ａ。
引上装置の第２の実施例を示すもので、第４図（ａ）は
構成図、第４図（ｂ）は磁場強度と位置との特性図、第
４図（Ｃ）はグラスホフ数と位置との特性図であり、第
１図、第２図及び第３図（ａ） （ｂ） （ｃ）と同一
部分には同一符号を付して、その説明は省略するＯ第４
図（ａ）において、超電導コイル１５ａ。
１５ｂのかわシに、単結晶引上軸１６と平行方向２ｏな
る磁場を印加する超電導コイル２１と、これを収納して
いる保冷容器２２とを、そのコイル中心軸Ｙ、％Ｙ、’
が、固体−液界面境界層６と一致するように配置する。
る磁場を印加する超電導コイル２１と、これを収納して
いる保冷容器２２とを、そのコイル中心軸Ｙ、％Ｙ、’
が、固体−液界面境界層６と一致するように配置する。
この超電導コイル２１の内半径、外半径２幅、アンペア
・ターン等の・ぐラメータは、第３図（ａ）で示した第
１の実施例と同様な第４図（ｂ）に示す磁場分布２２、
第４図（ｃ）に示すようなグラスホフ数分布２３が実現
出来るように決められている。
・ターン等の・ぐラメータは、第３図（ａ）で示した第
１の実施例と同様な第４図（ｂ）に示す磁場分布２２、
第４図（ｃ）に示すようなグラスホフ数分布２３が実現
出来るように決められている。
なお動作・作用は、第３図の（ａ） （ｂ） （ｃ）に
示す第１の実施例と同一であるので、その説明は省略す
る。
示す第１の実施例と同一であるので、その説明は省略す
る。
次に本発明の第３の実施例を第５図（ａ） （ｂ） （
Ｃ）を参照して説明する。
Ｃ）を参照して説明する。
第５図（ａ） （ｂ） （ｃ）は、本発明による単結晶
引上装置の第３の実施例を示すもので、第５図（−）は
構成図、第５図（ｂ）は磁場強度と位置との特性図、第
５図（ｃ）はグラスホフ数と位置との特性図であシ第１
図、第２図、第３図（、） （ｂ） （ｃ）及び第４図
（、）（ｂ） （、）と同一部分には同一符号を付して
、その説明は省略する。
引上装置の第３の実施例を示すもので、第５図（−）は
構成図、第５図（ｂ）は磁場強度と位置との特性図、第
５図（ｃ）はグラスホフ数と位置との特性図であシ第１
図、第２図、第３図（、） （ｂ） （ｃ）及び第４図
（、）（ｂ） （、）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、超電導コイル２５（第３図（＝）あるじは第４図
（、）で示した実施例のいずれの構成のものでも良い）
を固体−液界面境界層６よ６ｈだけ上部に配置する。
（、）で示した実施例のいずれの構成のものでも良い）
を固体−液界面境界層６よ６ｈだけ上部に配置する。
このような構成とすれば、第３図（、）に示す第１の実
施例と同様な第５図（ｂ）に示す磁場分布２６、第５図
（ｃ）に示すグラスホフ数分布２７をルツボ２の融液１
中に得るととが出来る。また上記のようなコイル配置に
する理由は、例えばルツボ２の深さが浅い等、ルツが２
の形状によっては超電導コイルを使用しても、第３図（
、）に示した第１の実施例の如き磁場分布を得ることが
不可能な場合があるためである。上記のような場合に、
第３の本実施例を適用すれば、所望の磁場分布が得られ
る。
施例と同様な第５図（ｂ）に示す磁場分布２６、第５図
（ｃ）に示すグラスホフ数分布２７をルツボ２の融液１
中に得るととが出来る。また上記のようなコイル配置に
する理由は、例えばルツボ２の深さが浅い等、ルツが２
の形状によっては超電導コイルを使用しても、第３図（
、）に示した第１の実施例の如き磁場分布を得ることが
不可能な場合があるためである。上記のような場合に、
第３の本実施例を適用すれば、所望の磁場分布が得られ
る。
なお、動作・作用は第３図（、）に示す第１の実施例と
同一であるので、その説明は省略する。
同一であるので、その説明は省略する。
次に本発明の第４の実施例を第６図を参照して説明する
。
。
第６図は、本発明による単結晶引上装置の第４の実施例
を示す構成図であシ、第１図乃至第５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。ＲＩＪち、第
６図において、ルツが２の下部における融液１の攪拌効
果を増大させるために、融液１の熱対流抑制用コイル２
８の下部に、回転磁界３θを発生させるコイル２９を配
置する。このコイル２９は、例えば、３相交流を用いて
、３つのコイルをチャンバー１２の外周に単結晶引上軸
１６を中心として１２０゜ずつずらして配置するととに
よシ実現出来る。
を示す構成図であシ、第１図乃至第５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。ＲＩＪち、第
６図において、ルツが２の下部における融液１の攪拌効
果を増大させるために、融液１の熱対流抑制用コイル２
８の下部に、回転磁界３θを発生させるコイル２９を配
置する。このコイル２９は、例えば、３相交流を用いて
、３つのコイルをチャンバー１２の外周に単結晶引上軸
１６を中心として１２０゜ずつずらして配置するととに
よシ実現出来る。
コイル２８によシ、固体−液界面境界層６近傍の融液１
の熱対流は静止し、コイル２９によシ、ルツボ２の下部
の融液１は攪拌されるので第３図（ａ） （ｂ） （ｃ
）に示した第１の実施例と同様の動作・作用が得られる
。
の熱対流は静止し、コイル２９によシ、ルツボ２の下部
の融液１は攪拌されるので第３図（ａ） （ｂ） （ｃ
）に示した第１の実施例と同様の動作・作用が得られる
。
次に本発明の第５の実施例を第７図を参照して説明する
。
。
第７図は、本発明による単結晶引上装置の第５の実施例
を示す構成図であシ、第１図乃至第６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７図
においてはルツボ２の下部における融液１の攪拌効果を
増大させるために、ルツぜ２の下部に、導波管３１を介
して超音波発生器３２よシ発生した超音波３２をルツボ
２の下部の融液１に導き入れる。
を示す構成図であシ、第１図乃至第６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７図
においてはルツボ２の下部における融液１の攪拌効果を
増大させるために、ルツぜ２の下部に、導波管３１を介
して超音波発生器３２よシ発生した超音波３２をルツボ
２の下部の融液１に導き入れる。
このように構成すれば、コイル２８によシ、固体−液界
面境界層６の近傍の融液１の熱対流は静止し、超音波３
２によシルツボ２の下部の融液１は攪拌されるので第３
図（ａ）（ｂ）（ｃ）に示した第１の実施例と同様の動
作・作用が得られる。
面境界層６の近傍の融液１の熱対流は静止し、超音波３
２によシルツボ２の下部の融液１は攪拌されるので第３
図（ａ）（ｂ）（ｃ）に示した第１の実施例と同様の動
作・作用が得られる。
なお、本発明は上記実施例に限足されるものではなく、
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。
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。
以上述べたように本発明による単結晶引上装置は、単結
晶引上装置本体と、この単結晶引上装置本体の単結晶原
料融液の固体−液界面境界層近傍における熱対流は抑制
し且つ上記単結晶原料融液の固体−液界面境界層近傍よ
シ下部における熱対流は存在するように上記単結晶引上
装置本体に対して配置した磁石装置とにより構成したの
で、以下述べるような効果を呈する。
晶引上装置本体と、この単結晶引上装置本体の単結晶原
料融液の固体−液界面境界層近傍における熱対流は抑制
し且つ上記単結晶原料融液の固体−液界面境界層近傍よ
シ下部における熱対流は存在するように上記単結晶引上
装置本体に対して配置した磁石装置とにより構成したの
で、以下述べるような効果を呈する。
即ち、固体−液界面境界層の近傍は、熱対流が抑制され
、熱的・化学的平衡状態に近い成長条件が満されると同
時に、上記固体−液界面境界）膚の近傍よシ下部の領域
では、熱対流によシ融液が良好に攪拌され、融液が均質
化され、かつ温度が一様に保たれる。このため、固体−
液界面境界層への熱伝導効果が高められ、ルツが周辺と
固体−液界面境界層との温度差が小さくなシ、更に、充
分に攪拌された融液が固体−液界面境界層に供給される
ので、均質な単結晶が育成される。また、ルッが中心と
周辺部との温度差が小さくなるので熱応力によるルツが
の割れが回避される。
、熱的・化学的平衡状態に近い成長条件が満されると同
時に、上記固体−液界面境界）膚の近傍よシ下部の領域
では、熱対流によシ融液が良好に攪拌され、融液が均質
化され、かつ温度が一様に保たれる。このため、固体−
液界面境界層への熱伝導効果が高められ、ルツが周辺と
固体−液界面境界層との温度差が小さくなシ、更に、充
分に攪拌された融液が固体−液界面境界層に供給される
ので、均質な単結晶が育成される。また、ルッが中心と
周辺部との温度差が小さくなるので熱応力によるルツが
の割れが回避される。
【図面の簡単な説明】
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図は磁石を具備した従来の単結晶引上装置の一例を説
明するための図、第３図乃至第７図は夫々本発明による
単結晶引上装置の第１乃至第５の実施例を説明するだめ
の図である。 １・・・融液、２・・・ルツが、３・・・ヒータ、４．
・・種結晶、５・・・引上駆動機構、６・・・固体−液
界面境界層、７・・・単結晶、８・・・熱対流、９・・
・不純物、１０・・・磁石、１１．２０・・・磁場方向
、１２・・・チャンバー、１３．１８．２３，２６°・
・磁場分布、１４．１９，２４．２７・・・グラスホ７
数分布、１５ ａ 、 １５ ｂ 、 ２１ 、２５−
−−超電導コイル、１６−・・単結晶引上軸、１７ ａ
＊ １７ ｂ −２２・＝保冷容器、２８・・・熱対
流抑制コイル、２９・・・回転磁界用コイル、３０・・
・回転磁界、３１・・・導波管、３２・・・超音波発生
器、３２・・・超音波。 出願人代理人 弁理士 鈴 江 武 彦（８） 第５図 第７図
２図は磁石を具備した従来の単結晶引上装置の一例を説
明するための図、第３図乃至第７図は夫々本発明による
単結晶引上装置の第１乃至第５の実施例を説明するだめ
の図である。 １・・・融液、２・・・ルツが、３・・・ヒータ、４．
・・種結晶、５・・・引上駆動機構、６・・・固体−液
界面境界層、７・・・単結晶、８・・・熱対流、９・・
・不純物、１０・・・磁石、１１．２０・・・磁場方向
、１２・・・チャンバー、１３．１８．２３，２６°・
・磁場分布、１４．１９，２４．２７・・・グラスホ７
数分布、１５ ａ 、 １５ ｂ 、 ２１ 、２５−
−−超電導コイル、１６−・・単結晶引上軸、１７ ａ
＊ １７ ｂ −２２・＝保冷容器、２８・・・熱対
流抑制コイル、２９・・・回転磁界用コイル、３０・・
・回転磁界、３１・・・導波管、３２・・・超音波発生
器、３２・・・超音波。 出願人代理人 弁理士 鈴 江 武 彦（８） 第５図 第７図
Claims (6)
- （１）ルツ７Ｉζ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シ単結晶を生成
する単結晶引上装置本体と、上記単結晶原料融液に磁場
を印加するものであって上記単結晶原料融液の固体−液
界面境界層近傍における熱対流は抑制し且つ上記単結晶
原料融液の固体−液界面境界層近傍よシ下部における熱
対流は存在するように配置された磁石装置とからなる単
結晶引上装置。 - （２）磁石装置は、超電導マグネットである特許請求の
範囲第（１）項記載の単結晶引上装置。 - （３）磁石装置は、磁場方向が単結晶引上方向に対して
垂直となるように配置されてなる特許請求の範囲第（１
）項記載の単結晶引上装置。 - （４）磁石装置は、＠場方向が単結晶引上方向に対して
平行となるように配置されてなる特許請求の範囲第（１
）項記載の単結晶引上装置。 - （５）磁石装置は、上記単結晶原料融液の熱対流を抑制
する第１・の磁石と、上記単結晶原料融液を攪拌するだ
めの回転磁界を発生させる第２の磁石とからなる特許請
求の範囲第（１）項記載の単結晶引上装置。 - （６）単結晶引上装置本体は、上記単結晶原料融液を攪
拌するための超音波発生装置を具備して々る特許請求の
範囲第（１）項記載の単結晶引上装置。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14354083A JPS6036392A (ja) | 1983-08-05 | 1983-08-05 | 単結晶引上装置 |
| 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 |
|---|---|---|---|
| JP14354083A JPS6036392A (ja) | 1983-08-05 | 1983-08-05 | 単結晶引上装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6036392A true JPS6036392A (ja) | 1985-02-25 |
Family
ID=15341120
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14354083A Pending JPS6036392A (ja) | 1983-08-05 | 1983-08-05 | 単結晶引上装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6036392A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6236097A (ja) * | 1985-08-07 | 1987-02-17 | Kawasaki Steel Corp | 単結晶の製造方法およびその装置 |
| JPS6236096A (ja) * | 1985-08-07 | 1987-02-17 | Kawasaki Steel Corp | 単結晶の製造方法およびその装置 |
| JPS62256791A (ja) * | 1986-04-30 | 1987-11-09 | Toshiba Ceramics Co Ltd | 単結晶の育成装置 |
| JPS6424090A (en) * | 1987-07-20 | 1989-01-26 | Toshiba Ceramics Co | Method and apparatus for producing single crystal |
| JPH06279174A (ja) * | 1993-03-23 | 1994-10-04 | Natl Inst For Res In Inorg Mater | 酸化物単結晶の製造方法 |
| JPH0761893A (ja) * | 1993-08-26 | 1995-03-07 | Nec Corp | 単結晶育成法 |
| JP2013136466A (ja) * | 2011-12-27 | 2013-07-11 | Sumitomo Chemical Co Ltd | 結晶成長装置および結晶成長方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS55130893A (en) * | 1979-03-28 | 1980-10-11 | Hitachi Ltd | Single crystal drawing up apparatus |
| JPS5761696A (en) * | 1980-09-29 | 1982-04-14 | Seiko Instr & Electronics Ltd | Manufacturing of single crystal |
| JPS57149894A (en) * | 1981-03-09 | 1982-09-16 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Method and apparatus for growing grystal |
| JPS57170890A (en) * | 1981-04-15 | 1982-10-21 | Mitsubishi Monsanto Chem Co | Growing method for single crystal |
-
1983
- 1983-08-05 JP JP14354083A patent/JPS6036392A/ja active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS55130893A (en) * | 1979-03-28 | 1980-10-11 | Hitachi Ltd | Single crystal drawing up apparatus |
| JPS5761696A (en) * | 1980-09-29 | 1982-04-14 | Seiko Instr & Electronics Ltd | Manufacturing of single crystal |
| JPS57149894A (en) * | 1981-03-09 | 1982-09-16 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Method and apparatus for growing grystal |
| JPS57170890A (en) * | 1981-04-15 | 1982-10-21 | Mitsubishi Monsanto Chem Co | Growing method for single crystal |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6236097A (ja) * | 1985-08-07 | 1987-02-17 | Kawasaki Steel Corp | 単結晶の製造方法およびその装置 |
| JPS6236096A (ja) * | 1985-08-07 | 1987-02-17 | Kawasaki Steel Corp | 単結晶の製造方法およびその装置 |
| JPH0329751B2 (ja) * | 1985-08-07 | 1991-04-25 | ||
| JPH0351673B2 (ja) * | 1985-08-07 | 1991-08-07 | Kawasaki Steel Co | |
| JPS62256791A (ja) * | 1986-04-30 | 1987-11-09 | Toshiba Ceramics Co Ltd | 単結晶の育成装置 |
| JPS6424090A (en) * | 1987-07-20 | 1989-01-26 | Toshiba Ceramics Co | Method and apparatus for producing single crystal |
| JPH06279174A (ja) * | 1993-03-23 | 1994-10-04 | Natl Inst For Res In Inorg Mater | 酸化物単結晶の製造方法 |
| JPH0761893A (ja) * | 1993-08-26 | 1995-03-07 | Nec Corp | 単結晶育成法 |
| JP2013136466A (ja) * | 2011-12-27 | 2013-07-11 | Sumitomo Chemical Co Ltd | 結晶成長装置および結晶成長方法 |
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