JPS6144797A

JPS6144797A - 単結晶育成装置およびその制御方法

Info

Publication number: JPS6144797A
Application number: JP59167514A
Authority: JP
Inventors: Kinya Matsutani; 松谷　欣也
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1984-08-10
Filing date: 1984-08-10
Publication date: 1986-03-04
Also published as: US4830703A; DE3528674A1; GB2163672A; GB2163672B; GB8519805D0; KR890002065B1; CN85106561A; DE3528674C2; KR860001905A

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。

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の技術分野〕本発明は、単結晶原料融液に磁場を印加する磁石装置を
具備した単結晶育成装置およびその制御方法に関する。

〔発明の技術的背景〕

従来のチョクラルスキー法（ＣＺ法）による単結晶育成
装置の一例として第６図のように構成されたものがある
。すなわち、単結晶原料融液１（以下原料融液とする）
が充填しであるルツボ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っている。この融液中に種結
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−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。

この時、加熱手段例えばヒーター３の加熱によって誘起
される融液の液体的運動、すなわち熱対流８が発生する
。この熱対流８０発生原因は次の様に説明される。熱対
流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。この浮力と粘性力の釣合い
関係を現わす無次元量がグラスホフ数Ｎａｒである。

Ｎａ　ｒ、＝Ｑ　・（Ｘ　・ΔＴ−Ｒ３／シ３ここで、
ｇ＝重力加速度 α：原料融液の熱膨張率 ΔＴニルツボ半径方向温度差Ｒニルツボ半径シ：原料融液の動粘性係数一般に、グラスホフ数Ｎａｒが融液の幾何学的寸法、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
内に熱封が発生する。通常、Ｎａｒ〉１０５にて融液の
熱対流は乱流状態、Ｎａｒ〉１０９では攪乱状態となる
。現在性なわれている直径３〜４インチの単結晶引上げ
の原料融液条件の場合Ｎｏｒ＞１０”となり（前記Ｎａ
ｒの式による）原料融液内は攪乱状態となり原料融液表
面すなわち固−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が存在すると、原料融液内
、特に固−液界面での温度変動が激しくなり固−液界面
境界層厚の位置的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−液界面の変動により単結晶引上方向に対して非
力−に発生する。更に、高温原料融液１（例えば１５０
０℃程度）が接するルツボ２内面に於ける原料融液１中
に溶解する不純物９が、この熱対流８により搬送され原
料融液内部全体にわたって分散する。

この不純物９が核となり単結晶中に転位ループや欠陥、
成長縞等が発生して単結晶の品質を劣化させている。

このため、このような単結晶より集積回路（ＬＳＩ）の
ウェハーを製造する際、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い物にならず歩留りが
悪くなる。今後、単結晶は増々大直径化してゆくが、上
記のグラスホフ数の式からもわかるようにルツボ直径が
増大すればする程、グラスホフ数も増大し、原料融液の
熱対流は一層激しさを増し、単結晶の品質も劣化の一途
をたどることになる。

このようなことから従来、熱対流を抑制し熱的・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、原料融液１に直流磁場を印加する単結晶生成装置
が提案されている。第７図はこの概略構成を示すもので
第６図と固−部分には固−符号を付してその説明は省略
する。ルツボ２の外周に磁石１０を配置し原料融液１中
に矢印１１の方向（磁場印加方向）に一様磁場を印加す
る。単結晶の融液は一般に電気伝導度σを有する導電対
である。このため、電気伝導度σを有する流体が熱対流
により運動する際磁場印加方法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場的抵抗力
を受ける。このため熱対流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＝（μ）ＩＤ）２σ／ρ ここで、μ：融液の透磁率Ｈ：磁場強さＤニルツボ直径 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
によっ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
されるので前記した単結晶中の不純物含有、転位ループ
の発生・欠陥・成長縞の発生がなくなり、しかも引上方
向に均一な品質の単結晶が得られ、単結晶の品質および
歩留りが向上する。

〔背景技術の問題点〕

ところで、第７図に示す従来の磁石１０を具備した単結
晶育成装置には次のような欠点がある。

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
結晶育成装置では、ルツボ２およびヒータ３を収納して
いるチャンバー１２が数百履Φ以上と大型であり、ルツ
ボ２自身も６インチΦ以上と大口径である。ルツボ２の
直径と深さとの関係は、通常、直径〉深さとなっており
、原料融液１を最大にチャージした場合でも１／２直径
多深さ程度である。この様な形状をしたルツボ２内にチ
ャージされた原料融液１に磁場を印加すると、第７図の
１３なる磁場強度分布となり、ルツボ２の高さ方向に対
して温度がほぼ一様となる。通常、固液界面境界層６で
の磁場強度Ｂ１とルツボ２の下部の磁場強度Ｂ２との関
係は、布１３に対応する原料融液１のグラスホフ数分布は第２
図に示す１４のようになり、原料融液１のいたるところ
で臨界グラスホフ数ＮａＣ以下となる。

ここで、Ｎａ１およびＮＧ２は各々固液界面境界層６お
よびルツボ２の底部の原料融液１のグラスホフ数に対応
する。よって、ルツボ２の内部の原料融液１はいたると
ころでその熱対流が抑制され、原料融液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
移動路がなくなり、ヒータ３からの原料融液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Φと比較的小型の場
合は、ルツボ２も４〜５インチのと小型であり、磁場印
加により融液が完全に静止してもヒータ３から供給され
る熱は、原料融液１の熱伝導により充分に固液界面境界
層６まで伝えられるので、固液界面境界層６とルツボ２
の周辺部との温度差（通常１０数℃以内）はほとんど生
じない。

これに対して、単結晶サイズが４インチΦ以上の大型単
結晶育成装置では、ルツボ２の直径が６インチΦ〜１４
インチΦと大型化するため熱伝導のみではもはやルツボ
２の中心にある固液界面境界層６まで充分にヒータ３の
熱が伝わらない。このため、固液界面境界層６とルツボ
２の周辺部では大きな温度差（通常数１０℃程度）が生
じてしまう。固液界面境界層６にて有効に単結晶７の育
成を行なうためには、その場所が原料融液１の融液温度
より充分に高いことが必要である。このため、ヒータ３
の電力を増大させ温度匂配に打ち勝って、固液界面境界
層６に所要の温度を与えねばならない。、更に、温度匂
配が大きいと、単結晶サイズが大きい場合は固液界面境
界層６内でも相当の温度匂配が生じてしまう。均質な単
結晶７を育成させるためには育成領域での温度一様性も
要求される。よって、このような湿度の温度匂配が原料
融液１中に存在す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大きすぎる
ど、ルツボ２に作用する熱応力が過大となりルツボ２の
割れが生じやすくなる。

〔発明の目的〕

そこで、本発明は上記した従来装置のもつ欠点を除去す
るためになされたもので、固液界面境界層とルツボ周辺
部との温度差を小さくでき、これによって高品質な（均
一な）単結晶を育成できる単結晶育成装置およびその制
御方法を提供することを目的としている。

（発明の概要）本発明は上記目的を達成するために、第１番目の発明で
は容器内の単結晶原料を加熱手段により加熱して原料融
液を作り、この原料融液中に種結晶を挿入し、この種結
晶を引上駆動機構によりある一定速度で引上げて固液界
面境界層にて単結晶が育成される単結晶育成装置におい
て、上記原料融液が充填されているルツボを介して相対
抗するコイルにより発生する磁界が互いの磁界を打消す
ように配置した磁石装置と、この磁石装置を所定方向に
駆動させる磁石駆動装置と、上記磁石装置の印加磁界強
度を可変にするためのコイル間隔調整装置とで構成した
ものである。第２番目の発明では容器内の単結晶原料を
加熱手段により加熱して原料融液を作り、この原料融液
中に種結晶を挿入し、この種結晶を引上駆動機構により
ある一定速度で引上げて固−液界面境界層にて単結晶が
育成されるとともに、上記原料融液が充填されているル
ツボを介して相対向するコイルにより発生する磁界が互
いの磁界を打消すように配置した磁石装置を備えた単結
晶育成装置において、単結晶育成に伴う原料融液の減少
に対応して、原料融液熱対流抑制領域の容積は一定にな
るように上記磁石装置の磁界分布を制御し、上記融液が
減少し熱対流効果が存在し１９る最少融液容積になるま
でこの制御を続け、それに１．後は上記原料融液全域の
熱対流を抑制する上記磁石装置は一定の磁界分布となる
ように制御する単結晶育成装置の制御方法である。

〔発明の実施例〕

以下本発明について図面を参照して説明する。

はじめに第１図に示す単結晶育成装置の第１の実施例に
ついて説明するが、第６図および第７図と固−部分には
固−符号を付してその説明を省略する。

チャンバー１２の外周に例えば超電導円形コイル１５ａ
および１５ｂを、これら円形コイル１５ａ、１５ｂの中
心軸と単結晶引上機中心軸とが一致する様に配置する。

この場合、円形コイル１５ａ１５ｂこは固−のアンペア
−ターンを有しているが、その発生する磁界はそれぞれ
反対方向となる様コイル通電々流の向きを逆になるよう
に配置する。コイル１５ａおよび１５ｂにより発生する
磁界は例えば第２図のようになる。すなわち、コイル１
５ａおよび１５ｂの中心軸をそれぞれＸ軸。

Ｚ軸とすれば原点に於ける磁場Ｂｏは零、その他の領域
では図示の楕円型等磁界強度分布となり、原点より遠ざ
かるにつれてその磁界強度は増す。

但し、ここで定義した磁界強度はＸ軸方向成分磁界とＺ
軸方向成分磁界との合成値である。Ｘ軸上の磁界は、Ｂ
ｓの如く、いたるところＸ軸成分のみであり、Ｙ軸上の
磁界はＢ４の如くいたるところＺ軸成分のみである。そ
の他領域に関しては、磁界はＸ軸およびＺ軸成分を有し
、かつＺ軸に対して軸対称である。磁界の大きさ方向は
、第２図に模擬的に示ずにうにＢｓ　、Ｂｓ　、Ｂ７と
なるにつれ、その強度は増大しかつＺ軸成分が増大して
くる。あるいは、Ｂｓ　、Ｂｅ　、Ｂｑとなるにつれ、
その強度は減少し、かつＺ軸成分が増大してくる。

コイル１５ａおよび１５ｂはそれぞれ容器１６ａおよび
１６ｂに収納され、これらは、可撓式接続部１７により
連結されている。コイル１５ａおよび１５ｂへの励磁電
流の供給は外部電源１８より行なわれる。容器１６ａお
よび１６ｂは容器１６ａ、１６ｂの円周方向例ケ所かに
ある駆動軸取付部１９ａ、１９ｂおよび１９ｃを介して
、駆動軸取付部１９ａと固−個数の駆動軸２０により連
結されている。この駆動軸２０はこれと固−個数の駆動
部２１に連結している。駆動軸取付部１９ｂにはこれと
固−個数の上下駆動軸２２が取付けられ、上下駆動部２
３に連結されている。ここで、駆動軸取付部１９ａ、１
９ｂ、駆動軸２０および駆動部２１より成る機構を、コ
イル間隔調整装置２４と称する。また、駆動軸取付部１
９Ｃ１ネジ軸等の上下駆動軸２２および上下駆動部２３
より成る機構を磁石上下駆動装置２５と称する。

上記の説明で、各駆動部２３は駆動軸２０と１対１に対
応づけたが、もちろん各駆動軸２０に対して軸力伝達機
構を介して駆動部を一つにして共用しても良い。引上駆
動機構５と中央制御装置２６は制御回路で結ばれ、単結
晶７の引上速度が中央制御装置２６に入力される。外部
Ｎ源１８より供給される励磁電流値は中央制御装置２６
により制御される。コイル間隔調整装置２４の駆動部２
１、例えば電動機および磁石上下駆動装置２５の駆動部
２３、例えば電動機は中央制御装置２６により制御され
る。

次に、上記のように構成された本発明の第゛［の実施例
の単結晶育成装置の作用について説明する。

コイル１５ａおよび１５ｂにて発生する第２図にて示し
た磁界強度分布を有する磁界を、第３図に示すようにル
ツボ２内の原料融液１に印加する。

第３図に於いて、等磁界強度曲線ＢＩがちょうど原料融
液１の臨界グラスホ７数ＮａＣに対応する様にＢｍを選
ぶ。例えば、ＢＩとしては１０００〜２０００ガウスと
する。この値は、原料融液１の種類、初期チャージ量、
ルツボ２の内径等により決定される。このようにすれば
、曲１ｉ１Ｂ１１より内部の領域では、印加磁界強度Ｂ
がＢ＜Ｂｃとなり、原料融液１のグラスホフ数ＮａはＮ
ａ　＞ＮａＣとなるので、この領域内では原料融液１の
熱対流８が発生する。

一方、曲線ＢＩＮより外部の領域では、これとは逆に、
Ｂ＞ＢＩＩとなりＮａ　＜Ｎａ　Ｃとなるので、原料融
液１．は熱対流８が抑制され完全に静止した状態となる
。ここで、原料融液１が静止している領域長さＨｌは、
固液界面境界層６の厚みをδ。

原料融液１の初期高さＨａ　とすれば、δくＨｌ〈Ｈｌ
となり、原料融液１の種数、初期チャージ量。

ルツボ２の内径等により決定される。コイル１５ａ、１
５ｂの形状、アンペアターン、コイル間距離等は、所要
の８１．Ｄ、）−Ｉｎ　、Ｂｅ等に適合する様に磁界計
算によって求められる。曲線ＢＩｌより内部領域では、
熱対流８が存在しているので、ヒータ３からの熱はこの
熱対流による対流熱伝達により有効に中心部まで伝熱さ
れる。これにより、この領域内はほぼ一様の温度分布と
なる。一方、曲線Ｂ１０より外部領域では、原料融液１
は完全に静止しているので対流熱伝達による熱の移動は
ない。従来の原料融液１の熱対流８がいたるところで抑
制される場合は、固液界面境界層６へのヒータ３よりの
熱移動はルツボ２の周囲よりの熱伝導によるもののみで
あったが、本発明の実施例の場合は固液界面境界層６の
すぐ下の深さｔ−（１（Ｈｌ　　１／２Ｄ）より下部の
一様温度融液部からの熱伝導により固液界面境界層６が
有効に加熱される。従って、従来装置に比べて固液界面
境界層６への伝熱効果が高められるので、ルツボ２の周
辺部との温度差が小さくなる。しかも、固液界面境界層
６は静止状態となっているので、熱的化学的安定状態で
単結晶７が育成出来るのは従来装置と同様である。また
、単結晶７が育成される固液界面境界層６の真下まで原
料融液１は熱対流８により良く攪拌されているので、均
質な原料融液１が育成部へと供給される。

次に本発明の単結晶育成装置の制御方法すなわち単結晶
７の育成が進んでいく過程での動作を順を追って説明す
る。

（１）初期設定ルツボ２に原料融液１をＨＤまでのチャージしてヒータ
３にてこれを溶融状態にしておく。次に、コイル間隔調
整装置２４により初期コイル間隔Ｌｎに設定する。コイ
ル１５ａ、１５ｂのルツボ２に対する相対位置が第３図
に示す如くになる様に、磁石上下駆動装置２５によりコ
イル１５ａ、１５ｂおよび容器１６ａ、１６ｂの初期位
置を設定する。コイル間隔調整装置２４および磁石上下
駆動装置２５の駆動は例えば次の如くである。駆動部２
１あるいは２３により上下駆動軸２２が回転し、駆動軸
取付部１９ａ、１９ｂ、１９ｃにある回転運動を上下運
動に変換する伝達機構によって各部位が駆動する。ここ
で、左右の駆動部２１はそれぞれ中央制御装置２６によ
り同期がとられている。

（２）一定磁場印加および磁石上下駆動制御外部電源１
８によりコイルＩ５ａ、１５ｂを励磁し、第３図に示す
原料融液１の状態にする。これ以降、コイル１５ａ、１
５ｂによって発生する磁界は一定に保って単結晶７を一
定の引上装置■（ｍｍ／５ｅｃ）にて育成させる。単結
晶７の育成に伴い原料融液１の量が減少してくる。すな
わち原料融液１の表面が低下してくる。このままの単結
晶引上状態にしておくと、第３図に於いて、Ｈｓなる領
域がなくなり、固液界面境界層６は曲線Ｂ船内の熱対流
８の領域に入ってしまう。

そこで、第３図に示す初期状態を単結晶育成が進んでも
保てる様に、融液表面低下量相当分だけコイル１５ａ、
１５ｂを磁石上下駆動装置２５により低下させる。この
動作は、引上駆動機構５より引上速度Ｖを中央制御装置
２６に入力し、この中央制御装置２６により駆動部２３
を制御することにより行なわれる。この様にして、第４
図に示す如く、単結晶７の育成につれて、固液界面境界
層６付近の熱対流８の抑制領域は第４図（１）に示すよ
うに一定容積に保たれ、熱対流８の領域が減少してゆく
。熱対流領域が原料融液２の種類、ルツボ２の形状によ
り決まる第４図（２）に示すＨ２なる高さになるまで一
定磁場印加および磁石上下駆動制御を続ける。

（３）磁石位置一定、１！ｌ界強度減少上記のＨ２なる
領域広さは、熱対流８が有効に存在しえる最少領域広さ
である。従って、本発明の効果を残すためには最低限Ｈ
２は残さねばならぬ。そこで、これ以降は磁石位置を固
定し、この領域を残す。単結晶７の育成が進むと、第４
図（３）（４，）に示すようにこんどは熱対流抑制領域
が減少してゆく。一般に、熱対流抑制領域に存在する融
液量と印加磁界強度は、比例する上に、過度の磁界を印
加すると固液界面境界層６での原料融液１の熱的、化学
的安定性がくずれることが判っている。そこで、熱対流
抑制領域減少に見合った分だけ原料融液１に印加する磁
界強度を低減させる。

この磁界強度低減方法として、次の手法を用いる。コイ
ル１５ａ、１５ｂの励磁電流を一定のままにして、コイ
ル間隔りを縮めるとこれに対応して発生磁界強度が減少
してゆく。このような手法を用いるのは、例えば、コイ
ル１５ａ、１５ｂが超電導コイルの場合、この超電導コ
イルを４．２にの極低温に保つために容器１６８．１６
ｂ内には液体ヘリウムが満たされているが、この液体ヘ
リウムの蒸発量を低減させるためにコイル１５ａ。

１５ｂと外部電源１８間との電流リードをコイル１５ａ
、１５ｂを励磁後に取外し外部よりの侵入熱をなくし、
コイル側に取付けた永久電流スイッチにて超電導コイル
を永久電流モードにて運転する方法がよくとられる。永
久電流モードにて運転中の超電導コイルの磁界強度を変
えるには、一度はずした電流リードを再び取付け、永久
電流モードを解除して励磁電流値を変えねばならぬ繁雑
さがある上、常温の電流リードを極低温の液体ヘリウム
中に挿入するため多量の液体ヘリウムが蒸発してしまう
という欠点がある。

そこで、上記のように励磁電流は一定のまま、すなわち
永久電流状態のままで磁界強度を変える方法は超電導コ
イルの場合は有効な方法となる。

もちろん、コイル１５ａ、１５ｂが銅コイルの場合は、
外部電源１８よりの励磁電流を下げて磁場強度を下げれ
ば良いし、コイル１５ａ、１５ｂが超電導コイルの場合
でも永久電流モードで使用していなければ、同様に１ｉ
ｉＩ］Ｖｉｔｌ電流を下げれば良い。

コイル１５ａ、１５ｂ間隔の制御は、引上速度に対応し
て原料融液１残量が一義的に決まるので、この原料融液
１の量に適した磁界強度が発生ずる様に、コイル間隔調
整装置２４にてコイル間隔を調整する。、これらの指令
は中央制御装置２６より行なわれる。

尚、コイル１５ａ、１５ｂが永久電流モードで運転され
る超電導コイルの場合、永久電流スイッチを介して接続
されたコイル１５ａとコイル１５ｂは液体ヘリウム中に
て接続されていなければならない。すなわち、第１図に
示す如く、コイル１５ａ、１５ｂが収納しである容器１
６ａ、１６ｂは可撓式接続部１７で連結され、この可撓
式接続部１７の内部は液体ヘリウムが満され、コイル１
５ａとコイル１５ｂを結ぶ電流リードが通っている。コ
イル間隔を調整した時は、それに相応してこの可撓式接
続部１７が伸縮する。

（４）育成完了第４図（３）に示す如く原料融液１残量がＨ３〜δ（固
液界面境界層）となったところで、育成完了を下記の２
方式のどれか一つにて行なう。

■　高さＨ３が充分に小さく、残存原料融液１が少なく
、これ以上単結晶７を育成出来ない時は、残存原料融液
１にて単結晶インゴットのテール部を形成させ、単結晶
７の形成部を冷却させて育成完了とする。

■　残存原料融液１によりまだ単結晶７の育成が出来る
時は、残存原料融液１をすべて第３図のＢ粕より外部領
域にする。すなわち、全領域に於いて熱対流８を抑制し
た状態で残りの育成を行なう。

この場合は、原料融液１の残量が充分に少なくなってい
るので、温度匂配が初期チャージ時はど厳しくないので
完全に熱対流を抑制した状態でも高品質の単結晶７が育
成できる。

次に、本発明の単結晶育成装置の第２の実施例について
第５図を参照して説明するが、第１図で示した実施例と
固−部分には固−符号を付してその説明を省略する。第
１図の円形コイル１５ａ。

１５、ｂを第５図に示す如くチャンバー１２に相対峙し
て配置する。すなわち、両コイルＬ５ａ、１５ｂの中心
軸Ｚが単結晶７の引上方向と垂直になる。この時、コイ
ル１５ａ、１５ｂにより発生する磁界分布は第２図とな
り、第２図に示すＸ軸が単結晶７の引上軸と固−となる
。この作用は、第３図、第４１図に示す場合と固−にな
る。尚、コイル間隔調整装置２４にてコイル１５ａ、１
５ｂを駆動させる際、コイル１５ａ、１５ｂの容器に取
付けられている磁石上下駆動装置２５はレール２７によ
り水平方向に駆動可能となっている。

いま、第５図においてコイル１５ａと１５ｂのアンペア
・ターンを違える。このアンペア・ターンの違える方法
としては、各コイル１５ａ、１５ｂへの通電々流値を固
−にしておいて、各コイル１．５ａ、１５ｂの巻数を変
える。あるいは、各コイ１５ａ、１５ｂへの外部型８１
８を個別にして、コイル１５ａ、１５ｂへの通電々流値
を変えることにより、アンペア・ターンを相違させる。

後者の場合は、各コイル１５ａ、１５ｂへの励磁電流値
制御によりアンペア・ターンの値可変制御が可能である
。

このようにして、各コイル１５ａ、１５ｂのアンペア・
ターンを相違させた場合のこれらコイル１５ａ、１５ｂ
により発生する磁界分布は、第２図に於いて、Ｘ軸が図
中上方あるいは下方へ変位した形となる。例えば、コイ
ル１５ａのアンペア・ターンの方がコイル１５ｂのアン
ペア・ターンよりも大きい時は、Ｘ軸が下方すなわちコ
イル１５ｂ側に変位し、楕円形等磁界分布もそれに対応
してコイル１５ｂ側にずれる。このずれの程度は両コイ
ル１５ａ、１５ｂのアンペア・ターンの相違割合にも比
例する。すなわち、相違割合が大きくなればなる程Ｘ軸
はコイル１５ｂ側に変位する。

コイル１５ａのアンペア・ターンが１５ｂのそれより小
さい時は、ちょうど上記の逆となる。

このようにアンペア・ターンを変えた場合、磁界分布に
関しては、Ｘ軸の変位を別にすれば他は第２図と固−と
なるので、コイル１５ａ、１５ｂを使用した時の作用は
第３図および第４図にて説明した内容と固−になる。但
し、この場合は、コイル１５ａ、１５ｂのアンペア・タ
ーンを可変制御することにより、ルツボ２の位置に対す
る磁界分布強度を可変に出来るので、第１図に示した実
施例の磁石上下駆動制御およびコイル間隔調整制御をア
ンペア・ターン可変制御におきがえることができる。す
なわち、第４図において、（１）・がら（２）への動作
の際、第１図の実施例では、磁石を下降させることによ
りこれを実現させたが、第２の実施例では磁石を固定さ
せたまま各コイル１５ａ、１５ｂのアンペア・ターンを
可変することにより固−の動作が可能となる。また第４
図の（２）から（３）への動作の際も同様である。この
ようにして、第２の実施例の場合はコイル間隔調整装置
２４および磁石上下駆動装置２５がなくても第１図実施
例と同様の効果が発揮できるという利点がある。

以上述べた本発明の単結晶育成装置の第１あるいは第２
の実施例によれば、次のような効果が得られる。

（１）固液界面境界層６の近傍は熱対流８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、これより下部の領域では、熱対流８により原料融液
１が良く攪拌され原料融液１が均質化され、かつ温度が
一様に保たれている。

このため、固液界面境界層６への熱伝導効果が高められ
、ルツボ２の周辺と固液界面境界層６どの温度差が小さ
くなる上に、充分に攪拌された原料融液１が固液界面境
界層６に供給されるので、均質な単結晶７が育成される
。

（２）ルツボ２の中心と周辺部との温度差が小さいので
、熱応力によるルツボ２の割れが回避される。

（３）コイル１５ａ、１５ｂ間隔を調整することにより
発生磁界強度を可変に出来るので、超電導磁石の場合、
永久電流モードでも磁界を可変に出来る。

（４）原料融１１に印加される磁界は、軸対称であり引
上軸に対して水平・垂直画成分を含んでいる。このため
、あらゆる方向の熱対流を抑制することが出来る。

（５）対向したコイル１５ａ、１５ｂが互いに反対方向
の磁界を発生させるので、コイル１５ａ。

１５ｂの容器１６ａ、１６ｂ外部への漏洩磁界は相対す
るコイルによって発生する磁界により打消されるので、
漏洩磁界は小さくなる。

〔発明の効果〕

以上述べた本発明によれば固液界面境界層とルツボ周辺
部との温度差を小さくできるので、高品質な単結晶を育
成できる単結晶育成装置およびその制御方法を提供でき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の単結晶育成装置の第１の実施例を示す
概略構成図、第２図は同実施例の単結晶育成装置により
発生する磁界強度分布を示す分布図、第３図は同実施例
の単結晶育成装置の磁界と融液状況を示す模式図、第４
図は同実施例の単結晶育成装置の動作を示す図、第５図
は本発明の単結晶育成装置の第２の実施例を示す概略図
構成図、第６図は従来の単結晶育成装置の一例を示す概
略構成図、第７図は同側の単結晶育成装置の動作を説明
するための図である。１・・・原料融液、２・・・ルツボ、３・・・ヒータ、
４・・・種結晶、５・・・引上駆動機構、６・・・固液
界面境界層、７・・・単結晶、８・・・熱対流、９・・
・不純物、１０・・・磁石、１１・・・ｔａ場力方向１
２・・・チャンバー、１３・・・磁場分布、１４・・・
グラスホフ数分布、１５ａ・・・円形コイル、１５ｂ・
・・円形コイル、１６ａ・・・容器、１６ｂ・・・容器
、１７・・・可撓式接続部、１８・・・外部電源、１９
ａ、１９ｂ・・・駆動軸取付部、２０・・・駆動軸、２
１・・・駆動部、２２・・・上下駆動軸、２３・・・上
下駆動軸、２４・・・コイル間隔調整装置、２５・・・
磁石上下駆動装置、２６・・・中央制御装置、２７・・
・レール。第３図第５図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）容器内の単結晶原料を加熱手段により加熱して原
料融液を作り、この原料融液中に種結晶を挿入し、この
種結晶を引上駆動機構によりある一定速度で引上げて固
−液界面境界層にて単結晶が育成される単結晶育成装置
において、上記原料融液が充填されているルツボを介し
て相対向するコイルにより発生する磁界が互いの磁界を
打消すように配置した磁石装置と、この磁石装置を所定
方向に駆動させる磁石駆動装置と、上記磁石装置の印加
磁界強度を可変にするためのコイル間隔調整装置とから
なる単結晶育成装置。
（２）相対向するコイルは超電導コイルとしたことを特
徴とする特許請求の範囲第（１）項記載の単結晶育成装
置。
（３）相対向するコイルにより発生する磁界方向を単結
晶引上方向に対して垂直にしたことを特徴とする特許請
求の範囲第（１）項記載の単結晶育成装置。
（４）相対向するコイルにより発生する磁界方向を単結
晶引上方向に対して平行にしたことを特徴とする特許請
求の範囲第（１）項記載の単結晶育成装置。
（５）相対向するコイルの各コイルアンペア・ターンを
相違させたことを特徴とする特許請求の範囲第（１）項
記載の単結晶育成装置。
（６）上下駆動装置およびコイル間隔調整装置による磁
界強度あるいは分布の可変制御を各コイルアンペア・タ
ーンの値を制御することに変えたことを特徴とする特許
請求の範囲第（１）項記載の単結晶育成装置。
（７）容器内の単結晶原料を加熱手段により加熱して原
料融液を作り、この原料融液中に種結晶を挿入し、この
種結晶を引上駆動機構によりある一定速度で引上げて固
−液界面境界層にて単結晶が育成されるとともに、上記
原料融液が充填されているルツボを介して相対向するコ
イルにより発生する磁界が互いの磁界を打消すように配
置した磁石装置を備えた単結晶育成装置において、単結
晶育成に伴う原料融液の減少に対応して、原料融液熱対
流抑制領域の容積は一定になるように上記磁石装置の磁
界分布を制御し、上記融液が減少し熱対流効果が存在し
得る最少融液容積になるまでこの制御を続け、それ以後
は上記原料融液全域の熱対流を抑制する上記磁石装置は
一定の磁界分布となるように制御する単結晶育成装置の
制御方法。