JP2005179099A - Heater device for producing single crystal semiconductor - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To decrease the number of electrodes to decrease the number of parts and the cost for realizing a heater device comprising a plurality of heaters, to mechanically stably support the heater and to obtain uniform temperature distribution of the heater. <P>SOLUTION: In the heater device for producing a single crystal semiconductor, a base 40 is provided with one base side negative electrode 44 common for the all heaters 10, 20, 30, and the base side negative electrode 44 is electrically connected to a plurality of heater side negative electrodes 12, 22, 32 of the all heaters 10, 20, 30, respectively. The heaters 10, 20, 30 are provided with heater side positive electrodes 11, 21, 31 and with the negative electrodes 12, 22, 32, respectively, opposing to each other in the diameter direction of the heaters 10, 20, 30. The common base side negative electrode 44 common in the base 40 is electrically connected to the heater side negative electrodes 12, 22, 32 of the heaters 10, 20, 30 via an extension member 53 for the negative electrode. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、単結晶シリコンなどの単結晶半導体を製造するために用いられるヒータ装置に関するものである。   The present invention relates to a heater device used for manufacturing a single crystal semiconductor such as single crystal silicon.

図１３は従来の単結晶引上げ装置１の構成の一例を示している。   FIG. 13 shows an example of the configuration of a conventional single crystal pulling apparatus 1.

単結晶引上げ用容器２つまりＣＺ炉２内には石英るつぼ３が設けられている。この石英るつぼ３内で多結晶シリコン（Ｓi）が加熱され溶融される。溶融が安定化すると、引上げ機構４によって石英るつぼ３内のシリコン融液５から単結晶シリコン６が、ＣＺ法によって引き上げられる。引上げの際、石英るつぼ３は回転軸９によって回転する。   A quartz crucible 3 is provided in the single crystal pulling vessel 2, that is, the CZ furnace 2. In this quartz crucible 3, polycrystalline silicon (Si) is heated and melted. When the melting is stabilized, the single crystal silicon 6 is pulled up from the silicon melt 5 in the quartz crucible 3 by the pulling mechanism 4 by the CZ method. At the time of pulling up, the quartz crucible 3 is rotated by the rotating shaft 9.

単結晶引上げのプロセス（１バッチ）の間で、容器２内には種々の蒸発物が発生する。そこで単結晶引上げ用容器２にアルゴン（Ａr）ガスを供給して容器２外に蒸発物とともに排気して容器２内から蒸発物を除去しクリーンにしている。アルゴンガスの供給流量は１バッチ中の各工程ごとに設定する。   Various evaporates are generated in the container 2 during the single crystal pulling process (one batch). Therefore, argon (Ar) gas is supplied to the single crystal pulling container 2 and exhausted together with the evaporated substance outside the container 2 to remove the evaporated substance from the container 2 and clean it. The supply flow rate of argon gas is set for each process in one batch.

また石英るつぼ３の上方にあって、単結晶シリコン６の周囲には、単結晶引上げ容器２内のガスを整流して融液５の表面５ａに導くとともに、単結晶シリコン６を熱源から遮蔽する熱遮蔽板８ａ（ガス整流筒）が設けられている。熱遮蔽板８ａの下端と融液表面５ａとの間隙の距離は適宜設定する。   Further, above the quartz crucible 3 and around the single crystal silicon 6, the gas in the single crystal pulling vessel 2 is rectified and guided to the surface 5a of the melt 5 and the single crystal silicon 6 is shielded from the heat source. A heat shielding plate 8a (gas rectifying cylinder) is provided. The distance of the gap between the lower end of the heat shielding plate 8a and the melt surface 5a is set as appropriate.

引上げ成長した単結晶シリコン６中には、酸素が固溶している。酸素は石英るつぼ３からシリコン融液５中に溶け込み、単結晶シリコン６の引上げ時に単結晶シリコン６中に取り込まれる。単結晶シリコン６中の酸素濃度は、素子、デバイスの特性に重大な影響を与えるとともに、素子、デバイスの製造工程において、その歩留まりに重大な影響を与える。   In the single crystal silicon 6 that has been pulled and grown, oxygen is dissolved. Oxygen dissolves into the silicon melt 5 from the quartz crucible 3 and is taken into the single crystal silicon 6 when the single crystal silicon 6 is pulled up. The oxygen concentration in the single crystal silicon 6 has a significant influence on the characteristics of the element and the device, and also has a significant influence on the yield in the manufacturing process of the element and the device.

また単結晶シリコンの成長の過程でグローイン欠陥と呼ばれる結晶欠陥が発生する。グローイン欠陥の発生挙動は成長条件Ｖ/Ｇ（Ｖ：成長速度、Ｇ：単結晶シリコンの融点近傍での軸方向温度勾配）によって変化することが知られている。   Crystal defects called glow-in defects occur during the growth of single crystal silicon. It is known that the growth behavior of glow-in defects changes depending on the growth condition V / G (V: growth rate, G: axial temperature gradient near the melting point of single crystal silicon).

石英るつぼ３の側面には、円環状のヒータ１０が設けられている。ヒータ１０が発熱することにより、石英るつぼ３内の融液５が加熱される。ヒータ１０の発熱量は、上記単結晶シリコン６中の酸素濃度および結晶欠陥の発生挙動に影響を与える。   An annular heater 10 is provided on the side surface of the quartz crucible 3. When the heater 10 generates heat, the melt 5 in the quartz crucible 3 is heated. The amount of heat generated by the heater 10 affects the oxygen concentration in the single crystal silicon 6 and the generation behavior of crystal defects.

しかし単一のヒータ１０を用いて、要求される酸素濃度および結晶欠陥の発生挙動をそれぞれ独立して制御するには、限界がある。すなわち結晶欠陥の数を少なくしようとすると熱遮蔽板８ａの断熱性能を良くして結晶６の軸方向の温度勾配Ｇを大きくする必要があるが、そうすると石英るつぼ３の温度をも上昇させることになり酸素濃度の高い結晶しか製造できない。   However, there is a limit in independently controlling the required oxygen concentration and the generation behavior of crystal defects using a single heater 10. That is, to reduce the number of crystal defects, it is necessary to improve the heat insulation performance of the heat shielding plate 8a and increase the temperature gradient G in the axial direction of the crystal 6, but this also increases the temperature of the quartz crucible 3. Only crystals with high oxygen concentration can be produced.

逆に、酸素濃度の低い結晶を製造しようとすると、熱遮蔽板８ａからの放熱を良くする必要があり結晶への熱の拡散が大きくなってしまい結晶欠陥の大きな徐冷タイプの結晶しか製造できない。   Conversely, when trying to manufacture a crystal with a low oxygen concentration, it is necessary to improve the heat dissipation from the heat shielding plate 8a, and the diffusion of heat to the crystal increases, so that only a slow-cooled type crystal with large crystal defects can be manufactured. .

複数のヒータからなるヒータ装置に関して以下に示す従来技術がある。   There is a conventional technique described below regarding a heater device including a plurality of heaters.

（従来技術１）
下記特許文献１には、石英るつぼ３の側面の上下２段にそれぞれヒータが設けられたヒータ装置が開示されている。 (Prior art 1)
The following Patent Document 1 discloses a heater device in which heaters are provided in two upper and lower stages on the side surface of the quartz crucible 3, respectively.

（従来技術２）
下記特許文献２には、石英るつぼ３の側面と底面それぞれにヒータが設けられたヒータ装置が開示されている。
特許第３０００９２３号公報 特許第２６８１１１５号公報 (Prior art 2)
Patent Document 2 below discloses a heater device in which a heater is provided on each of a side surface and a bottom surface of a quartz crucible 3.
Japanese Patent No. 3000923 Japanese Patent No. 2681115

本出願人は、石英るつぼ３の側面の上下２段にヒータを設けるとともに、更にそれよりも下段の石英るつぼ３の底面にヒータを設けた、３段のヒータからなるヒータ装置に関する発明を、特許出願している。このようにヒータを３段設けて、各ヒータの発熱量を制御することにより、単結晶シリコン６中の酸素濃度と結晶欠陥を独立して制御することが可能となる。   The present applicant has patented an invention relating to a heater device comprising a three-stage heater in which heaters are provided on the upper and lower two stages of the side surface of the quartz crucible 3 and further provided on the bottom surface of the lower quartz crucible 3. I have applied. Thus, by providing three stages of heaters and controlling the heat generation amount of each heater, the oxygen concentration and crystal defects in the single crystal silicon 6 can be controlled independently.

図８は、図１３に対応させて、ヒータ１０の上面からみた各電極の配置関係を示している。   FIG. 8 shows the positional relationship of the electrodes as viewed from the upper surface of the heater 10 in correspondence with FIG.

単一のヒータ１０はヒータ側プラス電極１１とヒータ側マイナス電極１２とがヒータ１０の直径方向に対向して設けられている。石英るつぼ３の下方のベース４０にはベース側プラス電極４１とベース側マイナス電極４４とが設けられている。そしてヒータ側プラス電極１１とベース側プラス電極４１とが電気的に接続されるとともにヒータ側マイナス電極１２とベース側マイナス電極４４とが電気的に接続されている。ベース側プラス電極４１は電源に電気的に接続されており、ベース側マイナス電極４４は接地している。電源の電圧がベース側プラス電極４１を介してヒータ側プラス電極１１に印加されることによってヒータ１０に電流が流れ発熱する。   In the single heater 10, a heater-side plus electrode 11 and a heater-side minus electrode 12 are provided to face each other in the diameter direction of the heater 10. A base 40 on the lower side of the quartz crucible 3 is provided with a base-side plus electrode 41 and a base-side minus electrode 44. The heater-side plus electrode 11 and the base-side plus electrode 41 are electrically connected, and the heater-side minus electrode 12 and the base-side minus electrode 44 are electrically connected. The base-side plus electrode 41 is electrically connected to a power source, and the base-side minus electrode 44 is grounded. When the voltage of the power source is applied to the heater side positive electrode 11 via the base side positive electrode 41, a current flows through the heater 10 to generate heat.

ここで単一のヒータ１０からなるヒータ装置を、３段のヒータからなるヒータ装置に変更するには、電極の数を増やさなければならない。ここで、複数のヒータからなるヒータ装置を実現するに際して、電極の数を極力少なくして部品点数を減らしコストを低減させることが要請されている。   Here, in order to change the heater device composed of a single heater 10 to a heater device composed of a three-stage heater, the number of electrodes must be increased. Here, when realizing a heater device composed of a plurality of heaters, it is required to reduce the number of electrodes as much as possible to reduce the number of parts and to reduce the cost.

本発明はこうした実状に鑑みてなされたものであり、複数のヒータからなるヒータ装置を実現するに際して、電極の数を極力少なくして部品点数を減らしコストを低減させることを、第１の解決課題とするものである。   The present invention has been made in view of such a situation, and in realizing a heater device composed of a plurality of heaters, the first problem to be solved is to reduce the number of parts and reduce the cost by reducing the number of electrodes as much as possible. It is what.

図６（ａ）はヒータ１０を斜視図にて示している。ヒータ側プラス電極１１とヒータ側マイナス電極１２は、ヒータ１０を下方で支持する脚部として機能する。ヒータ側プラス電極１１とヒータ側マイナス電極１２は、ヒータ１０の直径方向に対向して設けられているため、ヒータ１０は機械的に安定して支持されることになる。   FIG. 6A shows the heater 10 in a perspective view. The heater-side plus electrode 11 and the heater-side minus electrode 12 function as legs that support the heater 10 below. Since the heater-side plus electrode 11 and the heater-side minus electrode 12 are provided opposite to each other in the diameter direction of the heater 10, the heater 10 is supported mechanically and stably.

図６（ｂ）はヒータ１０に流れる電流経路を示している。ヒータ１０は円環状に形成されているため、ヒータ側プラス電極１１とヒータ側マイナス電極１２との間の電流経路は、ヒータ１０の半円周長さの２つの経路に分岐されている。各電流経路における抵抗Ｒ0は同じで通電される電流ｉ0も同じである。このためヒータ１０の周方向における温度分布は均一なものとなる。   FIG. 6B shows a current path flowing through the heater 10. Since the heater 10 is formed in an annular shape, the current path between the heater-side plus electrode 11 and the heater-side minus electrode 12 is branched into two paths having a semicircular length of the heater 10. The resistance R0 in each current path is the same, and the current i0 that is energized is also the same. For this reason, the temperature distribution in the circumferential direction of the heater 10 is uniform.

これに対して図７（ａ）に示すように、ヒータ側プラス電極１１とヒータ側マイナス電極１２とがヒータ１０の直径方向に対向して設けられていない場合には、ヒータ側プラス電極１１とヒータ側マイナス電極１２が、ヒータ１０を片持ちで支持することになり、機械的に不安定な支持構造となる。   On the other hand, as shown in FIG. 7A, when the heater side positive electrode 11 and the heater side negative electrode 12 are not provided opposite to each other in the diameter direction of the heater 10, the heater side positive electrode 11 The heater-side negative electrode 12 supports the heater 10 in a cantilevered manner, resulting in a mechanically unstable support structure.

この場合の各電流経路は、図７（ｂ）に示すように、周方向で長さが異なるものとなり、一方の電流経路では抵抗ｒが小さくなり大きな電流Ｉが流れることになり、他方の電流経路経路では抵抗Ｒが大きくなり小さな電流ｉが流れることにになる（Ｉ＞＞ｉ）。このためヒータ１０の周方向における温度分布がバラツキ、石英るつぼ３内の融液５の温度分布に影響を与える。   Each current path in this case has a different length in the circumferential direction, as shown in FIG. 7B. In one current path, the resistance r decreases and a large current I flows, and the other current In the path, the resistance R increases and a small current i flows (I >> i). Therefore, the temperature distribution in the circumferential direction of the heater 10 varies and affects the temperature distribution of the melt 5 in the quartz crucible 3.

本発明は、第１の解決課題を達成しつつも、図６（ａ）に示すヒータの構造を維持して、ヒータを安定して支持できるようにし、ヒータの温度分布を均一にすることを、第２の解決課題とするものである。   The present invention achieves the first problem and maintains the heater structure shown in FIG. 6A so that the heater can be stably supported, and the heater temperature distribution is made uniform. This is a second problem to be solved.

第１発明は、第１の解決課題を達成するために、
るつぼの上下方向に沿って、円環状のヒータが複数段備えられ、各ヒータにはそれぞれ極性の異なる一対のヒータ側電極が設けられ、るつぼの下方のベースには極性の異なる一対のベース側電極が設けられ、極性を同じくするヒータ側電極とベース側電極とが電気的に接続されている単結晶半導体製造用ヒータ装置において、
ベースには、全ヒータに共通する１個の一方の極性のベース側電極が設けられ、
前記共通のベース側電極が、この共通のベース側電極と極性を同じくする全ヒータの複数個のヒータ側電極に電気的に接続されていること
を特徴とする。 In order to achieve the first solution, the first invention provides:
A plurality of annular heaters are provided along the vertical direction of the crucible, each heater is provided with a pair of heater-side electrodes having different polarities, and a pair of base-side electrodes having different polarities is provided at the base below the crucible. In the heater device for manufacturing a single crystal semiconductor, wherein the heater side electrode and the base side electrode having the same polarity are electrically connected,
The base is provided with a base electrode of one polarity common to all heaters,
The common base side electrode is electrically connected to a plurality of heater side electrodes of all heaters having the same polarity as the common base side electrode.

第１発明によれば、図１に示すように、ベース４０には、全ヒータ１０、２０、３０に共通する１個のベース側マイナス電極４４が設けられ、この共通のベース側マイナス電極４４が、全ヒータ１０、２０、３０の複数個のヒータ側マイナス電極１２、２２、３２に電気的に接続される。   According to the first invention, as shown in FIG. 1, the base 40 is provided with one base-side negative electrode 44 common to all the heaters 10, 20, 30. The heaters 10, 20, 30 are electrically connected to a plurality of heater side negative electrodes 12, 22, 32.

第１発明によれば、図９（ａ）または図９（ｂ）に示すように、ベース４０側のマイナス電極４４を、各ヒータ１０、２０、３０に共通に設けるようにしたので、図９（ｃ）に示すようにベース４０側のマイナス電極４２、４６、４４を、各ヒータ１０、２０、３０毎に設けた場合と比較して電極の数を減らすことができる。このため複数のヒータ１０、２０、３０からなるヒータ装置を実現するに際して、電極の数が少なくなり部品点数が減りコストが低減する。   According to the first invention, as shown in FIG. 9 (a) or FIG. 9 (b), the negative electrode 44 on the base 40 side is provided in common to the heaters 10, 20, 30. As shown in (c), the number of electrodes can be reduced as compared with the case where the negative electrodes 42, 46, 44 on the base 40 side are provided for each heater 10, 20, 30. For this reason, when realizing a heater device composed of a plurality of heaters 10, 20, and 30, the number of electrodes is reduced, the number of parts is reduced, and the cost is reduced.

第２発明は、第１発明において、
ヒータにはそれぞれヒータ側プラス電極とヒータ側マイナス電極とが当該ヒータの直径方向に対向して設けられ、
前記共通のベース側電極が、ヒータの周方向に延在された形状に形成されていること
を特徴とする。 The second invention is the first invention,
Each heater has a heater-side plus electrode and a heater-side minus electrode facing each other in the diameter direction of the heater,
The common base side electrode is formed in a shape extending in a circumferential direction of the heater.

第２発明によれば、図９（ａ）に示すように、ヒータ１０、２０、３０にはそれぞれヒータ側プラス電極１１、２１、３１とヒータ側マイナス電極１２、２２、３２とが当該ヒータ１０、２０、３０の直径方向に対向して設けられ、共通のベース側マイナス電極５３が、ヒータ１０、２０、３０の周方向に延在された形状とされる。各ヒータ１０、２０、３０を図６（ａ）に示す構造にできるため、ヒータ１０、２０、３０が安定して支持され、ヒータ１０、２０、３０の温度分布が均一となる。   According to the second aspect of the invention, as shown in FIG. 9A, the heaters 10, 20, and 30 are respectively provided with heater side positive electrodes 11, 21, and 31 and heater side negative electrodes 12, 22, and 32. , 20, 30 are opposed to each other in the diameter direction, and a common base-side negative electrode 53 is extended in the circumferential direction of the heaters 10, 20, 30. Since each heater 10, 20, and 30 can be made into the structure shown to Fig.6 (a), the heater 10,20,30 is supported stably and the temperature distribution of the heater 10,20,30 becomes uniform.

第３発明は、第２の解決課題を達成するために、
るつぼの上下方向に沿って、円環状のヒータが複数段備えられ、各ヒータにはそれぞれ極性の異なる一対のヒータ側電極が設けられ、るつぼの下方のベースには極性の異なる一対のベース側電極が設けられ、極性を同じくするヒータ側電極とベース側電極とが電気的に接続されている単結晶半導体製造用ヒータ装置において、
ヒータにはそれぞれヒータ側プラス電極とヒータ側マイナス電極とが当該ヒータの直径方向に対向して設けられ、
ベースには、全ヒータに共通する１個の一方の極性のベース側電極が設けられ、
ヒータの周方向に延在されて、前記共通のベース側電極と極性を同じくする電極用延長部材が設けられ、
この電極用延長部材が前記共通のベース側電極に電気的に接続されるとともに、この共通のベース側電極と極性を同じくする全ヒータの複数個のヒータ側電極に電気的に接続されていること
を特徴とする。 In order to achieve the second solution, the third invention provides
A plurality of annular heaters are provided along the vertical direction of the crucible, each heater is provided with a pair of heater-side electrodes having different polarities, and a pair of base-side electrodes having different polarities is provided at the base below the crucible. In the heater device for manufacturing a single crystal semiconductor, wherein the heater side electrode and the base side electrode having the same polarity are electrically connected,
Each heater has a heater-side plus electrode and a heater-side minus electrode facing each other in the diameter direction of the heater,
The base is provided with a base electrode of one polarity common to all heaters,
An electrode extension member is provided that extends in the circumferential direction of the heater and has the same polarity as the common base-side electrode,
The electrode extension member is electrically connected to the common base side electrode and is electrically connected to a plurality of heater side electrodes of all heaters having the same polarity as the common base side electrode. It is characterized by.

第４発明は、第２の解決課題を達成するために、
るつぼの上下方向に沿って、円環状のヒータが３段備えられ、これら３段の各ヒータにはそれぞれ極性の異なる一対のヒータ側電極が設けられ、るつぼの下方のベースには極性の異なる一対のベース側電極が設けられ、
極性を同じくするヒータ側電極とベース側電極とが電気的に接続されている単結晶半導体製造用ヒータ装置において、
前記３段の各ヒータにはそれぞれヒータ側プラス電極とヒータ側マイナス電極とが当該ヒータの直径方向に対向して設けられ、
ベースには、極性を同じくする各ヒータのヒータ側電極に対応して、当該ヒータ側電極と同一極性の３個のベース側電極と、これら３個のベース側電極と異なる極性であって、全ヒータに共通する１個のベース側電極とが、ヒータの周方向に沿って略均等間隔に設けられ、
ヒータの周方向に延在されて、前記共通のベース側電極と極性を同じくする第１の電極用延長部材と、前記共通のベース側電極と極性の異なる少なくとも２個の第２の電極用延長部材とが設けられ、
前記第１の電極用延長部材が前記共通のベース側電極に電気的に接続されるとともに、極性を同じくする全ヒータの複数個のヒータ側電極に電気的に接続され、
少なくとも２個の第２の電極用延長部材が、極性を同じくする少なくとも２個のベース側電極に電気的にそれぞれ接続されるとともに、少なくとも２個のヒータ側電極にそれぞれ電気的に接続されていること
を特徴とする。 In order to achieve the second solution, the fourth invention provides
Three annular heaters are provided along the vertical direction of the crucible. Each of the three heaters is provided with a pair of heater-side electrodes having different polarities, and a pair of different polarities is provided on the base below the crucible. Base side electrodes are provided,
In the heater device for manufacturing a single crystal semiconductor in which the heater side electrode and the base side electrode having the same polarity are electrically connected,
Each of the three-stage heaters is provided with a heater-side plus electrode and a heater-side minus electrode facing each other in the diameter direction of the heater,
The base has three base-side electrodes having the same polarity as the heater-side electrode, and different polarities from the three base-side electrodes, corresponding to the heater-side electrodes of the heaters having the same polarity. One base side electrode common to the heater is provided at substantially equal intervals along the circumferential direction of the heater,
A first electrode extension member extending in a circumferential direction of the heater and having the same polarity as the common base side electrode; and at least two second electrode extensions having a polarity different from the common base side electrode. Members are provided,
The first electrode extension member is electrically connected to the common base side electrode, and is electrically connected to a plurality of heater side electrodes of all heaters having the same polarity,
At least two second electrode extension members are electrically connected to at least two base-side electrodes having the same polarity, and are electrically connected to at least two heater-side electrodes, respectively. It is characterized by this.

第３発明、第４発明によれば、図１に示すように、第１発明と同様に、ベース４０には、全ヒータ１０、２０、３０に共通する１個のベース側マイナス電極４４が設けられ、この共通のベース側マイナス電極４４が、全ヒータ１０、２０、３０の複数個のヒータ側マイナス電極１２、２２、３２に電気的に接続される。第３発明、第４発明によれば、図３（あるいは図９（ａ））に示すように、ベース４０側のマイナス電極４４を、各ヒータ１０、２０、３０に共通に設けるようにしたので、図９（ｃ）に示すようにベース４０側のマイナス電極４２、４６、４４を、各ヒータ１０、２０、３０毎に設けた場合と比較して電極の数を減らすことができる。このため第１発明と同様に、複数のヒータ１０、２０、３０からなるヒータ装置を実現するに際して、電極の数が少なくなり部品点数が減りコストが低減する。   According to the third and fourth inventions, as shown in FIG. 1, the base 40 is provided with one base-side negative electrode 44 common to all the heaters 10, 20, and 30, as in the first invention. The common base side negative electrode 44 is electrically connected to the plurality of heater side negative electrodes 12, 22, 32 of all the heaters 10, 20, 30. According to the third and fourth inventions, as shown in FIG. 3 (or FIG. 9A), the negative electrode 44 on the base 40 side is provided in common to the heaters 10, 20, and 30. 9C, the number of electrodes can be reduced as compared with the case where the negative electrodes 42, 46, 44 on the base 40 side are provided for each of the heaters 10, 20, 30 as shown in FIG. For this reason, similarly to the first invention, in realizing a heater device including a plurality of heaters 10, 20, and 30, the number of electrodes is reduced, the number of parts is reduced, and the cost is reduced.

更に第３発明、第４発明によれば、図３（あるいは図９（ａ））に示すように、ヒータ１０、２０、３０にはそれぞれヒータ側プラス電極１１、２１、３１とヒータ側マイナス電極１２、２２、３２とが当該ヒータ１０、２０、３０の直径方向に対向して設けられ、ベース４０の共通のベース側マイナス電極４４がマイナス電極用延長部材５３を介して、各ヒータ１０、２０、３０のヒータ側マイナス電極１２、２２、３２に電気的に接続される。各ヒータ１０、２０、３０を図６（ａ）に示す構造にできるため、ヒータ１０、２０、３０が安定して支持され、ヒータ１０、２０、３０の温度分布が均一となる。   Further, according to the third and fourth inventions, as shown in FIG. 3 (or FIG. 9 (a)), the heaters 10, 20, and 30 have heater-side positive electrodes 11, 21, 31 and heater-side negative electrodes, respectively. 12, 22, and 32 are provided to face each other in the diameter direction of the heaters 10, 20, and 30, and a common base side negative electrode 44 of the base 40 is connected to each heater 10, 20 via a negative electrode extension member 53. , 30 are electrically connected to the heater side negative electrodes 12, 22, 32. Since each heater 10, 20, and 30 can be made into the structure shown to Fig.6 (a), the heater 10,20,30 is supported stably and the temperature distribution of the heater 10,20,30 becomes uniform.

さらに第４発明では、図３（あるいは図９（ａ））に示すように、ベース４０には、３個のベース側プラス電極４１、４２、４３、共通のベース側マイナス電極４４が、ヒータ１０、２０、３０の周方向に沿って略均等間隔に設けられる。そして、少なくとも２個のプラス電極用延長部材５１、５２が設けられ、これら少なくとも２個のプラス電極用延長部材５１、５２が、少なくとも２個のベース側プラス電極４１、４２に電気的にそれぞれ接続されるとともに、少なくとも２個のヒータ側プラス電極１１、２１にそれぞれ電気的に接続される。このため電極４１、４２、４３、４４が周方向に等間隔で配置されている既存のベース４０に大幅な改造を加えることなく、そのまま利用して複数のヒータからなるヒータ装置を構築することが可能となる。   Furthermore, in the fourth invention, as shown in FIG. 3 (or FIG. 9A), the base 40 is provided with three base side positive electrodes 41, 42, 43 and a common base side negative electrode 44. , 20, 30 are provided at substantially equal intervals along the circumferential direction. At least two positive electrode extension members 51 and 52 are provided, and these at least two positive electrode extension members 51 and 52 are electrically connected to at least two base-side positive electrodes 41 and 42, respectively. At the same time, it is electrically connected to at least two heater-side positive electrodes 11, 21 respectively. For this reason, it is possible to construct a heater device composed of a plurality of heaters by using the existing base 40 in which the electrodes 41, 42, 43, 44 are arranged at equal intervals in the circumferential direction without making significant modifications. It becomes possible.

第５発明は、
第３発明の電極用延長部材または第４発明の第１の電極用延長部材は、複数のヒータを支持するとともに、これら複数のヒータの荷重の重心位置で、前記共通のベース側電極によって支持されていること
を特徴とする。 The fifth invention
The electrode extension member of the third invention or the first electrode extension member of the fourth invention supports a plurality of heaters and is supported by the common base side electrode at the center of gravity of the load of the plurality of heaters. It is characterized by

第５発明によれば、図１２に示すように、マイナス電極用延長部材５３は、複数のヒータ１０、２０、３０を支持するとともに、これら複数のヒータ１０、２０、３０の荷重の重心位置で、共通のベース側マイナス電極４４によって支持されている。マイナス電極用延長部材５３には、複数のヒータ側プラス電極１２、２２、３２（各ヒータ１０、２０、３０の脚部）を介して各ヒータ１０、２０、３０の荷重が下向きに作用している。マイナス電極用延長部材５３は、これら各ヒータ１０、２０、３０の荷重の重心位置で、共通のベース側マイナス電極４４によって支持されたため、ヒータ１０、２０、３０を機械的に安定して支持することができる。   According to the fifth aspect of the present invention, as shown in FIG. 12, the negative electrode extension member 53 supports the plurality of heaters 10, 20, 30 and is located at the center of gravity of the load of the plurality of heaters 10, 20, 30. , And is supported by a common base side negative electrode 44. The load of the heaters 10, 20, and 30 acts downward on the negative electrode extension member 53 via the plurality of heater-side positive electrodes 12, 22, and 32 (leg portions of the heaters 10, 20, and 30). Yes. The negative electrode extension member 53 is supported by the common base-side negative electrode 44 at the center of gravity of the load of each of the heaters 10, 20, and 30, so that the heaters 10, 20, and 30 are supported mechanically and stably. be able to.

第６発明は、第１発明または第３発明または第４発明において、
上段のヒータの電極は、下段のヒータの内側に位置されていること
を特徴とする。 The sixth invention is the first invention, the third invention or the fourth invention,
The upper heater electrode is located inside the lower heater.

なお第１発明〜第６発明における共通のベース側の電極の極性は、マイナスにしてもよく、プラスにしてもよい。   Note that the polarity of the common base-side electrode in the first to sixth inventions may be negative or positive.

第７発明は、
るつぼの上下方向に沿って、円環状のヒータが複数段備えられ、各ヒータにはそれぞれ極性の異なる一対のヒータ側電極が設けられ、るつぼの下方のベースには極性の異なる一対のベース側電極が設けられ、極性を同じくするヒータ側電極とベース側電極とが電気的に接続されている単結晶半導体製造用ヒータ装置において、
上段のヒータの電極は、下段のヒータの内側に位置されていること
を特徴とする。
第６発明、第７発明によれば、図４に示すように、上段のヒータ１０の電極１１、１２は、下段のヒータ２０の内側に位置されている。このため図５に示すように、ヒータ１０の外側の場積を小さくすることができ、ＣＺ炉２自体を小型化することができる。またＣＺ炉２内の他の部材と干渉することなく、他の部材の改造（たとえば保温筒８ｂに逃げ部を形成するなどの改造）を要しない。 The seventh invention
A plurality of annular heaters are provided along the vertical direction of the crucible, each heater is provided with a pair of heater-side electrodes having different polarities, and a pair of base-side electrodes having different polarities is provided at the base below the crucible. In the heater device for manufacturing a single crystal semiconductor, wherein the heater side electrode and the base side electrode having the same polarity are electrically connected,
The upper heater electrode is located inside the lower heater.
According to the sixth and seventh inventions, as shown in FIG. 4, the electrodes 11 and 12 of the upper heater 10 are positioned inside the lower heater 20. For this reason, as shown in FIG. 5, the field outside the heater 10 can be reduced, and the CZ furnace 2 itself can be downsized. Further, the other members in the CZ furnace 2 do not interfere with each other, and no modification of other members (for example, a modification such as forming an escape portion in the heat insulating cylinder 8b) is required.

以下図面を参照して実施形態のヒータ装置について説明する。   Hereinafter, a heater device according to an embodiment will be described with reference to the drawings.

図２は単結晶引上げ装置１の構成を側面からみた図である。実施形態のヒータ装置はこの単結晶引上げ装置１に組み込まれている。
同図２に示すように、実施形態の単結晶引上げ装置１は、単結晶引上げ用容器としてのＣＺ炉（チャンバ）２を備えている。 FIG. 2 is a side view of the configuration of the single crystal pulling apparatus 1. The heater device of the embodiment is incorporated in the single crystal pulling device 1.
As shown in FIG. 2, the single crystal pulling apparatus 1 according to the embodiment includes a CZ furnace (chamber) 2 as a single crystal pulling container.

ＣＺ炉２内には、多結晶シリコンの原料を溶融して融液５として収容する石英るつぼ３が設けられている。石英るつぼ３は、その外側が黒鉛るつぼ７によって覆われている。るつぼ３、７の周囲には、石英るつぼ３内の多結晶シリコン原料を加熱して溶融する側面上段ヒータ１０、側面下段ヒータ２０、底面ヒータ３０が設けられている。側面上段ヒータ１０、側面下段ヒータ２０は、石英るつぼ３の外周に沿って、円環状に形成されている。側面上段ヒータ１０、側面下段ヒータ２０は、石英るつぼ３の側面の上下方向に沿って上下２段にそれぞれ配置されている。   In the CZ furnace 2, there is provided a quartz crucible 3 for melting a polycrystalline silicon raw material and storing it as a melt 5. The quartz crucible 3 is covered with a graphite crucible 7 on the outside. Around the crucibles 3 and 7, there are provided an upper side heater 10, a lower side heater 20, and a bottom heater 30 that heat and melt the polycrystalline silicon material in the quartz crucible 3. The side upper heater 10 and the side lower heater 20 are formed in an annular shape along the outer periphery of the quartz crucible 3. The upper side heater 10 and the lower side heater 20 are respectively arranged in two upper and lower stages along the vertical direction of the side surface of the quartz crucible 3.

側面下段ヒータ２０の更に下段にあって、るつぼ３、７の底面には、円環状の底面ヒータ３０が設けられている。   An annular bottom heater 30 is provided on the bottom surface of the crucibles 3 and 7 in the lower stage of the side lower heater 20.

これら３段のヒータ１０、２０、３０は、各ヒータ１０、２０、３０に印加される電圧を独立して調整することによって発熱量、つまり石英るつぼ３に対する加熱量を独立して調整することができる。   These three-stage heaters 10, 20, and 30 can independently adjust the amount of heat generated, that is, the amount of heat applied to the quartz crucible 3, by independently adjusting the voltage applied to each heater 10, 20, and 30. it can.

これら３段のヒータ１０、２０、３０は、後述するようにベース４０上で支持されている。   These three stages of heaters 10, 20, and 30 are supported on a base 40 as will be described later.

側面上段ヒータ１０、側面下段ヒータ２０とＣＺ炉２の内壁との間には、保温筒８ｂが設けられている。   A heat insulating cylinder 8b is provided between the side upper heater 10, the side lower heater 20, and the inner wall of the CZ furnace 2.

石英るつぼ３の上方には引上げ機構４が設けられている。引上げ機構４は、引上げ軸４ａと種結晶４ｂを含む。   A pulling mechanism 4 is provided above the quartz crucible 3. The pulling mechanism 4 includes a pulling shaft 4a and a seed crystal 4b.

石英るつぼ３内での溶融が安定化すると、引上げ軸４ａが鉛直方向に移動し種結晶４ｂが融液５に浸漬されて融液５から単結晶シリコンのインゴット６が、ＣＺ法により引き上げられる。引上げの際、石英るつぼ３は回転軸９によって回転する。ベース４０には、回転軸９が挿通される軸孔４９が形成されている。   When the melting in the quartz crucible 3 is stabilized, the pulling shaft 4a moves in the vertical direction, the seed crystal 4b is immersed in the melt 5, and the single crystal silicon ingot 6 is pulled up from the melt 5 by the CZ method. At the time of pulling up, the quartz crucible 3 is rotated by the rotating shaft 9. A shaft hole 49 through which the rotation shaft 9 is inserted is formed in the base 40.

ＣＺ炉２内と外気を遮断することで炉２内は真空（たとえば２０Torr程度）に維持される。すなわちＣＺ炉２には不活性ガスとしてのアルゴンガスが供給され、ＣＺ炉２の排気口からポンプによって排気される。これにより炉２内は所定の圧力に減圧される。   By shutting off the outside air from the CZ furnace 2, the inside of the furnace 2 is maintained in a vacuum (for example, about 20 Torr). That is, argon gas as an inert gas is supplied to the CZ furnace 2 and is exhausted from the exhaust port of the CZ furnace 2 by a pump. Thereby, the inside of the furnace 2 is depressurized to a predetermined pressure.

単結晶引上げのプロセス（１バッチ）の間で、ＣＺ炉２内には種々の蒸発物が発生する。そこでＣＺ炉２にアルゴンガスを供給してＣＺ炉２外に蒸発物とともに排気してＣＺ炉２内から蒸発物を除去しクリーンにしている。アルゴンガスの供給流量は１バッチ中の各工程ごとに設定する。   Various evaporants are generated in the CZ furnace 2 during the single crystal pulling process (one batch). Therefore, argon gas is supplied to the CZ furnace 2 and exhausted together with the evaporated substance outside the CZ furnace 2 to remove the evaporated substance from the CZ furnace 2 and clean it. The supply flow rate of argon gas is set for each process in one batch.

石英るつぼ３の上方にあって、単結晶シリコン６の周囲には、熱遮蔽板８ａ（ガス整流筒）が設けられている。熱遮蔽板８ａは、保温筒８ｂに支持されている。熱遮蔽板８ａは、ＣＺ炉２内に上方より供給されるキャリアガスとしてのアルゴンガスを、融液表面５ａの中央に導き、さらに融液表面５ａを通過させて融液表面５ａの周縁部に導く。そして、アルゴンガス７は、融液５から蒸発したガスとともに、ＣＺ炉２の下部に設けた排気口から排出される。このため融液５から蒸発される酸素を安定に保ち液面上のガス流速を安定化することができる。   Above the quartz crucible 3 and around the single crystal silicon 6, a heat shielding plate 8a (gas rectifying cylinder) is provided. The heat shielding plate 8a is supported by the heat insulating cylinder 8b. The heat shielding plate 8a guides argon gas as a carrier gas supplied from above into the CZ furnace 2 to the center of the melt surface 5a, and further passes through the melt surface 5a to the peripheral portion of the melt surface 5a. Lead. The argon gas 7 is discharged together with the gas evaporated from the melt 5 from an exhaust port provided in the lower part of the CZ furnace 2. For this reason, the oxygen evaporated from the melt 5 can be kept stable, and the gas flow rate on the liquid surface can be stabilized.

また熱遮蔽板８ａは、単結晶シリコン６を、石英るつぼ３、融液５、ヒータ１０、２０、３０などの熱源で発生する輻射熱から、断熱、遮蔽する。また熱遮蔽板８ａは、単結晶シリコン６に、炉内で発生した不純物（たとえばシリコン酸化物）等が付着して、単結晶育成を阻害することを防止する。熱遮蔽板８ａの下端と融液表面５ａとの間隙の距離の大きさは、回転軸９を上昇下降させ、るつぼ３の上下方向位置を変化させることで調整することができる。   The heat shielding plate 8a insulates and shields the single crystal silicon 6 from radiant heat generated by a heat source such as the quartz crucible 3, the melt 5, and the heaters 10, 20, and 30. The heat shielding plate 8a prevents the single crystal silicon 6 from being impeded by impurities (for example, silicon oxide) generated in the furnace and hindering the single crystal growth. The distance between the lower end of the heat shielding plate 8a and the melt surface 5a can be adjusted by raising and lowering the rotary shaft 9 and changing the vertical position of the crucible 3.

図１は図２からヒータ装置を抜き出して、その構成を斜視図にて示している。図１はヒータ装置を各構成要素に分解した組立図にて示している。   FIG. 1 is a perspective view of the heater device extracted from FIG. FIG. 1 shows an exploded view in which the heater device is disassembled into each component.

同図１に示すように、側面上段ヒータ１０にはヒータ側プラス電極１１とヒータ側マイナス電極１２とが設けられている。ヒータ側プラス電極１１とヒータ側マイナス電極１２とは当該ヒータ１０の直径方向に対向して設けられている。ヒータ側プラス電極１１、ヒータ側マイナス電極１２は側面上段ヒータ１０と一体に形成されている。ヒータ側プラス電極１１、ヒータ側マイナス電極１２はＬ字状に形成されており、下段の側面下段ヒータ２０の外側に位置される。   As shown in FIG. 1, the side upper heater 10 is provided with a heater-side plus electrode 11 and a heater-side minus electrode 12. The heater side plus electrode 11 and the heater side minus electrode 12 are provided to face each other in the diameter direction of the heater 10. The heater side plus electrode 11 and the heater side minus electrode 12 are formed integrally with the side surface upper stage heater 10. The heater-side plus electrode 11 and the heater-side minus electrode 12 are formed in an L shape, and are positioned outside the lower side surface lower heater 20.

また側面下段ヒータ２０にはヒータ側プラス電極２１とヒータ側マイナス電極２２とが設けられており、ヒータ側プラス電極２１とヒータ側マイナス電極２２とは当該ヒータ２０の直径方向に対向して設けられている。ヒータ側プラス電極２１、ヒータ側マイナス電極２２は側面下段ヒータ２０と一体に形成されている。   The side lower heater 20 is provided with a heater-side plus electrode 21 and a heater-side minus electrode 22, and the heater-side plus electrode 21 and the heater-side minus electrode 22 are provided to face each other in the diameter direction of the heater 20. ing. The heater side plus electrode 21 and the heater side minus electrode 22 are formed integrally with the side lower heater 20.

また底面ヒータ３０にはヒータ側プラス電極３１とヒータ側マイナス電極３２とが設けられており、ヒータ側プラス電極３１とヒータ側マイナス電極３２とは当該ヒータ３０の直径方向に対向して設けられている。ヒータ側プラス電極３１、ヒータ側マイナス電極３２は底面ヒータ３０とは別体の部材であり、底面ヒータ３０にボルト等の締結部材によって締結されている。   The bottom heater 30 is provided with a heater-side plus electrode 31 and a heater-side minus electrode 32, and the heater-side plus electrode 31 and the heater-side minus electrode 32 are provided to face each other in the diameter direction of the heater 30. Yes. The heater-side plus electrode 31 and the heater-side minus electrode 32 are separate members from the bottom heater 30 and are fastened to the bottom heater 30 by fastening members such as bolts.

一方、ベース４０には、３個のベース側プラス電極４１、４２、４３と１個のベース側マイナス電極４４とが設けられている。これら３個のベース側プラス電極４１、４２、４３、１個のベース側マイナス電極４４は、ヒータ１０、２０、３０の周方向に沿って均等間隔に（９０゜毎に）設けられている。   On the other hand, the base 40 is provided with three base side positive electrodes 41, 42, 43 and one base side negative electrode 44. These three base-side plus electrodes 41, 42, 43 and one base-side minus electrode 44 are provided at equal intervals (every 90 °) along the circumferential direction of the heaters 10, 20, 30.

マイナス電極用延長部材５３は、ヒータ１０、２０、３０の周方向に延在するように形成されている。同様にプラス電極用延長部材５１は、ヒータ１０の周方向に延在するように形成されており、プラス電極用延長部材５２は、ヒータ２０の周方向に延在するように形成されている。なお延長部材５１、５２、５３の材質としては、ヒータ、電極と同じ導電性のある材質、たとえばカーボン、Ｃ．Ｃ．Ｍ（カーボン．カーボン．ファイバ複合材料）が用いられる。   The negative electrode extension member 53 is formed to extend in the circumferential direction of the heaters 10, 20, 30. Similarly, the plus electrode extension member 51 is formed so as to extend in the circumferential direction of the heater 10, and the plus electrode extension member 52 is formed so as to extend in the circumferential direction of the heater 20. The extension members 51, 52, and 53 are made of the same conductive material as the heater and electrodes, such as carbon, C.I. C. M (carbon.carbon.fiber composite material) is used.

ベース側マイナス電極４４には、マイナス電極用延長部材５３が、ヒータ側マイナス電極３２と共にボルト等によって締結されている。またベース側プラス電極４３には、ヒータ側プラス電極３１がボルト等によって締結されている。これによりベース側マイナス電極４４がマイナス電極用延長部材５３を介してヒータ側マイナス電極３２に電気的に接続されるとともに、ベース側プラス電極４３がヒータ側プラス電極３１に電気的に接続され、底面ヒータ３０が通電可能となる。またベース４０上で、底面ヒータ３０が支持される。   A negative electrode extension member 53 is fastened to the base negative electrode 44 together with the heater negative electrode 32 by a bolt or the like. The heater side positive electrode 31 is fastened to the base side positive electrode 43 with bolts or the like. As a result, the base side negative electrode 44 is electrically connected to the heater side negative electrode 32 via the negative electrode extension member 53, and the base side positive electrode 43 is electrically connected to the heater side positive electrode 31. The heater 30 can be energized. A bottom heater 30 is supported on the base 40.

マイナス電極用延長部材５３には、ヒータ側マイナス電極１２がボルト等によって締結されている。ベース側プラス電極４１には、プラス電極用延長部材５１がボルト等によって締結されている。プラス電極用延長部材５１には、ヒータ側プラス電極１１がボルト等によって締結されている。これによりベース側マイナス電極４４がマイナス電極用延長部材５３を介してヒータ側マイナス電極１２に電気的に接続されるとともに、ベース側プラス電極４１がプラス電極用延長部材５１を介してヒータ側プラス電極１１に電気的に接続され、側面上段ヒータ１０が通電可能となる。またベース４０上で、側面上段ヒータ１０が支持される。   The heater-side negative electrode 12 is fastened to the negative electrode extension member 53 with a bolt or the like. A positive electrode extension member 51 is fastened to the base-side positive electrode 41 with a bolt or the like. The heater-side positive electrode 11 is fastened to the positive electrode extension member 51 with a bolt or the like. Thus, the base side negative electrode 44 is electrically connected to the heater side negative electrode 12 via the negative electrode extension member 53, and the base side positive electrode 41 is connected to the heater side positive electrode via the positive electrode extension member 51. 11 and is electrically connected to the side upper heater 10. In addition, the upper side heater 10 is supported on the base 40.

マイナス電極用延長部材５３には、ヒータ側マイナス電極２２がボルト等によって締結されている。ベース側プラス電極４２には、プラス電極用延長部材５２がボルト等によって締結されている。プラス電極用延長部材５２には、ヒータ側プラス電極２１がボルト等によって締結されている。これによりベース側マイナス電極４４がマイナス電極用延長部材５３を介してヒータ側マイナス電極２２に電気的に接続されるとともに、ベース側プラス電極４２がプラス電極用延長部材５２を介してヒータ側プラス電極２１に電気的に接続され、側面下段ヒータ２０が通電可能となる。またベース４０上で、側面下段ヒータ２０が支持される。   The heater-side negative electrode 22 is fastened to the negative electrode extension member 53 with a bolt or the like. A plus electrode extension member 52 is fastened to the base side plus electrode 42 by a bolt or the like. The heater-side plus electrode 21 is fastened to the plus electrode extension member 52 by a bolt or the like. As a result, the base side negative electrode 44 is electrically connected to the heater side negative electrode 22 via the negative electrode extension member 53, and the base side positive electrode 42 is connected to the heater side positive electrode via the positive electrode extension member 52. It is electrically connected to 21 and the side lower heater 20 can be energized. Further, the side lower heater 20 is supported on the base 40.

ベース側プラス電極４１、４２、４３はそれぞれ独立した各電源に電気的に接続されており、各電極に印加される電圧を独立して変化させることができる。ベース側マイナス電極４４は接地している。このため側面上段ヒータ１０用電源の電圧がベース側プラス電極４１、プラス電極用延長部材５１を介してヒータ側プラス電極１１に印加されることによって側面上段ヒータ１０に電流が流れ、発熱する。側面上段ヒータ１０用電源の電圧を変化させることで、側面上段ヒータ１０の発熱量が調整され、石英るつぼ３の加熱量が制御される。   The base-side plus electrodes 41, 42, 43 are electrically connected to independent power sources, and the voltage applied to each electrode can be changed independently. The base side negative electrode 44 is grounded. Therefore, when the voltage of the power source for the upper side heater 10 is applied to the heater side positive electrode 11 via the base side positive electrode 41 and the positive electrode extension member 51, a current flows through the upper side heater 10 to generate heat. By changing the voltage of the power supply for the upper side heater 10, the amount of heat generated by the upper side heater 10 is adjusted, and the heating amount of the quartz crucible 3 is controlled.

同様に側面下段ヒータ２０用電源の電圧がベース側プラス電極４２、プラス電極用延長部材５２を介してヒータ側プラス電極２１に印加されることによって側面下段ヒータ２０に電流が流れ、発熱する。側面下段ヒータ２０用電源の電圧を変化させることで、側面下段ヒータ２０の発熱量が調整され、石英るつぼ３の加熱量が制御される。   Similarly, when the voltage of the power source for the lower side heater 20 is applied to the heater side positive electrode 21 via the base side positive electrode 42 and the positive electrode extension member 52, a current flows through the lower side heater 20 to generate heat. By changing the voltage of the power source for the lower side heater 20, the heat generation amount of the lower side heater 20 is adjusted, and the heating amount of the quartz crucible 3 is controlled.

同様に底面ヒータ３０用電源の電圧がベース側プラス電極４３を介してヒータ側プラス電極３１に印加されることによって底面ヒータ３０に電流が流れ、発熱する。底面ヒータ３０用電源の電圧を変化させることで、底面ヒータ３０の発熱量が調整され、石英るつぼ３の加熱量が制御される。   Similarly, when the voltage of the power source for the bottom heater 30 is applied to the heater side positive electrode 31 via the base side positive electrode 43, a current flows through the bottom heater 30 to generate heat. By changing the voltage of the power supply for the bottom heater 30, the amount of heat generated by the bottom heater 30 is adjusted, and the heating amount of the quartz crucible 3 is controlled.

図３は図１に示すヒータ装置を、上面からみた図であり、各電極の接続態様と各電極と各ヒータとの接続態様を示している。   FIG. 3 is a top view of the heater device shown in FIG. 1, and shows the connection mode of each electrode and the connection mode of each electrode and each heater.

また図９（ａ）は図３に対応させて同じくヒータ装置を上面からみた図であり、ヒータ１０、２０、３０の外形と各電極との位置関係を示している。   FIG. 9A is a view of the heater device as seen from above corresponding to FIG. 3, and shows the positional relationship between the outer shapes of the heaters 10, 20, and 30 and the respective electrodes.

また図９（ｃ）は図９（ａ）に対応させて従来技術を示す図である。図９（ｃ）は、ベース４０側に、各ヒータ１０、２０、３０毎に、マイナス電極４２、４６、４４を設けた場合を示している。図９（ｃ）では、側面上段ヒータ１０のヒータ側プラス電極１１がベース側プラス電極４１に電気的に接続され、ヒータ側マイナス電極１２がベース側マイナス電極４２に電気的に接続される。また側面下段ヒータ２０のヒータ側プラス電極２１がベース側プラス電極４５に電気的に接続され、ヒータ側マイナス電極２２がベース側マイナス電極４６に電気的に接続される。また底面ヒータ３０のヒータ側プラス電極３１がベース側プラス電極４３に電気的に接続され、ヒータ側マイナス電極３２がベース側マイナス電極４４に電気的に接続される。   FIG. 9 (c) is a diagram showing the prior art corresponding to FIG. 9 (a). FIG. 9C shows a case where negative electrodes 42, 46, 44 are provided for each heater 10, 20, 30 on the base 40 side. In FIG. 9C, the heater side positive electrode 11 of the side surface upper stage heater 10 is electrically connected to the base side positive electrode 41, and the heater side negative electrode 12 is electrically connected to the base side negative electrode 42. Further, the heater side positive electrode 21 of the lower side heater 20 is electrically connected to the base side positive electrode 45, and the heater side negative electrode 22 is electrically connected to the base side negative electrode 46. Further, the heater side positive electrode 31 of the bottom heater 30 is electrically connected to the base side positive electrode 43, and the heater side negative electrode 32 is electrically connected to the base side negative electrode 44.

図１に示すヒータ装置によれば、図３（あるいは図９（ａ））に示すように、ベース４０側のマイナス電極４４を、各ヒータ１０、２０、３０に共通に設けるようにしたので、図９（ｃ）に示すような、ベース４０側のマイナス電極４２、４６、４４を、各ヒータ１０、２０、３０毎に設けた場合と比較して、電極の数を減らすことができる。このため３段のヒータ１０、２０、３０からなるヒータ装置を実現するに際して、電極の数が少なくなり部品点数が減りコストが低減する。   According to the heater device shown in FIG. 1, as shown in FIG. 3 (or FIG. 9A), the negative electrode 44 on the base 40 side is provided in common to each heater 10, 20, 30. Compared with the case where the negative electrodes 42, 46, 44 on the base 40 side are provided for each of the heaters 10, 20, 30 as shown in FIG. 9C, the number of electrodes can be reduced. For this reason, when realizing a heater device including three stages of heaters 10, 20, and 30, the number of electrodes is reduced, the number of parts is reduced, and the cost is reduced.

更に図１のヒータ装置によれば、図３（あるいは図９（ａ））に示すように、ヒータ１０、２０、３０にはそれぞれヒータ側プラス電極１１、２１、３１とヒータ側マイナス電極１２、２２、３２とが当該ヒータ１０、２０、３０の直径方向に対向して設けられ、ベース４０の共通のベース側マイナス電極４４がマイナス電極用延長部材５３を介して、各ヒータ１０、２０、３０のヒータ側マイナス電極１２、２２、３２に電気的に接続される。各ヒータ１０、２０、３０を、図６（ａ）に示すような、脚部１１、１２が対向された構造にできるため、図７（ａ）に示すような、脚部１１、１２が片持ちとなる構造と比較して、ヒータ１０、２０、３０が安定して支持される。また各ヒータ１０、２０、３０の両分岐電流経路を図６（ｂ）に示すような、電流ｉ0、抵抗Ｒ0が同じとなる経路にできるため、図７（ｂ）に示すような、各分岐電流経路で電流、抵抗が異なる場合と比較して、ヒータ１０、２０、３０の温度分布を均一にでき、石英るつぼ３の周方向の温度分布を均一にすることができる。   Further, according to the heater device of FIG. 1, as shown in FIG. 3 (or FIG. 9 (a)), the heaters 10, 20, and 30 have heater-side positive electrodes 11, 21, 31 and heater-side negative electrodes 12, respectively. 22 and 32 are provided opposite to each other in the diametrical direction of the heaters 10, 20, and 30, and a common base side negative electrode 44 of the base 40 is connected to each heater 10, 20, 30 via a negative electrode extension member 53. Are electrically connected to the heater side negative electrodes 12, 22, 32. Since each of the heaters 10, 20, and 30 can have a structure in which the legs 11 and 12 face each other as shown in FIG. 6A, the legs 11 and 12 as shown in FIG. The heaters 10, 20, and 30 are stably supported as compared with the holding structure. Further, since both the branch current paths of the heaters 10, 20, and 30 can be made to have the same current i0 and resistance R0 as shown in FIG. 6B, each branch as shown in FIG. Compared to the case where the current and resistance are different in the current path, the temperature distribution of the heaters 10, 20, and 30 can be made uniform, and the temperature distribution in the circumferential direction of the quartz crucible 3 can be made uniform.

さらに図１のヒータ装置によれば、図３（あるいは図９（ａ））に示すように、ベース４０には、３個のベース側プラス電極４１、４２、４３、共通のベース側マイナス電極４４が、ヒータ１０、２０、３０の周方向に沿って均等間隔で（９０゜ごとに）設けられる。そして、２個のプラス電極用延長部材５１、５２が設けられ、これら２個のプラス電極用延長部材５１、５２が、２個のベース側プラス電極４１、４２に電気的にそれぞれ接続されるとともに、２個のヒータ側プラス電極１１、２１にそれぞれ電気的に接続される。各電極４４（３３）、２２、４１、１１、４３（３１）、２１、４２、１２の配置間隔は、ヒータ１０、２０、３０の周方向に沿って等間隔（６０゜）となる。   Further, according to the heater device of FIG. 1, as shown in FIG. 3 (or FIG. 9A), the base 40 has three base side positive electrodes 41, 42, 43 and a common base side negative electrode 44. Are provided at equal intervals (every 90 °) along the circumferential direction of the heaters 10, 20, and 30. Two plus electrode extension members 51 and 52 are provided, and these two plus electrode extension members 51 and 52 are electrically connected to the two base side plus electrodes 41 and 42, respectively. The two heater-side positive electrodes 11 and 21 are electrically connected to each other. The arrangement intervals of the electrodes 44 (33), 22, 41, 11, 43 (31), 21, 42, 12 are equal intervals (60 °) along the circumferential direction of the heaters 10, 20, 30.

ここで図８は、単一のヒータ１０からなる従来のヒータ装置に用いられるベース４０を示している。既存のベース４０には、各電極４１、４２、４３、４４が等間隔で（９０゜毎に）設けられている。   Here, FIG. 8 shows a base 40 used in a conventional heater device composed of a single heater 10. The existing base 40 is provided with electrodes 41, 42, 43, and 44 at regular intervals (every 90 °).

このため既存のベース４０の電極４１、４２、４３、４４の配置を変えることなく、つまり大幅な改造を加えることなくそのまま利用して、３段のヒータ１０、２０、３０からなるヒータ装置を構築することが可能となる。   For this reason, a heater device comprising three stages of heaters 10, 20, and 30 is constructed without changing the arrangement of the electrodes 41, 42, 43, and 44 of the existing base 40, that is, without any significant modification. It becomes possible to do.

図１のヒータ装置には、種々の変形が可能である。   The heater device of FIG. 1 can be variously modified.

図３（あるいは図９（ａ））に示すように、図１のヒータ装置では、円弧状のマイナス電極用延長部材５３が、その円弧の略中心でベース側マイナス電極４４によって支持されている。しかし、図１２に示すように、マイナス電極用延長部材５３が、その重心位置でベース側電極４４によって支持される構造としてもよい。すなわちマイナス電極用延長部材５３は、３段のヒータ１０、２０、３０を支持しているが、マイナス電極用延長部材５３は、これら３段のヒータ１０、２０、３０の荷重の重心位置で、共通のベース側マイナス電極４４によって支持される。   As shown in FIG. 3 (or FIG. 9A), in the heater device of FIG. 1, the arc-shaped minus electrode extension member 53 is supported by the base-side minus electrode 44 at the approximate center of the arc. However, as shown in FIG. 12, the negative electrode extension member 53 may be supported by the base-side electrode 44 at the center of gravity. That is, the minus electrode extension member 53 supports the three-stage heaters 10, 20, and 30, but the minus electrode extension member 53 is located at the center of gravity of the load of the three-stage heaters 10, 20, and 30. It is supported by a common base side negative electrode 44.

これにより図３（あるいは図９（ａ））に示す場合と比較して、マイナス電極用延長部材５３によってヒータ１０、２０、３０を、より機械的に安定して支持できるようになる。   As a result, compared to the case shown in FIG. 3 (or FIG. 9A), the heaters 10, 20, and 30 can be more mechanically and stably supported by the negative electrode extension member 53.

また図１のヒータ装置では、マイナス電極用延長部材５３を、ベース４０側のマイナス電極４４と別体としているが、マイナス電極用延長部材５３を、ベース側マイナス電極４４と一体に形成してもよい。すなわちベース側マイナス電極４４自体の形状を、図３（あるいは図９（ａ））に示す円弧状の形状とすることによって、図１のマイナス装置と同様の効果を得ることができる。   In the heater device of FIG. 1, the minus electrode extension member 53 is separated from the minus electrode 44 on the base 40 side, but the minus electrode extension member 53 may be formed integrally with the base side minus electrode 44. Good. That is, by making the shape of the base-side minus electrode 44 itself an arc shape shown in FIG. 3 (or FIG. 9A), the same effect as that of the minus device of FIG. 1 can be obtained.

同様にベース側プラス電極４１自体の形状を、プラス電極用延長部材５１と同様の円弧形状にしてもよく、ベース側プラス電極４２自体の形状を、プラス電極用延長部５２と同様の円弧形状にしてもよい。   Similarly, the shape of the base-side plus electrode 41 itself may be an arc shape similar to that of the plus electrode extension member 51, and the shape of the base-side plus electrode 42 itself may be an arc shape similar to that of the plus electrode extension portion 52. May be.

図１のヒータ装置では、延長部材５３を設けることによって、各ヒータの電極を対向配置可能にしているが、各ヒータの電極を対向配置させない実施も可能である。   In the heater device of FIG. 1, the electrodes of the heaters can be arranged to face each other by providing the extending member 53, but it is also possible to perform the arrangement in which the electrodes of the heaters are not arranged to face each other.

図９（ｂ）は図９（ａ）に対応する図であり、延長部材５１、５２、５３を設けることなく１個の共通のベース側マイナス電極４４を設けた場合の構成を示している。   FIG. 9B is a diagram corresponding to FIG. 9A, and shows a configuration in which one common base side negative electrode 44 is provided without providing the extension members 51, 52, 53.

図９（ｂ）は、図９（ａ）とヒータ側の各電極とベース側の各電極との配置態様は同じであり、側面上段ヒータ１０、側面下段ヒータ２０、底面ヒータ３０の各ヒータ側マイナス電極１２、２２、３２が、ベース４０側の１個の共通のマイナス電極４４に電気的に接続されている。しかしマイナス電極用延長部材５３が設けられていないため、側面上段ヒータ１０のヒータ側プラス電極１１、ヒータ側マイナス電極１２を対向配置させることはできない。同様に側面下段ヒータ２０のヒータ側プラス電極２１、ヒータ側マイナス電極２２を対向配置させることはできない。   9B is the same as FIG. 9A in the arrangement of the heater-side electrodes and the base-side electrodes, and the heater side of the side upper heater 10, the side lower heater 20, and the bottom heater 30 is the same. The negative electrodes 12, 22, 32 are electrically connected to one common negative electrode 44 on the base 40 side. However, since the negative electrode extension member 53 is not provided, the heater-side positive electrode 11 and the heater-side negative electrode 12 of the upper side heater 10 cannot be disposed to face each other. Similarly, the heater-side plus electrode 21 and the heater-side minus electrode 22 of the side lower heater 20 cannot be disposed opposite to each other.

ところで図１のヒータ装置では、側面上段ヒータ１０のヒータ側プラス電極１１、ヒータ側マイナス電極１２はＬ字状に形成されており、下段の側面下段ヒータ２０の外側に位置されている。このため図２に示すように、側面上段ヒータ１０の外側の場積が大きくなり、ＣＺ炉２自体が大型化せざるを得ない。またＣＺ炉２内の他の部材と干渉することを避けるために、他の部材の改造を要することがある。たとえば保温筒８ｂに逃げ部を形成するなどの改造を要することになる。   By the way, in the heater device of FIG. 1, the heater side positive electrode 11 and the heater side negative electrode 12 of the upper side heater 10 are formed in an L shape and are positioned outside the lower side lower heater 20. For this reason, as shown in FIG. 2, the field of the outside of the side upper stage heater 10 becomes large, and the CZ furnace 2 itself must be enlarged. Moreover, in order to avoid interfering with the other member in CZ furnace 2, the modification of another member may be required. For example, modification such as forming an escape portion in the heat insulating cylinder 8b is required.

つぎに図１のヒータ装置を改良した構造を、図４に示す。   Next, FIG. 4 shows a structure obtained by improving the heater device shown in FIG.

図４のヒータ装置では、側面上段ヒータ１０のヒータ側プラス電極１１、ヒータ側マイナス電極１２は、内側に曲げられ、下段の側面下段ヒータ２０の内側に位置されている。   In the heater device of FIG. 4, the heater side positive electrode 11 and the heater side negative electrode 12 of the side surface upper stage heater 10 are bent inward and are positioned inside the lower side surface lower heater 20.

図５は図２に対応する単結晶引上げ装置１の側面図であり、図４のヒータ装置が組み込まれた単結晶引上げ装置１の構成を示している。   FIG. 5 is a side view of the single crystal pulling apparatus 1 corresponding to FIG. 2, and shows the configuration of the single crystal pulling apparatus 1 in which the heater apparatus of FIG. 4 is incorporated.

図５に示すように、側面上段ヒータ１０のヒータ側プラス電極１１、ヒータ側マイナス電極１２は、下段の側面下段ヒータ２０の内側に位置されている。このためヒータ１０の外側の場積を小さくすることができ、ＣＺ炉２自体を小型化することができる。またＣＺ炉２内の他の部材と干渉することなく、他の部材の改造を要しない。たとえば保温筒８ｂに逃げ部を形成するなどの改造を要しない。   As shown in FIG. 5, the heater side positive electrode 11 and the heater side negative electrode 12 of the upper side heater 10 are located inside the lower side heater 20 on the lower side. For this reason, the field outside the heater 10 can be reduced, and the CZ furnace 2 itself can be downsized. Further, it is not necessary to modify other members without interfering with other members in the CZ furnace 2. For example, there is no need for modification such as forming an escape portion in the heat insulating cylinder 8b.

上述した実施形態では、３段のヒータ１０、２０、３０のうち最下段のヒータ３０を、るつぼ３、７の底面に配置しているが、最下段のヒータ３０を他のヒータ１０、２０と同様に、るつぼ３、７の側面に配置してもよい。   In the above-described embodiment, the lowermost heater 30 among the three-stage heaters 10, 20, 30 is arranged on the bottom surface of the crucibles 3, 7, but the lowermost heater 30 is connected to the other heaters 10, 20. Similarly, you may arrange | position on the side surface of the crucibles 3 and 7. FIG.

また上述した実施形態では、３段のヒータからなるヒータ装置を想定して説明したが、２段のヒータからなるヒータ装置、４段以上のヒータからなるヒータ装置に同様に適用してもよい。   In the above-described embodiment, the description has been made on the assumption that the heater device is composed of three stages of heaters. However, the present invention may be similarly applied to a heater apparatus composed of two stages of heaters and four or more stages of heaters.

図１０（ａ）は、２段のヒータ１０、２０からなるヒータ装置に適用した場合の構成を、図９（ａ）に対応させて示している。   FIG. 10 (a) shows a configuration corresponding to FIG. 9 (a) when applied to a heater device including two stages of heaters 10 and 20. FIG.

図１０（ａ）に示すヒータ装置では、ヒータ１０のヒータ側プラス電極１１がベース側プラス電極４１に電気的に接続され、ヒータ側マイナス電極１２がマイナス電極用延長部材５３を介して共通のベース側マイナス電極４４に電気的に接続されている。またヒータ２０のヒータ側プラス電極２１がベース側プラス電極４２に電気的に接続され、ヒータ側マイナス電極２２がマイナス電極用延長部材５３を介して共通のベース側マイナス電極４４に電気的に接続されている。   10A, the heater side positive electrode 11 of the heater 10 is electrically connected to the base side positive electrode 41, and the heater side negative electrode 12 is connected to the common base via the negative electrode extension member 53. The side negative electrode 44 is electrically connected. Further, the heater side positive electrode 21 of the heater 20 is electrically connected to the base side positive electrode 42, and the heater side negative electrode 22 is electrically connected to the common base side negative electrode 44 via the negative electrode extension member 53. ing.

図１０（ｂ）は、２段のヒータ１０、２０からなるヒータ装置に適用した場合の構成を、図９（ｂ）に対応させて示している。   FIG. 10B shows a configuration in the case of being applied to a heater device including two stages of heaters 10 and 20 corresponding to FIG. 9B.

図１０（ｂ）に示すヒータ装置では、ヒータ１０のヒータ側プラス電極１１がベース側プラス電極４１に電気的に接続され、ヒータ側マイナス電極１２が共通のベース側マイナス電極４４に電気的に接続されている。またヒータ２０のヒータ側プラス電極２１がベース側プラス電極４２に電気的に接続され、ヒータ側マイナス電極２２が共通のベース側マイナス電極４４に電気的に接続されている。   In the heater device shown in FIG. 10B, the heater-side plus electrode 11 of the heater 10 is electrically connected to the base-side plus electrode 41, and the heater-side minus electrode 12 is electrically connected to the common base-side minus electrode 44. Has been. Further, the heater side positive electrode 21 of the heater 20 is electrically connected to the base side positive electrode 42, and the heater side negative electrode 22 is electrically connected to the common base side negative electrode 44.

図１０（ｃ）は、２段のヒータ１０、２０からなるヒータ装置の従来技術の構成を、図９（ｃ）に対応させて示している。   FIG. 10C shows the configuration of the prior art of the heater device composed of the two-stage heaters 10 and 20 corresponding to FIG. 9C.

図１０（ｃ）に示すヒータ装置では、ヒータ１０のヒータ側プラス電極１１がベース側プラス電極４１に電気的に接続され、ヒータ側マイナス電極１２がベース側マイナス電極４３に電気的に接続されている。またヒータ２０のヒータ側プラス電極２１がベース側プラス電極４２に電気的に接続され、ヒータ側マイナス電極２２がベース側マイナス電極４４に電気的に接続されている。   In the heater device shown in FIG. 10C, the heater side positive electrode 11 of the heater 10 is electrically connected to the base side positive electrode 41, and the heater side negative electrode 12 is electrically connected to the base side negative electrode 43. Yes. Further, the heater side positive electrode 21 of the heater 20 is electrically connected to the base side positive electrode 42, and the heater side negative electrode 22 is electrically connected to the base side negative electrode 44.

このため図１０（ａ）、図１０（ｂ）のヒータ装置によれば、図１０（ｃ）に示す従来のヒータ装置と比較して、電極の数が少なくなり部品点数が減りコストが低減する。   For this reason, according to the heater device of FIG. 10A and FIG. 10B, compared with the conventional heater device shown in FIG. 10C, the number of electrodes is reduced, the number of parts is reduced, and the cost is reduced. .

更に図１０（ａ）のヒータ装置によれば、ヒータ１０、２０のヒータ側プラス電極１１、２１とヒータ側マイナス電極１２、２２とをそれぞれ当該ヒータ１０、２０の直径方向に対向して設けることができ、ヒータ１０、２０を機械的に安定して支持できるとともに、ヒータ１０、２０の温度分布を均一にでき石英るつぼ３の周方向の温度分布を均一にすることができる。   Furthermore, according to the heater device of FIG. 10A, the heater-side plus electrodes 11 and 21 and the heater-side minus electrodes 12 and 22 of the heaters 10 and 20 are provided to face each other in the diameter direction of the heaters 10 and 20, respectively. The heaters 10 and 20 can be supported mechanically and stably, the temperature distribution of the heaters 10 and 20 can be made uniform, and the temperature distribution in the circumferential direction of the quartz crucible 3 can be made uniform.

図１１（ａ）は、４段のヒータ１０、２０、３０、１４０からなるヒータ装置に適用した場合の構成を、図９（ａ）に対応させて示している。   FIG. 11A shows a configuration in the case of being applied to a heater device including four stages of heaters 10, 20, 30, and 140, corresponding to FIG. 9A.

図１１（ａ）に示すヒータ装置では、ヒータ１０のヒータ側プラス電極１１がベース側プラス電極４１に電気的に接続され、ヒータ側マイナス電極１２がマイナス電極用延長部材５３を介して共通のベース側マイナス電極４４に電気的に接続されている。またヒータ２０のヒータ側プラス電極２１がベース側プラス電極４２に電気的に接続され、ヒータ側マイナス電極２２がマイナス電極用延長部材５３を介して共通のベース側マイナス電極４４に電気的に接続されている。またヒータ３０のヒータ側プラス電極３１がベース側プラス電極４３に電気的に接続され、ヒータ側マイナス電極３２がマイナス電極用延長部材５３を介して共通のベース側マイナス電極４４に電気的に接続されている。またヒータ１４０のヒータ側プラス電極１４１がベース側プラス電極４５に電気的に接続され、ヒータ側マイナス電極１４２がマイナス電極用延長部材５３を介して共通のベース側マイナス電極４４に電気的に接続されている。   In the heater device shown in FIG. 11A, the heater-side plus electrode 11 of the heater 10 is electrically connected to the base-side plus electrode 41, and the heater-side minus electrode 12 is connected to the common base via the minus electrode extension member 53. The side negative electrode 44 is electrically connected. Further, the heater side positive electrode 21 of the heater 20 is electrically connected to the base side positive electrode 42, and the heater side negative electrode 22 is electrically connected to the common base side negative electrode 44 via the negative electrode extension member 53. ing. Further, the heater side positive electrode 31 of the heater 30 is electrically connected to the base side positive electrode 43, and the heater side negative electrode 32 is electrically connected to the common base side negative electrode 44 via the negative electrode extension member 53. ing. Further, the heater side plus electrode 141 of the heater 140 is electrically connected to the base side plus electrode 45, and the heater side minus electrode 142 is electrically connected to the common base side minus electrode 44 through the minus electrode extension member 53. ing.

図１１（ｂ）は、４段のヒータ１０、２０、３０、１４０からなるヒータ装置に適用した場合の構成を、図９（ｂ）に対応させて示している。   FIG. 11B shows a configuration when applied to a heater device including four stages of heaters 10, 20, 30, and 140, corresponding to FIG. 9B.

図１１（ｂ）に示すヒータ装置では、ヒータ１０のヒータ側プラス電極１１がベース側プラス電極４１に電気的に接続され、ヒータ側マイナス電極１２が共通のベース側マイナス電極４４に電気的に接続されている。またヒータ２０のヒータ側プラス電極２１がベース側プラス電極４２に電気的に接続され、ヒータ側マイナス電極２２が共通のベース側マイナス電極４４に電気的に接続されている。またヒータ３０のヒータ側プラス電極３１がベース側プラス電極４３に電気的に接続され、ヒータ側マイナス電極３２が共通のベース側マイナス電極４４に電気的に接続されている。またヒータ１４０のヒータ側プラス電極１４１がベース側プラス電極４５に電気的に接続され、ヒータ側マイナス電極１４２が共通のベース側マイナス電極４４に電気的に接続されている。   In the heater device shown in FIG. 11B, the heater-side plus electrode 11 of the heater 10 is electrically connected to the base-side plus electrode 41, and the heater-side minus electrode 12 is electrically connected to the common base-side minus electrode 44. Has been. Further, the heater side positive electrode 21 of the heater 20 is electrically connected to the base side positive electrode 42, and the heater side negative electrode 22 is electrically connected to the common base side negative electrode 44. Further, the heater side positive electrode 31 of the heater 30 is electrically connected to the base side positive electrode 43, and the heater side negative electrode 32 is electrically connected to the common base side negative electrode 44. Further, the heater side plus electrode 141 of the heater 140 is electrically connected to the base side plus electrode 45, and the heater side minus electrode 142 is electrically connected to the common base side minus electrode 44.

図１１（ｃ）は、４段のヒータ１０、２０、３０、１４０からなるヒータ装置の従来技術の構成を、図９（ｃ）に対応させて示している。   FIG. 11C shows the configuration of the prior art of the heater device composed of four stages of heaters 10, 20, 30, 140 corresponding to FIG. 9C.

図１１（ｃ）に示すヒータ装置では、ヒータ１０のヒータ側プラス電極１１がベース側プラス電極４１に電気的に接続され、ヒータ側マイナス電極１２がベース側マイナス電極４６に電気的に接続されている。またヒータ２０のヒータ側プラス電極２１がベース側プラス電極４２に電気的に接続され、ヒータ側マイナス電極２２がベース側マイナス電極４７に電気的に接続されている。またヒータ３０のヒータ側プラス電極３１がベース側プラス電極４３に電気的に接続され、ヒータ側マイナス電極３２がベース側マイナス電極４４に電気的に接続されている。またヒータ１４０のヒータ側プラス電極１４１がベース側プラス電極４５に電気的に接続され、ヒータ側マイナス電極１４２がベース側マイナス電極４８に電気的に接続されている。   In the heater device shown in FIG. 11C, the heater-side plus electrode 11 of the heater 10 is electrically connected to the base-side plus electrode 41, and the heater-side minus electrode 12 is electrically connected to the base-side minus electrode 46. Yes. Further, the heater side plus electrode 21 of the heater 20 is electrically connected to the base side plus electrode 42, and the heater side minus electrode 22 is electrically connected to the base side minus electrode 47. Further, the heater side positive electrode 31 of the heater 30 is electrically connected to the base side positive electrode 43, and the heater side negative electrode 32 is electrically connected to the base side negative electrode 44. Further, the heater side plus electrode 141 of the heater 140 is electrically connected to the base side plus electrode 45, and the heater side minus electrode 142 is electrically connected to the base side minus electrode 48.

このため図１１（ａ）、図１１（ｂ）のヒータ装置によれば、図１１（ｃ）に示す従来のヒータ装置と比較して、電極の数が少なくなり部品点数が減りコストが低減する。   Therefore, according to the heater device of FIGS. 11 (a) and 11 (b), the number of electrodes is reduced, the number of parts is reduced, and the cost is reduced as compared with the conventional heater device shown in FIG. 11 (c). .

更に図１１（ａ）のヒータ装置によれば、ヒータ１０、２０、３０、１４０のヒータ側プラス電極１１、２１、３１、１４１とヒータ側マイナス電極１２、２２、３２、１４２とをそれぞれ当該ヒータ１０、２０、３０、１４０の直径方向に対向して設けることができ、ヒータ１０、２０、３０、１４０を機械的に安定して支持できるとともに、ヒータ１０、２０、３０、１４０の温度分布を均一にでき石英るつぼ３の周方向の温度分布を均一にすることができる。   Further, according to the heater device of FIG. 11A, the heater side positive electrodes 11, 21, 31, 141 and the heater side negative electrodes 12, 22, 32, 142 of the heaters 10, 20, 30, 140 are respectively connected to the heaters. 10, 20, 30, 140 can be provided facing each other in the diameter direction, and the heaters 10, 20, 30, 140 can be supported mechanically and stably, and the temperature distribution of the heaters 10, 20, 30, 140 can be The temperature distribution in the circumferential direction of the quartz crucible 3 can be made uniform.

以上のように本発明によれば、ｎ段（ｎ＝２、３、４…）のヒータからなるヒータ装置において、ベース４０側の電極の数をｎ＋１個にすることができ、従来のｎ段のヒータ装置で必要される電極の数２ｎ個よりも、電極数を減らすことができる。また延長部材を設けた場合には、ベース４０側の電極数を減らしつつもヒータの安定した支持、ヒータの均一な温度分布を実現することができる。   As described above, according to the present invention, in the heater device composed of n-stage (n = 2, 3, 4...) Heaters, the number of electrodes on the base 40 side can be made n + 1. The number of electrodes can be reduced as compared with the number 2n of electrodes required in the heater device. Further, when the extension member is provided, it is possible to realize stable support of the heater and uniform temperature distribution of the heater while reducing the number of electrodes on the base 40 side.

ところでヒータ１０、２０、３０のプラス電極とマイナス電極との間の電圧が高いと、ＣＺ炉２内の真空に近いアルゴンガス雰囲気中では、アース電位となっているチャンバ内壁との間で放電が生じやすくなる。したがって対アース間の放電は、これを防止する必要がある。対アース間の放電を防止するためには、対アース間の電圧の絶対値を低下させる必要がある。   By the way, if the voltage between the positive electrode and the negative electrode of the heaters 10, 20, and 30 is high, in the argon gas atmosphere close to the vacuum in the CZ furnace 2, a discharge is generated between the chamber inner wall which is at the ground potential. It tends to occur. Therefore, it is necessary to prevent the discharge between the earth and the ground. In order to prevent discharge between the ground and the ground, it is necessary to reduce the absolute value of the voltage between the ground and the ground.

本実施形態では図１４に示すようにヒータ抵抗Ｈ1のヒータ１０、ヒータ抵抗Ｈ2のヒータ２０、ヒータ抵抗Ｈ3のヒータ３０毎に、電源が設けられている。そして各ヒータ１０、２０、３０の各電源から各ヒータ１０、２０、３０に印加される電圧Ｅ1、Ｅ2、Ｅ3が独立して制御される。この場合、各ヒータ１０、２０、３０に印加される電圧はそれぞれ異なり、いずれのヒータで最大電圧になるかは不定である。しかも各ヒータ１０、２０、３０のマイナス電極は共通の電極４４でありこの共通電極４４の電位を各ヒータ１０、２０、３０で同一にしなければならない。   In the present embodiment, as shown in FIG. 14, a power source is provided for each heater 10 having a heater resistance H1, heater 20 having a heater resistance H2, and heater 30 having a heater resistance H3. The voltages E1, E2, and E3 applied to the heaters 10, 20, and 30 from the power sources of the heaters 10, 20, and 30 are independently controlled. In this case, the voltages applied to the heaters 10, 20, and 30 are different from each other, and it is indeterminate which heater has the maximum voltage. In addition, the negative electrodes of the heaters 10, 20, and 30 are the common electrode 44, and the potential of the common electrode 44 must be the same for each of the heaters 10, 20, and 30.

そこで本実施形態では、最大電圧が加わるヒータの両電極間の電圧の中点をアース電位とすることで、対アース間の電圧の絶対値を低下させるようにしている。たとえば図１４においてヒータ３０の印加電圧Ｅ3が最大電圧Ｅmaxであるとすると、そのヒータ３０の電極間の電圧の中点がアース電位とされ、対アース間の電圧の絶対値を、＋１/２Ｅmaxまでに低下させることができる。   Therefore, in this embodiment, the absolute value of the voltage between the ground and the ground is reduced by setting the midpoint of the voltage between the two electrodes of the heater to which the maximum voltage is applied as the ground potential. For example, in FIG. 14, when the applied voltage E3 of the heater 30 is the maximum voltage Emax, the midpoint of the voltage between the electrodes of the heater 30 is the ground potential, and the absolute value of the voltage between the ground and the ground voltage is + 1 / 2Emax. Can be lowered.

図１５はこれを実現するための回路構成を例示している。   FIG. 15 illustrates a circuit configuration for realizing this.

図１５において、ｒ1はヒータ１０の両電極間の電圧を分圧する分圧抵抗であり、ヒータ１０の中点電圧Ｅc1を生成するために使用される。中点電圧Ｅc1は抵抗ｒ11によって検出される。またｒ2はヒータ２０の両電極間の電圧を分圧する分圧抵抗であり、ヒータ２０の中点電圧Ｅc2を生成するために使用される。中点電圧Ｅc2は抵抗ｒ22によって検出される。またｒ3はヒータ３０の両電極間の電圧を分圧する分圧抵抗であり、ヒータ３０の中点電圧Ｅc3を生成するために使用される。中点電圧Ｅc3は抵抗ｒ33によって検出される。   In FIG. 15, r 1 is a voltage dividing resistor that divides the voltage between both electrodes of the heater 10, and is used to generate a midpoint voltage Ec 1 of the heater 10. The midpoint voltage Ec1 is detected by the resistor r11. R2 is a voltage dividing resistor that divides the voltage between both electrodes of the heater 20, and is used to generate a midpoint voltage Ec2 of the heater 20. The midpoint voltage Ec2 is detected by the resistor r22. R3 is a voltage dividing resistor that divides the voltage between both electrodes of the heater 30, and is used to generate a midpoint voltage Ec3 of the heater 30. The midpoint voltage Ec3 is detected by the resistor r33.

検出された各中点電圧Ｅc1、Ｅc2、Ｅc3は最大電圧検出部１００に入力され、プラス側の最大電圧＋１/２Ｅmaxが検出される。共通電極電位ドライブ部２００は、プラス側最大電圧＋１/２Ｅmaxを入力し、これを反転してプラス側最大電圧と絶対値が等しいマイナス側最大電圧−１/２Ｅmaxを出力して共通電極４４をドライブする。これにより共通電極４４の電位が、最大電圧Ｅmaxが印加されているヒータ（たとえばヒータ３０）の中点電圧Ｅc3を０Ｖとするような電位（−１/２Ｅmax）にされる。   The detected midpoint voltages Ec1, Ec2, and Ec3 are input to the maximum voltage detection unit 100, and the maximum positive voltage + 1 / 2Emax is detected. The common electrode potential drive unit 200 inputs the plus-side maximum voltage + 1 / 2Emax, inverts it, and outputs the minus-side maximum voltage -1 / 2Emax whose absolute value is equal to the plus-side maximum voltage to drive the common electrode 44. To do. As a result, the potential of the common electrode 44 is set to a potential (−1/2 Emax) so that the midpoint voltage Ec3 of the heater (for example, the heater 30) to which the maximum voltage Emax is applied is 0V.

いずれかのヒータが地絡すると、対アースのインピーダンスが低下するため、共通電極電位ドライブ部２００と共通電極４４との間（抵抗Ｒ1）で電圧降下が増大する。抵抗Ｒ1の両端の極性をコンパレータ３００で検出することにより、地絡を検出することができる。   When any of the heaters has a ground fault, the impedance to ground is reduced, so that the voltage drop increases between the common electrode potential drive unit 200 and the common electrode 44 (resistor R1). A ground fault can be detected by detecting the polarities of both ends of the resistor R1 with the comparator 300.

なお以上した説明では、共通のベース側電極４４の極性がマイナスであることを想定して説明したが、共通のベース側電極４４の極性をプラスに代えた場合であっても同様にして構成することができる。   In the above description, it is assumed that the polarity of the common base side electrode 44 is negative. However, even when the polarity of the common base side electrode 44 is changed to positive, the same configuration is adopted. be able to.

図１は実施形態のヒータ装置の構成を示す斜視図である。FIG. 1 is a perspective view showing the configuration of the heater device of the embodiment. 図２は図１のヒータ装置が組み込まれた単結晶引上げ装置の構成を示す側面図である。FIG. 2 is a side view showing a configuration of a single crystal pulling apparatus in which the heater device of FIG. 1 is incorporated. 図３は図１のヒータ装置の各ヒータと各電極との配置関係を上面からみた図である。FIG. 3 is a view of the positional relationship between each heater and each electrode of the heater device of FIG. 1 as viewed from above. 図４は図１とはヒータ脚部の形状が異なるヒータ装置の構成を示す斜視図である。FIG. 4 is a perspective view showing a configuration of a heater device having a heater leg shape different from that of FIG. 図５は図４のヒータ装置が組み込まれた単結晶引上げ装置の構成を示す側面図である。FIG. 5 is a side view showing a configuration of a single crystal pulling apparatus in which the heater device of FIG. 4 is incorporated. 図６（ａ）はヒータ脚部が直径方向に対向しているヒータの構成を示す斜視図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）に対応させてヒータの電流経路を示した図である。FIG. 6A is a perspective view showing the configuration of the heater with the heater legs facing in the diameter direction, and FIG. 6B shows the current path of the heater corresponding to FIG. It is. 図７（ａ）はヒータ脚部が直径方向に対向していないヒータの構成を示す斜視図であり、図７（ｂ）は図７（ａ）に対応させてヒータの電流経路を示した図である。FIG. 7A is a perspective view showing a configuration of a heater in which the heater leg portions are not opposed to each other in the diameter direction, and FIG. 7B is a diagram showing a current path of the heater corresponding to FIG. It is. 図８は従来の単一のヒータ装置に用いられるベースを示す上面図である。FIG. 8 is a top view showing a base used in a conventional single heater device. 図９（ａ）、（ｂ）は３段のヒータからなるヒータ装置の電極の配置を示す上面図であり、図９（ｃ）は３段のヒータからなるヒータ装置の従来技術による電極の配置を示す上面図である。FIGS. 9A and 9B are top views showing the arrangement of electrodes of a heater device composed of three stages of heaters, and FIG. 9C is the arrangement of electrodes according to the prior art of the heater apparatus composed of three stages of heaters. FIG. 図１０（ａ）、（ｂ）は２段のヒータからなるヒータ装置の電極の配置を示す上面図であり、図１０（ｃ）は２段のヒータからなるヒータ装置の従来技術による電極の配置を示す上面図である。FIGS. 10A and 10B are top views showing the arrangement of electrodes of a heater device composed of two stages of heaters, and FIG. 10C is the arrangement of electrodes according to the prior art of a heater apparatus composed of two stages of heaters. FIG. 図１１（ａ）、（ｂ）は４段のヒータからなるヒータ装置の電極の配置を示す上面図であり、図１１（ｃ）は４段のヒータからなるヒータ装置の従来技術による電極の配置を示す上面図である。FIGS. 11A and 11B are top views showing the arrangement of electrodes of a heater device composed of four stages of heaters, and FIG. 11C is the arrangement of electrodes according to the prior art of a heater apparatus composed of four stages of heaters. FIG. 図１２はマイナス電極用延長部材の構成例を示す上面図である。FIG. 12 is a top view showing a configuration example of the minus electrode extension member. 図１３は従来の単結晶引上げ装置の構成を示す側面図である。FIG. 13 is a side view showing a configuration of a conventional single crystal pulling apparatus. 図１４は各ヒータの動作を説明するために用いた電気回路図である。FIG. 14 is an electric circuit diagram used for explaining the operation of each heater. 図１５は実施形態のヒータ装置の電気回路図である。FIG. 15 is an electric circuit diagram of the heater device of the embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

１０ 側面上段ヒータ
２０ 側面下段ヒータ
３０ 底面ヒータ
１１、２１、３２ ヒータ側プラス電極
１２、２２、３２ ヒータ側マイナス電極
４０ ベース
４１、４２、４３ ベース側プラス電極
４４ ベース側マイナス電極
５１、５２ プラス電極用延長部材
５３ マイナス電極用延長部材 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Side surface upper stage heater 20 Side surface lower stage heater 30 Bottom surface heater 11, 21, 32 Heater side plus electrode 12, 22, 32 Heater side minus electrode 40 Base 41, 42, 43 Base side plus electrode 44 Base side minus electrode 51, 52 Plus electrode Extension member 53 Negative electrode extension member

Claims (7)

るつぼの上下方向に沿って、円環状のヒータが複数段備えられ、各ヒータにはそれぞれ極性の異なる一対のヒータ側電極が設けられ、るつぼの下方のベースには極性の異なる一対のベース側電極が設けられ、極性を同じくするヒータ側電極とベース側電極とが電気的に接続されている単結晶半導体製造用ヒータ装置において、
ベースには、全ヒータに共通する１個の一方の極性のベース側電極が設けられ、
前記共通のベース側電極が、この共通のベース側電極と極性を同じくする全ヒータの複数個のヒータ側電極に電気的に接続されていること
を特徴とする単結晶半導体製造用ヒータ装置。 A plurality of annular heaters are provided along the vertical direction of the crucible, each heater is provided with a pair of heater-side electrodes having different polarities, and a pair of base-side electrodes having different polarities is provided at the base below the crucible. In the heater device for manufacturing a single crystal semiconductor, wherein the heater side electrode and the base side electrode having the same polarity are electrically connected,
The base is provided with a base electrode of one polarity common to all heaters,
The heater device for manufacturing a single crystal semiconductor, wherein the common base side electrode is electrically connected to a plurality of heater side electrodes of all heaters having the same polarity as the common base side electrode. ヒータにはそれぞれヒータ側プラス電極とヒータ側マイナス電極とが当該ヒータの直径方向に対向して設けられ、
前記共通のベース側電極が、ヒータの周方向に延在された形状に形成されている
を特徴とする請求項１記載の単結晶半導体製造用ヒータ装置。 Each heater has a heater-side plus electrode and a heater-side minus electrode facing each other in the diameter direction of the heater,
The heater device for manufacturing a single crystal semiconductor according to claim 1, wherein the common base side electrode is formed in a shape extending in a circumferential direction of the heater. るつぼの上下方向に沿って、円環状のヒータが複数段備えられ、各ヒータにはそれぞれ極性の異なる一対のヒータ側電極が設けられ、るつぼの下方のベースには極性の異なる一対のベース側電極が設けられ、極性を同じくするヒータ側電極とベース側電極とが電気的に接続されている単結晶半導体製造用ヒータ装置において、
ヒータにはそれぞれヒータ側プラス電極とヒータ側マイナス電極とが当該ヒータの直径方向に対向して設けられ、
ベースには、全ヒータに共通する１個の一方の極性のベース側電極が設けられ、
ヒータの周方向に延在されて、前記共通のベース側電極と極性を同じくする電極用延長部材が設けられ、
この電極用延長部材が前記共通のベース側電極に電気的に接続されるとともに、この共通のベース側電極と極性を同じくする全ヒータの複数個のヒータ側電極に電気的に接続されていること
を特徴とする単結晶半導体製造用ヒータ装置。 A plurality of annular heaters are provided along the vertical direction of the crucible, each heater is provided with a pair of heater-side electrodes having different polarities, and a pair of base-side electrodes having different polarities is provided at the base below the crucible. In the heater device for manufacturing a single crystal semiconductor, wherein the heater side electrode and the base side electrode having the same polarity are electrically connected,
Each heater has a heater-side plus electrode and a heater-side minus electrode facing each other in the diameter direction of the heater,
The base is provided with a base electrode of one polarity common to all heaters,
An electrode extension member is provided that extends in the circumferential direction of the heater and has the same polarity as the common base-side electrode,
The electrode extension member is electrically connected to the common base side electrode and is electrically connected to a plurality of heater side electrodes of all heaters having the same polarity as the common base side electrode. A heater device for manufacturing a single crystal semiconductor. るつぼの上下方向に沿って、円環状のヒータが３段備えられ、これら３段の各ヒータにはそれぞれ極性の異なる一対のヒータ側電極が設けられ、るつぼの下方のベースには極性の異なる一対のベース側電極が設けられ、
極性を同じくするヒータ側電極とベース側電極とが電気的に接続されている単結晶半導体製造用ヒータ装置において、
前記３段の各ヒータにはそれぞれヒータ側プラス電極とヒータ側マイナス電極とが当該ヒータの直径方向に対向して設けられ、
ベースには、極性を同じくする各ヒータのヒータ側電極に対応して、当該ヒータ側電極と同一極性の３個のベース側電極と、これら３個のベース側電極と異なる極性であって、全ヒータに共通する１個のベース側電極とが、ヒータの周方向に沿って略均等間隔に設けられ、
ヒータの周方向に延在されて、前記共通のベース側電極と極性を同じくする第１の電極用延長部材と、前記共通のベース側電極と極性の異なる少なくとも２個の第２の電極用延長部材とが設けられ、
前記第１の電極用延長部材が前記共通のベース側電極に電気的に接続されるとともに、極性を同じくする全ヒータの複数個のヒータ側電極に電気的に接続され、
少なくとも２個の第２の電極用延長部材が、極性を同じくする少なくとも２個のベース側電極に電気的にそれぞれ接続されるとともに、少なくとも２個のヒータ側電極にそれぞれ電気的に接続されていること
を特徴とする単結晶半導体製造用ヒータ装置。 Three annular heaters are provided along the vertical direction of the crucible. Each of the three heaters is provided with a pair of heater-side electrodes having different polarities, and a pair of different polarities is provided on the base below the crucible. Base side electrodes are provided,
In the heater device for manufacturing a single crystal semiconductor in which the heater side electrode and the base side electrode having the same polarity are electrically connected,
Each of the three-stage heaters is provided with a heater-side plus electrode and a heater-side minus electrode facing each other in the diameter direction of the heater,
The base has three base-side electrodes having the same polarity as the heater-side electrode, and different polarities from the three base-side electrodes, corresponding to the heater-side electrodes of the heaters having the same polarity. One base side electrode common to the heater is provided at substantially equal intervals along the circumferential direction of the heater,
A first electrode extension member extending in a circumferential direction of the heater and having the same polarity as the common base side electrode; and at least two second electrode extensions having a polarity different from the common base side electrode. Members are provided,
The first electrode extension member is electrically connected to the common base side electrode, and is electrically connected to a plurality of heater side electrodes of all heaters having the same polarity,
At least two second electrode extension members are electrically connected to at least two base-side electrodes having the same polarity, and are electrically connected to at least two heater-side electrodes, respectively. A heater device for manufacturing a single crystal semiconductor. 請求項３の前記電極用延長部材または請求項４の前記第１の電極用延長部材は、複数のヒータを支持するとともに、これら複数のヒータの荷重の重心位置で、前記共通のベース側電極によって支持されていること
を特徴とする請求項３または４記載の単結晶半導体製造用ヒータ装置。 The electrode extension member according to claim 3 or the first electrode extension member according to claim 4 supports a plurality of heaters, and at the position of the center of gravity of the load of the plurality of heaters by the common base side electrode. The heater device for manufacturing a single crystal semiconductor according to claim 3 or 4, wherein the heater device is supported. 上段のヒータの電極は、下段のヒータの内側に位置されていること
を特徴とする請求項１または３または４記載の単結晶半導体製造用ヒータ装置。 The heater device for manufacturing a single crystal semiconductor according to claim 1, wherein the electrode of the upper heater is positioned inside the lower heater. るつぼの上下方向に沿って、円環状のヒータが複数段備えられ、各ヒータにはそれぞれ極性の異なる一対のヒータ側電極が設けられ、るつぼの下方のベースには極性の異なる一対のベース側電極が設けられ、極性を同じくするヒータ側電極とベース側電極とが電気的に接続されている単結晶半導体製造用ヒータ装置において、
上段のヒータの電極は、下段のヒータの内側に位置されていること
を特徴とする単結晶半導体製造用ヒータ装置。 A plurality of annular heaters are provided along the vertical direction of the crucible, each heater is provided with a pair of heater-side electrodes having different polarities, and a pair of base-side electrodes having different polarities is provided at the base below the crucible. In the heater device for manufacturing a single crystal semiconductor, in which the heater side electrode and the base side electrode having the same polarity are electrically connected,
A heater device for manufacturing a single crystal semiconductor, wherein an electrode of an upper heater is positioned inside a lower heater.
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