JP2500306B2 - Ｆｚ法加熱コイルの発熱分布測定具 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、ＦＺ法（浮遊帯域溶
融法）により原料シリコン多結晶棒を部分的に加熱溶融
する高周波誘導加熱コイルの実際の発熱分布を効果的に
測定することを可能としたＦＺ法加熱コイルの発熱分布
測定具に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、ＦＺ法によりシリコン単結晶を製
造する場合、垂直移動機能を有する上部駆動軸の下端部
に取付けられ、かつチャンバー内に位置する多結晶棒保
持具と、垂直移動機能を有する下部駆動軸の上端部に取
付けられ、かつ前記チャンバー内に位置する種結晶ホル
ダーと、該チャンバー内の中間部分に設けられた高周波
誘導加熱コイルとを有する装置を用い、前記多結晶棒保
持具に原料シリコン多結晶棒を保持せしめ、かつ種結晶
ホルダーにシリコン単結晶の種を保持せしめ、前記高周
波誘導加熱コイルによりシリコン多結晶棒の一端を溶融
し、該種結晶に融着して種付けした後、該高周波誘導加
熱コイルとシリコン多結晶棒を相対的に回転させ、かつ
軸線方向に相対移動させ、多結晶シリコン棒を軸方向に
順次帯域溶融しながらシリコン単結晶棒を製造すること
が一般的に行われている。

【０００３】ところで、高周波誘導加熱コイルによりシ
リコン多結晶棒の一部を加熱溶融する際、適性な加熱分
布状態であるか否かがわからず、欠陥のある高周波誘導
加熱コイルにより溶融すれば、均一な単結晶化が得られ
ないばかりでなく、ＦＺ操作の続行が不可能となる場合
もあるという問題点を有している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】この問題に対し、あら
かじめ高周波誘導加熱コイルの発熱温度分布を測定でき
るようにすることにより、シリコン単結晶棒の断面抵抗
率分布を予測することもできる。そこで、前記高周波誘
導加熱コイルの上方又は下方に熱電対を配置し、該熱電
対に生ずる熱起電力を測定すればよいと一見思われる
が、熱電対のみを配置する方法には二つの大きな欠点が
ある。先ず、第一は、前記高周波誘導加熱コイルによっ
て形成される高周波磁界と結合する導体が熱電対のみで
あるから、該高周波磁界は結晶成長中における該磁界の
形状とは甚だ掛け離れたものとなり、その結果、測定さ
れた発熱分布を単結晶製造に反映させることは甚だ困難
となる。第二に前記高周波誘導加熱コイルが形成する高
周波磁界の空間的広がりによって、前記熱電対の高温接
点以外の部分も加熱され、該高温接点における温度を正
確に得ることはできない。従って、上記の方法では前記
目的を達成することができない。

【０００５】そこで、本発明は、シリコン単結晶の製造
に直接反映させることのできる高周波誘導加熱コイルの
発熱温度分布を測定する測定具を提供することを目的と
するものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解消するため
本発明は、高周波誘導加熱コイルによって加熱される該
コイルと同軸且つ近接対峙位置に配置された回転対称形
の被加熱体のコイル側表面部分に複数の温度検知手段を
設けるようにしたＦＺ法加熱コイルの発熱分布測定具と
した。

【０００７】前記温度検知手段としては、熱電対等が好
ましく用いられるが、何も本発明においてはこれに限定
されるものではなく、加熱される該被加熱体表面部分の
温度を正確に検知できる手段であればよいことは勿論の
ことである。また、熱電対の周囲を断熱にするような構
造にすれば、発生した熱が横方向に逃げることがなく、
それだけ発熱状態を正確に測定することができるので好
ましい。

【０００８】温度検知手段の配列としては、高周波誘導
加熱コイルの発熱分布を均一的にむらなく測定できるよ
うに配列されるのが好ましく、例えば、一文字状、十字
状、リング状、渦巻き状の他、あらゆる配列を含むもの
である。

【０００９】前記被加熱体としては、加熱されるその表
面側が前記高周波誘導加熱コイルに向かって山形状とな
るよう傾斜しているのが好ましく、この傾斜角度として
は、シリコン多結晶棒の溶融帯域の傾斜角度に近い角度
が好ましい。特に、該被加熱体中央部が高周波誘導加熱
コイル間に位置するよう突出させるようにしておけば、
実際のＦＺ法による単結晶の製造に近い状態となるので
好ましい。

【００１０】該被加熱体の材質としては、物性的に電気
伝導率と熱伝導率が原料シリコン多結晶棒の溶融帯域に
近い物質であればよく、例えば、ステンレス等が挙げら
れる。逆に適さない例としては、銅などの熱伝導率の非
常に高いものやセラミックスのような絶縁体である。前
者の場合は熱伝導率が高いために発熱分布が平均化され
てしまう欠点がある。また、後者の場合は誘導結合され
ないので、高周波磁界が透過してしまい必要な磁界の形
状を得られないという欠点を有する。

【００１１】

【作用】高周波誘導加熱コイル（１２）が発生する高周
波磁界と被加熱体（１４）とは相互作用し、その結果と
して、該被加熱体表面部（１６）は加熱され、該被加熱
体表面部（１６）に配された複数の熱電対（１８）によ
り該被加熱体表面部（１６）の温度分布状態を知ること
により、高周波誘導加熱コイル（１２）の発熱分布状態
を測定することができる。ここで、各熱電対の示す温度
変動率が、例えば、０．５％以下になった場合に測定系
がほぼ熱平衡に達したとみなし、発熱温度分布を得るこ
とができる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明を添付図面に示す実施例に基づ
いて詳細に説明する。図１及び図２は本発明に係る発熱
分布測定具（１０）の一実施例を示す概略断面図及びそ
の上面図である。

【００１３】図において、（１２）は高周波誘導加熱コ
イルであって、高周波磁界を発生する。（１４）は該高
周波磁界によって加熱される被加熱体であり、該高周波
誘導加熱コイル（１２）と同軸且つ近接対峙位置に配置
された回転対称形である。該被加熱体（１４）の材質と
しては、物性的に電気伝導率と熱伝導率が原料シリコン
多結晶棒の溶融帯域に近い物質であればよく、例えば、
ステンレス等が好ましい。

【００１４】前記被加熱体（１４）は、高周波誘導加熱
コイル（１２）の下側に配置され、該高周波誘導加熱コ
イル（１２）と向かい合う表面部（１６）の中央が高く
なるようゆるやかな山状に傾斜した形状となっている。
この傾斜角度としては、シリコン多結晶棒の溶融帯域の
傾斜角度に近い角度が好ましく、この形状により、前記
高周波誘導加熱コイル（１２）により発生する高周波磁
界は、該被加熱体表面部（１６）の中央部から外方向に
向けて通過し、実際のＦＺ時に近い状態の磁界の流れと
なる。そして、該高周波磁界は、該被加熱体表面部（１
６）に近いところしか透過せず、これにより、該被加熱
体表面部（１６）に近い部分において加熱される。

【００１５】（１８）は温度検出手段である熱電対であ
り、その先端部が該被加熱体表面部（１６）に達するよ
うに溶接（２０）され、該被加熱体（１４）に埋め込み
配置されている。該熱電対（１８）は、前記高周波誘導
加熱コイル（１２）の加熱分布状態が均一かどうかを知
る必要があるため、単一ではなく、複数配されている。

【００１６】この熱電対（１８）の配列は、該被加熱体
表面部（１６）の中央部を中心にして対称的となるよう
複数配するようにするのが好ましいが、特に厳密に対称
となる必要はなく、要は温度検出分布状態があまり偏る
ことがないようにすればよく、例えば、図２に示される
ように十文字状としてもよく、一文字状、リング状、そ
の他あらゆる配列状態を含むものである。また、該被加
熱体（１４）を高周波誘導加熱コイル（１２）の底面に
垂直な軸の周りに回転移動させて測定すれば、さらに高
密度な測定が可能になる。

【００１７】図３に示すように該被加熱体表面部（１
６）に熱電対（１８）の周囲を囲むように溝（１７）を
形成し、該溝（１７）に例えばセラミック粉等の断熱材
（１９）を埋め込むようにすれば、被加熱体表面部に発
熱した熱が横方向に逃げることがなく、正確な発熱温度
を測定することができる。

【００１８】このように測定具（１０）を構成すること
により、高周波誘導加熱コイル（１２）が発生する高周
波磁界と該被加熱体（１４）とは相互作用し、その結果
として、該被加熱体表面部（１６）は加熱され、該被加
熱体表面部（１６）に配された熱電対（１８）により該
被加熱体表面部（１６）の温度分布状態を知ることによ
り、高周波誘導加熱コイル（１２）の発熱分布状態を測
定することができる。（２２）は該被加熱体（１４）の
支持台であって、（２４）はその支持棒である。

【００１９】図４は被加熱体（１４）の他の実施例を示
す発熱分布測定具（１０）の概略断面図であり、実際の
シリコン多結晶棒の加熱状態に近い例を示すものであ
る。

【００２０】すなわち、ＦＺ中のシリコン多結晶棒の溶
融帯域の下半分の形状に合わせるため、被加熱体（１
４）の表面部（１６）の中央部分が高周波誘導加熱コイ
ル（１２）間に位置するように突出部（２６）が形成さ
れている。

【００２１】従って、高周波誘導加熱コイル（１２）よ
り発生する高周波磁界の流れが実際のＦＺ中の高周波磁
界の流れに酷似することとなり、現実の高周波誘導加熱
コイル（１２）による発熱分布の測定が得られる。この
ようにして、種々の高周波誘導加熱コイル（１２）の形
状について、帯域溶融の結果、例えば原料多結晶棒下端
周辺部の溶け方、成長結晶の結晶性と本願発明の発熱分
布とを比較することによって、理想的な当該発熱分布が
得られるので、日常における高周波誘導加熱コイル（１
２）の工程管理は勿論のこと、２重コイル、コイル導電
部断面形状の異型化など新しいコイルを設計する時に、
帯域溶融を具体的に実施しなくても新しいコイルの条件
が得られる。

【００２２】以上の実施例においては、被加熱体（１
４）を高周波誘導加熱コイル（１２）の下側に位置する
例を示したが、本発明においてはこれに限定されるもの
でなく、図５に示したように高周波誘導加熱コイル（１
２）の上側に該被加熱体（１４）を配置せしめて測定す
るようにしても、同様の作用効果が得られる。

【００２３】次に、本発明に係る被加熱体（１４）を用
いて実際に高周波誘導加熱コイル（１２）の温度分布を
測定した例を示す。ここで重要なことは、発熱分布測定
用被加熱体（１４）をセッテイングするときは、測定す
る全ての高周波誘導加熱コイル（１２）と該被加熱体
（１４）との距離や配置を統一し固定することである。

【００２４】測定例１ 図６に示されるような寸法の被加熱体（１４）を用い
て、図６に示したような上面が平らな高周波誘導加熱コ
イル（１２）を図に示したような配置でその温度分布を
測定した。その結果を図７のグラフに示した。このグラ
フによれば、前記上面が平らな高周波誘導加熱コイル
（１２）の温度分布は、該コイル（１２）の周辺部に行
くほど温度が低下している。従って、原料シリコン多結
晶棒を充分に溶融できず、ＦＺ操作の続行が不可能とな
ることが予想される。実際、前記上面が平らな高周波誘
導加熱コイル（１２）を用いて原料多結晶棒を溶融する
と、図８に示されるように原料多結晶棒の周辺部が溶け
にくく、最終的には前記コイル（１２）に接触してしま
った。

【００２５】測定例２ 次に、同様の被加熱体（１４）を用い、図９に示したよ
うなパンケーキ型の高周波誘導加熱コイル（１２）を図
に示したような配置でその温度分布を測定した。その結
果を図１０のグラフに示した。このグラフによれば、前
記パンケーキ型の高周波誘導加熱コイル（１２）の温度
分布は測定例１と異なり、周辺方向への低下は急激では
なかった。従って、原料多結晶棒を充分に溶融すること
ができ、ＦＺ法による操作が可能であることが期待され
る。実際、前記パンケーキ型の高周波誘導加熱コイル
（１２）を用いて原料多結晶棒を溶融すると、図１１に
示されるように原料多結晶棒は順調に溶融され、トラブ
ルなくＦＺ操作を続行することができた。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、被
加熱体の形状を実際のＦＺ中の溶融帯域の形状に近い状
態とし、高周波誘導加熱コイルにより加熱される該被加
熱体表面部分に複数の熱電対等からなる温度検知手段を
配するようにしたので、実際のＦＺ時における高周波誘
導加熱コイルの発熱分布状態をあらかじめ測定すること
ができ、高周波誘導加熱コイルの検定ともなり、また、
シリコン単結晶棒の断面抵抗率分布を予測することもで
きるという本発明特有の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る発熱分布測定具の一実施例を示す
概略断面図である。

【図２】図１におけるＩＩ−ＩＩ線から見た発熱分布測
定具の上面図である。

【図３】熱電対の周囲を断熱した構造の例を示した詳細
断面図である。

【図４】被加熱体の形状を変えた発熱分布測定具の他の
実施例を示す概略断面図である。

【図５】被加熱体を高周波誘導加熱コイルの上側に位置
せしめた状態の発熱分布測定具の概略断面図である。

【図６】本発明の被加熱体を用いて上面が平らな高周波
誘導加熱コイルの温度分布を測定するための配置図であ
る。

【図７】図６による温度分布の測定結果を示すグラフで
ある。

【図８】上面が平らな高周波誘導加熱コイルを用いて原
料多結晶棒を溶融した状態の概略図である。

【図９】本発明の被加熱体を用いてパンケーキ型の高周
波誘導加熱コイルの温度分布を測定するための配置図で
ある。

【図１０】図９による温度分布の測定結果を示すグラフ
である。

【図１１】パンケーキ型の高周波誘導加熱コイルを用い
て原料多結晶棒を溶融した状態の概略図である。

【符号の説明】

１０ 発熱分布測定具 １２ 高周波誘導加熱コイル １４ 被加熱体 １６ 被加熱体表面部 １７ 溝 １８ 熱電対 １９ 断熱材 ２０ 溶接部 ２４ 支持棒 ２６ 突出部

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高周波誘導加熱コイルによって加熱され
   る該コイルと同軸且つ近接対峙位置に配置された回転対
   称形の被加熱体のコイル側表面部分に複数の温度検知手
   段を設けるようにしたことを特徴とするＦＺ法加熱コイ
   ルの発熱分布測定具。
2. 【請求項２】 前記温度検知手段が熱電対からなること
   を特徴とする請求項１に記載のＦＺ法加熱コイルの発熱
   分布測定具。
3. 【請求項３】 前記熱電対の周囲の請求項１の該被加熱
   体表面部に溝を形成し、該溝に断熱材を埋め込むように
   したことを特徴とする請求項２に記載のＦＺ法加熱コイ
   ルの発熱分布測定具。
4. 【請求項４】 前記被加熱体は、前記高周波誘導加熱コ
   イルに向かい合う表面部が山状に傾斜していることを特
   徴とする請求項１、２又は３に記載のＦＺ法加熱コイル
   の発熱分布測定具。
5. 【請求項５】 前記被加熱体の中央部が前記高周波誘導
   加熱コイル間に位置するよう突出していることを特徴と
   する請求項１、２又は３に記載のＦＺ法加熱コイルの発
   熱分布測定具。
6. 【請求項６】 請求項１〜５に記載された発熱分布測定
   具を高周波誘導加熱コイルの上又は下側に位置せしめて
   該高周波誘導加熱コイルの発熱分布を測定するようにし
   たことを特徴とするＦＺ法加熱コイルの発熱分布測定
   法。