JP2914077B2 - 高周波誘導加熱コイル - Google Patents

高周波誘導加熱コイル

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JP2914077B2
JP2914077B2 JP6343493A JP6343493A JP2914077B2 JP 2914077 B2 JP2914077 B2 JP 2914077B2 JP 6343493 A JP6343493 A JP 6343493A JP 6343493 A JP6343493 A JP 6343493A JP 2914077 B2 JP2914077 B2 JP 2914077B2
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雅規 木村
浩利 山岸
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Shin Etsu Handotai Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、浮遊帯域溶融法(以
下FZ法という)による大口径シリコン単結晶棒の製造
技術に関するもので、さらに詳しくは、FZ法に用いら
れる高周波誘導加熱コイル(以下加熱コイルという)に
関するものである。
【0002】
【従来の技術】FZ法は、上軸に保持された棒状原料多
結晶の下端を溶融し、その溶融帯に、下軸に保持した種
結晶を融着した後、種絞りによって無転位化しつつ前記
コイルと多結晶棒とを相対的に回転させると同時に、前
記溶融帯を多結晶側へ移動させながら、シリコン単結晶
棒を製造する方法である。
【0003】この種の製造方法においては、前記棒状原
料多結晶の溶融すべき帯域を軸方向に狭幅溶融させるこ
とが必要であり、また、帯域溶融後のシリコンを不純物
のバラツキ等をなくして安定的に単結晶に成長させるに
は、浮遊帯域と接する単結晶成長面近傍に作用させる磁
界の強度を制御して界面近傍領域の温度勾配を緩やかに
なるよう調節することが必要であり、このような相反す
る要請を満足するために、従来より種々の加熱コイルが
用いられている。
【0004】図8には、この加熱コイルの一例である単
巻偏平加熱コイルが示されている。この加熱コイル1
は、リング状に形成した加熱コイルの内縁8側が縦断面
先細り状に構成され、外縁壁9に給電電極部10,11
が付設され、加熱コイル1両端部の端面12,12がス
リット2を介して極力接近した構造となっている。この
構造は、加熱コイル1の全周に亘って電流回路の対称性
を保てば前記加熱コイルの加熱能力の均一化が図れる、
との思想に基づいて採用されたものである。この種の加
熱コイル1は特公昭51−24964号公報その他に記
載されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図8に
示す加熱コイル1にあっても、図9に示すように、直径
方向の拡がり抵抗分布は50〜70%程度の大きなばら
つきを持つ。
【0006】図8に示す加熱コイル1の加熱能力特性
を、発熱温度分布測定具40(図2参照)を用い冷却水
の流れ方向に沿って測定すると、図10に示すような結
果が得られた。加熱コイル1の内側Aでは加熱コイル1
両端部の加熱能力が低い。コイルの中央部Bでは、給電
電極部を起点としコイル中心から冷却水の流れ方向に沿
った角度が30°近傍で加熱能力が高い。加熱コイル1
の外側Cでは、加熱コイル1両端部の加熱能力が高い。
この加熱能力の不均一性が抵抗変動を引き起こす原因と
みられる。
【0007】抵抗変動は、デバイス製造の歩留りや信頼
性に大きな影響を与える。本発明は、加熱コイル1の加
熱能力分布(図10参照)を改善すべくなされたもの
で、給電電極部に不可避的に存在するスリット近傍の加
熱能力に、加熱コイル全周の加熱能力を合わせるように
してある。そして、従来技術よりもさらに直径方向の抵
抗変動を低減できる加熱コイルを提供することを目的と
している。
【0008】
【課題を解決するための手段】請求項1記載の加熱コイ
ルは、浮遊帯域溶融法に用いられる単巻偏平高周波誘導
加熱コイルにおいて、コイル内縁にも外縁にも開口しな
い空隙および/またはコイル表面の単結晶側の溝を、冷
却水の流れ方向に沿った角度が15°〜60°の部分に
設け、コイル内縁だけに開口する空隙および/またはコ
イル表面の単結晶側の溝を、冷却水の流れ方向に沿った
角度が90°〜270°の部分に一箇所以上設けたこと
を特徴とする。請求項2記載の加熱コイルは、浮遊帯域
溶融法に用いられる単巻偏平高周波誘導加熱コイルにお
いて、コイル内縁にも外縁にも開口しない空隙および/
またはコイル表面の単結晶側の溝を、冷却水の流れ方向
に沿った角度が15°〜60°の部分に設け、コイル外
縁だけに開口する空隙および/またはコイル表面の単結
晶側の溝を、一対の給電電極部の各々となす角度が0°
〜90°の部分に一箇所以上設けたことを特徴とする。
請求項3記載の加熱コイルは、浮遊帯域溶融法に用いら
れる単巻偏平高周波誘導加熱コイルにおいて、コイル内
縁にも外縁にも開口しない空隙および/またはコイル表
面の単結晶側の溝を、冷却水の流れ方向に沿った角度が
15°〜60°の部分に設け、コイル内縁だけに開口す
る空隙および/またはコイル表面の単結晶側の溝を、冷
却水の流れ方向に沿った角度が90°〜270°の部分
に一箇所以上設け、さらに、コイル外縁だけに開口する
空隙および/またはコイル表面の単結晶側の溝を、一対
の給電電極部の各々となす角度が0°〜90°の部分に
一箇所以上設けたことを特徴とする。
【0009】
【0010】
【作用】上記した手段によれば、空隙や、コイル表面の
単結晶側の溝は、加熱コイル表面を流れる高周波電流を
その周辺に広げ、その箇所での加熱能力を低下させるこ
とにより、その箇所の加熱能力を、給電電極部に不可避
的に存在するスリット近傍の低い加熱能力と合致させる
ように働く。したがって、加熱コイル全周に亘って加熱
能力が均一化されることとなり、半導体単結晶における
抵抗変動の低減が図れる。
【0011】
【実施例】以下、本発明に係る加熱コイルの実施例を説
明する。
【0012】図1には実施例の単巻偏平加熱コイルが示
されている。この加熱コイル21は銅製で、外径160
mm、内径40mmのリング状に形成され、加熱コイル
の内縁28側が縦断面先細り状に構成され、外縁壁29
に給電電極部30,31が付設され、加熱コイル21両
端部の端面32,32が、スリット33を介して極力接
近した構造となっている。
【0013】また、この加熱コイル21表面の単結晶側
にはコイル内縁にも外縁にも開口しない溝24aが冷却
水の流れ方向に沿った角度30°の位置に設けられ、コ
イル内縁に開口した溝24b,24c,24dが冷却水
の流れ方向に沿った角度135°、180°、225°
の位置に設けられ、コイル外縁に開口した溝24e,2
4fが一対の給電電極部の各々となす角度が15°の位
置に設けられている。これらの溝は、深さ1.5mm、
幅2mmに加工されている。
【0014】これらの位置に溝24(溝を総称する場合
符号24を用いる)を設けたのは、前述したように、発
熱温度分布測定具による加熱コイル表面の単結晶側の加
熱能力分布の測定結果に基づくものである。
【0015】その発熱温度分布測定具の一例を、図2を
用いて説明すれば、発熱温度分布測定具40は、加熱コ
イルによって生じる高周波磁界によって加熱される被加
熱体41と熱電対42を有している。この被加熱体41
は、加熱コイルに向かい合う表面部が多結晶棒の溶融帯
域の傾斜角度に近い角度となるように円錐形に構成さ
れ、加熱コイルと同軸かつ近接位置に配設されるように
なっている。この形状により、前記加熱コイルにより発
生する磁界は、該被加熱体表面部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が
形成される。
【0016】そして、この被加熱体41に組み込まれた
熱電対42によって被加熱体41表面の温度を測定でき
るようになっている。
【0017】この発熱温度分布測定具40で、加熱能力
調整用の溝を持たない加熱コイル1で加熱した被加熱体
41の発熱温度を測定した結果が図10に示されてい
る。この図で、A,B,Cは、図8のA,B,Cに対応
しており、それぞれコイルの内側、中央部、外側で、給
電電極部を起点とし冷却水の流れ方向に沿った発熱温度
の測定結果を示す。この図を見ると、加熱コイル1の内
側Aでは給電電極部を起点としコイル中心から冷却水の
流れ方向に沿った角度が180°近傍で温度が高く、コ
イルの中央部Bでは冷却水の流れ方向に沿った角度が3
0°近傍で温度が高く、加熱コイル1の外側Cでは加熱
コイル1両端部の温度が高くなっているのが判る。
【0018】そこで、本実施例では、加熱コイル全周に
おける加熱能力を不可避的なスリット近傍の加熱能力と
合わせるように、加熱能力調整用の溝24を加熱コイル
1表面の単結晶側に設けた。すなわち、図1に示すよう
に、加熱コイルの内側では、冷却水の流れ方向に沿った
角度が180゜近傍の加熱能力を低下させるためコイル
内縁に開口した長さ45mmの溝24b,24c,24
dを冷却水の流れ方向に沿った角度135°、180
°、225°の位置に設け、加熱コイルの中央部では、
冷却水の流れ方向に沿った角度が30°近傍の加熱能力
を低下させるためコイル内縁にも外縁にも開口しない長
さ25mmの溝24aを冷却水の流れ方向に沿った角度
30°の位置に設け、加熱コイルの外側では、コイル両
端部近傍の加熱能力を低下させるためコイル外縁に開口
した長さ45mmの溝24e、24fを一対の給電電極
部30,31の各々となす角度が15°の位置に設け
た。
【0019】加熱コイル4の30゜部分において、その
中央部にコイル内縁にも外縁にも開口しない溝24aを
設けたのは、次の理由による。高周波電流は、加熱コイ
ルの表面でそのパスが最短となるように流れる。例えば
図3において、加熱能力調整用の溝24が設けられてい
ない場合には、給電電極部の先端から加熱コイルの内周
円に引いた接線に沿って高周波電流は流れる(破線参
照)。この場合、加熱コイルの30゜部分では高周波電
流パスは既に中央部側に寄っている。またこの位置で
は、冷却水温度が比較的低くコイルの抵抗が低いので電
流密度が高い。したがって、そのパスを周辺に寄せてそ
の部分での加熱能力を低下させるには、溝を設ければ良
い。しかし、電流が最短距離を流れるため、加熱コイル
両端部の内側近傍ではもともと電流密度が極端に低く、
加熱コイルの30゜部分で溝をコイル内縁に開口させる
ことは逆効果となる。そこで、加熱コイルの30゜部分
では、コイル内縁にも外縁にも開口しない溝24aを入
れることで、電流を半径方向に適度に振り分け、加熱コ
イル両端部の内側近傍でのさらなる加熱能力の低下を防
止している。
【0020】図1の加熱コイル21を被加熱体40によ
り測定して得られた発熱温度分布が図4に示されてい
る。この加熱コイル21を使用すれば、加熱コイルの内
側と中央部および外側の全周方向において、ほぼ温度が
均一化されることが判る。また、図5にはこの加熱コイ
ル21によって製造した単結晶棒の径方向の抵抗変動が
示されている。直径方向の拡がり抵抗分布は10%程度
であり、この抵抗変動を図9に示す従来の加熱コイル1
の場合(図8)と比べると、抵抗変動が非常に小さくな
っていることが判る。
【0021】以上、本発明の一実施例について説明した
が、本発明は、かかる実施例に限定されるものではな
く、その要旨を逸脱しない範囲で、種々の変形が可能で
ある。
【0022】少なくとも、図6および図7に示すよう
に、加熱能力調整用の溝が、加熱コイル表面の単結晶側
にあり、コイル内縁にも外縁にも開口せず、冷却水の流
れ方向に沿った角度が15゜〜60゜の位置に存在すれ
ば良い。
【0023】また、コイルの内縁や外縁に開口した溝の
設置場所あるいは設置個数も特許請求の範囲に記載され
た範囲で変更することも可能である。その場合には、適
宜に溝の奥行き寸法を変えたり、設置個数を変えたりし
なければならない。
【0024】さらに、前記実施例では、溝によりコイル
の加熱能力調整を行ったが、冷却水の流れ方向に沿った
角度30°の位置に設けた、コイル内縁にも外縁にも開
口しない溝24aの一部あるいは全部を、空隙として良
い。他の部位に設けた溝も適宜空隙に変更することも可
能である。
【0025】
【発明の効果】本発明に係る加熱コイルによれば、空隙
や、コイル表面の単結晶側の溝によりコイルの加熱能力
調整を可能としたので、抵抗変動の低減化が図れること
になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例の加熱コイルの斜視図である。
【図2】発熱温度分布測定具の縦断面図である。
【図3】加熱コイルにおける高周波電流パスを示すため
の平面図である。
【図4】実施例の加熱コイルによる温度測定値を表すグ
ラフである。
【図5】実施例の加熱コイルによって得られた単結晶の
抵抗変動を示すグラフである。
【図6】他の実施例の加熱コイルの斜視図である。
【図7】さらに他の実施例の加熱コイルの斜視図であ
る。
【図8】従来の加熱コイルの斜視図である。
【図9】図8の加熱コイルによって得られた単結晶の抵
抗変動を示すグラフである。
【図10】図8の加熱コイルによる温度測定値を表すグ
ラフである。
【符号の説明】
1,21 加熱コイル 2,33 スリット 8,28 内縁 9,29 外縁壁 10,11,30,31 給電電極部 12,32 端面 24,24a,24b,24c,24d,24e,24
f 溝(空隙および/または溝) 40 発熱温度分布測定具 41 被加熱体 42 熱電対
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H05B 6/30 - 6/32 H05B 6/36

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 浮遊帯域溶融法に用いられる単巻偏平高
    周波誘導加熱コイルにおいて、コイル内縁にも外縁にも
    開口しない空隙および/またはコイル表面の単結晶側の
    溝を、冷却水の流れ方向に沿った角度が15°〜60°
    の部分に設け、コイル内縁だけに開口する空隙および/
    またはコイル表面の単結晶側の溝を、冷却水の流れ方向
    に沿った角度が90°〜270°の部分に一箇所以上設
    けたことを特徴とする高周波誘導加熱コイル。
  2. 【請求項2】 浮遊帯域溶融法に用いられる単巻偏平高
    周波誘導加熱コイルにおいて、コイル内縁にも外縁にも
    開口しない空隙および/またはコイル表面の単結晶側の
    溝を、冷却水の流れ方向に沿った角度が15°〜60°
    の部分に設け、コイル外縁だけに開口する空隙および/
    またはコイル表面の単結晶側の溝を、一対の給電電極部
    の各々となす角度が0°〜90°の部分に一箇所以上設
    けたことを特徴とする高周波誘導加熱コイル。
  3. 【請求項3】 浮遊帯域溶融法に用いられる単巻偏平高
    周波誘導加熱コイルにおいて、コイル内縁にも外縁にも
    開口しない空隙および/またはコイル表面の単結晶側の
    溝を、冷却水の流れ方向に沿った角度が15°〜60°
    の部分に設け、コイル内縁だけに開口する空隙および/
    またはコイル表面の単結晶側の溝を、冷却水の流れ方向
    に沿った角度が90°〜270°の部分に一箇所以上設
    け、さらに、コイル外縁だけに開口する空隙および/ま
    たはコイル表面の単結晶側の溝を、一対の給電電極部の
    各々となす角度が0°〜90°の部分に一箇所以上設け
    たことを特徴とする高周波誘導加熱コイル。
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