JP3101574B2 - Magnetic field generator for single crystal puller - Google Patents

Magnetic field generator for single crystal puller

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JP3101574B2
JP3101574B2 JP20120296A JP20120296A JP3101574B2 JP 3101574 B2 JP3101574 B2 JP 3101574B2 JP 20120296 A JP20120296 A JP 20120296A JP 20120296 A JP20120296 A JP 20120296A JP 3101574 B2 JP3101574 B2 JP 3101574B2
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single crystal
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倫久 町田
浩利 山岸
誠 蔵本
裕 白石
清隆 高野
伸光 高瀬
哲広 飯田
順一 松原
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株式会社スーパーシリコン研究所
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、液体ヘリウムを容易に
注入できる単結晶引上げ装置用磁場発生装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a magnetic field generator for a single crystal pulling apparatus which can easily inject liquid helium.

【0002】[0002]

【従来の技術】融液から単結晶を引き上げる代表的な方
法として、チョクラルスキー法が知られている。チョク
ラルスキー法では、図1に示すように融液1に種結晶2
を接触させ、単結晶3を成長させる。得られる単結晶3
の特性は、融液界面によって大きく影響される。たとえ
ば、融液面の振動や熱対流が大きいと、一旦成長した結
晶が部分的に再溶解し、結晶欠陥,スワール状欠陥,成
長縞等を発生させる原因となる。融液面の振動や熱対流
は、単結晶育成雰囲気に磁場をかけることにより抑制で
きる。磁場印加しながら融液から単結晶を引き上げる
法、すなわちMCZ法では、図1に示すように水平磁場
印加用の磁場発生装置4を引上げ装置本体5の外周に配
置している。水平方向の磁場を融液1に印加すると、電
気伝導性のある融液の実効粘性が上昇し、融液1内部で
垂直方向の対流が発生することが抑制される。その結
果、引上げ中の単結晶3と融液2との間の成長界面が安
定化し、一定した品質の単結晶3が育成される。
2. Description of the Related Art As a typical method for pulling a single crystal from a melt, the Czochralski method is known. In the Czochralski method, as shown in FIG.
To make the single crystal 3 grow. Obtained single crystal 3
Is greatly influenced by the melt interface. For example, if the vibration of the melt surface or the heat convection is large, the crystal once grown is partially redissolved, which causes crystal defects, swirl-like defects, growth stripes and the like. Vibration and thermal convection of the melt surface can be suppressed by applying a magnetic field to the single crystal growing atmosphere. In the method of pulling a single crystal from a melt while applying a magnetic field, that is, the MCZ method, a magnetic field generator 4 for applying a horizontal magnetic field is arranged on the outer periphery of a pulling device main body 5 as shown in FIG. When a magnetic field in the horizontal direction is applied to the melt 1, the effective viscosity of the melt having electrical conductivity increases, and the generation of convection in the vertical direction inside the melt 1 is suppressed. As a result, the growth interface between the single crystal 3 being pulled and the melt 2 is stabilized, and a single crystal 3 of constant quality is grown.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】磁場発生装置4として
は、3,000ガウス以上の強磁場を印加できる超伝導
磁石が使用されている。超伝導磁石は、超伝導線を巻回
したコイルに電流を供給することにより発生した磁場を
利用するものであるが、超伝導モードで超伝導磁石を駆
動させるために磁場発生装置4を極低温に冷却すること
が必要となる。このときの冷媒としては、液体ヘリウム
が通常使用されており、超伝導コイルを収容しているク
ライオスタットに充填される。クライオスタットに充填
されている液体ヘリウムは、超伝導コイルを冷却する結
果として蒸発する。そのため、定期的な液体ヘリウムの
補充が要求される。液体ヘリウムの充填や補充には、た
とえば図2に示す方式が従来から採用されている。すな
わち、クライオスタット6の内部に長尺のチューブ7を
差し込み、チューブ7の上端に取り付けたアダプタ8と
液体ヘリウム源9とを可撓性輸送管10で接続する。そ
して、液体ヘリウム源9又は輸送管10に設けた適宜の
バルブを開き、所定量の液体ヘリウムを液体ヘリウム源
9からクライオスタット6内に送り込む。
As the magnetic field generator 4, a superconducting magnet capable of applying a strong magnetic field of 3,000 gauss or more is used. The superconducting magnet uses a magnetic field generated by supplying a current to a coil around which a superconducting wire is wound. In order to drive the superconducting magnet in the superconducting mode, the magnetic field generator 4 is operated at a very low temperature. Cooling is required. Liquid helium is usually used as the refrigerant at this time, and is charged into a cryostat containing a superconducting coil. The liquid helium filling the cryostat evaporates as a result of cooling the superconducting coil. Therefore, periodic replenishment of liquid helium is required. For filling and replenishment of liquid helium, for example, a system shown in FIG. 2 has been conventionally used. That is, the long tube 7 is inserted into the cryostat 6, and the adapter 8 attached to the upper end of the tube 7 and the liquid helium source 9 are connected by the flexible transport tube 10. Then, an appropriate valve provided on the liquid helium source 9 or the transport pipe 10 is opened, and a predetermined amount of liquid helium is sent from the liquid helium source 9 into the cryostat 6.

【0004】しかし、この方式では、1〜2mもの長さ
を持つ長尺チューブを磁場発生装置4に垂直に挿入する
ことから、難しい作業が強いられる。また、高さ2mに
も達するクライオスタット6上面での作業であるから、
複数の作業者が必要で、しかも危険な高所作業となる。
本発明は、このような問題を解消すべく案出されたもの
であり、クライオスタット側方からの作業で液体ヘリウ
ム源から延びた可撓性輸送管を取付け可能にすることに
より、困難で危険な作業をなくし、液体ヘリウムの充
填,補充を容易にすることを目的とする。
However, in this method, since a long tube having a length of 1 to 2 m is inserted vertically into the magnetic field generator 4, a difficult operation is required. In addition, since the work is performed on the upper surface of the cryostat 6 that reaches a height of 2 m,
Multiple workers are required, and this is a dangerous work at height.
The present invention has been devised to solve such a problem, and by making it possible to attach a flexible transport tube extending from a liquid helium source when working from the side of a cryostat, it is difficult and dangerous. The purpose is to eliminate work and facilitate filling and refilling of liquid helium.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明の単結晶引上げ装
置用磁場発生装置は、その目的を達成するため、融液か
ら単結晶を引き上げる引上げ装置本体の周囲に配置され
る磁場発生装置であり、内部に超伝導コイルを収容した
クライオスタットと、該クライオスタットの内部に垂直
に挿入固定されたチューブと、該チューブの上端開口に
取り付けられ、接続部が前記クライオスタットの周面側
に臨むアダプタとを備え、液体ヘリウム源から延びた可
撓性輸送管の先端部が前記アダプタの接続部に接続され
ることを特徴とする。
SUMMARY OF THE INVENTION A magnetic field generator for a single crystal pulling device according to the present invention is a magnetic field generating device arranged around a pulling device body for pulling a single crystal from a melt in order to achieve the object. A cryostat accommodating a superconducting coil therein, a tube vertically inserted and fixed inside the cryostat, and an adapter attached to an upper end opening of the tube and having a connection portion facing a peripheral surface side of the cryostat. The distal end of a flexible transport tube extending from the liquid helium source is connected to the connection of the adapter.

【0006】[0006]

【実施の形態】本発明に従った磁場発生装置4は、図3
に示すようにクライオスタット6の内部に液体ヘリウム
受入れ用の垂直チューブ7を挿入固定している。プリセ
ットされたチューブ7の上端には、磁場発生装置4の側
面側に接続部を臨ませたアダプタ8が取り付けられてい
る。チューブ7に可撓性輸送管10を容易に接続するた
め、図4に示すようにアダプタ8にバヨネットコネクタ
11を設け、相手方のバヨネットコネクタ12を可撓性
輸送管10の先端に取り付けることが好ましい。これに
より、輸送管10側のバヨネットコネクタ12をアダプ
タ8側のバヨネットコネクタ11に差し込み回転させる
だけの簡単な操作でチューブ7に可撓性輸送管10が接
続される。アダプタ8は、バルブ13を備えており、ク
ライオスタット6から液体ヘリウムが漏れない構造にな
っている。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A magnetic field generator 4 according to the present invention is shown in FIG.
As shown in the figure, a vertical tube 7 for receiving liquid helium is inserted and fixed inside the cryostat 6. At the upper end of the preset tube 7, an adapter 8 having a connection portion facing the side of the magnetic field generator 4 is attached. In order to easily connect the flexible transport tube 10 to the tube 7, it is preferable to provide a bayonet connector 11 on the adapter 8 as shown in FIG. 4 and attach the other bayonet connector 12 to the distal end of the flexible transport tube 10. . Thus, the flexible transport pipe 10 is connected to the tube 7 by a simple operation of inserting and rotating the bayonet connector 12 on the transport pipe 10 side into the bayonet connector 11 on the adapter 8 side. The adapter 8 includes a valve 13 and has a structure in which liquid helium does not leak from the cryostat 6.

【0007】接続後にバルブ13を開くと、液体ヘリウ
ム源9の液体ヘリウムが可撓性輸送管10及びチューブ
7を経てクライオスタット6内に送り込まれる。液体ヘ
リウムの流量は、クライオスタット6内で液体ヘリウム
14の液面が超伝導コイル15よりも上方に位置するよ
うに調整される。これにより、超伝導コイル15は、超
伝導モードを維持するように冷却される。他方、冷却に
よって気化したヘリウムガスは、クライオスタット6内
を上昇し、チューブ7の上部及びアダプタ8を冷却した
後、排気口17から外部に放出される。このように、ア
ダプタ8の近傍を冷却することにより、液体ヘリウムの
気化損失が極力抑えられる。なお、アダプタ8近傍を冷
却するため、必要に応じて冷気誘導管18をクライオス
タット6の内部に設けることができる。このように、輸
送管10に対する接続部を側方に設けているため、作業
者は、クライオスタット6の上面に移動することなく、
クライオスタット6の周囲に配置されている作業フロア
(図示せず)からの作業で輸送管10を介して液体ヘリ
ウム源9をクライオスタット6に接続することができ
る。そのため、作業に人手がかからず、作業自体も安全
になる。
When the valve 13 is opened after the connection, the liquid helium of the liquid helium source 9 is sent into the cryostat 6 via the flexible transport tube 10 and the tube 7. The flow rate of the liquid helium is adjusted so that the liquid level of the liquid helium 14 is located above the superconducting coil 15 in the cryostat 6. Thereby, superconducting coil 15 is cooled so as to maintain the superconducting mode. On the other hand, the helium gas vaporized by the cooling rises in the cryostat 6, cools the upper part of the tube 7 and the adapter 8, and is discharged outside through the exhaust port 17. Thus, by cooling the vicinity of the adapter 8, the vaporization loss of the liquid helium is suppressed as much as possible. In addition, in order to cool the vicinity of the adapter 8, a cool air guide tube 18 can be provided inside the cryostat 6 as necessary. As described above, since the connection portion to the transport pipe 10 is provided on the side, the worker does not move to the upper surface of the cryostat 6 without moving.
The liquid helium source 9 can be connected to the cryostat 6 via the transport pipe 10 by working from a work floor (not shown) arranged around the cryostat 6. Therefore, the work does not require human labor, and the work itself is safe.

【0008】[0008]

【発明の効果】以上に説明したように、本発明の磁場発
生装置は、冷却用液体ヘリウムをクライオスタット内部
に供給する接続部がクライオスタットの側面側に設けら
れているので、液体ヘリウム源から延びた輸送管を簡単
且つ安全な作業で磁場発生装置に接続することが可能と
なる。
As described above, in the magnetic field generator of the present invention, since the connection for supplying the cooling liquid helium into the cryostat is provided on the side of the cryostat, it extends from the liquid helium source. The transport pipe can be connected to the magnetic field generator with simple and safe operation.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 MCZ法で使用される単結晶引上げ装置Fig. 1 Single crystal pulling device used in MCZ method

【図2】 液体ヘリウム源を磁場発生装置に接続する従
来法
Fig. 2 Conventional method of connecting a liquid helium source to a magnetic field generator

【図3】 本発明に従ってクライオスタット内にプリセ
ットしたチューブを使用して液体ヘリウム源に接続した
磁場発生装置
FIG. 3 shows a magnetic field generator connected to a liquid helium source using a tube preset in a cryostat according to the invention.

【図4】 チューブと輸送管との接続を示す要部FIG. 4 is a main part showing the connection between the tube and the transport tube.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1:融液 2:種結晶 3:単結晶 4:磁場発
生装置 5:引上げ装置本体 6:クライオスタッ
ト 7:チューブ 8:アダプタ 9:液体ヘリ
ウム源 10:可撓性輸送管 11,12:バヨネ
ットコネクタ 13:バルブ 14:液体ヘリウム 15:超伝導
コイル 16:気化したヘリウムガス 17:排気
口 18:冷気誘導管
1: melt 2: seed crystal 3: single crystal 4: magnetic field generator 5: pulling device body 6: cryostat 7: tube 8: adapter 9: liquid helium source 10: flexible transport tube 11, 12: bayonet connector 13 : Valve 14: liquid helium 15: superconducting coil 16: vaporized helium gas 17: exhaust port 18: cold air induction tube

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高瀬 伸光 東京都千代田区丸の内1−4−2 (72)発明者 飯田 哲広 東京都千代田区丸の内1−4−2 (72)発明者 松原 順一 東京都千代田区丸の内1−4−2 (56)参考文献 特開 昭63−112489(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C30B 1/00 - 35/00 F17C 3/08 H01F 6/00 H01L 21/208 JICSTファイル(JOIS)────────────────────────────────────────────────── ─── Continued on the front page (72) Inventor Nobumitsu Takase 1-4-2 Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo (72) Inventor Tetsuhiro Iida 1-4-2 Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo (72) Inventor Junichi Matsubara Tokyo 1-4-2 Marunouchi, Chiyoda-ku (56) References JP-A-63-112489 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) C30B 1/00-35/00 F17C3 / 08 H01F 6/00 H01L 21/208 JICST file (JOIS)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 融液から単結晶を引き上げる引上げ装置
本体の周囲に配置される磁場発生装置であり、内部に超
伝導コイルを収容したクライオスタットと、該クライオ
スタットの内部に垂直に挿入固定されたチューブと、該
チューブの上端開口に取り付けられ、接続部が前記クラ
イオスタットの周面側に臨むアダプタとを備え、液体ヘ
リウム源から延びた可撓性輸送管の先端部が前記アダプ
タの接続部に接続される単結晶引上げ装置用磁場発生装
置。
1. A cryostat having a superconducting coil housed therein and a tube vertically inserted and fixed inside the cryostat. And an adapter attached to the upper end opening of the tube and having a connection portion facing the peripheral surface of the cryostat, and a distal end portion of a flexible transport tube extending from the liquid helium source is connected to the connection portion of the adapter. Magnetic field generator for single crystal pulling device.
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