JPH11322486A

JPH11322486A - 磁界印加式単結晶製造装置

Info

Publication number: JPH11322486A
Application number: JP13062398A
Authority: JP
Inventors: Tsuneaki Minato; 恒明湊
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1998-05-13
Filing date: 1998-05-13
Publication date: 1999-11-24
Anticipated expiration: 2018-05-13
Also published as: JP3585731B2

Abstract

(57)【要約】【課題】ルツボ１６内の原料融液１７に磁界を印加
し、単結晶を引き上げ生成する磁界印加式単結晶製造装
置において、単結晶引き上げ時に、常に最適な状態のカ
スプ磁界を印加するのを容易にして、かつ装置構成のコ
スト低減を図る。【解決手段】融液１７が充填されたルツボ１６周囲の
上下に、一対の超電導主コイル３０ａ、３０ｂを直列に
結線して相対向して配置し、この超電導主コイル３０
ａ、３０ｂ間の中央に、起磁力が上記主コイル３０ａ、
３０ｂより小さく、励磁電流の方向および大きさが可変
の超電導副コイル３１を配置し副コイル３１の励磁電流
を調整することにより、カスプ磁界の最適化を図る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、例えば半導体材
料として用いるシリコン単結晶を製造する装置に関し、
特に結晶原料融液に磁界を印加する磁界発生部を具備し
た磁界印加式単結晶製造装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図９は、例えば特公平３−６１６３０号
公報に記載されたＣＺ法（チョコラルスキー法）に記載
された従来の単結晶製造装置の構成図である。図に示す
ように、単結晶原料融液１（以下、融液１と称す）が充
填してあるルツボ２は、ヒータ３により加熱され、単結
晶材料は常に融液状態に保たれている。この融液１中
に、種結晶４を挿入し、引き上げ駆動機構５により種結
晶４をある一定速度にて引き上げていくと、固体−液界
面境界層６にて結晶が成長し、単結晶７が生成される。
この際、ヒータ３の加熱によって誘起される融液１の液
体的運動、すなわち熱対流８が発生する。

【０００３】この熱対流８の発生原因は次のように説明
される。すなわち、熱対流８は、一般に流体の熱膨張に
よる浮力と流体の粘性力との釣り合いが破れたときに生
じる。この浮力と粘性力との釣り合い関係を表す無次元
量がグラスホフ数Ｎ_Grである。

【０００４】Ｎ_Gr＝ｇ・α・△Ｔ・Ｒ³／ν² ここで、ｇ；重力加速度 α；融液の熱膨張率 △Ｔ；ルツボ半径方向温度差Ｒ；ルツボ半径 ν；融液の動粘性係数

【０００５】一般に、グラスホフ数Ｎ_Grが融液１の幾何
学的寸法、熱的境界条件等によって決定される臨界値を
越えると、融液１内で熱対流８が発生する。通常、Ｎ_Gr
＞１０⁶にて融液１の熱対流８は乱流状態となり、Ｎ_Gr＞
１０⁹では攪乱状態となる。現在行われている直径７．
６２〜１０.１６センチ（３〜４インチ）の単結晶引き
上げの融液条件においては、上記式によりＮ_Gr＞１０⁹と
なり、融液１内は攪乱状態となり、融液の表面すなわち固
体−液界面境界層６は波立った状態となる。

【０００６】この様な攪乱状態の熱対流８が存在する
と、融液１内、特に固体−液界面境界層６での温度変動
が激しくなり、個体−液界面境界層６の厚さの位置的お
よび時間的変動が激しく、成長中結晶の微視的再溶解が
顕著となり、成長した単結晶７中には転位ループ、積層
欠陥等が発生する。しかもこの欠陥部分は、不規則な個
体−液界面境界層６の変動により単結晶引き上げ方向に
対して不均一に発生する。さらに、高温の融液１（例え
ば１５００℃程度）が接するルツボ２内面より融液１中
に溶解している不純物９がこの熱対流８に搬送され、融
液１の内部全体にわたって分散する。この不純物９が核
となり単結晶７中に転位ループや欠陥、成長縞等が発生
して単結晶７の品質を劣化させている。このため、この
様な単結晶７からＬＳＩのウエハを製造すると、欠陥部
分を含んだウエハは電気的特性が劣化しているため、使
用不可能であり、従って歩留まりが悪くなる。

【０００７】今後、単結晶７は益々大直径化してゆく
が、上記のグラスホフ数の式からもわかるようにルツボ
２の直径が増大すればする程、グラスホフ数も増大し、
融液１の熱対流８は一層激しさを増し、単結晶７の品質
も劣化の一途をたどることになる。そこで、熱対流８を
抑制し熱的・化学的に平衡状態に近い成長条件にて単結
晶引き上げを行うために、融液１に直流磁界を印加する
手法が提案されている。図１０は、従来の磁界印加式単
結晶製造装置の構成図である。図に示すように、単結晶
引き上げ方向と直交する方向である矢印１１の方向で、
融液１中に一様磁界が印加されるように、ルツボ２の外
周に磁石１０を配置する。単結晶７の融液１は一般に電
気伝導度σを有する導電体である。電気伝導度を有する
流体が熱対流８により運動する際、磁界印加方向１１と
平行でない方向に運動している流体は、レンツの法則に
より磁気的抵抗力を受ける。この為熱対流８の運動は阻
止される。一般に、磁界が印加されたときの磁気抵抗力
すなわち磁気粘性係数ν_cfiは、

【０００８】ν_cfi＝（μＨＤ）²σ／ρ ここで、μ；融液の透磁率Ｈ；磁場強さＤ；ルツボ直径 σ；融液の電気伝導度 ρ；融液の密度

【０００９】となり、磁場強さが増大すると磁気粘性係
数ν_cfiが増大し、先に示したグラスホフ数Ｎ_Grの式中
のνが増大することとなりグラスホフ数は急速に減少
し、ある磁場強さによってグラスホフ数を臨界値より小
さくすることができる。これにより、融液１の熱対流は
完全に抑制される。この様にして磁界を印加することに
より熱対流８が抑制されるので上記した単結晶７中の不
純物含有、転位ループの発生、欠陥、成長縞の発生が無
くなり、しかも単結晶引き上げ方向に均一な品質の単結
晶７が得られ、単結晶７の品質および歩留まりが向上す
る。

【００１０】上記のような特性を有する磁界印加式単結
晶製造装置として、近年、カスプ磁界を印加する方法が
提案されている。このカスプ磁界は、ルツボ内融液に軸
対象な水平磁界を発生させ、高品質な単結晶を引き上げ
るのに最適な磁界である。図１１は、例えば特開昭６１
−２２２９８４号公報に記載された、カスプ磁界印加に
よる従来の磁界印加式単結晶製造装置の構成図である。
なお、図における１〜４、６および７は図９および図１
０で示したものと同様である。図に示すように、ルツボ
２の上方には上部コイル１２が、下方には下部コイル１
３が、相互に同極同士が対向するように配置される。ま
た、上部コイル１２は、ルツボ２軸と平行に設置された
ガイド体１４に、上下方向に移動可能に取り付けられ、
下部コイル１３は固定端に固定される。この様な磁石配
置により、ルツボ２内の融液１中に磁界印加方向１５で
示すカスプ磁界を発生する。

【００１１】この様なカスプ磁界を利用する際、単結晶
７を引き上げて行くに伴い、融液１面の低下および融液
１量の減少が生じ、これに伴い最適な磁界分布も変わる
ものである。この為、上部コイル１２を上下方向に移動
させることにより、ルツボ２内の原料融液１に印加する
カスプ磁界を常に最適に保ち、高品質な単結晶を製造す
るものである。

【００１２】また、カスプ磁界印加による従来の磁界印
加式単結晶製造装置の別例として、上部コイル１２およ
び下部コイル１３の双方を固定し、少なくとも一方のコ
イル１２、１３の励磁電流を可変にすることによりコイ
ル１２、１３の起磁力を調整して、ルツボ２内の原料融
液１に印加するカスプ磁界を常に最適に保つ様にしたも
のも示されている。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】従来のカスプ磁界印加
による磁界印加式単結晶製造装置は、以上の様に構成さ
れているため、単結晶引き上げに伴って変動する融液１
の状態に合わせて、コイル１２の移動、あるいはコイル
１２、１３の励磁電流を可変にして、常に最適なカスプ
磁界を印加するものであった。しかしながら、コイル１
２を移動させるには、機械的な位置調整機構が必要であ
り、装置自体が複雑で高価になってしまう、また、単結
晶引き上げに用いる上記の様なカスプ磁界は比較的強力
な磁力が必要とされ、コイル１２の移動は、そのような
強力な磁力に逆らって正確な位置変動が要求されるもの
であり、カスプ磁界を最適に保つことは容易ではなかっ
た。また、コイル１２、１３の励磁電流を可変にするこ
とによりコイル１２、１３の起磁力を調整するには、そ
れぞれのコイル１２、１３に大きな通電用電源が必要
で、電源コストが高く装置が高価になるものであった。

【００１４】この発明は、上記のような問題点を解消す
るために成されたものであって、単結晶引き上げ時にル
ツボ内の原料融液に印加するカスプ磁界を常に最適にな
るように容易に調整可能で、高品質な単結晶が製造で
き、かつ安価で簡便な、磁界印加式単結晶製造装置を提
供することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】この発明に係わる請求項
１記載の磁界印加式単結晶製造装置は、ルツボ内の原料
融液に種結晶を挿入し、この種結晶を引き上げることに
より単結晶を生成する単結晶引き上げ部と、上記ルツボ
内の原料融液に、該ルツボ軸に対して等軸対称的かつ放
射状のカスプ磁界を与える磁界発生部とを備え、上記磁
界発生部が、上記ルツボ周囲の上下に相対向して配置さ
れ、直列に結線された一対の主コイルと、該主コイルと
同軸で配置され、その励磁電流の方向および大きさが可
変で該主コイルより小さい起磁力を有する１個の副コイ
ルとで構成されたものである。

【００１６】この発明に係わる請求項２記載の磁界印加
式単結晶製造装置は、請求項１において、主コイル間の
距離を該主コイルの直径の半分程度とし、副コイルの起
磁力が上記主コイルの起磁力の０．３倍を越えないもの
である。

【００１７】この発明に係わる請求項３記載の磁界印加
式単結晶製造装置は、請求項１または２において、一対
の主コイルおよび副コイルが超電導コイルから成り、上
記副コイルが上記一対の主コイル間の中央に配置された
ものである。

【００１８】この発明に係わる請求項４記載の磁界印加
式単結晶製造装置は、請求項１〜３のいずれかにおい
て、一対の主コイルおよび副コイルが極低温状態に保持
される超電導コイルから成り、上記副コイルの電流リー
ドと、上記主コイルの電流リードとを一部共通化して発
熱量を低減したものである。

【００１９】この発明に係わる請求項５記載の磁界印加
式単結晶製造装置は、請求項１〜４のいずれかにおい
て、副コイルが一対の主コイル間の中央に配置され、上
記主コイルおよび上記副コイルの外周を磁気シールドで
覆ったものである。

【００２０】この発明に係わる請求項６記載の磁界印加
式単結晶製造装置は、請求項５において、一対の主コイ
ルおよび副コイルが超電導コイルから成り、磁気シール
ドを上記超電導コイルを収納する真空容器の一部とした
ものである。

【００２１】この発明に係わる請求項７記載の磁界印加
式単結晶製造装置は、請求項５または６において、磁気
シールドに、外部との接続のための第１の切り欠き部
と、電磁力の平衡を保つ第２の切り欠き部とを設け、上
記第１および第２の切り欠き部が、上下対称性および軸
の周りに複数回の回転対称性を有して配置されたもので
ある。

【００２２】

【発明の実施の形態】実施の形態１．以下、この発明の
実施の形態１を図について詳細に説明する。図１は、こ
の発明の実施の形態１による磁界印加式単結晶製造装置
の構成図である。図において１６はルツボ、１７はルツ
ボ１６内に充填された単結晶の原料融液（以下、融液１
７と称す）、１８はルツボ１６を加熱するヒータ、１９
は融液１７中に挿入される種結晶、２０は融液１７面で
ある固体−液界面境界層、２１は生成された単結晶であ
り、これら１６〜２１および図示しない単結晶引き上げ
駆動機構により単結晶引き上げ部が構成される。また、
２２ａ、２２ｂは相互に同極同士が対向するようにルツ
ボ１６周囲の上下に配置された一対の主コイル、２３は
主コイル２２ａ、２２ｂ間で、一方の主コイル２２ａに
隣接して配置された副コイルであり、これらのコイル２
２ａ、２２ｂ、２３により磁界発生部を構成する。ま
た、２４は上記主コイル２２ａ、２２ｂおよび副コイル
２３によりルツボ１６内の融液１７に印加されたカスプ
磁界の印加方向を示すもので、２５は磁界０の点であ
る。２６はヒータの加熱によって誘起される融液１７の
液体的運動である熱対流である。

【００２３】図２は、主コイル２２ａ、２２ｂおよび副
コイル２３と電源との結線を示した図である。図に示す
ように、一対の主コイル２２ａ、２２ｂは直列に結線さ
れて１個の主コイル用電源２７に結線される。一方副コ
イル２３は極性切り換え器２９を介して副コイル用電源
２８に結線され、両極性でかつ通電量も可変に構成され
る。この主コイル２２ａ、２２ｂは例えば約１００ｋＡ
の起磁力を発生させ、副コイル２３は、±約１０ｋＡの
起磁力を発生させるものとする。一対の主コイル２２
ａ、２２ｂは、逆方向に通電されて相互に同極同士が対
向する様に励磁され、別途励磁される副コイル２３にお
いて、励磁電流の方向および大きさを調整することによ
り、カスプ磁界の磁界０の点２５の上下方向位置を調整
する。

【００２４】次に動作について説明する。ルツボ１６は
ヒータ１８により加熱され、ルツボ１６内に充填された
単結晶原料は常に融液１７状態に保たれている。この融
液１７中に種結晶１９を挿入し、引き上げ駆動機構によ
り種結晶１９をある一定速度にて引き上げていくと、固
体−液界面境界層２０にて結晶が成長し、単結晶２１が
生成される。また、主コイル２２ａ、２２ｂおよび副コ
イル２３により、磁界印加方向２４で示す様に、ルツボ
１６軸に対して等軸対称的かつ放射状のカスプ磁界を、
ルツボ１６内の融液１７中に発生させる。図１では、磁
界０の点２５は融液１７面である固体−液界面境界層２
０上に設定されている。この単結晶２１の引き上げ生成
時に、単結晶２１を引き上げて行くに伴い、融液１７面
の低下および融液１７量の減少が生じ、これに伴い最適
な磁界分布も変わるものである。この為、副コイル２３
の励磁電流を調整することにより、単結晶２１引き上げ
に伴い磁界０の点２５を降下させて、ルツボ１６内の融
液１７に印加するカスプ磁界を常に最適に保つ。この場
合、副コイル２３の励磁電流を調整することにより、磁
界０の点２５を±約２５ｍｍの範囲で上下に位置変動さ
せることができる。

【００２５】この様にしてルツボ１６内の融液１７に常
に最適なカスプ磁界を印加することにより熱対流２６が
効果的に抑制され、単結晶２１中の不純物含有、転位ル
ープの発生、欠陥、成長縞の発生が無くなり、しかも単
結晶引き上げ方向に均一な高品質の単結晶７が得られ
る。

【００２６】この実施の形態では、直列に結線された一
対の主コイル２２ａ、２２ｂと、それより小さい起磁力
を有する副コイル２３とでカスプ磁界を発生させ、副コ
イル２３の励磁電流の方向および大きさを調整して、単
結晶２１引き上げ生成時に常にカスプ磁界を最適に保つ
ようにした。この為、従来のコイル１２を磁力に逆らっ
て移動させるもののように、機械的な位置調整機構は不
要であり、装置が安価で簡便にでき、かつ最適なカスプ
磁界を電気的に容易に調整して保つことができて、高品
質な単結晶が製造できる。また、一対の主コイル２２
ａ、２２ｂは直列に結線されているため、主コイル２２
ａ、２２ｂ用の大きな通電用電源は１個で済み、別途設
けられた副コイル２３用の電源は、主コイル２２ａ、２
２ｂよりも小さな電源容量でよいため、電源コストが低
減でき、装置価格がさらに低減できる。

【００２７】なお、上記実施の形態では、副コイル２３
を主コイル２２ａ、２２ｂ間で、一方の主コイル２２ａ
に隣接して配置したが、副コイル２３の位置はこれに限
るものではなく、主コイル２２ａ、２２ｂ間のどの位置
でも、また主コイル２２ａ、２２ｂの外側の近接した位
置でも、同様な効果が得られる。

【００２８】実施の形態２．上記実施の形態１におい
て、一対の主コイル２２ａ、２２ｂ間の距離は、通常該
主コイル２２ａ、２２ｂの直径の半分程度であり、その
場合、副コイル２３の起磁力は主コイル２２ａ、２２ｂ
のものの０．３倍を越えないもので十分である。例え
ば、一対の主コイル２２ａ、２２ｂが、直径約２．２
ｍ、間隔約１．１ｍの場合、副コイル２３の起磁力と磁
界０の点２５の位置変動との関係を図３に示す。図に示
すように、副コイル２３の起磁力が主コイル２２ａ、２
２ｂの±３０％で、磁界０の点２５を±０．２ｍの範囲
で位置変動させることができる。この様に、一対の主コ
イル２２ａ、２２ｂ間の距離を該主コイル２２ａ、２２
ｂの直径の半分程度とし、副コイル２３の起磁力が主コ
イル２２ａ、２２ｂのものの０．３倍あれば、磁界０の
点２５を主コイル２２ａ、２２ｂの直径の±１０％程度
の範囲で位置調整することができ、この調整範囲はルツ
ボ１６に対して十分である。このため、副コイル２３の
起磁力を主コイル２２ａ、２２ｂのものの０．３倍を越
えないものにすることにより、電源コストを効果的に低
減して、磁界０の点２５の位置調整によるカスプ磁界の
最適化が図れる。

【００２９】実施の形態３．図４は、この発明の実施の
形態３による磁界印加式単結晶製造装置の構成図であ
る。図に示すように、主コイル３０ａ、３０ｂおよび副
コイル３１を超電導コイルで構成し、超電導副コイル３
１を一対の超電導主コイル３０ａ、３０ｂ間の中央に配
設する。超電導主コイル３０ａ、３０ｂおよび超電導副
コイル３１と電源との結線は、実施の形態１で示した図
２のものと同様である。一般に、超電導コイルにおいて
は、短時間でコイルの励磁状態が消滅するクエンチとい
う現象が発生する場合がある。この実施の形態では、超
電導主コイル３０ａ、３０ｂは直列に結線され、同極同
士が対抗するように配置されている。このため、超電導
主コイル３０ａ、３０ｂのいずれかでクエンチが発生す
ると双方の超電導主コイル３０ａ、３０ｂで励磁状態が
消滅するが、超電導主コイル３０ａ、３０ｂ間の中央に
配設された超電導副コイル３１には、２つの超電導主コ
イル３０ａ、３０ｂからの相反する誘導起電力が働き相
殺されるため、超電導副コイル３１に誘導起電力が発生
しない。また、逆に超電導副コイル３１にクエンチが発
生しても、超電導主コイル３０ａ、３０ｂに誘導起電力
が発生しない。通常、クエンチ時に発生する誘導起電力
からコイルを保護するため、抵抗やダイオードなどの保
護回路を挿入するものであるが、この実施の形態では、
クエンチ時に誘導起電力が発生するのが防止できるた
め、保護回路が簡略化できる。

【００３０】実施の形態４．図５は、この発明の実施の
形態４による磁界印加式単結晶製造装置の結線図であ
る。超電導コイル３０ａ、３０ｂ、３１は、真空容器内
で、液体ヘリウム等で極低温状態に保持される保冷容器
等に収納され、常温中に布設された電流リード３２によ
り、室温領域に配置された電源２８、２９に接続され
る。図に示すように、超電導副コイル３１の電流リード
３２と、超電導主コイル３０ａ、３０ｂの電流リード３
２とを一部共通化して発熱量を低減することにより、電
流リード３２から極低温領域への熱侵入を低減でき、超
電導コイル３０ａ、３０ｂ、３１を信頼性良く超電導状
態に保持できる。

【００３１】実施の形態５．図６は、この発明の実施の
形態５による磁界印加式単結晶製造装置の構成図であ
る。図に示すように、超電導副コイル３１は一対の超電
導主コイル３０ａ、３０ｂ間の中央に配置される。ま
た、これらの超電導コイル３０ａ、３０ｂ、３１は真空
容器３３に収納され、その収納容器３３の外周に、例え
ば鉄等の強磁性体から成る磁気シールド３４を設ける。
これにより、漏れ磁場が低減できる。また、超電導主コ
イル３０ａ、３０ｂにクエンチが発生しても、一対の超
電導主コイル３０ａ、３０ｂは直列に結線されているた
め、励磁電流の変動は同一であり、磁気シールド３４と
超電導主コイル３０ａ、３０ｂとの間の電磁力の平衡状
態が保たれる。さらに超電導副コイル３１は磁気シール
ド３４の上下方向の中央に設置されているため、超電導
副コイル３１の励磁電流の変化やクエンチが発生した場
合も、不平衡電磁力が働かず、磁気シールド３４と超電
導副コイル３１との間の電磁力の平衡状態が保たれる。
この為、超電導コイル３０ａ、３０ｂ、３１の支持が容
易になり、電磁力支持構造が簡便になる。

【００３２】なお、上記実施の形態では、超電導コイル
３０ａ、３０ｂ、３１を用いたが、常電導コイルを用い
て、常電導副コイルを一対の常電導主コイル間の中央に
配置し、これらの常電導コイルの外周に、磁気シールド
３４を設けても良く、電磁力の平衡状態が保持できて、
漏れ磁場が低減できる。

【００３３】実施の形態６．図７は、この発明の実施の
形態６による磁界印加式単結晶製造装置の構成図であ
る。上記実施の形態５において、超電導コイル３０ａ、
３０ｂ、３１を用い、図に示すように、磁気シールド３
４を真空容器３３の外周部に一部共用して利用したもの
である。これにより、磁気シールド３４と真空容器３３
とを一部共用でき、装置を小型化でき、コスト低減も図
れる。

【００３４】実施の形態７．図８は、この発明の実施の
形態７による磁界印加式単結晶製造装置の構成図であ
る。磁気シールド３４には、真空排気口、計測線の引き
出し、電流リードの引き出し等のため、切り欠き部を設
けることがある。図に示すように、上記実施の形態５ま
たは６における磁気シールド３４に、計測線３５の引き
出し、および真空弁３６を設けるために、第１の切り欠
き部として、計測線用切り欠き部３７ａおよび真空弁用
切り欠き部３７ｂを設け、これらの切り欠き部３７ａ、
３７ｂに対して、上下対称性を有する位置と、軸の周り
に例えば４回回転対称性を有する位置とに、第２の切り
欠き部として、対称配置切り欠き部３８ａ、３８ｂを設
ける。また、切り欠き部３７、３８には、それぞれ真空
封止用蓋３９を設ける。これにより、不平衡電磁力が低
減でき、超電導コイル３０ａ、３０ｂ、３１と磁気シー
ルド３４との間に発生する電磁力の平衡状態が保たれ
て、超電導コイル３０ａ、３０ｂ、３１の支持が容易に
なり、電磁力支持構造が簡便になる。

【００３５】なお、対称配置切り欠き部３８ａ、３８ｂ
は、上下対称性を有する位置と、軸の周りに例えば４回
回転対称性を有する位置とに設けたが、回転対称性につ
いては４回に限るものではなく、磁気シールド３４の周
方向に等間隔に配置されるものであればよい。

【００３６】

【発明の効果】以上のように、この発明に係わる請求項
１記載の磁界印加式単結晶製造装置は、ルツボ内の原料
融液に種結晶を挿入し、この種結晶を引き上げることに
より単結晶を生成する単結晶引き上げ部と、上記ルツボ
内の原料融液に、該ルツボ軸に対して等軸対称的かつ放
射状のカスプ磁界を与える磁界発生部とを備え、上記磁
界発生部が、上記ルツボ周囲の上下に相対向して配置さ
れ、直列に結線された一対の主コイルと、該主コイルと
同軸で配置され、その励磁電流の方向および大きさが可
変で該主コイルより小さい起磁力を有する１個の副コイ
ルとで構成されたため、最適なカスプ磁界を電気的に容
易に調整して保つことができて、高品質な単結晶が製造
でき、また、電源コストが低減でき安価で簡便な装置構
成が提供できる。

【００３７】またこの発明に係わる請求項２記載の磁界
印加式単結晶製造装置は、請求項１において、主コイル
間の距離を該主コイルの直径の半分程度とし、副コイル
の起磁力が上記主コイルの起磁力の０．３倍を越えない
ものとしたため、高品質な単結晶が製造でき、かつ電源
コストを効果的に低減できる。

【００３８】またこの発明に係わる請求項３記載の磁界
印加式単結晶製造装置は、請求項１または２において、
一対の主コイルおよび副コイルが超電導コイルから成
り、上記副コイルが上記一対の主コイル間の中央に配置
されたため、クエンチ時に誘導起電力が発生するのが防
止できるため、保護回路が簡略化できる。

【００３９】またこの発明に係わる請求項４記載の磁界
印加式単結晶製造装置は、請求項１〜３のいずれかにお
いて、一対の主コイルおよび副コイルが極低温状態に保
持される超電導コイルから成り、上記副コイルの電流リ
ードと、上記主コイルの電流リードとを一部共通化して
発熱量を低減したため、電流リードから極低温領域への
熱侵入を低減でき、超電導コイルを信頼性良く超電導状
態に保持できる。

【００４０】またこの発明に係わる請求項５記載の磁界
印加式単結晶製造装置は、請求項１〜４のいずれかにお
いて、副コイルが一対の主コイル間の中央に配置され、
上記主コイルおよび上記副コイルの外周を磁気シールド
で覆ったため、磁気シールドとコイルとの間の電磁力の
平衡状態が保時できて、コイルの電磁力支持構造が簡便
にできてコスト低減が図れ、漏れ磁場を低減することが
できる。

【００４１】またこの発明に係わる請求項６記載の磁界
印加式単結晶製造装置は、請求項５において、一対の主
コイルおよび副コイルが超電導コイルから成り、磁気シ
ールドを上記超電導コイルを収納する真空容器の一部と
したため、装置を小型化でき、コスト低減が図れて、漏
れ磁場を低減することができる。

【００４２】またこの発明に係わる請求項７記載の磁界
印加式単結晶製造装置は、請求項５または６において、
磁気シールドに、外部との接続のための第１の切り欠き
部と、電磁力の平衡を保つ第２の切り欠き部とを設け、
上記第１および第２の切り欠き部が、上下対称性および
軸の周りに複数回の回転対称性を有して配置されたた
め、コイルと磁気シールドとの間に発生する電磁力の平
衡状態が保時できて、コイルの電磁力支持構造が簡便な
安価な装置構成が提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態１による磁界印加式単
結晶製造装置の構成図である。

【図２】この発明の実施の形態１による磁界印加式単
結晶製造装置の結線図である。

【図３】この発明の実施の形態２による磁界印加式単
結晶製造装置の降下を説明する図である。

【図４】この発明の実施の形態３による磁界印加式単
結晶製造装置の構成図である。

【図５】この発明の実施の形態４による磁界印加式単
結晶製造装置の結線図である。

【図６】この発明の実施の形態５による磁界印加式単
結晶製造装置の構成図である。

【図７】この発明の実施の形態６による磁界印加式単
結晶製造装置の構成図である。

【図８】この発明の実施の形態７による磁界印加式単
結晶製造装置の構成図である。

【図９】従来の単結晶製造装置の構成図である。

【図１０】従来の磁界印加式単結晶製造装置の構成図
である。

【図１１】従来の別例による磁界印加式単結晶製造装
置の構成図である。

【符号の説明】

１６ルツボ、１７原料融液、１９種結晶、２１
単結晶、２２ａ，２２ｂ主コイル、２３副コイル、
２４カスプ磁界印加方向、２９極性切り替え器、３
０ａ，３０ｂ超電導主コイル、３１超電導副コイ
ル、３２電流リード、３３真空容器、３４磁気シ
ールド、３７ａ第１の切り欠き部としての計測線用切
り欠き部、３７ｂ第１の切り欠き部としての真空弁用
切り欠き部、３８ａ，３８ｂ第２の切り欠き部として
の対称配置切り欠き部。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ルツボ内の原料融液に種結晶を挿入し、
この種結晶を引き上げることにより単結晶を生成する単
結晶引き上げ部と、上記ルツボ内の原料融液に、該ルツ
ボ軸に対して等軸対称的かつ放射状のカスプ磁界を与え
る磁界発生部とを備え、上記磁界発生部が、上記ルツボ
周囲の上下に相対向して配置され、直列に結線された一
対の主コイルと、該主コイルと同軸で配置され、その励
磁電流の方向および大きさが可変で該主コイルより小さ
い起磁力を有する１個の副コイルとで構成されたことを
特徴とする磁界印加式単結晶製造装置。
【請求項２】主コイル間の距離を該主コイルの直径の
半分程度とし、副コイルの起磁力が上記主コイルの起磁
力の０．３倍を越えないものであることを特徴とする請
求項１記載の磁界印加式単結晶製造装置。
【請求項３】一対の主コイルおよび副コイルが超電導
コイルから成り、上記副コイルが上記一対の主コイル間
の中央に配置されたことを特徴とする請求項１または２
記載の磁界印加式単結晶製造装置。
【請求項４】一対の主コイルおよび副コイルが極低温
状態に保持される超電導コイルから成り、上記副コイル
の電流リードと、上記主コイルの電流リードとを一部共
通化して発熱量を低減したことを特徴とする請求項１〜
３のいずれかに記載の磁界印加式単結晶製造装置。
【請求項５】副コイルが一対の主コイル間の中央に配
置され、上記主コイルおよび上記副コイルの外周を磁気
シールドで覆ったことを特徴とする請求項１〜４のいず
れかに記載の磁界印加式単結晶製造装置。
【請求項６】一対の主コイルおよび副コイルが超電導
コイルから成り、磁気シールドを上記超電導コイルを収
納する真空容器の一部としたことを特徴とする請求項５
記載の磁界印加式単結晶製造装置。
【請求項７】磁気シールドに、外部との接続のための
第１の切り欠き部と、電磁力の平衡を保つ第２の切り欠
き部とを設け、上記第１および第２の切り欠き部が、上
下対称性および軸の周りに複数回の回転対称性を有して
配置されたことを特徴とする請求項５または６記載の磁
界印加式単結晶製造装置。