JPS5882491A - るつぼ無し帯域溶融用の平形誘導コイル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 結晶棒のるつぼ無し帯域溶融装置の多くは溶融室内に結
晶棒端の支持体の外溶融帯域加熱用の誘導加熱コイルを
備えている。支持体と誘導加熱コイルの間の相対運動に
よりこの溶融帯域が結晶棒内を移動する。誘導加熱コイ
ルは例えば多巻回の円筒コイルとすることができるが、
単一巻回のものも多い。誘導加熱コイルには高周波発振
器から高周波交流が供給される。

溶融室は高真空としても保護ガスを満たしてもよい。保
護ガスとしては高純度に精製された水素またはアルゴン
が一使用され、それによって特に高品質の単結晶棒をる
つぼ無しの帯域溶融によって作ることができる。

多巻回コイルばかりでなく単一巻回のコイルでもるつぼ
無し帯域溶融に際して放電が発生する傾向がある。この
放電は帯域溶融によって作られる結晶棒の品質に悪影響
を及ぼす。放電発生の危険は保護ガスを満たした溶融室
の場合又はコイルに大電力を加えるとき特に大きい。こ
の発明の目的はこのような放電の発生を阻止することで
ある。

この発明は従って結晶棒特に半導体棒のるつば無し帯域
溶融装置を対象とし、この装置においては結晶棒はその
端部を支持体に保持されて溶融室内に置かれ、結晶棒を
取巻く誘導加熱コイルによって加熱されて溶融帯域が作
られる。

この種の装置は既に西独国特許第１９１８８８１号の対
象となっているが、この公知装置では誘導／Ｊｌｌ熱コ
イルの中央巻回部分と結晶棒とが溶融帯邊の通過中等電
位に接続されている。

上記の発明思想の展開として誘導加熱コイルの中央巻回
部分又は中央の巻回と少くとも一方の棒支持体を互に導
電的に結合する。又誘導加熱コイルに並列に電気的の対
称素子を接続し、その中点タップを少くとも一方の棒支
持体と導電的に結合することができる。

第１図にこの公知装置の一部分を示す。１は帯域溶融室
の外壁でありこの外壁の引込部分２を貫通する軸３に棒
端支持体４がとりつけられている。

引込部分２はパツキン５によって気密結合されている。

軸３と棒支持体４は中心軸の回りに回転すると同時に軸
方向に移動可能である。棒支持体４にはそれぞれ結晶棒
６例えばシリコン棒の一端が固定されている。誘導加熱
コイル７によって棒６に溶融帯域８が作られ棒６と誘導
加熱コイル７０間の相対運動により棒６に沿って移動す
る。一部分だけを示した溶融室には例えば高純度の水素
又はアルゴンを渦たすことができる。

ｓ４加熱コイル７に１列にコンデンサ１５が接続され、
このコンデンサ１゛５とコイル７が加熱振動回路を構成
し、烏周波兜振器ｌＯから同軸′ケーブル９全通して電
気工ネルキーがこの振動回路に供給される。従って同軸
ケーブル９と加熱１回路（７、ｌ’５）は結合コイル１
２によって高＃波兜振器ｌＯのタンク回路の振動コイル
１１に結合されている。

単巻；イル７の中央部１３又は円筒形コイルの中央巻回
は導線１４によって溶融室壁ｌに結ばれる。棒支持体４
と棒６ならびに誘導加熱コイル７の中央部１３は軸３と
溶融室壁が接地されているため同じ電位に置かれる。従
って誘導加熱コイル７と結晶棒６の間の最大電位差はコ
イル中央部分１３が溶融室壁と結ばれず棒６と等電位に
置かれない場合に比べてその半分に過き゛ない。

これによって直径２インチまでの通常のシリコン俸にお
い゛て放電の発生は認められなくなる、。

帯域溶融過程の開始に当って種結晶を溶融しびん有形の
細い部分を引き上げる際加熱コイルと溶融帯域の間の結
合が弱いため溶融コイルに比較的りい電圧を導く必要が
ある。平形溶融コイルの内径が大きい程コイル間隙にグ
ロー放電又は火花放電が発生し易い。この現象は採暖ガ
スとしてアルゴンを使用するとき特に顕著である。この
放電は帯域溶融によって作られる結晶の品質に悪い、影
響を及ぼす昇高周波コイルと導線の損傷を招く。

直径３インチ、４インチあるいは更に太い棒が要求され
る最近の傾向はこれらの間鴨に新しい解決法を必要とす
る。

この発明は例えば西独国特許出願公開第２７３＞７ａ　
４２号公報に記載されている公知の平形コイルをその基
本構想を保持したまま耐電圧特性に関して全く新しい構
造とすることである。

この発明の基本となる公知の平形コイルの平面図を第２
図に示す。コイルはだ円断面の環状内部巻回１７とカラ
ー状の外部巻回１８から構成され。

これら′の巻１１１’７と１８は溶接結合されている。

外部巻回１８ｉｄ［状の突起１６を持ちこの突起を通し
て接地される。コイルの電流導体１９と２０は内部巻回
１７に結合され、同時に矢印２１で示す冷却水の通流路
となっている。一般にコイルの外部巻回部分１８は厚肉
構造となり銀メッキされた銅で作られ、内部巻回部分１
７は鋼管で構成される。

半導体棒を譲状に取巻く巻回が中空体となってｂるか冷
却液通流孔を備えている平形誘導コイルはこの発明によ
る新しい改良形態として半導体棒に向ったコイル巻回内
側部分に互に絶縁された複数のセグメントに分割された
エネルギー集中体が設けられる。このエネルギー集中体
のセグメントは総て同じ寸法とするのが有利である。エ
ネルギー集中体のセグメント数は例えば２．．３．４又
は６とする。

エネルギー集中体は加熱コイルから１−２８のｊｂ４隔
を保ってそれから電気的に絶縁し、コイル面内に設ける
と効果的である。

この構成の基本的な考え方はコイルを一次回路と二次回
路−分割し、″：Ｉイルの電場をセグメント分割によっ
て数分割し、交流騒場の方はそのまま１呆持することで
ある。

との発明の展開においてはエネルギー集中体セグメント
が中心に向って凹みを持ち、この凹みが集って半導体棒
を通す円形孔を形成し、この円形孔の直径は約２ｆｆ＋
−３５朋となっている。

エネルギー集中体の各セグメントは中空体とするかある
いは冷却ンに通流孔を備えるものとする。

コイルの耐電圧性の点ではエネルギー集中体の各セグメ
ントの中央部分に接地端子を設けることが特ハ亀要であ
る。エネルギー集中体のセグメントは絶縁された棒支持
体と等電位に置くことも可能である。

この発明の有オリな実施形態では加熱コイルとエネルギ
ー集中体が構造的に結合され、セグメントは内から外に
、向って例えば円□′すい形に増大する琳さを持ち、外
側に切９目がありこの切り目に加熱コイルがはめ込まれ
る。セグメントの切り目とそこにはめ込まれた加熱コイ
ルの間の空間には耐熱絶縁材料がつめられる。この絶縁
材料としてはセラミック、シリコンゴム、シリコン樹脂
又はポリビスマレインイミドが適している。

別の実施形態では中心に向って細（なっているセグメン
トが内側にＣ）、５乃至２−の曲率半径を持ち、外側の
厚さが約ｌＯ乃至３０Ｕであり、セグメントに作られた
切ｐ目の深さは約２０Ｕである。

この場合加熱コイルの外径は約１００乃至２００趙とな
る。

加熱コイルおよびセグメントはそれぞれ所定の要求に対
応して銅、銀で核種された銅又は銀で作られる。大きい
直径の半導体棒を帯域溶融するためには誘導加熱コイル
を分解可能の構造とし、コイルとセグメントを別の構成
部品として作り冷却液用のパツキンを使用してねじ結合
により組立てることも可能である。

史にＮ流導体と冷却剤導管をその軸方向に移動ζす能と
しこれによって加熱装置の内径を変えられるようにする
ことも可能である。　　　゛その他の詳細は実施例を示
した第３図と第４゛図について説明する。

第３図に示した誘導加熱コイルは単一巻回の平形コイル
２２からなりその端部２３と２４に例えば１０００ｖの
高周波電圧が加えられる。コイルには矢印２５で示した
冷却水が流れる。コイルの半導体棒に向った内側にはエ
ネルギー集中体が例えば１日の間隔２６を保って設けら
れる。エネルギー集中体は６個のセグメント２７乃至３
２から構成される。間隔２６はコイル２２をこれらのセ
グメントから絶縁するためのもので例えば耐熱性のシリ
コンゴムがつめられる。例えばシリコンゴムで互に絶、
嫌さｎたセグメントはそれぞれ接地用の中央端子３３を
備える。最も簡単な構造としてはセグメントを一銅の中
空体とし、冷却専管系に簡単に接続できるようにする。

第３図め実施例では各セグメント相互が導管３４によっ
て連結され矢印３５で示すように冷却水が直列に質流す
る。

冷却水を並列流とすること、あるいは群に分けて流すこ
とも当然ｈＪ能である。

実際上は加熱コイルを円形とし、エネルギー集中体のセ
グメントによって形成される中心孔の直１＋、　’ｋ　
３２　、ｎｘとし、加熱コイルの外径’＠ｘ５ｏ、＊と
すると効果的である。

技術的にすっきりした解決法は第４図に示すようにセグ
メント２７乃至３２が内から外に向って増大する厚さを
持つようにし、その外側に切り込みを入れて加熱コイル
２５をこの切り込みにはめ込むことである。間隙２６は
耐熱性のシリコンゴムで埋める。セグメントの冷却は水
を流す通孔３６による。

セグメントの外側の厚さが約２９ｍａであり内側の曲率
半径が１社であると、加熱コイルを入れる孔３６があっ
てもセグメントの切り込みの深さは２Ｕｆｌとすること
ができる。

ダに絶處されたセグメントの数は原理上無制限であり、
機械的に要求される強度の点だけで限定される。加熱コ
イルの印加電圧がｌ　Ｏｏ′Ｏｖのときエネルギー集中
体は６セグメントとするのが耐電圧に関しては最適であ
るが、セグメント数が増す程製作に手がかかることを考
えれば実際上それが最高となる。６セグメントとすれば
各セグメントには全電圧の肴がかかる。更に各セグメン
トの中点接地、會実施すれば各セグメントにかかる電圧
は一端接地の場合の可になる。従って溶融体と加熱コイ
ルの間の臨界電圧はコイル電圧の’ｋ　Ｋ″低下る。コ
イル電圧が１００ＯＶであれば例えばセグメント２７の
角３７と３８においての電位は溶融帯域に対して８５ｖ
以下となる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の対象となる半尋体棒帯域溶融装置の
一部を示し、第２図は第１図の装置に使用、されている
平形誘導加熱コイルの平面図、第３図はこの光明の実施
例の平面図、第４図はこの光明の手形コイルに使用され
るエネルギー集中体のセグメントの平面図である。第３
図において２２は平形加熱コイル、２７乃至３２はエネ
ルギー集中体セグメントである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）Ｍ融させる半導体棒に向った巻（ロ）内聞側に互に
   電気的に分離されたセグメントに分割されているエネル
   ギー集中体が設けられていることを特徴とする中空体と
   して構成されるか冷却液１！４］流孔を持ち半導体棒を
   取巻く巻回を持つ半導体棒のるつぼ無し帯域溶融用の平
   形誘導コイルコイル。 ２）エネルギー集中体が２．　３．　４又は、６個のセ
   グメントに分割されていることを！特徴とする％計碑求
   の範囲第１項りピ載のコイル。 ３）エネルギー集中体が平形コイル面内に設けられてい
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項または第２項
   記載のコイル。 ４）エネルギー集中体が加熱コイルに対して電気的に絶
   縁されていることをＩＰｆｆ徴とする特許請求の範囲第
   １項乃至第３項の一つに記載のコイル。 ５）絶縁体として耐熱性の絶縁材料が使用されているこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第４項の一つ
   に記載のコイル。 ６）エネルギー集中体のセグメントと加熱コイルの間の
   間隔が約１乃至２・０であることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項乃至第５項の一つに記載のコイル。 ７）セグメントが中心に向って凹みを持ち、この凹みが
   集って半導体棒を通す円形孔を形成することを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項乃至＠６項の一つに記載のコイ
   ル。 ８）セグメントが形成する孔の直径が約２５乃芋３５１
   であることを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第７
   ＪＪｌの一つに記載のコイル。 ９）エネルギー集中体の各セグメントが中空体として構
   成されるか冷却液通流用の孔を持つことを特徴とする特
   許請求の範囲第１項乃至第ｓ　ｒ１４の一つに記載のコ
   イル。 １０）各セグメントがその中央部分に電圧接続端を持っ
   ていることを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第９
   項の一つに記載のコイル。 １１）　　セグメントが内から外に向って増大する厚さ
   を持つことを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第１
   θ項の一つに記載のコイル。 １２）セグメントがその外側に切り目を持ち、この切り
   目に／Ｊｌｌ熱コイルがはめ込まれることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項乃ヤ第１１項の一つに記載のコイ
   ル。 １３）セグメントの切り目とそれにはめ込まれた加熱コ
   イルの間の間隙が酎、熱絶縁材で埋められていることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第１２項の一つに
   記載のコイル。 １４）耐熱絶縁材としてセラミック、シリコンゴム、シ
   リコ／樹脂又はポリビスマレインイミドが使用さｎるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項、第５項および第
   １３項の一つに１５）　　中心に向って細くなっている
   セグメントの内側の曲率半径が０．５乃至２１１１１で
   あることを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第１４
   項の一つに記載のコイル。 １６）　　セグメントの外側の厚さが約１０乃至３０鰭
   であることを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第１
   ４項の一つに記載のコイル。 １７）セグメントの切り込みの深さが約２０罰であるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第１６項の一
   つに記載のコイル。 １８）コイルの外径が約１００乃至２００１１１１であ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第１７項
   の一つに記載のコイル。 １９）加熱コイルが銅、銀で被機°された銅又は銀で作
   られていることを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至
   第１８項の一つに記載のコイル。 ２０）セグメントが銅、銀で被覆された銅又は銀で作ら
   れていること？特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第
   １８項の一つに記載のコイル。