JPS6153189A - Device for pulling up single crystal - Google Patents

Device for pulling up single crystal

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JPS6153189A
JPS6153189A JP17244384A JP17244384A JPS6153189A JP S6153189 A JPS6153189 A JP S6153189A JP 17244384 A JP17244384 A JP 17244384A JP 17244384 A JP17244384 A JP 17244384A JP S6153189 A JPS6153189 A JP S6153189A
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JP
Japan
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magnet
single crystal
melt
solid
magnetic field
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Application number
JP17244384A
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Japanese (ja)
Inventor
Kinya Matsutani
松谷 欣也
Mitsuo Kariya
刈谷 光男
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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Publication of JPS6153189A publication Critical patent/JPS6153189A/en
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  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
  • Liquid Deposition Of Substances Of Which Semiconductor Devices Are Composed (AREA)

Abstract

PURPOSE:To obtain high-quality single crystal having a desired impurity concentration, by transferring a magnet automatically so that a minimum necessary magnetic field is impressed to a solid-liquid interface. CONSTITUTION:The seed crystal 4 inserted into the melt 1, the center line X of the magnet 10 is made in accord with the solid-liquid interface 6 at the starting of pulling of single crystal, and the maximum magnetic field intensity of the magnet 10 is impressed to the interface 6. Then, the pulling drive mechanism 5 is operated, and the seed crystal 4 is pulled up at a constant velocity to grow the single crystal 7. As the interface 6 is lowered, the lowering amount DELTAh is detected by the detector 16, the position detection signal is inputted to the up and down drive controller 17, the driving gear 14 is operated, the magnet 10 is transferred in an amount corresponding to the lowering amount DELTAh, the center line X of the magnet 10 is made in accord with the interface 6, and the maximum magnetic field intensity of the magnet 10 is impressed to the interface 6.

Description

【発明の詳細な説明】 [発明の技術分野] 本発明は磁場を印加する磁石を具備して成る単結晶引上
装置の改良に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Technical Field of the Invention] The present invention relates to an improvement in a single crystal pulling apparatus comprising a magnet for applying a magnetic field.

[発明の技術的背景とその問題点] 第2図は、C2法〔チョクラルスキー法〕による従来の
単結晶引上装置の構成を示すものである。
[Technical background of the invention and its problems] FIG. 2 shows the configuration of a conventional single crystal pulling apparatus using the C2 method (Czochralski method).

図において、゛単結晶原料融液1(以下、単に融液と称
する。)が充填されているルツボ2は、ヒーター3にエ
リ加熱され単結晶原料げ常に融液状態を保っている。こ
の融液1中に種結晶4を挿入し、引上駆動機構5に′よ
り結晶4をある一定速度にて引上けてゆくと、固体−液
界面境界層6にて結晶が成長して単結晶7が生成される
。この除甚−ター3の加熱によって鋳起される融液1の
液体的運動すなわち熱対流8が発生する。
In the figure, a crucible 2 filled with a single-crystal raw material melt 1 (hereinafter simply referred to as melt) is heated by a heater 3 so that the single-crystal raw material always maintains a melt state. When the seed crystal 4 is inserted into the melt 1 and the crystal 4 is pulled up at a certain speed by the pulling drive mechanism 5', the crystal grows in the solid-liquid interface boundary layer 6. A single crystal 7 is produced. The heating of the dust remover 3 causes liquid movement of the melt 1, that is, thermal convection 8.

かかる熱対流80発生原因は、次の様に説明する。つま
り、熱対流は一般(二流体の熱膨張(:よる浮力と流体
の粘性力との均合いが破れた時(=生ずる。この浮力と
粘性力の均合い関係を表わす無次元量がグラスホフ数N
Grである。
The cause of the occurrence of such thermal convection 80 will be explained as follows. In other words, thermal convection generally occurs when the equilibrium between the buoyant force and the viscous force of the fluid is broken (= due to the thermal expansion of two fluids). N
It is Gr.

NGr = g・α・ΔT、R/υ ここで、 g;重力加速度 α:融液の熱膨張率 ΔTニルツボ半径方向温度差 Rニルツボ半径 υ:融液の動粘性係数 一般にグラスホ7数NGrが融液の幾何学的寸法、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
内に熱対流が発生する。通常、NGr)105にて融液
の熱対流は乱流状態、 NGr ) 10  では攪乱
状態となる。現在性なわれている直径3〜4インチの単
結晶引上げの融液条件の場合はNGr〉109となり(
前記NGrの式による。)、融液内は攪乱状態となり融
液表面すなわち固体−液界面境界層6は波立った状態と
なる0 このような攪乱状態の熱対流が存在すると、融液1内特
に固体−液界面での温度変動が激しくなり、固体−液界
面境界層6厚の位置的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、成長した単結晶中(二は
転位ループ、積層欠陥等が発生する。しかも、この欠陥
部分は不規則な固体−液界面6の変動により、単結晶引
上方向に対して非均−に発生する。更に、高温融液(例
えば1500℃程度)が接するルツボ2内面における融
液1とルツボ2との化学変化(二より、ルツボ2内面よ
り融tl中(二溶解する不純物9がこの熱対流8:;搬
送され融液1内部全体にわ几って分散する0 そして、この不純物9が核となり単結晶中(二転位ルー
プや欠陥、成長稿等が発生して単結晶の品  5質を劣
化させている0このため、このような単結晶7よりL8
Iのウェハーを製造する際、欠陥部分を含んだウェハー
は電気的特性が劣化しているので、使い物にならず歩留
りがわるくなる。
NGr = g・α・ΔT, R/υ where, g; Gravitational acceleration α: Coefficient of thermal expansion of the melt ΔT Temperature difference in the radial direction of the Nil crucible R Nil crucible radius υ: Coefficient of kinematic viscosity of the melt Generally, the Glass Hole number NGr When a critical value determined by the liquid's geometric dimensions, thermal boundary conditions, etc. is exceeded, thermal convection occurs within the melt. Normally, the thermal convection of the melt is in a turbulent state at NGr) 105, and is in a turbulent state at NGr) 10. In the case of the current melt conditions for pulling a single crystal with a diameter of 3 to 4 inches, NGr>109 (
According to the above formula of NGr. ), the inside of the melt is in a disturbed state, and the surface of the melt, that is, the boundary layer 6 at the solid-liquid interface, is in a wavy state.0 When such disturbed thermal convection exists, the inside of the melt 1, especially at the solid-liquid interface, becomes undulating. Temperature fluctuations in the solid-liquid interface layer 6 become more intense, positional and temporal changes in the thickness of the solid-liquid interface layer 6 become more intense, microscopic re-dissolution of the crystal during growth becomes remarkable, and dislocation loops, stacking faults, etc. Moreover, these defects occur non-uniformly in the single crystal pulling direction due to irregular fluctuations in the solid-liquid interface 6.Furthermore, when high temperature melt (e.g. about 1500°C) A chemical change occurs between the melt 1 and the crucible 2 on the inner surface of the crucible 2, which are in contact with each other. Then, these impurities 9 act as nuclei in the single crystal (dislocation loops, defects, growth patterns, etc. occur, deteriorating the quality of the single crystal). From L8
When manufacturing wafers I, wafers containing defective parts have deteriorated electrical characteristics, making them unusable and reducing yield.

今後、単結晶は増々大直径化してゆくが、前記のグラス
ホフ数の式からもわかるようセルツボ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
一層激しさを増して単結晶7の品質も劣化の一途をたど
ることになる0そこで、最近では上記熱対流8を抑制し
熱的・化学的(:平衡状態に近い成長条件(二で単結晶
引上げを行なうために、l!ll:tLlに直流磁場を
印加する手法が提案されてきている。
In the future, single crystals will become increasingly larger in diameter, but as can be seen from the equation for Grashof's number mentioned above, as the diameter of the cell crucible 2 increases, the Grashof number also increases, and the thermal convection 8 of the melt 1 becomes even more intense. Therefore, recently, the above-mentioned thermal convection 8 has been suppressed and the single crystal has been pulled using thermal and chemical growth conditions (growth conditions close to equilibrium). Therefore, a method of applying a DC magnetic field to l!ll:tLl has been proposed.

第3図は、このa場印加による従来の単結晶引上装置の
構成を示すもので、第2図と同一部分には同一符号を付
してその説明を省略する。つまり、第3図はルツボ2の
外周(−例えば磁石10を配置し融液1中に図示11方
向の一様磁場を印加するよう(ユしている。単結晶7の
融液1は、一般(二電気的伝導度σを有する導電体であ
るため、電気伝導度を有する流体が熱対流8により運動
する際、磁場印加方向1]と平行でない方向に運□動し
ている流体―、レンツの法則により磁気的抵抗力を受け
、これにより、熱対流8の運動が阻止される。
FIG. 3 shows the configuration of a conventional single crystal pulling apparatus using this a-field application, and the same parts as those in FIG. 2 are given the same reference numerals and their explanations will be omitted. In other words, in FIG. 3, the outer circumference of the crucible 2 (for example, a magnet 10 is arranged to apply a uniform magnetic field in 11 directions shown in the figure) to the melt 1. The melt 1 of the single crystal 7 is generally (Because it is a conductor with electrical conductivity σ, when a fluid with electrical conductivity moves due to thermal convection 8, the fluid is moving in a direction that is not parallel to the magnetic field application direction 1). According to the law of , a magnetic resistance force is applied, which prevents the movement of the thermal convection 8 .

一般に、磁場が印加された時の磁気抵抗力すなわち、磁
気粘性係数ueffは、 u ef f = (pHD )′2′a /pとなる
。ここで、 μ:融液の透磁率 H:磁場強さ Dニルツボ直径 α:融液の電気伝導度 ρ:融液の装置 この式かられかるように、磁場強さ旦が増大すると磁気
粘性係数υeffが増大し、先に示したグラスホフ数の
式中のりが増大することとなってグラスホ7数は急急に
減少し、ある磁場強さく二よってグラスホ7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8げ完全に抑制される。このようにして、磁場を印
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
長稿の発生がなくなす、シかも引上方向に均一な品質の
単結晶7が得られ、単結晶7の品質および歩留りが向上
する0 第4図は、磁場強度と単結晶7中に含まれる不純物濃度
の関係を示すものである。図(二おいて、磁場強度がH
1以上ζ;なると不純物濃度は減少し、ある磁場強度H
2にて不純物濃度は最低となる。すなわち、このa場強
度H2にて融液1のグラスホ7数が臨界値以下となり、
融液1の熱対流8が抑制されるためである。磁場強度を
82以上(二増大させても、すでに熱対流は抑制されて
いるので不純物濃度はこれ以上は低下しない。この不純
物すなわち、磁場強度を82以上を二増大することは意
味がない。この不純物濃度に関しては、多すぎると前述
の如く転位ループ、欠陥の原因となる。そこで、高品質
の単結晶を得るためには不純物濃度を、第4図中のハツ
チング部Bl −82領域にする必要がある。
Generally, the magnetoresistance force when a magnetic field is applied, that is, the magnetorheological coefficient ueff, is u ef = (pHD)'2'a /p. Here, μ: Magnetic permeability of the melt H: Magnetic field strength D Nylpot diameter α: Electrical conductivity of the melt ρ: Device of the melt As can be seen from this equation, as the magnetic field strength increases, the magnetorheological coefficient increases. As υeff increases, the value in the Grashof number formula shown above increases, and the Glashov 7 number rapidly decreases, and by increasing the magnetic field strength to a certain extent, the Glashov 7 number can be made smaller than the critical value. . As a result, thermal convection 8 of the melt 1 is completely suppressed. In this way, thermal convection 8 is suppressed by applying a magnetic field, which eliminates the inclusion of impurities in the single crystal 7, the generation of dislocation loops, and the generation of defects and growth structures. A single crystal 7 of uniform quality is obtained, and the quality and yield of the single crystal 7 are improved. FIG. 4 shows the relationship between the magnetic field strength and the impurity concentration contained in the single crystal 7. In Figure 2, the magnetic field strength is H
1 or more ζ; the impurity concentration decreases, and a certain magnetic field strength H
At No. 2, the impurity concentration is the lowest. That is, at this a-field strength H2, the glassho 7 number of the melt 1 becomes less than the critical value,
This is because thermal convection 8 of the melt 1 is suppressed. Even if the magnetic field strength is increased by 82 or more (2), the impurity concentration will not decrease any further because thermal convection has already been suppressed.In other words, increasing the magnetic field strength by 2 or more is meaningless. Regarding the impurity concentration, if it is too high, it causes dislocation loops and defects as mentioned above.Therefore, in order to obtain a high quality single crystal, the impurity concentration needs to be in the hatched region Bl-82 region in Fig. 4. There is.

一方、単結晶を引上げてゆくと単結晶7の生成分だけル
ツボ2内の融液1が減少するので、固体−液界面6が低
下してゆく。引上中宮(二固体−液界面6に82以上の
磁場を印加するために、ルツボ2空間全体に82以上の
磁場が印加可能な磁石10を配置している。この場合、
軸上の磁場強度はルツボ2の中心で最大となる。ルツボ
全体が82以上になるためには、ルツボ2の中心に)l
a > H2なる磁場が印加可能な磁石が必要であり磁
場強度の余裕が過大となる。従って、磁石10としては
比較的大きなものが必要となり、コスト高となる0また
、磁石lOが比較的大きなため磁場影#範囲も広がる0
その結果、磁石10の漏れ磁場は引上駆動機構5まで影
響を及ぼすこと(:なり、当該引上駆動機構5に設置さ
れたモータ類に悪影響を与えること(二なる。また、単
結晶引上装置は単結晶7引上げ毎にルツボ2内部ya−
清掃し、新たに単結晶原料ンルツボ2内(二充填すると
いう作業が必要でおる0ところが、従来型の装置では磁
石1θが単結晶引上装置の外部に固定された構成となっ
ているため、上記ルツボ2内部の清掃時には磁石10を
単結晶引上装置より取り除く作業が必要となり繁雑さが
伴なってくる。
On the other hand, as the single crystal is pulled up, the melt 1 in the crucible 2 decreases by the amount of the single crystal 7 produced, so the solid-liquid interface 6 decreases. In order to apply a magnetic field of 82 or more to the two-solid-liquid interface 6, a magnet 10 capable of applying a magnetic field of 82 or more is placed throughout the crucible 2 space. In this case,
The on-axis magnetic field strength is maximum at the center of the crucible 2. In order for the entire crucible to be 82 or more, place it in the center of crucible 2)
A magnet capable of applying a magnetic field of a > H2 is required, and the margin for magnetic field strength becomes excessive. Therefore, a relatively large magnet 10 is required, which increases the cost.Also, since the magnet 10 is relatively large, the magnetic field shadow # range also widens.
As a result, the leakage magnetic field of the magnet 10 has an effect on the pulling drive mechanism 5 (2), and has an adverse effect on the motors installed in the pulling drive mechanism 5 (2). The equipment is installed inside the crucible 2 for every 7 single crystals pulled up.
It is necessary to clean and refill the crucible 2 with the single crystal raw material, but in conventional equipment, the magnet 1θ is fixed outside the single crystal pulling device. When cleaning the inside of the crucible 2, it is necessary to remove the magnet 10 from the single crystal pulling device, which is complicated.

[発明の目的] 本発明は上記のような事情を考慮して成嘔れ窺もので、
固体−液界面に必要最低限の磁場を印加するよう、磁石
を自動的(二移動させることができる単結晶引上装置を
提供することを目的とする0口発明の概要] 上記目的を達成するために本発明では、ヒータにより加
熱されるルツボ内に充填され念単結晶原料融液中(一種
結晶を挿入し、この種結晶を引上駆動機構により一定速
度で引上げて融液の固体−液界面に単結晶を生成させる
単結晶引上機と、融液の固体−液界面に所要強度の磁場
を印加するようにルツボの外側に設けられた磁石と、こ
の磁石をルツボ(二対して垂直方向、水平方向の少なく
とも垂直方向(二移動させる磁石移動機構と、融液の固
体−液界面の位置を検出する検出器と、この検出器によ
り検出された固体−液界面の位置と磁石の中心とを一致
させるように磁石移動機構を制御する駆動制御装置とを
具備することを特徴とする。
[Object of the invention] The present invention was developed in consideration of the above circumstances, and
Summary of the zero-crystal invention, which aims to provide a single crystal pulling device that can automatically move a magnet so as to apply the minimum necessary magnetic field to the solid-liquid interface] Achieving the above object Therefore, in the present invention, a single crystal raw material melt (a kind of crystal) is inserted into a crucible that is heated by a heater, and this seed crystal is pulled up at a constant speed by a pulling drive mechanism to separate the solid-liquid melt. A single crystal puller generates a single crystal at the interface, a magnet is installed outside the crucible to apply a magnetic field of the required strength to the solid-liquid interface of the melt, and this magnet is connected to the crucible (perpendicular to the two). a magnet moving mechanism that moves the magnet in at least the horizontal and vertical directions; a detector that detects the position of the solid-liquid interface of the melt; and the position of the solid-liquid interface detected by this detector and the center of the magnet. and a drive control device that controls the magnet moving mechanism so as to match the magnet movement mechanism.

[発明の実施例] 以下、本発明を第1図に示す一実施例について説明する
[Embodiment of the Invention] Hereinafter, an embodiment of the present invention shown in FIG. 1 will be described.

纂1図は、本発明による単結晶引上装置の構成例を示す
もので、第2図および第3図と同一部分(:は同一符号
を付してその説明を省略する。図において、融液1が充
填されたルツボ2.融液1を加熱するヒータ3.引上げ
られる単結晶7は、チャンバー11に収納して架台12
上に設置されている。
Figure 1 shows an example of the configuration of a single crystal pulling apparatus according to the present invention, in which the same parts as in Figures 2 and 3 (: are given the same symbols and their explanations are omitted. Crucible 2 filled with liquid 1. Heater 3 that heats melt 1. Single crystal 7 to be pulled is stored in chamber 11 and placed on pedestal 12.
is installed on top.

また、このチャンバー11の外周1:は融t1に@場を
印加する磁石10が設置されている。そして、この磁石
10は上下駆動軸13と機械的に連結され、この上下駆
動軸13は例えばネジ棒で当該駆動軸の回転により、磁
石10を垂直方向つまり上下移動するようにしている。
Further, a magnet 10 is installed on the outer periphery 1 of this chamber 11 to apply an @ field to the molten t1. The magnet 10 is mechanically connected to a vertical drive shaft 13, and the vertical drive shaft 13 is, for example, a threaded rod, so that the magnet 10 is moved vertically, that is, vertically, by rotation of the drive shaft.

ここで駆動方式は、例えば油圧。The drive method here is, for example, hydraulic.

空圧シリンダー、手動71ンドルによる方法のいずれで
もよい。さらに、上下駆動軸13は駆動機14、例えば
電動機に連結している。そして、これら上下駆動軸13
.駆動機14からなる上下駆動a榊および磁石lOは、
支柱15(二より支持固定されている。
Either a pneumatic cylinder or a manual 71-handle method may be used. Furthermore, the vertical drive shaft 13 is connected to a drive 14, for example an electric motor. And these vertical drive shafts 13
.. The vertical drive a Sakaki and magnet lO consisting of the drive machine 14 are
Pillar 15 (supported and fixed by two.

一方、上記チャ/バー11内には融液1の液面位置を検
出するための検出器(例えば、液面レベル計。
On the other hand, inside the chamber/bar 11 is a detector (for example, a liquid level meter) for detecting the liquid level position of the melt 1.

レーザー光による位置検出器)16が設置されており、
この位置検出信号を基に上下駆動制御装置17により上
記駆動機14を制御するようにしている。
A laser beam position detector) 16 is installed.
Based on this position detection signal, the driving machine 14 is controlled by the vertical drive control device 17.

第5図を参照して、検出器16として液面レベル計を用
いてモータ14を制御する実施例について説明する。
An embodiment in which a liquid level meter is used as the detector 16 to control the motor 14 will be described with reference to FIG.

第5図(二示すように、液面レベルセンサ50により検
出される静電容itCは、融液の静電容量C1と空間の
静電容ff C2との合成静電容量として求められる。
As shown in FIG. 5(2), the electrostatic capacitance itC detected by the liquid level sensor 50 is determined as the composite capacitance of the electrostatic capacitance C1 of the melt and the electrostatic capacitance ffC2 of the space.

すなわち、液面下部(融液中)と液面上部(空間)とで
は、その比誘電率が大きく異なるので、融液の液面位置
りが変化すると検出される静電容k ’が変化する。5
1は比較器であり、現在の静電容量Cと液面位置変化前
の静電容量COとを比較して、静電容量の変化量ΔCを
求める。前述したように、液面位置の変化量Δhは静電
容量の変化量△Cの関数として表わせるので、演算回路
52に静電容量の変化量ΔCを入力して、液面位置の変
化量Δhを得る。この液面位置の変化量Δhだけ磁石1
0を下降させるようにモータ駆動回路53からモーター
4にモータ駆動信号を与える。
That is, since the relative permittivity is significantly different between the lower part of the liquid level (in the melt) and the upper part of the liquid level (space), the detected electrostatic capacitance k' changes when the liquid level position of the melt changes. 5
A comparator 1 compares the current capacitance C with the capacitance CO before the change in the liquid level position to determine the amount of change ΔC in capacitance. As mentioned above, the amount of change Δh in the liquid level position can be expressed as a function of the amount of change ΔC in capacitance, so the amount of change in capacitance ΔC is input to the arithmetic circuit 52 to calculate the amount of change in the liquid level position. Obtain Δh. The magnet 1 is
A motor drive signal is applied from the motor drive circuit 53 to the motor 4 so as to lower the zero.

次にこのよう(−構成された本実施例の作用(二ついて
説明する。
Next, the operation of this embodiment configured as described above will be explained.

まず、結晶引上げ開始時に融液の液面と磁石10の中心
を一致させておく。結晶7を引上げることにより、液面
位置が低下して液面レベルセンサ50で検出される静電
容量Cが変化すると、比較器51で現在の静電容量Cと
変化前の静電容量CO(この場合には結晶引上げ開始時
の静電容量である)との差ΔC=lGO−CIが出力さ
れる。この静電容量の変化量ΔCから液面レベルの低下
量Δhが求められ、磁石IOがΔhだけ低下するように
モーター4が駆動される。
First, at the start of crystal pulling, the liquid level of the melt and the center of the magnet 10 are made to coincide. When the liquid level position decreases by pulling up the crystal 7 and the capacitance C detected by the liquid level sensor 50 changes, the comparator 51 compares the current capacitance C with the capacitance before the change CO. (In this case, this is the capacitance at the start of crystal pulling) and the difference ΔC=lGO−CI is output. The amount of decrease Δh in the liquid level is determined from the amount of change ΔC in capacitance, and the motor 4 is driven so that the magnet IO decreases by Δh.

このようにして、液面レベルの低下に追従して磁石10
を低下させることにより、液面と磁石10の中心とを一
致させることができる。
In this way, the magnet 10 follows the drop in the liquid level.
By lowering the liquid level, the liquid level and the center of the magnet 10 can be made to coincide.

へ 次に第6図を参照して、検出器16としてレーザ光によ
る位置検出器を用いてモーター4を制御する実施例につ
いて説明する。
Next, referring to FIG. 6, an embodiment will be described in which the motor 4 is controlled using a laser beam position detector as the detector 16.

第6図において、60はレーザ発光、受光面であり、レ
ーザ光を融液(=向って発光し、液面で反射されたレー
ザ光を受光する。61Fiレーザ計測器であり、光ドツ
プラー効果により、受光したレーザ光の振動数から液面
の移動速度を測定し、この移動速度を時間積分して液面
位置りを検出する。比較器62で、この現在の液面位置
りと液面位置変化前の液面位fahOとを比較して、液
面位置の変化量Δhを求める。この液面位置の変化量Δ
hだけ磁石10を下降させるようにモータ駆動回路53
からモータ14にモータ駆動信号を与える。
In Fig. 6, 60 is a laser emitting and light receiving surface, which emits laser light toward the melt and receives the laser light reflected by the liquid surface. The moving speed of the liquid level is measured from the frequency of the received laser beam, and the moving speed is integrated over time to detect the liquid level position.The comparator 62 calculates the current liquid level position and the liquid level position. The amount of change in the liquid level position Δh is determined by comparing the liquid level level fahO before the change.The amount of change in the liquid level position Δ
The motor drive circuit 53 lowers the magnet 10 by h.
A motor drive signal is given to the motor 14 from.

このような構成によっても、第5図に示した実施例と同
様に液面レベルの低下に追従して磁石10を移動させる
ことにより、常(二液面と磁石10の中心とを一致させ
ることができる。
Even with such a configuration, by moving the magnet 10 in accordance with the drop in the liquid level as in the embodiment shown in FIG. I can do it.

なお、レーザ計測器61により液面位置の変化量Δhを
直接検出するようにしても良いことは言うまでもない。
It goes without saying that the amount of change Δh in the liquid level position may be directly detected by the laser measuring device 61.

なお、上記で磁石10の発生する融液的最大a場強度は
、第4図のB2になるようにコイル巻数・電流値が設定
されている。
Note that the number of coil turns and current value are set so that the maximum a-field strength of the melt generated by the magnet 10 is B2 in FIG. 4.

次に、上記のように構成した単結晶引上装置の作用(二
ついて説明する。第1図において、まず単結晶4を融液
I C挿入し、単結晶引上を開始する時の固体−液界面
6に磁石10の中心線X1を一致させる。すなわち、磁
石10の最大磁場強度H2が固体−液界面6に印加され
る様にする。つぎに、引上駆動機構5を動作させて単結
晶7をある一定速反(:て引上げる。単結晶7の生成に
伴ない融液面すなわち固体−液界面6は低下してゆく。
Next, the operation of the single crystal pulling apparatus constructed as described above will be explained in two parts. In FIG. The center line X1 of the magnet 10 is made to coincide with the liquid interface 6. That is, the maximum magnetic field strength H2 of the magnet 10 is applied to the solid-liquid interface 6. Next, the pulling drive mechanism 5 is operated to The crystal 7 is pulled up at a certain speed.As the single crystal 7 is formed, the melt surface, that is, the solid-liquid interface 6, decreases.

この時にもし磁石10を固定しておくと、固体−液界面
6(l−I′磁石中心線Xlの下部に移動する。一般に
、磁場強度は磁石中心線よりずれると低下するので、こ
の場合は第4図のH4なる強度の磁場強関が固体−液界
面6に印加されることになる。単結晶7中の不純物濃度
は、B1−B2領域内でないとその品質が劣化するので
、H4なる強度の磁場を印加された固体−液界面6より
成長する単結晶7は低品質のものとなる。
If the magnet 10 is fixed at this time, it will move to the bottom of the solid-liquid interface 6 (l-I' magnet center line Xl. Generally, the magnetic field strength decreases as it deviates from the magnet center line, A strong magnetic field with an intensity of H4 in FIG. The single crystal 7 grown from the solid-liquid interface 6 to which a strong magnetic field is applied is of low quality.

そこで、本装置では融液面の低下量△hを検出器16に
より検出して、その位置検出信号を上下駆動制御装置1
7に入力し、その低下量Δhe対応する分だけ磁石10
を移動するように駆動様14が動作するよう(二、上下
駆動制御装置17より制御信号を出力する。これ(二よ
り、融液面すなわち固体−液界面6は常(:磁石10の
中心線X1に一致することになる。
Therefore, in this device, the amount of decrease Δh of the melt surface is detected by the detector 16, and the position detection signal is sent to the vertical drive control device 1.
7 and magnet 10 by the amount corresponding to the amount of decrease Δhe.
(2) The vertical drive control device 17 outputs a control signal so that the drive member 14 operates to move the (2) vertical drive control device 17. This will match X1.

よって、固体−液界面6にはH2なる強度の磁場が常に
印加され、ここより成長する単結晶7は不純物濃度がB
1〜BZ領域内となり高品質のものとなる。このように
して、単結晶引上中は磁石10を上下駆動制御して固体
−液界面6と磁石10の中心線X1を一致させ、磁場強
度H2なる磁場が当該界面6に印加されることとなる。
Therefore, a strong magnetic field of H2 is always applied to the solid-liquid interface 6, and the single crystal 7 grown from there has an impurity concentration of B.
It falls within the range of 1 to BZ and is of high quality. In this way, during single crystal pulling, the magnet 10 is controlled to be driven up and down to align the solid-liquid interface 6 with the center line X1 of the magnet 10, and a magnetic field with a magnetic field strength H2 is applied to the interface 6. Become.

次に、単結晶引上が終了しルツボ2内部を清掃し、新7
’Cな単結晶原料を充填する時について述べる。この時
(二は、磁石10への電流供給を停止して磁場印加をや
める。そして、駆動機14を動作させて上下i動軸13
を回転させて磁石10を図示18なる下方向に移動させ
、19なる位置に固定する。これにより、磁石lOはチ
ャンバー11の下方(二移動して固定されるため、チャ
ンバー11およびルツボ2の分解・点検が容易となる0 上述したように、本単結晶引上装置によれば次のような
効果が得られるものである。
Next, after the single crystal pulling is finished, the inside of the crucible 2 is cleaned, and the new 7
The case of filling a 'C single crystal raw material will be described. At this time (second step), the current supply to the magnet 10 is stopped and the magnetic field application is stopped.Then, the driver 14 is operated to
is rotated to move the magnet 10 downward at 18 in the figure and fixed at position 19. As a result, the magnet lO moves below the chamber 11 (two times) and is fixed, making disassembly and inspection of the chamber 11 and the crucible 2 easy. This effect can be obtained.

(a)  融液1の固体−液界面6と磁石10の中心線
Xlを常に一致させることができるので、融$1の熱対
流8を抑制して所要の不純物濃度に制御可能な強度の磁
場を印加することができ、高品質の単結晶7が得られる
(a) Since the solid-liquid interface 6 of the melt 1 and the center line Xl of the magnet 10 can always be aligned, a magnetic field with a strength that can suppress the thermal convection 8 of the melt 1 and control the impurity concentration to a desired level is generated. can be applied, and a high quality single crystal 7 can be obtained.

(b)  融液1の固体−液界面6と磁石lOの中心脚
X1を常に一致させることができるので、融g1に印加
すべき磁場強度は所要の不純物i度を得るための最低値
でよく、もって磁石10にその巻数、@。
(b) Since the solid-liquid interface 6 of the melt 1 and the central leg X1 of the magnet 10 can always be made to coincide, the magnetic field strength to be applied to the melt 1 may be the lowest value to obtain the required degree of impurity. , the number of turns of magnet 10, @.

流値が小さくてすみコンパクトで低価格なものとなる。The flow value is small, making it compact and inexpensive.

(C)ルツボ2内部の清掃時にチャンバー11部より磁
石10を完全に分離できるので、ルツボ2の点検・清掃
作業が極めて各易なものとなる。
(C) Since the magnet 10 can be completely separated from the chamber 11 when cleaning the inside of the crucible 2, the inspection and cleaning work of the crucible 2 becomes extremely easy.

尚、本発明は上記実施例(二限定されるものではない。Note that the present invention is not limited to the above embodiments.

第7図は、本発明による単結晶引上装置の他の構成例を
示すもので、第1図と同一部分には同一符号を付してそ
の説明を省略する。
FIG. 7 shows another example of the structure of the single crystal pulling apparatus according to the present invention, and the same parts as in FIG. 1 are given the same reference numerals and the explanation thereof will be omitted.

本実施例では、磁石10をスプリット型とし、図示20
なる方向に磁場を印加するものであり、この磁石10も
第4図に示したH2なる強度の磁場を固体−液界面6に
印加出来るようにしている。なお、磁石10の上下駆動
機構は第1図のものと同一である。21は磁石lOおよ
び上下部wJ機構を同時に水平方向にも移動する移動装
置であり、これにより印加磁界分布の調整およびチャン
バー11.ルツボ2の分解・点検時の作業スペースをよ
り一層確保することが出来る。
In this embodiment, the magnet 10 is of a split type, and the magnet 10 is of a split type.
This magnet 10 is also designed to be able to apply a magnetic field with an intensity of H2 shown in FIG. 4 to the solid-liquid interface 6. The mechanism for vertically driving the magnet 10 is the same as that shown in FIG. 21 is a moving device that simultaneously moves the magnet lO and the upper and lower wJ mechanisms in the horizontal direction, which allows adjustment of the applied magnetic field distribution and chamber 11. Further work space can be secured when disassembling and inspecting the crucible 2.

第8図も、本発明による単結晶引上装置の他の構成例を
示すもので、第7図と同一部分には同一符号ン付してそ
の説明を省略する。なお第8図は、単結晶引上装置を上
部より見た平面図にて示している。本実施例では、磁石
10は第7図と同一構成のものとして、融液1に横方向
の磁場が印加できるようにしている。ま友磁石10の上
下部#1機構も上記第7図のものと同一であり、チャン
ノ<−11゜ルツボ2を分解、点検する際、床に取付け
られ次レール22上を磁石10を水平方向に移動させ2
3なる位置にて磁石10を固定するよう(−シている。
FIG. 8 also shows another example of the structure of the single crystal pulling apparatus according to the present invention, and the same parts as in FIG. 7 are given the same reference numerals, and their explanation will be omitted. Note that FIG. 8 shows a plan view of the single crystal pulling apparatus viewed from above. In this embodiment, the magnet 10 has the same configuration as that shown in FIG. 7, so that a transverse magnetic field can be applied to the melt 1. The upper and lower #1 mechanism of the magnet 10 is also the same as the one in FIG. Move it to 2
The magnet 10 is fixed at the position 3 (-).

これにより、引上装置のチャンバー11と磁石10とが
完全ζ二分離されるので、上記第7図のものに比べてよ
り広いルツボ清掃作業スペースを確保することができる
。さらにこの場合は、磁石lOを永久電流モード(二て
連続運転することが出来る。
As a result, the chamber 11 of the pulling device and the magnet 10 are completely separated by two parts, so that a wider crucible cleaning work space can be secured compared to the one shown in FIG. Furthermore, in this case, the magnet IO can be operated in persistent current mode (two times continuously).

[発明の効果] 以上説明したように本発明によれば、融液の液面低下量
を検出する検出器と、検出された液面低下量だけ磁石を
移動させる駆動制御装置を設けているので、磁石中心を
融液の固体−液界面(1目動的(ニ一致させる制御が可
能な、信頼性の高い単結晶引上中fitを提供すること
ができる。
[Effects of the Invention] As explained above, according to the present invention, a detector for detecting the amount of decrease in the liquid level of the melt and a drive control device for moving the magnet by the detected amount of decrease in the liquid level are provided. , it is possible to provide a highly reliable fit during pulling of a single crystal, which can be controlled so that the center of the magnet coincides with the solid-liquid interface of the melt.

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

第1図は本発明の一実施例を示す構成図、第2図および
第3図は従来の単結晶引上装置を夫々示す構成図、第4
図は磁場強度と単結晶中の不純物濃度の関係を示す図、
第5図は検出器として液面レベル計を用いて駆動機を制
御する実施例を示す構成図、第6図は検出器としてレー
ザ光による位置検出器を用いて駆動機を制御する実施例
を示す構成図、第7図および第8図は本発明の他の実施
例を示す構成図である。 1・・・融液      2・・・ルツボ3・・・ヒー
タ      4・・・植結晶5・・・引上駆動機構 
 6・・・固体−液界面7・・・単結晶     8・
・・熱対流9・・・不純物     lO・・・磁石1
】・・・磁楊方向    12・・・架台13・・・上
下駆動軸   14・・・駆動機15・・・支柱   
   16・・・検出器17・・・上下駆動制御装置 
18・・・移動方向19・・・一定位置    20・
・・横磁場方向21・・・移動装置    22・・・
レール23・・・固定位置    50・・・液面レベ
ルセンサ60・・・レーザ発光・受光面 61・・・レ
ーザ計測器第2図 第3図 第4図 第  5 図
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the present invention, FIGS. 2 and 3 are block diagrams showing a conventional single crystal pulling apparatus, respectively, and FIG.
The figure shows the relationship between magnetic field strength and impurity concentration in a single crystal.
Fig. 5 is a configuration diagram showing an embodiment in which a driving machine is controlled using a liquid level meter as a detector, and Fig. 6 is a block diagram showing an embodiment in which a driving machine is controlled using a position detector using a laser beam as a detector. The configuration diagrams shown in FIGS. 7 and 8 are configuration diagrams showing other embodiments of the present invention. 1... Melt 2... Crucible 3... Heater 4... Plant crystal 5... Pulling drive mechanism
6...Solid-liquid interface 7...Single crystal 8.
...Thermal convection 9...Impurity lO...Magnet 1
]... Magnetic direction 12... Frame 13... Vertical drive shaft 14... Drive machine 15... Support
16...Detector 17...Vertical drive control device
18...Movement direction 19...Constant position 20.
...Transverse magnetic field direction 21...Movement device 22...
Rail 23... Fixed position 50... Liquid level sensor 60... Laser emitting/receiving surface 61... Laser measuring instrument Fig. 2 Fig. 3 Fig. 4 Fig. 5

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)ヒータにより加熱されるルツボ内に充てんされた
単結晶原料融液中に種結晶を挿入し、この種結晶を引上
駆動機構により一定速度で引上げて融液の固体−液界面
に単結晶を生成させる単結晶引上機と、前記融液の固体
−液界面に所要強度の磁場を印加するように前記ルツボ
の外側に設けられた磁石と、この磁石を前記ルツボに対
して垂直方向、水平方向の少なくとも垂直方向に移動さ
せる磁石移動機構と、前記融液の固体−液界面の位置を
検出する検出器と、この検出器により検出された固体−
液界面の位置と前記磁石の中心とを一致させるように前
記磁石移動機構を制御する駆動制御装置とを具備するこ
とを特徴とする単結晶引上装置。
(1) A seed crystal is inserted into the single-crystal raw material melt filled in a crucible heated by a heater, and the seed crystal is pulled up at a constant speed by a pulling-up drive mechanism to form a single crystal at the solid-liquid interface of the melt. a single crystal pulling machine for generating crystals; a magnet provided outside the crucible so as to apply a magnetic field of a required strength to the solid-liquid interface of the melt; and a magnet installed in a direction perpendicular to the crucible. , a magnet moving mechanism that moves the magnet in at least the vertical direction in the horizontal direction, a detector that detects the position of the solid-liquid interface of the melt, and a solid that is detected by the detector.
A single crystal pulling apparatus comprising: a drive control device that controls the magnet moving mechanism so that the position of the liquid surface coincides with the center of the magnet.
(2)検出器は、静電容量を測定することにより固体−
液界面の位置を検出するものであることを特徴とする特
許請求の範囲第1項記載の単結晶引装置。
(2) The detector detects the solid state by measuring capacitance.
2. The single crystal pulling device according to claim 1, wherein the device detects the position of a liquid surface.
(3)検出器は、光ドップラー効果により固体−液界面
の位置を検出するものであることを特徴とする特許請求
の範囲第1項記載の単結晶引上装置。
(3) The single crystal pulling apparatus according to claim 1, wherein the detector detects the position of the solid-liquid interface using the optical Doppler effect.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62256791A (en) * 1986-04-30 1987-11-09 Toshiba Ceramics Co Ltd Device for growing single crystal
JPS62256787A (en) * 1986-04-30 1987-11-09 Toshiba Ceramics Co Ltd Method and device for growing single crystal
JPS62256789A (en) * 1986-04-30 1987-11-09 Toshiba Ceramics Co Ltd Device for growing single crystal
JP2008526667A (en) * 2004-12-30 2008-07-24 エムイーエムシー・エレクトロニック・マテリアルズ・インコーポレイテッド Electromagnetic pumping of liquid silicon in the crystal growth process.

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