JP7732480B2 - Silicon single crystal manufacturing method and silicon single crystal manufacturing apparatus - Google Patents
Silicon single crystal manufacturing method and silicon single crystal manufacturing apparatusInfo
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Description
本発明は、シリコン単結晶の製造方法、および、シリコン単結晶製造装置に関する。 The present invention relates to a method for producing silicon single crystals and a silicon single crystal production apparatus.
シリコン単結晶の製造方法として、シリコン融液に水平磁場を印加するMCZ(磁場印加チョクラルスキー)法が用いられる場合がある。MCZ法を用いてシリコン融液に水平磁場を印加した場合、シリコン融液内の水平磁場の印加方向に直交する仮想平面における対流の方向が、右回り(以下、「右渦モード」と言う場合がある)になる場合と左回り(以下、「左渦モード」と言う場合がある)になる場合がある。 The MCZ (magnetically coupled Czochralski) method, in which a horizontal magnetic field is applied to a silicon melt, is sometimes used as a method for producing silicon single crystals. When a horizontal magnetic field is applied to a silicon melt using the MCZ method, the direction of convection in the silicon melt in a virtual plane perpendicular to the direction of application of the horizontal magnetic field can be clockwise (hereinafter sometimes referred to as "right-vortex mode") or counterclockwise (hereinafter sometimes referred to as "left-vortex mode").
対流モードが右渦モードとなるか左渦モードとなるかはランダムであり、対流モードと炉内環境によってシリコン単結晶に取り込まれる酸素の濃度がばらついてしまう。安定した酸素濃度を有するシリコン単結晶を得るためには、引き上げ中のシリコン融液の対流モードを制御することが重要となる。このため、坩堝内のシリコン融液の対流モードを制御する手法について様々な検討が行われている(例えば、特許文献1参照)。 Whether the convection mode is right-handed or left-handed is random, and the concentration of oxygen incorporated into the silicon single crystal varies depending on the convection mode and the furnace environment. To obtain silicon single crystals with a stable oxygen concentration, it is important to control the convection mode of the silicon melt during pulling. For this reason, various methods for controlling the convection mode of the silicon melt in the crucible have been investigated (see, for example, Patent Document 1).
特許文献1には、製造装置の炉内の熱環境を、坩堝の中心軸に対して非軸対称とすることによって、対流モードを右渦モードおよび左渦モードのうち一方に固定し、対流モードに起因する酸素濃度のばらつきを排除する方法が開示されている。その具体的な方法として、特許文献1には、シリコン融液内の水平磁場の印加方向に直交する仮想平面における左右方向一方側の第1加熱領域の発熱量と、他方側の第2加熱領域の発熱量とが異なる値に設定された加熱部を用いる方法が開示されている。 Patent Document 1 discloses a method of fixing the convection mode to either the right-handed or left-handed vortex mode by making the thermal environment inside the furnace of a manufacturing device asymmetrical with respect to the central axis of the crucible, thereby eliminating variations in oxygen concentration due to the convection mode. Specifically, Patent Document 1 discloses a method using a heating unit in which the heat generation amount of a first heating region on one side of an imaginary plane perpendicular to the direction in which a horizontal magnetic field is applied within the silicon melt is set to different values from the heat generation amount of a second heating region on the other side.
特許文献1には、第1加熱領域と第2加熱領域の発熱量を異ならせる1つの方法として、第1,第2加熱領域のそれぞれの発熱部に電力を供給する電力供給部の接触抵抗値を異ならせる方法が開示されている。
そして、接触抵抗値を異ならせる方法として、第1,第2加熱領域のそれぞれの発熱部に接続される端子と電極との間に介挿される電気抵抗調整部材の合計枚数を異ならせる方法と、第1,第2加熱領域のそれぞれの発熱部に接続される端子と電極とを締結する締結手段の締結力を異ならせる方法と、第1,第2加熱領域のそれぞれの発熱部に接続される端子と電極とを接合する接着層の材質または厚さを異ならせる方法とが開示されている。
Patent document 1 discloses a method for differentiating the heat generation amounts of the first heating area and the second heating area by differentiating the contact resistance values of the power supply unit that supplies power to the heat generation elements of each of the first and second heating areas.
The methods disclosed for varying the contact resistance values include varying the total number of electrical resistance adjustment members interposed between the terminals and electrodes connected to the heat generating parts of the first and second heating regions, varying the fastening force of the fastening means that fasten the terminals and electrodes connected to the heat generating parts of the first and second heating regions, and varying the material or thickness of the adhesive layer that joins the terminals and electrodes connected to the heat generating parts of the first and second heating regions.
また、特許文献1には、第1加熱領域と第2加熱領域の発熱量を異ならせる別の方法として、第1,第2加熱領域に設けられたスリットの長さおよび総数のうち少なくとも一方を異ならせる方法が開示されている。 Patent Document 1 also discloses another method for differentiating the heat generation amounts of the first and second heating regions, which involves varying at least one of the length and total number of slits provided in the first and second heating regions.
しかしながら、特許文献1に開示された接触抵抗値を異ならせる方法では、接触抵抗値を所望の値にするに際し、作業バラツキや部材の劣化などの影響で、シリコン融液の対流モードが所望の状態から変化する可能性がある。また、特許文献1に開示されたスリットの長さおよび総数のうち少なくとも一方を異ならせる方法では、特別な形状の加熱部が必要となってしまう。 However, with the method of varying the contact resistance value disclosed in Patent Document 1, when achieving the desired contact resistance value, there is a possibility that the convection mode of the silicon melt may deviate from the desired state due to factors such as variations in work processes and deterioration of components. Furthermore, the method of varying at least one of the length and total number of slits disclosed in Patent Document 1 requires a heating unit with a special shape.
本発明は、従来の装置構成を大きく変更することなく、酸素濃度が安定したシリコン単結晶を製造することができるシリコン単結晶の製造方法、および、シリコン単結晶製造装置を提供することを目的とする。 The present invention aims to provide a silicon single crystal manufacturing method and silicon single crystal manufacturing apparatus that can produce silicon single crystals with a stable oxygen concentration without significantly modifying the conventional equipment configuration.
本発明のシリコン単結晶の製造方法は、シリコン単結晶製造装置を用いてシリコン融液に水平磁場を印加しながらシリコン単結晶を引き上げるシリコン単結晶の製造方法であって、前記シリコン単結晶製造装置は、前記シリコン融液を収容する坩堝と、前記坩堝を囲む円筒状に形成され、前記円筒状の中心軸が前記坩堝の中心軸と同一軸上に位置するように配置されたヒータと、導電性を有する材料により棒状に形成され、前記ヒータを支持する第1支持電極、第2支持電極、第3支持電極および第4支持電極と、を備え、前記ヒータは、互いに同じ発熱特性を有し、前記坩堝の外周方向に並ぶ第1発熱部、第2発熱部、第3発熱部および第4発熱部を備え、前記第1支持電極は、前記第1発熱部と前記第2発熱部を電源の正極に接続し、前記第2支持電極は、前記第2発熱部と前記第3発熱部を前記電源の負極またはアースに接続し、前記第3支持電極は、前記第3発熱部と前記第4発熱部を前記正極に接続し、前記第4支持電極は、前記第4発熱部と前記第1発熱部を前記負極または前記アースに接続し、前記第1支持電極、前記第2支持電極、前記第3支持電極および前記第4支持電極のうち少なくとも1本の支持電極は、少なくとも一部の太さが残りの支持電極よりも細い細径支持電極により構成され、前記シリコン単結晶の製造方法は、回転している前記坩堝内のシリコン原料を前記ヒータの発熱分布が不均一の状態で加熱して前記シリコン融液を生成するシリコン融液生成工程と、前記シリコン融液への前記水平磁場の印加を開始する磁場印加工程と、前記水平磁場の中心磁力線に直交する仮想平面における前記シリコン融液の対流の方向が一方向に固定されたら、前記シリコン融液に着液させた種結晶を引き上げることにより、前記シリコン単結晶を育成する育成工程と、を備える。 The silicon single crystal manufacturing method of the present invention is a method for pulling a silicon single crystal while applying a horizontal magnetic field to a silicon melt using a silicon single crystal manufacturing apparatus, wherein the silicon single crystal manufacturing apparatus comprises: a crucible that contains the silicon melt; a heater that is formed in a cylindrical shape surrounding the crucible and is arranged so that the central axis of the cylinder is coaxial with the central axis of the crucible; and first, second, third, and fourth support electrodes that are formed in a rod shape from a conductive material and support the heater; the heater comprises a first heating portion, a second heating portion, a third heating portion, and a fourth heating portion that have the same heating characteristics and are aligned in the circumferential direction of the crucible; the first support electrode connects the first heating portion and the second heating portion to the positive terminal of a power source; the second support electrode connects the second heating portion and the third heating portion to the negative terminal of the power source or ground; The electrodes connect the third heating element and the fourth heating element to the positive electrode, and the fourth support electrode connects the fourth heating element and the first heating element to the negative electrode or the ground. At least one of the first, second, third, and fourth support electrodes is configured as a thin-diameter support electrode, at least a portion of which is thinner than the remaining support electrodes. The silicon single crystal manufacturing method includes a silicon melt generating step of heating the silicon raw material in the rotating crucible while the heater has a non-uniform heat distribution to generate the silicon melt, a magnetic field application step of starting to apply the horizontal magnetic field to the silicon melt, and a growing step of growing the silicon single crystal by pulling up a seed crystal immersed in the silicon melt once the direction of convection of the silicon melt in an imaginary plane perpendicular to the central magnetic field line of the horizontal magnetic field has been fixed in one direction.
本発明のシリコン単結晶の製造方法において、前記シリコン単結晶製造装置は、前記ヒータを囲む円筒状に形成され、前記ヒータに対する抜熱分布が不均一になるように構成された断熱材を備える、ことが好ましい。 In the silicon single crystal manufacturing method of the present invention, the silicon single crystal manufacturing apparatus preferably includes a cylindrical heat insulating material surrounding the heater and configured to provide a non-uniform heat transfer distribution to the heater.
本発明のシリコン単結晶の製造方法において、前記断熱材は、全体の熱伝導率が均一になるように構成され、前記断熱材の中心軸が前記坩堝の前記中心軸と同一軸上に位置しないように配置されている、ことが好ましい。 In the method for producing silicon single crystals of the present invention, it is preferable that the heat insulating material be configured to have uniform thermal conductivity throughout, and be arranged so that the central axis of the heat insulating material is not coaxial with the central axis of the crucible.
本発明のシリコン単結晶の製造方法において、前記断熱材は、一部分の熱伝導率が他部分の熱伝導率と異なるように構成され、前記断熱材の中心軸が前記坩堝の前記中心軸と同一軸上に位置するように配置されている、ことが好ましい。 In the method for producing silicon single crystals of the present invention, it is preferable that the heat insulating material is configured so that the thermal conductivity of one portion is different from the thermal conductivity of the other portion, and that the central axis of the heat insulating material is positioned coaxially with the central axis of the crucible.
本発明のシリコン単結晶の製造方法において、前記第1支持電極、前記第2支持電極、前記第3支持電極、前記第4支持電極および前記断熱材は、前記シリコン融液に前記水平磁場が印加されるときの前記坩堝の回転速度をR(rpm)、前記水平磁場の印加を開始してから、前記対流の方向が固定される磁場強度の前記水平磁場が前記シリコン融液に作用するまでの時間をT(分)とした場合、平面視における前記坩堝に対する加熱温度が最も高い最高加熱温度位置が、前記中心磁力線に直交しかつ前記坩堝の前記中心軸を含む第1水平仮想線に対して前記坩堝の回転方向の反対方向側に位置し、かつ、前記坩堝の前記中心軸と前記最高加熱温度位置とを結ぶ第2水平仮想線と前記第1水平仮想線とのなす角度θ(°)が、以下の式(1)を満たすように構成されている、ことが好ましい。
θ=360×R×T … (1)
In the method for producing a silicon single crystal of the present invention, it is preferable that the first support electrode, the second support electrode, the third support electrode, the fourth support electrode, and the heat insulating material are configured such that, when the rotation speed of the crucible when the horizontal magnetic field is applied to the silicon melt is R (rpm), and the time from the start of application of the horizontal magnetic field until the horizontal magnetic field, having a magnetic field strength at which the direction of convection is fixed, acts on the silicon melt is T (minutes), a maximum heating temperature position, where the heating temperature for the crucible is the highest in a planar view, is located on the opposite side of the rotation direction of the crucible with respect to a first horizontal imaginary line that is perpendicular to the central magnetic field line and includes the central axis of the crucible, and an angle θ (°) formed by a second horizontal imaginary line connecting the central axis of the crucible and the maximum heating temperature position and the first horizontal imaginary line satisfies the following formula (1):
θ=360×R×T… (1)
本発明のシリコン単結晶製造装置は、シリコン融液に水平磁場を印加しながらシリコン単結晶を引き上げるシリコン単結晶製造装置であって、前記シリコン融液を収容する坩堝と、前記坩堝を囲む円筒状に形成され、前記円筒状の中心軸が前記坩堝の中心軸と同一軸上に位置するように配置されたヒータと、導電性を有する材料により棒状に形成され、前記ヒータを支持する第1支持電極、第2支持電極、第3支持電極および第4支持電極と、を備え、前記ヒータは、互いに同じ発熱特性を有し、前記坩堝の外周方向に並ぶ第1発熱部、第2発熱部、第3発熱部および第4発熱部を備え、前記第1支持電極は、前記第1発熱部と前記第2発熱部を電源の正極に接続し、前記第2支持電極は、前記第2発熱部と前記第3発熱部を前記電源の負極またはアースに接続し、前記第3支持電極は、前記第3発熱部と前記第4発熱部を前記正極に接続し、前記第4支持電極は、前記第4発熱部と前記第1発熱部を前記負極または前記アースに接続し、前記第1支持電極、前記第2支持電極、前記第3支持電極および前記第4支持電極のうち少なくとも1本の支持電極は、少なくとも一部の太さが残りの支持電極よりも細い細径支持電極により構成されている。 The silicon single crystal manufacturing apparatus of the present invention is a silicon single crystal manufacturing apparatus that pulls a silicon single crystal while applying a horizontal magnetic field to a silicon melt, and includes: a crucible that contains the silicon melt; a heater that is formed in a cylindrical shape surrounding the crucible and is arranged so that the central axis of the cylinder is aligned with the central axis of the crucible; and first, second, third, and fourth support electrodes that are formed in a rod shape from a conductive material and support the heater. The heater has first, second, third, and fourth heating elements that have the same heating characteristics and are aligned in the circumferential direction of the crucible. The device includes a heating section, wherein the first support electrode connects the first heating section and the second heating section to the positive electrode of a power source, the second support electrode connects the second heating section and the third heating section to the negative electrode of the power source or to earth, the third support electrode connects the third heating section and the fourth heating section to the positive electrode, and the fourth support electrode connects the fourth heating section and the first heating section to the negative electrode or earth, and at least one of the first, second, third, and fourth support electrodes is configured as a thin-diameter support electrode, at least a portion of which is thinner than the remaining support electrodes.
本発明のシリコン単結晶製造装置において、前記ヒータを囲む円筒状に形成され、前記ヒータに対する抜熱分布が不均一になるように構成された断熱材を備える、ことが好ましい。 The silicon single crystal manufacturing apparatus of the present invention preferably includes a cylindrical heat insulating material surrounding the heater and configured to provide a non-uniform heat transfer distribution to the heater.
本発明のシリコン単結晶製造装置において、前記断熱材は、全体の熱伝導率が均一になるように構成され、前記断熱材の中心軸が前記坩堝の前記中心軸と同一軸上に位置しないように配置されている、ことが好ましい。 In the silicon single crystal manufacturing apparatus of the present invention, it is preferable that the heat insulating material is configured to have a uniform thermal conductivity throughout, and is positioned so that the central axis of the heat insulating material is not coaxial with the central axis of the crucible.
本発明のシリコン単結晶製造装置において、前記断熱材は、一部分の熱伝導率が他部分の熱伝導率と異なるように構成され、前記断熱材の中心軸が前記坩堝の前記中心軸と同一軸上に位置するように配置されている、ことが好ましい。 In the silicon single crystal manufacturing apparatus of the present invention, it is preferable that the heat insulating material is configured so that the thermal conductivity of one portion is different from the thermal conductivity of the other portion, and that the central axis of the heat insulating material is positioned coaxially with the central axis of the crucible.
本発明のシリコン単結晶製造装置において、前記第1支持電極、前記第2支持電極、前記第3支持電極、前記第4支持電極および前記断熱材は、前記シリコン融液に前記水平磁場が印加されるときの前記坩堝の回転速度をR(rpm)、前記水平磁場の印加を開始してから、前記水平磁場の中心磁力線に直交する仮想平面における前記シリコン融液の対流の方向が固定される磁場強度の前記水平磁場が前記シリコン融液に作用するまでの時間をT(分)とした場合、平面視における前記坩堝に対する加熱温度が最も高い最高加熱温度位置が、前記水平磁場の中心磁力線に直交しかつ前記坩堝の前記中心軸を含む第1水平仮想線に対して前記坩堝の回転方向の反対方向側に位置し、かつ、前記坩堝の前記中心軸と前記最高加熱温度位置とを結ぶ第2水平仮想線と前記第1水平仮想線とのなす角度θ(°)が、以下の式(2)を満たすように構成されている、ことが好ましい。
θ=360×R×T … (2)
In the silicon single crystal manufacturing apparatus of the present invention, the first support electrode, the second support electrode, the third support electrode, the fourth support electrode, and the heat insulating material are preferably configured such that, when R (rpm) is the rotation speed of the crucible when the horizontal magnetic field is applied to the silicon melt, and T (minutes) is the time from when the application of the horizontal magnetic field starts until the horizontal magnetic field acts on the silicon melt, the horizontal magnetic field having a magnetic field strength at which the direction of convection of the silicon melt is fixed in an imaginary plane perpendicular to the central magnetic field line of the horizontal magnetic field, the maximum heating temperature position at which the heating temperature for the crucible is highest in a planar view is located on the opposite side of the rotation direction of the crucible with respect to a first horizontal imaginary line that is perpendicular to the central magnetic field line of the horizontal magnetic field and includes the central axis of the crucible, and the angle θ (°) formed by the first horizontal imaginary line and a second horizontal imaginary line connecting the central axis of the crucible and the maximum heating temperature position satisfies the following formula (2):
θ=360×R×T… (2)
[実施形態]
〔シリコン単結晶製造装置の構成〕
まず、本発明の実施形態に係るシリコン単結晶製造装置の構成について説明する。
図1は、シリコン単結晶製造装置の概略構成を示す縦断面図である。図2は、ヒータ、断熱材および磁場印加部を示す平面模式図である。図3は、ヒータの斜視図である。図4は、低抵抗支持電極および高抵抗支持電極を示す側面図である。図5は、ヒータおよび電力供給部の等価回路図である。図6は、第1~第4支持電極および断熱材の好ましい構成の説明図であり、(A)は最高加熱温度位置を示す平面図であり、(B)は水平磁場の印加開始からの経過時間と磁場強度との関係を示すグラフである。図7は、シリコン単結晶製造装置の要部のブロック図である。
[Embodiment]
[Configuration of silicon single crystal manufacturing equipment]
First, the configuration of a silicon single crystal manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention will be described.
FIG. 1 is a vertical cross-sectional view showing the schematic configuration of a silicon single crystal manufacturing apparatus. FIG. 2 is a plan view schematic showing a heater, a heat insulating material, and a magnetic field application unit. FIG. 3 is a perspective view of a heater. FIG. 4 is a side view showing a low-resistance support electrode and a high-resistance support electrode. FIG. 5 is an equivalent circuit diagram of a heater and a power supply unit. FIG. 6 is an explanatory diagram of a preferred configuration of first to fourth support electrodes and a heat insulating material, where (A) is a plan view showing the maximum heating temperature position, and (B) is a graph showing the relationship between the elapsed time from the start of application of a horizontal magnetic field and the magnetic field strength. FIG. 7 is a block diagram of the main parts of a silicon single crystal manufacturing apparatus.
図1に示すシリコン単結晶製造装置1は、MCZ法によりシリコン単結晶SMを製造する装置であり、シリコン融液Mに水平磁場を印加しながら、ネック部SM1、肩部SM2、直胴部SM3および図示しないテール部を有するシリコン単結晶SMを引き上げる。シリコン単結晶製造装置1は、外郭を構成するチャンバ2と、チャンバ2の中心部に配置される坩堝3と、坩堝3内の周囲に配置されるヒータ4と、温度計測部15と、を備える。 The silicon single crystal manufacturing apparatus 1 shown in Figure 1 is an apparatus for manufacturing silicon single crystals SM using the MCZ method, and pulls up a silicon single crystal SM having a neck portion SM1, a shoulder portion SM2, a straight body portion SM3, and a tail portion (not shown) while applying a horizontal magnetic field to silicon melt M. The silicon single crystal manufacturing apparatus 1 includes a chamber 2 that forms the outer shell, a crucible 3 located in the center of the chamber 2, a heater 4 located around the inside of the crucible 3, and a temperature measurement unit 15.
坩堝3は、外側の黒鉛坩堝3Aと、内側の石英坩堝3Bとから構成される二重構造とされ、石英坩堝3B内にはシリコン融液Mが収容される。黒鉛坩堝3Aおよび石英坩堝3Bは、有底円筒形状の容器であり、鉛直上方から見る平面視で円形形状とされている。坩堝3は、回転および昇降が可能な支持軸5の上端部に固定されている。 Crucible 3 has a double structure consisting of an outer graphite crucible 3A and an inner quartz crucible 3B, with silicon melt M contained in quartz crucible 3B. Graphite crucible 3A and quartz crucible 3B are cylindrical containers with bottoms that are circular in plan view from vertically above. Crucible 3 is fixed to the upper end of support shaft 5, which can rotate and move up and down.
ヒータ4は、略円筒状に形成されて坩堝3の周囲に配置されるグラファイトヒータである。ヒータ4の外側には、チャンバ2の内面に沿って円筒状の断熱材6が設けられている。断熱材6は、全体の熱伝導率が均一になるように構成されている。 The heater 4 is a graphite heater formed in a roughly cylindrical shape and placed around the crucible 3. A cylindrical heat insulator 6 is provided on the outside of the heater 4 and along the inner surface of the chamber 2. The heat insulator 6 is configured to provide uniform thermal conductivity throughout.
坩堝3の上方には、支持軸5と同軸上に引き上げ軸7が配置されている。引き上げ軸7は、ワイヤなどで形成されている。引き上げ軸7の下端には種結晶SCが取り付けられている。 Above the crucible 3, a pulling shaft 7 is arranged coaxially with the support shaft 5. The pulling shaft 7 is made of wire or the like. A seed crystal SC is attached to the lower end of the pulling shaft 7.
チャンバ2内には、坩堝3内のシリコン融液Mの上方で育成中のシリコン単結晶SMを囲む筒状の熱遮蔽体8が配置されている。
熱遮蔽体8は、育成中のシリコン単結晶SMに対して、シリコン融液M、坩堝3の側壁およびヒータからの輻射熱を遮断することにより、シリコン単結晶SMの温度上昇を抑制する。
A cylindrical heat shield 8 is disposed in the chamber 2 above the silicon melt M in the crucible 3 to surround the silicon single crystal SM being grown.
The thermal shield 8 blocks radiant heat from the silicon melt M, the sidewall of the crucible 3, and the heater to the silicon single crystal SM during growth, thereby suppressing a temperature rise of the silicon single crystal SM.
チャンバ2の上部には、アルゴンガスなどの不活性ガスをチャンバ2内に導入するガス導入口2Aが設けられている。チャンバ2の下部には、図示しない真空ポンプの駆動により、チャンバ2内の気体を吸引して排出する排気口2Bが設けられている。 A gas inlet 2A is provided at the top of chamber 2, through which an inert gas such as argon gas is introduced into chamber 2. An exhaust port 2B is provided at the bottom of chamber 2, through which gas within chamber 2 is sucked in and exhausted by a vacuum pump (not shown).
温度計測部15は、第1計測点P1および第2計測点P2の温度を計測する。第1計測点P1および第2計測点P2の径方向の位置は、育成予定のシリコン単結晶SMの外周面と、熱遮蔽体8の開口内周面との間である。後述するように、第1計測点P1および第2計測点P2の温度を測定することで、シリコン融液Mの対流モードを確認できる。例えば、ヒータ4によるシリコン融液Mの加熱によって、シリコン融液Mの対流の向きが図1において右回りに固定された場合、つまりシリコン融液Mの対流モードが右渦モードになった場合は、第1計測点P1の測定温度は第2計測点P2の測定温度よりも高くなる。また、ヒータ4によるシリコン融液Mの加熱によって、シリコン融液Mの対流の向きが左回りに固定された場合、つまり対流モードが左渦モードになった場合は、第1計測点P1の測定温度は第2計測点P2の測定温度よりも低くなる。 The temperature measurement unit 15 measures the temperatures at the first measurement point P1 and the second measurement point P2. The radial positions of the first measurement point P1 and the second measurement point P2 are between the outer peripheral surface of the silicon single crystal SM to be grown and the inner peripheral surface of the opening of the thermal shield 8. As will be described later, the convection mode of the silicon melt M can be confirmed by measuring the temperatures at the first measurement point P1 and the second measurement point P2. For example, if the convection direction of the silicon melt M is fixed to clockwise in FIG. 1 by heating the silicon melt M with the heater 4, that is, if the convection mode of the silicon melt M becomes a right-handed vortex mode, the measured temperature at the first measurement point P1 will be higher than the measured temperature at the second measurement point P2. On the other hand, if the convection direction of the silicon melt M is fixed to counterclockwise by heating the silicon melt M with the heater 4, that is, if the convection mode becomes a left-handed vortex mode, the measured temperature at the first measurement point P1 will be lower than the measured temperature at the second measurement point P2.
温度計測部15は、一対の反射部15Aと、一対の放射温度計15Bとを備える。
反射部15Aは、チャンバ2内部に設置されている。反射部15Aは、反射面15Cと水平面とのなす角度が40°以上50°以下となるように設置されていることが好ましい。
放射温度計15Bは、チャンバ2の外部に設置されている。放射温度計15Bは、チャンバ2に設けられた石英窓2C(図1参照)を介して入射される輻射光Lを受光して、第1計測点P1および第2計測点P2の温度を非接触で計測する。
The temperature measurement unit 15 includes a pair of reflecting units 15A and a pair of radiation thermometers 15B.
The reflecting section 15A is installed inside the chamber 2. The reflecting section 15A is preferably installed so that the angle between the reflecting surface 15C and the horizontal plane is 40° or more and 50° or less.
The radiation thermometer 15B is installed outside the chamber 2. The radiation thermometer 15B receives radiant light L incident through a quartz window 2C (see FIG. 1) provided in the chamber 2, and measures the temperatures of the first measurement point P1 and the second measurement point P2 in a non-contact manner.
図2に示すように、シリコン単結晶製造装置1は、磁場印加部16をさらに備える。
磁場印加部16は、それぞれ電磁コイルで構成された第1磁性体16Aおよび第2磁性体16Bを備える。第1磁性体16Aおよび第2磁性体16Bは、チャンバ2の外側において坩堝3を挟んで対向するように設けられている。磁場印加部16は、平面視で、コイル中心軸を通る中心磁力線16Cが、坩堝3の中心軸3C(以下、「坩堝中心軸3C」と言う場合がある)と交差し、第2磁性体16Bから第1磁性体16Aに向かう方向(図2における中心磁力線16Cを示す矢印で示される上方向であり、図1における紙面手前から奥に向かう方向)となるように、水平磁場を印加する。
As shown in FIG. 2 , the silicon single crystal manufacturing apparatus 1 further includes a magnetic field application unit 16 .
The magnetic field application unit 16 includes a first magnetic body 16A and a second magnetic body 16B, each of which is formed by an electromagnetic coil. The first magnetic body 16A and the second magnetic body 16B are disposed outside the chamber 2 so as to face each other across the crucible 3. The magnetic field application unit 16 applies a horizontal magnetic field such that, in a plan view, a central magnetic field line 16C passing through the central axis of the coil intersects with a central axis 3C of the crucible 3 (hereinafter, sometimes referred to as the "crucible central axis 3C") and is directed from the second magnetic body 16B toward the first magnetic body 16A (the upward direction indicated by the arrow indicating the central magnetic field line 16C in FIG. 2, and the direction from the front to the back of the page in FIG. 1).
ヒータ4は、その中心軸4C(以下、「ヒータ中心軸4C」と言う場合がある)が坩堝中心軸3Cと同一軸上に位置するように配置されている。一方、断熱材6は、その中心軸6C(以下、「断熱材中心軸6C」と言う場合がある)が坩堝中心軸3Cおよびヒータ中心軸4Cと同一軸上に位置しないように配置されている。つまり、ヒータ4は、坩堝3との隙間が、坩堝3の円周方向で均一になるように配置されている。また、断熱材6は、ヒータ4との隙間が、ヒータ4の円周方向で不均一になるように配置されている。このようなヒータ4および断熱材6の配置により、断熱材6によるヒータ4からの抜熱分布は、坩堝3の円周方向で不均一になる。 The heater 4 is positioned so that its central axis 4C (hereinafter sometimes referred to as the "heater central axis 4C") is coaxial with the crucible central axis 3C. Meanwhile, the insulating material 6 is positioned so that its central axis 6C (hereinafter sometimes referred to as the "insulating material central axis 6C") is not coaxial with the crucible central axis 3C and the heater central axis 4C. In other words, the heater 4 is positioned so that the gap between it and the crucible 3 is uniform in the circumferential direction of the crucible 3. Furthermore, the insulating material 6 is positioned so that the gap between it and the heater 4 is nonuniform in the circumferential direction of the heater 4. Due to this arrangement of the heater 4 and insulating material 6, the heat removal distribution from the heater 4 by the insulating material 6 is nonuniform in the circumferential direction of the crucible 3.
図2および図3に示すように、ヒータ4は、円筒状に形成されたグラファイトヒータである発熱部40を備える。発熱部40は、円周方向の全体にわたって均一な厚さで形成されている。発熱部40には、上端から下方向へ伸びる複数の上スリット41および下端から上方向へ伸びる複数の下スリット42が、円周方向に交互に並ぶように形成されている。各上スリット41および各下スリット42は、幅寸法が互いに等しく、上下方向に沿った切り込み深さも互いに等しい。また、上スリット41と下スリット42との間隔も、ヒータ4の全周にわたって等しい。 As shown in Figures 2 and 3, the heater 4 has a heat generating portion 40, which is a cylindrical graphite heater. The heat generating portion 40 is formed with a uniform thickness around the entire circumference. The heat generating portion 40 has multiple upper slits 41 extending downward from the upper end and multiple lower slits 42 extending upward from the lower end, which are formed alternately in the circumferential direction. Each upper slit 41 and each lower slit 42 has the same width and the same cutting depth in the vertical direction. The spacing between the upper slits 41 and the lower slits 42 is also uniform around the entire circumference of the heater 4.
発熱部40は、ヒータ中心軸4Cを含み互いに直交する第1鉛直仮想平面VF1および第2鉛直仮想平面VF2により4分割され、互いに同じ発熱特性を有する第1発熱部40A、第2発熱部40B、第3発熱部40Cおよび第4発熱部40Dを備える。同じ発熱特性とは、同じ大きさの電力が供給された場合、同じ部位が同じ温度で発熱することを意味する。
第1発熱部40A~第4発熱部40Dは、上スリット41および下スリット42の総数が等しい。本実施形態では、第1発熱部40A~第4発熱部40Dには、それぞれ2本ずつの上スリット41と3本ずつの下スリット42が形成されており、上スリット41および下スリット42の総数は、5本ずつである。
このように、互いに同じ形状を有する第1発熱部40A~第4発熱部40Dの抵抗値は、同じ値である。
ヒータ4は、ヒータ中心軸4Cが坩堝中心軸3Cと同一軸上に位置し、かつ、平面視で中心磁力線16Cが第1鉛直仮想平面VF1に重なるように配置されている。なお、ヒータ4は、平面視で中心磁力線16Cが第1鉛直仮想平面VF1に重ならないように配置されても良い。
The heating section 40 is divided into four parts by a first vertical imaginary plane VF1 and a second vertical imaginary plane VF2 that are orthogonal to each other and include the heater central axis 4C, and includes a first heating section 40A, a second heating section 40B, a third heating section 40C, and a fourth heating section 40D that have the same heating characteristics. The same heating characteristics mean that the same parts generate heat at the same temperature when the same amount of power is supplied.
The first to fourth heat generating sections 40A to 40D have the same total number of upper slits 41 and lower slits 42. In this embodiment, two upper slits 41 and three lower slits 42 are formed in each of the first to fourth heat generating sections 40A to 40D, and the total number of upper slits 41 and lower slits 42 is five for each section.
In this way, the resistance values of the first to fourth heat generating portions 40A to 40D, which have the same shape, are the same.
The heater 4 is disposed so that the heater central axis 4C is coaxial with the crucible central axis 3C and so that the central magnetic field line 16C overlaps the first vertical imaginary plane VF1 in plan view. Note that the heater 4 may be disposed so that the central magnetic field line 16C does not overlap the first vertical imaginary plane VF1 in plan view.
シリコン単結晶製造装置1は、発熱部40に電力を供給する電力供給部9を備える。電力供給部9は、第1端子91A、第2端子91B、第3端子91Cおよび第4端子91Dと、第1支持電極92A、第2支持電極92B、第3支持電極92Cおよび第4支持電極92Dと、4つのナット93A,93B,93C,93Dとを備える。第1端子91A~第4端子91Dは、発熱部40の円周方向に沿って90°間隔で配置されている。
第1端子91A~第4端子91Dは、発熱部40において2本の下スリット42で区画される部分の下端から下方に延長され、発熱部40と一体に形成されている。また、第1端子91A~第4端子91Dは、下端から内側に向かって直角に屈曲された接続部911A~911Dを備えており、接続部911A~911Dには貫通孔912A~912Dが形成されている。
つまり、ヒータ4は、ヒーターエレメントである円筒状の発熱部40と、ヒータ足部である第1端子91A~第4端子91Dとが一体成形されたグラファイトヒータを用いて構成されている。
The silicon single crystal manufacturing apparatus 1 includes a power supply unit 9 that supplies power to the heat generating unit 40. The power supply unit 9 includes a first terminal 91A, a second terminal 91B, a third terminal 91C, and a fourth terminal 91D, a first support electrode 92A, a second support electrode 92B, a third support electrode 92C, and a fourth support electrode 92D, and four nuts 93A, 93B, 93C, and 93D. The first terminal 91A to the fourth terminal 91D are arranged at 90° intervals along the circumferential direction of the heat generating unit 40.
The first terminal 91A to the fourth terminal 91D extend downward from the lower end of the portion of the heat generating portion 40 that is partitioned by the two lower slits 42, and are formed integrally with the heat generating portion 40. The first terminal 91A to the fourth terminal 91D also include connection portions 911A to 911D that are bent inward at a right angle from the lower end, and through holes 912A to 912D are formed in the connection portions 911A to 911D.
That is, the heater 4 is constructed using a graphite heater in which the cylindrical heat generating portion 40, which is a heater element, and the first to fourth terminals 91A to 91D, which are heater legs, are integrally molded.
図3に示すように、第1支持電極92A~第4支持電極92Dは、導電性を有するカーボン製の棒状の電極である。第1支持電極92A~第4支持電極92Dのうち1本以上3本以下の支持電極は、図4の上側の図に示す低抵抗支持電極92Lにより構成され、残りの支持電極は、図4の下側の図に示す細径支持電極としての高抵抗支持電極92Hにより構成されている。
低抵抗支持電極92Lは、電極本体921Lと、挟持部922と、雄ねじ部923と、電源接続部924と、を備える。電極本体921Lは、円柱状に形成されている。挟持部922は、電極本体921Lよりも直径が大きくかつ高さが低い円柱状に形成され、電極本体921Lの軸方向一端に設けられている。雄ねじ部923は、挟持部922から電極本体921Lと反対側に伸びるように設けられている。電源接続部924は、電極本体921Lの軸方向他端に設けられている。
高抵抗支持電極92Hは、電極本体921Lの代わりに細径電極本体921Hを備える構成を有する。細径電極本体921Hは、少なくとも一部の直径が電極本体921Lの直径よりも小さい略円柱状に形成され、高抵抗支持電極92Hの抵抗値が低抵抗支持電極92Lの抵抗値よりも高くなるように構成されている。細径電極本体921Hにおける最も細い部位の直径は、ヒータ4を支持するという観点から50mm以上であることが好ましい。
低抵抗支持電極92Lおよび高抵抗支持電極92Hの抵抗値は、周知のように、電極本体921Lおよび細径電極本体921Hの直径または長さを調整することにより、所望の値に設定することができる。
高抵抗支持電極92Hまたは低抵抗支持電極92Lにより構成された第1支持電極92A~第4支持電極92Dは、端子91A~91Dの貫通孔912A~912Dに挿通された雄ねじ部923にカーボン製のナット93A~93Dが螺合され、ナット93A~93Dと挟持部922とにより端子91A~91Dを挟むことにより、端子91A~91Dに電気的に接続されるとともに、ヒータ4を支持する。
As shown in Fig. 3, the first to fourth support electrodes 92A to 92D are rod-shaped electrodes made of conductive carbon. Of the first to fourth support electrodes 92A to 92D, one to three are low-resistance support electrodes 92L shown in the upper diagram of Fig. 4, and the remaining support electrodes are high-resistance support electrodes 92H as small-diameter support electrodes shown in the lower diagram of Fig. 4.
The low-resistance support electrode 92L includes an electrode body 921L, a clamping portion 922, a male threaded portion 923, and a power supply connection portion 924. The electrode body 921L is formed in a cylindrical shape. The clamping portion 922 is formed in a cylindrical shape with a larger diameter and a shorter height than the electrode body 921L, and is provided at one axial end of the electrode body 921L. The male threaded portion 923 is provided so as to extend from the clamping portion 922 to the opposite side of the electrode body 921L. The power supply connection portion 924 is provided at the other axial end of the electrode body 921L.
The high-resistance support electrode 92H has a configuration including a small-diameter electrode body 921H instead of the electrode body 921L. The small-diameter electrode body 921H is formed in a generally cylindrical shape with at least a portion of the diameter smaller than the diameter of the electrode body 921L, and is configured so that the resistance value of the high-resistance support electrode 92H is higher than the resistance value of the low-resistance support electrode 92L. From the viewpoint of supporting the heater 4, the diameter of the smallest portion of the small-diameter electrode body 921H is preferably 50 mm or more.
As is well known, the resistance values of the low resistance support electrode 92L and the high resistance support electrode 92H can be set to desired values by adjusting the diameter or length of the electrode body 921L and the small diameter electrode body 921H.
The first to fourth support electrodes 92A to 92D, each formed of a high-resistance support electrode 92H or a low-resistance support electrode 92L, have carbon nuts 93A to 93D screwed onto male threaded portions 923 inserted into through holes 912A to 912D of the terminals 91A to 91D, and the terminals 91A to 91D are clamped between the nuts 93A to 93D and the clamping portions 922, thereby electrically connecting the terminals 91A to 91D and supporting the heater 4.
図5に示すように、電力供給部9は、電源94と、第1陽極配線95Aと、第1陰極配線95Bと、第2陽極配線95Cと、第2陰極配線95Dと、をさらに備える。
第1,第2陽極配線95A,95Cの一端は、例えば図示しないコネクタを介して、第1,第3支持電極92A,92Cの電源接続部924に接続され、他端は電源94の陽極に接続されている。第1,第2陰極配線95B,95Dの一端は、例えば図示しないコネクタを介して、第2,第4支持電極92B,92Dの電源接続部924に接続され、他端は電源94の陰極に接続されている。なお、第1,第2陰極配線95B,95Dの他端は、アースに接続されても良い。
As shown in FIG. 5, the power supply unit 9 further includes a power supply 94, a first anode wiring 95A, a first cathode wiring 95B, a second anode wiring 95C, and a second cathode wiring 95D.
One ends of the first and second anode wires 95A and 95C are connected to the power supply connectors 924 of the first and third support electrodes 92A and 92C, for example, via connectors not shown, and the other ends are connected to the anodes of the power supply 94. One ends of the first and second cathode wires 95B and 95D are connected to the power supply connectors 924 of the second and fourth support electrodes 92B and 92D, for example, via connectors not shown, and the other ends are connected to the cathodes of the power supply 94. The other ends of the first and second cathode wires 95B and 95D may be connected to earth.
図5に示すようなヒータ4および電力供給部9の構成において、例えば第4支持電極92Dを高抵抗支持電極92Hにより構成し、第1支持電極92A~第3支持電極92Cを低抵抗支持電極92Lにより構成した場合、電源94から第4支持電極92Dに流れる電流は、電源94から第2支持電極92Bに流れる電流よりも小さくなる。その結果、第1,第2発熱部40A,40Bが第3,第4発熱部40C,40Dよりも高い温度で発熱し、発熱分布は、当該坩堝3の円周方向で不均一になる。
このように、第1支持電極92A~第4支持電極92Dのうち1本以上3本以下の支持電極を高抵抗支持電極92Hにより構成することにより、平面視での坩堝3に対する加熱温度が最も高くなる位置(以下、「最高加熱温度位置」と言う場合がある)を所望の位置に設定することができる。
また、上述したように、断熱材6は、断熱材中心軸6Cが坩堝中心軸3Cおよびヒータ中心軸4Cと同一軸上に位置しないように配置され、ヒータ4からの抜熱分布が坩堝3の円周方向で不均一になるように構成されている。
したがって、坩堝3に対する高抵抗支持電極92Hの位置と、断熱材6とヒータ4との隙間が最も小さくなる位置とを調整することにより、坩堝3の最高加熱温度と、最高加熱温度位置とをより細かく調整することができる。
なお、以下において、ヒータ4の発熱分布および断熱材6によるヒータ4からの抜熱分布を調整して、最高加熱温度位置が存在するように坩堝3を加熱する状態を、「不均一加熱状態」と言う場合がある。一方、最高加熱温度位置が存在しないように坩堝3を加熱する状態、つまり坩堝3の加熱分布が当該坩堝3の円周方向で均一になるように坩堝3を加熱する状態を、「均一加熱状態」と言う場合がある。
5 , if the fourth support electrode 92D is configured as a high-resistance support electrode 92H and the first to third support electrodes 92A to 92C are configured as low-resistance support electrodes 92L, the current flowing from the power source 94 to the fourth support electrode 92D will be smaller than the current flowing from the power source 94 to the second support electrode 92B. As a result, the first and second heating portions 40A and 40B will generate heat at a higher temperature than the third and fourth heating portions 40C and 40D, and the heat distribution will be non-uniform in the circumferential direction of the crucible 3.
In this way, by configuring one to three of the first support electrode 92A to the fourth support electrode 92D as high-resistance support electrodes 92H, the position where the heating temperature for the crucible 3 is highest in a planar view (hereinafter sometimes referred to as the "highest heating temperature position") can be set to the desired position.
Furthermore, as described above, the insulating material 6 is arranged so that the insulating material central axis 6C is not positioned on the same axis as the crucible central axis 3C and the heater central axis 4C, and is configured so that the heat extraction distribution from the heater 4 is uneven in the circumferential direction of the crucible 3.
Therefore, by adjusting the position of the high resistance support electrode 92H relative to the crucible 3 and the position where the gap between the insulating material 6 and the heater 4 is smallest, the maximum heating temperature of the crucible 3 and the maximum heating temperature position can be adjusted more precisely.
In the following, the state in which the crucible 3 is heated so that a maximum heating temperature position exists by adjusting the heat generation distribution of the heater 4 and the heat removal distribution from the heater 4 by the heat insulating material 6 may be referred to as a "non-uniform heating state." On the other hand, the state in which the crucible 3 is heated so that a maximum heating temperature position does not exist, that is, the state in which the crucible 3 is heated so that the heating distribution of the crucible 3 is uniform in the circumferential direction of the crucible 3, may be referred to as a "uniform heating state."
ここで、坩堝3の熱伝導率が大きく、かつ、坩堝3全体の肉厚が均一であるため、ヒータ4により不均一加熱状態で加熱された坩堝3の温度は、連続的に変化する。このため、シリコン融液Mにおける最高加熱温度位置において最も高い温度に加熱された領域(以下、「融液高温領域」と言う場合がある)と、最も低い温度に加熱された領域(以下、「融液低温領域」と言う場合がある)は、シリコン融液Mの中心を挟んで対向する。
坩堝3に対する高抵抗支持電極92Hおよび断熱材6の位置は、融液高温領域の温度から融液低温領域の温度を減じた融液温度差が、3℃以上になるように設定されていることが好ましく、5℃以上になるように設定されていることがより好ましい。融液温度差を3℃以上にすることにより、水平磁場の印加タイミングに関係なく、対流モードを1つのモードに固定しやすくなり、5℃以上にすることにより、水平磁場の印加タイミングに関係なく、対流モードを1つのモードにより固定しやすくなるからである。
Here, because the thermal conductivity of the crucible 3 is high and the thickness of the entire crucible 3 is uniform, the temperature of the crucible 3 heated in a non-uniform heating state by the heater 4 changes continuously. Therefore, the region heated to the highest temperature at the maximum heating temperature position in the silicon melt M (hereinafter may be referred to as the "high-temperature melt region") and the region heated to the lowest temperature (hereinafter may be referred to as the "low-temperature melt region") face each other across the center of the silicon melt M.
The positions of the high-resistance support electrode 92H and the heat insulator 6 relative to the crucible 3 are preferably set so that the melt temperature difference, obtained by subtracting the temperature of the melt low-temperature region from the temperature of the melt high-temperature region, is 3° C. or more, and more preferably 5° C. or more. This is because setting the melt temperature difference to 3° C. or more makes it easier to fix the convection mode to one mode regardless of the timing of application of the horizontal magnetic field, and setting it to 5° C. or more makes it easier to fix the convection mode to one mode regardless of the timing of application of the horizontal magnetic field.
第1支持電極92A~第4支持電極92Dおよび断熱材6は、図1および図2に示す、第1鉛直仮想平面VF1に対して両側にそれぞれ位置する坩堝3の第1部分31Aおよび第2部分31Bの加熱量が互いに異なるように、構成されていることが好ましい。第1支持電極92A~第4支持電極92Dおよび断熱材6は、図6(A)に示すように、平面視における坩堝3に対する加熱温度が最も高い最高加熱温度位置3MAが、坩堝中心軸3Cに対して右側に位置し、中心磁力線16Cに直交しかつ坩堝中心軸3Cを含む第1水平仮想線VL1に対して坩堝3の回転方向D1の反対方向側に位置し、かつ、坩堝中心軸3Cと最高加熱温度位置3MAを結ぶ第2水平仮想線VL2と、第1水平仮想線VL1とのなす角度θ(°)が、以下の式(3)を満たすように構成されていることがより好ましい。
または、第1支持電極92A~第4支持電極92Dおよび断熱材6は、平面視における坩堝3に対する加熱温度が最も高い最高加熱温度位置3MBが、坩堝中心軸3Cに対して左側に位置し、第1水平仮想線VL1に対して回転方向D1の反対方向側に位置し、かつ、坩堝中心軸3Cと最高加熱温度位置3MBを結ぶ第2水平仮想線VL3と、第1水平仮想線VL1とのなす角度θ(°)が、以下の式(3)を満たすように構成されていることがより好ましい。
θ=360×R×T … (3)
なお、式(3)において、Rは、シリコン融液Mに水平磁場が印加されるときの坩堝3の回転速度(rpm)である。Tは、水平磁場の印加を開始してから、対流の方向が固定される磁場強度(以下、「対流方向固定磁場強度K1」と言う場合がある)の水平磁場がシリコン融液Mに作用するまでの時間(分)である。対流方向固定磁場強度K1は、0.05テスラ(500ガウス)以上、0.15テスラ(1500ガウス)以下である。
It is preferable that the first support electrode 92A to the fourth support electrode 92D and the heat insulating material 6 are configured so that the heating amounts of the first part 31A and the second part 31B of the crucible 3, which are located on both sides of the first vertical imaginary plane VF1 shown in Figures 1 and 2, are different from each other. As shown in Figure 6 (A), the first support electrode 92A to the fourth support electrode 92D and the heat insulating material 6 are more preferably configured so that the maximum heating temperature position 3MA, where the heating temperature for the crucible 3 is the highest in a planar view, is located on the right side of the crucible central axis 3C, and is located in the opposite direction of the rotation direction D1 of the crucible 3 with respect to a first horizontal imaginary line VL1 that is perpendicular to the central magnetic field line 16C and includes the crucible central axis 3C, and so that the angle θ (°) formed between the first horizontal imaginary line VL1 and a second horizontal imaginary line VL2 connecting the crucible central axis 3C and the maximum heating temperature position 3MA satisfies the following formula (3).
Alternatively, it is more preferable that the first support electrode 92A to the fourth support electrode 92D and the heat insulating material 6 are configured so that the maximum heating temperature position 3MB, where the heating temperature for the crucible 3 is the highest in a planar view, is located on the left side of the crucible central axis 3C and is located in the opposite direction of the rotation direction D1 with respect to the first horizontal imaginary line VL1, and that the angle θ (°) formed between the first horizontal imaginary line VL1 and a second horizontal imaginary line VL3 connecting the crucible central axis 3C and the maximum heating temperature position 3MB satisfies the following formula (3):
θ=360×R×T… (3)
In equation (3), R is the rotation speed (rpm) of the crucible 3 when the horizontal magnetic field is applied to the silicon melt M. T is the time (minutes) from the start of application of the horizontal magnetic field until the horizontal magnetic field with a magnetic field strength that fixes the direction of convection (hereinafter, may be referred to as "convection direction fixed magnetic field strength K1") acts on the silicon melt M. The convection direction fixed magnetic field strength K1 is 0.05 tesla (500 gauss) or more and 0.15 tesla (1500 gauss) or less.
ここで、最高加熱温度位置3MA,3MBが図6(A)に示す位置になるように、第1支持電極92A~第4支持電極92Dおよび断熱材6を構成する理由について説明する。
仮に、均一加熱状態で坩堝3が加熱されると、坩堝3内のシリコン融液Mは、坩堝3の円周方向の全域にわたって均一に加熱される。
この場合、シリコン融液Mには、坩堝3の側面近傍で上昇し中央付近で下降する対流が発生する。シリコン融液Mに水平磁場が印加されていない状態では、対流の不安定により、下降流の位置は、無秩序に変化して坩堝3の中心からずれたりする。
このような状態のシリコン融液Mに対し、磁場強度が所定の磁場強度K2になるように水平磁場の印加を開始すると、図6(B)に示すように、シリコン融液Mに作用する磁場の大きさは、印加開始からの経過時間に比例して大きくなる。そして、対流方向固定磁場強度K1の水平磁場がシリコン融液Mに作用すると、下降流の回転方向D1への回転が拘束され、やがて水平磁場の印加方向に直交する仮想平面における対流の方向が固定される。
このように均一加熱状態で坩堝3が加熱される場合、下降流の位置が無秩序に変化している状態で水平磁場が印加されるため、印加のタイミングによって、対流モードが右渦モードになったり、左渦モードになったりする。
Here, the reason why the first to fourth support electrodes 92A to 92D and the heat insulating material 6 are configured so that the highest heating temperature positions 3MA and 3MB are located at the positions shown in FIG. 6(A) will be described.
If the crucible 3 is heated in a uniform heating state, the silicon melt M in the crucible 3 is heated uniformly over the entire area in the circumferential direction of the crucible 3 .
In this case, convection occurs in the silicon melt M, rising near the side of the crucible 3 and descending near the center. In a state where no horizontal magnetic field is applied to the silicon melt M, the position of the downward flow changes randomly and may deviate from the center of the crucible 3 due to instability of the convection.
When application of a horizontal magnetic field to the silicon melt M in this state is started so that the magnetic field strength reaches a predetermined magnetic field strength K2, the magnitude of the magnetic field acting on the silicon melt M increases in proportion to the elapsed time from the start of application, as shown in Fig. 6(B) . Then, when a horizontal magnetic field with a convection direction fixing magnetic field strength K1 acts on the silicon melt M, the rotation of the downward flow in the rotation direction D1 is restricted, and eventually the direction of convection in an imaginary plane perpendicular to the application direction of the horizontal magnetic field is fixed.
When the crucible 3 is heated in this uniform heating state, a horizontal magnetic field is applied while the position of the downward flow is changing randomly, and therefore the convection mode changes to either a right vortex mode or a left vortex mode depending on the timing of application.
一方、不均一加熱状態で坩堝3が加熱されると、シリコン融液Mに水平磁場が印加されていない状態でも、シリコン融液Mで上昇流が坩堝3の右側に安定して発生するとともに、下降流が坩堝3の左側に安定して発生し、または、上昇流が坩堝3の左側に安定して発生するとともに、下降流が坩堝3の右側に安定して発生し、均一加熱状態で坩堝3を加熱する場合のように下降流の位置が無秩序に変化しない。
また、融液高温領域は、坩堝3の回転速度R(rpm)での回転に伴い回転方向D1に回転する。つまり、シリコン融液Mにおける上昇流が発生している領域は、最高加熱温度位置3MA,3MBの近傍から回転速度R(rpm)で回転方向D1に移動する。
上述したように、最高加熱温度位置3MAは上記式(3)を満たすように設定されているため、水平磁場の印加のタイミングに関係なく、水平磁場の印加開始からT分後に対流方向固定磁場強度K1の水平磁場がシリコン融液Mに作用すると、平面視で融液高温領域が第1水平仮想線VL1に重なる状態で、上昇流の回転方向D1への回転が拘束され、やがて対流が左回りに固定されて左渦モードになる。また、最高加熱温度位置3MBも上記式(3)を満たすように設定されているため、水平磁場の印加のタイミングに関係なく、水平磁場の印加開始からT分後に対流方向固定磁場強度K1の水平磁場がシリコン融液Mに作用すると、平面視で融液高温領域が第1水平仮想線VL1に重なる状態で、上昇流の回転方向D1への回転が拘束され、やがて対流が右回りに固定されて右渦モードになる。
このように、融液高温領域が第1水平仮想線VL1に重なる状態で、シリコン融液Mに対流方向固定磁場強度K1の水平磁場を作用させることにより、融液高温領域が第1水平仮想線VL1に重ならない状態で、シリコン融液Mに対流方向固定磁場強度K1の水平磁場を作用させる場合と比べて、左渦モードまたは右渦モードを安定的に発生させることができる。
On the other hand, when the crucible 3 is heated in a non-uniform heating state, even when no horizontal magnetic field is applied to the silicon melt M, an upward flow of the silicon melt M occurs stably on the right side of the crucible 3, and a downward flow occurs stably on the left side of the crucible 3, or an upward flow occurs stably on the left side of the crucible 3, and a downward flow occurs stably on the right side of the crucible 3, and the position of the downward flow does not change randomly as in the case where the crucible 3 is heated in a uniform heating state.
Furthermore, the high-temperature melt region rotates in a rotation direction D1 in accordance with the rotation of the crucible 3 at a rotation speed R (rpm). That is, the region in which an upward flow is generated in the silicon melt M moves from the vicinity of the maximum heating temperature positions 3MA and 3MB in the rotation direction D1 at the rotation speed R (rpm).
As described above, since the maximum heating temperature position 3MA is set to satisfy the above formula (3), when a horizontal magnetic field with a convection-direction fixed magnetic field intensity K1 acts on the silicon melt M after T minutes from the start of application of the horizontal magnetic field, regardless of the timing of application of the horizontal magnetic field, the rotation of the upward flow in the rotation direction D1 is constrained with the melt high-temperature region overlapping the first horizontal virtual line VL1 in a plan view, and eventually the convection is fixed to the counterclockwise direction, resulting in a left-handed vortex mode. Furthermore, since the maximum heating temperature position 3MB is also set to satisfy the above formula (3), when a horizontal magnetic field with a convection-direction fixed magnetic field intensity K1 acts on the silicon melt M after T minutes from the start of application of the horizontal magnetic field, regardless of the timing of application of the horizontal magnetic field, when a horizontal magnetic field with a convection-direction fixed magnetic field intensity K1 acts on the silicon melt M after T minutes from the start of application of the horizontal magnetic field, the rotation of the upward flow in the rotation direction D1 is constrained with the melt high-temperature region overlapping the first horizontal virtual line VL1 in a plan view, and eventually the convection is fixed to the clockwise direction, resulting in a right-handed vortex mode.
In this way, by applying a horizontal magnetic field with a fixed magnetic field strength K1 in the convection direction to the silicon melt M when the high-temperature melt region overlaps the first horizontal virtual line VL1, a left vortex mode or a right vortex mode can be generated more stably than when applying a horizontal magnetic field with a fixed magnetic field strength K1 in the convection direction to the silicon melt M when the high-temperature melt region does not overlap the first horizontal virtual line VL1.
図7に示すように、シリコン単結晶製造装置1は、原料供給部18と、坩堝回転駆動部19と、引き上げ駆動部20と、入力部21と、記憶部22と、制御部23と、をさらに備える。制御部23には、電源94、放射温度計15B、磁場印加部16、原料供給部18、坩堝回転駆動部19、引き上げ駆動部20、入力部21および記憶部22が各種情報を送受信可能に接続されている。 As shown in FIG. 7, the silicon single crystal manufacturing apparatus 1 further includes a raw material supply unit 18, a crucible rotation drive unit 19, a pull-up drive unit 20, an input unit 21, a memory unit 22, and a control unit 23. The control unit 23 is connected to a power supply 94, a radiation thermometer 15B, a magnetic field application unit 16, the raw material supply unit 18, the crucible rotation drive unit 19, the pull-up drive unit 20, the input unit 21, and the memory unit 22 so that various information can be transmitted and received.
電源94は、制御部23の制御に基づいて、電力供給部9を介して発熱部40に電力を供給する。
放射温度計15Bは、計測結果に対応する信号を制御部23に出力する。
磁場印加部16は、制御部23の制御に基づいて、所定の強さの水平磁場をシリコン融液Mに印加する。
原料供給部18は、制御部23の制御に基づいて、坩堝3にシリコン原料を投入する。
坩堝回転駆動部19は、制御部23の制御に基づいて、坩堝3を所定速度で所定方向に回転させる。
引き上げ駆動部20は、制御部23の制御に基づいて、引き上げ軸7を昇降させる。また、引き上げ駆動部20は、制御部23の制御に基づいて、引き上げ軸7を支持軸5の回転方向と逆方向または同一方向に所定の速度で回転させる。
The power supply 94 supplies power to the heat generating unit 40 via the power supply unit 9 under the control of the control unit 23 .
The radiation thermometer 15B outputs a signal corresponding to the measurement result to the control unit 23.
The magnetic field applying unit 16 applies a horizontal magnetic field of a predetermined strength to the silicon melt M based on the control of the control unit 23 .
The raw material supply unit 18 charges the silicon raw material into the crucible 3 under the control of the control unit 23 .
The crucible rotation drive unit 19 rotates the crucible 3 at a predetermined speed in a predetermined direction under the control of the control unit 23 .
The lifting drive unit 20 raises and lowers the lifting shaft 7 under the control of the control unit 23. Also, the lifting drive unit 20 rotates the lifting shaft 7 at a predetermined speed in the opposite direction to or the same direction as the rotation direction of the support shaft 5 under the control of the control unit 23.
入力部21は、例えばタッチパネルまたは物理ボタンにより構成されている。入力部21は、各種設定の入力操作に用いられ、入力操作に対応する信号を制御部23へ出力する。 The input unit 21 is configured, for example, with a touch panel or physical buttons. The input unit 21 is used to input various settings and outputs signals corresponding to the input operations to the control unit 23.
記憶部22は、例えばHDD(Hard Disk Drive)などの周知の記憶装置により構成されている。記憶部22は、シリコン単結晶SMの引き上げ制御に必要な各種情報を記憶している。 The memory unit 22 is composed of a well-known storage device, such as a hard disk drive (HDD). The memory unit 22 stores various information necessary for controlling the pulling of silicon single crystal SM.
制御部23は、CPU(Central Processing Unit)を備える。制御部23は、記憶部22に記憶されたプログラムをCPUが実行することにより、シリコン単結晶SMの引き上げを制御する。 The control unit 23 includes a CPU (Central Processing Unit). The control unit 23 controls the pulling of the silicon single crystal SM by the CPU executing a program stored in the memory unit 22.
〔シリコン単結晶の製造方法〕
次に、シリコン単結晶製造装置1を用いるシリコン単結晶SMの製造方法について説明する。図8は、シリコン単結晶の製造方法を示すフローチャートである。なお、本実施形態では、最高加熱温度位置が図6(A)に示す最高加熱温度位置3MAになるように、第1支持電極92A~第4支持電極92Dおよび断熱材6が構成されている場合について説明する。
[Method for producing silicon single crystal]
Next, a method for manufacturing a silicon single crystal SM using the silicon single crystal manufacturing apparatus 1 will be described. Fig. 8 is a flowchart showing the method for manufacturing a silicon single crystal. In this embodiment, the first to fourth support electrodes 92A to 92D and the heat insulating material 6 are configured so that the maximum heating temperature position is the maximum heating temperature position 3MA shown in Fig. 6(A).
まず、作業者は、入力部21を操作して製造対象のシリコン単結晶SMの引き上げ条件を入力する。
制御部23は、図8に示すように、入力された引き上げ条件を取得する(ステップS1)。
この後、制御部23は、取得した引き上げ条件に基づいて、シリコン単結晶SMの製造工程を行う。
具体的に、制御部23は、チャンバ2内を減圧下の不活性ガス雰囲気に維持し、ヒータ4をオフにした(ヒータ4に電力を供給しない)状態で、かつ、水平磁場を印加しない状態で、原料供給部18を制御してシリコン原料を坩堝3に投入した後、坩堝回転駆動部19を制御して、坩堝3を回転速度Rで回転方向D1に回転させる(ステップS2)。
First, the operator operates the input unit 21 to input the pulling conditions for the silicon single crystal SM to be produced.
As shown in FIG. 8, the control unit 23 acquires the inputted pulling condition (step S1).
Thereafter, the control unit 23 performs the manufacturing process of the silicon single crystal SM based on the acquired pulling conditions.
Specifically, the control unit 23 maintains an inert gas atmosphere under reduced pressure inside the chamber 2, turns off the heater 4 (no power is supplied to the heater 4), and controls the raw material supply unit 18 to charge the silicon raw material into the crucible 3 while not applying a horizontal magnetic field, and then controls the crucible rotation drive unit 19 to rotate the crucible 3 in the rotation direction D1 at a rotation speed R (step S2).
次に、制御部23は、電源94を制御して、ヒータ4の発熱部40により不均一加熱状態で坩堝3を加熱し、シリコン原料を溶融させてシリコン融液Mを生成する(ステップS3:シリコン融液生成工程)。ステップS3において、全てのシリコン原料が溶融すると、シリコン融液Mにおける上昇流が発生している領域は、最高加熱温度位置3MAの近傍の位置から回転速度R(rpm)で回転方向D1に移動する。 Next, the control unit 23 controls the power supply 94 to heat the crucible 3 in a non-uniform heating state using the heat generating element 40 of the heater 4, melting the silicon raw material and generating silicon melt M (step S3: silicon melt generation process). In step S3, when all of the silicon raw material has melted, the region in which an upward flow is occurring in the silicon melt M moves in the rotation direction D1 at a rotation speed R (rpm) from a position near the maximum heating temperature position 3MA.
この後、制御部23は、磁場印加部16を制御して、磁場強度が所定の磁場強度K2(例えば、0.3テスラ)になるように、シリコン融液Mへの水平磁場の印加を開始する(ステップS4:磁場印加工程)。ステップS4の処理により、シリコン融液Mに対流方向固定磁場強度K1(例えば、0.1テスラ)の水平磁場が作用すると、シリコン融液Mの対流が左回りに固定されて左渦モードになる。 Then, the control unit 23 controls the magnetic field application unit 16 to start applying a horizontal magnetic field to the silicon melt M so that the magnetic field strength becomes a predetermined magnetic field strength K2 (e.g., 0.3 Tesla) (step S4: magnetic field application process). When a horizontal magnetic field with a convection direction fixed magnetic field strength K1 (e.g., 0.1 Tesla) acts on the silicon melt M through the processing of step S4, the convection of the silicon melt M is fixed counterclockwise, resulting in a left-handed vortex mode.
次に、制御部23は、放射温度計15Bからの計測結果に対応する信号に基づいて、シリコン融液Mの対流モードが左渦モードに固定されたか否かを判定する(ステップS5:対流方向確認工程)。
制御部23は、対流モードが左渦モードに固定されていないと判定した場合(ステップS5:NO)、所定時間経過後に、ステップS5の処理を再度行う。
一方、制御部23は、対流モードが左渦モードに固定されたと判定した場合(ステップS6:YES)、水平磁場の印加を継続しながら、引き上げ駆動部20を制御して、シリコン単結晶SMを育成する(ステップS6:育成工程)。ステップS6において、引き上げ駆動部20は、制御部23の制御に基づいて、シリコン融液Mに種結晶SCを着液してから種結晶SCを引き上げるように、引き上げ軸7を昇降させることにより、シリコン単結晶SMを育成する。
Next, the control unit 23 determines whether the convection mode of the silicon melt M has been fixed to the left vortex mode based on a signal corresponding to the measurement result from the radiation thermometer 15B (step S5: convection direction confirmation step).
When the control unit 23 determines that the convection mode is not fixed to the left vortex mode (step S5: NO), the control unit 23 performs the process of step S5 again after a predetermined time has elapsed.
On the other hand, when the control unit 23 determines that the convection mode has been fixed to the left-vortex mode (step S6: YES), the control unit 23 controls the pull-up drive unit 20 to grow a silicon single crystal SM while continuing to apply the horizontal magnetic field (step S6: growth process). In step S6, the pull-up drive unit 20, under the control of the control unit 23, raises and lowers the pull-up shaft 7 so as to immerse the seed crystal SC in the silicon melt M and then pull up the seed crystal SC, thereby growing the silicon single crystal SM.
〔実施形態の効果〕
シリコン単結晶製造装置1では、ヒータ4の第1発熱部40A~第4発熱部40Dと電源94とを電気的に接続するとともに、ヒータ4を支持する第1支持電極92A~第4支持電極92Dのうち少なくとも1本の支持電極は、高抵抗支持電極92Hにより構成されている。
このように第1支持電極92A~第4支持電極92Dを構成することにより、高抵抗支持電極92Hに流れる電流を低抵抗支持電極92Lに流れる電流よりも小さくすることができ、第1発熱部40A~第4発熱部40Dの発熱温度を不均一にすることができる。このため、坩堝3を不均一加熱状態で加熱することができ、シリコン融液Mの下降流を安定した位置に発生させることができる。したがって、下降流が安定した位置に発生しているシリコン融液Mに水平磁場を印加することにより、シリコン融液Mの対流モードを所望の状態に固定することができ、酸素濃度が安定したシリコン単結晶SMを製造することができる。また、酸素濃度が安定したシリコン単結晶SMを製造することができるため、シリコン単結晶SMの歩留まりが向上し、エネルギー効率の改善と、生産効率の向上および廃棄物の削減とを実現することができる。
また、第1支持電極92A~第4支持電極92Dのうち少なくとも1本の支持電極として、高抵抗支持電極92Hを用いるだけで不均一加熱状態を実現できるため、従来のヒータ4を用いることができ、従来の装置構成を大きく変更する必要がない。
さらに、細径電極本体921Hの直径を調整するだけの簡単な方法で、高抵抗支持電極92Hの抵抗値を大きく調整することができ、所望の不均一加熱状態の実現を容易に行うことができる。
[Effects of the embodiment]
In the silicon single crystal manufacturing apparatus 1, the first heating portion 40A to the fourth heating portion 40D of the heater 4 are electrically connected to a power source 94, and at least one of the first supporting electrode 92A to the fourth supporting electrode 92D that support the heater 4 is composed of a high-resistance supporting electrode 92H.
By configuring the first to fourth support electrodes 92A to 92D in this manner, the current flowing through the high-resistance support electrode 92H can be made smaller than the current flowing through the low-resistance support electrode 92L, thereby making the heating temperatures of the first to fourth heating elements 40A to 40D non-uniform. This allows the crucible 3 to be heated in a non-uniform heating state, and a downward flow of the silicon melt M can be generated in a stable position. Therefore, by applying a horizontal magnetic field to the silicon melt M in which a stable downward flow is generated, the convection mode of the silicon melt M can be fixed in a desired state, and a silicon single crystal SM with a stable oxygen concentration can be produced. Furthermore, since a silicon single crystal SM with a stable oxygen concentration can be produced, the yield of the silicon single crystal SM can be improved, and improved energy efficiency, improved production efficiency, and reduced waste can be achieved.
Furthermore, since a non-uniform heating state can be achieved simply by using the high resistance support electrode 92H as at least one of the first support electrode 92A to the fourth support electrode 92D, a conventional heater 4 can be used and there is no need to significantly modify the conventional device configuration.
Furthermore, the resistance value of the high resistance support electrode 92H can be adjusted to a large value by simply adjusting the diameter of the small diameter electrode body 921H, and the desired non-uniform heating state can be easily achieved.
[変形例]
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の種々の改良並びに設計の変更等があっても本発明に含まれる。
[Modification]
Although an embodiment of the present invention has been described in detail above with reference to the drawings, the specific configuration is not limited to this embodiment, and various improvements and design changes that do not deviate from the gist of the present invention are also included in the present invention.
第1支持電極92A~第4支持電極92Dのうち複数本の支持電極を高抵抗支持電極92Hで構成する場合、少なくとも1本の高抵抗支持電極92Hの抵抗値は、他の高抵抗支持電極92Hの抵抗値よりも高くても良い。 If multiple of the first support electrode 92A to fourth support electrode 92D are high-resistance support electrodes 92H, the resistance value of at least one high-resistance support electrode 92H may be higher than the resistance values of the other high-resistance support electrodes 92H.
断熱材6を、断熱材中心軸6Cが坩堝中心軸3Cおよびヒータ中心軸4Cと同一軸上に位置するように配置して、坩堝3に対する抜熱分布が均一になるように構成しても良い。
全体の熱伝導率が均一の断熱材6を用いる構成を例示したが、一部分の熱伝導率が他部分の熱伝導率と異なるように構成された円筒状の断熱材を、当該断熱材の中心軸が坩堝中心軸3Cおよびヒータ中心軸4Cと同一軸上に位置するように配置して、坩堝3に対する抜熱分布が不均一になるように構成しても良く、この場合、断熱材の熱伝導率は、上記式(3)を満たすように設定されても良いし、満たさないように設定されても良い。
The heat insulating material 6 may be arranged so that the central axis 6C of the heat insulating material is positioned on the same axis as the central axis 3C of the crucible and the central axis 4C of the heater, thereby making the heat extraction distribution for the crucible 3 uniform.
Although an example has been given of a configuration using an insulating material 6 with a uniform thermal conductivity throughout, a cylindrical insulating material configured so that the thermal conductivity of one portion is different from that of the other portions may be arranged so that the central axis of the insulating material is positioned on the same axis as the crucible central axis 3C and the heater central axis 4C, thereby configuring the heat extraction distribution for the crucible 3 to be non-uniform.In this case, the thermal conductivity of the insulating material may be set to satisfy the above formula (3), or may not be set to satisfy it.
次に、本発明の実施例について説明する。なお、本発明は実施例に限定されるものではない。 Next, we will explain examples of the present invention. Note that the present invention is not limited to these examples.
[実験条件]
〔融液高温領域の位置の定義〕
平面視における融液高温領域の位置を表す位置A~位置Hを、図9に示すように定義した。位置Aは、平面視におけるシリコン融液Mの中心から中心磁力線16Cの印加方向前方に伸びる基準線と、シリコン融液Mの中心から位置Aまで伸びる水準線とのなす角度が0°となる位置である。位置B、位置C、位置D、位置E、位置F、位置G、位置Hは、位置Aから時計回り方向に45°、90°、135°、180°、225°、270°、315°だけ回転した位置である。
[Experimental conditions]
[Definition of the position of the high-temperature melt region]
Positions A to H, which represent the positions of the melt high-temperature region in a plan view, are defined as shown in Fig. 9. Position A is a position where the angle between a reference line extending forward in the application direction of the central magnetic field line 16C from the center of the silicon melt M in a plan view and a level line extending from the center of the silicon melt M to position A is 0°. Positions B, C, D, E, F, G, and H are positions rotated by 45°, 90°, 135°, 180°, 225°, 270°, and 315° clockwise from position A.
〔比較例〕
まず、上記実施形態のシリコン単結晶製造装置1を準備した。
そして、第1支持電極92A~第4支持電極92Dの全ての太さを同じにし、かつ、断熱材中心軸6Cが坩堝中心軸3Cおよびヒータ中心軸4Cと同一軸上に位置するように断熱材6を配置した。
比較例の場合、坩堝3が均一加熱状態で加熱されるため、シリコン融液Mに融液高温領域および融液低温領域が発生しない。つまり、比較例の条件では、融液温度差は0℃になる。
そして、上記シリコン単結晶SMの製造方法におけるステップS1~ステップS6の処理を行うことにより、直径が300mm、長さが2000mmの直胴部SM3を有するシリコン単結晶SMを育成した。なお、坩堝3の回転方向D1は、図9における反時計回り方向である。
Comparative Example
First, the silicon single crystal manufacturing apparatus 1 of the above embodiment was prepared.
The first to fourth support electrodes 92A to 92D were all made to have the same thickness, and the heat insulator 6 was arranged so that the heat insulator central axis 6C was positioned on the same axis as the crucible central axis 3C and the heater central axis 4C.
In the comparative example, the crucible 3 is heated in a uniform heating state, so that no high-temperature melt region or low-temperature melt region occurs in the silicon melt M. In other words, under the conditions of the comparative example, the melt temperature difference is 0°C.
Then, by performing the processes of steps S1 to S6 in the manufacturing method of the silicon single crystal SM, a silicon single crystal SM having a straight body portion SM3 with a diameter of 300 mm and a length of 2000 mm was grown. The rotation direction D1 of the crucible 3 is the counterclockwise direction in FIG. 9.
〔実施例1~16〕
実施例1~8では、断熱材中心軸6Cが坩堝中心軸3Cおよびヒータ中心軸4Cと同一軸上に位置するように断熱材6を配置した。そして、融液高温領域がそれぞれ位置A、位置B、位置C、位置D、位置E、位置F、位置G、位置Hに位置し、かつ、融液温度差がそれぞれ3℃になるように、第1支持電極92A~第4支持電極92Dの太さを調整して、比較例と同じ条件でシリコン単結晶SMを育成した。
実施例9~16では、融液高温領域がそれぞれ位置A、位置B、位置C、位置D、位置E、位置F、位置G、位置Hに位置し、かつ、融液温度差がそれぞれ5℃になるように、坩堝3およびヒータ4に対する断熱材6の位置を調整したこと以外は、実施例1~8と同じ条件でシリコン単結晶SMを育成した。
Examples 1 to 16
In Examples 1 to 8, the insulator 6 was positioned so that the insulator central axis 6C was aligned on the same axis as the crucible central axis 3C and the heater central axis 4C. The thicknesses of the first to fourth support electrodes 92A to 92D were adjusted so that the high-temperature melt regions were located at positions A, B, C, D, E, F, G, and H, respectively, and the melt temperature difference was 3°C, and a silicon single crystal SM was grown under the same conditions as in the comparative example.
In Examples 9 to 16, silicon single crystals SM were grown under the same conditions as in Examples 1 to 8, except that the positions of the heat insulator 6 relative to the crucible 3 and heater 4 were adjusted so that the high-temperature melt regions were located at positions A, B, C, D, E, F, G, and H, respectively, and the melt temperature difference was 5°C.
[評価]
比較例および実施例1~16のシリコン単結晶SMの育成を開始する前に、水平磁場の印加をシリコン融液Mの生成後のランダムなタイミングで行い対流モードを観察し、各対流モードの発生率と、発生した渦の安定性とを評価した。
各対流モードの発生率を以下の表1および図10(A),(B)に示し、渦の安定性の評価結果を表1に示す。
[evaluation]
Before starting the growth of silicon single crystals SM in the comparative example and examples 1 to 16, a horizontal magnetic field was applied at random timing after the generation of silicon melt M, and the convection modes were observed, and the occurrence rate of each convection mode and the stability of the generated vortices were evaluated.
The occurrence rate of each convection mode is shown in Table 1 below and in FIGS. 10(A) and (B), and the evaluation results of the vortex stability are also shown in Table 1.
比較例では、表1および図10(A),(B)に示すように、右渦モードの発生率と左渦モードの発生率とがほぼ同じであった。また、比較例では、一度固定された渦の向きが10%以上の確率で反転した。
このような結果が出た理由は、坩堝3が均一加熱状態で加熱されており、下降流の位置が無秩序に変化するため、水平磁場の印加タイミングによって、右渦モードになったり、左渦モードになったりしたためと考えられる。
In the comparative example, the occurrence rates of the right vortex mode and the left vortex mode were almost the same, as shown in Table 1 and Figures 10 (A) and 10(B). In addition, in the comparative example, the direction of the vortex once fixed reversed with a probability of 10% or more.
The reason for this result is thought to be that the crucible 3 was heated in a uniform state, and the position of the downward flow changed randomly, resulting in either a right-wing vortex mode or a left-wing vortex mode depending on the timing of application of the horizontal magnetic field.
一方、実施例1~8では、表1および図10(A)に示すように、右渦モードの発生率と左渦モードの発生率との差が10%以上になり、比較例と比べて、水平磁場の印加タイミングに関係なく、対流モードを1つのモードに固定しやすいことが確認できた。
このような結果が得られた理由は、坩堝3が不均一加熱状態で加熱されており、下降流の位置が固定されるため、水平磁場の印加タイミングに関係なく、対流モードが1つのモードに固定される確率が高まったためと考えられる。
On the other hand, in Examples 1 to 8, as shown in Table 1 and Figure 10 (A), the difference between the occurrence rate of the right vortex mode and the occurrence rate of the left vortex mode was 10% or more, and it was confirmed that, compared to the comparative example, it was easier to fix the convection mode to one mode regardless of the timing of application of the horizontal magnetic field.
The reason for this result is thought to be that the crucible 3 was heated in an uneven heating state, which fixed the position of the downward flow, increasing the probability that the convection mode would be fixed to one mode regardless of the timing of application of the horizontal magnetic field.
特に、実施例3,4,6,7では、右渦モードの発生率と左渦モードの発生率との差が30%以上になり、実施例1,2,5,8と比べて、水平磁場の印加タイミングに関係なく、対流モードを1つにより固定しやすいことが確認できた。また、実施例1,2,5では、一度固定された渦の向きが10%以上の確率で反転したが、実施例3,4,6~8では、一度固定された渦の向きが反転する確率は10%未満であった。 In particular, in Examples 3, 4, 6, and 7, the difference between the occurrence rate of right-handed vortex modes and the occurrence rate of left-handed vortex modes was 30% or more, confirming that, compared to Examples 1, 2, 5, and 8, it was easier to fix a single convection mode regardless of the timing of application of the horizontal magnetic field. Furthermore, in Examples 1, 2, and 5, the direction of a vortex once fixed reversed with a probability of 10% or more, whereas in Examples 3, 4, 6 to 8, the probability of a vortex direction once fixed reversing was less than 10%.
比較例と実施例1~8との比較から、融液温度差が3℃以上になるように、第1支持電極92A~第4支持電極92Dの太さと断熱材6の配置位置のうち、少なくとも第1支持電極92A~第4支持電極92Dの太さを調整することにより、対流モードを1つのモードに固定しやすくすることができ、従来の装置構成を大きく変更することなく、酸素濃度が安定したシリコン単結晶を製造することができることが確認できた。 A comparison of the comparative example with Examples 1 to 8 confirmed that by adjusting the thickness of at least the first to fourth support electrodes 92A to 92D, among the thicknesses of the first to fourth support electrodes 92A to 92D and the position of the heat insulator 6, so that the melt temperature difference is 3°C or more, it is possible to easily fix the convection mode to one mode, and to produce silicon single crystals with a stable oxygen concentration without making major changes to the conventional device configuration.
また、実施例9~16では、表1および図10(B)に示すように、右渦モードの発生率と左渦モードの発生率との差が40%以上になり、比較例および実施例1~8と比べて、水平磁場の印加タイミングに関係なく、対流の方向を一方向により固定しやすいことが確認できた。さらに、実施例9~16では、一度固定された渦の向きが反転する確率は10%未満であった。
このような結果が得られた理由は、融液温度差が実施例1~8よりも大きいため、実施例1~8よりも強い下降流が発生して、当該下降流の位置が固定されるため、水平磁場の印加タイミングに関係なく、対流の方向が一方向に固定される確率がより高まったためと考えられる。
10 (B), in Examples 9 to 16, the difference between the occurrence rate of the right vortex mode and the occurrence rate of the left vortex mode was 40% or more, and it was confirmed that the direction of convection was more easily fixed in one direction regardless of the timing of application of the horizontal magnetic field compared to the comparative example and Examples 1 to 8. Furthermore, in Examples 9 to 16, the probability that the direction of the vortex once fixed would reverse was less than 10%.
The reason for these results is thought to be that the melt temperature difference was larger than in Examples 1 to 8, which resulted in a stronger downward flow than in Examples 1 to 8, and the position of the downward flow was fixed, thereby increasing the probability that the direction of the convection would be fixed in one direction regardless of the timing of application of the horizontal magnetic field.
特に、実施例10~12,14~16では、右渦モードの発生率と左渦モードの発生率との差が70%以上になり、実施例9,13と比べて、水平磁場の印加タイミングに関係なく、対流の方向を一方向にさらに固定しやすいことが確認できた。
このような結果が得られた理由は、実施例9,13では、平面視で融液高温領域が中心磁力線16C上に位置しているため、シリコン融液Mの中心に対して融液高温領域の反対側に発生する下降流が中心磁力線16C近傍に発生するのに対し、実施例10~12,14~16では、平面視で融液高温領域が中心磁力線16Cに対して右側または左側に位置しており、下降流が中心磁力線16Cから離れた領域に発生するため、実施例9,13と比べて、水平磁場の印加タイミングに関係なく、対流の方向が一方向に固定される確率がさらに高まったためと考えられる。
In particular, in Examples 10 to 12 and 14 to 16, the difference between the occurrence rate of the right vortex mode and the occurrence rate of the left vortex mode was 70% or more, and it was confirmed that, compared to Examples 9 and 13, it was easier to fix the direction of convection in one direction regardless of the timing of application of the horizontal magnetic field.
The reason for these results is thought to be that in Examples 9 and 13, the melt high-temperature region is located on the central magnetic field line 16C in a planar view, and therefore the downward flow that occurs on the opposite side of the melt high-temperature region from the center of the silicon melt M occurs in the vicinity of the central magnetic field line 16C, whereas in Examples 10 to 12 and 14 to 16, the melt high-temperature region is located to the right or left of the central magnetic field line 16C in a planar view, and therefore the downward flow occurs in a region away from the central magnetic field line 16C, and therefore, compared to Examples 9 and 13, the probability that the direction of convection will be fixed in one direction is further increased.
また、実施例11,12,15,16では、右渦モードの発生率と左渦モードの発生率との差が100%になり、実施例10,14と比べて、水平磁場の印加タイミングに関係なく、対流の方向を一方向にさらに固定しやすいことが確認できた。
このような結果が得られた理由は、以下のように考えられる。上述したように、融液高温領域は、坩堝3の回転に伴い回転方向D1に回転する。また、実施例10の融液高温領域は、実施例11,12の融液高温領域に対して回転方向D1の前方側に位置し、実施例14の融液高温領域は、実施例15,16の融液高温領域に対して回転方向D1の前方側に位置する。このため、実施例11,12,15,16における対流方向固定磁場強度K1である0.1テスラの水平磁場が作用するときの融液高温領域の位置は、実施例10,14と比べて第1水平仮想線VL1に近くなり、水平磁場の印加タイミングに関係なく、対流の方向が一方向に固定される確率がさらに高まったためと考えられる。
Furthermore, in Examples 11, 12, 15, and 16, the difference between the occurrence rate of the right vortex mode and the occurrence rate of the left vortex mode was 100%, and it was confirmed that, compared to Examples 10 and 14, it was even easier to fix the direction of convection in one direction regardless of the timing of application of the horizontal magnetic field.
The reason for these results is believed to be as follows: As described above, the melt high-temperature region rotates in the rotation direction D1 as the crucible 3 rotates. Furthermore, the melt high-temperature region in Example 10 is located forward in the rotation direction D1 relative to the melt high-temperature regions in Examples 11 and 12, while the melt high-temperature region in Example 14 is located forward in the rotation direction D1 relative to the melt high -temperature regions in Examples 15 and 16. Therefore, when a horizontal magnetic field of 0.1 Tesla, which is the convection-direction fixing magnetic field strength K1, is applied in Examples 11, 12, 15, and 16, the position of the melt high-temperature region is closer to the first horizontal virtual line VL1 than in Examples 10 and 14, which is believed to further increase the probability that the convection direction is fixed in one direction regardless of the timing of application of the horizontal magnetic field.
また、実施例12,16では、一度固定された渦の向きが反転することはなく、実施例11,15と比べて、水平磁場の印加タイミングに関係なく、右渦モードまたは左渦モードを安定的に発生させやすいことが確認できた。
このような結果が得られた理由は、実施例11の融液高温領域は、実施例12の融液高温領域に対して回転方向D1の前方側に位置し、実施例15の融液高温領域は、実施例16の融液高温領域に対して回転方向D1の前方側に位置するため、実施例12,16における0.1テスラの水平磁場が作用するときの融液高温領域の位置は、実施例11,15と比べて第1水平仮想線VL1に近くなり、水平磁場の印加タイミングに関係なく、右渦モードまたは左渦モードを安定的に発生させやすくなったためと考えられる。
Furthermore, in Examples 12 and 16, the direction of the vortex once fixed does not reverse, and it was confirmed that, compared to Examples 11 and 15, it is easier to stably generate a right vortex mode or a left vortex mode regardless of the timing of application of the horizontal magnetic field.
The reason for these results is thought to be that the high-temperature melt region in Example 11 is located forward in the direction of rotation D1 relative to the high-temperature melt region in Example 12, and the high-temperature melt region in Example 15 is located forward in the direction of rotation D1 relative to the high-temperature melt region in Example 16.Therefore, the position of the high-temperature melt region when a horizontal magnetic field of 0.1 Tesla is applied in Examples 12 and 16 is closer to the first horizontal virtual line VL1 than in Examples 11 and 15, making it easier to stably generate a right-vortex mode or a left-vortex mode regardless of the timing of application of the horizontal magnetic field.
実施例1~8と実施例9~16との比較から、融液温度差が5℃以上になるように、第1支持電極92A~第4支持電極92Dの太さと断熱材6の配置位置を調整することにより、対流モードを1つのモードにより固定しやすくすることができ、従来の装置構成を大きく変更することなく、酸素濃度がより安定したシリコン単結晶を製造することができることが確認できた。
なお、全体の熱伝導率が均一の断熱材6の代わりに、一部分の熱伝導率が他部分の熱伝導率と異なるように構成された円筒状の断熱材を用いても、本実施例と同様の結果が得られると考えられる。
From a comparison between Examples 1 to 8 and Examples 9 to 16, it was confirmed that by adjusting the thicknesses of the first support electrode 92A to the fourth support electrode 92D and the positions of the heat insulating material 6 so that the melt temperature difference is 5°C or more, it is possible to more easily fix the convection mode to one mode, and that it is possible to produce silicon single crystals with a more stable oxygen concentration without making major changes to the conventional device configuration.
It is believed that similar results to those of this embodiment can be obtained by using a cylindrical insulating material in which the thermal conductivity of one part is different from that of the other part instead of the insulating material 6 having a uniform thermal conductivity overall.
本発明のシリコン単結晶の製造方法、および、シリコン単結晶製造装置は、従来の装置構成を大きく変更することなく、酸素濃度が安定したシリコン単結晶を製造することができるため、シリコン単結晶の歩留まりが向上し、エネルギー効率の改善と、生産効率の向上および廃棄物の削減とを実現することができる。 The silicon single crystal manufacturing method and silicon single crystal manufacturing apparatus of the present invention can produce silicon single crystals with a stable oxygen concentration without making major changes to the configuration of conventional equipment, thereby improving the yield of silicon single crystals, improving energy efficiency, increasing production efficiency, and reducing waste.
1…シリコン単結晶製造装置、3…坩堝、3C…坩堝中心軸、3MA,3MB…最高加熱温度位置、4…ヒータ、40A…第1発熱部、40B…第2発熱部、40C…第3発熱部、40D…第4発熱部、4C…ヒータ中心軸、6…断熱材、6C…断熱材中心軸、92A…第1支持電極、92B…第2支持電極、92C…第3支持電極、92D…第4支持電極、92H…高抵抗支持電極(細径支持電極)、94…電源、M…シリコン融液、SM…シリコン単結晶、VL1…第1水平仮想線、VL2,VL3…第2水平仮想線。 1...silicon single crystal manufacturing apparatus, 3...crucible, 3C...crucible central axis, 3MA, 3MB...maximum heating temperature position, 4...heater, 40A...first heating element, 40B...second heating element, 40C...third heating element, 40D...fourth heating element, 4C...heater central axis, 6...insulating material, 6C...insulating material central axis, 92A...first supporting electrode, 92B...second supporting electrode, 92C...third supporting electrode, 92D...fourth supporting electrode, 92H...high-resistance supporting electrode (narrow-diameter supporting electrode), 94...power source, M...silicon melt, SM...silicon single crystal, VL1...first horizontal imaginary line, VL2, VL3...second horizontal imaginary lines.
Claims (10)
前記シリコン単結晶製造装置は、
前記シリコン融液を収容する坩堝と、
前記坩堝を囲む円筒状に形成され、前記円筒状の中心軸が前記坩堝の中心軸と同一軸上に位置するように配置されたヒータと、
導電性を有する材料により棒状に形成され、前記ヒータを支持する第1支持電極、第2支持電極、第3支持電極および第4支持電極と、を備え、
前記ヒータは、互いに同じ発熱特性を有し、前記坩堝の外周方向に並ぶ第1発熱部、第2発熱部、第3発熱部および第4発熱部を備え、
前記第1支持電極は、前記第1発熱部と前記第2発熱部を電源の正極に接続し、
前記第2支持電極は、前記第2発熱部と前記第3発熱部を前記電源の負極またはアースに接続し、
前記第3支持電極は、前記第3発熱部と前記第4発熱部を前記正極に接続し、
前記第4支持電極は、前記第4発熱部と前記第1発熱部を前記負極または前記アースに接続し、
前記第1支持電極、前記第2支持電極、前記第3支持電極および前記第4支持電極のうち少なくとも1本の支持電極は、少なくとも一部の太さが残りの支持電極よりも細い細径支持電極により構成され、
前記シリコン単結晶の製造方法は、
回転している前記坩堝内のシリコン原料を前記ヒータの発熱分布が不均一の状態で加熱して前記シリコン融液を生成するシリコン融液生成工程と、
前記シリコン融液への前記水平磁場の印加を開始する磁場印加工程と、
前記水平磁場の中心磁力線に直交する仮想平面における前記シリコン融液の対流の方向が一方向に固定されたら、前記シリコン融液に着液させた種結晶を引き上げることにより、前記シリコン単結晶を育成する育成工程と、を備える、シリコン単結晶の製造方法。 A method for producing a silicon single crystal, which uses a silicon single crystal production apparatus to pull up a silicon single crystal while applying a horizontal magnetic field to a silicon melt,
The silicon single crystal manufacturing apparatus comprises:
a crucible for containing the silicon melt;
a heater formed in a cylindrical shape surrounding the crucible, the central axis of the cylindrical heater being positioned coaxially with the central axis of the crucible;
a first support electrode, a second support electrode, a third support electrode, and a fourth support electrode each formed in a rod shape from a conductive material and supporting the heater;
the heater includes a first heating portion, a second heating portion, a third heating portion, and a fourth heating portion, which have the same heating characteristics and are arranged in a circumferential direction of the crucible;
the first support electrode connects the first heat generating portion and the second heat generating portion to a positive electrode of a power source;
the second support electrode connects the second heat generating portion and the third heat generating portion to the negative electrode of the power source or to a ground;
the third support electrode connects the third heat generating portion and the fourth heat generating portion to the positive electrode;
the fourth support electrode connects the fourth heat generating portion and the first heat generating portion to the negative electrode or the ground;
at least one of the first support electrode, the second support electrode, the third support electrode, and the fourth support electrode is configured as a small-diameter support electrode having at least a portion thinner than the remaining support electrodes;
The method for producing a silicon single crystal comprises:
a silicon melt generating step of heating the silicon raw material in the rotating crucible with the heater generating heat in a non-uniform state to generate the silicon melt;
a magnetic field application step of starting to apply the horizontal magnetic field to the silicon melt;
a growing step of growing the silicon single crystal by pulling up a seed crystal immersed in the silicon melt once the direction of convection of the silicon melt in an imaginary plane perpendicular to the central magnetic field line of the horizontal magnetic field has been fixed in one direction.
前記シリコン単結晶製造装置は、前記ヒータを囲む円筒状に形成され、前記ヒータに対する抜熱分布が不均一になるように構成された断熱材を備える、シリコン単結晶の製造方法。 2. The method for producing a silicon single crystal according to claim 1,
The silicon single crystal manufacturing apparatus is provided with a cylindrical heat insulating material that surrounds the heater and is configured to provide a non-uniform heat dissipation distribution to the heater.
前記断熱材は、全体の熱伝導率が均一になるように構成され、前記断熱材の中心軸が前記坩堝の前記中心軸と同一軸上に位置しないように配置されている、シリコン単結晶の製造方法。 3. The method for producing a silicon single crystal according to claim 2,
A method for producing a silicon single crystal, wherein the insulating material is configured to have a uniform thermal conductivity throughout and is arranged so that the central axis of the insulating material is not coaxial with the central axis of the crucible.
前記断熱材は、一部分の熱伝導率が他部分の熱伝導率と異なるように構成され、前記断熱材の中心軸が前記坩堝の前記中心軸と同一軸上に位置するように配置されている、シリコン単結晶の製造方法。 3. The method for producing a silicon single crystal according to claim 2,
A method for producing a silicon single crystal, wherein the insulating material is configured so that the thermal conductivity of one portion is different from the thermal conductivity of another portion, and the central axis of the insulating material is positioned on the same axis as the central axis of the crucible.
前記第1支持電極、前記第2支持電極、前記第3支持電極、前記第4支持電極および前記断熱材は、
前記シリコン融液に前記水平磁場が印加されるときの前記坩堝の回転速度をR(rpm)、
前記水平磁場の印加を開始してから、前記対流の方向が固定される磁場強度の前記水平磁場が前記シリコン融液に作用するまでの時間をT(分)とした場合、
平面視における前記坩堝に対する加熱温度が最も高い最高加熱温度位置が、前記中心磁力線に直交しかつ前記坩堝の前記中心軸を含む第1水平仮想線に対して前記坩堝の回転方向の反対方向側に位置し、かつ、前記坩堝の前記中心軸と前記最高加熱温度位置とを結ぶ第2水平仮想線と前記第1水平仮想線とのなす角度θ(°)が、以下の式(1)を満たすように構成されている、シリコン単結晶の製造方法。
θ=360×R×T … (1) The method for producing a silicon single crystal according to any one of claims 2 to 4,
The first support electrode, the second support electrode, the third support electrode, the fourth support electrode, and the heat insulating material are
The rotation speed of the crucible when the horizontal magnetic field is applied to the silicon melt is R (rpm),
When the time from when the application of the horizontal magnetic field is started until the horizontal magnetic field having a magnetic field strength at which the direction of the convection is fixed acts on the silicon melt is T (minutes),
a maximum heating temperature position where the heating temperature for the crucible is the highest in a planar view is located on the opposite side of the rotation direction of the crucible with respect to a first horizontal imaginary line that is perpendicular to the central magnetic field line and includes the central axis of the crucible, and an angle θ (°) formed between a second horizontal imaginary line connecting the central axis of the crucible and the maximum heating temperature position and the first horizontal imaginary line satisfies the following formula (1):
θ=360×R×T… (1)
前記シリコン融液を収容する坩堝と、
前記坩堝を囲む円筒状に形成され、前記円筒状の中心軸が前記坩堝の中心軸と同一軸上に位置するように配置されたヒータと、
導電性を有する材料により棒状に形成され、前記ヒータを支持する第1支持電極、第2支持電極、第3支持電極および第4支持電極と、を備え、
前記ヒータは、互いに同じ発熱特性を有し、前記坩堝の外周方向に並ぶ第1発熱部、第2発熱部、第3発熱部および第4発熱部を備え、
前記第1支持電極は、前記第1発熱部と前記第2発熱部を電源の正極に接続し、
前記第2支持電極は、前記第2発熱部と前記第3発熱部を前記電源の負極またはアースに接続し、
前記第3支持電極は、前記第3発熱部と前記第4発熱部を前記正極に接続し、
前記第4支持電極は、前記第4発熱部と前記第1発熱部を前記負極または前記アースに接続し、
前記第1支持電極、前記第2支持電極、前記第3支持電極および前記第4支持電極のうち少なくとも1本の支持電極は、少なくとも一部の太さが残りの支持電極よりも細い細径支持電極により構成されている、シリコン単結晶製造装置。 A silicon single crystal manufacturing apparatus that pulls up a silicon single crystal while applying a horizontal magnetic field to a silicon melt,
a crucible for containing the silicon melt;
a heater formed in a cylindrical shape surrounding the crucible, the central axis of the cylindrical heater being positioned coaxially with the central axis of the crucible;
a first support electrode, a second support electrode, a third support electrode, and a fourth support electrode each formed in a rod shape from a conductive material and supporting the heater;
the heater includes a first heating portion, a second heating portion, a third heating portion, and a fourth heating portion, which have the same heating characteristics and are arranged in a circumferential direction of the crucible;
the first support electrode connects the first heat generating portion and the second heat generating portion to a positive electrode of a power source;
the second support electrode connects the second heat generating portion and the third heat generating portion to the negative electrode of the power source or to a ground;
the third support electrode connects the third heat generating portion and the fourth heat generating portion to the positive electrode;
the fourth support electrode connects the fourth heat generating portion and the first heat generating portion to the negative electrode or the ground;
At least one of the first support electrode, the second support electrode, the third support electrode, and the fourth support electrode is configured as a thin-diameter support electrode, at least a portion of which is thinner than the remaining support electrodes.
前記ヒータを囲む円筒状に形成され、前記ヒータに対する抜熱分布が不均一になるように構成された断熱材を備える、シリコン単結晶製造装置。 7. The silicon single crystal manufacturing apparatus according to claim 6,
The silicon single crystal manufacturing apparatus includes a cylindrical heat insulating material that surrounds the heater and is configured to provide a non-uniform heat dissipation distribution to the heater.
前記断熱材は、全体の熱伝導率が均一になるように構成され、前記断熱材の中心軸が前記坩堝の前記中心軸と同一軸上に位置しないように配置されている、シリコン単結晶製造装置。 The silicon single crystal manufacturing apparatus according to claim 7,
A silicon single crystal manufacturing apparatus, wherein the heat insulating material is configured to have a uniform thermal conductivity throughout, and is positioned so that the central axis of the heat insulating material is not coaxial with the central axis of the crucible.
前記断熱材は、一部分の熱伝導率が他部分の熱伝導率と異なるように構成され、前記断熱材の中心軸が前記坩堝の前記中心軸と同一軸上に位置するように配置されている、シリコン単結晶製造装置。 The silicon single crystal manufacturing apparatus according to claim 7,
A silicon single crystal manufacturing apparatus in which the insulating material is configured so that the thermal conductivity of one portion is different from the thermal conductivity of another portion, and the central axis of the insulating material is positioned coaxially with the central axis of the crucible.
前記第1支持電極、前記第2支持電極、前記第3支持電極、前記第4支持電極および前記断熱材は、
前記シリコン融液に前記水平磁場が印加されるときの前記坩堝の回転速度をR(rpm)、
前記水平磁場の印加を開始してから、前記水平磁場の中心磁力線に直交する仮想平面における前記シリコン融液の対流の方向が固定される磁場強度の前記水平磁場が前記シリコン融液に作用するまでの時間をT(分)とした場合、
平面視における前記坩堝に対する加熱温度が最も高い最高加熱温度位置が、前記水平磁場の中心磁力線に直交しかつ前記坩堝の前記中心軸を含む第1水平仮想線に対して前記坩
堝の回転方向の反対方向側に位置し、かつ、前記坩堝の前記中心軸と前記最高加熱温度位置とを結ぶ第2水平仮想線と前記第1水平仮想線とのなす角度θ(°)が、以下の式(2)を満たすように構成されている、シリコン単結晶製造装置。
θ=360×R×T … (2) The silicon single crystal manufacturing apparatus according to any one of claims 7 to 9,
The first support electrode, the second support electrode, the third support electrode, the fourth support electrode, and the heat insulating material are
The rotation speed of the crucible when the horizontal magnetic field is applied to the silicon melt is R (rpm),
When the time from when the application of the horizontal magnetic field is started until the horizontal magnetic field acts on the silicon melt, the horizontal magnetic field having a magnetic field strength at which the direction of convection of the silicon melt is fixed in an imaginary plane perpendicular to the central magnetic field line of the horizontal magnetic field, is T (minutes),
a maximum heating temperature position where the heating temperature for the crucible is the highest in a planar view is located on the opposite side of the rotation direction of the crucible with respect to a first horizontal imaginary line that is perpendicular to the central magnetic field line of the horizontal magnetic field and includes the central axis of the crucible, and an angle θ (°) formed between a second horizontal imaginary line connecting the central axis of the crucible and the maximum heating temperature position and the first horizontal imaginary line satisfies the following formula (2):
θ=360×R×T… (2)
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