(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ルツボ内の原料融液に種結晶を挿入し、この種結晶を引き上げることにより単結晶を生成する単結晶引き上げ部と、上記ルツボ内の原料融液に、該ルツボ軸に対して等軸対称的かつ放射状のカスプ磁界を与える磁界発生部とを備え、上記磁界発生部が、上記ルツボ周囲の上下に相対向して配置され、直列に結線された一対の主コイルと、該主コイルと同軸で配置され、その励磁電流の方向および大きさが可変で該主コイルより小さい起磁力を有する１個の副コイルとで構成されたことを特徴とする磁界印加式単結晶製造装置。
【請求項２】
主コイル間の距離を該主コイルの直径の半分程度とし、副コイルの起磁力が上記主コイルの起磁力の０．３倍を越えないものであることを特徴とする請求項１記載の磁界印加式単結晶製造装置。
【請求項３】
一対の主コイルおよび副コイルが超電導コイルから成り、上記副コイルが上記一対の主コイル間の中央に配置されたことを特徴とする請求項１または２記載の磁界印加式単結晶製造装置。
【請求項４】
一対の主コイルおよび副コイルが極低温状態に保持される超電導コイルから成り、上記副コイルの電流リードと、上記主コイルの電流リードとを一部共通化して発熱量を低減したことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の磁界印加式単結晶製造装置。
【請求項５】
副コイルが一対の主コイル間の中央に配置され、上記主コイルおよび上記副コイルの外周を磁気シールドで覆ったことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の磁界印加式単結晶製造装置。
【請求項６】
一対の主コイルおよび副コイルが超電導コイルから成り、磁気シールドを上記超電導コイルを収納する真空容器の一部としたことを特徴とする請求項５記載の磁界印加式単結晶製造装置。
【請求項７】
磁気シールドに、外部との接続のための第１の切り欠き部と、電磁力の平衡を保つ第２の切り欠き部とを設け、上記第１および第２の切り欠き部が、上下対称性および軸の周りに複数回の回転対称性を有して配置されたことを特徴とする請求項５または６記載の磁界印加式単結晶製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば半導体材料として用いるシリコン単結晶を製造する装置に関し、特に結晶原料融液に磁界を印加する磁界発生部を具備した磁界印加式単結晶製造装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図９は、例えば特公平３−６１６３０号公報に記載されたＣＺ法（チョコラルスキー法）に記載された従来の単結晶製造装置の構成図である。
図に示すように、単結晶原料融液１（以下、融液１と称す）が充填してあるルツボ２は、ヒータ３により加熱され、単結晶材料は常に融液状態に保たれている。この融液１中に、種結晶４を挿入し、引き上げ駆動機構５により種結晶４をある一定速度にて引き上げていくと、固体−液界面境界層６にて結晶が成長し、単結晶７が生成される。
この際、ヒータ３の加熱によって誘起される融液１の液体的運動、すなわち熱対流８が発生する。
【０００３】
この熱対流８の発生原因は次のように説明される。すなわち、熱対流８は、一般に流体の熱膨張による浮力と流体の粘性力との釣り合いが破れたときに生じる。この浮力と粘性力との釣り合い関係を表す無次元量がグラスホフ数ＮＧｒである。
【０００４】
ＮＧｒ＝ｇ・α・△Ｔ・Ｒ３／ν２
ここで、ｇ；重力加速度
α；融液の熱膨張率
△Ｔ；ルツボ半径方向温度差
Ｒ；ルツボ半径
ν；融液の動粘性係数
【０００５】
一般に、グラスホフ数ＮＧｒが融液１の幾何学的寸法、熱的境界条件等によって決定される臨界値を越えると、融液１内で熱対流８が発生する。通常、ＮＧｒ＞１０６にて融液１の熱対流８は乱流状態となり、ＮＧｒ＞１０９では攪乱状態となる。現在行われている直径７．６２〜１０．１６センチ（３〜４インチ）の単結晶引き上げの融液条件においては、上記式によりＮＧｒ＞１０９となり、融液１内は攪乱状態となり、融液の表面すなわち固体−液界面境界層６は波立った状態となる。
【０００６】
この様な攪乱状態の熱対流８が存在すると、融液１内、特に固体−液界面境界層６での温度変動が激しくなり、個体−液界面境界層６の厚さの位置的および時間的変動が激しく、成長中結晶の微視的再溶解が顕著となり、成長した単結晶７中には転位ループ、積層欠陥等が発生する。しかもこの欠陥部分は、不規則な個体−液界面境界層６の変動により単結晶引き上げ方向に対して不均一に発生する。
さらに、高温の融液１（例えば１５００℃程度）が接するルツボ２内面より融液１中に溶解している不純物９がこの熱対流８に搬送され、融液１の内部全体にわたって分散する。この不純物９が核となり単結晶７中に転位ループや欠陥、成長縞等が発生して単結晶７の品質を劣化させている。このため、この様な単結晶７からＬＳＩのウエハを製造すると、欠陥部分を含んだウエハは電気的特性が劣化しているため、使用不可能であり、従って歩留まりが悪くなる。
【０００７】
今後、単結晶７は益々大直径化してゆくが、上記のグラスホフ数の式からもわかるようにルツボ２の直径が増大すればする程、グラスホフ数も増大し、融液１の熱対流８は一層激しさを増し、単結晶７の品質も劣化の一途をたどることになる。そこで、熱対流８を抑制し熱的・化学的に平衡状態に近い成長条件にて単結晶引き上げを行うために、融液１に直流磁界を印加する手法が提案されている。
図１０は、従来の磁界印加式単結晶製造装置の構成図である。図に示すように、単結晶引き上げ方向と直交する方向である矢印１１の方向で、融液１中に一様磁界が印加されるように、ルツボ２の外周に磁石１０を配置する。単結晶７の融液１は一般に電気伝導度σを有する導電体である。電気伝導度を有する流体が熱対流８により運動する際、磁界印加方向１１と平行でない方向に運動している流体は、レンツの法則により磁気的抵抗力を受ける。この為熱対流８の運動は阻止される。一般に、磁界が印加されたときの磁気抵抗力すなわち磁気粘性係数νｃｆｉは、
【０００８】
νｃｆｉ＝（μＨＤ）２σ／ρ
ここで、μ；融液の透磁率
Ｈ；磁場強さ
Ｄ；ルツボ直径
σ；融液の電気伝導度
ρ；融液の密度
【０００９】
となり、磁場強さが増大すると磁気粘性係数νｃｆｉが増大し、先に示したグラスホフ数ＮＧｒの式中のνが増大することとなりグラスホフ数は急速に減少し、ある磁場強さによってグラスホフ数を臨界値より小さくすることができる。これにより、融液１の熱対流は完全に抑制される。この様にして磁界を印加することにより熱対流８が抑制されるので上記した単結晶７中の不純物含有、転位ループの発生、欠陥、成長縞の発生が無くなり、しかも単結晶引き上げ方向に均一な品質の単結晶７が得られ、単結晶７の品質および歩留まりが向上する。
【００１０】
上記のような特性を有する磁界印加式単結晶製造装置として、近年、カスプ磁界を印加する方法が提案されている。このカスプ磁界は、ルツボ内融液に軸対象な水平磁界を発生させ、高品質な単結晶を引き上げるのに最適な磁界である。
図１１は、例えば特開昭６１−２２２９８４号公報に記載された、カスプ磁界印加による従来の磁界印加式単結晶製造装置の構成図である。なお、図における１〜４、６および７は図９および図１０で示したものと同様である。
図に示すように、ルツボ２の上方には上部コイル１２が、下方には下部コイル１３が、相互に同極同士が対向するように配置される。また、上部コイル１２は、ルツボ２軸と平行に設置されたガイド体１４に、上下方向に移動可能に取り付けられ、下部コイル１３は固定端に固定される。この様な磁石配置により、ルツボ２内の融液１中に磁界印加方向１５で示すカスプ磁界を発生する。
【００１１】
この様なカスプ磁界を利用する際、単結晶７を引き上げて行くに伴い、融液１面の低下および融液１量の減少が生じ、これに伴い最適な磁界分布も変わるものである。この為、上部コイル１２を上下方向に移動させることにより、ルツボ２内の原料融液１に印加するカスプ磁界を常に最適に保ち、高品質な単結晶を製造するものである。
【００１２】
また、カスプ磁界印加による従来の磁界印加式単結晶製造装置の別例として、上部コイル１２および下部コイル１３の双方を固定し、少なくとも一方のコイル１２、１３の励磁電流を可変にすることによりコイル１２、１３の起磁力を調整して、ルツボ２内の原料融液１に印加するカスプ磁界を常に最適に保つ様にしたものも示されている。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
従来のカスプ磁界印加による磁界印加式単結晶製造装置は、以上の様に構成されているため、単結晶引き上げに伴って変動する融液１の状態に合わせて、コイル１２の移動、あるいはコイル１２、１３の励磁電流を可変にして、常に最適なカスプ磁界を印加するものであった。
しかしながら、コイル１２を移動させるには、機械的な位置調整機構が必要であり、装置自体が複雑で高価になってしまう、また、単結晶引き上げに用いる上記の様なカスプ磁界は比較的強力な磁力が必要とされ、コイル１２の移動は、そのような強力な磁力に逆らって正確な位置変動が要求されるものであり、カスプ磁界を最適に保つことは容易ではなかった。
また、コイル１２、１３の励磁電流を可変にすることによりコイル１２、１３の起磁力を調整するには、それぞれのコイル１２、１３に大きな通電用電源が必要で、電源コストが高く装置が高価になるものであった。
【００１４】
この発明は、上記のような問題点を解消するために成されたものであって、単結晶引き上げ時にルツボ内の原料融液に印加するカスプ磁界を常に最適になるように容易に調整可能で、高品質な単結晶が製造でき、かつ安価で簡便な、磁界印加式単結晶製造装置を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
この発明に係わる請求項１記載の磁界印加式単結晶製造装置は、ルツボ内の原料融液に種結晶を挿入し、この種結晶を引き上げることにより単結晶を生成する単結晶引き上げ部と、上記ルツボ内の原料融液に、該ルツボ軸に対して等軸対称的かつ放射状のカスプ磁界を与える磁界発生部とを備え、上記磁界発生部が、上記ルツボ周囲の上下に相対向して配置され、直列に結線された一対の主コイルと、該主コイルと同軸で配置され、その励磁電流の方向および大きさが可変で該主コイルより小さい起磁力を有する１個の副コイルとで構成されたものである。
【００１６】
この発明に係わる請求項２記載の磁界印加式単結晶製造装置は、請求項１において、主コイル間の距離を該主コイルの直径の半分程度とし、副コイルの起磁力が上記主コイルの起磁力の０．３倍を越えないものである。
【００１７】
この発明に係わる請求項３記載の磁界印加式単結晶製造装置は、請求項１または２において、一対の主コイルおよび副コイルが超電導コイルから成り、上記副コイルが上記一対の主コイル間の中央に配置されたものである。
【００１８】
この発明に係わる請求項４記載の磁界印加式単結晶製造装置は、請求項１〜３のいずれかにおいて、一対の主コイルおよび副コイルが極低温状態に保持される超電導コイルから成り、上記副コイルの電流リードと、上記主コイルの電流リードとを一部共通化して発熱量を低減したものである。
【００１９】
この発明に係わる請求項５記載の磁界印加式単結晶製造装置は、請求項１〜４のいずれかにおいて、副コイルが一対の主コイル間の中央に配置され、上記主コイルおよび上記副コイルの外周を磁気シールドで覆ったものである。
【００２０】
この発明に係わる請求項６記載の磁界印加式単結晶製造装置は、請求項５において、一対の主コイルおよび副コイルが超電導コイルから成り、磁気シールドを上記超電導コイルを収納する真空容器の一部としたものである。
【００２１】
この発明に係わる請求項７記載の磁界印加式単結晶製造装置は、請求項５または６において、磁気シールドに、外部との接続のための第１の切り欠き部と、電磁力の平衡を保つ第２の切り欠き部とを設け、上記第１および第２の切り欠き部が、上下対称性および軸の周りに複数回の回転対称性を有して配置されたものである。
【００２２】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を図について詳細に説明する。
図１は、この発明の実施の形態１による磁界印加式単結晶製造装置の構成図である。図において１６はルツボ、１７はルツボ１６内に充填された単結晶の原料融液（以下、融液１７と称す）、１８はルツボ１６を加熱するヒータ、１９は融液１７中に挿入される種結晶、２０は融液１７面である固体−液界面境界層、２１は生成された単結晶であり、これら１６〜２１および図示しない単結晶引き上げ駆動機構により単結晶引き上げ部が構成される。また、２２ａ、２２ｂは相互に同極同士が対向するようにルツボ１６周囲の上下に配置された一対の主コイル、２３は主コイル２２ａ、２２ｂ間で、一方の主コイル２２ａに隣接して配置された副コイルであり、これらのコイル２２ａ、２２ｂ、２３により磁界発生部を構成する。
また、２４は上記主コイル２２ａ、２２ｂおよび副コイル２３によりルツボ１６内の融液１７に印加されたカスプ磁界の印加方向を示すもので、２５は磁界０の点である。２６はヒータの加熱によって誘起される融液１７の液体的運動である熱対流である。
【００２３】
図２は、主コイル２２ａ、２２ｂおよび副コイル２３と電源との結線を示した図である。図に示すように、一対の主コイル２２ａ、２２ｂは直列に結線されて１個の主コイル用電源２７に結線される。一方副コイル２３は極性切り換え器２９を介して副コイル用電源２８に結線され、両極性でかつ通電量も可変に構成される。この主コイル２２ａ、２２ｂは例えば約１００ｋＡの起磁力を発生させ、副コイル２３は、±約１０ｋＡの起磁力を発生させるものとする。
一対の主コイル２２ａ、２２ｂは、逆方向に通電されて相互に同極同士が対向する様に励磁され、別途励磁される副コイル２３において、励磁電流の方向および大きさを調整することにより、カスプ磁界の磁界０の点２５の上下方向位置を調整する。
【００２４】
次に動作について説明する。
ルツボ１６はヒータ１８により加熱され、ルツボ１６内に充填された単結晶原料は常に融液１７状態に保たれている。この融液１７中に種結晶１９を挿入し、引き上げ駆動機構により種結晶１９をある一定速度にて引き上げていくと、固体−液界面境界層２０にて結晶が成長し、単結晶２１が生成される。また、主コイル２２ａ、２２ｂおよび副コイル２３により、磁界印加方向２４で示す様に、ルツボ１６軸に対して等軸対称的かつ放射状のカスプ磁界を、ルツボ１６内の融液１７中に発生させる。図１では、磁界０の点２５は融液１７面である固体−液界面境界層２０上に設定されている。
この単結晶２１の引き上げ生成時に、単結晶２１を引き上げて行くに伴い、融液１７面の低下および融液１７量の減少が生じ、これに伴い最適な磁界分布も変わるものである。この為、副コイル２３の励磁電流を調整することにより、単結晶２１引き上げに伴い磁界０の点２５を降下させて、ルツボ１６内の融液１７に印加するカスプ磁界を常に最適に保つ。この場合、副コイル２３の励磁電流を調整することにより、磁界０の点２５を±約２５ｍｍの範囲で上下に位置変動させることができる。
【００２５】
この様にしてルツボ１６内の融液１７に常に最適なカスプ磁界を印加することにより熱対流２６が効果的に抑制され、単結晶２１中の不純物含有、転位ループの発生、欠陥、成長縞の発生が無くなり、しかも単結晶引き上げ方向に均一な高品質の単結晶７が得られる。
【００２６】
この実施の形態では、直列に結線された一対の主コイル２２ａ、２２ｂと、それより小さい起磁力を有する副コイル２３とでカスプ磁界を発生させ、副コイル２３の励磁電流の方向および大きさを調整して、単結晶２１引き上げ生成時に常にカスプ磁界を最適に保つようにした。この為、従来のコイル１２を磁力に逆らって移動させるもののように、機械的な位置調整機構は不要であり、装置が安価で簡便にでき、かつ最適なカスプ磁界を電気的に容易に調整して保つことができて、高品質な単結晶が製造できる。
また、一対の主コイル２２ａ、２２ｂは直列に結線されているため、主コイル２２ａ、２２ｂ用の大きな通電用電源は１個で済み、別途設けられた副コイル２３用の電源は、主コイル２２ａ、２２ｂよりも小さな電源容量でよいため、電源コストが低減でき、装置価格がさらに低減できる。
【００２７】
なお、上記実施の形態では、副コイル２３を主コイル２２ａ、２２ｂ間で、一方の主コイル２２ａに隣接して配置したが、副コイル２３の位置はこれに限るものではなく、主コイル２２ａ、２２ｂ間のどの位置でも、また主コイル２２ａ、２２ｂの外側の近接した位置でも、同様な効果が得られる。
【００２８】
実施の形態２．
上記実施の形態１において、一対の主コイル２２ａ、２２ｂ間の距離は、通常該主コイル２２ａ、２２ｂの直径の半分程度であり、その場合、副コイル２３の起磁力は主コイル２２ａ、２２ｂのものの０．３倍を越えないもので十分である。
例えば、一対の主コイル２２ａ、２２ｂが、直径約２．２ｍ、間隔約１．１ｍの場合、副コイル２３の起磁力と磁界０の点２５の位置変動との関係を図３に示す。図に示すように、副コイル２３の起磁力が主コイル２２ａ、２２ｂの±３０％で、磁界０の点２５を±０．２ｍの範囲で位置変動させることができる。
この様に、一対の主コイル２２ａ、２２ｂ間の距離を該主コイル２２ａ、２２ｂの直径の半分程度とし、副コイル２３の起磁力が主コイル２２ａ、２２ｂのものの０．３倍あれば、磁界０の点２５を主コイル２２ａ、２２ｂの直径の±１０％程度の範囲で位置調整することができ、この調整範囲はルツボ１６に対して十分である。このため、副コイル２３の起磁力を主コイル２２ａ、２２ｂのものの０．３倍を越えないものにすることにより、電源コストを効果的に低減して、磁界０の点２５の位置調整によるカスプ磁界の最適化が図れる。
【００２９】
実施の形態３．
図４は、この発明の実施の形態３による磁界印加式単結晶製造装置の構成図である。図に示すように、主コイル３０ａ、３０ｂおよび副コイル３１を超電導コイルで構成し、超電導副コイル３１を一対の超電導主コイル３０ａ、３０ｂ間の中央に配設する。超電導主コイル３０ａ、３０ｂおよび超電導副コイル３１と電源との結線は、実施の形態１で示した図２のものと同様である。
一般に、超電導コイルにおいては、短時間でコイルの励磁状態が消滅するクエンチという現象が発生する場合がある。この実施の形態では、超電導主コイル３０ａ、３０ｂは直列に結線され、同極同士が対抗するように配置されている。このため、超電導主コイル３０ａ、３０ｂのいずれかでクエンチが発生すると双方の超電導主コイル３０ａ、３０ｂで励磁状態が消滅するが、超電導主コイル３０ａ、３０ｂ間の中央に配設された超電導副コイル３１には、２つの超電導主コイル３０ａ、３０ｂからの相反する誘導起電力が働き相殺されるため、超電導副コイル３１に誘導起電力が発生しない。また、逆に超電導副コイル３１にクエンチが発生しても、超電導主コイル３０ａ、３０ｂに誘導起電力が発生しない。
通常、クエンチ時に発生する誘導起電力からコイルを保護するため、抵抗やダイオードなどの保護回路を挿入するものであるが、この実施の形態では、クエンチ時に誘導起電力が発生するのが防止できるため、保護回路が簡略化できる。
【００３０】
実施の形態４．
図５は、この発明の実施の形態４による磁界印加式単結晶製造装置の結線図である。超電導コイル３０ａ、３０ｂ、３１は、真空容器内で、液体ヘリウム等で極低温状態に保持される保冷容器等に収納され、常温中に布設された電流リード３２により、室温領域に配置された電源２８、２９に接続される。図に示すように、超電導副コイル３１の電流リード３２と、超電導主コイル３０ａ、３０ｂの電流リード３２とを一部共通化して発熱量を低減することにより、電流リード３２から極低温領域への熱侵入を低減でき、超電導コイル３０ａ、３０ｂ、３１を信頼性良く超電導状態に保持できる。
【００３１】
実施の形態５．
図６は、この発明の実施の形態５による磁界印加式単結晶製造装置の構成図である。図に示すように、超電導副コイル３１は一対の超電導主コイル３０ａ、３０ｂ間の中央に配置される。また、これらの超電導コイル３０ａ、３０ｂ、３１は真空容器３３に収納され、その収納容器３３の外周に、例えば鉄等の強磁性体から成る磁気シールド３４を設ける。これにより、漏れ磁場が低減できる。
また、超電導主コイル３０ａ、３０ｂにクエンチが発生しても、一対の超電導主コイル３０ａ、３０ｂは直列に結線されているため、励磁電流の変動は同一であり、磁気シールド３４と超電導主コイル３０ａ、３０ｂとの間の電磁力の平衡状態が保たれる。さらに超電導副コイル３１は磁気シールド３４の上下方向の中央に設置されているため、超電導副コイル３１の励磁電流の変化やクエンチが発生した場合も、不平衡電磁力が働かず、磁気シールド３４と超電導副コイル３１との間の電磁力の平衡状態が保たれる。この為、超電導コイル３０ａ、３０ｂ、３１の支持が容易になり、電磁力支持構造が簡便になる。
【００３２】
なお、上記実施の形態では、超電導コイル３０ａ、３０ｂ、３１を用いたが、常電導コイルを用いて、常電導副コイルを一対の常電導主コイル間の中央に配置し、これらの常電導コイルの外周に、磁気シールド３４を設けても良く、電磁力の平衡状態が保持できて、漏れ磁場が低減できる。
【００３３】
実施の形態６．
図７は、この発明の実施の形態６による磁界印加式単結晶製造装置の構成図である。上記実施の形態５において、超電導コイル３０ａ、３０ｂ、３１を用い、図に示すように、磁気シールド３４を真空容器３３の外周部に一部共用して利用したものである。
これにより、磁気シールド３４と真空容器３３とを一部共用でき、装置を小型化でき、コスト低減も図れる。
【００３４】
実施の形態７．
図８は、この発明の実施の形態７による磁界印加式単結晶製造装置の構成図である。磁気シールド３４には、真空排気口、計測線の引き出し、電流リードの引き出し等のため、切り欠き部を設けることがある。図に示すように、上記実施の形態５または６における磁気シールド３４に、計測線３５の引き出し、および真空弁３６を設けるために、第１の切り欠き部として、計測線用切り欠き部３７ａおよび真空弁用切り欠き部３７ｂを設け、これらの切り欠き部３７ａ、３７ｂに対して、上下対称性を有する位置と、軸の周りに例えば４回回転対称性を有する位置とに、第２の切り欠き部として、対称配置切り欠き部３８ａ、３８ｂを設ける。また、切り欠き部３７、３８には、それぞれ真空封止用蓋３９を設ける。
これにより、不平衡電磁力が低減でき、超電導コイル３０ａ、３０ｂ、３１と磁気シールド３４との間に発生する電磁力の平衡状態が保たれて、超電導コイル３０ａ、３０ｂ、３１の支持が容易になり、電磁力支持構造が簡便になる。
【００３５】
なお、対称配置切り欠き部３８ａ、３８ｂは、上下対称性を有する位置と、軸の周りに例えば４回回転対称性を有する位置とに設けたが、回転対称性については４回に限るものではなく、磁気シールド３４の周方向に等間隔に配置されるものであればよい。
【００３６】
【発明の効果】
以上のように、この発明に係わる請求項１記載の磁界印加式単結晶製造装置は、ルツボ内の原料融液に種結晶を挿入し、この種結晶を引き上げることにより単結晶を生成する単結晶引き上げ部と、上記ルツボ内の原料融液に、該ルツボ軸に対して等軸対称的かつ放射状のカスプ磁界を与える磁界発生部とを備え、上記磁界発生部が、上記ルツボ周囲の上下に相対向して配置され、直列に結線された一対の主コイルと、該主コイルと同軸で配置され、その励磁電流の方向および大きさが可変で該主コイルより小さい起磁力を有する１個の副コイルとで構成されたため、最適なカスプ磁界を電気的に容易に調整して保つことができて、高品質な単結晶が製造でき、また、電源コストが低減でき安価で簡便な装置構成が提供できる。
【００３７】
またこの発明に係わる請求項２記載の磁界印加式単結晶製造装置は、請求項１において、主コイル間の距離を該主コイルの直径の半分程度とし、副コイルの起磁力が上記主コイルの起磁力の０．３倍を越えないものとしたため、高品質な単結晶が製造でき、かつ電源コストを効果的に低減できる。
【００３８】
またこの発明に係わる請求項３記載の磁界印加式単結晶製造装置は、請求項１または２において、一対の主コイルおよび副コイルが超電導コイルから成り、上記副コイルが上記一対の主コイル間の中央に配置されたため、クエンチ時に誘導起電力が発生するのが防止できるため、保護回路が簡略化できる。
【００３９】
またこの発明に係わる請求項４記載の磁界印加式単結晶製造装置は、請求項１〜３のいずれかにおいて、一対の主コイルおよび副コイルが極低温状態に保持される超電導コイルから成り、上記副コイルの電流リードと、上記主コイルの電流リードとを一部共通化して発熱量を低減したため、電流リードから極低温領域への熱侵入を低減でき、超電導コイルを信頼性良く超電導状態に保持できる。
【００４０】
またこの発明に係わる請求項５記載の磁界印加式単結晶製造装置は、請求項１〜４のいずれかにおいて、副コイルが一対の主コイル間の中央に配置され、上記主コイルおよび上記副コイルの外周を磁気シールドで覆ったため、磁気シールドとコイルとの間の電磁力の平衡状態が保時できて、コイルの電磁力支持構造が簡便にできてコスト低減が図れ、漏れ磁場を低減することができる。
【００４１】
またこの発明に係わる請求項６記載の磁界印加式単結晶製造装置は、請求項５において、一対の主コイルおよび副コイルが超電導コイルから成り、磁気シールドを上記超電導コイルを収納する真空容器の一部としたため、装置を小型化でき、コスト低減が図れて、漏れ磁場を低減することができる。
【００４２】
またこの発明に係わる請求項７記載の磁界印加式単結晶製造装置は、請求項５または６において、磁気シールドに、外部との接続のための第１の切り欠き部と、電磁力の平衡を保つ第２の切り欠き部とを設け、上記第１および第２の切り欠き部が、上下対称性および軸の周りに複数回の回転対称性を有して配置されたため、コイルと磁気シールドとの間に発生する電磁力の平衡状態が保時できて、コイルの電磁力支持構造が簡便な安価な装置構成が提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１による磁界印加式単結晶製造装置の構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１による磁界印加式単結晶製造装置の結線図である。
【図３】この発明の実施の形態２による磁界印加式単結晶製造装置の降下を説明する図である。
【図４】この発明の実施の形態３による磁界印加式単結晶製造装置の構成図である。
【図５】この発明の実施の形態４による磁界印加式単結晶製造装置の結線図である。
【図６】この発明の実施の形態５による磁界印加式単結晶製造装置の構成図である。
【図７】この発明の実施の形態６による磁界印加式単結晶製造装置の構成図である。
【図８】この発明の実施の形態７による磁界印加式単結晶製造装置の構成図である。
【図９】従来の単結晶製造装置の構成図である。
【図１０】従来の磁界印加式単結晶製造装置の構成図である。
【図１１】従来の別例による磁界印加式単結晶製造装置の構成図である。
【符号の説明】
１６  ルツボ、１７  原料融液、１９  種結晶、２１  単結晶、
２２ａ，２２ｂ  主コイル、２３  副コイル、２４  カスプ磁界印加方向、
２９  極性切り替え器、３０ａ，３０ｂ  超電導主コイル、
３１  超電導副コイル、３２  電流リード、３３  真空容器、
３４  磁気シールド、３７ａ  第１の切り欠き部としての計測線用切り欠き部、３７ｂ  第１の切り欠き部としての真空弁用切り欠き部、
３８ａ，３８ｂ  第２の切り欠き部としての対称配置切り欠き部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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