(57)【要約】      （修正有）【課題】育成される単結晶インゴットの不純物分布を改善し、かつ、高速引き上げが可能で、コストパフォーマンスに優れた単結晶インゴットの製造装置及び製造方法を提供する。【解決手段】製造装置１は、シリコン融液１５の深さをＨとしたときに、回転磁場装置６により発生する磁場のシリコン融液１５内での最大強度の位置を、融液１５の表面から深さ０．３Ｈ以内に位置させるべく、回転磁場装置６と坩堝４の引き上げ軸方向の相対位置を調節する制御装置１３とを備えた。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
チョクラルスキ法によりシリコン単結晶を製造する装置において、
シリコン融液を収容した坩堝と、
シリコン単結晶の引き上げ方向に対して垂直な面内に回転する回転磁場を印加する回転磁場装置と、
シリコン融液の深さをＨとしたときに、前記回転磁場装置の発生する磁場がシリコン融液内で最大強度となる位置を、融液の表面から深さ０．３Ｈ以内に存在させるべく、前記回転磁場装置と前記坩堝の引き上げ軸方向の相対位置を調節する制御装置とを備えたことを特徴とする、シリコン単結晶の製造装置。
【請求項２】
前記制御装置は、前記坩堝の内壁とシリコン融液との界面における回転磁場の引き上げ軸方向の強度分布において、当該強度が１００〜５０％となる領域を、前記シリコン融液の表面から深さ０．５Ｈ以内に存在させるべく、前記回転磁場装置と前記坩堝の引き上げ軸方向の相対位置を調節することを特徴とする、請求項１記載の製造装置。
【請求項３】
前記回転磁場装置のコアの引き上げ軸方向の幅が、引き上げ開始時のシリコン融液の深さをＨ０として、０．３Ｈ０以下であり、かつ、当該コアの中心の位置が融液表面から深さ０．３Ｈ以内にあることを特徴とする、請求項１又は２いずれかに記載の製造装置。
【請求項４】
前記回転磁場は、シリコン単結晶の引き上げ方向に対して垂直な面内における回転の向きと回転周波数と磁場強度のうち、少なくとも回転周波数が異なる複数の回転磁場であることを特徴とする、請求項１〜３いずれかに記載の製造装置。
【請求項５】
チョクラルスキ法によるシリコン単結晶の製造方法において、
坩堝に収容されたシリコン融液に、シリコン単結晶の引き上げ方向に対して垂直な面内に回転する回転磁場を印加しながら単結晶の引き上げを行い、
シリコン融液の深さをＨとしたときに、前記回転磁場装置の発生する磁場がシリコン融液内で最大強度となる位置が、融液表面から深さ０．３Ｈ以内に存在するように制御されることを特徴とする、シリコン単結晶の製造方法。
【請求項６】
前記坩堝の内壁とシリコン融液との界面における回転磁場の引き上げ軸方向の強度分布において、当該強度が１００〜５０％となる領域が、前記シリコン融液の表面から０．５Ｈ以内に存在するように制御されることを特徴とする、請求項５記載の製造方法。
【請求項７】
前記回転磁場は、シリコン単結晶の引き上げ方向に対して垂直な面内における回転の向きと回転周波数と磁場強度のうち、少なくとも回転周波数が異なる複数の回転磁場であることを特徴とする、請求項５又は６記載の製造方法。
【請求項８】
前記坩堝及びシリコン単結晶の回転の向きが前記回転磁場の回転の向きと反対であり、
前記坩堝の回転速度が１ｒｐｍ〜１２ｒｐｍであり、
かつ、前記シリコン単結晶の回転速度が０．１ｒｐｍ〜２０ｒｐｍであることを特徴とする、請求項５〜７いずれかに記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、チョクラルスキ法（以下、「ＣＺ法」とする。）によるシリコン単結晶製造技術に関し、特に、磁場中引上法（以下、「ＭＣＺ法」とする。）により結晶育成を行うシリコン単結晶の製造装置及び製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＭＣＺ法は、磁場を印加することによってシリコン融液の対流を制御した状態で結晶を育成する方法であり、坩堝から生じた酸素を含む融液の流れを制御することができるため、シリコン単結晶中の酸素濃度の制御に有効な方法である。
【０００３】
ＭＣＺ法において印加する磁場には、静磁場として横型（ＨＭＣＺ）、縦型（ＶＭＣＺ）、およびそれら２つの特徴を併せ持つカプス型、そして動磁場として回転磁場がある。
【０００４】
回転磁場によるＭＣＺ法は、坩堝の回転方向に対して、同方向あるいは反対方向に回転する回転磁場を印加し、且つ、その回転磁場の強度を変化させることにより、融液の対流を制御し、酸素濃度の制御が可能である（たとえば、特許文献１）。
【０００５】
そして、シリコン単結晶中の不純物濃度分布を均一にすべく、融液の組成を均一とするための撹拌を目的として、融液の下部もしくは深さ方向の中間部に回転磁場を印加する方法も知られている（たとえば、特許文献２）。
【特許文献１】特開昭５９−７３４９１号公報
【特許文献２】特開昭６３−６０１８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
近年、シリコン単結晶インゴットの大径化が進み、シリコン単結晶を引き上げるために、多大な時間を要するという問題が生じてきている。
【０００７】
しかし、特許文献２のような、従来における回転磁場を用いたシリコン単結晶製造技術では、育成されるシリコン単結晶中の不純物分布を均一にしながら、シリコン単結晶を高速で引き上げることができなかった。
【０００８】
また、シリコン単結晶インゴットが大径化するほど大型の回転磁場装置を用いる必要があり、多大なコストを要すこととなるため、大径のシリコン単結晶インゴットの育成に回転磁場を利用することはコスト面及び利便性の面で極めて難しかった。
【０００９】
そこで本発明が解決しようとする課題は、シリコン単結晶の高速引き上げ及び均一な不純物分布を実現可能とするための回転磁場を用いた単結晶の製造装置として、特に大型結晶を育成する際の大型引き上げ炉に適用した場合でもコスト面及び利便性で有利な製造装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者等は、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、以下に説明する事実を見出した。すなわち、回転磁場が融液の流れに与える影響は、当該回転磁場が直接融液に働きかけて磁場の回転方向に融液が流れることはもちろんのことであるが、回転磁場によってできる回転流れが坩堝内壁にぶつかり、その際、坩堝内壁との回転速度の差によって、坩堝内壁に沿った上昇流ができることが重要であるということである。そして、この坩堝壁面に沿った上昇流は融液表面に達すると、今度は融液表面に沿って内側に向かう流れとなって坩堝近傍の熱い融液を結晶の近傍まで運び、結晶近傍の融液内の温度勾配を急峻にすることで高速引き上げを可能とするということである。
【００１１】
換言すると、回転磁場を印加することでシリコン単結晶中の不純物分布を均一にする製造方法において、シリコン単結晶の高速引き上げを実現するには、融液表面近傍に磁場を印加することが極めて有効であるということを見出した。
【００１２】
そして本発明者等は、上記の事実に基づき本発明を完成するに至った。
【００１３】
すなわち、本発明は、チョクラルスキ法によりシリコン単結晶を製造する装置において、シリコン融液を収容した坩堝と、シリコン単結晶の引き上げ方向に対して垂直な面内に回転する回転磁場を印加する回転磁場装置とを備え、かつ、前記回転磁場により印加される融液内の磁場の最大強度となる位置が、融液の表面近傍に位置するように制御されることを特徴とする、シリコン単結晶の製造装置及び製造方法に関する。
【００１４】
また、本発明は、チョクラルスキ法によりシリコン単結晶を製造する装置において、シリコン融液を収容した坩堝と、シリコン単結晶の引き上げ方向に対して垂直な面内に回転する回転磁場を印加する回転磁場装置と、シリコン融液の深さをＨとしたときに、前記回転磁場装置の発生する磁場がシリコン融液内で最大強度となる位置を、融液の表面から深さ０．３Ｈ以内に存在させるべく、前記回転磁場装置と前記坩堝の引き上げ軸方向の相対位置を調節する制御装置とを備えたことを特徴とする、前記製造装置に関する。
【００１５】
また、本発明は、前記制御装置は、前記坩堝の内壁とシリコン融液との界面における回転磁場の引き上げ軸方向の強度分布において、当該強度が１００〜５０％となる領域を、前記シリコン融液の表面から深さ０．５Ｈ以内に存在させるべく、前記回転磁場装置と前記坩堝の引き上げ軸方向の相対位置を調節することを特徴とする、前記製造装置に関する。
【００１６】
また、本発明は、前記回転磁場装置のコアの引き上げ軸方向の幅が、引き上げ開始時のシリコン融液の深さをＨ０として、０．３Ｈ０以下であり、かつ、当該コアの中心の位置が融液表面から深さ０．３Ｈ以内にあることを特徴とする、前記製造装置に関する。
【００１７】
また、本発明は、前記回転磁場は、シリコン単結晶の引き上げ方向に対して垂直な面内における回転の向きと回転周波数と磁場強度のうち、少なくとも回転周波数が異なる複数の回転磁場であることを特徴とする、前記製造装置に関する。
【００１８】
さらに、本発明は、チョクラルスキ法によるシリコン単結晶の製造方法において、坩堝に収容されたシリコン融液に、シリコン単結晶の引き上げ方向に対して垂直な面内に回転する回転磁場を印加しながら単結晶の引き上げを行い、シリコン融液の深さをＨとしたときに、前記回転磁場装置の発生する磁場がシリコン融液内で最大強度となる位置が、融液表面から深さ０．３Ｈ以内に存在するように、制御されることを特徴とする、シリコン単結晶の製造方法に関する。
【００１９】
また、発明は、前記坩堝の内壁とシリコン融液との界面における回転磁場の引き上げ軸方向の強度分布において、当該強度が１００〜５０％となる領域が、前記シリコン融液の表面から０．５Ｈ以内に存在するように、制御されることを特徴とする、前記製造方法に関する。
【００２０】
また、本発明は、前記回転磁場は、シリコン単結晶の引き上げ方向に対して垂直な面内における回転の向きと回転周波数と磁場強度のうち、少なくとも回転周波数が異なる複数の回転磁場であることを特徴とする、前記製造方法に関する。
【００２１】
また、本発明は、前記坩堝及びシリコン単結晶の回転の向きが前記回転磁場の回転の向きと反対であり、前記坩堝の回転速度が１ｒｐｍ〜１２ｒｐｍであり、かつ、前記シリコン単結晶の回転速度が０．１ｒｐｍ〜２０ｒｐｍであることを特徴とする、前記製造方法に関する。
【発明の効果】
【００２２】
本発明にかかる製造装置および製造方法によれば、従来の回転磁場を用いない製造方法に比べて、育成されるシリコン単結晶中の不純物分布を均一にしながら、シリコン単結晶を高速に引き上げることができる。
【００２３】
また、本発明にかかる製造装置及び製造方法によれば、上記効果を奏するための最適な融液対流を作り出すために、融液全体に均一な磁場を印加することを必要としないため、大径のシリコン単結晶を育成する大型育成炉に適用しても回転磁場装置を低コストで簡便なものとすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明を、実施の形態に即して詳細に説明する。
【００２５】
本発明のシリコン単結晶製造装置並びに製造方法の特徴は、上記のような構成とすることで、育成されるシリコン単結晶中の不純物分布を均一にするべく整った融液流れを実現すると共に、シリコン単結晶の高速引き上げを可能とするものである。
【００２６】
ここで、本発明のシリコン単結晶製造装置並びに製造方法は、種々の単結晶インゴットの製造に適用することが可能であり、すなわち、目的とする単結晶インゴットに関して、サイズ（重量、直径等）の制限は特になく、要求されるシリコンウエハの種類等によって適宜選択することが可能であるが、回転磁場装置の小型化が可能であるという観点から、特に、大径の単結晶インゴット製造に適するものである。また、種々の元素のドープの有無に関しても、制限は特になく、要求されるシリコンウエハの性能等に合わせて、適宜ドープすることが可能である。
【００２７】
本発明の特徴は、回転磁場により印加される磁場が融液内で最大強度となる位置が、融液の表面近傍に存在するように制御されることである。
【００２８】
ここで、一般的な回転磁場装置から発生する磁場は、その強度が引き上げ軸方向に不均一であり、回転磁場装置により発生する磁場が最大強度となる位置は、概ね当該回転磁場装置のコアの引き上げ軸方向の中心位置と一致し、融液内の磁場が最大強度となる位置も同様である。したがって、融液表面位置と回転磁場装置のコアの中心位置とを基に、坩堝及び回転磁場装置の相対位置を調節することで、融液内でのおよその最大強度の位置の調節が可能である。さらに、詳細な磁場分布については、市販の汎用磁場解析ソフト（たとえば、米ＡＮＹＳＹＳ  Ｉｎｃ．社製ＡＮＹＳＹＳ、日本総合研究所社製ＪＭＡＧ、ＡＮＳＯＦＴ社製Ｍａｘｗｅｌｌ３Ｄ、エルフ社製ＥＬＦ／ＭＡＧＩＣ等）を用いることにより、高い精度で計算することが可能である。
【００２９】
単結晶の不純物分布を均一にする整った融液流れと、高速引き上げを可能にする温度分布を作り出すためには、回転磁場装置により発生する磁場が融液内で最大強度となる位置を、融液の表面から深さ０．３Ｈ以内に存在させれば良い。一方、同じ装置を用い、同じ回転磁場を印加した場合において、最大強度となる位置が、表面から０．３Ｈよりも深い位置にある場合、０．３Ｈ以内にある場合に得られる効果（整った融液流れ）が得にくくなる。したがって、同じ効果を得ようとすると、磁場の強度を強くする必要があるため無駄が多くなる。また、単結晶育成過程全般に亘って磁場を有効利用することを考えると、直胴部の形成中は常に、最大強度となる位置が深さ０．３Ｈ以内に存在することが好ましい。
【００３０】
また、本発明において、回転磁場装置により発生する磁場が融液内で最大強度となる位置を、融液の表面から深さ０．３Ｈ以内にあり、かつ、坩堝の内壁とシリコン融液との界面における回転磁場の引き上げ軸方向の強度分布において、当該強度が１００〜５０％となる領域が、前記シリコン融液の表面から深さ０．５Ｈ以内に存在させることが好ましい。このように、融液内に印加される磁場の大半が表面近傍に存在することとなり、より効率的な磁場の活用（整った融液流れと高速引き上げに適した温度分布）ができることとなる。また、この際も単結晶の直胴部を形成中常に、強度が１００〜５０％となる領域が、係る範囲に存在するように制御されていることが、磁場の有効利用という観点からより好ましい。
【００３１】
また、本発明においては、回転磁場装置として、引き上げ開始時のシリコン融液の深さをＨ０として、コアの引き上げ軸方向の幅が０．３Ｈ０以下のものを用いることが好ましい。回転磁場装置のコアの大きさは、当該回転磁場装置が発生できる磁場の最大強度に依存する。従来における、坩堝の高さと同等の幅を有する回転磁場装置によって奏される効果と同程度の効果（融液流れ）を、本発明によって得るには、コアの幅はこの程度でも十分である。これにより、本発明では回転磁場装置のコスト面、利便性の面でも有利となる。
【００３２】
本発明の製造装置並びに製造方法において使用する坩堝の形状などに特に制限はなく、一般的なシリコン単結晶の育成装置に用いられるものであれば良い。最も一般的なものとしては、育成される単結晶インゴットの直径に対して、坩堝径が２〜３倍程度、深さが０．２〜２倍程度のものである。
【００３３】
また、引き上げ開始時の融液量などに関しても特に制限はない。目的とするシリコン単結晶インゴットの重量に対して１．１〜１．２倍程度の融液を坩堝に収容するのが一般的である。
【００３４】
また、坩堝と回転磁場と引き上げ軸方向の相対位置の制御方法に関しても特に制限はない。たとえば、回転磁場を固定設置して坩堝のみを上下させたり、坩堝の高さを固定して回転磁場の高さを上下させることや、両方の高さを上下させて制御することも可能である。一般的な育成装置では、坩堝の昇降機構が設けられており、これに加えて、回転磁場装置の昇降機構を設ければ、両方の高さを上下させることができる。また、単結晶の育成と共に変化する融液の表面位置を把握する必要があるが、この際の方法に関しても特に制限はない。たとえば、引き上げ中の単結晶や融液の重量から深さを求めて表面位置を求めることもできるし、育成炉に液面センサを設置して融液表面位置を測定することなども一般的に行われる。
【００３５】
また、本発明の製造装置並びに製造方法に使用する回転磁場装置に関しても特に制限はなく、通常電磁モーターなどに使用される回転磁場装置と同じ構造の回転磁場装置を好ましく使用することができる。なお、複数周波数の磁場装置を使用して、より精緻な融液対流や温度分布を作り出すことも可能である。
【００３６】
さらに、本発明の製造装置並びに製造方法を適用する際のシリコン単結晶の育成条件に関しても特に制限はないが、好ましくは前記汎用磁場解析ソフトにより計算される融液に与える回転磁場の力の強度が０．１〜１０Ｎ／ｍ３、回転周波数が１０Ｈｚ〜２００Ｈｚ、坩堝及び単結晶の回転の向きが回転磁場の向きと反対であり、坩堝の回転速度が１ｒｐｍ〜１２ｒｐｍ、かつ、シリコン単結晶の回転数が０．１ｒｐｍ〜２０ｒｐｍの範囲内である。発生する回転磁場の力がかかる範囲より小さいと、熱対流などによる融液の流れを変えることができず、かかる範囲を超えると融液内に極端に速い流れができ、これにより融液表面が波立ってしまうため好ましくない。また、回転磁場の周波数がかかる範囲より小さいと電流電圧の制御が難しく、現実的でない。また、かかる範囲より大きいと融液内に磁場がほとんど浸透せず効果が低下するおそれがある。上記のように、坩堝に沿って流れる上昇流は回転磁場によって作り出される融液の回転と坩堝の回転との差で生じるため、坩堝と回転磁場の方向は反対方向であることが望ましい。また、結晶の回転を回転磁場の方向と反対方向とすることによって、結晶近傍に融液の流れが大きく変わる場所を作ることができ、それによって結晶近傍により急峻な温度勾配が作り出され、高速引き上げが可能となると考えられる。坩堝及びシリコン単結晶の回転数は、いずれも回転磁場を使用しない通常の条件に用いられている範囲である。
【実施例】
【００３７】
以下、図面を参照しながら、さらに詳細に本発明を説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００３８】
（実施例１）
予備的な検討として、引き上げ軸方向に均一な回転磁場と融液表面に局在した磁場との融液流れに与える影響の違いを検討した。即ち、直径２８インチ坩堝（７１１ｍｍ）で直径３００ｍｍの結晶を、坩堝底から融液表面までの高さ１５０ｍｍの融液から引き上げるとき、回転磁場を融液全体に印加した際と表面近傍に印加したときの違いを、２次元数値シミュレーションにより検討した。
【００３９】
図１に、印加した回転磁場の坩堝端での引き上げ軸方向の分布を示す。
【００４０】
図１には３通りの磁場分布が示されている。即ち、深さ方向に均一な所定強度（後記する最大強度と同強度）の磁場、最表面に最大強度を持ち、強度が最大強度の５０％となる位置が表面から１０ｍｍ（０．０７Ｈ）となる磁場、及び最大強度が表面から深さ５ｍｍ（０．０３Ｈ）であり、強度が最大強度の５０％となる位置が深さ１５ｍｍ（０．１Ｈ）となる磁場の分布である。
【００４１】
図２は、結晶回転１０ｒｐｍ、坩堝回転６ｒｐｍ、結晶回転と坩堝回転が同方向であり、回転磁場の回転がそれらと反対方向である場合における融液流れを示す図である。融液全体に均一な磁場がかかった場合（図２Ａ）と同等の流れが、表面に局在したいずれの磁場の場合でもできていることが認められる。（図２Ｂ、Ｃ）
このことから、本発明では、表面近傍に磁場を印加することで、融液に均一な磁場を印加した時と同等に、不純物分布が均一になることが予測される。
【００４２】
次に以下のような条件で詳細な数値シミュレーションを行い、本発明の効果を調べた。結晶直径は３００ｍｍ、坩堝直径は２８インチ（７１１ｍｍ）である。原料の多結晶シリコン量は３５０ｋｇであり、融液溶解時の融液表面の高さは坩堝底から４２０ｍｍである。回転磁場の発生装置のコアの引き上げ軸方向の厚みは１００ｍｍ、コアの内側直径は１２００ｍｍ、外径は１８００ｍｍである。このコアの上端が融液表面と同じレベルになるように設置した。このとき融液内での磁場が最大となる位置はコアの中心と同じレベルであり、融液表面から５０ｍｍの位置となる。また、磁場強度が最大強度の５０％となる位置は、引き上げ機のチャンバーなどの影響も含めて考慮して計算した結果、融液表面から２００ｍｍとなった。坩堝回転は４ｒｐｍ、結晶回転は坩堝と同方向に６ｒｐｍであり、２５Ｈｚの回転磁場を坩堝回転とは逆方向に印加し、融液に誘起される回転方向の力が最大６Ｎ／ｍ３となるように電流を調整した。
【００４３】
この条件で３次元の融液流動解析を行った。用いたソフトは、Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ社製ＣＧ−ＳＩＭであり、結晶の凝固による固液界面の変動、引き上げ機内に流すガスの影響なども考慮した計算を行った。図３は融液の流れを縦断面で見た結果であり、図４は上方から見た結果である。坩堝全体に大変整った流れを作ることができている。また、図５には融液表面でのインゴットの端部から坩堝壁までの温度勾配分布を示す。回転磁場を用いた場合、図４で示されているように、坩堝壁からインゴット下部にもぐりこむ安定した流れができているため、インゴットの端部で高い温度勾配が得られており、このため高速な結晶成長が可能であると考えられる。
【００４４】
一方、回転磁場を使わなかった場合には図６に示すような複雑な流れとなり、また結晶端での温度勾配も小さいため、結晶成長は不純物分布が均一でなく、かつ低速となることがわかった。
【００４５】
（実施例２）
次に、本発明にかかる製造装置に関して一例を示す。図７は、本発明に係るシリコン単結晶の製造装置の一例を示す概略図である。また、図８は、図７に示す製造装置１における石英坩堝４ａと回転磁場装置６との位置関係及び構造を概念的に示す斜視図である。さらに、図９は一般的な坩堝の形状と融液深さＨとの関係を示す概略図である。
【００４６】
この製造装置１は、引上炉２と、引上炉２の底部中央を貫通して設けられた坩堝支持軸３と、坩堝支持軸３の上端部に保持された黒鉛坩堝４ｂと、黒鉛坩堝４ｂ内に装填された石英坩堝４ａと、坩堝４ａ、４ｂとその周辺を周囲から加熱するべく引上炉２内に配置されたヒータ５と、坩堝４ａ、４ｂ（４ａ、４ｂとを合わせて坩堝４とする）およびヒータ５を同心円状に囲むようにして引上炉２の外部に設けられた回転磁場装置６と、坩堝支持軸３を昇降及び回転させる坩堝支持軸駆動機構７と、種結晶８を保持するシードチャック９と、シードチャック９を釣支する引上ワイヤ１０と、ワイヤ巻取り巻き出し機構１１と、図示しない回転磁場装置昇降機構と、制御装置１３と、を備えている。制御装置１３は、回転磁場装置６、坩堝支持軸駆動機構７、ワイヤ巻取り巻きだし機構１１、回転磁場装置昇降機構、図示しないヒータ電源、およびガス供給・排出機構の動作を制御する。
【００４７】
この製造装置１を用いて単結晶棒を育成する際には、引上ワイヤ１０の先端にあるシードチャック９の先端に取り付けられた種結晶８を、ワイヤ巻取り巻出し機構１１によりワイヤを巻き出してその先端を原料融液１５に接融させ、その後、種結晶９と原料融液を満たした坩堝４とを回転させながらワイヤ１０を静かに巻き取ることにより、種結晶の下方に単結晶１２を形成する。
【００４８】
この製造装置１では、図８に示すように、融液の深さをＨとしたときに、当該回転磁場装置６のコアの中心位置が、融液の表面から深さ０．１Ｈになるように坩堝４の高さが制御装置１３によって制御される。つまり、引き上げ開始時は、引き上げ開始時の融液の深さをＨ０として、回転磁場装置６のコアの中心は融液表面から０．１Ｈ０に位置するように坩堝４と回転磁場装置６の相対位置が、制御装置１３によって調節されている。
【００４９】
単結晶インゴットの育成が進むにつれて、融液の表面は低下する。たとえば、融液の表面が０．０２Ｈ０減少することによって、回転磁場装置６のコアの中心の位置が融液表面から０．０８Ｈ０の位置になったとする。この時、製造装置１では、融液表面を一定の位置とするため、坩堝４が０．０２Ｈ０上昇する。さらに、このときの融液深さＨは０．９８Ｈ０となるため、コア中心の位置は、融液表面から０．０９８Ｈ０（＝０．１Ｈ）となるように、回転磁場装置６が０．００２Ｈ０だけ上昇する。この様に、この製造装置１では、単結晶育成、特に直胴部の形成中は常に、回転磁場装置６により印加される磁場の融液内の最大強度位置が０．１Ｈにあるように、坩堝４及び回転磁場装置６の高さが制御される。このため、回転磁場の有効利用が可能となる。なお、本例では融液深さＨと回転磁場装置６のコア中心位置との比が常に０．１となるように設定したが、この値は０．３以内の範囲で変動するようにしても良い。
【００５０】
次に、上で説明した装置に用いられる回転磁場装置６に関して説明する。図１０は、回転磁場装置の構造を例示する構成図である。
【００５１】
回転磁場装置６は坩堝４を包囲するようにして同心円状に固定して配置されている。回転磁場装置６は、図７に示すように、略円筒状の電磁石コア２１を有し、コア２１の内周面に、放射状に外周面に向うスロットが周方向に２４個、等ピッチで形成されている。コア２１は、内歯付平板リング形の薄電磁鋼板を積層したものである。コア２１の外周縁には縦断面が「コ」の字型である略リング型の銅製の巻芯２２が装着されており、電気コイルＣ１〜Ｃ２４がコア２１の各スロットに案内され、さらに巻芯２２の外側面を巻き回されて、コア２１に胴巻きされている。（コイルＮｏ．は、Ｃ１から時計廻りに順にＣ２４までである。）なお、コア２１，巻芯２２および電気コイルＣ１〜Ｃ２４はステンレス製のカバ−２３で被覆されている。コア２１の各スロット間の歯が磁極でありその端面が、炉壁および黒鉛坩堝４ｂを介して石英坩堝４ａの外周面に対向している。なお、この例では、コアの引き上げ軸方向の幅が０．２Ｈ０となるように設計されている。
【００５２】
各電気コイルＣ１〜Ｃ２４の内には、電源端子ＴＵ〜ＴＷを介して所定周波数の３相交流電圧を発生する高周波電源回路２５（以下、電源回路２５）が接続されている。
【００５３】
電源回路２５は、制御回路２６に接続されている。制御回路２６は、制御装置１３より入力される周波指示値ｆに対応した周波数指令値Ｆ及び指示電流値ｉに対応したコイル電圧指令値Ｖｄｃを電源回路２５に与え、電源回路２５は、周波数指令値Ｆで指示された周波数の３相交流電圧をコイル電圧指令値Ｖｄｃに対応した電圧値で電源端子ＴＵ〜ＴＷを介して電気コイルＣ１〜Ｃ２４の電気コイルに与える。
【００５４】
このようにして単結晶引き上げ軸方向に垂直な面内に回転する所定周波数、所定強度を有する磁場が融液に印加されることとなる。
【００５５】
なお、上記の説明では、一つの制御装置１３が、回転磁場装置６、坩堝支持軸駆動機構７、ワイヤ巻取り機能１１、ヒータ電源、およびガス供給・排出機構のすべての動作を制御する構成としたが、それぞれの制御対象ごとに制御装置を設けてもよいことは言うまでもない。
【００５６】
また、回転磁場装置６の構造やスロット数、コイル数、制御方法なども本実施例の構成に制限されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】図１は、本発明において、印加した回転磁場の坩堝端からの引き上げ軸方向の分布を示す図である。図１において、実線は最表面に最大強度を持ち、かつ最大強度の５０％となる位置が表面から１０ｍｍ（０．０７Ｈ）となる磁場、一点鎖線は最大強度が表面から深さ５ｍｍ（０．０３Ｈ）であり、かつ最大強度が５０％となる位置が深さ１５ｍｍ（０．１Ｈ）となる磁場の分布を示す。また、破線は、深さ方向に均一な所定強度の磁場の分布を示す。
【図２】図２は、本発明において、結晶回転１０ｒｐｍ、坩堝回転６ｒｐｍ、結晶回転と坩堝回転が同方向であり、回転磁場の回転がそれらと反対方向である場合における融液流れを示す図（坩堝中心を含む垂直面での断面図）である。図２Ａは、図１Ｂにおける破線の磁場がかかった場合、図２Ｂは、図１Ｂにおける実線が示す磁場がかかった合、図２Ｃは、図１Ｂにおける一点鎖線が示す磁場がかかった場合を示す。
【図３】図３は、本発明において、詳細に融液流れをシュミレーションした結果を示す図（断面図）である。
【図４】図４は、図３の融液流れを上方から見た図である。
【図５】図５は、融液表面でのインゴットの端部から坩堝壁までの温度勾配分布を示す。図中、Ｔは温度（Ｋ）、Ｒは径方向の長さ（ｃｍ）を表す。また、●は回転磁場（ＲＭＦ）を印加しない場合であり、○は表面近傍に回転磁場を印加した場合を表す。
【図６】図６は、比較例として回転磁場を印加しない場合の融液流れを示す図（断面図）である。
【図７】図７は、本発明に係るシリコン単結晶の製造装置の一例を示す概略図である。
【図８】図８は、図７に示す製造装置１における石英坩堝４ａと回転磁場装置６との位置関係及び構造を概念的に示す斜視図である。
【図９】図９は、一般的な坩堝形状と融液深さを説明する図である。
【図１０】図１０は、回転磁場装置の構造を例示する構成図である。
【符号の説明】
【００５８】
１    シリコン単結晶製造装置
２    育成炉
３    坩堝支持軸
４    坩堝
４ａ  石英坩堝
４ｂ  黒鉛坩堝
５    ヒータ
６    回転磁場装置
７    坩堝支持軸駆動機構
８    種結晶
９    シードチャック
１０  引き上げワイヤ
１１  ワイヤ巻取り巻き出し機構
１２  シリコン単結晶インゴット
１３  制御装置
１５  シリコン融液
２１  電磁石コア
２２  巻芯
２３  ステンレス製のカバー
２５  電源回路
２６  制御回路
Ｃ    コイル
Ｈ    融液深さ
【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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