以下、本発明の単結晶引上装置をシリコン� ��結晶引上装置に適用した場合の実施の形態� ��説明する。図1は本発明のシリコン単結晶引 上装置を示す側面断面図であり、図2は上部� �ら見たときのシリコン単結晶引上装置を示� �上面断面図である。シリコン単結晶引上装� �10には、チャンバ11と、該チャンバ11内に設� �られてシリコン単結晶のシリコン融液12を貯 溜する石英ルツボ13と、シリコン単結晶のシ� ��コン融液12を加熱する側面ヒータ41と、保温 材19と、ルツボ駆動手段17と、チャンバ11の外 側に設けられてチャンバ11に水平磁場を印加� ��る磁場印加手段51が備えられている。
 チャンバ11は有底円筒状の下部と、この下� �から上方に向かってすぼまる天板部と、天� �部の中央から上方に向かってすぼまる天板� �と、天板部の中央から直立する円筒状のケ� �シング21とを有する。ケーシング21は、チャ� ��バ11の下部よりも径が小さい。

 石英ルツボ13は、チャンバ11の下部内に収 容されており、上方が開放された略円筒形の 胴部13bと、この胴部13bの下方を閉塞する底部 13aとからなる。石英ルツボ13の外面は黒鉛サ� ��プタ(ルツボ支持体)14により支持されている 。石英ルツボ13の下面は黒鉛サセプタ14を介� �て支軸16の上端に固定され、この支軸16の下� ��はルツボ駆動手段17に接続される。石英ル� �ボ13の胴部13bの外側周囲に黒鉛サセプタ14を� ��して側面ヒータ41が設けられている。

 側面ヒータ41は、例えば石英ルツボ13を取 り巻くように円筒形に形成され、石英ルツボ 13を加熱する。また、側面ヒータ41とチャン� �11との間には側面ヒータ41を取り囲む円筒状� ��保温材19が設けられている。

 磁場印加手段51は、リング状のケースに� �少なくとも2個のマグネットコイルを対向さ� ��た状態で組み込んだ、省スペース型の水平� ��場マグネットであり、シリコン単結晶引上� ��置10のチャンバ11の下部を取り囲むように配 設されている。図3A、図3Bに磁場印加手段51に おける、コイルの配置の例を示す。図3Bはコ� ��ル52の配置と、チャンバ11の関係を示す上面 断面図であり、図3Aは片方のコイルの側から� ��た側面図である。例えば、磁場印加手段51� �、図3A、図3Bの例のように、一対のコイル52� �軸対称に配置して非磁性体製のリング状の� �ースに組み込んだ物でもよい。それぞれの� �イルは、半円弧にそって変形してケースに� �納されている。各コイルは、長円形、長方� �、楕円形等の形状に変形した後、長軸をケ� �スの円弧に沿って変形して、ケース内で対� �配置するように組み込まれる。このような� �場印加手段51は、側面ヒータ41、保温材19、� �ャンバ11を介してルツボ13に貯留されたシリ� ��ン融液12に水平磁場Lを印加する。こうした� ��場印加の詳細は後ほど述べる。

 ルツボ駆動手段17は、ルツボ13を回転させ る第1回転用モータ(図示略)と、ルツボ13を昇� ��させる昇降用モータ(図示略)とを有し、こ� �らのモータにより、ルツボ13が所定の方向に 回転し得るとともに、上下方向に移動可能に 構成されている。ルツボ駆動手段は、種結晶 24の引上げとともに低下するシリコン融液12� �液面12aを上述した所定位置に維持するため� �シリコン融液12の減少量に応じて昇降用モー タによりルツボ13を上昇させるように構成さ� ��ている。

 チャンバ11の上面にはチャンバ11より小径の 円筒状のケーシング21が設けられている。こ� ��ケーシング21の上端部には水平状態で旋回� �能に引上げヘッド22が設けられ、ヘッド22か� ��はワイヤケーブル23が石英ルツボ13の回転中 心に向って垂下される。
 図示しないが、ヘッド22にはヘッド22を回転 させる第2回転用モータと、ワイヤケーブル23 を巻取り又は繰出す引上げ用モータが内蔵さ れる。ワイヤケーブル23の下端にはシリコン� ��液12に浸してシリコン単結晶インゴット25を 引上げるための種結晶24がホルダ23aを介して� ��付けられる。

 チャンバ11にはこのチャンバ11の上部から Arガスのような不活性ガスを供給し、かつ上� ��不活性ガスをチャンバ11の下部から排出す� �ガス給排手段28が接続されている。ガス給排 手段28は一端がケーシング21の周壁に接続さ� �、他端が図示しない不活性ガスのタンクに� �続された供給パイプ29と、一端がチャンバ11� ��下壁に接続され、他端が真空ポンプ(図示せ ず)に接続された排出パイプ30とを有する。供 給パイプ29及び排出パイプ30にはこれらのパ� �プ29,30を流れる不活性ガスの流量を調整する 第1及び第2流量調整弁31,32がそれぞれ設けら� �ている。

 次に、こうした構成のシリコン単結晶引� ��装置10におけるシリコン単結晶の引上手順� �、本発明の作用を説明する。本実施形態の� �リコン単結晶引上装置10を用いてシリコン単 結晶を引上げるにあたっては、まず、原料と なる多結晶シリコン塊をルツボ13に入れ、側� ��ヒータ41によって融解してシリコン融液12を 形成する。そして、シリコン融液12の融液面1 2aの直上に種結晶24をホルダ23aを介してワイ� �ケーブル23に吊り下げる。

 次に、第1及び第2流量調整弁31,32を開くこ とにより、供給パイプ29から不活性ガスをケ� ��シング21内に供給してシリコン融液12の表面 から蒸発したSiOx ガスをこの不活性ガスとと もに排出パイプ30から排出させる。この状態� ��、引上げヘッド22の図示しない引上げ用モ� �タによりワイヤ23を繰出して種結晶24を降下� ��せ、種結晶24の先端部を融液12に接触させる 。

 種結晶24の先端部をシリコン融液12に接触 させると、熱応力によりこの先端部にスリッ プ転位が導入されるため、その後、種結晶24� ��徐々に引上げて直径が約3mmの種絞り部25aを� ��成する。種絞り部25aを形成することにより� ��種結晶24に導入された転位は消滅する。そ� �後、更に種結晶24を引上げることにより種絞 り部25aの下部に無転位のシリコン単結晶イン ゴット25を育成させる。

 このようにシリコン単結晶インゴット25� �育成する際には、シリコン融液12は側面ヒー タ41により加熱されており、磁場印加手段51� �より磁場が印加されている。このとき、上� �昇降用モータは、種結晶24の引上げとともに 減少する融液12の量に応じてルツボ13を上昇� �せ、シリコン融液12の表面12aを所定位置に維 持する。

 本実施形態のシリコン単結晶引上装置で� ��、チャンバ11の外側に円環状に設けられた� �場印加手段51によって、シリコン融液12に印� ��される水平磁場が形成される。磁場印加手� ��51は、チャンバ11を取り囲むリング状のケー スにマグネットコイルを組み込んだ、水平磁 場マグネットであり、こうした形状の磁場印 加手段51によって、ルツボ13内のシリコン融� �12に印加される磁場は、ループ状の等磁場線 を形成する。

 図4は、磁場印加手段51によって、ルツボ1 3内に形成される磁場の分布を等磁場線など� �示したものである。磁場印加手段51は、リン グ状のケースにマグネットコイルを組み込ん だ、水平磁場マグネットである。図中、実線 Rで示されたものがルツボであり、細かい矢� �は、それぞれの位置における磁力線の方向� �示す。また、ルツボの中心付近には引き上� �た単結晶インゴットSが示される。そして、� ��ツボを取り囲むように等磁場線Mが示される 。図4に示されるように、ルツボには磁場印� �手段51で印加される水平磁場によって略同心 円状(同心のループ状)に等磁場線が形成され� ��。

 一方、磁場印加手段51は、ルツボ13に貯留 されたシリコン融液12の融液面から前記ルツ� ��の底面に向けて、磁場強度が一方的に増加� ��るか、あるいは磁場強度が一方的に減少す� ��ように水平磁場を印加する。図5は、こうし た磁場強度とルツボに貯留されたシリコン融 液との関係を示した説明図である。図5によ� �ば、磁場印加手段51は引上げ方向Zに対して� �場強度Byの最も高い位置を中心Oとし、この� �心Oから上下方向にそれぞれ磁場強度Byが漸� �するように磁界を発生させる。そして、こ� �磁場強度Byの最も高い中心Oに合わせてルツ� �13のシリコン融液12の融液面12aが位置するよ� ��に設定する。

 このように磁場強度の分布とシリコン融� ��12の融液面12aの位置とを設定することによ� �て、シリコン融液12には融液面12aからルツボ 13の底部13aに向かって磁場強度Byが漸減する� �うに磁場印加手段51から水平磁場が印加され ることになる。こうした磁場強度の漸減割合 は、シリコン融液12の融液面12a位置に加わる� ��場の磁場強度Byを1とすると、ルツボ13の底� �13a位置(シリコン融液12中、融液面12a位置か� �最も離間した下側となる位置)に加わる磁場� ��度Byが0.6~0.9になるように(即ち、最強磁場強 度の0.6倍~0.9倍)設定されれば良い。

 以上、説明したように、磁場印加手段51� �してリング状のケースにマグネットコイル� �組み込んだ水平磁場マグネットを用い、シ� �コン融液の融液面12aからルツボ13の底部13aに 向かって磁場強度が漸減するように、磁場印 加手段51から水平磁場を印加することによっ� ��、図4に示すように、シリコン融液12には同� ��状の等磁場線が形成されると共に、磁場強� ��分布と磁場設定位置に関係する、シリコン� ��液中の不安定領域の発生が防止される。シ� ��コン融液の不安定な領域の発生を解消する� ��とにより、シリコン単結晶内で不純物濃度� ��不安定に変動する不均一分布の発生を防止� ��、シリコン単結晶の成長方向における不純� ��分布の均一化、あるいは短調化を達成する� ��とが可能になる。

 また、リング状のケースにマグネットコ� ��ルを組み込んだ水平磁場マグネットを磁場� ��加手段51として用いることによって、従来� �ヘルムホルツ型のマグネットを用いた場合� �比較して、磁場印加手段を有するシリコン� �結晶引上装置のサイズを大幅に小型、軽量� �することが可能になる。

 ルツボ13のシリコン融液12に印加される磁 場は、図5に示したようなルツボの融液面か� �ルツボの底面に向けて、磁場強度が一方的� �減少するような配分にする以外にも、ルツ� �の融液面からルツボの底面に向けて、磁場� �度が一方的に増加するように水平磁場を印� �してもよい。図6によれば、磁場印加手段51� �引上げ方向Zに対してルツボ13の底部13aの磁� �強度Byを最も高くし、このルツボ13の底部13a� ��ら上下方向にそれぞれ磁場強度Byが漸減す� �ように磁界を発生させる。

 このように磁場強度の分布とシリコン融� ��12の融液面12aの位置とを設定することによ� �て、磁場印加手段51から、ルツボ13の底部13a� ��らシリコン融液12の融液面12aに向かって磁� �強度Byが漸減するように水平磁場が印加され ることになる。こうした磁場強度の漸減割合 は、ルツボ13の底部13a位置に加わる磁場の磁� ��強度を1とすると、シリコン融液12の融液面1 2a位置に加わる磁場強度Byが0.6~0.9になるよう� ��(即ち、最強磁場強度の0.6倍~0.9倍)設定され� ��ば良い。シリコン融液12に対する磁場強度� �分布をこのように設定することで、シリコ� �単結晶内で不純物濃度が不安定に変動する� �均一分布の発生を防止し、シリコン単結晶� �成長方向における不純物分布の均一化、あ� �いは短調化を達成することが可能になる。