JP2005015271A - Apparatus and method for manufacturing single crystal - Google Patents

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Shinji Makikawa
新二 牧川
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Shin Etsu Chemical Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an apparatus and method for manufacturing a single crystal which enable the single crystal to be grown efficiently with good reproducibility while avoiding the deformation of a crucible. <P>SOLUTION: The apparatus for manufacturing the single crystal by growing it by a Czochralski method using an induction heating method is characterized in that the apparatus is provided with: an electroconductive crucible for housing a crystal raw material whose weight density in a liquid state is lower than that in a solid state and melting it; an induction heater arranged so as to surround at least the side face of the crucible; and an electroconductive shielding body provided between the induction heater and the electroconductive crucible so as to surround the side face of the electroconductive crucible at least ranging from the bottom face of the electroconductive crucible to a prescribed height. Further, in the method for manufacturing the single crystal, an upper part higher than the prescribed height of the electroconductive crucible is heated by induction heating with the induction heater and a lower part lower than the prescribed height of the electroconductive crucible is heated by the electroconductive shielding body which is induction heated with the induction heater. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、誘導加熱法を用いてチョクラルスキー法により単結晶を育成する単結晶の製造装置及び単結晶の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム等の酸化物単結晶やフッ化カルシウム、フッ化アルミニウム等のフッ化物単結晶を育成する場合、誘導加熱法を用いたチョクラルスキー法が用いられる。
この方法では、まず、単結晶の原料を導電性のるつぼの中に入れ、適当な温度勾配が得られるように、るつぼの周囲及び上部にアルミナ等からなる断熱材を配置する。次に、ワークコイルと呼ばれるコイルによる誘導加熱によりるつぼを加熱し、るつぼ内に入れた原料を加熱溶融して融液とする。次にこの融液の温度を融点付近になるよう温度調整し、るつぼ上方向から種結晶を回転させながら融液に浸漬させる。そして、引き上げ部が所定の形状になるように加熱量等を調整しながら数cm/h以下の速度で種結晶を引き上げ、単結晶を育成する。
【0003】
るつぼを加熱する方法として用いられる誘導加熱法とは、次に説明する方法である。まず、誘導加熱体として、るつぼの周囲に、るつぼを囲むように縦方向に多重に巻かれたコイルを配置し、コイルに高周波電流を流す。するとコイルの内側にコイルの巻き方向に磁界が発生する。高周波電流の変化に応じて磁界が変化するので、るつぼの側面に、この磁界の変化を打ち消す方向に誘導電流が流れる。この電流とるつぼの電気抵抗によりジュール熱が発生し、その結果るつぼが加熱される。従って誘導加熱法で加熱できるるつぼは導電性でありかつ高温に耐えうる材質から成る必要があり、一般的にはイリジウム、白金、白金ロジウム等の貴金属からなる。
【0004】
このようなるつぼは、高価であるし、必ずしも単結晶の製造の度に新規のものに交換する必要がないので、再利用される。そして通常、一度単結晶の製造に使用されたるつぼ内下部には、原料の融液が固化した状態で残留している。
【0005】
この残留原料も再利用が可能なので、原料を有効に利用するため、次に単結晶を製造するときには、その残留原料の上に補充原料を追加投入して、るつぼを加熱して残留原料及び補充原料を溶融させる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム等の酸化物やフッ化カルシウム、フッ化アルミニウム等のフッ化物では、液相の重量密度は固相の重量密度よりも小さい。従って、固相である原料が溶融して液相である融液になるときに体積膨張するので、体積膨張圧が発生する。このとき、補充原料より先に残留原料が溶融を開始する場合、残留原料の上に補充原料等の固体があるため、融液の膨張圧が開放されず、るつぼ側面に圧力を及ぼす。
【0007】
このときるつぼの温度は、内部の残留原料の温度よりも高くなっており、るつぼが軟化しているので、上記の体積膨張圧により特にるつぼ下部の側面が半径方向に変形し膨らむ。この変形が繰り返されると、るつぼ下部の直径が序々に拡張する。すなわちるつぼの容積が徐々に変化することになる。
【0008】
図2(a)〜(d)に上記に述べた従来の結晶原料の溶融工程の概略図を示す。まず、ワークコイル1及びアルミナの断熱材5に囲まれ、内部に残留原料3の残ったるつぼ2に補充原料4を投入する。るつぼの上方には適当な温度勾配を保つためアルミナのハット6を配置する(図2(a))。
【0009】
ワークコイル1に高周波電流を流してるつぼ2を誘導加熱すると、残留原料3が溶融し融液7が生成する。融液7の密度は残留原料3よりも密度が低いので、体積膨張しようとする。しかし上方にはまだ溶融していない固相の残留原料3及び補充原料4が存在するため、融液7はるつぼ2の側面に体積膨張圧力を及ぼし、るつぼ2が変形して直径が拡がる(図2(b))。
【0010】
その後上部の残留原料3、補充原料4が徐々に溶融し(図2(c))、原料が全て溶融し融液となるが(図2(d))、るつぼ2は変形したままである。
このようなるつぼを使用すると、同一量の原料をるつぼに投入したとしても融液の液面の高さが変化してしまう。その結果、単結晶を育成する時の温度勾配が製造毎に変化してしまい、再現性のよい安定した単結晶の育成ができなくなる。
【0011】
また、このような変形が繰り返されるとるつぼが歪み、やがてるつぼの一部にひびが入って中の融液が沁みだしてしまうことがある。この場合は融液の液面の高さが大きく変化するので、温度勾配が不適切なものとなり育成した単結晶に欠陥が多く導入されたり、単結晶が割れてしまうなどの問題が生じ、それにより製造工程の中断や不良品の発生などによる製造効率の低下を招く。また、るつぼの再利用の回数が減少するのでコストの観点からも好ましくない。
【0012】
そのため、るつぼの変形を回避し、原料を適切に溶融することが重要となる。るつぼを変形させずに原料を溶融させるには、補充原料を残留原料よりも先に溶融させることが望ましい。すなわち、残留原料の上方から補充した補充原料が残留原料よりも先に溶融して、融液になるときの体積膨張圧をるつぼ上方に開放させながら補充原料を溶融し、その融液が接した残留原料から徐々に溶融させていけば、るつぼに体積膨張圧がかからず、るつぼの変形を抑制できる。
【0013】
上記のように原料を溶融させるには、まずるつぼ上部から加熱させることが重要である。
誘導加熱の場合は、ワークコイルに高周波電流を流すことでるつぼ側面を加熱させるため、ワークコイルに対するるつぼの位置、るつぼ径などによって、るつぼの加熱のされ方が異なる。一般的にワークコイルにより誘起される磁場はワークコイルの巻きの中心軸付近で最も強く変化量も大きいので、るつぼをワークコイルの中心軸付近に配置した場合に誘導電流が最も大きくなり加熱されやすい。また、るつぼ径が大きいほどるつぼ内側の磁場が大きくなり、るつぼ側面に流れる誘導電流も大きくなるのでそれだけ加熱されやすくなる。また、るつぼの加熱は電気抵抗によるジュール熱により行われるので、加熱量はるつぼの肉厚にも影響される。
【0014】
次にワークコイルとるつぼの上下方向の相対位置に関して述べる。まず単結晶を引き上げる工程では、原料が融液の状態になっており、その融液よりも上方に温度勾配を設ける、すなわちるつぼ上方の温度を下げた状態にすることが必要である。そのような最適な温度勾配を実現するように、ワークコイルに対するるつぼの位置を最適化する必要がある。
【0015】
しかし原料を溶融させる工程では、前述したようにるつぼの変形を避けるためにるつぼ上部にある原料を先に加熱溶融させるのが好ましいので、ワークコイルに対するるつぼの位置を、単結晶を引上げる工程における位置とは変えなくてはならない。このとき、るつぼ上方は空間的に開放されているため、原料を溶融させる工程でるつぼ上部を優先的に加熱しても、るつぼ上方の開放部からの放熱が同時におこるため、るつぼ上部を溶融に十分な温度にするにはその放熱以上に加熱しなければならず、加熱効率が非常に悪くなる。
【0016】
そこで、その対策として、るつぼに蓋をする、もしくは長さの長いるつぼを使用し加熱部と放熱部との距離を離すことも考えられるが、この場合、単結晶を引上げる工程で必要な温度勾配が小さくなるため、好ましくない。
このため、溶融により体積膨張を生じるような原料を用いた単結晶の育成において、原料の溶融に伴う体積膨張によるるつぼの変形を回避し、かつ良質な単結晶を効率的に育成する方法が望まれていた。
【0017】
上記課題を鑑み、本発明の目的は、るつぼの変形による単結晶の製造上の不具合を解決し、効率的かつ再現性のよい単結晶の育成を可能にする単結晶の製造装置を提供することである。
【0018】
本発明のもう一つの目的は、るつぼの変形による単結晶の製造上の不具合を解決し、効率的かつ再現性のよい単結晶の育成を可能にする単結晶の製造方法を提供することである。
【0019】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に従えば、誘導加熱法を用いてチョクラルスキー法により単結晶を育成する単結晶の製造装置において、
少なくとも、液相での重量密度が固相での重量密度よりも低い結晶原料を入れて溶融するための導電性るつぼと、少なくとも前記導電性るつぼの側面を囲むように配置された誘導加熱体と、該誘導加熱体と前記導電性るつぼとの間に、少なくとも前記導電性るつぼの底面から所定の高さまでの部分の側面を囲むように配置された導電性遮蔽体とを備えることを特徴とする単結晶の製造装置が提供される(請求項1)。
このように、導電性るつぼの底面から所定の高さまでの部分を導電性遮蔽体により囲むことにより、るつぼ内の結晶原料は上部から溶融し、融液の体積膨張圧によるるつぼの変形を抑制することができる。
【0020】
また、前記所定の高さが、前記導電性るつぼ内に残留した残留結晶原料の上面の高さであることが好ましい(請求項2)。
このように、導電性遮蔽体の高さを残留結晶原料の上面の高さにすることにより、るつぼ内の結晶原料は確実に補充原料から溶融し、融液の体積膨張圧によるるつぼの変形を抑制することができる。
【0021】
前記導電性遮蔽体は底面をもつものであってもよい(請求項3)。
このように、導電性遮蔽体として底面をもつもの、たとえば市販のるつぼを応用して用いることもできる。
【0022】
さらに、前記導電性遮蔽体が蛇腹形状のものであってもよい(請求項4)。
このように、導電性遮蔽体が蛇腹形状のものであれば、遮蔽体の表面積を大きくすることができる。また、蛇腹形状により、ワークコイルと前記導電性遮蔽体との位置を軸方向で変化できるので、るつぼの発熱温度分布を変化させることも可能となる。従って、溶融初期の遮蔽効果を大きくすることができる。
【0023】
また、前記導電性遮蔽体と前記導電性るつぼとをそれぞれ独立に移動させる移動機構を備えることが好ましい(請求項5)。
このように、導電性遮蔽体と導電性るつぼとをそれぞれ独立に移動させる移動機構を備えることにより、残留原料の量等に応じて導電性遮蔽体と導電性るつぼ及び誘導加熱体の相対的な位置を最適に調整することができる。
【0024】
また、本発明の方法は、誘導加熱法を用いてチョクラルスキー法により単結晶を育成する単結晶の製造方法において、少なくとも
液相での重量密度が固相での重量密度よりも低い結晶原料を導電性るつぼに投入し、
前記導電性るつぼの側面を囲むように配置された誘導加熱体により、前記導電性るつぼの所定の高さより上部を誘導加熱して、前記るつぼ上部の内側の結晶原料を溶融し、
一方で、前記誘導加熱体と前記導電性るつぼとの間に、少なくとも前記導電性るつぼの底面から所定の高さまでの部分の側面を囲むように配置された導電性遮蔽体を前記誘導加熱体により誘導加熱し、誘導加熱された前記導電性遮蔽体により前記導電性るつぼの所定の高さより下部を加熱し、前記るつぼ下部の内側の結晶原料を溶融することを特徴とする単結晶の製造方法である(請求項6)。
【0025】
このように、誘導加熱体により、導電性るつぼの所定の高さより上部を誘導加熱して、前記るつぼ上部の内側の結晶原料を溶融し、一方で、導電性遮蔽体を前記誘導加熱体により誘導加熱し、誘導加熱された導電性遮蔽体により導電性るつぼの所定の高さより下部を加熱し、前記るつぼ下部の内側の結晶原料を溶融することにより、るつぼ内の結晶原料は上部から溶融し、融液の体積膨張圧によるるつぼの変形を抑制することができる。
【0026】
このとき、前記所定の高さを、前記導電性るつぼ内に残留した残留結晶原料の上面の高さまでとすることが好ましい(請求項7)。
このように、導電性遮蔽体の高さを残留結晶原料の上面の高さにすることにより、るつぼ内の結晶原料は確実に補充原料から溶融し、融液の膨張圧によるるつぼの変形を抑制することができる。
【0027】
また、前記誘導加熱体により前記るつぼ上部の内側の結晶原料の溶融が開始した後、前記導電性遮蔽体により前記るつぼ下部の内側の結晶原料を溶融することが好ましい(請求項8)。
このように、るつぼ上部の内側の結晶原料の溶融が開始した後、るつぼ下部の内側の結晶原料を溶融することで、融液の膨張圧によるるつぼの変形を抑制することができる。
【0028】
このとき、前記導電性遮蔽体と前記導電性るつぼとをそれぞれ独立に移動させる移動機構を備え、結晶原料を溶融する工程において、前記移動機構により前記導電性遮蔽体を前記導電性るつぼに対して相対的に移動させてもよい(請求項9)。
このように、結晶原料を溶融する工程において、移動機構により導電性遮蔽体を導電性るつぼに対して相対的に移動させれば、例えば結晶原料の溶融工程をより短い時間で行うことができる。
【0029】
また、前記導電性遮蔽体と前記導電性るつぼとをそれぞれ独立に移動させる移動機構を備え、単結晶を育成する工程において、前記移動機構により前記導電性遮蔽体を前記導電性るつぼに対して相対的に移動させてもよい(請求項10)。このように、単結晶を育成する工程において、移動機構により導電性遮蔽体を導電性るつぼに対して相対的に移動させれば、単結晶育成時に必要な温度勾配を変更し最適なものとすることができる。
【0030】
また、前記導電性遮蔽体と前記導電性るつぼとをそれぞれ独立に移動させる移動機構を備え、育成した単結晶を降温する工程において、前記移動機構により前記導電性遮蔽体を前記育成した単結晶と同じ高さに移動させ、前記育成された単結晶を前記導電性遮蔽体によりアニールしてもよい(請求項11)。
このように、育成した単結晶を降温する工程において、導電性遮蔽体によりアニールを行えば、結晶の歪みや欠陥の除去された、より良質な単結晶を得ることができる。
【0031】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
前述したように、るつぼの変形を回避するためには、るつぼ上部の内部にある原料を先に溶解するのが好ましい。しかしるつぼ上方は空間的に開放されているため、原料を溶融させる工程でるつぼ上部を優先して加熱しても、るつぼ上方の開放部からの放熱が同時におこる為、るつぼ上部を溶融に十分な温度にするにはその放熱以上に加熱しなければならず、加熱効率が非常に悪くなる一方、るつぼに蓋をしたり、長さの長い背高のるつぼを使用すると、結晶を育成する工程で必要な温度勾配が小さくなるため、結晶を育成する工程上好ましくない。
【0032】
そこで本発明者は、誘導加熱の特徴を生かして、導電性るつぼと、誘導加熱体であるワークコイルとの間に、前記導電性るつぼの底面から所定の高さまでの部分の側面を囲むよう導電性遮蔽体を配置することで上記課題を克服できることを見出し、本発明を完成させた。
【0033】
誘導加熱体であるワークコイルに高周波電流を流すと、ワークコイル内部に変動磁場が発生する。すると少なくともワークコイルの内側でワークコイルに最も近い位置に配置されている導電性遮蔽体に、磁場の変動を打ち消すように誘導電流が流れ、導電性遮蔽体の電気抵抗によりジュール熱が発生し、その結果誘導加熱される。導電性遮蔽体に誘導される電流によりワークコイル内部に生じる磁場変動は緩和されるため、導電性遮蔽体に囲まれた導電性るつぼ側面には誘導電流が生じないか、少なくとも導電性遮蔽体が配置されない場合より少なくなる。従ってワークコイルによる導電性るつぼの下部に対する誘導加熱効果は抑えられる。
【0034】
そして、誘導加熱される導電性遮蔽体の内側にある導電性るつぼは、主に導電性遮蔽体からの熱伝導もしくは輻射により間接的に加熱されることとなる。従って遮蔽体に囲われた導電性るつぼの側面は、ワークコイルにより直接誘導加熱される場合よりも温度が低くなる。導電性るつぼの温度は、導電性遮蔽体との間の距離や中に入れる断熱材の厚み又は種類を変えることによりコントロールすることが可能である。
【0035】
導電性遮蔽体の材質に関しては、誘導加熱するために導電体であり、かつ加熱に必要な電気抵抗をもつものであれは特に制限されない。導電性るつぼと同じ材質でもよいし、導電性るつぼより高温となるので、より高温に耐えうる材質で、かつ変形し難いものであっても良い。
【0036】
本発明の単結晶の製造装置は、図1(a)に示されるように、少なくとも、導電性るつぼ12と、それを囲むように配置されたワークコイル11と、それらの間に、導電性るつぼ12の少なくとも底面から所定の高さまでの部分を囲むように配置された導電性遮蔽体18が備えられている。さらにワークコイル11と導電性遮蔽体18との間及び導電性遮蔽体18と導電性るつぼ12との間にはアルミナ等の断熱材15が備えられ、るつぼの上方には適当な温度勾配を保つためアルミナ等のハット16が備えられている。装置下部にはるつぼ移動機構25が備えられている。また、導電性遮蔽体を移動させる遮蔽体移動機構を備えていてもよい。
【0037】
導電性遮蔽体18の形状に関しては、例えば図3に示すように、底面のない円筒体(図3(a))、底面をもつるつぼ形体(図3(b))などが適用できる。るつぼ形体であれば、市販のるつぼを用いることができる。また、蛇腹形状であれば(図3(c))、同じ高さであっても表面積を大きくすることができるし、残留原料の高さに応じて上下に伸縮させることも可能である。適切な誘導加熱を受けるものであれば、テーパ型、波型、円錐型、ドーム型等、どのような形状の円筒体でも、必要に応じて適用できる。また、導電性遮蔽体は、その側面の一部が内側の導電性るつぼに接触していてもよい(図3(d))。
【0038】
以下、本発明に従った結晶原料の溶融工程を、図1(a)〜(d)を用いて説明する。
導電性遮蔽体18は、ワークコイル11と導電性るつぼ12との間に、少なくとも導電性るつぼ12の底面から残留原料13の上面もしくはその近傍の高さまでの部分の側面12aを囲むように配置されている。残留原料13の上には補充原料14が追加投入されている。(図1(a))
【0039】
ここでワークコイル11に高周波電流を流すと、導電性るつぼ12の導電性遮蔽体18に囲まれた部分の側面12aは、ワークコイル11からの誘導加熱よりむしろ誘導加熱された導電性遮蔽体18からの輻射または熱伝導による加熱を受けるため、導電性るつぼ下部の側面12aの温度は導電性遮蔽体18が存在しない場合よりも低くなる。
【0040】
一方導電性遮蔽体18に囲まれていない、補充原料14が入っている導電性るつぼ上部の側面12bは、ワークコイル11により直接誘導加熱を受ける。従って導電性るつぼ上部の側面12bの温度は、残留原料13が入った導電性るつぼ下部の側面12aよりも高くなる。
【0041】
ここで、導電性るつぼの側面の上下部12b,12aで温度差が生じる。この導電性るつぼ12が単一の材質で一体型の形状であれば、上下部間での熱の移動により多少温度が平均化されるが、上記の導電性るつぼ12の場合は常に加熱されているため、この温度分布は大きくは変化しない。そのため、補充原料14が導電性るつぼ上部の側面12bに接する部分から先に加熱され、溶融し始める(図1(b))。
【0042】
このとき、導電性るつぼ下部の側面12aは主に導電性遮蔽体18により断熱材15を通して加熱されているため、残留原料13はまだ溶融していない。そこで補充原料14が溶融して生成された融液17がるつぼの下方に降りてきて残留原料13上に溜まり、その融液17に接触した残留原料13が上から徐々に溶融し始める(図1(c))。このとき、まだ溶融していない固相の原料はるつぼ下方にあるので、原料が溶融するときに生ずる体積膨張圧はすべてるつぼ上方側に開放されて、体積膨張圧によるるつぼの変形が発生しない。
【0043】
このようにして上方から徐々に原料が溶解し、導電性るつぼ12を変形させることなく、るつぼ内の残留原料13及び補充原料14を全て溶融させることが可能となる(図1(d))。
【0044】
残留原料13を早く溶融させるには、少なくとも補充原料14の溶融が始まってから導電性遮蔽体18をゆっくり下方に、あるいはるつぼを上方に移動させて、まだ溶融していない残留原料13の入っている導電性るつぼ12下部の側面12aを、上方より徐々にワークコイル11により直接誘導加熱するようにしてもよい。
【0045】
次に図4又は5に示すように、導電性るつぼ12の上方向から種結晶20を回転させながら融液17に浸漬させ、引き上げ部21が所定の形状になるように加熱量等を調整しながら数cm/h以下の速度で種結晶20を引き上げ、単結晶22を育成する。このとき、図5に示されるように導電性遮蔽体18を導電性るつぼ12に対して遮蔽体移動機構24により移動させることによって、温度勾配をある程度変更して最適化することができる。また、熱歪みによるクラックが入りやすい結晶の場合は、図6に示すように、育成した単結晶22を融液17から切り離して降温する工程で、移動用保持ワイヤ23により導電性遮蔽体18を単結晶22の高さまで移動させることで、アニ−ル処理を行なうことも可能である。
【0046】
【実施例】
以下、本発明の実施例及び比較例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
(実施例1)
ニオブ酸リチウム(化学式:LiNbO)単結晶を引上げるための直径150mmの白金るつぼに、前回の単結晶引き上げ工程後に残留して固化した原料が3,000gだけ残っている。この残留原料の上面の高さはるつぼ底から40mmであった。
【0047】
このるつぼの周囲に、厚さ10mmのアルミナ断熱材を配置し、その外側に、ジルコニアを分散させて強度を向上した白金(以下強化白金という)からなる、直径170mm、高さ50mm、厚さ2mmの円筒を、白金るつぼに同心円状に、るつぼ底面と下端を合わせて配置する。
その円筒の外側にさらに厚さ10mmのアルミナ断熱材を配置する。その外側に白金るつぼ及び強化白金の円筒と同心円状に、誘導加熱するための300φ×500mm×10ターンのワークコイルを配置する。白金るつぼの上方には、180φ×160φ×150mmhのドーム型のアルミナ円筒を配置する。この残留原料の入った白金るつぼの中に、LiNbOの99.99%純度の焼成した原料を2,000g補充する。
【0048】
原料を補充した白金るつぼをワークコイルに高周波電流を流して加熱すると、白金るつぼ上方が赤くなり、補充した焼成原料が溶解し始める。このとき白金るつぼの底に接触させた熱電対により温度を測定すると、920℃であり、まだるつぼ下部の残留原料は溶融していないことが分かった。さらに高周波電流を増やしていくと、るつぼ内の原料はさらに溶融し融液となり、白金るつぼの底に接触させた熱電対においても、原料が融液になったときに生ずる温度ピークが観測され、温度としては1,005℃を示した。
【0049】
これでるつぼ内の原料が全て溶融したと判断し、融液表面に種結晶を浸漬して、直径3インチ(75mm)、長さ100mmの単結晶2,000gを引上げた。このとき、強化白金の円筒は、同じ位置に保持したままである。上記の工程を10回繰り返し、原料が残留している白金るつぼを取り出してみたところ、るつぼ側面の原料が残留している部分に、約1mm程度のふくらみが生じていたが、大きな変形は無かった。
なお、LiNbOの融液および結晶の密度は,それぞれ3.8と4.7である。
【0050】
(実施例2)
タンタル酸リチウム(化学式:LiTaO)単結晶を引上げるための直径150mmの第一のイリジウムるつぼに、前回の単結晶引上げ工程後に残留して固化した原料が4,000gだけ残っている。この残留原料の上面の高さはるつぼ底から32mmであった。
【0051】
このるつぼの周囲に、厚さ10mmのアルミナ断熱材を配置し、その外側に、直径180mm、高さ70mm、厚さ2mmの第二のイリジウムるつぼを、第一のイリジウムるつぼに同心円状に、第一のるつぼ底と接して配置する。
その第二のイリジウムるつぼの外周にさらに厚さ10mmのアルミナ断熱材を配置する。その外側に第一及び第二のイリジウムるつぼと同心円状に、誘導加熱するための300φ×500mm×10ターンのワークコイルを配置する。第一のイリジウムるつぼの上方には、180φ×160φ×150mmhのドーム型の白金円筒を配置する。この残留原料の入った第一のイリジウムるつぼの中に、LiTaOの99.99%純度の焼成した原料4,000gを補充する。
【0052】
原料を補充したるつぼをワークコイルに高周波電流を流して加熱すると、第一のイリジウムるつぼ上方が赤くなり、補充した焼成原料が溶解し始める。このとき第一のイリジウムるつぼの底に接触させた熱電対により温度を測定すると、1,470℃であり、まだるつぼ下部の残留原料は溶融していないことが分かった。さらに高周波電流を増やしていくと、るつぼ内の原料はさらに溶融し融液になり、第一のイリジウムるつぼの底に接触させた熱電対においても、原料が融液になったときに生ずる温度ピークが観測され、温度としては1,610℃を示した。
【0053】
これでるつぼ内の原料が全て溶融したと判断し、融液表面に種結晶を浸漬して、直径3インチ(75mm)、長さ100mmの結晶4,000gを引上げた。このとき、第一のイリジウムるつぼは、第一のイリジウムるつぼを用いた単結晶育成の後10時間経過してから上方に移動させたが、第二のイリジウムるつぼは同じ位置に保持したままである。上記の工程を10回繰り返し、原料が残留している第一のイリジウムるつぼを取り出してみたところ、るつぼ側面の原料が残留している部分に、約1mm程度のふくらみが生じていたが、大きな変形は無かった。
なお、LiTaOの融液および結晶の密度は,それぞれ5.8と7.5である。
【0054】
(実施例3)
ゲルマン酸ビスマス(化学式:BiGe12)単結晶を引上げるための直径150mmの白金るつぼに、前回の単結晶引き上げ工程後に残留して固化した原料が3,500gだけ残っている。この残留原料の上面の高さはるつぼ底から30mmであった。
【0055】
このるつぼの周囲に、厚さ10mmのシリケート系断熱材を配置し、その外側に、直径180mm、高さ70mm、厚さ2mmの白金円筒を、白金るつぼに同心円状に、るつぼ底面と下端を合わせて配置する。このときの白金円筒は、蛇腹形状になっている。またこの蛇腹形状の白金円筒は、白金るつぼと溶接されている。
その円筒の外周にさらに厚さ10mmのシリケート系断熱材を配置する。その外側に白金るつぼ及び白金円筒と同心円状に、誘導加熱するための300φ×500mm×10ターンのワークコイルを配置する。白金るつぼの上方には、180φ×160φ×150mmhのアルミナ円筒を配置する。この残留原料の入った白金るつぼの中に、BiGe12の99.99%純度の焼成した原料4,000gを補充する。
【0056】
原料を補充した白金るつぼをワークコイルに高周波電流を流して加熱すると、白金るつぼ上方が赤くなり、補充した焼成原料が溶解し始める。このとき白金るつぼ底に接触させた熱電対により温度を測定すると、820℃であり、まだるつぼ下部の残留原料は溶融していないことが分かった。さらに高周波電流を増やしていくと、るつぼの中の原料はさらに溶解し融液になり、白金るつぼ底に接触させた熱電対温度においても、原料が融液になったときに生ずる温度ピークが観測され、温度としては950℃を示した。
【0057】
これでるつぼ内の原料が全て溶融したと判断し、融液表面に種結晶を浸漬して、直径3インチ(75mm)、長さ100mmの結晶4,000gを引上げた。このとき、外側の蛇腹形状の白金円筒は、内側の白金るつぼと溶接されているので、結晶育成時でも、それらの相対的位置は変化しない。上記の工程を10回繰り返し、原料が残留している白金るつぼを取り出してみたところ、蛇腹部分を含めて、るつぼ側面の原料が残留している部分に、約2mm程度のふくらみが生じていたが、大きな変形は無かった。
なお、BiGe12の融液および結晶の密度は,それぞれ6.2と7.1である。
【0058】
(実施例4)
ニオブ酸リチウム(化学式:LiNbO)単結晶を引上げるための直径150mmの白金るつぼに、前回の単結晶引上げ工程後に残留して固化した原料が3,000gだけ残っている。この残留原料の上面の高さはるつぼ底から40mmであった。
【0059】
このるつぼの周囲に、厚さ10mmのアルミナ断熱材を配置し、その外側に、ジルコニアを分散させて強度を向上した白金(以下強化白金という)からなる、直径170mm、高さ50mm、厚さ2mmの円筒を、白金るつぼに同心状に、るつぼ底面と下端を合わせて配置する。
その円筒の外側にさらに厚さ10mmのアルミナ断熱材を配置する。その外側に白金るつぼ及び強化白金の円筒と同心円状に、誘導加熱するための300φ×500mm×10ターンのワークコイルを配置する。白金るつぼの上方には、180φ×160φ×150mmhのドーム型のアルミナ円筒を配置する。この残留原料の入った白金るつぼの中に、LiNbOの99.99%純度の焼成した原料を2,000g補充する。
【0060】
原料を補充した白金るつぼをワークコイルに高周波電流を流して加熱すると、白金るつぼ上方が赤くなり、補充した焼成原料が溶解し始める。このとき白金るつぼの底に接触させた熱電対により温度を測定すると、920℃であり、まだるつぼ下部の残留原料は溶融していないことが分かった。さらに高周波電流を増やしていくと、るつぼ内の原料はさらに溶融し融液となり、白金るつぼの底に接触させた熱電対においても、原料が融液になったときに生ずる温度ピークが観測され、温度としては1,005℃を示した。
【0061】
これでるつぼ内の原料が全て溶融したと判断し、融液表面に種結晶を浸漬して、直径3インチ(75mm)、長さ100mmの単結晶2,000gを引上げた。このとき、強化白金の円筒については、結晶育成中は同じ位置に保持したままだが、育成が終了して結晶を切り離して降温するときに、強化白金の円筒を保持していたワイヤを吊り上げて、結晶がある位置に合わせて保持したところ、強化白金の円筒が誘導加熱して、結晶をアニールしながら降温できた。上記のプロセスを10回繰り返し、原料が残留している白金るつぼを取り出してみたところ、るつぼ側面の原料が残留している部分に、約2mm程度のふくらみが生じていたが、大きな変形は無かった。また、引き上げた結晶の着色などの欠陥が実施例1に比較して、約1割減少していた。
【0062】
(比較例1)
タンタル酸リチウム(化学式:LiTaO)単結晶を引上げるための直径150mmのイリジウムるつぼに、前回の単結晶引上げ工程後に残留して固化した原料が4,000gだけ残っている。この残留原料の上面の高さはるつぼ底から32mmであった。
【0063】
このるつぼの周囲に、厚さ20mmのアルミナ断熱材を配置する。その外側にイリジウムるつぼと同心円状に、誘導加熱するための300φ×500mm×10ターンのワークコイルを配置する。イリジウムるつぼの上方には、180φ×160φ×150mmhのドーム型の白金円筒を配置する。この残留原料の入ったイリジウムるつぼの中に、LiTaOの99.99%純度の焼成した原料4,000gを補充する。
【0064】
原料を補充したるつぼをワークコイルに高周波電流を流して加熱すると、るつぼ上方は少し赤くなるが、補充した焼成原料がはまだ溶解していない。この状態でイリジウムるつぼの底に接触させた熱電対により温度を測定すると、原料が融液になったときに生ずる温度ピークが1,600℃付近で観測された。すなわち、るつぼ内下部の残留原料が溶融している状態である。さらに高周波電流を増やしていくと、暫くして、補充した固相の焼成原料が、先に溶解したるつぼ下部の残留原料の融液に沈んでいくのが観測され、さきほどの熱電対により測定される温度は、ピーク値から下がって、1,580℃を示した。
【0065】
これでるつぼ内の原料が全て溶融したと判断し、融液表面に種結晶を浸漬して、直径3インチ(75mm)、長さ100mmの結晶4,000gを引上げた。上記の工程を10回繰り返し、原料が残留しているイリジウムるつぼを取り出してみたところ、るつぼ側面の原料が残留している部分に、約10mm程度の大きなふくらみが生じており、ふくらみの部分と底面の溶接部分に1mm程度のひびが生じていた。
【0066】
以上述べてきた実施例及び比較例から明らかなように、本発明に従い、ワークコイルとるつぼとの間に、るつぼの底面から所定の高さまでの部分の側面を囲むように配置された導電性遮蔽体を備えることにより、同一のるつぼを10回使用しても、るつぼの大きな変形やひびが発生せず、本発明の効果が明らかとなった。従って、本発明に従った製造装置及び製造方法は、るつぼの変形を回避し、安定した単結晶の製造に寄与し、るつぼの再利用回数の増加に寄与する。
【0067】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は単なる例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【0068】
【発明の効果】
以上説明したように、誘導加熱法を用いてチョクラルスキー法により単結晶を育成する単結晶の製造装置において、誘導加熱体と導電性るつぼとの間に、少なくとも導電性るつぼの底面から所定の高さまでの部分の側面を囲むように配置された導電性遮蔽体とを備えることにより、るつぼ内原料が下部から溶融することにより生じる体積膨張圧によって引き起こされるるつぼの変形を回避することが可能となる。
また、誘導加熱体により導電性るつぼの所定の高さより上部を誘導加熱して、前記るつぼ上部の内側の結晶原料を溶融し、前記誘導加熱体により誘導加熱された導電性遮蔽体により前記導電性るつぼの所定の高さより下部を加熱し、前記るつぼ下部の内側の結晶原料を溶融することにより、るつぼ内の結晶原料は上部から溶融し、融液の体積膨張圧によるるつぼの変形を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態に従った単結晶の製造装置による結晶原料の溶融工程を示す概略図である。
【図2】従来の単結晶の製造装置による結晶原料の溶融工程を示す概略図である。
【図3】本発明の実施形態に従った導電性遮蔽体の例を示す断面図である。
【図4】本発明の実施形態に従った単結晶製造装置による単結晶引上げ工程を示す概略図である。
【図5】本発明の別の実施形態に従った単結晶製造装置による単結晶引上げ工程を示す概略図である。
【図6】本発明の実施形態に従った単結晶製造装置による単結晶の降温工程におけるアニールを示す概略図である。
【符号の説明】
1…ワークコイル、 2…るつぼ、
3…残留原料、 4…補充原料、
5…断熱材、 6…ハット、
7…融液、 11…ワークコイル、
12…導電性るつぼ、
12a…導電性るつぼ下部の側面、
12b…導電性るつぼ上部の側面、
13…残留原料、 14…補充原料、
15…断熱材、 16…ハット、
17…融液、 18…導電性遮蔽体、
20…種結晶、 21…引上げ部、
22…単結晶、 23…移動用保持ワイヤ、
24…遮蔽体移動機構、 25…るつぼ移動機構。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a single crystal manufacturing apparatus and a single crystal manufacturing method for growing a single crystal by a Czochralski method using an induction heating method.
[0002]
[Prior art]
When growing oxide single crystals such as lithium tantalate and lithium niobate and fluoride single crystals such as calcium fluoride and aluminum fluoride, the Czochralski method using an induction heating method is used.
In this method, first, a single crystal raw material is put into a conductive crucible, and a heat insulating material made of alumina or the like is arranged around and on the crucible so as to obtain an appropriate temperature gradient. Next, the crucible is heated by induction heating using a coil called a work coil, and the raw material placed in the crucible is heated and melted to obtain a melt. Next, the temperature of the melt is adjusted so as to be close to the melting point, and the seed crystal is immersed in the melt while rotating the seed crystal from above the crucible. Then, the seed crystal is pulled at a speed of several cm / h or less while adjusting the heating amount or the like so that the pulling portion has a predetermined shape, and a single crystal is grown.
[0003]
The induction heating method used as a method for heating the crucible is a method described below. First, as an induction heating body, a coil wound in multiple lengths around a crucible is arranged around the crucible, and a high-frequency current is passed through the coil. Then, a magnetic field is generated inside the coil in the coil winding direction. Since the magnetic field changes according to the change in the high-frequency current, an induced current flows on the side surface of the crucible in a direction that cancels the change in the magnetic field. Joule heat is generated by the electric resistance of the current crucible, and as a result, the crucible is heated. Therefore, the crucible that can be heated by the induction heating method needs to be made of a conductive material that can withstand high temperatures, and is generally made of a noble metal such as iridium, platinum, or platinum rhodium.
[0004]
Such a crucible is reused because it is expensive and does not necessarily need to be replaced with a new one each time a single crystal is produced. In general, the melt of the raw material remains in a solidified state in the lower part of the crucible once used for producing the single crystal.
[0005]
Since this residual material can be reused, in order to use the raw material effectively, the next time a single crystal is manufactured, a supplementary material is added on top of the residual material and the crucible is heated so that the residual material and supplement The raw material is melted.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
In oxides such as lithium tantalate and lithium niobate and fluorides such as calcium fluoride and aluminum fluoride, the weight density of the liquid phase is smaller than the weight density of the solid phase. Accordingly, the volume expansion pressure is generated since the volume expansion occurs when the raw material as the solid phase is melted to become the melt as the liquid phase. At this time, when the residual raw material starts to melt before the replenishing raw material, since there is a solid such as the replenishing raw material on the residual raw material, the expansion pressure of the melt is not released and pressure is applied to the side of the crucible.
[0007]
At this time, the temperature of the crucible is higher than the temperature of the residual raw material inside, and the crucible is softened, so that the side surface of the crucible lower part in particular is deformed and expands in the radial direction by the volume expansion pressure. When this deformation is repeated, the diameter of the lower crucible gradually expands. That is, the volume of the crucible gradually changes.
[0008]
FIGS. 2A to 2D are schematic views of the conventional crystal raw material melting step described above. First, the replenishing raw material 4 is put into the crucible 2 surrounded by the work coil 1 and the heat insulating material 5 of alumina and having the residual raw material 3 remaining therein. An alumina hat 6 is disposed above the crucible to maintain an appropriate temperature gradient (FIG. 2 (a)).
[0009]
When the crucible 2 is induction-heated by passing a high-frequency current through the work coil 1, the residual raw material 3 is melted and a melt 7 is generated. Since the density of the melt 7 is lower than that of the residual raw material 3, it tends to expand in volume. However, since there are solid-phase residual raw material 3 and supplementary raw material 4 that are not yet melted above, the melt 7 exerts a volume expansion pressure on the side surface of the crucible 2, and the crucible 2 is deformed to expand its diameter (FIG. 2 (b)).
[0010]
Thereafter, the upper residual raw material 3 and replenishing raw material 4 are gradually melted (FIG. 2 (c)), and all the raw materials are melted to become a melt (FIG. 2 (d)), but the crucible 2 remains deformed.
If such a crucible is used, even if the same amount of raw material is charged into the crucible, the height of the melt surface changes. As a result, the temperature gradient at the time of growing the single crystal changes for each production, and it becomes impossible to grow a single crystal with good reproducibility.
[0011]
Moreover, the crucible where such deformation is repeated may be distorted, and a part of the crucible may crack and the melt inside may ooze out. In this case, the height of the melt surface changes greatly, and the temperature gradient becomes inadequate, resulting in problems such as many defects being introduced into the grown single crystal and cracking of the single crystal. As a result, the manufacturing efficiency is reduced due to the interruption of the manufacturing process or the occurrence of defective products. Moreover, since the number of times the crucible is reused decreases, it is not preferable from the viewpoint of cost.
[0012]
Therefore, it is important to avoid deformation of the crucible and appropriately melt the raw material. In order to melt the raw material without deforming the crucible, it is desirable to melt the supplementary raw material before the residual raw material. That is, the replenishing material replenished from above the residual material melts before the residual material, melts the replenishing material while releasing the volume expansion pressure above the crucible above the crucible, and the melt contacts If the residual raw material is gradually melted, volume expansion pressure is not applied to the crucible, and deformation of the crucible can be suppressed.
[0013]
In order to melt the raw material as described above, it is important to first heat from the upper part of the crucible.
In the case of induction heating, since the side surface of the crucible is heated by supplying a high-frequency current to the work coil, the manner in which the crucible is heated differs depending on the position of the crucible with respect to the work coil, the diameter of the crucible and the like. In general, the magnetic field induced by the work coil is the strongest and the largest amount of change in the vicinity of the center axis of the work coil winding. Therefore, when the crucible is placed near the center axis of the work coil, the induced current becomes the largest and is easily heated. . In addition, the larger the crucible diameter, the larger the magnetic field inside the crucible and the greater the induced current flowing on the side of the crucible, so that it becomes easier to heat. Further, since the crucible is heated by Joule heat due to electric resistance, the amount of heating is also affected by the thickness of the crucible.
[0014]
Next, the relative position of the work coil crucible in the vertical direction will be described. First, in the step of pulling up the single crystal, the raw material is in a melt state, and it is necessary to provide a temperature gradient above the melt, that is, to lower the temperature above the crucible. It is necessary to optimize the position of the crucible relative to the work coil so as to achieve such an optimal temperature gradient.
[0015]
However, in the step of melting the raw material, it is preferable to heat and melt the raw material in the upper part of the crucible first in order to avoid deformation of the crucible as described above. It must be changed from the position. At this time, since the upper part of the crucible is spatially open, even if the upper part of the crucible is preferentially heated in the process of melting the raw material, heat is released from the open part above the crucible at the same time, so the upper part of the crucible is melted. In order to make it sufficient temperature, it must heat more than the heat radiation, and heating efficiency will become very bad.
[0016]
Therefore, as a countermeasure, it is conceivable to cover the crucible or use a long crucible to increase the distance between the heating part and the heat dissipation part. In this case, the temperature required for the process of pulling up the single crystal This is not preferable because the gradient is small.
For this reason, in the growth of single crystals using raw materials that cause volume expansion by melting, a method for avoiding crucible deformation due to volume expansion accompanying melting of the raw materials and efficiently growing high-quality single crystals is desired. It was rare.
[0017]
In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a single crystal production apparatus that solves problems in production of a single crystal due to deformation of a crucible and enables efficient and reproducible single crystal growth. It is.
[0018]
Another object of the present invention is to provide a method for producing a single crystal that solves the problems in the production of the single crystal due to the deformation of the crucible and enables efficient and reproducible single crystal growth. .
[0019]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, according to the present invention, in a single crystal manufacturing apparatus for growing a single crystal by the Czochralski method using an induction heating method,
At least a conductive crucible for melting a crystal raw material having a weight density in a liquid phase lower than that in a solid phase; and an induction heating body arranged to surround at least a side surface of the conductive crucible; A conductive shield disposed between the induction heating body and the conductive crucible so as to surround at least a side surface of a portion from the bottom surface of the conductive crucible to a predetermined height. An apparatus for producing a single crystal is provided (claim 1).
Thus, by surrounding the portion from the bottom surface of the conductive crucible to a predetermined height with the conductive shield, the crystal material in the crucible is melted from the top, and the deformation of the crucible due to the volume expansion pressure of the melt is suppressed. be able to.
[0020]
The predetermined height is preferably the height of the upper surface of the residual crystal raw material remaining in the conductive crucible (Claim 2).
In this way, by setting the height of the conductive shield to the height of the upper surface of the residual crystal raw material, the crystal raw material in the crucible is surely melted from the replenishing raw material, and the crucible is deformed by the volume expansion pressure of the melt. Can be suppressed.
[0021]
The conductive shield may have a bottom surface.
As described above, a conductive shield having a bottom surface, for example, a commercially available crucible can be applied.
[0022]
Further, the conductive shield may have a bellows shape (claim 4).
Thus, if the conductive shield has a bellows shape, the surface area of the shield can be increased. Further, the position of the work coil and the conductive shield can be changed in the axial direction due to the bellows shape, so that the heat generation temperature distribution of the crucible can be changed. Therefore, the shielding effect at the initial stage of melting can be increased.
[0023]
Moreover, it is preferable to provide a moving mechanism for independently moving the conductive shield and the conductive crucible.
Thus, by providing a moving mechanism for independently moving the conductive shield and the conductive crucible, the relative relationship between the conductive shield, the conductive crucible, and the induction heating body according to the amount of the remaining raw material or the like. The position can be adjusted optimally.
[0024]
Further, the method of the present invention includes at least a method for producing a single crystal by growing the single crystal by the Czochralski method using an induction heating method.
A crystalline raw material whose weight density in the liquid phase is lower than the weight density in the solid phase is put into a conductive crucible,
The induction heating body arranged so as to surround the side surface of the conductive crucible, the upper portion of the conductive crucible is induction-heated above a predetermined height to melt the crystal raw material inside the upper portion of the crucible,
On the other hand, a conductive shield disposed between the induction heating body and the conductive crucible so as to surround at least a side surface of the portion from the bottom surface of the conductive crucible to a predetermined height is provided by the induction heating body. A method for producing a single crystal, comprising: induction heating, heating a lower portion of the conductive crucible from a predetermined height by the conductive shield subjected to induction heating, and melting a crystal raw material inside the lower portion of the crucible. (Claim 6).
[0025]
In this way, the induction heating body induces and heats the upper part of the conductive crucible above a predetermined height to melt the crystal material inside the crucible upper part, while the conductive shield is induced by the induction heating body. By heating, the lower part of the conductive crucible is heated by a conductive shield that is induction-heated, and by melting the crystal raw material inside the crucible lower part, the crystal raw material in the crucible is melted from the upper part, The deformation of the crucible due to the volume expansion pressure of the melt can be suppressed.
[0026]
At this time, the predetermined height is preferably set to the height of the upper surface of the residual crystal raw material remaining in the conductive crucible (Claim 7).
In this way, by setting the height of the conductive shield to the height of the upper surface of the residual crystal material, the crystal material in the crucible is reliably melted from the replenishing material, and deformation of the crucible due to the expansion pressure of the melt is suppressed. can do.
[0027]
In addition, it is preferable that the crystalline raw material inside the crucible lower part is melted by the conductive shield after the induction heating body starts melting the crystalline raw material inside the crucible upper part (Claim 8).
Thus, after the melting of the crystal raw material inside the upper part of the crucible starts, the deformation of the crucible due to the expansion pressure of the melt can be suppressed by melting the crystal raw material inside the lower part of the crucible.
[0028]
At this time, it is provided with a moving mechanism for independently moving the conductive shield and the conductive crucible, and in the step of melting the crystal raw material, the conductive shield is moved with respect to the conductive crucible by the moving mechanism. You may move relatively (Claim 9).
In this way, in the process of melting the crystal material, if the conductive shield is moved relative to the conductive crucible by the moving mechanism, for example, the process of melting the crystal material can be performed in a shorter time.
[0029]
In addition, a moving mechanism for independently moving the conductive shield and the conductive crucible is provided, and in the step of growing a single crystal, the conductive shield is moved relative to the conductive crucible by the moving mechanism. (Claim 10). As described above, in the process of growing the single crystal, if the conductive shield is moved relative to the conductive crucible by the moving mechanism, the temperature gradient necessary for growing the single crystal is changed and optimized. be able to.
[0030]
In addition, in the step of lowering the temperature of the grown single crystal, provided with a moving mechanism for independently moving the conductive shield and the conductive crucible, the grown single crystal and the grown single crystal by the moving mechanism It may be moved to the same height, and the grown single crystal may be annealed by the conductive shield (claim 11).
In this way, in the step of lowering the temperature of the grown single crystal, if annealing is performed with the conductive shield, a higher quality single crystal from which crystal distortion and defects have been removed can be obtained.
[0031]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, although embodiment of this invention is described, this invention is not limited to this.
As described above, in order to avoid the deformation of the crucible, it is preferable to dissolve the raw material in the upper part of the crucible first. However, since the upper part of the crucible is spatially open, even if the top part of the crucible is preferentially heated in the process of melting the raw material, heat from the open part above the crucible occurs at the same time. In order to bring it to a temperature, it must be heated more than its heat dissipation, and the heating efficiency becomes very bad. On the other hand, if a crucible is covered or a long crucible with a long length is used, the process of growing crystals Since a necessary temperature gradient becomes small, it is not preferable in the process of growing crystals.
[0032]
In view of this, the present inventor makes use of the characteristics of induction heating so as to enclose the side surface of the portion from the bottom surface of the conductive crucible to a predetermined height between the conductive crucible and the work coil that is the induction heating body. The present invention has been completed by finding that the above-mentioned problems can be overcome by arranging a conductive shield.
[0033]
When a high-frequency current is passed through the work coil that is an induction heating body, a variable magnetic field is generated inside the work coil. Then, an induced current flows so as to cancel the fluctuation of the magnetic field, and Joule heat is generated due to the electrical resistance of the conductive shield, at least inside the work coil and located at the position closest to the work coil. As a result, induction heating is performed. Since the magnetic field fluctuation generated in the work coil due to the current induced in the conductive shield is mitigated, no induced current is generated in the side surface of the conductive crucible surrounded by the conductive shield, or at least the conductive shield is Less than if not placed. Therefore, the induction heating effect on the lower part of the conductive crucible by the work coil can be suppressed.
[0034]
The conductive crucible inside the conductive shield that is induction-heated is indirectly heated mainly by heat conduction or radiation from the conductive shield. Therefore, the temperature of the side surface of the conductive crucible surrounded by the shield is lower than that in the case where induction heating is performed directly by the work coil. The temperature of the conductive crucible can be controlled by changing the distance between the conductive shield and the thickness or type of the heat insulating material.
[0035]
The material of the conductive shield is not particularly limited as long as it is a conductor for induction heating and has an electric resistance necessary for heating. The same material as that of the conductive crucible may be used, and since the temperature is higher than that of the conductive crucible, it may be made of a material that can withstand higher temperatures and hardly deform.
[0036]
As shown in FIG. 1A, the single crystal manufacturing apparatus of the present invention includes at least a conductive crucible 12, a work coil 11 arranged so as to surround the conductive crucible 12, and a conductive crucible therebetween. The conductive shield 18 is provided so as to surround at least a portion from the bottom surface to a predetermined height. Furthermore, a heat insulating material 15 such as alumina is provided between the work coil 11 and the conductive shield 18 and between the conductive shield 18 and the conductive crucible 12, and an appropriate temperature gradient is maintained above the crucible. Therefore, a hat 16 such as alumina is provided. A crucible moving mechanism 25 is provided at the lower part of the apparatus. Further, a shield moving mechanism for moving the conductive shield may be provided.
[0037]
Regarding the shape of the conductive shield 18, for example, as shown in FIG. 3, a cylindrical body without a bottom surface (FIG. 3A), a crucible with a bottom surface (FIG. 3B), or the like can be applied. If it is a crucible shape, a commercially available crucible can be used. Moreover, if it is a bellows shape (FIG.3 (c)), even if it is the same height, a surface area can be enlarged, and it can also be expanded-contracted up and down according to the height of a residual raw material. Any cylindrical body such as a tapered shape, a wave shape, a conical shape, a dome shape, or the like can be applied as necessary as long as it is subjected to appropriate induction heating. Moreover, a part of the side surface of the conductive shield may be in contact with the inner conductive crucible (FIG. 3D).
[0038]
Hereinafter, the melting process of the crystal raw material according to the present invention will be described with reference to FIGS.
The conductive shield 18 is disposed between the work coil 11 and the conductive crucible 12 so as to surround at least the side surface 12a of the portion from the bottom surface of the conductive crucible 12 to the upper surface of the residual raw material 13 or the height in the vicinity thereof. ing. A supplementary raw material 14 is additionally charged on the residual raw material 13. (Fig. 1 (a))
[0039]
Here, when a high-frequency current is passed through the work coil 11, the side 12 a of the portion surrounded by the conductive shield 18 of the conductive crucible 12 is induction-heated rather than the induction heating from the work coil 11. Therefore, the temperature of the side surface 12a at the lower part of the conductive crucible is lower than that when the conductive shield 18 is not present.
[0040]
On the other hand, the side surface 12 b of the upper portion of the conductive crucible containing the replenishing material 14 that is not surrounded by the conductive shield 18 is directly subjected to induction heating by the work coil 11. Therefore, the temperature of the side surface 12b at the upper part of the conductive crucible becomes higher than that of the side surface 12a at the lower part of the conductive crucible containing the residual raw material 13.
[0041]
Here, a temperature difference occurs between the upper and lower portions 12b and 12a of the side surface of the conductive crucible. If the conductive crucible 12 is made of a single material and has an integrated shape, the temperature is somewhat averaged due to the movement of heat between the upper and lower parts. However, the conductive crucible 12 is always heated. Therefore, this temperature distribution does not change greatly. Therefore, the replenishment raw material 14 is first heated from the portion in contact with the side surface 12b of the upper portion of the conductive crucible and starts to melt (FIG. 1 (b)).
[0042]
At this time, since the side surface 12a under the conductive crucible is heated through the heat insulating material 15 mainly by the conductive shield 18, the residual raw material 13 has not yet melted. Therefore, the melt 17 produced by melting the replenishment material 14 descends below the crucible and accumulates on the residual material 13, and the residual material 13 in contact with the melt 17 begins to gradually melt from above (FIG. 1). (C)). At this time, since the raw material of the solid phase that has not yet been melted is below the crucible, all the volume expansion pressure generated when the raw material melts is released to the upper side of the crucible, and the crucible is not deformed by the volume expansion pressure.
[0043]
In this way, the raw material is gradually dissolved from above, and all the residual raw material 13 and the supplementary raw material 14 in the crucible can be melted without deforming the conductive crucible 12 (FIG. 1 (d)).
[0044]
In order to melt the residual raw material 13 quickly, at least after the replenishing raw material 14 starts to melt, the conductive shield 18 is moved slowly downward or the crucible is moved upward to enter the residual raw material 13 which has not yet melted. Alternatively, the side surface 12a of the lower portion of the conductive crucible 12 may be directly induction heated by the work coil 11 gradually from above.
[0045]
Next, as shown in FIG. 4 or 5, the seed crystal 20 is rotated from above the conductive crucible 12 while being immersed in the melt 17, and the heating amount and the like are adjusted so that the lifting portion 21 has a predetermined shape. However, the seed crystal 20 is pulled up at a speed of several cm / h or less, and the single crystal 22 is grown. At this time, as shown in FIG. 5, by moving the conductive shield 18 with respect to the conductive crucible 12 by the shield moving mechanism 24, the temperature gradient can be changed to some extent and optimized. In the case of a crystal that is easily cracked due to thermal strain, as shown in FIG. 6, in the process of separating the grown single crystal 22 from the melt 17 and lowering the temperature, the conductive shield 18 is moved by the moving holding wire 23. It is also possible to carry out the annealing process by moving to the height of the single crystal 22.
[0046]
【Example】
EXAMPLES Hereinafter, although an Example and comparative example of this invention are given and this invention is demonstrated concretely, this invention is not limited to these.
(Example 1)
Lithium niobate (chemical formula: LiNbO 3 ) In the platinum crucible having a diameter of 150 mm for pulling up the single crystal, only 3,000 g of the raw material remaining after the previous single crystal pulling process remains. The height of the upper surface of this residual raw material was 40 mm from the bottom of the crucible.
[0047]
Around this crucible, an alumina heat insulating material having a thickness of 10 mm is disposed, and outside thereof, zirconia is dispersed to improve the strength (hereinafter referred to as reinforced platinum). The diameter is 170 mm, the height is 50 mm, and the thickness is 2 mm. Are arranged concentrically with a platinum crucible so that the bottom and bottom ends of the crucible are aligned.
An alumina heat insulating material having a thickness of 10 mm is further arranged outside the cylinder. A work coil of 300φ × 500 mm × 10 turns for induction heating is arranged outside the metal plate concentrically with a platinum crucible and a reinforced platinum cylinder. Above the platinum crucible, a dome-shaped alumina cylinder of 180φ × 160φ × 150 mmh is arranged. In the platinum crucible containing the residual raw material, LiNbO 3 Of 2,000 g of 99.99% pure calcined material.
[0048]
When the platinum crucible supplemented with the raw material is heated by applying a high-frequency current to the work coil, the upper portion of the platinum crucible turns red, and the supplemented firing raw material starts to melt. At this time, when the temperature was measured with a thermocouple brought into contact with the bottom of the platinum crucible, it was 920 ° C., and it was found that the residual raw material under the crucible was not yet melted. When the high frequency current is further increased, the raw material in the crucible is further melted into a melt, and a temperature peak generated when the raw material is melted is also observed in the thermocouple in contact with the bottom of the platinum crucible, The temperature was 1,005 ° C.
[0049]
Thus, it was judged that all the raw materials in the crucible were melted, and the seed crystal was immersed in the melt surface to pull up 2,000 g of a single crystal having a diameter of 3 inches (75 mm) and a length of 100 mm. At this time, the reinforced platinum cylinder remains held in the same position. The above process was repeated 10 times, and the platinum crucible with the remaining raw material was taken out. As a result, a bulge of about 1 mm occurred in the portion where the raw material on the side of the crucible remained, but there was no significant deformation. .
LiNbO 3 The melt and crystal densities are 3.8 and 4.7, respectively.
[0050]
(Example 2)
Lithium tantalate (chemical formula: LiTaO 3 ) In the first iridium crucible with a diameter of 150 mm for pulling up the single crystal, only 4,000 g of the raw material remaining after the previous single crystal pulling process remains. The height of the upper surface of this residual raw material was 32 mm from the bottom of the crucible.
[0051]
Around the crucible, an alumina heat insulating material having a thickness of 10 mm is disposed, and on the outside thereof, a second iridium crucible having a diameter of 180 mm, a height of 70 mm, and a thickness of 2 mm is concentrically formed on the first iridium crucible. Place it in contact with the bottom of one crucible.
An alumina heat insulating material having a thickness of 10 mm is further arranged on the outer periphery of the second iridium crucible. On the outside, a work coil of 300φ × 500 mm × 10 turns for induction heating is arranged concentrically with the first and second iridium crucibles. A dome-shaped platinum cylinder of 180φ × 160φ × 150 mmh is disposed above the first iridium crucible. In the first iridium crucible containing this residual material, LiTaO 3 4,000 g of calcined raw material having a purity of 99.99% is replenished.
[0052]
When the crucible supplemented with the raw material is heated by applying a high-frequency current to the work coil, the upper part of the first iridium crucible turns red, and the supplemented firing raw material starts to melt. At this time, when the temperature was measured with a thermocouple brought into contact with the bottom of the first iridium crucible, it was found to be 1,470 ° C., and the residual raw material at the bottom of the crucible was not yet melted. When the high-frequency current is further increased, the raw material in the crucible is further melted into a melt, and even in the thermocouple that is in contact with the bottom of the first iridium crucible, a temperature peak is generated when the raw material is in the melt. Was observed, and the temperature was 1,610 ° C.
[0053]
Thus, it was judged that all the raw materials in the crucible were melted, and the seed crystal was immersed in the melt surface to pull up 4,000 g of crystals having a diameter of 3 inches (75 mm) and a length of 100 mm. At this time, the first iridium crucible was moved upward 10 hours after the single crystal growth using the first iridium crucible, but the second iridium crucible was held in the same position. . The above process was repeated 10 times, and when the first iridium crucible in which the raw material remained was taken out, a bulge of about 1 mm occurred in the portion where the raw material on the side of the crucible remained, but a large deformation There was no.
LiTaO 3 The melt and crystal densities are 5.8 and 7.5, respectively.
[0054]
Example 3
Bismuth germanate (chemical formula: Bi 4 Ge 3 O 12 ) In the platinum crucible having a diameter of 150 mm for pulling up the single crystal, only 3,500 g of the raw material remaining and solidified after the previous single crystal pulling process remains. The height of the upper surface of this residual raw material was 30 mm from the bottom of the crucible.
[0055]
Around this crucible, a silicate heat insulator with a thickness of 10 mm is placed. On the outside, a platinum cylinder with a diameter of 180 mm, a height of 70 mm, and a thickness of 2 mm is placed concentrically with the platinum crucible, and the bottom and bottom ends of the crucible are aligned. Arrange. The platinum cylinder at this time has a bellows shape. The bellows-shaped platinum cylinder is welded to a platinum crucible.
A silicate heat insulating material having a thickness of 10 mm is further arranged on the outer periphery of the cylinder. On the outside, a work coil of 300φ × 500 mm × 10 turns for induction heating is arranged concentrically with the platinum crucible and the platinum cylinder. Above the platinum crucible, an alumina cylinder of 180φ × 160φ × 150 mmh is arranged. In the platinum crucible containing this residual material, Bi 4 Ge 3 O 12 4,000 g of calcined raw material having a purity of 99.99% is replenished.
[0056]
When the platinum crucible supplemented with the raw material is heated by applying a high-frequency current to the work coil, the upper portion of the platinum crucible turns red, and the supplemented firing raw material starts to melt. At this time, when the temperature was measured with a thermocouple brought into contact with the bottom of the platinum crucible, it was 820 ° C., and it was found that the residual raw material at the bottom of the crucible was not yet melted. As the high-frequency current is further increased, the raw material in the crucible further melts into a melt, and a temperature peak that occurs when the raw material becomes a melt is observed even at the thermocouple temperature in contact with the platinum crucible bottom. The temperature was 950 ° C.
[0057]
Thus, it was judged that all the raw materials in the crucible were melted, and the seed crystal was immersed in the melt surface to pull up 4,000 g of crystals having a diameter of 3 inches (75 mm) and a length of 100 mm. At this time, since the outer bellows-shaped platinum cylinder is welded to the inner platinum crucible, the relative position thereof does not change even during crystal growth. The above process was repeated 10 times, and when the platinum crucible with the remaining raw material was taken out, a bulge of about 2 mm occurred in the portion where the raw material on the side of the crucible, including the bellows portion, remained. There was no major deformation.
Bi 4 Ge 3 O 12 The melt and crystal densities are 6.2 and 7.1, respectively.
[0058]
(Example 4)
Lithium niobate (chemical formula: LiNbO 3 ) In the platinum crucible having a diameter of 150 mm for pulling up the single crystal, only 3,000 g of the raw material remaining after the previous single crystal pulling process remains. The height of the upper surface of this residual raw material was 40 mm from the bottom of the crucible.
[0059]
Around this crucible, an alumina heat insulating material having a thickness of 10 mm is disposed, and outside thereof, zirconia is dispersed to improve the strength (hereinafter referred to as reinforced platinum). The diameter is 170 mm, the height is 50 mm, and the thickness is 2 mm. Are arranged concentrically with the platinum crucible, with the bottom and bottom ends of the crucible aligned.
An alumina heat insulating material having a thickness of 10 mm is further arranged outside the cylinder. A work coil of 300φ × 500 mm × 10 turns for induction heating is arranged outside the metal plate concentrically with a platinum crucible and a reinforced platinum cylinder. Above the platinum crucible, a dome-shaped alumina cylinder of 180φ × 160φ × 150 mmh is arranged. In the platinum crucible containing the residual raw material, LiNbO 3 Of 2,000 g of 99.99% pure calcined material.
[0060]
When the platinum crucible supplemented with the raw material is heated by applying a high-frequency current to the work coil, the upper portion of the platinum crucible turns red, and the supplemented firing raw material starts to melt. At this time, when the temperature was measured with a thermocouple brought into contact with the bottom of the platinum crucible, it was 920 ° C., and it was found that the residual raw material under the crucible was not yet melted. When the high frequency current is further increased, the raw material in the crucible is further melted into a melt, and a temperature peak generated when the raw material is melted is also observed in the thermocouple in contact with the bottom of the platinum crucible, The temperature was 1,005 ° C.
[0061]
Thus, it was judged that all the raw materials in the crucible were melted, and the seed crystal was immersed in the melt surface to pull up 2,000 g of a single crystal having a diameter of 3 inches (75 mm) and a length of 100 mm. At this time, the cylinder of reinforced platinum is kept in the same position during crystal growth, but when the growth is finished and the crystal is separated and cooled, the wire holding the reinforced platinum cylinder is lifted, When the crystal was held at a certain position, the strengthened platinum cylinder was inductively heated, and the temperature could be lowered while annealing the crystal. The above process was repeated 10 times, and the platinum crucible with the remaining raw material was taken out. As a result, a bulge of about 2 mm occurred in the portion where the raw material on the side of the crucible remained, but there was no significant deformation. . In addition, defects such as coloring of the pulled crystal were reduced by about 10% compared to Example 1.
[0062]
(Comparative Example 1)
Lithium tantalate (chemical formula: LiTaO 3 ) In the iridium crucible with a diameter of 150 mm for pulling up the single crystal, only 4,000 g of the raw material remaining after the previous single crystal pulling process remains. The height of the upper surface of this residual raw material was 32 mm from the bottom of the crucible.
[0063]
An alumina heat insulating material having a thickness of 20 mm is arranged around the crucible. On the outside, a work coil of 300φ × 500 mm × 10 turns for induction heating is arranged concentrically with the iridium crucible. Above the iridium crucible, a dome-shaped platinum cylinder of 180φ × 160φ × 150 mmh is arranged. In this iridium crucible containing the residual raw material, LiTaO 3 4,000 g of calcined raw material having a purity of 99.99% is replenished.
[0064]
When the crucible supplemented with the raw material is heated by applying a high-frequency current to the work coil, the upper part of the crucible turns a little red, but the supplemented firing raw material has not yet dissolved. In this state, when the temperature was measured with a thermocouple brought into contact with the bottom of the iridium crucible, a temperature peak generated when the raw material became a melt was observed at around 1,600 ° C. That is, the residual raw material in the lower part of the crucible is in a molten state. As the high-frequency current was further increased, it was observed that for a while the replenished solid-phase calcined raw material sinks into the melt of the residual raw material at the bottom of the crucible, which was measured by the previous thermocouple. The temperature dropped from the peak value to 1,580 ° C.
[0065]
Thus, it was judged that all the raw materials in the crucible were melted, and the seed crystal was immersed in the melt surface to pull up 4,000 g of crystals having a diameter of 3 inches (75 mm) and a length of 100 mm. The above process was repeated 10 times, and the iridium crucible with the remaining raw material was taken out. As a result, a large bulge of about 10 mm was formed in the portion where the raw material on the side of the crucible remained. A crack of about 1 mm occurred in the welded part.
[0066]
As is clear from the examples and comparative examples described above, according to the present invention, the conductive shield is disposed between the work coil and the crucible so as to surround the side surface of the portion from the bottom surface of the crucible to a predetermined height. By providing the body, even if the same crucible was used 10 times, the crucible was not greatly deformed or cracked, and the effect of the present invention was clarified. Therefore, the manufacturing apparatus and the manufacturing method according to the present invention avoid the deformation of the crucible, contribute to the production of a stable single crystal, and contribute to the increase in the number of times the crucible is reused.
[0067]
The present invention is not limited to the above embodiment. The above embodiment is merely an example, and the present invention has the same configuration as that of the technical idea described in the claims of the present invention, and any device that exhibits the same function and effect is the present invention. It is included in the technical scope of the invention.
[0068]
【The invention's effect】
As described above, in the single crystal manufacturing apparatus for growing a single crystal by the Czochralski method using the induction heating method, a predetermined distance from the bottom surface of the conductive crucible is at least between the induction heating body and the conductive crucible. It is possible to avoid deformation of the crucible caused by the volume expansion pressure caused by melting the raw material in the crucible from the lower part by including a conductive shield arranged so as to surround the side surface of the part up to the height. Become.
In addition, the upper part of the conductive crucible is induction-heated from the predetermined height by the induction heating body to melt the crystal raw material inside the upper part of the crucible and the conductive shielding body is induction-heated by the induction heating body. By heating the lower part of the crucible below a predetermined height and melting the crystal raw material inside the crucible lower part, the crystal raw material in the crucible is melted from the upper part, and the deformation of the crucible due to the volume expansion pressure of the melt is suppressed. Can do.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram showing a melting step of a crystal raw material by a single crystal manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic view showing a melting step of a crystal raw material by a conventional single crystal production apparatus.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing an example of a conductive shield according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a schematic view showing a single crystal pulling process by the single crystal manufacturing apparatus according to the embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a schematic view showing a single crystal pulling process by a single crystal manufacturing apparatus according to another embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a schematic diagram showing annealing in a temperature drop process of a single crystal by the single crystal manufacturing apparatus according to the embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 ... Work coil, 2 ... Crucible,
3 ... residual raw material 4 ... supplementary raw material
5 ... insulation, 6 ... hat,
7 ... melt, 11 ... work coil,
12 ... Conductive crucible,
12a ... the side of the lower part of the conductive crucible,
12b ... the side of the upper part of the conductive crucible,
13 ... residual raw material, 14 ... replenishing raw material,
15 ... insulation, 16 ... hat,
17 ... melt, 18 ... conductive shield,
20 ... Seed crystal, 21 ... Pulling part,
22 ... single crystal, 23 ... moving holding wire,
24 ... Shield moving mechanism, 25 ... Crucible moving mechanism.

Claims (11)

誘導加熱法を用いてチョクラルスキー法により単結晶を育成する単結晶の製造装置において、
少なくとも、液相での重量密度が固相での重量密度よりも低い結晶原料を入れて溶融するための導電性るつぼと、少なくとも前記導電性るつぼの側面を囲むように配置された誘導加熱体と、該誘導加熱体と前記導電性るつぼとの間に、少なくとも前記導電性るつぼの底面から所定の高さまでの部分の側面を囲むように配置された導電性遮蔽体とを備えることを特徴とする単結晶の製造装置。
In a single crystal manufacturing apparatus that grows a single crystal by the Czochralski method using an induction heating method,
At least a conductive crucible for melting a crystal raw material having a weight density in a liquid phase lower than that in a solid phase; and an induction heating body arranged to surround at least a side surface of the conductive crucible; A conductive shield disposed between the induction heating body and the conductive crucible so as to surround at least a side surface of a portion from the bottom surface of the conductive crucible to a predetermined height. Single crystal manufacturing equipment.
前記所定の高さが、前記導電性るつぼ内に残留した残留結晶原料の上面の高さであることを特徴とする、請求項1に記載の単結晶の製造装置。The single crystal manufacturing apparatus according to claim 1, wherein the predetermined height is a height of an upper surface of a residual crystal raw material remaining in the conductive crucible. 前記導電性遮蔽体が底面をもつものであることを特徴とする請求項1または2に記載の単結晶の製造装置。The single crystal manufacturing apparatus according to claim 1, wherein the conductive shield has a bottom surface. 前記導電性遮蔽体が蛇腹形状のものであることを特徴とする、請求項1乃至3のいずれか一項に記載の単結晶の製造装置。The single-crystal manufacturing apparatus according to claim 1, wherein the conductive shield has a bellows shape. 前記導電性遮蔽体と前記導電性るつぼとをそれぞれ独立に移動させる移動機構を備えることを特徴とする、請求項1乃至4のいずれか一項に記載の単結晶の製造装置。The apparatus for producing a single crystal according to any one of claims 1 to 4, further comprising a moving mechanism for independently moving the conductive shield and the conductive crucible. 誘導加熱法を用いてチョクラルスキー法により単結晶を育成する単結晶の製造方法において、少なくとも、
液相での重量密度が固相での重量密度よりも低い結晶原料を導電性るつぼに投入し、
前記導電性るつぼの側面を囲むように配置された誘導加熱体により、前記導電性るつぼの所定の高さより上部を誘導加熱して、前記るつぼ上部の内側の結晶原料を溶融し、
一方で、前記誘導加熱体と前記導電性るつぼとの間に、少なくとも前記導電性るつぼの底面から所定の高さまでの部分の側面を囲むように配置された導電性遮蔽体を前記誘導加熱体により誘導加熱し、誘導加熱された前記導電性遮蔽体により前記導電性るつぼの所定の高さより下部を加熱し、前記るつぼ下部の内側の結晶原料を溶融することを特徴とする単結晶の製造方法。
In the method for producing a single crystal that grows a single crystal by the Czochralski method using an induction heating method, at least,
A crystalline raw material whose weight density in the liquid phase is lower than the weight density in the solid phase is put into a conductive crucible,
The induction heating body arranged so as to surround the side surface of the conductive crucible, the upper portion of the conductive crucible is induction-heated above a predetermined height to melt the crystal raw material inside the upper portion of the crucible,
On the other hand, a conductive shield disposed between the induction heating body and the conductive crucible so as to surround at least a side surface of the portion from the bottom surface of the conductive crucible to a predetermined height is provided by the induction heating body. A method for producing a single crystal, comprising: induction heating, heating a lower portion of the conductive crucible from a predetermined height by the conductive shield subjected to induction heating, and melting a crystal raw material inside the lower portion of the crucible.
前記所定の高さを、前記導電性るつぼ内に残留した残留結晶原料の上面の高さまでとすることを特徴とする請求項6に記載の単結晶の製造方法。The method for producing a single crystal according to claim 6, wherein the predetermined height is set to a height of an upper surface of a residual crystal raw material remaining in the conductive crucible. 前記誘導加熱体により前記るつぼ上部の内側の結晶原料の溶融が開始した後、前記導電性遮蔽体により前記るつぼ下部の内側の結晶原料を溶融することを特徴とする請求項6または7に記載の単結晶の製造方法。8. The crystal material inside the crucible lower part is melted by the conductive shield after the crystal raw material inside the crucible upper part starts melting by the induction heating body. A method for producing a single crystal. 前記導電性遮蔽体と前記導電性るつぼとをそれぞれ独立に移動させる移動機構を備え、結晶原料を溶融する工程において、前記移動機構により前記導電性遮蔽体を前記導電性るつぼに対して相対的に移動させることを特徴とする請求項6乃至8のいずれか一項に記載の単結晶の製造方法。A moving mechanism for independently moving the conductive shield and the conductive crucible, and in the step of melting the crystal material, the conductive shield is moved relative to the conductive crucible by the moving mechanism; The method for producing a single crystal according to any one of claims 6 to 8, wherein the single crystal is moved. 前記導電性遮蔽体と前記導電性るつぼとをそれぞれ独立に移動させる移動機構を備え、単結晶を育成する工程において、前記移動機構により前記導電性遮蔽体を前記導電性るつぼに対して相対的に移動させることを特徴とする請求項6乃至9のいずれか一項に記載の単結晶の製造方法。A moving mechanism for independently moving the conductive shield and the conductive crucible, and in the step of growing a single crystal, the conductive shield is moved relative to the conductive crucible by the moving mechanism; The method for producing a single crystal according to claim 6, wherein the single crystal is moved. 前記導電性遮蔽体と前記導電性るつぼとをそれぞれ独立に移動させる移動機構を備え、育成した単結晶を降温する工程において、前記移動機構により前記導電性遮蔽体を前記育成した単結晶と同じ高さに移動させ、前記育成された単結晶を前記導電性遮蔽体によりアニールすることを特徴とする請求項6乃至10のいずれか一項に記載の単結晶の製造方法。In the step of lowering the temperature of the grown single crystal, a moving mechanism for independently moving the conductive shield and the conductive crucible is provided, and the conductive shield is moved to the same height as the grown single crystal by the moving mechanism. The method for producing a single crystal according to claim 6, wherein the grown single crystal is annealed by the conductive shield.
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