JP2013006758A - Apparatus and method for producing single crystal and single crystal - Google Patents

Apparatus and method for producing single crystal and single crystal Download PDF

Info

Publication number
JP2013006758A
JP2013006758A JP2012040596A JP2012040596A JP2013006758A JP 2013006758 A JP2013006758 A JP 2013006758A JP 2012040596 A JP2012040596 A JP 2012040596A JP 2012040596 A JP2012040596 A JP 2012040596A JP 2013006758 A JP2013006758 A JP 2013006758A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
single crystal
crucible
melt
pulling
shoulder
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2012040596A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Koichiro Aoyama
浩一郎 青山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Resonac Holdings Corp
Original Assignee
Showa Denko KK
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Showa Denko KK filed Critical Showa Denko KK
Priority to JP2012040596A priority Critical patent/JP2013006758A/en
Priority to CN2012101566154A priority patent/CN102787351A/en
Publication of JP2013006758A publication Critical patent/JP2013006758A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an apparatus for producing a single crystal and the like where the single crystal excellent in crystallinity and corresponding to different diameters can be easily grown.SOLUTION: A single crystal pulling apparatus 1 comprises: a cylindrical wall 22 standing up from the surrounding of a bottom 21; a disc-like cover 23 set on the top of the wall 22 and having an opening 23a in a center part; a crucible 20 to hold an alumina melt 300; an upper heater 30 to heat the crucible 20 from the wall 22; a lower heater 35 set at the lower part of the crucible 20 and heating the crucible 20 from the bottom 21; a pulling rod 40 to pull a sapphire ingot 200 from the alumina melt 300; an upper heater power source 90 to supply electric power to the upper heater 30; and a lower heater power source 95 to supply electric power to the lower heater 35.

Description

本発明は、単結晶製造装置、単結晶製造方法および単結晶に関する。   The present invention relates to a single crystal manufacturing apparatus, a single crystal manufacturing method, and a single crystal.

単結晶を製造する方法として、チョクラルスキー法(Czochralski法、Cz法)、熱交換法(HEM法)およびキロポーラス法(Kyropoulos法)などが知られている。
Cz法は、容器内に原料を溶融させ、その融液の液面に種結晶を接触させ、その後に種結晶を回転させながら引き上げることにより円柱状の単結晶インゴットを成長させる方法である。
HEM法は、容器内に原料を溶融させ、その容器の底部にセットした種結晶を冷却しながら容器内の融液をすべて結晶化させる方法である。
キロポーラス法は、原料の融液に種結晶を接触させ、融液を徐冷することにより、種結晶を起点に結晶を成長させる方法である。
Known methods for producing single crystals include the Czochralski method (Czochralski method, Cz method), the heat exchange method (HEM method), the kiloporous method (Kyropoulos method), and the like.
The Cz method is a method of growing a cylindrical single crystal ingot by melting a raw material in a container, bringing a seed crystal into contact with the surface of the melt, and then pulling up the seed crystal while rotating it.
The HEM method is a method in which a raw material is melted in a container, and all the melt in the container is crystallized while cooling a seed crystal set at the bottom of the container.
The kiloporous method is a method in which a seed crystal is brought into contact with a raw material melt, and the crystal is grown from the seed crystal by slowly cooling the melt.

特許文献1には、チャンバ内に設置した坩堝に、サファイア原料粉末を装入して、加熱ヒータを用いた直接加熱方式により加熱溶融し、原料融液から成長結晶を引き上げるサファイア単結晶の育成方法であって、坩堝として、イリジウムを含まない耐熱性坩堝を用いるとともに、サファイア原料粉末を加熱溶融する際に、雰囲気ガスを予め不活性ガスで置換し、引き続き、チャンバ内に実質的に酸素が存在しない状態を維持するのに十分な量の不活性ガスを流通するサファイア単結晶の育成方法が記載されている。
特許文献2には、容器中で酸化アルミニウムを溶融し、上記容器の酸化アルミニウム融液の液面に種結晶を接触させて、上記酸化アルミニウム融液内でサファイア単結晶を成長させる方法であって、上記種結晶の引き上げ距離は育成初期の酸化アルミニウム融液の液面高の0〜20%未満とし、上記種結晶を上記酸化アルミニウム融液に接触させた後、炉の温度を0.2〜2°C/hrで降下させながら育成することを特徴とするサファイア単結晶の製造方法が記載されている。
特許文献3には、高温溶液トップシーディング法またはカイロポーラス法によって坩堝内の融液から三ホウ酸リチウム単結晶を<001>軸の種結晶を用いて成長させるに際し、種結晶につながる(001)成長面上での<100>方位及び<010>方位に平行に形成される成長稜の幅の比が1:3より大きく成長させる三ホウ酸リチウム単結晶の製造方法が記載されている。
特許文献4には、サファイア単結晶の育成軸をC軸([0001]の向き)から0.1〜15度の範囲内で傾けて単結晶サファイアを育成するサファイア単結晶の製造方法が記載されている。ここで、サファイア単結晶は、引上げ法又はキロプロス法により製造され、傾ける向きは、a軸の向き、m軸の向き、又はa軸の向きとm軸の向きを合成した向きのいずれでもよいことが記載されている。
特許文献5には、融解した原料を入れるためのるつぼと、該るつぼの上面上に設けられ上下動可能な引上軸と、上記原料を加熱するために上記るつぼの側面および/または底面に設けられた抵抗加熱式ヒータと、育成する結晶の直径の1/2以下の距離だけ上記融解した原料の表面から離れた上方に設けられ、かつ該結晶が通過できる開口を有する反射板とを備えた酸化物単結晶の製造装置が記載されている。
特許文献6には、液体カプセル引上げ法により高分解圧化合物半導体単結晶を成長させるにあたり、上記原料融液を収納するルツボの上端にルツボ内外囲部をふたするリングを設け、かつリング上表面をルツボ保持容器の上端よりも下方に位置せしめた半導体単結晶の製造装置が記載されている。
Patent Document 1 discloses a method for growing a sapphire single crystal in which a sapphire raw material powder is charged into a crucible installed in a chamber, heated and melted by a direct heating method using a heater, and the grown crystal is pulled up from the raw material melt. In addition, a heat-resistant crucible containing no iridium is used as the crucible, and when the sapphire raw material powder is heated and melted, the atmosphere gas is replaced with an inert gas in advance, and oxygen substantially exists in the chamber. A method for growing a sapphire single crystal is described in which a sufficient amount of inert gas is maintained to maintain a non-performing state.
In Patent Document 2, aluminum oxide is melted in a container, a seed crystal is brought into contact with the surface of the aluminum oxide melt in the container, and a sapphire single crystal is grown in the aluminum oxide melt. The pulling distance of the seed crystal is set to 0 to less than 20% of the liquid level height of the aluminum oxide melt at the initial growth stage, and after bringing the seed crystal into contact with the aluminum oxide melt, the furnace temperature is set to 0.2 to A method for producing a sapphire single crystal characterized by growing while lowering at 2 ° C./hr is described.
In Patent Document 3, when a lithium triborate single crystal is grown from a melt in a crucible using a <001> -axis seed crystal by a high-temperature solution top seeding method or a chiloporous method, it leads to a seed crystal (001 ) A method for producing a lithium triborate single crystal in which the ratio of the width of the growth ridge formed parallel to the <100> orientation and the <010> orientation on the growth surface is larger than 1: 3 is described.
Patent Document 4 describes a method for producing a sapphire single crystal in which the single crystal sapphire is grown by tilting the growth axis of the sapphire single crystal within a range of 0.1 to 15 degrees from the C axis ([0001] direction). ing. Here, the sapphire single crystal is manufactured by the pulling method or the kilopross method, and the tilting direction may be any of the a-axis direction, the m-axis direction, or the direction in which the a-axis direction and the m-axis direction are combined. Is described.
In Patent Document 5, a crucible for containing a melted raw material, a pull-up shaft provided on the upper surface of the crucible and movable up and down, and provided on a side surface and / or a bottom surface of the crucible for heating the raw material are disclosed. And a reflecting plate provided above the surface of the melted raw material by a distance of ½ or less of the diameter of the crystal to be grown and having an opening through which the crystal can pass. An apparatus for producing oxide single crystals is described.
In Patent Document 6, when growing a high-resolved pressure compound semiconductor single crystal by a liquid capsule pulling method, a ring that covers the crucible inner / outer portion is provided at the upper end of the crucible containing the raw material melt, and an upper surface of the ring is provided. An apparatus for producing a semiconductor single crystal positioned below the upper end of a crucible holding container is described.

特開2008−7354号公報JP 2008-7354 A 特開2008−31019号公報JP 2008-31019 A 特開平7−315993号公報JP-A-7-315993 特開2008−56518号公報JP 2008-56518 A 特開平3−97690号公報Japanese Patent Laid-Open No. 3-97690 特開昭58−41796号公報JP 58-41796 A

ところで、Cz法では、るつぼの大きさ、主に内径によって、引き上げる単結晶の直径が律則されていた。このため、引き上げる単結晶の直径に対応したるつぼを準備していた。このため、引き上げる単結晶の直径を変える場合には、るつぼを交換することが必要となっていた。大きさの異なる複数のるつぼを用意することは、コストアップにつながるとともに、管理が複雑となるという問題があった。一方、大きなるつぼで、いろいろな直径の単結晶を製造する場合は、制御が困難で単結晶の直径の変動が大きく、また単結晶の品質の低下を招く。
また、Cz法では、単結晶は原料融液の液面上に形成されるため、原料融液の液面上の単結晶と原料融液との界面付近および単結晶中の温度勾配が大きくなり、Cz法で形成した単結晶は、温度勾配により歪みや結晶欠陥が発生しやすく、良質な結晶が得にくいという問題があった。
本発明は、結晶性に優れ、異なる直径の単結晶を容易に育成することができる単結晶製造装置等を提供することを目的とする。
By the way, in the Cz method, the diameter of the single crystal to be pulled is regulated by the size of the crucible, mainly the inner diameter. For this reason, a crucible corresponding to the diameter of the single crystal to be pulled up was prepared. For this reason, when changing the diameter of the single crystal to be pulled, it is necessary to replace the crucible. Providing a plurality of crucibles of different sizes has a problem of increasing costs and complicating management. On the other hand, when manufacturing single crystals of various diameters with a large crucible, the control is difficult, the fluctuation of the diameter of the single crystal is large, and the quality of the single crystal is deteriorated.
In the Cz method, since the single crystal is formed on the surface of the raw material melt, the temperature gradient in the vicinity of the interface between the single crystal and the raw material melt on the liquid surface of the raw material melt and in the single crystal increases. The single crystal formed by the Cz method has a problem that distortion and crystal defects are likely to occur due to a temperature gradient and it is difficult to obtain a good quality crystal.
An object of the present invention is to provide a single crystal manufacturing apparatus and the like that are excellent in crystallinity and can easily grow single crystals having different diameters.

かかる目的のもと、本発明が適用される単結晶製造装置は、底部と底部上に底部に接して設けられた壁部と、開口部を有し壁部の上側と接してまたは離して設けられた蓋部とを備え、底部と壁部とにより原料を熱により融解した融液を保持するるつぼと、るつぼの壁部を外から囲むように設けられ、電流により発熱し、るつぼを輻射熱によって壁部から加熱する第1の発熱体と、るつぼの底部の下方に設けられ、電流により発熱し、るつぼを輻射熱によって底部から加熱する第2の発熱体と、るつぼに保持された融液から、引き上げ方向に垂直な断面の面積が引き上げ方向と逆の方向に徐々に大きくなる肩部と、肩部から延在し、引き上げ方向に垂直な断面の面積の変化が肩部に比べ小さい胴部とを備える単結晶を引き上げる引き上げ部と、第1の発熱体に電流を供給するとともに、単結晶の胴部の形成において第1の発熱体に供給する電力を徐々に低減するように制御する第1の電源とを備えている。
この単結晶製造装置において、るつぼの蓋部の開口部は、引き上げ方向に垂直な単結晶の胴部の断面の形状に対応して設けられることを特徴とすることができる。
また、るつぼの蓋部は、引き上げ中の単結晶の胴部を囲む融液から放射される輻射熱を融液に向けて反射し、融液を融点以上に保持するように、単結晶の胴部を囲む融液に対応して設けられていることを特徴とすることができる。
さらに、第2の発熱体に電流を供給するとともに、単結晶の胴部の形成において第2の発熱体に供給する電力を徐々に低減するように制御する第2の電源をさらに備えることを特徴とすることができる。
さらにまた、るつぼは、モリブデン(Mo)、タングステン(W)、イリジウム(Ir)、白金(Pt)、タンタル(Ta)またはこれらを少なくとも1つ含む合金で構成されていることを特徴とすることができる。
そして、るつぼの胴部および底部と蓋部とは、それぞれを構成する材料の熱膨張係数の差が3×10−6/K以下であることを特徴とすることができる。
そしてまた、るつぼの内径D1と蓋部の開口部の内径D2との比D2/D1が、0.5〜0.9であることを特徴とすることができる。
さらに、融液は、酸化アルミニウムを融解したアルミナ融液であって、単結晶がサファイア単結晶であることを特徴とすることができる。
他の観点から捉えると、本発明が適用される単結晶製造方法は、底部と底部上に底部に接して設けられた壁部と、開口部を有し壁部の上側に接してまたは離して設けられた蓋部とを備えたるつぼを、るつぼの壁部を外から囲むように設けられた第1の発熱体とるつぼの底部の下方に設けられた第2の発熱体とに電流を流してるつぼを輻射熱により加熱し、底部と壁部とにより保持された原料を溶融して融液とする溶融工程と、るつぼに保持された融液の液面に引き上げ棒の一端部に設けられた種結晶を接触させる種付け工程と、引き上げ棒を鉛直上方に引き上げつつ、開口部を引き上げ方向に投影した面内において、種結晶から引き上げ方向に垂直な断面が徐々に大きくなるように種結晶の下方に単結晶の肩部を形成する肩部形成工程と、引き上げ棒を鉛直上方に引き上げつつ、少なくとも第1の発熱体に供給する電力を徐々に低減させるとともに、るつぼの蓋部によって単結晶を囲む融液からの輻射熱を反射させて融液を融点以上に保持して、開口部を引き上げ方向に投影した面内において、融液の液面上および融液の液面下に肩部の下方に単結晶の胴部を形成する胴部形成工程と、単結晶の胴部を囲む融液が融点以上である状態において、引き上げ棒を鉛直上方に引き上げ、るつぼの蓋部の開口部を通して、形成された単結晶を引き抜く引抜工程とを含む。
また、肩部形成工程において、引き上げ棒を回転させることを特徴とすることができる。
そして、胴部形成工程において、引き上げ棒を回転させることを特徴とすることができる。
さらに、肩部形成工程において、るつぼを回転させることを特徴とすることができる。
さらにまた、胴部形成工程において、るつぼを回転させることを特徴とすることができる。
そして、胴部形成工程において、第2の発熱体に供給する電力を徐々に減少させることをさらに含むことを特徴とすることができる。
さらに、他の観点から捉えると、本発明が適用される単結晶製造方法により作製された単結晶は、偏光観察法において観察される結晶歪に対応する干渉縞が、略同心円であることを特徴とすることができる。
また、単結晶が六方晶であって、偏光観察法における単結晶の観察面が(0001)面であることを特徴とすることができる。
そして、単結晶がサファイアであることを特徴とすることができる。
そしてまた、単結晶が円柱状であって、直径が100mm以上であることを特徴とすることができる。
For this purpose, a single crystal manufacturing apparatus to which the present invention is applied is provided with a bottom portion, a wall portion provided on the bottom portion in contact with the bottom portion, and an opening portion provided in contact with or away from the upper side of the wall portion. And a crucible for holding a melt obtained by melting the raw material by heat by the bottom and the wall, and surrounding the crucible wall from outside, heat is generated by current, and the crucible is radiated by heat. A first heating element that heats from the wall, a second heating element that is provided below the bottom of the crucible, generates heat by current, and heats the crucible from the bottom by radiant heat, and a melt held in the crucible, A shoulder portion in which the area of the cross section perpendicular to the pulling direction gradually increases in the direction opposite to the pulling direction, and a trunk portion extending from the shoulder portion, and a change in the cross sectional area perpendicular to the pulling direction is smaller than that of the shoulder portion A pulling portion for pulling up a single crystal comprising: Current supplies to one of the heating element, and a first power supply for controlling to gradually reduce the power supplied to the first heating element in the formation of the body portion of the single crystal.
In this single crystal manufacturing apparatus, the opening of the lid portion of the crucible may be provided corresponding to the shape of the cross section of the body portion of the single crystal perpendicular to the pulling direction.
Also, the crucible lid portion reflects the radiant heat radiated from the melt surrounding the single crystal body being pulled up toward the melt and keeps the melt above the melting point. It can be characterized by being provided corresponding to the melt surrounding.
Further, the apparatus further includes a second power source that supplies current to the second heating element and controls the power supplied to the second heating element to be gradually reduced in forming the single crystal body. It can be.
Furthermore, the crucible is characterized in that it is made of molybdenum (Mo), tungsten (W), iridium (Ir), platinum (Pt), tantalum (Ta) or an alloy containing at least one of these. it can.
And the difference of the thermal expansion coefficient of the material which comprises the trunk | drum and bottom part of a crucible, and a cover part can be characterized by being 3 * 10 < -6 > / K or less.
In addition, the ratio D2 / D1 between the inner diameter D1 of the crucible and the inner diameter D2 of the opening of the lid portion may be 0.5 to 0.9.
Further, the melt may be an alumina melt obtained by melting aluminum oxide, and the single crystal may be a sapphire single crystal.
From another point of view, the single crystal manufacturing method to which the present invention is applied includes a bottom part, a wall part provided on the bottom part in contact with the bottom part, an opening part, and an upper part of the wall part. An electric current is passed through a crucible provided with a lid provided to a first heating element provided so as to surround the crucible wall from the outside and a second heating element provided below the bottom of the crucible. The crucible was heated by radiant heat to melt the raw material held by the bottom and the wall to form a melt, and provided at one end of the lifting rod on the liquid level of the melt held in the crucible The seeding step for bringing the seed crystal into contact and the lower part of the seed crystal so that the section perpendicular to the pulling direction gradually increases from the seed crystal in the plane in which the opening is projected in the pulling direction while pulling the pulling bar vertically upward. A shoulder forming process for forming a single crystal shoulder on the While gradually raising the raising rod vertically, at least the power supplied to the first heating element is gradually reduced and the radiant heat from the melt surrounding the single crystal is reflected by the crucible lid so that the melt exceeds the melting point. A body part forming step of forming a single crystal body part below the shoulder part on the surface of the melt and below the surface of the melt in a plane that is held and projected in the pulling direction; A pulling step of pulling up the pulling bar vertically upward and pulling the formed single crystal through the opening of the lid of the crucible in a state where the melt surrounding the crystal body is above the melting point.
In the shoulder forming step, the lifting rod can be rotated.
And in a trunk | drum formation process, it can be characterized by rotating a raising rod.
Further, the crucible may be rotated in the shoulder forming step.
Furthermore, the crucible may be rotated in the body forming step.
And in a trunk | drum formation process, it can further be characterized by further reducing gradually the electric power supplied to a 2nd heat generating body.
Furthermore, from another viewpoint, the single crystal produced by the single crystal manufacturing method to which the present invention is applied is characterized in that the interference fringes corresponding to the crystal strain observed in the polarization observation method are substantially concentric circles. It can be.
Further, the single crystal may be a hexagonal crystal, and the observation surface of the single crystal in the polarization observation method may be a (0001) plane.
The single crystal may be sapphire.
In addition, the single crystal may be cylindrical and have a diameter of 100 mm or more.

本発明によれば、結晶性に優れ、異なる直径の単結晶を容易に育成することができる単結晶製造装置等を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the single crystal manufacturing apparatus etc. which are excellent in crystallinity and can grow a single crystal of a different diameter easily can be provided.

本実施の形態が適用される単結晶製造装置の構成の一例を説明するための図である。It is a figure for demonstrating an example of a structure of the single crystal manufacturing apparatus with which this Embodiment is applied. 本実施の形態におけるるつぼの構成の一例を説明する図である。It is a figure explaining an example of composition of a crucible in this embodiment. 単結晶製造装置を用いて製造されるサファイアインゴットの構成の一例を説明する図である。It is a figure explaining an example of composition of a sapphire ingot manufactured using a single crystal manufacturing device. 単結晶製造装置を用いてサファイアインゴットを製造する方法(製造方法)を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating the method (manufacturing method) which manufactures a sapphire ingot using a single crystal manufacturing apparatus. 本実施の形態におけるサファイアインゴットの成長の機構を説明する断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram explaining the growth mechanism of the sapphire ingot in this Embodiment. るつぼの内径を変えることなく、サファイアインゴットの直径を制御する方法を説明する図である。It is a figure explaining the method of controlling the diameter of a sapphire ingot, without changing the internal diameter of a crucible. 実施例のるつぼおよびサファイアインゴットを説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the crucible and sapphire ingot of an Example. 実施例サンプルおよび比較例サンプルの偏光観察法による結果を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the result by the polarization observation method of an Example sample and a comparative example sample. 実施例のサファイアインゴットの肩部形成工程および胴部形成工程において、上部ヒータおよび下部ヒータに供給した電力を示す図である。It is a figure which shows the electric power supplied to the upper heater and the lower heater in the shoulder part formation process and trunk | drum formation process of the sapphire ingot of an Example.

以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
[単結晶製造装置1]
図1は、本実施の形態が適用される単結晶製造装置1の構成の一例を説明するための図である。
この単結晶製造装置1は、単結晶の一例としてのサファイア単結晶からなる柱状のサファイアインゴット200を成長させるための加熱炉10を有している。この加熱炉10は、円柱状の外形を有し、その内部には円柱状の空間が形成された断熱容器11を備えている。そして、断熱容器11は、例えばカーボン製の断熱材からなる部品を組み立てることで構成されている。また、加熱炉10は、内部の空間に断熱容器11を収容するチャンバ14をさらに備えている。さらに、加熱炉10は、チャンバ14の側面に貫通形成され、チャンバ14の外部からチャンバ14を介してガスを供給するガス供給管12と、同じくチャンバ14の側面に貫通形成され、チャンバ14を介して外部にガスを排出するガス排出管13とを備えている。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.
[Single crystal manufacturing equipment 1]
FIG. 1 is a diagram for explaining an example of the configuration of a single crystal manufacturing apparatus 1 to which the present embodiment is applied.
This single crystal manufacturing apparatus 1 has a heating furnace 10 for growing a columnar sapphire ingot 200 made of a sapphire single crystal as an example of a single crystal. The heating furnace 10 has a cylindrical outer shape, and includes a heat insulating container 11 in which a cylindrical space is formed. And the heat insulation container 11 is comprised by assembling the components which consist of carbon heat insulating materials, for example. The heating furnace 10 further includes a chamber 14 that houses the heat insulating container 11 in an internal space. Furthermore, the heating furnace 10 is formed through the side surface of the chamber 14, the gas supply pipe 12 supplying gas from the outside of the chamber 14 through the chamber 14, and the through-hole formed in the side surface of the chamber 14. And a gas discharge pipe 13 for discharging gas to the outside.

また、断熱容器11の内側下方には、円板状の外形を有する支持台15が、一方の面(表面)が上方を向くように配置されている。この支持台15は、例えばモリブデン(Mo)にて構成されている。
さらに、支持台15の他方の面(裏面)に固定され、断熱容器11およびチャンバ14のそれぞれの底部に設けられた貫通孔を介して、一端部がチャンバ14の外部に引き出された支持棒16が設けられている。支持棒16は、軸の回りに回転が可能となるように取り付けられている。また、支持棒16とチャンバ14の貫通孔との間には、図示しないシール材が設けられている。
Further, a support base 15 having a disk-like outer shape is disposed below the inside of the heat insulating container 11 so that one surface (surface) faces upward. The support 15 is made of, for example, molybdenum (Mo).
Furthermore, the support bar 16 is fixed to the other surface (back surface) of the support base 15 and has one end drawn out of the chamber 14 through a through hole provided in the bottom of each of the heat insulating container 11 and the chamber 14. Is provided. The support bar 16 is attached so as to be rotatable around an axis. Further, a sealing material (not shown) is provided between the support rod 16 and the through hole of the chamber 14.

また、断熱容器11の内側下方であって、且つ支持台15上には、原料である酸化アルミニウムを融解してなる融液の一例としてのアルミナ融液300を収容するるつぼ20が配置されている。
るつぼ20は、支持台15に接する底部21と、底部21に接して設けられ、底部21の周囲から立ち上がる筒状の壁部22と、壁部22上に設けられ、中央部に開口部23aを有する円板状の蓋部23とから構成されている。
底部21と壁部22とは、一体として構成され、アルミナ融液300を保持する。
なお、るつぼ20(底部21、壁部22、蓋部23)については後に詳述するが、図1では蓋部23は壁部22上に接して保持されるように表記している。
In addition, a crucible 20 for accommodating an alumina melt 300 as an example of a melt obtained by melting aluminum oxide as a raw material is disposed below the inside of the heat insulating container 11 and on the support base 15. .
The crucible 20 is provided in contact with the bottom portion 21 in contact with the support base 15, a cylindrical wall portion 22 rising from the periphery of the bottom portion 21, and provided on the wall portion 22, and has an opening 23 a at the center. And a disk-shaped lid portion 23 having the same.
The bottom portion 21 and the wall portion 22 are configured as one body and hold the alumina melt 300.
Although the crucible 20 (the bottom portion 21, the wall portion 22, and the lid portion 23) will be described in detail later, in FIG. 1, the lid portion 23 is shown so as to be held in contact with the wall portion 22.

るつぼ20(底部21、壁部22、蓋部23)は支持台15によって支持され、支持台15は支持棒16によって支持されている。そして、支持棒16は、チャンバ14の外側に設けられ、支持棒16を回転させる回転機構(不図示)によって支持されている。よって、るつぼ20と支持台15とは、支持棒16の回転とともに矢印C方向に回転するようになっている。なお、るつぼ20は、矢印Cと逆方向に回転するようにしてもよい。   The crucible 20 (bottom portion 21, wall portion 22, lid portion 23) is supported by a support base 15, and the support base 15 is supported by a support bar 16. The support bar 16 is provided outside the chamber 14 and is supported by a rotation mechanism (not shown) that rotates the support bar 16. Therefore, the crucible 20 and the support base 15 rotate in the direction of arrow C as the support bar 16 rotates. The crucible 20 may be rotated in the direction opposite to the arrow C.

さらに、加熱炉10は、断熱容器11の側面内側とるつぼ20の壁部22の外側との間に、るつぼ20の壁部22に対向し、るつぼ20の壁部22を取り囲む(囲む)ように設けられた第1の発熱体の一例としての上部ヒータ30を備えている。
上部ヒータ30は、一例として黒鉛(グラファイト)などの炭素(C)または炭素(C)を含む材料で構成され、電流(通電)により発熱し、輻射熱により、るつぼ20を壁部22から加熱する。
上部ヒータ30は、電流が流れる経路が、るつぼ20の壁部22を取り囲むようにらせん状に構成されてもよく、るつぼ20の壁部22の上端部と下端部とで上下に折り返すように構成されてもよい。なお、上部ヒータ30に電流を供給するため、チャンバ14および断熱容器11を貫通して複数の配線が設けられているが、図1においては、これらの配線の記載を省略している。
Furthermore, the heating furnace 10 faces the wall portion 22 of the crucible 20 and surrounds (encloses) the wall portion 22 of the crucible 20 between the inside of the side surface of the heat insulating container 11 and the outside of the wall portion 22 of the crucible 20. The upper heater 30 as an example of the provided 1st heat generating body is provided.
The upper heater 30 is made of, for example, carbon (C) such as graphite (graphite) or a material containing carbon (C), generates heat by current (energization), and heats the crucible 20 from the wall portion 22 by radiant heat.
The upper heater 30 may be formed in a spiral shape so that a current flow path surrounds the wall portion 22 of the crucible 20, and is configured to be folded up and down at the upper end portion and the lower end portion of the wall portion 22 of the crucible 20. May be. In addition, in order to supply an electric current to the upper heater 30, although several wiring is provided through the chamber 14 and the heat insulation container 11, description of these wiring is abbreviate | omitted in FIG.

なお、図1においては、上部ヒータ30の上端がるつぼ20の蓋部23の上面より上側にあるように表記しているが、上部ヒータ30の上端と蓋部23の上面とが一致してもよく、上部ヒータ30の上端が蓋部23の上面より下側、すなわち壁部22の位置にあってもよい。同様に、図1では、上部ヒータ30の下端がるつぼ20の底部21の下面より下側にあるように表記しているが、上部ヒータ30の下端と底部21の下面とが一致してもよく、上部ヒータ30の下端がるつぼ20の壁部22の位置にあってもよい。   In FIG. 1, it is shown that the upper end of the upper heater 30 is above the upper surface of the lid portion 23 of the crucible 20, but the upper end of the upper heater 30 and the upper surface of the lid portion 23 coincide with each other. The upper end of the upper heater 30 may be located below the upper surface of the lid portion 23, that is, at the position of the wall portion 22. Similarly, in FIG. 1, the lower end of the upper heater 30 is shown as being below the lower surface of the bottom 21 of the crucible 20, but the lower end of the upper heater 30 and the lower surface of the bottom 21 may coincide with each other. The lower end of the upper heater 30 may be at the position of the wall portion 22 of the crucible 20.

さらにまた、加熱炉10は、るつぼ20の底部21の下方であって、底部21と断熱容器11の内側底部との間に、底部21に対向するように設けられた第2の発熱体の一例としての下部ヒータ35を備えている。なお、下部ヒータ35の外形は、大まかに捉えると中央部がくり抜かれた円板状である。支持棒16は、中央部のくり抜かれた開口に通されている。   Furthermore, the heating furnace 10 is an example of a second heating element provided below the bottom portion 21 of the crucible 20 and between the bottom portion 21 and the inner bottom portion of the heat insulating container 11 so as to face the bottom portion 21. The lower heater 35 is provided. It should be noted that the outer shape of the lower heater 35 is a disc shape with the center portion hollowed out when roughly grasped. The support bar 16 is passed through an opening in the center.

下部ヒータ35は、上部ヒータ30と同様に、一例として黒鉛(グラファイト)などの炭素(C)または炭素(C)を含む材料で構成され、電流(通電)により発熱し、輻射熱により、るつぼ20を底部21から加熱する。下部ヒータ35は、電流が流れる経路が、支持棒16を取り囲むように渦巻状に構成されてもよく、るつぼ20の底部21の周辺部と中央部とで交互に折り返すように構成されてもよい。なお、下部ヒータ35に電流を供給するため、チャンバ14および断熱容器11を貫通して複数の配線が設けられているが、図1においては、これらの配線の記載を省略している。   Similarly to the upper heater 30, the lower heater 35 is made of carbon (C) such as graphite or a material containing carbon (C) as an example, generates heat by current (energization), and causes the crucible 20 to be radiated by radiant heat. Heat from the bottom 21. The lower heater 35 may be configured in a spiral shape so that the current flow path surrounds the support rod 16, or may be configured to be alternately folded at the periphery and the center of the bottom 21 of the crucible 20. . In order to supply current to the lower heater 35, a plurality of wirings are provided through the chamber 14 and the heat insulating container 11. However, these wirings are not shown in FIG.

なお、図1においては、下部ヒータ35の周辺部がるつぼ20の底部21の外周より外側にあるように表記しているが、下部ヒータ35の周辺部と底部21の外周とが一致してもよく、下部ヒータ35の周辺部が底部21の外周より内側にあってもよい。同様に、図1では、下部ヒータ35の中央部が支持台15の外周部より内側にあるが、下部ヒータ35の中央部が支持台15の外周部と一致してもよく、下部ヒータ35の中央部が支持台15の外周部より外側にあってもよい。
上部ヒータ30および下部ヒータ35のそれぞれの形状は、上部ヒータ30および下部ヒータ35によりるつぼ20が効率よく加熱できる形状であればよい。
In FIG. 1, the peripheral portion of the lower heater 35 is illustrated as being outside the outer periphery of the bottom portion 21 of the crucible 20, but the peripheral portion of the lower heater 35 and the outer periphery of the bottom portion 21 may coincide with each other. The peripheral part of the lower heater 35 may be inside the outer periphery of the bottom part 21. Similarly, in FIG. 1, the central portion of the lower heater 35 is inside the outer peripheral portion of the support base 15, but the central portion of the lower heater 35 may coincide with the outer peripheral portion of the support base 15. The central portion may be outside the outer peripheral portion of the support base 15.
Each shape of the upper heater 30 and the lower heater 35 may be any shape that allows the crucible 20 to be efficiently heated by the upper heater 30 and the lower heater 35.

図1では、支持台15がるつぼ20の底部21と接する面積を、るつぼ20の底部21の面積より小さくして、下部ヒータ35からの輻射熱により、るつぼ20の底部21が効率よく加熱されるようになっている。   In FIG. 1, the area where the support base 15 is in contact with the bottom 21 of the crucible 20 is made smaller than the area of the bottom 21 of the crucible 20 so that the bottom 21 of the crucible 20 is efficiently heated by the radiant heat from the lower heater 35. It has become.

さらにまた、加熱炉10は、断熱容器11およびチャンバ14のそれぞれの上面に設けられた貫通孔を介して上方から下方に伸びる引き上げ棒40を備えている。この引き上げ棒40は、鉛直方向(矢印A方向)への移動および軸を中心とする回転(矢印B方向)が可能となるように取り付けられている。なお、チャンバ14に設けられた貫通孔と引き上げ棒40との間には、図示しないシール材が設けられている。そして、引き上げ棒40の鉛直下方側の端部には、サファイアインゴット200を成長させるための基となる種結晶210(後述する図3参照)を装着、保持させるための保持部材41が取り付けられている。   Furthermore, the heating furnace 10 includes a pulling rod 40 that extends downward from above through through holes provided in the upper surfaces of the heat insulating container 11 and the chamber 14, respectively. The pulling rod 40 is attached so as to be able to move in the vertical direction (arrow A direction) and rotate around the axis (arrow B direction). A sealing material (not shown) is provided between the through hole provided in the chamber 14 and the lifting rod 40. A holding member 41 for attaching and holding a seed crystal 210 (see FIG. 3 to be described later) as a base for growing the sapphire ingot 200 is attached to an end portion of the pulling bar 40 on the vertically lower side. Yes.

また、単結晶製造装置1は、引き上げ棒40を鉛直上方に引き上げるための引き上げ駆動部50および引き上げ棒40を回転させるための引き上げ棒回転駆動部60を備えている。ここで、引き上げ駆動部50はモータ等で構成されており、引き上げ棒40の引き上げ速度を調整できるようになっている。また、引き上げ棒回転駆動部60もモータ等で構成されており、引き上げ棒40の回転速度を調整できるようになっている。
ここで、矢印A方向を引き上げ方向と表記する。
The single crystal manufacturing apparatus 1 also includes a pulling drive unit 50 for pulling up the pulling bar 40 vertically upward and a pulling bar rotation driving unit 60 for rotating the pulling bar 40. Here, the pulling drive unit 50 is configured by a motor or the like, and can adjust the pulling speed of the pulling rod 40. Further, the lifting rod rotation drive unit 60 is also constituted by a motor or the like, and the rotation speed of the lifting rod 40 can be adjusted.
Here, the arrow A direction is referred to as a pulling direction.

さらに、単結晶製造装置1は、ガス供給管12を介してチャンバ14の内部にガスを供給するガス供給部70を備えている。本実施の形態において、ガス供給部70は、例えばアルゴン等の不活性ガスを供給することができる。   Further, the single crystal manufacturing apparatus 1 includes a gas supply unit 70 that supplies gas into the chamber 14 via the gas supply pipe 12. In the present embodiment, the gas supply unit 70 can supply an inert gas such as argon.

一方、単結晶製造装置1は、ガス排出管13を介してチャンバ14の内部からガスを排出するガス排出部80を備えている。ガス排出部80は例えば真空ポンプ等を備えており、チャンバ14内の減圧や、ガス供給部70から供給されたガスの排気をすることが可能となっている。   On the other hand, the single crystal manufacturing apparatus 1 includes a gas discharge unit 80 that discharges gas from the inside of the chamber 14 via the gas discharge pipe 13. The gas discharge unit 80 includes, for example, a vacuum pump or the like, and can reduce the pressure in the chamber 14 or exhaust the gas supplied from the gas supply unit 70.

さらにまた、単結晶製造装置1は、上部ヒータ30に電流を供給する第1の電源の一例として上部ヒータ電源90を備えている。上部ヒータ電源90は、上部ヒータ30への電流の供給の有無および供給する電力(電流および/または電圧)を設定できるようになっている。
そして、単結晶製造装置1は、下部ヒータ35に電流を供給する第2の電源の一例として下部ヒータ電源95を備えている。下部ヒータ電源95は、下部ヒータ35への電流の供給の有無および供給する電力(電流および/または電圧)を設定できるようになっている。
Furthermore, the single crystal manufacturing apparatus 1 includes an upper heater power source 90 as an example of a first power source that supplies current to the upper heater 30. The upper heater power supply 90 can set the presence / absence of current supply to the upper heater 30 and the power (current and / or voltage) to be supplied.
The single crystal manufacturing apparatus 1 includes a lower heater power source 95 as an example of a second power source that supplies current to the lower heater 35. The lower heater power supply 95 can set the presence / absence of supply of current to the lower heater 35 and the power (current and / or voltage) to be supplied.

そして、単結晶製造装置1は、支持棒16を回転させて、支持台15に支持されたるつぼ20を回転させるるつぼ回転駆動部110を備えている。るつぼ回転駆動部110もモータ等で構成されており、るつぼ20の回転速度を調整できるようになっている。
さらに、単結晶製造装置1は、引き上げ棒40を介して引き上げ棒40の下部側に成長するサファイアインゴット200の重量を検出する重量検出部120を備えている。この重量検出部120は、例えば重量センサ等を含んで構成されている。
The single crystal manufacturing apparatus 1 includes a crucible rotation driving unit 110 that rotates the support rod 16 to rotate the crucible 20 supported by the support base 15. The crucible rotation drive unit 110 is also composed of a motor or the like, and the rotation speed of the crucible 20 can be adjusted.
Furthermore, the single crystal manufacturing apparatus 1 includes a weight detection unit 120 that detects the weight of the sapphire ingot 200 that grows on the lower side of the pulling rod 40 via the pulling rod 40. The weight detection unit 120 includes, for example, a weight sensor.

そして、単結晶製造装置1は、上述した引き上げ駆動部50、引き上げ棒回転駆動部60、ガス供給部70、ガス排出部80、上部ヒータ電源90、下部ヒータ電源95を制御する制御部100を備えている。また、制御部100は、重量検出部120から出力される重量信号に基づき、引き上げられるサファイアインゴット200の結晶直径の計算を行い、上部ヒータ電源90および下部ヒータ電源95にフィードバックする。   The single crystal manufacturing apparatus 1 includes a control unit 100 that controls the above-described pulling drive unit 50, pulling rod rotation driving unit 60, gas supply unit 70, gas discharge unit 80, upper heater power supply 90, and lower heater power supply 95. ing. Further, the control unit 100 calculates the crystal diameter of the sapphire ingot 200 to be pulled up based on the weight signal output from the weight detection unit 120 and feeds back to the upper heater power supply 90 and the lower heater power supply 95.

なお、本実施の形態においては、引き上げ棒40、引き上げ駆動部50および引き上げ棒回転駆動部60によって引き上げ部が構成されている。   In the present embodiment, the lifting rod 40, the lifting drive portion 50, and the lifting rod rotation driving portion 60 constitute a lifting portion.

[るつぼ20]
図2は、本実施の形態におけるるつぼ20の構成の一例を説明する図である。
るつぼ20は、前述したように、底部21、壁部22、蓋部23とから構成されている。そして、少なくとも底部21と壁部22とは一体で構成され、アルミナ融液300を保持できるようになっている。
図1において、蓋部23は、底部21および壁部22と別の部材で構成され、蓋部23の周辺部が壁部22の上端部に接するように、壁部22上に載置されている。そして、蓋部23は円板状であって、中央部に円形の開口部23aを有している。
開口部23aの内径D2は、後述するように形成するサファイアインゴット200の直径に対応して設定されている。
[Crucible 20]
FIG. 2 is a diagram for explaining an example of the configuration of the crucible 20 in the present embodiment.
As described above, the crucible 20 includes the bottom portion 21, the wall portion 22, and the lid portion 23. At least the bottom portion 21 and the wall portion 22 are integrally formed so that the alumina melt 300 can be held.
In FIG. 1, the lid portion 23 is composed of a member different from the bottom portion 21 and the wall portion 22, and is placed on the wall portion 22 so that the peripheral portion of the lid portion 23 is in contact with the upper end portion of the wall portion 22. Yes. And the cover part 23 is disk shape, Comprising: It has the circular opening part 23a in the center part.
The inner diameter D2 of the opening 23a is set corresponding to the diameter of the sapphire ingot 200 formed as described later.

蓋部23の周辺部には、壁部22に対して蓋部23の位置がずれないように、蓋部23を貫く複数のピン23bを設けてもよい。ピン23bは、蓋部23を貫いた部分が、壁部22の内側に当接して、蓋部23がずれるのを防止する。
また、ピン23bの蓋部23を貫いた部分を収納する孔を、壁部22の上端部に設けてもよい。なお、ピン23bにねじを設けて壁部22にねじ止めしてもよいが、蓋部23のずれを抑制するためには、ねじ止めすることを要しない。
A plurality of pins 23 b penetrating the lid portion 23 may be provided in the peripheral portion of the lid portion 23 so that the position of the lid portion 23 does not shift with respect to the wall portion 22. The pin 23b prevents the lid 23 from being displaced due to the portion that penetrates the lid 23 coming into contact with the inside of the wall 22.
Further, a hole that accommodates a portion of the pin 23 b that penetrates the lid portion 23 may be provided in the upper end portion of the wall portion 22. In addition, although the screw may be provided on the pin 23b and screwed to the wall portion 22, it is not necessary to screw the pin portion 23b in order to suppress the displacement of the lid portion 23.

なお、蓋部23を交換しない場合は、蓋部23を底部21および壁部22と一体に構成してもよい。さらに、蓋部23を交換しない場合は、壁部22の上端部に接するように配置された蓋部23が、熱等により、壁部22に固着されても構わない。
さらにまた、蓋部23は、壁部22に接することなく、予め定められた距離に離して配置してもよい。このときは、蓋部23を、壁部22に対して予め定められた距離に保持するための蓋部保持部材(不図示)を設ければよい。
In addition, when not replacing | exchanging the cover part 23, you may comprise the cover part 23 integrally with the bottom part 21 and the wall part 22. FIG. Furthermore, when the lid portion 23 is not replaced, the lid portion 23 disposed so as to contact the upper end portion of the wall portion 22 may be fixed to the wall portion 22 by heat or the like.
Furthermore, the lid portion 23 may be arranged at a predetermined distance without contacting the wall portion 22. At this time, a lid holding member (not shown) for holding the lid 23 at a predetermined distance from the wall 22 may be provided.

また、図2において、蓋部23は中央に円形の開口部23aを有する円板状とした。しかし、開口部23aの形状は必ずしも円形である必要はなく、後述するように、アルミナ融液300からの輻射熱を反射するものであればよく、多角形等であってもよい。
そして、蓋部23は、周辺部から開口部23aに向かって上方(底部21から離れる側)に凸状であってもよく、周辺部から中央部に向かって下方(底部21に向かう側)に凸状であってもよい。
Moreover, in FIG. 2, the cover part 23 was made into the disk shape which has the circular opening part 23a in the center. However, the shape of the opening 23a is not necessarily circular, as long as it reflects the radiant heat from the alumina melt 300 as described later, and may be a polygon or the like.
The lid portion 23 may be convex upward from the peripheral portion toward the opening 23a (side away from the bottom portion 21), and downward from the peripheral portion toward the central portion (side toward the bottom portion 21). It may be convex.

るつぼ20(底部21、壁部22、蓋部23)は、単結晶の原料の融点より高い融点を有する高融点金属で構成されていればよい。モリブデン(Mo)、タングステン(W)、イリジウム(Ir)、白金(Pt)、タンタル(Ta)またはこれらを少なくとも1つ含む合金であってもよい。
なお、るつぼ20において、底部21および壁部22(一体で構成される)と蓋部23とは、熱膨張によるストレスを緩和する点から同じ材質が好ましいが、異なる素材によって構成されてもよい。
以下では、るつぼ20は、酸化アルミニウムの融点(2054℃)より高い融点(2617℃)のモリブデン(Mo)で構成されているとして説明する。
The crucible 20 (bottom portion 21, wall portion 22, lid portion 23) only needs to be made of a refractory metal having a melting point higher than that of the single crystal raw material. Molybdenum (Mo), tungsten (W), iridium (Ir), platinum (Pt), tantalum (Ta), or an alloy containing at least one of these may be used.
In the crucible 20, the bottom 21 and the wall 22 (configured integrally) and the lid 23 are preferably made of the same material from the viewpoint of reducing stress due to thermal expansion, but may be made of different materials.
Hereinafter, the crucible 20 will be described as being composed of molybdenum (Mo) having a melting point (2617 ° C.) higher than that of aluminum oxide (2054 ° C.).

サファイアインゴット200から、直径100mmのサファイアウエハを切り出すとすると、サファイアインゴット200の直径D0(後述する図3参照)は110mmが必要とされる。
直径D0が110mmのサファイアインゴット200を得ようとした場合を例にとると、るつぼ20の壁部22の内径D1(るつぼ20の内径D1)は例えば180mmが好ましい。そして、るつぼ20の内側の高さH1は例えば200mmが好ましい。そして、底部21および壁部22の厚さは例えば10mmである。
一方、蓋部23の開口部23aの内径D2は例えば125mmが好ましい。蓋部23の厚さは例えば2mmである。
なお、これらの数値は一例であって、製造するサファイアインゴット200の直径および長さに応じて、るつぼ20の内径D1、高さH、蓋部23の内径D2を設定すればよい。
なお、後述するように、蓋部23の開口部23aの内径D2は、製造するサファイアインゴット200の直径D0(後述する図3参照)と関連し、サファイアインゴット200の直径D0の1.1〜1.2に設定されるのが好ましい。
If a sapphire wafer having a diameter of 100 mm is cut out from the sapphire ingot 200, the sapphire ingot 200 needs to have a diameter D0 (see FIG. 3 described later) of 110 mm.
Taking the case where the sapphire ingot 200 having a diameter D0 of 110 mm is taken as an example, the inner diameter D1 of the wall portion 22 of the crucible 20 (the inner diameter D1 of the crucible 20) is preferably 180 mm, for example. For example, the inner height H1 of the crucible 20 is preferably 200 mm. And the thickness of the bottom part 21 and the wall part 22 is 10 mm, for example.
On the other hand, the inner diameter D2 of the opening 23a of the lid 23 is preferably 125 mm, for example. The thickness of the lid part 23 is 2 mm, for example.
These numerical values are merely examples, and the inner diameter D1 and height H of the crucible 20 and the inner diameter D2 of the lid portion 23 may be set according to the diameter and length of the sapphire ingot 200 to be manufactured.
As will be described later, the inner diameter D2 of the opening 23a of the lid 23 is related to the diameter D0 (see FIG. 3 described later) of the sapphire ingot 200 to be manufactured, and is 1.1 to 1 of the diameter D0 of the sapphire ingot 200. .2 is preferably set.

[サファイアインゴット200]
図3は、単結晶製造装置1を用いて製造されるサファイアインゴット200の構成の一例を説明する図である。
このサファイアインゴット200は、サファイアインゴット200を成長させるための基となる種結晶210と、種結晶210の下部に延在しこの種結晶210と一体化した肩部220と、肩部220の下部に延在し肩部220と一体化した胴部230とを備えている。そして、このサファイアインゴット200においては、上方すなわち種結晶210側から下方すなわち胴部230側に向けて、六方晶であるサファイアのc軸方向に単結晶が成長している。すなわち、サファイアインゴット200は図1の矢印A方向にサファイアの単結晶が成長している。
[Sapphire Ingot 200]
FIG. 3 is a diagram illustrating an example of the configuration of a sapphire ingot 200 manufactured using the single crystal manufacturing apparatus 1.
The sapphire ingot 200 includes a seed crystal 210 that serves as a base for growing the sapphire ingot 200, a shoulder 220 that extends under the seed crystal 210 and is integrated with the seed crystal 210, and a lower portion of the shoulder 220. A trunk portion 230 extending and integrated with the shoulder portion 220 is provided. In the sapphire ingot 200, a single crystal is grown in the c-axis direction of hexagonal sapphire from the upper side, that is, from the seed crystal 210 side, to the lower side, that is, from the trunk portion 230 side. That is, in the sapphire ingot 200, a single crystal of sapphire is grown in the direction of arrow A in FIG.

ここで、肩部220は、種結晶210側から胴部230側に向けて、徐々にその直径が拡大していく形状を有している。また、胴部230は、上方から下方に向けてその直径がほぼ同じとなるような形状を有している。
なお、胴部230の直径は、所望とするサファイア単結晶のウエハの直径よりもわずかに大きな値に設定される。そして、胴部230は、サファイアの単結晶の成長の方向(引き上げの方向)に対して垂直な面からなる端部240aを有している。なお、胴部230は、成長条件を異ならせた場合には、サファイアの単結晶の成長の方向に対して中央部が凸状となった端部240bや、中央部が凹状になった端部240cを有していることがある。
Here, the shoulder portion 220 has a shape in which the diameter gradually increases from the seed crystal 210 side toward the body portion 230 side. Moreover, the trunk | drum 230 has a shape from which the diameter becomes substantially the same toward the downward direction from upper direction.
The diameter of the body 230 is set to a value slightly larger than the diameter of the desired sapphire single crystal wafer. The body portion 230 has an end portion 240a having a surface perpendicular to the direction of sapphire single crystal growth (the direction of pulling). In addition, when the growth conditions are changed, the trunk portion 230 has an end portion 240b whose central portion is convex with respect to the growth direction of the single crystal of sapphire, and an end portion whose central portion is concave. 240c may be included.

なお、本実施の形態において、c軸方向に結晶成長させたサファイアインゴット200を製造しているのは、次の理由による。
一般的に、GaN系光デバイスの基板材料や液晶プロジェクタの偏光子の保持部材、シリコンデバイスの貼り付け用基板等では、サファイア単結晶のc軸に垂直な面((0001)面)が主面となるように、インゴットから切り出されたウエハが用いられることが多い。したがって、歩留まりの観点からすれば、c軸方向に結晶成長させたサファイア単結晶のインゴットをウエハの切り出しに用いることが好ましい。このため、本実施の形態では、このような後工程での利便性を考慮し、c軸方向に結晶成長させたサファイアインゴット200の製造を行っている。
In the present embodiment, the reason why the sapphire ingot 200 having a crystal grown in the c-axis direction is manufactured is as follows.
In general, in a substrate material for a GaN-based optical device, a polarizer holding member for a liquid crystal projector, a substrate for attaching a silicon device, the surface perpendicular to the c-axis ((0001) surface) of the sapphire single crystal is the main surface. In many cases, a wafer cut from an ingot is used. Therefore, from the viewpoint of yield, it is preferable to use a sapphire single crystal ingot grown in the c-axis direction for cutting out the wafer. For this reason, in the present embodiment, the sapphire ingot 200 in which the crystal is grown in the c-axis direction is manufactured in consideration of the convenience in the subsequent process.

[サファイアインゴット200の製造方法]
図4は、単結晶製造装置1を用いてサファイアインゴット200を製造する方法(製造方法)を説明するためのフローチャートである。
サファイアインゴット200の製造にあたっては、まず、チャンバ14内のるつぼ20内に充填された固体の酸化アルミニウムを加熱によって溶解(融解)する溶融工程を実行する(ステップ101)。
次に、酸化アルミニウムの融液すなわちアルミナ融液300に種結晶210の下端部を接触させた状態で温度調整を行う種付け工程を実行する(ステップ102)。
次いで、アルミナ融液300に接触させた種結晶210を回転させながら上方に引き上げることにより、種結晶210の下方に肩部220を形成する肩部形成工程を実行する(ステップ103)。
引き続いて、種結晶210を介して肩部220を回転させながら上方に引き上げつつ、肩部220の下方に胴部230を形成する胴部形成工程を実行する(ステップ104)。
さらに引き続いて、種結晶210および肩部220を介して胴部230を回転させながら上方に引き上げてアルミナ融液300から引き抜く引抜工程を実行する(ステップ105)。
そして、るつぼ20の加熱を停止して冷却する冷却工程を実行し(ステップ106)、得られたサファイアインゴット200が冷却された後にチャンバ14の外部に取り出して、一連の製造工程を完了する。
[Method for Manufacturing Sapphire Ingot 200]
FIG. 4 is a flowchart for explaining a method (manufacturing method) for manufacturing the sapphire ingot 200 using the single crystal manufacturing apparatus 1.
In manufacturing the sapphire ingot 200, first, a melting step is performed in which solid aluminum oxide filled in the crucible 20 in the chamber 14 is melted (melted) by heating (step 101).
Next, a seeding step is performed in which temperature adjustment is performed in a state where the lower end portion of the seed crystal 210 is in contact with the aluminum oxide melt, that is, the alumina melt 300 (step 102).
Next, the shoulder crystal forming step is performed in which the shoulder crystal 220 is formed below the seed crystal 210 by pulling upward while rotating the seed crystal 210 in contact with the alumina melt 300 (step 103).
Subsequently, a trunk portion forming step is performed in which the trunk portion 230 is formed below the shoulder portion 220 while the shoulder portion 220 is pulled upward while rotating through the seed crystal 210 (step 104).
Subsequently, a pulling process is performed in which the body 230 is rotated upward through the seed crystal 210 and the shoulder 220 while being pulled up and pulled out from the alumina melt 300 (step 105).
And the cooling process which stops and cools the heating of the crucible 20 is performed (step 106), and after the obtained sapphire ingot 200 is cooled, it is taken out of the chamber 14 to complete a series of manufacturing processes.

なお、このようにして得られたサファイアインゴット200は、まず、肩部220と胴部230との境界において切断され、胴部230が切り出される。次に、切り出された胴部230は、さらに、サファイアの単結晶の成長方向に直交する面で切断され、サファイア単結晶のウエハとなる。このとき、本実施の形態のサファイアインゴット200はc軸方向に結晶成長していることから、得られるウエハの主面はc面((0001)面)となる。そして、得られたウエハは、GaN系光デバイスや偏光子の製造等に用いられる。   The sapphire ingot 200 thus obtained is first cut at the boundary between the shoulder 220 and the trunk 230, and the trunk 230 is cut out. Next, the cut out body portion 230 is further cut along a plane orthogonal to the growth direction of the single crystal of sapphire to form a sapphire single crystal wafer. At this time, since the sapphire ingot 200 of this embodiment is crystal-grown in the c-axis direction, the main surface of the obtained wafer is the c-plane ((0001) plane). The obtained wafer is used for manufacturing GaN-based optical devices and polarizers.

では、上述した各工程について具体的に説明を行う。ただし、ここでは、ステップ101の溶融工程の前に実行される準備工程から順を追って説明を行う。   Then, each process mentioned above is demonstrated concretely. However, here, the description will be made in order from the preparation process executed before the melting process of step 101.

(準備工程)
準備工程では、まず、<0001>c軸の種結晶210を用意する。次に、引き上げ棒40の保持部材41に種結晶210を取り付け、予め定められた位置にセットする。続いて、チャンバ14内に下部ヒータ35を設置する。そして、支持棒16に支持台15を取り付ける。
次に、支持台15上にるつぼ20を設置する。そして、るつぼ20内に酸化アルミニウムの原材料すなわちアルミナ原料を充填する。なお、るつぼ20の蓋部23が、壁部22と別に構成されている場合には、るつぼ20(底部21と壁部22)内にアルミナ原料を充填したのち、蓋部23を壁部22上に設置してもよい。
そして、るつぼ20の壁部22を取り囲むように上部ヒータ30を設置する。その後、チャンバ14内に断熱容器11を組み立てる。
そして次に、制御部100、引き上げ駆動部50、引き上げ棒回転駆動部60、ガス供給部70、ガス排出部80、上部ヒータ電源90、下部ヒータ電源95、るつぼ回転駆動部110、重量検出部120に通電する。これにより、制御部100が、引き上げ駆動部50、引き上げ棒回転駆動部60、ガス供給部70、ガス排出部80、上部ヒータ電源90、下部ヒータ電源95、るつぼ回転駆動部110、重量検出部120を制御する状態になる。以下で説明する操作は、すべて制御部100の制御に基づいて行われる。よって、「制御部100の制御に基づいて」と表記することを省略する。
(Preparation process)
In the preparation step, first, a <0001> c-axis seed crystal 210 is prepared. Next, the seed crystal 210 is attached to the holding member 41 of the pulling rod 40 and set at a predetermined position. Subsequently, the lower heater 35 is installed in the chamber 14. Then, the support base 15 is attached to the support rod 16.
Next, the crucible 20 is installed on the support base 15. The crucible 20 is filled with an aluminum oxide raw material, that is, an alumina raw material. In addition, when the cover part 23 of the crucible 20 is comprised separately from the wall part 22, after filling the crucible 20 (bottom part 21 and wall part 22) with an alumina raw material, the cover part 23 is placed on the wall part 22 You may install in.
And the upper heater 30 is installed so that the wall part 22 of the crucible 20 may be surrounded. Thereafter, the heat insulating container 11 is assembled in the chamber 14.
Then, the control unit 100, the pulling drive unit 50, the pulling rod rotation driving unit 60, the gas supply unit 70, the gas discharge unit 80, the upper heater power supply 90, the lower heater power supply 95, the crucible rotation driving unit 110, and the weight detection unit 120. Energize to. As a result, the control unit 100 causes the pulling drive unit 50, the pulling rod rotation driving unit 60, the gas supply unit 70, the gas discharge unit 80, the upper heater power supply 90, the lower heater power supply 95, the crucible rotation driving unit 110, and the weight detection unit 120. It will be in the state to control. All operations described below are performed based on the control of the control unit 100. Therefore, the description “based on the control of the control unit 100” is omitted.

ガス供給部70からのガス供給を行わない状態で、ガス排出部80は、チャンバ14内を減圧する。その後、ガス供給部70は、チャンバ14内に予め定められたガスを供給し、チャンバ14の内部を常圧にする。   In a state where the gas supply from the gas supply unit 70 is not performed, the gas discharge unit 80 decompresses the inside of the chamber 14. Thereafter, the gas supply unit 70 supplies a predetermined gas into the chamber 14 to bring the inside of the chamber 14 to normal pressure.

(溶融工程)
溶融工程では、ガス供給部70は予め定められたガスをチャンバ14内に供給する。なお、溶融工程において供給するガスは、準備工程と同じものであってもよいし異なるものであってもよい。このとき、引き上げ棒回転駆動部60は、引き上げ棒40を第1引き上げ棒回転速度で回転(図1の矢印B方向)させる。そして、るつぼ回転駆動部110は、支持棒16を回転(図1の矢印C方向)させて、るつぼ20を第1るつぼ回転速度で回転させる。
ここで、引き上げ棒40の回転方向(矢印B方向)とるつぼ20の回転方向(矢印C方向)とは、図1に示すように逆の方向であってもよく、同じ方向であってもよい。
(Melting process)
In the melting step, the gas supply unit 70 supplies a predetermined gas into the chamber 14. Note that the gas supplied in the melting step may be the same as or different from that in the preparation step. At this time, the lifting rod rotation driving unit 60 rotates the lifting rod 40 at the first lifting rod rotation speed (in the direction of arrow B in FIG. 1). And the crucible rotation drive part 110 rotates the support rod 16 (arrow C direction of FIG. 1), and rotates the crucible 20 at the 1st crucible rotational speed.
Here, the rotation direction (arrow B direction) of the pulling bar 40 and the rotation direction (arrow C direction) of the crucible 20 may be opposite to each other as shown in FIG. .

また、上部ヒータ電源90は、上部ヒータ30に電流を供給して上部ヒータ30を発熱させ、るつぼ20の壁部22を加熱する。同様に、下部ヒータ電源95は、下部ヒータ35に電流を供給して下部ヒータ35を発熱させ、るつぼ20の底部21を加熱する。   The upper heater power supply 90 supplies current to the upper heater 30 to cause the upper heater 30 to generate heat and heat the wall portion 22 of the crucible 20. Similarly, the lower heater power source 95 supplies current to the lower heater 35 to cause the lower heater 35 to generate heat and heat the bottom 21 of the crucible 20.

このようにして、るつぼ20の底部21および壁部22が加熱され、これにともないるつぼ20内に収容される酸化アルミニウムがその融点(2054℃)を超えて加熱されることで、るつぼ20内においてアルミナ原料すなわち酸化アルミニウムが溶融し、アルミナ融液300となる。   In this way, the bottom 21 and the wall 22 of the crucible 20 are heated, and the aluminum oxide accommodated in the crucible 20 is heated to exceed its melting point (2054 ° C.). The alumina raw material, that is, aluminum oxide is melted to form an alumina melt 300.

(種付け工程)
種付け工程では、ガス供給部70は、予め定められたガスをチャンバ14内に供給する。なお、種付け工程において供給するガスは、溶融工程と同じものであってもよいし異なるものであってもよい。
そして、引き上げ駆動部50は、保持部材41に取り付けられた種結晶210の下端が、るつぼ20内のアルミナ融液300と接触する位置まで引き上げ棒40を下降させて停止させる。その状態で、重量検出部120からの重量信号をもとに、上部ヒータ電源90は、上部ヒータ30に供給する電流を調節する。同様に、下部ヒータ電源95は、下部ヒータ35に供給する電流を調節する。なお、電流の代わりに、電力(電流および電圧)を調整してもよい。以下では、電流(電力)と表記する。
(Seeding process)
In the seeding process, the gas supply unit 70 supplies a predetermined gas into the chamber 14. Note that the gas supplied in the seeding step may be the same as or different from that in the melting step.
Then, the pulling drive unit 50 lowers the pulling rod 40 to a position where the lower end of the seed crystal 210 attached to the holding member 41 comes into contact with the alumina melt 300 in the crucible 20 to stop. In this state, the upper heater power supply 90 adjusts the current supplied to the upper heater 30 based on the weight signal from the weight detection unit 120. Similarly, the lower heater power supply 95 adjusts the current supplied to the lower heater 35. Note that power (current and voltage) may be adjusted instead of current. Below, it describes with an electric current (electric power).

(肩部形成工程)
肩部形成工程では、上部ヒータ電源90は、上部ヒータ30に供給する電流(電力)を、下部ヒータ電源95は、下部ヒータ35に供給する電流(電力)を調節したのち、アルミナ融液300の温度が安定するまでしばらくの間保持する。その後、アルミナ融液300の温度が若干下がるように、上部ヒータ30に供給する電流(電力)および下部ヒータ35に供給する電流(電力)を調節するとともに、引き上げ棒40を第1引き上げ棒回転速度で回転させながら第1引き上げ速度にて引き上げる(図1の矢印A方向)。なお、るつぼ回転駆動部110は、るつぼ20を第1るつぼ回転速度で回転させる。
(Shoulder formation process)
In the shoulder forming step, the upper heater power supply 90 adjusts the current (power) supplied to the upper heater 30, and the lower heater power supply 95 adjusts the current (electric power) supplied to the lower heater 35, and then the alumina melt 300. Hold for a while until the temperature stabilizes. Thereafter, the current (electric power) supplied to the upper heater 30 and the electric current (electric power) supplied to the lower heater 35 are adjusted so that the temperature of the alumina melt 300 is slightly lowered, and the lifting rod 40 is rotated at the first lifting rod rotation speed. 1 is pulled up at the first pulling speed while rotating at (in the direction of arrow A in FIG. 1). The crucible rotation drive unit 110 rotates the crucible 20 at the first crucible rotation speed.

すると、種結晶210は、その下端部がアルミナ融液300に浸った状態で回転されつつ引き上げられることになり、種結晶210の下端には、鉛直下方に向かって拡開する肩部220が形成されていく。
なお、肩部220の直径は、蓋部23の開口部23aの内径D2より若干小さい値となるまで成長する。例えば、開口部23aの内径D2が125mmである場合、肩部220の直径(図3の直径D0)は110mmとなる。すなわち、D0/D2=0.88となる。
Then, the seed crystal 210 is pulled up while being rotated with its lower end immersed in the alumina melt 300, and a shoulder 220 that expands vertically downward is formed at the lower end of the seed crystal 210. It will be done.
Note that the diameter of the shoulder 220 grows to a value slightly smaller than the inner diameter D2 of the opening 23a of the lid 23. For example, when the inner diameter D2 of the opening 23a is 125 mm, the diameter of the shoulder 220 (diameter D0 in FIG. 3) is 110 mm. That is, D0 / D2 = 0.88.

(胴部形成工程)
胴部形成工程では、ガス供給部70は、予め定められたガスをチャンバ14内に供給する。なお、胴部形成工程において供給するガスは、肩部形成工程と同じものであってもよいし異なるものであってもよい。
また、引き続き上部ヒータ電源90が上部ヒータ30に電流を供給し、下部ヒータ電源95が下部ヒータ35に電流を供給して、るつぼ20を介してアルミナ融液300を加熱する。このとき、上部ヒータ30に供給する電流(電力)および下部ヒータ35に供給する電流(電力)を徐々に低下するように制御する。なお、下部ヒータ35に供給する電流(電力)を一定にすることもできる。
さらに、引き上げ駆動部50は、引き上げ棒40を第2引き上げ速度にて引き上げる。ここで第2引き上げ速度は、肩部形成工程における第1引き上げ速度と同じ速度であってもよいし、異なる速度であってもよい。
さらにまた、引き上げ棒回転駆動部60は、引き上げ棒40を第2引き上げ棒回転速度で回転させる。ここで、第2引き上げ棒回転速度は、肩部形成工程における第1引き上げ棒回転速度と同じ速度であってもよいし、異なる速度であってもよい。
そして、るつぼ回転駆動部110は、るつぼ20を第2るつぼ回転速度で回転させる。ここで、第2るつぼ回転速度は、肩部形成工程における第1るつぼ回転速度と同じ速度であってもよいし、異なる速度であってもよい。
(Body formation process)
In the body forming step, the gas supply unit 70 supplies a predetermined gas into the chamber 14. In addition, the gas supplied in a trunk | drum formation process may be the same as a shoulder part formation process, and may differ.
Further, the upper heater power supply 90 continues to supply current to the upper heater 30, and the lower heater power supply 95 supplies current to the lower heater 35 to heat the alumina melt 300 through the crucible 20. At this time, control is performed such that the current (power) supplied to the upper heater 30 and the current (power) supplied to the lower heater 35 are gradually reduced. The current (electric power) supplied to the lower heater 35 can be made constant.
Further, the pulling drive unit 50 pulls the pulling rod 40 at the second pulling speed. Here, the second pulling speed may be the same speed as the first pulling speed in the shoulder forming step, or may be a different speed.
Furthermore, the lifting rod rotation drive unit 60 rotates the lifting rod 40 at the second lifting rod rotation speed. Here, the second pulling bar rotation speed may be the same speed as the first pulling bar rotation speed in the shoulder forming step, or may be a different speed.
Then, the crucible rotation drive unit 110 rotates the crucible 20 at the second crucible rotation speed. Here, the second crucible rotation speed may be the same speed as the first crucible rotation speed in the shoulder forming step, or may be a different speed.

種結晶210と一体化した肩部220は、その下端部がアルミナ融液300に浸った状態で回転されつつ引き上げられることになるため、肩部220の下端部に、好ましくは円柱状の胴部230が形成されていく。
なお、上部ヒータ30に供給する電力および下部ヒータ35に供給する電流(電力)を徐々に低減するように制御するので、胴部230は、アルミナ融液300の液面上の部分ばかりでなく、アルミナ融液300中においても成長していく。ここで、下部ヒータ35に供給する電流(電力)を低減せず、一定にすることもできる。
胴部形成工程におけるサファイアインゴット200の成長については後に詳述する。
The shoulder 220 integrated with the seed crystal 210 is pulled up while being rotated while the lower end of the shoulder 220 is immersed in the alumina melt 300. Therefore, the shoulder 220 preferably has a cylindrical body at the lower end. 230 is formed.
Since the electric power supplied to the upper heater 30 and the electric current (electric power) supplied to the lower heater 35 are controlled to be gradually reduced, the trunk portion 230 is not only a portion on the liquid surface of the alumina melt 300, It also grows in the alumina melt 300. Here, the current (power) supplied to the lower heater 35 can be kept constant without being reduced.
The growth of the sapphire ingot 200 in the trunk forming step will be described in detail later.

(引抜工程)
引抜工程では、ガス供給部70は、予め定められたガスをチャンバ14内に供給する。なお、引抜工程において供給するガスは、胴部形成工程と同じものであってもよいし異なるものであってもよい。
また、引き続き、上部ヒータ電源90が上部ヒータ30に電流の供給を行い、るつぼ20の壁部22を介してアルミナ融液300を加熱する。同様に、下部ヒータ電源95が下部ヒータ35に電流の供給を行い、るつぼ20の底部21を介してアルミナ融液300を加熱する。これらにより、形成されたサファイアインゴット200を取り囲む(囲む)アルミナ融液300が融点より高い状態にあるように制御する。
重量検出部120が、サファイアインゴット200の重量が予め定められた値になったことを検出すると、引き上げ駆動部50は、引き上げ棒40を第3引き上げ速度にて引き上げ、サファイアインゴット200をアルミナ融液300中から引き抜く。
ここで第3引き上げ速度は、肩部形成工程における第1引き上げ速度あるいは胴部形成工程における第2引き上げ速度より大きな速度であって、サファイアインゴット200をアルミナ融液300から引き抜くための速度である。
このとき、引き上げ棒回転駆動部60は、引き上げ棒40を第3引き上げ棒回転速度で回転させる。ここで、第3引き上げ棒回転速度は、肩部形成工程における第1引き上げ棒回転速度あるいは胴部形成工程における第2引き上げ棒回転速度と同じ速度であってもよいし、これらと異なる速度であってもよい。
そして、るつぼ回転駆動部110は、るつぼ20を第3るつぼ回転速度で回転させる。ここで、第3るつぼ回転速度は、肩部形成工程における第1るつぼ回転速度あるいは胴部形成工程における第2るつぼ回転速度と同じ速度であってもよいし、異なる速度であってもよい。るつぼ20に回転を加えることは、サファイアインゴット200の形状(円柱状の形状)が安定するので望ましい。
これにより、図3に示すサファイアインゴット200が得られる。
(Drawing process)
In the drawing process, the gas supply unit 70 supplies a predetermined gas into the chamber 14. In addition, the gas supplied in a drawing process may be the same as that of a trunk | drum formation process, and may differ.
Further, the upper heater power source 90 continues to supply current to the upper heater 30 to heat the alumina melt 300 through the wall portion 22 of the crucible 20. Similarly, the lower heater power source 95 supplies current to the lower heater 35 and heats the alumina melt 300 via the bottom 21 of the crucible 20. Thus, the alumina melt 300 surrounding (surrounding) the formed sapphire ingot 200 is controlled to be in a state higher than the melting point.
When the weight detection unit 120 detects that the weight of the sapphire ingot 200 has reached a predetermined value, the pulling drive unit 50 pulls the pulling rod 40 at the third pulling speed, and the sapphire ingot 200 is melted with alumina. Pull out from 300.
Here, the third pulling speed is higher than the first pulling speed in the shoulder forming process or the second pulling speed in the trunk forming process, and is a speed for pulling out the sapphire ingot 200 from the alumina melt 300.
At this time, the lifting rod rotation driving unit 60 rotates the lifting rod 40 at the third lifting rod rotation speed. Here, the third pulling rod rotation speed may be the same as or different from the first pulling rod rotation speed in the shoulder forming step or the second pulling rod rotation speed in the trunk forming step. May be.
Then, the crucible rotation drive unit 110 rotates the crucible 20 at the third crucible rotation speed. Here, the third crucible rotation speed may be the same speed as the first crucible rotation speed in the shoulder forming process or the second crucible rotation speed in the trunk forming process, or may be a different speed. Applying rotation to the crucible 20 is desirable because the shape (columnar shape) of the sapphire ingot 200 is stable.
Thereby, the sapphire ingot 200 shown in FIG. 3 is obtained.

(冷却工程)
冷却工程では、ガス供給部70は、予め定められたガスをチャンバ14内に供給する。なお、冷却工程において供給するガスは、引抜工程と同じものであってもよいし異なるものであってもよい。
また、上部ヒータ電源90は、上部ヒータ30への電流の供給を停止する。同様に、下部ヒータ電源95から下部ヒータ35への電流の供給を停止し、るつぼ20を介したアルミナ融液300の加熱を中止する。
さらに、引き上げ駆動部50は引き上げ棒40の引き上げを停止し、引き上げ棒回転駆動部60は引き上げ棒40の回転を停止する。そして、るつぼ回転駆動部110はるつぼ20の回転を停止する。
(Cooling process)
In the cooling process, the gas supply unit 70 supplies a predetermined gas into the chamber 14. Note that the gas supplied in the cooling step may be the same as or different from that in the drawing step.
Further, the upper heater power supply 90 stops supplying current to the upper heater 30. Similarly, the supply of current from the lower heater power supply 95 to the lower heater 35 is stopped, and the heating of the alumina melt 300 via the crucible 20 is stopped.
Further, the pulling drive unit 50 stops the pulling of the pulling rod 40, and the pulling rod rotation driving unit 60 stops the rotation of the pulling rod 40. Then, the crucible rotation drive unit 110 stops the rotation of the crucible 20.

このとき、るつぼ20内には、サファイアインゴット200を形成しなかった酸化アルミニウムがアルミナ融液300として少量残存している。このため、加熱の停止に伴ってるつぼ20中のアルミナ融液300は徐々に冷却され、酸化アルミニウムの融点を下回った後にるつぼ20中で固化し、酸化アルミニウムの固体となる。
そして、サファイアインゴット200およびチャンバ14内が十分に冷却された状態で、チャンバ14内からサファイアインゴット200を取り出す。
At this time, a small amount of aluminum oxide that did not form the sapphire ingot 200 remains as the alumina melt 300 in the crucible 20. For this reason, the alumina melt 300 in the crucible 20 with the stop of heating is gradually cooled and solidified in the crucible 20 after falling below the melting point of aluminum oxide to become aluminum oxide solid.
Then, the sapphire ingot 200 is taken out from the chamber 14 with the sapphire ingot 200 and the chamber 14 sufficiently cooled.

なお、上述した引き上げ棒40の回転速度(第1引き上げ棒回転速度、第2引き上げ棒回転速度、第3引き上げ棒回転速度)は、0〜20rpmが好ましい。引き上げ棒40を回転させなくともよい(0rpm)が、サファイアインゴット200の胴部230の形状を円柱状にするためには、回転させた方がよい。このことから、引き上げ棒40の回転速度は3〜10rpmがより好ましい。
また、るつぼ20の回転速度(第1るつぼ回転速度、第2るつぼ回転速度、第3るつぼ回転速度)は、0〜3rpmが好ましい。さらに、るつぼ20の回転速度(第1るつぼ回転速度、第2るつぼ回転速度、第3るつぼ回転速度)は、0.3〜1rpmがより好ましい。引き上げ棒40と同様に、るつぼ20を回転させなくともよい(0rpm)が、サファイアインゴット200の胴部230の形状を円柱状にするためには、回転させた方がよい。このことから、るつぼ20の回転速度は0.1〜1rpmがより好ましい。
引き上げ棒40の引き上げ速度(第1引き上げ速度、第2引き上げ速度)は0.5〜5mm/時が好ましい。
In addition, as for the rotational speed (1st pulling bar rotational speed, 2nd pulling bar rotational speed, 3rd pulling bar rotational speed) of the raising rod 40 mentioned above, 0-20 rpm is preferable. Although it is not necessary to rotate the lifting rod 40 (0 rpm), in order to make the shape of the trunk portion 230 of the sapphire ingot 200 cylindrical, it is better to rotate it. For this reason, the rotation speed of the lifting rod 40 is more preferably 3 to 10 rpm.
Moreover, as for the rotational speed (1st crucible rotational speed, 2nd crucible rotational speed, 3rd crucible rotational speed) of the crucible 20, 0-3 rpm is preferable. Further, the rotational speed of the crucible 20 (first crucible rotational speed, second crucible rotational speed, third crucible rotational speed) is more preferably 0.3 to 1 rpm. Like the pulling rod 40, the crucible 20 need not be rotated (0 rpm), but in order to make the body 230 of the sapphire ingot 200 cylindrical, it is better to rotate it. Therefore, the rotational speed of the crucible 20 is more preferably 0.1 to 1 rpm.
The lifting speed (first lifting speed, second lifting speed) of the lifting rod 40 is preferably 0.5 to 5 mm / hour.

ここで、本実施の形態におけるサファイアインゴット200の成長の機構について説明する。
図5は、本実施の形態におけるサファイアインゴット200の成長の機構を説明する断面模式図である。図5(a)、(b)、(c)は、図4に示した胴部形成工程(ステップ104)におけるサファイアインゴット200の成長の様子を順に示している。
Here, the growth mechanism of the sapphire ingot 200 in the present embodiment will be described.
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view for explaining the growth mechanism of the sapphire ingot 200 in the present embodiment. FIGS. 5A, 5B, and 5C sequentially show the growth of the sapphire ingot 200 in the trunk portion forming step (step 104) shown in FIG.

図5(a)は、肩部形成工程(図4のステップ103)が終了し、胴部形成工程(ステップ104)に移行した直後であって、サファイアインゴット200の胴部230の上端がアルミナ融液300の液面と一致した状態を示している。
このときのアルミナ融液300中において温度が等しくなる面である等温面300aを、図5(a)(図5(b)、(c)も同様)中に一点鎖線で示す。等温面300aは、おおむね、るつぼ20の壁部22が作る円筒と同心の円筒状か、上方から下方へ向かって直径が徐々に小さくなる筒状であって、壁部22に近いほど温度が高く、壁部22から遠ざかる(中心部)ほど温度が低くなっていると考えられる。また、等温面300aの間隔は、蓋部23の開口部23aを鉛直方向に投影した面付近においては狭くなり、その他の部分では広くなる。
FIG. 5A shows a state immediately after the shoulder forming process (step 103 in FIG. 4) is completed and the process proceeds to the trunk forming process (step 104), and the upper end of the trunk 230 of the sapphire ingot 200 is fused with alumina. A state in which the liquid surface of the liquid 300 coincides is shown.
An isothermal surface 300a, which is a surface having the same temperature in the alumina melt 300 at this time, is indicated by a one-dot chain line in FIG. 5A (the same applies to FIGS. 5B and 5C). The isothermal surface 300a is generally cylindrical concentric with the cylinder formed by the wall portion 22 of the crucible 20, or a cylindrical shape whose diameter gradually decreases from the upper side to the lower side. It is considered that the temperature decreases as the distance from the wall portion 22 increases (center portion). Further, the interval between the isothermal surfaces 300a is narrow in the vicinity of the surface obtained by projecting the opening 23a of the lid 23 in the vertical direction, and is wide in other portions.

アルミナ融液300がこのような温度分布になるのは、るつぼ20が蓋部23を備えることによると考えられる。すなわち、加熱されたアルミナ融液300から放射された輻射熱は、おおむね蓋部23の裏面(るつぼ20内側)で反射され、アルミナ融液300に戻る。これにより、上方を蓋部23で覆われた範囲のアルミナ融液300の壁部22側は、融点以上に保持される。これに対し、蓋部23で覆われない範囲のアルミナ融液300から放射された輻射熱は、反射されて戻ることはほとんどなく、蓋部23で覆われない範囲のアルミナ融液300は融点付近または融点以下の温度になりやすい。
これらのことから、蓋部23の開口部23aを鉛直方向に投影した面付近においてはその両側(壁部22側と中心側)で等温面300aの間隔が狭くなり、その他の部分では広くなると考えられる。
It is considered that the alumina melt 300 has such a temperature distribution because the crucible 20 includes the lid portion 23. That is, the radiant heat radiated from the heated alumina melt 300 is reflected by the back surface (inside the crucible 20) of the lid portion 23 and returns to the alumina melt 300. Thereby, the wall part 22 side of the alumina melt 300 in the range where the upper part is covered with the lid part 23 is maintained at the melting point or higher. On the other hand, the radiant heat radiated from the alumina melt 300 in the range not covered with the lid 23 is hardly reflected and returned, and the alumina melt 300 in the range not covered with the lid 23 is near the melting point or The temperature tends to be below the melting point.
From these facts, in the vicinity of the surface in which the opening 23a of the lid portion 23 is projected in the vertical direction, the interval between the isothermal surfaces 300a is narrow on both sides (the wall 22 side and the center side), and is considered wide in other portions. It is done.

このような場合、図5(a)に示すように、サファイアインゴット200の胴部230は、肩部220の下部に引き続いて成長するとともに、アルミナ融液300中においても、温度の低いるつぼ20の中心部において、引き上げ方向(矢印A)と反対側に向かって成長する。   In such a case, as shown in FIG. 5A, the body 230 of the sapphire ingot 200 continues to grow below the shoulder 220, and the temperature of the crucible 20 having a low temperature also in the alumina melt 300. In the central part, it grows in the direction opposite to the pulling direction (arrow A).

また、アルミナ融液300から放射された輻射熱が、るつぼ20の蓋部23によって反射されることで、壁部22に近い側のアルミナ融液300が融点以上に保持されるため、肩部220の直径は、蓋部23の開口部23aの内径D2(開口部23aをアルミナ融液300の液面に対して鉛直方向に投影した面の直径)より大きくなることができない。そして、肩部220に引き続く胴部230の直径D0も、開口部23aの内径D2(開口部23aをアルミナ融液300の液面に対して鉛直方向に投影した面の直径)より大きくなることができない。
本実施の形態では、サファイアインゴット200の直径D0は、るつぼ20の蓋部23の開口部23aの内径D2で決められる。このため、サファイアインゴット200の直径D0を制御することを要しない。
また、サファイアインゴット200の成長が進むにつれて肩部220が蓋部23に近づくことによって、蓋部23の開口部23aとサファイアインゴット200との間の放熱経路が狭くなる。すなわち、るつぼ20内の空間(るつぼ20内のガスで充填されている領域)が保温される。それにより、成長したサファイアインゴット200が冷却されにくくなり、サファイアインゴット200中の温度勾配は小さくなる。温度勾配が小さいことで熱応力による歪や結晶欠陥が発生し難くなり、特に、大口径のインゴット(結晶)においても、歪、結晶欠陥が少ない結晶が得られる効果が大きい。
Moreover, since the radiant heat radiated | emitted from the alumina melt 300 is reflected by the cover part 23 of the crucible 20, the alumina melt 300 of the side close | similar to the wall part 22 is hold | maintained more than melting | fusing point, Therefore The diameter cannot be larger than the inner diameter D2 of the opening 23a of the lid 23 (the diameter of the surface in which the opening 23a is projected in the vertical direction with respect to the liquid surface of the alumina melt 300). Further, the diameter D0 of the trunk portion 230 following the shoulder portion 220 may also be larger than the inner diameter D2 of the opening portion 23a (the diameter of the surface in which the opening portion 23a is projected in the vertical direction with respect to the liquid surface of the alumina melt 300). Can not.
In the present embodiment, the diameter D0 of the sapphire ingot 200 is determined by the inner diameter D2 of the opening 23a of the lid portion 23 of the crucible 20. For this reason, it is not necessary to control the diameter D0 of the sapphire ingot 200.
Further, as the growth of the sapphire ingot 200 progresses, the shoulder portion 220 approaches the lid portion 23, thereby narrowing the heat dissipation path between the opening 23 a of the lid portion 23 and the sapphire ingot 200. That is, the space in the crucible 20 (region filled with the gas in the crucible 20) is kept warm. Thereby, the grown sapphire ingot 200 becomes difficult to be cooled, and the temperature gradient in the sapphire ingot 200 becomes small. Strain and crystal defects due to thermal stress are less likely to occur due to a small temperature gradient, and in particular, a large-diameter ingot (crystal) has a great effect of obtaining a crystal with few strains and crystal defects.

なお、従来のCz法では、サファイアインゴット200の胴部230がアルミナ融液300の液面上に形成され、アルミナ融液300中には形成されないように、アルミナ融液300の全体が融点以上に保持されるように温度が制御される。このため、アルミナ融液300の液面上のサファイアインゴット200とアルミナ融液300との界面の温度勾配が大きくなってしまう。そのため、サファイアインゴット200には大きな熱応力がかかり、歪、結晶欠陥が発生する。特に、サファイアインゴット200が大口径になると、歪、結晶欠陥の発生が顕著となる。
これに対して、本実施の形態では、サファイアインゴット200の胴部230は、アルミナ融液300の液面上ばかりでなく、アルミナ融液300中にも形成されるために、サファイアインゴット200の表面からの放熱が少なく、サファイアインゴット200とアルミナ融液300との界面の温度勾配が小さく抑えられている。
In the conventional Cz method, the entire alumina melt 300 has a melting point or higher so that the body 230 of the sapphire ingot 200 is formed on the surface of the alumina melt 300 and is not formed in the alumina melt 300. The temperature is controlled to be maintained. For this reason, the temperature gradient at the interface between the sapphire ingot 200 and the alumina melt 300 on the surface of the alumina melt 300 becomes large. Therefore, a large thermal stress is applied to the sapphire ingot 200, and strain and crystal defects are generated. In particular, when the sapphire ingot 200 has a large diameter, the occurrence of strain and crystal defects becomes significant.
On the other hand, in the present embodiment, the body portion 230 of the sapphire ingot 200 is formed not only on the surface of the alumina melt 300 but also in the alumina melt 300. Therefore, the temperature gradient at the interface between the sapphire ingot 200 and the alumina melt 300 is kept small.

図5(b)は、図5(a)に示した状態からさらにサファイアインゴット200の成長が進んだ状態を示している。なお、胴部形成工程では第2引き上げ速度にて引き上げ棒40が引き上げられているので、サファイアインゴット200は、図5(a)に示した状態より、引き上げ方向(矢印A方向)にさらに引き上げられている。
サファイアインゴット200の成長が進むにつれて、サファイアインゴット200の肩部220が、開口部23aに近づく。このことにより、蓋部23の開口部23aとサファイアインゴット200との間の放熱経路が徐々に狭くなる。その結果、アルミナ融液300の表面からの放熱が少なくなり、アルミナ融液300中の鉛直方向における温度差が小さくなり、等温面300aがより垂直に近づいていく。そのため、サファイアインゴット200は、アルミナ融液300中において、引き上げ方向(矢印A方向)と反対側に成長した部分が、るつぼ20の壁部22側に向かって太くなるように成長する。
FIG. 5B shows a state in which the growth of the sapphire ingot 200 has further advanced from the state shown in FIG. In addition, since the pulling rod 40 is pulled up at the second pulling speed in the body forming step, the sapphire ingot 200 is further lifted in the pulling direction (arrow A direction) from the state shown in FIG. ing.
As the growth of the sapphire ingot 200 proceeds, the shoulder 220 of the sapphire ingot 200 approaches the opening 23a. Thereby, the heat dissipation path between the opening 23a of the lid 23 and the sapphire ingot 200 is gradually narrowed. As a result, heat radiation from the surface of the alumina melt 300 is reduced, the temperature difference in the vertical direction in the alumina melt 300 is reduced, and the isothermal surface 300a approaches more vertically. Therefore, the sapphire ingot 200 grows in the alumina melt 300 such that the portion grown on the side opposite to the pulling direction (arrow A direction) becomes thicker toward the wall 22 side of the crucible 20.

図5(c)は、図5(b)に示した状態からさらにサファイアインゴット200の成長が進んだ状態であって、サファイアインゴット200の成長が終了する直前の状態を示している。サファイアインゴット200の肩部220がさらに開口部23aに近づいたことによって、さらに放熱経路が狭くなり、その結果、アルミナ融液300中の等温面300aがほぼ垂直になるので、サファイアインゴット200の胴部230はさらにるつぼ20の壁部22側に向かって成長する。なお、胴部形成工程では第2引き上げ速度にて引き上げ棒40が引き上げられているので、サファイアインゴット200は、図5(b)に示した状態より、引き上げ方向(矢印A方向)にさらに引き上げられている。
サファイアインゴット200の胴部230は、アルミナ融液300の液面上およびアルミナ融液300中において、ほぼ直径D0になっている。
FIG. 5C shows a state in which the growth of the sapphire ingot 200 has further progressed from the state shown in FIG. 5B and immediately before the growth of the sapphire ingot 200 is completed. Since the shoulder 220 of the sapphire ingot 200 is further closer to the opening 23a, the heat dissipation path is further narrowed. As a result, the isothermal surface 300a in the alumina melt 300 is substantially vertical. 230 further grows toward the wall 22 side of the crucible 20. In addition, since the pulling rod 40 is pulled up at the second pulling speed in the body forming step, the sapphire ingot 200 is further lifted in the pulling direction (arrow A direction) from the state shown in FIG. ing.
The body 230 of the sapphire ingot 200 has a diameter D0 on the surface of the alumina melt 300 and in the alumina melt 300.

重量検出部120が予め定めた重量を検知した場合または予め定めた育成時間を経過した場合は、サファイアインゴット200をアルミナ融液300から引き抜く(図4のステップ105の引抜工程)。   When the weight detection unit 120 detects a predetermined weight or when a predetermined growth time has elapsed, the sapphire ingot 200 is extracted from the alumina melt 300 (the extraction process of step 105 in FIG. 4).

従来のCz法による単結晶の形成では、サファイアインゴット200の胴部230をアルミナ融液300の液面から引き上げつつ成長させていた。このため、アルミナ融液300の全体が融点以上に保持されるように温度が制御されていた。
これに対して、本実施の形態では、胴部230の一部をアルミナ融液300中で成長させるように、アルミナ融液300の温度を制御している。
In the conventional single crystal formation by the Cz method, the body 230 of the sapphire ingot 200 is grown while being pulled up from the surface of the alumina melt 300. For this reason, the temperature was controlled so that the entire alumina melt 300 was maintained at the melting point or higher.
On the other hand, in the present embodiment, the temperature of the alumina melt 300 is controlled so that a part of the body 230 is grown in the alumina melt 300.

なお、るつぼ20内の底部21近傍のアルミナ融液300は、下部ヒータ35で加熱されて、融点以上に保持することで、サファイアインゴット200の端部240a(図3参照)はるつぼ20の底部21に接しないようにしている。
これにより、インゴット(例としてサファイアインゴット200)の長さを最長にでき、生産性が向上する。
すなわち、本実施の形態では、サファイアインゴット200の直径D0は、るつぼ20の蓋部23の開口部23aの内径D2により決まり、サファイアインゴット200の長さH0は、るつぼ200の内側の長さH1により決まる。よって、サファイアインゴット200の直径D0および長さH0の制御が、蓋部23を備えない場合に比較して、容易になっている。
Note that the alumina melt 300 in the vicinity of the bottom 21 in the crucible 20 is heated by the lower heater 35 and held at the melting point or higher so that the end 240a (see FIG. 3) of the sapphire ingot 200 is the bottom 21 of the crucible 20. To avoid contact.
Thereby, the length of the ingot (for example, the sapphire ingot 200) can be maximized, and the productivity is improved.
That is, in the present embodiment, the diameter D0 of the sapphire ingot 200 is determined by the inner diameter D2 of the opening 23a of the lid portion 23 of the crucible 20, and the length H0 of the sapphire ingot 200 is determined by the inner length H1 of the crucible 200. Determined. Therefore, the control of the diameter D0 and the length H0 of the sapphire ingot 200 is easier than when the lid portion 23 is not provided.

図5(a)、(b)、(c)に示すように、胴部形成工程において、肩部220がるつぼ20の蓋部23より外に出ないように制御されている。これにより、成長させているサファイアインゴット200が急激に冷却されることを抑制している。
また、るつぼ20の蓋部23の開口部23aと肩部220との間の隙間が狭くなることにより、外気がるつぼ20内に侵入して、アルミナ融液300およびサファイアインゴット200が冷却されるのを抑制している。
さらに、サファイアインゴット200の胴部230の大部分は、アルミナ融液300中で成長させている。
これらのことから、本実施の形態が適用される単結晶製造装置1において成長させたサファイアインゴット200は、従来のCz法による場合に比べ、形成時の温度勾配が緩い。この結果、サファイアインゴット200の内部の応力が小さくなり、歪みの発生が抑制されている。また、形状制御にも優れ、大口径のインゴット(例としてサファイアインゴット200)にも対応できる。
As shown in FIGS. 5A, 5 </ b> B, and 5 </ b> C, the shoulder portion 220 is controlled so as not to come out of the lid portion 23 of the crucible 20 in the trunk portion forming step. Thereby, it is suppressed that the growing sapphire ingot 200 is cooled rapidly.
Further, since the gap between the opening 23a of the lid portion 23 of the crucible 20 and the shoulder portion 220 becomes narrow, the outside air enters the crucible 20 and the alumina melt 300 and the sapphire ingot 200 are cooled. Is suppressed.
Further, most of the body 230 of the sapphire ingot 200 is grown in the alumina melt 300.
For these reasons, the sapphire ingot 200 grown in the single crystal manufacturing apparatus 1 to which the present embodiment is applied has a gentler temperature gradient during formation as compared to the conventional Cz method. As a result, the internal stress of the sapphire ingot 200 is reduced, and the occurrence of distortion is suppressed. Moreover, it is excellent in shape control and can respond to a large-diameter ingot (for example, sapphire ingot 200).

次に、本実施の形態が適用される単結晶製造装置1におけるサファイアインゴット200の直径D0の制御する方法について説明する。
上述したように、サファイアインゴット200の直径D0は、るつぼ20の蓋部23の開口部23aの内径D2によって決まることを説明した。これは、アルミナ融液300から放射された輻射熱が、蓋部23の裏面により反射され、アルミナ融液300に戻るため、アルミナ融液300が融点以上に保持されるためである。
よって、るつぼ20の蓋部23の開口部23aの内径(図2における内径D2)を変えることによって、サファイアインゴット200の直径(図3における直径D0)を変えることができる。
Next, a method for controlling the diameter D0 of the sapphire ingot 200 in the single crystal manufacturing apparatus 1 to which the present exemplary embodiment is applied will be described.
As described above, it has been described that the diameter D0 of the sapphire ingot 200 is determined by the inner diameter D2 of the opening 23a of the lid 23 of the crucible 20. This is because the radiant heat radiated from the alumina melt 300 is reflected by the back surface of the lid portion 23 and returns to the alumina melt 300, so that the alumina melt 300 is held above the melting point.
Therefore, the diameter of the sapphire ingot 200 (diameter D0 in FIG. 3) can be changed by changing the inner diameter of the opening 23a of the lid 23 of the crucible 20 (inner diameter D2 in FIG. 2).

図6は、るつぼ20の内径D1を変えることなく、サファイアインゴット200の直径D0を制御する方法を説明する図である。図6(a)は蓋部23の開口部23aが内径D2a、図6(b)は内径D2b、図6(c)は内径D2cの場合を示している。ここで、D2a>D2b>D2cである。
このようにすることで、図6(a)では直径D0a、図6(b)では直径D0b、図6(c)では直径D0cのサファイアインゴット200がそれぞれ成長する。ここで、D0a>D0b>D0cである。
すなわち、本実施の形態が適用される単結晶製造装置1では、るつぼ20の内径D1を変えることなく、開口部23aの直径(図2の内径D2)が異なる蓋部23に交換することで、直径(図3の直径D0)が異なるサファイアインゴット200を成長させることができる。これにより、内径D1が異なる複数のるつぼ20を準備する必要がない。
なお、るつぼ20の内径D1と開口部23aの内径D2との比D2/D1の範囲は、0.5〜0.9が望ましく、さらに0.6〜0.8がより好ましい。0.5未満であると融液(例としてアルミナ融液300)に対して、得られるインゴット(例としてサファイアインゴット200)が小さく、生産性が低下しコストが高くなる。0.9より大きい場合は、蓋部23の効果が小さく、るつぼ20の壁部22と融液内で成長するインゴットの外周とが近くなって、制御が困難であることに加え、外周部の結晶歪が増大してしまう。
FIG. 6 is a diagram for explaining a method for controlling the diameter D0 of the sapphire ingot 200 without changing the inner diameter D1 of the crucible 20. 6A shows the case where the opening 23a of the lid 23 has an inner diameter D2a, FIG. 6B shows the inner diameter D2b, and FIG. 6C shows the inner diameter D2c. Here, D2a>D2b> D2c.
By doing so, a sapphire ingot 200 having a diameter D0a in FIG. 6A, a diameter D0b in FIG. 6B, and a diameter D0c in FIG. 6C grows. Here, D0a>D0b> D0c.
That is, in the single crystal manufacturing apparatus 1 to which the present embodiment is applied, by replacing the lid 23 having a different diameter (inner diameter D2 in FIG. 2) of the opening 23a without changing the inner diameter D1 of the crucible 20, Sapphire ingots 200 having different diameters (diameter D0 in FIG. 3) can be grown. Thereby, it is not necessary to prepare a plurality of crucibles 20 having different inner diameters D1.
The range of the ratio D2 / D1 between the inner diameter D1 of the crucible 20 and the inner diameter D2 of the opening 23a is preferably 0.5 to 0.9, and more preferably 0.6 to 0.8. If the ratio is less than 0.5, the obtained ingot (eg, sapphire ingot 200) is smaller than the melt (eg, alumina melt 300), resulting in lower productivity and higher cost. When the ratio is larger than 0.9, the effect of the lid portion 23 is small, and the wall portion 22 of the crucible 20 and the outer periphery of the ingot growing in the melt are close to each other. Crystal strain increases.

また、本実施の形態では、るつぼ20の蓋部23は、アルミナ融液300から放射される輻射熱を反射して、アルミナ融液300に戻し、アルミナ融液300が融点以上に保持すればよい。よって、前述したように、るつぼ20の蓋部23は、必ずしもるつぼ20の壁部22に接触して設けられていることを要せず、壁部22と離して配置されていてもよい。
さらに、前述したように、るつぼ20の蓋部23は、中央に円形の開口部23aを有する円板状としたが、開口部23aは円形でなくともよく、多角形等であってもよい。また、蓋部23は、周辺部から開口部23aに向かって上方(底部21から離れる側)に凸状であってもよく、周辺部から中央部に向かって下方(底部21に向かう側)に凸状であってもよい。蓋部23が上方に凸状であると、アルミナ融液300とともにサファイアインゴット200にも輻射熱が反射されるので、サファイアインゴット200の直径D0がより小さくなる。逆に、蓋部23が下方に凸状であると、サファイアインゴット200に近接したアルミナ融液300への輻射熱の反射が少なくなって、サファイアインゴット200の直径D0がより大きくなる。
蓋部23の材質は、るつぼ20の底部21および壁部22(一体で構成される)と同じ材質である場合、融液(例としてアルミナ融液300)と蓋部23との間の空間の熱環境を均一にできるので望ましい。また、熱膨張係数が近い材質で構成されている場合、加熱、冷却時の機械的応力が小さくなり、蓋部23、るつぼ20の底部21および壁部22の変形、破損を防止できる。特に、2000℃以上の高温でインゴット(例としてサファイアインゴット200)を成長させる場合、蓋部23とるつぼ20の底部21および壁部22との熱膨張係数の差は3×10−6/K以下が望ましく、さらに望ましくは2×10−6/K以下である組み合わせ、(例えば、モリブデンとタングステン)が望ましい。
Moreover, in this Embodiment, the cover part 23 of the crucible 20 should just reflect the radiant heat radiated | emitted from the alumina melt 300, return to the alumina melt 300, and the alumina melt 300 should just hold | maintain more than melting | fusing point. Therefore, as described above, the lid portion 23 of the crucible 20 does not necessarily have to be provided in contact with the wall portion 22 of the crucible 20, and may be disposed apart from the wall portion 22.
Furthermore, as described above, the lid portion 23 of the crucible 20 has a disk shape having a circular opening 23a at the center, but the opening 23a does not have to be circular, and may be a polygon or the like. Further, the lid portion 23 may be convex upward from the peripheral portion toward the opening 23a (side away from the bottom portion 21), and downward from the peripheral portion toward the central portion (side toward the bottom portion 21). It may be convex. When the lid portion 23 is convex upward, the radiant heat is reflected to the sapphire ingot 200 together with the alumina melt 300, so the diameter D0 of the sapphire ingot 200 becomes smaller. On the contrary, if the cover part 23 is convex downward, the reflection of the radiant heat to the alumina melt 300 close to the sapphire ingot 200 is reduced, and the diameter D0 of the sapphire ingot 200 is further increased.
When the material of the lid part 23 is the same material as the bottom part 21 and the wall part 22 (configured integrally) of the crucible 20, the space between the melt (for example, alumina melt 300) and the lid part 23 is used. This is desirable because the thermal environment can be made uniform. Moreover, when it comprises the material with a near thermal expansion coefficient, the mechanical stress at the time of a heating and cooling becomes small, and the deformation | transformation and damage of the cover part 23, the bottom part 21 of the crucible 20, and the wall part 22 can be prevented. In particular, when growing an ingot (for example, sapphire ingot 200) at a high temperature of 2000 ° C. or higher, the difference in thermal expansion coefficient between the lid portion 23 and the bottom portion 21 of the crucible 20 and the wall portion 22 is 3 × 10 −6 / K or less. More preferably, a combination of 2 × 10 −6 / K or less (for example, molybdenum and tungsten) is desirable.

以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明する。しかし、本発明は実施例に限定されるものではない。
(実施例)
図7は、実施例のるつぼ20およびサファイアインゴット200を説明するための断面図である。図7(a)は種付け工程(図4のステップ102)の状態を、図7(b)は胴部形成工程(図4のステップ104)が終了した状態を示している。図7中において、(
)内の数字は、実施例のるつぼ20におけるmm単位での寸法である。
図7(a)に示すように、るつぼ20はモリブデン製とし、内径D1を180mm、内部の高さH1を200mmとした。るつぼ20の蓋部23は、開口部23aの内径D2を125mmとした。
るつぼ20には、13000gのアルミナ原料を充填した。
Hereinafter, the present invention will be specifically described based on examples. However, the present invention is not limited to the examples.
(Example)
FIG. 7 is a cross-sectional view for explaining the crucible 20 and the sapphire ingot 200 of the embodiment. FIG. 7A shows the state of the seeding process (step 102 in FIG. 4), and FIG. 7B shows the state after the trunk forming process (step 104 in FIG. 4). In FIG. 7, (
The numbers in parentheses) are dimensions in mm in the crucible 20 of the example.
As shown in FIG. 7A, the crucible 20 was made of molybdenum, the inner diameter D1 was 180 mm, and the internal height H1 was 200 mm. The lid 23 of the crucible 20 has an inner diameter D2 of the opening 23a of 125 mm.
The crucible 20 was filled with 13000 g of alumina raw material.

引き上げ棒40の回転速度(=第1引き上げ棒回転速度=第2引き上げ棒回転速度=第3引き上げ棒回転速度)は5rpmとした。るつぼ20の回転速度(=第1るつぼ回転速度=第2るつぼ回転速度=第3るつぼ回転速度)は0.5rpmとした。すなわち、引き上げ棒40の回転速度およびるつぼ20の回転速度は、溶融工程、種付け工程、肩部形成工程、胴部形成工程、引抜工程でそれぞれ同じとした(図4参照)。
そして、引き上げ棒40の回転方向(図1の矢印B)とるつぼ20の回転方向(図1の矢印C)とは逆向きとした。
引き上げ棒40の引き上げ速度(=第1引き上げ速度=第2引き上げ速度)は2mm/時とした。すなわち、引き上げ速度は、肩部形成工程と胴部形成工程とで同じとした。
そして、種付け工程ののち、引き上げ棒40を30mm引き上げてc軸方向にサファイアインゴット200を形成した。
The rotational speed of the lifting rod 40 (= first lifting rod rotational speed = second lifting rod rotational speed = third lifting rod rotational speed) was 5 rpm. The rotational speed of the crucible 20 (= first crucible rotational speed = second crucible rotational speed = third crucible rotational speed) was 0.5 rpm. That is, the rotation speed of the pulling rod 40 and the rotation speed of the crucible 20 were the same in the melting process, the seeding process, the shoulder forming process, the trunk forming process, and the drawing process (see FIG. 4).
The direction of rotation of the pulling bar 40 (arrow B in FIG. 1) and the direction of rotation of the crucible 20 (arrow C in FIG. 1) were opposite.
The lifting speed of the lifting rod 40 (= first lifting speed = second lifting speed) was 2 mm / hour. That is, the pulling speed was the same in the shoulder forming process and the trunk forming process.
Then, after the seeding step, the lifting rod 40 was lifted by 30 mm to form a sapphire ingot 200 in the c-axis direction.

図7(b)に示すように、成長させたサファイアインゴット200は、胴部230の直径D0が110mm、胴部230の長さH0が168mmであった。胴部230の上方の52mmの部分はアルミナ融液300の液面より上に露出し、下方の116mmの部分はアルミナ融液300の液面より下にあった。このとき、肩部220は長さ20mmであった。   As shown in FIG. 7B, the grown sapphire ingot 200 had a trunk portion 230 with a diameter D0 of 110 mm and a trunk portion 230 with a length H0 of 168 mm. The 52 mm portion above the body 230 was exposed above the surface of the alumina melt 300, and the lower 116 mm portion was below the surface of the alumina melt 300. At this time, the shoulder 220 was 20 mm in length.

以上説明したように、実施例では、サファイアインゴット200の胴部230の長さH1の2/3は、アルミナ融液300中で成長させている。そして、サファイアインゴット200の直径D0(110mm)は、蓋部23によってアルミナ融液300が融点以上に保持される効果により、蓋部23の開口部23aの内径D2(125mm)より若干小さい値となった。すなわち、蓋部23の開口部23aの内径D2とサファイアインゴット200の胴部230の直径D0との比は1.14であった。この比は1.1〜1.2の範囲にある。   As described above, in the embodiment, 2/3 of the length H1 of the body 230 of the sapphire ingot 200 is grown in the alumina melt 300. The diameter D0 (110 mm) of the sapphire ingot 200 is slightly smaller than the inner diameter D2 (125 mm) of the opening 23a of the lid 23 due to the effect that the alumina melt 300 is held above the melting point by the lid 23. It was. That is, the ratio between the inner diameter D2 of the opening 23a of the lid 23 and the diameter D0 of the trunk 230 of the sapphire ingot 200 was 1.14. This ratio is in the range of 1.1 to 1.2.

図9は、実施例のサファイアインゴット200の肩部形成工程および胴部形成工程において、上部ヒータ30および下部ヒータ35に供給した電力を示す図である。図9において、横軸は肩部形成工程および胴部形成工程における経過時間(分)、縦軸は上部ヒータ30および下部ヒータ35のそれぞれに供給した電力(kW)を示している。
上部ヒータ30に供給する電力は、肩部220の形成開始の時点(経過時間0分)における36kWから、胴部230の形成の終了時点(経過時間1600分)の33.1kWへと徐々に減少させている。下部ヒータ35に供給する電力は、肩部220の形成開始の時点(経過時間0分)における15.5kWから、胴部230の形成の終了時点(経過時間1600分)の14.7kWにわずかに減少させている。
すなわち、下部ヒータ35に供給する電力に比べ、上部ヒータ30に供給する電力をより多く減少させている。このようにすることで、アルミナ融液300中の温度勾配を緩く保ちつつ、アルミナ融液300内でサファイアインゴット200を成長させるようにしている。
FIG. 9 is a diagram illustrating electric power supplied to the upper heater 30 and the lower heater 35 in the shoulder forming process and the trunk forming process of the sapphire ingot 200 of the example. In FIG. 9, the horizontal axis indicates the elapsed time (minutes) in the shoulder forming step and the trunk forming step, and the vertical axis indicates the power (kW) supplied to each of the upper heater 30 and the lower heater 35.
The electric power supplied to the upper heater 30 gradually decreases from 36 kW at the start of the shoulder 220 formation (elapsed time 0 minutes) to 33.1 kW at the end of formation of the body 230 (elapsed time 1600 minutes). I am letting. The power supplied to the lower heater 35 is slightly from 15.5 kW at the start of the shoulder 220 formation (elapsed time 0 minutes) to 14.7 kW at the end of formation of the body 230 (elapsed time 1600 minutes). It is decreasing.
That is, the power supplied to the upper heater 30 is reduced more than the power supplied to the lower heater 35. By doing so, the sapphire ingot 200 is grown in the alumina melt 300 while keeping the temperature gradient in the alumina melt 300 gentle.

(比較例)
蓋部23を有しないるつぼ20を用いて、従来のCz法により比較例のサファイアインゴット200を成長させた。比較例のサファイアインゴット200は、胴部230をアルミナ融液300の液面より上で成長させた。比較例のサファイアインゴット200は、実施例のサファイアインゴット200と同様にc軸方向に成長させた。
(Comparative example)
A sapphire ingot 200 of a comparative example was grown by a conventional Cz method using the crucible 20 having no lid 23. In the sapphire ingot 200 of the comparative example, the body portion 230 was grown above the liquid surface of the alumina melt 300. Similar to the sapphire ingot 200 of the example, the sapphire ingot 200 of the comparative example was grown in the c-axis direction.

(実施例と比較例との対比)
成長させた実施例のサファイアインゴット200から、引き上げ方向(矢印A方向)に対して垂直な面で輪切りにし、両面を研磨した実施例サンプルを作成した。実施例サンプルの両面(後述する偏光観察法における観察面)はC面((0001)面)である。
実施例と同様に、比較例のサファイアインゴット200から、引き上げ方向(矢印A方向)に対して垂直な面で輪切りにし、両面を研磨した比較例サンプルを作成した。比較例サンプルの両面(後述する偏光観察法における観察面)はC面((0001)面)である。
図8は、実施例サンプルおよび比較例サンプルの偏光観察法による結果を示す模式図である。図8(a)は実施例サンプル、図8(b)は比較例サンプルである。
偏光観察法は、実施例サンプルまたは比較例サンプルのそれぞれにおいて一方の面から偏光を透過させ、他方の面から出射する光を観察する方法である。
(Contrast between Example and Comparative Example)
From the grown sapphire ingot 200 of the example, an example sample was prepared by cutting a ring on a surface perpendicular to the pulling direction (arrow A direction) and polishing both sides. Both surfaces (observation surfaces in the polarization observation method described later) of the example samples are C surfaces ((0001) surfaces).
In the same manner as in the example, a comparative sample was made from the sapphire ingot 200 of the comparative example by cutting the ring on a surface perpendicular to the pulling direction (arrow A direction) and polishing both surfaces. Both surfaces (observation surfaces in the polarization observation method described later) of the comparative sample are C surfaces ((0001) surfaces).
FIG. 8 is a schematic diagram showing the results of the polarization observation method of the example sample and the comparative example sample. FIG. 8A shows an example sample, and FIG. 8B shows a comparative example sample.
The polarization observation method is a method in which polarized light is transmitted from one surface and light emitted from the other surface is observed in each of the example sample and the comparative sample.

図8(a)に示す実施例サンプルでは、結晶品質が均一であることに基づく同心円状の干渉による縞模様(干渉縞)が見られる。さらに、結晶の歪みを示す不連続な模様は観察されない。結晶全体において、亜粒界、粒界は観察されなかった。
一方、図8(b)に示す比較例サンプルでは、結晶品質の不均一に起因する不規則な縞模様(干渉縞)の他に、結晶の歪み、亜粒界、粒界に基づく不連続な模様が、比較例サンプルの外周部のα、β、γ、δで示す部分に散見される。これは、比較例のサファイアインゴット200では、成長時における温度勾配が大きく、結晶に歪みが生じたためと考えられる。
In the example sample shown in FIG. 8A, a stripe pattern (interference fringe) due to concentric interference based on the uniform crystal quality is observed. Furthermore, a discontinuous pattern showing crystal distortion is not observed. Subgrain boundaries and grain boundaries were not observed throughout the crystal.
On the other hand, in the comparative example sample shown in FIG. 8B, in addition to the irregular stripe pattern (interference fringe) due to the nonuniformity of the crystal quality, discontinuity due to crystal distortion, sub-boundary, and grain boundary. A pattern is scattered in portions indicated by α, β, γ, and δ on the outer peripheral portion of the comparative example sample. This is presumably because the sapphire ingot 200 of the comparative example has a large temperature gradient during growth, and the crystal is distorted.

さらに本実施の形態が適用される単結晶製造装置1について説明する。
本実施の形態が適用される単結晶製造装置1では、るつぼ20が蓋部23を備えているため、アルミナ原料を溶融する溶融工程(図4のステップ101)および/またはアルミナ融液300を冷却する冷却工程(ステップ106)において、アルミナ融液300の一部が跳ねても、跳ねたアルミナ融液300が蓋部23によって阻まれ、るつぼ20の外に飛び出すことが抑制される。よって、上部ヒータ30、下部ヒータ35、さらには断熱容器11を構成する断熱材などが損傷することが抑制される。
一方、るつぼ20が蓋部23を備えていないと、アルミナ原料を溶融する溶融工程(図4のステップ101)および/またはアルミナ融液300を冷却する冷却工程(ステップ106)において、アルミナ融液300の一部が跳ねて、るつぼ20の外に飛び出ることがありうる。この飛び出た高温のアルミナ融液300は、上部ヒータ30、下部ヒータ35、さらには断熱容器11を構成する断熱材などに付着したり、またはこれらの部材の一部を溶解したりして、損傷を与えることになる。
Furthermore, the single crystal manufacturing apparatus 1 to which this Embodiment is applied is demonstrated.
In the single crystal manufacturing apparatus 1 to which the present exemplary embodiment is applied, since the crucible 20 includes the lid portion 23, the melting step (step 101 in FIG. 4) for melting the alumina raw material and / or the alumina melt 300 is cooled. In the cooling step (step 106), even if a part of the alumina melt 300 bounces, the bounced alumina melt 300 is blocked by the lid portion 23 and is prevented from jumping out of the crucible 20. Therefore, damage to the upper heater 30, the lower heater 35, and the heat insulating material constituting the heat insulating container 11 is suppressed.
On the other hand, if the crucible 20 is not provided with the lid 23, in the melting step (step 101 in FIG. 4) for melting the alumina raw material and / or the cooling step (step 106) for cooling the alumina melt 300, the alumina melt 300 is obtained. It is possible that a part of the spring jumps and jumps out of the crucible 20. The high-temperature alumina melt 300 that protrudes adheres to the upper heater 30, the lower heater 35, and further the heat insulating material constituting the heat insulating container 11, or a part of these members is melted and damaged. Will give.

本実施の形態が適用される単結晶製造装置1では、例としてc軸方向に結晶成長させたサファイアインゴット200を製造したが、例えばa軸方向に結晶成長させたサファイアインゴット200を製造することも可能である。また、サファイアに限らず、三ホウ酸リチウム(LiB)、セシウムホウ酸化合物(CsBなど)、ニオブ酸カリウム(KNbO)など、各種の酸化物単結晶を製造することも可能であり、さらには酸化物以外の単結晶を製造することも可能である。 In the single crystal manufacturing apparatus 1 to which the present exemplary embodiment is applied, the sapphire ingot 200 having a crystal grown in the c-axis direction is manufactured as an example. However, for example, the sapphire ingot 200 having a crystal grown in the a-axis direction may be manufactured. Is possible. In addition to sapphire, various oxide single crystals such as lithium triborate (LiB 3 O 5 ), cesium borate compounds (CsB 3 O 5, etc.), potassium niobate (KNbO 3 ), etc. can also be produced. Furthermore, it is also possible to produce single crystals other than oxides.

1…単結晶製造装置、10…加熱炉、11…断熱容器、12…ガス供給管、13…ガス排出管、14…チャンバ、15…支持台、16…支持棒、20…るつぼ、21…底部、22…壁部、23…蓋部、24…開口部、30…上部ヒータ、35…下部ヒータ、40…引き上げ棒、50…引き上げ駆動部、60…引き上げ棒回転駆動部、70…ガス供給部、80…ガス排出部、90…上部ヒータ電源、95…下部ヒータ電源、100…制御部、110…るつぼ回転駆動部、120…重量検出部、200…サファイアインゴット、210…種結晶、220…肩部、230…胴部、300…アルミナ融液 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Single crystal manufacturing apparatus, 10 ... Heating furnace, 11 ... Heat insulation container, 12 ... Gas supply pipe, 13 ... Gas discharge pipe, 14 ... Chamber, 15 ... Support stand, 16 ... Support rod, 20 ... Crucible, 21 ... Bottom , 22 ... wall part, 23 ... lid part, 24 ... opening part, 30 ... upper heater, 35 ... lower heater, 40 ... lifting rod, 50 ... lifting drive part, 60 ... lifting rod rotation drive part, 70 ... gas supply part , 80 ... Gas discharge part, 90 ... Upper heater power supply, 95 ... Lower heater power supply, 100 ... Control part, 110 ... Crucible rotation drive part, 120 ... Weight detection part, 200 ... Sapphire ingot, 210 ... Seed crystal, 220 ... Shoulder Part, 230 ... trunk part, 300 ... alumina melt

Claims (18)

底部と当該底部上に当該底部に接して設けられた壁部と、開口部を有し当該壁部の上側と接してまたは離して設けられた蓋部とを備え、当該底部と当該壁部とにより原料を熱により融解した融液を保持するるつぼと、
前記るつぼの前記壁部を外から囲むように設けられ、電流により発熱し、当該るつぼを輻射熱によって当該壁部から加熱する第1の発熱体と、
前記るつぼの前記底部の下方に設けられ、電流により発熱し、当該るつぼを輻射熱によって当該底部から加熱する第2の発熱体と、
前記るつぼに保持された前記融液から、引き上げ方向に垂直な断面の面積が当該引き上げ方向と逆の方向に徐々に大きくなる肩部と、当該肩部から延在し、当該引き上げ方向に垂直な断面の面積の変化が当該肩部に比べ小さい胴部とを備える単結晶を引き上げる引き上げ部と、
前記第1の発熱体に電流を供給するとともに、前記単結晶の前記胴部の形成において当該第1の発熱体に供給する電力を徐々に低減するように制御する第1の電源と
を備える単結晶製造装置。
A bottom part, a wall part provided on the bottom part in contact with the bottom part, and a lid part having an opening and provided in contact with or apart from the upper side of the wall part, the bottom part and the wall part, A crucible holding a melt obtained by melting the raw material by heat,
A first heating element which is provided so as to surround the wall portion of the crucible from outside, generates heat by current, and heats the crucible from the wall portion by radiant heat;
A second heating element that is provided below the bottom of the crucible, generates heat by current, and heats the crucible from the bottom by radiant heat;
From the melt held in the crucible, a shoulder whose cross-sectional area perpendicular to the pulling direction gradually increases in a direction opposite to the pulling direction, and extends from the shoulder, and is perpendicular to the pulling direction. A pulling portion for pulling up a single crystal having a trunk portion whose cross-sectional area is smaller than that of the shoulder, and
A single power source for supplying current to the first heating element and controlling the power supplied to the first heating element to be gradually reduced in forming the body portion of the single crystal. Crystal manufacturing equipment.
前記るつぼの前記蓋部の前記開口部は、前記引き上げ方向に垂直な前記単結晶の前記胴部の断面の形状に対応して設けられることを特徴とする請求項1に記載の単結晶製造装置。   2. The single crystal manufacturing apparatus according to claim 1, wherein the opening of the lid portion of the crucible is provided corresponding to a cross-sectional shape of the body portion of the single crystal perpendicular to the pulling direction. . 前記るつぼの前記蓋部は、引き上げ中の前記単結晶の前記胴部を囲む前記融液から放射される輻射熱を当該融液に向けて反射し、当該融液を融点以上に保持するように、当該単結晶の当該胴部を囲む当該融液に対応して設けられていることを特徴とする請求項1または2に記載の単結晶製造装置。   The lid portion of the crucible reflects radiant heat radiated from the melt surrounding the body portion of the single crystal being pulled up toward the melt, so that the melt is maintained at a melting point or higher. The single crystal manufacturing apparatus according to claim 1, wherein the single crystal manufacturing apparatus is provided corresponding to the melt surrounding the body portion of the single crystal. 前記第2の発熱体に電流を供給するとともに、前記単結晶の前記胴部の形成において当該第2の発熱体に供給する電力を徐々に低減するように制御する第2の電源をさらに備えることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1項に記載の単結晶製造装置。   A second power source for supplying a current to the second heating element and controlling to gradually reduce the power supplied to the second heating element in the formation of the body portion of the single crystal; The single crystal manufacturing apparatus according to any one of claims 1 to 3. 前記るつぼは、モリブデン(Mo)、タングステン(W)、イリジウム(Ir)、白金(Pt)、タンタル(Ta)またはこれらを少なくとも1つ含む合金で構成されていることを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1項に記載の単結晶製造装置。   The crucible is made of molybdenum (Mo), tungsten (W), iridium (Ir), platinum (Pt), tantalum (Ta) or an alloy containing at least one of these. 5. The single crystal production apparatus according to claim 4. 前記るつぼの前記胴部および前記底部と前記蓋部とは、それぞれを構成する材料の熱膨張係数の差が3×10−6/K以下であることを特徴とする請求項1ないし5のいずれか1項に記載の単結晶製造装置。 The difference between the thermal expansion coefficients of the materials constituting the body part, the bottom part, and the lid part of the crucible is 3 × 10 −6 / K or less, respectively. The single crystal manufacturing apparatus according to claim 1. 前記るつぼの内径D1と前記るつぼの前記蓋部の開口部の内径D2の比D2/D1が、0.5〜0.9であることを特徴とする請求項1ないし6のいずれか1項に記載の単結晶製造装置。   The ratio D2 / D1 between the inner diameter D1 of the crucible and the inner diameter D2 of the opening of the lid portion of the crucible is 0.5 to 0.9, according to any one of claims 1 to 6. The single crystal manufacturing apparatus described. 前記融液は、酸化アルミニウムを融解したアルミナ融液であって、前記単結晶がサファイア単結晶であることを特徴とする請求項1ないし7のいずれか1項に記載の単結晶製造装置。   The single crystal manufacturing apparatus according to any one of claims 1 to 7, wherein the melt is an alumina melt obtained by melting aluminum oxide, and the single crystal is a sapphire single crystal. 底部と当該底部上に当該底部に接して設けられた壁部と、開口部を有し当該壁部の上側に接してまたは離して設けられた蓋部とを備えたるつぼを、当該るつぼの当該壁部を外から囲むように設けられた第1の発熱体と当該るつぼの当該底部の下方に設けられた第2の発熱体とに電流を流して当該るつぼを輻射熱により加熱し、当該底部と当該壁部とにより保持された原料を溶融して融液とする溶融工程と、
前記るつぼに保持された前記融液の液面に引き上げ棒の一端部に設けられた種結晶を接触させる種付け工程と、
前記引き上げ棒を鉛直上方に引き上げつつ、前記開口部を引き上げ方向に投影した面内において、前記種結晶から引き上げ方向に垂直な断面が徐々に大きくなるように当該種結晶の下方に単結晶の肩部を形成する肩部形成工程と、
前記引き上げ棒を鉛直上方に引き上げつつ、少なくとも前記第1の発熱体に供給する電力を徐々に低減させるとともに、前記るつぼの蓋部によって前記単結晶を囲む前記融液からの輻射熱を反射させて当該融液を融点以上に保持して、前記開口部を前記引き上げ方向に投影した面内において、当該融液の液面上および当該融液の液面下に前記肩部の下方に前記単結晶の胴部を形成する胴部形成工程と、
前記単結晶の前記胴部を囲む前記融液が融点以上である状態において、前記引き上げ棒を鉛直上方に引き上げ、前記るつぼの前記蓋部の前記開口部を通して、形成された当該単結晶を引き抜く引抜工程と
を含む単結晶製造方法。
A crucible having a bottom part, a wall part provided on the bottom part in contact with the bottom part, and a lid part provided with an opening and in contact with or away from the upper side of the wall part, the crucible of the crucible The crucible is heated by radiant heat by passing a current through a first heating element provided so as to surround the wall from the outside and a second heating element provided below the bottom of the crucible, and the bottom and A melting step of melting the raw material held by the wall portion into a melt;
A seeding step of bringing a seed crystal provided at one end of a pull-up rod into contact with the liquid level of the melt held in the crucible;
While pulling up the pulling bar vertically upward, a shoulder of a single crystal below the seed crystal so that a section perpendicular to the pulling direction gradually increases from the seed crystal in a plane projected in the pulling direction of the opening. Shoulder forming step to form a part;
While pulling up the pulling bar vertically upward, gradually reduce at least the power supplied to the first heating element, and reflect the radiant heat from the melt surrounding the single crystal by the lid of the crucible. The single crystal is held below the shoulder portion on the liquid surface of the melt and below the liquid surface of the melt in a plane in which the melt is held above the melting point and the opening is projected in the pulling direction. A trunk forming step for forming the trunk,
In the state where the melt surrounding the body portion of the single crystal is above the melting point, the pulling rod is pulled up vertically, and the single crystal formed is pulled through the opening of the lid portion of the crucible. A single crystal manufacturing method including a process.
前記肩部形成工程において、前記引き上げ棒を回転させることを特徴とする請求項9に記載の単結晶製造方法。   The single crystal manufacturing method according to claim 9, wherein the pulling rod is rotated in the shoulder forming step. 前記胴部形成工程において、前記引き上げ棒を回転させることを特徴とする請求項9または10に記載の単結晶製造方法。   The method for producing a single crystal according to claim 9 or 10, wherein the pulling rod is rotated in the body forming step. 前記肩部形成工程において、前記るつぼを回転させることを特徴とする請求項9ないし11のいずれか1項に記載の単結晶製造方法。   The single crystal manufacturing method according to claim 9, wherein the crucible is rotated in the shoulder forming step. 前記胴部形成工程において、前記るつぼを回転させることを特徴とする請求項9ないし12のいずれか1項に記載の単結晶製造方法。   The single crystal manufacturing method according to claim 9, wherein the crucible is rotated in the body forming step. 前記胴部形成工程において、前記第2の発熱体に供給する電力を徐々に減少させることをさらに含むことを特徴とする請求項9ないし13のいずれか1項に記載の単結晶製造方法。   14. The method for producing a single crystal according to claim 9, further comprising gradually reducing electric power supplied to the second heating element in the body forming step. 請求項9ないし請求項14のいずれか1項に記載の単結晶製造方法で作製され、偏光観察法において観察される結晶歪に対応する干渉縞が、略同心円であることを特徴とする単結晶。   A single crystal produced by the method for producing a single crystal according to any one of claims 9 to 14, wherein the interference fringes corresponding to the crystal strain observed in the polarization observation method are substantially concentric circles. . 前記単結晶が六方晶であって、前記偏光観察法における前記単結晶の観察面が(0001)面であることを特徴とする請求項15に記載の単結晶。   The single crystal according to claim 15, wherein the single crystal is a hexagonal crystal, and an observation plane of the single crystal in the polarization observation method is a (0001) plane. 前記単結晶がサファイアであることを特徴とする請求項15または16に記載の単結晶。   The single crystal according to claim 15 or 16, wherein the single crystal is sapphire. 前記単結晶が円柱状であって、直径が100mm以上であることを特徴とする請求項15ないし17のいずれか1項に記載の単結晶。   The single crystal according to any one of claims 15 to 17, wherein the single crystal is cylindrical and has a diameter of 100 mm or more.
JP2012040596A 2011-05-20 2012-02-27 Apparatus and method for producing single crystal and single crystal Pending JP2013006758A (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012040596A JP2013006758A (en) 2011-05-20 2012-02-27 Apparatus and method for producing single crystal and single crystal
CN2012101566154A CN102787351A (en) 2011-05-20 2012-05-18 Monocrystal producing device, monocrystal producing method and monocrystal

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011113535 2011-05-20
JP2011113535 2011-05-20
JP2012040596A JP2013006758A (en) 2011-05-20 2012-02-27 Apparatus and method for producing single crystal and single crystal

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2013006758A true JP2013006758A (en) 2013-01-10

Family

ID=47674447

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2012040596A Pending JP2013006758A (en) 2011-05-20 2012-02-27 Apparatus and method for producing single crystal and single crystal

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2013006758A (en)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013095610A (en) * 2011-10-28 2013-05-20 Sumco Corp Apparatus and method for producing sapphire single crystal
CN103147121A (en) * 2013-04-03 2013-06-12 中国科学院上海硅酸盐研究所 Device for growing crystals by using lifting and Kyropoulos method
CN103556223A (en) * 2013-11-18 2014-02-05 河北工业大学 Method for growing large-size square sapphire single crystal
WO2014156780A1 (en) * 2013-03-29 2014-10-02 株式会社トクヤマ Method for producing sapphire single crystal
CN104775151A (en) * 2014-01-13 2015-07-15 昆山中辰矽晶有限公司 Crystal growth system and quartz cover plate
JP2015214466A (en) * 2014-05-13 2015-12-03 信越半導体株式会社 Production method of sapphire single crystal
US11377752B2 (en) * 2018-12-28 2022-07-05 Globalwafers Co., Ltd. Mono-crystalline silicon growth method

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013095610A (en) * 2011-10-28 2013-05-20 Sumco Corp Apparatus and method for producing sapphire single crystal
WO2014156780A1 (en) * 2013-03-29 2014-10-02 株式会社トクヤマ Method for producing sapphire single crystal
CN103147121A (en) * 2013-04-03 2013-06-12 中国科学院上海硅酸盐研究所 Device for growing crystals by using lifting and Kyropoulos method
CN103147121B (en) * 2013-04-03 2015-10-21 中国科学院上海硅酸盐研究所 The device of lift kyropoulos growing crystal
CN103556223A (en) * 2013-11-18 2014-02-05 河北工业大学 Method for growing large-size square sapphire single crystal
CN104775151A (en) * 2014-01-13 2015-07-15 昆山中辰矽晶有限公司 Crystal growth system and quartz cover plate
CN104775151B (en) * 2014-01-13 2018-11-02 昆山中辰矽晶有限公司 Crystal growth system and quartz cover plate
JP2015214466A (en) * 2014-05-13 2015-12-03 信越半導体株式会社 Production method of sapphire single crystal
US11377752B2 (en) * 2018-12-28 2022-07-05 Globalwafers Co., Ltd. Mono-crystalline silicon growth method
US11708642B2 (en) 2018-12-28 2023-07-25 Globalwafers Co., Ltd. Mono-crystalline silicon growth apparatus

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20120130125A (en) Single crystal producing apparatus, single crystal producing method and single crystal
JP2013006758A (en) Apparatus and method for producing single crystal and single crystal
JP6267303B2 (en) Crystal production method
WO2013108567A1 (en) Seed crystal isolating spindle for single crystal production device and method for producing single crystals
JP5131170B2 (en) Upper heater for single crystal production, single crystal production apparatus and single crystal production method
WO2011062092A1 (en) Single crystal pulling apparatus
JP6216060B2 (en) Crystal production method
WO2011074533A1 (en) Single crystal pulling apparatus and single crystal pulling method
CN102787351A (en) Monocrystal producing device, monocrystal producing method and monocrystal
JP2011006314A (en) Single crystal pulling device
JP2019147698A (en) Apparatus and method for growing crystal
JP2010064936A (en) Method for producing semiconductor crystal
JP6190070B2 (en) Crystal production method
JP5888198B2 (en) Sapphire single crystal manufacturing equipment
JP2019043788A (en) Method and apparatus for growing single crystal
JP7102970B2 (en) Method for producing lithium niobate single crystal
KR101464564B1 (en) Method for manufacturing sapphire ingot
JP2013256424A (en) Apparatus for growing sapphire single crystal
JP2018177542A (en) Production method of oxide single crystal, and oxide single crystal pulling-up device
JP7106978B2 (en) CRYSTAL GROWING APPARATUS AND SINGLE CRYSTAL MANUFACTURING METHOD
JP2011057470A (en) Apparatus and method for producing single crystal silicon
JP2018203563A (en) Production method of magnetostrictive material
JP2008156203A (en) Crystal growing device
JP2016132600A (en) Sapphire single crystal manufacturing apparatus and manufacturing method of sapphire single crystal
JP2016169126A (en) Manufacturing method of crystal