JP2014047129A - Crystal growth apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、結晶育成装置に関するものである。 The present invention relates to a crystal growth apparatus.
既に公知のように、単結晶あるいは多結晶を育成する方法の1つとして、フローティングゾーン式の結晶育成装置が使用されている(例えば特許文献1参照)。 As already known, a floating zone type crystal growth apparatus is used as one of methods for growing a single crystal or a polycrystal (see, for example, Patent Document 1).
図5に示すように、この種の結晶育成装置31は、石英管等の管状体32と、レーザ源等の加熱手段33とを備える。管状体32の内部空間には、相互に当接した状態で原料棒34と種結晶棒35が直列に配置される。加熱手段33は、管状体32を介して原料棒34と種結晶棒35の境界部を加熱する。そして、加熱手段33の加熱で原料棒34と種結晶棒35の境界部が溶融して溶融部F’(フローティングゾーン)が形成される。原料棒34と種結晶棒35が、管状体32と加熱手段33に対して下方に移動させられることにより、溶融部F’は原料棒34上を移動する。これによって、原料棒34の一部が溶融した後凝固する際に、種結晶棒35の端部に結晶が育成されていく。
As shown in FIG. 5, this type of
ところで、このような構成の結晶育成装置では次のような問題が生じる。すなわち、加熱手段33による加熱によって、溶融部F’では、試料の一部が蒸発し、それが、溶融部F’周辺の管状体32の内面に付着する。すると、この付着物は、時間の経過と共に増加し、この影響で、管状体32を通過する加熱エネルギーが徐々に低下する。このため、長時間安定した結晶育成を行なうために、加熱手段33の出力を上げる等の手段が必要となる。また、溶融部F’の溶融状態を確認するために付設された観察用カメラの映像も時間の経過と共に鮮明さが無くなり、溶融状態の確認が難しくなる可能性があった。
By the way, the crystal growth apparatus having such a configuration has the following problems. That is, due to the heating by the
この管状体32の付着物の対策としては、管状体32の洗浄を頻繁に行なうことや、管状体32を2重にして内側の管状体32を定期的に交換する等の手段も考えられるが、そのための管理や保守に労力や備品が必要となり、製造コストの増大につながる。
As countermeasures against the deposits on the
本発明は、上記事情に鑑み、フローティングゾーン式の結晶育成装置において、フローティングゾーンから蒸発した物質の管状体への付着を抑制することを課題とする。 In view of the above circumstances, an object of the present invention is to suppress adhesion of a substance evaporated from a floating zone to a tubular body in a floating zone type crystal growing apparatus.
前記課題を解決するための本発明の結晶育成装置は、原料棒と種結晶棒が内部空間に直列に配置される管状体と、該管状体を介して前記原料棒と種結晶棒の境界部を加熱する加熱手段とを備え、該加熱手段の加熱で前記境界部が溶融して形成される溶融部が前記原料棒上を移動することによって結晶が育成される結晶育成装置において、前記管状体の内部空間に前記溶融部に対して前記管状体の一端側に離隔して配置され、前記溶融部を包囲すると共に前記管状体の内面に沿った気流が発生するように前記管状体の他端側に向かって気体を噴出する気体噴出手段が設けられたことを特徴とする。 The crystal growth apparatus of the present invention for solving the above problems includes a tubular body in which a raw material rod and a seed crystal rod are arranged in series in an internal space, and a boundary portion between the raw material rod and the seed crystal rod via the tubular body In the crystal growing apparatus, the tubular body is provided with a heating unit that heats the boundary portion and the molten portion formed by melting the boundary portion by moving the heating unit moves on the raw material rod. The other end of the tubular body is disposed in an inner space of the tubular body so as to be separated from one end side of the tubular body with respect to the melting portion, and surrounds the molten portion and generates an air flow along the inner surface of the tubular body. Gas ejecting means for ejecting gas toward the side is provided.
この構成であれば、溶融部(フローティングゾーン)を包囲すると共に管状体の内面に沿った気流は、管状体の一端側から他端側に流れる。この気流によって、溶融部から蒸発した物質が、管状体の内面側に拡散することが抑制され、管状体の他端側に流されるようになる。従って、本発明の結晶育成装置では、溶融部から蒸発した物質が管状体の内面に付着することを抑制できる。 If it is this structure, while enclosing a fusion | melting part (floating zone), the airflow along the inner surface of a tubular body will flow from the one end side of a tubular body to the other end side. Due to this air flow, the substance evaporated from the melted portion is suppressed from diffusing to the inner surface side of the tubular body, and flows to the other end side of the tubular body. Therefore, in the crystal growing device of the present invention, it is possible to suppress the substance evaporated from the melting part from adhering to the inner surface of the tubular body.
上記の構成において、前記気体噴出手段は、前記管状体の軸方向に対して周方向側に傾斜した方向に前記気体を噴出するものであってもよい。 Said structure WHEREIN: The said gas ejection means may eject the said gas in the direction inclined in the circumferential direction side with respect to the axial direction of the said tubular body.
気体噴出手段として例えば複数の噴出口が、管状体の軸方向に沿って気体を噴出する場合には、噴出口の間では気体が噴出されず、噴出口の間に対する軸線方向の空間には、気流がほとんど発生しない可能性がある。これに対して、気体噴出手段としての複数の噴出口が、管状体の軸方向に対して周方向側に傾斜した方向に気体を噴出する場合には、噴出口の間に対する軸線方向の空間にも、噴出口から噴出された気体によって気流が発生する。従って、溶融部を包囲すると共に管状体の内面に沿った気流が、周方向に連続的に形成されやすくなる。これによって、溶融部からの蒸発物質の管状体の内面への付着を効率的に抑制できる。また、この場合には、溶融部を包囲すると共に管状体の内面に沿った気流が、らせん状の気流となる。 For example, when a plurality of jet outlets jet gas along the axial direction of the tubular body as the gas jetting means, no gas is jetted between the jet outlets, and in the axial space between the jet outlets, There may be little airflow. On the other hand, when a plurality of jet outlets as gas jetting means jet gas in a direction inclined to the circumferential direction side with respect to the axial direction of the tubular body, an axial space between the jet outlets is provided. In addition, an air flow is generated by the gas ejected from the ejection port. Accordingly, an air flow that surrounds the melting portion and along the inner surface of the tubular body is easily formed continuously in the circumferential direction. Thereby, adhesion of the evaporated substance from the melting part to the inner surface of the tubular body can be efficiently suppressed. Further, in this case, the airflow that surrounds the melting portion and along the inner surface of the tubular body is a spiral airflow.
また、気体噴出手段が、管状体の軸方向に沿って空気を噴出する場合には、気体噴出手段からの噴出速度を大きくしても、気体噴出手段から排気部までの距離が短くなるので、排気が追いつかなくなり、噴出された空気が滞留しやすくなる。このため、溶融部を包囲すると共に管状体の内面に沿った気流の速度を大きくすることができない。これに対して、管状体の軸方向に対して周方向側に傾斜した方向に気体を噴出する場合には、気体噴出手段からの噴出速度を大きくしても、気体噴出手段から排気部までの距離が長くなるので順次排気される。このため、溶融部を包囲すると共に管状体の内面に沿った気流の速度を大きくすることができる。これによって、溶融部からの蒸発物質の管状体の内面への付着をより確実に抑制することが可能となる。 Further, when the gas ejection means ejects air along the axial direction of the tubular body, even if the ejection speed from the gas ejection means is increased, the distance from the gas ejection means to the exhaust portion is shortened. The exhaust cannot catch up, and the ejected air tends to stay. For this reason, the velocity of the airflow along the inner surface of the tubular body cannot be increased while surrounding the melting portion. On the other hand, when gas is ejected in a direction inclined to the circumferential side with respect to the axial direction of the tubular body, even if the ejection speed from the gas ejection means is increased, the gas ejection means to the exhaust section Since the distance becomes longer, exhaust is performed sequentially. For this reason, while enclosing a fusion | melting part, the speed of the airflow along the inner surface of a tubular body can be enlarged. This makes it possible to more reliably suppress the evaporation substance from the melting part from adhering to the inner surface of the tubular body.
上記の何れかの構成において、前記気体噴出手段は、前記管状体の軸方向に対して外径側に傾斜した方向に前記気体を噴出するものであってもよい。 In any one of the configurations described above, the gas jetting unit may jet the gas in a direction inclined toward the outer diameter side with respect to the axial direction of the tubular body.
この構成であれば、気体噴出手段が、管状体の軸方向に沿って気体を噴出する場合に比較して、溶融部を包囲すると共に管状体の内面に沿った気流が、管状体の内面に沿って流れることがより確実となる。従って、溶融部からの蒸発物質の管状体の内面への付着の抑制がより確実となる。 With this configuration, the gas jetting means surrounds the melting portion and the air flow along the inner surface of the tubular body is applied to the inner surface of the tubular body as compared with the case where the gas ejecting means ejects gas along the axial direction of the tubular body. It is more certain that it will flow along. Accordingly, it is possible to more reliably suppress the evaporation substance from the melting portion from adhering to the inner surface of the tubular body.
上記の何れかの構成において、前記気体噴出手段に前記気体を供給する径路とは別に、前記溶融部が存在する管状体の内部空間に前記気体を供給する径路が設けられていてもよい。 In any one of the above-described configurations, a path for supplying the gas may be provided in the internal space of the tubular body in which the melting portion exists, in addition to the path for supplying the gas to the gas ejection unit.
この構成であれば、従来の結晶育成装置に対して、溶融部が存在する管状体の内部空間に気体を供給する手段を共用することが可能となるので、従来の結晶育成装置との置換に要するコストを削減することができる。また、気体噴出手段に気体を供給する径路と、溶融部が存在する管状体の内部空間に気体を供給する径路とで、気体の圧力を別個に調整することが可能となる。この別個の圧力調整によって、溶融部からの蒸発物質の管状体の内面への付着の抑制を、より効果的に行なうことが期待できる。 With this configuration, it is possible to share a means for supplying gas to the internal space of the tubular body in which the melted portion exists with respect to the conventional crystal growth apparatus. Costs required can be reduced. Moreover, it becomes possible to adjust the pressure of gas separately by the path which supplies gas to a gas ejection means, and the path which supplies gas to the internal space of the tubular body in which a fusion | melting part exists. By this separate pressure adjustment, it can be expected to more effectively suppress the adhesion of the evaporated substance from the melting part to the inner surface of the tubular body.
上記の何れかの構成において、前記管状体の内部空間に前記溶融部に対して前記管状体の他端側に離隔して配置され、前記気体を吸気する環状の吸気手段が設けられていてもよい。 In any one of the above-described configurations, an annular air intake unit may be provided in the internal space of the tubular body so as to be spaced apart from the other end side of the tubular body with respect to the melted portion. Good.
この構成であれば、溶融部を包囲すると共に管状体の内面に沿った気流が、吸気手段に吸気される。これにより、溶融部を包囲すると共に管状体の内面に沿った気流が、乱れることが抑制され、より確実に、管状体の一端側から他端側に流れる。従って、溶融部からの蒸発物質の管状体の内面への付着の抑制がより確実となる。 If it is this structure, the air flow which encloses a fusion | melting part and follows the inner surface of a tubular body will be suck | inhaled by the suction means. Thereby, while disturbing the air flow along the inner surface of the tubular body while surrounding the melting portion, it is more reliably flowed from one end side to the other end side of the tubular body. Accordingly, it is possible to more reliably suppress the evaporation substance from the melting portion from adhering to the inner surface of the tubular body.
上記の何れかの構成において、前記気体噴出手段から噴出される気体によって発生した前記気流の速度が、前記溶融部からの蒸発物質の拡散速度より大きくてもよい。 In any one of the configurations described above, the velocity of the air flow generated by the gas ejected from the gas ejecting means may be larger than the diffusion rate of the evaporated substance from the melting portion.
この構成であれば、溶融部を包囲すると共に管状体の内面に沿った気流によって、溶融部から蒸発した物質が、管状体の内面側に拡散することが、より確実に抑制される。従って、溶融部からの蒸発物質の管状体の内面への付着の抑制がより確実となる。 If it is this structure, it will be suppressed more reliably that the substance which evaporated from the fusion | melting part by the air flow along the inner surface of a tubular body is diffused to the inner surface side of a tubular body while enclosing a fusion | melting part. Accordingly, it is possible to more reliably suppress the evaporation substance from the melting portion from adhering to the inner surface of the tubular body.
上記の何れかの構成において、育成される前記結晶が単結晶であってもよい。 In any of the above configurations, the crystal to be grown may be a single crystal.
この構成であれば、上述の効果が、単結晶を育成する結晶装置で享受できる。 If it is this structure, the above-mentioned effect can be enjoyed with the crystal | crystallization apparatus which grows a single crystal.
本発明によれば、フローティングゾーン式の結晶育成装置において、フローティングゾーンから蒸発した物質の管状体への付着を抑制することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, in the floating zone type crystal growth apparatus, the adhesion to the tubular body of the substance evaporated from the floating zone can be suppressed.
以下、本発明を実施するための形態について図面に基づき説明する。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明の実施形態に係る結晶育成装置の要部を示す。この結晶育成装置1は、フローティングゾーン式であり、本実施形態では、単結晶を育成するものである。 FIG. 1 shows a main part of a crystal growth apparatus according to an embodiment of the present invention. The crystal growing apparatus 1 is a floating zone type, and in this embodiment, grows a single crystal.
結晶育成装置1は、管状体2、加熱手段としてのレーザ源3とを主要な構成要素とする。
The crystal growing apparatus 1 includes a
管状体2の内部空間には、相互に当接した状態で原料棒4と種結晶棒5が直列に配置される。本実施形態では、原料棒4は単結晶でなく、種結晶棒5は単結晶である。原料棒4は、上方から鉛直方向に延びる上結晶駆動軸6の下端に取り付けられ、種結晶棒5は、下方から鉛直方向に延びる下結晶駆動軸7の上端に取り付けられる。上結晶駆動軸6と下結晶駆動軸7は、支持部材8,9に対して気密に配設されている。そして、上結晶駆動軸6と下結晶駆動軸7は、図示省略のサーボモータ等の駆動手段によって、支持部材8,9に対して、回転自在且つ昇降自在に気密に配設されている。また、上結晶駆動軸6と下結晶駆動軸7は回転の際に、相互に同期することも相対回転することも可能である。
In the internal space of the
管状体2は、支持部材8,9によって支持されている(理解し易いように、これらの境界を点線で示している)。管状体2は、管状体2の端部に嵌合すると共に支持部材8,9の端面に当接する取り付け具10,11を介して、支持部材8,9に取り付けられている。取り付け具10,11の外フランジ部に当接する内フランジ部を有する締め付け具12,13が支持部材8,9の端部にねじ結合することによって、取り付け具10,11が支持部材8,9に固定されている。
The
締め付け具12,13のねじ結合を解除すれば、取り付け具10,11と共に、管状体2は、支持部材8,9に対して、取り外すことが可能となる。このような管状体2の取り外しは、原料棒4と種結晶棒5の設置する際や、育成した単結晶を取り出す際に行なわれる。また、支持部材8,9と取り付け具10,11の間は、Oリング14,15によってシールされ、取り付け具10,11と管状体2との間は、Oリング16,17によってシールされている。
If the screw connection of the
支持部材9は、内周側を下結晶駆動軸7が上下動する円筒部9aを有する。円筒部9aには、給気口9bが設けられている。支持部材8は、内周側を上結晶駆動軸6が上下動する円筒部8aを有する。円筒部8aには、排気口8bが設けられている。
The
結晶育成装置1の動作中には、給気口9bから円筒部9aの内部空間を経由して管状体2の内部空間に気体が供給され、この気体は管状体2の内部空間を流れた後、主に、円筒部8aの内部空間を経由して排気口8bから排気される。
During the operation of the crystal growing apparatus 1, gas is supplied from the
この気体は、単結晶が空気中の酸素と反応することを防止する場合には、ヘリウム、アルゴン、窒素等の不活性ガスであり、単結晶を何らかの気体(例えば酸素)と反応させて育成したい場合には、その気体、あるいはその気体が一定量配合された混合ガスである。 This gas is an inert gas such as helium, argon, or nitrogen when the single crystal is prevented from reacting with oxygen in the air, and it is desired to grow the single crystal by reacting with some gas (for example, oxygen). In some cases, the gas or a mixed gas containing a certain amount of the gas is used.
支持部材9の給気口9bには、不図示のガスボンベ等の気体供給源が接続されている。支持部材8の排気口8bには、不図示の真空ポンプ等の排気手段が接続されている。なお、排気口8bから排出される気体の種類によっては、大気開放する手段が接続されてもよい。
A gas supply source such as a gas cylinder (not shown) is connected to the
また、円筒部8aには、給水口8cと排水口8dが設けられており、給水口8cから給水された冷却水が、環状の流路8eを経由して、排水口8dから排水される。円筒部9aには、給水口9cと排水口9dが設けられており、給水口9cから給水された冷却水が、環状の流路9eを経由して、排水口9dから排水される。これによって、支持部材8,9と管状体2の境界部周辺のOリング14〜17を冷却し、また、支持部材8,9より上側や下側に熱が伝導することを抑制する。
Further, the
レーザ源3は、管状体2を介して原料棒4と種結晶棒5の境界部を加熱して溶融させて溶融部F(フローティングゾーン)を形成するもので、本実施形態では、半導体レーザを使用したレーザ照射装置である。図4に示すように、本実施形態では、レーザ源3は、原料棒4と種結晶棒5の軸心を中心として、管状体2の周囲に、円周方向等間隔(72°)で5個配設されている。そして、レーザ源3の管状体2を挟んだ反対位置には、レーザビームダンパ18が配設されている。レーザビームダンパ18は、レーザ源3からのレーザ光Lのうち、原料棒4と種結晶棒5の溶融部Fに当らない領域を受け、また、溶融部Fが破断した場合に、レーザ光Lを受けるものである。
The
図1に示すように、管状体2は、本体部19と、上側連結部20と、下側連結部21とを主要な構成要素としている(理解し易いように、これらの境界を点線で示している)。本実施形態では、これらは、別部材で構成されており、管状体2の本体部19は、石英ガラス製であり、上側及び下側連結部21は、ステンレス製である。本体部19の上端部は、外周側に上側連結部20の下端部が嵌合され、これらの間はOリング22によってシールされている。一方、本体部19の下端部は、外周側に下側連結部21の上端部が嵌合され、これらの間はOリング23によってシールされている。
As shown in FIG. 1, the
図2に示すように、管状体2の本体部19は、大径円筒部19aと、大径円筒部19aの内周側に形成された第1小径円筒部19bと、第2小径円筒部19cとを主要な構成要素とする。なお、図2の左側が図1の下側、図2の右側が図1の上側に相当するが、以下の説明では、図1の上下方向で説明する。
As shown in FIG. 2, the
大径円筒部19aの下端(図2の左側)と、第1小径円筒部19bの下端は、管状体2の軸方向で同じ位置である。第1小径円筒部19bの上端は、第1径方向部19dで大径円筒部19aの内周面に接続されている。第1径方向部19dにおける第1小径円筒部19bの内周面につながる面は、上側に移行するに従って漸次拡径する。つまり、第1径方向部19dにおける第1小径円筒部19bの内周面につながる面の軸方向断面は、曲率を有する。これによって、この面に溶融部Fから蒸発した物質が付着しても、下側に剥落し易い。一方、第1径方向部19dにおける第1小径円筒部19bの外周面につながる面は、略径方向に沿って延びる。
The lower end (left side in FIG. 2) of the large diameter
第1径方向部19dには、気体噴出手段として機能する気体噴出口19eが設けられている。図3(A)に示すように、気体噴出口19eは、第1小径円筒部19bに周方向等間隔に形成された複数の貫通孔である。気体噴出口19eのそれぞれは、その中心軸が直線状であり、この中心軸は、上側に移行するに従って、管状体2の軸方向に対して外径側に傾斜した方向に延びている(図2参照)。また、図3(A)に示すように、気体噴出口19eのそれぞれの中心軸は、上側に移行するに従って、管状体2の軸方向に対して周方向側に傾斜した方向に延びている。複数の気体噴出口19eの全てについて、中心軸が、上側に移行するに従って、管状体2の軸方向に対して(2つある周方向のうち)同じ周方向側に傾斜して延びている。
The first
図1に示すように、気体噴出口19eは、管状体2の内部空間に溶融部Fに対して管状体2の下端側に離隔して配置され、管状体2の上端側に向かって気体を噴出する。この気体噴出口19eから噴出された気体によって、溶融部Fを包囲すると共に管状体2の内面に沿った気流が発生する。この気体噴出口19eから噴出される気体は、支持部材9の給気口9bから管状体2の内部空間に供給される気体と同じ種類である。
As shown in FIG. 1, the
図2に示すように、大径円筒部19aの上端(図2の右側)と、第2小径円筒部19cの上端は、管状体2の軸方向で同じ位置である。第2小径円筒部19cの上端は、第2径方向部19fで大径円筒部19aの内周面に接続されている。第2径方向部19fは、略均一の肉厚で、径方向に延びる。図3(B)に示すように、第2径方向部19fには、周方向等間隔に、複数の貫通孔19gが設けられている。そして、第2小径円筒部19cの下端と、大径円筒部19aの内周面との間で、管状体2の下側に開口する吸気口19hが形成される。この吸気口19hは、連続的な環状形状であり、吸気手段として機能する。
As shown in FIG. 2, the upper end (the right side in FIG. 2) of the large diameter
図1に示すように、吸気口19hは、管状体2の内部空間に溶融部Fに対して管状体2の上端側に離隔して配置され、気体を吸気する。上述の気体噴出口19eから噴出された気体は、主に、この吸気口19hによって、吸気される。
As shown in FIG. 1, the
管状体2の上側連結部20は、支持部材8に上端が取り付けられる薄肉円筒部20aと、薄肉円筒部20aに上端が接続され下端が本体部19に取り付けられる二重円筒部20bとで構成される。二重円筒部20bは、上端が相互に接続された外側円筒部20cと内側円筒部21dとを有する。外側円筒部20cの下端部は、内周側に本体部19の大径円筒部19aの上端部が嵌合されると共に、外側円筒部20cの下端部に隣接する段部の下面に、大径円筒部19aの上端面が当接する。外側円筒部20cの内周面と段部下面との間は、テーパ面となっている。そして、内側円筒部20dの下端面が、本体部19の第2小径円筒部19cの上端面に当接する。
The upper connecting
管状体2の下側連結部21は、支持部材9に下端が取り付けられる薄肉円筒部21aと、薄肉円筒部21aに下端が接続され上端が本体部19に取り付けられる二重円筒部21bとで構成される。二重円筒部21bは、下端が相互に接続された外側円筒部21cと内側円筒部21dとを有する。外側円筒部21cの上端部は、内周側に本体部19の大径円筒部19aの下端部が嵌合されると共に、外側円筒部21cの上端部に隣接する段部の上面に、大径円筒部19aの下端面が当接する。この段部と外側円筒部21cの下側の内周面との間に、もう1つ段部が形成されている。そして、内側円筒部21dの上端面が、本体部19の第1小径円筒部19bの下端面に当接する。
The lower connecting
上側連結部20の二重円筒部20bには、排気口20eが設けられ、下側連結部21の二重円筒部には給気口21eが設けられている。上側連結部20の排気口20eには、不図示の真空ポンプ等の排気手段が接続されている。この排気手段は、支持部材8の排気口8bに接続された排気手段と共用でもよいし、別でもよい。ただし、いずれの場合にも、排気口20eと排気口8bとで、別個に排気圧を調整可能であることが好ましい。下側連結部21の給気口21eには、不図示のガスボンベ等の気体供給源が接続されている。この気体供給源は、支持部材9の給気口9bに接続された気体供給源と共用でもよいし、別でもよい。ただし、いずれの場合にも、給気口21eと給気口9bとで、別個に圧力を調整可能であることが好ましい。
An
結晶育成装置1の動作中には、給気口21eから、略円筒状の流路R1を経由して、本体部19の気体噴出口19eに気体が供給される。そして、気体噴出口19eから噴出された気体が、主に、吸気口19hに吸気され、略円筒状の流路R2を経由して、排気口20eから排気される。流路R1は、下側連結部21の二重円筒部21bの外側円筒部21cと内側円筒部21dとの間の空間と、本体部19の大径円筒部19aと第1小径円筒部19bとの間の空間で形成されている。流路R1における気体噴出口19eの側は、給気口21e側と比較して、流路の断面積が大きくなっているが、これが空気溜まり(バッファ)を構成し、気体噴出口19eからの気体の噴出を安定化する。そして、流路R2は、上側連結部20の二重円筒部20bの外側円筒部20cと内側円筒部20dとの間の空間と、本体部19の大径円筒部19aと第2小径円筒部19cとの間の空間で形成されている。
During the operation of the crystal growing apparatus 1, gas is supplied from the
また、上側連結部20の二重円筒部20bには、給水口20fと排水口20gが設けられており、給水口20fから給水された冷却水が、環状の流路20hを経由して、排水口20gから排水される。下側連結部21の二重円筒部21bにも、給水口21fと排水口21gが設けられており、給水口から給水された冷却水が、環状の流路21hを経由して、排水口21gから排水される。これによって、上側及び下側連結部20,21と本体部19の間をシールするOリング22,23を冷却し、また、上側及び下側連結部20,21より上側や下側に熱が伝導することを抑制する。
Further, the double
このように、溶融部Fが存在する本体部19における内部空間に、気体を供給する径路は、管状体2の給気口21eから気体噴出口19eを経由する径路と、支持部材9の給気口9bから第1小径円筒部19bの内周側を経由する径路の2系統がある。また、溶融部Fが存在する本体部19における内部空間から、気体を排出する径路は、吸気口19hから管状体2の排気口20eを経由する径路と、第2小径円筒部19cの内周側から支持部材8の排気口8bを経由する径路の2系統がある。
Thus, the path for supplying the gas to the internal space in the
以上のように構成された結晶育成装置1は次のように動作させる。 The crystal growth apparatus 1 configured as described above is operated as follows.
管状体2の内部空間において、複数のレーザ源3のレーザ光Lが集中する位置に、相互に当接した原料棒4と種結晶棒5の境界部を設置する。
In the internal space of the
一方で、支持部材8,9の給水口8c,9c、上側及び下側連結部20,21の給水口20f,21fに給水する。そして、支持部材9の給気口9b、下側連結部21の給気口21eに給気すると共に、支持部材8の排気口8b、上側連結部20の排気口20eから排気する。
On the other hand, water is supplied to the
そして、レーザ源3からレーザ光Lの照射を開始する。これにより、原料棒4と種結晶棒5の境界部が加熱され溶融し、溶融部F(フローティングゾーン)が形成される。
Then, irradiation of the laser beam L from the
この状態から、上結晶駆動軸6と下結晶駆動軸7とを、相互に同期して回転、あるいは相対回転させると共に、同期してゆっくり下方に移動させる。これにより、原料棒4と種結晶棒5が、管状体2とレーザ源3に対してゆっくり移動させられ、溶融部Fは原料棒4上をゆっくり移動する。これによって、原料棒4の一部が溶融した後凝固する際に、種結晶棒5の端部に単結晶が育成されていく。
From this state, the upper
溶融部Fが形成されている間は、溶融部Fから蒸発した物質が、周囲に拡散する。これに対して、本実施形態では、気体噴出口19eが、管状体2の上端側に向かって気体を噴出するので、この気体噴出口19eから噴出された気体によって、溶融部Fを包囲すると共に管状体2の内面に沿った気流が発生する。この気流によって、溶融部Fからの蒸発物質は、管状体2の内面側に拡散することが抑制され、管状体2の上端側に流されるようになる。従って、本実施形態の結晶育成装置1では、溶融部Fからの蒸発物質が管状体2の内面に付着することを抑制できる。
While the melted part F is formed, the substance evaporated from the melted part F diffuses around. On the other hand, in this embodiment, since the
また、気体噴出口19eの直線状の中心軸が、上側に移行するに従って、管状体2の軸方向に対して外径側に傾斜した方向に延びると共に、管状体2の軸方向に対して周方向側に傾斜した方向に延びている。これにより、管状体2の軸方向に対して外径側に傾斜した方向、且つ、管状体2の軸方向に対して周方向側に傾斜した方向に、気体噴出口19eから気体は噴出される(図4参照)。
Further, as the straight central axis of the
管状体2の軸方向に対して外径側に傾斜した方向に気体噴出口19eから気体が噴出されることで、発生する気流が、管状体2の内面に沿って流れることがより確実となる。管状体2の軸方向に対して周方向側に傾斜した方向に気体噴出口19eから気体が噴出されることで、気体噴出口19eの間に対する軸線方向の空間にも、気体噴出口19eから噴出された気体によって気流が発生する。従って、発生する気流が、周方向に連続的に形成されやすくなる。従って、溶融部Fからの蒸発物質の管状体2の内面への付着を効率的に抑制できる。
As the gas is ejected from the
また、管状体2の軸方向に対して周方向側に傾斜した方向に気体噴出口19eから気体が噴出されることで、気体噴出口19eから吸気口19hまでの距離が長くなるので、気体噴出口19eからの気体の噴出速度を大きくしても、順次排気される。このため、溶融部Fを包囲すると共に管状体2の内面に沿った気流の速度を大きくすることができる。これによって、溶融部Fからの蒸発物質の管状体2の内面への付着を確実に抑制することが可能となる。
Further, since the gas is ejected from the
なお、複数の気体噴出口19eから噴出される気体によって、全体として、管状体2の上端に向かって、本体部19の大径円筒部19aの内面に沿って、らせん状の気流が発生する。
Note that a spiral airflow is generated along the inner surface of the large-diameter
本実施形態では、気体噴出口19eから噴出される気体によって発生した気流の速度は、溶融部Fからの蒸発物質の拡散速度より大きい。このため、溶融部Fを包囲すると共に管状体2の内面に沿った気流によって、溶融部Fから蒸発した物質が、管状体2の内面側に拡散することが、より確実に抑制される。従って、溶融部Fからの蒸発物質の管状体2の内面への付着の抑制がより確実となる。
In the present embodiment, the velocity of the air flow generated by the gas ejected from the
また、溶融部Fを包囲すると共に管状体2の内面に沿った気流は、主に、吸気口19hに吸引される。これにより、溶融部Fを包囲すると共に管状体2の内面に沿った気流が乱れることが抑制され、より確実に、管状体2の下側から上側に流れる。従って、溶融部Fからの蒸発物質の管状体2の内面への付着の抑制がより確実となる。
Further, the airflow surrounding the melting portion F and along the inner surface of the
また、管状体2が支持部材8,9から取り外し可能であるので、従来の結晶育成装置と支持部材8,9を共用することが可能となるので、従来の結晶育成装置との置換に要するコストを削減することができる。また、気体噴出口19eに気体を供給する径路と、溶融部Fが存在する管状体2の内部空間に気体を供給する径路とが別なので、これらの経路で、気体の圧力を別個に調整することが可能である。この別個の圧力調整によって、溶融部Fからの蒸発物質の管状体2の内面への付着の抑制を、より効果的に行なうことが期待できる。
In addition, since the
上記実施形態では、吸気手段としての吸気口19hは、連続的な環状形状であったが、これに限定されず、断続的な環状形状であってもよく、例えば、環状に並んだ貫通孔19gのようなものでもよい。
In the above embodiment, the
上記実施形態では、本体部19と、上側連結部20と、下側連結部21とは、別体の部材で構成されていたが、これに限定されず、これらを、例えば石英ガラスによって一部材として構成してもよい。
In the said embodiment, although the main-
上記実施形態では、加熱手段としてレーザ源3を使用したが、本発明は、これに限定されるものではなく、管状体2を介して原料棒4と種結晶棒5の境界部を加熱することができればよく、例えば、楕円面鏡と赤外線ランプを組み合わせたものであってもよい。
In the above embodiment, the
また、上記実施形態では、結晶育成装置1は、単結晶を育成するものであったが、多結晶を育成するものであってもよい。 Moreover, in the said embodiment, although the crystal growing apparatus 1 grew a single crystal, it may grow a polycrystal.
1 結晶育成装置
2 管状体
3 レーザ源(加熱手段)
4 原料棒
5 種結晶棒
19 本体部
19e 気体噴出口(気体噴出手段)
19h 吸気口(給気手段)
F 溶融部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
4 Raw material rod 5
19h Air intake (air supply means)
F Melting zone
Claims (7)
前記管状体の内部空間に前記溶融部に対して前記管状体の一端側に離隔して配置され、前記溶融部を包囲すると共に前記管状体の内面に沿った気流が発生するように前記管状体の他端側に向かって気体を噴出する気体噴出手段が設けられたことを特徴とする結晶育成装置。 A tubular body in which the raw material rod and the seed crystal rod are arranged in series in the internal space, and a heating means for heating the boundary between the raw material rod and the seed crystal rod via the tubular body, In the crystal growth apparatus in which a crystal is grown by moving a melted part formed by melting the boundary part on the raw material rod,
The tubular body is disposed in an inner space of the tubular body and is spaced apart from one end side of the tubular body with respect to the melting portion, and surrounds the melting portion and generates an air flow along an inner surface of the tubular body. A crystal growth apparatus, characterized in that gas ejection means for ejecting gas toward the other end side of the crystal is provided.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012194330A JP2014047129A (en) | 2012-09-04 | 2012-09-04 | Crystal growth apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
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JP2012194330A JP2014047129A (en) | 2012-09-04 | 2012-09-04 | Crystal growth apparatus |
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ID=50607159
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JP2012194330A Withdrawn JP2014047129A (en) | 2012-09-04 | 2012-09-04 | Crystal growth apparatus |
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JP (1) | JP2014047129A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106165110A (en) * | 2014-03-27 | 2016-11-23 | 瓦里安半导体设备公司 | Use the system and method for refrigerating block and the crystalline wafer growth of gas stream |
-
2012
- 2012-09-04 JP JP2012194330A patent/JP2014047129A/en not_active Withdrawn
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