JP2017186188A - 単結晶の製造方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ルツボ底部付近で原料融液が固化する事態を防止する。【解決手段】ルツボ１内に収容された原料Ｍ融液から回転引上げ法により単結晶を製造する単結晶の製造方法において、ルツボ１に設置された温度センサ２にてルツボ１底部付近における原料Ｍ融液の温度を測定する測定工程Ａと、測定工程Ａにて測定された温度センサ２からの温度情報に基づいて当該温度の単位時間における微小変動成分ΔＴが予め決められた閾値αを越えたか否かによりルツボ１底部付近における原料Ｍ融液の固化の兆候を判別する判別工程Ｂと、判別工程Ｂにて温度の微小変動成分ΔＴが閾値αを越えた条件では温度の微小変動成分ΔＴを閾値α以下にするようにルツボ１底部の加熱を促進させる加熱工程Ｃと、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、弾性表面波デバイスや光通信デバイスに使用されるニオブ酸リチウム（ＬＮ）、タンタル酸タンタル（ＬＴ）、ガーネット等の単結晶をチョクラルスキー法（Ｃｚ法）を用いて製造する単結晶の製造方法に関するものであって、特に、単結晶育成中に原料融液の固化が防止されることによって、原料固化による融液面の急激な降下とそれに伴う単結晶の急激な成長を発生させないことによって結晶の品質が悪化しない単結晶の製造方法及びその装置に関するものである。

ＬＴ（タンタル酸リチウム：ＬｉＴａＯ_３）、ＬＮ（ニオブ酸リチウム：ＬｉＮｂＯ_３）、ＧＧＧ（Ｇｄ_３Ｇａ_５Ｏ_１２）、ＴＧＧ（Ｔｂ_３Ｇａ_５Ｏ_１２）、ＧＳＡＧ（Ｇｄ_３Ｓｃ_５Ｏ_１２）、ＴＳＡＧ（Ｔｂ_３Ｓｃ_５Ｏ_１２）等の高融点を有する酸化物単結晶は、通常、チョクラルスキー法（Ｃｚ法）を用いて製造されている。また、これ等の原料は融点が１２００℃〜１８００℃と高いことから、この製造方法に適用されるルツボには白金やイリジウム等の高い融点を有する貴金属ルツボが使用されている。

ところで、上記単結晶の回転引上げ法（チョクラルスキー法）は、例えば、図５に示すような単結晶育成装置を用いて行われる。すなわち、この単結晶育成装置ａは、内部に原料ｂが投入されるルツボｃとその外側を保温する保温材ｄとさらにその外側に配置されルツボｃを誘導加熱することで原料ｂを加熱するワークコイル（高周波コイル）ｅと、上記ルツボｃの上方側に昇降可能に設けられその先端に種結晶ｆが保持されると共に矢印方向へ回転する引上げ軸ｇとでその主要部が構成されている。ここで、ワークコイルｅは適宜の巻き数でルツボｃの周囲に設置され、ルツボｃ内での原料ｂの融解性を確保するために、ワークコイルｅの下端がルツボｃの底部よりも下方に位置し、かつ、ワークコイルｅの上端がルツボｃの上端部よりも上方に位置するように配置されている。

そして、この製造装置を用いてタンタル酸リチウム（ＬＴ）等の単結晶を製造するには、まず、上記ルツボｃ内に原料ｂを投入して充填した後、ワークコイルｅに通電して上記ルツボｃを発熱させ、ルツボｃ内の原料ｂをその融点以上の温度に加熱して融解させる。

次に、融解した原料融液が適切な温度になるようにルツボｃに投入する高周波の出力を調整した後、上記引上げ軸ｇを降下させて融解した原料融液の中心部に種結晶ｆとなるＬＴ等の単結晶片を接触させる。そして、ルツボｃに投入する高周波の出力を徐々に低下させて原料融液の温度を下げ、種結晶ｆを中心に原料融液を徐々に固化させると同時に、上記種結晶ｆを回転させながら上昇させるという操作を行うことによって単結晶が製造されるものである。

ところで、回転引上げ法（チョクラルスキー法）の上記一連の工程の内、原料融解作業における融解終了時点の判定は、従来、オペレータが原料の様子を観察しながら決定するマニュアル操作によって行われていた。このため、上記判定操作を誤るという問題を生じていた。

このような問題を改善する方法としては、原料溶解時に坩堝の温度を、チャンバーの外に設けた放射温度計により直接測定する。測定温度が目標温度に一致するように、ヒータの出力を補正することが提案されている（例えば特許文献１参照）。
別な改善する方法としては、原料温度を測定するための温度センサをルツボの底部に設けると共に、この温度センサにより測定された温度の時間に対する二次微分値から原料の融解状態を検出し、上記二次微分値が負から正となる時点を原料の融解終了時点として原料融液の温度制御を行うことが提案されている（例えば特許文献２参照）。

特開平９−２２７２７７号公報（発明の実施の形態，図２） 特開平１０−３３８５９６号公報（発明の実施の形態，図１）

ところで、高周波誘導加熱でルツボを加熱する場合、高周波がルツボに誘導される渦電流は一様ではなく、ルツボ上端やルツボ底部のコーナー付近に特に誘導される。反対に、ルツボ底部の中央付近は誘導電流が弱く、その結果、ルツボ底部付近の融液は他の領域と比べて温度が低くなる。ルツボ底部の温度を高くするためにはワークコイルを降下させてルツボ底部に印加される渦電流を増加させることが簡便であるが、ルツボ底部に高周波出力の比重が偏ると、ルツボ上部の加熱が低下して温度差のために結晶が割れるなど結晶に不具合を与える。

ここで、製造する単結晶が、例えば、５０φ以下の小さな直径の場合は、単結晶製造に使用するルツボの直径も高々１００φ程度であるため、ルツボ底部の中央付近で高周波が誘導され難くなって温度が極端に低下するようなことは殆んど発生しないが、ルツボの直径が１００φを超えるようになると、ルツボ底部の中央付近の領域の温度低下は結晶育成に深刻な影響を与える場合がある。

まず、ルツボ底部の温度が低いと、結晶育成において高周波の出力を徐々に低下させて原料融液の温度を下げる過程で、融液内の自然対流によって、融液表面や結晶界面で冷却された原料融液がルツボ上部の中央付近で下降流となり、ルツボ底部に到達するが、ルツボ底部の温度が十分に高くないとルツボ底部付近の原料融液が急速に固化する場合がある。ＬＴの場合、融液の比重は５．７ｇ／ｃｍ^３に対し、固体は７．５ｇ／ｃｍ^３であるため、ルツボ底部付近の原料固化と共に、原料融液の融液位置が図５のように低下することになる。これは、回転引上げ法によって育成している結晶にとっては、急激に成長速度が増加することに他ならない。急激な成長速度の増加は結晶欠陥の誘発や、更には多結晶の発生に繋がる。そのため、育成中の原料固化は避けなければならないが、結晶の育成回数を重ねる毎に、ルツボが変形しそれによる対流の変化、あるいは、ルツボ回りに配した耐火物の劣化などが進行することによってルツボ底部の温度が低下し易くなって原料が固化する。

更には、結晶育成中、原料固化が進行すると、ルツボ底部で固化した原料が石筍のようにルツボ内で上に向かって成長し、回転引上げ法によって育成している単結晶と固化原料とが衝突してしまう問題を有していた。

本発明はこのような問題点に着目してなされたもので、本発明が解決しようとする技術的課題は、ルツボ底部付近で原料融液が固化する事態を防止する単結晶の製造方法及びその装置を提供することにある。

本発明の第１の技術的特徴は、ルツボ内に収容された原料融液から回転引上げ法により単結晶を製造する単結晶の製造方法において、前記ルツボに設置された温度センサにて前記ルツボ底部付近における原料融液の温度を測定する測定工程と、前記測定工程にて測定された前記温度センサからの温度情報に基づいて当該温度の単位時間における微小変動成分が予め決められた閾値を越えたか否かによりルツボ底部付近における原料融液の固化の兆候を判別する判別工程と、前記判別工程にて前記温度の微小変動成分が前記閾値を越えた条件では前記温度の微小変動成分を前記閾値以下にするように前記ルツボ底部の加熱を促進させる加熱工程と、を備えたことを特徴とする単結晶の製造方法である。

本発明の第２の技術的特徴は、第１の技術的特徴を備えた単結晶の製造方法において、前記判別工程は、前記温度の微小変動成分を標準偏差として算出し、この標準偏差を用いて判別することを特徴とする単結晶の製造方法である。
本発明の第３の技術的特徴は、第１の技術的特徴を備えた単結晶の製造方法において、前記加熱工程は、ルツボの周囲に上下方向に移動可能に設けられた加熱用の高周波コイルを用い、前記温度の微小変動成分が前記閾値を越えた条件では前記高周波コイルを１時間当たり１ｍｍ以上、１２ｍｍ以下の速度で下降させることを特徴とする単結晶の製造方法である。
本発明の第４の技術的特徴は、第１の技術的特徴を備えた単結晶の製造方法において、前記ルツボは貴金属ルツボであることを特徴とする単結晶の製造方法である。
本発明の第５の技術的特徴は、第１の技術的特徴を備えた単結晶の製造方法において、前記単結晶は、ＬＴ（タンタル酸リチウム：ＬｉＴａＯ_３）、ＬＮ（ニオブ酸リチウム：ＬｉＮｂＯ_３）、ＧＧＧ（Ｇｄ_３Ｇａ_５Ｏ_１２）、ＴＧＧ（Ｔｂ_３Ｇａ_５Ｏ_１２）、ＧＳＡＧ（Ｇｄ_３Ｓｃ_５Ｏ_１２）及びＴＳＡＧ（Ｔｂ_３Ｓｃ_５Ｏ_１２）のいずれかであることを特徴と単結晶の製造方法である。

本発明の第６の技術的特徴は、ルツボ内に収容された原料融液から回転引上げ法により単結晶を製造する単結晶の製造装置において、前記ルツボに付設されてルツボ底部付近の原料融液の温度を検出する温度センサと、前記ルツボの周囲に設けられ、前記ルツボを高周波誘導加熱する高周波コイルと、前記温度センサからの温度情報に基づいて当該温度の単位時間当たりの微小変動成分を算出し、得られた算出結果に基づいて前記高周波コイルに対する制御信号を生成する制御装置と、前記高周波コイルを上下方向に移動可能に駆動する駆動機構と、を備え、前記制御装置は、前記温度の微小変動成分が予め決められた閾値を越えるか否かにより前記ルツボ底部付近における原料融液の固化の兆候を判別し、前記閾値を越えた条件では前記温度の微小変動成分を前記閾値以下にするように前記駆動機構により前記高周波コイルを予め決められた速度で下降させ、前記ルツボ底部の加熱を促進させることを特徴とする単結晶の製造装置である。

第１の技術的特徴を備えた発明によれば、ルツボ底部付近で原料融液が固化する事態を防止することが可能な単結晶の製造方法を提供することができる。
第２の技術的特徴を備えた発明によれば、温度の単位時間における微小変動成分を正確に算出することができる。
第３の技術的特徴を備えた発明によれば、ツボ底部付近で原料融液が固化する事態を防止でき、しかも、結晶欠陥の少ない単結晶を製造することができる。
第４の技術的特徴を備えた発明によれば、高融点酸化物単結晶を製造する上で有効である。
第５の技術的特徴を備えた発明によれば、ルツボ底部付近で原料融液が固化する事態を防止し、高融点酸化物単結晶を製造することができる。
第６の技術的特徴を備えた発明によれば、ルツボ底部付近で原料融液が固化する事態を防止することが可能な単結晶の製造装置を提供することができる。

本発明が適用された単結晶の製造方法の実施の形態の概要を示す説明図である。 実施の形態１に係る単結晶の製造装置の概略を示す説明図である。 実施の形態１に係る単結晶の製造装置による単結晶の製造過程における結晶重量及びルツボ底部の温度と時間との関係を示すグラフ図である。 実施の形態１に係る単結晶の製造装置による単結晶の製造過程におけるルツボ底部の温度振動と時間との関係を示すグラフ図である。 従来の単結晶の製造装置の概略を示す説明図である。

◎実施の形態の概要
図１は本発明が適用された単結晶の製造方法の実施の形態の概要を示す説明図である。
同図において、単結晶の製造方法は、ルツボ１内に収容された原料Ｍ融液から回転引上げ法により単結晶を製造する単結晶の製造方法において、ルツボ１に設置された温度センサ２にてルツボ１底部付近における原料Ｍ融液の温度を測定する測定工程Ａと、測定工程Ａにて測定された温度センサ２からの温度情報に基づいて当該温度の単位時間における微小変動成分ΔＴが予め決められた閾値αを越えたか否かによりルツボ１底部付近における原料Ｍ融液の固化の兆候を判別する判別工程Ｂと、判別工程Ｂにて温度の微小変動成分ΔＴが閾値αを越えた条件では温度の微小変動成分ΔＴを閾値α以下にするようにルツボ１底部の加熱を促進させる加熱工程Ｃと、を備えたものである。
尚、図１中、符号３はルツボ１の周囲に設けられる加熱用の高周波コイル、４はルツボ１の周囲を取り囲む保温材、５はルツボ１内の原料Ｍ融液を回転させながら引き上げる引上げ軸である。

このような技術的手段において、本例は、温度センサ２による測定工程Ａ、温度センサ２による温度情報から温度の単位時間における微小変動成分ΔＴに着目し、ルツボ１底部付近の原料Ｍ融液の固化の兆候を判別する判別工程Ｂ、判別工程Ｂの判別結果に基づいてルツボ１底部の加熱を促進させる加熱工程Ｃ、を含むものであればよい。ここで、ルツボ１底部付近の原料Ｍ融液の温度を測定可能であれば、温度センサ２の設置場所は図１ではルツボ１の底部であるが、これに限られず、側部等でもよい。また、温度センサ２の数も問わない。
また、判別工程Ｂによる「温度の単位時間における微小変動成分ΔＴ」は数値化できるものであれば適宜選定して差し支えない。本件発明者は、前述した温度の微小変動成分ΔＴが大きくなることは、ルツボ１底部付近における原料Ｍ融液が固化する兆候に変化していることに関連することを見出し、ルツボ１底部付近における原料Ｍ融液の固化を防ぐように原料Ｍ融液を加熱することを企図している。
更に、加熱工程Ｃは、温度の微小変動成分ΔＴを閾値α以下にするように加熱条件を変えればよく、ルツボ１底部の加熱を促進させるようにすればよい。但し、加熱温度が急に変化すると結晶欠陥の虞れがあるので、これを回避する上で加熱温度を急変化させないようにするのが好ましい。

次に、本実施の形態に係る単結晶の製造方法の代表的な態様又は好ましい態様について
説明する。
先ず、判別工程Ｂの好ましい態様としては、温度の微小変動成分ΔＴを標準偏差として算出し、この標準偏差を用いて判別する態様が挙げられる。このように、標準偏差を用いるようにすれば、温度の微小変動成分ΔＴを正確に把握できる点で好ましい。
また、加熱工程Ｃの好ましい態様としては、ルツボ１の周囲に上下方向に移動可能に設けられた加熱用の高周波コイル３を用い、温度の微小変動成分ΔＴが閾値αを越えた条件では高周波コイル３を１時間当たり１ｍｍ以上、１２ｍｍ以下の速度ｖａで下降させる態様が挙げられる。本例は、移動式の高周波コイル３を用い、ルツボ１底部付近における原料Ｍ融液の加熱を促進させる上で、高周波コイル３を所定の速度で下降させる。ここで、下降速度が１時間当たり１ｍｍ未満では、微小変動成分ΔＴが閾値α以内に至るのに時間がかかり過ぎ、また、１時間当たり１２ｍｍを越える場合は、温度変化が大きく、結晶欠陥を改善し難い。
更に、高融点酸化物単結晶を製造する場合には、ルツボ１として貴金属ルツボを使用することが好ましい。ここでいう高融点酸化物単結晶としては、ＬＴ（タンタル酸リチウム：ＬｉＴａＯ_３）、ＬＮ（ニオブ酸リチウム：ＬｉＮｂＯ_３）、ＧＧＧ（Ｇｄ_３Ｇａ_５Ｏ_１２）、ＴＧＧ（Ｔｂ_３Ｇａ_５Ｏ_１２）、ＧＳＡＧ（Ｇｄ_３Ｓｃ_５Ｏ_１２）又はＴＳＡＧ（Ｔｂ_３Ｓｃ_５Ｏ_１２）が挙げられる。

また、本実施の形態に係る単結晶の製造方法を具現化すると、以下のような単結晶の製造装置が構築される。
本例では、単結晶の製造装置は、ルツボ１内に収容された原料Ｍ融液から回転引上げ法により単結晶を製造するものであって、ルツボ１に付設されてルツボ１底部付近の原料Ｍ融液の温度を検出する温度センサ２と、ルツボ１の周囲に設けられ、ルツボ１を高周波誘導加熱する高周波コイ３ルと、温度センサ２からの温度情報に基づいて当該温度の単位時間当たりの微小変動成分ΔＴを算出し、得られた算出結果に基づいて高周波コイル３に対する制御信号を生成する制御装置（図示せず）と、高周波コイル３を上下方向に移動可能に駆動する駆動機構（図示せず）と、を備え、制御装置は、温度の微小変動成分ΔＴが予め決められた閾値αを越えるか否かによりルツボ１底部付近における原料Ｍ融液の固化の兆候を判別し、閾値αを越えた条件（例えばＷの範囲）では温度の微小変動成分ΔＴを閾値α以下にするように駆動機構により高周波コイル３を予め決められた速度ｖａで下降させ、ルツボ１底部の加熱を促進させるものである。

以下、添付図面に示す実施の形態に基づいて本件発明をより詳細に説明する。
◎実施の形態１
図２は、実施の形態１に係る単結晶の製造装置の概略を示すシステム構成図である。
すなわち、この単結晶の製造装置は、その外側が保温材１１により覆われ内部に原料１２が投入されるルツボ１３と、このルツボ１３の底部に付設されルツボ１３内の原料温度をモニタするための温度センサ１４と、保温材１１の外側に配置されかつ高周波電源１５に接続されると共にルツボ１３を高周波誘導加熱するワークコイル（高周波コイル）１６と、温度センサ１４に接続されこの温度センサ１４から出力される信号により原料１２の温度を読取るデジタル温度計１７と、このデジタル温度計１７に接続されデジタル温度計１７から出力される信号により温度の単位時間における微細な温度変動である微小変動成分を標準偏差として演算しかつ得られた演算情報に基づきワークコイル１６の適正な駆動情報を出力するマイクロコンピュータ１８と、このマイクロコンピュータ１８に接続されマイクロコンピュータ１８から出力される情報信号によりワークコイル１６の位置を制御するワークコイル駆動機構１９と、同じくマイクロコンピュータ１８に接続されマイクロコンピュータ１８から出力される情報信号により高周波出力を制御する高周波出力調整器２０と、ルツボ１３の上方側の引上げ軸２１と、引上げ軸２１の上の結晶重量センサ２２とで主要部が構成されている。
なお、温度センサ１４の種類については特に限定されることはなく、ＪＩＳ Ｃ １６０２：１９９５に規定されたＲタイプまたはＢタイプの熱電対を適用しても、あるいは、光を使用したファイバセンサやパイロメータ等を利用してもよい。

ここで、図３は、この製造装置を用いてＬＴ単結晶を育成した際、ルツボ１３底部に配置した温度センサ１４（Ｂタイプの熱電対）により読み取られたルツボ１３底部の温度変化と結晶重量センサ２２をプロットしたグラフ図である。
図３からわかるように、ルツボ１３底部の温度は結晶育成に伴って徐々に温度は低下するが、その間、温度に微小な振動が生じている領域があることが確認できる。これらの微小振動は３つの領域に分けられる。
第一領域は、０分（結晶引上げ開始）から３５０分の領域で、ルツボ１３の底部の温度振動が少ない領域である。また、第二領域は、３５０分から１１５０分の領域であり、温度振動の振幅が最大で０．５℃程度ある。そして、第三領域は、１１５０分以降の領域であり、再び温度振動が少ない領域である。

そして、第二領域と第三領域との間には、不連続な温度の上昇が確認できる。温度にして３℃の急上昇であるが、これは原料が固化したことによる固化熱であり、ルツボ１３底部付近の原料１２融液が急激に固化した結果を示している。温度の単位時間（ここでは３０分間）における温度振動をみるために大きな温度変化は除外して温度の細かな変動を標準偏差として分析すると、図４のグラフ図に示すような形となることから、標準偏差で０．０６℃を境界に原料固化の兆候を容易に検知することができる。すなわち、第一領域では標準偏差は０．０６℃以下であるが、第二領域では０．０６℃を越え、第三領域では再び０．０６℃を下回る。

本発明者の詳細な調査によれば、第一領域では、まだ原料１２融液が固化していないため、ルツボ１３底部の温度変化は滑らかなものであるが、第二領域では、原料が微小ながら固化を始める。固化すると固化熱が発生し固化した部分が再度融解するが融解の際にエネルギーが消費されることから温度が下がる。このようにして、第二領域は原料の固化と融解を頻繁に繰り返している。ルツボ１３の底部の温度が更に下がっていくと、ルツボ１３底部における原料１２融液の固化が急速に進み固化熱が一気に発生する。そして、第三領域では原料の固化によってルツボ１３底部に固形原料の壁が形成された結果、その後に発生している温度振動を温度センサ１４でほとんど検出できなくなっていることが明らかとなった。

このようにして、結晶重量センサ２２で結晶重量を計測しながら高周波出力を精度よく調整して結晶を作製する工程において、ルツボ１３底部の温度を連続かつ詳細に測定し、ルツボ１３底部の大きな温度変化は除外し、微細な温度振動のみを分析して第二領域に至った時点を検出した後、温度振動が予め設定された閾値（本例では０．０６℃）以下になるようにワークコイル１６を徐々に下降させることにより、ルツボ１３底部を加熱することで原料１２融液の固化を予め防止することが可能となる。
本例では、高周波誘導加熱用のワークコイル１６は、適宜の巻き数でルツボ１３の周囲に設置され、ルツボ１３内での原料１２の融解性を確保するために、ワークコイル１６の下端がルツボ１３の底部よりも６０〜１００ｍｍ程度下方に位置し、かつ、ワークコイル１６の上端がルツボ１３の上端部よりも８０〜１２０ｍｍ程度上方に位置するように配置されている。
ここで、高周波誘導加熱用のワークコイル１６の下降速度は、１時間当たり１ｍｍ以上、１２ｍｍ以下の速度が好ましい。下降速度が１時間当たり１ｍｍ未満では、標準偏差を規定の値以下にするのに時間が掛かり、結晶欠陥を改善することができない。一方、下降速度が１時間当たり１２ｍｍを超える場合は、温度変化が大きく、結晶欠陥を改善することができない。また、本例では、ワークコイル１６を移動する方式を採用しているが、仮に、ワークコイル１６を予め所定量下げて固定的に配置したとすると、ルツボ１３の下部に加熱が集中し、原料１２融液の表面を融点付近にするためには、ルツボ１３の下部を過剰に加熱することになり、強制対流が強くなり過ぎ、原料１２融液表面での対流が乱れ、単結晶の軸対称が崩れたり、ルツボ１３の寿命が短くなる点で好ましくない。
また、本例では、ワークコイル１６の移動時には、ルツボ１３内の原料１２融液の温度分布が変わるため、高周波出力調整器２０は、ワークコイル１６の移動に伴う原料１２融液の温度分布の変化を感知し、そしてそれに伴う結晶育成中の成長速度の変化、直径の変化を制御するために、高周波出力を自動的に調整するようになっている。

このように、ルツボ１３に設けられた温度センサ１４により測定された温度の単位時間における微小変動成分の標準偏差に基づいて、原料１２融液の固化の兆候を事前に検出し、標準偏差の値が規定の値（予め決められた閾値）以下となるようにワークコイル１６を精細に降下させる制御を行って、ルツボ１３底部の加熱を強化し、ルツボ１３底部で発生する原料１２融液の固化を防止することが可能となり、原料１２融液の固化による結晶の急成長が防止され、結晶品質を向上させることができる。
また、本例では、高融点酸化物単結晶の種類やルツボ１３の大きさ（例えば直径１００〜２５０ｍｍ）を変えた態様につき、ワークコイル１６を精細に降下させる制御方式（１時間当たり１ｍｍ以上、１２ｍｍ以下の速度で降下する方式）を採用したところ、良好な単結晶が得られることが確認された。
なお、本実施の形態は、ＬＮやＬＴ等の高融点酸化物単結晶の製造方法に適しているが、これ等高融点酸化物単結晶の製造に限定されるものではなく、他の単結晶（すなわち白金やイリジウム等の貴金属ルツボを使用しなくても製造できる単結晶）の製造にも当然のことながら適用可能である。

以下、実施の形態１に係る単結晶の製造装置を具現化した実施例について詳細に説明する。
◎実施例１
図２に示した製造装置を用いてＬＴ（ＬｉＴａＯ_３）単結晶の成長を試みた。また、育成には直径１７０ｍｍφ、高さ２００ｍｍ、厚さ２ｍｍのイリジウム製ルツボ１３を使用し、約２０ｋｇのＬＴ粉末をルツボ１３内に充填した。なお、原料の加熱融解は高周波誘導加熱により行い、かつ、育成の雰囲気は２％の酸素が添加された窒素雰囲気とした。

また、原料１２融液の温度をモニタする温度センサ１４にはＪＩＳ Ｃ １６０２：１９９５に規定のＢタイプの熱電対を使用した。なお、ＬＴの融点は１６５０℃であり、熱電対をルツボ１３に直接接触させると劣化が激しいため、熱電対はルツボ１３底部の中心部に耐火物を介して設置した。この熱電対の出力電圧はデジタル温度計１７により温度信号に変換させた後、マイクロコンピュータ１８に取り込み、読み込まれた温度を基に、３０分間における温度の微小振動量（微小変動成分）を標準偏差として計算するようにした。

更に、ワークコイル１６を駆動させるため、マイクロコンピュータ１８とワークコイル駆動機構１９は通信回線で結び、ワークコイル１６の移動量はマイクロコンピュータ１８により制御できるようにした。

このような条件のもと、先に示したとおり、融解した原料１２融液が適切な温度になるように高周波出力調整器２０で調節した後、引上げ軸２１を降下させて融解した原料１２融液の中心部に種結晶２３を接触させ、高周波の出力を徐々に低下させて原料１２融液の温度を下げ、種結晶１３を回転させながら引上げ軸２１を上昇させるという操作を行うとともに、結晶重量センサ２２で結晶重量を計測しながら高周波出力を精度よく調整して結晶育成を開始した。そして、結晶作製中、温度振動の標準偏差が０．０６℃上回ったところで、ワークコイル１６を１時間当たり１０ｍｍの速度で４３分間下降させたところ、温度振動の標準偏差が０．０６℃を下回ったため、ワークコイル１６の移動を停止しその後も結晶作製を継続した。その結果、育成終了まで温度振動の標準偏差は０．０６℃未満を維持し、原料１２融液の急激な固化は発生しなかった。

◎実施例２
実施例１と略同様に構成しているが、ワークコイル１６を１時間当たり１０ｍｍの速度で２６分間下降させた態様である。
◎実施例３
実施例１と略同様に構成しているが、ワークコイル１６を１時間当たり５ｍｍの速度で７８分間下降させた態様である。
◎実施例４
実施例１と略同様に構成しているが、ワークコイル１６を１時間当たり５ｍｍの速度で６７分間下降させた態様である。
◎実施例５
実施例１と略同様に構成しているが、ワークコイル１６を１時間当たり２ｍｍの速度で１８４分間下降させた態様である。
◎実施例６
実施例１と略同様に構成しているが、ワークコイル１６を１時間当たり２ｍｍの速度で２０９分間下降させた態様である。

また、比較例１〜６として以下の態様を用意した。
◎比較例１〜３
実施例１と略同様に構成しているが、いずれもワークコイル１６を固定式とした態様である。
◎比較例４
実施例１と略同様に構成しているが、ワークコイル１６を１時間当たり１５ｍｍの速度で３４分間下降させた態様（ワークコイル１６の移動が早すぎる態様）である。
◎比較例５
実施例１と略同様に構成しているが、ワークコイル１６を１時間当たり２５ｍｍの速度で２２分間下降させた態様（ワークコイル１６の移動が早すぎる態様）である。
◎比較例６
実施例１と略同様に構成しているが、ワークコイル１６を１時間当たり０．５ｍｍの速度で８５２分間下降させた態様（ワークコイル１６の移動が遅すぎる態様）である。

このときに使用した標準偏差の閾値は、実際には製造装置におけるルツボサイズや保温系の構造など結晶育成炉の構成により変動する。従って、結晶育成炉の構成を変更した場合には、予め適切な閾値を求めておく必要がある。
そして、本実施例（実施例１〜６）のように、原料１２融液の固化に対し、ワークコイル１６の移動を適切に施した場合と、原料１２融液の固化に対し、ワークコイル１６を固定若しくはワークコイル１６の移動を適切に施さなかった比較例（比較例１〜６）とで結晶下部を輪切りにしてＸ線トポグラフ画像を撮影し、それぞれの結晶欠陥の量を数値化して比較調査した。
結果を表１に示す。結晶欠陥は、任意単位（Ａ．Ｕ．）で示した。

この表１から明らかなように、実施例の場合には、比較例に較べ結晶欠陥を約３０〜５０％減少させることが可能なことが理解される。

１ ルツボ
２ 温度センサ
３ 高周波コイル
４ 保温材
５ 引上げ軸
Ｍ 原料
１１ 保温材
１２ 原料
１３ ルツボ
１４ 温度センサ
１５ 高周波電源
１６ ワークコイル
１７ デジタル温度計
１８ マイクロコンピュータ
１９ ワークコイル駆動機構
２０ 高周波出力調整器
２１ 引上げ軸
２２ 結晶重量センサ
２３ 種結晶

Claims (6)

1. ルツボ内に収容された原料融液から回転引上げ法により単結晶を製造する単結晶の製造方法において、
   前記ルツボに設置された温度センサにて前記ルツボ底部付近における原料融液の温度を測定する測定工程と、
   前記測定工程にて測定された前記温度センサからの温度情報に基づいて当該温度の単位時間における微小変動成分が予め決められた閾値を越えたか否かによりルツボ底部付近における原料融液の固化の兆候を判別する判別工程と、
   前記判別工程にて前記温度の微小変動成分が前記閾値を越えた条件では前記温度の微小変動成分を前記閾値以下にするように前記ルツボ底部の加熱を促進させる加熱工程と、
   を備えたことを特徴とする単結晶の製造方法。
2. 請求項１に記載の単結晶の製造方法において、
   前記判別工程は、前記温度の微小変動成分を標準偏差として算出し、この標準偏差を用いて判別することを特徴とする単結晶の製造方法。
3. 請求項１に記載の単結晶の製造方法において、
   前記加熱工程は、ルツボの周囲に上下方向に移動可能に設けられた加熱用の高周波コイルを用い、前記温度の微小変動成分が前記閾値を越えた条件では前記高周波コイルを１時間当たり１ｍｍ以上、１２ｍｍ以下の速度で下降させることを特徴とする単結晶の製造方法。
4. 請求項１に記載の単結晶の製造方法において、
   前記ルツボは貴金属ルツボであることを特徴とする単結晶の製造方法。
5. 請求項１に記載の単結晶の製造方法において、
   前記単結晶は、ＬＴ（タンタル酸リチウム：ＬｉＴａＯ_３）、ＬＮ（ニオブ酸リチウム：ＬｉＮｂＯ_３）、ＧＧＧ（Ｇｄ_３Ｇａ_５Ｏ_１２）、ＴＧＧ（Ｔｂ_３Ｇａ_５Ｏ_１２）、ＧＳＡＧ（Ｇｄ_３Ｓｃ_５Ｏ_１２）及びＴＳＡＧ（Ｔｂ_３Ｓｃ_５Ｏ_１２）のいずれかであることを特徴と単結晶の製造方法。
6. ルツボ内に収容された原料融液から回転引上げ法により単結晶を製造する単結晶の製造装置において、
   前記ルツボに付設されてルツボ底部付近の原料融液の温度を検出する温度センサと、
   前記ルツボの周囲に設けられ、前記ルツボを高周波誘導加熱する高周波コイルと、
   前記温度センサからの温度情報に基づいて当該温度の単位時間当たりの微小変動成分を算出し、得られた算出結果に基づいて前記高周波コイルに対する制御信号を生成する制御装置と、
   前記高周波コイルを上下方向に移動可能に駆動する駆動機構と、を備え、
   前記制御装置は、前記温度の微小変動成分が予め決められた閾値を越えるか否かにより前記ルツボ底部付近における原料融液の固化の兆候を判別し、前記閾値を越えた条件では前記温度の微小変動成分を前記閾値以下にするように前記駆動機構により前記高周波コイルを予め決められた速度で下降させ、前記ルツボ底部の加熱を促進させることを特徴とする単結晶の製造装置。