JP2018203575A - Crystal growth apparatus and crystal growth method using the same - Google Patents

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Abstract

To provide a crystal growth apparatus and a crystal growth method using the same such that a single-crystal growth apparatus employing a Czochralski method can efficiently and easily prevent raw material solidification at a crucible bottom part resulting from an increase in length of a grown crystal body.SOLUTION: A crystal growth apparatus has: a metallic crucible 10 capable of containing and holding a raw material melt 160; an induction coil 80 provided at a circumference of the crucible; a crucible base 20 capable of mounting and supporting the crucible on an upper surface 21; and a bottom-part auxiliary heating body 90 provided in the crucible base, the crucible base having a through hole 22 penetrating between the upper surface and bottom-part auxiliary heating body. A single-crystal growth method comprises the processes of: containing the raw material melt in the crucible; heating the raw material melt in a state in which a lower part of the through hole of a movable part moving in an annular cavity is not linked to an upper part of the through hole of a frame part, and lifting a single crystal 170; and lifting the single crystal while the movable part is moved so that the lower part of the through hole of the movable part is linked to the upper part of the through hole of the frame part.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、結晶育成装置及びこれを用いた結晶育成方法に関する。   The present invention relates to a crystal growth apparatus and a crystal growth method using the same.

酸化物単結晶の製造方法としては、酸化物単結晶となる原料を充填したルツボを高温に加熱してこの原料を溶融し、ルツボ内の原料融液の液面に上方から種結晶を接触させた後、回転させながら上昇させることで種結晶と同一方位の酸化物単結晶を育成するチョクラルスキー法による結晶育成方法が広く実施されている。   As a method for producing an oxide single crystal, a crucible filled with a raw material to be an oxide single crystal is heated to a high temperature to melt the raw material, and a seed crystal is brought into contact with the liquid surface of the raw material melt in the crucible from above. After that, a crystal growth method by the Czochralski method for growing an oxide single crystal having the same orientation as that of the seed crystal by raising it while rotating is widely implemented.

チョクラルスキー法による単結晶育成では、ルツボの周囲に誘導コイルが配置されており、誘導コイルに高周波電流を流すことによってルツボに渦電流が生じ、これによってルツボが発熱してルツボ内の原料が溶融する。   In single crystal growth by the Czochralski method, an induction coil is arranged around the crucible, and an eddy current is generated in the crucible when a high-frequency current is passed through the induction coil. As a result, the crucible generates heat and the raw material in the crucible is Melt.

また、引き上げが進むにつれて単結晶の上部は、シード棒(引き上げ軸)から伝わった低温熱により冷却されるが、発熱体がルツボのみである場合には、成長中の単結晶内の温度分布が大きくなるため、ルツボ上部を保温する工夫がなされている。例えば、結晶内の温度差に伴う熱応力によるクラックを抑制するため、ルツボの上部に、ルツボ以外の発熱体である円筒状のアフター・ヒーターを配置している。また、ルツボ上部を保温するためドーナツ状のリフレクタを配置することもある。   As the pulling progresses, the upper part of the single crystal is cooled by the low-temperature heat transmitted from the seed rod (pulling shaft), but when the heating element is only a crucible, the temperature distribution in the growing single crystal is In order to increase the size of the crucible, the upper part of the crucible is kept warm. For example, in order to suppress cracks due to thermal stress due to temperature differences in the crystal, a cylindrical after heater, which is a heating element other than the crucible, is disposed on the upper part of the crucible. Also, a donut-shaped reflector may be arranged to keep the upper part of the crucible warm.

ところで、近年、酸化物単結晶、特にタンタル酸リチウムは表面弾性波デバイス材料として市場が拡大しており、生産量の確保のため単結晶の引き上げ長さが次第に長くなっている。この長尺化に伴い、結晶の曲りや直胴部で発生する多結晶化、あるいは、冷却中の熱歪に起因したクラック、ルツボ底における原料固化などが発生し易くなっており、結晶の良品率を低下させる原因となっている。特に、ルツボ底における原料固化は、長尺化には大きな問題となる。チョクラルスキー法による単結晶育成では、ルツボの原料融解面より種結晶を接触させて回転させ、徐々に引き上げながら結晶を成長させている。結晶を成長させるためには炉内の温度勾配を適正に管理しなければならず、結晶が長くなるに従い、炉内の温度を適切な範囲で低下させなければならない。しかし、結晶を引き上げる上部は結晶育成に適切な温度であっても、ルツボ底部では温度が低下し、場合によってはルツボ底部中央から固化が開始することがある。ルツボ底部の中央は誘導コイルから離れており固化しやすい。また、このままの状態で結晶の育成を続けた場合、固化した結晶はルツボ底部から上方に成長し、育成している結晶と融着してしまい、育成を中止しなければならない事態が発生することがある。   By the way, in recent years, the market for oxide single crystals, particularly lithium tantalate, is expanding as a surface acoustic wave device material, and the pulling length of the single crystal is gradually increased in order to secure the production amount. Accompanying this increase in length, it is easy to cause crystal crystallization, cracking due to thermal distortion during cooling, or solidification of the raw material at the bottom of the crucible. It is a cause to reduce the rate. In particular, solidification of the raw material at the bottom of the crucible is a big problem for lengthening. In single crystal growth by the Czochralski method, a seed crystal is brought into contact with the raw material melting surface of the crucible and rotated, and the crystal is grown while being gradually pulled up. In order to grow the crystal, the temperature gradient in the furnace must be properly controlled, and the temperature in the furnace must be lowered within an appropriate range as the crystal grows longer. However, even if the upper part where the crystal is pulled is at a temperature suitable for crystal growth, the temperature is lowered at the bottom of the crucible, and in some cases, solidification may start from the center of the bottom of the crucible. The center of the bottom of the crucible is away from the induction coil and is easy to solidify. In addition, if the crystal growth is continued in this state, the solidified crystal grows upward from the bottom of the crucible, and is fused with the crystal being grown, resulting in a situation where the growth must be stopped. There is.

このため、特許文献1では、ルツボの下側のルツボ台内の空間に、ルツボの底面の面積より小さく、かつルツボの高さ方向に所定の長さを有する補助発熱体を設置する方法が開示されている。この補助発熱体の形状は、様々な形状を示しており、どの形状を用いても効果が得られるとの記載がある。   For this reason, Patent Document 1 discloses a method of installing an auxiliary heating element having a predetermined length in the height direction of the crucible that is smaller than the area of the bottom surface of the crucible in the space in the crucible base below the crucible. Has been. The auxiliary heating element has various shapes, and there is a description that any shape can be used.

また、特許文献2では、円筒状部材からなるルツボの底面をなす円板状部材が円筒状部材の外周面よりも半径方向外方に突出してフランジ状外周部を形成する構成が開示されている。かかるフランジ状外周部は、加熱コイルに最も近い位置となるため、高効率で速く高温となり、ルツボに下部の方が上部よりも高温となる温度勾配を付加することができる。   Further, Patent Document 2 discloses a configuration in which a disk-shaped member forming the bottom surface of a crucible made of a cylindrical member protrudes radially outward from the outer peripheral surface of the cylindrical member to form a flange-shaped outer peripheral portion. . Since the flange-like outer peripheral portion is located closest to the heating coil, the temperature can be increased quickly with high efficiency, and a temperature gradient can be added to the crucible such that the lower portion has a higher temperature than the upper portion.

特開昭54−162686号公報JP 54-162686 A 特開2004−284854号公報JP 2004-284854 A

しかしながら、特許文献1に記載の構成では、ルツボ台内に補助発熱体が設けられているため、補助発熱体からルツボへの熱の伝達効率が良好でないという問題があった。また、ルツボの下側に補助発熱体を置くことでルツボ底部を加熱する効果は一定の範囲であるが、誘導コイルに高周波電流を流すことによって補助発熱体に渦電流を生じさせて加熱しており、この補助発熱体の形状により発熱する位置や発熱量が変わってくる。当然、ルツボ内の融液への影響もあるが、特許文献1にはそのような補助発熱体の形状とルツボ内の融液への影響が考慮されておらず、融液の温度制御が十分になされていないという問題があった。   However, the configuration described in Patent Document 1 has a problem that heat transfer efficiency from the auxiliary heating element to the crucible is not good because the auxiliary heating element is provided in the crucible base. In addition, the effect of heating the bottom of the crucible by placing the auxiliary heating element under the crucible is within a certain range. However, the eddy current is generated in the auxiliary heating element by passing a high-frequency current through the induction coil and heated. The position and amount of heat generated vary depending on the shape of the auxiliary heating element. Of course, there is also an influence on the melt in the crucible, but Patent Document 1 does not consider the shape of the auxiliary heating element and the influence on the melt in the crucible, and the temperature control of the melt is sufficient. There was a problem that was not made.

また、特許文献2に記載の構成では、フランジ状外周部によるルツボの直接的な加熱は可能であるが、加熱コイルに最も近く最も高温となるため、劣化も最も激しくなる。しかしながら、ルツボと一体的に形成されているため、頻繁なフランジ外周部の劣化により、ルツボ全体を頻繁に交換しなければならないという問題があった。   In the configuration described in Patent Document 2, the crucible can be directly heated by the flange-shaped outer peripheral portion. However, since the temperature is closest to the heating coil and becomes the highest, the deterioration is most severe. However, since it is formed integrally with the crucible, there is a problem that the entire crucible must be frequently replaced due to frequent deterioration of the outer peripheral portion of the flange.

そこで、本発明は、上記事情に鑑み、チョクラルスキー法による単結晶育成装置において、育成する結晶体の長尺化に伴うルツボ底部の原料固化を、効率的かつ容易に防止できる結晶育成装置及びこれを用いた結晶育成方法を提供することを目的とする。   Therefore, in view of the above circumstances, the present invention provides a crystal growth apparatus that can efficiently and easily prevent the solidification of the crucible bottom accompanying the lengthening of the crystal to be grown in the single crystal growth apparatus by the Czochralski method, and An object of the present invention is to provide a crystal growth method using this.

上記目的を達成するため、本発明の一態様に係る結晶育成装置は、原料融液を貯留保持可能な金属製のルツボと、
該ルツボの周囲に設けられた誘導コイルと、
前記ルツボを上面に載置して支持可能なルツボ台と、
該ルツボ台内に設けられた底部補助発熱体と、を有し、
前記ルツボ台は、前記上面と前記底部補助発熱体との間を貫通する貫通孔を有する。
In order to achieve the above object, a crystal growth apparatus according to one aspect of the present invention includes a metal crucible capable of storing and holding a raw material melt,
An induction coil provided around the crucible;
A crucible base capable of placing and supporting the crucible on the upper surface;
A bottom auxiliary heating element provided in the crucible base,
The crucible base has a through-hole penetrating between the upper surface and the bottom auxiliary heating element.

本発明によれば、低コストでクラック等の不具合の発生がなく、結晶育成長さの長尺化に対応できる単結晶育成装置及びこれを用いた結晶育成方法を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a single crystal growth apparatus and a crystal growth method using the single crystal growth apparatus that can cope with an increase in the crystal growth length without generating defects such as cracks at low cost.

本発明の第1の実施形態に係る結晶育成装置の一例を示した概要図である。It is the schematic which showed an example of the crystal growth apparatus which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る結晶育成装置の一例の底部補助発熱体及びルツボ台を示した断面図である。It is sectional drawing which showed the bottom part auxiliary | assistant heat generating body and crucible base of an example of the crystal growth apparatus which concerns on embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態に係る結晶育成装置の一例のルツボ台を示した図である。It is the figure which showed the crucible base of an example of the crystal growing apparatus which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態に係る結晶育成装置のルツボ台の一例を示した斜視断面図である。It is the perspective sectional view showing an example of the crucible stand of the crystal growth device concerning a 2nd embodiment of the present invention. 本発明の第2の実施形態に係る結晶育成装置の一例の底部補助発熱体及びルツボ台を示した図である。It is the figure which showed the bottom part auxiliary heating element and crucible base of an example of the crystal growth apparatus concerning the 2nd Embodiment of the present invention. 可動部の回転機構の一例を示した図である。It is the figure which showed an example of the rotation mechanism of a movable part. 本発明の実施形態に係る結晶育成装置の一例の育成終盤のルツボ付近の温度分布をシミュレーションした結果である。It is the result of having simulated the temperature distribution near the crucible of the last stage of the growth of an example of the crystal growth apparatus which concerns on embodiment of this invention. 図7(a)のシミュレーションモデルとなる結晶育成装置の構成を示した図である。It is the figure which showed the structure of the crystal growth apparatus used as the simulation model of Fig.7 (a). 本発明の第2の実施形態に係る結晶育成装置の一例の育成終盤のルツボ内の融液の温度分布をシミュレーションしたグラフである。It is the graph which simulated temperature distribution of the melt in the crucible of the last stage of the growth of an example of the crystal growth device concerning a 2nd embodiment of the present invention.

以下、図面を参照して、本発明を実施するための形態の説明を行う。   DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.

本発明のチョクラスキー法を用いた結晶育成装置は、大気中または不活性ガス雰囲気中で育成されるニオブ酸リチウムLiNbO(以下LN)、タンタル酸リチウムLiTaO(以下LT)、イットリウムアルミニウムガーネットYAl12(以下YAG)などの酸化物単結晶の製造に用いる結晶育成装置である。チョクラルスキー法は、ある結晶方位に従って切り出された種と呼ばれる、通常は断面の一辺が数mm程度の直方体単結晶の先端を、同一組成の融液に浸潤し、回転しながら徐々に引上げることによって、種結晶の性質を伝播しながら大口径化して単結晶を製造する方法である。 The crystal growth apparatus using the chocoskey method of the present invention includes lithium niobate LiNbO 3 (hereinafter referred to as LN), lithium tantalate LiTaO 3 (hereinafter referred to as LT), and yttrium aluminum garnet grown in the air or in an inert gas atmosphere. This is a crystal growth apparatus used for manufacturing an oxide single crystal such as Y 3 Al 5 O 12 (hereinafter referred to as YAG). The Czochralski method is called a seed cut out according to a certain crystal orientation. Usually, the tip of a rectangular parallelepiped with a side of about several millimeters is infiltrated into the melt of the same composition, and gradually pulled up while rotating. Thus, the single crystal is manufactured by increasing the diameter while propagating the properties of the seed crystal.

[第1の実施形態]
図1は、本発明の第1の実施形態に係る結晶育成装置の一例を示した概要図である。図1に示されるように、第1の実施形態に係る結晶育成装置は、ルツボ10と、ルツボ台20と、リフレクタ30と、アフター・ヒーター40と、断熱材50、51と、耐火物60と、引き上げ軸70と、誘導コイル80と、底部補助発熱体90と、電源100と、制御部110とを備える。なお、加熱手段は、ルツボ10と、アフター・ヒーター40と、底部補助発熱体90と、これらを加熱する誘導コイル80である。また、電源100は、誘導コイル80に高周波電力を供給するために設けられている。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of a crystal growth apparatus according to the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the crystal growing apparatus according to the first embodiment includes a crucible 10, a crucible base 20, a reflector 30, an after heater 40, heat insulating materials 50 and 51, and a refractory 60. The lifting shaft 70, the induction coil 80, the bottom auxiliary heating element 90, the power source 100, and the control unit 110 are provided. The heating means is the crucible 10, the after heater 40, the bottom auxiliary heating element 90, and the induction coil 80 for heating them. The power source 100 is provided to supply high frequency power to the induction coil 80.

本実施形態に係る結晶育成装置において、ルツボ10はルツボ台20の上面21に載置される。ルツボ10の上方には、リフレクタ30を介して、アフター・ヒーター40が設置されている。ルツボ10を取り囲むように断熱材50が設置されている。更に、アフター・ヒーター40を取り囲むように断熱材51が設けられている。また、断熱材50、51の外側には耐火物60が設けられ、ルツボ10の周囲全体を覆っている。耐火物60の側面の外側には、誘導コイル80が配置されている。   In the crystal growing apparatus according to the present embodiment, the crucible 10 is placed on the upper surface 21 of the crucible base 20. An after heater 40 is installed above the crucible 10 through a reflector 30. A heat insulating material 50 is installed so as to surround the crucible 10. Furthermore, a heat insulating material 51 is provided so as to surround the after heater 40. A refractory 60 is provided outside the heat insulating materials 50 and 51 to cover the entire periphery of the crucible 10. An induction coil 80 is disposed outside the side surface of the refractory 60.

ルツボ台20の一部には、底部補助発熱体90が設置されている。また、ルツボ台20の一部には、底部補助発熱体90からルツボ底部に繋がる貫通孔22が設けられている。即ち、ルツボ台20の上面21と底部補助発熱体90との間を貫通する貫通孔22が設けられている。詳細は後述するが、かかる貫通孔22を設けることにより、底部補助発熱体90で発生する熱により直接的にルツボ10の底面を加熱することができる。   A bottom auxiliary heating element 90 is installed in a part of the crucible base 20. In addition, a part of the crucible base 20 is provided with a through hole 22 that connects the bottom auxiliary heating element 90 to the bottom of the crucible. That is, a through-hole 22 that passes between the upper surface 21 of the crucible base 20 and the bottom auxiliary heating element 90 is provided. Although details will be described later, the bottom surface of the crucible 10 can be directly heated by the heat generated in the bottom auxiliary heating element 90 by providing the through hole 22.

なお、誘導コイル80が外側に設けられた耐火物60は、図示しない支持台の上に載置される。また、誘導コイル80の周囲を、図示しないチャンバーが覆う。   The refractory 60 having the induction coil 80 provided outside is placed on a support base (not shown). In addition, a chamber (not shown) covers the periphery of the induction coil 80.

ルツボ10及びその周囲に設けられた断熱材50は、ホットゾーン部を構成する。また、ルツボ10の上方には、引き上げ軸70が設けられている。引き上げ軸70は、下端に種結晶保持部71を有し、引き上げ軸駆動部72により昇降可能に構成されている。更に、上述の図示しないチャンバーの周辺の外部に、電源100及び制御手段110が設けられる。   The crucible 10 and the heat insulating material 50 provided around the crucible 10 constitute a hot zone part. Further, a lifting shaft 70 is provided above the crucible 10. The pulling shaft 70 has a seed crystal holding portion 71 at the lower end, and is configured to be lifted and lowered by a pulling shaft driving portion 72. Furthermore, a power source 100 and a control means 110 are provided outside the periphery of the chamber (not shown).

また、図1において、関連構成要素として、種結晶150と、結晶原料160と、引き上げられた単結晶(結晶体とも呼ぶ)170とが示されている。   In FIG. 1, a seed crystal 150, a crystal raw material 160, and a pulled single crystal (also referred to as a crystal) 170 are shown as related constituent elements.

次に、個々の構成要素について説明する。   Next, individual components will be described.

ルツボ10は、結晶原料160を貯留保持し、単結晶170を育成するための容器である。結晶原料160は、結晶化する金属等が溶融した融液の状態で保持される。ルツボの材質は、結晶原料160にもよるが耐熱性のある白金やイリジウム等で作製される。   The crucible 10 is a container for storing and holding the crystal raw material 160 and growing the single crystal 170. The crystal raw material 160 is held in the state of a melt in which a metal to be crystallized is melted. The material of the crucible is made of platinum, iridium or the like having heat resistance although it depends on the crystal raw material 160.

育成される単結晶170は、単結晶170の引き上げが進むにつれてルツボ10から遠ざかって行く為、単結晶170の温度分布が大きくなり単結晶170の割れ等の不具合が発生する場合がある。これを改善するため、ルツボ10の上方にアフター・ヒーター40を設置して適切な温度分布を維持する。アフター・ヒーター40の形状は、内径が得ようとする酸化物単結晶170の直径より大きく、ルツボ10の直径より小さい円筒形状である。全長は、例えば、得ようとする酸化物単結晶170の全長の半分よりも長く、二倍よりも短く設定する。ルツボ10の材質としては、例えば、イリジウムや白金等の金属が用いられる。   Since the single crystal 170 to be grown moves away from the crucible 10 as the pulling of the single crystal 170 progresses, the temperature distribution of the single crystal 170 becomes large and problems such as cracking of the single crystal 170 may occur. In order to improve this, an after heater 40 is installed above the crucible 10 to maintain an appropriate temperature distribution. The shape of the after heater 40 is a cylindrical shape whose inner diameter is larger than the diameter of the oxide single crystal 170 to be obtained and smaller than the diameter of the crucible 10. The total length is set, for example, longer than half of the total length of the oxide single crystal 170 to be obtained and shorter than twice. As a material of the crucible 10, for example, a metal such as iridium or platinum is used.

底部補助発熱体90はルツボ台20内に、ルツボ台20の一部をなすように設置される。また、ルツボ台20の底部発熱体90とルツボ底部の間の上部ルツボ台23の一部には、底部補助発熱体90からルツボ底部に繋がる貫通孔22が設けられている。なお、底部補助発熱体90及びルツボ台20の詳細については、後述する。   The bottom auxiliary heating element 90 is installed in the crucible base 20 so as to form a part of the crucible base 20. Further, a through hole 22 is provided in a part of the upper crucible base 23 between the bottom heating element 90 of the crucible base 20 and the crucible bottom so as to connect the bottom auxiliary heating element 90 to the crucible bottom. Details of the bottom auxiliary heating element 90 and the crucible base 20 will be described later.

誘導コイル80は、ルツボ10、アフター・ヒーター40及び底部補助発熱体90を加熱するための手段であり、ルツボ10、アフター・ヒーター40及び底部補助発熱体90を囲むように配置される。誘導コイル80は、ルツボ10やアフター・ヒーター40等を誘導加熱できれば形態は問わないが、例えば、高周波加熱コイルからなる高周波誘導加熱装置として構成される。この場合には、電源100は、誘導コイル80に高周波電力を供給する高周波電源として構成される。   The induction coil 80 is means for heating the crucible 10, the after heater 40 and the bottom auxiliary heating element 90, and is arranged so as to surround the crucible 10, the after heater 40 and the bottom auxiliary heating element 90. The induction coil 80 may be in any form as long as it can induction-heat the crucible 10, the after-heater 40, and the like. For example, the induction coil 80 is configured as a high-frequency induction heating device including a high-frequency heating coil. In this case, the power source 100 is configured as a high frequency power source that supplies high frequency power to the induction coil 80.

また、電源100は、誘導コイル80のみならず、結晶育成装置全体に電源供給を行う。   The power supply 100 supplies power not only to the induction coil 80 but also to the entire crystal growth apparatus.

図示しないチャンバーは、ルツボ10及び誘導コイル80の高熱を遮断するとともに、これらを収容する機能を有する。   A chamber (not shown) has a function of blocking high heat from the crucible 10 and the induction coil 80 and accommodating them.

また、図示しない支持台は、耐火物60全体を支持するための支持台である。   A support base (not shown) is a support base for supporting the entire refractory 60.

引き上げ軸70は、種結晶150を保持し、ルツボ10に保持された結晶原料(融液)160の表面に種結晶150を接触させ、回転しながら単結晶170を引き上げるための手段である。引き上げ軸70は、種結晶150を保持する種結晶保持部71を下端部に有するとともに、回転機構であるモーターを備えた引き上げ軸駆動機構72を有する。なお、モーターは、結晶の引き上げの際、結晶を回転させながら引き上げる動作を行うための回転駆動機構である。   The pulling shaft 70 is a means for holding the seed crystal 150, bringing the seed crystal 150 into contact with the surface of the crystal raw material (melt) 160 held in the crucible 10, and pulling up the single crystal 170 while rotating. The pulling shaft 70 has a seed crystal holding portion 71 for holding the seed crystal 150 at the lower end portion, and also has a pulling shaft drive mechanism 72 having a motor as a rotation mechanism. The motor is a rotational drive mechanism for performing an operation of pulling up the crystal while rotating the crystal.

制御部110は、結晶育成装置全体の制御を行うための手段であり、結晶育成プロセスを含めて結晶育成装置全体の動作を制御する。制御部110は、例えば、CPU(Central Processing Unit)、中央処理装置、及びROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)等のメモリを備え、プログラムにより動作するマイクロコンピュータから構成されてもよいし、特定の用途のために開発されたASIC(Application Specified Integra Circuit)等の電子回路から構成されてもよい。   The controller 110 is a means for controlling the entire crystal growth apparatus, and controls the operation of the entire crystal growth apparatus including the crystal growth process. For example, the control unit 110 includes a CPU (Central Processing Unit), a central processing unit, and a memory such as a ROM (Read Only Memory) and a RAM (Random Access Memory), and may be configured by a microcomputer that operates according to a program. However, it may be composed of an electronic circuit such as an ASIC (Application Specified Integra Circuit) developed for a specific application.

本実施形態に係る結晶育成装置は、種々の結晶原料160に適用することができ、結晶原料160の種類は問わないが、例えば、タンタル酸リチウム原料を用いてもよい。その他、種々の酸化物単結晶を育成するための結晶原料160を用いることができる。   The crystal growth apparatus according to this embodiment can be applied to various crystal raw materials 160, and the type of the crystal raw material 160 is not limited, but, for example, a lithium tantalate raw material may be used. In addition, a crystal raw material 160 for growing various oxide single crystals can be used.

次に、図2を用いて、本発明の特徴である底部補助加熱板90とルツボ台20について説明する。図2は、本発明の実施形態に係る結晶育成装置の一例の底部補助発熱体90及びルツボ台20を示した断面図である。   Next, the bottom auxiliary heating plate 90 and the crucible base 20 which are features of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a cross-sectional view showing the bottom auxiliary heating element 90 and the crucible base 20 as an example of the crystal growth apparatus according to the embodiment of the present invention.

図2に示される通り、本発明の実施形態に係る底部補助発熱体90はルツボ台20内に、ルツボ台20の一部を構成するように設置されている。なお、ルツボ台20の内、底部補助発熱体90とルツボ底部(ルツボ台20の上面21)との間の部分を上部ルツボ台23とする。底部補助発熱体90とルツボ底部(ルツボ台20の上面21)との間の上部ルツボ台23の一部には、底部補助発熱体90からルツボ底部に繋がる複数の貫通孔22が設けられている。   As shown in FIG. 2, the bottom auxiliary heating element 90 according to the embodiment of the present invention is installed in the crucible base 20 so as to constitute a part of the crucible base 20. A portion between the bottom auxiliary heating element 90 and the bottom of the crucible (the upper surface 21 of the crucible base 20) of the crucible base 20 is referred to as an upper crucible base 23. A part of the upper crucible base 23 between the bottom auxiliary heating element 90 and the bottom of the crucible (the upper surface 21 of the crucible base 20) is provided with a plurality of through holes 22 connecting the bottom auxiliary heating element 90 to the bottom of the crucible. .

まず、底部補助発熱体90についてより詳細に説明する。   First, the bottom auxiliary heating element 90 will be described in more detail.

チョクラルスキー法による単結晶育成では、ルツボ10内の融解した結晶原料160に種結晶150を接触させ、上方に引き上げることで結晶体170を冷却して結晶を成長させている。結晶長が長くなるに従い、結晶体170は冷却され、炉内上部の温度は低下していく。ルツボ10内の原料融液160も減少して発熱量も低下し、誘導コイル80から一番離れているルツボ底部の中央部から原料固化が開始する。これを防止するため、本実施形態に係る結晶育成装置では、ルツボ底部の下側にあるルツボ台20内に、ルツボ台20の一部をなすように底部補助発熱体90を配置する。   In the single crystal growth by the Czochralski method, the seed crystal 150 is brought into contact with the melted crystal raw material 160 in the crucible 10 and pulled up to cool the crystal 170 to grow a crystal. As the crystal length increases, the crystal body 170 is cooled, and the temperature in the upper part of the furnace decreases. The raw material melt 160 in the crucible 10 also decreases and the amount of heat generation also decreases, and the solidification of the raw material starts from the center of the bottom of the crucible farthest from the induction coil 80. In order to prevent this, in the crystal growing apparatus according to the present embodiment, the bottom auxiliary heating element 90 is arranged in the crucible base 20 below the crucible bottom so as to form a part of the crucible base 20.

図2に示されるように、底部補助発熱体90は、ルツボ10の下側にあるルツボ台20の一部をなすように、ルツボ台20の所定高さ位置に配置される。ルツボ台20は複数の耐熱材26から構成されている。底部補助発熱体90は、積載された複数の耐熱材26同士の間に設置する。つまり、円筒状のブロックをなすように構成された複数の耐熱材26が積載されてルツボ台20が構成されるが、これらの複数の耐熱材26の間の所定箇所に挿入されるようにして底部補助発熱体90が配置される。このため底部補助発熱体90が所定の高さになるように耐熱材26の厚さを調整することが好ましい。底部補助発熱体90は、円形又は円盤状の平板形状を有する。底部補助発熱体90の外径は、ルツボ底面より大きい面積であってもよいし、小さい面積であってもよい。図2には、底部補助発熱体90が、ルツボ10の底面よりも小さい面積を有する例が示されている。   As shown in FIG. 2, the bottom auxiliary heating element 90 is disposed at a predetermined height position of the crucible base 20 so as to form a part of the crucible base 20 below the crucible 10. The crucible base 20 is composed of a plurality of heat-resistant materials 26. The bottom auxiliary heating element 90 is installed between the stacked heat-resistant materials 26. That is, a plurality of heat-resistant materials 26 configured to form a cylindrical block are stacked to constitute the crucible base 20, and are inserted into predetermined positions between the plurality of heat-resistant materials 26. A bottom auxiliary heating element 90 is disposed. For this reason, it is preferable to adjust the thickness of the heat-resistant material 26 so that the bottom auxiliary heating element 90 has a predetermined height. The bottom auxiliary heating element 90 has a circular or disk-like flat plate shape. The outer diameter of bottom auxiliary heating element 90 may be larger than the bottom surface of the crucible or may be smaller. FIG. 2 shows an example in which the bottom auxiliary heating element 90 has an area smaller than the bottom surface of the crucible 10.

底部補助発熱体90の外径は、ルツボ底面より小さい面積が好ましい。例えば、ルツボ外径よりも40mm〜100mm小さい外径の底部補助発熱体90としてもよい。ルツボ10の下方に底部補助発熱体90を設置した場合、誘導コイル80の磁場は、一般的に誘導コイル80に近い外形端部に集中し易い。しかし、誘導コイル80からこの位置が離れれば、当然発熱量は小さくなる。本実施形態では、誘導コイル80から一番離れているルツボ底部の中央部を発熱させる必要があり、この両方を満足する最適な位置は、ルツボ外径よりも40mm〜100mm小さい外径の位置である。なお、底部補助発熱体90をルツボ外形より大きくすることも可能であるが、この場合、底部補助発熱体90の外形端部はルツボ外径より大きくなるため、この部分がルツボ10の底面の端部より高温になり、ルツボ10内の融液全体が高温になり、底部補助発熱体90が無い場合の従来のプロセス条件から条件を大幅に変更する必要がある。そうすると、新たなプロセス条件の確立に多大な時間を要する。このため、本発明では、底部補助発熱体90の外形をルツボ10の底面の外形よりも小さく構成する。これにより、従来の条件とほぼ同様の条件で結晶育成が可能となる。例えば、ルツボ径がφ200mmであれば、底部補助発熱体90の大きさはφ100mm〜φ160mmが好ましく、例えば、φ130mmに設定されてもよい。   The outer diameter of the bottom auxiliary heating element 90 is preferably smaller than the bottom surface of the crucible. For example, the bottom auxiliary heating element 90 having an outer diameter 40 mm to 100 mm smaller than the outer diameter of the crucible may be used. When the bottom auxiliary heating element 90 is installed below the crucible 10, the magnetic field of the induction coil 80 generally tends to concentrate on the outer end near the induction coil 80. However, if this position moves away from the induction coil 80, the amount of generated heat naturally becomes small. In the present embodiment, it is necessary to generate heat at the center of the bottom of the crucible farthest from the induction coil 80, and the optimum position that satisfies both of these is a position having an outer diameter that is 40 mm to 100 mm smaller than the outer diameter of the crucible. is there. Although it is possible to make the bottom auxiliary heating element 90 larger than the outer shape of the crucible, in this case, the outer end of the bottom auxiliary heating element 90 is larger than the outer diameter of the crucible, so this portion is the end of the bottom surface of the crucible 10. It is necessary to significantly change the conditions from the conventional process conditions when the temperature of the melt is higher than the temperature of the melt, the temperature of the entire melt in the crucible 10 is high, and the bottom auxiliary heating element 90 is not provided. Then, it takes a lot of time to establish new process conditions. For this reason, in the present invention, the outer shape of the bottom auxiliary heating element 90 is configured to be smaller than the outer shape of the bottom surface of the crucible 10. This makes it possible to grow crystals under substantially the same conditions as the conventional conditions. For example, if the crucible diameter is φ200 mm, the size of the bottom auxiliary heating element 90 is preferably φ100 mm to φ160 mm, and may be set to φ130 mm, for example.

底部補助発熱体90の厚みは、0.5mm〜3mmの範囲内であることが好ましい。本実施形態に係る結晶育成装置の加熱方法は、誘導コイル80を使用し、誘導コイル80に高周波電流を流して磁場を発生させ、磁場中の加熱体に渦電流を発生させることで加熱体を加熱する方式である。表皮効果により加熱体の面積に大きく依存するが、加熱体の厚みの依存性は小さい。このため、加熱体である底部補助発熱体90の厚みに制限はないが、取り扱いの容易性等の観点から、少なくとも0.5mm以上の厚さが必要である。また、底部補助発熱体90の材質は、結晶原料160にもよるが、耐熱性のある白金やイリジウム等で作製される。このため、コストを考慮すると厚みは、薄い方が低コストで底部補助発熱体90を製作することが可能である。よって、底部補助発熱体90の厚さは、3mm以下が好ましく、1mm〜2mmの範囲内にあることが更に好ましい。   The thickness of the bottom auxiliary heating element 90 is preferably in the range of 0.5 mm to 3 mm. In the heating method of the crystal growing apparatus according to the present embodiment, the induction coil 80 is used, a high-frequency current is passed through the induction coil 80 to generate a magnetic field, and an eddy current is generated in the heating element in the magnetic field, thereby heating the heating element. This is a heating method. Although it largely depends on the area of the heating body due to the skin effect, the thickness dependence of the heating body is small. For this reason, although there is no restriction | limiting in the thickness of the bottom part auxiliary | assistant heat generating body 90 which is a heating body, From a viewpoint of the ease of handling etc., the thickness of 0.5 mm or more is required. The material of the bottom auxiliary heating element 90 is made of heat-resistant platinum, iridium or the like, although it depends on the crystal raw material 160. For this reason, considering the cost, it is possible to manufacture the bottom auxiliary heating element 90 at a lower thickness when the thickness is smaller. Therefore, the thickness of the bottom auxiliary heating element 90 is preferably 3 mm or less, and more preferably in the range of 1 mm to 2 mm.

底部補助発熱体90は、ルツボ10の底面の下方において、誘導コイル80により生成される磁場の強度が最も強い高さ位置よりも上方に配置する。上述したように、本実施形態に係る結晶育成装置は、誘導コイル80を使用し、誘導コイル80に高周波電流を流して発熱体である底部補助発熱体90に渦電流を発生させることで加熱している。かかる渦電流は、誘導コイル80により生成される磁場の最も高い領域に発熱体を配置すると最も高くなり、加熱温度も最も高くなる。しかしながら、目的とする最終的な加熱対象はルツボ10の底面の中央付近であり、この位置から底部補助発熱体90が離れると、底部補助発熱体90が高温になっても、目的とするルツボ10の底面の中央付近を効率的に加熱できない場合がある。よって、底部補助発熱体90は、誘導コイル80の磁場の強度と、ルツボ10の底面との距離とのバランスを考慮して設定することが好ましい。   The bottom auxiliary heating element 90 is disposed below the bottom surface of the crucible 10 and above the height position where the strength of the magnetic field generated by the induction coil 80 is strongest. As described above, the crystal growing apparatus according to the present embodiment uses the induction coil 80 and heats the induction coil 80 by causing a high frequency current to flow and generating an eddy current in the bottom auxiliary heating element 90 that is a heating element. ing. Such an eddy current becomes the highest when the heating element is arranged in the region where the magnetic field generated by the induction coil 80 is the highest, and the heating temperature becomes the highest. However, the target final heating target is near the center of the bottom surface of the crucible 10, and if the bottom auxiliary heating element 90 moves away from this position, the target crucible 10 is maintained even if the bottom auxiliary heating element 90 becomes hot. There may be a case where the vicinity of the center of the bottom surface cannot be efficiently heated. Therefore, the bottom auxiliary heating element 90 is preferably set in consideration of the balance between the strength of the magnetic field of the induction coil 80 and the distance from the bottom surface of the crucible 10.

本発明では、ルツボ底部下方で高周波による磁場の最も強い位置よりも上方で、かつルツボ10の底面よりも下方で、磁場の強度も高く、ルツボ10の底面からの距離も近い加熱効率が高い位置に底部補助発熱体90を配置することが好ましい。例えば、ルツボ底面から50mm〜80mm下方の位置に配置してもよい。   In the present invention, below the bottom of the crucible, above the strongest position of the magnetic field due to high frequency, and below the bottom of the crucible 10, the position where the magnetic field strength is high and the distance from the bottom of the crucible 10 is close is high. It is preferable to arrange the bottom auxiliary heating element 90 on the bottom. For example, you may arrange | position in the position below 50 mm-80 mm from the bottom of a crucible.

図2に示されるように、ルツボ台20は、上部ルツボ台23と、下部ルツボ台24とを有する。即ち、底部補助発熱体90とルツボ底部との間には上部ルツボ台23が設置される。この上部ルツボ台23の一部には、底部補助発熱体90からルツボ底部(ルツボ台20の上面21)に繋がる複数の貫通孔22が設けられている。この貫通孔22は、底部補助発熱体90とルツボ底部とを空間で繋いでいる。一般的には、底部補助発熱体90で発生した熱は、熱伝導と輻射によりルツボ底部に伝わる。貫通孔22が無い場合、ルツボ台20の材質の熱伝導率に従い底部補助発熱体90の発熱がルツボ底部に伝わる。貫通孔22を設けた場合、この貫通孔22の部分は空間であり空間内を輻射により熱が移動し、よりルツボ底部を加熱することが可能となる。底部補助発熱体90の発熱は、エッジ効果により底部補助発熱体90の外径付近に集中して発熱する。そこで、貫通孔22は、この底部補助発熱体90の外径に沿って外径部周辺に設けるのが効果的である。少なくとも、底部補助発熱体90の外径部の一部に貫通孔22が重なることが熱効率の観点より好ましい。具体的には、底部補助発熱体90の外径〜外径より20mm小さい径の範囲の円周上に貫通孔22の中心を形成するように配置することが好ましい。   As shown in FIG. 2, the crucible base 20 has an upper crucible base 23 and a lower crucible base 24. That is, the upper crucible base 23 is installed between the bottom auxiliary heating element 90 and the crucible bottom. A part of the upper crucible base 23 is provided with a plurality of through holes 22 connecting the bottom auxiliary heating element 90 to the crucible bottom (the upper surface 21 of the crucible base 20). The through-hole 22 connects the bottom auxiliary heating element 90 and the crucible bottom with a space. In general, heat generated in the bottom auxiliary heating element 90 is transmitted to the bottom of the crucible by heat conduction and radiation. When there is no through hole 22, the heat generated by the bottom auxiliary heating element 90 is transmitted to the bottom of the crucible according to the thermal conductivity of the material of the crucible base 20. When the through-hole 22 is provided, the portion of the through-hole 22 is a space, and heat is moved by radiation in the space, so that the bottom of the crucible can be further heated. The heat generated by the bottom auxiliary heating element 90 is concentrated near the outer diameter of the bottom auxiliary heating element 90 due to the edge effect. Therefore, it is effective to provide the through hole 22 around the outer diameter portion along the outer diameter of the bottom auxiliary heating element 90. It is preferable from the viewpoint of thermal efficiency that the through hole 22 overlaps at least a part of the outer diameter portion of the bottom auxiliary heating element 90. Specifically, it is preferable to arrange so that the center of the through hole 22 is formed on the circumference in the range of the outer diameter of the bottom auxiliary heating element 90 to a diameter 20 mm smaller than the outer diameter.

図3は、第1の実施形態に係る結晶育成装置の一例のルツボ台20を示した図である。以下、ルツボ台20について、図3を用いてより詳細に説明する。   FIG. 3 is a view showing a crucible base 20 as an example of the crystal growth apparatus according to the first embodiment. Hereinafter, the crucible base 20 will be described in more detail with reference to FIG.

図3(a)は、ルツボ台20の斜視図である。図3(a)に示されるように、ルツボ台20の上面21には、複数の貫通孔22が形成されている。また、ルツボ台20は、上部ルツボ台23と下部ルツボ台24とを有し、上部ルツボ台23と下部ルツボ台24との間に底部補助発熱体90が設置されている。即ち、下部ルツボ台24上に底部補助発熱体90が設けられ、底部補助発熱体90上に上部ルツボ台23が設けられている。上部ルツボ台23は、ルツボ台20の底部補助発熱体90より上方から上面21までを構成し、下部ルツボ台24は、底部補助発熱体90より下方から底面までを構成する。また、ルツボ台20の中心には、中心貫通孔25が形成されている。   FIG. 3A is a perspective view of the crucible base 20. As shown in FIG. 3A, a plurality of through holes 22 are formed on the upper surface 21 of the crucible base 20. The crucible base 20 has an upper crucible base 23 and a lower crucible base 24, and a bottom auxiliary heating element 90 is installed between the upper crucible base 23 and the lower crucible base 24. That is, the bottom auxiliary heating element 90 is provided on the lower crucible base 24, and the upper crucible base 23 is provided on the bottom auxiliary heating element 90. The upper crucible base 23 constitutes from above the bottom auxiliary heating element 90 to the upper surface 21 of the crucible base 20, and the lower crucible base 24 constitutes from the bottom auxiliary heating element 90 to the bottom to the bottom. A central through hole 25 is formed at the center of the crucible base 20.

図3(b)は、ルツボ台20の斜視断面図である。図3(b)に示されるように、貫通孔22は、底部補助発熱体90より上方の上部ルツボ台23を貫通するように設けられる。これにより、底部補助発熱体90で発生する熱を、貫通孔22を介して直接的にルツボ10の底面に伝達させることができ、ルツボ10の底面の加熱効率を高めることができる。即ち、貫通孔22が無い場合、ルツボ台20の材質の熱伝導率に従い底部補助発熱体90の発熱がルツボ底部に伝わる。貫通孔22を設けた場合、この貫通孔22の部分は空間であり空間内を輻射により熱が移動し、よりルツボ底部を加熱することが可能となる。よって、ルツボ台20に部分的に貫通孔22を設けることにより、底部補助発熱体90とルツボ10の底面との間に伝達効率の高い伝熱経路を設けることができ、底部補助発熱体90によるルツボ10の底部の加熱効率を高めることができる。   FIG. 3B is a perspective sectional view of the crucible base 20. As shown in FIG. 3 (b), the through hole 22 is provided so as to penetrate the upper crucible base 23 above the bottom auxiliary heating element 90. Thereby, the heat generated in the bottom auxiliary heating element 90 can be directly transmitted to the bottom surface of the crucible 10 through the through hole 22, and the heating efficiency of the bottom surface of the crucible 10 can be increased. That is, when there is no through hole 22, the heat generated by the bottom auxiliary heating element 90 is transmitted to the bottom of the crucible according to the thermal conductivity of the material of the crucible base 20. When the through-hole 22 is provided, the portion of the through-hole 22 is a space, and heat is moved by radiation in the space, so that the bottom of the crucible can be further heated. Therefore, by partially providing the through hole 22 in the crucible base 20, a heat transfer path with high transfer efficiency can be provided between the bottom auxiliary heating element 90 and the bottom surface of the crucible 10. The heating efficiency at the bottom of the crucible 10 can be increased.

一方、下部ルツボ台24には、貫通孔22は設けていない。下部ルツボ台20は、底部補助発熱体90及び上部ルツボ台23を安定して支持するため、不要な貫通孔22は設けず、強度を高める構造とすることが好ましいからである。   On the other hand, the lower crucible base 24 is not provided with the through hole 22. This is because the lower crucible base 20 stably supports the bottom auxiliary heating element 90 and the upper crucible base 23, and therefore it is preferable that the lower crucible base 20 has a structure that increases the strength without providing unnecessary through holes 22.

なお、中心貫通孔25はルツボ台20全体を貫通している。中心の位置決め、固定等が必要な場合には、このように、必要に応じて中心貫通孔25を設けるようにしてもよい。   The central through hole 25 penetrates the entire crucible base 20. When center positioning, fixing, or the like is necessary, the center through hole 25 may be provided as necessary.

また、上部ルツボ台23及び下部ルツボ台24は、全体が1つの耐火物として構成されてもよいし、複数枚の耐熱材26が積層されて構成されてもよい。図3(a)、(b)において、下部ルツボ台24は2枚の耐熱材26が積層されて構成され、上部ルツボ台23は3枚の耐火物26が積層されて構成された例が示されている。このように、耐熱材26を複数枚積み重ねて上部ルツボ台23及び下部ルツボ台24を形成し、更にルツボ台20全体を形成する構造としてもよい。   The upper crucible base 23 and the lower crucible base 24 may be configured as a single refractory as a whole, or may be configured by laminating a plurality of heat-resistant materials 26. 3A and 3B, the lower crucible base 24 is configured by stacking two heat-resistant materials 26, and the upper crucible base 23 is configured by stacking three refractories 26. Has been. In this manner, a plurality of heat-resistant materials 26 may be stacked to form the upper crucible base 23 and the lower crucible base 24, and the crucible base 20 as a whole may be formed.

図3(c)は、ルツボ台20の上面図である。図3に示されるように、貫通孔22を上部ルツボ台23に設けることにより、上面21から底部補助発熱体90が露出する部分が形成され、ルツボ10の底面を直接的に加熱することが可能となる。   FIG. 3C is a top view of the crucible base 20. As shown in FIG. 3, by providing the through hole 22 in the upper crucible base 23, a portion where the bottom auxiliary heating element 90 is exposed from the upper surface 21 is formed, and the bottom surface of the crucible 10 can be directly heated. It becomes.

貫通孔22の形状、大きさ等に特に限定はない。但し、ルツボ底部を均等に加熱することが可能な構成であることが望ましい。例えば、貫通孔22を、ルツボ中心軸を中心に放射状に均等に配置することが好ましい。形状は、例えば、図3(a)〜(c)に示されるように、上辺、下辺が円弧状の略台形が好ましい。第2の実施形態において後述するが、貫通孔22の開口を、ルツボ台20の一部を回転させて調整する時、上述のような略台形の形状であると効率的である。また、加工の簡便性より、貫通孔22の形状は円形でもよい。大きさは、輻射等を考慮すると、20mm〜40mmが好ましい。貫通孔22の数は、大きさにもよるが8個前後が、効率が良い。例えば、ルツボ径がφ225mm、底部補助発熱体の外径がφ130mmであれば、外径がφ150mm、内径がφ80mm、ルツボ中心軸を中心とする角度が20°で囲まれた上辺、下辺が円弧状の略台形の貫通孔を均等に放射状に8ヶ所配置する。   There is no particular limitation on the shape, size, and the like of the through hole 22. However, it is desirable that the crucible bottom can be heated uniformly. For example, it is preferable to arrange the through holes 22 radially evenly around the crucible central axis. For example, as shown in FIGS. 3A to 3C, the shape is preferably a substantially trapezoid whose upper side and lower side are arcs. As will be described later in the second embodiment, when the opening of the through-hole 22 is adjusted by rotating a part of the crucible base 20, it is efficient to have a substantially trapezoidal shape as described above. In addition, the shape of the through hole 22 may be circular for ease of processing. The size is preferably 20 mm to 40 mm in consideration of radiation and the like. Although the number of the through holes 22 depends on the size, about eight is efficient. For example, if the crucible diameter is φ225 mm and the bottom auxiliary heating element has an outer diameter of φ130 mm, the outer diameter is φ150 mm, the inner diameter is φ80 mm, and the upper and lower sides surrounded by a 20 ° angle around the crucible central axis are arcuate. The substantially trapezoidal through-holes are uniformly and radially arranged at eight locations.

また、図3(a)〜(c)に示されるように、複数の貫通孔22はルツボ中心軸を中心に放射状に均等に円形をなすように配置されている。このように、複数の貫通孔22を円状に配置してもよい。ルツボ10の中心からの距離が等距離となるので、全体として均一にルツボ10の底面を加熱することが可能となる。   Further, as shown in FIGS. 3A to 3C, the plurality of through-holes 22 are arranged so as to form a uniform circular shape radially about the crucible central axis. In this way, the plurality of through holes 22 may be arranged in a circle. Since the distance from the center of the crucible 10 is equal, the bottom surface of the crucible 10 can be uniformly heated as a whole.

しかしながら、上述のように、複数の貫通孔22の形状は、用途に応じて種々の形状及び配置とすることができ、例えば、中心に頂角が向くように配置された二等辺三角形等の三角形でもよいし、上辺と下辺が直線的な台形であってもよい。   However, as described above, the shape of the plurality of through-holes 22 can be various shapes and arrangements depending on the application. For example, a triangle such as an isosceles triangle arranged so that the apex angle faces the center. However, it may be a trapezoid whose upper and lower sides are linear.

また、図3(a)〜(c)においては、貫通孔22が複数設けられている例が示されているが、1個で十分な場合には、1個の貫通孔22のみを設ける構成としてもよい。この場合、例えば、円環状の貫通孔22を設ける構成としてもよい。   3A to 3C show an example in which a plurality of through-holes 22 are provided, but when only one is sufficient, a configuration in which only one through-hole 22 is provided. It is good. In this case, for example, an annular through hole 22 may be provided.

このように、第1の実施形態に係る結晶育成装置によれば、ルツボ台20に底部補助発熱体90を設け、底部補助発熱体90の上方にルツボ台20の上面に達する貫通孔22を設けることにより、ルツボ10の底面の加熱効率を高め、高品質の単結晶170を育成することができる。   Thus, according to the crystal growing apparatus according to the first embodiment, the bottom auxiliary heating element 90 is provided in the crucible base 20, and the through hole 22 reaching the upper surface of the crucible base 20 is provided above the bottom auxiliary heating element 90. By this, the heating efficiency of the bottom face of the crucible 10 can be improved and the high quality single crystal 170 can be grown.

[第2の実施形態]
図4は、本発明の第2の実施形態に係る結晶育成装置のルツボ台200の一例を示した斜視断面図である。なお、第2の実施形態において、第1の実施形態と同一の構成要素には同一の参照符号を付し、その説明を省略する。
[Second Embodiment]
FIG. 4 is a perspective sectional view showing an example of the crucible base 200 of the crystal growing apparatus according to the second embodiment of the present invention. Note that in the second embodiment, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

図4(a)は、ルツボ台200の貫通孔220が形成された状態を示した図である。図4(a)に示されるように、第2の実施形態に係る結晶育成装置のルツボ台200は、下部ルツボ台24と、上部ルツボ台230を備える点では、第1の実施形態に係る結晶育成装置のルツボ台20と共通するが、上部ルツボ台230が、フレーム部231と可動部232とを有する点で、第1の実施形態におけるルツボ台20と異なっている。このように、第2の実施形態におけるルツボ台200は、上部ルツボ台230がフレーム部231と可動部232とに分割された構成を有する。なお、フレーム部231の上面210は、ルツボ台200の上面を構成する。   FIG. 4A is a view showing a state in which the through hole 220 of the crucible base 200 is formed. As shown in FIG. 4A, the crucible base 200 of the crystal growing apparatus according to the second embodiment includes the lower crucible base 24 and the upper crucible base 230 in that the crystal according to the first embodiment. Although it is common with the crucible base 20 of the growing apparatus, the upper crucible base 230 is different from the crucible base 20 in the first embodiment in that the upper crucible base 230 has a frame portion 231 and a movable portion 232. Thus, the crucible base 200 in the second embodiment has a configuration in which the upper crucible base 230 is divided into the frame portion 231 and the movable portion 232. Note that the upper surface 210 of the frame portion 231 constitutes the upper surface of the crucible base 200.

フレーム部231は、ルツボ台200の中心側と外周側との一部を連結しΠ型(または門型)に構成され、中心側と外周側との間に、円環状の空間部231aを有する。即ち、ルツボ台200の半径方向において、中心側と外周側との上部を連結して桟橋のようなΠ型の形状を有するとともに、そのΠ型の形状が周方向に沿って延び、中心側と外周側との間の領域に長方形の断面を有するドーナツ状の空間部231aが形成されている。そして、その空間部231a内に、長方形の断面を有するドーナツ状又はリング状の可動部232が設けられている。可動部232が空間部231a内を移動できるように、可動部232の外表面と空間部231aの内表面との間には、僅かな隙間(クリアランス)が設けられている。   The frame portion 231 is formed in a bowl shape (or a gate shape) by connecting a part of the center side and the outer periphery side of the crucible base 200, and has an annular space portion 231a between the center side and the outer periphery side. . That is, in the radial direction of the crucible base 200, the upper part of the center side and the outer peripheral side are connected to form a bowl-like shape such as a pier, and the bowl shape extends along the circumferential direction. A donut-shaped space 231a having a rectangular cross section is formed in a region between the outer peripheral side. A donut-shaped or ring-shaped movable portion 232 having a rectangular cross section is provided in the space portion 231a. A slight gap (clearance) is provided between the outer surface of the movable portion 232 and the inner surface of the space portion 231a so that the movable portion 232 can move in the space portion 231a.

図4(a)に示されるように、フレーム部231及び可動部232に複数の貫通孔221、222が各々設けられ、フレーム部231に設けられた複数の貫通孔221と可動部232に設けられた複数の貫通孔222とが重なり合って連通することにより、ルツボ台200の上面210と底部補助発熱体90とが連通する貫通孔220が形成される。即ち、図4(a)に示す状態では、第1の実施形態に係る結晶育成装置と同様に、底部補助発熱体90で発生した熱を、貫通孔220を介して直接的にルツボ10の底面に伝達させることができ、加熱効率を高めることができる。   As shown in FIG. 4A, a plurality of through holes 221 and 222 are provided in the frame portion 231 and the movable portion 232, respectively, and a plurality of through holes 221 provided in the frame portion 231 and the movable portion 232 are provided. The plurality of through-holes 222 overlap and communicate with each other, whereby a through-hole 220 through which the upper surface 210 of the crucible base 200 and the bottom auxiliary heating element 90 communicate with each other is formed. That is, in the state shown in FIG. 4A, the heat generated in the bottom auxiliary heating element 90 is directly transferred to the bottom surface of the crucible 10 through the through-hole 220 as in the crystal growth apparatus according to the first embodiment. The heating efficiency can be increased.

図4(b)は、可動部232が移動し、上部ルツボ台230全体を貫通する貫通孔220が形成されていない状態を示した図である。フレーム部231は固定されているので、貫通孔221は固定されているが、可動部232が回転して移動すると、可動部232の貫通孔222の位置がフレーム部231の貫通孔221と重ならない位置となり、可動部232が貫通孔221と底部補助発熱体90との連通を遮断するような構成となる。つまり、可動部232をルツボ10(及びルツボ台200)の垂直方向の軸を中心に回転させて、フレーム部231の貫通孔221が、可動部232の貫通孔222以外の領域と重なり合い、底部補助発熱体90からルツボ底部に繋がる複数の貫通孔220が塞がれる。このように、上部ルツボ台230は上下方向において複数に分割され、かつ、個々に貫通孔221、222があり、分割された一方である可動部232を回転させるこので、貫通孔221、222(即ち、貫通孔220)の開口率を調整できる機構を有する。この上部ルツボ台230の貫通孔221、222の開口率を調整することで、ルツボ底部の加熱量を調整することが可能となる。この貫通孔221、222の開口率が大きいと、底部補助発熱体90の発熱を効率的にルツボ底部に伝熱することができる。かかる機構を用いて、例えば、育成初期は補助発熱体の貫通孔の開口率を「0」にし、底部補助発熱体90の発熱を極力ルツボ底部に伝熱させず、底部補助発熱体90が無い従来の育成条件で育成を行えるようにする。その後、直胴部育成中は、可動部232を回転させて底部補助発熱体90と連通する貫通孔221、222の開口率を大きくする。これによりルツボ底部中央付近を加熱し、育成終盤でのルツボ底部での融液の固化を防ぐことができる。   FIG. 4B is a view showing a state where the movable portion 232 moves and the through hole 220 penetrating the entire upper crucible base 230 is not formed. Since the frame portion 231 is fixed, the through hole 221 is fixed. However, when the movable portion 232 rotates and moves, the position of the through hole 222 of the movable portion 232 does not overlap with the through hole 221 of the frame portion 231. Thus, the movable portion 232 blocks the communication between the through hole 221 and the bottom auxiliary heating element 90. In other words, the movable portion 232 is rotated around the vertical axis of the crucible 10 (and the crucible base 200), and the through hole 221 of the frame portion 231 overlaps with the region other than the through hole 222 of the movable portion 232, thereby assisting the bottom portion. A plurality of through-holes 220 connected from the heating element 90 to the bottom of the crucible are closed. As described above, the upper crucible base 230 is divided into a plurality of parts in the vertical direction, and the through crucibles 221 and 222 are individually provided. The movable part 232 that is one of the divided parts is rotated. That is, it has a mechanism capable of adjusting the aperture ratio of the through hole 220). By adjusting the aperture ratios of the through holes 221 and 222 of the upper crucible base 230, it becomes possible to adjust the amount of heating at the bottom of the crucible. When the opening ratios of the through holes 221 and 222 are large, the heat generated by the bottom auxiliary heating element 90 can be efficiently transferred to the crucible bottom. By using such a mechanism, for example, the opening ratio of the through-holes of the auxiliary heating element is set to “0” at the initial stage of growth, and the heat generated by the bottom auxiliary heating element 90 is not transferred to the crucible bottom as much as possible, and there is no bottom auxiliary heating element 90. To be able to grow under conventional growth conditions. Thereafter, during straight body part growth, the movable part 232 is rotated to increase the aperture ratio of the through holes 221 and 222 communicating with the bottom auxiliary heating element 90. As a result, the vicinity of the center of the bottom of the crucible can be heated to prevent the melt from solidifying at the bottom of the crucible at the end of the growth.

図5は、本発明の第2の実施形態に係る結晶育成装置の一例の底部補助発熱体90及びルツボ台200を示した図である。図5(a)は、貫通孔221と貫通孔222が連通して貫通孔200が形成された状態を示した図であり、図5(b)は、貫通孔221と貫通孔222が連通せず、貫通孔200が形成されない状態を示した図である。   FIG. 5 is a view showing a bottom auxiliary heating element 90 and a crucible base 200 as an example of the crystal growth apparatus according to the second embodiment of the present invention. FIG. 5A is a diagram showing a state in which the through hole 221 and the through hole 222 are communicated to form the through hole 200, and FIG. 5B is a diagram in which the through hole 221 and the through hole 222 are communicated with each other. It is the figure which showed the state where the through-hole 200 was not formed.

図5(a)、(b)に示されるように、底部補助発熱体90とルツボ底部との間の上部ルツボ台230は、上下に分割されている。分割は複数でも良いが、構造及び設置が簡単であることより2分割が好ましい。また、分割した一方に相当する可動部232を回転する構造を有している。図5(a)、(b)では、分割した下側の上部ルツボ台230に相当する可動部232が回転する構造である。上部ルツボ台230の分割した上側に相当するフレーム部231は、中心部において、下部ルツボ台24及び底部補助発熱体90と接触している。可動部232は、フレーム部231と底部補助発熱体90で囲まれる空間部231a内に、ルツボ台200の中心部を中心に回転できるように配置される。また、貫通孔222を形成せず、かつ、回転の支障にならない部分に、補強用の枠部を設置してもよい。可動部232の大きさは、空間部231a内に収まり、回転が可能で、かつ貫通孔222を形成できれば特に制限はない。貫通孔221、222は、下側の可動部232が回転することで開口率を調整できるように配置する。貫通孔221、222の配置に特に制限はない。例えば、同一の円周上に、貫通孔221、222の大きさの2倍以上の間隔で等間隔に配置してもよい。同一の円周上に配置しているため、円の中心を軸に貫通孔221、222の距離分を回転することで上下のフレーム部231と可動部232の貫通孔221、222の開口率を調整することができる。   As shown in FIGS. 5A and 5B, the upper crucible base 230 between the bottom auxiliary heating element 90 and the crucible bottom is divided vertically. There may be a plurality of divisions, but two divisions are preferable because the structure and installation are simple. Moreover, it has the structure which rotates the movable part 232 equivalent to one divided | segmented. 5A and 5B, the movable portion 232 corresponding to the divided lower upper crucible base 230 rotates. The frame portion 231 corresponding to the divided upper side of the upper crucible base 230 is in contact with the lower crucible base 24 and the bottom auxiliary heating element 90 at the center. The movable portion 232 is disposed in a space portion 231 a surrounded by the frame portion 231 and the bottom auxiliary heating element 90 so as to be rotatable around the center portion of the crucible base 200. Further, a reinforcing frame portion may be provided in a portion where the through hole 222 is not formed and the rotation is not hindered. The size of the movable portion 232 is not particularly limited as long as it can be accommodated in the space portion 231a, can be rotated, and the through hole 222 can be formed. The through holes 221 and 222 are arranged so that the aperture ratio can be adjusted by rotating the lower movable portion 232. There is no restriction | limiting in particular in arrangement | positioning of the through-holes 221,222. For example, you may arrange | position at equal intervals by the space | interval more than twice the magnitude | size of the through-holes 221 and 222 on the same periphery. Since they are arranged on the same circumference, the opening ratios of the upper and lower frame parts 231 and the through holes 221 and 222 of the movable part 232 are adjusted by rotating the distance of the through holes 221 and 222 around the center of the circle. Can be adjusted.

例えば、ルツボ径がφ225mm、底部補助発熱体90の外径がφ130mmであれば、分割した上部ルツボ台230の上側に相当するフレーム部231は外径がφ245mmm、外周部の幅15mmの枠部、外径がφ50mmの中心部とする。また例えば、フレーム部231には、外径がφ150mm、内径がφ80mm、ルツボ中心軸を中心とする角度が20°で囲まれた上辺、下辺が円弧状の略台形の貫通孔221を45°間隔で放射状に8ヶ所、鉛直方向に形成する。そして、例えば、分割した上部ルツボ台230の下側に相当する可動部232は外径がφ213mm、内径が52mmとし、外径がφ150mm、内径がφ80mm、ルツボ中心軸を中心とする角度が20°で囲まれた上辺、下辺が円弧状の略台形の貫通孔を45°間隔で放射状に8ヶ所、鉛直方向に形成する。このような構成の場合、可動部232を回転することで、貫通孔221、222の開口率を調整することができる。上部ルツボ台230のフレーム部231と可動部232の貫通孔221、222同士が重なった状態から22.5°回転させると、貫通孔221を塞ぐことができる。   For example, if the crucible diameter is φ225 mm and the outer diameter of the bottom auxiliary heating element 90 is φ130 mm, the frame portion 231 corresponding to the upper side of the divided upper crucible base 230 has a frame portion with an outer diameter of φ245 mm and an outer peripheral width of 15 mm, The center is an outer diameter of φ50 mm. Further, for example, the frame portion 231 has a substantially trapezoidal through-hole 221 having an outer diameter of φ150 mm, an inner diameter of φ80 mm, and an upper side surrounded by an angle around the central axis of the crucible at 20 °, and a lower side having an arc shape. In this way, it is formed radially in 8 locations in the vertical direction. For example, the movable portion 232 corresponding to the lower side of the divided upper crucible base 230 has an outer diameter of φ213 mm and an inner diameter of 52 mm, an outer diameter of φ150 mm, an inner diameter of φ80 mm, and an angle centered on the crucible central axis is 20 °. A substantially trapezoidal through-hole having an arcuate upper and lower side surrounded by 8 is formed radially at 45 ° intervals in the vertical direction. In such a configuration, the aperture ratio of the through holes 221 and 222 can be adjusted by rotating the movable portion 232. When the frame portion 231 of the upper crucible base 230 and the through holes 221 and 222 of the movable portion 232 are overlapped with each other by 22.5 °, the through hole 221 can be closed.

即ち、図5(a)の貫通孔221、222同士が重なり、貫通孔220が形成された状態から、可動部232を回転させると、図5(b)に示されるような、貫通孔221が可動部232により塞がれた状態とすることができる。そして、貫通孔221、222同士が一部のみ重なるような状態とし、重なる領域を調整することにより、貫通孔221、222の開口率を調整することができる。   That is, when the movable part 232 is rotated from the state in which the through holes 221 and 222 in FIG. 5A overlap and the through hole 220 is formed, the through hole 221 as shown in FIG. The movable portion 232 can be closed. And the aperture ratio of the through-holes 221 and 222 can be adjusted by setting the through-holes 221 and 222 to a state where only a part thereof overlaps and adjusting the overlapping region.

図6は、可動部232の回転機構の一例を示した図である。可動部232の回転方法については、特に限定はない。例えば、図6に示されるように、回転軸を中心に、可動部232の外径側の一部にジルコニウム等の強度の高い材料からなるワイヤー120を取付け、このワイヤー120を回転方向に炉外に取付けたモーター130で巻き上げることにより、可動部232を移動させてもよい。このように、ワイヤー120は可動手段として機能する。なお、図6においては、可動部232を左右両側に移動可能なように、ワイヤー120が2箇所から外部に引き出され、2個のモーター130に各々接続されている。例えば、このように双方向に回転移動(首振り移動)が可能な構成としてもよいし、1方向のみの回転であっても、貫通孔221、222の開口率は調整できるので、1方向のみの回転が可能な構成であってもよい。   FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a rotation mechanism of the movable portion 232. There is no particular limitation on the method of rotating the movable portion 232. For example, as shown in FIG. 6, a wire 120 made of a high-strength material such as zirconium is attached to a part of the outer diameter side of the movable part 232 around the rotation axis, and this wire 120 is placed outside the furnace in the rotation direction. The movable portion 232 may be moved by winding up with the motor 130 attached to the motor. Thus, the wire 120 functions as a movable means. In FIG. 6, the wires 120 are drawn out from two locations and connected to the two motors 130 so that the movable portion 232 can be moved to the left and right sides. For example, it may be configured such that it can be rotated and moved in both directions (oscillating movement) in this way, and the opening ratios of the through holes 221 and 222 can be adjusted even in rotation in only one direction, so only one direction can be adjusted. The structure which can be rotated may be sufficient.

その他、例えば、ネジとロッドを組み合わせて機構でもよい。可動部232を、所定角度移動させ、図5(a)と図5(b)の状態を作り出すことができれば、可動部232を移動させる可動手段及び駆動機構は用途に応じて種々の手段及び方法を採用することができる。なお、可動部232の回転の速度は育成条件等を考慮し適宜設定することができる。   In addition, for example, the mechanism may be a combination of a screw and a rod. If the movable portion 232 is moved by a predetermined angle to create the states of FIGS. 5A and 5B, the movable means and the drive mechanism for moving the movable portion 232 may be various means and methods depending on the application. Can be adopted. Note that the rotation speed of the movable portion 232 can be appropriately set in consideration of the growth conditions and the like.

また、図4、5においては、貫通孔221、222が垂直に設けられている例が示されているが、よりルツボ10の底面の中央部分を効率的に加熱するべく、貫通孔221、222が外側から中央に向かって延びるような、傾斜した貫通孔221、222を設けてもよい。熱の供給方向を規定し、ルツボ10の底面の中央部を重点的に加熱することにより、効率的な加熱が可能になる。なお、このような傾斜させた貫通孔221、222を設ける構成は、第1の実施形態に係る結晶育成装置にも適用することができ、図1乃至図3に示したルツボ台20において、傾斜させた貫通孔22を設けるように構成してもよい。また、貫通孔22、221、222の傾斜方向は、外側から中央に向かって上昇する傾斜に限定される訳ではなく、用途に応じて、貫通孔22、221、222の構成は、種々の構成とすることができる。   4 and 5 show an example in which the through holes 221 and 222 are provided vertically, the through holes 221 and 222 are more efficiently heated in order to heat the central portion of the bottom surface of the crucible 10 more efficiently. You may provide the inclined through-holes 221 and 222 which extend toward the center from the outside. By defining the heat supply direction and intensively heating the central portion of the bottom surface of the crucible 10, efficient heating becomes possible. The configuration in which the inclined through holes 221 and 222 are inclined can also be applied to the crystal growth apparatus according to the first embodiment. In the crucible base 20 shown in FIGS. You may comprise so that the made through-hole 22 was provided. Moreover, the inclination direction of the through holes 22, 221, 222 is not limited to the inclination rising from the outside toward the center, and the configurations of the through holes 22, 221, 222 may be various configurations depending on the application. It can be.

図7は、本発明の実施形態に係る結晶育成装置の一例の育成終盤のルツボ付近の温度分布をシミュレーションした結果である。図7(a)は、上部ルツボ台230に貫通孔221、222を設けない場合の炉内の温度分布をシミュレーションした結果である。図7(b)は、上部ルツボ台230に鉛直方向に上下を貫通する貫通孔220を配置した時の炉内の温度分布をシミュレーションした結果である。図7(c)は、上部ルツボ台230の可動部232を回転させて貫通孔221の開口を塞いだ時の炉内の温度分布をシミュレーションした結果である。   FIG. 7 shows the result of simulating the temperature distribution in the vicinity of the crucible at the end of the growth of an example of the crystal growth apparatus according to the embodiment of the present invention. FIG. 7A shows the result of simulating the temperature distribution in the furnace when the upper crucible base 230 is not provided with the through holes 221 and 222. FIG. 7B is a result of simulating the temperature distribution in the furnace when the upper crucible base 230 is provided with the through-holes 220 penetrating vertically in the vertical direction. FIG. 7C shows the result of simulating the temperature distribution in the furnace when the movable part 232 of the upper crucible base 230 is rotated to close the opening of the through hole 221.

図8は、図7(a)のシミュレーションモデルとなる結晶育成装置の構成を示した図である。図8に示される通り、貫通孔221を有しないフレーム部233と、貫通孔222を有しない可動部234から構成された上部ルツボ台235を有する構成である。   FIG. 8 is a diagram showing a configuration of a crystal growth apparatus serving as a simulation model of FIG. As shown in FIG. 8, the upper crucible base 235 includes a frame portion 233 that does not have the through hole 221 and a movable portion 234 that does not have the through hole 222.

図7(b)、(c)のシミュレーションモデルは、図5(a)、(b)の構成の結晶育成装置がそれぞれ該当する。   The simulation models of FIGS. 7B and 7C correspond to the crystal growth apparatuses having the configurations of FIGS. 5A and 5B, respectively.

また、図7におけるシミュレーションは、ルツボ径はφ225mm、ルツボ10底部より60mm下側に外径φ130mm、内径φ25mm、厚み0.5mmの底部補助発熱体90を設置したモデルで行った。また、ルツボ台はルツボ径より大きくφ245mmとした。また、図7(b)、(c)では、上部ルツボ台230のφ130mmの外径上に、外径がφ150mm、内径がφ80mm、ルツボ中心軸を中心とする角度が20°で囲まれた上辺、下辺が円弧状の略台形の貫通孔を鉛直方向に均等に放射状に8ヶ所配置した。   Further, the simulation in FIG. 7 was performed with a model in which a bottom auxiliary heating element 90 having a crucible diameter of φ225 mm and an outer diameter of φ130 mm, an inner diameter of φ25 mm, and a thickness of 0.5 mm was installed 60 mm below the bottom of the crucible 10. The crucible base was larger than the diameter of the crucible and was φ245 mm. 7B and 7C, the upper side of the upper crucible base 230 surrounded by an outer diameter of φ130 mm, an outer diameter of φ150 mm, an inner diameter of φ80 mm, and an angle about the crucible central axis of 20 °. Eight substantially trapezoidal through-holes having a circular arc on the lower side were arranged radially evenly in the vertical direction.

また、図7において、高温領域を、温度の高い順に領域A〜Eの5段階で示し、低温領域をF、G、Hの3段階で示した。   In FIG. 7, the high temperature region is shown in five stages of regions A to E in descending order of temperature, and the low temperature region is shown in three stages of F, G, and H.

図7から判るように、図7(a)の貫通孔221、222が無い場合に比べ、図7(b)では、貫通孔221、222があるルツボ底面が発熱していることが判る。即ち、図7(a)と図7(b)とを比較すると、図7(b)のルツボ10の底面の下方では、貫通孔220が設けられた領域において、高温領域Cが拡大し、ルツボ10の底面が高温となっていることが判る。また、これに伴い、図7(b)に示されるように、貫通孔220に挟まれたルツボ底部の中心部も貫通孔無い場合に比べ発熱していることが判る。即ち、貫通孔220の間のルツボ10の底面の中心部において、高温領域Aが下方に拡大していることが示されている。   As can be seen from FIG. 7, it can be seen that in FIG. 7B, the bottom of the crucible with the through holes 221, 222 generates heat compared to the case where the through holes 221, 222 of FIG. That is, when FIG. 7A is compared with FIG. 7B, the high temperature region C expands in the region where the through hole 220 is provided below the bottom surface of the crucible 10 in FIG. It can be seen that the bottom surface of 10 is hot. In addition, as shown in FIG. 7B, it can be seen that the center part of the bottom part of the crucible sandwiched between the through holes 220 generates heat as compared with the case where there is no through hole. That is, it is shown that the high temperature region A expands downward in the center of the bottom surface of the crucible 10 between the through holes 220.

また、図7(c)に示されるように、可動部232を回転させ、貫通孔221を塞いだ状態時は、図7(a)の貫通孔221、222が無い時の発熱と比較すると発熱は大きいが、図7(b)の貫通孔220がある時に比べて発熱量は小さくなっている。即ち、図7(c)における高温領域A、Cの下方への拡大は、図7(b)と比較すると小さくなっている。このように、上部ルツボ台230を分割して下側の可動部232を回転させて貫通孔221の開口率を調整することにより、ルツボ底部の発熱を調整できていることが示された。   Further, as shown in FIG. 7C, when the movable portion 232 is rotated and the through hole 221 is closed, heat is generated as compared with heat generated when the through holes 221 and 222 of FIG. Is larger, but the amount of heat generation is smaller than when the through-hole 220 in FIG. That is, the downward expansion of the high temperature regions A and C in FIG. 7C is smaller than that in FIG. Thus, it was shown that the heat generation at the bottom of the crucible can be adjusted by dividing the upper crucible base 230 and rotating the lower movable portion 232 to adjust the opening ratio of the through hole 221.

このように、図7に示したシミュレーション実験により、開口率を調整可能な貫通孔221、222を上部ルツボ台230に設けることにより、発熱量を調整できることが示された。   As described above, the simulation experiment shown in FIG. 7 shows that the amount of heat generated can be adjusted by providing the upper crucible base 230 with the through holes 221 and 222 whose aperture ratio can be adjusted.

図9は、本発明の第2の実施形態に係る結晶育成装置の一例の育成終盤のルツボ内の融液の温度分布で、ルツボ底部の温度分布をルツボ底部中央部からルツボ底部外径方向にシミュレーションした時のグラフである。図9において、貫通孔221、222が存在しない、図8に示すモデルのシミュレーション結果をP、図5(a)に示す垂直な貫通孔220が形成されているモデルのシミュレーション結果をQ、図5(c)に示す貫通孔221が可動部232に塞がれているモデルのシミュレーション結果をRで示している。   FIG. 9 shows the temperature distribution of the melt in the crucible at the end of the growth of an example of the crystal growth apparatus according to the second embodiment of the present invention. The temperature distribution at the bottom of the crucible is changed from the center of the crucible bottom to the outer diameter of the crucible bottom. It is a graph when simulating. 9, the simulation result of the model shown in FIG. 8 where the through holes 221 and 222 are not present is P, the simulation result of the model where the vertical through hole 220 shown in FIG. 5A is formed is Q, FIG. A simulation result of a model in which the through-hole 221 shown in FIG.

なおシミュレーションの条件は、図7と同様である。ルツボ底部での温度は、貫通孔なしの特性Pでは、1650℃であり、鉛直方向に貫通孔を配置した時の特性Qは、1610℃であり改善はされている。本発明で想定している融液はタンタル酸リチウム(TL)であり、融点は1650℃であり貫通孔を配置することで十分原料固化を防止できる。また、分割した下側の上部ルツボ台を回転させ、貫通孔を塞いだ状態時の特性Rでは、ルツボ底部での温度は1655℃であり、貫通孔無し、と有りとのほぼ中間ある。回転させる可動体232の厚みを調整することでこの温度を調整することも可能である。   The simulation conditions are the same as in FIG. The temperature at the bottom of the crucible is 1650 ° C. in the characteristic P without a through hole, and the characteristic Q when the through hole is arranged in the vertical direction is 1610 ° C., which is improved. The melt assumed in the present invention is lithium tantalate (TL), the melting point is 1650 ° C., and the solidification of the raw material can be sufficiently prevented by arranging the through holes. Further, in the characteristic R when the divided lower upper crucible base is rotated to close the through hole, the temperature at the bottom of the crucible is 1655 ° C., which is almost in the middle of having no through hole. It is also possible to adjust this temperature by adjusting the thickness of the movable body 232 to be rotated.

なお、結晶育成時においては、単結晶170の引き上げの初期段階ではルツボ10の底面の温度を低めに設定し、後半でルツボ10の底面の温度を高くすることが求められる。よって、単結晶引き上げの初期段階では、図5(b)に示したような、貫通孔221を塞ぐ状態とし、その後、徐々に貫通孔221の開口率を上げ、最終的に図5(b)に示す貫通孔221、222が全開となって貫通孔220が形成されるような制御を行ってもよい。これらの制御は、制御部110がモーター130の動作を制御し、ワイヤー120により可動部232を移動させることにより可能である。   During crystal growth, it is required that the temperature of the bottom surface of the crucible 10 is set lower in the initial stage of pulling up the single crystal 170 and the temperature of the bottom surface of the crucible 10 is increased in the second half. Therefore, in the initial stage of pulling up the single crystal, the through hole 221 is closed as shown in FIG. 5B, and thereafter the aperture ratio of the through hole 221 is gradually increased, and finally FIG. 5B. Control may be performed such that the through holes 221 and 222 shown in FIG. These controls are possible when the control unit 110 controls the operation of the motor 130 and moves the movable unit 232 by the wire 120.

また、徐々に貫通孔221の開口率を上げるのではなく、ある所定の段階で図5(b)の状態から図5(a)の状態に切り替える制御を実施することも可能である。このように、貫通孔221、222の開口率を最大にして貫通孔220を形成する状態と、図5(b)に示す貫通孔221を可動部232で塞ぐ状態との間の中間の状態を含めて、所望の方法で単結晶の育成を行うことができる。   In addition, it is possible to perform control to switch from the state of FIG. 5B to the state of FIG. 5A at a certain predetermined stage, instead of gradually increasing the aperture ratio of the through hole 221. Thus, an intermediate state between the state in which the through hole 220 is formed with the aperture ratio of the through holes 221 and 222 being maximized and the state in which the through hole 221 shown in FIG. In addition, single crystals can be grown by a desired method.

このように、第2の実施形態に係る結晶育成装置及び結晶育成方法によれば、ルツボ10の底面の加熱量を段階、状態に応じて制御できるとともに、加熱効率を十分高め、単結晶の長尺化を図ることができる。   As described above, according to the crystal growing apparatus and the crystal growing method according to the second embodiment, the heating amount of the bottom surface of the crucible 10 can be controlled according to the stage and the state, and the heating efficiency is sufficiently increased, and the length of the single crystal is increased. Scale can be achieved.

以上、本発明の好ましい実施形態について詳説したが、本発明は、上述した実施形態に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施形態に種々の変形及び置換を加えることができる。   The preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, but the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and substitutions can be made to the above-described embodiments without departing from the scope of the present invention. Can be added.

10 ルツボ
20、200 ルツボ台
21、210 上面
22、220、221、222 貫通孔
23、230 上部ルツボ台
231 フレーム部
232 可動部
24 下部ルツボ台
25 中心貫通孔
26 耐熱材
30 リフレクタ
40 アフター・ヒーター
50、51 断熱材
60 耐火物
70 引き上げ軸
71 種結晶保持部
72 引き上げ軸駆動部
80 誘導コイル
90 底部補助発熱体
100 電源
110 制御部
120 ワイヤー
130 モーター
150 種結晶
160 結晶原料
170 結晶
10 Crucible 20, 200 Crucible base 21, 210 Upper surface 22, 220, 221, 222 Through hole 23, 230 Upper crucible base 231 Frame part 232 Movable part 24 Lower crucible base 25 Central through hole 26 Heat-resistant material 30 Reflector 40 After heater 50 51 Insulating material 60 Refractory material 70 Lifting shaft 71 Seed crystal holding unit 72 Lifting shaft drive unit 80 Inductive coil 90 Bottom auxiliary heating element 100 Power source 110 Control unit 120 Wire 130 Motor 150 Seed crystal 160 Crystal raw material 170 Crystal

Claims (10)

原料融液を貯留保持可能な金属製のルツボと、
該ルツボの周囲に設けられた誘導コイルと、
前記ルツボを上面に載置して支持可能なルツボ台と、
該ルツボ台内に設けられた底部補助発熱体と、を有し、
前記ルツボ台は、前記上面と前記底部補助発熱体との間を貫通する貫通孔を有する結晶育成装置。
A metal crucible capable of storing and holding the raw material melt;
An induction coil provided around the crucible;
A crucible base capable of placing and supporting the crucible on the upper surface;
A bottom auxiliary heating element provided in the crucible base,
The crucible base is a crystal growth apparatus having a through hole penetrating between the upper surface and the bottom auxiliary heating element.
前記底部補助発熱体は平板状であり、水平に設置されている請求項1に記載の結晶育成装置。   The crystal growth apparatus according to claim 1, wherein the bottom auxiliary heating element has a flat plate shape and is installed horizontally. 前記貫通孔は複数設けられている請求項1又は2に記載の結晶育成装置。   The crystal growth apparatus according to claim 1, wherein a plurality of the through holes are provided. 複数の前記貫通孔は、ルツボ中心軸を中心に放射状に均等に円形に配置されている請求3に記載の結晶育成装置。   The crystal growth apparatus according to claim 3, wherein the plurality of through-holes are radially and uniformly arranged around the crucible central axis. 前記ルツボ台は、最下部に固定して設けられた下部ルツボ台を有し、
前記底部補助発熱体は、該下部ルツボ台上に設置された請求項1乃至4のいずれか一項に記載の結晶育成装置。
The crucible base has a lower crucible base fixed to the lowermost part,
The crystal growing apparatus according to claim 1, wherein the bottom auxiliary heating element is installed on the lower crucible base.
前記ルツボ台は、前記底部補助発熱体上に設置され、前記上面及び前記貫通孔の上部を含むとともに、前記ルツボ台の中心側と外周側との一部を連結し、間に円環状の空洞を有するΠ型のフレーム部と、
該空洞内で可動するように設けられた前記貫通孔の下部を含む可動部と、を有する請求項5に記載の結晶育成装置。
The crucible base is installed on the bottom auxiliary heating element, includes the upper surface and the upper part of the through hole, connects a part of the center side and the outer peripheral side of the crucible base, and has an annular cavity therebetween A bowl-shaped frame portion having
The crystal growing apparatus according to claim 5, further comprising: a movable portion including a lower portion of the through hole provided so as to be movable in the cavity.
前記可動部には、前記可動部を移動させる可動手段が設けられている請求項6に記載の結晶育成装置。   The crystal growing apparatus according to claim 6, wherein the movable part is provided with a movable means for moving the movable part. 前記可動手段は、前記可動部に接続され、前記ルツボ台の外部に引き出されたワイヤーを含む請求項7に記載の結晶育成装置。   The crystal growing apparatus according to claim 7, wherein the movable means includes a wire connected to the movable portion and drawn out of the crucible base. 前記可動手段は、前記可動部が両方向に所定角度回転移動可能となるように設けられている請求項7又は8に記載の結晶育成装置。   The crystal growing apparatus according to claim 7 or 8, wherein the movable means is provided so that the movable portion can be rotated by a predetermined angle in both directions. 請求項6乃至9のいずれか一項に記載された結晶育成装置を用いた結晶育成方法であって、
前記ルツボ内に前記原料融液を貯留する工程と、
前記可動部の前記貫通孔の下部が、前記フレーム部の前記貫通孔の上部と連通しない状態で前記原料融液を加熱し、単結晶の引き上げを行う工程と、
前記可動部の前記貫通孔の下部が、前記フレーム部の前記貫通孔の上部と連通するように前記可動部を移動させた状態で、前記単結晶の引き上げを行う工程と、を有する単結晶育成方法。
A crystal growth method using the crystal growth apparatus according to any one of claims 6 to 9,
Storing the raw material melt in the crucible;
Heating the raw material melt in a state where the lower part of the through hole of the movable part does not communicate with the upper part of the through hole of the frame part, and pulling up the single crystal;
A step of pulling up the single crystal in a state where the movable part is moved so that a lower part of the through hole of the movable part communicates with an upper part of the through hole of the frame part. Method.
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