JP2019127428A - Crystal growth apparatus - Google Patents

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Abstract

To provide a crystal growth apparatus which copes with long size of crystal growth length, with low cost while preventing defect such as crack from generating.SOLUTION: The apparatus includes: a metal crucible which pools raw material melt; an inductive coil for heating arranged around the crucible; a metal after-heater of a hollow shape arranged over the crucible; and a pull-up shaft for pulling up crystal from the raw material melt, a length of the after-heater being variable in a moving direction of the pull-up shaft.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、結晶育成装置に関する。   The present invention relates to a crystal growth apparatus.

酸化物単結晶の製造方法としては、酸化物単結晶に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に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 become 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. Thereafter, a crystal growth method by the Czochralski method is widely practiced in which an oxide single crystal having the same orientation as that of the seed crystal is grown by rotating it while rotating.

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 disposed around the crucible, and an eddy current is generated in the crucible by supplying a high frequency current to the induction coil, which generates heat in the crucible and the raw material in the crucible is It melts.

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)を伝わって冷却されるが、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勾配が大きくなるため、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(例えば、特許文献1参照)。また、ルツボ上部を保温するためドーナツ状(環状)のリフレクタを配置することもある。   Also, as the pulling progresses, the upper part of the single crystal is cooled along the seed rod (pulling axis), but if the heating element is only a crucible, the temperature gradient in the growing single crystal becomes large. The idea is to keep the top of the crucible warm. For example, in order to suppress a crack due to a thermal stress caused by a temperature difference in the crystal, a cylindrical after heater, which is a heating element other than the crucible, is disposed at the top of the crucible (see, for example, Patent Document 1). In addition, a donut-shaped (annular) reflector may be arranged to keep the upper part of the crucible warm.

特開2014−125404号公報JP, 2014-125404, A

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、ルツボ底の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、熱歪に起因したクラックは、引き上げ距離が長くなったため、育成した結晶の上端と下端での温度勾配がさらに大きくなることに起因して発生していると推測される。   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. Along with this lengthening, it is easy to generate cracks due to bending of the crystal, polycrystallization generated at the straight barrel, cracks due to thermal strain during cooling, solidification of raw material at the bottom of the crucible, etc. It causes the rate to decrease. In particular, it is presumed that the crack caused by the thermal strain is generated due to the temperature gradient at the upper end and the lower end of the grown crystal becoming larger since the pulling distance becomes longer.

この長尺化に対応するため、特許文献1には、ルツボの周囲に配置する第1の誘導コイルと、アフター・ヒーターの周囲に配置する第2の誘導体とを配置し、それぞれの誘導体に個別の高周波電源を用意し、供給する高周波電流が互いに逆相になるように設定した結晶育成装置が開示されている。特許文献1に記載の結晶育成装置では、アフター・ヒーターを個別に加熱することができるため、適正温度勾配を設定することが可能となる。   In order to cope with this lengthening, Patent Document 1 arranges a first induction coil arranged around the crucible and a second derivative arranged around the after heater, and each derivative is individually provided. A crystal growth apparatus has been disclosed in which a high frequency power source of the above is prepared and set so that the supplied high frequency currents are in reverse phase with each other. In the crystal growth apparatus described in Patent Document 1, since the after heater can be heated individually, it is possible to set an appropriate temperature gradient.

しかしながら、特許文献1に記載の結晶育成装置の構成では、電源設備が2つ必要で設備コストが高く、設置場所も広くなる。また、第1の高周波電流と第2の高周波電流との位相を逆にして、第1の高周波電流に起因する磁界と第2の高周波電流に起因する磁界を適切に制御する必要があり、技術的に高度な制御が必要となる。   However, in the configuration of the crystal growing apparatus described in Patent Document 1, two power supply facilities are required, the facility cost is high, and the installation location is also widened. Further, it is necessary to appropriately control the magnetic field caused by the first high-frequency current and the magnetic field caused by the second high-frequency current by reversing the phases of the first high-frequency current and the second high-frequency current. Advanced control is required.

そこで、本発明は、上記事情に鑑み、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結晶育成装置を提供することを目的とする。   Therefore, in view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide a crystal growth apparatus that can cope with an increase in crystal growth length at low cost without occurrence of defects such as cracks.

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、原料融液を貯留可能な金属製のルツボと、
前記ルツボの周囲に配置された加熱用の誘導コイルと、
前記ルツボの上方に配置された中空形状を有する金属製のアフター・ヒーターと、
前記原料融液から結晶を引き上げ可能な引き上げ軸と、を有し、
前記アフター・ヒーターは、前記引き上げ軸の移動方向において長さが可変である。
In order to achieve the above object, a crystal growth apparatus according to an aspect of the present invention is a metal crucible capable of storing a raw material melt;
A heating induction coil disposed around the crucible;
A metallic afterheater having a hollow shape disposed above the crucible;
And a pulling shaft capable of pulling a crystal from the raw material melt;
The after heater has a variable length in the moving direction of the pulling shaft.

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 that can cope with an increase in the crystal growth length at low cost without occurrence of defects such as cracks.

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. 本発明の第1の実施形態に係る結晶育成装置のアフター・ヒーターの一例を示した図である。It is the figure which showed an example of the after heater of the crystal growth apparatus which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 従来技術に係るアフター・ヒーターの一例を示した図である。It is a figure showing an example of the after heater concerning a prior art. 本発明の第1の実施形態に係るアフター・ヒーターの詳細を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the detail of the after-heater which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 図4の変形例を示した図である。It is the figure which showed the modification of FIG. 第1の実施形態に係る結晶育成装置のアフター・ヒーターの取り付け方法について説明するための図である。It is a figure for demonstrating the attachment method of the after heater of the crystal growth apparatus which concerns on 1st Embodiment. 本発明の第2の実施形態に係る結晶育成装置の一例を示した図である。It is the figure which showed an example of the crystal growth apparatus which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施形態に係る結晶育成装置の一例を示した図である。It is the figure which showed an example of the crystal growth apparatus which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. 本実施例に係る結晶育成装置のアフター・ヒーターの一例の発熱分布をルツボ底部中央部からアフター・ヒーター上端までシミュレーションした時のグラフである。It is a graph when the heat generation distribution of an example of the after heater of the crystal growing apparatus according to the present example is simulated from the center of the bottom of the crucible to the top of the after heater. 本実施例に係る結晶育成装置のアフター・ヒーターの一例の育成初期のルツボ内の融液の深さ方向における温度分布を示した図である。It is the figure which showed the temperature distribution in the depth direction of the melt in the crucible of the growth initial stage of an example of the after heater of the crystal growth apparatus which concerns on a present Example. 本実施例に係る結晶育成装置のアフター・ヒーターの一例の育成初期の融液表面の半径方向における温度分布を示した図である。It is the figure which showed the temperature distribution in the radial direction of the melt surface of the initial stage of growth of the example of the after heater of the crystal growth apparatus which concerns on a present Example. 本実施例に係る結晶育成装置のアフター・ヒーターの一例の育成後期の結晶内の高さ方向における温度分布を示した図である。It is the figure which showed the temperature distribution in the height direction in the crystal | crystallization of the latter stage of the growth of an example of the after-heater of the crystal growth apparatus concerning a present Example.

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」と呼んでもよいこととする。)、タンタル酸リチウムLiTaO(以下、「LT」と呼んでもよいこととする。)、イットリウムアルミニウムガーネットYAl12(以下、「YAG」と呼んでもよいこととする。)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き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 is lithium niobate LiNbO 3 (hereinafter referred to as “LN”) grown in the air or in an inert gas atmosphere, and tantalum acid. An oxide single crystal such as lithium LiTaO 3 (hereinafter referred to as “LT”) or yttrium aluminum garnet Y 3 Al 5 O 12 (hereinafter referred to as “YAG”). It is a crystal growth apparatus used for manufacturing. The Czochralski method is called a seed cut out according to a certain crystal orientation, and is usually infiltrated into the melt of the same composition at the tip of a rectangular parallelepiped with a side of about several millimeters in cross-section, and is gradually pulled up while rotating. Is a method of producing a single crystal 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と、耐火物60と、引き上げ軸70と、誘導コイル80と、電源90と、制御部100とを備える。なお、加熱手段は、ルツボ10及びアフター・ヒーター40を加熱する誘導コイル80である。また、電源90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 view showing an example of a crystal growth apparatus according to a first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the crystal growth apparatus according to the first embodiment includes a crucible 10, a crucible base 20, a reflector 30, an after heater 40, a heat insulating material 50, a refractory 60, and a pull-up. A shaft 70, an induction coil 80, a power supply 90, and a control unit 100 are provided. The heating means is an induction coil 80 for heating the crucible 10 and the after heater 40. The power supply 90 is also 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。アフター・ヒーター40は、全体として中空形状を有し、結晶の育成に応じて引き上げ軸方向にアフター・ヒーター40の長さが可変する。図1においては、アフター・ヒーター40は3つの中空部材に分割され、3つの中空部材が互いに異なる半径(及び直径)を有し、径方向において重なるように配置され、全体としては高さが低い形状となったアフター・ヒーター40が示されている。即ち、自身よりも小さい径を有する中空部材の周囲を囲み、自身よりも大きい径を有する中空部材に周囲が囲まれるように各中空部材が配置されている。なお、アフター・ヒーター40の詳細は後述する。   In the crystal growing apparatus according to this embodiment, the crucible 10 is placed on the crucible base 20. An after heater 40 is installed above the crucible 10 via a reflector 30. The after-heater 40 has a hollow shape as a whole, and the length of the after-heater 40 varies in the pulling-up axial direction according to crystal growth. In FIG. 1, the after-heater 40 is divided into three hollow members, the three hollow members having different radii (and diameters) from each other, arranged radially overlapping, and having a low overall height. The shaped after-heater 40 is shown. That is, each hollow member is disposed so as to surround the hollow member having a smaller diameter than itself and to be surrounded by the hollow member having a larger diameter than itself. The details of the after heater 40 will be described later.

ルツボ10を取り囲むように断熱材50が設置されている。また、断熱材50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。   A heat insulating material 50 is provided to surround the crucible 10. A refractory 60 is provided outside the heat insulating material 50 and covers the entire periphery of the crucible 10. An induction coil 80 is disposed outside the side surface of the refractory 60.

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。引き上げ軸70は、更に、アフター・ヒーター取り付け治具73と、治具支持部74と、連結部材75とを有する。更に、上述の図示しないチャンバーの周辺の外部に、電源90及び制御手段100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 pulling shaft 70 is provided above the crucible 10. The pulling shaft 70 has a seed crystal holding portion 71 at its lower end, and is configured to be able to move up and down by the pulling shaft drive portion 72. The pull-up shaft 70 further includes an after / heater mounting jig 73, a jig support portion 74, and a connecting member 75. Furthermore, a power supply 90 and a control means 100 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、第1の実施形態に係る結晶育成装置の個々の構成要素について説明する。   Next, individual components of the crystal growth apparatus according to the first embodiment 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 a molten state in which a metal or the like 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.

ルツボ台20は、ルツボ10を下方から支持する載置台として設けられる。ルツボ台20は、誘導コイル80の加熱に耐え得る十分な耐熱性及びルツボ10を支持する耐久性を有すれば、種々の材料から構成されてよい。図1に示される通り、ルツボ台20は、ルツボ10の他、耐火物60も支持するように構成されてもよい。   The crucible table 20 is provided as a mounting table for supporting the crucible 10 from below. The crucible base 20 may be made of various materials as long as it has sufficient heat resistance to withstand the heating of the induction coil 80 and durability to support the crucible 10. As shown in FIG. 1, the crucible base 20 may be configured to support a refractory 60 in addition to the crucible 10.

リフレクタ30は、ルツボ10から上昇する熱を反射し、ルツボ10側に熱を戻すための部材である。リフレクタ30も、誘導コイル80の加熱に耐え得る十分な耐熱性と熱を反射できれば種々の材料から構成されてよいが、例えば、白金、イリジウム等の十分な耐熱性を有する金属材料で構成される。   The reflector 30 is a member that reflects the heat rising from the crucible 10 and returns the heat to the crucible 10 side. The reflector 30 may also be made of various materials as long as it can reflect heat and heat resistance enough to withstand the heating of the induction coil 80. For example, the reflector 30 is made of a metal material having sufficient heat resistance such as platinum and iridium. .

アフター・ヒーター40は、ルツボ10よりも上方に引き上げられた単結晶170を加熱するための加熱手段である。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の温度勾配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勾配を維持する。   The after heater 40 is a heating means for heating the single crystal 170 pulled up above the crucible 10. The single crystal 170 to be grown is moved away from the crucible 10 as the pulling of the single crystal 170 proceeds, so the temperature gradient of the single crystal 170 may be 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 gradient.

アフター・ヒーター40は、例えば、白金、イリジウム等の十分な耐熱性を有する金属材料で構成され、誘導コイル80の誘導加熱により加熱される。アフター・ヒーター40は、例えば、リフレクタ30の上に載置されて設けられる。アフター・ヒーター40は、十分な重量を有するため、リフレクタ30上に固定されていなくても、安定した状態で設置可能である。   The after heater 40 is made of a metal material having sufficient heat resistance such as platinum or iridium, and is heated by induction heating of the induction coil 80. The after heater 40 is provided, for example, on the reflector 30. Since the after heater 40 has a sufficient weight, even if it is not fixed on the reflector 30, it can be installed in a stable state.

本実施形態においては、アフター・ヒーター40は、結晶の育成に応じて結晶育成の軸方向、即ち引き上げ軸70の移動方向(引き上げ方向)にアフター・ヒーターの長さが可変する。これは、単結晶170の長尺化に対応するためであり、引き上げ軸70が上方に移動し、単結晶170が引き上げられて上方に移動するにつれて、アフター・ヒーター40は上方に伸長可能な構成となっている。図1においては、アフター・ヒーター40が収縮し、低くなった状態が示されている。なお、アフター・ヒーター40の詳細は後述する。   In the present embodiment, the after heater 40 varies the length of the after heater in the axial direction of crystal growth, that is, the moving direction (pulling direction) of the pulling shaft 70 according to crystal growth. This is to cope with the lengthening of the single crystal 170, and the after heater 40 can be extended upward as the pulling shaft 70 moves upward and the single crystal 170 is pulled upward and moves upward. It has become. In FIG. 1, the after-heater 40 is shown contracted and lowered. The details of the after heater 40 will be described later.

断熱材50は、ルツボ10の発熱が外部に放出されるのを防ぐために設けられる。よって、断熱材50は、ルツボ10の周囲を囲むように設けられる。なお、一般的な結晶育成装置では、アフター・ヒーター40の周囲にも断熱材50が設けられる場合が多いが、本実施形態に係る結晶育成装置では、アフター・ヒーター40の長さが可変であるため、アフター・ヒーター40の動きを妨げないように、アフター・ヒーター40の周囲には断熱材50を設けない構成となっている。   The heat insulating material 50 is provided to prevent the heat of the crucible 10 from being released to the outside. Therefore, the heat insulating material 50 is provided to surround the crucible 10. In the general crystal growing apparatus, the heat insulating material 50 is often provided around the after heater 40, but in the crystal growing apparatus according to the present embodiment, the length of the after heater 40 is variable. Therefore, the heat insulating material 50 is not provided around the after heater 40 so as not to hinder the movement of the after heater 40.

耐火物60は、ルツボ10の誘導コイル80による発熱を内部に保持し、外部への放出を防ぐ役割を果たす。耐火物60は、耐熱性の高い材料で構成される。よって、耐火物60は、ルツボ10を取り囲むように設けられる。耐火物60も、ルツボ台20上に載置されて設けられてよい。また、耐火物60は、天井面に開口31を有し、引き上げ軸70を挿入可能に構成される。   The refractory 60 plays a role of holding heat generated by the induction coil 80 of the crucible 10 inside and preventing release to the outside. The refractory 60 is made of a material having high heat resistance. Thus, the refractory 60 is provided to surround the crucible 10. The refractory 60 may also be mounted on the crucible table 20. Further, the refractory 60 has an opening 31 on the ceiling surface, and is configured such that the lifting shaft 70 can be inserted.

引き上げ軸70は、種結晶150を保持し、ルツボ10に貯留された原料融液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 raw material melt 160 stored in the crucible 10, and pulling the single crystal 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 it when pulling up the crystal.

引き上げ軸70は、アフター・ヒーター取り付け治具73と、治具支持部74と、連結部材75とを備える。アフター・ヒーター取り付け治具73は、引き上げ軸70とアフター・ヒーター40とを連結する手段である。即ち、引き上げ軸70に設置されるとともに、アフター・ヒーター40と連結され、引き上げ軸70の引き上げ移動の運動をアフター・ヒーター40に伝達する。治具支持部74は、アフター・ヒーター取り付け治具73を支持するための部材である。図1においては、アフター・ヒーター取り付け治具73を下方から載置支持している。治具支持部74は、引き上げ軸70に固定される。連結部材75は、アフター・ヒーター取り付け治具73とアフター・ヒーター40とを連結するための部材であり、例えば、ワイヤー又はロッドから構成される。なお、引き上げ軸70の構成の詳細についても後述する。   The pull-up shaft 70 includes an after / heater mounting jig 73, a jig support portion 74, and a connecting member 75. The after-heater mounting jig 73 is means for connecting the lifting shaft 70 and the after-heater 40. That is, it is installed on the pulling shaft 70 and connected to the after heater 40 to transmit the pulling movement of the pulling shaft 70 to the after heater 40. The jig support part 74 is a member for supporting the after-heater mounting jig 73. In FIG. 1, the after heater mounting jig 73 is placed and supported from below. The jig support portion 74 is fixed to the pull-up shaft 70. The connecting member 75 is a member for connecting the after-heater mounting jig 73 and the after-heater 40, and is composed of, for example, a wire or a rod. The details of the configuration of the pulling shaft 70 will also be described later.

誘導コイル80は、ルツボ10を誘導加熱するための手段であり、ルツボ10及び耐火物60の周囲を囲むように配置される。誘導コイル80は、ルツボ10を誘導加熱できればその種類や形態は問わない。誘導加熱コイル40は、交流電流によりルツボ10に渦電流を発生させ、そのジュール熱でルツボ10を加熱する。   The induction coil 80 is a means for inductively heating the crucible 10, and is disposed to surround the crucible 10 and the refractory 60. The induction coil 80 may be of any type or form as long as it can inductively heat the crucible 10. The induction heating coil 40 generates an eddy current in the crucible 10 with an alternating current, and heats the crucible 10 with the Joule heat.

誘導コイル80は、アフター・ヒーター40の周囲に設けられてもよく、設けられなくてもよい。誘導コイル80の誘導加熱効果は、誘導コイル80がルツボ10の周囲にのみ(ルツボ10と同じ高さの範囲にのみ)設けられている場合であっても、アフター・ヒーター40に及ぶ。よって、誘導コイル80は、ルツボ10のみならず、アフター・ヒーター40をも誘導加熱する。   The induction coil 80 may or may not be provided around the after heater 40. The induction heating effect of the induction coil 80 extends to the after heater 40 even when the induction coil 80 is provided only around the crucible 10 (only in the range of the same height as the crucible 10). Thus, the induction coil 80 inductively heats the after heater 40 as well as the crucible 10.

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90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 may have any form as long as it can inductively heat the crucible 10, the after heater 40 and the like, but is configured as, for example, a high frequency induction heating device including a high frequency heating coil. In this case, the power supply 90 is configured as a high frequency power supply that supplies high frequency power to the induction coil 80.

電源90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。電源80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 source 90 is configured as a high frequency power source that supplies high frequency power to the induction coil 80. The power supply 80 supplies power not only to the induction coil 80 but also to the entire crystal growth apparatus.

制御部100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 Integrated Circuit)等の電子回路から構成されてもよい。   The control unit 100 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 Integrated 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アフター・ヒーターについて説明する。図2は、本発明の第1の実施形態に係る結晶育成装置のアフター・ヒーターの一例を示した図である。図2(a)は、アフター・ヒーター40が最小となった状態を示した図であり、図2(b)は、アフター・ヒーター40が最大となった状態を示した図である。   Next, the after heater, which is a feature of the present invention, will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a view showing an example of an after heater of the crystal growing apparatus according to the first embodiment of the present invention. 2A is a diagram showing a state in which the after heater 40 is minimized, and FIG. 2B is a diagram showing a state in which the after heater 40 is maximized.

図2(a)、(b)に示される通り、本発明の第1の実施形態に係るアフター・ヒーター40は、ルツボ10の上方、具体的にはリフレクタ30上に配置され、単結晶170の長尺化に対応するため、単結晶170の育成に応じて引き上げ軸70の移動方向にアフター・ヒーター40の長さが可変する。本実施形態では、3枚の円筒部材41〜43からなるアフター・ヒーター40を用意し、育成初期は、図2(a)に示すように3枚の円筒部材41〜43が重なった状態で設置される。即ち、径方向において、内側から外側に向かって円筒部材41、42、43が順に重なるように配置される。よって、アフター・ヒーター40の高さは、1枚の円筒部材41〜43の高さと同じ高さとなる。   As shown in FIGS. 2A and 2B, the after heater 40 according to the first embodiment of the present invention is disposed above the crucible 10, specifically, on the reflector 30, and In order to cope with the lengthening, the length of the after heater 40 is changed in the moving direction of the pulling shaft 70 according to the growth of the single crystal 170. In the present embodiment, an after heater 40 composed of three cylindrical members 41 to 43 is prepared, and in the initial stage of growth, as shown in FIG. 2A, the after heater 40 is installed in a state where the three cylindrical members 41 to 43 overlap. Be done. That is, in the radial direction, the cylindrical members 41, 42, 43 are arranged so as to overlap in order from the inside toward the outside. Therefore, the height of the after heater 40 is the same height as the height of one cylindrical member 41 to 43.

育成後期では、図2(b)に示すように3枚の円筒部材41〜43の上端と下端とがそれぞれ連結された状態で、最大の高さとなったアフター・ヒーター40が設置されている。また、このアフター・ヒーター40は誘導コイル80からの高周波により誘電加熱される。   At the rear stage of growth, as shown in FIG. 2B, the after heater 40 having the maximum height is installed in a state in which the upper end and the lower end of the three cylindrical members 41 to 43 are connected to each other. The after heater 40 is also inductively heated by the high frequency from the induction coil 80.

図3は、従来技術に係るアフター・ヒーターを示す。従来技術に係るアフター・ヒーターは一体のアフター・ヒーターであり、育成初期から育成完了まで固定されており、一定の高さを有する。   FIG. 3 shows an after-heater according to the prior art. The after-heater according to the prior art is an integrated after-heater, which is fixed from the initial stage of growth to the completion of growth and has a certain height.

ここで、アフター・ヒーターの設置の目的及びアフター・ヒーターの長さを可変させる目的について説明する。チョクラルスキー法による単結晶育成では、ルツボ10内の融解した原料160に種結晶150を接触させて上方に引き上げることで結晶体170を冷却させて結晶を成長させている。この時、熱歪に起因したクラックが発生することがある。これは、引き上げ距離が長くなるに従い、育成した結晶体170の上端と下端での温度勾配が大きくなることに起因して発生していると推測される。これを防止するため、従来からアフター・ヒーターを配置し、結晶体170の上部を加熱し保温している。   Here, the purpose of installing the after heater and the purpose of changing the length of the after heater will be described. In single crystal growth by the Czochralski method, the seed crystal 150 is brought into contact with the melted raw material 160 in the crucible 10 and pulled up to thereby cool the crystal body 170 and grow the crystal. At this time, cracks due to thermal strain may occur. This is presumed to be caused by the fact that the temperature gradient at the upper and lower ends of the grown crystal body 170 increases as the pulling distance increases. In order to prevent this, conventionally, an after-heater is provided, and the upper portion of the crystal body 170 is heated and kept warm.

しかしながら、結晶長が長くなるに従い、これに対応してアフター・ヒーターの全長も長くした場合、結晶育成後期では結晶体170を保温できるが、結晶育成初期では原料融液160内の温度勾配が小さくなり過ぎて結晶の育成ができない場合がある。つまり、結晶育成初期では、原料融液160の全体が高温となってしまい、原料融液160の温度が低いことが好ましい表面においても温度が高くなってしまう。そうすると、原料融液160の外側(ルツボ10の内壁付近)や下部(ルツボ10の中央や下部)との温度勾配が小さくなるため、ルツボ10を加熱可能な温度幅が小さくなり、温度制御が困難であった。このため、結晶育成の状況の応じた適切な温度勾配になるように結晶長を設定しなければならなく、長尺化が難しかった。   However, if the overall length of the after heater is correspondingly increased as the crystal length becomes longer, the crystal body 170 can be kept warm in the late stage of crystal growth, but the temperature gradient in the raw material melt 160 is small in the early stage of crystal growth. In some cases, crystals can not be grown. That is, at the initial stage of crystal growth, the entire raw material melt 160 becomes high temperature, and the temperature of the surface where the temperature of the raw material melt 160 is preferably low is also high. As a result, the temperature gradient between the outer side of the raw material melt 160 (near the inner wall of the crucible 10) and the lower part (center and lower part of the crucible 10) becomes small, and the temperature range at which the crucible 10 can be heated becomes small, making temperature control difficult. Met. For this reason, the crystal length has to be set so as to have an appropriate temperature gradient according to the state of crystal growth, and lengthening is difficult.

そこで、本発明の第1の実施形態に係る結晶育成装置のアフター・ヒーター40は、結晶の育成に応じて引き上げ軸方向にアフター・ヒーター40の長さを可変させる。具体的には、育成初期では、従来のアフター・ヒーターの長さより短く設定され、直胴長を育成する時は、アフター・ヒーターの一部が可変機構により、結晶の引き上げ長さに応じて延びる機構となっている。即ち、結晶の育成が進むにつれてアフター・ヒーター40が延伸され、引き上げ方向における全長が伸長する。結晶育成初期では、アフター・ヒーターが短いため、発熱量が少なく温度勾配は大きくなり、温度制御が容易になり適切な温度条件に設定し易くなる。また、アフター・ヒーターの上端の位置は、引き上げ初期を除き、ほぼ結晶上端よりも上方の位置に設定している。好ましくは、30mm〜70mmであり、より好ましくは、50mmである。これは、誘導コイル80の高周波が特に7kHz以上の高い周波数領域では、アフター・ヒーター40の上端部に発熱が集中するためである。つまり、アフター・ヒーター上端部の発熱部を結晶上端部の上方に配置することで、結晶引き上げ中、常に結晶上端部の上方を暖めることができる。また、アフター・ヒーター40は、育成した結晶体170をほぼ覆うことができ、クラックの発生を抑制することができる。   Therefore, the after-heater 40 of the crystal growing apparatus according to the first embodiment of the present invention varies the length of the after-heater 40 in the pulling axis direction according to the growth of the crystal. Specifically, in the initial stage of growth, the length is set shorter than the length of a conventional after heater, and when growing a straight barrel, a part of the after heater is extended according to the pulling up length of the crystal by a variable mechanism. It is a mechanism. That is, as the crystal growth proceeds, the after heater 40 is stretched, and the entire length in the pulling direction is elongated. In the initial stage of crystal growth, since the after-heater is short, the amount of heat generation is small, the temperature gradient is large, temperature control becomes easy, and it becomes easy to set an appropriate temperature condition. Further, the position of the upper end of the after heater is set at a position substantially above the upper end of the crystal except in the initial stage of pulling. Preferably, it is 30 mm to 70 mm, and more preferably 50 mm. This is because heat generation concentrates on the upper end portion of the after-heater 40 in a high frequency region where the high frequency of the induction coil 80 is high, particularly 7 kHz or more. That is, by disposing the heat generating portion at the upper end of the after heater above the upper end of the crystal, the upper portion of the upper end of the crystal can always be warmed during the pulling of the crystal. In addition, the after heater 40 can substantially cover the grown crystal body 170 and can suppress the occurrence of cracks.

以下、重なり合う複数個の円筒部材でアフター・ヒーター40を構成する方法の一例について具体的に説明する。   Hereinafter, an example of a method of forming the after heater 40 by a plurality of overlapping cylindrical members will be specifically described.

図4は、本発明の第1の実施形態に係るアフター・ヒーターの詳細を示す断面図である。図4(a)アフター・ヒーターの断面拡大図である。図4(b)は、アフター・ヒーターの断面の最小時の断面図である。図4(c)は、アフター・ヒーターの断面の最大時の断面図である。   FIG. 4 is a cross-sectional view showing details of the after heater according to the first embodiment of the present invention. FIG. 4A is an enlarged cross-sectional view of the after heater. FIG. 4B is a cross-sectional view at the minimum of the cross section of the after heater. FIG. 4C is a cross-sectional view at the maximum of the cross section of the after heater.

図4(a)に示すように、各々の円筒部材41は、上端には内側向きに突起41aを有し、下端には外側向きに突起41bを有する。   As shown in FIG. 4 (a), each cylindrical member 41 has a protrusion 41a at the upper end facing inward and a protrusion 41b at the lower end facing outward.

図4(b)に示すように、径の異なる複数個の円筒部材41〜43からなるアフター・ヒーター40を用意するが、各々が上下動可能であり、かつ互いに近接して配置可能な径に設定する。なお、図4(a)においては、円筒部材41を代表として示しているが、図4(b)に示されるように、円筒部材42、43も同様の形状を有し、上端に突起42a、43a、下端に突起42b、43bを備える。この突起41a、41bは、円周方向の全周に形成して良いし、一部分に付けても良い。一部分に付ける場合は、円周方向に均等に3ヶ所又は4ヶ所形成する。なお、一部分に付けた場合は、上下の突起41a、41bに位置を定める。この突起41a、41bにより、内側の円筒部材41を引き上げた時、突起同士が接触して係合し、次の円筒部材42が引き上げられる。   As shown in FIG. 4 (b), an after heater 40 comprising a plurality of cylindrical members 41 to 43 having different diameters is prepared, but each has a diameter that can be moved up and down and arranged close to each other. Set In FIG. 4A, the cylindrical member 41 is shown as a representative, but as shown in FIG. 4B, the cylindrical members 42 and 43 also have the same shape, with protrusions 42a on the upper end. 43a, the lower end is provided with projections 42b, 43b. The protrusions 41a and 41b may be formed on the entire circumference in the circumferential direction or may be attached to a part. When attached to a part, three or four parts are formed evenly in the circumferential direction. In addition, when it attaches to one part, a position is defined in the upper and lower protrusions 41a and 41b. When the inner cylindrical member 41 is pulled up by the protrusions 41a and 41b, the protrusions are in contact with each other and engaged, and the next cylindrical member 42 is pulled up.

図4(c)には、総ての円筒部材41〜43が引き上げられ、アフター・ヒーター40の高さが最大となった状態が示されている。図4(b)、(c)に示されるように、最も内側の円筒部材41が引き上げられたとき、円筒部材41の下端の突起41bと円筒部材41の外側に隣接配置された円筒部材42の上端の突起42aとが係合し、円筒部材42が引き上げられる。円筒部材42がその高さ分引き上げられたら、円筒部材42の下端の突起42bがその外側に隣接する円筒部材43の上端の突起43aと係合し、円筒部材43を引き上げる。このように、内側の円筒部材の下端の突起が外側の円筒部材の上端の突起と係合することにより、円筒部材41〜43が内側から順に徐々に引き上げられ、アフター・ヒーター40の全体の長さが徐々に長くなるように構成されている。本実施形態において、突起41a〜43a、41b〜43bは、係合部として機能している。   FIG. 4C shows a state in which all the cylindrical members 41 to 43 are pulled up and the height of the after heater 40 is maximized. As shown in FIGS. 4B and 4C, when the innermost cylindrical member 41 is pulled up, the protrusion 41 b at the lower end of the cylindrical member 41 and the cylindrical member 42 disposed adjacent to the outer side of the cylindrical member 41. The projection 42a at the upper end is engaged, and the cylindrical member 42 is pulled up. When the cylindrical member 42 is pulled up by the height, the projection 42b at the lower end of the cylindrical member 42 engages with the projection 43a at the upper end of the cylindrical member 43 adjacent to the outside, and the cylindrical member 43 is pulled up. In this way, the projections of the lower end of the inner cylindrical member engage with the projections of the upper end of the outer cylindrical member, whereby the cylindrical members 41 to 43 are gradually pulled up sequentially from the inside, and the entire length of the after heater 40 The length is configured to gradually increase. In the present embodiment, the protrusions 41a to 43a and 41b to 43b function as engaging portions.

図5は、図4の変形例を示した図である。図5は、突起41a、41b、42a、42b、43a、43bを円筒部材41、42、43の円周方向の一部に各々形成し、内側の円筒部材41、42の下端の突起41b、42bが、次に引き上げる円筒部材42、43の上端の突起42a、43aと係合するように、下端を除き外周面の一部に縦方向に延びる溝41c、42c、43cを形成した例である。なお、図5は、上記溝部を引き上げ軸方向に切断した時の断面図である。溝41c、42c、43cは、破線で示されている。この場合、突起部42a、43aが、溝41c、42cに嵌合するので、各々の円筒部材41〜43同士の間で、隙間を設けることなく各円筒部材41〜43を設置することができる。   FIG. 5 is a view showing a modified example of FIG. In FIG. 5, the projections 41a, 41b, 42a, 42b, 43a, 43b are respectively formed on portions of the cylindrical members 41, 42, 43 in the circumferential direction, and the projections 41b, 42b at the lower end of the inner cylindrical members 41, 42. Is an example in which longitudinally extending grooves 41c, 42c, 43c are formed in a part of the outer peripheral surface except the lower end so as to engage with the projections 42a, 43a at the upper end of the cylindrical members 42, 43 to be pulled up next. FIG. 5 is a cross-sectional view when the groove is cut in the pulling-up axis direction. The grooves 41c, 42c, 43c are indicated by broken lines. In this case, since the protrusions 42a and 43a fit in the grooves 41c and 42c, the cylindrical members 41 to 43 can be installed without providing a gap between the respective cylindrical members 41 to 43.

図6は、第1の実施形態に係る結晶育成装置のアフター・ヒーター40の取り付け方法について説明するための図である。図6(a)は、結晶育成初期のアフター・ヒーター40の状態の一例を示し、図6(b)は、結晶育成後期のアフター・ヒーター40の状態の一例を示す。   FIG. 6 is a diagram for explaining a method of attaching the after-heater 40 of the crystal growing apparatus according to the first embodiment. FIG. 6 (a) shows an example of the state of the after heater 40 at the initial stage of crystal growth, and FIG. 6 (b) shows an example of the state of the after heater 40 at the late stage of crystal growth.

図6(a)、(b)に示されるように、最内側の円筒部材41の上端は、アフター・ヒーター取付け治具73を介して引き上げ軸70に取付ける。図6(b)に示されるように、アフター・ヒーター40とアフター・ヒーター取付け治具73との位置関係は、結晶育成時、アフター・ヒーター40の上端が結晶上端より上方の位置になるように設定する。また、アフター・ヒーター取付け治具73は、治具支持部74により引き上げ軸70に連結する。治具支持部74が引き上げ軸70に取り付け固定され、アフター・ヒーター取付け治具73は、治具支持部74上に載置された状態で設置される。これにより、引き上げ軸70が回転しながら上昇したときに、治具支持部74は引き上げ軸70とともに回転するが、アフター・ヒーター取付け治具73はフリーの状態となっているので、治具支持部74と供回りせずに上昇することが可能となる。即ち、アウター・ヒーター40を回転させずに引き上げることが可能となる。   As shown in FIGS. 6A and 6B, the upper end of the innermost cylindrical member 41 is attached to the pull-up shaft 70 via an after / heater attachment jig 73. As shown in FIG. 6 (b), the positional relationship between the after heater 40 and the after heater mounting jig 73 is such that the upper end of the after heater 40 is positioned above the upper end of the crystal during crystal growth. Set Further, the after-heater mounting jig 73 is connected to the lifting shaft 70 by a jig support portion 74. The jig support portion 74 is attached and fixed to the pull-up shaft 70, and the after heater mounting jig 73 is installed in a state of being mounted on the jig support portion 74. As a result, when the pulling-up shaft 70 ascends while rotating, the jig supporting portion 74 rotates with the pulling-up shaft 70, but since the after / heater mounting jig 73 is in a free state, the jig supporting portion It becomes possible to rise without turning with 74. That is, the outer heater 40 can be pulled up without rotating.

より具体的には、アフター・ヒーター取付け治具73は、引き上げ軸70に固定した止め具(治具支持部74)の上に、内径が引き上げ軸系より大きいリング状の回転具にワイヤーや小径の細棒等により最内側のアフター・ヒーターの上端を取り付ける。アフター・ヒーター取付け治具73を使用することで、引き上げ軸70の回転の影響を受けることなく結晶の引き上げに合わせてアフター・ヒーター40の高さを可変することができる。結晶体の育成に従い引き上げ軸70が上昇し、アフター・ヒーター40は、最内側の円筒部材41から上昇し、結晶育成中は結晶体をほぼアフター・ヒーター40内に維持することができる。   More specifically, the after-heater mounting jig 73 is a ring-shaped rotating tool having an inner diameter larger than that of the pulling shaft system on a stopper (jig support portion 74) fixed to the pulling shaft 70, and a small diameter wire or small diameter Attach the upper end of the innermost after heater with a thin rod etc. By using the after-heater mounting jig 73, the height of the after-heater 40 can be varied according to the pulling of the crystal without being affected by the rotation of the pulling shaft 70. The pulling shaft 70 rises as the crystal grows, and the after heater 40 rises from the innermost cylindrical member 41, and can keep the crystal substantially in the after heater 40 during crystal growth.

また、最外側の円筒部材43は、リフレクタ30又は炉体、断熱材等に固定してもよい。これにより、アフター・ヒーター40の回転を確実に防止することができる。   Further, the outermost cylindrical member 43 may be fixed to the reflector 30 or the furnace body, a heat insulating material or the like. Thereby, the rotation of the after heater 40 can be reliably prevented.

連結部材75は、ワイヤーの他、ロッド等であってもよい。但し、ロッドの場合には、長さが一定であり、アフター・ヒーター取付け治具73と円筒部材41との位置関係(距離)によっては、ロッドが余ってしまう場合があるので、余ったロッドをアフター・ヒーター40の外側に逃がして突出させるような孔を設ける構造とすればよい。連結部材75がワイヤーの場合には、長さが余る位置関係の場合でもワイヤーが下方にたるむので、その点を考慮する必要が無い。   The connecting member 75 may be a rod or the like in addition to a wire. However, in the case of a rod, the length is constant, and the rod may be left over depending on the positional relationship (distance) between the after / heater mounting jig 73 and the cylindrical member 41. What is necessary is just to make it the structure which provides the hole which escapes and protrudes on the outer side of the after-heater 40. In the case where the connecting member 75 is a wire, the wire sags downward even in the positional relationship in which the length is excessive, so there is no need to take that point into consideration.

次に、アウター・ヒーター40の形状について説明する。   Next, the shape of the outer heater 40 will be described.

アフター・ヒーター40の径は、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。アフター・ヒーター40の長さについては、例えば、図6(a)に示すような引き上げ開始時には、長さが最小となるように、酸化物単結晶170の引き上げ長さの半分〜全長の1/4までとすることが好ましい。引き上げ終了時には、アフター・ヒーター40の長さが伸長し、酸化物単結晶170の引き上げ長さ〜引き上げ長さの1.3倍に設定することが好ましい。また、分割数は、最小長さ、最大長さより適宜決定する。好ましくは、3分割にする。アフター・ヒーター40の材質としては、例えば、白金やイリジウム等の金属が用いられる。   The diameter of the after heater 40 is a cylindrical shape that is larger than the diameter of the oxide single crystal 170 to be obtained and smaller than the diameter of the crucible 10. With regard to the length of the after heater 40, for example, at the start of pulling as shown in FIG. 6A, the length of the oxide single crystal 170 is half to 1/1 of the total length so that the length is minimized. Preferably up to four. At the end of the pulling, it is preferable that the length of the after heater 40 is extended and is set to 1.3 times the pulling length of the oxide single crystal 170 to the pulling length. Further, the number of divisions is appropriately determined from the minimum length and the maximum length. Preferably, it is divided into three. As a material of the after heater 40, for example, a metal such as platinum or iridium is used.

なお、第1の実施形態においては、アフター・ヒーター40が3個の円筒部材41〜43から構成される例を挙げて説明したが、円筒部材41〜43の個数は、用途等に応じて変更可能であり、例えば、2個であってもよいし、4個、5個であってもよい。   In the first embodiment, the example where the after-heater 40 is composed of the three cylindrical members 41 to 43 has been described. However, the number of the cylindrical members 41 to 43 is changed depending on the application and the like. For example, two or four or five may be possible.

また、第1の実施形態においては、引き上げ軸70との連結の容易さの観点から、最も内側に配置された円筒部材41とアフター・ヒーター取り付け治具73とを連結しているが、これは必須ではなく、別の円筒部材42、43に連結する構成としてもよい。例えば、突起41a〜43a、41b〜43bの向きを反対にすれば、最も外側の円筒部材43とアフター・ヒーター取り付け治具73とを連結し、外側の円筒部材43から内側に向かって円筒部材42、41を順に引き上げることも可能である。但し、引き上げ軸70はアフター・ヒーター40の内側に存在するので、最も内側の円筒部材41に連結する方が引き上げ構造としては効率的である。   Further, in the first embodiment, from the viewpoint of easy connection with the lifting shaft 70, the cylindrical member 41 arranged on the innermost side and the after heater mounting jig 73 are connected. It is not essential but may be connected to another cylindrical member 42, 43. For example, when the direction of the projections 41a to 43a and 41b to 43b is reversed, the outermost cylindrical member 43 and the after heater mounting jig 73 are connected, and the cylindrical member 42 is directed inward from the outer cylindrical member 43. , 41 can also be pulled up sequentially. However, since the lifting shaft 70 exists inside the after heater 40, it is more efficient as a lifting structure to be connected to the innermost cylindrical member 41.

[第2の実施形態]
図7は、本発明の第2の実施形態に係る結晶育成装置の一例を示した図である。第2の実施形態に係る結晶育成装置では、アフター・ヒーター140が、円筒形状ではなく、テーパー形状を有する点で異なっている。このため、テーパー形状を有する中空部材141〜143がアフター・ヒーターを構成する。最も内側の中空部材141、真中の中空部材142、最も外側の中空部材143と、徐々に径が大きくなっているため、内側の中空部材141を引き上げると、中空部材141の下端と真中の中空部材142の上端とが係合し、更に中空部材142も引き上げられると、中空部材142の下端が中空部材143の上端と係合するようになる。このようにして、単結晶170が成長するにつれて、徐々にアフター・ヒーター140の長さを長くすることができる。
Second Embodiment
FIG. 7 is a view showing an example of a crystal growth apparatus according to a second embodiment of the present invention. The crystal growing apparatus according to the second embodiment is different in that the after heater 140 has a tapered shape, not a cylindrical shape. For this reason, the hollow members 141 to 143 having a tapered shape constitute an after heater. The innermost hollow member 141, the middle hollow member 142, and the outermost hollow member 143 gradually increase in diameter, so that when the inner hollow member 141 is pulled up, the lower end of the hollow member 141 and the middle hollow member When the upper end of 142 is engaged and the hollow member 142 is also pulled up, the lower end of the hollow member 142 is engaged with the upper end of the hollow member 143. In this manner, the length of the after heater 140 can be gradually increased as the single crystal 170 is grown.

アフター・ヒーター140の傾斜角度、即ちテーパー角度については、用途により種々変化させ、適切なテーパー角度としてよい。例えば、アフター・ヒーター140のテーパー角度(傾斜角度)は、円筒形状に近くなるように、0.5度以上2度以下の範囲内の所定角度に設定してもよい。   The inclination angle of the after heater 140, that is, the taper angle may be varied depending on the application, and may be an appropriate taper angle. For example, the taper angle (tilt angle) of the after heater 140 may be set to a predetermined angle within a range of 0.5 degrees or more and 2 degrees or less so as to approximate a cylindrical shape.

このように、アフター・ヒーターを必ずしも円筒形状とする必要は無く、中心が空洞となった中空形状であればよい。そして、アフター・ヒーター140の中空形状に応じて、中空部材141〜143の形状を定めることができる。また、中空部材141〜143の個数も、複数であれば、用途に応じて種々の個数とすることができる。   As described above, the after heater does not necessarily have to be in a cylindrical shape, and may have a hollow shape with a hollow center. And according to the hollow shape of after heater 140, the shape of hollow members 141-143 can be defined. Moreover, if the number of hollow members 141 to 143 is also plural, various numbers can be used according to the application.

なお、アフター・ヒーター140の取り付け方法等は、第1の実施形態と全く同様に構成することができ、アフター・ヒーター取り付け治具73を用いて引き上げ軸70と連結することができる。   The method for attaching the after heater 140 can be configured in exactly the same manner as in the first embodiment, and can be connected to the lifting shaft 70 using the after heater attaching jig 73.

他の構成については、第1の実施形態に係る結晶育成装置と同様であるので、その説明を省略する。   Since other configurations are the same as those of the crystal growth apparatus according to the first embodiment, the description thereof is omitted.

[第3の実施形態]
図8は、本発明の第3の実施形態に係る結晶育成装置の一例を示した図である。第3の実施形態に係る結晶育成装置では、アフター・ヒーター240が複数部材に分割されておらず、単体のアフター・ヒーター240自体が伸縮構造を有する点で異なっている。具体的には、アフター・ヒーター240は、蛇腹構造を有し、その上端が引き上げ軸70に連結された構成を有する。
Third Embodiment
FIG. 8 is a view showing an example of a crystal growth apparatus according to a third embodiment of the present invention. The crystal growth apparatus according to the third embodiment is different in that the after-heater 240 is not divided into a plurality of members, and the single after-heater 240 itself has a stretchable structure. Specifically, the after heater 240 has a bellows structure, and has an upper end connected to the pulling shaft 70.

アフター・ヒーター140の取り付け方法等は、第1の実施形態と全く同様に構成することができ、アフター・ヒーター取り付け治具73を用いて引き上げ軸70と連結することができる。   The method of attaching the after heater 140 can be configured in exactly the same manner as in the first embodiment, and can be connected to the lifting shaft 70 using the after heater attaching jig 73.

このように、アフター・ヒーター240自体に伸縮構造を設け、その長さを可変としてもよい。部品点数が少なくなるので、組み立て、設置が容易になるという利点がある。   Thus, the after heater 240 itself may be provided with a telescopic structure, and the length thereof may be variable. Since the number of parts is reduced, there is an advantage that the assembly and installation become easy.

他の構成については、第1の実施形態に係る結晶育成装置と同様であるので、その説明を省略する。   Since other configurations are the same as those of the crystal growth apparatus according to the first embodiment, the description thereof is omitted.

[実施例]
実施例においては、シミュレーション実験を行った例について説明する。
[Example]
In the embodiment, an example of performing a simulation experiment will be described.

例えば、酸化物単結晶の直径がφ100mm、全長が170mm(引き上げ長さは140mm)の育成を想定した場合、本実施例のアフター・ヒーターは、円筒形状で、3個の径の違うアフター・ヒーターを重ね合わせて配置する。径は、φ148mm、φ144mm、φ140mmとして、径方向に重ねて配置する。各々の長さは、48mmである。この場合、アフター・ヒーターの最小長さは48mmであり、最大長さは140mmとなる。   For example, assuming growth of an oxide single crystal with a diameter of 100 mm and a total length of 170 mm (with a pulling length of 140 mm), the after heater of this example has a cylindrical shape and three different after heaters. Place them on top of each other. The diameters are arranged in the radial direction as φ148 mm, φ144 mm, and φ140 mm. Each length is 48 mm. In this case, the after heater has a minimum length of 48 mm and a maximum length of 140 mm.

厚みは、1.0mm、アフター・ヒーターの上端及び下端には突起、1.0mmを設ける。突起は、アフター・ヒーター上端は内側方向に、下端は外側方向に円周の全周に設定する。突起を全周とすることで上下の突起の係合位置を気にせず配置することが可能である。   The thickness is 1.0 mm, and protrusions and 1.0 mm are provided on the upper and lower ends of the after heater. The protrusions are set to the entire circumference of the circumference, with the upper end of the after heater inward and the lower end outward. By making the projections all around, it is possible to arrange without regard to the engagement position of the upper and lower projections.

また、突起ではなく、第2の実施形態で示したようにテーパーをアフター・ヒーターに付ける場合は、育成した結晶に干渉に無いように設定すれば良い。例えば、鉛直方向に対し0.5度〜2度傾けることが好ましい。   In addition, when a taper is attached to the after heater as shown in the second embodiment instead of the protrusion, it may be set so as not to interfere with the grown crystal. For example, it is preferable to incline by 0.5 degrees to 2 degrees with respect to the vertical direction.

図9は、本実施例に係る結晶育成装置のアフター・ヒーターの一例の発熱分布をルツボ底部中央部からアフター・ヒーター上端までシミュレーションした時のグラフである。   FIG. 9 is a graph when a heat generation distribution of an example of the after heater of the crystal growing apparatus according to the present embodiment is simulated from the crucible bottom center to the after heater upper end.

なお、このシミュレーションは、酸化物単結晶の直径がφ100mmで、全長が170mm(引き上げ長さは140mm)の育成を想定し、本実施例のアフター・ヒーターは、円筒形状で、3個を径の違うφ148mm、φ144mm、φ140mmとして、重ねて配置した。各々の長さは、48mmとした。この時、アフター・ヒーターの最小長さは、48mmであり、最大長さは140mmとした。厚みは、1.0mm、アフター・ヒーターの上端及び下端には突起、1.0mmを設けた。突起は、アフター・ヒーター上端は内側方向に、下端は外側方向に円周の全周に設定した。ルツボ径はφ175mmとした。   In this simulation, the growth of an oxide single crystal with a diameter of φ100 mm and a total length of 170 mm (with a pull-up length of 140 mm) is assumed, and the after heater of this example has a cylindrical shape and 3 pieces in diameter. Different Φ148 mm, Φ144 mm, and Φ140 mm were arranged in an overlapping manner. Each length was 48 mm. At this time, the minimum length of the after heater was 48 mm, and the maximum length was 140 mm. The thickness was 1.0 mm, and a protrusion 1.0 mm was provided on the upper and lower ends of the after heater. The protrusions were set to the entire circumference of the circumference, with the upper end of the after-heater being inward and the lower end being outward. The diameter of the crucible was φ175 mm.

図9から判るように、発熱分布は、ルツボ底面から170mmの位置が融液界面の位置であり、従来のアフター・ヒーター(グラフ上は(固定)、曲線C)に比べ、本実施例のアフター・ヒーターの育成初期(グラフ上は可動(初期)、曲線A)は、発熱量が抑えられている。また、本実施例のアフター・ヒーターの育成後期(グラフ上は可動(後期)、曲線B)は、ほぼ、従来のアフター・ヒーターと同じで、アフター・ヒーターの上端部は、同じ発熱量になる。   As can be seen from FIG. 9, the heat generation distribution is such that the position of the melt interface is 170 mm from the bottom of the crucible and the position of the melt interface, compared with the conventional after heater ((fixed on graph, curve C). -In the initial stage of heater growth (movable (initial) on the graph, curve A), the amount of generated heat is suppressed. In addition, the rear stage of growth of the after heater of this example (the movable on the graph (later), curve B) is almost the same as the conventional after heater, and the upper end of the after heater has the same calorific value .

曲線Aに示されるように、育成初期のアフター・ヒーターの発熱量を抑制することで、加熱量を調整したいときに、加熱量を増加させてもよい範囲を多く確保することができ、温度制御を容易にすることができる。これにより、育成初期の結晶の多結晶化を効果的に防止することができる。   As shown in the curve A, by suppressing the calorific value of the after heater at the initial stage of growth, it is possible to secure many ranges in which the heating amount may be increased when it is desired to adjust the heating amount. Can be made easier. Thereby, it is possible to effectively prevent polycrystallization of the crystal at the initial stage of growth.

一方、育成後期のアフター・ヒーターの発熱量は従来から大きな問題は無いので、曲線B、Cに示されるように、従来と同様の発熱量を確保でき、十分な発熱量を得ることができていることが示されている。   On the other hand, since the calorific value of the after heater at the rear stage of the growth has not been a big problem conventionally, as shown by the curves B and C, the calorific value similar to the conventional one can be secured and a sufficient calorific value can be obtained. Is shown.

図10は、本実施例に係る結晶育成装置のアフター・ヒーターの一例の育成初期のルツボ内の融液の深さ方向における温度分布を示した図である。図10(a)は、ルツボ底部からルツボ上面までの温度分布をシミュレーションした時のグラフである。図10(b)は、本実施例の温度分布のシミュレーション範囲を示しており、図10(c)は、従来例の温度分布のシミュレーション範囲を示している。図10(a)において、曲線Dが本実施例、曲線Eが従来例のシミュレーション結果を示している。   FIG. 10 is a diagram showing the temperature distribution in the depth direction of the melt in the crucible in the initial stage of growth of an example of the after-heater of the crystal growth apparatus according to this example. FIG. 10A is a graph when the temperature distribution from the bottom of the crucible to the top surface of the crucible is simulated. FIG. 10 (b) shows the simulation range of the temperature distribution of this embodiment, and FIG. 10 (c) shows the simulation range of the temperature distribution of the conventional example. In FIG. 10A, a curve D indicates the simulation result of the present embodiment, and a curve E indicates the simulation result of the conventional example.

なおシミュレーションの条件は、図9における条件と同様である。従来のアフター・ヒーター(グラフ上は(固定)、曲線E)は、アフター・ヒーターが長いため融液上部が暖められ、結晶と融液の界面を融点にするために必要なるつぼの発熱が小さくなるため、垂直方向の温度勾配は小さくなり、結晶育成のための温度制御が難しい。本実施例のアフター・ヒーター(グラフ上は可動、曲線D)は、育成初期時は円筒体が重なり高さが低く、従来アフター・ヒーターの時と比べ融液上部はさほど暖められていない。このため、るつぼの発熱が増え融液内の垂直方向の温度勾配は大きくなり、温度制御は容易になる。   The simulation conditions are the same as the conditions in FIG. In the conventional after heater (in the graph (fixed), curve E), the melt top is warmed because the after heater is long, and the heat generation of the crucible required to bring the crystal-melt interface to the melting point is small Therefore, the temperature gradient in the vertical direction becomes small, and temperature control for crystal growth is difficult. In the after heater (moving on the graph, curve D) of the present embodiment, the height of the cylinders is low at the initial stage of growth, and the melt upper portion is not so much warmed as compared with the conventional after heater. For this reason, the heat generation of the crucible increases and the temperature gradient in the melt in the vertical direction becomes large, and the temperature control becomes easy.

図11は、本実施例に係る結晶育成装置のアフター・ヒーターの一例の育成初期の融液表面の半径方向における温度分布を示した図である。図11(a)は、ルツボ中央部からルツボ外径方向にシミュレーションした時のグラフである。図11(b)は、本実施例の温度分布のシミュレーション範囲を示しており、図11(c)は、従来例の温度分布のシミュレーション範囲を示している。図11(a)において、曲線Fが本実施例、曲線Gが従来例のシミュレーション結果を示している。   FIG. 11 is a view showing the temperature distribution in the radial direction of the melt surface at the initial stage of growth of an example of the after heater of the crystal growth apparatus according to the present embodiment. FIG. 11A is a graph when a simulation is performed in the crucible outer diameter direction from the center of the crucible. FIG. 11 (b) shows the simulation range of the temperature distribution of this embodiment, and FIG. 11 (c) shows the simulation range of the temperature distribution of the conventional example. In FIG. 11A, the curve F shows the simulation result of the present example, and the curve G shows the simulation result of the conventional example.

なおシミュレーションの条件は、図9における条件と同様である。従来のアフター・ヒーター(グラフ上は(固定)、曲線G)は、垂直方向の温度勾配と同様に、融液表面の水平方向の温度勾配も小さく、結晶育成の制御が難しい。一方、本実施例のアフター・ヒーター(グラフ上は可動、曲線F)は、育成初期時は円筒体が重なり高さが低く、従来アフター・ヒーターの時と比べ融液上部はさほど暖められていないため、るつぼの発熱が増え水平方向の温度勾配は大きくなり、温度制御は容易になる。   The simulation conditions are the same as the conditions in FIG. The conventional after-heater ((fixed) on the graph, curve G) has a small temperature gradient in the horizontal direction on the melt surface as well as the temperature gradient in the vertical direction, making it difficult to control crystal growth. On the other hand, in the after heater of this example (moving on the graph, curve F), at the initial stage of growth, the cylinders overlap and the height is low, and the melt upper part is not heated so much compared to the conventional after heater. Therefore, the heat generation in the crucible increases, the temperature gradient in the horizontal direction increases, and temperature control becomes easy.

図12は、本実施例に係る結晶育成装置のアフター・ヒーターの一例の育成後期の結晶内の高さ方向における温度分布を示した図である。図12(a)は、結晶底部から結晶上端までの温度分布をシミュレーションした時のグラフである。図12(b)は、本実施例の温度分布のシミュレーション範囲を示しており、図12(c)は、従来例の温度分布のシミュレーション範囲を示している。図12(a)において、曲線Hが本実施例、曲線Iが従来例のシミュレーション結果を示している。   FIG. 12 is a view showing the temperature distribution in the height direction in the crystal in the later stage of the growth of an example of the after heater of the crystal growth apparatus according to the present embodiment. FIG. 12 (a) is a graph when simulating the temperature distribution from the bottom of the crystal to the top of the crystal. FIG. 12 (b) shows the simulation range of the temperature distribution of the present embodiment, and FIG. 12 (c) shows the simulation range of the temperature distribution of the conventional example. In FIG. 12A, the curve H shows the simulation result of the present example, and the curve I shows the simulation result of the conventional example.

なお、シミュレーションの条件は、図9における条件と同様である。結晶内の垂直方向の上下端の温度差は、従来のアフター・ヒーター(グラフ上は(固定)、曲線I)の場合50℃、本実施例のアフターヒーター(グラフ上は可動、曲線H)の場合55℃とほぼ同じになり、育成中結晶内の応力増加や割れが起きる可能性は低い。   The conditions for simulation are the same as the conditions in FIG. The temperature difference between the upper and lower ends in the vertical direction in the crystal is 50 ° C. in the case of the conventional after heater (the graph is (fixed), curve I), and the temperature of the after heater (movable on the graph, curve H) of this embodiment is In this case, the temperature is almost the same as 55 ° C., and it is unlikely that stress increases or cracks occur in the crystal during growth.

上記のシミュレーション結果より、本実施例のアフター・ヒーターを用いることで、育成初期は、融液内の垂直方向及び水平方向の温度勾配は大きくなり、温度制御は容易になることが示された。これにより、育成条件の設定幅に余裕を持つことができる。育成後期は、従来のアフター・ヒーターとほぼ同等となる。このため、育成初期に温度制御が容易になり、結晶の長さを長尺化してもその条件を適正に設定することが可能となる。また、育成後期は、結晶長の長さに対応したアフター・ヒーターの長さを設定することで、結晶の長尺化が図れる。   From the above simulation results, it was shown that by using the after-heater of this example, the temperature gradient in the vertical and horizontal directions in the melt was increased at the initial stage of growth, and temperature control was facilitated. Thereby, there can be a margin in the setting range of the growth conditions. The latter half of the growth is almost the same as the conventional after-heater. For this reason, temperature control becomes easy at the initial stage of growth, and the conditions can be set appropriately even if the length of the crystal is increased. In the later stage of growth, the length of the crystal can be increased by setting the length of the after heater corresponding to the length of the crystal.

以上、本発明の好ましい実施形態及び実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施形態及び実施例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、上述した実施形態及び実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。   The preferred embodiments and examples of the present invention have been described in detail above. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments and examples, and the above-described embodiments and examples can be performed without departing from the scope of the present invention. Various modifications and substitutions may be made to the embodiments.

10 ルツボ
20 ルツボ台
30 リフレクタ
40、140、240 アフター・ヒーター
41、42、43 円筒部材
141、142、143 中空部材
50 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
73 アフター・ヒーター取り付け治具
74 治具支持部
80 誘導コイル
90 電源
100 制御部
150 種結晶
160 結晶原料
170 単結晶(結晶体)
10 crucible 20 crucible base 30 reflector 40, 140, 240 after heater 41, 42, 43 cylindrical member 141, 142, 143 hollow member 50 heat insulating material 60 refractory 70 pulling shaft 71 seed crystal holding portion 72 pulling shaft driving portion 73 after Heater mounting jig 74 jig supporting unit 80 induction coil 90 power supply 100 control unit 150 seed crystal 160 crystal raw material 170 single crystal (crystal)

Claims (7)

原料融液を貯留可能な金属製のルツボと、
前記ルツボの周囲に配置された加熱用の誘導コイルと、
前記ルツボの上方に配置された中空形状を有する金属製のアフター・ヒーターと、
前記原料融液から結晶を引き上げ可能な引き上げ軸と、を有し、
前記アフター・ヒーターは、前記引き上げ軸の移動方向において長さが可変である結晶育成装置。
A metal crucible capable of storing the raw material melt,
A heating induction coil disposed around the crucible;
A metallic afterheater having a hollow shape disposed above the crucible;
And a pulling shaft capable of pulling a crystal from the raw material melt;
The after-heater is a crystal growth apparatus in which the length is variable in the moving direction of the pulling shaft.
前記アフター・ヒーターの長さは、前記結晶の育成に応じて伸長する請求項1に記載の結晶育成装置。   The crystal growing apparatus according to claim 1, wherein the length of the after heater extends in accordance with the growth of the crystal. 前記アフター・ヒーターは、前記引き上げ軸に連結されている請求項2に記載の結晶育成装置。   The crystal growth apparatus according to claim 2, wherein the after heater is connected to the pulling shaft. 前記アフター・ヒーターは、ワイヤー又はロッドを介して前記引き上げ軸に連結されている請求項3に記載の結晶育成装置。   The crystal growing apparatus according to claim 3, wherein the after heater is connected to the pulling shaft via a wire or a rod. 前記アフター・ヒーターは、前記中空形状の径方向において重ねて配置された異なる径を有する複数の中空部材を有するとともに、隣接する中空部材同士の一方が所定高さ引き上げられたときに他方が係合して引き上げられる連結的な引き上げ構造を有する請求項4に記載の結晶育成装置。   The after-heater has a plurality of hollow members having different diameters arranged in an overlapping manner in the radial direction of the hollow shape, and when one of the adjacent hollow members is pulled up by a predetermined height, the other is engaged The crystal growing apparatus according to claim 4, wherein the crystal growing apparatus has a connected pulling structure that is pulled up. 前記複数の中空部材のうち、最初に引き上げられる中空部材にのみ前記ワイヤー又はロッドが直接的に連結されている請求項5に記載の結晶育成装置。   The crystal growing apparatus according to claim 5, wherein the wire or the rod is directly connected only to the hollow member which is pulled up first among the plurality of hollow members. 金属製のルツボに貯留された原料融液に、引き上げ軸に保持された種結晶を接触させ、結晶の引き上げを開始する工程と、
少なくとも前記結晶の高さの周囲を覆うように、前記結晶の引き上げに応じて前記ルツボの上方に配置された金属製のアフター・ヒーターを延伸させる工程と、を有する結晶育成方法。
Bringing a raw material melt stored in a metal crucible into contact with a seed crystal held on a pulling shaft to start pulling the crystal;
Extending a metal after-heater disposed above the crucible in response to the pulling of the crystal so as to cover at least the periphery of the height of the crystal.
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