JP2020063163A - Apparatus for manufacturing single crystal - Google Patents

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Abstract

To provide an apparatus for manufacturing a single crystal, capable of preventing a part of the raw material of a granular raw material melting vessel from contaminating a single crystal product to manufacture a high quality single crystal.SOLUTION: In the apparatus for manufacturing a single crystal, capable of supplying a granular raw material to granular raw material melting means, melting the supplied granular raw material using the granular raw material melting means, supplying the obtained raw material melt into a melt formed on the upper surface of a lower seed single crystal to form a mixed melt, depositing a solid as a single crystal from the mixed melt to manufacture a large-sized single crystal, the granular raw material melting means comprises at least: a granular raw material melting vessel made of the same material as the single crystal and having an approximately recessed shape; and an infrared irradiation device provided above the granular raw material melting vessel and irradiating the granular raw material supplied in the granular raw material melting vessel with infrared to melt the granular raw material and form the raw material melt.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、組成を最適組成に均質化しながら高効率に高品質な大型の単結晶を製造する単結晶製造装置に関する。   TECHNICAL FIELD The present invention relates to a single crystal production apparatus for producing a large single crystal of high quality with high efficiency while homogenizing the composition to an optimum composition.

単結晶とは、その物質を構成する原子が規定された様式に従って全域に亘ってきちんと配列している材料を指す。このような単結晶は、原子配列の乱れが少なく物質本来の特性が顕著に表れることから、半導体材料,光学材料など様々な分野で利用されている。   A single crystal refers to a material in which the atoms that form the substance are arranged properly over the entire area in a defined manner. Such a single crystal is used in various fields such as a semiconductor material and an optical material, because the original characteristics of the substance are notably disturbed and the atomic arrangement is not disturbed.

単結晶材料を産業用に利用する際には、特性が優れていることはもちろんのこと、単結晶の製造や加工コストが低いことも重要な要素である。主要な半導体材料であるシリコン(Si)、蛍光体材料である硅酸ルテチウム(LSO;Lu2SiO5)、レーザ材料であるイットリウムアルミニウムガーネット(YAG;Y3Al5O12)などの単結晶は、いずれも「引上法」で製造された製品である。 When using a single crystal material for industrial purposes, not only excellent characteristics but also low manufacturing and processing costs of the single crystal are important factors. Single crystals such as silicon (Si) which is the main semiconductor material, lutetium silicate (LSO; Lu 2 SiO 5 ) which is a phosphor material, and yttrium aluminum garnet (YAG; Y 3 Al 5 O 12 ) which is a laser material are , Are all products manufactured by the "pull-up method".

前述のSi,LSO,YAGなどの単結晶材料は、それぞれ有用な添加物を必要な濃度に添加した材料が使われる。たとえばSiの場合には、リンを添加したN型半導体として、もしくはホウ素を添加したP型半導体として利用されている。またLSOにはセリウム、YAGにはネオジウムがそれぞれ添加されている。   As the above-mentioned single crystal materials such as Si, LSO, and YAG, materials in which useful additives are added to required concentrations are used. For example, Si is used as an N-type semiconductor with phosphorus added or as a P-type semiconductor with boron added. Cerium is added to LSO, and neodymium is added to YAG.

これらの添加物を含む材料を前述の引上法で製造する際には、適当なルツボ中で原料を融解し、得られた融液中に種子単結晶を浸してこれを太らせながら上方に引上げて単結晶を製造している。   When manufacturing the material containing these additives by the above-mentioned pulling method, the raw material is melted in a suitable crucible, and the seed single crystal is dipped in the obtained melt to thicken it while upward. It is pulled up to produce a single crystal.

この方法は、融液全体を上方から下方に固化させる、いわゆる一方向凝固法に属する方法なので、融液から固体としての単結晶を製造する際に発生する偏析現象により、得られた単結晶中の添加物濃度が一定にならないという欠点がある。   This method is a method of solidifying the entire melt from the top to the bottom, which is a method belonging to the so-called unidirectional solidification method, so by the segregation phenomenon that occurs when producing a single crystal as a solid from the melt, in the obtained single crystal However, there is a drawback in that the additive concentration of is not constant.

すなわち融液中の添加物濃度と、固化した単結晶中の添加物濃度とは、同じにならず、物質によって規定された比率で固化が進む。この比率を「分配係数」と呼び、融液中の添加物濃度を1とした場合、生成する単結晶中の添加物濃度は、たとえばシリコンにリンを添加した場合には0.35程度、LSOにCeを添加した場合には0.2程度とされている。   That is, the additive concentration in the melt and the additive concentration in the solidified single crystal are not the same, and solidification proceeds at a ratio defined by the substance. This ratio is called the “partition coefficient”, and when the additive concentration in the melt is 1, the additive concentration in the single crystal produced is, for example, about 0.35 when phosphorus is added to silicon and Ce when added to LSO. When added, it is said to be about 0.2.

したがって、添加物を含む融液から固化が開始されると、生成した単結晶中の添加物濃度は、最初は融液中よりも低くなり、差分は融液中に残る。したがって成長が進むにつれて融液中の添加物濃度は次第に濃くなる。融液中の添加物濃度と、生成する単結晶中の添加物濃度の比は「分配係数」で規定されているので、結晶化が進み融液中の添加物濃度が上昇すると、生成する単結晶中の添加物濃度も次第に濃くなる。   Therefore, when solidification is started from the melt containing the additive, the concentration of the additive in the generated single crystal becomes lower than that in the melt at first, and the difference remains in the melt. Therefore, as the growth proceeds, the concentration of the additive in the melt gradually increases. The ratio of the additive concentration in the melt to the additive concentration in the resulting single crystal is defined by the "partition coefficient," so if crystallization progresses and the additive concentration in the melt increases, the The additive concentration in the crystal also gradually increases.

単結晶材料の他の製造方法として、浮遊帯域溶融法が知られている。この浮遊帯域溶融法は、一般的には丸棒状に成形された原料棒の下端と、この原料棒の下側に配置した種子単結晶の上面とを融解し、両者の融液同士を接合させて融液を上側の原料棒と下側の種子単結晶の間に表面張力で保持させながら、融液の上側では原料の融解、融液の下側では融液から固体としての単結晶を析出させて単結晶棒を製造する方法である。   A floating zone melting method is known as another method for producing a single crystal material. This floating zone melting method is generally a method of melting the lower end of a raw material rod formed into a round bar shape and the upper surface of a seed single crystal arranged on the lower side of this raw material rod, and joining both melts together. While maintaining the melt with surface tension between the upper raw material rod and the lower seed single crystal, the raw material is melted on the upper side of the melt, and the single crystal as a solid is precipitated from the melt on the lower side of the melt. This is a method for producing a single crystal ingot.

原料の融解手段としては、高周波誘導を利用する高周波浮遊帯域溶融法(高周波FZ法)、赤外線を照射して融液を形成させる赤外線浮遊帯域溶融法(赤外線FZ法)が知られている。   As a raw material melting means, a high-frequency floating zone melting method utilizing high-frequency induction (high-frequency FZ method) and an infrared floating zone melting method forming a melt by irradiating infrared rays (infrared FZ method) are known.

この高周波FZ法および赤外線FZ法は、原料の融液中への供給と、融液からの単結晶の析出とが継続される。したがって、得られた単結晶中の添加物濃度と原料中の添加物濃度とが定常状態では同一となり、組成が均質な単結晶製品を得ることができる。またルツボを使用しないので、ルツボ成分の混入の無い高純度な単結晶の製造ができ、さらに適当なルツボ材が見当たらない原料の融解に適している。   In the high frequency FZ method and the infrared FZ method, the supply of the raw material into the melt and the precipitation of the single crystal from the melt are continued. Therefore, the additive concentration in the obtained single crystal and the additive concentration in the raw material are the same in a steady state, and a single crystal product having a uniform composition can be obtained. Further, since no crucible is used, it is possible to manufacture a high-purity single crystal that does not contain a crucible component, and is suitable for melting a raw material for which no suitable crucible material is found.

しかしながら高周波FZ法は、安定した高周波誘導を継続させるために緻密で高品質な原料棒が必要であり、かつ絶縁体材料への適用が困難である。   However, the high-frequency FZ method requires a dense and high-quality raw material rod to continue stable high-frequency induction, and is difficult to apply to an insulating material.

さらに赤外線FZ法は、絶縁体材料から良導体材料まで幅広く適用でき、原料棒も高緻密性を必ずしも必要としないなどの利点が知られているものの、製造可能な棒状の単結晶の直径が20〜30mm程度と小さく、専ら研究開発用としての使用にとどまっている。   Further, the infrared FZ method is widely applicable from an insulating material to a good conductor material, and although it is known that the raw material rod does not necessarily need to be highly dense, the diameter of the rod-shaped single crystal that can be manufactured is 20 to It is as small as 30 mm, and it is used only for research and development.

なお赤外線FZ法では、従来、試料に対して水平方向から赤外線を照射していた。この水平照射型赤外線FZ法(以下、水平FZ法とも称する。)では大口径の単結晶が製造できず、その理由は、大口径の単結晶を製造するのに必要な大口径の融液を形成することが困難だからである。   In the infrared FZ method, conventionally, infrared rays were radiated onto the sample from the horizontal direction. A large-diameter single crystal cannot be produced by this horizontal irradiation infrared FZ method (hereinafter, also referred to as a horizontal FZ method) because the melt having a large diameter necessary for producing a large-diameter single crystal is used. It is difficult to form.

すなわち、赤外線を原料に照射して融液を形成させることができるということは、赤外線が原料に吸収されて熱となっていることを意味する。赤外線は、融液中を通過しながら融液に吸収されていくので、融液の深部まで到達可能な赤外線量は次第に少なくなる。   That is, being able to irradiate the raw material with infrared rays to form a melt means that the infrared rays are absorbed by the raw material and become heat. Since infrared rays are absorbed by the melt while passing through the melt, the amount of infrared rays that can reach the deep part of the melt gradually decreases.

このため、融液の表面から離れるにつれて融液の温度は下がり、育成される単結晶と融液および原料棒と融液との界面形状は、いずれも融液に対して凸状となる傾向がある。   Therefore, the temperature of the melt decreases as the distance from the surface of the melt increases, and the interface shape between the single crystal and the melt grown and the raw material rod and the melt tend to be convex with respect to the melt. is there.

したがって融液の中心部近傍では、上側の原料棒と下側の結晶棒との間隔が、融液の外周部に比べて狭くなっている。原料棒と結晶棒が接触すると融液形状が乱れ、さらに融液が落下して単結晶の製造が継続できなくなるので、原料棒と結晶棒との間隔はできるだけ広く維持することが望ましい。   Therefore, in the vicinity of the central portion of the melt, the distance between the upper material rod and the lower crystal rod is narrower than that in the outer peripheral portion of the melt. When the raw material rod and the crystal rod come into contact with each other, the shape of the melt is disturbed, and the melt further falls to make it impossible to continue the production of the single crystal. Therefore, it is desirable to keep the distance between the raw material rod and the crystal rod as wide as possible.

上側の原料棒と下側の結晶棒とが接触することを避けるため、育成される単結晶の中心部で赤外線量を増やそうとすると、外側部では融液量が増えて融液が垂れ易くなってしまう。したがって直径30mmを超えるような大口径の単結晶の製造は、水平FZ法では極めて困難であった。   In order to avoid contact between the upper raw material rod and the lower crystal rod, when trying to increase the infrared ray amount in the center portion of the single crystal to be grown, the melt amount in the outer portion increases and the melt easily drops. Will end up. Therefore, it was extremely difficult to manufacture a single crystal having a large diameter exceeding 30 mm by the horizontal FZ method.

そこで赤外線を斜め上方から下方に向かって照射する傾斜照射型赤外線FZ法(以下、傾斜FZ法とも称する。)が、本発明者によって開発された。この傾斜FZ法では、原料を融解して形成される融液が、重力により下方に自然に流れて移動し、下部に配置されている種子単結晶の上に乗ることになる。   Therefore, a tilt irradiation type infrared FZ method (hereinafter also referred to as a tilt FZ method) of irradiating infrared rays from obliquely above to below has been developed by the present inventor. In the tilted FZ method, the melt formed by melting the raw material naturally flows downward due to gravity and moves, and gets on the seed single crystal arranged in the lower part.

種子単結晶の上面が平坦状もしくは凹状であれば、種子単結晶の上面に乗る融液は表面張力で維持される。したがってこの傾斜FZ法は、原理的には種子単結晶の直径が大きくても、種子単結晶上に安定的に融液を保持することができ、育成可能な単結晶の直径に制限が無い。   If the upper surface of the seed single crystal is flat or concave, the melt on the upper surface of the seed single crystal is maintained by surface tension. Therefore, in principle, the gradient FZ method can stably hold the melt on the seed single crystal even if the diameter of the seed single crystal is large, and the diameter of the single crystal that can be grown is not limited.

したがって原料の融解と、形成される融液の下方での単結晶としての固化を安定的に維持することを同時に実現できれば、大口径の単結晶を製造することができる(特許文献1)。   Therefore, if it is possible to simultaneously realize the melting of the raw material and the stable solidification of the formed melt as a single crystal below, a single crystal having a large diameter can be produced (Patent Document 1).

これまでに、傾斜FZ法によってシリコン単結晶の製造が試みられ、既に直径150mm程度の大口径の単結晶が製造されている。従来の水平FZ法で製造可能なシリコン単結晶は直径30mm程度とされていたので、格段の進歩である。   Up to now, the production of a silicon single crystal has been attempted by the tilted FZ method, and a single crystal having a large diameter of about 150 mm has already been produced. The silicon single crystal that can be manufactured by the conventional horizontal FZ method has a diameter of about 30 mm, which is a remarkable advance.

傾斜FZ法は、原料に赤外線を照射して融解し、固化させて単結晶を製造する方法である。「粒状原料を棒状に成形して使用する方法」が一般的であったが、傾斜FZ法は、粒状原料をそのまま融解して単結晶として固化させても良い方法である。   The tilted FZ method is a method of irradiating a raw material with infrared rays to melt and solidify the raw material to produce a single crystal. The “method of forming the granular raw material into a rod shape and using it” was general, but the inclined FZ method is a method in which the granular raw material may be melted as it is and solidified as a single crystal.

このことは種子単結晶の上面に融液を形成させ、この融液中に、粒状原料を融解して得られる原料融液を落下させ、形成される混合融液から、単結晶を固化させる方法が可能となったことを意味する。   This is a method of forming a melt on the upper surface of a seed single crystal, dropping a raw material melt obtained by melting a granular raw material into the melt, and solidifying the single crystal from the mixed melt formed. Means that it has become possible.

そこで本発明者によって、従来法である「粒状原料を棒状に成形して使用する方法」の代わりに、粒状原料融解手段を用いて粒状原料をそのまま融解し、得られた原料融液を種子単結晶の上面に形成されている融液中に供給し、生成する混合融液から単結晶を固化させる単結晶製造装置および単結晶製造方法が見出された(特許文献2,特許文献3)。   Therefore, the present inventor melts the granular raw material as it is by using a granular raw material melting means, instead of the conventional method of “forming the granular raw material into a rod shape and using it”, and the obtained raw material melt is used as a seed seed. A single crystal production apparatus and a single crystal production method have been found in which a single crystal is solidified from a mixed melt produced by supplying it into a melt formed on the upper surface of the crystal (Patent Documents 2 and 3).

これにより、原料の融解に必要なエネルギーを、大型の原料棒を使用する従来の方式と比べて格段に少なくすることができ、また育成の途中で、粒状原料を収納するホッパー内に粒状原料を補給することが可能となったので、極めて容易に大口径で長尺の単結晶を製造することができるようになった。   As a result, the energy required for melting the raw material can be significantly reduced compared to the conventional method using a large raw material rod, and the granular raw material is stored in the hopper for storing the granular raw material during the growing process. Since it has become possible to replenish it, it has become possible to very easily manufacture a long single crystal having a large diameter.

特許第5279727号公報Japanese Patent No. 5279727 国際出願番号PCT/JP2018/013162International application number PCT / JP2018 / 013162 国際出願番号PCT/JP2018/013163International application number PCT / JP2018 / 013163

なお特許文献2,3に記載の単結晶製造装置および単結晶製造方法では、粒状原料を融解する粒状原料融解容器の材質について、融解した原料融液を安定的に保持することのできる材質を選択する必要がある。   In the single crystal manufacturing apparatus and the single crystal manufacturing method described in Patent Documents 2 and 3, as the material of the granular raw material melting container for melting the granular raw material, a material capable of stably holding the molten raw material melt is selected. There is a need to.

しかしながら、実際には粒状原料融解容器と原料融液とが反応してしまい、この反応が無視できない場合もある。   However, in reality, the granular raw material melting container and the raw material melt react with each other, and in some cases, this reaction cannot be ignored.

例えば、シリコンの粒状原料を溶融、保持するために粒状原料融解容器として石英を使用すると、シリコンと石英との反応により、一酸化ケイ素(SiO)が発生し、発生した一酸化ケイ素(SiO)の一部が単結晶製品中に混入してしまう欠点があった。   For example, when quartz is used as a granular raw material melting container for melting and holding a granular raw material of silicon, silicon monoxide (SiO) is generated by the reaction between silicon and quartz, and the generated silicon monoxide (SiO) There was a drawback that some of them were mixed in the single crystal product.

これを避けるため、石英のかわりに炭化ケイ素を粒状原料融解容器の材料として使用しようとすると、大型で高品質な炭化ケイ素製の粒状原料融解容器を製造することが困難である上に、今度は炭化ケイ素がシリコン単結晶製品中に混入してしまう問題があった。   In order to avoid this, if silicon carbide is used as a material for the granular raw material melting container instead of quartz, it is difficult to manufacture a large-sized and high-quality silicon carbide granular raw material melting container, and in addition, There is a problem that silicon carbide is mixed in the silicon single crystal product.

他にもタンタル酸リチウム単結晶を製造する場合には、粒状原料融解容器の材質としてイリジウム金属を使用することが一般的であるが、イリジウム金属は酸化性雰囲気中では酸化イリジウムを生成し、これが単結晶製品中に混入してしまう欠点があった。   In addition, when manufacturing a lithium tantalate single crystal, it is common to use iridium metal as the material of the granular raw material melting vessel, but iridium metal produces iridium oxide in an oxidizing atmosphere, and this There was a drawback that it was mixed in the single crystal product.

酸化ガリウム単結晶を製造する場合も、イリジウム金属製の粒状原料融解容器を使用すると、酸化イリジウムが単結晶製品中に混入してしまう欠点があった。これを避けるために還元性雰囲気を保持しようとすると、酸化ガリウムの蒸発が激しくなってしまう現象が発生してしまう。   Also in the case of producing a gallium oxide single crystal, the use of a granular raw material melting vessel made of iridium metal has a drawback that iridium oxide is mixed in the single crystal product. If an attempt is made to maintain a reducing atmosphere in order to avoid this, a phenomenon will occur in which gallium oxide vaporizes violently.

本発明はこのような実情に鑑みなされたものであって、粒状原料融解容器の原料の一部が単結晶製品に混入してしまうことを防止し、高品質な単結晶を製造することのできる単結晶製造装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and it is possible to prevent a part of the raw material of the granular raw material melting container from being mixed in the single crystal product, and to manufacture a high quality single crystal. An object is to provide a single crystal manufacturing apparatus.

本発明は、前述した従来技術における問題点を解決するために発明されたものであって、
本発明の単結晶製造装置は、
粒状原料を粒状原料融解手段に供給し、さらに供給された前記粒状原料を前記粒状原料融解手段で融解し、得られた原料融液を下方の種子単結晶の上面に形成される融液中に供給して混合融液とし、前記混合融液から固体を単結晶として析出させ、大型の単結晶を製造する単結晶製造装置であって、
前記粒状原料融解手段は、
前記単結晶と同一素材からなる略凹状の粒状原料融解容器と、
前記粒状原料融解容器の上方に設けられ、前記粒状原料融解容器内に供給された粒状原料に赤外線を照射して融解し、原料融液とする赤外線照射装置と、
を少なくとも有することを特徴とする。
The present invention has been invented to solve the above-mentioned problems in the prior art,
The single crystal production apparatus of the present invention,
The granular raw material is supplied to the granular raw material melting means, and the supplied granular raw material is melted by the granular raw material melting means, and the raw material melt obtained is in the melt formed on the upper surface of the seed single crystal below. A single crystal production apparatus for producing a large single crystal by supplying a mixed melt and precipitating a solid from the mixed melt as a single crystal,
The granular raw material melting means,
A substantially concave granular raw material melting container made of the same material as the single crystal,
An infrared irradiation device which is provided above the granular raw material melting container and radiates infrared rays to the granular raw material supplied in the granular raw material melting container to melt the raw material melt,
At least.

製造される単結晶と同一素材からなる粒状原料融解容器を用い、この粒状原料融解容器中に供給された粒状原料に直接赤外線を照射して、粒状原料を融解することで、不純物を有することのない原料融液を得ることができる。したがってこの原料融液を用いれば不純物が混入することのない、高品質な単結晶を製造することができる。   A granular raw material melting vessel made of the same material as the single crystal to be produced is used, and the granular raw material supplied into the granular raw material melting vessel is directly irradiated with infrared rays to melt the granular raw material, thereby making it possible to have impurities. It is possible to obtain a raw material melt. Therefore, by using this raw material melt, it is possible to manufacture a high-quality single crystal in which no impurities are mixed.

さらにこのような粒状原料融解手段であれば、たとえ粒状原料を融解する際に粒状原料融解容器の素材の一部が原料融液中に混入したとしても、混入された素材は育成される単結晶と同一素材であるため、何ら不都合は発生しない。   Further, with such a granular raw material melting means, even if a part of the raw material of the granular raw material melting container is mixed in the raw material melt when melting the granular raw material, the mixed raw material is a single crystal grown. Since it is the same material as, no inconvenience occurs.

また、本発明の単結晶製造装置は、
前記粒状原料融解手段が、複数設けられていることを特徴とする。
Further, the single crystal production apparatus of the present invention,
A plurality of the granular raw material melting means are provided.

粒状原料融解容器中の粒状原料に赤外線を照射して融解し、得られた原料融液を下方の種子単結晶上に供給する際には、粒状原料を連続して粒状原料融解容器中に供給し、形成される原料融液を連続して下方に供給する必要がある。   When the granular raw material in the granular raw material melting container is irradiated with infrared rays to be melted and the resulting raw material melt is supplied onto the seed single crystal below, the granular raw material is continuously supplied into the granular raw material melting container. However, it is necessary to continuously supply the formed raw material melt downward.

原料融液を連続して下方に供給できないと、単結晶の製造が中断されてしまい、脈理や、その他の単結晶製品の性能を劣化させる要因が生じてしまう。   If the raw material melt cannot be continuously supplied downward, the production of the single crystal is interrupted, causing striae and other factors that deteriorate the performance of the single crystal product.

粒状原料を粒状原料融解容器中に供給しながら、粒状原料融解容器中の粒状原料に赤外線を照射して融解し、得られた原料融液を連続的に下方に供給しようとすると、原料融液中に残存する未融解の粒状原料が原料融液と一緒に下方に供給されてしまうおそれがある。   While supplying the granular raw material into the granular raw material melting container, the granular raw material in the granular raw material melting container is irradiated with infrared rays to be melted, and the resulting raw material melt is continuously fed downward. The unmelted granular raw material remaining therein may be supplied downward together with the raw material melt.

そこで粒状原料融解手段を複数設け、例えば一台目の粒状原料融解容器で原料融液を下方に供給している間に、二台目の粒状原料融解容器中に粒状原料を供給し、赤外線を照射して原料融液を形成させる作業を実施し、粒状原料を融解したら一台目の粒状原料融解容器からの原料融液の供給が終了次第、二台目の粒状原料融解容器からの原料融液の供給を開始し、原料融液の下方への供給が、間断なく行われるようにすることが好ましい。   Therefore, a plurality of granular raw material melting means are provided, for example, while the raw material melt is being supplied downward in the first granular raw material melting container, the granular raw material is supplied in the second granular raw material melting container to emit infrared rays. After irradiating to form a raw material melt and melting the granular raw material, as soon as the supply of the raw material melt from the first granular raw material melting container is completed, the raw material melt from the second granular raw material melting container It is preferable to start the supply of the liquid so that the supply of the raw material melt to the lower side is performed without interruption.

なお、二台の粒状原料融解容器では連続した原料融液の供給が間に合わない場合には、三台目の粒状原料融解容器を配置し、所定の供給速度で原料融液が間断なく供給できるようにしても良く、台数は特に限定されないものである。   If the continuous supply of the raw material melt cannot be completed in time between the two granular raw material melting containers, a third granular raw material melting container is arranged so that the raw material melt can be supplied at a predetermined supply speed without interruption. However, the number is not particularly limited.

また、本発明の単結晶製造装置は、
前記粒状原料融解容器の外側に、容器保持具が設けられていることを特徴とする。
Further, the single crystal production apparatus of the present invention,
A container holder is provided outside the granular raw material melting container.

単結晶製品と同じ素材で粒状原料融解容器を製造して使用すると、素材によっては使用中に粒状原料融解容器が割れたり、欠けたりするなどして、安定的な使用継続が困難となることがある。   If a granular raw material melting container is manufactured and used with the same material as the single crystal product, it may be difficult to continue stable use depending on the material because the granular raw material melting container may crack or chip during use. is there.

これを抑止するために粒状原料融解容器の外側に容器保持具を設けておくことにより、たとえ粒状原料融解容器が割れたり、欠けたりしても、単結晶製造には何ら影響が及ばないようにすることができる。   To prevent this, a container holder is provided on the outside of the granular raw material melting container so that even if the granular raw material melting container is cracked or chipped, the single crystal production will not be affected. can do.

また、本発明の単結晶製造装置は、
前記容器保持具の外側に、加熱装置が設けられていることを特徴とする。
Further, the single crystal production apparatus of the present invention,
A heating device is provided outside the container holder.

容器保持具の外側に加熱装置を備えることにより、粒状原料融解容器中の粒状原料を融解するための赤外線量を減らすことができ、効率的な運用が可能となる。さらには粒状原料融解容器を傾けて原料融液を下方に供給する方法を採用した際に、赤外線の照射を一旦停止した場合であっても、融液温度が急激に低下することを抑止できるので、融液を下方に安定的に供給することができる。   By providing the heating device on the outside of the container holder, the amount of infrared rays for melting the granular raw material in the granular raw material melting container can be reduced, and efficient operation becomes possible. Furthermore, when the method of inclining the granular raw material melting container and supplying the raw material melt downward is adopted, it is possible to prevent the melt temperature from dropping sharply even if the irradiation of infrared rays is temporarily stopped. The melt can be stably supplied downward.

また、本発明の単結晶製造装置は、
前記粒状原料融解手段は、
前記粒状原料融解容器の重量を常に測定し、下方に供給される原料融液の供給速度を調整する機能を有する重量測定装置を有することを特徴とする。
Further, the single crystal production apparatus of the present invention,
The granular raw material melting means,
It is characterized by having a weight measuring device having a function of constantly measuring the weight of the granular raw material melting container and adjusting the feed rate of the raw material melt fed downward.

粒状原料融解容器は重量測定装置で常に全体の重量を測定している。これにより、形成される原料融液を所定の供給速度で下方に供給することができる。   The total weight of the granular raw material melting container is constantly measured by a weight measuring device. Thereby, the raw material melt to be formed can be supplied downward at a predetermined supply rate.

また、本発明の単結晶製造装置は、
前記赤外線照射装置には、
前記赤外線照射装置の配設位置をスライド移動させるスライダーが設けられていることを特徴とする。
Further, the single crystal production apparatus of the present invention,
The infrared irradiation device,
It is characterized in that a slider for slidingly moving the position of the infrared irradiation device is provided.

さらに、本発明の単結晶製造装置は、
前記粒状原料融解手段は、
前記粒状原料融解容器を所定の角度に変動する傾斜手段を有することを特徴とする。
Furthermore, the single crystal production apparatus of the present invention,
The granular raw material melting means,
It is characterized by having an inclining means for changing the granular raw material melting container to a predetermined angle.

粒状原料融解容器内に貯留される粒状原料に、上方から赤外線を照射して融解し、原料融液とする。粒状原料融解容器を傾斜させると原料融液は下方に落下されるが、この際に融液温度が下がり固化してしまうことを抑止するためには、原料融液には常に必要量の赤外線が照射されていることが望ましい。   The granular raw material stored in the granular raw material melting container is irradiated with infrared rays from above to be melted to obtain a raw material melt. When the granular raw material melting container is tilted, the raw material melt is dropped downward, but in order to prevent the melt temperature from lowering and solidifying at this time, the raw material melt always receives a necessary amount of infrared rays. Irradiation is desirable.

粒状原料融解容器を傾斜させると原料融液の中心位置が変動するので、変動する原料融液の中心位置と、照射される赤外線の中心位置を合致させる機構が付加され、原料融液に常に必要量の赤外線が照射されていれば、原料融液の温度が下がって固化してしまうことを抑止することができる。   When the granular raw material melting container is tilted, the center position of the raw material melt fluctuates, so a mechanism is added to match the fluctuating center position of the raw material melt with the center position of the irradiated infrared light, which is always necessary for the raw material melt. If the amount of infrared rays is irradiated, the temperature of the raw material melt can be prevented from lowering and solidifying.

したがって、赤外線照射装置の配設位置をスライダーで任意に移動させても良いし、粒状原料融解容器の角度を傾斜手段で変動させても良い。   Therefore, the installation position of the infrared irradiation device may be arbitrarily moved by the slider, and the angle of the granular raw material melting container may be changed by the tilting means.

また、本発明の単結晶製造装置は、
前記傾斜手段が、
上方から前記粒状原料融解容器の一端部を支持するワイヤーと、
前記ワイヤーを巻き取って前記粒状原料融解容器を傾斜させる、あるいは前記ワイヤーを巻き出して傾斜された前記粒状原料融解容器を水平に戻す、巻き取り巻き出し装置と、
を有することを特徴とする。
Further, the single crystal production apparatus of the present invention,
The tilting means,
A wire supporting one end of the granular raw material melting container from above,
Winding the wire to tilt the granular raw material melting container, or unwinding the wire to return the tilted granular raw material melting container to a horizontal position;
It is characterized by having.

傾斜手段としては特に限定されないが、例えば粒状原料融解容器の一端部に支持されたワイヤーを巻き取ったり、巻き出したりすることで粒状原料融解容器の角度を変動できるものであることが好ましい。このような傾斜手段であれば、構造が単純であるためメンテナンスがし易く、またコンパクトに纏めることができる。   The inclining means is not particularly limited, but it is preferable that the angle of the granular raw material melting container can be changed by winding or unwinding a wire supported at one end of the granular raw material melting container. With such an inclining means, since the structure is simple, maintenance is easy, and the inclining means can be made compact.

また、本発明の単結晶製造装置は、
前記巻き取り巻き出し装置には、
前記巻き取り巻き出し装置の配設位置をスライド移動させるスライダーが設けられていることを特徴とする。
Further, the single crystal production apparatus of the present invention,
The winding and unwinding device,
It is characterized in that a slider for slidingly moving the arrangement position of the winding / unwinding device is provided.

さらに、本発明の単結晶製造装置は、
前記粒状原料融解容器には、
前記粒状原料融解容器の配設位置をスライド移動させるスライダーが設けられていることを特徴とする。
Furthermore, the single crystal production apparatus of the present invention,
In the granular raw material melting container,
It is characterized in that a slider for slidingly moving the arrangement position of the granular raw material melting container is provided.

このように巻き取り巻き出し装置や粒状原料融解容器にスライダーが設けられていれば、粒状原料融解容器を傾斜させた際に原料融液の中心位置が変動しても、変動する原料融液の中心位置と、照射される赤外線の中心位置とを、巻き取り巻き出し装置や粒状原料融解容器のスライド移動により、合致させることができる。したがって、落下の際に原料融液の温度が下がり、固化してしまうことを抑止することができる。   If a slider is provided on the winding / unwinding device or the granular raw material melting container in this way, even if the central position of the raw material melt changes when the granular raw material melting container is tilted, the center of the changing raw material melt The position and the central position of the infrared ray to be irradiated can be matched with each other by the winding / unwinding device or the sliding movement of the granular raw material melting container. Therefore, it is possible to prevent the temperature of the raw material melt from dropping and solidifying when it falls.

なお、巻き取り巻き出し装置と粒状原料融解容器のスライダーは、他にも上述した赤外線照射装置のスライダー、粒状原料融解容器の傾斜手段とあわせて用いられることが好ましい。   The winding and unwinding device and the slider of the granular raw material melting container are preferably used together with the slider of the infrared irradiation device and the tilting means of the granular raw material melting container described above.

本発明の単結晶製造装置によれば、製造する単結晶と同一素材からなる粒状原料融解容器を用い、この粒状原料融解容器内に粒状原料を供給して融解し、得られた原料融液を所定の供給速度で種子単結晶の上面に供給することにより、垂直方向,水平方向のいずれに対しても最適濃度組成で均質化した大型の単結晶を製造することができる。   According to the single crystal production apparatus of the present invention, a granular raw material melting vessel made of the same material as the single crystal to be produced is used, and the granular raw material is supplied and melted in the granular raw material melting vessel to obtain the obtained raw material melt. By supplying to the upper surface of the seed single crystal at a predetermined supply rate, it is possible to produce a large single crystal homogenized with an optimal concentration composition in both the vertical and horizontal directions.

図1は、本発明の単結晶製造装置の一実施形態における概略図である。FIG. 1 is a schematic view of an embodiment of the single crystal production apparatus of the present invention. 図2は、図1に示した単結晶製造装置における粒状原料融解容器の動作について説明するための説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram for explaining the operation of the granular raw material melting container in the single crystal manufacturing apparatus shown in FIG. 図3は、別の粒状原料融解容器について説明するための説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining another granular raw material melting container. 図4は、粒状原料融解手段が複数設けられた実施形態について説明するための概略図である。FIG. 4 is a schematic diagram for explaining an embodiment in which a plurality of granular raw material melting means are provided. 図5は、本発明の単結晶製造装置の他の実施形態における概略図である。FIG. 5 is a schematic view of another embodiment of the single crystal production apparatus of the present invention.

以下、本発明の実施形態を図面に基づいてより詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.

本発明の単結晶製造装置は、例えば直径が100〜300mmを超えるような大型の単結晶を、最適な組成に均質化しながら高効率に製造するためのものである。このような大型の単結晶を製造するには、原料を融解し、得られた融液を固化させて単結晶を製造する融液法が主流であり、本発明もこの融液法に関連するものである。   The single crystal production apparatus of the present invention is for producing a large single crystal having a diameter exceeding 100 to 300 mm with high efficiency while homogenizing it to an optimum composition. To produce such a large single crystal, a melt method of melting a raw material and solidifying the obtained melt to produce a single crystal is the mainstream, and the present invention also relates to this melt method. It is a thing.

なお、本発明の単結晶製造装置の基本的な構成および単結晶製造方法の基本的な工程については、既に本発明者によって特許文献1〜3で詳しく説明しているため、本明細書においては基本的な説明にとどめ、その詳細については省略する。   The basic configuration of the single crystal production apparatus of the present invention and the basic steps of the single crystal production method have already been described in detail in Patent Documents 1 to 3 by the present inventor. Only the basic description is given, and the details are omitted.

また本明細書中で「種子単結晶」とは、単結晶製造装置を使用して大口径の単結晶を製造するに当たり、結晶の最初の形態を指すものである。この種子単結晶から育成され全体が同一の方位を維持したものを「単結晶」と呼ぶ。これに対して個々には単結晶であるが、それぞれが別の方位を有するものが集合したものを「多結晶」と呼ぶ。
さらに、本明細書中で「粒状原料」とは、製造される単結晶の元となる原料を粉末(粒)化したものである。なお、「粒状原料」には、粒状結晶母材と粒状添加物とが含まれる。
In the present specification, the "seed single crystal" refers to the initial form of the crystal when producing a large-diameter single crystal using a single crystal producing apparatus. A single crystal that is grown from this seed single crystal and maintains the same orientation as a whole is called a "single crystal". On the other hand, although individual crystals are single crystals, aggregates of individual crystals having different orientations are called "polycrystals".
Further, in the present specification, the "granular raw material" is a raw material which is a source of a single crystal to be produced, and is powdered (grained). The "granular raw material" includes a granular crystal base material and a granular additive.

<単結晶製造装置10a>
図1に示したように本発明の単結晶製造装置10aは、内部を真空排気し、アルゴンガスなどの不活性ガス雰囲気を保持することのできる単結晶製造室11を備えており、単結晶製造室11の下方には、単結晶保持台18と保持台回転機構20と昇降手段22とが設置され、単結晶保持台18の上に、断面形状が略円形の種子単結晶12が配置されるようになっている。
<Single crystal manufacturing apparatus 10a>
As shown in FIG. 1, the single crystal production apparatus 10a of the present invention is equipped with a single crystal production chamber 11 capable of evacuating the inside and maintaining an inert gas atmosphere such as argon gas. Below the chamber 11, a single crystal holding table 18, a holding table rotating mechanism 20, and an elevating means 22 are installed, and on the single crystal holding table 18, a seed single crystal 12 having a substantially circular cross section is arranged. It is like this.

単結晶保持台18の外側には、単結晶保持台18の上に配置された種子単結晶12を加熱する補助加熱装置86が設けられ、補助加熱装置86の外側には断熱材87が配置されている。単結晶製造室11は水冷構造であり、内部の雰囲気調整を効率的に行えるものである。   An auxiliary heating device 86 for heating the seed single crystal 12 placed on the single crystal holding table 18 is provided outside the single crystal holding table 18, and a heat insulating material 87 is placed outside the auxiliary heating device 86. ing. The single crystal manufacturing chamber 11 has a water-cooled structure and can efficiently adjust the atmosphere inside.

一方、単結晶製造室11内の上方には、粒状原料52を収納するホッパー33が配置されている。そしてホッパー33の上端には、粒状原料52を収容する収容容器47が着脱自在に取り付けられるよう、公知の着脱機構46が設けられている。   On the other hand, above the inside of the single crystal manufacturing chamber 11, a hopper 33 that accommodates the granular raw material 52 is arranged. A known attachment / detachment mechanism 46 is provided on the upper end of the hopper 33 so that an accommodation container 47 accommodating the granular raw material 52 can be detachably attached.

着脱機構46は、着脱機構46内および収容容器47内の雰囲気を任意に調製する雰囲気調整機能を備えたものである。なお図1では、収容容器47がホッパー33から取り外された状態となっている。   The attachment / detachment mechanism 46 has an atmosphere adjustment function of arbitrarily adjusting the atmosphere in the attachment / detachment mechanism 46 and the accommodation container 47. In FIG. 1, the storage container 47 is in a state of being removed from the hopper 33.

ホッパー33に対して着脱可能な収容容器47を用いることにより、単結晶製造装置10aを起動して単結晶を製造している最中であっても、随時、必要に応じて粒状原料52をホッパー33内に補給することができる。したがって、大型のホッパー33を用いる必要が無く、単結晶製造装置10aの小型化を実現することができる。   By using the accommodating container 47 that can be attached to and detached from the hopper 33, the granular raw material 52 can be added to the hopper as needed at any time even while the single crystal production apparatus 10a is being activated to produce a single crystal. Can be replenished within 33. Therefore, it is not necessary to use the large hopper 33, and the single crystal manufacturing apparatus 10a can be downsized.

ここでホッパー33内に収容された粒状原料52は、例えば無添加粒状シリコンと、添加物が高濃度に添加された粒状原料とが最適組成に混合された粒状混合物である。なお、本実施形態ではホッパー33を単独で使用しているが、無添加粒状シリコンを収容するホッパーと、添加物を高濃度に添加した粒状原料を収容するホッパーと、を別々に設けても良いものである。   Here, the granular raw material 52 accommodated in the hopper 33 is, for example, a granular mixture in which the additive-free granular silicon and the granular raw material in which the additive is added at a high concentration are mixed in the optimum composition. Although the hopper 33 is used alone in the present embodiment, the hopper for containing the additive-free granular silicon and the hopper for containing the granular raw material to which the additive is added at a high concentration may be separately provided. It is a thing.

ホッパー33の下部の開口部は、単結晶製造室11と直結しており、ホッパー33内と単結晶製造室11内とが、雰囲気調整装置(図示せず)によって、常に同じ雰囲気となるように構成されている。   The opening at the bottom of the hopper 33 is directly connected to the single crystal production chamber 11 so that the inside of the hopper 33 and the inside of the single crystal production chamber 11 are always in the same atmosphere by an atmosphere adjusting device (not shown). It is configured.

さらにはホッパー33の開口部の側方には、粒状原料掻き出し装置(以下、単に掻き出し装置とも称する。)48が設けてある。掻き出し装置48は、棒の先端部にプロピレンで被覆したスプーンのような形状の容器が取り付けられており、ホッパー33の開口部にこの棒を挿入し、容器上に粒状原料52を載せたまま引き出して棒を半回転させることで、容器内の粒状原料52をホッパー33の下部に位置する粒状原料定量供給装置(以下、単に定量供給装置とも称する。)50上に供給できるようになっている。   Further, a granular material scraping device (hereinafter, also simply referred to as a scraping device) 48 is provided on the side of the opening of the hopper 33. In the scraping device 48, a container having a spoon-like shape coated with propylene is attached to the tip of the rod, the rod is inserted into the opening of the hopper 33, and the granular raw material 52 is pulled out while being placed on the container. By rotating the lever half way, the granular raw material 52 in the container can be supplied onto the granular raw material quantitative supply device (hereinafter, also simply referred to as fixed amount supply device) 50 located at the lower part of the hopper 33.

定量供給装置50は、粒状原料52の重量を測定しながら所定の供給量の調整を行い、所定の供給量を、下方の供給位置調整機能付きの供給管51に供給する。図中、符号60は、位置調整機構である。   The constant quantity supply device 50 adjusts a predetermined supply amount while measuring the weight of the granular raw material 52, and supplies the predetermined supply amount to the supply pipe 51 with a supply position adjusting function below. In the figure, reference numeral 60 is a position adjusting mechanism.

供給管51に供給された粒状原料52は、供給管51内を通って、供給管51の下方に配設された粒状原料融解手段80の粒状原料融解容器(以下、融解容器とも称する。)56の所定の位置に供給される。   The granular raw material 52 supplied to the supply pipe 51 passes through the inside of the supply pipe 51, and the granular raw material melting container (hereinafter also referred to as a melting container) 56 of the granular raw material melting means 80 arranged below the supply pipe 51. Is supplied to a predetermined position.

融解容器56に供給された粒状原料52は、赤外線照射装置72によって直接照射された赤外線74で融解され、原料融液67とされる。なお、赤外線照射装置72は、配置位置を左右方向にスライド移動させるスライダー75が設けられていることが好ましい。これにより、融解容器56の所望の位置に赤外線74を照射することができる。   The granular raw material 52 supplied to the melting vessel 56 is melted by the infrared rays 74 directly radiated by the infrared radiating device 72 to be a raw material melt 67. In addition, it is preferable that the infrared irradiation device 72 is provided with a slider 75 that slides the arrangement position in the left-right direction. Thereby, the infrared rays 74 can be irradiated to a desired position of the melting container 56.

なお、赤外線照射装置72としては、レーザ光照射装置を用いることが好ましいが、レーザ光照射装置以外にも、赤外線ランプから発せられた赤外線を楕円面反射鏡の内側面で反射するように構成された照射装置であっても構わないものである。この場合、赤外線ランプとしては、ハロゲンランプ、キセノンランプなどが使用可能である。   A laser light irradiation device is preferably used as the infrared irradiation device 72, but in addition to the laser light irradiation device, the infrared light emitted from the infrared lamp is configured to be reflected by the inner surface of the ellipsoidal reflecting mirror. It may be an irradiation device. In this case, a halogen lamp or a xenon lamp can be used as the infrared lamp.

そして粒状原料融解手段80で得られた原料融液67は、融解容器56の下方に位置する種子単結晶12上に落下される。種子単結晶12の上面は、赤外線照射装置26から照射された赤外線28で融解されて最適融液91とされ、ここに粒状原料融解手段80で得られた原料融液67が落下される。   The raw material melt 67 obtained by the granular raw material melting means 80 is dropped onto the seed single crystal 12 located below the melting vessel 56. The upper surface of the seed single crystal 12 is melted by the infrared rays 28 irradiated from the infrared irradiation device 26 to be an optimum melt 91, and the raw material melt 67 obtained by the granular raw material melting means 80 is dropped there.

このとき種子単結晶12を保持する単結晶保持台18を、保持台回転機構20で所定の速度で回転させることにより、種子単結晶12上面に照射される赤外線28の照射ムラを軽減し、形成される融液相の温度を均質化することができる。この赤外線照射装置26についても、赤外線照射装置72と同様のものを用いることができる。   At this time, the single crystal holding table 18 holding the seed single crystal 12 is rotated at a predetermined speed by the holding table rotating mechanism 20 to reduce the uneven irradiation of the infrared rays 28 irradiated on the upper surface of the seed single crystal 12 to form The temperature of the melt phase to be applied can be homogenized. The infrared irradiator 26 may be the same as the infrared irradiator 72.

さらに単結晶保持台18に設けられた昇降手段22を作動させ、種子単結晶12の上面に形成される融液相の高さ方向の位置を最適位置に制御する。   Further, the elevating means 22 provided on the single crystal holding table 18 is operated to control the position in the height direction of the melt phase formed on the upper surface of the seed single crystal 12 to the optimum position.

なお種子単結晶12と、この種子単結晶12を加熱する赤外線照射装置26との間には、赤外線透過窓27が設置され、融解容器56と赤外線照射装置72との間には、赤外線透過窓73が設置されている。赤外線透過窓27,73の材質は、赤外線28,74を透過可能な材質で有れば特に限定されないものであるが、例えば石英製であることが好ましい。   An infrared transmission window 27 is provided between the seed single crystal 12 and the infrared irradiation device 26 that heats the seed single crystal 12, and an infrared transmission window is provided between the melting container 56 and the infrared irradiation device 72. 73 is installed. The material of the infrared transmission windows 27 and 73 is not particularly limited as long as it is a material that can transmit the infrared rays 28 and 74, but is preferably made of quartz, for example.

これにより、種子単結晶12上の最適融液91内に原料融液67を落下させながら、徐々に単結晶92を成長させていき、最終的には大型の単結晶92を得ることができる。
本発明の一実施形態に係る単結晶製造装置10aは、上記のように構成され、特に粒状原料融解手段80において、特徴的な構成を有しているため、以下その詳細について説明する。
As a result, the single crystal 92 is gradually grown while the raw material melt 67 is dropped into the optimum melt 91 on the seed single crystal 12, and finally a large single crystal 92 can be obtained.
The single crystal production apparatus 10a according to one embodiment of the present invention is configured as described above, and in particular, the granular raw material melting means 80 has a characteristic configuration, and therefore its details will be described below.

<粒状原料融解手段80>
図1および図2に示したように、本発明の単結晶製造装置10aでは、粒状原料融解手段80において、製造される単結晶92と同一素材からなる粒状原料融解容器56を用いている。
<Granular raw material melting means 80>
As shown in FIGS. 1 and 2, in the single crystal production apparatus 10a of the present invention, the granular raw material melting means 80 uses the granular raw material melting vessel 56 made of the same material as the single crystal 92 to be produced.

融解容器56は、粒状原料52がどのくらい供給されたかが分かるように、融解容器56の重量を測定するとともに、下方に供給される原料融液67の供給速度を調整する機能を有する重量測定装置70が設けられていることが好ましい。   The melting container 56 measures the weight of the melting container 56 so that it can be seen how much the granular raw material 52 has been supplied, and a weight measuring device 70 having a function of adjusting the supply rate of the raw material melt 67 supplied downward is provided. It is preferably provided.

製造される単結晶92と同一素材からなる融解容器56中に供給された粒状原料52は、赤外線照射装置72で直接的に赤外線74を照射されることで融解され、原料融液67を得ることができる。   The granular raw material 52 supplied into the melting container 56 made of the same material as the manufactured single crystal 92 is melted by being directly irradiated with the infrared rays 74 by the infrared irradiation device 72 to obtain the raw material melt 67. You can

なお融解容器56の製造については、特に限定されるものではないが、例えばシリコン単結晶を製造する場合には、以下のようにして製造することが好ましい。   The production of the melting vessel 56 is not particularly limited, but when producing a silicon single crystal, for example, it is preferable to produce as follows.

すなわち、まずは高純度シリコン製の容器製造用ブロック(図示せず)を用意する。この容器製造用ブロックの材質である高純度シリコンは、単結晶でも多結晶でも良いが、単結晶であることが望ましい。   That is, first, a container manufacturing block (not shown) made of high-purity silicon is prepared. The high-purity silicon that is the material of the container manufacturing block may be either single crystal or polycrystal, but is preferably single crystal.

この容器製造用ブロックの中心部近傍に赤外線を照射して融解し、さらに容器製造用ブロックを傾斜させて形成された原料融液を下方に落下させて空とする。この作業を複数回繰り返して所定のサイズの窪みを形成させ、融解容器56とする。   Infrared rays are irradiated near the center of the container manufacturing block to melt it, and the raw material melt formed by tilting the container manufacturing block is dropped downward to empty it. This operation is repeated a plurality of times to form a depression having a predetermined size, and the melting container 56 is obtained.

融解容器56の外側には、図2(a)に示したように、融解容器56を取り囲むように容器保持具55が設けられており、これにより融解容器56が割れたり欠けたりしてしまったとしても、融解容器56内の原料融液67を融解容器56内に留めることができる。   As shown in FIG. 2A, a container holder 55 is provided outside the melting container 56 so as to surround the melting container 56, which causes the melting container 56 to crack or chip. Also, the raw material melt 67 in the melting container 56 can be retained in the melting container 56.

粒状原料52は、融解容器56内に供給され、重量測定装置70で所定量が確認されたら、図2(b)に示したように、赤外線照射装置72から赤外線74が直接照射されて融解され、不純物のない原料融液67が得られる。   The granular raw material 52 is supplied into the melting container 56, and when a predetermined amount is confirmed by the weight measuring device 70, as shown in FIG. 2B, the infrared irradiation device 72 directly irradiates the infrared light 74 to melt it. A raw material melt 67 free of impurities can be obtained.

ここで所定量の粒状原料52を融解するのに必要な赤外線74の光量は、予め行われる予備テストにより既知であり、一定時間、赤外線74の照射を継続することにより粒状原料52は融解され、不純物のない原料融液67を得ることができる。   Here, the light amount of the infrared rays 74 required to melt the predetermined amount of the granular raw material 52 is known by a preliminary test performed in advance, and the granular raw material 52 is melted by continuing the irradiation of the infrared rays 74 for a certain time, A raw material melt 67 free from impurities can be obtained.

そして得られた不純物のない原料融液67は、図2(c)に示したように、巻き取り巻き出し装置69で、融解容器56の一端部を支持したワイヤー68を巻き取ることで融解容器56は傾斜姿勢となり、融解容器56から下方の種子単結晶12上に落下される。なお、落下の際に原料融液67の温度が下がり、固化してしまうことを抑止するため、原料融液67には常に必要量の赤外線74が照射されていることが望ましい。   Then, as shown in FIG. 2C, the obtained raw material melt 67 containing no impurities is wound by the winding / unwinding device 69 to wind up the wire 68 supporting one end of the melting vessel 56 to melt the vessel 56. Is inclined and dropped from the melting vessel 56 onto the seed single crystal 12 below. In order to prevent the temperature of the raw material melt 67 from dropping and solidifying during dropping, it is desirable that the raw material melt 67 is always irradiated with a necessary amount of infrared rays 74.

ここで融解容器56の傾斜角度は、常に所定量の原料融液67を所定位置に落下させるため、原料融液67の重量を重量測定装置70で測定しながら、この傾斜角度を制御することが好ましい。   Here, the inclination angle of the melting container 56 is controlled by constantly measuring the weight of the raw material melt 67 with the weight measuring device 70 in order to always drop a predetermined amount of the raw material melt 67 at a predetermined position. preferable.

融解容器56を傾斜させると原料融液67の中心位置が変動するので、変動する原料融液67の中心位置と、照射される赤外線74の中心位置を合致させる機構が付加され、原料融液67に常に必要量の赤外線74を照射することにより、原料融液67の温度が下がって固化してしまうことを抑止することができる。   When the melting vessel 56 is tilted, the center position of the raw material melt 67 fluctuates. Therefore, a mechanism is added to match the fluctuating center position of the raw material melt 67 with the center position of the irradiated infrared rays 74. By constantly irradiating the necessary amount of infrared rays 74 to the above, it is possible to prevent the temperature of the raw material melt 67 from decreasing and solidifying.

この両者を合致させる機構としては、赤外線照射装置72を移動させるか、融解容器56,巻取り巻き戻し装置69を移動させるか、赤外線照射装置72,融解容器56,巻取り巻き戻し装置69の全てを移動させるかなどして、常に原料融液67の最適位置に赤外線74の照射がなされるようにすることが好ましい。   As a mechanism for matching the two, the infrared irradiation device 72 is moved, the melting container 56 and the winding / rewinding device 69 are moved, or the infrared irradiation device 72, the melting container 56, and the winding / rewinding device 69 are all moved. It is preferable to always irradiate the optimum position of the raw material melt 67 with the infrared rays 74 depending on whether or not to do so.

赤外線照射装置72,融解容器56,巻取り巻き戻し装置69の移動については、公知の機構であれば特に限定されないものであるが、例えばスライダー75,76,77を介して行うことが好ましい。   The movement of the infrared irradiation device 72, the melting container 56, and the winding / rewinding device 69 is not particularly limited as long as it is a known mechanism, but it is preferable to perform it through, for example, the sliders 75, 76, 77.

原料融液67の落下を終えた後には、巻き取り巻き出し装置69で融解容器56の一端部を支持するワイヤー68を巻き出し、融解容器56を再び図2(a)に示したような水平状態に戻す。   After the raw material melt 67 has been dropped, the winding and unwinding device 69 unwinds the wire 68 that supports one end of the melting container 56, and the melting container 56 is again placed in a horizontal state as shown in FIG. Return to.

なお粒状原料融解手段80は、図3に示したように、融解容器56を保持する容器保持具55の外側に、加熱装置58を設けても良いものである。   As shown in FIG. 3, the granular raw material melting means 80 may be provided with a heating device 58 outside the container holder 55 that holds the melting container 56.

加熱装置58が設けられている場合には、粒状原料52を融解容器56内に供給する前に、融解容器56と容器保持具55とを、加熱装置58で粒状原料52の融解温度よりも100℃程度低い温度まで加熱しておくことが好ましい。これにより、融解容器56中の粒状原料52を融解するための赤外線74の光量を減らすことができ、効率的な運用が可能となる。   When the heating device 58 is provided, the melting container 56 and the container holder 55 are heated by the heating device 58 to a temperature higher than the melting temperature of the granular raw material 52 by 100 before supplying the granular raw material 52 into the melting container 56. It is preferable to heat to a temperature as low as about ℃. As a result, the light amount of the infrared rays 74 for melting the granular raw material 52 in the melting container 56 can be reduced, and efficient operation becomes possible.

さらには融解容器56を傾けて原料融液67を下方に供給する方法を採用した際に、赤外線74の照射を一旦停止した場合であっても、原料融液67の温度が急激に低下することを抑止できるので、原料融液67を下方に安定的に供給することができる。   Further, when the method of inclining the melting vessel 56 and supplying the raw material melt 67 downward is adopted, even if the irradiation of the infrared rays 74 is temporarily stopped, the temperature of the raw material melt 67 is rapidly lowered. Therefore, the raw material melt 67 can be stably supplied downward.

このような、本発明の粒状原料融解手段80を用いて原料融液57を得て、種子単結晶12上の最適融液91内にこの不純物のない原料融液67を供給する際には、供給が連続的に行われることが高品質な単結晶92を製造するうえで望ましい。   When the raw material melt 57 is obtained by using the granular raw material melting means 80 of the present invention and the raw material melt 67 containing no impurities is supplied into the optimum melt 91 on the seed single crystal 12, It is desirable that the feeding be continuously performed in order to manufacture a high quality single crystal 92.

このため図4に示したように、上記した粒状原料融解手段80を複数用意し、これを種子単結晶12上に周状に等間隔毎に配置し、順番に原料融液67を種子単結晶12上に落下させ、間断なく原料融液57を供給するようにすることが好ましい。   Therefore, as shown in FIG. 4, a plurality of the granular raw material melting means 80 described above are prepared, and the granular raw material melting means 80 are circumferentially arranged on the seed single crystal 12 at equal intervals. It is preferable that the raw material melt 57 is dropped onto the surface 12 and supplied continuously.

以上、本発明の単結晶製造装置10aの好ましい形態について説明したが、本発明は上記の形態に限定されるものではなく、例えば融解容器56を傾けるための傾斜手段としては、上記したワイヤー68と巻き取り巻き出し装置69を用いたものの他に、例えばシーソーのように融解容器56を回動することのできる構造のものであっても良いなど、特に限定されないものである。   Although the preferred embodiment of the single crystal production apparatus 10a of the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above embodiment, and for example, as the tilting means for tilting the melting container 56, the wire 68 described above is used. Other than the one using the winding and unwinding device 69, the structure may be such as a seesaw capable of rotating the melting container 56, and is not particularly limited.

また本実施形態では、上記した粒状原料融解手段80以外の構造については、基本的に特許文献2に開示された単結晶製造装置と同じ構造であるが、他にも図5に示したように、ルツボ61を用いた特許文献3に開示された単結晶製造装置10bにも、上記した粒状原料融解手段80を適用可能なものである。   Further, in the present embodiment, the structure other than the above-mentioned granular raw material melting means 80 is basically the same structure as the single crystal manufacturing apparatus disclosed in Patent Document 2, but as shown in FIG. The granular raw material melting means 80 described above can also be applied to the single crystal manufacturing apparatus 10b disclosed in Patent Document 3 using the crucible 61.

ルツボ61を用いた単結晶製造装置10bの詳細については、特許文献3に開示されているため、本明細書ではその詳細についての記載は省略するが、上記した融解容器56で得られた原料融液67は、ルツボ61内の種子単結晶12上に落下されることとなる。図5において、図1と重複する符号は、同様の構成である。なお符号61はルツボ、62は補助加熱装置、63はルツボ保持具、64はルツボ台、30は赤外線照射装置、31は赤外線透過窓、32は赤外線である。   The details of the single crystal manufacturing apparatus 10b using the crucible 61 are disclosed in Patent Document 3, and therefore the description of the details is omitted in this specification, but the raw material melt obtained in the melting container 56 described above is omitted. The liquid 67 is dropped on the seed single crystal 12 in the crucible 61. In FIG. 5, reference numerals that are the same as those in FIG. 1 have the same configuration. Reference numeral 61 is a crucible, 62 is an auxiliary heating device, 63 is a crucible holder, 64 is a crucible stand, 30 is an infrared irradiation device, 31 is an infrared transmitting window, and 32 is infrared.

このように、本発明の単結晶製造装置10a,10bは、その目的を逸脱しない範囲で種々の変更が可能なものである。   As described above, the single crystal manufacturing apparatuses 10a and 10b of the present invention can be variously modified without departing from the purpose thereof.

10a 単結晶製造装置
10b 単結晶製造装置
11 単結晶製造室
12 種子単結晶
18 単結晶保持台
20 保持台回転機構
22 昇降手段
26 赤外線照射装置
27 赤外線透過窓
28 赤外線
30 赤外線照射装置
31 赤外線透過窓
32 赤外線
33 ホッパー
46 着脱機構
47 収容容器
48 掻き出し装置
50 定量供給装置
51 供給管
52 粒状原料
55 容器保持具
56 粒状原料融解容器
57 原料融液
58 加熱装置
60 位置調整機構
61 ルツボ
62 補助加熱装置
63 ルツボ保持具
64 ルツボ台
67 原料融液
68 ワイヤー
69 巻き取り巻き出し装置
70 重量測定装置
72 赤外線照射装置
73 赤外線透過窓
74 赤外線
75 スライダー
76 スライダー
77 スライダー
80 粒状原料融解手段
86 補助加熱装置
87 断熱材
91 最適融液
92 単結晶
10a Single crystal manufacturing apparatus 10b Single crystal manufacturing apparatus 11 Single crystal manufacturing chamber 12 Seed single crystal 18 Single crystal holding table 20 Holding table rotating mechanism 22 Elevating means 26 Infrared irradiation device 27 Infrared transmission window 28 Infrared 30 Infrared irradiation device 31 Infrared transmission window 32 infrared ray 33 hopper 46 attaching / detaching mechanism 47 accommodating container 48 scraping device 50 quantitative supply device 51 supply pipe 52 granular raw material 55 container holder 56 granular raw material melting container 57 raw material melt 58 heating device 60 position adjusting mechanism 61 crucible 62 auxiliary heating device 63 Crucible holder 64 Crucible stand 67 Raw material melt 68 Wire 69 Winding and unwinding device 70 Weight measuring device 72 Infrared irradiation device 73 Infrared transmission window 74 Infrared 75 Slider 76 Slider 77 Slider 80 Granular raw material melting means 86 Auxiliary heating device 87 Heat insulating material 91 Optimal melt 92 single Crystal

Claims (10)

粒状原料を粒状原料融解手段に供給し、さらに供給された前記粒状原料を前記粒状原料融解手段で融解し、得られた原料融液を下方の種子単結晶の上面に形成される融液中に供給して混合融液とし、前記混合融液から固体を単結晶として析出させ、大型の単結晶を製造する単結晶製造装置であって、
前記粒状原料融解手段は、
前記単結晶と同一素材からなる略凹状の粒状原料融解容器と、
前記粒状原料融解容器の上方に設けられ、前記粒状原料融解容器内に供給された粒状原料に赤外線を照射して融解し、原料融液とする赤外線照射装置と、
を少なくとも有することを特徴とする単結晶製造装置。
The granular raw material is supplied to the granular raw material melting means, and the supplied granular raw material is melted by the granular raw material melting means, and the raw material melt obtained is in the melt formed on the upper surface of the seed single crystal below. A single crystal production apparatus for producing a large single crystal by supplying a mixed melt and precipitating a solid from the mixed melt as a single crystal,
The granular raw material melting means,
A substantially concave granular raw material melting container made of the same material as the single crystal,
An infrared irradiation device which is provided above the granular raw material melting container and radiates infrared rays to the granular raw material supplied in the granular raw material melting container to melt the raw material melt,
An apparatus for producing a single crystal, comprising at least:
前記粒状原料融解手段が、複数設けられていることを特徴とする請求項1に記載の単結晶製造装置。   The single crystal manufacturing apparatus according to claim 1, wherein a plurality of the granular raw material melting means are provided. 前記粒状原料融解容器の外側に、容器保持具が設けられていることを特徴とする請求項1または2に記載の単結晶製造装置。   The single crystal production apparatus according to claim 1, wherein a container holder is provided outside the granular raw material melting container. 前記容器保持具の外側に、加熱装置が設けられていることを特徴とする請求項3に記載の単結晶製造装置。   The single crystal production apparatus according to claim 3, wherein a heating device is provided outside the container holder. 前記粒状原料融解手段は、
前記粒状原料融解容器の重量を常に測定し、下方に供給される原料融液の供給速度を調整する機能を有する重量測定装置を有することを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の単結晶製造装置。
The granular raw material melting means,
5. A weight measuring device having a function of constantly measuring the weight of the granular raw material melting container and adjusting the supply rate of the raw material melt supplied downward. Single crystal manufacturing equipment.
前記赤外線照射装置には、
前記赤外線照射装置の配設位置をスライド移動させるスライダーが設けられていることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の単結晶製造装置。
The infrared irradiation device,
The single crystal manufacturing apparatus according to claim 1, further comprising a slider that slides a position where the infrared irradiation device is disposed.
前記粒状原料融解手段は、
前記粒状原料融解容器を所定の角度に変動する傾斜手段を有することを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の単結晶製造装置。
The granular raw material melting means,
7. The single crystal manufacturing apparatus according to claim 1, further comprising an inclining means for changing the granular raw material melting container to a predetermined angle.
前記傾斜手段が、
上方から前記粒状原料融解容器の一端部を支持するワイヤーと、
前記ワイヤーを巻き取って前記粒状原料融解容器を傾斜させる、あるいは前記ワイヤーを巻き出して傾斜された前記粒状原料融解容器を水平に戻す、巻き取り巻き出し装置と、
を有することを特徴とする請求項7に記載の単結晶製造装置。
The tilting means,
A wire supporting one end of the granular raw material melting container from above,
Winding the wire to tilt the granular raw material melting container, or unwinding the wire to return the tilted granular raw material melting container to a horizontal position, a winding and unwinding device,
The single crystal manufacturing apparatus according to claim 7, further comprising:
前記巻き取り巻き出し装置には、
前記巻き取り巻き出し装置の配設位置をスライド移動させるスライダーが設けられていることを特徴とする請求項8に記載の単結晶製造装置。
The winding and unwinding device,
9. The single crystal manufacturing apparatus according to claim 8, further comprising a slider that slides the position at which the winding and unwinding device is disposed.
前記粒状原料融解容器には、
前記粒状原料融解容器の配設位置をスライド移動させるスライダーが設けられていることを特徴とする請求項1〜9のいずれかに記載の単結晶製造装置。
In the granular raw material melting container,
The single crystal manufacturing apparatus according to claim 1, further comprising a slider that slides a position where the granular raw material melting container is disposed.
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