JP4128278B2

JP4128278B2 - 単結晶製造装置

Info

Publication number: JP4128278B2
Application number: JP21067798A
Authority: JP
Inventors: 祥和阿部; 隆渡部; 昌男藤野
Original assignee: Advantest Corp
Current assignee: Advantest Corp
Priority date: 1998-07-27
Filing date: 1998-07-27
Publication date: 2008-07-30
Anticipated expiration: 2018-07-27
Also published as: JP2000044379A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は浮遊溶融帯法（ＦｌｏａｔｉｎｇＺｏｎｅ：ＦＺ法）または溶媒移動浮遊溶融帯法（ＴｒａｖｅｌｌｉｎｇＳｏｌｖｅｎｔＦｌｏａｔｉｎｇＺｏｎｅ：ＴＳＦＺ法）を使用して単結晶を製造する単結晶製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＦＺ法は図３に示すように結晶原料棒（Ｆｅｅｄ）１１及び種結晶（Ｓｅｅｄ）１２を両端で鉛直に保持し、その一部を加熱溶融して溶融帯（Ｚｏｎｅ）１３を作り、それを一端から他端に移動させることによって単結晶を育成する方法である。ＴＳＦＺ法も基本的に構成は同じであるが、溶融帯１３に溶媒（フラックス）を用いる点で異なる。
【０００３】
図４はＦＺ法を使用する従来の単結晶製造装置の一例を示したものであり、上主軸１４の支持具１５に結晶原料棒１１が保持され、下主軸１６の支持具１７に種結晶１２が保持されており、これら保持した結晶原料棒１１及び種結晶１２を一定速度で下に送ることにより、種結晶１２側に単結晶を得ることができるものとなっている。
【０００４】
加熱方法としては、高周波加熱、レーザー、アーク・イメージ、ハロゲンランプ集中加熱等、種々の方法があるが、この例ではハロゲンランプ１８と回転楕円面鏡１９とを用いた赤外線集中加熱型のものとなっている。これらハロゲンランプ１８及び回転楕円面鏡１９以外の機構は、育成雰囲気制御のため、石英ガラス管２１の内側に収容されている。なお、図４中、２２は回転楕円面鏡１９の焦点を示し、２３は光路、２４はＣＣＤカメラを示す。また、２５，２６はそれぞれ雰囲気ガス入口、雰囲気ガス出口を示す。
【０００５】
ＦＺ法及びＴＳＦＺ法は、溶融帯１３が表面張力で保持されているため、ルツボを必要とせず、このため高融点材料の単結晶育成を行うことができるといったことに加え、ルツボからの不純物の混入がなく、高品質な結晶を育成しやすいものとなっている。そのため、現在では例えば口径６インチクラスのＳｉ単結晶や、Ｙ₃Ｆｅ₅Ｏ₁₂（ＹＩＧ）等の磁性体単結晶、ＴｉＣ等の高融点金属の単結晶育成に用いられている。
【０００６】
ＦＺ法及びＴＳＦＺ法による単結晶育成においては、溶融帯１３を一定状態に保持するということが高品質な結晶を得るための重要なポイントとなる。単純に考えれば、ハロゲンランプ１８等の加熱源の熱量と結晶育成速度（下側への送り速度）とを一定に維持することによって、溶融帯１３の状態を一定にできるはずであるが、実際にはこれらを一定に維持制御しても、育成が進むに従い、主に種結晶１２、支持具１７側からの熱の逃げ方が変化して、溶融帯１３を一定状態に保持することができないという状況が発生する。
【０００７】
これは成長した単結晶が長くなるに従い、その熱抵抗が大きくなって熱が逃げにくくなり、溶融帯１３の長さや位置、温度が変化するためで、このことにより溶融帯１３自身の表面張力や密度、ＴＳＦＺ法の場合には溶液の溶解度が変化し、成長する結晶の特性が変化してしまう。また、最悪の場合には、溶融帯１３を表面張力のみで保持することができなくなり、垂れてしまうことで育成不能になったりする。
【０００８】
このような状況を回避するため、従来においてはハロゲンランプ１８の電力を調整することが行われている。即ち、育成が進行し、熱抵抗が大きくなるにつれてハロゲンランプ１８の電力を少なくし、溶融帯１３の長さが長くなりすぎないようにしている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、従来においてはハロゲンランプ１８の電力を調整することによって溶融帯１３の長さの変化を抑えるようにしているが、この方法では結晶育成の条件自身が変化してしまうため、一定品質の単結晶を得ることは極めて困難なものとなっていた。
【００１０】
この発明の目的は従来の欠点を解消し、より均質、高品質な単結晶を得ることができる単結晶製造装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明によれば、浮遊溶融帯法または溶媒移動浮遊溶融帯法により単結晶を製造する装置において、単結晶育成のための種結晶を支持する下主軸側にアフタヒータが配設され、単結晶育成に伴う送りによる下主軸の移動位置を検出するエンコーダが下主軸に取り付けられ、下主軸の位置とその位置のときの最良のアフタヒータの発熱量とをデータベースとして有し、そのデータベースに基づき、エンコーダが検出した下主軸の位置に対し、アフタヒータの発熱量が最良となるように制御される構成とされる。
【００１２】
請求項２の発明では、浮遊溶融帯法または溶媒移動浮遊溶融帯法により単結晶を製造する装置において、単結晶育成のための種結晶を支持する下主軸側にアフタヒータが配設され、下主軸の温度を測定する赤外線温度計が設けられ、下主軸の温度とその温度のときの最良のアフタヒ−タの発熱量とをデータベースとして有し、そのデータベースに基づき、赤外線温度計が検出した下主軸の温度に対し、アフタヒータの発熱量が最良となるように制御される構成とされる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
この発明の実施の形態を図面を参照して実施例により説明する。なお、図４と対応する部分には同一符号を付し、その説明を省略する。
図１は請求項１の発明の実施例を示したものである。この例では図に示したように単結晶育成のための種結晶１２が支持されている下主軸１６側に、下主軸１６からの熱の逃げ方を一定にするものとして、アフタヒータ３１が配設される。アフタヒータ３１は電源３２に接続されており、電源３２によって駆動される。
【００１４】
下主軸１６に取り付けられたエンコーダ３３は下主軸１６の位置、つまり結晶育成に伴う送りによる移動位置を検出するもので、このエンコーダ３３の出力はパーソナルコンピュータ（以下、ＰＣと言う。）３４に取り込まれており、ＰＣ３４はエンコーダ３３の出力から下主軸１６の位置を検出できるものとなっている。また、ＰＣ３４はアフタヒータ３１の電源３２に対し、制御信号を出力することができ、つまり任意の発熱量になるようにアフタヒータ３１を制御することができるものとなっている。
【００１５】
ＰＣ３４は予め測定して求められた下主軸１６の位置と、その位置のときの最良のアフタヒータ３１の発熱量とをデータベースとして有しており、ＰＣ３４はそのデータベースに基づき、検出した下主軸１６の位置に対し、アフタヒータ３１の発熱量を最良となるように制御する。
ここで、アフタヒータ３１の発熱量の変化がなるべく連続的になるように、上記の事前の測定は細かいステップ（位置間隔）で行うことが望ましい。なお、一般的には各ステップ間を直線補完することにより、アフタヒータ３１の発熱量を連続的に変化させることができる。
【００１６】
上述した構成によれば、下主軸１６の位置に応じてアフタヒータ３１の発熱量が制御され、つまりハロゲンランプ１８の電力を調整しなくても溶融帯１３の状態を一定に保つことができるため、結晶育成の条件を一定に保つことができ、よって従来よりも均質、高品質な単結晶を得ることができる。
図２は請求項２の発明の実施例を示したものである。この例では下主軸１６の温度を測定する赤外線温度計３５が設けられ、その赤外線温度計３５の出力をＰＣ３４に取り込むものとなっている。つまり、この例では前述した下主軸１６の位置検出に替えて温度検出を行うものとなっている。
【００１７】
ＰＣ３４は予め測定して求められた下主軸１６の温度と、その温度のときの最良のアフタヒータ３１の発熱量とをデータベースとして有しており、ＰＣ３４はそのデータベースに基づき、検出した下主軸１６の温度に対し、アフタヒータ３１の発熱量を最良となるように制御する。
これによって、図１に示した構成と同様に、ハロゲンランプ１８の電力を調整しなくても溶融帯１３の状態を一定に保つことができる。
【００１８】
なお、図１及び図２に示した例では、いずれもＰＣ３４を用いて制御を行うものとしているが、これに限るものではない。また、アフタヒータ３１の設置を下主軸１６側のみとしているが、これに限るものではなく、上主軸１４側にも設置するようにすれば、より一層の効果が期待できる。
【００１９】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明は単結晶育成材料を支持する主軸からの熱の逃げ方を一定にするために、新たにアフタヒータを設置し、その発熱量を主軸の位置もしくは温度に応じて最良の熱量となるように制御するようにしたものである。
【００２０】
これによって、従来のように結晶育成の条件を変化させることなく、単結晶の育成を行うことができるようになるため、従来よりも均質、高品質な単結晶を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】請求項１の発明の実施例を説明するための図。
【図２】請求項２の発明の実施例を説明するための図。
【図３】浮遊溶融帯法による単結晶の育成を説明するための図。
【図４】従来の単結晶製造装置を説明するための図。

Claims

浮遊溶融帯法または溶媒移動浮遊溶融帯法により単結晶を製造する装置において、
単結晶育成のための種結晶を支持する下主軸側にアフタヒータが配設され、
単結晶育成に伴う送りによる上記下主軸の移動位置を検出するエンコーダが上記下主軸に取り付けられ、
上記下主軸の位置と、その位置のときの最良の上記アフタヒータの発熱量とをデータベースとして有し、
そのデータベースに基づき、上記エンコーダが検出した上記下主軸の位置に対し、上記アフタヒータの発熱量が最良となるように制御される構成とされていることを特徴とする単結晶製造装置。
浮遊溶融帯法または溶媒移動浮遊溶融帯法により単結晶を製造する装置において、
単結晶育成のための種結晶を支持する下主軸側にアフタヒータが配設され、
上記下主軸の温度を測定する赤外線温度計が設けられ、
上記下主軸の温度と、その温度のときの最良の上記アフタヒ−タの発熱量とをデータベースとして有し、
そのデータベースに基づき、上記赤外線温度計が検出した上記下主軸の温度に対し、上記アフタヒータの発熱量が最良となるように制御される構成とされていることを特徴とする単結晶製造装置。