JP6515853B2 - Method of manufacturing single crystal and apparatus therefor - Google Patents

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Description

本発明は、弾性表面波デバイスや光通信デバイスに使用されるニオブ酸リチウム(LN)、タンタル酸タンタル(LT)、ガーネット等の単結晶をチョクラルスキー法(Cz法)を用いて製造する単結晶の製造方法に関するものであって、特に、単結晶育成中に原料融液の固化が防止されることによって、原料固化による融液面の急激な降下とそれに伴う単結晶の急激な成長を発生させないことによって結晶の品質が悪化しない単結晶の製造方法及びその装置に関するものである。   The present invention is a method for producing a single crystal such as lithium niobate (LN), tantalum tantalate (LT), garnet or the like used in surface acoustic wave devices or optical communication devices using the Czochralski method (Cz method). The present invention relates to a method of manufacturing a crystal, and in particular, by preventing solidification of a raw material melt during single crystal growth, rapid drop of the melt surface due to raw material solidification and accompanying rapid growth of single crystal are generated. The present invention relates to a method and apparatus for producing a single crystal in which the quality of crystals is not deteriorated by not causing the reaction.

LT(タンタル酸リチウム:LiTaO)、LN(ニオブ酸リチウム:LiNbO)、GGG(GdGa12)、TGG(TbGa12)、GSAG(Gd Sc Al 12)、TSAG(Tb Sc Al 12)等の高融点を有する酸化物単結晶は、通常、チョクラルスキー法(Cz法)を用いて製造されている。また、これ等の原料は融点が1200℃〜1800℃と高いことから、この製造方法に適用されるルツボには白金やイリジウム等の高い融点を有する貴金属ルツボが使用されている。 LT (lithium tantalate: LiTaO 3 ), LN (lithium niobate: LiNbO 3 ), GGG (Gd 3 Ga 5 O 12 ), TGG (Tb 3 Ga 5 O 12 ), GSAG (Gd 3 Sc 2 Al 3 O 12) Oxide single crystals having a high melting point, such as TSAG (Tb 3 Sc 2 Al 3 O 12 ), etc. are usually produced using the Czochralski method (Cz method). Further, since these materials have high melting points of 1200 ° C. to 1800 ° C., noble metal crucibles having high melting points such as platinum and iridium are used for the crucible applied to this manufacturing method.

ところで、上記単結晶の回転引上げ法(チョクラルスキー法)は、例えば、図5に示すような単結晶育成装置を用いて行われる。すなわち、この単結晶育成装置aは、内部に原料bが投入されるルツボcとその外側を保温する保温材dとさらにその外側に配置されルツボcを誘導加熱することで原料bを加熱するワークコイル(高周波コイル)eと、上記ルツボcの上方側に昇降可能に設けられその先端に種結晶fが保持されると共に矢印方向へ回転する引上げ軸gとでその主要部が構成されている。ここで、ワークコイルeは適宜の巻き数でルツボcの周囲に設置され、ルツボc内での原料bの融解性を確保するために、ワークコイルeの下端がルツボcの底部よりも下方に位置し、かつ、ワークコイルeの上端がルツボcの上端部よりも上方に位置するように配置されている。   By the way, the rotation pulling method (Czochralski method) of the single crystal is performed using, for example, a single crystal growth apparatus as shown in FIG. That is, the single crystal growth apparatus a is a work piece for heating the raw material b by induction heating of the crucible c in which the raw material b is charged inside and a heat insulating material d for keeping the outside warmer and further outside the crucible c. The main part is constituted by a coil (high frequency coil) e and a pulling shaft g provided on the upper side of the crucible c so as to be movable up and down and holding a seed crystal f at its tip and rotating in the arrow direction. Here, the work coil e is installed around the crucible c with an appropriate number of turns, and the lower end of the work coil e is below the bottom of the crucible c in order to ensure the melting property of the raw material b in the crucible c. The upper end of the work coil e is positioned above the upper end of the crucible c.

そして、この製造装置を用いてタンタル酸リチウム(LT)等の単結晶を製造するには、まず、上記ルツボc内に原料bを投入して充填した後、ワークコイルeに通電して上記ルツボcを発熱させ、ルツボc内の原料bをその融点以上の温度に加熱して融解させる。   Then, in order to manufacture a single crystal such as lithium tantalate (LT) using this manufacturing apparatus, first, the raw material b is charged into the crucible c and filled, and then the work coil e is energized and the crucible is c is heated, and the raw material b in the crucible c is heated to a temperature above its melting point to melt it.

次に、融解した原料融液が適切な温度になるようにルツボcに投入する高周波の出力を調整した後、上記引上げ軸gを降下させて融解した原料融液の中心部に種結晶fとなるLT等の単結晶片を接触させる。そして、ルツボcに投入する高周波の出力を徐々に低下させて原料融液の温度を下げ、種結晶fを中心に原料融液を徐々に固化させると同時に、上記種結晶fを回転させながら上昇させるという操作を行うことによって単結晶が製造されるものである。   Next, after adjusting the output of the high frequency supplied to the crucible c so that the melted raw material melt reaches an appropriate temperature, the pulling shaft g is lowered to move the seed crystal f to the center of the melted raw material melt. Contact single crystal pieces such as LT. Then, the output of the high frequency wave introduced into the crucible c is gradually reduced to lower the temperature of the raw material melt, and the raw material melt is gradually solidified centering on the seed crystal f, and at the same time it is raised while rotating the seed crystal f. A single crystal is produced by performing the operation of

ところで、回転引上げ法(チョクラルスキー法)の上記一連の工程の内、原料融解作業における融解終了時点の判定は、従来、オペレータが原料の様子を観察しながら決定するマニュアル操作によって行われていた。このため、上記判定操作を誤るという問題を生じていた。   By the way, among the above-described series of steps of the rotational pulling method (Czochralski method), the determination of the melting end point in the raw material melting operation has conventionally been performed by a manual operation determined by the operator while observing the raw material . For this reason, the problem that the said judgment operation was mistaken had arisen.

このような問題を改善する方法としては、原料溶解時に坩堝の温度を、チャンバーの外に設けた放射温度計により直接測定する。測定温度が目標温度に一致するように、ヒータの出力を補正することが提案されている(例えば特許文献1参照)。
別な改善する方法としては、原料温度を測定するための温度センサをルツボの底部に設けると共に、この温度センサにより測定された温度の時間に対する二次微分値から原料の融解状態を検出し、上記二次微分値が負から正となる時点を原料の融解終了時点として原料融液の温度制御を行うことが提案されている(例えば特許文献2参照)。
As a method of improving such a problem, the temperature of the crucible at the time of dissolving the raw material is directly measured by a radiation thermometer provided outside the chamber. It has been proposed to correct the output of the heater so that the measured temperature matches the target temperature (see, for example, Patent Document 1).
As another improvement method, a temperature sensor for measuring the temperature of the raw material is provided at the bottom of the crucible, and the melting state of the raw material is detected from the second derivative value of the temperature measured by this temperature sensor, It has been proposed that temperature control of the raw material melt is performed with the point of time when the second derivative value changes from negative to positive as the end point of melting of the raw material (see, for example, Patent Document 2).

特開平9−227277号公報(発明の実施の形態,図2)JP-A-9-227277 (Embodiment of the invention, FIG. 2) 特開平10−338596号公報(発明の実施の形態,図1)JP 10-338596 A (embodiment of the invention, FIG. 1)

ところで、高周波誘導加熱でルツボを加熱する場合、高周波がルツボに誘導される渦電流は一様ではなく、ルツボ上端やルツボ底部のコーナー付近に特に誘導される。反対に、ルツボ底部の中央付近は誘導電流が弱く、その結果、ルツボ底部付近の融液は他の領域と比べて温度が低くなる。ルツボ底部の温度を高くするためにはワークコイルを降下させてルツボ底部に印加される渦電流を増加させることが簡便であるが、ルツボ底部に高周波出力の比重が偏ると、ルツボ上部の加熱が低下して温度差のために結晶が割れるなど結晶に不具合を与える。   By the way, when heating a crucible by high frequency induction heating, the eddy current by which a high frequency is induced to a crucible is not uniform, and is especially induced near the corner of a crucible upper end or a crucible bottom. On the contrary, the induction current is weak near the center of the crucible bottom, and as a result, the temperature of the melt near the crucible bottom is lower than other regions. To raise the temperature at the bottom of the crucible, it is convenient to lower the work coil to increase the eddy current applied to the bottom of the crucible, but if the specific gravity of the high frequency output is biased to the bottom of the crucible, heating of the top of the crucible The temperature drops to cause problems such as cracking of the crystal due to temperature difference.

ここで、製造する単結晶が、例えば、50φ以下の小さな直径の場合は、単結晶製造に使用するルツボの直径も高々100φ程度であるため、ルツボ底部の中央付近で高周波が誘導され難くなって温度が極端に低下するようなことは殆んど発生しないが、ルツボの直径が100φを超えるようになると、ルツボ底部の中央付近の領域の温度低下は結晶育成に深刻な影響を与える場合がある。   Here, if the single crystal to be produced has a small diameter of, for example, 50φ or less, the diameter of the crucible used for producing the single crystal is also at most about 100φ, making it difficult to induce high frequency near the center of the bottom of the crucible. Extreme temperature decrease hardly occurs, but when the diameter of the crucible exceeds 100φ, the temperature decrease in the area near the center of the bottom of the crucible may seriously affect the crystal growth. .

まず、ルツボ底部の温度が低いと、結晶育成において高周波の出力を徐々に低下させて原料融液の温度を下げる過程で、融液内の自然対流によって、融液表面や結晶界面で冷却された原料融液がルツボ上部の中央付近で下降流となり、ルツボ底部に到達するが、ルツボ底部の温度が十分に高くないとルツボ底部付近の原料融液が急速に固化する場合がある。LTの場合、融液の比重は5.7g/cmに対し、固体は7.5g/cmであるため、ルツボ底部付近の原料固化と共に、原料融液の融液位置が図5のように低下することになる。これは、回転引上げ法によって育成している結晶にとっては、急激に成長速度が増加することに他ならない。急激な成長速度の増加は結晶欠陥の誘発や、更には多結晶の発生に繋がる。そのため、育成中の原料固化は避けなければならないが、結晶の育成回数を重ねる毎に、ルツボが変形しそれによる対流の変化、あるいは、ルツボ回りに配した耐火物の劣化などが進行することによってルツボ底部の温度が低下し易くなって原料が固化する。 First, when the temperature at the bottom of the crucible is low, in the process of lowering the temperature of the raw material melt by gradually reducing the output of high frequency in crystal growth, it was cooled on the melt surface or crystal interface by natural convection in the melt. The raw material melt flows down near the center of the upper portion of the crucible and reaches the bottom of the crucible, but if the temperature at the bottom of the crucible is not sufficiently high, the raw material melt near the bottom of the crucible may solidify rapidly. In the case of LT, since the specific gravity of the melt is 5.7 g / cm 3 and the solid is 7.5 g / cm 3 , the melt position of the raw material melt is as shown in FIG. 5 along with solidification of the raw material near the crucible bottom. Will be reduced to This is nothing but a rapid increase in the growth rate for crystals grown by the rotational pulling method. The rapid increase in growth rate leads to the induction of crystal defects and further to the generation of polycrystals. Therefore, although it is necessary to avoid solidification of the raw material during growth, the crucible is deformed each time the number of times of crystal growth is increased, and the change of convection due to it or deterioration of the refractory placed around the crucible progresses. The temperature at the bottom of the crucible tends to decrease, and the raw material solidifies.

更には、結晶育成中、原料固化が進行すると、ルツボ底部で固化した原料が石筍のようにルツボ内で上に向かって成長し、回転引上げ法によって育成している単結晶と固化原料とが衝突してしまう問題を有していた。   Furthermore, when solidification of the raw material proceeds during crystal growth, the raw material solidified at the bottom of the crucible grows upward in the crucible like a stone crucible, and the single crystal grown by the rotational pulling method collides with the solidified raw material Had a problem that

本発明はこのような問題点に着目してなされたもので、本発明が解決しようとする技術的課題は、ルツボ底部付近で原料融液が固化する事態を防止する単結晶の製造方法及びその装置を提供することにある。   The present invention was made in view of such problems, and the technical problem to be solved by the present invention is a method of producing a single crystal for preventing the raw material melt from solidifying in the vicinity of the bottom of a crucible and the same It is in providing an apparatus.

本発明の第1の技術的特徴は、ルツボ内に収容された原料融液から回転引上げ法により単結晶を製造する単結晶の製造方法において、前記ルツボに設置された温度センサにて前記ルツボ底部付近における原料融液の温度を測定する測定工程と、前記測定工程にて測定された前記温度センサからの温度情報に基づいて当該温度の単位時間における微小変動成分が予め決められた閾値を越えたか否かによりルツボ底部付近における原料融液の固化の兆候を判別する判別工程と、前記判別工程にて前記温度の微小変動成分が前記閾値を越えた条件では前記温度の微小変動成分を前記閾値以下にするように前記ルツボ底部の加熱を促進させる加熱工程と、を備えたことを特徴とする単結晶の製造方法である。   According to a first technical feature of the present invention, in the method of producing a single crystal, wherein a single crystal is produced from a raw material melt accommodated in a crucible by a rotation pulling method, the crucible bottom portion is formed by a temperature sensor installed in the crucible Whether the minute fluctuation component in the unit time of the temperature exceeds a predetermined threshold based on the measurement step of measuring the temperature of the raw material melt in the vicinity and the temperature information from the temperature sensor measured in the measurement step Under the condition that the minute fluctuation component of the temperature exceeds the threshold value in the discrimination step of judging signs of solidification of the raw material melt in the vicinity of the crucible bottom depending on whether or not the minute fluctuation component of the temperature is below the threshold value And a heating step of promoting heating of the bottom of the crucible.

本発明の第2の技術的特徴は、第1の技術的特徴を備えた単結晶の製造方法において、前記判別工程は、前記温度の微小変動成分を標準偏差として算出し、この標準偏差を用いて判別することを特徴とする単結晶の製造方法である。
本発明の第3の技術的特徴は、第1の技術的特徴を備えた単結晶の製造方法において、前記加熱工程は、ルツボの周囲に上下方向に移動可能に設けられた加熱用の高周波コイルを用い、前記温度の微小変動成分が前記閾値を越えた条件では前記高周波コイルを1時間当たり1mm以上、12mm以下の速度で下降させることを特徴とする単結晶の製造方法である。
本発明の第4の技術的特徴は、第1の技術的特徴を備えた単結晶の製造方法において、前記ルツボは貴金属ルツボであることを特徴とする単結晶の製造方法である。
本発明の第5の技術的特徴は、第1の技術的特徴を備えた単結晶の製造方法において、前記単結晶は、LT(タンタル酸リチウム:LiTaO)、LN(ニオブ酸リチウム:LiNbO)、GGG(GdGa12)、TGG(TbGa12)、GSAG(Gd Sc Al 12)及びTSAG(Tb Sc Al 12)のいずれかであることを特徴とする単結晶の製造方法である。
According to a second technical feature of the present invention, in the method for producing a single crystal having the first technical feature, the determining step calculates a minute fluctuation component of the temperature as a standard deviation, and uses this standard deviation. It is a manufacturing method of the single crystal characterized by distinguishing.
According to a third technical feature of the present invention, in the method of manufacturing a single crystal having the first technical feature, the heating step includes a high frequency coil for heating provided movably in the vertical direction around the crucible. In the method of manufacturing a single crystal, the high frequency coil is lowered at a speed of 1 mm or more and 12 mm or less per hour under the condition that the minute fluctuation component of the temperature exceeds the threshold.
A fourth technical feature of the present invention is the method for producing a single crystal according to the first technical feature, wherein the crucible is a noble metal crucible.
According to a fifth technical feature of the present invention, in the method for producing a single crystal having the first technical feature, the single crystal comprises LT (lithium tantalate: LiTaO 3 ), LN (lithium niobate: LiNbO 3) Or GGG (Gd 3 Ga 5 O 12 ), TGG (Tb 3 Ga 5 O 12 ), GSAG (Gd 3 Sc 2 Al 3 O 12 ) or TSAG (Tb 3 Sc 2 Al 3 O 12 ) It is a manufacturing method of the single crystal characterized by the above.

本発明の第6の技術的特徴は、ルツボ内に収容された原料融液から回転引上げ法により単結晶を製造する単結晶の製造装置において、前記ルツボに付設されてルツボ底部付近の原料融液の温度を検出する温度センサと、前記ルツボの周囲に設けられ、前記ルツボを高周波誘導加熱する高周波コイルと、前記温度センサからの温度情報に基づいて当該温度の単位時間当たりの微小変動成分を算出し、得られた算出結果に基づいて前記高周波コイルに対する制御信号を生成する制御装置と、前記高周波コイルを上下方向に移動可能に駆動する駆動機構と、を備え、前記制御装置は、前記温度の微小変動成分が予め決められた閾値を越えるか否かにより前記ルツボ底部付近における原料融液の固化の兆候を判別し、前記閾値を越えた条件では前記温度の微小変動成分を前記閾値以下にするように前記駆動機構により前記高周波コイルを予め決められた速度で下降させ、前記ルツボ底部の加熱を促進させることを特徴とする単結晶の製造装置である。   According to a sixth technical feature of the present invention, in a single crystal manufacturing apparatus for manufacturing a single crystal from a raw material melt contained in a crucible by a rotational pulling method, the raw material melt attached to the crucible and near the bottom of the crucible The minute fluctuation component of the temperature per unit time is calculated based on temperature information from the temperature sensor for detecting the temperature of the crucible, the high frequency coil provided around the crucible and performing high frequency induction heating the crucible, and the temperature sensor And a control mechanism for generating a control signal for the high frequency coil based on the obtained calculation result, and a drive mechanism for driving the high frequency coil so as to be movable in the vertical direction, Indications of solidification of the raw material melt in the vicinity of the bottom of the crucible are determined based on whether or not the minute fluctuation component exceeds a predetermined threshold value, and the temperature exceeds the threshold value. By the drive mechanism to the small variation component below the threshold is lowered at a predetermined rate to the high frequency coil, an apparatus for producing a single crystal, characterized in that to promote the heating of the crucible bottom.

第1の技術的特徴を備えた発明によれば、ルツボ底部付近で原料融液が固化する事態を防止することが可能な単結晶の製造方法を提供することができる。
第2の技術的特徴を備えた発明によれば、温度の単位時間における微小変動成分を正確に算出することができる。
第3の技術的特徴を備えた発明によれば、ツボ底部付近で原料融液が固化する事態を防止でき、しかも、結晶欠陥の少ない単結晶を製造することができる。
第4の技術的特徴を備えた発明によれば、高融点酸化物単結晶を製造する上で有効である。
第5の技術的特徴を備えた発明によれば、ルツボ底部付近で原料融液が固化する事態を防止し、高融点酸化物単結晶を製造することができる。
第6の技術的特徴を備えた発明によれば、ルツボ底部付近で原料融液が固化する事態を防止することが可能な単結晶の製造装置を提供することができる。
According to the invention having the first technical feature, it is possible to provide a method of manufacturing a single crystal capable of preventing the situation where the raw material melt is solidified near the bottom of the crucible.
According to the invention having the second technical feature, a minute fluctuation component in a unit time of temperature can be accurately calculated.
According to the invention having the third technical feature prevents a situation in which the raw material melt is solidified in the vicinity of Le pot bottom, moreover, it is possible to produce a less crystal defect single crystal.
According to the invention having the fourth technical feature, it is effective in producing a high melting point oxide single crystal.
According to the invention having the fifth technical feature, the raw material melt can be prevented from solidifying in the vicinity of the bottom of the crucible, and a high melting point oxide single crystal can be produced.
According to the invention having the sixth technical feature, it is possible to provide an apparatus for producing a single crystal capable of preventing the raw material melt from being solidified near the bottom of the crucible.

本発明が適用された単結晶の製造方法の実施の形態の概要を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the outline | summary of embodiment of the manufacturing method of the single crystal to which this invention was applied. 実施の形態1に係る単結晶の製造装置の概略を示す説明図である。FIG. 1 is an explanatory view showing an outline of a single crystal production apparatus according to a first embodiment. 実施の形態1に係る単結晶の製造装置による単結晶の製造過程における結晶重量及びルツボ底部の温度と時間との関係を示すグラフ図である。FIG. 6 is a graph showing the relationship between the crystal weight and the temperature and time of the bottom of the crucible in the process of producing a single crystal by the single-crystal producing apparatus according to Embodiment 1. 実施の形態1に係る単結晶の製造装置による単結晶の製造過程におけるルツボ底部の温度振動と時間との関係を示すグラフ図である。FIG. 7 is a graph showing the relationship between temperature oscillation of the crucible bottom and time in the process of manufacturing a single crystal by the single crystal manufacturing apparatus according to Embodiment 1. 従来の単結晶の製造装置の概略を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the outline of the manufacturing apparatus of the conventional single crystal.

◎実施の形態の概要
図1は本発明が適用された単結晶の製造方法の実施の形態の概要を示す説明図である。
同図において、単結晶の製造方法は、ルツボ1内に収容された原料M融液から回転引上げ法により単結晶を製造する単結晶の製造方法において、ルツボ1に設置された温度センサ2にてルツボ1底部付近における原料M融液の温度を測定する測定工程Aと、測定工程Aにて測定された温度センサ2からの温度情報に基づいて当該温度の単位時間における微小変動成分ΔTが予め決められた閾値αを越えたか否かによりルツボ1底部付近における原料M融液の固化の兆候を判別する判別工程Bと、判別工程Bにて温度の微小変動成分ΔTが閾値αを越えた条件では温度の微小変動成分ΔTを閾値α以下にするようにルツボ1底部の加熱を促進させる加熱工程Cと、を備えたものである。
尚、図1中、符号3はルツボ1の周囲に設けられる加熱用の高周波コイル、4はルツボ1の周囲を取り囲む保温材、5はルツボ1内の原料M融液を回転させながら引き上げる引上げ軸である。
Outline of Embodiment FIG. 1 is an explanatory view showing an outline of an embodiment of a method of manufacturing a single crystal to which the present invention is applied.
In the figure, a method of producing a single crystal is a method of producing a single crystal from a melt of a raw material M accommodated in a crucible 1 by a rotation pulling method, wherein a temperature sensor 2 installed in the crucible 1 is used. Based on the temperature information from the measurement process A for measuring the temperature of the raw material M melt near the bottom of the crucible 1 and the temperature sensor 2 measured in the measurement process A, the minute fluctuation component ΔT in the unit time of the temperature is determined in advance Under the condition that the minute fluctuation component ΔT of the temperature in the determination step B exceeds the threshold α in the determination step B for determining the sign of solidification of the raw material M melt in the vicinity of the bottom of the crucible 1 based on whether or not the threshold α is exceeded. And a heating step C for promoting the heating of the bottom of the crucible 1 so as to make the minute fluctuation component ΔT of the temperature not more than the threshold value α.
In FIG. 1, reference numeral 3 is a high frequency coil for heating provided around the crucible 1, 4 is a heat insulating material surrounding the periphery of the crucible 1, and 5 is a pulling shaft for pulling the material M melt in the crucible 1 while rotating it. It is.

このような技術的手段において、本例は、温度センサ2による測定工程A、温度センサ2による温度情報から温度の単位時間における微小変動成分ΔTに着目し、ルツボ1底部付近の原料M融液の固化の兆候を判別する判別工程B、判別工程Bの判別結果に基づいてルツボ1底部の加熱を促進させる加熱工程C、を含むものであればよい。ここで、ルツボ1底部付近の原料M融液の温度を測定可能であれば、温度センサ2の設置場所は図1ではルツボ1の底部であるが、これに限られず、側部等でもよい。また、温度センサ2の数も問わない。
また、判別工程Bによる「温度の単位時間における微小変動成分ΔT」は数値化できるものであれば適宜選定して差し支えない。本件発明者は、前述した温度の微小変動成分ΔTが大きくなることは、ルツボ1底部付近における原料M融液が固化する兆候に変化していることに関連することを見出し、ルツボ1底部付近における原料M融液の固化を防ぐように原料M融液を加熱することを企図している。
更に、加熱工程Cは、温度の微小変動成分ΔTを閾値α以下にするように加熱条件を変えればよく、ルツボ1底部の加熱を促進させるようにすればよい。但し、加熱温度が急に変化すると結晶欠陥の虞れがあるので、これを回避する上で加熱温度を急変化させないようにするのが好ましい。
In this technical means, the present embodiment focuses on the minute fluctuation component ΔT in unit time of temperature from the measurement process A by the temperature sensor 2 and the temperature information by the temperature sensor 2 and measures the raw material M melt near the bottom of the crucible 1 It may be any process as long as it includes a determination step B for determining a sign of solidification, and a heating step C for promoting heating of the bottom of the crucible 1 based on the determination result of the determination step B. Here, if the temperature of the raw material M melt near the bottom of the crucible 1 can be measured, the installation place of the temperature sensor 2 is the bottom of the crucible 1 in FIG. 1, but it is not limited to this. Also, the number of temperature sensors 2 does not matter.
In addition, “small fluctuation component ΔT in unit time of temperature” in the determination step B may be appropriately selected as long as it can be quantified. The inventors of the present invention have found that the increase in the minute fluctuation component ΔT of the temperature mentioned above is related to the fact that the raw material M melt in the vicinity of the bottom of the crucible 1 is changed to a sign of solidification. It is contemplated to heat the raw material M melt so as to prevent the solidification of the raw material M melt.
Furthermore, in the heating step C, the heating condition may be changed so as to make the minute fluctuation component ΔT of the temperature not more than the threshold value α, and the heating of the bottom of the crucible 1 may be promoted. However, if the heating temperature suddenly changes, there is a possibility of crystal defects, and in order to avoid this, it is preferable not to change the heating temperature suddenly.

次に、本実施の形態に係る単結晶の製造方法の代表的な態様又は好ましい態様について説明する。
先ず、判別工程Bの好ましい態様としては、温度の微小変動成分ΔTを標準偏差として算出し、この標準偏差を用いて判別する態様が挙げられる。このように、標準偏差を用いるようにすれば、温度の微小変動成分ΔTを正確に把握できる点で好ましい。
また、加熱工程Cの好ましい態様としては、ルツボ1の周囲に上下方向に移動可能に設けられた加熱用の高周波コイル3を用い、温度の微小変動成分ΔTが閾値αを越えた条件では高周波コイル3を1時間当たり1mm以上、12mm以下の速度vaで下降させる態様が挙げられる。本例は、移動式の高周波コイル3を用い、ルツボ1底部付近における原料M融液の加熱を促進させる上で、高周波コイル3を所定の速度で下降させる。ここで、下降速度が1時間当たり1mm未満では、微小変動成分ΔTが閾値α以内に至るのに時間がかかり過ぎ、また、1時間当たり12mmを越える場合は、温度変化が大きく、結晶欠陥を改善し難い。
更に、高融点酸化物単結晶を製造する場合には、ルツボ1として貴金属ルツボを使用することが好ましい。ここでいう高融点酸化物単結晶としては、LT(タンタル酸リチウム:LiTaO)、LN(ニオブ酸リチウム:LiNbO)、GGG(GdGa12)、TGG(TbGa12)、GSAG(Gd Sc Al 12)又はTSAG(Tb Sc Al 12)が挙げられる。
Next, a typical aspect or a preferable aspect of the method for producing a single crystal according to the present embodiment will be described.
First, as a preferable embodiment of the discrimination step B, there is an embodiment in which the minute fluctuation component ΔT of the temperature is calculated as a standard deviation, and the discrimination is performed using this standard deviation. Thus, using the standard deviation is preferable in that the minute fluctuation component ΔT of the temperature can be accurately grasped.
Moreover, as a preferable mode of the heating step C, the high frequency coil 3 for heating provided so as to be vertically movable around the crucible 1 is used, and under the condition that the minute fluctuation component ΔT of the temperature exceeds the threshold α, the high frequency coil There is a mode in which 3 is lowered at a speed va of 1 mm or more and 12 mm or less per hour. In the present example, the movable high frequency coil 3 is used to lower the high frequency coil 3 at a predetermined speed in order to promote heating of the raw material M melt in the vicinity of the bottom of the crucible 1. Here, if the descending speed is less than 1 mm per hour, it takes too long for the minute fluctuation component ΔT to reach within the threshold α, and if it exceeds 12 mm per hour, the temperature change is large and the crystal defects are improved It is difficult to do.
Furthermore, in the case of producing a high melting point oxide single crystal, it is preferable to use a noble metal crucible as the crucible 1. As high melting point oxide single crystals mentioned here, LT (lithium tantalate: LiTaO 3 ), LN (lithium niobate: LiNbO 3 ), GGG (Gd 3 Ga 5 O 12 ), TGG (Tb 3 Ga 5 O 12) And GSAG (Gd 3 Sc 2 Al 3 O 12 ) or TSAG (Tb 3 Sc 2 Al 3 O 12 ).

また、本実施の形態に係る単結晶の製造方法を具現化すると、以下のような単結晶の製造装置が構築される。
本例では、単結晶の製造装置は、ルツボ1内に収容された原料M融液から回転引上げ法により単結晶を製造するものであって、ルツボ1に付設されてルツボ1底部付近の原料M融液の温度を検出する温度センサ2と、ルツボ1の周囲に設けられ、ルツボ1を高周波誘導加熱する高周波コイル3と、温度センサ2からの温度情報に基づいて当該温度の単位時間当たりの微小変動成分ΔTを算出し、得られた算出結果に基づいて高周波コイル3に対する制御信号を生成する制御装置(図示せず)と、高周波コイル3を上下方向に移動可能に駆動する駆動機構(図示せず)と、を備え、制御装置は、温度の微小変動成分ΔTが予め決められた閾値αを越えるか否かによりルツボ1底部付近における原料M融液の固化の兆候を判別し、閾値αを越えた条件(例えばWの範囲)では温度の微小変動成分ΔTを閾値α以下にするように駆動機構により高周波コイル3を予め決められた速度vaで下降させ、ルツボ1底部の加熱を促進させるものである。
Further, when the method of manufacturing a single crystal according to the present embodiment is embodied, the following single crystal manufacturing apparatus is constructed.
In this example, the apparatus for producing a single crystal is for producing a single crystal from the melt of the raw material M accommodated in the crucible 1 by a rotational pulling method, and is attached to the crucible 1 and the raw material M near the bottom of the crucible 1 Based on temperature information from the temperature sensor 2 for detecting the temperature of the melt, the high frequency coil 3 provided around the crucible 1 and performing high frequency induction heating on the crucible 1, and the minute per unit time of the temperature based on temperature information from the temperature sensor 2 A control device (not shown) that calculates fluctuation component ΔT and generates a control signal for high frequency coil 3 based on the obtained calculation result, and a drive mechanism (not shown) that drives high frequency coil 3 so as to move vertically. And the controller determines signs of solidification of the raw material M melt near the bottom of the crucible 1 based on whether or not the minute fluctuation component ΔT of the temperature exceeds a predetermined threshold α, and Article beyond (For example in a range from W) a high-frequency coil 3 is lowered at a predetermined rate va by the drive mechanism to the small variation component ΔT at temperatures below the threshold value alpha, it is intended to promote the heating of the crucible 1 bottom.

以下、添付図面に示す実施の形態に基づいて本件発明をより詳細に説明する。
◎実施の形態1
図2は、実施の形態1に係る単結晶の製造装置の概略を示すシステム構成図である。
すなわち、この単結晶の製造装置は、その外側が保温材11により覆われ内部に原料12が投入されるルツボ13と、このルツボ13の底部に付設されルツボ13内の原料温度をモニタするための温度センサ14と、保温材11の外側に配置されかつ高周波電源15に接続されると共にルツボ13を高周波誘導加熱するワークコイル(高周波コイル)16と、温度センサ14に接続されこの温度センサ14から出力される信号により原料12の温度を読取るデジタル温度計17と、このデジタル温度計17に接続されデジタル温度計17から出力される信号により温度の単位時間における微細な温度変動である微小変動成分を標準偏差として演算しかつ得られた演算情報に基づきワークコイル16の適正な駆動情報を出力するマイクロコンピュータ18と、このマイクロコンピュータ18に接続されマイクロコンピュータ18から出力される情報信号によりワークコイル16の位置を制御するワークコイル駆動機構19と、同じくマイクロコンピュータ18に接続されマイクロコンピュータ18から出力される情報信号により高周波出力を制御する高周波出力調整器20と、ルツボ13の上方側の引上げ軸21と、引上げ軸21の上の結晶重量センサ22とで主要部が構成されている。
なお、温度センサ14の種類については特に限定されることはなく、JIS C 1602:1995に規定されたRタイプまたはBタイプの熱電対を適用しても、あるいは、光を使用したファイバセンサやパイロメータ等を利用してもよい。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on the embodiment shown in the attached drawings.
実 施 Embodiment 1
FIG. 2 is a system configuration diagram showing an outline of a single crystal manufacturing apparatus according to the first embodiment.
That is, this single crystal manufacturing apparatus has a crucible 13 whose outer side is covered with a heat insulating material 11 and the raw material 12 is charged into the inside, and a bottom of the crucible 13 is attached to monitor the raw material temperature in the crucible 13. A temperature sensor 14, a work coil (high frequency coil) 16 disposed outside the heat insulator 11 and connected to the high frequency power supply 15 and performing high frequency induction heating on the crucible 13, and a temperature sensor 14 are connected and output from the temperature sensor 14 The digital thermometer 17 which reads the temperature of the raw material 12 by the received signal and the signal output from the digital thermometer 17 connected to the digital thermometer 17 standardize the minute fluctuation component which is the minute temperature fluctuation in the unit time of temperature. A micro computer which outputs appropriate drive information of the work coil 16 based on the operation information which is calculated as deviation and obtained. And a work coil drive mechanism 19 connected to the microcomputer 18 to control the position of the work coil 16 by an information signal output from the microcomputer 18, and also connected to the microcomputer 18 and output from the microcomputer 18. The main part is constituted by the high frequency output regulator 20 which controls the high frequency output by the information signal, the pulling shaft 21 on the upper side of the crucible 13, and the crystal weight sensor 22 on the pulling shaft 21.
The type of the temperature sensor 14 is not particularly limited, and even if an R type or B type thermocouple specified in JIS C 1602: 1995 is applied, or a fiber sensor or pyrometer using light is used. You may use etc.

ここで、図3は、この製造装置を用いてLT単結晶を育成した際、ルツボ13底部に配置した温度センサ14(Bタイプの熱電対)により読み取られたルツボ13底部の温度変化と結晶重量センサ22をプロットしたグラフ図である。
図3からわかるように、ルツボ13底部の温度は結晶育成に伴って徐々に温度は低下するが、その間、温度に微小な振動が生じている領域があることが確認できる。これらの微小振動は3つの領域に分けられる。
第一領域は、0分(結晶引上げ開始)から350分の領域で、ルツボ13の底部の温度振動が少ない領域である。また、第二領域は、350分から1150分の領域であり、温度振動の振幅が最大で0.5℃程度ある。そして、第三領域は、1150分以降の領域であり、再び温度振動が少ない領域である。
Here, FIG. 3 shows the temperature change and the crystal weight of the bottom of the crucible 13 read by the temperature sensor 14 (B-type thermocouple) disposed at the bottom of the crucible 13 when growing an LT single crystal using this manufacturing apparatus. It is the graph which plotted the sensor 22. FIG.
As can be seen from FIG. 3, the temperature of the bottom of the crucible 13 gradually decreases with the crystal growth, but it can be confirmed that there is a region in which minute vibrations occur in the temperature. These micro vibrations are divided into three regions.
The first region is a region where there is little temperature vibration at the bottom of the crucible 13 from 0 minutes (the start of crystal pulling) to 350 minutes. Further, the second region is a region of 350 minutes to 1150 minutes, and the amplitude of the temperature vibration is about 0.5 ° C. at maximum. The third region is a region after 1150 minutes, and is again a region where there is little temperature vibration.

そして、第二領域と第三領域との間には、不連続な温度の上昇が確認できる。温度にして3℃の急上昇であるが、これは原料が固化したことによる固化熱であり、ルツボ13底部付近の原料12融液が急激に固化した結果を示している。温度の単位時間(ここでは30分間)における温度振動をみるために大きな温度変化は除外して温度の細かな変動を標準偏差として分析すると、図4のグラフ図に示すような形となることから、標準偏差で0.06℃を境界に原料固化の兆候を容易に検知することができる。すなわち、第一領域では標準偏差は0.06℃以下であるが、第二領域では0.06℃を越え、第三領域では再び0.06℃を下回る。   And a discontinuous rise in temperature can be confirmed between the second area and the third area. The temperature rises rapidly by 3 ° C., which is the heat of solidification due to the solidification of the raw material, and shows the result of rapid solidification of the melt of the raw material 12 near the bottom of the crucible 13. In order to observe temperature oscillations in a unit time of temperature (in this case, 30 minutes), large temperature changes are excluded and when small fluctuations in temperature are analyzed as a standard deviation, the form is as shown in the graph of FIG. The standard deviation can easily detect the sign of solidification of the raw material at the boundary of 0.06 ° C. That is, the standard deviation is less than or equal to 0.06 ° C. in the first region, but above 0.06 ° C. in the second region and again below 0.06 ° C. in the third region.

本発明者の詳細な調査によれば、第一領域では、まだ原料12融液が固化していないため、ルツボ13底部の温度変化は滑らかなものであるが、第二領域では、原料が微小ながら固化を始める。固化すると固化熱が発生し固化した部分が再度融解するが融解の際にエネルギーが消費されることから温度が下がる。このようにして、第二領域は原料の固化と融解を頻繁に繰り返している。ルツボ13の底部の温度が更に下がっていくと、ルツボ13底部における原料12融液の固化が急速に進み固化熱が一気に発生する。そして、第三領域では原料の固化によってルツボ13底部に固形原料の壁が形成された結果、その後に発生している温度振動を温度センサ14でほとんど検出できなくなっていることが明らかとなった。   According to the inventor's detailed investigation, in the first region, the melt of the raw material 12 is not solidified yet, so the temperature change at the bottom of the crucible 13 is smooth, but in the second region, the raw material is minute While it starts to solidify. When solidified, a heat of solidification is generated and the solidified portion is melted again, but the temperature is lowered because energy is consumed at the time of melting. In this way, the second region frequently repeats the solidification and melting of the raw material. As the temperature at the bottom of the crucible 13 is further lowered, the solidification of the melt of the raw material 12 at the bottom of the crucible 13 progresses rapidly, and the heat of solidification is generated at once. Then, in the third region, as a result of the solid raw material wall being formed at the bottom of the crucible 13 due to solidification of the raw material, it became clear that the temperature sensor 14 can hardly detect the temperature vibration occurring thereafter.

このようにして、結晶重量センサ22で結晶重量を計測しながら高周波出力を精度よく調整して結晶を作製する工程において、ルツボ13底部の温度を連続かつ詳細に測定し、ルツボ13底部の大きな温度変化は除外し、微細な温度振動のみを分析して第二領域に至った時点を検出した後、温度振動が予め設定された閾値(本例では0.06℃)以下になるようにワークコイル16を徐々に下降させることにより、ルツボ13底部を加熱することで原料12融液の固化を予め防止することが可能となる。
本例では、高周波誘導加熱用のワークコイル16は、適宜の巻き数でルツボ13の周囲に設置され、ルツボ13内での原料12の融解性を確保するために、ワークコイル16の下端がルツボ13の底部よりも60〜100mm程度下方に位置し、かつ、ワークコイル16の上端がルツボ13の上端部よりも80〜120mm程度上方に位置するように配置されている。
ここで、高周波誘導加熱用のワークコイル16の下降速度は、1時間当たり1mm以上、12mm以下の速度が好ましい。下降速度が1時間当たり1mm未満では、標準偏差を規定の値以下にするのに時間が掛かり、結晶欠陥を改善することができない。一方、下降速度が1時間当たり12mmを超える場合は、温度変化が大きく、結晶欠陥を改善することができない。また、本例では、ワークコイル16を移動する方式を採用しているが、仮に、ワークコイル16を予め所定量下げて固定的に配置したとすると、ルツボ13の下部に加熱が集中し、原料12融液の表面を融点付近にするためには、ルツボ13の下部を過剰に加熱することになり、強制対流が強くなり過ぎ、原料12融液表面での対流が乱れ、単結晶の軸対称が崩れたり、ルツボ13の寿命が短くなる点で好ましくない。
また、本例では、ワークコイル16の移動時には、ルツボ13内の原料12融液の温度分布が変わるため、高周波出力調整器20は、ワークコイル16の移動に伴う原料12融液の温度分布の変化を感知し、そしてそれに伴う結晶育成中の成長速度の変化、直径の変化を制御するために、高周波出力を自動的に調整するようになっている。
Thus, the temperature of the bottom of the crucible 13 is measured continuously and in detail in the process of preparing the crystal by adjusting the high frequency output with high precision while measuring the crystal weight with the crystal weight sensor 22, and the large temperature of the bottom of the crucible 13 The change is excluded, and after only the minute temperature vibration is analyzed to detect the time when the second region is reached, the work coil is adjusted so that the temperature vibration becomes equal to or less than a preset threshold (in this example, 0.06 ° C.) By gradually lowering 16, it becomes possible to prevent solidification of the melt of the raw material 12 in advance by heating the bottom of the crucible 13.
In this example, the work coil 16 for high frequency induction heating is installed around the crucible 13 with an appropriate number of turns, and the lower end of the work coil 16 is a crucible in order to ensure the melting property of the raw material 12 in the crucible 13. The upper end of the work coil 16 is disposed about 80 to 120 mm above the upper end of the crucible 13 and located about 60 to 100 mm below the bottom of the base 13.
Here, the descending speed of the work coil 16 for high frequency induction heating is preferably 1 mm or more and 12 mm or less per hour. If the descending speed is less than 1 mm per hour, it takes time to reduce the standard deviation to a specified value or less, and the crystal defects can not be improved. On the other hand, when the descending speed exceeds 12 mm per hour, the temperature change is large and the crystal defects can not be improved. Further, in this example, the method of moving the work coil 16 is adopted. However, if the work coil 16 is lowered in advance by a predetermined amount and fixedly arranged, heating is concentrated in the lower part of the crucible 13 and the raw material In order to bring the surface of the 12 melt close to the melting point, the lower part of the crucible 13 is heated excessively, forced convection becomes too strong, the convection on the surface of the melt of the raw material 12 is disturbed, and axial symmetry of the single crystal But it is not preferable in that the life of the crucible 13 is shortened.
Further, in the present embodiment, since the temperature distribution of the melt of the raw material 12 in the crucible 13 changes when the work coil 16 moves, the high-frequency output adjuster 20 changes the temperature distribution of the melt of the raw material 12 accompanying the movement of the work coil 16. The high frequency output is automatically adjusted to sense a change and to control a change in growth rate and a change in diameter during crystal growth accompanying the change.

このように、ルツボ13に設けられた温度センサ14により測定された温度の単位時間における微小変動成分の標準偏差に基づいて、原料12融液の固化の兆候を事前に検出し、標準偏差の値が規定の値(予め決められた閾値)以下となるようにワークコイル16を精細に降下させる制御を行って、ルツボ13底部の加熱を強化し、ルツボ13底部で発生する原料12融液の固化を防止することが可能となり、原料12融液の固化による結晶の急成長が防止され、結晶品質を向上させることができる。
また、本例では、高融点酸化物単結晶の種類やルツボ13の大きさ(例えば直径100〜250mm)を変えた態様につき、ワークコイル16を精細に降下させる制御方式(1時間当たり1mm以上、12mm以下の速度で降下する方式)を採用したところ、良好な単結晶が得られることが確認された。
なお、本実施の形態は、LNやLT等の高融点酸化物単結晶の製造方法に適しているが、これ等高融点酸化物単結晶の製造に限定されるものではなく、他の単結晶(すなわち白金やイリジウム等の貴金属ルツボを使用しなくても製造できる単結晶)の製造にも当然のことながら適用可能である。
Thus, based on the standard deviation of the minute fluctuation component in unit time of temperature measured by the temperature sensor 14 provided in the crucible 13, the sign of solidification of the raw material 12 melt is detected in advance, and the value of the standard deviation Control to lower the work coil 16 finely so that the value becomes less than a prescribed value (predetermined threshold value) to strengthen the heating of the bottom of the crucible 13 and solidify the raw material 12 melt generated at the bottom of the crucible 13 Can be prevented, rapid growth of crystals due to solidification of the raw material 12 melt can be prevented, and the crystal quality can be improved.
Further, in this embodiment, a control method (1 mm or more per hour or more per hour) for finely lowering the work coil 16 according to an embodiment in which the type of high melting point oxide single crystal and the size of the crucible 13 (for example, diameter 100 to 250 mm) are changed. When the method of falling at a speed of 12 mm or less was adopted, it was confirmed that a good single crystal could be obtained.
Although this embodiment is suitable for the method of producing high melting point oxide single crystals such as LN and LT, the present embodiment is not limited to the production of these high melting point oxide single crystals, and other single crystals may be used. It can be naturally applied to the production of (that is, a single crystal which can be produced without using a noble metal crucible such as platinum or iridium).

以下、実施の形態1に係る単結晶の製造装置を具現化した実施例について詳細に説明する。
◎実施例1
図2に示した製造装置を用いてLT(LiTaO)単結晶の成長を試みた。また、育成には直径170mmφ、高さ200mm、厚さ2mmのイリジウム製ルツボ13を使用し、約20kgのLT粉末をルツボ13内に充填した。なお、原料の加熱融解は高周波誘導加熱により行い、かつ、育成の雰囲気は2%の酸素が添加された窒素雰囲気とした。
Hereafter, the Example which materialized the manufacturing apparatus of the single crystal which concerns on Embodiment 1 is described in detail.
Example 1
The growth of LT (LiTaO 3 ) single crystal was attempted using the manufacturing apparatus shown in FIG. In addition, a crucible made of iridium having a diameter of 170 mmφ, a height of 200 mm and a thickness of 2 mm was used for growth, and about 20 kg of LT powder was filled in the crucible 13. The raw materials were heated and melted by high frequency induction heating, and the growth atmosphere was a nitrogen atmosphere to which 2% of oxygen was added.

また、原料12融液の温度をモニタする温度センサ14にはJIS C 1602:1995に規定のBタイプの熱電対を使用した。なお、LTの融点は1650℃であり、熱電対をルツボ13に直接接触させると劣化が激しいため、熱電対はルツボ13底部の中心部に耐火物を介して設置した。この熱電対の出力電圧はデジタル温度計17により温度信号に変換させた後、マイクロコンピュータ18に取り込み、読み込まれた温度を基に、30分間における温度の微小振動量(微小変動成分)を標準偏差として計算するようにした。   As a temperature sensor 14 for monitoring the temperature of the raw material 12 melt, a B-type thermocouple specified in JIS C 1602: 1995 was used. The melting point of LT is 1650 ° C., and when the thermocouple is brought into direct contact with the crucible 13, deterioration is severe. Therefore, the thermocouple was placed in the center of the bottom of the crucible 13 via a refractory. The output voltage of this thermocouple is converted into a temperature signal by the digital thermometer 17, and then taken into the microcomputer 18, and based on the read temperature, the standard deviation of the minute vibration amount (minute fluctuation component) of the temperature in 30 minutes It was calculated as.

更に、ワークコイル16を駆動させるため、マイクロコンピュータ18とワークコイル駆動機構19は通信回線で結び、ワークコイル16の移動量はマイクロコンピュータ18により制御できるようにした。   Further, in order to drive the work coil 16, the microcomputer 18 and the work coil drive mechanism 19 are connected by a communication line, and the movement amount of the work coil 16 can be controlled by the microcomputer 18.

このような条件のもと、先に示したとおり、融解した原料12融液が適切な温度になるように高周波出力調整器20で調節した後、引上げ軸21を降下させて融解した原料12融液の中心部に種結晶23を接触させ、高周波の出力を徐々に低下させて原料12融液の温度を下げ、種結晶23を回転させながら引上げ軸21を上昇させるという操作を行うとともに、結晶重量センサ22で結晶重量を計測しながら高周波出力を精度よく調整して結晶育成を開始した。そして、結晶作製中、温度振動の標準偏差が0.06℃上回ったところで、ワークコイル16を1時間当たり10mmの速度で43分間下降させたところ、温度振動の標準偏差が0.06℃を下回ったため、ワークコイル16の移動を停止しその後も結晶作製を継続した。その結果、育成終了まで温度振動の標準偏差は0.06℃未満を維持し、原料12融液の急激な固化は発生しなかった。 Under these conditions, as described above, after the molten raw material 12 melt is adjusted by the high frequency power regulator 20 so that the melt is at an appropriate temperature, the pulling shaft 21 is lowered to melt the raw material 12 melted. The seed crystal 23 is brought into contact with the center of the solution, the output of high frequency is gradually reduced to lower the temperature of the melt of the raw material 12, and the pulling shaft 21 is raised while rotating the seed crystal 23. While measuring the crystal weight with the weight sensor 22, the high frequency output was precisely adjusted to start crystal growth. Then, in the crystal produced, where the standard deviation of the temperature oscillation is above the 0.06 ° C., it was to lower the work coil 16 43 minutes at a speed of 10mm per hour, the standard deviation of the temperature oscillations to 0.06 ° C. Since the temperature was below the level, the movement of the work coil 16 was stopped and crystal production was continued thereafter. As a result, the standard deviation of the temperature vibration was maintained at less than 0.06 ° C. until the end of the growth, and the rapid solidification of the raw material 12 melt did not occur.

◎実施例2
実施例1と略同様に構成しているが、ワークコイル16を1時間当たり10mmの速度で26分間下降させた態様である。
◎実施例3
実施例1と略同様に構成しているが、ワークコイル16を1時間当たり5mmの速度で78分間下降させた態様である。
◎実施例4
実施例1と略同様に構成しているが、ワークコイル16を1時間当たり5mmの速度で67分間下降させた態様である。
◎実施例5
実施例1と略同様に構成しているが、ワークコイル16を1時間当たり2mmの速度で184分間下降させた態様である。
◎実施例6
実施例1と略同様に構成しているが、ワークコイル16を1時間当たり2mmの速度で209分間下降させた態様である。
Example 2
The configuration is substantially the same as that of the first embodiment, but in this embodiment, the work coil 16 is lowered at a speed of 10 mm per hour for 26 minutes.
Example 3
The configuration is substantially the same as that of the first embodiment, but in this embodiment, the work coil 16 is lowered at a speed of 5 mm per hour for 78 minutes.
Example 4
The configuration is substantially the same as that of the first embodiment, but in this embodiment, the work coil 16 is lowered at a speed of 5 mm per hour for 67 minutes.
Example 5
The configuration is substantially the same as that of the first embodiment, but in this embodiment, the work coil 16 is lowered at a speed of 2 mm per hour for 184 minutes.
Example 6
The configuration is substantially the same as that of the first embodiment, but in this embodiment, the work coil 16 is lowered at a speed of 2 mm per hour for 209 minutes.

また、比較例1〜6として以下の態様を用意した。
◎比較例1〜3
実施例1と略同様に構成しているが、いずれもワークコイル16を固定式とした態様である。
◎比較例4
実施例1と略同様に構成しているが、ワークコイル16を1時間当たり15mmの速度で34分間下降させた態様(ワークコイル16の移動が早すぎる態様)である。
◎比較例5
実施例1と略同様に構成しているが、ワークコイル16を1時間当たり25mmの速度で22分間下降させた態様(ワークコイル16の移動が早すぎる態様)である。
◎比較例6
実施例1と略同様に構成しているが、ワークコイル16を1時間当たり0.5mmの速度で852分間下降させた態様(ワークコイル16の移動が遅すぎる態様)である。
Moreover, the following aspects were prepared as Comparative Examples 1-6.
比較 Comparative Examples 1 to 3
The configuration is substantially the same as that of the first embodiment, but in any of the embodiments, the work coil 16 is fixed.
比較 Comparative Example 4
This embodiment is configured substantially the same as the first embodiment, but is a mode in which the work coil 16 is lowered at a speed of 15 mm per hour for 34 minutes (a mode in which the movement of the work coil 16 is too fast).
Comparative Example 5
This embodiment is configured substantially the same as the first embodiment, but is a mode in which the work coil 16 is lowered at a speed of 25 mm per hour for 22 minutes (a mode in which the movement of the work coil 16 is too fast).
Comparative Example 6
The configuration is substantially the same as that of the first embodiment, but this is an embodiment in which the work coil 16 is lowered at a speed of 0.5 mm per hour for 852 minutes (a movement of the work coil 16 is too slow).

このときに使用した標準偏差の閾値は、実際には製造装置におけるルツボサイズや保温系の構造など結晶育成炉の構成により変動する。従って、結晶育成炉の構成を変更した場合には、予め適切な閾値を求めておく必要がある。
そして、本実施例(実施例1〜6)のように、原料12融液の固化に対し、ワークコイル16の移動を適切に施した場合と、原料12融液の固化に対し、ワークコイル16を固定若しくはワークコイル16の移動を適切に施さなかった比較例(比較例1〜6)とで結晶下部を輪切りにしてX線トポグラフ画像を撮影し、それぞれの結晶欠陥の量を数値化して比較調査した。
結果を表1に示す。結晶欠陥は、任意単位(A.U.)で示した。
The threshold value of the standard deviation used at this time actually varies depending on the configuration of the crystal growth furnace, such as the crucible size in the manufacturing apparatus and the structure of the heat retention system. Therefore, when the configuration of the crystal growth furnace is changed, it is necessary to obtain an appropriate threshold in advance.
As in the present embodiment (Examples 1 to 6), the work coil 16 is appropriately moved with respect to the solidification of the raw material 12 melt, and the work coil 16 is subjected to the solidification of the raw material 12 melt. X-ray topographic image is taken by rounding the lower part of the crystal with the comparative examples (Comparative Examples 1 to 6) in which the movement of the work coil 16 is not fixed properly or fixed, and the amount of each crystal defect is quantified and compared investigated.
The results are shown in Table 1. Crystal defects are shown in arbitrary units (AU).

この表1から明らかなように、実施例の場合には、比較例に較べ結晶欠陥を約30〜50%減少させることが可能なことが理解される。   As is apparent from Table 1, in the case of the example, it is understood that the crystal defects can be reduced by about 30 to 50% as compared with the comparative example.

1 ルツボ
2 温度センサ
3 高周波コイル
4 保温材
5 引上げ軸
M 原料
11 保温材
12 原料
13 ルツボ
14 温度センサ
15 高周波電源
16 ワークコイル
17 デジタル温度計
18 マイクロコンピュータ
19 ワークコイル駆動機構
20 高周波出力調整器
21 引上げ軸
22 結晶重量センサ
23 種結晶
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 crucible 2 temperature sensor 3 high frequency coil 4 heat insulating material 5 pulling axis M raw material 11 heat insulating material 12 raw material 13 crucible 14 temperature sensor 15 high frequency power supply 16 work coil 17 digital thermometer 18 microcomputer 19 work coil drive mechanism 20 high frequency output regulator 21 Pull-up shaft 22 Crystal weight sensor 23 Seed crystal

Claims (6)

ルツボ内に収容された原料融液から回転引上げ法により単結晶を製造する単結晶の製造方法において、
前記ルツボに設置された温度センサにて前記ルツボ底部付近における原料融液の温度を測定する測定工程と、
前記測定工程にて測定された前記温度センサからの温度情報に基づいて当該温度の単位時間における微小変動成分が予め決められた閾値を越えたか否かによりルツボ底部付近における原料融液の固化の兆候を判別する判別工程と、
前記判別工程にて前記温度の微小変動成分が前記閾値を越えた条件では前記温度の微小変動成分を前記閾値以下にするように前記ルツボ底部の加熱を促進させる加熱工程と、
を備えたことを特徴とする単結晶の製造方法。
In a method of producing a single crystal, wherein a single crystal is produced from a raw material melt contained in a crucible by a rotational pulling method,
Measuring the temperature of the raw material melt near the bottom of the crucible with a temperature sensor installed in the crucible;
Indication of solidification of the raw material melt in the vicinity of the bottom of the crucible depending on whether or not the minute fluctuation component in the unit time of the temperature exceeds a predetermined threshold based on the temperature information from the temperature sensor measured in the measurement step. A determining step of determining
A heating step for promoting heating of the crucible bottom so that the minute fluctuation component of the temperature is equal to or less than the threshold under the condition that the minute fluctuation component of the temperature exceeds the threshold in the determining step;
A method of producing a single crystal, comprising:
請求項1に記載の単結晶の製造方法において、
前記判別工程は、前記温度の微小変動成分を標準偏差として算出し、この標準偏差を用いて判別することを特徴とする単結晶の製造方法。
In the method of producing a single crystal according to claim 1,
The method of manufacturing a single crystal according to claim 1, wherein the determining step calculates a minute fluctuation component of the temperature as a standard deviation, and determines using the standard deviation.
請求項1に記載の単結晶の製造方法において、
前記加熱工程は、ルツボの周囲に上下方向に移動可能に設けられた加熱用の高周波コイルを用い、前記温度の微小変動成分が前記閾値を越えた条件では前記高周波コイルを1時間当たり1mm以上、12mm以下の速度で下降させることを特徴とする単結晶の製造方法。
In the method of producing a single crystal according to claim 1,
The heating step uses a high frequency coil for heating provided movably in the vertical direction around the crucible, and under the condition that the minute fluctuation component of the temperature exceeds the threshold, the high frequency coil is 1 mm or more per hour, A method for producing a single crystal, comprising lowering at a speed of 12 mm or less.
請求項1に記載の単結晶の製造方法において、
前記ルツボは貴金属ルツボであることを特徴とする単結晶の製造方法。
In the method of producing a single crystal according to claim 1,
The method for producing a single crystal, wherein the crucible is a noble metal crucible.
請求項1に記載の単結晶の製造方法において、
前記単結晶は、LT(タンタル酸リチウム:LiTaO)、LN(ニオブ酸リチウム:LiNbO)、GGG(GdGa12)、TGG(TbGa12)、GSAG(Gd Sc Al 12)及びTSAG(Tb Sc Al 12)のいずれかであることを特徴とする単結晶の製造方法。
In the method of producing a single crystal according to claim 1,
The single crystal is made of LT (lithium tantalate: LiTaO 3 ), LN (lithium niobate: LiNbO 3 ), GGG (Gd 3 Ga 5 O 12 ), TGG (Tb 3 Ga 5 O 12 ), GSAG (Gd 3 Sc) A method for producing a single crystal, characterized in that it is any of 2 Al 3 O 12 ) and TSAG (Tb 3 Sc 2 Al 3 O 12 ).
ルツボ内に収容された原料融液から回転引上げ法により単結晶を製造する単結晶の製造装置において、
前記ルツボに付設されてルツボ底部付近の原料融液の温度を検出する温度センサと、
前記ルツボの周囲に設けられ、前記ルツボを高周波誘導加熱する高周波コイルと、
前記温度センサからの温度情報に基づいて当該温度の単位時間当たりの微小変動成分を算出し、得られた算出結果に基づいて前記高周波コイルに対する制御信号を生成する制御装置と、
前記高周波コイルを上下方向に移動可能に駆動する駆動機構と、を備え、
前記制御装置は、前記温度の微小変動成分が予め決められた閾値を越えるか否かにより前記ルツボ底部付近における原料融液の固化の兆候を判別し、前記閾値を越えた条件では前記温度の微小変動成分を前記閾値以下にするように前記駆動機構により前記高周波コイルを予め決められた速度で下降させ、前記ルツボ底部の加熱を促進させることを特徴とする単結晶の製造装置。
In a single crystal production apparatus for producing a single crystal from a raw material melt contained in a crucible by a rotation pulling method,
A temperature sensor attached to the crucible to detect the temperature of the raw material melt near the bottom of the crucible;
A high frequency coil provided around the crucible and performing high frequency induction heating on the crucible;
A control device that calculates a minute fluctuation component of the temperature per unit time based on temperature information from the temperature sensor, and generates a control signal for the high frequency coil based on the obtained calculation result;
And a drive mechanism for driving the high frequency coil so as to be movable in the vertical direction.
The controller determines the sign of solidification of the raw material melt near the crucible bottom depending on whether the minute fluctuation component of the temperature exceeds a predetermined threshold, and the minute of the temperature under the condition exceeding the threshold. The apparatus for manufacturing a single crystal, wherein the high frequency coil is lowered at a predetermined speed by the driving mechanism so as to make the fluctuation component equal to or less than the threshold value, thereby promoting heating of the crucible bottom.
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