JP6870251B2

JP6870251B2 - 酸化物単結晶の育成方法

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Publication number: JP6870251B2
Application number: JP2016181316A
Authority: JP
Inventors: 富男梶ヶ谷
Original assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Priority date: 2016-09-16
Filing date: 2016-09-16
Publication date: 2021-05-12
Anticipated expiration: 2036-09-16
Also published as: JP2018043917A

Description

本発明は、高周波誘導加熱炉を用いたチョクラルスキー（以下、Ｃｚと略称する）法による酸化物単結晶の育成方法に係り、特に、金属製坩堝とこの周囲に設けられる保温用断熱部を収容するアルミナ製筒状容器にクラックが生じ難い酸化物単結晶の育成方法に関するものである。

タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ₃；以下、ＬＴと略称する）単結晶およびニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ₃；以下、ＬＮと略称する）単結晶から加工される酸化物単結晶基板は、主に移動体通信機器において電気信号ノイズを除去する表面弾性波素子（ＳＡＷフィルター）の材料として用いられている。

また、ＳＡＷフィルターの材料となるＬＴ、ＬＮ等の酸化物単結晶は、産業的には主に上記Ｃｚ法によって育成されている。例えば、ＬＴ単結晶は、イリジウム（Ｉｒ）製坩堝を用い、窒素−酸素混合ガス雰囲気の高周波誘導加熱式電気炉（育成炉）中で育成されている。Ｃｚ法とは、Ｉｒ等金属製坩堝内の原料融液に種結晶となるＬＴ等の単結晶片を接触させ、該単結晶片を回転させながら上方に引き上げることにより種結晶と同一方位の単結晶を育成する方法である。単結晶片の回転速度や引上速度は、育成する結晶の種類、育成時の温度環境に依存し、これ等の条件に応じて適切に選定する必要がある。育成後は、育成炉内において所定の冷却速度で冷却した後、育成炉から単結晶を取り出す。取り出された単結晶は、アニール、ポーリング工程を経た後、スライス、研磨工程によって厚さ数百ミクロン程度の単結晶基板に加工され、ＳＡＷフィルターの材料として用いられる。

また、Ｃｚ法でＬＴ単結晶を育成する場合、通常、図５に示すような坩堝集合体を構成して結晶育成に最適な温度環境（保温環境）を作り込んでいる。すなわち、図５に示すように、底部１と側壁部２を有しこれ等が一体化されたアルミナ製筒状容器１０と、該アルミナ製筒状容器１０内に収容されかつ底部３と側壁部４を有する金属製坩堝２０と、該金属製坩堝２０の底部３外面とアルミナ製筒状容器１０の底部１内面間の隙間および金属製坩堝２０の側壁部４外面とアルミナ製筒状容器１０の側壁部２内面間の隙間に設けられる断熱部とで坩堝集合体３０を構成して結晶育成に最適な温度環境（保温環境）を作り込んでいる（特許文献１参照）。また、上記断熱部は、通常、アルミナ製筒状容器１０の側壁部２内面に設けられたフェルト状断熱材（例えば、ＳｉＯ₂を主成分とするフェルト状断熱材）３１と、該フェルト状断熱材３１と上記金属製坩堝２０の側壁部４外面間の隙間および金属製坩堝２０の底部３外面とアルミナ製筒状容器１０の底部１内面間の隙間にそれぞれ充填された中空球状のジルコニア・バブル３２群とで構成されている。

尚、図５中、符号２１は金属製坩堝２０を支える坩堝台、符号２２は金属製坩堝２０底部３の温度を検出する熱電対４０が組み込まれる孔部を示し、符号１１はアルミナ製筒状容器１０の底部１に開設されかつ上記坩堝台２１孔部２２と位置整合された連通孔をそれぞれ示す。また、ＬＮ単結晶を育成する場合は、上記Ｉｒ製坩堝に代えて白金（Ｐｔ）製坩堝が適用される以外は、上記坩堝集合体３０と同様の構造である。

ところで、近年のスマートホン等の普及により移動体通信機器用のＳＡＷフィルター市場は拡大を続けている。そして、これに伴って、ＳＡＷフィルターの材料となるＬＴ、ＬＮ単結晶基板の需要も伸びており、かつ、ＳＡＷフィルター製造プロセスのコストダウンを図るため、ＬＴ、ＬＮ等の酸化物単結晶基板のサイズも、従来のφ３インチから、φ４インチ、φ６インチへと大面積化が進み、育成結晶が大型化している。

大型結晶を育成するためには、当然のこととして、Ｉｒ、Ｐｔ等金属製坩堝２０とその周囲に設けられるフェルト状断熱材３１やジルコニア・バブル３２群から成る断熱部についても大型化する必要があり、φ３インチ結晶育成の際は、高々数キログラム程度であった各部材の重量が、数十キログラムから百キログラム程度と増大している。

そして、上記坩堝集合体３０を用いて結晶育成を繰り返した場合、Ｉｒ、Ｐｔ等の金属製坩堝２０や断熱部（フェルト状断熱材３１やジルコニア・バブル３２群から成る）を収納する従来のアルミナ製筒状容器１０においては、底部１と側壁部２が一体化された構造になっているため、高周波誘導により発熱したＩｒ、Ｐｔ等金属製坩堝２０の熱膨張に起因する応力や、アルミナ製筒状容器１０内に生じる温度差に起因する応力によってアルミナ製筒状容器１０にクラック（割れ）を生じることがあった。アルミナ製筒状容器１０のクラック発生は、φ３インチのＬＴ、ＬＮ結晶を育成する際には非常にまれな現象であったが、育成結晶サイズの大型化に伴って増加し、φ６インチのＬＴ、ＬＮ結晶を育成する際には僅か数回の使用でアルミナ製筒状容器１０が割れてしまうこともあった。

アルミナ製筒状容器１０が割れてしまうと、Ｉｒ、Ｐｔ等の金属製坩堝２０に対する保温性の軸対称性が悪化するため、結晶育成に適した温度環境（保温環境）を維持できなくなり、この結果、結晶育成の成功率（単結晶化率）が悪化してしまう。

更に、アルミナ製筒状容器１０交換のためには、割れたアルミナ製筒状容器１０内からＬＴ、ＬＮの原料が残存する金属製坩堝２０やジルコニア・バブル３２群等から成る断熱部を取り出し、かつ、アルミナ製筒状容器１０を新品に交換した後、当該アルミナ製筒状容器１０内に、坩堝台２１を組み入れかつ金属製坩堝２０や上記断熱部（フェルト状断熱材３１やジルコニア・バブル３２群から成る）を再度設置する必要があった。

これ等金属製坩堝２０や断熱部（フェルト状断熱材３１やジルコニア・バブル３２群から成る）の取り出し、交換作業は、従来のように各部材の重量が数キログラム程度であれば、作業者一人で、短時間で容易に行うことが可能であった。

しかし、金属製坩堝２０や上記断熱部の重量が数十キログラムから百キログラム程度になると、取り出しや交換作業のために、複数の作業者、機械設備、時間を必要とし、その間、結晶育成を停止することになるため非常に効率が悪かった。

加えて、育成結晶の大型化に伴って、上記単結晶化率を維持するための取り出し作業や交換作業のサイクルが短くなり、育成炉の稼働率を低下させ、生産性が低下し、コストアップを引き起こす要因になっていた。

特開２００３−１６５７９６号公報（請求項１）

本発明はこのような問題点に着目してなされたもので、その課題とするところは、Ｉｒ、Ｐｔ等の金属製坩堝とこの周囲に設けられる保温用断熱部を収容するアルミナ製筒状容器にクラックが生じ難い酸化物単結晶の育成方法を提供することにある。

そこで上記課題を解決するため、本発明者は、上述した坩堝集合体におけるアルミナ製筒状容器の構造に着目し、その改変を試みた結果、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明に係る第１の発明は、
底部と側壁部を有するアルミナ製筒状容器と、該アルミナ製筒状容器内に収容されかつ底部と側壁部を有する金属製坩堝と、該金属製坩堝の底部外面とアルミナ製筒状容器の底部内面間の隙間および金属製坩堝の側壁部外面とアルミナ製筒状容器の側壁部内面間の隙間に設けられる断熱部とで坩堝集合体を構成し、かつ、該坩堝集合体を高周波誘導加熱炉内に配置すると共に、高周波誘導により上記金属製坩堝を発熱させて金属製坩堝内の原料を融解させるチョクラルスキー法による酸化物単結晶の育成方法であって、
アルミナ製筒状容器の上記底部と側壁部が分割された構造を有し、かつ、アルミナ製筒状容器の上記側壁部が複数個の筒状体に分割された構造を有する酸化物単結晶の育成方法において、
２個の筒状体に分割された上記アルミナ製筒状容器の側壁部における分割位置を、上記金属製坩堝における底部の位置と一致させることを特徴とするものである。

また、本発明に係る第２の発明は、
底部と側壁部を有するアルミナ製筒状容器と、該アルミナ製筒状容器内に収容されかつ底部と側壁部を有する金属製坩堝と、該金属製坩堝の底部外面とアルミナ製筒状容器の底部内面間の隙間および金属製坩堝の側壁部外面とアルミナ製筒状容器の側壁部内面間の隙間に設けられる断熱部とで坩堝集合体を構成し、かつ、該坩堝集合体を高周波誘導加熱炉内に配置すると共に、高周波誘導により上記金属製坩堝を発熱させて金属製坩堝内の原料を融解させるチョクラルスキー法による酸化物単結晶の育成方法であって、
アルミナ製筒状容器の上記底部と側壁部が分割された構造を有し、かつ、アルミナ製筒状容器の上記側壁部が複数個の筒状体に分割された構造を有する酸化物単結晶の育成方法において、
３個以上の筒状体に分割された上記アルミナ製筒状容器の側壁部における分割位置の一つを、上記金属製坩堝における底部の位置と一致させることを特徴とするものである。

次に、本発明に係る第３の発明は、
第１の発明または第２の発明に記載の酸化物単結晶の育成方法において、
上記断熱部が、アルミナ製筒状容器の側壁部内面に設けられたフェルト状断熱材と、該フェルト状断熱材と上記金属製坩堝の側壁部外面間の隙間および金属製坩堝の底部外面とアルミナ製筒状容器の底部内面間の隙間にそれぞれ充填された中空球状のジルコニア・バブル群とで構成されることを特徴とし、
第４の発明は、
第１の発明〜第３の発明のいずれかに記載の酸化物単結晶の育成方法において、
上記酸化物単結晶がタンタル酸リチウムまたはニオブ酸リチウムであることを特徴とするものである。

本発明に係る酸化物単結晶の育成方法によれば、
金属製坩堝とこの周囲に設けられる保温用断熱部を収容するアルミナ製筒状容器の底部と側壁部が分割され、かつ、該側壁部が複数個の筒状体に分割された構造になっていると共に、２個の筒状体に分割された側壁部の分割位置、および、３個以上の筒状体に分割された側壁部における分割位置の一つを上記金属製坩堝における底部の位置と一致させているため、アルミナ製筒状容器にクラックを生じさせる応力（金属製坩堝の熱膨張に起因する応力やアルミナ製筒状容器内に生じる温度差に起因する応力等）を緩和させることが可能となる。

従って、結晶育成時におけるアルミナ製筒状容器のクラック（割れ）が抑制されるため、金属製坩堝の周囲に設けられるフェルト状断熱材やジルコニア・バブル群等から成る上記断熱部の取り出し作業や交換作業のサイクルを大幅に延長できる。また、アルミナ製筒状容器に生じたクラックに起因する温度分布の軸対称性のズレも防止できるため、結晶育成時の温度分布を安定して維持することができ、ＬＴ、ＬＮ等結晶育成の単結晶化率を安定化、向上させることが可能となる。

加えて、金属製坩堝やその周囲に設けられるジルコニア・バブル群等から成る断熱部をアルミナ製筒状容器から取り出す際の作業性や交換する際の作業性も、アルミナ製筒状容器の底部と側壁部が分割され、かつ、該側壁部が複数個の筒状体に分割された構造になっているため大幅に改善され、短時間での取り出し、交換作業が可能になることから、育成炉の稼働率が向上し、生産性の向上やコストダウンを図ることが可能となる。

参考例Ａに係る坩堝集合体の概略構成断面図。参考例Ｂに係る坩堝集合体の概略構成断面図。本発明方法で適用される第三実施の形態に係る坩堝集合体の概略構成断面図。本発明方法で適用される第四実施の形態に係る坩堝集合体の概略構成断面図。従来法で適用される坩堝集合体の概略構成断面図。図６（Ａ）は従来法で適用される坩堝集合体の概略構成断面図、図６（Ｂ）は当該坩堝集合体におけるアルミナ製筒状容器の側壁部に生じたクラック（割れ）とその部位を示す説明図。図７（Ａ）は従来法で適用される坩堝集合体の概略構成断面図、図７（Ｂ）は当該坩堝集合体におけるアルミナ製筒状容器の側壁部に生じたクラック（割れ）とその部位を示す説明図。

以下、本発明方法で適用される実施の形態に係る坩堝集合体について、従来例に係る坩堝集合体と比較しながら詳細に説明する。

［従来例］
図５に示したように、ＬＴ、ＬＮ等の結晶育成に最適な温度環境（保温環境）を形成する従来例に係る坩堝集合体３０は、底部１と側壁部２を有しこれ等が一体化されたアルミナ製筒状容器１０と、該アルミナ製筒状容器１０内に収容されかつ底部３と側壁部４を有するＩｒ、Ｐｔ等の金属製坩堝２０と、該金属製坩堝２０の底部３外面とアルミナ製筒状容器１０の底部１内面間の隙間および金属製坩堝２０の側壁部４外面とアルミナ製筒状容器１０の側壁部２内面間の隙間に設けられる断熱部（フェルト状断熱材３１とジルコニア・バブル３２群から成る）により構成されている。

そして、金属製坩堝２０に原料が充填された上記坩堝集合体３０を高周波誘導加熱炉内に配置し、高周波誘導により上記金属製坩堝２０を発熱させて、Ｃｚ法によるＬＴ、ＬＮ等の結晶育成がなされている。

ところで、従来例に係る坩堝集合体３０を用いてＬＴ、ＬＮ等の結晶育成がなされる場合、Ｉｒ、Ｐｔ等の金属製坩堝２０や上記断熱部を収容する従来例に係るアルミナ製筒状容器１０は、図５に示すように底部１と側壁部２が一体化された構造になっているため、高周波誘導により発熱した金属製坩堝２０の熱膨張によって生ずる応力や、アルミナ製筒状容器１０内に生じた温度差に起因する熱応力によって、アルミナ製筒状容器１０に上述したクラック（割れ）を発生することがあった。アルミナ製筒状容器１０におけるクラックの発生は、φ３インチのＬＴ、ＬＮ結晶を育成する場合には非常にまれな現象であったが、育成結晶サイズの大型化に伴って増加し、φ６インチのＬＴ、ＬＮ結晶を育成する際には僅か数回の使用でアルミナ製筒状容器１０が割れてしまうこともあった。これは、結晶育成に用いる原料量が増加するに伴って原料を融解させるために必要な熱量が大きくなるため、Ｉｒ、Ｐｔ等金属製坩堝２０の発熱量が増加するためと考えられる。

アルミナ製筒状容器１０におけるクラック発生の要因は、上述したようにアルミナ製筒状容器１０内に設置されているＩｒ、Ｐｔ等の金属製坩堝２０を始めとする各部材の熱膨張に起因した機械的な上記応力と、アルミナ製筒状容器１０内に生じる上下方向の温度差および内壁と外壁の温度差に起因する上記熱応力が考えられる。

アルミナ製筒状容器１０内に設置されている金属製坩堝２０を始めとする各部材の熱膨張に起因する応力において、上記膨張量が大きな位置では、アルミナ製筒状容器１０の側壁部２外周の接線方向に引張り応力が発生して「縦割れ」の原因となる。更に、アルミナ製筒状容器１０内に設置されている金属製坩堝２０を始めとする各部材には温度差があるため、膨張量の大きな部分と膨張量が小さな部分を生ずる結果、その境界部では、アルミナ製筒状容器１０の半径方向にせん断応力が発生して「横割れ」の原因となる。

一方、アルミナ製筒状容器１０自体の温度差に起因する熱応力では、アルミナ製筒状容器１０に上下方向の温度差が発生すると高温部と低温部で膨張量に差異が生じるため、アルミナ製筒状容器１０の半径方向にせん断応力が発生して「横割れ」の原因となる。また、アルミナ製筒状容器１０の内壁と外壁の温度差の場合は、内壁部と外壁部とで膨張量に差が生じるため、アルミナ製筒状容器１０の側壁部２外周の接線方向に引張り応力が発生して「縦割れ」の原因となる。

［従来例に係る坩堝集合体のアルミナ製筒状容器におけるクラック発生位置の調査］
上述した応力に係る技術分析に基づき、アルミナ製筒状容器１０におけるクラック発生位置の調査を行ったところ、アルミナ製筒状容器１０のクラックは、図６（Ａ）（Ｂ）と図７（Ａ）（Ｂ）に示すように、アルミナ製筒状容器１０の側壁部２に上下方向へ伸びる「縦割れ」と、アルミナ製筒状容器１０の側壁部２に水平方向へ伸びる「横割れ」の２種類があり、上記「横割れ」は、図６（Ｂ）に示すようにアルミナ製筒状容器１０の底部１と側壁部２の境界ｐ、および、図７（Ｂ）に示すように上記アルミナ製筒状容器１０内に設置したＩｒ、Ｐｔ等金属製坩堝２０の底部３に相当する位置ｑに集中していることが判明した。

尚、上記「縦割れ」は、何れの場合も図６（Ｂ）と図７（Ｂ）に示す「横割れ」の位置で停止しており、「縦割れ」が「横割れ」よりも下側に伸びていることは無かった。

これ等調査からは、クラック発生の要因が、アルミナ製筒状容器１０内に設置されている金属製坩堝２０を始めとする各部材の熱膨張に起因した機械的な応力起因か、それとも、アルミナ製筒状容器１０自体の温度差に起因した熱応力起因かを判別することはできなかったが、上記「縦割れ」が「横割れ」の位置で停止していることから考えると、アルミナ製筒状容器１０のクラックは「横割れ」が発生した後に「縦割れ」が発生すると推定される。

従って、「横割れ」の発生を抑制すれば、アルミナ製筒状容器の寿命を大幅に改善できると考えられる。

［参考例Ａ］
参考例Ａに係る坩堝集合体１０１は、図１に示すように底部１と側壁部２を有しこれ等が２分割されたアルミナ製筒状容器１０と、該アルミナ製筒状容器１０内に収容されかつ底部３と側壁部４を有するＩｒ、Ｐｔ等の金属製坩堝２０と、該金属製坩堝２０の底部３外面とアルミナ製筒状容器１０の底部１内面間の隙間および金属製坩堝２０の側壁部４外面とアルミナ製筒状容器１０の側壁部２内面間の隙間に設けられる断熱部とで構成され、かつ、断熱部は、アルミナ製筒状容器１０の側壁部２内面に設けられたＳｉＯ₂を主成分とするフェルト状断熱材３１と、該フェルト状断熱材３１と上記金属製坩堝２０の側壁部４外面間の隙間および金属製坩堝２０の底部３外面とアルミナ製筒状容器１０の底部１内面間の隙間にそれぞれ充填された中空球状のジルコニア・バブル３２群とで構成されている。また、アルミナ製筒状容器１０における２分割された一方の底部１は円盤形状を有し、他方の側壁部２は筒体形状を有しており、かつ、底部１の外周縁近傍領域に凸条若しくは凹状部（図示せず）が設けられていると共に、筒体形状を有する側壁部２の一方の開放端面に上記底部１の凸条若しくは凹状部と嵌合する凹状部若しくは凸条（図示せず）が設けられており、これ等凸条若しくは凹状部が嵌合されて底部１と側壁部２が連結されている。尚、上記凸条若しくは凹状部については、連続した輪状形状に加工してもよいし、あるいは、不連続の間欠形状に加工してもよく、底部１と側壁部２が連結される形状なら任意である。

また、従来例に係る坩堝集合体３０と同様、図１中の符号２１は金属製坩堝２０を支える坩堝台、符号２２は金属製坩堝２０底部３の温度を検出する熱電対４０が組み込まれる孔部、符号１１はアルミナ製筒状容器１０の底部１に開設されかつ上記坩堝台２１の孔部２２と位置整合された連通孔をそれぞれ示している。

そして、参考例Ａに係る坩堝集合体１０１によれば、アルミナ製筒状容器１０を構成する底部１と側壁部２が２分割されているため、水平方向に伸びる「横割れ」につながる応力を緩和することが可能となる。また、側壁部２が筒体形状になって底部１から分離された構造になったことで、側壁部２単独で膨張、収縮が可能になるため、上下方向に伸びる「縦割れ」につながる応力も緩和することが可能となる。

更に、従来のアルミナ製筒状容器は、交換作業においてアルミナ製筒状容器の側壁部を破壊しなければ当該容器内に設置されている金属製坩堝等を取り出すことができなかったが、参考例Ａに係る坩堝集合体１０１によれば、底部１と側壁部２が２分割されているため金属製坩堝等の取り出し作業を簡略化させることが可能となる。

［参考例Ｂ］
参考例Ｂに係る坩堝集合体１０２は、図２に示すように底部１と側壁部を有しこれ等が２分割されたアルミナ製筒状容器１０と、該アルミナ製筒状容器１０内に収容されかつ底部３と側壁部４を有するＩｒ、Ｐｔ等の金属製坩堝２０と、該金属製坩堝２０の底部３外面とアルミナ製筒状容器１０の底部１内面間の隙間および金属製坩堝２０の側壁部４外面とアルミナ製筒状容器１０の側壁部内面間の隙間に設けられる断熱部とで構成され、かつ、断熱部は、アルミナ製筒状容器１０の側壁部内面に設けられたＳｉＯ₂を主成分とするフェルト状断熱材３１と、該フェルト状断熱材３１と上記金属製坩堝２０の側壁部４外面間の隙間および金属製坩堝２０の底部３外面とアルミナ製筒状容器１０の底部１内面間の隙間にそれぞれ充填された中空球状のジルコニア・バブル３２群とで構成されており、更に、アルミナ製筒状容器１０の側壁部自体も筒状の上側側壁部２ａと下側側壁部２ｂに分割された構造になっている。また、アルミナ製筒状容器１０における２分割された底部１は円盤形状を有し、かつ、側壁部は筒体形状を有しており、これ等底部１と側壁部の連結は参考例Ａに係る坩堝集合体１０１と同様の構造になっている。また、２分割された筒状上側側壁部２ａと下側側壁部２ｂの連結は、一方の筒体開放端面に凸条若しくは凹状部（図示せず）が設けられ、他方の筒体開放端面に上記凸条若しくは凹状部と嵌合する凹状部若しくは凸条（図示せず）が設けられた構造になっている。尚、上記凸条若しくは凹状部については、連続した輪状形状に加工してもよいし、あるいは、不連続の間欠形状に加工してもよく、２分割された筒状上側側壁部２ａと下側側壁部２ｂが連結される形状なら任意である。

そして、参考例Ｂに係る坩堝集合体１０２によれば、アルミナ製筒状容器１０の側壁部自体が筒状上側側壁部２ａと下側側壁部２ｂに分割された構造になっているため、参考例Ａに係る坩堝集合体１０１と比較してクラック抑制効果が更に改善され、かつ、アルミナ製筒状容器１０の側壁部を簡単に取り外してクラックが発生した筒状上側側壁部２ａまたは下側側壁部２ｂのみを交換できるため、従来のアルミナ製筒状容器が適用された場合に較べ交換作業時間を略１／３以下に短縮させることが可能となる。

［第三実施の形態］
第三実施の形態に係る坩堝集合体１０３は、図３に示すように底部１と側壁部を有しこれ等が２分割されたアルミナ製筒状容器１０と、該アルミナ製筒状容器１０内に収容されかつ底部３と側壁部４を有するＩｒ、Ｐｔ等の金属製坩堝２０と、該金属製坩堝２０の底部３外面とアルミナ製筒状容器１０の底部１内面間の隙間および金属製坩堝２０の側壁部４外面とアルミナ製筒状容器１０の側壁部内面間の隙間に設けられる断熱部とで構成され、かつ、上記断熱部は、アルミナ製筒状容器１０の側壁部内面に設けられたＳｉＯ₂を主成分とするフェルト状断熱材３１と、該フェルト状断熱材３１と上記金属製坩堝２０の側壁部４外面間の隙間および金属製坩堝２０の底部３外面とアルミナ製筒状容器１０の底部１内面間の隙間にそれぞれ充填された中空球状のジルコニア・バブル３２群とで構成されている。

更に、アルミナ製筒状容器１０の側壁部自体も筒状の上側側壁部２ａと下側側壁部２ｂに分割された構造になっており、かつ、図３に示すように筒状上側側壁部２ａと下側側壁部２ｂの分割位置が上記金属製坩堝２０における底部３の位置と一致させた構造になっている。

また、アルミナ製筒状容器１０における２分割された底部１は円盤形状を有し、側壁部は筒体形状を有しており、かつ、これ等底部１と側壁部の連結は参考例Ｂに係る坩堝集合体１０２と同様の構造になっており、更に、アルミナ製筒状容器１０の２分割された筒状上側側壁部２ａと下側側壁部２ｂの連結についても参考例Ｂに係る坩堝集合体１０２と同様の構造になっている。

そして、第三実施の形態に係る坩堝集合体１０３によれば、アルミナ製筒状容器１０における筒状上側側壁部２ａと下側側壁部２ｂの分割位置が金属製坩堝２０における底部３の位置と一致させた構造になっているため、参考例Ｂに係る坩堝集合体１０２と比較して「横割れ」の起因となる応力をより緩和でき、かつ、参考例Ｂに係る坩堝集合体１０２と同様、アルミナ製筒状容器１０の側壁部を簡単に取り外してクラックが発生した筒状上側側壁部２ａまたは下側側壁部２ｂのみを交換できるため、従来のアルミナ製筒状容器が適用された場合に較べ交換作業時間を略１／３以下に短縮させることが可能となる。

［第四実施の形態］
第四実施の形態に係る坩堝集合体１０４は、図４に示すように底部１と側壁部を有しこれ等が２分割されたアルミナ製筒状容器１０と、該アルミナ製筒状容器１０内に収容されかつ底部３と側壁部４を有するＩｒ、Ｐｔ等の金属製坩堝２０と、該金属製坩堝２０の底部３外面とアルミナ製筒状容器１０の底部１内面間の隙間および金属製坩堝２０の側壁部４外面とアルミナ製筒状容器１０の側壁部内面間の隙間に設けられる断熱部とで構成され、かつ、上記断熱部は、アルミナ製筒状容器１０の側壁部内面に設けられたＳｉＯ₂を主成分とするフェルト状断熱材３１と、該フェルト状断熱材３１と上記金属製坩堝２０の側壁部４外面間の隙間および金属製坩堝２０の底部３外面とアルミナ製筒状容器１０の底部１内面間の隙間にそれぞれ充填された中空球状のジルコニア・バブル３２群とで構成されている。

更に、上記アルミナ製筒状容器１０の側壁部自体も、筒状の上側側壁部２ａ、中間側壁部２ｃおよび下側側壁部２ｂに３分割された構造になっており、かつ、図４に示すように筒状中間側壁部２ｃと下側側壁部２ｂの分割位置が上記金属製坩堝２０における底部３の位置と一致させた構造になっている。

また、アルミナ製筒状容器１０における２分割された底部１は円盤形状を有し、側壁部は筒体形状を有しており、かつ、これ等底部１と側壁部の連結は第三実施の形態に係る坩堝集合体１０３と同様の構造になっており、更に、アルミナ製筒状容器１０の３分割された筒状上側側壁部２ａ、中間側壁部２ｃおよび下側側壁部２ｂの各連結についても第三実施の形態に係る坩堝集合体１０３と同様の構造になっている。

そして、第四実施の形態に係る坩堝集合体１０４によれば、アルミナ製筒状容器１０における筒状中間側壁部２ｃと下側側壁部２ｂの分割位置が金属製坩堝２０における底部３の位置と一致させた構造になっているため、参考例Ｂに係る坩堝集合体１０２と比較して「横割れ」の起因となる応力をより緩和でき、かつ、アルミナ製筒状容器１０の側壁部が筒状の上側側壁部２ａ、中間側壁部２ｃおよび下側側壁部２ｂに３分割された構造になっており、アルミナ製筒状容器１０の側壁部を簡単に取り外してクラックが発生した筒状上側側壁部２ａ、中間側壁部２ｃ、下側側壁部２ｂのいずれかのみを交換できるため、参考例Ａ、Ｂおよび第三実施の形態に係るアルミナ製筒状容器が適用された場合に較べ交換作業を更に簡便化することが可能となる。

次に、本発明の実施例について比較例も挙げて具体的に説明する。

［参考例１］
参考例１に係る坩堝集合体は、図１に示した参考例Ａに係る坩堝集合体１０１を具体化したもので、底部１と側壁部２が分割されたφ４００ｍｍ、高さ３００ｍｍのアルミナ製筒状容器１０内に、坩堝台２１を介してφ１９０ｍｍ、高さ１９０ｍｍのＩｒ製坩堝２０を設置し、かつ、アルミナ製筒状容器１０とＩｒ製坩堝２０間の隙間にＳｉＯ₂を主成分とするフェルト状断熱材３１と中空球状のジルコニア・バブル３２群とで構成される保温用断熱部が設けられたものである。

そして、参考例１に係る坩堝集合体１０１を高周波誘導加熱式電気炉（育成炉）内に配置し、φ６インチＬＴ単結晶の育成を繰り返し行った。

すなわち、同一のアルミナ製筒状容器１０を用いて５０回の育成を実施したところ、アルミナ製筒状容器１０は、５０回目の育成時に、側壁部２の上端から上記金属製坩堝２０における底部３の位置に対応する位置までの間で「縦割れ」が発生していた。

尚、５０回の育成間に上記ＬＴ単結晶を４６本得ており、その単結晶化率は９２．０％であった。

また、５０回使用後のアルミナ製筒状容器１０を新品に交換し、育成作業を再開するまでの作業は２名で行い、作業時間は３時間であった。

［参考例２］
参考例２に係る坩堝集合体は、図２に示した参考例Ｂに係る坩堝集合体１０２を具体化したもので、底部１と側壁部が分割されかつ側壁部も２分割されたφ４００ｍｍ、高さ３００ｍｍのアルミナ製筒状容器１０内に、坩堝台２１を介してφ１９０ｍｍ、高さ１９０ｍｍのＩｒ製坩堝２０を設置し、かつ、アルミナ製筒状容器１０とＩｒ製坩堝２０間の隙間にＳｉＯ₂を主成分とするフェルト状断熱材３１と中空球状のジルコニア・バブル３２群とで構成される保温用断熱部が設けられたものである。

そして、参考例２に係る坩堝集合体１０２を高周波誘導加熱式電気炉（育成炉）内に配置し、φ６インチＬＴ単結晶の育成を繰り返し行った。

すなわち、同一のアルミナ製筒状容器１０を用いて８４回の育成を実施したところ、アルミナ製筒状容器１０は、８４回目の育成時に、側壁部の上端から上記金属製坩堝２０における底部３の位置に対応する位置までの間で「縦割れ」が発生していた。

尚、８４回の育成間に上記ＬＴ単結晶を７８本得ており、その単結晶化率は９２．９％であった。

また、８４回使用後のアルミナ製筒状容器１０を新品に交換し、育成作業を再開するまでの作業は２名で行い、作業時間は３時間であった。

［実施例３］
実施例３に係る坩堝集合体は、図３に示した第三実施の形態に係る坩堝集合体１０３を具体化したもので、底部１と側壁部が分割され、側壁部も２分割されると共に、該側壁部の分割位置が金属製坩堝２０における底部３の位置と一致させたφ４００ｍｍ、高さ３００ｍｍのアルミナ製筒状容器１０内に、坩堝台２１を介してφ１９０ｍｍ、高さ１９０ｍｍのＩｒ製坩堝２０を設置し、かつ、アルミナ製筒状容器１０とＩｒ製坩堝２０間の隙間にＳｉＯ₂を主成分とするフェルト状断熱材３１と中空球状のジルコニア・バブル３２群とで構成される保温用断熱部が設けられたものである。

そして、実施例３に係る坩堝集合体１０３を高周波誘導加熱式電気炉（育成炉）内に配置し、φ６インチＬＴ単結晶の育成を繰り返し行った。

すなわち、同一のアルミナ製筒状容器１０を用いて９０回の育成を実施したところ、アルミナ製筒状容器１０は、９０回目の育成時に、側壁部の上端から上記金属製坩堝２０における底部３の位置に対応する位置までの間で「縦割れ」が発生していた。

尚、９０回の育成間に上記ＬＴ単結晶を８５本得ており、その単結晶化率は９４．４％であった。

また、９０回使用後のアルミナ製筒状容器１０を新品に交換し、育成作業を再開するまでの作業は２名で行い、作業時間は２時間であった。

［実施例４］
実施例４に係る坩堝集合体は、図４に示した第四実施の形態に係る坩堝集合体１０４を具体化したもので、底部１と側壁部が分割され、側壁部も３分割されると共に、上から２段目の中間側壁部２ｃと上から３段目の下側側壁部２ｂの分割位置が金属製坩堝２０における底部３の位置と一致させたφ４００ｍｍ、高さ３００ｍｍのアルミナ製筒状容器１０内に、坩堝台２１を介してφ１９０ｍｍ、高さ１９０ｍｍのＩｒ製坩堝２０を設置し、かつ、アルミナ製筒状容器１０とＩｒ製坩堝２０間の隙間にＳｉＯ₂を主成分とするフェルト状断熱材３１と中空球状のジルコニア・バブル３２群とで構成される保温用断熱部が設けられたものである。

そして、実施例４に係る坩堝集合体１０３を高周波誘導加熱式電気炉（育成炉）内に配置し、φ６インチＬＴ単結晶の育成を繰り返し行った。

すなわち、同一のアルミナ製筒状容器１０を用いて１１２回の育成を実施したところ、アルミナ製筒状容器１０は、１１２回目の育成時に、上から２段目の中間側壁部２ｃに「縦割れ」が発生していた。

尚、１１２回の育成間に上記ＬＴ単結晶を１０７本得ており、その単結晶化率は９５．５％であった。

また、１１２回使用後のアルミナ製筒状容器１０を新品に交換し、育成作業を再開するまでの作業は２名で行い、作業時間は２時間であった。

［比較例１］
比較例１に係る坩堝集合体は、図５に示した従来例に係る坩堝集合体３０を具体化したもので、アルミナ製筒状容器１０の底部１と側壁部２が分割されずに一体となっている点を除き参考例１に係る坩堝集合体１０１と同様である。

そして、比較例１に係る坩堝集合体３０を高周波誘導加熱式電気炉（育成炉）内に配置し、φ６インチＬＴ単結晶の育成を繰り返し行ったところ、育成回数１３回目にアルミナ製筒状容器１０にクラックが発生した。

その後、育成回数２０回まで同一のアルミナ製筒状容器１０を用いて育成を行ったところ、育成回数１２回目までは１１本のＬＴ単結晶を得ることができたが、育成回数１３回目から２０回目までの８回の育成では４本のＬＴ単結晶しか得ることができず、育成２０回合計の単結晶化率は７５％であった。

また、２０回使用後のアルミナ製筒状容器１０を新品に交換する作業は３名で行い、育成作業を再開するまでに７時間を要した。

本発明に係る酸化物単結晶の育成方法によれば、金属製坩堝とこの周囲に設けられる保温用断熱部を収容するアルミナ製筒状容器の底部と側壁部が分割され、かつ、該側壁部が複数個の筒状体に分割された構造になっているため、アルミナ製筒状容器にクラックを生じさせる応力が緩和されて結晶育成時におけるアルミナ製筒状容器のクラック（割れ）を抑制することが可能となる。このため、高周波誘導加熱炉を用いたチョクラルスキー法によるタンタル酸リチウム単結晶やニオブ酸リチウム単結晶の育成方法に用いられる産業上の利用可能性を有している。

ｐ境界
ｑ位置
１底部
２側壁部
２ａ上側側壁部
２ｂ下側側壁部
２ｃ中間側壁部
３底部
４側壁部
１０アルミナ製筒状容器
１１連通孔
２０金属製坩堝
２１坩堝台
２２孔部
３０坩堝集合体
３１フェルト状断熱材
３２ジルコニア・バブル
４０熱電対
１０１坩堝集合体
１０２坩堝集合体
１０３坩堝集合体
１０４坩堝集合体

Claims

底部と側壁部を有するアルミナ製筒状容器と、該アルミナ製筒状容器内に収容されかつ底部と側壁部を有する金属製坩堝と、該金属製坩堝の底部外面とアルミナ製筒状容器の底部内面間の隙間および金属製坩堝の側壁部外面とアルミナ製筒状容器の側壁部内面間の隙間に設けられる断熱部とで坩堝集合体を構成し、かつ、該坩堝集合体を高周波誘導加熱炉内に配置すると共に、高周波誘導により上記金属製坩堝を発熱させて金属製坩堝内の原料を融解させるチョクラルスキー法による酸化物単結晶の育成方法であって、
アルミナ製筒状容器の上記底部と側壁部が分割された構造を有し、かつ、アルミナ製筒状容器の上記側壁部が複数個の筒状体に分割された構造を有する酸化物単結晶の育成方法において、
２個の筒状体に分割された上記アルミナ製筒状容器の側壁部における分割位置を、上記金属製坩堝における底部の位置と一致させることを特徴とする酸化物単結晶の育成方法。
底部と側壁部を有するアルミナ製筒状容器と、該アルミナ製筒状容器内に収容されかつ底部と側壁部を有する金属製坩堝と、該金属製坩堝の底部外面とアルミナ製筒状容器の底部内面間の隙間および金属製坩堝の側壁部外面とアルミナ製筒状容器の側壁部内面間の隙間に設けられる断熱部とで坩堝集合体を構成し、かつ、該坩堝集合体を高周波誘導加熱炉内に配置すると共に、高周波誘導により上記金属製坩堝を発熱させて金属製坩堝内の原料を融解させるチョクラルスキー法による酸化物単結晶の育成方法であって、
アルミナ製筒状容器の上記底部と側壁部が分割された構造を有し、かつ、アルミナ製筒状容器の上記側壁部が複数個の筒状体に分割された構造を有する酸化物単結晶の育成方法において、
３個以上の筒状体に分割された上記アルミナ製筒状容器の側壁部における分割位置の一つを、上記金属製坩堝における底部の位置と一致させることを特徴とする酸化物単結晶の育成方法。
上記断熱部が、アルミナ製筒状容器の側壁部内面に設けられたフェルト状断熱材と、該フェルト状断熱材と上記金属製坩堝の側壁部外面間の隙間および金属製坩堝の底部外面とアルミナ製筒状容器の底部内面間の隙間にそれぞれ充填された中空球状のジルコニア・バブル群とで構成されることを特徴とする請求項１または２に記載の酸化物単結晶の育成方法。
上記酸化物単結晶がタンタル酸リチウムまたはニオブ酸リチウムであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の酸化物単結晶の育成方法。