KR101401454B1

KR101401454B1 - 사파이어 단결정의 제조 방법

Info

Publication number: KR101401454B1
Application number: KR1020120118741A
Authority: KR
Inventors: 와타루 스기무라; 아키히코 엔도; 토시유키 후지와라; 코지 마츠모토
Original assignee: 가부시키가이샤 사무코
Priority date: 2011-10-28
Filing date: 2012-10-25
Publication date: 2014-05-29
Also published as: KR20130047596A; JP2013095611A; JP5780114B2

Abstract

(과제) 몰리브덴 도가니 내의 사파이어 융액으로의 난(難)용해물의 혼입을 방지한다.
(해결 수단) CZ법에 의한 사파이어 단결정의 제조 방법으로서, 몰리브덴 도가니(14)를 챔버(11) 내의 환원성 분위기 중에서 열처리하여, 표면의 산화막을 제거하는 베이킹 공정과, 몰리브덴 도가니(14)에 사파이어 원료를 투입하고, 이를 융해함으로써 사파이어 융액(21)을 얻는 융해 공정과, 사파이어 융액(21)에 침지한 종(種)결정을 인상함으로써 사파이어 단결정(20)을 얻는 인상 공정을 구비한다. 환원성 분위기는, 수소 농도가 10ppm 이상 5vol％ 이하의 수소 분위기로 한다.

Description

사파이어 단결정의 제조 방법{PROCESS FOR MANUFACTURING SAPPHIRE SINGLE CRYSTAL}

본 발명은 사파이어 단결정의 제조 방법에 관한 것으로, 특히, 초크랄스키법(CZ법)을 이용한 사파이어 단결정의 제조 방법에 관한 것이다.

최근, 발광 다이오드(LED)의 제조용 기판으로서 사파이어 단결정 기판의 수요가 확대되고 있다. 사파이어 단결정 기판은, 사파이어 단결정을 웨이퍼 형상으로 슬라이스함으로써 제작되기 때문에, 대형의 사파이어 기판을 제작하기 위해서는, 대형의 사파이어 단결정을 이용할 필요가 있다.

사파이어 단결정을 제조하는 방법으로서는, 키로플러스법(Kyropoulos method)이나 수직 브리지만법(vertical Bridgemann method) 등이 널리 이용되고 있지만, 이들 방법으로는 소망하는 면방위를 갖는 사파이어 단결정의 대형화가 어렵다는 문제가 있다. 이 때문에, 보다 대형의 사파이어 단결정을 얻는 방법으로서, 초크랄스키법이 주목받고 있다(특허문헌 1 참조). 초크랄스키법은 실리콘 단결정의 인상에 널리 이용되고 있는 방법으로, 성숙한 기술인 점에서, 이를 사파이어 단결정의 인상에 응용함으로써, 대형의 사파이어 단결정을 염가로 제작할 수 있는 것으로 기대된다.

일본공개특허공보 2010-189242호

그러나, 동일한 초크랄스키법이라도, 실리콘과 사파이어에서는 물성이 크게 상이하기 때문에, 실리콘 단결정의 인상으로 얻어진 인식을 사파이어 단결정의 인상에 그대로 응용할 수 있는 것은 아니다. 오히려, 실리콘 단결정의 인상과 사파이어 단결정의 인상은 완전히 별개의 기술이라고 파악할 필요가 있으며, 실리콘 단결정의 인상에 있어서는 발생하고 있지 않았던 여러 가지의 문제를 해결하지 않으면 안 된다.

예를 들면, 사파이어는 융점이 약 2323K으로서, 실리콘의 융점보다도 대폭으로 높은 점에서, 사용 가능한 도가니의 재료도 몰리브덴이나 이리듐 등의 일부의 고융점 금속으로 한정된다. 이 때문에, 석영 도가니를 사용하는 실리콘 단결정의 인상에서는 발생하지 않는, 사파이어 단결정의 인상에 특유의 새로운 문제가 발생하는 경우가 있어, 이를 해결하는 것이 필요해진다.

사파이어 단결정의 인상에 특유의 문제로서는, 몰리브덴 도가니를 사용한 경우에 발생하는 난(難)용해물의 발생을 들 수 있다. 난용해물은 사파이어 융액의 표면에 뜨는 불순물로서, 이것이 다량으로 존재하면 종(種) 결정의 착액(着液)을 행할 수 없게 되어 버린다. 이 때문에, 몰리브덴 도가니를 사용하는 경우에는 난용해물의 발생을 가능한 한 억제하는 것이 중요해지지만, 이러한 문제는 실리콘 단결정의 인상에서는 발생하지 않는 문제이기 때문에, 실리콘 단결정의 인상으로 얻어진 인식을 이용하여 해결하는 것은 곤란하다.

따라서, 본 발명은, 몰리브덴 도가니를 사용한 경우라도 난용해물의 발생을 억제하는 것이 가능한 사파이어 단결정의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명자는, 몰리브덴 도가니를 사용한 경우에 사파이어 융액에 난용해물이 혼입되는 원인에 대해서 예의 연구를 행한 결과, 난용해물의 성분은 몰리브덴으로서, 도가니 유래인 것이 분명해졌다. 즉, 도가니의 재료인 몰리브덴이 사파이어 융액에 혼입되어, 이것이 난용해물로서 석출되는 것이 분명해졌다.

또한 본 발명자는, 몰리브덴이 사파이어 융액에 혼입되는 원인에 대해서도 연구를 행한 결과, 몰리브덴 도가니의 내벽면의 산화막이 크게 영향을 주고 있는 것이 판명되었다.

본 발명은 이러한 기술적 인식에 기초하여 이루어진 것으로, 본 발명에 의한 사파이어 단결정의 제조 방법은, 환원성 분위기의 챔버 내에서 몰리브덴 도가니를 열처리하여, 표면의 산화막을 제거하는 베이킹 공정과, 상기 몰리브덴 도가니에 사파이어 원료를 투입하고, 당해 사파이어 원료를 융해함으로써 사파이어 융액을 얻는 융해 공정과, 상기 사파이어 융액에 침지한 종결정을 인상함으로써 사파이어 단결정을 얻는 인상 공정을 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 원료 융해 중에 있어서의 챔버 내의 산소 분압을 저감할 수 있어, 몰리브덴과 산소와의 반응을 억제할 수 있다. 따라서, 융액의 표면에 부유(浮游)하는 난용해물의 양을 대폭으로 감소시킬 수 있어, 고품질의 사파이어 단결정을 안정적으로 육성하는 것이 가능해진다.

본 발명에 있어서, 상기 환원성 분위기는, 수소 농도가 10ppm 이상 5vol％ 이하의 수소 분위기인 것이 바람직하다. 10ppm 미만이면 충분한 환원 효과가 얻어지지 않기 때문이며, 또한 5vol％ 초과이면 만일 챔버로부터 가스가 샌 경우에 격렬하게 연소할 우려가 있어, 조업상 바람직하지 않기 때문이다.

본 발명에 의한 사파이어 단결정의 제조 방법은, 상기 사파이어 원료를 융해하기 전에, 당해 사파이어 원료를 감압의 불활성 분위기에서 열처리함으로써 탈(脫)가스 처리하는 탈가스 공정을 추가로 구비하는 것이 바람직하다. 이 경우에 있어서, 상기 탈가스 공정에서는, 상기 챔버 내를 감압의 불활성 분위기로 하고, 상기 사파이어 원료의 표면이 500℃ 이상 1000℃ 이하가 되도록 가열하고, 그리고, 상기 챔버로부터 배출되는 배기 가스 중의 산소 농도가 0.1ppm 이하가 될 때까지 탈가스 처리를 계속하는 것이 바람직하다. 사파이어 원료를 융해하기 전에 탈가스 처리를 행함으로써, 사파이어 원료에 기인하는 불순물과 몰리브덴과의 반응을 억제할 수 있어, 융액의 표면에 부유하는 난용해물의 양을 대폭으로 감소시킬 수 있다.

본 발명에 있어서는, 상기 사파이어 원료의 탈가스 처리에서 융해까지를 상기 몰리브덴 도가니 내에서 연속적으로 실시하는 것이 바람직하다. 이에 따르면, 고품질의 사파이어 단결정을 효율 좋게 제조할 수 있다.

이와 같이, 본 발명에 의하면, 몰리브덴 도가니에 기인하는 사파이어 융액 중의 난용해물의 발생을 억제하는 것이 가능해진다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 형태에 의한 사파이어 단결정의 제조 장치의 구성을 나타내는 개략도이다.
도 2는 사파이어 단결정의 제조 방법을 설명하기 위한 플로우 차트이다.

(발명을 실시하기 위한 형태)

이하, 첨부 도면을 참조하면서, 본 발명의 바람직한 실시 형태에 대해서 상세하게 설명한다.

도 1은, 본 발명의 바람직한 실시 형태에 의한 사파이어 단결정의 제조 장치의 구성을 나타내는 개략도이다.

도 1에 나타내는 사파이어 단결정의 제조 장치(10)는, 챔버(11)와, 챔버(11)의 저부 중앙을 관통하여 연직 방향으로 설치된 지지 회전축(12)과, 지지 회전축(12)의 상단부에 고정된 지지대(13)와, 지지대(13)에 의해 지지된 몰리브덴 도가니(14)와, 몰리브덴 도가니(14)를 둘러싸는 저항 가열 히터(15)와, 지지 회전축(12)을 회전시키기 위한 지지축 회전 기구(16)와, 선단에 종결정이 부착된 시드봉(18)과, 시드봉(18)을 인상하는 인상 기구(19)와, 각 부(部)를 제어하는 컨트롤러(23)를 구비하고 있다.

챔버(11) 내에는 단열재(22)가 형성되어 있고, 저항 가열 히터(15)의 외측의 주위는 두꺼운 단열재(22)로 둘러싸여 있다. 사파이어의 융점은 약 2323K로 매우 높지만, 단열재(22)가 저항 가열 히터(15)의 측방뿐만 아니라 상방이나 하방에도 형성되어 있기 때문에, 충분한 보온성을 확보할 수 있어, 몰리브덴 도가니(14) 내의 사파이어 원료를 효율 좋게 가열할 수 있다. 또한, 챔버(11)에는 관측창(17)이 형성되어 있어, 사파이어 단결정의 인상 상태를 확인할 수 있다.

챔버(11)의 상부에는, 아르곤 가스(Ar) 등의 불활성 가스나 수소 가스(H₂)를 챔버(11) 내로 도입하기 위한 가스 도입구(24)가 형성되어 있다. Ar 가스는 가스관(25)을 통하여 가스 도입구(24)로부터 챔버(11) 내로 도입되며, 그 도입량은 컨덕턴스 밸브(26)에 의해 제어된다.

사파이어 단결정의 인상 중에 있어서는 가스 도입구(24)로부터 Ar 가스가 공급되어, 챔버(11) 내는 Ar 가스 분위기로 설정된다. 또한, 후술하는 도가니의 베이킹 공정에 있어서는, 가스 도입구(24)로부터 미량의 수소 가스를 포함하는 Ar 가스가 공급되어, 챔버 내는 미량 수소 분위기로 설정된다.

챔버(11)의 저부이며 가스 도입구(24)와 대향하는 위치에는, 챔버(11) 내의 가스를 배기하기 위한 가스 배출구(27)가 형성되어 있다. 밀폐된 챔버(11) 내의 가스는 가스 배출구(27)로부터 배기 가스관(28)을 경유하여 외부로 배출된다. 배가스관(28)의 도중에는 컨덕턴스 밸브(29) 및 진공 펌프(30)가 설치되어 있으며, 진공 펌프(30)로 챔버(11) 내의 가스를 흡인하면서 컨덕턴스 밸브(29)로 그 유량을 제어함으로써 챔버(11) 내의 기압이 제어된다.

또한, 배기 가스관(28)의 도중에는 산소 농도계(31)가 설치되어 있다. 산소 농도계(31)는, 후술하는 탈가스 처리 중에 있어서 배기 가스 중의 산소 농도를 측정하기 위해 이용된다. 탈가스 처리의 종료 타이밍은, 배기 가스 중의 산소 농도가 소정 레벨 이하가 되었는지 아닌지로 판단된다.

도 2는, 사파이어 단결정(20)의 제조 방법을 설명하기 위한 플로우 차트이다.

도 2에 나타내는 바와 같이, 본 실시 형태에 의한 사파이어 단결정의 제조에서는, 우선 몰리브덴 도가니(14)를 환원성 분위기에서 열처리(베이킹)한다(스텝 S1). 구체적으로는, 사파이어 원료가 투입되어 있지 않은 몰리브덴 도가니(14)를 챔버(11) 내에 설치한 후, 챔버(11) 내에 미량의 수소를 포함하는 아르곤 가스를 도입하여 미량 수소 분위기로 한 후, 히터를 가열하여 챔버 내를 1000℃∼1500℃로 설정한다.

베이킹의 온도를 1000∼1500℃로 하는 이유는, 1000℃ 미만의 온도에서는, 도가니 표면의 산화 몰리브덴(MoO₂)이 분해되지 않기 때문이며(MoO₂→Mo＋MoO₃의 반응이 진행되지 않음), 1500℃를 초과하는 온도가 되면, 진공하에서 몰리브덴(Mo) 그 자체가 증발할 우려가 있기 때문이다. 즉 이 온도 범위 내이면, MoO₃을 승화시켜 Mo만을 잔존시킬 수 있다.

본 실시 형태에 있어서 미량 수소 분위기의 수소 농도는 10ppm 이상 5vol％ 이하인 것이 바람직하다. 10ppm 미만이면 충분한 환원 효과가 얻어지지 않기 때문이며, 또한 5vol％ 초과이면 만일 챔버로부터 가스가 샌 경우에 격렬하게 연소할 우려가 있어, 조업상 바람직하지 않기 때문이다. 베이킹은 수시간 실시되고, 이에 따라 도가니 표면의 산화막이 제거된다. 또한, 베이킹 후의 도가니는 그의 표면의 광택도가 향상되어 있어, 산화물이 환원되고 있는 것을 용이하게 파악할 수 있다.

다음으로, 몰리브덴 도가니(14) 내로 사파이어 원료를 투입한다(스텝 S2). 사파이어 원료로서는 고순도 알루미나 분말을 이용할 수 있다. 몰리브덴 도가니(14)로의 사파이어 원료의 투입은, 챔버(11)로부터 도가니를 한 번 취출하고 나서 투입해도 좋고, 혹은 챔버(11)에 원료 호퍼를 설치하여, 도가니를 챔버(11)로부터 취출하는 일 없이 투입해도 좋다.

다음으로, 사파이어 원료의 탈가스 처리를 행한다(스텝 S3). 사용하는 사파이어 원료가 평균 입경 100㎛ 이하의 분말 형태인 경우, 원료의 총 표면적이 커져, 그 결과, 원료에 흡착되는 불순물 성분이 증가한다. 불순물 성분의 일부는 사파이어 원료가 제품으로서 출하되기 전의 소성 과정에서 제거되지만, 분말에 흡착되어 있는 불순물 성분은 완전하게는 제거되어 있지 않다. 또한 사파이어 원료의 투입시에는 대기에 노출되기 때문에, 공기 중의 수분이나 불순물 가스(N₂ 가스나 O₂ 가스)가 재흡착되어 버린다. 이러한 불순물을 제거하기 위해, 본 실시 형태에 있어서는 탈가스 처리를 실시한다.

탈가스 처리는 비교적 저온의 감압 분위기에서 장시간을 걸쳐 행해진다. 구체적으로는, 챔버 내를 감압의 Ar 분위기로 하고, 사파이어 원료의 표면 온도가 500℃∼1000℃, 보다 바람직하게는 780℃ 부근이 되도록, IR 온도계로 표면 온도를 측정하면서 히터의 파워를 제어한다. 500℃ 이하에서는 완전하게 불순물 가스의 탈리(脫離)가 행해지지 않고, 1000℃를 초과하면 산화 몰리브덴 가스가 발생하여, 난용해물이 형성되어 버리기 때문이다.

탈가스 중에는 항상 배기 가스 중의 산소 농도를 모니터하여, 산소 농도가 0.1ppm 이하가 될 때까지 탈가스 처리를 계속한다(스텝 S4N). 배기 가스 중의 산소 농도가 0.1ppm 이하이면, 몰리브덴의 산화는 진행되지 않아, 그 결과, 난용해물은 발생하지 않기 때문이다. 또한, 사파이어 원료의 투입량에도 기인하지만, 이러한 처리에 필요로 하는 시간은, 예를 들면 12시간 전후이다. 탈가스 처리를 행하면, 챔버의 관측창(17)이 하얗게 혼탁해지는 현상이 보여, 이 점으로부터도 챔버(11) 내에서 분명하게 어떠한 가스가 발생하고 있는 것을 확인할 수 있다.

다음으로, 사파이어 원료의 융해를 행한다(스텝 S4Y, S5). 융해 공정은 비교적 고온의 감압 분위기에서 행해진다. 구체적으로는, 챔버(11) 내를 감압의 Ar 분위기로 유지한 채, 사파이어 원료의 표면 온도가 2250℃ 이상이 되도록 히터(15)의 파워를 제어한다. 또한, 탈가스 처리시의 파워가 8kW 정도인 것에 대하여, 융해시의 파워는 40kW 정도이다.

사파이어 원료가 완전하게 융해되면, 챔버(11) 내를 감압의 Ar 분위기로 유지한 채, 종결정의 착액을 행한다(스텝 S6). 종결정을 착액시키는 지점은, 사파이어 융액(21)이 올바르게 노출되어 있을 필요가 있으며, 난용해물이 떠 있는 경우, 이를 피하여 착액을 행하지 않으면 안 된다. 그러나, 본 실시 형태에 있어서는, 몰리브덴 도가니의 베이킹 공정(스텝 S1) 및 사파이어 원료의 탈가스 처리(스텝 S3)에 의해 몰리브덴의 혼입이 억제되어 있기 때문에, 사파이어 융액(21)의 표면에 떠 있는 난용해물의 수는 매우 적어진다. 이 때문에, 용이하게 착액을 행하는 것이 가능해진다.

그리고 착액을 행한 후에는, 히터 파워의 제어에 의해 소정의 온도 구배를 유지한 채, 인상 기구(19)에 의해 사파이어 단결정(20)을 천천히 인상한다(스텝 S7). 이상에 의해, 사파이어 단결정(20)이 제작된다.

단결정 성장이 종료된 후, 몰리브덴 도가니는 100℃ 이하까지 충분히 냉각된 후에 취출을 한다(스텝 S8). 이에 따라, 도가니 취출시에 있어서의 표면의 산화를 억제할 수 있어, 다음회의 사파이어 단결정의 인상에 사용할 때, 베이킹 공정(스텝 S2)에 필요로 하는 시간을 짧게 할 수 있어, 결정 비용의 저감을 실현할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 사파이어 단결정의 제조 방법은, 몰리브덴 도가니의 베이킹을 실시하여 도가니의 표면의 산화막을 제거하기 때문에, 원료 융해 공정 중에 있어서의 챔버 내의 산소 분압을 저감할 수 있다. 그 결과, 몰리브덴과 산소와의 반응을 억제할 수 있어, 융액의 표면에 부유하는 난용해물의 양을 대폭으로 감소시킬 수 있다. 따라서, 고품질의 사파이어 단결정을 안정적으로 육성하는 것이 가능해진다.

또한, 본 실시 형태에 의한 사파이어 단결정의 제조 방법은, 사파이어 원료의 탈가스 처리를 행한 후에 융해하기 때문에, 사파이어 원료에 기인하는 불순물과 몰리브덴과의 반응을 억제할 수 있어, 융액의 표면에 부유하는 난용해물의 양을 대폭으로 감소시킬 수 있다. 따라서, 고품질의 사파이어 단결정을 안정적으로 육성하는 것이 가능해진다.

이상, 본 발명의 바람직한 실시 형태에 대해서 설명했지만, 본 발명은, 상기의 실시 형태로 한정되는 일 없이, 본 발명의 주지를 일탈하지 않는 범위에서 여러 가지의 변경이 가능하고, 그들도 본 발명의 범위 내에 포함되는 것인 것은 말할 필요도 없다.

예를 들면, 상기 실시 형태에 있어서는, 몰리브덴 도가니 내에서 탈가스 처리와 원료의 융해의 양쪽을 연속적으로 실시하고 있지만, 본 발명은 이러한 경우로 한정되지 않고, 예를 들면 다른 장소에서 원료의 탈가스 처리를 미리 행한 후, 이 사파이어 원료를 챔버로 반송하여, 몰리브덴 도가니 내로 투입하고, 몰리브덴 도가니 내에서는 원료의 융해만을 행하도록 해도 좋다.

또한, 상기 실시 형태에 있어서는, 몰리브덴 도가니의 베이킹 공정과 사파이어 원료의 탈가스 공정의 양쪽을 실시하고 있지만, 사파이어 원료의 탈가스 처리를 생략해도 상관없다.

(실시예)

이하, 본 발명의 실시예에 대해서 설명하지만, 본 발명은 이 실시예로 하등 한정되는 것은 아니다.

실시예 1로서, 난용해물의 발생과 수소 농도와의 관계를 조사했다. 우선 직경 200㎜, 높이 225㎜의 몰리브덴 도가니를 준비하고, 이에 사파이어 원료를 투입하기 전에, 여러 가지의 미량의 수소를 포함하는 Ar 분위기(미량 수소 분위기)에서 베이킹했다. 이때의 미량 수소 분위기는, 5ppm, 10ppm, 0.1vol％, 0.5vol％, 1vol％, 3vol％, 5vol％의 7조건(샘플 A∼G)으로 했다.

다음으로, 베이킹 후의 도가니에 소정량의 사파이어 원료를 투입하고, 탈가스 처리를 행하는 일 없이, 저항 가열 방식으로 융해시켰다. 원료에는 스미카 제조의 고순도 알루미나 분말(평균 입경 100㎛)을 사용했다. 또한, 융해 중은 챔버 내를 Ar 100％ 분위기로 했다. 그 후, 사파이어 융액의 표면을 챔버에 형성된 관측창으로부터 감광 필터를 통해 관찰하여, 융액의 표면에 부유하고 있는 난용해물의 직경을 측정했다. 그 결과를 표 1에 나타낸다. 마지막에 종결정을 융액에 접촉시키고, 히터 파워를 제어하면서 소정 지름이 될 때까지 결정 지름을 증가시켰다.

표 1로부터 분명한 바와 같이, 수소 농도 5ppm에서는 난용해물이 대량으로 발생하여, 직경 100㎜가 되었다. 그 결과, 그 후의 안정된 결정 성장을 하지 못하여 결정 품질이 나빠졌다. 수소 농도가 10ppm에서는 수소에 의한 난용해물의 억제 효과가 얻어져, 직경이 15㎜까지 대폭으로 감소했다. 또한 수소 농도를 높게 하면, 난용해물의 직경은 조금씩 감소하여, 1∼3vol％에서는 직경이 5㎜까지 감소했다. 또한, 수소 농도가 매우 높은 경우에 있어서 만일 챔버 내에 공기의 유입이 있으면, 수소가 격렬하게 연소할 우려가 있어, 매우 위험하기 때문에, 본 실시예에서는 수소 농도의 상한을 5vol％로 했다.

실시예 2에서는, 수소 농도 3vol％의 미량 수소 분위기에서 도가니의 베이킹을 실시한 후, 원료의 융해 공정의 전에 Ar 100％ 분위기에서 탈가스 처리를 실시했다. 탈가스의 온도는, 400℃에서 1100℃까지 100℃마다 8조건 실시했다(샘플 H∼O). 그 후, 실시예 1과 동일하게, 사파이어 융액의 표면을 관측창으로부터 감광 필터를 통해 관찰하여, 융액의 표면에 부유하고 있는 난용해물의 직경을 측정했다. 그 결과를 표 2에 나타낸다. 마지막에 종결정을 융액에 접촉시키고, 히터 파워를 제어하면서 소정 지름이 될 때까지 결정 지름을 증가시켰다.

표 2로부터 분명한 바와 같이, 탈가스 온도가 400℃(샘플 H)에서는, 난용해물의 억제 효과는 얻어지지 않았다. 또한 탈가스 온도가 1100℃(샘플 O)에서는, 난용해물의 발생량이 증가했다. 이는 흡착되어 있었던 불순물 가스가 몰리브덴 도가니와 반응하여, 산화 몰리브덴이 발생해, 이것이 난용해물 발생을 촉진했다고 생각할 수 있다.

비교예로서, 베이킹하고 있지 않은 몰리브덴 도가니에 소정량의 사파이어 원료를 투입하고, 탈가스 처리를 행하는 일 없이, 저항 가열 방식으로 융해시켰다. 융해 중은 챔버 내를 Ar 100％ 분위기로 했다(샘플 P). 그 후, 실시예 1과 동일하게, 사파이어 융액의 표면을 관측창으로부터 감광 필터를 통해 관찰하여, 융액의 표면에 부유하고 있는 난용해물의 직경을 측정했다. 그 결과를 표 3에 나타낸다. 마지막에 종결정을 융액에 접촉시키고, 히터 파워를 제어하면서 소정 지름이 될 때까지 결정 지름을 증가시켰다.

표 3으로부터 분명한 바와 같이, 종래의 원료 융해 방법(도가니 베이킹 없음, 탈가스 처리 없음)으로는, 직경 100㎜의 난용해물이 발생하여, 종결정의 착액이 곤란해졌다.

이상, 실시예 1, 2 및 비교예의 결과로부터, 베이킹시의 수소 농도는 10ppm 이상 5vol％ 이하인 것이 바람직하고, 탈가스 온도는 500℃ 이상 1000℃ 이하의 범위인 것이 바람직하고, 이에 따라 난용해물의 억제 효과가 얻어지는 것을 알 수 있었다.

10 : 사파이어 단결정 제조 장치
11 : 챔버
12 : 지지 회전축
13 : 지지대
14 : 몰리브덴 도가니
15 : 저항 가열 히터
16 : 지지축 회전 기구
17 : 관측창
18 : 시드봉
19 : 인상 기구
20 : 사파이어 단결정
21 : 사파이어 융액
22 : 단열재
23 : 컨트롤러
24 : 가스 도입구
25 : 가스관
26 : 컨덕턴스 밸브
27 : 가스 배출구
28 : 배기 가스관
29 : 컨덕턴스 밸브
30 : 진공 펌프
31 : 산소 농도계

Claims

환원성 분위기의 챔버 내에서 몰리브덴 도가니를 열처리하여, 표면의 산화막을 제거하는 베이킹 공정과,
표면의 산화막이 제거된 상기 몰리브덴 도가니에 사파이어 원료를 투입하고, 당해 사파이어 원료를 융해함으로써 사파이어 융액을 얻는 융해 공정과,
상기 사파이어 융액에 침지한 종(種)결정을 인상함으로써 사파이어 단결정을 얻는 인상 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 사파이어 단결정의 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 환원성 분위기는, 수소 농도가 10ppm 이상 5vol％ 이하의 수소 분위기인 것을 특징으로 하는 사파이어 단결정의 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 사파이어 원료를 융해하기 전에, 당해 사파이어 원료를 감압의 불활성 분위기에서 열처리함으로써 탈(脫)가스 처리하는 탈가스 공정을 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 사파이어 단결정의 제조 방법.
제3항에 있어서,
상기 탈가스 공정에서는, 상기 챔버 내를 감압의 불활성 분위기로 하고, 상기 사파이어 원료의 표면이 500℃ 이상 1000℃ 이하가 되도록 가열하고, 그리고, 상기 챔버로부터 배출되는 배기 가스 중의 산소 농도가 0.1ppm 이하가 될 때까지 탈가스 처리를 계속하는 것을 특징으로 하는 사파이어 단결정의 제조 방법.
제3항 또는 제4항에 있어서,
상기 사파이어 원료의 탈가스 처리에서 융해까지를 상기 몰리브덴 도가니 내에서 연속적으로 실시하는 것을 특징으로 하는 사파이어 단결정의 제조 방법.