(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
中央に角形のダイパック用開口部を設けた蓋体であって、当該開口部の角にスリットを設けたサファイア育成坩堝用の蓋体。
【請求項２】
前記開口部を構成する端面にダイパックと嵌合する切り欠きを設けた請求項１記載の蓋体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＥＦＧ法（Ｅｄｇｅ−ｄｅｆｉｎｅｄ  Ｆｉｌｍ−ｆｅｄ  Ｇｒｏｗｔｈ法）を用いてサファイアリボンを育成するＥＦＧ法用育成炉の蓋体構造に関する。
【０００２】
近年、半導体基板用途で用いられるサファイア単結晶材料の製造方法について、Ｃｚ法を用いたサファイア単結晶の育成装置には、蓋体を用いて育成条件を調整しているものがある。当該装置のうち、代表的な構造としては特開平０５−２２９８９３（特許文献１）及び特開２０１３−００６７５８（特許文献２）に記載されたサファイア育成炉があり、坩堝上部に熱反射板を蓋体として一体成形した構造と、坩堝開口部に蓋体を設けた構造と、をそれぞれ技術的特徴として備えている。また、特許文献１と特許文献２とに記載された各構造は、坩堝外の構成によって、蓋体による温度勾配と、蓋体による温度差という相互に異なった作用を用いている。
【０００３】
即ち、特許文献１記載の育成炉はその目的から、蓋体上部に追加の熱反射板を設けることで当該蓋体上部が形成した熱勾配の維持及び、それによる結晶品質の向上という効果を得ている。一方、特許文献２に記載の育成炉では坩堝底部を加熱する第２の発熱体を設けることで、蓋体による温度差を用いたサファイア単結晶に於ける径寸法の制御を可能にしている。この為、Ｃｚ法によるサファイア単結晶の育成装置では、特許文献１、２に記載の蓋体構造を用いることで、サファイア単結晶の育成装置について、上述した各種効果を付与することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平０５−２２９８９３
【特許文献２】特開２０１３−００６７５８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した技術的特徴及び効果が用いられている一方で、特許文献１及び２に記載の蓋体構造は、板状のサファイアリボンの複数同時育成が可能なＥＦＧ法に対して用いることができないという課題を有している。即ち、ＥＦＧ法を用いた１０枚以上のサファイアリボン育成に際して、上述の各特許文献にて用いられている蓋体は、その構造上、前記効果を付与するために、蓋体の開口部を角形で形成する必要がある。これに対して、育成時の加熱に伴う熱膨張によって、当該角形の開口部はダイパック周辺で不均一な変形を生じ、ダイの熱バランスを悪化させてしまう。この為、前記特許文献１及び２に記載の構造は、前記複数同時育成に際して、蓋体による温度勾配や、蓋体による温度差といった効果を付与する一方で、全てのサファイアリボンを結晶成長させることはできないという課題を有している。
【０００６】
上記課題に対して本願記載の発明では、ＥＦＧ法を用いたサファイアリボンの複数枚同時育成が可能で、蓋体による温度条件の設定が容易なＥＦＧ法育成装置の提供を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的のために本発明は、ＥＦＧを用いたサファイアリボンの複数枚同時育成に対応して、角形のダイパック用開口部を設けた蓋体構造を使用し、当該開口部の各角部にスリットを設けたことをその特徴としている。より具体的には、前記角部について、一定の幅を有する切り欠き部をダイパックの平面図に於ける対角線上に形成したことをその技術的特徴としている。
【０００８】
また、本発明に於ける第２の態様記載の発明は、前記形成された窓部について、端面にダイパック側に設けた凸部と嵌合する切り欠きを設けたことをその技術的特徴としている。
【発明の効果】
【０００９】
上述した技術的特徴によって本発明では、蓋体による温度条件の設定を容易にすると共に、サファイアリボンの複数枚同時育成時に際して、全てのサファイアリボンを結晶成長させることが可能となる。これは、前記開口部の各角部にスリットを設けた事による効果となっている。即ち、本発明では育成炉での加熱時に於いて、各角部にスリットを設けることで蓋体の変形方向を角形形状を成すダイパックの各側面に対応させている。この為、坩堝内で溶融されたアルミナ融液からの輻射熱を蓋体によって吸収し、熱膨張させた際に生じる開口部の変形に際し、ダイパック側面−開口部端面間の距離を均一に変化させる事が可能となる。また、当該熱膨張による変形を用いることで前記結晶成長時、形成したスリットを埋める構造とする事もまた、可能となっている。より具体的には、２０００℃付近で行われる前記結晶成長時の変形量に対しスリット幅を１〜３ｍｍで形成し、当該スリットの方向を前記対角線上に設定する事で、スリットを挟んだ各部の干渉を抑え、蓋体について厚み方向の歪みを生じることなくサファイアリボンの同時育成を行うことができる。
【００１０】
また、本発明では前記効果及び、変形方向をダイパックの各側面に対応させたことによって、蓋体上面に熱反射板を追加することができる。より具体的には、前記育成装置内の温度上昇に伴い、ダイパック側面−開口部端面間の距離が均一に近接していく為、蓋体下面を支柱部材で支持し、蓋体上面に直接熱反射板を設けても、当該熱反射板を別途固定した構造と同様の効果を付与することができる。加えて、当該熱反射板をダイパック端面より下に配置することで、サファイア単結晶が育成されるダイパック端面に対する蓋体からの輻射熱を低減すると共に、毛細管現象によってダイパック内を運ばれていくアルミナ融液内の温度勾配を調整し、各サファイアリボンの結晶品質を向上させることが可能となる。また、前記支柱部材の固定について、本発明の蓋体は変形することを前提とした構造となっている。この為、支柱部材の固定箇所を蓋体側のみとすることで、開口部及び熱反射板の端面を安定してダイパック側面へと近接させることができる。尚、本発明では当該熱反射板を複数設けた構造とすることもまた、可能となっている。この為、当該温度勾配の調整によってダイパック端面の温度条件を詳細に設定することができると共に、ダイパックから引き上げられる各サファイアリボンの温度条件を揃え、大型のダイパック及び育成炉を用いる１０枚以上のサファイアリボン育成について、全てのサファイアリボンを育成する事が可能となる。
【００１１】
上記効果に加え、本発明における第２の態様記載の発明を用いる事で、ダイパック内のアルミナ融液に関し、蓋体側への引き込み防止という効果を得ることができる。  即ち、本態様では、前記開口部端面に設けた切り欠き部をダイパックと嵌合させる構造を用いている。これにより、開口部に対するダイパックの位置決めを容易に行うことができると共に、開口部端面とアルミナ融液との引き込みが発生するダイパック側面−開口部端面間の間隔を一定に保ち、育成炉での加熱時に生じる蓋体の変形に際しても前記引き込み防止という効果を維持することができる。加えて、当該嵌合構造を用いたことで蓋体の開口部側面側をダイパックによって支持することが可能となる。この為、各サファイアリボン間の温度条件を調整するにあたり、高品質での結晶成長を行うことができる。より具体的には、上記１０枚以上のサファイアリボン育成に際し、前記ダイパックとの嵌合によって開口部側面側に占める支柱部材の割合を抑え、アルミナ融液の対流に対する当該支柱部材の影響を低減すると共に、当該融液の対流を安定させることによって融液内での気泡の発生を減少させた高品質のサファイアリボンを複数提供することができる。
【００１２】
以上述べたように、本願記載の発明を用いることで、ＥＦＧ法を用いたサファイアリボンの複数枚同時育成が可能で、蓋体による温度条件の設定が容易なＥＦＧ法育成装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の最良の実施形態に於いて用いるＥＦＧ育成炉の概略図
【図２】本発明の最良の実施形態に於いて用いるダイパック周辺部品の全体斜視図
【図３】図２に於いて示したダイパック基本構造の全体斜視図
【図４】図２に於いて示したダイパック周辺部品の分解斜視図
【図５】図３に於いて示したダイパック及び蓋体の平面図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に、図１、図２、図３、図４及び図５を用いて、本発明に於ける最良の実施形態を示す。尚、図中の記号及び部品番号について、同じ部品として機能するものには共通の記号又は番号を付与している。
【００１５】
図１に、本実施形態に於いて用いるＥＦＧ育成炉の概略図を、図２に本実施形態に於いて用いるダイパック周辺部品の全体斜視図を、図３に同基本構造の全体斜視図を、図４に同分解斜視図を、そして図５に図３に示したダイパック５及び蓋体１０の平面図を、それぞれ示す。尚、図１中の熱反射板固定構造及び蓋体用支柱部材１２については、図中での記載を省略している。
【００１６】
図１に示す様に、本実施形態記載のＥＦＧ育成炉ではヒーター６によって坩堝７内に板状空隙を有するダイを複数束ねたダイパック５を配置すると共に、当該坩堝７内に供給されたアルミナを溶融し、毛細管現象によって前記板状空隙内を満たすことで、ダイパック先端まで下降させた単一の種結晶と当該溶融されたアルミナ融液とを接触させ、種結晶２の引き上げによるサファイアリボンの育成を行う。
【００１７】
この様な構造を用いたことで、本実施形態記載の育成炉１では、多数のサファイアリボンをマルチサファイアリボン３として一括して同時に引き上げることが可能となった。即ち、本実施形態では共通の種結晶２を素にして前記同時引き上げによるサファイア単結晶からなるマルチサファイアリボン３の育成を行っている。この為、種結晶２の支持構造を簡略化すると共に、引き上げ速度を共通化することで、結晶育成に於ける制御の簡略化という効果をも得ている。また、本実施形態では、当該引き上げにより結晶が形成されるダイパック先端付近について、蓋体１０及び複数の熱反射板１１を設けた構造を用いている。この為、複数枚のサファイアリボン育成に際して、各サファイアリボン毎の温度勾配を結晶の育成に適した状態に保つと共に、各サファイアリボン毎の結晶に於ける成長速度を安定化させることが可能となった。
【００１８】
また、図２、図３及び図４から解るように、本実施形態で用いる蓋体１０はダイパック用開口部の対角線上となる四隅にスリットＳを設けており、三対の熱反射板１１を蓋体１０の上にスペーサ１３を介して直接支持した構造となっている。この為、本実施形態の様な１０枚のマルチサファイアリボン育成に際しても、全てのサファイアリボンを同時に育成すると共に、各サファイアリボン毎の結晶を安定して高品質な状態に育成することができた。より具体的には、育成炉１での加熱時に於いて、各角部に設けたスリットＳによって蓋体１０の開口部端面に於ける変形方向をダイパック５の各側面に対向させたことで、坩堝内で溶融されたアルミナ融液からの輻射熱を蓋体１０によって吸収し、熱膨張させた際に生じる開口部の変形を制御しつつ、ダイパック側面−開口部端面間の距離を均一に変化させていく事を可能としている。また、本実施形態では２０００℃付近で行われる前記結晶成長時の変形量に対しスリットＳの幅を３ｍｍ以下で形成し、当該スリットの方向を前記対角線上に設定した形状を用いている。この為、スリットＳを挟んだ各部の干渉を抑え、蓋体１０について厚み方向の歪みを生じることなく、前記マルチサファイアリボン３の育成を行うと共に、炉内温度が上昇するに従ってスリット幅を狭め、蓋体１０による保温効果を高める構造とすることができた。
【００１９】
更に、本実施形態では蓋体下面を支柱部材１２で支持し、蓋体上面に直接熱反射板を支持している。この為、育成装置内の温度上昇に伴い、ダイパック側面−熱反射板間の距離を均一に近接させていく構造となり、熱反射板を別途固定した構造と同様の効果をより小型化された構造にて付与することができた。加えて、当該熱反射板１１をダイパック端面より下に配置することで、ダイパック端面に対する蓋体１０からの輻射熱を低減すると共に、毛細管現象によってダイパック内を運ばれていくアルミナ融液内の温度勾配を調整し、マルチサファイアリボン３内の各サファイアリボンについて、結晶品質を向上させることが可能となった。更に、本実施形態の蓋体は支柱部材の固定箇所を蓋体側のみとしており、前記変形に際しても開口部及び熱反射板１１の端面を安定してダイパック側面へと近接させることができる。尚、本発明では当該熱反射板を複数設けた構造となっている。この為、前記温度勾配の調整によってダイパック端面の温度条件を詳細に設定することが可能となった。加えて、ダイパック５から引き上げられるマルチサファイアリボン３内の各サファイアリボンに関する温度条件を揃えることで、本実施形態よりも育成枚数を増やした、より大型のダイパック及び育成炉を用いるサファイアリボンの複数枚同時育成に際しても、全てのサファイアリボンについて割れ等の無い、高品質の単結晶として育成する事ができる。
【００２０】
図５に上記ダイパック５周辺の基本構造に於ける平面図を示す。前記図３、図４及び図５から解るように、本実施形態ではダイパック５の四隅に階段形状の凸部Ｔを設け、当該凸部Ｔと蓋体１０の開口部四隅に設けた切り欠き部Ｕとを嵌合させる構造となっている。この為、本実施形態に於けるサファイアリボン育成では、ダイパック内のアルミナ融液に関し、蓋体側への引き込み防止という効果を得ることができた。  即ち、本実施形態では、前記開口部端面に設けた切り欠き部Ｕと、ダイパックと一体に設けられた凸部Ｔと、を部分的に嵌合させた構造を用いている。これにより、開口部に対するダイパック５の位置決めを容易に行うことができると共に、開口部端面とアルミナ融液との引き込みが発生するダイパック側面−開口部端面間の間隔を一定に保ち、育成炉での加熱時に生じる蓋体１０の変形に際しても前記引き込み防止という効果を維持することができる。加えて、当該嵌合構造を用いたことで蓋体の開口部側面側をダイパック５によって支持することが可能となる。この為、各サファイアリボン間の温度条件を調整するにあたり、高品質での結晶成長を行うことができる。より具体的には、上記１０枚以上のサファイアリボン育成に際し、前記ダイパックとの嵌合によって開口部側面側に占める支柱部材１２の割合を抑え、アルミナ融液の対流に対する当該支柱部材の影響を低減すると共に、当該融液の対流を安定させることによって融液内での気泡の発生を減少させた高品質のサファイアリボンを複数提供することができる。
【００２１】
以上述べたように、本願記載の発明を用いることで、ＥＦＧ法を用いたサファイアリボンの複数枚同時育成が可能で、蓋体による温度条件の設定が容易なＥＦＧ法育成装置を提供することが可能となった。
【符号の説明】
【００２２】
１  ＥＦＧ育成炉
２  種結晶
３  マルチサファイアリボン
４  上部断熱材
５  ダイパック
６  ヒーター
７  坩堝
８  側面部断熱材
９  底面部断熱材
１０  蓋体
１１  熱反射板
１２  支柱部材
１３  スペーサ
Ｓ  蓋体スリット
Ｔ  ダイパック凸部
Ｕ  蓋体切り欠き部
【要約】
【課題】
ＥＦＧ法を用いたサファイアリボンの複数枚同時育成が可能で、蓋体による温度条件の設定が容易なＥＦＧ法育成装置を提供する。
【解決手段】
ＥＦＧ育成用坩堝に直接設けられた蓋体について、当該蓋体中央に貫通孔として設けられたダイパック用開口部の角部にスリットを設けることで、サファイア育成時に生じる蓋体内部の変形方向を調整し、２０００℃付近となるマルチサファイアリボンの育成環境に際して、ダイパック側面と当該蓋体上に直接設けた熱反射板との距離を安定させることができる。
【選択図】  図３【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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