(57)【要約】【課題】単結晶と坩堝底との接触を未然に防止できる単結晶育成装置を提供すること。【解決手段】単結晶育成装置１００は、断熱材５によって囲まれた加熱空間ＳＰに配置された坩堝１内の原料の融液ＭＴに、引き上げ軸としてのシード棒９の先端に取り付けられた種結晶ＳＥを接触させて単結晶ＳＣを育成する。単結晶育成装置１００は、シード棒９に取り付けられ且つ単結晶ＳＣの重量を検出する重量センサ３０と、断熱材５に設けられたのぞき窓８を通じて単結晶ＳＣのうち融液面の上にある露出部分ＳＣ１を撮像する画像センサ３１と、画像センサ３１が出力する画像から露出部分ＳＣ１の形状に関する情報を導き出す画像処理装置５２と、露出部分ＳＣ１の形状に関する情報と単結晶ＳＣの重量に関する情報とに基づき、単結晶ＳＣのうち融液中にある液中部分ＳＣ２の形状に関する情報を算出する演算装置５０と、を有する。【選択図】図１
2019043794.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
断熱材によって囲まれた加熱空間に配置された坩堝内の原料の融液に、引き上げ軸の先端に取り付けられた種結晶を接触させて単結晶を育成する単結晶育成装置であって、
前記断熱材に設けられたのぞき窓を通じて前記単結晶のうち融液面の上にある露出部分を撮像する画像センサと、
前記画像センサが出力する画像から前記露出部分の形状に関する情報を導き出す画像処理装置と、
前記引き上げ軸に取り付けられ且つ前記単結晶の重量を検出する重量センサと、
前記画像処理装置が出力する前記露出部分の形状に関する情報と前記重量センサが出力する前記単結晶の重量に関する情報とに基づき、前記単結晶のうち融液中にある部分の形状に関する情報を算出する演算装置と、を有する、
単結晶育成装置。
【請求項２】
前記単結晶のうち融液中にある部分の形状に関する情報を表示する表示装置を更に有する、
請求項１に記載の単結晶育成装置。
【請求項３】
音出力装置を更に有し、
前記演算装置は、前記単結晶と前記坩堝の底との距離が所定値未満となった場合に前記音出力装置から音を出力させる、
請求項１又は２に記載の単結晶育成装置。
【請求項４】
前記演算装置は、前記単結晶のうち融液中にある部分の形状に関する情報に基づき、前記坩堝を加熱するヒータの出力、前記引き上げ軸の回転速度、及び、前記引き上げ軸の引き上げ速度の少なくとも１つを調整する、
請求項１乃至３の何れかに記載の単結晶育成装置。
【請求項５】
前記単結晶のうち融液中にある部分の形状に関する情報は、前記単結晶のうち融液中にある部分の長さ、及び、前記単結晶のうち融液中にある部分の下端と前記坩堝の底との距離の少なくとも一方を含む、
請求項１乃至４の何れかに記載の単結晶育成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、単結晶を育成するための単結晶育成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、チョクラルスキー法、カイロポーラス法等を用いる単結晶育成装置が知られている（特許文献１参照。）。この単結晶育成装置は、主に、単結晶の原料が充填される坩堝と、坩堝を加熱するヒータと、ヒータの熱で融解された原料の融液の液面に種結晶を接触させ且つ回転させながら引き上げる引き上げ軸とを備えている。単結晶育成装置は、原料を坩堝内で融解し、原料の融液の液面に接触させた種結晶を回転させながら徐々に引き上げることにより単結晶を育成する。
【０００３】
このような単結晶の育成では、原料の融液中で単結晶が大きく成長し、単結晶と坩堝の底（以下、「坩堝底」とする。）とが接触し、単結晶と坩堝底とが固着してしまう現象が生じる場合がある。以下では、このような現象を「底付き現象」とも称する。そして、単結晶が坩堝底に固着した状態で単結晶の育成を継続させると、引き上げ軸を破損してしまうおそれがある。
【０００４】
そこで、特許文献１の単結晶育成装置は、引き上げ軸が引き上げる単結晶の重量を測定する重量測定部の出力に基づき、単結晶と坩堝底とが固着したか否かを判定するようにしている。
【０００５】
そして、単結晶と坩堝底とが固着したと判定した場合には、引き上げ軸による種結晶の回転と引き上げを停止させることで、引き上げ軸が破損されてしまうのを防止している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１６−１９９４１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１の単結晶育成装置は、単結晶と坩堝底とが固着したときに引き上げ軸による種結晶の回転と引き上げを停止させるのみであり、単結晶と坩堝底との接触及び固着を未然に防止することができない。そして、単結晶と坩堝底とが固着した場合には、固着を解消するために坩堝内を融点以上に加熱して原料を溶融させる必要があり生産性が悪化する。
【０００８】
そこで、単結晶と坩堝底との接触を未然に防止できる単結晶育成装置を提供することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の実施形態に係る単結晶育成装置は、断熱材によって囲まれた加熱空間に配置された坩堝内の原料の融液に、引き上げ軸の先端に取り付けられた種結晶を接触させて単結晶を育成する単結晶育成装置であって、前記引き上げ軸に取り付けられ且つ前記単結晶の重量を検出する重量センサと、前記断熱材に設けられたのぞき窓を通じて前記単結晶のうち融液面の上にある露出部分を撮像する画像センサと、前記画像センサが出力する画像から前記露出部分の形状に関する情報を導き出す画像処理装置と、前記画像処理装置が出力する前記露出部分の形状に関する情報と前記重量センサが出力する前記単結晶の重量に関する情報とに基づき、前記単結晶のうち融液中にある部分の形状に関する情報を算出する演算装置と、を有する。
【発明の効果】
【００１０】
上述の手段により、単結晶と坩堝底との接触を未然に防止できる単結晶育成装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態に係る育成装置の断面図である。
【図２】融液内に一部が浸漬されている単結晶の断面図である。
【図３】単結晶の露出部分の斜視図である。
【図４】単結晶の露出部分の断面図である。
【図５】表示装置に表示される画面の構成例である。
【図６】表示装置に表示される画面の別の構成例である。
【図７】表示装置に表示される画面の更に別の構成例である。
【図８】表示装置に表示される画面の更に別の構成例である。
【図９】表示装置に表示される画面の更に別の構成例である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１を参照し、本発明の実施形態に係る単結晶育成装置１００について説明する。図１は、単結晶育成装置１００の断面図である。
【００１３】
単結晶育成装置１００は、主に、坩堝１、坩堝台２、坩堝軸３、ヒータ４、断熱材５、架台６、外壁７、のぞき窓８、シード棒９、重量センサ３０、画像センサ３１、演算装置５０、回転昇降装置５１、画像処理装置５２、表示装置５３及び音出力装置５４を含む。
【００１４】
単結晶育成装置１００は、例えば、Ｃｚ法を利用した単結晶ＳＣの育成（製造）に用いられる抵抗加熱方式の単結晶育成装置である。Ｃｚ法は、ある結晶方位に従って切り出された種結晶ＳＥを同一組成の融液ＭＴに浸漬し、回転しながら徐々に引上げることによって、種結晶ＳＥの性質を伝播しながら大口径化して単結晶を製造する方法である。
【００１５】
単結晶ＳＣは、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、ガドリニウム・ガリウム・ガーネット、サファイア等の酸化物単結晶を含む。単結晶ＳＣは、大気中又は不活性ガス雰囲気中で育成されてもよい。
【００１６】
種結晶ＳＥは、例えば、四角柱形状の単結晶であり、シード棒９の先端に取り付けられている。そして、シード棒９の昇降により、融液ＭＴへの浸漬、引き上げ等が行われる。
【００１７】
坩堝１は、単結晶ＳＣの原料を保持するための容器である。原料は、単結晶ＳＣの育成中、融液ＭＴの状態で保持される。坩堝１は、例えば、耐熱性のある白金、イリジウム等の金属で作製される。
【００１８】
坩堝台２は、坩堝１を載せる台である。坩堝軸３は、坩堝台２を支える軸である。坩堝軸３は、坩堝台２に載せられた坩堝１を回転させるために回転可能であってもよい。また、坩堝台２に載せられた坩堝１を上下動させるために上下動可能であってもよい。
【００１９】
ヒータ４は、原料、坩堝１、単結晶ＳＣ等を加熱する装置である。図１の例では、ヒータ４は、円筒型のカーボンヒータである。ヒータ４は、誘導加熱方式のヒータであってもよい。誘導加熱方式のヒータは、坩堝１を囲むように設けられたコイル状部材を用いて坩堝１を直接発熱させる。
【００２０】
断熱材５は、加熱空間ＳＰを囲む耐火物である。断熱材５は、例えば、ジルコニア、アルミナ、炭素繊維等で形成されている。図１の例では、坩堝１及びヒータ４を取り囲むように設置されている。
【００２１】
架台６は、単結晶育成装置１００の本体部を支持するための支持台である。架台６の上には、本体部としての断熱材５及び外壁７が載置されている。
【００２２】
外壁７は、熱を遮断する部材であり、断熱材５を囲むように配置されている。図１の例では、円筒形状を有し、坩堝１及びヒータ４のそれぞれが発する高熱が外部に伝わるのを遮断する。
【００２３】
のぞき窓８は、加熱空間ＳＰ内を外部から観察するための窓である。本実施形態では、のぞき窓８は、断熱材５及び外壁７を貫通する孔に耐熱ガラスを嵌め込んで形成されている。
【００２４】
シード棒９は、種結晶ＳＥを保持する部材である。本実施形態では、シード棒９は、種結晶ＳＥを保持する種結晶保持部を下端部に有する。シード棒９は、回転可能に且つ上下動可能に構成されている。
【００２５】
重量センサ３０は、単結晶ＳＣの重量を検出する。本実施形態では、重量センサ３０は、シード棒９に貼り付けられた歪ゲージを含むロードセルである。但し、重量センサ３０は、圧電式重量センサ等の他の検出方式に基づくセンサであってもよい。重量センサ３０は、検出した単結晶ＳＣの重量に関する情報（以下、「重量情報」とする。）を演算装置５０に対して出力する。
【００２６】
画像センサ３１は、画像を取得するセンサである。画像センサ３１は、例えば、ＣＣＤ、ＣＭＯＳ等の撮像素子を備えるカメラである。本実施形態では、画像センサ３１は、のぞき窓８を通じ、単結晶ＳＣのうちの融液面の上にある部分、すなわち、融液面から露出している単結晶ＳＣの露出部分ＳＣ１を撮像する。画像センサ３１は、撮像した画像に関する情報（以下、「画像情報」とする。）を画像処理装置５２に対して出力する。
【００２７】
演算装置５０は、例えば、単結晶育成装置１００による各種プロセスを制御する。各種プロセスは、結晶育成プロセスを含む。本実施形態では、演算装置５０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えたマイクロコンピュータである。但し、ＡＳＩＣ等の電子回路で構成されていてもよい。演算装置５０は、例えば、外壁７の外側に設けられ、重量センサ３０、画像処理装置５２等の出力に基づき、各種演算を実行する。そして、演算結果に応じてヒータ４、回転昇降装置５１、表示装置５３、音出力装置５４等を制御する。図１の破線矢印は、各種情報を伝達する信号線を表している。
【００２８】
回転昇降装置５１は、結晶引き上げ軸としてのシード棒９を回転させ且つ昇降させる装置である。本実施形態では、回転昇降装置５１は、坩堝１の上方（＋Ｚ方向）に設けられている。そして、回転装置及び昇降装置として機能するモータを含む。回転装置として機能するモータと昇降装置として機能するモータとを別々に含んでいてもよい。回転昇降装置５１は、演算装置５０からの制御指令に応じて動作する。例えば、演算装置５０からの下降指令に応じてシード棒９を下降させ、坩堝１に入れられた原料の融液ＭＴの液面に種結晶ＳＥを接触させる。その後、演算装置５０からの回転・上昇指令に応じてシード棒９を回転させながら上昇させ、種結晶ＳＥを回転させながら引き上げる。
【００２９】
画像処理装置５２は、画像センサ３１が出力する画像情報から露出部分ＳＣ１の形状に関する情報（以下、「形状情報」とする。）を導き出す。本実施形態では、画像処理装置５２は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えたマイクロコンピュータであり、画像センサ３１から取得した画像情報に二値化処理、エッジ処理等の各種画像処理を施して露出部分ＳＣ１の形状情報を導き出す。露出部分ＳＣ１の形状情報は、例えば、露出部分ＳＣ１の高さ、融液面半径等を含む。露出部分ＳＣ１の高さは、例えば、融液面から種結晶ＳＥの下端までの距離である。なお、画像処理装置５２は、既知の高さ及び半径を有する単結晶を用いて画像情報と形状情報との関係を事前に校正してもよい。画像情報から正確な形状情報を導き出すためである。そして、画像処理装置５２は、露出部分ＳＣ１の形状情報を演算装置５０に対して出力する。なお、画像処理装置５２は、演算装置５０に統合されていてもよい。
【００３０】
表示装置５３は、各種情報を表示する装置である。本実施形態では、表示装置５３は、演算装置５０からの情報に基づいて各種情報を表示する液晶ディスプレイである。各種情報は、重量センサ３０が出力する重量情報、画像センサ３１が出力する画像情報、画像処理装置５２が導き出す露出部分ＳＣ１の形状情報等を含む。
【００３１】
音出力装置５４は、音情報を出力する装置である。本実施形態では、音出力装置５４は、演算装置５０からの情報に基づいて音情報を出力するスピーカである。音情報は、ブザー音、音声メッセージ、メロディ等を含む。
【００３２】
次に、単結晶育成装置１００を用いた単結晶ＳＣの育成方法について説明する。最初に、作業者は、単結晶ＳＣの原料を坩堝１に投入する。その後、ヒータ４で坩堝１内の原料を加熱して融解する。その後、回転昇降装置５１でシード棒９の先端に取り付けられた種結晶ＳＥを坩堝１内の融液ＭＴの液面に接触させる。以下では、この工程をシーディングと称する。
【００３３】
その後、作業者は、回転昇降装置５１で種結晶ＳＥを回転させながら徐々に上方へ引き上げる。また、ヒータ４の加熱温度、シード棒９の回転速度、及び、シード棒９の引き上げ速度等の各種育成パラメータを調整し、単結晶ＳＣの肩部及び直胴部を育成する。その後、単結晶ＳＣが所定の長さになったところで、各種育成パラメータを調整し、融液ＭＴの液面と育成した単結晶ＳＣとを切り離す。その後、切り離した単結晶ＳＣを冷却して単結晶ＳＣの育成を完了させる。
【００３４】
図１の例では、坩堝軸３に支えられた坩堝台２の上には白金製の坩堝１が配置されている。そして、坩堝１の中には単結晶ＳＣの原料が充填される。坩堝１の周囲には抵抗加熱方式のヒータ４が配置されている。ヒータ４は、炭素製で且つ円筒形状を有する。ヒータ４の外側、上側、及び下側はジルコニア製の断熱材５で覆われている。
【００３５】
原料が融解した後、単結晶育成装置１００は、ヒータ４の出力を制御し、融液ＭＴをシーディングに適した温度に調整する。そして、融液ＭＴがシーディングに適した温度になったときに白金製のシード棒９を下降させ、シード棒９の先端に取り付けられた種結晶ＳＥと融液ＭＴとを接触させる。その後、シード棒９を回転させながら鉛直上方（＋Ｚ方向）に引き上げることによって、種結晶ＳＥから連続的に延びる単結晶ＳＣを育成する。
【００３６】
次に、図２〜図４を参照し、単結晶ＳＣのうち融液ＭＴ内にある液中部分ＳＣ２の形状の算出方法について説明する。図２は、融液ＭＴ内に一部が浸漬されている単結晶ＳＣの断面図である。図３は、露出部分ＳＣ１の斜視図である。図４は、露出部分ＳＣ１の断面図である。本実施形態では、図２に示すように、単結晶ＳＣの液中部分ＳＣ２は、逆円錐形状を有する。また、図２〜図４に示すように、露出部分ＳＣ１は、円柱と円錐台の組み合わせで構成されている。但し、液中部分ＳＣ２は、円柱、逆円錐台等の他の形状を有していてもよい。
【００３７】
図２に示すように、露出部分ＳＣ１の半径rは高さhの関数としてr(h)で表される。ある時点において、露出部分の高さがh1、融液面での半径がr1=r(h1)、単結晶ＳＣの密度がρSであるとすると、露出部分の重量MUは（１）式で求められる。
【００３８】
【数１】
2019043794.tif 000003
一方、融液ＭＴの密度がρL、逆円錐形状を有する液中部分ＳＣ２の長さがH1であるとすると、浮力を考慮した液中部分の重量MDは、（２）式で表される。なお、液中部分ＳＣ２が円柱形状を有する場合、浮力を考慮した液中部分の重量MDは、（２）'式で表される。
【００３９】
【数２】
2019043794.tif 000004
【００４０】
【数３】
2019043794.tif 000005
単結晶育成装置１００は、単結晶ＳＣの種類、育成パラメータの設定内容等に応じ、液中部分ＳＣ２の重量MDの算出に（２）式を用いるか、（２）'式を用いるか、或いは、（２）式及び（２）'式の両方を用いるかを決定してもよい。また、単結晶育成装置１００は、液中部分ＳＣ２の重量MDの算出に（２）式及び（２）'式以外の他の式を用いてもよい。
【００４１】
また、重量センサ３０から出力される単結晶ＳＣの全重量Mは、（３）式で表される。
【００４２】
【数４】
2019043794.tif 000006
したがって、液中部分ＳＣ２の長さH1は（４）式によって導き出される。
【００４３】
【数５】
2019043794.tif 000007
このように、演算装置５０は、単結晶ＳＣの育成中に、重量センサ３０が出力する重量情報と画像センサ３１が出力する画像情報とを連続的に取り込むことで、単結晶ＳＣの液中部分ＳＣ２の形状をリアルタイムで算出できる。すなわち、底面積がπ×r12で長さがH1の逆円錐を液中部分ＳＣ２の形状として導き出すことができる。また、演算装置５０は、単結晶ＳＣの形状情報をリアルタイムで表示装置５３に表示させることができる。この場合、単結晶ＳＣの形状情報は、単結晶ＳＣの全体の形状情報、露出部分ＳＣ１の形状情報、及び、液中部分ＳＣ２の形状情報を含む。
【００４４】
表１は、単結晶ＳＣの育成中におけるいくつかの時点でのぞき窓８を通じて観察された単結晶ＳＣの露出部分ＳＣ１の融液面半径r1及び高さh1と単結晶ＳＣの全重量Mを示す。また、各時点での露出部分ＳＣ１の融液面半径r1及び高さh1と全重量Mから（４）式を使って算出される推定値としての液中部分ＳＣ２の長さH1を示す。なお、単結晶ＳＣの密度ρSは4000 [kg/m3]、融液ＭＴの密度ρLは3000 [kg/m3]である。
【００４５】
【表１】
2019043794.tif 000008
具体的には、表１は、種結晶ＳＥを融液ＭＴに接触させてから５０時間が経過した時点で、単結晶ＳＣの露出部分ＳＣ１が、半径15 [mm]及び高さ20 [mm]の円柱部分と、上底の半径15 [mm]、下底の半径25 [mm]及び高さ10 [mm]の円錐台部分との組み合わせで構成されていることを示す。このときの露出部分ＳＣ１は、図４の部分Ａに対応する。具体的には、円柱部分が部分Ａ１に対応し、円錐台部分が部分Ａ２に対応する。
【００４６】
また、表１は、接触後５０時間が経過してから５８時間が経過するまでの間に、上底の半径25 [mm]、下底の半径60 [mm]及び高さ10 [mm]の円錐台部分が追加的に育成されたことを示す。このときの追加部分は、図４の部分Ｂに対応する。
【００４７】
また、表１は、接触後５８時間が経過してから６４時間が経過するまでの間に、半径60 [mm]及び高さ3.5 [mm]の円柱部分が追加的に育成されたことを示す。このときの追加部分は、図４の部分Ｃに対応する。
【００４８】
また、表１は、接触後６４時間が経過してから１２０時間が経過するまでの間に、上底の半径60 [mm]、下底の半径100 [mm]及び高さ4.5 [mm]の円錐台部分が追加的に育成されたことを示す。このときの追加部分は、図４の部分Ｄに対応する。
【００４９】
なお、円柱の体積Vcは、半径をrcとし、高さをhcとすると、（５）式で求められる。
【００５０】
【数６】
2019043794.tif 000009
また、円錐台の体積Vfは、上底の半径をru、下底の半径をrd、高さをhfとすると、（６）式で求められる。
【００５１】
【数７】
2019043794.tif 000010
上述の関係から、接触後５０時間が経過した時点では、露出部分ＳＣ１の体積VU [m3]は（７）式で表され、露出部分ＳＣ１の重量MU [kg]は（８）式で表される。なお、（７）式以降では、半径はミリメートル単位からメートル単位に変換されている。例えば、15 [mm]は、0.015 [m]に変換されている。
【００５２】
【数８】
2019043794.tif 000011
【００５３】
【数９】
2019043794.tif 000012
そして、（４）式を用いることにより、この時点における液中部分ＳＣ２の長さH1 [mm]は（９）式で表されるように0.049 [m]、すなわち、49 [mm]として導き出される。
【００５４】
【数１０】
2019043794.tif 000013
液中部分ＳＣ２の長さH1[mm]は、他の任意の時点においても同様の方法で導き出される。そして、単結晶育成装置１００は、表１に示す情報に基づき、単結晶ＳＣの形状情報をリアルタイムで表示装置５３に表示させることができる。
【００５５】
図５〜図８は、表示装置５３に表示される画面の構成例を示す。図５の画面は、接触後５０時間が経過した時点における単結晶ＳＣの形状を表示している。図６の画面は、接触後５８時間が経過した時点における単結晶ＳＣの形状を表示している。図７の画面は、接触後６４時間が経過した時点における単結晶ＳＣの形状を表示している。図８の画面は、接触後１２０時間が経過した時点における単結晶ＳＣの形状を表示している。図５〜図８の画面は何れも、単結晶ＳＣの半径 [mm]を横軸に配し、種結晶ＳＥの下端を基準（ゼロ）とする単結晶ＳＣの長さ [mm]を縦軸に配する。また、単結晶ＳＣの露出部分ＳＣ１を実線で表し、単結晶ＳＣの液中部分ＳＣ２を破線で表している。演算装置５０は、例えば図８における一点鎖線Ｌ１で示すように、坩堝１の底面を図形で表示させてもよく、図８におけるテキストボックスＷ１で示すように、単結晶ＳＣの下端と坩堝１の底面との距離を数値で表示させてもよい。
【００５６】
演算装置５０は、単結晶ＳＣの下端と坩堝１の底面との距離が所定値未満となった場合に、坩堝１の底面を図形で表示させてもよく、或いは、その距離を数値で表示させてもよい。また、演算装置５０は、単結晶ＳＣの下端と坩堝１の底面との距離が所定値未満となった場合に、音出力装置５４に制御指令を出力し、音出力装置５４から音を出力させてもよい。
【００５７】
演算装置５０は、図９に示すように、複数の時点における単結晶ＳＣの形状を重ねて表示させてもよい。単結晶ＳＣが成長していく過程を作業者に直感的に認識させるためである。図９の画面は、接触後１２０時間が経過した時点で、接触後５０時間が経過した時点の単結晶ＳＣの形状と、接触後５８時間が経過した時点の単結晶ＳＣの形状と、接触後６４時間が経過した時点の単結晶ＳＣの形状と、接触後１２０時間が経過した時点の単結晶ＳＣの形状とが重複表示された状態を表示している。
【００５８】
作業者は、表示装置５３に表示された情報を見ることで、単結晶ＳＣの下端が坩堝底に接触するおそれがあるか否かを判断できる。そして、必要に応じて、ヒータ４の出力、シード棒９の回転速度、シード棒９の引き上げ速度等を調整できる。例えば、作業者は、図８に示すような画面を見たときに、底付き現象が発生するおそれがあると判断し、ヒータ４の出力を増大させることで単結晶ＳＣの液中部分ＳＣ２の長さを短くしてもよい。その結果、作業者は、単結晶ＳＣと坩堝底との接触を未然に防止できる。
【００５９】
上述のように、本発明の実施形態に係る単結晶育成装置１００は、断熱材５によって囲まれた加熱空間ＳＰに配置された坩堝１内の原料の融液ＭＴに、引き上げ軸としてのシード棒９の先端に取り付けられた種結晶ＳＥを接触させて単結晶ＳＣを育成する。そして、単結晶育成装置１００は、シード棒９に取り付けられ且つ単結晶ＳＣの重量を検出する重量センサ３０と、断熱材５に設けられたのぞき窓８を通じて単結晶ＳＣのうち融液面の上にある露出部分ＳＣ１を撮像する画像センサ３１と、画像センサ３１が出力する画像から露出部分ＳＣ１の形状に関する情報を導き出す画像処理装置５２と、画像処理装置５２が出力する露出部分ＳＣ１の形状に関する情報と重量センサ３０が出力する単結晶ＳＣの重量に関する情報とに基づき、単結晶ＳＣのうち融液中にある部分である液中部分ＳＣ２の形状に関する情報を算出する演算装置５０とを有する。この構成により、単結晶育成装置１００は、液中部分ＳＣ２の形状に関する情報を把握できるため、単結晶ＳＣと坩堝底との接触を未然に防止できる。また、単結晶ＳＣと坩堝底との接触を未然に防止することは、単結晶ＳＣと坩堝底との固着を解消する作業、損傷を受けた坩堝１、シード棒９等を補修する作業等、底付き現象の発生に起因する余分な作業をなくすことにつながり、ひいては、製造コストの低減につながる。
【００６０】
単結晶育成装置１００は、単結晶ＳＣのうち融液中にある液中部分ＳＣ２の形状に関する情報を表示する表示装置５３を有していてもよい。この構成により、単結晶育成装置１００は、単結晶ＳＣの形状情報をリアルタイムで表示装置５３に表示させることができる。すなわち、単結晶ＳＣの露出部分ＳＣ１及び液中部分ＳＣ２のそれぞれの形状を可視化でき、露出部分ＳＣ１及び液中部分ＳＣ２のそれぞれの形状に関する情報をリアルタイムで作業者に提示できる。作業者は、例えば、単結晶ＳＣの直径の大きさを制御し、或いは、単結晶ＳＣと融液ＭＴとの界面である固液界面の形状を制御するために、ヒータ４の出力、シード棒９の回転速度、シード棒９の引き上げ速度等を調整できる。そのため、単結晶育成装置１００は、良好な形状の単結晶ＳＣをもたらすことができる、単結晶ＳＣの生産性を向上させることができる。また、単結晶ＳＣと坩堝底との接触を未然に防止できる。
【００６１】
演算装置５０は、単結晶ＳＣと坩堝底との距離が所定値未満となった場合に音出力装置５４から音を出力させてもよい。この構成により、単結晶育成装置１００は、単結晶ＳＣと坩堝底との距離が所定値未満となったことを作業者に確実に伝えることができる。作業者は、例えば、ヒータ４の出力、シード棒９の回転速度、シード棒９の引き上げ速度等を調整することで、単結晶ＳＣの液中部分ＳＣ２の長さを短くすることができる。そのため、単結晶育成装置１００は、単結晶ＳＣと坩堝底との接触を未然に防止できる。
【００６２】
演算装置５０は、単結晶ＳＣのうち融液中にある液中部分ＳＣ２の形状に関する情報に基づき、坩堝１を加熱するヒータ４の出力、シード棒９の回転速度、及び、シード棒９の引き上げ速度の少なくとも１つを自動的に調整してもよい。この構成により、単結晶育成装置１００は、作業者による操作入力がなくとも、各種育成パラメータを調整することができ、単結晶ＳＣと坩堝底との接触を未然に防止できる。
【００６３】
液中部分ＳＣ２の形状に関する情報は、液中部分ＳＣ２の長さ、及び、液中部分ＳＣ２の下端と坩堝底との距離の少なくとも一方を含んでいてもよい。
【００６４】
以上、本発明の好ましい実施形態について詳説した。しかしながら、本発明は、上述した実施形態に制限されることはない。上述した実施形態は、本発明の範囲を逸脱することなしに、種々の変形及び置換が適用され得る。また、上述の実施形態を参照して説明された特徴のそれぞれは、技術的に矛盾しない限り、適宜に組み合わされてもよい。
【符号の説明】
【００６５】
１・・・坩堝  ２・・・坩堝台  ３・・・坩堝軸  ４・・・ヒータ  ５・・・断熱材  ６・・・架台  ７・・・外壁  ８・・・のぞき窓  ９・・・シード棒  ３０・・・重量センサ  ３１・・・画像センサ  ５０・・・演算装置  ５１・・・回転昇降装置  ５２・・・画像処理装置  ５３・・・表示装置  ５４・・・音出力装置  １００・・・単結晶育成装置  ＭＴ・・・融液  ＳＣ・・・単結晶  ＳＣ１・・・露出部分  ＳＣ２・・・液中部分  ＳＥ・・・種結晶  ＳＰ・・・加熱空間
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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