(57)【要約】      （修正有）【課題】融液の温度分布を制御可能な結晶育成装置を提供する。【解決手段】原料が充填される導電性るつぼ１６と、導電性るつぼ１６の側面を囲み、導電性るつぼ１６内の原料を加熱溶融して融液を生成可能な誘導加熱コイル２０と、融液から単結晶を引き上げるホルダー２８と、導電性るつぼ１６を支持する支持台２４と、ホルダー２８を加熱する誘導加熱コイル３０及び支持台２４を加熱する誘導加熱コイル３２と、を備えた結晶育成装置。【選択図】図１
2008081337.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料が充填される導電性るつぼと、
前記導電性るつぼの少なくとも側面を囲み、前記導電性るつぼ内の原料を加熱溶融して融液を生成可能な誘導加熱コイルと、
前記融液から単結晶を引き上げるホルダーと、
前記導電性るつぼを支持する支持台と、
前記支持台を加熱する第一の加熱手段及び前記ホルダーを加熱する第二の加熱手段の少なくとも一方と、
を備えた結晶育成装置。
【請求項２】
前記第一の加熱手段及び前記第二の加熱手段を共に備えた請求項１に記載の結晶育成装置。
【請求項３】
前記第一の加熱手段及び前記第二の加熱手段が誘導加熱コイルである請求項１又は２に記載の結晶育成装置。
【請求項４】
前記導電性るつぼの少なくとも側面を囲む誘導加熱コイルと、前記第一の加熱手段及び前記第二の加熱手段を構成する誘導加熱コイルと、に印加される交流電流が、同周波数・同位相である請求項３に記載の結晶育成装置。
【請求項５】
発生する磁場の向きが同一となるように前記導電性るつぼの少なくとも側面を囲む誘導加熱コイルと、前記第一の加熱手段及び前記第二の加熱手段を構成する誘導加熱コイルと、が配置された請求項３又は４に記載の結晶育成装置。
【請求項６】
前記融液に磁場の影響を与えない位置に前記第一の加熱手段及び前記第二の加熱手段を構成する誘導加熱コイルが配置された請求項３乃至５のいずれか１項に記載の結晶育成装置。
【請求項７】
前記支持台を冷却する第一の冷却手段及び前記ホルダーを冷却する第二の冷却手段の少なくとも一方をさらに備えた請求項１乃至６のいずれか１項に記載の結晶育成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子デバイス等に用いられる単結晶を成長させるための単結晶育成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子デバイス等に用いられる単結晶は、単結晶の原料を入れた状態のるつぼを加熱して原料を溶融し、その融液に種結晶を接触させて該種結晶を引き上げながら目的とする単結晶を得る、いわゆるＣＺ法（チョクラルスキー法）により製造することができる。ＣＺ法により欠陥のない高品質な単結晶を得るためには融液の温度分布を管理して静止液面を得ることが重要である。ここで、るつぼの加熱には誘導加熱、抵抗加熱、輻射による加熱が一般的に用いられる。
【０００３】
誘導加熱は被加熱物であるるつぼ自体が発熱するのでエネルギー効率に優れる。一方、他の加熱方法は装置構成上融液中に温度分布による対流が発生する。融液の対流により静止液面を得ることが困難となる。この他に、輻射による加熱はエネルギー効率が悪く、抵抗加熱は加熱部の融点以上には加熱できないという本質的な欠点がある。
【０００４】
しかし、誘導加熱でも磁力線密度とその変化率を一様にすることができず、融液の温度分布の管理は難しい。また、（１）融液の蒸発熱により融液の液面近傍の熱が奪われる、（２）融液表面又はるつぼ表面から周囲への熱輻射率、雰囲気への熱伝達係数が異なる、（３）開放系の場合、気体が周囲に拡散することにより熱が放散される、（４）るつぼ等を支持・固定する支持台等から熱が逃げる、（５）種結晶を支持するホルダーから雰囲気・支持装置へ輻射、熱伝達により熱が逃げる、等の理由で融液の温度分布の管理は難しい。
【０００５】
引用文献１には、高周波誘導コイル、高周波誘導により加熱されるルツボ、そのルツボの上部に高周波誘導加熱には独立に加熱できるヒータ、ルツボを収容する耐火物及び単結晶引き上げ手段を含んで成る、単結晶の製造装置が開示されている。
【特許文献１】特開平６−９２７８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に開示されている単結晶の製造装置は、冷却の過程で、高周波誘導加熱には独立に加熱できるヒータにより保温しながら単結晶を冷却することを目的とするものであり、融液から単結晶を引き上げるホルダー（単結晶引き上げ手段）やルツボを支持する支持台を加熱することを目的とするものではないため、ホルダーやルツボから熱が逃げることを防ぐことができず融液の温度分布を管理することは困難である。
【０００７】
本発明は、欠陥のない高品質な単結晶を得ることができる結晶育成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するための本発明の結晶育成装置は、原料が充填される導電性るつぼと、前記導電性るつぼの少なくとも側面を囲み、前記導電性るつぼ内の原料を加熱溶融して融液を生成可能な誘導加熱コイルと、前記融液から単結晶を引き上げるホルダーと、前記導電性るつぼを支持する支持台と、前記支持台を加熱する第一の加熱手段及び前記ホルダーを加熱する第二の加熱手段の少なくとも一方と、を備えたものである。
【０００９】
本発明の結晶育成装置は、記導電性るつぼの少なくとも側面を囲む誘電加熱コイルに交流電流を流して導電性るつぼを加熱することにより、該導電性るつぼ内の単結晶形成用の原料を加熱溶融して融液を生成し、この融液から単結晶を得るものである。原料の融液を得るのに誘電加熱コイルを用いる本発明の結晶育成装置は、加熱手段として抵抗加熱・輻射による加熱を用いる場合に比較して加熱エネルギー効率に優れる。
【００１０】
結晶育成装置を構成するホルダー又は支持台からは輻射や熱伝達により熱が逃げることがあるが、本発明の結晶育成装置は支持台を加熱する第一の加熱手段及びホルダーを加熱する第二の加熱手段の少なくとも一方を備えるため、導電性るつぼのみを加熱する場合に比べて加熱エネルギー効率を向上することができる。さらに、第一及び第二の加熱手段の少なくとも一方を備えることにより、融液の温度分布の管理が容易になる。
【００１１】
導電性るつぼと誘導加熱コイルとホルダーと支持台とを備えた現行の結晶育成装置に対しても、ホルダー又は支持台に耐熱性の問題が生じなければ、該装置の構造を大きく変更することなく加熱手段を追加するのみで本発明を適応可能である。
【００１２】
本発明の結晶育成装置においては、支持台を加熱する第一の加熱手段及びホルダーを加熱する第二の加熱手段を共に備えていてもよい。これにより、加熱エネルギー効率をさらに向上することができる。
【００１３】
本発明の結晶育成装置においては、第一の加熱手段及び第二の加熱手段が誘導加熱コイルであってもよい。
【００１４】
第一の加熱手段及び第二の加熱手段として誘導加熱コイルを用いる場合、導電性るつぼの少なくとも側面を囲む誘導加熱コイルと、第一の加熱手段及び第二の加熱手段を構成する誘導加熱コイルと、に印加される交流電流を、同周波数・同位相としてもよい。これにより、電場の干渉・相殺を防ぐことができるため加熱エネルギー効率を向上することができる。
【００１５】
第一の加熱手段及び第二の加熱手段として誘導加熱コイルを用いる場合、発生する磁場の向きが同一となるように導電性るつぼの少なくとも側面を囲む誘導加熱コイルと、第一の加熱手段及び第二の加熱手段を構成する誘導加熱コイルと、を配置してもよい。発生する磁場の向きを同一にすることにより電場の干渉・相殺を防ぐことができるため加熱エネルギー効率を向上することができる。
【００１６】
第一の加熱手段及び第二の加熱手段として誘導加熱コイルを用いる場合、融液に磁場の影響を与えない位置に第一の加熱手段及び第二の加熱手段を構成する誘導加熱コイルを配置してもよい。
【００１７】
酸化物を原料に用いて酸化物融液を生成した場合、第一の加熱手段及び第二の加熱手段としての誘導加熱コイルによるローレンツ力は導電性るつぼの少なくとも側面を囲む誘導加熱コイルによるローレンツ力と異なり酸化物融液中央付近に直接影響を与える可能性がある。この場合単結晶の品質に重大な影響を及ぼすことがある。これは、酸化物融体へのローレンツ力の影響は受け難いがゼロではないためである。そこで、第一の加熱手段及び第二の加熱手段としての誘導加熱コイルから生ずる磁場が融液に影響を及ぼさないように各誘導加熱コイルを配置してもよい。
【００１８】
本発明の結晶育成装置においては、支持台を冷却する第一の冷却手段及びホルダーを冷却する第二の冷却手段の少なくとも一方をさらに備えていてもよい。外冷却手段を備えることにより融液の温度分布の管理が容易になる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、欠陥のない高品質な単結晶を得ることができる結晶育成装置が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、図面を参照しながら本発明の結晶育成装置を説明する。
【００２１】
図１は、本発明の結晶育成装置の一実施形態を示す断面図である。本実施形態に係る結晶育成装置１０は、入れ子式に配置された石英製の内筒１２と外筒１４とを備える。
【００２２】
内筒１２の内側には、グラファイト製の導電性るつぼ１６と、導電性るつぼ１６の開口部を覆い、融液からの輻射熱を吸収する効果を有するグラファイト製の蓋１８と、導電性るつぼ１６の周囲を覆い後述する誘導加熱コイル２０に熱が伝導するのを防ぐための非磁性体製の輻射熱吸収板２２と、が配置されている。導電性るつぼ１６は、磁性体製の支持台２４により回転可能に支持されている。
【００２３】
導電性るつぼ１６の上側には、先端に種結晶２６を備えた磁性体製のホルダー２８が配置されている。ホルダー２８は、不図示のホルダー昇降手段により上下動可能とされている。外筒１４の外側には導電性るつぼ１６の側面を囲むように誘導加熱コイル２０が配置されている。
【００２４】
支持台２４を加熱する第一の加熱手段である誘導加熱コイル３２、ホルダー２８を加熱する第二の加熱手段である誘導加熱コイル３０及び誘導加熱コイル２０は、発生する磁場の向きが同一となるように、同心円上かつ重複部分が無いように配置されている。なお、誘導加熱コイル２０、誘導加熱コイル３０及び誘導加熱コイル３２に印加される交流電流を同周波数・同位相とするために、これらのコイルは同一の交流電源に接続されている。
【００２５】
また、誘導加熱コイル３０及び誘導加熱コイル３２は、導電性るつぼ１６内に生成された融液に磁場の影響を与えないように、導電性るつぼ１６から充分離れた位置に配置されている。
【００２６】
内筒１２の外壁と外筒１４の内壁とで囲まれた空間は冷却水流路とされており、誘導加熱コイル２０の作用により加熱された導電性るつぼ１６の熱が誘導加熱コイル２０に伝わるのを防ぐようになっている。
【００２７】
内筒１２の内側は不活性ガス流路とされており、導電性るつぼ１６や融液の酸化を防止できるようになっている。
【００２８】
結晶育成装置１０を用い、次のようにして単結晶を得ることができる。まず、誘導加熱コイル２０に不図示の交流電源から交流電流を印加することで、導電性るつぼ１６が加熱されて導電性るつぼ１６内に充填された単結晶の原料が加熱溶融し、融液３４が生成される。
【００２９】
導電性るつぼ１６の回転により所定の回転数で回転状態とされた融液３４に種結晶２６を接触させ、これを所定の上昇速度で徐々に引き上げることにより単結晶を得る。
【００３０】
このとき、導電性るつぼ１６からの熱の逃げ道となりうるホルダー２８及び支持台２４が各々誘導加熱コイル３０及び誘導加熱コイル３２により加熱されるため、融液の温度分布を均一に保つことができる。その結果として、高品位の単結晶を得ることが可能となる。
【００３１】
本発明に用いることのできる導電性るつぼ１６の材質は特に限定されるものではなく、Ｐｔ、Ｔａ、Ｗ等の高融点、高電気伝導の磁性体又はグラファイトを用いることができるが、コスト、加工性、電気伝導度の温度特性の理由からグラファイトを用いることが好ましい。
【００３２】
本発明の結晶育成装置に適用可能な単結晶の種類としては、特に限定されるものではないが、例えば、ＬｉＮｂＯ３，ＬｉＴａＯ３等の酸化物単結晶が挙げられる。
【００３３】
本実施形態の結晶育成装置においては導電性るつぼ１６が支持台２４により回転可能に支持されているが、ホルダー２８が回転可能とされていてもよい。
【００３４】
本発明の結晶育成装置においては、必要に応じて誘導加熱コイル２０、誘導加熱コイル３０及び誘導加熱コイル３２に印加される電力量を制御する電力量制御手段をさらに備えてもよい。これにより導電性るつぼ１６、支持台２４及びホルダー２８の発熱量を制御して融液３４に所望の温度分布を持たせることもできる。
【００３５】
融液３４に所望の温度分布を持たせる目的で、支持台２４を冷却する第一の冷却手段及びホルダー２８を冷却する第二の冷却手段の少なくとも一方をさらに備えてもよい。この場合の冷却手段としては、例えば、水冷装置を用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の結晶育成装置の一実施形態を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３７】
１０   結晶育成装置
１２   内筒
１４   外筒
１６   導電性るつぼ
１８   蓋
２０、３０、３２     誘導加熱コイル
２２   輻射熱吸収板
２４   支持台
２６   種結晶
２８   ホルダー
３４   融液
【図１】
2008081337.tif 000003