(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炉内に設置されたるつぼ内の原料溶液に、種子結晶を浸して結晶を育成する結晶成長方法において、
前記種子結晶を前記原料溶液に接触させると同時に、前記原料溶液を冷却し、
結晶の成長過程において、前記原料溶液の表面に析出した浮遊結晶を、可視光レーザにより照射、検出し、前記可視光レーザの光軸上に、加熱用のレーザ光を照射することにより、前記浮遊結晶を溶融することを特徴とする結晶成長方法。
【請求項２】
前記結晶の成分は、周期率表Ｉａ族とＶａ族から構成されており、Ｉａ族はリチウム、カリウムの少なくとも１つを含み、Ｖａ族はニオブ、タンタルの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１に記載の結晶成長方法。
【請求項３】
前記結晶の成分は、周期率表Ｉａ族とＶａ族から構成されており、Ｉａ族はカリウムであり、Ｖａ族はニオブ、タンタルの少なくとも１つを含み、添加不純物として周期率表Ｉａ、ＩＩａ族の１または複数種を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の結晶成長方法。
【請求項４】
炉内に設置されたるつぼ内の原料溶液に、種子結晶を浸して結晶を育成する結晶成長装置において、
前記原料溶液の表面に析出した浮遊結晶を検出するための可視光を照射する第１レーザと、
前記浮遊結晶を溶融するための加熱用のレーザ光を照射する第２レーザと、
前記第１レーザからの前記可視光を、前記第２レーザからの前記レーザ光の光軸上に照射する手段と、
前記可視光が浮遊結晶に照射するように、前記第１および第２レーザのレーザ照射位置を調整する制御手段と
を備えたことを特徴とする結晶成長装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、結晶成長方法およびその装置に関し、より詳細には、ＴＳＳＧ法またはカイロポーラス法による結晶成長において、溶液表面に析出した浮遊結晶を消滅させ、均一な品質の単結晶を製造するための結晶成長方法およびその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、酸化物バルク単結晶の結晶成長方法として、溶融した融液に種子結晶を浸して引き上げながら結晶を育成するチョクラルスキー法（ＣＺ法）が知られている。また、原料中に溶媒を使用する溶液成長法の１種である溶液引き上げ（ＴＳＳＧ：Top-Seeded Solution-Growth）法、結晶の引き上げを行わずに溶液成長させるカイロポーラス法が知られている。ＴＳＳＧ法は、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ＬｉＮｂＯ3単結晶の結晶成長法として知られているＣＺ法と同様に、結晶の形状制御が可能であり、大型ウェハを作製するための結晶母材を得ることができる。その他に、固形原料を光学的に溶融し、溶融部分を移動させながら試料の精製、結晶の成長を行う浮遊帯域溶融（ＦＺ：Floating Zone）法や、溶融した原料の融液または溶液をるつぼの中で固化させる、ブリッジマン法、温度勾配凝固法などが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図１に、従来のＴＳＳＧ法による結晶成長装置を示す。結晶製造装置は、ヒータ４によって温度制御可能な縦型管状炉５を有し、縦型管状炉５内のるつぼ台２に原料溶液８を入れたるつぼ１を設置している。縦型管状炉５は、炉体ふた１０により密閉され、内面に設置された均熱管３により、炉内の温度が一定に保たれるようになっている。このような構成において、引き上げ軸６の先端に取り付けられた種子結晶７を、溶融した原料溶液８に浸して、成長結晶９を育成する。
【０００４】
成長温度の均一性を重視して、高品質単結晶を成長させるには、縦型管状炉５内、すなわち、るつぼ１と原料溶液８と成長結晶９とが位置する付近において、均一な温度分布が必要である。そこで上述したように、温度の均一性の高い抵抗加熱式の縦型管状炉５を構成している。また、引き上げ軸６には、酸化物や貴金属で形成された引き上げ軸を用いるのが、一般的である。
【０００５】
原料は、素原料である酸化物や炭化物を所望の組成比となるよう秤量し、るつぼ１に充填する。溶媒として、結晶の構成成分である酸化物や炭化物を過剰に追加したり、結晶の構成成分と異なる酸化物や炭化物を追加して充填することもある。原料が投入されたるつぼ１を、縦型管状炉５内に設置されたるつぼ台２上に設置する。ヒータ４を加熱することで、原料を昇温溶解し、原料溶液８を準備する。種子結晶７が先端に取り付けられた引き上げ軸６を縦型管状炉５に導入し、原料溶液８に接触させ、結晶育成を開始する。
【０００６】
種子結晶７を原料溶液８に接触させる際、すなわち種子付け過程では、原料溶液８の温度を調整し、種子結晶７が溶解せずかつ結晶成長も生じない状態を実現する。その後、引き上げ軸６を回転しながら引き上げると同時に、原料溶液８を、加熱量の調整により冷却して行く。この冷却により、原料溶液８は、過飽和状態となる。結晶成長に十分な過飽和状態が原料溶液８に実現すると、種子結晶７の先端に結晶が析出し始め、結晶成長が始まる。そして、引き続き原料溶液８を冷却することにより、種子付け、肩拡げ、定径部と順に成長過程が進行する。育成中は、その状態を形状センサもしくは重量センサを用いて検出し、成長が早い場合には昇温、成長が遅い場合には冷却を加えて、成長結晶９の直径制御を行う。また、引き上げ軸６を引き上げずに、成長結晶９を原料溶液８の中で成長させてもよい。
【０００７】
【特許文献１】特開昭５９−１０７９９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、結晶成長過程においては、結晶を成長させるために、炉内を冷却するので、原料溶液は、自然核が発生する確率が高い過飽和状態となる。従って、結晶が所望の大きさに成長する前に、原料溶解物表面に浮遊結晶が析出することがある。この浮遊結晶は、成長中の結晶に付着することにより、結晶の品質が悪化するという問題があった。図２に、第１の例を示す。図２（ａ）は、析出した浮遊結晶１１ａが成長結晶９の表面に付着した状態を示す。この場合、成長結晶９の成長過程の進行とともに、浮遊結晶の成長も進行する。この状態を放置すると、図２（ｂ）に示すように、成長した浮遊結晶１１ｂがるつぼ１の内面に接触し、成長結晶９の成長を妨げてしまう。
【０００９】
図３に、第２の例を示す。図３（ａ）は、析出した浮遊結晶１１ａがるつぼ１の内面に付着した状態を示す。この場合、成長結晶９の成長過程の進行とともに、浮遊結晶の成長も進行する。この状態を放置すると、図３（ｂ）に示すように、成長した浮遊結晶１１ｂが成長結晶９の表面に接触し、成長結晶９の成長を妨げてしまう。
【００１０】
図４に、第３の例を示す。図４（ａ）は、析出した浮遊結晶１１ａがるつぼ１の底面に沈降した状態を示す。この場合、成長結晶９の成長過程の進行とともに、浮遊結晶の成長も進行する。この状態を放置すると、図４（ｂ）に示すように、成長した浮遊結晶１１ｂが成長結晶９の底面に接触し、成長結晶９の成長を妨げてしまう。
【００１１】
第１〜３の例において、るつぼ径に見合う大口径の成長結晶が得られないだけでなく、成長結晶９に浮遊結晶１１が付着した場合、成長が進むにつれて成長結晶は多結晶化し、溶媒を結晶内に取り込む等の品質劣化が見られ、歩留まりが低下する。また、目的とする結晶が固溶体の材料である場合、原料溶液８の組成は、結晶の成長量に比例して変化するので、浮遊結晶１１の成長と成長結晶９の成長とが同時に進行する。同じ体積の成長結晶９を成長させると、浮遊結晶１１の成長がない場合と比較して、成長結晶９の組成の変化量は、浮遊結晶１１の成長で消費された分だけ大きくなるという欠点があった。また、浮遊結晶が析出し、成長結晶９の成長を妨げる場合、種子結晶７とともに成長結晶９を再び溶解し、原料溶解物を再加熱後、次の結晶を育成しなければならない。従って、結晶の品質が悪化するだけでなく、結晶作製のために余計な手間と時間が必要となり歩留まりが低下していた。
【００１２】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、結晶成長過程における浮遊結晶の析出を防止し、高品質かつ均一性の高い単結晶を製造することができる結晶成長方法およびその装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、このような目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、炉内に設置されたるつぼ内の原料溶液に、種子結晶を浸して結晶を育成する結晶成長方法において、前記種子結晶を前記原料溶液に接触させると同時に、前記原料溶液を冷却し、結晶の成長過程において、前記原料溶液の表面に析出した浮遊結晶を、可視光レーザにより照射、検出し、前記可視光レーザの光軸上に、加熱用のレーザ光を照射することにより、前記浮遊結晶を溶融することを特徴とする。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、炉内に設置されたるつぼ内の原料溶液に、種子結晶を浸して結晶を育成する結晶成長装置において、前記原料溶液の表面に析出した浮遊結晶を検出するための可視光を照射する第１レーザと、前記浮遊結晶を溶融するための加熱用のレーザ光を照射する第２レーザと、前記第１レーザからの前記可視光を、前記第２レーザからの前記レーザ光の光軸上に照射する手段と、前記可視光が浮遊結晶に照射するように、前記第１および第２レーザのレーザ照射位置を調整する制御手段とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
以上説明したように、本発明によれば、結晶の成長過程において、析出した浮遊結晶を可視光レーザにより照射、検出し、可視光レーザの光軸上に、加熱用のレーザ光を照射することにより、浮遊結晶を溶融するので、るつぼ径に見合った大口径で、高品質かつ均一性の高い単結晶を製造することができ、歩留まりの向上が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。本実施形態では、可視光レーザを浮遊結晶に照射することにより、浮遊結晶の存在する位置をレーザ照射位置として検出し、加熱用レーザを浮遊結晶に照射する。浮遊結晶を局所的に加熱して溶融することにより、析出した浮遊結晶を成長結晶の成長の妨げにならない段階で消滅させる。
【００１７】
図５に、本発明の一実施形態にかかる結晶製造装置の構成を示す。結晶製造装置は、ヒータ２４によって温度制御可能な縦型管状炉２５を有し、縦型管状炉２５内のるつぼ台２２に原料溶液２８を入れたるつぼ２１を設置している。縦型管状炉２５は、炉体ふた３０により密閉され、内面に設置された均熱管２３により、炉内の温度が一定に保たれるようになっている。縦型管状炉２５内の均一な温度分布を実現するために、ヒータ２４として、抵抗加熱式のヒータを用いる。このような構成において、引き上げ軸２６の先端に取り付けられた種子結晶２７を、溶融した原料溶液２８に浸して、成長結晶２９を育成する。また、結晶製造装置は、レーザ照射装置３２と、これを駆動制御する駆動装置３３とを備える。
【００１８】
上述したように、種子付け過程では、原料溶液２８の温度を調整し、種子結晶２７が溶解せずかつ結晶成長も生じない状態を実現する。その後、引き上げ軸２６を回転しながら、加熱量の調整により原料溶液２８を冷却して行く。この冷却と、引き上げ軸２６からの脱熱とにより、原料溶液２８は、過飽和状態となり、種子結晶２７の先端に結晶が析出し始め、結晶成長が始まる。なお、引き上げ軸２６には、アルミナや白金で形成された引き上げ軸を用いるのが、一般的である。
【００１９】
結晶成長過程において、炉体ふた３０の監視窓３１から、浮遊結晶の析出を監視する。浮遊結晶の析出を発見したら、レーザ照射装置３２より可視光を照射する。駆動装置３３を制御して、浮遊結晶に照射するように、レーザ照射位置を調整する。次に、加熱用レーザを浮遊結晶に照射して、浮遊結晶を溶融する。
【００２０】
図６に、本発明の一実施形態にかかるレーザ照射装置の構成を示す。レーザ照射装置３２は、浮遊結晶を溶融するための加熱用のＣＯ2レーザ４１と、レーザ照射位置を調整して、析出した浮遊結晶を可視光により照射するためのＨｅ-Ｎｅレーザ４２とを備えている。ＣＯ2レーザ４１の光軸上には、ハーフミラー４３を配置する。Ｈｅ-Ｎｅレーザ４２からの可視光をミラー４４とハーフミラー４３とを介して、ＣＯ2レーザ４１の光軸上に照射する。加熱用のレーザは、ＹＡＧレーザを用いることもできる。また、Ｈｅ-Ｎｅレーザの代わりに、他の可視光レーザを用いてもよい。レーザ照射位置の調整は、レーザ照射装置３２を直接駆動してもよいし、レーザ照射装置３２からの出力光を、ミラーを介して制御してもよい。
【００２１】
結晶成長過程において析出した浮遊結晶は、１ｍｍ角以上に成長すると、目視で確認することができる。例えば、ＫＴａxＮｂ1-xＯ3単結晶を成長させる場合、浮遊結晶がおよそ１５〜２０ｍｍ角に成長すると、原料溶液２８に沈降するので、沈降する前に、レーザ照射装置３２により溶融する。例えば、３ｍｍ角のＫＴａxＮｂ1-xＯ3結晶を溶融する場合、ＣＯ2レーザ４１から波長１０．６μｍ、出力２０Ｗ、１秒の連続光を照射することにより浮遊結晶を溶融することができる。Ｎｄ：ＹＡＧレーザを用いる場合には、波長５３２ｎｍ、出力１０Ｗ、３０秒の連続光を照射することにより浮遊結晶を溶融することができる。
【００２２】
このようにして浮遊結晶を溶融するので、浮遊結晶の成長により原料溶液２８の組成が変化することはなく、成長結晶２９の成長を妨げることもない。その結果、結晶品質の悪化を回避することができ、また、結晶作製時間の短縮、歩留まりの向上を図ることができる。
【００２３】
本発明の実施例を、以下に説明する。本実施例は、一例であり、発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の改良を行いうることは言うまでもない。
【実施例１】
【００２４】
ＴＳＳＧ法によるＫＴａxＮｂ1-xＯ3単結晶の製造法の実施例を、図５、６を用いて説明する。ＫＴａxＮｂ1-xＯ3溶質原料は、素原料であるＫ2ＣＯ3とＴａ2Ｏ5とＮｂ2Ｏ5とを所望の組成比となるように秤量し、るつぼ２１に充填する。溶媒としてＫを選択し過剰のＫ2ＣＯ3も併せてるつぼ２１に充填する。ＫＴａxＮｂ1-xＯ3溶質原料と過剰Ｋが投入されたるつぼ２１を、縦型管状炉２５内に設置されたるつぼ台２２上に設置する。ヒータ２４を加熱することで、原料を昇温溶解し、原料溶液２８を準備する。種子結晶２７が先端に取り付けられた引き上げ軸２６を縦型管状炉２５に導入し、原料溶液２８に接触させ、結晶育成を開始する。原料の昇温溶解中、不要な炭酸基を脱ガスする為、結晶育成を開始する温度より高い過加熱過程を施す。
【００２５】
種子結晶２７を原料溶液２８に接触させる際、すなわち種子付け過程では、原料溶液２８の温度を調整し、種子結晶２７が溶解せずかつ結晶成長も生じない状態を実現する。その後、引き上げ軸２６を回転させながら、加熱量の調整により原料溶液２８を冷却して行く。このとき、原料溶液２８は過飽和度が高くなるために、種子結晶２７の先端だけでなく、原料溶液２８の表面にも自然核の発生により浮遊結晶が析出することが多い。
【００２６】
実施例１では、発生した浮遊結晶が５ｍｍ角に成長し、以下の処理をおこなった。まず、駆動装置３３を制御して、Ｈｅ-Ｎｅレーザ４２からの可視光が浮遊結晶に照射するように、レーザ照射位置を調整する。次に、レーザ照射装置３２の出力をＣＯ2レーザ４１に切り換えて、浮遊結晶に照射する。ＣＯ2レーザ４１は、出力１５Ｗ、１秒の連続光を照射して、浮遊結晶を溶融した。このとき、原料溶液２８の温度を観測しても、ＣＯ2レーザ４１の照射時間が短いために、原料溶液２８の温度変化は０．１℃以下である。その後、種子結晶２７の先端に析出した成長結晶２９は、原料溶液２８の温度の低下に伴って成長を続ける。
【００２７】
成長結晶２９が所望の大きさに成長した時点で、引き上げ軸２６を高速で引き上げ、成長結晶２９を原料溶液２８から切り離し、結晶成長を停止する。結晶成長後、ヒータ２４の加熱量を下げ、縦型管状炉２５を室温まで冷却する。成長した結晶の定径部には、形状変動がないファセット面が表出した。レーザ照射による外形変化、欠陥発生も認められない。目視による観察で、色調均一でかつ欠陥の介在も認められないＫＴａxＮｂ1-xＯ3単結晶が得られる。この結晶を引き上げ方向に沿って切断し、研磨することでウェハを作製する。作製したウェハを顕微鏡観察しても点欠陥は認められず、高品質かつ均一性の高い単結晶を得られることが確認できる。
【実施例２】
【００２８】
ＴＳＳＧ法によるＫＴａxＮｂ1-xＯ3単結晶の製造法の実施例を、図５、６を用いて説明する。ＫＴａxＮｂ1-xＯ3溶質原料は、素原料であるＫ2ＣＯ3とＴａ2Ｏ5とＮｂ2Ｏ5とを所望の組成比となるように秤量し、るつぼ２１に充填する。溶媒としてＫを選択し過剰のＫ2ＣＯ3も併せてるつぼ２１に充填する。ＫＴａxＮｂ1-xＯ3溶質原料と過剰Ｋが投入されたるつぼ２１を、縦型管状炉２５内に設置されたるつぼ台２２上に設置する。ヒータ２４を加熱することで、原料を昇温溶解し、原料溶液２８を準備する。種子結晶２７が先端に取り付けられた引き上げ軸２６を縦型管状炉２５に導入し、原料溶液２８に接触させ、結晶育成を開始する。原料の昇温溶解中、不要な炭酸基を脱ガスする為、結晶育成を開始する温度より高い過加熱過程を施す。
【００２９】
種子結晶２７を原料溶液２８に接触させる際、すなわち種子付け過程では、原料溶液２８の温度を調整し、種子結晶２７が溶解せずかつ結晶成長も生じない状態を実現する。その後、引き上げ軸２６を回転させながら、加熱量の調整により原料溶液２８を冷却して行く。このとき、原料溶液２８は過飽和度が高くなるために、種子結晶２７の先端だけでなく、るつぼ２１の内面にも自然核の発生により浮遊結晶が付着することが多い。
【００３０】
実施例２では、発生した浮遊結晶が５ｍｍ角に成長し、以下の処理をおこなった。まず、駆動装置３３を制御して、Ｈｅ-Ｎｅレーザ４２からの可視光が浮遊結晶に照射するように、レーザ照射位置を調整する。次に、レーザ照射装置３２の出力をＣＯ2レーザ４１に切り換えて、浮遊結晶に照射する。ＣＯ2レーザ４１は、出力２０Ｗ、１秒の連続光を照射して、浮遊結晶を溶融した。このとき、原料溶液２８の温度を観測しても、ＣＯ2レーザ４１の照射時間が短いために、原料溶液２８の温度変化は０．１℃以下である。その後、種子結晶２７の先端に析出した成長結晶２９は、原料溶液２８の温度の低下に伴って成長を続ける。
【００３１】
成長結晶２９が所望の大きさに成長した時点で、引き上げ軸２６を高速で引き上げ、成長結晶２９を原料溶液２８から切り離し、結晶成長を停止する。結晶成長後、ヒータ２４の加熱量を下げ、縦型管状炉２５を室温まで冷却する。成長した結晶の定径部には、形状変動がないファセット面が表出した。レーザ照射による外形変化、欠陥発生も認められない。目視による観察で、色調均一でかつ欠陥の介在も認められないＫＴａxＮｂ1-xＯ3単結晶が得られる。この結晶を引き上げ方向に沿って切断し、研磨することでウェハを作製する。作製したウェハを顕微鏡観察しても点欠陥は認められず、高品質かつ均一性の高い単結晶を得られることが確認できる。
【実施例３】
【００３２】
ＴＳＳＧ法によるＫＴａxＮｂ1-xＯ3単結晶の製造法の実施例を、図５、６を用いて説明する。ＫＴａxＮｂ1-xＯ3溶質原料は、素原料であるＫ2ＣＯ3とＴａ2Ｏ5とＮｂ2Ｏ5とを所望の組成比となるように秤量し、るつぼ２１に充填する。溶媒としてＫを選択し過剰のＫ2ＣＯ3も併せてるつぼ２１に充填する。ＫＴａxＮｂ1-xＯ3溶質原料と過剰Ｋが投入されたるつぼ２１を、縦型管状炉２５内に設置されたるつぼ台２２上に設置する。ヒータ２４を加熱することで、原料を昇温溶解し、原料溶液２８を準備する。種子結晶２７が先端に取り付けられた引き上げ軸２６を縦型管状炉２５に導入し、原料溶液２８に接触させ、結晶育成を開始する。原料の昇温溶解中、不要な炭酸基を脱ガスする為、結晶育成を開始する温度より高い過加熱過程を施す。
【００３３】
種子結晶２７を原料溶液２８に接触させる際、すなわち種子付け過程では、原料溶液２８の温度を調整し、種子結晶２７が溶解せずかつ結晶成長も生じない状態を実現する。その後、引き上げ軸２６を回転させながら、加熱量の調整により原料溶液２８を冷却して行く。このとき、原料溶液２８は過飽和度が高くなるために、種子結晶２７の先端だけでなく、原料溶液２８の表面にも自然核の発生により浮遊結晶が析出することが多い。
【００３４】
実施例３では、発生した浮遊結晶が５ｍｍ角に成長し、以下の処理をおこなった。まず、駆動装置３３を制御して、Ｈｅ-Ｎｅレーザ４２からの可視光が浮遊結晶に照射するように、レーザ照射位置を調整する。次に、レーザ照射装置３２の出力をＣＯ2レーザ４１に代えてＮｄ：ＹＡＧレーザに切り換え、浮遊結晶に照射する。Ｎｄ：ＹＡＧレーザは、出力５０Ｗ、０．５秒の連続光を照射して、浮遊結晶を溶融した。このとき、原料溶液２８の温度を観測しても、ＣＯ2レーザ４１の照射時間が短いために、原料溶液２８の温度変化は０．１℃以下である。その後、種子結晶２７の先端に析出した成長結晶２９は、原料溶液２８の温度の低下に伴って成長を続ける。
【００３５】
成長結晶２９が所望の大きさに成長した時点で、引き上げ軸２６を高速で引き上げ、成長結晶２９を原料溶液２８から切り離し、結晶成長を停止する。結晶成長後、ヒータ２４の加熱量を下げ、縦型管状炉２５を室温まで冷却する。成長した結晶の定径部には、形状変動がないファセット面が表出した。レーザ照射による外形変化、欠陥発生も認められない。目視による観察で、色調均一でかつ欠陥の介在も認められないＫＴａxＮｂ1-xＯ3単結晶が得られる。この結晶を引き上げ方向に沿って切断し、研磨することでウェハを作製する。作製したウェハを顕微鏡観察しても点欠陥は認められず、高品質かつ均一性の高い単結晶を得られることが確認できる。
【実施例４】
【００３６】
ＴＳＳＧ法によるＫ1-yＬｉyＴａxＮｂ1-xＯ3（０＜y＜０．４）単結晶の製造法の実施例を、図５、６を用いて説明する。Ｋ1-yＬｉyＴａxＮｂ1-xＯ3溶質原料は、素原料であるＫ2ＣＯ3とＬｉ2ＣＯ3とＴａ2Ｏ5とＮｂ2Ｏ5とを所望の組成比となるように秤量し、るつぼ２１に充填する。溶媒としてＫとＬｉの混合物を選択し過剰のＫ2ＣＯ3とＬｉ2ＣＯ3も併せてるつぼ２１に充填する。Ｋ1-yＬｉyＴａxＮｂ1-xＯ3溶質原料と過剰なＫとＬｉが投入されたるつぼ２１を、縦型管状炉２５内に設置されたるつぼ台２２上に設置する。ヒータ２４を加熱することで、原料を昇温溶解し、原料溶液２８を準備する。種子結晶２７が先端に取り付けられた引き上げ軸２６を縦型管状炉２５に導入し、原料溶液２８に接触させ、結晶育成を開始する。原料の昇温溶解中、不要な炭酸基を脱ガスする為、結晶育成を開始する温度より高い過加熱過程を施した。
【００３７】
種子結晶２７を原料溶液２８に接触させる際、すなわち種子付け過程では、原料溶液２８の温度を調整し、種子結晶２７が溶解せずかつ結晶成長も生じない状態を実現する。その後、引き上げ軸２６を回転させながら、加熱量の調整により原料溶液２８を冷却して行く。このとき、原料溶液２８は過飽和度が高くなるために、種子結晶２７の先端だけでなく、原料溶液２８の表面にも自然核の発生により浮遊結晶が析出することが多い。
【００３８】
実施例４では、発生した浮遊結晶が５ｍｍ角に成長し、以下の処理をおこなった。まず、駆動装置３３を制御して、Ｈｅ-Ｎｅレーザ４２からの可視光が浮遊結晶に照射するように、レーザ照射位置を調整する。次に、レーザ照射装置３２の出力をＣＯ2レーザ４１に切り換えて、浮遊結晶に照射する。ＣＯ2レーザ４１は、出力１３Ｗ、１秒の連続光を照射して、浮遊結晶を溶融した。このとき、原料溶液２８の温度を観測しても、ＣＯ2レーザ４１の照射時間が短いために、原料溶液２８の温度変化は０．１℃以下である。その後、種子結晶２７の先端に析出した成長結晶２９は、原料溶液２８の温度の低下に伴って成長を続ける。
【００３９】
成長結晶２９が所望の大きさに成長した時点で、引き上げ軸２６を高速で引き上げ、成長結晶２９を原料溶液２８から切り離し、結晶成長を停止する。結晶成長後、ヒータ２４の加熱量を下げ、縦型管状炉２５を室温まで冷却する。成長した結晶の定径部には、形状変動がないファセット面が表出した。レーザ照射による外形変化、欠陥発生も認められない。目視による観察で、色調均一でかつ欠陥の介在も認められないＫ1-yＬｉyＴａxＮｂ1-xＯ3単結晶が得られる。この結晶を引き上げ方向に沿って切断し、研磨することでウェハを作製する。作製したウェハを顕微鏡観察しても点欠陥は認められず、高品質かつ均一性の高い単結晶を得られることが確認できる。
【実施例５】
【００４０】
ＴＳＳＧ法によるＫＴａxＮｂ1-xＯ3単結晶の製造法の実施例を、図５、６を用いて説明する。ＫＴａxＮｂ1-xＯ3溶質原料は、素原料であるＫ2ＣＯ3とＴａ2Ｏ5とＮｂ2Ｏ5とを所望の組成比となるように秤量し、るつぼ２１に充填する。溶媒としてＫを選択し過剰のＫ2ＣＯ3も併せてるつぼ２１に充填する。さらに、Ｎａ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａなどの周期率表Ｉａ族、ＩＩａ族の元素を不純物として添加する。添加量は、溶質と溶媒のＫ、Ｔａ、Ｎｂの総モル数に対して１％以下である。ＫＴａxＮｂ1-xＯ3溶質原料と過剰Ｋと不純物とが投入されたるつぼ２１を、縦型管状炉２５内に設置されたるつぼ台２２上に設置する。ヒータ２４を加熱することで、原料を昇温溶解し、原料溶液２８を準備する。種子結晶２７が先端に取り付けられた引き上げ軸２６を縦型管状炉２５に導入し、原料溶液２８に接触させ、結晶育成を開始する。原料の昇温溶解中、不要な炭酸基を脱ガスする為、結晶育成を開始する温度より高い過加熱過程を施す。
【００４１】
種子結晶２７を原料溶液２８に接触させる際、すなわち種子付け過程では、原料溶液２８の温度を調整し、種子結晶２７が溶解せずかつ結晶成長も生じない状態を実現する。その後、引き上げ軸２６を回転させながら、加熱量の調整により原料溶液２８を冷却して行く。このとき、原料溶液２８は過飽和度が高くなるために、種子結晶２７の先端だけでなく、原料溶液２８の表面にも自然核の発生により浮遊結晶が析出することが多い。
【００４２】
実施例５では、発生した浮遊結晶が５ｍｍ角に成長し、以下の処理をおこなった。まず、駆動装置３３を制御して、Ｈｅ-Ｎｅレーザ４２からの可視光が浮遊結晶に照射するように、レーザ照射位置を調整する。次に、レーザ照射装置３２の出力をＣＯ2レーザ４１に切り換えて、浮遊結晶に照射する。ＣＯ2レーザ４１は、出力２０Ｗ、１秒の連続光を照射して、浮遊結晶を溶融した。このとき、原料溶液２８の温度を観測しても、ＣＯ2レーザ４１の照射時間が短いために、原料溶液２８の温度変化は０．１℃以下である。その後、種子結晶２７の先端に析出した成長結晶２９は、原料溶液２８の温度の低下に伴って成長を続ける。
【００４３】
成長結晶２９が所望の大きさに成長した時点で、引き上げ軸２６を高速で引き上げ、成長結晶２９を原料溶液２８から切り離し、結晶成長を停止する。結晶成長後、ヒータ２４の加熱量を下げ、縦型管状炉２５を室温まで冷却する。成長した結晶の定径部には、形状変動がないファセット面が表出した。レーザ照射による外形変化、欠陥発生も認められない。目視による観察で、色調均一でかつ欠陥の介在も認められないＫＴａxＮｂ1-xＯ3単結晶が得られる。この結晶を引き上げ方向に沿って切断し、研磨することでウェハを作製する。作製したウェハを顕微鏡観察しても点欠陥は認められず、高品質かつ均一性の高い単結晶を得られることが確認できる。
【実施例６】
【００４４】
ＴＳＳＧ法によるＬｉＮｂＯ3単結晶の製造法の実施例を、図５、６を用いて説明する。ＬｉＮｂＯ3溶質原料は、素原料であるＬｉ2Ｏ3とＮｂ2Ｏ5とを１対１の組成比となるように秤量し、るつぼ２１に充填する。ＬｉＮｂＯ3溶質原料が投入されたるつぼ２１を、縦型管状炉２５内に設置されたるつぼ台２２上に設置する。ヒータ２４を加熱することで、原料を昇温溶解し、原料溶液２８を準備する。種子結晶２７が先端に取り付けられた引き上げ軸２６を縦型管状炉２５に導入し、原料溶液２８に接触させ、結晶育成を開始する。原料の昇温溶解中、不要な炭酸基を脱ガスする為、結晶育成を開始する温度より高い過加熱過程を施す。
【００４５】
種子結晶２７を原料溶液２８に接触させる際、すなわち種子付け過程では、原料溶液２８の温度を調整し、種子結晶２７が溶解せずかつ結晶成長も生じない状態を実現する。その後、引き上げ軸２６を回転させながら、加熱量の調整により原料溶液２８を冷却して行く。このとき、原料溶液２８は過飽和度が高くなるために、種子結晶２７の先端だけでなく、原料溶液２８の表面にも自然核の発生により浮遊結晶が析出することが多い。
【００４６】
実施例６では、発生した浮遊結晶が３ｍｍ角に成長し、以下の処理をおこなった。まず、駆動装置３３を制御して、Ｈｅ-Ｎｅレーザ４２からの可視光が浮遊結晶に照射するように、レーザ照射位置を調整する。次に、レーザ照射装置３２の出力をＣＯ2レーザ４１に切り換えて、浮遊結晶に照射する。ＣＯ2レーザ４１は、出力１０Ｗ、１秒の連続光を照射して、浮遊結晶を溶融した。このとき、原料溶液２８の温度を観測しても、ＣＯ2レーザ４１の照射時間が短いために、原料溶液２８の温度変化は０．１℃以下である。その後、種子結晶２７の先端に析出した成長結晶２９は、原料溶液２８の温度の低下に伴って成長を続ける。
【００４７】
成長結晶２９が所望の大きさに成長した時点で、引き上げ軸２６を高速で引き上げ、成長結晶２９を原料溶液２８から切り離し、結晶成長を停止する。結晶成長後、ヒータ２４の加熱量を下げ、縦型管状炉２５を室温まで冷却する。成長した結晶の定径部には、形状変動がないファセット面が表出した。レーザ照射による外形変化、欠陥発生も認められない。目視による観察で、色調均一でかつ欠陥の介在も認められないＬｉＮｂＯ3単結晶が得られる。この結晶を引き上げ方向に沿って切断し、研磨することでウェハを作製する。作製したウェハを顕微鏡観察しても点欠陥は認められず、高品質かつ均一性の高い単結晶を得られることが確認できる。
【実施例７】
【００４８】
ＴＳＳＧ法によるＬｉＴａＯ3単結晶の製造法の実施例を、図５、６を用いて説明する。ＬｉＴａＯ3溶質原料は、素原料であるＬｉ2ＣＯ3とＴａ2Ｏ5とを１対１の組成比となるように秤量し、るつぼ２１に充填する。ＬｉＴａＯ3溶質原料が投入されたるつぼ２１を、縦型管状炉２５内に設置されたるつぼ台２２上に設置する。ヒータ２４を加熱することで、原料を昇温溶解し、原料溶液２８を準備する。種子結晶２７が先端に取り付けられた引き上げ軸２６を縦型管状炉２５に導入し、原料溶液２８に接触させ、結晶育成を開始する。原料の昇温溶解中、不要な炭酸基を脱ガスする為、結晶育成を開始する温度より高い過加熱過程を施す。
【００４９】
種子結晶２７を原料溶液２８に接触させる際、すなわち種子付け過程では、原料溶液２８の温度を調整し、種子結晶２７が溶解せずかつ結晶成長も生じない状態を実現する。その後、引き上げ軸２６を回転させながら、加熱量の調整により原料溶液２８を冷却して行く。このとき、原料溶液２８は過飽和度が高くなるために、種子結晶２７の先端だけでなく、原料溶液２８の表面にも自然核の発生により浮遊結晶が析出することが多い。
【００５０】
実施例７では、発生した浮遊結晶が３ｍｍ角に成長し、以下の処理をおこなった。まず、駆動装置３３を制御して、Ｈｅ-Ｎｅレーザ４２からの可視光が浮遊結晶に照射するように、レーザ照射位置を調整する。次に、レーザ照射装置３２の出力をＣＯ2レーザ４１に切り換えて、浮遊結晶に照射する。ＣＯ2レーザ４１は、出力２５Ｗ、１秒の連続光を照射して、浮遊結晶を溶融した。このとき、原料溶液２８の温度を観測しても、ＣＯ2レーザ４１の照射時間が短いために、原料溶液２８の温度変化は０．１℃以下である。その後、種子結晶２７の先端に析出した成長結晶２９は、原料溶液２８の温度の低下に伴って成長を続ける。
【００５１】
成長結晶２９が所望の大きさに成長した時点で、引き上げ軸２６を高速で引き上げ、成長結晶２９を原料溶液２８から切り離し、結晶成長を停止する。結晶成長後、ヒータ２４の加熱量を下げ、縦型管状炉２５を室温まで冷却する。成長した結晶の定径部には、形状変動がないファセット面が表出した。レーザ照射による外形変化、欠陥発生も認められない。目視による観察で、色調均一でかつ欠陥の介在も認められないＬｉＴａＯ3単結晶が得られる。この結晶を引き上げ方向に沿って切断し、研磨することでウェハを作製する。作製したウェハを顕微鏡観察しても点欠陥は認められず、高品質かつ均一性の高い単結晶を得られることが確認できる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】従来のＴＳＳＧ法による結晶製造装置の構成を示す図である。
【図２】結晶成長過程において、浮遊結晶が析出する第１の例を示す図である。
【図３】結晶成長過程において、浮遊結晶が析出する第２の例を示す図である。
【図４】結晶成長過程において、浮遊結晶が析出する第３の例を示す図である。
【図５】本発明の一実施形態にかかる結晶製造装置の構成を示す図である。
【図６】本発明の一実施形態にかかるレーザ照射装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００５３】
１，２１  るつぼ
２，２２  るつぼ台
３，２３  均熱管
４，２４  ヒータ
５，２５  縦型管状炉
６，２６  引き上げ軸
７，２７  種子結晶
８，２８  原料溶液
９，２９  成長結晶
１０，３０  炉体ふた
１１  浮遊結晶
３１  監視窓
３２  レーザ照射装置
３３  駆動装置
４１  ＣＯ2レーザ
４２  Ｈｅ-Ｎｅレーザ
４３  ハーフミラー
４４  ミラー
【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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