(57)【要約】【課題】るつぼの変形を回避し、効率的かつ再現性のよい単結晶の育成を可能にする単結晶の製造装置及び単結晶の製造方法を提供する。【解決手段】誘導加熱法を用いてチョクラルスキー法により単結晶を育成する単結晶の製造装置において、重量密度が固相より液相で低い結晶原料を入れて溶融するための導電性るつぼと、少なくとも前記導電性るつぼの側面を囲むように配置された誘導加熱体と、該誘導加熱体と前記導電性るつぼとの間に、少なくとも前記導電性るつぼの底面から所定の高さまでの部分の側面を囲むように配置された導電性遮蔽体とを備えることを特徴とする単結晶の製造装置、及び前記誘導加熱体により前記導電性るつぼの所定の高さより上部を誘導加熱し、前記誘導加熱体によって誘導加熱された前記導電性遮蔽体により前記導電性るつぼの所定の高さより下部を加熱することを特徴とする単結晶の製造方法。【選択図】        図１
2005015271.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘導加熱法を用いてチョクラルスキー法により単結晶を育成する単結晶の製造装置において、
少なくとも、液相での重量密度が固相での重量密度よりも低い結晶原料を入れて溶融するための導電性るつぼと、少なくとも前記導電性るつぼの側面を囲むように配置された誘導加熱体と、該誘導加熱体と前記導電性るつぼとの間に、少なくとも前記導電性るつぼの底面から所定の高さまでの部分の側面を囲むように配置された導電性遮蔽体とを備えることを特徴とする単結晶の製造装置。
【請求項２】
前記所定の高さが、前記導電性るつぼ内に残留した残留結晶原料の上面の高さであることを特徴とする、請求項１に記載の単結晶の製造装置。
【請求項３】
前記導電性遮蔽体が底面をもつものであることを特徴とする請求項１または２に記載の単結晶の製造装置。
【請求項４】
前記導電性遮蔽体が蛇腹形状のものであることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の単結晶の製造装置。
【請求項５】
前記導電性遮蔽体と前記導電性るつぼとをそれぞれ独立に移動させる移動機構を備えることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の単結晶の製造装置。
【請求項６】
誘導加熱法を用いてチョクラルスキー法により単結晶を育成する単結晶の製造方法において、少なくとも、
液相での重量密度が固相での重量密度よりも低い結晶原料を導電性るつぼに投入し、
前記導電性るつぼの側面を囲むように配置された誘導加熱体により、前記導電性るつぼの所定の高さより上部を誘導加熱して、前記るつぼ上部の内側の結晶原料を溶融し、
一方で、前記誘導加熱体と前記導電性るつぼとの間に、少なくとも前記導電性るつぼの底面から所定の高さまでの部分の側面を囲むように配置された導電性遮蔽体を前記誘導加熱体により誘導加熱し、誘導加熱された前記導電性遮蔽体により前記導電性るつぼの所定の高さより下部を加熱し、前記るつぼ下部の内側の結晶原料を溶融することを特徴とする単結晶の製造方法。
【請求項７】
前記所定の高さを、前記導電性るつぼ内に残留した残留結晶原料の上面の高さまでとすることを特徴とする請求項６に記載の単結晶の製造方法。
【請求項８】
前記誘導加熱体により前記るつぼ上部の内側の結晶原料の溶融が開始した後、前記導電性遮蔽体により前記るつぼ下部の内側の結晶原料を溶融することを特徴とする請求項６または７に記載の単結晶の製造方法。
【請求項９】
前記導電性遮蔽体と前記導電性るつぼとをそれぞれ独立に移動させる移動機構を備え、結晶原料を溶融する工程において、前記移動機構により前記導電性遮蔽体を前記導電性るつぼに対して相対的に移動させることを特徴とする請求項６乃至８のいずれか一項に記載の単結晶の製造方法。
【請求項１０】
前記導電性遮蔽体と前記導電性るつぼとをそれぞれ独立に移動させる移動機構を備え、単結晶を育成する工程において、前記移動機構により前記導電性遮蔽体を前記導電性るつぼに対して相対的に移動させることを特徴とする請求項６乃至９のいずれか一項に記載の単結晶の製造方法。
【請求項１１】
前記導電性遮蔽体と前記導電性るつぼとをそれぞれ独立に移動させる移動機構を備え、育成した単結晶を降温する工程において、前記移動機構により前記導電性遮蔽体を前記育成した単結晶と同じ高さに移動させ、前記育成された単結晶を前記導電性遮蔽体によりアニールすることを特徴とする請求項６乃至１０のいずれか一項に記載の単結晶の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、誘導加熱法を用いてチョクラルスキー法により単結晶を育成する単結晶の製造装置及び単結晶の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム等の酸化物単結晶やフッ化カルシウム、フッ化アルミニウム等のフッ化物単結晶を育成する場合、誘導加熱法を用いたチョクラルスキー法が用いられる。
この方法では、まず、単結晶の原料を導電性のるつぼの中に入れ、適当な温度勾配が得られるように、るつぼの周囲及び上部にアルミナ等からなる断熱材を配置する。次に、ワークコイルと呼ばれるコイルによる誘導加熱によりるつぼを加熱し、るつぼ内に入れた原料を加熱溶融して融液とする。次にこの融液の温度を融点付近になるよう温度調整し、るつぼ上方向から種結晶を回転させながら融液に浸漬させる。そして、引き上げ部が所定の形状になるように加熱量等を調整しながら数ｃｍ／ｈ以下の速度で種結晶を引き上げ、単結晶を育成する。
【０００３】
るつぼを加熱する方法として用いられる誘導加熱法とは、次に説明する方法である。まず、誘導加熱体として、るつぼの周囲に、るつぼを囲むように縦方向に多重に巻かれたコイルを配置し、コイルに高周波電流を流す。するとコイルの内側にコイルの巻き方向に磁界が発生する。高周波電流の変化に応じて磁界が変化するので、るつぼの側面に、この磁界の変化を打ち消す方向に誘導電流が流れる。この電流とるつぼの電気抵抗によりジュール熱が発生し、その結果るつぼが加熱される。従って誘導加熱法で加熱できるるつぼは導電性でありかつ高温に耐えうる材質から成る必要があり、一般的にはイリジウム、白金、白金ロジウム等の貴金属からなる。
【０００４】
このようなるつぼは、高価であるし、必ずしも単結晶の製造の度に新規のものに交換する必要がないので、再利用される。そして通常、一度単結晶の製造に使用されたるつぼ内下部には、原料の融液が固化した状態で残留している。
【０００５】
この残留原料も再利用が可能なので、原料を有効に利用するため、次に単結晶を製造するときには、その残留原料の上に補充原料を追加投入して、るつぼを加熱して残留原料及び補充原料を溶融させる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム等の酸化物やフッ化カルシウム、フッ化アルミニウム等のフッ化物では、液相の重量密度は固相の重量密度よりも小さい。従って、固相である原料が溶融して液相である融液になるときに体積膨張するので、体積膨張圧が発生する。このとき、補充原料より先に残留原料が溶融を開始する場合、残留原料の上に補充原料等の固体があるため、融液の膨張圧が開放されず、るつぼ側面に圧力を及ぼす。
【０００７】
このときるつぼの温度は、内部の残留原料の温度よりも高くなっており、るつぼが軟化しているので、上記の体積膨張圧により特にるつぼ下部の側面が半径方向に変形し膨らむ。この変形が繰り返されると、るつぼ下部の直径が序々に拡張する。すなわちるつぼの容積が徐々に変化することになる。
【０００８】
図２（ａ）〜（ｄ）に上記に述べた従来の結晶原料の溶融工程の概略図を示す。まず、ワークコイル１及びアルミナの断熱材５に囲まれ、内部に残留原料３の残ったるつぼ２に補充原料４を投入する。るつぼの上方には適当な温度勾配を保つためアルミナのハット６を配置する（図２（ａ））。
【０００９】
ワークコイル１に高周波電流を流してるつぼ２を誘導加熱すると、残留原料３が溶融し融液７が生成する。融液７の密度は残留原料３よりも密度が低いので、体積膨張しようとする。しかし上方にはまだ溶融していない固相の残留原料３及び補充原料４が存在するため、融液７はるつぼ２の側面に体積膨張圧力を及ぼし、るつぼ２が変形して直径が拡がる（図２（ｂ））。
【００１０】
その後上部の残留原料３、補充原料４が徐々に溶融し（図２（ｃ））、原料が全て溶融し融液となるが（図２（ｄ））、るつぼ２は変形したままである。
このようなるつぼを使用すると、同一量の原料をるつぼに投入したとしても融液の液面の高さが変化してしまう。その結果、単結晶を育成する時の温度勾配が製造毎に変化してしまい、再現性のよい安定した単結晶の育成ができなくなる。
【００１１】
また、このような変形が繰り返されるとるつぼが歪み、やがてるつぼの一部にひびが入って中の融液が沁みだしてしまうことがある。この場合は融液の液面の高さが大きく変化するので、温度勾配が不適切なものとなり育成した単結晶に欠陥が多く導入されたり、単結晶が割れてしまうなどの問題が生じ、それにより製造工程の中断や不良品の発生などによる製造効率の低下を招く。また、るつぼの再利用の回数が減少するのでコストの観点からも好ましくない。
【００１２】
そのため、るつぼの変形を回避し、原料を適切に溶融することが重要となる。るつぼを変形させずに原料を溶融させるには、補充原料を残留原料よりも先に溶融させることが望ましい。すなわち、残留原料の上方から補充した補充原料が残留原料よりも先に溶融して、融液になるときの体積膨張圧をるつぼ上方に開放させながら補充原料を溶融し、その融液が接した残留原料から徐々に溶融させていけば、るつぼに体積膨張圧がかからず、るつぼの変形を抑制できる。
【００１３】
上記のように原料を溶融させるには、まずるつぼ上部から加熱させることが重要である。
誘導加熱の場合は、ワークコイルに高周波電流を流すことでるつぼ側面を加熱させるため、ワークコイルに対するるつぼの位置、るつぼ径などによって、るつぼの加熱のされ方が異なる。一般的にワークコイルにより誘起される磁場はワークコイルの巻きの中心軸付近で最も強く変化量も大きいので、るつぼをワークコイルの中心軸付近に配置した場合に誘導電流が最も大きくなり加熱されやすい。また、るつぼ径が大きいほどるつぼ内側の磁場が大きくなり、るつぼ側面に流れる誘導電流も大きくなるのでそれだけ加熱されやすくなる。また、るつぼの加熱は電気抵抗によるジュール熱により行われるので、加熱量はるつぼの肉厚にも影響される。
【００１４】
次にワークコイルとるつぼの上下方向の相対位置に関して述べる。まず単結晶を引き上げる工程では、原料が融液の状態になっており、その融液よりも上方に温度勾配を設ける、すなわちるつぼ上方の温度を下げた状態にすることが必要である。そのような最適な温度勾配を実現するように、ワークコイルに対するるつぼの位置を最適化する必要がある。
【００１５】
しかし原料を溶融させる工程では、前述したようにるつぼの変形を避けるためにるつぼ上部にある原料を先に加熱溶融させるのが好ましいので、ワークコイルに対するるつぼの位置を、単結晶を引上げる工程における位置とは変えなくてはならない。このとき、るつぼ上方は空間的に開放されているため、原料を溶融させる工程でるつぼ上部を優先的に加熱しても、るつぼ上方の開放部からの放熱が同時におこるため、るつぼ上部を溶融に十分な温度にするにはその放熱以上に加熱しなければならず、加熱効率が非常に悪くなる。
【００１６】
そこで、その対策として、るつぼに蓋をする、もしくは長さの長いるつぼを使用し加熱部と放熱部との距離を離すことも考えられるが、この場合、単結晶を引上げる工程で必要な温度勾配が小さくなるため、好ましくない。
このため、溶融により体積膨張を生じるような原料を用いた単結晶の育成において、原料の溶融に伴う体積膨張によるるつぼの変形を回避し、かつ良質な単結晶を効率的に育成する方法が望まれていた。
【００１７】
上記課題を鑑み、本発明の目的は、るつぼの変形による単結晶の製造上の不具合を解決し、効率的かつ再現性のよい単結晶の育成を可能にする単結晶の製造装置を提供することである。
【００１８】
本発明のもう一つの目的は、るつぼの変形による単結晶の製造上の不具合を解決し、効率的かつ再現性のよい単結晶の育成を可能にする単結晶の製造方法を提供することである。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に従えば、誘導加熱法を用いてチョクラルスキー法により単結晶を育成する単結晶の製造装置において、
少なくとも、液相での重量密度が固相での重量密度よりも低い結晶原料を入れて溶融するための導電性るつぼと、少なくとも前記導電性るつぼの側面を囲むように配置された誘導加熱体と、該誘導加熱体と前記導電性るつぼとの間に、少なくとも前記導電性るつぼの底面から所定の高さまでの部分の側面を囲むように配置された導電性遮蔽体とを備えることを特徴とする単結晶の製造装置が提供される（請求項１）。
このように、導電性るつぼの底面から所定の高さまでの部分を導電性遮蔽体により囲むことにより、るつぼ内の結晶原料は上部から溶融し、融液の体積膨張圧によるるつぼの変形を抑制することができる。
【００２０】
また、前記所定の高さが、前記導電性るつぼ内に残留した残留結晶原料の上面の高さであることが好ましい（請求項２）。
このように、導電性遮蔽体の高さを残留結晶原料の上面の高さにすることにより、るつぼ内の結晶原料は確実に補充原料から溶融し、融液の体積膨張圧によるるつぼの変形を抑制することができる。
【００２１】
前記導電性遮蔽体は底面をもつものであってもよい（請求項３）。
このように、導電性遮蔽体として底面をもつもの、たとえば市販のるつぼを応用して用いることもできる。
【００２２】
さらに、前記導電性遮蔽体が蛇腹形状のものであってもよい（請求項４）。
このように、導電性遮蔽体が蛇腹形状のものであれば、遮蔽体の表面積を大きくすることができる。また、蛇腹形状により、ワークコイルと前記導電性遮蔽体との位置を軸方向で変化できるので、るつぼの発熱温度分布を変化させることも可能となる。従って、溶融初期の遮蔽効果を大きくすることができる。
【００２３】
また、前記導電性遮蔽体と前記導電性るつぼとをそれぞれ独立に移動させる移動機構を備えることが好ましい（請求項５）。
このように、導電性遮蔽体と導電性るつぼとをそれぞれ独立に移動させる移動機構を備えることにより、残留原料の量等に応じて導電性遮蔽体と導電性るつぼ及び誘導加熱体の相対的な位置を最適に調整することができる。
【００２４】
また、本発明の方法は、誘導加熱法を用いてチョクラルスキー法により単結晶を育成する単結晶の製造方法において、少なくとも
液相での重量密度が固相での重量密度よりも低い結晶原料を導電性るつぼに投入し、
前記導電性るつぼの側面を囲むように配置された誘導加熱体により、前記導電性るつぼの所定の高さより上部を誘導加熱して、前記るつぼ上部の内側の結晶原料を溶融し、
一方で、前記誘導加熱体と前記導電性るつぼとの間に、少なくとも前記導電性るつぼの底面から所定の高さまでの部分の側面を囲むように配置された導電性遮蔽体を前記誘導加熱体により誘導加熱し、誘導加熱された前記導電性遮蔽体により前記導電性るつぼの所定の高さより下部を加熱し、前記るつぼ下部の内側の結晶原料を溶融することを特徴とする単結晶の製造方法である（請求項６）。
【００２５】
このように、誘導加熱体により、導電性るつぼの所定の高さより上部を誘導加熱して、前記るつぼ上部の内側の結晶原料を溶融し、一方で、導電性遮蔽体を前記誘導加熱体により誘導加熱し、誘導加熱された導電性遮蔽体により導電性るつぼの所定の高さより下部を加熱し、前記るつぼ下部の内側の結晶原料を溶融することにより、るつぼ内の結晶原料は上部から溶融し、融液の体積膨張圧によるるつぼの変形を抑制することができる。
【００２６】
このとき、前記所定の高さを、前記導電性るつぼ内に残留した残留結晶原料の上面の高さまでとすることが好ましい（請求項７）。
このように、導電性遮蔽体の高さを残留結晶原料の上面の高さにすることにより、るつぼ内の結晶原料は確実に補充原料から溶融し、融液の膨張圧によるるつぼの変形を抑制することができる。
【００２７】
また、前記誘導加熱体により前記るつぼ上部の内側の結晶原料の溶融が開始した後、前記導電性遮蔽体により前記るつぼ下部の内側の結晶原料を溶融することが好ましい（請求項８）。
このように、るつぼ上部の内側の結晶原料の溶融が開始した後、るつぼ下部の内側の結晶原料を溶融することで、融液の膨張圧によるるつぼの変形を抑制することができる。
【００２８】
このとき、前記導電性遮蔽体と前記導電性るつぼとをそれぞれ独立に移動させる移動機構を備え、結晶原料を溶融する工程において、前記移動機構により前記導電性遮蔽体を前記導電性るつぼに対して相対的に移動させてもよい（請求項９）。
このように、結晶原料を溶融する工程において、移動機構により導電性遮蔽体を導電性るつぼに対して相対的に移動させれば、例えば結晶原料の溶融工程をより短い時間で行うことができる。
【００２９】
また、前記導電性遮蔽体と前記導電性るつぼとをそれぞれ独立に移動させる移動機構を備え、単結晶を育成する工程において、前記移動機構により前記導電性遮蔽体を前記導電性るつぼに対して相対的に移動させてもよい（請求項１０）。このように、単結晶を育成する工程において、移動機構により導電性遮蔽体を導電性るつぼに対して相対的に移動させれば、単結晶育成時に必要な温度勾配を変更し最適なものとすることができる。
【００３０】
また、前記導電性遮蔽体と前記導電性るつぼとをそれぞれ独立に移動させる移動機構を備え、育成した単結晶を降温する工程において、前記移動機構により前記導電性遮蔽体を前記育成した単結晶と同じ高さに移動させ、前記育成された単結晶を前記導電性遮蔽体によりアニールしてもよい（請求項１１）。
このように、育成した単結晶を降温する工程において、導電性遮蔽体によりアニールを行えば、結晶の歪みや欠陥の除去された、より良質な単結晶を得ることができる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
前述したように、るつぼの変形を回避するためには、るつぼ上部の内部にある原料を先に溶解するのが好ましい。しかしるつぼ上方は空間的に開放されているため、原料を溶融させる工程でるつぼ上部を優先して加熱しても、るつぼ上方の開放部からの放熱が同時におこる為、るつぼ上部を溶融に十分な温度にするにはその放熱以上に加熱しなければならず、加熱効率が非常に悪くなる一方、るつぼに蓋をしたり、長さの長い背高のるつぼを使用すると、結晶を育成する工程で必要な温度勾配が小さくなるため、結晶を育成する工程上好ましくない。
【００３２】
そこで本発明者は、誘導加熱の特徴を生かして、導電性るつぼと、誘導加熱体であるワークコイルとの間に、前記導電性るつぼの底面から所定の高さまでの部分の側面を囲むよう導電性遮蔽体を配置することで上記課題を克服できることを見出し、本発明を完成させた。
【００３３】
誘導加熱体であるワークコイルに高周波電流を流すと、ワークコイル内部に変動磁場が発生する。すると少なくともワークコイルの内側でワークコイルに最も近い位置に配置されている導電性遮蔽体に、磁場の変動を打ち消すように誘導電流が流れ、導電性遮蔽体の電気抵抗によりジュール熱が発生し、その結果誘導加熱される。導電性遮蔽体に誘導される電流によりワークコイル内部に生じる磁場変動は緩和されるため、導電性遮蔽体に囲まれた導電性るつぼ側面には誘導電流が生じないか、少なくとも導電性遮蔽体が配置されない場合より少なくなる。従ってワークコイルによる導電性るつぼの下部に対する誘導加熱効果は抑えられる。
【００３４】
そして、誘導加熱される導電性遮蔽体の内側にある導電性るつぼは、主に導電性遮蔽体からの熱伝導もしくは輻射により間接的に加熱されることとなる。従って遮蔽体に囲われた導電性るつぼの側面は、ワークコイルにより直接誘導加熱される場合よりも温度が低くなる。導電性るつぼの温度は、導電性遮蔽体との間の距離や中に入れる断熱材の厚み又は種類を変えることによりコントロールすることが可能である。
【００３５】
導電性遮蔽体の材質に関しては、誘導加熱するために導電体であり、かつ加熱に必要な電気抵抗をもつものであれは特に制限されない。導電性るつぼと同じ材質でもよいし、導電性るつぼより高温となるので、より高温に耐えうる材質で、かつ変形し難いものであっても良い。
【００３６】
本発明の単結晶の製造装置は、図１（ａ）に示されるように、少なくとも、導電性るつぼ１２と、それを囲むように配置されたワークコイル１１と、それらの間に、導電性るつぼ１２の少なくとも底面から所定の高さまでの部分を囲むように配置された導電性遮蔽体１８が備えられている。さらにワークコイル１１と導電性遮蔽体１８との間及び導電性遮蔽体１８と導電性るつぼ１２との間にはアルミナ等の断熱材１５が備えられ、るつぼの上方には適当な温度勾配を保つためアルミナ等のハット１６が備えられている。装置下部にはるつぼ移動機構２５が備えられている。また、導電性遮蔽体を移動させる遮蔽体移動機構を備えていてもよい。
【００３７】
導電性遮蔽体１８の形状に関しては、例えば図３に示すように、底面のない円筒体（図３（ａ））、底面をもつるつぼ形体（図３（ｂ））などが適用できる。るつぼ形体であれば、市販のるつぼを用いることができる。また、蛇腹形状であれば（図３（ｃ））、同じ高さであっても表面積を大きくすることができるし、残留原料の高さに応じて上下に伸縮させることも可能である。適切な誘導加熱を受けるものであれば、テーパ型、波型、円錐型、ドーム型等、どのような形状の円筒体でも、必要に応じて適用できる。また、導電性遮蔽体は、その側面の一部が内側の導電性るつぼに接触していてもよい（図３（ｄ））。
【００３８】
以下、本発明に従った結晶原料の溶融工程を、図１（ａ）〜（ｄ）を用いて説明する。
導電性遮蔽体１８は、ワークコイル１１と導電性るつぼ１２との間に、少なくとも導電性るつぼ１２の底面から残留原料１３の上面もしくはその近傍の高さまでの部分の側面１２ａを囲むように配置されている。残留原料１３の上には補充原料１４が追加投入されている。（図１（ａ））
【００３９】
ここでワークコイル１１に高周波電流を流すと、導電性るつぼ１２の導電性遮蔽体１８に囲まれた部分の側面１２ａは、ワークコイル１１からの誘導加熱よりむしろ誘導加熱された導電性遮蔽体１８からの輻射または熱伝導による加熱を受けるため、導電性るつぼ下部の側面１２ａの温度は導電性遮蔽体１８が存在しない場合よりも低くなる。
【００４０】
一方導電性遮蔽体１８に囲まれていない、補充原料１４が入っている導電性るつぼ上部の側面１２ｂは、ワークコイル１１により直接誘導加熱を受ける。従って導電性るつぼ上部の側面１２ｂの温度は、残留原料１３が入った導電性るつぼ下部の側面１２ａよりも高くなる。
【００４１】
ここで、導電性るつぼの側面の上下部１２ｂ，１２ａで温度差が生じる。この導電性るつぼ１２が単一の材質で一体型の形状であれば、上下部間での熱の移動により多少温度が平均化されるが、上記の導電性るつぼ１２の場合は常に加熱されているため、この温度分布は大きくは変化しない。そのため、補充原料１４が導電性るつぼ上部の側面１２ｂに接する部分から先に加熱され、溶融し始める（図１（ｂ））。
【００４２】
このとき、導電性るつぼ下部の側面１２ａは主に導電性遮蔽体１８により断熱材１５を通して加熱されているため、残留原料１３はまだ溶融していない。そこで補充原料１４が溶融して生成された融液１７がるつぼの下方に降りてきて残留原料１３上に溜まり、その融液１７に接触した残留原料１３が上から徐々に溶融し始める（図１（ｃ））。このとき、まだ溶融していない固相の原料はるつぼ下方にあるので、原料が溶融するときに生ずる体積膨張圧はすべてるつぼ上方側に開放されて、体積膨張圧によるるつぼの変形が発生しない。
【００４３】
このようにして上方から徐々に原料が溶解し、導電性るつぼ１２を変形させることなく、るつぼ内の残留原料１３及び補充原料１４を全て溶融させることが可能となる（図１（ｄ））。
【００４４】
残留原料１３を早く溶融させるには、少なくとも補充原料１４の溶融が始まってから導電性遮蔽体１８をゆっくり下方に、あるいはるつぼを上方に移動させて、まだ溶融していない残留原料１３の入っている導電性るつぼ１２下部の側面１２ａを、上方より徐々にワークコイル１１により直接誘導加熱するようにしてもよい。
【００４５】
次に図４又は５に示すように、導電性るつぼ１２の上方向から種結晶２０を回転させながら融液１７に浸漬させ、引き上げ部２１が所定の形状になるように加熱量等を調整しながら数ｃｍ／ｈ以下の速度で種結晶２０を引き上げ、単結晶２２を育成する。このとき、図５に示されるように導電性遮蔽体１８を導電性るつぼ１２に対して遮蔽体移動機構２４により移動させることによって、温度勾配をある程度変更して最適化することができる。また、熱歪みによるクラックが入りやすい結晶の場合は、図６に示すように、育成した単結晶２２を融液１７から切り離して降温する工程で、移動用保持ワイヤ２３により導電性遮蔽体１８を単結晶２２の高さまで移動させることで、アニ−ル処理を行なうことも可能である。
【００４６】
【実施例】
以下、本発明の実施例及び比較例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
（実施例１）
ニオブ酸リチウム（化学式：ＬｉＮｂＯ３）単結晶を引上げるための直径１５０ｍｍの白金るつぼに、前回の単結晶引き上げ工程後に残留して固化した原料が３，０００ｇだけ残っている。この残留原料の上面の高さはるつぼ底から４０ｍｍであった。
【００４７】
このるつぼの周囲に、厚さ１０ｍｍのアルミナ断熱材を配置し、その外側に、ジルコニアを分散させて強度を向上した白金（以下強化白金という）からなる、直径１７０ｍｍ、高さ５０ｍｍ、厚さ２ｍｍの円筒を、白金るつぼに同心円状に、るつぼ底面と下端を合わせて配置する。
その円筒の外側にさらに厚さ１０ｍｍのアルミナ断熱材を配置する。その外側に白金るつぼ及び強化白金の円筒と同心円状に、誘導加熱するための３００φ×５００ｍｍ×１０ターンのワークコイルを配置する。白金るつぼの上方には、１８０φ×１６０φ×１５０ｍｍｈのドーム型のアルミナ円筒を配置する。この残留原料の入った白金るつぼの中に、ＬｉＮｂＯ３の９９．９９％純度の焼成した原料を２，０００ｇ補充する。
【００４８】
原料を補充した白金るつぼをワークコイルに高周波電流を流して加熱すると、白金るつぼ上方が赤くなり、補充した焼成原料が溶解し始める。このとき白金るつぼの底に接触させた熱電対により温度を測定すると、９２０℃であり、まだるつぼ下部の残留原料は溶融していないことが分かった。さらに高周波電流を増やしていくと、るつぼ内の原料はさらに溶融し融液となり、白金るつぼの底に接触させた熱電対においても、原料が融液になったときに生ずる温度ピークが観測され、温度としては１，００５℃を示した。
【００４９】
これでるつぼ内の原料が全て溶融したと判断し、融液表面に種結晶を浸漬して、直径３インチ（７５ｍｍ）、長さ１００ｍｍの単結晶２，０００ｇを引上げた。このとき、強化白金の円筒は、同じ位置に保持したままである。上記の工程を１０回繰り返し、原料が残留している白金るつぼを取り出してみたところ、るつぼ側面の原料が残留している部分に、約１ｍｍ程度のふくらみが生じていたが、大きな変形は無かった。
なお、ＬｉＮｂＯ３の融液および結晶の密度は，それぞれ３．８と４．７である。
【００５０】
（実施例２）
タンタル酸リチウム（化学式：ＬｉＴａＯ３）単結晶を引上げるための直径１５０ｍｍの第一のイリジウムるつぼに、前回の単結晶引上げ工程後に残留して固化した原料が４，０００ｇだけ残っている。この残留原料の上面の高さはるつぼ底から３２ｍｍであった。
【００５１】
このるつぼの周囲に、厚さ１０ｍｍのアルミナ断熱材を配置し、その外側に、直径１８０ｍｍ、高さ７０ｍｍ、厚さ２ｍｍの第二のイリジウムるつぼを、第一のイリジウムるつぼに同心円状に、第一のるつぼ底と接して配置する。
その第二のイリジウムるつぼの外周にさらに厚さ１０ｍｍのアルミナ断熱材を配置する。その外側に第一及び第二のイリジウムるつぼと同心円状に、誘導加熱するための３００φ×５００ｍｍ×１０ターンのワークコイルを配置する。第一のイリジウムるつぼの上方には、１８０φ×１６０φ×１５０ｍｍｈのドーム型の白金円筒を配置する。この残留原料の入った第一のイリジウムるつぼの中に、ＬｉＴａＯ３の９９．９９％純度の焼成した原料４，０００ｇを補充する。
【００５２】
原料を補充したるつぼをワークコイルに高周波電流を流して加熱すると、第一のイリジウムるつぼ上方が赤くなり、補充した焼成原料が溶解し始める。このとき第一のイリジウムるつぼの底に接触させた熱電対により温度を測定すると、１，４７０℃であり、まだるつぼ下部の残留原料は溶融していないことが分かった。さらに高周波電流を増やしていくと、るつぼ内の原料はさらに溶融し融液になり、第一のイリジウムるつぼの底に接触させた熱電対においても、原料が融液になったときに生ずる温度ピークが観測され、温度としては１，６１０℃を示した。
【００５３】
これでるつぼ内の原料が全て溶融したと判断し、融液表面に種結晶を浸漬して、直径３インチ（７５ｍｍ）、長さ１００ｍｍの結晶４，０００ｇを引上げた。このとき、第一のイリジウムるつぼは、第一のイリジウムるつぼを用いた単結晶育成の後１０時間経過してから上方に移動させたが、第二のイリジウムるつぼは同じ位置に保持したままである。上記の工程を１０回繰り返し、原料が残留している第一のイリジウムるつぼを取り出してみたところ、るつぼ側面の原料が残留している部分に、約１ｍｍ程度のふくらみが生じていたが、大きな変形は無かった。
なお、ＬｉＴａＯ３の融液および結晶の密度は，それぞれ５．８と７．５である。
【００５４】
（実施例３）
ゲルマン酸ビスマス（化学式：Ｂｉ４Ｇｅ３Ｏ１２）単結晶を引上げるための直径１５０ｍｍの白金るつぼに、前回の単結晶引き上げ工程後に残留して固化した原料が３，５００ｇだけ残っている。この残留原料の上面の高さはるつぼ底から３０ｍｍであった。
【００５５】
このるつぼの周囲に、厚さ１０ｍｍのシリケート系断熱材を配置し、その外側に、直径１８０ｍｍ、高さ７０ｍｍ、厚さ２ｍｍの白金円筒を、白金るつぼに同心円状に、るつぼ底面と下端を合わせて配置する。このときの白金円筒は、蛇腹形状になっている。またこの蛇腹形状の白金円筒は、白金るつぼと溶接されている。
その円筒の外周にさらに厚さ１０ｍｍのシリケート系断熱材を配置する。その外側に白金るつぼ及び白金円筒と同心円状に、誘導加熱するための３００φ×５００ｍｍ×１０ターンのワークコイルを配置する。白金るつぼの上方には、１８０φ×１６０φ×１５０ｍｍｈのアルミナ円筒を配置する。この残留原料の入った白金るつぼの中に、Ｂｉ４Ｇｅ３Ｏ１２の９９．９９％純度の焼成した原料４，０００ｇを補充する。
【００５６】
原料を補充した白金るつぼをワークコイルに高周波電流を流して加熱すると、白金るつぼ上方が赤くなり、補充した焼成原料が溶解し始める。このとき白金るつぼ底に接触させた熱電対により温度を測定すると、８２０℃であり、まだるつぼ下部の残留原料は溶融していないことが分かった。さらに高周波電流を増やしていくと、るつぼの中の原料はさらに溶解し融液になり、白金るつぼ底に接触させた熱電対温度においても、原料が融液になったときに生ずる温度ピークが観測され、温度としては９５０℃を示した。
【００５７】
これでるつぼ内の原料が全て溶融したと判断し、融液表面に種結晶を浸漬して、直径３インチ（７５ｍｍ）、長さ１００ｍｍの結晶４，０００ｇを引上げた。このとき、外側の蛇腹形状の白金円筒は、内側の白金るつぼと溶接されているので、結晶育成時でも、それらの相対的位置は変化しない。上記の工程を１０回繰り返し、原料が残留している白金るつぼを取り出してみたところ、蛇腹部分を含めて、るつぼ側面の原料が残留している部分に、約２ｍｍ程度のふくらみが生じていたが、大きな変形は無かった。
なお、Ｂｉ４Ｇｅ３Ｏ１２の融液および結晶の密度は，それぞれ６．２と７．１である。
【００５８】
（実施例４）
ニオブ酸リチウム（化学式：ＬｉＮｂＯ３）単結晶を引上げるための直径１５０ｍｍの白金るつぼに、前回の単結晶引上げ工程後に残留して固化した原料が３，０００ｇだけ残っている。この残留原料の上面の高さはるつぼ底から４０ｍｍであった。
【００５９】
このるつぼの周囲に、厚さ１０ｍｍのアルミナ断熱材を配置し、その外側に、ジルコニアを分散させて強度を向上した白金（以下強化白金という）からなる、直径１７０ｍｍ、高さ５０ｍｍ、厚さ２ｍｍの円筒を、白金るつぼに同心状に、るつぼ底面と下端を合わせて配置する。
その円筒の外側にさらに厚さ１０ｍｍのアルミナ断熱材を配置する。その外側に白金るつぼ及び強化白金の円筒と同心円状に、誘導加熱するための３００φ×５００ｍｍ×１０ターンのワークコイルを配置する。白金るつぼの上方には、１８０φ×１６０φ×１５０ｍｍｈのドーム型のアルミナ円筒を配置する。この残留原料の入った白金るつぼの中に、ＬｉＮｂＯ３の９９．９９％純度の焼成した原料を２，０００ｇ補充する。
【００６０】
原料を補充した白金るつぼをワークコイルに高周波電流を流して加熱すると、白金るつぼ上方が赤くなり、補充した焼成原料が溶解し始める。このとき白金るつぼの底に接触させた熱電対により温度を測定すると、９２０℃であり、まだるつぼ下部の残留原料は溶融していないことが分かった。さらに高周波電流を増やしていくと、るつぼ内の原料はさらに溶融し融液となり、白金るつぼの底に接触させた熱電対においても、原料が融液になったときに生ずる温度ピークが観測され、温度としては１，００５℃を示した。
【００６１】
これでるつぼ内の原料が全て溶融したと判断し、融液表面に種結晶を浸漬して、直径３インチ（７５ｍｍ）、長さ１００ｍｍの単結晶２，０００ｇを引上げた。このとき、強化白金の円筒については、結晶育成中は同じ位置に保持したままだが、育成が終了して結晶を切り離して降温するときに、強化白金の円筒を保持していたワイヤを吊り上げて、結晶がある位置に合わせて保持したところ、強化白金の円筒が誘導加熱して、結晶をアニールしながら降温できた。上記のプロセスを１０回繰り返し、原料が残留している白金るつぼを取り出してみたところ、るつぼ側面の原料が残留している部分に、約２ｍｍ程度のふくらみが生じていたが、大きな変形は無かった。また、引き上げた結晶の着色などの欠陥が実施例１に比較して、約１割減少していた。
【００６２】
（比較例１）
タンタル酸リチウム（化学式：ＬｉＴａＯ３）単結晶を引上げるための直径１５０ｍｍのイリジウムるつぼに、前回の単結晶引上げ工程後に残留して固化した原料が４，０００ｇだけ残っている。この残留原料の上面の高さはるつぼ底から３２ｍｍであった。
【００６３】
このるつぼの周囲に、厚さ２０ｍｍのアルミナ断熱材を配置する。その外側にイリジウムるつぼと同心円状に、誘導加熱するための３００φ×５００ｍｍ×１０ターンのワークコイルを配置する。イリジウムるつぼの上方には、１８０φ×１６０φ×１５０ｍｍｈのドーム型の白金円筒を配置する。この残留原料の入ったイリジウムるつぼの中に、ＬｉＴａＯ３の９９．９９％純度の焼成した原料４，０００ｇを補充する。
【００６４】
原料を補充したるつぼをワークコイルに高周波電流を流して加熱すると、るつぼ上方は少し赤くなるが、補充した焼成原料がはまだ溶解していない。この状態でイリジウムるつぼの底に接触させた熱電対により温度を測定すると、原料が融液になったときに生ずる温度ピークが１，６００℃付近で観測された。すなわち、るつぼ内下部の残留原料が溶融している状態である。さらに高周波電流を増やしていくと、暫くして、補充した固相の焼成原料が、先に溶解したるつぼ下部の残留原料の融液に沈んでいくのが観測され、さきほどの熱電対により測定される温度は、ピーク値から下がって、１，５８０℃を示した。
【００６５】
これでるつぼ内の原料が全て溶融したと判断し、融液表面に種結晶を浸漬して、直径３インチ（７５ｍｍ）、長さ１００ｍｍの結晶４，０００ｇを引上げた。上記の工程を１０回繰り返し、原料が残留しているイリジウムるつぼを取り出してみたところ、るつぼ側面の原料が残留している部分に、約１０ｍｍ程度の大きなふくらみが生じており、ふくらみの部分と底面の溶接部分に１ｍｍ程度のひびが生じていた。
【００６６】
以上述べてきた実施例及び比較例から明らかなように、本発明に従い、ワークコイルとるつぼとの間に、るつぼの底面から所定の高さまでの部分の側面を囲むように配置された導電性遮蔽体を備えることにより、同一のるつぼを１０回使用しても、るつぼの大きな変形やひびが発生せず、本発明の効果が明らかとなった。従って、本発明に従った製造装置及び製造方法は、るつぼの変形を回避し、安定した単結晶の製造に寄与し、るつぼの再利用回数の増加に寄与する。
【００６７】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は単なる例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【００６８】
【発明の効果】
以上説明したように、誘導加熱法を用いてチョクラルスキー法により単結晶を育成する単結晶の製造装置において、誘導加熱体と導電性るつぼとの間に、少なくとも導電性るつぼの底面から所定の高さまでの部分の側面を囲むように配置された導電性遮蔽体とを備えることにより、るつぼ内原料が下部から溶融することにより生じる体積膨張圧によって引き起こされるるつぼの変形を回避することが可能となる。
また、誘導加熱体により導電性るつぼの所定の高さより上部を誘導加熱して、前記るつぼ上部の内側の結晶原料を溶融し、前記誘導加熱体により誘導加熱された導電性遮蔽体により前記導電性るつぼの所定の高さより下部を加熱し、前記るつぼ下部の内側の結晶原料を溶融することにより、るつぼ内の結晶原料は上部から溶融し、融液の体積膨張圧によるるつぼの変形を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に従った単結晶の製造装置による結晶原料の溶融工程を示す概略図である。
【図２】従来の単結晶の製造装置による結晶原料の溶融工程を示す概略図である。
【図３】本発明の実施形態に従った導電性遮蔽体の例を示す断面図である。
【図４】本発明の実施形態に従った単結晶製造装置による単結晶引上げ工程を示す概略図である。
【図５】本発明の別の実施形態に従った単結晶製造装置による単結晶引上げ工程を示す概略図である。
【図６】本発明の実施形態に従った単結晶製造装置による単結晶の降温工程におけるアニールを示す概略図である。
【符号の説明】
１…ワークコイル、  ２…るつぼ、
３…残留原料、  ４…補充原料、
５…断熱材、  ６…ハット、
７…融液、  １１…ワークコイル、
１２…導電性るつぼ、
１２ａ…導電性るつぼ下部の側面、
１２ｂ…導電性るつぼ上部の側面、
１３…残留原料、  １４…補充原料、
１５…断熱材、  １６…ハット、
１７…融液、  １８…導電性遮蔽体、
２０…種結晶、  ２１…引上げ部、
２２…単結晶、  ２３…移動用保持ワイヤ、
２４…遮蔽体移動機構、  ２５…るつぼ移動機構。
【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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