(57)【要約】【課題】結晶育成時におけるタンタル酸リチウム単結晶の曲がりを抑制してその生産性が改善されたタンタル酸リチウム単結晶の育成方法を提供すること。【解決手段】この育成方法は、坩堝３に収容された原料の溶融液10に種結晶８を接触させ上記種結晶を回転させつつ上方に引き上げることでタンタル酸リチウム単結晶11を育成する方法であって、タンタル酸リチウム単結晶の直胴部を育成するとき該単結晶の回転方向を５〜８００分の一定間隔で反転させることを特徴とする。この育成方法によれば、結晶育成中におけるタンタル酸リチウム単結晶がＸ軸方向へ曲がる現象を抑制できるため、育成されたタンタル酸リチウム単結晶インゴットからウエハーを得る場合、直径不良のウエハーが発生し難くなる。従って、ウエハーの取得可能枚数を増大できるためウエハーの生産性が大幅に向上してコスト削減に寄与できる効果を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
坩堝に収容された原料の溶融液に種結晶を接触させ、上記種結晶を回転させつつ上方に引き上げることでタンタル酸リチウム単結晶を育成する方法において、
タンタル酸リチウム単結晶の直胴部を育成するとき、該単結晶の回転方向を５〜８００分の一定間隔で反転させることを特徴とするタンタル酸リチウム単結晶の育成方法。
【請求項２】
上記回転方向の反転間隔が、１２０〜１８０分であることを特徴とする請求項１に記載のタンタル酸リチウム単結晶の育成方法。
【請求項３】
結晶の引き上げ軸の方向が、３６°〜５０°回転Ｙ軸方向に切り出された種結晶の方位と同一となるように設定されていることを特徴とする請求項１または２に記載のタンタル酸リチウム単結晶の育成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面弾性波素子等に用いられるタンタル酸リチウム単結晶の育成方法に係り、特に、結晶育成時におけるタンタル酸リチウム単結晶の曲がりを抑制してその生産性を改善したタンタル酸リチウム単結晶の育成方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
タンタル酸リチウム結晶は、融点が約１６５０℃、キュリー温度が約６００℃の強誘電体であり、この結晶を用いて製造されたタンタル酸リチウム基板の用途は、主に、携帯電話の信号ノイズ除去用表面弾性波（ＳＡＷ）フィルタの材料である。
【０００３】
そして、タンタル酸リチウム単結晶は、「チョクラルスキー法」で育成するのが一般的である。以下、「チョクラルスキー法」による育成方法を説明すると、イリジウム等貴金属の坩堝の回りを耐火物で囲み、かつ、坩堝または上記耐火物の上に坩堝上部の温度勾配を適切に保つためのヒータ機能を持たせた貴金属構造物を設置した炉の中で、上記坩堝内に充填した原料となるタンタル酸リチウム結晶の塊を加熱溶融させ、この原料融液に種結晶を接触させた後に、所定の回転数で種結晶を回転させつつ上方に引き上げることで結晶の育成がなされている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
ところで、結晶の引き上げ軸の方向は、表面弾性波の伝搬速度の関係から、３６°〜５０°回転Ｙ軸（ＲＹ）方向に切り出された種結晶の方位と同一となるように設定される。しかし、このようにして結晶を成長させた場合、＋Ｘ軸方向、すなわち＜１００＞方向に２°前後、結晶の曲がりが発生する。そして、インゴットの直胴長が１００ｍｍを超えると、結晶の曲がりによって、ウエハーとした場合その一部に直径不良が発生するため、生産性が低下してしまう問題が存在した。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−３６１９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明はこのような問題点に着目してなされたもので、その課題とするところは、タンタル酸リチウム単結晶の上記曲がりを抑制してウエハーの取得可能枚数を増大させ、これにより生産性を大きく改善させたタンタル酸リチウムの育成方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
そこで、上記課題を解決するため本発明者が鋭意検討を行った結果、タンタル酸リチウム単結晶の曲がる方向が結晶成長の回転方向に依存していることを突き止めるに至った。
【０００８】
すなわち、タンタル酸リチウム単結晶の育成状態を真上から観察したとき、結晶成長が時計回りの場合は＋Ｘ軸方向に、結晶成長が反時計回りの場合は−Ｘ軸方向にタンタル酸リチウム単結晶が曲がることが判明し、その曲がりの大きさは、およそ２°前後であることが確認された。
【０００９】
このため、結晶成長の回転方向が一方向のみであった従来の育成法を見直すと共に、ある一定の間隔で回転方向を反転させた場合に結晶の曲がりを抑制できるとの予測の下、本発明者が鋭意実験を行なった結果、本発明を完成するに至った。
【００１０】
すなわち、請求項１に係る発明は、
坩堝に収容された原料の溶融液に種結晶を接触させ、上記種結晶を回転させつつ上方に引き上げることでタンタル酸リチウム単結晶を育成する方法において、
タンタル酸リチウム単結晶の直胴部を育成するとき、該単結晶の回転方向を５〜８００分の一定間隔で反転させることを特徴とする。
【００１１】
次に、請求項２に係る発明は、
請求項１に記載の発明に係るタンタル酸リチウム単結晶の育成方法において、
上記回転方向の反転間隔が、１２０〜１８０分であることを特徴とし、
請求項３に係る発明は、
請求項１または２に記載の発明に係るタンタル酸リチウム単結晶の育成方法において、
結晶の引き上げ軸の方向が、３６°〜５０°回転Ｙ軸方向に切り出された種結晶の方位と同一となるように設定されていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係るタンタル酸リチウム単結晶の育成方法によれば、タンタル酸リチウム単結晶の直胴部を育成する際、該単結晶の回転方向を５〜８００分の一定間隔で反転させているため、結晶育成中におけるタンタル酸リチウム単結晶がＸ軸方向へ曲がる現象を抑制することが可能となる。
【００１３】
そして、育成されたタンタル酸リチウム単結晶インゴットからウエハーを得る場合、直径不良のウエハーが発生し難いことからウエハーの取得可能枚数を増大できるため、ウエハーの生産性が大幅に向上してコスト削減に寄与できる効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】タンタル酸リチウム単結晶の育成方法に用いられる製造装置の一例を示す概略構成断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１６】
まず、本発明に係るタンタル酸リチウム単結晶の育成方法は、坩堝内に収容された原料融液に種結晶を接触させて引き上げる「チョクラルスキー法」の常法に従って行うものである。そして、タンタル酸リチウム単結晶の結晶育成は、結晶肩部までは従来法と同様にして行われ、結晶直胴部の成長に入ってから、回転方向の反転を行うことを特徴とする。
【００１７】
また、回転数は、通常行われている回転数をそのまま適用して行われるが、一定の間隔毎に回転方向を反転させることを特徴とする。回転方向を反転させる間隔は、あまり短い間隔で種結晶の回転方向を変更すると、融液の対流が複雑になり、結晶育成に重要な凸形状の固液界面形状を維持することが困難になる。このため、結晶の曲がりが発生しない範囲で、長い時間、回転方向を維持することが望ましい。
【００１８】
そして、回転方向の反転間隔を本発明者が鋭意分析した結果、５〜８００分であれば融液対流に大きな影響を与えず、このため、固液界面にも大きな変動を与えることなく育成できることを発見するに至った。尚、この反転間隔が、上記範囲より外れても単結晶の育成は可能であるが、反転間隔が短過ぎると、固液界面がフラット若しくは凹形状になり、結晶中に転位が発生した場合に転位が集中し易くなることで多結晶化のリスクが高まる。また、反転間隔が長過ぎると、その間の成長により結晶の曲がりが発生する。反転間隔が１２０〜１８０分であると、多結晶化のリスクが抑えられ、高い単結晶化率が維持されると共に結晶の曲がりも抑制されるため、最終的なウエハーの収率が良好となり好ましい。
【００１９】
本発明方法による結晶の引き上げを行なった場合、結晶の曲がりがほとんど見られないため、種結晶の方位とほぼ同一方向にインゴットが引き上がる。このため、ウエハーに加工する際、直径不足となることが少なくなり、一本のインゴットから取れるウエハーの枚数を最大限に増加させることが可能となる。
【実施例】
【００２０】
以下、本発明の実施例について比較例を挙げて具体的に説明するが、本発明は以下の実施例により何ら制限されるものではない。また、実施例等においてタンタル酸リチウム単結晶を育成する装置としては、図１に示す以下の製造装置を使用した。
【００２１】
すなわち、この製造装置は、セラミックス製の坩堝台２と、上記坩堝台２の底部に設置されかつイリジウム製の坩堝３が配置されるアルミナ台４と、上記坩堝３を囲むように設置された断熱材５と、上記坩堝３の開放縁上に沿って取り付けられたドーナツ板形状のリフレクター９と、上記リフレクター９上に取り付けられた円筒状のアフターヒーター１３と、上記アフターヒーター１３の上方開放縁上に取り付けられかつ中央に引き上げ軸６を通すための開口部が設けられた蓋７と、上記引き上げ軸６の下方側に設けられかつ種結晶８を保持するための種結晶保持治具１２と、上記坩堝台２を囲むように設けられかつ坩堝３を誘導加熱して内部に充填された原料を融解させる加熱コイル１とでその主要部が構成されており、上記原料の融液１０に種結晶８を接触させると共に種結晶８を回転させつつ上方へ引き上げることで単結晶１１を育成するものである。
【００２２】
［実施例１］
直径１８０ｍｍφ、高さ１７０ｍｍのイリジウム製坩堝３の開放縁上に、外径１８０ｍｍφ、内径１２０ｍｍφ、厚さ２ｍｍのドーナツ板形状のイリジウム製リフレクター９を取り付け、更に、上記リフレクター９上に、直径１７５ｍｍφ、高さ１７０ｍｍの円筒状のイリジウム製アフターヒーター１３を取り付けた。
【００２３】
そして、上記坩堝３内に、組成比がＬｉ／Ｔａ＝０．９４３（モル比）の焼成原料１８ｋｇを、最初に１２ｋｇを入れ、追加チャージで残りの６ｋｇを入れて溶融させた後、チョクラルスキー法により、直径４インチ径で直胴長１１０ｍｍのタンタル酸リチウム単結晶の引き上げを行った。
【００２４】
また、種結晶８の方位は４２°ＲＹ（Rotated Y）とし、インゴット肩部までは種結晶８の回転方向を時計方向に固定して引き上げを行い、インゴット直胴部に入ってからは、５分毎に種結晶８の回転方向を反転させて１０回引き上げを行った。
【００２５】
そして、Ｘ軸方向の曲がり（°）、単結晶化率（％）、ワイヤーソー終了後の加工重量収率（％）、および、最終重量収率（％）を求めたところ、表１に示すような結果となった。
【００２６】
尚、上記単結晶化率（％）は、１０回引上げを行った内の単結晶が得られたインゴット本数の割合を示し、ワイヤーソー終了後の加工重量収率（％）は、以下の式で定義され、上記最終重量収率（％）は、単結晶化率（％）と加工重量収率（％）を掛けたものとし、また、ウエハーの切断ピッチは０．５ｍｍとした。
【００２７】
加工重量収率（％）＝［良品ウエハーの重量／インゴット重量］×１００
そして、表１の結果から、実施例１では結晶曲がりが殆ど発生せず、かつ、加工重量収率（％）も７０％と高い収率を達成できることが確認された。
【００２８】
但し、単結晶化率（％）は７５％とやや低調であった。これは、回転方向の反転間隔が５分と短いため、融液中に上昇対流が発生し、固液界面形状がフラット若しくはやや凹形状になったためと考えられる。つまり、固液界面形状がフラット若しくはやや凹形状になったことにより転位が密集し易くなり、多結晶化の発生率が上昇したと推測される。
【００２９】
このため、最終重量収率（％）は５３％となった。
【００３０】
［実施例２］
上記種結晶８の回転方向を１２０分毎に反転させて行なったことを除き、実施例１と同等の育成条件で引き上げを行った。
【００３１】
そして、Ｘ軸方向の曲がり（°）、単結晶化率（％）、ワイヤーソー終了後の加工重量収率（％）、および、最終重量収率（％）を求めたところ、表１に示すような結果となった。
【００３２】
表１の結果から、実施例２では結晶曲がりが殆ど発生せず、かつ、加工重量収率（％）も７０％と高い収率を達成できることが確認された。
【００３３】
更に、単結晶化率（％）は９２％と良好な結果であった。これは、回転方向の反転間隔が１２０分と長いために、融液中の上昇対流が減少し、固液界面形状が凸になったためと考えられる。すなわち、固液界面形状が凸になったことで転位が結晶の外側に抜け易くなり、これにより多結晶化が抑制され、単結晶化率が上昇したと考えられる。
【００３４】
このため、最終重量収率（％）は６４％であった。
【００３５】
［実施例３］
上記種結晶８の回転方向を１５０分毎に反転させて行なったことを除き、実施例１と同等の育成条件で引き上げを行った。
【００３６】
そして、Ｘ軸方向の曲がり（°）、単結晶化率（％）、ワイヤーソー終了後の加工重量収率（％）、および、最終重量収率（％）を求めたところ、表１に示すような結果となった。
【００３７】
表１の結果から、実施例３でも結晶曲がりが殆ど発生せず、かつ、加工重量収率（％）も７０％と高い収率を達成できることが確認された。
【００３８】
更に、単結晶化率（％）、最終重量収率（％）ともに、実施例２と同等の結果となったことから、実施例２と同様の現象が実施例３でも起きていると考えられる。
【００３９】
［実施例４］
上記種結晶８の回転方向を１８０分毎に反転させて行なったことを除き、実施例１と同等の育成条件で引き上げを行った。
【００４０】
そして、Ｘ軸方向の曲がり（°）、単結晶化率（％）、ワイヤーソー終了後の加工重量収率（％）、および、最終重量収率（％）を求めたところ、表１に示すような結果となった。
【００４１】
表１の結果から、実施例４でも結晶曲がりが殆ど発生せず、かつ、加工重量収率（％）も７０％と高い収率を達成できることが確認された。
【００４２】
更に、単結晶化率（％）、最終重量収率（％）ともに、実施例２と同等の結果となったことから、実施例２と同様の現象が実施例４でも起きていると考えられる。
【００４３】
［実施例５］
上記種結晶８の回転方向を２００分毎に反転させて行なったことを除き、実施例１と同等の育成条件で引き上げを行った。
【００４４】
そして、Ｘ軸方向の曲がり（°）、単結晶化率（％）、ワイヤーソー終了後の加工重量収率（％）、および、最終重量収率（％）を求めたところ、表１に示すような結果となった。
【００４５】
表１の結果から、実施例１〜４と比較して実施例５では結晶曲がりがやや大きくなったことが確認され、これに伴い、加工重量収率（％）も６８％と若干低くなったことが確認された。これは、回転方向の反転時間が長くなることで、結晶曲がりの抑制効果が弱くなったためと考えられる。尚、単結晶化率（％）は９１％と良好な結果であった。
【００４６】
そして、結晶曲がりが増加したことによる加工重量収率（％）の低下により、最終重量収率（％）は６２％と実施例２〜４と較べ若干低下したことが確認された。
【００４７】
［実施例６］
上記種結晶８の回転方向を８００分毎に反転させて行なったことを除き、実施例１と同等の育成条件で引き上げを行った。
【００４８】
そして、Ｘ軸方向の曲がり（°）、単結晶化率（％）、ワイヤーソー終了後の加工重量収率（％）、および、最終重量収率（％）を求めたところ、表１に示すような結果となった。
【００４９】
表１の結果から、実施例１〜５と比較して実施例６では結晶曲がりが大きくなったことが確認され、これに伴い、加工重量収率（％）も６５％と低くなったことが確認された。これは、実施例５と同様に回転方向の反転時間が長くなることで、結晶曲がりの抑制効果が更に弱くなったためと考えられる。尚、単結晶化率（％）は９０％と良好な結果であった。
【００５０】
そして、結晶曲がりが増加したことによる加工重量収率（％）の低下により、最終重量収率（％）は５９％と実施例２〜５と較べ低下したことが確認された。
【００５１】
［比較例１］
種結晶８の回転方向を反転させずに時計方向で固定したことを除き、実施例１と同等の育成条件で引き上げを行った。
【００５２】
そして、Ｘ軸方向の曲がり（°）、単結晶化率（％）、ワイヤーソー終了後の加工重量収率（％）、および、最終重量収率（％）を求めたところ、表１に示すような結果となった。
【００５３】
実施例１〜６では結晶曲がりが殆ど発生しないか、発生しても加工重量収率（％）を大幅に低下させる程ではなく、加工重量収率（％）も５３〜６４％と高い収率を達成することができたのに対し、比較例１ではＸ軸方向に２°前後の結晶曲がりが発生し、加工重量収率（％）が４５％と実施例１〜６と比較し大きく低下することが確認された。これは、結晶が曲がることに起因してウエハーの一部に直径不足になるものが発生し、この結果、良品枚数が減少したためである。
【００５４】
尚、単結晶化率（％）は９０％と良好な結果であったが、最終重量収率（％）は４１％と実施例１〜６と比較し大きく低下したことが確認された。
【００５５】
［比較例２］
上記種結晶８の回転方向を３分毎に反転させて行なったことを除き、実施例１と同等の育成条件で引き上げを行った。
【００５６】
そして、Ｘ軸方向の曲がり（°）、単結晶化率（％）、ワイヤーソー終了後の加工重量収率（％）、および、最終重量収率（％）を求めたところ、表１に示すような結果となった。
【００５７】
表１の結果から、比較例２では結晶曲がりが殆ど発生せず、かつ、加工重量収率（％）も７０％と高い収率を達成できることが確認された。
【００５８】
但し、実施例１〜６と比較し、単結晶化率（％）が５０％と大きく落ち込んでいることが確認された。これは、回転方向の反転間隔が３分と短いため、融液中に強い上昇対流が発生し、固液界面形状が強い凹形状になったためと考えられる。つまり、固液界面形状が強い凹形状になったことにより転位が密集し、多結晶化の発生率が大幅に上昇したと考えられる。
【００５９】
このため、最終重量収率（％）は３５％と実施例１〜６と比較し大幅に低下していることが確認された。
【００６０】
［比較例３］
上記種結晶８の回転方向を１０００分毎に反転させて行なったことを除き、実施例１と同等の育成条件で引き上げを行った。
【００６１】
そして、Ｘ軸方向の曲がり（°）、単結晶化率（％）、ワイヤーソー終了後の加工重量収率（％）、および、最終重量収率（％）を求めたところ、表１に示すような結果となった。
【００６２】
表１の結果から、比較例１程ではないもののＸ軸方向に１．５〜２．３°の結晶曲がりが発生し、これに伴い、実施例１〜６と較べて加工重量収率（％）が５０％と大きく低下したことが確認された。これは、比較例１と同様、結晶が曲がることに起因してウエハーの一部に直径不足になるものが発生し、この結果、良品枚数が減少したためである。
【００６３】
このため、最終重量収率（％）は４５％と実施例１〜６と比較し大幅に低下していることが確認された。
【００６４】
【表１】
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【産業上の利用可能性】
【００６５】
本発明によれば、タンタル酸リチウム単結晶の曲がりが抑制されてウエハーの取得可能枚数を大幅に増大させることが可能となるため、表面弾性波素子等に用いられるタンタル酸リチウム単結晶の育成に利用される産業上の利用可能性を有している。
【符号の説明】
【００６６】
１  加熱コイル
２  セラミックス製の坩堝台
３  坩堝
４  アルミナ台
５  断熱材
６  引き上げ軸
７  蓋
８  種結晶
９  リフレクター
１０  融液
１１  単結晶
１２  種結晶保持治具
１３  アフターヒーター
【図１】
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