(57)【要約】      （修正有）【課題】単結晶の品質の向上を図ることが可能な単結晶の製造方法を提供する。【解決手段】原料融液を収容した坩堝を準備する準備工程は、坩堝に原料を収容する工程Ｓ１０１と、原料を溶融し融液とする工程Ｓ１０４と、融液量が予め設定された融液充填量以上であるか否かを判定する工程Ｓ１０５と、融液量が融液充填量未満である場合、坩堝の底面又は坩堝を覆う断熱材の底部に冷却ガスを吹き付けて坩堝の底面側から順次融液を凝固させる工程Ｓ１０６と、凝固体の量が予め設定された降温開始量以上であるか否かを判定する工程Ｓ１０７とを含み、凝固体の量が降温開始量以上である場合は坩堝の降温を開始（Ｓ１０８）し、降温完了（Ｓ１０９）、雰囲気制御終了（Ｓ１１０）後、結晶成長炉を開放し、ステップＳ１０５において融液量が融液充填量以上であると判定されるまで、ステップＳ１０１〜ステップＳ１１０を繰り返す、融液引き上げ法による単結晶の製造方法。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料の融液を収容した坩堝を準備する準備工程と、種結晶上に単結晶を成長させる成長工程と、を備えた融液引き上げ法による単結晶の製造方法であって、
前記準備工程は、
前記坩堝に前記原料を収容する第１の工程と、
前記坩堝を加熱することで、前記原料を溶融し融液とする第２の工程と、
前記坩堝の底面、又は、前記坩堝を覆う断熱材の底面に冷却用の流体を吹き付けて、前記坩堝の底面側から順次前記融液を凝固させる第３の工程と、を含むことを特徴とする単結晶の製造方法。
【請求項２】
原料の融液を収容した坩堝を準備する準備工程と、種結晶上に単結晶を成長させる成長工程と、を備える融液引き上げ法による単結晶の製造方法であって、
前記成長工程は、
前記種結晶を前記融液に浸漬する第１の工程と、
前記融液から前記種結晶を引き上げる第２の工程と、
前記融液の液面が前記単結晶から分離したら、前記坩堝の底面、又は、前記坩堝を覆う断熱材の底面に冷却用の流体を吹き付けて、前記坩堝の底面側から順次前記融液を凝固させる第３の工程と、を含むことを特徴とする単結晶の製造方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の単結晶の製造方法であって、
前記第３の工程の後に、前記融液が前記坩堝の底面側から順次凝固して形成された凝固体の量が所定量に達しているか否かを判定する第４の工程と、
前記凝固体の量が所定量に達した場合に、前記坩堝の降温を開始する第５の工程と、を含むことを特徴とする単結晶の製造方法。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか１項に記載の単結晶の製造方法であって、
前記流体は、雰囲気ガスの組成と同一の組成を有するガスを含むことを特徴とする単結晶の製造方法。
【請求項５】
請求項１〜４の何れか１項に記載の単結晶の製造方法であって、
前記流体は、不活性ガスを含むことを特徴とする単結晶の製造方法。
【請求項６】
請求項５に記載の単結晶の製造方法であって、
前記流体は、酸素ガスをさらに含むことを特徴とする単結晶の製造方法。
【請求項７】
単結晶を製造する単結晶製造装置であって、
原料を収容する坩堝と、
前記坩堝の外側に設けられ、前記坩堝を加熱し、前記原料を溶融させ融液とする加熱手段と、
前記坩堝の底面側に向かって冷却用の流体を吹き付ける吹付手段と、
前記坩堝内に前記融液のみが収容された状態を検出する第１の検出手段と、
前記坩堝内に前記融液のみが収容された状態である場合に、前記吹付手段により前記坩堝の底面側に向かって前記流体の吹き付けを開始するように、前記吹付手段を制御する制御手段と、を備えていることを特徴とする単結晶製造装置。
【請求項８】
融液引き上げ法により単結晶を製造する単結晶製造装置であって、
原料を収容する坩堝と、
前記坩堝の外側に設けられ、前記坩堝を加熱し、前記原料を溶融させ融液する加熱手段と、
前記坩堝の底面に向かって冷却用の流体を吹き付ける吹付手段と、
前記融液から種結晶を引き上げ、前記単結晶を成長させる引き上げ手段と、
前記融液の液面が前記単結晶から分離したことを検出する第２の検出手段と、
前記融液の液面が前記単結晶から分離した場合に、前記吹付手段により前記坩堝の底面側に向かって前記流体の吹き付けを開始するように、前記吹付手段を制御する制御手段と、を備えていることを特徴とする単結晶製造装置。
【請求項９】
請求項７又は８に記載の単結晶製造装置であって、
前記単結晶製造装置は、前記融液が前記坩堝の底面側から順次凝固して形成された凝固体の量を検出する第３の検出手段をさらに備えており、
前記制御手段は、前記凝固体の量が所定量に達した場合に、前記坩堝の降温を開始するように、前記加熱手段を制御することを特徴とする単結晶製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、単結晶の製造方法及び単結晶製造装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
回転引き上げ法により単結晶を製造する単結晶の製造方法として、原料温度を測定する温度センサをルツボ底面に設け、この温度センサにより測定された値から原料の融解状態を検出し、原料融液の温度制御を行う方法が知られている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−３３８５９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記方法では、融液の冷却時に、当該融液の液面から順次凝固するため、凝固時の体積膨張を上方に逃がすことができず、ルツボの変形を招来してしまう。このため、単結晶の成長条件が不安定となり単結晶の品質が低下する、という問題がある。
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、単結晶の品質の向上を図ることが可能な単結晶の製造方法及び単結晶製造装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
［１］本発明に係る単結晶の製造方法は、原料の融液を収容した坩堝を準備する準備工程と、種結晶上に単結晶を成長させる成長工程と、を備えた融液引き上げ法による単結晶の製造方法であって、前記準備工程は、前記坩堝に前記原料を収容する第１の工程と、前記坩堝を加熱することで、前記原料を溶融し融液とする第２の工程と、前記坩堝の底面、又は、前記坩堝を覆う断熱材の底面に冷却用の流体を吹き付けて、前記坩堝の底面側から順次前記融液を凝固させる第３の工程と、を含むことを特徴とする。
【０００７】
［２］本発明に係る単結晶の製造方法は、原料の融液を収容した坩堝を準備する準備工程と、種結晶上に単結晶を成長させる成長工程と、を備える融液引き上げ法による単結晶の製造方法であって、前記成長工程は、前記種結晶を前記融液に浸漬する第１の工程と、前記融液から前記種結晶を引き上げる第２の工程と、前記融液の液面が前記単結晶から分離したら、前記坩堝の底面、又は、前記坩堝を覆う断熱材の底面に冷却用の流体を吹き付けて、前記坩堝の底面側から順次前記融液を凝固させる第３の工程と、を含むことを特徴とする。
【０００８】
［３］上記発明において、前記第３の工程の後に、前記融液が前記坩堝の底面側から順次凝固して形成された凝固体の量が所定量に達しているか否かを判定する第４の工程と、前記凝固体の量が所定量に達している場合に、前記坩堝の降温を開始する第５の工程と、を含んでいてもよい。
【０００９】
［４］上記発明において、前記流体は、雰囲気ガスの組成と同一の組成を有するガスを含んでいてもよい。
【００１０】
［５］上記発明において、前記流体は、不活性ガスを含んでいてもよい。
【００１１】
［６］上記発明において、前記流体は、酸素ガスをさらに含んでいてもよい。
【００１２】
［７］本発明に係る単結晶製造装置は、単結晶を製造する単結晶製造装置であり、原料を収容する坩堝と、前記坩堝の外側に設けられ、前記坩堝を加熱し、前記原料を溶融させ融液とする加熱手段と、前記坩堝の底面側に向かって冷却用の流体を吹き付ける吹付手段と、前記坩堝内に前記融液のみが収容された状態を検出する第１の検出手段と、前記坩堝内に前記融液のみが収容された状態である場合に、前記吹付手段により前記坩堝の底面側に向かって前記流体の吹き付けを開始するように、前記吹付手段を制御する制御手段と、を備えていることを特徴とする。
【００１３】
［８］本発明に係る単結晶製造装置は、融液引き上げ法により単結晶を製造する単結晶製造装置であり、原料を収容する坩堝と、前記坩堝の外側に設けられ、前記坩堝を加熱し、前記原料を溶融させ融液する加熱手段と、前記坩堝の底面に向かって冷却用の流体を吹き付ける吹付手段と、前記融液から種結晶を引き上げ、前記単結晶を成長させる引き上げ手段と、前記融液の液面が前記単結晶から分離したこと検出する第２の検出手段と、前記融液の液面が前記単結晶から分離した場合に、前記吹付手段により前記坩堝の底面側に向かって前記流体の吹き付けを開始するように、前記吹付手段を制御する制御手段と、を備えていることを特徴とする。
【００１４】
［９］上記発明において、上記単結晶製造装置は、前記融液が前記坩堝の底面側から順次凝固して形成された凝固体の量を検出する第３の検出手段をさらに備えており、前記制御手段は、前記凝固体の量が所定量に達した場合に、前記坩堝の降温を開始するように、前記加熱手段を制御してもよい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、融液を収容する坩堝の底面に冷却用の流体を吹き付け、融液を坩堝の底面側から順次凝固させる。これにより、融液が凝固する際に、体積が上方に向かって膨張することができるので、坩堝の変形が抑制される。この結果、単結晶の成長条件の安定化を図ることができ、単結晶の品質が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、本発明の実施形態における単結晶製造装置を示す概略構成図である。
【図２】図２は、本発明の本実施形態における単結晶の製造方法を示す工程図である。
【図３】図３は、本発明の本実施形態における単結晶の製造方法を示す図であり、準備工程を示すフローチャートである。
【図４】図４（ａ）は、図３のステップＳ１０１を示す図であり、図４（ｂ）は、図３のステップＳ１０４を示す図であり、図４（ｃ）は、図３のステップＳ１０５を示す図である。
【図５】図５（ａ）は、図３のステップＳ１０６を示す図であり、図５（ｂ）は、図３のステップＳ１０７を示す図であり、図５（ｃ）は、図３のステップＳ１０８を示す図であり、図５（ｄ）は、図３のステップＳ１０９を示す図である。
【図６】図６は、本発明の本実施形態における単結晶の製造方法を示す図であり、成長工程を示すフローチャートである。
【図７】図７（ａ）は、図６のステップＳ２０１を示す図であり、図７（ｂ）は、図６のステップＳ２０２を示す図であり、図７（ｃ）は、図６のステップＳ２０３を示す図であり、図７（ｄ）は、図６のステップＳ２０４を示す図である。
【図８】図８は、本発明の実施形態における単結晶製造装置の断熱材の変形例を示す概略構成図であり、図８（ａ）は、第１の変形例を示す図であり、図８（ｂ）は、第２の変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１８】
図１は本発明の実施形態における単結晶製造装置を示す概略構成図である。
【００１９】
本実施形態における単結晶製造装置１は、チョクラルスキー法（ＣＺ法）に代表される融液引き上げ法により結晶成長させることで、単結晶２を製造する装置である。以下の説明では、まず、単結晶２について詳細に説明し、次いで、単結晶製造装置１について、詳細に説明する。
【００２０】
本実施形態における単結晶２としては、特に限定されないが、例えば、酸化物単結晶、III−V族窒化物単結晶、ガーネット型単結晶、又はランガサイト型単結晶等を例示することができる。酸化物単結晶としては、例えば、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）等を例示することができる。III−V族窒化物単結晶としては、例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化インジウム（ＩｎＮ）等を例示することができる。ガーネット型単結晶としては、例えば、イットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ，Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２）、ガドリニウム・ガリウム・ガーネット（ＧＧＧ，Ｇｄ３Ｇａ５Ｏ１２）、ガドリニウム・スカンジウム・ガリウム・ガーネット（ＧＳＧＧ，Ｇｄ３Ｓｃ２Ｇａ３Ｏ１２）、テルビウム・ガリウム・ガーネット（ＴＧＧ，Ｔｂ３Ｇａ５Ｏ１２）、テルビウム・アルミニウム・ガーネット（ＴＡＧ，Ｔｂ３Ａｌ５Ｏ１２）、テルビウム・スカンジウム・アルミニウム・ガーネット（ＴＳＡＧ，Ｔｂ３Ｓｃ２Ａｌ３Ｏ１２）、テルビウム・スカンジウム・ルテチウム・アルミニウム・ガーネット（ＴＳＬＡＧ，Ｔｂ３Ｓｃ２−ｘＬｕｘＡｌ３Ｏ１２）等を例示することができる。ランガサイト型単結晶としては、例えば、ランガサイト（ＬＧＳ、Ｌａ３Ｇａ５ＳｉＯ１４）、ランガテイト（ＬＴＧ、Ｌａ３Ｔａ０．５Ｇａ５．５Ｏ１４）等を例示することができる。
【００２１】
上記ニオブ酸リチウム単結晶や上記タンタル酸リチウムは、レーザー素子の非線形光学材料として用いられる。また、このニオブ酸リチウム単結晶やタンタル酸リチウムは、圧電素子や表面弾性波素子などの圧電体として用いることもできる。上記チタン酸バリウム単結晶は、その高い光屈折性効果（フォトリフラクティブ効果）を利用して、位相共役鏡、レーザー共振器、光学画像解析機器などの光学応用機器に用いられる。
【００２２】
上記窒化アルミニウムなどのIII−V族窒化物は、広いバンドギャップが必要とされる深紫外線発光ダイオードや半導体レーザー等の短波長発光素子の基板材料として用いられる。また、このIII−V族窒化物は、高耐圧性、低オン抵抗性、耐高温性が要求される電子デバイスの基板材料として用いられる。
【００２３】
上記ＹＡＧ単結晶は、ネオジウムＮｄなどの元素を添加することで固体レーザー媒質として用いられる。上記ＧＧＧ単結晶や上記ＧＳＧＧ単結晶は、通信用アイソレータに使用される磁性ガーネット薄膜を形成するための基板材料として用いられる。上記ＴＧＧ単結晶、上記ＴＡＧ単結晶、上記ＴＳＡＧ単結晶及び上記ＴＳＬＡＧ単結晶は、レーザー加工機用光アイソレータに使用されるファラデー回転子材料として用いられる。
【００２４】
上記ランガサイト型単結晶は、圧電性単結晶であり、高融点性、高温での電気絶縁性、及び、キュリー点（相転移温度）をもたない特性等が要求されるセンサやアクチュエータ等の圧電素子材料として用いられる。
【００２５】
このような単結晶２の原料３としては、例えば、上述の単結晶２を構成する組成と同一の組成を有する材料の粉末や、焼結体等の固体を例示することができる。なお、本実施形態では、原料３が加熱され溶融し、液相状態となった原料３を融液４と称する。
【００２６】
次に、以上に説明した単結晶２を製造する単結晶製造装置１について説明する。
【００２７】
単結晶製造装置１は、図１に示すように、坩堝１０と、引き上げ軸１５と、駆動装置２０と、断熱材２５と、誘導加熱装置３０と、第１のガス供給装置３５と、結晶成長炉４０と、第２のガス供給装置４５と、減圧装置５０と、ＣＣＤカメラ５５と、温度計６０と、制御ユニット６５と、を備えている。
【００２８】
坩堝１０は、円筒状の筒部１０１と、底面１０２と、を有している。この筒部１０１は、その上端に開口１０３を有している。また、底面１０２は、当該筒部１０１の下端を塞ぐ円板形状を有している。この坩堝１０の内部には原料３が収容可能となっている。この坩堝１０は、単結晶２の結晶成長時での耐熱性と、導電性と、を有する材料から構成されている。具体的には、坩堝１０を構成する材料として、黒鉛、窒化硼素、窒化アルミニウム、窒化ガリウム、炭化珪素、窒化珪素、モリブデン、タングステン、タンタル、炭化モリブデン、炭化ジルコニウム、炭化タングステン、炭化タンタル、窒化モリブデン、窒化ジルコニウム、窒化タングステン、窒化タンタル、イリジウム、白金、白金を含む合金、レニウム、及び石英からなる群から選択される少なくとも一種類の材料を例示することができる。
【００２９】
引き上げ軸１５の下端（図中Ｚ方向下側）には、種結晶５が装着可能なチャックが設けられている。また、引き上げ軸１５の上端（図中Ｚ方向上側）では、駆動装置２０に接続されている。引き上げ軸１５は、Ｚ方向において少なくとも坩堝１０に収容された融液４に種結晶５が接触する長さを有している。
【００３０】
駆動装置２０は、坩堝１０の上方に設けられている。この駆動装置２０は、巻上機構と、回転機構と、を備えている。この駆動装置２０の巻取機構により、引き上げ軸１５がＺ方向に沿って所定の巻き上げ速度で上昇可能となっている。また、駆動装置２０の回転機構により、引き上げ軸１５が当該引き上げ軸１５の中心軸周りに所定の回転速度で回転可能となっている。引き上げ軸１５の巻き上げ速度は、目的とする単結晶２の成長条件に応じて適宜の値で決定される。また、引き上げ軸１５の回転速度も、目的とする単結晶２の成長条件に応じて適宜の値で決定される。この駆動装置２０には、重量センサ２０１が設けられている。重量センサ２０１は、引き上げ軸１５を介して引き上げられる単結晶２の重量測定値を検出している。また、重量センサ２０１は、制御ユニット６５に検出した重量測定値を出力している。本実施形態における「重量センサ２０１」が本発明における「第２の検出手段」の一例に相当する。
【００３１】
なお、本実施形態では、引き上げ軸１５を所定の回転速度で回転可能としているが、引き上げ工程において、種結晶５と融液４が所定の回転速度で相対的に回転すれば、特に上述に限定されない。例えば、特に図示しないが、坩堝１０が載置される結晶成長炉４０の基台４０２（後述）に回転機構を設けて坩堝１０のみを回転させてもよいし、坩堝１０と、引き上げ軸１５と、の両方を回転させてもよい。本実施形態における「引き上げ軸１５」及び「駆動装置２０」が本発明における「引き上げ手段」の一例に相当する。
【００３２】
断熱材２５は、筒形状を有しており、誘導加熱装置３０により坩堝１０を効率的に加熱するために、坩堝１０を包囲するように設けられている。断熱材２５は、Ｚ方向において少なくとも坩堝１０の筒部１０１を包囲し、坩堝１０から引き上げられる単結晶２の下端部も包囲する高さであることが好ましい。
【００３３】
誘導加熱装置３０は、誘導加熱回路３０１と、誘導コイル３０２と、を備えている。誘導加熱回路３０１は、誘導コイル３０２に高周波電流を供給するための回路であり、結晶成長炉４０の外部に載置されている。誘導コイル３０２は、断熱材２５を介して坩堝１０の周囲に配置されている。この誘導コイル３０２は、誘導加熱回路３０１から高周波電流が供給されることで、坩堝１０に誘導電流を生じさせ、坩堝１０を原料３の融点以上に加熱することができる。坩堝１０に原料３を投入し、誘導加熱装置３０により加熱することで、原料３が溶融し融液４となる。本実施形態における「誘導加熱装置３０」が本発明における「加熱手段」の一例に相当する。
【００３４】
本実施形態における第１のガス供給装置３５は、冷却ガスＣＧを結晶成長炉４０の内部へ圧送するための装置であり、結晶成長炉４０の外部に載置されている。この第１のガス供給装置３５は、導管３５１を備えている。導管３５１の一方の端部は、第１のガス供給装置３５に接続されている。この導管３５１は、結晶成長炉４０の容器本体４０１（後述）を貫通して、結晶成長炉４０の内部に向かって敷設されている。また、導管３５１は、結晶成長炉４０の内部において、結晶成長炉４０の基台４０２（後述）を貫通し、導管３５１の吹き出し口３５２が坩堝１０の底面１０２と対向する位置まで延在している。この導管３５１には、制御ユニット６５からの出力信号に応じて開閉するコントロールバルブ３５３が設けられている。このコントロールバルブ３５３が開状態となることで、導管３５１内に第１のガス供給装置３５から冷却ガスＣＧが送り込まれ、吹き出し口３５２から冷却ガスＣＧが吐出するようになっている。
【００３５】
なお、冷却ガスＣＧを圧送する過程において、冷却ガスＣＧが結晶成長炉４０内の雰囲気温度により昇温するのを抑制するため、導管３５１の周囲に保温材（不図示）等を捲回して、保温処理を施してもよい。本実施形態における「第１のガス供給装置３５」が本発明における「吹付手段」の一例に相当する。
【００３６】
冷却ガスＣＧとしては、例えば、窒素（Ｎ２）ガスや、ヘリウム（Ｈｅ）ガス、ネオン（Ｎｅ）ガス、アルゴン（Ａｒ）ガス、クリプトン（Ｋｒ）ガス、キセノン（Ｘｅ）ガス、及び、ラドン（Ｒｎ）ガス等の不活性ガス、又は、これらのガスから選択される少なくとも１種類を含む混合ガスを例示することができる。また、単結晶２がＹＡＧ単結晶やランガサイト単結晶である場合は、上述の混合ガスにさらに酸素（Ｏ２）ガスを含有させた混合ガスを冷却ガスＣＧとして用いてもよい。酸素ガスを冷却ガスＣＧに混合することで、単結晶２を成長させる過程において、当該単結晶２の特性が変化してしまうのを抑制することができる。
【００３７】
冷却ガスＣＧの温度Ｔ２は、原料３の融点温度Ｔ１に対して相対的に低い温度であればよい（Ｔ１＞Ｔ２）。本実施形態では、例えば、原料３の融点温度Ｔ１は２０００℃程度であることに対して、冷却ガスＣＧの温度Ｔ２は室温（２５［℃］）近傍であり、冷却ガスの温度Ｔ２は、坩堝の温度Ｔ１に対して相対的に低い温度となっている。
【００３８】
なお、本実施形態では、坩堝１０の底面１０２を冷却させるため冷却ガスＣＧを用いているが、坩堝１０の底面１０２を冷却可能であれば特に限定されず、例えば、冷却用の液体を用いてもよい。また、冷却ガスＣＧとして、第２のガス供給装置４５から供給される雰囲気ガスと同一の組成を有したガスを用いる場合には、第１のガス供給装置３５を省略してもよい。この場合には、導管３５１を第２のガス供給装置４５に接続し、第２のガス供給装置４５から供給される雰囲気ガスを冷却ガスＣＧとして用いて、坩堝１０の底面１０２を冷却する。本実施形態における「冷却ガスＣＧ」が本発明における「冷却用の流体」の一例に相当する。
【００３９】
結晶成長炉４０は、容器本体４０１と、基台４０２と、ガス導入口４０３と、ガス排出口４０４と、２つの窓部４０５ａ，４０５ｂと、を備えている。容器本体４０１は、内部に坩堝１０と、引き上げ軸１５と、駆動装置２０と、断熱材２５と、誘導コイル３０２と、導管３５１の一部と、基台４０２と、を収容している。この容器本体４０１は、外部から密閉された構造となっている。基台４０２は、上部に坩堝１０と、断熱材２５と、を載置可能となっている。この基台４０２の略中心には、上述のように導管３５１が貫通している。また、基台４０２には、重量センサ４０２ａが設けられている。この重量センサ４０２ａは、基台４０２上に載置された坩堝１０の重量測定値と、断熱材２５の重量測定値と、当該坩堝１０に収容される原料３、融液４、及び凝固体６の重量測定値と、の総和を検出している。また、重量センサ４０２ａは、制御ユニット６５に検出した重量測定値を出力している。
【００４０】
結晶成長炉４０の容器本体４０１の上部にはガス導入口４０３が設けられていると共に、当該容器本体４０１の下部にはガス排出口４０４が設けられている。ガス導入口４０３には、雰囲気ガスを供給可能な第２のガス供給装置４５が接続されている。一方、ガス排出口４０４には、圧力調整弁（不図示）を介して真空ポンプ等の減圧装置５０が接続されている。この第２のガス供給装置４５や減圧装置５０を駆動させることで、結晶成長炉４０内の雰囲気を所定の圧力に調整することが可能となっている。なお、本発明の単結晶製造装置１においては、減圧装置５０は必ずしも必須ではなく、必要に応じて省略してもよい。
【００４１】
この結晶成長炉４０の容器本体４０１上部には、ＣＣＤカメラ５５が坩堝１０の内部を撮像するための石英製の窓部４０５ａが設けられている。また、外部の温度計６０が坩堝１０の温度を計測するための石英製の窓部４０５ｂも設けられている。
【００４２】
本実施形態におけるＣＣＤカメラ５５は、結晶成長炉４０の外側に設けられており、窓部４０５ａと対向するように配置されている。このＣＣＤカメラ５５は、坩堝１０の内部を撮像することが可能となっている。ＣＣＤカメラ５５は、制御ユニット６５に撮像した画像データを出力している。なお、ＣＣＤカメラ５５の設置箇所は、坩堝１０の内部を撮像可能であれば、特に上述に限定されない。本実施形態における「ＣＣＤカメラ５５」が本発明における「第１の検出手段」及び「第３の検出手段」の一例に相当する。
【００４３】
温度計６０は、結晶成長炉４０の外側に設けられており、窓部４０５ｂと対向するように配置されている。温度計６０の具体例としては、例えば放射温度計等を例示することができ、坩堝１０から放射される赤外線や可視光線の強度を測定することで、坩堝１０の温度を検出する。本実施形態における「温度計６０」が本発明における「第１の検出手段」の一例に相当する。
【００４４】
制御ユニット６５は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ａ／Ｄ変換器及び入出力インターフェース等を含んで構成されるマイクロコンピュータである。この制御ユニット６５は、重量センサ２０１から出力される重量測定値を検出する。また、制御ユニット６５は、重量センサ４０２ａから出力される重量測定値を検出する。また、制御ユニット６５は、ＣＣＤカメラ５５から出力される画像データを検出する。また、制御ユニット６５は、温度計６０から出力される坩堝１０の温度の測定値を検出する。そして、重量センサ２０１及び重量センサ４０２ａから出力された重量測定値、ＣＣＤカメラ５５から出力された画像データ、温度計６０から出力された坩堝１０の温度の測定値等の検出結果に基づいて、駆動装置２０と、誘導加熱装置３０と、第１のガス供給装置３５と、を制御する。
【００４５】
具体的には、この制御ユニット６５は、駆動装置２０においては、巻上機構を制御することで種結晶５の引き上げ速度を制御し、回転機構を制御することで種結晶５の回転速度を制御する。また、制御ユニット６５は、誘導加熱装置３０においては、誘導コイル３０２に供給される高周波電流の電流値を制御する。また、制御ユニット６５は、第１のガス供給装置３５のおいては、コントロールバルブ３５３の開度を制御し、当該第１のガス供給装置３５から送り出される冷却ガスＣＧの流量を制御する。本実施形態における「制御ユニット６５」が本発明における「制御手段」の一例に相当する。
【００４６】
次に、本実施形態における単結晶の製造方法について説明する。
【００４７】
図２は、本発明の本実施形態における単結晶の製造方法を示す工程図である。
【００４８】
本実施形態における単結晶の製造方法は、図２に示すように、充填工程（ステップＳ１０）と、成長工程（ステップＳ２０）と、を備えている。以下に、まず、単結晶の製造方法のうち充填工程（ステップＳ１０）について詳細に説明し、次いで、成長工程（ステップＳ２０）について詳細に説明する。
【００４９】
図３は本発明の本実施形態における単結晶の製造方法を示す図であり、準備工程を示すフローチャートであり、図４（ａ）は図３のステップＳ１０１を示す図であり、図４（ｂ）は図３のステップＳ１０４を示す図であり、図４（ｃ）は図３のステップＳ１０５を示す図であり、図５（ａ）は図３のステップＳ１０６を示す図であり、図５（ｂ）は図３のステップＳ１０７を示す図であり、図５（ｃ）は図３のステップＳ１０８を示す図であり、図５（ｄ）は図３のステップＳ１０９を示す図である。
【００５０】
なお、本実施形態における「ステップＳ１０１」が本発明の準備工程における「第１の工程」の一例に相当し、本実施形態における「ステップＳ１０４」が本発明の準備工程における「第２の工程」の一例に相当し、本実施形態における「ステップＳ１０６」が本発明の準備工程における「第３の工程」の一例に相当し、本実施形態における「ステップＳ１０７」が本発明における「第４の工程」の一例に相当し、本実施形態における「ステップＳ１０８」が本発明における「第５の工程」の一例に相当する。
【００５１】
充填工程（ステップＳ１０）は、坩堝１０に収容される融液４の量が融液充填量Ｌ２（後述）に達していない場合に実行される。具体的には、空の坩堝１０に原料３の融液４を新たに収容する場合や、単結晶２の成長後に融液４を補充する場合等である。まず、ステップＳ１０１では、図４（ａ）に示すように、粉末等の原料３を坩堝１０内に投入する。次いで、ステップＳ１０２では、結晶成長炉４０内の雰囲気制御を開始する。まず、図１に示すように、坩堝１０を断熱材２５で包囲し、当該坩堝１０を結晶成長炉４０内に収容し、基台４０２上に載置した後に、減圧装置５０を駆動させてガス排出口４０４を介して結晶成長炉４０内を真空引きする。そして、第２のガス供給装置４５を駆動させてガス導入口４０３を介して結晶成長炉４０内に窒素ガスを導入して結晶成長炉４０内を所定の圧力まで昇圧する。次いで、ステップＳ１０３では、誘導加熱回路３０１により誘導コイル３０２に高周波電流を通電して坩堝１０を発熱させる。なお、坩堝１０の温度は、上述の温度計６０によって測定されている。
【００５２】
次いで、ステップＳ１０４では、図４（ｂ）に示すように、制御ユニット６５により、原料３が溶融し融液４となったか否かを判定する。坩堝１０が発熱することで、原料３が加熱され、徐々に溶融し融液４となる。すなわち、坩堝１０が加熱されることに伴い、原料３のみが坩堝１０内に収容される状態から原料３と融液４が混在して坩堝１０内に収容される状態に移行し、さらに坩堝１０が加熱されることで、融液４のみが坩堝１０内に収容される状態に移行する。
【００５３】
ここで、ＣＣＤカメラ５５は、坩堝１０内の状態を撮像し、撮像した画像データを制御ユニット６５に出力する。制御ユニット６５は、ＣＣＤカメラ５５から出力された画像データに基づいて、坩堝１０内に融液４のみが収容された状態であるか否かを判定する。判定方法としては、例えば、融液４のみが坩堝１０内に収容された状態の画像データＸ１を制御ユニット６５に予め記録し、この画像データＸ１と、ＣＣＤカメラ５５から出力された画像データと、を比較することで、坩堝１０内に融液４のみが収容された状態であるか否かを判定する。
【００５４】
なお、原料３が溶融し融液４となったか否かを判定する方法としては、特に上述に限定されない。例えば、上述の温度計６０により坩堝１０の温度を測定し、当該坩堝１０の温度の測定値が所定値以上となった場合に、制御ユニット６５により坩堝１０内に融液４のみが収容された状態であると判定してもよい。或いは、制御ユニット６５にタイマーを設けて、誘導加熱装置３０により坩堝１０の加熱が開始された時から所定時間経過したことで、坩堝１０内に融液４のみが収容された状態であると判定してもよい。
【００５５】
制御ユニット６５により、坩堝１０内に融液４のみが収容されている状態と判定された場合は、ステップＳ１０５に進み、坩堝１０内に融液４のみが収容されている状態と判定されない場合は、ステップＳ１０４を繰り返す。
【００５６】
次いで、ステップＳ１０５では、図４（ｃ）に示すように、制御ユニット６５により、融液４の量Ｌ１が、予め設定された融液充填量Ｌ２以上であるか否かを判定する。この融液充填量Ｌ２は、目的とする単結晶２の成長条件（例えば、単結晶の体積（外径×引上げ長さ））に応じて決定される融液４の量に基づいて設定されている。
【００５７】
本実施形態では、ＣＣＤカメラ５５により撮像された坩堝１０内の状態を示す画像データを制御ユニット６５に出力し、制御ユニット６５が当該画像データに基づいて、融液４の量Ｌ１が融液充填量Ｌ２以上か否かを判定する。判定する方法としては、具体的には、坩堝１０の上端から融液４の液面までの距離をＣＣＤカメラ５５により撮像された画像データに基づいて測定することで、制御ユニット６５により融液４の量Ｌ１が融液充填量Ｌ２以上か否かを判定する。
【００５８】
なお、融液４の量Ｌ１が融液充填量Ｌ２以上か否かを判定する方法は、特に上述に限定されない。例えば、基台４０２に設けられた重量センサ４０２ａにより検出された重量測定値に基づいて、融液４の量Ｌ１が融液充填量Ｌ２以上か否かを判定してもよい。具体的には、融液充填量Ｌ２の融液４が収容された状態の重量値を予め制御ユニット６５に記録し、この重量値と、重量センサ４０２ａから出力された重量測定値と、を比較することで、融液４の量Ｌ１が融液充填量Ｌ２以上か否かを判定する。
【００５９】
融液４の量Ｌ１が融液充填量Ｌ２以上である場合は（Ｌ１≧Ｌ２）、単結晶の製造方法のうち準備工程（ステップＳ１０）が完了し、成長工程（ステップＳ２０）に移行する。融液４の量Ｌ１が融液充填量Ｌ２未満である場合は（Ｌ１＜Ｌ２）、ステップＳ１０６に進む。
【００６０】
次いで、ステップＳ１０６では、図５（ａ）に示すように、坩堝１０の底面１０２に冷却ガスＣＧを吹き付けて、坩堝１０の冷却を開始する。本実施形態では、ステップＳ１０５において、制御ユニット６５により融液４の量Ｌ１が融液充填量Ｌ２未満であると判定されたことから、融液４の量が坩堝１０に目的とする単結晶２の成長条件に満たない状態であるので、坩堝１０に原料３を追加的に投入する。このため、加熱された坩堝１０を冷却し、当該坩堝１０を原料３が投入可能な状態にする。
【００６１】
このステップＳ１０６では、まず、制御ユニット６５がコントロールバルブ３５３（図１を参照）を開放する指令を出力し、これにより、コントロールバルブ３５３が開状態となる。そして、第１のガス供給装置３５（図１を参照）から導管３５１（図１を参照）へ送り出された冷却ガスＣＧが吹き出し口３５２（図１を参照）から吐出する。吹き出し口３５２は、坩堝１０の底面１０２と対向しており、吐出した冷却ガスＣＧが坩堝１０の底面１０２と接触することで、底面１０２が冷却される。
【００６２】
坩堝１０の底面１０２が冷却されることで、当該底面１０２と接触する部分で融液４が冷却される。融液４は、冷却されることで凝固し、凝固体６が形成される。なお、坩堝１０の底面１０２に冷却ガスＣＧを吹き付けて、坩堝１０の冷却を開始した後においても、誘導加熱装置３０による坩堝１０の加熱は継続する。
【００６３】
融液４の液面側は、坩堝１０の開口１０３を介して結晶成長炉４０内に曝露されており、比較的冷却されやすく、これにより、当該融液４の液面側から融液４が凝固する場合がある。ここで、融液４が凝固すると体積が膨張する。この場合に、融液４の液面側から凝固すると、凝固時の体積膨張を上方に逃がすことができず、この体積膨張に起因する応力が坩堝１０の内部に蓄積される。そして、蓄積された応力が坩堝１０の筒部１０１に印加され、当該坩堝１０が半径方向に沿って変形する恐れがある。
【００６４】
本実施形態では、坩堝１０の底面１０２側に冷却ガスＣＧを吹き付けて、当該底面１０２側から融液４を順次凝固させ、凝固体６を形成する。また、誘導加熱装置３０による坩堝１０の加熱を継続し、坩堝１０の温度を原料３の融点以上に維持することで、融液４の液面側から凝固するのを抑制している。これにより、坩堝１０が変形するのを抑制している。
【００６５】
次いで、ステップＳ１０７では、図５（ｂ）に示すように、制御ユニット６５により、凝固体の量Ｍ１が、予め設定された降温開始量Ｍ２以上であるか否かを判定する。この降温開始量Ｍ２は、融液４が底面側から順次凝固していることを判定するための値であり、融液４全体の体積に対する凝固体６の体積の比率が所定値以上となるように設定されている。凝固体の量Ｍ１が、降温開始量Ｍ２以上であるか否かを判定の方法としては、例えば、坩堝１０内に降温開始量Ｍ２の凝固体６が形成された状態の画像データＸ２を制御ユニット６５に予め記録し、この画像データＸ２と、ＣＣＤカメラ５５から出力された画像データと、を比較することで、凝固体の量Ｍ１が降温開始量Ｍ２以上であるか否かを判定する。なお、凝固体の量Ｍ１が、降温開始量Ｍ２以上であるか否かを判定の方法としては特に上述に限定されず、例えば、ＣＣＤカメラ５５から出力された画像データから形成された凝固体６の外径を測定し、これにより、凝固体の量Ｍ１が降温開始量Ｍ２以上であるか否かを判定してもよい。
【００６６】
凝固体の量Ｍ１が降温開始量Ｍ２以上である場合は（Ｍ１≧Ｍ２）、ステップＳ１０８に進み、凝固体の量Ｍ１が降温開始量Ｍ２未満である場合は（Ｍ１＜Ｍ２）、ステップ１０７を繰り返す。本実施形態における「降温開始量Ｍ２」が本発明における「所定量」の一例に相当する。
【００６７】
次いで、ステップＳ１０８では、図５（ｃ）に示すように、坩堝１０の降温を開始する。本実施形態では、このステップＳ１０８では、まず、制御ユニット６５が誘導加熱回路３０１に坩堝１０の降温を開始する指令を出力する。そして、誘導加熱回路３０１が誘導コイル３０２に通電する電流の電流値を小さくし、これにより、坩堝１０の降温が開始する。なお、このステップＳ１０８においても、冷却ガスＣＧの吹き付けは継続する。
【００６８】
次いで、ステップＳ１０９では、誘導加熱回路３０１から誘導コイル３０２への通電を停止することで、坩堝１０の発熱が中止される。ここで、坩堝１０の温度は、上述の温度計６０によって測定されている。本実施形態では、この温度計６０から出力される坩堝１０の温度の測定値が所定値以下となった場合に、制御ユニット６５により坩堝１０の降温が完了したことを判定する。そして、制御ユニット６５が誘導加熱回路３０１に対して誘導コイル３０２への通電を停止する指令を出力し、誘導加熱回路３０１から誘導コイル３０２への通電が停止する。また、坩堝１０の降温が完了することで、制御ユニット６５は、コントロールバルブ３５３（図１を参照）を閉じる指令も出力し、これにより、コントロールバルブ３５３を閉状態とする。なお、坩堝１０の降温が完了したことの判定方法は、特に上述に限定されず、例えば、制御ユニット６５にタイマーを設けて、誘導加熱装置３０により坩堝１０の降温が開始された時から所定時間経過したことで、坩堝１０の降温が完了したと判定してもよい。
【００６９】
なお、坩堝１０の降温が完了すると、図５（ｄ）に示すように、融液４が全て凝固して凝固体６が形成されることで体積が膨張しており、これにより、凝固体６の量Ｍ１が融液の量Ｌ１に対して相対的に大きい値となっている。
【００７０】
次いで、ステップＳ１１０では、結晶成長炉４０内の雰囲気制御を終了する。本実施形態では、図１に示すように、減圧装置５０を駆動させてガス排出口４０４を介して結晶成長炉４０を減圧すると共に、結晶成長炉４０に設けられた吸気口（不図示）から外気を結晶成長炉４０内に吸入する。そして、結晶成長炉４０を開放し、ステップＳ１０５において融液４の量Ｌ１が融液充填量Ｌ２以上であると判定されるまで、ステップＳ１０１〜ステップＳ１１０を繰り返す。
【００７１】
次に、成長工程（ステップＳ２０）について詳細に説明する。
【００７２】
図６は本発明の本実施形態における単結晶の製造方法を示す図であり、成長工程を示すフローチャートであり、図７（ａ）は図６のステップＳ２０１を示す図であり、図７（ｂ）は図６のステップＳ２０２を示す図であり、図７（ｃ）は図６のステップＳ２０３を示す図であり、図７（ｄ）は図６のステップＳ２０４を示す図である。
【００７３】
なお、本実施形態における「ステップＳ２０１」が本発明の成長工程における「第１の工程」の一例に相当し、本実施形態における「ステップＳ２０２」が本発明の成長工程における「第２の工程」の一例に相当し、本実施形態における「ステップＳ２０４」が本発明の成長工程における「第３の工程」の一例に相当し、本実施形態における「ステップＳ２０５」が本発明における「第４の工程」の一例に相当し、本実施形態における「ステップＳ２０６」が本発明における「第５の工程」の一例に相当する。
【００７４】
成長工程（ステップＳ２０）は、坩堝１０に融液充填量Ｌ２以上の融液４が収容されている状態に対して実行される。まず、ステップＳ２０１では、図７（ａ）に示すように、予め引き上げ軸１５のチャックに装着された種結晶５を融液４に接触させる。この際に、駆動装置２０を作動して融液４の液面まで種結晶５を下降させる。
【００７５】
次いで、ステップＳ２０２では、図７（ｂ）に示すように、種結晶５の下端が融液４に接触した状態で、駆動装置２０により引き上げ軸１５を所定速度で回転させながら所定速度で引き上げを開始する。引き上げ当初は、成長させる単結晶２の外形が徐々に拡径するように種結晶５の引き上げ速度又は誘導コイル３０２への出力を制御し、種結晶５の直下に肩部を形成する。成長させる単結晶２の外形が目的とする外形に達したら、種結晶５引上げ速度又は誘導コイル３０２への出力を制御して直胴部を形成する。所定の引上げ長さに達したら、成長させる単結晶２の外形が徐々に縮径するように種結晶５引き上げ速度又は誘導コイル３０２への出力を制御し、直胴部の下部に尾部を形成する。
【００７６】
次いで、ステップＳ２０３では、図７（ｃ）に示すように、制御ユニット６５により、融液４の液面が単結晶２から分離したか否かを判定する。本実施形態では、重量センサ２０１により検出された重量測定値を制御ユニットに出力し、制御ユニット６５が当該重量測定値に基づいて、融液４の液面が単結晶２から分離したか否かを判定する。単結晶２が融液４の液面から分離することで、単結晶２の成長は完了する。なお、融液４の液面が単結晶２から分離したか否かを判定する方法としては、特に上述に限定されない。
【００７７】
制御ユニット６５により、融液４の液面が単結晶２から分離した状態と判定された場合は、ステップＳ２０４に進み、融液４の液面が単結晶２から分離した状態と判定されない場合は、ステップＳ２０３を繰り返す。なお、融液４の液面が単結晶２から分離した状態と判定された場合は、所定時間経過した後に、制御ユニット６５が駆動装置２０に種結晶５の引き上げを停止する指令と、種結晶５の回転を停止する指令と、を出力する。そして、駆動装置２０は、上述の巻上機構と回転機構を停止させ、種結晶５の引き上げと、種結晶５の回転と、を停止する。
【００７８】
次いで、ステップ２０４では、図７（ｄ）に示すように、坩堝１０の底面１０２に冷却ガスＣＧを吹き付けて、坩堝１０の冷却を開始する。次いで、ステップ２０５では、制御ユニット６５により、凝固体の量Ｍ１が、予め設定された降温開始量Ｍ２以上であるか否かを判定する。次いで、ステップＳ２０６では、坩堝１０の降温を開始する。次いで、ステップＳ２０７では、誘導加熱回路３０１から誘導コイル３０２への通電を停止することで、坩堝１０の発熱が中止され、坩堝１０の降温が完了する。次いで、ステップＳ２０８では、結晶成長炉４０内の雰囲気制御を終了する。なお、以上に説明したＳ２０４〜Ｓ２０８の内容は、上述のＳ１０６〜Ｓ１１０の内容と同様であるため、説明の詳細は省略する。次いで、ステップＳ２０９では、結晶成長炉４０を開放し、単結晶２を取り出す。以上により、単結晶２の製造方法のうち成長工程Ｓ２０が完了する。
【００７９】
次に、本発明の本実施形態における単結晶の製造方法及び単結晶製造装置１の作用について説明する。
【００８０】
本実施形態では、融液４を収容する坩堝１０の底面１０２に冷却ガスＣＧを吹き付け、融液４を坩堝１０の底面側から順次凝固させる。これにより、融液４が凝固する際に、体積が上方に向かって膨張するので、坩堝１０の変形が抑制される。この結果、単結晶２の成長条件の安定を図ることができ、単結晶の品質が向上する。
【００８１】
また、本実施形態では、単結晶２の成長が完了した後に、坩堝１０の底面１０２側から融液４を順次凝固させる。これにより、坩堝１０の変形が抑制され、坩堝１０の長寿命化を図ることができる。
【００８２】
また、本実施形態では、凝固体の量Ｍ１が予め設定された降温開始量Ｍ２以上であるか否かを判定し、凝固体の量Ｍ１が降温開始量Ｍ２以上である場合は（Ｍ１≧Ｍ２）、誘導加熱装置３０による坩堝１０の加熱を弱め、坩堝１０の降温を開始する。このように、凝固体の量Ｍ１が降温開始量Ｍ２以上と判定されるまで坩堝１０の温度を原料３の融点以上に維持することで、融液４の液面側から凝固するのを抑制している。これにより、坩堝１０が変形するのをさらに抑制することができる。
【００８３】
また、本実施形態では、冷却ガスＣＧをガス供給装置５０から供給される雰囲気ガスと同一の組成を含むガスとすることで、結晶成長炉４０内の雰囲気制御を容易とすることができる。
【００８４】
また、本実施形態では、冷却ガスＣＧが不活性ガスを含んでいることで、成長させる単結晶２と冷却ガスＣＧが反応するのを抑制することができる。これにより、単結晶２の品質がさらに向上する。
【００８５】
また、本実施形態では、冷却ガスＣＧが酸素ガスを含んでいることで、単結晶２の成長条件に応じた結晶成長炉４０内の酸素濃度の管理が容易となり、単結晶２の品質がさらに向上する。
【００８６】
なお、以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。
【００８７】
図８は本発明の実施形態における単結晶製造装置の断熱材の変形例を示す概略構成図であり、図８（ａ）は第１の変形例を示す図であり、図８（ｂ）は第２の変形例を示す図である。
【００８８】
なお、本実施形態では、断熱材２５は、坩堝１０の筒部１０１の周囲を包囲しているが、特にこれに限定されない。例えば、図８（ａ）及び図８（ｂ）に示すように、筒部１０の底面１０２を覆う断熱材２５の底部２５１を設けてもよい。この場合には、例えば、図８（ａ）に示すように、吹き出し口３５２が底部２５１に対向するように導管３５１を敷設してもよい。或いは、図８（ｂ）に示すように、底部２５１に貫通孔２５２を設け、当該貫通孔２５２に導管３５１を挿入し、吹き出し口３５２が坩堝１０の底面１０２と対向するように導管３５１を敷設してもよい。なお、吹き出し口３５２が底部２５１に対向するように導管３５１を敷設した場合は、冷却ガスＣＧにより底部２５１を冷却することで、この底部２５１から底面１０２に伝熱し、底面１０２が冷却される。
【実施例】
【００８９】
以下に、本発明をさらに具現化した実施例及び比較例により本発明の効果を確認した。なお、以下の実施例及び比較例は、上述した実施形態における単結晶へのクラック発生の抑制効果及び坩堝の変形の抑制効果を確認するためのものである。
＜実施例１＞
以下、本実施形態の単結晶の製造方法に係る実施例を説明する。
【００９０】
実施例１では、準備工程として、まず、Ｙ２Ｏ３粉末（純度９９．９９％）及びＡｌ２Ｏ３粉末（純度９９．９９％）を所定の比率で混合し、冷間等方圧加圧法（Cold Isostatic Pressing、ＣＩＰ法）を用いてＹ３Ａｌ５Ｏ１２で構成される原料塊を得た。次いで、内径４８［ｍｍ］、板厚１．５［ｍｍ］、高さ５０［ｍｍ］のイリジウム製の坩堝に原料を収容した。次いで、結晶成長炉内を真空引きした後に窒素ガスを充填し、７６０［ｔｏｒｒ］程度まで昇圧させた。次いで、窒素雰囲気において誘導加熱装置により誘導コイルに電流を通電し、坩堝を発熱させ原料を２０００［℃］程度で加熱することで、当該原料を溶融し融液を得た。次いで、坩堝の底面に室温（２５℃）付近の窒素ガスを２［Ｌ／ｍｉｎ］の流量で吹き付け、坩堝を冷却した。次いで、坩堝が冷却されることで、融液が凝固し形成される凝固体の外径が５［ｍｍ］に達することで、誘導加熱装置により誘導コイルに通電する電流を小さくし、２０〜２００［℃／ｈｏｕｒ］で坩堝を降温した。次いで、坩堝の温度が５０［℃］に達したことで、誘導加熱装置による誘導コイルへの通電を停止すると共に、冷却ガスの吹き付けを停止して坩堝の降温を完了した。以上の工程を、坩堝に収容される融液の液面が坩堝の底面から４２［ｍｍ］の位置に達するまで繰り返し行い、融液の液面が上記位置に達した後、成長工程に移行した。
【００９１】
成長工程として、まず、長さ８０［ｍｍ］、３［ｍｍ］角の種結晶を引き上げ軸に予め取り付けておき、準備した融液に浸漬させた。次いで、巻取装置により回転速度１０［ｒｐｍ］で回転しながら、引き上げ速度１「ｍｍ／ｈｏｕｒ」で引き上げ、種結晶の直下にＹＡＧ単結晶の肩部を形成した。次いで、巻取装置により回転速度１０［ｒｐｍ］で回転しながら、引き上げ速度１「ｍｍ／ｈｏｕｒ」で引き上げ、外径２５［ｍｍ］、引き上げ長さ５０［ｍｍ］の直胴部を形成した。次いで、巻取装置により回転速度１０［ｒｐｍ］で回転速しながら、引き上げ速度１「ｍｍ／ｈｏｕｒ」で引き上げ、直胴部の下部に尾部を形成した。次いで、巻取装置により引き上げ速度を増速し、ＹＡＧ単結晶を融液の液面から分離した後、坩堝の底面に窒素ガスを２［Ｌ／ｍｉｎ］の流量で吹き付け、坩堝を冷却した。次いで、坩堝が冷却され、融液が凝固し形成される凝固体の外径が５［ｍｍ］に達することで、誘導加熱装置により誘導コイルに通電する電流を小さくし、２０〜２００［℃／ｈｏｕｒ］で坩堝を降温した。次いで、成長したＹＡＧ単結晶を結晶成長炉から取り出した。
【００９２】
以上に説明した構成の本実施例のＹＡＧ単結晶（以下「試験サンプル」と称する）に対して、クラックの有無の評価を行った。また、本実施例に用いた坩堝の形状の変化の評価を行った。
【００９３】
本実施例では、上述の試験サンプルを同一の坩堝を用いて、繰り返し１０回製造した。そして、１０回目に製造した試験サンプル１に対してクラックの有無の評価を行った。また、本実施例では、試験サンプル１を製造する前の坩堝の外径を測定した後に、試験サンプル１を製造した後の坩堝の外径を測定した。クラックの有無の評価は、試験サンプル１を結晶成長炉から取り出した後、目視によりクラックの有無を確認した。坩堝の形状の変化の評価は、坩堝の外径の増加率Ａ１を算出して評価した。なお、坩堝の外径の増加率Ａ１は、下記（１）により求める。
Ａ１＝{（Ｄ１―Ｄ０）／Ｄ０}×１００・・・（１）
ただし、上記の（１）において、Ｄ０は試験サンプルを製造する前の坩堝の外径であり、Ｄ１は試験サンプル１を製造した後の坩堝の外径である。
【００９４】
＜実施例２＞
実施例２では、試験サンプルを同一の坩堝を用いて繰り返し２０回製造したこと以外は、実施例１と同様の工程を行った。
【００９５】
この実施例２では、２０回目に製造した試験サンプル２に対して、実施例１と同様に、クラックの有無の評価を行った。また、本実施例に用いた坩堝についても、実施例１と同様に、坩堝の形状の変化の評価を行った。坩堝の形状の変化の評価は、坩堝の外径の増加率Ａ２を算出して評価した。なお、坩堝の外径の増加率Ａ２は、下記（２）により求める。
Ａ２＝{（Ｄ２―Ｄ０）／Ｄ０}×１００・・・（２）
ただし、上記の（２）において、Ｄ２は試験サンプル２を製造した後の坩堝の外径である。
【００９６】
＜比較例１＞
比較例１では、準備工程として、原料を溶融し融液をとした後、誘導加熱装置により誘導コイルへの通電を停止することで、坩堝の加熱を中止し、坩堝を冷却した。また、坩堝の底面に冷却ガスを吹き付けは行わなかった。上述以外は、実施例１と同様の工程を行った。また、成長工程として、ＹＡＧ単結晶を融液の液面から分離した後、誘導加熱装置により誘導コイルへの通電を停止することで、坩堝の加熱を中止し、坩堝を冷却した。また、坩堝の底面に冷却ガスを吹き付けは行わなかった。上述以外は、実施例１と同様の工程を行い、試験サンプルを製造した。
【００９７】
この比較例１では、上述の試験サンプルを同一の坩堝を用いて、繰り返し１０回製造した。そして、１０回目に製造した試験サンプル３に対して、実施例１と同様に、クラックの有無の評価を行った。また、本比較例に用いた坩堝についても、実施例１と同様に、坩堝の形状の変化の評価を行った。坩堝の形状の変化の評価は、坩堝の外径の増加率Ａ３を算出して評価した。なお、坩堝の外径の増加率Ａ３は、下記（３）により求める。
Ａ３＝{（Ｄ３―Ｄ０）／Ｄ０}×１００・・・（３）
ただし、上記の（３）において、Ｄ３は試験サンプル３を製造した後の坩堝の外径である。
【００９８】
＜比較例２＞
比較例２では、試験サンプルを同一の坩堝を用いて繰り返し２０回製造したこと以外は、比較例１と同様の工程を行った。
【００９９】
この比較例２では、２０回目に製造した試験サンプル４に対して、実施例１と同様に、クラックの有無の評価を行った。また、本比較例に用いた坩堝についても、実施例１と同様に、ルツボの形状の変化の評価を行った。坩堝の形状の変化の評価は、坩堝の外径の増加率Ａ４を算出して評価した。なお、坩堝の外径の増加率Ａ４は、下記（４）により求める。
Ａ４＝{（Ｄ４―Ｄ０）／Ｄ０}×１００・・・（４）
ただし、上記の（４）において、Ｄ４は試験サンプル４を製造した後の坩堝の外径である。
【０１００】
実施例１、実施例２、比較例１、及び比較例２の試験結果を表１に示す。
【０１０１】
【表１】
2016056068.tif 000003
【０１０２】
表１に示す結果によると、実施例１では、試験サンプル１については、クラックは発生しなかった。また、実施例２でも、試験サンプル２については、クラックは発生しなかった。これに対して、比較例１では、試験サンプル３については、クラックは発生しなかったが、比較例２では、試験サンプル４については、クラックが発生した。また、実施例１での試験サンプル１を製造した後の坩堝の外径の増加率Ａ１は、比較例１での試験サンプル３を製造した後の坩堝の外径の増加率Ａ３に比べて有意に小さいことが分かった。また、実施例２での試験サンプル２を製造した後の坩堝の外径の増加率Ａ２も、比較例２での試験サンプル４を製造した後の坩堝の外径の増加率Ａ４に比べて有意に小さいことが分かった。
【０１０３】
以上のように、実施例１及び実施例２では、単結晶へのクラック発生の抑制及び坩堝の変形の抑制が図られていることが確認された。
【符号の説明】
【０１０４】
１・・・単結晶製造装置
２・・・単結晶
３・・・原料
４・・・融液
５・・・種結晶
６・・・凝固体
１０・・・坩堝
１０１・・・筒部
１０２・・・底部
１０３・・・開口
１５・・・引き上げ軸
２０・・・駆動装置
２０１・・・重量センサ
２５・・・断熱材
２５１・・・底面
２５２・・・貫通孔
３０・・・誘導加熱装置
３０１・・・誘導加熱回路
３０２・・・誘導コイル
３５・・・第１のガス供給装置
３５１・・・導管
３５２・・・吹き出し口
３５３・・・コントロールバルブ
４０・・・結晶成長炉
４０１・・・容器本体
４０２・・・基台
４０２ａ・・・重量センサ
４０３・・・ガス導入口
４０４・・・ガス排出口
４０５ａ，４０５ｂ・・・窓部
４５・・・第２のガス供給装置
５０・・・減圧装置
５５・・・ＣＣＤカメラ
６０・・・温度計
６５・・・制御ユニット
【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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