(57)【要約】【課題】  成長結晶である単結晶が種結晶取付部から受ける熱応力を抑制することができる炭化ケイ素単結晶の製造装置を提供する。【解決手段】  炭化ケイ素単結晶の製造装置１は、昇華用原料１３が収容される坩堝本体５と、前記昇華用原料１３に対向する部位に、種結晶２３を支持する第１の種結晶取付部２１が設けられた蓋体３と、を備え、前記第１の種結晶取付部２１は黒鉛から形成され、前記種結晶２３および前記昇華用原料１３は炭化ケイ素から形成され、前記第１の種結晶取付部２１は、蓋体３とは別体の薄板で形成されている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
昇華用原料が収容される坩堝本体と、前記昇華用原料に対向する部位に、種結晶を支持する種結晶取付部が設けられた蓋体と、を備え、前記種結晶取付部は黒鉛から形成され、前記種結晶および前記昇華用原料は炭化ケイ素から形成された炭化ケイ素単結晶の製造装置であって、
前記種結晶取付部は、蓋体とは別体の薄板で形成された炭化ケイ素単結晶の製造装置。
【請求項２】
前記種結晶取付部の厚さは、１〜５ｍｍである請求項１に記載の炭化ケイ素単結晶の製造装置。
【請求項３】
前記種結晶取付部は、前記蓋体に着脱可能に構成された請求項１または２に記載の炭化ケイ素単結晶の製造装置。
【請求項４】
前記種結晶取付部は、平板状の薄板からなる取付面と、該取付面の裏面から延びる棒状の脚部とを有し、前記脚部の先端に、前記蓋体に螺合するねじ部を形成した請求項３に記載の炭化ケイ素単結晶の製造装置。
【請求項５】
前記種結晶取付部は、平板状の取付底面と、該取付底面の外周縁から延びる筒状の側面と、を有し、これらの取付底面および側面は薄板から形成され、前記側面の外周には、前記蓋体に螺合するねじ部が形成された請求項３に記載の炭化ケイ素単結晶の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭化ケイ素単結晶の製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、炭化ケイ素単結晶を製造する方法として昇華法が知られており、この昇華法では、例えば蓋体と坩堝本体からなる坩堝が用いられる（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１に記載された坩堝では、蓋体の裏面（下面）の中央部に、下方に突出する種結晶取付部（台座）が蓋体に一体形成されている。そして、種結晶を接着剤等を介して種結晶取付部に固定し、坩堝本体に収容された昇華用原料を加熱して昇華ガスを発生させ、種結晶上に単結晶を成長させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−２６８９９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１記載の坩堝では、蓋体および種結晶取付部は黒鉛から形成され、種結晶、昇華用原料および成長した単結晶は炭化ケイ素から形成されている。また、炭化ケイ素の熱膨張率は、例えば６．６×１０―６／℃、黒鉛の熱膨張率は、例えば４．５×１０―６／℃であり、炭化ケイ素の方が大きい。このため、成長した単結晶および種結晶と種結晶取付部との熱膨張量の差が大きくなり、成長した単結晶が種結晶取付部から熱応力を受けて割れ等の損傷を起こすおそれがあった。
【０００５】
そこで、本発明は、成長結晶である単結晶が種結晶取付部から受ける熱応力を抑制することができる炭化ケイ素単結晶の製造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】
【０００６】
上述した課題を解決するため、本発明は、次の特徴を有する。本発明の第１の特徴は、昇華用原料（昇華用原料１３）が収容される坩堝本体（坩堝本体５）と、前記昇華用原料に対向する部位に、種結晶（種結晶２３）を支持する種結晶取付部（第１の種結晶取付部２１，第２の種結晶取付部１２１）が設けられた蓋体（蓋体３）とを備え、前記種結晶取付部が黒鉛から形成され、前記種結晶および前記昇華用原料が炭化ケイ素から形成された炭化ケイ素単結晶の製造装置（炭化ケイ素単結晶の製造装置１）であって、前記種結晶取付部は、蓋体とは別体の薄板で形成されることを要旨としている。
【０００７】
種結晶取付部は、薄板から形成されているため、加熱された場合に熱変形量が小さくなる。従って、種結晶取付部から種結晶に伝わる熱応力も小さくなる。また、種結晶取付部が蓋体とは別体に形成されているため、蓋体、種結晶取付部および種結晶を加熱した場合、蓋体の熱変形が種結晶取付部に伝わりにくくなる。以上より、成長する単結晶は、加熱されて高温状態になった場合にも割れ等の損傷を受けにくくなる。
【０００８】
本発明の第２の特徴は、前記種結晶取付部（第１の種結晶取付部２１，第２の種結晶取付部１２１）の厚さが１〜５ｍｍであることを要旨とする。
【０００９】
本発明の第３の特徴は、種結晶取付部（第１の種結晶取付部２１，第２の種結晶取付部１２１）が前記蓋体（蓋体３）に着脱可能に構成されていることを要旨とする。
【００１０】
本発明の第４の特徴は、種結晶取付部（第１の種結晶取付部２１）が平板状の取付底面（取付底面２７）と、該取付底面の外周縁から延びる筒状の側面（側面２９）とを有し、これらの取付底面および側面は薄板から形成され、前記側面の外周には、前記蓋体（蓋体３）に螺合するねじ部（雄ねじ部３１）が形成されていることを要旨とする。
【００１１】
本発明の第５の特徴は、種結晶取付部（第２の種結晶取付部１２１）が平板状の薄板からなる取付面（取付面１２７）と、該取付面の裏面から延びる棒状の脚部（脚部１２９）とを有し、前記脚部の先端には、前記蓋体（蓋体３）に螺合するねじ部（雄ねじ部１３１）が形成されることを要旨とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、成長結晶である単結晶が種結晶取付部から受ける熱応力を抑制することができる係る炭化ケイ素単結晶の製造装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、本発明の第１実施形態に係る炭化ケイ素単結晶の製造装置を示す断面図である。
【図２】図２は、図１における第１の種結晶取付部近傍の拡大断面図である。
【図３】図３は、第１の種結晶取付部を示す斜視図である。
【図４】図４は、単結晶が成長した状態における第１の種結晶取付部近傍の拡大断面図である。
【図５】図５は、本発明の第２実施形態に係る種結晶取付部を示す斜視図である。
【図６】図６は、第２の種結晶取付部近傍の拡大断面図である。
【図７】図７は、単結晶が成長した状態における第２の種結晶取付部近傍の拡大断面図である。
【図８】図８は、比較例に係る炭化ケイ素単結晶の製造装置を示す断面図である。
【図９】図９は、単結晶が成長した状態における比較例の種結晶取付部近傍の拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態に係る炭化ケイ素単結晶の製造装置の詳細を図面に基づいて説明する。具体的には、（１）第１実施形態に係る炭化ケイ素単結晶の製造装置の全体構成、（２）第１実施形態における第１の種結晶取付部の構成、（３）第２実施形態における第２の種結晶取付部の構成、（４）作用・効果、（５）その他の実施形態について説明する。図面は模式的なものであり、各材料層の厚みやその比率などは現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている。
【００１５】
（１）第１実施形態に係る炭化ケイ素単結晶の製造装置１の全体構成
まず、第１実施形態に係る炭化ケイ素単結晶の製造装置１の全体構成について図１を用いて説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る炭化ケイ素単結晶の製造装置１を示す断面図である。
【００１６】
この製造装置１は、蓋体３および坩堝本体５を有する坩堝７と、坩堝７を覆う断熱材９と、断熱材９の外周側に巻回された誘導加熱コイル１１とを備えている。
【００１７】
坩堝本体５は、上端部が開口されており、この開口が蓋体３によって塞がれている。坩堝本体５は、黒鉛から形成されている。坩堝本体５の底部には、炭化ケイ素の粉体からなる昇華用原料１３が収容されている。
【００１８】
蓋体３は、坩堝本体５の上端部の開口を封鎖するように、坩堝本体５の上端部のねじ部１５に螺合されている。蓋体３は、黒鉛から形成されている。蓋体３の下面１７の中央部には、上方に凹む凹部１９が形成されている。この凹部１９には、黒鉛から形成された第１の種結晶取付部２１が螺合されている。
【００１９】
誘導加熱コイル１１は、断熱材９および断熱材９に覆われた坩堝７の全体の外周側に螺旋状に巻回されている。この誘導加熱コイル１１に電流を流すと、坩堝７の内部の昇華用原料１３および種結晶２３が加熱される。
【００２０】
（２）第１実施形態における第１の種結晶取付部２１の構成
次いで、第１の種結晶取付部２１の構成について図２〜４を用いて説明する。図２は図１における第１の種結晶取付部２１の近傍の拡大断面図、図３は第１の種結晶取付部２１を示す斜視図、および、図４は単結晶が成長した状態における第１の種結晶取付部２１の近傍の拡大断面図である。
【００２１】
上述のように、蓋体３の下面１７には、上方に凹む略円柱状の凹部１９が形成されている。凹部１９の内周側面には、雌ねじ部２５が形成されている。
【００２２】
図２，３に示すように、第１の種結晶取付部２１は、底部に設けられた円盤状（平板状）の取付底面２７と、該取付底面２７の外周縁から上方に延びる筒状の側面２９とが一体形成されている。第１の種結晶取付部２１は、蓋体３とは別体に構成されている。これらの取付底面２７および側面２９の材質は、黒鉛からなる薄板から形成されている。取付底面２７および側面２９の厚さは、１〜５ｍｍが好ましい。側面２９の外周の上部には、前記蓋体３に螺合する雄ねじ部３１（ねじ部）が形成されているため、第１の種結晶取付部２１を回転させることによって蓋体３の凹部１９に着脱させることができる。また、図４に示すように、取付底面２７の下面には、炭化ケイ素からなる円盤状の種結晶２３が取り付けられ、該種結晶２３から下方に向けて単結晶３３が成長する。
【００２３】
（３）第２実施形態における第２の種結晶取付部１２１の構成
次いで、第２実施形態における第２の種結晶取付部１２１の構成について、図５〜７を用いて説明する。図５は、本発明の第２実施形態に係る種結晶取付部１２１を示す斜視図であり、図６は、第２の種結晶取付部１２１の近傍の拡大断面図であり、図７は、単結晶が成長した状態における第２の種結晶取付部１２１の近傍の拡大断面図である。
【００２４】
図５，６に示すように、第２の種結晶取付部１２１は、円盤状（平板状）の薄板からなる取付面１２７と、該取付面１２７の裏面（図５，６の上面）の中央部から上方に延びる棒状の脚部１２９とを有する。脚部１２９の先端には、蓋体３に螺合する雄ねじ部１３１（ねじ部）が形成されている。取付面１２７および脚部１２９は、黒鉛から形成されている。取付面１２７の厚さは、１〜５ｍｍが好ましい。脚部１２９の外周の先端部には、前記蓋体３の雌ねじ部１３１に螺合する雄ねじ部１２５（ねじ部）が形成されているため、第２の種結晶取付部１２１を回転させることによって蓋体３の雌ねじ部１２５に着脱させることができる。また、図７に示すように、取付面１２７の下面には、炭化ケイ素からなる円盤状の種結晶２３が取り付けられ、該種結晶２３から下方に向けて単結晶３３が成長する。
【００２５】
（４）作用・効果
第１実施形態では、昇華用原料１３が収容される坩堝本体５と、昇華用原料１３に対向する部位に、種結晶２３を支持する第１の種結晶取付部２１が設けられた蓋体３とを備え、第１の種結晶取付部２１は黒鉛から形成され、種結晶２３および昇華用原料１３は炭化ケイ素から形成された炭化ケイ素単結晶の製造装置１であって、第１の種結晶取付部２１は、蓋体３とは別体の薄板で形成されている。
【００２６】
図８は、比較例に係る炭化ケイ素単結晶の製造装置２０１を示す断面図である。図９は、単結晶が成長した状態における比較例の種結晶取付部２２１の近傍の拡大断面図である。なお、上述の第１，第２実施形態と同一構成の部位には同一符号を付してその説明を省略する。図８に示す製造装置２０１は、蓋体２０３の構成が異なる。具体的には、比較例に係る蓋体２０３は、蓋体本体部２２０と種結晶取付部２２１とから一体形成されており、種結晶取付部２２１は、蓋体本体部２２０から着脱することはできない。
【００２７】
すなわち、種結晶取付部２２１は、蓋体本体部２２０の下面の中央部から下方に突出する円盤状の部位であり、中実状の厚板に形成されている。種結晶取付部２２１の厚みｔ（上下方向の突出長さ）は、例えば、３０ｍｍであり、上述の第１，第２の種結晶取付部２１，２２１の薄板の厚さよりも厚い。このため、従来の炭化ケイ素単結晶の製造装置２０１では、図９に示すように、種結晶２３および蓋体２０３が加熱され、種結晶２３から下方に向けて単結晶３３が成長するとき、この成長した単結晶３３に対して種結晶取付部２２１から図９の矢印に示す方向に熱応力が加わり、単結晶３３に割れ２０５が生じる場合があった。これは、種結晶取付部２２１の熱膨張量と単結晶３３の熱膨張量とが大きく異なることに起因する。
【００２８】
これに対して、第１実施形態に係る炭化ケイ素単結晶の製造装置１では、第１の種結晶取付部２１が薄板から形成されているため、加熱された場合に熱変形量が小さくなる。従って、第１の種結晶取付部２１から種結晶２３に伝わる熱応力も小さくなる。
【００２９】
また、第１の種結晶取付部２１が蓋体３とは別体であるため、蓋体３、第１の種結晶取付部２１および種結晶２３を加熱しても、蓋体３の熱変形が第１の種結晶取付部２１に伝わりにくくなる。以上より、成長する単結晶３３は割れ等の損傷を受けにくくなる。
【００３０】
第１の種結晶取付部２１の厚さは、１〜５ｍｍであることが好ましい。厚さが１ｍｍ未満の場合、第１の種結晶取付部２１の厚さが薄すぎて、第１の種結晶取付部２１の剛性が不足するおそれがある。一方、厚さが５ｍｍよりも大きい場合、種結晶２３に伝わる熱応力も大きくなるおそれがある。従って、第１の種結晶取付部２１の厚さは、１〜５ｍｍが好ましい。
【００３１】
第１の種結晶取付部２１は、前記蓋体３に着脱可能に構成されているため、第１の種結晶取付部２１が破損等した場合に、第１の種結晶取付部２１のみを新規なものに容易に交換することによりメンテナンスコストを低減することができる。
【００３２】
第１の種結晶取付部２１は、平板状の取付底面２７と、該取付底面２７の外周縁から延びる筒状の側面２９と、を有し、これらの取付底面２７および側面２９は薄板から形成され、前記側面２９の外周には、前記蓋体３に螺合する雄ねじ部３１（ねじ部）が形成されている。
【００３３】
従って、第１の種結晶取付部２１を薄板から構成しても、第１の種結晶取付部２１の剛性が高くなるため、破損等を起こしにくくなる。また、第１の種結晶取付部２１を雄ねじ部３１を介して３蓋体に螺合させるため、第１の種結晶取付部２１の着脱が容易になる。
【００３４】
第２の種結晶取付部１２１は、平板状の薄板からなる取付面１２７と、取付面１２７の裏面から延びる棒状の脚部１２９とを有し、脚部１２９の先端に、蓋体３に螺合する雄ねじ部１３１（ねじ部）を形成している。このように、第２の種結晶取付部１２１が脚部１２９を介して蓋体３に取り付けられているため、蓋体３の熱変形が第２の種結晶取付部１２１に伝わりにくくなる効果を高めることができる。また、脚部１２９は雄ねじ部１３１（ねじ部）を介して蓋体に着脱自在に螺合するため、取り付け作業が容易であると共に、第２の種結晶取付部１２１が破損した場合でも、第２の種結晶取付部１２１のみを容易に交換可能であり、メンテナンスコストを低減することができる。
【００３５】
（５）その他の実施形態
上述した実施の形態の開示の一部をなす論述および図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例および運用技術が明らかとなろう。
【００３６】
本実施形態においては、種結晶取付部を第１の種結晶取付部２１および第２の種結晶取付部１２１のような形状にしたが、これに限定されず、薄板を用いたものであれば適宜多様な形状も採用することができる。
【００３７】
第１の種結晶取付部２１および第２の種結晶取付部１２１の蓋体３への結合をねじによる螺合にしたが、これに限定されず、着脱自在なものであれば適宜多様な結合手段も採用することができる。
【００３８】
このように、本発明は、ここでは記載していない様々な実施の形態などを含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は、上述の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
【符号の説明】
【００３９】
１…炭化ケイ素単結晶の製造装置、  ３…蓋体、  ５…坩堝本体、  ７…坩堝、  １３…昇華用原料、  ２１…第１の種結晶取付部（種結晶取付部）、  ２３…種結晶、  ２７…取付底面、  ２９…側面、  ３１…雄ねじ部（ねじ部）、  １２１…第２の種結晶取付部（種結晶取付部）、  １２７…取付面、  １２９…脚部、１３１…雄ねじ部（ねじ部）
【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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【図９】
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