(57)【要約】【課題】ＳｉＣ単結晶の結晶表面の温度分布を直接測定することができる炭化珪素単結晶の製造装置を提供する。【解決手段】壁部１６ａの内部に水が循環することで水冷される中空筒状の水冷管１６と、水冷管１６の中空部１６ｂに配置され、一定の視野角を持った先端部１７ａが容器９のうち台座１０よりも容器９の底部９ｄ側に配置されると共に台座１０側から容器９の底部９ｄ側に放出される光を先端部１７ａから取り込んで、中間部１７ｂを介して他端部１７ｃに伝達するファイバースコープ１７と、ファイバースコープ１７の他端部１７ｃに伝達された光の強度を検出することにより、視野角に応じた範囲の温度分布を直接測定する可視光用のサーモビューア１８と、を備えた構成とする。【選択図】図１
2011132084.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
有底筒状の容器（９）内に配置される台座（１０）に対して炭化珪素単結晶基板にて構成された炭化珪素種結晶（５）を配置し、前記容器（９）内に炭化珪素の原料ガス（３）を通過させることにより、前記種結晶（５）の表面に炭化珪素単結晶（６）を成長させる炭化珪素単結晶の製造装置であって、
壁部（１６ａ）の内部に水が循環することで水冷される中空筒状の水冷管（１６）と、
前記水冷管（１６）の中空部（１６ｂ）に配置され、一定の視野角を持った先端部（１７ａ）が前記容器（９）のうち前記台座（１０）よりも前記容器（９）の底部（９ｄ）側に配置されると共に前記台座（１０）側から前記容器（９）の底部（９ｄ）側に放出される光を前記先端部（１７ａ）から取り込んで、中間部（１７ｂ）を介して他端部（１７ｃ）に伝達する光伝達手段（１７）と、
前記光伝達手段（１７）の他端部（１７ｃ）に伝達された前記光の強度を検出することにより、前記視野角に応じた範囲の温度分布を直接測定する可視光用のサーモビューア（１８）と、を備えていることを特徴とする炭化珪素単結晶の製造装置。
【請求項２】
前記サーモビューア（１８）は、二色温度法により前記温度分布を測定することを特徴とする請求項１に記載の炭化珪素単結晶の製造装置。
【請求項３】
前記光伝達手段（１７）の視野角は１０°以上であることを特徴とする請求項１または２に記載の炭化珪素単結晶の製造装置。
【請求項４】
前記水冷管（１６）は、前記容器（９）の底部（９ｄ）側に配置されると共に前記台座（１０）の中心軸上に配置され、前記中空部（１６ｂ）を介して前記容器（９）に前記原料ガス（３）を供給するようになっていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の炭化珪素単結晶の製造装置。
【請求項５】
前記容器（９）の底部（９ｄ）側に設けられると共に、前記容器（９）内に前記原料ガス（３）を導入する原料ガス導入通路（８ａ）と、
前記容器（９）の底部（９ｄ）側に前記原料ガス導入通路（８ａ）とは異なる位置に設けられると共に、少なくとも前記光伝達手段（１７）の視野に前記台座（１０）のうち前記底部（９ｄ）に向けられた表面（１０ａ）の中心が含まれるように前記水冷管（１６）が配置された水冷管配置通路（８ｂ、２１）と、を備えていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の炭化珪素単結晶の製造装置。
【請求項６】
前記水冷管配置通路（８ｂ）は、当該水冷管配置通路（８ｂ）内に配置された前記光伝達手段（１７）の中心軸が、前記台座（１０）の表面（１０ａ）と交わるように傾けられていることを特徴とする請求項５に記載の炭化珪素単結晶の製造装置。
【請求項７】
前記原料ガス導入通路（８ａ）と前記台座（１０）との間に、前記原料ガス導入通路（８ａ）から前記容器（９）内に導入された前記原料ガス（３）を前記容器（９）の外径方向に流す邪魔板（２０）を備えていることを特徴とする請求項５または６に記載の炭化珪素単結晶の製造装置。
【請求項８】
前記邪魔板（２０）は、前記原料ガス導入通路（８ａ）側が開口した有底筒状をなしていると共に、前記容器（９）の中心軸に対して垂直な方向に貫通した孔部（２０ａ）を有し、
前記水冷管配置通路（８ｂ）は、前記容器（９）の中心軸に対して垂直な方向において、前記孔部（２０ａ）の開口方向とは異なる方向に配置されていることを特徴とする請求項７に記載の炭化珪素単結晶の製造装置。
【請求項９】
前記容器（９）は、側部（９ｇ）に貫通孔（９ｈ）を有し、
前記水冷管配置通路（２１）は、前記容器（９）の貫通孔（９ｈ）に接続されていることを特徴とする請求項５に記載の炭化珪素単結晶の製造装置。
【請求項１０】
前記光伝達手段（１７）の視野径をａ、前記光伝達手段（１７）の視野角をθ、前記水冷管（１６）の内径をｄ１、前記光伝達手段（１７）の先端部（１７ａ）の最先端から前記水冷管（１６）のうち前記容器（９）側の開口端（１６ａ）までの距離をＬ１、前記水冷管（１６）の開口端（１６ａ）から前記容器（９）の端面（９ａ）までの距離をＬ２、前記容器（９）の端面（９ａ）から前記炭化珪素単結晶（６）の結晶表面（６ａ）と想定される位置までの距離をＬ３とすると、
前記視野径ａは、ａ＝ｔａｎθ・（Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ３）×２により設定され、前記視野角θは、θ＝ｔａｎ−１（（ｄ１／２）／Ｌ１）により設定されることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１つに記載の炭化珪素単結晶の製造装置。
【請求項１１】
前記光伝達手段（１７）の先端部（１７ａ）は、前記水冷管（１６）によって２００℃以下の温度に冷却されることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１つに記載の炭化珪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、炭化珪素（以下、ＳｉＣという）単結晶で構成される種結晶に対して容器内に原料ガスを通過させることでＳｉＣ単結晶の製造を行うＳｉＣ単結晶の製造装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ＳｉＣ単結晶の成長途中に、原料ガスの供給を一時停止すると共に不活性ガスを流しながら、ＳｉＣ単結晶の成長表面温度または真空容器内でのＳｉＣ単結晶の成長雰囲気温度を、ＳｉＣ単結晶基板への原料ガス供給管を通してパイロメータまたは２色温度計で測定する方法が、例えば特許文献１で提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１８７２６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来の技術では、原料ガスが温度測定の邪魔になるので、温度測定中に原料ガスの供給を一旦停止しなければならない。この場合、成長が一旦停止してしまうという問題がある。また、原料ガスを停止してもＳｉＣ単結晶からの昇華ガスにより温度の誤差が生じてしまうという問題がある。
【０００５】
また、真空容器の下部から原料ガス供給管を通して表面温度を測定するため、ＳｉＣ単結晶の中心の１点しか温度測定することができない。したがって、ＳｉＣ単結晶の結晶表面の温度分布を知ることはできない。
【０００６】
ＳｉＣ単結晶の結晶表面の温度分布を正確に知ることができると、ＳｉＣ単結晶の結晶品質や成長速度を制御することができるため、当該温度分布を測定できるようにすることが望まれる。
【０００７】
本発明は上記点に鑑み、ＳｉＣ単結晶の結晶表面の温度分布を直接測定することができる炭化珪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】
【０００８】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、壁部（１６ａ）の内部に水が循環することで水冷される中空筒状の水冷管（１６）と、水冷管（１６）の中空部（１６ｂ）に配置され、一定の視野角を持った先端部（１７ａ）が容器（９）のうち台座（１０）よりも容器（９）の底部（９ｄ）側に配置されると共に台座（１０）側から容器（９）の底部（９ｄ）側に放出される光を先端部（１７ａ）から取り込んで、中間部（１７ｂ）を介して他端部（１７ｃ）に伝達する光伝達手段（１７）と、光伝達手段（１７）の他端部（１７ｃ）に伝達された光の強度を検出することにより、視野角に応じた範囲の温度分布を直接測定する可視光用のサーモビューア（１８）と、を備えていることを特徴とする。
【０００９】
これにより、１点の温度ではなく、光伝達手段（１７）の視野角に応じた範囲の温度分布を測定することができる。このため、炭化珪素単結晶（６）の結晶品質や成長速度を制御しやすくすることができる。また、容器（９）内は高温になるため、水冷管（１６）により光伝達手段（１７）を冷却しつつ測温することができる。
【００１０】
さらに、光伝達手段（１７）としてファイバースコープやボアスコープを用いることができるが、これらは赤外線を透過しにくいため、可視光用のサーモビューア（１８）を使用することにより、温度分布を測定することができる。
【００１１】
請求項２に記載の発明では、サーモビューア（１８）は、二色温度法により温度分布を測定することを特徴とする。
【００１２】
これによると、炭化珪素単結晶（６）の表面状態や原料ガス（３）による輻射率の変化の影響を受けない温度分布を得ることができる。
【００１３】
請求項３に記載の発明では、光伝達手段（１７）の視野角は１０°以上であることを特徴とする。
【００１４】
このように、光伝達手段（１７）の視野角を規定することにより、ある範囲の中の一箇所ではなく、一定の範囲（領域）の温度分布を測定することができる。
【００１５】
請求項４に記載の発明では、水冷管（１６）は、容器（９）の底部（９ｄ）側に配置されると共に台座（１０）の中心軸上に配置され、中空部（１６ｂ）を介して容器（９）に原料ガス（３）を供給するようになっていることを特徴とする。
【００１６】
これによると、光伝達手段（１７）が台座（１０）の中心軸付近に配置されるので、炭化珪素単結晶（６）の結晶表面（６ａ）の中心を中心とした温度分布を得ることができる。
【００１７】
請求項５に記載の発明では、容器（９）の底部（９ｄ）側に設けられると共に、容器（９）内に原料ガス（３）を導入する原料ガス導入通路（８ａ）と、容器（９）の底部（９ｄ）側に原料ガス導入通路（８ａ）とは異なる位置に設けられると共に、少なくとも光伝達手段（１７）の視野に台座（１０）のうち底部（９ｄ）に向けられた表面（１０ａ）の中心が含まれるように水冷管（１６）が配置された水冷管配置通路（８ｂ）と、を備えていることを特徴とする。
【００１８】
これによると、原料ガス導入通路（８ａ）に水冷管（１６）が配置されていないので、光伝達手段（１７）による原料ガス（３）の流れの乱れが起こらず、容器（９）に対して安定した原料ガス（３）の供給を行うことができる。
【００１９】
請求項６に記載の発明では、水冷管配置通路（８ｂ）は、当該水冷管配置通路（８ｂ）内に配置された光伝達手段（１７）の中心軸が、台座（１０）の表面（１０ａ）と交わるように傾けられていることを特徴とする。
【００２０】
これによると、炭化珪素単結晶（６）の結晶表面（６ａ）のほぼ中心を中心とした温度分布を得ることができる。
【００２１】
請求項７に記載の発明では、原料ガス導入通路（８ａ）と台座（１０）との間に、原料ガス導入通路（８ａ）から容器（９）内に導入された原料ガス（３）を容器（９）の外径方向に流す邪魔板（２０）を備えていることを特徴とする。
【００２２】
これによると、邪魔板（２０）により原料ガス（３）が充分に分解されるので、高品質かつ高速成長を可能とすることができる。また、邪魔板（２０）により、容器（９）内で生成された炭化珪素多結晶が原料ガス導入通路（８ａ）に落下するのを防ぐことができる。
【００２３】
請求項８に記載の発明では、邪魔板（２０）は、原料ガス導入通路（８ａ）側が開口した有底筒状をなしていると共に、容器（９）の中心軸に対して垂直な方向に貫通した孔部（２０ａ）を有し、水冷管配置通路（８ｂ）は、容器（９）の中心軸に対して垂直な方向において、孔部（２０ａ）の開口方向とは異なる方向に配置されていることを特徴とする。
【００２４】
これによると、邪魔板（２０）の孔部（２０ａ）から容器（９）の内部に流れる原料ガス（３）により、光伝達手段（１７）の測光に影響を及ぼさないようにすることができる。
【００２５】
請求項９に記載の発明では、容器（９）は、側部（９ｇ）に貫通孔（９ｈ）を有し、水冷管配置通路（８ｂ）は、容器（９）の貫通孔（９ｈ）に接続されていることを特徴とする。
【００２６】
これによると、光伝達手段（１７）の先端部（１７ａ）が炭化珪素単結晶（６）および容器（９）の壁面に向けられるので、炭化珪素単結晶（６）の結晶表面（６ａ）だけでなく、容器（９）の内部の温度も測定することができる。
【００２７】
請求項１０に記載の発明のように、光伝達手段（１７）の視野径をａ、光伝達手段（１７）の視野角をθ、水冷管（１６）の内径をｄ１、光伝達手段（１７）の先端部（１７ａ）の最先端から水冷管（１６）のうち容器（９）側の開口端（１６ａ）までの距離をＬ１、水冷管（１６）の開口端（１６ａ）から容器（９）の端面（９ａ）までの距離をＬ２、容器（９）の端面（９ａ）から炭化珪素単結晶（６）の結晶表面（６ａ）と想定される位置までの距離をＬ３とすると、視野径ａを、ａ＝ｔａｎθ・（Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ３）×２により設定し、視野角θを、θ＝ｔａｎ−１（（ｄ１／２）／Ｌ１）により設定することができる。
【００２８】
請求項１１に記載の発明では、光伝達手段（１７）の先端部（１７ａ）は、水冷管（１６）によって２００℃以下の温度に冷却されることを特徴とする。
【００２９】
これにより、光伝達手段（１７）が容器（９）内の熱により故障しないようにすることができる。
【００３０】
なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の第１実施形態に係る結晶成長装置の断面図である。
【図２】ファイバースコープの視野径および視野角の設定方法を説明するための図である。
【図３】結晶成長装置内における原料ガス供給経路を示した図である。
【図４】ＳｉＣ単結晶の結晶表面の温度分布を示した図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係る結晶成長装置の断面図である。
【図６】本発明の第３実施形態に係る結晶成長装置の断面図である。
【図７】第３実施形態において、ファイバースコープの先端を曲げたときの模式図である。
【図８】本発明の第４実施形態に係る結晶成長装置の断面図である。
【図９】ファイバースコープと邪魔板の孔部との位置関係を説明するための模式図である。
【図１０】本発明の第５実施形態に係る結晶成長装置の断面図である。
【図１１】第５実施形態において、ファイバースコープの先端を曲げたときの結晶成長装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。
【００３３】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図を参照して説明する。図１は、本実施形態に係る結晶成長装置の断面図である。
【００３４】
図１に示される結晶成長装置１は、底部に備えられた流入口２を通じてＳｉおよびＣを含有するＳｉＣの原料ガス３を供給し、上部に備えられた流出口４を通じて排出することで、結晶成長装置１内に配置したＳｉＣ単結晶基板からなる種結晶５上にＳｉＣ単結晶６を結晶成長させるものである。
【００３５】
このような結晶成長装置１は、真空容器７、第１断熱材８、容器９、台座１０、シャフト１１、第２断熱材１２、第３断熱材１３、加熱装置１４、および温度計測装置１５を備えて構成されている。
【００３６】
真空容器７は、中空円筒状をなしており、アルゴンガス（Ａｒ）等を導入することができ、かつ、結晶成長装置１の他の構成要素を収容すると共に、その収容している内部空間の圧力を真空引きすることにより減圧できる構造とされている。この真空容器７の底部に原料ガス３の流入口２が設けられると共に、上部（具体的には側壁の上方位置）に原料ガス３の流出口４が設けられている。
【００３７】
第１断熱材８は、円筒等の筒形状をなしており、第１断熱材８を貫通した原料ガス導入孔８ａにより原料ガス導入管を構成している。第１断熱材８は、例えばフェルトカーボン等で構成されている。
【００３８】
容器９は、当該容器９の一方の端面９ａ側から他方の端面９ｂ側に原料ガス３が流れる中空部９ｃを有する中空筒状で構成されている。本実施形態では、この容器９は同径の有底筒状とされており、例えば黒鉛等で構成されている。そして、容器９が構成する中空部９ｃにＳｉＣ種結晶５が配置され、その中空部９ｃにおいて種結晶５の表面にＳｉＣ単結晶６が成長させられる。
【００３９】
また、容器９の底部９ｄの中央位置には、原料ガス導入孔８ａと対応する貫通孔９ｅが形成され、一方の端面９ａが第１断熱材８に接触させられることにより貫通孔９ｅと原料ガス導入孔８ａとが繋げられている。
【００４０】
台座１０は、その先端に種結晶５を配置するために用いられる円柱形状の部材であり、容器９の中空部９ｃに配置されている。この台座１０は例えば黒鉛で構成されている。なお、台座１０の形状や寸法は、成長させるＳｉＣ単結晶６のサイズ等により適宜調整される。
【００４１】
シャフト１１は、台座１０を支持すると共に、ＳｉＣ単結晶６の成長に合わせて容器９の中心軸に沿って一方の端面９ａと台座１０との距離を離すように構成されている。すなわち、シャフト１１は図示しない移動機構により台座１０を引き上げるための支持部材として用いられる。また、シャフト１１により台座１０を下げることもできる。
【００４２】
第２断熱材１２は、真空容器７の側壁面に沿って配置され、中空筒状をなしている。この第２断熱材１２により、ほぼ第１断熱材８や容器９等が囲まれている。第２断熱材１２は、例えばフェルトカーボン等で構成されている。
【００４３】
第３断熱材１３は、第２断熱材１２のうち真空容器７の流出口４側に開口した部分に蓋をするためのものであり、板状をなしている。この第３断熱材１３には、貫通孔１３ａが設けられており、この貫通孔１３ａにシャフト１１が差し込まれている。第３断熱材１３は、例えばフェルトカーボン等で構成されている。
【００４４】
加熱装置１４は、例えば誘導加熱用コイルやヒータなどで構成され、真空容器７の周囲を囲むように配置されている。加熱装置１４は、容器９の中心軸に沿って温度制御できるように構成されている。このため、より細やかな温度制御を行うことができる。
【００４５】
温度計測装置１５は、ＳｉＣ単結晶６の結晶表面６ａの温度分布を直接測定する装置であり、水冷管１６と、ファイバースコープ１７と、サーモビューア１８と、制御装置１９と、を備えて構成されている。
【００４６】
水冷管１６は中空筒状の管であり、台座１０に対して容器９の底部９ｄ側すなわち第１断熱材８の原料ガス導入孔８ａに配置されている。この水冷管１６は、壁部１６ａの内部に設けられた図示しない空洞に水が循環することで水冷管１６そのものが水冷される冷却手段である。また、水冷管１６の中心軸は、台座１０の中心軸上に配置されている。
【００４７】
上述のように、真空容器７の底部に原料ガス３の流入口２が設けられているが、当該流入口２から真空容器７内に導入された原料ガス３は、水冷管１６の中空部１６ｂに導入されるようになっている。したがって、水冷管１６は中空部１６ｂを介して容器９に原料ガス３を供給する役割も果たしている。このため、本実施形態では、原料ガス導入孔８ａの壁面と水冷管１６の外壁面との間の隙間に原料ガス３は流れない。
【００４８】
ファイバースコープ１７は、光ファイバの束により構成され、先端から取り込んだ光（主に可視光）を他端に導く光伝達手段である。ファイバースコープ１７の先端部１７ａは一定の視野角θを持っており、当該視野角θに応じた台座１０側の一定の範囲（領域）から当該先端部１７ａ側に放出された光が先端部１７ａから取り込まれ、ファイバースコープ１７の中間部１７ｂを介して他端部１７ｃに伝達される。
【００４９】
ファイバースコープ１７の他端部１７ｃはサーモビューア１８に接続されている。したがって、ファイバースコープ１７を伝達した光は、他端部１７ｃからサーモビューア１８に取り込まれる。
【００５０】
また、ファイバースコープ１７の測定視野を確保するためには、測温点すなわちファイバースコープ１７の先端部１７ａを結晶表面６ａに近づける必要がある。このため、ファイバースコープ１７は、先端部１７ａが台座１０側に向けられて水冷管１６の中空部１６ｂに配置されている。すなわち、ファイバースコープ１７の先端部１７ａが容器９のうち台座１０よりも容器９の底部９ｄ側に配置されると共に台座１０側から容器９の底部９ｄ側に放出される光が先端部１７ａから取り込まれるようになっている。
【００５１】
なお、「台座１０側から容器９の底部９ｄ側（つまり先端部１７ａ側）に放出された光」とは、容器９や台座１０やＳｉＣ単結晶６から放出される光に相当する。また、ファイバースコープ１７は赤外光を通しにくいため、ファイバースコープ１７に取り込まれる光は主に可視光である。
【００５２】
さらに、ファイバースコープ１７が容器９から熱を受けにくくすると共に、水冷管１６により冷却されやすくするために、ファイバースコープ１７の先端部１７ａは水冷管１６から露出しないように中空部１６ｂに配置されている。
【００５３】
本実施形態では、ファイバースコープ１７は棒状に立てられており、ファイバースコープ１７の中心軸が、水冷管１６の中心軸上および台座１０の中心軸上に配置されている。すなわち、ファイバースコープ１７の中心軸、水冷管１６の中心軸、および台座１０の中心軸が同じ軸上に配置されている。なお、ファイバースコープ１７が水冷管１６内で倒れないように、ファイバースコープ１７の外壁と水冷管１６の内壁との間に図示しない支持部を設けても良い。
【００５４】
具体的に、ファイバースコープ１７の視野角θおよびＳｉＣ単結晶６の全域が視野に入るための視野径ａの設定方法について、図２を参照して説明する。
【００５５】
図２に示されるように、水冷管１６の内径をｄ１、ファイバースコープ１７の先端部１７ａの最先端から水冷管１６のうち容器９側の開口端１６ｃまでの距離をＬ１、水冷管１６の開口端１６ｃから容器９まで（つまり一方の端面９ａまで）の距離をＬ２、容器９の底部９ｄからＳｉＣ単結晶６の結晶表面６ａと想定される位置までの距離をＬ３とする。
【００５６】
このような定義に基づき、視野径ａは、ａ＝ｔａｎθ・（Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ３）×２により設定される。また、視野角θは、θ＝ｔａｎ−１（（ｄ１／２）／Ｌ１）により設定される。
【００５７】
ＳｉＣ単結晶６の結晶表面６ａを含む範囲の視野径ａを確保するためには、視野角θは少なくとも１０°は必要である。このため、上記のようにファイバースコープ１７の視野角を１０°以上とすることが望ましい。本実施形態では、ファイバースコープ１７の視野角θは６０°である。このように、ファイバースコープ１７の視野角θを規定することにより、ある範囲の中の一箇所ではなく、結晶表面６ａを含んだ範囲（領域）からの光をファイバースコープ１７の先端部１７ａから取り込むことができる。
【００５８】
図１に示されるサーモビューア１８は、ファイバースコープ１７の他端部１７ｃに伝達された光の強度を検出することにより、視野角θに応じた範囲の温度分布を直接測定する温度計測手段である。ファイバースコープ１７は、赤外光を透過しにくいため、可視光用のサーモビューア１８が用いられる。本実施形態では、サーモビューア１８として例えば１０００℃〜５０００℃の温度を計測できるものが用いられる。
【００５９】
また、サーモビューア１８は、二色温度法により温度分布を測定するように構成されている。二色温度法とは、物体が放出した光に含まれる２つ波長の比率から物体の真の温度を知る方法である。これにより、測定した温度分布に対して、ＳｉＣ単結晶６の表面状態や原料ガス３による輻射率の変化の影響が極力小さくなる。
【００６０】
制御装置１９は、サーモビューア１８で測定された温度分布を可視化したり温度分布データを保存したりできるように構成されたものであり、例えばパーソナルコンピュータが採用される。以上が、本実施形態に係る結晶成長装置１の全体構成である。
【００６１】
次に、上記の結晶成長装置１を用いたＳｉＣ単結晶６の製造方法および製造中における結晶表面６ａの温度分布の測定について、図３および図４を参照して説明する。
【００６２】
まず、図３に示されるように、台座１０に種結晶５を貼り付け、シャフト１１を介して台座１０を容器９の中空部９ｃに位置させる。続いて、図示しない排気機構を用いて真空容器７の真空引きを行うことで、真空容器７内を真空にする。そして、加熱装置１４の誘導コイルに通電することでヒータを誘導加熱し、その輻射熱により容器９の内部を加熱する。
【００６３】
この場合、原料ガス３が再結晶化されて欲しくない部分については、例えば原料ガス３の再結晶化レートよりも昇華レートの方が高くなる温度（例えば約２４００℃）、ＳｉＣ単結晶６の成長表面ではＳｉＣ単結晶６の成長レートが昇華レートよりも高くなる温度（例えば約２２００℃）とする。
【００６４】
この後、キャリアガスに原料ガス３を含ませて真空容器７の流入口２から真空容器７の内部に原料ガス３を導入する。そして、原料ガス３を水冷管１６の中空部１６ｂ、原料ガス導入孔８ａの一部、容器９の貫通孔９ｅを介して容器９の中空部９ｃに導入する。これにより、原料ガス３が容器９の一方の端面９ａから他方の端面９ｂに流れて種結晶５に供給され、種結晶５にＳｉＣ単結晶６が成長していく。
【００６５】
なお、ＳｉＣ単結晶６の成長に合わせて、容器９の中心軸を中心としてシャフト１１によって台座１０を回転させつつ、容器９の中心軸に沿って容器９の一方の端面９ａと台座１０との距離を離しても良い。これにより、ＳｉＣ単結晶６の連続・長尺成長が可能となる。
【００６６】
そして、ＳｉＣ単結晶６の成長に寄与しなかった原料ガス３は、真空容器７の流出口４から外部に排出される。
【００６７】
一方、上記のようにＳｉＣ単結晶６を成長させている最中に、ファイバースコープ１７の視野角θおよび視野径ａに応じた台座１０側の一定の範囲から容器９の底部９ｄ側に放出された光をファイバースコープ１７の先端部１７ａから取り込み、中間部１７ｂおよび他端部１７ｃを介してサーモビューア１８に伝達する。
【００６８】
サーモビューアは、ファイバースコープ１７から取り込んだ可視光の強度を検出する。これにより、サーモビューア１８は当該可視光の強度に応じた温度分布を取得する。この温度分布は台座１０の中心軸に垂直な方向の一定の範囲の温度分布となる。そして、サーモビューア１８で得られた温度分布のデータは制御装置１９に入力される。
【００６９】
この場合、上述のように台座１０の中心軸と水冷管１６の中心軸とファイバースコープ１７の中心軸とがすべて同軸上に配置されているので、ＳｉＣ単結晶６の結晶表面６ａのほぼ中心を中心とした一定範囲の温度分布が得られる。
【００７０】
図４は、サーモビューア１８で取得されたＳｉＣ単結晶６の結晶表面６ａの温度分布の一例を示した図である。図４は台座１０の中心軸を含んだＳｉＣ単結晶６の一断面についての温度分布を示している。図４の横軸は台座１０の中心軸を通る容器９の径方向の距離を示し、縦軸は温度を示している。
【００７１】
図４を見てみると、ＳｉＣ単結晶６の結晶表面６ａの温度は、台座１０の中心軸付近で最も低く、結晶表面６ａの端へ向かうほど温度が高くなっていることがわかる。従来では、結晶表面６ａの１点の温度しか測定できなかったが、本実施形態に係る温度計測装置１５を用いることにより、結晶表面６ａの１点の温度だけでなく、容器９の径方向の温度分布が得られる。したがって、ＳｉＣ単結晶６の結晶表面６ａの温度分布を測定し、得られた温度分布のデータを利用することにより、結晶品質や成長速度の制御がしやすくなる。
【００７２】
上記のように、ファイバースコープ１７で台座１０側を見る場合、ファイバースコープ１７の先端部１７ａは水冷管１６の水冷によって２００℃以下の温度に冷却される。このため、容器９の内部が２０００℃のような高温に加熱されていても、ファイバースコープ１７が容器９内の熱により故障することはない。
【００７３】
以上説明したように、本実施形態では、原料ガス導入孔８ａに水冷管１６およびファイバースコープ１７を配置し、台座１０側から容器９の底部９ｄ側に放出される光をファイバースコープ１７で取り込んでサーモビューア１８で光の強度を検出することにより、当該光が放出された範囲の温度分布を直接測定することが特徴となっている。
【００７４】
これにより、ファイバースコープ１７の視野径ａおよび視野角θに応じた一定の範囲の温度分布を測定することができる。この場合、ファイバースコープ１７は、台座１０側から容器９の底部９ｄ側に放出される光を取り込むだけであるので、ＳｉＣ単結晶６の結晶成長を一時中断することなく、ＳｉＣ単結晶６の結晶表面６ａの温度分布を測定することができる。
【００７５】
また、水冷管１６およびファイバースコープ１７は、もともと原料ガス３を通過させるために設けられた原料ガス導入孔８ａに配置されているので、結晶成長装置１の構造を容易にすることができる。
【００７６】
さらに、ファイバースコープ１７は水冷管１６の中空部１６ｂに配置されているので、容器９内は高温になるが、水冷管１６によりファイバースコープ１７を冷却しつつ温度測定を実施することができる。
【００７７】
（第２実施形態）
本実施形態では、主に第１実施形態と異なる部分について説明する。上記第１実施形態では、原料ガス導入孔８ａに水冷管１６およびファイバースコープ１７が配置されていたが、本実施形態では原料ガス導入孔８ａとは異なる孔に水冷管１６およびファイバースコープ１７を配置したことが特徴となっている。
【００７８】
図５は、本実施形態に係る結晶成長装置１の断面図である。この図に示されるように、第１断熱材８には、容器９内に原料ガス３を導入する原料ガス導入孔８ａとは異なる位置に水冷管配置孔８ｂが設けられている。本実施形態では、この水冷管配置孔８ｂに水冷管１６およびファイバースコープ１７が配置されている。
【００７９】
また、容器９の底部９ｄには、水冷管配置孔８ｂに対応した場所に貫通孔９ｆが設けられている。そして、容器９の一方の端面９ａが第１断熱材８の上に設置されることで、貫通孔９ｆと水冷管配置孔８ｂとが繋がっている。
【００８０】
貫通孔９ｆおよび水冷管配置孔８ｂは、水冷管１６およびファイバースコープ１７が水冷管配置孔８ｂに配置されたときに、少なくともファイバースコープ１７の視野に台座１０のうち底部９ｄに向けられた表面１０ａの中心が含まれるように、第１断熱材８および容器９にそれぞれ形成されている。
【００８１】
このように、ファイバースコープ１７の視野に台座１０の表面１０ａが含まれるように貫通孔９ｆおよび水冷管配置孔８ｂを設けて水冷管配置孔８ｂに水冷管１６およびファイバースコープ１７を配置することで、成長中のＳｉＣ単結晶６の結晶表面６ａの少なくとも一部の温度分布を測定できるようにしている。
【００８２】
本実施形態では、図５に示されるように、台座１０の中心軸とファイバースコープ１７の中心軸とが同じ軸上に配置されていないが、ファイバースコープ１７の視野にＳｉＣ単結晶６の結晶表面６ａが含まれるようにファイバースコープ１７が配置されているので、ＳｉＣ単結晶６の結晶表面６ａのうち少なくとも半分の領域の温度分布を測定することは可能である。
【００８３】
上記のように、原料ガス導入孔８ａとは異なる水冷管配置孔８ｂに水冷管１６およびファイバースコープ１７を配置しているので、本実施形態では原料ガス導入孔８ａを介して容器９の中空部９ｃに原料ガス３を導入することとなる。
【００８４】
以上説明したように、水冷管１６およびファイバースコープ１７を配置する孔を原料ガス導入孔８ａとは異なる位置の水冷管配置孔８ｂに配置することで、何も配置されていない原料ガス導入孔８ａを流れる原料ガス３の流れを安定させることができる。したがって、容器９に安定した流れの原料ガス３の供給を行うことができる。
【００８５】
なお、本実施形態の記載と特許請求の範囲の記載との対応関係については、原料ガス導入孔８ａが特許請求の範囲の「原料ガス導入通路」に対応し、水冷管配置孔８ｂが特許請求の範囲の「水冷管配置通路」に対応する。
【００８６】
（第３実施形態）
本実施形態では、第２実施形態と異なる部分について説明する。図６は、本実施形態に係る結晶成長装置１の断面図である。この図に示されるように、水冷管配置孔８ｂ内に配置されたファイバースコープ１７の中心軸が台座１０の表面１０ａと交わるように、水冷管配置孔８ｂが傾けられている。もちろん、傾けられた水冷管配置孔８ｂと容器９の貫通孔９ｆとが繋がるように、容器９の底部９ｄに貫通孔９ｆが設けられている。
【００８７】
このように、原料ガス導入孔８ａとは異なる位置に水冷管配置孔８ｂを設けた場合、ファイバースコープ１７の中心軸が台座１０の表面１０ａと交わるように当該水冷管配置孔８ｂを傾けることで、ＳｉＣ単結晶６の結晶表面６ａのほぼ中心を中心とした温度分布を得ることができる。この場合、ファイバースコープ１７の先端側だけ曲げてもよい。その際、図７（ａ）に示されるように、水冷管１６の先端（開口端）を傾けかつファイバースコープ１７を水冷管１６の長い方（つまり水冷管１６の開口端の開口端のうち容器９側に突出している方）に寄せると良い。また、図７（ｂ）に示されるように、水冷管１６の先端をファイバースコープ１７に合わせて曲げても良い。
【００８８】
（第４実施形態）
本実施形態では、第２実施形態と異なる部分について説明する。図８は、本実施形態に係る結晶成長装置１の断面図である。
【００８９】
図８に示されるように、原料ガス導入孔８ａと台座１０との間に板状の邪魔板２０が設けられている。本実施形態では、邪魔板２０は容器９の底部９ｄに配置され、貫通孔９ｅの上部に位置している。
【００９０】
この邪魔板２０は、原料ガス導入孔８ａから容器９内に導入された原料ガス３を容器９の外径方向に流すことで、容器９の貫通孔９ｅを通過した原料ガス３を充分に分解する役割を果たすものである。これにより、高品質かつ高速成長が可能となる。また、邪魔板２０は、容器９内で生成されたＳｉＣ多結晶が原料ガス導入孔８ａに落下するのを防ぐ役割も果たす。
【００９１】
さらに、邪魔板２０は、原料ガス導入孔８ａ側が開口した有底筒状をなしていると共に、容器９の中心軸に対して垂直な方向に貫通した孔部２０ａを有している。なお、孔部２０ａは複数設けられていても良い。
【００９２】
水冷管配置孔８ｂは、容器９の中心軸に対して垂直な方向において、孔部２０ａが開口した方向（以下、開口方向という）とは異なる方向に配置されている。これについて、図９を参照して説明する。図９は、ファイバースコープ１７（水冷管配置孔８ｂ）と邪魔板２０の孔部２０ａとの位置関係を示した図である。
【００９３】
図９に示されるように、孔部２０ａの開口方向に水冷管配置孔８ｂは配置されていない。つまり、邪魔板２０には、ファイバースコープ１７（水冷管配置孔８ｂ）が存在する方向に孔部２０ａが設けられていない。これは、邪魔板２０の孔部２０ａから流れ出る原料ガス３が、ファイバースコープ１７で取得される温度画像を邪魔しないようにするためである。なお、孔部２０ａが複数設けられている場合、複数の孔部２０ａすべての開口方向に水冷管配置孔８ｂが配置されないように、各孔部２０ａが邪魔板２０に設けられている。
【００９４】
以上のように、容器９内に邪魔板２０を設けた場合、ファイバースコープ１７の位置を考慮して邪魔板２０に孔部２０ａを設けることで、原料ガス３によりファイバースコープ１７の測光に影響を及ぼさないようにすることができる。
【００９５】
（第５実施形態）
本実施形態では、主に上記第１〜第４実施形態と異なる部分について説明する。上記各実施形態では、水冷管１６およびファイバースコープ１７を第１断熱材８に配置していたが、本実施形態では容器９の外周に配置することが特徴となっている。
【００９６】
図１０は、本実施形態に係る結晶成長装置１の断面図である。この図に示されるように、結晶成長装置１には、真空容器７と第２断熱材１２を貫通する孔に水冷管配置管２１が設けられている。この水冷管配置管２１の中空部に水冷管１６およびファイバースコープ１７の各先端部分が配置されている。言い換えると、ファイバースコープ１７の他端部１７ｃ側は真空容器７の周囲に位置している。
【００９７】
なお、図１０では水冷管配置管２１は真空容器７の一部を貫通しているが、実際には水冷管配置管２１は真空容器７の内部の真空度が下がらない構造になっている。
【００９８】
また、容器９には、側部９ｇに貫通孔９ｈが設けられている。この貫通孔９ｈは、ファイバースコープ１７の中心軸が通るように当該中心軸に沿って設けられていると共に、ファイバースコープ１７の視野角θが収まる径で設けられている。もちろん、ファイバースコープ１７は、台座１０よりも容器９の底部９ｄ側に配置されている。
【００９９】
このように、容器９の側部９ｇからファイバースコープ１７で容器９の内部の温度分布を測定する場合、ファイバースコープ１７の先端部１７ａがＳｉＣ単結晶６および容器９の壁面に向けられることとなる。このため、ＳｉＣ単結晶６の結晶表面６ａだけでなく、容器９の内部の温度を測定することが可能となる。
【０１００】
なお、本実施形態の記載と特許請求の範囲の記載との対応関係については、「水冷管配置管２１の中空部」および「水冷管配置管２１から容器９の壁面までの空間」が特許請求の範囲の「水冷管配置通路」に対応する。本実施形態では、水冷管配置管２１が真空容器７から第２断熱材１２までの長さであるため、「水冷管配置管２１の中空部」と「水冷管配置管２１から容器９の壁面までの空間」とが「水冷管配置通路は容器９の貫通孔９ｈに接続されている」というところの通路に該当する。
【０１０１】
また、図１１に示されるように、水冷管１６およびファイバースコープ１７の先端を曲げることで真空装置７の側面を貫通せず、底部を貫通するようにしても良い。なお、図１１では水冷管配置管２１を用いていないが、もちろん水冷管配置管２１を用いても良い。
【０１０２】
（他の実施形態）
上記各実施形態に示された結晶成長装置１の具体的な構造は、単なる一例であり、形状や材質などについて適宜変更することができる。例えば、容器９は有底筒状であったが中空筒状のものでも良い。また、邪魔板２０は有底筒状のものではなく、孔部２０ａが設けられた構造を有していれば良い。
【０１０３】
上記各実施形態では、水冷管１６の中心軸上にファイバースコープ１７の中心軸を配置していたが、例えばファイバースコープ１７は水冷管１６の内壁面に接触していても良い。これにより、ファイバースコープ１７を効率良く冷却することができる。
【０１０４】
上記各実施形態では、柔軟性のあるファイバースコープ１７を棒状にして用いていたが、ファイバースコープ１７は曲がる機能を備えているので、例えば図７や図１１に示されるように装置の構造に合わせてファイバースコープ１７を曲げて用いても良い。この場合、ファイバースコープ１７の先端部１７ａの最先端部分は曲がらない構造になっているので、ファイバースコープ１７の中心軸はこの先端部１７ａの最先端部分の中心軸に相当することとなる。
【０１０５】
上記各実施形態では、光伝達手段としてファイバースコープ１７を例に説明したが、他の光伝達手段としてボアスコープを用いることもできる。
【０１０６】
上記各実施形態では、原料ガスを容器９の中空部９ｃに導入することによりＳｉＣ単結晶６を成長させる成長方法が採用されているが、容器９の底部９ｄ側にあらかじめＳｉＣ単結晶６の原料を配置し、当該原料を昇華させてＳｉＣ単結晶６を成長させる成長方法を採用しても良い。
【符号の説明】
【０１０７】
１      結晶成長装置
３      原料ガス
５      種結晶
６      ＳｉＣ単結晶
８ａ    原料ガス導入孔
９      容器
９ｄ    底部
１０    台座
１６ａ  壁部
１６    水冷管
１６ｂ  中空部
１７    ファイバースコープ
１７ａ  先端部
１７ｂ  中間部
１７ｃ  他端部
【図１】
2011132084.tif 000003
【図２】
2011132084.tif 000004
【図３】
2011132084.tif 000005
【図４】
2011132084.tif 000006
【図５】
2011132084.tif 000007
【図６】
2011132084.tif 000008
【図７】
2011132084.tif 000009
【図８】
2011132084.tif 000010
【図９】
2011132084.tif 000011
【図１０】
2011132084.tif 000012
【図１１】
2011132084.tif 000013