(57)【要約】  【課題】  昇華法による結晶成長温度の制御は、パイロメーター１１ａ，１１ｂを用いて坩堝上蓋および坩堝下部の表面温度をモニターし、これらの温度の時間経過から坩堝内部の結晶成長状態を推測し坩堝内部の温度制御をしている。この坩堝表面の温度から坩堝内部を推測する技術は、長年にわたる経験とノウハウが必要である。  【解決手段】  本発明の単結晶製造装置は、一面が開口した坩堝と前記開口部に対置する上蓋とで構成された反応炉と、前記反応炉を囲む断熱材と、前記断熱材及び反応炉を載せるための支持台と、断熱材の外側に螺旋状に巻かれたＲＦコイルから成り、前記ＲＦコイルに通電した際の前記上蓋の変形量を計測する変形量計測手段と、ＲＦコイルを螺旋軸方向に移動させるためのＲＦコイル移動手段を持ち、前記変形量計測手段で計測した変形量に応じて前記ＲＦコイルを移動させるＲＦコイル制御手段を備えたものである。  【選択図】  図１
2005139049.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一面が開口した坩堝と前記開口部に対置する上蓋とで構成された反応炉と、前記反応炉を囲む断熱材と、前記断熱材及び反応炉を載せるための支持台と、断熱材の外側に螺旋状に巻かれたＲＦコイルから成る単結晶製造装置において、
前記ＲＦコイルに通電した際の前記上蓋の変形量を計測する変形量計測手段と、ＲＦコイルを螺旋軸方向に移動させるためのＲＦコイル移動手段を持ち、前記変形量計測手段で計測した変形量に応じて前記ＲＦコイルを移動させるＲＦコイル制御手段を備えた単結晶の製造装置。
【請求項２】
前記変形量計測手段は前記ＲＦコイルの螺旋軸方向で、かつ、前記上蓋の上方に設置していることを特徴とする請求項１に記載の単結晶製造装置。
【請求項３】
前記変形量は、常温での前記上蓋の外表面の高さを基準として、前記ＲＦコイルに通電した際の前記上蓋の外表面の高さとの差であることを特徴とする請求項１に記載の単結晶製造装置。
【請求項４】
前記変形量計測手段で計測した変形量と同値だけ、螺旋軸方向に沿ってＲＦコイルを坩上蓋側に移動させることを特徴とする請求項１記載の単結晶製造装置。
【請求項５】
前記支持台をＲＦコイルの螺旋軸方向に沿って、前記上蓋と反対方向に移動させる移動手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の単結晶製造装置。
【請求項６】
前記変形量計測手段は前記上蓋を覆う断熱材の外表面の変形量を測定し、ＲＦコイルを螺旋軸方向に移動させるためのＲＦコイル移動手段を持ち、前記変形量計測手段で計測した変形量に応じて前記ＲＦコイルを移動させるＲＦコイル制御手段を備えた請求項１記載の単結晶製造装置。
【請求項７】
前記変形量計測手段が、前記ＲＦコイルの螺旋軸方向で、かつ、前記断熱材の上方に設置していることを特徴とする請求項６に記載の単結晶製造装置。
【請求項８】
前記変形量は、常温での前記断熱材の外表面の高さを基準として、前記ＲＦコイルに通電した際の前記断熱材の外表面の高さとの差であることを特徴とする請求項６に記載の単結晶製造装置。
【請求項９】
前記変形量計測手段で計測した変形量から前記断熱材の熱膨張による変形量を引き算した値だけ、螺旋軸方向に沿ってＲＦコイルを坩上蓋側に移動させることを特徴とする請求項６記載の単結晶製造装置。
【請求項１０】
前記支持台をＲＦコイルの螺旋軸方向に沿って、前記上蓋と反対方向に移動させる移動手段を備えたことを特徴とする請求項６記載の単結晶製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体や発光ダイオードなどの素材に利用できる炭化珪素単結晶を昇華法プロセスで製造する場合に、製造装置内部をモニターする技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体用炭化珪素の製造方法としては、昇華法プロセスが広く用いられている。（以下、炭化珪素をＳｉＣという）。
【０００３】
最初に一般的な昇華法プロセスに関して、図９を用いて説明する。２は、黒鉛から成る材質で一端が開口している円筒状の部材であり、一般に坩堝と呼ぶ。１はＳｉＣの原料粉末であり、坩堝に充填される。４は黒鉛から成る上蓋であり、坩堝の上部に載せられる。以降、坩堝に上蓋を載せた構成を反応炉と呼ぶ。前記上蓋の内部側（原料粉末と対面する面）には突起部が設けられており、この突起面に種結晶基板１７が取り付けられる。反応炉の外周には円筒形状の断熱材３が巻かれて、反応炉及び断熱材は支持台７に設置される。断熱材の外側には耐熱ガラスの二重環（１６ａ，１６ｂ）が配設され、前記ガラスの間には冷却水１０が流れている。この二重環の上下にはフランジ２０ａ，２０ｂが取り付けられ、外界と遮断される構成となっている。この二重環ガラスとフランジで囲まれた閉鎖空間は、Ａｒガスが充填され、数ｋＰａ程度の真空状態に保たれている。このときＡｒガスは孔１８から孔１９に向かって、０．１〜１リットル／分程度で流れている。９は螺旋状に巻かれたＲＦコイルで、高周波電流を通電して反応炉を誘導加熱するために用いられる。前記ＲＦコイルはコイル保持器２１に取り付けられており、電動一軸ステージから成る昇降機２２により鉛直方向に自在に移動できる。即ちＲＦコイルはＲＦコイルの螺旋軸方向に沿って移動することができる。１１ａと１１ｂはパイロメーターと呼ばれる輻射熱を利用した温度計であり、これらの温度計は１２ａ，１２ｂの耐熱ガラスを通して、上蓋と坩堝下面の温度を計測するために使用される。坩堝下面および上蓋外表面の温度を測るために、断熱材の上部と下部には観測孔５ａと５ｂが設けられている。
【０００４】
上記構成の製造装置において、坩堝下部温度が概略２２００℃〜２４００℃の高温環境になるように、前記ＲＦコイルに数１００Ａ、数１０ｋＨｚの高周波電流を通電する。坩堝材料である黒鉛は、導電性を有するので高周波電流を吸収し渦電流を生じて発熱し、坩堝内のＳｉＣ原料粉末は加熱される。昇華法プロセスにおいては、坩堝内部の温度分布は、ＳｉＣ原料粉末側の温度が上蓋に固着された種結晶基板の温度より高くなるように、坩堝とコイル位置が調整される。こうしてＳｉＣ原料粉末は加熱されて昇華ガスを発生する。前記ガスは種結晶基板側に移動するが、種結晶基板付近の雰囲気温度が低いので、種結晶基板付近は過飽和蒸気の状態となる。さて過飽和状態というのはエネルギー的に不安定であり自然現象はエネルギーを安定させる方向にシフトする。今回のケースにおいては、昇華ガスは種結晶基板の表面においてＳｉＣを再結晶し、ガスを減らすことで過飽和状態を緩和させている。このような再結晶現象を一昼夜以上の長時間継続させることで、直径が数インチかつ厚みも数ｃｍのＳｉＣ単結晶を成長させることができる。
【０００５】
ところで上述してきた昇華法プロセスにおいては、単結晶の成長状態をモニターすることが困難という技術課題が有る。その理由は、(１)坩堝材質が黒鉛のため内部が目視できない、(２)２０００℃以上の高温環境に耐えることができる各種センサーが少ない、(３)熱電対等の金属系センサーはＲＦコイルからの高周波電流により誘導加熱され燃えてしまう、(４)センサー類からの発生ガスがＳｉＣ原料粉末からの昇華ガスと化学反応しＳｉＣ単結晶の純度を低下させる、などが挙げられる。従って、結晶成長状態のモニターについては、パイロメーター１１ａ，１１ｂを用いて坩堝上蓋および坩堝下部の表面温度をモニターし、これらの温度の時間経過から坩堝内部の結晶成長状態を推測するという間接的手法が一般的である。この温度データから坩堝内部を推測する技術は誰でも簡単に修得できるものでなく、長年にわたる実験経験と勘に基づくノウハウが必要である。
【０００６】
そこで上記課題を解決すべく、Ｘ線装置を用いて坩堝内部の結晶成長状態を直接的にモニターする技術が提案されている（例えば特許文献１〜特許文献３）。Ｘ線装置を用いた場合の結晶製造装置の基本構成を図８に示す。１４はＸ線管、１５は半導体検出器であり、この２つの機材はＲＦコイル９を避けながら、坩堝内の単結晶８近傍の状態を撮影できる位置に配設される。２４は電動一軸ステージから成る昇降機で前記Ｘ線装置を鉛直方向に移動させるために使われる。なお前記特許文献１〜３は、Ｘ線装置を移動させながら多方向から坩堝内部の単結晶の状態を観測できるように、具体的な実施方法や課題他が詳細に開示されている。
【特許文献１】特開２００１−２２６１９８号公報（第４頁、第６頁図１）
【特許文献２】特開２００３−１２８４８９号公報（第３頁、第６頁図１）
【特許文献３】特開平１１−３５３９０号公報（第２頁、第４頁図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来のＸ線装置を用いた構成では、ＲＦコイルが障害となる死角が存在するという課題を有していた。これはＲＦコイルが金属であり、Ｘ線は金属を通過できないためである。従って結晶成長が図７に示すように初期段階（ａ）の状態から（ｂ）の状態、そして（ｃ）の状態へと刻々と変化するとき、坩堝内をＸ線装置でモニターしようとすると、（ａ）から（ｃ）の各状態に応じてコイル位置も変化させていく必要が有る。しかし結晶成長の各状態を観察するためにＸ線装置を追従させたとしても、ＲＦコイルが障害となり坩堝内部の結晶を充分に観測できない課題が有る。
【０００８】
加えて、後述するように結晶の成長段階に応じてＲＦコイルと坩堝を移動させる必要があるが、Ｘ線装置も同時に移動させるとなると結晶製造装置が大掛かりとなる課題がある。これは技術的にも難しいのか、前記特許文献１〜３においても具体的な実施例は記載されていない。従ってＸ線装置を用いた構成は結晶成長の特定の状態をモニターするような研究目的には好適であるが、実際の製造プロセスでの利用には不適である。
【０００９】
一方で、図５（ａ）に示すように製造装置内部の支持台、断熱材、反応炉は熱膨張するのに対してＲＦコイルは熱膨張しないために、ＲＦコイルと坩堝内の種結晶基板との相対位置はずれる。製造装置の寸法と使用材料などにより相対位置のズレ量は異なるが、概略１０〜３０ｍｍに達する。相対位置がずれる原因は、ＲＦコイルはコイル内部に冷却水が循環しており概略１００℃以下なので、ＲＦコイルの熱膨張は無視できるからである。
【００１０】
図６（ａ）は、坩堝下面温度Ｔaと坩堝上蓋温度Ｔbに関して、結晶成長状態の温度環境（２０００℃以上）において、坩堝を固定してＲＦコイルを移動させた時の温度変化を示したイメージ図である。横軸の「支持台からの距離」は図６（ｂ）で示すように、支持台下面に対してＲＦコイルの最下部が同じ高さのとき支持台からの距離を０としている。坩堝の温度分布は結晶製造装置や成長条件に依存するものの、最適な温度分布が得られるコイル位置から２０〜３０ｍｍ移動すると、坩堝下面温度Ｔaと坩堝上蓋温度Ｔbの温度が逆転するぐらい様相が変化する。
【００１１】
例えば、図５（ａ）において、結晶成長開始前の室温状態でＲＦコイルの上部を坩堝内部の種基板結晶の取り付け面と同じ高さ（太い一点差線）に合わせたとしても、結晶成長の状態では前記取り付け面は熱膨張で上方向に移動する（太い二点差線）。即ちｈ3だけ移動し、相対的に坩堝からずれることになる。このズレ量ｈ3が微小であれば問題ないが、実際は前述したように概略ｈ3≒１０〜３０ｍｍであり、すなわち図６（ａ）において、結晶成長開始前に最適な温度領域の範囲にＲＦコイルを配置しても、結晶製造装置の運転開始とともに昇温すると、見かけ上、ＲＦコイルと坩堝の相対位置が変わり、室温で設定した位置からｈ3ずれた位置で結晶成長を行うことになる。このようなズレｈ3は結晶成長にとって無視できない数値である。従って結晶成長条件としてコイル上部と坩堝内部の種基板を同じ高さにしたいのであれば、コイル通電を始めて所定の温度分布になった後で、ｈ3だけコイルを上方に移動させる必要がある。ところが、このズレ量ｈ3は一定のものではなく、ＲＦコイルのコイル電流値、坩堝形状と材質およびメーカー、断熱材形状と材質およびメーカー、Ａｒガスの流量と真空度合いなどの多数のファクターにより毎回異なるものである。従って、予備実験としてコイル位置を変えながら、図６（ａ）に示す最適な温度範囲を見つける作業が重要であり、この作業を手早く済ますためには相当な熟練を要するという課題がある。従来のＸ線装置を用いた構成では、この熱膨張による課題に対して、有効な知見を与えることはできない。
【００１２】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、製造装置の熱膨張による坩堝とＲＦコイルの相対的なズレをモニターするとともに、このズレを調整し坩堝内部の温度分布を常に最適な状態に保つことができ、かつＸ線装置の如く大掛かりな設備を必要としない簡便な機器で坩堝内部の状態をモニターできる単結晶製造装置を提供することが目的である。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前記従来の課題を解決するために本発明の請求項１に記載の単結晶製造装置は、一面が開口した坩堝と前記開口部に対置する上蓋とで構成された反応炉と、前記反応炉を囲む断熱材と、前記断熱材及び反応炉を載せるための支持台と、断熱材の外側に螺旋状に巻かれたＲＦコイルから成る単結晶製造装置において、
前記ＲＦコイルに通電した際の前記上蓋の変形量を計測する変形量計測手段と、ＲＦコイルを螺旋軸方向に移動させるためのＲＦコイル移動手段を持ち、前記変形量計測手段で計測した変形量に応じて前記ＲＦコイルを移動させるＲＦコイル制御手段を備えたものである。
【００１４】
また請求項２に記載の発明は、前記変形量計測手段は、前記ＲＦコイルの螺旋軸方向で、かつ、前記上蓋の上方に設置していることを特徴とする請求項１に記載の単結晶製造装置である。
【００１５】
また請求項３に記載の発明は、前記変形量が、常温での前記上蓋の外表面の高さを基準として、前記ＲＦコイルに通電した際の前記上蓋の外表面の高さとの差であることを特徴とする請求項１に記載の単結晶製造装置である。
【００１６】
また請求項４に記載の発明は、前記変形量計測手段で計測した変形量と同値だけ、螺旋軸方向に沿ってＲＦコイルを坩上蓋側に移動させることを特徴とする請求項１記載の単結晶製造装置である。
【００１７】
また請求項５に記載の発明は、前記支持台をＲＦコイルの螺旋軸方向に沿って、前記上蓋と反対方向に移動させる移動手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の単結晶製造装置である。
【００１８】
また請求項６に記載の発明は、前記変形量計測手段は前記坩堝上蓋を覆う断熱材の外表面の変形量を測定し、ＲＦコイルを螺旋軸方向に移動させるためのＲＦコイル移動手段を持ち、前記変形量計測手段で計測した変形量に応じて前記ＲＦコイルを移動させるＲＦコイル制御手段を備えた請求項１記載の単結晶製造装置である。
【００１９】
また請求項７に記載の発明は、前記変形量計測手段は、前記ＲＦコイルの螺旋軸方向で、かつ、前記断熱材の上方に設置していることを特徴とする請求項６に記載の単結晶製造装置である。
【００２０】
また請求項８に記載の発明は、前記変形量が、常温での前記断熱材の外表面の高さを基準として、前記ＲＦコイルに通電した際の前記断熱材の外表面の高さとの差であることを特徴とする請求項６に記載の単結晶製造装置である。
【００２１】
また請求項９に記載の発明は、前記変形量計測手段で計測した変形量から前記断熱材の熱膨張による変形量を引き算した値だけ、螺旋軸方向に沿ってＲＦコイルを坩上蓋側に移動させることを特徴とする請求項６記載の単結晶製造装置である。
【００２２】
また請求項１０に記載の発明は、前記支持台をＲＦコイルの螺旋軸方向に沿って、前記上蓋と反対方向に移動させる移動手段を備えたことを特徴とする請求項６記載の単結晶製造装置である。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の単結晶製造装置によれば、従来のようなＸ線装置を併用した大掛かりな製造装置を使わず、熱膨張によって反応炉及び断熱材が伸張しＲＦコイルとの位置が相対的にずれる現象を簡単に測定でき、これにより反応炉内部の状態をモニターできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の実施の形態にかかる単結晶製造装置を図面に基づき説明する。
（実施の形態１）
図１において、２は黒鉛から成る材質で、一端が開口している円筒状の坩堝である。１はＳｉＣの原料粉末であり、坩堝に充填される。４は黒鉛から成る上蓋であり、坩堝の上部に載せられる。説明上、坩堝と上蓋の構成を反応炉と呼ぶことがある。上蓋の内部側（原料粉末と対面する面）には突起部が設けられており、この突起面に種結晶基板１７が取り付けられる。反応炉の外周には円筒形状の断熱材３が巻かれて、反応炉及び断熱材は支持台７に設置される。断熱材の外側には耐熱ガラスの二重環（１６ａ，１６ｂ）が配設され、前記ガラスの間には冷却水１０が流れている。この二重環の上下にはフランジ２０ａ，２０ｂが取り付けられ、外界と遮断される構成となっている。この二重環ガラスとフランジで囲まれた閉鎖空間は、Ａｒガスが充填され、数ｋＰａ程度の真空状態に保たれている。このときＡｒガスは孔１８から孔１９に向かって、０．１〜１リットル／分程度で流れている。９は螺旋状に巻かれたＲＦコイルで、高周波電流を通電して坩堝を加熱するために用いられる。前記ＲＦコイルはコイル保持器２１に取り付けられており、電動一軸ステージから成る昇降機２２により鉛直方向に自在に移動できる。１１ａと１１ｂはパイロメーターと呼ばれる輻射熱を利用した温度計であり、これらの温度計は１２ａ，１２ｂの耐熱ガラスを通して、上蓋と坩堝下面の温度を計測するために使用される。前述した場所に関する温度を測るために、断熱材の上部と下部には観測孔５ａと５ｂが設けられている。
【００２５】
昇華法プロセスを用いたＳｉＣ単結晶製作の場合、前記ＲＦコイルに数１００Ａ、数１０ｋＨｚの高周波電流を通電することで、坩堝下部温度Ｔbを概略２２００℃〜２４００℃の高温環境に設定する。そして図６（ａ）中の最適な温度範囲で示すように、ＲＦコイルの位置を調節することで、上蓋温度Ｔaを坩堝下部温度Ｔbより１００℃〜２００℃程度低くする。こうすることで、ＳｉＣ原料粉末が加熱されて発生する昇華ガスは対流により種結晶基板側に移動するが、雰囲気温度が低下するため過飽和蒸気の状態となる。そのため昇華ガスの一部は過飽和状態を解消して雰囲気温度における平衡状態に戻ろうとし、種結晶基板の表面に再結晶化させる。これは自然現象がエネルギーを安定させる方向に進む自然現象によるものである。
【００２６】
さて結晶成長を開始する前に、室温環境で坩堝内の温度分布が図６（ａ）の最適な温度範囲に入るようにコイル位置を設定する。しかし図５（ａ）に示すように、例えば室温環境にてＲＦコイルの上端が坩堝内部の種結晶基板と同じ高さ（太い一点差線）に設定されても、２０００℃以上の高温状態となると、坩堝下面で変形量ｈ1、上蓋付近で変形量ｈ2、種結晶基板付近でｈ3だけ熱膨張し、坩堝とＲＦコイルの相対位置がずれることになる。相対位置がずれる理由は、ＲＦコイルの内部には冷却水が貫流しておりＲＦコイル温度は高くても１００℃しかならないところにある。従って図６（ａ）で示すように、室温領域で反応炉の上下温度Ｔa，Ｔbが最適な温度領域となる位置にＲＦコイルを設定しても、坩堝内部の温度が２０００℃以上になれば熱膨張にてコイルが相対的にｈ3だけ移動し、坩堝の内部温度は最適な温度範囲を逸脱することとなる。
【００２７】
そこで良質なＳｉＣ単結晶を製造するためには、熱膨張量ｈ3を補正することが重要なので、非接触変位計（ここでは２個の非接触変位計１３ａ及び１３ｂ）を用いて図５（ａ）に示す坩堝の変形量ｈ1、ｈ2を測定する。ｈ1は坩堝下面で測定した熱膨張による変形量であり、支持台と下部側の断熱材の変形量に関する合計値を意味している。ｈ2は坩堝上蓋の外表面で測定した変形量であり、支持台と下部側の断熱材および坩堝の変形量の合計値を意味している。非接触変位計としてはレーザー光線を用いたレーザー変位計を使用する。レーザー変位計の測定精度はμｍオーダーであり、前記のように坩堝の熱膨張量の１０ｍｍ〜３０ｍｍは十分に測定可能である。種結晶基板位置の変形量ｈ3は測定できないが、坩堝上蓋の変形量ｈ2は種結晶基板位置と近いのでｈ3≒ｈ2とする。なお有限要素法シミュレーションを用いて、前記変形の測定値ｈ1、ｈ2および温度の測定値Ｔa，Ｔbを境界条件として熱膨張をシミュレーションすれば、ｈ3は精度良く推算することもできる。いずれにしても計測したｈ2からＲＦコイルの移動量ｈ3を求め、昇降機に対してＲＦコイルを坩堝側に向かってｈ3だけ移動させる作業はコンピューターを用いた制御手段（図は省略）で制御され、結果的に熱膨張によるＲＦコイルと坩堝間の相対位置ズレを解消することができる。
【００２８】
なお本実施例１は計測した前記変形量ｈ2と同値（ｈ3＝ｈ2）だけＲＦコイルを移動させる例を説明したが、前記同値にこだわるものではない。上述してきた考えで簡単に熱膨張によるズレは解消できるが、より高度に坩堝内部の温度分布を最適化するためには、前記変形量ｈ2からｈ3を算出するときに微調整を加えることも有り得る。
【００２９】
次に坩堝下側の変形量ｈ1を測定する理由を述べる。上蓋の変形量ｈ2は、支持台、下側断熱材、坩堝、上蓋の全ての熱膨張による変形量を計測しており、これだけでは坩堝と上蓋だけの変形量を求めることができない。前述したようにシミュレーションを用いれば正確な熱膨張状態は推測できるが、そこまでの精度は必要ない場合のために前記変形量ｈ1を計測する。即ちｈ2−ｈ1で概算の熱膨張状態が推測できる。ｈ2−ｈ1＝０なら坩堝は熱膨張しない、ｈ2−ｈ1＞０ならΔｈ＝ｈ2−ｈ1だけ熱膨張していることを表すので、簡単に坩堝の状態を予測できる。
【００３０】
従来は坩堝形状の設計変更、坩堝の材料や寸法のばらつき、断熱の材材料や寸法などの諸々の理由で、多くの予備実験を必要としていた。しかし本実施の形態１を用いることで、今後は予備実験を大幅に削減できる。即ち、結晶成長技術に関して長年の勘にもとづく経験パラメーターがひとつ減ることになる。
【００３１】
以上のように、本実施の形態１は、従来のＳｉＣ単結晶製造装置に非接触変位計を取り付け、坩堝上蓋の熱膨張による変形量を計測し、ＲＦコイルと坩堝間の相対的なズレを推算することを通して、坩堝内部の状態を大雑把に把握できる。そして昇降機を用いて前記計測手段で求めた変形量だけＲＦコイルを移動させて、前記ズレ量を補正することで、坩堝内部の結晶成長場の温度分布が最適となる位置にＲＦコイルを配置できる。
（実施の形態２）
次に本発明の第２の実施の形態に係る単結晶製造装置について、図２を用いて説明する。
【００３２】
第２の実施の形態に関する特徴は、第１の実施の形態と比較して、反応炉を載せている支持台を移動させることと、ミラー６が無いところである。
【００３３】
結晶製造装置の設置場所によっては、実施の形態１に記載したＲＦコイルを昇降させるタイプより坩堝側を昇降させるタイプが好適な場合もある。また坩堝や孔５ａ、５ｂの大きさによっては、ミラーを介さず坩堝上蓋の変形量ｈ2を測定する方が、設置場所のスペースの観点で好適な場合もある。本実施の形態２は、こういったケースに対応する構成である。
【００３４】
なお坩堝上蓋の変形量ｈ2を測定した後で、昇降機２３を用いて坩堝とＲＦコイルの相対位置のズレ量を補正する作業は第１の実施の形態と同手順なので、説明を省略する。
（実施の形態３）
次に本発明の第３の実施の形態に係る単結晶製造装置について、図３を用いて説明する。
【００３５】
第３の実施の形態に関する特徴は、図３に示すように、非接触温度計１１ａ及び１１ｂはミラーを介して使用し、非接触変位計１３ａ及び１３ｂは坩堝表面を直接測定するところである。即ち、ミラーを使用する計測機器が第１の実施の形態と反対となる。
【００３６】
結晶製造装置の設計の都合上、非接触温度計と非接触変位計のレイアウトを変更することで製造装置の小型化できる場合も有る。実施の形態３はこうした場合の構成を示すものである。
【００３７】
反応炉外表面の変形量（ｈ1、ｈ2）を測定した後、昇降機を用いて坩堝とＲＦコイルの相対位置のズレ量を補正する作業は、第１の実施の形態と同手順なので説明を省略する。
（実施の形態４）
次に本発明の第４の実施の形態に係る単結晶製造装置について、第４の実施の形態として図４および図５（ｂ）を用いて説明する。
【００３８】
第４の実施の形態に関する特徴は、非接変位計１３ａ、１３ｂで断熱材の外表面を測定するところである。結晶製造装置および坩堝や観測孔５ａ、５ｂの大きさによっては、反応炉外表面が測定できない場合もあり、こうした状況でも坩堝等の熱膨張によるＲＦコイルの相対的なズレを補正するための提案である。
【００３９】
測定した断熱材の外表面の変形量ｈb’から坩堝内における種結晶基板の取り付け面の変形量ｈ3を求める方法を、図５を用いて説明する。ここでｈb’は上側の断熱材の位置における変位量である。まず坩堝上側の断熱材の厚みｈibと、断熱材の線膨張係数εiと、非接触温度計で測定した上蓋外表面での温度Ｔbを用いて、断熱材の上側の熱膨張量Δｈib＝αi×（Ｔb−３０℃）×ｈibを計算する。ここで３０℃は室温の意味である。そして図４に示す構成の非接触変位計１３ｂで測定した変位量ｈb’からΔｈibを引き算すれば、第１の実施の形態で説明した坩堝上蓋の変位量ｈ2が求まる（ｈ2＝ｈb’−Δｈib）。そして第１の実施形態と同様、上蓋の変形量ｈ3が場所的に種結晶基板位置と近いのでｈ3≒ｈ2とすれば、ｈ3だけＲＦコイルを移動させれば熱膨張によるＲＦコイルの位置ズレを解消することができる。従来は坩堝形状の設計変更、坩堝の材料や寸法のばらつき、断熱の材材料や寸法などの諸々の理由で、多くの予備実験を必要としていたが、今後は予備実験を大幅に削減できる。即ち、結晶成長に関して長年の勘にもとづく経験パラメーターがひとつ減ることになる。
【００４０】
なお、坩堝外表面の変形量ｈ2から坩堝とＲＦコイルの相対位置のズレ量ｈ3を補正する作業は第１の実施の形態と同手順であり、説明を省略する。
【００４１】
この構成によれば、結晶製造装置の装置設計の都合上、坩堝外表面の熱膨張による変位量が測定できない場合でも、断熱材の外表面の熱膨張量を測定することで坩堝の熱膨張状態が把握できる。これにより坩堝とＲＦコイルの相対的なズレを算出し補正することで、坩堝内の温度を所望する温度領域に設定することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明にかかる単結晶製造装置はＳｉＣ用結晶成長プロセスを想定したものであるが、昇華法プロセス以外でも結晶成長場の状態観察が困難なプロセスに有効であり、半導体デバイス材料、強誘電体材料、超電導材料、形状記憶合金、イオン導電体材料などの多くの結晶材料、金属間化合物を製造するプロセスに効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の実施の形態１における単結晶製造装置の断面を示す図
【図２】本発明の実施の形態２における単結晶製造装置の断面を示す図
【図３】本発明の実施の形態３における単結晶製造装置の断面を示す図
【図４】本発明の実施の形態４における単結晶製造装置の断面を示す図
【図５】昇温とともに熱膨張によりＲＦコイルと坩堝の相対位置がずれることを説明する図
【図６】坩堝に対するＲＦコイル位置と坩堝外表面の温度分布の関係を表した図
【図７】結晶の成長状態に応じてＲＦコイルの位置を変えていく様子を表した図
【図８】従来技術でＸ線装置を組み込んで坩堝内部が観察できる単結晶製造装置の断面を表した図
【図９】従来技術の一般的な単結晶製造装置の断面を表した図
【符号の説明】
【００４４】
１  原料粉末
２  坩堝
３  断熱材
４  上蓋
５ａ  観測孔
５ｂ  観測孔
６  ミラー
７  スタンド
８  単結晶
９  ＲＦコイル
１０  冷却水
１１ａ  パイロメーター（非接触温度計）
１１ｂ  パイロメーター（非接触温度計）
１２ａ  耐熱ガラス
１２ｂ  耐熱ガラス
１３ａ  非接触変位計
１３ｂ  非接触変位計
１４  Ｘ線管
１５  半導体検出器
１６ａ  耐熱ガラス
１６ｂ  耐熱ガラス
１７  単結晶基板
１８  Ａｒガス流入口
１９  Ａｒガス流出口
２０ａ  フランジ
２０ｂ  フランジ
２１  コイル保持器
２２  昇降機
２３  昇降機
２４  昇降機
ｈ1  室温から結晶成長温度に昇温した時の、坩堝本体の熱膨張による変形量
ｈ2  室温から結晶成長温度に昇温した時の、坩堝上蓋面での熱膨張による変形量
ｈ3  室温から結晶成長温度に昇温した時の、種結晶基板位置での熱膨張による変形量
【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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