(57)【要約】【課題】基板の温度をより正確に測定可能な気相成長装置を提供する。【解決手段】基板１に対して気相成長処理を行なう気相成長装置１００は、所定の測定位置３０を挟んで相互に対向するように配置された放射温度計２および構成部材４を備え、放射温度計２は、基板１が測定位置３０に位置している状態において、構成部材４から基板１を透過して放射温度計２に到達する第１赤外線エネルギーを検出し、基板１が測定位置３０に位置していない状態において、構成部材４から放射温度計２に直接到達する第２赤外線エネルギーを検出し、第１赤外線エネルギーおよび第２赤外線エネルギーに基づいて基板１の温度を算出する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に対して気相成長処理を行なう気相成長装置であって、
所定の測定位置を挟んで相互に対向するように配置された放射温度計および構成部材を備え、
前記放射温度計は、
前記基板が前記測定位置に位置している状態において、前記構成部材から前記基板を透過して前記放射温度計に到達する第１赤外線エネルギーを検出し、
前記基板が前記測定位置に位置していない状態において、前記構成部材から前記放射温度計に直接到達する第２赤外線エネルギーを検出し、
前記第１赤外線エネルギーおよび前記第２赤外線エネルギーに基づいて前記基板の温度を算出する、
気相成長装置。
【請求項２】
前記構成部材は、前記基板を加熱するヒーター部を含み、
前記放射温度計が算出した前記基板の温度に基づいて、前記基板の温度が所望の値となるように前記ヒーター部を制御する制御部をさらに備える、
請求項１に記載の気相成長装置。
【請求項３】
前記構成部材は、前記基板を保持した状態で回転可能な基板保持部材を含み、
前記基板保持部材の回転によって、前記基板が前記測定位置に位置していない状態と前記基板が前記測定位置に位置している状態とが切り替えられる、
請求項１または２に記載の気相成長装置。
【請求項４】
気相成長処理を行なう気相成長装置内に配置された基板の温度を測定する基板温度測定方法であって、
前記気相成長装置内には、所定の測定位置を挟んで相互に対向するように放射温度計および構成部材が配置されており、
前記測定位置に前記基板が配置されている状態で、前記構成部材から前記基板を透過して前記放射温度計に到達する第１赤外線エネルギーを前記放射温度計が検出する工程と、
前記測定位置に前記基板が配置されていない状態で、前記構成部材から前記放射温度計に直接到達する第２赤外線エネルギーを前記放射温度計が検出する工程と、
前記第１赤外線エネルギーおよび前記第２赤外線エネルギーに基づいて前記基板の温度を前記放射温度計が算出する工程と、を備える、
基板温度測定方法。
【請求項５】
前記構成部材は、前記基板を加熱するヒーター部を含み、
前記放射温度計が算出した前記基板の温度に基づいて、前記基板の温度が所望の値となるように前記ヒーター部が制御される工程をさらに備える、
請求項４に記載の基板温度測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気相成長装置および基板温度測定方法に関し、特に、放射温度計を備えた気相成長装置および放射温度計を使用して気相成長装置内の基板の温度を測定する基板温度測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
下記の特許文献１〜３参照は、放射温度計を使用して被測定物の表面温度を測定する装置および方法を開示している。下記の特許文献４は、気相成長装置内の基板の温度を測定する基板温度測定方法を開示している。
【０００３】
放射温度計は、被測定物の表面から放射される赤外線エネルギーを検出することによって、被測定物の温度を測定する。放射温度計を使用して被測定物の温度を測定する場合、放射温度計が被測定物の表面からの赤外線エネルギーの放射率を直接測定することは困難である。放射温度計は、被測定物の表面からの赤外線エネルギーの反射率を測定し、キルヒホッフの式を用いて被測定物の表面からの赤外線エネルギーの放射率を得ている。
【０００４】
放射温度計の測定波長（放射温度計が測定の対象とする被測定光の波長）と被測定物の材質との組合せによっては、放射温度計は、被測定物の裏面側から表面側に向かって被測定物を透過した光も検出する。たとえば、放射温度計の測定波長が９５０ｎｍであり、被測定物がサファイア基板である場合、被測定物体の裏面側から表面側に向かって進む被測定光（赤外線エネルギー）は約７０〜９０％の透過率でサファイア基板を透過する。
【０００５】
この場合、放射温度計は、基板の表面からの赤外線エネルギーと、裏面側のバックグランド環境からの赤外線エネルギーとの合計値に基づいて基板の温度を算出する。当該合計値によっては、基板の温度が正確に算出されることは困難となる。これに対して、下記の特許文献５は、基板の裏面側にエネルギー遮蔽部を設けることによって、基板の温度を正確に測定することができると述べている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平４−４３９２８号公報
【特許文献２】特開平５−２０９７９２号公報
【特許文献３】特開平９−１６６４９４号公報
【特許文献４】特開２０１０−１００９１４号公報
【特許文献５】特開２００６−１０５７８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献５における基板温度測定方法を使用したとしても、気相成長装置内で基板に化合物半導体を形成する際（または形成の前後）は、基板の温度を正確に測定することは困難となる。たとえば、基板上にＧａＮを成膜する際は、基板の温度は約９００〜１１００℃に設定される。基板の裏面側に設けられるエネルギー遮蔽部として選択される部材は、約９００〜１１００℃以上の融点を有し、且つ温度が約９００〜１１００℃の状態で約０．０１の赤外線エネルギーの放射率を有している必要がある。このような条件を満足する部材を得ることは困難である。
【０００８】
このような条件を満足する部材が得られたとしても、当該部材が基板の裏面側にエネルギー遮蔽部として配設されることによって、ヒーター等による基板の温度調節が妨げられたり、ヒーター等による基板の温度調節のために必要なエネルギー使用量が増大したりするという課題も誘発される。
【０００９】
本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであって、基板の温度をより正確に測定可能な気相成長装置および基板温度測定方法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】
【００１０】
本発明に基づく気相成長装置は、基板に対して気相成長処理を行なう気相成長装置であって、所定の測定位置を挟んで相互に対向するように配置された放射温度計および構成部材を備え、上記放射温度計は、上記基板が上記測定位置に位置している状態において、上記構成部材から上記基板を透過して上記放射温度計に到達する第１赤外線エネルギーを検出し、上記基板が上記測定位置に位置していない状態において、上記構成部材から上記放射温度計に直接到達する第２赤外線エネルギーを検出し、上記第１赤外線エネルギーおよび上記第２赤外線エネルギーに基づいて上記基板の温度を算出する。
【００１１】
好ましくは、上記構成部材は、上記基板を加熱するヒーター部を含み、上記放射温度計が算出した上記基板の温度に基づいて、上記基板の温度が所望の値となるように上記ヒーター部を制御する制御部をさらに備える。
【００１２】
好ましくは、上記構成部材は、上記基板を保持した状態で回転可能な基板保持部材を含み、上記基板保持部材の回転によって、上記基板が上記測定位置に位置していない状態と上記基板が上記測定位置に位置している状態とが切り替えられる。
【００１３】
本発明に基づく基板温度測定方法は、気相成長処理を行なう気相成長装置内に配置された基板の温度を測定する基板温度測定方法であって、上記気相成長装置内には、所定の測定位置を挟んで相互に対向するように放射温度計および構成部材が配置されており、上記測定位置に上記基板が配置されている状態で、上記構成部材から上記基板を透過して上記放射温度計に到達する第１赤外線エネルギーを上記放射温度計が検出する工程と、上記測定位置に上記基板が配置されていない状態で、上記構成部材から上記放射温度計に直接到達する第２赤外線エネルギーを上記放射温度計が検出する工程と、上記第１赤外線エネルギーおよび上記第２赤外線エネルギーに基づいて上記基板の温度を上記放射温度計が算出する工程と、を備える。
【００１４】
好ましくは、上記構成部材は、上記基板を加熱するヒーター部を含み、上記放射温度計が算出した上記基板の温度に基づいて、上記基板の温度が所望の値となるように上記ヒーター部が制御される工程をさらに備える。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、基板の温度をより正確に測定可能な気相成長装置および基板温度測定方法を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施の形態に係る気相成長装置を模式的に示す断面図である。
【図２】図１中のＩＩ−ＩＩ線における矢視平面図である。
【図３】実施の形態に係る放射温度計の構成を示す図である。
【図４】実施の形態に係る気相成長装置による基板温度測定方法（放射温度計の動作フロー）を示す図である。
【図５】実施の形態に係る気相成長装置において、基板が測定位置に位置している状態を模式的に示す断面図である。
【図６】実施の形態に係る気相成長装置において、基板が測定位置に位置していない状態を模式的に示す断面図である。
【図７】実施の形態に基づく性能試験結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明に基づいた実施の形態について、以下、図面を参照しながら説明する。実施の形態の説明において、個数、量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、本発明の範囲は必ずしもその個数、量などに限定されない。実施の形態の説明において、同一の部品、相当部品に対しては、同一の参照番号を付し、重複する説明は繰り返さない場合がある。
【００１８】
（気相成長装置１００）
図１は、実施の形態に係る気相成長装置１００を模式的に示す断面図である。図２は、図１中のＩＩ−ＩＩ線における矢視平面図である。
【００１９】
図１を参照して、気相成長装置１００は、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ：Metal Organic Chemical Vapor Deposition）を使用して、基板１に対して気相成長処理を行なうことができる。気相成長処理によって、基板１の表面はたとえば結晶性の良好なＧａＮの成膜処理が施される。気相成長装置１００は、反応炉１４、放射温度計２、ガス導入口１１、プレート１２、構成部材４、制御部６、支持台７、環状壁８、回転軸９、支持台１０、およびガス排気部１７を備える。
【００２０】
反応炉１４は中空状であり、反応炉１４の内部には成長室１４Ｔが形成される。回転軸９は、成長室１４Ｔ内に載置された支持台１０の上に立設される。回転軸９は、アクチュエータ（図示せず）等から動力を受けることによって矢印ＡＲ方向に回動する。回転軸９の上端に、支持台７が取り付けられる。
【００２１】
構成部材４は、基板保持部材３およびヒーター５を含む。ヒーター５は支持台７上に設置される。ヒーター５は、たとえばカーボン製の部材から構成され、抵抗加熱または誘導加熱によって加熱される。ヒーター５がカーボン製の部材から構成されることによって、ヒーター５は９００℃〜１１００℃に加熱されることができる。
【００２２】
基板保持部材３は、ヒーター５と間隔を空けて対向するように所定の固定部材（図示せず）によって水平支持される。基板保持部材３は、たとえば石英製の部材から構成される。基板保持部材３が石英製の部材から構成されることによって、気相成長処理中における基板保持部材３の変形が抑制される。
【００２３】
基板保持部材３とヒーター５との間に、ヒーター５の温度を制御する制御部６が配設される。制御部６は、ヒーター５の温度を測定する温度計等を含んでいる。環状壁８は、基板保持部材３、ヒーター５、制御部６、支持台７、回転軸９、および支持台１０を取り囲むように設けられる。
【００２４】
図２を参照して、基板保持部材３は平面視円形状に構成される。基板保持部材３の表面には、周方向に９０°の間隔で並ぶ載置部３Ａ〜３Ｄが凹設されている。載置部３Ａ〜３Ｄによって、たとえばサファイア基板等からなる基板１は、基板保持部材３の上面側において保持されることができる。本実施の形態においては、載置部３Ｂ〜３Ｄの各々に基板１が１つずつ載置され、載置部３Ａには基板１は載置されていない。
【００２５】
基板保持部材３は、回転軸９（図１参照）が回転することによって矢印ＡＲ方向に回転するように構成されている。基板保持部材３の回転によって、基板保持部材３上に保持された３つの基板１も同方向に回転する。図示上の便宜のため、載置部３Ｂ〜３Ｄの内周と各基板１の外周との間には間隙が設けられているが、実際には、載置部３Ｂ〜３Ｄによって各基板１を保持可能なように、当該間隙は図示上の寸法より狭く設定される。
【００２６】
図１を再び参照して、基板保持部材３と対向するようにプレート１２が固定される。プレート１２には開口部１３が設けられる。基板保持部材３の回転によって、各基板１および載置部３Ａ（図２参照）は、開口部１３の下方を順次通過する。開口部１３の下方に、開口部１３と各基板１および載置部３Ａとが対向する部分として、測定位置３０（図２も参照）が規定されている。
【００２７】
開口部１３の上方に放射温度計２が固定される。放射温度計２は、測定位置３０を挟んで基板保持部材３（または基板１）に対向する。開口部１３の下方（測定位置３０）を順次通過する各基板１および載置部３Ａ（基板保持部材３）から放射される赤外線エネルギーは、開口部１３を通して放射温度計２に到達する（矢印Ｅ参照）。
【００２８】
放射温度計２は、開口部１３の下方（測定位置３０）を通過する各基板１から放射され開口部１３を通して放射温度計２に到達した赤外線エネルギーと、開口部１３の下方（測定位置３０）を通過する載置部３Ａ（基板保持部材３）から放射され開口部１３を通して放射温度計２に到達した赤外線エネルギーとをそれぞれ検出することができる。
【００２９】
ガス導入口１１は、反応炉１４の外部と内部とを連通している。ガス導入口１１の下端は、基板保持部材３の中央部に対向している。ガス導入口１１を通して、たとえば、ＩＩＩ族元素を含むＩＩＩ族系ガスとＶ族元素を含むＶ族系ガスとの混合ガス（反応ガス）が成長室１４Ｔ内に導入される。
【００３０】
ＩＩＩ族元素は、Ｇａ（ガリウム）、Ａｌ（アルミニウム）またはＩｎ（インジウム）などである。ＩＩＩ族元素を含むＩＩＩ族系ガスとしては、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）またはトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）などの有機金属ガスを１種類以上含む。Ｖ族元素は、Ｎ（窒素）、Ｐ（リン）またはＡｓ（ヒ素）などである。Ｖ族元素を含むＶ族系ガスとしては、アンモニア（ＮＨ３）、ホスフィン（ＰＨ３）またはアルシン（ＡｓＨ３）などの水素化合物ガスを１種類以上含む。
【００３１】
本実施の形態においては、たとえば、流量５ｓｃｃｍのＴＭＧ（Trimehtylgallium）、流量５ＳＬＭのアンモニア、および流量１０ＳＬＭの水素からなる混合ガスが、ガス導入口１１から成長室１４Ｔ内に導入される。ガス排気部１７は、接続管１６および排ガス処理装置１５を含む。接続管１６に設けられた圧力調整用バルブ（図示せず）によって、成長室１４Ｔ内の圧力が１００Ｔｏｒｒに設定される。
【００３２】
混合ガスが成長室１４Ｔ内に導入される際、制御部６は、ヒーター５の温度がたとえば９００℃〜１１００℃となるように、ヒーター５の駆動量を調節する。ヒーター５の温度が９００℃〜１１００℃に到達してから約１０分程度その状態が維持され、基板１および基板保持部材３の温度が安定するまで（定常状態となるまで）待機される。
【００３３】
図２を再び参照して、基板１および基板保持部材３の温度が定常状態となった後、基板保持部材３は、回転軸９からの動力を受けて１５ｒｐｍ（１５回転／分＝１回転／４秒）の角速度で矢印ＡＲ方向に回転する。
【００３４】
基板１を載置していない載置部３Ａは、基板保持部材３の回転によって、４秒毎に測定位置３０に到達する。基板１を載置している各載置部３Ｂ〜３Ｄも同様に、基板保持部材３の回転によって、４秒毎に測定位置３０に到達する。
【００３５】
載置部３Ａが測定位置３０に最初に到達したときを時間の原点（ｔ＝０）とすると、載置部３Ａは、０、４、８、１２、・・・（ｔ３Ａ＝４ｎ：ｎは０および自然数）秒後に測定位置３０に到達する。載置部３Ｂにおける基板１は、１、５、９、・・・（ｔ３Ｂ＝１＋４ｎ）秒後に測定位置３０に到達する。載置部３Ｃにおける基板１は、２、６、１０、・・・（ｔ３Ｃ＝２＋４ｎ）秒後に測定位置３０に到達する。載置部３Ｄにおける基板１は、３、７、１１、・・・（ｔ３Ｄ＝３＋４ｎ）秒後に測定位置３０に到達する。
【００３６】
本実施の形態においては、基板保持部材３の回転によって、基板１が測定位置３０に位置している状態と、基板１が測定位置３０に位置していない状態とが実現されている。
【００３７】
（気相成長装置における基板温度測定方法）
図３および図４を参照して、気相成長装置１００における基板温度測定方法として、放射温度計２の構成および動作フローについて説明する。図３に示すように、放射温度計２は、検出部２Ａ、判定部２Ｂ、記憶部２Ｃ、および演算部２Ｄを含んでいる。
【００３８】
図４に示すように、検出部２Ａは、測定位置３０（図２参照）に位置する物体から放射される赤外線を検出（受光）する。検出部２Ａは、検出した赤外線エネルギーのエネルギー値を測定する（動作ＳＴ１）。
【００３９】
検出部２Ａによって測定された赤外線エネルギー（のエネルギー値）は、判定部２Ｂに入力される。判定部２Ｂは、予め定められた閾値に基づいて、測定された赤外線エネルギーの種別を判定する（動作ＳＴ２）。具体的には、検出部２Ａによって検出された赤外線エネルギーが、基板１が測定位置３０に位置している状態で基板１から放射された赤外線エネルギー（以下、第１赤外線エネルギーともいう）であるか、または基板１が測定位置３０に位置していない状態で基板保持部材３（載置部３Ａ）から放射された赤外線エネルギー（以下、第２赤外線エネルギーともいう）であるかが、判定部２Ｂによって判定される。
【００４０】
判定部２Ｂは、予め定められた閾値に限られず、上述の時間ｔ３Ａ，ｔ３Ｂ，ｔ３Ｃ，ｔ３ｄに基づいて、測定された赤外線エネルギーの種別を判定してもよい。載置部３Ａが測定位置３０に最初に到達したときを時間から時間ｔ３Ｂ，ｔ３Ｃ，ｔ３ｄが経過したときは、基板１が測定位置３０に位置している。この場合、検出部２Ａによって検出される赤外線エネルギーは、第１赤外線エネルギーとして判定される。載置部３Ａが測定位置３０に最初に到達したときを時間から時間ｔ３Ａが経過したときは、基板保持部材３（載置部３Ａ）が測定位置３０に位置している。この場合、検出部２Ａによって検出される赤外線エネルギーは、第２赤外線エネルギーとして判定される。
【００４１】
赤外線エネルギーの種別が第１赤外線エネルギーであると判定された場合、そのエネルギー値は、演算部２Ｄに入力される（動作ＳＴ３Ａ）。赤外線エネルギーの種別が第２赤外線エネルギーであると判定された場合、そのエネルギー値は、記憶部２Ｃに入力される（動作ＳＴ３Ｂ）。
【００４２】
演算部２Ｄは、第１赤外線エネルギーのエネルギー値が得られた後、記憶部２Ｃから第２赤外線エネルギーのエネルギー値の情報を取得する。演算部２Ｄは、第１および第２赤外線エネルギーのエネルギー値に基づいて、基板１の温度を算出するための演算を行なう（動作ＳＴ３Ｃ）（詳細は次述する）。その結果は、制御部６（図１および図３参照）等に出力される（動作ＳＴ４）。制御部６は、演算部２Ｄから取得した基板１の温度情報に基づいて、ヒーター５の温度を制御するように構成されてもよい（動作ＳＴ５）。
【００４３】
（放射温度計２における演算）
図５および図６を参照して、放射温度計２における演算について詳細に説明する。図５は、気相成長装置１００において、基板１が測定位置３０に位置している状態（ｔ＝ｔ３Ｂ，ｔ３Ｃ，ｔ３ｄ）を模式的に示す断面図である。図６は、気相成長装置１００において、基板１が測定位置３０に位置していない状態（ｔ＝ｔ３Ａ）を模式的に示す断面図である。図示上の便宜のため、図５および図６には、図１におけるプレート１２および開口部１３等を記載していない。
【００４４】
図５に示すように、サファイア基板等から構成される基板１は、基板保持部材３上において、ヒーター５によってたとえば約１０００℃に加熱される。この状態で、基板１は測定位置３０に到達する（図５に示す状態）。基板１の上方には、基板１に対向するように放射温度計２が固定されている。放射温度計２の測定波長は９５０ｎｍに設定されている。
【００４５】
放射温度計２は、各赤外線エネルギーＥ１，Ｅ３，Ｅ５を検出する。赤外線エネルギーＥ１は、基板１の表面から放射され、放射温度計２に直接到達する波長９５０ｎｍの赤外線エネルギーの値である。赤外線エネルギーＥ３は、基板保持部材３の表面から放射され、基板１を透過することによって放射温度計２に到達する波長９５０ｎｍの赤外線エネルギーの値である。赤外線エネルギーＥ５は、ヒーター５の表面から放射され、基板保持部材３および基板１をそれぞれ透過することによって放射温度計２に到達する波長９５０ｎｍの赤外線エネルギーの値である。
【００４６】
放射温度計２は、各赤外線エネルギーＥ１，Ｅ３，Ｅ５の各値を個別に検出することはできない。これらの各赤外線エネルギーＥ１，Ｅ３，Ｅ５の各値は合計され、総赤外線エネルギーＥ１０（上述の第１赤外線エネルギーに対応）として放射温度計２に検出される。
【００４７】
ここで、基板１は、ヒーター５によって加熱されて昇温している。基板保持部材３も、ヒーター５によって加熱されて昇温している。基板１の温度よりも基板保持部材３の温度の方が高く、基板保持部材３の温度よりもヒーター５の温度の方が高い。各赤外線エネルギーＥ１，Ｅ３，Ｅ５の間には、赤外線エネルギーＥ１＜赤外線エネルギーＥ３＜赤外線エネルギーＥ５の関係が成立している。
【００４８】
上述のとおり、本実施の形態におけるヒーター５の材質には反射率の高いカーボンが含まれる。基板保持部材３の材質に石英が含まれる場合、波長９５０ｎｍの赤外線エネルギーの基板保持部材３に対する透過率は９０％以上となる。基板１の材質にたとえばサファイア基板が含まれる場合、波長９５０ｎｍの赤外線エネルギーの基板１に対する透過率は約８０％となる。総赤外線エネルギーＥ１０は、基板保持部材３からの赤外線エネルギーＥ３およびヒーター５からの赤外線エネルギーＥ５の影響を大きく受けている。総赤外線エネルギーＥ１０をそのまま演算したとしても、基板１の温度は正確には算出されない。本実施の形態においては、放射温度計２によって以下の演算処理が行なわれる。
【００４９】
波長９５０ｎｍの赤外線エネルギーの基板１に対する透過率を透過率Ｔ１とする。波長９５０ｎｍの赤外線エネルギーの基板保持部材３に対する透過率を透過率Ｔ３とする。総赤外線エネルギーＥ１０の値は次の式１によって表される。
Ｅ１０＝（Ｅ５×Ｔ３×Ｔ１）＋（Ｅ３×Ｔ１）＋Ｅ１  ・・・（式１）
式１を変形すると、次の式１Ａが得られる。
Ｅ１０＝Ｔ１×（Ｅ５×Ｔ３＋Ｅ３）＋Ｅ１  ・・・（式１Ａ）
図６を参照して、基板１（図示せず）が測定位置３０に位置していない状態においては、放射温度計２は、各赤外線エネルギーＥ３，Ｅ５のみを検出する。上述のとおり、赤外線エネルギーＥ３は、基板保持部材３の表面から放射され、基板１を透過することによって放射温度計２に到達する波長９５０ｎｍの赤外線エネルギーの値である。赤外線エネルギーＥ５は、ヒーター５の表面から放射され、基板保持部材３および基板１をそれぞれ透過することによって放射温度計２に到達する波長９５０ｎｍの赤外線エネルギーの値である。
【００５０】
これらの各赤外線エネルギーＥ３，Ｅ５の各値は合計され、総赤外線エネルギーＥ２０（第２赤外線エネルギー）として放射温度計２に検出される。総赤外線エネルギーＥ２０の値は次の式２によって表される。
Ｅ２０＝（Ｅ５×Ｔ３）＋Ｅ３  ・・・（式２）
式２を上記の式１Ａに代入すると、次の式３が得られる。
Ｅ１０＝Ｔ１×Ｅ２０＋Ｅ１  ・・・（式３）
式３を変形すると、次の式４が得られる。
Ｅ１＝Ｅ１０−Ｔ１×Ｅ２０  ・・・（式４）
式４の総赤外線エネルギーＥ１０は、基板１が測定位置３０に位置している状態（図５に示す状態）において、放射温度計２が検出した値として得られることができる。式４の総赤外線エネルギーＥ２０は、基板１が測定位置３０に位置していない状態（図６に示す状態）において、放射温度計２が検出した値として得られることができる。式４の透過率Ｔ１（波長９５０ｎｍの赤外線エネルギーの基板１に対する透過率）は、予め基板１の材質に基づいて得られることができる。
【００５１】
式４によれば、上述の総赤外線エネルギーＥ１０，Ｅ２０および透過率Ｔ１に基づいて、赤外線エネルギーＥ１（基板１の表面から放射され、放射温度計２に直接到達する波長９５０ｎｍの赤外線エネルギーの値）が算出されることができる。算出された赤外線エネルギーＥ１は、シュテファン＝ボルツマンの法則およびプランクの法則に基づいて、基板１の温度に換算される。当該換算によって、基板１の温度は正確に算出されることができる。
【００５２】
基板１が測定位置３０に位置している状態（ｔ＝ｔ３Ｂ，ｔ３Ｃ，ｔ３ｄ）において、上述の総赤外線エネルギーＥ１０が算出される。ｔ＝ｔ３Ｂ，ｔ３Ｃ，ｔ３ｄ時におけるそれぞれの総赤外線エネルギーＥ１０の値が平均されてもよい。基板１が測定位置３０に位置していない状態（ｔ＝ｔ３Ａ）において、上述の総赤外線エネルギーＥ２０が算出される。基板保持部材３（図２参照）の回転によって、総赤外線エネルギーＥ１０，Ｅ２０が連続的に取得され、基板１の温度も連続的に（リアルタイムで）算出されることができる。
【００５３】
図４を再び参照して、上述のとおり、基板１の温度が連続的に算出されている状態で、ヒーター５の温度が制御されるとよい（動作ＳＴ５）。当該温度制御によって、所定の反応ガスが成長室１４Ｔ（図１参照）内に導入され基板１に対して気相成長処理が行なわれている際（またはその前後）に、基板１の温度は所望の値に設定されることができる。基板１に対して、均一な成膜処理などが施されることが可能となる。
【００５４】
基板１の温度測定は、メンテナンス中に行なわれることが好ましいが、気相成長処理が行なわれている最中に実施されてもよく、気相成長処理が行なわれる前後の待機中に実施されてもよい。
【００５５】
図１を再び参照して、基板１に対する処理を終えた後、反応ガスは、接続管１６を通して成長室１４Ｔから排出される。反応ガスは、排ガス処理装置１５によって無害化され、排出ライン１８を通して外部に排出される。
【００５６】
（実施の形態の他の形態）
上述の実施の形態においては、構成部材４が基板保持部材３およびヒーター５を含んでおり、基板保持部材３とヒーター５とから放射される赤外線エネルギーに基づいて基板１の温度が算出される態様に基づいて説明した。構成部材４としては、基板保持部材３およびヒーター５に限られず、基板１の下方に配置されるものであって放射温度計２に到達する赤外線エネルギーを放射するものであれば、基板保持部材３のみであってもよく、他の部材（たとえば、ヒーター５から放射される熱を均一にする均熱板など）を含んでいてもよい。
【００５７】
上述の実施の形態においては、基板保持部材３の回転によって（図２参照）、基板１が測定位置３０に位置している状態と、基板１が測定位置３０に位置していない状態とが実現されている。これらの各状態は、成長室１４Ｔ内において他の手段によって実現されてもよい。
【００５８】
上述の実施の形態においては、測定された基板１の温度情報は、ヒーター５の温度制御に活用されている。測定された基板１の温度情報は、ヒーター５の温度制御の他にも、反応ガスの導入量の制御や、成長室１４Ｔ内の圧力の制御等に活用されてもよい。
【００５９】
（実施例）
図７を参照して、上述の実施の形態に係る構成に基づいて、波長９５０ｎｍの赤外線エネルギーに対する透過率が７３．４％のサファイア基板を用いて、制御部６によるヒーター５の設定温度を９００℃として性能試験を行なった。その結果、構成部材４（基板保持部材３およびヒーター５）からの総赤外線エネルギーＥ２０に基づいて算出した基板１の温度は７５６℃であった。基板１からの総赤外線エネルギーＥ１０に基づいて算出した基板１の温度は７５０℃であった。
【００６０】
上記の結果と上記の式４とに基づいて基板１の温度を算出したところ６４８℃であった。同様の試験を複数回行なったところ、測定誤差は±１％（約０．７℃）以内であった。この結果から、本発明に基づく気相成長装置および基板温度測定方法によれば、基板１の温度が正確に測定されていることがわかる。なお、上記の測定誤差は、サファイア基板の透過率のばらつきに起因しているものと推察される。
【００６１】
以上、本発明に基づいた実施の形態について説明したが、今回開示された各実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の技術的範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００６２】
１  基板、２  放射温度計、２Ａ  検出部、２Ｂ  判定部、２Ｃ  記憶部、２Ｄ  演算部、３  基板保持部材、３Ａ〜３Ｄ  載置部、４  構成部材、５  ヒーター、６  制御部、７，１０  支持台、８  環状壁、９  回転軸、１１  ガス導入口、１２  プレート、１３  開口部、１４  反応炉、１４Ｔ  成長室、１５  排ガス処理装置、１６  接続管、１７  ガス排気部、１８  排出ライン、３０  測定位置、１００  気相成長装置、ＡＲ，Ｅ  矢印、Ｅ１，Ｅ３，Ｅ５  赤外線エネルギー、Ｅ１０，Ｅ２０  総赤外線エネルギー、ＳＴ１，ＳＴ２，ＳＴ３Ａ，ＳＴ３Ｂ，ＳＴ３Ｃ，ＳＴ４，ＳＴ５  動作。
【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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