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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024087424
(43)【公開日】2024-07-01
(54)【発明の名称】昇華成長装置
(51)【国際特許分類】
C30B 29/36 20060101AFI20240624BHJP
C30B 23/06 20060101ALI20240624BHJP
【ＦＩ】
C30B29/36 A
C30B23/06
【審査請求】未請求
【請求項の数】7
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022202248
(22)【出願日】2022-12-19
(71)【出願人】
【識別番号】522491384
【氏名又は名称】ヤマコー株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001427
【氏名又は名称】弁理士法人前田特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】山中 悠也
(72)【発明者】
【氏名】高橋 弘法
(72)【発明者】
【氏名】渡辺 浩之
【テーマコード（参考）】
4G077
【Ｆターム（参考）】
4G077AA02
4G077BE08
4G077DA02
4G077DA18
4G077EA01
4G077EG18
4G077EG19
4G077EH07
4G077HA12
(57)【要約】
【課題】原料が収容される容器が大型化された場合であっても十分な熱容量を確保するとともに、容器内の温度分布の均一化を図る。
【解決手段】２０００℃以上の昇華温度を持った原料を昇華させて種結晶に単結晶成長させる昇華成長装置１において、原料Ｂを加熱する加熱源は、互いに間隔をあけて配置された複数の誘導加熱源４１～４３と、誘導加熱源４１～４３とは別の箇所に配置された少なくとも１つの抵抗加熱源４４とを含んでいる。制御装置５０は、複数の誘導加熱源４１～４３と抵抗加熱源４４とに同時に通電するように構成されている。
【選択図】図１
【解決手段】２０００℃以上の昇華温度を持った原料を昇華させて種結晶に単結晶成長させる昇華成長装置１において、原料Ｂを加熱する加熱源は、互いに間隔をあけて配置された複数の誘導加熱源４１～４３と、誘導加熱源４１～４３とは別の箇所に配置された少なくとも１つの抵抗加熱源４４とを含んでいる。制御装置５０は、複数の誘導加熱源４１～４３と抵抗加熱源４４とに同時に通電するように構成されている。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
２０００℃以上の昇華温度の原料が収容される容器と、前記容器を加熱する加熱源と、前記加熱源を制御する制御装置とを備え、前記容器を前記加熱源により加熱し、前記原料を昇華させて種結晶に単結晶成長させる昇華成長装置において、
前記加熱源は、互いに間隔をあけて配置された複数の誘導加熱源と、前記誘導加熱源とは別の箇所に配置された少なくとも１つの抵抗加熱源とを含んでおり、
前記制御装置は、複数の前記誘導加熱源と前記抵抗加熱源とに同時に通電するように構成されていることを特徴とする昇華成長装置。
前記加熱源は、互いに間隔をあけて配置された複数の誘導加熱源と、前記誘導加熱源とは別の箇所に配置された少なくとも１つの抵抗加熱源とを含んでおり、
前記制御装置は、複数の前記誘導加熱源と前記抵抗加熱源とに同時に通電するように構成されていることを特徴とする昇華成長装置。
【請求項2】
請求項１に記載の昇華成長装置において、
前記容器の温度状態を取得して前記制御装置に出力する温度センサを備え、
前記制御装置は、予め設定された設定温度と前記温度センサから出力された前記容器の温度状態とに基づくＰＩＤ制御を実行することにより、複数の前記誘導加熱源と前記抵抗加熱源とを制御するように構成されていることを特徴とする昇華成長装置。
前記容器の温度状態を取得して前記制御装置に出力する温度センサを備え、
前記制御装置は、予め設定された設定温度と前記温度センサから出力された前記容器の温度状態とに基づくＰＩＤ制御を実行することにより、複数の前記誘導加熱源と前記抵抗加熱源とを制御するように構成されていることを特徴とする昇華成長装置。
【請求項3】
請求項１に記載の昇華成長装置において、
複数の前記誘導加熱源は、第１の誘導加熱源と、第２の誘導加熱源とを含んでおり、
前記制御装置は、前記第１の誘導加熱源に電流を供給する第１の電源回路と、前記第２の誘導加熱源に電流を供給する第２の電源回路とを有するとともに、前記第１の誘導加熱源に印加される電圧の位相と前記第２の誘導加熱源に印加される電圧の位相との差を０にするように構成されていることを特徴とする昇華成長装置。
複数の前記誘導加熱源は、第１の誘導加熱源と、第２の誘導加熱源とを含んでおり、
前記制御装置は、前記第１の誘導加熱源に電流を供給する第１の電源回路と、前記第２の誘導加熱源に電流を供給する第２の電源回路とを有するとともに、前記第１の誘導加熱源に印加される電圧の位相と前記第２の誘導加熱源に印加される電圧の位相との差を０にするように構成されていることを特徴とする昇華成長装置。
【請求項4】
請求項１に記載の昇華成長装置において、
複数の前記誘導加熱源は、前記容器を構成する周壁部を外側から囲むように配置され、
前記抵抗加熱源は、前記容器を構成する底壁部から前記周壁部で囲まれた空間内に向けて突出するように配置されていることを特徴とする昇華成長装置。
複数の前記誘導加熱源は、前記容器を構成する周壁部を外側から囲むように配置され、
前記抵抗加熱源は、前記容器を構成する底壁部から前記周壁部で囲まれた空間内に向けて突出するように配置されていることを特徴とする昇華成長装置。
【請求項5】
請求項４に記載の昇華成長装置において、
前記抵抗加熱源は、平面視で前記容器の中央部に配置されていることを特徴とする昇華成長装置。
前記抵抗加熱源は、平面視で前記容器の中央部に配置されていることを特徴とする昇華成長装置。
【請求項6】
請求項４に記載の昇華成長装置において、
複数の前記誘導加熱源は、前記周壁部の外側において下端部寄りに配置される下側誘導加熱源と、前記周壁部の外側において上端部寄りに配置される上側誘導加熱源とを含んでおり、
前記下側誘導加熱源の単位時間あたりの加熱能力は、前記上側誘導加熱源の単位時間あたりの加熱能力よりも高く設定されていることを特徴とする昇華成長装置。
複数の前記誘導加熱源は、前記周壁部の外側において下端部寄りに配置される下側誘導加熱源と、前記周壁部の外側において上端部寄りに配置される上側誘導加熱源とを含んでおり、
前記下側誘導加熱源の単位時間あたりの加熱能力は、前記上側誘導加熱源の単位時間あたりの加熱能力よりも高く設定されていることを特徴とする昇華成長装置。
【請求項7】
請求項６に記載の昇華成長装置において、
複数の前記誘導加熱源は、前記周壁部の外側において前記下側誘導加熱源と前記上側誘導加熱源との間に配置される中間誘導加熱源を含んでおり、
前記下側誘導加熱源の単位時間あたりの加熱能力は、前記中間誘導加熱源の単位時間あたりの加熱能力よりも高く設定されていることを特徴とする昇華成長装置。
複数の前記誘導加熱源は、前記周壁部の外側において前記下側誘導加熱源と前記上側誘導加熱源との間に配置される中間誘導加熱源を含んでおり、
前記下側誘導加熱源の単位時間あたりの加熱能力は、前記中間誘導加熱源の単位時間あたりの加熱能力よりも高く設定されていることを特徴とする昇華成長装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、例えば炭化ケイ素等の原料を昇華させて種結晶上に単結晶成長させる昇華成長装置に関する。
【背景技術】
【0002】
炭化ケイ素（ＳｉＣ）は、シリコン（Ｓｉ）に比べて大電力を効率良く制御できることから、例えば半導体素子等をはじめとした各種デバイスに応用されており、その用途は広い。各種デバイスの特性に均一性を持たせるためには、炭化ケイ素を単結晶で成長させるのが好ましい。炭化ケイ素単結晶を製造する際には、昇華再結晶法と呼ばれる方法が知られており、この方法では、原料となる炭化ケイ素粉体を容器内に収容した状態で２０００℃以上の高温まで加熱して昇華させ、原料から離れた所に設置された種結晶上に単結晶成長させることにより、炭化ケイ素単結晶を得ることができる（例えば特許文献１参照）。
【0003】
特許文献１では、石英管の内部に原料が収容された容器が配置されており、その石英管の外周面を囲むように複数の誘導加熱コイルが管軸方向に互いに間隔をあけて設けられている。各誘導加熱コイルに電流を流すことで容器内の原料が昇華温度まで加熱されるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２００２－２５５６９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
ところで、炭化ケイ素で半導体素子を形成する場合、炭化ケイ素基板が用いられるが、半導体素子の生産性向上のためには炭化ケイ素基板の直径を拡大させたいという要求がある。大きな直径の基板を製造するためには、原料が収容される容器の大型化、特に容器径の拡大が必要になる。
【0006】
容器が大型化すると、加熱源の熱容量を増加させなければならず、さらに容器内の温度分布が均一でなくなり、ひいては高品質な炭化ケイ素単結晶を安定して製造するのが困難になる。
【0007】
本開示は、かかる点に鑑みたものであり、その目的とするところは、原料が収容される容器が大型化された場合であっても十分な熱容量を確保するとともに、容器内の温度分布の均一化を図ることにある。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上記目的を達成するために、本開示の一態様では、２０００℃以上の昇華温度の原料が収容される容器と、前記容器を加熱する加熱源と、前記加熱源を制御する制御装置とを備え、前記容器を前記加熱源により加熱し、前記原料を昇華させて種結晶に単結晶成長させる昇華成長装置を前提とすることができる。前記加熱源は、互いに間隔をあけて配置された複数の誘導加熱源と、前記誘導加熱源とは別の箇所に配置された少なくとも１つの抵抗加熱源とを含んでおり、前記制御装置は、複数の前記誘導加熱源と前記抵抗加熱源とに同時に通電するように構成されている。
【0009】
この構成によれば、同時に通電される複数の誘導加熱源を備えていることで熱容量が増加するので、大型化した容器であっても内部の原料を２０００℃以上まで加熱して昇華させることが可能になる。加えて、複数の誘導加熱源が互いに間隔をあけて配置されているので、複数の誘導加熱源によって容器の複数箇所が同時に加熱され、さらに別の箇所に配置された抵抗加熱源によって容器の別の箇所も同時に加熱される。これにより、容器内の温度分布を均一に近づけることが可能になる。誘導加熱源の数は、３つ以上であってもよい。
【0010】
また、昇華成長装置は、前記容器の温度状態を取得して前記制御装置に出力する一または複数の温度センサを備えていてもよい。この場合、前記制御装置は、予め設定された設定温度と前記温度センサから出力された前記容器の温度状態とに基づくＰＩＤ（Proportional-Integral-Differential）制御を実行することにより、複数の前記誘導加熱源と前記抵抗加熱源とを制御することができる。これにより、加熱温度の安定性が高まるので、高品質な単結晶を自動で成長させることができる。
【0011】
また、複数の前記誘導加熱源は、第１の誘導加熱源と、第２の誘導加熱源とを含んでいてもよい。この場合、前記制御装置は、前記第１の誘導加熱源に電流を供給する第１の電源回路と、前記第２の誘導加熱源に電流を供給する第２の電源回路とを有するとともに、前記第１の誘導加熱源に印加される電圧の位相と前記第２の誘導加熱源に印加される電圧の位相との差を０にすることができる。これにより、第１の誘導加熱源と第２の誘導加熱源との磁場干渉が低減されて加熱効率が向上する。
【0012】
また、複数の前記誘導加熱源は、前記容器を構成する周壁部を外側から囲むように配置されていてもよい。この場合、前記抵抗加熱源は、前記容器を構成する底壁部から前記周壁部で囲まれた空間内に向けて突出するように配置することができる。これにより、容器の内部も加熱することができるので、容器内の温度分布を更に均一に近づけることができる。抵抗加熱源は、平面視で容器の中央部に配置することもできるし、中央部から径方向に偏位した所に配置することもできる。
【0013】
また、複数の前記誘導加熱源は、前記周壁部の外側において下端部寄りに配置される下側誘導加熱源と、前記周壁部の外側において上端部寄りに配置される上側誘導加熱源とを含んでいてもよい。この場合、前記下側誘導加熱源の単位時間あたりの加熱能力は、前記上側誘導加熱源の単位時間あたりの加熱能力よりも高く設定することができる。
【0014】
また、複数の前記誘導加熱源は、前記周壁部の外側において前記下側誘導加熱源と前記上側誘導加熱源との間に配置される中間誘導加熱源を含んでいてもよい。この場合、前記下側誘導加熱源の単位時間あたりの加熱能力は、前記中間誘導加熱源の単位時間あたりの加熱能力よりも高く設定することができる。これにより、温度分布を均一化しながら、容器の下に残っている原料を効率良く昇華させて単結晶に成長させることができる。
【発明の効果】
【0015】
以上説明したように、互いに間隔をあけて配置された複数の誘導加熱源と、誘導加熱源とは別の箇所に配置された少なくとも１つの抵抗加熱源とを同時に通電可能にしたので、原料が収容される容器が大型化された場合であっても十分な熱容量を確保できるとともに、容器内の温度分布の均一化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【0016】
【図1】本発明の実施形態に係る昇華成長装置の構成を示すブロック図である。
【図2】容器を上方から見た斜視図である。
【図3】容器の平面図である。
【図5】底壁部に原料ポットを載置した状態を示す斜視図である。
【図6】原料ポットの斜視図である。
【図7】制御装置による制御手順の一例を示すフローチャートである。
【図8A】ガス排出口が無い場合の種結晶近傍の熱流体の流れを模式的に示す図である。
【図8B】ガス排出口がある場合の種結晶近傍の熱流体の流れを模式的に示す図である。
【図9】実施形態の変形例１に係る容器及び抵抗加熱源を示しており、（Ａ）は平面図であり、（Ｂ）はIX－IX線断面図である。
【図10】実施形態の変形例２に係る容器及び抵抗加熱源を示しており、（Ａ）は平面図であり、（Ｂ）はX－X線断面図である。
【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詳細に説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。
【0018】
図１は、本発明の実施形態に係る昇華成長装置１の構成を示すブロック図である。昇華成長装置１は、粉末の原料Ｂを昇華温度まで加熱して昇華させ、昇華した原料を種結晶Ａに付着させて単結晶成長させるための装置である。原料Ｂは、例えば炭化ケイ素（ＳｉＣ）の粉末である。炭化ケイ素の粉末は、例えば解粉や分級等を行うことにより、所定の範囲の平均粒径を有する粉末とすることができる。また、炭化ケイ素の昇華温度は２０００℃以上、例えば２１００℃～２４００℃である。昇華成長装置１で得られた単結晶の炭化ケイ素は、例えばウエハ等に加工されて半導体素子の材料として使用される。
【0019】
昇華成長装置１は、炭化ケイ素の単結晶を成長させることによって大口径の単結晶を得る単結晶生成部１０と、単結晶生成部１０を制御する制御装置５０と、操作盤６０と、記憶部６１を備えている。単結晶生成部１０と制御装置５０とは間隔をあけて配置されており、制御装置５０が単結晶生成部１０から放射される熱の影響を受けないようになっている。「大口径」とは、炭化ケイ素の単結晶の直径が大きいことであり、例えば６インチ以上または８インチ以上の直径の単結晶を昇華成長装置１によって製造することができる。したがって、昇華成長装置１は、炭化ケイ素の単結晶を製造する製造装置と呼ぶこともでき、この昇華成長装置１を用いることで、炭化ケイ素の単結晶の製造方法を実行できる。
【0020】
（単結晶生成部１０の構成）
単結晶生成部１０は、チャンバー１１と、原料Ｂが収容される容器２０と、種結晶Ａを支持する支持部材３０と、誘導加熱源４１～４３と、抵抗加熱源４４とを備えている。誘導加熱源４１～４３及び抵抗加熱源４４は、容器２０に収容された原料Ｂを昇華温度まで加熱するためのものであり、抵抗加熱源４４を第１加熱源とし、誘導加熱源４１～４３を第２加熱源とすることができる。チャンバー１１は、例えば石英等で構成された水冷式チャンバーであり、内部を真空状態で保持可能な気密性を持っている。チャンバー１１には、図示しないが真空引きを行うための真空引き装置（高真空排気装置）が接続されており、単結晶の製造を開始する前に、真空引き装置によってチャンバー１１内が真空状態とされる。また、チャンバー１１には、冷却水が流通する水路（図示せず）も設けられている。
単結晶生成部１０は、チャンバー１１と、原料Ｂが収容される容器２０と、種結晶Ａを支持する支持部材３０と、誘導加熱源４１～４３と、抵抗加熱源４４とを備えている。誘導加熱源４１～４３及び抵抗加熱源４４は、容器２０に収容された原料Ｂを昇華温度まで加熱するためのものであり、抵抗加熱源４４を第１加熱源とし、誘導加熱源４１～４３を第２加熱源とすることができる。チャンバー１１は、例えば石英等で構成された水冷式チャンバーであり、内部を真空状態で保持可能な気密性を持っている。チャンバー１１には、図示しないが真空引きを行うための真空引き装置（高真空排気装置）が接続されており、単結晶の製造を開始する前に、真空引き装置によってチャンバー１１内が真空状態とされる。また、チャンバー１１には、冷却水が流通する水路（図示せず）も設けられている。
【0021】
容器２０は、昇華成長装置１に用いられる昇華成長装置用原料容器であり、その全体がチャンバー１１内に収容される。図２～図４に示すように、容器２０は、底壁部２１と、周壁部２２とを有している。底壁部２１は、平面視で円形をなす底板材２１Ａで構成されており、この底板材２１Ａが水平な姿勢となるようにチャンバー１１内に設置される。底板材２１Ａの径方向の中心を通る鉛直線が容器２０の軸線２００となり、容器２０は軸線２００を対称軸とした回転対称形状である。
【0022】
図４に示すように、底板材２１Ａの周縁部には、上方へ突出するとともに周方向に連続して延びる環状部２１ａが一体成形されている。環状部３１ａが一体成形されていることで、底板材２１Ａの剛性が向上する。環状部２１ａの上部における外周側には、上方へ突出して周方向に連続して延びる下側突出部２１ｂが形成されている。
【0023】
底板材２１Ａの中央部には、当該底板材２１Ａの厚み方向である上下方向に貫通する貫通孔２１ｃが形成されている。貫通孔２１ｃは円形であり、当該貫通孔２１ｃの径方向の中心と底板材２１Ａの径方向の中心とは一致している。底板材２１Ａの上面（容器内面）には、窪み部２１ｄが設けられている。この窪み部２１ｄは、貫通孔２１ｃを囲むように環状に延びている。また、底板材２１Ａの下面（容器外面）には、下方へ突出する突条部２１ｅが形成されている。突条部２１ｅも貫通孔２１ｃを囲むように環状に延びている。
【0024】
図１にも示すように、周壁部２２は、底板材２１Ａの上に配設されるとともに、円環状の誘導加熱源４１～４３内に配置される。図２～図４等に示すように、周壁部２２は、平面視で円環状をなすとともに導電性材料からなる複数の周壁構成部材２２Ａ～２２Ｇが上下方向に接続されて構成されている。この実施形態では、７つの周壁構成部材２２Ａ～２２Ｇが組み合わされることによって円筒状の周壁部２２が構成されているが、周壁構成部材の数は７つに限られるものではなく、６つ以下の任意の数であってもよいし、８つ以上の任意の数であってもよい。
【0025】
周壁構成部材２２Ａ～２２Ｇのうち、最も下に位置する部材を第１の周壁構成部材２２Ａとし、第１の周壁構成部材２２Ａの上に重ねられた状態で接続される部材を第２の周壁構成部材２２Ｂとし、第２の周壁構成部材２２Ｂの上に重ねられた状態で接続される部材を第３の周壁構成部材２２Ｃとし、第３の周壁構成部材２２Ｃの上に重ねられた状態で接続される部材を第４の周壁構成部材２２Ｄとし、第４の周壁構成部材２２Ｄの上に重ねられた状態で接続される部材を第５の周壁構成部材２２Ｅとし、第５の周壁構成部材２２Ｅの上に重ねられた状態で接続される部材を第６の周壁構成部材２２Ｆとし、第６の周壁構成部材２２Ｆの上に重ねられた状態で接続される部材を第７の周壁構成部材２２Ｇとする。第１～第７の周壁構成部材２２Ａ～２２Ｇは、同じ形状及び同じ大きさの部材、即ち、同じ部材である。これにより、共通の部材で周壁構成部材２２Ａ～２２Ｇを構成することができるので、コストを低減できる。
【0026】
図４に示すように、第１の周壁構成部材２２Ａの下部における外周側には、底板材２１Ａの下側突出部２１ｂが収容される第１凹部２２ａが形成されている。第１凹部２２ａは、第１の周壁構成部材２２Ａの周方向に連続して延びている。底板材２１Ａの下側突出部２１ｂが第１凹部２２ａに収容されると両者が嵌合した状態になり、第１の周壁構成部材２２Ａが底板材２１Ａに対して径方向に相対移動するのが阻止される。このように凹凸嵌合させることで、容器２０の気密性も高めることができる。周壁構成部材２２Ａ～２２Ｇの結合構造も同様である。
【0027】
第１の周壁構成部材２２Ａの上部における外周側には、上方へ突出して周方向に延びる第１突出部２２ｂが形成されている。この第１突出部２２ｂの形状及び大きさは、底板材２１Ａの下側突出部２１ｂの形状及び大きさと同じである。
【0028】
第２の周壁構成部材２２Ｂの下部における外周側には、第１の周壁構成部材２２Ａの第１突出部２２ｂが収容される第２凹部２２ｃが形成されている。第２凹部２２ｃの形状及び大きさは、第１凹部２２ａの形状及び大きさと同じである。第１の周壁構成部材２２Ａの第１突出部２２ｂが第２の周壁構成部材２２Ｂの第２凹部２２ｃに収容されると両者が嵌合した状態になり、第２の周壁構成部材２２Ｂが第１の周壁構成部材２２Ａに対して径方向に相対移動するのが阻止される。
【0029】
同様に、第２の周壁構成部材２２Ｂの上部における外周側には、上方へ突出して周方向に延びる第２突出部２２ｄが形成され、第３の周壁構成部材２２Ｃの下部における外周側には、第２の周壁構成部材２２Ｂの第２突出部２２ｄが収容される第３凹部２２ｅが形成されている。第３～第７周壁構成部材２２Ｃ～２２Ｇも同様である。これにより、第１～第７の周壁構成部材２２Ａ～２２Ｇが相対的に径方向に相対移動することはなく、所定形状の周壁部２２が構成される。
【0030】
底板材２１Ａ及び第１～第７の周壁構成部材２２Ａ～２２Ｇは、導電性材料で構成されている。導電性材料としては、例えば不純物の含有量が極めて少ない高純度な黒鉛で構成されており、この導電性材料の非抵抗値は１０－５Ωｃｍ以上１０－２Ωｃｍ以下である。非抵抗値をこの範囲に設定しておくことで、後述する誘導加熱源４１～４３による誘導加熱時に渦電流を効率良く発生させることができ、原料Ｂの加熱効率が高まる。黒鉛には微量の不純物が含まれていてよく、含まれ得る不純物としては、例えばＢ、Ｎａ、Ｋ、Ｓｉ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｃａ等を挙げることができる。これら元素が微量に含まれていても、加熱効率には大きく影響しない。
【0031】
この実施形態では、第１～第７の周壁構成部材２２Ａ～２２Ｇを同じ部材で構成しているが、これに限られるものではない。例えば、厚みまたは上下方向の寸法が互いに異なる第１～第７の周壁構成部材２２Ａ～２２Ｇを上下方向に接続することによって周壁部２２が構成されていてもよい。すなわち、第１～第７の周壁構成部材２２Ａ～２２Ｇの厚みや上下方向の寸法が異なると、誘導加熱源４１～４３による誘導加熱時の渦電流密度が変化することになり、ひいては容器２０の部位による加熱温度の制御が可能になる。
【0032】
また、容器２０が底板材２１Ａ及び複数の周壁構成部材２２Ａ～２２Ｇで構成されることになるので、一体成形する場合に比べて各部品が小さくなり、製造が容易になる。また、底板材２１Ａ及び複数の周壁構成部材２２Ａ～２２Ｇのうち、一部が損傷した場合には、損傷した部材のみ交換すればよく、メンテナンスのコストが低減される。
【0033】
容器２０の内部には、抵抗加熱源４４をカバーするためのカバー部材２３と、複数の原料ポッド２４とが設けられている。カバー部材２３は、円筒部２３ａと、上板部２３ｂとを有しており、全体が上記導電性材料で構成されている。円筒部２３ａの下端部には径方向外方へ突出して周方向に連続して延びるフランジ部２３ｃが形成されている。このフランジ部２３ｃが底板材２１Ａの窪み部２１ｄに入って嵌合するようになっている。フランジ部２３ｃが窪み部２１ｄに嵌合した状態で、カバー部材２３が底板材２１Ａに対して径方向に相対移動するのが阻止される。
【0034】
円筒部２３ａの内径は、底板材２１Ａの貫通孔２１ｃの内径と同じに設定されている。また、円筒部２３ａの軸線は、容器２０の軸線２００と一致しており、円筒部２３ａは平面視で容器２０の中央部に配置される。円筒部２３ａの高さは、原料ポッド２４の高さと同じか、原料ポッド２４よりも高く設定されている。上板部２３ｂは、円筒部２３ａの上端部に設けられており、当該円筒部２３ａの上端開口が上板部２３ｂによって閉塞されている。一方、円筒部２３ａの下端部は下方に開口しており、これにより、カバー部材２３は下方にのみ開放されることになる。
【0035】
原料ポッド２４は、原料Ｂが収容される部材であり、図５に示すように底板材２１Ａの上面に載置される。この実施形態では、６つの原料ポッド２４が貫通孔２１ｃの周り、即ち容器２０の軸線２００を囲むように、等間隔に配置されている。尚、原料ポッド２４の数は、６つに限られるものではなく、５つ以下の任意の数であってもよいし、７つ以上の任意の数であってもよい。また、原料ポッド２４は等間隔に配置しなくてもよく、不等間隔に配置してもよい。
【0036】
６つの原料ポッド２４は、全て同じ形状及び同じ大きさの部材で構成されている。これにより、共通の部材で原料ポッド２４を構成することができるので、コストを低減できるとともに、各原料ポッド２４内の原料Ｂの加熱温度を均一化することができる。
【0037】
図６に示すように、各原料ポッド２４は、ポッド本体２４ａと、蓋部材２４ｂとを備えている。ポッド本体２４ａ及び蓋部材２４ｂは、全体が上記導電性材料で構成されている。ポッド本体２４ａは有底の円筒形状をなしており、外径はカバー部材２３の円筒部２３ａの外径よりも小径に設定されている。尚、ポッド本体２４ａの外径は、カバー部材２３の円筒部２３ａの外径と同じであってもよいし、円筒部２３ａの外径より大径であってもよい。
【0038】
ポッド本体２４ａの高さは、カバー部材２３の円筒部２３ａの高さと略同じに設定されている。すなわち、ポッド本体２４ａの高さと、円筒部２３ａの高さとが略同じになるように、ポッド本体２４ａの高さ方向の寸法及び円筒部２３ａの高さ方向の寸法が設定されている。尚、ポッド本体２４ａの高さは、カバー部材２３の円筒部２３ａの高さより高くてもよいし、低くてもよい。
【0039】
蓋部材２４ｂは、ポッド本体２４ａの上端部を覆うように設けられており、円形の板状部材で構成されている。蓋部材２４ｂには、ポッド本体２４ａ内の原料Ｂが昇華することによって生成された昇華ガスを排気するための排気口２４ｃが当該蓋部材２４ｂを上下方向に貫通するように設けられている。つまり、原料ポッド２４の上側部分に排気口２４ｃが設けられていることで、ポッド本体２４ａ内で生成された昇華ガスを効率良く原料ポッド２４の外部に放出させることができる。排気口２４ｃは、原料ポッド２４の上端部に開口しているので、上端開口である。尚、蓋部材２４ｂは必要に応じて設ければよく、蓋部材２４ｂを省略してもよい。
【0040】
排気口２４ｃは、蓋部材２４ｂの中心部から径方向に偏心した部位に位置している。この実施形態では、排気口２４ｃが、蓋部材２４ｂにおける容器２０の軸線２００に接近する側に位置するようになっている。尚、排気口２４ｃは、蓋部材２４ｂの中心部に設けられていてもよいし、容器２０の軸線２００から離れた側に位置するように設けられていてもよい。また、排気口２４ｃは蓋部材２４ｂに１つだけ設けてもよいし、２つ以上設けてもよい。
【0041】
排気口２４ｃの形状は円形である。排気口２４ｃの径は、１ｍｍ以上３０ｍｍ以下の範囲で設定されている。すなわち、排気口２４ｃの径が１ｍｍよりも小さいと、排気口２４ｃが詰まりやすくなって単結晶の成長を阻害してしまう。一方、排気口２４ｃの径が３０ｍｍよりも大きいと、原料ポッド２４から大きな蒸発物が出やすくなり、単結晶の品質が悪化しやすくなる。よって、排気口２４ｃの径を上記範囲にすることで、単結晶の安定した成長と品質の向上を図ることができる。
【0042】
この実施形態では、原料Ｂを加熱する加熱源として、互いに間隔をあけて配置された複数の誘導加熱源４１～４３と、誘導加熱源４１～４３とは別の箇所に配置された少なくとも１つの抵抗加熱源４４とを含んでいる。以下、加熱源の詳細について説明する。
【0043】
誘導加熱源４１～４３は、上側誘導加熱源（第１の誘導加熱源）４１と、中間誘導加熱源（第２の誘導加熱源）４２と、下側誘導加熱源４３とを含んでいる。上側誘導加熱源４１、中間誘導加熱源４２及び下側誘導加熱源４３は、チャンバー１１の外径よりも大径の円環状に形成された導線からなる誘導加熱コイルを有しており、この誘導加熱コイルに電流を流すことで、内側の部材に対して誘導加熱が可能に構成されている。上側誘導加熱源４１、中間誘導加熱源４２及び下側誘導加熱源４３は、図示しない固定部材により、チャンバー１１に固定しておくことができる。
【0044】
上側誘導加熱源４１は、容器２０の周壁部２２の外側において上端部寄りに配置されるとともに、当該周壁部２２を外側（チャンバー１１の外側）から囲むように配置されている。上側誘導加熱源４１の高さ（上下方向の位置）は、原料ポッド２４の上端部及びカバー部材２３の上端部よりも高くなっており、第７の周壁構成部材２２Ｇと略同じ高さとなっている。下側誘導加熱源４３は、容器２０の周壁部２２の外側において下端部寄りに配置されるとともに、当該周壁部２２を外側（チャンバー１１の外側）から囲むように配置されている。下側誘導加熱源４３の高さは、原料ポッド２４の下端部及びカバー部材２３の下端部と略同じ高さであり、第１の周壁構成部材２２Ａと略同じ高さとなるように設定されている。また、中間誘導加熱源４２は、周壁部２２の外側において下側誘導加熱源４３と上側誘導加熱源４１との間に配置されている。中間誘導加熱源４２の高さは、原料ポッド２４の上端部及びカバー部材２３の上端部と略同じ高さに設定されている。
【0045】
また、上側誘導加熱源４１と中間誘導加熱源４２との間には隙間が形成されており、上側誘導加熱源４１と中間誘導加熱源４２とは上下方向に第１の所定距離だけ離れて配置されている。また、中間誘導加熱源４２と下側誘導加熱源４３との間にも隙間が形成されており、中間誘導加熱源４２と下側誘導加熱源４３とは上下方向に第２の所定距離だけ離れて配置されている。第１の所定距離と第２の所定距離とは同じであってもよいし、異なっていてもよい。
【0046】
上側誘導加熱源４１、中間誘導加熱源４２及び下側誘導加熱源４３による単位時間あたりの加熱能力は、使用されている導線の径や巻き数等、導線に流す電流値等によって任意に設定することができる。下側誘導加熱源４３の単位時間あたりの加熱能力は、上側誘導加熱源４１の単位時間あたりの加熱能力よりも高く設定され、また、下側誘導加熱源４３の単位時間あたりの加熱能力は、中間誘導加熱源４２の単位時間あたりの加熱能力よりも高く設定されている。つまり、上側誘導加熱源４１、中間誘導加熱源４２及び下側誘導加熱源４３のうち、下側誘導加熱源４３の加熱能力が最も高くなっている。上側誘導加熱源４１及び中間誘導加熱源４２の加熱能力は、同じであってもよいし、上側誘導加熱源４１の方が高くてもよいし、中間誘導加熱源４２の方が高くてもよい。
【0047】
尚、誘導加熱源の数は３つに限られるものではなく、２つ以下であってもよいし、４つ以上であってもよい。
【0048】
抵抗加熱源４４は、容器２０を構成する底壁部２１から周壁部２２で囲まれた空間内に向けて突出するように配置されている。具体的には、抵抗加熱源４４はジュール熱を発生する導体を有しており、この導体が上下方向に長く延びるように形成されている。抵抗加熱源４４の上下方向の寸法は、複数の周壁構成部材２２Ａ～２２Ｇの上下方向の寸法を合わせた寸法よりも長く設定されている。抵抗加熱源４４は、その長手方向が上下方向に向くように配置されて、底板材２１Ａの貫通孔２１ｃ内からカバー部材２３の円筒部２３ａ内に達するように設けられている。円筒部２３ａ内の径方向中央部に抵抗加熱源４４が位置するように、図示しない固定部材によって抵抗加熱源４４がチャンバー１１等に固定されている。これにより、抵抗加熱源４４は、平面視で容器２０の中央部に配置されることになる。また、複数の原料ポッド２４と抵抗加熱源４４との位置関係は、複数の原料ポッド２４が抵抗加熱源４４を囲むように配置されることになる。
【0049】
上記のように配置された抵抗加熱源４４の上端部は、原料ポッド２４の上側部分と同じ高さに配置され、また抵抗加熱源４４の下端部は、原料ポッド２４の下側部分よりも下に配置される。これにより、抵抗加熱源４４から放射された熱がカバー部材２３を介して原料ポッド２４の上側部分から下側部分まで伝わることになる。また、抵抗加熱源４４は水平方向のどの方向にも熱を放射するように構成されている。これにより、複数の原料ポッド２４を同じように加熱することができる。
【0050】
図１に示すように、支持部材３０は、容器２０の内部における当該容器２０の上部で種結晶Ａを下向きに支持する部材である。具体的には、支持部材３０は、チャンバー１１内の上部に収容されるとともに、容器２０の上端開口を覆うように配置された円形の板材で構成されており、支持部材３０の下面に種結晶Ａが設けられている。したがって、各原料ポッド２４の排気口２４ｃは種結晶Ａの下方に配置されることになり、種結晶Ａと各排気口２４ｃとは上下方向に対向する位置関係となる。種結晶Ａの成長方向が下方向になる。
【0051】
単結晶生成部１０は、支持部材３０を上下方向に延びる軸周りに回転させる回転機構４５を備えている。回転機構４５は、電動モータ４５ａと、電動モータ４５ａの出力が伝達される回転軸４５ｂとを備えている。回転軸４５ｂは、鉛直方向に延びるとともにチャンバー１１の上壁部を上下方向に貫通するように配置されており、回転軸４５ｂの下側部分が支持部材３０の径方向中心部に固定されている。チャンバー１１の上壁部には、回転軸４５ｂを回転可能に支持する軸受部材１１ａが設けられている。この軸受部材１１ａは、チャンバー１１内の真空状態を維持可能なシール機構を持つとともに、加熱源から放射される熱にも耐え得るように構成されている。
【0052】
電動モータ４５ａの出力は伝動歯車４５ｃや伝動チェーン（図示せず）等を介して回転軸４５ｂに伝達される。これにより、支持部材３０が各原料ポッド２４の排気口２４ｃの上方で回転する。支持部材３０の回転速度は、電動モータ４５ａを制御装置５０によって制御することで変更することができ、支持部材３０の回転方向の切替、回転開始及び停止のタイミングも、電動モータ４５ａを制御装置５０によって制御することで可能になる。尚、伝動歯車４５ｃや伝動チェーン等を介することなく、支持部材３０を電動モータ４５ａで直接駆動してもよい。
【0053】
容器２０における種結晶Ａよりも上側部分には、原料の昇華ガスを排出するガス排出口２５が設けられている。ガス排出口２５が種結晶Ａよりも上方に位置していることで、種結晶Ａよりも下で発生した昇華ガスを上方へ流して種結晶Ａに導くことが可能になる。ガス排出口２５は、支持部材３０の周囲と容器２０の上端開口の周縁部との間に形成されている。図示しないが、支持部材３０における種結晶Ａの周りにガス排出口２５を形成してもよい。また、ガス排出口２５を複数形成してもよく、この場合、複数のガス排出口２５を容器２０の周方向に互いに間隔をあけて配置するのが好ましい。ガス排出口２５の径は、原料ポッド２４の排気口２４ｃの径と同様に設定することができる。また、ガス排出口２５は容器２０の周方向に長いスリット状であってもよい。
【0054】
単結晶生成部１０は、容器２０の温度状態を取得して制御装置５０に出力する上側温度センサ（第１温度センサ）４６と下側温度センサ（第２温度センサ）４７とを備えている。上側温度センサ４６及び下側温度センサ４７は、温度の計測対象物に接触することなく、計測対象物から放射される赤外線に基づいて温度を計測する赤外放射温度計で構成されている。上側温度センサ４６は、チャンバー１１の上壁部と対向するように配置されており、直接的にはチャンバー１１の上壁部の温度を計測することになるが、このチャンバー１１の上壁部と容器２０の上部とは接近しているので、チャンバー１１の上壁部の温度を計測することで容器２０の上部の温度状態を取得することができる。例えば、予め実験等により、チャンバー１１の上壁部と容器２０の上部との温度の関係を得ておくことで、チャンバー１１の上壁部の温度を計測するだけで、容器２０の上部の温度の推定が可能になる。推定によって得られた温度は、容器２０の上部の温度状態として後述するＰＩＤ制御で使用される。
【0055】
下側温度センサ４７は、チャンバー１１の下壁部と対向するように配置されており、直接的にはチャンバー１１の下壁部の温度を計測することになるが、上側温度センサ４６の場合と同様に、予め実験等により、チャンバー１１の下壁部と容器２０の下部（底壁部２１）との関係を得ておくことで、チャンバー１１の下壁部の温度を計測するだけで、容器２０の下部の温度の推定が可能になる。推定によって得られた温度は、容器２０の下部の温度状態として後述するＰＩＤ制御で使用される。
【0056】
尚、容器２０の温度を直接計測可能な温度センサがあれば、その温度センサを用いることで容器２０の温度状態を正確に得ることができる。上記した上側温度センサ４６及び下側温度センサ４７の推定による温度状態の取得であっても、原料Ｂを狙い通りに昇華させることができるように各加熱源の制御が可能である。また、温度センサの数は、２つに限られるものではなく、１つであってもよいし、３つ以上であってもよい。上側温度センサ４６及び下側温度センサ４７は、誘導加熱源４１～４３から離れた部位の温度を計測するように配置されているので、容器２０の温度の推定結果が正確なものになる。上側温度センサ４６の出力値に基づいて上側誘導加熱源４１の加熱制御を行ってもよいし、上側温度センサ４６及び下側温度センサ４７の両方の出力値に基づいて誘導加熱源４１～４３、抵抗加熱源４４の加熱制御を行ってもよい。また、容器２０の側面の温度状態を取得する温度センサを設けてもよい。
【0057】
（制御装置５０の構成）
制御装置５０は、誘導加熱源４１～４３、抵抗加熱源４４及び回転機構４５を制御するための装置であり、真空圧センサ５１、ガス流量センサ５２、ＰＩＤ制御部５３、位相制御部５４、電力制御モジュール５５、電源回路５６～５８等を有している。ＰＩＤ制御部５３及び位相制御部５４は、例えばマイクロコンピュータ等のハードウエアやハードウエアで実行可能なソフトウエア等の組み合わせによって構成されている。位相制御部５４、電力制御モジュール５５及び電源回路５６～５８は、ＰＩＤ制御部５３に接続されている。
制御装置５０は、誘導加熱源４１～４３、抵抗加熱源４４及び回転機構４５を制御するための装置であり、真空圧センサ５１、ガス流量センサ５２、ＰＩＤ制御部５３、位相制御部５４、電力制御モジュール５５、電源回路５６～５８等を有している。ＰＩＤ制御部５３及び位相制御部５４は、例えばマイクロコンピュータ等のハードウエアやハードウエアで実行可能なソフトウエア等の組み合わせによって構成されている。位相制御部５４、電力制御モジュール５５及び電源回路５６～５８は、ＰＩＤ制御部５３に接続されている。
【0058】
真空圧センサ５１は、チャンバー１１内の圧力、即ちチャンバー１１内の圧力が所定の圧力以下（真空状態となる圧力以下）であるか否かを検出するセンサである。本実施形態における真空状態とは、完全な真空でなくてもよく、高品質な単結晶が安定して得られる程度の真空であればよい。本例では、例えば１０－３Ｐａ未満の真空度を維持することができる。
【0059】
また、ガス流量センサ５２は、チャンバー１１内のガスの流量を計測するセンサである。真空圧センサ５１及びガス流量センサ５２は、ＰＩＤ制御部５３に接続されている。
【0060】
電源回路５６～５８は、上側誘導加熱源４１に電流を供給する上側電源回路（第１の電源回路）５６と、中間誘導加熱源４２に電流を供給する中間電源回路（第２の電源回路）５７と、下側誘導加熱源４３に電流を供給する下側電源回路５８とを含んでいる。上側電源回路５６、中間電源回路５７及び下側電源回路５８は、それぞれ独立したインバータ回路等で構成されており、下側電源回路５８は、上側電源回路５６及び中間電源回路５７に比べて大きな電力の供給が可能に構成されている。一例を挙げると、下側電源回路５８は、４０ｋＷ～６０ｋＷ程度の電力を下側誘導加熱源４３に供給可能に構成されており、また上側電源回路５６及び中間電源回路５７は、２０ｋＷ～３５ｋＷ程度の電力を上側誘導加熱源４１及び中間誘導加熱源４２に供給可能に構成されている。これにより、大口径の単結晶の生成が可能になる。
【0061】
ここで、上記のように誘導加熱源４１～４３に供給される電力が大きいと、発熱容量増加に伴い、電源や整合器の電気容量が大きくなり、電源の出力周波数に限界が生じ、その結果、容器２０へのエネルギー伝送効率が悪化して加熱効率が低下するおそれがある。このことに対して、本実施形態では、独立した複数の電源回路５６～５８から出力される電力における電圧の位相差を０にして、誘導加熱源４１～４３間の磁場干渉を抑制している。
【0062】
すなわち、制御装置５０は、上側電源回路５６によって上側誘導加熱源４１に印加される電圧の位相と、中間電源回路５７によって中間誘導加熱源４２に印加される電圧の位相と、下側電源回路５８によって下側誘導加熱源４３に印加される電圧の位相との差を０とするように構成されている。これを実現するために、上側電源回路５６、中間電源回路５７及び下側電源回路５８を制御装置５０の位相制御部５４に接続して信号の送受信が可能に構成されている。位相制御部５４は、位相同期回路を有している。位相同期回路は、入力信号の位相と出力信号の位相とを一致させる位相同期ループ（ＰＬＬ：Phase Locked Loop）で構成されており、上側電源回路５６、中間電源回路５７及び下側電源回路５８から入力される信号に基づいて、上側電源回路５６、中間電源回路５７及び下側電源回路５８から出力される電力における電圧の位相差を０にする制御を行う。また、電力制御モジュール５５は、抵抗加熱源４４に電力を供給するためのものである。
【0063】
ＰＩＤ制御部５３には、上側温度センサ４６、下側温度センサ４７、真空圧センサ５１及びガス流量センサ５２が接続されている。ＰＩＤ制御部５３は、上側温度センサ４６及び下側温度センサ４７から出力された値に基づいて容器２０の現在の温度状態を取得することができる。容器２０の内部に原料Ｂが収容されており、容器２０が熱伝導の良好な材料で構成されているので、容器２０の温度状態は原料Ｂの温度状態とほぼ同じである。よって、ＰＩＤ制御部５３は、原料Ｂの温度状態も間接的に取得できる。
【0064】
ＰＩＤ制御部５３は、真空圧センサ５１から出力された値に基づいてチャンバー１１内が真空状態であるか否かを判定する。また、ＰＩＤ制御部５３は、ガス流量センサ５２から出力された値に基づいてチャンバー１１内のガス流量を取得する。さらに、ＰＩＤ制御部５３には操作盤６０が接続されている。操作盤６０には、各種設定を行うための操作スイッチ６０ａや、運転開始／停止を行うための操作スイッチ６０ａ等が設けられている。ユーザは、操作盤６０の操作スイッチ６０ａを操作することで、容器２０の目標温度（設定温度）、容器２０の昇温速度、容器２０の加熱時間等の設定を行うことができる。設定された目標温度、昇温速度、加熱時間等は制御装置５０や記憶部６１等に記憶される。目標温度は、炭化ケイ素の粉末を昇華させることが可能な温度であり、例えば２０００℃以上に設定される。
【0065】
制御装置５０は、誘導加熱源４１～４３と抵抗加熱源４４とに同時に通電するように構成されている。通電制御を行う際、制御装置５０は、予め設定された設定温度と温度センサ４６、４７から出力された容器２０の温度状態とに基づくＰＩＤ制御を実行することにより、誘導加熱源４１～４３と抵抗加熱源４４とを制御する。すなわち、設定温度と、容器２０の温度状態との偏差を求め、比例制御、積分制御、微分制御を組み合わせて制御量を演算する。上側温度センサ４６及び下側温度センサ４７の出力値や、電力の制御値等は、時系列データとして記憶部６１に記憶されて管理される。
【0066】
以下、図７に示すフローチャートに基づいて制御装置５０による制御手順について説明する。このフローは、ユーザが操作盤６０の操作スイッチ６０ａを操作して目標温度、昇温速度及び加熱時間等を設定し、単結晶の製造が開始されるとスタートする。また、スタートした時点から経過時間を計測し、ユーザが設定した加熱時間を経過した時点で上記フローを中断ないし終了する。尚、ユーザが加熱を停止する操作（製造中止操作）を行った場合にも、上記フローを中断ないし終了する。
【0067】
スタート後のステップＳ１では、現在温度の計測処理を実行する。現在温度の計測処理では、ＰＩＤ制御部５３が、上側温度センサ４６と下側温度センサ４７で計測された現在の計測値を読み込む。現在の計測値は、容器２０の温度（容器の推定温度）、即ち原料Ｂの温度（原料の推定温度）を示している。ステップＳ２では、ユーザが操作盤６０で設定した目標温度、昇温速度及び加熱時間等の設定を読み込む。ステップＳ１とステップＳ２の順番は反対であってもよいし、ステップＳ１とステップＳ２を同時に実行してもよい。
【0068】
ステップＳ３では、ＰＩＤ制御部５３が、上側、中間、下側電源回路５６～５８の出力設定値を読み込む。また、ステップＳ４では、ＰＩＤ制御部５３が、電力制御モジュール５５の出力設定値を読み込む。各出力設定値は、例えばステップＳ１で取得された現在温度に対して目標温度が高ければ高いほど大きな値になるように設定され、また昇温速度が速ければ速いほど大きな値になるように設定される。各出力設定値は、記憶部６１等に記憶させておくことができる。ステップＳ３とステップＳ４の順番は反対であってもよいし、ステップＳ３とステップＳ４を同時に実行してもよい。
【0069】
ステップＳ５では、ＰＩＤ制御部５３がＰＩＤ制御を実行する。スタート後のはじめのフローのステップＳ６では、ステップＳ３で読み込まれた出力設定値の電力を出力するように、ＰＩＤ制御部５３が上側、中間、下側電源回路５６～５８を制御し、また、ステップＳ４で読み込まれた出力設定値の電力を出力するように、ＰＩＤ制御部５３が電力制御モジュール５５を制御する。
【0070】
これにより、上側誘導加熱源４１、中間誘導加熱源４２及び下側誘導加熱源４３に電流が流れて容器２０の周壁部２２に渦電流が発生して発熱する。このとき、電源回路５６～５８から出力される電力における電圧の位相差が０になっているので、誘導加熱源４１～４３間の磁場干渉が抑制されて加熱効率が高まる。さらに、周壁構成部材２２Ａ～２２Ｇ及び誘導加熱源４１～４３が共に円環状であることから、各周壁構成部材２２Ａ～２２Ｇに発生した渦電流を当該周壁構成部材２２Ａ～２２Ｇに閉じ込めることが可能になり、渦電流が周方向に均一化する。これにより、容器２０内の温度分布が均一化する。
【0071】
周壁部２２に発生した熱は、内部に収容されている原料ポッド２４に伝わり、当該原料ポッド２４が加熱される。原料ポッド２４が加熱されることで、原料ポッド２４内の原料Ｂが加熱される。
【0072】
また、誘導加熱源４１～４３への電力供給と同時に、電力制御モジュール５５から抵抗加熱源４４にも電力が供給される。抵抗加熱源４４が発熱すると、抵抗加熱源４４から放射された熱がカバー部材２３を介して複数の原料ポッド２４に伝わり、原料ポッド２４内の原料Ｂが加熱される。
【0073】
ステップＳ８では、ステップＳ１と同様に現在温度の計測処理を実行してＰＩＤ制御部５３が計測結果を取得する。ステップＳ９では、ＰＩＤ制御部５３が、ステップＳ２で読み込んだ目標温度と、ステップＳ８で計測した測定温度とを比較する比較処理を実行する。ステップＳ９の比較処理の結果、目標温度と測定温度とに偏差があれば、ステップＳ６に進み、現在の出力指示値の電力を継続して出力するように、ＰＩＤ制御部５３が、上側、中間、下側電源回路５６～５８及び電力制御モジュール５５を制御する。
【0074】
一方、ステップＳ９の比較処理の結果、目標温度と測定温度とに偏差がなければ、ステップＳ５に進み、ＰＩＤ制御部５３がＰＩＤ制御を実行して、上側、中間、下側電源回路５６～５８及び電力制御モジュール５５を制御する。
【0075】
目標温度に達する前に、制御装置５０は回転機構４５の電動モータ４５ａを作動させる。これにより、原料Ｂが昇華し始める前に種結晶Ａを回転させることができる。抵抗加熱源４４が種結晶Ａの真下に位置しているので、抵抗加熱源４４から放射された熱がカバー部材２３の上板部２３ｂを介して種結晶Ａにも伝わる。これにより、種結晶Ａの温度が単結晶の成長を促進する温度域に保たれる。
【0076】
原料Ｂが複数の原料ポッド２４に分けて収容されているので、各原料ポッド２４の内壁面で原料Ｂを加熱できる。これにより、原料Ｂを加熱する面積が拡大する。原料ポッド２４内の原料Ｂの温度が昇華温度に達すると、原料Ｂが昇華することによって原料ポッド２４内で昇華ガスが生成される。原料ポッド２４内で生成された昇華ガスは、原料ポッド２４の上側部分に設けられている排気口２４ｃから上方へ排気される。原料ポッド２４から排気された昇華ガスは、真上に位置している種結晶Ａに向けて流れる。このとき、容器２０の上部における種結晶Ａの周りにガス排出口２５が位置しているので、昇華ガスの流れはガス排出口２５へ向かう流れとなり、種結晶Ａに当たりやすくなる。これにより、炭化ケイ素の単結晶が成長していく。炭化ケイ素の単結晶は、例えば柱状になる。
【0077】
このことを図８Ａ及び図８Ｂに基づいて説明する。図８Ａは、ガス排出口が無い場合の種結晶Ａ近傍の熱流体の流れをシミュレーションした結果を模式的に示す図である。この場合、種結晶Ａ近傍では、大きな温度差に起因する流体圧縮が起きて、乱流が発生する。乱流が発生することで、単結晶の安定した成長が阻害される。
【0078】
一方、図８Ｂは、ガス排出口２５がある場合の種結晶Ａ近傍の熱流体の流れをシミュレーションした結果を模式的に示す図である。この場合、種結晶Ａの側方にガス排出口２５が位置することになるので、種結晶Ａの下方から上方へ流れた熱流体（昇華ガス）は層流状態を維持したまま、種結晶Ａを表面に沿うように流れてガス排出口２５に達する。これにより、単結晶が安定して成長する。さらに、このときに種結晶Ａが回転しているので、種結晶Ａ近傍の温度差が小さくなり、このことによっても、層流状態が維持されやすくなる。
【0079】
（変形例）
上述の実施形態はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、限定的に解釈してはならない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する各種変形や様々な変更は、全て本発明の範囲内のものである。容器２０の大きさや形状は、任意に設定することができ、６インチ未満の小口径の単結晶を製造する場合にも本発明を適用できる。誘導加熱源による加熱範囲は、図示した範囲に限られるものではなく、例えば容器２０の底壁部２１を誘導加熱源で加熱してもよい。抵抗加熱源による加熱範囲は、図示した範囲に限られるものではなく、例えば容器２０の周壁部２２を抵抗加熱源で加熱してもよい。
上述の実施形態はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、限定的に解釈してはならない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する各種変形や様々な変更は、全て本発明の範囲内のものである。容器２０の大きさや形状は、任意に設定することができ、６インチ未満の小口径の単結晶を製造する場合にも本発明を適用できる。誘導加熱源による加熱範囲は、図示した範囲に限られるものではなく、例えば容器２０の底壁部２１を誘導加熱源で加熱してもよい。抵抗加熱源による加熱範囲は、図示した範囲に限られるものではなく、例えば容器２０の周壁部２２を抵抗加熱源で加熱してもよい。
【0080】
例えば、図９に示す実施形態の変形例１のように、カバー部材２３を複数設けてもよい。カバー部材２３は、容器２０の軸線２００を囲むように周方向に互いに間隔をあけて設けられている。各カバー部材２３の内部には、抵抗加熱源４４が収容されている。これにより、容器２０内の温度分布がより一層均一化する。つまり、抵抗加熱源４４は１つに限定されるものではなく、１つの容器２０に対して複数設けることができる。抵抗加熱源４４を複数設ける場合、容器２０の軸線２００を対称の中心として点対称に設けることができる。
【0081】
また、図１０に示す実施形態の変形例２のように、カバー部材２３を容器２０の軸線２００から径方向に偏位させてもよい。カバー部材２３の内部には、抵抗加熱源４４が収容されているので、抵抗加熱源４４も容器２０の軸線２００から径方向に偏位することになる。
【0082】
（実施形態の作用効果）
以上説明したように、本実施形態によれば、同時に通電される複数の誘導加熱源４１～４３を備えていることで熱容量が増加するので、６インチ径や８インチ径のような単結晶を成長させることが可能な大型化した容器２０であっても、内部の原料Ｂを２０００℃以上まで加熱して昇華させることができる。加えて、複数の誘導加熱源４１～４３が互いに間隔をあけて配置されているので、複数の誘導加熱源４１～４３によって容器２０の複数箇所が同時に加熱され、さらに容器２０の内部に対応するように配置された抵抗加熱源４４によって容器２０が内側からも同時に加熱される。これにより、容器２０内の温度分布を均一に近づけることが可能になる。
以上説明したように、本実施形態によれば、同時に通電される複数の誘導加熱源４１～４３を備えていることで熱容量が増加するので、６インチ径や８インチ径のような単結晶を成長させることが可能な大型化した容器２０であっても、内部の原料Ｂを２０００℃以上まで加熱して昇華させることができる。加えて、複数の誘導加熱源４１～４３が互いに間隔をあけて配置されているので、複数の誘導加熱源４１～４３によって容器２０の複数箇所が同時に加熱され、さらに容器２０の内部に対応するように配置された抵抗加熱源４４によって容器２０が内側からも同時に加熱される。これにより、容器２０内の温度分布を均一に近づけることが可能になる。
【0083】
また、容器２０の周壁部２２の外側を囲むように誘導加熱源４１～４３が配置されているので、誘導加熱源４１～４３に通電すると、周壁部２２を構成している各周壁構成部材２２Ａ～２２Ｇに渦電流が発生し、各周壁構成部材２２Ａ～２２Ｇが発熱して原料Ｂが加熱される。このとき、周壁構成部材２２Ａ～２２Ｇ及び誘導加熱源４１～４３が共に円環状であることから、各周壁構成部材２２Ａ～２２Ｇに発生した渦電流を当該周壁構成部材２２Ａ～２２Ｇに閉じ込めることが可能になり、渦電流が周方向に均一化する。これにより、容器２０内の温度分布も均一化する。
【0084】
また、種結晶Ａが支持部材３０によって下向きに支持されているので、単結晶の成長方向と重力の方向とが一致し、重力が単結晶の成長を阻害することはない。また、支持部材３０が回転機構４５によって回転することで、種結晶Ａを回転させることができる。これにより、種結晶Ａ近傍の熱流体の乱流が抑制されるので、熱流体が層流化し、単結晶に欠陥が含まれ難くなる。
【0085】
また、原料Ｂが複数の原料ポッド２４に分けて収容されて各原料ポッド２４の内壁面で加熱されることになるので、径の大きな容器２０にそのまま原料Ｂを収容する場合に比べて、原料Ｂを加熱する面積が拡大する。これにより、原料Ｂが効率良く昇華するとともに昇華状態が安定し、さらに多くの原料Ｂを昇華温度まで加熱できるので、原料Ｂの使用率が高まる。
【産業上の利用可能性】
【0086】
以上説明したように、本開示は、例えば炭化ケイ素等の原料を昇華させて種結晶上に単結晶成長させる場合に利用できる。
【符号の説明】
【0087】
１ 昇華成長装置
２０ 容器
２４ 原料ポッド
２４ｃ 排気口
２５ ガス排出口
３０ 支持部材
４１ 上側誘導加熱源
４２ 中間誘導加熱源
４３ 下側誘導加熱源
４４ 抵抗加熱源
４５ 回転機構
４６、４７ 温度センサ
５０ 制御装置
Ａ 種結晶
Ｂ 原料
２０ 容器
２４ 原料ポッド
２４ｃ 排気口
２５ ガス排出口
３０ 支持部材
４１ 上側誘導加熱源
４２ 中間誘導加熱源
４３ 下側誘導加熱源
４４ 抵抗加熱源
４５ 回転機構
４６、４７ 温度センサ
５０ 制御装置
Ａ 種結晶
Ｂ 原料
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8A】
【図8B】
【図9】
【図10】
