CN117940619A - 单晶的制造方法及单晶制造装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种无论炉内结构如何都能够稳定地测量液面水平的单晶的制造方法及装置。本发明为基于从坩埚内的熔液中提拉单晶的切克劳斯基法的单晶的制造方法，其中，设置覆盖除单晶的提拉路径以外的坩埚的上方的热遮蔽体；利用第1摄像机拍摄热遮蔽体的实像(17R)及映射在熔液面(2a)的热遮蔽体的镜像(17M)；设定检测线(L1)，所述检测线(L1)在相对于的提拉轴倾斜的倾斜方向上延伸且与热遮蔽体的实像边缘(ER)及镜像边缘(EM)这两者相交；根据从检测线(L1)与实像边缘(ER)的第1交点(P1)至检测线(L1)与镜像边缘(EM)的第2交点(P2)的距离即检测线(L1)上的实像‑镜像间距离(D)求出热遮蔽体的下端与熔液面(2a)之间的距离即间隙值。
Description
技术领域
本发明涉及一种单晶的制造方法及单晶制造装置，尤其涉及一种在基于切克劳斯基(Czochralski)法(CZ法)的单晶的提拉工序中测量熔液的液面水平的方法。
背景技术
作为半导体器件用单晶硅的制造方法已知有CZ法。在CZ法中，加热并熔融石英坩埚内的多晶硅原料，一边相对地旋转浸渍于所获得的硅熔体中的籽晶，一边慢慢提拉籽晶，从而使较大的单晶在籽晶的下端成长。根据CZ法，能够以高成品率制造高品质的单晶硅。
在CZ法中为了提高单晶的成品率及晶体品质，进行晶体直径及液面水平的精密的测量及控制。关于晶体直径及液面水平的测量方法，例如在专利文献1中记载了如下方法：由在固液界面产生的被称为融合环的高亮度部计算出晶体直径及晶体中心位置，并根据晶体中心位置计算出液面水平。此外，在专利文献2中记载了如下方法：根据热遮蔽体的包含圆形开口的实像与映射在熔液面的热遮蔽体的镜像的间隔计算出硅熔体相对于热遮蔽体的液面位置。在专利文献3中记载了如下方法：在熔液面的上方安装石英棒，在石英棒的尖端接触熔液面时判断为熔液面位于基准位置。在专利文献4中记载了如下方法：使用多个摄像机进行晶体直径的测量以及硅熔体面的高度位置的计算。
此外，在专利文献5中记载了如下方法：使腔室内成为高压状态，并且在热遮蔽体的上方设置被称为吹扫管的圆筒状的炉内部件，使用吹扫管来整流导入提拉炉内的吹扫气体，从而抑制硅熔体中的掺杂剂的蒸发。进而，在专利文献6中记载了如下方法：在热遮蔽体的上方设置圆筒状的冷却体，控制从硅熔体中提拉的单晶硅的规定的温度范围的滞留时间，从而扩大PvPi容限并提高无缺陷晶体的成品率。
现有技术文献
专利文献1：日本特开2019-85299号公报
专利文献2：日本特开2013-216505号公报
专利文献3：日本特开昭62-87481号公报
专利文献4：日本特开2013-170097号公报
专利文献5：日本特开2011-246341号公报
专利文献6：日本特开2021-98629号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
通常，拍摄炉内的摄像机有一个，且拍摄范围的宽度方向中央被设定在单晶的中心，以使显现单晶的直径方向的整体。即，摄像机的光轴被设定在包含晶体提拉轴的平面内。然而，存在如下问题：在热遮蔽体的上方设置吹扫管、水冷体等炉内结构物，在摄像机的视野被炉内结构物遮住的情况下，无法拍摄热遮蔽体的实像及镜像且无法测量相对于热遮蔽体的液面水平。
因此，本发明的目的在于提供一种无论炉内结构如何都能够稳定地测量液面水平的单晶的制造方法及单晶制造装置。
用于解决技术问题的方案
为了解决上述问题，根据本发明的单晶的制造方法，其为基于从坩埚内的熔液中提拉单晶的切克劳斯基法的单晶的制造方法，其特征在于，设置覆盖除所述单晶的提拉路径以外的所述坩埚的上方的热遮蔽体；利用第1摄像机拍摄所述热遮蔽体的实像及映射在所述熔液的液面的所述热遮蔽体的镜像；设定检测线，所述检测线在相对于述单晶的提拉轴既不平行也不垂直的倾斜方向上延伸且与所述热遮蔽体的实像边缘及镜像边缘这两者相交；根据从所述检测线与所述实像边缘的第1交点到所述检测线与所述镜像边缘的第2交点的距离即所述检测线上的实像-镜像间距离求出所述热遮蔽体的下端与熔液面之间的距离即间隙值。
根据本发明，能够拍摄隐藏在遮蔽物后而至今为止都无法从直径测量用摄像机的摄影方向进行拍摄的热遮蔽体的实像及镜像。因此，无论炉内或炉外的结构如何都能够稳定地测量液面水平。
在本发明中优选为，第1摄像机的光轴与所述单晶的提拉轴并非在同一平面，且具有歪斜的位置关系。如此，通过使第1摄像机的拍摄范围的宽度方向中央从单晶的中心偏离，能够拍摄热遮蔽体的实像及镜像，检测线的设定变得容易。此外，能够将从检测线与实像边缘的第1交点到检测线与镜像边缘的第2交点的距离设得较长，且能够更正确地计算所述热遮蔽体的下端与熔液面之间的距离即间隙值。
本发明优选为，使用与所述第1摄像机另行准备的第2摄像机测量所述单晶的直径，并且优选为，第2摄像机的光轴与所述提拉轴位于同一平面，且具有相交的位置关系。如此，通过与直径测量用的第2摄像机另行设置间隙测量用的第1摄像机，能够稳定地测量所述热遮蔽体的下端与熔液面之间的距离即间隙值。
本发明优选为，在比所述热遮蔽体的下端更靠上方设置包围所述提拉路径的大致圆筒状的遮蔽物，所述第2摄像机的视野被所述遮蔽物遮住。在坩埚的上方除了热遮蔽体还设有吹扫管等炉内结构物的情况下，无法由直径测量用主摄像机观察热遮蔽体的实像及镜像。然而，通过在视野并未被遮蔽物遮住而能够观察热遮蔽体的实像及镜像的位置设置摄像机以拍摄热遮蔽体的实像及镜像，能够可靠地测定间隙值。此时，由于摄像机的拍摄范围的宽度方向中央从单晶的中心偏离，能够从遮蔽物的下端与热遮蔽体之间的微小间隙观察热遮蔽体的实像及镜像。
本发明优选为，预先制作出换算表或换算式，并在晶体提拉工序中使用实际测定的实像-镜像间距离以及所述换算表或所述换算式计算出所述间隙值，所述换算表或所述换算式表示在晶体提拉开始之前使所述坩埚升降而使所述熔液的液面水平任意变化时的所述间隙值与所述检测线上的实像-镜像间距离之间的关系。由此能够正确地计算间隙值。
本发明优选为，通过观察设置于所述熔液的上方的测定针与所述熔液面的接触求出基准液面水平，并根据所述基准液面水平制作所述换算表或所述换算式。由此能够正确地计算间隙值。
此外，根据本发明的单晶制造装置，其特征在于，具备：坩埚，支撑熔液；坩埚驱动机构，旋转及升降驱动所述坩埚；加热器，加热所述坩埚内的所述熔液；筒状的热遮蔽体，配置于除单晶的提拉路径以外的所述坩埚的上方；第1摄像机，拍摄所述热遮蔽体的实像及映射在所述熔液的液面的所述热遮蔽体的镜像；图像处理部，处理所述第1摄像机的拍摄图像，求出所述热遮蔽体的下端与熔液面之间的间隙值；及控制部，根据基于所述图像处理部的所述拍摄图像的处理结果来控制所述熔液的液面水平，所述图像处理部进行如下处理：在所述拍摄图像中设定检测线，所述检测线在相对于所述单晶的提拉轴既不平行也不垂直的倾斜方向上延伸且与所述热遮蔽体的实像边缘及镜像边缘这两者相交；根据从所述检测线与所述实像边缘的第1交点到所述检测线与所述镜像边缘的第2交点的距离即所述检测线上的实像-镜像间距离求出所述热遮蔽体的下端与熔液面之间的距离即间隙值。
在本发明中优选为，所述第1摄像机的光轴与所述单晶的提拉轴并非在同一平面，且具有歪斜的位置关系。如此，通过使第1摄像机的拍摄范围的宽度方向中央从单晶的中心偏离，能够拍摄热遮蔽体的实像及镜像，检测线的设定变得容易。此外，能够将从检测线与实像边缘的第1交点到检测线与镜像边缘的第2交点的距离设得较长，且能够更正确地计算所述热遮蔽体的下端与熔液面之间的距离即间隙值。
本发明优选为，其还具备第2摄像机，所述第2摄像机拍摄所述热遮蔽体的实像及映射在所述熔液的液面的所述热遮蔽体的镜像，所述图像处理部使用所述第2摄像机来测量所述单晶的直径。
在本发明中优选为，所述图像处理部预先制作换算表或换算式，并在晶体提拉工序中使用实际测定的实像-镜像间距离以及所述换算表或所述换算式计算出所述间隙值，所述换算表或所述换算式表示在晶体提拉开始之前使所述坩埚升降而使所述熔液的液面水平任意变化时的所述间隙值与所述检测线上的实像-镜像间距离之间的关系。
本发明优选为，还具备设置于熔液的上方的测定针，所述图像处理部通过观察所述测定针的尖端与所述熔液面的接触求出基准液面水平，并根据所述基准液面水平制作所述换算表或所述换算式。
发明效果
根据本发明，能够提供一种无论炉内结构如何都能够稳定地测量液面水平的单晶的制造方法及单晶制造装置。
附图说明
图1是示意性地表示基于本发明的实施方式的单晶制造装置的结构的侧视剖视图。
图2是用于说明2台摄像机的设置位置的示意图。
图3是主摄像机20A(直径测量摄像机)的拍摄图像30A的示意图，(a)是未示出单晶的轮廓的图，(b)是用辅助线示出单晶的轮廓的图。
图4是间隙测量用的副摄像机的拍摄图像的示意图。
图5是表示使用测定针的基准液面水平的测定方法的示意图。
图6是表示单晶硅的制造工序的流程图。
具体实施方式
以下，参考附图，对本发明的优选实施方式进行详细说明。
图1是示意性地表示基于本发明的实施方式的单晶制造装置的结构的侧视剖视图。
如图1所示，单晶制造装置1具备水冷式的腔室10、在腔室10内保持硅熔体2的石英坩埚11、保持石英坩埚11的石墨坩埚12、支撑石墨坩埚12的旋转轴13、经由旋转轴13及石墨坩埚12旋转及升降驱动石英坩埚11的坩埚驱动机构14、配置于石墨坩埚12的周围的加热器15、位于加热器15的外侧且沿腔室10的内面配置的绝热材料16、配置于石英坩埚11的上方的热遮蔽体17、配置石英坩埚11的上方的与旋转轴13同轴上的提拉线材18、配置于腔室10的上方的晶体提拉机构19、拍摄腔室10内的2台摄像机20A、20B、处理摄像机20A、20B的拍摄图像的图像处理部21及控制单晶制造装置1的各部的控制部22。
腔室10由主腔室10a和与主腔室10a的上部开口连结的细长圆筒状的拉晶室10b构成，石英坩埚11、石墨坩埚12、加热器15及热遮蔽体17设置于主腔室10a内。在拉晶室10b设有用于向主腔室10内导入氩气等惰性气体(吹扫气体)、掺杂剂气体的气体导入口10c，在主腔室10a的下部设有用于排出腔室10内的气氛气体的气体排出口10d。此外，在主腔室10a的上部设有第1观察窗10e1及第2观察窗10e2，能够观察单晶硅3的培育状况。
石英坩埚11是具有圆筒状的侧壁部与弯曲的底部的石英玻璃制的容器。为了维持因加热而软化的石英坩埚11的形状，石墨坩埚12以与石英坩埚11的外表面密合并包覆石英坩埚11的方式保持石英坩埚11。石英坩埚11及石墨坩埚12在腔室10内构成支撑硅熔体2的双重结构的坩埚。
石墨坩埚12被固定在旋转轴13的上端部，旋转轴13的下端部贯通腔室10的底部且与设置于腔室10的外侧的坩埚驱动机构14连接。石墨坩埚12、旋转轴13及坩埚驱动机构14构成石英坩埚11的旋转机构及升降机构。被坩埚驱动机构14驱动的石英坩埚11的旋转及升降动作通过控制部22来控制。
加热器15熔解填充于石英坩埚11内的硅原料并生成硅熔体2，并且用于维持硅熔体2的熔融状态。加热器15是碳制的电阻加热式加热器，且以包围石墨坩埚12内的石英坩埚11方式设置。进而，在加热器15的外侧以包围加热器15的方式设有绝热材料16，由此提高腔室10内的保温性。加热器15的输出是通过控制部22来控制。
热遮蔽体17抑制硅熔体2的温度变动且在晶体成长界面附近赋予适当的热分布，并且被设置为用于防止因来自加热器15及石英坩埚11的辐射热造成的单晶硅3的加热。热遮蔽体17为大致圆筒状的石墨制的部件，并以覆盖除单晶硅3的提拉路径以外的硅熔体2的上方的区域方式设置。
热遮蔽体17的下端的开口的直径比单晶硅3的直径更大，由此确保单晶硅3的提拉路径。此外，由于热遮蔽体17的下端部的外径比石英坩埚11的口径更小且热遮蔽体17的下端部位于石英坩埚11的内侧，因此即便使石英坩埚11的边缘上端上升到比热遮蔽体17的下端更靠上方，热遮蔽体17也不会干扰石英坩埚11。
虽然在单晶硅3的成长的同时石英坩埚11内的熔液量减少，但通过以熔液面与热遮蔽体17的间隔(间隙值hG)成为固定的方式使石英坩埚11上升，从而抑制硅熔体2的温度变动，并且使在熔液面附近流动的气体的流速保持恒定地控制来自硅熔体2的掺杂剂的蒸发量。通过这样的间隙控制，能够提高单晶硅3的提拉轴方向的晶体缺陷分布、氧浓度分布、电阻率分布等的稳定性。
在石英坩埚11的上方设有为单晶硅3的提拉轴的线材18和通过卷取线材18提拉单晶硅3的晶体提拉机构19。晶体提拉机构19具有与线材18一起使单晶硅3旋转的功能。晶体提拉机构19是通过控制部22来控制。晶体提拉机构19配置于拉晶室10b的上方，线材18从晶体提拉机构19通过拉晶室10b以延伸到下方，线材18的前端部到达主腔室10a的内部空间。在图1中，示出培育途中的单晶硅3吊设于线材18的状态。提拉单晶硅3时，一边使石英坩埚11和单晶硅3各自旋转，一边慢慢提拉线材18，由此使单晶硅3成长。
在腔室10的外侧设置有2台的摄像机20A、20B。摄像机20A、20B例如为CCD摄像机，经由形成于腔室10的第1及第2观察窗10e1、10e2拍摄腔室10内。摄像机20A、20B的设置角度相对于铅垂方向呈指定的角度，摄像机20A、20B相对于单晶硅3的提拉轴具有倾斜的光轴。即，摄像机20A、20B从斜上方拍摄包含热遮蔽体17的圆形开口及硅熔体2的液面的石英坩埚11的上表面区域。
摄像机20A、20B与图像处理部21连接，图像处理部21与控制部22连接。图像处理部21根据显现在摄像机20A的拍摄图像的单晶的轮廓图案计算出固液界面附近的晶体直径。此外，图像处理部21根据摄像机20A、20B的拍摄图像中的映射在熔液面的热遮蔽体17的镜像的位置计算出从遮蔽体17至液面位置的距离(间隙值hG)。为了除去干扰的影响，优选使用多个测量值的移动平均值作为用于实际的间隙控制的间隙测量值。
根据热遮蔽体17的镜像的位置计算出间隙值hG的方法并无特别限定，例如能够预先准备表示热遮蔽体17的镜像的位置与间隙的关系的换算表或换算式，在晶体提拉工序中通过将热遮蔽体17的镜像的位置代入该换算表或换算式而求出间隙。此外，能够根据显现在拍摄图像的热遮蔽体17的实像与镜像的位置关系几何计算出间隙。
控制部22根据从摄像机20A的拍摄图像获得的晶体直径数据来控制晶体提拉速度，由此控制晶体直径。具体而言，在晶体直径的测量值大于目标直径的情况下加大晶体提拉速度，在小于目标直径的情况下减小提拉速度。此外，控制部22根据从晶体提拉机构19的感测器获得的单晶硅3的晶体长度数据和从摄像机20A及20B的至少一者的拍摄图像获得的间隙值(液面水平)，控制石英坩埚11的移动量(坩埚上升速度)以成为规定的间隙值。此时，除了以将间隙值维持在恒定值的方式进行控制的情况以外，随着单晶的提拉的进行，有以使间隙值逐渐变小的方式进行控制的情况、相反以使间隙值变大的方式进行控制的情况。
在热遮蔽体17的上方设有包围晶体提拉轴的圆筒状的遮蔽物23。该遮蔽物23可以是被称为吹扫管的结构体，也可以是促进被提拉的单晶硅3的冷却的冷却体。
吹扫管为了控制吹扫气体的流动而设置。为了配合半导体器件的特性来调整单晶硅的电阻率，有时会在硅熔体中掺杂砷(As)、锑(Sb)等杂质(掺杂剂)。这些掺杂剂沸点低，容易蒸发。在基于CZ法的一般的晶体提拉中，由于在减压下的提拉炉内流通Ar等吹扫气体，因此从硅熔体2蒸发的掺杂剂随着吹扫气体挥散，污染炉内。进而，设置于炉内的热遮蔽体17使在硅熔体2的表面附近流动的吹扫气体加速，进一步促进来自硅熔体2的掺杂剂的蒸发。然而，在设有吹扫管的情况下，使腔室内成为高压状态，并且在热遮蔽体17的上方设置吹扫管，整流导入提拉炉内的吹扫气体，从而能够抑制硅熔体中的掺杂剂的蒸发。
冷却体为了控制从硅熔体2提拉出的单晶硅通过规定的温度范围的时间而设置。已知有如下情况：通过CZ法制造的单晶硅中所包含的晶体缺陷的种类、分布取决于单晶硅的成长速度(提拉速度)V和在从熔点到1300℃的晶体成长界面附近的提拉轴方向的晶体内温度梯度G之比V/G。通过严密地控制V/G，能够制造不含COP(晶体原生颗粒，CrystalOriginated Particle)、位错簇的单晶。在此，如果晶体直径变大，晶体中心部相较于晶体外周部变得难以冷却，与提拉轴方向正交的单晶硅的截面内的温度梯度G容易变得不均。如此，能够使与提拉轴方向正交的单晶硅的截面内的整面成为无缺陷区域的V/G的容许宽度变得非常窄，晶体提拉速度V的控制急剧变难。然而，在热遮蔽体17的上方设置有圆筒状的冷却体的情况下，扩大能够使与提拉轴方向正交的单晶硅的截面内的整面成为无缺陷区域的晶体提拉速度V的容许宽度(PvPi容限)，且能够提高不含COP及位错簇的大口径单晶硅的制造成品率。
图2是用于说明2台摄像机20A、20B的设置位置的示意图。
如图2所示，基于本实施方式的单晶制造装置1除了直径测量用的主摄像机20A(第2摄像机)以外，还具备间隙测量用的副摄像机20B(第1摄像机)。直径测量用的主摄像机20A以正对着单晶硅的方式设置，主摄像机20A的光轴与晶体提拉轴位于同一平面，且具有与晶体提拉轴相交的位置关系。另一方面，副摄像机20B从倾斜方向拍摄单晶硅，副摄像机20B的光轴被设定在相对于晶体提拉轴既不平行也不垂直的倾斜方向上，且与晶体提拉轴具有歪斜的位置关系。因此，即使主摄像机20A的视野被遮蔽物23遮住，也能够从遮蔽物23的下端与热遮蔽体17之间的微小间隙观察映射在熔液面的热遮蔽体17的镜像边缘。
图3是主摄像机20A(直径测量摄像机)的拍摄图像30A的示意图，(a)是未示出单晶的轮廓的图，(b)是用辅助线示出单晶的轮廓的图。
如图3(a)及图3(b)所示，主摄像机20A从斜上方拍摄单晶硅3。尤其，主摄像机20A的光轴被设定在包含晶体提拉轴(晶体中心轴3z)的平面内，并且设定成使其摄影范围的宽度方向中央与单晶硅的中心对齐而显现其直径方向的整体。另外，附图中的虚线及单点划线为说明用的辅助线，是不存在于实际的拍摄图像的线。
在热遮蔽体17的上方并未设置吹扫管、水冷体等的遮蔽物23的情况下，主摄像机20A能够拍摄热遮蔽体17的实像17R及镜像17M。在拍摄图像30A中，虽然热遮蔽体17、遮蔽体23看起来较暗，但熔液面2a由于辐射光或其反射光而看起来较亮。然而，如附图所示，在热遮蔽体17的上方设置有遮蔽物23的情况下，由于主摄像机20A的视野被遮蔽物23遮住，无法拍摄热遮蔽体17的实像17R及镜像17M。如附图所示，由于拍摄图像30A中的遮蔽物23与热遮蔽体17等同样地看起来较暗，拍摄图像的大部分是漆黑的，看起来较亮的区域只有可以从遮蔽物23与热遮蔽体17的实像17R之间的微小间隙观察的熔液面2a、固液界面附近的单晶的极小部分。为了便于说明，虽然以点线表示热遮蔽体17的实像边缘ER及镜像边缘EM的一部分，但实际上什么都看不到。
图4是副摄像机20B(间隙测量摄像机)的拍摄图像30B的示意图。
如图4所示，虽然副摄像机20B也是从斜上方拍摄单晶硅，但其摄影范围的宽度方向中央与单晶硅的中心并不一致，副摄像机20B的光轴朝向与包含硅晶体提拉轴的平面相交的方向。如附图所示，副摄像机20B局部拍摄比晶体提拉轴(晶体中心轴3z)更靠右侧(或左侧)的固液界面附近。因此，能够从遮蔽物23的下端与热遮蔽体17之间的微小间隙观察映射在熔液面2a的热遮蔽体17的镜像。
在根据如此获得的副摄像机20B的拍摄图像30B求出间隙值hG的情况下，首先将与热遮蔽体17的实像边缘ER及镜像边缘EM分别相交的检测线L1设定在拍摄图像30B中。至今为止，虽然检测线L1设定在与晶体提拉轴(晶体中心轴3z)正交的水平方向上，在本实施方式中是设定在倾斜方向上。尤其，优选以使2个交点间的距离(像素数)最大化的方式引出检测线L1，且优选以与遮蔽物23的边缘的延伸方向大致平行的方式引出检测线L1。通过如此，能够充分地确保2个交点间的距离且提高间隙值的测量精度。
接着，分别求出检测线L1与实像边缘ER的交点P1(第1交点)及检测线L1与镜像边缘EM的交点P2(第2交点)的座标，求出从第1交点P1至第2交点P2的距离(检测线L1上的实像-镜像间距离D)，且根据实像-镜像间距离D求出热遮蔽体17的下端与熔液面2a之间的间隙值hG。另外，附图中的点线为说明用的辅助线，是不存在于实际的拍摄图像30B的线。
根据实像-镜像间距离D求出间隙hG时，能够使用在晶体提拉工序开始前预先制作出的换算表或换算式来求出。换算表或换算式能够根据使石英坩埚11升降而使硅熔体2的液面水平任意变化时的间隙值hG的相对变化与检测线L1上的实像-镜像间距离D之间的关系求出。进而，间隙值hG的基准值(绝对值)能够通过使用例如石英制的测定针(石英棒)的基准液面水平的测定方法求出。
图5是表示使用测定针的基准液面水平的测定方法的示意图。
如图5所示，在使用测定针的基准液面水平的测定中，在覆盖熔液面2a的上方的热遮蔽体17的下端部安装既定的长度Lp的测定针24，一边与石英坩埚11一起使熔液面2a慢慢上升，一边观察测定针24的前端与熔液面2a的接触状态。然后，当测定针24的前端接触熔液面2a时，判断为熔液面到达基准液面。即，当测定针24接触熔液面2a时，判断为间隙值hG与测定针24的长度Lp一致(Lp＝hG)。由于该方法的液面水平的测定精度高，能够作为间隙值hG的真实值来参照。
图6是表示单晶硅的制造工序的流程图。
如图6所示，在单晶硅3的制造中，以加热器15加热在石英坩埚11内预先填充的多晶硅原料而生成硅熔体2(步骤S11)。接着，测定从热遮蔽体17观察到的硅熔体2的液面位置(间隙值hG)(步骤S12)。之后，使安装在线材18的前端部的籽晶下降而着液于硅熔体2(步骤S13)。此时的籽晶的下降量根据预先测定的间隙值hG来决定。
接着，开始晶体提拉工序，在该中维持与硅熔体2的接触状态慢慢提拉籽晶而培育单晶硅3。在晶体提拉工序中，首先为了使单晶的无位错化，基于缓冲缩径法进行籽晶缩径(步骤S14)。接着，为了获得所需的直径的单晶，培育直径逐渐变宽的肩部(步骤S15)，在单晶成为所期望的直径时培育直径维持恒定的主体部(步骤S16)。将主体部培育至规定的长度后，为了在无位错的状态下从硅熔体2切割分离单晶而进行尾缩径(尾部的培育，步骤S17)。
在单晶的提拉工序中，控制单晶硅3的直径及硅熔体2的液面位置。控制部22控制线材18的提拉速度、加热器15的功率等提拉条件，以使单晶硅3的直径成为目标直径。此外，控制部22控制石英坩埚11的上下方向的位置，以使对应液面位置的间隙值hG成为规定的值。
如以上所说明，基于本实施方式的单晶硅的制造方法，由于与直径测量用的主摄像机20A另行设置间隙测量用的副摄像机20B，且使用副摄像机20B拍摄热遮蔽体17的实像及镜像，因此即使在主摄像机20A的视野被吹扫管等遮蔽物23遮住的情况下，也能够拍摄热遮蔽体17的实像及镜像，且能够稳定地测量间隙值hG。此外，在根据副摄像机20B的拍摄图像求出间隙值hG时，由于在倾斜方向而非水平方向引出检测线L1，且根据该检测线L1分别与实像边缘ER及镜像边缘EM的交点P1、P2计算出间隙值hG，因此能够提高间隙值hG的测量精度。
本发明并不限定于上述实施方式，在不脱离本发明的宗旨的范围内可以施加各种变更，当然，这些也包含在本发明的范围内。
例如，在上述实施方式中，虽然举例了直径测量摄像机的视野被遮蔽物遮住的情况，但本发明并不限定于这种情况，即使在并未设置遮住直径测量摄像机的视野的遮蔽物的情况下，也可以使用直径测量摄像机以外的间隙测量摄像机来测量间隙。由此，能够谋求提高间隙测量精度及可靠性。此外，也可以不设置直径测量摄像机而单独设置间隙测量摄像机。进而，本发明并不限定于同时使用间隙测量摄像机和直径测量摄像机的情况，也可以单独使用间隙测量摄像机。
此外，在上述实施方式中，虽然说明了单晶硅的制造方法，也能够应用于能够应用CZ法的各种单晶的制造方法。
附图标记的说明
1-单晶制造装置，2-硅熔体，2a-熔液面，3-单晶硅，3z-晶体中心轴(晶体提拉轴)，10-腔室，10a-主腔室，10b-拉晶室，10c-气体导入口，10d-气体排出口，10e1-第1观察窗，10e2-第2观察窗，11-石英坩埚，12-石墨坩埚，13-旋转轴，14-坩埚驱动机构，15-加热器，16-绝热材料，17-热遮蔽体，17M-热遮蔽体的镜像，17R-热遮蔽体的实像，18-线材，19-晶体提拉机构，20A-主摄像机(直径测量摄像机)，20B-副摄像机(间隙测量摄像机)，21-图像处理部，22-控制部，23-遮蔽物(炉内结构物)，24-测定针，30A-主摄像机的拍摄图像，30B-副摄像机的拍摄图像，EM-热遮蔽体的镜像边缘，ER-热遮蔽体的实像边缘，L1-检测线，P1-检测线与实像边缘的交点(第1交点)，P2-检测线与镜像边缘的交点(第2交点)。
Claims (10)
1.一种单晶的制造方法，其为基于从坩埚内的熔液中提拉单晶的切克劳斯基法的单晶的制造方法，其特征在于，
设置覆盖除所述单晶的提拉路径以外的所述坩埚的上方的热遮蔽体；
利用第1摄像机拍摄所述热遮蔽体的实像及映射在所述熔液的液面的所述热遮蔽体的镜像；
设定检测线，所述检测线在相对于所述单晶的提拉轴既不平行也不垂直的倾斜方向上延伸且与所述热遮蔽体的实像边缘及镜像边缘这两者相交；
根据从所述检测线与所述实像边缘的第1交点至所述检测线与所述镜像边缘的第2交点的距离即所述检测线上的实像-镜像间距离求出所述热遮蔽体的下端与熔液面之间的距离即间隙值。
2.根据权利要求1所述的单晶的制造方法，其中，
所述第1摄像机的光轴与所述单晶的提拉轴并非在同一平面，且具有歪斜的位置关系。
3.根据权利要求1或2所述的单晶的制造方法，其中，
使用与所述第1摄像机另行准备的第2摄像机的拍摄图像测量所述单晶的直径。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的单晶的制造方法，其中，
预先制作出换算表或换算式，并在晶体提拉工序中使用实际测定的实像-镜像间距离以及所述换算表或所述换算式计算出所述间隙值，所述换算表或所述换算式表示在晶体提拉开始之前使所述坩埚升降而使所述熔液的液面水平任意变化时的所述间隙值与所述检测线上的实像-镜像间距离之间的关系。
5.根据权利要求4所述的单晶的制造方法，其中，
通过观察设置于所述熔液的上方的测定针与所述熔液面的接触求出基准液面水平，并根据所述基准液面水平制作所述换算表或所述换算式。
6.一种单晶制造装置，其特征在于，具备：
坩埚，支撑熔液；
坩埚驱动机构，旋转及升降驱动所述坩埚；
加热器，加热所述坩埚内的所述熔液；
筒状的热遮蔽体，配置于除单晶的提拉路径以外的所述坩埚的上方；
第1摄像机，拍摄所述热遮蔽体的实像及映射在所述熔液的液面的所述热遮蔽体的镜像；
图像处理部，处理所述第1摄像机的拍摄图像，求出所述热遮蔽体的下端与熔液面之间的间隙值；及
控制部，根据基于所述图像处理部的所述拍摄图像的处理结果来控制所述熔液的液面水平，
所述图像处理部进行如下处理：
在所述拍摄图像中设定检测线，所述检测线在相对于所述单晶的提拉轴既不平行也不垂直的倾斜方向上延伸且与所述热遮蔽体的实像边缘及镜像边缘这两者相交；
根据从所述检测线与所述实像边缘的第1交点至所述检测线与所述镜像边缘的第2交点的距离即所述检测线上的实像-镜像间距离求出所述热遮蔽体的下端与熔液面之间的距离即间隙值。
7.根据权利要求6所述的单晶制造装置，其中，
所述第1摄像机的光轴与所述单晶的提拉轴并非在同一平面，且具有歪斜的位置关系。
8.根据权利要求6或7所述的单晶制造装置，其还具备：
第2摄像机，拍摄所述热遮蔽体的实像及映射在所述熔液的液面的所述热遮蔽体的镜像，
所述图像处理部使用所述第2摄像机的拍摄图像来测量所述单晶的直径。
9.根据权利要求6至8中任一项所述的单晶制造装置，其中，
所述图像处理部预先制作换算表或换算式，并在晶体提拉工序中使用实际测定的实像-镜像间距离以及所述换算表或所述换算式计算出所述间隙值，所述换算表或所述换算式表示在晶体提拉开始之前使所述坩埚升降而使所述熔液的液面水平任意变化时的所述间隙值与所述检测线上的实像-镜像间距离之间的关系。
10.根据权利要求9所述的单晶制造装置，其还具备：
测定针，设置于熔液的上方，
所述图像处理部通过观察所述测定针的尖端与所述熔液面的接触求出基准液面水平，并根据所述基准液面水平制作所述换算表或所述换算式。
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