JP5181178B2 - 半導体単結晶製造装置における位置計測装置および位置計測方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体単結晶製造装置における位置計測装置および位置計測方法に関し、特に熱遮蔽体と融液との距離または／および融液の液面レベルを計測し、計測値が所望する値になるように制御しつつ半導体単結晶を製造する半導体単結晶製造装置に適用される位置計測装置および位置計測方法に関する。

シリコン単結晶はＣＺ（チョクラルスキー法）によって引上げ成長されることによって製造される。

図１は、シリコン単結晶製造装置１の構成例を示す。

ＣＺ炉２内には、多結晶シリコンの原料を溶融して融液５として収容する石英るつぼ３が設けられている。

石英るつぼ３内では、多結晶シリコン（Ｓi）が加熱され溶融される。融液５の温度が安定化すると、引上げ機構４が動作し融液５からシリコン単結晶１０が引き上げられる。

引上げの際、石英るつぼ３は回転軸１５によって回転する。回転軸１５は鉛直方向に駆動することができ、石英るつぼ３を上下動させ任意のるつぼ位置に移動させることができ、融液５の表面５ａ、つまり融液５の液面レベルＨを調整することができるようになっている。

また、融液５の上方にあって、シリコン単結晶１０の周囲には、熱遮蔽体８（熱輻射板、ガス整流筒）が設けられている。熱遮蔽体８の下端部にはリム８ａが備えられている。

熱遮蔽体８は、ＣＺ炉２内に上方より供給されるキャリアガスとしてのアルゴンガス７を、融液表面５ａの中央に導き、さらに融液表面５ａを通過させて融液表面５ａの周縁部に導く。そして、アルゴンガス７は、融液５から蒸発したガスとともに、ＣＺ炉２の下部に設けた排気口から排出される。このため液面上のガス流速を安定化することができ、融液５から蒸発する酸素を安定な状態に保つことができる。

また熱遮蔽体８は、種結晶１４および種結晶１４により成長されるシリコン単結晶１０を、石英るつぼ３、融液５、ヒータ９などの高温部で発生する輻射熱から、断熱、遮蔽する。また熱遮蔽体８は、シリコン単結晶１０に、炉内で発生した不純物（たとえばシリコン酸化物）等が付着して、単結晶育成を阻害することを防止する。

熱遮蔽体８の下端部のリム８ａと融液表面５ａとの距離Ｌ（以下、「熱遮蔽体・液面間距離」という）の大きさは、回転軸１５を上昇下降させ、石英るつぼ３の上下方向位置を変化させることで調整することができる。また熱遮蔽体８を昇降装置により上下方向に移動させて距離Ｌを調整することもできる。

シリコン単結晶１０の品質は、引き上げ中の融液液面レベルＨあるいは熱遮蔽体・液面間距離Ｌの大きさによって変動することが従来から知られている。すなわち、引き上げ中の融液液面レベルＨあるいは熱遮蔽体・液面間距離Ｌの大きさが変化すると、それによってシリコン単結晶１０の軸方向の温度勾配等のパラメータが変動し、それによってシリコン単結晶１０の欠陥領域の分布、酸素濃度分布等が変化し、結晶の品質が変化する。

よって、要求されるスペックの結晶品質を得るために、その要求スペックに従って引上げ条件、つまり各引上げ位置毎に融液液面レベルＨの目標値あるいは各引上げ位置毎に熱遮蔽体・液面間距離Ｌの目標値が予め定められる。そして、引き上げ成長中は、逐次、融液液面レベルＨの実際の値あるいは熱遮蔽体・液面間距離Ｌの実際の値を検出し、これら検出値をフィードバックして、目標値と検出値との偏差が零になるように、回転軸１５の上下方向位置を調整する等の制御が行なわれる。

したがって、要求スペックの結晶品質を安定して得るためには、制御の結果、融液液面レベルＨあるいは熱遮蔽体・液面間距離Ｌが目標値に精度よく一致することが必要であり、そのためには、制御中に検出されるフィードバック量としての融液液面レベルＨの実際の値あるいは熱遮蔽体・液面間距離Ｌの実際の値が、常に精度よく計測されていることが前提となる。

図２は、引上げ位置毎に融液液面レベルＨあるいは熱遮蔽体・液面間距離Ｌの実際の値を計測する距離計測装置の構成例を示している。

図２の距離計測装置１００は、レーザ光１０１を出射する光出射手段１１０と、光出射手段１１０から出射されたレーザ光１０１を、石英るつぼ３の径方向に沿って走査する光走査手段１２０と、光出射手段１１０から出射され、光走査手段１２０によって走査されたレーザ光１０１の反射光を受光する受光手段１３０と、引上げ時の固定走査位置と、光出射手段１１０のレーザ光出射位置と、受光手段１３０の受光位置とに基づいて、三角測量の原理により、熱遮蔽体・液面間距離Ｌまたは／および融液液面レベルＨを計測する引き上げ時距離計測手段１４１とを含んで構成されている。

光走査手段１２０は、光出射手段１１０から出射されたレーザ光１０１を反射するミラー１２１と、このミラー１２１の光反射面１２１ａの姿勢角を変化させるステッピングモータ１２２とを含んで構成されている。

ここで、ステッッピングモータ１２２の回転軸１２２ａの回転角度θと、レーザ光１０１のるつぼ３の径方向の走査位置は、１対１に対応している。よって、本明細書では、レーザ光１０１のるつぼ径方向の走査位置をθで表すものとする。

特許文献１には、下記のようにして、融液液面レベルＨの実際の値あるいは熱遮蔽体・液面間距離Ｌの実際の値を計測する方法が開示されている。

すなわち、まず、ステッピングモータ１２２を駆動して光走査位置θを引き上げ時の位置θ１に位置決めする。つぎに、光出射手段１１０からレーザ光１０１を出射して、融液液面５ａに照射し、融液液面５ａで反射したレーザ光を受光手段１３０で受光する。つぎに、この引上げ時の固定走査位置θ１と、光出射手段１１０の出射位置と、受光手段１３０の受光位置とに基づいて、三角測量の原理により、基準点から融液５の液面５ａまでの距離ＬＳを求め、融液液面レベルＨを計測する。

つぎに、ステッピングモータ１２２を駆動して光走査位置θを引き上げ時の位置θ２に位置決めする。つぎに、光出射手段１１０からレーザ光１０１を出射して、熱遮蔽体８のリム８ａの上面８ｂに照射し、このリム上面８ｂで反射したレーザ光を受光手段１３０で受光する。つぎに、この引上げ時の固定走査位置θ２と、光出射手段１１０の出射位置と、受光手段１３０の受光位置とに基づいて、三角測量の原理により、基準点から熱遮蔽体８のリム８ａの上面８ｂまでの距離Ｓを計測する。こうして求められた融液５の液面５ａまでの距離ＬＳと熱遮蔽体８のリム８ａの上面８ｂまでの距離Sと熱遮蔽体８のリム８ａの厚さｔから、熱遮蔽体・液面間距離Ｌを算出する。

また、特許文献２には、下記のようにして、融液液面レベルＨの実際の値あるいは熱遮蔽体・液面間距離Ｌの実際の値を計測する方法が開示されている。

すなわち、図３に示すように、まず、ステッピングモータ１２２を駆動して光走査位置θを引き上げ時の位置θ３に位置決めする。つぎに、光出射手段１１０からレーザ光１０１を出射して、融液液面５ａに照射し、融液液面５ａで反射したレーザ光を熱遮蔽体８のリム８ａの下面８ｃに照射し、このリム下面８ｃで反射したレーザ光を再度融液液面５ａに照射し、融液液面５ａで反射したレーザ光を受光手段１３０で受光する。つぎに、この引上げ時の固定走査位置θ３と、光出射手段１１０の出射位置と、受光手段１３０の受光位置とに基づいて、三角測量の原理により、基準点から融液５の液面５ａまでの距離ＬＳを求め、融液液面レベルＨを計測する。

つぎに、ステッピングモータ１２２を駆動して光走査位置θを引き上げ時の位置θ４に位置決めする。つぎに、光出射手段１１０からレーザ光１０１を出射して、熱遮蔽体８のリム８ａの上面８ｂに照射し、このリム上面８ｂで反射したレーザ光を受光手段１３０で受光する。つぎに、引上げ時の固定走査位置θ４と、光出射手段１１０の出射位置と、受光手段１３０の受光位置とに基づいて、三角測量の原理により、基準点から熱遮蔽体８のリム８ａの上面８ｂまでの距離Sを計測する。こうして求められた融液５の液面５ａまでの距離ＬＳと熱遮蔽体８のリム８ａの上面８ｂまでの距離Sと熱遮蔽体８のリム８ａの厚さｔから、熱遮蔽体・液面間距離Ｌを算出する。

上記引上げ時の光走査位置θ１、θ２、θ３、θ４は、基準となる光走査位置θｃから定められる。基準となる光走査位置θｃは、熱遮蔽体８のリム８ａのエッジ８ｅである。

熱遮蔽体８のリム８ａのエッジ８ｅの光走査位置θｃを計測する位置計測アルゴリズムは、特許文献２に開示されている。その位置計測原理を図４を用いて説明する。この位置計測アルゴリズムは、たとえば各バッチの間、ＣＺ炉２の分解、清掃時、引き上げプロセスの途中などで行われる。

すなわち、まず、光走査手段１２０によってレーザ光１０１をるつぼ３の径方向に走査しながら、逐次の光走査位置と、光出射手段１１０の出射位置と、受光手段１３０の受光位置とに基づいて、三角測量の原理により、基準点と反射点との距離を、所定の間隔Δθ１毎に、逐次計測する。

つぎに、計測された距離が、基準点と融液５との距離に該当する大きさから、基準点と熱遮蔽体８のリム８ａとの距離に該当する大きさへ変化したことを判断する。

この結果、計測距離の変化が判断された場合に、その変化が判断された時点の光走査位置θｃでレーザ光１０１が熱遮蔽体８のリム８ａのエッジ８ｅで反射されたと判定する。

このようにして、レーザ光１０１が熱遮蔽体８のリム８ａのエッジ８ｅで反射されたと判定されたときの光走査位置θｃを基準にして、引き上げ時におけるレーザ光１０１が走査する方向の位置θ１、θ２、θ３、θ４が定められる。
特開２０００−２６４７７９号公報 ＷＯ０１／０８３８５９

しかし、上述した従来の位置計測アルゴリズムによっては、熱遮蔽体８のリム８ａのエッジ８ｅの位置θｃを正確に求めることができず、計測位置がばらつくという問題がある。この点を図５（ａ）、（ｂ）を用いて説明する。

本発明者による検討の結果、熱遮蔽体８のリム８ａのエッジ８ｅの位置θｃを正確に求めることができず、計測位置がばらつく原因は、つぎの２つであると推測される。

すなわち、１つの原因は、レーザ光１０１をるつぼ径方向に走査するとき、レーザ光の照射点が融液表面５ａから熱遮蔽体８に移り変わるときに、受光手段１３０の検出出力にノイズが発生して、移り変わりの判別、つまりレーザ光１０１の照射点がエッジ８ｅに到来したことの判別が困難であるということである。ノイズとは、メルト正反射光以外の散乱光によるゴースト（迷光）のことである。

もう一つの原因は、位置計測アルゴリズムは、位置計測作業を高効率で行うために、ステッピングモータ１２２を高速で駆動させて光走査を高速で行うとともに、距離計測を比較的長い周期Δθ１の間隔で行うようにしていることにある（図５（ａ））。このため、エッジ位置であると判断された時点で、既にレーザ光１０１の照射点は、エッジ８ｅから外れてリム８ａの上面８ｂの奥に移動していることが多い。このためエッジ位置をリム８ａの上面８ｂの位置θｂと誤って計測してしまうことが多い。このためエッジ位置は、図５（ｂ）に示すように、エッジ８ｅから行き過ぎた範囲Δθでばらつくことになる。

このようにして計測されたエッジ位置θｃがΔθの範囲でばらつくと、エッジ位置θｃを基準として定められる計測時の固定走査位置θ１、θ２、θ３、θ４もばらつくことになる。

ここで、熱遮蔽体８のリム８ａの上面８ｂは決して平坦ではなく、場所毎に凹凸が異なり高さが異なる。

このためバッチ毎に、エッジ計測位置がばらつくと、基準点から熱遮蔽体８のリム８ａの上面８ｂまでの距離Sがばらつくことになる。

図６（ａ）は、バッチ毎に計測値Sがばらつくことを示す実験データである。実験では、バッチ毎に、エッジ位置を計測し、バッチ毎に、エッジ位置を基準とする光走査位置θ２、θ４を書き換えて、この書き換えられた光走査位置θ２、θ４に固定してレーザ光１０１を出射して、バッチ毎にS値を計測した。ヒストグラムの横軸は、S計測値の平均値からの偏差であり、平均値を０としている。縦軸は、頻度である。同図６（ａ）に示すように、従来にあっては、平均値の±３ｍｍの範囲で距離S値がばらついていることがある。

このようにS計測値がばらつくと、それに伴い熱遮蔽体・液面間距離Ｌの計測値がばらつき、それに伴い熱遮蔽体・液面間距離Ｌの実際の位置をフィードバックして行われるシリコン単結晶引き上げ成長時の制御を安定して行なうことが難しくなり、引き上げ成長されるシリコン単結晶１０の品質がばらつき、安定したスペックの製品を提供できなくおそれがある。

また、エッジ位置θｃが正確に求められないと、このエッジ位置θｃを基準にしてレーザ光１０１の照射方向を定めて正確に熱遮蔽体８のリム８ａの上面８ｂの狙いとする位置にレーザ光１０１を当てることが難しくなるし、レーザ光１０１を融液表面５ａの狙いとする位置に当てることが難しくなる。これにより上記図２に示す距離計測そのものを行うことが困難となったり、図３に示す距離計測そのものを行うことが困難となったりする。特に、熱遮蔽体８とシリコン単結晶１０との距離Ｄが狭い場合あるいは熱遮蔽体８のリム８ａの上面８ｂのるつぼ径方向の長さが短い場合には、なおさら困難となる。

このように熱遮蔽体８のエッジ位置θｃを精度よくばらつきなく計測することが要請されている。しかも、位置計測を行っている間は制御を行なうことができないことから作業効率を高めるためにも、位置計測処理を短時間で済ませることが要求される。

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、熱遮蔽体８のエッジ位置θｃの位置計測処理を短時間で高作業効率にて行いつつも、エッジ位置θｃを精度よくばらつきなく計測できるようにすることを解決課題とするものである。

第１発明は、
炉内のるつぼに収容された融液から半導体単結晶を引上げ成長させて半導体単結晶を製造する半導体単結晶製造装置に適用される位置計測装置であって、
融液の上方にあって、半導体単結晶の周囲に設けられ、下端部にリムが備えられた熱遮蔽体と、
光を出射する光出射手段と、
光出射手段から出射された光を、るつぼの径方向に沿って走査する光走査手段と、
光出射手段から出射され、光走査手段によって走査された光の反射光を受光する受光手段と、
光を走査しながら、逐次の光走査位置と、光出射手段の出射位置と、受光手段の受光位置とに基づいて、三角測量の原理により、基準点と反射点との距離を、所定の第１の走査間隔毎に、逐次計測する第１の距離計測手段と、
第１の距離計測手段によって計測された距離が、基準点と融液との距離に該当する大きさから、基準点と熱遮蔽体のリムとの距離に該当する大きさへ変化したこと、あるいは、基準点と熱遮蔽体のリムとの距離に該当する大きさから、基準点と融液との距離に該当する大きさへ変化したことを判断する第１の判断手段と、
第１の判断手段によって計測距離の変化が判断された場合に、光走査位置を走査方向とは逆方向に所定量戻し、戻された光走査位置から光を再度走査しながら、逐次の光走査位置と、光出射手段の出射位置と、受光手段の受光位置とに基づいて、三角測量の原理により、基準点と反射点との距離を、前記第１の走査間隔よりも短い第２の走査間隔毎に、逐次計測する第２の距離計測手段と、
第２の距離計測手段によって計測された距離が、基準点と融液との距離に該当する大きさから、基準点と熱遮蔽体のリムとの距離に該当する大きさへ変化したこと、あるいは、基準点と熱遮蔽体のリムとの距離に該当する大きさから、基準点と融液との距離に該当する大きさへ変化したことを判断する第２の判断手段と、
第２の判断手段によって計測距離の変化が判断された場合に、その変化が判断された時点の光走査位置で光が熱遮蔽体のリムのエッジで反射されたと判定するエッジ位置判定手段と
が備えられていること
を特徴とする。

第２発明は、第１発明において、
半導体単結晶引上げ時に、熱遮蔽体と融液との距離または／および融液の液面レベルを計測し、計測値が所望する値になるように制御しつつ半導体単結晶を製造する半導体単結晶製造装置に適用される位置計測装置であって、
半導体単結晶引上げ時に、光が走査する方向の位置を引き上げ時の位置に固定して、この引き上げ時の固定走査位置と、光出射手段の出射位置と、受光手段の受光位置とに基づいて、三角測量の原理により、熱遮蔽体と融液との距離または／および融液の液面レベルを計測する引上げ時距離計測手段、
が備えられ、
引上げ時の固定走査位置は、エッジ位置判定手段で、光が熱遮蔽体のリムのエッジで反射されたと判定されたときの光走査位置を基準にして定められること
を特徴とする。

第３発明は、第２発明において、
光が融液の液面、熱遮蔽体のリムの側面それぞれで反射する経路を辿るように引上げ時の固定走査位置が定められること
を特徴とする。

第４発明は、第１発明において、
光走査手段は、光出射手段から出射された光を反射するミラーと、当該ミラーの光反射面の姿勢角を変化させるアクチュエータとを含んで構成され、
アクチュエータを駆動させてミラーの光反射面の姿勢角を変化させることにより光を走査するものであること
を特徴とする。

第５発明は、第１発明または第４発明において、
光走査手段は、ステッピングモータをアクチュエータとして光を走査するものであって、
第２の距離計測手段は、ステッピングモータが１ステップ回動される毎に、基準点と反射点との距離を計測すること
を特徴とする。

第６発明は、
炉内のるつぼに収容された融液から半導体単結晶を引上げ成長させて半導体単結晶を製造する半導体単結晶製造装置に適用される位置計測方法であって、
光をるつぼの径方向に沿って走査しながら、逐次の光走査位置と、光の出射位置と、光の受光位置とに基づいて、三角測量の原理により、基準点と光の反射点との距離を、所定の第１の走査間隔毎に、逐次計測する第１の距離計測ステップと、
第１の距離計測工程において計測された距離が、基準点と融液との距離に該当する大きさから、基準点と熱遮蔽体のリムとの距離に該当する大きさへ変化したこと、あるいは、基準点と熱遮蔽体のリムとの距離に該当する大きさから、基準点と融液との距離に該当する大きさへ変化したことを判断する第１の判断ステップと、
第１の判断ステップにおいて計測距離の変化が判断された場合に、光走査位置を走査方向とは逆方向に所定量戻し、戻された光走査位置から光を再度走査しながら、逐次の光走査位置と、光の出射位置と、光の受光位置とに基づいて、三角測量の原理により、基準点と反射点との距離を、前記第１の走査間隔よりも短い第２の走査間隔毎に、逐次計測する第２の距離計測ステップと、
第２の距離計測手ステップにおいて計測された距離が、基準点と融液との距離に該当する大きさから、基準点と熱遮蔽体のリムとの距離に該当する大きさへ変化したこと、あるいは、基準点と熱遮蔽体のリムとの距離に該当する大きさから、基準点と融液との距離に該当する大きさへ変化したことを判断する第２の判断ステップと、
第２の判断ステップにおいて計測距離の変化が判断された場合に、その変化が判断された時点の光走査位置で光が熱遮蔽体のリムのエッジで反射されたと判定するエッジ位置判定ステップと
を含んで位置計測処理が行われること
を特徴とする。

第７発明は、第６発明において、
半導体単結晶引上げ時に、熱遮蔽体と融液との距離または／および融液の液面レベルを計測し、計測値が所望する値になるように制御しつつ半導体単結晶を製造する半導体単結晶製造装置に適用される位置計測方法であって、
エッジ位置判定ステップにおいて光が熱遮蔽体のリムのエッジで反射されたと判定されたときの光走査位置を基準にして、引き上げ時における光が走査する方向の位置を定めるステップと、
半導体単結晶引上げ時に、光が走査する方向の位置を、この定められた位置に固定して、この引上げ時の固定走査位置と、光出射手段の出射位置と、受光手段の受光位置とに基づいて、三角測量の原理により、熱遮蔽体と融液との距離または／および融液の液面レベルを計測する引上げ時距離計測ステップと
を更に含むこと
を特徴とする。

第８発明は、第７発明において、
光が融液の液面、熱遮蔽体のリムの側面それぞれで反射する経路を辿るように引上げ時の固定走査位置が定められること
を特徴とする。

第１発明を図２の構成図、図７、図８に示す位置計測アルゴリズム、図９（ａ）、（ｂ）、（ｃ）を併せ参照して説明する。

すなわち、まず、第１の距離計測手段１４２では、光走査手段１２０によってレーザ光１０１をるつぼ３の径方向に走査しながら、逐次の光走査位置と、光出射手段１１０の出射位置と、受光手段１３０の受光位置とに基づいて、三角測量の原理により、基準点と反射点との距離ｄが、所定の第１の走査間隔Δθ１毎に、逐次計測される（図９（ａ）；ステップ２０４）。

つぎに、第１の判断手段１４３では、第１の距離計測手段１４２で計測された距離ｄが、基準点と融液５との距離ｄａに該当する大きさから、基準点と熱遮蔽体８のリム８ａとの距離ｄｂに該当する大きさへ変化したことが判断される（ステップ２０５）。

つぎに、第１の判断手段１４３によって計測距離の変化が判断された場合に（ステップ２０５の判断ＹＥＳ）、光走査位置θが走査方向Ａとは逆方向Ｂに所定量φだけ戻される（図９（ａ）；ステップ２１０）。そして、第２の距離計測手段１４４では、戻された光走査位置θｒｓからレーザ光１０１を再度走査しながら、逐次の光走査位置と、光出射手段の出射位置と、受光手段の受光位置とに基づいて、三角測量の原理により、基準点と反射点との距離ｄが、第１の走査間隔Δθ１よりも短い第２の走査間隔Δθ２毎に、逐次計測される（図９（ｂ）；ステップ２１１）。

つぎに、第２の判断手段１４５では、第２の距離計測手段１４４によって計測された距離ｄが、基準点と融液５との距離ｄａに該当する大きさから、基準点と熱遮蔽体８のリム８ａとの距離ｄｂに該当する大きさへ変化したことが判断される（ステップ２１２）。

この結果、計測距離の変化が判断された場合に（ステップ２１２の判断ＹＥＳ）、その変化が判断された時点の光走査位置θｃでレーザ光１０１が熱遮蔽体８のリム８ａのエッジ８ｅで反射されたと判定する（ステップ２１７）。

第１発明によれば、最初の第１の判断手段で、エッジ位置であると判断された時点で、たとえ既にレーザ光１０１の照射点が、エッジ８ｅから外れてリム８ａの上面８ｂの奥に移動していた場合であっても、光走査位置が所定量戻されるため、再度、エッジ位置の手前から距離計測を再開することができる。再度の距離計測は、最初の距離計測時よりも比較的短い周期Δθ２の間隔で行われる（図９（ａ））。このため、再度エッジ位置であると判断された時点で、レーザ光１０１の照射点は、エッジ８ｅから外れてリム８ａの上面８ｂの奥に移動することなく、エッジ８ｅの位置を誤差なく計測することができる。

しかも、短い間隔Δθ２毎に距離計測を行う区間は、光走査位置を所定量戻した位置θｒｓから再度エッジ位置を検出するまでの僅かな区間（図９（ｂ）；限度値（４０パルス））であって、それ以外は、長い間隔Δθ１毎に距離計測が行われ処理が高速で行われる。このため位置計測処理を短時間で済ませ作業を高効率で行うことができる。

このように本第１発明によれば、熱遮蔽体８のエッジ位置θｃの位置計測処理を短時間で高作業効率にて行いつつも、エッジ位置θｃを精度よくばらつきなく計測できるようになる。

第２発明では、レーザ光１０１が熱遮蔽体８のリム８ａのエッジ８ｅで反射されたと判定されたときの光走査位置θｃを基準にして、引き上げ時におけるレーザ光１０１が走査する方向の位置θ１、θ２、θ３、θ４が定められる（ステップ２２１）。

そして、シリコン単結晶引上げ時には、レーザ光１０１が走査する方向の位置を引上げ時の位置θ１、θ２、θ３、θ４に固定して、この引上げ時の固定走査位置と、光出射手段の出射位置と、受光手段の受光位置とに基づいて、三角測量の原理により、熱遮蔽体と融液との距離Ｌまたは／および融液の液面レベルＨが計測される。そして、計測値Ｌ、Ｈが所望する値になるように制御しつつシリコン単結晶１０が製造される。

第２発明によれば、バッチ毎に、エッジ位置θｃをばらつきなく正確に計測することができるため、基準点から熱遮蔽体８のリム８ａの上面８ｂまでの距離Sをばらつきなく正確に計測できるようになる。

よって、S計測値に基づき熱遮蔽体・液面間距離Ｌの実際の位置を正確に計測できるようになり、熱遮蔽体・液面間距離Ｌの実際の位置をフィードバックして行われるシリコン単結晶引き上げ成長時の制御を安定して行なえるようになり、引き上げ成長されるシリコン単結晶１０の品質が安定し、安定したスペックの製品を提供できるようになる。

また、エッジ位置θｃが正確に求められるため、このエッジ位置θｃを基準にしてレーザ光１０１の照射方向を正確に定めて正確に熱遮蔽体８のリム８ａの上面８ｂの狙いとする位置にレーザ光１０１を正確に当てることができるようになるとともに、レーザ光１０１を融液表面５ａの狙いとする位置に正確に当てることができるようになる。これにより熱遮蔽体８とシリコン単結晶１０との距離Ｄが狭い場合あるいは熱遮蔽体８のリム８ａの上面８ｂのるつぼ径方向の長さが短い場合であったとしても、レーザ光１０１を正確に狙いとする位置に照射して上記図２に示す距離計測を容易に行うことができる。同様に図３に示す距離計測を容易に行うことができる。

第３発明では、図１０に示すように、レーザ光１０１が融液５の液面５ａ、熱遮蔽体８のリム８ａの側面８ｄそれぞれで反射する経路を辿るように引上げ時の固定走査位置θ５、θ６が定められる。

すなわち、図１０に示すように、まず、ステッピングモータ１２２を駆動して光走査位置θを引上げ時の位置θ５に位置決めする。つぎに、光出射手段１１０からレーザ光１０１を出射して、熱遮蔽体８のリム８ａの側面８ｄに照射し、このリム側面８ｄで反射したレーザ光を融液液面５ａに照射し、融液液面５ａで反射したレーザ光を受光手段１３０で受光する。つぎに、この引上げ時の固定走査位置θ５と、光出射手段１１０の出射位置と、受光手段１３０の受光位置とに基づいて、三角測量の原理により、基準点から融液５の液面５ａまでの距離ＬＳを求め、融液液面レベルＨを計測する。

つぎに、ステッピングモータ１２２を駆動して光走査位置θを引上げ時の位置θ６に位置決めする。つぎに、光出射手段１１０からレーザ光１０１を出射して、熱遮蔽体８のリム８ａの上面８ｂに照射し、このリム上面８ｂで反射したレーザ光を受光手段１３０で受光する。つぎに、引上げ時の固定走査位置θ６と、光出射手段１１０の出射位置と、受光手段１３０の受光位置とに基づいて、三角測量の原理により、基準点から熱遮蔽体８のリム８ａの上面８ｂまでの距離Sを計測する。こうして求められた融液５の液面５ａまでの距離ＬＳと熱遮蔽体８のリム８ａの上面８ｂまでの距離Sと熱遮蔽体８のリム８ａの厚さｔから、熱遮蔽体・液面間距離Ｌを算出する。

図１０に示す距離計測方法は、非常に狭い熱遮蔽体８のリム８ａの側面８ｄにレーザ光１０１を照射しなければならないため、引上げ時の固定走査位置θ５を正確に定めてレーザ光１０の照射の精度を高める必要がある。

本発明によれば、エッジ位置θｃが正確に求められるため、このエッジ位置θｃを基準にして引上げ時の固定走査位置θ５を正確に定めて、それによりレーザ光１０１の照射方向を正確に定めて熱遮蔽体８のリム８ａの上面８ｂの狙いとする位置にレーザ光１０１を正確に当てることができるようになる。これにより非常に狭い熱遮蔽体８のリム８ａの側面８ｄにレーザ光１０１を照射しなければならない図１０に示す距離計測方法であったとしてもレーザ光１０１を正確に狙いとする位置に照射できるようになり、上記図１０に示す距離計測を容易に行うことができる。

第４発明では、図４に示すように、光走査手段１２０は、光出射手段１１０から出射されたレーザ光１０１を反射するミラー１２１と、このミラー１２１の光反射面１２１ａの姿勢角を変化させるアクチュエータ１２２とを含んで構成されており、アクチュエータ１２２を駆動させてミラー１２１の光反射面１２１の姿勢角を変化させることによりレーザ光１０１が走査される。

第５発明では、図４に示すように、光走査手段１２０は、ステッピングモータ１２２をアクチュエータとしてレーザ光１０１を走査する。第２の距離計測手段１４４では、ステッピングモータ１２２が１ステップ回動される毎に、光走査位置が微小間隔Δθ２だけ移動して、基準点と反射点との距離が計測される。

第６発明、第７発明、第８発明はそれぞれ、第１発明、第２発明、第３発明の装置の発明に対応する方法の発明である。

以下、図面を参照して本発明に係る半導体単結晶製造装置における位置計測装置および位置計測方法の実施の形態について説明する。

図１は、実施形態に用いられるシリコン単結晶製造装置の構成の一例を側面からみた図である。

同図１に示すように、実施形態のシリコン単結晶製造装置１は、単結晶引上げ用容器としてのＣＺ炉（チャンバ）２を備えている。

ＣＺ炉２内には、多結晶シリコンの原料を溶融して融液５として収容する石英るつぼ３が設けられている。石英るつぼ３は、その外側が黒鉛るつぼ１１によって覆われている。石英るつぼ３の周囲には、石英るつぼ３内の多結晶シリコン原料を加熱して溶融するヒータ９が設けられている。ヒータ９は円筒状に形成されている。ヒータ９は、その出力（パワー；ｋＷ）が制御されて、融液５に対する加熱量が調整される。たとえば、融液５の温度が検出され、検出温度をフィードバック量とし融液５の温度が目標温度になるように、ヒータ９の出力が制御される。

石英るつぼ３の上方には引上げ機構４が設けられている。引上げ機構４は、引上げ軸４ａと引上げ軸４ａの先端のシードチャック４ｃを含む。シードチャック４ｃによって種結晶１４が把持される。

石英るつぼ３内で多結晶シリコン（Ｓi）が加熱され溶融される。融液５の温度が安定化すると、引上げ機構４が動作し融液５からシリコン単結晶１０（シリコン単結晶）が引き上げられる。すなわち引上げ軸４ａが降下され引上げ軸４ａの先端のシードチャック４ｃに把持された種結晶１４が融液５に着液される。種結晶１４を融液５になじませた後引上げ軸４ａが上昇する。シードチャック４ｃに把持された種結晶１４が上昇するに応じてシリコン単結晶１０が成長する。

引上げの際、石英るつぼ３は回転軸１５によって回転する。また引上げ機構４の引上げ軸４ａは回転軸１５と逆方向にあるいは同方向に回転する。

回転軸１５は鉛直方向に駆動することができ、石英るつぼ３を上下動させ任意のるつぼ位置に移動させることができ、融液５の表面５ａ、つまり融液５の液面レベルＨを調整することができるようになっている。

ＣＺ炉２内と外気を遮断することで炉２内は真空（たとえば数十Torr程度）に維持される。すなわちＣＺ炉２には不活性ガスとしてのアルゴンガス７が供給され、ＣＺ炉２の排気口からポンプによって排気される。これにより炉２内は所定の圧力に減圧される。

単結晶引上げのプロセス（１バッチ）の間で、ＣＺ炉２内には種々の蒸発物が発生する。そこでＣＺ炉２にアルゴンガス７を供給してＣＺ炉２外に蒸発物とともに排気してＣＺ炉２内から蒸発物を除去しクリーンにしている。アルゴンガス７の供給流量は１バッチ中の工程ごとに設定する。

シリコン単結晶１０の引上げに伴い融液５が減少する。融液５の減少に伴い融液５と石英るつぼ３との接触面積が変化し石英るつぼ３からの酸素溶解量が変化する。この変化が、引き上げられるシリコン単結晶１０中の酸素濃度分布に影響を与える。

また、融液５の上方にあって、シリコン単結晶１０の周囲には、熱遮蔽体８（熱輻射板、ガス整流筒）が設けられている。熱遮蔽体８は、中心に開口８Ａを備えた円錐状に形成されている。熱遮蔽体８の下端部にはリム８ａが備えられている。リム８ａは、上面８ｂ、下面８ｃ、側面８ｄを有している。ここで、リム８ａの上面８ｂと側面８ｄとの境界をエッジ８ｅと定義する。

熱遮蔽体８の中心の開口８Ａには、シリコン単結晶１０が収容される。熱遮蔽体８のリム８ａの側面８ｄとシリコン単結晶１０の側面との距離（以下、熱遮蔽体・結晶間距離という）をＤとする。

熱遮蔽体８は、ＣＺ炉２内に上方より供給されるキャリアガスとしてのアルゴンガス７を、融液表面５ａの中央に導き、さらに融液表面５ａを通過させて融液表面５ａの周縁部に導く。そして、アルゴンガス７は、融液５から蒸発したガスとともに、ＣＺ炉２の下部に設けた排気口から排出される。このため液面上のガス流速を安定化することができ、融液５から蒸発する酸素を安定な状態に保つことができる。

また熱遮蔽体８は、種結晶１４および種結晶１４により成長されるシリコン単結晶１０を、石英るつぼ３、融液５、ヒータ９などの高温部で発生する輻射熱から、断熱、遮蔽する。また熱遮蔽体８は、シリコン単結晶１０に、炉内で発生した不純物（たとえばシリコン酸化物）等が付着して、単結晶育成を阻害することを防止する。

熱遮蔽体８の下端部のリム８ａと融液表面５ａとの距離Ｌ（熱遮蔽体・液面間距離Ｌ）の大きさは、回転軸１５を上昇下降させ、石英るつぼ３の上下方向位置を変化させることで調整することができる。また熱遮蔽体８を昇降装置により上下方向に移動させて距離Ｌを調整することもできる。

シリコン単結晶１０の品質は、引き上げ中の融液液面レベルＨあるいは熱遮蔽体・液面間距離Ｌの大きさによって変動することが従来より知られている。すなわち、引き上げ中の融液液面レベルＨあるいは熱遮蔽体・液面間距離Ｌの大きさが変化すると、それによってシリコン単結晶１０の軸方向の温度勾配等のパラメータが変動し、それによってシリコン単結晶１０の欠陥領域の分布、酸素濃度分布等が変化し、結晶の品質が変化する。

よって、要求されるスペックの結晶品質を得るために、その要求スペックに従って引上げ条件、つまり各引上げ位置毎に融液液面レベルＨの目標値あるいは各引上げ位置毎に熱遮蔽体・液面間距離Ｌの目標値が予め定められる。そして、引き上げ成長中は、逐次、融液液面レベルＨの実際の値あるいは熱遮蔽体・液面間距離Ｌの実際の値を検出し、これら検出値をフィードバックして、目標値と検出値との偏差が零になるように、回転軸１５の上下方向位置を調整する等の制御が行なわれる。

本実施例では、磁場印加引上げ法（ＭＣＺ法）によってシリコン単結晶１０が引き上げられる場合を想定する。なお、ＭＣＺ法は、ＣＺ法の一形態である。

すなわち、ＭＣＺ法では、たとえばＣＺ炉２の周囲に、磁石３０が配置される。本実施例では、磁石３０は、シリコン単結晶１０と融液５との固液界面の形状を上に凸の形状にするために設けられている。

磁石３０がＣＺ炉２の周囲に配置されることにより石英るつぼ３内の融液５に対して、水平磁場（横磁場）が印加される。融液５に水平磁場が印加されると、石英るつぼ３内での融液５の対流が抑制され、シリコン単結晶１０と融液５との間の固液界面の形状が所望する凸形に安定化されて、冷却速度ＣＲを安定して高めることができ、成長速度Ｖを高めることができる。なお、水平磁場の代わりにカスプ磁場を印加してもよい。

要求スペックの結晶品質を安定して得るためには、制御の結果、融液液面レベルＨあるいは熱遮蔽体・液面間距離Ｌが目標値に精度よく一致することが必要であり、そのためには、制御中に検出されるフィードバック量としての融液液面レベルＨの実際の値あるいは熱遮蔽体・液面間距離Ｌの実際の値が、常に精度よく計測されていることが前提となる。

図２は、引上げ位置毎に融液液面レベルＨあるいは熱遮蔽体・液面間距離Ｌの実際の値を計測する距離計測装置の構成例を示している。

図２の距離計測装置１００は、レーザ光１０１を出射する光出射手段１１０と、光出射手段１１０から出射されたレーザ光１０１を、石英るつぼ３の径方向に沿って走査する光走査手段１２０と、光出射手段１１０から出射され、光走査手段１２０によって走査されたレーザ光１０１の反射光を受光する受光手段１３０と、コントローラ１４０とから構成されている。

光走査手段１２０は、光出射手段１１０から出射されたレーザ光１０１が照射されてレーザ光がＣＺ炉２外からＣＺ炉２の窓２ｗを介してＣＺ炉２内に向うように反射させるミラー１２１と、このミラー１２１の光反射面１２１ａの姿勢角を変化させるステッピングモータ１２２と、ミラー１２１の光反射面１２１ａで反射されたレーザ光が照射されてＣＺ炉２の下方に向けて向うように反射させるプリズム１２３を含んで構成されている。

ここで、ステッッピングモータ１２２の回転軸１２２ａの回転角度θと、レーザ光１０１のるつぼ３の径方向の走査位置は、１対１に対応している。よって、本明細書では、レーザ光１０１のるつぼ径方向の走査位置をθで表すものとする。

受光手段１３０は、ＣＣＤセンサを含んで構成されている。

コントローラ１４０は、引上げ時距離計測手段１４１を含んで構成されている。

引上げ時距離計測手段１４１では、引上げ時の固定走査位置と、光出射手段１１０のレーザ光出射位置と、受光手段１３０の受光位置とに基づいて、三角測量の原理により、熱遮蔽体・液面間距離Ｌまたは／および融液液面レベルＨが計測される。引上げ時距離計測手段１４１は、ＣＣＤセンサ１３１から出力される検出信号等に基づいて熱遮蔽体・液面間距離Ｌまたは／および融液液面レベルＨを演算する処理を行う。

つぎに、融液液面レベルＨの実際の値あるいは熱遮蔽体・液面間距離Ｌの実際の値を計測する各種距離計測方法について説明する。

（第１の距離計測方法）
すなわち、まず、図２に示すように、ステッピングモータ１２２が駆動され光走査位置θが引き上げ時の位置θ１に位置決めされる。つぎに、光出射手段１１０からレーザ光１０１が出射される。光走査手段１２０によってレーザ光１０１は、融液液面５ａに向けて照射される。融液液面５ａで反射したレーザ光は、受光手段１３０で受光される。つぎに、引上げ時距離計測手段１４１では、この引上げ時の固定走査位置θ１と、光出射手段１１０の出射位置と、受光手段１３０の受光位置とに基づいて、三角測量の原理により、基準点から融液５の液面５ａまでの距離ＬＳが求められ、融液液面レベルＨが計測される。

つぎに、ステッピングモータ１２２が駆動され光走査位置θが引き上げ時の位置θ２に位置決めされる。つぎに、光出射手段１１０からレーザ光１０１を出射する。光走査手段１２０によってレーザ光１０１は、熱遮蔽体８のリム８ａの上面８ｂに向けて照射される。このリム上面８ｂで反射したレーザ光は、受光手段１３０で受光される。つぎに、引上げ時距離計測手段１４１では、この引上げ時の固定走査位置θ２と、光出射手段１１０の出射位置と、受光手段１３０の受光位置とに基づいて、三角測量の原理により、基準点から熱遮蔽体８のリム８ａの上面８ｂまでの距離Sが計測される。こうして求められた融液の液面５ａまでの距離ＬＳと熱遮蔽体８のリム８ａの上面８ｂまでの距離Sと熱遮蔽体８のリム８ａの厚さｔから、熱遮蔽体・液面間距離Ｌが算出される。

（第２の距離計測方法）
すなわち、図３に示すように、まず、ステッピングモータ１２２が駆動され光走査位置θが引き上げ時の位置θ３に位置決めされる。つぎに、光出射手段１１０からレーザ光１０１が出射される。光走査手段１２０によってレーザ光１０１は、融液液面５ａに向けて照射される。融液液面５ａで反射したレーザ光は、熱遮蔽体８のリム８ａの下面８ｃに照射され、このリム下面８ｃで反射したレーザ光は再度融液液面５ａに照射され、融液液面５ａで反射したレーザ光が受光手段１３０で受光される。つぎに、引上げ時距離計測手段１４１では、この引上げ時の固定走査位置θ３と、光出射手段１１０の出射位置と、受光手段１３０の受光位置とに基づいて、三角測量の原理により、基準点から融液５の液面５ａまでの距離ＬＳが求められ、融液液面レベルＨが計測される。

つぎに、ステッピングモータ１２２が駆動され光走査位置θが引き上げ時の位置θ４に位置決めされる。つぎに、光出射手段１１０からレーザ光１０１が出射される。光走査手段１２０によってレーザ光１０１は、熱遮蔽体８のリム８ａの上面８ｂに照射される。このリム上面８ｂで反射したレーザ光は受光手段１３０で受光される。つぎに、引上げ時距離計測手段１４１では、引上げ時の固定走査位置θ４と、光出射手段１１０の出射位置と、受光手段１３０の受光位置とに基づいて、三角測量の原理により、基準点から熱遮蔽体８のリム８ａの上面８ｂまでの距離Sが計測される。こうして求められた融液５の液面５ａまでの距離ＬＳと熱遮蔽体８のリム８ａの上面８ｂまでの距離Sと熱遮蔽体８のリム８ａの厚さｔから、熱遮蔽体・液面間距離Ｌが算出される。

（第３の距離計測方法）
第３の距離計測方法では、図１０に示すように、レーザ光１０１が融液５の液面５ａ、熱遮蔽体８のリム８ａの側面８ｄそれぞれで反射する経路を辿るように引上げ時の固定走査位置θ５、θ６が定められる。

すなわち、図１０に示すように、まず、ステッピングモータ１２２が駆動され光走査位置θが引上げ時の位置θ５に位置決めされる。つぎに、光出射手段１１０からレーザ光１０１が出射される。光走査手段１２０によってレーザ光１０１は、熱遮蔽体８のリム８ａの側面８ｄに照射される。このリム側面８ｄで反射したレーザ光は融液液面５ａに照射され、融液液面５ａで反射したレーザ光が受光手段１３０で受光される。つぎに、引上げ時距離計測手段１４１では、この引上げ時の固定走査位置θ５と、光出射手段１１０の出射位置と、受光手段１３０の受光位置とに基づいて、三角測量の原理により、基準点から融液５の液面５ａまでの距離ＬＳが求められ、融液液面レベルＨが計測される。

つぎに、ステッピングモータ１２２が駆動され光走査位置θが引上げ時の位置θ６に位置決めされる。つぎに、光出射手段１１０からレーザ光１０１が出射される。光走査手段１２０によってレーザ光１０１は、熱遮蔽体８のリム８ａの上面８ｂに照射される。このリム上面８ｂで反射したレーザ光は受光手段１３０で受光される。つぎに、引上げ時距離計測手段１４１では、引上げ時の固定走査位置θ６と、光出射手段１１０の出射位置と、受光手段１３０の受光位置とに基づいて、三角測量の原理により、基準点から熱遮蔽体８のリム８ａの上面８ｂまでの距離Sが計測される。こうして求められた融液５の液面５ａまでの距離ＬＳと熱遮蔽体８のリム８ａの上面８ｂまでの距離Sと熱遮蔽体８のリム８ａの厚さｔから、熱遮蔽体・液面間距離Ｌが算出される。

図１０では、レーザ光１０１が熱遮蔽体８のリム８ａの側面８ｄ、融液５の液面５ａの順序で反射する経路を辿るようにしているが、第３の距離計測方法の別の方法として、レーザ光１０１が融液５の液面５ａ、熱遮蔽体８のリム８ａの側面８ｄの順序で反射する経路を辿るようにしてもよい。

上記引上げ時の光走査位置θ１、θ２、θ３、θ４、θ５、θ６は、基準となる光走査位置θｃから定められる。基準となる光走査位置θｃは、熱遮蔽体８のリム８ａのエッジ８ｅである。

エッジ位置θの位置計測は、図２（図３、図１０）に示す距離計測装置１００のコントローラ１４０で行われる。

この位置計測処理は、たとえば各バッチの間、ＣＺ炉２の分解、清掃時、引き上げプロセスの途中などで行われる。

以下、引上げ時距離計測装置１００で行われるエッジ位置θｃの位置計測処理について、図７、図８に示す位置計測アルゴリズム、図９（ａ）、（ｂ）、（ｃ）を併せ参照して説明する。

すなわち、まず、第１の距離計測手段１４２では、光走査手段１２０によってレーザ光１０１をるつぼ３の径方向に走査しながら、逐次の光走査位置と、光出射手段１１０の出射位置と、受光手段１３０の受光位置とに基づいて、三角測量の原理により、基準点と反射点との距離ｄが、所定の第１の走査間隔Δθ１毎に、逐次計測される（図９（ａ）；ステップ２０４）。

つぎに、第１の判断手段１４３では、第１の距離計測手段１４２で計測された距離ｄが、基準点と融液５との距離ｄａに該当する大きさから、基準点と熱遮蔽体８のリム８ａとの距離ｄｂに該当する大きさへ変化したことが判断される（ステップ２０５）。

つぎに、第１の判断手段１４３によって計測距離の変化が判断された場合に（ステップ２０５の判断ＹＥＳ）、光走査位置θが走査方向Ａとは逆方向Ｂに所定量φだけ戻される（図９（ａ）；ステップ２１０）。そして、第２の距離計測手段１４４では、戻された光走査位置θｒｓからレーザ光１０１を再度走査しながら、逐次の光走査位置と、光出射手段の出射位置と、受光手段の受光位置とに基づいて、三角測量の原理により、基準点と反射点との距離ｄが、第１の走査間隔Δθ１よりも短い第２の走査間隔Δθ２毎に、逐次計測される（図９（ｂ）；ステップ２１１）。

つぎに、第２の判断手段１４５では、第２の距離計測手段１４４によって計測された距離ｄが、基準点と融液５との距離ｄａに該当する大きさから、基準点と熱遮蔽体８のリム８ａとの距離ｄｂに該当する大きさへ変化したことが判断される（ステップ２１２）。

この結果、計測距離の変化が判断された場合に（ステップ２１２の判断ＹＥＳ）、その変化が判断された時点の光走査位置θｃでレーザ光１０１が熱遮蔽体８のリム８ａのエッジ８ｅで反射されたと判定する（図９（ｃ）；ステップ２１７）。

以下、更に詳細に説明する。

まず、レーザ光１０１の走査位置θを走査開始位置θｓに移動させ、位置決めする（図９（ｃ）；ステップ２０１）。

つぎに、ステッピングモータ１２２が駆動され、熱遮蔽体８側方向Ａへのレーザ光１０１の走査が開始される（ステップ２０２）。

レーザ光１０１の逐次の走査位置θが検出され、逐次の走査位置θが走査開始位置θｓに最大走査幅Ｗを加えた最終走査位置θｅまでの範囲内であるか否かが判断される（図９（ｃ）；ステップ２０３）。

つぎに、基準点と反射点との距離ｄが、所定の第１の走査間隔Δθ１毎に、逐次計測される（図９（ａ）；ステップ２０４）。

つぎに、計測距離ｄが予め設定された距離ｄｂ−Δｄからｄｂ＋Δｄまでの範囲内であるか否かを判断することによって、レーザ光走査位置θが熱遮蔽体８のエッジ８ｅ近傍に達したか否かが判断される。距離ｄｂ−Δｄ〜ｄｂ＋Δｄは、基準点から熱遮蔽体８のリム８ａまでの距離に相当する大きさに定められる（図９（ｃ）；ステップ２０５）。

ステップ２０３の判断がＹＥＳであってステップ２０５の判断がＮＯである限り、つまりレーザ光走査位置θが最終走査位置θｅに達しておらず熱遮蔽体８のエッジ８ｅ近傍に達していないと判断されている限りは、距離計測（ステップ２０４）が繰り返される。距離計測の間隔Δθ１は、ステップ２０３〜ステップ２０４〜ステップ２０５の処理のサイクルタイムとステッピングモータ１２２の回転速度で定まる。レーザ光走査位置θが熱遮蔽体８のエッジ８ｅ近傍に達するまでの走査区間では、ステッピングモータ１２２が高速で回転されレーザ光１０１の走査が高速で行われながら長い走査間隔Δθ１で距離計測が行われる。このため、処理が高速で行われることになる。

ただし、レーザ光走査位置θが熱遮蔽体８のエッジ８ｅ近傍に達しないと判断されたまま最終走査位置θｅに達すると（ステップ２０３の判断ＮＯ）、エラーメッセージが表示されるなど異常の表示がなされ、オペレータに異常が知らしめられ（ステップ２２７）、全処理が終了する。

これに対して、レーザ光走査位置θが最終走査位置θｅに達しないで熱遮蔽体８のエッジ８ｅ近傍に達したと判断されると（ステップ２０５の判断ＹＥＳ）、ステッピングモータ１２２の駆動が一旦停止され（ステップ２０６）、レーザ光走査位置θが熱遮蔽体８のエッジ８ｅに達したことを確認するステージ（ステップ２０７、２０８、２０９、２２５、２２６）に入る。

すなわち、距離ｄの計測がｎ回（たとえば２０回）繰り返し行なわれる（ステップ２０７）。

つぎに、以下の条件が満たされたか否かが判断される。

１） ｎ回計測された各距離ｄのうちｍ回（たとえば２０回）以上の計測距離ｄが予め設定された距離ｄｂ−Δｄからｄｂ＋Δｄまでの範囲内にあること。

２） ｎ回の各計測距離ｄのうち最大値と最小値との差εが許容計測誤差Δε以下であること（ステップ２０８）。

この結果、上記１）、２）の条件が満たされた場合には（ステップ２０８の判断ＹＥＳ）、そのときのレーザ光走査位置θを、「仮のエッジ位置」と判断する（ステップ２０９）。

しかし、上記１）、２）の条件が満たされなかった場合には（ステップ２０８の判断ＮＯ）、ステッピングモータ１２２を最小ステップ、つまり１ステップ移動させて、距離計測（ステップ２０７）、判断処理（ステップ２０８）を繰り返し行なわせる。

ステッピングモータ１２２を最小ステップ（１ステップ）移動させる毎に、カウント値ｉが＋１インクリメントされる（ステップ２２５）。カウント値ｉが限度値ｉmaxを超えない限りは（ステップ２２６の判断ＹＥＳ）、ｎ回の距離計測（ステップ２０７）、判断処理（ステップ２０８）が繰り返し行なわれる。しかし、カウント値ｉが限度値ｉmaxを超えると（ステップ２２６の判断ＮＯ）、レーザ光１０１は未だ融液表面５ａあるいは熱遮蔽板８のリム８ａの側面８ｄを照射している段階であって、レーザ光走査位置θがエッジ８ａに達したことを確認する段階にはないとみなし、ステップ２０３に戻り、長い走査間隔Δθ１での距離計測（ステップ２０４）を再度行わせる。

さて、上記ステップ２０９で、レーザ光走査位置θが「仮のエッジ位置」と判断された時点では、レーザ光走査位置θがエッジ８ｅの実際の位置を行き過ぎ、リム８ａの上面８ｂの奥まで達していることがある（図９（ａ）参照）。これは、上述したごとく、レーザ光走査位置θが熱遮蔽体８のエッジ８ｅに達するまでの走査区間では、ステッピングモータ１２２が高速で回転されレーザ光１０１の走査が高速で行われながら長い走査間隔Δθ１で距離計測（ステップ２０４）が行われたためである。このため「エッジ位置」と判断される距離計測が行われた時点では、既にレーザ光走査位置θが実際のエッジ位置を行き過ぎているおそれがある。

そこで、かかるレーザ光走査位置θの「行き過ぎ」を考慮して、上記ステップ２０９で、レーザ光走査位置θが「仮のエッジ位置」と判断された時点で、光走査位置θが走査方向Ａとは逆方向Ｂに所定量φだけ戻した上で（図９（ａ）；ステップ２１０）、上記走査間隔Δθ１よりも短い周期Δθ２でレーザ光走査位置θが熱遮蔽体８のエッジ８ｅに達したか否かを詳細に探索するステージ（ステップ２１１ないし２１４）に入る。

すなわち、レーザ光走査位置θが「仮のエッジ位置」であると判断されると（ステップ２０９の判断ＹＥＳ）、ステッピングモータ１２２が所定のパルス数（たとえば２０パルス）だけ逆方向に回転駆動され、光走査位置θが現在の走査位置から走査方向Ａとは逆方向Ｂ、つまり熱遮蔽体８から遠ざかる側の方向Ｂへ所定量φだけ戻される（図９（ａ）；ステップ２１０）。

つぎに距離ｄの計測が行なわれる（ステップ２１１）。

つぎに、計測距離ｄが予め設定された距離ｄｂ−Δｄからｄｂ＋Δｄまでの範囲内であるか否かを判断することによって、レーザ光走査位置θが熱遮蔽体８のエッジ８ｅ近傍に達したか否かが判断される。距離ｄｂ−Δｄ〜ｄｂ＋Δｄは、基準点から熱遮蔽体８のリム８ａまでの距離に相当する大きさに定められる（ステップ２１２）。

上記ステップ２１２の判断がＮＯであった場合には、戻された走査開始位置θｒｓから熱遮蔽体８側方向Ａへのレーザ光１０１を最小ステップずつ、つまりステッピングモータ１２２を１ステップずつ移動させて、１ステップずつ、間隔Δθ２毎の距離計測（図９（ｂ）；ステップ２１１）、判断処理（ステップ２１２）を繰り返し行なわせる。

ステッピングモータ１２２を最小ステップ（１ステップ）移動させる毎に、カウント値ｊが＋１インクリメントされる（ステップ２１３）。カウント値ｊの限度値ｊmaxは、戻された走査開始位置θｒｓから所定のパルス数（たとえば４０パルス）に設定されている（図９（ｂ））。よってカウント値ｊが限度値ｊmax（４０パルス）を超えない限りは（ステップ２１４の判断ＹＥＳ）、１ステップずつ、間隔Δθ２毎の距離計測（ステップ２１１）、判断処理（ステップ２１２）が繰り返し行なわれる。しかし、カウント値ｊが限度値ｊmax（４０パルス）を超えると（ステップ２１４の判断ＮＯ）、レーザ光１０１は未だ融液表面５ａあるいは熱遮蔽板８のリム８ａの側面８ｄを照射している段階であって、レーザ光走査位置θがエッジ８ａに達したことを確認する段階にはないとみなし、ステップ２０３に戻り、長い走査間隔Δθ１での距離計測（ステップ２０４）を再度行わせる。

これに対して、レーザ光走査位置θが、戻された操作開始位置θｒｅに上記所定パルス数（４０パルス）に相当する固定値を加えた走査位置に達しないまま（ステップ２１４の判断ＹＥＳ）、熱遮蔽体８のエッジ８ｅ近傍に達したと判断されると（ステップ２１２の判断ＹＥＳ）、レーザ光走査位置θが熱遮蔽体８のエッジ８ｅに達したことを確認するステージ（ステップ２１５、２１６、２１７、２１８、２１９、２２０）に入る。

すなわち、距離ｄの計測がｐ回（たとえば２０回）繰り返し行なわれる（ステップ２１５）。

つぎに、以下の条件が満たされたか否かが判断される。

３） ｐ回計測された各距離ｄのうちｑ回（たとえば２０回）以上の計測距離ｄが予め設定された距離ｄｂ−Δｄからｄｂ＋Δｄまでの範囲内にあること。

４） ｐ回の各計測距離ｄのうち最大値と最小値との差εが許容計測誤差Δε以下であること（ステップ２１６）。

この結果、上記３）、４）の条件が満たされた場合には（ステップ２１６の判断ＹＥＳ）、そのときのレーザ光走査位置θを、最終的にエッジ位置と判断する（ステップ２１７）。

しかし、上記３）、４）の条件が満たされなかった場合には（ステップ２１６の判断ＮＯ）、ステッピングモータ１２２を最小ステップ、つまり１ステップ移動されて、ｐ回の距離計測（ステップ２１５）、判断処理（ステップ２１６）が１ステップずつ間隔Δθ２毎に行われる。

すなわち、ステッピングモータ１２２を最小ステップ（１ステップ）移動させる毎に、カウント値ｊが＋１インクリメントされるとともに、カウント値ｋが＋１インクリメントされる（ステップ２１８）。カウント値ｊが所定パルス数（４０パルス）を超えず（ステップ２１９の判断ＹＥＳ）、かつカウント値ｋが限度値ｋmaxを超えない限りは（ステップ２２０の判断ＹＥＳ）、ｐ回の距離計測（ステップ２１５）、判断処理（ステップ２１６）が間隔Δθ２毎に繰り返し行なわれる。しかし、カウント値ｊが限度値ｊmax（４０パルス）を超えると（ステップ２１９の判断ＮＯ）、レーザ光１０１は未だ融液表面５ａあるいは熱遮蔽板８のリム８ａの側面８ｄを照射している段階であって、レーザ光走査位置θがエッジ８ａに達したことを確認する段階にはないとみなし、ステップ２０３に戻り、長い走査間隔Δθ１での距離計測（ステップ２０４）を再度行わせる。また、カウント値ｊが限度値ｊmax（４０パルス）を超えない場合（ステップ２１９の判断ＹＥＳ）であっても、カウント値ｋが限度値ｋmaxを超えると（ステップ２２０の判断ＮＯ）、未だレーザ光走査位置θがエッジ８ａ近傍に達していないとみなして、ステップ２１１に戻り、１回の距離計測（ステップ２１１）を間隔Δθ２毎に行わせる。

上記ステップ２１７で、レーザ光走査位置θが最終的にエッジ位置と判断されると、つぎに、上記引上げ時の光走査位置θ１、θ２、θ３、θ４、θ５、θ６を書き換える処理が行われる。

すなわち上記ステップ２１７で、最終的にエッジ位置と判断された光走査位置θｃからＢ方向、つまり熱遮蔽体８から遠ざかる結晶１０の方向Ｂに、予め設定された走査量だけ移動させ、光走査位置θ１、θ３、θ５に位置決めする（ステップ２２１）。

つぎに、光出射手段１１０からレーザ光１０１が出射されて、基準点から反射点までの距離が計測され、融液５の液面５ａまでの距離ＬＳが求められる。求められた距離ＬＳは画面に表示される（ステップ２２２）。

つぎに、光走査位置θ１、θ３、θ５を書き換えるか否かが判断される（ステップ２２３）。

光走査位置θ１、θ３、θ５を書き換えると判断された場合には、光走査位置θ１、θ３、θ５が前回の値から更新されて書き換えられる（ステップ２２４）。

同様に、上記ステップ２１７で、レーザ光走査位置θが最終的にエッジ位置と判断されると、最終的にエッジ位置と判断された光走査位置θｃからＡ方向、つまり結晶１０から熱遮蔽体８に向う方向Ａに、予め設定された走査量だけ移動させ、光走査位置θ２、θ４、θ６に位置決めする（ステップ２２１）。

つぎに、光出射手段１１０からレーザ光１０１が出射されて、基準点から反射点までの距離が計測され、熱遮蔽体８のリム８ａの上面８ｂまでの距離Sが求められる。求められた距離Sは画面に表示される（ステップ２２２）。

つぎに、光走査位置θ２、θ４、θ６を書き換えるか否かが判断される（ステップ２２３）。

光走査位置θ２、θ４、θ６を書き換えると判断された場合には、光走査位置θ２、θ４、θ６が前回の値から更新されて書き換えられる（ステップ２２４）。

このようにして書き換えられた光走査位置θ１、θ２、θ３、θ４、θ５、θ６は、次回の距離計測、つまり上記第１の距離計測方法、第２の距離計測方法、第３の距離計測方法による距離計測に用いられる。すなわち、光走査位置θは、書き換えられた光走査位置θ１、θ２、θ３、θ４、θ５、θ６に固定された上で、上記第１の距離計測方法、第２の距離計測方法、第３の距離計測方法による距離計測が行われる。

つぎに本実施例の効果について説明する。

本実施例によれば、最初の判断で、エッジ位置であると判断された時点で、たとえ既にレーザ光１０１の照射点が、エッジ８ｅから外れてリム８ａの上面８ｂの奥に移動していた場合であっても、光走査位置θが所定量φだけ戻されるため、再度、エッジ位置の手前から距離計測を再開することができる。再度の距離計測は、最初の距離計測時よりも比較的短い周期Δθ２の間隔で行われる（図９（ａ））。このため、再度エッジ位置であると判断された時点で、レーザ光１０１の照射点は、エッジ８ｅから外れてリム８ａの上面８ｂの奥に移動することなく、エッジ８ｅの位置を誤差なく計測することができる。
図６（ｂ）は、実施例の実験データである。

図６（ｂ）は、図６（ａ）の従来の実験データに対応する図であり、バッチ毎の計測値Sのばらつきを示す実験データである。実験では、バッチ毎に、エッジ位置を計測し、バッチ毎に、エッジ位置を基準とする光走査位置θ２、θ４を書き換えて、この書き換えられた光走査位置θ２、θ４に固定してレーザ光１０１を出射して、バッチ毎にS値を計測した。ヒストグラムの横軸は、S計測値の平均値からの偏差であり、平均値を０としている。縦軸は、頻度である。同図６（ｂ）と図６（ａ）を対比してわかるように、従来にあっては、S計測値は、平均値の±３ｍｍの範囲でS値がばらついていたが、本実施例によると、S計測値のばらつきは平均値の±１．５ｍｍの範囲に収まり、S値のばらつきが極めて良好に抑制されていることがわかる。

S計測値について述べたが、同様にして、エッジ位置を基準にして行われる他の距離計測の値、つまり、熱遮蔽体・融液間距離Ｌ、融液液面レベルＨについても、同様にばらつきが少なく極めて高精度のものとなる。

よって、熱遮蔽体・液面間距離Ｌあるいは融液液面レベルＨの実際の位置をフィードバックして行われるシリコン単結晶引き上げ成長時の制御を安定して行なえるようになり、引き上げ成長されるシリコン単結晶１０の品質が安定し、安定したスペックの製品を提供できるようになる。

また、エッジ位置θｃが正確に求められるため、このエッジ位置θｃを基準にしてレーザ光１０１の照射方向を正確に定めて正確に熱遮蔽体８のリム８ａの上面８ｂの狙いとする位置にレーザ光１０１を正確に当てることができるようになるとともに、レーザ光１０１を融液表面５ａの狙いとする位置に正確に当てることができるようになる。これにより熱遮蔽体８とシリコン単結晶１０との距離Ｄが狭い場合あるいは熱遮蔽体８のリム８ａの上面８ｂのるつぼ径方向の長さが短い場合であったとしても、レーザ光１０１を正確に狙いとする位置に照射して上記図２に示す第１の距離計測方法による計測を容易に行うことができる。同様に図３に示す第２の距離計測方法による計測を容易に行うことができる。

とりわけ図１０に示す第３の距離計測方法は、レーザ光１０１を融液５の液面５ａ、熱遮蔽体８のリム８ａの側面８ｄそれぞれで反射する経路を辿るように引上げ時の固定走査位置θ５、θ６を定めるものであり、非常に狭い熱遮蔽体８のリム８ａの側面８ｄにレーザ光１０１を照射しなければならないため、引上げ時の固定走査位置θ５を正確に定めてレーザ光１０の照射の精度を高める必要がある。この点、本実施例によれば、エッジ位置θｃが正確に求められるため、このエッジ位置θｃを基準にして引上げ時の固定走査位置θ５を正確に定めて、それによりレーザ光１０１の照射方向を正確に定めて熱遮蔽体８のリム８ａの上面８ｂの狙いとする位置にレーザ光１０１を正確に当てることができるようになる。これにより非常に狭い熱遮蔽体８のリム８ａの側面８ｄにレーザ光１０１を照射しなければならない図１０に示す第３の距離計測方法であったとしてもレーザ光１０１を正確に狙いとする位置に照射できるようになり、上記図１０に示す第３の距離計測方法による計測を容易に行うことができる。

しかも、本実施例によれば、短い間隔Δθ２毎に距離計測を行う区間は、所定量φ（２０パルス）戻された走査開始位置θｒｓから所定量（４０パルス）に達するまでの僅かな区間であって、それ以外では原則として長い間隔Δθ１毎に距離計測が行われ処理が高速で行われる。このため位置計測処理は全体として高速で行われ短時間で済ますことができ位置計測作業を高効率で行うことができる。

上述した実施例に対しては本発明の趣旨を変更しない範囲で各処理を変更、削除等した実施が可能である。

まず、上述した実施例では、レーザ光１０１を、シリコン単結晶１０側から熱遮蔽体８に向う方向Ａに走査させて、計測距離ｄが、基準点と融液５との距離ｄａに該当する大きさから、基準点と熱遮蔽体８のリム８ａとの距離ｄｂに該当する大きさへ変化したか否かを判断するようにしている（ステップ２０５、ステップ２０８、ステップ２１２、ステップ２１６の各判断処理）が、レーザ光１０１を、熱遮蔽体８側からシリコン単結晶１０に向う方向Ｂに走査させて、同様の判断を行うようにしてもよい。

すなわち、レーザ光１０１を、熱遮蔽体８側からシリコン単結晶１０に向う方向Ｂに走査させて、ステップ２０５、ステップ２０８、ステップ２１２、ステップ２１６の各判断処理において、計測距離ｄが、基準点と熱遮蔽体８のリム８ａとの距離ｄｂに該当する大きさから、基準点と融液５との距離ｄａに該当する大きさへ変化したことを判断する実施も可能である。この場合、ステップ２１０では、光走査位置θが走査方向Ｂとは逆方向Ａに所定量φだけ戻される処理が行われ、走査間隔Δθ１よりも短い周期Δθ２でレーザ光走査位置θが熱遮蔽体８のエッジ８ｅに達したか否かを詳細に探索するステージ（ステップ２１１ないし２１４）に入ることになる。

また、上述した実施例では、レーザ光走査位置θが熱遮蔽体８のエッジ８ｅに達したか否かを詳細に探索するステージ（ステップ２１１ないし２１４）では、ステッピングモータ１２２を最小ステップ（１ステップ）移動させる毎に、距離ｄの計測を行わせ走査間隔Δθ１よりも短い周期Δθ２でレーザ光走査位置θが熱遮蔽体８のエッジ８ｅに達したか否かを判断するようにしている。しかし、ステッピングモータ１２２を最小ステップ（１ステップ）移動させる毎に距離計測、判断処理を行うというのはあくまでも一例であり、Δθ１よりも短い間隔で距離計測、判断処理を行うことができるのであれば、ステッピングモータ１２２を２ステップ以上の間隔ごとに距離計測、判断処理を行わせる実施も可能である。

また、上述した実施例では、熱遮蔽体８のエッジ８ｅ近傍に達したか否かの判断処理（ステップ２０５）を経て、レーザ光走査位置θが熱遮蔽体８のエッジ８ｅに達したことを確認するステージ（ステップ２０７、２０８、２０９、２２５、２２６）に入り、その結果、 レーザ光走査位置θが「仮のエッジ位置」になったと判断された（ステップ２０９の判断ＹＥＳ）ならば、走査方向Ａとは逆方向Ｂに所定量φだけ走査位置θを戻すようにしている（ステップ２１０）。しかし、この場合、レーザ光走査位置θが熱遮蔽体８のエッジ８ｅに達したことを確認するステージ（ステップ２０７、２０８、２０９、２２５、２２６）の処理を省略し、熱遮蔽体８のエッジ８ｅ近傍に達したか否かの判断処理（ステップ２０５）の結果、熱遮蔽体８のエッジ８ｅ近傍に達したと判断されたならば（ステップ２０５の判断ＹＥＳ）、その時点でこれを「仮のエッジ位置」とし、走査方向Ａとは逆方向Ｂに所定量φだけ戻す処理（ステップ２１０）に移行させる実施も可能である。

また、上述した実施例では、光走査位置θが走査方向Ａとは逆方向Ｂに所定量φだけ戻される処理（ステップ２１０）を経て、走査間隔Δθ１よりも短い周期Δθ２でレーザ光走査位置θが熱遮蔽体８のエッジ８ｅに達したか否かを詳細に探索するステージ（ステップ２１１ないし２１４）に入り、その結果、レーザ光走査位置θが熱遮蔽体８のエッジ８ｅに達したと判断された（ステップ２１２の判断ＹＥＳ）ならば、レーザ光走査位置θが熱遮蔽体８のエッジ８ｅに達したことを確認するステージ（ステップ２１５、２１６、２１７、２１８、２１９、２２０）に入り、最終的なエッジ位置の判定（ステップ２１７）を行うようにしている。しかし、この場合、レーザ光走査位置θが熱遮蔽体８のエッジ８ｅに達したことを確認するステージ（ステップ２１５、２１６、２１７、２１８、２１９、２２０）の処理を省略し、光走査位置θが走査方向Ａとは逆方向Ｂに所定量φだけ戻される処理（ステップ２１０）を経て、走査間隔Δθ１よりも短い周期Δθ２でレーザ光走査位置θが熱遮蔽体８のエッジ８ｅに達したか否かを詳細に探索するステージ（ステップ２１１ないし２１４）に入り、その結果、レーザ光走査位置θが熱遮蔽体８のエッジ８ｅに達したと判断された（ステップ２１２の判断ＹＥＳ）ならば、その時点の走査位置θを最終的なエッジ位置と判定する（ステップ２１７）実施も可能である。

また、ステップ２１１ないし２１４の処理を省略し、光走査位置θが走査方向Ａとは逆方向Ｂに所定量φだけ戻される処理（ステップ２１０）を経て、レーザ光走査位置θが熱遮蔽体８のエッジ８ｅに達したことを確認するステージ（ステップ２１５〜）に入り、最終的なエッジ位置を判定する（ステップ２１７）実施も可能である。この場合、ステップ２１９の処理は省略されることになる。

要するに、本発明としては、第１の走査間隔Δθ１で距離計測を行いながら、第１の判断処理を行って、その結果、エッジ位置と判断できる計測距離ｄの変化が判断された場合に、今度は光走査位置θを走査方向Ａとは逆方向Ｂ（あるいは走査方向Ｂとは逆方向Ａ）に所定量φ戻し、戻された光走査位置θｒｓからレーザ光１０１を再度走査しながら、第１の走査間隔Δθ１よりも短い第２の走査間隔Δθ２で距離計測を行いながら、第２の判断処理を行って、その結果、エッジ位置と判断できる計測距離ｄの変化が判断できた場合に、その変化が判断された時点の光走査位置θｃでレーザ光１０１が熱遮蔽体８のリム８ａのエッジ８ｅで反射されたと最終的に判定できるのあれば、その発明の範囲内でいかなる態様のアルゴリムであっても適用することができる。

また、実施例では、エッジ位置θｃを計測し、エッジ位置θｃを基準として距離計測を行うための走査位置θ１〜θ６を定める場合を想定した。しかし、これは一例であり、エッジθｃを基準として他の計測を行ってもよい。たとえば、エッジ位置θｃからシリコン単結晶１０側の方向Ｂにレーザ光１０１を走査して、レーザ光１０１の受光出力が変化した時点でシリコン単結晶１０に到達したと判断して、エッジ８ｅからシリコン単結晶１０までの距離、つまり熱遮蔽体・シリコン単結晶間距離Ｄを計測する実施も可能である。本実施例によれば、エッジ位置θｃが極めて精度よく計測できるため、エッジ位置θｃを基準として計測される遮蔽体・シリコン単結晶間距離Ｄを極めて正確に求めることができる。

なお、実施例では、半導体単結晶としてシリコン単結晶を製造する場合を想定して説明したが、本発明は、ガリウム砒素などの化合物半導体を製造する場合にも同様にして適用することができる。また、実施例では、磁場印加引上げ法（ＭＣＺ法）によってシリコン単結晶１０が引き上げられる場合を想定して説明したが、磁場印加することなくシリコン単結晶１０を引き上げる場合にも当然本発明を適用することができる。

図１は、シリコン単結晶製造装置の構成例を示した図である。 図２は、第１の距離計測方法による距離計測装置の構成例を示した図である。 図３は、第２の距離計測方法による距離計測装置の構成例を示した図である。 図４は、従来の位置計測原理を説明する図である。 図５（ａ）、（ｂ）は、従来の位置計測アルゴリズムを説明する図である。 図６（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、従来技術、本実施例の距離計測値のヒストグラムを示した図である。 図７は、実施例の位置計測アルゴリズムである。 図８は、実施例の位置計測アルゴリズムである。 図９（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、図７、図８の処理内容を説明する図である。 図１０は、第３の距離計測方法による距離計測装置の構成例を示した図である。

符号の説明

１ シリコン単結晶製造装置、 ２ ＣＺ炉、５ 融液、５ 融液表面、８ 熱遮蔽体、８ａ リム、８ｂ 上面、８ｃ 下面、８ｄ 側面、８ｅ エッジ、１０ シリコン単結晶

Claims (8)

1. 炉内のるつぼに収容された融液から半導体単結晶を引上げ成長させて半導体単結晶を製造する半導体単結晶製造装置に適用される位置計測装置であって、
   融液の上方にあって、半導体単結晶の周囲に設けられ、下端部にリムが備えられた熱遮蔽体と、
   光を出射する光出射手段と、
   光出射手段から出射された光を、るつぼの径方向に沿って走査する光走査手段と、
   光出射手段から出射され、光走査手段によって走査された光の反射光を受光する受光手段と、
   光を走査しながら、逐次の光走査位置と、光出射手段の出射位置と、受光手段の受光位置とに基づいて、三角測量の原理により、基準点と反射点との距離を、所定の第１の走査間隔毎に、逐次計測する第１の距離計測手段と、
   第１の距離計測手段によって計測された距離が、基準点と融液との距離に該当する大きさから、基準点と熱遮蔽体のリムとの距離に該当する大きさへ変化したこと、あるいは、基準点と熱遮蔽体のリムとの距離に該当する大きさから、基準点と融液との距離に該当する大きさへ変化したことを判断する第１の判断手段と、
   第１の判断手段によって計測距離の変化が判断された場合に、光走査位置を走査方向とは逆方向に所定量戻し、戻された光走査位置から光を再度走査しながら、逐次の光走査位置と、光出射手段の出射位置と、受光手段の受光位置とに基づいて、三角測量の原理により、基準点と反射点との距離を、前記第１の走査間隔よりも短い第２の走査間隔毎に、逐次計測する第２の距離計測手段と、
   第２の距離計測手段によって計測された距離が、基準点と融液との距離に該当する大きさから、基準点と熱遮蔽体のリムとの距離に該当する大きさへ変化したこと、あるいは、基準点と熱遮蔽体のリムとの距離に該当する大きさから、基準点と融液との距離に該当する大きさへ変化したことを判断する第２の判断手段と、
   第２の判断手段によって計測距離の変化が判断された場合に、その変化が判断された時点の光走査位置で光が熱遮蔽体のリムのエッジで反射されたと判定するエッジ位置判定手段と
   が備えられていること
   を特徴とする半導体単結晶製造装置における位置計測装置。
2. 半導体単結晶引上げ時に熱遮蔽体と融液との距離または／および融液の液面レベルを計測し、計測値が所望する値になるように制御しつつ半導体単結晶を製造する半導体単結晶製造装置に適用される位置計測装置であって、
   半導体単結晶引上げ時に光が走査する方向の位置を引き上げ時の位置に固定して、この引き上げ時の固定走査位置と、光出射手段の出射位置と、受光手段の受光位置とに基づいて、三角測量の原理により、熱遮蔽体と融液との距離または／および融液の液面レベルを計測する引上げ時距離計測手段、
   が備えられ、
   引上げ時の固定走査位置は、エッジ位置判定手段で、光が熱遮蔽体のリムのエッジで反射されたと判定されたときの光走査位置を基準にして定められること
   を特徴とする請求項１記載の半導体単結晶製造装置における位置計測装置。
3. 光が融液の液面、熱遮蔽体のリムの側面それぞれで反射する経路を辿るように引上げ時の固定走査位置が定められること
   を特徴とする請求項２記載の半導体単結晶製造装置における位置計測装置。
4. 光走査手段は、光出射手段から出射された光を反射するミラーと、当該ミラーの光反射面の姿勢角を変化させるアクチュエータとを含んで構成され、
   アクチュエータを駆動させてミラーの光反射面の姿勢角を変化させることにより光を走査するものであること
   を特徴とする請求項１記載の半導体単結晶製造装置における位置計測装置。
5. 光走査手段は、ステッピングモータをアクチュエータとして光を走査するものであって、
   第２の距離計測手段は、ステッピングモータが１ステップ回動される毎に、基準点と反射点との距離を計測すること
   を特徴とする請求項１または４記載の半導体単結晶製造装置における位置計測装置。
6. 炉内のるつぼに収容された融液から半導体単結晶を引上げ成長させて半導体単結晶を製造する半導体単結晶製造装置に適用される位置計測方法であって、
   光をるつぼの径方向に沿って走査しながら、逐次の光走査位置と、光の出射位置と、光の受光位置とに基づいて、三角測量の原理により、基準点と光の反射点との距離を、所定の第１の走査間隔毎に、逐次計測する第１の距離計測ステップと、
   第１の距離計測工程において計測された距離が、基準点と融液との距離に該当する大きさから、基準点と熱遮蔽体のリムとの距離に該当する大きさへ変化したこと、あるいは、基準点と熱遮蔽体のリムとの距離に該当する大きさから、基準点と融液との距離に該当する大きさへ変化したことを判断する第１の判断ステップと、
   第１の判断ステップにおいて計測距離の変化が判断された場合に、光走査位置を走査方向とは逆方向に所定量戻し、戻された光走査位置から光を再度走査しながら、逐次の光走査位置と、光の出射位置と、光の受光位置とに基づいて、三角測量の原理により、基準点と反射点との距離を、前記第１の走査間隔よりも短い第２の走査間隔毎に、逐次計測する第２の距離計測ステップと、
   第２の距離計測手ステップにおいて計測された距離が、基準点と融液との距離に該当する大きさから、基準点と熱遮蔽体のリムとの距離に該当する大きさへ変化したこと、あるいは、基準点と熱遮蔽体のリムとの距離に該当する大きさから、基準点と融液との距離に該当する大きさへ変化したことを判断する第２の判断ステップと、
   第２の判断ステップにおいて計測距離の変化が判断された場合に、その変化が判断された時点の光走査位置で光が熱遮蔽体のリムのエッジで反射されたと判定するエッジ位置判定ステップと
   を含んで位置計測処理が行われること
   を特徴とする半導体単結晶製造装置における位置計測方法。
7. 半導体単結晶引上げ時に、熱遮蔽体と融液との距離または／および融液の液面レベルを計測し、計測値が所望する値になるように制御しつつ半導体単結晶を製造する半導体単結晶製造装置に適用される位置計測方法であって、
   エッジ位置判定ステップにおいて光が熱遮蔽体のリムのエッジで反射されたと判定されたときの光走査位置を基準にして、引き上げ時における光が走査する方向の位置を定めるステップと、
   半導体単結晶引上げ時に、光が走査する方向の位置を、この定められた位置に固定して、この引き上げ時の固定走査位置と、光出射手段の出射位置と、受光手段の受光位置とに基づいて、三角測量の原理により、熱遮蔽体と融液との距離または／および融液の液面レベルを計測する引上げ時距離計測ステップと
   を更に含むこと
   を特徴とする請求項６記載の半導体単結晶製造装置における位置計測方法。
8. 光が融液の液面、熱遮蔽体のリムの側面それぞれで反射する経路を辿るように引上げ時の固定走査位置が定められること
   を特徴とする請求項７記載の半導体単結晶製造装置における位置計測方法。

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