TWI615513B

TWI615513B - 單晶的製造方法及製造裝置

Info

Publication number: TWI615513B
Application number: TW105136099A
Authority: TW
Inventors: 濱田建; 高梨啓一
Original assignee: Ｓｕｍｃｏ股份有限公司
Priority date: 2016-02-29
Filing date: 2016-11-07
Publication date: 2018-02-21
Also published as: TW201732097A; CN107130290A; JP6447537B2; JP2017154901A; CN107130290B

Abstract

本發明能夠不受到來自加熱器的輻射光的強弱的影響，在單晶的拉起步驟中正確地測量結晶直徑。本發明的單晶製造方法，包括：在利用柴可夫斯基法的單晶拉起步驟中，以相機拍攝該單晶與熔液面的界面部的影像；將出現在該界面部的熔融環的周方向的最高亮度分布101中，至少比最大值小的值設定為閾值H；將該最高亮度分布101之中最高亮度在該閾值H以下的領域指定為直徑量測領域並進行直徑量測處理。

Description

單晶的製造方法及製造裝置

本發明係有關於單晶的製造方法及製造裝置，且特別有關於在利用柴可夫斯基法(以下稱為「CZ」法)的單晶矽的拉起步驟中量測該結晶直徑的方法以及採用該方法的單晶製造裝置。

成為半導體裝置的基板材料的單晶矽大多係用CZ法製造而成。CZ法中，會將種晶浸漬於收容在石英坩堝內的矽熔液，一邊旋轉種晶及坩堝一邊慢慢拉起種晶，藉此在種晶的下端長出大直徑的單晶。

為了從一根單晶矽中確實地取得規定的直徑的矽晶圓，抑制單晶矽的直徑變動相當重要。為了將單晶矽的直徑控制在一定值，需要在拉起中量測單晶的直徑，並根據量測結果來控制拉起條件使結晶直徑維持一定。專利文獻1揭露了一種方法，以二維相機拍攝拉起中的單晶的直徑，從與產生於單晶與熔液面的界面的熔融環相交的掃描線上的2個亮度峰值間的距離，求出直徑。又，也記載了對頸部根據二維量測法來處理影像資料，對體部則根據一維量測法來處理影像資料，藉此在整個單晶成長全步驟中高精度地控制直徑。

石英坩堝的周圍設置加熱器，石英坩堝內的矽熔液被來自加熱器的輻射熱加熱，而維持其熔融狀態。加熱器具有圓筒狀的外觀，但更詳細地說，例如專利文獻2、3記載地，也有細長帶狀的構件一邊上下蛇行一邊往周方向行進而形成圓筒狀外觀者。

第12圖係顯示加熱器的構造圖，(a)是略立體圖，(b)是側面的概要圖。

如第12(a)圖所示，圓筒狀的加熱器15的周方向交互配置了從上端朝下方的狹縫15a以及從下端朝向上方的狹縫15b。因此，圓筒狀的加熱器15具有一邊在上下方向蛇行一邊延伸於周方向的單一條電流路徑，在加熱器15的上端或下端設置有折返的U字形的角落。加熱器15具有這種形狀的情況下，如第12(b)圖所示，電流會集中在上端角落與下端角落使該部分的發熱變大，輻射光變強。另一方面，因為兩側存在狹縫，這個部分不會產生輻射光，因此周方向會有發光的強弱。

另一方面，量測單晶的直徑時所參照的熔融環是單晶與熔液面的界面部所形成的環狀的高亮度領域，因為是形成於單晶與熔液面的界面部的熔液曲面(半月面)所反射的光，如果從加熱器15入射這樣的光到半月面的話，熔融環的周方向也會產生強弱分布。也就是說，因為來自加熱器15的輻射光而產生的熔融環會具有受到強輻射光影響的高亮度部分以及受到弱輻射光影響的低亮度部分，熔融環的周方向的亮度分佈會產生不均。

先行技術文獻

專利文獻1：日本特開2004-149368號公報

專利文獻2：日本特開平11-139895號公報

專利文獻3：日本特開平2005-179099號公報

然而，以往的單晶矽的直徑量測方法沒有考慮上述因為加熱器15的構造而影響到熔融環的亮度分佈不均，就進行直徑量測，因此會有直徑量測誤差變大的情形。也就是說，採用會受到來自加熱器15的強輻射光的影響的熔融環的高亮度部分來求出結晶直徑的情況下，會比本來的結晶直徑量測到更大的直徑，根據這個量測到的直徑來進行直徑控制的情況下，實際長成的單晶的直徑會比目標的直徑小。

因此，本發明的目的是提供一種單晶的製造方法及其製造裝置，能夠在單晶的拉起步驟中量測其直徑時，不受到來自加熱器的輻射光的強弱的影響而正確地量測出結晶直徑。

為了解決上述問題，本發明的單晶製造方法，包括：在利用柴可夫斯基法的單晶拉起步驟中，以相機拍攝該單晶與熔液面的界面部的影像；將出現在該界面部的熔融環的周方向的最高亮度分布中，至少比最大值小的值設定為閾值；將該最高亮度分布之中最高亮度在該閾值以下的領域指定為直徑量測領域；以及對拉起的單晶進行直徑量測處理。根據本發明，在單晶的拉起步驟中量測其直徑時，能夠不受到來自加熱器的輻射光的強弱的影響，正確地量測結晶直徑。

又，本發明的單晶製造裝置，包括：坩堝，支持熔液；加熱器，加熱該熔液；拉起軸，從該熔液拉起單晶；坩堝升降機構，控制該坩堝的上下方向的位置；相機，拍攝該單晶與該熔液的界面部的影像；影像處理部，處理該相機拍攝的影像；以及控制部，控制該加熱器、該拉起軸及該坩堝升降機構，該影像處理部將出現在該界面部的熔融環的周方向的最高亮度分布中，至少比最大值小的值設定為閾值；將該最高亮度分布之中最高亮度在該閾值以下的領域指定為直徑量測領域；以及對拉起的單晶進行直徑量測處理。

本發明中，較佳的是，該相機的拍攝影像是以垂直於該單晶的拉起軸方向的方向為行方向，以平行於該拉起軸方向的方向為列方向的二維影像。該直徑量測處理包括：將與該熔融環相交且延伸於該行方向的至少一條的測量線設定於該直徑量測領域；從該熔融環與該測量線的交點的位置求出該單晶的直徑。根據這個方法，能夠正確且容易地從拍攝影像中的熔融環求出單晶的直徑。

本發明中，較佳的是，設定該測量線於該拍攝影像的各行的最高亮度之中具有該閾值以下的最高亮度的行。根據這個方法，能夠擴展直徑量測領域的範圍，能夠提高測量線的設定位置的自由度。又，也能夠設定2條以上的測量線。

本發明中，較佳的是，設定該測量線於該拍攝影像的各行的最高亮度之中具有該最高亮度的最小值的行。根據這個方法，將受到來自加熱器的強輻射光的影響最小的領域指定為直徑量測領域，能夠將直徑量測誤差縮到非常小。

本發明中，較佳的是，在該列方向上分割該拍攝影像，在各個複數的分割領域中，選擇該分割領域內的各行的最高亮度之中具有該最高亮度的最小值的行，將該測量線設定在從各個該複數的分割領域所選擇出來的複數的行的至少一者。根據這個方法，能夠抑制亮度分布的異常的影響，提高測量線的設定的可靠度。又，也能夠設定2條以上的測量線。

本發明中，較佳的是，在該列方向上分割該拍攝影像，在各個複數的分割領域中，選擇該分割領域內的各行的最高亮度的平均值之中該平均值最小的分割領域，將該測量線設定在該選擇的分割領域內。像這樣，從分割於列方向的拍攝影像的複數的分割領域中選擇出要設定測量線的分割領域時，使用各分割領域內的各行的最高亮度的平均值，藉此能夠抑制亮度分布的異常的影響，提高測量線的設定的可靠度。

本發明中，較佳的是，設定分割線於具有該各行的最高亮度的極大值的行，分割該拍攝影像。根據這個方法，設定複數的測量線的情況下，能夠取得跨過最高亮度分布的峰值並且遠離的2點的最高亮度的最小值，能夠拉開2條測量線間的間隔。

本發明中，較佳的是，在距離設定在該單晶的拉起軸的延長線上的原點第1及第2距離的位置，分別設定第1及第2測量線，算出該第1測量線與該熔融環的2個交點之間的第1間隔，算出該第2測量線與該熔融環的2個交點之間的第2間隔，根據該第1及第2間隔及第1及第2距離，算出位於該拉起軸的延長線上的該熔融環的中心位置。這樣一來，能夠從熔融環的一部分求出其中心位置，能夠使用該中心位置正確地求出結晶直徑。

根據本發明，能夠提供一種一種單晶的製造方法及其製造裝置，可以不受到來自加熱器的輻射光的強弱的影響而在單晶的拉起步驟中正確地量測出結晶直徑。

1‧‧‧單晶製造裝置

2‧‧‧矽熔液

3‧‧‧單晶矽(棒)

3a‧‧‧頸部

3b‧‧‧肩部

3c‧‧‧體部

3d‧‧‧尾部

4‧‧‧熔融環

4L、4R‧‧‧熔融環的一部分

5‧‧‧拉起軸的延長線

10‧‧‧水冷式的腔室

10a‧‧‧主腔室

10b‧‧‧牽引腔室

10c‧‧‧氣體導入口

10d‧‧‧氣體排出口

10e‧‧‧觀察窗

11‧‧‧石英坩堝

12‧‧‧石墨坩堝

13‧‧‧旋轉軸

14‧‧‧轉軸驅動機構

15‧‧‧加熱器

15a、15b‧‧‧加熱器的狹縫

16‧‧‧隔熱材

17‧‧‧熱遮蔽體

17a‧‧‧熱遮蔽體的開口

18‧‧‧線

19‧‧‧捲線機構

20‧‧‧CCD相機

21‧‧‧影像處理部

22‧‧‧控制部

100‧‧‧拍攝影像

101‧‧‧最高亮度的列方向的分佈

H‧‧‧閾值

L₁、L₂、L₃、La、Lb‧‧‧測量線

Pm‧‧‧最高亮度

Pi‧‧‧亮度

P₁、P₂、P₃‧‧‧最高亮度的最小值

第1圖係概略顯示本發明的實施型態的單晶製造裝置的構造的側面剖面圖。

第2圖係顯示本發明的實施型態的單晶矽的製造步驟的流程圖。

第3圖係顯示單晶矽棒的形狀的略剖面圖。

第4圖係概要顯示CCD相機20拍攝的單晶3與熔液2的界面部的影像的立體圖。

第5圖係用以說明算出熔融環4的直徑R的方法的概要圖。

第6圖係用以說明熔融環的亮度分布，(a)是拍攝影像，(b)顯示Y軸方向(列方向)的亮度分布，(c)顯示X軸方向(行方向)的亮度分布。

第7圖係用以說明測量線的設定方法的第1例。

第8圖係用以說明測量線的設定方法的第2例。

第9圖係用以說明測量線的設定方法的第3例。

第10圖係用以說明測量線的設定方法的第4例。

第11圖係顯示實施例及比較例的單晶的直徑變動。

第12圖係顯示加熱器的構造，(a)是略剖面圖，(b)是側面的概要圖。

以下，參照圖式詳細地說明本發明的較佳的實施型態。

第1圖係概要顯示本發明的實施型態的單晶製造裝置的構造的側面剖面圖。

如第1圖所示，單晶製造裝置1包括：水冷式腔室10、在腔室10內保持矽熔液2的石英坩堝11、保持石英坩堝11的石墨坩堝12、支持石墨坩堝12的旋轉軸13、驅動旋轉軸13旋轉及升降的轉軸驅動機構14、配置在石墨坩堝12的周圍的加熱器15、在加熱器15的外側且沿著腔室10的內面配置的隔熱材16、配置在石英坩堝11的上方的熱遮蔽體17、配置在石英坩堝11的上方且與旋轉軸13同軸的單晶拉起用的線18、配置在腔室10的上方的捲線機構19。

腔室10由主腔室10a以及連結主腔室10a的上部開口的細長圓筒狀的牽引腔室10b所構成，石英坩堝11、石墨坩堝12、加熱器15及熱遮蔽體17設置在主腔室10a內。牽引腔室10b設置有將氬氣等的非活性氣體(沖洗氣體)或摻雜氣體導入腔室10內的氣體導入口10c，主腔室10a的下部設置有將大氣氣體排出的氣體排出口10d。又，主腔室10a的上部設置有觀察窗10e，透過觀察10e能夠觀察單晶矽3的育成狀況。

石英坩堝11是具有圓筒狀的側壁部及彎曲的底部的石英製的容器。黑鉛坩堝12為了維持加熱軟化的石英坩堝11的形狀，會以緊貼石英坩堝11的外表面將石英坩堝11包住的方式加以支持。石英坩堝11及石墨坩堝12在腔室10內構成支持矽熔液的雙重構造的坩堝。

石英坩堝12固定於旋轉軸13的上端部，旋轉軸13的下端部貫通腔室10的底部而連接到設置於腔室10的外側的轉軸驅動機構14。石墨坩堝12、旋轉軸13及轉軸驅動機構14構成石英坩堝11的旋轉機構及升降機構。

加熱器15使用來將填充在石英坩堝11內的矽原料融解以產生矽熔夜2，且維持矽熔液2的熔融狀態。加熱器15是碳製的阻抗加熱式加熱器，以包圍石墨坩堝12內的石英坩堝11而設置。又，加熱器15的外側設置有包圍加熱器15的隔熱材16，藉此提高腔室10內的保溫性。

如第12圖所示，加熱器15是細長帶狀的構件一邊上下蛇行一邊朝周方向前進而形成圓筒狀的外觀，因此來自加熱器15的輻射光強度在周方向有強弱。來自加熱器的這種光入射半月面的話，熔融環的周方向的亮度分佈也會產生不均。也就是說，熔融環會具有受到來自加熱器的強輻射光的影響的高亮度部分，以及來自加熱器的弱輻射光的影響的低亮度部分，這個亮度分佈的不均會成為直徑量測誤差的原因。

熱遮蔽體17的設置是為了抑制矽溶液2的溫度變動，在結晶成長界面附近行成適當的熱區帶，防止來自加熱器15及石英坩堝11的輻射熱對單晶矽3的加熱。熱遮蔽體17 是石墨製的構件，會覆蓋住除了單晶矽3的拉起路徑以外的矽熔液2的上方領域，例如具有從下端朝向上端開口尺寸變大的逆截頭錐狀。

熱遮蔽體17的下端的開口17a的直徑比單晶矽3的直徑大，藉此確保單晶矽3的拉起路徑。熱遮蔽體17的開口17a的直徑比石英坩堝11的口徑小，熱遮蔽體17的下端部位於石英坩堝11內側，因此即使將石英坩堝11的緣部上端上升到比熱遮蔽體17的下端更上方，熱遮蔽體17也不會與石英坩堝11發生干涉。

隨著單晶矽3的成長，石英坩堝11內的溶液量減少，但藉由上升石英坩堝11使熔液面及熱遮蔽體17的端之間的間隔△G維持一定，能夠抑制矽熔液2的溫度變動，且能夠使流過熔液面附近的氣體流速一定，控制來自矽熔液2的摻雜的蒸發量。因此，能夠提昇拉起單晶矽3的軸方向的結晶缺陷分佈、氧濃度分佈、阻抗率分佈等的穩定性。

石英坩堝11的上方設置有作為單晶矽3的拉起軸的線18、將線18捲起的捲線機構19。捲線機構19具有將單晶矽3與線18一起旋轉的功能。捲線機構19配置於牽引腔室10b的上方，線18從捲線機構19通過牽引腔室10b內延伸到下方，線18的前端部到達主腔室10a的內部空間。第1圖顯示育成途中的單晶矽3被吊設在線18上的狀態。拉起單晶矽3時，一邊使石英坩堝11及單晶矽3各自旋轉，一邊慢慢拉起線18來成長出單晶矽3。

主腔室10a的上部設置有觀察內部用的觀察窗 10e，CCD相機20設置在觀察窗10e的外側。CCD相機20的拍攝影像可以是灰階影像，也可以是彩色影像。單晶拉起步驟中，CCD相機從斜上方拍攝從觀察窗10e通過熱遮蔽體17的開口17a所看到的單晶矽3與矽熔液2的界面部。CCD相機20拍攝的影像會被影像處理部21處理，處理結果在控制部22中被用於拉起條件的控制。

第2圖係顯示本實施形態的單晶矽製造步驟的流程圖。又，第3圖係顯示單晶矽棒的形狀的略剖面圖。

如第2圖所示，本實施形態的單晶矽的製造中，會以加熱器15加熱熔解石英坩堝11內的矽原料，來產生矽熔液2(步驟S11)。接著，使安裝在線18的前端部的種晶下降，接觸矽熔液2(步驟S12)。之後，實施單晶拉起步驟，一邊維持與矽熔液2的接觸狀態，一邊慢慢拉起種晶，育成單晶(步驟S13~S16)。

單晶的拉起步驟中，會依序實施：縮頸步驟，為了無錯位化而形成結晶直徑縮細的頸部3a(步驟S13)；肩部育成步驟，形成結晶直徑逐漸變大的肩部3b(步驟S14)；體部育成步驟，形成結晶直徑維持在規定的直徑(例如300mm)的體部3c(步驟S15)；尾部育成步驟，形成結晶直徑逐漸縮小的尾部3d(步驟S16)，最終單晶從熔液面分離。藉由以上步驟，完成具有如第3圖所示的頸部3a、肩部3b、體部3c、及尾部3d的單晶矽棒。

單晶矽3的拉起步驟中為了控制其直徑，會以CCD相機20拍攝單晶3的熔液面與界面部的影像，從產生於界面部的熔融環的中心位置及熔融環的2個亮度峰值間距離，求出單晶矽3的直徑。又，為了控制矽熔液2的液面位置，會從熔融環的中心位置求出液面位置。控制部22控制線18的拉起速度、加熱器15的功率、石英坩堝11的旋轉速度等的拉起條件，使單晶矽3的直徑成為目標的直徑。又，控制部22控制石英坩堝11的上下方向，使熔液面與熱遮蔽體17的下端的間隔維持一定。

第4圖係概要地顯示以CCD相機20拍攝的單晶矽3與熔液2的界面部的影像的立體圖。

如第4圖所示，影像處理部21從單晶矽3與矽熔液2的界面部上產生的熔融環4的中心Co的座標位置以及熔融環4上的任意一點的座標位置，求出熔融環4的半徑r及直徑R=2r。也就是說，影像處理部21會算出固液界面上的單結晶3的直徑R。熔融環4的中心Co的位置是單結晶3的拉起軸的延長線5與熔液面的交點。

CCD相機20從斜上方拍攝單晶矽3與熔液面的界面部，因此不能夠將熔融環4以真正的圓形來捕捉。然而，將CCD相機20以預定的角度正確地設置在設計上預定的位置的話，就能夠根據相對於熔液面的觀察角度將略橢圓狀的熔融環4修正成真正的圓形，然後從被修正的熔融環4中以幾何關係算出其直徑。

熔融環4是由半月面反射的光所形成的環狀的高亮度的領域，會產生於單晶矽3的全周，但從觀察窗10e無法看到單晶矽3的背面側的熔融環4。又，從熱遮蔽體17的開口17a與單晶矽3之間的間隙看到熔融環4時，在單晶矽3的直徑比較大的情況下，位於觀察方向的最靠觀察者側(第4圖的下側)的熔融環4的一部分也會被隱藏到熱遮蔽體17的背面側而無法看到。因此，能夠觀察熔融環4的部分只有從觀察方向看的靠觀察者的左側的一部分4L、及靠觀察者的右側的一部分4R。本發明即使在這種只能觀察到熔融環4的一部分的情況下，也能夠從其一部分算出其直徑。

第5圖係用以說明算出熔融環4的直徑R的方法的概要圖。

如第5圖所示，熔融環4的直徑R的算出中，在CCD相機20所拍攝的二維影像中設定1條測量線L₁。測量線L₁是與熔融環4兩次相交且垂直於拉起軸的延長線5的直線。測量線L₁設定在熔融環4的中心Co更下側。另外，拍攝影像的Y軸設定成與拉起軸的延長線5平行，X軸設定成垂直於拉起軸的延長線5的方向。另外，第5圖所示的熔融環4假設為是與單晶的外周一致的理想形狀。

假設相對於拍攝影像的XY座標的原點O(0,0)的熔融環4的中心Co的座標是(x₀,y₀)時，從中心Co到測量線L₁的距離Y=(y₁-yo)。

接著，檢測出測量線L₁與熔融環4的2個交點D₁、D₁’。將熔融環4與測量線L₁的一個交點D₁的座標假設為(x₁,y₁)，將另一點的交點D₁’的座標假設為(y₁’,y₁)。熔融環4與測量線L₁的交點D₁、D₁’的概略位置是測量線L₁上的亮度峰值的位置。熔融環4與測量線L₁的交點D₁、D₁’的詳細位置將於後述。

然後，假設測量線L₁上的2個交點D₁、D₁’的距離X=(x₁’-x₁)，假設熔融環4的直徑為R，半徑為r=R/2時，能夠獲得(1)式。

r²=(R/2)²=(X/2)²+Y²...(1)

因此，從(1)式可獲得熔融環4的直徑R如(2)式。

R={X²+4Y²}^1/2...(2)

熔融環是具有一定寬度的帶狀的高亮度領域，因此為了正確地求出與測量線L₁的交點座標，必須將熔融環4做成線圖案。因此，熔融環4與測量線L₁的交點的檢出中，使用亮度的參考值，從拍攝影像檢測出熔融環4的邊緣圖樣，將這個邊緣圖案與測量線的交點當作是熔融環4的交點。熔融環4的邊緣圖案是具有與亮度參考值一致的亮度的畫素所構成的圖樣。用來定義邊緣圖樣的亮度的參考值能夠是拍攝影像中的最高亮度乘上既定的係數(例如0.8)的值。

測量線L₁的設定位置並不是只要能夠與熔融環4相交的話在哪裡都可以，實際上存在有能夠更正確地量測到直徑的適當位置。這是因為雖然加熱器15的輻射光入射形成在單晶與熔液面的界面部的半月面產生熔融環，但如上述，當加熱器15的輻射光的周方向的強度分佈有不均的情況下，在來自加熱器15的強光入射的位置，會因為其影響而造成熔融環的亮度峰值變得非常大，在直徑量測時參照這種強亮度峰值的時候會造成量測誤差變大。

第6圖係用以說明熔融環的亮度分佈，(a)是拍攝影像，(b)顯示Y軸方向(列方向)的亮度分佈，(c)顯示X軸方向(行方向)的亮度分佈。

如第6(a)圖所示，出現在單晶矽3的左側的熔融環4L是從拍攝影像的右下朝向左上彎曲的線狀的高亮度領域。熔融環4L的最高亮度Pm的Y軸方向的分佈如第6(b)圖所示，會在195到235的範圍內變動，具有最高亮度Pm為極大的2個峰值。如上述，因為加熱器15的輻射光的周方向的強度分佈有不均，所以來自加熱器15的輻射光照入半月面所產生的熔融環會變成強輻射光入射的位置形成高亮度，弱輻射光入射的位置形成低亮度。另一方面，固液界面部的亮度在190附近幾乎一定。因此，在熔融環4的最高亮度Pm的極大值附近，與固液界面部的亮度Pi的差變得非常大，在極小值附近則與固液界面部的亮度Pi的差變得非常小。

如第6(c)圖所示，通過熔融環的最高亮度Pm的極大值附近的測量線La上的亮度分佈，最高亮度Pm比起固液界面部的亮度Pi非常地大，而且最高亮度Pm的位置位於固液界面部的亮度Pi的位置的左側(從單晶看的熔液側)。因此，將比熔融環4的最高亮度Pm稍低一點亮度的位置作為固液界面部的亮度Pi的位置取得時，不能夠正確地取得該固液界面部的亮度Pi的位置，在直徑量測時參照熔融環的最高亮度Pm的發生位置附近，直徑量測的誤差變大。

然而，通過熔融環的最高亮度Pm的極小值附近的測量線Lb上的亮度分佈，與最高亮度Pm在固液界面部的亮度Pi幾乎沒有不同，因此將比熔融環的最高亮度Pm稍低一點的亮度位置作為固液界面部的亮度Pi的位置取得的情況下，能夠正確地取得該固液界面部的亮度Pi的位置，能夠縮小直徑量測誤差。

根據以上的理由，本發明將測定線設定在熔融環的最高亮度盡可能較低的行上來進行直徑量測。以下，說明測量線的設定方法。

第7圖係用以說明測量線的設定方法的第1例。

如第7圖所示，這個設定方法中，首先分別抽出包含熔融環的拍攝影像100的各行的最高亮度，求出最高亮度的列方向(Y方向)的分佈101。具有拍攝影像100中的最高亮度的畫素是熔融環4的構成畫素。熔融環4會受到加熱器15的輻射光的強弱的影響，在拍攝影像100的列方向具有最高強度的強弱。然後，從這個最高亮度的列方向的分佈101，設定測量線L₁到具有最高亮度的最小值P₁的行。具體來說，將類似亮度存在一定的範圍以上的畫素的亮度當作是固液界面部的亮度Pi，將固液界面部的亮度Pi與同一畫素列內的最高亮度Pm相比，將固液界面部的亮度Pi與最高亮度Pm的亮度差成為最小時的X軸方向的畫素列作為直徑量測對象領域。這樣一來，就能夠避開受到加熱器15的強輻射光影響的熔融環4的一部分成為直徑量測對象，藉此能夠提高結晶直徑的量測精度。

第8圖係用以說明測量線的設定方法的第2例。

如第8圖所示，這個設定方法中，從最高亮度的列方向的分佈101中，在具有閾值H以下的最高亮度的行設定測量線L₁。具體來說，將類似亮度存在一定的範圍以上的畫素的亮度當作是固液界面部的亮度Pi，將固液界面部的亮度Pi與同一畫素列內的最高亮度Pm相比，將固液界面部的亮度Pi與最高亮度Pm的亮度差在閾值H以下時的X軸方向的畫素列作為直徑量測對象領域。如第8圖所示，設定測量線在具有最高亮度的最小值P₁的行的情況下，只能夠在該行設定測量線，因此影像處理上的限制大，而且也無法設定複數的測量線。然而，如果是在閾值H下任意位置都可以設定的話，就能夠讓測量線的設定範圍有一些彈性的空間，能夠提高測量線的設定位置的自由度。又，也能夠在拍攝影像中設定2條以上的測量線。

閾值H必須比列方向的最高亮度分佈的最大值小，並且在列方向的最高亮度分佈的最大值與最小值的差的50%的值(中央值)加上最小值後的值以下為佳，20%的值加上最小值後的值以下更佳。使閾值H與列方向的最高亮度分佈的最小值的差的閾值H越接近最小值，就越能夠抑制來自加熱器15的強輻射光的影響，提高直徑量測精度，但測定線的設定自由度會變低。另外，將閾值H設定在列方向的最高亮度分佈的最小值的情況下，會變成與第7圖所示的第1例相同。像這樣，將熔融環的周方向的最高亮度分佈相對較低的領域指定為直徑量測領域，並設定量測線L₁、L₂，藉此能夠不受到來自加熱器15的強輻射光的影響而進行直徑量測。

第9圖係用以說明測量線的設定方法的第3例。

如第9圖所示，這個設定方法中，將拍攝影像100在列方向上分割，求出複數的分割領域A₁~A₁₂內的各行的最高亮度的平均值(以四方形的點表示)，將測量線設定在這個平均值為最小的分割領域內。在此，平均值為最小的分割領域A₆內設定了測量線L₁。這樣一來，能夠抑制亮度分佈的異常的影響，且提高測量線的設定的可靠性。

第10圖係用以說明測量線的設定方法的第4例。

如第10圖所示，在這個設定方法中，在最高亮度的列方向的分佈101的最大值的位置分割拍攝影像100，在各個複數的分割領域A₁~A₃內選擇具有最高亮度的最小值的行。因此，例如，將第1測量線L₁設定在第1分割領域A1內具有最高亮度的最小值P₁的行，將第2測量線L₂設定在第2分割領域A2內具有最高亮度的最小值P₂的行，將第3測量線L₃設定在第3分割領域A3內具有最高亮度的最小值P₃的行。

熔融環4的最高亮度的分佈會沿著周方向交互出現高亮度及低亮度，因而在最高亮度的分佈的極大值的位置分割，對每個分割領域設定測量線的情況下，能夠取得跨過最高亮度分佈的峰值遠離的2點的最高亮度的最小值(例如P₁與P₂)，拉開2條測量線(例如L₁、L₂)之間的間隔。

如以上說明，本實施形態的單晶矽的製造方法在單晶矽與熔液面的界面部出現的熔融環的周方向的最高亮度分佈中，指定最高亮度相對較低的領域來進行直徑量測處理，因此能夠不受到來自加熱器的輻射光的強弱的影響，正確地量測結晶直徑。

以上，說明了本發明較佳的實施形態，但本發明並不限定於上述的實施形態，在不脫離本發明的主旨的範圍內能夠做各種變更，這些變更當然也包含於本發明的範圍內。

例如，上述實施形態中舉出了製造單晶矽的例子，但本發明不限定於此，也能夠適用於以CZ法育成的各種單晶的製造。

[實施例]

使用第1圖所示的單晶製造裝置1，以CZ法製造直徑300mm矽晶圓用的單晶矽棒。此時，一邊以相機拍攝單晶矽與熔液面的界面部，一邊處理拍攝影像控制拉起條件。

實施例的單晶拉起步驟中，從通過拍攝影像中的熔融環的周方向的最高亮度成為幾乎最小的位置的測量線上的亮度峰值間的距離，量測結晶直徑，根據這個量測結果回授控制拉起條件，使實際的結晶直徑接近目標直徑。

比較例的單晶拉起步驟中，從通過拍攝影像中的熔融環的周方向的最高亮度成為幾乎極大的位置的測量線上的亮度峰值間的距離，量測結晶直徑，根據這個量測結果回授控制拉起條件，使實際的結晶直徑接近上述目標直徑。

第11圖係顯示實施例及比較例的單晶的直徑量測結果，橫軸顯示從單晶矽棒的頂端算起的結晶成長方向上的位置，縱軸顯示相對於目標直徑的結晶直徑的偏差(結晶直徑的規格值)。又，圖A表示熔融環在低亮度的位置的量測直徑(實施例)，圖B表示熔融環在高亮度的位置的量測直徑(比較例)，菱形點表示以游標卡尺量測的實際的結晶直徑。

從第11圖可以了解到，顯示出熔融環的最高亮度在相對低位置下的量測直徑的圖A與實際的結晶直徑幾乎一致，但顯示出熔融環的最高亮度在相對高位置下的量測直徑的圖B總是會比實際的結晶直徑還要大。也就是說，藉由抑制熔融環的最高亮度的不均的影響，能夠縮小直徑量測誤差。

100‧‧‧拍攝影像

101‧‧‧最高亮度的列方向的分佈

H‧‧‧閾值

L₁‧‧‧測量線

Claims

一種單晶製造方法，包括：在利用柴可夫斯基法的單晶拉起步驟中，以相機拍攝該單晶與熔液面的界面部的影像，其中該相機的拍攝影像是以垂直於該單晶的拉起軸方向的方向為行方向，以平行於該拉起軸方向的方向為列方向的二維影像；抽出包含該界面部的熔融環的該拍攝影像的各行中的最高亮度，取得最高亮度在列方向上分布；將出現在該熔融環的周方向的最高亮度分布中，至少比最大值小的值設定為閾值；將該最高亮度分布之中最高亮度在該閾值以下的領域指定為直徑量測領域；以及對拉起的單晶進行直徑量測處理，其中該直徑量測處理包括：將與該熔融環相交且延伸於該行方向的至少一條的測量線設定於該直徑量測領域；從該熔融環與該測量線的交點的位置求出該單晶的直徑。
如申請專利範圍第1項所述之單晶製造方法，其中設定該測量線於該拍攝影像的各行的最高亮度之中具有該閾值以下的最高亮度的行。
如申請專利範圍第1項所述之單晶製造方法，其中設定該測量線於該拍攝影像的各行的最高亮度之中具有該最高亮度的最小值的行。
如申請專利範圍第3項所述之單晶製造方法，其中在該列方向上分割該拍攝影像，在各個複數的分割領域中，選擇該分割領域內的各行的最高亮度之中具有該最高亮度的最小值的行，將該測量線設定在從各個該複數的分割領域所選擇出來的複數的行的至少一者。
如申請專利範圍第3項所述之單晶製造方法，其中在該列方向上分割該拍攝影像，在各個複數的分割領域中，選擇該分割領域內的各行的最高亮度的平均值之中該平均值最小的分割領域，將該測量線設定在該選擇的分割領域內。
如申請專利範圍第4或5項所述之單晶製造方法，其中設定分割線於具有該各行的最高亮度的極大值的行，分割該拍攝影像。