TWI828140B - 單結晶的製造方法及單結晶製造裝置 - Google Patents
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Abstract
[課題]提供不論爐內構造如何都能夠穩定地測量液面水平的單結晶的製造方法及裝置。
[解決手段]本發明為利用從坩堝內的熔液提拉單結晶之柴可斯基（Czochralski）法的單結晶的製造方法，其中：設置覆蓋單結晶的提拉路徑以外之坩堝的上方的熱遮蔽體；以第1攝影機拍攝熱遮蔽體的實像17R以及反射在熔液面2a之熱遮蔽體的鏡像17M；設定檢測線L
1，檢測線L
1在相對單結晶的提拉軸傾斜方向延伸且與熱遮蔽體的實像邊緣E
R及鏡像邊緣E
M的兩者相交；由從檢測線L
1與實像邊緣E
R的第1交點P
1到檢測線L
1與鏡像邊緣E
M的第2交點P
2的距離之檢測線L
1上的實像－鏡像間距離D求出熱遮蔽體的下端與熔液面2a之間的距離之間隙值。
Description
本發明是關於單結晶的製造方法及單結晶製造裝置，特別是關於在利用柴可斯基（Czochralski）法（CZ法）的單結晶的提拉步驟中測量熔液的液面水平的方法。
已知作為用於半導體裝置之單結晶的製造方法的CZ法。在CZ法中，藉由加熱並熔融石英坩堝內的多結晶矽原料，且在相對旋轉浸漬於所得到的矽熔液的晶種的同時逐漸提拉晶種，使較大的單結晶成長於晶種的下端。藉由CZ法，能夠以高產率製造高品質的矽單結晶。
在CZ法中為了單結晶的產率及結晶品質的提高，進行結晶直徑及液面水平的精密測量及控制。關於結晶直徑及液面水平的測量方法，例如在專利文獻1中，記載了以下方法：由產生於固液界面之被稱為熔融環（fusion ring）的高亮度部計算出結晶直徑及結晶中心位置，且由結晶中心位置計算出液面水平。此外在專利文獻2中，記載了以下方法：由熱遮蔽體的包含圓形的開口的實像與反射在熔液面的熱遮蔽體的鏡像的間隔計算出矽熔液相對熱遮蔽體的液面位置。在專利文獻3中，記載了以下方法：在熔液面的上方安裝石英棒，在石英棒的尖端接觸熔液面時判斷為熔液面位於基準位置。在專利文獻4中，記載了以下方法：使用複數個攝影機以進行結晶直徑的測量以及矽熔液面的高度位置的計算。
此外，在專利文獻5中，記載了以下方法：在使腔室內為高壓狀態的同時，藉由在熱遮蔽體的上方設置被稱為沖洗管（purge tube）之圓筒狀的爐內構件且使用沖洗管整流被導入提拉爐內的沖洗氣體（purge gas），控制矽熔液中的摻質的蒸發。接著，在專利文獻6中，記載了以下方法：藉由在熱遮蔽體的上方設置圓筒狀的冷卻體且控制從矽熔液提拉的矽單結晶的預定的溫度範圍的停留時間，擴大PvPi裕度（margin）並提高無缺陷結晶的產率。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2019－85299號公報
[專利文獻2]日本專利特開2013－216505號公報
[專利文獻3]日本專利特開昭62－87481號公報
[專利文獻4]日本專利特開2013－170097號公報
[專利文獻5]日本專利特開2011－246341號公報
[專利文獻6]日本專利特開2021－98629號公報
[發明所欲解決的問題]
通常，拍攝爐內的攝影機有一個，且拍攝範圍的寬度方向中央被設定在單結晶的中心以看到單結晶的直徑方向的整體。也就是，攝影軸被設定在包含結晶提拉軸的平面內。但是，在熱遮蔽體的上方設置有沖洗管、水冷體等的爐內構造物，在攝影機的視野被爐內構造物遮住的情況下，具有無法拍攝熱遮蔽體的實像及鏡像且無法測量相對熱遮蔽體的液面水平的問題。
因此，本發明的目的是提供：無論爐內構造如何都能夠穩定地測量液面水平的單結晶的製造方法及單結晶製造裝置。
[用以解決問題的手段]
為了解決上述問題，根據本發明之單結晶的製造方法，為利用從坩堝內的熔液提拉單結晶的柴可斯基法的單結晶的製造方法，其中：設置覆蓋前述單結晶的提拉路徑以外之前述坩堝的上方的熱遮蔽體；以第1攝影機拍攝前述熱遮蔽體的實像以及反射在前述熔液的液面之前述熱遮蔽體的鏡像；設定檢測線，前述檢測線在相對前述單結晶的提拉軸既不平行也不垂直的傾斜方向延伸且與前述熱遮蔽體的實像邊緣及鏡像邊緣的兩者相交；由從前述檢測線與前述實像邊緣的第1交點到前述檢測線與前述鏡像邊緣的第2交點的距離（檢測線上的實像－鏡像間距離）求出前述熱遮蔽體的下端與熔液面之間的距離之間隙值。
根據本發明，能夠拍攝以往在直徑測量用攝影機的攝影方向隱藏在遮蔽物後而無法拍攝之熱遮蔽體的實像及鏡像。因此，無論爐內或爐外的構造如何都能夠穩定地測量液面水平。
在本發明中，第1攝影機的攝影軸並非與前述單結晶的提拉軸相同平面，而是優選為具有歪斜的位置關係。如此一來，藉由從單結晶的中心挪開第1攝影機的拍攝範圍的寬度方向中央，能夠拍攝熱遮蔽體的實像及鏡像，檢測線的設定變得容易。此外，能夠使檢測線與實像邊緣的第1交點到檢測線與鏡像邊緣的第2交點的距離較長，且能夠更正確地計算出前述熱遮蔽體的下端與熔液面之間的距離之間隙值。
本發明優選為使用與前述第1攝影機分別準備的第2攝影機測量前述單結晶的直徑，且第2攝影機的攝影軸與前述提拉軸位於相同平面，優選為具有相交的位置關係。如此一來，藉由將間隙測量用的第1攝影機與直徑測量用的第2攝影機分別設置，能夠穩定地測量前述熱遮蔽體的下端與熔液面之間的距離之間隙值。
本發明在前述熱遮蔽體的下端更上方設置圍繞前述提拉路徑之大致圓筒狀的遮蔽物，前述第2攝影機的視野優選為被前述遮蔽物遮住。在坩堝的上方除了熱遮蔽體還設有沖洗管等的爐內構造物的情況下，無法由直徑測量用主攝影機觀察熱遮蔽體的實像及鏡像。但是，藉由在視野並未被遮蔽物遮住且能夠觀察熱遮蔽體的實像及鏡像的位置設置攝影機以拍攝熱遮蔽體的實像及鏡像，能夠確實地測定間隙值。在此情況下，由於攝影機的拍攝範圍的寬度方向中央從單結晶的中心偏離，能夠從遮蔽物的下端與熱遮蔽體之間的微小間隙觀察熱遮蔽體的實像及鏡像。
本發明優選為：預先作成換算表或換算式，前述換算表或前述換算式顯示在結晶提拉開始前使前述坩堝升降以使前述熔液的液面水平任意變化時的前述間隙值與前述檢測線上的實像－鏡像間距離的關係，且結晶提拉步驟中使用實際測定的實像－鏡像間距離以及前述換算表或前述換算式以計算出前述間隙值。藉此能夠正確地計算出間隙值。
本發明優選為：藉由觀察設置於前述熔液的上方的測定針與前述熔液面的接觸求出基準液面水平，根據前述基準液面水平作成前述換算表或前述換算式。藉此能夠正確地計算出間隙值。
此外，根據本發明之單結晶製造裝置，具備：坩堝，支撐熔液；坩堝驅動機構，旋轉及升降驅動前述坩堝；加熱器，加熱前述坩堝內的前述熔液；筒狀的熱遮蔽體，配置於單結晶的提拉路徑以外之前述坩堝的上方；第1攝影機，拍攝前述熱遮蔽體的實像以及反射在前述熔液的液面之前述熱遮蔽體的鏡像；影像處理部，處理前述第1攝影機的攝影影像以求出前述熱遮蔽體的下端與熔液面之間的間隙值；和控制部，根據來自前述影像處理部之前述攝影影像的處理結果控制前述熔液的液面水平，其中前述影像處理部在前述攝影影像中設定檢測線，前述檢測線在相對於前述單結晶的提拉軸既不平行也不垂直的傾斜方向上延伸且與前述熱遮蔽體的實像邊緣及鏡像邊緣的兩者相交；由從前述檢測線與前述實像邊緣的第1交點到前述檢測線與前述鏡像邊緣的第2交點的距離之前述檢測線上的實像－鏡像間距離求出前述熱遮蔽體的下端與熔液面之間的距離之間隙值。
在本發明中，優選為：前述第1攝影機的攝影軸與前述單結晶的提拉軸並非在相同平面，且具有歪斜的位置關係。如此一來，藉由從單結晶的中心挪開第1攝影機的拍攝範圍的寬度方向中央，能夠拍攝熱遮蔽體的實像及鏡像，檢測線的設定變得容易。此外，能夠使檢測線與實像邊緣的第1交點到檢測線與鏡像邊緣的第2交點的距離較長，且能夠更正確地計算出前述熱遮蔽體的下端與熔液面之間的距離之間隙值。
本發明優選為：更具備第2攝影機，前述第2攝影機拍攝前述熱遮蔽體的實像以及反射在前述熔液的液面之前述熱遮蔽體的鏡像，其中前述影像處理部使用前述第2攝影機以測量前述單結晶的直徑。
在本發明中，優選為：前述影像處理部預先作成換算表或換算式，前述換算表或前述換算式顯示在結晶提拉開始前使前述坩堝升降以使前述熔液的液面水平任意變化時的前述間隙值與前述檢測線上的實像－鏡像間距離的關係，且結晶提拉步驟中使用實際測定的實像－鏡像間距離以及前述換算表或前述換算式以計算出前述間隙值。
本發明優選為：更具備設置於熔液的上方的測定針，前述影像處理部藉由觀察前述測定針的尖端與前述熔液面的接觸求出基準液面水平，根據前述基準液面水平作成前述換算表或前述換算式。
[發明的效果]
根據本發明，能夠提供無論爐內結構如何都能夠穩定地測量液面水平的單結晶的製造方法及單結晶製造裝置。
以下，在參照所附圖式的同時，詳細說明本發明的優選實施形態。
第1圖是示意性地顯示根據本發明的實施形態之單結晶製造裝置的構成的側面剖面圖。
如第1圖所示，單結晶製造裝置1具備：水冷式的腔體10；在腔體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；支撐石墨坩堝12的旋轉軸13；透過旋轉軸13及石墨坩堝12旋轉及升降驅動石英坩堝11的坩堝驅動機構14；配置於石墨坩堝12的周圍的加熱器15；加熱器15的外側之沿腔體10的內面配置的隔熱材16；配置於石英坩堝11的上方的熱遮蔽體17；配置於石英坩堝11的上方之與旋轉軸13同軸上的提拉線18；配置於腔體10的上方的結晶提拉機構19；拍攝腔體10內的2台攝影機20A、20B；處理攝影機20A、20B的攝影影像的影像處理部21；和控制單結晶製造裝置1的各部分的控制部22。
腔體10是以主腔體10a、和連結主腔體10a的上部開口之細長圓筒狀的提拉腔體（pull chamber）10b所構成，石英坩堝11、石墨坩堝12、加熱器15及熱遮蔽體17設置於主腔體10a內。在提拉腔體10b設有用於向主腔體10內導入氬氣等的惰性氣體（沖洗氣體（purge gas））、摻質氣體等的氣體導入口10c，在主腔體10a的下部設有用於排出腔體10內的氣氛氣體的氣體排出口10d。此外，在主腔體10a的上部設有第1窺孔10e
1及第2窺孔10e
2，能夠觀察矽單結晶3的生長狀況。
石英坩堝11是具有圓筒狀的側壁部與彎曲的底部的石英玻璃製的容器。石墨坩堝12為了維持因加熱而軟化的石英坩堝11的形狀，附著在石英坩堝11的外表面且以包住石英坩堝11的方式保持石英坩堝11。石英坩堝11及石墨坩堝12在腔體10內構成支撐矽熔液2的雙重構造的坩堝。
石墨坩堝12被固定在旋轉軸13的上端部，旋轉軸13的下端部貫通腔體10的底部且連接設置於腔體10的外側的坩堝驅動機構14。石墨坩堝12、旋轉軸13及坩堝驅動機構14構成石英坩堝11的旋轉機構及升降機構。以坩堝驅動機構14驅動的石英坩堝11的旋轉及升降動作是以控制部22控制。
加熱器15在熔解填充於石英坩堝11內的矽原料並生成矽熔液2的同時，被用以維持矽熔液2的熔融狀態。加熱器15是碳製的電阻加熱式加熱器，且被設置為圍繞石墨坩堝12內的石英坩堝11。此外，在加熱器15的外側設有隔熱材16以圍繞加熱器15，藉此提高腔體10內的保溫性。加熱器15的輸出是以控制部22控制。
熱遮蔽體17在抑制矽熔液2的溫度變動且在結晶成長界面給予適當的熱分布的同時，被設置為用於防止來自加熱器15及石英坩堝11的輻射熱所造成之矽單結晶3的加熱。熱遮蔽體17為大致圓筒狀的石墨製的部件，被設置為覆蓋矽單結晶3的提拉路徑以外之矽熔液2的上方的區域。
熱遮蔽體17的下端的開口的直徑比矽單結晶3的直徑更大，藉此確保矽單結晶3的提拉路徑。此外，由於熱遮蔽體17的下端部的外徑比石英坩堝11的口徑更小，且熱遮蔽體17的下端部位於石英坩堝11的內側，即使石英坩堝11的邊緣（rim）上端上升到比熱遮蔽體17的下端更上方，熱遮蔽體17也不會干擾石英坩堝11。
雖然在矽單結晶3的成長的同時石英坩堝11內的熔液量減少，藉由使石英坩堝11上升以使熔液面與熱遮蔽體17的間隔（間隙值h
G）為固定，在抑制矽熔液2的溫度變動的同時，固定在熔液面附近流動的氣體的流速以控制來自矽熔液2的摻質的蒸發量。藉由這樣的間隙控制，能夠提高矽單結晶3的提拉軸方向的結晶缺陷分布、氧濃度分布、電阻率分布等的穩定性。
在石英坩堝11的上方，設有：矽單結晶3的提拉軸之線18；和藉由捲曲線18以提拉矽單結晶3的結晶提拉機構19。結晶提拉機構19與線18同時具有使矽單結晶3旋轉的功能。結晶提拉機構19是以控制部22控制。結晶提拉機構19配置於提拉腔體10b的上方，線18從結晶提拉機構19通過提拉腔體10b以延伸到下方，線18的前端部到達主腔體10a的內部空間。在第1圖中，顯示生長途中的矽單結晶3吊設於線18的狀態。在矽單結晶3的提拉時，在分別使石英坩堝11與矽單結晶3各自旋轉的同時逐漸提拉線18，藉此使矽單結晶3成長。
在腔體10的外側設置有2台的攝影機20A、20B。攝影機20A、20B為例如CCD攝影機，透過形成於腔體10的第1及第2窺孔10e
1、10e
2拍攝腔體10內。攝影機20A、20B的設置角度相對於鉛直方向呈指定的角度，攝影機20A、20B相對於矽單結晶3的提拉軸具有傾斜的攝影軸（光學軸）。也就是，攝影機20A、20B從斜上方拍攝包含熱遮蔽體17的圓形的開口以及矽熔液2的液面之石英坩堝11的上表面區域。
攝影機20A、20B被連接到影像處理部21，影像處理部21被連接到控制部22。影像處理部21由出現在攝影機20A的攝影影像的單結晶的輪廓圖案計算出固液界面附近的結晶直徑。此外，影像處理部21由攝影機20A、20B的攝影影像中的反射在熔液面之熱遮蔽體17的鏡像的位置計算出到液面位置的距離（間隙值h
G）。為了除去雜訊的影響，作為用於實際的間隙控制之間隙測量值優選為使用複數個測量值的移動平均值。
雖然由熱遮蔽體17的鏡像的位置計算出間隙值h
G的方法並未特別限定，例如能夠預先準備顯示熱遮蔽體17的鏡像的位置與間隙的關係的換算表或換算式，且結晶提拉步驟中藉由將熱遮蔽體17的鏡像的位置代入這個換算表或換算式以求出間隙。此外，能夠由出現在攝影影像之熱遮蔽體17的實像與鏡像的位置關係在幾何上計算出間隙。
控制部22根據由攝影機20A的攝影影像得到的結晶直徑數據控制結晶提拉速度，藉此控制結晶直徑。具體而言，在結晶直徑的測量值大於目標直徑的情況下增加結晶提拉速度，在小於目標直徑的情況下降低提拉速度。此外控制部22根據由結晶提拉機構19的感測器得到的矽單結晶3的結晶長數據、和由攝影機20A及20B的至少一者的攝影影像得到的間隙值（液面水平），控制石英坩堝11的移動量（坩堝上升速度）以達到指定的間隙值。此時，除了進行控制以將間隙值維持在一定值的情況以外，隨著單結晶的提拉的進行，有進行控制以使間隙值逐漸變小的情況、反而進行控制以使間隙值變大的情況。
在熱遮蔽體17的上方設有圍繞結晶提拉軸的圓筒狀的遮蔽物23。這個遮蔽物23可以是被稱為沖洗管的結構體，也可以是促進被提拉的矽單結晶3的冷卻的冷卻體。
沖洗管是為了控制沖洗氣體的流動而設置。為了配合半導體裝置的特性以調整矽單結晶的電阻率，有時會在矽熔液中摻雜砷（As）、銻（Sb）等的不純物（摻質（dopant））。這些摻質沸點低，容易蒸發。在利用CZ法的一般的結晶提拉中，由於在減壓下的提拉爐內流通Ar等的沖洗氣體，從矽熔液2蒸發的摻質乘載於沖洗氣體並揮散，且污染爐內。再者，設置於爐內的熱遮蔽體17使在矽熔液2的表面附近流動的沖洗氣體加速，進一步促進來自矽熔液2的摻質的蒸發。但是，在設有沖洗管的情況下，藉由在使腔體內為高壓狀態的同時，在熱遮蔽體17的上方設置沖洗管，且整流被導入提拉爐內的沖洗氣體，能夠抑制矽熔液中的摻質的蒸發。
冷卻體是為了控制從矽熔液2提拉的矽單結晶通過指定的溫度範圍的時間所設置。已知被包含在利用CZ法製造的矽單結晶之結晶缺陷的種類、分布等取決於：矽單結晶的成長速度（提拉速度）V、和在從熔點到1300℃的結晶成長界面附近之提拉軸方向的結晶內溫度斜率G的比V/G。藉由嚴密控制V/G，能夠製造不含COP（Crystal Originated Particle）、差排簇（cluster）等的單結晶。在此，如果結晶直徑變大，結晶中心部相較於結晶外周部變得難以冷卻，與提拉軸方向垂直的矽單結晶的剖面內的溫度斜率G容易變得不均。如此一來，能夠使與提拉軸方向垂直的矽單結晶的剖面內的整面為無缺陷區域之V/G的容許寬度變得非常窄，結晶提拉速度V的控制急劇變難。但是，在熱遮蔽體17的上方設置圓筒狀的冷卻體的情況下，擴大能夠使與提拉軸方向垂直的矽單結晶的剖面內的整面為無缺陷區域之結晶提拉速度V的容許寬度（PvPi裕度），且能夠提高不含COP及差排簇的大口徑矽單結晶的製造產率。
第2圖是用於說明2台攝影機20A、20B的設置位置的示意圖。
如第2圖所示，根據本實施形態之單結晶製造裝置1除了直徑測量用的主攝影機20A（第2攝影機）以外，具備間隙測量用的副攝影機20B（第1攝影機）。直徑測量用的主攝影機20A被設置為與矽單結晶正對，主攝影機20A的攝影軸在與結晶提拉軸相同的平面，且具有與結晶提拉軸相交的位置關係。另一方面，副攝影機20B是從傾斜方向拍攝矽單結晶，副攝影機20B的攝影軸被設定在相對結晶提拉軸既不平行也不垂直的傾斜方向，與結晶提拉軸具有歪斜的位置關係。因此，即使主攝影機20A的視野被遮蔽物23遮住，也能夠從遮蔽物23的下端與熱遮蔽體17之間的微小間隙觀察反射在熔液面之熱遮蔽體17的鏡像邊緣。
第3圖是主攝影機20A（直徑測量攝影機）的攝影影像30A的示意圖，(a)是沒表示單結晶的輪廓的圖，(b)是以輔助線表示單結晶的輪廓的圖。
如第3圖(a)及(b)所示，主攝影機20A從斜上方拍攝矽單結晶3。特別是，主攝影機20A的攝影軸被設定在包含結晶提拉軸（結晶中心軸3z）的平面內，使其攝影範圍的寬度方向中央對準矽單結晶的中心以設定為看到其直徑方向的整體。另外，圖中的虛線及一點虛線為說明用的輔助線，是不存在於實際的攝影影像的線。
在熱遮蔽體17的上方並未設置沖洗管、水冷體等的遮蔽物23的情況下，主攝影機20A能夠拍攝熱遮蔽體17的實像17R及鏡像17M。在攝影影像30A中，雖然熱遮蔽體17、遮蔽體23等看起來很暗，熔液面2a由於輻射光或其反射光而看起來很亮。但是，如圖所示，在熱遮蔽體17的上方設置有遮蔽物23的情況下，由於主攝影機20A的視野被遮蔽物23遮住，無法拍攝熱遮蔽體17的實像17R及鏡像17M。如圖所示，由於攝影影像30A中的遮蔽物23與熱遮蔽體17等同樣地看起來很暗，攝影影像的大部分是漆黑的，看起來較亮的區域只有可以從遮蔽物23與熱遮蔽體17的實像17R之間的微小間隙窺視之熔液面2a、固液界面等附近的單結晶的一小部分。為了便於說明，雖然以虛線顯示熱遮蔽體17的實像邊緣E
R及鏡像邊緣E
M的一部分，但實際上什麼都看不到。
第4圖是副攝影機20B（間隙測量攝影機）的攝影影像30B的示意圖。
如第4圖所示，雖然副攝影機20B也是從斜上方拍攝矽單結晶，其攝影範圍的寬度方向中央並非與矽單結晶的中心一致，副攝影機20B的攝影軸是朝向與包含矽結晶提拉軸的平面相交的方向。副攝影機20B如圖所示，局部拍攝比結晶提拉軸（結晶中心軸3z）更右側（或左側）的固液界面附近。因此，能夠從遮蔽物23的下端與熱遮蔽體17之間的微小間隙觀察反射在熔液面2a之熱遮蔽體17的鏡像。
在從藉此得到的副攝影機20B的攝影影像30B求出間隙值h
G的情況下，首先將與熱遮蔽體17的實像邊緣E
R及鏡像邊緣E
M分別相交的檢測線L
1設定在攝影影像30B中。迄今為止，雖然檢測線L
1是設定於與結晶提拉軸（結晶中心軸3z）相交的水平方向，在本實施形態中是設定在傾斜方向。特別是，優選為拉出檢測線L
1以使2個交點間的距離（畫素數）最大化，且優選為拉出檢測線L
1以與遮蔽物23的邊緣的延伸方向大致平行。藉由這樣做，能夠充分確保2個交點間的距離且提高間隙值的測量精度。
接著，分別求出檢測線L
1與實像邊緣E
R的交點P
1（第1交點）以及檢測線L
1與鏡像邊緣E
M的交點P
2（第2交點）的座標，求出第1交點P
1到第2交點P
2的距離（檢測線L
1上的實像－鏡像間距離D），且由實像－鏡像間距離D求出熱遮蔽體17的下端與熔液面2a之間的間隙值h
G。另外，圖中的虛線為說明用的輔助線，是不存在於實際的攝影影像30B的線。
由實像－鏡像間距離D求出間隙h
G的時候，能夠使用在結晶提拉步驟開始前預先作成之換算表或換算式來求出。換算表或換算式能夠由以下求出：使石英坩堝11升降以使矽熔液2的液面水平任意變化時的間隙值h
G的相對變化與檢測線L
1上的實像－鏡像間距離D的關係。此外，間隙值h
G的基準值（絕對值）能夠以例如使用石英製的測定針（石英棒）之基準液面水平的測定方法求出。
第5圖是顯示使用測定針之基準液面水平的測定方法的示意圖。
如第5圖所示，在使用測定針的基準液面水平的測定中，在覆蓋熔液面2a的上方的熱遮蔽體17的下端部安裝既定的長度L
p的測定針24，在與石英坩堝11一起使熔液面2a逐漸上升的同時觀察測定針24的前端與熔液面2a的接觸狀態。然後，當測定針24的前端接觸熔液面2a時，判斷為熔液面到達基準液面。也就是，當測定針24接觸熔液面2a時，判斷為間隙值h
G與測定針24的長度L
p一致（L
p= h
G）。由於這個方法的液面水平的測定精度高，能夠作為間隙值h
G的真實值來參照。
第6圖是顯示矽單結晶的製造步驟的流程圖。
如第6圖所示，在矽單結晶3的製造中，以加熱器15加熱在石英坩堝11內預先填充的多結晶矽原料以生成矽熔液2（步驟S11）。接著，測定從熱遮蔽體17看到的矽熔液2的液面位置（間隙值h
G）（步驟S12）。之後，使安裝在線18的前端部的晶種下降以與矽熔液2觸液（步驟S13）。此時的晶種的下降量是根據預先測定的間隙值h
G來決定。
接著，開始結晶提拉步驟，其中維持與矽熔液2的接觸狀態逐漸提拉晶種以生長矽單結晶3。在結晶提拉步驟中，首先為了單結晶的無差排化而利用達斯縮頸（Dash neck）法進行晶種頸縮（步驟S14）。接著，為了得到需要的直徑的單結晶，生長直徑逐漸變寬的肩部（步驟S15），在單結晶成為期望的直徑時生長直徑維持固定的體（body）部（步驟S16）。體部生長到指定的長度後，進行尾（tail）頸縮（尾部的生長，步驟S17）以在無差排的狀態下從矽熔液2切離單結晶。
在單結晶的提拉步驟中，控制矽單結晶3的直徑以及矽熔液2的液面位置。控制部22控制線18的提拉速度、加熱器15的功率等的提拉條件以使矽單結晶3的直徑成為目標直徑。此外，控制部22控制石英坩堝11的上下方向的位置以使對應液面位置的間隙值h
G成為指定的值。
如以上所說明，根據本實施形態之矽單結晶的製造方法，由於設有直徑測量用的主攝影機20A以外的間隙測量用的副攝影機20B，且使用副攝影機20B拍攝熱遮蔽體17的實像及鏡像，即使是在主攝影機20A的視野被沖洗管等的遮蔽物23遮住的情況下也能夠拍攝熱遮蔽體17的實像及鏡像，且能夠穩定地測量間隙值h
G。此外，在由副攝影機20B的攝影影像求出間隙值h
G時，由於在傾斜方向而非水平方向拉出檢測線L
1，且由這個檢測線L
1分別與實像邊緣E
R及鏡像邊緣E
M的交點P
1、P
2計算出間隙值h
G，能夠提高間隙值h
G的測量精度。
本發明並非限定於上述實施形態，能夠在不脫離本發明的意旨的範圍下添加各種變更，這些也包含在本發明的範圍內。
舉例而言，在上述實施形態中，雖然以直徑測量攝影機的視野被遮蔽物遮住的情況舉例，本發明並非限定於這樣的情況，即使是在並未設置遮住直徑測量攝影機的視野的遮蔽物的情況下也可以使用直徑測量攝影機以外的間隙測量攝影機以測量間隙。藉此，能夠用於提高間隙測量精度及可靠度。此外，也可以不設置直徑測量攝影機並單獨設置間隙測量攝影機。再者，本發明並非限定於將間隙測量攝影機與直徑測量攝影機並用的情況，也可以單獨使用間隙測量攝影機。
此外，在上述實施形態中，雖然說明了矽單結晶的製造方法，也能夠應用於能夠應用CZ法的各種單結晶的製造方法。
1:單結晶製造裝置
2:矽熔液
2a:熔液面
3:矽單結晶
3z:結晶中心軸
10:腔體
10a:主腔體
10b:提拉腔體
10c:氣體導入口
10d:氣體排出口
10e
1:第1窺孔
10e
2:第2窺孔
11:石英坩堝
12:石墨坩堝
13:旋轉軸
14:坩堝驅動機構
15:加熱器
16:隔熱材
17:熱遮蔽體
17M:熱遮蔽體的鏡像
17R:熱遮蔽體的實像
18:線
19:結晶提拉機構
20A:主攝影機（直徑測量攝影機）
20B:副攝影機（間隙測量攝影機）
21:影像處理部
22:控制部
23:遮蔽物（爐內構造物）
24:測定針
30A:主攝影機的攝影影像
30B:副攝影機的攝影影像
D:實像－鏡像間距離
E
M:熱遮蔽體的鏡像邊緣
E
R:熱遮蔽體的實像邊緣
h
G:間隙值
L
1:檢測線
L
p:長度
P
1:檢測線與實像邊緣的交點（第1交點）
P
2:檢測線與鏡像邊緣的交點（第2交點）
S11,S12,S13,S14,S15,S16,S17:步驟
第1圖是示意性地顯示根據本發明的實施形態之單結晶製造裝置的構成的側面剖面圖。
第2圖是用於說明2台攝影機的設置位置的示意圖。
第3圖是主攝影機20A（直徑測量攝影機）的攝影影像30A的示意圖，(a)是沒表示單結晶的輪廓的圖，(b)是以輔助線表示單結晶的輪廓的圖。
第4圖是間隙測量用的副攝影機的攝影影像的示意圖。
第5圖是顯示使用測定針的基準液面水平的測定方法的示意圖。
第6圖是顯示矽單結晶的製造步驟的流程圖。
2a:熔液面
17M:鏡像
17R:實像
23:遮蔽物(爐內構造物)
30B:攝影影像
D:實像-鏡像間距離
ER:實像邊緣
EM:鏡像邊緣
L1:檢測線
P1:第1交點
P2:第2交點
Claims (10)
- 一種單結晶的製造方法，為利用從坩堝內的熔液提拉單結晶的柴可斯基（Czochralski）法的單結晶的製造方法，其中： 設置覆蓋前述單結晶的提拉路徑以外之前述坩堝的上方的熱遮蔽體； 以第1攝影機拍攝前述熱遮蔽體的實像以及反射在前述熔液的液面之前述熱遮蔽體的鏡像； 設定檢測線，前述檢測線在相對前述單結晶的提拉軸既不平行也不垂直的傾斜方向延伸且與前述熱遮蔽體的實像邊緣及鏡像邊緣的兩者相交； 由從前述檢測線與前述實像邊緣的第1交點到前述檢測線與前述鏡像邊緣的第2交點的距離之前述檢測線上的實像－鏡像間距離求出前述熱遮蔽體的下端與熔液面之間的距離之間隙值。
- 如請求項1之單結晶的製造方法，其中前述第1攝影機的攝影軸與前述單結晶的提拉軸並非在相同平面，且具有歪斜的位置關係。
- 如請求項1或2之單結晶的製造方法，其中使用與前述第1攝影機分別準備的第2攝影機的攝影影像以測量前述單結晶的直徑。
- 如請求項1或2之單結晶的製造方法，其中預先作成換算表或換算式，前述換算表或前述換算式顯示在結晶提拉開始前使前述坩堝升降以使前述熔液的液面水平任意變化時的前述間隙值與前述檢測線上的實像－鏡像間距離的關係，且結晶提拉步驟中使用實際測定的實像－鏡像間距離以及前述換算表或前述換算式以計算出前述間隙值。
- 如請求項4之單結晶的製造方法，其中藉由觀察設置於前述熔液的上方的測定針與前述熔液面的接觸求出基準液面水平，根據前述基準液面水平作成前述換算表或前述換算式。
- 一種單結晶製造裝置，具備： 坩堝，支撐熔液； 坩堝驅動機構，旋轉及升降驅動前述坩堝； 加熱器，加熱前述坩堝內的前述熔液； 筒狀的熱遮蔽體，配置於單結晶的提拉路徑以外之前述坩堝的上方； 第1攝影機，拍攝前述熱遮蔽體的實像以及反射在前述熔液的液面之前述熱遮蔽體的鏡像； 影像處理部，處理前述第1攝影機的攝影影像以求出前述熱遮蔽體的下端與熔液面之間的間隙值；和 控制部，根據來自前述影像處理部之前述攝影影像的處理結果控制前述熔液的液面水平， 其中前述影像處理部 在前述攝影影像中設定檢測線，前述檢測線在相對於前述單結晶的提拉軸既不平行也不垂直的傾斜方向上延伸且與前述熱遮蔽體的實像邊緣及鏡像邊緣的兩者相交； 由從前述檢測線與前述實像邊緣的第1交點到前述檢測線與前述鏡像邊緣的第2交點的距離之前述檢測線上的實像－鏡像間距離求出前述熱遮蔽體的下端與熔液面之間的距離之間隙值。
- 如請求項6之單結晶製造裝置，其中前述第1攝影機的攝影軸與前述單結晶的提拉軸並非在相同平面，且具有歪斜的位置關係。
- 如請求項6或7之單結晶製造裝置，更具備第2攝影機，前述第2攝影機拍攝前述熱遮蔽體的實像以及反射在前述熔液的液面之前述熱遮蔽體的鏡像， 其中前述影像處理部使用前述第2攝影機的攝影影像以測量前述單結晶的直徑。
- 如請求項6或7之單結晶製造裝置，其中前述影像處理部預先作成換算表或換算式，前述換算表或前述換算式顯示在結晶提拉開始前使前述坩堝升降以使前述熔液的液面水平任意變化時的前述間隙值與前述檢測線上的實像－鏡像間距離的關係，且結晶提拉步驟中使用實際測定的實像－鏡像間距離以及前述換算表或前述換算式以計算出前述間隙值。
- 如請求項9之單結晶製造裝置，更具備設置於熔液的上方的測定針， 前述影像處理部藉由觀察前述測定針的尖端與前述熔液面的接觸求出基準液面水平，根據前述基準液面水平作成前述換算表或前述換算式。
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