(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン融液の中からシリコン単結晶を引上げる単結晶引上げ装置であって、前記シリコン単結晶の周囲を囲繞する熱遮蔽体を備える単結晶引上げ装置でシリコン単結晶の引き上げを行う場合に、
シリコン融液の中から引上げられているシリコン単結晶の結晶面内が無欠陥となるようシリコン単結晶を引き上げる際に、引上げ速度をＶ（ｍｍ／ｍｉｎ）とし、シリコンの融点から１３００℃の間の軸方向の結晶内の温度勾配の平均をＧ（℃／ｍｍ）としたときのＶ／Ｇで表される比が０．２０〜０．２２ｍｍ２／℃ｍｉｎとなるように制御するとともに、前記熱遮蔽体底面から融液液面までの距離であるＧＡＰの許容幅を±２．０ｍｍ以内となるよう精密に制御することによって、シリコン単結晶の前記引上げ速度の増減の許容幅を±０．０１ｍｍ／ｍｉｎ以内となるように大きくする方法。
【請求項２】
前記ＧＡＰの設定値である設定ＧＡＰを引上げ径の０．２−０．５倍とし、前記ＧＡＰを設定値±２．０ｍｍ以内に制御して引上げを行うことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
メルトレベル検出装置を用いて前記熱遮蔽体底面から前記融液表面までの距離を精密に計測し、実測したＧＡＰ値と設定ＧＡＰの差分をルツボ送り量にフィードバックしルツボ送りを調整することを特徴とする請求項１又は２記載の方法。
【請求項４】
磁場を印加することにより引上げ速度の許容幅を広げることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の方法。
【請求項５】
シリコン融液の中からシリコン単結晶を引上げるシリコン単結晶引上げ装置であって、前記シリコン単結晶の周囲を囲繞する熱遮蔽体を備えるシリコン単結晶引上げ装置において、
シリコン融液の中から引上げられているシリコン単結晶の結晶面内が無欠陥となるようシリコン単結晶を引き上げる際に、引上げ速度をＶ（ｍｍ／ｍｉｎ）とし、シリコンの融点から１３００℃の間の軸方向の結晶内の温度勾配の平均をＧ（℃／ｍｍ）としたときのＶ／Ｇで表される比が０．２０〜０．２２ｍｍ２／℃ｍｉｎとなるように制御するとともに、前記熱遮蔽体底面から融液液面までの距離であるＧＡＰの許容幅を±２．０ｍｍ以内となるよう精密に制御することによって、シリコン単結晶の前記引上げ速度の許容幅を±０．０１ｍｍ／ｍｉｎ以内となるよう余裕を持ってシリコン単結晶の引き上げを行い得るようにしたことを特徴とするシリコン単結晶引上げ装置。
【請求項６】
シリコン融液に対して磁場を印加する磁場印加手段を備えていることを特徴とする請求項５記載のシリコン単結晶引上げ装置。
【請求項７】
引上げるシリコン単結晶の周囲を囲繞する熱遮蔽体を備える単結晶引き上げ装置を使用して、シリコン融液からシリコン単結晶を引き上げるシリコン単結晶の製造方法であって、
シリコン融液の中から引上げられているシリコン単結晶の結晶面内が無欠陥となるようシリコン単結晶を引き上げる際に、引上げ速度をＶ（ｍｍ／ｍｉｎ）とし、シリコンの融点から１３００℃の間の軸方向の結晶内の温度勾配の平均をＧ（℃／ｍｍ）としたときのＶ／Ｇで表される比が０．２０〜０．２２ｍｍ２／℃ｍｉｎとなるように制御するとともに、前記熱遮蔽体底面から前記融液液面までの距離であるＧＡＰの許容幅を±２．０ｍｍ以内となるよう精密に制御することによって、シリコン単結晶の前記引上げ速度の増減の許容幅を±０．０１ｍｍ／ｍｉｎ以内となるように大きくしたことを特徴とするシリコン単結晶の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコン融液の中からシリコン単結晶を引上げるチョクラルスキー法（ＣＺ法）シリコン単結晶引上げ装置及び方法、特にＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥を含まない無欠陥結晶（完全結晶）をシリコンインゴット中に簡易かつ再現性良く形成させることができ、かつシリコンインゴットからより多くの無欠陥結晶ウエハの取得を実現することができるＣＺ法シリコン単結晶引上げ装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の半導体回路の高集積化・微細化に伴うデバイス特性の向上に伴って、シリコン単結晶の製造過程において生ずる結晶欠陥の低減の要求も強くなってきている。そして、これに応えるために、ＣＺ法でシリコン単結晶を製造する際には、ウエハ面内の欠陥分布を的確に制御してシリコン単結晶の引き上げを行う必要がある。
【０００３】
ここで、ＣＺ法でシリコン単結晶を引き上げる際には、結晶の欠陥分布は一般に、引上げ速度Ｖと融液近傍の軸方向温度勾配Ｇを用いて表されるＶ／Ｇと相関があると報告されている。そして、特に無欠陥結晶（完全結晶）と呼ばれているボイド欠陥、転位クラスター、ＯＳＦリング等の結晶欠陥の存在しない結晶を育成するためには（但し、最近ではＯＳＦリング入りのものなどもある）、Ｖ／Ｇを精度よく制御することが必要となる。
【０００４】
例えば、特許文献１には、無欠陥結晶（完全結晶）の無欠陥領域を形成する条件として、結晶の引き上げ速度をＶ（ｍｍ／ｍｉｎ）とし、シリコンの融点から１３００℃の間の軸方向の結晶内の温度勾配の平均をＧ（℃／ｍｍ）としたとき、Ｖ／Ｇで表される比が０．２０〜０．２２ｍｍ２／℃ｍｉｎとなるように制御して結晶を引き上げることが記載されている。
【０００５】
この他にも、Ｖ／Ｇで決定されるウエハ面内の欠陥分布を制御するために、結晶育成時の結晶中心の軸方向温度勾配をＧｃとし、結晶外周部での軸方向温度勾配をＧｅとしたときに、結晶育成速度Ｖを設定値±０．０２ｍｍ以内、ΔＧ＝Ｇｅ−Ｇｃを１℃／ｍｍ以内に制御すること（特許文献２を参照）や、Ｇｅ＝Ｇｃ±０．３℃に制御すること（特許文献３を参照）などが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平８−３３０３１６号公報
【特許文献２】特開平１１−１９９３８６号公報
【特許文献３】特開平１１−１９９３８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、実際には、例えば無欠陥結晶（完全結晶）の育成条件として提示されているような非常に狭い範囲（例えば、特開平８−３３０３１６号公報）でＶ／Ｇを精度よく制御することは極めて困難である。
【０００８】
その理由として、まず、実際には石英ルツボ内径のバラツキやヒーターからの輻射熱による石英ルツボにへたりや変形が生じ、育成された結晶重量と石英ルツボ内径から計算された融液重量とは必ずしも同一にはならないということが挙げられる。
【０００９】
また、炉内に熱遮蔽体が設置されているＣＺ法シリコン単結晶引上げ装置を使用した場合には、シリコン単結晶の引上げの際に熱遮蔽体が伸縮する。そしてその結果、結晶育成時の界面近傍の軸方向温度勾配Ｇの径方向温度分布が変化し、径方向のＶ／Ｇが変化してしまうこととなるので、引上げ速度のみ精度良く制御を行ったとしても、同一の欠陥分布を再現性よく得ることが非常に困難なものとなっていた。
【００１０】
更に、軸方向温度勾配Ｇを制御する場合においても、実際にはＧは結晶の育成中においても刻々と変化するものであり、結晶育成中における軸方向温度勾配の径方向の分布を的確に把握することは非常に困難であることから、目的とする欠陥分布をウエハ面内に再現性良く得ることはできなかった。
【００１１】
これについて更に詳細に説明すると、例えば特開平８−３３０３１６号公報で言えば、Ｇが半径方向に均一であれば、例えばＧ＝３．０℃／ｍｍのとき、引き上げ速度Ｖは、０．６３±０．０３ｍｍ／ｍｉｎにコントロールすればよいことになるが、Ｇは半径方向に一様ではなく、Ｇの半径方向での変化が１０％に達したときには、許容幅はゼロとなってしまい、無欠陥結晶（完全結晶）の製造が不可能となる。これは、半径方向のＧの僅かな均一性の低下によって実質的には無欠陥結晶（完全結晶）の製造が不可能となることを意味するが、Ｇの半径方向での変化が１０％に達することは十分に起こり得、特開平８−３３０３１６号公報によって提案された方法では、無欠陥結晶の製造が極めて不安定なものとならざるを得ない。
【００１２】
本発明は、以上のような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、無欠陥結晶（完全結晶）の取得率とその確実性を向上させることができるようなＣＺ法シリコン単結晶引上げ装置及び方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
以上のような課題を解決するために、本発明者らが鋭意研究を重ねた結果、炉内に熱遮蔽体を備えるＣＺ法シリコン単結晶引上げ装置においては、同一条件にて無欠陥結晶の育成を行った場合には、熱遮蔽体底面から融液液面までの距離（以下、単に「ＧＡＰ」という）の変化が、結晶育成中の界面近傍の温度勾配Ｇに大きく影響しているということが判り、それがウエハ面の径方向の欠陥分布のバラツキの原因となっていることが判明した。
【００１４】
そして更に本発明者らは、上記ＧＡＰの変化量を最小限に押さえ込むことで軸方向温度勾配Ｇのウエハ面内における欠陥分布の変化を抑え込むことができ、それによって引上げ結晶毎のウエハ面内における欠陥分布の再現性を高めることができるということを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１５】
このようなことから、本発明においては、以下のような方法を基本原理的なものとして提供する。
【００１６】
（１）  シリコン融液の中からシリコン単結晶を引上げる単結晶引上げ装置であって、前記シリコン単結晶の周囲を囲繞する熱遮蔽体を備える単結晶引上げ装置でシリコン単結晶の引き上げを行う場合に、前記熱遮蔽体底面から融液液面までの距離の変化量を追跡し、当該変化量を最小限に押さえ込むことによって、シリコン単結晶から切出されるシリコンウエハの面内における結晶欠陥分布の再現性を高める方法。
【００１７】
ここで、上記（１）に係る方法は、シリコンウエハの面内、特にその径方向の結晶欠陥分布の再現性を問題とし、結晶欠陥密度の大小は問題としていないが、結晶欠陥がゼロの場合の再現性を確実にした場合には、それは無欠陥結晶の製造の確度を高めたということになる。
【００１８】
このようなことから、本発明によれば、無欠陥結晶をある程度の確実性をもって製造する方法も提供されることとなる。そしてその方法を一般的に記述したものが下記の（２）である。また、本発明の基本原理に照らして、無欠陥結晶の引き上げ工程において、シリコン単結晶の引上げ速度の増減に対してある程度の自由度を持たせることによって、無欠陥結晶の製造確度を上げたものとして本発明をとらえ、それを一般的に記述したものが下記の（３）である。
【００１９】
なお、ここで言う「結晶欠陥」とは、ボイド欠陥、転位クラスター、ＯＳＦリング等のＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥を意味する。また、下記（２）の「所定の許容幅内」については、実施例において、ある特定の条件下においての具体的な数値が明示されているが、そこで示された数値に限られること無く、状況に応じて適切な値が設定される（この「適切な値」というのは、当業者であれば、実施例に示された実験と同様の実験を行うことによって導き出すことができる）。
【００２０】
（２）  シリコン融液の中からシリコン単結晶を引上げる単結晶引上げ装置であって、前記シリコン単結晶の周囲を囲繞する熱遮蔽体を備える単結晶引上げ装置でシリコン単結晶の引き上げを行う場合に、シリコン融液の中から引上げられているシリコン単結晶中に無欠陥結晶領域を形成する際に設定されるパラメータについて、少なくとも前記熱遮蔽体底面から融液液面までの距離及び前記シリコン単結晶の引上げ速度については所定の許容幅内に入るように設定してシリコン単結晶の引き上げを行うことによって、無欠陥結晶領域形成の確度を増す方法。
【００２１】
（３）  シリコン融液の中からシリコン単結晶を引上げる単結晶引上げ装置であって、前記シリコン単結晶の周囲を囲繞する熱遮蔽体を備える単結晶引上げ装置でシリコン単結晶の引き上げを行う場合に、シリコン融液の中から引上げられているシリコン単結晶中に無欠陥結晶領域を形成する際に、前記熱遮蔽体底面から融液液面までの距離の制御の精密度を増すことによってシリコン単結晶の引上げ速度の増減の許容幅を大きくする方法。
【００２２】
以上のような本発明に係る方法を実施するために好適なＣＺ法シリコン単結晶引上げ装置は以下のようなものである。
【００２３】
（４）  シリコン融液の中からシリコン単結晶を引上げるシリコン単結晶引上げ装置であって、前記シリコン単結晶の周囲を囲繞する熱遮蔽体を備えるシリコン単結晶引上げ装置において、シリコン融液の中から引上げられているシリコン単結晶中に無欠陥結晶領域を形成する際に設定されるパラメータについて、少なくとも前記熱遮蔽体底面から融液液面までの距離及び前記シリコン単結晶の引上げ速度については所定の許容幅内に入るように設定してシリコン単結晶の引き上げを行うことを特徴とするシリコン単結晶引上げ装置。
【００２４】
（５）  シリコン融液の中からシリコン単結晶を引上げるシリコン単結晶引上げ装置であって、前記シリコン単結晶の周囲を囲繞する熱遮蔽体を備えるシリコン単結晶引上げ装置において、シリコン融液の中から引上げられているシリコン単結晶中に無欠陥結晶領域を形成する際に、前記熱遮蔽体底面から融液液面までの距離を精密に制御することによって、シリコン単結晶の引上げ速度にある程度の余裕を持ってシリコン単結晶の引き上げを行い得るようにしたことを特徴とするシリコン単結晶引上げ装置。
【００２５】
（６）  シリコン融液の中からシリコン単結晶を引上げるシリコン単結晶引上げ装置であって、前記シリコン単結晶の周囲を囲繞する熱遮蔽体を備えるシリコン単結晶引上げ装置において、少なくとも、前記熱遮蔽体底面から融液液面までの距離を実測して追跡し、当該距離を計算値通りに精密に制御しながらシリコン単結晶の引き上げを行うことによって無欠陥結晶領域を多く含むシリコンインゴットを製造することを特徴とするシリコン単結晶引上げ装置。
【００２６】
（７）  シリコン融液に対して磁場を印加する磁場印加手段を備えていることを特徴とする（４）から（６）いずれか記載のシリコン単結晶引上げ装置。
【００２７】
なお、磁場は、少なくとも２５００Ｇ以上の水平磁場を印加するのが好ましい。磁場は、２０００Ｇ以下ではウエハ面内のＧの均一性が不十分となり、５０００Ｇ以上では却って無欠陥化率が悪化すると考えられるので、２５００Ｇ〜５０００Ｇの範囲で調整するのが好ましい。
【００２８】
ところで、これらの装置によって製造されたシリコンインゴットは、従来のものよりも無欠陥領域を多く含み、また、無欠陥領域形成の確度も高いことから、シリコンインゴットを連続的に多数本引上げた場合でも、不良品（無欠陥領域を殆ど含んでいないようなシリコンインゴット）が混じってしまうようなことが殆ど無い。従って、本発明においては、以下のような連続的に引上げられ、製造されたシリコンインゴット群もその範囲に含む。
【００２９】
（８）  （４）から（７）いずれか記載のシリコン単結晶引上げ装置によって製造された、無欠陥領域を多く含むシリコンインゴット群。
【００３０】
更に本発明においては、より具体的な態様として、以下のような方法も含む。
【００３１】
（９）  設定ＧＡＰを引上げ径の０．２−０．５倍とし、このＧＡＰを設定値±２．０ｍｍ以内に制御して引上げを行うことを特徴とする単結晶育成方法。
【００３２】
（１０）  メルトレベル検出装置を用いて熱遮蔽体底面から融液表面までの距離を精密に計測し、実測したＧＡＰ値と設定ＧＡＰの差分をルツボ送り量にフィードバックしてルツボ送りを調整することによりＧＡＰを精密に制御する方法。
【００３３】
（１１）  磁場を印加することにより引上げ速度の許容幅を広げることを特徴とする無欠陥結晶（完全結晶）の育成方法。
【発明の効果】
【００３４】
シリコン単結晶の引き上げにあたっては、ＧＡＰの距離Ｌを精度よく制御することによって、結晶育成中における軸方向温度勾配Ｇの径方向分布を引上げ結晶毎に結晶長手方向で再現性良く変化させることができる。ここで、結晶長手方向でＧを一定に保つことは非常に困難であるが、ＧＡＰの距離Ｌを精度よく制御することによって、径方向のＧを精密に制御することも実現されるので、安定して無欠陥結晶を製造することができるようになる。
【００３５】
即ち、本発明によれば、無欠陥結晶をシリコンインゴット中に簡易かつ再現性良く形成させることができ、かつシリコンインゴットからより多くの無欠陥結晶ウエハを取得することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明を実施するためのＣＺ法シリコン単結晶引上げ装置のホットゾーンの基本構成を示した図である。
【図２】本発明を実施するために好適な特願２０００−０８３０３０号に係るメルトレベル検出装置の実施形態を示すブロック図である。
【図３】本発明を実施するために好適な特願２０００−０８３０３０号に係るメルトレベル検出装置の実施形態を説明するためのブロック図である。
【図４】実測されたＧＡＰの距離Ｌのばらつきを説明するための図であり、一般的なＣＺ法シリコン単結晶引上げ装置を使用して複数回シリコン単結晶を引き上げてみたときのＧＡＰの距離Ｌの実測値を示したグラフである。図において、縦軸はＧＡＰの距離Ｌの大きさ、横軸はシリコン融液から引上げられたシリコン単結晶の長さを示している。
【図５】従来から行われている方法に従い、ＧＡＰの距離Ｌを一定に設定して、結晶引上げ速度Ｖを調整することによって無欠陥結晶の作製を試みたときの結果を示す図である。図において、上の図は、シリコン融液から引上げられたシリコン単結晶の長さ（横軸）と結晶引上げ速度Ｖ及びＧＡＰの距離Ｌ（縦軸）との関係を示すグラフであり、下の図は、シリコン融液から引上げられたシリコン単結晶の長さに対応して作製した欠陥分布図である。
【図６】対照実験として、ＧＡＰの距離Ｌを実測値に基づいて精密にフィードバック制御し、その一方で、結晶引上げ速度Ｖについては、設定値から故意にずらして無欠陥結晶の作製を試みたときの結果を示す図である。図において、上の図は、シリコン融液から引上げられたシリコン単結晶の長さ（横軸）と結晶引上げ速度Ｖ及びＧＡＰの距離Ｌ（縦軸）との関係を示すグラフであり、下の図は、シリコン融液から引上げられたシリコン単結晶の長さに対応して作製した欠陥分布図である。
【図７】対照実験として、結晶引上げ速度Ｖについて精密に制御する一方で、ＧＡＰの距離Ｌについては、設定値から故意にずらして無欠陥結晶の作製を試みたときの結果を示す図である。図において、上の図は、シリコン融液から引上げられたシリコン単結晶の長さ（横軸）と結晶引上げ速度Ｖ及びＧＡＰの距離Ｌ（縦軸）との関係を示すグラフであり、下の図は、シリコン融液から引上げられたシリコン単結晶の長さに対応して作製した欠陥分布図である。
【図８】ＧＡＰの距離Ｌを、上記の特願２０００−０８３０３０号に係るメルトレベル検出装置からの実測値に基づいて精密にフィードバック制御すると共に、結晶引上げ速度Ｖについても精密に制御ずらして無欠陥結晶の作製を試みたときの結果を示す図である。図において、上の図は、シリコン融液から引上げられたシリコン単結晶の長さ（横軸）と結晶引上げ速度Ｖ及びＧＡＰの距離Ｌ（縦軸）との関係を示すグラフであり、下の図は、シリコン融液から引上げられたシリコン単結晶の長さに対応して作製した欠陥分布図である。
【図９】実験において示唆されている「許容幅」について精密に計測をした結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
［用語の定義等］
本明細書において、「インゴット」はシリコン融液から成長した単結晶を意味し、インゴットから切り出されて「ウエハ」が作製される。
【００３８】
無欠陥結晶（完全結晶）というのは、ボイド（空洞）欠陥、酸化誘起積層欠陥（ＯＳＦ；Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ  Ｉｎｄｕｃｅｄ  Ｓｔａｃｋｉｎｇ  Ｆａｕｌｔ）、及び転位クラスタのいずれも存在しない結晶のことを意味する。また、無欠陥領域（完全結晶領域）もしくは無欠陥な領域というのは、結晶の中でも、ボイド（空洞）欠陥、酸化誘起積層欠陥（ＯＳＦ；Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ  Ｉｎｄｕｃｅｄ  Ｓｔａｃｋｉｎｇ  Ｆａｕｌｔ）、及び転位クラスタのいずれも存在しない領域のことを意味する。
【００３９】
「熱遮蔽体」は、原料融液液面からの輻射熱や炉内のヒーターからの放熱を遮蔽するために炉内に設置されるものであるが、これは炉内に流されるガスの流れを整流する働きもする。ここで、もしガスの整流が主目的であったとしても、結果として融液液面やヒーターからの熱を何らかの形で遮蔽しているものであれば、本発明に係る熱遮蔽体として機能するのに十分であるから、何らかの形で熱遮蔽を行うものである限り、本発明における「熱遮蔽体」の概念に含まれる。
【００４０】
「シリコン融液に対して磁場を印加する磁場印加手段」としては、例えば特開昭５６−４５８８９号公報に開示されているようなものを使用することができる。また、磁場印加手段の中でもカスプ磁場を作るものとしては、特開昭５８−２１７４９３号公報に開示されているようなものを使用することができる。
【００４１】
図１は本発明を実施するためのＣＺ法シリコン単結晶引上げ装置のホットゾーンの基本構成を示した図である。この図１に示されるように、本発明を実施するためのＣＺ法シリコン単結晶引上げ装置は、シリコン融液１３を貯留して自ら回転するルツボ２１と、このルツボ２１を加熱するヒーター２２と、シリコン融液１３から回転させられながら引上げられる単結晶１１を取り囲んで当該単結晶１１への輻射熱量を調整する熱遮蔽体２３と、シリコン融液１３に磁場を印加するためのソレノイド２７と、を含む。
【００４２】
ここで、熱遮蔽体２３は一般的にはカーボン部材で構成され、シリコン融液１３等からの輻射熱を遮蔽することによって単結晶１１の側面の温度調整を行う。また、ヒーター２２は、図２７に示されるように、好適にはサイドヒーター２２ａとボトムヒーター２２ｂとから構成される。
【００４３】
本発明を実施するにあたっては、熱遮蔽体底面２３ａから融液液面１３ａまでの距離Ｌを精密に追跡してこれを制御する必要があるが、距離Ｌを精密に計測するものとして特願２０００−０８３０３０号に係るメルトレベル検出装置を使用するようにすると好適である。そして本発明の実施にあたっては、特願２０００−０８３０３０号に係るメルトレベル検出装置によって計測された距離Ｌが、予め設定された範囲からずれてしまったような場合には、例えばルツボ２１を昇降させてこれを適性値に戻すように調整する。
【００４４】
ここで、図２および図３は、特願２０００−０８３０３０号に係るメルトレベル検出装置の実施形態を示すブロック図である。このメルトレベル検出装置を備えるＣＺ法単結晶引上げ装置においては、三角測量を原理とした距離計測ユニット８を採用しており、この距離計測ユニット８には、レーザー光をシリコン融液液面１３ａに投射するレーザー光照射器と、シリコン融液液面１３ａから反射してきたレーザー光を受光する受光器と、が備えられている。
【００４５】
そして、距離計測ユニット８から出力されたレーザー光２はスキャンミラー２８で反射させられ、入射窓１８を透過して、引上げ装置のチャンバー１７内に設置された石英製プリズム２０を経由し、シリコン融液液面１３ａに投射される。シリコン融液液面１３ａに投射されたレーザー光２は、ここで一旦鏡面反射をし、熱遮蔽体２３の下端部裏面（底面）２３ａに計測スポット３１が当たる。そして、熱遮蔽体２３の底面２３ａに計測スポット３１として照射されたレーザー光２は、ここで散乱し、その反射散乱光の一部がシリコン融液液面１３ａで鏡面反射し（二次反射光）、プリズム２０、入射窓１８、スキャンミラー２８を経由して、距離計測ユニット８に入射される。三角測量を原理とした距離計測ユニット８は、その中に内蔵されているレーザー光照射器と受光器の間の距離、レーザー光の照射角及び受光角より、そのときの距離（Ｄｗ）を算出する。
【００４６】
次に、スキャンミラー２８を回転または移動させることにより、計測スポット３１を熱遮蔽体２３の下端部の上面２５に移動させ、そこからの反射光（一次反射光）を、プリズム２０、入射窓１８、スキャンミラー２８を経由して、距離計測ユニット８に受光させる（図中、破線で示した経路）。そして、Ｄｗを算出したときと同様の手法によって、熱遮蔽体２３の下端部の上面までの距離を算出し、熱遮蔽体２３の下端部の厚み２６を加えることによって、熱遮蔽体２３の下端部の裏面（底面）２３ａまでの距離（Ｄｓ）を求める。
【００４７】
そして、次の（１）式により、熱遮蔽体底面２３ａからシリコン融液液面１３ａまでの距離（ＧＡＰの距離）Ｌを計算する。
【００４８】
ＧＡＰの距離Ｌ＝（Ｄｗ−Ｄｓ）／２  ・・・（１）式
【実施例】
【００４９】
［設定条件］
図１に示されるようなＣＺ法シリコン単結晶引上げ装置を用い、結晶引上げ速度Ｖ及びＧＡＰの距離Ｌに対して精密に制御を行って単結晶を引上げた場合について、それを行わなかった場合と対比させて、無欠陥結晶の形成具合を調べた。実験は直径２００ｍｍの結晶を用いて行った。
【００５０】
結晶欠陥の分布は、一般的には結晶をエッチング液に浸した後にその表面を観察することによって調査することができるが、この実施例では、ボイド及び転位クラスタについては無撹拌Ｓｅｃｃｏエッチングをすることにより、ＯＳＦについては７８０℃で３時間及びそれに続く１０００℃で１６時間の酸化性熱処理をした後にライトエッチングをすることにより、欠陥の分布を調査した。
【００５１】
なお、ＧＡＰの距離Ｌは６０ｍｍ付近で調整し、結晶引上げ速度Ｖは定常状態では０．４ｍｍ／ｍｉｎ程度となるように調整した。また、磁場は、３０００Ｇの水平磁場を印加した。
【００５２】
［ＧＡＰの距離Ｌの計測］
ＧＡＰの距離Ｌは、上記の特願２０００−０８３０３０号に係るメルトレベル検出装置によって計測し、その計測値をルツボ送り量にフィードバックし、ＧＡＰの距離Ｌを設定値±２．０ｍｍ／ｍｉｎ以内となるように制御すると同時に、結晶引上げ速度Ｖが設定値±０．０１ｍｍ／ｍｉｎ以内となるように制御した。
【００５３】
［一般的なＣＺ法シリコン単結晶引上げ装置を使用したときのＧＡＰの距離Ｌのばらつき］
まず、図１に示されるようなＣＺ法シリコン単結晶引上げ装置を用い、当該装置において従来からの手法によってＧＡＰの距離Ｌが一定になるように制御して、複数回シリコン単結晶を引き上げてみた。図４は、そのようにしたときのＧＡＰの距離Ｌの実測値を示したものである。
【００５４】
この図４に示されるように、従来からの手法によって制御した場合には、ＧＡＰの距離Ｌが一定になるように制御したつもりでも、実際にはかなりのばらつきが生じていることが判る。これは、既に述べたように、石英ルツボ内径のバラツキ、シリコン単結晶育成時の石英のへたりや変形、および熱遮蔽体が伸縮することに起因しているものと考えられる。
【００５５】
［結晶引上げ速度Ｖの制御、ＧＡＰの距離Ｌの制御］
＜結晶引上げ速度Ｖのみの制御（従来方法）＞
まず、従来から行われている方法に従い、ＧＡＰの距離Ｌを一定に設定して、結晶引上げ速度Ｖを調整することによって無欠陥結晶の作製を試みた。
【００５６】
すると、図５に示されるように、結晶引上げ速度Ｖは、その精密な調整によって、設定値から僅かにずれるだけで収まったものの、ＧＡＰの距離Ｌについては、上記の特願２０００−０８３０３０号に係るメルトレベル検出装置によって計測したところ、その実測値（ＧＡＰ実績値＝ＧＡＰの距離Ｌ）は設定値から大きく外れることが判った。このズレは、結晶引上げの最後の段階では、４ｍｍ〜８ｍｍにも達した。
【００５７】
そして、グラフの下に示されている欠陥分布図に示されているように、ＧＡＰ実績値がＧＡＰ設定値から外れるに従って無欠陥領域が消失し、転位クラスターが表出してきた。
【００５８】
この図５から、従来からの方法では、製品対象領域の全てについて無欠陥領域とすることができなかったのは、ＧＡＰ実績値が実際にはＧＡＰ設定値からずれていたことが原因であろうことが理由であろうと推測することができる。
【００５９】
＜ＧＡＰの距離Ｌのみの精密制御（対照実験）＞
今度は、ＧＡＰの距離Ｌを、上記の特願２０００−０８３０３０号に係るメルトレベル検出装置からの実測値に基づいて精密にフィードバック制御し、その一方で、結晶引上げ速度Ｖについては、設定値から故意にずらしてみた。
【００６０】
すると、図６に示されるように、結晶引上げ速度ＶがＶ設定値から大きく外れた箇所では無欠陥領域が消失し、転位クラスターやＯＳＦリングが表出してきた。
【００６１】
このことから、ＧＡＰの距離Ｌについて、その実測値に基づいて精密に制御してシリコン単結晶の引き上げを行った場合でも、結晶引上げ速度Ｖが設定値から大きく外れた箇所では無欠陥領域が消失するということが判るが、それと同時に、それにはある程度の許容幅があり、その許容幅を超えない範囲で結晶引上げ速度Ｖが変化した場合には、無欠陥領域が形成されるということがわかる。
【００６２】
＜結晶引上げ速度Ｖのみの精密制御（対照実験）＞
次に、結晶引上げ速度Ｖについて精密に制御する一方で、ＧＡＰの距離Ｌについては、設定値から故意にずらしてみた。
【００６３】
すると、図７に示されるように、ＧＡＰの距離ＬがＧＡＰ設定値から大きく外れた箇所では無欠陥領域が消失し、転位クラスターやＯＳＦリングが表出してきた。
【００６４】
このことから、ＧＡＰの距離Ｌについても、結晶引上げ速度Ｖを精密に制御した場合に対する許容幅が存在し、その許容幅を超えない範囲でＧＡＰの距離Ｌが変化した場合には、無欠陥領域が形成されるということがわかる。
【００６５】
＜ＧＡＰの距離Ｌ及び結晶引上げ速度Ｖの精密制御（本発明）＞
最後に、ＧＡＰの距離Ｌを、上記の特願２０００−０８３０３０号に係るメルトレベル検出装置からの実測値に基づいて精密にフィードバック制御すると共に、結晶引上げ速度Ｖについても精密に制御した。
【００６６】
その結果、図８に示されるように、製造されたシリコンインゴットの広い領域にわたって無欠陥結晶領域が形成された。このシリコンインゴットは、その製品対象領域の殆どが無欠陥結晶領域であり、無欠陥結晶シリコンウエハの取得率が格段に良い。
【００６７】
［許容幅］
ここで、上記の実験において示唆されている「許容幅」について精密に計測をしたところ、図９に示されるような結果が得られた。
【００６８】
この図９に示されるように、ＧＡＰの距離Ｌが±２ｍｍの範囲内にある場合には、結晶引上げ速度Ｖは±０．０１ｍｍ／ｍｉｎの許容幅がある。但し、同じこの図９に示されるように、ＧＡＰの距離Ｌが３ｍｍずれてしまった場合には、結晶引上げ速度Ｖの許容幅は、±０．００５ｍｍ／ｍｉｎと半分にまで狭まってしまう。
【００６９】
このように、ＧＡＰの距離Ｌをきちんと制御すればするほど、結晶引上げ速度Ｖの許容幅が大きくなる。更に加えて言えば、本発明を実施するためには磁場をかけなくてもよいが、磁場をかけたほうが速度Ｖの許容幅は大きくなる（因みに、磁場をかけたときには、磁場をかけない場合よりも、最適なＧＡＰの距離Ｌは狭くなる）。
【符号の説明】
【００７０】
２  レーザー光
８  距離計測ユニット
１１  単結晶
１３  シリコン融液
１３ａ  融液液面
１７  チャンバー
１８  入射窓
２０  石英製プリズム
２１  ルツボ
２２  ヒーター
２２ａ  サイドヒーター
２２ｂ  ボトムヒーター
２３  熱遮蔽体
２３ａ  熱遮蔽体底面
２５  熱遮蔽体２３の下端部の上面
２６  熱遮蔽体２３の下端部の厚み
２７  ソレノイド
２８  スキャンミラー
３１  計測スポット
Ｌ  熱遮蔽体底面２３ａから融液液面１３ａまでの距離
【図１】
0005567800.tif 000002
【図２】
0005567800.tif 000003
【図３】
0005567800.tif 000004
【図４】
0005567800.tif 000005
【図５】
0005567800.tif 000006
【図６】
0005567800.tif 000007
【図７】
0005567800.tif 000008
【図８】
0005567800.tif 000009
【図９】
0005567800.tif 000010