(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と受光器とを備え、前記光源から出射した出射光をチョクラルスキー炉内の融液液面に投射し、この融液液面で反射した反射光を前記受光器で受光し、三角測量の原理に基づいて、前記融液液面の液面レベルを測定する位置測定方法において、
前記チョクラルスキー炉内部の単結晶の外側に熱遮蔽物が配置され、
前記光源から出射した前記出射光を、前記熱遮蔽物と前記単結晶との間を介して前記熱遮蔽物の下端部の内周側面に入射させ、前記熱遮蔽物の前記下端部内周側面で反射した反射光を前記融液液面に投射し、前記融液液面で反射した反射光を、前記受光器で受光するか、または、
前記光源から出射した前記出射光を、前記熱遮蔽物と前記単結晶との間を介して前記融液液面に投射し、前記融液液面で反射した反射光を、前記熱遮蔽物の前記下端部内周側面に入射させ、前記熱遮蔽物の前記下端部内周側面で反射した反射光を、前記受光器で受光すること
を特徴とする位置測定方法。
【請求項２】
回転ミラーを回転させて、前記光源から出射した前記出射光をチョクラルスキー炉内のるつぼの径方向にスキャンすることで、前記出射光を、前記熱遮蔽物と前記単結晶との間を介して前記熱遮蔽物の前記下端部内周側面に入射させるか、または、前記出射光を、前記熱遮蔽物と前記単結晶との間を介して前記融液液面に投射し、前記融液液面で反射した反射光を、前記熱遮蔽物の前記下端部内周側面に入射させるようにすること
を特徴とする請求項１記載の位置測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、三角測量の原理に基づいた位置測定方法に関し、特にチョクラルスキー法による単結晶引上装置内の原料溶融液の液面レベルを測定する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
チョクラルスキー法（以下ＣＺ法という）は、るつぼ内のシリコン等の原料融液から単結晶インゴットを育成しながら引き上げる方法である。単結晶の育成を制御性よく行うためには原料溶融液の液面レベル（以下メルトレベルという）を的確に測定し、その位置を単結晶育成にあわせて調整する必要がある。
【０００３】
特に、ＣＺ法によるシリコン単結晶引上げ装置においては、通常、ヒータおよびシリコン融液からの熱輻射を制御するとともに、ＣＺ炉内に導入されるガスを整流するために熱遮蔽物が設けられている。
【０００４】
この熱遮蔽物の下面とメルトレベルの相対的位置（すなわち両者間の距離）を制御することによって、引き上げる単結晶の熱履歴や不純物濃度（酸素濃度等）を一定にすることができる。
【０００５】
そこで従来、メルトレベル測定法がいくつか提案されている。
【０００６】
下記特許文献１には、三角測量の原理に基づいて、融液液面の揺れにより定常的に生じる液面形状を利用し、それを一種の反射体として機能させて的確なメルトレベル測定を行う方法が開示されている。以下、この測定方法を直接反射法という。
【０００７】
図７は、直接反射法によるレーザ光の軌跡を説明するための図である。図７（ａ）はレーザ光の軌跡を側面（Ｘ−Ｙ面）から見た模式図であり、図７（ｂ）はレーザ光の軌跡を正面（Ｘ−Ｚ面）から見た模式図である。なお、図７（ａ）において、回転ミラー９とプリズム１１によりレーザ光が案内されるが、図７（ｂ）では、Ｙ軸方向のレーザ光の軌跡は紙面に垂直な方向であるため、回転ミラー９とプリズム１１は省略している。また、説明を簡単にするために、三角測量に本質的でない部品については省略している。
【０００８】
図７（ａ）、（ｂ）において、ＣＺ炉１内に設けられたるつぼ２の内部にシリコン原料３が融解されており、シリコン単結晶４が図の上方に回転しながら引上げ育成されている。シリコン単結晶４の外側には熱遮蔽物５が配置されている。熱遮蔽物５の下端部の内周とシリコン単結晶４の周壁との間隔をＤとし、また、熱遮蔽物５の下面６と融液液面７との間隔をＬとする。
【０００９】
上記発明では、融液液面７のメルトレベルを測定するために、三角測量を原理とした距離測定ユニット８が採用されている。
【００１０】
図７（ｂ）において、距離測定ユニット８の内部には、レーザ光を投射するレーザ光源１２および反射してきた戻り光を受光する受光器１３が設けられている。受光器１３内には入射してきたレーザ光を集光するレンズ１３ａおよび集光したレーザ光を検出する１次元ＣＣＤセンサ１３ｂが配置されている。
【００１１】
距離測定ユニット８から出射されたレーザ光は回転ミラー９で反射され、入射窓１０を透過して、ＣＺ炉１内に設置されたプリズム１１を経由して、融液液面７に投射される。
【００１２】
ここで、回転ミラー９を左右に回転（図の矢印Ｓ１）して、融液液面７のレーザ光の投射位置をるつぼ３の径方向（図の矢印Ｓ２）にスキャンすることにより、融液液面７で反射させた戻り光を、プリズム１１、入射窓１０、回転ミラー９を経由して、所定の頻度で受光器で受光させている。このように、直接反射法では、レーザ光源から出射したレーザ光は、融液液面７に直接投射され、融液液面７で反射された戻り光は直接受光器１３で受光される。
【００１３】
融液液面７のメルトレベルがＡ１の位置の場合、融液液面７で反射されたレーザ光は、１次元ＣＣＤセンサ１３の測定座標Ｘ１で検出される。すなわち、１次元ＣＣＤセンサ１３の測定座標Ｘ１はメルトレベルＡ１に対応する。同様に、メルトレベルがＡ２の位置の場合、融液液面７で反射されたレーザ光は、１次元ＣＣＤセンサ１３の測定座標Ｘ２で検出される。すなわち、１次元ＣＣＤセンサ１３の測定座標Ｘ２はメルトレベルＡ２に対応する。このようにして、三角測量の原理に基づいて、１次元ＣＣＤセンサ１３が検出した測定座標からメルトレベルを計算することができる。
【００１４】
図において融液液面７へのレーザ光の入射角度および反射角度（ともに角度θ１）を大きくして示してあるが、実際には角度θ１は数度程度の小さな角度である。このことは他の場合においても同様である。
【００１５】
直接反射法は融液液面に生じる液面形状を反射体として利用するものであり、融液のまわりに磁場を印加しない単結晶引き上げの場合に適した方法である。また距離Ｌが大きくても小さくても測定が可能である。また戻り光が融液液面７からの直接反射光であるため、レーザパワーは小さくてもよい。
【００１６】
下記特許文献２には、レーザ光源から出射したレーザ光を、熱遮蔽物の下面で１回散乱させるとともに、融液液面で２回反射させることによりメルトレベルを測定する方法が開示されている。以下、この測定方法を折り返し反射法という。折り返し反射法の場合、２回の反射と１回の散乱を効率よく利用するため、融液に対する磁場印加によって融液液面の凹凸を消失させておく、つまり滑らかにしておく必要がある。
【００１７】
図８は、折り返し反射法による位置測定方法を説明するための図である。
【００１８】
図８（ａ）はレーザ光の軌跡を側面（Ｘ−Ｙ面）から見た模式図であり、図８（ｂ）はレーザ光の軌跡を正面（Ｘ−Ｚ面）から見た模式図である。なお、図８（ａ）において、回転ミラー９とプリズム１１によるレーザ光が案内されるが、図８（ｂ）では、Ｙ軸方向のレーザ光の軌跡は紙面に垂直な方向であるため、回転ミラー９とプリズム１１は省略している。また、説明を簡単にするために、三角測量に本質的でない部品については省略している。
【００１９】
図８（ｂ）において、距離測定ユニット８の内部には、レーザ光を投射するレーザ光源１２および反射してきた戻り光を受光する受光器１３が設けられている。受光器１３内には入射してきたレーザ光を集光するレンズ１３ａおよび集光したレーザ光を検出する１次元ＣＣＤセンサ１３ｂが配置されている。
【００２０】
図８（ａ）、（ｂ）において、レーザ光源１２から出射されたレーザ光は、回転ミラー９およびプリズム１１で反射され、融液液面７に投射される。投射されたレーザ光は融液液面７（メルトレベルＡ４）で反射され、その反射光は、融液液面７の上方に設けられた熱遮蔽物５の下面６に投射される。投射されたレーザ光は熱遮蔽物の下面６の散乱点６ａで散乱され、散乱された散乱光は再び融液液面７に投射される。投射されたレーザ光は融液液面７で再び反射され、この反射光が最終的に受光器１３で受光される。
【００２１】
すなわち、受光器１３で受光するレーザ光は、熱遮蔽物の下面６の散乱点６ａから融液液面７に投射されたレーザ光の反射光であり、受光器１３から見ると、見かけ上の反射面上の散乱点３ａから出射されたレーザ光として検出される。
【００２２】
図８（ｂ）のＸ−Ｚ面において、レーザ光の入射角と反射角は常に同じ値であり、簡単な幾何学的考察から、見かけ上の反射面上の散乱点３ａと熱遮蔽物５の下面６の散乱点６ａとは、実際のメルトレベルＡ４に対して折り返した位置関係（鏡面関係）にある。見かけ上の反射面を以下ではメルトレベルＡ３という。図８（ｂ）には、見かけ上のレーザ光の軌跡の理解を助けるために、熱遮蔽物５を実際のメルトレベルＡ４で折り返した見かけ上の熱遮蔽物５ｂの配置も点線で描いてある。したがって、熱遮蔽物５の下面６と見かけ上のメルトレベルＡ３との間隔は２Ｌである。
【００２３】
熱遮蔽物５の下面６の位置は、たとえば熱遮蔽物５の下端部の上面９の位置を測定して求めることができる。図８において、熱遮蔽物５の下端部の上面９のレーザ光の反射点９ａの位置は１次元センサの測定座標Ｘ９に対応している。上面９と下面６との距離Ｍは前もって測定してあるとすれば、測定座標Ｘ９と
距離Ｍから熱遮蔽物の下面６の位置を求めることができる。
【００２４】
間隔Ｌは、熱遮蔽物の下面６の位置と見かけ上のメルトレベルＡ３との相対距離２Ｌの半分の値として求めることができる。また、実際のメルトレベルＡ４の値は、見かけ上のメルトレベルＡ３より間隔Ｌだけ上方の値として求めることができる。
【００２５】
折り返し反射法の場合、熱遮蔽物で散乱された散乱光を用いる構成であるため、受光器で受光する受光確率が高い利点がある。
【特許文献１】特開２０００−２６４７７９号公報
【特許文献２】ＷＯ０１／０８３８５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２６】
特許文献１の直接反射法の場合、メルトレベルの測定値のばらつきを抑えるために所定の測定頻度（単位時間あたりの測定回数）でメルトレベルを測定しておく必要がある。
【００２７】
ところが、直接反射法の場合、融液液面の常時変化する液面形状を反射体として利用することから、反射体からの直接反射光を安定して受光することができず、したがって測定頻度をあまり高くすることができない。そのため測定値のバラツキが大きくなり、安定した測定を行えないという問題がある。
【００２８】
また、引き上げる単結晶の直径を大きく設定した場合、間隔Ｄの値が小さくなるため、引き上げる単結晶側面に生じるメニスカスの影響が大きくなってしまう。そのため、融液液面で反射する反射光が受光器に戻らなくなり、測定頻度が零になるという問題がある。
【００２９】
また、融液に対する磁場印加によって融液液面を滑らかにした場合には、液面形状を反射体として利用できないため、るつぼ径方向に対してレーザ光をスキャンさせても、レーザ反射光が受光器へ導かれる位置を探すことが困難になるという問題がある。
【００３０】
特許文献２の折り返し反射法の場合、戻り光が散乱光であるため、測定頻度を高くすることができるが、熱遮蔽物の下面で散乱させた散乱光の強度が弱く、また融液液面で２回レーザ光が反射することから、最終的に受光器で受光するレーザ光の強度が弱くなってしまうという問題がある。これを回避するためにレーザ光のパワーを上げると安全性の点で問題になる。
【００３１】
また、直接反射法と同様に、折り返し反射法においても、間隔Ｄの値を小さくした場合、熱遮蔽物の下面でレーザ光を散乱させる構成のために、反射光を受光器へ導くことができなくなる。
【００３２】
また、単結晶の品質を制御するために、間隔Ｌの値を小さくした場合、熱遮蔽物の下面でレーザ光を散乱させる構成のために、反射光を受光器へ導くことができなくなる。
【００３３】
さらに、折り返し反射法の場合、融液液面を滑らかにするために磁場印加が必須であり、また、実際のメルトレベルＡ４の位置を求めるための測定および計算の手間がかかるという問題がある。
【００３４】
本発明は以上のような問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、ＣＺ法による単結晶引上げにおいて、単結晶の品質のばらつきを低減し、かつ、高品質の単結晶を安定して育成するために、引上げる単結晶とＣＺ炉内部材の間隔および前記ＣＺ炉内部材とるつぼ内の融液液面の間隔が小さい場合、あるいは磁場印加を行った場合において、前記融液液面のメルトレベルおよびメルトレベルと前記炉内部材の所定面との距離を簡易に測定できる方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００３５】
以上のような目的を達成するために、第１発明においては、光源と受光器とを備え、前記光源から出射した出射光を測定箇所に投射し、前記測定箇所で反射した反射光を前記受光器で受光し、三角測量の原理に基づいて、前記測定箇所の位置を測定する位置測定方法において、
前記測定箇所近傍に部材を設け、
前記出射光を、前記部材により反射させ、反射させた反射光を前記測定箇所に投射し、前記測定箇所で反射した反射光を前記受光器で受光するか、または前記出射光を前記測定箇所に投射し、前記測定箇所で反射した反射光を、前記部材により反射させ、反射させた反射光を前記受光器で受光すること
を特徴としている。
【００３６】
第２発明は、光源と受光器とを備え、前記光源から出射した出射光をチョクラルスキー炉内のるつぼの融液液面に投射し、前記融液液面で反射した反射光を前記受光器で受光し、三角測量の原理に基づいて前記融液液面の液面レベルの測定を行う位置測定方法において、
前記融液液面近傍に部材を設け、
前記出射光を、前記部材により反射させ、反射させた反射光を前記融液液面に投射し、前記融液液面で反射した反射光を前記受光器で受光するか、または前記出射光を前記融液液面に投射し、前記融液液面で反射した反射光を、前記部材により反射させ、反射させた反射光を前記受光器で受光すること
を特徴としている。
【００３７】
第１発明および第２発明を、図１を用いて説明する。
【００３８】
図１（ａ）、（ｂ）において、三角測量の原理に基づいたメルトレベルの位置測定を行うために、レーザ光源１２および受光器１３で構成される距離測定ユニット８が用いられる。レーザ光源１２から出射したレーザ光を、回転ミラー９、プリズム１１を用いて熱遮蔽物５の側面５ａに案内し、熱遮蔽物５の側面５ａで反射させてから融液液面７に投射し、融液液面７で反射した反射光を受光器１３内の１次元ＣＣＤセンサ１３ｂで受光する。あるいは、レーザ光をまず融液液面７に投射し、融液液面７で反射した反射光を熱遮蔽物５の側面５ａで反射させ、その後、複数の光学素子を通過させ、最後に１次元ＣＣＤセンサ１３ｂで受光している。
【００３９】
図１（ｂ）によれば、正面（Ｘ−Ｚ面）からみたレーザ光の軌跡は熱遮蔽物５の側面５ａの反射によりＸ−Ｚ面内では角度変更しないので、三角測量の原理によりメルトレベル（Ｘ軸方向の高さ）を測定することができる。
【００４０】
第３発明は、第２発明において、前記部材は、チョクラルスキー炉内に設けた熱遮蔽体であることを特徴としている。
【００４１】
図１および図３において、ＣＺ法の引上げ単結晶装置に使用される熱遮蔽物５は、融液液面７近傍に配置される部材であることから、本発明の好適な反射部材として利用することができる。
【００４２】
第４発明は、第２発明において、前記部材は、チョクラルスキー炉内に設けたクーラーパイプまたはパージチューブまたは炉内側面部材であることを特徴としている。
【００４３】
図１および図３において、熱遮蔽物を反射部材とするかわりに、融液液面７の近傍に配置されたクーラーパイプ、パージチューブまたは炉内側面部材などを反射部材として用いることもできる。
【発明の効果】
【００４４】
第１発明によれば、測定箇所近傍の部材を用いて、戻り光を散乱光にすることで安定した位置測定を行うことが可能となる。
【００４５】
第２発明によれば、測定箇所近傍の部材を用いて、戻り光を散乱光にすることで測定頻度を高くすることができ、またレーザパワーを大きくする必要がない。また、間隔Ｄおよび間隔Ｌが小さい場合でも、比較的安定してメルトレベルおよび間隔Ｌを測定することができる。
【００４６】
第３発明によれば、融液液面７の近傍に配置した熱遮蔽物５の側面５ａを反射部材として用いることができるので、低角度反射を行うことが容易になる。
【００４７】
第４発明によれば、融液液面７の近傍に配置されたクーラーパイプ、パージチューブまたは炉内側面部材などを反射部材として用いることができるので、ＣＺ炉内において低角度反射を行う場合に、適宜選択してより好適な条件で適用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４８】
以下、本発明の位置測定方法の実施例について図を参照しながら説明する。
【００４９】
なお、以下の実施例では光源として赤色レーザ光を用いているが、煩雑なため単にレーザ光として説明する。
【実施例１】
【００５０】
図１は、本発明の実施例１の位置測定方法を説明するための図である。図１（ａ）は、実施例１のレーザ光の軌跡を側面（Ｘ−Ｙ面）から見た模式図である。図１（ｂ）は、実施例１のレーザ光の軌跡を正面（Ｘ−Ｚ面）から見た模式図である。なお、図１（ａ）において、回転ミラー９とプリズム１１によりレーザ光が案内されるが、図１（ｂ）では、Ｙ軸方向のレーザ光の軌跡は紙面に垂直な方向であるため、回転ミラー９とプリズム１１は省略している。また、説明を簡単にするために、三角測量に本質的でない部分については省略している。
【００５１】
図１（ａ）、（ｂ）において、ＣＺ炉１内に設けられたるつぼ２の内部にシリコン原料３が融解されており、シリコン単結晶４が図の上方に回転しながら引上げ育成されている。シリコン単結晶４の外側には熱遮蔽物５が配置されている。熱遮蔽物５の下部の内周とシリコン単結晶４の周壁との間隔をＤとし、また、熱遮蔽物５の下面６と融液液面７との間隔をＬとする。
【００５２】
融液液面７のメルトレベルＡ１を測定するために、三角測量を原理とした距離測定ユニット８が採用されている。この距離測定ユニット８の内部には、レーザ光を融液液面７に投射するレーザ光源１２と融液液面７から反射してきたレーザ光を受光する受光器１３とが備えられている。受光器１３内には入射してきたレーザ光を集光するレンズ１３ａおよび集光したレーザ光を検出する１次元ＣＣＤセンサ１３ｂが配置されている。
【００５３】
距離測定ユニット８から出射されたレーザ光は回転ミラー９で反射され、入射窓１０を透過して、ＣＺ炉１内に設置されたプリズム１１を経由して、直接融液液面７に投射される。
【００５４】
融液液面７で反射した反射光は、融液液面７近傍に設けられた熱遮蔽物５の側面５ａにおいて、側面方向に対しほぼ平行な入射に近い０．５度以下の低角度で入射され、次に同じ低角度で反射された反射光は、プリズム１１、入射窓１０、回転ミラー９で案内され受光器１３で受光される。
【００５５】
なお、熱遮蔽物５の側面５ａにレーザ光を確実に入射させるために、回転ミラー９を適宜回転させてもよい。たとえば回転ミラー９により、ＣＺ炉内のるつぼの径方向にスキャンすることができる。また、前もって回転ミラー９を固定して正確にアライメントしておいてもよい。
【００５６】
図１（ｂ）のＸ−Ｚ面において、レーザ光源１２から融液液面７に入射角度θ１で投射されたレーザ光は、反射角度θ１で反射される。また図１（ａ）のＸ−Ｙ面において、融液液面７で反射したレーザ光は、一旦、熱遮蔽物５の側面５ａにおいて、側面方向に対しほぼ平行な入射に近い０．５度以下の低角度で反射させられる。側面５ａの反射において、Ｘ−Ｚ面における角度変更はされず、Ｙ軸方向の角度のみ変更される。レーザ光はＸ−Ｚ面において角度θ１を保ったまま１次元ＣＣＤセンサ１３ｂに向かって進み、測定座標Ｘ１で検出される。メルトレベルＡ１は１次元ＣＣＤセンサ１３ｂの測定座標Ｘ１に対応している。
【００５７】
以上のように、図１（ｂ）によれば、熱遮蔽物の側面５ａによる反射によって、Ｘ−Ｚ面におけるレーザ光の角度変更はない。よって、Ｘ−Ｚ面における三角測量を行うことで、Ｘ軸方向の高さ位置、すなわち、メルトレベルを測定することが可能になる。
【００５８】
なお、本発明における「側面」とは、垂直面に対して０．５度以上傾斜していない面を意味する。
【００５９】
図２は、実施例１のレーザ光の軌跡を上面（Ｙ−Ｚ面）から見た模式図である。
【００６０】
図２において、レーザ光源１２から出射し、融液液面７の反射点７ａで反射されたレーザ光は、熱遮蔽物５の側面５ａで反射され、Ｙ軸方向の角度変更が行われる。角度変更されたレーザ光は、最後に１次元センサ１３ｂにより測定座標Ｘ１で受光される。よって、角度変更されたレーザ光を受光するために、受光位置におけるレーザ光の偏移距離は１次元ＣＣＤセンサ１３ｂのＹ軸方向の幅Ｗより小さくする必要があり、前もって計算あるいは実験により確認しておく。
【実施例２】
【００６１】
図３は、本発明の実施例２の位置測定方法を説明するための図である。図３（ａ）は、実施例２のレーザ光の軌跡を側面（Ｘ−Ｙ面）から見た模式図である。図３（ｂ）は、実施例２のレーザ光の軌跡を正面（Ｘ−Ｚ面）から見た模式図である。実施例１と異なるのはレーザ光の軌跡であり、基本的な構成は図１（ａ）、（ｂ）と同じである。
【００６２】
レーザ光源１２からＸ−Ｚ面の入射角度θ１で出射されたレーザ光は、まず熱遮蔽物の側面５ａで反射され、反射された反射光は次に融液液面７に投射される。このときＸ−Ｚ面のレーザ光の角度は変化せず、Ｙ軸方向のレーザ光の角度のみ変更される。すなわち、融液液面７に投射されるレーザ光のＸ−Ｚ面の入射角度はθ１である。レーザ光は融液液面７の反射点７ａで反射され、その後１次元  ＣＣＤセンサ１３ｂに進み、メルトレベルＡ１に対応する測定座標Ｘ１で検出される。
【００６３】
なお、熱遮蔽物５の側面５ａにレーザ光を確実に入射させるために、回転ミラー９を適宜回転させてもよい。たとえば回転ミラー９により、ＣＺ炉内のるつぼの径方向にスキャンすることができる。また、前もって回転ミラー９を固定して正確にアライメントしておいてもよい。
【００６４】
図３（ｂ）によれば、Ｘ−Ｚ面におけるレーザ光の角度変更はない。よって、Ｘ−Ｚ面における測定に基づいて三角測量を行うことで、Ｘ軸方向の高さ位置、すなわち、メルトレベルを測定することが可能になる。メルトレベルＡ１は１次元ＣＣＤセンサ１３ｂの測定座標Ｘ１により求めることができる。
【００６５】
図４はレーザ光の軌跡を上面（Ｙ−Ｚ面）から見た模式図である。
【００６６】
図４において、レーザ光源１２から出射したレーザ光は、熱遮蔽物５の側面５ａで反射され、Ｙ軸方向の角度変更が行われる。角度変更したレーザ光は融液液面７に投射され、融液液面７の反射点７ａで反射されたレーザ光は、最後に１次元センサ１３ｂにより受光される。よって、Ｙ軸方向に角度変更されたレーザ光を受光するために、受光位置におけるレーザ光の偏移距離は１次元ＣＣＤセンサ１３ｂのＹ軸方向の幅Ｗより小さくする必要があり、前もって計算あるいは実験により確認しておく。
【００６７】
実施例１および実施例２は、熱遮蔽物５の側面５ａによる反射をどの時点で行うかという違いがあるのみであり、その作用効果は基本的に同じである。よって、実際の位置測定において、実施例１と実施例２のいずれを採用してもよい。
【００６８】
本発明によれば、散乱光を使用するため測定頻度（単位時間あたりの測定回数）を高くすることができるとともに、融液液面の反射回数が１回だけであり、また反射光の強度が比較的低下しない低角度反射法を採用したため、レーザパワーを大きくする必要がない。
【００６９】
図５は、本発明による測定方法と従来の測定方法における測定頻度とレーザパワーを比較した図である。
【００７０】
図５によれば、直接反射法の場合、戻り光が直接反射光であるためレーザパワーを小さくできる。しかし、直接反射法は融液液面の液面形状に依存しているため、反射体からの直接反射光を安定して受光することができず、測定頻度を高くすることができない。また、折り返し反射法の場合、戻り光が散乱光であるため測定頻度は高くできるが、レーザパワーを大きくする必要がある。レーザパワーの大きい装置は大型であり安全性にも問題がある。
【００７１】
一方、本発明の場合、戻り光が散乱光のため測定頻度を高くできるとともに、レーザパワーをあまり高くする必要がない。その結果、安全性の高い小型のレーザ光源を使用することができる。
【００７２】
図６は、本発明による測定方法と従来の測定方法との測定の安定性を比較した図である。なお、パラメータとして、熱遮蔽物と単結晶との間隔Ｄと熱遮蔽物の下面と融液液面との間隔Ｌを用いた。
【００７３】
（条件１）間隔Ｄ大、間隔Ｌ中の場合
本発明は良であり、直接反射法は優である。なお、折り返し反射法は行っていない。
【００７４】
（条件２）間隔Ｄ中、間隔Ｌ大の場合
本発明は優であるが、直接反射法は不可であり、折り返し反射法は可である。
【００７５】
（条件３）間隔Ｄ小、間隔Ｌ大の場合
本発明および折り返し反射法は可であり、直接反射法は不可である。
【００７６】
（条件４）間隔Ｄ小、間隔Ｌ小の場合
本発明は可であり、直接反射法および折り返し反射法は不可である。
【００７７】
図５および図６によれば、本発明の場合、測定頻度を高くすることができる。また、条件１では直接法が優れるものの、条件２〜４では、本発明が優れていることがわかる。シリコン単結晶の品質を向上させるために間隔Ｄおよび間隔Ｌを小さくすることが求められる。そのため本発明はその点で特に有用な方法である。
【００７８】
以上説明した実施例においては、低角度反射用の部材として熱遮蔽物を想定しているが、他にクーラーパイプ、パージチューブ、側面部材などの炉内構成物を利用することもできる。低角度反射を行う場合に適宜選択して好適な条件で適用することができる。
【００７９】
また、上記実施例ではＣＺ炉内のメルトレベルを測定する場合を説明したが、本発明は上記実施例に限られるものではない。
【００８０】
すなわち、測定箇所近傍に部材を設け、レーザ光源から出射した出射光を、前記部材により反射させてから測定箇所に投射し、測定箇所で反射した反射光を前記受光器で受光するか、または出射光を測定箇所に投射し、測定箇所で反射した反射光を、反射部材により反射させてから、受光器で受光するような位置測定方法としても適用できる。
【００８１】
これにより、例えば直接反射法を用いて測定箇所の戻り光が不安定になる場合に、測定箇所近傍の部材を用いて戻り光を散乱光にすることで安定した測定頻度で位置測定することが可能となる。
【００８２】
上記実施例では光源として赤色レーザ光源を用いているが、本発明は赤色レーザ光源の代わりに、紫色、青色、緑色のレーザ光源を用いることもできる。
【００８３】
これらの４００ｎｍ〜５５０ｎｍのレーザ光源を用いると、ＣＺ炉内から発生する黄色、赤色、近赤外波長のゴースト光から波長を遠ざけることができるので、ＣＣＤセンサの相対受光感度が向上し、結果的に精度の高い位置測定が可能になる。
【００８４】
また、本発明はレーザ光源の代わりに、キセノン、水銀、ハロゲン等の一般的な光源あるいはナトリウム線等の単一波長光源を用いることもできる。レーザ光源を用いると測定座標を精度よく検出することができ、結果的に精度の高い位置測定が可能になるが、場合によってはほかの光源を使用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】図１は、本発明の実施例１の位置測定方法を説明するための図である。
【図２】図２は、実施例１のレーザ光の軌跡を上面（Ｙ−Ｚ面）から見た模式図である。
【図３】図３は、本発明の実施例２の位置測定方法を説明するための図である。
【図４】図４は、実施例２レーザ光の軌跡を上面（Ｙ−Ｚ面）から見た模式図である。
【図５】図５は、本発明による測定方法と従来の測定方法における測定頻度とレーザパワーを比較した図である。
【図６】図６は、本発明による測定方法と従来の測定方法との測定の安定性を比較した図である。
【図７】図７は、従来例によるレーザ光の軌跡を説明するための図である。
【図８】図８は、ほかの従来例による位置測定方法を説明するための図である。
【符号の説明】
【００８６】
Ａ１〜Ａ４      メルトレベル
Ｄ      熱遮蔽物の下端部の内周と引き上げ単結晶の周壁との間隔
Ｌ      熱遮蔽物の下面と融液液面との間隔
１      ＣＺ炉
２      るつぼ
３      シリコン原料
４      シリコン単結晶
５      熱遮蔽物
７      融液液面
８      距離測定ユニット
９      回転ミラー
１０      入射窓
１１      プリズム
１２      レーザ光源
１３      受光器
１３ｂ    １次元ＣＣＤセンサ
【図１】
0004734139.tif 000002
【図２】
0004734139.tif 000003
【図３】
0004734139.tif 000004
【図４】
0004734139.tif 000005
【図５】
0004734139.tif 000006
【図６】
0004734139.tif 000007
【図７】
0004734139.tif 000008
【図８】
0004734139.tif 000009