(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＣＺ炉の所定の位置にレーザー光照射器と受光器とを備え、更に、このレーザー光照射器から発せられたレーザー光を融液液面若しくは所定の炉内部材に投射し、当該融液液面若しくは当該所定の炉内部材から直接的に反射してきたレーザー光（一次反射光）を前記受光器にて受光する機構と、当該融液液面から反射してきたレーザー光を当該所定の炉内部材の底面に投射させて「当該融液液面→当該所定の炉内部材の底面→融液液面」の順を経て最終的に融液液面から反射されてきたレーザー光（二次反射光）を前記受光器にて受光する機構とを備え、三角測量の原理に基づいてＣＺ炉内の融液液面の液面レベルの検出、及び、前記所定の炉内部材の高さの検出、並びに、融液液面と前記所定の炉内部材の底面の間の距離の検出を行い得るレベル検出装置。
【請求項２】
前記レーザー光照射器による投射位置をＣＺ炉内のるつぼの径方向に移動させることにより、融液液面から反射してくるレーザー光が前記受光器に受光される投射位置をスキャンし、当該位置にレーザー光の投射位置を設定して前記融液液面の液面レベル検出を行うことを特徴とする請求の範囲１記載のレベル検出装置。
【請求項３】
前記レーザー光照射器から発せられたレーザー光の進路を変更して融液液面への投射を行う第１の光路変更手段、及び、前記融液液面若しくは前記所定の炉内部材からから反射してきたレーザー光の進路を変更して前記受光器へと導く第２の光路変更手段のいずれか一方もしくは両方が備え付けられていることを特徴とする請求の範囲１記載のレベル検出装置。
【請求項４】
前記レーザー光照射器による投射位置の変更を、前記第１及び第２の光路変更手段により行うことを特徴とする請求の範囲３記載のレベル検出装置。
【請求項５】
前記レーザー光照射器の投射角度の調整を行う角度調整機構を備えていることを特徴とする請求の範囲３または４いずれか記載のレベル検出装置。
【請求項６】
前記所定の炉内部材は、ＣＺ炉内に設置されている熱遮蔽体であることを特徴とする請求の範囲１から５いずれか記載のレベル検出装置。
【請求項７】
前記受光器は、二次元的な位置を同時に検出する二次元光センサを備えていることを特徴とする請求の範囲１から６いずれか記載のレベル検出装置。
【請求項８】
ＣＺ炉の所定の位置にレーザー光照射器と受光器とを備え、更に、このレーザー光照射器から発せられたレーザー光を融液液面若しくは所定の炉内部材に投射し、当該融液液面若しくは当該所定の炉内部材から直接的に反射してきたレーザー光（一次反射光）を前記受光器にて受光する機構と、当該融液液面から反射してきたレーザー光を当該所定の炉内部材の底面に投射させて「当該融液液面→当該所定の炉内部材の底面→融液液面」の順を経て最終的に融液液面から反射されてきたレーザー光（二次反射光）を前記受光器にて受光する機構と、を備えたＣＺ法単結晶引上げ装置。
【請求項９】
レーザー光を融液液面に投射するレーザー光照射器と、当該融液液面から反射してきたレーザー光を受光する受光器と、をＣＺ炉の所定の位置に備え、三角測量の原理に基づいてＣＺ炉内の融液液面の液面レベルの検出を行うメルトレベル検出装置が取り付けられたＣＺ法単結晶引上げ装置において、前記融液液面から反射してきたレーザー光を熱遮蔽体の底面に反射させ、当該レーザー光を所定の経路を経させて前記受光器に導くことにより、前記受光器におけるレーザー光の受光確率を向上させる方法。
【請求項１０】
ＣＺ炉の所定の位置にレーザー光照射器と受光器とを備え、該レーザー光照射器から発せられたレーザー光を融液液面に投射し、当該投射個所から反射してきたレーザー光を前記受光器にて受光し、三角測量の原理に基づいてＣＺ炉内の融液液面のレベルの検出を行うメルトレベル検出装置について、融液液面からのレーザー反射光が熱遮蔽体の底面に投射されるようにすると共に、当該底面から融液液面を経て反射してきた反射光を拾うようにすることによって、より適確なメルトレベル検出装置とし、或いは、メルト面−熱遮蔽体ギャップ検出装置に切り換える方法。
【請求項１１】
レーザー光を反射すると共に熱線を透過する鏡板体と、この鏡体の裏側に配置された熱線吸収板体と、が、互いにスライド可能な状態で一対化されたものを含む、レベル検出装置用反射体。
【請求項１２】
レーザー光を反射すると共に熱線を透過する第一の鏡板体と、この第一の鏡板体の裏側に配置され、可視光の一部を透過する第二の鏡板体と、が、互いにスライド可能な状態で一対化されたものを含む、レベル検出装置用反射体。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、チョクラルスキー型単結晶引上装置内の原料溶融液の液面高さ（メルトレベル）、熱遮蔽体などの所定の炉内部材の高さ（部材位置レベル）、並びに、メルトレベルと所定の炉内部材の底面の間の距離（特に、メルトレベルと熱遮蔽体の底面の間の距離）を検出する装置および方法に関する。
背景技術
［メルトレベル検出の必要性］
チョクラルスキー法（ＣＺ法）は、るつぼ内におけるシリコン等の原料溶融液から単結晶インゴットを引上げるものであり、結晶成長を良好に行うためには、原料溶融液の液面レベル（以下、メルトレベル）を適確に検出し、それを調整する必要がある。
ＣＺ型単結晶引上装置においてメルトレベルの適確な検出及び調整を行うことは、熱遮蔽体とメルトレベルの相対的位置、あるいはヒータとメルトレベルの相対的位置を制御し、安定した結晶成長を促す上でも有用である。
［熱遮蔽体の底面とメルトレベルの相対的位置の調整］
ところで、現存のＣＺ型シリコン単結晶引上装置においては、通常は、ヒータ及びシリコン融液からの熱輻射を制御すると同時に、炉内に通されるガスの整流を行う熱遮蔽体（もしくは、熱遮蔽体）が設置されるが、この熱遮蔽体の底面とメルト面の相対的位置関係（即ち、これらの間の距離。以下、「メルト面−熱遮蔽体ギャップ」という）を制御することによって、引上げシリコン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。
これに関し、ボイド欠陥や転位クラスタ等のＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥を一切含まない無欠陥結晶（「完全結晶」ともいう）を安定して製造できるようにするためには、このメルト面−熱遮蔽体ギャップの適確な調整を行うことが不可欠であり、そのためにメルト面−熱遮蔽体ギャップを精度よく追跡することが必要となってくる。
［メルトレベル検出装置］
メルトレベル検出装置の従来技術としては、特公平３−１７０８４号に開示されているような装置が存在する。この従来装置は、三角測量の原理に基づいてメルトレベルの検出を行うものであり、メルト面の表面に生じた微小の波立に起因する計測のバラツキを平均化する目的で、レーザー光を拡大投射してからそれを受光するようにしている。
しかしながら、メルト面には、前述した微小の波立とは別に、当該メルト面の平坦を阻害する要因が存在し、それがメルトレベルの精密な検出の障害となる。それは、結晶の成長面近傍の表面張力によって当該結晶の近傍に生じるメニスカスや、るつぼの回転および引上結晶の回転によってメルト面の全体にわたって発生する放物面状の液面の傾き、或いは、熱遮蔽体がメルトレベルに近い場合に、不活性ガスの排出圧力によって当該熱遮蔽体の下部付近のメルト面が窪んだ形状となる現象等であり、これらは、前述した熱遮蔽体を備えるＣＺ法単結晶引上げ装置において、熱遮蔽体と単結晶の間の僅かな隙間から覗くメルト面を狙ってメルトレベルを検出しようとする場合には特に問題となる。
このような問題を解決するために本発明者らは、融液液面上に定常的に生ずる液面形状を逆に利用し、るつぼの径方向にスキャンを行い、照射されたレーザー光が受光器へと適確に導かれる位置を探し出し、そこで三角測量の原理に基づいたメルトレベルの検出を行うメルトレベル検出装置及びメルトレベル検出方法を発明し、特許出願をした（特願平１１−０７１１４９号）。
そして、このような特願平１１−０７１１４９号に係るメルトレベル検出装置及びメルトレベル検出方法によれば、レーザ光のスキャンをメルト面と熱遮蔽体の双方にまたがる範囲まで行い、メルト面の液面レベル（メルトレベル）と熱遮蔽体の高さ（位置レベル）を各々計測することができる。そして、それらの値を基に計算をすることによって、熱遮蔽体の底面とメルト面の間の距離（メルト面−熱遮蔽体ギャップ）を求めることができる。
ところが、単結晶の周囲とそれを取り囲む熱遮蔽体の内周があまりにも近接していて、かかる部分において結晶近傍のメニスカスの影響が大きくなってしまったり、或いはこれとは逆に、原料融液（シリコン融液）に対する磁場印加によってメルト面の凸凹が消失されてしまったような場合には、るつぼ径方向のスキャンによっても、レーザー反射光が受光器へと導かれる位置を探し出すことができず、メルトレベルやメルト面−熱遮蔽体ギャップの測定が困難になる場合があるという問題があった。
発明の開示
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、メルト面が如何なる状態となったとしても、今までよりも適確にメルトレベルやメルト面−熱遮蔽体ギャップを測定することができる装置及び方法を提供することにある。
以上のような課題を解決するために、本発明においては、特願平１１−０７１１４９号に開示されたメルトレベル検出装置について、融液液面からのレーザー反射光が熱遮蔽体の底面に投射されるようにすると共に、当該底面から融液液面を経て反射してきた反射光を拾うようにすることによって、より適確なメルトレベル検出装置とし、同時に、メルト面−熱遮蔽体ギャップ検出装置に切り換えることもできるようにしたことを特徴とする。
このような本発明においては、ＣＺ法単結晶引上げ装置には、ＣＺ炉の所定の位置にレーザー光照射器と受光器とが備えられ、レーザー光照射器から発せられたレーザー光を融液液面若しくは所定の炉内部材（例えば、熱遮蔽体）に投射し、当該融液液面若しくは当該所定の炉内部材から直接的に反射してきたレーザー光（一次反射光）を前記受光器にて受光し、三角測量の原理に基づいて、ＣＺ炉内の融液液面の液面レベル（メルトレベル）の検出、及び、前記所定の炉内部材（例えば、熱遮蔽体）の高さ（部材位置レベル）の検出が行われることは、特願平１１−０７１１４９号に開示されたメルトレベル検出装置と同様である。
しかしながら、本発明に係るレベル検出装置においては、これに加えて、融液液面から反射してきたレーザー光を所定の炉内部材（例えば、熱遮蔽体）の底面に投射させて「融液液面→所定の炉内部材（例えば、熱遮蔽体）の底面→融液液面」の順を経て最終的に融液液面から反射されてきたレーザー光（二次反射光）を前記受光器にて受光し、三角測量の原理に基づいて、ＣＺ炉内の融液液面の液面レベル（メルトレベル）の検出、前記所定の炉内部材（例えば、熱遮蔽体）の底面の高さ（底面位置レベル）の検出、並びに、これらの検出値から算出されるメルト面と底面位置レベルの間の距離（所定の炉内部材が熱遮蔽体の場合には、メルト面−熱遮蔽体ギャップ）の検出を行うことができる。
なお、メルトレベルと底面位置レベルの間の距離（所定の炉内部材が熱遮蔽体の場合には、メルト面−熱遮蔽体ギャップ）の検出は、液面レベル（メルトレベル）の検出値もしくは所定の炉内部材（例えば、熱遮蔽体）の底面の高さ（底面位置レベル）の検出値が得られたときに、予め設定された所定の炉内部材（例えば、熱遮蔽体）の底面の位置を考慮して求めるようにしてもよい。
より具体的には、本発明は、以下のようなメルトレベル検出装置及び検出方法を提供する。
（１）  ＣＺ炉の所定の位置にレーザー光照射器と受光器とを備え、更に、このレーザー光照射器から発せられたレーザー光を融液液面若しくは所定の炉内部材に投射し、当該融液液面若しくは当該所定の炉内部材から直接的に反射してきたレーザー光（一次反射光）を前記受光器にて受光する機構と、当該融液液面から反射してきたレーザー光を当該所定の炉内部材の底面に投射させて「当該融液液面→当該所定の炉内部材の底面→融液液面」の順を経て最終的に融液液面から反射されてきたレーザー光（二次反射光）を前記受光器にて受光する機構とを備え、三角測量の原理に基づいてＣＺ炉内の融液液面の液面レベルの検出、及び、前記所定の炉内部材の高さの検出、並びに、融液液面と前記所定の炉内部材の底面の間の距離の検出を行い得るレベル検出装置。
「融液液面と前記所定の炉内部材の底面の間の距離の検出」は、ＣＺ炉構成の際に予め設定された所定の炉内部材の底面の位置を考慮して算出してもよい。そしてその際には、前記所定の炉内部材の高さ位置は勿論のこと、形状、大きさ、位置関係などが総合的に考慮される。
「所定の炉内部材」は、代表的には熱遮蔽体であるが、ＣＺ炉内に設置されるクーラーやヒーターなど、融液液面から反射してきたレーザー光を散乱できるものであれば如何なる物であってもよい。
（２）  前記レーザー光照射器による投射位置をＣＺ炉内のるつぼの径方向に移動させることにより、融液液面から反射してくるレーザー光が前記受光器に受光される投射位置をスキャンし、当該位置にレーザー光の投射位置を設定して前記融液液面の液面レベル検出を行うことを特徴とする（１）記載のレベル検出装置。
（３）  前記レーザー光照射器から発せられたレーザー光の進路を変更して融液液面への投射を行う第１の光路変更手段、及び、前記融液液面若しくは前記所定の炉内部材から反射してきたレーザー光の進路を変更して前記受光器へと導く第２の光路変更手段のいずれか一方もしくは両方が備え付けられていることを特徴とする（１）記載のレベル検出装置。
（４）  前記レーザー光照射器による投射位置の変更を、前記第１及び第２の光路変更手段により行うことを特徴とする（３）記載のレベル検出装置。
（５）  前記レーザー光照射器の投射角度の調整を行う角度調整機構を備えていることを特徴とする（３）または（４）いずれか記載のレベル検出装置。
（６）  前記所定の炉内部材は、ＣＺ炉内に設置されている熱遮蔽体であることを特徴とする（１）から（５）いずれか記載のレベル検出装置。
（７）  前記受光器は、二次元的な位置を同時に検出する二次元光センサを備えていることを特徴とする（１）から（６）いずれか記載のレベル検出装置。
（８）  ＣＺ炉の所定の位置にレーザー光照射器と受光器とを備え、更に、このレーザー光照射器から発せられたレーザー光を融液液面若しくは所定の炉内部材に投射し、当該融液液面若しくは当該所定の炉内部材から直接的に反射してきたレーザー光（一次反射光）を前記受光器にて受光する機構と、当該融液液面から反射してきたレーザー光を当該所定の炉内部材の底面に投射させて「当該融液液面→当該所定の炉内部材の底面→融液液面」の順を経て最終的に融液液面から反射されてきたレーザー光（二次反射光）を前記受光器にて受光する機構と、を備えたＣＺ法単結晶引上げ装置。
本発明は、以下のような方法としてとらえることもできる。
（９）  レーザー光を融液液面に投射するレーザー光照射器と、当該融液液面から反射してきたレーザー光を受光する受光器と、をＣＺ炉の所定の位置に備え、三角測量の原理に基づいてＣＺ炉内の融液液面の液面レベルの検出を行うメルトレベル検出装置が取り付けられたＣＺ法単結晶引上げ装置において、  前記融液液面から反射してきたレーザー光を熱遮蔽体の底面に反射させ、当該レーザー光を所定の経路を経させて前記受光器に導くことにより、前記受光器におけるレーザー光の受光確率を向上させる方法。
（１０）  ＣＺ炉の所定の位置にレーザー光照射器と受光器とを備え、該レーザー光照射器から発せられたレーザー光を融液液面に投射し、当該投射個所から反射してきたレーザー光を前記受光器にて受光し、三角測量の原理に基づいてＣＺ炉内の融液液面のレベルの検出を行うメルトレベル検出装置について、融液液面からのレーザー反射光が熱遮蔽体の底面に投射されるようにすると共に、当該底面から融液液面を経て反射してきた反射光を拾うようにすることによって、より適確なメルトレベル検出装置とし、或いは、メルト面−熱遮蔽体ギャップ検出装置に切り換える方法。
なお、以上のような装置及び方法を実施するにあたっては、以下のような反射体を使用すると好適である。
（１１）  レーザー光を反射すると共に熱線を透過する鏡板体と、この鏡体の裏側に配置された熱線吸収板体と、が、互いにスライド可能な状態で一対化されたものを含む、レベル検出装置用反射体。
（１２）  レーザー光を反射すると共に熱線を透過する第一の鏡板体と、この第一の鏡板体の裏側に配置され、可視光の一部を透過する第二の鏡板体と、が、互いにスライド可能な状態で一対化されたものを含む、レベル検出装置用反射体。
「互いにスライド可能な状態で一対化された」というのは、例えば２枚の板体の間にボールを噛まして一対にすることによって構成することができる。
［発明の原理および効果］
図１及び図３に示されるように、本発明においては、三角測量を原理とする距離計測ユニット８のレーザー光２を、一度メルト面３で鏡面反射させ、熱遮蔽体１６の下端部の裏面に計測スポット３１が当たるようにし、計測スポットの像を再びメルト面３で鏡面反射させ、前記距離計測ユニット８によって受光する。メルト面３は、磁場が印加された状態では殆ど平らな状態になり、かつシリコン融液の対流が抑制され、液面の微振動が殆どなくなるため、メルト面３は表面の平坦な鏡として利用することができる。
図３に示すように、計測スポット３１は、メルト面３を対称面とした熱遮蔽体１６の虚像１６’上の点３１’に結像した場合と等価な計測を行っていると解釈できるので、距離計測ユニット８は、熱遮蔽体１６下の端部の裏面までの距離に加え、メルト面３までの距離２１及びメルト面３から熱遮蔽体１６の下端部の裏面までの距離２１’を計測することになる。
ここで、距離２１と２１’は、それぞれ等しくメルト面−熱遮蔽体ギャップ（メルト面と熱遮蔽体１６の底面位置レベルの間の距離）を意味するので、熱遮蔽体１６の下端部の裏面からさらにメルト面−熱遮蔽体ギャップの２倍の距離を計測することになる。同距離計測ユニット８で熱遮蔽体１６の下端部の上面２５までの距離を計測し、これに熱遮蔽体１６下端部厚み２６を加えれば、熱遮蔽体１６の下端部裏面（底面）までの距離（Ｄｓ）が求まるので、メルト面３で鏡面折り返しをして計測した計測値（熱遮蔽体１６下端部裏面からさらにメルト面−熱遮蔽体ギャップの２倍の距離：Ｄｗ）から熱遮蔽体１６の下端部裏面（底面）の距離を引いた値を２で割ればメルト面−熱遮蔽体ギャップが求まる（下記（１）式）。
メルト面−熱遮蔽体ギャップ＝（Ｄｗ−Ｄｓ）／２  ・・・（１）式
なお、熱遮蔽体１６の下端部裏面（底面）までの距離は既知とし、これを利用するようにしてもよい。ここで例えば、図４に示されるように、熱遮蔽体１６下端部に縁がない場合、熱遮蔽体１６下端部上面２５までの距離を計測することによってＤｓを求める方法では誤差が大きくなる場合があるので、予め決められたＤｓの値を用いて（１）式によりメルト面−熱遮蔽体ギャップを計算するようにしてもよい。これらの計測方法では、熱遮蔽体１６下端裏面の計測スポット３１は散乱光となって反射するため、ゲートバルブ２２などの引上げ装置チャンバー１７の部分構造物で全ての反射光が蹴られてしまうというようなことがなく、常に安定した計測が行えるようになる。
図５及び図６に示されるように、本発明においては、距離計測ユニット８やスキャンミラー２４を回動させたり平行移動させたりすることにより、計測スポットをスキャンする。そして、距離計測ユニット８やスキャンミラー２４の回動・平行移動による計測スポットのスキャンの際に、得られた計測値とスキャン位置とから熱遮蔽体１６の下端の縁を同定し、その位置を基準としてこの基準位置から予め決められた移動量だけ計測位置を移動し、熱遮蔽体１６の下端部の上面あるいはメルト面３で鏡面折り返しをして、熱遮蔽体１６の下端部の裏面（熱遮蔽体１６の底面）の適正な場所に計測スポット３１を照射し、各々の計測を行うようにしてもよい。これにより、熱遮蔽体１６の解体・再設置に伴う水平位置のずれを補正し、適切な場所に計測スポット３１を照射することができ、ひいては安定したメルト面−熱遮蔽体ギャップの計測をすることが可能となる。
発明を実施するための最良の形態
図１および図３は、本発明の第１の実施形態を示すブロック図である。この第１の実施の形態に係る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、レーザー光を融液液面３（メルト面３）に投射するレーザー光照射器と、融液液面３（メルト面３）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。
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２４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、メルト面３に投射される。メルト面３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１６の下端部裏面（底面）に計測スポット３１が当たる。そして、熱遮蔽体１６の底面に計測スポット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メルト面３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２４を経由して、距離計測ユニット８に入射する。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。
次に、スキャンミラー２４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１６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２４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１６の下端部の上面までの距離を算出し、熱遮蔽体１６の下端部の厚み２６を加えることによって、熱遮蔽体１６の下端部の裏面（底面）までの距離（Ｄｓ）を求める。
そして、次の（１）式により、メルト面と熱遮蔽体１６の底面位置レベルの間の距離（メルト面−熱遮蔽体ギャップ）２１を計算する。
メルト面−熱遮蔽体ギャップ＝（Ｄｗ−Ｄｓ）／２  ・・・（１）式
このような本発明によれば、熱遮蔽体１６の底面に計測スポット３１を形成するようにしているが、熱遮蔽体１６の底面ではレーザー光２が散乱する。そして、本発明においては、このレーザー散乱光のいずれかが拾えればよいため、揺らぎに強いという利点がある。
なお、引上げ作業者は、引上げ工程に応じて引上げ装置チャンバー１７内の様子を入射窓１８を通して観察する必要がある。この要求に応えるためには、スキャンミラー２４を計測ユニット８の使用するレーザーの波長に合わせたダイクロイックミラーにすればよく、このようにすることにより、スキャンミラー２４越しに入射窓１８の中の様子を観察することができるようになる。また、メルト面からの強烈な輻射光によりスキャンミラー２４が加熱されて熱変形し、計測精度の劣化が生じるということが無いように、スキャンミラー２４は、熱膨張率の小さな材料、たとえば石英やゼロデュアーなどの基板で構成するのが望ましい。
図２および図４は、本発明の第２の実施形態を示すブロック図である。この第２の実施形態は、熱遮蔽体１６の下端部に縁がない場合の実施形態を示したものであり（図４）、図２に示されるように、本発明の第２の実施形態に係るＣＺ法単結晶引上げ装置によれば、距離計測ユニット８から出力するレーザー光２は、入射窓１８を透過し、引上げ装置チャンバー１７内に設置したシリコン製ミラー２０で反射され、メルト面３に投射される。そして、ここで一旦鏡面反射された後、熱遮蔽体１６の下端部裏面（底面）に計測スポット３１として投射される。計測スポットの反射光（散乱光）は、メルト面３で鏡面反射され、ミラー２０、入射窓１８を経由して距離計測ユニット８により受光され、そのときの距離（Ｄｗ）が計測される。
このような第２の実施形態によれば、距離計測ユニット８自体を回転または移動させることにより、計測スポット３１を適切な計測場所に移動させることができるようにしている。先に述べたように、この第２の実施形態は、熱遮蔽体１６の下端部に縁がない場合の実施形態であり、熱遮蔽体１６の下端部の上面までの距離を計測して、熱遮蔽体１６下端部裏面までの距離（Ｄｓ）を求めるのではなく、予め計測あるいは、計算されたＤｓ値を用い、（１）式によりメルト面−熱遮蔽体ギャップ２１を計算する。
図５は、熱遮蔽体１６下端部の縁を探索し基準位置とし、この基準位置から予め決められた移動量だけ計測位置を移動し、熱遮蔽体１６の下端部の上面あるいはメルト面３で鏡面折り返しをして熱遮蔽体１６の下端部の裏面の適正な場所に計測スポット３１を照射するための処理アルゴリズムを示したものであり、図６はスキャンミラー２４を回転させてこれを実施する場合、図７はスキャンミラー２４を平行移動させてこれを実施する場合を示している。
なお、図６及び図７に示される態様においてはスキャンミラー２４を回転或いは平行移動させるようにしているが、スキャンミラー２４の代わりに計測ユニット８自体を回転または移動させるようにしてもよく、また、スキャンミラー２４及び計測ユニット８のいずれにしても、回転と移動をそれぞれ単独に行うのではなく、回転と移動とを組み合わせて探索を行うようにしてもよい。
図５に従えば、まず、本装置においては、レーザーの位置を所定の走査開始位置へ移動させて、走査が開始される（Ｓ１０１，Ｓ１０２）。そして、予め設定された最大幅で走査を行い（Ｓ１０３）、チャンバー１７内からの応答が何も無かった場合には「エラーメッセージ」が表示されるが（Ｓ１５０）、応答があった場合には、距離計測が行われ（Ｓ１０４）、当該計測された距離が、熱遮蔽体１６について予め設定された距離内であるか否かの確認が行われる（Ｓ１０５）。
ここで、Ｓ１０４で計測された距離が、熱遮蔽体１６について予め設定された距離内にない場合には、Ｓ１０３に戻って、再度最大幅での走査が行われ、当該予め設定された距離内に入るまで熱遮蔽体端の探索が繰り返されるが、その一方で、Ｓ１０４で計測された距離が、熱遮蔽体１６について予め設定された距離内にあった場合には、熱遮蔽体端が探索されたものとみなされ、熱遮蔽体端を確認するステージに入る。より具体的には、Ｓ１０４で計測された距離が、熱遮蔽体１６について予め設定された距離内にあった場合には、レーザー走査が一旦停止され（Ｓ１０６）、そこでｎ回の距離計測が行われる（Ｓ１０７）。そして、ｎ回の計測結果のうちｍ回が予め設定された距離内にあった場合で、かつ、計測値の最大と最小の差が許容計測誤差範囲内にある場合には（Ｓ１０８）、この位置が熱遮蔽体１６の端の部分であると認識される（Ｓ１０９）。
この一方で、「ｎ回の計測結果のうちｍ回が予め設定された距離内にある」という条件と、「計測値の最大と最小の差が許容計測誤差範囲内にある」という条件のいずれかを一つでも満たしていないような場合には（Ｓ１０９）、レーザーの投射位置を最小ステップだけ移動（微動カウント＋１）させて（Ｓ１３０）、その場所でｎ回の距離計測が行われ（Ｓ１０７）、上記Ｓ１０９で設定されている二つの条件を両方とも満足するまで最小ステップ移動（微動カウント＋１）させてのｎ回距離計測（Ｓ１３０→Ｓ１３１→Ｓ１０７→Ｓ１０８→Ｓ１３０）が行われる。
しかしながら、この最小ステップ移動（微動カウント＋１）させてのｎ回距離計測（Ｓ１３０→Ｓ１３１→Ｓ１０７→Ｓ１０８→Ｓ１３０）がｉ回行われても、上記Ｓ１０９で設定されている二つの条件を両方とも満足しなかったような場合には、再びＳ１０３に戻って、再度最大幅での走査が行われることとなる。なお、このような熱遮蔽体端を確認するステージにおいて、判断の基準として用いられるパラメータｎ、ｍ、ｉは、それぞれ、ユーザーが実施の態様や求める精度その他の条件を総合的に考慮して予め設定しておくものである。
熱遮蔽体端の確認が行われた後は、レーザー位置のパラメータの書き換えが行われることとなる。より具体的に順を追って説明すると、まず、熱遮蔽体の端の認識（Ｓ１０９）が行われた後、レーザーの位置をあらかじめ決められた設定量だけ移動して、メルト面に反射したレーザーが熱遮蔽体の裏面の計測スポット３１に当たるようにし、その部分の距離計測と画面表示を行い（Ｓ１１１）、レーザー位置のパラメータの書き換えが必要な場合にはそれを実行する（Ｓ１１２，Ｓ１１３）。
同様に熱遮蔽体を計測する場合の設定をするには、熱遮蔽体の端の認識（Ｓ１０９）が行われた後、レーザーの位置をあらかじめ決められた設定量だけ移動して、熱遮蔽体１６下端部の上面の適切な位置、たとえば中央付近に計測スポット３１が位置するようにして、それらの部分の距離計測と画面表示を行い（Ｓ１１１）、レーザー位置のパラメータの書き換えが必要な場合にはそれを実行する（Ｓ１１２，Ｓ１１３）。
このアルゴリズムは、後述する図８の計測器コントローラ２９によって制御・処理される。探索は、熱遮蔽体１６の解体・再設置後、あるいは新規設置の際に１回実施するようにしてもよいし、引上げプロセス中に定期的に実施するようにしてもよい。また、探索により同定された熱遮蔽体１６の下端部の縁の水平位置が通常の範囲を超えるような場合には、オペレータに注意を促すようにしてもよい。
図８は、計測ユニット８の構成と、三角測量を原理とした計測方法を説明するためのブロック図であり、レーザー光源１から出力されるレーザ光２は、メルト面３等の被計測面上に計測スポット３１を投射することとなり、メルト面３からの反射光４は、光学フィルタ６および結像５レンズを経て、ラインＣＣＤセンサ７上の結像点２３に結像する。ここで、メルト面３等の被計測面の距離が変化して３’に移動すると、計測スポット３１は３１’に移動し、それに対応してラインＣＣＤセンサ７上の結像点２３も２３’に移動するので、ラインＣＣＤセンサ７上の結像点の位置から被計測面の距離を求めることができる。
被計測面の距離の算出については、実際には、ラインＣＣＤセンサ７上の結像点の位置から実測距離に変換する関数を用意し、これにラインＣＣＤ上の結像点となった画素の値を代入することによって行うのが好適である。なお、ラインＣＣＤ７がレンズ５の光軸に対して傾いて配置されているのは、被計測面の距離によって変化する計測スポット３１の像が被計測面の距離によらず、ラインＣＣＤ上にいつも焦点が合って結像するためである。また、ラインＣＣＤ上に結像する像は、図９に示すようなガウス分布状の光強度を持ち、たとえばガウス関数をモデル関数とした正規化相関関数によるマッチングを行うことにより、その中心位置（画素）を精度よく求めることができる。そして、この処理によって求まった結像点の中心位置（画素）の値を、例えば４次式によって表現される実測距離への変換関数に代入し、実際の計測距離を求めるようにする。
スキャンミラー２４あるいは計測ユニット８自体を回転または移動させて適切な場所に計測スポット３１を移し、そこでＤｗ及びＤｓを計測し、（１）式によってメルト面−熱遮蔽体ギャップ２１を計算する。これら一連の処理は、計測器コントローラ２９によって制御・処理され、計測結果は上位の引上げ制御盤３０へと渡される。被計測面の反射率に対応して、ラインＣＣＤ７で受光する光量を適正なものとするために、同計測器コントローラ２９は、レーザー光の強度あるいはラインＣＣＤ７の受光感度を制御するが、予め決められた時間内にラインＣＣＤに有効な強度の結像がなかった場合には、エラーとして処理し、有効な計測ができなったことをオペレータあるいは上位制御盤３０に知らせる。さらに、同計測器コントローラ２９は、スキャンミラー２４あるいは計測ユニット８自体の回転または移動によって生じる被計測物までの光路長（幾何学的な距離）の変化を計算し、距離計測値を補正するようにするのが望ましい。
図１０は、本発明を実施するにあたって好適な反射体１００の具体的構成を示す図である。この図１０（Ａ）及び図１０（Ｂ）に示されるように、反射体１００は、第一の鏡板体１０１と第二の鏡板体１０３とが対になり、それらの間にボール１０２が挟み込まれたもので構成されている。そして、一対の鏡板体１０１及び１０３の周囲には、枠体１０４が取り付けられているが、反射体１００はこのような構成を備えるために、僅かな長さではあるが、第一の鏡板体１０１と第二の鏡板体１０３は互いに横方向にスライドすることができる。
このため、このような構成の反射体１００に融液液面からの光があたって熱膨張が生じたとしても、熱膨張が生じた分、第一の鏡板体１０１と第二の鏡板体１０３が自由に横方向に伸びるだけとなるため、温度上昇に伴う反りや歪みを心配する必要がない。
加えて、この実施の形態においては、第一の鏡板体１０１はレーザー光のみを反射し、熱線と可視光は透過する。一方、第二の鏡板体１０３は熱線を反射、あるいは吸収し、可視光の一部を透過する。従って、図１０（Ｃ）に示されるように、融液液面から発せられる光として「レーザー光＋熱線＋可視光」の混合光線１１０が入射されてきた場合には、第一の鏡板体１０１によってレーザー光１１１のみが反射され、計測ユニット８に当該レーザー光１１１だけが導かれる。第一の鏡板体１０１を透過した「熱線＋可視光」の混合光線１１２は、第二の鏡板体１０３にあたると、そこで熱線が反射、あるいは吸収されて、一部の可視光が透過する。
従って、このような反射体１００を使用することにより、引上げ作業者は、メルトレベルやメルト面−熱遮蔽体ギャップの変化を監視しつつ、反射体１００の裏側（第二の鏡板体１０３側）からＣＺ炉内の観察を行うことができる。
このような反射体１００は、例えば、上記の実施の形態におけるスキャンミラー２４として使用することができる。また、このような反射体１００は、本発明のものに限られず、三角測量を原理とした計測方法を利用するレベル検出装置一般に使用することができ、このような反射体１００を使用することによって、既存のＣＺ法引上げ装置に対してレベル検出装置としての機能を極めて容易に付加することができる。
なお、図１１には、上記反射体１００が四角形である場合の態様を示している。図１１の反射体１００には、図１０の反射体１００と同一部材には同一符号を付しているが、この図１１から明らかなように、レーザー光を反射すると共に熱線を透過する鏡板体（第一の鏡板体１０１）と、この鏡体の裏側に配置された熱線吸収板体或いは熱線吸反射体（第二の鏡板体１０３）と、が、互いにスライド可能な状態で一対化されたものであれば、反射体１００全体の形状、鏡体の形状は如何なるものであってもよい。
以上説明したように、本発明によれば、熱遮蔽体と単結晶の間が極めて狭いような場合や、磁場印加によってメルト面の凹凸が消失してしまっているような場合でも、メルト面に照射されたレーザー光を適確に受光器へと導くことができ、今までよりも適確にメルトレベルやメルト面−熱遮蔽体ギャップを測定することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
図１は本発明の第一の実施形態の構成を示すブロック図である。
図２は本発明の第二の実施形態の構成を示すブロック図である。
図３は本発明の第一の実施形態を説明するための概念図である。
図４は本発明の第二の実施形態を説明するための概念図である。
図５は熱遮蔽体の下端部の裏面あるいは熱遮蔽体上面の適正な場所に計測スポットを照射するための処理アルゴリズムを示した図である。
図６はスキャンミラーを回転させて実施する場合を示した図である。
図７はスキャンミラーを平行移動させて実施する場合を示した図である。
図８は計測ユニット８の構成と、三角測量を原理とした計測方法を説明するためのブロック図である。
図９はラインＣＣＤ上に結像する像はの光強度分布を示した図である。
図１０は本発明を実施するにあたって好適な反射体の具体的構成を示す図である。
図１１は図１１の反射体とは別の実施形態に係る反射体の具体的構成を示す図である。なお、図１１（Ａ）および図１１（Ｃ）は、図１１（Ｂ）のＡ−Ａ断面図として表した図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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