(57)【要約】【課題】  補助加熱手段を用いた種結晶の融液への漬け込み時に、フュージョンリングと補助加熱手段の融液表面に映る鏡像とを識別して、種結晶の直径を精度良く測定する。【解決手段】  チャンバ１１内に設けられた坩堝１２に融液１５が貯留され、坩堝内の融液から単結晶を引上げるために融液に接触させる種結晶２３がシード引上げ手段１８に吊下げられる。種結晶及び融液の固液界面近傍を加熱する補助加熱手段２４が融液に接触した種結晶の周面を所定の間隔をあけて包囲する。上記固液界面近傍に発生するフュージョンリング及び補助加熱手段の融液表面に映る鏡像を撮影する２次元ＣＣＤカメラ２８がチャンバ外に固液界面を臨むように設置される。この２次元ＣＣＤカメラの検出出力に基づいて画像処理手段３２がフュージョンリング及び上記鏡像とを識別し、画像処理手段により識別されたフュージョンリングからコントローラ３３が種結晶の直径を算出する。【選択図】  図１
2005179123.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャンバ(11)内の坩堝(12)に貯留された融液(15)に種結晶(23)の先端部を接触させた後に、この種結晶(23)の周面を所定の間隔をあけて包囲する補助加熱手段(24)により前記種結晶(23)及び前記融液(15)の固液界面近傍を加熱しながら前記種結晶(23)を前記融液(15)に更に漬け込み、前記補助加熱手段(24)による前記種結晶(23)の加熱を停止した後に、ネックを形成することなく単結晶を引上げる単結晶の引上げ方法において、
前記チャンバ(11)外から前記固液界面近傍に発生するフュージョンリング(29)と前記補助加熱手段(24)の融液(15)表面に映る鏡像(31)とを２次元ＣＣＤカメラ(28)により撮影し、
前記２次元ＣＣＤカメラ(28)の撮影した前記フュージョンリング(29)と前記鏡像(31)とを識別し、
更に前記識別されたフュージョンリング(29)から前記種結晶(23)の直径を算出する
ことを特徴とする単結晶の引上げ方法。
【請求項２】
２次元ＣＣＤカメラ(28)が撮影したフュージョンリング(29)と補助加熱手段(24)の融液(15)表面に映る鏡像(31)との間に出現する低輝度部(34)を検出することにより、前記フュージョンリング(29)と前記鏡像(31)とを識別する請求項１記載の単結晶の引上げ方法。
【請求項３】
種結晶(23)の融液(15)への接触位置を基準とする２次元ＣＣＤカメラ(28)の走査により、フュージョンリング(29)と低輝度部(34)との間のエッジを輝度の閾値として低輝度部(34)を検出する請求項２記載の単結晶の引上げ方法。
【請求項４】
２次元ＣＣＤカメラ(28)が撮影した画像のうち低輝度の種結晶(23)が高輝度の補助加熱手段(24)の融液(15)に映る鏡像(31)を遮る部分から前記種結晶(23)の中心軸の位置を検出し、前記種結晶(23)の中心軸上における画像のうち鉛直方向の輝度分布からフュージョンリング(29)の最下部を検出することにより、前記種結晶(23)の前記融液(15)への接触位置を検出する請求項３記載の単結晶の引上げ方法。
【請求項５】
チャンバ(11)内に設けられ融液(15)が貯留された坩堝(12)と、前記坩堝(12)内の融液(15)から単結晶を引上げるために前記融液(15)に接触させる種結晶(23)を吊下げるシード引上げ手段(18)と、前記融液(15)に接触した種結晶(23)の周面を所定の間隔をあけて包囲し前記種結晶(23)及び前記融液(15)の固液界面近傍を加熱する補助加熱手段(24)とを備えた単結晶の引上げ装置において、
前記チャンバ(11)外に前記固液界面を臨むように設置され前記固液界面近傍に発生するフュージョンリング(29)及び前記補助加熱手段(24)の融液(15)表面に映る鏡像(31)を撮影する２次元ＣＣＤカメラ(28)と、
前記２次元ＣＣＤカメラ(28)の撮影した画像に基づいて前記フュージョンリング(29)と前記鏡像(31)とを識別する画像処理手段(32)と、
前記画像処理手段(32)により識別されたフュージョンリング(29)から前記種結晶(23)の直径を算出するコントローラ(33)と
を備えたことを特徴とする単結晶の引上げ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコン等の半導体原料の単結晶をチョクラルスキー法（以下、ＣＺ法という）により、細径のネックを形成することなく引上げる方法とその装置に関する。更に詳しくは、種結晶の融液への漬け込み時における種結晶の直径を測定する方法とその装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＬＳＩ（大規模集積回路）等の回路素子形成用基板の製造に用いられるシリコン単結晶の多くはＣＺ法により引上げられている。ＣＺ法により単結晶を引上げるときには、最初に温度の高い融液（約１４１０℃程度）に、これより温度の低い種結晶（約１３００℃程度）を接触させている。この種結晶が融液に接触する際には、種結晶に熱応力が発生し、この熱応力により種結晶に転位が導入されるおそれがある。このためネック部を高速で引上げて細く絞り（直径約３ｍｍ程度）、種結晶及び融液の固液界面を下向きに凸形状とすることにより、転位の伝播を抑制し、転位を効率良く排除している。
しかし、近年の半導体デバイスの高集積化、低コスト化及び生産性の効率化に対応して、シリコンウェーハも大口径化が要求されてきており、最近では、例えば直径が約３００ｍｍと大きく、重量が約３００ｋｇと重い単結晶の製造が望まれている。この場合、従来のようにネック部を直径３ｍｍ程度に細くすると、ネック部が引上げ中の単結晶の重量に耐えられずに破損し、単結晶が落下するおそれがあった。
【０００３】
この点を解消するために、種結晶の先端部を融液に接触させた後に、補助加熱手段により種結晶の先端部の温度が融液の温度と等しくなるように加熱することにより転位の導入を阻止し、種結晶の先端部を融液に更に漬け込み、補助加熱手段による種結晶の加熱を停止した後に、ネックを形成することなく単結晶を引上げる単結晶の引上げ方法（例えば特許文献１参照）が提案されている。この単結晶引上げ方法では、補助加熱手段が、種結晶の周面の大部分を包囲するとともに種結晶から退避させるための開口部が形成された略Ｕ字状の発熱部と、この発熱部を種結晶から離して引上げ時の単結晶の通過領域より退避させるための移動機構と有する。この引上げ方法によれば、単結晶のネック部の直径を細く絞らずに済むため、重量の大きな単結晶を引上げることができる。
【０００４】
一方、引上げ中の単結晶の直径を測定することにより、単結晶が所定の形状となるように単結晶の引上げ速度及びヒータの温度を制御する。この制御は上記ネックを形成せずに単結晶を引上げる場合にも重要である。即ち、上記単結晶の引上げ方法において、補助加熱手段への電力供給が過剰になると、種結晶が溶断するおそれがある。このため種結晶の融液への漬け込み時における種結晶の直径の変動を測定し、種結晶の直径の変動を補助加熱手段への電力供給制御手段及び種結晶の下降速度制御手段にフィ−ドバックし、種結晶の直径が一定の値に維持されるように自動制御する必要がある。
【０００５】
引上げ中の単結晶の直径を測定する手段としては、引上げられた単結晶の重量から直径を算出する方法（以下、重量法という）と、ＣＣＤカメラ等の光学機器を用いて直径を測定する方法（以下、光学法という）の２つが知られている。
上記重量法では、チャンバ上部に設置したロードセルを用いて、引上げられた単結晶の重量変化を直径として測定する。単結晶のボディのように直径約１５０ｍｍないし３００ｍｍ程度の太い単結晶の直径を測定する場合には、その重量変化が大きいため比較的精度良く測定できるけれども、種結晶のように直径約１０ｍｍ程度の細い単結晶の直径を測定することは困難であった。
一方、上記光学法では、種結晶のように直径約１０ｍｍ程度の細い単結晶の直径を精度良く測定できる。具体的には、引上げ中の単結晶及び融液の固液界面に発生する高輝度部であるフュージョンリングの所定位置における円弧幅を測定し、この円弧幅から単結晶の直径を算出する（例えば特許文献２参照）。この方法では、フュージョンリングの端部から、予め定めた距離を隔てた位置における割線と交わる位置のフュージョンリングの円弧幅を測定し、この測定値を予め定めた基準値と一致させることにより、単結晶の直径を精度良く制御できるようになっている。
【特許文献１】特許第３０６５０７６号公報（請求項１、明細書［００２６］）
【特許文献２】特許第２８１４０３５号公報（請求項１、明細書［００１４］）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上記従来の特許文献２に記載された単結晶の直径制御方法では、フュージョンリングがその他の部分に比較して明るい高輝度であることを前提としており、融液面上にフュージョンリングと同程度若しくはそれ以上の明るい鏡像が存在する場合に、その鏡像をフュージョンリングと誤って検出し、種結晶の直径を正確に測定できない不具合があった。
具体的には、特許文献１に記載された単結晶引上げ方法では、種結晶を融液に漬け込むときに、種結晶を補助加熱手段により１３８０〜１４２０℃程度に加熱するため、この補助加熱手段も非常に高温となっており、この補助加熱手段からは非常に高輝度の放射光が発生する。チャンバ外から観察される種結晶の周囲にはフュージョンリングに加え、融液表面に映った補助加熱手段の鏡像が出現する。補助加熱手段の温度及び放射率が高いほど、上記鏡像の輝度は高いため、特許文献２に記載された単結晶の直径制御方法では、フュージョンリングと補助加熱手段の融液に映った鏡像とを区別し難く、種結晶の直径を正確に測定できない問題点があった。
本発明の目的は、補助加熱手段を用いた種結晶の融液への漬け込み時に、フュージョンリングと補助加熱手段の融液表面に映る鏡像を、両者の輝度分布の相違から識別することにより、種結晶の直径を精度良く測定できる、単結晶の引上げ方法及びその装置に関するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に係る発明は、図１〜図３に示すように、チャンバ１１内の坩堝１２に貯留された融液１５に種結晶２３の先端部を接触させた後に、この種結晶２３の周面を所定の間隔をあけて包囲する補助加熱手段２４により種結晶２３及び融液２４の固液界面近傍を加熱しながら種結晶２３を融液１５に更に漬け込み、補助加熱手段２４による種結晶２３の加熱を停止した後に、ネックを形成することなく単結晶を引上げる単結晶の引上げ方法の改良である。
その特徴ある構成は、チャンバ１１外から固液界面近傍に発生するフュージョンリング２９と補助加熱手段２４の融液１５表面に映る鏡像３１とを２次元ＣＣＤカメラ２８により撮影し、２次元ＣＣＤカメラ２８の撮影したフュージョンリング２９と上記鏡像３１とを識別し、更に識別されたフュージョンリング２９から種結晶２３の直径を算出するところにある。
この請求項１に記載された単結晶の引上げ方法では、種結晶２３の融液１５への漬け込み時に、フュージョンリング２９と補助加熱手段２４の融液１２表面に映る鏡像３１を、両者の輝度分布の相違から識別し、この識別されたフュージョンリング２９から種結晶２３の直径を算出する。
【０００８】
請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明であって、更に図１〜図３に示すように、２次元ＣＣＤカメラ２８が撮影したフュージョンリング２９と補助加熱手段２４の融液１５表面に映る鏡像３１との間に出現する低輝度部３４を検出することにより、フュージョンリング２９と上記鏡像３１とを識別することを特徴とする。
種結晶２３の融液１５への漬け込み時には、フュージョンリング２９の周囲の融液１５には補助加熱手段２４が融液１５に映った鏡像があり、この補助加熱手段２４は非常に高温となっているため、その輝度は非常に高く、輝度の相違のみでフュージョンリング２９と区別することは困難である。一方、フュージョンリング２９と補助加熱手段２４の鏡像３１との間には低輝度部３４が存在する。この請求項２に記載された単結晶の引上げ方法では、上記低輝度部３４を検出することにより、フュージョンリング２９と上記鏡像３１とを確実に識別できる。本明細書において、低輝度部３４とは、フュージョンリング２９と補助加熱手段２４の融液１５表面に映る鏡像３１との間に存在し、かつその輝度がフュージョンリング２９の輝度及び補助加熱手段２４の鏡像３１の輝度より低い部分をいう。
【０００９】
請求項３に係る発明は、請求項２に係る発明であって、更に図３〜図５に示すように、種結晶２３の融液１５への接触位置を基準とする２次元ＣＣＤカメラ２８の走査により、フュージョンリング２９と低輝度部３４の間のエッジを輝度の閾値として低輝度部３４を検出することを特徴とする。
この請求項３に記載された単結晶の引上げ方法では、種結晶２３の融液１５への接触位置を基準とする２次元ＣＣＤカメラ２８の走査により、上記エッジが閾値以上のフュージョンリング２９から閾値未満の低輝度部３４に変化した位置として検出され、２次元ＣＣＤカメラ２８の撮影した画像からエッジの外側部分を除去して、フュージョンリング２９のみの画像を生成し、その画像を用いて種結晶２３の直径を精度良く算出できる。
【００１０】
請求項４に係る発明は、請求項３に係る発明であって、更に図３〜図５に示すように、２次元ＣＣＤカメラ２８が撮影した画像のうち低輝度の種結晶２３が高輝度の補助加熱手段２４の融液１５に映る鏡像３１を遮る部分から種結晶２３の中心軸の位置を検出し、上記種結晶２３の中心軸上における画像のうち鉛直方向の輝度分布からフュージョンリング２９の最下部を検出することにより、種結晶２３の融液１５への接触位置を検出することを特徴とする。
この請求項４に記載された単結晶の引上げ方法では、種結晶２３の振れや単結晶の引上げ毎の種結晶２３の位置のばらつきの影響を除去できるので、種結晶２３の直径を精度良くかつ効率的に測定できる。
【００１１】
請求項５に係る発明は、図１〜図３に示すように、チャンバ１１内に設けられ融液１５が貯留された坩堝１２と、坩堝１２内の融液１５から単結晶を引上げるために融液１５に接触させる種結晶２３を吊下げるシード引上げ手段１８と、融液１５に接触した種結晶２３の周面を所定の間隔をあけて包囲し種結晶２３及び融液１５の固液界面近傍を加熱する補助加熱手段２４とを備えた単結晶の引上げ装置の改良である。
その特徴ある構成は、チャンバ１１外に固液界面を臨むように設置され固液界面近傍に発生するフュージョンリング２９及び補助加熱手段２４の融液１５表面に映る鏡像３１を撮影する２次元ＣＣＤカメラ２８と、２次元ＣＣＤカメラ２８の撮影したフュージョンリング２９と上記鏡像３１とを識別する画像処理手段３２と、この画像処理手段３２により識別されたフュージョンリング２９から種結晶２３の直径を算出するコントローラ３３とを備えたところにある。
この請求項５に記載された単結晶の引上げ装置では、種結晶２３の融液１５への漬け込み時に、２次元ＣＣＤカメラ２８の撮影したフュージョンリング２９と補助加熱手段２４の融液１５表面に映る鏡像３１を、両者の輝度分布の相違から画像処理手段３２が識別し、この画像処理手段３２により識別されたフュージョンリング２９からコントローラ３３が種結晶２３の直径を算出する。
【発明の効果】
【００１２】
以上述べたように、本発明によれば、チャンバ外から固液界面近傍に発生するフュージョンリングと補助加熱手段の融液表面に映る鏡像とを２次元ＣＣＤカメラにより撮影し、２次元ＣＣＤカメラの撮影したフュージョンリングと鏡像とを識別し、更に識別されたフュージョンリングから種結晶の直径を算出したので、種結晶の融液への漬け込み時に、フュージョンリングと補助加熱手段の融液表面に映る鏡像を、両者の輝度分布の特徴から識別することができる。この結果、上記識別されたフュージョンリングから種結晶の直径を算出することにより、種結晶の直径を精度良く測定できる。
また２次元ＣＣＤカメラが撮影したフュージョンリングと補助加熱手段の融液表面に映る鏡像との間に出現する低輝度部を検出すれば、フュージョンリングと上記鏡像とを確実に識別できる。
【００１３】
また種結晶の融液への接触位置を基準とする２次元ＣＣＤカメラの走査により、フュージョンリングと低輝度部との間のエッジを輝度の閾値として低輝度部を検出すれば、２次元ＣＣＤカメラの撮影した画像からエッジの外側部分を除去して、フュージョンリングのみの画像を生成できるので、その画像を用いて種結晶の直径を精度良く算出できる。
また２次元ＣＣＤカメラが撮影した画像のうち低輝度の種結晶が高輝度の補助加熱手段の融液に映る鏡像を遮る部分から種結晶の中心軸の位置を検出し、上記種結晶の中心軸上における画像のうち鉛直方向の輝度分布からフュージョンリングの最下部を検出することにより、種結晶の融液への接触位置を検出すれば、種結晶の振れや単結晶の引上げ毎の種結晶の位置のばらつきの影響を除去できるので、種結晶の直径を精度良くかつ効率的に測定できる。
更にチャンバ外に固液界面を臨むように設置された２次元ＣＣＤカメラが固液界面近傍に発生するフュージョンリング及び補助加熱手段の融液表面に映る鏡像を撮影し、２次元ＣＣＤカメラの撮影した画像に基づいて画像処理手段がフュージョンリングと鏡像とを識別し、更に画像処理手段により識別されたフュージョンリングからコントローラが種結晶の直径を算出すれば、上記と同様に種結晶の直径を精度良く測定できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
次に本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。
＜第１の実施の形態＞
図１に示すように、シリコン単結晶の引上げ装置１０は、内部を圧力を調整可能な水冷式のチャンバ１１と、このチャンバ１１内に設けられた坩堝１２とを備える。チャンバ１１は、大径の有底円筒状のメインチャンバ１１ａと、メインチャンバ１１ａの上端に接続された小径の円筒状のプルチャンバ１１ｂとを有し、坩堝１２はメインチャンバ１１ａに収容される。また坩堝１２は、石英により形成されシリコン融液１５が貯留される有底円筒状の内層容器１２ａと、黒鉛により形成され上記内層容器１２ａの外側に嵌合された有底円筒状の外層容器１２ｂとからなる。外層容器１２ｂの底面にはシャフト１３の上端が接続され、このシャフト１３の下部にはシャフト１３を介して坩堝１２を回転させかつ昇降させる坩堝駆動手段１４が設けられる。更に坩堝１２の外周面は抵抗加熱式の円筒状のヒータ１６により所定の間隔をあけて包囲され、このヒータ１６の外周面は円筒状の保温筒１７により所定の間隔をあけて包囲される。なお、この実施の形態では、融液としてシリコン融液を挙げ、単結晶としてシリコン単結晶を挙げたが、ＧａＡｓ融液及びＧａＡｓ単結晶，ＩｎＰ融液及びＩｎＰ単結晶，ＺｎＳ融液及びＺｎＳ単結晶、或いはＺｎＳｅ融液及びＺｎＳｅ単結晶でもよい。
【００１５】
一方、プルチャンバ１１ｂの上端にはシード引上げ手段１８が設けられ、このシード引上げ手段１８は下端が坩堝１２内のシリコン融液１５表面に達する引上げ軸２１を回転させかつ昇降させるように構成される。この引上げ軸２１の下端にはシードチャック２２が設けられ、このチャック２２は種結晶２３を把持するように構成される。なお、上記引上げ軸は引上げ棒或いはワイヤ等により構成される。また上記種結晶２３はその先端部をシリコン融液１５に接触させた状態で、周面が所定の間隔をあけて補助加熱手段２４により包囲される。この補助加熱手段２４により種結晶２３及びシリコン融液１５の固液界面近傍が加熱されるように構成される。上記補助加熱手段２４は、図２及び図３に詳しく示すように、略Ｕ字状に形成され、種結晶２３周面の略半分を包囲するように湾曲する湾曲部２４ａと、湾曲部２４ａの両端に互いに平行に設けられた一対の腕部２４ｂ，２４ｂと、一対の腕部２４ｂ，２４ｂ間に形成された開口部２４ｃとを有する。補助加熱手段２４はメインチャンバ１１ａ外の駆動手段２７にステー２６を介して接続される。補助加熱手段２４は駆動手段２７により、種結晶２３周面に接近する位置と、種結晶２３周面から離れてシリコン単結晶のボディの引上げ範囲から待避する位置との間を往復動可能に構成される。
【００１６】
一方、メインチャンバ１１ａ外には、シリコン融液１５と種結晶２３との境界部である固液界面を臨むように２次元ＣＣＤカメラ２８が設置される。この２次元ＣＣＤカメラ２８は、種結晶２３のシリコン融液１５への接触時及び漬け込み時に、固液界面近傍に発生するフュージョンリング２９及び補助加熱手段２４のシリコン融液１５に映る鏡像３１（図３及び図４）を撮影するように構成される。ここで、２次元ＣＣＤカメラ２８とは、半導体基板上に酸化膜を介して金属膜の電極を並べて作製したコンデンサに、光により生じた信号電荷を蓄積して、外部からの駆動パルスにより一方向に順次転送させ、電気信号である画像信号を得るカメラである。上記２次元ＣＣＤカメラ２８の撮影した２次元の画像は画像処理手段３２により処理される。２次元ＣＣＤカメラ２８の検出出力は画像処理手段３２の制御入力に接続され、画像処理手段３２の制御出力はコントローラ３３の制御入力に接続され、更にコントローラ３３の制御出力はヒータ１６、シード引上げ手段１８及び坩堝駆動手段１４に接続される。
【００１７】
このように構成されたシリコン単結晶の引上げ装置１０を用いて種結晶２３の直径を検出する方法を説明する。
先ずチャンバ１１内を減圧した後、アルゴンガス等の不活性ガスを導入してチャンバ１１内を減圧した不活性ガス雰囲気とし、坩堝１２内の結晶用原料をヒータ１６により融解する。次いで引上げ軸２１をシャフト１３の軸線と同一軸線上であってシャフト１３の回転方向とは逆方向に所定の速度で回転させながら、シードチャック２２に取付けられた種結晶２３を下降させてその先端部をシリコン融液１５に接触させる。次に駆動手段２７により補助加熱手段２４を種結晶２３に向って移動させ、補助加熱手段２４により種結晶２３の周面を所定の間隔をあけて包囲した後に、補助加熱手段２４に通電して種結晶２３及びシリコン融液１５の固液界面近傍を加熱しながら種結晶２３をシリコン融液１５に更に漬け込む。このため最初に温度の高いシリコン融液１５（約１４１０℃程度）に、これより温度の低い種結晶２３（約１３００℃程度）を接触させる際に、種結晶２３に発生する熱応力を解消できるので、種結晶２３への転位の導入も解消される。
【００１８】
上記種結晶２３をシリコン融液１５に漬け込むときにも、種結晶２３の直径を検出しながら漬け込む必要がある。フュージョンリング２９は種結晶２３とシリコン融液１５との固液界面近傍の周面に坩堝１２内壁やヒータ１６等の高温部が映って形成されるけれども、このフュージョンリング２９の周囲のシリコン融液１５表面には補助加熱手段２４の鏡像が映る。この補助加熱手段２４は非常に高温となっているため、その輝度は非常に高く、輝度のみでフュージョンリング２９と区別することは困難である。一方、フュージョンリング２９と補助加熱手段２４の鏡像３１との間には低輝度部３４（図３〜図５）が存在する。この低輝度部３４が発生するメカニズムを図４を用いて説明する。補助加熱手段２４は所定の距離だけシリコン融液１５から離して設置され、シリコン融液１５と補助加熱手段２４との間には間隙がある。実線矢印で示す第１光路４１は、坩堝１２内壁等の高温部からの放射光がシリコン融液１５の表面張力により傾斜したシリコン融液１５表面で反射して２次元ＣＣＤカメラ２８に入射する。また破線で示す第２光路４２は、補助加熱手段２４からの放射光がシリコン融液１５表面で反射して２次元ＣＣＤカメラ２８に入射する。ここで、補助加熱手段２４とシリコン融液１５の間に間隙があることに加え、補助加熱手段２４が種結晶２３に極めて近接しているため、上記第１光路４１と第２光路４２との間には、比較的低温のメインチャンバ１１ａの内壁上部を映し込む一点鎖線で示す部分光路４３が存在する。この部分光路４３は第１光路４１や第２光路４２より輝度が低く、この低輝度部３４を検出することにより、フュージョンリング２９と補助加熱手段２４の鏡像３１とを区別できる。
【００１９】
具体的には、種結晶２３のシリコン融液１５への接触位置を基準として、画像処理手段３２が２次元ＣＣＤカメラ２８に駆動パルスを送信して２次元ＣＣＤカメラ２８を走査することにより電気信号である画像信号を取込み、上記画像信号からフュージョンリング２９と補助加熱手段２４のシリコン融液１５に映る鏡像３１とを識別する。即ち、画像処理手段３２はフュージョンリング２９と低輝度部３４の間のエッジを輝度の閾値として低輝度部３４を検出し、上記２次元画像からエッジの外側部分を除去して、フュージョンリング２９の画像のみをコントローラ３３に送信する。コントローラ３３は上記識別されたフュージョンリング２９の画像から種結晶２３の直径を算出するので、種結晶２３の直径を精度良く算出できる。ここで、上記種結晶２３のシリコン融液１５への接触位置を検出するには、２次元ＣＣＤカメラ２８が撮影した２次元画像のうち低輝度の種結晶２３が高輝度の補助加熱手段２４のシリコン融液１５に映る鏡像３１を遮る部分から種結晶２３の中心軸の位置を検出した後に、上記種結晶２３の中心軸上における画像のうち鉛直方向の輝度分布からフュージョンリング２９の最下部を検出することにより行われる。これにより種結晶２３の振れや単結晶の引上げ毎（バッチ処理毎）の種結晶２３の位置のばらつきの影響を除去できる。
【００２０】
また補助加熱手段２４に開口部２４ｃが形成されているため、種結晶２３の中心軸付近では補助加熱手段２４の鏡像３１は存在しない。このため種結晶２３の中心軸における鉛直方向の輝度分布はフュージョンリング２９が最大輝度となる。この部分で検出されたフュージョンリング２９よりも２次元画像中で上方にしかフュージョンリング２９が存在しないこととなる。従って、本実施の形態では、低輝度部３４を極めて正確に検出できる。種結晶２３がシリコン融液１５に十分馴染んだ後に、補助加熱手段２４による種結晶２３の加熱を停止し、補助加熱手段２４を駆動手段２７により待避させる。そして種結晶２３を引上げると、ネックを形成することなく、即ちネック部を細く絞ることなく、シリコン単結晶のショルダ及びボデーを引上げることができる。シリコン単結晶のボデーの引上げが終了すると、急激な温度変化によりシリコン単結晶に高密度の転位が導入されないよう、シリコン単結晶の直径を徐々に絞ってシリコン単結晶全体の温度を徐々に降下させ、終端コーンを形成した後、シリコン単結晶を溶融液から切り離す。その後、冷却することにより、シリコン単結晶の引上げが完了する。
【００２１】
なお、この実施の形態では、フュージョンリングのエッジを検出することにより、フュージョンリングと補助加熱手段の鏡像とを識別したが、フュージョンリングの最大輝度位置を検出することにより、フュージョンリングと補助加熱手段の鏡像とを識別してもよい。
また、種結晶の直径は、所定の測定ライン（１次元画像）上のフュージョンリングの間隔から算出してもよく、或いは２次元画像中の最大のフュージョンリングの間隔から算出してもよい。
【実施例】
【００２２】
次に本発明の実施例を比較例とともに詳しく説明する。
＜実施例１＞
図１〜図４に示すように、補助加熱手段２４の開口部２４ｃから２次元ＣＣＤカメラ２８にて種結晶２３を観察した。先ず水平方向の測定ラインに沿って２次元ＣＣＤカメラ２８を走査し、補助加熱手段２４と種結晶２３の画像から種結晶２３の中心軸を算出し、その種結晶２３の中心軸における鉛直方向の輝度分布の最大輝度位置からフュージョンリング２９の最下部を検出した。次にフュージョンリング２９最下部での水平方向の輝度分布中で高輝度から所定の輝度の閾値を経て低輝度に変化する部分を検出し、この部分をフュージョンリング２９と低輝度部３４のエッジとした。その後、測定ラインを画像中で１ライン上に移して上記と同様にしてフュージョンリング２９と低輝度部３４のエッジを検出した。このとき検出されるエッジは１つ下の測定ラインで検出されたエッジよりも種結晶２３の中心軸から外側に存在することとなるため、この条件に合致するようエッジ検出の走査は１本下の測定ラインで検出されたエッジから外側のみで走査した。この操作をフュージョンリング２９と低輝度部３４のエッジが検出不能となるまで繰返した。これらの操作によりフュージョンリング２９と補助加熱手段２４の鏡像との間に存在する低輝度部３４を検出した。
【００２３】
その後、上記画像の各測定ラインにて検出されたエッジより外側の輝度をゼロに変更し、かつフュージョンリング２９の最下部より下方を含む低輝度部３４が検出されなかった測定ライン上の輝度を全てをゼロに変更した。これによりフュージョンリング２９のみを抽出した。更に上記フュージョンリング２９の画像を用いて種結晶２３の直径を測定した。その結果、従来、全く測定できなかった種結晶２３のシリコン融液１５への漬け込み時における種結晶２３の直径を測定できるようになった。
なお、この実施例では、フュージョンリング最下部から水平方向に走査してその測定ラインを順次上方に移動させて低輝度部を検出したが、鉛直方向に走査してその測定ラインを水平方向に移動させて低輝度部を検出してもよく、或いは種結晶の中心軸から左右方向に走査してその測定ラインを順次上方に移動させて低輝度部を検出してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明実施形態の単結晶の引上げ装置を示す断面構成図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】図１のＢ矢視拡大図である。
【図４】種結晶及び融液の固液界面近傍における光の反射状態を示した要部断面構成図である。
【図５】２次元ＣＣＤカメラを所定のライン上を走査したときの輝度分布を示す図である。
【符号の説明】
【００２５】
１０  シリコン単結晶の引上げ装置
１１  チャンバ
１２  坩堝
１５  シリコン融液
１８  シード引上げ手段
２３  種結晶
２４  補助加熱手段
２８  ２次元ＣＣＤカメラ
２９  フュージョンリング
３１  補助加熱手段の鏡像
３２  画像処理手段
３３  コントローラ
３４  低輝度部
【図１】
2005179123.tif 000003
【図２】
2005179123.tif 000004
【図３】
2005179123.tif 000005
【図４】
2005179123.tif 000006
【図５】
2005179123.tif 000007