(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
るつぼに収容した原料融液から引き上げる単結晶の周囲を囲み、下端部にリムが備えられた熱遮蔽物を設けたＣＺ炉において、前記融液液面にレーザ光源から出射したレーザ光を投射し、前記融液液面で反射したレーザ光を受光し、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ＣＺ法による単結晶引き上げ装置内の液面レベルの測定方法であって、
液面レベルの求め方が異なる複数の測定法を設定し、
単結晶の外周面と熱遮蔽物との間に設定される所定位置から単結晶の外周面までの間隔毎に前記複数の測定法のいずれかを対応づけた情報を予め作成し、
製造条件に応じて前記間隔を決定し、
決定した間隔に対応する測定法を前記情報から選択し、
選択した測定法で前記融液液面の液面レベルを測定するものであり、
前記複数の測定法は、
前記レーザ光源から出射したレーザ光を前記融液表面で反射させ、その後反射させたレーザ光を受光させる測定法と、
前記レーザ光源から出射したレーザ光を、まず前記融液表面で反射させ、次に反射させたレーザ光を前記熱遮蔽物の下端部に設けたリムの下面で散乱反射させ、次に散乱反射させたレーザ光を前記融液表面で反射させ、その後反射させたレーザ光を受光させる測定方法と、
前記レーザ光源から出射したレーザ光を、まず前記融液表面で反射させ、次に反射させたレーザ光を前記熱遮蔽物の下端部に設けたリムの内周面で反射させ、その後反射させたレーザ光を受光させる又は前記レーザ光源から出射したレーザ光を、まず前記熱遮蔽物の下端部に設けたリムの内周面で反射させ、次に反射させたレーザ光を前記融液液面で反射させ、その後反射させたレーザ光を受光させる測定法
であること
を特徴とするＣＺ法による単結晶引き上げ装置内の液面レベルの測定方法。
【請求項２】
るつぼに収容した原料融液から引き上げる単結晶の周囲を囲み、下端部にリムが備えられた熱遮蔽物を設けたＣＺ炉において、前記融液表面にレーザ光源から出射したレーザ光を投射し、前記融液表面で反射したレーザ光を受光し、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ＣＺ法による単結晶引き上げ装置内の液面レベルの測定方法であって、
液面レベルの求め方が異なる複数の測定法を設定し、
単結晶の外周面と熱遮蔽物との間に設定される所定位置から単結晶の外周面までの間隔毎に前記複数の測定法のいずれかを対応づけた情報を予め作成し、
単結晶を引き上げ育成中に、前記間隔を実測し、
前記実測した間隔に対応する測定法を前記情報から選択し、
選択した反射法で前記融液液面の液面レベルを測定するものであり、
前記複数の測定法は、
前記レーザ光源から出射したレーザ光を前記融液表面で反射させ、その後反射させたレーザ光を受光させる測定法と、
前記レーザ光源から出射したレーザ光を、まず前記融液表面で反射させ、次に反射させたレーザ光を前記熱遮蔽物の下端部に設けたリムの下面で散乱反射させ、次に散乱反射させたレーザ光を前記融液表面で反射させ、その後反射させたレーザ光を受光させる測定方法と、
前記レーザ光源から出射したレーザ光を、まず前記融液表面で反射させ、次に反射させたレーザ光を前記熱遮蔽物の下端部に設けたリムの内周面で反射させ、その後反射させたレーザ光を受光させる又は前記レーザ光源から出射したレーザ光を、まず前記熱遮蔽物の下端部に設けたリムの内周面で反射させ、次に反射させたレーザ光を前記融液液面で反射させ、その後反射させたレーザ光を受光させる測定法
であること
を特徴とするＣＺ法による単結晶引き上げ装置内の液面レベルの測定方法。
【請求項３】
前記情報はさらに前記ＣＺ炉に印加する磁場の強さに前記複数の測定法を対応づけたことを特徴とする請求項１または２に記載のＣＺ法による単結晶引き上げ装置内の液面レベルの測定方法。
【請求項４】
前記情報はさらに前記熱遮蔽物の下面と前記融液液面との間隔に前記複数の測定法を対応づけたことを特徴とする請求項１または２に記載のＣＺ法による単結晶引き上げ装置内の液面レベルの測定方法。
【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き上げ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（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き上げ装置（ＣＺ炉という）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。なお、本願発明ではメルトレベルの測定法は反射光を利用するため、誤解がないかぎり測定法を「反射法」という。
【０００６】
下記特許文献１には、三角測量の原理に基づいて、るつぼ内の融液液面を直接の反射体とすることによりメルトレベル測定を行う方法がある。以下、この測定方法を「直接反射法」という。
【０００７】
図１８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１８（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１８（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１８（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１８（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１８（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き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の下端部に設けたリム５ａの内周面（側面５ｂという）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の下端部に設けたリム５ａ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１８（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、所定の測定頻度（単位時間あたりの測定回数）で受光器に受光させている。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１３ｂの測定座標Ｘ１で検出される。すなわち、１次元ＣＣＤセンサ１３ｂ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１３ｂの測定座標Ｘ２で検出される。すなわち、１次元ＣＣＤセンサ１３ｂ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１３ｂ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】
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。
【００１６】
図１９は、折り返し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。
【００１７】
図１９（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１９（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１９（ａ）において、レーザ光は回転ミラー９とプリズム１１により案内されるが、図１９（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。
【００１８】
図１９（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。
【００１９】
図１９（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のリム５ａ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。
【００２０】
すなわち、受光器１３で受光するレーザ光は、リム５ａ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。
【００２１】
図１９（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のリム５ａ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１９（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５ｃの配置も点線で描いてある。したがって、リム５ａ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。
【００２２】
リム５ａの下面６の位置は、たとえばリム５ａの上面９の位置を測定して求めることができる。図１９において、リム５ａ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からリム５ａの下面６の位置を求めることができる。
【００２３】
間隔Ｌは、リム５ａ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。
【００２４】
さて、引き上げ単結晶の外壁が融液表面と接触する場所には、表面張力によるメニスカスを含む傾斜部（以下「傾斜部」という）が発生する。傾斜度は単結晶の外壁に近くなるほど大きくなる。また、るつぼの回転および引き上げ単結晶の回転によって、放物面状の液面の傾きが融液液面の全体にわたって発生する。さらに、ガスを整流する役目を持つ熱遮蔽物を融液液面に近づけた場合には、導入ガスの排出圧力により、熱遮蔽物の下部付近の融液液面が窪んだ形状となる場合がある。融液液面の傾斜は、レーザ光の反射光の角度をシフトさせ安定な受光を妨げる要因となる。傾斜部の形状は製造条件により変化するため、製造条件にあわせて傾斜部の形状を実測あるいは推定しておく必要がある。
【００２５】
直接反射法の場合、引き上げる単結晶の直径を大きく設定した場合、間隔Ｄが小さくなるため、傾斜が大きい箇所でレーザ光が反射される。そのため、レーザ光の反射方向がシフトし、所定の測定頻度で反射させたレーザ光が受光器に戻らなくなり、反射光を受光する確率（以下「受光確率という」が零になる欠点がある。
【００２６】
一方、直接反射法では、融液液面７を直接の反射体として利用するので、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利点がある。
【００２７】
折り返し反射法の場合、リム５ａの下面６の散乱光を利用するため、間隔Ｄが小さくても、比較的受光確率が高いという利点がある。
【００２８】
一方、折り返し反射法では、リム５ａの下面６で散乱させた散乱光の強度が弱く、また融液液面７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。すなわち、折り返し反射法ではレーザパワーを大きくする必要がある。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、リム５ａの下面６でレーザ光を散乱させる構成のために、受光確率が低くなってしまう欠点がある。
【００２９】
上記したように、引き上げ育成する単結晶の外壁が融液液面に接する箇所近傍には傾斜部が発生する。直接反射法と折り返し反射法では融液表面の反射箇所が同じでないため、受光確率に対する傾斜部の影響が異なる。
【００３０】
図２０は、直接反射法と折り返し反射法に対する傾斜部の影響を説明するための図である。
【００３１】
図２０において、折り返し反射法では、熱遮蔽物５の内径近傍の融液表面７に反射箇所が設定される。一方、直接反射法では、リム５ａの内径からるつぼの中心方向に所定距離離れた融液表面７の反射箇所が設定される。したがって、直接反射法の場合、折り返し反射法に比べて単結晶の外壁により近づくため、傾斜部の影響が大きくなる。また、引き上げる単結晶の外径が大きくなるほど、傾斜部の影響がより大きくなる。
【００３２】
折り返し反射法の場合、反射箇所がリム５ａの内径近傍に設定されるため、傾斜部の影響は直接反射法の場合より小さい。しかしながら、引き上げる単結晶の外径が大きくなり、間隔Ｄが小さくなると傾斜部の影響が無視できなくなる。
【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】
【００３３】
以上のように、直接反射法と折り返し反射法にはそれぞれ長所と短所があり、製造条件にあわせてどの反射法を選択すべきかを判断することはオペレータにとり容易なことではない。
【００３４】
本願発明は以上のような状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、引き上げ単結晶の育成条件に応じて、複数の反射法から最適の反射法を選択することにより液面レベルの測定を確実にしかも容易に行え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、るつぼに収容した原料融液から引き上げる単結晶の周囲を囲み、下端部にリムが備えられた熱遮蔽物を設けたＣＺ炉において、前記融液液面にレーザ光源から出射したレーザ光を投射し、前記融液液面で反射したレーザ光を受光し、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ＣＺ法による単結晶引き上げ装置内の液面レベルの測定方法であって、液面レベルの求め方が異なる複数の測定法を設定し、単結晶の外周面と熱遮蔽物との間に設定される所定位置から単結晶の外周面までの間隔毎に前記複数の測定法のいずれかを対応づけた情報を予め作成し、製造条件に応じて前記間隔を決定し、決定した間隔に対応する測定法を前記情報から選択し、選択した測定法で前記融液液面の液面レベルを測定することを特徴とする。
【００３６】
第１発明を実施例１の図７の工程図を用いて説明する。なお、本願発明ではメルトレベルの測定法は反射光を利用するため、誤解のない限り測定法を「反射法」という。
【００３７】
図７において、オペレータは事前に引き上げ育成する単結晶の外径を入手する（Ｓ１０）。次に、オペレータはＣＺ炉内のプリズムの端部から垂下した垂線の位置と単結晶の外径から間隔Ｄ１を求め（Ｓ１１）、求めた間隔Ｄ１を制御部２０に入力する（Ｓ１２）。制御部は入力された間隔Ｄ１を予め記憶しておいた図６の条件表と対比し（Ｓ１３）、最適の反射法を選択する（Ｓ１４）。次に制御部は、単結晶を引き上げ育成中、選択した反射法によりメルトレベルを測定する（Ｓ１５）。
【００３８】
すなわち、第１発明では、事前に入手した情報を、予め作成した単結晶の外周面と熱遮蔽物との間に設定される所定位置から単結晶の外周面までの間隔毎に複数の測定法のいずれかを対応づけた情報と対比し、最適の反射法を選択し、選択した反射法で液面レベルを測定している。
【００３９】
第２発明は、るつぼに収容した原料融液から引き上げる単結晶の周囲を囲み、下端部にリムが備えられた熱遮蔽物を設けたＣＺ炉において、前記融液表面にレーザ光源から出射したレーザ光を投射し、前記融液表面で反射したレーザ光を受光し、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ＣＺ法による単結晶引き上げ装置内の液面レベルの測定方法であって、液面レベルの求め方が異なる複数の測定法を設定し、単結晶の外周面と熱遮蔽物との間に設定される所定位置から単結晶の外周面までの間隔毎に前記複数の測定法のいずれかを対応づけた情報を予め作成し、単結晶を引き上げ育成中に、前記間隔を実測し、前記実測した間隔に対応する測定法を前記情報から選択し、選択した反射法で前記融液液面の液面レベルを測定することを特徴とする。
【００４０】
第２発明を図１５の工程図を用いて説明する。
【００４１】
図１５において、オペレータはＣＺ炉の構成で決定される間隔Ｄ２を制御部に入力する（Ｓ３０）。計測手段はるつぼの外周方向に向けてレーザ光をスキャンし、熱遮蔽物５の端部に当たったときの反射光の反射率が融液表面７の反射光の反射率と大きく異なることを利用して熱遮蔽物５の端部の位置を検出し（Ｓ３１）、その位置に対応する回転角度θ２を求める（Ｓ３２）。次に、計測手段はるつぼの中心に向けてレーザ光をスキャンし、引き上げ単結晶の外壁に当たったときの反射光の反射率が融液表面７の反射光の反射率と大きく異なることを利用して単結晶の外壁の位置を検出し（Ｓ３３）、その位置に対応する回転角度θ３を求める（Ｓ３４）。次に、計測手段は図１２の構成図と回転角度θ２と回転角度θ３から間隔Ｄを計算し（Ｓ３５）、計算した間隔Ｄを制御部に自動入力する（Ｓ３６）。制御部は入力された間隔Ｄと予め入力された間隔Ｄ２から間隔Ｄ１を計算し（Ｓ３７）、計算した間隔Ｄ１を予め記憶しておいた図６の条件表と対比する（Ｓ３８）。次に、制御部は３つの反射法の中から最適の反射法を選択し（Ｓ３９）、単結晶を引き上げ育成中、選択した反射法によりメルトレベルを測定する（Ｓ４０）。
【００４２】
すなわち、第２発明では、計測手段で計測した情報を、予め作成した単結晶の外周面と熱遮蔽物との間に設定される所定位置から単結晶の外周面までの間隔毎に前記複数の測定法のいずれかを対応づけた情報と対比し、最適の反射法を選択し、選択した反射法で液面レベルを測定している。
【００４３】
第３発明は、第１発明または第２発明において、前記複数の測定法は、前記レーザ光源から出射したレーザ光を前記融液表面で反射させ、その後反射させたレーザ光を受光させる測定法と、前記レーザ光源から出射したレーザ光を、まず前記融液表面で反射させ、次に反射させたレーザ光を前記熱遮蔽物の下端部に設けたリムの下面で散乱反射させ、次に散乱反射させたレーザ光を前記融液表面で反射させ、その後反射させたレーザ光を受光させる測定方法と、前記レーザ光源から出射したレーザ光を、まず前記融液表面で反射させ、次に反射させたレーザ光を前記熱遮蔽物の下端部に設けたリムの内周面で反射させ、その後反射させたレーザ光を受光させる又は前記レーザ光源から出射したレーザ光を、まず前記熱遮蔽物の下端部に設けたリムの内周面で反射させ、次に反射させたレーザ光を前記融液液面で反射させ、その後反射させたレーザ光を受光させる測定法であることを特徴とする。
【００４４】
すなわち、第３発明では、３つの異なる測定法を用い、その中から最適の反射法を選択し、選択した反射法で液面レベルを測定している。
【００４５】
第４発明は、第１発明乃至第３発明において、前記情報はさらに前記ＣＺ法による単結晶引き上げ装置に印加する磁場の強さに前記複数の測定法を対応づけたことを特徴とする。
【００４６】
第５発明は、第１発明乃至第３発明において、前記情報はさらに前記熱遮蔽物の下面と前記融液液面との間隔に前記複数の測定法を対応づけたことを特徴とする
【発明の効果】
【００４７】
第１発明によれば、間隔Ｄ１、言い換えれば間隔Ｄが広い範囲で変化しても、最適の反射法を選択することができるため、メルトレベルを確実に安定して測定することができる。
【００４８】
第２発明によれば、実測した間隔Ｄに基づいて、最適の反射法を選択することができるため、確実にしかも容易に最適の反射法でメルトレベルを測定することができる。
【００４９】
第３発明によれば、３つの反射法の中から最適の反射法を選択して、その選択した反射法によりメルトレベルを測定することができるため、確実にしかも容易にメルトレベルを測定することができる。
【００５０】
第４発明および第５発明によれば、他の情報に基づいて最適の反射法を選択できるため、さらに確実にしかも容易に最適の反射法でメルトレベルを測定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５１】
以下、本願発明のＣＺ法による単結晶引き上げ装置内の液面レベル測定方法の実施例について図を参照しながら説明する。
【００５２】
説明の順序として、最初に本願発明で新たに採用する反射法（以下、「側面反射法」という）について説明し、その後本願発明の液面レベル測定方法について説明する。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。
【００５３】
（側面反射法）
図１は、本願発明で新たに採用する側面反射法を説明するための図である。図１の反射路を取る反射法を「側面反射法Ａ」という。
【００５４】
図１（ａ）は、側面反射法における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、側面反射法における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。
【００５５】
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き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の下端部に設けたリム５ａの側面５ｂとシリコン単結晶４の周壁との間隔をＤとし、また、リム５ａの下面６と融液液面７との間隔をＬとする。
【００５６】
本願発明における「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。
【００５７】
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。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。
【００５８】
距離計測ユニット８および回転ミラー９は制御部２０により制御される。制御部２０はあとに述べるように、条件表の値に基づき複数の反射法から特定の反射法を選択する。
【００５９】
距離測定ユニット８のレーザ光源１２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に直接投射される。
【００６０】
融液液面７で反射した反射光は、融液液面７近傍に設けられたリム５ａの側面５ｂ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。
【００６１】
リム５ａの側面５ｂ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１内のるつぼ２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。
【００６２】
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、リム５ａの側面５ｂ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。リム５ａの側面５ｂ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。
【００６３】
以上のように、図１（ｂ）によれば、リム５ａの側面５ｂ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。
【００６４】
図２は、側面反射法におけるレーザ光の軌跡を上面（Ｙ−Ｚ面）から見た模式図である。
【００６５】
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のリム５ａの側面５ｂ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。
【００６６】
図３は、側面反射法の変形例を説明するための図である。以下では、図３の反射路を取る反射法を「側面反射法Ｂ」という。
【００６７】
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。図１の側面反射法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。
【００６８】
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５のリムの側面５ｂ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。
【００６９】
なお、リム５ａの側面５ｂ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１内のるつぼ２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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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のリムの側面５ｂ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。
【００７３】
上記した側面反射法Aと側面反射法Bは、熱遮蔽物５のリムの側面５ｂ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。
【００７４】
側面反射法によれば、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利点がある。
【００７５】
次に、本願発明のＣＺ法による単結晶引き上げ装置内の液面レベル測定方法の実施例について説明する。
【実施例１】
【００７６】
実施例１では、間隔Ｄ１という１つのパラメータに基づいて、３つの反射路の中から特定の反射路を選択している。
【００７７】
図５は、３つの反射法の反射路および３種類の外径を有する単結晶の配置を示す図である。
【００７８】
図５において、プリズム１１の端部から垂下させた垂線Ｌ１により規定される所定位置と単結晶の外周との間隔をＤ１とする。図では、間隔Ｄ１が１０ｍｍ、１５ｍｍ、２３ｍｍである３種類の外径をもつ単結晶を描いている。
【００７９】
プリズム１１の端部から垂下させた垂線Ｌ１により規定される所定位置と熱遮蔽物５のリム５ａの側面５ｂとの間隔をＤ２とする。間隔Ｄ２はＣＺ炉の構成で決定される。間隔Ｄは間隔Ｄ１と間隔Ｄ２との合計であるので、間隔Ｄ１は、Ｄ１＝Ｄ−Ｄ２から容易に求めることができる。
【００８０】
なお、所定位置はパラメータにより異なる。間隔Ｄにおける所定位置は、熱遮蔽物の下端部に設けたリム５ａの側面５ｂである。間隔Ｄは前記所定位置（リムの側面５ｂ）と単結晶の外周面との間隔として規定される。
【００８１】
折り返し反射法と側面反射法では、熱遮蔽物５のリム５ａの内径近傍の融液表面７に反射箇所が設定される。一方、直接反射法では、熱遮蔽物５のリム５ａの内径からるつぼの中心方向に所定距離離れた融液表面７の反射箇所が設定される。
【００８２】
したがって、直接反射法の場合、折り返し反射法と側面反射法に比べて単結晶２の外壁により近づくため、傾斜部の影響が大きくなる。また、引き上げる単結晶の外径が大きくなるほど、傾斜部の影響がより大きくなる。
【００８３】
折り返し反射法と側面反射法の場合、測定点が熱遮蔽物５のリム５ａの内径近傍に設定されるため、傾斜部の影響は直接反射法の場合より小さい。しかしながら、引き上げる単結晶４の外径が大きくなり、間隔Ｄ１が小さくなると傾斜部の影響が無視できなくなる。
【００８４】
図６は、実験により得た３つの反射法の受光確率と間隔Ｄ１との関係を表す図である。
【００８５】
図６において、□は受光確率が８０％以上を表している。○は受光確率が８０％未満、６０％以上を表している。△は受光確率が６０％未満、４０％以上を表している。×は受光確率が４０％未満を表している。Ｄ１が１０ｍｍ以下を領域Ｒ１とし、Ｄ１が１０ｍｍから１２ｍｍまでを領域Ｒ２とし、Ｄ１が１２ｍｍから１５ｍｍまでを領域Ｒ３とし、Ｄ１が１５ｍｍから２０ｍｍまでを領域Ｒ４とし、Ｄ１が２０ｍｍから２３ｍｍまでを領域Ｒ５とし、Ｄ１が２３ｍｍ以上を領域Ｒ６とする。
【００８６】
以下、各反射法における受光確率と間隔Ｄ１との関係について説明する。
【００８７】
（１）直接反射法の場合
領域Ｒ１〜Ｒ３では×である。領域Ｒ４では△である。領域Ｒ５では○である。領域Ｒ６では□である。領域Ｒ６では傾斜部の影響が無視できると推測できる。
【００８８】
以上のように、直接反射法の場合、間隔Ｄ１が大きいほど、すなわち間隔Ｄが大きいほど直接反射法による測定が好ましい。領域Ｒ１〜Ｒ３では測定が困難である。領域Ｒ６がもっとも好ましい。
【００８９】
（２）折り返し反射法の場合
領域Ｒ１では△である。領域Ｒ２では○である。領域Ｒ３、４では△である。領域５、６では×である。
【００９０】
折り返し反射法は、直接反射法より傾斜部の影響が小さいため、Ｄ１が小さくても測定が行える。しかし、領域Ｒ１では受光確率が低下する。その理由は明確ではないが傾斜部の影響と考えられる。また、領域Ｒ５、６では受光が困難になる。今のところその理由は明確ではないが、メニスカスに加え、引き上げ単結晶の回転運動やガスの流れなどによる液面形状がその原因となっていると考えられる。
【００９１】
以上のように、折り返し反射法では間隔Ｄ１が小さい場合に適した反射法である。領域Ｒ２がもっとも好ましい。
【００９２】
（３）側面反射法の場合
領域Ｒ１では×である。領域Ｒ２では△である。領域Ｒ３では○である。領域Ｒ４では□である。領域Ｒ５では○である。領域Ｒ６では△である。
【００９３】
以上のように、側面反射法は広い範囲に適しているが、領域Ｒ４がもっとも好ましい。
【００９４】
そこで、実施例１では、間隔Ｄ１と３つの反射法の受光確率との対応を示す条件表を設定しておき、予め想定した間隔Ｄ１と条件表を対比して、特定の反射法を選択し、その選択した反射法により、ＣＺ炉内のメルトレベルを測定するようにしている。
【００９５】
具体的には、オペレータは、製造予定の引き上げ単結晶の外径から間隔Ｄ１を計算し、計算した間隔Ｄ１を制御部に入力する。一方、制御部は、入力された間隔Ｄ１と図６の条件表を対比して、最適の反射法を選択する。たとえば間隔Ｄ１が領域Ｒ１にあれば、制御部は折り返し反射法を選択し、選択した折り返し反射法でメルトレベルを測定する。特定の反射法への選択は、図１の回転ミラー９をそれぞれの反射法に対応する所定位置に設定することで行うことができる。
【００９６】
図７は、実施例１の工程図である。
【００９７】
図７において、オペレータは事前に引き上げ育成する単結晶の外径を入手する（Ｓ１０）。次に、オペレータはＣＺ炉内のプリズムの端部から垂下した垂線の位置と単結晶の外径から間隔Ｄ１を求め（Ｓ１１）、求めた間隔Ｄ１を制御部２０に入力する（Ｓ１２）。制御部は入力された間隔Ｄ１を予め記憶しておいた図６の条件表と対比し（Ｓ１３）、最適の反射法を選択する（Ｓ１４）。次に制御部は、単結晶を引き上げ育成中、選択した反射法によりメルトレベルを測定する（Ｓ１５）。
【００９８】
実施例１によれば、間隔Ｄ１が広い範囲で変化しても、製造する単結晶の外径に合わせて最適の反射法を選択することができ、その選択した反射法でメルトレベルを確実に安定して測定することができる。
【実施例２】
【００９９】
実施例１では、間隔Ｄ１という１つのパラメータに基づいて、３つの反射路の中から特定の反射法を選択した。特定の反射法を選択するためのパラメータは２つ以上あってもよい。
【０１００】
まず３つの反射法における受光確率と間隔Ｌの関係について説明する。間隔Ｌは熱遮蔽物５のリム５ａの下面６と融液液面７との距離である。
【０１０１】
図８は、Ｘ−Ｙ面における、ＣＺ炉内の３つの反射法における反射路を対比した図である。図８（ａ）は直接反射法の反射路の場合であり、図８（ｂ）は折り返し反射法の反射路の場合であり、図８（ｃ）は側面反射法における反射路の場合である。
【０１０２】
図８（ａ）に示すように、直接反射法の場合、図示しない距離測定ユニットから出射され、図の左方からＣＺ炉内に入射したレーザ光は、ＣＺ炉の上方に設置されたプリズム１１を経由して、融液表面７に直接投射される。融液表面７で反射した反射光は、Ｘ−Ｙ面内では反射角度を変更せずに、再びプリズム１１を経由して、距離測定ユニット内の受光器で受光される。したがって、直接反射法の場合、融液液面７の反射位置は変化することがなく、受光確率は間隔Ｌの大小により影響を受けることはない。
【０１０３】
図８（ｂ）に示すように、折り返し反射法の場合、図示しない距離測定ユニットから出射され、図の左方からＣＺ炉内に入射したレーザ光は、図の左側からＣＺ炉の上方に設置されたプリズム１１を経由して、直接融液表面７に投射される。融液表面７で反射した反射光は、熱遮蔽物５のリム５ａの下面６に入射して反射され、再び融液表面７に入射して反射された反射光は、再びプリズム１１を経由して、距離測定ユニット内の受光器で受光される。
【０１０４】
図８（ｂ）において、間隔Ｌが大きくなるにつれ、融液液面７で反射する反射位置がるつぼの外周方向に移動する。したがって、折り返し反射法の場合、受光確率は間隔Ｌの大小により影響を受けることになる。
【０１０５】
図８（ｃ）に示すように、側面反射法の場合、図示しない距離測定ユニットから出射され、図の左側からＣＺ炉内に入射したレーザ光は、ＣＺ炉の上方に設置されたプリズム１１を経由して、熱遮蔽物５のリム５ａの側面５ｂで反射され、その後融液表面７に投射される。融液表面７で反射された反射光は、再びプリズム１１を経由して、距離測定ユニット内の受光器で受光される。
【０１０６】
図８（ｃ）において、間隔Ｌが大きくなるにつれ、融液液面７で反射する反射位置がるつぼの中心方向に移動する。したがって、側面反射法の場合、受光確率は間隔Ｌの大小により影響を受けることになる。
【０１０７】
以上より、直接反射法では間隔Ｌは考慮する必要がなく、一方、折り返し反射法と側面反射法では間隔Ｌを考慮する必要がある。ただし、間隔Ｌの大小による受光確率への影響は、間隔Ｄにも関連しており実験により確認する必要がある。
【０１０８】
図９は、実験で求めた間隔Ｄと間隔Ｌをパラメータとした３つの反射法の条件表の例である。間隔Ｄと間隔Ｌの大、中、小の指標は実験および製造結果に基づいて、適宜修正することができる。また、受光確率の記号の定義は図６の場合と同じである。
【０１０９】
（条件１）間隔Ｄ大、間隔Ｌ中の場合
側面反射法は○であり、直接反射法は□である。なお、折り返し反射法は行っていない。
【０１１０】
（条件２）間隔Ｄ中、間隔Ｌ大の場合
側面反射法は□であるが、直接反射法は×であり、折り返し反射法は△である。
【０１１１】
（条件３）間隔Ｄ小、間隔Ｌ大の場合
側面反射法および折り返し反射法は△であり、直接反射法は×である。
【０１１２】
（条件４）間隔Ｄ小、間隔Ｌ小の場合
側面反射法は△であり、直接反射法および折り返し反射法は×である。
【０１１３】
そこで、実施例２では、間隔Ｄと間隔Ｌの２つのパラメータに基づいて、３つの反射路の中から特定の反射法を選択し、選択した反射法でメルトレベルを測定している。
【０１１４】
図１０は、実施例２の工程図である。
【０１１５】
図１０において、オペレータは事前に引き上げ育成する単結晶の外径を入手し（Ｓ２０）、ＣＺ炉内の熱遮蔽物の内径と単結晶の外径から間隔Ｄを求める（Ｓ２１）。次に、オペレータは事前に入手するかあるいはほかの方法で熱遮蔽物５の下面６と融液液面７との間隔Ｌを入手し（Ｓ２２）、間隔Ｄと間隔Ｌを制御部２０に入力する（Ｓ２３）。次に、制御部は入力された間隔Ｄと間隔Ｌを図９の条件表と対比し（Ｓ２４）、最適の反射法を選択する（Ｓ２５）。次に制御部は、単結晶を引き上げ育成中、選択した反射法によりメルトレベルを測定する（Ｓ２６）。
【０１１６】
以上の方法によれば、間隔Ｄおよび間隔Ｌが広い範囲で変化しても、間隔Ｄと間隔Ｌの組み合わせを予め作成しておいた条件表と対比して、最適の反射法を選択し、選択した反射法でメルトレベルを確実に安定して測定することができる。
【０１１７】
図９の条件表では、パラメータを間隔Ｄと間隔Ｌの２つとしたが、さらに磁場の有り無しのパラメータを導入してもよい。
【０１１８】
図１１は、磁場の有り無しによる３つの反射法の測定の受光確率を比較した表である。なお、本実施例では、磁場強度が１０００ガウス以上を「磁場有り」と定義し、磁場強度が１０００ガウス未満の場合を「磁場無し」と定義する。
【０１１９】
図１１によれば、磁場有りの場合、側面反射法と直接反射法は□であり、折り返し反射法は△である。磁場無しの場合、直接反射法は□であり、側面反射法は○であり、折り返し反射法は×である。□、○、△、×の定義は図６における定義と同じである。
【０１２０】
すなわち、磁場有りの場合、測定が一番安定するのは側面反射法と直接反射法である。また、磁場無しの場合、測定が一番安定するのは直接反射法である。
【０１２１】
そこで、図９の間隔Ｄと間隔Ｌの２つのパラメータおよび図１１の磁場有り無しのパラメータの３つのパラメータを組み合わせて、３つのパラメータを制御部に入力し、制御部に入力したパラメータと条件表を対比して、最適の反射法を選択してもよい。
【０１２２】
以上、パラメータが１つの場合、パラメータが２つの場合、パラメータが３つの場合について実施例を説明した。製造現場においては、たとえば図６の条件表の間隔Ｄ１で十分であると判断した場合には、ほかのパラメータを考慮せずに、間隔Ｄ１という１つのパラメータだけで、最適の反射法を選択してもよい。なお、パラメータをさらに付加してもよい。
【０１２３】
また、上記実施例では、３つの反射法の中から最適の反射法を選択した。場合によっては、たとえば直接反射法と側面反射法の２つの反射法に限定し、その中で複数のパラメータに基づき最適の反射法を選択してもよい。この場合、反射法を２つに限定しているので、比較的容易に最適の反射法を選択することができる。
【実施例３】
【０１２４】
実施例１と実施例２では、予め求めておいたパラメータに基づき、３つの反射法の中から特定の反射法を選択した。
【０１２５】
実施例３では、単結晶引き上げ中に、実際の間隔Ｄおよび間隔ＬをＣＺ炉に設けた計測手段により計測し、計測した値に基づいて、３つの反射法の中から特定の反射法を選択するようにしている。
【０１２６】
以下において、まず間隔Ｄと間隔Ｌの計測方法について説明し、次ぎに計測値に基づいた測定方法について説明する。
【０１２７】
（１）間隔Ｄの計測
間隔Ｄを計測する方法として、たとえば特許文献１に開示された間隔Ｄを計測する方法を適用することができる。
【０１２８】
図１２および図１３は間隔Ｄを測定する方法を説明するための図である。図１３は、図１２のＣＺ炉のＡ−Ａ断面図である。
【０１２９】
ＣＺ炉１内には、るつぼ２の内部にシリコン原料３が融解されている。融液液面７上部で単結晶が引き上げ育成される。また、熱遮蔽物５は単結晶４の外壁と熱遮蔽物５のリム５ａの側面５ｂとの間隔がＤになるように配置される。ＣＺ炉１の上部には支持部２１を介してプリズム１１が設けられ、その下方にはゲートバルブ２２が設けられる。ＣＺ炉１の外部には距離測定ユニット８および回転ミラー９が設けられている。回転ミラー９の回転により、レーザ光はスキャンされ、レーザ光は矢印Ｓ３方向または矢印Ｓ４方向に移動する。
【０１３０】
図１４は、実施例３に用いる距離測定ユニットの構成図である。
【０１３１】
図１４に示すように、距離測定ユニット８には、集光するレンズ１３ａと１次元ＣＣＤセンサ１３ｂとともに、減光フィルタ１３ｅとビームスプリッタ１３ｄと２次元光センサ１３ｃが配置される。２次元光センサ１３ｃは１次元ＣＣＤセンサ１３ｂと共役の位置に配置されている。減光フィルタ１３ｅを通過してきたレーザ光は、ビームスプリッタ１３ｄにより分けられ、１次元ＣＣＤセンサ１３ｂによってメルトレベルが測定される一方で、２次元光センサ１３ｃにより測定点の反射率を検出する。減光フィルタ１３ｅは融液液面７からの輻射ノイズをカットするために設けられている。
【０１３２】
上記構成の距離測定ユニット８によれば、１次元ＣＣＤセンサ１３ｂによりメルトレベルを測定できるとともに、２次元光センサ１３ｃにより反射点の反射率が検出できる。    
以下に示すように、２次元光センサ１３ｃで検出した反射率の相違により、その反射点がメルト位置かあるいは熱遮蔽物位置かあるいは引き上げ単結晶位置かを知ることができる。
【０１３３】
図１２および図１３において、回転ミラー９を回転（矢印Ｓ１）して、レーザ光を図の矢印Ｓ３のようにスキャンする。スキャンされたレーザ光が熱遮蔽物５のリム５ａの端部に当たると、融液液面７から反射されたレーザ光とは異なる反射率のレーザ光が２次元光センサ１３ｃで検出される。すなわち、回転ミラー９の回転角度θ２に対応するスキャン位置でレーザ光が熱遮蔽物５に当たったことを検出することができる。
【０１３４】
また、回転ミラー９を回転（矢印Ｓ１）して、レーザ光を矢印Ｓ４のようにスキャンする。スキャンされたレーザ光が、融液液面７から引き上げ育成されている単結晶の端部（融液表面との境界）に当たると、融液液面７から反射されたレーザ光とは異なる反射率のレーザ光が２次元光センサ１３ｃで検出される。すなわち、回転ミラー９の回転角度θ３に対応するスキャン位置でレーザ光が引き上げ単結晶に当たったことを検出することができる。
【０１３５】
図１２の構成図と検出した回転角度θ２と回転角度θ３に基づいて、引き上げ単結晶の外壁と熱遮蔽物の内径との間隔Ｄを計算することができる。なお、スキャン範囲にゲートバルブなどの部材があるとその部材を誤認するおそれがあるので、スキャン範囲に熱遮蔽物と融液液面と引き上げ単結晶のみが配置されるように注意しておく。
【０１３６】
（２）間隔Ｌの測定
間隔Ｌの測定は、３つの反射法のいずれかの反射法を用いることができる。用いた反射法で測定が困難であれば、他の反射法に切り換えて測定する。
【０１３７】
次に、上記測定値Ｄ、Ｌに基づいた測定方法について説明する。
【０１３８】
（計測した間隔Ｄを用いた測定方法）
実施例１では反射法を選択する場合に間隔Ｄ１をパラメータとした。図５に示すように、間隔Ｄは、プリズム１１から垂下した垂線Ｌ１と単結晶の外周面との間隔Ｄ１と、プリズム１１から垂下した垂線Ｌ１と熱遮蔽物のリム５ａの側面５ｂとの間隔Ｄ２と、の合計である。間隔Ｄ２はＣＺ炉の構成で決定される。間隔Ｄ１は、Ｄ１＝Ｄ−Ｄ２として容易に計算できる。
【０１３９】
実施例３は、ＣＺ炉に設けた計測手段により計測した間隔Ｄから間隔Ｄ１を求め、求めた間隔Ｄ１を図６の条件表と対比して最適の反射法を選択する測定方法である。
【０１４０】
図１５は、実施例３の工程図である。
【０１４１】
図１５において、オペレータはＣＺ炉の構成で決定される間隔Ｄ２を制御部に入力する（Ｓ３０）。計測手段はるつぼの外周方向に向けてレーザ光をスキャンし、熱遮蔽物５の端部に当たったときの反射光の反射率が融液表面７の反射光の反射率と大きく異なることを利用して熱遮蔽物５の端部の位置を検出し（Ｓ３１）、その位置に対応する回転角度θ２を求める（Ｓ３２）。次に、計測手段はるつぼの中心に向けてレーザ光をスキャンし、引き上げ単結晶の外壁に当たったときの反射光の反射率が融液表面７の反射光の反射率と大きく異なることを利用して単結晶の外壁の位置を検出し（Ｓ３３）、その位置に対応する回転角度θ３を求める（Ｓ３４）。次に、計測手段は図１２の構成図と回転角度θ２と回転角度θ３から間隔Ｄを計算し（Ｓ３５）、計算した間隔Ｄを制御部に自動入力する（Ｓ３６）。制御部は入力された間隔Ｄと予め入力された間隔Ｄ２から間隔Ｄ１を計算し（Ｓ３７）、計算した間隔Ｄ１を予め記憶しておいた図６の条件表と対比する（Ｓ３８）。次に、制御部は３つの反射法の中から最適の反射法を選択し（Ｓ３９）。単結晶を引き上げ育成中、選択した反射法によりメルトレベルを測定する（Ｓ４０）。なお、ステップ３１、３２とステップ３３、３４は入れ替えてもよい。
【０１４２】
上記工程によれば、ＣＺ炉に設けた計測手段により間隔Ｄを計測することができる。また、計測した間隔Ｄから求めた間隔Ｄ１を図６の条件表と対比して、最適の反射法を選択することができる。これにより、確実にしかも容易に最適の反射法でメルトレベルを測定することができる。
【０１４３】
上記実施例では間隔Ｄを間隔Ｄ１に変換して、図６の条件表に基づき最適の反射法を選択したが、場合によっては間隔Ｄをパラメータとした図６に代わる条件表を作成しておき、その条件表に基づき最適の反射法を選択してもよい。
【０１４４】
その場合の工程は図１５の工程図から明らかであるので省略する。
【０１４５】
（計測した間隔Ｄと間隔Ｌを用いた測定方法）
実施例３の変形例として、ＣＺ炉に設けた計測手段により計測した間隔Ｄと間隔Ｌの２つのパラメータに基づいて、最適の反射法を選択してもよい。
【０１４６】
図１６は、実施例３の変形例の工程図である。
【０１４７】
図１６において、計測手段はるつぼの外周に向けてレーザ光をスキャンし、熱遮蔽物５の端部にあたったときの反射光の反射率が融液表面７の反射光の反射率と大きく異なることを利用して熱遮蔽物５の端部の位置を検出し（Ｓ６０）、その位置に対応する回転角度θ２を求める（Ｓ６１）。次に、計測手段はるつぼの中心に向けてレーザ光をスキャンし、引き上げ単結晶の融液液面との境界にあたったときの反射光の反射率が融液表面７の反射光の反射率と大きく異なることを利用して単結晶の外壁の位置を検出し（Ｓ６２）、その位置に対応する回転角度θ３を求める（Ｓ６３）。次に、計測手段は図１２の構成図と回転角度θ２と回転角度θ３から間隔Ｄを計算し（Ｓ６４）、３つの反射法のいずれかの反射法を用いて間隔Ｌを計測する（Ｓ６５）。用いた反射法による計測が困難の場合、他の反射法に切り換えて（Ｓ６６）、再度間隔Ｌを計測する（Ｓ６５）。計測手段は計測した間隔Ｄと間隔Ｌを制御部に自動入力する（Ｓ６７）。次に、制御部は入力された間隔Ｄと間隔Ｌを予め記憶しておいた図９の条件表と対比し（Ｓ６８）、３つの反射法の中から最適の反射法を選択する（Ｓ６９）。制御部は単結晶を引き上げ育成中、選択した反射法によりメルトレベルを測定する（Ｓ７０）。
【０１４８】
上記工程では、間隔Ｌを計測していたが、予め入手しておいた間隔Ｌを制御部に入力しておいてもよい。
【０１４９】
図１７は、実施例３のほかの変形例の工程図である。
【０１５０】
図１７において、オペレータは予め想定した間隔Ｌを制御部に入力する（Ｓ８０）。計測手段はるつぼの外周に向けてレーザ光をスキャンし、熱遮蔽物５の端部にあたったときの反射光の反射率が融液表面７の反射光の反射率と大きく異なることを利用して熱遮蔽物５の端部の位置を検出し（Ｓ８１）、その位置に対応する回転角度θ２を求める（Ｓ８２）。次に、計測手段はるつぼの中心に向けてレーザ光をスキャンし、引き上げ単結晶の融液液面との境界にあたったときの反射光の反射率が融液表面７の反射光の反射率と大きく異なることを利用して単結晶の外壁の位置を検出し（Ｓ８３）、その位置に対応する回転角度θ３を求める（Ｓ８４）。計測手段は図１２の構成図と回転角度θ２と回転角度θ３から間隔Ｄを計算し（Ｓ８５）、間隔Ｄを制御部に自動入力する（Ｓ８６）。制御部は入力された間隔Ｄと予め入力されていた間隔Ｌを図９の条件表と対比し（Ｓ８７）、３つの反射路の中から最適の反射法を選択する（Ｓ８８）。制御部は単結晶を引き上げ育成中、選択した反射法によりメルトレベルを測定する（Ｓ８９）。
【０１５１】
上記工程によれば、予め想定した間隔ＬおよびＣＺ炉に設けた計測手段により求めた間隔Ｄとに基づいて、最適の反射法を選択することができる。これにより、確実にしかも容易に最適の反射法でメルトレベルを測定することができる。
【０１５２】
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、本願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。
【図面の簡単な説明】
【０１５３】
【図１】図１は本願発明で新たに採用する側面反射法を説明するための図である。
【図２】図２は側面反射法における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は側面反射法の変形例を説明するための図である。
【図４】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。
【図５】図５は３つの反射法の反射路および３種類の外径を有する単結晶の配置を示す図である。
【図６】図６は実験により得た３つの反射法の受光確率と間隔Ｄ１との関係を表す図である。
【図７】図７は実施例１の工程図である。
【図８】図８は、Ｘ−Ｙ面における、ＣＺ炉内の３つの反射法における反射路を対比した図である。
【図９】図９は実験で求めた間隔Ｄと間隔Ｌをパラメータとした３つの反射法の条件表の例である。
【図１０】図１０は実施例２の工程図である。
【図１１】図１１は磁場の有り無しによる３つの反射法の測定の受光確率を比較した表である。
【図１２】図１２は間隔Ｄを測定する方法を説明するための図である。
【図１３】図１３は図１２のＣＺ炉のＡ−Ａ断面図である。
【図１４】図１４は実施例３に用いる距離測定ユニットの構成図である。
【図１５】図１５は実施例３の工程図である。
【図１６】図１６は実施例３の変形例の工程図である。
【図１７】図１７は実施例３のほかの変形例の工程図である。
【図１８】図１８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１９】図１９は折り返し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２０】図２０は直接反射法と折り返し反射法に対する傾斜部の影響を説明するための図である。
【符号の説明】
【０１５４】
Ａ１〜Ａ４      メルトレベル
Ｄ      熱遮蔽物のリムの側面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
１３ａ    レンズ
１３ｂ    １次元ＣＣＤセンサ
１３ｃ    ２次元光センサ
１３ｄ    スプリッタ
１３ｅ    減光フィルタ
２０      制御部
２２      ゲートバルブ
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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