以下、図面を参照して本発明に係る半導� ��単結晶製造装置における位置計測装置およ� ��位置計測方法の実施の形態について説明す� ��。

 図1は、実施形態に用いられるシリコン単 結晶製造装置の構成の一例を側面からみた図 である。

 同図1に示すように、実施形態のシリコン 単結晶製造装置1は、単結晶引上げ用容器と� �てのCZ炉(チャンバ)2を備えている。

 CZ炉2内には、多結晶シリコンの原料を溶� ��して融液5として収容する石英るつぼ3が設� �られている。石英るつぼ3は、その外側が黒� ��るつぼ11によって覆われている。石英るつ� �3の周囲には、石英るつぼ3内の多結晶シリコ ン原料を加熱して溶融するヒータ9が設けら� �ている。ヒータ9は円筒状に形成されている� ��ヒータ9は、その出力(パワー;kW)が制御され� ��、融液5に対する加熱量が調整される。たと えば、融液5の温度が検出され、検出温度を� �ィードバック量とし融液5の温度が目標温度� ��なるように、ヒータ9の出力が制御される。

 石英るつぼ3の上方には引上げ機構4が設� �られている。引上げ機構4は、引上げ軸4aと� �上げ軸4aの先端のシードチャック4cを含む。� ��ードチャック4cによって種結晶14が把持され る。

 石英るつぼ3内で多結晶シリコン(Si)が加� �され溶融される。融液5の温度が安定化する� ��、引上げ機構4が動作し融液5からシリコン� �結晶10(シリコン単結晶)が引き上げられる。� ��なわち引上げ軸4aが降下され引上げ軸4aの先 端のシードチャック4cに把持された種結晶14� �融液5に着液される。種結晶14を融液5になじ� ��せた後引上げ軸4aが上昇する。シードチャ� �ク4cに把持された種結晶14が上昇するに応じ� ��シリコン単結晶10が成長する。

 引上げの際、石英るつぼ3は回転軸15によ� ��て回転する。また引上げ機構4の引上げ軸4a� ��回転軸15と逆方向にあるいは同方向に回転� �る。

 回転軸15は鉛直方向に駆動することがで� �、石英るつぼ3を上下動させ任意のるつぼ位� ��に移動させることができ、融液5の表面5a、� ��まり融液5の液面レベルHを調整することが� �きるようになっている。

 CZ炉2内と外気を遮断することで炉2内は真 空(たとえば数十Torr程度)に維持される。すな わちCZ炉2には不活性ガスとしてのアルゴンガ ス7が供給され、CZ炉2の排気口からポンプに� �って排気される。これにより炉2内は所定の� ��力に減圧される。

 単結晶引上げのプロセス(1バッチ)の間で� ��CZ炉2内には種々の蒸発物が発生する。そこ� ��CZ炉2にアルゴンガス7を供給してCZ炉2外に蒸 発物とともに排気してCZ炉2内から蒸発物を除 去しクリーンにしている。アルゴンガス7の� �給流量は1バッチ中の工程ごとに設定する。

 シリコン単結晶10の引上げに伴い融液5が� ��少する。融液5の減少に伴い融液5と石英る� �ぼ3との接触面積が変化し石英るつぼ3からの 酸素溶解量が変化する。この変化が、引き上 げられるシリコン単結晶10中の酸素濃度分布� ��影響を与える。

 また、融液5の上方にあって、シリコン単 結晶10の周囲には、熱遮蔽体8(熱輻射板、ガ� �整流筒)が設けられている。熱遮蔽体8は、中 心に開口8Aを備えた円錐状に形成されている� ��熱遮蔽体8の下端部にはリム8aが備えられて� ��る。リム8aは、上面8b、下面8c、側面8dを有� �ている。ここで、リム8aの上面8bと側面8dと� �境界をエッジ8eと定義する。

 熱遮蔽体8の中心の開口8Aには、シリコン� ��結晶10が収容される。熱遮蔽体8のリム8aの� �面8dとシリコン単結晶10の側面との距離(以下 、熱遮蔽体・結晶間距離という)をDとする。

 熱遮蔽体8は、CZ炉2内に上方より供給され るキャリアガスとしてのアルゴンガス7を、� �液表面5aの中央に導き、さらに融液表面5aを� ��過させて融液表面5aの周縁部に導く。そし� �、アルゴンガス7は、融液5から蒸発したガス とともに、CZ炉2の下部に設けた排気口から排 出される。このため液面上のガス流速を安定 化することができ、融液5から蒸発する酸素� �安定な状態に保つことができる。

 また熱遮蔽体8は、種結晶14および種結晶1 4により成長されるシリコン単結晶10を、石英 るつぼ3、融液5、ヒータ9などの高温部で発生 する輻射熱から、断熱、遮蔽する。また熱遮 蔽体8は、シリコン単結晶10に、炉内で発生し た不純物(たとえばシリコン酸化物)等が付着� ��て、単結晶育成を阻害することを防止する� ��

 熱遮蔽体8の下端部のリム8aと融液表面5a� �の距離L(熱遮蔽体・液面間距離L)の大きさは� ��回転軸15を上昇下降させ、石英るつぼ3の上� ��方向位置を変化させることで調整すること� ��できる。また熱遮蔽体8を昇降装置により上 下方向に移動させて距離Lを調整することも� �きる。

 シリコン単結晶10の品質は、引き上げ中� �融液液面レベルHあるいは熱遮蔽体・液面間� ��離Lの大きさによって変動することが従来よ り知られている。すなわち、引き上げ中の融 液液面レベルHあるいは熱遮蔽体・液面間距� �Lの大きさが変化すると、それによってシリ� ��ン単結晶10の軸方向の温度勾配等のパラメ� �タが変動し、それによってシリコン単結晶10 の欠陥領域の分布、酸素濃度分布等が変化し 、結晶の品質が変化する。

 よって、要求されるスペックの結晶品質� ��得るために、その要求スペックに従って引� ��げ条件、つまり各引上げ位置毎に融液液面� ��ベルHの目標値あるいは各引上げ位置毎に熱 遮蔽体・液面間距離Lの目標値が予め定めら� �る。そして、引き上げ成長中は、逐次、融� �液面レベルHの実際の値あるいは熱遮蔽体・� ��面間距離Lの実際の値を検出し、これら検出 値をフィードバックして、目標値と検出値と の偏差が零になるように、回転軸15の上下方� ��位置を調整する等の制御が行なわれる。

 本実施例では、磁場印加引上げ法(MCZ法)� �よってシリコン単結晶10が引き上げられる場 合を想定する。なお、MCZ法は、CZ法の一形態� ��ある。

 すなわち、MCZ法では、たとえばCZ炉2の周� ��に、磁石30が配置される。本実施例では、� �石30は、シリコン単結晶10と融液5との固液界 面の形状を上に凸の形状にするために設けら れている。

 磁石30がCZ炉2の周囲に配置されることに� �り石英るつぼ3内の融液5に対して、水平磁場 (横磁場)が印加される。融液5に水平磁場が印 加されると、石英るつぼ3内での融液5の対流� ��抑制され、シリコン単結晶10と融液5との間� ��固液界面の形状が所望する凸形に安定化さ� ��て、冷却速度CRを安定して高めることがで� �、成長速度Vを高めることができる。なお、� ��平磁場の代わりにカスプ磁場を印加しても� ��い。

 要求スペックの結晶品質を安定して得る� ��めには、制御の結果、融液液面レベルHある いは熱遮蔽体・液面間距離Lが目標値に精度� �く一致することが必要であり、そのために� �、制御中に検出されるフィードバック量と� �ての融液液面レベルHの実際の値あるいは熱� ��蔽体・液面間距離Lの実際の値が、常に精度 よく計測されていることが前提となる。

 図2は、引上げ位置毎に融液液面レベルH� �るいは熱遮蔽体・液面間距離Lの実際の値を� ��測する距離計測装置の構成例を示している� ��

 図2の距離計測装置100は、レーザ光101を出 射する光出射手段110と、光出射手段110から出 射されたレーザ光101を、石英るつぼ3の径方� �に沿って走査する光走査手段120と、光出射� �段110から出射され、光走査手段120によって� �査されたレーザ光101の反射光を受光する受� �手段130と、コントローラ140とから構成され� �いる。

 光走査手段120は、光出射手段110から出射� ��れたレーザ光101が照射されてレーザ光がCZ� �2外からCZ炉2の窓2wを介してCZ炉2内に向うよ� �に反射させるミラー121と、このミラー121の� �反射面121aの姿勢角を変化させるステッピン� ��モータ122と、ミラー121の光反射面121aで反射 されたレーザ光が照射されてCZ炉2の下方に向 けて向うように反射させるプリズム123を含ん で構成されている。

 ここで、ステッッピングモータ122の回転� ��122aの回転角度θと、レーザ光101のるつぼ3の 径方向の走査位置は、1対1に対応している。� ��って、本明細書では、レーザ光101のるつぼ� ��方向の走査位置をθで表すものとする。

 受光手段130は、CCDセンサを含んで構成さ� ��ている。

 コントローラ140は、引上げ時距離計測手� ��141を含んで構成されている。

 引上げ時距離計測手段141では、引上げ時� ��固定走査位置と、光出射手段110のレーザ光� ��射位置と、受光手段130の受光位置とに基づ� ��て、三角測量の原理により、熱遮蔽体・液� ��間距離Lまたは/および融液液面レベルHが計� ��される。引上げ時距離計測手段141は、CCDセ� ��サ131から出力される検出信号等に基づいて� ��遮蔽体・液面間距離Lまたは/および融液液� �レベルHを演算する処理を行う。

 つぎに、融液液面レベルHの実際の値ある いは熱遮蔽体・液面間距離Lの実際の値を計� �する各種距離計測方法について説明する。

(第1の距離計測方法)
 すなわち、まず、図2に示すように、ステッ ピングモータ122が駆動され光走査位置θが引� ��上げ時の位置θ1に位置決めされる。つぎに� ��光出射手段110からレーザ光101が出射される� ��光走査手段120によってレーザ光101は、融液� ��面5aに向けて照射される。融液液面5aで反射 したレーザ光は、受光手段130で受光される。 つぎに、引上げ時距離計測手段141では、この 引上げ時の固定走査位置θ1と、光出射手段110 の出射位置と、受光手段130の受光位置とに基 づいて、三角測量の原理により、基準点から 融液5の液面5aまでの距離LSが求められ、融液� ��面レベルHが計測される。

 つぎに、ステッピングモータ122が駆動さ� ��光走査位置θが引き上げ時の位置θ2に位置� �めされる。つぎに、光出射手段110からレー� �光101を出射する。光走査手段120によってレ� �ザ光101は、熱遮蔽体8のリム8aの上面8bに向け て照射される。このリム上面8bで反射したレ� ��ザ光は、受光手段130で受光される。つぎに� ��引上げ時距離計測手段141では、この引上げ� ��の固定走査位置θ2と、光出射手段110の出射� ��置と、受光手段130の受光位置とに基づいて� ��三角測量の原理により、基準点から熱遮蔽� ��8のリム8aの上面8bまでの距離Sが計測される� ��こうして求められた融液の液面5aまでの距� �LSと熱遮蔽体8のリム8aの上面8bまでの距離Sと 熱遮蔽体8のリム8aの厚さtから、熱遮蔽体・� �面間距離Lが算出される。

(第2の距離計測方法)
 すなわち、図3に示すように、まず、ステッ ピングモータ122が駆動され光走査位置θが引� ��上げ時の位置θ3に位置決めされる。つぎに� ��光出射手段110からレーザ光101が出射される� ��光走査手段120によってレーザ光101は、融液� ��面5aに向けて照射される。融液液面5aで反射 したレーザ光は、熱遮蔽体8のリム8aの下面8c� ��照射され、このリム下面8cで反射したレー� �光は再度融液液面5aに照射され、融液液面5a� ��反射したレーザ光が受光手段130で受光され� ��。つぎに、引上げ時距離計測手段141では、� ��の引上げ時の固定走査位置θ3と、光出射手� ��110の出射位置と、受光手段130の受光位置と� ��基づいて、三角測量の原理により、基準点� ��ら融液5の液面5aまでの距離LSが求められ、� �液液面レベルHが計測される。

 つぎに、ステッピングモータ122が駆動さ� ��光走査位置θが引き上げ時の位置θ4に位置� �めされる。つぎに、光出射手段110からレー� �光101が出射される。光走査手段120によって� �ーザ光101は、熱遮蔽体8のリム8aの上面8bに照 射される。このリム上面8bで反射したレーザ� ��は受光手段130で受光される。つぎに、引上� ��時距離計測手段141では、引上げ時の固定走� ��位置θ4と、光出射手段110の出射位置と、受� ��手段130の受光位置とに基づいて、三角測量� ��原理により、基準点から熱遮蔽体8のリム8a� ��上面8bまでの距離Sが計測される。こうして� ��められた融液5の液面5aまでの距離LSと熱遮� �体8のリム8aの上面8bまでの距離Sと熱遮蔽体8� ��リム8aの厚さtから、熱遮蔽体・液面間距離L が算出される。

(第3の距離計測方法)
 第3の距離計測方法では、図10に示すように� ��レーザ光101が融液5の液面5a、熱遮蔽体8のリ ム8aの側面8dそれぞれで反射する経路を辿る� �うに引上げ時の固定走査位置θ5、θ6が定め� �れる。

 すなわち、図10に示すように、まず、ス� �ッピングモータ122が駆動され光走査位置θが 引上げ時の位置θ5に位置決めされる。つぎに 、光出射手段110からレーザ光101が出射される 。光走査手段120によってレーザ光101は、熱遮 蔽体8のリム8aの側面8dに照射される。このリ� ��側面8dで反射したレーザ光は融液液面5aに照 射され、融液液面5aで反射したレーザ光が受� ��手段130で受光される。つぎに、引上げ時距� ��計測手段141では、この引上げ時の固定走査� ��置θ5と、光出射手段110の出射位置と、受光� ��段130の受光位置とに基づいて、三角測量の� ��理により、基準点から融液5の液面5aまでの� ��離LSが求められ、融液液面レベルHが計測さ� ��る。

 つぎに、ステッピングモータ122が駆動さ� ��光走査位置θが引上げ時の位置θ6に位置決� �される。つぎに、光出射手段110からレーザ� �101が出射される。光走査手段120によってレ� �ザ光101は、熱遮蔽体8のリム8aの上面8bに照射 される。このリム上面8bで反射したレーザ光� ��受光手段130で受光される。つぎに、引上げ� ��距離計測手段141では、引上げ時の固定走査� ��置θ6と、光出射手段110の出射位置と、受光� ��段130の受光位置とに基づいて、三角測量の� ��理により、基準点から熱遮蔽体8のリム8aの� ��面8bまでの距離Sが計測される。こうして求� ��られた融液5の液面5aまでの距離LSと熱遮蔽� �8のリム8aの上面8bまでの距離Sと熱遮蔽体8の� ��ム8aの厚さtから、熱遮蔽体・液面間距離Lが 算出される。

 図10では、レーザ光101が熱遮蔽体8のリム8 aの側面8d、融液5の液面5aの順序で反射する経 路を辿るようにしているが、第3の距離計測� �法の別の方法として、レーザ光101が融液5の� ��面5a、熱遮蔽体8のリム8aの側面8dの順序で反 射する経路を辿るようにしてもよい。

 上記引上げ時の光走査位置θ1、θ2、θ3、� �4、θ5、θ6は、基準となる光走査位置θcから� ��められる。基準となる光走査位置θcは、熱� ��蔽体8のリム8aのエッジ8eである。

 エッジ位置θの位置計測は、図2(図3、図10 )に示す距離計測装置100のコントローラ140で� �われる。

 この位置計測処理は、たとえば各バッチ� ��間、CZ炉2の分解、清掃時、引き上げプロセ� ��の途中などで行われる。

 以下、引上げ時距離計測装置100で行われ� ��エッジ位置θcの位置計測処理について、図7 、図8に示す位置計測アルゴリズム、図9(a)、( b)、(c)を併せ参照して説明する。

 すなわち、まず、第1の距離計測手段142で は、光走査手段120によってレーザ光101をるつ ぼ3の径方向に走査しながら、逐次の光走査� �置と、光出射手段110の出射位置と、受光手� �130の受光位置とに基づいて、三角測量の原� �により、基準点と反射点との距離dが、所定� ��第1の走査間隔δθ1毎に、逐次計測される(図 9(a);ステップ204)。

 つぎに、第1の判断手段143では、第1の距� �計測手段142で計測された距離dが、基準点と� ��液5との距離daに該当する大きさから、基準� ��と熱遮蔽体8のリム8aとの距離dbに該当する� �きさへ変化したことが判断される(ステップ2 05)。

 つぎに、第1の判断手段143によって計測距 離の変化が判断された場合に(ステップ205の� �断YES)、光走査位置θが走査方向Aとは逆方向B に所定量φだけ戻される(図9(a);ステップ210)。 そして、第2の距離計測手段144では、戻され� �光走査位置θrsからレーザ光101を再度走査し� ��がら、逐次の光走査位置と、光出射手段の� ��射位置と、受光手段の受光位置とに基づい� ��、三角測量の原理により、基準点と反射点� ��の距離dが、第1の走査間隔δθ1よりも短い第 2の走査間隔δθ2毎に、逐次計測される(図9(b); ステップ211)。

 つぎに、第2の判断手段145では、第2の距� �計測手段144によって計測された距離dが、基� ��点と融液5との距離daに該当する大きさから� ��基準点と熱遮蔽体8のリム8aとの距離dbに該� �する大きさへ変化したことが判断される(ス� ��ップ212)。

 この結果、計測距離の変化が判断された� ��合に(ステップ212の判断YES)、その変化が判� �された時点の光走査位置θcでレーザ光101が� �遮蔽体8のリム8aのエッジ8eで反射されたと判 定する(図9(c);ステップ217)。

 以下、更に詳細に説明する。

 まず、レーザ光101の走査位置θを走査開� �位置θsに移動させ、位置決めする(図9(c);ス� �ップ201)。

 つぎに、ステッピングモータ122が駆動さ� ��、熱遮蔽体8側方向Aへのレーザ光101の走査� �開始される(ステップ202)。

 レーザ光101の逐次の走査位置θが検出さ� �、逐次の走査位置θが走査開始位置θsに最大 走査幅Wを加えた最終走査位置θeまでの範囲� �であるか否かが判断される(図9(c);ステップ20 3)。

 つぎに、基準点と反射点との距離dが、所 定の第1の走査間隔δθ1毎に、逐次計測される (図9(a);ステップ204)。

 つぎに、計測距離dが予め設定された距離 db-δdからdb+δdまでの範囲内であるか否かを判 断することによって、レーザ光走査位置θが� ��遮蔽体8のエッジ8e近傍に達したか否かが判� ��される。距離db-δd~db+δdは、基準点から熱遮 蔽体8のリム8aまでの距離に相当する大きさに 定められる(図9(c);ステップ205)。

 ステップ203の判断がYESであってステップ2 05の判断がNOである限り、つまりレーザ光走� �位置θが最終走査位置θeに達しておらず熱遮 蔽体8のエッジ8e近傍に達していないと判断さ れている限りは、距離計測(ステップ204)が繰� ��返される。距離計測の間隔δθ1は、ステッ� �203~ステップ204~ステップ205の処理のサイクル タイムとステッピングモータ122の回転速度で 定まる。レーザ光走査位置θが熱遮蔽体8のエ ッジ8e近傍に達するまでの走査区間では、ス� ��ッピングモータ122が高速で回転されレーザ� ��101の走査が高速で行われながら長い走査間� ��δθ1で距離計測が行われる。このため、処� �が高速で行われることになる。

 ただし、レーザ光走査位置θが熱遮蔽体8� ��エッジ8e近傍に達しないと判断されたまま� �終走査位置θeに達すると(ステップ203の判断N O)、エラーメッセージが表示されるなど異常� ��表示がなされ、オペレータに異常が知らし� ��られ(ステップ227)、全処理が終了する。

 これに対して、レーザ光走査位置θが最� �走査位置θeに達しないで熱遮蔽体8のエッジ8 e近傍に達したと判断されると(ステップ205の� ��断YES)、ステッピングモータ122の駆動が一旦 停止され(ステップ206)、レーザ光走査位置θ� �熱遮蔽体8のエッジ8eに達したことを確認す� �ステージ(ステップ207、208、209、225、226)に入 る。

 すなわち、距離dの計測がn回(たとえば20� �)繰り返し行なわれる(ステップ207)。

 つぎに、以下の条件が満たされたか否か� ��判断される。

1) n回計測された各距離dのうちm回(たとえ� ��20回)以上の計測距離dが予め設定された距離 db-δdからdb+δdまでの範囲内にあること。

2) n回の各計測距離dのうち最大値と最小値 との差εが許容計測誤差δε以下であること(� �テップ208)。

 この結果、上記1)、2)の条件が満たされた 場合には(ステップ208の判断YES)、そのときの� ��ーザ光走査位置θを、「仮のエッジ位置」� �判断する(ステップ209)。

 しかし、上記1)、2)の条件が満たされなか った場合には(ステップ208の判断NO)、ステッ� �ングモータ122を最小ステップ、つまり1ステ� ��プ移動させて、距離計測(ステップ207)、判� �処理(ステップ208)を繰り返し行なわせる。

 ステッピングモータ122を最小ステップ(1� �テップ)移動させる毎に、カウント値iが+1イ� ��クリメントされる(ステップ225)。カウント� �iが限度値imaxを超えない限りは(ステップ226� �判断YES)、n回の距離計測(ステップ207)、判断� ��理(ステップ208)が繰り返し行なわれる。し� �し、カウント値iが限度値imaxを超えると(ス� �ップ226の判断NO)、レーザ光101は未だ融液表� �5aあるいは熱遮蔽板8のリム8aの側面8dを照射� ��ている段階であって、レーザ光走査位置θ� �エッジ8aに達したことを確認する段階にはな いとみなし、ステップ203に戻り、長い走査間 隔δθ1での距離計測(ステップ204)を再度行わ� �る。

 さて、上記ステップ209で、レーザ光走査� ��置θが「仮のエッジ位置」と判断された時� �では、レーザ光走査位置θがエッジ8eの実際� ��位置を行き過ぎ、リム8aの上面8bの奥まで達 していることがある(図9(a)参照)。これは、上 述したごとく、レーザ光走査位置θが熱遮蔽� ��8のエッジ8eに達するまでの走査区間では、� ��テッピングモータ122が高速で回転されレー� ��光101の走査が高速で行われながら長い走査� ��隔δθ1で距離計測(ステップ204)が行われたた めである。このため「エッジ位置」と判断さ れる距離計測が行われた時点では、既にレー ザ光走査位置θが実際のエッジ位置を行き過� ��ているおそれがある。

 そこで、かかるレーザ光走査位置θの「� �き過ぎ」を考慮して、上記ステップ209で、� �ーザ光走査位置θが「仮のエッジ位置」と判 断された時点で、光走査位置θが走査方向Aと は逆方向Bに所定量φだけ戻した上で(図9(a);ス テップ210)、上記走査間隔δθ1よりも短い周期 δθ2でレーザ光走査位置θが熱遮蔽体8のエッ� ��8eに達したか否かを詳細に探索するステー� �(ステップ211ないし214)に入る。

 すなわち、レーザ光走査位置θが「仮の� �ッジ位置」であると判断されると(ステップ2 09の判断YES)、ステッピングモータ122が所定の パルス数(たとえば20パルス)だけ逆方向に回� �駆動され、光走査位置θが現在の走査位置か ら走査方向Aとは逆方向B、つまり熱遮蔽体8か ら遠ざかる側の方向Bへ所定量φだけ戻される (図9(a);ステップ210)。

 つぎに距離dの計測が行なわれる(ステッ� �211)。

 つぎに、計測距離dが予め設定された距離 db-δdからdb+δdまでの範囲内であるか否かを判 断することによって、レーザ光走査位置θが� ��遮蔽体8のエッジ8e近傍に達したか否かが判� ��される。距離db-δd~db+δdは、基準点から熱遮 蔽体8のリム8aまでの距離に相当する大きさに 定められる(ステップ212)。

 上記ステップ212の判断がNOであった場合� �は、戻された走査開始位置θrsから熱遮蔽体8 側方向Aへのレーザ光101を最小ステップずつ� �つまりステッピングモータ122を1ステップず� ��移動させて、1ステップずつ、間隔δθ2毎の� ��離計測(図9(b);ステップ211)、判断処理(ステ� �プ212)を繰り返し行なわせる。

 ステッピングモータ122を最小ステップ(1� �テップ)移動させる毎に、カウント値jが+1イ� ��クリメントされる(ステップ213)。カウント� �jの限度値jmaxは、戻された走査開始位置θrs� �ら所定のパルス数(たとえば40パルス)に設定� ��れている(図9(b))。よってカウント値jが限度 値jmax(40パルス)を超えない限りは(ステップ214 の判断YES)、1ステップずつ、間隔δθ2毎の距� �計測(ステップ211)、判断処理(ステップ212)が� ��り返し行なわれる。しかし、カウント値jが 限度値jmax(40パルス)を超えると(ステップ214の 判断NO)、レーザ光101は未だ融液表面5aあるい� ��熱遮蔽板8のリム8aの側面8dを照射している� �階であって、レーザ光走査位置θがエッジ8a� ��達したことを確認する段階にはないとみな� ��、ステップ203に戻り、長い走査間隔δθ1で� �距離計測(ステップ204)を再度行わせる。

 これに対して、レーザ光走査位置θが、� �された操作開始位置θreに上記所定パルス数( 40パルス)に相当する固定値を加えた走査位置 に達しないまま(ステップ214の判断YES)、熱遮� ��体8のエッジ8e近傍に達したと判断されると( ステップ212の判断YES)、レーザ光走査位置θが 熱遮蔽体8のエッジ8eに達したことを確認する ステージ(ステップ215、216、217、218、219、220)� ��入る。

 すなわち、距離dの計測がp回(たとえば20� �)繰り返し行なわれる(ステップ215)。

 つぎに、以下の条件が満たされたか否か� ��判断される。

3) p回計測された各距離dのうちq回(たとえ� ��20回)以上の計測距離dが予め設定された距離 db-δdからdb+δdまでの範囲内にあること。

4) p回の各計測距離dのうち最大値と最小値 との差εが許容計測誤差δε以下であること(� �テップ216)。

 この結果、上記3)、4)の条件が満たされた 場合には(ステップ216の判断YES)、そのときの� ��ーザ光走査位置θを、最終的にエッジ位置� �判断する(ステップ217)。

 しかし、上記3)、4)の条件が満たされなか った場合には(ステップ216の判断NO)、ステッ� �ングモータ122を最小ステップ、つまり1ステ� ��プ移動されて、p回の距離計測(ステップ215)� ��判断処理(ステップ216)が1ステップずつ間隔� �θ2毎に行われる。

 すなわち、ステッピングモータ122を最小� ��テップ(1ステップ)移動させる毎に、カウン� ��値jが+1インクリメントされるとともに、カ� ��ント値kが+1インクリメントされる(ステップ 218)。カウント値jが所定パルス数(40パルス)を 超えず(ステップ219の判断YES)、かつカウント� ��kが限度値kmaxを超えない限りは(ステップ220� ��判断YES)、p回の距離計測(ステップ215)、判断 処理(ステップ216)が間隔δθ2毎に繰り返し行� �われる。しかし、カウント値jが限度値jmax(40 パルス)を超えると(ステップ219の判断NO)、レ� ��ザ光101は未だ融液表面5aあるいは熱遮蔽板8� ��リム8aの側面8dを照射している段階であって 、レーザ光走査位置θがエッジ8aに達したこ� �を確認する段階にはないとみなし、ステッ� �203に戻り、長い走査間隔δθ1での距離計測(� �テップ204)を再度行わせる。また、カウント� ��jが限度値jmax(40パルス)を超えない場合(ステ ップ219の判断YES)であっても、カウント値kが� ��度値kmaxを超えると(ステップ220の判断NO)、� �だレーザ光走査位置θがエッジ8a近傍に達し� ��いないとみなして、ステップ211に戻り、1回 の距離計測(ステップ211)を間隔δθ2毎に行わ� �る。

 上記ステップ217で、レーザ光走査位置θ� �最終的にエッジ位置と判断されると、つぎ� �、上記引上げ時の光走査位置θ1、θ2、θ3、θ 4、θ5、θ6を書き換える処理が行われる。

 すなわち上記ステップ217で、最終的にエ� ��ジ位置と判断された光走査位置θcからB方向 、つまり熱遮蔽体8から遠ざかる結晶10の方向 Bに、予め設定された走査量だけ移動させ、� �走査位置θ1、θ3、θ5に位置決めする(ステッ� ��221)。

 つぎに、光出射手段110からレーザ光101が� ��射されて、基準点から反射点までの距離が� ��測され、融液5の液面5aまでの距離LSが求め� �れる。求められた距離LSは画面に表示される (ステップ222)。

 つぎに、光走査位置θ1、θ3、θ5を書き換� ��るか否かが判断される(ステップ223)。

 光走査位置θ1、θ3、θ5を書き換えると判� ��された場合には、光走査位置θ1、θ3、θ5が� ��回の値から更新されて書き換えられる(ステ ップ224)。

 同様に、上記ステップ217で、レーザ光走� ��位置θが最終的にエッジ位置と判断される� �、最終的にエッジ位置と判断された光走査� �置θcからA方向、つまり結晶10から熱遮蔽体8� ��向う方向Aに、予め設定された走査量だけ移 動させ、光走査位置θ2、θ4、θ6に位置決めす る(ステップ221)。

 つぎに、光出射手段110からレーザ光101が� ��射されて、基準点から反射点までの距離が� ��測され、熱遮蔽体8のリム8aの上面8bまでの� �離Sが求められる。求められた距離Sは画面に 表示される(ステップ222)。

 つぎに、光走査位置θ2、θ4、θ6を書き換� ��るか否かが判断される(ステップ223)。

 光走査位置θ2、θ4、θ6を書き換えると判� ��された場合には、光走査位置θ2、θ4、θ6が� ��回の値から更新されて書き換えられる(ステ ップ224)。

 このようにして書き換えられた光走査位� ��θ1、θ2、θ3、θ4、θ5、θ6は、次回の距離計� ��、つまり上記第1の距離計測方法、第2の距� �計測方法、第3の距離計測方法による距離計� ��に用いられる。すなわち、光走査位置θは� �書き換えられた光走査位置θ1、θ2、θ3、θ4� �θ5、θ6に固定された上で、上記第1の距離計� ��方法、第2の距離計測方法、第3の距離計測� �法による距離計測が行われる。

 つぎに本実施例の効果について説明する� ��

 本実施例によれば、最初の判断で、エッジ� ��置であると判断された時点で、たとえ既に� ��ーザ光101の照射点が、エッジ8eから外れて� �ム8aの上面8bの奥に移動していた場合であっ� ��も、光走査位置θが所定量φだけ戻されるた め、再度、エッジ位置の手前から距離計測を 再開することができる。再度の距離計測は、 最初の距離計測時よりも比較的短い周期δθ2� ��間隔で行われる(図9(a))。このため、再度エ� ��ジ位置であると判断された時点で、レーザ� ��101の照射点は、エッジ8eから外れてリム8aの 上面8bの奥に移動することなく、エッジ8eの� �置を誤差なく計測することができる。 
 図6(b)は、実施例の実験データである。

 図6(b)は、図6(a)の従来の実験データに対� �する図であり、バッチ毎の計測値Sのばらつ� ��を示す実験データである。実験では、バッ� ��毎に、エッジ位置を計測し、バッチ毎に、� ��ッジ位置を基準とする光走査位置θ2、θ4を� ��き換えて、この書き換えられた光走査位置� �2、θ4に固定してレーザ光101を出射して、バ� ��チ毎にS値を計測した。ヒストグラムの横軸 は、S計測値の平均値からの偏差であり、平� �値を0としている。縦軸は、頻度である。同� ��6(b)と図6(a)を対比してわかるように、従来� �あっては、S計測値は、平均値の±3mmの範囲� �S値がばらついていたが、本実施例によると� ��S計測値のばらつきは平均値の±1.5mmの範囲� �収まり、S値のばらつきが極めて良好に抑制� ��れていることがわかる。

 S計測値について述べたが、同様にして、 エッジ位置を基準にして行われる他の距離計 測の値、つまり、熱遮蔽体・融液間距離L、� �液液面レベルHについても、同様にばらつき� ��少なく極めて高精度のものとなる。

 よって、熱遮蔽体・液面間距離Lあるいは 融液液面レベルHの実際の位置をフィードバ� �クして行われるシリコン単結晶引き上げ成� �時の制御を安定して行なえるようになり、� �き上げ成長されるシリコン単結晶10の品質が 安定し、安定したスペックの製品を提供でき るようになる。

 また、エッジ位置θcが正確に求められる� ��め、このエッジ位置θcを基準にしてレーザ� ��101の照射方向を正確に定めて正確に熱遮蔽� ��8のリム8aの上面8bの狙いとする位置にレー� �光101を正確に当てることができるようにな� �とともに、レーザ光101を融液表面5aの狙いと する位置に正確に当てることができるように なる。これにより熱遮蔽体8とシリコン単結� �10との距離Dが狭い場合あるいは熱遮蔽体8の� ��ム8aの上面8bのるつぼ径方向の長さが短い場 合であったとしても、レーザ光101を正確に狙 いとする位置に照射して上記図2に示す第1の� ��離計測方法による計測を容易に行うことが� ��きる。同様に図3に示す第2の距離計測方法� �よる計測を容易に行うことができる。

 とりわけ図10に示す第3の距離計測方法は� ��レーザ光101を融液5の液面5a、熱遮蔽体8のリ ム8aの側面8dそれぞれで反射する経路を辿る� �うに引上げ時の固定走査位置θ5、θ6を定め� �ものであり、非常に狭い熱遮蔽体8のリム8a� �側面8dにレーザ光101を照射しなければならな いため、引上げ時の固定走査位置θ5を正確に 定めてレーザ光10の照射の精度を高める必要� ��ある。この点、本実施例によれば、エッジ� ��置θcが正確に求められるため、このエッジ� ��置θcを基準にして引上げ時の固定走査位置� �5を正確に定めて、それによりレーザ光101の� ��射方向を正確に定めて熱遮蔽体8のリム8aの� ��面8bの狙いとする位置にレーザ光101を正確� �当てることができるようになる。これによ� �非常に狭い熱遮蔽体8のリム8aの側面8dにレー ザ光101を照射しなければならない図10に示す� ��3の距離計測方法であったとしてもレーザ光 101を正確に狙いとする位置に照射できるよう になり、上記図10に示す第3の距離計測方法に よる計測を容易に行うことができる。

 しかも、本実施例によれば、短い間隔δθ 2毎に距離計測を行う区間は、所定量φ(20パル ス)戻された走査開始位置θrsから所定量(40パ� ��ス)に達するまでの僅かな区間であって、そ れ以外では原則として長い間隔δθ1毎に距離� ��測が行われ処理が高速で行われる。このた� ��位置計測処理は全体として高速で行われ短� ��間で済ますことができ位置計測作業を高効� ��で行うことができる。

 上述した実施例に対しては本発明の趣旨� ��変更しない範囲で各処理を変更、削除等し� ��実施が可能である。

 まず、上述した実施例では、レーザ光101� ��、シリコン単結晶10側から熱遮蔽体8に向う� ��向Aに走査させて、計測距離dが、基準点と� �液5との距離daに該当する大きさから、基準� �と熱遮蔽体8のリム8aとの距離dbに該当する大 きさへ変化したか否かを判断するようにして いる(ステップ205、ステップ208、ステップ212� �ステップ216の各判断処理)が、レーザ光101を� ��熱遮蔽体8側からシリコン単結晶10に向う方� ��Bに走査させて、同様の判断を行うようにし てもよい。

 すなわち、レーザ光101を、熱遮蔽体8側か らシリコン単結晶10に向う方向Bに走査させて 、ステップ205、ステップ208、ステップ212、ス テップ216の各判断処理において、計測距離d� �、基準点と熱遮蔽体8のリム8aとの距離dbに該 当する大きさから、基準点と融液5との距離da に該当する大きさへ変化したことを判断する 実施も可能である。この場合、ステップ210で は、光走査位置θが走査方向Bとは逆方向Aに� �定量φだけ戻される処理が行われ、走査間隔 δθ1よりも短い周期δθ2でレーザ光走査位置θ が熱遮蔽体8のエッジ8eに達したか否かを詳細 に探索するステージ(ステップ211ないし214)に� ��ることになる。

 また、上述した実施例では、レーザ光走� ��位置θが熱遮蔽体8のエッジ8eに達したか否� �を詳細に探索するステージ(ステップ211ない� ��214)では、ステッピングモータ122を最小ステ ップ(1ステップ)移動させる毎に、距離dの計� �を行わせ走査間隔δθ1よりも短い周期δθ2で� ��ーザ光走査位置θが熱遮蔽体8のエッジ8eに� �したか否かを判断するようにしている。し� �し、ステッピングモータ122を最小ステップ(1 ステップ)移動させる毎に距離計測、判断処� �を行うというのはあくまでも一例であり、δ θ1よりも短い間隔で距離計測、判断処理を行 うことができるのであれば、ステッピングモ ータ122を2ステップ以上の間隔ごとに距離計� �、判断処理を行わせる実施も可能である。

 また、上述した実施例では、熱遮蔽体8の エッジ8e近傍に達したか否かの判断処理(ステ ップ205)を経て、レーザ光走査位置θが熱遮蔽 体8のエッジ8eに達したことを確認するステー ジ(ステップ207、208、209、225、226)に入り、そ� ��結果、 レーザ光走査位置θが「仮のエッジ 位置」になったと判断された(ステップ209の� �断YES)ならば、走査方向Aとは逆方向Bに所定� �φだけ走査位置θを戻すようにしている(ステ ップ210)。しかし、この場合、レーザ光走査� �置θが熱遮蔽体8のエッジ8eに達したことを確 認するステージ(ステップ207、208、209、225、22 6)の処理を省略し、熱遮蔽体8のエッジ8e近傍� ��達したか否かの判断処理(ステップ205)の結� �、熱遮蔽体8のエッジ8e近傍に達したと判断� �れたならば(ステップ205の判断YES)、その時点 でこれを「仮のエッジ位置」とし、走査方向 Aとは逆方向Bに所定量φだけ戻す処理(ステッ� ��210)に移行させる実施も可能である。

 また、上述した実施例では、光走査位置� �が走査方向Aとは逆方向Bに所定量φだけ戻さ� ��る処理(ステップ210)を経て、走査間隔δθ1よ りも短い周期δθ2でレーザ光走査位置θが熱� �蔽体8のエッジ8eに達したか否かを詳細に探� �するステージ(ステップ211ないし214)に入り、 その結果、レーザ光走査位置θが熱遮蔽体8の エッジ8eに達したと判断された(ステップ212の 判断YES)ならば、レーザ光走査位置θが熱遮蔽 体8のエッジ8eに達したことを確認するステー ジ(ステップ215、216、217、218、219、220)に入り� ��最終的なエッジ位置の判定(ステップ217)を� �うようにしている。しかし、この場合、レ� �ザ光走査位置θが熱遮蔽体8のエッジ8eに達し たことを確認するステージ(ステップ215、216� �217、218、219、220)の処理を省略し、光走査位� ��θが走査方向Aとは逆方向Bに所定量φだけ戻� ��れる処理(ステップ210)を経て、走査間隔δθ1 よりも短い周期δθ2でレーザ光走査位置θが� �遮蔽体8のエッジ8eに達したか否かを詳細に� �索するステージ(ステップ211ないし214)に入り 、その結果、レーザ光走査位置θが熱遮蔽体8 のエッジ8eに達したと判断された(ステップ212 の判断YES)ならば、その時点の走査位置θを最 終的なエッジ位置と判定する(ステップ217)実� ��も可能である。

 また、ステップ211ないし214の処理を省略� ��、光走査位置θが走査方向Aとは逆方向Bに所 定量φだけ戻される処理(ステップ210)を経て� �レーザ光走査位置θが熱遮蔽体8のエッジ8eに 達したことを確認するステージ(ステップ215~) に入り、最終的なエッジ位置を判定する(ス� �ップ217)実施も可能である。この場合、ステ� ��プ219の処理は省略されることになる。

 要するに、本発明としては、第1の走査間 隔δθ1で距離計測を行いながら、第1の判断処 理を行って、その結果、エッジ位置と判断で きる計測距離dの変化が判断された場合に、� �度は光走査位置θを走査方向Aとは逆方向B(あ るいは走査方向Bとは逆方向A)に所定量φ戻し� ��戻された光走査位置θrsからレーザ光101を再 度走査しながら、第1の走査間隔δθ1よりも短 い第2の走査間隔δθ2で距離計測を行いながら 、第2の判断処理を行って、その結果、エッ� �位置と判断できる計測距離dの変化が判断で� ��た場合に、その変化が判断された時点の光� ��査位置θcでレーザ光101が熱遮蔽体8のリム8a� ��エッジ8eで反射されたと最終的に判定でき� �のあれば、その発明の範囲内でいかなる態� �のアルゴリムであっても適用することがで� �る。

 また、実施例では、エッジ位置θcを計測� ��、エッジ位置θcを基準として距離計測を行� ��ための走査位置θ1~θ6を定める場合を想定し た。しかし、これは一例であり、エッジθcを 基準として他の計測を行ってもよい。たとえ ば、エッジ位置θcからシリコン単結晶10側の� ��向Bにレーザ光101を走査して、レーザ光101の 受光出力が変化した時点でシリコン単結晶10� ��到達したと判断して、エッジ8eからシリコ� �単結晶10までの距離、つまり熱遮蔽体・シリ コン単結晶間距離Dを計測する実施も可能で� �る。本実施例によれば、エッジ位置θcが極� �て精度よく計測できるため、エッジ位置θc� �基準として計測される遮蔽体・シリコン単� �晶間距離Dを極めて正確に求めることができ� ��。

 なお、実施例では、半導体単結晶として� ��リコン単結晶を製造する場合を想定して説� ��したが、本発明は、ガリウム砒素などの化� ��物半導体を製造する場合にも同様にして適� ��することができる。また、実施例では、磁� ��印加引上げ法(MCZ法)によってシリコン単結� �10が引き上げられる場合を想定して説明した が、磁場印加することなくシリコン単結晶10� ��引き上げる場合にも当然本発明を適用する� ��とができる。