特許 7272249 単結晶育成方法および単結晶育成装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-05-01

(45)【発行日】2023-05-12

(54)【発明の名称】単結晶育成方法および単結晶育成装置

(51)【国際特許分類】

   C30B 15/26 20060101AFI20230502BHJP

   C30B 29/06 20060101ALI20230502BHJP

【ＦＩ】

C30B15/26

C30B29/06 502Z

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2019217781

(22)【出願日】2019-12-02

(65)【公開番号】P2021088467

(43)【公開日】2021-06-10

【審査請求日】2021-12-13

(73)【特許権者】

【識別番号】302006854

【氏名又は名称】株式会社ＳＵＭＣＯ

(74)【代理人】

【識別番号】110000637

【氏名又は名称】弁理士法人樹之下知的財産事務所

(72)【発明者】

【氏名】色川 真弘

(72)【発明者】

【氏名】木原 亜由美

【審査官】有田 恭子

(56)【参考文献】

【文献】特開平０７－０６９７８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－０５７０９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０３－２８５８８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第０１／０８３８５９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０００－２６４７７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－０６７６２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－１７０７７３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ３０Ｂ １／００－３５／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

チョクラルスキー法により単結晶を育成する単結晶育成方法であって、
光源から出射したレーザ光を、上方からルツボに収容された原料融液の液面に対して照射し、前記原料融液の液面で反射したレーザ光をパルス状に受光する照射受光工程と、
前記照射受光工程における単位時間当たりの前記レーザ光の受光量に基づいて、前記原料融液の液面の形態が正常か否かを判定する判定工程と、を有することを特徴とする単結晶育成方法。

【請求項2】

前記受光量は、前記パルス状に受光したレーザ光の単位時間当たりの受光頻度であることを特徴とする請求項１に記載の単結晶育成方法。

【請求項3】

前記判定工程において、前記単位時間当たりの前記レーザ光の受光量が閾値より低くなった場合に、前記原料融液の液面の形態が正常でないと判定することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の単結晶育成方法。

【請求項4】

前記照射受光工程において、前記単結晶の直径が大きくなった場合に、前記単結晶の縁部と前記原料融液との界面に生じるメニスカスを検知するように、前記光源から出射したレーザ光が前記原料融液の液面に照射される位置を調整することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の単結晶育成方法。

【請求項5】

チョクラルスキー法により単結晶を育成する単結晶育成装置であって、
原料融液が収容されたルツボと、
上方から前記原料融液の液面に対してレーザ光を出射する光源と、
前記原料融液の液面で反射したレーザ光をパルス状に受光する受光部と、
前記受光部における単位時間当たりの前記レーザ光の受光量に基づいて、前記原料融液の液面の形態が正常か否かを判定する判定部と、を有することを特徴とする単結晶育成装置。

【請求項6】

前記受光部で受光されるパルス状のレーザ光は、前記光源からパルス状に出射されたレーザ光、または、前記光源から出射された連続光のレーザ光をシャッターでパルス状にしたレーザ光であることを特徴とする請求項５に記載の単結晶育成装置。

【請求項7】

チャンバ外に配置され、上下方向に移動可能であり、前記光源から下方に出射されたレーザ光を反射して窓部を介して前記チャンバ内に導くとともに前記レーザ光を反射して前記受光部に導く可動ミラーと、
前記チャンバ内に配置され、前記可動ミラーによって前記チャンバ内に導かれた前記レーザ光を前記液面に向けて反射させるともに前記レーザ光を反射して前記窓部を介して前記チャンバ外に導くプリズムミラーと、を有する請求項５または請求項６に記載の単結晶育成装置。

【請求項8】

前記レーザ光は、前記単結晶の直径が大きくなった場合に、前記単結晶の縁部と前記原料融液との界面に生じるメニスカスを検知するように、前記可動ミラーの位置調整がされていることを特徴とする請求項７に記載の単結晶育成装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、チョクラルスキー法により単結晶を育成する単結晶育成方法および単結晶育成装置に関する。

【背景技術】

【0002】

シリコン単結晶などの単結晶の製造方法として、チョクラルスキー法（以下、ＣＺ法という）と呼ばれる方法が知られている。ＣＺ法では、ルツボ内のシリコン融液の液面に種結晶を着液させ、種結晶を上方に引き上げることにより単結晶の製造が行われる。

【0003】

ところで、単結晶の育成中は、より高品質の単結晶を得るなどの目的で、熱遮蔽体とシリコン融液の液面との間のギャップ、育成されるシリコン単結晶の直径など様々なパラメータの監視が行われている。例えば、特許文献１には、シリコン融液の液面のレベルの異常を検知する装置が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開平９－２７８５８６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、特許文献１に記載の装置では、シリコン融液の液面のレベルの異常を検知することはできるが、シリコン融液の液面の形態に何らかの異常が生じた場合は、正常な計測ができなくなる。よって、液面に異常が生じた場合に、その異常を検知できるシステムが望まれている。

【0006】

本発明は、チョクラルスキー法により単結晶を育成するにあたって、ルツボに収容された原料融液の液面の形態が正常か否かを即座に把握することができる単結晶育成方法および単結晶育成装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の単結晶育成方法は、チョクラルスキー法により単結晶を育成する単結晶育成方法であって、光源から出射した出射光を、上方からルツボに収容された原料融液の液面に対して照射し、前記原料融液の液面で反射した反射光を受光する照射受光工程と、前記照射受光工程における前記単位時間当たりの受光量に基づいて、前記原料融液の液面の形態が正常か否かを判定する判定工程と、を有することを特徴とする。

【0008】

前記判定工程において、前記単位時間当たりの受光量が低下して、閾値より低くなった場合に、前記原料融液の液面の形態が正常でないと判定することが好ましい。

【0009】

前記照射受光工程において、前記単結晶の直径が大きくなった場合に、前記単結晶の縁部と前記原料融液との界面に生じるメニスカスを検知するように、前記光源から出射した出射光が前記原料融液の液面に照射される位置を調整する構成としてもよい。
なお、メニスカスとは、単結晶の縁部と原料融液との界面において表面張力により生じる湾曲した液面形態である。

【0010】

本発明の単結晶育成装置は、チョクラルスキー法により単結晶を育成する単結晶育成装置であって、原料融液が収容されたルツボと、上方から前記原料融液の液面に対して出射光を出射する光源と、前記原料融液の液面で反射した反射光を受光する受光部と、前記受光部における前記単位時間当たりの受光量に基づいて、前記原料融液の液面の形態が正常か否かを判定する判定部と、を有することを特徴とする。

【0011】

上記単結晶育成装置において、チャンバ外に配置され、上下方向に移動可能であり、前記光源から下方に出射された出射光を反射して窓部を介して前記チャンバ内に導くとともに前記反射光を反射して前記受光部に導く可動ミラーと、前記チャンバ内に配置され、前記可動ミラーによって前記チャンバ内に導かれた前記出射光を前記液面に向けて反射させるともに前記反射光を反射して前記窓部を介して前記チャンバ外に導くプリズムミラーと、を有する構成としてもよい。

【0012】

上記単結晶育成装置において、前記出射光は、前記単結晶の直径が大きくなった場合に、前記単結晶の縁部と前記原料融液との界面に生じるメニスカスを検知するように、前記可動ミラーの位置調整がされている構成としてもよい。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、受光量に基づいて原料融液の液面の形態が正常か否かを判定することによって、原料融液の液面の状態を即座に把握することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明の実施形態の引き上げ装置の概略断面図である。

【図2】本発明の実施形態の液面形態判定装置を図１とは異なる方向から見た概略図である。

【図3】可動ミラーの上下移動について説明する図である。

【図4】シリコン単結晶とレーザ光との位置関係を説明する概略図である。

【図5】シリコン単結晶の径の拡大により、レーザ光とメニスカスとが干渉した様子を説明する概略図である。

【図6】本発明の実施形態の単結晶育成方法のフローチャートである。

【図7】シリコン単結晶の直径と、受光頻度との関係を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。
〔引き上げ装置〕
図１は、本発明の実施形態に係る引き上げ装置１の概略断面図である。図２は、引き上げ装置１に設けられている液面形態判定装置１２を図１とは異なる方向から見た概略図である。図中には、構造の理解の容易化のため、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸を示す（他の図においても同様とする。）。Ｘ軸およびＹ軸は水平方向に対応し、Ｚ軸は鉛直方向に対応する。
なお、図１は、液面形態判定装置１２のレーザ光Ｌの軌跡を側方（Ｙ軸に沿う方向）から見た図であり、図２は、レーザ光Ｌの軌跡を正面（Ｘ軸に沿う方向）から見た図である。また、図１においては、可動ミラー１６とプリズムミラー１７によりレーザ光Ｌが案内されているが、図２では、可動ミラー１６とプリズムミラー１７は省略している。

【0016】

引き上げ装置１は、チョクラルスキー法によりシリコン単結晶Ｓを引き上げ、育成を行う装置である。図１に示されるように、引き上げ装置１は、外郭を構成するチャンバ２と、チャンバ２の中心部に配置されるルツボ３と、ヒーター４と、液面形態判定装置１２と、を備えている。

【0017】

ルツボ３は、鉛直方向上方から見て円形をなし、シリコン融液Ｍ（原料融液）が貯留される容器である。ルツボ３は、内側の石英ルツボ３Ａと、外側の黒鉛ルツボ３Ｂとから構成される二重構造である。ルツボ３は、回転および昇降が可能でＺ軸に沿って延びる支持軸５の上端部に固定されている。

【0018】

ヒーター４は、ルツボ３内のシリコン融液Ｍを加熱する加熱装置である。ヒーター４は、円筒形状をなし、ルツボ３の外側においてルツボ３の中心軸Ａと同軸状に配置されている。ヒーター４は、抵抗加熱式の所謂カーボンヒーターである。ヒーター４の外側には、チャンバ２の内面に沿って断熱材６が設けられている。

【0019】

ルツボ３の上方には、支持軸５と同軸上に引き上げ軸７が配置されている。引き上げ軸７は、ワイヤなどによって形成されている。引き上げ軸７は、軸回りに時計回りまたは反時計回りに所定の速度で回転する。引き上げ軸７の下端には種結晶ＳＣが取り付けられている。引き上げ軸７は、種結晶ＳＣ（シリコン単結晶Ｓ）を、鉛直方向上方から見て時計回りまたは反時計回りに回転させる。

【0020】

チャンバ２内には、熱遮蔽体８が配置されている。熱遮蔽体８は、略円錐筒状をなし、ルツボ３内のシリコン融液Ｍの上方で育成中のシリコン単結晶Ｓを囲む。
熱遮蔽体８は、育成中のシリコン単結晶Ｓに対して、ルツボ３内のシリコン融液Ｍやヒーター４やルツボ３の側壁からの高温の輻射熱を遮断する。熱遮蔽体８は、結晶成長界面である固液界面の近傍に対しては、外部への熱の拡散を抑制し、単結晶中心部および単結晶外周部の引き上げ軸方向の温度勾配を制御する役割を担う。

【0021】

チャンバ２の上部には、ガス導入口１０が設けられている。ガス導入口１０は、アルゴンガスなどの不活性ガスＧをチャンバ２内に導入する。チャンバ２の下部には、排気口１１が設けられている。排気口１１は、図示しない真空ポンプの駆動により、チャンバ２内の気体を吸引して排出する。ガス導入口１０からチャンバ２内に導入された不活性ガスＧは、育成中のシリコン単結晶Ｓと熱遮蔽体８との間を下降する。次いで、不活性ガスＧは、熱遮蔽体８の下端とシリコン融液Ｍの液面との隙間を経た後、熱遮蔽体８の外側、さらにルツボ３の外側に向けて流れる。その後、不活性ガスＧは、ルツボ３の外側を下降し、排気口１１から排出される。

【0022】

〔液面形態判定装置〕
液面形態判定装置１２は、シリコン融液Ｍの液面ＭＡの形態を判定する装置である。具体的には、液面形態判定装置１２は、液面ＭＡに波のように起伏が生じている形態など、液面ＭＡの形態が正常ではない形態となったことを判定することができる装置である。
本発明の液面形態判定装置１２は、光源から出射した出射光を液面ＭＡで反射させ、受光装置で反射光を受光できるか否かを判定材料として液面ＭＡの形態が正常か否かを判定する。
ここで、シリコン融液Ｍの液面ＭＡの形態が正常でないとは、単結晶の育成に何らかの異常があり、正常に単結晶の育成が行われた場合には認められない液面ＭＡの形態となっていることを言う。例えば、液面ＭＡに波のような起伏が生じている形態が挙げられる。また、他の正常でない例としては、単結晶の育成に何らかの異常があり、正常に単結晶の育成が行われた場合には認められない、液面ＭＡが湾曲した形態あるいは液面ＭＡが傾斜した形態といった形態が挙げられる。また、単結晶の育成に何らかの異常がある具体的な例としては、装置の不具合により結晶直径の設定値を逸脱して結晶直径が大きくなること、ルツボ回転数の設定値を逸脱してルツボが回転すること、軸振れしてルツボが回転することが挙げられる。また、ヒューマンエラーにより作業者が設定した結晶直径の設定値や、ルツボ回転数の設定値が正しくない場合も挙げられ、さらに自然災害により単結晶の育成に支障が生じた場合、例えば、地震によりルツボ内融液が大きく揺れる場合も挙げられる。

【0023】

図１および図２に示されるように、液面形態判定装置１２は、出射受光ユニット１３と、可動ミラー１６と、プリズムミラー１７と、制御装置２０と、表示装置２３と、を有する。図２において液面ＭＡへのレーザ光Ｌの入射角度θ１および反射角度θ２は、大きくして示しており、実際には角度θ１,θ２は５°以下の小さな角度である。すなわち、レーザ光Ｌは、液面ＭＡに対して上方から垂直あるいは略垂直に照射される。

【0024】

出射受光ユニット１３は、チャンバ２外に配置され、レーザ光Ｌを出射および受光するユニットである。出射受光ユニット１３は、レーザ光Ｌ１（出射光）を出射する出射装置１４と、レーザ光Ｌ２（反射光）を受光する受光装置１５（受光部）と、を有する。
受光装置１５は、入射してきたレーザ光Ｌ２を集光するレンズ１８と、集光したレーザ光Ｌ２を検出するセンサ１９と、を有する。

【0025】

出射装置１４は、例えば、光源として波長が４００ｎｍ～５５０ｎｍのレーザ光源を用いた装置である。このように、炉内から発生する黄色、赤色、近赤外波長のゴースト光の波長とは大きく異なるレーザ光源を用いることによって、ゴースト光の影響を受けにくくすることができる。出射装置１４は、連続光のみならず、パルス状のレーザ光を出射することができる。

【0026】

受光装置１５のセンサ１９として、ＣＣＤセンサなどの撮像素子を使用した場合、相対受光感度を向上させることができる。
レーザ光源の代替として、キセノン、水銀、ハロゲンなどの一般的な光源あるいはナトリウム線などの単一波長光源を用いることもできる。

【0027】

可動ミラー１６とプリズムミラー１７は、出射装置１４から出射されたレーザ光Ｌ１を液面ＭＡに導くとともに、液面ＭＡで反射したレーザ光Ｌ２を受光装置１５に導くミラーである。
可動ミラー１６は、チャンバ２外に配置されており、回動および昇降が可能なミラーである。
可動ミラー１６を反射面１６Ｂに沿って水平方向に延びる軸１６Ａを中心に回動させる（図１の矢印Ｒ）ことによって、レーザ光Ｌの光路の角度を変更することができる。

【0028】

図３は、可動ミラー１６の昇降（上下方向の移動）について説明する図である。図３に示されるように、可動ミラー１６を上方に移動（図３の矢印Ｕ）させることによって、レーザ光Ｌの光路をシリコン単結晶Ｓの径方向外側に移動させることができる（移動前の光路を実線で、移動後の光路を二点鎖線で示す。）。
なお、本実施形態の可動ミラー１６は、回動および昇降が可能な構成となっているが、光路を調整できればこれに限ることはなく、その他の機構を用いてもよい。また、光路を移動させる必要がなければ、固定のミラーを採用してもよい。

【0029】

プリズムミラー１７は、チャンバ２内に配置され、窓部２Ａから入射されたレーザ光Ｌ１を液面ＭＡに向けて反射させるとともに、液面ＭＡから反射したレーザ光Ｌ２を窓部２Ａを介して炉外に導くミラーである。

【0030】

液面形態判定装置１２は、出射装置１４から出射されたレーザ光Ｌ１が可動ミラー１６およびプリズムミラー１７で反射して液面ＭＡに照射された後、反射光がプリズムミラー１７および可動ミラー１６で反射して受光装置１５のセンサ１９に受光されるように構成されている。
具体的には、液面形態判定装置１２の各構成要素は、シリコン融液Ｍの液面ＭＡが略平面である場合に、出射装置１４から出射されたレーザ光Ｌが受光装置１５で受光されるように位置調整されている。液面形態判定装置１２の各構成要素がこのように調整されている場合、シリコン融液Ｍの液面ＭＡが、略平面状でない場合は、レーザ光Ｌの反射光の方向が変化して受光装置１５はレーザ光Ｌを受光しない。略平面状でない形態は、例えば、波のように起伏が生じている形態や、シリコン単結晶Ｓの縁部と液面ＭＡとの界面に形成されるメニスカスＭｅが生じている形態を含む。

【0031】

なお、メニスカスＭｅとは、シリコン単結晶Ｓの縁部とシリコン融液Ｍとの界面において表面張力により生じる湾曲した液面形態である。
また、シリコン融液Ｍの液面ＭＡの傾斜が通常の傾斜でない場合、例えば、シリコン融液Ｍの液面ＭＡが水平面であることが通常であり正常である場合に、液面ＭＡが傾斜面になった場合もレーザ光Ｌの反射光の方向が変化して受光装置１５はレーザ光Ｌを受光しない。

【0032】

図１に示されるように、制御装置２０は、出射装置１４、可動ミラー１６などを制御する装置制御部２１と、判定部２２とを有する。
装置制御部２１は、単位時間当たり所定回数（例えば、１０００パルス／秒）のパルス状のレーザ光Ｌを出射させるよう、出射装置１４を制御する機能を有する。
判定部２２は、受光装置１５と電気的に接続されており、例えば、単位時間当たりに受光装置１５がレーザ光Ｌ（反射光）を受光する受光量を監視する機能を有する。
上記は、パルス状のレーザ光Ｌを用いた場合であるが、連続光のレーザ光Ｌを用いても構わない。また、連続光のレーザ光Ｌを用いる場合に、出射装置１４あるいは受光装置１５に高速で開閉するシャッター（例えば、１０００回の開閉／秒）を設置して、受光装置１５で受光されるレーザ光Ｌを、見かけ上、パルス状にしても構わない。

【0033】

判定部２２は、監視されるレーザ光Ｌの単位時間当たりの受光量の低下に基づいてシリコン融液Ｍの液面ＭＡの形態が正常か否かを判定する機能を有する。判定部２２は、受光量が設定された閾値（例えば、レーザ光の出射量の２０％）より低くなった場合に、シリコン融液Ｍの液面ＭＡの形態が正常でないと判定し、表示装置２３に、例えば、「受光量低下」などの文字情報を表示させて、作業者に警報を発する。
なお、受光量の閾値は、レーザ光の出射量を基準にして設定され、必ずレーザ光の出射量よりも小さな値に設定されるが、受光装置１５が受光する光の中にはノイズも含まれるため、閾値をレーザ光の出射量の０％とすることは好ましくない。

【0034】

一方、パルス状のレーザ光Ｌ、あるいは、見かけ上のパルス状のレーザ光Ｌを用いる場合、受光したレーザ光Ｌの単位時間当たりの受光頻度（パルスのカウント数）を受光量としても構わない。
例えば、出射頻度が１０００パルス／秒のパルス状のレーザ光Ｌを用いた場合、受光頻度が２００回／秒より低くなった場合に「受光量低下」と表示するように設定することができる。

【0035】

本実施形態の液面形態判定装置１２は、シリコン単結晶Ｓの縁部とシリコン融液Ｍとの界面に生じるメニスカスＭｅを検出するように構成されている。具体的には、液面形態判定装置１２は、シリコン単結晶Ｓの直径が、作業者によって設定された設定値より大きくなった場合に、メニスカスＭｅを検知するように、出射装置１４から出射したレーザ光Ｌがシリコン融液Ｍの液面ＭＡに照射される位置が調整されている。
すなわち、本実施形態の液面形態判定装置１２は、レーザ光Ｌが湾曲したメニスカスＭｅに照射されることにより、レーザ光Ｌの受光量が低下するのを利用して、シリコン単結晶Ｓの直径を監視する。

【0036】

図４に示されるように、作業者は、所望の直径とされたシリコン単結晶Ｓの径方向外側であって、所望の直径とされたシリコン単結晶Ｓの外周面との距離が、例えば１０ｍｍの位置にレーザ光Ｌが照射されるように可動ミラー１６を調整する。
本実施形態の引き上げ装置１は、シリコン単結晶Ｓの直径が３００ｍｍ（半径１５０ｍｍ）となるように調整されている。これに対応して、液面形態判定装置１２を、レーザ光Ｌがシリコン単結晶Ｓの中心軸Ａから１６０ｍｍ離れた液面ＭＡ上で反射するように位置調整する。シリコン単結晶Ｓの直径は、３００ｍｍに限らず、適宜設定を変更することができる。

【0037】

このように、引き上げ装置１および液面形態判定装置１２を設定すると、図４に示されるように、シリコン単結晶Ｓの直径が正しく３００ｍｍであると、出射装置１４から出射されたレーザ光Ｌは、略平面状の液面ＭＡで反射し、受光装置１５によって受光される。すなわち、レーザ光Ｌは、メニスカスＭｅの影響を受けることなく、平面状の液面ＭＡで反射する。メニスカスＭｅの径方向の幅は、５ｍｍとする。

【0038】

一方で、何らかの原因で引き上げ中にシリコン単結晶Ｓの直径が変動し、３１０ｍｍより大きくなる（シリコン単結晶Ｓの直径が１０ｍｍ大きくなる）と、図５に示されるように、シリコン単結晶Ｓの縁部とシリコン融液Ｍとの界面に生じるメニスカスＭｅが径方向外側に移動し、レーザ光ＬはメニスカスＭｅと干渉する。
これにより、レーザ光Ｌは通常とは異なる方向に反射し、受光装置１５によって受光されなくなり、判定部２２によって監視されるレーザ光Ｌの受光量が低下する。

【0039】

次に、具体的なシリコン単結晶Ｓの育成方法について説明する。
ＣＺ法によるシリコン単結晶Ｓの引き上げは、ルツボ３内に投入されたシリコンを加熱して融液状態とし、シリコン融液Ｍに種結晶ＳＣを着床させ、引き上げ軸７により種結晶ＳＣを上方に引き上げることにより行われる。

【0040】

図６に示すように、本実施形態の単結晶育成方法は、レーザ光Ｌを照射および受光する照射受光工程Ｓ１と、液面ＭＡの形態を判定する判定工程Ｓ２と、表示工程Ｓ３と、を有する。

【0041】

照射受光工程Ｓ１は、出射装置１４から出射したレーザ光Ｌをミラー１６，１７を介してシリコン融液Ｍの液面ＭＡに対して単位時間当たりに所定回数照射するとともに、液面ＭＡで反射した反射光を受光する工程である。
判定工程Ｓ２は、照射受光工程Ｓ１における単位時間当たりの受光量に基づいて、シリコン融液Ｍの形態を判定する工程である。
表示工程Ｓ３では、判定部２２は、受光量が設定された閾値より低くなった場合に、表示装置２３に「受光量低下」と表示する。本実施形態の液面形態判定装置１２は、シリコン単結晶Ｓの縁部とシリコン融液Ｍとの界面に生じるメニスカスＭｅを検出するように構成されているため、作業者は、シリコン単結晶Ｓの直径が所望の直径よりも大きくなっていることを把握することができる。

【0042】

図７は、図示しない光学式の直径測定装置によって測定されたシリコン単結晶Ｓの直径と、レーザ光Ｌの受光頻度（受光量）との関係を示すグラフである。図７において、横軸は、シリコン単結晶Ｓの直径の設定値（例えば、３１０ｍｍ）に対する相対値であり、縦軸は受光装置１５の受光回数である。レーザ光Ｌは、１０００パルス／秒のパルス状であり、受光回数は、５秒間に受光装置１５がレーザ光Ｌを受光した回数である。従って、５秒間の出射回数は、５０００パルスである。

【0043】

図７からわかるように、シリコン単結晶Ｓの直径が設定値（３１０ｍｍ）よりも小さい場合は、受光頻度が高く、設定値の前後で受光回数が１０００回以下となり、受光頻度が２０％以下となっていることがわかる。この結果から、液面形態判定装置１２を用いてシリコン単結晶Ｓの直径が所定の値を超えたことを判定することができることがわかる。

【0044】

上記実施形態によれば、液面形態判定装置１２を用いて、シリコン融液Ｍの液面ＭＡが略平面状ではない形態となったことを判定することによって、シリコン単結晶Ｓの直径が所定の値を超えたことを判定することができる。
また、受光量を判定材料とすることによって、シリコン単結晶Ｓの直径の増加を即座に把握することができる。

【0045】

また、レーザ光Ｌをチャンバ２内に導くミラーとして昇降可能な可動ミラー１６とプリズムミラー１７を採用したことによって、レーザ光Ｌの光路の径方向の位置を自在に調整することができる。これにより、様々直径のシリコン単結晶Ｓに対応した液面形態判定装置１２とすることができる。

【0046】

〔別の実施形態〕
上記実施形態では、液面形態判定装置１２を用いて、シリコン単結晶Ｓの直径を監視しているが、これに限ることはない。例えば、液面形態判定装置１２を用いて、ルツボ３の回転に伴う液面ＭＡの揺らぎを監視する構成としてもよい。
このような構成によれば、ルツボ３の回転不良などを即座に把握することができる。

【0047】

なお、本発明は上記実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の改良ならびに設計の変更などが可能である。
例えば、上記実施形態では、引き上げ装置１を用いてシリコン単結晶Ｓを製造したが、これに限ることはない。例えば、ルツボにゲルマニウム融液を収容してゲルマニウム単結晶を製造してもよい。

【符号の説明】

【0048】

１…引き上げ装置、２…チャンバ、３…ルツボ、４…ヒーター、５…支持軸、６…断熱材、７…引き上げ軸、８…熱遮蔽体、１０…ガス導入口、１１…排気口、１２…液面形態判定装置、１３…出射受光ユニット、１４…出射装置（光源）、１５…受光装置、１６…可動ミラー、１７…プリズムミラー、１８…レンズ、１９…センサ、２０…制御装置、２１…装置制御部、２２…監視部、２３…表示装置、Ａ…中心軸、Ｌ…レーザ光、Ｍ…シリコン融液、ＭＡ…液面、Ｍｅ…メニスカス、Ｓ…シリコン単結晶、ＳＣ…種結晶。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】