單晶的制造方法和制造裝置與流程

本發明涉及單晶的制造方法和制造裝置，特別地，涉及在基于czochralski法(以下稱為“cz法”)的硅單晶的提拉工序中測量其晶體直徑的方法、以及采用其的單晶制造裝置。

背景技術：

成為半導體設備的基板材料的硅單晶大多通過cz法來制造。cz法中，將籽晶浸漬在容納于石英坩堝內的硅融液中，在使籽晶和坩堝旋轉的同時緩慢提拉籽晶，由此在籽晶的下端生長出大直徑的單晶。

為了切實地從一根硅單晶獲得規定直徑的硅片，重要的是抑制硅單晶的直徑變動。為了將硅單晶的直徑控制為恒定，需要在提拉過程中測量單晶的直徑，并基于測量結果來控制提拉條件從而使晶體直徑達到恒定。專利文獻1中記載了下述方法：用二維照相機拍攝提拉過程中的單晶直徑，在單晶與融液面的交界部產生熔融環，由與所述熔融環相交叉的掃描線上的兩個亮度峰之間的距離求出直徑的方法。此外，記載了通過在頸部基于二維測量法對圖像數據進行處理、并且在主體部基于一維測量法對圖像數據進行處理，從而遍及單晶生長的整個工序以良好的精度進行直徑控制。

預先在石英坩堝周圍設置加熱器，石英坩堝內的硅融液通過來自加熱器的輻射熱而被加熱，從而維持其熔融狀態。加熱器具有圓筒狀的外觀，更詳細而言，例如如專利文獻2、3中所記載那樣，通過使細長的帶狀構件沿上下蛇形彎曲并在圓周方向上延展，從而形成圓筒狀的外觀。

圖12為示出加熱器的結構的圖，(a)為簡略立體圖，(b)為側面的示意圖。

如圖12(a)所示，圓筒狀的加熱器15的圓周方向上交替配置有從上端朝向下方的縫15a以及從下端朝向上方的縫15b。因此，圓筒狀的加熱器15具有沿上下方向蛇形彎曲且在圓周方向上延伸的一根電流路徑，且在加熱器15的上端或下端設有折返的u字狀拐角。加熱器15具有這樣的形狀時，如圖12(b)所示，在上端拐角和下端拐角處電流集中從而使該部分的發熱變大，輻射光變強，另一方面，由于在其兩側存在縫，從該部分不產生輻射光，因此在圓周方向上產生光的強弱。

另一方面，測量單晶直徑時所參照的熔融環為在單晶與融液面的交界部形成的環狀高亮度區域，是在單晶與融液面的交界部形成的融液的折射面(彎月面)所反射的光，因此，如果來自加熱器15的這樣的光入射至彎月面，則熔融環的圓周方向的亮度分布中也產生強弱。即，由于來自加熱器15的輻射光，導致所產生的熔融環具有受到強輻射光影響的高亮度部分、和受到弱輻射光影響的低亮度部分，熔融環的圓周方向的亮度分布中產生不均勻。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特開2004-149368號公報

專利文獻2：日本特開平11-139895號公報

專利文獻3：日本特開平2005-179099號公報。

技術實現要素：

發明要解決的課題

然而，以往的硅單晶的直徑測量方法由于進行直徑測量而未考慮到因如上所述的加熱器15的結構而引起的熔融環亮度分布的不均勻的影響，因此存在直徑測量誤差變大的情況。即，采用受到來自加熱器15的強輻射光的影響的熔融環的高亮度部分來求出晶體直徑時，會測量到比原本的晶體直徑更大的直徑，基于該測量直徑進行直徑控制時，實際培育的單晶的直徑變得比目標直徑小。

因此，本發明的目的在于，提供下述單晶的制造方法和制造裝置，其在單晶的提拉工序中測量其直徑時，能夠正確地測量晶體直徑而不受來自加熱器的輻射光強弱的影響。

用于解決課題的手段

為了解決上述課題，根據本發明所述的單晶的制造方法的特征在于，基于czochralski法的單晶的提拉工序中，用照相機拍攝前述單晶與融液面的分界部的圖像，將在前述分界部出現的熔融環的圓周方向的最高亮度分布中至少小于最大值的值設定為閾值，將前述最高亮度分布中最高亮度達到前述閾值以下的區域指定為直徑測量區域，對提拉中的單晶進行直徑測量處理。根據本發明，在單晶的提拉工序中測量其直徑時，能夠正確地測量晶體直徑而不受來自加熱器的輻射光強弱的影響。

此外，根據本發明所述的單晶制造裝置的特征在于，具備：

承載融液的坩堝、

加熱前述融液的加熱器、

從前述融液中提拉單晶的提拉軸、

控制前述坩堝的上下方向的位置的坩堝升降機構、

拍攝前述單晶與前述融液的分界部的圖像的照相機、

對用前述照相機拍攝的圖像進行處理的圖像處理部、以及

控制前述加熱器、前述提拉軸和前述坩堝升降機構的控制部；

前述圖像處理部將在前述分界部出現的熔融環的圓周方向的最高亮度分布中至少小于最大值的值設定為閾值，將前述最高亮度分布中最高亮度達到閾值以下的區域指定為直徑測量區域，對提拉中的單晶進行直徑測量處理。

本發明中，前述照相機的拍攝圖像是以與前述單晶的提拉軸方向相正交的方向作為行方向、且以與前述提拉軸方向相平行的方向作為列方向的二維圖像，前述直徑測量處理優選為在前述直徑測量區域中設定至少一根與前述熔融環相交差且沿前述行方向延伸的測定線，由前述熔融環與前述測定線的交點位置求出前述單晶的直徑。根據該方法，可以正確且容易地由拍攝圖像中的熔融環求出單晶的直徑。

本發明中，優選在前述拍攝圖像的各行的最高亮度中具有前述閾值以下的最高亮度的行上設定前述測定線。由此，能夠擴大直徑測量區域的范圍，能夠提高測定線的設定位置的自由度。此外，可以設定兩根以上的測定線。

本發明中，優選在前述拍攝圖像的各行的最高亮度中具有該最高亮度的最小值的行上設定前述測定線。由此，能夠將來自加熱器的強輻射光的影響最小的區域指定為直徑測量區域，能夠使直徑測量誤差非常小。

本發明中，優選將前述拍攝圖像在前述列方向上進行分割，在多個分割區域的每一個中，選擇該分割區域內的各行的最高亮度中具有該最高亮度的最小值的行，在選自前述多個分割區域的每一個中的多個行中的至少一個上設定前述測定線。由此，能夠抑制亮度分布異常的影響，從而提高測定線的設定可靠性。此外，可以設定兩根以上的測定線。

本發明中，優選將前述拍攝圖像在前述列方向上進行分割，在多個分割區域的每一個中，選擇該分割區域內的各行的最高亮度的平均值中該平均值達到最小的分割區域，在該所選擇的分割區域內設定前述測定線。像這樣，從在列方向上分割的拍攝圖像的多個分割區域中選擇應設定測定線的分割區域時，通過使用各分割區域內的各行的最高亮度的平均值，從而能夠抑制亮度分布異常的影響，提高測定線的設定可靠性。

本發明中，優選在具有前述各行的最高亮度的極大值的行上設定分割線從而對前述拍攝圖像進行分割。由此，設定多個測定線時，能夠挑選出越過最高亮度分布的峰而遠離的兩個最高亮度的最小值，能夠拉開兩根測定線間的間隔。

本發明中，優選從設定于前述單晶的提拉軸的延長線上的原點起分別設定相隔第一距離和第二距離的第一測定線和第二測定線，計算前述第一測定線與前述熔融環的兩個交點間的第一間隔，計算前述第二測定線與前述熔融環的兩個交點間的第二間隔，基于前述第一間隔和第二間隔、以及第一距離和第二距離，從而計算位于前述提拉軸的延長線上的前述熔融環的中心位置。通過這樣的方式，能夠由熔融環的一部分求出其中心位置，能夠使用該中心位置正確地求出晶體直徑。

發明效果

根據本發明，能夠提供下述單晶的制造方法和制造裝置，其能夠正確地在單晶的提拉工序中測量晶體直徑而不受來自加熱器的輻射光強弱的影響。

附圖說明

圖1是示意性地示出根據本發明的實施方式所述的單晶制造裝置的構成的側面截面圖。

圖2是示出根據本實施方式所述的硅單晶的制造工序的流程圖。

圖3是示出硅單晶錠的形狀的簡略截面圖。

圖4是示意性地示出用ccd照相機20拍攝的單晶3與融液2的分界部的圖像的立體圖。

圖5是用于說明計算熔融環4的直徑r的示意圖。

圖6是用于針對熔融環的亮度分布進行說明的圖，各自示出的是：(a)為拍攝圖像，(b)為示出y軸方向(列方向)的亮度分布的圖，(c)為示出x軸方向(行方向)的亮度分布的圖。

圖7為用于說明測定線的設定方法的第1例的圖。

圖8為用于說明測定線的設定方法的第2例的圖。

圖9為用于說明測定線的設定方法的第3例的圖。

圖10為用于說明測定線的設定方法的第4例的圖。

圖11為示出根據實施例和比較例所述的單晶的直徑變動的圖。

圖12是示出加熱器的結構的圖，(a)為簡略立體圖，(b)為側面的示意圖。

具體實施方式

以下，參照附圖，并針對本發明的優選實施方式進行詳細的說明。

圖1是示意性地示出根據本發明的實施方式所述的單晶制造裝置的構成的側面截面圖。

如圖1所示，單晶制造裝置1具備水冷式的室10、室10內保持硅融液2的石英坩堝11、保持石英坩堝11的石墨坩堝12、支承石墨坩堝12的旋轉軸13、驅動旋轉軸13進行旋轉和升降的軸驅動機構14、配置于石墨坩堝12的周圍的加熱器15、位于加熱器15的外側且沿著室10的內面進行配置的隔熱材料16、配置于石英坩堝11上方的熱遮蔽體17、位于石英坩堝11的上方且在配置于與旋轉軸13同軸上的單晶提拉用的絲18、以及配置于室10的上方的絲卷取機構19。

室10由主室10a、以及連接于主室10a的上部開口的細長圓筒狀的拉起室10b而構成，在主室10a內設有石英坩堝11、石墨坩堝12、加熱器15、和熱遮蔽體17。拉起室10b中，設有用于向室10內導入氬氣等惰性氣體(吹掃氣體)、摻雜物氣體的氣體導入口10c，在主室10a的下部設有用于排出室10內的氛圍氣體的氣體排出口10d。此外，在主室10a的上部設有觀察窗10e，從觀察窗10e能夠觀察硅單晶3的培育狀況。

石英坩堝11為具有圓筒狀的側壁部和彎曲的底部的石英玻璃制容器。石墨坩堝12為了維持因加熱而軟化的石英坩堝11的形狀而密合于石英坩堝11的外表面，從而以包住石英坩堝11的方式將其保持。石英坩堝11和石墨坩堝12構成在室10內承載硅融液的雙重結構的坩堝。

石墨坩堝12被固定于旋轉軸13的上端部，旋轉軸13的下端部貫穿室10的底部并與設置于室10的外側的軸驅動機構14相連接。石墨坩堝12、旋轉軸13和軸驅動機構14構成石英坩堝11的旋轉機構和升降機構。

加熱器15為了將填充于石英坩堝11內的硅原料熔解從而生成硅融液2而使用，并且還為了維持硅融液2的熔融狀態而使用。加熱器15為碳制的電阻加熱式加熱器，以包圍石墨坩堝12內的石英坩堝11的方式進行設置。進一步，在加熱器15的外側上，以包圍加熱器15的方式設置隔熱材料16，由此提高室10內的保溫性。

如圖12所示，加熱器15通過使細長的帶狀構件沿上下蛇形彎曲并在圓周方向上延展，從而形成圓筒狀的外觀，因此，來自加熱器15的輻射光的強度在圓周方向上具有強弱。如果來自加熱器的這樣的光入射至彎月面，則在熔融環的圓周方向的亮度分布中也會產生不均勻。即，熔融環變得具有受到來自加熱器的強輻射光影響的高亮度部分、和受到來自加熱器的弱輻射光影響的低亮度部分，這樣的亮度分布的不均勻成為直徑測量誤差的原因。

設置熱遮蔽體17，從而抑制硅融液2的溫度變動而在晶體生長界面附近形成適當的熱區，并且防止因來自加熱器15和石英坩堝11的輻射熱而導致的硅單晶3的加熱。熱遮蔽體17為石墨制構件，其覆蓋除硅單晶3的提拉路徑以外的硅融液2的上方區域，具有例如從下端朝向上端開口尺寸變大的倒截頭圓錐形狀。

熱遮蔽體17的下端的開口17a的直徑大于硅單晶3的直徑，由此可以確保硅單晶3的提拉路徑。熱遮蔽體17的開口17a的直徑小于石英坩堝11的口徑、且熱遮蔽體17的下端部位于石英坩堝11的內側，因此即使石英坩堝11的邊沿上端上升至比熱遮蔽體17的下端更上方的位置，熱遮蔽體17也不會與石英坩堝11相干涉。

盡管在硅單晶3生長的同時石英坩堝11內的融液量會減少，但通過使石英坩堝11上升以使融液面與熱遮蔽體17的下端之間的間隔δg達到恒定，從而可以抑制硅融液2的溫度變動，并且使在融液面附近流動的氣體的流速達到恒定，從而可以控制來自硅融液2的摻雜物的蒸發量。因此，可以提高硅單晶3的提拉軸方向的晶體缺陷分布、氧濃度分布、電阻率分布等的穩定性。

在石英坩堝11的上方設有作為單晶3的提拉軸的絲18、和卷取絲18的絲卷取機構19。絲卷取機構19具有使單晶3與絲18一起旋轉的功能。絲卷取機構19被配置于拉起室10b的上方，絲18由絲卷取機構19起穿過拉起室10b內而向下方延伸，絲18的前端部到達主室10a的內部空間。圖1中，示出培育過程中的硅單晶3被吊設在絲18上的狀態。提拉單晶3時，分別使石英坩堝11和單晶3旋轉，并且緩慢地將絲18提拉，由此使單晶3生長。

在主室10a的上部，設有用于觀察內部的觀察窗10e，在觀察窗10e的外側設置ccd照相機20。ccd照相機20的拍攝圖像可以為灰度，也可以為彩色。單晶提拉工序中，ccd照相機20從斜上方拍攝能夠由觀察窗10e透過熱遮蔽體17的開口17a看見的硅單晶3與硅融液2的分界部。將通過ccd照相機20得到的拍攝圖像用圖像處理部21進行處理，處理結果在控制部22中用于控制提拉條件。

圖2是示出根據本實施方式所述的硅單晶的制造工序的流程圖。此外，圖3是示出硅單晶錠的形狀的簡略截面圖。

如圖2所示，根據本實施方式所述的硅單晶的制造中，通過將石英坩堝11內的硅原料用加熱器15進行加熱而熔解，從而生成硅融液2(工序s11)。接著，使固定于絲18的前端部的籽晶下降，從而在硅融液2中浸液(工序s12)。其后，維持與硅融液2接觸的狀態，并緩慢地提拉籽晶，從而實施培育單晶的單晶的提拉工序(工序s13~s16)。

單晶的提拉工序中，按順序實施：為進行無位錯化而形成晶體直徑較細收束的頸部3a的成頸工序(工序s13)、形成晶體直徑緩慢變大的肩部3b的肩部培育工序(工序s14)、形成將晶體直徑維持于規定的直徑(例如300mm)的主體部3c的主體部培育工序(工序s15)、以及形成晶體直徑緩慢變小的尾部3d的尾部培育工序(工序s16)，最終單晶從融液面脫離。通過以上操作，完成了具有如圖3所示的頸部3a、肩部3b、主體3c和尾部3d的硅單晶錠3。

在單晶3的提拉工序中，為了控制其直徑，用ccd照相機20對單晶3與融液面的分界部的圖像進行拍攝，由分界部所生成的熔融環的中心位置和熔融環的兩個亮度峰間距離求出單晶3的直徑。此外，為了控制融液2的液面位置，由熔融環的中心位置求出液面位置。控制部22控制絲18的提拉速度、加熱器15的功率、石英坩堝11的旋轉速度等提拉條件以使得單晶3的直徑達到目標直徑。此外，控制部22控制石英坩堝11的上下方向的位置以使得融液面與熱遮蔽體17下端的間隔達到恒定。

圖4是示意性地示出用ccd照相機20拍攝的單晶3與融液2的分界部的圖像的立體圖。

如圖4所示，圖像處理部21根據在單晶3與融液2的分界部生成的熔融環4的中心c0的坐標位置、以及熔融環4上的任意一點的坐標位置來計算熔融環4的半徑r和直徑r=2r。也即是說，圖像處理部21計算固液界面處的單晶3的直徑r。熔融環4的中心c0的位置為單晶3的提拉軸的延長線5與融液面的交點。

ccd照相機20由于從斜上方拍攝單晶3與融液面的分界部，因此無法將熔融環4捕捉為正圓。但是，只要將ccd照相機20在設計上確定的位置處以確定的角度正確地進行設置，則能夠基于對融液面的觀測角度將略微橢圓狀的熔融環4補正為正圓，能夠在幾何學上由經補正的熔融環4計算其直徑。

熔融環4為由在彎月面處反射的光所形成的環狀高亮度區域，在單晶3的整個周緣均產生，但從觀察窗10e不能觀察到單晶3的背面側的熔融環4。此外，從熱遮蔽體17的開口17a與單晶3之間的間隙觀察熔融環4時，在單晶3的直徑大的情況下，位于觀測方向的最靠前側(圖4中的下側)的熔融環4的一部分也被熱遮蔽體17的背面側所遮擋，因此也無法進行觀察。因此，熔融環4的能夠觀測到的部分僅為從觀測方向看到的靠前左側的一部分4l和靠前右側的一部分4r。本發明即使在像這樣只能觀察到熔融環4的一部分的情況中，也能夠由該一部分計算其直徑。

圖5是用于說明計算熔融環4的直徑r的示意圖。

如圖5所示，熔融環4的直徑r的計算中，在用ccd照相機20拍攝的二維圖像中設定一根測定線l1。測定線l1是與熔融環4交叉兩次、并且與提拉軸的延長線5相正交的直線。測定線l1設定于與熔融環4的中心c0相比更下側的位置。應予說明，拍攝圖像的y軸與提拉軸的延長線5相平行，x軸被設定為與提拉軸的延長線5相正交的方向。應予說明，圖5所示的熔融環4是與單晶的外周相一致的理想形狀。

以熔融環4的中心c0相對于拍攝圖像的xy坐標原點o(0,0)的坐標為(x0,y0)時，從中心c0至測定線l1的距離y=(y1-y0)。

接著，檢測測定線l1與熔融環4的兩個交點d1、d1'。以熔融環4與第一測定線l1的一側的交點d1的坐標作為(x1,y1)，以另一側的交點d1'的坐標作為(x1',y1)。熔融環4與測定線l1的交點d1、d1'的大概位置為測定線l1上的亮度峰的位置。針對熔融環4與測定線l1的交點d1、d1'的詳細位置，在下文說明。

并且，將測定線l1上的兩個交點d1、d1'間的距離作為x=(x1'-x1)、將熔融環4的直徑作為r、將半徑作為r＝r/2時，得到(1)式。

r²=(r/2)²=(x/2)²+y²　　　　???(1)。

因此，根據(1)式，熔融環4的直徑r如(2)式所述。

r={x²+4y²}^1/2　　　　　　　???(2)。

由于熔融環為具有一定寬度的帶狀的高亮度區域，因此為了正確地求出與測定線l1的交點的坐標，需要將熔融環4制成線圖案。因此，在熔融環4與測定線l1的交點的檢測中，使用亮度的參照值，由拍攝圖像檢測熔融環4的邊緣圖案，將該邊緣圖案與測定線的交點作為熔融環4的交點。熔融環4的邊緣圖案是由具有與亮度的參照值相一致的亮度的像素所構成的圖案。為了定義邊緣圖案而使用的亮度的參照值可以為對拍攝圖像中的最高亮度乘以規定的系數(例如0.8)而得到的值。

測定線l1的設定位置并非只要能夠與熔融環4交差則可以為任意位置，而是存在能夠更正確地測量直徑的適當位置。其理由在于，加熱器15的輻射光入射至在單晶與融液面的分界部形成的彎月面從而產生熔融環，但如上述那樣，加熱器15的輻射光的圓周方向的強度分布中存在不均勻時，對于來自加熱器15的強光所入射的位置而言，因其影響而導致熔融環的亮度峰變得非常大，在直徑測量時參照這樣的強亮度峰的情況下，測量誤差會變大。

圖6是用于針對熔融環的亮度分布進行說明的圖，各自示出的是：(a)為拍攝圖像，(b)為示出y軸方向(列方向)的亮度分布的圖，(c)為示出x軸方向(行方向)的亮度分布的圖。

如圖6(a)所示，硅單晶3的左側出現的熔融環4l為從拍攝圖像的右下朝向左上彎曲的線狀高亮度區域。熔融環4l的最高亮度pm的y軸方向的分布如圖6(b)所示，在195至235的范圍內變動，具有最高亮度pm達到極大的兩個峰。如上所述，加熱器15的輻射光的圓周方向的強度分布中存在不均勻，因此，由來自加熱器15的輻射光映入彎月面而產生的熔融環在強輻射光入射的位置處呈現高亮度、在弱輻射光入射的位置處呈現低亮度。另一方面，固液界面部的亮度在190附近為基本恒定。因此，熔融環4的最高亮度pm在極大值附近處與固液界面部的亮度pi之差變得非常大，在極小值附近處與固液界面部的亮度pi之差變得非常小。

如圖6(c)所示，對于穿過熔融環的最高亮度pm的極大值附近的測定線la上的亮度分布，最高亮度pm與固液界面部的亮度pi相比非常大，而且最高亮度pm的位置位于與固液界面部的亮度pi的位置相比更靠左側(從單晶觀察為融液側)的位置。因此，在將熔融環4的亮度比最高亮度pm稍低的位置挑選為固液界面部的亮度pi的位置時，無法正確挑選該固液界面部的亮度pi的位置，直徑測量時會參照熔融環中產生最高亮度pm的位置的附近位置，導致直徑測量誤差變大。

但是，對于穿過熔融環的最高亮度pm的極小值附近的測定線lb上的亮度分布，由于最高亮度pm與固液界面部的亮度pi幾乎沒有區別，因此在將熔融環的亮度比最高亮度pm稍低的位置挑選為固液界面部的亮度pi時，能夠正確地挑選該固液界面部的亮度pi的位置，能夠減小直徑測量誤差。

從以上理由出發，本發明中在熔融環的最高亮度盡可能低的行上設定測定線來進行直徑測量。以下，針對測定線的設定方法進行說明。

圖7為用于說明測定線的設定方法的第1例的圖。

如圖7所示，在該設定方法中，首先分別提取包括熔融環的拍攝圖像100的各行的最高亮度，求出最高亮度的列方向(y軸方向)的分布101。拍攝圖像100中具有最高亮度的像素為熔融環4的構成像素。熔融環4受到加熱器15的輻射光強弱的影響，在拍攝圖像100的列方向上具有最高亮度的強弱。并且，根據這樣的最高亮度的列方向的分布101，在具有最高亮度的最小值p1的行上設定測定線l1。具體而言，將以類似亮度達到一定范圍以上而存在的像素的亮度作為固液界面部的亮度pi，將固液界面部的亮度pi與同一像素列內的最高亮度pm相比較，將固液界面部的亮度pi與最高亮度pm的亮度差達到最小的x軸方向的像素列作為直徑測量對象區域。通過這樣的方式，可以避免受到來自加熱器15的強輻射光影響的熔融環4的一部分成為直徑測量對象，由此能夠提高晶體直徑的測量精度。

圖8為用于說明測定線的設定方法的第2例的圖。

如圖8所示，在該設定方法中，根據最高亮度的列方向的分布101，在具有閾值h以下的最高亮度的行上設定測定線l1。具體而言，將以類似亮度達到一定范圍以上而存在的像素的亮度作為固液界面部的亮度pi，將固液界面部的亮度pi與同一像素列內的最高亮度pm相比較，將固液界面部的亮度pi與最高亮度pm的亮度差達到閾值h以下的x軸方向的像素列作為直徑測量對象區域。如圖7那樣，在具有最高亮度的最小值p1的行上設定測定線時，僅能夠在該一行上設定測定線，因此圖像處理方面的限制大，此外也無法設定多個測定線。但是，在只要為閾值h以下則可以為任意部位的情況下，可以使測定線的設定范圍具有一定的寬度，能夠提高測定線的設定位置的自由度。此外，還可以在拍攝圖像中設定兩根以上的測定線。

閾值h必須小于列方向的最高亮度分布的最大值，優選為列方向的最高亮度分布中最大值與最小值的偏差的50%的值(中央值)加上最小值而得到的值以下，進一步優選為所述偏差的20%的值加上最小值而得到的值以下。對于閾值h，與列方向的最高亮度分布中的最小值的偏差的閾值h越接近最小值，則越能夠抑制來自加熱器15的強輻射光的影響，從而越能夠提高直徑測量精度，但測定線的設定自由度變得越低。應予說明，將閾值h設定為列方向的最高亮度分布中的最小值時，則變得與圖7所示的第1例相同。像這樣，通過將熔融環的圓周方向的最高亮度分布相對低的區域指定為直徑測量區域來設定測定線l1、l2，可以進行直徑測量而不受來自加熱器15的強輻射光的影響。

圖9為用于說明測定線的設定方法的第3例的圖。

如圖9所示，在該設定方法中，將拍攝圖像100在列方向上進行分割，求出多個分割區域a1~a12內的各行的最高亮度的平均值(用正方形的標繪點表示)，在該平均值達到最小的分割區域內設定測定線。在此，在平均值達到最小的分割區域a6內設定測定線l1。通過這樣的方式，能夠抑制亮度分布異常的影響，從而提高測定線的設定可靠性。

圖10為用于說明測定線的設定方法的第4例的圖。

如圖10所示，該設定方法中，在最高亮度的列方向的分布101中的極大值的位置處將拍攝圖像100進行分割，在多個分割區域a1~a3內的每一個中選擇具有最高亮度的最小值的行。因此，例如在具有第一分割區域a1內的最高亮度的最小值p1的行上設定第一測定線l1、在具有第二分割區域a2內的最高亮度的最小值p2的行上設定第二測定線l2、在具有第三分割區域a3內的最高亮度的最小值p3的行上設定第三測定線l3。

熔融環4的最高亮度分布沿其圓周方向交替出現高亮度和低亮度，因此在最高亮度分布中的極大值的位置處進行分割、并且在每個分割區域中設定測定線時，能夠挑選出越過最高亮度分布的峰而遠離的兩個最高亮度的最小值(例如p1和p2)，能夠拉開兩根測定線(例如l1、l2)間的間隔。

如以上所說明那樣，對于根據本實施方式所述的硅單晶的制造方法，由于指定在單晶與融液面的分界部出現的熔融環的圓周方向的最高亮度分布中最高亮度相對低的區域來進行直徑測量處理，因此能夠正確地測量晶體直徑而不受來自加熱器的輻射光強弱的影響。

以上，針對本發明的優選實施方式進行說明，但本發明不限定于上述實施方式，在不脫離本發明的主旨的范圍，可以進行多種變更，自不必說，這些也包括在本發明的范圍內。

例如，盡管在上述實施方式中舉出制造硅單晶的例子，但本發明不限定于此，可以應用于通過cz法進行培育的多種單晶的制造。

實施例

使用圖1所示的單晶制造裝置1，通過cz法制造直徑300mm硅片用的硅單晶錠。此時，用照相機拍攝單晶與融液面的分界部，并對拍攝圖像進行處理來控制提拉條件。

實施例所述的單晶的提拉工序中，測定線穿過拍攝圖像中的熔融環的圓周方向的最高亮度達到幾乎最小的位置，由所述測定線上的亮度峰間距離測量晶體直徑，基于該測量結果，以使實際的晶體直徑接近目標直徑的方式來對提拉條件進行反饋控制。

比較例所述的單晶的提拉工序中，測定線穿過拍攝圖像中的熔融環的圓周方向的最高亮度達到幾乎極大的位置，由所述測定線上的亮度峰間距離測量晶體直徑，基于該測量結果，以使實際的晶體直徑接近上述目標直徑的方式來對提拉條件進行反饋控制。

圖11是示出實施例和比較例所述的單晶的直徑測量結果的圖，分別示出的是：橫軸示出從硅單晶錠的頂部起算的晶體生長方向上的位置，縱軸示出晶體直徑相對于目標直徑的偏差(晶體直徑的規格值)。此外，分別示出的是：圖a示出熔融環為低亮度的位置處的測量直徑(實施例)、圖b示出熔融環為高亮度的位置處的測量直徑(比較例)、菱形的標繪點示出用游標卡尺測量的實際的晶體直徑。

由圖11可知，示出熔融環的最高亮度為相對低的位置處的測量直徑的圖a與實際的晶體直徑幾乎一致，而示出熔融環的最高亮度為相對高的位置處的測量直徑的圖b呈現總是大于實際的晶體直徑的值。也即是說，通過抑制熔融環的最高亮度的不均勻的影響，能夠減小直徑測量誤差。

附圖標記說明

1單晶制造裝置

2硅融液

3硅單晶(錠)

3a頸部

3b肩部

3c主體部

3d尾部

4熔融環

4l、4r熔融環的一部分

5提拉軸的延長線

10室

10a主室

10b拉起室

10c氣體導入口

10d氣體排出口

10e觀察窗

11石英坩堝

12石墨坩堝

13旋轉軸

14軸驅動機構

15加熱器

15a、15b加熱器的縫

16隔熱材料

17熱遮蔽體

17a熱遮蔽體的開口

18絲

19絲卷取機構

20ccd照相機

21圖像處理部

22控制部

100拍攝圖像

101最高亮度的列方向的分布