TWI596243B

TWI596243B - 單結晶的製造方法及裝置

Info

Publication number: TWI596243B
Application number: TW105120460A
Authority: TW
Inventors: 濱田建
Original assignee: Ｓｕｍｃｏ股份有限公司
Priority date: 2015-09-15
Filing date: 2016-06-29
Publication date: 2017-08-21
Also published as: CN107923065A; CN107923065B; JP2017057097A; US9959611B2; US20170076437A1; WO2017047622A1; TW201713805A; JP6519422B2

Description

單結晶的製造方法及裝置

本發明是關於藉由丘克拉斯基法(以下稱「CZ法」)之單結晶的製造方法及裝置，特別是關於檢查並修正拍攝反應室內的相機的拍攝影像的輝度分布的異常之方法及裝置。

成為矽晶圓的材料之矽單晶的多數是藉由CZ法製造。CZ法是將種結晶浸漬於收容在石英坩堝內的矽熔液，藉由一邊使種結晶及坩堝旋轉、一邊緩慢地拉引種結晶，使大直徑的單結晶在種結晶的下端成長之方法。

為了提高矽晶圓的製造良率，抑制單結晶的直徑變動是重要的。作為將單結晶的直徑控制在一定的方法，計測拉引中的單結晶的直徑且基於計測結果控制拉引條件而使直徑成為一定之方法為已知。例如在專利文獻1揭露的方法，是以相機拍攝單結晶與熔液的交界部的影像，根據此影像計測單結晶的直徑及中心位置，基於此計測結果控制加熱器的功率及拉引裝置的各動作。

又在專利文獻2揭露的方法，是使用一維影像感測器檢測在單結晶、熔液面及其間產生的融合環(fusion ring)。還有在專利文獻3揭露的方法，是在以光學感測器檢測融合環的位置並基於此檢測結果測定單結晶的直徑之方法中，在坩堝周圍壁與被拉引的單結晶之間配置遮光板，排除坩堝導致的光學性的影響而減低直徑的測定誤差。

【先行技術文獻】

【專利文獻】

【專利文獻1】日本特開2003-12395號公報

【專利文獻2】日本特開昭61-122188號公報

【專利文獻3】日本特公平5-49635號公報

如上述，在單結晶的直徑計測，是以相機拍攝反應室的內部，從發生於單結晶與熔液的交界部的融合環計算出單結晶的直徑。反應室的內部的攝影是通過設於反應室的上部的觀察窗進行。

然而，在單結晶的拉引步驟過程中的反應室內，藉由矽熔液的蒸發而產生SiO氣體，因為此SiO氣體的影響會在觀察窗的玻璃面產生朦朧，而有在拍攝影像的輝度分布發生不均的情況。在反應室內導入氬氣(沖洗氣體)作為沖洗氣體，已在反應室內產生的SiO氣體會與氬氣一起被排氣到反應室外，但由於無法完全除去反應室內的SiO氣體，難以完全防止SiO氣體附著到觀察窗的玻璃面。一旦由於反應室的長時間的連續使用，SiO不均勻地附著於觀察窗的玻璃面而使拍攝影像的橫軸方向的輝度分布的不均變大，則會有導致單結晶的直徑的誤測之虞，成為單結晶的直徑變動的原因。

因此，本發明的目的是提供一種單結晶的製造方法及裝置，其可以檢查拍攝反應室內的相機的拍攝影像的輝度分布並修正輝度不均。

為了解決上述問題，根據本發明的單結晶的製造方法，其特徵在於：在藉由丘克拉斯基法的單結晶的拉引步驟中，以相機拍攝上述單結晶與熔液的交界部的影像；根據比較上述單結晶的拉引軸的延長線的左側區域的至少一個畫素與上述延長線的右側的區域的至少一個畫素的結果，判斷拍攝影像的輝度分布的異常之有無。

藉由本發明，著眼於單結晶之與熔液的交界部的影像呈左右對稱，可以由拍攝影像的輝度分布的對稱性判斷輝度分布之有無，可以輕易地檢查拍攝影像的輝度分布的異常之有無。因此，可以提供可製造直徑變動少的單結晶之單結晶的製造方法。

根據本發明的單結晶的製造方法，較佳為：在上述左側的區域內的第一最大輝度與上述右側的區域內的第二最大輝度的輝度差大於閥值以上的情況，判斷為：上述拍攝影像的輝度分布為異常。藉由此方法，可以以非常少的演算量正確地檢測出拍攝影像的輝度分布的異常之有無。

在本發明，較佳為：上述相機是通過減光率在面內不同的減光玻璃拍攝上述交界部的影像；在上述拍攝影像的輝度分布為異常的情況，藉由上述減光玻璃調整上述拍攝影像的輝度分布，而使上述輝度差變成未達閥值。在此情況，較佳為：上述減光玻璃具有減光率向一方向變化的面內分布；在上述拍攝影像的輝度分布為異常的情況，使上述減光玻璃以上述相機的光學軸為中心旋轉而調整上述拍攝影像的輝度分布，使上述輝度差變成未達閥值。藉由此方法，相反地利用減光玻璃所具有的減光率的面內分布的不均的特性，可以減少拍攝影像的輝度分布的不均。

根據本發明的單結晶的製造方法，在上述拍攝影像的輝度分布為正常的情況，是以根據這個拍攝影像求出在固液界面的單結晶的直徑為佳。此時，較佳為：根據藉由將上述拍攝影像作二元化處理而求得之發生於上述交界部的融合環的邊緣圖形(edge pattern)，求出在固液界面的單結晶的直徑。藉由此方法，可以正確地計算出在固液界面的單結晶的直徑、熔液的液面水平等。因此，可以製造直徑變動少且高品質的單結晶。

又，根據本發明的單結晶製造裝置，其特徵在於包括：反應室，設有觀察窗；坩堝，在上述反應室內支持熔液；拉引軸，從上述熔液拉引單結晶；相機，拍攝通過上述減光玻璃及上述觀察窗看得到的上述單結晶與上述熔液的交界部的影像；以及影像處理部，處理上述相機的拍攝影像；其中上述影像處理部根據比較上述單結晶的拉引軸的延長線的左側區域的至少一個畫素與上述延長線的右側的區域的至少一個畫素的結果，判斷拍攝影像的輝度分布的異常之有無。

藉由本發明，著眼於單結晶之與熔液的交界部的影像呈左右對稱，可以由拍攝影像的輝度分布的對稱性判斷輝度分布之有無，可以輕易地檢查拍攝影像的輝度分布的異常之有無。因此，可以提供可製造直徑變動少的單結晶之單結晶製造裝置。

在本發明，較佳為：上述影像處理部在上述左側的區域內的第一最大輝度與上述右側的區域內的第二最大輝度的輝度差大於閥值以上的情況，判斷為：上述拍攝影像的輝度分布為異常。藉由此構成，可以以非常少的演算量正確地檢測出拍攝影像的輝度分布的異常之有無。

根據本發明的單結晶製造裝置，較佳為：更包含減光玻璃，其設於上述觀察窗的外側，其減光率在面內不同；在上述拍攝影像的輝度分布為異常的情況，藉由上述減光玻璃調整上述拍攝影像的輝度分布，而使上述第一最大輝度與上述第二最大輝度之差變成未達閥值。在此情況，根據本發明的單結晶製造裝置，較佳為：具有使減光玻璃旋轉的旋轉機構，使上述減光玻璃以上述相機的光學軸為中心旋轉而調整上述拍攝影像的輝度分布。藉由此構成，相反地利用減光玻璃所具有的減光率的面內分布的不均的特性，可以減少拍攝影像的輝度分布的不均。

在本發明，較佳為：上述影像處理部在上述拍攝影像的輝度分布為正常的情況，根據這個拍攝影像求出在固液界面的單結晶的直徑。在此情況，較佳為：上述影像處理部根據藉由將上述拍攝影像作二元化處理而求得之發生於上述交界部的融合環的邊緣圖形，求出在固液界面的單結晶的直徑。藉由此方法，可以正確地計算出在固液界面的單結晶的直徑、熔液的液面水平等。因此，可以製造直徑變動少且高品質的單結晶。

根據本發明，可以提供一種單結晶的製造方法及裝置，其可以判斷用於計測單結晶的直徑、熔液的液面水平等的相機的拍攝影像的輝度分布的異常並修正。

1‧‧‧單結晶製造裝置

2‧‧‧(矽)單結晶

3‧‧‧(矽)熔液

4‧‧‧融合環

4L‧‧‧(融合環之)靠近觀看者左側的一部分

4R‧‧‧(融合環之)靠近觀看者右側的一部分

5‧‧‧(拉引軸的)延長線

6‧‧‧拍攝影像

6L‧‧‧(拍攝影像)的左側的區域

6R‧‧‧(拍攝影像)的右側的區域

10‧‧‧反應室

10a‧‧‧主反應室

10b‧‧‧拉晶室

10c‧‧‧氣體吸氣口

10d‧‧‧氣體排氣口

10e‧‧‧觀察窗

11‧‧‧隔熱材

12‧‧‧石英坩堝

13‧‧‧基座

14‧‧‧旋轉軸

15‧‧‧加熱器

16‧‧‧熱遮蔽體

16a‧‧‧開口部

17‧‧‧引線

18‧‧‧引線捲取機構

19‧‧‧CCD相機

19z‧‧‧(CCD相機的)光學軸

20‧‧‧影像處理部

21‧‧‧控制部

22‧‧‧旋轉軸驅動機構

24‧‧‧減光玻璃

25‧‧‧旋轉機構

C₀‧‧‧(單結晶的)中心

D₁、D₁’‧‧‧融合環與測定線的交點

D₂、D₂’‧‧‧融合環與測定線的交點

L₁、L₂‧‧‧測定線

O‧‧‧(拍攝影像的)原點

R‧‧‧(在固液界面的單結晶的)直徑

S1~S5‧‧‧步驟

W₁‧‧‧(第一)間隔

W₂‧‧‧(第二)間隔

ΔG‧‧‧間隙寬度

【第1圖】是側面剖面圖，示意性地顯示根據本發明的實施形態之單結晶製造裝置的構成。

【第2圖】是斜視圖，示意性地顯示以CCD相機拍攝的單結晶與熔液的交界部的影像。

【第3圖】是模式圖，用以說明從融合環計算出單結晶的中心的位置的方法。

【第4圖】是流程圖，用以說明拍攝影像的輝度分布的檢查及修正方法。

【第5圖】是模式圖，用以說明拍攝影像的X軸方向的輝度不均的測定方法。

【第6圖】是模式圖，用以說明拍攝影像的輝度不均的修正方法。

【用以實施發明的形態】

以下，一面參照所附圖式，一面針對本發明的較佳的實施形態作詳細說明。

第1圖是側面剖面圖，示意性地顯示根據本發明的實施形態之單結晶製造裝置的構成。

如第1圖所示，單結晶製造裝置1包括：反應室(chamber)10；隔熱材11，沿著反應室10的內面配置；石英坩堝12，在反應室10內支持矽熔液3；石墨製的基座(susceptor)13，支持石英坩堝12；旋轉軸(shaft)14，支持基座13而使其可升降及旋轉；加熱器15，配置在基座13的周圍；熱遮蔽體16，配置於石英坩堝12的上方；單結晶拉引引線(wire)17，在石英坩堝12的上方且與旋轉軸14配置在同軸上；引線捲取機構18，配置於反應室10的上方；以及CCD相機19，拍攝反應室10內。

反應室10是由主反應室10a與拉晶室10b構成，拉晶室10b為細長圓筒狀且連結於主反應室10a的上部開口，石英坩堝12、基座13、加熱器15及熱遮蔽體16是設在主反應室10a內。基座13是被固定於貫通反應室10的底部中央且設於鉛直方向的旋轉軸14的上端部，旋轉軸14是被旋轉軸驅動機構22驅動而升降及旋轉。

加熱器15是用於將已充填於石英坩堝12內的矽原料熔化而生成矽熔液3的用途。加熱器15是碳製的電阻加熱式的加熱器，被設置為圍繞基座13內的石英坩堝12的樣態。

熱遮蔽體16的設置是為了防止藉由來自加熱器15及石英坩堝12的輻射熱而加熱單結晶2，同時抑制矽熔液3的溫度變動。熱遮蔽體16是直徑從上方向下方縮小的反圓錐台形狀的構件，被設置為覆蓋矽熔液3的上方、而且包圍培育中的單結晶2的樣態。作為熱遮蔽體16的材料，以使用石墨為佳。由於熱遮蔽體16的下端部位於石英坩堝12的內側，即使使石英坩堝12上升仍不會與熱遮蔽體16有所干涉。在熱遮蔽體16的中央設有大於單結晶2的直徑的開口部16a，單結晶2通過開口部16a而被拉引至上方。

在石英坩堝12的上方，設有單結晶2之拉引軸的引線17、與捲取引線17的引線捲取機構18。引線捲取機構18具有使單結晶2與引線17一起旋轉的功能。引線捲取機構18是配置於拉晶室10b的上方，引線17是從引線捲取機構18通過拉晶室10b內而向下方延伸，引線17的前端部通達主反應室10a的內部空間。在第1圖，是顯示以引線17吊掛培育當中的單結晶2的狀態。在拉引單結晶時，將種結晶浸漬於矽融液3，藉由一邊分別旋轉石英坩堝12與種結晶、一邊緩緩拉引引線17，使單結晶成長。

在拉晶室10b的上部，設有用以將氬氣導入反應室10內的氣體吸氣口10c；在主反應室10a的底部，設有用以將反應室10內的氬氣排氣的氣體排氣口10d。氬氣從氣體吸氣口10c被導入至反應室10內，其導入量是由閥(valve)控制。又由於密閉的反應室10內的氬氣是從氣體排氣口10d被排氣到反應室的外部，可以回收反應室10內的SiO氣體、CO氣體等而將反應室10內保持清淨。雖未圖示，在氣體排氣口10d是隔著配管而連接著真空泵，以真空泵一邊吸引反應室10內的氬氣、一邊以閥控制其流量，將反應室10內保持在一定的減壓狀態。

在主反應室10a的上部設有用以觀察內部的觀察窗10e，CCD相機19設於觀察窗10e的外側。CCD相機19拍攝從觀察窗10e通過熱遮蔽體16的開口部16a可見到的單結晶2與矽熔液3的交界部的影像。CCD相機19的拍攝影像是以灰階為佳，但是彩色影像亦可。CCD相機19是被連接於影像處理部20，拍攝影像是由影像處理部20處理，處理結果被使用於以控制部21控制拉引條件。

藉由CCD相機19拍攝的影像，由於是從與單結晶2的拉引軸交叉的單結晶製造裝置1的斜上方拍攝的影像，而為歪斜的狀態。此歪斜，可以使用理論式或校正表(correction table)來校正。藉由此校正，可以轉換成從與拉引軸平行的方向拍攝的情況所得之無歪斜的影像。

在觀察窗10e的外側且為CCD相機19的光學軸19z上設有減光玻璃24。減光玻璃24是減少到達CCD相機19的入射光量的光學構件，使用在玻璃的表面蒸鍍金(Au)的耐熱性高的構件。這樣的減光玻璃24由於製造上的理由，減光率(透光率)的面內分布難以均一，減光率的面內分布不均。多數的情況，減光玻璃24的減光率的面內偏差為5~15%，例如有在減光玻璃24的左半部存在減光率相對較高的區域、在右半部存在減光率相對較低的區域。為了使減光玻璃24的減光率的不均不對拍攝影像的左右對稱的輝度分布造成不良影響，通常，減光玻璃24之減光率變化最大的方向是會被設定為與拍攝影像的縱軸平行，其細節會在後文敘述。

根據本實施形態的減光玻璃24是圓形，而被設置為自由地以CCD相機19的光學軸19z為中心旋轉。減光玻璃24可以以手動使其旋轉、或是被旋轉機構25作旋轉驅動。旋轉機構25是遵循來自控制部21的指示而動作來使減光玻璃24旋轉。控制部21是基於藉由影像處理部20的影像的處理結果，使減光玻璃24作既定量的旋轉。

在矽單結晶2的製造，在石英坩堝12內充填多結晶矽等的原料，將種結晶安裝於引線17的前端部。接下來以加熱器15加熱矽原料而生成矽融液3。

在單結晶的拉引步驟，首先為了將單結晶無差排化而進行藉由達斯縮頸(dash neck)法的種結晶窄化(頸縮)。接下來，為了獲得所需的直徑的單結晶，培育直徑徐徐地擴大的肩部，在單結晶成為所需的直徑之處培育直徑維持固定的體部。將體部培育至既定的長度之後，為了在無差排的狀態將單結晶從熔液3斷開，進行尾部窄化(尾部的培育)。

在單結晶的拉引步驟過程中，為了控制單結晶2的直徑及融液3的液面水平，以CCD相機19拍攝單結晶2與融液3的交界部的影像，從拍攝影像計算出在固液界面的單結晶2的中心位置，進一步計算出在從此單結晶2的中心位置到固液界面的單結晶的直徑及熔液的液面水平(間隙寬度△G)。控制部21為了使單結晶2的直徑成為目標直徑，控制引線17的拉引速度、加熱器15的功率等的拉引條件。又，控制部21為了使液面水平成為目標水平(固定水平)，控制石英坩堝12的上下方向的位置。

關於熔液的液面水平，有二個意義，其一是石英坩堝12內的液面水平，此液面水平主要會因為單結晶成長消耗熔液而徐徐下降。又在石英坩堝12變形而其容積變化時，亦會有變化。另一個意義是從加熱器15、熱遮蔽體16等的反應室10內的固定構造物見到的液面水平，其除了上述的石英坩堝12內的液面水平的變化之外，亦會因為使反應室10內的石英坩堝12在上下方向移動而變化。在本說明書述及「液面水平」時，只要未特別聲明，設為指的是後者。

CCD相機19由於是從斜上方拍攝單結晶2與熔液3的交界部，無法拍攝在交界部產生的融合環的全體。因此，必須從融合環的一部分確定單結晶2的中心位置，而計算出單結晶2的直徑及熔液3的液面水平。

第2圖是斜視圖，示意性地顯示以CCD相機19拍攝的單結晶2與熔液3的交界部的影像。

如第2圖所示，影像處理部20是從在單結晶2與熔液3的交界部產生的融合環4計算出其中心位置也就是在固液界面的單結晶2的中心C₀的位置，從此中心C₀的位置計算出在固液界面的單結晶2的直徑及熔液3的液面水平。單結晶2的中心C₀的位置，是單結晶2的拉引軸的延長線5與溶液面的交點。只要正確地在設計上定案的位置以定案的角度設置CCD相機19、熱遮蔽體16等，就可以從拍攝影像中的融合環4的位置以幾何光學的方式計算出單結晶2的中心C₀的位置，並可以進一步計算出單結晶2的直徑、液面水平等。

融合環4是藉由以彎月面(meniscus)反射的光形成的環狀的高輝度區域，彎月面是藉由表面張力形成於與單結晶2的交界面之熔液3的曲面。融合環4是發生在單結晶2的全部周圍，但從某一方向看融合環4時，無法見到單結晶2的背側的融合環4。又從熱遮蔽體16的開口部16a與單結晶2之間的間隙看融合環4時，在單結晶2的直徑大的情況，位在目視方向之最靠近觀看者之側(圖中下側)的融合環4的一部分亦由於隱沒於熱遮蔽體16的背側而無法看到。因此，融合環4之可以目視的部分，從目視方向看，僅有靠近觀看者左側的一部分4L與靠近觀看者右側的一部分4R。本發明即使在如此僅可以觀察到融合環4的一部分的情況，仍可以計算出單結晶2的直徑、熔液3的液面水平。

第3圖是模式圖，用以說明從融合環4計算出單結晶的中心C₀的位置的方法。

如第3圖所示，在單結晶的中心C₀的位置的計算，在以CCD相機19拍攝的二維影像中，設定二條測定線L₁、L₂。二條測定線L₁、L₂是與融合環4交叉二次且與通過單結晶的中心C₀的拉引軸的延長線5直交的直線。另外，拍攝影像的Y軸(縱軸)是被設定為與拉引軸的延長線5一致、X軸(橫軸)是被設定為與拉引軸的延長線5直交的方向。另外，示於第3圖的融合環4是設為與單結晶的外周一致的理想形狀。

測定線L₁(第一測定線)是被設定於比單結晶的中心C₀還偏向單結晶的外周側且為拍攝影像的下側。又，測定線L₂(第二測定線)是被設定於進一步比測定線L₁還更偏向單結晶的外周側(拍攝影像的更下側)。將相對於拍攝影像的XY 座標的原點O(0,0)之單結晶的中心C₀的座標設為(0,Y₀)時，從中心C₀到測定線L₁的距離(第一距離)成為(Y₁-Y₀)、到測定線L₂的距離(第二距離)成為(Y₂-Y₀)。

測定線L₁是被設定為比測定線L₂靠近單結晶的中心，但若過於接近中心C₀，則在單結晶的直徑減少時，融合環4會隱沒於單結晶的陰影而變得無法測出中心C₀的位置。因此，測定線L₁是以設定在某種程度遠離中心C₀的位置為佳。另外，在二條測定線L₁、L₂的初期設定時，由於單結晶的中心C₀的位置不明，將種結晶的觸液位置設為單結晶的暫時的中心位置。

接下來，檢測出測定線L₁與融合環4的二個交點D₁、D₁’及測定線L₂與融合環4的二個交點D₂、D₂’。將融合環4與第一測定線L₁的一個交點D₁的座標設為(X₁,Y₁)、另一個交點D₁’的座標設為(X₁’,Y₁)，將融合環4與第二測定線L₂的一個交點D₂的座標設為(X₂,Y₂)、另一個交點D₂’的座標設為(X₂’,Y₂)。

然後，將測定線L₁上的二個交點D₁、D₁’間的間隔(第一間隔)設為W₁=X₁’-X₁、將測定線L₂上的二個交點D₂、D₂’間的間隔(第二間隔)設為W₂=X₂’-X₂、將融合環4的半徑設為R時，得到式(1)及式(2)。

(R/2)²=(W₁/2)²+(Y₁-Y₀)²...(1)

(R/2)²=(W₂/2)²+(Y₂-Y₀)²...(2)

然後從式(1)及式(2)，單結晶的中心C₀的Y座標Y₀成為如式(3)。

Y₀={(W₁ ²-W₂ ²)/4(Y₁-Y₂)+(Y₁+Y₂)}/2...(3)

因此，可以求出拍攝影像中的單結晶的中心C₀的位置的座標(0,Y₀)。使用如此獲得的單結晶的中心C₀的位置，可以求出單結晶的直徑R及熔液3的液面水平。

在融合環4與測定線L₁、L₂的交點的檢測，是使用融合環4的輝度的閥值將拍攝影像作二元化處理，從此拍攝影像檢測出融合環4的邊緣圖形(edge pattern)，將此邊緣圖形與測定線的交點設為融合環4的交點。這是因為融合環是具有一定的寬度之帶狀的高輝度區域，為了正確求得交點，因此有必要將融合環4設為線狀圖形。

融合環4的輝度的閥值，是對拍攝影像中的最大輝度乘以既定的係數(例如為0.8)後的值。係數有必要設為可以正確地確定融合環之適當的值，亦可按照拉引條件在0.6~0.95的範圍內作適當變更。拍攝影像中的最大輝度，可以是以單獨具有最大輝度的一個畫素為對象，亦可以是為了壓低雜訊的影響而以具有最大輝度或與其相近的輝度之複數個連續的畫素為對象。

如上述，拍攝影像的輝度分布是以拉引軸的延長線5為中心成左右對稱。然而，在拉引步驟中，從熔液3蒸發的SiO會附著於觀察窗10e的玻璃面，SiO的附著量的增加會使觀察窗10e的透光率的面內分布呈不均，藉此通過觀察窗10e拍攝的影像的輝度分布發生不均。這樣的輝度不均成為結晶直徑的計算誤差的原因。例如在300mm晶圓用單結晶的培育，20%的輝度不均會成為2.0mm的直徑計測誤差。因此在本實施形態，藉由示於以下的方法排除輝度不均的影響。

第4圖是流程圖，用以說明拍攝影像的輝度分布的檢查及修正方法。又，第5圖是模式圖，用以說明拍攝影像的X軸方向的輝度不均的測定方法。

如第4圖所示，在拍攝影像的輝度分布的檢查，首先以CCD相機19拍攝單結晶的拉引步驟過程中的反應室10內(步驟S1)。由於單結晶的拉引步驟過程中為了計測直徑而通常會拍攝單結晶2與熔液3的交界部，將此拍攝影像用於輝度分布的檢查即可。

拍攝影像的輝度分布的檢查，在單結晶的拉引步驟過程中對拍攝的影像的一部分進行即可，亦可對所有的影像進行。由於輝度分布的檢查的處理負荷輕，容易對所有的影像進行。

輝度分布的最初的檢查，有必要在體部培育步驟之前進行。藉由在體部培育步驟開始前排除計測直徑的誤差原因，可以提高體部的直徑控制的精度。在此，在種結晶窄化步驟過程中進行輝度分布的最初的檢查的情況，從拉引步驟中的儘量早期的階段開始，可以提高直徑控制的精度。另一方面，在肩部培育步驟的過程中進行的情況，由於融合環的直徑變得某種程度地大，而有容易檢測出輝度不均之類的優點。

接下來，測定拍攝影像的X軸方向的輝度不均(步驟S2)。在輝度不均的測定，如第5圖所示，比較拍攝影像6中的Y軸、也就是單結晶2的拉引軸的延長線5的左側的區域6L內的最大輝度(第一最大輝度)與延長線5的右側的區域6R 內的最大輝度(第二最大輝度)。其結果，在二個最大輝度之差(輝度差)在閥值以上時，則判斷為拍攝影像6的輝度分布為異常(步驟S3Y)。

例如，將拍攝影像6中的最大輝度(第一及第二最大輝度的任一者)的5%設為閥值，在輝度差為5%以上的情況，拍攝影像的X軸方向的輝度不均大，輝度分布呈左右非對稱，因此判斷為輝度分布異常。又在輝度差未滿5%的情況，由於輝度不均落在許容範圍，判斷為輝度分布正常。然後，在拍攝影像的輝度分布正常的情況(步驟S3N)，以原狀繼續進行拉引步驟。

另一方面，在拍攝影像的輝度分布異常的情況，使減光玻璃24以CCD相機19的光學軸19z為中心旋轉，調整減光玻璃24的方向而使輝度差成為未達閥值(步驟S4)。控制部21遵循影像處理部20的處理結果，傳送控制訊號至旋轉機構25，自動式地調整減光玻璃24的方向。藉由改變減光玻璃24的方向，可以使觀察窗10e的透光率的不均與減光玻璃24的減光率(透光率)的不均相抵，可以縮小拍攝影像的X軸方向的輝度不均。

第6(a)~(c)圖是模式圖，用以說明拍攝影像的輝度不均的修正方法。

如第6(a)圖所示，開始使用新的反應室10時、剛清潔後等的觀察窗10e的玻璃面未附著SiO，無透光率的不均。因此，不會有以觀察窗10e為原因在拍攝影像6發生輝度不均的情況。此時，由於拍攝影像6的輝度不均的原因是減光玻璃24的透光率的不均，從拍攝影像6排除減光玻璃24的透光率的不均的影響。通常，減光玻璃24的方向是被設定為使透光率變化最大的一方向(請參考箭號)與拍攝影像的縱軸平行。

減光玻璃24的方向，可藉由以下設定：一邊使減光玻璃24旋轉一圈、一邊檢查拍攝影像6的X軸方向的輝度分布，找出拍攝影像6的輝度不均成為最小之減光玻璃24的方向。亦即，試著改變而摸索減光玻璃24的較佳方向，設定為所得到的最佳結果。藉此，可以排除減光玻璃24的透光率的不均的影響。減光玻璃24的減光率的不均的方向設定為Y軸方向的情況，由於拍攝影像6的X軸方向的輝度不均不會發生，可以縮小直徑計測的誤差。

如第6(b)圖所示，一旦多次進行單結晶的拉引步驟而使到達觀察窗10e的玻璃面的SiO的附著量增加，觀察窗10e的玻璃面的透光率會徐徐降低，在透光率的面內分布發生不均。觀察窗10e中的右向的箭號是顯示透光率降低的方向，顯示透光率從左向右變小的情況。由於在觀察窗10e的玻璃面發生這樣的透光率的不均，在拍攝影像的X軸方向亦會發生輝度不均。

為了減低起因於觀察窗10e之拍攝影像6的輝度不均，如第6(c)圖所示，調整減光玻璃24的方向。在此例，藉由使減光玻璃24逆時針旋轉90度，使觀察窗10e的透光率的不均與減光玻璃24的透光率的不均抵銷，而顯示拍攝影像6的輝度分布呈均一的狀態。減光玻璃24的方向的調整方法，可以是如上所述找出使減光玻璃24旋轉一圈時的拍攝影像6的X軸方向的輝度不均的最小值，或是在知道使減光玻璃24旋轉多少即可的情況，使減光玻璃24僅旋轉既定的角度亦可。

在藉由上述的修正而完成將原本異常者修正為正常的情況、或是拍攝影像6的輝度分布已經是正常的情況，從這個拍攝影像求出單結晶的直徑(步驟S5)。此時，從在單結晶2與熔液3的交界部產生的融合環計算出在固液界面的單結晶2的中心位置，使用此中心位置的座標與融合環上的任意的點(與測定線的交點)的座標，可以計算出在固液界面的單結晶2的直徑。還有，可以從拍攝影像中的單結晶2的中心位置計算出熔液的液面水平。

如以上說明，根據本實施形態之矽單結晶的製造方法，從反應室的觀察窗10e拍攝融合環，比較在與單結晶2的拉引軸的延長線5一致的拍攝影像6的Y軸左側的區域內的最大輝度與右側的區域內的最大輝度之時的輝度差為閥值以上的情況則判斷為輝度分布的異常，因此可以以少量的演算量輕易地檢測出觀察窗10e的玻璃面的朦朧造成的輝度不均。又在本實施形態，利用減光玻璃24的減光率的面內分布的不均，在拍攝影像6的輝度分布為異常的情況調整減光玻璃24的方向而使上述輝度差成為未達閥值，因此可以修正拍攝影像6的輝度不均，可以提高單結晶2的直徑的計測精度。

以上，已針對本發明的較佳實施形態作說明，但本發明並未被限定於上述的實施形態，可以在不脫離本發明的主旨的範圍作各種的變更，上述變更亦當然包含於本發明的範圍內。

例如，在上述實施形態，是從比較單結晶2的拉引軸的延長線5的左側的區域6L的最大輝度的一個畫素與延長線5的右側區域6R的最大輝度的一個畫素後的結果來判斷輝度分布的異常，但本發明並未被限定於這樣的方法，只要是從比較拉引軸的延長線5的左側的區域6L的至少一個畫素與延長線5的右側區域6R的至少一個畫素後的結果來判斷輝度分布的異常之有無即可。

又，在上述實施形態，是使減光玻璃旋轉而使輝度差成為未達閥值來調整拍攝影像的輝度分布，例如亦可使減光玻璃向一方向滑動而調整輝度分布。

又在上述實施形態，是列舉出製造矽單結晶的情況為例，但本發明亦可適用於矽以外的單結晶的製造。