CN110057425A - 液面高度检测系统及液面高度检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种液面高度检测系统及液面高度检测方法，用于量测长晶装置中熔汤的液面的高度，长晶装置包含热屏蔽及坩埚，熔汤容置于坩埚且热屏蔽位于坩埚上方，液面高度检测系统包含空心柱体、光源、导光棒、影像撷取单元及影像分析单元，空心柱体用以设置于热屏蔽内，光源用以投射出光束，导光棒用以导引光束以使光束投射于熔汤以形成液面光影或液面下光影虚像，影像撷取单元用以拍摄液面取得一待分析影像，影像分析单元信号连接影像撷取单元且用以分析待分析影像以得到高度。借此液面高度可被计算及监控。

Description

液面高度检测系统及液面高度检测方法

【技术领域】

本发明是有关于一种液面高度检测系统及液面高度检测方法，且尤其是有关一种应用于长晶装置的液面高度检测系统及液面高度检测方法。

【背景技术】

柴可拉斯基法(Czochralski process)是业界普遍用来生产晶锭的方式，其是先将硅材料放入坩埚中，再加热硅材料至熔融状态以形成一熔汤，并让末端具有晶种的定位棒浸入熔汤内，通过缓慢拉起及旋转定位棒，可于定位棒的末端得到柱体状的单晶晶锭。

在此种晶锭的生成方法中，通常会于坩埚的上方(也就是单晶晶锭的周围)设置热屏蔽，以隔绝热的幅射避免其影响到单晶晶锭的生成。

再者，为了要使得晶锭的质量提升，需控制热屏蔽与坩埚中熔汤液面的间隔，因此需要在晶锭生成的过中程，不断的量测液面的高度。

有业者使用激光红光测距装置以非接触液面的方式来量测液面位置，然而，由于长晶装置中温度高，使得长晶装置中存在有大量红外线而会影响到激光红光测距装置的量测效果，而使得量测结果失准。

有鉴于此，如何有效的量测长晶装置中熔汤液面的高度，遂成相关业者努力的目标。

【发明内容】

本发明提供一种液面高度检测系统及液面高度检测方法，通过空心柱体、导光棒、影像撷取单元、影像分析单元分可计算出准确的液面高度。

依据本发明的一态样提供一种液面高度检测系统，用于量测一长晶装置中一熔汤的一液面的一高度，长晶装置包含一热屏蔽及一坩埚，熔汤容置于坩埚，且热屏蔽位于坩埚上方，液面高度检测系统包含一空心柱体、一光源、一导光棒、一影像撷取单元及一影像分析单元，空心柱体设置于热屏蔽内，光源用以投射出一光束，导光棒设置于空心柱体内且用以导引光束，以使光束投射于熔汤以至少形成一液面光影或一液面下光影虚像，其中，光束可使导光棒发光并投射于熔汤以形成一液面下光影虚像。另外，当熔汤在高温状态时，空心柱体投射也会投射于熔汤以形成一液面下柱体虚像。影像撷取单元用以拍摄液面光影、一液面下光影虚像或一液面下柱体虚像以取得一待分析影像，影像分析单元信号连接影像撷取单元且用以分析待分析影像以得到高度。

借此，利用空心柱体包围导光棒，使导光棒导引光线后，能形成面积较小的液面光影或液面下光影虚像，进而避免其因为受液面坡度影响而产生扭曲，更有助于液面高度判断的精准度提升。

依据前述的液面高度检测系统，其中，空心柱体及导光棒可倾斜于液面，或空心柱体及导光棒可垂直于液面。或导光棒可包含一第一段及一第二段，第一段供光束入射，第二段导引光束出射，且第一段突出空心柱体。或导光棒的第一段可为球形结构且突出空心柱体。或第一段与第二段可夹一角度，且第一段与光束的一入射方向平行。或导光棒的直径可大于等于2公厘且小于等于8公厘。或前述的液面高度检测系统可更包含一固定件固定空心柱体于热屏蔽上。或空心柱体的材质可以是钼、钨、钽、铌、钒、铬、钛、锆的其中之一或是上述材质的合金。

依据本发明的另一态样提供一种液面高度检测方法，用于量测一长晶装置中一熔汤的一液面的一高度，长晶装置包含一热屏蔽及一坩埚，熔汤容置于坩埚，且热屏蔽位于坩埚上方，液面高度检测方法包含以下：提供一空心柱体设置于热屏蔽内；提供一光源投射一光束；提供一导光棒导引光束，以使光束投射于熔汤以形成一液面光影或使导光棒发光并形成一液面下光影虚像；提供一影像撷取操作，利用一影像撷取单元拍摄液面光影与液面下光影虚像的至少其中之一以取得一待分析影像；以及提供一影像分析操作，利用一影像分析单元分析待分析影像以得到高度。

依据前述的液面高度检测方法，其中，空心柱体一端面投影于熔汤以形成一液面下柱体虚像，待分析影像上可包含代表液面下柱体虚像的一第一圆及代表液面光影的一第二圆，而于影像分析操作中，影像分析单元找出第一圆的圆心及第二圆的圆心以计算高度。或待分析影像可具有一x轴方向及一y轴方向，影像分析单元根据第一圆的圆心与第二圆的圆心沿x轴方向与y轴方向的至少其中之一的距离来计算高度。

【附图说明】

图1A绘示依照本发明一实施方式的一种液面高度检测系统用以量测液面高度的一示意图；

图1B绘示图1A的影像撷取单元所撷取到的待分析影像示意图；

图2A绘示图1A的液面高度检测系统用以量测液面高度的另一示意图；

图2B绘示图2A的影像撷取单元所撷取到的待分析影像示意图；

图3A绘示依照本发明另一实施方式的一种液面高度检测系统用以量测液面高度的一示意图；

图3B绘示图3A的影像撷取单元所撷取到的待分析影像示意图；

图4A绘示图3A的液面高度检测系统用以量测液面高度的另一示意图；

图4B绘示图4A的影像撷取单元所撷取到的待分析影像示意图；

图5A绘示依照本发明再一实施方式的一种液面高度检测系统用以量测液面高度的一示意图；

图5B绘示图5A的影像撷取单元所撷取到的待分析影像示意图；

图6A绘示图5A的液面高度检测系统用以量测液面高度的另一示意图；

图6B绘示图6A的影像撷取单元所撷取到的待分析影像示意图；

图7A绘示依照本发明更一实施方式的一种液面高度检测系统用以量测液面高度的一示意图；

图7B绘示图7A的影像撷取单元所撷取到的待分析影像示意图；

图8A绘示图7A的液面高度检测系统用以量测液面高度的另一示意图；

图8B绘示图8A的影像撷取单元所撷取到的待分析影像示意图；

图9绘示依照本发明再一实施方式的一种液面高度检测系统的一固定件及一空心柱体设罝于热屏蔽的示意图；以及

图10绘示依照本发明另一实施方式的一种液面高度检测方法的一步骤流程图。

【符号说明】

100 液面高度检测系统 221 直面段

100a 液面高度检测系统 222 外扩锥面段

300 液面高度检测方法

100b 液面高度检测系统

310、320、330 步骤

100c 液面高度检测系统 340、350 步骤

L1、L2 光束

110、110a 空心柱体 M1、M2 液面下柱体虚像

110b、110c 空心柱体

110d 空心柱体 N1、N2、N3 液面光影

120、120a 导光棒 C1、C3 第一圆

120b、120c 导光棒 C2、C4、C5、C6 第二圆

121 第二段 C7、C8 第三圆

122、122b、122c 第一段 D1、D2、D3、D4 距离

130、130a 光源 P1、P2、P3、P4 待分析影像

140、140a 影像分析单元

P5、P6、P7、P8 待分析影像

140b、140c 影像分析单元

Q1 液面下光影虚像

150、150d 固定件 S 液面

160、160a 影像撷取单元 W 熔汤

x 轴

160b、160c 影像撷取单元 y 轴

θ 角度

200、200a 长晶装置

210 坩埚

220、220a、220d 热屏蔽

【具体实施方式】

以下将参照图式说明本发明的实施方式。为明确说明起见，许多实务上的细节将在以下叙述中一并说明。然而，阅读者应了解到，该多个实务上的细节不应用以限制本发明。也就是说，在本发明部分实施方式中，该多个实务上的细节是非必要的。此外，为简化图式起见，一些已知惯用的结构与组件在图式中将以简单示意的方式绘示；并且重复的组件将可能使用相同的编号表示。

请参阅图1A及图1B，其中，图1A绘示依照本发明一实施方式的一种液面高度检测系统100用以量测液面S高度的一示意图，图1B绘示图1A的影像撷取单元160所撷取到的待分析影像P1示意图。液面高度检测系统100用于量测一长晶装置200中一熔汤W的一液面S的一高度，长晶装置200包含一热屏蔽220及一坩埚210，熔汤W容置于坩埚210，且热屏蔽220位于坩埚210上方。

液面高度检测系统100包含一空心柱体110、一光源130、一导光棒120、一影像撷取单元160及一影像分析单元140，空心柱体110用以设置于热屏蔽220内，且空心柱体110的一端面投影于熔汤W以形成一液面下柱体虚像M1，光源130用以投射出一光束L1，导光棒120用以导引光束L1以使光束L1投射于熔汤W以形成一液面光影N1，其中，光束L1可使导光棒120发光并投射于熔汤W以形成一液面下光影虚像。另外，当熔汤在高温状态时，空心柱体投射也会投射于熔汤以形成一液面下柱体虚像M1。影像撷取单元160用以拍摄液面S，以使液面下柱体虚像M1及液面光影N1成像为一待分析影像P1，影像分析单元140信号连接影像撷取单元160且用以分析待分析影像P1以得到高度。

借此，通过空心柱体110及导光棒120形成液面下柱体虚像M1及液面光影N1，并借由影像撷取单元160让液面下柱体虚像M1及液面光影N1成像为待分析影像P1，最后再利用影像分析单元140分析待分析影像P1，即可以取得液面S的高度。后面将更详细的描述液面高度检测系统100及其高度量测原理。

空心柱体110设置在热屏蔽220的一内表面且邻近热屏蔽220的下缘，导光棒120容设于空心柱体110内。更详细的说，长晶装置200的热屏蔽220可以包含一直面段221及一外扩锥面段222，直面段221与外扩锥面段222相连接，而液面高度检测系统100更包含一固定件150将空心柱体110固定于直面段221，并使空心柱体110的一端尽量与直面段221的边缘齐平，在本实施例中，固定件150是一线体，较佳的线体是以钼材制成。

导光棒120包含一第一段(first segment)122及一第二段(second segment)121，第一段122与第二段121夹一角度θ，第一段供光束入射，第二段导引光束出射，且第一段122与光束L1的一入射方向平行，且导光棒120可以是石英材质制成。也就是说，导光棒120为具有弯折的棒体，通过第一段122配合光束L1的入射位置，以让光束L1更有效的被导引至液面S以形成清晰的液面光影N1。而当导光棒120容设于空心柱体110内时，第二段121是位于空心柱体110内，第一段122则是外露于空心柱体110，此种弯折的设置，亦可以让导光棒120直接容设于空心柱体110而不会有掉落的风险。

较佳的，空心柱体110的材质是钼，当导光棒120容设于空心柱体110内时，空心柱体110的内壁可以反射光束L1，将从导光棒120逸漏的光再反射回导光棒120，因此有助于将光束L1导引至液面S。而光源130可以是一激光光源，其强度较强且具有良好的指向性，而容易于液面S上形成清楚的液面光影N1。此外，钼的熔点高，而可以适合于高温环境中使用。

在本实施例中，由于热屏蔽220的侧壁是由直面段221及外扩锥面段222组成，而空心柱体110设置在直面段221上，所以空心柱体110及导光棒120皆垂直于液面S，但在其他实施例中，空心柱体110及导光棒120亦可以不垂直于液面S，可配合热屏蔽220的形状做倾斜的设置，但较佳的空心柱体110需设置在热屏蔽220的内表面且邻近热屏蔽220的下缘处，如此空心柱体110才不被热屏蔽220所遮挡而能顺利成像。导光棒120亦可以不容设于空心柱体110内，而是置于热屏蔽220内的其他地方，只要可以将光束L1导引至液面S成像即可。

影像撷取单元160可以设置在热屏蔽220的上方，如此可以顺利的拍摄液面S，如图1B所示，其所拍摄到的待分析影像P1包含代表液面下柱体虚像M1的一第一圆C1及代表表液面光影N1的一第二圆C2。

影像分析单元140可包含一图像处理器，将待分析影像P1进行边缘检测，以找出第一圆C1及第二圆C2的边界，并再通过拟合圆的方式找出第一圆C1及第二圆C2的圆心，以计算得到两圆心之间的距离D1，如图1B所示，待分析影像P1具有一x轴方向及一y轴方向，而此距离D1是在y轴方向的距离，通过此距离可以对照预先建立的表格与数据，来得到液面S的实际高度。

在此要特别说明的是，导光棒120导引光束L1使得导光棒120第二段的出光端也可能同时在熔汤W形成液面下光影虚像(图未示，与柱体虚像M1同一位置)，并被液面下柱体虚像M1所围绕，但在本实施例中以液面下柱体虚像M1代表，但也可以以液面下光影虚像取代液面下柱体虚像M1作为分析影像P1、P2的一部分。

请参阅图2A及图2B，图2A绘示图1A的液面高度检测系统100用以量测液面S高度的另一示意图，图2B绘示图2A的影像撷取单元160所撷取到的待分析影像P2示意图。如2A图所示，液面S下降，影像撷取单元160拍摄到待分析影像P2，而此时待分析影像P2上第一圆C1及第二圆C2的圆心距离为D2。例如，熔汤液面S下降h的高度，液面光影N1会比原来的位置下降h的高度，液面下柱体虚像M1会比原来的位置下降2h的高度，所以液面光影N1与液面下柱体虚像M1之间的距离会再拉大h的长度，因此待分析影像P2中的距离D2会大于待分析影像P1中的距离D1。

由图2B可知，液面S下降会使得第一圆C1及第二圆C2的圆心距离改变，所以通过圆心距离的计算，即可检测液面S的高度。

在此要特别说明的是，光束L1所形成的液面光影N1是光束L1于液面S上的反射光点，所以不管液面高度如何变化，液面光影N1皆会位于液面S上，而空心柱体110的液面下柱体虚像M1则是由平面镜成像原理形成，因此液面下柱体虚像M1与液面S的距离等于空心柱体110与液面S的距离(像距等于物距)，所以可以将液面下柱体虚像M1看成是位于液面S下方，而其与液面S的距离会随着液面S与空心柱体110的距离而改变。因此，当液面S下降时，液面下柱体虚像M1会变得较小，且和液面光影N1的距离关系会改变。而第一圆C1及第二圆C2不一定是正圆，其会因为影像撷取单元160的拍摄角度而略呈楕圆，且拍射角度会使得待分析影像P1中还包含空心柱体110以外的部分，但此些部分都可以经由影像分析单元140去除，而不影响圆心的取得。同理，若空心柱体110与导光棒120的以其他形状取代时，待分析影像P1、P2也可以是其他的形状。

所谓预先建立的表格与数据是指，在将液面高度检测系统100安装于长晶装置200后，即先取得液面S最高时的待分析影像，并计算得到对应的圆心距离，之后并开始让液面S的高度下降，再次计算对应的圆心距离，如此持续让液面S的高度下降并计算圆心距离，最后可制成圆心距离与液面S高度的对照表。

请参阅图3A、图3B、图4A及图4B，其中，图3A绘示依照本发明另一实施方式的一种液面高度检测系统100a用以量测液面S高度的一示意图，图3B绘示图3A的影像撷取单元160a所撷取到的待分析影像P3示意图，图4A绘示图3A的液面高度检测系统100a用以量测液面S高度的另一示意图，图4B绘示图4A的影像撷取单元160a所撷取到的待分析影像P4示意图。

长晶装置200a和上述图1A中的长晶装置200类似，但热屏蔽220a的结构与热屏蔽220不同，其仅具有外扩锥面段，而液面高度检测系统100a也与上述图1A中的液面高度检测系统100类似，包含一空心柱体110a、一光源130a、一导光棒120a、一影像撷取单元160a及一影像分析单元140a，但空心柱体110a是设置在外扩锥面段上，且导光棒120a未弯曲。在本实施例中，由于热屏蔽220a本身即是倾斜，使得空心柱体110a及导光棒120a亦为倾斜设置，故导光棒120a不需要使第一段与第二段之间具有夹角以配合光束L2的入射。

空心柱体110a的端面投影于熔汤W形成液面下柱体虚像M2，导光棒120a导引光束L2使光束L2投射于熔汤W形成液面光影N2，而由于空心柱体110及导光棒120a与液面S之间为倾斜关系，因此影像撷取单元160a所拍摄的待分析影像P3、P4中，第一圆C3与第二圆C4的圆心会有x轴方向上的距离及y轴方向上的距离。在此情况下，当液面S的高度改变时，例如图4A所示的液面S的高度下降时，第一圆C3与第二圆C4的圆心在x轴方向上的距离及y轴方向上的距离皆会改变，因此可以选择其中一轴上的距离变化来检测液面S的高度。而于本实施中，是选择x轴方向上的距离D3、D4来确认液面S的下降状况。

而为了更加确认液面S的高度，亦可以同时计算第一圆C3与第二圆C4的圆心在x轴方向上的距离及y轴方向上的距离，并以x轴方向上的距离估出液面S的一高度，再以y轴方向上的距离估出液面S的一高度，两个高度相比较以得到更正确的液面S高度。

如同前一个实施例所述，导光棒120a导引光束L2使得导光棒120a第二段的出光端也可能同时在熔汤W形成液面下光影虚像(图未示，与柱体虚像M2同一位置)，并被液面下柱体虚像M2所围绕，但在本实施例中以液面下柱体虚像M2代表，但也可以仅以液面下光影虚像取代液面下柱体虚像M2作为分析影像P3、P4的一部分。

请参阅图5A、图5B、图6A及图6B，其中，图5A绘示依照本发明再一实施方式的一种液面高度检测系统100b用以量测液面S高度的一示意图，图5B绘示图5A的影像撷取单元所撷取到的待分析影像P5示意图，图6A绘示图5A的液面高度检测系统100b用以量测液面S高度的另一示意图，图6B绘示图6A的影像撷取单元所撷取到的待分析影像P6示意图。

长晶装置200b和上述图1A中的长晶装置200类似，而液面高度检测系统100b与上述图1A中的液面高度检测系统100类似，但导光棒120b未弯曲，且第一段122b为球形结构且突出空心柱体110b。

在本实施例中，导光棒120b导引光束使光束投射于熔汤W形成液面光影N3，因此影像撷取单元160b所拍摄的待分析影像P5、P6中仅会有代表液面光影N3的第二圆C5、C6，影像分析单元140b找出第二圆C5、C6的圆心位置，而可以对照既有建立的表格与数据(亦即，包含事先建置好的液面光影N3对应液面S的位置数据，作为对照表使用)取得量测当下所对应的液面S的实际高度，或通过第二圆C5、C6的圆心位置差异而计算出液面S的高度变化值。如图5A至图6B所示，例如当熔汤W液面S下降后，影像撷取单元160b所拍摄到的待分析影像P5、P6中，第二圆C5的圆心位置会从原本的位置往一侧移动，例如是朝下方的方向移动而变为第二圆C6的圆心位置，第二圆的圆心移动方向会依照影像撷取单元160b所在的位置而有所不同。

在本实施例中，由于空心柱体110b包围导光棒120b，使导光棒120b导引光束后，能形成面积较小的液面光影N3，进而避免其因为受液面S坡度(液面S靠近晶锭处因表面张力形成的坡度)影响而产生扭曲，更有助于液面S高度判断的精准度提升。较佳的，导光棒120b的直径可大于等于2公厘且小于等于8公厘，如此一来，待分析影像P5、P6的第二圆C5、C6可以为完整的小圆点，而有利于影像分析单元140b通过拟合圆方式找出第二圆C5、C6的圆心，减少影像变形造成的误差。更佳的，可将影像撷取单元160b的设置条件符合入射角与反射角关系，而可以有助于提升第二圆C5、C6的清晰度。在本实施例中，析影像P5、P6自动忽略可能出现的液面下光影虚像与液面下柱体虚像(未图示)，也就是即使有液面下光影虚像与液面下柱体虚像，也被当作噪声而过滤掉，仅针对液面光影N3予以分析处理。例如当液面下光影虚像与液面下柱体虚像不明显时，就可以如此处理。

请参阅图7A、图7B、图8A及图8B，其中，图7A绘示依照本发明更一实施方式的一种液面高度检测系统100c用以量测液面S高度的一示意图，图7B绘示图7A的影像撷取单元所撷取到的待分析影像P7示意图，图8A绘示图7A的液面高度检测系统100c用以量测液面S高度的另一示意图，图8B绘示图8A的影像撷取单元160c所撷取到的待分析影像P8示意图。

长晶装置200c和上述图5A中的长晶装置200b类似，而液面高度检测系统100c与上述图5A中的液面高度检测系统100b类似，但导光棒120c的第一段122c未突出空心柱体110c或仅是些微的突出空心柱体110c。

在本实施例中，导光棒120c导引光束使得导光棒120c第二段的出光端产生亮光并投影于熔汤W形成液面下光影虚像Q1，因此影像撷取单元160c所拍摄的待分析影像P7、P8中仅会有代表液面下光影虚像Q1的第三圆C7、C8，影像分析单元140c找出第三圆C7、C8的圆心位置，而可以对照建立的表格取得其所对应的液面S的实际高度，或通过第三圆C7、C8的圆心位置差异而计算出液面S的高度变化值。如图7A至图8B所示，例如当熔汤W液面S下降后，影像撷取单元160c所拍摄到的待分析影像P7、P8中，第三圆C7的圆心位置会从原本的位置往一侧移动，例如是朝下方的方向移动而变为第三圆C8的圆心位置，第三圆的圆心移动方向会依照影像撷取单元160c所在的位置而有所不同。在本实施例中，是通过液面下光影虚像Q1于待分析影像P7、P8中形成的第三圆C7、C8来判断液面S高度，由于液面下光影虚像Q1是由平面镜成像原理形成，因此只要使用具有一般激光功率的激光光源即可，且不需要将影像撷取单元160c放于特定位置，有助于增加运用灵活度。在本实施例中，析影像P7、P8自动忽略可能出现的液面光影与液面下柱体虚像(未图示)，也就是即使有液面光影与液面下柱体虚像，也被当作噪声而过滤掉，仅针对液面下光影虚像Q1予以分析处理。

请参阅图9，图9绘示依照本发明再一实施方式的一种液面高度检测系统的一固定件150d及一空心柱体110d设置于热屏蔽220d的示意图。固定件150d可为角型块体结构，固定件160的一侧面形状对应热屏蔽220d的内壁而可以抵靠热屏蔽220d，固定件160还可以包含孔洞供螺件穿设，以与热屏蔽220d锁固；另外，固定件150d还包含设置孔供空心柱体110d设置。在其他实施例中，空心柱体110d是未突出于固定件150d的设置孔，且导光棒亦未突出于设置孔，不以上述揭露为限。

请参阅图10，并请一并参阅图5A、图5B、图6A、图6B、图7A、图7B、图8A及图8B。其中图10绘示依照本发明另一实施方式的一种液面高度检测方法300的一步骤流程图。液面高度检测方法300包含步骤310、步骤320、步骤330、步骤340及步骤350。

步骤310中，提供一空心柱体110b、100c设置于热屏蔽内。

步骤310中，提供一光源投射一光束。较佳的，光源是电射光源。

步骤330中，提供一导光棒120b、120c导引光束，以使光束投射于熔汤W以形成液面光影N3或使导光棒120c发光并形成一液面下光影虚像Q1。导光棒120b、120c可设置在空心柱体110b、120c内，其第一段122b可以突出于空心柱体110b或第一段122c可以未突出于空心柱体110c。

步骤340中，提供一影像撷取操作，利用一影像撷取单元160拍摄液面S以取得待分析影像P5、P6、P7、P8。待分析影像P5、P6、P7、P8中可包含代表液面光影N3的第二圆C5、C6或代表液面下光影虚像Q1的第三圆C7、C8。

步骤350中，提供一影像分析操作，利用一影像分析单元140b、140c分析待待分析影像P5、P6、P7、P8以得到高度。其中影像分析单元140b可找出第二圆C5、C6的圆心以计算高度，或影像分析单元140b可找出第三圆C7、C8的圆心以计算高度。

于步骤310中，更可以如图1A、图1B、图2A及第2B所示，使空心柱体110的一端面投影于熔汤W以形成一液面下柱体虚像M1。于步骤320中，可以让待分析影像P1、P2、P3、P4上可包含代表液面下柱体虚像M1的一第一圆C1、C3及代表液面光影N1的一第二圆C2、C4，且待分析影像P1、P2、P3、P4具有一x轴方向及一y轴方向。而于步骤330中，影像分析单元140可找出第一圆C1的圆心及第二圆C2的圆心以计算高度，其中，影像分析单元140可根据第一圆C1的圆心与第二圆C2的圆心沿x轴方向及y轴方向的至少其中一的距离来计算高度。

借此，通过第一圆C1及第二圆C2之间沿y轴方向的距离可计算出液面S的高度，而可以随时监控液面S的状况。当然，也可以如图3A、图3B、图4A及图4B所示，以第一圆C3及第二圆C4之间沿x轴方向的距离来计算出液面S的高度。

在其他实施例中(图未示)，空心柱体110b与导光棒120b不一定是圆柱状，可以是任意的柱体形状或是其他形状，此时可以计算液面光影、液面下柱体虚像或是液面下光影虚像这三者至少其中之一的几何形状的质心或重心，作为比对位置的基准。再者，前述实施例所提到的第一圆至第三圆可以是正圆或是椭圆的形状。另外，前述实施例所提到的空心柱体的材质是可以耐高温的钼、钨、钽、铌、钒、铬、钛、锆等材质的其中之一或是上述材质的合金。

由上述的实施例可知，液面高度检测系统具有下列优点。

一、导光棒设置在空心柱体中，可使导光棒于液面上形成的液面光影因为导光棒身部受空心柱体遮挡因素而只露出一圆点，进而有利于影像撷取单元的成像及影像分析单元的判断。此外，也不需如已知技术一样在热屏蔽上挖洞(例如在热屏蔽的侧壁或向内延伸出的底板上挖洞)，进而可降低对热屏蔽的制造与寿命以及热场的影响。

二、当空心柱体是由钼或者其他金属或反光材质制成时，可将光束锁在里面，可使导光棒的形成的液面光点更亮。

三、当是采用导光棒在液面下光影虚像所形成的影像来进行液面高度的计算时，使用一般功率或低功率的激光光源即可产生液面下光影虚像，且影像撷取单元可设置于任何可以拍摄到液面的位置，具有运用灵活的优点。

四、空心柱体及导光棒可以垂直设置，也可斜向设置，即使斜向设置会使整个空心柱体产生更大的倒影，但相较于整根导光棒而言倒影相对不明显，因此不影响待分析影像的判读。

五、固定件可用来固定空心柱体，当固定件遮住自空心柱体上端露出来的导光棒时，可以避免导光棒露出来的部分也在液面成像而干扰影像的检测。

六、当导光棒的直径大于等于2公厘且小于等于8公厘，可避免成形于待分析影像上的第一圆变形，有助于圆心的判断。

虽然本发明已以实施方式揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视后附的申请专利范围所界定者为准。

Claims (12)

1.一种液面高度检测系统，用于量测一长晶装置中一熔汤的一液面的一高度，该长晶装置包含一热屏蔽及一坩埚，该熔汤容置于该坩埚，且该热屏蔽位于该坩埚上方，其特征在于，该液面高度检测系统包含：

一空心柱体，设置于该热屏蔽内；

一光源，用以投射出一光束；

一导光棒，设置于该空心柱体内且用以导引该光束，以使该光束投射于该熔汤以形成一液面光影，或使该导光棒发光投射于该熔汤以形成一液面下光影虚像，或使该空心柱体投射于该熔汤以形成一液面下柱体虚像；

一影像撷取单元，用以拍摄该液面光影，该液面下光影虚像与该液面下柱体虚像的至少其中之一以取得一待分析影像；以及

一影像分析单元，信号连接该影像撷取单元且用以分析该待分析影像以得到该高度。

2.如权利要求1所述的液面高度检测系统，其特征在于，该空心柱体及至少部份的该导光棒倾斜于该液面。

3.如权利要求1所述的液面高度检测系统，其特征在于，该空心柱体及至少部份的该导光棒垂直于该液面。

4.如权利要求1所述的液面高度检测系统，其特征在于，该导光棒包含一第一段及一第二段，该第一段供该光束入射，该第二段导引该光束出射，且该第一段突出该空心柱体。

5.如权利要求4所述的液面高度检测系统，其特征在于，该导光棒的该第一段为球形结构且突出该空心柱体。

6.如权利要求4所述的液面高度检测系统，其特征在于，该第一段与该第二段夹一角度，且该第一段与该光束的一入射方向平行。

7.如权利要求1所述的液面高度检测系统，其特征在于，该导光棒的直径大于等于2公厘且小于等于8公厘。

8.如权利要求1所述的液面高度检测系统，其特征在于，更包含一固定件，固定该空心柱体于该热屏蔽上。

9.如权利要求1所述的液面高度检测系统，其特征在于，该空心柱体的材质是钼、钨、钽、铌、钒、铬、钛、锆的其中之一或是上述材质的合金。

10.一种液面高度检测方法，用于量测一长晶装置中一熔汤的一液面的一高度，该长晶装置包含一热屏蔽及一坩埚，该熔汤容置于该坩埚，且该热屏蔽位于该坩埚上方，其特征在于，该液面高度检测方法包含：

提供一空心柱体设置于该热屏蔽内；

提供一光源投射一光束；

提供一导光棒导引该光束，以使该光束投射于该熔汤以形成一液面光影或使该导光棒发光并形成一液面下光影虚像；

提供一影像撷取操作，利用一影像撷取单元拍摄该液面光影与该液面下光影虚像的至少其中之一以取得一待分析影像；以及

提供一影像分析操作，利用一影像分析单元分析该待分析影像以得到该高度。

11.如权利要求10所述的液面高度检测方法，其特征在于，该空心柱体一端面投影于该熔汤以形成一液面下柱体虚像，该待分析影像上包含代表该液面下柱体虚像的一第一圆及代表该液面光影的一第二圆，而于该影像分析操作中，该影像分析单元找出该第一圆的圆心及该第二圆的圆心以计算该高度。

12.如权利要求10所述的液面高度检测方法，其特征在于，该待分析影像具有一x轴方向及一y轴方向，该影像分析单元根据该第一圆的圆心与该第二圆的圆心沿该x轴方向与该y轴方向的至少其中之一的距离来计算该高度。