CS240771B1

CS240771B1 - Device for non-contact measurement of the level of inaccessible mirror melt

Info

Publication number: CS240771B1
Application number: CS838024A
Authority: CS
Inventors: Jiri Stiller; Vilem Smejkal
Original assignee: Jiri Stiller; Vilem Smejkal
Priority date: 1983-10-31
Filing date: 1983-10-31
Publication date: 1986-02-13
Also published as: CS802483A1

Abstract

Účelem řešení je zpřesnění měření průměru rostoucího krystalu křemíku taženého metodou Czochralského. Podstata spočívá v tom, že nad hladinou zrcadlící taveny uloženo těleso, které sě po zahřátí sáláním stává zdrojem světla a; které se svým virtuálním obrazem, vznikajícím odrazem na hladině zrcadlící taveniny, vytváří v obrazové rovině objektivu měřicí dalekohledové lupy dvojici reálných obrazů, jejichž vzdálenost je úměrná vzdálenosti tělesa od hladiny zrcadlící taveniny.The purpose of the solution is to improve the accuracy of measuring the diameter of a growing silicon crystal pulled by the Czochralski method. The essence is that a body is placed above the surface of the reflecting melt, which, after heating by radiation, becomes a source of light and; which, with its virtual image, arising from reflection on the surface of the reflecting melt, creates a pair of real images in the image plane of the objective lens of the measuring telescope magnifier, the distance of which is proportional to the distance of the body from the surface of the reflecting melt.

Description

Vynález se týká zařízení na bezkontaktní měření polohy hladiny nepřístupné zrcadlící taveniny.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a device for contactless measurement of the level of an inaccessible reflecting melt.

Tažení polovodičových krystalů, zejména křemíkových krystalů, metodou Czochralského s elektrooptickým měřením průměru rostoucího krystalu/založeným na sledování rozhraní fází pyrometrem vyžaduje, aby v procesu tažení krystalu byla zachovávána výška hladiny taveniny. Této podmínce bývá zhruba vyhověno tím, že úbytek taveniny/způsobený růstem krystalu/je vyrovnáván přísuvem kelímku s taveninou rychlostí, jež je funkcí rychlosti růstu krystalu, průměru rostoucího krystalu a tvar*u kelímku. Případné fluktuace těchto veličin, zejména tvaru neválcové části kelímku, vedou ke změně polohy hladiny taveniny v kelímku, jež má za následek chybné měření průměru rostoucího krystalu. Kontrola.polohy hladiny taveniny, jež musí být z důvodu zachování čistoty taveniny realizována bezkontaktním způsobem, bývá v případě zrcadlící taveniny prováděna pomocí paralelního světelného svazku, jenž dopadá z intenzivního zdroje světla, obvykle laseru, umístěného nad průzorem do komory zařízení šikmo na hladinu a jenž po odraze na hladině zrcadlící taveniny vytváří stopu, jejíž poloha se mění s polohou hladiny zrcadlící taveniny. Nevýhodou tohoto způsobu je vedle ekonomické nákladnosti zařízení pro měření i nutnost seřizo vání zařízení před každou tavbou.The drawing of semiconductor crystals, especially silicon crystals, by the Czochralski method with an electro-optical measurement of the growing crystal diameter / based on pyrometer-based phase boundary monitoring requires that the level of the melt be maintained in the crystal drawing process. This condition is broadly met by the fact that the melt loss (caused by crystal growth) is compensated by infeeding the crucible with the melt at a rate that is a function of the crystal growth rate, the growing crystal diameter and the shape of the crucible. Possible fluctuations of these quantities, in particular the shape of the non-cylindrical part of the crucible, lead to a change in the position of the melt level in the crucible, which results in an incorrect measurement of the diameter of the growing crystal. The control of the melt level, which must be carried out in a contactless manner, in order to maintain the melt cleanliness, is carried out in the case of a mirror melt by means of a parallel light beam that falls from an intense light source, usually a laser. upon reflection on the surface of the reflecting melt, it forms a trace whose position varies with the level of the reflecting melt. The disadvantage of this method is, besides the economical cost of the measuring device, the necessity of adjusting the device before each melting.

Uvedené nedostatky odstraňuje řešení podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že těleso uložené nad hladinou zrcadlící taveniny a jeho virtuální obraz jsou v zorném poli měřicí dalekohledové lupy. Je účelné, aby těleso mělo tvar válce a bylo zhotoveno z křemene.The above-mentioned drawbacks are overcome by the solution according to the invention, characterized in that the body placed above the surface of the reflecting melt and its virtual image are in the field of view of the measuring telescope magnifying glass. It is expedient for the body to be cylindrical and made of quartz.

Těleso uložené nad hladinou zrcadlící taveniny je zahříváno sáláním tak, že se stává zdrojem světla a společně se svým virtu240 771 álním obrazem,vznikájícím odrazem na hladině zrcadlící taveniny, vytváří v obrazové rovině objektivu měřicí dalekohledové lupy dvojici reálných obrazů, jejichž vzdálenost, měřená stupnicí na záměrné ploténce uložené v obrazové rovině objektivu měřicí dalekohledové lupy, je úměrná vzdálenosti tělesa oď hladiny zrcadlící taveniny.The body placed above the surface of the reflecting melt is heated by radiation so that it becomes a source of light and, together with its virtual image resulting from reflection on the surface of the reflecting melt, creates a pair of real telescopic magnifying glasses in the image plane. The intentional disc stored in the image plane of the telescope of the measuring telescope magnification is proportional to the distance of the body by the level of the reflecting melt.

Na připojeném výkresu je znázorněn příklad zařízení podle vynálezu. Na obr. 1 je znázorněna komora pro tažení monokrystalů metodou Czochralského s měřicím zařízením, které má nad hladinou zrcadlící taveniny těleso ve tvaru válce. Na obr. 2 je znázorněno zorné pole měřicí dalekohledové lupy.The attached drawing shows an example of the device according to the invention. Fig. 1 shows the single crystal drawing chamber by the Czochralski method with a measuring device having a cylinder-shaped body above the surface of the reflecting melt. FIG. 2 shows the field of view of the measuring telescope magnifying glass.

Monokrystaly křemíku tažené metodou Czochralského jsou připra vovány v inertním plynem napuštěné komoře i,opatřené dvěma na sobě nezávisle pohyblivými hřídeli. Na horní hřídeli 2 je uložen monokrystal ický zárodek 2» ^na kterém narůstá krystal 2, na dolní hřídeli 4 je kelímek 2 obsahující zrcadlící taveninu 6. Průměr rostoucího krystalu 7 je měřen pyrometrem 8,zaměřeným na rozhraní fází 9. Aby toto měření bylo dostatečně přesné, je třeba udržovat hladinu 10 ve stejné poloze po celou dobu tažení. Toho lze dosáhnout řízeným přísuvem dolní hřídele 4 nesoucí kelímek 2 směrem vzhůru. Případné změny polohy hladiny 10 zrcadlící taveniny 6, vyvolané zejména fluktuacemi tvaru kelímku 2» l^ze měřit pomocí tělesa 11 uloženého nad hladinou 10 zrcadlící taveniny 6, které se po Zahřátí sáláním stává zdrojem světla a společně se svým virtuálním obrazem 12,vznikajícím odrazem na hladině 10 zrcadlící taveniny 6, vytváří v obrazové rovině objektivu 14 měřicí dalekohledové lupy 13 dvojici reálných obrazů 11 * a 12 *, jejichž vzdálenost, měřená stupnicí na záměrné ploténce 15 uložené v obrazové rovině objektivu 14 měřicí dalekohledové lupy 13. je úměrná vzdálenosti tělesa 11 od hladiny 10 zrcadlící taveniny 6.Czochralski silicon monocrystals are prepared in an inert gas impregnated chamber 1 provided with two independently movable shafts. On the upper shaft 2 there is a monocrystalline seed 2 ^on which the crystal 2 grows, on the lower shaft 4 there is a crucible 2 containing a reflecting melt 6. The diameter of the growing crystal 7 is measured by a pyrometer 8 aimed at the interface of phases 9. , it is necessary to keep the level 10 in the same position throughout the drawing. This can be achieved by a controlled infeed of the lower shaft 4 carrying the crucible 2 upwards. Any changes in the position of surface 10 of the reflecting melt 6 is caused mainly by fluctuations in the shape of a crucible 2 »l ^of measured through the body 11 deposited over the surface 10 reflecting melt 6, which upon heating by radiation becomes a light source and, together with its virtual image 12 resulting reflection on the surface 10 of the reflecting melt 6, forms a pair of real images 11 * and 12 * in the image plane 14 of the measuring telescope 13, whose distance measured by the scale on the sight plate 15 stored in the image plane 14 of the measuring telescope 13 is proportional to the distance Level 10 Reflecting Melt 6.

Využití vynálezu zpřesní měření průměrů křemíkových krystalů tažených metodou Czochralského. Vynálezu lze využít ve spojení s libovolným zařízením pro tažení krystalů křemíku metčrtou Czochralského.The application of the invention will make the measurement of the diameters of silicon crystals drawn by the Czochralski method more precise. The invention can be used in conjunction with any device for drawing silicon crystals by the Czochralski mette.

Claims

SUBJECT OF THE INVENTION

240 771

Apparatus for contactless measurement of the level of an inaccessible mirror melt characterized in that the body (11) located above the mirror melt (10) and its virtual image (12) are in the field of view of the measuring telescope magnifier (13).