DE112022000488T5

DE112022000488T5 - Verfahren zum Erfassen eines Oberflächenzustands einer Rohmaterialschmelze, Verfahren zum Herstellen eines Einkristalls und Vorrichtung zum Herstellen eines CZ-Einkristalls

Info

Publication number: DE112022000488T5
Application number: DE112022000488.6T
Authority: DE
Inventors: Katsuyuki Kitagawa
Original assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Priority date: 2021-03-01
Filing date: 2022-01-26
Publication date: 2023-12-07
Also published as: TW202300725A; KR20230150800A; JP2022132995A; US20240125006A1; WO2022185789A1; CN116888309A

Abstract

Die vorliegende Erfindung ist ein Verfahren zum Erfassen eines Oberflächenzustands einer Rohmaterialschmelze in einem Tiegel bei der Einkristallherstellung durch ein CZ-Verfahren, bei dem ein Einkristall aus der Rohmaterialschmelze in dem Tiegel gezogen wird, umfassend: Fotografieren eines vorbestimmten gleichen Testbereichs der Oberfläche der Rohmaterialschmelze in dem Tiegel gleichzeitig in verschiedenen Richtungen mit zwei CCD-Kameras, um Messbilder zu erhalten; und automatisches Erfassen, unter Verwendung von Parallaxendaten der Messbilder von den zwei CCD-Kameras, von einem oder mehreren der folgenden Punkte: Erstarrungstiming, wenn ein Zustand, in dem das Rohmaterial vollständig geschmolzen ist, in einen Zustand übergeht, in dem sich auf der Oberfläche der Rohmaterialschmelze eine Erstarrung bildet; und Schmelzabschlusstiming, wenn ein Zustand, in dem die Rohmaterialschmelze eine Erstarrung auf der Oberfläche der Rohmaterialschmelze aufweist, in einen vollständig geschmolzenen Zustand übergeht. Es werden ein Verfahren zum Erfassen eines Oberflächenzustands einer Rohmaterialschmelze, das das Timing der Erstarrung und das Timing der Abschluss des Schmelzens der Rohmaterialschmelze auf wertvolle Weise erfassen und die Belastung eines Bedieners bei der Einkristallherstellung durch ein CZ-Verfahren verringern kann, ein Verfahren zur Herstellung eines Einkristalls und eine Vorrichtung zur Herstellung eines CZ-Einkristalls bereitgestellt.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erfassen eines Oberflächenzustandes einer Rohmaterialschmelze bei der Einkristallherstellung nach dem Czochralski-Verfahren (CZ-Verfahren), ein Verfahren zur Herstellung eines Einkristalls und eine Vorrichtung zur Herstellung eines CZ-Einkristalls. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Erfassen der Erstarrung und des Schmelzabschlusses mit einer Vorrichtung zur Herstellung eines Einkristalls in einem Präparationsverfahren zum Ziehen eines Einkristalls.
HINTERGRUNDKUNST
Um eine Vielzahl von Einkristallblöcken mit einem einzigen Tiegel (Quarztiegel) herzustellen, ist es bekannt, dass Vorrichtungen zum Ziehen eines Einkristalls nach dem Czochralski-Verfahren ein Verfahren verwenden, bei dem ein Einkristall gezüchtet und gezogen wird, ein festes Rohmaterial durch ein Zuführungsrohr in einer solchen Menge, die einer reduzierten Menge eines Rohmaterials für eine Schmelze entspricht, dem Tiegel weiter zugeführt (im Folgenden auch als Nachfüllen bezeichnet) und dann geschmolzen wird und ein nächster Einkristall gezüchtet und gezogen wird. Wird das feste Rohmaterial während des Nachfüllens direkt der Schmelze im Tiegel zugeführt, kann die Schmelze leider spritzen und das Rohmaterial an der Außenseite des Tiegels oder des Zuführungsrohrs anhaften.
Als Gegenmaßnahme hierzu wird eine Technologie eingesetzt, bei der der anfängliche Einkristall gezogen wird, die im Tiegel verbleibende Oberfläche der Schmelze anschließend bis zu einem gewissen Grad erstarrt, und das Rohmaterial durch Nachfüllen auf die erstarrte Oberfläche aufgebracht und aufgeschmolzen wird. Als herkömmliche Technik wird ein Verfahren zur visuellen Beobachtung eines Erstarrungszustandes einer Schmelzoberfläche durch einen Bediener oder ein Verfahren, bei dem ein mit einem visuellen Sensor zur Durchmesserkontrolle erfasstes Signal mit Bildverarbeitung verarbeitet wird, wie Patentdokument 1 offenbart.
Verfahren zum Erfassen des Abschlusses des Schmelzvorgangs, ein Verfahren zur visuellen und periodischen Beobachtung eines Zustands in einem Quarztiegel durch einen Bediener, ein Erfassungsverfahren, das die Anzahl der weißen Pixel verwendet, die durch Binarisierung eines mit einer zweidimensionalen CCD-Kamera aufgenommenen Bildes des Inneren eines Tiegels erhalten werden, wie Patentdokument 2, ein Verfahren zum Erfassen des Abschlusses des Schmelzvorgangs unter Verwendung einer Änderung der Variationsbreite der Daten der Schmelzoberflächentemperatur oder unter Verwendung von Daten, die durch Binarisierung eines mit einer Kamera aufgenommenen Bildes des Inneren eines Ofens erhalten werden, die alle null (schwarz) sind, wie Patentdokument 3, und ein Verfahren zum Erfassen des Abschlusses des Schmelzvorgangs unter Verwendung einer Änderung der Konzentration von Kohlenmonoxid in einem Abgas wie Patentdokument 4 werden offenbart.
Das Patentdokument 5 offenbart eine Technologie, die zwei CCD-Kameras als Mittel zur Erfassung der Position eines Rohmaterials in einem Schmelzprozess verwendet, die darin besteht, einen Abstand aus der Differenz (Parallaxe) zwischen den Ansichten der beiden Kameras nach dem Prinzip der Triangulation zu messen.
ZITATLISTE
PATENTLITERATUR

Patentdokument 1: JP 3632427 B
Patentdokument 2: JP 2000-264780 A
Patentdokument 3: JP 3704710 B
Patentdokument 4: JP 6390606 B
Patentdokument 5: JP 2017-77981 A

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
TECHNISCHES PROBLEM
Zur Erfassung der Erstarrung wird bei der herkömmlichen Technologie der visuelle Sensor zur Kontrolle des Durchmessers verwendet, und daher wird nur ein Kameragesichtsfeld zur Erfassung des Durchmessers eines Kristalls benötigt. Die herkömmliche Technologie hat daher das Problem, dass die Situation der Erstarrung im gesamten Tiegel nicht erfasst werden kann. Die herkömmliche Technik zielt hauptsächlich auf die Erfassung des Durchmessers eines Kristalls ab und stellt im Allgemeinen die Bildgebungsbedingungen, wie z. B. die Blende und die Verschlusszeit einer Kamera, so ein, dass der Kontrast zwischen einem Meniskusring und einer Schmelze hoch ist. Nach der Binarisierung zur Stabilisierung der Durchmessererfassung wird eine Kante des Meniskusrings in einer konstanten Abtastrichtung innerhalb eines Testbereichs als Durchmessersignal extrahiert, und die Steuerung erfolgt anhand dieses Signals, um einen gewünschten Kristalldurchmesser zu erreichen. Es besteht jedoch das Problem, dass eine Änderung des Durchmessers unwahrscheinlich ist, da die Helligkeit der Erstarrung, die sich auf der Oberfläche der Schmelze bildet, geringer ist als die des Meniskusrings während der Erfassung des Durchmessers. Außerdem ist eine Methode zur Extraktion der Kante in konstanter Scanrichtung für die Erfassung von Erstarrungen ungeeignet, da sich die Erstarrung nicht in einer einheitlichen Richtung ausbildet. Die herkömmliche Technik hat daher ein Problem bei der Erfassung von Erstarrung mit einer Kamera.
In einem Beispiel für ein Verfahren, bei dem der visuelle Sensor der herkömmlichen Technologie wie oben beschrieben zur Erfassung des Schmelzabschlusses verwendet wird, wird der Schmelzabschluss anhand der Anzahl der weißen oder schwarzen Pixel in einem binarisierten Bild bestimmt. Es gibt jedoch ein Problem mit der Genauigkeit des Timings, zu dem der Schmelzabschluss erkannt wird. In jedem Fall ist ein Verfahren erforderlich, mit dem das Timing der Erstarrung und des Schmelzabschlusses genauer als mit der herkömmlichen Technologie bestimmt werden kann. Dies liegt daran, dass eine übermäßige Entwicklung der Erstarrung den Quarztiegel beschädigt und eine verzögerte Erfassung des Schmelzabschlusses die Produktivität des Einkristalls mit der Vorrichtung verringert. Darüber hinaus ist eine Verringerung des Arbeitsaufwands für den Bediener, z. B. durch eine Sichtprüfung, erforderlich.
Die vorliegende Erfindung wurde in Anbetracht der oben beschriebenen Umstände gemacht. Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Erfassen eines Oberflächenzustands einer Rohmaterialschmelze bereitzustellen, das automatisch und präzise das Erstarrungstiming oder das Schmelzabschlusstiming der Rohmaterialschmelze erfassen und die Belastung eines Bedieners bei der Einkristallherstellung durch ein CZ-Verfahren reduzieren kann, ein Verfahren zur Herstellung eines Einkristalls und eine Vorrichtung zur Herstellung eines CZ-Einkristalls.
LÖSUNG DES PROBLEMS
Zur Erreichung dieses Ziels stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Erfassen eines Oberflächenzustands einer Rohmaterialschmelze in einem Quarztiegel bei der Einkristallherstellung durch ein CZ-Verfahren bereit, bei dem ein in dem Quarztiegel enthaltenes Rohmaterial mit einer Heizvorrichtung geschmolzen und ein Einkristall aus der Rohmaterialschmelze gezogen wird, wobei das Verfahren umfasst:

Fotografieren eines vorbestimmten gleichen Testbereichs der Oberfläche der Rohmaterialschmelze in dem Quarztiegel gleichzeitig in verschiedenen Richtungen mit zwei CCD-Kameras, um Messbilder des Testbereichs zu erhalten; und
automatisches Erfassen, unter Verwendung von Parallaxendaten der Messbilder von den zwei CCD-Kameras, eines oder mehrere der folgenden: Erstarrungstiming, wenn ein Zustand, in dem das Rohmaterial vollständig geschmolzen ist, zu einem Zustand wird, in dem sich eine Erstarrung auf der Oberfläche der Rohmaterialschmelze bildet; und Schmelzabschlusstiming, wenn ein Zustand, in dem die Rohmaterialschmelze eine Erstarrung auf der Oberfläche der Rohmaterialschmelze aufweist, zu einem vollständig geschmolzenen Zustand wird.

Ein solches Erfassungsverfahren der vorliegenden Erfindung kann einfach und sicher eine Änderung des Zustands der Rohmaterialschmelze (Schmelze) im Quarztiegel unter Verwendung der Parallaxendaten erfassen und eine hohe Erfassungsgenauigkeit erreichen. Darüber hinaus kann das Verfahren die Erstarrung und den Abschluss des Schmelzvorgangs in ähnlicher Weise erfassen. Daher kann das Verfahren eine Beschädigung des Quarztiegels aufgrund einer übermäßigen Entwicklung der Erstarrung und eine Verringerung der Produktivität einer Vorrichtung aufgrund einer verzögerten Erfassung des Schmelzabschlusses verhindern. Die automatische Erfassung von Erstarrung und Schmelzabschluss kann die visuelle Beobachtung überflüssig machen und die Arbeitsbelastung des Bedieners reduzieren.
In diesem Fall kann als Parallaxendaten der Messbilder ein Parallaxenverhältnis verwendet werden, das durch Division der Parallaxendaten innerhalb der Testregion durch eine Fläche der Testregion erhalten wird.
Das Parallaxenverhältnis kann also einfach dazu verwendet werden, die Erstarrung und den Abschluss des Schmelzvorgangs der Rohmaterialschmelze festzustellen.
Das zu erfassende Erstarrungstiming kann als Timing definiert werden, wenn das Parallaxenverhältnis 10% oder mehr beträgt. Das zu erfassende Timing für die Abschluss des Schmelzvorgangs kann als Timing definiert werden, an dem das Parallaxenverhältnis von 3 % oder weniger 5 Minuten oder länger anhält.
Unter solchen Referenzen kann das Verfahren das Timing der Erstarrung und das Timing des Abschlusses des Schmelzens angemessener und stabiler erfassen. Darüber hinaus kann eine falsche Erfassung, bei der ein Zustand, in dem keine Erstarrung gebildet wird, als gebildete Erstarrung bestimmt wird, oder ein Zustand, in dem das Rohmaterial oder die Erstarrung verbleibt, ohne geschmolzen zu werden, als Schmelzabschluss bestimmt wird, sicherer verhindert werden.
Nach dem Ziehen des Einkristalls kann das Erstarrungstiming festgestellt werden, gefolgt von einer Nachfüllung mit dem Rohmaterial, und während des Schmelzens des Rohmaterials, das erneut nachgefüllt wird, kann das Timing des Abschlusses des Schmelzens festgestellt werden, gefolgt vom Ziehen eines nächsten Einkristalls.
Auf diese Weise können das Timing der Erstarrung und das Timing des Abschlusses des Schmelzvorgangs bei der Herstellung einer Vielzahl von Einkristallen durch Nachfüllen einfach und sicher erkannt und die Produktivität der Einkristalle verbessert werden.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zur Herstellung eines Einkristalls durch ein CZ-Verfahren bereit, bei dem ein in einem Quarztiegel enthaltenes Rohmaterial mit einer Heizvorrichtung geschmolzen und ein Einkristall aus einer Rohmaterialschmelze gezogen wird, wobei das Verfahren umfasst:

automatisches Steuern einer Leistung der Heizvorrichtung, einer Position des Quarztiegels und einer Position der Heizvorrichtung, um eine Bedingung eines nachfolgenden Prozesses unter automatischer Erfassung des Erstarrungstimings oder des Schmelzabschlusstimings durch das Verfahren zum Erfassen eines Oberflächenzustands einer Rohmaterialschmelze der vorliegenden Erfindung zu erfüllen, wenn ein nächster Einkristall nach dem Ziehen des Einkristalls, dem Nachfüllen mit dem Rohmaterial und dem Schmelzen des Rohmaterials gezogen wird.

Nach einem solchen Verfahren zur Herstellung eines Einkristalls der vorliegenden Erfindung kann eine Vorrichtung zur Herstellung von Einkristallen einfach und effizient bei der Herstellung einer Vielzahl von Einkristallen durch Nachfüllen betrieben werden, und die Einkristalle können mit einer hohen Produktivität gezogen werden.
Die vorliegende Erfindung stellt eine Vorrichtung zur Herstellung eines CZ-Einkristalls bereit, die mit einem Quarztiegel zur Aufnahme eines Rohmaterials und einer Heizvorrichtung zum Schmelzen des Rohmaterials in dem Quarztiegel ausgestattet ist, um eine Rohmaterialschmelze zu bilden und einen Einkristall aus der Rohmaterialschmelze zu ziehen, wobei die Vorrichtung umfasst:

zwei CCD-Kameras zum gleichzeitigen Fotografieren eines vorbestimmten gleichen Testbereichs einer Oberfläche der Rohmaterialschmelze im Quarztiegel in verschiedenen Richtungen;
einen Bildprozessor, um aus Messbildern des Testbereichs, die durch Fotografieren mit den beiden CCD-Kameras erhalten wurden, Parallaxendaten der Messbilder zu erhalten; und
einen oder mehrere aus einem Prozessor zur Erfassung der Erstarrung und einem Prozessor zur Erfassung des Schmelzabschlusses;
wobei der Erstarrungserfassungsprozessor automatisch aus den Parallaxendaten der Messbilder das Erstarrungstiming erkennt, wenn ein Zustand, in dem das Rohmaterial vollständig geschmolzen ist, in einen Zustand übergeht, in dem sich an der Oberfläche der Rohmaterialschmelze eine Erstarrung bildet,
wobei der Prozessor zur Erfassung des Schmelzabschlusses aus den Parallaxendaten der Messbilder das Timing des Schmelzabschlusses automatisch erkennt, wenn ein Zustand, in dem die Rohmaterialschmelze an der Oberfläche der Rohmaterialschmelze erstarrt ist, zu einem vollständig geschmolzenen Zustand wird.

Eine solche Vorrichtung der vorliegenden Erfindung kann einfach und sicher eine Zustandsänderung (Erstarrung und Schmelzabschluss) der Rohmaterialschmelze erfassen und eine hohe Erfassungsgenauigkeit erreichen. Auf diese Weise kann die Vorrichtung eine Beschädigung des Quarztiegels aufgrund einer übermäßigen Entwicklung der Erstarrung verhindern, eine Verringerung der Produktivität der Vorrichtung aufgrund einer verzögerten Feststellung des Schmelzabschlusses verhindern und die Arbeitsbelastung des Bedieners verringern.
In diesem Fall können die Parallaxendaten der Messbilder als Parallaxenverhältnis definiert werden, das sich aus der Division der Parallaxendaten innerhalb der Testregion durch eine Fläche der Testregion ergibt.
Eine solche Vorrichtung kann einfach die Erstarrung und den Abschluss des Schmelzvorgangs der Rohmaterialschmelze feststellen.
Das zu erfassende Erstarrungstiming kann als Timing definiert werden, wenn das Parallaxenverhältnis 10% oder mehr beträgt. Das zu erfassende Timing für den Abschluss des Schmelzvorgangs kann als Timing definiert werden, an dem das Parallaxenverhältnis von 3 % oder weniger 5 Minuten oder länger anhält.
Unter solchen Referenzen kann die Vorrichtung das Timing der Erstarrung und das Timing des Abschlusses des Schmelzvorgangs angemessener und stabiler erfassen und eine falsche Erfassung sicherer verhindern.
Die Vorrichtung enthält außerdem eine Steuerung zum Steuern einer Leistung der Heizvorrichtung, der Position des Quarztiegels und der Position der Heizvorrichtung,
wobei die Steuerung automatisch die Leistung der Heizung, die Position des Quarztiegels und die Position der Heizung steuern kann, um eine Bedingung eines nachfolgenden Prozesses gemäß dem Erstarrungstiming, das durch den Erstarrungserfassungsprozessor erfasst wird, oder dem Schmelzabschlusstiming, das durch den Schmelzabschlusserfassungsprozessor erfasst wird, zu erfüllen.
Eine solche Vorrichtung kann einen Einkristall mit einer hohen Produktivität bei einfacher und effizienter Bedienung ziehen.
VORTEILHAFTE AUSWIRKUNGEN DER ERFINDUNG
Wie oben beschrieben, können das Verfahren zur Erfassung des Oberflächenzustands einer Rohmaterialschmelze, das Verfahren zur Herstellung eines Einkristalls und die Vorrichtung zur Herstellung eines CZ-Einkristalls der vorliegenden Erfindung eine Zustandsänderung (Erstarrung und Schmelzabschluss) der Rohmaterialschmelze einfach und sicher mit einer hohen Erfassungsgenauigkeit erfassen. Dadurch kann eine Beschädigung des Quarztiegels aufgrund einer übermäßigen Entwicklung der Erstarrung verhindert werden, eine Verringerung der Produktivität eines zu ziehenden Einkristalls aufgrund einer verzögerten Feststellung des Schmelzabschlusses vermieden und die Arbeitsbelastung eines Bedieners reduziert werden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 ist eine schematische Ansicht einer beispielhaften Vorrichtung zur Herstellung eines CZ-Einkristalls der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine Zeichnung eines Beispielbildes, das mit einer der CCD-Kameras aufgenommen wurde.
3 ist ein Diagramm, das die Änderung des Parallaxenverhältnisses zeigt, wenn sich nach dem Ziehen eines Einkristalls in Beispiel 1 eine Erstarrung bildet.
4 ist ein Diagramm, das die Änderung des Parallaxenverhältnisses zeigt, wenn nach der Zufuhr eines Rohmaterials der Schmelzvorgang in Beispiel 2 abgeschlossen ist.
5 ist ein Diagramm, das die Änderung der Ausgabe (Durchmesserdaten) eines visuellen Sensors zur Durchmessererfassung zeigt, wenn sich nach dem Ziehen eines Einkristalls im Vergleichsbeispiel eine Erstarrung bildet.

BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Wie oben beschrieben, gibt es herkömmliche Forderungen nach einem Verfahren, das in der Lage ist, die Erstarrung und den Abschluss des Schmelzvorgangs einer Rohmaterialschmelze beim Ziehen eines Einkristalls durch ein CZ-Verfahren zu erkennen (insbesondere im Falle einer Nachfüllung).
Der vorliegende Erfinder hat sich ernsthaft damit beschäftigt. Da es keine charakteristische Kante auch bei der Beobachtung einer Oberfläche einer Schmelze in einem Schmelzzustand bei der Erfassung der Erstarrung gibt, sind Ansichten von zwei rechten und linken CCD-Kameras die gleichen, und eine Parallaxe ist im Wesentlichen Null. Wenn sich jedoch eine Erstarrung bildet, erscheinen auf der Oberfläche der Erstarrung lineare Muster mit Kontrasten in verschiedenen Richtungen, und es wird eine beträchtliche Parallaxe erreicht. Dies liegt daran, dass während der Erstarrung die Position, an der die Erstarrung beim Fotografieren erkannt wird, in Abhängigkeit vom Winkelunterschied zwischen den beiden CCD-Kameras variiert. Diese Differenz ist eine Parallaxe zwischen den beiden CCD-Kameras. Ähnlich verhält es sich mit der Erfassung des Schmelzabschlusses. Wenn das Rohmaterial vollständig weggeschmolzen ist, werden charakteristische Muster eliminiert, und die zu erfassende Parallaxe wird verringert.
Der vorliegende Erfinder hat sich auf eine Erhöhung oder Verringerung der Datenmenge über die Parallaxe (z. B. die Anzahl der Pixel, in denen die Parallaxe erzeugt wird) konzentriert und die Auffassung vertreten, dass die Erhöhung oder Verringerung auf die Erfassung der Erstarrung oder des Schmelzabschlusses angewendet werden kann. Damit ist die vorliegende Erfindung abgeschlossen.
Nachfolgend werden Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, doch ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt.
1 ist eine schematische Ansicht einer beispielhaften Vorrichtung zur Herstellung eines CZ-Einkristalls der vorliegenden Erfindung.
Eine Vorrichtung 20 umfasst eine Hauptkammer 1 und eine Ziehkammer 2. Über einem unteren Teil der Ziehkammer 2 bis zu einem oberen Teil der Hauptkammer 1 ist ein Spülrohr 3 aus Kohlenstoff angeordnet. In der Hauptkammer 1 sind ein Quarztiegel 6 zur Aufnahme eines Rohmaterials 4 (das eine erstarrte Rohmaterialschmelze enthält) und einer Rohmaterialschmelze 5 sowie ein außerhalb des Quarztiegels 6 angeordneter Graphittiegel 7 vertikal beweglich auf einer Trägerwelle 8 gelagert. Um den Quarztiegel 6 und den Graphittiegel 7 herum ist eine zylindrische Heizvorrichtung 9 zum Schmelzen des Rohmaterials 4, z. B. aus einem Kohlenstoffmaterial, angeordnet. Um die Heizvorrichtung 9 herum ist ein wärmeisolierendes Material 10 angeordnet. Die Heizvorrichtung 9 kann durch ein in der Zeichnung nicht dargestelltes Mittel angetrieben und in seiner Position verstellt werden.
Die Hauptkammer 1 hat im oberen Teil ein Beobachtungsfenster 12. Außerhalb der Hauptkammer 1 sind zwei CCD-Kameras (einfach als Kameras bezeichnet) 11 zum Fotografieren eines Oberflächenzustands der Rohmaterialschmelze 5 im Quarztiegel 6 durch das Beobachtungsfenster 12 vorgesehen. Die beiden CCD-Kameras 11 können einen vorbestimmten gleichen Testbereich der Oberfläche der Rohmaterialschmelze 5 gleichzeitig in verschiedenen Richtungen fotografieren.
Die Vorrichtung 20 umfasst ferner einen Bildprozessor 13, einen Prozessor zur Erfassung der Erstarrung 14, einen Prozessor zur Erfassung des Abschlusses des Schmelzvorgangs 15 und eine Steuerung 16, bei der es sich zum Beispiel um einen Computer (Programm usw.) handeln kann. Dieser Computer ist mit den CCD-Kameras 11, der Heizvorrichtung 9 (und einem Antriebsmittel dafür) und der Trägerwelle 8 verbunden und kann automatisch Anweisungen für die Verarbeitung von Bildern von den CCD-Kameras 11, die Einstellung der Leistung und der Position der Heizvorrichtung 9 und die Einstellung der vertikalen Bewegung der Trägerwelle 8 (Einstellung der Positionen des Quarztiegels 6 und des Graphittiegels 7) geben.
Nachfolgend werden die einzelnen Teile näher beschrieben.
Die beiden Kameras 11 sind nicht besonders begrenzt, solange sie jeweils gleichzeitig ein Messbild des Testbereichs aufnehmen können. Es kann eine Spezialkamera zur Beobachtung der Oberflächenbeschaffenheit der Rohmaterialschmelze vorgesehen werden, oder es kann z.B. eine CCD-Kamera zur Erfassung der Lage des Rohmaterials oder zur Erfassung des Durchmessers, wie sie üblicherweise verwendet wird, eingesetzt werden. Die Art oder Anordnung der Kameras kann entsprechend so eingestellt werden, dass ein Kamerasichtfeld auf die Oberfläche der Rohmaterialschmelze im Quarztiegel 6 erweitert wird.
Im Folgenden wird ein mit jeder der Kameras 11 aufgenommenes Bild beschrieben. 2 zeigt ein Beispielbild, das mit einer der Kameras aufgenommen wurde (fotografiertes Bild). Der äußere Rahmen ist der Gesichtsfeldbereich (fotografiertes Bild) der Kamera. Auf dem Bild ist das Spülrohr 3 abgebildet. Das Spülrohr 3 hat eine Öffnung. Die Oberfläche der Rohmaterialschmelze 5 wird durch die Öffnung reflektiert (Beobachtungsbereich der Rohmaterialschmelzoberfläche). Das Bild zeigt, dass der Testbereich optional eingestellt ist (hier ein Bereich, der von einer gestrichelten Linie umgeben ist) und ein Teil der Oberfläche der Rohmaterialschmelze 5 innerhalb des Testbereichs reflektiert wird. Die andere Kamera, die in einem anderen Winkel angeordnet ist, nimmt gleichzeitig denselben Testbereich auf. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird das Bild des Teils des Testbereichs als Messbild bezeichnet.
Der Bildprozessor 13 erfasst die Parallaxendaten der Messbilder aus den Messbildern der Testregion, die durch Fotografieren mit den beiden Kameras 11 gewonnen wurden.
Zunächst wird die Parallaxe beschrieben. Im Allgemeinen werden fotografierte Bilder, die mit zwei CCD-Kameras aufgenommen wurden, einem Stereoabgleich unterzogen, um eine Differenz (Parallaxe) in der Position einer entsprechenden Stelle zwischen den beiden Bildern zu bestimmen. Die Parallaxe wird bei der Messung einer Entfernung nach dem Prinzip der Triangulation verwendet, aber in der vorliegenden Erfindung wird auf die Menge der Parallaxendaten geachtet.
Hier werden die „Parallaxendaten der Messbilder“ im Rahmen der vorliegenden Erfindung beschrieben. Als „Parallaxendaten der Messbilder“ kann z. B. ein Parallaxenverhältnis verwendet werden, das sich aus der Division der „Parallaxendaten innerhalb des Testbereichs“ durch die „Fläche des Testbereichs“ ergibt. Der Testbereich wird innerhalb eines Bereichs festgelegt, in dem die Rohmaterialschmelze 5 im Quarztiegel 6 durch das Beobachtungsfenster 12 wie oben beschrieben beobachtet werden kann. Beispielsweise kann ein Wert, der sich aus der Division der Anzahl der Pixel der Parallaxe innerhalb des Testbereichs durch die Anzahl der Pixel pro Fläche ergibt, als Parallaxenverhältnis bei der Erfassung der Erstarrung und des Abschlusses des Schmelzvorgangs verwendet werden.
Nachfolgend wird eine genauere Beschreibung gegeben. In einem Zustand, in dem sich keine Erstarrung auf der Oberfläche der Rohmaterialschmelze gebildet hat, wie oben beschrieben, gibt es keine charakteristische Kante, die Ansichten der rechten und der linken Kamera sind scheinbar gleich, und die Parallaxe ist im Wesentlichen gleich Null (da mit den beiden Kameras getrennt fotografiert wird, wird im Allgemeinen eine Parallaxe erzeugt, aber es wird kein Unterschied zwischen zwei Messbildern der Testregion im Schmelzzustand gemacht). Wenn sich jedoch eine Erstarrung bildet, erscheint auf der Oberfläche der Erstarrung ein lineares Muster mit Kontrast, und die Parallaxe ist deutlich zu erkennen. Das heißt, dass ein Unterschied (Parallaxe) in der Position der entsprechenden Stelle (des linearen Musters usw.) zwischen den beiden Messbildern, die mit den beiden Kameras aufgenommen wurden, innerhalb der fotografierten Testregion deutlich zu erkennen ist. Die Gesamtzahl der Punkte (z. B. Pixel) an einer solchen Stelle (bei mehreren Stellen alle Stellen), die eine scheinbar unterschiedliche Position innerhalb der Testregion einnimmt, kann die „Parallaxendaten innerhalb der Testregion“ sein. Die „Fläche der Testregion“ kann zum Beispiel die Anzahl der Punkte (Pixel) in der Testregion sein. Wie oben beschrieben, ist das Parallaxenverhältnis (ein Beispiel für die „Parallaxendaten der Messbilder“) ein Wert, den man erhält, indem man einen Wert der „Parallaxendaten innerhalb der Testregion“ durch einen Wert der „Fläche der Testregion“ dividiert. Wenn solche Daten verwendet werden, ist das Messprinzip einfach, und die Daten können einfach aus den Messbildern gewonnen werden. Daher können die Erstarrung und der Abschluss des Schmelzvorgangs der Rohmaterialschmelze einfach ermittelt werden.
Beachten Sie, dass ein Kriterium für die Parallaxe (ein Kriterium, anhand dessen bestimmt wird, ob die Pixel zweier Messbilder gleich oder unterschiedlich sind) nicht besonders begrenzt ist und entsprechend festgelegt werden kann.
Der Erstarrungserfassungsprozessor 14 erkennt anhand der Parallaxendaten (Parallaxenverhältnis) der vom Bildprozessor erfassten Messbilder automatisch das Erstarrungstiming, wenn ein Zustand, in dem das Rohmaterial vollständig geschmolzen ist, in einen Zustand übergeht, in dem sich auf der Oberfläche der Rohmaterialschmelze 5 eine Erstarrung bildet. Das zu erfassende Erstarrungstiming kann zum Beispiel als Timing definiert werden, an dem das Parallaxenverhältnis 10 % oder mehr beträgt. In diesem Fall kann die Erstarrung stabil erkannt werden. Beachten Sie, dass die Obergrenze des Parallaxenverhältnisses, das als Referenz für die Erfassung des Erstarrungstimings dient, nicht begrenzt werden kann. Dies liegt daran, dass das zu erzielende Parallaxenverhältnis bei der Erstarrung je nach den Anordnungsbedingungen der beiden Kameras stark variieren kann.
Der Prozessor 15 zur Erfassung des Schmelzabschlusses erfasst anhand der Parallaxendaten (Parallaxenverhältnis) der Messbilder automatisch das Timing des Schmelzabschlusses, wenn ein Zustand, in dem die Rohmaterialschmelze 5 auf der Oberfläche der Rohmaterialschmelze 5 erstarrt ist, zu einem vollständig geschmolzenen Zustand wird. Beispielsweise kann das Timing des Schmelzabschlusses als Timing festgelegt werden, wenn das Parallaxenverhältnis von 3 % oder weniger für 5 Minuten oder länger anhält. Eine kleine Menge ungeschmolzenes Rohmaterial kann in der Rohmaterialschmelze suspendiert sein, und daher kann das Fehlen der Parallaxe für etwa 5 Minuten als ausreichend bestimmt werden, um den Schmelzvorgang abzuschließen. Wenn die Gewissheit des Schmelzabschlusses erforderlich ist, kann die Obergrenze der Zeit, die als Referenz für den Nachweis des Schmelzabschlusses dient, nicht begrenzt werden. Dies liegt daran, dass eine längere Zeit die Sicherheit erhöht. Die Untergrenze des Parallaxenverhältnisses, das als Referenz dient, kann beispielsweise 0 % betragen.
Mit diesen Referenzwerten (Schwellenwerten) können das Timing der Erstarrung und das Timing des Abschlusses der Schmelze besser erfasst und eine falsche Erfassung sicherer verhindert werden. Die Zeit und das Parallaxenverhältnis sind nicht auf diese Referenzwerte beschränkt und können in geeigneter Weise bestimmt werden.
Die Vorrichtung kann mindestens einen oder beide Prozessoren, den Erstarrungserfassungsprozessor 14 und den Schmelzabschlusserfassungsprozessor 15, enthalten. Vorzugsweise enthält die Vorrichtung beide Prozessoren, da sowohl die Erfassung des Erstarrungstimings als auch die Erfassung des Schmelzabschlusstimings in geeigneter Weise durchgeführt werden können.
Die Steuerung 16 steuert automatisch die Leistung der Heizvorrichtung 9, die Position des Quarztiegels 6 und die Position der Heizvorrichtung 9, um eine Bedingung eines nachfolgenden Prozesses zu erfüllen, und zwar entsprechend dem vom Erstarrungserfassungsprozessor 14 erkannten Erstarrungstiming oder dem vom Schmelzabschlusserfassungsprozessor 15 erkannten Schmelzabschlusstiming.
Insbesondere in einer Vorrichtung, die zur Herstellung einer Vielzahl von Einkristallen durch Nachfüllung verwendet wird, wenn nach dem Ziehen eines Einkristalls die Oberfläche der Rohmaterialschmelze einmal für die Nachfüllung mit dem Rohmaterial verfestigt wird, wenn das Rohmaterial, das nachgefüllt wird, und das verfestigte Rohmaterial vollständig geschmolzen sind oder wenn ein nächster Einkristall nach dem vollständigen Schmelzen gezogen wird, gibt es geeignete Bedingungen, wie die Leistung und die Position der Heizvorrichtung 9 und die Position des Quarztiegels 6. Bei der Erfassung des Erstarrungstimings durch den Erstarrungserfassungsprozessor 14 kann die Steuerung 16 verschiedene Einstellungen der Heizvorrichtung 9 und des Quarztiegels 6 so steuern, dass die Bedingungen für das Nachfüllen mit dem Rohmaterial, das den nachfolgenden Prozess darstellt, geeignet sind. Bei der Erfassung des Timings des Abschlusses des Schmelzvorgangs durch den Prozessor 15 zur Erfassung des Abschlusses des Schmelzvorgangs kann die Steuerung 16 verschiedene Einstellungen der Heizvorrichtung 9 und des Quarztiegels 6 so steuern, dass die Bedingungen für das Ziehen eines Einkristalls, das den nachfolgenden Prozess darstellt, geeignet sind. Die automatische Steuerung ist vorzuziehen.
Eine solche CZ-Einkristallherstellungsvorrichtung 20 der vorliegenden Erfindung kann einfach die Erstarrung oder den Schmelzabschluss der Rohmaterialschmelze oder beides mit einer hohen Nachweisgenauigkeit erfassen. Daher können insbesondere bei der Herstellung einer Vielzahl von Einkristallen durch Nachfüllen mit dem Rohmaterial eine Beschädigung des Quarztiegels und eine Verringerung der Produktivität bei der Einkristallherstellung, die auf eine Erstarrung der Rohmaterialschmelze in einer größeren Menge als erforderlich und einen übersehenen Schmelzabschluss zurückzuführen sind, einfach und sicher verhindert werden. Darüber hinaus kann die Vorrichtung eine automatische Erfassung durchführen, so dass die herkömmliche Beobachtung, wie z. B. die Sichtprüfung durch einen Bediener, entfallen oder reduziert werden kann.
Als nächstes werden das Verfahren zur Erfassung des Oberflächenzustands einer Rohmaterialschmelze und das Verfahren zur Herstellung eines Einkristalls der vorliegenden Erfindung unter Verwendung der CZ-Einkristallherstellungsvorrichtung 20 in 1 beschrieben. Es wird ein Verfahren zur Herstellung einer Vielzahl von Einkristallen durch Nachfüllung mit dem Rohmaterial beschrieben, während der Oberflächenzustand der Rohmaterialschmelze erfasst wird.
Wenn ein Einkristall mit der CZ-Einkristallherstellungsvorrichtung 20 gezogen wird, wird ein Inertgas wie Ar aus dem oberen Teil der Ziehkammer 2 zugeführt, während das Inertgas aus dem unteren Teil der Hauptkammer 1 abgeleitet wird. Die Kammern 1 und 2 sind mit dem Inertgas unter reduziertem Druck gefüllt.
Der Quarztiegel 6 enthält zum Beispiel ein polykristallines Silizium als Rohmaterial. Dieses Rohmaterial wird mit der Heizvorrichtung 9 erhitzt und geschmolzen, um die Rohmaterialschmelze 5 zu erhalten. Anschließend wird ein in der Zeichnung nicht dargestellter Draht allmählich von einem oberen Teil der Ziehkammer 2 herabgelassen, und ein am unteren Ende des Drahtes befestigter Impfkristall wird in die Rohmaterialschmelze 5 im Quarztiegel 6 eingetaucht (in Kontakt mit ihr).
Der Quarztiegel 6 wird durch die Stützwelle 8 mit einem Motor und dergleichen mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit gedreht, und der Draht wird in einer Richtung entgegengesetzt zur Richtung des Quarztiegels 6 gedreht und langsam nach oben gewickelt. Auf diese Weise werden der Impfkristall und dann ein Einkristall gezogen, wobei der Einkristall wächst und ein Hals, ein Kegel, dann ein Körper und schließlich ein Schwanz gebildet werden, die dann in die Ziehkammer 2 gezogen werden.
Nachdem der Einkristall wie oben beschrieben gezogen wurde, werden die Heizvorrichtung 9 und der Quarztiegel 6 in Bezug auf die Leistung der Heizvorrichtung, die Position des Tiegels und die Position der Heizvorrichtung für die Erstarrung vor dem erneuten Auffüllen, das der nachfolgende Prozess ist, gesteuert. Nach der vorgegebenen Steuerung wird die Beobachtung der Erstarrung eingeleitet. Insbesondere wird das Parallaxenverhältnis sequentiell und automatisch aus den Messbildern des Testbereichs durch die beiden Kameras 11, den Bildprozessor 13 und den Erstarrungserfassungsprozessor 14 ermittelt. Wenn das Parallaxenverhältnis einen vorbestimmten Referenzwert erreicht (zum Beispiel erreicht das Parallaxenverhältnis 10 % oder mehr), wird das Erstarrungstiming automatisch erkannt. Wenn ein solches Erstarrungstiming erkannt wird, steuert die Steuerung 16 automatisch die Heizleistung und dergleichen auf die gewünschte Heizleistung und dergleichen für das Schmelzen, und das Rohmaterial wird zusätzlich durch Nachfüllen zugeführt.
Nachdem die Zufuhr des Rohmaterials abgeschlossen ist, wird der Abschluss des Schmelzvorgangs beobachtet, wobei das Rohmaterial geschmolzen wird. Insbesondere wird das Parallaxenverhältnis nacheinander und automatisch aus den Messbildern des Testbereichs durch die beiden Kameras 11, den Bildprozessor 13 und den Erstarrungserfassungsprozessor 14 wieder ermittelt. Wenn das Parallaxenverhältnis einen vorbestimmten Referenzwert erreicht (z. B. ein Parallaxenverhältnis von 3 % oder weniger, das 5 Minuten oder länger anhält), wird das Timing des Schmelzabschlusses automatisch erkannt. Wenn ein solches Schmelzabschlusstiming erkannt wird, steuert die Steuerung 16 automatisch die Heizleistung und dergleichen auf die gewünschte Heizleistung und dergleichen für die Einkristallentnahme, und ein nächster Einkristall wird entnommen.
Eine Reihe von Vorgängen wird automatisch durchgeführt.
Mit einem solchen Erfassungsverfahren und einem solchen Produktionsverfahren kann der Erstarrungs- und Schmelzabschluss der Rohmaterialschmelze einfach und hochpräzise erfasst, der Einkristall kontinuierlich mit hoher Produktivität hergestellt und die Belastung eines Bedieners reduziert werden.
BEISPIEL
Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden anhand von Beispielen und Vergleichsbeispielen näher beschrieben, doch ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese Beispiele beschränkt.
(Beispiel 1)
Nach dem Ziehen eines Einkristalls wurde das Verfahren zur Erfassung des Erstarrungstimings der vorliegenden Erfindung unter Verwendung der in 1 gezeigten CZ-Einkristallherstellungsvorrichtung 20 der vorliegenden Erfindung in einem Verfahren zur Bildung der Erstarrung einer Rohmaterialschmelze, gefolgt von der Nachfüllung mit einem Rohmaterial, durchgeführt.
Zu den Produktionsbedingungen gehörten ein Tiegeldurchmesser von 800 mm und ein Gewicht der Rohmaterialschmelze von 400 kg, und zwei CCD-Kameras wurden an der Außenseite eines Beobachtungsfensters einer Hauptkammer angebracht, wie in 1 dargestellt. Ein Beobachtungsbild der Oberfläche der Rohmaterialschmelze ist in 2 dargestellt. Um die Oberfläche der Rohmaterialschmelze innerhalb desselben Testbereichs durch eine Öffnung eines Spülrohrs zu bestätigen, wurden die Sichtfelder der CCD-Kameras auf etwa 500 mm in X-Richtung und etwa 375 mm in Y-Richtung eingestellt, und der Testbereich für die Erstarrung und den Abschluss des Schmelzvorgangs entsprach 300 mm in X-Richtung und 100 mm in Y-Richtung, und der Testbereich sowohl für die Erstarrung als auch für den Abschluss des Schmelzvorgangs umfasste 450x 150 Pixel und eine Fläche von 67.500 Pixel.
Eine Änderung des Parallaxenverhältnisses bei der Erstarrung nach dem Ziehen eines Einkristalls ist in 3 dargestellt. Die horizontale Achse stellt die verstrichene Zeit ab einem beliebigen Punkt des Prozesses dar, und die vertikale Achse stellt das Parallaxenverhältnis innerhalb der Testregion zur Beobachtung der Erstarrung dar. Da es im Schmelzzustand fast keine Informationen über einen Unterschied in der Position einer entsprechenden Stelle zwischen zwei Messbildern gibt, ist das Parallaxenverhältnis annähernd 0 und stabil. In dem Moment jedoch, in dem sich auf der Oberfläche der Rohmaterialschmelze eine Erstarrung bildet, treten lineare Muster mit Kontrasten in verschiedenen Richtungen auf, und das Parallaxenverhältnis erhöht sich rasch. Der Schwellenwert für die Erfassung des Erstarrungstimings wurde auf 10 % oder mehr festgelegt, und die Erfassung des Erstarrungstimings lag bei 212 Minuten.
Zur Überprüfung führte ein Bediener zur gleichen Zeit eine visuelle Beobachtung durch. Nahezu zum gleichen Timing wie oben beschrieben stellte der Bediener fest, dass die Erstarrung eingetreten war (in 3, „Erstarrungspunkt“, 211 Minuten).
(Beispiel 2)
Nach Abschluss von Beispiel 1 wurde das erfindungsgemäße Verfahren zur Erfassung des Schmelztimings in einem Prozess der zusätzlichen Zuführung und des Schmelzens des Rohmaterials durchgeführt.
Eine Änderung des Parallaxenverhältnisses, wenn nach der Zufuhr des Rohmaterials der Abschluss des Schmelzvorgangs beobachtet wird, ist in 4 dargestellt. Die horizontale Achse stellt die verstrichene Zeit ab einem beliebigen Punkt im Prozess dar, und die vertikale Achse stellt das Parallaxenverhältnis innerhalb des Testbereichs zur Beobachtung des Schmelzabschlusses dar. Eine rasche Verringerung des Parallaxenverhältnisses wie bei der Erstarrung in Beispiel 1 wird nicht beobachtet, da in der zweiten Hälfte des Schmelzvorgangs ein ungeschmolzenes Rohmaterial in Form eines kleinen Klumpens im Quarztiegel schwebt. In einem vollständigen Schmelzzustand ist das Parallaxenverhältnis jedoch im Wesentlichen 0 und stabil. Der Schwellenwert für die Erfassung des Timings des Abschlusses des Schmelzvorgangs wurde so festgelegt, dass ein Parallaxenverhältnis von 3 % oder weniger über einen Zeitraum von etwa 5 Minuten beibehalten wird, und die Erfassung des Timings des Abschlusses des Schmelzvorgangs lag bei 406 Minuten (in 4, „Erfassungspunkt des Abschlusses des Schmelzvorgangs“).
Zur Überprüfung führte ein Bediener zur gleichen Zeit eine visuelle Beobachtung durch. Fast zum gleichen Timing wie oben beschrieben stellte der Bediener fest, dass das Schmelzen abgeschlossen war (405 Minuten).
(Vergleichsbeispiel)
Bei der Erfassung der Erstarrung in Beispiel 1 wurde auch ein visueller Sensor zur Durchmessererfassung auf der Grundlage der herkömmlichen Technologie zur Erfassung der Erstarrung verwendet.
Zu diesem Timing wurde das Sichtfeld der Kamera auf etwa 220 mm in X-Richtung und etwa 165 mm in Y-Richtung eingestellt, und der Erfassungsbereich der Erstarrung entsprach etwa 80 mm in X-Richtung und etwa 80 mm in Y-Richtung (582×582 Pixel). Eine Abtastrichtung zum Erfassen einer Kante zum Erfassen der Erstarrung ist eine Richtung in Richtung eines Zentrums von einer Wand des Quarztiegels. Wenn die Durchmesserdaten als Ausgangssignal des visuellen Sensors für die Durchmessererfassung 150 mm oder mehr erreichen, wird die Erstarrung bei der Erfassung als abgeschlossen betrachtet.
Eine Änderung der Ausgabe in diesem Fall ist in 5 dargestellt. Die horizontale Achse stellt die verstrichene Zeit ab einem beliebigen Punkt im Prozess dar, und die vertikale Achse stellt die Ausgabe (Durchmesserdaten) des visuellen Sensors zur Durchmessererfassung dar. Selbst wenn sich tatsächlich eine Erstarrung bildete, war keine Änderung der Ausgangsdaten zu sehen, und die Erstarrung konnte nicht erkannt werden. Um einer Abbildungsbedingung und einer Binarisierung den Vorrang zu geben, so dass ein Meniskus mit der höchsten Helligkeit in der Schmelze für die Durchmesserkontrolle stabil erkannt werden kann, ist eine Änderung eines Ausgabewerts, der für die Erstarrungserfassung verwendet werden kann, bei Unterschieden im Kontrast zwischen der Schmelze und einem erstarrten Teil während der Beobachtung der Erstarrung nicht zu erwarten.
Wenn die Bildgebungsbedingungen und der Schwellenwert der Binarisierung je nach Prozess geändert werden, kann die Erstarrung erkannt werden, aber der Prozess ist kompliziert.
Bei der vorliegenden Erfindung kann der Nachweis einfach und hochpräzise wie in Beispiel 1 durchgeführt werden.
Es ist zu beachten, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt ist. Die Ausführungsformen sind nur Beispiele, und alle Beispiele, die im Wesentlichen die gleichen Merkmale aufweisen und die gleichen Funktionen und Wirkungen zeigen wie die in dem technischen Konzept, das in den Ansprüchen der vorliegenden Erfindung offenbart ist, sind in den technischen Anwendungsbereich der vorliegenden Erfindung einbezogen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 3632427 B [0005]
JP 2000264780 A [0005]
JP 3704710 B [0005]
JP 6390606 B [0005]
JP 2017077981 A [0005]

Claims

Verfahren zum Erfassen eines Oberflächenzustands einer Rohmaterialschmelze in einem Quarztiegel bei der Einkristallherstellung durch ein CZ-Verfahren, bei dem ein in dem Quarztiegel enthaltenes Rohmaterial mit einer Heizvorrichtung geschmolzen und ein Einkristall aus der Rohmaterialschmelze gezogen wird, wobei das Verfahren umfasst: Fotografieren eines vorbestimmten gleichen Testbereichs der Oberfläche der Rohmaterialschmelze in dem Quarztiegel gleichzeitig in verschiedenen Richtungen mit zwei CCD-Kameras, um Messbilder des Testbereichs zu erhalten; und automatisches Erfassen, unter Verwendung von Parallaxendaten der Messbilder von den zwei CCD-Kameras, eines oder mehrere der folgenden: Erstarrungstiming, wenn ein Zustand, in dem das Rohmaterial vollständig geschmolzen ist, zu einem Zustand wird, in dem sich eine Erstarrung auf der Oberfläche der Rohmaterialschmelze bildet; und Schmelzabschlusstiming, wenn ein Zustand, in dem die Rohmaterialschmelze eine Erstarrung auf der Oberfläche der Rohmaterialschmelze aufweist, zu einem vollständig geschmolzenen Zustand wird.
Verfahren zum Erfassen eines Oberflächenzustands einer Rohmaterialschmelze nach Anspruch 1, wobei als Parallaxendaten der Messbilder ein Parallaxenverhältnis verwendet wird, das durch Dividieren der Parallaxendaten innerhalb des Testbereichs durch eine Fläche des Testbereichs erhalten wird.
Verfahren zum Erfassen eines Oberflächenzustands einer Rohmaterialschmelze nach Anspruch 2, wobei das zu erfassende Erstarrungstiming als Timing definiert ist, wenn das Parallaxenverhältnis 10 % oder mehr beträgt.
Verfahren zum Erfassen eines Oberflächenzustands einer Rohmaterialschmelze nach Anspruch 2 oder 3, wobei das zu erfassende Schmelzabschlusstiming als Timing definiert ist, wenn das Parallaxenverhältnis von 3 % oder weniger für 5 Minuten oder länger anhält.
Verfahren zum Erfassen eines Oberflächenzustands einer Rohmaterialschmelze nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei nach dem Ziehen des Einkristalls das Erstarrungstiming erfasst und anschließend das Rohmaterial wieder eingefüllt wird, und während des Schmelzens des Rohmaterials, das nachgefüllt wird, wird das Schmelzabschlusstiming erfasst und anschließend ein nächster Einkristall gezogen.
Verfahren zum Herstellen eines Einkristalls durch ein CZ-Verfahren, bei dem ein in einem Quarztiegel enthaltenes Rohmaterial mit einer Heizvorrichtung geschmolzen und ein Einkristall aus einer Rohmaterialschmelze gezogen wird, wobei das Verfahren umfasst: automatisches Steuern einer Leistung der Heizvorrichtung, einer Position des Quarztiegels und einer Position der Heizvorrichtung, um eine Bedingung eines nachfolgenden Prozesses unter automatischer Erfassung des Erstarrungstimings oder des Schmelzabschlusstimings durch das Verfahren zum Erfassen eines Oberflächenzustands einer Rohmaterialschmelze nach einem der Ansprüche 1 bis 5 zu erfüllen, wenn ein nächster Einkristall nach dem Ziehen des Einkristalls, dem Nachfüllen mit dem Rohmaterial und dem Schmelzen des Rohmaterials gezogen wird.
Vorrichtung zum Herstellen eines CZ-Einkristalls, die mit einem Quarztiegel zur Aufnahme eines Rohmaterials und einer Heizvorrichtung zum Schmelzen des Rohmaterials in dem Quarztiegel ausgestattet ist, um eine Rohmaterialschmelze zu bilden, und einen Einkristall aus der Rohmaterialschmelze zieht, wobei die Vorrichtung umfasst: zwei CCD-Kameras zum gleichzeitigen Fotografieren eines vorbestimmten gleichen Testbereichs einer Oberfläche der Rohmaterialschmelze im Quarztiegel in verschiedenen Richtungen; einen Bildprozessor, um aus Messbildern des Testbereichs, die durch Fotografieren mit den beiden CCD-Kameras erhalten wurden, Parallaxendaten der Messbilder zu erhalten; und einen oder mehrere aus einem Prozessor zur Erfassung der Erstarrung und einem Prozessor zur Erfassung des Schmelzabschlusses; wobei der Erstarrungserfassungsprozessor automatisch aus den Parallaxendaten der Messbilder das Erstarrungstiming erkennt, wenn ein Zustand, in dem das Rohmaterial vollständig geschmolzen ist, in einen Zustand übergeht, in dem sich an der Oberfläche der Rohmaterialschmelze eine Erstarrung bildet, wobei der Prozessor zur Erfassung des Schmelzabschlusstimings aus den Parallaxendaten der Messbilder das Timing des Schmelzabschlusses automatisch erkennt, wenn ein Zustand, in dem die Rohmaterialschmelze an der Oberfläche der Rohmaterialschmelze erstarrt ist, zu einem vollständig geschmolzenen Zustand wird.
Vorrichtung zur Herstellung eines CZ-Einkristalls nach Anspruch 7, wobei die Parallaxendaten der Messbilder ein Parallaxenverhältnis sind, das durch Dividieren der Parallaxendaten innerhalb des Testbereichs durch eine Fläche des Testbereichs erhalten wird.
Vorrichtung zur Herstellung eines CZ-Einkristalls nach Anspruch 8, wobei das zu erfassende Erstarrungstiming als Timing definiert ist, zu dem das Parallaxenverhältnis 10 % oder mehr beträgt.
Vorrichtung zur Herstellung eines CZ-Einkristalls nach Anspruch 8 oder 9, wobei das zu erfassende Schmelzabschlusstiming als Timing definiert ist, zu dem das Parallaxenverhältnis von 3 % oder weniger 5 Minuten oder länger anhält.
Vorrichtung zum Herstellen eines CZ-Einkristalls nach einem der Ansprüche 7 bis 10, ferner umfassend: eine Steuerung zum Steuern einer Leistung der Heizvorrichtung, einer Position des Quarztiegels und einer Position der Heizvorrichtung, wobei die Steuerung automatisch die Leistung der Heizvorrichtung, die Position des Quarztiegels und die Position der Heizvorrichtung steuert, um eine Bedingung eines nachfolgenden Prozesses gemäß dem vom Erstarrungserfassungsprozessor erfassten Erstarrungstiming oder dem vom Schmelzabschlusserfassungsprozessor erfassten Schmelzabschlusstiming zu erfüllen.