JP2512705Y2

JP2512705Y2 - 融液面レベル測定装置

Info

Publication number: JP2512705Y2
Application number: JP1989076492U
Authority: JP
Inventors: 貴範加藤
Original assignee: Sumitomo Sitix Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1989-06-29
Filing date: 1989-06-29
Publication date: 1996-10-02
Anticipated expiration: 2004-06-29
Also published as: JPH0318171U

Description

【考案の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本考案は、チョクラルスキー法（以下、CZ法と言う）
により半導体単結晶を製造する際の融液面レベル測定に
好適な融液面レベル測定装置に関する。

〔従来の技術〕

CZ法で半導体単結晶を製造する場合、坩堝内の融液面
レベルを一定に管理することは、製品単結晶の品質を確
保する上で非常に重要とされており、そのための一手段
として融液面のレベルを正確に測定できる装置の開発が
進められている。

従来の代表的な融液面レベル測定装置は、第５図に示
すように、坩堝内の融液面１に向けて斜方からレーザ光
等の投射光Ａを発する光源４と、融液面１からの反射光
Ｂを受光する受光素子３とを備えている。融液面レベル
がＸからＹに変化すると反射光Ｂの光路は、投射光Ａの
光路と反射光Ｂの光路とを含む平面内をｘからｙに平行
移動する。受光素子３は反射光Ｂの光路を直角に横切
り、かつ投射光Ａの光路と反射光Ｂの光路とを含む平面
内に一次元的に配置されたライン状センサであり、融液
面１のｘからｙへのレベル変化に伴うｘからｙへの反射
光Ｂの光路変化をこの受光素子３で検出する。そして、
受光素子３により検出された反射光Ｂの光路変化は受光
位置検出器５で電気的信号に変換され、さらに受光位置
検出器５の出力13は融液面レベル演算器11で融液面レベ
ルを示す信号に変換される。

〔考案が解決しようとする課題〕

ところで、実際のCZ法による半導体単結晶の製造過程
においては、単結晶が坩堝内の融液との間で相対的に回
転しながら融液面上に引き上げられる関係から融液は坩
堝内で対流しており、かつ、回転に伴う機械的振動を受
けて第４図に示すように融液面１に揺ぎ２を生じる。融
液面１に揺ぎ２を生じた状態では、融液面１からの反射
光は例えばＢ′やＢ″のようになり、受光素子３には各
々d,fの位置で受光され、融液面１に揺ぎ２を生じてい
ない状態の反射光Ｂの受光位置ｅとの間には差が生じ
る。このように実際の融液面レベルは一定であっても、
融液面１に揺ぎ２を生じている場合と揺ぎ２を生じてい
ない場合とでは、受光素子３における反射光B,B′,B″
の受光位置が異なる。その結果、受光素子３における受
光位置が受光位置検出器５で検出され、さらに受光位置
検出器５の出力13から融液面レベル演算器11で融液面レ
ベルが求められても、該融液面レベルが実際の融液面レ
ベルと合致しているとは限らない。従って、従来装置を
実際のCZ法による半導体単結晶引き上げ装置の融液面レ
ベル測定に適用しても、揺ぎ２の影響を受けて正確な融
液面レベルの測定は困難である。

本考案は斯かる状況に鑑み成されたもので、融液面の
揺ぎの影響を排除して融液面レベルを高精度に測定し得
る融液面レベル測定装置を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本考案の融液面レベル測定装置は、融液面に向けて斜
方から光を投射する光源と、融液面からの反射光を受光
する受光素子を有し、該受光素子が受光した反射光の受
光位置を検出する受光位置検出器と、該受光位置検出器
の出力に制限幅を設定して異常な突出信号を除去する入
力制限処理器と、該入力制限処理器の出力を平滑化して
融液面レベル演算器に出力するとともに、その平滑化し
出力を前記制限幅設定の基準値として前記入力制限処理
器にフィードバックする平均化処理器と、該平均化処理
器の出力に基づいて融液面レベルを求める融液面レベル
演算器とを備えている。

〔作用〕

本考案の融液面レベル測定装置では、受光位置検出器
の出力に入力制限処理器で制限幅が加えられ、制限幅の
上限および下限を超える信号が除去され、さらに、その
信号が平均化処理器で平滑化されることにより、揺ぎの
影響の少ない信号が融液面レベル演算器に入力される。
従って、該融液面レベル演算器により、正確な融液面レ
ベルが演算される。

〔実施例〕

以下、本考案の融液面レベル測定装置の実施例につい
て詳しく説明する。

本考案の融液面レベル測定装置は、第１図に示すよう
に、半導体単結晶引き上げ装置のチャンバ内に載置され
た坩堝内で溶解されている半導体融液の融液面レベル測
定に適用されている。該融液面レベル測定装置は、融液
面１に向けて斜方からレーザ光等の光を投射する光源４
と、光源４からの投射光Ａが融液面１で反射した反射光
Ｂを受光する受光素子３を備えており、受光素子３は反
射光Ｂの光路に対して直角に配置されている。この受光
素子３は受光位置検出器５に内蔵されており、該受光位
置検出器５は、受光素子３で受光された反射光Ｂの受光
素子３上の受光位置を検出する。

受光位置検出器５の出力６は入力制限処理器７に入力
され、該入力制限処理器７は受光位置検出器５の出力６
に第３図（ａ）の破線で示すような制限幅ｗを設け、該
制限幅ｗの上限および下限を超える信号を排除する。入
力制限処理器７の出力８は平均化処理器９に入力され、
該平均化処理器９は第３図（ｂ）に実線で示される正弦
波状の入力制限処理器７の出力８を破線で表わされるよ
うな平滑化された信号に変換する。平均化処理器９の出
力10は、入力制限処理器７にフィードバックされると共
に、融液面レベル演算器11に入力される。該融液面レベ
ル演算器11はその入力に基づいて融液面レベルを演算す
る。

次に、本考案の融液面レベル測定装置の作用について
説明する。

光源４から融液面１に向かって投射された投射光Ａが
融液面１で反射すると、融液面レベルが一定である場
合、融液面１に揺ぎ２を生じていない状態の反射光はＢ
であるが、融液面１に揺ぎ２を生じている状態の反射光
は例えばＢ′,B″のようになり、受光素子３によって各
々e,d,fの位置で受光される。揺ぎ２は周期的な融液面
変動であるので、受光位置検出器５の出力６は第２図
（ａ）に示すように正弦波状の波形を示す。受光位置検
出器５の出力６には更に、揺ぎ２の微細な表面振動影響
を受けて、非常に小さいピッチの微細振動波形が相乗さ
れる。そして、この微細振動波形の中に間欠的に異常な
突出信号22が表われる。

入力制限処理器７では、所謂浮遊リミッタ方式と称せ
られる処理により、突出信号22を含む受光位置検出器５
の出力６に対して第２図（ｂ）に破線で示されるような
制限幅ｗが設定され、制限幅ｗの上限および下限を超え
る信号が除去される。その結果、入力制限処理器７の出
力８は突出信号22が除去された正弦波状の信号になる。

平均化処理器９では、所謂一次遅れ処理もしくは移動
平均処理と称せられる処理により、入力制限処理器７の
出力８が平均化される。その結果、該出力８は第２図
（ｃ）に示すように山23と谷24が平滑化され、振幅が制
限幅ｗ内に制限された小振幅の正弦波状の信号10に変換
される。そして、この信号10に基づいて融液面レベル演
算器11で融液面レベルが求められる。

本実施例では、融液面レベルを意図的に変化させる場
合も考慮して、平均化処理器９で平均化された出力10を
入力制限処理器７の入力12としてフィードバックさせて
いる。この時、入力制限処理器７で受光位置検出器の出
力６に対して設定される制限幅ｗは、平均化処理器９で
平均化された出力10を中心値としたある任意の制限幅ｗ
であって、平均化された出力10の値によってこの中心値
は融液面レベル変化に伴って絶えず変化している。言い
換えるならば、融液面レベルを意図的に変動させても、
変動した位置の融液面レベルが中心値にあるように制限
幅ｗが移動するので、常に融液面レベルの高さに応じた
融液面レベルの測定が可能になる。

このように、本考案の融液面レベル測定装置では、入
力制限処理器７で突出信号22が除去され、平均化処理器
９で平滑化されているので、揺ぎ２の影響が非常に少な
く、融液面１に揺ぎ２が生じていない場合とほぼ同等の
精度の融液面レベル測定が可能になる。

なお、入力制限処理器７において突出信号22を含む受
光位置検出器５の出力６に対して設定される制限幅ｗを
狭くすると、突出信号22と見做される信号の数が増加す
るので、測定精度は向上するが、制限幅ｗを過度に狭く
すると制限幅ｗの内に存在する信号の数が減少し、その
結果、融液面レベル測定値の信頼性が低下する。従っ
て、この制限幅ｗは測定精度と測定値のばらつきとの兼
ね合いで適宜調整することが望まれる。

〔考案の効果〕

本考案の融液面レベル測定装置は、入力制限処理器に
より突出信号を除去された信号がさらに平均化処理器に
より平滑化されるので、融液面の揺ぎの影響の非常に少
ない融液面レベル測定を可能にし、これにより融液面レ
ベルの管理精度を例えば±0.3mmから±0.1mmに向上させ
得ることができ、半導体単結晶の品質向上等に大きな効
果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の実施例を示す融液面レベル測定装置の
模式図、第２図（ａ）は受光位置検出器の出力波形図、
第２図（ｂ）は入力制限処理器の出力波形図、第２図
（ｃ）は平均化処理器の出力波形図、第３図（ａ）は入
力制限処理器の動作を示す波形図、第３図（ｂ）は平均
化処理器の動作を示す波形図、第４図は従来の融液面レ
ベル測定装置の模式図、第５図は融液面レベル測定の測
定原理を示す模式図である。 A:投射光、B:反射光、1:融液面、2:揺ぎ、3:受光素子、
4:光源、5:受光位置検出器、7:入力制限処理器、9:平均
化処理器、11:融液面レベル演算器。

Claims

(57)【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】融液面に向けて斜方から光を投射する光源
と、融液面からの反射光を受光する受光素子を有し、該
受光素子が受光した反射光の受光位置を検出する受光位
置検出器と、該受光位置検出器の出力に制限幅を設定し
て異常な突出信号を除去する入力制限処理器と、該入力
制限処理器の出力を平滑化して融液面レベル演算器に出
力するとともに、その平滑化された出力を前記制限幅設
定の基準値として前記入力制限処理器にフィードバック
する平均化処理器と、該平均化処理器の出力に基づいて
融液面レベルを求める融液面レベル演算器とを備えるこ
とを特徴とする融液面レベル測定装置。