TW200923144A - Location measurement device in semiconductor single crystal manufacturing device, and location measurement method - Google Patents

Description

200923144 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 、本發明係有關於-種半導體單結晶製造裝置之位置量 ' 4置里測方法，特別係有關於一種位置量測裝置 ::立置里:則方法’其適用於量測熱遮蔽體及融液的距離及/ 或Rii液的液面 >[立康5 4f * 、’技制量測值使成為期望的值以製造 半V體單結晶的半導體單結晶製造裝置。 【先前技術】 石夕單結晶係藉由4 β 被製造。 ^法（捷可拉斯基法）被拉？丨成長而 圖1係顯示石夕單結晶製造裝置1的結構例。 在cz爐2内設置容納將多晶矽的原料溶 5的石英坩堝3。 做為融液 、:石英掛竭3内，多晶石夕(Si)被加熱並溶融。… 5的溫度穩定時，拉 田w虫液 ，單結晶10。 ^構4開始動作以從融液5拉引硬 在拉引日”石央掛瑪3藉由旋轉轴15旋轉 15可在垂直方向上驅動，且可上下移動石“ 旋轉軸 至任意的坩堝位置， 央坩堝3以移動 A 凋氮融液5的表面ς 融液5的液面位準Η。 3a，也就是， r又在融液5的上方，熱遮蔽體8(敎_射柘 ^官）被設置在矽單結晶】〇的周圍。 田反、氣體整 熱遮蔽體8將在Cz爐2内 上方被供給之做為栽流氣

7054-9823-PF 200923144 體的氬氣7導引至融液表面5a的中央，並進一步通過融液 表面5a ’導引至融液表面5a的周緣部。氬氣7係從融液5 蒸發的氣體’且從設置於CZ爐2的下部之排氣口被排出。 因此’可使液面上的氣體流速穩定，且可將從融液5蒸發 的氧氣保持為穩定的狀態。

又’熱遮蔽體8係將籽晶14及藉由籽晶1 4成長的石夕 單結晶1 0從在石英掛禍3、融液5、加熱器9等的高温部 產生的輻射熱隔離及遮蔽。又，熱遮蔽體8防止在爐内產 生的不純物（例如，矽氧化物）等附著在矽單結晶1〇上而阻 礙單結晶的育成。 面5 a間的距 熱遮蔽體8的下端部的框邊8 a及融液表 離L(下面稱為「熱遮蔽體.液面間距離」）的大小可利闬上 升下降旋轉軸15,以變化石英坩堝3的上下方向位置而調 向上移動熱遮蔽體8而 整。又’可藉由升降裝置在上下方 調整距離L。 、'目前為止已知矽單結晶10的品質係藉由拉引時的融 液液面位準Η或熱遮蔽體.液面間距離L的大小而變動。亦 即’若拉引時的融液液面位準Η或熱遮蔽體.液面間距離l 的大小變化，則石夕單結B曰曰10的軸方向之溫度梯度等的來數 變動’從而石夕單結晶i。的缺陷區域的分佈、氧濃度分佈等 變化，且結晶的品質也變化。 因此’為了得到要求的規格之結晶品質，根據該要求 的規格’予頁先決定拉引條件，也就是，對於各拉引位置預 先決定融液液面位準Η @目標值或對於各拉引位置預先決

7054-9823-PF 6 200923144

定熱遮蔽體.液面間距離L π* πια、 ^ 1置接耆，在拉引成長 寸，、-人仏測融液液面位準gγ Μ π + & 間距離L的實際的值，將:：際的值或熱遮蔽體.液面 “些檢測值回饋，並進行調整旋 轉軸15的上下方向位置等 的偏差為零。 置4的控制，以使得目標值及檢測值 因此，為了穩定並得到要求的規格的結晶品質，於制 :結果必須使融液液面位準H或熱遮蔽體. 確地與目標值一致，玆 、 Η離L早 ’'、以做為在控制時被檢測的回饋 量之融液液面位準Η的余默杜★ , m 旱^^值或熱遮蔽體.液面間距離L的 貫際值通常係被準確地量測為前提。 離1的 圖2係顯示對於每個拉引位置量測融液液面 熱遮蔽體·液面間距離L的每 千忒 構例。 離L的只際的值之距離量測裝置的結 圖2的距離量測裝置！。。係被構成且包 置置:::射？雷射光-光婦… 射出的雷射光ΗΠ朝著石英坩堝3的徑方向掃瞄. 二=广，接收從光射出…1〇射出且藉由光掃 田裝置120掃晦的雷射光m之反射光；及拉引時 測裝置⑷，基於拉引時的固定掃猫位置、光射出裝置n〇 的雷射光射出位詈、月水拉 祕一 ' 置及先接收裝置130的光接收位置，根

、二角測$的原理，量測熱遮蔽體.液面間距離l及融 液液面位準Η。 """ W …光知目田裝置120係被構成且包含：反射鏡121，反射 攸光射出破置11 0射出的雷射光1 〇 1 ;及步進馬達1 22，改

7054-9823-PF 200923144 變此反射鏡1 21的光反射面i 2丨a的姿態角。 在此，步進馬以22的旋轉軸122_旋轉角心及雷 射先101之㈣3的徑方向的掃目苗位置係i對i的對應。 因此：在本說明書中，雷射％ 1〇1之掛堝徑方向的掃：位 置係以Θ表示。 如下所4在專利文獻i中係揭示量測融液液面位準 Η的實際值或熱遮蔽體.液面間距離L的實際值之方法。 f ί, 亦即，首先，驅動步進馬達122，以使光掃瞒位置Θ 位於拉引時的位置0 1。其次，從光射出裝置11。射出雷 射光m，以照射融液液面5a’並以光接收裝置13〇接收 在融液液® 5a反射的雷射光。接著，基於此拉引時的固 定掃目苗位m、光射出裝置u〇的射出位置、及光接收 裝置130的光接收位置，根據三角測量的原理，求出從基 準點至融液5的液面5 a之距雜τ c： θ a义距離Ls，以量測融液的液面位 準Η。 亦即，首先，驅動步進馬達122，以使光掃瞒位置Θ 位於拉引時的位置θ卜其次，從光射出裝置】丄〇射出雷射 光101，以照射至熱遮蔽體8的框邊8a的上表面8b，並以 :接收裝置130接收在此框邊上表面处反射的雷射光。接 者，基於此拉引時的固定掃晦位置Θ 2、光射出裝置11〇的 :出位置、及光接收…30的光接收位置，根據三角測 量的原理’量測從基準點至熱遮蔽體8的框邊8a的上表面 8b之距離S。由如此求得之至融液5的液面之距離ls 及至熱遮蔽體8的框邊8a的上表面8b之距離3及熱遮蔽

7054-9823-PF 8 200923144 體8的框邊8a的厚度t，算出熱遮蔽體液面間距離七。 又’在專利文獻2中係如下述揭示量測融液液面位準η 的實際值或熱遮蔽體.液面間距離L的實際值之方法。 上述拉引時的光掃聪位置Θ卜m3、“係由做 為基準的光掃瞄位置被決定。做為基準的光掃瞎位置 θε係熱遮蔽體8的框邊8a的邊緣8e。 量，熱遮蔽體8的框邊8a的邊緣8e之光掃瞒位置0 c 的位置=測演算法係被揭示於專利文& 2。使用圖4說明 I置里測原理。此位置量測演算法係在例如各批之間、 在^爐2的分解及清掃時、及在拉引製程之中等進行。 也就是，首先，藉由光掃目苗裝f 12M吏雷射光101在 ㈣3的徑方向掃瞒’同時基於逐次的光掃聪位置、光射 出裝置1H)的射出位置、及光接收裳置13〇的光接收位置， 根據—角測$的原理’在每個預定的間隔△ ^ 1，逐次量測 基準點及反射點的距離。 接著，判斷被量測的距離係從相當於&準點及融液5 ， 之大]、欠化至相當於基準點及熱遮蔽體8的框邊8a 的距離之大小。 時，判定為在該變化 光1 〇 1係在熱遮蔽體 結果，在量測距離的變化被判斷 被判斷的時點之光掃瞄位置Θ c，雷射 8的框邊8a的邊緣8e被反射。 蔽體8的框邊8a的邊緣 為基準，在拉引時雷射光 β 3、Θ 4被決定。 如此，以雷射光101在熱遮 8e被反射時的光掃瞄位置0 c做 1 〇 1掃瞄之方向的位置6» 1、Θ 2、

7054-9823-PF 200923144 [專利文獻1]特開2000-264779號公報 [專利文獻 2] W001/083859 【發明内容】 [發明欲解決之問題]

不過’藉由上述以往的位置量測演算法，無法正確地 求得熱遮蔽體8的框邊8a的邊緣8e的位置0 c，而具有量 測位置變動的問題。使用圖（a)、（b)說明此點。 本發明人仏δ寸的結果’推測無法正確地求得熱遮蔽體 8的框邊8 a的邊緣8 e的位置0 c，且量測位置變動的原因 為下面兩個。 亦即，一個原因是當雷射光1 〇 1掃瞄坩堝的徑方向 蚪，在雷射光的照射點從融液表面&改變至熱遮蔽體& 蚪，在光接收裝置1 30的檢測輸出上產生雜訊，故改變的 判別’也就是’雷射光1〇1的照射點已來到邊緣心的判別 會有困難°雜訊係由溶融正反射光以外的散射光造成的鬼 衫（迷光）。 再-個原因是位置量測演算法為了高效率進行位置量 測作業’而高速.驅動步進馬達以高速進行光掃目苗，同時以 較，周期ΔΘ!的間隔進行距離量測(圖5u))。因此，在 判辦為邊緣位置的時點，命射忠彳n，^ 、“ β 田射先101的照射點通常已經從 ^離開亚移動至框邊83的上表面8b的内部。因此， :吊會將邊緣位置誤以為是框邊心的上表面肋的位置“ 口以量泪卜因此，如圖5(b)所示，邊緣位置將在超過邊

7〇54-9823-PF 10 200923144 緣8e的範圍△ 6*内變化。 當如此量測的邊緣位置 ^ 時，以邊緣位置<9 c為基準 C係在△ 0的範圍中變化 置0 1、Θ 2、Θ 3、θ 4 而决夂之量測時的固定掃瞄位 4也將變化。 在此，熱遮蔽體8的樞邊 在各個位置上凹凸不同卫么a的上表面扑完全不平坦， 鬲度不同。 因此，對於每一抵，去 玲 點至熱遮蔽體δ的框邊8a 緣1測位置變動時，從基準 圖6(a)係顯示每—抵、^表面8b之距離S將會變動。 實驗中，對每一批， $測值S變動的實驗資料。在 丁母批里測邊緣位置，且斟畚4 邊緣位置做為基準的# # 且對母—批，改寫以 ~ 土千町先知瞄位置 的光掃瞄位置0 2、Θ 4以& 4，固定於此改寫 S值。柱狀圖嶋係從並對每-批，量測 平均值為。。縱轴係頻率。

值係力承沾杜 。 所不，以往，距離S 二 =值之士3mm的範圍中變動。 如此，當S量測值變動時，孰 量钏佶缽—找 ‘敝體’液面間距離L的 際仿罢謂…返敝體·液面間距離L·的實 ^ ，文難以穩定進行矽單結晶拉引成#·時μ > Μ I成長之石夕單結晶10的品質變動’而 格的製品之虞。 捉仏t疋規 又，若未正確地求得邊緣位置“，則以此邊緣位置0 :做為基準決定雷射光101的照射方向，將難以正讀地將 田射光1(Π照射至做為熱遮蔽體8的框邊8a的上表面8b 目標的位置，且難以將雷射光m照射至做為融液表面

7054-9823-PF

II 200923144 5a之目標的位置。從而， 難，且„ 、圖2所不的距離量測變得因 難且圖3所不的距離量測變得困難。特別 8及矽單結晶！ 0的距離 <、、、遞献肢 主。 小時或熱遮蔽體8的框邊8a的上 表…爾方向上的長度短時，變得更加困難。 η要精度良好且無變動地量測熱遮蔽 ^置心。另外’在進行位置量測時，因為無法進砂制， 效率’ f要在短時間内完成位置量測處^里。 有鑑於此等情況，本發明係以短時間 行熱遮蔽體8的邊緣位置6c之位置 ^…^ 置里✓則處理，同時可轉 度良好且無變動地量測邊緣位置“做為解決_題。1 [用以解決問題的手段] 明係適用於從被容納於爐内㈣禍之融液拉引 體早結晶以製造半導體單結晶之半導體單結晶製 ，裝置的位置量測裳置，其特徵係包括：熱遮蔽體，位於 融液的上方’被設置在半導體單結晶的周圍，且在下端部 包括框邊；光射出裝置，將光射出；光掃晦裝置，朝著掛 ㈣徑方向掃瞒從光射出裝置射出的光；光接收裝置，接 收從光射出裝置射出且藉由光掃目结裝置掃猫的光之反射 光第1距離里測裳置，將光掃瞒，同時基於逐次的光掃 猫位置、光射出裝置的射出位置、及光接收裝置的光接收 位置：根據三角測量的原理’在每個預定的第：掃目苗間隔， 逐f置測基準點及反射點的距離；第1判斷裳置，判斷藉 由第1距離里測裝置量測的距離係從相當於 的距離之大小變化至相當於基準點及熱遮蔽體的框邊的距

7054-9823-PF 12 200923144 離之大小，或是從相當於基準點及熱遮蔽體的框邊的距離 之大小變化至相當於基準點及融液的距離之大小；第2距 離量測裝置’在藉由帛i判斷裝置判斷量測距離的變化 時，使光掃瞄位置沿著掃瞄方向之反方向返回預定量，從 返回的光掃瞄位置起再度掃瞄光，同時基於逐次的光掃瞄 位置、光射出裝置的射出位置、及光接收裝置的光接收位 置’根據三角測量的原理’在比前述第1掃瞄間隔短的每 f 個第2掃猫間隔’逐次量測基準點及反射點的距離；第2 ' 鑛置，判斷藉由第2距離量測裝置量測的距離係從相 當於基準點及融液的距離之大小變化至相當於基準點及熱 遮蔽體的框邊的距離之大小，或是從相當於基準點及熱遮 蔽體的框邊的距離之大小變化至相當於基準點及融液的距 離之大小；及邊緣位置判定裝置，在藉由第2判斷裝置判 斷量測距離變化時，判定在其變化被判斷之時點的光掃聪 位置，光被熱遮敝體的框邊的邊緣反射。 I “第2發明係在第1發明中適用於在拉引半導體單結晶 時量測熱遮蔽體及融液的距離及/或融液的液面位準，並控 制量測值使成為期望的值以製造半導 ，造裝置之位置量測裝置，其特徵係包括拉 里測裝置，在拉引半導體單結晶時，將光掃瞎方向的位置 固定於拉引時的位置，基於此拉引時的固定掃目苗位置、光 射出裝置的射出位置、及光接收裝置的光接收位置，根據 二角測量的原S，量測熱錢體及融液的距離及/或融液的 液面位準；且拉引時的固定掃瞄位置係以利用邊緣位置判

7054-9823-PF 13 200923144 ^ 、·定光在熱遮蔽體的框邊的邊緣被反射時的光掃瞄 位置做為基準而被決定。 、—第^月係以在第2發明中拉引時的固定掃瞄位置被 、—、l從光刀別在融液的液面及熱遮蔽體的框邊的側面 反射的路徑做為特徵。 月之特徵係在第i發明中，光掃瞄裝置係以包 含將從光射出矣署身+ + 、· 乂射出的先反射的反射鏡及改變該反射鏡 f 的光反射面的姿態角的致動器被構成，並藉由驅動致動器 而改，反射鏡的光反射面的姿態角，以使光掃目结。 第5毛明之特徵係在第工發明或第*發明中，光掃瞒 衣置係以步進馬達做為致動器而掃猫光，且第2距離量測

裝置係在步造^t ^ , H 母轉動1步時，量測基準點及

距離。 J 弟6發明係適用於從被容納於爐内的坩堝之融液拉引 成長半導體單結晶以势生车 曰曰乂 導體早結晶之半導體單結晶製 ::人位置置測方法’其特徵在於：進行位置量測處理， 二含：第1距離量測步驟，朝著掛禍的徑方向掃晦光， 同：基於逐次的光掃瞄位置、光的射出位置、及光的接收 二根據三角測量的原理，在每個預定的第}掃聪間隔， ，次I測基準點及反射點的距離；第1判斷步驟，判斷在 量測步驟中被量測的距離係從相當於基準點及融 距离之小變化至相當於基準點及熱遮蔽體的框邊的 離：=’或是從相當於基準點及熱遮蔽體的框邊的距 交化至相當於基準點及融液的距離之大小，·第2

7054-9823-PF 14 200923144 距離量測步驟’在第1判斷步驟中判斷量測距離的變化 時’使光掃目苗位置沿著掃瞄方向之反方向返回預定量，從 返回的光掃瞄位置起再度掃瞄光，同時基於逐次的光掃瞄 位置、光的射出位置、及光的接收位置，根據三角測量的 原理，在比珂述第i掃瞄間隔短的每個第2掃瞄間隔，逐 次量測基準點及反射點的距離；第2判斷步驟，判斷在第 2距離量測步，驟中被量測的距離儀從相#於基準點及融液 的距離之大小變化至相當於基準點及熱遮蔽體的框邊的距 離之大小’或是從相當於基準點及熱遮蔽體的框邊的距離 之大小變化至相當於基準點及融液的距離之大小；及邊緣 位置判定步驟，在第2判斷步驟中判斷量測距離變化時， 判定在其變化被判斷之時點的光掃晦位置，光 的框邊的邊緣反射。 & & 士日第7發明係在第6發明中適用於在拉引半導體單結晶 時，測熱遮蔽體及融液的距離及/或融液的液面位準，^曰 :量：值使成為期望的值以製造半導體單； :晶製造裝置之位置量測方法，更包含:決定在 ，的方向的位置之步驟，其係以在邊緣位置判二; 中判定光在熱遮蔽體的框邊的邊緣被反射時的== 做為基準，·及拉引時距離量测步驟 ^田位置 時，蔣去播俨佔士 a u +導體單結晶 t將光知r田的方向的位置固定於此被 此拉引時的固定掃瞄位置、光射 ：、立置’基於 接收裝置的光接收位置，根據三角：:位,、及光 蔽體及融液的距離及/或融液的液面位準。 置測熱遮

7054-9823-PF 15 200923144 、…弟8發明係以在第7發明中拉引時的固定掃瞄位置被 决疋X追蹐光分別在融液的液面及熱遮蔽體的框邊的側面 反射的路徑做為特徵。 'ί閱圖2的結構圖、圖7、圖§所示的位置量測 #法及圖9(a)、（b)、（c)說明第1發明。 +也就疋，首先，在第1距離量測裝置142中，藉由光 掃目田裝置12G在_ 3的徑方向上掃胳雷射光⑻，並基 於逐人的光知瞄位置、光射出裝置^ ^ 〇的射出位置、及光 接收裝置130的光接收位置，根據三角測量的原理，在每 個預疋的第1搞 γ pq JJ5 Λ。 知如間IW Α θ 1，逐次量測基準點及反射點的 距離d (圖9 (a);步驟2 〇 4)。 : 在第1判斷裝置14 3中，以第1距離量測裝置 142量測的距離“皮判斷為從相當於基準點及融液5的、距 離da之大小變化至相當於基準點及反射點的距離 小（步驟205)。 接耆，在错由第i判斷裝置143判斷量測距離 (在步驟2°5中判斷為卿，光跑置θ沿著掃瞎方向： =方”返回預定量0 (圖9(a);步驟21〇)。然後，在 距離里測裝置14"，從返回的光掃瞄位置起再 度W雷射光1G1 ’同時基於逐次的 裝置的射出位置、及光接收裝置田 、先射出 、目…“ 安收衷置的先接收位置，根據三角 間隔…，逐次量職準：/二“1短的第2掃晦 步驟2⑴。、山及反射點的距離d(圖9(b);

7054-9S23-PF 16 200923144 接著在第2判斷裝置145巾’藉由第2距離量測I 置144量測的距離d被判斷為從相當於基準點及融液5的 距離da之大小變化i知a n u 相§於基準點及熱遮蔽體8的框邊 8a的距離db之大小（步驟212)。

果在判斷里測距離變化時（在步驟212中判斷為 YES)判疋在該變化破判斷的時點之光掃瞄位置θ。，雷射 光101在熱遮蔽體8的框邊8a的邊緣8e被反射(步驟217)。 …根據第1發明，在最初的第1判斷裝置中，在已判斷 :、邊緣位置的犄點，例如’即使在雷射光i 01的照射點已 從邊緣8e冑開並移動至㈣8&的上表面⑽的内部時，因 為光掃瞒位置返回預定量，可再次從邊緣位置之前重新開 始距離里測。再次的距離量測係以比最初的距離量測時短 =周期ΔΘ2的間隔進行（圖9(〇)。因此，在再次被判斷 :邊緣位置的時點’雷射光m的照射點未從邊緣仏離開 :移動至框邊8a的上表面8b的内部，且可無誤差地量測 邊緣8 e的位置。 ，另外，在每個短的間隔△ Θ 2進行距離量測的區間係 從使光掃❹置返回預定量的位置0rs起至再次檢出邊緣 位置的小區間(圖9(b);限度值(4〇脈衝))，此外，在每個 ^的間隔Δ Θ1進行距離量測並以高速進行處理。因此， 可在短時間完成位置量測處理並以高效率進行作業。 一如此，根據本第1發明，可在短時間以高作業效率進 行熱遮_ 8的邊緣位置Θ。的位置量測處理，並可以良 好精度且無變動地量測邊緣位置0 c。

7054-9823-PF 17 200923144 在第2發明中，以判定為雷射力1〇1在熱遮蔽體8的 框邊8a的邊緣8e被反射時的光掃瞄位置0 c做為美準， 決定在拉引時之雷射光101掃瞄的方向之位置Θ i、 Θ 3 ' 0 4 (步驟 2 21)。 在拉引矽單結晶時，將雷射光1〇1掃瞄的方向之位置 固定於拉引時的位置Θ 112、Θ3、Θ4,基於此拉引時 的固定掃聪位置、光射出裝置的射出位置、及光接收裝置 的光接收位置，根據三角測量的原理，量測熱遮蔽體及融 液的距離L及/或融液的液面位準H。控制量測值l、η，使 其成為期望的值，以製造矽單結晶i 〇。 旦根據第2發明，對於每一批，因為可無變動且正確地 里測邊緣位置Θ c ’所以將可無變動且正確地量測基準點至 熱遮蔽體8的框邊8a的上表面8b之距離s。 口此基於S里測值，將可正確地量測熱遮蔽體·液面 間距離L之實際的位置，且將可穩定進行回鎮熱遮蔽體· 心㈣離k實際的位置以實施的石夕單結晶拉引成長時 ，控制，且將可穩定拉引成長的矽單結晶10的品質，並可 提供穩定規格的製品。 又’因為正確地求得邊緣位置0。，以此邊緣位Η。 ::基準，將可正確地決定峨101的照射方向，且可 田射光101正確地照射至做為熱遮蔽體8的框邊h的上 二Γ"之目標的位置’同時將可使雷射们01正確地照射 二融液表面5a之目標的位置。從而，即使在熱遮蔽體 石早結晶10的距離小時或熱遮蔽體8的框邊8a的上

7054-9823-PF 18 200923144 表面8b在坩堝徑方向上的長度短時，可使雷射光ι〇ι正確 地照射至做為目標的位置，且可容易地進行上述圖2所示 的距離量測。同樣地，可容易地進行圖3所示的距離量測。 在第3發明中，如圖1G所示，決定拉引時的固定掃瞒 位置Θ 5、Θ 6以使雷射$ 1〇1追縱光分別在融液5的液面 5a及熱遮蔽體8的框邊8a的側面8d反射的路徑。 亦即’如圖1G所示’首先’驅動步進馬達122，以使 光掃瞎位置Θ位於拉引時的位置05。其次，從光射出裝置 no射出雷射光m，並照射至熱遮蔽體8的框邊8a的側 面8d，使在此框邊側面別反射的雷射光照射至融液液面 5a ’且：光接收裝置13。接收在融液液面h反射的雷射 光。接著，基於此拉引時的固定掃瞄位置0 5、光射出妒置 ⑴的射出位置、及光接收裝置13〇的接收位置，根據二 角測量㈣、理，求得從基準點至融液5的液面之㈣ LS ’以量測融液液面位準η。 其次，驅動步進馬達122，以使光掃晦位置Θ位 引時的位置Θ 6。然後，從光射出裝置"。射出雷射光… 並照射至熱遮蔽體8的框邊8a的上表面处，且以光 裝置130接收在此框邊上表面扑反射的雷射光。接著，義 於此拉引時的固定掃瞒位置θ6、光射出裝置ιι〇的射出：

里,土準點至熱遮蔽體8的框邊8a的上表面朴之距離 寻之至融液5的液面5a之距離LS及至熱遮蔽 -、的上表面肋之距離s與熱遮蔽體8的框邊 7054-9823-PF 19 200923144 8a的厚度t’异出熱遮蔽體.液面間距離乙。 圖10所示的距離量測方法因為必須將雷射光照射至 非常狹小的熱遮蔽體8的框邊8a的侧面㈣必須正 確地決定拉引時的固㈣聪位置θ5以提高雷射光1〇的照 射精度。 根據本發明，因為正確地求得邊緣位置u以此邊 緣位置“做為基準正確地決定拉引時的固定掃描位置θ 5,從而可正確地決定雷射光1〇1的照射方向，以使雷射光 101正確地照射至做為熱遮蔽體8的框邊^的上表面朴 之目標的位置。從而’即使是必須將雷射％ ι〇ι照射至非 常：小的熱遮蔽體8的框邊8a的側面8d之圖1〇所示的距 離里測方a也可將雷射光丄Q 2正確地照射至做為目標的 位置’且可容易地進行上述圖1G所示的距離量測。 在第4發明中，如圖4所示，光掃猫農置120係以包 含將從光射出裝置110射出的雷射光1〇1反射之反射鏡i2i 及改變該反射鏡1 21 & 土 ϋ π ί。 勺光反射面121 a的姿態角之致動器 122構成’且藉由驅動致動胃122而改變反射鏡μ的光 反射面二21&的姿態角，以使雷射光1〇1掃晦。 在第5 %明中’如圖4所示，光掃瞄裝置係以步 進馬達122做為致動器而掃瞒雷射光101。在第2距離量 測裝請中，步進馬達122每轉動”，二位：： 動微：間隔△ Θ2，以量測基準點及反射點的距離。 —乐6發明、第7發明、第8發明係分別與第丄發明、 弟2發明、第3發明之裝置的發明對應之方法的發明。

7054-9823-PF 20 200923144 【實施方式] 下面，芩閱圖式說明本發明之半導體單結晶製造裝置 之位置量測裝置及位置量測方法的實施例。 圖1係從側面觀看之被使用於實施例的矽單纟士日制 裝置的結構之一例的圖式。

=:所示，實施例的石夕單結晶製造裝置（包括做為 拉引早、、、口 用的容器之CZ爐（室）2 〇 :cz爐5内設置將多晶石夕的原料溶融以做為融液5並 將其谷納的石革W # Μ 央坩堝3。石央掛堝3之外側由石墨坩堝n 英掛竭3的周圍設置將石英《 3内的多晶石夕 原料加熱溶融的加熱器9。力σ熱器9被形成為圓筒狀:曰加 :二9:制其輪出(功率；kW)以調整對融液5的加熱量。 :，桉測融液5的溫度’並以檢測溫度做為回饋量，护 制力的輪出’以使得融液5的溫度成為目標:度控 含拉引軸Π13的上方設置拉引機構4。拉引機構4包 a及拉引軸4a尖端的籽晶 籽晶夾頭4c夾住。 籽晶14由 、在石央坩堝3内多晶矽(Si )被加熱溶融。當融 溫度穩定時，拉引機構4動作以從融液5 ’ 、 10(矽單紝日彳嘁液5拉W矽單結晶 沾即，拉引轴4a下降，在拉弓I車由H 的籽晶央頭4c上被央住的軒晶“ 丨轴广“ 14附著融液5之後，β運起5。在使軒晶 上被夾住的籽曰14Jl θ 3上幵。隨著在籽晶夹頭杬 的籽日日14上昇，矽單結晶1〇成長。

7054-9823-PF 200923144 在拉引時，石英坩堝3係由旋轉軸15旋轉。又，拉引 機構4的拉引軸4a係與旋轉軸15反向或同向旋轉。 旋轉軸15可在垂直方向上驅動，且可使石英坩堝3上 下移動，移動至任意的坩堝位置，並可調整融& 5的表面 5 a ’也就是，融液5的液面位準η。 J用遮斷CZ爐2的内部與外部的空氣，爐2内被維持 真空（例如約數十T〇rr)。也就是，CZ爐2被供給做為惰性 氣體的氬氣7 ’且從α爐2的排氣σ由幫浦排氣。從而， 爐2内被減壓至預定的壓力。 —在拉引單結晶的程序（1批）間，在CZ爐2内產生各種 ，發物。因此’將氬氣7供給至⑴盧2並與蒸發物—起排 ^ = =2爐2外，以從以爐2内清除蒸發物。氬氣7的供 給流置係在1批中的每個步驟設定。 隧著拉引矽單結晶1 0 ’融液5減少。隨著融液5減少， 3疒5一石英坩禍3的接觸面積變化，且來自石英堆禍3 勺氧’合解里，差化。此變化會影響拉引的矽單結晶1 0中的氧 》辰度分佈。 —又，在融液5的上方，在矽單結晶1 〇的周圍設置熱遮 蚊體8 (熱輻射板、氣體調節筒）。熱遮蔽體8被形成為在 中^ 有開口 8Α的圓錐形。在熱遮蔽體8的下端部具有框 邊8&。框邊8a具有上表面8b、下表面8c、及側面8d。在 匕將框邊8a的上表面8b及側面8d的邊界定義為邊緣

石夕早結晶1 0被容納在熱遮蔽體8的中心的開口 8A

7054-9823-PF 22 200923144 熱遮蔽體8的框邊8a_面 離(以下稱為熱遮蔽體.結晶間距離)為：;曰10的側面之距 熱遮蔽體8將從上方被供給至cz 體的氬氣7導引至融液表面5a的中之做為载流氣 表面5a導引至融液# ς 、且進一步通過融液 5蒸發的氣體-起從設置於c…的；：7係與從融液 出。因此，可釋宏肌 、邛之排氣口被排 了 I疋液面上的氣體流速， 發的氧氣保持穩定的狀態。 使伙融液5蒸 又，熱遮蔽體8係將籽曰曰曰14及藉 單結晶10從在石英坩祸3、34、、广ς 砰日日14成長的矽 產生的_射赦 ° ^ 、加熱器9等的高溫部 生及遮蔽。又’ _體8防止在爐内產 生的不4物（例如，矽氧化物 礙單結晶料成。 ⑷切切早結晶10上而阻 熱遮蔽體8的下端部的框邊83及融液表面 離L(熱遮蔽體.液面間 ^ ,,_ 雕的大小可利用上升下降旋韓 =:變化石英㈣的上下方向位置而調整。又Ϊ 牛農置在上下方向上移動熱遮蔽體8而調整距離 、、夜、、夜2為止6知巧結晶1G ^係藉由㈣時的融 液液面位準H或熱遮蔽體.液面間距離l的大小而變 引時的融液液面位準H或熱遮蔽體·液面間距 、J艾化’則矽單結晶10的轴方向之溫度梯度等的夂 ::，從而彻晶1。的缺陷區域的分佈、氧濃=: 變化，且結晶的品質也變化。 寻 因此’為了得到要求的規格之結晶品質，根據該要求

7054-9823-PF 23 200923144 的規格，預先決定㈣條件，也就' 先決定融液液面位準H的目桿值。、疋，對於各拉引位置預 疋熱遮蔽體.液面間距離 5 於各拉引位置預先決 0士 L的目標值。盐* ¥，逐次檢測融液液面位準η的每—禪考，在拉引成長 間距離L的實際的值，將這此 ' 牙、的值或熱遮蔽體·液面 轉軸15的上下方向位置等的控：二值回：’並進行調整旋 的偏差為零。 ，以使得目標值及檢測值 在本實施例中係假定藉由磁 單結晶10的情況。另外 '' (MCZ法）拉引矽 亦即，在似… 係以法的-種形式。 隹MU法中係在例如cz 3〇。在本實施例中，磁鐵3G#設置以使;^日配置磁鐵 ’夜5的固液界面的形狀成為上凸的形狀。早、、”曰10及融 藉由將磁鐵配置在以爐2的周圍 融液5施加水平磁場（橫向 、帛3内的 磁場時，在石。 田在田虫液5上施加水平 晶二3 3内的融液5的對流被抑制，石夕單結 融液5間的固液界面的形狀 形，可韁中*坦〜l取苟期望的凸 外““冷卻速度CR，且可提高成長速度V。另 ’可施加尖角形磁場以取代水平磁場。 為了穩定並得到要求的規格之結晶品質， =使融液液面位W或熱遮蔽體.液面間距離l準確= '不值—致，就此係以做為在控制時被檢測的回饋量之融 液液面位準Η的實際值或熱遮蔽體.液面間距離L 通常係被準確地量測為前提。 、① 圖2係顯示對於每個拉引位置量測融液液面位準η或

7054-9823-PF 24 200923144 熱遮敝體·液面間距離L的實際的值之距離量測裴置的結 構例。 圖2的距離量測裝置1 〇 〇係被構成且包含：光射出裝 置110，射出雷射光10丨；光掃瞄裝置120,將從光射出裝 置110射出的雷射光i 〇丨朝著石英坩堝3的徑方向掃瞄； 光接收哀置130，接收從光射出裝置11 〇射出且藉由光掃 瞒裝置120掃瞄的雷射光m之反射光；及控制器“。。 ^光掃目ΕΘ裝置1 2 0係被構成且包含：反射鏡121 ,被從 光射出裝f 11Q射出的雷射光1〇1照射，且雷射光被反射 以從CZ爐2外部經由CZ爐2的窗2w朝向CZ爐2内部； 步進馬達122,改變此反射鏡121的光反射自ma的姿態 角；及稜鏡丨23,被在反射鏡121的光反射面12ia反射的 雷射光照射，且將其反射以朝向CZ爐2的下方。 "在此，步進馬達122的旋轉軸122a的旋轉角度0及雷 射光m之：^ 3的徑方向的掃聪位置係、i對^的對應。 因此，在本說明書中，雷射* ιοί之爾方向的掃：位 置係以0表示。 光接收裝置130係被構成且包含CCD感測器。 控制器140係被構成且包含拉引時距離量測裝置⑷。 ‘在拉引時距離量測裝置141中係基於拉㈣㈣定掃 =置、光射出裝f 110的雷射光射出位置、及光接收裝 130的光接收位置’根據三㈣量的原理，㈣熱遮蔽 :·液面間距離或融液液面位準H。拉帅巨離量測 、置141係基於從CCD感測器i3i輪出的檢測信號等，進

7054-9823-PF 25 200923144 行運算熱遮蔽體.液面間距離L及/或融液液面位準H的處 、接著，5兒明1測融液液面位準Η的實際值或熱遮蔽體. 液面間距離L的實降信夕久猫Θ 只丨不值之各種距離量測方法。 (第1距離量測方法） 亦即’首先’如圖2所示，馬區動步進馬達122，並將 光知目田位置Θ定位於拉引時的位置"。其次，從光射出裝 r 置U〇射出雷射光101。雷射€ 101藉由光掃猫裝置120 朝向融液液面5a昭射。a sx、—、> '、、、对在融液液面5a反射的雷射光被光 接收裝置130接收。拉荽，+ κ + 接者在拉引時距離量測裝置141中 係基於此拉引時的固定掃目苗位置Θ卜光射出裝置110的射 出位置及光接收U i 3〇的接收位置，根據三角測量的 原理’量測從基準點至融液5的液面5a之距離Ls，以量 測融液面位準Η。 接者’驅動步進馬達1 9 9，IV Ah I is· /疋=7廷，以使光掃瞄位置㊀位於拉引 時的位置Θ 2。其次，從来斯4)坻m η Λ 攸尤射出裝置i i 0射出雷射光1 〇 i。 雷射光1 01係經由光婦晦I#署1 %从±π人u # τ田衷置120破朝向熱遮蔽體8的框 邊8a的上表面8b照射。在此框邊卜本 凡柩遭上表面8b反射的雷射光 係以光接收裝置130接收。蛀基，+ “ + _ ^ 接者，在拉引時距離量測裝置 141中係基於此拉引時的固定撼#办里。。 1夂柃陁位置Θ2、光射出裝置11〇 的射出位置、及光接收裝置13〇的光接收位置，根據三角 測量的原理，量測從基準點至熱遮蔽體8的框邊h的上表 面8b之距離S。由如此求得夕5 Sib、六u

八侍之至嘁液的液面5a之距離LS 及至熱遮敝體8的框邊8a的卜矣而ql 巳的上表面8b之距離熱遮蔽

7054-9823-PF 26 200923144

體8的框邊8a的厚度士， (弟2距離量測方法） 驅動步進馬達122，並將

反射的雷射光再次被照射至融液液面5a， 亦即，如圖3所示，首先， 在此框邊下表面 5 a ’在融液液面 5a反射的雷射光被光接收裝置i3〇接收。接著，在拉引時 距離量測裝置141 中係基於此拉引時的固定掃瞄位置Θ 3、光射出裝置11 0的射出位置、及光接收裝置} 3〇的接收 位置，根據三角測量的原理，求得從基準點至融液5的液 面5a之距離LS，以量測融液液面位準η。 其次，驅動步進馬達122,並將光掃瞄位置0定位於 拉引時的位置Θ 4。接著，從光射出裝置】1〇射出雷射光 1(Η。雷射光101藉由光掃瞄裝置120被照射至熱遮蔽體8 的框邊8a的上表面8b。在此框邊上表面8b反射的雷射光 被光接收裴置130接收。然後，在拉引時距離量測裝置141 中係基於此拉引時的固定掃瞄位置Θ 4、光射出裳置i丨〇的 射出位置、及光接收裝置1 30的接收位置，根據三角測量 的原理’量測從基準點至熱遮蔽體8的框邊8a的上表面 8b之距離S。由如此求得之至融液5的液面5a之距離LS 及至熱遮蔽體8的框邊8a的上表面8b之距離s與熱遮蔽 體8的框邊8 a的厚度t，算出熱遮蔽體.液面間距離[。 7054-9823-PF 27 200923144 (第3距離量測方法） 如圖1 0所示，第3距離旦 離里測方法係決定拉引時的固定 掃瞄位置05、06，以追縱雷射# 1n 田射先101分別在融液5的液 面5a及熱遮蔽體8的框邊Ra 相，I。 透8a的側面8d反射的路徑。 亦即，如圖10所示，首4+ 百先驅動步進馬達1 2 2，並將 光掃猫位置Θ定位於拉引時的位置Θ 5。其次，從光射出裝 置110射出雷射光101。雷射光101藉由光掃瞎裝置m

被照射至熱遮蔽體8的框邊8a的辆品., J t運ea的側面8d。在此側面8d反 射的雷射光被照射至融液液面5 a^。 狀囬Da，在融液液面5a反射的 雷射光被光接《I 13〇接收。接著，在拉引時距離量測 裝置141中係基於此拉引時的固㈣聪位置Θ 5、光射出裝 置11 〇的射出位置、及光接收奘w 、 入π «收衣置1 30的接收位置，根據 —角測里的原理 > 求得從其進更卜=、士「 f伃攸基準點至融液5的液面5a之距離 LS ’以量測融液液面位準η。 其次’驅動步進馬達122,並將光掃瞄位置Θ定位於 拉引時的位置Θ6。接著，從光射出裝置U。身，出雷射光 ⑻。雷射光m藉由光掃瞎裝置12〇被照射至熱遮蔽體8 的框邊8a的上表面8b。在此框邊上表面8b反射的雷射光 被光接收裝置130接收。然後，在拉引時距離量測裝置 ’係基於此拉引時的固定掃瞄位置Θ 6、光射出裝置u 〇的 射出位置、及光接收裝1 13。的接收位置，根據三角測量 的原理’量測從基準點至熱遮蔽冑8的框邊8a的上表面 ❿之距離S。由如此求得之至融液5的液面5a之距離Ls 及至熱i«體8的框邊8a的上表面8b之距離3與熱遮蔽

7054-9823-PF 28 200923144 體8的框邊8a的厚度t，算出熱遮蔽體液 雖然在圖10中係追蹤雷射光1〇1以 a離1- h的側面8d、融液5的液面5及、：蔽體8的柜邊 。 貝序反射的路# ,* 弟距離里測方法的其他方法，也可追縱雷，··、 液5的液面5a、熱遮蔽體 以融 射的路徑。 ”[邊〜的側面8d的順序反 上述拉引時的光掃瞄位置0丨、0 2、 Θ 6係由做為基準的光掃瞄位置“ m 4、Θ 5、 瞒位置係熱遮蔽體8的框邊8“:：緣：為基準的光掃 邊緣位置”位置量測係以圖2(_ / 距離量測裝置100的控制器140進行。 囷10)所不的 此位置量測處理係在例如各批之 清掃時、拉引製程的中途等進行。 '显6、拆卸、 下面，同時參閱圖7、圖8所干的^ $ 圖9⑷、(b)、(c)，說明 1測演算法、 的邊緣位置峨立置㈣處理。、離㈣裝置⑽進行 亦即，首先’在第1距離量測裝置“2中，藉由光播 瞄裝置120朝著坩堝3的彳& Τ猎由先知 旳仫方向掃瞄雷射光101，同時其 :的光掃猫位置、光射出裝置⑴的射出位置、及； 接收裝置13〇的接收位置，根據三角測量置以 預定的第1掃瞄間隔Δ Θ i，逐次 母個 離d(圖9(a);步驟204)。 ’、土、’ ·點及反射點的距 其认’在弟1判辭势罢 裝置142被量測的距離d\ ’判斷在第1距離量鄉 係伙相當於基準點及融液5的距

7054-9823-PF 29 200923144 離da之大小變化至相當於基準點及熱遮蔽體8的框邊8a 的距離db之大小（步驟2 〇 5)。 接著，在藉由第i判斷裝置143判斷量測距離的變化 時（步驟205中判斷為YES)，使光掃瞄位置0沿著掃瞄方 向Α之反方向Β返回預定量0(圖9(a);步驟21〇)。然後， 在第2距離量測裝置144中，從返回的光掃瞄位置θ 起 再度掃㈣射m同時基於逐次的光掃瞒位置、光射 出裝置的射出位置、及光接收裝置的光接收位i，根據三 角測里的原理’在比前述第"帚瞄間隔△ Θ 2短的每個第2 掃蹈間隔“2，逐次量測基準點及反射點的距離d(圖 9(b);步驟 211)。 其次，在第2判斷裝置145中，判斷藉由第2距離量 測裝置144量測的距離d係從相當於基準點及融液5的距 離da之大小變化至相當於基準點及熱遮蔽體8的框邊化 的距離db之大小（步驟212)。 m广二在量測距離的變化被判斷時(步驟212中判斷為 YES) ’判疋為在該變化姑坐丨辟匕u 士 ^ r I化被判斷的時點之光掃瞄位置θ。，雷 射光1 01係在教辦蘇辦β 9⑹步二广體8的框邊8a的邊緣8e被反射(圖 下面，進一步詳細說明。 開射光101的㈣位置β移動並定位於料 開始位置“(圖9(c);步驟201)。

其次，步進馬達122被驅動，兩 蔽體8側方向Α的掃瞄(步驟2。2)。田 開始對熱遮 7054-9823-PF 30 200923144 雷射光101之逐次的掃瞄位置Θ被檢測，並且判斷逐 次的掃瞎位置β是否係位於將掃瞒開始位置加上最大 掃目苗寬度W之最終掃蹈位置^的範圍内（圖9(十步驟 2 0 3)。 接著，在每個預定的第i㈣間隔，逐次量測基 準點及反射點的距離d(圖9(a);步驟204)。 然後，藉由判斷量測距離d是否位於從預先設定的距 離db-Δ d至db+△ d的範圍内，以判斷雷射光掃目苗位置θ 是否到達熱遮蔽體8的邊緣8e附近。距離dhd〜制 △d係被決定為相#於從基準點至熱遮蔽體 距離之大小（圖9(c);步驟2〇5)。 邊83的 只要步驟203的判斷為YES且步驟205的判斷為肋 只要被判斷為雷射光掃猫位置“到達最亀 旦e且未到達熱遮蔽體8的邊緣8e附近’則重覆距離 置測（步驟204)。距離量測的間隔{系利用步驟〜 2Γ、42〇5的處理之週期時間及步進馬達122的旋 、又決定。在雷射光掃瞄位置Θ到達熱遮蔽 8'附近的掃聪區間中，步進馬達122高速旋轉，而= 進仃田射％ 1 〇 1的掃瞄，同時以長的掃瞄間隔△ : 距離S測。因此，處理將以高速進行。 仃 體8:1、緣當：射光掃猫'置0仍被判斷為未到達熱遮蔽 的判斷為NO)’執行顯示錯誤訊息等的異常顯示，… 通知操作者（步驟227)，所有的處理結束。 “

7054-9823-PF 31 200923144 々叫 目苗位置Θ e但到達_體8 _ 最終掃 的判斷為YES)，步進馬達122的驅動^ 、（乂驟205 ?nR、 逹122的驅動被暫時停止（步驟 ，並進入確認雷射光掃目g位置Θ到達熱遮蔽體 緣8e之階段（步驟207、2〇8、2〇9、225、22叼。的邊 亦即，距離d的量測被進行n次（例如 207)。 -人）（步驟 接著’判斷是否滿足下面的條件。 U在η次量測的各距離4之中，量測距離d有以（制

如20次）以上係在預先設定的距離 ，J 圍内。 至dbMd的範 2) η次的各量測距離d中，最大值及最 ^ 在容許量測誤差△ ε以下（步驟2〇8)。 、最以糸 …結果’在上述η、2)的條件被滿足時（步驟208的判 辧為YES)，將該時的雷射光掃 位置」(步驟2〇9)。 置"〗斷為「假的邊緣 不過，在上逑1)、2)的條件未被滿足時（步驟2〇 =斷為叫使步進馬達122移動最小步距，也就是移… ,以重覆貫行距離量測（步驟2〇7)、判斷處理（步驟2⑻。 步進馬達122每次移動最小步距π步），計數值i增 2;:::::)。只要計數值1不超過界限值1 _(步驟 2。” ES)’則重覆實行n次的距離量測(步驟 mm處理（步驟2〇8)。不過，當計數值土超過界限 值1㈣時（步驟226的判斷為恥），雷射光]乃為照射

7054-9823-PF 32 200923144 融液表面5 a或熱遮蔽板8的柜.真0 J框邊8a的側面8 被認為並非確認雷射光掃瞄位Φ , 的1¾段’且 夏β到達邊緣g 到步驟2〇3,並再次以長的掃暇間隔^的階段，回 (步驟204)。 、订距離量測 在上述步驟209中，在雷射光掃猫位 的邊緣位置」的時點’雷射光掃 破判斷為「假 際位置，而到達框邊8a的上表。過邊緣8e的實 表面8b的内部（參 r 如上所述’這是因為在雷射光掃晦位閱圖9(心)。 的邊緣8e為止的掃瞄區間中， ，j達熱遮蔽體8 使雷射光1G1的掃目s被高速進行進=、122被高速旋轉， 0 1進行距離量測（步驟204)。 5 ^ =長的掃瞄間隔△ 緣位置」的距離量測之時點 ：破剎斷為「邊 通過實際的邊緣位置。 自田射先评蹈位置Θ已經 考慮此雷射光掃瞄位置0的「 中，在雷射光掃衍菩a、* °、」，在上述步驟209 先“位置“皮判斷為「假的 點’在光掃晦位置"月著掃瞄 」" 宕旦，Λ々仏,▲ 的反方向Β僅返回預 疋里0之後（翏閱圖9(a);步驟2 口預 上述掃瞄間隔Λ /ζΜ 4 a 進入詳細檢查在比 是二Π 周期△"中雷射光掃猫位置Θ 亦即，ΓΓ蔽板;8的邊緣8e之階段（步驟211至214)。 時(步賢2。二：先掃聪位置0被判斷為「假的邊緣位置」 二=預=為跡步進馬達⑵朝著反方向被 锝弓動僅預疋的脈衝數（例如 從現在的婦聪位置朝向掃晦方：):先㈣以 向從熱遮蔽體8離開 、 向β，也就疋朝 开，一則之方向β返回僅預定量參閱

7054-9823-PF 200923144 圖 9 (a);步驟 21 〇)。 接著進行距離d的量測（步驟211)。 —藉由判斷里測距離d是否在預先設定的距離db-△ d的範圍内，而判斷雷射光掃瞄位置θ是否已 到達：遮蔽板8的邊緣8e附近。距離仉―—△“系 被決疋為相虽於A基準點至熱遮蔽體8的框邊^的距離之 大小（步驟21 2 )。 在上述步驟212之判斷為N〇時，從返回的掃晦開始位 f 0 Γ5起朝向熱遮蔽體8側的方向A之雷射光ΐ(π被移動 rL步Γ ’也就是步進馬達122被移動1 #，且每個間隔 〃的距離量測（圖9(b);㈣2⑴、判斷處理（步驟212) 係以1步被重覆進行。 八馬達122每次移動最小步距（1步），計數值土辦 力Γ(步驟213)°計數值μ界限值係從返回的^ 瞄開始位置0 rs起祜排中s π °又疋至預定的脈衝數（例如40脈 —)(圖9(b))。因此，只要計數 m j不超過界限值_) max(40 脈衝）（步驟214的判斷為v ·ρ q、 ^ 斷為YES)’則每個間隔ΔΘ2的距離 里“](乂驟211)、判斷處理（步驟 卜 ^驟212)係以1步被重覆進 订。不過，當計數值〗超過. 值〕raax (4 0脈衝）時（步驟 214的判斷為N〇) ’雷射光1 〇 仍為a射融液表面5a或埶 ‘敝板8的框邊8a的側面8d的階段 ：、 -35» 4+ φ. ^ 破為亚非確認 田射先知·瞄位置Θ到達邊緣κ比拆 的心铋，回到步驟203，並 再-人以長的掃瞄間隔△ 0丨進彳 Θ 、仃距離罝測（步驟2 〇 4)。 另一方面’當判斷雷射光播 押目田位置β未到達將返回的

7054-9823-PF 34 200923144 操作開始位置Θ re加上相當於上 的固定值之掃晦位置(步驟214的判斷數(4〇脈衝) 熱遮蔽體s的邊緣8e附近 的£s)，但已到達 入確認雷射光播γ办罢Λ 2，、古上 "為y£s) ’進 田耵忐“位置θ到達熱遮菽體 (步驟。5、⑽、2]7、2]8、2】9、22〇)。邊緣86之階段 亦即，距離d的量測被重覆進行 驟215)。 進仃P -人（例如20次）（步 接著，判斷是否滿足下面的條件。 距離d有q次（例 ]至db+Ad的範 3)在p次量測的各距離d之中，量夠 如20次）以上係在預先設定的距離db-A 圍内。 ,Λ各里4距離d中’最大值及最小值的差ε係 在谷許ϊ測誤差Δε以下（步驟216)。 % 結果’在上關、4)的條件被滿足時(步驟216的判 斷為卿，㈣時㈣射光掃❹置q ^ 位置（步驟217)。 W断為邊緣 不過’在上述3)、4)的條件未被滿足日寺（步驟2ι 判斷為N0)，使步進馬達122移動最小步距，也、 步，而在每個間隔“ 2以！步進行p次的距離 215 )、判斷處理（步驟216 )。 '、 亦即，步進馬逹122每次移動最小步距（ . 、i艾），計數 值j增加+1，同時計數值k增加+1 (步驟218)。σ ▲ ’、要&十 值j不超過預定的脈衝數（40脈衝）（步驟 % Z i 9的判斷為 YES)，且计數值k不超過界限值k max(步 娜的判斷為

7054-9823-PF 35 200923144 卿，則在每個間隔讀重覆實行？次的距離 215)、判斷處理（步驟216)。 各 、^驟 值j max(40脈衝）時（步驟21 、 田。 J s過界限 ^以步驟219的判斷為NO)，雷射光〗ηι 仍為照射融液表面5a或熱遮蔽板8的框邊h的侧 階段，且被認為並非確認雷射先掃蹈位置Θ到達邊緣 階段，回到步驟咖，並再次以長的掃晦間隔進行距 離量測(步驟2〇4)。又，即使計數值J不超過界限值j ΓΓΓ㈣步驟219的判斷為卿，當計數值k超過界J 置 X : ( 乂驟22°的判斷為N0) ’認為雷射光掃晦位 :二未到達:緣_ 貫仃1次的距離量測（步驟211)。 在上述步驟2 1 7中，名带、μ # 兔、喜 田#光知瞄位置<9最終被判斷 為邊緣位置訏，接著，進 θ1、, q 仃次寫上述拉引時的光掃瞄位置 Θ2、Θ3、㈣、05、㈣的處理。 亦即’在步驟217中’從最終被 掃晦位置“起朝向B方向，也、緣位置的光 社曰1 η从七a 就疋仗熱遮蔽體8離開的 、、，口日日1〇的方向B，移動預先設 光掃目苗位置叫……以 並決定位置為 ία·1 β 3、Θ 5(步驟 2U)。 接著，從光射出裝置η 〇射出 基準點$ g如wu 出田射先〗〇1，並量測從 ..反射^的距離，以求得至融 iS。求得的距離LS被領…面…5的液面5a之距離 貞不於旦面上（步驟222)。 ”次’判斷是否改寫光掃瞄位 223)。 y 1 Θ 3、θ 5(步驟 在判斷為改寫光掃瞄位置~ 1、 β 3、Θ 5時，光掃瞄

7054-9823-PF 36 200923144 位置（9 1、θ 3、6»5 代 & 别次的值被更新並改寫（ 同樣地，在上诚牛_ ’、’’（ ν驟2 2 4 )。 終被判斷為邊緣位置睥 先知瞄位置Θ最 運啄位置扦，從最終被判斷為邊 瞄位置Θ c起朝向a方a ’位置的光掃 、朝门A方向’也就是從結晶 體8的方向a，蒋叙箱+ t朝向熱遮蔽 巧 預先設定的掃瞎量，並決定M h 柃聪位請、Θ4、θ6(步驟221)。 &位置為光 接著’從光射出農置11〇射出雷射光1〇 基準點至反射點的距離 ' ’里測仗 ，主 離以求得至熱遮蔽體8的框邊8a的 上表面8b之距離S。炎尸认n ]榧遺8a的 222) 。 侍的距離S被顯示於晝面上(步驟 其次，㈣是否改寫光掃聪位置 223) 。 ζ Θ 4、θ 6(步騾 在判斷為改寫光掃瞄位置Θ 2、β 4 ^ ^ η 9 η β 6時，光掃瞄 1 Θ 2、Θ 4、Θ 6從前次的值被更新 、 饥又啊亚改寫（步驟224 )。 如此被改寫的光掃瞄位置0 1、 A R “ ra 以 Θ 3、~ 4、~ 5、 方/下次的距離量測，也就是上述第1距離量測 法、弟2距離量測方法、第3距離量測方法的距離量測。 :即，在將光掃瞒位置㈣定於被改寫的光掃聪位置θ卜 Θ2、03、04、05、Θ6 之後，會耔笙！ 便只仃第1距離量測方法、 弟2距離量測方法、第3距離量測方法的距離量測。 接者’說明本實施例的效果。 根據本實施例’在最初的判斷中’在判斷為邊緣位置 的時點，即使在雷射光的照射點已經從邊緣〜向外移動至 框邊8a的上表面此的内部時，因為光掃聪位置Θ僅返回

7054-9823-PF 37 200923144 再次曰’可從邊緣位置的-邊起重新開始距離量測 再人的距離1測係以比最初的距離旦π ± ' 之門陪、隹〜 取初的距離里測時短的周期△ Θ: 之間隔進仃（圖9(a))。因此，在再次 點，雷射光的^…一 纟再-人判斷為邊緣位置的時 '…可不從邊緣86向外移動至框邊8" "、内部，而可無誤差地量測邊緣8e的位置。 6 ( b )係實施例的實驗資料。 圖6(b)係對應於圖 口 bU)之以則的貫驗資料的圖式，i 母 測值S的㈣之#驗資料。在實驗中，對 母一批，置測邊緣位置，並對每一 汉焉以邊緣位置做 為基準的·聪位請、θ4，將固定於此改寫的光掃晦 位置Θ2、Θ4之雷射光射出，以對每—批量測§值。心 圖的橫軸係、從5量測值的平均值起的偏差，且 縱軸係頻率。比較圖嶋及圖6(a)可知，^ :::例”:值係在平均值一範圍中變：心 二 里測值的變動係位於平均值之±1.5_的範圍 ，可知S值的變動被非常良好地抑制。 雖然上面係關於s量測值加以說明，以同樣的方 關:以邊緣位置做為基準進行之其他的距離量測的值:士 就疋，熱遮蔽體.融液間距離L、融液液面位準 變動小且非常高精度者。 ，成為

因此，可穩定回饋熱遮蔽體.融液間距離L 位=Η的實際位置而實行的石夕單結晶拉引成長時的控:面 使得拉引成長的矽單結晶1〇的品質穩定，而可提供 ， 格的製品。' L弋規

7054-9823-PF 38 200923144 又’因為正確求得邊緣 做為基準正確地決 C &將可以此邊緣位置

又田射光1 01的昭射太A 地將雷射光m照射至做為熱遮蔽體8的二 8b之目標的位置，且可將雷體⑲邊的上表面 5a之目標的位置。從而 射至做為融液表面 即使在熱遮蔽體δ及石夕單社曰ιη ==_體8的框邊8a的上表面心 ㈣的易I::地將雷射…射至做 以谷易地進行上述圖2所示之第 測：法的量測。同樣地，可容易地進行圖3所示：： 離里測方法的量測。 特別地，圖1 〇戶斤+ + & 0 η 士， 口仙所不之第3距離量測方法係決定拉 的固定掃瞄位置Θ 5、A R ,、，& θ 6以使雷射光1〇1追蹤分別在融液 °的液面⑽、熱遮蔽體8的框邊8a的側面8d反射的路斤， 因為必須使雷射光1G1照射至非常狹小的熱遮蔽體8的框 =83的側面8d ’所以有必要正確地決定拉引時的固定掃 目田位置0 5 ’以提南雷射光1Q的照射精度。根據本實施例， 此點係因為邊綠付罢A ; ' 置Θ c破正確地求得，以此邊緣位置0 c 做為基準以正確地決定拉引時#固定掃猫位置0 5,從而， 將可正確地決定雷射光1〇1的照射方向，以使雷射光ι〇ι 正確地照射至做為熱遮蔽體8的框邊8a的上表面8b之目 ‘的位置。因此，即使是必須將雷射光i 〇丨照射至非常狹 小的熱遮蔽體8的框邊8 a的側面8 c[之圖10所示的第3距 維里測方法也可將雷射光1 〇 1正確地照射至做為目標的 位置’且可容易地進行上述圖1〇所示之第3距離量測方法

7054-9823-PF 39 200923144 的量測。 量二二實施例二每個短的間隔“ 2進行距離 rs起至到達預！Λ回預…(2°脈衝)的掃晦開始位置β …]達預定量⑷脈衝)為止的 在每個長的間隔Λ A 7 / 匕外原則上係 因此，位置仃距離㈣並且高速進行處理。 置里挪處理整體被高速實施’ 成，以可古从古. J仕姐¥間内完 了呵效率進行位置量測作業。 對於上述實施例，在不Μ 可改變、取消各處理。 *曰的圍中， D 了么在上述實施例中’雖然使雷射* 101在從矽單 、·口日日1Μ則朝向熱遮蔽體 離d J本Μ A 万向A上#跑’以判斷量測距 沐：^目#於基準點與融液5的距離da之大小變化 相當於基準點與熱遮蔽體8的框邊8a的距離心：化二 驟205、步题=9ne 士 大小（步 不 ，驟212、步驟216的各判斷處理）， ^ 可使雷射光丨〇 1在從埶U P ?? ifl θ θ 、 體8朝向矽單結晶ίο 向β上知瞄，並進行同樣的判斷。 雷射光1G1在從熱遮蔽體8朝_ 步=::，也可在步驟2°5'步驟2。8、步驟-、 基準點盘教r斷處理中，判斷量測距離d是否從相當於 旱"，:占與熱遮敝體8 Μ ^ 8的框邊8a的距離db之大小 备於基準點與融液5 又匕至相 中，……。距離da之大小。此時’在步驟210 預定量“處理，：;Γ=的反方“返回 的周期讀中雷射咖位置…已到達

7054-9823-PF 40 200923144 的邊緣8e之階段（步驟211至21 4)。 又，在上述實施例中，在詳細檢查雷 是否已到達熱遮蔽板δ的邊緣Se之階段（牛知瞄位置β 中，步進馬達122每次移動最小步距（1步）驟211至214) 的量測，並判斷在比掃瞎間隔△ θ 1短的周2行距離d 光掃猫…是否已到達熱遮薇板8的邊緣8 。 2中雷射 步進馬達122每次移動最小步距〇步）時·〜6不過，在 判斷處理係前者的-例，若^距離量測、 巾比Δ β 1紐的間每— 離量，、判斷處理’則也可在步進馬達ΐ22^ ^订距 間隔實行距離量測、判斷處理。 ν以上的 又 在上述貫施例中，瘦讲0 口 ：z； r 土 邊緣_的判斷處理(步驟:◦:)= = 位置Θ到達熱遮蔽體“咖8e之階段(步驟：光:： =Γ’結果，射光輪置心斷二 =:」(步驟2°9的判斷為_，則沿著崎向Α 二方向=掃猫位置Θ返回預定量得驟叫不過， ^確認雷射光掃猫位置Θ到達熱遮蔽體δ的邊緣 e 之:二(步驟 2。7、2〇8、2。9、225、226)的處理，且是 的結== = “附近的判斷處理(步驟_ 右被判fe/f為已到達敎垆玆 驟205的判斷為YESW 附近（步 ' )’也可在該時點以此做為「假的邊緣 1直」’並且移動至、;凡签；{基# +丄 ㈣的處理（步驟^ 方向A的反方—回預定 在上述貫施例中，經過使光掃瞄位置Θ沿著掃瞄

7054-9823-PF 41 200923144 方向A的反方向B返回預定量φ的處理(步驟21〇)，進入 詳細檢查在比掃瞄間隔ΔΘ1短的周期中雷射光广 聪位置Θ是否已到達熱遮蔽板8的邊緣仏之階段（田步驟^ 至214)，I吉果，若判斷為雷射光掃晦位置0已到達教遮蔽 體8的邊緣8e(步驟212的判斷為YES)，則進入〇 光掃瞒位置Θ到達熱遮蔽體8的邊緣^之階段（步驟 216、217、218、219、220)，以最钦砧昝… 以瑕終地貫施邊緣位置的判 定（步驟217)°不過’此時’省略確認雷射光掃目苗位置Θ 到達熱遮蔽體8的邊緣8e之階段（步驟215、216、爪、 2二、219、22°)的處理，經過使光掃蹈位置Θ沿著掃瞒方 向A的反方向b返回預定量0的處理(步驟21。），進入詳 細檢查在比掃瞄間隔△ Θ 1短的丐 s尤 妞的周期△以中雷射光掃目苗 二疋否已到達熱遮蔽板δ的邊緣^之階段(步謂 至214 )，結果’若判斷為雷 驊《Mi试。 位置0已到達熱遮蔽 體8的邊緣8e(步驟212的判斷為 ^ ^ ^ 马YES)，則可將該時點的 知r田位置θ判定為最終的邊緣位置(步驟217)。 θ、4掃！略步驟211纟214的處理，經過使光掃⑭置 ~石者知瞄方向Α的反方命R χ 21fn，$ 的反方向B返回預定量0的處理（步驟 8 確田射光W位置^到達熱遮蔽體8的邊緣 8e之/¾奴（步驟215~)， 917) , . J ^疋最終的邊緣位置（步驟 2U)^^時，步驟219的處理被省略。 旦、：本發明係在$ 1掃瞄間隔△ Θ 1中進行距離 測距離… 所處理，在可判_為邊緣位置的量 Μ斷為變化時’此次使光掃晦位置^沿著掃瞄

7054-9823*PF 42 200923144 方向A之反方向b(或者沿著掃瞄方向 定量0，從返回的光掃聪位置 反方：A)返回預 1 °1 ’並以比第1掃晦間隔△ Θ i短的二，：：雷射光 進行距離量測’同時進行第2判斷處理，結：二△ Θ 2 可判斷為邊緣位置的量測距離d變化時，若判，出 該變化被判斷之時點的光掃猫位置〜， 卜判定在 蔽體8的框邊8a的邊緣8e反射 田射先101被熱遮 之範圍内的任何形式的演算法射則也可適用於在該發明 置在實施例中係“量測邊緣位置“，並以邊緣位 c做為基準，以決定用以 '' 里㉚的和·瞄位置ί9 1 〜θ6的情況。不過，這僅 ΙΜ内丁’也可以邊绘幻 做為基準’進行其他的吾測 - 1例如，沿者從邊緣位置 夕早，曰曰10侧的方向雷射光1〇1，在雷 :光接收輸出變化的時點，判斷為到達矽單結晶1〇，/ ::從邊緣8e至矽單結晶1〇的距離，也就是，熱遮蔽： 晶間的距離D。根據本實施例，因為可精度極佳地 里測邊緣位置0 c，故可非當正被从步π ^ $地求付以邊緣位置0〇；做 為基準加以置測的遮蔽體.矽單結晶間的距離d。 —另外’雖然在實施例中假定製造矽單結晶以做為 體單結晶的情況加以說明’本發明以同樣 於製造钟化録等的化合物半導體的情況…用 例中假定藉由磁場直拉法（MCZ法）拉引碎單結晶^的=

加以說明，本發明當然也可適用於不施加磁場而拉引二 結晶1 0的情況。 早 7054-9823-PF 43 200923144 【圖式簡單說明】 圖]係顯示梦單結 圖2係顯示根據第 結構例的圖式。 圖3係顯示根據第 結構例的圖式。 晶製造裝置的結構例的圖式。 1距離量_方法之距離量測裝置的 2距離量測方法之距離量測裝置的 圖4係說明以前的位置量測原理的圖式。 圖5(a)、㈦係說明以前的位置量測演算法的圖式。 圖6(a)、（b)係分別顯示先前技術及本實施例的距離 量測值的柱狀圖。 圖7係實施例的位置量測演算法。 圖8係實施例的位置量測演算法。 式 圖9(a)、（b)' (c)係說明圖 圖8的處理内容的圖 的 圖1 0係顯示根據第3距離量測方法之距離量測裝置 結構例的圖式。 【主要元件符號說明】 1 :矽單結晶製造裝置； 2 : CZ 爐； 5 :融液； 5 a :融液表面； 8 :熱遮蔽體； 8a :椎邊； 7054-9823-PF 44 200923144 8b :上表面； 8c :下表面； 8d :侧面； 8 e :邊緣； 1 〇 :矽單結晶。

7054-9823-PF 45

Claims (1)

1. 200923144 十、申請專利範圍： L一種半導體單結晶製造裝置之位置量測裝置1用 於從被容納於爐内的坩碼 、 適用 n ⑽液拉引成長半導體單莊曰 製造半導體單結晶， f版平、、，〇日日以 其特徵在於包括： 被設置在半導體單結晶 熱遮蔽體’位於融液的上方 的周圍’且在下端部包括框邊； 光射出裝置，將光射出； 出的^掃田裝置草月者掛禍的徑方向掃猫從光射出裝置射 =裝置，接收從光射出裝置射出且藉由光減 置知瞄的光之反射光； 第1距離量測裝置，將 元卸目田，同時基於逐次的光掃 聪位置、光射出裝置的射 _ 、 出位置、及光接收裝置的光接收 位置根據二角測量的焉理 原理’在母個預定的第1掃聪間隔， 逐次®測基準點及反射點的距離； 弟1判斷裝置，判斷葬由笛, " 曰由弟1距離量測裝置量測的距 每隹係攸相當於臬進@ 5占、六 ·、 、基準點及融液的距離之大小變化至相當於基 準點及熱遮蔽體的框邊的距齙 迓7距蠘之大小，或是從相當於基準 點及熱遮蔽體的框邊的M 一、 遭的距離之大小變化至相當於基準點及 融液的距離之大小； ★第2距離量測裝置，在藉由第}判斷裝置判斷量測距 ::變：時’使光掃瞒位置沿著掃晦方向之反方向返回預 —<I回的光掃瞄位置起再度掃瞄光，同時基於逐次 7054-9823-PF 46 200923144 的光掃猫位置、光射出裝晉的如t 耵出裒置的射出位置、及光接收裝置的 光接收位置，根據三角測量的眉 J廣理’在比前述第1掃瞄間 隔短的每個第2掃瞄間隔，逐攻旦 <人里測基準點及反射點的距 離， 第2判斷裝置，判斷藉由笛 j鯽猎由弟2距離量測裝置量測的距 離係從相當於基準點及融液的距^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ 两痒i大小變化至相當於基 準點及熱遮蔽體的框邊的距離之女| <大小，或是從相當於基準 點及熱遮蔽體的框邊的距離之大小 4 I化至相當於基準點及 融液的距離之大小；及 邊緣位置判定裝置，在藉由第2判斷裝置判斷量測距 離變化時’判定在其變化被判斷之時點的光掃目苗位置，光 被熱遮蔽體的框邊的邊緣反射。 2.如申請專利範®第1項所述的半導料結晶製造裝 置之位置量測裝置’其中適用於在拉引半導體單結晶時量 測熱遮蔽體及融液的距離及/或融液的液面位準，並控制旦 測值使成為期望的值以製造半導體單結晶的半導料^ 製造裝置之位置量測裝置’包括拉引時距離量測裝置：： 拉引半導體單結晶時，冑光掃目苗方向的位置固定於拉引日士 的位置，基於此拉引時的固定掃瞄位置、光射出裝置的寸 出位置、A光接收裝置的光接收位置，根據三角測量= 理，量測熱遮蔽體及融液的距離及/或融液的液面位準· ’、 拉引時的固定掃瞄位置係以利用邊緣位捉， 且尹〗疋裝置李I] 定光在熱遮蔽體的框邊的邊緣被反射時的 j尤卸瞄位置做A 基準而被決定。 马 7054-9823-PF 47 200923144 3·如申請專利範圍第2項所述的半導體單結晶製造裝 置之位置量測裝置，其中拉引時的固定掃瞄位置被決定以 追敵光分別在融液的液面及熱遮蔽體的框邊的側面反射的 路徑。 4·如申請專利範圍第1項所述的半導體單結晶製造裝 置之位置置測裝置，其中光掃瞄裝置係以包含將從光射出 裝置射出的光反射的反射鏡及改變該反射鏡的光反射面的 姿態角的致動器被構成， 藉由驅動致動器而改變反射鏡的光反射面的姿態角， 以使光掃瞄。 5·如申請專利範圍第丨& 4項所述的半導體單結晶製 造裝置之位置量測裝置’其中光掃聪裝置係以步進馬達做 為致動器而掃聪光，且 •第2距離量測裝置係在步進馬達每轉動i步時，量測 基準點及反射點的距離。

   包含： 之位置量測方法，適用 引成長半導體單結晶以 進行位置量測處理，其

   土，/y τ啊/入/人別點的距離，·

   距離量測步驟中被量測的 7054-9823-PF 48 200923144 距離係從相當於基準點及融液的距離之大小變化至相當於 基準點及熱遮蔽體的框邊的距離之大小，或是從相當於基 準點及熱遮敝體的框彡的距離之大小變化至相當於基準點 及融液的距離之大小； 第2距離里測步驟，在第丨判斷步驟中判斷量測距離 的變化時，使光掃目苗位置沿著掃猫方向之反方向返回預定 量，從返回的光掃猫位置起再度掃猫光，同時基於逐次的 光，猫位置、光的射出位置、及光的接收位置，根據三角 測量的原S在比岫述第"帚瞄間隔短的每個第2掃瞄間 隔，逐次量測基準點及反射點的距離； 第2判斷步驟，判斷在第2距離量測步驟中被量測的 距離係從相當於基準點及融液的距離之大小變化至相當於 基率點及熱遮蔽體的框邊的距離之大小，或是從相當於基 準點及熱遮蔽體的框邊的距離之大小變化至相當於基準點 及融液的距離之大小；及 邊緣位置判定步驟，在莖^ 在弟2判斷步驟中判斷量測距離 變化時，判定在盆變仆姑主丨龄 仕"欠化被判斷之時點的光掃瞄位置，光被 熱遮蔽體的框邊的邊緣反射。 1·如:請專利範圍第6項所述的半導體單結晶製造裝 = S測方法’其中適用於在拉引半導體單結晶時量 遮敝體及融液的距離及/或融液的液面位準，並控制量 測值使成為期望的值以製造 制1干V體早結晶的半導體單結晶 衣&衣置之位置量測方法，更包含： 決定在拉弓丨時之光掃瞄^ v方向的位置之步驟，其係以 7054-9823-PF 49 200923144 在邊緣位置判定步驟中判定光在熱遮蔽 反射時的光掃瞄位置做為基準；及 拉弓丨時距離量測步驟，在拉引半導體單結晶時，將光 "田的方向的位置固定於此被決定的位置，基於此拉引時 的固定掃晦位[光射出裝置的射出位置、及光接收褒置 的光接收位置，根據三角測量的原理，量測熱遮蔽體及融 液的距離及/或融液的液面位準。 8.如申請專利範圍第7項所述的半導體單結晶製造襄 置之位置1測方法’其中拉引時的固定掃瞄位置被決定以 k從光刀別在融液的；夜面及熱遮蔽體的框邊的㈣ 路徑。 那的 7054-9823-PF 50