TW202300725A

TW202300725A - 原料熔化液的表面狀態的偵測方法、單晶之製造方法及直拉單晶製造裝置

Info

Publication number: TW202300725A
Application number: TW111104229A
Authority: TW
Inventors: 北川勝之
Original assignee: 日商信越半導體股份有限公司
Priority date: 2021-03-01
Filing date: 2022-02-07
Publication date: 2023-01-01
Also published as: US20240125006A1; DE112022000488T5; KR20230150800A; WO2022185789A1; CN116888309A; JP2022132995A

Abstract

本發明係一種原料熔化液的表面狀態的偵測方法，其係在利用直拉法(Czochralski method)從坩堝內的原料熔化液直拉單晶的單晶製造時，偵測坩堝內的原料熔化液的表面狀態之方法，該原料熔化液的表面狀態的偵測方法係使用二台CCD照相機從不同方向同時拍攝坩堝內的原料熔化液表面的任意相同檢查區域，而獲得其測定影像；使用二台CCD照相機的測定影像的視差資料，自動地偵測「從原料完全熔化的狀態變成固化被形成於該原料熔化液之表面的狀態的固化時間點」、及「從固化被形成於該原料熔化液之表面的狀態變成完全熔化的狀態的熔化完畢時間點」中之一個以上。藉此，可提供在利用直拉法進行單晶製造時，能夠以高精確度偵測原料熔化液的固化及熔化完畢的時間點，且亦可減輕作業員的負擔的原料熔化液的表面狀態的偵測方法、單晶之製造方法、及直拉單晶製造裝置。

Description

原料熔化液的表面狀態的偵測方法、單晶之製造方法及直拉單晶製造裝置

本發明係有關於偵測利用直拉法(Czochralski method)進行單晶製造的原料熔化液的表面狀態之方法、單晶之製造方法、及直拉單晶製造裝置，特別是有關於在直拉單晶之準備步驟的單晶製造裝置的固化的偵測方法及熔化完畢的偵測方法。

已知在直拉法之單晶直拉裝置，為從同一坩堝(石英坩堝)製造複數根單晶棒，而採取了一種方法，該方法係將單晶培育直拉後，以供應管將與熔化液原料的減少份量相應的量之固體原料追加供應至坩堝內(以下亦稱為補充)，使其熔化後，再次將下個單晶培育直拉。補充固體原料時，如直接將固體原料投入坩堝內的熔化液的話，熔化液會飛散，因此可能會引起如原料附著於坩堝外或供應管這樣的問題。

是故，有人採用了以下作法：直拉最初之單晶後，使殘留於坩堝內的熔化液的表面固化至某種程度，以補充方式將原料供應至此固化面上後，而使其熔化之技術。習知技術中揭示了由作業員目視監督熔化液表面的固化狀態的方法，或如專利文獻1般對於以直徑控制用視覺感測器檢測之信號進行影像處理的方法。關於熔化完畢的檢測，揭示了由作業員定期地目視監督石英坩堝內的狀態的方法。詳言之，如專利文獻2般，對「拍攝坩堝內之二維CCD照相機影像」進行二值化而得到白色像素，根據白色像素的數量進行檢測的方法；如專利文獻3般，利用「熱水面溫度資料變動幅度的變化」或「經二值化處理之爐內拍攝照相機影像資料全部為0(黑)」以檢測熔化完畢的方法；如專利文獻4般，利用排氣中之一氧化碳濃度變化來檢測熔化完畢的方法。在專利文獻5，揭示了使用二台CCD照相機作為熔化步驟中的原料位置偵測機構的技術，此習知技術的目的是以二台照相機所觀察到的差異(視差)為本，依據三角測量的原理來測定距離。 [先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本專利公報第3632427號 [專利文獻2]日本專利公開公報2000-264780號 [專利文獻3]日本專利公報第3704710號 [專利文獻4]日本專利公報第6390606號 [專利文獻5]日本專利公開公報2017-77981號

[發明欲解決之課題]

首先，關於固化的檢測，習知技術係利用直徑控制用視覺感測器，因此僅能獲得結晶的直徑偵測所需的照相機視野，故無法掌握坩堝內全體的固化狀況。又，由於主要目的係結晶的直徑偵測，故一般將照相機之光圈及快門速度等拍攝條件調成「彎月形環部與熔化液的對比高」。再者，為使直徑偵測穩定，於二值化處理後，從檢查區域內的某一定掃描方向，抽出彎月形環的邊緣作為直徑信號，使用此信號控制成希望的結晶直徑。然而，形成於熔化液面上的固化因相對於直徑偵測時之彎月形環部亮度較低，故不易呈現為直徑值的變化。又，由於固化擴展之方向並不一致，故從一定的掃描方向抽出邊緣的方法並不適合於固化偵測，根據此理由，以習知技術的照相機進行固化偵測仍存在改良的餘地。

接著，關於熔化完畢的檢測，上述使用習知技術之視覺感測器的方法係以「進行二值化處理後的影像的白色或黑色像素的數量」來進行熔化完畢的判斷，但檢測熔化完畢的時間點的精確度有問題。此外，如固化進行過度的話，會對石英坩堝帶來損傷。又，熔化完畢的判斷過慢的話會造成裝置的單晶生產性降低。再者，目視等作業員的操作負擔之減輕亦為吾人所企求。

本發明係鑑於上述問題點而設計開發完成，其目的係提供在利用直拉法進行單晶製造時，能夠高精確度自動地偵測原料熔化液的固化及熔化完畢的時間點，且亦可減輕作業員負擔的原料熔化液的表面狀態的偵測方法、單晶之製造方法及直拉單晶製造裝置。 [用以解決課題之手段]

為達成上述目的，本發明提供一種原料熔化液的表面狀態的偵測方法，其係在利用直拉法從「以加熱器對容納於石英坩堝內的原料進行熔化而得的原料熔化液」直拉單晶之單晶製造過程中，偵測該石英坩堝內之該原料熔化液的表面狀態之方法，該原料熔化液的表面狀態的偵測方法係使用二台CCD照相機從不同方向同時拍攝該石英坩堝內之該原料熔化液表面的任意相同檢查區域，而獲得該檢查區域的測定影像；使用該二台CCD照相機之該測定影像的視差資料，自動地偵測「從該原料完全熔化的狀態變成固化被形成於該原料熔化液之表面的狀態的固化時間點」、及「從固化被形成於該原料熔化液之表面的狀態變成完全熔化的狀態的熔化完畢時間點」中之一個以上。

根據上述本發明的偵測方法，藉視差資料之使用，可簡單且確實地掌握石英坩堝內的原料熔化液(熔體)的狀態變化，而能以高偵測精確度獲得吾人所要的資料。並且同樣地可實現固化、熔化完畢的偵測。因而，可防止因固化進行過度而對於石英坩堝造成損傷，及因熔化完畢的判斷過慢而造成裝置的單晶生產性降低。而且，由於自動地進行固化及熔化完畢的偵測，故亦可省略目視監督，而可使作業員的操作負擔減輕。

吾人可使用「該檢查區域內的視差資料」除以「該檢查區域的面積」所得的視差率，作為該測定影像的視差資料。

如上述，可使用上述視差率簡易地進行原料熔化液的固化及熔化完畢的偵測。

又，可令該固化時間點為偵測到視差率為10%以上之時。又，可令該熔化完畢時間點為偵測到視差率為3%以下的狀態持續5分鐘以上之時。

根據前述基準，可更適當穩定地掌握固化及熔化完畢的時間點。又，可更確實地防止雖未形成固化但判斷為已形成固化，或者雖有原料或固化的未熔化殘渣，但判斷為熔化完畢。

又，可於直拉單晶之後、補充原料之前，進行該固化時間點的偵測，可在將補充的原料熔化當中、直拉下個單晶之前，進行該熔化完畢時間點的偵測。

如上述，以補充方式進行複數根單晶的製造過程中，可簡單且確實地偵測固化及熔化完畢的時間點，進而，可提高單晶的生產性。

又，本發明提供一種單晶之製造方法，其利用直拉法從「以加熱器對容納於石英坩堝內的原料進行熔化而得的原料熔化液」直拉單晶的單晶製造過程中，於直拉單晶後補充原料並加以熔化，接著直拉下個單晶時，當以上述本發明的原料熔化液的表面狀態的偵測方法，自動地偵測出固化時間點或熔化完畢時間點時，自動地控制成加熱器的功率、石英坩堝的位置及加熱器的位置為下個步驟的條件。

根據上述本發明之製造方法，以補充方式進行複數根單晶的製造過程中，可簡便且有效率地使單晶製造裝置作動，因而能夠以高生產性來直拉單晶。

又，本發明提供一種直拉單晶製造裝置，其具有容納原料的石英坩堝、將該石英坩堝內的原料熔化而作為原料熔化液之加熱器，並從該原料熔化液直拉單晶，該直拉單晶製造裝置具有從不同方向同時拍攝該石英坩堝內之該原料熔化液表面的任意相同檢查區域的二台CCD照相機、從以該二台CCD照相機的拍攝而得之該檢查區域的測定影像，獲得該測定影像的視差資料的影像處理部、以及固化偵測處理部及熔化完畢偵測處理部中之一個以上；該固化偵測處理部從該測定影像的視差資料，自動地偵測「從該原料完全熔化的狀態變成固化被形成於該原料熔化液之表面的狀態的固化時間點」；該熔化完畢偵測處理部從該測定影像的視差資料，自動地偵測「從固化被形成於該原料熔化液之表面的狀態變成完全熔化的狀態的熔化完畢時間點」。

根據上述本發明之裝置，可簡單且確實地掌握原料熔化液的狀態變化(固化及熔化完畢)，而能夠以高偵測精確度獲得吾人所要的資料。藉此，可做到防止因固化進行過度引起的對石英坩堝的損傷、因熔化完畢之發現過慢引起的裝置生產性降低，並減輕作業員的操作負擔。

此時，該測定影像的視差資料可為該檢查區域內的視差資料除以該檢查區域的面積所得的視差率。

根據上述裝置，可簡易地進行原料熔化液的固化及熔化完畢的偵測。

又，吾人可將視差率為10%以上之時定為固化時間點。再者，可將視差率為3%以下的狀態持續5分鐘以上之時定為熔化完畢時間點。

根據上述基準，可適當穩定地掌握固化及熔化完畢的時間點，而可更確實地防止錯誤偵測。

又，可更具有控制該加熱器的功率、該石英坩堝的位置、及該加熱器的位置的控制部；該控制部可藉該固化偵測處理部的偵測出該固化時間點、或該熔化完畢偵測處理部的偵測出該熔化完畢時間點，自動地控制成該加熱器的功率、該石英坩堝的位置、及該加熱器的位置為下個步驟的條件。

根據上述裝置，可簡便且有效率地作動，而能夠以高生產性來直拉單晶。 [發明之效果]

如上述，根據本發明的原料熔化液的表面狀態的偵測方法、單晶之製造方法、直拉單晶製造裝置，能夠以高偵測精確度，簡單且確實地掌握原料融化液的狀態變化(固化及熔化完畢)。藉此，可防止「因固化進行過度而造成石英坩堝損傷，及熔化完畢的發現太慢而造成直拉單晶的生產性降低」，且可減輕作業員的操作負擔。

[用以實施發明之形態]

如前述，習知技術中利用直拉法進行單晶直拉時(特別是進行補充時)，要求可對原料熔化液的固化、熔化完畢進行偵測的方法。本案發明人致力進行研究的結果，在固化的偵測，由於在熔化液的狀態，即使觀察熔體亦無具特徵的邊緣，故左右二台CCD照相機所觀察到者係為相同，視差幾乎為零。然而，由於當形成固化時，具對比的直線狀圖案會在各方向顯現，故可獲得非常多的視差。由於二台CCD照相機之角度的差異，當產生固化時，被拍攝的偵測位置有所不同，故形成二台CCD照相機的視差。又，在熔化完畢的偵測亦是相同，如果原料未完全熔化，則無具特徵的圖案，獲得的視差減少。本案發明人著眼於與此視差有關之資料的量(例如產生視差的像素數)之增減，認為可應用於固化或熔化完畢的偵測，而完成本發明。

以下，參照圖式來說明本發明的實施形態，但本發明並非侷限於此。圖1顯示本發明之直拉單晶製造裝置的一例之概略。此裝置20具有主腔室1與直拉腔室2，從直拉腔室2的下部至主腔室1的上部配置有碳製沖洗管3。在主腔室1內，容納原料4(包含原料熔化液所固化之物)及原料熔化液5的石英坩堝6以及其外側的石墨坩堝7，以可於上下方向移動自如的方式由支撐軸8所支撐。於石英坩堝6及石墨坩堝7的周圍配置有由例如碳材構成、用以熔化原料4的圓筒狀加熱器9，更於加熱器9的周圍配置有隔熱構件10。加熱器9可藉由未圖示的機構驅動而調整位置。

於主腔室1的上部設有監視窗12，於其外側設有透過監視窗12而拍攝石英坩堝6內的原料熔化液5的表面狀態之二台CCD照相機(亦僅稱為照相機)11。此二台CCD照相機11能夠從不同方向同時拍攝原料熔化液5之表面的任意相同檢查區域。此外，還具有影像處理部13、固化偵測處理部14、熔化完畢偵測處理部15、控制部16，此等可為例如電腦(程式等)所實現。此電腦與CCD照相機11、加熱器9(及其驅動機構)、支撐軸8連結在一起，而可自動地進行CCD照相機11的影像之處理、加熱器9的功率調整及位置調整、支撐軸8的上下移動之調整(石英坩堝6及石墨坩堝7的位置調整)的指令。

以下就各部更詳細地說明。二台照相機11只要可分別同時取得檢查區域的測定影像即可，並未特別限定，可設置用以確認原料熔化液之表面狀態的專用照相機，或者，亦可使用例如習知技術所使用的原料位置偵測用或直徑偵測用CCD照相機。可將其種類及配置適宜設定成可對「石英坩堝6內的原料熔化液的表面」更大範圍地擷取照相機視野。

在此以照相機11拍攝的影像作說明。於圖2顯示以其中一照相機拍攝的影像(拍攝影像)之例。外框為照相機的視野(拍攝影像)範圍，其中有沖洗管3照出來，於該沖洗管3設有開口部，通過該開口部所照出來的是原料熔化液5 的表面(原料熔化液面監視區域)。再者，檢查區域任意地設定(在此為以虛線包圍的區域)，可知原料熔化液5之表面的一部分照在檢查區域內。又，以不同角度配置的另一照相機亦對相同檢查區域同時拍攝。在本發明，將此檢查區域部分的影像稱為測定影像。

影像處理部13從以二台照相機11之拍攝所得的檢查區域的測定影像，取得該測定影像的視差資料。首先就視差作說明。一般藉對從二台CCD照相機所得的拍攝影像進行立體匹配(stereo matching)，而求出在二個影像間對應處的位置之差(視差)。視差依據三角測量的原理，用於距離量測，而在本發明則著眼於視差資料的數量。在此，就本發明之「測定影像的視差資料」作說明。「測定影像的視差資料」可使用例如「檢查區域內的視差資料」除以「檢查區域內的面積」，亦即視差率。如上述，可在能夠從監視窗12監視石英坩堝6內的原料熔化液5的範圍設定檢查區域，將例如該檢查區域內的視差的像素數除以面積部分的像素數之所得結果作為視差率，將之用於固化、熔化完畢的檢測。

以下更具體地說明。如前述，如果原料熔化液之表面係尚未形成固化的狀態，則無具特徵的邊緣，左右二台照相機所觀察到者乍看相同，視差幾乎為零(按道理說，既然以二台照相機分開拍攝，就會產生視差，但關於熔體狀態的檢查區域，在二個測定影像間不產生差異)。然而，由於當形成固化時，具對比的直線狀圖案會顯現於形成的固化面上，故可明確地獲得視差。即，在所拍攝的檢查區域內，可明確地獲得在二台照相機的二個測定影像間對應處(上述直線狀圖案等)的位置差(視差)。可將檢查區域內在此種不同位置所能看到之處(如果有複數位置，則為該等所有位置)所佔的點(例如像素)的總數作為「檢查區域內的視差資料」。再者，「檢查區域內的面積」可為例如檢查區域所佔的點(像素)的數量，如上述，該「檢查區域內的視差資料」除以「檢查區域內的面積」所得的結果為視差率(「測定影像的視差資料」的一例)。利用此種資料，其測定原理單純(能夠從測定影像簡易地獲得)，可簡易地進行原料熔化液的固化及熔化完畢的偵測。關於視差的判定基準(在二個測定影像的像素間判定為相同或判定為不同的基準)並未特別限定，可適宜設定。

又，固化偵測處理部14從影像處理部得到的測定影像的視差資料(視差率)，自動地偵測「從原料完全熔化的狀態變成固化被形成於該原料熔化液5之表面的狀態的固化時間點」。固化時間點可設定在例如視差率為10%以上之時。如此的話，可穩定地偵測出固化。此外，作為用以偵測出固化時間點的基準之視差率的上限並無法加以限定。此係因為在固化產生時，因二台照相機之配置條件，兩者得到的視差率可能會大幅不同。

另一方面，熔化完畢偵測處理部15從測定影像的視差資料(視差率)，自動地偵測「從固化被形成於該原料熔化液5之表面的狀態變成完全熔化的狀態的熔化完畢時間點」。熔化完畢時間點可設定在例如視差率為3%以下的狀態持續5分鐘以上之時。由於有未熔化殘渣小的原料在原料熔化液內浮游的情形，所以如果無視差的狀態持續5分鐘左右，便可充分判斷為熔化完畢。如果是要求熔化完畢的確實性，由於時間越長，確實性越增加，故作為用以偵測熔化完畢時間點的基準之時間的上限無法限定。此外，作為該基準的視差率的下限可為例如0%。

以上述基準(閾值)，可更適當地掌握固化及完全熔化的時間點，而可更確實地防止錯誤偵測。惟，並非限於此等基準，可適宜決定。此外，固化偵測處理部14及熔化完畢偵測處理部15可僅具有一者，亦可具有兩者。由於具有兩者可適當地進行固化時間點的偵測與熔化完畢時間點的偵測兩者，故較佳。

又，控制部16藉著固化偵測處理部14的固化時間點偵測或熔化完畢偵測處理部15的熔化完畢時間點偵測，自動地控制成加熱器9的功率、石英坩堝6的位置、及加熱器9的位置為下個步驟的條件。特別在用於以補充方式進行複數根單晶之製造的裝置，於直拉單晶後補充原料時，使原料熔化液之表面暫時固化，或者使所補充的原料或固化的原料完全熔化，抑或完全熔化後，直拉下個單晶時，具有各自適合之加熱器9的功率或位置、石英坩堝6的位置這樣的條件。於固化偵測處理部14偵測出固化時間點時，能夠以控制部16將加熱器9及石英坩堝6的各種調整控制成為適合下個步驟亦即原料補充的設定條件，又，於熔化完畢偵測處理部15偵測出熔化完畢時間點時，能夠以控制部16將加熱器9及石英坩堝6的各種調整控制成為適合下個步驟亦即單晶直拉的設定條件。當為自動控制時，更佳。

藉如以上之本發明的直拉單晶製造裝置20，能夠以高偵測精確度簡易地偵測原料熔化液的固化、熔化完畢或此兩者。因此，特別在以原料補充方式進行複數根單晶之製造過程中，可簡便且確實地防止原料熔化液過度固化，或未察覺到熔化完畢而使石英坩堝損傷，而降低單晶製造的生產性。而且，由於可自動地偵測，故可省略或減輕習知技術所進行之作業員的目視觀察。

接著，就使用圖1之直拉單晶製造裝置20的本發明的原料熔化液的表面狀態的偵測方法及單晶之製造方法作說明。就一面進行原料熔化液之表面狀態的偵測，一面補充原料，而製造複數根單晶之步驟作說明。使用直拉單晶製造裝置20直拉單晶時，從直拉腔室2之上方供應Ar等惰性氣體，同時，從主腔室1之下方排氣，兩腔室1、2內以減壓下之惰性氣體填滿。又，於石英坩堝6內容納例如多晶矽作為原料，此原料以加熱器9加熱熔化而形成為原料熔化液5。之後，從直拉腔室2之上方逐漸地降低圖中未示的金屬線，將安裝於其下端之種晶浸漬(接觸)於石英坩堝6內的原料熔化液5。

藉由馬達等，隔著支撐軸8將石英坩堝6以預定的速度旋轉驅動，另一方面，金屬線往與石英坩堝6相反之方向旋轉，而慢慢地往上方捲繞。藉此，單晶一面接在種晶之後，一面成長一面被直拉，接在形成抽拉部、錐部之後，形成直形本體部，最後形成尾部，而被直拉至直拉腔室2內。

如上述，直拉單晶後，進入下個步驟亦即補充作業前，關於加熱器9、石英坩堝6，控制成用以形成固化的加熱器功率、坩堝位置、加熱器位置。接著，依預定進行控制後，開始固化的監視。即，以二台照相機11、影像處理部13、固化偵測處理部14，從檢查區域的測定影像，逐次自動地獲得視差率。然後，當達到預定基準時(例如視差率為10%以上時)，會自動地偵測出，以作為固化時間點。當偵測出此種固化時間點時，以控制部16自動地控制成希望的熔化時之加熱器功率等，而以補充方式追加投入原料。

當原料投入完畢後，一面進行該原料的熔化，一面進行熔化完畢的監視。即，再度以二台照相機11、影像處理部13、固化偵測處理部14，從檢查區域的測定影像逐次自動地獲得視差率。然後，達到預定基準時(例如視差率為3%以下的狀態持續5分鐘以上時)，會自動地偵測出，作為熔化完畢時間點。當偵測出此種熔化完畢時間點時，以控制部16自動地控制成希望的單晶直拉時之加熱器功率等，然後進行下個單晶的直拉。自動進行此等一連串的作業。

藉此種偵測方法及製造方法，可簡易地以高精確度掌握原料熔化液的固化及熔化完畢，並且能夠以高生產性接連不斷地製造單晶，也可減輕作業員之負擔。 [實施例]

以下顯示本發明之實施例及比較例而更具體地說明本發明，但本發明並非限於此等。 (實施例1) 使用圖1所示之本發明的直拉單晶製造裝置20，於直拉單晶後、補充原料前，在原料熔化液的固化形成步驟，對固化時間點實施了本發明的偵測方法。此外，以坩堝口徑：800mm、原料熔化液(熔體)重量：400kg之製造條件，如圖1般，將CCD照相機安裝於主腔室的監視窗外來實施。原料熔化液表面的監視的影像與圖2相同。為了能夠從沖洗管內之開口部確認相同檢查區域的原料熔化液表面，令CDD照相機的視野在X方向約500mm、在Y方向約375mm，固化及熔化完畢的檢查區域在X方向為300mm左右，在Y方向為100mm左右，不論何種情形，皆為(450×150像素、面積67500像素)。

於圖3顯示直拉單晶後形成固化時的視差率變化。橫軸表示自步驟中之任意點起的經過時間，縱軸表示監視固化的檢查區域內的視差率。在熔體狀態，由於幾乎沒有在二個測定影像間對應處的位置差的資訊，故視差率在零附近而穩定。然而，由於在原料熔化液表面固化擴展的瞬間，具對比的直線狀圖案會於各方向顯現，故視差率遽增。將偵測固化時間點的閾值設定為10%以上的結果，偵測出固化時間點為212min。此外，為驗證，同時由作業員進行目視監督，結果在與上述幾乎相同的時間點判斷為形成固化(圖3的「固化擴展之點」，211min)。

(實施例2) 實施例1結束後，追加投入原料，在熔化該原料之步驟，對熔化完畢時間點實施了本發明的偵測方法。

於圖4顯示監視投入原料後的熔化完畢時的視差率變化。橫軸表示自步驟中之任意點起的經過時間，縱軸表示監視熔化完畢的檢查區域內的視差率。視差率之所以不如實施例1的固化時般急遽地減少，係因為在熔化之後半段，原料的未熔化殘渣小之結塊在石英坩堝內游離之故。然而，如果形成為完全熔體的狀態，視差率會在幾乎零附近穩定下來。將偵測出熔化完畢的閾值設定為「3%以下的狀態持續約5分鐘，為熔化完畢的結果」，偵測出熔化完畢時間點為406min(圖4的「偵測出熔化完畢之點」)。此外，為驗證，同時由作業員進行目視監督，結果在與上述幾乎相同的時間點判斷為熔化完畢(405min)。

(比較例) 進行實施例1的固化偵測時，將習知技術之直徑偵測用視覺感測器一起使用，進行了固化的偵測。此時，照相機的視野在X方向約220mm，在Y方向約165mm，固化的偵測區域在X方向約80mm左右，在Y方向約80mm(582×582像素)左右。偵測用以偵測固化的邊緣的掃描方向為從石英坩堝朝中心之方向，直徑偵測用視覺感測器之輸出信號亦即直徑資料為150mm以上時，進行了偵測作為固化完畢。

於圖5顯示此時之輸出的變化。橫軸表示自步驟中之任意點起的經過時間，縱軸表示直徑偵測用視覺感測器之輸出(直徑資料)。即使實際上固化擴展，亦未看出輸出資料的變化，而無法進行固化的偵測。由於為了控制直徑而將拍攝條件及二值化處理優先，而可穩定偵測在熔體內亮度最高的彎月形部，故在固化監視中熔體與固化部之對比的差異，並無法期待可利用於固化檢測之輸出值變化。此外，如因應步驟而變更拍攝條件及二值化處理之閾值的話，雖有可偵測的可能性，但變得較複雜。相對於此，在本發明，如實施例1般，可簡便且高精確度地偵測。

此外，本發明並非限於上述實施形態。上述實施形態為例示，具有與記載於本發明之申請專利範圍的技術思想實質上相同的結構，發揮同樣的作用效果者，皆包含在本發明之技術範圍內。

1:主腔室 2:直拉腔室 3:沖洗管 4:原料 5:原料熔化液 6:石英坩堝 7:石墨坩堝 8:支撐軸 9:加熱器 10:隔熱構件 11:CCD照相機 12:監視窗 13:影像處理部 14:固化偵測處理部 15:熔化完畢偵測處理部 16:控制部 20:直拉單晶製造裝置

圖1係顯示本發明之直拉單晶製造裝置的一例之概略圖。圖2係顯示其中一CCD照相機的拍攝影像的一例之示意圖。圖3係顯示實施例1的直拉單晶後形成固化時的視差率變化的圖表。圖4係顯示實施例2的監視投入原料後熔化完畢之時的視差率變化之圖表。圖5係顯示比較例的直拉單晶後形成固化時的直徑偵測用視覺感測器之輸出(直徑資料)的變化之圖表。

1:主腔室

2:直拉腔室

3:沖洗管

4:原料

5:原料熔化液

6:石英坩堝

7:石墨坩堝

8:支撐軸

9:加熱器

10:隔熱構件

11:CCD照相機

12:監視窗

13:影像處理部

14:固化偵測處理部

15:熔化完畢偵測處理部

16:控制部

20:直拉單晶製造裝置

Claims

一種原料熔化液的表面狀態的偵測方法，其係在利用直拉法(Czochralski method)從以加熱器對容納於石英坩堝內的原料進行熔化而得的原料熔化液直拉單晶之單晶製造過程中，偵測該石英坩堝內之該原料熔化液的表面狀態之方法，該原料熔化液的表面狀態的偵測方法係使用二台CCD照相機從不同方向同時拍攝該石英坩堝內之該原料熔化液表面的任意相同檢查區域，而獲得該檢查區域的測定影像；使用該二台CCD照相機之該測定影像的視差資料，自動地偵測「從該原料完全熔化的狀態變成固化被形成於該原料熔化液之表面的狀態的固化時間點」、及「從固化被形成於該原料熔化液之表面的狀態變成完全熔化的狀態的熔化完畢時間點」中之一個以上。
如請求項1的原料熔化液的表面狀態的偵測方法，其中，使用該檢查區域內的視差資料除以該檢查區域的面積所得的視差率作為該測定影像的視差資料。
如請求項2的原料熔化液的表面狀態的偵測方法，其中，令該固化時間點為偵測到視差率為10%以上之時。
如請求項2的原料熔化液的表面狀態的偵測方法，其中，令該熔化完畢時間點為偵測到視差率為3%以下的狀態持續5分鐘以上之時。
如請求項3的原料熔化液的表面狀態的偵測方法，其中，令該熔化完畢時間點為偵測到視差率為3%以下的狀態持續5分鐘以上之時。
如請求項1至5中任一項的原料熔化液的表面狀態的偵測方法，其中，於直拉單晶之後、補充原料之前，進行該固化時間點的偵測，在將補充的原料熔化當中、直拉下個單晶之前，進行該熔化完畢時間點的偵測。
一種單晶之製造方法，利用直拉法從以加熱器對容納於石英坩堝內的原料進行熔化而得的原料熔化液直拉單晶，於直拉單晶之後，補充原料並加以熔化，接著直拉下個單晶時，當以如請求項1至請求項6中任一項的原料熔化液的表面狀態的偵測方法，自動地偵測出該固化時間點或該熔化完畢時間點時，自動地控制成該加熱器的功率、該石英坩堝的位置及該加熱器的位置為下個步驟的條件。
一種直拉單晶製造裝置，其具有容納原料的石英坩堝、將該石英坩堝內的原料熔化而作為原料熔化液之加熱器，並從該原料熔化液直拉單晶，該直拉單晶製造裝置具有：二台CCD照相機，其從不同方向同時拍攝該石英坩堝內之該原料熔化液表面的任意相同檢查區域；影像處理部，其從以該二台CCD照相機的拍攝而得之該檢查區域的測定影像，獲得該測定影像的視差資料；以及固化偵測處理部及熔化完畢偵測處理部中之一個以上；該固化偵測處理部從該測定影像的視差資料，自動地偵測從該原料完全熔化的狀態變成固化被形成於該原料熔化液之表面的狀態的固化時間點；該熔化完畢偵測處理部從該測定影像的視差資料，自動地偵測從固化被形成於該原料熔化液之表面的狀態變成完全熔化的狀態的熔化完畢時間點。
如請求項8之直拉單晶製造裝置，其中，該測定影像的視差資料為該檢查區域內的視差資料除以該檢查區域的面積所得的視差率。
如請求項9之直拉單晶製造裝置，其中，令該固化時間點為偵測到視差率為10%以上之時。
如請求項9之直拉單晶製造裝置，其中，該熔化完畢時間點為偵測到視差率為3%以下的狀態持續5分鐘以上之時。
如請求項10之直拉單晶製造裝置，其中，該熔化完畢時間點為偵測到視差率為3%以下的狀態持續5分鐘以上之時。
如請求項8至12中任一項之直拉單晶製造裝置，其更具有：控制部，其控制該加熱器的功率、該石英坩堝的位置、及該加熱器的位置；該控制部藉該固化偵測處理部的偵測出該固化時間點、或該熔化完畢偵測處理部的偵測出該熔化完畢時間點，自動地控制成該加熱器的功率、該石英坩堝的位置、及該加熱器的位置為下個步驟的條件。