JPH05254983A - 溶解物レベルの検出装置及び検出方法 - Google Patents
溶解物レベルの検出装置及び検出方法Info
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- JPH05254983A JPH05254983A JP4251530A JP25153092A JPH05254983A JP H05254983 A JPH05254983 A JP H05254983A JP 4251530 A JP4251530 A JP 4251530A JP 25153092 A JP25153092 A JP 25153092A JP H05254983 A JPH05254983 A JP H05254983A
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B15/00—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
- C30B15/20—Controlling or regulating
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- C30B15/26—Stabilisation or shape controlling of the molten zone near the pulled crystal; Controlling the section of the crystal using television detectors; using photo or X-ray detectors
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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- Liquid Deposition Of Substances Of Which Semiconductor Devices Are Composed (AREA)
Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【目的】 結晶成長システムに用いる坩堝内の溶解物レ
ベルを正確に測定する。 【構成】 検出システムは、坩堝から反射した光ビーム
が検出器を照らしているかどうか及び検出器のどこを照
らしているかに関する信号を供給する単一要素のリニヤ
検出器１５を用いる。時間ごとに連続的にサンプリング
される検出器１５からの出力信号を処理し、与えられた
サンプルに対して光ビームが検出器１５に入射しなかっ
たことが測定されれば、検出器から送られてきた位置デ
ータを無視する。光ビームが検出器１５に入射したとき
に発生されたサンプルだけを位置データとして分析する
ことにより、アルゴリズムは所定数のサンプルに対して
溶解物レベルの平均位置を測定し、この平均を実際の溶
解物レベルの位置として仮定する。
ベルを正確に測定する。 【構成】 検出システムは、坩堝から反射した光ビーム
が検出器を照らしているかどうか及び検出器のどこを照
らしているかに関する信号を供給する単一要素のリニヤ
検出器１５を用いる。時間ごとに連続的にサンプリング
される検出器１５からの出力信号を処理し、与えられた
サンプルに対して光ビームが検出器１５に入射しなかっ
たことが測定されれば、検出器から送られてきた位置デ
ータを無視する。光ビームが検出器１５に入射したとき
に発生されたサンプルだけを位置データとして分析する
ことにより、アルゴリズムは所定数のサンプルに対して
溶解物レベルの平均位置を測定し、この平均を実際の溶
解物レベルの位置として仮定する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、概して坩堝内の溶解物
と坩堝から引き抜かれる結晶種を用いる結晶成長システ
ムに関するものである。より詳しくは、本発明は、坩堝
内の溶解物レベルを検出するための方法及び装置に関す
る。
と坩堝から引き抜かれる結晶種を用いる結晶成長システ
ムに関するものである。より詳しくは、本発明は、坩堝
内の溶解物レベルを検出するための方法及び装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】結晶成長技術には数々のテクノロジ−が
知られている。チョクラルスキー（Czochralski）法
は、これらの製法のなかでもっとも広く用いられてお
り、大略以下のように要約される。結晶を引き抜く充填
材料を溶解状態で保持するため、加熱された坩堝が用い
られる。溶解物は、充填材料が結晶化する温度よりも若
干高い温度に保たれる。種はケーブル又はロッドの端部
に置かれ、それらが種を溶解物材料内に落とし入れ、続
いて溶解物材料から外に引き戻す。種は、所望結晶材料
の見本でも、或いはより高い溶解物温度と同一の結晶構
造並びに特質とを有する他のいかなる互換可能な材料で
もよい。種を溶解物材料内に落とし入れると、溶解物温
度が局部的に低下し、当業者に知られるように、溶解物
材料の一部が種の周囲と下側に結晶化する。その後、種
はゆっくりと溶解物から引き抜かれる。種が引き不抜か
れると、溶解物内に残留する新たに形成された結晶部分
が、本質的に種の延長として振る舞い、溶解物材料をそ
の周りと下側に結晶化させる。このプロセスは、結晶が
溶解物から引き抜かれるまで持続し、結果的には種を連
続的に引き上げる間も結晶は成長する。
知られている。チョクラルスキー（Czochralski）法
は、これらの製法のなかでもっとも広く用いられてお
り、大略以下のように要約される。結晶を引き抜く充填
材料を溶解状態で保持するため、加熱された坩堝が用い
られる。溶解物は、充填材料が結晶化する温度よりも若
干高い温度に保たれる。種はケーブル又はロッドの端部
に置かれ、それらが種を溶解物材料内に落とし入れ、続
いて溶解物材料から外に引き戻す。種は、所望結晶材料
の見本でも、或いはより高い溶解物温度と同一の結晶構
造並びに特質とを有する他のいかなる互換可能な材料で
もよい。種を溶解物材料内に落とし入れると、溶解物温
度が局部的に低下し、当業者に知られるように、溶解物
材料の一部が種の周囲と下側に結晶化する。その後、種
はゆっくりと溶解物から引き抜かれる。種が引き不抜か
れると、溶解物内に残留する新たに形成された結晶部分
が、本質的に種の延長として振る舞い、溶解物材料をそ
の周りと下側に結晶化させる。このプロセスは、結晶が
溶解物から引き抜かれるまで持続し、結果的には種を連
続的に引き上げる間も結晶は成長する。
【０００３】結晶成長システムの第１の目標は、全長に
わたって一様な性質をもった結晶を成長させるにある。
この目標を達成するため、結晶の成長条件が成長過程全
般で一定に保たれるよう保証することが望ましい。多く
の要因が結晶の成長条件に影響を及ぼし得る。チョクラ
ルスキー法を用いるシステムにあっては、坩堝は坩堝の
外表面の周りだけを加熱する溶鉱炉内に配置される。結
晶の成長期間中は、坩堝内の溶解物レベルは変動する。
坩堝内のこうした溶解物レベルの変動は、溶解物と結晶
の境界面における温度勾配の変動を招く。結晶の成長期
間中における温度勾配はいかなる変動も望ましくなく、
何故ならそれは結晶の成長条件を変えてしまい、その結
果不均一な結晶を生むからである。２種類のシステムが
用いられてきており、異なる方法で均一な成長条件の維
持を試みている。まず、一方のタイプのシステムは、結
晶に沿って坩堝を持ち上げるものである。これらのシス
テムは、坩堝を持ち上げる速度を溶解物体積が減少する
速度に合わせるよう試みることで、溶解物レベルを溶鉱
炉に対して一定の垂直位置に保つものである。こうし
て、溶解物体積の減少に起因する温度勾配の変動が抑制
される。次に、別のタイプのシステムは、溶解物の体積
を一定に保つべく、結晶を引き抜くのに合わせて溶解物
を補充するものである。
わたって一様な性質をもった結晶を成長させるにある。
この目標を達成するため、結晶の成長条件が成長過程全
般で一定に保たれるよう保証することが望ましい。多く
の要因が結晶の成長条件に影響を及ぼし得る。チョクラ
ルスキー法を用いるシステムにあっては、坩堝は坩堝の
外表面の周りだけを加熱する溶鉱炉内に配置される。結
晶の成長期間中は、坩堝内の溶解物レベルは変動する。
坩堝内のこうした溶解物レベルの変動は、溶解物と結晶
の境界面における温度勾配の変動を招く。結晶の成長期
間中における温度勾配はいかなる変動も望ましくなく、
何故ならそれは結晶の成長条件を変えてしまい、その結
果不均一な結晶を生むからである。２種類のシステムが
用いられてきており、異なる方法で均一な成長条件の維
持を試みている。まず、一方のタイプのシステムは、結
晶に沿って坩堝を持ち上げるものである。これらのシス
テムは、坩堝を持ち上げる速度を溶解物体積が減少する
速度に合わせるよう試みることで、溶解物レベルを溶鉱
炉に対して一定の垂直位置に保つものである。こうし
て、溶解物体積の減少に起因する温度勾配の変動が抑制
される。次に、別のタイプのシステムは、溶解物の体積
を一定に保つべく、結晶を引き抜くのに合わせて溶解物
を補充するものである。
【０００４】上述のいずれのシステムも、坩堝内の溶解
物レベルの位置を正確に測定することが重要であり、そ
うすることにより、（１）坩堝を適当な量だけ持ち上げ
たり、或いはまた（２）追加すべき補充材料の量を測定
するため、溶解物体積のいかなる減量も検出して適正な
体積まで回復させたりできる。多くの従来技術のシステ
ムが、溶解物レベルを検出するために用いられてきた。
まず、あるシステムでは、結晶を溶解物から引き抜く速
度を測定することにより間接的に溶解物レベルを測定し
ていた。これらのシステムは、溶解物の体積が結晶の成
長速度に等しい速度で減少することを仮定している。そ
れ故に、それらは結晶の成長速度を推定する目的で、溶
解物から引き抜かれる種の速度を利用する。この種のシ
ステムは、溶解物レベルをただ大ざっぱで不正確に測定
できるだけであり、何故なら溶解物レベルを直接監視し
ないからである。前に述べたように、結晶に対して一様
な成長条件を提供するためには、溶解物レベルを可能な
限り正確に測定することが望ましい。
物レベルの位置を正確に測定することが重要であり、そ
うすることにより、（１）坩堝を適当な量だけ持ち上げ
たり、或いはまた（２）追加すべき補充材料の量を測定
するため、溶解物体積のいかなる減量も検出して適正な
体積まで回復させたりできる。多くの従来技術のシステ
ムが、溶解物レベルを検出するために用いられてきた。
まず、あるシステムでは、結晶を溶解物から引き抜く速
度を測定することにより間接的に溶解物レベルを測定し
ていた。これらのシステムは、溶解物の体積が結晶の成
長速度に等しい速度で減少することを仮定している。そ
れ故に、それらは結晶の成長速度を推定する目的で、溶
解物から引き抜かれる種の速度を利用する。この種のシ
ステムは、溶解物レベルをただ大ざっぱで不正確に測定
できるだけであり、何故なら溶解物レベルを直接監視し
ないからである。前に述べたように、結晶に対して一様
な成長条件を提供するためには、溶解物レベルを可能な
限り正確に測定することが望ましい。
【０００５】次に、溶解物レベルを検出するのに用いら
れる別のタイプの従来技術は、図１，３を参照すること
で最も良く記述される。光源１が坩堝の外側に設けられ
ており、坩堝の一方の側に位置している。光源は、溶解
物に向けて光ビームを供給する。光ビームは溶解物にて
反射され、坩堝の外側に他方の側に位置する受光システ
ム３に向けて上方に反射される。反射された光ビームの
位置を分析することにより、受光システム３は溶解物レ
ベルの位置を測定する。
れる別のタイプの従来技術は、図１，３を参照すること
で最も良く記述される。光源１が坩堝の外側に設けられ
ており、坩堝の一方の側に位置している。光源は、溶解
物に向けて光ビームを供給する。光ビームは溶解物にて
反射され、坩堝の外側に他方の側に位置する受光システ
ム３に向けて上方に反射される。反射された光ビームの
位置を分析することにより、受光システム３は溶解物レ
ベルの位置を測定する。
【０００６】さらに十分に以下に記述する理由によっ
て、この第２のタイプのシステムの溶解物レベル検出
は、溶解物表面がそこを漂う波により絶えずざわついて
いるという事実により複雑なものとなっている。これら
の波は、いくつかの要因により引き起こされ、そのうち
のいくつかは効果的に抑制できるが、他はだめである。
波立ちのいくつかは機械運動に起因しており、その機械
運動は適当なシステム設計を通じて多少抑制することが
できる。例えば、結晶成長システムは、溶解物を一様に
加熱するよう保証するため、一般に坩堝を回転させてい
る。さらに、多くのシステムが、（１）溶解物から結晶
を引き抜くさいに坩堝を持ち上げるか、或いは（２）結
晶を引き抜くさいに溶解物を補充するため充填材料を坩
堝に加えるかしている。上記の機械的原因のそれぞれ
が、溶解物表面をよぎって形成される波に寄与してい
る。
て、この第２のタイプのシステムの溶解物レベル検出
は、溶解物表面がそこを漂う波により絶えずざわついて
いるという事実により複雑なものとなっている。これら
の波は、いくつかの要因により引き起こされ、そのうち
のいくつかは効果的に抑制できるが、他はだめである。
波立ちのいくつかは機械運動に起因しており、その機械
運動は適当なシステム設計を通じて多少抑制することが
できる。例えば、結晶成長システムは、溶解物を一様に
加熱するよう保証するため、一般に坩堝を回転させてい
る。さらに、多くのシステムが、（１）溶解物から結晶
を引き抜くさいに坩堝を持ち上げるか、或いは（２）結
晶を引き抜くさいに溶解物を補充するため充填材料を坩
堝に加えるかしている。上記の機械的原因のそれぞれ
が、溶解物表面をよぎって形成される波に寄与してい
る。
【０００７】上記の機械的効果のいくつかは最少化でき
るかも知れないが、溶解物の表面を分裂させるのに寄与
する別の要因があり、こうした分裂は効果的に抑制する
ことができない。シリコン結晶を成長させるのに用いら
れるシステムでは、汚染物質を溶解物内に導入するのを
防止する重要な配慮がなされており、何故なら汚染物質
は結晶の非均一性や性質の変化を招き、結晶を無駄にし
てしまうからである。シリコン材料の溶解物に関して非
汚染である物質の数には限りがある。これらの物質のう
ち、坩堝の内部を裏張りするのに一般的に用いられるの
は二酸化ケイ素である。この物質は、シリコンの化合物
であるため、物理的に接触させたときに材料との互いの
相性がよい。その結果、坩堝が絶えず湿ったり乾いたり
することが原因で波が発生する。これらのプロセスは、
当業者にはよく知られるところであり、それは以下のご
とく要約される。
るかも知れないが、溶解物の表面を分裂させるのに寄与
する別の要因があり、こうした分裂は効果的に抑制する
ことができない。シリコン結晶を成長させるのに用いら
れるシステムでは、汚染物質を溶解物内に導入するのを
防止する重要な配慮がなされており、何故なら汚染物質
は結晶の非均一性や性質の変化を招き、結晶を無駄にし
てしまうからである。シリコン材料の溶解物に関して非
汚染である物質の数には限りがある。これらの物質のう
ち、坩堝の内部を裏張りするのに一般的に用いられるの
は二酸化ケイ素である。この物質は、シリコンの化合物
であるため、物理的に接触させたときに材料との互いの
相性がよい。その結果、坩堝が絶えず湿ったり乾いたり
することが原因で波が発生する。これらのプロセスは、
当業者にはよく知られるところであり、それは以下のご
とく要約される。
【０００８】シリコン溶解物材料は、坩堝の内側に沿う
二酸化ケイ素材料に対してこうした強い相性をもってい
るため、シリコン材料は坩堝の側面に触れる箇所で絶え
ず湿潤プロセスにさらされる。このプロセスのあいだ
は、シリコン材料は重力に逆らって上昇さえでき、坩堝
の壁に張り付く。その結果、溶解物レベルは少しの間減
少する。しかしながら、この現象をもたらす表面張力
は、温度と溶解物組成による強い影響を受ける。溶解物
の薄い層は、温度変化と組成変化に対してより多く影響
を受けやすい。こうした変化は、表面張力のバランスを
かき乱し、かつ湿潤から乾燥プロセスへの遷移を引き起
こし、そこでは坩堝の側面に張り付いたシリコンが坩堝
の側面から離れ、溶解物内に再侵入する。この絶え間の
ない湿潤と乾燥は、溶解物の体積に変動をもたらし、溶
解物の表面をよぎる波を引き起こす。この効果は、実際
には予防できない。そのため、たとえ機械的な波動源が
本質的に除去できたとしても、それでも溶解物の表面は
湿潤と乾燥のプロセスに起因して形成される波により絶
えずざわつくのである。
二酸化ケイ素材料に対してこうした強い相性をもってい
るため、シリコン材料は坩堝の側面に触れる箇所で絶え
ず湿潤プロセスにさらされる。このプロセスのあいだ
は、シリコン材料は重力に逆らって上昇さえでき、坩堝
の壁に張り付く。その結果、溶解物レベルは少しの間減
少する。しかしながら、この現象をもたらす表面張力
は、温度と溶解物組成による強い影響を受ける。溶解物
の薄い層は、温度変化と組成変化に対してより多く影響
を受けやすい。こうした変化は、表面張力のバランスを
かき乱し、かつ湿潤から乾燥プロセスへの遷移を引き起
こし、そこでは坩堝の側面に張り付いたシリコンが坩堝
の側面から離れ、溶解物内に再侵入する。この絶え間の
ない湿潤と乾燥は、溶解物の体積に変動をもたらし、溶
解物の表面をよぎる波を引き起こす。この効果は、実際
には予防できない。そのため、たとえ機械的な波動源が
本質的に除去できたとしても、それでも溶解物の表面は
湿潤と乾燥のプロセスに起因して形成される波により絶
えずざわつくのである。
【０００９】前に述べたように、溶解物表面がそこをよ
ぎる波により絶えずざわついているという事実は、溶解
物表面にて反射される光ビームを用いる溶解物検出シス
テムにとって悶着の種である。光ビームが溶解物表面に
当たる角度は、たとえ僅かでも波のどの部分に当たるか
どうかに依存する。波は溶解物表面を絶えず動いている
ため、光ビームが溶解物表面に当たる角度は、時間とと
もに多少ランダムに変化する。光ビームと溶解物表面の
当たる角度が変動するため、溶解物表面から反射された
光ビームの通路も、図１に示したように同様に変動す
る。その結果、与えられた時間期間内では、反射光ビー
ムは図２に示した与えられた位置検出領域内を徘徊す
る。光パターン５は、ある期間内の反射光位置の時間経
過を表しており、本質的には領域７内に落ちるランダム
パターンである。それ故に、この光検出システムによれ
ば、光ビームが領域７内の何処へでも入射し得、領域７
が比較的大きなものであるといった事実を説明できるに
違いない。
ぎる波により絶えずざわついているという事実は、溶解
物表面にて反射される光ビームを用いる溶解物検出シス
テムにとって悶着の種である。光ビームが溶解物表面に
当たる角度は、たとえ僅かでも波のどの部分に当たるか
どうかに依存する。波は溶解物表面を絶えず動いている
ため、光ビームが溶解物表面に当たる角度は、時間とと
もに多少ランダムに変化する。光ビームと溶解物表面の
当たる角度が変動するため、溶解物表面から反射された
光ビームの通路も、図１に示したように同様に変動す
る。その結果、与えられた時間期間内では、反射光ビー
ムは図２に示した与えられた位置検出領域内を徘徊す
る。光パターン５は、ある期間内の反射光位置の時間経
過を表しており、本質的には領域７内に落ちるランダム
パターンである。それ故に、この光検出システムによれ
ば、光ビームが領域７内の何処へでも入射し得、領域７
が比較的大きなものであるといった事実を説明できるに
違いない。
【００１０】従来技術の光検出システムは、図３に示し
たように多数のディスクリートセンサからなる検出器を
用いてきた。これらの従来技術のシステムは、ディスク
リートセンサを２つの基本形状、すなわち図３ａに示し
たもののような２次元（２−Ｄ）領域センサか、或いは
図３ｂに示したもののようなセンサの単一ラインを用い
る１次元（１−Ｄ）配列ライン検出器として用いてき
た。
たように多数のディスクリートセンサからなる検出器を
用いてきた。これらの従来技術のシステムは、ディスク
リートセンサを２つの基本形状、すなわち図３ａに示し
たもののような２次元（２−Ｄ）領域センサか、或いは
図３ｂに示したもののようなセンサの単一ラインを用い
る１次元（１−Ｄ）配列ライン検出器として用いてき
た。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】ディスクリートセンサ
を用いてこうした検出器を形成することには、数々の不
利益がある。第１に、各センサはやや高価である。この
点に関しては、反射光が入射する領域が大きくなればな
るほど、その領域を覆うのにより多くのセンサが必要で
あり、それにより検出器システムのコストが増えること
になる。いくつかの従来技術システムは、より小さな領
域に反射光を合焦させるため溶解物と検出器の間に位置
する光学レンズを用いてきた。しかしながら、たとえそ
うしたシステムであっても、かなり多くのディスクリー
トセンサが必要である。さらに、検出領域を低減させる
ために光学レンズを用いても、以下に記述する多数のデ
ィスクリートセンサの使用に伴う他の不利益を何一つ解
決しないのである。
を用いてこうした検出器を形成することには、数々の不
利益がある。第１に、各センサはやや高価である。この
点に関しては、反射光が入射する領域が大きくなればな
るほど、その領域を覆うのにより多くのセンサが必要で
あり、それにより検出器システムのコストが増えること
になる。いくつかの従来技術システムは、より小さな領
域に反射光を合焦させるため溶解物と検出器の間に位置
する光学レンズを用いてきた。しかしながら、たとえそ
うしたシステムであっても、かなり多くのディスクリー
トセンサが必要である。さらに、検出領域を低減させる
ために光学レンズを用いても、以下に記述する多数のデ
ィスクリートセンサの使用に伴う他の不利益を何一つ解
決しないのである。
【００１２】第２に、小さなセンサの配列は、各センサ
が非作動に陥りやすい点で脆いものである。この点に関
しては、センサのうち一つでも適正に作動しなくなれ
ば、センサ配列は必然的に正常に機能せず、溶解物レベ
ルを正常に検出することはできない。反射光が入射する
領域が大きくなればなるほど、センサ配列も大きくあら
ねばならず、それに応じて用いなければならないセンサ
の数も多くなり、それ故センサが作動しなくなる確率も
増すことになる。
が非作動に陥りやすい点で脆いものである。この点に関
しては、センサのうち一つでも適正に作動しなくなれ
ば、センサ配列は必然的に正常に機能せず、溶解物レベ
ルを正常に検出することはできない。反射光が入射する
領域が大きくなればなるほど、センサ配列も大きくあら
ねばならず、それに応じて用いなければならないセンサ
の数も多くなり、それ故センサが作動しなくなる確率も
増すことになる。
【００１３】第３に、ディスクリートセンサからなる検
出器を用いることは、システム内にある種の不正確さを
生むことになり、その程度は検出器の解像度を決める個
々の要素の大きさに依存する。反射光により照らされる
各センサは、制御回路に向けて通報信号を送信する。し
かしながら、光ビームがこうしたセンサのどこに入射し
たかを正確に測定する手立てはない。それ故、大きなセ
ンサを用いるならば、溶解物レベルの測定は不正確にな
り、何故なら溶解物レベルの検出に伴う正確さは、セン
サの大きさにより制限されるからである。前に述べたよ
うに、溶解物レベルをでき得る限り正確に測定して成長
条件内の変動を最少化し、そして結晶の一様な成長を可
能にすることが望ましい。
出器を用いることは、システム内にある種の不正確さを
生むことになり、その程度は検出器の解像度を決める個
々の要素の大きさに依存する。反射光により照らされる
各センサは、制御回路に向けて通報信号を送信する。し
かしながら、光ビームがこうしたセンサのどこに入射し
たかを正確に測定する手立てはない。それ故、大きなセ
ンサを用いるならば、溶解物レベルの測定は不正確にな
り、何故なら溶解物レベルの検出に伴う正確さは、セン
サの大きさにより制限されるからである。前に述べたよ
うに、溶解物レベルをでき得る限り正確に測定して成長
条件内の変動を最少化し、そして結晶の一様な成長を可
能にすることが望ましい。
【００１４】従って、本発明の一つの目的は、結晶成長
システムに用いる坩堝内の溶解物レベルを測定するため
の改良された方法及び装置を提供することにある。
システムに用いる坩堝内の溶解物レベルを測定するため
の改良された方法及び装置を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】本発明は、結晶に成長さ
せる種を引き抜く溶解物溜まりを収容する坩堝を用いる
結晶成長システム内で、溶解物表面のレベルを検出する
溶解物レベル検出システムを指向している。このシステ
ムは、溶解物に光ビームを導く光源と、溶解物の他方の
側に配置され溶解物にて反射された光ビームを受光する
光検出装置とを用いる。検出システムは、光ビームが検
出器を照らしているかどうかと並びに検出器のどこを照
らしているかに関する出力信号を提供する単一のリニア
検出器を用いる。時間ごとに連続的にサンプリングされ
る検出器からの出力信号を処理するアルゴリズムを履行
させるためコンピュータシステムが用いられる。このア
ルゴリズムは、与えられたサンプルに対して光ビームが
検出器上に入射しなかったことが測定された場合は、検
出器から送られてきた位置データを無視する。反射光が
検出器上に入射したときに発生されたサンプルに対して
だけ位置データを分析することにより、アルゴリズムは
所定数のサンプルに対して溶解物レベルの平均位置を測
定し、この平均が実際の溶解物レベルの位置を表すもの
と仮定する。
せる種を引き抜く溶解物溜まりを収容する坩堝を用いる
結晶成長システム内で、溶解物表面のレベルを検出する
溶解物レベル検出システムを指向している。このシステ
ムは、溶解物に光ビームを導く光源と、溶解物の他方の
側に配置され溶解物にて反射された光ビームを受光する
光検出装置とを用いる。検出システムは、光ビームが検
出器を照らしているかどうかと並びに検出器のどこを照
らしているかに関する出力信号を提供する単一のリニア
検出器を用いる。時間ごとに連続的にサンプリングされ
る検出器からの出力信号を処理するアルゴリズムを履行
させるためコンピュータシステムが用いられる。このア
ルゴリズムは、与えられたサンプルに対して光ビームが
検出器上に入射しなかったことが測定された場合は、検
出器から送られてきた位置データを無視する。反射光が
検出器上に入射したときに発生されたサンプルに対して
だけ位置データを分析することにより、アルゴリズムは
所定数のサンプルに対して溶解物レベルの平均位置を測
定し、この平均が実際の溶解物レベルの位置を表すもの
と仮定する。
【００１６】
【実施例】本発明の溶解物レベル検出器を説明するの
に、図４を参照する。本発明は、反射光ビームを受光す
るため、光検出システムだけでなく光整調システムをも
含む２段階システムを用いる。整調システムは、アパチ
ャー１１をもった物理的バリヤ９と狭帯域バンドパスフ
ィルタ１３からなる。結晶成長システムでは、坩堝は非
常な高温に保たれる溶鉱炉内に配置される。それ故に、
溶鉱炉内部は照り輝き、そして光線を放射する。これら
の光線を遮蔽してそれらを光検出システムに到達させ
ず、検出システムを反射光ビーム以外にはできる限り光
にさらさないようにすることが望ましい。
に、図４を参照する。本発明は、反射光ビームを受光す
るため、光検出システムだけでなく光整調システムをも
含む２段階システムを用いる。整調システムは、アパチ
ャー１１をもった物理的バリヤ９と狭帯域バンドパスフ
ィルタ１３からなる。結晶成長システムでは、坩堝は非
常な高温に保たれる溶鉱炉内に配置される。それ故に、
溶鉱炉内部は照り輝き、そして光線を放射する。これら
の光線を遮蔽してそれらを光検出システムに到達させ
ず、検出システムを反射光ビーム以外にはできる限り光
にさらさないようにすることが望ましい。
【００１７】本発明の好ましい実施例では、低電力ソリ
ッドステートＧａＡｓレーザが光源として用いられる。
このレーザは、３〜５ｍＷの電力をもち、波長７８０ｎ
ｍの光信号を伝送する。レーザは、本出願に非常に適し
た光源を提供するが、その理由は当業者が知っているよ
うに、レーザ光は時間的かつ空間的な一貫性を維持し、
すなわち直進的にのみ進行する波であり、伝搬にさいし
て単一の一定波長を示すからである。
ッドステートＧａＡｓレーザが光源として用いられる。
このレーザは、３〜５ｍＷの電力をもち、波長７８０ｎ
ｍの光信号を伝送する。レーザは、本出願に非常に適し
た光源を提供するが、その理由は当業者が知っているよ
うに、レーザ光は時間的かつ空間的な一貫性を維持し、
すなわち直進的にのみ進行する波であり、伝搬にさいし
て単一の一定波長を示すからである。
【００１８】狭帯域バンドパスフィルタ１３は、レーザ
光の波長に合わせてある。それ故、フィルタは他の波長
の光を吸収し、反射されたレーザ光だけを通り抜けさせ
る。しかしながら、フィルタは、その挙動が衰退する前
からある程度の光量を吸収できるだけである。従って、
反射されたレーザ光以外はフィルタに向けて通過する光
を最少化するのが望ましい。この理由から、物理的バリ
ヤ９が溶鉱炉とフィルタとの間に配置してある。この装
置には、反射されたレーザ光が通過するアパチャー１１
が設けてある。さらに、溶解物からの照り輝きからくる
ある程度の光もまたアパチャーを通過する。しかしなが
ら、アパチャーを通過できる光の量は、フィルタを飽和
させるには不十分である。それ故、反射されたレーザ光
ビーム以外のアパチャーを通過する光は、フィルタによ
り吸収され、光検出器１５には届かない。
光の波長に合わせてある。それ故、フィルタは他の波長
の光を吸収し、反射されたレーザ光だけを通り抜けさせ
る。しかしながら、フィルタは、その挙動が衰退する前
からある程度の光量を吸収できるだけである。従って、
反射されたレーザ光以外はフィルタに向けて通過する光
を最少化するのが望ましい。この理由から、物理的バリ
ヤ９が溶鉱炉とフィルタとの間に配置してある。この装
置には、反射されたレーザ光が通過するアパチャー１１
が設けてある。さらに、溶解物からの照り輝きからくる
ある程度の光もまたアパチャーを通過する。しかしなが
ら、アパチャーを通過できる光の量は、フィルタを飽和
させるには不十分である。それ故、反射されたレーザ光
ビーム以外のアパチャーを通過する光は、フィルタによ
り吸収され、光検出器１５には届かない。
【００１９】さて、光検出システムを記述するのに、図
５を参照する。本発明は、反射光ビームの位置を検出す
るのに、単一センサのリニア検出器９を用いる。リニア
検出器は、反射光ビームが入射すると予想される領域内
に配置されている。検出器は、この領域内に垂直に配置
されており、何故なら溶解物のレベルが上昇又は下降す
るにつれて光ビームは垂直に移動すると予想されるから
である。例えば、ビームがあたかも鏡面反射されたかの
ごとく反射されるほどに溶解物レベルが完全に滑らかな
表面に保たれるならば、溶解物レベルが上昇又は下降し
たときに光ビームは固定の垂直軸に沿って上下に移動す
る。
５を参照する。本発明は、反射光ビームの位置を検出す
るのに、単一センサのリニア検出器９を用いる。リニア
検出器は、反射光ビームが入射すると予想される領域内
に配置されている。検出器は、この領域内に垂直に配置
されており、何故なら溶解物のレベルが上昇又は下降す
るにつれて光ビームは垂直に移動すると予想されるから
である。例えば、ビームがあたかも鏡面反射されたかの
ごとく反射されるほどに溶解物レベルが完全に滑らかな
表面に保たれるならば、溶解物レベルが上昇又は下降し
たときに光ビームは固定の垂直軸に沿って上下に移動す
る。
【００２０】図５に示したように、光検出器９は、反射
光ビームがが入射すると予想される全領域を覆うほど十
分に広くはない。従って、反射光ビームが検出器上に落
ちないという理由で、検出器が反射光の位置に関するど
んな情報も提供できないときもある。本発明の好ましい
実施例では、光検出器９は、感光検出器（photodetecto
r）すなわち光感応装置である。こうした装置の一例と
して、ILC Technology,Inc.の一部門であるＵＤＴ（Uni
ted Detector Technology）製の単一アクセス位置検出
用感光検出器、ＰＩＮ−ＳＬ７６がある。
光ビームがが入射すると予想される全領域を覆うほど十
分に広くはない。従って、反射光ビームが検出器上に落
ちないという理由で、検出器が反射光の位置に関するど
んな情報も提供できないときもある。本発明の好ましい
実施例では、光検出器９は、感光検出器（photodetecto
r）すなわち光感応装置である。こうした装置の一例と
して、ILC Technology,Inc.の一部門であるＵＤＴ（Uni
ted Detector Technology）製の単一アクセス位置検出
用感光検出器、ＰＩＮ−ＳＬ７６がある。
【００２１】感光検出器の動作を、ここでは図６を参照
して記述する。ＰＩＮ−ＳＬ７６は、２つの出力信号す
なわち強度信号と位置信号とを有する。位置信号の値
は、光検出器に入射する光ビームの位置を示している。
図６は、６０秒間隔の５回の異なる期間にわたって溶解
物レベルが変動するときの時間対位置信号のグラフを示
している。溶解物レベルが変動すると、感光検出器上の
反射光ビームの位置もまた必然的に変動する。図６に示
したように、反射光ビームが感光検出器の中心を照らす
ときに、位置信号は約２ボルトの値をもつ。反射光ビー
ムが感光検出器の上側部分に接近移動すると、それに応
じて位置信号は増大する。反対に、反射光ビームが光検
出器の下側部分に接近移動すると、それに応じて位置信
号は減少する。それ故に、位置信号の値を分析すること
により、感光検出器上の光ビームの位置を測定すること
ができる。
して記述する。ＰＩＮ−ＳＬ７６は、２つの出力信号す
なわち強度信号と位置信号とを有する。位置信号の値
は、光検出器に入射する光ビームの位置を示している。
図６は、６０秒間隔の５回の異なる期間にわたって溶解
物レベルが変動するときの時間対位置信号のグラフを示
している。溶解物レベルが変動すると、感光検出器上の
反射光ビームの位置もまた必然的に変動する。図６に示
したように、反射光ビームが感光検出器の中心を照らす
ときに、位置信号は約２ボルトの値をもつ。反射光ビー
ムが感光検出器の上側部分に接近移動すると、それに応
じて位置信号は増大する。反対に、反射光ビームが光検
出器の下側部分に接近移動すると、それに応じて位置信
号は減少する。それ故に、位置信号の値を分析すること
により、感光検出器上の光ビームの位置を測定すること
ができる。
【００２２】本発明は、以下に記述するアルゴリズムを
履行することのできる数ある標準的なコンピュータハー
ドウェア及びソフトウェアシステムであれば、いずれを
用いても実施することができる。図５に関して前に述べ
た通り、本発明を実施する上で用いる検出器は、反射光
ビームが入射する領域を完全に覆ってはいない。従っ
て、反射光ビームの入射位置が検出器の一方の側である
ために、反射光ビームが検出器を照らさないこともあ
る。これらのとき、位置信号は反射光ビームが光検出器
の中心に入射するときの値と同じ値を有する。その結
果、反射光ビームが検出器を照らさないために、位置信
号が溶解物レベルの位置に関する有効な情報を提供しな
いときもある。
履行することのできる数ある標準的なコンピュータハー
ドウェア及びソフトウェアシステムであれば、いずれを
用いても実施することができる。図５に関して前に述べ
た通り、本発明を実施する上で用いる検出器は、反射光
ビームが入射する領域を完全に覆ってはいない。従っ
て、反射光ビームの入射位置が検出器の一方の側である
ために、反射光ビームが検出器を照らさないこともあ
る。これらのとき、位置信号は反射光ビームが光検出器
の中心に入射するときの値と同じ値を有する。その結
果、反射光ビームが検出器を照らさないために、位置信
号が溶解物レベルの位置に関する有効な情報を提供しな
いときもある。
【００２３】さて、図７を参照し、上記の状況をさらに
明らかにする。点Ｔ１〜Ｔ４は、４個の異なる時間にお
ける反射光ビームの位置を表している。時間Ｔ３では、
反射光ビームは検出器を照らさない位置にある。従っ
て、検出器は、この時点では溶解物レベルの位置に関す
る有益な情報を一切提供しない。このときは、位置信号
は、反射光ビームが光検出器の中心に入射するときの値
と同じ値を有する。従って、処理アルゴリズムは、この
状況を時間Ｔ１において示された状況と区別しなければ
ならない。時間Ｔ３に呈示された状況と異なり、処理ア
ルゴリズムは時間Ｔ１においては、検出器が溶解物レベ
ルの位置に関して有益な情報を提供していることを了解
しなければならず、何故なら反射光ビームが検出器を照
らしているからである。本発明の好ましい実施例では、
処理アルゴリズムは、光検出器に入射する光の強さを分
析することにより、上記の２つの状況を識別する。反射
光ビームが検出器を照らすならば、ＰＩＮ−ＳＬ７６か
らの強度信号出力の値は、あるしきい値レベルを越え
る。従って、強度信号を分析することにより、処理アル
ゴリズムは反射光ビームが検出器を照らす状況と反射光
ビームが検出器を照らさない状況とを識別することがで
きる。ビーム強度がしきい値レベルを越えるならば、そ
のときはシステムは光ビームが検出器を照らしているこ
とを認知する。しかしながら、ビーム強度がしきい値レ
ベルを越えなければ、システムは光ビームが検出器を照
らしておらず、それ故に検出器が反射光ビームの位置に
関する有効な信号を発生していないことを認知する。
明らかにする。点Ｔ１〜Ｔ４は、４個の異なる時間にお
ける反射光ビームの位置を表している。時間Ｔ３では、
反射光ビームは検出器を照らさない位置にある。従っ
て、検出器は、この時点では溶解物レベルの位置に関す
る有益な情報を一切提供しない。このときは、位置信号
は、反射光ビームが光検出器の中心に入射するときの値
と同じ値を有する。従って、処理アルゴリズムは、この
状況を時間Ｔ１において示された状況と区別しなければ
ならない。時間Ｔ３に呈示された状況と異なり、処理ア
ルゴリズムは時間Ｔ１においては、検出器が溶解物レベ
ルの位置に関して有益な情報を提供していることを了解
しなければならず、何故なら反射光ビームが検出器を照
らしているからである。本発明の好ましい実施例では、
処理アルゴリズムは、光検出器に入射する光の強さを分
析することにより、上記の２つの状況を識別する。反射
光ビームが検出器を照らすならば、ＰＩＮ−ＳＬ７６か
らの強度信号出力の値は、あるしきい値レベルを越え
る。従って、強度信号を分析することにより、処理アル
ゴリズムは反射光ビームが検出器を照らす状況と反射光
ビームが検出器を照らさない状況とを識別することがで
きる。ビーム強度がしきい値レベルを越えるならば、そ
のときはシステムは光ビームが検出器を照らしているこ
とを認知する。しかしながら、ビーム強度がしきい値レ
ベルを越えなければ、システムは光ビームが検出器を照
らしておらず、それ故に検出器が反射光ビームの位置に
関する有効な信号を発生していないことを認知する。
【００２４】検出器から受け取ったデータは、溶解物レ
ベルの位置を測定する数あるうちのいずれの方法によっ
ても分析することができる。しかしながら、本発明の好
ましい実施例では、溶解物の位置は有効な検出器読み取
りを数だけ単純平均することにより測定される。この点
に関しては、有効な検出器読み取りとは、光強度がしき
い値レベルよりも大きいときに、そのことで光ビームが
検出器を照らしていると明記することと定義される。検
出器出力は、使用するハードウェアに依存する速度でサ
ンプリングされる。好ましい実施例では、検出器からの
出力は４０Ｈｚすなわち毎秒４０サンプルの割りでサン
プリングされる。予め設定した数の有効サンプルが採取
されると、そこで一群として分析される。データを分析
する前にどれ位のサンプル数を蓄積すべきかを決定する
ときに、考慮すべき２つの競合要因がある。溶解物レベ
ルのどんな変化もできる限り早く検出し、適切な調整が
素早くできるようにすることが望ましい。このことは、
データを分析する前に少数のサンプルだけを採取すべき
であると示唆する。しかしながら、採取すべきサンプル
数は、統計学的に有意味なサンプルが供給できるよう十
分に多くあるべきであり、そうすることでサンプルから
受ける情報は正確なものとなる。好ましい実施例では、
平均を測定するまでに、１００の有効なサンプルが蓄積
される。しかし、この数は、同じくまた満足できる結果
をもたらす他の数値に変えられることが理解されよう。
一旦あらかじめ設定した数の有効なサンプルが蓄積され
たならば、検出器から受けた信号に対して単純平均がと
られる。感光検出器に沿った位置がそれぞれの有効なサ
ンプルに対して確立され、これらは合計されてサンプル
数で除算され、明記された数のサンプルを代表する平均
ビーム位置を発生する。その後システムは、この位置が
全サンプル期間を通じて溶解物レベルを正確に表すもの
と仮定する。
ベルの位置を測定する数あるうちのいずれの方法によっ
ても分析することができる。しかしながら、本発明の好
ましい実施例では、溶解物の位置は有効な検出器読み取
りを数だけ単純平均することにより測定される。この点
に関しては、有効な検出器読み取りとは、光強度がしき
い値レベルよりも大きいときに、そのことで光ビームが
検出器を照らしていると明記することと定義される。検
出器出力は、使用するハードウェアに依存する速度でサ
ンプリングされる。好ましい実施例では、検出器からの
出力は４０Ｈｚすなわち毎秒４０サンプルの割りでサン
プリングされる。予め設定した数の有効サンプルが採取
されると、そこで一群として分析される。データを分析
する前にどれ位のサンプル数を蓄積すべきかを決定する
ときに、考慮すべき２つの競合要因がある。溶解物レベ
ルのどんな変化もできる限り早く検出し、適切な調整が
素早くできるようにすることが望ましい。このことは、
データを分析する前に少数のサンプルだけを採取すべき
であると示唆する。しかしながら、採取すべきサンプル
数は、統計学的に有意味なサンプルが供給できるよう十
分に多くあるべきであり、そうすることでサンプルから
受ける情報は正確なものとなる。好ましい実施例では、
平均を測定するまでに、１００の有効なサンプルが蓄積
される。しかし、この数は、同じくまた満足できる結果
をもたらす他の数値に変えられることが理解されよう。
一旦あらかじめ設定した数の有効なサンプルが蓄積され
たならば、検出器から受けた信号に対して単純平均がと
られる。感光検出器に沿った位置がそれぞれの有効なサ
ンプルに対して確立され、これらは合計されてサンプル
数で除算され、明記された数のサンプルを代表する平均
ビーム位置を発生する。その後システムは、この位置が
全サンプル期間を通じて溶解物レベルを正確に表すもの
と仮定する。
【００２５】上記のごとく、平均値が感光検出器に沿っ
た反射光ビームの位置に関して発生される。この位置と
坩堝内の溶解物レベルとの相関をとるため、ある追加処
理がなされなければならない。この相関は、図８ａと８
ｂに示された単なる幾何学的関係である。溶解物レベル
の変化はｄｈとして明記され、検出器に沿う反射光ビー
ムの位置における相応の変化はｄｐとして明記される。
本発明の好ましい実施例では、レーザビームは、垂直に
対して３０度に近い角度αで溶解物に当たるよう位置決
めされる。この角度を選択したのは、図８ｂから見てと
れるように、溶解物レベルの垂直位置の変化と感光検出
器上の反射光ビームの位置変化とが、１対１の関係にな
るからである。この相関処理が平均処理よりも前に各サ
ンプルに対して行い得ることも、代案として理解されて
しかるべきである。その後は、相関処理を行う前に感光
検出器に沿う位置平均を測定するのではなく、溶解物レ
ベルに対する平均が直接的に単純測定される。
た反射光ビームの位置に関して発生される。この位置と
坩堝内の溶解物レベルとの相関をとるため、ある追加処
理がなされなければならない。この相関は、図８ａと８
ｂに示された単なる幾何学的関係である。溶解物レベル
の変化はｄｈとして明記され、検出器に沿う反射光ビー
ムの位置における相応の変化はｄｐとして明記される。
本発明の好ましい実施例では、レーザビームは、垂直に
対して３０度に近い角度αで溶解物に当たるよう位置決
めされる。この角度を選択したのは、図８ｂから見てと
れるように、溶解物レベルの垂直位置の変化と感光検出
器上の反射光ビームの位置変化とが、１対１の関係にな
るからである。この相関処理が平均処理よりも前に各サ
ンプルに対して行い得ることも、代案として理解されて
しかるべきである。その後は、相関処理を行う前に感光
検出器に沿う位置平均を測定するのではなく、溶解物レ
ベルに対する平均が直接的に単純測定される。
【００２６】図面中に示された実施例の様々な変更と修
正が、本発明の目的の範囲内で可能であることが理解さ
れよう。かくして、上記の記述に含まれかつ付随する図
面に示されたすべての事項は、図解用であって意味を制
限するものでないと解釈されなければならない。
正が、本発明の目的の範囲内で可能であることが理解さ
れよう。かくして、上記の記述に含まれかつ付随する図
面に示されたすべての事項は、図解用であって意味を制
限するものでないと解釈されなければならない。
【００２７】
【発明の効果】本発明によれば、結晶成長システムに用
いる坩堝内の溶解物レベルを正確に測定することができ
る。
いる坩堝内の溶解物レベルを正確に測定することができ
る。
【図１】溶解物の表面を検出するための反射光ビームを
用いる従来技術のシステムを示す図である。
用いる従来技術のシステムを示す図である。
【図２】検出領域を横切る反射光ビームのランダム運動
を示す図である。
を示す図である。
【図３】多数のディスクリートセンサを使用する従来技
術の検出システムを示す図である。
術の検出システムを示す図である。
【図４】本発明の様々な構成要素間の関係を示す全体像
を与える図である。
を与える図である。
【図５】本発明に用いたリニアセンサの配置を示す図で
ある。
ある。
【図６】５つの異なる溶解物レベルのための検出器の出
力位置信号の時間変化を示す図である。
力位置信号の時間変化を示す図である。
【図７】本発明の検出領域を照らす多数の光ビームを示
す図である。
す図である。
【図８】図８ａは、溶解物レベルが変動するときの光検
出器上の反射光ビームの位置の変化を示す図であり、図
８ｂは、レーザ光の入射角度と反射角度が変動するとき
のビーム位置変化と溶解物位置変化との比率の変化を示
す図である。
出器上の反射光ビームの位置の変化を示す図であり、図
８ｂは、レーザ光の入射角度と反射角度が変動するとき
のビーム位置変化と溶解物位置変化との比率の変化を示
す図である。
９ 物理的バリヤ １１ アパチャー １３ 狭帯域バンドパスフィルタ １５ 光検出器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジョナサン・エイ・タルボット アメリカ合衆国ニューハンプシャー州 03062，ナシュア，オールド・ミル・レー ン ７
Claims (24)
- 【請求項１】 成長結晶材料の結晶成長システムにおけ
る溶解物レベルの検出装置であって、 材料を溶解させた形状の溶解物の溜まりを収容する坩堝
と、溶解物に光ビームを導く光源であって、該光源は坩
堝の外側でその第１の側に配置されている該光源とを含
む前記溶解物レベルの検出装置において、 該溶解物レベルの検出装置は、 単一の検出要素を含む検出装置部分であって、該検出要
素は坩堝の外側でその第２の側に配置され、溶解物にて
反射された光ビームにより照らされることができ、かつ
該検出要素は、該検出要素上に反射された反射光ビーム
の位置を示す位置信号を発生するような前記検出装置部
分と、 位置信号を用いて坩堝内の溶解物表面のレベルを測定す
る処理手段と、 を備えたことを特徴とする溶解物レベルの検出装置。 - 【請求項２】 請求項１記載の溶解物レベルの検出装置
において、前記検出要素は、リニヤ検出器であり、該リ
ニヤ検出器は、垂直に延びるよう配置されている、 ことを特徴とする溶解物レベルの検出装置。 - 【請求項３】 請求項１記載の溶解物レベルの検出装置
において、前記検出要素は、光起電力型の感光検出器で
ある、 ことを特徴とする溶解物レベルの検出装置。 - 【請求項４】 請求項３記載の溶解物レベルの検出装置
において、 前記感光検出器は所定の長さを有していて、その長さが
垂直方向に延びるよう配置されており、 該感光検出器は、前記反射光ビームが感光検出器を照明
点で照らすときに第１の信号を発生し、該第１の信号
は、感光検出器の長さに沿った照明点の位置に依存した
値を有しており、 前記処理手段は、該第１の信号を用いて感光検出器に沿
った照明点の垂直位置を測定する、 ことを特徴とする溶解物レベルの検出装置。 - 【請求項５】 請求項４記載の溶解物レベルの検出装置
において、 前記感光検出器は、該感光検出器を照らす光の強度に依
存した値をもつ第２の信号を発生し、 前記処理手段は、 第２の信号がしきい値レベルを越えたかどうかを測定す
る比較手段と、 第２の信号がしきい値レベルを越えるときにだけ第１の
信号に関するサンプルを格納し、これによりサンプルが
有効であることを示す格納手段と、 を含む、 ことを特徴とする溶解物レベルの検出装置。 - 【請求項６】 請求項５記載の溶解物レベルの検出装置
において、 前記処理手段は、 有効サンプルが所定数だけ格納されたことを測定するサ
ンプリング手段と、 有効サンプルの平均を測定する平均手段とを含む、 ことを特徴とする溶解物レベルの検出装置。 - 【請求項７】 請求項４記載の溶解物レベルの検出装置
において、 物理的バリヤを更に含み、該物理的バリヤは溶解物表面
と検出器との間に位置しており、該バリヤはバリヤを通
る反射光ビームの通過を許容するアパチャーを有する、 ことを特徴とする溶解物レベルの検出装置。 - 【請求項８】 請求項７記載の溶解物レベルの検出装置
において、 フィルタを更に含んでおり、該フィルタはバリヤと検出
器との間に配置されている、 ことを特徴とする溶解物レベルの検出装置。 - 【請求項９】 請求項４記載の溶解物レベルの検出装置
において、 フィルタを更に含んでおり、該フィルタは溶解物表面と
検出器との間に配置されている、 ことを特徴とする溶解物レベルの検出装置。 - 【請求項１０】 請求項４記載の溶解物レベルの検出装
置において、 前記光源は、ＧａＳａレーザであり、バリヤと検出器と
の間に配置されたフィルタを含んでおり、 該フィルタは、レーザと同じ波長をもった光を通過させ
る、 ことを特徴とする溶解物レベルの検出装置。 - 【請求項１１】 請求項１０記載の溶解物レベルの検出
装置において、 物理的バリヤを更に含み、該物理的バリヤは溶解物表面
とフィルタとの間に配置され、該バリヤは、バリヤを通
る反射光ビームの通過を許容するアパチャーを有する、 ことを特徴とする溶解物レベルの検出装置。 - 【請求項１２】 請求項１記載の溶解物レベルの検出装
置において、 前記光源はＧａＳａレーザであり、 前記検出要素は、感光検出器である、 ことを特徴とする溶解物レベルの検出装置。 - 【請求項１３】 請求項１記載の溶解物レベルの検出装
置において、 前記検出要素は、横効果フォトダイオードである、 ことを特徴とする溶解物レベルの検出装置。 - 【請求項１４】 請求項１記載の溶解物レベルの検出装
置において、 物理的バリヤを更に含み、該物理的バリヤは溶解物表面
と検出器との間に位置しており、該バリヤは、バリヤを
通る反射光ビームの通過を許容するアパチャーを有す
る、 ことを特徴とする溶解物レベルの検出装置。 - 【請求項１５】 請求項１４記載の溶解物レベルの検出
装置において、 フィルタを更に含んでおり、該フィルタはバリヤと検出
器との間に配置されている、 ことを特徴とする溶解物レベルの検出装置。 - 【請求項１６】 請求項１記載の溶解物レベルの検出装
置において、 フィルタを更に含んでおり、該フィルタは溶解物表面と
検出器との間に配置されている、 ことを特徴とする溶解物レベルの検出装置。 - 【請求項１７】 成長結晶材料の結晶成長システムにお
ける溶解物レベルの検出装置であって材料を溶解させた
形状の溶解物の溜まりを収容する坩堝と、溶解物に光ビ
ームを導く光源であって、該光源は坩堝の外側でその第
１の側に配置された該光源とを含む前記溶解物レベルの
検出装置において、 該溶解物レベルの検出装置は、 所定の長さと該所定長さに沿って延びる軸線を有するリ
ニヤ検出要素を含む検出装置部分であって、該検出要素
は、坩堝の外側でその第２の側に配置されることによ
り、溶解物にて反射された光ビームにより照らされるこ
とができ、かつ該検出要素は、さらにその軸線が垂直平
面内にあるよう配置されていて、該検出要素は反射され
た光ビームの位置を示す位置信号を発生するような前記
検出装置部分と、 位置信号を用いて坩堝内の溶解物表面のレベルを測定す
る処理手段と、 を含むことを特徴とする溶解物レベルの検出装置。 - 【請求項１８】 請求項１７記載の溶解物レベルの検出
装置において、 前記検出要素は、横効果フォトダイオードである、 ことを特徴とする溶解物レベルの検出装置。 - 【請求項１９】 請求項１７記載の溶解物レベルの検出
装置において、 前記検出要素は、感光検出器である、 ことを特徴とする溶解物レベルの検出装置。 - 【請求項２０】 請求項１９記載の溶解物レベルの検出
装置において、 前記感光検出器は、反射光ビームが感光検出器を照明点
で照らすときに第１の信号を発生し、 該第１の信号は、感光検出器の長さに沿った照明点の位
置に依存した値を有しており、 前記処理手段は、該第１の信号を用いて感光検出器に沿
う照明点の垂直方向位置を測定する、 ことを特徴とする溶解物レベルの検出装置。 - 【請求項２１】 請求項２０記載の溶解物レベルの検出
装置において、 前記光源はレーザであり、前記感光検出器は、感光検出
器を照らす光の強度に依存した値をもつ第２の信号を発
生し、 前記処理手段は、 第２の信号がしきい値レベルを越えたかどうかを測定す
る比較手段と、 第２の信号がしきい値レベルを越えるときにだけ第１の
信号に関するサンプルを格納し、これによりサンプルが
有効であることを示す格納手段と、 有効サンプルが所定数だけ格納されたことを測定するサ
ンプリング手段と、 有効サンプルの平均を測定する平均手段とを含んでお
り、 さらに前記検出装置は、 溶解物表面と検出器との間に位置している物理的バリヤ
であって、該バリヤを通る反射光ビームの通過を許容す
るアパチャーを有する前記物理的バリヤと、 バリヤと検出器との間に配置されたフィルタであって、
レーザの波長と同じ波長をもった光を通過させる前記フ
ィルタとを備えた、 ことを特徴とする溶解物レベルの検出装置。 - 【請求項２２】 成長結晶材料の結晶成長システム内の
溶解物材料のレベル検出方法であって、 該システムは、材料を溶解させた形状の溶解物の溜まり
を収容する坩堝を含み、 該システムは、溶解物レベルの検出装置を有していて、
該検出装置は、溶解物に光ビームを導く光源と、坩堝の
外側に溶解物にて反射された光ビームにより照らされる
よう配置したリニヤ検出器とを備え、 該リニヤ検出器は、反射光が検出器を照らしているかど
うかと並びに照らされた検出器上の位置とを示す検出器
信号を発生する前記溶解物材料のレベル検出方法におい
て、 Ｉ．所定の周波数で検出信号に関する情報をサンプリン
グし、複数の有効なサンプルを収集するステップＩであ
って、 ａ．反射光ビームがリニヤ検出器上に入射しているかど
うかを測定するステップと、 ｂ．反射光ビームがリニヤ検出器上に入射する場合に、
検出器信号に関する情報を格納するステップと、 ｃ．反射光ビームがリニヤ検出器上に入射する場合に、
サンプルを有効として記録するステップと、 からなる前記ステップＩと、 II．収集した有効サンプル数が所定数を越えたかどうか
を測定するステップと、 III．収集した有効サンプル数が所定数を越えない場合
は、ステップＩに戻ってサンプリングを継続するステッ
プと、 IV．収集した有効サンプル数が所定数を越える場合に、
次のａ〜ｂのステップを実行するステップIVであって、 ａ．情報の平均値をとるステップと、 ｂ．平均を溶解物レベルの測定に用いるステップと、 ｃ．収集した有効サンプル数を零リセットするステップ
と、 ｄ．ステップＩに戻ってサンプリングを継続するステッ
プと、 からなる前記ステップIVと、 からなることを特徴とする溶解物材料のレベル検出方
法。 - 【請求項２３】 請求項２２記載の溶解物材料のレベル
検出方法において、 検出器は感光検出器であり、該感光検出器は、反射光ビ
ームが感光検出器を照明点で照らすときに第１の信号を
発生し、該第１の信号は、感光検出器の長さに沿った照
明点の位置に依存した値を有しており、前記感光検出器
は、さらに感光検出器を照らす光の強度に依存した値を
もつ第２の信号を発生し、 前記ステップＩは、 ａ．第２の信号がしきい値レベルを越えたかどうかを測
定し、反射光ビームが光検出器上に入射していることを
示すステップと、 ｂ．第２の信号がしきい値レベルを越えるときに第１の
信号に関する情報を格納するステップと、 ｃ．第２の信号がしきい値レベルを越えるときに、サン
プルが有効であるとして記録するステップと、 からなることを特徴とする溶解物材料のレベル検出方
法。 - 【請求項２４】 結晶成長システムにおける溶解物レベ
ルを測定するための検出装置であって、 該システムは溶解物材料の表面がランダムに絶えず動い
ている該溶解物材料溜まりを収容する坩堝と、溶解物に
光ビームを投射する手段であって、該光ビームが該表面
で反射して検出領域内に到達し、該光ビームが前記表面
の前記運動に起因して該検出領域にわたってランダム運
動する前記光ビーム投射手段とを含む前記溶解物レベル
の検出装置において、 該検出領域内に配置された光検出装置部分であって、該
検出領域の所定の部分に該光ビームがあるときに該光ビ
ームに応答し、該所定の領域内の該光ビームの位置を示
す位置信号を発生する前記光検出装置部分と、 該位置信号に応答して該信号を処理し、該溶解物レベル
を測定する手段と、 を備えたことを特徴とする溶解物レベルの検出装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US762755 | 1991-09-20 | ||
| US07/762,755 US5286461A (en) | 1991-09-20 | 1991-09-20 | Method and apparatus for melt level detection in czochralski crystal growth systems |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05254983A true JPH05254983A (ja) | 1993-10-05 |
Family
ID=25065948
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4251530A Pending JPH05254983A (ja) | 1991-09-20 | 1992-09-21 | 溶解物レベルの検出装置及び検出方法 |
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|---|---|
| US (1) | US5286461A (ja) |
| JP (1) | JPH05254983A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP2000264779A (ja) * | 1999-03-17 | 2000-09-26 | Komatsu Electronic Metals Co Ltd | メルトレベル検出装置及び検出方法 |
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1991
- 1991-09-20 US US07/762,755 patent/US5286461A/en not_active Expired - Fee Related
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1992
- 1992-09-21 JP JP4251530A patent/JPH05254983A/ja active Pending
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| JP2000264779A (ja) * | 1999-03-17 | 2000-09-26 | Komatsu Electronic Metals Co Ltd | メルトレベル検出装置及び検出方法 |
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|---|---|
| US5286461A (en) | 1994-02-15 |
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