[發明專利]一種測量坩堝中硅熔體水平面相對高度的方法

有效

• 申請號: 200810239916.7
• 申請日: 2008-12-15
• 公開（公告）號: CN101748478A
• 公開（公告）日: 2010-06-23
• 發明（設計）人: 崔彬;高宇;吳志強;戴小林
• 申請（專利權）人: 北京有色金屬研究總院;有研半導體材料股份有限公司
• 主分類號: C30B15/20
• 分類號: C30B15/20
• 代理公司: 北京北新智誠知識產權代理有限公司 11100
• 代理人: 郭佩蘭

技術領域

本發明涉及一種測量坩堝中硅熔體水平面相對高度的方法

背景技術

半導體硅單晶大部分采用切克勞斯基(Czochralski)法制造。在這種方法中，多 晶硅被裝進石英坩堝內，加熱熔化，然后將熔硅略作降溫，給予一定的過冷度，把一 支特定晶向的硅單晶體(稱作籽晶)與熔體硅接觸，通過調整熔體的溫度和籽晶向上 提升速度，使籽晶體長大至接近目標直徑時，提高提升速度，使單晶體接近恒定直徑 生長。在生長過程的末期，此時坩堝內的硅熔體尚未完全消失，通過增加晶體的提升 速度和調整向坩堝提供的熱量將晶體直徑漸漸減小而形成一個尾形錐體，當錐體的尖 端足夠小時，晶體就會與熔體脫離，從而完成晶體的生長過程。

晶體生長過程中生長界面處的溫度梯度主要由液面在熱場中的相對位置決定，通 常會在晶體生長之前設定一個起始坩堝位置，隨晶體質量增加坩堝逐漸上升，使得液 面位置保持基本不變。實際晶體生長過程中，晶體并非完全按照目標直徑生長，坩堝 上升過度或不足會是液面位置偏離目標位置。

發明內容

本發明目的在于提供一種測量坩堝中硅熔體水平面相對高度的方法，方法中， 首先是研制出一種確定CCD像素變化同液面高度變化的相互轉換關系，以實現液面 高度的測量，并實時監測液面高度變化。

為達到上述的發明目的，本發明采用以下技術方案：

這種測量坩堝中硅熔體水平面相對高度的方法，它包括以下步驟：

(1)、將CCD攝像機安裝在硅單晶爐上爐體的觀測窗口上，觀測單晶爐內熱屏 下緣和熱屏在熔體上的倒影；

(2)、圖像處理系統對CCD拍攝到的圖像進行掃描；

(3)、將熱屏倒影掃描點坐標換算為相應熱屏倒影坐標r；

(4)、將r值輸入根據液面相對高度H、熱屏下緣半徑R、熱屏倒影半徑r、CCD 鏡頭到籽晶提升鋼纜的距離k和鏡頭到熱屏下緣的距離b之間空間關系推到的關系函 數，計算得到液面距離熱屏下端高度H。

所述的在通過像素差值計算液面相對高度變化的計算函數：

H=(R-2r)b+{(R-2r)2b2-4(2r-R)k2(r-R)}1/22(2r-R)]]>

(1)、將CCD攝像機安裝在硅單晶爐上爐體的觀測窗口上，觀測單晶爐內熱屏 下緣和熱屏在熔體上的倒影；

(2)、圖像處理系統對CCD拍攝到的圖像進行掃描，熱屏、熔體和熱屏在熔體 上倒影在CCD上成像具有明顯的亮度差，在不同亮度交界處可以掃描到其交界線移 動的信號，當將掃描寬度限制在很小的豎直方向(約跨越5到10個像素點)，可以得 到亮度邊界橫坐標變化，當將掃描寬度限制在很小的水平方向時(約跨越5到10個 像素點)，可以得到亮度邊界縱坐標變化，每一個坐標值，都唯一對應一個熱屏倒影 半徑r