TWI223679B - Method and system for controlling growth of a silicon crystal - Google Patents

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1223679 A7 B7 五、發明説明（1 ) 發明背景 本發明通常是關於一個改良之方法與系統，係用於控制 一應用Czochralski製程’生長碎晶體之裝置或方法，而且 特別是關於一個用來測量矽晶體參數之視覺系統與方法， 以及用於根據測得參數自動控制生長過程之石夕晶體生長過 程。 大部分用於製作微電子工業之矽晶圓之單一晶體石夕，或 稱單晶矽，是以應用Czochralski製程之拉晶機器生產：簡述 之，Czochralski製程將高純度之多晶體矽，或多晶梦之厚 塊或顆粒，熔化在位於特殊設計鍋爐中之石英坩鋼裡，以 形成矽熔體；通常，該多晶矽是由，例如，Siemens製程所 製備之不規則形厚塊多晶矽；或者，通常使用較簡單且較 有效率之流動床反應製程製備之自由流動，一般是球面形 I顆粒狀多晶矽；厚塊與顆粒狀之多晶矽之製備與特性細 郎可參閲Academic Press發行之F. Shimura之-Γ半導體碎晶 體技術」-(Semiconductor Silicon Crystal Techn〇1〇gy)。第 116至121頁，以及其中所引之參考書目。 經濟部中央標準局負工消f合作社印裂 特別是所添加者爲厚塊多晶矽時，在熔化期間該添加物 會移動，或者其下方部份已熔化而留下一個未熔物質之"掛 鉤·’，卡在熔體上方之坩鍋壁上；當添加物移動或者掛鉤二 崩落時，可能會濺起熔化之矽和/或導致坩鍋之機械應力損 ¥ ,可疋，藉由在熔化期間適當地控制坩鍋溫度，掛鉤之 類的效應可以減少。 根據Czochralski製程，將一個相當小之晶種矽裝載在坩 -4- 本纸張尺度適用中國國家榡準（CNS ) 八4規格（210X 297^$~ 1223679 A7 R7 經濟部中央標隼局員工消费合作社印製 五·、發明説明（2 :上方:拉動l線或柱體之末端，該l綠或柱體係由上升 體提昇機件垂吊而下；在溶化完全之後， Mb昇機件將晶種下降，與㈣中之炫切相接觸牟 晶種開始熔化時，該機件以能夠達到所需晶體直徑之方： ’ ^慢地將晶種自矽熔體中縮回，然後生長出該直徑之單 晶；當晶種縮回時，它自熔體中拉出石夕；在此生長過程中 ，掛鋼以-個方向旋轉，而晶體提昇機件，&線，晶種與 晶體，以相反方向旋轉。 當晶體生長開始後，與熔體接觸晶種之熱震波，可能導 致晶體中之缺陷；除非將其在晶種與晶體主體間之頸部區 域消除，否則該缺陷可傳播至生長之晶體並且增大；已知 在石夕單晶中消除缺陷之方法爲，引用以相當高之拉晶速率 生長較小直徑之頸部，以便在生長晶體本體之前完全消除 缺陷；在頸部中消除缺陷之後，將其直徑放大，直到達到 主要晶體所需之直徑爲止。

Czochralslu製程受控於，至少部分地，所生長晶體本體 直徑I函數：一般使用申請序號〇8/459,765，〇8/62〇，137個別 所述之方法與系統，來準確且可靠地測量晶體直徑，偵測 零缺陷生長與決定矽熔體之水位。 幾個因素，包括晶體直徑與熔體水位，會在晶體生長期 間影響或提π晶體之大小與品質；例如，提供給坩鍋之熱 量，溶化矽之溫度，在熔體中或附在坩鍋壁上之未熔或重 新固化多晶矽之存在，坩鍋之直徑，熔體中石英之存在與 在晶體-熔體介面彎液面之大小與形狀，都會影響該製程或 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規格（21 〇X 297λ>分） ·--— ，玎. 0 (請先閱讀背面之注事項再填寫本頁) 1223679 五、發明説明（ 提供關於晶體之訊息；因此，用來決定關於這些因子數個 ^之準確而可靠之系、统’對控制晶體生長過程而言是需 發明概述 在本發明眾多之目的與特徵中，應注意者爲提供了一個 改艮广控制與操作之方法與系統，其克服了上述之不利條 牛提仏此種方法與系統，係用於根據Cz〇chralski製程操作 ^晶體生長裝提供此種方法與系统，其測量添加之多— f夕在㈣切化，而形成㈣體之速率：提供此種方法盘 系統，其決㈣化之完全性；提供此種方法與系統， =之溫度；提供此種方法與系統，其偵測在㈣中ς固態 多晶碎；提供此種方法盘系紜 、 ........"、偵測在晶種與溶體間之接 觸；提供此種方法盘手轉並7 士 /、糸、，无，其可以有效率且經濟地達成，而 且二匕種系統係經濟上可行且商業上是實際的。 ^述I ’包含本發明〈許多方面之閉路控制方法，係用 於與生長矽皁晶之裝置相結合 : Λ I 4叩體生長裝置具有加瓿 坩鍋，係用來將固體矽熔化 σ … 出：該㈣上方表面之上，暴而早晶係自其拉 ,土 ^ ▲、土 暴路出未熔之矽，直到其熔化爲 經濟部中央標率局員工消費合作社印¾ 止；孩万法包含I步驟有·淳斗 ^ 水百.產生坩鍋内部之部分影像，矣一 個影像包含一群像素，而每_ 〜像每 、作、、…土、A X 像素具有一代表該光學特性 心値；孩万法亦包含之步驟爲，—影 像素値之函數作處理，以彳貞财#彡 ^〜心 到之邊緣，以其在影像中之位置隹 $▲，並將偵測 木：石成爲函數，用爽 影像中之物體；界定之物體每一個 1 匕。一個或更多像素， 本紙張尺度適用中國國家標隼（CNS ) Λ4規枋（ 210X 297^^ 1223679 A7 經濟部中央標隼局員工消費合作社印製 五、發明説明（4 ) 而且至少一個界定之物體是代表在熔體表面可見之固體矽 之一部份：該方法還包括之步驟係：一控制電路根據界定物 體決定一代表晶體生長裝置條件之參數，並控制回應該決 定之參數控制該晶體生長裝置。 通常，本發明之另一形式爲一系統，用於與生長矽單晶 之裝置相結合；該晶體生長裝置具有加熱坩鍋，係用來將 固體矽熔化以形成熔體，而單晶係自其拉出：該熔體上方表. 面之上，暴露出未溶之石夕，直到其溶化爲止；該系統包含 一照相機，以產生坩鍋内部之部分影像，每一個影像包含 一群像素，而每一像素具有一代表該影像光學特性之値； 該系統亦包含一影像處理器，將該影像以像素値之函數作 處理，以偵測在影像中之邊緣，該影像處理器並將偵測到 之邊緣，以其在影像中之位置集合成爲函數，用來界定影 像中之物體；界定之物體每一個包含一個或更多像素，而 且至少一個界定之物體是代表在熔體表面可見之固體矽之 一部份；該系統還包括一控制電路，其根據界定物體決定 一代表晶體生長裝置條件之參數，並控制回應該決定之參 數控制該晶體生長裝置。 本發明也可以變換地包含各種其他之方法與系統。 其他之目的與特點，部分是顯而易見的而部分將在本文 中指出。 附圖簡述 圖1係根據本發明之較佳實施例，一個晶體生長裝置與控 制晶體生長裝置之系統示意圖。 -7- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4规格（210X 297公於） (請先閱讀背面之注意事項苒填寫本頁) 1223679 經濟部中央標莩局員工消费合作社印製 Μ 五、發明説明（6 ) 元51，以與坩鍋驅動單元49旋轉坩鍋27相反之方向旋轉 線4 5 ;晶體驅動單元5丨也在生長製程期間，依需要相對於 熔體水位5 3提昇或降低坩鍋27 ;晶體驅動單元5〗先經過纜 線45降低晶種43，使之幾乎與熔體39之熔化矽相接觸，來 使之預熱，然後與熔體39在熔體水位53接觸；當晶種枸熔 化時，晶體驅動單元51將晶種43自坩鍋27所含之熔體Μ 中缓慢地縮回，或上拉，自溶體39中拖戈出硬，而造成石夕 單晶4 1之生長。 在個見施例中，晶體驅動單元5 1，以其自熔體3 9中# 出晶體41之參考速率，旋轉晶體41 ;料驅料元39，同乂 樣地也以第二個參考速率旋轉㈣27,但是通常以相對於 晶體41之相反方向旋轉；控制單元55控制縮回，或上拉速 率以及私源供應崙2 9提供至加熱器3丨之功率，來導致曰 Μ”部;在晶體生長期間，特別是在晶體41之頸部： 刀而要準確而可靠（控制：當晶種4 3自、溶體3 9拖戈出時 =最好以大致上不變之直徑生長:例如，元 =大穴不變之頭部直徑，其係所需主體直徑之百分之十 ==達所需之長度後，控制單元”調整該旋轉， 力%至f至口f參數’來使得晶體41之直後，以錐狀方式增 加到達:需之晶體主體直徑:―旦到達所需晶體直徑 對;：該生長參數，以維持由系統_得之相 直到該製程接近終點時；在此時，上拉速 二。’以減少直杈而在單晶41末端形成-帶狀部 刀、吊知屬於美國專利5，178,720，該整個發明在此處併 (請先閲讀背面之：文思事¾再填寫本頁)

本紙張尺度適用中國國家榡準（CNs )A4規格（2ΐ〇χ 297公垃） — 1223679 A7 B7 五、發明説明（ 經濟部中央標準局負工消费合作社印^ f參考，其發表-個最佳之方法來控制晶體 ， 率，作爲晶體直徑之函數。 々旋轉速 、，制單元55最好與至少―個：維照相機57组合 、 ^生長製程之-組參數；例如，照相機”是—個= 何，合裝置（CCD)照相機，像是具有768χ494像 ^ 《s〇nyXC_75CCD影像照相機；另—種適用之昭巧 =eilnsmartCamJE照相機；照相機η裝載在腔室2 ^ 固上，通常並對準軸47與熔體39在水位”之相交處 與，4);例如，晶體生長裝置23之操作者，將照相機^ 位在相對於大致垂直軸4 7約3 4度之角度上。 根據本發明，照相機57在晶體41拉;之前與之間 ㈣27内部之視覺影像：在拉出期間，由相_產生0 取好包含位於溶體39與晶體41介面之彎液面”: W二份：在-個較佳之實施例中，相機57配置—個能= 供相备見視野（例如，大約32〇毫米）之鏡頭（例如，Μ毫米 鏡頭可以是-個短距攝影鏡頭，以提供位 晶體41間介面更好之影像；在—個變化實施例中，手仙 包含兩個相機57，—個提供相對寬之視野以廣泛地觀察掛 部’而另—個提供一相對窄之視野以特定觀察溶 缸时把>丨面，在任—例子中，熔體39與晶體41基本上是 自行發光的，而相機57不需要外部錢；爲了簡明起見， 以下之敛述指向單一相機57。 k制早兀5 5處理來自相機5 7以及其他感應器之信號；例 如’溫度感應器61，像是光電池，可以用來測量溶體表面 -10- 、(請先閲讀背面之洼意事項再填寫本頁) -丁 、-口 .! fmk 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規; (210x 297公焓） 1223679 經消部中央標率局負工消费合作社印製 A7 -------------- a 7 五、發明説明（8 ) >皿度；控制單元55包含-個程式化之數位或類比電腦63 ^圖2)，用來控制，在其他事務之中，㈣驅動單元⑼， 單晶驅動單元51以及加熱電源供應器29，作爲製程信號泛 函數。 圖2以塊狀圖形式，説明控制單元55之一個較佳實施例 相機57經由連線65(例如，RS_17〇視訊電纜），傳送坩雜 27内部之視訊影像至視訊系統67 ;如圖2所示，視訊系錢 67包含一個視訊影像結構緩衝器“與一個影像處理器， 用來捕捉與處理視訊影像：例如，視訊系統67是^1〇〇 Imagi^atlon Frame Grabber或者⑽脇 cvs_4彻視訊系統 ，接著，視訊系統6 7透過連線75與可程式化邏輯控制器 (PLC)73聯繫：在—個較佳實施例中，似^係由德州裝 置（TI)所製造之Mc)del 575 PLC^M()del 545 PLC，而連線 75代表一個通説介面（例如，VME：f面介面）；視訊系統叨 也透過連線79(例如，RS]7〇RGB視訊電境）與視飢顯示器 77聯繫，來顯示由相機57所產生之視訊影像；可以理解的 ’視訊系統67可用包含其本身電腦（未*出）之特定系統作 成，或者可以用個人電腦63組合使用，來處理捕捉到之 像。 。 在圖2之説明用實施例中’ pLc 73透過連線85^列如， RSJ32接線）與電腦63聯繫，以及透過連線”㈠列如，& 485接線）與-個或多個製程輸入/輸出模組聯繫；根據本發 月私月自6 3用來規劃晶體生長製程自動化以及提供一個操 作者介面，该介面允許晶體生長裝置23之操作者能夠輸入 -11 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規格 (210x 297公發

1223679 A7 B7 、，且特足晶體生長所需之參數 农狂输入/輸出模組87提 五、發明説明（9 ) 供一個路徑到和從晶體生長裝置23，來控制生長製程；例 如，P L C 7 3自溫度感應器6 1收到關於溶體溫度之訊息， 並透過製程輸入/輸出模組8 7輸出一個控制訊號到加熱電源 供應器29，來控制熔體溫度因而控制了生長製程依pLC 73所用之特定控制器而定，通訊介面75可以是，例如，一 個定做之VME架，期包含一個額外之通訊板（例如，使用 RS-422序列式雙向PLC埠之M〇del 257i pr〇㈣㈤p㈣ Expander Module) ° 、現在參照圖3、坩鍋27有内表面91、外表面”以及大致 沿軸47之中心、線；掛鋼27之内表面91可以反玻璃化促進劑 塗覆並包括一底部部分95與側邊，或牆，部分97 ;如圖3 所示：物7之牆97之大致平行於軸”，其相交於底部 95 1近似幾何中心點；雖然所示之坩鍋”之幾何是較佳的 ’掛鋼27之特定幾何可以從所示之實施例變化得到，而仍 然在本發明之範圍之中。 在一個較佳之實施例中，添加之厚塊和/或顆粒狀多晶石夕 37,係加入掛鋼27以製備，溶體39 ;

5,588,993，也就是1996年 夫圏寻才J J日〈申请序號〇8/595,075，該 :明=處併爲參考，其描述了製備多晶碎添加物之適 ^万並’旦加人以後，將掛鋼27放置在晶體生長裝置23 上’ J口熱器31溶化多晶石夕37以形成石夕炫㈣；如圖”斤 Γ晶加物37部分溶化形成，因爲未溶固體 ^刀比溶切〈密度低，所以它們浮錢體3 9之 -12- 鼴— (請先閱讀背面之法意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局貝工消费合作社印製

木紙張尺度適用中國國家標隼（CNS) j A7 、、— -— __B7 五、發明説明（10 ) 一~ ~~—^ 上方表面上··如上所述，添加之多晶矽37在熔化期間可以移 ^或是其下方部分料，而留下未熔物質之掛鉤，通常 標示爲10 1，卡在熔體表面99上之坩鍋壁97。 再參照圖3，載器103位在連接坩鍋驅動單元49之可移動 基座105上，支撑坩鍋27 ;安置基座1〇5使得坩鍋”之底 =95靠近加熱器3丨之頂端，並漸漸地下降到加熱器3丨内之 空間中’·坩鍋驅動單元49將坩鍋27下降至加熱器31中之速 度，如同其他因子（例如，加熱功率，坩鍋旋轉以及系統壓 f )，會影響多晶矽37之熔化：sCz〇chralski方法中，在多 晶矽3 7加熱期間，清洗氣體3 5將不要之氣體，如以〇(幻， 吹出坩鍋27，通常，清洗氣體是一種惰性氣體，如氬氣。 如前所述，相機57裝載在腔室25之一個視窗中，並大致 對準介於軸4 7與熔體3 9表面9 9之間的交點上；當如此時， 相機57之光學軸107與軸47成一銳角$ (例如，β以5_34 度根據此發明，相機57最好提供一包含坩鍋27寬度之 視野；再者，適當之鏡頭與相機選擇，既能提供小晶種與 "員4所需之南解析度短距攝影影像，也能提供多晶矽添加 物3 7與晶體4 1較大主體部分之廣角視野。 經濟部中央標嗥局負工消費合作社印^ 圖4 ’自熔體3 9拉出之矽晶體4 1之分部圖，展示了緊接 著溶化與沾濕晶種4 3之後，晶體生長製程之後續狀態；如 圖所示，晶體4 1由具有直徑D，大致呈圓柱形之結晶矽主 體構成（也就是，矽錠）；應該理解的，剛長成之晶體，像 是晶體4 1，雖然其大致呈圓柱形，但是可能不具有均勻之 直徑；正因如此，直徑D在沿著軸4 7之不同軸向位置上， -13- 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規格（210X 297公' 1223679 經滴部中央標隼局員工消費合作社印製 A7 五、發明説明（11 ) 可能有輕微的變動；再者，直徑D在晶體生長之不同狀態（ 例如，晶種，頸部，冠部，肩部，主體與末端錐形），也會 有變動。 圖4也不出熔體39之表面99，其具有在晶體41與熔體39 間介面形成t液態彎液面5 9 ;如技術上所知，坩鍋2 7，特 別是牆9 7，在彎液面5 9上之反射，常是如鄰近彎液面5 9之 焭壤般之可見光；同樣地，熔體表面9 9在熔體-坩鍋介面形 成液態彎液面109，其如同亮環般出現在坩鍋壁叼邊；在 一個較佳之實施例中，相機57提供一視野，包括晶體“之 寬度以及至少彎液面59亮環之一部份；相機57(或另一個 相機^也提供一視野，包括坩鍋27之寬度以及至少彎液面 109¾環I一郅份；此外，寬視野使之能偵測熔體39之凍 結或結晶化之部分，稱做冰並一般地標示爲111 ;通常， 此種結晶化發生在_壁97與溶體洲介面上，並在溶體 表面99上生長且向晶體41前進。 現在參知、圖5 ’系統2丨，包括控制單元$ $根據流程圖 1 1 3知作，以提供晶體生長裝置2 3之閉路控制；從步驟 115開始’、相機57產生至少㈣27内部—部份之影像；視 訊系、洗67(結構缓衝器69，自相機”之視訊影像信號捕捉 〜像以便由〜像處理器7 1處理；如圖5所標示，可以預 』的可使用夕個相機5 7 ;例如視訊系統$ 7可以接收來自 一個以上晶體生長奘一 、、 袈置23义輸入，每一個具有至少一個裝 載在其視窗上之相趟^ 7 4 士 機57，根據本發明，視訊系統67個別處 理每一個生長裝置2 3之影像。 -14- 本紙張尺舰 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

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五、發明説明（U 自坩鍋2 7内部捕捉之影俊，立 ^ &丄 — 以像，每一個皆由一群像素構成， 母-個像素具有-個値，代表測得影像之光學特性；在此 :中，像素値，或灰階，對應於像素之強度；在視訊系統 技術中，邊緣定義爲影像中，在相對小之空間區域中，且 有相對大灰階變化之在步驟117中，影像處理器;; ，與PLC 73搭配操作，將影像以像素値之函數做處理，以 偵測影像中之邊緣；處理器最好進行數個副程式以分析影 像’包括邊緣偵測副程式，其分析在影像界定區域中. 階變化（以影像強度之函數）；各種用來發現 中邊緣之邊緣㈣算子，或演算法，已爲熟於此技者^ 悉；例如，適當之邊緣债測副程式包括Canny或H〇ugh演算 法；可以了解的，除了強度之外，影像之其他特性，如強 度梯度，顏色或對比，也可以用來光學地分辨在熔體 面99上之物體與溶體39本身；漂浮之固態多晶们7且有較 熔體39爲高之強度，因此’在固態，體介面看起來像有一 個階梯之變化。 作爲偵測步驟1 1 7之一部份，處理器7丨進行，例如，連 接性分析以歸類在影像中測得之邊緣，作爲它們在影像： 位置之函數（也就是，它們之座標）；以此方式，視訊系統 67(或電腦63)在影像中定義了—個或更多個物體；每二個 定義之物體：包含了—個或更多個像素，且代表在熔體表 面Γ二可見之固態砂之一部份；例如，界定之物體可以用 一個封閉方塊（也就是，環繞不規則形物體之最小長方形 ，以及其在影像中之座標來描述；或者，該界^物體可二 -15- 本纸張尺度剌+® @家料（CNS) 了 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

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1223679 經漪部中央標準局負工消费合作社印製 A7 五、發明説明（Η ) :時:：，：制系統必須依賴—操作員，在預設力， 表=二=了或假定炫化已經完全;藉由_ 算每個所展示之影像，視訊系統67能㈣ 母個衫像〈表面積;此可由邊緣偵測與 ^用f換像素成爲表面積來達成，·然後所餘添加物= 55f:l就可以用來提供溶化之速率，而後控制單天 5可用其速率來調整加熱器31之功率，以便達到所需之炫 H;此對應於現今自動化㈣中所使用之開路功率控 制，提供了熔化之閉路溫度控制。 =者’多晶扣之炫化速率提供了成晶（也

Si:在考广^之效應，是因爲通恤相較於 ^ ❹之旋轉速率；例如，㈣27在溶化時 轉此由Vpm旋轉’而在沾浸時以大约1〇_15，旋 因此，由廷源供應器29提供到加散 以旋轉速率之函數作變化。 〜 ^率’應孩 :見在參照圖6之實施例，整個融化狀態通常持續大約三到 在最初大約兩個小時之加熱期間之後，例如， 視訊系、.无67開始檢查掛鋼27之内部；在—個較佳之 中；相機57取得炫體表面99中心區域之 二 士抑能· A 〇 τ ”豕 已/則融化 内部之马傻例如’每-秒鐘）要求掛鋼27 内 〜像；在步驟129中，影像處理器71處理馬你 ^ 測浮在溶體39表面99上之未炫多晶石夕37之:，以（、 ，對應於未熔多晶矽3 7邊緣之像，4例中 素，相較於裱繞之炫體3 9 -17- 本紙張尺度適用中國國豕標準（CNS ) Λ4規格（210X297公^·"]---

1223679 A7 r> 13 / 五、發明説明（l5 ) :具有：顯較高之灰階’或像素値；換言之，溶體39看起 來較固毖多晶矽37爲暗；藉由偵測漂浮多晶矽37之邊緣， 視訊系統67在步驟131中，能夠得到漂浮多晶扣表面 ，大t)之近似量測；例如，視訊系統”決定-個參 數，從1 mm到150 mm2，標示漂浮多晶石夕37之大】。 例如，放置在影像上漂浮多晶石夕37周固之(―個框架或封 =塊，，義出固態未熔多晶豹7之大小；随著多晶扣 二=大小—直減少到零；控制單元55利用此測 爲▲在元成心自動提示:以此觀點，这化完全係視 =溶體39表面99上，最後—塊固態多晶梦37無 測到時（也就是，多晶梦添加物37完全橡化時）·基本上:、 熔化完成參數係一個是或否之數位指標。 ^別是，影像處理器71在步㈣丨；^檢視演算法 二在子：窗=興趣之區域將接續之框架相減，覆蓋： 不计〜像中任何不變之圖像（例如，已經固化在 ，出硬）；在此同時，影像處理器71保留了在 = 經 濟 部 中 -k 標 準 局 工 消 合 作 社 印 何亮度變化之敏感度；藉由相減副程式所得到之變化，： 示了浮在溶體39上之固態多晶豹7之形狀、位置 變化’表面波導致之《表面99 二 39:謙斤引起之局部《溫度之變化;對比== 體 値取好设定得夠鬲，以便剔除由表 。 化引起之變化，但是不至於高到漏失固態; ;藉由應用圓魏分析，例如，至差像，視訊二::】 __ -18- 本紙張尺度適用中國國家標導（CNS ) ---- 1223679 A7 經濟部中央標準局爲工消费合作社印¾ 五、發明説明（l6 ) ，影像變化所得到之高強度子區域;如果發現一個超過 ，疋強度與大小起始値之子區域，然後視訊系統67便報告 在：野中固態多晶，夕37之存在，並也報告一個經時間平均 所得之子區域大小。 „如果視訊系統6 7在步驟1 3 1中認定表面積仍未到達零， ，作接著到步驟133 :在步驟133中，PLC 73進行用來決定 夕晶石夕添加物37變化速率之副程式；固態多晶石夕37大小之 變化速率，係表示多晶扣之溶化速率，而且，因而關係 到熔皿度，例如，在一個較佳實施例中，影像處理器h 每—秒向PLC 73報告該速率：控制單元55利用此量測來操 k力率’以便控制在坩銷2 7中之溫度，並且因此，控制了 多晶矽37之熔化，爲回應在步驟133決定之熔化速率， PLC 73在步驟135爲加熱器31決定了一適當之功率値，然 後在步驟1 3 7中使加熱電源供應器29隨之調整。 ，相反地，在步驟131中表面積變成零之後，視訊系統67 増加個计數，其係紀錄從债測到最後一個固態多晶石夕η 後三連續框架之數目；一旦偵測到固態多晶矽Μ，則此技 術奋重设爲零；如果經過數個連續要求之影像（例如，每秒 3〇個影像爲一單位），都未债測到任何固態多晶梦37 ,炊 後影像處理器71便向PLC 73報告熔化完成，並且進行在 沾浸晶種43前之下一個狀態，步驟139之熔化穩定化。 以類似於在熔體表面99偵測漂浮多晶矽37之方式，可以 想到的，視訊系統67也可以用來觀測小石英片，其在接近 熔化狀態結束時會附在多晶矽37上；有時，此種石英片（常 -19- 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規掊（210X29?公筇了 ----------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

、1T 1223679 Μ 五、發明説明（17 ) ~ '~ ---

後可=徵疋極南灰階、相對尺寸較小(也就是，小於I ,灰ί二晶：塊37)及快速移動，在此例中，石英片係相 :辨二：f變化來與多晶矽37作區別；再者，希望能兴 ^ ^晶们7與漂浮之石英塊並得知其大小根據此發 =^ 7對_表面"進行持續之追縱，並報告可 -、鬼〈存革’遂可以想到的，例如，除了提示在熔 ^ ^有石英存在之外，石英之參數可提供石英大小 自1 mm到150 mm2之提示。 經濟部中央標準局员工消费合作社印¾ 、，發明之一個較佳實施例，一旦緣化階段完成，視 ㈣統67開始監測溶體之水位53 ;爲此應用之目的，溶體 水位53定義爲，從加熱器31頂端到熔體39表面μ之距離 ，並可用中心點C座標之函數來決定；最好由影像處理器7 ^ 來決疋指π熔體水位5 3之中心點c ;在此實施例中，在中 心點C之y座標與一參考値間之差，用來決定熔體水位μ ; 。。般可用I光學方法（例如，一裝載於腔室2 5之光束/偵測 器裝置）也可以用來決定熔體水位53 ;熔體水位”之決定 可用來，例如，藉由修正因子之計算與透過坩鍋D之上升 控制減少熔體水位53變動，以減少直徑量測之誤差；在一 個實例中，熔體水位參數表示之熔體水位範圍爲+/_乃瓜历。 系統21最好使用多組相機配置，其中廣角相機”取得熔 體-坩鍋介面之影像，而窄視野相機57取得熔體-晶體介面 之影像；以週期性之間隔，分別偵測這些介面（也就是，個 別之彎液面109與彎液面59)並且分別以，例如，一個橢圓 -20· 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規格（21〇Χ 297:¥"Υ 1223679 經濟部中央標準局一只工消费合作社印製 A7 五、發明説明（18 ) 來近似；然後每一個橢圓之寬度與中心點可用在公式中，其 導出相對於固定2軸原點之物質熔體水位53 ;該公式也使用 已知之相機角度，鏡頭焦距、感應器之取樣速率、以及至 坩鍋27與晶體41共轉軸47之距離；在生長製程中，當熔體 被生長之晶體消耗時，熔體水位5 3相對於坩鍋壁下降，·可 是，坩鍋上升以維持熔體水位53大致在相同之垂直位置。 通常歸屬於1995年6月2曰歸檔之申請序號08/459,765， 與通常歸屬於1996年3月21日歸檔之申請序號08/62〇，137， 該整個發明在此併爲參考，其個別描述一較佳之方法與系 統，用來準確並可靠地量測晶體直徑與熔體水位；除了晶 體直徑測量之外，坩鍋直徑測量在計算熔體水位53中也是 有用的，特別是在拉出晶體4丨之前；再者，此參數之準確 測量，減少了隨掛銷尺寸不同與每次製程中熱膨服所導致 之誤差；所以，視訊系統67偵測與處理熔體-坩鍋彎液面 109以及熔體-晶體彎液面59，以獲得坩鍋27之即時直徑 測。 如前所述’本發明之_個實施例包括溫度感應器6ι，用 來提供關於熔體3 9之訊息；熔體溫度通常直接或間接由， 於=39固定位置之次要感應器，像是溫度感應 裔6丨測仵，通常，此種感應器需要手動校正並且血法 與描_表面溫度；在一個變化之實施例中，視訊手： 6:取代溫度感應器61或除其之外，提供燦體溫度之訊息、， 來克服这些關於一般溫度感應器之缺陷。 根據本發明，展示多晶石夕添加物37所餘未溶部分之捕捉 -21 - I I- - - I - I 1 1 - - - - I - I...... n 請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

、1T 本紙張尺度適用中國國家標準 (CNS ) Λ4規拮（210x 297々i》T" 1223679 kl B7 五 經满部中央標準局员工消费合作社印裝 、發明説明（I9 β像，也提供關於熔體3 9溫度之訊息； _ ^ 田^體溶化其中之 —鬼非吊小多晶矽時，該固態-熔體介 抓a 於该固體之炫 ·、，、/皿度，固體中返離介面之區域，傾 夕、w仓, 、W於具有較熔點爲低 恤度；相反地，熔體中遠離介面之區域 炫點爲高之溫度。 向於具有較 在本發明中’假設非常小塊固態多晶砂37樣品之介面， =在溶化之前’具有接近㈣點之溫度（也就是，1414度 卜；1 687 κ);所以，本發明之—個較佳實施例，設定固^ 谷體介面之灰階等於較H然後可以用Μ㈣方程 二：根據兩個像素之強度比，來得到兩個像素間之橡體溫 .^ 」母個像素又熔體39溫度；影 ^理器71最好是’例如’每—秒向PLC 73報告溶體溫 度參數"空制電路55制此量測來操控該功率，以便控制 掛銷27中之溫度，並且，因而控制多晶$37之溫度，·本發 明供炫體表面99溫度之閉路控制，以獲得所需之沾浸溫度。 例如，視訊系統67處理在熔化期間，沾浸狀態之前所捕 捉《表面99之一群影像；—種中介過遽技術 filtenng technique)，例如，減少像素在像素間，特定範圍 ^強度擾動；在-個實施例中，視訊系統67忽視在固體_溶

Sa ;丨面之像素，以便更能分辨熔體表面9 9之像素與固態多 晶石夕3 7之像素。 L苇，在燦體3 9與浮在溶體表面9 9上，所觀測到最後一 塊多晶矽37間之介面上之灰階，大致是不變的，並定義爲 對應至矽之熔點溫度；環繞最後—塊多晶矽37之區域，比 -22- 本紙張尺度適用巾關家縣（CNS) (請先閱讀背面之法意事項_再填寫本頁}

經漪部中央標準局貝工消资合作社印製 1223679 ΑΊ r> 一 ______ D / 五、發明説明（2〇 ) 熔體表面之其餘部份爲暗（也就是説，其具有較低之灰階） ;因此，在捕捉影像中，熔體39對應於其餘像素之溫度， 可以根據以下之方程式來決定： (T/1687 K)=(GL/GLI)1/4 其中GLI是在熔體-固體介面，未熔多晶矽”之像素値，或 灰階，而GL是再影像中另一位置之像素値，或灰階。 再參考該例，該熔體溫度參數之範圍自1〇〇〇度(：至16〇〇 度c ;如果GLI*79(對應至1414度（：之溫度），而在熔體 表面99中心之GL!73，則在熔體中心之溫度大約是i38i 度C ;所以控制單元55最好增加由加熱電源供應器提供至 加熱器3 1之功率，以增加熔體39之溫度，因爲沾浸溫度要 近似於矽之熔點溫度。 、。可=了解的是，在熔化結束時坩鍋之轉速，通常與在沾 浸狀態開始時之坩鍋轉速不同；此差別應計入由於從熔體 表面之反射而導致強度之變動，其可能造成溫度之誤差； 另外，對IR敏感之相機可提供較佳之結果。 圖7以流程圖1 41之形式，説明根據本發明之一個較佳實 施例中系統2 1之操作；此外，圖7説明了控制單元5 5中， 用來執行流程圖1 4 1步驟之各種組件。 在操作中，系統21提供一個提示，何時多晶矽37之_部 份:像是圖3中所示之掛鉤1〇1，會靠在坩鍋壁叨上；更好 的疋，系統2 1不僅提供一個是/否之參數，説明掛鉤1 〇 !是 否存在，還，例如，藉由偵測掛勾在熔體表面9 9之反射， 提供掛勾大小之參數，自1 mm2到150 mm2 ;如此使控制 -------------- (請先閱讀背面之法意事項再填寫本頁)

1223679 經濟部中央標準局员工消费合作社印製 A7 五、發明説明（21 ) =元55能夠測量自掛釣1G1至㈣39中心之 可以決定在該次拉晶中，該掛鉤m之存在是否會 相機5 7追蹤之直徑；如前，偵測 曰9 此例中’由於掛釣101在溶體表面99上之固定位置 也就是，靠在掛鋼27之壁97卜、γ _ 土 97上），所以視訊系統67能夠分 辨來自掛鉤101之反射與其他反射。 =圖7所示’視訊系統67從步驟143開始，以像純之函 數處理所需I影像，以偵測影像中之邊緣；在步驟“ ，視訊系統67之影像處理器71也檢㈣銷27之轉速；相機 57最好寬廣視野，使視㈣統〇能要求溶體39上方盘掛鋼 壁m目交處全部寬度之影像；利用㈣之旋轉信號，視 訊系統67能夠要求在幾個已知坩鍋旋轉角度之影像，·此在 掛鋼27每-轉，提供了一次數位輸入脈衝至影像處理器η ;藉由在已知角度獲取影像，可以剔除來自㈣表面 之類之高對比反射，而可以確認來自掛鉤，像是掛鉤ι〇ι ，之反射。 在，驟147中，影像處理器71決定，偵測到之邊緣是否 歸類爲多晶矽37之懸塊，像是掛鉤1〇1 ;例如，如果測得 之邊緣歸類成一個確定大小與位置之物體（也就是，在坩鍋 -熔體介面或其上），而且該物體以坩鍋轉速之函數；週期 性地重複自身，則視訊系統6 7確認該物體爲掛鉤並進行步 驟1 4 9 ;在步驟1 4 9中，影像處理器7 ；[計算掛鉤} 〇丨之大約 表面積。 此外’視訊系統6 7在步驟1 5 1中，偵測影像中之邊緣， 24- ^纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規格（210X297^^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ·§ 訂 1223679 A7 ---- —__ 2 7 五、發明説明（22 ) ' 來確認在料__介面可見之f液面1Q9 ;藉㈣測彎液 ，1〇9 ,影像處理器71決定坩鍋27之寬度，並且因此，決 疋其中心··在步驟153中，影像處理器71根據掛鉤101之表 面積，提供自熔體39中心至掛鉤1〇1距離之測量；然後進 仃至步驟155，如果自掛鉤1〇1到熔體39中心之距離少於 預设之距離（例如，4〇 mm)，就在步驟157中pLc乃執行 :鉤程式；有利地，該掛鉤程式命令控制元55如何控制晶 月且生長裝置2 3，以如此方式倒置掛鉤工〇丨溶化：另一方面， =步驟1 5 9所tf，如果在步驟丨4 7未測到掛鉤或是掛鉤不可 旎造成干擾（也就是，其離熔體中心4〇 mm以上）。”不 動作。 至於印體生長製程之沾浸狀態，視訊系統6 7也偵測何時 晶種43接觸熔體39之上方表面99 ;通常，晶體驅動單元 5 1使晶種43向下行進，直到它接觸熔體表面99 ;有利地， 視訊系統67之影像處理工具偵測在熔體表面99上晶種枸之 射並/則里兩者間之距離；當晶種4 3靠近熔體3 9時，該 反射會漸漸與晶種43本身之圖像分不清楚：當該反射已經= 經濟部中央標準局貝工消费合作社印製 全消失時，晶體-熔體之接觸便已發生；彎液面59，其在熔 體39上（晶種_溶體介面形成，提供了接觸之一個次要提示。 圖8以流程圖161之形式，説明了根據一個較佳實施例中 系統21之操作；此外，圖8説明了用來執行流程圖“ ，控制單元5 5之各種組件。 在操作中，系統21提供一個何時晶種43接觸熔體^之提 示：如圖8所示，視訊系統67自步驟163開始，以像素値之 -25- 本紙張尺度刺巾g _:縣（cns ) λ规 1223679 Α7 U / 五 、發明説明（23 經满部中央標準局貝工消费合作社印裂 函數處理所要求之影像，來偵測影像中之邊緣；特別是， 2系統67之影像處理器川貞_於晶種43與其截面在溶 二，面99上反射之邊緣；在步驟165中，影像處理器川艮 據在所得影像中測得之邊緣，提供自晶種43至溶體39距離 〈測量；例如，該晶種-溶體距離參數之範圍爲〇_5〇〇麵 "艮據本發明，視訊系統67，例如，每HpLc ”報 告晶種-溶體之距離。 進行至步驟167，PLC 73決定何時晶種43會到達距熔體 :面99 一個預設之距離(例如，2〇叫；如果晶種43距離 表面99大於20 mm，則操作進行至步驟169 ;在步驟169 中，PLC 73使晶體驅動單元51以相當高之速度（例如， ㈣随/小時）’繼續下降晶種Μ ;另一方面，當晶種43 距離表面Μ少於2〇 mm時，PLC 73在步驟ι?ι中，使晶 體驅動單元51減少晶種43之速度，到—個相當低之速度（ 例如，20 mm /小時）。 乐接著步驟171，pLC 73進行至步驟173，來決定晶種 43與熔體39之距離是否爲零；如果不是，晶體驅動單元η 以相同之速度繼續下降晶種43 ;可是，—旦該距離變爲零 時，PLC 73在步驟175中，使晶體驅動單元51停止；在步 驟1 7 7中兀成沾/文穩定化副程式之I，p L c 7 3在步驟i 7 9 決定晶種43與熔體39是否接觸；基本上，該晶種_熔體接 觸參數是—個數位式是或否之指示；舉例而言，晶種體 =接觸可以用表面99上晶種_熔體介面處彎液面59之存在 知知，方疋如此，P L C 7 3接著操作開始步驟丨8 2之頸部生 本纸張尺度適用中國國家標準（cns ) §! (請先閲讀背面之注意事項蒋填寫本頁) 、1Τ * ' I i - - I -: I · · -26- 經濟部中央標準局月工消费合作社印¾ 1223679 五、發明説明（24 ) 長；反過來説，如果晶種-熔體接觸尚未達到，則pLc Μ 在步驟183中下令再沾浸晶種4 3。 作爲根據圖8視訊系統67操作之例，影像處理器71使用 一個水平搜尋測徑器（h〇nz〇ntal search callper)，來偵測何 時晶種43之柱體自上方進入視野，並記錄此事件；接著， 〜像處理器7 1使用配置在測得晶種4 3水平位置之垂直搜尋 測徑器，影像處理器7 1最好應用此垂直測徑器至該影像， 來尋找晶種43之底部邊緣；之後，影像處理器川使用柱體 與尖端測徑器，來監測晶種43向熔體39之下移；根據尖端 在每一個連續得到框架之位置，影像處理器71將晶種高度 減去此刻估計之熔體表面高度，以得到此刻晶種-熔體距離。 再參考此例，當估計之晶種-熔體距離落至一起始値之下 時，影像處理器7 1使用一新的垂直搜尋測徑器來偵測並追 蹤晶種43在熔體表面99之反射；藉由監測該反射之垂直位 置以及尖鲕位置，影像處理器7丨能夠得到在熔體表面9 9上 、，晶種43距離較準確之估計；再者，追蹤該反射也提供了 邊緣對比起始値之資料，以供偵測何時晶種4 3與熔體3 9接 觸之用。 。取後，當晶種4 3開始與本身之反射分不清時，影像處理 益71應用一對測徑器，其搜尋方向爲45度與-45度，且就 位於晶種43之尖端上方；當晶種43剛碰到熔體39之表面 "時’這些測徑器偵測彎液面59之最初出現；特別是，影 像處理器7 1監測由這些測徑器測得之邊緣，直到兩個測徑 态同時觀察到一邊緣對比，其超過先前由晶種反射產生之 -27. 本纸張尺度適用中國國家榡準 (請先閱讀背面之注意事項·再填寫本頁)

(CNS ) Λ4規祐（210x 297々々; 經濟部中央標準局只工消费合作社印製 1223679 Α7 五、發明説明（25 ) ' 最大對比’备此種情形發生時，影像處理器71向p l c 7 3 報口卵種-熔體接觸；之後，影像處理器7丨進行至使用新形 成之^液面59來追蹤晶體直徑並估計熔體水位53。 、在w 生長 < 拉出狀態期間，影像處理器7丨最好進行數 ^式邊緣偵測’來定位沿著彎液面59亮環内或外側之至少 一』座‘ ·因爲已知晶體4丨與彎液面5 9之截面通常是圓形 所以由〜像處理器7丨測得之亮環邊緣座標假設爲橢圓形 ，再轉換與映射爲圓形；在一個變化之方法中，該邊緣座 標可藉由補償因相機57裝載角度導致之扭曲，來映射成圓 形：所著，19S7年出版之數位影像處理 (Digital lmage Processing)中第％至“頁，在此列爲參考文 獻，，發表了數學〈轉換，用來補償關於三維物體因相機位 置導致I技射扭曲；此種轉換可依用來從一個扭曲之橢圓 形中，萃取出圓形來；再者，一般歸屬於1995年11月14 曰歸檔，序號〇8/558,609,其整個發明在此處併爲參考，其 4田述了一種典扭曲相機，用於取得彎液面5 9之影像，而無 需複雜之數學轉換。 如上所述’ 一般歸屬於申請序號〇8/459,765與〇8/62〇，137 個別發表一個較佳之方法與系統，用來準確而可靠地測量 晶體直徑：關於直徑之測量，影像處理器71根據影像測得之 光學特性，來決定沿灣液面5 9亮環内側與外側之邊緣座標 ;然後影像處理器7丨根據測得之邊緣，決定晶體41之直徑 :例如，在一個實施例中，該直徑參數之範圍爲〇_32〇 mm。 在一個I父佳之實施例中，控制單元5 5之p L c 7 3回應決 -28- 本纸張尺度I用國^ {請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} .1 、1Τ 1223679 Α7 Β7 五、發明説明（26 ) 疋<♦晶體41直徑，來控制坩鍋27與晶體41旋轉之速率， 乂及自溶體39中拉出晶體41之速率，和/或嫁體39之溫产 ’其並回應熔體水位53之決定，來控制坩鍋27之高度，因 而控制晶體生長裝置2 3 ;如此，便進行了閉路控制來維持 頸部直徑。 在直徑量測中之一個變動來源是，亮環之寬度隨由液態 為液面5 9暴路並表射之掛鋼2 7熱壁南度而變；當溶體3 9消 耗時里環之寬度增加’其使得晶體4 1顯得較大，而可能 造成所生長之實際晶體4 1不夠大；因此，作爲一個例子， 除了偵測在熔體3 9與亮環間之邊緣外，也做在晶體41與亮 環間之邊緣偵測，其可用來提供亮環寬度之測量；再者， 液態彎液面59之數學模擬，其計入關於坩鍋壁高度之反射 特性，可提供亮環寬度之測量。 經濟部中央標準局貝工消费合作社印製 (請先閱讀背面之注意事項異填寫本頁) 除了監測生長晶體4 1之直徑外，系統2 1更有利地藉由維 持生長速率大致不變，來提供均勻之晶體品質；爲達到此 站之一個想到之方法爲，重解相對於由頂端熔體表面9 9定 我平面’’背、液面59之高度和/或角度；然後爲回應這些參數 中一個或兩者之變化，控制單元5 5可以調整晶體生長製程 來維持其相當地不變。 再者’彎液面5 9之邊緣座標可用來偵測晶體直徑中，相 關於晶體驅動單元5丨旋轉晶體4丨（如一般歸屬於申請序號 08/459,765與〇8/62〇，137所述）速率之週期性的偏離；如現今 技術中所知，通常平行於垂直軸47並沿晶體41主體分隔之 斷面（facet)，或嗜線（hablt Une)，提示了零缺陷之生長；該 -29-

本紙張尺度刺㈣10X 經濟部中央標準局貝工消费合作社印製 1223679 A7 --— _ B7 五、發明説明（27 ) — 嗜、、泉或稱作生長線’以渦狀（dimple-like)圖樣出現在晶體 41截面t周緣；正因如此，當晶體41以已知速率旋轉時， 預期嗜線在影像上特定感興趣之區域，例如，< 丨〇 〇〉晶向 的以轉速之四倍速出現，<〇〇1>晶向的以轉速之二倍速出 現；如此，影像處理器7丨能夠確認晶體41之零缺陷生長； 回應視訊系統67測得失去了零缺陷生長，控制單元5 5就啓 動重新溶化。 、斷面在日％冠開始時常常變得高度可見，而零缺陷檢測在 王體生長最初大約一吋（2 54 cm)並不需要；在一較佳實 施例中，視訊系統67根據嗜線之對稱性與直徑於給定之晶 aa旋轉速率下’在預期角度位置之週期性偏離，來監測零 缺P曰之生長’如果失去了零缺陷生長，則第一個可見之訊 息爲斷面對稱性之消失，其會突然-起消失而該主體會變 成-㈣形無斷面之柱體；視訊系統67週期性地評估晶體 在熔體表面99所定義平面上之二維截面，之後並且分析 關於此截面之對稱性喪失和/或斷面界定喪失每一個評估 之截面包括晶體41平均直徑之估計，以及從此平均値所得 之截面偏離，作爲對晶體41中心轴47之圓柱角之函數。 根據-個較佳實施例，系統21也提供冰ιη形成之_ 與控制（也就是，炫體表面域化多“之 ，常次於㈣壁97而發生在接近主體生長末期或在底部: 長期間）；如前，偵測係'祕灰階中之劇烈變化；可是，在 此例中，因爲冰⑴在溶體表面99上固定之位置（也就是， 通常貼近掛銷27之壁97) ’視訊系統67能夠從其他物體或 -30- 本紙張尺度適用中國國家彳) Λ^1Γΰϊό^^7；> i< ^ (請先閲讀背面之法意事項荐填寫本頁)

1223679 Μ -*—--一 _____ Β7 五、發明説明（28 ) 反射中，分辨出冰1 1 1之存在。 圖9以流程圖1 8 5之形式，％ RE1 7 h A , 、 飞説月了根據一個較佳實施例中 '、統。〈操作；此外，圖9説明了用執行流程圖185步樣， 控制單元5 5之各種組件。 ' 、在操作巾，I统21提供_個提#，關於在晶體生長製程 拉晶狀態期間，何時多晶石夕3 7之一部份，像是如圖4所于 I結晶多晶石夕，稱作冰U1，附在掛鋼壁97上；有利地， 系統2 1不僅提供-個是/否之參數來指示冰ιη是否存在， 也，例如，藉由偵測其在熔體表面99上之存在，提供一個 冰之大小自1 mm2到150 mm2之參數；這使得控制單元。 能夠測量自冰1U至晶體41之距離，如此其可以決定冰 =1炙存在，於孩次生長中是否可能影響晶體之生長；如 則，偵測係基於灰階中之劇烈變化；可是，在此例中，因 爲冰111在熔體表面99上固定之位置（也就是，通常貼近坩 鍋27之壁97)，視訊系統67能夠從其他物體或反射中，分 辨出冰1 1 1之存在。 如圖9所示，視訊系統6 7從步驟丨8 7開始，以像素値之函 數處理所需之影像，以偵測影像中之邊緣；在步驟丨8 9中 ，視訊系統67之影像處理器71也檢視坩鍋27之轉速；如前 ，相機5 7最好寬廣視野，使視訊系統6 7能要求熔體3 9上方 與坩鍋27壁97相交處全部寬度之影像；因此，利用坩鍋之 旋轉信號，視訊系統6 7能夠要求在幾個已知坩鍋旋轉角度 之影像；此在坩鍋27每一轉，提供了 一次數位輸入脈衝至 影像處理器7 1 ;藉由在已知角度獲取影像，可以剔除來自 -31 - 本纸張尺度^(CNS 21GX2&^-) -- in mm— (請先閱讀背面之注意事項*再填寫本頁) 、11 經漪部中央標準局只工消費合作社印製 1223679 A7 五、發明説明（29 ) 溶體表面99與之類之高對比反射，而可以確認冰111之存 在。 在步驟1 9 1中，影像處理器7 1決定，偵測到之邊緣是否 歸類爲多晶豹7之結晶塊，像是冰⑴；例如，如果測得 之邊緣歸類成-個確定大小與位置之物體（也就是，在㈣ 溶’丨面）而且该物體以坩鍋轉速之函數，週期性地重 複自身，則視訊系統67確認該物體爲冰並進行步驟〗93 ; 在步驟193中，影像處理器7 1計算冰111之大約表面積。 經满部中央標準局貝工消费合作社印製 (請先閱讀背面之注意事項*再填寫本瓦) 此外，視訊系統67在步驟195中，偵測影像中之邊緣， 來確認在㈣-_介面可見之f液面59 ;藉由偵測彎液面 59，影像處理器71決定晶體41之寬度；在步驟μ?中，影 像處理斋7 1根據冰！ n之表面積，提供自晶體* ^至冰⑴ 距離之測里，然後進行至步驟i 9 9，如果自冰1 1 1到晶體 41之距離少於預設之距離（例如，25叫，就在步驟2〇ι 中PLC 73執行冰程式，有利地，如果冰iu太靠近晶體41 ，孩冰程式命令控制單元55暫停或終止操作；也可以想到 的，在特定情形中，該冰程式命令控制單元55進行補救量 測；例如，如果在該次拉晶初期偵測到冰ln，則冰程式 使加熱電源供應器增加提供至坩鍋27之埶量，以熔化結曰 之石夕，並使晶體驅動單元51減低拉出速率，來補^增力^ 量造成之較小晶體直徑；另一方面，如步驟2〇3所示，如 果在步驟191未測到冰⑴或是冰ln不可能造成干擾（也 就是，其離晶體41有25 mm以上），pLc 73不動作。 再者，應了解的是，除了完全熔化、熔化速率、溫度、 -32- 本紙張尺度適用中國國家榡準（CNS ) Λ4^ ( 210χ7^^''Γ~' Λ7 、發明説明（3〇 冰或掛鉤距離、晶體直徑、熔 失之外，本發明之視訊萃 " '"以及零缺陷生長之喪 長參數，像&、主 $ ,、、、、 7也可以用來決定其他晶體生 …疋d缝隙或熔體縫隙及傳導流。 =上㈣中，可以看到本發明之幾個目的已經達成， 獲致其餘有利之結果。 、、：在上述之头1構與方法中作各種變化’而未偏離本 發明之|&圍’其意指所有包含在以上敛述威示於附圖中之 事物，將被視爲説明而非指限制。 §! (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 、11 經濟部中央標準局员工消贽合作社印製 -33- 本紙張尺度適用中國國象標準（CNS )八4規祐（210X297々^

Claims (1)

1223679 第087111594號專利申請案 中文申清專利範圍替換本(93年4月） --------- 申請專利範圍 1· 一種閉路控制方法，係與生長矽單晶之裝置組合使用， 居曰曰骨豆生長裝置具有一加熱坩鍋，係用於熔化固態矽以 形成一熔體，而該單晶係由此拉出，該熔體具有一上方 表面，其上暴露未熔之矽，直至其熔化為止，該方法包 含下列步驟： 各以一相機產生坩鍋内部部分之影像，該影像每一個包 "群像素，孩像素每一個具有一代表該影像光學特性 之值； 以像素值<函數處理該影像，以偵測影像中之邊緣； ―將偵測之影像歸類，以作為影像中位置之函數，俾界 定在〜像中之物體’該界定物體每一個包含一個或更多 、象素而且至少一個該界定物體代表熔體表面上可見 之固態碎之一部份；

裝 玎 ，於多數個矽單晶成長階段，包含熔化多晶矽、熔化完 =土曰Θ種溶化接觸間、晶種溶化接觸或單晶生長等階段

:::據界定物體決定至少-個參數，代表晶體生長裝 置又條件；及 控制晶體生長裝置以回應該決定參數。 2·如申請專利範圍第1項 @ S ^万法其中孩處理步驟包括將連 ::相：，以產生差像，其辨識自-個影像至下-個 =化’並將其中在差像中之測得邊 表炫體表面上可見固初之一部份之定義抑。疋我代 3·如申請專利範圍第2項之方法，其還包括-；驟，該步驟

:以在差像中定義物體内之像素數目之函數， 表面上可見固態矽之一部份之大約尺寸。 且 4. 如申請專利範圍第3項之方法，其中該參 ^一《化完成參數’其代表在料中切已大^ 化，該熔化完成參數係在炫f矣 大小趨近零之函數 "表面上可見固態㈣分之 5. 如申請專利範圍第3項之方法，其 :定-個參數，其代表在 率#贿化速率參數係定義物體大小相對於時間變化之 ^數，而料義物體係代表在溶體表面上可見固態石夕部 6. 如中請專利範圍第丨項之方法， 據在影像中測得之邊緣，偵測一:二 = 邵分間之介面；以及其中該參數決定步 驟。括’決疋一個熔體溫度參數， 同位置之溶體溫度；該橡體溫度參數係影像中= 體與固態矽部分間介面之至少巾郝近熔 如中請專利範固第丨項之料，其^處:值函數。 據:像中測得之邊緣’偵測位於炫體與掛鍋:之！ ::驟面:並且還包括偵測何—近掛鋼内； 8::==方法，其還_義— ，決定-個掛釣距離參數決定步驟包括 子致其代表自坩鍋中心至鄰 1223679 A8 B8 C8

鍋内壁所測得之固態矽部分間之距離；該 物體中至少-個像素位置相對於對應至= 勺{素位置〈函數’而該定義物體係代表 内壁測得之固態碎部分。 $ 9.如申請專利範圍第7項之方法，其中該處理步驟包 據在影像中測得之邊緣’读測一個晶體彎液面，該晶體 彎液面係當單晶自熔體拉出時鄰近單晶可見，以及立中 該參數決定步驟包拾，決定_個冰距離參數，農代表自 鄰近㈣内壁測得之固詩部分至晶體f液面之距離1 冰距離參數係在定義物體中至少—個像素位置相對於在 .晶m面邊緣之至少-個像素位置之函數，而該定義 物體係代表鄰近坩鍋内壁測得之固態矽部分。 10·如申請專利範圍第i項之方法，其中該單晶係由一晶種沾 /又進入熔S豆《後並拉出而生成，至少一個該定義物體係 代表晶種於晶種接觸熔體之前，.在熔體表面可見之反射 ;以及還包括以定義物體中像素數目之函數，決定該晶 種反射大約尺寸之步驟，及以晶種在㈣表面之反射尺 寸 < 函數趨近於零，來決定一個晶種-到-熔體接觸參數 ’其代表晶種接觸溶體表面。 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐)

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