(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
キャビティと、
前記キャビティ内に配置され、種晶を引き上げるために使用される結晶引上げロッドと、
前記キャビティ内に配置され、溶融体を包含するために使用されるるつぼと、
前記キャビティ内に配置され、前記るつぼの周囲に位置して、前記溶融体を加熱するために使用される加熱装置と、
前記キャビティ内に配置され、前記るつぼの上方に位置する断熱カバーと、
前記断熱カバーの底面上に設置され、互いに反対側にある第１上部及び第１底部を有し、前記第１上部の延在方向が、前記第１底部に垂直な表面に対して刃先角を有する第１導光プローブであって、前記第１上部は前記断熱カバーの内壁に接し、前記第１底部は前記断熱カバーの底面から突出する第１導光プローブと、
前記キャビティの外側に配置され、前記断熱カバーの上方に位置し、前記第１上部の画像を取得するために使用される画像取得装置と
を備えている結晶成長装置。
【請求項２】
前記第１導光プローブが石英、黒鉛、またはシリコンを含む、請求項１に記載の結晶成長装置。
【請求項３】
前記キャビティ内に配置された断熱装置をさらに備え、前記加熱装置が該断熱装置と前記るつぼとの間に位置する、請求項１または２に記載の結晶成長装置。
【請求項４】
断熱カバーの底面と、るつぼ内の溶融体の表面との間のギャップを測定するように構成されたメルトギャップ測定装置であって、
前記断熱カバーの底面上に設置され、互いに反対側にある第１上部及び第１底部を有し、前記第１上部の延在方向が、前記第１底部に垂直な表面に対して刃先角を有する第１導光プローブであって、前記第１上部は前記断熱カバーの内壁に接し、前記第１底部は前記断熱カバーの底面から突出する第１導光プローブと、
前記断熱カバーの上方に配置され、前記第１上部の画像を取得するために使用される画像取得装置と
を備えているメルトギャップ測定装置。
【請求項５】
前記第１導光プローブの材料が、石英、黒鉛、またはシリコンを含む、請求項４に記載のメルトギャップ測定装置。
【請求項６】
前記断熱カバーの底面上に設置され、互いに反対側にある第２上部及び第２底部を有する第２導光プローブをさらに備え、前記第２上部は前記断熱カバーの内壁に接し、前記第２底部は前記断熱カバーの底面から突出し、前記第２導光プローブの前記断熱カバーの底面から突出する部分の高さが、前記第１導光プローブの前記断熱カバーの底面から突出する部分の高さよりも低い、請求項４または５に記載のメルトギャップ測定装置。
【請求項７】
断熱カバーと、るつぼ内の溶融体の表面との間のギャップを測定するためのメルトギャップ測定方法であって、
前記るつぼと前記断熱カバーとの間のギャップを低減する工程中に、前記断熱カバーの底面上に設置され、互いに反対側にある第１上部及び第１底部を有し、前記第１上部の延在方向が、前記第１底部に垂直な表面に対して刃先角を有する第１導光プローブの前記第１上部の画像を、画像取得装置を用いることによって取得し、前記取得した画像を分析して、前記第１導光プローブが前記溶融体の表面に接触しているか否かを判定するステップと、
前記取得した画像の前記分析により、前記第１導光プローブが前記溶融体の表面に接触しているものと判定された際に、前記るつぼと前記断熱カバーとの間のギャップを低減することを中止するステップと
を含むメルトギャップ測定方法。
【請求項８】
前記断熱カバーの底面上に配置された第２導光プローブの画像を、前記画像取得装置を用いることによって取得するステップであって、前記第２導光プローブの前記断熱カバーの底面から突出する部分の高さが、前記第１導光プローブの前記断熱カバーの底面から突出する部分の高さよりも低いステップと、
前記るつぼと前記断熱カバーとの間のギャップを制御して、前記取得した画像を分析した際に、前記第１導光プローブは前記溶融体の表面に接触していないが、前記第２導光プローブは前記溶融体の表面に接触しているという判定結果を得るステップと
をさらに含む、請求項７に記載のメルトギャップ測定方法。
【請求項９】
前記取得した画像を分析して、前記第１導光プローブが前記溶融体の表面に接触しているか否かを判定するステップが、
前記第１導光プローブの色変化または輝度変化の量が閾値を超えているか否かを判定するステップを含む、請求項７または８に記載のメルトギャップ測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体の結晶成長測定装置及び結晶成長測定方法に指向したものであり、特に、断熱カバーと原材料溶融体との間のギャップを測定する装置及び方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体産業は力強く発展して来ており、シリコンウェハーは半導体産業の最も重要な必需品である。シリコンウェハーの成長法は、フローティングゾーン（浮遊帯域溶融）法、レーザー加熱ペデスタル成長法、チョクラルスキー（Czochralski）法（ＣＺ法）等を含む。その中で、ＣＺ法は、より良好な経済的利益を有することにより、大型ウェハー向けの現在の主要な成長法である。
【０００３】
ＣＺ法を利用することによる単結晶の成長中には、減圧下で不活性雰囲気に維持されたチャンバ内のるつぼ内に保持されたシリコンの原材料溶融体中に種晶を浸漬させ、浸漬させた種晶を徐々に引き上げ、これにより単結晶シリコンを種晶の下に成長させる。これに加えて、ＣＺ法では、円筒形または逆円錐形の断熱カバーを単結晶シリコンの周囲に配置して放射熱を絶縁して、成長した単結晶シリコンの温度勾配を制御しなければならない。従って、成長した単結晶シリコンは、高温の温度勾配下で効果的に増加することができ、このことは無欠陥の結晶を迅速に得ることに寄与する。
【０００４】
単結晶の温度勾配を正確に制御するためには、断熱カバーとるつぼ内のシリコンの原材料溶融体の表面との間のギャップを正確に所定距離内に制御しなければならない。しかし、現在用いられている人間の眼による視覚的監視方法については、この方法は通常、大きな誤差、過度の温度勾配、及び破損をもたらし、これらは、例えば貧弱な結晶品質のような問題を生じさせる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、断熱カバーとるつぼ内の原材料溶融体の表面との間のギャップを測定するための、第１導光プローブ及び画像取得装置を含むメルトギャップ測定装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、メルトギャップ測定装置を用いることによって、断熱カバーの底面が融除されることを防止するように断熱カバーと溶融体との間のギャップを制御することができる結晶成長装置を提供する。
【０００７】
本発明は、画像取得装置を用いることによって第１導光プローブの画像の変化を取得して、るつぼと断熱カバーとの相対位置を制御することができるメルトギャップ測定方法を提供する。
【０００８】
本発明の好適例によれば、メルトギャップ測定装置が提供される。このメルトギャップ測定装置を用いて、断熱カバーの底面とるつぼ内の原材料溶融体の表面との間のギャップを測定する。このメルトギャップ測定装置は、第１導光プローブ及び画像取得装置を含む。第１導光プローブは、互いに反対側にある第１上部及び第１底部を有する。第１上部は断熱カバーの内壁に接し、第１底部は断熱カバーの底面から突出する。画像取得装置は断熱カバーの上方に配置され、第１上部の画像を取得するために使用される。
【０００９】
本発明の好適例によれば、結晶成長装置が提供される。この結晶成長装置は、キャビティ、キャビティ、結晶引上げロッド、るつぼ、加熱装置、断熱カバー、第１導光プローブ、及び画像取得装置を含む。結晶引上げロッドはキャビティ内に配置され、種晶を引き上げるために使用される。るつぼはキャビティ内に配置され、溶融体を包含するために使用される。加熱装置はキャビティ内に配置され、るつぼの周囲に位置して溶融体を加熱するために使用される。断熱カバーはキャビティ内に配置され、るつぼの上方に位置する。第１導光プローブは断熱カバーの底面上に設置され、互いに反対側にある第１上部及び第１底部を有する。第１上部は断熱カバーの内壁に接し、第１底部は断熱カバーの底面から突出する。画像取得装置はキャビティの外側に配置され、断熱カバーの上方に位置し、第１上部の画像を取得するために使用される。
【００１０】
本発明の好適例によれば、断熱カバーの底面とるつぼ内の原材料溶融体の表面との間のギャップを測定するように構成されたメルトギャップ測定方法が提供される。このメルトギャップ測定方法は、るつぼと断熱カバーとの間のギャップを低減する工程中に、断熱カバーの底面上に設置された第１導光プローブの画像を、画像取得装置を用いることによって取得し、取得した画像を分析して、第１導光プローブが溶融体の表面に接触しているか否かを判定するステップと、取得した画像の分析により、第１導光プローブが溶融体の表面に接触しているものと判定された際に、るつぼと断熱カバーとの間のギャップを低減することを中止するステップとを含む。
【００１１】
本発明の好適例では、第１上部が球形、棒状、または平板状である。
【００１２】
本発明の好適例では、第１導光プローブの材料が石英、黒鉛、またはシリコンを含む。
【００１３】
本発明の好適例では、上記メルトギャップ測定装置が第２導光プローブをさらに含む。この第２導光プローブは断熱カバーの底面上に設置され、互いに反対側にある第２上部及び第２底部を有する。第２上部は断熱カバーの内壁に接し、第２底部は断熱カバーの底面から突出する。第２導光プローブの断熱カバーの底面から突出する部分の高さは、第１導光ブロー部の断熱カバーの底面から突出する部分の高さよりも低い。
【００１４】
本発明の好適例では、上記結晶成長装置が、キャビティ内に配置された断熱装置をさらに含む。上記加熱装置は、この断熱装置とるつぼとの間に位置する。
【００１５】
本発明の好適例では、上記メルトギャップ測定方法が、断熱カバーの底面上に配置された第２導光プローブの画像を、画像取得装置を用いることによって取得するステップであって、第２導光プローブの断熱カバーの底面から突出する部分の高さが、第１導光プローブの断熱カバーの底面から突出する部分の高さよりも低いステップと、るつぼと断熱カバーとの間のギャップを制御して、取得した画像を分析した際に、第１導光プローブは溶融体の表面に接触していないが、第２導光プローブは溶融体の表面に接触しているという判定結果を得るステップとをさらに含む。
【００１６】
本発明の好適例では、取得した画像を分析して、第１導光プローブが溶融体の表面に接触しているか否かを判定するステップが、第１導光プローブの色変化または輝度変化の量が閾値を超えているか否かを判定するステップを含む。
【発明の効果】
【００１７】
要約すれば、本発明のメルトギャップ測定装置を用いて、断熱カバーの底面とるつぼ内の原材料溶融体の表面との間のギャップを測定する。導光プローブが溶融体の表面に接触すると、導光プローブの外観が変化する。導光プローブの外観の変化を画像取得装置によって取得し、これに応じて、るつぼと断熱カバーとの相対位置を相応に調整する。これにより、断熱カバーの底面と原材料溶融体の表面との間のギャップを所定範囲内に維持することができる。画像取得装置の監視により、本発明は、人間の眼による視覚的監視に起因する誤差を回避することを実現して、成長した結晶の品質を高め、生産効率を向上させることができる。
【００１８】
添付した図面は、本発明のさらなる理解をもたらすために含め、本明細書に含まれ、本明細書の一部を構成する。これらの図面は本発明の実施形態を例示し、その説明と共に、本発明の原理を説明する働きをする。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施形態によるメルトギャップ測定装置を例示する概略図である。
【図２】本発明の実施形態によるメルトギャップ測定装置の要素の一部分を例示する概略図である。
【図３Ａ】本発明の他の実施形態によるメルトギャップ測定装置の要素の一部を例示する概略図である。
【図３Ｂ】図３Ａに示すメルトギャップ測定装置の要素の一部を例示する概略断面図である。
【図４】図３Ａに示すメルトギャップ測定装置の要素の一部の導光プローブのうち１つを例示する概略図である。
【図５】本発明の実施形態による結晶成長装置を例示する概略図である。
【図６】本発明の実施形態によるメルトギャップ測定方法を例示するフローチャートである。
【図７】本発明の他の実施形態によるメルトギャップ測定装置を例示する概略図である。
【図８】本発明の他の実施形態によるメルトギャップ測定方法を例示するフローチャートである。
【図９】本発明のさらに他の実施形態によるメルトギャップ測定方法を例示するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１は、本発明の実施形態によるメルトギャップ測定装置を例示する概略図である。本実施形態では、メルトギャップ測定装置１００が、断熱カバー１２０とるつぼ１１０内の溶融体１５０の表面との間のギャップＤを測定するように構成されている。メルトギャップ測定装置１００は、第１導光プローブ１３０及び画像取得装置１４０を含む。本実施形態では、断熱カバー１２０がスルーホール（貫通孔）１２２を有し、スルーホール１２２は断熱カバー１２０の内壁１２４から断熱カバー１２０の底面１２１に延びる。これに加えて、第１導光プローブ１３０は、スルーホール１２２を通して断熱カバー１２０上に設置されている。第１導光プローブ１３０は、互いに反対側にある第１上部１３１及び第１底部１３２を有する。第１上部１３１は断熱カバー１２０の内壁１２４に接して、第１導光プローブ１３０を断熱カバー１２０上に固定する。第１導光プローブ１３０の第１底部１３２は、断熱カバー１２０の底面１２１から突出して、るつぼ１１０を持ち上げると、るつぼ１１０内の溶融体１５０の表面に接触して色変化を生成する。画像取得装置１４０は、断熱カバー１２０の上方に配置され、第１導光プローブ１３０が溶融体１５０に接触する前後に、画像光Ｌ及びその画像変化を、第１導光プローブ１３０の第１上部１３１を通して取得する。画像取得装置１４０は、第１導光プローブ１３０の画像色の変化から生じた画素変化を検出して、るつぼ１１０を持ち上げることを中止して、断熱カバー１２０の底面１２１が溶融体１５０の高温によって融除されることを防止する。これに加えて、断熱カバー１２０の底面１２１が溶融体１５０によって融除されることの防止は、融除された断熱カバー１２０から発生する不純物が溶融体を汚染させることを防ぐことを促進して、成長中の結晶の品質を高める。なお、本実施形態において述べた画素変化は、画像輝度及び画像色の変化を含む。
【００２１】
本実施形態では、画像取得装置１４０が、例えば電荷結合素子（ＣＣＤ：charge coupled device）イメージ（画像）センサーである。第１導光プローブ１３０は、石英、黒鉛またはシリコン（Si）のような材料製である。本実施形態では、第１導光プローブ１３０の材料を、例えば石英として記述する。図１を参照すれば、るつぼ１１０内で、多結晶シリコン材料を高温で、即ちシリコンの融点１４２０℃を超える温度で融解させて、シリコン溶融体１５０を形成する。さらに、色変化は、石英製の第１導光プローブ１３０が溶融体１５０に接触すると第１導光プローブ１３０に発生する。画像取得装置１４０は、第１導光プローブ１３０の第１底部１３２が溶融体１５０に接触した際に発生する画像変化を取得して、この画像変化から生じた画素変化を検出する。
【００２２】
本実施形態では、画像取得装置１４０が、第１導光プローブ１３０の第１底部１３２が溶融体１５０の表面に接触しているか否かを直接検出することにより、断熱カバー１２０の底面１２１と溶融体１５０との間のギャップＤを測定して規定する。本実施形態では、画像取得装置１４０が溶融体１５０の表面上における第１導光プローブ１３０の鏡像位置を検出することにより、さらにこの鏡像位置に応じて、断熱カバー１２０の底面１２１と溶融体１５０との間のギャップＤを計算して規定することはなく、従って、本実施形態では、鏡像位置の検出を必要とする方法に比べて、測定誤差を効果的に低減することができる。従って、断熱カバー１２０の底面１２１と溶融体１５０との間のギャップＤをより精密に測定し制御して、断熱カバー１２０の底面１２１が溶融体１５０の高温の表面に接触することを防止することができる。
【００２３】
図２は、本発明の実施形態によるメルトギャップ測定装置の要素の一部を例示する概略図である。図１及び図２を参照すれば、本実施形態では、断熱カバー１２０が例えば黒鉛材料製である。断熱カバー１２０は、単結晶シリコン（図示せず）の結晶引上げ工程中の放射熱を絶縁して、単結晶シリコンの温度勾配を制御して増加させることができる。特に、高温環境では、単結晶シリコンの温度勾配の増加は、無欠陥の単結晶シリコンの迅速な形成に味方する。これに加えて、本実施形態では、第１導光プローブ１３０の第１底部１３２が溶融体１５０の表面に接触すると、第１導光プローブ１３０が、導光及び反射によって第１導光プローブ１３０の第１上部１３１に画像変化を生じさせる。さらに、第１導光プローブ１３０と画像取得装置１４０との相対位置の設計において、画像取得装置１４０が第１導光プローブ１３０の画像変化を取得するように、第１導光プローブ１３０の透過部分が画像取得装置１４０に対面する。
【００２４】
図３Ａは、本発明の他の実施形態によるメルトギャップ測定装置の要素の一部を例示する概略図である。図３Ｂは、図３Ａに示すメルトギャップ測定装置の要素の一部を例示する概略断面図である。図３Ａ及び図３Ｂを参照すれば、本実施形態では、メルトギャップ測定装置１００が、導光及び光反射経路に対する実際の要求に応じて異なる種類の第１導光プローブ１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃ、１３０ｄ、１３０ｅ、及び１３０ｆを選択することができ、第１導光プローブ１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃ、１３０ｄ、１３０ｅ、及び１３０ｆは、それぞれ、第１上部１３１ａ、１３１ｂ、１３１ｃ、１３１ｄ、１３１ｅ、１３１ｆ、及び第１底部１３２ａ、１３２ｂ、１３２ｃ、１３２ｄ、１３２ｅ、及び１３２ｆを有する。例えば、第１上部１３１ａ、１３１ｂ、１３１ｃ、１３１ｄ、１３１ｅ、及び１３１ｆは、球形、棒状または平板状、あるいは他の適切な形状である。なお、例えば第１導光プローブ１３０ａ及び１３０ｅの第１上部１３１ａ及び１３１ｅを挙げれば、第１上部１３１ａと１３１ｅとは、第１底部１３２ａ及び１３２ｅに対して異なる傾斜角を有して、異なる導光及び反射効果を生じさせる。もちろん、本実施形態では、他の導光の必要性に基づいて他の異なる種類の導光プローブを用いることもでき、本実施形態では、他の異なる種類の導光プローブは特に限定されない。
【００２５】
図４は、図３Ａに示すメルトギャップ測定装置の要素の一部の導光プローブのうち１つを例示する概略図である。図４では、図３Ａに例示する第１導光プローブ１３０ｅを例として挙げて、第１導光プローブ１３０ｅ中の画像光Ｌの進行経路を例示する。第１導光プローブ１３０ｅの第１底部１３２ｅが溶融体１５０の高温の表面に接触すると、第１導光プローブ１３０ｅの色が変化する。次に、この色変化後に発生した光Ｌは、第１導光プローブ１３０ｅによって導光及び反射され、第１導光プローブ１３０ｅの第１底部１３２ｅを通って第１上部１３１ｅに入る。本実施形態では、第１上部１３１ｅの延在方向が、第１底部１３２に垂直な表面に対して刃先角αを有する。刃先角αを１５度から４０度までの範囲内に入るように設計して、第１上部１３１ｅ内での画像光Ｌの全反射を生成することができ、これにより、画像取得装置１４０は、第１導光プローブ１３０ｅの画像を、第１上部１３１ｅを通して取得する。例えば、本実施形態では、刃先角αを２０度として例示している。
【００２６】
図５は、本発明の実施形態による結晶成長装置を例示する概略図である。結晶成長装置１０はキャビティ１１を含み、メルトギャップ測定装置１００はキャビティ１１内に配置されている。これに加えて、結晶成長装置１０は加熱装置１５及び断熱装置１６を含む。加熱装置１５はキャビティ１１内に配置され、メルトギャップ測定装置１００のるつぼ１１０の周囲に位置し、るつぼ１１０内の溶融体１５０を加熱するために使用される。断熱装置１６もキャビティ１１内に配置され、加熱装置１５は断熱装置１６とるつぼ１１０との間に配置されて、溶融体１５０の温度、及び加熱装置１５によって生じる加熱効果を維持する。これに加えて、結晶引上げロッド１７がるつぼ１１０の上方に配置されて、種晶１８を引き上げるために使用される。るつぼ１１０の下に配置された回転ロッド１３は、るつぼ１１０を支持すると共に、るつぼ１１０を回転するように駆動する。本実施形態では、半導体材料、例えば多結晶シリコン、及び例えばホウ素またはリンのドーパントを、るつぼ１１０内で１４２０℃以上の温度で融解させて溶融体１５０を形成する。多結晶シリコン材料及びドーパントが融解すると、結晶引上げロッド１７を低速で溶融体１５０内に下ろす。次に、結晶引上げロッド１７が反時計回りに回転すると共に、るつぼ１１０が回転ロッド１３によって時計回りに回転するように駆動される。種晶１８は結晶引上げロッド１７によって引き上げられて、円柱状のシリコン塊１４が種晶１８の下に形成される。本実施形態では、結晶成長装置１０が、キャビティ１１の外側に配置された画像取得装置１４０によって溶融体１５０の表面と断熱カバー１２０との間のギャップを監視し、これにより成長中の結晶の品質を制御する。
【００２７】
図６は、本発明の実施形態によるメルトギャップ測定方法を例示するフローチャートである。図１及び図６を参照すれば、本実施形態では、るつぼ１１０と断熱カバー１２０との間のギャップＤを低減する際に、断熱カバー１２０の底面１２１上に設置された第１導光プローブの画像を画像取得装置１４０によって取得する（ステップＳ３０１）。次に、取得した画像を分析して、第１導光プローブ１３０が溶融体１５０の表面に接触しているか否かを判定する（ステップＳ３０２）。その後に、画像取得装置１４０は、第１導光プローブ１３０の色変化から生じた画素変化を検出する（ステップＳ３０３）。画像取得装置１４０によって画素変化が検出されると、るつぼ１１０と断熱カバー１２０との間のギャップを低減することを中止して（ステップＳ３０４）、溶融体１５０の高温の表面が断熱カバー１２０の底面１２１にさらに接近することを防止し、こうした接近は断熱カバー１２０の融除を生じさせ得る。
【００２８】
図７は、本発明の他の実施形態によるメルトギャップ測定装置を例示する概略図である。図７に例示するメルトギャップ測定装置２００は、図１に例示するメルトギャップ測定装置１００の構造に類似した構造を有し、従って、同様または類似の要素は同様または類似の記号でラベル付けし、繰り返し説明しない。本実施形態では、メルトギャップ測定装置２００と図１に例示するメルトギャップ測定装置１００との相違は、メルトギャップ測定装置２００が第１導光プローブ２３０及び第２導光プローブ２４０を同時に有することにあり、第１導光プローブ２３０及び第２導光プローブ２４０は互いに平行に配置されている。本実施形態では、第１導光プローブ２３０が第１上部２３１及び第１底部２３２を有し、第２導光プローブ２４０は第２上部２４１及び第２底部２４２を有する。第１上部２３１及び第２上部２４１のそれぞれは断熱カバー１２０の内壁１２４に接し、第１底部２３２及び第２底部２４２のそれぞれは断熱カバー１２０の底面から突出する。本実施形態では、高さの差ｈは、第１底部２３２の断熱カバー１２０の底面から突出する部分と、第２底部２４２の断熱カバー１２０の底面から突出する部分との差である。具体的には、図７を参照すれば、第２底部２４２の断熱カバー１２０の底面１２１から突出する部分の高さが、第１底部２３２の断熱カバー１２０の底面１２１から突出する部分の高さよりも低い。これに加えて、本実施形態の画像取得装置１４０は、第１上部２３１からの画像光Ｌ及び第２上部２４１からの画像光Ｌ’を同時に検出する。本実施形態では、第１導光プローブ２３０及び第２導光プローブ２４０の配置によって、断熱カバー１２０の底面１２１と溶融体１５０の表面との間のギャップをより精密に監視することができる。これに加えて、１つの導光プローブしか配置しない実施形態に比べると、本実施形態は、第１導光プローブ２３０及び第２導光プローブ２４０の配置によって、溶融体１５０の表面（の高さ）が過度に高いことにより断熱カバー１２０の底面１２１が融除されることを防止することだけでなく、断熱カバー１２０とるつぼ１１０との相対位置の調整によって、溶融体１５０の表面を第１導光プローブ２３０の第１底部２３２と第２導光プローブ２４０の第２底部２４２との間に維持することも実現する。従って、本実施形態では、溶融体１５０の表面（の高さ）が過度に低いというシナリオを防止して、成長中の結晶の品質を高めることができる。
【００２９】
図８は、本発明の他の実施形態によるメルトギャップ測定方法を例示するフローチャートである。図７及び図８を参照すれば、例えば、画像取得装置１４０が、第１及び第２導光プローブ２３０及び２４０の色が変化した後の画像変化を同時に検出する際に、るつぼ１１０を下向きに移動するように駆動する（ステップＳ４０１）。るつぼ１１０が下向きに移動する工程中に、第１導光プローブ２３０の第１底部２３２が溶融体１５０の表面から離れることにより、第１導光プローブ２３０の色が元の色に戻る（ステップＳ４０２）。次に、画像取得装置１４０が、第１導光プローブ２３０の色が元に戻る前後の画像変化を取得する（ステップＳ４０３）。次に、るつぼ１１０を連続的に下向きに移動させ、これにより第２導光プローブ２４０の第２底部２４２が溶融体１５０の表面よりも高くなって、第２導光プローブ２４０の色が元の色に戻る（ステップＳ４０４）。次に、画像取得装置１４０が、第１及び第２導光プローブ２３０及び２４０の色が元に戻る前後の画像変化を同時に取得する（ステップＳ４０５）。この時点で、るつぼ１１０を下向きに移動させることを中止する（ステップＳ４０６）。最後に、溶融体１５０の表面が第１導光プローブ２３０の第１底部２３２と第２導光プローブ２４０の第２底部２４２との間の高さまで持ち上がるように、るつぼ１１０の高さを調整する（ステップＳ４０７）。本実施形態では、例えば、るつぼ１１０が移動する間に断熱カバー１２０は固定されているが、他の実施形態では、断熱カバー１２０を固定することができ、その間にるつぼ１１０を移動させることができ、あるいは、るつぼ１１０及び断熱カバー１２０を共に移動させることができる。
【００３０】
図９は、本発明のさらに他の実施形態によるメルトギャップ測定方法を例示するフローチャートである。図７及び図９を参照すれば、画像取得装置１４０が初期状態にあり、第１及び第２導光プローブ２３０及び２４０の色変化から生じた画像変化が検出されなければ（即ち、溶融体１５０の表面が第１及び第２底部２３２及び２４２の高さよりも低ければ）、るつぼ１１０を持ち上がるように駆動する（ステップＳ５０１）。るつぼ１１０を持ち上げる工程中に、第２導光プローブ２４０の第２底部２４２がまず溶融体１５０の表面に接触して色変化を生成する（ステップＳ５０２）。次に、第２導光プローブ２４０の色が変化する前後に、画像取得装置１４０が画像変化を取得する（ステップＳ５０３）。次に、るつぼ１１０が持ち上がり続け、これにより第１導光プローブ２３０の第１底部２３２も溶融体１５０の表面に接触して色変化を生成する（ステップＳ５０４）。従って、画像取得装置１４０は、第１及び第２導光プローブ２３０及び２４０の色が変化する前後の画像変化を同時に取得する（ステップＳ５０５）。この時点で、るつぼ１１０を持ち上げることを中止する（ステップＳ５０６）。最後に、溶融体１５０の表面が第１底部２３２と第２底部２４２との間の高さまで下向きに移動するように、るつぼ１１０の高さを調整する。
【００３１】
前の実施形態では、断熱カバー１２０の底面１２１上に設置された第１及び第２導光プローブ２３０及び２４０の画像を画像取得装置１４０によって取得し、取得した画像を分析した際に、第１導光プローブ２３０は溶融体１５０の表面に接触していないが第２導光プローブ２４０は溶融体１５０の表面に接触しているという判定結果が得られるように、るつぼ１１０と断熱カバー１２０との間のギャップを制御する。さらに、取得した画像を分析した際に第１導光プローブ１３０が溶融体１５０の表面に接触しているか否かの判定動作を実行して、第１導光プローブ１３０の色変化または輝度変化の量が設定閾値を超えているか否かを判定する。第１導光プローブ２３０、第２導光プローブ２４０、及び画像取得装置１４０が断熱カバー１２０に対する溶融体１５０の表面の位置を連続的に監視することによって、溶融体１５０の高さを第１底部２３２と第２底部２４２との間になるように制御し、これにより溶融体１５０の表面の位置が高過ぎること、あるいは低過ぎることを防止することができ、単結晶シリコンが好適な成長状態を実現する。
【００３２】
要約すれば、本発明のメルトギャップ測定装置を利用して、断熱カバーの底面とるつぼ内の溶融体の表面との間のギャップを測定する。導光プローブが溶融体の表面に接触すると、溶融体の高温により導光プローブに色変化が生じる。画像取得装置は、色が変化する前に画像変化を検出し、これに応じてるつぼと断熱カバーとの相対位置を調整して、断熱カバーの底面と原材料溶融体の表面との間のギャップを所定範囲内に維持して、断熱カバーの底面が溶融体によって融除されることを防止する。本発明では、画像取得装置によって実行される監視が、人間の眼による視覚的監視から生じる誤差を回避することに寄与することができ、そして、るつぼと断熱カバーとの間の過度に大きい、あるいは過度に小さいギャップに起因して生じる破損を回避することができ、これにより成長中の結晶の品質を高めることができ、そして生産効率を向上させることができる。
【００３３】
本発明は以上の実施形態を参照しながら説明してきたが、本発明の精神から逸脱することなしに、説明した実施形態に変更を加えることができることは、通常の当業者にとって明らかである。従って、本発明の範囲は、以上の詳細な説明ではなく添付した特許請求の範囲によって規定される。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明はメルトギャップ測定装置に関するものであり、このメルトギャップ測定装置は、断熱カバーの底面とるつぼ内の溶融体の表面との間のギャップを測定することに応用することができる。
【符号の説明】
【００３５】
１０  結晶成長装置
１１  キャビティ
１３  回転ロッド
１４  円柱状のシリコン塊
１５  加熱装置
１６  断熱装置
１７  結晶引上げロッド
１８  種晶
１００、２００  メルトギャップ測定装置
１１０  るつぼ
１２０  断熱カバー
１２１  底面
１２２  スルーホール
１２４  内壁
１３０、１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃ、１３０ｄ、１３０ｅ、１３０ｆ、２３０  第１導光プローブ
１３１、１３１ａ、１３１ｂ、１３１ｃ、１３１ｄ、１３１ｅ、１３１ｆ、２３１  第１上部
１３２、１３２ａ、１３２ｂ、１３２ｃ、１３２ｄ、１３２ｅ、１３２ｆ、２３２  第１底部
１４０  画像取得装置
１５０  溶融体
２４０  第２導光プローブ
２４１  第２上部
２４２  第２底部
Ｓ３０１〜Ｓ３０４、Ｓ４０１〜Ｓ４０７、Ｓ５０１〜Ｓ５０７  ステップ
Ｄ  ギャップ
Ｌ、Ｌ’  画像光
ｈ  高さの差
α  刃先角
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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