專利名稱：晶體生長設(shè)備及晶體生長方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及晶體生長設(shè)備及晶體生長方法。更具體而言，本發(fā)明涉及在晶體生長過程中能自動控制晶體直徑的設(shè)備和方法。本發(fā)明還涉及在晶體生長中使用的坩堝。
低缺陷單晶的生長，一直是例如半導(dǎo)體工業(yè)大量研究的課題。這一類晶體是制造各種半導(dǎo)體器件所必不可少的母體。
生長單晶的切爾勞斯基(Czochralski)晶種-拉單晶技術(shù)是眾所周知的[例如物理化學(xué)雜志(Z.Physik.Chem.)(Liebzig)92,219(1918)]。采用這種技術(shù)使晶種與熔融的材料(熔料)發(fā)生接觸，有利于進(jìn)一步結(jié)晶。如此制造的晶體，是在其生長時從熔料中拉出的。已經(jīng)開發(fā)出晶體生長的雙坩堝方法[例如，應(yīng)用物理雜志(Journal of Applied Physics),29no.8(1958)pp1241-1244和美國專利5,047,112]。該設(shè)備一般包括一個外坩堝，其中裝有與生長晶體組成相同的熔料。一個內(nèi)坩堝，浮在外坩堝中的熔料上，穿過內(nèi)坩堝側(cè)壁的底部有一個小通道，使熔料從外坩堝流入內(nèi)坩堝。
最近敘述了一種改進(jìn)的雙坩堝方法(英國專利9412629.9)，其中采用一個注射器，使熔融材料進(jìn)入第一個坩堝，第一個坩堝是由導(dǎo)熱率高于形成第二個坩堝所用材料的高熱導(dǎo)材料形成。注射器的構(gòu)成，使與第一個坩堝的熔融材料具有較高的熱接觸，與第二個坩堝的材料具有較低的熱接觸。
任何晶體生長技術(shù)的一個重要方面，就是在整個生長過程中用目視觀察、測定和控制晶體的直徑。自動控制直徑最常采用的方法是稱量晶體或稱量坩堝重量的方法[例如，H.J.A.van Dick等人，電子學(xué)學(xué)報(Acta Electronica)17 1 45-55(1974)和美國專利2,908,004]。采用這種方法測定重量的變化率，用其計算晶體的直徑。然而，采用這種方法卻有幾個缺點。
對于某些材料，在熔點液態(tài)的密度大于固態(tài)的密度。因此，如果熔料的溫度升高，由于提高溫度的結(jié)果，彎液面的高度相應(yīng)增高，盡管晶體的直徑減小，但晶體的重量卻似乎在增加。這種作用會提供與所要求的符號相反的控制信號。包括銻化銦在內(nèi)的大部分Ⅲ-Ⅴ族的半導(dǎo)體，都會出現(xiàn)這種問題。此外，晶體還受一個由表面張力引起的向下的力，該力與相對晶體豎軸接觸角的余弦成正比。在某些材料中，其中包括大部分Ⅲ-Ⅴ族的半導(dǎo)體，液體和晶體的有效接觸角是正的。在提高溫度時，恰好在晶體熔料界面之下的彎液面的直徑減小，相對晶體豎軸的有效接觸角也減小。因此，由于表面張力，表觀重量增加，所以給出與減小直徑所要求的相反符號的控制信號。在英國專利1494342和1465191中闡明了這些問題。
自動控制晶體直徑的稱重方法的另一個問題是，差分有效地放大了重量信號中的噪音。因此，在低生長速率下，差分重量信號小時，噪音在重量信號中的作用增加，差分信號的信噪比變差。實際上，這意味著在生長速率低于2mm/h時，這種方法幾乎沒有用處。此外，對于較大晶體的生長，稱重設(shè)備必須具有較大的稱重載量，因此不可避免地會使分辨能力降低。這使得在小直徑下，控制生長的精確性較小。在密封熔料的情況下，密封劑施加一種浮力，該浮力能有效地減輕晶體的重量。例如，這種影響視密封劑的深度、晶體的直徑和從晶體中排出的密封劑量而變化。
也將X-射線圖象技術(shù)用于晶體直徑的自動控制[例如，H.J.A.van Dick等人，電子學(xué)學(xué)報(Acta Electronica)17 1 45-55(1974)]。然而，這種技術(shù)也有幾個缺點。有與X-射線相關(guān)的受輻射危害的危險，輻射防護(hù)的費(fèi)用可能是很貴的。此外，由于需要的設(shè)備尺寸大，并需要將其安裝在晶體生長設(shè)備的周圍，所以這種技術(shù)可能是不方便的。還需要X-射線透過的窗口。這種圖象設(shè)備的費(fèi)用是較貴的。
也有采用目視觀察晶體生長的光學(xué)方法。已知的這類光學(xué)技術(shù)主要由二種方法組成。一種技術(shù)是采用光束，或采用從靠近生長界面的彎液面反射的光束。通過反射光束角度的變化，檢測彎液面的移動和直徑的變化[例如H.J.A.van Dick等人，電子學(xué)學(xué)報(ActaElectronica)17 1 45-55(1974)和美國專利3,201,650]。第二種方法是利用晶體生長的視頻圖象檢測彎液面，并通過圖象處理確定直徑[例如D.F.O’Kane等人，晶體生長雜志(Journal of Crystal Growth)13/14 624-628(1972)]。然而，這些方法具有下列一種或多種缺點。由于熔料的液位隨晶體生長和熔料減少而下降，圖象中晶體的表觀直徑受深度變化的影響。此外，如果晶體直徑突然顯著地下降，在晶體生長時彎液面會從視野中消失，使測定和控制失效。在用液體密封熔料的情況下，密封劑及其彎液面的反射作用可能引起混淆。隨著熔料液位的下降，坩堝壁可能使彎液面的圖象模糊不清。
可通過外部拉晶機(jī)構(gòu)，研究生長過程中熔料深度的變化。然而，這需要外加設(shè)備，而且不能完全克服熔料深度下降的影響。例如，不能克服坩堝壁引起的彎液面圖象模糊不清。本發(fā)明的目的就是克服這些問題。
在晶體生長雜志(Journal of Crystal Growth)13/14 619-623(1972)中，Gartner等人敘述了一種觀測方法，采用這種方法，在與水平面小于15°角的條件下，對著明亮的彎液面觀測晶體的生長。這種方法要求使用盡可能大的坩堝，并限制晶體生長到熔料下降約15mm。此外，在晶體生長過程開始時，晶體圖象的背景發(fā)暗，隨后在生長過程中，圖象的背景明亮。這種背景的不連續(xù)性可能會造成困難，并能造成控制間斷。此外，晶體生長的圖象隨熔料液位的下降而移動，除非調(diào)節(jié)照相機(jī)或反射鏡進(jìn)行補(bǔ)償，否則圖象會在照相機(jī)視野中移動。由于晶體生長過程中蒸氣的沉積以及揮發(fā)材料造成的不良控制，反射鏡的反射率也常常降低。
本發(fā)明的目的，是提供克服這些問題的晶體生長設(shè)備以及晶體生長方法。
根據(jù)本發(fā)明，晶體的生長設(shè)備包括一個裝有供晶體從其中生長的熔融材料的坩堝，在熔融材料和晶體之間具有一個彎液面區(qū)，和接收沿入射光路射來的光束并反射橫向通過生長界面區(qū)的光束第一個反射裝置，和接收橫向通過生長界面區(qū)反射的光束并反射沿射出光路的射出光束的第二個反射裝置。
其中，在熔融材料的表面或靠近表面處，配置第一或第二個反射裝置，使在晶體生長過程中，使它們相對熔融材料表面的位置基本上保持不變。
這種設(shè)備具有一個優(yōu)點，即由觀測第二個反射裝置反射的射出光束獲得的生長界面區(qū)的晶體或任何其它部位的圖象，在視野中保持不變，因為第一和第二個反射裝置的位置與隨著晶體生長出現(xiàn)的熔融材料深度的下降無關(guān)。
這種設(shè)備可以包括支承第一和第二個反射裝置的支承裝置，所配置的支承裝置浮在熔融的材料上，使晶體生長過程中，第一和第二個反射裝置相對熔融材料表面的位置，基本上保持不變。
支承裝置可以和第一和第二個反射裝置是整體的，或可將第一和第二個反射裝置安裝在單獨的支承裝置上。
采用另一種方案，支承裝置可以是裝有熔融材料的第二個內(nèi)坩堝，它與第一個坩堝中的熔融材料是流體相通的，使第一和第二個反射裝置支承在內(nèi)坩堝上，內(nèi)坩堝浮在第一個坩堝中的熔融材料上。這種配置不僅具有常規(guī)雙坩堝設(shè)備的所有優(yōu)點，而且還具有另一個優(yōu)點，即通過觀測從第二個反射裝置反射的射出光束得到的生長界面區(qū)的晶體或任何其它部位的圖象，在視野中都保持不變，與隨著晶體的生長時熔融材料深度的下降無關(guān)。
第一和第二個反射裝置的配置，使第一個反射裝置反射的入射光束，通過熔融材料的表面反射到第二個反射裝置。
該設(shè)備也可包括圖象處理裝置，接收射出光束并形成生長界面區(qū)的晶體或任何部位的圖象。這種設(shè)備還可包括加熱第一個坩堝中物料的裝置。
優(yōu)選入射和射出光路與豎直方向的角度小于5°，而入射和射出光路基本上是在豎直方向上。
第一和第二個反射裝置可以是平面反射鏡。該裝置也可包括沿入射光路直射光束的輻射源。該裝置也可包括一個或多個用于引導(dǎo)從輻射源來的沿入射光路的直射的反射鏡。其優(yōu)點為源可定位在更為方便的位置。該設(shè)備還可包括一個或多個用于將從第二個反射裝置來的反射光束反射到圖象處理裝置的反射鏡。
該設(shè)備還可包括根據(jù)觀測的圖象，測定晶體直徑或彎液面區(qū)直徑的至少一個的測定裝置。該設(shè)備還可包括根據(jù)測定的晶體直徑或測定的彎液面區(qū)直徑控制晶體生長的反饋裝置。
第一個反射裝置標(biāo)有測量刻度，為晶體直徑的測定或彎液面區(qū)直徑的測定提供標(biāo)度。采用另一種方案，該設(shè)備可以包括反射第一個反射裝置中測量刻度的裝置，為晶體直徑的測定或彎液面區(qū)直徑的測定提供標(biāo)度。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，浮在一個外坩堝中的熔融材料上的用于從熔融材料中生長晶體的坩堝，其特征在于，它包括第一個反射裝置和第二個反射裝置，前者接收光束并將其反射橫向通過生長界面區(qū)，后者接收橫向通過生長界面區(qū)的反射光束，并將其反射成射出光束。其中配置的第一或第二個反射裝置，使在晶體生長過程中，它們位于熔融材料的表面或靠近表面處，以致在晶體生長過程中，它們相對熔融材料表面的位置，基本上保持不變。
這種坩堝可以包括第一和第二個反射表面，它們可以是坩堝整體的一部分，例如，拋光的表面，或者被固定在坩堝上。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，晶體生長的方法包括以下步驟(ⅰ)采用加熱裝置加熱晶體從其中生長的熔融材料，在熔融材料和晶體之間具有彎液面區(qū)，(ⅱ)使光束沿入射光路射到第一個反射裝置上，經(jīng)反射橫向通過生長界面區(qū)到達(dá)第二個反射裝置上，(ⅲ)第二個反射裝置接收第一個反射裝置反射的光束，并沿射出光路反射出射出光束，和(ⅳ)第一和第二個反射裝置配置在熔融材料的表面或靠近表面處，以致在晶體生長過程中，它們相對熔融材料表面的位置基本上保持不變。
這種方法可以包括在支承裝置上支承第一和第二個反射裝置的步驟，所配置的支承裝置浮在熔融的材料上，以致在晶體生長過程中，第一和第二個反射裝置相對熔融材料表面的位置基本上保持不變。
這種方法還可以包括采用圖象處理裝置獲得晶體或生長界面區(qū)的任何部位圖象的步驟。這種方法還可以包括根據(jù)圖象處理裝置，測定晶體直徑或彎液面區(qū)直徑的至少一個的進(jìn)一步的測定步驟，根據(jù)測定的晶體直徑或測定的彎液面區(qū)直徑，控制晶體的生長。
現(xiàn)在將參照下面的一些附圖，通過唯一的實施例說明本發(fā)明，其中

圖1示出現(xiàn)有技術(shù)已知的測定晶體直徑的光學(xué)設(shè)備，圖2更詳細(xì)地示出熔料表面的界面圖，
圖3示出本發(fā)明的設(shè)備一個實施方案的示意圖，圖4示出生長彎液面的示意圖，圖5示出圖4所示設(shè)備部件的另一種配置，圖6示出控制反饋過程的流程圖。
參見圖1，圖1用示意圖示出在采用常規(guī)切爾勞斯基生長技術(shù)生長的過程中測定晶體直徑的一種已知光學(xué)測定設(shè)備。這種設(shè)備總體用1表示，其中包括一個裝有熔融材料(熔料)3的坩堝2，熔料具有熔料表面4，在加熱和冷卻后熔料會固化成具有所需組成的晶體5。在這個方案中，通過觀測從點源P點射入并從熔料表面4反射的激光束6，測定晶體5的直徑。
為了周期地改變輸入信號，激光束6通過一個光調(diào)制盤7射入，通過透鏡L1和L2聚焦，由反射鏡8反射到熔料的表面4上。從熔料表面R處反射的光束，通過透鏡L1聚焦，并由反射鏡M1和M2反射到光電二極管檢測器D1和D2上。光強(qiáng)度在光電二極管上的分配比例取決于反射角度，通過測定光束從熔料表面4的反射角度，可以測定表面傾角φ(見圖2)。已經(jīng)知道，表面傾角是固液界面上晶體直徑的真實量度[例如H.J.A.van Dij等人，電子學(xué)學(xué)報(ActaElectronica),17,1,1974 pp45-55]。因而，測定反射角得到晶體直徑的度量。
然而，這種方法確實有幾個缺點。例如，由于熔料的液位隨晶體的生長和熔料的減少而下降，晶體的表觀直徑受深度變化的影響。此外，如果晶體直徑突然明顯減小，彎液面就從視野中消失，則測定和控制失效。對于某些材料，在需要采用液體密封熔料的情況下，從密封劑和其彎液面上反射的光束，可能引起混淆。
在另一種方法(例如Gartner等人，晶體生長雜志(Journal ofCrystal Growth)13/14 619-623(1972))中，由于熔料的液位隨晶體的生長而下降，熔料深度的變化也是個問題，因為在照相機(jī)的視野中，晶體的圖象會移動。因此，為了進(jìn)行補(bǔ)償，在這種方法中采用的反射鏡或照相機(jī)必須能夠移動。
本發(fā)明的目的，是提供在晶體生長過程中，能夠觀測晶體的晶體生長設(shè)備以及晶體生長方法，其中晶體圖象的位置與熔料深度的下降無關(guān)，因此不需要外部的補(bǔ)償裝置。該設(shè)備很容易與常規(guī)切爾勞斯基晶體生長設(shè)備一起配合使用。該設(shè)備特別適合晶體生長的雙坩堝技術(shù)。關(guān)于這類系統(tǒng)的詳細(xì)情況可在應(yīng)用物理雜志(Journal of AppliedPhysics),29,no.8(1958)pp1241-1244、美國專利5,047,112和英國專利申請9412629.9中找到。
圖3示出本發(fā)明設(shè)備的雙坩堝實施方案，該設(shè)備總體用10表示。該設(shè)備一般包括一個內(nèi)坩蝸11，其中所裝的材料在加熱制成熔料12之后會固化以形成具有所需組成的晶體1。設(shè)備10還包括二個支承在坩堝11上的反射鏡14和15，坩堝11位于熔料的表面或靠近表面處。還可包括支承在坩堝11外的二個反射鏡16和17。該設(shè)備還包括一個外坩堝50。
該設(shè)備特別適用于雙坩堝方法，該方法用于其中主要是慢生長的晶體生長，以避免例如成分冷卻引起的生長缺陷。在前述的參考文獻(xiàn)中敘述了晶體生長使用的常規(guī)雙坩堝系統(tǒng)。內(nèi)坩堝11位于外坩堝50內(nèi)。晶體13從內(nèi)坩堝中的熔料12a中拉出，在平衡條件下，其組成與外坩堝中的熔料12b相同。在內(nèi)坩堝11中的熔料，通過通道21從外坩堝50得到補(bǔ)充。
在圖5中示出晶體生長界面區(qū)的放大示意圖。該圖示出晶體13、生長界面20(即熔料/晶體界面)、在熔料和生長的晶體之間形成的彎液面19，熔料表面23以及生長晶體13最靠近生長界面的部分。對本說明書而言，所述的“生長界面區(qū)”系指包括生長界面20、彎液面19、熔料表面23以及在生長界面區(qū)20內(nèi)正在生長的晶體的區(qū)域。
從光源進(jìn)來的光束18(未示出)直接投射到反射鏡16上，再從反射鏡16反射到反射鏡14上。反射鏡16和14是這樣配置的，使從反射鏡16向反射鏡14反射的光束，基本上是在豎直方向上。在圖4所示的實施方案中，反射鏡14和15是這樣配置的，使它們之間反射光束的光路，橫向通過熔料表面23。反射鏡17相對反射鏡15配置，使從反射鏡15反射的光束，基本上是豎直向上的，與反射鏡17成一角度，使從設(shè)備反射出來的射出光束18b，投向目視觀測方便的位置。然后使射出的光束18b射入圖象處理裝置(未示出)。圖象處理裝置可以是人的眼睛，直接通過望遠(yuǎn)鏡觀察晶體。然而，實際上優(yōu)選采用照相機(jī)觀察晶體。然后采用軟件分析照相機(jī)得到的圖象，在后面將更詳細(xì)地說明這一點。
在晶體生長過程中，坩堝11內(nèi)熔料的液位12a下降。因此，在外坩堝50內(nèi)的熔料12b的液位也隨晶體的生長而下降，內(nèi)坩堝11的豎直高度隨熔料深度的下降而下降。本發(fā)明的一個重要特性在于，彎液面圖象的位置與熔料深度(即外坩堝中的熔料)的下降無關(guān)。這種情況的出現(xiàn)，是由于反射鏡14和15支承在內(nèi)坩堝11內(nèi)，內(nèi)坩堝11浮在外坩堝50中的熔料上。因為彎液面圖象的位置在視野中固定不動，這是有利的。對于圖象處理而言，這有利于捕捉圖象。這并不是常規(guī)光學(xué)測定方法的情況，在常規(guī)方法中，需要有外加的裝置來補(bǔ)嘗熔料深度的下降。
在圖4所示的雙坩堝設(shè)備的實施方案中，反射鏡14和15位于熔料23的表面上。在本發(fā)明的雙坩堝設(shè)備的另一個實施方案中，反射鏡14和15不是位于熔料23的表面上，而是配置在靠近熔料表面23的位置上。在圖6中舉出這種配置的一個實例。在這種配置中，反射鏡14和15可支承在內(nèi)坩堝11上。使反射鏡14和15成一角度，以致入射光束從反射鏡14反射到熔料表面23上，再將光束從表面23反射到反射鏡15上。在這種配置中，反射鏡14和15相對熔料表面23的位置基本上保持不變，使彎液面圖象的位置與熔料深度的下降無關(guān)。
只要反射鏡對16/14和15/17之間光束的光路與豎直方向偏離的角度小，這種方法就與熔料深度的下降無關(guān)。就偏離角度θ而言，測量誤差與tan2θ成正比，當(dāng)角度θ≥5°時，誤差可以忽略。
在另一個實施方案中，坩堝沒有通道，該坩堝被用在常規(guī)切爾勞斯基晶體生長的單坩堝系統(tǒng)中。在這個實施方案中，反射鏡可位于浮在熔料表面上的支架上。支架可以是反射鏡整體的一部分，例如在其上施加反射鏡反射覆層的基體。支承裝置可以是任何支架，例如環(huán)狀支架，支架可以單獨制造，再將反射鏡14和15安裝在支架上，使其浮在熔料上。
可在反射鏡14的反射表面上標(biāo)度分度的測量刻度。這可用于晶體直徑的準(zhǔn)確測量或用于調(diào)節(jié)圖象獲取硬件(如照相機(jī)的鏡頭)以自動或手動地使變焦鏡頭的聚焦長度最佳化，以致圖象能盡可能高倍地放大，而不超過可用的光圈。這保證了最大的分辨和控制的準(zhǔn)確性，這在通常困難的引晶生長期間特別有用。另外，分度的測量刻度可反射到反射鏡14中，而不是在反射鏡上標(biāo)刻度。
圖3所示的上部反射鏡16、17并不是不可缺少的。在另一個實施方案中，反射鏡16和17可用放在反射鏡16位置上的光源和放在反射鏡17位置上的檢測裝置來代替(或者反過來，視優(yōu)選的觀測位置而定)。此外，在偏離角θ小時，彎液面圖象的位置與熔料高度的下降無關(guān)，這可通過使光源和檢測裝置位于適宜的位置來實現(xiàn)。
在常規(guī)的光學(xué)測定方案中，在晶體生長過程下晶體直徑的突然減小可能引起彎液面從視野中消失，使測定和控制失效。采用本發(fā)明，在晶體直徑減小后，彎液面不會模糊不清，因而避免了這個問題。
本發(fā)明也比在晶體生長過程中用于測定和自動控制晶體直徑的常規(guī)稱重技術(shù)有一些優(yōu)點。在這類方法中，由于晶體材料的生長性質(zhì)，偶而可能獲得與需要方向相反的控制信號。特別是對Ⅲ-Ⅴ族半導(dǎo)體材料，例如InSb，這是個問題。本發(fā)明的測定方法消除了這個問題，可以普遍地應(yīng)用于適合切爾勞斯基方法的任何材料，與密封劑的反射可能引起問題的常規(guī)方法不同，這種技術(shù)也可應(yīng)用于采用沒有任何有害作用的密封材料密封的熔料。
此外，常規(guī)的稱重技術(shù)依賴于測定重量的變化率。因此，如果晶體不在生長，這種技術(shù)就不能用于測定晶體的直徑。本發(fā)明的一個優(yōu)點在于，如果晶體不在生長，也能直接測定晶體的直徑。在引晶生長階段，這是特別有用的，采用本發(fā)明，能使從通常很困難的晶種浸漬階段自動地生長。
改善晶體生長及其彎液面的圖象，容許采用手工非常容易地控制晶體的生長，特別是在通常晶體生長很困難的引晶生長階段。因能以輪廓影象或X光照片的形式得到圖象，這在隨后的圖象處理中，能比較容易地區(qū)別圖象中的晶體和背景。這意味著可以更準(zhǔn)確地測定晶體的直徑。對于自動控制晶體生長過程的任何反饋控制過程，高度準(zhǔn)確是重要的。
在晶體生長過程中，可以采用常規(guī)的視頻照相機(jī)和幀接收器獲取生長界面區(qū)的晶體生長或任何部位的圖象。然后可以采用常規(guī)可利用的工業(yè)上的方法分析這種圖象，這些方法能夠提供對圖象具體特征的線性測定。通過選擇能代表晶體直徑或能代表就在生長晶體下面的彎液面直徑的圖象的一部分，可以測定正在生長的晶體的有效直徑。
所得的值可用于確定在控制反饋過程中采用的任何偏差或誤差，以相應(yīng)地調(diào)節(jié)熔料的溫度、向坩堝加熱器提供的電力、或晶體拉出的速率，以適宜改變生長速率得到所需晶體。圖6示出構(gòu)成本發(fā)明一部分的典型自動反饋控制過程，從圖象獲取到溫度控制步驟的流程圖。
本發(fā)明的方法，可應(yīng)用于任何常規(guī)切爾勞斯基晶體生長技術(shù)或雙坩堝技術(shù)中，以在晶體生長過程中測定和控制晶體的直徑。
權(quán)利要求
1．一種晶體生長的設(shè)備，其中包括一個裝有供晶體從其中生長的熔融材料的坩堝，在熔融材料和晶體之間具有彎液面區(qū)，第一個反射裝置，接收沿入射光路射來的光束，并反射橫向通過生長界面區(qū)的光束，和第二個反射裝置，接收橫向通過生長界面區(qū)的反射光束，并反射沿射出光路的射出光束，其中第一和第二個反射裝置配置在熔融材料的表面或靠近表面處，以使在晶體生長過程中，它們相對于熔融材料表面的位置基本上保持不變。
2．權(quán)利要求1的設(shè)備，還包括支持第一或第二個反射裝置的支承裝置，所配置的支承裝置浮在熔融材料的表面上，以使晶體生長過程中，第一和第二個反射裝置相對于熔融材料表面的位置基本上保持不變。
3．權(quán)利要求2的設(shè)備，其中支承裝置是裝有熔融材料的第二個內(nèi)坩堝，它與第一個坩堝中的熔融材料流體相通，以致第一和第二個反射裝置支承在內(nèi)坩堝上，內(nèi)坩堝浮在第一個坩堝中的熔融材料上。
4．權(quán)利要求2的設(shè)備，其中支承裝置與第一和第二個反射裝置是整體的。
5．權(quán)利要求1的設(shè)備，其中第一和第二個反射裝置的配置，使從第一個反射裝置反射到第二個反射裝置的入射光束，經(jīng)反射經(jīng)由熔融材料的表面橫向通過生長界面區(qū)。
6．權(quán)利要求1的設(shè)備，還包括接收射出光束并形成晶體或生長界面區(qū)的任何部位的圖象的圖象處理裝置。
7．權(quán)利要求1的設(shè)備，還包括加熱第一個坩堝中物料的裝置。
8．權(quán)利要求1的設(shè)備，其中入射和射出光路與豎直方向的角度小于5°。
9．權(quán)利要求1的設(shè)備，其中入射和射出光路基本上是豎直方向。
10．權(quán)利要求1的設(shè)備，其中第一和第二個反射裝置是平面反射鏡。
11．權(quán)利要求1的設(shè)備，其中包括一個沿入射光路直射的輻射源。
12．權(quán)利要求1的設(shè)備，其中包括一個輻射源、一個或多個指向沿入射光路輻射的反射鏡。
13．權(quán)利要求1的設(shè)備，還包括一個或多個反射鏡，反射從第二個反射裝置反射到圖象處理裝置的光束。
14．權(quán)利要求13的設(shè)備，還包括根據(jù)觀測的圖象，測定晶體直徑或彎液面區(qū)直徑的至少一個的測定裝置。
15．權(quán)利要求14的設(shè)備，還包括根據(jù)晶體直徑的測定或彎液面區(qū)直徑的測定，控制晶體生長的反饋裝置。
16．權(quán)利要求1的設(shè)備，其中第一個反射裝置具有測量刻度，為晶體直徑的測定或彎液面區(qū)直徑的測定提供標(biāo)度。
17．權(quán)利要求1的設(shè)備，還包括反射第一個反射裝置中測量刻度的裝置，為晶體直徑的測定或彎液面區(qū)直徑的測定提供標(biāo)度。
18．一個用于從熔融材料中生長晶體的坩堝，其中該坩堝浮在外坩堝中熔融的材料上，其特征在于，該坩堝包括第一個反射裝置和第二個反射裝置，前者接收光束并將其反射橫向通過生長界面區(qū)，后者接收橫向通過生長界面區(qū)反射的光束，并反射出射光束，其中第一和第二個反射裝置的配置，使在晶體生長過程中，它們位于熔融材料的表面或靠近表面處，以使在晶體生長過程中，它們相對熔融材料表面的位置基本上保持不變。
19．權(quán)利要求18的坩堝，其中包括是坩堝整體的一部分的第一和第二個反射表面。
20．權(quán)利要求18的坩堝，其中包括固定在坩堝上的第一和第二個反射表面。
21．一種生長晶體的方法，其中包括以下步驟(ⅰ)采用加熱裝置加熱晶體從其中生長的熔融材料，在熔融材料和晶體之間具有彎液面區(qū)，(ⅱ)沿入射光路直射到第一個反射裝置上的光束，經(jīng)反射橫向通過生長界面區(qū)到達(dá)第二個反射裝置，(ⅲ)接收從第一個反射裝置反射到第二個反射裝置的光束，并沿射出光路反射射出光束，和(ⅳ)將第一和第二個反射裝置配置在熔融材料的表面或靠近表面處，使在晶體生長過程中，它們相對熔融材料表面的位置基本上保持不變。
22．權(quán)利要求21的方法，其中包括將第一和第二個反射裝置支承在支承裝置上的步驟，所配置的支承裝置，浮在熔融材料的表面上，使在晶體生長過程中，第一和第二個反射裝置相對熔融材料表面的位置基本上保持不變。
23．權(quán)利要求21或22的方法，其中還包括采用圖象處理裝置，獲得晶體或生長界面區(qū)的任何部位圖象的步驟。
24．權(quán)利要求23的方法，其中還包括根據(jù)圖象處理裝置，測定晶體直徑或彎液面區(qū)直徑的至少一個的測定步驟，根據(jù)測定的晶體直徑或彎液面區(qū)直徑，控制晶體的生長。
全文摘要
晶體生長設(shè)備,包括一個裝有供晶體從其中生長的熔融材料的坩堝,和接收沿入射光路直射的光束并將其反射到第二個反射裝置的第一個反射裝置,借此第二個反射裝置沿射出光路反射射出光束。第一和第二個反射裝置配置在熔融材料的表面或靠近表面處,使在晶體生長過程中,它們相對熔融材料表面的位置基本上保持不變。該設(shè)備可以包括支承第一和第二個反射裝置的支承裝置,所置配的支承裝置浮在熔融的材料上。該設(shè)備可以是單坩堝設(shè)備或雙坩堝設(shè)備。在雙坩堝設(shè)備中,支承裝置可以是裝有熔融材料的第二個內(nèi)坩堝,它與第一個坩堝中的熔融材料是流體相通的,內(nèi)坩堝浮在第一個坩堝中的熔融材料上,第一和第二個反射裝置支承在內(nèi)坩堝上。該設(shè)備還可包括圖象處理裝置,用于形成晶體或生長界面區(qū)的任何部位的圖象,并在生長過程中測定晶體的直徑或彎液面的直徑。該設(shè)備還可包括根據(jù)測定的晶體或彎液面區(qū)的直徑,控制晶體生長的裝置。本發(fā)明還涉及用于生長晶體和晶體生長方法中使用的坩堝。
文檔編號C30B15/12GK1309728SQ9980855
公開日2001年8月22日 申請日期1999年4月29日 優(yōu)先權(quán)日1998年5月14日
發(fā)明者J·A·貝斯維克 申請人:英國國防部