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JP3642691B2 - Single crystallization automatic discrimination method and semiconductor single crystal manufacturing apparatus using the same - Google Patents

Single crystallization automatic discrimination method and semiconductor single crystal manufacturing apparatus using the same Download PDF

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JP3642691B2
JP3642691B2 JP36187798A JP36187798A JP3642691B2 JP 3642691 B2 JP3642691 B2 JP 3642691B2 JP 36187798 A JP36187798 A JP 36187798A JP 36187798 A JP36187798 A JP 36187798A JP 3642691 B2 JP3642691 B2 JP 3642691B2
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裕一 金井
博幸 三浦
康幸 岩田
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東芝セラミックス株式会社
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、CZ法(チョクラルスキー法)による半導体単結晶製造法のシード工程における半導体結晶の単結晶化自動判別方法と、この方法を利用して構成した半導体単結晶製造装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
シリコン等の半導体の単結晶製造装置として、CZ法を利用したものが知られている。このCZ法は、棒状多結晶シリコンを砕いて石英ガラス製のるつぼ内に入れて溶融し、その融液に核となる種結晶(シード)をワイヤで吊るして浸し、種結晶をゆっくりと回転させながら引き上げていくことにより、種結晶の先端から単結晶を成長させていくものである。
【0003】
ところで、上記CZ法における単結晶の引き上げ過程を細かく分けると、種結晶を融液に漬けて種結晶の先端から単結晶を成長させるシード工程と、該シード工程に引き続いて単結晶の無転位化を図るために結晶径を細く絞りながら所定の距離引き上げていくネック工程と、該ネック工程に引き続いて製品となる大径の単結晶を安定に成長させていくボディ工程とに分けることができるが、前記シード工程からネック工程への移行に際しては、シード工程において種結晶の先端から単結晶が安定に成長したか否かを正確に見極める必要がある。
【0004】
従来、このシード工程からネック工程へ移行するためのシリコン結晶の単結晶化の判定は、作業者が透視窓からるつぼ内を覗き、結晶表面に単結晶に特有なシーム線(晶癖線)が現れるのを目視で確認することにより行なっていた。
【0005】
図15(a)(b)に、このシーム線が現れた場合と現れない場合の画像例を示す。これらの図において、1は種結晶、2は加熱溶融された多結晶シリコンの融液面、3は種結晶1の先端から成長したシリコン結晶のメニスカス、4は結晶表面に現れたシーム線である。従来においては、図15(a)に示すような単結晶化を示すシーム線4が結晶表面に現れたことを目視で確認することにより、シード工程からネック工程へ移行するように手動で制御していた。なお、結晶表面に現れるシーム線の本数は、結晶方位で決まる特有の数となる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のようにシーム線の出現を目視で確認する従来方法の場合、次のような技術的課題があった。
(1)目視による確認は作業者の負担が極めて大きい。
(2)シード工程からネック工程への移行タイミングの自動化が困難である。
(3)種結晶を融液に漬けてから単結晶が成長してシーム線が現れるまでには時間がかかるため、作業者は一定時間毎に監視を行なう必要がある。
(4)監視のタイミングが合わないと、シーム線が出現しているにもかかわらずそのまま放置することになり、スループットの低下、使用電力量の増大、部材の劣化を招く。
【0007】
本発明は、上記のような技術的課題を解決するためになされたもので、画像処理によってシーム線の出現を検出することにより、シード工程における半導体結晶の単結晶化を自動判別できるようにした単結晶化自動判別方法と、この方法を利用して構成した半導体単結晶製造装置を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の請求項1記載の単結晶化自動判別方法は、CZ法による半導体単結晶の製造方法において、シード工程からネック工程への移行のための成長結晶の単結晶化判定に際して、撮像手段によって種結晶と融液面部分を撮影し、予め撮影画像中に設定した距離測定のための水平基準位置線と撮像手段によって撮影した半導体結晶のメニスカスの最下端部との間の距離を画像処理によって算出し、該距離が予め設定したしきい値以下となったときに単結晶化を示すシーム線の出現として検出するようにしたものである。
【0009】
このような構成とした場合、撮影画像中に設定した水平基準位置線と半導体結晶のメニスカスの最下端部との間の距離の変化から単結晶化を示すシーム線の出現を自動的に検出することができ、半導体結晶の単結晶化が達成されたか否かを自動的に判別できる。
【0010】
本発明の請求項2記載の単結晶化自動判別方法は、CZ法による半導体単結晶の製造方法において、シード工程からネック工程への移行のための成長結晶の単結晶化判定に際して、撮像手段によって種結晶と融液面部分を撮影し、予めシーム線が出現した状態における種結晶と融液面部分の画像を比較パターンとして用意しておき、撮像手段によって撮影した種結晶と融液面部分の撮影画像と前記比較パターンとのパターンマッチングを行なうことによって単結晶化を示すシーム線の出現を検出するようにしたものである。
【0011】
このような構成とした場合、種結晶と融液面部分の撮影画像と比較パターンとのパターンマッチングによって単結晶化を示すシーム線の出現を自動的に検出することができ、半導体結晶の単結晶化が達成されたか否かを自動的に判別できる。
【0012】
本発明の請求項3記載の単結晶化自動判別方法は、CZ法による半導体単結晶の製造方法において、シード工程からネック工程への移行のための成長結晶の単結晶化判定に際して、撮像手段によって種結晶と融液面部分を撮影し、撮像手段によって撮影した種結晶と融液面部分の撮影画像中における半導体結晶のメニスカス部分の画素数を画像処理によって計数し、該画素数が所定のしきい値を越えたときに単結晶化を示すシーム線の出現として検出するようにしたものである。
【0013】
このような構成とした場合、種結晶と融液面部分の撮影画像中における半導体結晶のメニスカス部分の画素数の変化から単結晶化を示すシーム線の出現を自動的に検出することができ、半導体結晶の単結晶化が達成されたか否かを自動的に判別できる。
【0014】
本発明の請求項4記載の単結晶化自動判別方法は、CZ法による半導体単結晶の製造方法において、シード工程からネック工程への移行のための成長結晶の単結晶化判定に際して、撮像手段によって種結晶と融液面部分を撮影し、予め撮影画像上に半導体結晶のメニスカス部分を横切る測定ラインを設定しておき、撮像手段によって撮影した種結晶と融液面部分の撮影画像中のメニスカスの外郭線と前記測定ラインとが交わる交点位置における輝度の変化を測定し、
該輝度変化が所定のしきい値を越えたときに単結晶化を示すシーム線の出現として検出するようにしたものである。
【0015】
このような構成とした場合、メニスカスの外郭線と測定ラインとが交わる交点位置における輝度の変化から単結晶化を示すシーム線の出現を自動的に検出することができ、半導体結晶の単結晶化が達成されたか否かを自動的に判別できる。
【0016】
本発明の請求項5記載の半導体単結晶製造装置は、CZ法による半導体単結晶製造装置において、透視窓を通してるつぼ内の種結晶と融液面部分を撮影する撮像手段と、予め撮影画像中に設定しておいた距離測定のための水平基準位置線と前記撮像手段によって撮影した撮影画像中の半導体結晶のメニスカスの最下端部との間の距離を画像処理によって算出し、該距離が予め設定したしきい値以下となったときに単結晶化を示すシーム線の出現として検出する単結晶化自動判別装置と、該単結晶化自動判別装置の判別結果に従って半導体単結晶製造装置の処理工程をシード工程からネック工程へ自動的に移行せしめる制御手段を備えることにより構成したものである。
【0017】
このような構成とした場合、撮影画像中に設定した水平基準位置線と半導体結晶のメニスカスの最下端部との間の距離の変化から単結晶化を示すシーム線の出現を自動的に検出することができ、半導体結晶の単結晶化が達成されたか否かを自動的に判別してシード工程からネック工程へ移行することができる半導体単結晶製造装置を得ることができる。
【0018】
本発明の請求項6記載の半導体単結晶製造装置は、CZ法による半導体単結晶製造装置において、透視窓を通してるつぼ内の種結晶と融液面部分を撮影する撮像手段と、予めシーム線が出現した状態における種結晶と融液面部分の画像を比較パターンとして用意しておき、前記撮像手段によって撮影した種結晶と融液面部分の撮影画像と前記比較パターンとのパターンマッチングを行なうことによって単結晶化を示すシーム線の出現を検出する単結晶化自動判別装置と、該単結晶化自動判別装置の判別結果に従って半導体単結晶製造装置の処理工程をシード工程からネック工程へ自動的に移行せしめる制御手段を備えることにより構成したものである。
【0019】
このような構成とした場合、種結晶と融液面部分の撮影画像と比較パターンとのパターンマッチングによって単結晶化を示すシーム線の出現を自動的に検出することができ、半導体結晶の単結晶化が達成されたか否かを自動的に判別してシード工程からネック工程へ移行することができる半導体単結晶製造装置を得ることができる。
【0020】
本発明の請求項7記載の半導体単結晶製造装置は、CZ法による半導体単結晶製造装置において、透視窓を通してるつぼ内の種結晶と融液面部分を撮影する撮像手段と、該撮像手段によって撮影した種結晶と融液面部分の撮影画像中における半導体結晶のメニスカス部分の画素数を画像処理によって計数し、該画素数が所定のしきい値を越えたときに単結晶化を示すシーム線の出現として検出する単結晶化自動判別装置と、該単結晶化自動判別装置の判別結果に従って半導体単結晶製造装置の処理工程をシード工程からネック工程へ自動的に移行せしめる制御手段を備えることにより構成したものである。
【0021】
このような構成とした場合、種結晶と融液面部分の撮影画像中における半導体結晶のメニスカス部分の画素数の変化から単結晶化を示すシーム線の出現を自動的に検出することができ、半導体結晶の単結晶化が達成されたか否かを自動的に判別してシード工程からネック工程へ移行することができる半導体単結晶製造装置を得ることができる。
【0022】
本発明の請求項8記載の半導体単結晶製造装置は、CZ法による半導体単結晶製造装置において、透視窓を通してるつぼ内の種結晶と融液面部分を撮影する撮像手段と、予め撮影画像上に半導体結晶のメニスカス部分を横切る測定ラインを設定しておき、前記撮像手段によって撮影した種結晶と融液面部分の撮影画像中のメニスカスの外郭線と前記測定ラインとが交わる交点位置における輝度の変化を測定し、該輝度変化が所定のしきい値を越えたときに単結晶化を示すシーム線の出現として検出する単結晶化自動判別装置と、該単結晶化自動判別装置の判別結果に従って半導体単結晶製造装置の処理工程をシード工程からネック工程へ自動的に移行せしめる制御手段を備えることにより構成したものである。
【0023】
このような構成とした場合、メニスカスの外郭線と測定ラインとが交わる交点位置における輝度の変化から単結晶化を示すシーム線の出現を自動的に検出することができ、半導体結晶の単結晶化が達成されたか否かを自動的に判別してシード工程からネック工程へ移行することができる半導体単結晶製造装置を得ることができる。
【0024】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
[第1の実施の形態]
図1乃至図5に、本発明を適用して構成したシリコン単結晶製造装置の第1の実施の形態を示す。図1はシリコン単結晶製造装置の全体構成図、図2は図1中の単結晶化自動判別装置の回路構成例を示す図、図3は動作説明のためのモニタ画面を示す図、図4は動作説明のための波形図、図5は、モニタ画面の画面下縁からシリコン結晶のメニスカスの最下端部までの距離の変化特性を示す図である。
【0025】
この第1の実施の形態は、図3に示すように、種結晶1と融液面2部分を撮影したモニタ画面26上における画面下端縁とシリコン結晶のメニスカス3の最下端部との間の距離Lを画像処理によって算出し、この距離Lが予め設定したしきい値以下となったときに、単結晶化を示すシーム線4が出現したものとして検出するようにしたものである。なお、この第1の実施の形態では、距離Lを測定するための水平基準位置線をモニタ画面26の画面下端縁に設定したが、この水平基準位置線はメニスカス3よりも下方側であれば、モニタ画面上のどの位置に設定してもよい。
【0026】
図1において、11は石英ガラス製のるつぼ、12はその周囲に配置された黒鉛製のヒータ、13はるつぼ回転機構、14はるつぼ昇降機構である。
【0027】
るつぼ11はその周囲は真空容器15で囲まれており、この真空容器15の首部上端部にモータや巻き上げドラム等で構成された種結晶昇降機構16が設置され、この昇降機構16につながれたステンレス製のワイヤ17の先端に種結晶1を把持するためのシードチャック18が取り付けられている。また、種結晶昇降機構16の下部には種結晶回転機構19が設けられており、この種結晶回転機構19によって種結晶昇降機構16全体を回転させることにより、ワイヤ17の先端に吊り下げられた種結晶1を回転できるように構成されている。
【0028】
真空容器15の肩部には透明な石英ガラス製の透視窓20が形成されており、この窓部分にCCDカメラ21等の撮像手段がるつぼ11内に向けて設置されている。このCCDカメラ21は、シリコン単結晶の引き上げに当たり、種結晶1と融液面2の部分を斜め上方から撮影することにより、図3に示すような撮影画像を得るものである。
【0029】
22はカメラ制御ユニット、23はCCDカメラ21の撮影画像を映し出す監視用のテレビモニタ、24はカメラ制御ユニット22を介して送られてくるCCDカメラ21の撮影画像から画像処理によって単結晶化を示すシーム線の出現を検出する単結晶化自動判別装置、25は単結晶化自動判別装置24の判別結果に従ってるつぼ回転機構13、るつぼ昇降機構14、種結晶昇降機構16、種結晶回転機構19等の動作やヒータ12の温度制御等を総合的に行なうための単結晶引き上げ制御装置である。
【0030】
上記単結晶化自動判別装置24は、図2に示すような回路構成になる。
すなわち、図2において、241はCCDカメラ21から送られてくるビデオ信号を所定のしきい値VS でパルス化して出力するコンパレータ、242は所定パルス幅以下のパルス信号を除去してノイズを除去するパルス幅弁別回路、243はビデオ信号中から水平同期信号(H信号)を抽出するH信号抽出回路、244はビデオ信号中から垂直同期信号(V信号)を抽出するV信号抽出回路、245はH信号抽出回路243から出力されるH信号パルスをカウントするH信号パルスカウンタ、246は水平走査線の数をカウントすることによりモニタ画面26(図3参照)の画面下端縁に対応する水平走査線ln の位置を検出する水平走査線カウンタ、247はV信号抽出回路244の出力するV信号パルスをわずかの時間遅延させる遅延回路、248はOR回路である。
【0031】
また、249はH信号パルスカウンタ245のH信号カウント値を読み出して一時保持するカウント値ホールド回路、250は検出誤差をなくすためにシリコン結晶の1回転毎のH信号カウント値の平均値を算出する平均値算出回路、251は平均値算出回路250から出力される平均値化されたH信号カウント値からモニタ画面26の画面下端縁とシリコン結晶のメニスカス3の最下端部との間の距離Lを算出し、該距離Lが予め設定しておいたしきい値L0 以下となったときに、結晶表面に単結晶化を示すシーム線4が出現したものとして判定する判定回路である。
【0032】
次に、上記構成になる第1の実施の形態におけるシーム線4の検出動作について説明する。まず、原材料となる棒状多結晶シリコンはブロック状に砕かれてるつぼ11内に投入され、ヒータ12で加熱することによって溶融される。また、種結晶1はワイヤ17先端のシードチャック18に把持され、るつぼ11内に吊り下げられる。
【0033】
この状態でシリコン単結晶の製造が開始されると、種結晶昇降機構16によってワイヤ17が下方へ向かって降ろされ、ワイヤ17の先端に吊り下げられた種結晶1の先端がるつぼ11内の多結晶シリコンの融液面2に漬けられると共に、種結晶回転機構19とるつぼ回転機構13が駆動開始され、種結晶1とるつぼ11が反対方向または同方向に向かって所定の速度でゆっくりと回転開始される。これによってシード工程が開始される。
【0034】
CCDカメラ21は、透視窓20を通して前記種結晶1と融液面2部分を撮影しており、そのビデオ信号はカメラ制御ユニット22に送られ、図3に示すようなモニタ画面26として監視用のテレビモニタ23に映し出されると共に、単結晶化自動判別装置24へと送られる。
【0035】
上記CCDカメラ21から送られてくるビデオ信号の波形例を図4(a)に示す。このビデオ信号中、Hは水平同期信号(H信号)、Vは1/60秒毎に現れる垂直同期信号(V信号)であって、図4(a)中の水平走査線l1 〜l3 ,ln が図3のモニタ画面26中の水平走査線l1 〜l3 ,ln にそれぞれ対応しているものとする。
【0036】
図3のモニタ画面26を参照すれば明らかなように、シリコン結晶のメニスカス3の表面にシーム線4が出現すると、このシーム線4部分が画面の下方へ突出するため、モニタ画面26の画面下端縁とシリコン結晶のメニスカス3の最下端部との間の距離Lがその分だけ小さくなる。従って、この距離Lを監視することにより、単結晶化を示すシーム線4が出現したか否かを検出することができる。図2に示した単結晶化自動判別装置24は、この距離Lを画像処理によって求め、その値が所定のしきい値L0 よりも小さくなったときに単結晶化を示すシーム線4が出現したものとして検出するものである。
【0037】
すなわち、CCDカメラ21から送られてきたビデオ信号は、図2の単結晶化自動判別装置24のコンパレータ241、H信号抽出回路243、V信号抽出回路244に入力される。コンパレータ241は、図4(a)に示すように所定のしきい値VS で信号レベルを判定し、図4(b)に示すようにしきい値VS 以上の信号部分を1、しきい値VS 以下の信号部分を0に変換して出力する。
【0038】
コンパレータ241の出力パルスはパルス幅弁別回路242に送られ、所定パルス幅以下のパルス信号をノイズとして除去した後、OR回路248を介してH信号パルスカウンタ245のリセット端子Rに送られ、H信号パルスカウンタ245をリセットするように作用する。
【0039】
一方、H信号抽出回路243は、ビデオ信号中のH信号(図4(a)参照)を抽出してH信号パルスを発生し、H信号パルスカウンタ245と水平走査線カウンタ246のカウント端子Cに送る。H信号パルスカウンタ245は、このH信号パルスをその到来の度にカウントする。一方、水平走査線カウンタ246は、H信号パルスをカウントしていき、そのカウント値が予め設定したモニタ画面26の画面下端縁に対応する走査線ln の走査線番号Nと一致したときに出力パルスを発生する。
【0040】
上記動作から明らかなように、図3のモニタ画面26において画面上端位置からシーム線4と交わる水平走査線l3 の位置までは、コンパレータ241からは図4(b)のようにして常にパルスが出力されるので、H信号パルスカウンタ245はこのパルスによってリセットされ続け、水平走査線l3 の位置に達するまではそのカウント値は常に0となっている。
【0041】
そして、走査位置が水平走査線l3 の位置を過ぎると、水平走査線は多結晶シリコンの融液面2の部分を横切るだけであるから、コンパレータ241からは図4(b)に示すようにパルスが出力されなくなる。これによって、H信号パルスカウンタ245にはリセットがかからなくなり、H信号パルスカウンタ245は水平走査線l3 以降のH信号パルスを順次カウントしていく。
【0042】
一方、水平走査線カウンタ246は、H信号抽出回路243から出力されるH信号パルスをカウントし、ビデオ信号の水平走査線の数を順次カウントしており、そのカウント値が予め設定しておいたモニタ画面26の下端位置に対応する水平走査線ln の走査線番号Nに一致すると出力パルスを発生する。これによって、H信号パルスカウンタ245のカウント動作が停止される。
【0043】
従って、前記水平走査線カウンタ246の出力パルスによってカウント動作を停止された時点におけるH信号パルスカウンタ245のカウント値は、図3のモニタ画面26中の水平走査線l3 位置から画面下端縁に相当する水平走査線ln までの間に含まれる水平走査線の総本数を示している。そして、CCDカメラ21から送られてくるビデオ信号は、1フィールド1/60秒、1フレーム1/30秒のテレビ信号であるから、前記H信号パルスカウンタ245のカウント値は、図3のモニタ画面26における水平走査線l3 から画面下端縁までの距離Lを間接的に表していることになる。
【0044】
1画面についての水平走査が終わり、ビデオ信号中に図4(a)に示すように垂直同期をとるためのV信号が送られてくると、V信号抽出回路244がこれを抽出し、V信号パルスを出力する。カウント値ホールド回路249は、このV信号パルスによってH信号パルスカウンタ245の前記カウント値を読み出し、一時格納保持する。さらに、V信号パルスは遅延回路247でわずかの時間遅延された後、オア回路248を介してH信号パルスカウンタ245のリセット端子Rに送られ、H信号パルスカウンタ245をリセットしてそのカウント値を0に戻す。
【0045】
H信号パルスカウンタ245は、CCDカメラ21から送られてくるビデオ信号の1画面毎に上記動作を繰り返し、その都度、モニタ画面26の画面下端縁からシリコン結晶のメニスカス3の最下端部までの距離Lを水平走査線の本数として出力する。
【0046】
ところで、ワイヤ17に吊り下げられた種結晶1は、種結晶回転機構19によって所定の回転速度でゆっくりと回転されている。このため、図3のモニタ画面26中のシーム線4の位置も種結晶1の回転に従ってゆっくりと回転している。従って、シーム線4の回転位置に従ってモニタ画面26の画面下端縁からシーム線4までの距離Lもそれにつれて変化し、脈動する。そこで、このような回転に伴う誤検出を防止するために、平均値算出回路250において種結晶1の1回転当たりの平均値を算出し、この平均値を測定距離Lとして後段の距離判定回路251に送る。
【0047】
距離判定回路251は、平均値算出回路250から送られてくる測定距離Lを与える水平走査線の数と、予め設定しておいた規定距離L0 を与える水平走査線の数とを比較し、例えば図5に示すように、測定された距離Lがしきい値距離L0 よりも小さくなったt1 時点で単結晶化を示すシーム線4が出現したものと判断し、シーム線の検出出力を発生する。そして、この検出出力は、図1の単結晶引き上げ制御装置25に送られる。
【0048】
単結晶引き上げ制御装置25は、前記シーム線の検出出力を受信すると、るつぼ回転機構13、るつぼ昇降機構14、種結晶昇降機構16、種結晶回転機構19の動作を制御し、シーズ工程からネック工程へと自動的に処理を移行する。
【0049】
以上説明したように、第1の実施の形態の場合、モニタ画面26の画面下端縁とシリコン結晶のメニスカス3の最下端部との間の距離Lを画像処理によって算出し、この距離Lが規定距離L0 よりも小さくなったときにシーム線4が出現したものと判断して検出出力を発生する。このため、シリコン結晶が単結晶化したか否かを自動的に検出することができ、この検出結果を用いてシリコン単結晶製造装置を制御することにより、シード工程からネック工程への移行を自動化することができる。
【0050】
なお、一旦単結晶化が達成された後においても上記監視を続け、例えば図5中のt2 時点で示すように、モニタ画面26の画面下端縁とシーム線4との距離Lが規定距離L0 よりも長くなった場合には単結晶化が崩れたとして警報を発するように構成することが望ましい。
【0051】
[第2の実施の形態]
図6に、第2の実施の形態のための単結晶化自動判別装置24の第2の構成例を示す。なお、シリコン単結晶製造装置の全体的な構成は図1と同じであるので、図示は省略する。
【0052】
この第2の実施の形態は、図7に示すように、予め、単結晶化を示すシーム線が出現した状態の種結晶1と融液面2部分の撮影画像を比較パターンPとして用意しておき、この比較パターンPと、CCDカメラ21で撮影した種結晶1と融液面2部分の撮影画像とをパターンマッチングすることにより、単結晶化を示すシーム線4が出現したか否かを検出するようにしたものである。
【0053】
図6において、261はCCDカメラ21で撮影された撮影画像を2値画像に変換する2値化回路、262は2値画像に変換された1フレーム分の撮影画像を格納記憶するフレーム画像記憶部、263はシーム線出現の判定基準となる図7に示すような比較パターンPを予め格納した比較パターン記憶部、264はフレーム画像記憶部262に格納された撮影画像と比較パターン記憶部263に格納された比較パターンPとのパターンマッチングを行ない、両者のパターンが一致したときにシーム線の出現として検出するパターンマッチング部である。
【0054】
次に、図6の単結晶化自動判別装置24の動作を説明する。
CCDカメラ21で撮影されたビデオ信号は2値化回路261で2値画像に変換され、フレーム画像記憶部262に送られる。フレーム画像記憶部262は、この2値画像に変換された図8に示すような種結晶1と融液面2部分の1フレーム分の画像を格納記憶する。
【0055】
フレーム画像記憶部262に格納された2値画像からなる撮影画像は、パターンマッチング部264に送られ、予め用意されている図7に示すような比較パターンPとパターンマッチングされる。そして、両者のパターンが一致した場合にシリコン結晶にシーム線4が出現したものと判定し、シーム線4の検出出力を発生して図1の単結晶引き上げ制御装置25に送る。
【0056】
単結晶引き上げ制御装置25は、前記シーム線の検出出力を受信すると、るつぼ回転機構13、るつぼ昇降機構14、種結晶昇降機構16、種結晶回転機構19を動作を制御し、シーズ工程からネック工程へと自動的に処理を移行する。
【0057】
以上説明したように、第2の実施の形態の場合、撮影画像と比較パターンとのパターンマッチングによってシーム線4の出現を検出する。このため、シリコン結晶が単結晶化したか否かを自動的に検出することができ、この検出結果を用いてシリコン単結晶製造装置を制御することにより、シード工程からネック工程への移行を自動化することができる。
【0058】
なお、図6の例では、説明を簡単にするために、撮影画像を2値画像に変換する場合を例示したが、2値化回路261に代えて多値化回路を用い、撮影画像を3値またはそれ以上の多値画像に変換してもよいものである。多値画像に変換した場合には、パターンマッチングに時間がかかるが、検出精度はその分向上する。
【0059】
また、この第2の実施の形態の場合も、一旦単結晶化が達成された後においても上記監視を続け、パターンマッチングの結果が一致しなくなった場合には単結晶化が崩れたとして警報を発するように構成することが望ましい。
【0060】
[第3の実施の形態]
図9に、第3の実施の形態のための単結晶化自動判別装置24の第3の構成例を示す。なお、シリコン単結晶製造装置の全体的な構成は図1と同じであるので、図示は省略する。
【0061】
この第3の実施の形態は、図10に示すように、種結晶1と融液面2部分を撮影したモニタ画面26において、ハッチングを施して示したシリコン結晶のメニスカス3とシーム線4部分の全画素数を数え、その画素数が所定のしきい値を越えた時にシーム線4の出現として検出するようにしたものである。
【0062】
図9において、271はビデオ信号を多値画像に変換する多値化回路、272は多値画像を画像解析して種結晶1、融液面2、メニスカス3及びシーム線4の各部分に領域分離する画像領域分離部、273は分離されたメニスカス3部分とシーム線4部分の画素数を計数する画素数計数部、274は計数された画素数を予め設定したしきい値と比較することによりシーム線4の出現を検出する画素数比較部である。
【0063】
次に、図9の単結晶化自動判別装置24の動作を説明する。
CCDカメラ21で撮影されたビデオ信号は多値化回路271で多値画像に変換され、画像領域分離部272に送られる。画像領域分離部272は、送られてきた多値画像を輝度差や色差等の諸特性を用いて画像解析し、種結晶1、融液面2、メニスカス3及びシーム線4の各部分に領域分離する。この領域分離結果は画素数計数部273に送られる。画素数計数部273は、領域分離結果を利用して、図10中にハッチングをして示したメニスカス3とシーム線4部分に含まれる画素数を計数し、画素数比較部274に送る。
【0064】
画素数比較部274は、送られてきた画素数と予め設定したしきい値とを比較し、送られてきた画素数がしきい値よりも大きい場合にシーム線4が出現したものと判定し、シーム線の検出出力を発生する。すなわち、図10において、シーム線4が出現した場合には、ハッチングした部分の面積はシーム線4が出現して外方へ突出している分だけその面積が大きくなり、画素数がその分だけ多くなる。従って、シーム線4が出現している場合と出現していない場合の画素数の変化は、例えば図11に示すようなものとなり、シーム線なしの点線Cと、シーム線ありの実線Dとの中間位置当たりに前記画素数比較部274のしきい値を設定しておけば、シーム線4の出現を画素数の変化から検出することができる。
【0065】
画素数比較部274から出力されるシーム線の検出出力は、図1の単結晶引き上げ制御装置25に送られる。そして、単結晶引き上げ制御装置25は、シーム線の検出出力を受信すると、るつぼ回転機構13、るつぼ昇降機構14、種結晶昇降機構16、種結晶回転機構19を動作を制御し、シーズ工程からネック工程へと自動的に処理を移行する。
【0066】
以上説明したように、第3の実施の形態の場合、撮影画像の画素数の変化からシーム線4の出現を検出する。このため、シリコン結晶が単結晶化したか否かを自動的に検出することができ、この検出結果を用いてシリコン単結晶製造装置を制御することにより、シード工程からネック工程への移行を自動化することができる。
【0067】
なお、この第3の実施の形態の場合も、一旦単結晶化が達成された後においても上記監視を続け、画素数がしきい値以下となった場合には、単結晶化が崩れたとして警報を発するように構成することが望ましい。
【0068】
[第4の実施の形態]
図12に、第3の実施の形態に用いられる単結晶化自動判別装置24の第4の構成例を示す。なお、シリコン単結晶製造装置の全体的な構成は図1と同じであるので、図示は省略する。
【0069】
この第4の実施の形態は、図13に示すように、予め撮影画像上にシリコン結晶のメニスカス3部分を横切る測定ラインEを設定しておき、この測定ラインEとメニスカス3の外郭線とが交わる交点P位置における輝度の変化を測定し、その変化からシーム線4の出現を検出するようにしたものである。
【0070】
すなわち、回転する単結晶について、測定ラインEとメニスカス3の外郭線とが交わる交点P位置における輝度の変化を測定すると、単結晶化を示すシーム線4が出現した場合には、図14に示すように、シーム線4が測光ラインEと交差する度にピーク輝度Bmax が発生する。従って、このピーク輝度Bmax を検出することにより、単結晶化を示すシーム線4の出現を検出することができる。
【0071】
図12において、281は測定ラインEとメニスカス3の外郭線とが交わる交点P位置における輝度を測定する輝度測定回路、282はピーク輝度Bmax を検出するピーク輝度検出回路、283はピーク輝度Bmax とベース輝度Bとの輝度差ΔBを算出する輝度差算出回路、284は輝度差ΔBが所定のしきい値を越えたときに単結晶化を示すシーム線4の出現として検出する輝度差判定回路である。
【0072】
次に、図12の単結晶化自動判別装置24の動作を説明する。
CCDカメラ21で撮影されたビデオ信号は交点位置輝度測定回路281に送られ、図14に示すような交点Pにおける輝度が測定される。ピーク輝度検出回路282は、この測定輝度中からピーク輝度Bmax を検出し、輝度差算出回路283に送る。
【0073】
輝度差算出回路283は、ピーク輝度Bmax とベース輝度Bとの輝度差ΔBを算出し、輝度差判定回路284に送る。輝度差判定回路284は、輝度差ΔBが所定のしきい値と比較し、しきい値を越えた場合に単結晶化を示すシーム線4が出現したものと判定し、シーム線の検出出力を発生する。この検出出力は、図1の単結晶引き上げ制御装置25に送られる。
【0074】
そして、図1の単結晶引き上げ制御装置25は、前記シーム線の検出出力を受信すると、るつぼ回転機構13、るつぼ昇降機構14、種結晶昇降機構16、種結晶回転機構19を動作を制御し、シーズ工程からネック工程へと自動的に処理を移行する。
【0075】
以上説明したように、第4の実施の形態の場合、測定ラインとメニスカスの外郭線とが交わる交点位置における輝度の変化からシーム線の出現を検出する。このため、シリコン結晶が単結晶化したか否かを自動的に検出することができ、この検出結果を用いてシリコン単結晶製造装置を制御することにより、シード工程からネック工程への移行を自動化することができる。
【0076】
なお、この第4の実施の形態の場合も、一旦単結晶化が達成された後においても上記監視を続け、輝度差がしきい値以下になった場合には、単結晶化が崩れたとして警報を発するように構成することが望ましい。
【0077】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の請求項1記載の発明によるときは、撮影画像中に設定した水平基準位置線と半導体結晶のメニスカスの最下端部との間の距離の変化から単結晶化を示すシーム線の出現を検出することができるので、従来のように作業者がシーム線の発生を目視で確認する必要がなくなり、作業者の負担を軽減することができる。また、シード工程からネック工程への移行タイミングの自動化を図ることができると共に、目視による確認の場合のように監視タイミングが合わないためにシーム線の出現の確認が遅れ、スループットの低下、使用電力量の増大、部材の劣化を招くというようなこともなくすことができる。
【0078】
本発明の請求項2記載の発明によるときは、種結晶と融液面部分の撮影画像と比較パターンとのパターンマッチングによって単結晶化を示すシーム線の出現を検出することができるので、前記請求項1記載の発明と同様な効果を奏することができる。
【0079】
本発明の請求項3記載の発明によるときは、種結晶と融液面部分の撮影画像中における半導体結晶のメニスカス部分の画素数の変化から単結晶化を示すシーム線の出現を検出することができるので、前記請求項1記載の発明と同様な効果を奏することができる。
【0080】
本発明の請求項4記載の発明によるときは、半導体結晶のメニスカスの外郭線と測定ラインとが交わる交点位置における輝度の変化から単結晶化を示すシーム線の出現を検出することができるので、前記請求項1記載の発明と同様な効果を奏することができる。
【0081】
本発明の請求項5記載の発明によるときは、撮影画像中に設定した水平基準位置線と半導体結晶のメニスカスの最下端部との間の距離の変化から単結晶化を示すシーム線の出現を検出し、シード工程からネック工程への移行を自動化できる単結晶製造装置を得ることができる。このため、従来のように作業者がシーム線の出現を目視で確認する必要がなくなり、シード工程からネック工程への移行タイミングの自動化を図ることができると共に、目視による確認の場合のように監視タイミングが合わないためにシーム線の出現の確認が遅れてスループットの低下、使用電力量の増大、部材の劣化を招くというようなこともなくすことができ、高品質で生産性に優れた半導体単結晶製造装置を提供することができる。
【0082】
本発明の請求項6記載の発明によるときは、種結晶と融液面部分の撮影画像と比較パターンとのパターンマッチングによって単結晶化を示すシーム線の出現を検出し、シード工程からネック工程への移行を自動化できる単結晶製造装置を得ることができる。このため、前記請求項5記載の発明と同様の効果を奏することができる。
【0083】
本発明の請求項7記載の発明によるときは、種結晶と融液面部分の撮影画像中における半導体結晶のメニスカス部分の画素数の変化から単結晶化を示すシーム線の出現を検出し、シード工程からネック工程への移行を自動化できる半導体単結晶製造装置を得ることができる。このため、前記請求項5記載の発明と同様の効果を奏することができる。
【0084】
本発明の請求項8記載の発明によるときは、半導体結晶のメニスカスの外郭線と測定ラインとが交わる交点位置における輝度の変化から単結晶化を示すシーム線の出現を検出し、シード工程からネック工程への移行を自動化できる半導体単結晶製造装置を得ることができる。このため、前記請求項5記載の発明と同様の効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、本発明を適用して構成したシリコン単結晶製造装置の第1の実施の形態を示す全体構成図である。
【図2】図2は、図1中の単結晶化自動判別装置の回路構成例を示す図である。
【図3】図3は、第1の実施の形態の動作説明のためのモニタ画面を示す図である。
【図4】図4は、図2の単結晶化自動判別装置の動作説明のための波形図である。
【図5】図5は、モニタ画面の画面下端縁からシリコン結晶のメニスカスの最下端部までの距離の変化特性を示す図である。
【図6】図6は、第2の実施の形態で用いられる単結晶化自動判別装置の回路構成例を示す図である。
【図7】図7は、比較パターンの例を示す図である。
【図8】図8は、第2の実施の形態の動作説明のためのモニタ画面を示す図である。
【図9】図9は、第3の実施の形態で用いられる単結晶化自動判別装置の回路構成例を示す図である。
【図10】図10は、第2の実施の形態の動作説明のためのモニタ画面を示す図である。
【図11】図11は、シリコン結晶のメニスカス部分の画素数の変化特性を示す図である。
【図12】図12は、第4の実施の形態で用いられる単結晶化自動判別装置の回路構成例を示す図である。
【図13】図13は、第4の実施の形態の動作説明のためのモニタ画面を示す図である。
【図14】図14は、半導体結晶と融液面の界面が測定ラインと交わる交点位置における輝度の変化状態の例を示す図である。
【図15】図15は、種結晶と融液面部分の撮影画像例を示すもので、(a)はシーム線が出現してる場合の撮影画像の例を示す図、(b)はシーム線が出現していない場合の撮影画像の例を示す図である。
【符号の説明】
1 種結晶
2 融液面
3 メニスカス
4 シーム線
11 るつぼ
16 種結晶昇降機構
17 ワイヤ
18 シードチャック
19 種結晶回転機構
20 透視窓
21 CCDカメラ(撮像手段)
22 カメラ制御ユニット
23 テレビモニタ
24 単結晶化自動判別装置
25 単結晶引き上げ制御装置(制御手段)
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an automatic determination method for single crystallization of a semiconductor crystal in a seed process of a semiconductor single crystal manufacturing method by a CZ method (Czochralski method), and a semiconductor single crystal manufacturing apparatus configured using this method.
[0002]
[Prior art]
An apparatus using a CZ method is known as an apparatus for manufacturing a single crystal of a semiconductor such as silicon. In this CZ method, rod-shaped polycrystalline silicon is crushed and put into a quartz glass crucible and melted. A seed crystal (seed) as a core is suspended in the melt and immersed in the melt, and the seed crystal is slowly rotated. While pulling up, a single crystal is grown from the tip of the seed crystal.
[0003]
By the way, when the single crystal pulling process in the CZ method is subdivided, the seed crystal is immersed in the melt and the seed crystal is grown from the tip of the seed crystal, and the dislocation of the single crystal is made subsequent to the seed process. In order to achieve this, it can be divided into a neck process in which the crystal diameter is narrowed and a predetermined distance is raised, and a body process in which a large single crystal as a product is stably grown following the neck process. When shifting from the seed process to the neck process, it is necessary to accurately determine whether or not the single crystal has stably grown from the tip of the seed crystal in the seed process.
[0004]
Conventionally, the determination of the single crystallization of the silicon crystal for the transition from the seed process to the neck process is performed by the operator looking into the crucible through the transparent window and the seam line (crystal habit line) peculiar to the single crystal on the crystal surface. Appearance was confirmed by visual inspection.
[0005]
FIGS. 15A and 15B show examples of images when the seam line appears and does not appear. In these drawings, 1 is a seed crystal, 2 is a melt surface of polycrystalline silicon heated and melted, 3 is a meniscus of a silicon crystal grown from the tip of the seed crystal 1, and 4 is a seam line appearing on the crystal surface. . Conventionally, by manually confirming that a seam line 4 indicating single crystallization as shown in FIG. 15A has appeared on the crystal surface, it is manually controlled so as to shift from the seed process to the neck process. It was. The number of seam lines appearing on the crystal surface is a specific number determined by the crystal orientation.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional method for visually confirming the appearance of the seam line as described above has the following technical problems.
(1) Visual confirmation is extremely burdensome for the operator.
(2) It is difficult to automate the transition timing from the seed process to the neck process.
(3) Since it takes time for the single crystal to grow and the seam line to appear after the seed crystal is immersed in the melt, it is necessary for the operator to perform monitoring at regular intervals.
(4) If the timing of monitoring does not match, it will be left as it is despite the appearance of seam lines, leading to a decrease in throughput, an increase in power consumption, and deterioration of members.
[0007]
The present invention has been made to solve the technical problems as described above. By detecting the appearance of a seam line by image processing, it is possible to automatically determine single crystallization of a semiconductor crystal in a seed process. It is an object of the present invention to provide an automatic single crystallization discrimination method and a semiconductor single crystal manufacturing apparatus configured using this method.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problems, an automatic single crystallization discrimination method according to claim 1 of the present invention is a semiconductor single crystal manufacturing method according to the CZ method. In crystallization determination, the seed crystal and the melt surface portion are photographed by the imaging means, and a horizontal reference position line for distance measurement set in advance in the photographed image and the lowermost end portion of the meniscus of the semiconductor crystal photographed by the imaging means, Is calculated by image processing, and is detected as the appearance of a seam line indicating single crystallization when the distance falls below a preset threshold value.
[0009]
In such a configuration, the appearance of a seam line indicating single crystallization is automatically detected from the change in the distance between the horizontal reference position line set in the captured image and the lowermost end of the meniscus of the semiconductor crystal. It is possible to automatically determine whether or not single crystallization of the semiconductor crystal has been achieved.
[0010]
The method for automatically determining single crystallization according to claim 2 of the present invention is a method for manufacturing a semiconductor single crystal by a CZ method. In the method for determining single crystallization of a grown crystal for transition from a seed process to a neck process, an imaging means is used. The seed crystal and the melt surface portion are photographed, and an image of the seed crystal and the melt surface portion in a state where the seam line appears is prepared as a comparison pattern in advance, and the seed crystal and the melt surface portion photographed by the imaging means are prepared. Appearance of a seam line indicating single crystallization is detected by performing pattern matching between the captured image and the comparison pattern.
[0011]
With such a configuration, it is possible to automatically detect the appearance of a seam line indicating single crystallization by pattern matching between a captured image of the seed crystal and the melt surface portion and a comparison pattern, and the single crystal of the semiconductor crystal It is possible to automatically determine whether or not conversion has been achieved.
[0012]
According to a third aspect of the present invention, there is provided a method for automatically determining a single crystallization according to a third aspect of the present invention, in the method for manufacturing a semiconductor single crystal by the CZ method. The seed crystal and the melt surface portion are photographed, and the number of pixels of the meniscus portion of the semiconductor crystal in the photographed images of the seed crystal and the melt surface portion photographed by the imaging means is counted by image processing. When the threshold value is exceeded, it is detected as the appearance of a seam line indicating single crystallization.
[0013]
With such a configuration, it is possible to automatically detect the appearance of a seam line indicating single crystallization from the change in the number of pixels of the meniscus portion of the semiconductor crystal in the photographed images of the seed crystal and the melt surface portion, It is possible to automatically determine whether or not single crystallization of the semiconductor crystal has been achieved.
[0014]
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided an automatic single crystallization discrimination method according to a method of manufacturing a semiconductor single crystal by a CZ method, wherein an imaging means is used for determining single crystallization of a grown crystal for shifting from a seed process to a neck process. The seed crystal and the melt surface part are photographed, a measurement line is set in advance on the photographed image so as to cross the meniscus part of the semiconductor crystal, and the meniscus in the photographed image of the seed crystal and the melt surface part photographed by the imaging means is set. Measure the change in luminance at the intersection point where the outer line and the measurement line intersect,
When the luminance change exceeds a predetermined threshold, it is detected as the appearance of a seam line indicating single crystallization.
[0015]
With such a configuration, it is possible to automatically detect the appearance of a seam line indicating single crystallization from the change in luminance at the intersection point where the outer line of the meniscus and the measurement line intersect, and the single crystallization of the semiconductor crystal It can be automatically determined whether or not is achieved.
[0016]
The semiconductor single crystal manufacturing apparatus according to claim 5 of the present invention is a semiconductor single crystal manufacturing apparatus based on the CZ method, and includes an imaging means for imaging a seed crystal and a melt surface portion in a crucible through a fluoroscopic window, and a captured image in advance. The distance between the set horizontal reference position line for measuring the distance and the lowest end of the meniscus of the semiconductor crystal in the captured image taken by the imaging means is calculated by image processing, and the distance is preset. An automatic single crystallization discriminating apparatus for detecting the appearance of a seam line indicating single crystallization when the threshold value is below the threshold value, and a processing step of the semiconductor single crystal manufacturing apparatus according to the discrimination result of the single crystallization automatic discriminating apparatus. It is configured by providing a control means for automatically shifting from the seed process to the neck process.
[0017]
In such a configuration, the appearance of a seam line indicating single crystallization is automatically detected from the change in the distance between the horizontal reference position line set in the captured image and the lowermost end of the meniscus of the semiconductor crystal. Thus, it is possible to obtain a semiconductor single crystal manufacturing apparatus that can automatically determine whether or not single crystallization of a semiconductor crystal has been achieved and shift from a seed process to a neck process.
[0018]
In the semiconductor single crystal manufacturing apparatus according to claim 6 of the present invention, in the semiconductor single crystal manufacturing apparatus based on the CZ method, an imaging means for photographing the seed crystal and the melt surface portion in the crucible through the transparent window, and a seam line appear in advance. An image of the seed crystal and the melt surface portion in the prepared state is prepared as a comparison pattern, and a pattern matching is performed between the captured image of the seed crystal and the melt surface portion taken by the imaging means and the comparison pattern. An automatic single crystallization discriminating device for detecting the appearance of a seam line indicating crystallization, and a process of the semiconductor single crystal manufacturing apparatus is automatically shifted from the seed process to the neck process according to the discrimination result of the single crystallization automatic discriminating apparatus. It comprises by providing a control means.
[0019]
With such a configuration, it is possible to automatically detect the appearance of a seam line indicating single crystallization by pattern matching between a captured image of the seed crystal and the melt surface portion and a comparison pattern, and the single crystal of the semiconductor crystal It is possible to obtain a semiconductor single crystal manufacturing apparatus that can automatically determine whether or not the conversion has been achieved and shift from the seed process to the neck process.
[0020]
The semiconductor single crystal manufacturing apparatus according to claim 7 of the present invention is a semiconductor single crystal manufacturing apparatus based on the CZ method, imaging means for imaging the seed crystal and the melt surface portion in the crucible through the fluoroscopic window, and imaging by the imaging means. The number of pixels of the meniscus portion of the semiconductor crystal in the photographed image of the seed crystal and the melt surface portion is counted by image processing, and a seam line indicating single crystallization is displayed when the number of pixels exceeds a predetermined threshold value. A single crystallization automatic discrimination device that detects as an appearance, and a control means that automatically shifts the processing process of the semiconductor single crystal manufacturing apparatus from the seed process to the neck process according to the discrimination result of the single crystallization automatic discrimination apparatus It is a thing.
[0021]
With such a configuration, it is possible to automatically detect the appearance of a seam line indicating single crystallization from the change in the number of pixels of the meniscus portion of the semiconductor crystal in the photographed images of the seed crystal and the melt surface portion, It is possible to obtain a semiconductor single crystal manufacturing apparatus that can automatically determine whether or not single crystallization of a semiconductor crystal has been achieved and shift from a seed process to a neck process.
[0022]
The semiconductor single crystal manufacturing apparatus according to claim 8 of the present invention is a semiconductor single crystal manufacturing apparatus according to the CZ method, wherein an imaging means for imaging a seed crystal and a melt surface portion in a crucible through a fluoroscopic window, and a captured image in advance. A measurement line that crosses the meniscus portion of the semiconductor crystal is set, and a change in luminance at the intersection point where the outline of the meniscus in the photographed image of the seed crystal and the melt surface portion taken by the imaging means intersects the measurement line A single crystallization automatic discriminating device that detects the appearance of a seam line indicating single crystallization when the luminance change exceeds a predetermined threshold, and a semiconductor according to the discrimination result of the single crystallization automatic discriminating device It comprises a control means for automatically shifting the processing process of the single crystal manufacturing apparatus from the seed process to the neck process.
[0023]
With such a configuration, it is possible to automatically detect the appearance of a seam line indicating single crystallization from the change in luminance at the intersection point where the outer line of the meniscus and the measurement line intersect, and the single crystallization of the semiconductor crystal Thus, it is possible to obtain a semiconductor single crystal manufacturing apparatus that can automatically determine whether or not has been achieved and shift from the seed process to the neck process.
[0024]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[First Embodiment]
1 to 5 show a first embodiment of a silicon single crystal manufacturing apparatus configured by applying the present invention. 1 is an overall configuration diagram of a silicon single crystal manufacturing apparatus, FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a circuit configuration of a single crystallization automatic discrimination apparatus in FIG. 1, FIG. 3 is a diagram illustrating a monitor screen for explaining operations, and FIG. FIG. 5 is a diagram showing a change characteristic of the distance from the lower edge of the monitor screen to the lowest end of the silicon crystal meniscus.
[0025]
In the first embodiment, as shown in FIG. 3, the gap between the lower end edge of the screen on the monitor screen 26 in which the seed crystal 1 and the melt surface 2 are photographed and the lowermost end portion of the meniscus 3 of the silicon crystal. The distance L is calculated by image processing, and when the distance L is equal to or less than a preset threshold value, it is detected that the seam line 4 indicating single crystallization has appeared. In the first embodiment, the horizontal reference position line for measuring the distance L is set at the lower end edge of the monitor screen 26. However, if the horizontal reference position line is below the meniscus 3, Any position on the monitor screen may be set.
[0026]
In FIG. 1, 11 is a crucible made of quartz glass, 12 is a graphite heater arranged around it, 13 is a crucible rotating mechanism, and 14 is a crucible raising / lowering mechanism.
[0027]
The crucible 11 is surrounded by a vacuum vessel 15, and a seed crystal elevating mechanism 16 composed of a motor, a winding drum and the like is installed at the upper end of the neck of the vacuum vessel 15, and the stainless steel connected to the elevating mechanism 16. A seed chuck 18 for holding the seed crystal 1 is attached to the tip of the wire 17 made of the metal. A seed crystal rotating mechanism 19 is provided below the seed crystal lifting mechanism 16, and the seed crystal lifting mechanism 16 is rotated by the seed crystal rotating mechanism 19 to be suspended from the tip of the wire 17. The seed crystal 1 can be rotated.
[0028]
A transparent quartz glass see-through window 20 is formed on the shoulder of the vacuum vessel 15, and image pickup means such as a CCD camera 21 is installed in the crucible 11 in this window portion. The CCD camera 21 obtains a photographed image as shown in FIG. 3 by photographing the seed crystal 1 and the melt surface 2 from obliquely upward when pulling up the silicon single crystal.
[0029]
Reference numeral 22 denotes a camera control unit, reference numeral 23 denotes a monitoring television monitor for displaying a photographed image of the CCD camera 21, and reference numeral 24 denotes single crystallization by image processing from the photographed image of the CCD camera 21 sent via the camera control unit 22. An automatic single crystallization discriminating device 25 for detecting the appearance of seam lines, 25 is a crucible rotating mechanism 13, a crucible lifting / lowering mechanism 14, a seed crystal lifting / lowering mechanism 16, a seed crystal rotating mechanism 19, etc. This is a single crystal pulling control device for comprehensively performing operation, temperature control of the heater 12, and the like.
[0030]
The single crystallization automatic discrimination device 24 has a circuit configuration as shown in FIG.
That is, in FIG. 2, reference numeral 241 denotes a video signal sent from the CCD camera 21 with a predetermined threshold value V. S Comparator for pulsing and outputting at 240, a pulse width discriminating circuit for removing a pulse signal having a pulse width equal to or less than a predetermined pulse width, and a signal 243 for extracting a horizontal synchronizing signal (H signal) from a video signal Reference numeral 244 denotes a V signal extraction circuit that extracts a vertical synchronization signal (V signal) from the video signal, 245 denotes an H signal pulse counter that counts an H signal pulse output from the H signal extraction circuit 243, and 246 denotes a horizontal scanning line. The horizontal scanning line l corresponding to the lower edge of the screen of the monitor screen 26 (see FIG. 3) is counted by counting the number. n A horizontal scanning line counter 247 for detecting the position of the V signal, 247 is a delay circuit for delaying the V signal pulse output from the V signal extraction circuit 244 for a short time, and 248 is an OR circuit.
[0031]
Reference numeral 249 denotes a count value holding circuit that reads and temporarily holds the H signal count value of the H signal pulse counter 245, and 250 calculates an average value of the H signal count value for each rotation of the silicon crystal in order to eliminate a detection error. An average value calculation circuit 251 indicates a distance L between the lower end edge of the monitor screen 26 and the lowermost end portion of the meniscus 3 of the silicon crystal from the averaged H signal count value output from the average value calculation circuit 250. Calculated and the distance L is a preset threshold value L 0 This is a determination circuit that determines that a seam line 4 indicating single crystallization has appeared on the crystal surface when the following occurs.
[0032]
Next, the detection operation of the seam line 4 in the first embodiment having the above configuration will be described. First, rod-like polycrystalline silicon as a raw material is put into a crucible 11 crushed into a block shape and melted by heating with a heater 12. The seed crystal 1 is held by the seed chuck 18 at the tip of the wire 17 and suspended in the crucible 11.
[0033]
When the manufacture of the silicon single crystal is started in this state, the wire 17 is lowered downward by the seed crystal lifting mechanism 16, and the tip of the seed crystal 1 suspended from the tip of the wire 17 is the many in the crucible 11. At the same time, the seed crystal rotating mechanism 19 and the crucible rotating mechanism 13 are driven, and the seed crystal 1 crucible 11 starts rotating slowly at a predetermined speed in the opposite direction or in the same direction. Is done. This starts the seeding process.
[0034]
The CCD camera 21 images the seed crystal 1 and the melt surface 2 through the transparent window 20, and the video signal is sent to the camera control unit 22 for monitoring as a monitor screen 26 as shown in FIG. The image is displayed on the television monitor 23 and sent to the single crystallization automatic discrimination device 24.
[0035]
An example of the waveform of the video signal sent from the CCD camera 21 is shown in FIG. In this video signal, H is a horizontal synchronizing signal (H signal), V is a vertical synchronizing signal (V signal) appearing every 1/60 seconds, and the horizontal scanning line l in FIG. 1 ~ L Three , L n Is the horizontal scanning line l in the monitor screen 26 of FIG. 1 ~ L Three , L n It shall be corresponding to each.
[0036]
As apparent from the monitor screen 26 of FIG. 3, when the seam line 4 appears on the surface of the silicon crystal meniscus 3, the seam line 4 portion protrudes downward from the screen. The distance L between the edge and the lowermost end of the meniscus 3 of the silicon crystal is reduced accordingly. Therefore, by monitoring this distance L, it is possible to detect whether or not a seam line 4 indicating single crystallization has appeared. The single crystallization automatic discrimination device 24 shown in FIG. 2 obtains this distance L by image processing, and the value is a predetermined threshold value L. 0 It is detected that the seam line 4 indicating single crystallization has appeared when it becomes smaller.
[0037]
That is, the video signal sent from the CCD camera 21 is input to the comparator 241, the H signal extraction circuit 243, and the V signal extraction circuit 244 of the single crystallization automatic discrimination device 24 of FIG. The comparator 241 has a predetermined threshold V as shown in FIG. S To determine the signal level, and as shown in FIG. S The above signal part is 1, threshold V S The following signal part is converted to 0 and output.
[0038]
The output pulse of the comparator 241 is sent to the pulse width discriminating circuit 242, and after removing a pulse signal having a predetermined pulse width or less as noise, it is sent to the reset terminal R of the H signal pulse counter 245 via the OR circuit 248, and the H signal It acts to reset the pulse counter 245.
[0039]
On the other hand, the H signal extraction circuit 243 extracts the H signal (see FIG. 4A) from the video signal to generate an H signal pulse, and supplies it to the count terminal C of the H signal pulse counter 245 and the horizontal scanning line counter 246. send. The H signal pulse counter 245 counts the H signal pulse every time it arrives. On the other hand, the horizontal scanning line counter 246 counts the H signal pulses, and the scanning line l corresponding to the preset lower end edge of the monitor screen 26 is counted. n An output pulse is generated when it coincides with the scanning line number N.
[0040]
As is apparent from the above operation, the horizontal scanning line l intersecting the seam line 4 from the upper end position of the screen on the monitor screen 26 of FIG. Three Since the pulse is always output from the comparator 241 as shown in FIG. 4B up to the position of, the H signal pulse counter 245 continues to be reset by this pulse, and the horizontal scanning line l Three The count value is always 0 until the position is reached.
[0041]
The scanning position is the horizontal scanning line l Three Since the horizontal scanning line only crosses the portion of the melt surface 2 of polycrystalline silicon after passing the position of, a pulse is not output from the comparator 241 as shown in FIG. As a result, the H signal pulse counter 245 is not reset, and the H signal pulse counter 245 Three Subsequent H signal pulses are sequentially counted.
[0042]
On the other hand, the horizontal scanning line counter 246 counts the H signal pulses output from the H signal extraction circuit 243, sequentially counts the number of horizontal scanning lines of the video signal, and the count value is set in advance. Horizontal scanning line l corresponding to the lower end position of the monitor screen 26 n When it coincides with the scanning line number N, an output pulse is generated. As a result, the count operation of the H signal pulse counter 245 is stopped.
[0043]
Therefore, the count value of the H signal pulse counter 245 at the time when the counting operation is stopped by the output pulse of the horizontal scanning line counter 246 is the horizontal scanning line l in the monitor screen 26 of FIG. Three Horizontal scanning line l corresponding to the bottom edge of the screen from the position n The total number of horizontal scanning lines included in the above is shown. Since the video signal sent from the CCD camera 21 is a television signal of 1 field 1/60 seconds and 1 frame 1/30 seconds, the count value of the H signal pulse counter 245 is the monitor screen of FIG. Horizontal scan line 1 at 26 Three It indirectly represents the distance L from the bottom edge of the screen.
[0044]
When the horizontal scanning for one screen is completed and a V signal for vertical synchronization is sent into the video signal as shown in FIG. 4A, the V signal extraction circuit 244 extracts this, and the V signal is extracted. Output a pulse. The count value hold circuit 249 reads the count value of the H signal pulse counter 245 by this V signal pulse, and temporarily stores and holds it. Further, the V signal pulse is delayed for a short time by the delay circuit 247, and then sent to the reset terminal R of the H signal pulse counter 245 via the OR circuit 248. The H signal pulse counter 245 is reset and the count value is set. Return to zero.
[0045]
The H signal pulse counter 245 repeats the above operation for each screen of the video signal sent from the CCD camera 21, and each time the distance from the lower end edge of the monitor screen 26 to the lowermost end portion of the meniscus 3 of the silicon crystal. L is output as the number of horizontal scanning lines.
[0046]
By the way, the seed crystal 1 suspended from the wire 17 is slowly rotated by the seed crystal rotation mechanism 19 at a predetermined rotation speed. For this reason, the position of the seam line 4 in the monitor screen 26 of FIG. 3 also rotates slowly according to the rotation of the seed crystal 1. Accordingly, the distance L from the lower edge of the screen 26 of the monitor screen 26 to the seam line 4 also changes according to the rotational position of the seam line 4 and pulsates accordingly. Therefore, in order to prevent such erroneous detection due to rotation, the average value calculation circuit 250 calculates an average value per rotation of the seed crystal 1, and uses this average value as a measurement distance L as a distance determination circuit 251 in the subsequent stage. Send to.
[0047]
The distance determination circuit 251 includes the number of horizontal scanning lines that give the measurement distance L sent from the average value calculation circuit 250 and a predetermined distance L set in advance. 0 For example, as shown in FIG. 5, the measured distance L is the threshold distance L. 0 Smaller than t 1 It is determined that a seam line 4 indicating single crystallization has appeared at that time, and a seam line detection output is generated. This detection output is sent to the single crystal pulling control device 25 of FIG.
[0048]
When the single crystal pulling control device 25 receives the detection output of the seam line, the single crystal pulling control device 25 controls the operations of the crucible rotating mechanism 13, the crucible lifting mechanism 14, the seed crystal lifting mechanism 16, and the seed crystal rotating mechanism 19, from the seed process to the neck process. The process is automatically transferred to.
[0049]
As described above, in the case of the first embodiment, the distance L between the lower end edge of the monitor screen 26 and the lowermost end portion of the meniscus 3 of the silicon crystal is calculated by image processing, and this distance L is defined. Distance L 0 When the value is smaller than that, it is determined that the seam line 4 has appeared, and a detection output is generated. For this reason, it is possible to automatically detect whether or not the silicon crystal has become a single crystal, and by using this detection result to control the silicon single crystal manufacturing equipment, the transition from the seed process to the neck process is automated. can do.
[0050]
Note that the above monitoring is continued even after single crystallization is achieved, for example, t in FIG. 2 As shown at the time, the distance L between the bottom edge of the monitor screen 26 and the seam line 4 is the specified distance L. 0 If the length is longer than that, it is desirable that a warning be issued if single crystallization is broken.
[0051]
[Second Embodiment]
FIG. 6 shows a second configuration example of the single crystallization automatic discrimination device 24 for the second embodiment. The overall configuration of the silicon single crystal manufacturing apparatus is the same as that shown in FIG.
[0052]
In the second embodiment, as shown in FIG. 7, a photographed image of the seed crystal 1 and the melt surface 2 in a state where a seam line indicating single crystallization appears is prepared as a comparison pattern P in advance. Then, by comparing the comparison pattern P with the seed crystal 1 photographed by the CCD camera 21 and the photographed image of the melt surface 2 portion, it is detected whether or not a seam line 4 indicating single crystallization has appeared. It is what you do.
[0053]
In FIG. 6, reference numeral 261 denotes a binarization circuit that converts a photographed image taken by the CCD camera 21 into a binary image, and 262 denotes a frame image storage unit that stores and stores a photographed image for one frame converted into a binary image. Reference numeral 263 denotes a comparison pattern storage unit that stores in advance a comparison pattern P as shown in FIG. 7 that is a criterion for the appearance of seam lines. Reference numeral 264 denotes a captured image stored in the frame image storage unit 262 and a comparison pattern storage unit 263. This is a pattern matching unit that performs pattern matching with the comparison pattern P and detects the appearance of a seam line when the two patterns match.
[0054]
Next, the operation of the single crystallization automatic discrimination device 24 of FIG. 6 will be described.
The video signal photographed by the CCD camera 21 is converted into a binary image by the binarization circuit 261 and sent to the frame image storage unit 262. The frame image storage unit 262 stores and stores an image for one frame of the seed crystal 1 and the melt surface 2 portion as shown in FIG. 8 converted into the binary image.
[0055]
A captured image composed of binary images stored in the frame image storage unit 262 is sent to the pattern matching unit 264, and is pattern-matched with a comparison pattern P as shown in FIG. If the two patterns match, it is determined that the seam line 4 has appeared in the silicon crystal, and a detection output of the seam line 4 is generated and sent to the single crystal pulling control device 25 in FIG.
[0056]
When receiving the detection output of the seam line, the single crystal pulling control device 25 controls the operation of the crucible rotating mechanism 13, the crucible lifting mechanism 14, the seed crystal lifting mechanism 16, and the seed crystal rotating mechanism 19, from the seed process to the neck process. The process is automatically transferred to.
[0057]
As described above, in the case of the second embodiment, the appearance of the seam line 4 is detected by pattern matching between the captured image and the comparison pattern. For this reason, it is possible to automatically detect whether or not the silicon crystal has become a single crystal, and by using this detection result to control the silicon single crystal manufacturing equipment, the transition from the seed process to the neck process is automated. can do.
[0058]
In the example of FIG. 6, the case where the captured image is converted into a binary image is illustrated for the sake of simplicity. However, a multi-value quantization circuit is used instead of the binarization circuit 261, and the captured image is converted into 3 images. It may be converted into a multi-valued image having a value or higher. When converted to a multi-valued image, pattern matching takes time, but detection accuracy is improved accordingly.
[0059]
In the case of the second embodiment as well, the above monitoring is continued even after the single crystallization is achieved once, and if the pattern matching results do not match, an alarm is given that the single crystallization has broken. It is desirable to make it emit.
[0060]
[Third Embodiment]
FIG. 9 shows a third configuration example of the single crystallization automatic discrimination device 24 for the third embodiment. The overall configuration of the silicon single crystal manufacturing apparatus is the same as that shown in FIG.
[0061]
In the third embodiment, as shown in FIG. 10, in the monitor screen 26 in which the seed crystal 1 and the melt surface 2 portion are photographed, the silicon crystal meniscus 3 and seam line 4 portions shown by hatching are shown. The total number of pixels is counted, and when the number of pixels exceeds a predetermined threshold value, the appearance of the seam line 4 is detected.
[0062]
In FIG. 9, reference numeral 271 denotes a multi-value conversion circuit for converting a video signal into a multi-value image. The image area separating unit 273 for separating the pixels counts the number of pixels of the separated meniscus 3 portion and the seam line 4 portion, and 274 compares the counted number of pixels with a preset threshold value. It is a pixel number comparison unit that detects the appearance of the seam line 4.
[0063]
Next, the operation of the single crystallization automatic discrimination device 24 of FIG. 9 will be described.
A video signal photographed by the CCD camera 21 is converted into a multi-value image by a multi-value conversion circuit 271 and sent to an image region separation unit 272. The image region separation unit 272 performs image analysis on the sent multi-valued image using various characteristics such as luminance difference and color difference, and the region in each part of the seed crystal 1, the melt surface 2, the meniscus 3, and the seam line 4. To separate. This region separation result is sent to the pixel number counting unit 273. The pixel number counting unit 273 counts the number of pixels included in the meniscus 3 and the seam line 4 shown by hatching in FIG. 10 using the region separation result, and sends the counted number to the pixel number comparing unit 274.
[0064]
The pixel number comparison unit 274 compares the number of transmitted pixels with a preset threshold value, and determines that the seam line 4 has appeared when the number of transmitted pixels is greater than the threshold value. , Generate seam line detection output. That is, in FIG. 10, when the seam line 4 appears, the area of the hatched portion increases as the seam line 4 appears and protrudes outward, and the number of pixels increases accordingly. Become. Therefore, the change in the number of pixels when the seam line 4 appears and when it does not appear is as shown in FIG. 11, for example, and a dotted line C without a seam line and a solid line D with a seam line. If the threshold value of the pixel number comparison unit 274 is set per intermediate position, the appearance of the seam line 4 can be detected from the change in the number of pixels.
[0065]
The detection output of the seam line output from the pixel number comparison unit 274 is sent to the single crystal pulling control device 25 of FIG. When the single crystal pulling control device 25 receives the detection output of the seam line, the single crystal pulling control device 25 controls the operation of the crucible rotating mechanism 13, the crucible lifting mechanism 14, the seed crystal lifting mechanism 16, and the seed crystal rotating mechanism 19, so that the bottleneck from the seeding process. The process is automatically transferred to the process.
[0066]
As described above, in the case of the third embodiment, the appearance of the seam line 4 is detected from the change in the number of pixels of the captured image. For this reason, it is possible to automatically detect whether or not the silicon crystal has become a single crystal, and by using this detection result to control the silicon single crystal manufacturing equipment, the transition from the seed process to the neck process is automated. can do.
[0067]
In the case of the third embodiment as well, the above monitoring is continued even after single crystallization is achieved. If the number of pixels falls below the threshold value, the single crystallization is broken. It is desirable to be configured to issue an alarm.
[0068]
[Fourth Embodiment]
FIG. 12 shows a fourth configuration example of the single crystallization automatic discrimination device 24 used in the third embodiment. The overall configuration of the silicon single crystal manufacturing apparatus is the same as that shown in FIG.
[0069]
In the fourth embodiment, as shown in FIG. 13, a measurement line E that crosses the meniscus 3 portion of the silicon crystal is set in advance on the photographed image, and the measurement line E and the outline of the meniscus 3 are The change in luminance at the intersecting point P is measured, and the appearance of the seam line 4 is detected from the change.
[0070]
That is, when the change in luminance at the intersection P position where the measurement line E and the outline of the meniscus 3 intersect is measured for a rotating single crystal, a seam line 4 indicating single crystallization appears in FIG. Thus, every time the seam line 4 intersects the photometric line E, the peak luminance Bmax is generated. Therefore, by detecting this peak luminance Bmax, it is possible to detect the appearance of the seam line 4 indicating single crystallization.
[0071]
In FIG. 12, reference numeral 281 denotes a luminance measuring circuit for measuring the luminance at the intersection P position where the measurement line E and the outline of the meniscus 3 intersect, 282 is a peak luminance detecting circuit for detecting the peak luminance Bmax, and 283 is a peak luminance Bmax and base. A luminance difference calculation circuit 284 that calculates a luminance difference ΔB with respect to the luminance B is a luminance difference determination circuit that detects the appearance of the seam line 4 indicating single crystallization when the luminance difference ΔB exceeds a predetermined threshold value. .
[0072]
Next, the operation of the single crystallization automatic discrimination device 24 of FIG. 12 will be described.
The video signal photographed by the CCD camera 21 is sent to the intersection position luminance measurement circuit 281 and the luminance at the intersection P as shown in FIG. 14 is measured. The peak luminance detection circuit 282 detects the peak luminance Bmax from the measured luminance and sends it to the luminance difference calculation circuit 283.
[0073]
The luminance difference calculation circuit 283 calculates a luminance difference ΔB between the peak luminance Bmax and the base luminance B and sends it to the luminance difference determination circuit 284. The luminance difference determination circuit 284 compares the luminance difference ΔB with a predetermined threshold value, determines that a seam line 4 indicating single crystallization has appeared when the threshold value exceeds the threshold value, and outputs a detection output of the seam line. Occur. This detection output is sent to the single crystal pulling control device 25 of FIG.
[0074]
1 receives the detection output of the seam line, and controls the operation of the crucible rotating mechanism 13, the crucible lifting mechanism 14, the seed crystal lifting mechanism 16, and the seed crystal rotating mechanism 19, The process is automatically shifted from the seed process to the neck process.
[0075]
As described above, in the case of the fourth embodiment, the appearance of a seam line is detected from the change in luminance at the intersection point where the measurement line and the outline of the meniscus intersect. For this reason, it is possible to automatically detect whether or not the silicon crystal has become a single crystal, and by using this detection result to control the silicon single crystal manufacturing equipment, the transition from the seed process to the neck process is automated. can do.
[0076]
Even in the case of the fourth embodiment, the above monitoring is continued even after the single crystallization is achieved, and the single crystallization is broken if the luminance difference is below the threshold value. It is desirable to be configured to issue an alarm.
[0077]
【The invention's effect】
As described above, according to the first aspect of the present invention, the single crystallization is performed from the change in the distance between the horizontal reference position line set in the photographed image and the lowest end of the meniscus of the semiconductor crystal. Since the appearance of the seam line to be shown can be detected, it is not necessary for the operator to visually confirm the occurrence of the seam line as in the prior art, and the burden on the operator can be reduced. In addition, it is possible to automate the transition timing from the seed process to the neck process, and because the monitoring timing does not match as in the case of visual confirmation, the confirmation of the appearance of seam lines is delayed, the throughput decreases, the power used It is possible to eliminate the increase in the amount and the deterioration of the member.
[0078]
According to the second aspect of the present invention, since the appearance of a seam line indicating single crystallization can be detected by pattern matching between the photographed image of the seed crystal and the melt surface portion and the comparison pattern, the claim The same effect as that of the invention described in item 1 can be obtained.
[0079]
According to the third aspect of the present invention, it is possible to detect the appearance of a seam line indicating single crystallization from the change in the number of pixels of the meniscus portion of the semiconductor crystal in the photographed images of the seed crystal and the melt surface portion. Therefore, the same effect as that of the first aspect of the invention can be achieved.
[0080]
When the invention according to claim 4 of the present invention, it is possible to detect the appearance of a seam line indicating single crystallization from the change in luminance at the intersection point where the outline of the meniscus of the semiconductor crystal and the measurement line intersect. The same effects as those of the first aspect of the invention can be achieved.
[0081]
According to the invention described in claim 5 of the present invention, the appearance of a seam line indicating single crystallization from the change in the distance between the horizontal reference position line set in the photographed image and the lowermost end of the meniscus of the semiconductor crystal. A single crystal manufacturing apparatus capable of detecting and automating the transition from the seed process to the neck process can be obtained. This eliminates the need for the operator to visually confirm the appearance of the seam line as in the past, and can automate the transition timing from the seed process to the neck process, as well as monitoring in the case of visual confirmation. Because the timing does not match, confirmation of the appearance of seam lines is delayed, which can reduce the throughput, increase the amount of power used, and cause deterioration of components. A crystal manufacturing apparatus can be provided.
[0082]
According to the invention described in claim 6 of the present invention, the appearance of a seam line indicating single crystallization is detected by pattern matching between the photographed image of the seed crystal and the melt surface portion and the comparison pattern, and from the seed process to the neck process. It is possible to obtain a single crystal manufacturing apparatus that can automate the transition of the above. Therefore, the same effect as that of the fifth aspect of the invention can be achieved.
[0083]
According to the seventh aspect of the present invention, the appearance of a seam line indicating single crystallization is detected from the change in the number of pixels of the meniscus portion of the semiconductor crystal in the photographed images of the seed crystal and the melt surface portion, and the seed A semiconductor single crystal manufacturing apparatus capable of automating the transition from the process to the neck process can be obtained. Therefore, the same effect as that of the fifth aspect of the invention can be achieved.
[0084]
According to the eighth aspect of the present invention, the appearance of a seam line indicating single crystallization is detected from the change in luminance at the intersection point where the outline of the meniscus of the semiconductor crystal and the measurement line intersect, and the bottleneck from the seed process is detected. A semiconductor single crystal manufacturing apparatus capable of automating the transition to the process can be obtained. Therefore, the same effect as that of the fifth aspect of the invention can be achieved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall configuration diagram showing a first embodiment of a silicon single crystal manufacturing apparatus configured by applying the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a circuit configuration example of the single crystallization automatic discrimination device in FIG. 1;
FIG. 3 is a diagram illustrating a monitor screen for explaining the operation of the first embodiment;
4 is a waveform diagram for explaining the operation of the single crystallization automatic discrimination apparatus of FIG. 2; FIG.
FIG. 5 is a diagram illustrating a change characteristic of a distance from a lower end edge of a monitor screen to a lowermost end portion of a meniscus of a silicon crystal.
FIG. 6 is a diagram showing a circuit configuration example of a single crystallization automatic discrimination device used in the second embodiment.
FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a comparison pattern.
FIG. 8 is a diagram illustrating a monitor screen for explaining the operation of the second embodiment;
FIG. 9 is a diagram showing a circuit configuration example of a single crystallization automatic discrimination apparatus used in the third embodiment.
FIG. 10 is a diagram illustrating a monitor screen for explaining the operation of the second embodiment;
FIG. 11 is a diagram illustrating a change characteristic of the number of pixels of a meniscus portion of a silicon crystal.
FIG. 12 is a diagram illustrating a circuit configuration example of a single crystallization automatic discrimination device used in the fourth embodiment;
FIG. 13 is a diagram illustrating a monitor screen for explaining the operation of the fourth embodiment;
FIG. 14 is a diagram illustrating an example of a state of change in luminance at an intersection position where an interface between a semiconductor crystal and a melt surface intersects with a measurement line;
FIG. 15 shows an example of a photographed image of a seed crystal and a melt surface portion. (A) is a diagram showing an example of a photographed image when a seam line appears, and (b) is a seam line. It is a figure which shows the example of the picked-up image when no has appeared.
[Explanation of symbols]
1 seed crystal
2 Melt surface
3 Meniscus
4 Seam line
11 crucible
16 Seed crystal lifting mechanism
17 wire
18 Seed chuck
19 Seed crystal rotation mechanism
20 Perspective window
21 CCD camera (imaging means)
22 Camera control unit
23 TV monitor
24 Single crystallization automatic identification device
25 Single crystal pulling control device (control means)

Claims (8)

CZ法による半導体単結晶の製造方法において、
シード工程からネック工程への移行のための成長結晶の単結晶化判定に際して、撮像手段によって種結晶と融液面部分を撮影し、
予め撮影画像中に設定した距離測定のための水平基準位置線と撮像手段によって撮影した半導体結晶のメニスカスの最下端部との間の距離を画像処理によって算出し、
該距離が予め設定したしきい値以下となったときに単結晶化を示すシーム線の出現として検出することを特徴とする単結晶化自動判別方法。
In the method for producing a semiconductor single crystal by the CZ method,
When determining the single crystallization of the growth crystal for the transition from the seed process to the neck process, the seed crystal and the melt surface part are photographed by the imaging means,
The distance between the horizontal reference position line for distance measurement set in advance in the photographed image and the lowest end of the meniscus of the semiconductor crystal photographed by the imaging means is calculated by image processing,
An automatic single crystallization discriminating method, characterized in that it is detected as the appearance of a seam line indicating single crystallization when the distance is equal to or less than a preset threshold value.
CZ法による半導体単結晶の製造方法において、
シード工程からネック工程への移行のための成長結晶の単結晶化判定に際して、撮像手段によって種結晶と融液面部分を撮影し、
予めシーム線が出現した状態における種結晶と融液面部分の画像を比較パターンとして用意しておき、
撮像手段によって撮影した種結晶と融液面部分の撮影画像と前記比較パターンとのパターンマッチングを行なうことによって単結晶化を示すシーム線の出現を検出することを特徴とする単結晶化自動判別方法。
In the method for producing a semiconductor single crystal by the CZ method,
When determining the single crystallization of the growth crystal for the transition from the seed process to the neck process, the seed crystal and the melt surface part are photographed by the imaging means,
Prepare an image of the seed crystal and the melt surface part in the state where the seam line appeared in advance as a comparison pattern,
A method for automatically determining a single crystallization, wherein the appearance of a seam line indicating single crystallization is detected by performing pattern matching between a seed crystal photographed by an imaging means, a photographed image of a melt surface portion, and the comparison pattern. .
CZ法による半導体単結晶の製造方法において、
シード工程からネック工程への移行のための成長結晶の単結晶化判定に際して、撮像手段によって種結晶と融液面部分を撮影し、
撮像手段によって撮影した種結晶と融液面部分の撮影画像中における半導体結晶のメニスカス部分の画素数を画像処理によって計数し、
該画素数が所定のしきい値を越えたときに単結晶化を示すシーム線の出現として検出することを特徴とする単結晶化自動判別方法。
In the method for producing a semiconductor single crystal by the CZ method,
When determining the single crystallization of the growth crystal for the transition from the seed process to the neck process, the seed crystal and the melt surface part are photographed by the imaging means,
The number of pixels of the meniscus portion of the semiconductor crystal in the photographed image of the seed crystal and melt surface portion photographed by the imaging means is counted by image processing,
An automatic single crystallization discriminating method characterized by detecting the appearance of a seam line indicating single crystallization when the number of pixels exceeds a predetermined threshold value.
CZ法による半導体単結晶の製造方法において、
シード工程からネック工程への移行のための成長結晶の単結晶化判定に際して、撮像手段によって種結晶と融液面部分を撮影し、
予め撮影画像上に半導体結晶のメニスカス部分を横切る測定ラインを設定しておき、
撮像手段によって撮影した種結晶と融液面部分の撮影画像中のメニスカスの外郭線と前記測定ラインとが交わる交点位置における輝度の変化を測定し、
該輝度変化が所定のしきい値を越えたときに単結晶化を示すシーム線の出現として検出することを特徴とする単結晶化自動判別方法。
In the method for producing a semiconductor single crystal by the CZ method,
When determining the single crystallization of the growth crystal for the transition from the seed process to the neck process, the seed crystal and the melt surface part are photographed by the imaging means,
Set a measurement line that crosses the meniscus part of the semiconductor crystal in advance on the photographed image,
Measure the change in luminance at the intersection point where the measurement line intersects the outer line of the meniscus in the photographed image of the seed crystal and melt surface portion photographed by the imaging means,
An automatic single crystallization discriminating method comprising detecting when a change in luminance exceeds a predetermined threshold as an appearance of a seam line indicating single crystallization.
CZ法による半導体単結晶製造装置において、
透視窓を通してるつぼ内の種結晶と融液面部分を撮影する撮像手段と、
予め撮影画像中に設定しておいた距離測定のための水平基準位置線と前記撮像手段によって撮影した撮影画像中の半導体結晶のメニスカスの最下端部との間の距離を画像処理によって算出し、該距離が予め設定したしきい値以下となったときに単結晶化を示すシーム線の出現として検出する単結晶化自動判別装置と、
該単結晶化自動判別装置の判別結果に従って半導体単結晶製造装置の処理工程をシード工程からネック工程へ自動的に移行せしめる制御手段を備えたことを特徴とする半導体単結晶製造装置。
In a semiconductor single crystal manufacturing apparatus using the CZ method,
An imaging means for photographing the seed crystal and the melt surface portion in the crucible through the transparent window;
The distance between the horizontal reference position line for distance measurement set in advance in the captured image and the lowermost end of the meniscus of the semiconductor crystal in the captured image captured by the imaging means is calculated by image processing, An automatic single crystallization discriminating device for detecting the appearance of a seam line indicating single crystallization when the distance is equal to or less than a preset threshold;
A semiconductor single crystal manufacturing apparatus, comprising control means for automatically shifting a processing process of a semiconductor single crystal manufacturing apparatus from a seed process to a neck process according to a determination result of the single crystallization automatic determination apparatus.
CZ法による半導体単結晶製造装置において、
透視窓を通してるつぼ内の種結晶と融液面部分を撮影する撮像手段と、
予めシーム線が出現した状態における種結晶と融液面部分の画像を比較パターンとして用意しておき、前記撮像手段によって撮影した種結晶と融液面部分の撮影画像と前記比較パターンとのパターンマッチングを行なうことによって単結晶化を示すシーム線の出現を検出する単結晶化自動判別装置と、
該単結晶化自動判別装置の判別結果に従って半導体単結晶製造装置の処理工程をシード工程からネック工程へ自動的に移行せしめる制御手段を備えたことを特徴とする半導体単結晶製造装置。
In a semiconductor single crystal manufacturing apparatus using the CZ method,
An imaging means for photographing the seed crystal and the melt surface portion in the crucible through the transparent window;
An image of a seed crystal and a melt surface portion in a state where a seam line appears in advance is prepared as a comparison pattern, and a pattern matching between the captured image of the seed crystal and the melt surface portion photographed by the imaging means and the comparison pattern is prepared. A single crystallization automatic discrimination device that detects the appearance of a seam line indicating single crystallization by performing
A semiconductor single crystal manufacturing apparatus, comprising control means for automatically shifting a processing process of a semiconductor single crystal manufacturing apparatus from a seed process to a neck process according to a determination result of the single crystallization automatic determination apparatus.
CZ法による半導体単結晶製造装置において、
透視窓を通してるつぼ内の種結晶と融液面部分を撮影する撮像手段と、
該撮像手段によって撮影した種結晶と融液面部分の撮影画像中における半導体結晶のメニスカス部分の画素数を画像処理によって計数し、該画素数が所定のしきい値を越えたときに単結晶化を示すシーム線の出現として検出する単結晶化自動判別装置と、
該単結晶化自動判別装置の判別結果に従って半導体単結晶製造装置の処理工程をシード工程からネック工程へ自動的に移行せしめる制御手段を備えたことを特徴とする半導体単結晶製造装置。
In a semiconductor single crystal manufacturing apparatus using the CZ method,
An imaging means for photographing the seed crystal and the melt surface portion in the crucible through the transparent window;
The number of pixels of the meniscus portion of the semiconductor crystal in the photographed images of the seed crystal and the melt surface portion photographed by the imaging means is counted by image processing, and single crystallization is performed when the number of pixels exceeds a predetermined threshold value An automatic single crystallization discriminating device for detecting the appearance of a seam line indicating
A semiconductor single crystal manufacturing apparatus, comprising control means for automatically shifting a processing process of a semiconductor single crystal manufacturing apparatus from a seed process to a neck process according to a determination result of the single crystallization automatic determination apparatus.
CZ法による半導体単結晶製造装置において、
透視窓を通してるつぼ内の種結晶と融液面部分を撮影する撮像手段と、
予め撮影画像上に半導体結晶のメニスカス部分を横切る測定ラインを設定しておき、前記撮像手段によって撮影した種結晶と融液面部分の撮影画像中のメニスカスの外郭線と前記測定ラインとが交わる交点位置における輝度の変化を測定し、該輝度変化が所定のしきい値を越えたときに単結晶化を示すシーム線の出現として検出する単結晶化自動判別装置と、
該単結晶化自動判別装置の判別結果に従って半導体単結晶製造装置の処理工程をシード工程からネック工程へ自動的に移行せしめる制御手段を備えたことを特徴とする半導体単結晶製造装置。
In a semiconductor single crystal manufacturing apparatus using the CZ method,
An imaging means for photographing the seed crystal and the melt surface portion in the crucible through the transparent window;
A measurement line that crosses the meniscus portion of the semiconductor crystal is set in advance on the photographed image, and the intersection point between the measurement line and the outer line of the meniscus in the photographed image of the seed crystal photographed by the imaging means and the melt surface portion A single crystallization automatic discrimination device that measures a change in luminance at a position and detects the appearance of a seam line indicating single crystallization when the luminance change exceeds a predetermined threshold;
A semiconductor single crystal manufacturing apparatus, comprising control means for automatically shifting a processing process of a semiconductor single crystal manufacturing apparatus from a seed process to a neck process according to a determination result of the single crystallization automatic determination apparatus.
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