JPH0649631B2 - 結晶径測定装置 - Google Patents
結晶径測定装置Info
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- JPH0649631B2 JPH0649631B2 JP61257674A JP25767486A JPH0649631B2 JP H0649631 B2 JPH0649631 B2 JP H0649631B2 JP 61257674 A JP61257674 A JP 61257674A JP 25767486 A JP25767486 A JP 25767486A JP H0649631 B2 JPH0649631 B2 JP H0649631B2
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- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/08—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring diameters
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- Y10T117/00—Single-crystal, oriented-crystal, and epitaxy growth processes; non-coating apparatus therefor
- Y10T117/10—Apparatus
- Y10T117/1004—Apparatus with means for measuring, testing, or sensing
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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- Y10T117/1012—Apparatus with means for measuring, testing, or sensing with a window or port for visual observation or examination
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、チョクラルスキー法による単結晶製造装置に
用いられて、結晶の融液との界面部分の径を測定する結
晶径測定装置に関する。
用いられて、結晶の融液との界面部分の径を測定する結
晶径測定装置に関する。
［従来の技術］ この種の結晶径測定装置では、第５図に示す如く、単結
晶１０と融液１２との界面に形成される輝環１４を横切
り輝環１４の中心を通る直線をイメージセンサのセンシ
ングラインとし、輝度のピーク位置Ｑ11とＱ12に対応し
たイメージセンサの画素位置を検出して相互間の距離を
求めることにより、結晶の直径Ｄを測定するようになっ
ていた。
晶１０と融液１２との界面に形成される輝環１４を横切
り輝環１４の中心を通る直線をイメージセンサのセンシ
ングラインとし、輝度のピーク位置Ｑ11とＱ12に対応し
たイメージセンサの画素位置を検出して相互間の距離を
求めることにより、結晶の直径Ｄを測定するようになっ
ていた。
しかし、第６図に示す如く、単結晶１０の成長により融
液１２の液位Ｈ1が低下して液位Ｈ2になると、入射光線
の融液側延長線が単結晶１０の背面側の位置Ｑ3を通
り、輝環１４を検出することができなくなるので、一次
元イメージセンサ１６を下降させあるいは一次元イメー
ジセンサ１６を所定角回転させて位置Ｑ11の真下の位置
Ｑ21をセンシングラインが通るようにしなければなら
ず、一次元イメージセンサ１６を昇降または回転させる
複雑な機構を設ける必要があるとともに、その昇降位置
または回転角の微調整が煩雑であった。
液１２の液位Ｈ1が低下して液位Ｈ2になると、入射光線
の融液側延長線が単結晶１０の背面側の位置Ｑ3を通
り、輝環１４を検出することができなくなるので、一次
元イメージセンサ１６を下降させあるいは一次元イメー
ジセンサ１６を所定角回転させて位置Ｑ11の真下の位置
Ｑ21をセンシングラインが通るようにしなければなら
ず、一次元イメージセンサ１６を昇降または回転させる
複雑な機構を設ける必要があるとともに、その昇降位置
または回転角の微調整が煩雑であった。
このような欠点を避けるために、融液１２を収容する坩
堝を上昇させて液位Ｈを一定に保ち、一次元イメージセ
ンサ１６を固定した場合には、特開昭５４−８２３８３
にも示される如く、融液１２と融液１２を過熱するヒー
タとの位置関係が結晶の最適育成条件から外れ、結晶の
品質が低下する。
堝を上昇させて液位Ｈを一定に保ち、一次元イメージセ
ンサ１６を固定した場合には、特開昭５４−８２３８３
にも示される如く、融液１２と融液１２を過熱するヒー
タとの位置関係が結晶の最適育成条件から外れ、結晶の
品質が低下する。
［発明が解決しようとする問題点］ しかし、従来では、第５図に示す輝環１４の直径Ｄを測
定していたので、第６図に示す如く液位が変動しても結
晶直径を検出できるようにするには、ＴＶカメラのよう
な二次元カメラを用いる必要があり、固定一次元カメラ
を用いて結晶直径を連続的に検出することはできなかっ
た。また、液位変動に対し、固定２次元カメラの視野を
二次元的に広くしておかなければならず、このため、直
径測定精度を向上させようとすると、ハードウエア構成
が複雑（画素数及び画像メモリ記憶容量の顕著な増大）
になった。また、一次元的な直径を測定するのに複雑な
二次元画像処理をしなければならなかった。
定していたので、第６図に示す如く液位が変動しても結
晶直径を検出できるようにするには、ＴＶカメラのよう
な二次元カメラを用いる必要があり、固定一次元カメラ
を用いて結晶直径を連続的に検出することはできなかっ
た。また、液位変動に対し、固定２次元カメラの視野を
二次元的に広くしておかなければならず、このため、直
径測定精度を向上させようとすると、ハードウエア構成
が複雑（画素数及び画像メモリ記憶容量の顕著な増大）
になった。また、一次元的な直径を測定するのに複雑な
二次元画像処理をしなければならなかった。
さらに、特開昭６０−２１８９３号公報に開示されてい
るように、るつぼ移動量を算出し、この移動量に基づき
二次元カメラの対物レンズを移動させて焦点のずれを無
くし、この対物レンズの移動により画像の拡大倍率が変
化するのを、増幅器のゲインを調節することにより補正
して、撮像倍率を実質的に一定にするという複雑な構成
が必要であった。
るように、るつぼ移動量を算出し、この移動量に基づき
二次元カメラの対物レンズを移動させて焦点のずれを無
くし、この対物レンズの移動により画像の拡大倍率が変
化するのを、増幅器のゲインを調節することにより補正
して、撮像倍率を実質的に一定にするという複雑な構成
が必要であった。
本発明の目的は、上記問題点に鑑み、液位が変動して
も、固定した１次元カメラの出力信号を処理して結晶径
を正確に測定することが可能な、簡単な構成の結晶径測
定装置を提供することにある。
も、固定した１次元カメラの出力信号を処理して結晶径
を正確に測定することが可能な、簡単な構成の結晶径測
定装置を提供することにある。
［問題点を解決するための手段］ 本第１発明に係る結晶径測定装置では、第１図（Ａ）に
示す如く、一次元イメージセンサを備え、一次元カメラ
から見て結晶と融液との界面に形成された輝環を一回横
切る直線上の部分が、該一次元イメージセンサに結像さ
れるように配設される該一次元カメラと、該一次元イメ
ージセンサを電気的に走査させて映像信号Ｓｉを出力さ
せ該映像信号Ｓｉの最大値に対応した該一次元イメージ
センサ上の画素位置Ｐを判別する処理を繰り返し行うピ
ーク位置判別手段と、該結晶の略整数回転の時間におけ
る該画素位置Ｐの平均値を算出する平均ピーク位置演
算手段と、該融液の液位Ｈを検出する液位検出手段と、
該平均値と該液位Ｈとから、該結晶の、該融液との界
面部分の直径Ｄを算出して、該直径Ｄに対応した信号を
出力する結晶径演算手段と、を備えている。
示す如く、一次元イメージセンサを備え、一次元カメラ
から見て結晶と融液との界面に形成された輝環を一回横
切る直線上の部分が、該一次元イメージセンサに結像さ
れるように配設される該一次元カメラと、該一次元イメ
ージセンサを電気的に走査させて映像信号Ｓｉを出力さ
せ該映像信号Ｓｉの最大値に対応した該一次元イメージ
センサ上の画素位置Ｐを判別する処理を繰り返し行うピ
ーク位置判別手段と、該結晶の略整数回転の時間におけ
る該画素位置Ｐの平均値を算出する平均ピーク位置演
算手段と、該融液の液位Ｈを検出する液位検出手段と、
該平均値と該液位Ｈとから、該結晶の、該融液との界
面部分の直径Ｄを算出して、該直径Ｄに対応した信号を
出力する結晶径演算手段と、を備えている。
また、本第２発明に係る結晶径測定装置では、第１図
（Ｂ）に示す如く、一次元イメージセンサを備え、一次
元カメラから見て結晶と融液との界面に形成された輝環
を一回横切る直線上の部分が、該一次元イメージセンサ
に結像されるように配設される該一次元カメラと、該一
次元イメージセンサを電気的に走査させて映像信号Ｓｉ
を出力させ該映像信号Ｓｉの最大値に対応した該一次元
イメージセンサ上の画素位置Ｐを判別する処理を繰り返
し行うピーク位置判別手段と、該結晶の略整数回転の時
間における該画素位置Ｐのデータを用いて、最小結晶径
Ｄmに対応する画素位置Ｐmを求める最小径ピーク位置判
別手段と、該融液の液位Ｈを検出する液位検出手段と、
該画素位置Ｐmと該液位Ｈとから、該結晶の、該融液と
の界面部分の最小直径Ｄmを算出して、該最小直径Ｄmに
対応した信号を出力する結晶径演算手段と、を備えてい
る。
（Ｂ）に示す如く、一次元イメージセンサを備え、一次
元カメラから見て結晶と融液との界面に形成された輝環
を一回横切る直線上の部分が、該一次元イメージセンサ
に結像されるように配設される該一次元カメラと、該一
次元イメージセンサを電気的に走査させて映像信号Ｓｉ
を出力させ該映像信号Ｓｉの最大値に対応した該一次元
イメージセンサ上の画素位置Ｐを判別する処理を繰り返
し行うピーク位置判別手段と、該結晶の略整数回転の時
間における該画素位置Ｐのデータを用いて、最小結晶径
Ｄmに対応する画素位置Ｐmを求める最小径ピーク位置判
別手段と、該融液の液位Ｈを検出する液位検出手段と、
該画素位置Ｐmと該液位Ｈとから、該結晶の、該融液と
の界面部分の最小直径Ｄmを算出して、該最小直径Ｄmに
対応した信号を出力する結晶径演算手段と、を備えてい
る。
［作用］ 輝環の中心は結晶引上軸（またはワイヤ等）の真下にあ
り、液位が定まれば輝環の中心も定まる。したがって、
ある液位において、最大輝度に対応した一次元イメージ
センサ上の画素位置Ｐと結晶径Ｄは１対１に対応する。
すなわち、結晶径Ｄは該画素位置Ｐと液位Ｈの関数であ
り、ＰとＨから結晶径Ｄが算出される。
り、液位が定まれば輝環の中心も定まる。したがって、
ある液位において、最大輝度に対応した一次元イメージ
センサ上の画素位置Ｐと結晶径Ｄは１対１に対応する。
すなわち、結晶径Ｄは該画素位置Ｐと液位Ｈの関数であ
り、ＰとＨから結晶径Ｄが算出される。
例えば第７図において、結晶１０と融液面１３との界面
に輝環１４が形成され、この輝環１４を位置Ｑで一回横
切る直線Ｌ上の部分が、一次元イメージセンサ１６ａ上
の点Ｐに結像されるとする。融液面１３のレベルが同一
で直径が結晶１０よりも小さい結晶１０Ｘの場合には、
直線Ｌは輝環１４Ｘを位置ＱＸで横切り、位置ＱＸの輝
点は一次元イメージセンサ１６ａ上の点ＰＸに結像され
る。融液面１３のレベルが同一である場合、直線Ｌが輝
環を横切る位置と結晶径Ｄとは１対１に対応しており、
したがって、画素位置Ｐが定まれば結晶径Ｄが定まり、
結晶径Ｄが画素位置Ｐの関数となっている。
に輝環１４が形成され、この輝環１４を位置Ｑで一回横
切る直線Ｌ上の部分が、一次元イメージセンサ１６ａ上
の点Ｐに結像されるとする。融液面１３のレベルが同一
で直径が結晶１０よりも小さい結晶１０Ｘの場合には、
直線Ｌは輝環１４Ｘを位置ＱＸで横切り、位置ＱＸの輝
点は一次元イメージセンサ１６ａ上の点ＰＸに結像され
る。融液面１３のレベルが同一である場合、直線Ｌが輝
環を横切る位置と結晶径Ｄとは１対１に対応しており、
したがって、画素位置Ｐが定まれば結晶径Ｄが定まり、
結晶径Ｄが画素位置Ｐの関数となっている。
一方、結晶１０を引き上げて育成し、その原料であるる
つぼ内融液が減少して、結晶１０及び融液面１３がそれ
ぞれ結晶１０Ｙ及び融液面１３Ｙとなったとすると、結
晶径Ｄが同一でも、直線Ｌが輝環１４Ｙを横切る位置Ｑ
Ｙが位置Ｑからずれこれに対応して一次元イメージセン
サ１６ａ上の点ＰＹが位置Ｐからずれ、結晶径Ｄが一定
の場合、画素位置Ｐは液位Ｈの関数となる。
つぼ内融液が減少して、結晶１０及び融液面１３がそれ
ぞれ結晶１０Ｙ及び融液面１３Ｙとなったとすると、結
晶径Ｄが同一でも、直線Ｌが輝環１４Ｙを横切る位置Ｑ
Ｙが位置Ｑからずれこれに対応して一次元イメージセン
サ１６ａ上の点ＰＹが位置Ｐからずれ、結晶径Ｄが一定
の場合、画素位置Ｐは液位Ｈの関数となる。
したがって、結晶径Ｄは、画素位置Ｐと液位Ｈの関数と
なり、Ｄ＝ｆ（Ｐ，Ｈ）と表せる。この関数は、実験的
又は幾何学上の計算により求めることができる。
なり、Ｄ＝ｆ（Ｐ，Ｈ）と表せる。この関数は、実験的
又は幾何学上の計算により求めることができる。
なお、第７図では、直線Ｌが結晶中心軸を通る場合を示
しているが、直線Ｌが結晶中心軸を通らなくても上記同
様の理由により、結晶径Ｄは、画素位置Ｐと液位Ｈの関
数となり、本発明は直線Ｌが結晶中心軸を通る場合に限
定されない。
しているが、直線Ｌが結晶中心軸を通らなくても上記同
様の理由により、結晶径Ｄは、画素位置Ｐと液位Ｈの関
数となり、本発明は直線Ｌが結晶中心軸を通る場合に限
定されない。
結晶１０の直径を、直線Ｍに沿って固定一次元カメラで
測定した場合、結晶１０及び融液面１３がそれぞれ結晶
１０Ｙ及び融液面１３Ｙとなったときには、一次元カメ
ラは輝環１４Ｙの上方を見ることになるので、従来で
は、固定一次元カメラで結晶径を連続して測定すること
は不可能と考えられていた。本発明は、固定一次元カメ
ラで結晶径を連続して測定することを可能にするもので
ある。
測定した場合、結晶１０及び融液面１３がそれぞれ結晶
１０Ｙ及び融液面１３Ｙとなったときには、一次元カメ
ラは輝環１４Ｙの上方を見ることになるので、従来で
は、固定一次元カメラで結晶径を連続して測定すること
は不可能と考えられていた。本発明は、固定一次元カメ
ラで結晶径を連続して測定することを可能にするもので
ある。
また、本発明では、一次元カメラから見て結晶と融液と
の界面に形成された輝環を一回横切る直線上の部分が、
一次元イメージセンサに結像されるように、該一次元カ
メラを配設し、該一次元イメージセンサを電気的に走査
させて映像信号を出力させ、明るさを表す該映像信号の
最大値に対応した該一次元イメージセンサ上の画素位置
Ｐを用いて結晶径を検出するので、すなわち、従来のよ
うな２箇所の輝点ではなく１箇所の輝点の位置を用いて
結晶径を検出するので、液位が変動して一次元カメラの
焦点がずれても、対物レンズを駆動して合焦させる必要
がなく（焦点がずれても輝点中心は変化しない）、この
ため、対物レンズ駆動を駆動し、光学系の倍率を増幅器
等の倍率を調節して補正する必要もなく、構成が簡単と
なる。
の界面に形成された輝環を一回横切る直線上の部分が、
一次元イメージセンサに結像されるように、該一次元カ
メラを配設し、該一次元イメージセンサを電気的に走査
させて映像信号を出力させ、明るさを表す該映像信号の
最大値に対応した該一次元イメージセンサ上の画素位置
Ｐを用いて結晶径を検出するので、すなわち、従来のよ
うな２箇所の輝点ではなく１箇所の輝点の位置を用いて
結晶径を検出するので、液位が変動して一次元カメラの
焦点がずれても、対物レンズを駆動して合焦させる必要
がなく（焦点がずれても輝点中心は変化しない）、この
ため、対物レンズ駆動を駆動し、光学系の倍率を増幅器
等の倍率を調節して補正する必要もなく、構成が簡単と
なる。
一方、本発明では、上記直線Ｌが輝環１４を一回のみ横
切るので、結晶１０が振動した場合には、従来法に比
し、結晶径測定精度が悪くなる。そこで、本発明はこの
問題を次のようにして解決している。
切るので、結晶１０が振動した場合には、従来法に比
し、結晶径測定精度が悪くなる。そこで、本発明はこの
問題を次のようにして解決している。
ここで、一次元イメージセンサの電気的走査速度は結晶
の回転速度に比し極めて速いので、結晶の一回転に対し
多数回走査を行うことができる。また、結晶の回転速度
は結晶の引き上げ速度に比し極めて速いので、結晶の略
整数回転にわたって平均値を求めても問題はない。
の回転速度に比し極めて速いので、結晶の一回転に対し
多数回走査を行うことができる。また、結晶の回転速度
は結晶の引き上げ速度に比し極めて速いので、結晶の略
整数回転にわたって平均値を求めても問題はない。
本第１発明では、画素位置Ｐの代わりに、結晶の略整数
回転にわたる画素位置Ｐの平均値を用いており、ま
た、一般に一辺の画素数が二次元イメージセンサの一辺
の画素数よりも多い一次元イメージセンサを用いること
ができるので、正確な結晶径Ｄを検出することが可能と
なる。
回転にわたる画素位置Ｐの平均値を用いており、ま
た、一般に一辺の画素数が二次元イメージセンサの一辺
の画素数よりも多い一次元イメージセンサを用いること
ができるので、正確な結晶径Ｄを検出することが可能と
なる。
また、本第２発明では、最小結晶径Ｄmに対応した信号
を出力するようになっており、結晶径が設定された最小
結晶径以下にならないよう制御する結晶径制御装置に適
用することができる。
を出力するようになっており、結晶径が設定された最小
結晶径以下にならないよう制御する結晶径制御装置に適
用することができる。
さらに、一次元イメージセンサから出力される映像信号
を処理すればよいので、二次元イメージセンサを用いた
場合よりも処理が簡単となり、また、液位変動に対し一
次元カメラを固定しても、視野を、液位固定の場合より
も一次元的に広くすればよく、したがって、構成が簡単
になる。
を処理すればよいので、二次元イメージセンサを用いた
場合よりも処理が簡単となり、また、液位変動に対し一
次元カメラを固定しても、視野を、液位固定の場合より
も一次元的に広くすればよく、したがって、構成が簡単
になる。
［実施例］ 図面に基づいて本発明の好適な一実施例を説明する。
第２図に示す如く、グラファイト坩堝１７に嵌入された
石英坩堝１８には多結晶シリコンが収容され、グラファ
イト坩堝１７を囲繞するヒータ２０により過熱熔融され
て融液１２となる。このヒータ２０は断熱材２２に囲ま
れ、これらはアルゴンガスが流入される容器２４内に配
設されている。
石英坩堝１８には多結晶シリコンが収容され、グラファ
イト坩堝１７を囲繞するヒータ２０により過熱熔融され
て融液１２となる。このヒータ２０は断熱材２２に囲ま
れ、これらはアルゴンガスが流入される容器２４内に配
設されている。
石英坩堝１８は坩堝移動軸２６を介してモータ２８によ
り昇降され、坩堝位置は、基準位置検出リミットスイッ
チ２９と、モータ２８に追従回転するパルスジエネレー
タ３０により検出される。
り昇降され、坩堝位置は、基準位置検出リミットスイッ
チ２９と、モータ２８に追従回転するパルスジエネレー
タ３０により検出される。
融液１２の上方には結晶引上軸３２が垂下され、結晶引
上軸３２の下端には種ホルダ３４を介して種結晶３５が
取り付けられており、種ホルダ３４を降下させて種結晶
３５の下端を融液１２内に浸漬させ、結晶引上軸３２を
徐々に引き上げることにより、単結晶１０が成長する。
この結晶引上軸３２はモータ３６により昇降され、単結
晶１０の引上距離は、基準位置検出用リミットスイッチ
３９と、モータ３６に追従回転するパルスジェネレータ
３７により検出される。
上軸３２の下端には種ホルダ３４を介して種結晶３５が
取り付けられており、種ホルダ３４を降下させて種結晶
３５の下端を融液１２内に浸漬させ、結晶引上軸３２を
徐々に引き上げることにより、単結晶１０が成長する。
この結晶引上軸３２はモータ３６により昇降され、単結
晶１０の引上距離は、基準位置検出用リミットスイッチ
３９と、モータ３６に追従回転するパルスジェネレータ
３７により検出される。
結晶引上軸３２及び坩堝移動軸２６は石英坩堝１８の回
転対称軸に一致しており、単結晶１０と融液１２との界
面に形成される輝環１４の中心位置は該軸上に存在す
る。
転対称軸に一致しており、単結晶１０と融液１２との界
面に形成される輝環１４の中心位置は該軸上に存在す
る。
融液１２の固定側に対する液位Ｈの制御及び単結晶１０
の直線Ｄの制御は制御回路３８により行われる。
の直線Ｄの制御は制御回路３８により行われる。
すなわち、ヒータ２０に対する融液１２の位置関係か
ら、単結晶１０が最適成長するように、単結晶１０の長
さに関する融液１２の目標液位を、設定器４０により設
定する。また、コーン部１０Ａの形状及び直胴部１０Ｂ
の直径、すなわち単結晶１０の長さに関する目標直径を
設定器４０により設定する。制御回路３８は、融液１２
の液位Ｈ及び単結晶１０の直線Ｄがこれらの目標値にな
るよう、モータ２８及びモータ３６を駆動し、ヒータ２
０へ供給する電力を制御する。
ら、単結晶１０が最適成長するように、単結晶１０の長
さに関する融液１２の目標液位を、設定器４０により設
定する。また、コーン部１０Ａの形状及び直胴部１０Ｂ
の直径、すなわち単結晶１０の長さに関する目標直径を
設定器４０により設定する。制御回路３８は、融液１２
の液位Ｈ及び単結晶１０の直線Ｄがこれらの目標値にな
るよう、モータ２８及びモータ３６を駆動し、ヒータ２
０へ供給する電力を制御する。
ここで、液位Ｈは、結晶成長前については、設定器４０
により設定される融液１２の液量とパルスジェネレータ
３０からのパルスをカウントして得られる坩堝位置とか
ら求まり、結晶成長中については、さらにパルスジェネ
レータ３７からのパルスをカウントして得られる引上距
離及び結晶径測定装置４２からの直線Ｄをも考慮するこ
とにより求まる。この液量は、熔融前の多結晶シリコン
の重量を測定して算出される。したがって、液量の代わ
りに該重量を設定し、後述するマイクロコンピュータ４
６に融液１２の深さを算出させてもよい。
により設定される融液１２の液量とパルスジェネレータ
３０からのパルスをカウントして得られる坩堝位置とか
ら求まり、結晶成長中については、さらにパルスジェネ
レータ３７からのパルスをカウントして得られる引上距
離及び結晶径測定装置４２からの直線Ｄをも考慮するこ
とにより求まる。この液量は、熔融前の多結晶シリコン
の重量を測定して算出される。したがって、液量の代わ
りに該重量を設定し、後述するマイクロコンピュータ４
６に融液１２の深さを算出させてもよい。
なお、第１図では、簡単化のために、結晶引上軸３２の
回転用モータ、坩堝移動軸２６の回転用モータ及びヒー
タ２０の温度を検出するセンサが省略されている。ま
た、結晶引上棒３２の代わりにワイヤを用いてもよい。
回転用モータ、坩堝移動軸２６の回転用モータ及びヒー
タ２０の温度を検出するセンサが省略されている。ま
た、結晶引上棒３２の代わりにワイヤを用いてもよい。
次に、結晶径測定装置４２について説明する。
容器２４に設けられたガラス窓４４の上方には、その結
像レンズの光軸方向が融液１２側へ向けられて一次元カ
メラ１６が固設されている。一次元カメラ１６は周知の
如く、一次元イメージセンサ１６ａと、この一次元イメ
ージセンサ１６ａ上に結像させる結像レンズ１６ｂとを
備えている。この一次元カメラ１６は、第３図紙面上方
側に配置され、かつ、センシングラインＬが一次元カメ
ラ１６からみた位置Ｑ（第３図）で輝環１４を１回横切
るように配置されている。
像レンズの光軸方向が融液１２側へ向けられて一次元カ
メラ１６が固設されている。一次元カメラ１６は周知の
如く、一次元イメージセンサ１６ａと、この一次元イメ
ージセンサ１６ａ上に結像させる結像レンズ１６ｂとを
備えている。この一次元カメラ１６は、第３図紙面上方
側に配置され、かつ、センシングラインＬが一次元カメ
ラ１６からみた位置Ｑ（第３図）で輝環１４を１回横切
るように配置されている。
一次元イメージセンサ１６ａからは、第３図に示すセン
シングラインＬ上の輝度に対応した電圧が、駆動回路４
５からのスタートパルス及びクロックパルスに応答し
て、各画素について順次出力され、アンプ４７、Ａ／Ｄ
変換器４９を介して、輝度データＳｉがマイクロコンピ
ュータ４６の入力ポート４８へ供給される。Ａ／Ｄ変換
器４９の制御端子には駆動回路４５から該クロックパル
スに対応した変換開始信号が供給される。
シングラインＬ上の輝度に対応した電圧が、駆動回路４
５からのスタートパルス及びクロックパルスに応答し
て、各画素について順次出力され、アンプ４７、Ａ／Ｄ
変換器４９を介して、輝度データＳｉがマイクロコンピ
ュータ４６の入力ポート４８へ供給される。Ａ／Ｄ変換
器４９の制御端子には駆動回路４５から該クロックパル
スに対応した変換開始信号が供給される。
マイクロコンピュータ４６は入力ポート４８、出力ポー
ト５０、ＣＰＵ５２、ＲＯＭ５４及びＲＡＭ５６を備え
て周知の如く構成されており、ＣＰＵ５２は、ＲＯＭ５
４に書き込まれたプログラムに従って走査開始信号を出
力ポート５０を介し駆動回路４５へ供給し、入力ポート
４８から輝度データＳｉ及び液位Ｈを読み込み、ＲＡＭ
５６との間でデータの授受を行って演算処理し、単結晶
１０の直線Ｄを算出してこのデータを出力ポート５０を
介し制御回路３８へ供給する。
ト５０、ＣＰＵ５２、ＲＯＭ５４及びＲＡＭ５６を備え
て周知の如く構成されており、ＣＰＵ５２は、ＲＯＭ５
４に書き込まれたプログラムに従って走査開始信号を出
力ポート５０を介し駆動回路４５へ供給し、入力ポート
４８から輝度データＳｉ及び液位Ｈを読み込み、ＲＡＭ
５６との間でデータの授受を行って演算処理し、単結晶
１０の直線Ｄを算出してこのデータを出力ポート５０を
介し制御回路３８へ供給する。
次に、マイクロコンピュータ４６のソフトウエアの構成
を第４図に基づいて説明する。第４図はＲＯＭ５４に書
き込まれたプログラムに対応したフローチャートであ
る。
を第４図に基づいて説明する。第４図はＲＯＭ５４に書
き込まれたプログラムに対応したフローチャートであ
る。
最初にステップ１００で、センシングラインＬの一走査
における最大輝度Ｓm、最大輝度の画素位置Ｐ、画素位
置Ｐの累積値Ｔをそれぞれ０とし、第Ｊ走査を示すＪを
１とする。
における最大輝度Ｓm、最大輝度の画素位置Ｐ、画素位
置Ｐの累積値Ｔをそれぞれ０とし、第Ｊ走査を示すＪを
１とする。
次にステップ１０２で、第ｉ画素を示すｉの値を１とす
る。次にステップ１０４で、走査開始信号を出力し、駆
動回路４５へ供給する。これにより駆動回路４５からス
タート信号及びクロック信号が一次元イメージセンサ１
６へ供給され、一次元イメージセンサ１６ａからアンプ
４７、Ａ／Ｄ変換器４９を介して輝度データＳｉが入力
ポート４８へ供給される。次にステップ１０６で、輝度
データＳｉを読み込む。次にステップ１０８でＳｉ＞Ｓ
mと判定されれば、ステップ１１０で最大輝度ＳmをＳｉ
とし、最大輝度の画素位置Ｐをｉとする。上記処理後ま
たはステップ１０８でＳｉ≦Ｓmと判定された場合に
は、ステップ１１２へ進み、ｉの値をインクリメントす
る。次にステップ１１４でｉ≦Ｎ（Ｎは一次元イメージ
センサ１６ａの画素数）と判定されれば、ステップ１０
６へ戻り以上の処理を繰り返す。このようにして、一走
査における最大輝度の画素位置Ｐが求まる。
る。次にステップ１０４で、走査開始信号を出力し、駆
動回路４５へ供給する。これにより駆動回路４５からス
タート信号及びクロック信号が一次元イメージセンサ１
６へ供給され、一次元イメージセンサ１６ａからアンプ
４７、Ａ／Ｄ変換器４９を介して輝度データＳｉが入力
ポート４８へ供給される。次にステップ１０６で、輝度
データＳｉを読み込む。次にステップ１０８でＳｉ＞Ｓ
mと判定されれば、ステップ１１０で最大輝度ＳmをＳｉ
とし、最大輝度の画素位置Ｐをｉとする。上記処理後ま
たはステップ１０８でＳｉ≦Ｓmと判定された場合に
は、ステップ１１２へ進み、ｉの値をインクリメントす
る。次にステップ１１４でｉ≦Ｎ（Ｎは一次元イメージ
センサ１６ａの画素数）と判定されれば、ステップ１０
６へ戻り以上の処理を繰り返す。このようにして、一走
査における最大輝度の画素位置Ｐが求まる。
次にステップ１１６で、ＴにＰを加算する。次にステッ
プ１１８でＪの値をインクリメントし、ステップ１２０
でＪ≦Ｃと判定されればステップ１０２へ戻り以上の処
理を繰り返す。
プ１１８でＪの値をインクリメントし、ステップ１２０
でＪ≦Ｃと判定されればステップ１０２へ戻り以上の処
理を繰り返す。
ここで、Ｃは、単結晶１０のＭ回転（Ｍは整数）にわた
るイメージセンサの走査回数であり、例えばＭ＝２でＣ
＝３００である。
るイメージセンサの走査回数であり、例えばＭ＝２でＣ
＝３００である。
Ｊ＞Ｃと判定されれば、ステップ１２２で、Ｔ／Ｃを演
算して最大輝度の画素位置Ｐの平均値を求める。次に
ステップ１２４で、制御回路３８から液位Ｈを読み込
む。次にステップ１２６で、とＨとを用いて単結晶１
０の直径Ｄを算出する。この算出式はＲＯＭ５４に書き
込まれている。次にステップ１２８で、直径Ｄを出力
し、制御回路３８へ供給する。
算して最大輝度の画素位置Ｐの平均値を求める。次に
ステップ１２４で、制御回路３８から液位Ｈを読み込
む。次にステップ１２６で、とＨとを用いて単結晶１
０の直径Ｄを算出する。この算出式はＲＯＭ５４に書き
込まれている。次にステップ１２８で、直径Ｄを出力
し、制御回路３８へ供給する。
ここで、晶癖やファセットにより結晶断面の形状が真円
から外れる。そこで、平均直径を算出する代わりに、結
晶成長回転軸を中心とする最小結晶径Ｄmを測定し、こ
の最小結晶径Ｄmを制御量とすることにより、直胴部の
全長にわたって要求される直径のウエハーを形成するこ
とができる。
から外れる。そこで、平均直径を算出する代わりに、結
晶成長回転軸を中心とする最小結晶径Ｄmを測定し、こ
の最小結晶径Ｄmを制御量とすることにより、直胴部の
全長にわたって要求される直径のウエハーを形成するこ
とができる。
この最小結晶径を測定する結晶径測定装置を得るには、
上記実施例において、ソフトウエアの構成のみ、次のよ
うに変更すればよい。
上記実施例において、ソフトウエアの構成のみ、次のよ
うに変更すればよい。
すなわち、例えば結晶１回転における画素位置Ｐのデー
タのうち、最小結晶径に対応する（一端に位置する）画
素位置Ｐmを求める。そして、例えば、１０回転につい
てＰmの平均値を求め、次に、上記ステップ１２４〜１
２８の処理を行うようにすればよい。
タのうち、最小結晶径に対応する（一端に位置する）画
素位置Ｐmを求める。そして、例えば、１０回転につい
てＰmの平均値を求め、次に、上記ステップ１２４〜１
２８の処理を行うようにすればよい。
このような、平均処理を行うことにより、正確な最小結
晶径Ｄmが得られるという効果がある。
晶径Ｄmが得られるという効果がある。
なお、本発明では、液位検出手段は融液１２の液位を検
出できればよく、光学的に融液１２の液位を検出する構
成、例えば、容器２４の上部にガラス窓４４と同様のガ
ラス窓を設け、このガラス窓の上方にレーザ発生装置を
配設し、レーザ光線を融液１２の表面に向けて放射し、
その反射光を一次元イメージセンサで検出し、そのスポ
ットの画素位置から液位をマイクロコンピュータで算出
する構成、あるいは、融液１２の表面と石英坩堝１８と
の境界位置を一次元イメージセンサで検出し、液位をマ
イクロコンピュータで算出する構成であってもよい。
出できればよく、光学的に融液１２の液位を検出する構
成、例えば、容器２４の上部にガラス窓４４と同様のガ
ラス窓を設け、このガラス窓の上方にレーザ発生装置を
配設し、レーザ光線を融液１２の表面に向けて放射し、
その反射光を一次元イメージセンサで検出し、そのスポ
ットの画素位置から液位をマイクロコンピュータで算出
する構成、あるいは、融液１２の表面と石英坩堝１８と
の境界位置を一次元イメージセンサで検出し、液位をマ
イクロコンピュータで算出する構成であってもよい。
上記実施例では、融液１２の液位が変動する場合を説明
したが、本発明の適用範囲はこれに限られず、液位を一
定に制御する結晶径制御装置にも用いることができるこ
とは勿論である。
したが、本発明の適用範囲はこれに限られず、液位を一
定に制御する結晶径制御装置にも用いることができるこ
とは勿論である。
［発明の効果］ 以上説明した如く、本第１発明及び第２発明に係る結晶
径測定装置によれば、次のような優れた効果を奏する。
径測定装置によれば、次のような優れた効果を奏する。
（１）液位が変動しても、固定一次元カメラを用いて結
晶育成部の直径を測定することが可能となる。
晶育成部の直径を測定することが可能となる。
（２）一次元カメラから見て結晶と融液との界面に形成
された輝環を一回横切る直線上の部分が、一次元イメー
ジセンサに結像されるように、該一次元カメラを配設
し、該一次元イメージセンサを電気的に走査させて映像
信号を出力させ、明るさを表す該映像信号の最大値に対
応した該一次元イメージセンサ上の画素位置Ｐを用いて
結晶径を検出するので、すなわち、従来のような２箇所
の輝点ではなく１箇所の輝点の位置を用いて結晶径を検
出するので、液位が変動して一次元カメラの焦点がずれ
ても、対物レンズを駆動して合焦させる必要がなく（焦
点がずれても輝点中心は変化しない）、このため、対物
レンズ駆動による画像拡大倍率の変化を増幅器等の倍率
を調節して補正する必要もなく、構成が簡単となる。
された輝環を一回横切る直線上の部分が、一次元イメー
ジセンサに結像されるように、該一次元カメラを配設
し、該一次元イメージセンサを電気的に走査させて映像
信号を出力させ、明るさを表す該映像信号の最大値に対
応した該一次元イメージセンサ上の画素位置Ｐを用いて
結晶径を検出するので、すなわち、従来のような２箇所
の輝点ではなく１箇所の輝点の位置を用いて結晶径を検
出するので、液位が変動して一次元カメラの焦点がずれ
ても、対物レンズを駆動して合焦させる必要がなく（焦
点がずれても輝点中心は変化しない）、このため、対物
レンズ駆動による画像拡大倍率の変化を増幅器等の倍率
を調節して補正する必要もなく、構成が簡単となる。
（３）一次元カメラから見て結晶と融液との界面に形成
された輝環を一回横切る直線上の部分が、一次元イメー
ジセンサに結像されるように、該一次元カメラを配設す
るので、液位が変動しても結晶直径を検出できるように
するには、カメラの視野を一次元的に広げればよく、二
次元に視野を広くする必要がないので、直径測定精度を
向上させる際にハードウエア構成の顕著な複雑化（画素
数及び画像メモリ記憶容量の顕著な増大）を避けるとが
できる。
された輝環を一回横切る直線上の部分が、一次元イメー
ジセンサに結像されるように、該一次元カメラを配設す
るので、液位が変動しても結晶直径を検出できるように
するには、カメラの視野を一次元的に広げればよく、二
次元に視野を広くする必要がないので、直径測定精度を
向上させる際にハードウエア構成の顕著な複雑化（画素
数及び画像メモリ記憶容量の顕著な増大）を避けるとが
できる。
（４）一般に一辺の画素数が二次元イメージセンサの一
辺の画素数よりも多い一次元イメージセンサを用いるこ
とができるので、正確な結晶径Ｄを検出することが可能
となる。
辺の画素数よりも多い一次元イメージセンサを用いるこ
とができるので、正確な結晶径Ｄを検出することが可能
となる。
（５）一次元イメージセンサを用いているので、二次元
イメージセンサを用いた場合よりも直径検出のための画
像処理が簡単となる。
イメージセンサを用いた場合よりも直径検出のための画
像処理が簡単となる。
第１図（Ａ）は本第１発明のクレーム対応図、第１図
（Ｂ）は本第２発明のクレーム対応図である。第２図乃
至第４図は本発明の一実施例に係り、第２図は全体構成
図、第３図はセンシングラインと輝度との関係を示す
図、第４図はマイクロコンピュータ４６のソフトウエア
構成を示すフローチャートである。第５図及び第６図は
従来例の説明図である。第７図は、本発明の作用説明図
である。 １０……単結晶 １２……融液 １４……輝環 １６……一次元カメラ ４６……マイクロコンピュータ Ｌ……センシングライン
（Ｂ）は本第２発明のクレーム対応図である。第２図乃
至第４図は本発明の一実施例に係り、第２図は全体構成
図、第３図はセンシングラインと輝度との関係を示す
図、第４図はマイクロコンピュータ４６のソフトウエア
構成を示すフローチャートである。第５図及び第６図は
従来例の説明図である。第７図は、本発明の作用説明図
である。 １０……単結晶 １２……融液 １４……輝環 １６……一次元カメラ ４６……マイクロコンピュータ Ｌ……センシングライン
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 尾崎 篤志 群馬県安中市磯部２丁目13番１号 信越半 導体株式会社磯部工場内 (72)発明者 馬場 正彦 群馬県安中市磯部２丁目13番１号 信越半 導体株式会社磯部工場内 (56)参考文献 特開 昭60−21893（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−33554（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−86493（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−42294（ＪＰ，Ａ)
Claims (2)
- 【請求項１】一次元イメージセンサを備え、一次元カメ
ラから見て結晶と融液との界面に形成された輝環を一回
横切る直線上の部分が、該一次元イメージセンサに結像
されるように配設される該一次元カメラと、 該一次元イメージセンサを電気的に走査させて映像信号
を出力させ、明るさを表す該映像信号の最大値に対応し
た該一次元イメージセンサ上の画素位置Ｐを判別する処
理を繰り返し行うピーク位置判別手段と、 該結晶の略整数回転の時間における該画素位置Ｐの平均
値を算出する平均ピーク位置演算手段と、 該融液の液位Ｈを検出する液位検出手段と、 該平均値と該液位Ｈとから、該結晶の、該融液との界
面部分の直径Ｄを算出して、該直径Ｄに対応した信号を
出力する結晶径演算手段と、 を有することを特徴とする結晶径測定装置。 - 【請求項２】一次元イメージセンサを備え、一次元カメ
ラから見て結晶と融液との界面に形成された輝環を一回
横切る直線上の部分が、結像されるように配設される該
一次元カメラと、 該一次元イメージセンサを電気的に走査させて映像信号
を出力させ、明るさを表す該映像信号の最大値に対応し
た該一次元イメージセンサ上の画素位置Ｐを判別する処
理を繰り返し行うピーク位置判別手段と、 該結晶の略整数回転の時間における該画素位置Ｐのデー
タを用いて、最小結晶径Ｄmに対応する画素位置Ｐmを求
める最小径ピーク位置判別手段と、 該融液の液位Ｈを検出する液位検出手段と、 該画素位置Ｐmと該液位Ｈとから、該結晶の、該融液と
の界面部分の最小直径Ｄmを算出して、該最小直径Ｄmに
対応した信号を出力する結晶径演算手段と、 を有することを特徴とする結晶径測定装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61257674A JPH0649631B2 (ja) | 1986-10-29 | 1986-10-29 | 結晶径測定装置 |
| DE8787115232T DE3778484D1 (de) | 1986-10-29 | 1987-10-17 | Apparat zum messen eines kristalldurchmessers. |
| EP87115232A EP0265805B1 (en) | 1986-10-29 | 1987-10-17 | Apparatus for measuring crystal diameter |
| US07/109,722 US4794263A (en) | 1986-10-29 | 1987-10-19 | Apparatus for measuring crystal diameter |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61257674A JPH0649631B2 (ja) | 1986-10-29 | 1986-10-29 | 結晶径測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63112493A JPS63112493A (ja) | 1988-05-17 |
| JPH0649631B2 true JPH0649631B2 (ja) | 1994-06-29 |
Family
ID=17309527
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61257674A Expired - Lifetime JPH0649631B2 (ja) | 1986-10-29 | 1986-10-29 | 結晶径測定装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4794263A (ja) |
| EP (1) | EP0265805B1 (ja) |
| JP (1) | JPH0649631B2 (ja) |
| DE (1) | DE3778484D1 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63242991A (ja) * | 1987-03-31 | 1988-10-07 | Shin Etsu Handotai Co Ltd | 結晶径制御方法 |
| JPS63307189A (ja) * | 1987-06-08 | 1988-12-14 | Mitsubishi Metal Corp | 単結晶引上装置 |
| US4931624A (en) * | 1987-07-10 | 1990-06-05 | Mellen Sr Robert H | Thermal distortion free viewing of a heated cavity |
| JPS6424089A (en) * | 1987-07-21 | 1989-01-26 | Shinetsu Handotai Kk | Device for adjusting initial position of melt surface |
| JPS6483595A (en) * | 1987-09-25 | 1989-03-29 | Shinetsu Handotai Kk | Device for measuring crystal diameter |
| DE3828821A1 (de) * | 1988-08-25 | 1990-03-01 | Bayer Ag | Verfahren zur erkennung der ueberflutung einer oberflaeche |
| JPH0776144B2 (ja) * | 1988-11-21 | 1995-08-16 | 信越半導体株式会社 | 結晶引上ワイヤの偏芯量測定装置 |
| JPH0774117B2 (ja) * | 1989-10-20 | 1995-08-09 | 信越半導体株式会社 | ヒータの温度パターン作成方法及びこの温度パターンを用いたＳｉ単結晶育成制御装置 |
| JPH06102590B2 (ja) * | 1990-02-28 | 1994-12-14 | 信越半導体株式会社 | Ｃｚ法による単結晶ネック部育成自動制御方法 |
| JP2601930B2 (ja) * | 1990-03-29 | 1997-04-23 | 信越半導体株式会社 | 単結晶ネツク部直径制御方法及び装置 |
| FI911856A7 (fi) * | 1990-04-27 | 1991-10-28 | Nippon Kokan Kk | Foerfarande och apparat foer bestaemning av diametern hos en enskild silikonkristall. |
| US5246535A (en) * | 1990-04-27 | 1993-09-21 | Nkk Corporation | Method and apparatus for controlling the diameter of a silicon single crystal |
| JPH0663824B2 (ja) * | 1990-04-29 | 1994-08-22 | 信越半導体株式会社 | 湯面振動測定方法及び装置 |
| JPH0726817B2 (ja) * | 1990-07-28 | 1995-03-29 | 信越半導体株式会社 | 結晶径測定装置 |
| JPH0777996B2 (ja) * | 1990-10-12 | 1995-08-23 | 信越半導体株式会社 | コーン部育成制御方法及び装置 |
| KR100237848B1 (ko) * | 1991-04-26 | 2000-01-15 | 후루노 토모스케 | 단결정의 인상방법 |
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| JP3615291B2 (ja) * | 1995-12-25 | 2005-02-02 | 信越半導体株式会社 | 引上げ結晶重量測定装置 |
| US5746828A (en) * | 1996-01-16 | 1998-05-05 | General Signal Corporation | Temperature control system for growing high-purity monocrystals |
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| JP3758743B2 (ja) * | 1996-04-22 | 2006-03-22 | コマツ電子金属株式会社 | 半導体単結晶製造装置 |
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| US5882402A (en) * | 1997-09-30 | 1999-03-16 | Memc Electronic Materials, Inc. | Method for controlling growth of a silicon crystal |
| RU2176689C2 (ru) * | 1998-06-16 | 2001-12-10 | Институт автоматики и электрометрии СО РАН | Способ измерения диаметра кристалла в ростовой установке |
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| JP4918897B2 (ja) * | 2007-08-29 | 2012-04-18 | 株式会社Ｓｕｍｃｏ | シリコン単結晶引上方法 |
| JP5104129B2 (ja) * | 2007-08-31 | 2012-12-19 | 信越半導体株式会社 | 単結晶直径の検出方法および単結晶引上げ装置 |
| CN106637389A (zh) * | 2016-12-07 | 2017-05-10 | 内蒙古中环光伏材料有限公司 | 一种直拉单晶产业化直径生长自控的工艺方法 |
| CN114232081B (zh) * | 2021-12-22 | 2024-09-06 | 航天智造（上海）科技有限责任公司 | 一种基于视觉的单晶炉液位、单晶棒直径测量方法及装置 |
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| US3958129A (en) * | 1974-08-05 | 1976-05-18 | Motorola, Inc. | Automatic crystal diameter control for growth of semiconductor crystals |
| DE2923240A1 (de) * | 1979-06-08 | 1980-12-18 | Leybold Heraeus Gmbh & Co Kg | Messverfahren und messanordnung fuer den durchmesser von einkristallen beim tiegelziehen |
| JPS5933554A (ja) * | 1982-08-18 | 1984-02-23 | Nec Corp | オペランド供給装置 |
| JPS6021893A (ja) * | 1983-07-12 | 1985-02-04 | Toshiba Corp | 単結晶の製造装置 |
| JPS6042294A (ja) * | 1983-08-12 | 1985-03-06 | Fujitsu Ltd | メルト表面位置測定装置 |
| JPS6153190A (ja) * | 1984-08-17 | 1986-03-17 | インタ−ナショナル ビジネス マシ−ンズ コ−ポレ−ション | 結晶ブ−ル成長方法 |
| JPS6186493A (ja) * | 1984-10-04 | 1986-05-01 | Toshiba Mach Co Ltd | 半導体結晶引上機 |
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-
1986
- 1986-10-29 JP JP61257674A patent/JPH0649631B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1987
- 1987-10-17 EP EP87115232A patent/EP0265805B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1987-10-17 DE DE8787115232T patent/DE3778484D1/de not_active Expired - Fee Related
- 1987-10-19 US US07/109,722 patent/US4794263A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0265805A3 (en) | 1991-01-16 |
| JPS63112493A (ja) | 1988-05-17 |
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