JPH0486509A - 結晶径測定装置 - Google Patents
結晶径測定装置Info
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- JPH0486509A JPH0486509A JP2199674A JP19967490A JPH0486509A JP H0486509 A JPH0486509 A JP H0486509A JP 2199674 A JP2199674 A JP 2199674A JP 19967490 A JP19967490 A JP 19967490A JP H0486509 A JPH0486509 A JP H0486509A
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- 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
- G01B11/10—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring diameters of objects while moving
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
本発胡は、ＣＺ法により育成される単結晶の育成部卓上
玉」一定する結晶径測定装置に関する。
玉」一定する結晶径測定装置に関する。
ＣＺ法による単結晶育成装置では、第１１図に示す如く
、石英坩堝１０に収容した多結晶を、石英坩堝１０を囲
繞するヒータ（不図示）で加熱して、融液１２を生成し
、ワイヤ１４の下端にホルダ１６を介して保持した種結
晶１８を、融液１２に浸漬し、ワイヤ１４を引き上げる
ことにより、単結晶２０を育成する。単結晶２０は、転
移を結晶表面から排出させるために直径１０ｍｍ程度の
種結晶１８に対し直径２〜５ｍｍまで絞ったネック部２
２と、徐々に径が大きくなるコーン部２４と、ウェーハ
として利用される例えば直径１５０ｍｍの直胴部２６と
を有する。 この単結晶２０の形状を、目的とするパターンに一致さ
せるために、単結晶２０と融液１２との境界面に形成さ
れた輝環２７の直径を検出することにより、これに比例
した単結晶２０の育成部直径りを測定する。 上記のように比較的細いネック部２２の直径と比較的太
い直胴部２６の直径との両方を精度良く測定するために
、ズームレンズ付２次元カメラで結晶育成部を撮影し、
その画像を処理して直径を測定する方法が提案されてい
る（特開昭６２−８７４８２号公報）。 しかし、直径２〜１５０ｍｍの広範囲にわたって精度よ
く直径を測定するためには、ズームレンズの倍率比を少
なくとも６程度にする必要がある。 また、ズームレンズの拡大倍率を大きくすると視野が狭
くなるので、湯面１２Ｓの高さが変動すると、これに応
じて、カメラを上下方向に移動させるか又はカメラの光
軸の仰角を変化させる必要がある。 例えば、 Ｌ：被写体距離（ｍ ｍ ） Ｘ：横方向視野（ｍ ｍ ） ｆ：撮影レンズの焦点距離（ｍ ｍ ）Ｄ−カメラの横
方向分解能（ｍｍ／ ｂ ｉ ｔ ）とすると、次式が
成立する。 Ｌ＝ （１＋１／８．ｇＸ）ｒ−−・ （１）Ｄ＝Ｘ／
７５６ − ・・ （２）例えば、ネック部
２２の直径測定の場合には、ｆ＝１８０、Ｌ＝９００、
Ｘ＝３５．２Ｄ＝０．０５であり、 直胴部２６の直径測定の場合には、 ｆ＝３０、Ｌ＝９００、Ｘ＝２５５．２Ｄ＝０．３３
（０，３３はあまり良い値ではない）である。 この問題を解決するために、第１１図に示す如く、１次
元カメラ２８を用いて単結晶２０の直径を測定する方法
が用いられている（特開昭６３−１１２４９３号公報）
。 この方法は、好ましくは図示の如くワイヤ１４を含む面
内に、１次元カメラ２８のラインセンサ３０を配置して
、輝環２７を横切る点を撮影レンズ３２でラインセンサ
３０上に結像させ、輝点の画素位置Ｘから単結晶２０の
直径りを検出するものである。この直径りは、単結晶２
０の中心線からラインセンサ３０の中心点までの水平方
向距離Ｒ及び湯面１２Ｓからラインセンサ３０の中心点
までの垂直方向距離Ｈにも依存する。距離Ｒは−Ａ９− 定であるので、直径りはＸ及びＨにより定まる。 したがって、Ｄ＝Ｆ （Ｘ、Ｈ）と表される。直径りが
高さＨに依存するのは、２次元カメラを用いた場合につ
いても同様である。 ２次元カメラとしては通常、エリアセンサを用いたカメ
ラが用いられるが、その画素数は大きくても一辺が５１
２画素程度である。これに対し、ラインセンサ３０は例
えば２０４８又は４０９６画素であり、かつ、後者の方
法は輝環２７を横切る点を検出するので、湯面１２３の
高さが変動しても、固定した１次元カメラ２８により単
結晶２０の直径りを精度良く測定することができる。
、石英坩堝１０に収容した多結晶を、石英坩堝１０を囲
繞するヒータ（不図示）で加熱して、融液１２を生成し
、ワイヤ１４の下端にホルダ１６を介して保持した種結
晶１８を、融液１２に浸漬し、ワイヤ１４を引き上げる
ことにより、単結晶２０を育成する。単結晶２０は、転
移を結晶表面から排出させるために直径１０ｍｍ程度の
種結晶１８に対し直径２〜５ｍｍまで絞ったネック部２
２と、徐々に径が大きくなるコーン部２４と、ウェーハ
として利用される例えば直径１５０ｍｍの直胴部２６と
を有する。 この単結晶２０の形状を、目的とするパターンに一致さ
せるために、単結晶２０と融液１２との境界面に形成さ
れた輝環２７の直径を検出することにより、これに比例
した単結晶２０の育成部直径りを測定する。 上記のように比較的細いネック部２２の直径と比較的太
い直胴部２６の直径との両方を精度良く測定するために
、ズームレンズ付２次元カメラで結晶育成部を撮影し、
その画像を処理して直径を測定する方法が提案されてい
る（特開昭６２−８７４８２号公報）。 しかし、直径２〜１５０ｍｍの広範囲にわたって精度よ
く直径を測定するためには、ズームレンズの倍率比を少
なくとも６程度にする必要がある。 また、ズームレンズの拡大倍率を大きくすると視野が狭
くなるので、湯面１２Ｓの高さが変動すると、これに応
じて、カメラを上下方向に移動させるか又はカメラの光
軸の仰角を変化させる必要がある。 例えば、 Ｌ：被写体距離（ｍ ｍ ） Ｘ：横方向視野（ｍ ｍ ） ｆ：撮影レンズの焦点距離（ｍ ｍ ）Ｄ−カメラの横
方向分解能（ｍｍ／ ｂ ｉ ｔ ）とすると、次式が
成立する。 Ｌ＝ （１＋１／８．ｇＸ）ｒ−−・ （１）Ｄ＝Ｘ／
７５６ − ・・ （２）例えば、ネック部
２２の直径測定の場合には、ｆ＝１８０、Ｌ＝９００、
Ｘ＝３５．２Ｄ＝０．０５であり、 直胴部２６の直径測定の場合には、 ｆ＝３０、Ｌ＝９００、Ｘ＝２５５．２Ｄ＝０．３３
（０，３３はあまり良い値ではない）である。 この問題を解決するために、第１１図に示す如く、１次
元カメラ２８を用いて単結晶２０の直径を測定する方法
が用いられている（特開昭６３−１１２４９３号公報）
。 この方法は、好ましくは図示の如くワイヤ１４を含む面
内に、１次元カメラ２８のラインセンサ３０を配置して
、輝環２７を横切る点を撮影レンズ３２でラインセンサ
３０上に結像させ、輝点の画素位置Ｘから単結晶２０の
直径りを検出するものである。この直径りは、単結晶２
０の中心線からラインセンサ３０の中心点までの水平方
向距離Ｒ及び湯面１２Ｓからラインセンサ３０の中心点
までの垂直方向距離Ｈにも依存する。距離Ｒは−Ａ９− 定であるので、直径りはＸ及びＨにより定まる。 したがって、Ｄ＝Ｆ （Ｘ、Ｈ）と表される。直径りが
高さＨに依存するのは、２次元カメラを用いた場合につ
いても同様である。 ２次元カメラとしては通常、エリアセンサを用いたカメ
ラが用いられるが、その画素数は大きくても一辺が５１
２画素程度である。これに対し、ラインセンサ３０は例
えば２０４８又は４０９６画素であり、かつ、後者の方
法は輝環２７を横切る点を検出するので、湯面１２３の
高さが変動しても、固定した１次元カメラ２８により単
結晶２０の直径りを精度良く測定することができる。
ところが、この１次元カメラ２８でネック部２２の直径
を測定しようとすると、直径りが比較的小さいので、ネ
ック部２２が水平方向に揺れたとき、ラインセンサ３０
上に輝点が結像されず、直径りを測定できなくなる。 また、１次元カメラ２８でネック部２２の直径りを測定
する方法には、次のような問題点があることを本発明者
は発見した。 第１２図は、メインチャンバの上方を覆うショルダーチ
ャンバ３４の開閉状態を示す。ショルダーチャンバ３４
の周面にはアーム３６が突設されており、石英坩堝１０
内に多結晶シリコンを収容する際には、軸３８を中心と
してショルダーチャンバ３４を９０度、第１２図時計回
りに回転させてメインチャンバの上端開口を開く。石英
坩堝１０内に所望の多結晶を収容した後は、ショルダー
チャンバ３４を前記と逆方向へ９０度回転させて、メイ
ンチャンバの上端開口を閉じる。軸３８の中心とショル
ダーチャンバ３４の中心との間の距離は例えば７００ｍ
ｍと大きいので、ショルダーチャンバ３４の開閉動作の
際の僅かな回転角のずれにより、ショルダーチャンバ３
４の位置ずれｄが生ずる。この位置ずれｄを測定したと
ころ、最大１．５ｍｍ程度であった。 １次元カメラ２８を用いた方法では、この位置ずれｄが
直径測定誤差に影響する。 本発明の目的は、このような問題点に鑑み、結晶育成中
に湯面レベルが変動しても、カメラの高さやその光軸方
向を変える必要がなく、かつ、小径部から大径部にわた
って精度良く結晶直径を測定することができる結晶径測
定装置を提供することにある。
を測定しようとすると、直径りが比較的小さいので、ネ
ック部２２が水平方向に揺れたとき、ラインセンサ３０
上に輝点が結像されず、直径りを測定できなくなる。 また、１次元カメラ２８でネック部２２の直径りを測定
する方法には、次のような問題点があることを本発明者
は発見した。 第１２図は、メインチャンバの上方を覆うショルダーチ
ャンバ３４の開閉状態を示す。ショルダーチャンバ３４
の周面にはアーム３６が突設されており、石英坩堝１０
内に多結晶シリコンを収容する際には、軸３８を中心と
してショルダーチャンバ３４を９０度、第１２図時計回
りに回転させてメインチャンバの上端開口を開く。石英
坩堝１０内に所望の多結晶を収容した後は、ショルダー
チャンバ３４を前記と逆方向へ９０度回転させて、メイ
ンチャンバの上端開口を閉じる。軸３８の中心とショル
ダーチャンバ３４の中心との間の距離は例えば７００ｍ
ｍと大きいので、ショルダーチャンバ３４の開閉動作の
際の僅かな回転角のずれにより、ショルダーチャンバ３
４の位置ずれｄが生ずる。この位置ずれｄを測定したと
ころ、最大１．５ｍｍ程度であった。 １次元カメラ２８を用いた方法では、この位置ずれｄが
直径測定誤差に影響する。 本発明の目的は、このような問題点に鑑み、結晶育成中
に湯面レベルが変動しても、カメラの高さやその光軸方
向を変える必要がなく、かつ、小径部から大径部にわた
って精度良く結晶直径を測定することができる結晶径測
定装置を提供することにある。
この目的を達成するために、本発明では、チャンバ内で
ＣＺ法により育成される単結晶の育成部属径を測定する
結晶径測定装置において、該育成部を撮影し映像信号を
出力する２次元カメラと、該２次元カメラの映像信号に
基づいて、該育成部属径を輝澁像直径から検出する第１
の手段と、該育成部の輝環を横切る線を撮影し映像信号
を出力する１次元カメラと、該１次元カメラの映像信号
に基づいて、該育成部属径を輝点位置から検出する第２
の手段と、直径が小さい育成初期については、第１検出
手段で検出された直径を出力し、その後については、第
２検出手段で検出された直径を出力する選択手段と、を
有している。 直径が比較的小さい育成初期については、湯面レベルが
一定であるので、このとき用いられる２次元カメラは移
動させる必要がない。また、２次元カメラは直径が小さ
い育成初期のみ用いるので、撮影レンズの拡大倍率を変
更する必要がなく、したがって固定高倍率の撮影レンズ
を用いることができ、精度よく直径を測定することがで
きる。 その後については、１直線上の画素数が２次元カメラよ
りも多い１次元カメラを用い、かつ、単結晶育成部の輝
環を横切る線を撮影するので、結晶育成に伴い湯面レベ
ルが変動しても、１次元カメラを移動させる必要がなく
、しかも、精度よく直径を測定することができる。 前記１次元カメラ及び２次元カメラは、前記チャンバの
１つの窓に対応して設置することができる。 上記構成において、ミラーを移動させることにより前記
育成部からの光を前記１次元カメラ側及び前記２次元カ
メラ側のいずれか一方側へ選択的に導く光路切換器を設
ければ、該１次元カメラ及び該２次元カメラを、前記チ
ャンバの１つの窓に対応して設置することができるので
、構成が簡単になる。 前記光路切換器は、例えば、前記育成部から前記窓への
光の進行方向に対し略４５度傾斜させ、互いに平行かつ
対向して配置された一対の平面鏡と、該一対の平面鏡の
一方を、該光進行方向に対し略直角な方向へ案内し、該
平面鏡を前記窓に対向する位置又は該窓の側方位置へ移
動自在にするガイドとを有し、該平面鏡が前記窓に対向
する位置に在るときには、該窓を透過した該育成部から
の光を該一対の平面鏡で反射させて前記２次元カメラへ
導き、該平面鏡が該窓の側方位置に在るときには、該窓
を透過した該育成部からの光を直接に前記１次元カメラ
へ導くように構成している。 ここで、２次元カメラで撮影した輝現像から直径を検出
する場合、光軸方向の僅かなずれは輝環像全体を単に平
行移動させるだけなので問題にならないが、１次元カメ
ラで撮影した輝環の１点（輝点）から直径を検出する場
合、光軸の僅かなずれは、想定中心を一定にしたまま輝
点のみ移動させるので、直径検出誤差に影響する。 しかし、上記構成によれば、１次元カメラには育成部か
らの光がミラーを介さずに直接入射するので、ミラーの
移動により生ずる光軸の僅かなずれは直径検出誤差に影
響せず、小径部から大径部の全域にわたって精度よく結
晶直径を測定することができる。 好ましくは、上記いずれかの構成にさらに、前記選択手
段での選択切換えの際に前記第１検出手段で検出された
直径と前記第２検出手段で検出された直径とが一致する
ように、該第２検出手段で検出された直径を補正する手
段を付設する。 １次元カメラで撮影した輝環の１点から直径を検出する
場合、上記の如く光軸方向の僅かなずれが直径検出誤差
に影響する。一方、坩堝内に多結晶をチャージする際、
チャンバを開閉する必要があるが、この開閉により、１
次元カメラの光軸が僅かずれる恐れがある。 しかし、上記構成によれば、この光軸のずれ等による直
径検出誤差が自動的に補正されるので、測定精度がさら
に向上する。
ＣＺ法により育成される単結晶の育成部属径を測定する
結晶径測定装置において、該育成部を撮影し映像信号を
出力する２次元カメラと、該２次元カメラの映像信号に
基づいて、該育成部属径を輝澁像直径から検出する第１
の手段と、該育成部の輝環を横切る線を撮影し映像信号
を出力する１次元カメラと、該１次元カメラの映像信号
に基づいて、該育成部属径を輝点位置から検出する第２
の手段と、直径が小さい育成初期については、第１検出
手段で検出された直径を出力し、その後については、第
２検出手段で検出された直径を出力する選択手段と、を
有している。 直径が比較的小さい育成初期については、湯面レベルが
一定であるので、このとき用いられる２次元カメラは移
動させる必要がない。また、２次元カメラは直径が小さ
い育成初期のみ用いるので、撮影レンズの拡大倍率を変
更する必要がなく、したがって固定高倍率の撮影レンズ
を用いることができ、精度よく直径を測定することがで
きる。 その後については、１直線上の画素数が２次元カメラよ
りも多い１次元カメラを用い、かつ、単結晶育成部の輝
環を横切る線を撮影するので、結晶育成に伴い湯面レベ
ルが変動しても、１次元カメラを移動させる必要がなく
、しかも、精度よく直径を測定することができる。 前記１次元カメラ及び２次元カメラは、前記チャンバの
１つの窓に対応して設置することができる。 上記構成において、ミラーを移動させることにより前記
育成部からの光を前記１次元カメラ側及び前記２次元カ
メラ側のいずれか一方側へ選択的に導く光路切換器を設
ければ、該１次元カメラ及び該２次元カメラを、前記チ
ャンバの１つの窓に対応して設置することができるので
、構成が簡単になる。 前記光路切換器は、例えば、前記育成部から前記窓への
光の進行方向に対し略４５度傾斜させ、互いに平行かつ
対向して配置された一対の平面鏡と、該一対の平面鏡の
一方を、該光進行方向に対し略直角な方向へ案内し、該
平面鏡を前記窓に対向する位置又は該窓の側方位置へ移
動自在にするガイドとを有し、該平面鏡が前記窓に対向
する位置に在るときには、該窓を透過した該育成部から
の光を該一対の平面鏡で反射させて前記２次元カメラへ
導き、該平面鏡が該窓の側方位置に在るときには、該窓
を透過した該育成部からの光を直接に前記１次元カメラ
へ導くように構成している。 ここで、２次元カメラで撮影した輝現像から直径を検出
する場合、光軸方向の僅かなずれは輝環像全体を単に平
行移動させるだけなので問題にならないが、１次元カメ
ラで撮影した輝環の１点（輝点）から直径を検出する場
合、光軸の僅かなずれは、想定中心を一定にしたまま輝
点のみ移動させるので、直径検出誤差に影響する。 しかし、上記構成によれば、１次元カメラには育成部か
らの光がミラーを介さずに直接入射するので、ミラーの
移動により生ずる光軸の僅かなずれは直径検出誤差に影
響せず、小径部から大径部の全域にわたって精度よく結
晶直径を測定することができる。 好ましくは、上記いずれかの構成にさらに、前記選択手
段での選択切換えの際に前記第１検出手段で検出された
直径と前記第２検出手段で検出された直径とが一致する
ように、該第２検出手段で検出された直径を補正する手
段を付設する。 １次元カメラで撮影した輝環の１点から直径を検出する
場合、上記の如く光軸方向の僅かなずれが直径検出誤差
に影響する。一方、坩堝内に多結晶をチャージする際、
チャンバを開閉する必要があるが、この開閉により、１
次元カメラの光軸が僅かずれる恐れがある。 しかし、上記構成によれば、この光軸のずれ等による直
径検出誤差が自動的に補正されるので、測定精度がさら
に向上する。
（Ａ）一実施例
以下、図面に基づいて本発明の一実施例を説明する。
第１図は、Ｃ２法による単結晶育成装置に対する結晶径
測定装置の光学系の概略配置を示す。第１１図と同一構
成要素には同一符号を付してその説明を省略する。 石英坩堝１０はメインチャンバ４０内に収容されており
、メインチャンバ４０の上端開口はショルダーチャンバ
３４で覆われている。ショルダーチャンバ３４の小径部
上端開口には、プルチャンバ４２が同心に接続されてい
る。プルチャンバ４２の上端開口は、プルチャンバ４２
に対し回転自在な回転引上駆動部４４で覆われている。 この回転引上駆動部４４には、ワイヤ１４が巻回される
ドラム４６が収容されいる。プルチャンバ４２に対し回
転引上駆動部４４を不図示のモータで回転駆動すること
、ワイヤ１４がその中心線の回りに回転する。 ショルダーチャンバ３４には覗き窓４７が突設され、こ
の覗き窓４７を通して単結晶２０の育成部を覗くように
、ショルダーチャンバ３４に、例えばＣＣＤラインセン
サを備えた１次元カメラ２８が、第１１図と同様な配置
で固定されている。 ショルダーチャンバ３４にはまた、光軸を１次元カメラ
２８の光軸と平行にして、例えばＣＣＤエリアセンサを
備えた２次元カメラ４８が固定されている。 ここで、１次元カメラ２８の画素数は例えば２０４８又
は４０９６である。これに対し、２次元カメラ４８の一
辺の画素数は５１２であるが、１画素が例えば０．０５
ｍｍに対応するような高倍率の撮影レンズを用いている
。 覗き窓４７と、１次元カメラ２８及び２次元カメラ４８
との間には、第２図にも示すような光路切換器５０が、
ショルダーチャンバ３４に取り付けられている。光路切
換器５０は、可動平面鏡５２と固定平面鏡５４とが互い
に平行かつ対向して配置されており、それらの鏡面は、
結晶育成部から覗き窓４７を通って外部に出る光の進行
方向に対し４５度傾斜している。可動平面鏡５２は、シ
リンダ５６のシリンダロッド５６ａの先端に固着されか
つ不図示のガイドに案内されて、１次元カメラ２８及び
２次元カメラ４８の光軸と直角な方向（図示矢印方向）
へ移動自在となっている。シリンダロッド５６ａが伸び
て可動平面鏡５２が実線で示す位置に在るときには、リ
ミットスイッチ５８が作動し、シリンダロッド５６ａが
縮んで可動平面鏡５２が２点鎖線で示す位置に在るとき
には、リミットスイッチ６０が作動するように、リミッ
トスイッチ５８及び６０が配置されている。 結晶育成部から覗き窓４７を通った光は、可動平面鏡５
２が２点鎖線で示す状態にあるときには、直接１次元カ
メラ２８内に導かれ、可動平面鏡５２がスライドして実
線で示す状態にあるときには、平面鏡５２及び５４で反
射して２次元カメラ４８内に導かれる。 初期状態では、可動平面鏡５２は実線で示す位置にある
。コーン部２４の目標直径が例えば１０ｍｍになった時
点で、シリンダロッド５６ａが引っ込ｔられ、これによ
り光路切換器５０は点線で示す状態になる。単結晶２０
の引上速度は１ｍｍ／ ｍ ｉ ｎ程度であり、光路切
換器５０の動作中における単結晶２０の直径変化は無視
できる。 第３図は結晶径測定装置の全体構成を示す。 １次元カメラ２８は、映像信号ＶＳ、及び各画素を区別
するピクセルクロックＰＣＫ、を出力し、２次元カメラ
４８は、同様に、映像信号Ｖ ＳＺ及び各画素を区別す
るピクセルクロックＰ ＣＫ ａを出力する。映像信号
ＶＳ＋及びＶＳ２は切換スイッチ７０に供給され、切換
スイッチ７０はそのいずれか一方を選択的に２値化回路
７２へ供給する。２値化回路７２は入力電圧を２値化し
て画像処理装置７４へ供給する。一方、ピクセルクロッ
クＰＣＫ及びＰＣＫ２は切換スイッチ７６へ供給され、
切換スイッチ７６はそのいずれか一方を選択的に画像処
理装置７４へ供給する。２値化回路７２の比較基準電圧
入力端子には、基準電圧発生器７８から出力される電圧
Ｅ、及びＥ、のいずれか一方が、切換スイッチ８０によ
り選択されて供給される。これら切換スイッチ７０．７
６及び８０は、リミットスイッチ６０からの信号により
切換制御され、それぞれ、入力されるピクセルクロック
ＰＣＫ Ｉ、映像信号ＶＳ＋及び比較基準電圧Ｅ ｌ
、又は、ピクセルクロツタＰＣＫ２ 、映像信号ＶＳ２
及び比較基準電圧Ｅ２を出力する。画像処理装置７４は
マイクロコンピュータで構成されており、切換スイッチ
７６からのピクセルクロックに同期して、２値化回路７
２から映像信号を読み込み、不図示の装置から供給され
る湯面高さＨを用い、リミットスイッチ５８及び６０の
動作信号に応じた方法で画像処理を行って結晶直径りを
検出し出力する。 第４図は画像処理装置７４のソフトウェア構成を示す。 （１００） リミットスイッチ５８が作動している場
合、すなわち、２次元カメラ４８の出力が選択されてい
る場合には、 （１０２）第５図に対応して示す第６図の２値画像８２
を処理し、これに含まれる輝環像８４の水平方向最大直
径り。又はＤｌを結晶直径りとして検出する。Ｄｏは輝
環像８４の外側直径であり、Ｄｒは輝環像８４の内側直
径である。第７図は、第６図の２値画像８２の中央を水
平方向に横切る直線８６に沿った映像信号Ｖ ｓｓと比
較基準値Ｅ。 との関係を示す。 内側直径Ｄ１と外側直径Ｄ０はほぼ同一であるが、ネッ
ク部２２を自動育成する場合には、外側直径Ｄ０を用い
た方が好ましい。 前記結晶直径りをり、として記憶しておく。 （１０４）処理の流れを変えるためのＫを０とする。 （１０６）直径りを出力し、上記ステップ１００へ戻る
。 ステップ１００で、リミットスイッチ５８がオフになる
と、 （１０７）上記ステップ１０２で検出された直径Ｄ３を
Ｄとし、ステップ１０６へ進んでこのＤを出力する。 リミットスイッチ６０が作動すると、 （１０８）Ｋ＝Ｏであるかどうかにより分岐する。最初
はに＝Ｏであり、次のステップ１１０へ進む。 （１１０）ステップ１０２でのＤｌｌ、すなわち２次元
カメラ４８を用いて測定した直径り、をＤとする。 （１１２）Ｄ、−Ｆ （Ｘ、Ｈ）を算出し、コレをΔＤ
とする。 ここにＦ （Ｘ、Ｈ）は、従来の技術の欄で述べたもの
と同一であり、第１１図に示す輝点位置Ｘと高さＨとか
ら幾何学的に結晶直径りを算出するための式である。Ｆ
（Ｘ、Ｈ）は、実験式を用いてもよい。 第８図は映像信号ＶＳＩと比較基準電圧Ｅ１との関係を
示す。この映像信号ＶＳＩは、第５図に示す直線８８に
沿った輝度であり、第６図に示す２値画像８２上の直線
８８Ａに沿った輝度に対応している。直径りの算出に用
いる輝点の画素位置Ｘは、例えば輝点の内側位置ＸＩと
する。 理想的な場合にはＤ＝Ｆ （Ｘ、Ｈ）となる。 しかし、ショルダーチャンバ３４の開閉動作によるショ
ルダーチャンバ３４の位置ずれ等により、ＤとＦ （Ｘ
、Ｈ）は一致しない。一方、２次元カメラ４８を用いて
検出した直径Ｄａは、輝溝像８４の直径であるので、こ
の位置ずれの影響を受けない。 したがって、上記ΔＤはＦ （Ｘ、Ｈ）に対する補正値
としての意味をもつ。 （１１４）Ｋ＝１とし、上記ステップ１０６へ進んで直
径りを出力する。次にステップ１０８へ進んだときには
、Ｋ≠０と判定され、 （１１６） Ｆ （Ｘ、 Ｈ）十ΔＤを算出し、これを
直径りとし、ステップ１０６へ進んでこの直径りを出力
する。 その後は、ステップ１００．１０８．１１６及び１０６
の処理を繰り返す。 （Ｂ）試験例 上記構成の結晶径測定装置を用いて測定した１本の単結
晶２０の直胴部２６の直径Ｄ（約１５０ｍｍ）の平均値
と、結晶育成完了後にノギスで測定したこの直胴部２６
の直径り、の平均値との差を直径検出誤差とし、これを
、ショルダーチャンバ３４を１回開閉する毎に求め、合
計１０回（１０本の単結晶２０の直胴部２６）ｔＩｋ、
り返した結果を第９図に示す。 第１０図は、第４図のステップ１１６でΔＤ＝０とし、
前記同様にして測定した直径検出誤差の結果を示す。 両図から、本実施例による補正が効果的であることが明
かである。
測定装置の光学系の概略配置を示す。第１１図と同一構
成要素には同一符号を付してその説明を省略する。 石英坩堝１０はメインチャンバ４０内に収容されており
、メインチャンバ４０の上端開口はショルダーチャンバ
３４で覆われている。ショルダーチャンバ３４の小径部
上端開口には、プルチャンバ４２が同心に接続されてい
る。プルチャンバ４２の上端開口は、プルチャンバ４２
に対し回転自在な回転引上駆動部４４で覆われている。 この回転引上駆動部４４には、ワイヤ１４が巻回される
ドラム４６が収容されいる。プルチャンバ４２に対し回
転引上駆動部４４を不図示のモータで回転駆動すること
、ワイヤ１４がその中心線の回りに回転する。 ショルダーチャンバ３４には覗き窓４７が突設され、こ
の覗き窓４７を通して単結晶２０の育成部を覗くように
、ショルダーチャンバ３４に、例えばＣＣＤラインセン
サを備えた１次元カメラ２８が、第１１図と同様な配置
で固定されている。 ショルダーチャンバ３４にはまた、光軸を１次元カメラ
２８の光軸と平行にして、例えばＣＣＤエリアセンサを
備えた２次元カメラ４８が固定されている。 ここで、１次元カメラ２８の画素数は例えば２０４８又
は４０９６である。これに対し、２次元カメラ４８の一
辺の画素数は５１２であるが、１画素が例えば０．０５
ｍｍに対応するような高倍率の撮影レンズを用いている
。 覗き窓４７と、１次元カメラ２８及び２次元カメラ４８
との間には、第２図にも示すような光路切換器５０が、
ショルダーチャンバ３４に取り付けられている。光路切
換器５０は、可動平面鏡５２と固定平面鏡５４とが互い
に平行かつ対向して配置されており、それらの鏡面は、
結晶育成部から覗き窓４７を通って外部に出る光の進行
方向に対し４５度傾斜している。可動平面鏡５２は、シ
リンダ５６のシリンダロッド５６ａの先端に固着されか
つ不図示のガイドに案内されて、１次元カメラ２８及び
２次元カメラ４８の光軸と直角な方向（図示矢印方向）
へ移動自在となっている。シリンダロッド５６ａが伸び
て可動平面鏡５２が実線で示す位置に在るときには、リ
ミットスイッチ５８が作動し、シリンダロッド５６ａが
縮んで可動平面鏡５２が２点鎖線で示す位置に在るとき
には、リミットスイッチ６０が作動するように、リミッ
トスイッチ５８及び６０が配置されている。 結晶育成部から覗き窓４７を通った光は、可動平面鏡５
２が２点鎖線で示す状態にあるときには、直接１次元カ
メラ２８内に導かれ、可動平面鏡５２がスライドして実
線で示す状態にあるときには、平面鏡５２及び５４で反
射して２次元カメラ４８内に導かれる。 初期状態では、可動平面鏡５２は実線で示す位置にある
。コーン部２４の目標直径が例えば１０ｍｍになった時
点で、シリンダロッド５６ａが引っ込ｔられ、これによ
り光路切換器５０は点線で示す状態になる。単結晶２０
の引上速度は１ｍｍ／ ｍ ｉ ｎ程度であり、光路切
換器５０の動作中における単結晶２０の直径変化は無視
できる。 第３図は結晶径測定装置の全体構成を示す。 １次元カメラ２８は、映像信号ＶＳ、及び各画素を区別
するピクセルクロックＰＣＫ、を出力し、２次元カメラ
４８は、同様に、映像信号Ｖ ＳＺ及び各画素を区別す
るピクセルクロックＰ ＣＫ ａを出力する。映像信号
ＶＳ＋及びＶＳ２は切換スイッチ７０に供給され、切換
スイッチ７０はそのいずれか一方を選択的に２値化回路
７２へ供給する。２値化回路７２は入力電圧を２値化し
て画像処理装置７４へ供給する。一方、ピクセルクロッ
クＰＣＫ及びＰＣＫ２は切換スイッチ７６へ供給され、
切換スイッチ７６はそのいずれか一方を選択的に画像処
理装置７４へ供給する。２値化回路７２の比較基準電圧
入力端子には、基準電圧発生器７８から出力される電圧
Ｅ、及びＥ、のいずれか一方が、切換スイッチ８０によ
り選択されて供給される。これら切換スイッチ７０．７
６及び８０は、リミットスイッチ６０からの信号により
切換制御され、それぞれ、入力されるピクセルクロック
ＰＣＫ Ｉ、映像信号ＶＳ＋及び比較基準電圧Ｅ ｌ
、又は、ピクセルクロツタＰＣＫ２ 、映像信号ＶＳ２
及び比較基準電圧Ｅ２を出力する。画像処理装置７４は
マイクロコンピュータで構成されており、切換スイッチ
７６からのピクセルクロックに同期して、２値化回路７
２から映像信号を読み込み、不図示の装置から供給され
る湯面高さＨを用い、リミットスイッチ５８及び６０の
動作信号に応じた方法で画像処理を行って結晶直径りを
検出し出力する。 第４図は画像処理装置７４のソフトウェア構成を示す。 （１００） リミットスイッチ５８が作動している場
合、すなわち、２次元カメラ４８の出力が選択されてい
る場合には、 （１０２）第５図に対応して示す第６図の２値画像８２
を処理し、これに含まれる輝環像８４の水平方向最大直
径り。又はＤｌを結晶直径りとして検出する。Ｄｏは輝
環像８４の外側直径であり、Ｄｒは輝環像８４の内側直
径である。第７図は、第６図の２値画像８２の中央を水
平方向に横切る直線８６に沿った映像信号Ｖ ｓｓと比
較基準値Ｅ。 との関係を示す。 内側直径Ｄ１と外側直径Ｄ０はほぼ同一であるが、ネッ
ク部２２を自動育成する場合には、外側直径Ｄ０を用い
た方が好ましい。 前記結晶直径りをり、として記憶しておく。 （１０４）処理の流れを変えるためのＫを０とする。 （１０６）直径りを出力し、上記ステップ１００へ戻る
。 ステップ１００で、リミットスイッチ５８がオフになる
と、 （１０７）上記ステップ１０２で検出された直径Ｄ３を
Ｄとし、ステップ１０６へ進んでこのＤを出力する。 リミットスイッチ６０が作動すると、 （１０８）Ｋ＝Ｏであるかどうかにより分岐する。最初
はに＝Ｏであり、次のステップ１１０へ進む。 （１１０）ステップ１０２でのＤｌｌ、すなわち２次元
カメラ４８を用いて測定した直径り、をＤとする。 （１１２）Ｄ、−Ｆ （Ｘ、Ｈ）を算出し、コレをΔＤ
とする。 ここにＦ （Ｘ、Ｈ）は、従来の技術の欄で述べたもの
と同一であり、第１１図に示す輝点位置Ｘと高さＨとか
ら幾何学的に結晶直径りを算出するための式である。Ｆ
（Ｘ、Ｈ）は、実験式を用いてもよい。 第８図は映像信号ＶＳＩと比較基準電圧Ｅ１との関係を
示す。この映像信号ＶＳＩは、第５図に示す直線８８に
沿った輝度であり、第６図に示す２値画像８２上の直線
８８Ａに沿った輝度に対応している。直径りの算出に用
いる輝点の画素位置Ｘは、例えば輝点の内側位置ＸＩと
する。 理想的な場合にはＤ＝Ｆ （Ｘ、Ｈ）となる。 しかし、ショルダーチャンバ３４の開閉動作によるショ
ルダーチャンバ３４の位置ずれ等により、ＤとＦ （Ｘ
、Ｈ）は一致しない。一方、２次元カメラ４８を用いて
検出した直径Ｄａは、輝溝像８４の直径であるので、こ
の位置ずれの影響を受けない。 したがって、上記ΔＤはＦ （Ｘ、Ｈ）に対する補正値
としての意味をもつ。 （１１４）Ｋ＝１とし、上記ステップ１０６へ進んで直
径りを出力する。次にステップ１０８へ進んだときには
、Ｋ≠０と判定され、 （１１６） Ｆ （Ｘ、 Ｈ）十ΔＤを算出し、これを
直径りとし、ステップ１０６へ進んでこの直径りを出力
する。 その後は、ステップ１００．１０８．１１６及び１０６
の処理を繰り返す。 （Ｂ）試験例 上記構成の結晶径測定装置を用いて測定した１本の単結
晶２０の直胴部２６の直径Ｄ（約１５０ｍｍ）の平均値
と、結晶育成完了後にノギスで測定したこの直胴部２６
の直径り、の平均値との差を直径検出誤差とし、これを
、ショルダーチャンバ３４を１回開閉する毎に求め、合
計１０回（１０本の単結晶２０の直胴部２６）ｔＩｋ、
り返した結果を第９図に示す。 第１０図は、第４図のステップ１１６でΔＤ＝０とし、
前記同様にして測定した直径検出誤差の結果を示す。 両図から、本実施例による補正が効果的であることが明
かである。
第１図乃至第８図は本発明の一実施例に係り、第１図は
ＣＺ法による結晶育成装置に対する結晶径測定装置の光
学系の配置を示す概略図、第２図は第１図の光路切換器
とカメラの配置を示す図、 第３図は結晶径測定装置の全体構成を示すブロック図、 第４図は第３図の画像処理装置７４のソフトウェア構成
を示すフローチャート、 第５図は単結晶２０の育成部付近を示す図、第６図は２
次元カメラ４８の撮影画像を２値化した画像図、 第７図は、２次元カメラ４８から出力される、第６図の
直線８６に沿った輝度を示す映像信号Ｖ、２と比較基準
電圧Ｅ、との関係を示す図、第８図は、１次元カメラ２
８から出力される、第５図の直線８８に沿った輝度を示
す映像信号Ｖ、１と比較基準電圧Ｅ１との関係を示す図
である。 第９図及び第１０図は本実施例による直径補正の効果を
示すための試験結果に係り、 第９図は、本実施例装置で検出した直径誤差を、ショル
ダーチャンバ３４を１回開閉する毎に求め、合計１０回
繰り返した結果を示すグラフ、第１０図は、本実施例装
置において、直径補正をしなかった場合の第９図に対応
したグラフである。 第１１図及び第１２図は従来例の問題点説明に係り、 第１１図は１次元カメラ２８を用いて結晶直径を測定す
る原理説明図、 第１２図はメインチャンバの上端開口をショルダーチャ
ンバ３４で開閉する状態を示す平面図である。 図中、 １０は石英坩堝 １２は融液 １４はワイヤ １６はホルダ １８は種結晶 ２２はネック部 ２４はコーン部 ２６は直胴部 ２７は輝環 ２８は１次元カメラ ３０はラインセンサ ３２は撮影レンズ ４４は回転引上駆動部 ４８は２次元カメラ ５０は光路切換器 ５２．５４は平面鏡 ５６はシリンダ ５８．６０はリミットスイッチ ８４は輝環像
ＣＺ法による結晶育成装置に対する結晶径測定装置の光
学系の配置を示す概略図、第２図は第１図の光路切換器
とカメラの配置を示す図、 第３図は結晶径測定装置の全体構成を示すブロック図、 第４図は第３図の画像処理装置７４のソフトウェア構成
を示すフローチャート、 第５図は単結晶２０の育成部付近を示す図、第６図は２
次元カメラ４８の撮影画像を２値化した画像図、 第７図は、２次元カメラ４８から出力される、第６図の
直線８６に沿った輝度を示す映像信号Ｖ、２と比較基準
電圧Ｅ、との関係を示す図、第８図は、１次元カメラ２
８から出力される、第５図の直線８８に沿った輝度を示
す映像信号Ｖ、１と比較基準電圧Ｅ１との関係を示す図
である。 第９図及び第１０図は本実施例による直径補正の効果を
示すための試験結果に係り、 第９図は、本実施例装置で検出した直径誤差を、ショル
ダーチャンバ３４を１回開閉する毎に求め、合計１０回
繰り返した結果を示すグラフ、第１０図は、本実施例装
置において、直径補正をしなかった場合の第９図に対応
したグラフである。 第１１図及び第１２図は従来例の問題点説明に係り、 第１１図は１次元カメラ２８を用いて結晶直径を測定す
る原理説明図、 第１２図はメインチャンバの上端開口をショルダーチャ
ンバ３４で開閉する状態を示す平面図である。 図中、 １０は石英坩堝 １２は融液 １４はワイヤ １６はホルダ １８は種結晶 ２２はネック部 ２４はコーン部 ２６は直胴部 ２７は輝環 ２８は１次元カメラ ３０はラインセンサ ３２は撮影レンズ ４４は回転引上駆動部 ４８は２次元カメラ ５０は光路切換器 ５２．５４は平面鏡 ５６はシリンダ ５８．６０はリミットスイッチ ８４は輝環像
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １）、チャンバ内でＣＺ法により育成され る単結晶（２０）の育成部直径（Ｄ）を測定する結晶径
測定装置において、 該育成部を撮影し映像信号を出力する２次元カメラ（４
８）と、 該２次元カメラの映像信号に基づいて、該育成部直径を
輝環像直径から検出する第１の手段（７４、１０２）と
、 該育成部の輝環を横切る線を撮影し映像信号を出力する
１次元カメラ（２８）と、 該１次元カメラの映像信号に基づいて、該育成部直径を
輝点位置から検出する第２の手段（７４、１１６）と、 直径が小さい育成初期については、第１検出手段で検出
された直径を出力し、その後については、第２検出手段
で検出された直径を出力する選択手段（５６、６０、７
０、７４、７６、８０、１００）と、 を有することを特徴とする結晶径測定装置。 ２）、前記１次元カメラ及び２次元カメラ は、前記チャンバの１つの窓（４７）に対応して設置さ
れ、 ミラー（５２）を移動させることにより前記育成部から
の光を該１次元カメラ側及び該２次元カメラ側のいずれ
か一方側へ選択的に導く光路切換器（５０）を設けたこ
とを特徴とする請求項１記載の結晶径測定装置。 ３）、前記光路切換器は、 前記育成部から前記窓への光の進行方向に対し略４５度
傾斜させ、互いに平行かつ対向して配置された一対の平
面鏡（５２、５４）と、 該一対の平面鏡の一方を、該光進行方向に対し略直角な
方向へ案内し、該平面鏡を前記窓に対向する位置又は該
窓の側方位置へ移動自在にするガイドとを有し、 該平面鏡が前記窓に対向する位置に在るときには、該窓
を透過した該育成部からの光を該一対の平面鏡で反射さ
せて前記２次元カメラへ導き、該平面鏡が該窓の側方位
置に在るときには、該窓を透過した該育成部からの光を
直接に前記１次元カメラへ導くようにしたことを特徴と
する請求項２記載の結晶径測定装置。 ４）、前記選択手段での選択切換えの際に 前記第１検出手段で検出された直径と前記第２検出手段
で検出された直径とが一致するように、該第２検出手段
で検出された直径を補正する手段（７４、１１０、１１
２、１１６）を付設したことを特徴とする請求項１乃至
３のいずれかに記載の結晶径測定装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2199674A JPH0726817B2 (ja) | 1990-07-28 | 1990-07-28 | 結晶径測定装置 |
| EP91112379A EP0472907B1 (en) | 1990-07-28 | 1991-07-24 | Crystal diameter measuring device |
| DE69113182T DE69113182T2 (de) | 1990-07-28 | 1991-07-24 | Kristalldiametermessvorrichtung. |
| US07/736,293 US5240684A (en) | 1990-07-28 | 1991-07-29 | Crystal diameter measuring device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2199674A JPH0726817B2 (ja) | 1990-07-28 | 1990-07-28 | 結晶径測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0486509A true JPH0486509A (ja) | 1992-03-19 |
| JPH0726817B2 JPH0726817B2 (ja) | 1995-03-29 |
Family
ID=16411735
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2199674A Expired - Fee Related JPH0726817B2 (ja) | 1990-07-28 | 1990-07-28 | 結晶径測定装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5240684A (ja) |
| EP (1) | EP0472907B1 (ja) |
| JP (1) | JPH0726817B2 (ja) |
| DE (1) | DE69113182T2 (ja) |
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