JPH0726817B2 - 結晶径測定装置 - Google Patents
結晶径測定装置Info
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- JPH0726817B2 JPH0726817B2 JP2199674A JP19967490A JPH0726817B2 JP H0726817 B2 JPH0726817 B2 JP H0726817B2 JP 2199674 A JP2199674 A JP 2199674A JP 19967490 A JP19967490 A JP 19967490A JP H0726817 B2 JPH0726817 B2 JP H0726817B2
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- 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
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- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Description
本発明は、チョクラルスキー法（CZ法）により育成され
る単結晶の育成部直径を測定する結晶径測定装置に関す
る。
る単結晶の育成部直径を測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22と、徐々に径が大きくなるコーン部
24と、ウエ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の像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Ｄ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を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（mm） X:横方向視野（mm） f:撮影レンズの焦点距離（mm） D:カメラの横方向分解能（mm/bit） とすると、次式が成立する。 Ｌ＝（１＋1/8.8X）ｆ ・・・（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＝35.2 Ｄ＝0.05であり、 直胴部26の直径測定の場合には、 ｆ＝30、Ｌ＝900、Ｘ＝255.2 Ｄ＝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は、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Ｄを検出す
るものである。この直径Ｄは、単結晶20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12
S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は一定であるので、直径Ｄ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Ｄ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512
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12S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Ｄを
精度良く測定することができる。
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22と、徐々に径が大きくなるコーン部
24と、ウエ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の像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Ｄ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を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（mm） X:横方向視野（mm） f:撮影レンズの焦点距離（mm） D:カメラの横方向分解能（mm/bit） とすると、次式が成立する。 Ｌ＝（１＋1/8.8X）ｆ ・・・（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＝35.2 Ｄ＝0.05であり、 直胴部26の直径測定の場合には、 ｆ＝30、Ｌ＝900、Ｘ＝255.2 Ｄ＝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は、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Ｄを検出す
るものである。この直径Ｄは、単結晶20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12
S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は一定であるので、直径Ｄ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Ｄ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512
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12S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Ｄ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Ｄ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Ｄが測定できなくなる。 また、１次元カメラ28でネック部22の直径Ｄ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内の所望の多
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700mm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34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。
定しようとすると、直径Ｄ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Ｄが測定できなくなる。 また、１次元カメラ28でネック部22の直径Ｄ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内の所望の多
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700mm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34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、下部に対し上
部を中心軸に直角な方向へ回転させて開閉自在なチャン
バ内でCZ法により育成される単結晶の育成部直径を測定
する結晶径測定装置において、該チャンバ上部に固定さ
れ、該チャンバ上部に形成された窓を介して該育成部を
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、該育成部直径を輝環像直径
から検出する第１の直径検出手段と、該チャンバ上部に
固定され、該チャンバ上部に形成された窓を介して該育
成部の輝環上の１箇所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、該育成部直径を輝点位置から検出する第２の直
径検出手段と、直径が小さい育成初期については、該第
１検出手段で検出された直径を測定直径として選択し、
その後については、該第２検出手段で検出された直径を
測定直径として選択する選択手段と、該選択手段との選
択切換えの際に該第２検出手段で検出された直径が該第
１検出手段で検出された直径と等しくなるように該第２
検出手段で検出された直径を補正する補正手段と、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。 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。 本発明と第１態様では、上記１次元カメラ及び２次元カ
メラは、上記チャンバ上部の１つの窓に対応して設置さ
れ、上記選択手段は、直径が小さい育成初期において
は、該１次元カメラで該育成部が撮像されるように該第
１の平面鏡を該光路位置又は該退避位置の一方に位置さ
せて、該第１検出手段で検出された直径を測定直径とし
て選択し、その後においては、該２次カメラで該育成部
が撮像されるように該第１の平面鏡を該光路位置又は該
退避位置の他方に位置させて、該第２検出手段で検出さ
れた直径を測定直径として選択し、さらに、第１及び第
２の平面鏡が、上記育成部から該窓への光の進行方向に
対し傾斜し且つ互いに対向して配置され、該第１の平面
鏡は光路位置又は退避位置に移動自在であり、該第１の
平面鏡が該光路位置に在るときには、該窓を透過した該
育成部からの光が該第１の平面鏡で反射された後該第２
の平面鏡で反射されて該１次カメラ又は該２次元カメラ
の一方へ導かれ、該第１の平面鏡が該退避位置に在ると
きには、該窓を透過した該育成部からの光が直接に該１
次カメラ又は該２次元カメラの他方へ導かれるようにし
た光路切換器、を有している。 この第１態様によれば、上記光路切換器により、チャン
バ上部の窓を１つのみ用いればよく、かつ、１次元カメ
ラと２次元カメラとを接近させて配置することができ、
構成がコンパクトになり、両カメラの調整及び保守が容
易になる。 本発明の第２態様では、上記光路切換器は、上記第１及
び第２の平面鏡が、育成部から上記窓への光の進行方向
に対し略45度傾斜され、互いに平行かつ対向して配置さ
れ、該第１の平面鏡が、ガイドに案内され該光進行方向
に対し略直角な方向へ移動して、上記光路位置又は退避
位置に位置する。
部を中心軸に直角な方向へ回転させて開閉自在なチャン
バ内でCZ法により育成される単結晶の育成部直径を測定
する結晶径測定装置において、該チャンバ上部に固定さ
れ、該チャンバ上部に形成された窓を介して該育成部を
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、該育成部直径を輝環像直径
から検出する第１の直径検出手段と、該チャンバ上部に
固定され、該チャンバ上部に形成された窓を介して該育
成部の輝環上の１箇所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、該育成部直径を輝点位置から検出する第２の直
径検出手段と、直径が小さい育成初期については、該第
１検出手段で検出された直径を測定直径として選択し、
その後については、該第２検出手段で検出された直径を
測定直径として選択する選択手段と、該選択手段との選
択切換えの際に該第２検出手段で検出された直径が該第
１検出手段で検出された直径と等しくなるように該第２
検出手段で検出された直径を補正する補正手段と、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。 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。 本発明と第１態様では、上記１次元カメラ及び２次元カ
メラは、上記チャンバ上部の１つの窓に対応して設置さ
れ、上記選択手段は、直径が小さい育成初期において
は、該１次元カメラで該育成部が撮像されるように該第
１の平面鏡を該光路位置又は該退避位置の一方に位置さ
せて、該第１検出手段で検出された直径を測定直径とし
て選択し、その後においては、該２次カメラで該育成部
が撮像されるように該第１の平面鏡を該光路位置又は該
退避位置の他方に位置させて、該第２検出手段で検出さ
れた直径を測定直径として選択し、さらに、第１及び第
２の平面鏡が、上記育成部から該窓への光の進行方向に
対し傾斜し且つ互いに対向して配置され、該第１の平面
鏡は光路位置又は退避位置に移動自在であり、該第１の
平面鏡が該光路位置に在るときには、該窓を透過した該
育成部からの光が該第１の平面鏡で反射された後該第２
の平面鏡で反射されて該１次カメラ又は該２次元カメラ
の一方へ導かれ、該第１の平面鏡が該退避位置に在ると
きには、該窓を透過した該育成部からの光が直接に該１
次カメラ又は該２次元カメラの他方へ導かれるようにし
た光路切換器、を有している。 この第１態様によれば、上記光路切換器により、チャン
バ上部の窓を１つのみ用いればよく、かつ、１次元カメ
ラと２次元カメラとを接近させて配置することができ、
構成がコンパクトになり、両カメラの調整及び保守が容
易になる。 本発明の第２態様では、上記光路切換器は、上記第１及
び第２の平面鏡が、育成部から上記窓への光の進行方向
に対し略45度傾斜され、互いに平行かつ対向して配置さ
れ、該第１の平面鏡が、ガイドに案内され該光進行方向
に対し略直角な方向へ移動して、上記光路位置又は退避
位置に位置する。
（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、CZ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図の同一構成要
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が収容されてい
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0.05mm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、シリンド
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52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
リンドロッド56aが引っ込められ、これにより光路切換
器50は二点鎖線で示す状態になる。単結晶20の引上速度
は1mm/min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VS1及び各画素を区別する
ピクセルクロックPCK1を出力し、２次元カメラ48は、同
様に、映像信号VS2及び各画素を区別するピクセルクロ
ックPCK2を出力する。映像信号VS1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PCK1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E1及
びE2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、76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PCK1、映像信号VS1
及び比較基準電圧E1、又は、ピクセルクロック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72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Ｄを検
出し出力する。 第４図は画像処理装置74のソフトウエア構成を示す。 （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DO又
はDIを結晶直径Ｄとして検出する。DOは輝環像84の外側
直径であり、DI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VS2と比較基準値E2との関係を示
す。 内側直径DIと外側直径DO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DOを用いた方が好
ましい。 前記結晶直径ＤをDB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Ｄ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DB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＝０であるかどうかにより分岐する。最初は
Ｋ＝０であり、次のステップ110へ進む。 （110）ステップ102でのDB、すなわち２次元カメラ48を
用いて測定した直径DBをＤとする。 （112）DB−Ｆ（X,H）を算出し、これを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Ｄ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VS1と比較基準電圧E1との関係を示
す。この映像信号VS1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Ｄ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X1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を位置ずれ等により、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DBは、輝環像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Ｄ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）＋ΔＤを算出し、これを直径Ｄとし、
ステップ106へ進んでこの直径Ｄを出力する。 その後は、ステップ100、108、116及び106を処理を繰り
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DR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）を繰り返した結果を第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。
定装置の光学系の概略配置を示す。第11図の同一構成要
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が収容されてい
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0.05mm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、シリンド
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52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
リンドロッド56aが引っ込められ、これにより光路切換
器50は二点鎖線で示す状態になる。単結晶20の引上速度
は1mm/min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VS1及び各画素を区別する
ピクセルクロックPCK1を出力し、２次元カメラ48は、同
様に、映像信号VS2及び各画素を区別するピクセルクロ
ックPCK2を出力する。映像信号VS1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PCK1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E1及
びE2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、76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PCK1、映像信号VS1
及び比較基準電圧E1、又は、ピクセルクロック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72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Ｄを検
出し出力する。 第４図は画像処理装置74のソフトウエア構成を示す。 （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DO又
はDIを結晶直径Ｄとして検出する。DOは輝環像84の外側
直径であり、DI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VS2と比較基準値E2との関係を示
す。 内側直径DIと外側直径DO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DOを用いた方が好
ましい。 前記結晶直径ＤをDB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Ｄ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DB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＝０であるかどうかにより分岐する。最初は
Ｋ＝０であり、次のステップ110へ進む。 （110）ステップ102でのDB、すなわち２次元カメラ48を
用いて測定した直径DBをＤとする。 （112）DB−Ｆ（X,H）を算出し、これを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Ｄ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VS1と比較基準電圧E1との関係を示
す。この映像信号VS1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Ｄ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X1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を位置ずれ等により、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DBは、輝環像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Ｄ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）＋ΔＤを算出し、これを直径Ｄとし、
ステップ106へ進んでこの直径Ｄを出力する。 その後は、ステップ100、108、116及び106を処理を繰り
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DR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）を繰り返した結果を第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のソフトウエア構成を
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VS2と比較基準電圧E2
との関係を示す図、 第８図は、１次元カメラ28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VS1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
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のソフトウエア構成を
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VS2と比較基準電圧E2
との関係を示す図、 第８図は、１次元カメラ28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VS1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 (3)
- 【請求項１】下部に対し上部を中心軸に直角な方向へ回
転させて開閉自在なチャンバ内でCZ法により育成される
単結晶（20）の育成部直径（Ｄ）の測定する結晶径測定
装置において、 該チャンバ上部に固定され、該チャンバ上部に形成され
た窓を介して該育成部を撮影し映像信号を出力する２次
元カメラ（48）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の直径検出手段（74、10
2）と、 該チャンバ上部を固定され、該チャンバ上部に形成され
た窓を介して該育成部の輝環上の１箇所を横切る線を撮
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の直径検出手段（74、116）
と、 直径が小さい育成初期については、該第１検出手段で検
出された直径を測定直径として選択し、その後について
は、該第２検出手段で検出された直径を測定直径として
選択する選択手段（56、60、70、74、76、80、100）
と、 該選択手段での選択切換えの際に該第２検出手段で検出
された直径が該第１検出手段で検出された直径に等しく
なるように該第２検出手段で検出された直径を補正する
補正手段（74、110、112、116）と、 を有すことを特徴とする結晶径測定装置。 - 【請求項２】前記１次元カメラ及び２次元カメラは、前
記チャンバ上部の１つの窓（47）に対応して設置され、 前記選択手段は、直径が小さい育成初期においては、該
１次カメラで該育成部が撮像されるように該第１の平面
鏡を該光路位置又は該退避位置の一方に位置させて、該
第１検出手段で検出された直径を測定直径として選択
し、その後においては、該２次カメラで該育成部が撮像
されるように該第１の平面鏡を該光路位置又は該退避位
置の他方に位置させて、該第２検出手段で検出された直
径を測定直径として選択し、 さらに、第１及び第２の平面鏡（52、54）が、前記育成
部から該窓への光の進行方向に対し傾斜し且つ互いに対
向して配置され、該第１の平面鏡は光路位置又は退避位
置に移動自在であり、該第１の平面鏡が該光路位置に在
るときには、該窓を透過した該育成部からの光が該第１
の平面鏡で反射された後該第２の平面鏡で反射されて該
１次カメラ又は該２次元カメラの一方へ導かれ、該第１
の平面鏡が該退避位置に在るときには、該窓を透過して
該育成部からの光が直接に該１次カメラ又は該２次元カ
メラの他方へ導かれるようにした光路切換器（50）、 を有することを特徴とする請求項１記載の結晶径測定装
置。 - 【請求項３】前記光路切換器は、 前記第１及び第２の平面鏡（52、54）が、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、 該第１の平面鏡が、ガイドに案内され該光進行方向に対
し略直角な方向へ移動して、前記光路位置又は退避位置
に位置する、 ことを特徴とする請求項２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 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2199674A JPH0726817B2 (ja) | 1990-07-28 | 1990-07-28 | 結晶径測定装置 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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| JPH0726817B2 true JPH0726817B2 (ja) | 1995-03-29 |
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| 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 |
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| EP (1) | EP0472907B1 (ja) |
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