JP2003012395A - 単結晶引上装置および単結晶引上方法およびプログラムおよび記録媒体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 チョクラルスキー法により育成される半導体
単結晶と融液面の境界部の画像から、半導体単結晶の幾
何学的形状を高精度に測定し、半導体単結晶の育成動作
を適切に制御する。 【解決手段】 単結晶引上装置１０を、カメラ１８と、
カメラ１８により撮像して得た原画像を記憶部１９から
読み込み、仮想的に引き上げ軸Ｐと平行な方向から撮像
した場合に得られる変換画像を生成して、変換画像から
半導体単結晶Ｓの幾何学的形状の情報、例えば直径Ｒお
よび中心位置Ｃ等を算出する画像処理部２０と、算出し
た半導体単結晶Ｓの直径Ｒおよび中心位置Ｃ等の幾何学
的形状の情報に基づいて、ヒータ１５および引上装置１
６および坩堝移動装置１７の各動作を制御する制御部２
１とを備えて構成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、るつぼ内の半導体
融液からＣＺ（チョクラルスキー）法により、例えばＳ
ｉ（シリコン）等の無転位の半導体単結晶を引き上げる
単結晶引上装置および単結晶引上方法およびプログラム
および記録媒体に係り、特に、育成される半導体単結晶
の幾何学的形状に対する光学的測定結果に基づいて引き
上げ動作を制御する技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば特開２０００−２８１４８
１号公報に開示された単結晶引上装置のように、炉内に
設置された石英るつぼに満たされた半導体融液から、半
導体単結晶を引き上げ軸線周りに回転させつつ引き上げ
る際に、カメラによって半導体単結晶と半導体融液との
境界部を撮像して、この撮像により得られた画像から半
導体単結晶の径を算出し、この径を用いて単結晶引き上
げ速度や半導体溶融の温度等を制御する単結晶引上装置
が知られている。この単結晶引上装置では、育成される
単結晶と半導体融液との境界部に発生する高輝度のフュ
ージョンリングを撮像した画像から、フュージョンリン
グの円弧を計測して、この円弧により半導体単結晶の断
面である円の中心を推定することによって半導体単結晶
の径を算出する。円弧の計測では、少なくとも３点の円
弧上の点をプロットすることによって円の中心を推定す
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記従来技
術の一例に係る単結晶引上装置においては、育成される
半導体単結晶と半導体融液との境界部に発生する高輝度
のフュージョンリングを、斜め上方つまり半導体単結晶
の引き上げ軸方向と交差する方向からカメラによって撮
像している。そして、この撮像により得られた画像上に
おいて、フュージョンリングを円近似することで半導体
単結晶の中心位置を推定している。しかしながら、たと
え実際に円形のフュージョンリングであっても、半導体
単結晶の引き上げ軸方向と交差する斜め方向から撮像し
た場合には、フュージョンリング上の各点とカメラの焦
点との間の距離が異なることで、撮像により得られる画
像上のフュージョンリングは円形とはならず、さらに、
楕円形とも異なり、例えばカメラ位置に対する手前側の
部分が膨らんだような、いわば変形楕円形の画像が得ら
れることとなる。

【０００４】このため、カメラにより撮像して得た画像
上においてフュージョンリングを円もしくは楕円近似
し、この結果から半導体単結晶の径を推定した場合に
は、円もしくは楕円近似を適用する領域に応じて異なる
推定結果が得られてしまい、推定により得られる半導体
単結晶の径が、実際の半導体単結晶の径と大きく異なる
虞がある。そして、このように実際の半導体単結晶の径
に対する誤差が大きな推定結果に基づいて単結晶引き上
げ速度や半導体溶融の温度等を制御すると、半導体単結
晶を育成する際に所望の寸法精度を確保することができ
なくなるという問題が生じる。本発明は上記事情に鑑み
てなされたもので、カメラ等により撮像して得た半導体
単結晶と融液面との境界部の画像から、半導体単結晶の
径や中心等の幾何学的形状を高精度に測定することで、
半導体単結晶の育成動作を適切に制御することが可能な
単結晶引上装置および単結晶引上方法およびプログラム
および記録媒体を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決して係る
目的を達成するために、請求項１に記載の本発明の単結
晶引上装置は、チョクラルスキー法により結晶融液から
単結晶を引き上げて育成する単結晶引上装置であって、
前記単結晶と結晶融液との境界部を撮像する撮像手段
（例えば、後述する実施形態でのカメラ１８）と、前記
撮像手段にて撮像して得た原画像を、仮想的に前記引き
上げ軸と平行な方向から前記境界部を撮像した場合に得
られる画像へと変換する画像変換手段（例えば、後述す
る実施形態でのステップＳ０３）と、前記画像変換手段
にて得た前記画像上において、前記境界部を検出する境
界部検出手段（例えば、後述する実施形態でのステップ
Ｓ０５）と、前記画像上において、前記境界部検出手段
にて検出した前記境界部を円近似して直径および中心を
算出する境界部認識手段（例えば、後述する実施形態で
のステップＳ０６）と、前記境界部認識手段にて算出し
た前記境界部の中心に基づいて、前記結晶融液の融液面
の変動を検知する融液面変動検知手段（例えば、後述す
る実施形態ではステップＳ１１）と、前記融液面変動検
知手段にて検知した前記融液面位置に基づいて、前記単
結晶の直径および中心を算出する演算手段（例えば、後
述する実施形態ではステップＳ１１が兼ねる）と、前記
演算手段にて算出した前記単結晶の直径および中心と、
前記融液面変動検知手段にて検知した前記融液面の変動
とに基づいて、前記単結晶の育成動作を制御する単結晶
育成制御手段（例えば、後述する実施形態では制御部２
１）とを備えることを特徴としている。

【０００６】上記構成の単結晶引上装置によれば、例え
ば単結晶と結晶融液との境界部の斜め上方の位置から撮
像して得た原画像を、仮想的に引き上げ軸と平行な方向
から撮像した場合に得られる画像へと変換することで、
単結晶と結晶融液との境界部に発生する例えば円形のフ
ュージョンリングの画像が歪んで観測されてしまうこと
を抑制することができる。これにより、フュージョンリ
ングの画像を精度良く円近似することができ、この円近
似に基づいて単結晶の形状、例えば径や中心を精度良く
測定することができる。従って、例えば複数の単結晶を
作製する場合においても、安定した品質を確保すること
ができる。さらに、融液面の変動、例えば鉛直方向にお
ける融液面の変位や融液面の揺らぎ等が発生した場合に
は、測定される単結晶の中心が変位するため、この中心
の変位に基づいて融液面の変動を検知して、単結晶の育
成動作、例えば単結晶の引き上げ速度や引き上げ軸周り
の回転動作、さらには、結晶融液を貯留する坩堝の移動
や、単結晶と融液面との相対位置等を適切に制御するこ
とができる。

【０００７】さらに、請求項２に記載の本発明の単結晶
引上装置は、前記境界部検出手段にて検出した前記境界
部と、前記境界部認識手段にて前記境界部を円近似によ
り認識した認識結果とを比較して、前記単結晶の晶癖線
を検知する晶癖線検知手段と、前記晶癖線検知手段によ
る検知結果に基づいて前記単結晶の結晶の乱れを検知す
る結晶乱れ検知手段とを備えることを特徴としている。

【０００８】上記構成の単結晶引上装置によれば、境界
部検出手段にて検出した単結晶と結晶融液との境界部
と、境界部認識手段にて境界部を円近似により認識した
認識結果とを比較することで、単結晶の晶癖線として単
結晶の外周部から突出する突出部を検知することができ
る。これにより、例えば単結晶の外周部から晶癖線に相
当する突出部が消失した場合には、単結晶が崩れて多結
晶化したと判断することができ、育成時における単結晶
の状態をリアルタイムに把握することができ、作製する
単結晶の品質を容易に判定することができる。

【０００９】また、請求項３に記載の本発明の単結晶引
上方法は、チョクラルスキー法により結晶融液から単結
晶を引き上げて育成する単結晶引上方法であって、前記
単結晶と結晶融液との境界部を撮像する第１ステップ
（例えば、後述する実施形態でのステップＳ０３）と、
前記第１ステップにて撮像して得た原画像を、仮想的に
前記引き上げ軸と平行な方向から前記境界部を撮像した
場合に得られる画像へと変換する第２ステップ（例え
ば、後述する実施形態ではステップＳ０３が兼ねる）
と、前記第２ステップにて得た前記画像上において、前
記境界部を検出する第３ステップ（例えば、後述する実
施形態でのステップＳ０５）と、前記画像上において、
前記第３ステップにて検出した前記境界部を円近似して
直径および中心を算出する第４ステップ（例えば、後述
する実施形態でのステップＳ０６）と、前記第４ステッ
プにて算出した前記境界部の中心に基づいて、前記結晶
融液の融液面の変動を検知する第５ステップ（例えば、
後述する実施形態でのステップＳ１１）と、前記第５ス
テップにて検知した前記融液面位置に基づいて、前記単
結晶の直径および中心を算出する第６ステップ（例え
ば、後述する実施形態ではステップＳ１１が兼ねる）
と、前記第６ステップにて算出した前記単結晶の直径お
よび中心と、前記融液面変動検知手段にて検知した前記
融液面の変動とに基づいて、前記単結晶の育成動作を制
御する第７ステップ（例えば、後述する実施形態では画
像処理部２０の出力に基づく制御部２１での処理）とを
含むことを特徴としている。

【００１０】このような単結晶引上方法によれば、単結
晶と結晶融液との境界部に発生する例えば円形のフュー
ジョンリングの画像が歪んで観測されてしまうことを抑
制することができる。これにより、フュージョンリング
の画像を精度良く円近似することができ、この円近似に
基づいて単結晶の形状、例えば径や中心を精度良く測定
することができる。さらに、測定される単結晶の中心の
変位に基づいて融液面の変動を検知して、単結晶の育成
動作、例えば単結晶の引き上げ速度や引き上げ軸周りの
回転動作、さらには、結晶融液を貯留する坩堝の移動
や、単結晶と融液面との相対位置等を適切に制御するこ
とができる。

【００１１】さらに、請求項４に記載の本発明の単結晶
引上方法は、前記第３ステップにて検出した前記境界部
と、前記第４ステップにて前記境界部を円近似により認
識した認識結果とを比較して、前記単結晶の晶癖線を検
知する第８ステップと、前記第８ステップによる検知結
果に基づいて前記単結晶の結晶の乱れを検知する第９ス
テップとを含むことを特徴としている。このような単結
晶引上方法によれば、例えば単結晶の外周部から晶癖線
に相当する突出部が消失した場合には、単結晶が崩れて
多結晶化したと判断することができ、育成時における単
結晶の状態をリアルタイムに把握することができ、作製
する単結晶の品質を容易に判定することができる。

【００１２】また、請求項５に記載の本発明のプログラ
ムは、コンピュータを、チョクラルスキー法により結晶
融液から単結晶を引き上げて育成する手段として機能さ
せるためのプログラムであって、撮像手段（例えば、後
述する実施形態ではカメラ１８）により撮像された前記
単結晶と結晶融液との境界部の原画像を、仮想的に前記
引き上げ軸と平行な方向から前記境界部を撮像した場合
に得られる画像へと変換する画像変換手段（例えば、後
述する実施形態ではステップＳ０３が兼ねる）と、前記
画像変換手段にて得た前記画像上において、前記境界部
を検出する境界部検出手段（例えば、後述する実施形態
でのステップＳ０５）と、前記画像上において、前記境
界部検出手段にて検出した前記境界部を円近似して直径
および中心を算出する境界部認識手段（例えば、後述す
る実施形態でのステップＳ０６）と、前記境界部認識手
段にて算出した前記境界部の中心に基づいて、前記結晶
融液の融液面の変動を検知する融液面変動検知手段（例
えば、後述する実施形態ではステップＳ１１）と、前記
融液面変動検知手段にて検知した前記融液面位置に基づ
いて、前記単結晶の直径および中心を算出する演算手段
（例えば、後述する実施形態ではステップＳ１１が兼ね
る）と、前記演算手段にて算出した前記単結晶の直径お
よび中心と、前記融液面変動検知手段にて検知した前記
融液面の変動とに基づいて、前記単結晶の育成動作を制
御する単結晶育成制御手段（例えば、後述する実施形態
では制御部２１）として機能させることを特徴としてい
る。

【００１３】上記のプログラムによれば、例えば単結晶
と結晶融液との境界部の斜め上方の位置から撮像して得
た原画像を、仮想的に引き上げ軸と平行な方向から撮像
した場合に得られる画像へと変換することで、単結晶と
結晶融液との境界部に発生する例えば円形のフュージョ
ンリングの画像が歪んで観測されてしまうことを抑制す
ることができる。これにより、フュージョンリングの画
像を精度良く円近似することができ、この円近似に基づ
いて単結晶の形状、例えば径や中心を精度良く測定する
ことができる。従って、例えば複数の単結晶を作製する
場合においても、安定した品質を確保することができ
る。さらに、融液面の変動、例えば鉛直方向における融
液面の変位や融液面の揺らぎ等が発生した場合には、測
定される単結晶の中心が変位するため、この中心の変位
に基づいて融液面の変動を検知して、単結晶の育成動
作、例えば単結晶の引き上げ速度や引き上げ軸周りの回
転動作、さらには、結晶融液を貯留する坩堝の移動や、
単結晶と融液面との相対位置等を適切に制御することが
できる。

【００１４】さらに、請求項６に記載の本発明のプログ
ラムは、コンピュータを、前記境界部検出手段にて検出
した前記境界部と、前記境界部認識手段にて前記境界部
を円近似により認識した認識結果とを比較して、前記単
結晶の晶癖線を検知する晶癖線検知手段と、前記晶癖線
検知手段による検知結果に基づいて前記単結晶の結晶の
乱れを検知する結晶乱れ検知手段として機能させること
を特徴としている。

【００１５】上記のプログラムによれば、境界部検出手
段にて検出した単結晶と結晶融液との境界部と、境界部
認識手段にて境界部を円近似により認識した認識結果と
を比較することで、単結晶の晶癖線として単結晶の外周
部から突出する突出部を検知することができる。これに
より、例えば単結晶の外周部から晶癖線に相当する突出
部が消失した場合には、単結晶が崩れて多結晶化したと
判断することができ、育成時における単結晶の状態をリ
アルタイムに把握することができ、作製する単結晶の品
質を容易に判定することができる。

【００１６】また、請求項７に記載の本発明のコンピュ
ータ読み取り可能な記録媒体は、コンピュータを、チョ
クラルスキー法により結晶融液から単結晶を引き上げて
育成する手段として機能させるためのプログラムを記録
した記録媒体であって、撮像手段（例えば、後述する実
施形態ではカメラ１８）により撮像された前記単結晶と
結晶融液との境界部の原画像を、仮想的に前記引き上げ
軸と平行な方向から前記境界部を撮像した場合に得られ
る画像へと変換する画像変換手段（例えば、後述する実
施形態ではステップＳ０３が兼ねる）と、前記画像変換
手段にて得た前記画像上において、前記境界部を検出す
る境界部検出手段（例えば、後述する実施形態でのステ
ップＳ０５）と、前記画像上において、前記境界部検出
手段にて検出した前記境界部を円近似して直径および中
心を算出する境界部認識手段（例えば、後述する実施形
態でのステップＳ０６）と、前記境界部認識手段にて算
出した前記境界部の中心に基づいて、前記結晶融液の融
液面の変動を検知する融液面変動検知手段（例えば、後
述する実施形態ではステップＳ１１）と、前記融液面変
動検知手段にて検知した前記融液面位置に基づいて、前
記単結晶の直径および中心を算出する演算手段（例え
ば、後述する実施形態ではステップＳ１１が兼ねる）
と、前記演算手段にて算出した前記単結晶の直径および
中心と、前記融液面変動検知手段にて検知した前記融液
面の変動とに基づいて、前記単結晶の育成動作を制御す
る単結晶育成制御手段（例えば、後述する実施形態では
制御部２１）として機能させるためのプログラムを記録
したことを特徴としている。

【００１７】上記の記録媒体によれば、例えば単結晶と
結晶融液との境界部の斜め上方の位置から撮像して得た
原画像を、仮想的に引き上げ軸と平行な方向から撮像し
た場合に得られる画像へと変換することで、単結晶と結
晶融液との境界部に発生する例えば円形のフュージョン
リングの画像が歪んで観測されてしまうことを抑制する
ことができる。これにより、フュージョンリングの画像
を精度良く円近似することができ、この円近似に基づい
て単結晶の形状、例えば径や中心を精度良く測定するこ
とができる。従って、例えば複数の単結晶を作製する場
合においても、安定した品質を確保することができる。
さらに、融液面の変動、例えば鉛直方向における融液面
の変位や融液面の揺らぎ等が発生した場合には、測定さ
れる単結晶の中心が変位するため、この中心の変位に基
づいて融液面の変動を検知して、単結晶の育成動作、例
えば単結晶の引き上げ速度や引き上げ軸周りの回転動
作、さらには、結晶融液を貯留する坩堝の移動や、単結
晶と融液面との相対位置等を適切に制御することができ
る。

【００１８】さらに、請求項８に記載の本発明のコンピ
ュータ読み取り可能な記録媒体は、コンピュータを、前
記境界部検出手段にて検出した前記境界部と、前記境界
部認識手段にて前記境界部を円近似により認識した認識
結果とを比較して、前記単結晶の晶癖線を検知する晶癖
線検知手段と、前記晶癖線検知手段による検知結果に基
づいて前記単結晶の結晶の乱れを検知する結晶乱れ検知
手段として機能させるためのプログラムを記録したこと
を特徴としている。

【００１９】上記の記録媒体によれば、境界部検出手段
にて検出した単結晶と結晶融液との境界部と、境界部認
識手段にて境界部を円近似により認識した認識結果とを
比較することで、単結晶の晶癖線として単結晶の外周部
から突出する突出部を検知することができる。これによ
り、例えば単結晶の外周部から晶癖線に相当する突出部
が消失した場合には、単結晶が崩れて多結晶化したと判
断することができ、育成時における単結晶の状態をリア
ルタイムに把握することができ、作製する単結晶の品質
を容易に判定することができる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の単結晶引上装置お
よび単結晶引上方法およびプログラムおよび記録媒体の
一実施形態について添付図面を参照しながら説明する。
図１は本発明の一実施形態に係わる単結晶引上装置１０
を示す構成図である。

【００２１】本実施の形態に係る単結晶引上装置１０
は、例えば、中空の気密容器をなす引き上げ炉１１と、
この引き上げ炉１１の中央下部に鉛直方向に立設され上
下動可能とされたシャフト１２と、このシャフト１２の
上部に載置されたサセプタ１３と、このサセプタ１３上
により支持され、例えばシリコンの融液からなる半導体
融液ＳＬを貯留する坩堝１４と、この坩堝１４の外周面
から所定距離だけ離間して配置されたヒータ１５と、引
上装置１６と、坩堝移動装置１７と、カメラ１８と、記
憶部１９と、画像処理部２０と、制御部２１とを備えて
構成されている。

【００２２】ヒータ１５は、例えばシリコン等の半導体
原料を坩堝１４内で加熱溶融すると共に、半導体融液Ｓ
Ｌを所定温度に保温する。引上装置１６は、例えば引上
ワイヤ１６ａを引き上げ軸Ｐに沿って昇降可能、かつ、
引き上げ軸Ｐ周りに回転可能に吊り下げており、この引
上ワイヤ１６ａの下端部には例えばシリコン等の半導体
の種結晶（図示略）が固定されている。坩堝移動装置１
７は、シャフト１２を介して坩堝１４を昇降移動および
回転させる。そして、ヒータ１５および引上装置１６お
よび坩堝移動装置１７の各動作は制御部２１により制御
されている。

【００２３】カメラ１８は、例えば２次元のシャッタカ
メラをなし、例えば融液面Ａと略鋭角に交差する方向Ｑ
１から、半導体融液ＳＬと半導体単結晶Ｓとの境界部つ
まり結晶育成界面近傍に発生する高輝度のフュージョン
リングＦＲを撮像する。そして、撮像により得られた原
画像を記憶部１９へ出力して格納する。画像処理部２０
は、後述するように、カメラ１８により撮像して得た、
原画像を記憶部１９から読み込み、この原画像を画像変
換して、仮想的に引き上げ軸（つまり半導体単結晶Ｓの
結晶軸）Ｐと平行な方向から撮像した場合に得られる、
いわゆる変換画像を生成する。そして、この変換画像か
ら半導体単結晶Ｓの幾何学的形状の情報、例えば直径Ｒ
および中心位置Ｃ等を算出する。さらに、画像処理部２
０は、例えば半導体単結晶Ｓを作製する工程における所
定のタイミングで測定した直径Ｒおよび中心位置Ｃ等の
幾何学的形状の情報を時系列データとして扱って、例え
ば移動平均に基づいて、半導体単結晶Ｓの品質、例えば
寸法精度等を予測したり、境界部の認識処理の結果の妥
当性を評価する。

【００２４】制御部２１は、画像処理部２０にて算出し
た半導体単結晶Ｓの直径Ｒおよび中心位置Ｃ等の幾何学
的形状の情報に基づいて、ヒータ１５および引上装置１
６および坩堝移動装置１７の各動作を制御するための制
御信号を出力する。

【００２５】本実施の形態による単結晶引上装置１０は
上記構成を備えており、以下に、この単結晶引上装置１
０の動作について説明する。先ず、カメラ１８により撮
像して得た原画像を画像変換して変換画像を得る処理に
ついて添付図面を参照しながら説明する。図２は本実施
の形態に係る単結晶引上装置１０において、カメラ１８
により撮像して得た原画像を、仮想的に引き上げ軸Ｐと
平行な方向から撮像した仮想的なカメラで得られる変換
画像へと変換する際における、幾何学的な対応関係を示
す図であり、図３は半導体融液ＳＬの融液面Ａが変位し
た場合における、原画像と変換画像の幾何学的な対応関
係を示す図である。

【００２６】半導体融液ＳＬと半導体単結晶Ｓとの境界
部に発生するフュージョンリングＦＲに対して斜め上方
の位置から、例えば融液面Ａと略鋭角に交差する方向Ｑ
１（つまりカメラ１８の光軸）に沿ってフュージョンリ
ングＦＲを撮像する場合、カメラ１８の焦点Ｆ１とフュ
ージョンリングＦＲ上の各位置との間の距離は一定とは
ならない。例えば、図２に示すように、フュージョンリ
ングＦＲ上の位置であって、カメラ１８に最も近い近接
位置ＦＲａと、カメラ１８から最も遠い離間位置ＦＲｂ
とに対して、カメラ１８の焦点Ｆ１と近接位置ＦＲａと
の距離Ｌ１は、カメラ１８の焦点Ｆ１と離間位置ＦＲｂ
との距離Ｌ２とは異なり、常にＬ１＜Ｌ２の関係が成り
立つ。

【００２７】このため、例えば実際のフュージョンリン
グＦＲが円形であっても、カメラ１８にて撮像して得た
原画像でのフュージョンリングＦＲ１は、円形でも楕円
形でもない変形楕円形となる。なお、図２においては、
画像平面Ｓ１を便宜的にカメラ１８の焦点Ｆ１の前方側
に示したが、実際の撮像では焦点Ｆ１の後方側に画像平
面Ｓ１が設けられている。ここで、例えば、カメラ１８
の光軸Ｑ１と半導体融液ＳＬの融液面Ａとの交点位置Ａ
１に対する鉛直方向上方の位置に、仮想的なカメラの焦
点Ｆ２を設定して、この焦点Ｆ２および交点位置Ａ１を
含む鉛直軸Ｑ２（つまり仮想的なカメラの光軸）に沿っ
た方向からフュージョンリングＦＲを撮像したと仮定す
る。すると、この仮想的なカメラにて撮像して得られる
フュージョンリングＦＲ２は、仮想的なカメラの画像平
面Ｓ２において近似的に円形となる。

【００２８】すなわち、図２に示すように、実際の半導
体単結晶Ｓの中心位置Ｃと交点位置Ａ１とが一致せず
に、仮想的なカメラの光軸Ｑ２が結晶軸Ｐからずれて結
晶軸Ｐと平行に設定されている場合には、仮想的なカメ
ラの焦点Ｆ２と近接位置ＦＲａ１との距離Ｌ３は、仮想
的なカメラの焦点Ｆ２と離間位置ＦＲｂとの距離Ｌ４と
は一致せず、仮想的なカメラの画像平面Ｓ２において略
円形のフュージョンリングＦＲ２が撮像される。なお、
実際の半導体単結晶Ｓの中心位置Ｃと交点位置Ａ１とが
一致し、仮想的なカメラの光軸Ｑ２と結晶軸Ｐとが一致
している場合には、Ｌ３＝Ｌ４となり円形のフュージョ
ンリングＦＲ２が得られる。また、図２においては、仮
想的なカメラの画像平面Ｓ２を、便宜的に仮想的なカメ
ラの焦点Ｆ２の前方側に示した。

【００２９】ここで、画像平面Ｓ１におけるフュージョ
ンリングＦＲ１を、仮想的なカメラの画像平面Ｓ２にお
けるフュージョンリングＦＲ２に変換する際には、先
ず、フュージョンリングＦＲ１に対応する各画素のカメ
ラ視線情報を算出する。このカメラ視線情報は、カメラ
内部変数とされる焦点距離ｆおよび画素ピッチおよび画
素数等から算出され、例えばカメラ１８の焦点Ｆ１とフ
ュージョンリングＦＲ１上の各点とを含んで形成される
各直線に対し、各直線が伸びる方向に関する情報とされ
ている。例えば図２において、カメラ視線情報は、カメ
ラ１８の光軸Ｑ１と第１のカメラ視線情報（例えば、焦
点Ｆ１および近接位置ＦＲａを含む直線に沿った方向）
とのなす角θ１と、カメラ１８の光軸Ｑ１と第２のカメ
ラ視線情報（例えば、焦点Ｆ１および離間位置ＦＲｂを
含む直線に沿った方向）とのなす角θ２とを含む情報で
ある。

【００３０】そして、画像平面Ｓ１のフュージョンリン
グＦＲ１に対応する各画素に対して、カメラ外部変数と
されるカメラ姿勢およびカメラ位置（例えば図２におけ
る、焦点Ｆ１と交点位置Ａ１との距離Ｌ、融液面Ａと線
分Ｆ１Ａ１とのなす角θ等）の情報に基づいてワールド
座標上の位置を算出する。ここで、ワールド座標系のＸ
Ｙ平面は、例えば半導体融液ＳＬの融液面Ａとする。

【００３１】そして、仮想的なカメラのカメラ外部変
数、つまりカメラ姿勢およびカメラ位置（例えば図２に
おける、焦点Ｆ２と交点位置Ａ１との距離ＬＬ等）の情
報に基づいて、ワールド座標上の所望の各位置に対する
仮想的なカメラ視線情報を算出する。この場合、仮想的
なカメラ視線情報とは、例えば図２において、仮想的な
カメラの光軸Ｑ２と第３のカメラ視線情報（例えば、焦
点Ｆ２および近接位置ＦＲａを含む直線に沿った方向）
とのなす角θ３と、仮想的なカメラの光軸Ｑ２と第４の
カメラ視線情報（例えば、焦点Ｆ２および離間位置ＦＲ
ｂを含む直線に沿った方向）とのなす角θ４とを含む情
報である。

【００３２】そして、仮想的なカメラ視線情報と、仮想
的なカメラ内部変数（例えば、カメラ１８と同様の値と
される焦点距離ｆおよび画素ピッチおよび画素数等）と
に基づいて、仮想的な画像平面Ｓ２のフュージョンリン
グＦＲ２を表す各対応画素を算出する。

【００３３】なお、カメラ１８の焦点Ｆ１と交点位置Ａ
１との距離Ｌやカメラ内部変数に対して、仮想的なカメ
ラの焦点Ｆ２と交点位置Ａ１との距離ＬＬやカメラ内部
変数を、互いに異なる値に設定することにより、画像の
拡大または縮小を行うことができる。特に、焦点距離ｆ
を距離ＬＬと一致させることにより、ワールド座標系の
ＸＹ平面そのものを仮想的な画像平面Ｓ２と見なすこと
も可能である。さらに、例えば図３に示すように、半導
体融液ＳＬの融液面Ａの位置が変位した場合には、カメ
ラ視線情報が変化することで、カメラ１８で得られる原
画像および画像変換の処理によって得られる変換画像に
変化が生じる。

【００３４】予め融液面Ａに対してカメラ１８のカメラ
姿勢およびカメラ位置（例えば図３における、焦点Ｆ１
と交点位置Ａ１との距離Ｌ）等のカメラ外部変数が設定
された状態において、例えば図３に示すように、融液面
Ａが鉛直方向下方に低下して新たな融液面ＡＡが得られ
ると、融液面Ａ上のフュージョンリングＦＲも鉛直方向
下方に低下し、カメラ１８は新たな融液面ＡＡ上のフュ
ージョンリングＦＦＲを撮像することとなる。この場
合、カメラ１８の光軸Ｑ１は変化しないものの、フュー
ジョンリングＦＲ上の近接位置ＦＲａは、新たなフュー
ジョンリングＦＦＲ上の近接位置ＦＦＲａへと変位し、
フュージョンリングＦＲ上の離間位置ＦＲｂは、新たな
フュージョンリングＦＦＲ上の近接位置ＦＦＲｂへと変
位する。これに伴い、焦点Ｆ１と近接位置ＦＲａとの距
離Ｌ１は、焦点Ｆ１と新たな近接位置ＦＦＲａとの距離
ＬＬ１へと変化し、焦点Ｆ１と離間位置ＦＲｂとの距離
Ｌ２は、焦点Ｆ１と新たな離間位置ＦＦＲｂとの距離Ｌ
Ｌ２へと変化する。

【００３５】これにより、カメラ１８に対するカメラ視
線情報が変化して、例えば、カメラ１８の光軸Ｑ１と第
１のカメラ視線情報（例えば、焦点Ｆ１および近接位置
ＦＲａを含む直線に沿った方向）とのなす角θ１は、カ
メラ１８の光軸Ｑ１と新たな第１のカメラ視線情報（例
えば、焦点Ｆ１および新たな近接位置ＦＦＲａを含む直
線に沿った方向）とのなす角θ１１へと変化し、カメラ
１８の光軸Ｑ１と第２のカメラ視線情報（例えば、焦点
Ｆ１および離間位置ＦＲｂを含む直線に沿った方向）と
のなす角θ２は、カメラ１８の光軸Ｑ１と新たな第２の
カメラ視線情報（例えば、焦点Ｆ１および新たな離間位
置ＦＦＲｂを含む直線に沿った方向）とのなす角θ２２
へと変化する。すなわち、カメラ１８の画像平面Ｓ１に
おいて、フュージョンリングＦＲ１は、新たなフュージ
ョンリングＦＦＲ１へと変化して、カメラ１８により得
られる原画像に変化が生じる。

【００３６】ここで、カメラ１８の画像平面Ｓ１におけ
る新たなフュージョンリングＦＦＲ１に対する画像変換
処理には、鉛直方向下方に低下するより以前の融液面Ａ
に対して設定された、カメラ内部変数から算出するカメ
ラ視線情報およびカメラ外部変数の情報が利用される。
さらに、ワールド座標系でのＸＹ平面は融液面Ａに設定
されているため、画像平面Ｓ１における新たなフュージ
ョンリングＦＦＲ１は、いわばワールド座標系でのＸＹ
平面つまり融液面Ａにおける新たなフュージョンリング
ＮＦＲを撮像して得た画像とされる。

【００３７】これにより、新たな融液面ＡＡにおけるフ
ュージョンリングＦＦＲ上の近接位置ＦＦＲａは、ワー
ルド座標系の融液面Ａにおける新たなフュージョンリン
グＮＦＲ上の近接位置ＮＦＲａとされ、フュージョンリ
ングＦＦＲ上の離間位置ＦＦＲｂは、ワールド座標系の
融液面Ａにおける新たなフュージョンリングＮＦＲ上の
近接位置ＮＦＲｂとされる。これに伴い、仮想的なカメ
ラの焦点Ｆ２と融液面ＡにおけるフュージョンリングＦ
Ｒ上の近接位置ＦＲａとの距離Ｌ３は、仮想的なカメラ
の焦点Ｆ２と新たな近接位置ＮＦＲａとの距離ＬＬ３へ
と変化し、仮想的なカメラの焦点Ｆ２と融液面Ａにおけ
るフュージョンリングＦＲ上の離間位置ＦＲｂとの距離
Ｌ４は、仮想的なカメラの焦点Ｆ２と新たな離間位置Ｎ
ＦＲｂとの距離ＬＬ４へと変化する。

【００３８】これにより、仮想的なカメラ視線情報が変
化して、例えば、仮想的なカメラの光軸Ｑ２と第３のカ
メラ視線情報（例えば、焦点Ｆ２および近接位置ＦＲａ
を含む直線に沿った方向）とのなす角θ３は、仮想的な
カメラの光軸Ｑ２と新たな第３のカメラ視線情報（例え
ば、焦点Ｆ２および近接位置ＮＦＲａを含む直線に沿っ
た方向）とのなす角θ３３へと変化し、仮想的なカメラ
の光軸Ｑ２と第３のカメラ視線情報（例えば、焦点Ｆ２
および近接位置ＦＲａを含む直線に沿った方向）とのな
す角θ３は、仮想的なカメラの光軸Ｑ２と新たな第４の
カメラ視線情報（例えば、焦点Ｆ２および離間位置ＮＦ
Ｒｂを含む直線に沿った方向）とのなす角θ４４へと変
化する。すなわち、仮想的な画像平面Ｓ２において、フ
ュージョンリングＦＲ２は、新たなフュージョンリング
ＦＦＲ２へと変化して、仮想的なカメラで得られる変換
画像に変化が生じる。

【００３９】この場合、例えば融液面Ａのフュージョン
リングＦＲを円形とした場合の中心位置Ｃは、新たな融
液面ＡＡのフュージョンリングＦＦＲの中心位置ＣＣに
対して、鉛直方向上方に位置しているため、例えば結晶
軸Ｐに沿った方向から見た場合には、両中心位置Ｃ，Ｃ
Ｃは同一の位置として観測される。これに対して、ワー
ルド座標系でのＸＹ平面つまり融液面Ａ上に変換された
新たなフュージョンリングＮＦＲの中心位置ＮＣは、融
液面ＡのフュージョンリングＦＲの中心位置Ｃに対して
ずれた位置に配置される。従って、この中心位置Ｃに対
するずれに基づいて、融液面Ａの変位を測定することが
できる。

【００４０】以下に、単結晶引上装置１０の動作の詳細
について説明する。半導体単結晶Ｓの引き上げ工程は、
半導体単結晶Ｓの形状に応じて、例えば、シード工程
と、肩工程と、直胴工程と、ボトム工程とを含んでお
り、以下においては、特に、シード工程と、肩工程と、
直胴工程およびボトム工程との、３つに分類した各工程
を対象として、半導体単結晶Ｓの幾何学的形状の測定方
法について添付図面を参照しながら説明する。図４は結
晶形状測定の概略処理を示すフローチャートである。

【００４１】先ず、図４に示すステップＳ０１において
は、後述する初期化処理を行う。次に、ステップＳ０２
においては、結晶形状測定の処理の終了が指示されたか
否かを判定する。この判定結果が「ＹＥＳ」の場合に
は、ステップＳ１４に進み、終了処理として、例えば演
算処理用に確保したメモリ領域の開放等を行い、一連の
処理を終了する。一方、判定結果が「ＮＯ」の場合に
は、ステップＳ０３に進む。

【００４２】ステップＳ０３においては、後述するよう
に、カメラ１８にて撮像して得た原画像を画像処理部２
０に取り込み、画像変換の処理を行う。次に、ステップ
Ｓ０４においては、シード工程と、肩工程と、直胴工程
およびボトム工程とに分類した３つの各工程のうち、何
れの工程における処理であるかの工程確認を行う。

【００４３】そして、ステップＳ０５においては、後述
するように、各工程毎に応じて設定された境界検出の処
理、つまり半導体単結晶Ｓと半導体融液ＳＬとの境界部
の検出を行う。そして、ステップＳ０６においては、後
述するように、各工程毎に応じて設定された境界認識の
処理、つまり検出した半導体単結晶Ｓと半導体融液ＳＬ
との境界部に対して円近似に基づく認識処理を行い、半
導体単結晶Ｓの幾何学的形状の情報、例えば直径Ｒおよ
び中心位置Ｃ等を算出する。次に、ステップＳ０７にお
いては、半導体単結晶Ｓと半導体融液ＳＬとの境界部に
対する認識処理の結果の妥当性を評価する。

【００４４】そして、ステップＳ０８においては、認識
処理の結果が妥当であるか否かを判定する。この判定結
果が「ＹＥＳ」の場合には、ステップＳ０９に進む。一
方、この判定結果が「ＮＯ」の場合には、ステップＳ１
０に進む。ステップＳ０９においては、予め記憶部１９
に記憶された半導体単結晶Ｓの幾何学的形状の情報、例
えば直径Ｒおよび中心位置Ｃ等に対する予測値を、認識
結果によって更新して、変換テーブルを作成し、記憶部
１９に格納する。この予測値の更新では、例えば、所定
のタイミングで測定した直径Ｒおよび中心位置Ｃ等の幾
何学的形状の情報を時系列データとして扱って、移動平
均に基づいて更新用のデータを生成する。

【００４５】一方、ステップＳ１０においては、認識処
理の結果を破棄して、予め記憶部１９に記憶された予測
値を認識処理の結果として採用する。そして、ステップ
Ｓ１１では、融液面Ａの変動、半導体単結晶Ｓの幾何学
的形状、例えば直径および中心を算出する。次に、ステ
ップＳ１２では、ステップＳ１１での算出結果を出力す
る。そして、ステップＳ１３では、特に直胴工程に対し
て晶癖線の有無を確認する。すなわち、ステップＳ０５
における境界検出の検出結果と、ステップＳ０６におけ
る円近似による認識結果とを比較することで、フュージ
ョンリングＦＲの外周部に突出する晶癖線が存在するか
否かを観測する。そして、ステップＳ０２に戻る。

【００４６】以下に、上述したステップＳ０１における
初期化処理の詳細について説明する。図５は、図４に示
すステップＳ０１における初期化処理の詳細を示すフロ
ーチャートである。先ず、図５に示すステップＳ２１に
おいては、引上装置１６の引上ワイヤ１６ａを引き上げ
る際の引き上げ条件、例えば引き上げ速度や引き上げ軸
Ｐ周りの回転速度や融液面Ａの高さ等を記憶部１９から
読み込む。次に、ステップＳ２２においては、画像変換
の演算処理に使用する各種パラメータを初期化する。次
に、ステップＳ２３においては、演算処理に使用する所
定のメモリ領域を確保する。

【００４７】次に、ステップＳ２４においては、カメラ
１８により撮像して得られる原画像の全画素に対して、
例えばワールド座標系への変換処理後に得られる画素対
応点を算出したか否かを判定する。この判定結果が「Ｙ
ＥＳ」の場合には、後述するステップＳ２９に進む。一
方、この判定結果が「ＮＯ」の場合には、ステップＳ２
５に進む。ステップＳ２５においては、カメラ１８に固
有のカメラ内部変数、例えば焦点距離および画素ピッチ
および画素数等の情報に基づいて、カメラ１８により撮
像して得られる原画像の所望の画素に対するカメラ視線
情報を算出する。

【００４８】そして、ステップＳ２６においては、カメ
ラ１８に対するカメラ外部変数、例えばカメラ姿勢およ
びカメラ位置等に基づいて、カメラ１８により撮像して
得られる原画像の所望の画素に対するワールド座標系で
の位置を算出する。次に、ステップＳ２７においては、
仮想的なカメラに対するカメラ外部変数、例えばカメラ
姿勢およびカメラ位置等に基づいて、ワールド座標系で
の所望の画素対応点に対する仮想的なカメラ視線情報を
算出する。次に、ステップＳ２８においては、仮想的な
カメラに対するカメラ内部変数、例えば焦点距離および
画素ピッチおよび画素数等と、仮想的なカメラ視線情報
とに基づいて、ワールド座標系での所望の画素対応点に
対する、変換画像の画素を算出する。そして、ステップ
Ｓ２４に戻る。

【００４９】一方、ステップＳ２９においては、変換後
の画素に対するカメラ１８により撮像して得られる原画
像の所望の画素が無い点、つまり画素未対応点の算出結
果を補間する。そして、ステップＳ３０においては、画
像取込および画像変換や、後述する境界検出処理や認識
処理での検査対象領域等に対する各種の設定および確認
を行い、一連の処理を終了する。

【００５０】以下に、上述したステップＳ０３における
画像取込および画像変換の処理の詳細について説明す
る。図６は画像取込および画像変換の処理の詳細につい
て示すフローチャートである。先ず、図６に示すステッ
プＳ３１においては、カメラ１８により撮像され、例え
ば記憶部１９に格納された原画像を画像処理部２０に取
り込む。次に、ステップＳ３２においては、カメラ１８
により撮像して得られる原画像の全画素の変換が終了し
たか否かを判定する。この判定結果が「ＹＥＳ」の場合
には、一連の処理を終了する。一方、この判定結果が
「ＮＯ」の場合には、ステップＳ３３に進む。

【００５１】ステップＳ３３においては、カメラ１８に
より撮像して得られる原画像の所望の画素に対して、予
め記憶部１９に記憶した所定の変換テーブルを検索す
る。次に、ステップＳ３４においては、カメラ１８によ
り撮像して得た原画像の所望の画素に対する輝度値を参
照する。次に、ステップＳ３５においては、変換画像に
対する所望の画素の輝度値を、ステップＳ３４にて検索
した輝度値に基づいて設定する。そして、ステップＳ３
２に戻る。

【００５２】以下に、上述したステップＳ０５からステ
ップＳ０６における、境界検出処理および境界部の認識
処理の詳細について、シード工程と、肩工程と、直胴工
程およびボトム工程との、３つに分類した各工程を対象
として説明する。先ず以下に、シード工程について説明
する。図７はシード工程における境界検出処理および境
界部の認識処理の詳細について示すフローチャートであ
り、図８はカメラ１８にて撮像して得た原画像から画像
変換により生成した変換画像において、半導体単結晶Ｓ
の中心位置Ｃに対する予測位置近傍を拡大して示す拡大
画像であり、図９は拡大画像におけるフュージョンリン
グＦＲ２あるいはＦＦＲ２に対する認識結果を示す図で
ある。

【００５３】先ず、図７に示すステップＳ４１において
は、変換画像に対して、半導体単結晶Ｓの中心位置Ｃに
対する予測値を記憶部１９から読み込み、例えば図８に
示すように、この予測値周辺の拡大画像を生成する。次
に、ステップＳ４２においては、拡大画像を二値化処理
する際における、所定の二値化閾値を算出する。

【００５４】次に、ステップＳ４３においては、拡大画
像に二値化処理を行い、ラベリングを行う。次に、ステ
ップＳ４４においては、予め記憶部１９に格納した予測
値、例えば前回のシード工程に対する処理にて設定した
半導体単結晶Ｓの直径Ｒおよび中心位置Ｃのデータ等に
基づいて、例えば図９に示すように、フュージョンリン
グＦＲ２あるいはＦＦＲ２の領域を抽出する。次に、ス
テップＳ４５においては、抽出したフュージョンリング
ＦＲ２あるいはＦＦＲ２の領域の最大幅および最大幅の
座標を抽出して、一連の処理を終了する。

【００５５】以下に、肩工程について説明する。図１０
は肩工程における境界検出処理および境界部の認識処理
の詳細について示すフローチャートであり、図１１は変
換画像におけるフュージョンリングＦＲ２あるいはＦＦ
Ｒ２に対して検出した境界エッジ群を示す図であり、図
１２は検出した境界エッジ群に対して円によるマッチン
グおよび最小二乗法を用いた円近似処理を適用した結果
を示す図である。

【００５６】先ず、図１０に示すステップＳ５１におい
ては、変換画像に対して、ラインウィンドウの設定角度
範囲を算出する。次に、ステップＳ５２においては、算
出した設定角度範囲内における全ての境界エッジを探索
したか否かを判定する。この判定結果が「ＹＥＳ」の場
合には、後述するステップＳ５５に進む。一方、この判
定結果が「ＮＯ」の場合には、ステップＳ５３に進む。

【００５７】ステップＳ５３においては、半導体単結晶
Ｓの中心位置Ｃの予測値に基づいて、半導体融液ＳＬの
融液面Ａと半導体単結晶Ｓとの境界検出用のラインウィ
ンドウを設定する。次に、ステップＳ５４においては、
ラインウィンドウ上を外側つまり半導体融液ＳＬの融液
面Ａ側から半導体単結晶Ｓの中心位置Ｃに向かい走査し
て、例えば図１１に示すように、融液面Ａと半導体単結
晶Ｓとの境界エッジを検出する。そして、ステップＳ５
２に戻る。

【００５８】一方、ステップＳ５５においては、半導体
単結晶Ｓの直径Ｒおよび中心位置Ｃの予測値に基づい
て、変換画像上にて円によるマッチングを適用する範囲
を設定する。次に、ステップＳ５６においては、検出し
た境界エッジ群に対して、円によるマッチングを適用し
て、一致度を測定する。次に、ステップＳ５７において
は、一致度が最大となる円に対する直径Ｒおよび中心位
置Ｃを算出する。次に、ステップＳ５８においては、マ
ッチングの結果に基づいて、例えばエッジ群における晶
癖線等に起因する特異点の除去等の補正を行う。次に、
ステップＳ５９においては、補正後のエッジ群に対して
最小二乗法を用いた円近似を行い、半導体単結晶Ｓの直
径Ｒおよび中心位置Ｃを算出して、一連の処理を終了す
る。

【００５９】以下に、直胴工程およびボトム工程の処理
について説明する。図１３は直胴工程およびボトム工程
における境界検出処理および境界部の認識処理の詳細に
ついて示すフローチャートであり、図１４はカメラ１８
にて撮像して得た原画像から画像変換により生成した変
換画像を示す図であり、図１５は変換画像におけるフュ
ージョンリングＦＲ２あるいはＦＦＲ２に対する領域抽
出の結果を示す図であり、図１６は抽出した領域から生
成した３本の細線、つまり内周部および中心部および外
周部の各細線を示す図であり、図１７は生成した細線に
対して円検出のＨｏｕｇｈ変換を行った結果を示す図で
あり、図１８は生成した３本の細線を互いに同心円とし
て最小二乗法による円近似を行った結果を示す図であ
る。

【００６０】先ず、図１３に示すステップＳ６１におい
ては、変換画像を二値化処理する際における、所定の二
値化閾値を算出する。次に、ステップＳ６２において
は、例えば図１４に示すような変換画像に二値化処理を
行い、ラベリングを行う。次に、ステップＳ６３におい
ては、予め記憶部１９に格納した予測値、例えば所定の
タイミングで測定した直径Ｒおよび中心位置Ｃ等の幾何
学的形状の情報を時系列データとして扱って、移動平均
に基づいて生成したデータ等に基づいて、例えば図１５
に示すように、フュージョンリングＦＲ２あるいはＦＦ
Ｒ２の領域を抽出する。

【００６１】次に、ステップＳ６４においては、例えば
図１６に示すように、フュージョンリングＦＲ２あるい
はＦＦＲ２に対して抽出した領域から、例えば内周部お
よび中心部および外周部の３つ領域に対して細線化を行
い、３本の細線による各円弧を生成する。次に、ステッ
プＳ６５においては、例えば図１７に示すように、３本
の細線のうち中心部の細線に対して円検出のＨｏｕｇｈ
変換を適用して、この変換により検出された円の直径Ｒ
および中心位置Ｃを取得する。

【００６２】次に、ステップＳ６６においては、Ｈｏｕ
ｇｈ変換により検出した円の直径Ｒおよび中心位置Ｃに
基づいて、内周部および中心部および外周部の３つ領域
に対して行った各細線化の結果に対して、例えば各細線
における晶癖線等に起因する特異点の除去等の補正を行
う。次に、ステップＳ６７においては、例えば図１８に
示すように、補正後の各細線に対して最小二乗法を用い
た同心円近似を行い、半導体単結晶Ｓの直径Ｒおよび中
心位置Ｃを算出して、一連の処理を終了する。

【００６３】以上説明したように、本実施の形態に係る
単結晶引上装置１０および単結晶引上方法によれば、半
導体単結晶Ｓの引き上げ軸（つまり結晶軸）Ｐと交差す
る方向Ｑ１（つまりカメラ１８の光軸）に沿って撮像し
て原画像を、仮想的に引き上げ軸Ｐと平行な方向から撮
像した場合に得られる仮想的な画像へと変換すること
で、半導体単結晶Ｓと半導体融液ＳＬの融液面Ａとの境
界部に発生するフュージョンリングＦＲの画像が歪んで
観測されてしまうことを抑制することができる。これに
より、フュージョンリングＦＲの画像を精度良く円近似
することができ、この円近似に基づいて半導体単結晶Ｓ
の形状、例えば直径Ｒや中心位置Ｃを精度良く測定する
ことができる。しかも、融液面Ａの変動、例えば鉛直方
向における融液面Ａの変位や融液面Ａの揺らぎ等が発生
した場合には、測定される半導体単結晶Ｓの中心位置Ｃ
が変位するため、この中心位置Ｃの変位に基づいて融液
面Ａの変動を検知して、半導体単結晶Ｓの育成動作、例
えば引き上げ速度や引き上げ軸Ｐ周りの回転動作、さら
には、半導体融液ＳＬを貯留する坩堝１４の移動や、半
導体単結晶Ｓと融液面Ａとの相対位置等を適切に制御す
ることができる。

【００６４】さらに、例えば二値化処理や境界エッジの
検出処理等により検出した半導体単結晶Ｓと融液面Ａと
の境界部のデータと、この境界部を円近似により認識し
た認識結果とを比較することで、半導体単結晶Ｓの晶癖
線として半導体単結晶Ｓの外周部から突出する突出部を
検知することができる。これにより、例えば半導体単結
晶Ｓの外周部から晶癖線に相当する突出部が消失した場
合には、単結晶が崩れて多結晶化したと判断することが
でき、育成時における半導体単結晶Ｓの状態をリアルタ
イムに把握することができ、作製する半導体単結晶Ｓの
品質を容易に判定することができる。

【００６５】なお、上述した本実施の形態においては、
引き上げ工程の全工程にわたり１台の単焦点レンズとシ
ャッタカメラによりフュージョンリングＦＲを撮像する
としたが、これに限定されず、例えば複数台のカメラに
より撮像しても良いし、ズームレンズや複光軸を有する
レンズ等を備えても良い。さらに、デジタルカメラから
の局所読みだし画像や間引き読み出し画像等を利用して
も良い。

【００６６】なお、本発明の一実施形態に係る単結晶引
上方法を実現する単結晶引上装置１０は、専用のハード
ウェアにより実現されるものであっても良く、また、メ
モリおよびＣＰＵを備えて構成され、単結晶引上装置１
０の機能を実現するためのプログラムをメモリにロード
して実行することによりその機能を実現するものであっ
ても良い。

【００６７】また、上述した本発明に係る単結晶引上方
法を実現するためのプログラムをコンピュータ読みとり
可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録された
プログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行
することにより単結晶の引き上げを行っても良い。な
お、ここで言うコンピュータシステムとはＯＳや周辺機
器等のハードウェアを含むものであっても良い。

【００６８】また、コンピュータ読みとり可能な記録媒
体とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯ
Ｍ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステム
に内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことを言
う。さらに、コンピュータ読みとり可能な記録媒体と
は、インターネット等のネットワークや電話回線等の通
信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のよ
うに短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、そ
の場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシス
テム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラム
を保持しているものも含むものとする。また上記プログ
ラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであ
っても良く、さらに、前述した機能をコンピュータシス
テムにすでに記憶されているプログラムとの組み合わせ
で実現できるものであっても良い。

【００６９】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１記載の本
発明の単結晶引上装置によれば、単結晶と結晶融液との
境界部の画像が歪んで観測されてしまうことを抑制する
ことができ、境界部を精度良く円近似することができ、
この円近似に基づいて単結晶の形状、例えば径や中心を
精度良く測定することができる。このため、例えば複数
の単結晶を作製する場合においても、安定した品質を確
保することが可能となる。しかも、測定される単結晶の
中心の変位に基づいて融液面の変動を検知して、単結晶
の育成動作、例えば引き上げ速度や引き上げ軸周りの回
転動作、さらには、結晶融液を貯留する坩堝の移動や、
単結晶と融液面との相対位置等を適切に制御することが
できる。

【００７０】さらに、請求項２記載の本発明の単結晶引
上装置によれば、境界部検出手段にて検出した単結晶と
結晶融液との境界部と、境界部認識手段にて境界部を円
近似により認識した認識結果とを比較することで、単結
晶の晶癖線を検知することができる。これにより、例え
ば単結晶の外周部から晶癖線に相当する突出部が消失し
た場合には、単結晶が崩れて多結晶化したと判断するこ
とができ、育成時における単結晶の状態をリアルタイム
に把握することができ、作製する単結晶の品質を容易に
判定することができる。

【００７１】また、請求項３記載の本発明の単結晶引上
方法によれば、単結晶と結晶融液との境界部の画像が歪
んで観測されてしまうことを抑制することができ、単結
晶の形状、例えば径や中心を精度良く測定することがで
きる。さらに、測定される単結晶の中心の変位に基づい
て融液面の変動を検知して、単結晶の育成動作を適切に
制御することができる。さらに、請求項４記載の本発明
の単結晶引上方法によれば、育成時における単結晶の状
態をリアルタイムに把握することができ、作製する単結
晶の品質を容易に判定することができる。

【００７２】また、請求項５記載の本発明のプログラム
によれば、単結晶と結晶融液との境界部の画像が歪んで
観測されてしまうことを抑制することができ、単結晶の
形状、例えば径や中心を精度良く測定することができ
る。さらに、測定される単結晶の中心の変位に基づいて
融液面の変動を検知して、単結晶の育成動作を適切に制
御することができる。さらに、請求項６記載の本発明の
プログラムによれば、育成時における単結晶の状態をリ
アルタイムに把握することができ、作製する単結晶の品
質を容易に判定することができる。

【００７３】また、請求項７記載の本発明のコンピュー
タ読み取り可能な記録媒体によれば、単結晶と結晶融液
との境界部の画像が歪んで観測されてしまうことを抑制
することができ、単結晶の形状、例えば径や中心を精度
良く測定することができる。さらに、測定される単結晶
の中心の変位に基づいて融液面の変動を検知して、単結
晶の育成動作を適切に制御することができる。さらに、
請求項８記載の本発明のコンピュータ読み取り可能な記
録媒体によれば、育成時における単結晶の状態をリアル
タイムに把握することができ、作製する単結晶の品質を
容易に判定することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施形態に係わる単結晶引上装置
を示す構成図である。

【図２】 本実施の形態に係る単結晶引上装置におい
て、カメラにより撮像して得た原画像を、仮想的に引き
上げ軸Ｐと平行な方向から撮像した仮想的なカメラで得
られる変換画像へと変換する際における、幾何学的な対
応関係を示す図である。

【図３】 半導体融液ＳＬの融液面Ａが変位した場合に
おける、原画像と変換画像の幾何学的な対応関係を示す
図である。

【図４】 図１に示す単結晶引上装置の概略動作を示す
フローチャートである。

【図５】 図４に示すステップＳ０１における初期化処
理の詳細を示すフローチャートである。

【図６】 図４に示すステップＳ０３における画像取込
および画像変換の処理の詳細について示すフローチャー
トである。

【図７】 図４に示すステップＳ０５からステップＳ０
６の処理において、特にシード工程における境界検出処
理および境界部の認識処理の詳細について示すフローチ
ャートである。

【図８】 カメラにて撮像して得た原画像から画像変換
により生成した変換画像において、半導体単結晶Ｓの中
心位置Ｃに対する予測位置近傍を拡大して示す拡大画像
である。

【図９】 拡大画像におけるフュージョンリングＦＲ２
あるいはＦＦＲ２に対する認識結果を示す図である。

【図１０】 図４に示すステップＳ０５からステップＳ
０６の処理において、特に肩工程における境界検出処理
および境界部の認識処理の詳細について示すフローチャ
ートである。

【図１１】 変換画像におけるフュージョンリングＦＲ
２あるいはＦＦＲ２に対して検出した境界エッジ群を示
す図である。

【図１２】 検出した境界エッジ群に対して円によるマ
ッチングおよび最小二乗法を用いた円近似処理を適用し
た結果を示す図である。

【図１３】 図４に示すステップＳ０５からステップＳ
０６の処理において、特に直胴工程およびボトム工程に
おける境界検出処理および境界部の認識処理の詳細につ
いて示すフローチャートである。

【図１４】 カメラにて撮像して得た原画像から画像変
換により生成した変換画像を示す図である。

【図１５】 変換画像におけるフュージョンリングＦＲ
２あるいはＦＦＲ２に対する領域抽出の結果を示す図で
ある。

【図１６】 抽出した領域から生成した３本の細線、つ
まり内周部および中心部および外周部の各細線を示す図
である。

【図１７】 生成した細線に対して円検出のＨｏｕｇｈ
変換を行った結果を示す図である。

【図１８】 生成した３本の細線を互いに同心円として
最小二乗法による円近似を行った結果を示す図である。

【符号の説明】

１０ 単結晶引上装置 １８ カメラ（撮像手段） ２１ 制御部（単結晶育成制御手段） ステップＳ０３ 画像変換手段 ステップＳ０５ 境界部検出手段 ステップＳ０６ 境界部認識手段 ステップＳ１１ 融液面変動検知手段、演算手段

フロントページの続き Ｆターム(参考） 4G077 AA02 BA04 CF10 EG27 EH04 EH06 HA12 PF04 PF08 PF09 PF17

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 チョクラルスキー法により結晶融液から
   単結晶を引き上げて育成する単結晶引上装置であって、 前記単結晶と結晶融液との境界部を撮像する撮像手段
   と、 前記撮像手段にて撮像して得た原画像を、仮想的に前記
   引き上げ軸と平行な方向から前記境界部を撮像した場合
   に得られる画像へと変換する画像変換手段と、 前記画像変換手段にて得た前記画像上において、前記境
   界部を検出する境界部検出手段と、 前記画像上において、前記境界部検出手段にて検出した
   前記境界部を円近似して直径および中心を算出する境界
   部認識手段と、 前記境界部認識手段にて算出した前記境界部の中心に基
   づいて、前記結晶融液の融液面の変動を検知する融液面
   変動検知手段と、 前記融液面変動検知手段にて検知した前記融液面位置に
   基づいて、前記単結晶の直径および中心を算出する演算
   手段と、 前記演算手段にて算出した前記単結晶の直径および中心
   と、前記融液面変動検知手段にて検知した前記融液面の
   変動とに基づいて、前記単結晶の育成動作を制御する単
   結晶育成制御手段とを備えることを特徴とする単結晶引
   上装置。
2. 【請求項２】 前記境界部検出手段にて検出した前記境
   界部と、前記境界部認識手段にて前記境界部を円近似に
   より認識した認識結果とを比較して、前記単結晶の晶癖
   線を検知する晶癖線検知手段と、 前記晶癖線検知手段による検知結果に基づいて前記単結
   晶の結晶の乱れを検知する結晶乱れ検知手段とを備える
   ことを特徴とする請求項１に記載の単結晶引上装置。
3. 【請求項３】 チョクラルスキー法により結晶融液から
   単結晶を引き上げて育成する単結晶引上方法であって、 前記単結晶と結晶融液との境界部を撮像する第１ステッ
   プと、 前記第１ステップにて撮像して得た原画像を、仮想的に
   前記引き上げ軸と平行な方向から前記境界部を撮像した
   場合に得られる画像へと変換する第２ステップと、 前記第２ステップにて得た前記画像上において、前記境
   界部を検出する第３ステップと、 前記画像上において、前記第３ステップにて検出した前
   記境界部を円近似して直径および中心を算出する第４ス
   テップと、 前記第４ステップにて算出した前記境界部の中心に基づ
   いて、前記結晶融液の融液面の変動を検知する第５ステ
   ップと、 前記第５ステップにて検知した前記融液面位置に基づい
   て、前記単結晶の直径および中心を算出する第６ステッ
   プと、 前記第６ステップにて算出した前記単結晶の直径および
   中心と、前記融液面変動検知手段にて検知した前記融液
   面の変動とに基づいて、前記単結晶の育成動作を制御す
   る第７ステップとを含むことを特徴とする単結晶引上方
   法。
4. 【請求項４】 前記第３ステップにて検出した前記境界
   部と、前記第４ステップにて前記境界部を円近似により
   認識した認識結果とを比較して、前記単結晶の晶癖線を
   検知する第８ステップと、 前記第８ステップによる検知結果に基づいて前記単結晶
   の結晶の乱れを検知する第９ステップとを含むことを特
   徴とする請求項３に記載の単結晶引上方法。
5. 【請求項５】 コンピュータを、 チョクラルスキー法により結晶融液から単結晶を引き上
   げて育成する手段として機能させるためのプログラムで
   あって、 撮像手段により撮像された前記単結晶と結晶融液との境
   界部の原画像を、仮想的に前記引き上げ軸と平行な方向
   から前記境界部を撮像した場合に得られる画像へと変換
   する画像変換手段と、 前記画像変換手段にて得た前記画像上において、前記境
   界部を検出する境界部検出手段と、 前記画像上において、前記境界部検出手段にて検出した
   前記境界部を円近似して直径および中心を算出する境界
   部認識手段と、 前記境界部認識手段にて算出した前記境界部の中心に基
   づいて、前記結晶融液の融液面の変動を検知する融液面
   変動検知手段と、 前記融液面変動検知手段にて検知した前記融液面位置に
   基づいて、前記単結晶の直径および中心を算出する演算
   手段と、 前記演算手段にて算出した前記単結晶の直径および中心
   と、前記融液面変動検知手段にて検知した前記融液面の
   変動とに基づいて、前記単結晶の育成動作を制御する単
   結晶育成制御手段として機能させることを特徴とするプ
   ログラム。
6. 【請求項６】 コンピュータを、 前記境界部検出手段にて検出した前記境界部と、前記境
   界部認識手段にて前記境界部を円近似により認識した認
   識結果とを比較して、前記単結晶の晶癖線を検知する晶
   癖線検知手段と、 前記晶癖線検知手段による検知結果に基づいて前記単結
   晶の結晶の乱れを検知する結晶乱れ検知手段として機能
   させることを特徴とする請求項５に記載のプログラム。
7. 【請求項７】 コンピュータを、 チョクラルスキー法により結晶融液から単結晶を引き上
   げて育成する手段として機能させるためのプログラムを
   記録した記録媒体であって、 撮像手段により撮像された前記単結晶と結晶融液との境
   界部の原画像を、仮想的に前記引き上げ軸と平行な方向
   から前記境界部を撮像した場合に得られる画像へと変換
   する画像変換手段と、 前記画像変換手段にて得た前記画像上において、前記境
   界部を検出する境界部検出手段と、 前記画像上において、前記境界部検出手段にて検出した
   前記境界部を円近似して直径および中心を算出する境界
   部認識手段と、 前記境界部認識手段にて算出した前記境界部の中心に基
   づいて、前記結晶融液の融液面の変動を検知する融液面
   変動検知手段と、 前記融液面変動検知手段にて検知した前記融液面位置に
   基づいて、前記単結晶の直径および中心を算出する演算
   手段と、 前記演算手段にて算出した前記単結晶の直径および中心
   と、前記融液面変動検知手段にて検知した前記融液面の
   変動とに基づいて、前記単結晶の育成動作を制御する単
   結晶育成制御手段として機能させるためのプログラムを
   記録したことを特徴とするコンピュータ読み取り可能な
   記録媒体。
8. 【請求項８】 コンピュータを、 前記境界部検出手段にて検出した前記境界部と、前記境
   界部認識手段にて前記境界部を円近似により認識した認
   識結果とを比較して、前記単結晶の晶癖線を検知する晶
   癖線検知手段と、 前記晶癖線検知手段による検知結果に基づいて前記単結
   晶の結晶の乱れを検知する結晶乱れ検知手段として機能
   させるためのプログラムを記録したことを特徴とする請
   求項７に記載のコンピュータ読み取り可能な記録媒体。