JP2003012396A - 結晶形状測定装置および結晶形状測定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
単結晶の径や中心等の幾何学的形状を高精度に測定す
る。 【解決手段】 結晶形状測定装置１０Ａを、カメラ１８
と、カメラ１８により半導体単結晶Ｓと半導体融液ＳＬ
の融液面Ａとの境界部を撮像して得た原画像を記憶部１
９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
像上にて境界部を円近似することで半導体単結晶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）法により育成され
る、例えばＳｉ（シリコン）等の無転位の半導体単結晶
の幾何学的形状を光学的に測定する結晶形状測定装置お
よび結晶形状測定方法およびプログラムおよび記録媒体
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
え実際には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
側の部分ほど大きくなるように歪んだような、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。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が可能な結晶形状測定装
置および結晶形状測定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に記載の本発明の結晶
形状測定装置は、チョクラルスキー法により結晶融液か
ら育成される単結晶の育成部の形状を測定する結晶形状
測定装置であって、前記単結晶と前記結晶融液との境界
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
界部認識手段にて認識した前記直径および前記中心に基
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のステップＳ１１）と
を備えることを特徴としている。

【０００６】上記構成の結晶形状測定装置によれば、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、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。

【０００７】さらに、請求項２に記載の本発明の結晶形
状測定装置では、前記境界部認識手段は、前記境界部を
複数の環状部（例えば、後述する実施形態での内周部お
よび中心部および外周部）に分割し、各環状部毎に対応
して異なる径を有する複数の同心円によって円近似する
ことを特徴としている。上記構成の結晶形状測定装置に
よれば、境界部検出手段にて検出した単結晶と融液面と
の境界部を、複数、例えば外周部と、中心部と、内周部
とからなる３つの環状部に分割して、各環状部毎に異な
る径を有する同心円により円近似する。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
心をより一層、精度良く測定することができる。さら
に、単結晶に生じる晶癖線により単結晶の外周部から突
出する突出部が形成される場合であっても、例えば晶癖
線の影響が少ない内周側の環状部に対する円近似の認識
結果に基づいて単結晶の形状を測定することで、径や中
心等の測定精度を向上させることができる。また、外周
部、内周部の径を測定することにより、フュージョンリ
ングの幅を測定することができ、引き上げの状態をより
正確に把握することができる。

【０００８】さらに、請求項３に記載の本発明の結晶形
状測定装置では、前記境界部認識手段は、Ｈｏｕｇｈ変
換もしくはマッチングにより前記境界部を円近似するこ
とを特徴としている。上記構成の結晶形状測定装置によ
れば、境界部検出手段にて、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境界部に対して、直径
および中心に対する適宜の予測値からなる円によるマッ
チング、あるいは、円検出のＨｏｕｇｈ変換を行い、境
界部の直径及び中心を算出する。

【０００９】さらに、請求項４に記載の本発明の結晶形
状測定装置では、前記境界部認識手段は、最小二乗法に
より前記境界部を円近似することを特徴としている。上
記構成の結晶形状測定装置によれば、境界部検出手段に
て、例えば二値化処理や境界エッジの検出処理等により
検出した境界部に対して、円による最小二乗法を適用し
て、境界部の直径及び中心を算出する。

【００１０】さらに、請求項５に記載の本発明の結晶形
状測定装置では、前記境界部認識手段は、Ｈｏｕｇｈ変
換もしくはマッチングと、最小二乗法とにより前記境界
部を円近似することを特徴としている。上記構成の結晶
形状測定装置によれば、境界部検出手段にて、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境界
部に対して、直径および中心に対する適宜の予測値から
なる円によるマッチング、あるいは、円検出のＨｏｕｇ
ｈ変換を行い、境界部の直径及び中心を算出する。次
に、この認識結果に基づいて、検出した境界部のデータ
に対して、例えば晶癖線等に起因する特異点の除去等の
補正を行う。そして、補正後の境界部のデータに対し
て、円による最小二乗法を適用して、境界部の直径及び
中心を算出する。これにより、単結晶の形状、例えば径
や中心を、より一層、精度良く測定することができる。

【００１１】また、請求項６に記載の本発明の結晶形状
測定方法は、チョクラルスキー法により結晶融液から育
成される単結晶の育成部の形状を測定する結晶形状測定
方法であって、前記単結晶と前記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ステップにて認識した前記直径および前記
中心に基づいて、前記単結晶の直径および中心を算出す
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）とを含むことを特徴としている。

【００１２】このような結晶形状測定方法によれば、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、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る。

【００１３】さらに、請求項７に記載の本発明の結晶形
状測定方法では、前記第４ステップは、前記境界部を複
数の環状部に分割し、各環状部毎に対応して異なる径を
有する複数の同心円によって円近似することを特徴とし
ている。このような結晶形状測定方法によれば、フュー
ジョンリングの画像を、より一層、精度良く円近似する
ことができる。特に、外周部、内周部を含む複数の環状
部に分割した場合には、フュージョンリングの幅を測定
することができる。

【００１４】さらに、請求項８に記載の本発明の結晶形
状測定方法では、前記第４ステップは、Ｈｏｕｇｈ変換
もしくはマッチングにより前記境界部を円近似すること
を特徴としている。このような結晶形状測定方法によれ
ば、晶癖線の影響を受けず、単結晶と結晶融液との境界
部の検出および認識処理における精度を向上させること
ができる。

【００１５】さらに、請求項９に記載の本発明の結晶形
状測定方法では、前記第４ステップは、最小二乗法によ
り前記境界部を円近似することを特徴としている。この
ような結晶形状測定方法によれば、検出した境界部に対
して円による最小二乗法を行うことで、精度良く形状を
測定することができる。

【００１６】さらに、請求項１０に記載の本発明の結晶
形状測定方法では、前記第４ステップは、Ｈｏｕｇｈ変
換もしくはマッチングと、最小二乗法とにより前記境界
部を円近似することを特徴としている。このような結晶
形状測定方法によれば、円によるマッチング、あるい
は、円検出のＨｏｕｇｈ変換に基づいて、検出した境界
部のデータを補正し、補正後の境界部のデータに対して
円による最小二乗法を適用することで、より一層、精度
良く境界部の形状を測定することができる。

【００１７】また、請求項１１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
晶融液から育成される単結晶の育成部の形状を測定する
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認識した前記直径および前記中
心に基づいて、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のステップＳ１
１）として機能させることを特徴としている。

【００１８】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。

【００１９】さらに、請求項１２に記載の本発明のプロ
グラムでは、前記境界部認識手段は、前記境界部を複数
の環状部（例えば、後述する実施形態での内周部および
中心部および外周部）に分割し、各環状部毎に対応して
異なる径を有する複数の同心円によって円近似すること
を特徴としている。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融液面との境界部を、複
数、例えば外周部と、中心部と、内周部とからなる３つ
の環状部に分割して、各環状部毎に異なる径を有する同
心円により円近似する。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、例えば径や中心をより一層、
精度良く測定することができる。さらに、単結晶に生じ
る晶癖線により単結晶の外周部から突出する突出部が形
成される場合であっても、例えば晶癖線の影響が少ない
内周側の環状部に対する円近似の認識結果に基づいて単
結晶の形状を測定することで、径や中心等の測定精度を
向上させることができる。また、外周部、内周部の径を
測定することにより、フュージョンリングの幅を測定す
ることができ、引き上げの状態をより正確に把握するこ
とができる。

【００２０】さらに、請求項１３に記載の本発明のプロ
グラムでは、前記境界部認識手段は、Ｈｏｕｇｈ変換も
しくはマッチングにより前記境界部を円近似することを
特徴としている。上記構成のプログラムによれば、境界
部検出手段にて、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境界部に対して、直径および中心
に対する適宜の予測値からなる円によるマッチング、あ
るいは、円検出のＨｏｕｇｈ変換を行い、境界部の直径
及び中心を算出する。

【００２１】さらに、請求項１４に記載の本発明のプロ
グラムでは、前記境界部認識手段は、最小二乗法により
前記境界部を円近似することを特徴としている。上記の
プログラムによれば、境界部検出手段にて、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境界部
に対して、円による最小二乗法を適用して、境界部の直
径及び中心を算出する。

【００２２】さらに、請求項１５に記載の本発明のプロ
グラムでは、前記境界部認識手段は、Ｈｏｕｇｈ変換も
しくはマッチングと、最小二乗法とにより前記境界部を
円近似することを特徴としている。上記のプログラムに
よれば、境界部検出手段にて、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境界部に対して、直
径および中心に対する適宜の予測値からなる円によるマ
ッチング、あるいは、円検出のＨｏｕｇｈ変換を行い、
境界部の直径及び中心を算出する。次に、この認識結果
に基づいて、検出した境界部のデータに対して、例えば
晶癖線等に起因する特異点の除去等の補正を行う。そし
て、補正後の境界部のデータに対して、円による最小二
乗法を適用して、境界部の直径及び中心を算出する。こ
れにより、単結晶の形状、例えば径や中心を、より一
層、精度良く測定することができる。

【００２３】また、請求項１６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育成される単結晶
の育成部の形状を測定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、コンピュータ
を、撮像手段（例えば、後述する実施形態ではカメラ１
８）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Ｓ
０６）と、前記境界部認識手段にて認識した前記直径お
よび前記中心に基づいて、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のス
テップＳ１１）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。

【００２４】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。

【００２５】さらに、請求項１７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では、前記境界部認識
手段は、前記境界部を複数の環状部（例えば、後述する
実施形態での内周部および中心部および外周部）に分割
し、各環状部毎に対応して異なる径を有する複数の同心
円によって円近似することを特徴としている。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
融液面との境界部を、複数、例えば外周部と、中心部
と、内周部とからなる３つの環状部に分割して、各環状
部毎に異なる径を有する同心円により円近似する。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
えば径や中心をより一層、精度良く測定することができ
る。さらに、単結晶に生じる晶癖線により単結晶の外周
部から突出する突出部が形成される場合であっても、例
えば晶癖線の影響が少ない内周側の環状部に対する円近
似の認識結果に基づいて単結晶の形状を測定すること
で、径や中心等の測定精度を向上させることができる。
また、外周部、内周部の径を測定することにより、フュ
ージョンリングの幅を測定することができ、引き上げの
状態をより正確に把握することができる。

【００２６】さらに、請求項１８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では、前記境界部認識
手段は、Ｈｏｕｇｈ変換もしくはマッチングにより前記
境界部を円近似することを特徴としている。上記の記録
媒体によれば、境界部検出手段にて、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境界部に対し
て、直径および中心に対する適宜の予測値からなる円に
よるマッチング、あるいは、円検出のＨｏｕｇｈ変換を
行い、境界部の直径及び中心を算出する。

【００２７】さらに、請求項１９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では、前記境界部認識
手段は、最小二乗法により前記境界部を円近似すること
を特徴としている。上記の記録媒体によれば、境界部検
出手段にて、例えば二値化処理や境界エッジの検出処理
等により検出した境界部に対して、円による最小二乗法
を適用して、境界部の直径及び中心を算出する。

【００２８】さらに、請求項２０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では、前記境界部認識
手段は、Ｈｏｕｇｈ変換もしくはマッチングと、最小二
乗法とにより前記境界部を円近似することを特徴として
いる。上記の記録媒体によれば、境界部検出手段にて、
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
した境界部に対して、直径および中心に対する適宜の予
測値からなる円によるマッチング、あるいは、円検出の
Ｈｏｕｇｈ変換を行い、境界部の直径及び中心を算出す
る。次に、この認識結果に基づいて、検出した境界部の
データに対して、例えば晶癖線等に起因する特異点の除
去等の補正を行う。そして、補正後の境界部のデータに
対して、円による最小二乗法を適用して、境界部の直径
及び中心を算出する。これにより、単結晶の形状、例え
ば径や中心を、より一層、精度良く測定することができ
る。

【００２９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の結晶形状測定装置
および結晶形状測定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結晶形状測定装
置１０Ａを具備する単結晶引上装置１０を示す構成図で
ある。

【００３０】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、結晶形状測定装置
１０Ａと、制御部２１とを備えて構成されている。さら
に、結晶形状測定装置１０Ａは、カメラ１８と、記憶部
１９と、画像処理部２０とを備えて構成されている。

【００３１】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。すなわち制御部２１は、後述する画像処理
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を受信して、ヒータ１５
および引上装置１６および坩堝移動装置１７の各動作を
制御するための制御信号を出力する。

【００３２】結晶形状測定装置１０Ａのカメラ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Ｑ１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。

【００３３】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。

【００３４】本実施の形態による結晶形状測定装置１０
Ａは上記構成を備えており、以下に、この結晶形状測定
装置１０Ａ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結晶形状測定装置１０Ａ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る。

【００３５】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。

【００３６】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。

【００３７】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。

【００３８】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。

【００３９】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。

【００４０】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。

【００４１】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。なお、カメラ１
８の焦点Ｆ１と交点位置Ａ１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。

【００４２】以下に、結晶形状測定装置１０Ａ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３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。

【００４３】先ず、図３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。

【００４４】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。

【００４５】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。

【００４６】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。

【００４７】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の変化、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。

【００４８】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４は、図３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４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。

【００４９】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。

【００５０】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。

【００５１】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。

【００５２】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５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５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。

【００５３】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。

【００５４】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６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７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８は拡大画像におけるフュージョンリン
グＦＲ２に対する認識結果を示す図である。

【００５５】先ず、図６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。

【００５６】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８に示すように、フュージョンリン
グＦＲ２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。

【００５７】以下に、肩工程について説明する。図９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１０は変換
画像におけるフュージョンリングＦＲ２に対して検出し
た境界エッジ群を示す図であり、図１１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
を用いて円近似を適用した結果を示す図である。

【００５８】先ず、図９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。

【００５９】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１０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。

【００６０】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。

【００６１】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１２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１３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１４は変換画像におけるフュ
ージョンリングＦＲ２に対する領域抽出の結果を示す図
であり、図１５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１６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１７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。

【００６２】先ず、図１２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１３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１４
に示すように、フュージョンリングＦＲ２の領域を抽出
する。

【００６３】次に、ステップＳ６４においては、例えば
図１５に示すように、フュージョンリングＦＲ２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１６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。

【００６４】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１７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。

【００６５】以上説明したように、本実施の形態に係る
結晶形状測定装置１０Ａおよび結晶形状測定方法によれ
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。また、画像変換を行う際に
は、予め測定した所定の融液面Ａに対するカメラ外部変
数、つまりカメラ姿勢およびカメラ位置の情報に基づい
て、所定の変換テーブルを作成しておくことで、画像変
換に要する処理時間を短縮することが可能となる。

【００６６】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。

【００６７】なお、本発明の一実施形態に係る結晶形状
測定方法を実現する結晶形状測定装置１０Ａ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、結晶形状測
定装置１０Ａ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。

【００６８】また、上述した本発明に係る結晶形状測定
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
行することにより結晶形状の測定を行っても良い。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。

【００６９】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。

【００７０】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１記載の本
発明の結晶形状測定装置によれば、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し、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、請求項２記載の本発明の
結晶形状測定装置によれば、境界部検出手段にて検出し
た単結晶と融液面との境界部を、複数の環状部に分割し
て、各環状部毎に異なる径を有する同心円により円近似
するため、近似処理の精度を向上させることができ、単
結晶の形状、例えば径や中心を、より一層、精度良く測
定することができる。特に、外周部、内周部を含む複数
の環状部に分割した場合には、フュージョンリングの幅
を測定することができる。

【００７１】さらに、請求項３記載の本発明の結晶形状
測定装置によれば、境界部検出手段にて検出した境界部
に対して円によるマッチング、あるいは、円検出のＨｏ
ｕｇｈ変換を行うことで、精度良く単結晶の形状を測定
することができる。さらに、請求項４記載の本発明の結
晶形状測定装置によれば、境界部検出手段にて検出した
境界部に対して円による最小二乗法を行うことで、精度
良く単結晶の形状を測定することができる。さらに、請
求項５記載の本発明の結晶形状測定装置によれば、円に
よるマッチング、あるいは、円検出のＨｏｕｇｈ変換に
基づいて、検出した境界部のデータを補正し、補正後の
境界部のデータに対して円による最小二乗法を適用する
ことで、より一層、精度良く単結晶の形状を測定するこ
とができる。

【００７２】また、請求項６記載の本発明の結晶形状測
定方法によれば、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、請求項７記載の本発明の結晶形状測定
方法によれば、フュージョンリングの画像を、より一
層、精度良く円近似することができる。特に、外周部、
内周部を含む複数の環状部に分割した場合には、フュー
ジョンリングの幅を測定することができる。さらに、請
求項８記載の本発明の結晶形状測定方法によれば、単結
晶と結晶融液との境界部の検出および認識処理における
精度を向上させることができる。さらに、請求項９記載
の本発明の結晶形状測定方法によれば、検出した境界部
に対して円による最小二乗法を行うことで、精度良く形
状を測定することができる。

【００７３】さらに、請求項１０記載の本発明の結晶形
状測定方法によれば、円によるマッチング、あるいは、
円検出のＨｏｕｇｈ変換に基づいて、検出した境界部の
データを補正し、補正後の境界部のデータに対して円に
よる最小二乗法を適用することで、より一層、精度良く
境界部の形状を測定することができる。

【００７４】また、請求項１１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、境界部
を精度良く円近似し、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、請求項１２記載の本発明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融液面との境
界部を、複数の環状部に分割して、各環状部毎に異なる
径を有する同心円により円近似するため、近似処理の精
度を向上させることができ、単結晶の形状、例えば径や
中心を、より一層、精度良く測定することができる。特
に、外周部、内周部を含む複数の環状部に分割した場合
には、フュージョンリングの幅を測定することができ
る。

【００７５】さらに、請求項１３記載の本発明のプログ
ラムによれば、境界部検出手段にて検出した境界部に対
して円によるマッチング、あるいは、円検出のＨｏｕｇ
ｈ変換を行うことで、精度良く単結晶の形状を測定する
ことができる。さらに、請求項１４記載の本発明のプロ
グラムによれば、境界部検出手段にて検出した境界部に
対して円による最小二乗法を行うことで、精度良く単結
晶の形状を測定することができる。さらに、請求項１５
記載の本発明のプログラムによれば、円によるマッチン
グ、あるいは、円検出のＨｏｕｇｈ変換に基づいて、検
出した境界部のデータを補正し、補正後の境界部のデー
タに対して円による最小二乗法を適用することで、より
一層、精度良く単結晶の形状を測定することができる。

【００７６】また、請求項１６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、境界部を精度良く円近似し、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、請求項１７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、
境界部検出手段にて検出した単結晶と融液面との境界部
を、複数の環状部に分割して、各環状部毎に異なる径を
有する同心円により円近似するため、近似処理の精度を
向上させることができ、単結晶の形状、例えば径や中心
を、より一層、精度良く測定することができる。特に、
外周部、内周部を含む複数の環状部に分割した場合に
は、フュージョンリングの幅を測定することができる。

【００７７】さらに、請求項１８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、境界部検出手
段にて検出した境界部に対して円によるマッチング、あ
るいは、円検出のＨｏｕｇｈ変換を行うことで、精度良
く単結晶の形状を測定することができる。さらに、請求
項１９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、境界部検出手段にて検出した境界部に対
して円による最小二乗法を行うことで、精度良く単結晶
の形状を測定することができる。さらに、請求項２０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、円によるマッチング、あるいは、円検出のＨｏｕ
ｇｈ変換に基づいて、検出した境界部のデータを補正
し、補正後の境界部のデータに対して円による最小二乗
法を適用することで、より一層、精度良く単結晶の形状
を測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結晶形状測定装
置を示す構成図である。

【図２】 本実施の形態に係る結晶形状測定装置におい
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】 図１に示す結晶形状測定装置の概略動作を示
すフローチャートである。

【図４】 図３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５】 図３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６】 図３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７】 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８】 拡大画像におけるフュージョンリングＦＲ２
に対する認識結果を示す図である。

【図９】 図３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１０】 変換画像におけるフュージョンリングＦＲ
２に対して検出した境界エッジ群を示す図である。

【図１１】 検出した境界エッジ群に対して円によるマ
ッチングを行った結果を示す図である。

【図１２】 図３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１３】 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１４】 変換画像におけるフュージョンリングＦＲ
２に対する領域抽出の結果を示す図である。

【図１５】 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１６】 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１７】 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】

１０Ａ 結晶形状測定装置 １８ カメラ（撮像手段） 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 演算手段

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Claims (20)

【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
   育成される単結晶の育成部の形状を測定する結晶形状測
   定装置であって、 前記単結晶と前記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認識した前記直径および前記中
   心に基づいて、前記単結晶の直径および中心を算出する
   演算手段とを備えることを特徴とする結晶形状測定装
   置。
2. 【請求項２】 前記境界部認識手段は、前記境界部を複
   数の環状部に分割し、各環状部毎に対応して異なる径を
   有する複数の同心円によって円近似することを特徴とす
   る請求項１に記載の結晶形状測定装置。
3. 【請求項３】 前記境界部認識手段は、Ｈｏｕｇｈ変換
   もしくはマッチングにより前記境界部を円近似すること
   を特徴とする請求項１または請求項２の何れかに記載の
   結晶形状測定装置。
4. 【請求項４】 前記境界部認識手段は、最小二乗法によ
   り前記境界部を円近似することを特徴とする請求項１ま
   たは請求項２の何れかに記載の結晶形状測定装置。
5. 【請求項５】 前記境界部認識手段は、Ｈｏｕｇｈ変換
   もしくはマッチングと、最小二乗法とにより前記境界部
   を円近似することを特徴とする請求項１または請求項２
   の何れかに記載の結晶形状測定装置。
6. 【請求項６】 チョクラルスキー法により結晶融液から
   育成される単結晶の育成部の形状を測定する結晶形状測
   定方法であって、 前記単結晶と前記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ステップにて認識した前記直径および前記中心
   に基づいて、前記単結晶の直径および中心を算出する第
   ５ステップとを含むことを特徴とする結晶形状測定方
   法。
7. 【請求項７】 前記第４ステップは、前記境界部を複数
   の環状部に分割し、各環状部毎に対応して異なる径を有
   する複数の同心円によって円近似することを特徴とする
   請求項６に記載の結晶形状測定方法。
8. 【請求項８】 前記第４ステップは、Ｈｏｕｇｈ変換も
   しくはマッチングにより前記境界部を円近似することを
   特徴とする請求項６または請求項７の何れかに記載の結
   晶形状測定方法。
9. 【請求項９】 前記第４ステップは、最小二乗法により
   前記境界部を円近似することを特徴とする請求項６また
   は請求項７の何れかに記載の結晶形状測定方法。
10. 【請求項１０】 前記第４ステップは、Ｈｏｕｇｈ変換
    もしくはマッチングと、最小二乗法とにより前記境界部
    を円近似することを特徴とする請求項６または請求項７
    の何れかに記載の結晶形状測定方法。
11. 【請求項１１】 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育成される単結
    晶の育成部の形状を測定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認識した前記直径および前記中
    心に基づいて、前記単結晶の直径および中心を算出する
    演算手段として機能させることを特徴とするプログラ
    ム。
12. 【請求項１２】 前記境界部認識手段は、前記境界部を
    複数の環状部に分割し、各環状部毎に対応して異なる径
    を有する複数の同心円によって円近似することを特徴と
    する請求項１１に記載のプログラム。
13. 【請求項１３】 前記境界部認識手段は、Ｈｏｕｇｈ変
    換もしくはマッチングにより前記境界部を円近似するこ
    とを特徴とする請求項１１または請求項１２の何れかに
    記載のプログラム。
14. 【請求項１４】 前記境界部認識手段は、最小二乗法に
    より前記境界部を円近似することを特徴とする請求項１
    １または請求項１２の何れかに記載のプログラム。
15. 【請求項１５】 前記境界部認識手段は、Ｈｏｕｇｈ変
    換もしくはマッチングと、最小二乗法とにより前記境界
    部を円近似することを特徴とする請求項１１または請求
    項１２の何れかに記載のプログラム。
16. 【請求項１６】 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育成される単結
    晶の育成部の形状を測定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、 コンピュータを、 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認識した前記直径および前記中
    心に基づいて、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。
17. 【請求項１７】 前記境界部認識手段は、前記境界部を
    複数の環状部に分割し、各環状部毎に対応して異なる径
    を有する複数の同心円によって円近似することを特徴と
    する請求項１６に記載のコンピュータ読み取り可能な記
    録媒体。
18. 【請求項１８】 前記境界部認識手段は、Ｈｏｕｇｈ変
    換もしくはマッチングにより前記境界部を円近似するこ
    とを特徴とする請求項１６または請求項１７の何れかに
    記載のコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
19. 【請求項１９】 前記境界部認識手段は、最小二乗法に
    より前記境界部を円近似することを特徴とする請求項１
    ６または請求項１７の何れかに記載のコンピュータ読み
    取り可能な記録媒体。
20. 【請求項２０】 前記境界部認識手段は、Ｈｏｕｇｈ変
    換もしくはマッチングと、最小二乗法とにより前記境界
    部を円近似することを特徴とする請求項１６または請求
    項１７の何れかに記載のコンピュータ読み取り可能な記
    録媒体。