JP2004149368A

JP2004149368A - 単結晶の直径測定方法及び直径測定装置

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Publication number: JP2004149368A
Application number: JP2002317530A
Authority: JP
Inventors: Soichiro Kondo; 総一郎近藤
Original assignee: Sumitomo Mitsubishi Silicon Corp
Current assignee: Sumco Corp
Priority date: 2002-10-31
Filing date: 2002-10-31
Publication date: 2004-05-27
Anticipated expiration: 2022-10-31
Also published as: JP4000988B2

Abstract

【課題】１つのカメラで単結晶成長の全行程にわたって精度よく直径測定を行うことができると共に低コスト化を図る。
【解決手段】単結晶が成長する過程で制御のために必要となる単結晶の直径データをカメラを用いて測定する単結晶の直径測定方法である。引き上げ中の結晶の直径を、二次元カメラ２２を用いて撮影し、二次元カメラ２２からのデータを、ネック部６ａにおいては二次元計測法に基づいて処理し、ボディ部６ｃにおいては一次元計測法に基づいて処理する。二次元カメラ２２は固定し、計測ラインを垂直方向に変化させて所望の計測位置を得る。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、カメラを用いて単結晶の直径を測定する単結晶の直径測定方法及び直径測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より単結晶の製造方法は種々あるが、なかでも、シリコン単結晶の育成に関して、工業的に量産が可能な方式で広く応用されているものとしてＣＺ法がある。このＣＺ法によるシリコン育成装置の一般的な構成を図２に示す。
【０００３】
単結晶６の育成はチャンバー７の容器内で行われ、その中心部に坩堝１が配される。さらに坩堝１の外側には加熱ヒーター２が配設され、坩堝１内にはこの加熱ヒーター２により溶融された結晶原料、つまり多結晶シリコンの溶融液３が収容されている。
【０００４】
その溶融液３の表面に、巻取りドラム９に支持されたワイヤ４の先に取り付けた種結晶５の下端を接触させ、この種結晶５を回転させながら上方へ引き上げることによって、その下端に溶融液３が凝固した単結晶６を育成していく。このとき育成される単結晶６は、転位を結晶表面から排除するため直径を絞ったネック部６ａと、直径が漸増する肩部（ショルダー部）６ｂと、育成後ウエーハとして利用されるボディ部６ｃとからなる。
【０００５】
ところで近年、引き上げ単結晶の大口径化の要請に伴い、育成される単結晶は大重量化している。このため、単結晶のネック部は無転位化するのに必要な程度に直径を細く絞る必要があるとともに、単結晶の大重量に耐え得るように所定寸法以上の直径を確保しなければならない。したがって、シリコン単結晶の育成において、単結晶のネック部及びボディ部の直径を精度よく測定し、適切に制御することが重要になる。
【０００６】
このような観点から、単結晶の直径測定のために、チャンバー７に窓８が設けられ、この窓８に臨ませて直径測定用のカメラ１０が設けられている。このカメラ１０としては、一次元カメラを用いる場合と、二次元カメラを用いる場合と、両方用いる場合とが提案されている。
【０００７】
図３は一次元カメラを用いる場合のカメラの走査ラインと単結晶育成部との関係を示す。図４は一次元カメラによって測定した輝度分布の画像から単結晶育成部の直径を求める要領を説明する図である。また、図５は二次元カメラを用いる場合の複数の走査ラインと単結晶育成部との関係を示している。
【０００８】
通常、カメラを用いて単結晶の直径を測定するには、育成装置のチャンバー７の外部に設けられたカメラ１０からチャンバー７上部に設けられた窓８を通して、単結晶育成部のヒュージョンリングに起因する輝度分布を観察する。一次元カメラで測定する場合には、図３に示すように、走査ラインＧが単結晶の縦方向の直径軸心（以下、単に「直径中心」という）を横切るようにする必要がある。このような条件で輝度分布を測定することによって、単結晶育成部に近接するヒュージョンリングの輝度ピーク間距離ｄｈから正確な単結晶育成部の直径を求めることができる（図４参照）。通常、走査ラインが単結晶の直径中心を横切る場合には、この輝度ピーク間距離ｄｈは単結晶の直径より若干大きめに表れるため、その分の補正をして、正確な単結晶育成部の直径を求める。
【０００９】
このとき、単結晶のネック部６ａの直径は細く、しかもワイヤ４によって回転しながら引き上げられるネック部６ａは育成中に揺動しているので、ネック部６ａの直径中心を横切るように一次元カメラを走査することは容易でない。このため、カメラをラインセンサとして用いて走査ラインを単結晶の揺動速度より速く往復移動させる手段と、走査ラインを往復移動させることによって得られた二次元の画像から走査ラインが直径中心と一致する画像を選択して単結晶の直径値を出力する検出部とを具備する直径測定装置が提案されている（特許文献１）。
【００１０】
しかしながら、上記の直径測定装置は、走査ラインを高速で往復移動させる機構が複雑となり、長期にわたり安定した測定を続けることが難しくなるので、育成装置として実用的でない。また、例えば、ボディ部の直径が８インチ（２００ｍｍ）の単結晶を育成する場合には、単結晶のネック部の直径は５ｍｍ程度と細くなり、さらに単結晶の揺動もその半径が２〜３ｍｍとなることもある。この場合に、上記装置では一般に必要とされる精度（誤差５％以下）が得られず、信頼性が欠けることになる。なお、必要とされる精度は、無転位化するのに必要なネック部直径、単結晶の重量に耐え得る直径および単結晶の直径制御で確保できる精度から決定される。
【００１１】
一方、二次元カメラを用いて単結晶の直径を測定する場合には、図５に示すように、瞬時に単結晶育成部に多数の走査ラインＧを走査させ、二次元の画像情報を得ることができる。単結晶が揺動している場合でも、多数の走査ライン中には単結晶の直径中心を横切る走査ラインが含まれており、測定された輝度分布の画像信号からそれぞれの単結晶育成部の直径を求め、最も大きな直径値を育成部の直径とすることによって、比較的精度よく単結晶の直径を測定できる。このため、二次元カメラを用いた直径測定装置も提案されている。
【００１２】
一般に、計測するカメラの倍率は、引き上げられる単結晶の最大径によって決定されるのが常である。その為、大口径の単結晶を測定する場合等には、逆にシードの様な比較的小さな径の測定が困難となる。これは、広範囲の計測を必要とする為、カメラの倍率を下げる事により分解能が不足する為である。特許文献２では、ズーム装置を用いてシード等の画像を拡大して測定する方法が提案されている。しかしながら、この様な直径計測装置ではカメラ倍率を可変とする為、新たな誤差要因を発生してしまう。さらに、精度良いズーム装置を必要とするので、装置コストも大幅に掛かる。この様なことから、他の方法として高分解能を得る為に、高解像度カメラを用いる方法もある。
【００１３】
また、二次元計測する場合の処理方法として、特許文献３にその一例が提案されている。つまり、測定する単結晶より大きな基準位置を左右に設け、その基準位置から単結晶までの距離の和にて結晶直径を検出する方法である。これにて、結晶部に輝点が存在しても誤計測を行わないしくみができる。
【００１４】
しかし、実際に二次元計測する場合には以下のような問題も新たに発生する。この例を図６を用いて説明する。通常二次元計測では、エリア内の任意の計測ラインを用いて計測する。この時、径変動に追従して常に安定して計測を得る為に、その計測ラインが前後に移動する。図６（Ｂ）に示す様に、増径時には後方へ計測ラインが移動し、減径時には前方へ計測ラインが移動する。これによって、計測不良の発生頻度は激減するが、同時に計測ラインの移動による計測径の補正を行えない為、計測ラインの変位分に相当した計測誤差が絶えず含まれる事になる。この結果、制御変動を引き起こす恐れが大きくなる。
【００１５】
この様に、二次元計測では、計測不良の発生頻度は少ないが制御変動を引き起こす可能性があり、安定したボディ部の計測等には相応しくない。また、一次元計測ではネック計測不良を引き起こす為、計測部をスライドさせる機構やズーム装置が必要となり新たな外乱要因を招く事になる、したがって、ネック部にはシード振れに対応した二次元計測が有利であり、ボディ部には任意に求められた計測ラインによる一次元計測が有利と言える。
【００１６】
このため、特許文献４等のように、二次元カメラによる測定と一次元カメラによる測定とを組み合わせることによって、精度よく単結晶の直径を測定する例がある。図７にその例を示す。図示するように、計測用カメラとしては、一次元カメラ１２と二次元カメラ１３の２台が装着されており、チャンバーにはカメラ用ポートが２個空いている。一次元カメラ１２は、位置制御ユニット１４に支持されている。一次元カメラ１２はボディ部の直径を、二次元カメラ１３はネック部の直径を計測する。
【００１７】
しかしながら、この場合は、カメラが２個必要になり、それらのインターフェイス機器やコントローラー等が各カメラの系に必要で、その分コスト高となる。
【００１８】
また、単結晶の引き上げ中にカメラを切り替えてデータを得る為、切り替えたタイミングにて計測データが急変して制御不良を発生する恐れがある。この場合、そのタイミングで何らかの突変吸収処理が必要である。
【００１９】
【特許文献１】
特開昭６２−１３８３８７号公報
【００２０】
【特許文献２】
特開昭６２−８７４８２号公報
【００２１】
【特許文献３】
特公昭５３−４２４７６号公報
【００２２】
【特許文献４】
特開平４−８６５０９号公報
【００２３】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように、正確に単結晶の直径を測定するには、ネック部を二次元カメラで、ボディ部を一次元カメラで測定するのが最も望ましいが、一次元カメラと二次元カメラをそれぞれ設ける場合、この２つのカメラと共に、それらのインターフェイス機器やコントローラー等が各カメラの系にそれぞれ必要となる。このため、コスト高となってしまう。
【００２４】
本発明は上述した従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、１つのカメラで単結晶の全長にわたって精度よく直径測定を行うことができる、低コストの単結晶の直径測定方法及び直径測定装置を提供することを目的とする。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
第１の発明に係る単結晶の直径測定方法は、単結晶が成長する過程で制御のために必要となる単結晶の直径データをカメラを用いて測定する単結晶の直径測定方法において、引き上げ中の結晶の直径を、二次元カメラを用いて撮影し、当該二次元カメラからのデータを、ネック部においては二次元計測法に基づいて処理し、ボディ部においては一次元計測法に基づいて処理することを特徴とする。
【００２６】
上記構成のように、全工程を通して計測するカメラを１個でまかない、測定対象部位に応じてその計測手法を二次元計測法と一次元計測法とで取捨選択して使い分けるので、単結晶成長の全行程において常に最良の計測法を得ることができる。即ち、一次元計測法と二次元計測法との利点をそれぞれ見極め、二次元カメラを用いて上記２つの計測法を実現して、ネック工程の制御精度を改善し、かつボディ部の安定した計測を得る。これにより、安価な計測システムを構築することができる。
【００２７】
第２の発明に係る単結晶の直径測定方法は、第１の発明に係る単結晶の直径測定方法において、上記二次元カメラを固定してカメラ位置を変化させないで計測ラインを垂直方向に変化させて、所望の計測位置を得ることを特徴とする。
【００２８】
上記構成により、二次元カメラを固定することで、移動機構の微振動によるブレが発生せず、計測精度が向上する。結晶の成長に連れて計測対象位置が変動した場合においても、それに応じて二次元カメラからのデータを処理して計測ラインを垂直方向に追従させて、所望の計測位置を得る。これにより、安定した一次元計測が可能になる。
【００２９】
第３の発明に係る単結晶の直径測定装置は、単結晶が成長する過程で制御のために必要となる単結晶の直径データをカメラを用いて測定する単結晶の直径測定装置において、引き上げ中の結晶の直径を撮影する二次元カメラと、当該二次元カメラからのデータを、ネック部においては二次元計測法に基づいて処理し、ボディ部においては一次元計測法に基づいて処理する処理手段とを備えたことを特徴とする。
【００３０】
上記構成により、処理手段で、二次元カメラからのデータ（引き上げ中の結晶の直径の撮影データ）を、ネック部においては二次元計測法に基づいて処理し、ボディ部においては一次元計測法に基づいて処理することで、上記第１の発明と同様に、単結晶成長の全行程において常に最良の計測法を得ることができる。即ち、ネック工程の制御精度を改善し、かつボディ部の安定した計測を得る。これにより、安価な計測システムを構築することができる。
【００３１】
第４の発明に係る単結晶の直径測定装置は、第３の発明に係る単結晶の直径測定装置において、上記二次元カメラとして高解像度のカメラを固定して用い、上記処理手段が、上記二次元カメラのデータを用いて計測ラインを垂直方向に変化させて、所望の計測位置を得ることを特徴とする。
【００３２】
上記構成により、第２の発明と同様に、二次元カメラを固定して計測精度を向上させることができると共に、計測対象位置の変動に応じて処理手段で計測ラインを垂直方向に追従させて所望の計測位置を得る。これにより、安定した一次元計測が可能になる。
【００３３】
第５の発明に係る単結晶の直径測定装置は、第３又は４の発明に係る単結晶の直径測定装置において、上記処理手段が、ネック部に対応した二次元計測法に切り替えられた状態から、単結晶の直径の急激な変化を検知し又は設定に基づいてボディ部に対応した一次元計測法に切り替えて処理することを特徴とする。
【００３４】
上記構成により、結晶成長の初期においては、処理手段が、ネック部の測定に適した二次元計測法に基づいてネック部の直径の測定処理を行う。単結晶の直径が急激に増大し始めた場合はその変化を検知して、又は設定に基づいて、処理手段が、測定処理方法を二次元計測法からボディ部の測定に適した一次元計測法に切り替える。これにより、単結晶の成長の全行程において最適な直径測定が可能になる。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る単結晶の直径測定方法及び直径測定装置の実施形態を図面を参照しながら詳述する。図１は本実施形態に係る単結晶の直径測定方法を実施するための直径測定装置を備えたシリコン育成装置を示す概略構成図である。
【００３６】
本実施形態に係るシリコン育成装置の全体構成は、上述した従来のシリコン育成装置とほぼ同様である。即ち、チャンバー７内に坩堝１が設けられ、坩堝１の外側に加熱ヒーター２が配設されている。坩堝１内には加熱ヒーター２により溶融された多結晶シリコンの溶融液３が収容されている。チャンバー７の上部には、ワイヤ４が巻かれた巻取りドラム９が設けられている。巻取りドラム９には、ワイヤ巻取り用の駆動モータ９ａ、巻取りドラム９を回転させるための駆動モータ（図示せず）等が設けられている。巻取りドラム９に支持されたワイヤ４の先には種結晶５が取り付けられている。巻取りドラム９で、種結晶５の下端を溶融液３の表面に接触させた状態から、回転させながら上方へ引き上げることによって、単結晶６が育成していく。これにより育成される単結晶６は、ネック部６ａと、肩部６ｂと、ボディ部６ｃとからなる。
【００３７】
チャンバー７には直径測定装置２１が取り付けられている。直径測定装置２１、加熱ヒーター２、巻取りドラム９の駆動モータ９ａ等は、後述する処理手段２３の制御器２５に接続され、この制御器２５によって、単結晶６が最適状態で育成するように全体が制御されている。なお、制御器２５には、直径測定装置２１からの単結晶６の直径データ以外に、溶融液３の温度等の種々の情報が各種センサ（図示せず）を介して取り込まれて、最適状態で全体を制御するようになっている。
【００３８】
直径測定装置２１は主に、二次元カメラ２２と、処理手段２３とから構成されている。
【００３９】
二次元カメラ２２は、引き上げ中の単結晶６の直径を撮影するためのカメラである。二次元カメラ２２としては高解像度のカメラを用いる。具体的には、計測精度を維持向上する為ハイビジョンカメラを用いる。これにより、水平方向解像度を２０００画素確保できる。二次元カメラ２２はチャンバー７の窓８に固定して据え付けられている。二次元カメラ２２は、窓８に固定された状態で、視野中央に単結晶６のネック部６ａを睨む様にセッティングされている。二次元カメラ２２の視野は、ボディ部６ｃの両端が充分に捕らえられる様に倍率が調整される。なお、二次元カメラ２２の視野を広げた場合でも、解像度が高いため、１つの画像データから、ネック部６ａの直径データと、ボディ部６ｃの直径データを得ることができる。
【００４０】
処理手段２３は、シリコン育成装置全体を制御すると共に、二次元計測法と一次元計測法とを適宜切り替えて、二次元カメラ２２からのデータを処理するための装置である。この処理手段２３は、計測ユニット２４と、制御器２５とから構成されている。
【００４１】
計測ユニット２４には、単結晶６のネック部６ａの測定に適した二次元計測法による二次元計測処理部２４ａと、単結晶６のボディ部６ｃの測定に適した一次元計測法による一次元計測処理部２４ｂとが格納されて構成されている。各処理部２４ａ、２４ｂは、並列に設けられ、制御器２５に接続されていると共に、自動切替え部２４ｃを介して二次元カメラ２２に接続されている。自動切替え部２４ｃは制御器２５に接続され、この制御器２５によって適宜切り替え制御されるようになっている。これにより、各処理部２４ａ、２４ｂと二次元カメラ２２とが、単結晶の育成過程に応じて適宜切り替えられるようになっている。具体的には、ネック部６ａにおいては二次元計測処理部２４ａに切り替えられて二次元計測法に基づいて二次元カメラからのデータが処理され、ボディ部６ｃにおいては一次元計測処理部２４ｂに切り替えられて一次元計測法に基づいて二次元カメラ２２からのデータが処理されるようになっている。これにより、結晶成長の初期においては、制御器２５が自動切替え部２４ｃを制御して、二次元計測法に基づいてネック部６ａの直径の測定処理を行い、単結晶の直径が急激に増大し始めた場合はその変化を検知して、又は予め設定された制御プログラムに基づいて、測定処理方法を二次元計測法から一次元計測法に切り替えるようになっている。
【００４２】
さらに、計測ユニット２４には計測ラインを垂直方向に変化させる機能が組み込まれている。計測ラインは、単結晶６の育成に伴って、二次元カメラ２２の画面上で上下に変動するため、二次元カメラ２２のデータの中で測定対象の計測ラインを垂直方向に変化させて、所望の計測位置を得るように設定されている。具体的には、変換テーブル等を用いて、デジタル的に処理する。
【００４３】
制御器２５は、計測ユニット２４、加熱ヒーター２、巻取りドラム９の駆動モータ９ａ等に接続されて単結晶６の直径データ等を取り入れて、シリコン育成装置の全体制御を行う。
【００４４】
［単結晶の直径測定方法］
上記構成の直径測定装置２１を用いて、次のように単結晶の直径測定方法を実施する。
【００４５】
まず、制御器２５が巻取りドラム９の駆動モータ９ａ等を制御して、ワイヤ４の先端の種結晶５を回転させながら引き上げていく。これにより、単結晶６がネック部６ａから肩部６ｂを経てボディ部６ｃに成長していく。
【００４６】
巻取りドラム９によって引き上げ中の単結晶６を二次元カメラ２２で撮影して、処理手段２３で単結晶６の直径を測定する。二次元カメラ２２で撮影したデータを、処理手段２３の計測ユニット２４で取り込んで処理する。このとき、制御器２５は、リセットされた時点で自動切替え部２４ｃを二次元計測処理部２４ａ側に切り替えている。このため、結晶成長の初期のネック部６ａにおいては、二次元計測処理部２４ａで二次元計測法に基づいて処理される。この二次元計測処理部２４ａで計測された単結晶６の直径データは制御器２５に送られ、制御器２５での制御のためのデータとして用いられる。
【００４７】
ネック部６ａから肩部６ｂを経てボディ部６ｃに至る際には、直径の急激な変化を検知し又は設定に基づいて、制御器２５に制御された自動切替え部２４ｃが一次元計測処理部２４ｂに切り替わる。これにより、一次元計測処理部２４ｂで、ボディ部６ｃに対応した一次元計測法に基づいて処理される。この一次元計測処理部２４ｂで計測された単結晶６の直径データは制御器２５に送られ、制御器２５での制御のためのデータとして用いられる。
【００４８】
これにより、全工程を通して直径計測のためのカメラを１個でまかない、単結晶育成過程に応じてその計測手法を二次元計測法と一次元計測法とで取捨選択して使い分けるので、単結晶育成の全行程において常に最良の計測法を得ることができる。即ち、ネック部６ａの直径測定に適した二次元計測法と、ボディ部６ｃの直径測定に適した一次元計測法とのそれぞれ利点を見極め、二次元カメラ２２を用いて上記２つの計測法を適切に使い分けて、単結晶６の直径測定を行う。このとき、二次元カメラ２２は固定され、計測ラインがデジタル的に垂直方向に変化して、所望の計測位置を得る。
【００４９】
これにより、ネック工程の制御精度を改善し、かつボディ部６ｃの安定した計測を得て、安価な計測システムを構築することができる。また、二次元カメラ２２を固定することで、ブレが発生せずに計測精度が向上すると共に、二次元カメラ２２からのデータを処理して計測ラインを垂直方向に変化させて所望の計測位置を得るため、安定した一次元計測が可能になる。
【００５０】
［実施例］
肩工程以降の一次元直径計測法における従来例（図８）と、本実施形態の例（図９）を示す。図８では、結晶位置が変わっても同じ計測位置を測定できる様にＸ−Ｙテーブル３１によって一次元カメラ３２を移動する。そのＸ−Ｙテーブル３１上のカメラ３２は位置制御器３３によって位置制御される。この方法においては、常に測定対象物とカメラ３２間の距離を一定にできる事から再現性の良い直径制御が可能である。
【００５１】
図９では、二次元カメラ２２は固定となり、二次元カメラ２２の視野内で計測ラインを任意の位置に設定する。これにより、二次元カメラ２２の視野内であればどの位置（例えば、計測ラインＡ，Ｂ，Ｃの位置）に結晶があろうとも計測が可能になる。その為、今回Ｘ−Ｙテーブルと位置制御器が不要となる。従来は液面位置の変動量をそのままカメラ位置の変更に結びつけていたが、今回は液面位置（ｍｍ）を計測ライン位置（素子）に換算する為の変換テーブルを用いる。また、測定対象物とカメラ間の距離が異なる場合でも変換係数を任意に設定できるので、この場合も従来通り再現性の良い直径制御が可能である。
【００５２】
今回用いる引き上げ条件としては、シリコンチャージ量は４５０ｋｇ、使用するホットゾーンサイズは３４インチ、引き上げインゴット直径は１２インチである。二次元ＣＣＤカメラは、水平方向解像度２０００素子、垂直方向解像度１０００素子を用いる。水平方向視野はおよそ３００ｍｍとする為、分解能は約０．１５ｍｍ／素子となる。
【００５３】
次に、図１０に本二次元カメラ２２使用時のネックとボディ工程での計測内容を示す。まず、図１０（Ａ）に示す通り、ネック工程では二次元計測法を用い、計測エリア内のＭａｘ径を直径とする事で、振れ回るネック部６ａの直径を安定して計測する事ができる。
【００５４】
これにて、従来の一次元計測法と比べると、計測径が安定する為、過度の平均処理が不要となる事で、径が瞬時にかつ容易に捕らえられる事になる。図１１（Ａ）にネック制御成功率の比較例を示す。ここで、二次元計測法の方がネック制御成功率が高いのは、平均処理を控える事で、急激な径変動を正確に計測し、それを元に制御されている為だと考えられる。
【００５５】
次に図１０（Ｂ）の通り、ボディ（肩以降の）工程は、ネック工程よりも振れ回りは小さく、計測する対象物も大きい事から、一次元計測で充分である。また、ネック工程にて予め求められた計測位置（固定）にて測定した方が計測径は安定している。これは前述の二次元計測等に見られる様な径変動による計測位置の変動を伴わない為である。
【００５６】
図１１（Ｂ）にボディ測定精度の比較例を示す。ここでは同じ一次元計測法である為、測定精度の比較は分解能の比較に他ならない。例えば、８インチインゴットでは、視野２３０ｍｍに対して２０４８素子のラインセンサーを使用できるので、一分解能０．１１２ｍｍ／素子である。一方１２インチインゴットでは、視野３００ｍｍに対して２０００素子の水平解像度であるから分解能０．１５ｍｍ／素子である。これらの分解能の差は実直径測定結果を比較しても、問題ない数値と言える。
【００５７】
［効果］
上記構成のように、１つの二次元カメラ２２のみを用い、二次元カメラ２２からのデータを処理する計測手法を、単結晶育成過程に応じて二次元計測法と一次元計測法とで使い分けるので、特許文献４の様に複数台のカメラを必要とせずに、単結晶成長の全行程において常に最良の計測法を得ることができる。この結果、二次元カメラ２２を１つだけ用いた簡素な構造の直径測定装置２１であっても、ネック工程の制御精度が改善し、かつボディ部の安定した計測を得ることができ、安価な計測システムを構築することができる。
【００５８】
また、二次元カメラ２２を窓８に固定し、ネック工程では二次元計測を行うので、特許文献１の様にラインセンサを往復動させる必要が無く、カメラの移動機構の微振動によるブレが発生することがなくなる。また、二次元カメラ２２にはハイビジョンカメラを用いるので、ズーム駆動しなくても高精度の計測が得られ、特許文献２の様な機構を必要としない。これにより、計測精度を向上させることができ、安定した単結晶の直径測定が可能になる。また、カメラの移動機構やカメラ位置制御ユニット等が不要になり、装置の簡素化、低コスト化を実現できる。
【００５９】
さらに、結晶成長の初期においては、処理手段２３の制御器２５によって自動切替え部２４ｃを、ネック部６ａの測定に適した二次元計測処理部２４ａに切り替え、直径の急激な変化を検知して又は設定に基づいて、ボディ部６ｃの測定に適した一次元計測処理部２４ｂに切り替えるため、ネック制御の成功率が飛躍的に向上すると共にボディ工程の計測制御も安定し、単結晶の成長の全行程において最適な直径測定が可能になり、信頼性が向上する。
【００６０】
【発明の効果】
以上、詳述したように、本発明の単結晶の直径測定方法及び直径測定装置によれば、次のような優れた効果を奏することができる。
【００６１】
（１）引き上げ中の結晶の直径を、二次元カメラを用いて撮影し、当該二次元カメラからのデータを、ネック部においては二次元計測法に基づいて処理し、ボディ部においては一次元計測法に基づいて処理するようにしたので、単結晶成長の全行程において常に最良の計測法を得ることができると共に、安価な計測システムを構築することができる。
【００６２】
（２）二次元カメラを固定してカメラ位置を変化させないで計測ラインを垂直方向に変化させて、所望の計測位置を得るようにしたので、移動機構の微振動によるブレが発生せず、計測精度が向上する。安定した一次元計測が可能になる。
【００６３】
（３）処理手段が、ネック部に対応した二次元計測法に切り替えられた状態から、単結晶の直径の急激な変化を検知し又は設定に基づいてボディ部に対応した一次元計測法に切り替えて処理するようにしたので、単結晶の成長の全行程において最適な直径を自動的に測定することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る単結晶の直径測定方法を実施するための直径測定装置を備えたシリコン育成装置を示す概略構成図である。
【図２】従来のシリコン育成装置を示す概略構成図である。
【図３】従来の一次元カメラを用いたカメラの走査ラインと単結晶育成部との関係を示す模式図である。
【図４】従来の一次元カメラによって測定した輝度分布の画像から単結晶育成部の直径を求める要領を説明する模式図である。
【図５】従来の二次元カメラを用いる場合の複数の走査ラインと単結晶育成部との関係を示す模式図である。
【図６】全工程を通して二次元カメラ１個を用いて二次元計測する態様を示す模式図である。
【図７】二次元カメラによる測定と一次元カメラによる測定とを組み合わせて計測する態様を示す模式図である。
【図８】本発明と比較して説明する従来の直径測定例を示す模式図である。
【図９】従来例と比較して説明する本発明の直径測定例を示す模式図である。
【図１０】本発明に係る単結晶の直径測定方法による直径測定例を示す模式図である。
【図１１】ＮＥＣＫ成功率及びＢｏｄｙ測定精度の比較を示すグラフ及び表である。
【符号の説明】
１：坩堝、２：加熱ヒーター、３：溶融液、４：ワイヤ、５：種結晶、６：単結晶、７：チャンバー、８：窓、９：巻取りドラム、９ａ：駆動モータ、２１：直径測定装置、２２：二次元カメラ、２３：処理手段、２４：計測ユニット、２４ａ：二次元計測処理部、２４ｂ：一次元計測処理部、２４ｃ：自動切替え部、２５：制御器。

Claims

単結晶が成長する過程で制御のために必要となる単結晶の直径データをカメラを用いて測定する単結晶の直径測定方法において、
引き上げ中の結晶の直径を、二次元カメラを用いて撮影し、当該二次元カメラからのデータを、ネック部においては二次元計測法に基づいて処理し、ボディ部においては一次元計測法に基づいて処理することを特徴とする単結晶の直径測定方法。
請求項１に記載の単結晶の直径測定方法において、
上記二次元カメラを固定してカメラ位置を変化させないで計測ラインを垂直方向に変化させて、所望の計測位置を得ることを特徴とする単結晶の直径測定方法。
単結晶が成長する過程で制御のために必要となる単結晶の直径データをカメラを用いて測定する単結晶の直径測定装置において、
引き上げ中の結晶の直径を撮影する二次元カメラと、
当該二次元カメラからのデータを、ネック部においては二次元計測法に基づいて処理し、ボディ部においては一次元計測法に基づいて処理する処理手段と
を備えたことを特徴とする単結晶の直径測定装置。
請求項３に記載の単結晶の直径測定装置において、
上記二次元カメラとして高解像度のカメラを固定して用い、
上記処理手段が、上記二次元カメラのデータを用いて計測ラインを垂直方向に変化させて、所望の計測位置を得ることを特徴とする単結晶の直径測定装置。
請求項３又は４に記載の単結晶の直径測定装置において、
上記処理手段が、ネック部に対応した二次元計測法に切り替えられた状態から、単結晶の直径の急激な変化を検知し又は設定に基づいてボディ部に対応した一次元計測法に切り替えて処理することを特徴とする単結晶の直径測定装置。