JP2742060B2 - 単結晶引上げ装置の直径計測方法及び装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は種結晶を融液より引上げることにより単結晶
を生成する単結晶引上げ装置に係り、特にTVカメラを用
いて単結晶の直径を計測する方法及び装置に関する。

〔従来の技術〕

従来方法を図面を参照して説明すると、従来方法は第
１図示のように種結晶１を融液２に向かって下降し、種
結晶１の下降途中で種結晶の通過をシードセンサ３によ
り検出し、種結晶１が融液２に接触したことを種結晶融
液接触検出センサ４により検出せしめることによりシー
ドセンサ３の検出信号とこの接触検出センサ４の検出信
号とによりシードセンサ３と融液２と液面との移動距離
Ｌ′を結晶移動長計測部５により計測し、種結晶１を引
き上げることにより単結晶を生成せしめ、単結晶の直径
を，融液２液面の種結晶１の接触点との距離L₁で直径計
測用TVカメラ６により測定している。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、単結晶の生成時において、TVカメラに
よって現実に撮像している融液と単結晶との接触面は、
シードセンサ３からの距離およびTVカメラ６からの距離
において、標準的な値からずれていることが多い。この
ような時に、直径計測は図３に示されれブライトリング
（これは単結晶と融液との表面張力によりそれらの接融
点付近で融液面が平坦とならず、その部分において光が
屈折されて生じるコントラスト差により生じる）のある
部分をTVカメラで水平走査し、その水平走査による撮像
信号を用いて行われるため、上記TVカメラと撮像面（接
触面）までの距離が標準的な値からずれると、その視野
が標準距離において定められた値からずれることとな
り、ひいては直径計測において誤差を生じることとな
る。

そこで、本発明は上記標準的な値からずれた融液と単
結晶との接触面からTVカメラまでの距離を、正確に得る
ことができる上記接触面からシードセンサまでの距離を
用いて求め、その値を用いて上記撮像視野を補正するこ
とにより、単結晶の直径を精度良く求めることができる
単結晶引上げ装置の直径計測方法及びその装置を得るこ
とを目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

本発明方法は、種結晶１が融液２の液面に接触してい
ることを検出する種結晶融液接触検出センサ４と、昇降
される種結晶１が所定の高さ位置を通過したことを検出
するためのシードセンサ３と、前記種結晶１が前記融液
２上方より下降するときに、前記シードセンサ３と前記
種結晶融液接触検出センサ４の検出信号に基づいて前記
シードセンサ３から前記融液２の液面までの距離を検出
する結晶移動長計測部５と、前記融液２と単結晶との接
触点を撮像して生成される単結晶の直径を測定するため
のTVカメラ６とを備え、さらに、前記融液２の液面とシ
ードセンサ３までの標準的な距離をＬ、前記融液２の液
面から前記単結晶を撮像するTVカメラ６までの標準的な
距離をL₁、この場合の前記TVカメラ６の撮像視野をＡ、
前記２つの標準的な距離ＬとL₁を有する線分がなす角度
をθとして機械的に設定してなる単結晶引上げ装置の直
径計測方法において、単結晶の生成時における前記種結
晶の下降時に、前記シードセンサ３から前記融液２の液
面までの距離Ｌ′を前記結晶移動長計測部５により求
め、前記結晶移動長計測部５により求められた距離Ｌ′
と前記角度θに基づいて前記標準的な距離L₁を補正して
距離L₁′とすると共に、該距離L₁′に基づいて前記TVカ
メラ６の撮像視野Ａを補正し、該補正された撮像視野
Ａ′に基づいて前記単結晶の直径を測定するようにした
ものである。

また、本発明装置は、種結晶１が融液２の液面に接触
していることを検出する種結晶融液接触検出センサ４
と、昇降される種結晶１が所定の高さ位置を通過したこ
とを検出するためのシードセンサ３と、前記種結晶１が
前記融液２上方より下降するときに、前記シードセンサ
３と前記種結晶融液接触検出センサ４の検出信号に基づ
いて前記シードセンサ３から前記融液２の液面までの距
離を検出する結晶移動長計測部５と、前記融液２と単結
晶との接触点を撮像して生成される単結晶の直径を測定
するためのTVカメラ６とを備え、さらに、前記融液２の
液面とシードセンサ３までの標準的な距離をＬ、前記融
液２の液面から前記単結晶を撮像するTVカメラ６までの
標準的な距離をL₁、この場合の前記TVカメラ６の撮像視
野をＡ、前記２つの標準的な距離ＬとL₁を有する線分が
なす角度をθとして機械的に設定した単結晶引上げ装置
の直径計測装置において、単結晶の生成時における前記
種結晶の下降時に、前記シードセンサ３から前記融液２
の液面までの距離Ｌ′を前記結晶移動長計測部５より求
め、前記結晶移動長計測部５により求められた距離Ｌ′
と前記角度θに基づいて前記標準的な距離L₁を補正して
距離L₁′とすると共に、該距離L₁′に基づいて前記TVカ
メラ６の撮像視野Ａを補正し、該補正された撮像視野
Ａ′に基づいて前記単結晶の直径を測定する補正手段を
備えたものである。

〔作 用〕

このような方法及び装置であるから、TVカメラ６によ
り直径計測する時点で、先に求めた移動距離Ｌ′を用い
て計測視野の補正を行う。

即ち、直径計測用TVカメラ６は融液２液面の種結晶１
の接触点との距離L₁で単結晶の直径を計測するよう標準
的な設定が行われている。また、標準的な距離Ｌ及びL₁
は両者のなす角度θで機械的に決定されているものとす
る（第２図参照）。移動した実際の距離Ｌ′は結晶移動
長計測部５により求められるから、θが固定であれば、
実際の融液２液面の種結晶１の接触点とTVカメラ６との
距離L₁′を求めることができる。

例えば、標準的な距離Ｌに対して実際の距離Ｌ′が求
まれば、標準的な距離Ｌと実際の距離Ｌとの差δ１＝
（Ｌ′−Ｌ）を求めることができる。この場合、δ１が
小さい場合はθが略一定と仮定できるので、標準的な距
離L₁と実際の距離L₁′との差δ２を、例えばδ２≒δ1c
osθとして求めることができ、実際の距離L₁′を（L₁＋
δ２）として求めることができる。

これは、例えば、L₁＝ｆ（θ）Ｌなる関係が設定され
ている場合は、Ｌの変位量が小さなとき、θは略一定と
みなせるので、真値L₁′はｆ（θ）Ｌ′で求められるこ
とを意味している。

実際の距離L₁′が求まれば、一般にTVカメラの撮像視
野は距離の関数で与えられるので、標準的に定められた
撮像視野Ａを実際の撮像視野Ａ′に補正して求めること
ができる。撮像視野Ａ′が精度良く求められることによ
り、その走査線を用いてブライトリングの所定部の長
さ、ひいては単結晶の直径を精度良く求めることができ
ることとなる。

なお、TVカメラの撮像視野を距離により定める関数は
撮像光学系により定められることは周知であり、ここに
おいてその関数の具体的説明は省略する。また、直径計
測の開始後における両線分のなす角度は、単結晶の成長
に伴う液面低下に応じて、例えば融液を入れた壷を上昇
しつつ支持することにより一定に維持できる。

〔実施例〕

以下、図面に基づいて本発明の実施例を説明する。

第１図は本発明方法を実施するための装置の構成を示
す説明図である。

第１図において１は種結晶、７はこの種結晶１の融液
２への下降と融液２よりの引き上げを行う昇降手段、３
は種結晶１の下降途中で種結晶１の通過を検出するシー
ドセンサ、４は種結晶１が融液２に接触したことを検出
する種結晶融液接触検出センサである。

５は上記センサ3,4の検出信号によりシードセンサ３
と融液２の液面の移動距離Ｌ′を計測する結晶移動長計
測エンコーダ、６は種結晶１を融液２より引き上げるこ
とにより生成された単結晶の直径を，融液２液面の種結
晶１の接触点との距離L₁で測定する直径計測用TVカメラ
である。

本発明装置はこのような構成においてシードセンサ３
と融液２の液面との標準距離をL,融液２液面の種結晶１
との接触点とTVカメラ６までの標準距離をL₁,L線とL₁線
のなす角度θとすることにより実際の距離L₁′を求める
計算手段（図示せず）と、L₁のときのTVカメラ６の撮像
視野寸法がＡのとき、関数Ｆ（L₁）により実際の撮像視
野Ａ′を求めて単結晶の実際の直線寸法を求める補正手
段（図示せず）を具備せしめてなる。

TVカメラ６により直径計測する時点で、先に求めた移
動距離Ｌ′を用いて計測視野の補正を行う。

即ち、直径計測用TVカメラ６は融液２液面の種結晶１
の接触点との距離L₁で単結晶の直径を計測するよう標準
的な設定が行われている。また、標準的な距離Ｌ及びL₁
は両者のなす角度θで機械的に決定されているものとす
る（第２図参照）。移動した実際の距離Ｌ′は結晶移動
長計測部５により求められるから、θが固定であれば、
実際の融液２液面の種結晶１の接触点とTVカメラ６との
距離L₁′を求めることができる。

いま、L₁の時のTVカメラ６の撮像視野寸法がＡであっ
た時、L₁′が求まればTVカメラ６の光学系により定まる
距離と撮像視野の関係を定める関数を用いて実際の撮像
視野Ａ′が求まるので、単結晶の実際の直径が正しく計
測されることになる。

第３図はTVカメラ６により撮像された画面の一例を示
すものである。本発明は上記の方法により撮像画面と撮
像されたものとの関係を1:1の比率に補正できる。ま
た、リングのみの寸法B₁,B₂を計測し、リング外側計測
値αからB₁,B₂を減算することで実際の単結晶の直径を
正確に求めることができる。

〔発明の効果〕

単結晶の絶対寸法を正確に測定することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来装置及び本発明装置を示す全体外観図、第
２図は本発明方法の説明図、第３図は同じく本発明によ
るTVカメラにより撮像された画像例を示す図である。 １……種結晶、２……融液、３……シードセンサ、４…
…種結晶融液接触検出センサ、５……結晶移動長計測部
（エンコーダ）、６……直径計測用TVカメラ、７……昇
降手段。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】種結晶１が融液２の液面に接触しているこ
   とを検出する種結晶融液接触検出センサ４と、昇降され
   る種結晶１が所定の高さ位置を通過したことを検出する
   ためのシードセンサ３と、前記種結晶１が前記融液２上
   方より下降するときに、前記シードセンサ３と前記種結
   晶融液接触検出センサ４の検出信号に基づいて前記シー
   ドセンサ３から前記融液２の液面までの距離を検出する
   結晶移動長計測部５と、前記融液２と単結晶との接触点
   を撮像して生成される単結晶の直径を測定するためのTV
   カメラ６とを備え、さらに、前記融液２の液面とシード
   センサ３までの標準的な距離をＬ、前記融液２の液面か
   ら前記単結晶を撮像するTVカメラ６までの標準的な距離
   をL₁、この場合の前記TVカメラ６の撮像視野をＡ、前記
   ２つの標準的な距離ＬとL₁を有する線分がなす角度をθ
   として機械的に設定してなる単結晶引上げ装置の直径計
   測方法において、 単結晶の生成時における前記種結晶の下降時に、前記シ
   ードセンサ３から前記融液２の液面までの距離Ｌ′を前
   記結晶移動長計測部５により求め、前記結晶移動長計測
   部５により求められた距離Ｌ′と前記角度θに基づいて
   前記標準的な距離L₁を補正して距離L₁′とすると共に、
   該距離L₁′に基づいて前記TVカメラ６の撮像視野Ａを補
   正し、該補正された撮像視野Ａ′に基づいて前記単結晶
   の直径を測定するようにしたことを特徴とする単結晶引
   上げ装置の直径計測方法。
2. 【請求項２】種結晶１が融液２の液面に接触しているこ
   とを検出する種結晶融液接触検出センサ４と、昇降され
   る種結晶１が所定の高さ位置を通過したことを検出する
   ためのシードセンサ３と、前記種結晶１が前記融液２上
   方より下降するときに、前記シードセンサ３と前記種結
   晶融液接触検出センサ４の検出信号に基づいて前記シー
   ドセンサ３から前記融液２の液面までの距離を検出する
   結晶移動長計測部５と、前記融液２と単結晶との接触点
   を撮像して生成される単結晶の直径を測定するためのTV
   カメラ６とを備え、さらに、前記融液２の液面とシード
   センサ３までの標準的な距離をＬ、前記融液２の液面か
   ら前記単結晶を撮像するTVカメラ６までの標準的な距離
   をL₁、この場合の前記TVカメラ６の撮像視野をＡ、前記
   ２つの標準的な距離ＬとL₁を有する線分がなす角度をθ
   として機械的に設定した単結晶引上げ装置の直径計測装
   置において、 単結晶の生成時における前記種結晶の下降時に、前記
   シードセンサ３から前記融液２の液面までの距離Ｌ′を
   前記結晶移動長計測部５により求め、前記結晶移動長計
   測部５により求められた距離Ｌ′と前記角度θに基づい
   て前記標準的な距離L₁を補正して距離L₁′とすると共
   に、該距離L₁′に基づいて前記TVカメラ６の撮像視野Ａ
   を補正し、該補正された撮像視野Ａ′に基づいて前記単
   結晶の直径を測定する補正手段を備えたことを特徴とす
   る単結晶引上げ装置の直径計測装置。