JP3024643B1 - 結晶断面形状測定方法 - Google Patents

Abstract

【要約】 【課題】 ２次元ＣＣＤカメラを使用して、結晶回転が
高速の場合も、高い精度で結晶の断面形状を測定する。 【解決手段】 ＣＺ法により回転しながら引上げられる
単結晶４の付け根部の結晶中心Ｏの手前を、２次元ＣＣ
Ｄカメラにより斜め上方から撮像する。２次元ＣＣＤカ
メラの画像中に、垂直方向に並列する複数本の水平方向
の測定ラインＢｏ−Ｂｏ，Ｂｎ−Ｂｎ（ｎ＝１，・・，
ｋ−１）を設定する。各測定ライン上で、フュージョン
リングＡと測定ラインの両側の交点位置を検出する。各
測定ライン上で得られた両側交点の検出位置を組み合わ
せ、カメラの応答速度と結晶回転速度によって決まる測
定ピッチの間を補間する。測定ピッチの間を補間した後
の両側交点の検出位置を、その変動のタイミング差を除
去して比較することにより、各測定ライン上での両側交
点の間隔を求め、単結晶４の断面形状を測定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＣＺ法（チョクラ
ルスキー法）により単結晶を引上げる際に、その単結晶
の断面形状を光学的に測定する結晶断面形状測定方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体の原料となる単結晶を製造する方
法の一つとしてＣＺ法による引上げがある。ＣＺ法で
は、図７に示されるように、ＣＺ炉の炉体１に設置され
たるつぼ２内に結晶融液３が満たされ、その融液３から
単結晶４が回転装置６により回転させられながら引上装
置５により引上げられる。このとき、ヒータ７による融
液３の加熱を一様にするために、ヒータ７の加熱中心と
液面位置が一定となるように、るつぼ２が上昇制御され
る。

【０００３】引上げ中の単結晶４は、上端部および下端
部においては各々目的とする形状に一致させるのが望ま
しく、また直胴部分や種結晶部分においては目標値に等
しい均一直径とすることが望まれる。加えて、単結晶４
の断面形状の真円からのズレを表わす変形率〔（最大径
−最小径）／最小径〕を許容値以下にする必要もある。

【０００４】一方、結晶品質に関しては、その評価項目
の一つである酸化誘起積層欠陥（以下ＯＳＦと称す）の
密度を低く抑える必要がある。ＯＳＦとは結晶内に固溶
した酸素が結晶の酸化熱処理の際に酸化物として析出す
る現象が原因で起こる積層欠陥のことである。このＯＳ
Ｆの密度は引上速度を上昇させれば、結晶をその分急冷
させることができるために低く抑えることができる。そ
のため引上速度を上げる必要がある。引上速度の上昇は
生産効率を向上させる点からも有益である。

【０００５】しかしながら、引上速度を上げると、上記
変形率が増大し許容値を超えるために、歩留りが低下す
る。そのため変形率の許容範囲内で引上げ可能な最適引
上速度を設定することが、単結晶の歩留り向上、生産性
向上、品質確保等の点から必要となる。そこで引上げ中
の単結晶の断面形状を正確に測定し、正確な変形率を算
出することが重要となる。

【０００６】ＣＺ法による引上げ中に単結晶の断面形状
を測定する方法としては、引上げられた単結晶の重量か
ら直径を算出する方法（以下重量法とする）と、ＣＣＤ
カメラ等の光学機器を用いて直径を測定する方法（以下
光学法とする）の２つが知られている。

【０００７】ところで、ＣＺ法による単結晶の引上げで
は、図９に示されるように、単結晶４の外周面に晶癖線
と呼ばれる突起４ａが周方向に規則的に生じる。この突
起４ａは結晶軸方向に延び、単結晶４の結晶方位に固有
な周方向位置に生じる。変形率を算出するには結晶断面
形状のうち特に晶癖線部分の形状を正確に測定する必要
がある。

【０００８】ところが、重量法では引上げられた単結晶
の重量と長さとから結晶直径を算出する関係から、平均
直径しか測定できず、晶癖線部分の形状を含む詳細な断
面形状は測定できない。その点、光学法は、融液と単結
晶の界面に生じる輝度の高いフュージョンリングの直径
を測定して結晶直径とするために、重量法より精度の高
い形状測定が可能である。

【０００９】この光学法では、図７に示されるように、
炉体１の上部に設けた窓９を通して単結晶４の付け根部
が、光学機器である例えば１次元ＣＣＤカメラ８により
斜め上方から撮像（測光）される。そして、図８に示さ
れるように、単結晶４の付け根部の周囲に生じるフュー
ジョンリングＡと１次元ＣＣＤカメラ８の測定ラインＢ
−Ｂとの交点Ｃ，Ｃでの輝度変化から交点Ｃ，Ｃの位置
を検出することにより、その断面形状が測定される。

【００１０】具体的には、単結晶４が１回転する間、交
点Ｃ，Ｃの位置検出を続け、下式により交点Ｃ，Ｃの間
隔Ｗ（α）を求めることにより、単結晶４の全周にわた
って単結晶４の直径が測定され、その断面形状が求めら
れる。 Ｗ（α）＝Ｌ（α）−Ｒ（α） Ｌ（α），Ｒ（α）：交点Ｃ，Ｃの検出位置 α：単結晶の回転角

【００１１】この場合、１次元ＣＣＤカメラ８の測定ラ
インＢ−Ｂが結晶中心Ｏを通るように１次元ＣＣＤカメ
ラ８を設置すると、結晶直径が減少したときにフュージ
ョンリングＡが単結晶４の陰となり、測定誤差を生じた
り、場合によっては直径測定が不可能になることがあ
る。

【００１２】そのため、実際の引上げでは、単結晶４の
付け根部の結晶中心Ｏのカメラ側（手前側）が、１次元
ＣＣＤカメラ８により撮像（測光）される。これによ
り、測定ラインＢ−Ｂは結晶中心Ｏのカメラ側（手前
側）でフュージョンリングＡと交差する。この場合、１
次元ＣＣＤカメラ８により測定された交点Ｃ，Ｃの間隔
Ｗから、結晶直径が次式により算出される。 Ｄ＝（Ｗ² ＋４ｒ² ）^1/2 Ｄ：結晶直径 Ｗ：交点Ｃ，Ｃの間隔 ｒ：結晶中心Ｏから測定ラインＢ−Ｂまでの距離

【００１３】しかしながら、１次元ＣＣＤカメラ８の測
定ラインＢ−Ｂを結晶中心Ｏよりカメラ側（手前側）に
設定した場合、結晶中心Ｏを挟んで対象位置にある２つ
の晶癖線４ａ，４ａは測定ラインＢ−Ｂを同時に通過せ
ず、一方の通過の後に他方が通過する。そのため、交点
Ｃ，Ｃの検出位置Ｌ（α），Ｒ（α）の差から交点Ｃ，
Ｃの間隔Ｗを求める従来の光学法では、晶癖線４ａの付
近で直径測定精度が著しく低下する。

【００１４】また、現在のるつぼの上昇制御において
は、正確な液面位置検出方法が実用化されていないため
に、液面位置に誤差が生じる。その結果、１次元ＣＣＤ
カメラ８の測定ラインＢ−Ｂが初期の設定位置からず
れ、結晶中心Ｏから測定ラインＢ−Ｂまでの距離ａが変
動する。そのため測定された直径Ｄに誤差が含まれる。

【００１５】これらの問題を解決するために、１次元Ｃ
ＣＤカメラ８の測定ラインＢ−Ｂをそのラインと直角な
方向に移動させ、移動の前後に測定した結晶直径と測定
ラインＢ−Ｂの移動距離とから真の直径値を求める方法
が、特開昭６３−２５６５９４号により提案されてい
る。しかし、この方法によっても測定ラインが結晶中心
から離れていることによって生じる晶癖線付近での直径
測定精度の低下は避けられない。

【００１６】このような状況を背景として、本発明者
は、フュージョンリングＡと測定ラインＢ−Ｂの交点位
置を両側で独立に検出し、両側交点の検出位置Ｌ
（α），Ｒ（α）から、カメラの測定ラインの位置によ
り決定される両側交点の位置変動のタイミング差θを求
め、そのタイミング差θを取り除いて両方の検出位置Ｌ
（α），Ｒ（α）を比較することにより、測定ラインＢ
−Ｂが結晶中心Ｏから離れていることに起因して生じる
晶癖線付近での直径測定精度の低下を防ぐ結晶直径測定
方法を先に開発した（特開平９−１００１９４号公
報）。

【００１７】即ち、ＣＺ法により引上げられる単結晶
は、前述した通りその結晶方位に固有な外面周方向位置
に晶癖線を生じる。例えば結晶方位が（１００）の場合
は９０°おきに晶癖線が生じる。引上げ中の単結晶は周
方向に回転していることから、１次元ＣＣＤカメラの測
定ラインＢ−Ｂを晶癖線が横切るときに、フュージョン
リングＡと測光ラインＢ−Ｂの交点位置が変動する。
（１００）の場合は９０°おきに交点位置が変動する。

【００１８】測定ラインＢ−Ｂが結晶中心Ｏを通るとき
は、この交点位置変動が両側の検出位置で同時に生じる
が、測光ラインＢ−Ｂが結晶中心Ｏから離れると、両側
の交点位置変動の発生タイミングにズレが生じる。そし
て、このタイミング差θは結晶中心Ｏから測定ラインＢ
−Ｂまでの距離ｒが長くなるに従って大となる。

【００１９】本発明者が先に開発した結晶直径測定方法
（特開平９−１００１９４号公報）によると、両側交点
の検出位置Ｌ（α），Ｒ（α）から両側交点の位置変動
のタイミング差θを求め、このタイミング差θを取り除
いて、両側交点の検出位置Ｌ（α），Ｒ（α）を比較す
ることにより、測定ラインＢ−Ｂが結晶中心Ｏから離れ
ていることに起因して生じる晶癖線付近での直径測定精
度の低下が防止される。

【００２０】本発明者は又、測定ラインＢ−Ｂが結晶中
心Ｏから離れていることに起因して生じる晶癖線付近で
の直径測定精度の低下だけでなく、単結晶の揺れに起因
する直径測定精度の低下も合わせて防止できる結晶直径
測定方法を別に開発した（特願平９−４０１５１号）。

【００２１】即ち、ＣＺ法による単結晶の引上げでは、
引上げ中の単結晶が１回転する間に１〜４の周期で揺れ
る。光学機器から見て単結晶が左右に揺れる場合は、両
側交点の検出位置Ｌ（α），Ｒ（α）の差をとることに
より、揺れの影響が排除されるので、問題を生じない
が、単結晶が前後に揺れる場合は、測定ラインＢ−Ｂか
ら結晶中心Ｏまでの距離が変化することにより、直径測
定精度が低下する。実際の引上げでの単結晶の揺れは複
雑であり、両側交点の位置変動のタイミング差θを取り
除いて両側交点の検出位置Ｌ（α），Ｒ（α）を比較す
る場合にあっても、この揺れは直径測定精度を低下させ
る大きな要因となる。

【００２２】しかるに、本発明者が開発した別の結晶直
径測定方法（特願平９−４０１５１号）によると、両側
交点の検出位置データから単結晶の揺れによる成分を取
り除くことにより、晶癖線による両側交点位置変動のタ
イミング差による測定誤差だけでなく、単結晶の揺れに
よる影響も排除されるので、結晶直径が更に高精度に測
定される。両側交点の検出位置データから単結晶の揺れ
による成分を取り除く方法としては、両側交点の検出位
置データに対して高速フーリエ変換（ＦＦＴ：Ｆａｓｔ
Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）を実施して、
それぞれの周波数成分を求め、求めた周波数成分のなか
から単結晶の揺れの周期に対応する低次の周波数成分を
除去する方法が有効である。

【００２３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、こられの直
径測定方法においては、両側の交点位置を検出する光学
機器の応答速度が重要となる。即ち、これまでの結晶断
面形状の解析結果から、結晶晶癖線部分の形状を正確に
測定するには、測定ピッチが単結晶の回転角度で２°以
下であることの必要性が判明している。このために、上
記の直径測定方法では、測定ピッチ２°以下での測定が
可能になるように、光学機器の応答速度を決定すること
が必要となる。

【００２４】光学機器が前述した１次元ＣＣＤカメラの
場合、応答速度が比較的高速なものが市販されており、
高速回転の引上げにも対応可能である。しかし、直径測
定を正確に行うには、結晶中心位置を正確に把握して測
定ラインを設定する必要がある。そのために、１次元Ｃ
ＣＤカメラでは結晶中心位置変動にあわせてカメラ設定
位置を変更する必要があり、非常に工数がかかる。ま
た、この測定ラインを機械走査で自動設定することも可
能であるが、それには費用が別途必要である。この問題
は２次元ＣＣＤカメラを用いることで解決可能である。

【００２５】２次元ＣＣＤカメラを使用した場合は、通
常のカメラでは１秒間に３０フレームの応答速度が一般
的であるため、高速回転の引上げには高速カメラが必要
となる。しかし、高速カメラは通常のカメラに比べ非常
に高価である。これに加えて、２次元ＣＣＤカメラで
は、結晶断面形状の測定精度に影響する水平方向のカメ
ラ画素数も１次元ＣＣＤカメラに比べ少ないのが一般的
である。そしてカメラ画素数の多い２次元ＣＣＤカメラ
を用いて測定分解能を向上させる場合には、応答速度と
の両立が困難となる。

【００２６】これらのため、２次元ＣＣＤカメラを用い
て、高速回転引上げの場合も測定ピッチ２°以下の直径
測定が可能な方法が望まれている。

【００２７】本発明の目的は、２次元ＣＣＤカメラを使
用して、高速回転引上げの場合も測定ピッチ２°以下の
直径測定が可能な高精度で経済的な結晶断面形状測定方
法を提供することにある。

【００２８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の結晶断面形状測定方法は、ＣＺ法により結
晶融液から回転しながら引上げられる単結晶の付け根部
の手前を、２次元ＣＣＤカメラにより斜め上方から水平
方向及び垂直方向に撮像する工程と、２次元ＣＣＤカメ
ラの画像中に、垂直方向に並列する複数本の水平方向の
測定ラインを設定する工程と、各測定ライン上で、フュ
ージョンリングと測定ラインが交差する両側の交点位置
をそれぞれ独立に検出する工程と、各測定ライン上で得
られた複数の両側交点検出位置を組み合わせ、カメラの
応答速度と結晶回転速度で決まる測定ピッチの間を補間
する工程と、測定ピッチ間を補間した後の両側交点の検
出位置を、その変動のタイミング差を除去して比較する
ことにより、各測定ライン上での交点間隔を求め、単結
晶の断面形状を測定する工程とを含んでいる。

【００２９】これによると、２次元ＣＣＤカメラの応答
速度と結晶回転速度によって決まる測定ピッチよりも細
かいピッチで、両側交点の間隔が測定される。

【００３０】本発明の結晶断面形状測定方法では、測定
精度を上げるために、各測定ライン上で得た両側交点の
検出位置データを独立にＦＦＴ処理して結晶揺れ成分を
算出し、各測定ラインで得た両側交点の検出位置データ
から差し引くことにより、単結晶の揺れによる影響を除
去することが好ましい。

【００３１】また操作性を高めるために、２次元ＣＣＤ
カメラの画像中に複数本の水平方向の測定ラインを設定
する操作は、２次元ＣＣＤカメラの応答速度と結晶回転
速度に応じて自動的に行うことが好ましい。

【００３２】結晶中心位置を求める方法としては、種絞
り工程において２次元ＣＣＤカメラ画像中で、水平方向
の測定ラインを垂直方向に走査し、種結晶周囲のフュー
ジョンリングの両側交点間隔が最大となる水平位置での
両側交点の中点を求める操作が簡単で好ましい。

【００３３】

【発明の実施の形態】以下に本発明の望ましい実施の形
態について説明する。

【００３４】本発明の結晶断面形状測定方法では、図１
に示すように、炉体１の上部に設けた窓９を通して単結
晶４の付け根部が２次元ＣＣＤカメラ１０により斜め上
方から撮像される。具体的には、図２に示すように、単
結晶４の付け根部が水平方向及び垂直方向に撮像され、
単結晶４の周囲に生じるフュージョンリングＡは、横長
の撮像領域と両側で交差する。

【００３５】なお、単結晶４の引上げ操作は前述した通
りであり、ＣＺ炉の炉体１内に設置されたるつぼ２内に
結晶融液３を満たし、その融液３から単結晶４を回転装
置６により回転させながら引上装置５により引上げる。
このとき、ヒータ７による融液３の加熱を一様にするた
めに、ヒータ７の加熱中心と液面位置が一定となるよう
に、るつぼ２を上昇制御する。

【００３６】２次元ＣＣＤカメラ１０の画像データは、
回転装置６から出力される単結晶４の回転速度データと
共に演算処理部１１に入力される。そして演算処理部１
１は、これらの入力データを用いて、以下の手順により
２次元ＣＣＤカメラ１０の画像中に複数本の測定ライン
を自動設定し、且つ各測定ラインにおいてフュージョン
リングＡと測定ラインとの交点位置を検出し、単結晶４
の断面形状を検出する。

【００３７】測定ラインの自動設定では、図３に示すよ
うに、２次元ＣＣＤカメラ１０の画像中に、垂直方向に
並列する複数本の水平方向の測定ラインＢｏ−Ｂｏ，Ｂ
ｎ−Ｂｎ（ｎ＝１，・・，ｋ−１）を設定する。

【００３８】具体的には、結晶断面の中心Ｏからの距離
ｒがｒｏ（ｍｍ）の位置に基準測定ラインＢｏ−Ｂｏを
設定する。ここで、結晶中心位置はバッチ間でバラツキ
がある。そのため、正確に各測定ラインを設定するため
には結晶中心位置を正確に把握しておく必要があり、こ
こでは結晶引上げ工程のうち種絞り工程時に毎バッチ、
結晶中心位置を自動測定する。その測定方法としては、
２次元ＣＣＤカメラ１０の画像中に水平方向の測定ライ
ンを１本設定し、その設定ラインを画像の垂直方向に走
査し、種結晶の周囲に現れるフュージョンリングが測定
ライン上に現れた場合に、その両側の交点位置を検出す
る。そして、その両側交点位置の間隔が最大となる測定
ライン上で、両側交点の中点を算出し結晶中心位置とす
る。

【００３９】このようにして結晶中心位置が自動測定さ
れ、その中心Ｏからの距離ｒがｒｏ（ｍｍ）の位置に基
準測定ラインＢｏ−Ｂｏが設定されると、この基準測定
ラインＢｏ−ＢｏとフュージョンリングＡが交差する交
点の位置を測定する。位置測定される交点をＣｏとする
と、その測定から測定角度ピッチＰだけ回転した後に基
準測定ラインＢｏ−Ｂｏと交差し、次回に測定される交
点はＣ₁ となる。ここで測定角度ピッチＰは、結晶回転
速度ｓ（ｒｐｍ）とカメラの応答速度ｖ（ｓ）から数式
１にて算出される。

【００４０】

【数１】 Ｐ＝３６０×〔６０／（ｓ×ｖ）〕・・・（１）

【００４１】従来方法では、この基準測定ラインＢｏ−
Ｂｏ上での測定しか行っていないために、両側交点の検
出位置Ｌ（α），Ｒ（α）は、測定角度ピッチＰごとに
しか得られない。そのため、測定に用いるカメラの応答
速度が結晶回転速度に比べて遅い場合は、結晶直径の測
定ピッチが２°を超え、晶癖線部分の正確な形状測定が
困難となる。

【００４２】そこで、本発明の結晶断面形状測定方法で
は、２次元ＣＣＤカメラ１０の画像中で、Ｃｏ点とＣ₁
点の間に、測定角度ピッチがｐ（＝Ｐ／ｋ）となるよう
にｋ−１本の補間測定ラインＢｎ−Ｂｎ（ｎ＝１，・
・，ｋ−１）を設定する。ここにおける測定角度ピッチ
ｐは２°以下とされる。これにより、カメラの応答速度
と結晶回転速度から決まる測定角度ピッチＰが２°を越
える場合も２°以下の測定角度ピッチが確保される。

【００４３】ここで、補間測定ラインＢｎ−Ｂｎ（ｎ＝
１，・・，ｋ−１）の結晶断面の中心Ｏからの距離ｒｎ
（ｍｍ）は、結晶回転が時計回りで基準測定ラインＢｏ
−Ｂｏ上の左側の交点位置を基に補間測定ラインＢｎ−
Ｂｎを決定する場合は数式２にて算出され、結晶回転が
反時計回りで基準測定ラインＢｏ−Ｂｏ上の左側の交点
位置を基に補間測定ラインＢｎ−Ｂｎを決定する場合は
数式３にて算出される。なお、Ｒは結晶の目標半径であ
る。

【００４４】

【数２】ｒｎ＝ｒｏ・ｃｏｓ（ｎ・ｐ）＋（Ｒ² −ｒｏ
² ）^1/2 ・ｓｉｎ（ｎ・ｐ）

【００４５】

【数３】ｒｎ＝ｒｏ・ｃｏｓ（ｎ・ｐ）−（Ｒ² −ｒｏ
² ）^1/2 ・ｓｉｎ（ｎ・ｐ）

【００４６】一方、基準測定ラインＢｏ−Ｂｏ上の左側
の交点位置を基に補間測定ラインＢｎ−Ｂｎを決定する
場合で、結晶回転が時計回りのときは数式３が用いら
れ、結晶回転が反時計回りのときは数式２が用いられ
る。

【００４７】本発明の結晶断面形状測定方法では、結晶
回転速度ｓ（ｒｐｍ）とカメラの応答速度ｖ（ｓ）から
数式１にて測定角度ピッチＰが算出され、これから得た
測定角度ピッチｐ（＝Ｐ／ｋ）を用いて数式２又は数式
３により補間測定ラインＢｎ−Ｂｎ（ｎ＝１，・・，ｋ
−１）の結晶断面の中心Ｏからの距離ｒｎ（ｍｍ）が算
出されることにより、補間測定ラインＢｎ−Ｂｎ（ｎ＝
１，・・，ｋ−１）が基準測定ラインＢｏ−Ｂｏと共に
自動設定される。

【００４８】基準測定ラインＢｏ−Ｂｏ及び補間測定ラ
インＢｎ−Ｂｎ（ｎ＝１，・・，ｋ−１）が自動設定さ
れると、各測定ライン上で交点Ｃ，Ｃの位置をそれぞれ
独立に検出する。基準測定ラインＢｏ−Ｂｏ上で得られ
る両側交点の検出位置をＬｏ（α），Ｒｏ（α）とし、
補間測定ラインＢｎ−Ｂｎ（ｎ＝１，・・，ｋ−１）上
で得られる両側交点の検出位置をＬｎ（α），Ｒｎ
（α）（ｎ＝１，・・，ｋ−１）とする。αは結晶回転
角度である。

【００４９】結晶回転が時計回りで基準測定ラインＢｏ
−Ｂｏ上の左側交点の検出位置を基に補間測定ラインＢ
ｎ−Ｂｎ（ｎ＝１，・・，ｋ−１）を設定した場合、補
間測定ラインＢｎ−Ｂｎ（ｎ＝１，・・，ｋ−１）上で
得られる左側交点の検出位置Ｌｎ（α）（ｎ＝１，・
・，ｋ−１）は、基準測定ラインＢｏ−Ｂｏ上での左側
交点の検出位置Ｌｏ（α）に比べｎ×ｐだけ後で基準測
定ラインＢｏ−Ｂｏ上に到達する結晶形状によるもので
ある。一方、補間測定ラインＢｎ−Ｂｎ（ｎ＝１，・
・，ｋ−１）上で得られる右側交点の検出位置Ｒｎ
（α）（ｎ＝１，・・，ｋ−１）は、基準測定ラインＢ
ｏ−Ｂｏ上での右側交点の検出位置Ｒｏ（α）に比べｎ
×ｐだけ前に基準測定ラインＢｏ−Ｂｏ上に到達する結
晶形状によるものである。これらの検出位置Ｌｎ
（α），Ｒｎ（α）（ｎ＝１，・・，ｋ−１）は、カメ
ラの応答速度が遅いために見逃されていたデータであ
る。

【００５０】ところで、単結晶の直径は急変しないの
で、本来なら測定ラインを晶癖線が通過するとき以外
は、両側交点の検出位置は一定のはずであるが、実際は
単結晶の揺れのために、測定ラインを晶癖線が通過する
とき以外にも、両側交点の検出位置は変化する。そし
て、この変化は両側交点の検出位置のタイミング差θと
共に、単結晶の直径測定精度を低下させる大きな原因と
なる。

【００５１】そこで、本発明の結晶直径測定方法では、
両側交点の検出位置Ｌｏ（α），Ｒｏ（α）及びＬｎ
（α），Ｒｎ（α）（ｎ＝１，・・，ｋ−１）を得た
後、それぞれの検出位置から単結晶の揺れによる成分を
除去する。この方法を、両側交点の検出位置をＬ
（α），Ｒ（α）で代表して以下に説明する。

【００５２】両側交点の検出位置Ｌ（α），Ｒ（α）に
対して高速フーリエ変換（ＦＦＴ：Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒ
ｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）を実施し、それぞれの時
間関数で表される周波数成分を求める。検出位置Ｌ
（α），Ｒ（α）をｆ（ｘ）で代表し、その周波数成分
を表すと、数式４のようになる。

【００５３】

【数４】

【００５４】また、ｆ（ｘ）の周波数成分を図示する
と、図４中の実線のようになる。なお、図４中の破線
は、単結晶の揺れが実質的に存在しない場合の周波数成
分である。

【００５５】単結晶は引上げ中に１回転につき１〜４回
の周期で揺れている。そこで、単結晶の揺れの周期（１
〜４回）に対応する低次の周波数成分を、単結晶の揺れ
によるものとして除去する。しかし、これらの揺れ成分
を全て除去してしまうと、測定誤差が大きくなる。なぜ
なら、結晶方位（１００）の場合、９０°おきに４本の
晶癖線が生じるため、４次の周波数成分まで除去する
と、単結晶１回転につき４回含まれる結晶形状による成
分まで除去されてしまうからである。そこで、図５に示
すように、ｆ（ｘ）の３次以下の成分（振幅）は全て単
結晶の揺れの影響として除去するが、４次の成分（振
幅）については単結晶が揺れていないとき或いはその揺
れが非常に小さいときの周波数成分をオフラインで事前
に調査しておき、これと実際の周波数成分との差を単結
晶の揺れによるものとして除去する。つまり、単結晶が
揺れていないとき或いはその揺れが非常に小さいときの
周波数成分を除去対象から除外して残すのである。この
ようにして単結晶の揺れによる周波数成分を除去するこ
とにより、数式５が得られる。

【００５６】

【数５】

【００５７】なお、図４中に破線で示す単結晶の揺れが
実質的に存在しない場合の周波数成分においても、１〜
３次の項にスペクトルが存在する。（１００）方位の単
結晶の場合、１〜３次の項に結晶形状成分は存在しない
ので、この１〜３次の項のスペクトルは振幅が0.２ｍｍ
以下の非常に小さい結晶揺れによるものと考えられる。

【００５８】以上のようにして、両側交点の検出位置Ｌ
ｏ（α），Ｒｏ（α）及びＬｎ（α），Ｒｎ（α）（ｎ
＝１，・・，ｋ−１）につき、単結晶の揺れによる成分
を除去した検出位置Ｌｏ′（α），Ｒｏ′（α）及びＬ
ｎ′（α），Ｒｎ′（α）（ｎ＝１，・・，ｋ−１）が
求められる（図５参照）。

【００５９】また、各測定ライン上で得られた両側交点
の検出位置Ｌｏ（α），Ｒｏ（α）及びＬｎ（α），Ｒ
ｎ（α）（ｎ＝１，・・，ｋ−１）は、測定ラインが結
晶中心Ｏから離れ、且つ結晶中心Ｏからの距離ｒがｒｏ
及びｒｎと相違するため、直接比較することができな
い。そこで、数式６を用いて、いずれの検出位置も、結
晶中心Ｏを通る測定ライン上でのデータに変換する。な
お、ｃは結晶中心位置である。

【００６０】

【数６】Ｌｏ″（α）＝〔（ｃ−Ｌｏ′（α））² ＋ｒ
ｏ² 〕^1/2 Ｌｎ″（α）＝〔（ｃ−Ｌｎ′（α））² ＋ｒｎ² 〕
^1/2 Ｒｏ″（α）＝〔（Ｒｏ′（α）−ｃ）² ＋ｒｏ² 〕
^1/2 Ｒｎ″（α）＝〔（Ｒｎ′（α）−ｃ）² ＋ｒｎ² 〕
^1/2

【００６１】そして、左側の検出位置Ｌｏ″（α），Ｌ
ｎ″（α）と右側の検出幾位置Ｒｏ″（α），Ｒｎ″
（α）の時間的なズレから、検出位置変動のタイミング
差θを求める（図５参照）。そして、このタイミング差
θを取り除くため、結晶回転が時計回りの場合は数式７
を用いて各測定ライン上での両側交点の間隔Ｗｏ
（α），Ｗｎ（α）を求め、結晶回転が反時計回りの場
合は数式８を用いて各測定ライン上での両側交点の間隔
Ｗｏ（α），Ｗｎ（α）を求める。

【００６２】

【数７】 Ｗｏ（α）＝Ｒｏ″（α＋θ）−Ｌｏ″（α） Ｗｎ（α）＝Ｒｎ″（α＋θ）−Ｌｎ″（α）

【００６３】

【数８】 Ｗｏ（α）＝Ｒｏ″（α）−Ｌｏ″（α＋θ） Ｗｎ（α）＝Ｒｎ″（α）−Ｌｎ″（α＋θ）

【００６４】ここで、検出位置Ｌｏ″（α），Ｒｏ″
（α）及びＬｎ（α），Ｒｎ（α）は、結晶中心Ｏを通
る測定ライン上でのデータに変換されているので、Ｗｏ
（α）及びＷｎ（α）は結晶直径値である。

【００６５】かくして、光学的にはＰの測定ピッチでし
か直径測定が行われていないにもかかわらず、ｐ（＝Ｐ
／ｋ）の測定ピッチで直径測定が行われる。これによ
り、応答速度の遅い安価な２次元ＣＣＤカメラを用いる
場合にも、晶癖線部分の正確な断面形状の測定が可能と
なる。

【００６６】図６は測定された結晶直径の変化、即ち結
晶断面形状を本発明方法と従来方法について示したグラ
フである。使用した２次元ＣＣＤカメラは、結晶回転角
度４°に１回の撮像が可能である。従来方法の場合は、
晶癖線部分の形状に対して測定角度ピッチが大きいた
め、晶癖線部分のピークを見逃し、正確な断面形状の測
定は困難である。これに対し、本発明方法の場合は、速
度角度ピッチが１°となるように３本の補間測定ライン
を設定したことにより、実質的な連続測定が可能とな
り、安価なカメラを使用するにもかかわらず、正確な断
面形状の測定が可能となる。

【００６７】

【発明の効果】以上に説明した通り、本発明の結晶断面
形状測定方法は、２次元ＣＣＤカメラの画像中に、垂直
方向に並列する複数本の水平方向の測定ラインを設定
し、カメラの応答速度と結晶回転速度で決まる測定ピッ
チの間を補間することにより、安価な通常の２次元ＣＣ
Ｄカメラを使用して、高速回転引上げの場合も測定ピッ
チ２°以下の直径測定が可能である。従って、単結晶の
断面形状を高精度に且つ経済的に測定することかでき
る。

【００６８】また、晶癖線による両側交点の位置変動の
タイミング差による測定誤差を排除するだけでなく、単
結晶の揺れによる影響を排除することにより、更に高精
度な断面形状の測定を可能にする。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る結晶断面形状測定方法
に使用される引上げ装置の構成図である。

【図２】同結晶断面形状測定方法での直径測定の概念図
である。

【図３】同結晶断面形状測定方法での測定速度補間の概
念図である。

【図４】交点位置検出データの周波数成分を示すグラフ
である。

【図５】両側交点の検出位置データを、結晶揺れの影響
を除去した場合と除去しない場合について示すグラフで
ある。

【図６】測定された結晶断面形状を本発明方法と従来方
法について示したグラフである。

【図７】ＣＺ法による単結晶引上げの装置構成図であ
る。

【図８】単結晶の直径を測定する方法の概念図である。

【図９】測定ラインと結晶中心の位置関係を示す模式平
面図である。

【符号の説明】

１ 炉体 ３ 融液 ４ 単結晶 ４ａ 突起（晶癖線） ８ １次元ＣＣＤカメラ １０ ２次元ＣＣＤカメラ Ａ フュージョンリング Ｂ 測定ライン Ｃ フュージョンリングと測定ラインの交点 Ｏ 結晶中心

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平８−239293（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C30B 1/00 - 35/00

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ＣＺ法により結晶融液から回転しながら
   引上げられる単結晶の付け根部の手前を、２次元ＣＣＤ
   カメラにより斜め上方から水平方向及び垂直方向に撮像
   する工程と、 ２次元ＣＣＤカメラの画像中に、垂直方向に並列する複
   数本の水平方向の測定ラインを設定する工程と、 各測定ライン上で、フュージョンリングと測定ラインが
   交差する両側の交点位置をそれぞれ独立に検出する工程
   と、 各測定ライン上で得られた複数の両側交点検出位置を組
   み合わせ、カメラの応答速度と結晶回転速度で決まる測
   定ピッチの間を補間する工程と、 測定ピッチ間を補間した後の両側交点の検出位置を、そ
   の変動のタイミング差を除去して比較することにより、
   各測定ライン上での交点間隔を求め、単結晶の断面形状
   を測定する工程とを含むことを特徴とする結晶断面形状
   測定方法。
2. 【請求項２】 各測定ライン上で得た両側交点の検出位
   置データを独立にＦＦＴ処理して結晶揺れ成分を算出
   し、各測定ライン上で得た両側交点の検出位置データか
   ら差し引くことにより、単結晶の揺れによる影響を除去
   することを特徴とする請求項１に記載の結晶断面形状測
   定方法。
3. 【請求項３】 ２次元ＣＣＤカメラの応答速度と結晶回
   転速度に応じて、２次元ＣＣＤカメラの画像中に複数本
   の水平方向の測定ラインを自動設定することを特徴とす
   る請求項１又は２に記載の結晶断面形状測定方法。
4. 【請求項４】 種絞り工程において２次元ＣＣＤカメラ
   画像中で、水平方向の測定ラインを垂直方向に走査し、
   種結晶周囲のフュージョンリングの両側交点間隔が最大
   となる水平位置での両側交点の中点を求めることによ
   り、結晶中心位置を求めることを特徴とする請求項１、
   ２又は３に記載の結晶断面形状測定方法。