JPH02164789A - 単結晶直径自動制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、チョクラルスキー法（以下ＣＺ法という）に
おける成長単結晶の直径自動制御装置の改良に関わり、
特にテレビカメラを使用して成長中の単結晶の直径を測
定しつつ制御する、映像信号処理装置に関するものであ
る。

［従来の技術］ 従来技術としては、たとえば、特開昭６２−２４１８９
０で示されているように、結晶育成時に、結晶と融液の
境界に現れる輝度の高いリング（以下、ブライトリング
という）を、テレビカメラにより撮影し、その出力によ
るモニタテレビ表示面上の映像に対して、サンプリング
ラインと呼ばれる走査線に平行な、−次元測定領域を、
上下に移動することによって、ブライトリングの最大直
径を８（１１定する方法がある。これを図面で説明する
。

第３図は、モニタテレビによる。映像の例で、ｌはサン
プリングライン、２は融液面より明るいブライトリング
、３は成長中の結晶、４は融液面を現わしている。

第４図は、サンプリングライン上の輝度の変化から、サ
ンプリングラインと交わるブライトリングの幅を計測す
る方法を示す６図中１はサンプリングライン、２はブラ
イトリングを模式的に示したもの、５はサンプリングラ
イン上の輝度の変化に対応したビデオ信号を示す、この
ビデオ信号を。

６のスレッショールドレベルを基準にして２値化する。

カメラコントロール装置　の内部で、この２値化したビ
デオ４６号をモニタテレビ画像上の座標に対応させ、さ
らにこの情報を、コンピューターにより解析し、サンプ
リングラインと２ケ所で交わるブライトリング幅を計算
する。また、サンプリングラインの移動及びサンプリン
グラインの長さの設定はコンピューターにより行なって
いる。

このような装置を用いて、コンピューターにより、サン
プリングラインを移動させながら、ブライトリング幅を
測定し、その測定値を記憶し２ケ所でサンプリングライ
ンと交わるブライトリング幅をすべて測定した後、記憶
した測定値の中から、最大値を選択し、直径測定値とし
て出力する。この出力により、育成する半導体単結晶の
直径を規定値に自動制御する。

［発明が解決しようとする課題］ この従来の装置には、サンプリングラインという一吹元
ｔｌｔｌ！定領域を、テレビ画面上で上下に移動しなが
ら、ブライトリング幅の上下方向分布を読み込んで、そ
の最大値を選び出すコンピューターが必要であり、した
がって、これらの装置間では繁雑なデータの通信を行わ
なくてはならない、また、サンプリングラインの移動・
測定それによる最大値の検出をすべて直列的に行なうの
で測定に時間を要し、装置の較正も大掛かりとなって、
非常に高価なシステムになる。

［問題を解決するための手段］ 本発明は、融液面を監視するテレビカメラと、このテレ
ビカメラによりとらえたビデオ画像の融液面の成長中単
結晶と融液面の境界に生じる輝度の高いブライドリング
に対応した、一本の走査線上の輝度信号ピークのうち、
個々のピークについて設定スレッショールドレベル以上
にある時間を１１１１定し、これを出力する装置Ａと、
これと同時に並列に機能して、設定スレッショールドレ
ベル以上にある２個のピークの間隔に相当する時間を測
定し、その出力を行なう装置Ｂと、さらにこれらの装置
からの出力結果に対し、一本の走査線掃引終了時に、こ
の走査線上に生じた設定スレッショールドレベル以上の
ピークを計数して、計数値が１であるときは装置Ａから
の出力値、計数値が２であるときは装置Ｂからの出力値
、計数値が３以上であるときは直前の出力値、のいずれ
かを選択し出力する機能を有した装ｆＩＩＣと、各走査
線の掃引に伴って装置Ｃから出力される値を逐次大小比
較しながら、直前の値より大きい値が出力されたときだ
け、この値を更新して、一画面分の走査終了時に、備わ
ったメモリに最大値を記録するよう構成した装置ＷＤと
、一画面毎に装置Ｄから得られる値を予め定めた直径設
定値と比較し、その差により引上装置の運転緒元を調整
する装置Ｅとを備えたことを特徴とする。　すなわち本
発明では、すべての走査線において、ブライトリング幅
の測定を行ない、その測定値が、一本前の走査線での測
定結果と比較して大きな場合のみ、前回に記憶した測定
値を書き換えて記憶する。この動作を、通常のビデオ信
号と同期して行うことで、一画面の走査終了後に、その
画面のブライトリングの幅の最大値だけを記憶させる。

したがって測定速度は、６０回／秒である。

なお、ブライトリング幅の測定に際しては、スレッショ
ールドレベル以上のピーク数をカウントすることによっ
て、正確な測定値ではないと判断された場合には、前回
の測定値が採用される。

これらの動作は、ＴＴＬ（トランジスタートランジスタ
　ロジック）と呼ばれる比較的高速で標準的なＩＣの組
合せで行なうことができる。

また、本発明の装置は、テレビカメラに二次元固体撮像
素子を用いることもできる。

また、焦点距離の異なる２つのテレビカメラを備え、焦
点距離の長い方のカメラを、絞りと呼ばれる結晶転位を
排除する工程の制御に用いることが望ましい。

［作用］ 次に、これらを実現するための手段を図を用いて、詳述
する。

一木の走査線上の輝度信号の変化は、その走査線が画面
上のどの位置にあるかにより異なる。これを、第２図及
び第５図で説明する。第２図中ａ〜ｄの輝度信号のパタ
ーンのうち、ブライトリング幅の測定にかかわるのは、
ｂ、ｃのパターンである。Ｃの場合最大直径を得るには
、必要のないパターンの様に考えられるが、実際には、
絞りと呼ばれる直径を３Ｍ程に制御して、結晶を成長さ
せる部分と肩と呼ばれる前記絞り部から目標とする結晶
直径までに直径を拡大する部分では、Ｃのパターンが、
最大直径部に現れることがある。本発明では、ｂとＣの
パターンをそれぞれ装置Ａと装置Ｂの二つの測定装置で
同時に測定し、その走査終了時にパターンがｂであるか
、Ｃであるかを判断して、どちらかの測定装置の出力を
得る。パターンの判別は、スレッショールドレベル以上
のピークの個数を数えることにより行われる。第５図ｅ
の様にピークが一つの場合には第２図Ｃのパターン、第
５図ｆの様にピークが二つの場合には、第２図すのパタ
ーンとして判別し、それぞれのパターンに対応した波形
整形を行ない、第５図ｆの場合には、二つのピーク間隔
に対応したパルス幅のパルスを発生し、このパルスの幅
を計潤し、第５図ｅの場合には、スレッショールドレベ
ル以上にある部分の幅に対応したパルス幅を発生し、こ
のパルス幅を計測する。融液面にスレッショールドレベ
ル以上の高輝度の部分があった場合、第５図ｇの様にス
レッショールドレベル以上のパルスが、三つ以上発生す
る。パルス幅の測定を行う装置とは別に、このパルス数
をカウントする装置により、三つ以上のパルスがカウン
トされた場合には、パルス幅測定が行なえないと判断し
、前回の１１１１１定結果を保持する様に動作をする。

また、パルス数が２または１の場合には、前記のパルス
幅計測装置測定結果を選択して出力する。

この様にして、−水層に出力されるその走査線と交わる
部分のブライトリング幅を、前回の走査線の測定結果と
比較して、大きい場合のみ、前回の測定結果を更新して
、新しい結果を記憶する、この動作は、一本の走査を終
了して、次の走査を新しく開始するまでの時間内に行う
ことが可能である。

この結果、一画面の走査が終了した時には、その画面の
ブライトリング幅の最大値が自動的に記憶されている。

この最大値は、別の記憶装置で次の画面の最大値が得ら
れるまで保持される。この様にして画面毎に測定が行わ
れるため通常のビデオ装置を使用した場合には、６０回
／秒の測定速度となる。

［実施例］ 第１図のブロック図で１本発明の詳細な説明する。

第１図は１本発明による、引上中の単結晶直径を制御す
る装置の実施例を示すブロック図である。

本実施例では、２台のテレビカメラを切り換えて使用し
ている。すなわち、シード絞り部の直径が細い部分を制
御する場合には、長い焦点距離のレンズを付けたカメラ
により、拡大した影像について分解能を落さずに測定を
することができる。

本実施例では、２次元ＣＣＤカメラ１０３及び１０４を
使用して、クロックパルスとそれに同期した水平・垂直
同期パルス、ビデオ信号を同時に切り換えている（第１
図中番号１５）、ビデオ信号は、バッファアンプ８を通
り、スレッショールドレベルの自動設定回路に入る。こ
れは、輝度信号のピークと、平均値の間の任意の比率に
スレッショールドレベルを、自動的に設定する回路であ
り、窓ガラスの汚れや製造条件の変更等による液面輝度
の変化に対しても自動的に追従して、スレッショールド
レベルを、測定に適したレベルに維持することが出来る
。即ち、ピークホールド回路９が、ブライトンター（Ｂ
）１９の出力を、データレジスター（１）２２及びデジ
タルコンパレーター２１に入力する。

デジタルコンパレーター２１は、データレジスターロ→
２２の入力と、出力の２進コードを比較し。

入力が出力より大きい場合のみ、データレジスタ（１）
２２にデータ更新の指示を与える。もし、パルスカウン
ター１２の出力が３以上の場合、データ更新の指示を受
は付けない様に指示を与える。この様にして一画面の走
査が終了し時、データレジスター（１）２２には、その
画面のブライトリング最大幅に相等したパルスカウント
値がセットされている。この値は、一画面の走査終了時
に、ただちにデータレジスタ（ｎ）２３に転送され、次
の画面の走査が終了するまで保持される。このデータレ
ジスター（■）の２進コードがＤ／Ａコンバーター２４
によりアナログ電圧に変換される。これは、ローパスフ
ィルター２５により平均化され、直径制御装置２Ｇに入
力され、基準値と比較されて、直径を基準値に近づける
様に制御される。

本実施例では、ＣＣＤ撮像素子として、水平側リングの
ピーク輝度に追従し、ローパスフィルタｌＯで画面の輝
度の平均値に追従する。この両者の出力の中間の任意の
比率にスレッショールドレベルを設定することによって
、安定にブライトリングを検出するためのスレッショー
ルドレベルを、自動的に設定することができる。コンパ
レーター１１によりスレッショールドレベル以上の信号
について、パルス化して、波形整形回路（Ａ）１３．　
（Ｂ）１４、及びパルスカウンター１２に出力する。

波形整形回路（Ａ）１３は、コンパレーター１１の出力
をそのまま整形するが、波形整形回路（Ｂ）１４は、２
個のパルスが入力された場合には、１個目のパルスの立
上りから２個目のパルスの立下りまでの時間に等しいパ
ルス幅のパルスを発生する。ゲート回路１６及び１７は
、それぞれの波形整形回路からの出力により、クロック
パルスをパルスカウンタ（Ａ）１８及び（Ｂ　）１９に
出力する。

データセレクタ２０は、コンパレーター１１を通過した
パルス数が１個の場合には、パルスカウンター（Ａ）１
８の出力を、２個の場合には、パルスカラ景況列４９１
．垂直画素配列３９８のものを用い、レンズは、シード
絞り部の直径制御用に焦点距離１３５Ｍのものを、直胴
部制御用に、５５Ｉ１１１のものを用いた。パスルカウ
ンター、データセレクタ。

データレジスタ等はすべて標準のＴＴＬ　　ＩＣを使用
し、１２ｂｉｔ構成をとった。

この構成によりシード絞り部の直径制御では、直径１０
ｍｍ〜３．５Ｍの範囲において、１０．２Ｍの精度でま
た、結晶＊　Ｉ！）１部は、直径１３０ｍ＋＋＋’ｔ”
±０　、６ｃｍ　（７）　精度で１ｌｌｉｌ制御でき、
容易に無転位化することができた。

なお、本発明では、ブライトリングによる輝度信号のピ
ークを明確にするため、干渉模型の赤外フィルターと、
青緑透過型の光学フィルターをテレビカメラのレンズに
付加して使用した。

［発明の効果］ ａ、全ＩｉＩ面において、ブライトリングの最大幅を測
定しているため、シードの曲がりゃ、カメラのブレ、液
面位置の変更などによって、ブライトリングの位置が画
面内で変化しても、安定に測定できる。

ｂ、測定速度が大きいため、シードのゆれ、振動等の急
速な位置変動に対しても、正確な測定ができる。また、
十分に平均化した測定値を使用できるため、見掛は上分
解能が向上する。

Ｃ１走査線−水層に、ａ定スレッショールドレベル以上
にある輝度信号ピークの数を計測して、測定値の妥当性
の評価、大小比較を行なっているので、ノイズを拾った
り、誤って計測したりすることがない上、画像メモリー
や、マイクロプロセッサ及びそれを働かすソフトウェア
等を必要とせず、標準的なＩＣにより、極めて安価に製
作できる。

ｄ、ａ乃至Ｃの効果が総合的に働いて、極めてノイズの
少ない安定した測定出力が得られるため、直径制御が安
定かつ、高精度に行なえる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による単結晶直径自動制御装置の一実
施例のブロック図。 第２図は、本発明の一実施例の単結晶直径自動制御装置
によるシード絞り部側定時における、ビデオ信号を示す
図。 第３図は、単結晶直径自動制御装置のモニターテレビの
影像を示す図。 第４図は、単結晶直径自動制御装置によるブライトリン
グ幅測定における。ビデオ信号とブライトリング、走査
線、スレッショールドレベルの関係図。 第５図は、本発明の一実施例である単結晶直径自動制御
装置の波形整形の様子を示す図。 ｌ・・・・サンプリングライン ２・・・・ブライトリング ３・・・・成長中の結晶 ４・・・・融液面 ５・・・・ビデオ信号 ６・・・・スレッショールドレベル ５０・・・・カメラコントローラー１ ６０・・・・カメラコントローラー■ ７・・・・ビデオ信号切換 ８　・　１　・ ９　・　・　・　− １０・　・　・　・ １１１・・ １２・　・　・　・ １３・　・　・　・ １４・　・　・　・ １５・　・　・　・ １６１　・　・ １７・　・　・　・ １８・　・　・　・ １９・　・　・　・ ２０・　・　・　・ ２１・　・　・　・ ２２・　・　・　・ ２３・　・　・　・ ２４・　・　・　・ ２６・　・　・　・ １０３−−　　・ バッファアンプ ピークホールド回路 ローパスフィルター コンパレーター パルスカウンター 波形整形回路（Ａ） 波形整形回路ＣＢ） 同期信号クロックパルス切換 ゲート回路 ゲート回路 パルスカウンター（Ａ） パルスカウンター（Ｂ） データセレクター デジタルコンパレーター データレジスター（１） データレジスター（■） Ｄ／Ａコンバーター ローパスフィルター 直径制御装置 ２次元ＣＣＤカメラ １０４・・・　２次元ＣＯＤカメラ 特許出願人　小松電子金属株式会社 第３図 ブライトリング曙 第２図 第５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、融液面を監視するテレビカメラと、このテレビカメ
   ラから出力されたビデオ画像中の成長中単結晶と融液面
   との境界に生じる輝度の高いリングに対応した、一の走
   査線上の輝度信号ピークのうち、個々のピークについて
   設定スレッショールドレベル以上にある時間を測定し、
   これを出力する装置Ａと、これと並列に機能して、設定
   スレッショールドレベル以上にある２個のピークの間隔
   に相当する時間を測定し、これを出力する装置Ｂと、さ
   らにこれらの装置からの出力結果に対し、一本の走査線
   掃引終了時に、この走査線上に生じた設定スレッショー
   ルドレベル以上のピークを計数して、計数値が１である
   ときは装置Ａからの出力値、計数値が２であるときは装
   置Ｂからの出力値、計数値が３以上であるときは直前の
   出力値、のいずれかのうち一つを選択、出力する機能を
   有した装置Ｃと、各走査線の掃引に伴って装置Ｃから出
   力される前記いずれかの値を逐次大小比較しながら、直
   前の値より大きい値が出力されたときだけ、この値を更
   新して、最終的に一画面分の走査終了時に、備えたメモ
   リに最大値を記録するよう構成された装置Ｄと、一画面
   毎に装置Ｄから得られる値を予め定めた直径設定値と比
   較し、その差により引上装置の運転緒元を調整する装置
   Ｅとを備えたことを特徴とする単結晶直径自動制御装置
   。 ２、テレビカメラに二次元固体撮像素子を用いたことを
   特徴とする請求項１記載の単結晶直径自動制御装置。 ３、焦点距離の異なる２台のテレビカメラを有すること
   を特徴とする請求項１または２記載の単結晶直径自動制
   御装置。