JPH0369877B2

JPH0369877B2 -

Info

Publication number: JPH0369877B2
Application number: JP60277362A
Authority: JP
Inventors: Toshio Abe
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 1985-12-10
Filing date: 1985-12-10
Publication date: 1991-11-05
Also published as: JPS62138387A

Description

【発明の詳細な説明】「産業上の利用分野」この発明は、例えばシリコン単結晶等を製造す
る場合に用いて好適な引上結晶の直径測定装置に
関する。

「従来の技術」単結晶引上装置においては、融液から単結晶を
引き上げて成長させる際に成長形状の制御を行う
必要があるため、単結晶の直径を測定する必要が
ある。

第３図は、従来の直径測定装置の構成を示す概
略構成図であり、図において、１は融液（多結晶
シリコン）２が蓄えられるルツボ、３，３は多結
晶融解／保温用のヒータである。４は、回転モー
タ５および引上モータ６の駆動力が伝達される
と、ワイア７を回転させながら引き上げる引上機
構であり、ワイア７の先端にはシードホルダ８が
設けられ、シードホルダ８にはシード９が取り付
けられている。したがつて、回転モータ５および
引上モータ６が回転すると、シード９は回転しな
がら上方に引き上げられ、このシード９の下端に
単結晶が成長して行く。

次に、１０は制御装置であり、ラインカメラ１
１の出力信号に基づいてシード９および単結晶の
直径を検出する直径検出部１０ａと、シード９お
よび単結晶の各部の直径目標値を引上状態に応じ
て順次入力する直径目標値出力部と、直径目標値
出力部１０ｂの出力データと直径検出部１０ａの
出力信号の偏差に対してPID演算を行い、この演
算結果に対応する駆動信号をモータ６に供給する
演算部１０ｃとを有している。すなわち、制御装
置１０は、シード９とその下端に成長する単結晶
の形状が目標形状に一致するように、引上速度の
制御行うものである。

ここで、ラインカメラ１１と直径検出部１０ａ
とによる直径検出の原理について説明する。

まず、引き上げられてゆくシード９や単結晶１
２（以下これらを総称するときは引上結晶とい
う）の回りには、第４図に示すような光エネルギ
の大きい輪１５ができる。この輪１５は、一般に
ヒユージヨンリングあるいはヒートリングと呼ば
れ（以下、ヒートリングという）、その光エネル
ギが近傍の他の部分に比べて著しく大きくなつて
おり、また、ヒートリングの位置は、図からも容
易に判るように、引上結晶の外形にほぼ一致する
位置にある。したがつて、ヒートリングの位置を
検出すれば引上結晶の外形寸法（直径）を検出す
ることができる。この場合に問題となるのは、ヒ
ートリングの検出位置と引上結晶の外形位置とが
精密に一致するか否かであるが、これは、ヒート
リングを検出する際の光エネルギのしきい値を適
切な値に設定することにより解決することができ
る。そして、ラインカメラ１１は、第４図に示す
ように、引上結晶の中心を通るラインｌを検出ラ
インとするように設置され、このラインｌをスキ
ヤンすることによつて各点の光エネルギを順次検
出していく。このラインカメラ１１の出力信号は
直径検出部１０ａに供給され、ここで所定のしき
い値と比較され、ヒートリングに対応する点のみ
が“Ｈ”レベル信号に変換される。そして、直径
検出部１０ａは“Ｈ”レベル信号の間隔（ビツト
間隔）に基づいて引上結晶１４の直径を検出す
る。

以上が直径検出の基本原理であるが、ワイア７
は回転しながら引き上げられていくため、引上結
晶も、ワイア７の回転に同期して円軌道を描いて
揺動する場合が多く、この結果、上記基本検出原
理に他の処理が加えられる。以下にこの処理につ
いて説明する。第５図はシード９の場合の揺動の
例を示すが、このような円軌道が描かれると、検
出ラインｌとシード９との相対的な位置関係は第
６図イに示すl₁〜l₅のように変化してしまう。そ
して、領域l₁〜l₅の各々において得られるライン
カメラ１１の検出信号は、同図ロの〜に示す
ようになる。この場合、同図ロに示すの波
形はしきい値を越える部分がないので、直径検出
部１０ａにおいて得られる２値変換信号は、常に
“Ｌ”レベルとなり、また、の波形はしきい
値を越える部分があるので、この波形の２値変換
信号は、各々同図ハに示すようなパルス信号Ｓ
３，Ｓ４となる。この場合、図に示す信号Ｓ３
は、“Ｌ”、“Ｈ”レベルが307ビツトと52ビツトず
つ交互に現れ、“Ｈ”レベルが２度現れる信号で
あり、一方、信号Ｓ４は、“Ｌ”レベルが154ビツ
ト続いた後“Ｈ”レベルが716ビツト続き、その
後に、“Ｌ”レベルが154ビツト続く信号となり、
“Ｈ”レベルは１度しか現れない信号となる。そ
して、直径検出部１０ａは、“Ｈ”レベルが２度
現れる信号のみを正しい信号として取り込み、こ
の取り込んだ信号の“Ｈ”レベルと“Ｈ”レベル
との間隔（ビツト間隔）からシード９の直径を検
出するにしている。

「発明が解決しようとする問題点」ところで、引上結晶が円軌道を描く周期は、通
常３〜５秒であるから、正確な直径を検出しうる
タイミングは、２〜３秒に１度しか得られない
（ほぼ1/2周期毎）。したがつて、上述した従来の
直径測定装置にあつては、直径測定に時間を要す
るという問題があり、しかも測定が行えない間に
おいても結晶の引上は行なわれているから、結
局、引上結晶直径を連続的に測定することは不可
能であつた。また、前述したＳ３のような信号が
得られた場合においても、その検出ラインが必ず
しも引上結晶の中心線を通つているとは限らない
から、測定結果の誤差や信頼性の点でも問題があ
つた。

この発明は、上述した事情に鑑みてなされたも
ので、引上結晶が円軌道を描くような場合であつ
ても、直径検出精度が高く、しかも、瞬時に測定
を行うことができる引上結晶の直径測定装置を提
供することを目的としている。

「問題点を解決するための手段」この発明は、上述した問題点を解決するため
に、結晶が引き上げられる融液面上の所定のライ
ンを検出領域として走査し、これにより前記ライ
ン上の光エネルギを検出するラインカメラと、こ
のラインカメラの出力信号に基づいてヒートリン
グの位置を検出し、このヒートリングの位置から
引上結晶の直径を検出する直径検出部とを有する
引上結晶の直径測定装置において、前記ラインカ
メラ自体もしくはその光学経路を移動することに
より前記ラインを融液面上で平行に往復動させ、
かつ、往復速度が前記引上結晶の揺動より速くな
るようにするとともに平行移動の軌跡によつて構
成される領域が前記引上結晶の揺動範囲より大と
なるようにする検出ライン往復手段と、前記ライ
ンの往路もしくは復路において前記直径検出部か
ら検出される直径データを順次記憶するととも
に、記憶した直径データのうち最大のものを真の
直径値として出力する最大値検出部とを具備して
いる。

「作用」検出ラインが引上結晶の揺動速度より速く、か
つ、引上結晶の中心線と交わるように移動し、こ
れによつて、ラインの往路および復路の各々にお
いて、真の直径値が必ず検出される。

「実施例」以下、図面を参照してこの発明の実施例につい
て説明する。

第１図はこの発明の一実施例の構成を示す概略
構成図である。なお、この図において、前述した
第３図の各部と対応する部分には、同一の符号を
付しその説明を省略する。

図において、２０はパルスモータであり、モー
タ駆動部１０ｅの制御のもとに所定量の正転、反
転を繰り返すように構成されている。このパルス
モータ２０の駆動力は、ラインカメラ１１の位置
を図面左右方向に移動させるカメラスライド機構
２１に伝達されるようになつており、この結果、
パルスモータ２０が正転、反転を繰り返すと、ラ
インカメラ１１は図面左右方向に往復動する。こ
の場合、ラインカメラ１１の移動とその検出ライ
ンｌとの関係は、第２図に示すように、移動方向
Ａが検出ラインｌに対して直交するように（ライ
ンｌが平行移動するように）構成されており、ま
た、その移動範囲はシード９もしくは単結晶１２
の揺動範囲（破線で示す円軌道の範囲）より、広
くなるように設定されている。さらに、ラインカ
メラ１１の移動速度v₁は、引上結晶の揺動速度v₂
に比べて充分に速く設定されている。

次に、第１図に示す１０ｆは最大値検出部であ
り、直径値を記憶する多数のエリアe₁〜enから成
なるバツフアBFを有している。この最大値検出
部１０ｆは、直径検出部１０ａから供給される直
径データを検出ラインｌの往路分もしくは復路分
だけエリアe₁〜enに順次格納し、格納したデータ
の中から最大値を検出して出力するようになつて
いる。

次に、上記構成によるこの実施例の動作につい
て説明する。

まず、モータ駆動部１０ｅを起動してパルスモ
ータ２０を動作させ、これにより、ラインカメラ
１１を往復動させる。この結果、検出ラインｌは
第２図に示すように、Ａ方向に速度v₁で往復動す
る。この場合、速度v₁はシード９（あるいは単結
晶１２）の移動速度v₂に比べて充分に速いから、
ラインｌの往路および復路には必ずシード９の中
心線と交差する位置がある。すなわち、正確な直
径が検出される位置が存在する。そして、最大値
検出部１０ｆは、直径検出部１０ａが出力する直
径データを検出ラインｌの往路もしくは復路に渡
つて順次エリアe₁〜enに記憶して行き、往路もし
くは復路の終点においてバツフアBF内のデータ
のうち最大のものを出力する。この場合、図から
明らかなように、往路もしくは復路で得られた最
大直径は、真の直径値である。

そして、最大値検出部１０ｆから出力された直
径データは直径目標値と偏差が取られ、この偏差
が０となるような引上速度が演算部１０ｃによつ
て算出される。

なお、上述した実施例においては、ラインカメ
ラ１１を直線的に往復動させたが、これに代えて
例えばラインカメラ１１を所定位置を中心にして
揺動させてもよく、また、ラインカメラ１１自体
は固定して、反射角度を変更しうる反射鏡でカメ
ラ１１の光学経路を屈折させる等の周知手段によ
り、ラインカメラ１１の光学経路を移動させ、こ
れによつてラインｌを平行移動させるようにして
もよい。

また、上記実施例におては、ラインカメラ１１
の初期位置を特に調整する必要がないという利点
を有している。すなわち、従来は検出ラインｌが
固定であつたため、その位置設定には厳密性が要
求されたが、この実施例においてはラインｌが移
動するために、初期位置設定には厳密性が要求さ
れない。

「発明の効果」以上説明したように、この発明によれば、結晶
が引き上げられた融液面上の所定のラインを検出
領域として走査し、これにより前記ライン上の光
エネルギを検出するラインカメラと、このライン
カメラの出力信号に基づいてヒートリングの位置
を検出し、このヒートリングの位置から引上結晶
の直径を検出する直径検出部とを有する引上結晶
の直径測定装置において、前記ラインカメラ自体
もしくはその光学経路を移動することにより前記
ラインを融液面上で平行に往復動させ、かつ、往
復速度が前記引上結晶の揺動より速くなるように
するとともに平行移動の軌跡によつて構成される
領域が前記引上結晶の揺動範囲より大となるよう
にする検出ライン往復手段と、前記ラインの往路
もしくは復路において前記直径検出部から検出さ
れる直径データを順次記憶するとともに、記憶し
た直径データのうち最大のものを真の直径値とし
て出力する最大値検出部とを具備したので、引上
結晶が円軌道を描くような場合であつても、直径
検出精度が高く、しかも、瞬時に測定が行える利
点が得られる。また、ラインカメラの初期設定操
作を不要とすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の構成を示す概略
構成図、第２図は同実施例における検出ラインｌ
の往復範囲を示す平面図、第３図は従来の直径測
定装置の構成を示す概略構成図、第４図はヒート
リング１５を示す斜視図、第５図はシード９の揺
動を示す斜視図、第６図はヒートリング１５と検
出エリアとの位置関係、各検出エリアにおけるラ
インカメラ１１の出力信号およびラインカメラ１
１の２値化信号を示す図である。１０ｆ……最大値検出部、１０ｅ……モータ駆
動部、２０……パルスモータ、２１……スライド
機構（以上１０ｅ，２０，２１は検出ライン往復
手段）。

Claims

【特許請求の範囲】

１結晶が引き上げられる融液面上の所定のライ
ンを検出領域として走査し、これにより前記ライ
ン上の光エネルギを検出するラインカメラと、こ
のラインカメラの出力信号に基づいてヒートリン
グの位置を検出し、このヒートリングの位置から
引上結晶の直径を検出する直径検出部とを有する
引上結晶の直径測定装置において、前記ラインカ
メラ自体もしくはその光学経路を移動することに
より前記ラインを融液面上で平行に往復動させ、
かつ、往復速度が前記引上結晶の揺動より速くな
るようにするとともに平行移動の軌跡によつて構
成される領域が前記引上結晶の揺動範囲より大と
なるようにする検出ライン往復手段と、前記ライ
ンの往路もしくは復路において前記直径検出部か
ら検出される直径データを順次記憶するととも
に、記憶した直径データのうち最大のものを真の
直径値として出力する最大値検出部とを具備する
ことを特徴とする引上結晶の直径測定装置。