JPH06109439A

JPH06109439A - 形状観測装置及びこの装置を用いたインゴット研削装置

Info

Publication number: JPH06109439A
Application number: JP28362292A
Authority: JP
Inventors: Akitaka Fujiyama; 晶敬藤山; Satoshi Kageyama; 聡影山
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1992-09-30
Filing date: 1992-09-30
Publication date: 1994-04-19

Abstract

(57)【要約】【目的】非接触で物体の形状観測を正確に行うこと。【構成】バックライト２の光は遮光板４が貼着されて
いない部分から射出し、その射出光がインゴット１を照
射する。そして、カメラ３の方向からインゴット１を観
測した場合、インゴット１の反射及びバックライト２の
表面の透過光がインゴット１を照射することもないの
で、インゴット１の輪郭線１ａが鮮明に得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば半導体装置にお
ける単結晶インゴットの円筒研磨工程に使用される自動
芯出し装置等に有用な形状観測装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】形状観測する物体を、例えば半導体のイ
ンゴットとし、このインゴットの芯出し装置を形状観測
装置の一具体例として以下に説明する。

【０００３】半導体ウエハは、ＦＺ法、ＣＺ法等によっ
て引き上げられた単結晶インゴットを軸直角方向に導く
スライスすることによって得られるが、インゴットはス
ライス前にその外周を円筒研削盤によって研磨され、円
柱状に成形される。ところで、インゴットは円筒研磨後
に最大直径が得られるようにその芯出しがなされなけれ
ばならないが、この点に関する芯出し方法は既に種々提
案されている（例えば、特開平２−１２９５０５号公報
参照）。その具体例について、図７〜図９に基づいて説
明する。即ち、図７は自動芯出し装置１００の正面図、
図８は支持部１１４の側面図、図９は同装置１００のマ
ーキング部１０８の拡大断面図であり、図７の左右方向
にはベース１０２上に２本の支柱１０３，１０３が立設
されており、これら支柱１０３，１０３の上部間には支
持バー１０４が水平に架設されている。そして、この支
持バー１０４には３つのインジケータ１０５ａ，１０５
ｂ，１０５ｃが位置調整自在に支持されている。

【０００４】また、図７の左右方向には固定台１０６と
移動台１０７とが設けられており、これら固定台１０６
と移動台１０７上には図９にその詳細を示すマーキング
部１０８，１０８が設置されている。

【０００５】上記移動台１０７は、図９の左右方向に敷
設された２本のガイド１０９，１０９に摺動自在に嵌合
するスライダ１１０によって移動自在に支持されてお
り、これにはシリンダ１１１が固設されており、該シリ
ンダ１１１から延出するロッド１１１ａはジョイント１
１２を介して固定部材１１３に連結されている。

【０００６】更に、ベース１０２上の前記固定台１０６
と移動台１０７との間には２つの支持部１１４，１１４
が前記ガイド１０９，１０９に沿って移動自在に設置さ
れている。各支持部１１４は、図８に示すよう２本のシ
ャフト１１５，１１５に架設された固定ホルダ１１６
と、この固定ホルダ１１６の上下に配され、且つシャフ
ト１１５，１１５に摺動自在に挿通する上、下ホルダ１
１７，１１８と、前記固定ホルダ１１６に固定されたシ
リンダ１１９を含んで構成され、シリンダ１１９から下
方へ延出するロッド１１９ａはジョイント１２０を介し
て前記下ホルダ１１８に連結されている。尚、上，下ホ
ルダ１１７，１１８の相対向する部位には、Ｖブロック
状の爪１１７ａ，１１８ａが各々取り付けられている。

【０００７】次に、本自動芯出し装置１００による芯出
し作業を説明する。

【０００８】先ず、芯出しすべきインゴットＷを各支持
部１１４の下ホルダ１１８に取り付けられた爪１１８ａ
上に水平に載置し、シリンダ１１９を駆動して下ホルダ
１１８を上昇せしめれば、インゴットＷは、上，下ホル
ダ１１７，１１８の爪１１７ａ，１１８ａ間に挟持され
る。

【０００９】その後、シリンダ１１０を駆動して移動台
１０７をＬＭガイド１０９，１０９に沿って、図７中、
左方へ移動せしめれば、インゴットＷの両端面がマーキ
ング部１０８，１０８のクランプ軸１２２，１２２によ
って支持される。

【００１０】上記状態において、インゴットＷを回転さ
せていけば該インゴットＷの断面形状が実測され、その
計測データに基づいて研磨中心が算出される。

【００１１】前記のようにインゴットＷの両端を両クラ
ンプ軸１２２，１２２にて支持した状態で、３つのイン
ジケータをインゴットＷの外周に当接せしめ、ステッピ
ングモータ１２７を駆動してこれの回転力をギヤ１２
８，１２８を経てインゴットＷに伝達し、インゴットＷ
を１回転せしめて各インジケータの当接点における該イ
ンゴットＷの断面形状を実測すると、各測定点における
インゴットＷの断面形状（断面Ａ，Ｂ，Ｃ）が得られ、
この断面形状は、図７に示すＣＲＴディスプレイ１３８
上に表示される。

【００１２】然る後、上記３断面Ａ，Ｂ，Ｃが合成さ
れ、クランプ軸１２２，１２２の支持によってインゴッ
トＷに傾きがある場合にはこの傾きが補正され、図７に
示すＣＰＵ１３９によって最小断面が算出される。その
後、最小断面に内接する最大円の概略中心を公知の最小
断面内接求心法によって演算し、この概略中心を基に詳
細な中心を同手法によって演算し、最終的に求められた
中心が即ち研磨中心となる。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】上記のように従来の形
状観測装置は、物体の外部に直接接触することによっ
て、物体の形状を観測するので、計測のため大規模な機
械を組立てる必要があり、その上、計測に多大の時間を
要するという問題がある。

【００１４】そこで、機械的な手段によらず、非接触で
光学的に物体の輪郭をみて、その形状を観測する装置が
必要とされているが、形状を観測しようとする物体に対
して照射する光の反射や、散乱等の影響で、その物体の
輪郭が鮮明に得られないという問題があった。

【００１５】本発明はかかる従来の課題を解決するため
になされたもので、非接触で、短時間に、しかも簡単な
照明系によって物体の正確な輪郭像を得ることのできる
形状観測装置を提供することを目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めにこの発明の形状観測装置は、形状を観測する物体に
光を照射する照明手段と、この照明手段から光照射され
た物体の投影像を撮像する撮像手段と、この撮像手段か
らの信号を画像処理する画像処理装置と、この画像処理
装置の計測結果を表示する表示装置とからなる形状観測
装置であって、前記撮像手段に対し、前記物体の背面で
かつ照明手段の前面に位置すると共に、前記物体の形状
より小さくない形状を有する遮光板を設けたものであ
り、またこの装置において、照明手段は、撮像手段に対
して、物体の背部に位置するバックライトであることが
望ましく、更に、インゴットの自動芯出し及び研削装置
としては、請求項１記載の形状観測装置を用いて、イン
ゴットの芯を検出する検出手段と、この検出手段により
検出された芯をチャッキングし、回転し、研削する手段
を備えたものである。

【００１７】

【作用】上記の構成を有することにより、非接触式で形
状観測を正確にできるので、短時間でかつ装置が小規模
であり、そのうえ、遮光板を用いているので、物体の反
射光や散乱光を受けることなく、正確に形状を観測する
ことができ、物体の研削を正確で、無駄なく行える。

【００１８】

【実施例】図６（ａ）は本発明の形状観測装置における
一実施例の主要部の構成を説明する斜視図であり、同図
（ｂ）は、同図（ａ）の観測方向から見た平面図であ
る。

【００１９】図６において、１は形状を観測すべき、Ｓ
ｉのインゴット、２はこのインゴット１に光を照射する
照明手段としてのバックライト、３はインゴット１の投
影像を撮像するカメラである。また、４は遮光板であ
り、この遮光板４はバックライト２の表面（バックライ
ト発光面）を形成する拡散板２ａの表面を覆う状態で、
拡散板２ａに貼着されており、バックライト２からの光
を部分的に遮蔽して弱めている。従って、バックライト
２の光は遮光板４が貼着されていない部分から射出し、
その射出光がインゴット１を照射する。そして、カメラ
３の方向からインゴット１を観測した場合、インゴット
１の反射及びバックライト２の表面の透過光がインゴッ
ト１を照射することもないので、図６（ｂ）のようなイ
ンゴット１の輪郭線１ａが鮮明に得られる。この場合、
インゴット１の輪郭線１ａを鮮明に得るためには遮光板
４の大きさは、インゴット１（観測すべき形状）よりは
大きい方が、その効果は大である。

【００２０】また、インゴット１の背面に遮光板がない
と、バックライト２からの光が強いので、インゴット１
の境界部分の散乱光等の影響で、その輪郭が鮮明に写ら
ない。

【００２１】尚、図６において、照明手段として、バッ
クライトを用いたが、必ずしも物体の背面からのみでな
く、撮像手段に対して、物体の後方にあれば、側面に近
いところからでもよいが、その場合は遮光板の位置も、
物体の反射や散乱により、輪郭がぼけることのない位置
に設ける必要がある。

【００２２】次に、図６に示した形状観測の方式に基づ
いた具体的な装置例を図１乃至図５に示す。

【００２３】図１はインゴットの芯出し及び研削を行う
円柱研削装置の一実施例を示すシステム構成図であり、
図２（ａ）は図１の装置における円柱研削盤の上面図で
あり、同図（ｂ）は同図（ａ）の側面図である。図１乃
至図２において、図６と同一または同一の機能を有する
ものには、同一符号を付したので、その説明は省略す
る。

【００２４】図１，図２において、５はインゴット１の
両端を支持して固定するインゴット固定チャック、６は
インゴット１を３次元に移動可能なインゴット移動機
構、７はインゴット１の輪郭を研削する刃を有する研削
刃移動機構、８は画像処理装置、９はインゴット１の形
状観測の計測結果を表示する表示装置である。

【００２５】図１，２において、実際には、使用カメラ
は白黒ＣＣＤビデオカメラ３台で、照明は、棒型蛍光灯
｛（１０Ｗ）×４＋拡散板｝でインゴットに対しバック
ライト照明とし、インゴットとレンズの距離は約１３０
０ｍｍであり、撮像範囲は約２００×２００ｍｍとし
て、行う。但し、カメラ１台で横方向に移動させ、３台
分の視野をカバーするようにしても良い。

【００２６】次に、図１，２の動作について説明する。
まず、インゴット固定チャック５に研削しようとするイ
ンゴット１の芯に相当すると思われる点を固定する。こ
の場合のインゴット１の芯の位置は適当である。次に、
後で詳述するように、研削盤の機能を利用したインゴッ
ト１を回転させることにより、カメラ３と照明２と画像
処理装置８からなる芯出し装置により中心（芯）を求め
る。そして求めた中心のデータに従いインゴット１をイ
ンゴット固定チャック５から外し、インゴット移動機構
６により真の芯の位置（求めた結果）にインゴット固定
チャック５の中心が来るようにインゴット１を移動す
る。その後、インゴット固定チャック５によりインゴッ
ト１を再び固定し研削する。

【００２７】次に、図３乃至図６を用いて、実際にイン
ゴットの中心（芯）を求める方法について説明する。

【００２８】図３（ａ）は、インゴットの各断面の中心
の計測方法の説明図であり、同図（ｂ）は、（ａ）で計
測した中心の集まりを示した図であり、同図（ｃ）は
（ｂ）で求めた中心点から上端，下端各面の座標を求め
る方法を示した説明図である。また、図４は、図３で説
明した方法の動作を示したフローチャートである。さら
に、図５は、図３で４５°おきに求めた４面（〜）
における直径と中心のデータをグラフ化したものであ
る。

【００２９】以下に、その動作を図４のフローチャート
に従って説明する。まず、図３（ａ）のように、晶癖線
（０°のところ）から４５°おきに４面分のデータを集
め（Ｓ１）、それぞれの断面画像から直径分布を求め
（Ｓ２，Ｓ３）、上下端面の芯位置を推定する。即ち、
４５°おきに４種の断面で計測する。直径測定位置は、
０．８ｍｍおきに直径を計測する。具体的には、インゴ
ットが高さ約１８８ｍｍのため２３５個の直径と中心を
求める。その結果回転角１種の断面について２３５の直
径データが計測される、４断面測定した場合は１本のイ
ンゴットに得られるデータ数２３５×４＝９４０とな
る。そして、図３（ａ）で求めた中心位置から、同図
（ｂ）に示すように、各断面における中心の集まりを求
め、求めた中心の集まりに撮像角の情報を合成して、中
心の近似直線を演算する（Ｓ４）。そして、求めた近似
直線の上端・下端での中心を求める。即ち、図３（ｃ）
に示すように、点１〜４における平均を求め、それを上
端面の軸通過点（ｘ）とする（Ｓ５）。このようにして
芯候補点を上下端に展開し（Ｓ６）、これら芯候補点か
ら芯位置を演算する（Ｓ７）。このようにして得られた
インゴット１の芯位置を図２に示すようにインゴット固
定チャック５でチャッキングすることにより円柱部の研
削が可能になる。

【００３０】

【発明の効果】以上説明した通り、本発明によれば、非
接触で物体の中心位置の測定が可能になり、短時間で装
置が大掛かりにならず、観測が正確にできる。その上、
遮光板を用いているので、物体の形状が正確に測定でき
て、円柱状物体の研削を行う場合にも無駄な研削をする
ことがないので、スライスしたときに大きな断面積のも
のが得られる利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】インゴットの芯出し及び研削を行う円柱研削装
置の一実施例を示すシステム構成図である。

【図２】図１の円柱研削装置の上面図及び側面図であ
る。

【図３】インゴットの各断面の中心の計測方法の説明図
である。

【図４】図３の動作を説明するフローチャートである。

【図５】図３で求めた４面の直径と中心のデータをグラ
フ化したものである。

【図６】本発明の形状観測装置における一実施例の主要
部の構成を示す斜視図及び平面図である。

【図７】従来の自動芯出し装置の正面図である。

【図８】図７の装置の支持部の側面図である。

【図９】図７の装置のマーキング部の拡大断面図であ
る。

【符号の説明】

１インゴット２照明３撮像カメラ系４遮光板５インゴット固定チャック６インゴット移動機構７研削刃移動機構８画像処理装置９表示装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】形状を観測する物体に光を照射する照明
手段と、この照明手段から光照射された物体の投影像を
撮像する撮像手段と、この撮像手段からの信号を画像処
理する画像処理装置と、この画像処理装置の計測結果を
表示する表示装置とからなる形状観測装置であって、前
記撮像手段に対し、前記物体の背面でかつ照明手段の前
面に位置すると共に、前記物体の形状より小さくない形
状を有する遮光板を設けたことを特徴とする形状観測装
置。
【請求項２】請求項１記載の形状観測装置において、
照明手段は、撮像手段に対して、物体の背部に位置する
バックライトであることを特徴とする形状観測装置。
【請求項３】請求項１記載の形状観測装置を用いて、
インゴットの芯を検出する検出手段と、この検出手段に
より検出された芯をチャッキングし、回転し、研削する
手段を備えたことを特徴とするインゴットの自動芯出し
及び研削装置。