JPS62138387A

JPS62138387A - 引上結晶の直径測定装置

Info

Publication number: JPS62138387A
Application number: JP27736285A
Authority: JP
Inventors: Toshio Abe; 安部　登志男
Original assignee: NIPPON SILICON KK; Mitsubishi Metal Corp
Current assignee: NIPPON SILICON KK; Mitsubishi Metal Corp
Priority date: 1985-12-10
Filing date: 1985-12-10
Publication date: 1987-06-22
Also published as: JPH0369877B2

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」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
、単結晶の直僅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、閃において、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。したがって、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、ＩＯは制御装置であり、ラインカメラｌｌ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Ｉ
Ｏ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１２（以下
これらを総称ずろ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、一般にヒユージョ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
の先エネルギが近傍の他の部分に比べて著しく大きくな
っており、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。したがって、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か、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ａを検出ラインとするよ
うに設置され、このラインａをスキャンすることによっ
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（ビット間隔
）←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ｇとシード°９との相対的な位置関係は
第６図（イ）に示す１２１〜ｅ、のように変化してしま
う。

そして、領域１２１〜ｇ、の各々において得られるライ
ンカメラ夏！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、■■の波形はじ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　、Ｓ　４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ビット続いた後“Ｈ”レベルが７１６ビツト続
き、その後に“Ｌ“レベルが１５４ビット続く信号とな
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（ビット間隔
）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（はぼ１／２周期毎）。

したがって、上述した従来の直径測定装置にあっては、
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
能であった。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
の中心線を通っ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った。

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っても、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
ラ自体らしくはその光学径路を（多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仕、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って構成される領域か前記引上結
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らのを真の直径値
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、これによって、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７くルスモータ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ってお
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ρ
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ａに対して直交するように（ラインρ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Ｖ、に比べて充分に速く設定されている。

す、直径値を記憶する多数のエリアｅｌ−ｅｎから成な
るバッファＢＰを有している。この最大値検出部１０ｒ
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Ｑの往路分もしくは復路分だけエリアｅｌ−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っている。

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ｆｏｅ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ＩＩを往復動さ
せる。この結果、検出ラインａは第２図に示すように、
へ方向に速度Ｖ、で往復動する。この場合、速度Ｖ＋は
シード９（あるいは単結晶１２）の移動速度■、に比べ
て充分に速いから、ラインρ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＋Ｏｆは、直径検出部１０ａが出力する直径；−
々ル鈴中→ノ゛ノθの往路ｔ、１．＜は復路に渡りて順
次エリアｅ１〜ｅｎに記憶して行き、往路もしくは復路
の終点においてバッファＢＰ内のデータのうち最大のら
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１こ最大直径は、真の直径値であ
る。

そして、最大値検出部１０ｒ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によって算出されろ。

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、ラインカメラ自体自体は固定してその光学経路を移
動し、これによってラインＱを平行移動さけるようにし
てもよい。

また、上記実施例においては、ラインカメラ！ｌ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、従来は検出ライングが固定であったため、
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ａが浮動するために、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
げられろ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
ら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
動の軌跡によっ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っても、直径検出精度が高く、
しから、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ｅ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の揺動を示ず斜視図、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。１０ｒ・・・・・・最大値検出部、ｌｏｅ・・・・・・
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
２出ライン往復手段）。

Claims

【特許請求の範囲】

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っ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。