(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
種子結晶を降下させて自由溶融液への接液を撮像装置の画像により検出し、前記接液のメニスカスが保てるように前記自由溶融液の温度を調整し、前記自由溶融液の液温を低下させてウィングアウトを形成し、該ウィングアウトを前記撮像装置の画像により検出し、結晶の引き上げを開始することを特徴とするリボン結晶の成長方法。
【請求項２】
前記種子結晶を一定距離降下せしめ、タイマーにより一定時間降下を停止し、その間に接液の検出を行うという一連の断続的動作を接液状態が検出されるまで繰り返し行うことを特徴とする請求項１に記載のリボン結晶の成長方法。
【請求項３】
前記種子結晶の接液中心位置座標と、前記ウィングアウトの両端位置座標とから、前記ウィングアウトの長さ及び対称性を検出することを特徴とする請求項１に記載のリボン結晶の成長方法。
【請求項４】
結晶の溶融液と、前記溶融液を収容する容器と、種子結晶の引き上げ部を有するリボン結晶の成長装置において、種子結晶を降下させて自由溶融液への接液を撮像装置の画像により検出し、前記接液のメニスカスが保てるように前記自由溶融液の温度を調整し、前記自由溶融液の液温を低下させてウィングアウトを形成し、該ウィングアウトを前記撮像装置の画像により検出し、結晶の引き上げを開始する制御装置を有することを特徴としたリボン結晶の成長装置。
【請求項５】
前記自由溶融液の固相／液相界面が覗ける撮像装置、及び該撮像装置に接続して撮像画像の処理を行う画像処理装置を具備したことを特徴とする請求項４に記載のリボン結晶の成長装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、太陽電池等の用途に好適なリボン状のシリコン単結晶等を低コストで製造することができるリボン結晶の成長方法及びその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来は、上記用途のリボン状のシリコン単結晶の引上げは、作業者が炉の中を目視で観察しながら、所定の操作を行っていた。即ち、最初の手順としてシリコン単結晶の種子結晶を高温のシリコン溶融液に浸ける。この種子結晶の溶融液浸けは、結晶引上げ機の駆動部を逆方向に動かし、溶融液付近をテレビカメラで撮影・拡大したモニターで観察しながら、駆動部の速度加減及び停止操作を行っていた。そして、種子結晶の降下を停止する作業は、種子結晶が溶融液に接近した時に低速に切り換え、接触したと作業者が判断したときに停止釦を押すなどの手作業で行っていた。そのため、溶融液に潜り込む種子結晶の先端部の長さが一様でなかった。又、溶融液温度は種子結晶先端が溶け落ちる時間を測定して制御していたが、種子結晶先端が溶ける時間が溶融液表面の温度のほかに種子結晶先端の潜り込み距離にも依存するため、高精度に溶融液表面の温度を測定することができなかった。このため、結晶引き上げ時の温度にムラが生じ、良好な品質の結晶成長を行うことが作業者の技能に依存していた。
【０００３】
次に、溶融液に種子結晶がある一定時間以上接液可能な温度で、種子結晶を接液させ、直ちに温度降下スイッチの釦を押すなどの操作を行い、溶融液を結晶成長可能な温度まで冷却することにより横方向に結晶を成長（ウィングアウト）させる。即ち、リボン結晶を成長させる場合は、種子結晶を特定の結晶方位で接液させ、結晶の成長異方性を利用して、種子結晶の接液部を中心とした一定方向の引き上げ方向に対して垂直方向に線状の結晶成長を行う。その後、ウィングアウトした結晶の長さが適度な長さに達した時に引き上げを開始することにより、リボン状結晶の引上げ成長を行うことができる。
【０００４】
従来から、溶融液表面は予めウィングアウトの成長方向にバスタブ状の温度分布が付与されており、引上げ開始時におけるウィングアウトの長さを制御しなければ、溶融液の温度が低すぎたり高すぎたりして、良好な結晶成長が困難となる。又、引き上げ開始時に種子結晶の先端部がウィングアウトした結晶の対称中心でない場合は、バランスを失い、成長中の結晶が回転して液面から離れ結晶成長が阻害される。これらの不具合を防止するために、作業者は、炉に取り付けられた覗き窓から、１ｍｍ程度の精度でウィングアウトの長さ及び非対称性を観察し、タイミングを見計らって引上げ開始釦を押す必要があった。炉の覗き窓から溶融液表面までの距離は一般に数百ｍｍあり、この作業には相当な熟練を要していた。
【０００５】
更に、長くリボン結晶を安定的に成長せしめるためには、結晶を結晶成長炉の上方中央部に設けられたリボン結晶が引上げられて通過するグローススロットの中心で常に成長させることが望ましい。従来は、例えば引上げ機の僅かな精度の狂いなどによって、結晶成長が垂直方向に対してある角度をもって成長する場合が多く、ウィングアウトと同様に作業者が覗き窓から目視で位置を観察して、結晶位置がグローススロット中心付近になるように、引上げ機の位置を制御していた。従って、結晶成長中は作業者が常に炉内を観察して装置の操作を行う必要があり、その操作精度も熟練に依存するもので、良好な品質を確実に得ることが困難であった。
【０００６】
又、結晶成長中に何らかの外乱により溶融液温度、特に溶融液面温度が変動した場合、成長中の結晶に欠陥が生じるなどの不具合が生じ、それが原因で、結晶成長が阻害されることがある。結晶成長が阻害された場合は、直ちに結晶を炉外に取り出し、温度を上げるなどの作業が必要である。従来は、作業者が結晶成長の阻害を発見したら、釦操作を行うなどして結晶を炉外に取り出す操作を行っていた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
このように従来のリボン結晶の成長は、作業者の目視による判断で釦操作を行う必要があったため、結晶成長中は常に作業者による観察が必要で、その生産には作業者の熟練と工数とが必要であった。その上、目視ではミリ単位の誤差が生じ、判断ミスによる誤操作が避けられず、又、作業者毎の個人差も大きく、生産コスト及び生産性にも問題があった。
【０００８】
本発明は上述した事情に鑑みて為されたもので、リボン状のシリコン単結晶等を、作業者の熟練に依存することなく、低コストで製造することができるリボン結晶の引上方法及び装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明のリボン結晶の成長方法は、種子結晶を降下させて自由溶融液への接液を撮像装置の画像により検出し、前記接液のメニスカスが保てるように前記自由溶融液の温度を調整し、前記自由溶融液の液温を低下させてウィングアウトを形成し、該ウィングアウトを前記撮像装置の画像により検出し、結晶の引き上げを開始することを特徴とする。
【００１０】
これにより、自由溶融液の固相／液相界面の状態を撮像装置の画像により検出し、各状態を観察しつつ処理を行うことができるので、作業者の熟練に依存していたタイミング等を、画像情報に基づいて確実に判断することができる。従って、熟練していない作業者でも、更には殆ど人手をかけない無人運転でも、正確なリボン結晶の成長を行うことが可能となる。それ故、低コストで良好な品質のリボン結晶の連続引上げが可能となる。
【００１１】
又、本発明によれば、前記種子結晶を一定距離降下せしめ、タイマーにより一定時間降下を停止し、その間に接液の検出を行うという一連の断続的動作を接液状態が検出されるまで繰り返し行うことが好ましい。これにより、種子結晶の接液を確実に行うことができる。特に、メニスカスの保持時間を検出することで、溶融液温度を最適な条件に正確に調整することができ、これにより安定したリボン結晶の引き上げが可能となる。
【００１２】
又、本発明によれば、前記種子結晶の接液中心位置座標と、前記ウィングアウトの両端位置座標とから、前記ウィングアウトの長さ及び対称性を検出することが好ましい。これにより、リボン結晶の引き上げのタイミングを容易に且つ確実に捉えることができる。
【００１３】
又、本発明によれば、引き上げ中のリボン結晶の座標を前記撮像装置の画像から検出し、前記リボン結晶の引上位置が所定の位置にくるように引上装置の相対位置を調整することが好ましい。これにより、作業者がつききりでリボン結晶の引き上げ状態を監視する必要がなくなり、安定した品質のリボン結晶を自動的に引き上げることが可能となる。
【００１４】
本発明のリボン結晶の成長装置は、結晶の溶融液と、前記溶融液を収容する容器と、種子結晶の引き上げ部を有するリボン結晶の成長装置において、種子結晶を降下させて自由溶融液への接液を撮像装置の画像により検出し、前記接液のメニスカスが保てるように前記自由溶融液の温度を調整し、前記自由溶融液の液温を低下させてウィングアウトを形成し、該ウィングアウトを前記撮像装置の画像により検出し、結晶の引き上げを開始する制御装置を有することを特徴とする。
【００１５】
総じて本発明によれば、小型テレビカメラと画像処理装置をリボン結晶引上装置に具備し、所望の測定データが少なくとも０．１ｍｍ単位の高精度で得られるようにし、取込み画像の二値化の方法や取込みエラーのリカバリー方法の最適化も行い、引き上げ状態を高精度で検出できるようにしたものである。このようにして、従来、熟練した作業員が行っていた勘に頼った操作を殆ど自動化することができる。又、画像処理で得られたパラメータの測定値を判断基準とした結晶成長装置の自動制御を行うことにより、作業者が殆ど介在せずにリボン結晶の成長が行える。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について添付図面を参照しながら説明する。
【００１７】
図１は、本発明の実施形態のリボン結晶成長装置を示す。この装置は、外囲器１１内にるつぼ１３を備え、該るつぼ１３内にシリコンの高温の溶融液３を収納する。るつぼ１３の周囲には、ヒータ１５を備え、電源１６から供給される電流によりヒータ１５の発熱温度が制御され、これによりシリコン溶融液３の温度が制御される。るつぼ１３の近傍には熱電対１８が配置され、検出した温度を制御装置２０に出力する。電源１６は制御装置２０の指令によりシリコン溶融液３の温度を０．１℃の単位で精密に制御する。るつぼ１３の上部にはリッド１７が配置され、このリッド１７の略中央部にリボン結晶を引き上げるための開口であるグローススロット１９が配置されている。
【００１８】
外囲器１１の上部中央部には、リボン結晶を引き上げるための開口が設けられ、その上部に引上装置２１が配置されている。引上装置２１は、種子結晶１を引き下ろし、又は引き上げる種子結晶の昇降装置２２と、リボン結晶を連続的に引き上げるリボン結晶引上装置２３とから構成されている。種子結晶１の昇降はモータ２４の回転により、ボールネジ２９が回動し、種子結晶を固定した固定具２５が昇降することにより行われる。種子結晶の昇降速度及び昇降位置は、制御装置２０により制御され、昇降速度は５０ｃｍ／ｍｉｎ、５ｃｍ／ｍｉｎ、２ｃｍ／ｍｉｎ等の速度に制御され、昇降位置は最も精密な部分では０．２ｍｍのピッチで制御される。種子結晶の昇降装置２２は、その最上部まで種子結晶とこれに接続したリボン結晶を引き上げると、以降のリボン結晶の引き上げは、リボン結晶引上装置２３に渡される。リボン結晶引上装置２３は、２本のベルトの間にリボン結晶を挟み込み、モータ２６が回転することによりリボン結晶を連続的に引き上げる。種子結晶の昇降装置２２及びリボン結晶の引上装置２３は、それぞれステージモータ２８，２７により水平方向の任意の位置に高精度で移動可能となっている。
【００１９】
外囲器１１には、シリコン溶融液３の液相／固相を覗けるビデオカメラ３１，３３，３５を備えている。ここでカメラ３１は、シリコン溶融液３におけるリボン結晶の成長位置を略上方から観察できる位置に配置されている。これに対して、カメラ３３，３５は、リボン結晶を側面を見るように斜め上方に配置されている。これらは、いずれもリッド１７に設けられた開口であるグローススロット１９を通してその内部を観察するようになっている。カメラ３１，３３，３５の出力は、図示しないケーブルを介して画像処理装置３７に入力され、パターンマッチング、座標位置の検出処理等の処理が行われる。この結果は、制御装置２０に出力される。
【００２０】
この装置によれば、種子結晶１を昇降装置２２により少しづつ引き降ろし、自由溶融液３に浸け、自由溶融液が結晶成長に適当な温度となるように調整し、種子結晶を中心として対称な一定方向にウィングアウトと呼ばれる結晶成長を開始し、それを昇降装置２２により上方に引き上げることによって、例えば幅５ｃｍ〜７ｃｍ厚さ１００μｍ程度のリボン結晶を成長させることができる。結晶成長炉（るつぼ）１３に結晶成長時の固相／液相界面が覗ける撮像装置３１，３３，３５及び画像処理装置３７を具備し、リボン結晶５の引上げ部近傍の画像信号を演算処理する。これによって、原料の溶融状態の検出、浸液前の種子結晶の高さ位置、種子結晶の接液状態、ウィングアウトの長さ及び非対称性、グローススロット及び結晶両端の位置の検出及び測定、成長中の結晶の成長阻害状態等を検出する。そして、これらによって、結晶成長装置の温度制御及び引上げ機駆動制御を行う。
【００２１】
即ち、この装置には、駆動装置の電気制御により種子結晶を一定距離降下せしめ、タイマーにより一定時間降下を停止し、その間に接液検出を行うという一連の断続的動作を接液状態が検出されるまで繰り返し行う機能を備えている。又、テンプレートマッチングの手段により想定した接液近傍の撮像画像輝度の変化を測定することにより、接液・非接液の状態を検出する機能を備えている。更に又、装置の最小分解能の単位で温度を降下させながら、種子結晶の接液及び接液状態の検出を行うことにより溶融液の温度を最適状態に調整する機能を備えている。
【００２２】
リボン結晶成長の開始にあたっては、溶融液の温度を最適状態に保つことが極めて重要である。シリコンの融点温度以上の場合には、シリコンは液体状態となり、結晶成長は起こらない。結晶成長を起こすには、融点よりも約数℃低い過冷却状態であることが必要である。しかしながら、その程度の温度状態にあるシリコンの溶融液は、液表面の振動によりシリコン溶融液からの放射光の方向が一様でない等の理由で、光温度計による計測が困難である。又、熱電対等を入れると、これにより温度条件が変化するため、直接シリコン溶融液の温度を計測することが不可能である。このため、種子結晶を溶融液に浸け、その先端の溶け方、例えば何秒で溶け落ちるか、により種子結晶が接液した状態の溶融液温度を求める。この種子結晶先端の溶融液温度を高精度に求めることにより、微妙な結晶成長温度を決定することが容易となる。具体的には所望の先端溶融温度から所定の温度下げた温度を結晶成長温度とすることができる。
【００２３】
従来、この種子結晶の浸け方は作業者がテレビカメラのモニターなどによって、種子結晶の降下装置を操作していたため、種子結晶先端の潜り込む量によっては、同じ液温度であっても溶け落ちる時間が異なり結晶を溶融液に浸ける温度も誤差が大きいという問題があった。種子結晶の先端がどの程度溶融液内に潜り込むかは繰り返し再現の困難な作業で作業者の個人差も大きく、微妙な結晶成長を制御する上で種子結晶を浸ける温度を決定することの障害となっていた。上記本発明の装置では、結晶成長開始時の溶融液温度を正確に制御することが可能となるので、上記問題が一挙に解決された。
【００２４】
次に、このリボン結晶成長装置を用いたリボン結晶の成長方法について説明する。
【００２５】
本発明の実施形態では、種子結晶が接液することによって、表面張力で溶融液が種子結晶先端を中心として若干盛り上がる現象を利用することにより種子結晶の接液を検出する。盛り上がった溶融液（メニスカス）は周辺の白熱した構成部品の輻射を反射するため白くなるが、溶融液は黒く見えるので、この輝度変化をテンプレートマッチングによって接液として検出することができる。但し、種子結晶の潜り込みが生じた場合は、溶融液の粘性により液面が凹むため、この輝度変化が得られず接液が検出できない。
【００２６】
そこで、電気信号により種子結晶の降下速度を以下に述べるように自動制御しながら接液を行う。溶融液直上約１０ｍｍ程度のところに種子結晶が高速で降下してきたとき、斜め横から覗くカメラ３３，３５の視野に種子結晶が映し出されることを利用して、斜め横から覗くカメラの視野内に種子結晶の一部が入ることで、テンプレートマッチングによりこれを検出する。次に、断続的に種子結晶を微量ずつ降下させながら接液検出の画像処理を行う。種子結晶の降下速度は、種子結晶の先端が溶融液表面から数ｍｍ以内の位置にくると、例えば０．２ｍｍ下げては画像が接液状態となったか否かを検出する処理を行う。この処理は、現状では約２秒程度かかるので、結局種子結晶は０．２ｍｍ下げて２秒間待ち、更に接液状態が検出されない場合はこの状態を繰り返す。このように種子結晶を微量づつ断続的に降下させることにより、接液検出毎の最大潜り込み量を制限できる上、潜り込んだ種子結晶先端が溶けて先端と溶融液が接する状態になった接液状態が画像処理によって検出可能になる。この画像検出に十分な時間のインターバルを持って断続降下を行うことによって、潜り込みを非接液状態と誤検出し、更に潜り込みを助長する誤動作を回避できる。更に複数のカメラで撮像した信号を同様に画像処理して検出の確率を高めることもできる。こうして画像処理により種子結晶の接液が検出できたら、直ちに種子結晶の降下を停止させる。
【００２７】
次に、溶融液温度の検出及び調整を行う。即ち、上述したように溶融液温度は直接検出することが困難であるが、この温度は結晶成長の品質を左右する上で極めて重要である。この温度の検出及び確認として、種子結晶先端を中心とした盛り上がり（メニスカス）の保持時間を利用して行う。即ち、溶融液の液温が高すぎる場合には、種子結晶の接液と同時にメニスカスはすぐに消滅する。従って、種子結晶先端が接液してメニスカスが形成されると、このメニスカスが保持される時間を計測する。そして、ヒータの発熱温度を下げることにより、溶融液の温度を徐々に下げていき、メニスカスが１５秒間程度以上保持される温度状態を作り出す。この温度状態は、極めてクリティカルな温度である。例えば、０．１℃温度が高いとメニスカスは数秒で消滅してしまうが、その温度より０．１℃下げることによりメニスカスが１５秒間以上保持できる。
【００２８】
図２（ａ）は撮像画像におけるメニスカスの検出を示す。ここでメニスカス３９は、シリコン溶融液３中に種子結晶１の先端を中心として盛り上がった領域であり、反射光を受けて白く見える。これに対して、図２（ｂ）は撮像画像における種子結晶が接液していない状態を示し、メニスカスは存在していない。図２（ｃ）は、図２（ａ）におけるテンプレートマッチング領域Ａを示し、この領域における白い画素領域を予め登録したパターンとのマッチングを取ることで、所定の大きさのメニスカス３９が形成されていることを自動的に判別できる。そして、タイマーによりカウントすることで、メニスカスの保持時間を計測する。このようにして、画像処理によりテンプレートマッチングによるメニスカスの保持時間を計測することで、溶融液の温度を接液状態としての最適温度に調整することができる。後述する結晶成長温度もその温度を基準として高精度に求めることができるので、結晶成長の開始成功確率や結晶成長時の安定度がこれにより飛躍的に向上する。
【００２９】
更に、種子結晶の接液継続時間（保持時間）を測定している時に、ノイズなどの外乱によって接液信号が一時的に途切れることがあると、種子結晶先端が溶解したものと誤作動する場合が考えられる。それを防止するため、例えば接液中の信号が途絶えてから５秒間は、その操作ループを抜けないで、再び接液の信号が生じた場合は、接液時間のタイマーカウントを継続することが効果的である。
【００３０】
こうして、種子結晶の接液及び溶融液温度の測定が終了したら、結晶成長可能な温度まで溶融液を冷却する。その温度は、接液から上記保持時間で求めた溶融液温度からある定まった温度だけ低い温度で結晶を成長させることができる。即ち、結晶成長方向に異方性がある場合は、種子結晶を中心として溶融液面上に線状に結晶が成長する。固化したシリコン結晶は、溶融液よりも輻射率が高い等の理由により、白く見える。この状態が上述したウィングアウト形成であり、ウィングアウトの長さが適度な長さに達したときに結晶引上げを開始する。
【００３１】
溶融液表面は予め結晶成長に好適な温度分布が付与されており、この引上げ開始時のウィングアウトの長さを制御しなければ、溶融液の温度が低すぎたり高すぎたりして、結晶成長の開始の成功確率が低くなる。又、引上げ開始時は種子結晶を鉛直に引上げることにより結晶成長を行うが、種子結晶の先端がウィングアウトした結晶の対称中心でない場合は、バランスを失い成長中の結晶が回転して液面から離れ結晶成長が阻害される。これらの不具合を防止するには、少なくとも４０ｍｍの長さのウィングアウトを少なくとも１ｍｍ（２．５％）の精度で長さ及び非対称性を観察する必要がある。
【００３２】
従来は、この観察は作業者が目視で炉の覗き窓から行っていたが、覗き窓から溶融液表面までの距離が数百ｍｍもあり、覗き窓の視野に限界があるため相当な熟練を要していた。本発明の装置では、図３（ａ）に示すような撮像画像から接液箇所及びウィングアウト両端の座標の検出を行う。即ち、メニスカス３９の中心から延びる白く見えるウィングアウト像４１の両端にパターンマッチング領域Ｂ，Ｃを配置している。そして、図３（ｂ）（ｃ）に示すように、この領域にウィングアウト像４１が入ってくると、テンプレートマッチングによりこれを検出する。ウィングアウトの中心となる接液箇所は、種子結晶の接液検出時にテンプレートマッチングの方法により得られる微少領域の画像を輝度分布の積分平均値を閾値として二値化し、その境界座標から液面盛り上がり（メニスカス）の形状を求め、その頂点を接液座標とすることにより求める。ウィングアウト先端の位置は、溶融液表面の広範囲の領域を観察し、テンプレートマッチングにより微少領域を得て、その輝度分布の積分平均値によって画像を二値化し、その二値画像からウィングアウトした結晶の先端の位置座標を求め、そのウィングアウト成長方向の最大値を求めることにより、ウィングアウト先端位置を１画素単位の精度で求めることができる。ウィングアウトの両端位置座標及び接液中心位置座標から、ウィングアウトした結晶の長さ及び非対称性は容易に算出できる。
【００３３】
こうして、予め与えられたウィングアウトの予定長さ及び非対称性の許容値と測定値を制御装置２０で比較し、これらの条件を満たす場合のみ、自動で結晶引上げを開始するように構成してある。非対称性の許容値を超えた場合で、引上げを行わず再度結晶成長をやり直す場合は、非対称性のデータをフィードバックして温度分布の最適化制御を行うことにより次回の結晶成長の成功率を向上させることもできる。又、種子結晶の接液位置にずれがあって非対称性等の許容値を超えた場合には、許容値を超えないように種子結晶の接液位置を自動的に最適位置に移動せしめることで、結晶成長開始を行うこともできる。
【００３４】
更に、リボン結晶の成長時には、長く引き上がったリボン結晶の両端位置とグローススロットの位置を画像処理により検出することにより、リボン結晶５が常にグローススロット１９の中心で成長するように引上げ位置を位置制御用モータ２７を用いて自動位置制御するように構成している。このことと温度分布の自動最適化システムの相乗効果により、非常に安定した結晶成長が自動で可能となる。図４は、引上げ中のリボン結晶の撮像画像を示す。この画像からリボン結晶両端の位置座標を検出する。成長中の結晶端座標の検出は、固相液相界面は結晶引上げに伴う表面張力による溶融液面の盛り上がりがあるため、全体的に輝度が高く、輪郭がぼやけるため画像検出には不利である。そのため、成長中の結晶の固相液相界面より上側の２点で結晶端座標を求め、それらを統計学的に処理して近似線Ｈ，Ｉを引き、それを延長して固相液相界面付近の結晶端位置座標Ｊ，Ｋを推定する。従って、測定領域がなるべく広くデータ数が多い方が近似線の精度は向上する。ところが、成長中の結晶付近の高さ方向は温度勾配などによって輝度勾配がきついため、広範な領域で結晶端を十分な解像度で二値化できるような閾値を得るのは著しく困難である。
【００３５】
そこで本装置では、輝度が一定と見なせる複数の高さ位置についてテンプレートマッチングにより結晶端近傍の微少領域Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇを設定し、これらの画像について、輝度を微分処理してエッジを際立たせ、更にその輝度分布を積分平均値で二値化して、その座標分布からリボン結晶の幅方向両端部の座標を得ることができる。これらの座標データを統計学的近似手段によって直線で近似して仮想直線Ｈ，Ｉを得ることができる。又、グローススロットについては、中央直線部付近をテンプレートマッチングにより検出し、その近傍の微少領域について、輝度積分平均値による二値化を行って形状の座標を求め、統計学的直線近似を行って仮想直線を求める。この仮想直線をグローススロット内の任意の場所に平行移動し、前述の結晶左右端の近似直線との交点を求め、その座標を結晶端座標とする。
【００３６】
又、グローススロットについては、テンプレートマッチングにより左右下端近傍の微少領域を設定し、その領域で輝度の積分平均値による二値化を実行し、二値画像からグローススロットの左右端の座標を求める。グローススロットの左右両端、及び結晶の左右両端の差を比較することにより、容易に結晶の変位が算出できる。場合によっては、ある期間の平均値を採るなどして、変位差を補正するように引上げ機の移動ステージを電動で駆動することにより、無人で結晶をグローススロットの中心に維持することができる。より高精度に位置修正を行うには、左右のカメラからも画像情報を読み取り、画像処理の３次元化を行い、位置修正もｘｙθ電動ステージによる３次元化処理を行うことにより達成できる。
【００３７】
又、結晶成長が何らかの要因により阻害され、液面と結晶が離れた場合は、結晶成長中は結晶が溶融液と接触しているために融液表面が持ち上がり白く輝くのに対して、結晶が溶融液表面から離れることにより、溶融液表面は反射がなくなり黒くなる。この輝度比重の変化を検出することによって、結晶成長が阻害され、液面から離れたことを自動的に検出することができる。更に、リボン結晶の成長阻害が検出されたら、直ちに、溶融液温度を上げ、結晶の下端が炉の外に出るまで高速で取り出し、結晶が完全に炉の外へ出たら、何らかの方法で警報を出すように装置をシーケンス制御することによって、結晶成長終了後の操作も自動化できる。
【００３８】
尚、上記実施形態においては、本発明の好ましい一態様を述べたに過ぎず、種々の変形実施例が可能なことは勿論である。特に、画像処理の手法等は、処理速度と検出精度の関係から状況において種々の手法の採用が検討されるべきである。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、リボン結晶成長に際して液相／固相界面の状態を画像処理することで、安定したリボン結晶の成長が行える。これにより、これまでの勘に頼った作業を排除することができ、製品品質が安定し、製造歩留まりが向上し、生産コストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態のリボン結晶成長装置の説明図であり、（ａ）は正面から見た状態を示し、（ｂ）は側面から見た状態を示す。
【図２】撮像画像におけるメニスカスの形成状態を示した図であり、（ａ）はメニスカスの形成後、（ｂ）はメニスカスの形成前、（ｃ）は（ａ）のＡ部拡大図である。
【図３】撮像画像における、（ａ）はウィングアウト形成状態を示した図であり、（ｂ）及び（ｃ）はそれぞれ先端部の拡大図である。
【図４】撮像画像におけるリボン結晶の引き上げ状態を示した図である。
【符号の説明】
１            種子結晶
３            溶融液
５            リボン結晶
１１            外囲器
１３            るつぼ
１５            ヒータ
１７            リッド
１９            グローススロット
２０            制御装置
２１            引上装置
３１，３３，３５            ビデオカメラ
３７            画像処理装置
３９            メニスカス
４１            ウィングアウト
【図１】
0004056206.tif 000002
【図２】
0004056206.tif 000003
【図３】
0004056206.tif 000004
【図４】
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