(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内壁が艶消し黒色になされていると共に、黒色に着色された水を満たされ、かつ、単結晶引上装置のルツボ受け皿上に載置される容器と、
容器の上方に位置して配置された照明光源と、
容器の液面に写る照明光源を撮影する撮影手段と、
撮影画像を白黒の二値化画像に変換する二値化手段と、
該変換された二値化画像中に照明光源の揺れを測定するための検知エリアを設定する検知エリア設定手段と、
該設定した検知エリア内の白画素または黒画素の数を計数し、該計数値を液面の振動状態を示す測定値として出力する画素計数手段と、
を備えたことを特徴とする単結晶引上装置における液面振動測定装置。
【請求項２】
前記画素計数手段で計数した画素の数を予め設定した判定基準値と比較することにより液面振動の良否を判定する判定手段を付加したことを特徴とする請求項１に記載された単結晶引上装置における液面振動測定装置。
【請求項３】
前記画素計数手段で計数した白画素または黒画素の計数値と前記判定手段による判定結果とを格納記録するデータ記憶手段を付加したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載された単結晶引上装置における液面振動測定装置。
【請求項４】
前記請求項１乃至請求項３のいずれかに記載された液面振動測定装置を用いた、単結晶引上装置における冷間での液面振動の測定方法であって、
液体を満たした容器を単結晶引上装置のルツボ受け皿上に載置するとともに、該容器の上方に位置して照明光源を配置し、
ルツボ受け皿をまわして容器を回転させながら容器の液面に写る照明光源を撮影し、
該撮影画像を二値化した後、該二値化画像中に設定した検知エリア内の白画素または黒画素の数を計数し、液面振動を数値化することを特徴とする単結晶引上装置における液面振動の測定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＣＺ（チョクラルスキー）法を利用した単結晶引上装置における冷間での液面振動の測定方法とその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＣＺ法を利用した単結晶引上げにおいて、融液面の振動は結晶の転位発生やちぎれの要因となる。融液面の振動が発生した場合、引上げを中止するしか解決策がない。このため、実際にシリコンなどの半導体を溶融して単結晶の引上げを行なう前に、単結晶引上装置に融液面の振動が起きないことを確認していた。
【０００３】
従来における液面振動の点検方法は、冷間において、水を張った容器をルツボ受け皿に載せ、ルツボシャフトを所定の回転数で回転させた時の水面の揺らぎを作業者が目視で観測し、その良否を判定していた。
なお、この点検で不合格と判定された場合の融液面の振動原因としては、ルツボ駆動部構成部品の故障や破損、ホットゾーンの取付不備、カーボンルツボシャフト（ペディスタル）への析出物付着などが考えられ、これらに対する必要な対策を施していた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来の点検方法の場合、良否の判定が作業者の主観的な判断のみで決まるため、個人差があり、良否判定の明確な基準を設定することができないという課題があった。また、点検結果を数値的に記録することもできず、データとして残すことができなかった。このため、液面の振動（液面の揺らぎ）を数値化し、良否の判定基準を標準化する要望があった。
【０００５】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、液面の振動を数値化して取り出すことができるとともに、液面振動の良否を自動的に判定することができる単結晶引上装置における液面振動の測定方法とその装置を提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するためになされた本発明にかかる単結晶引上装置における液面振動測定装置は、内壁が艶消し黒色になされていると共に、黒色に着色された水を満たされ、かつ、単結晶引上装置のルツボ受け皿上に載置される容器と、容器の上方に位置して配置された照明光源と、容器の液面に写る照明光源を撮影する撮影手段と、撮影画像を白黒の二値化画像に変換する二値化手段と、該変換された二値化画像中に照明光源の揺れを測定するための検知エリアを設定する検知エリア設定手段と、該設定した検知エリア内の白画素または黒画素の数を計数し、該計数値を液面の振動状態を示す測定値として出力する画素計数手段と、を備えたことを特徴としている。
【０００７】
このような構成とした場合、撮影手段で撮影した照明光源の画像は二値化手段で白黒の二値化画像に変換される。検知エリア設定手段は変換された二値化
画像中に照明光源の形の崩れを検知するための検知エリアを設定する。画素計数手段は、この設定した検知エリア内の白画素または黒画素の数を計数し、該計数値を液面の振動状態を示す測定値として出力する。前記液面に振動がない場合には、画素計数手段による計数値は０または０に近い値となる。
一方、ルツボシャフトを回転させたときに液面に揺らぎが発生すれば、液面に写る照明光源の形はその揺れの大きさに比例してゆがみ、崩れていく。したがって、この照明光源の形の崩れ、すなわち、単結晶引上装置における液面振動の大きさを数値化することができる。
【０００８】
更に、前記容器の内壁が艶消し黒色になされているため、液面に写る照明光源の形をより明瞭とすることができ、Ｓ／Ｎ比を向上させることができる。  更にまた、液体が黒色に着色されている水であるため、液面に写る照明光源の形を明瞭とすることができ、Ｓ／Ｎ比を向上させることができる。また、液体として用いる水は、容易に入手することができるとともに、安心して使うことができるので、より安全に測定を行なうことができる。
【０００９】
ここで、前記画素計数手段で計数した画素の数を予め設定した判定基準値と比較することにより液面振動の良否を判定する判定手段を付加することが望ましい。このような構成とした場合、液面振動の良否を自動的に判定することができる。また、前記画素計数手段で計数した白画素または黒画素の計数値と前記判定手段による判定結果とを格納記録するデータ記憶手段を付加することが望ましい。このような構成とした場合、測定値や判定結果などをデータとして残すことができる。
【００１０】
また、上記目的を達成するためになされた本発明にかかる単結晶引上装置における液面振動の測定方法は、前記液面振動測定装置を用いた、単結晶引上装置における冷間での液面振動の測定方法であって、液体を満たした容器を単結晶引上装置のルツボ受け皿上に載置するとともに、該容器の上方に位置して照明光源を配置し、ルツボ受け皿をまわして容器を回転させながら容器の液面に写る照明光源を撮影し、該撮影画像を二値化した後、該二値化画像中に設定した検知エリア内の白画素または黒画素の数を計数し、液面振動を数値化することを特徴としている。
【００１１】
このような構成とした場合、液面に揺らぎがない状態では、液面は鏡のように平らで、まったく歪みのない照明光源の形を写し出す。しかし、ルツボシャフトを回転させたときに液面に揺らぎが発生すれば、液面に写る照明光源の形はその揺れの大きさに応じてゆがみ、崩れていく。したがって、この照明光源の形の崩れを測定することで液面の揺らぎ、すなわち、単結晶引上装置における液面の振動の大きさを測定し、数値化することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１および図２に本発明の一実施の形態を示す。図１は本発明に係る液面振動測定装置の構成を示すブロック図、図２は容器とＣＣＤカメラ部分の略示斜視図である。
【００１３】
単結晶引上装置には、溶融シリコンを蓄えておく石英ガラスルツボおよびこれを支持するカーボンルツボを備えている（図示略）。カーボンルツボは、図示したルツボ受け皿１上に載置され、ルツボシャフト２を回転駆動することによってルツボ受け皿１とともに回転されるようになっている。
【００１４】
本発明の液面振動測定装置は、ルツボ受け皿１上に載せるための水３を張った容器４と、容器４の上方であって、容器内の水面３ａに写り込む位置に設置されたリング状照明光源５と、該リング状照明光源５の姿が写り込んだ容器内の水面３ａを撮影するＣＣＤカメラ６と、液面振動を画像処理によって測定するための画像処理装置７、液面振動の状態をモニタするためのＣＲＴなどの表示装置８とから構成されている。
【００１５】
前記画像処理装置７は、ＣＣＤカメラ６で撮影した容器内の水面３ａの撮影画像を所定のしきい値で二値化して白黒の二値化画像に変換する二値化回路９と、二値化画像中に液面振動測定用の検知エリアを設定する検知エリア設定部１０と、設定した検知エリア１０内に存在する白画素の数を計数する画素計数部１１と、計数された白画素の数をあらかじめ用意した判定基準値Ｓと比較することによって液面振動の良否を判定する判定回路１２と、モニタ映像信号を生成する映像信号生成回路１３、データ記憶部１４とから構成されている。通常、この画像処理装置７はパーソナルコンピュータを用いてソフトウエアによって構成されるが、専用のハードウェア回路によって構成することもできる。
【００１６】
液面振動の測定は、規定の回転数でルツボシャフト２を回転させ、ルツボ受け皿１とその上に載った容器４を回転させることにより行なう。なお、このとき水面３ａに写るリング状照明光源５の全景が常にＣＣＤカメラ６の視野に入っているように、容器４とＣＣＤカメラ６の位置を設定する。
【００１７】
ＣＣＤカメラ６は回転する容器４内の水面３ａを撮影し、その撮影画像を画像処理装置７に送る。ＣＣＤカメラ６による撮影画像２１の例を図３、図４に示す。図３は容器４内の水面３ａに揺らぎ、すなわち液面の振動がない場合の例、図４は揺らぎのある場合の例をそれぞれ示すものである。液面振動がない場合、リング状照明光源５は真円となるが、液面振動がある場合には、その振動の大きさに応じた歪んだ画像となる。
【００１８】
画像処理装置７の二値化回路９は、前記ＣＣＤカメラ６から送られてくる図３または図４に示すような画像信号を所定のしきい値によって二値化し、図５または図６に示すような白黒の二値化画像２２に変換した後、検知エリア設定部１０に送る。
【００１９】
検知エリア設定部１０は、送られてきた二値化画像中に、図７にハッチングして示すような所定形状からなる検知エリア２３を設定する。すなわち、液面振動がない場合のリング状照明光源５の輪郭を境界線としてその外側に向かって広がる矩形状、円形状などの任意の形状からなる検知エリア２３を設定する。なお、図示例の場合、検知エリア２３は、リング状照明光源５の輪郭よりも外側に広がった矩形エリアとして設定されている。
【００２０】
画素計数部１１は、上記設定された検知エリア２３内に含まれる白画素の数を計数し、その計数結果を判定部１２に送る。例えば、図５の液面振動のない二値化画像の場合、検知エリア２３の設定画像は図７に示すようなものとなるので、ハッチングして示した検知エリア２３内には白画素はまったく存在せず、白画素の計数値は０となる。一方、図６のように液面振動がある二値化画像の場合、検知エリア２３内の白画素のみを抜き出して示すと、図８に示すようなものとなり、液面振動の大きさに比例したものとなる。
【００２１】
判定部１２は、画素計数部１１から送られてくる白画素の数をあらかじめ設定した判定基準値Ｓと比較し、白画素の数が該判定基準値Ｓよりも小さい場合には、液面振動がないものと判定し、その判定結果を出力する。また、白黒画素の数判定基準値Ｓよりも大きい場合には、液面振動があるものと判定し、その判定結果を出力する。そして、これらの測定データと判定結果は、数値データとしてデータ記憶部１４に格納記憶される。
【００２２】
このようにして、単結晶引上装置に液面振動が発生するか否かを実際に単結晶の引上作業を行なう前に確認することができる。なお、得られた画像や判定結果は映像信号生成回路１３に送られ、必要に応じて表示装置８のＣＲＴ画面上に表示される。また、データ記憶部１４に格納記憶された測定データは、必要に応じて図示を略したプリンタなどでプリントアウトされる。
【００２３】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、リング状照明光源５以外の外部光がある場合には、容器４、リング状照明光源５、ＣＣＤカメラ６の納まる暗室を設けてもよい。また、上記実施の形態では、白画素を計数するようにしたが、白黒を反転すれば黒画素を計数するように構成することもできる。また、リング状照明光源５の水面への写り込みをよくするために、容器４の内面は艶消しの黒色とすることが望ましい。また、容器４内を満たす水３を黒色に着色すればさらに望ましいものとなる。また、容器４に入れる液体としては水に限られるものではなく、他の液体であってもよいものである。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に係る発明によれば、単結晶引上装置における液面の振動を数値化して検出することができ、従来のように作業者の主観に頼ることなく、正確で客観的な液面の振動判定を行なうことができる。
また、請求項２記載の発明によれば、単結晶引上装置における液面の振動を数値化することができる液面振動測定装置を得ることができる。
特に、請求項３記載の発明によれば、判定手段を付加したので、液面振動の良否を判定することが可能となる。また、請求項４記載の発明によれば、データ記憶手段を付加したので、液面振動の測定値や判定結果などをデータとして残すことができる。
【００２５】
また、請求項５記載の発明によれば、容器の内壁を艶消し黒色としたので、液面に写る照明光源の形をより明瞭に浮き上がらせることができ、Ｓ／Ｎ比を向上することができる。更に、請求項６記載の発明によれば、液体が黒色の液体または黒色に着色されている液面に写る照明光源の形をさらに明瞭とすることができ、Ｓ／Ｎ比をさらに向上させることができる。また、請求項７記載の発明によれば、液体として水を用いたので、より安全に測定を行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る液面振動測定装置の構成を示すブロック図である。
【図２】容器とＣＣＤカメラ部分の略示斜視図である。
【図３】容器内の水面に揺らぎがない場合のＣＣＤカメラによる撮影画像の例を示す図である。
【図４】図４は揺らぎのある場合のＣＣＤカメラによる撮影画像の例を示す図である。
【図５】図３の画像の二値化画像を示す図である。
【図６】図４の画像の二値化画像を示す図である。
【図７】検知エリアの設定状態を示す図である。
【図８】検知エリア内の白画素の画像を示す図である。
【符号の説明】
１    ルツボ受け皿
２    ルツボシャフト
３    水
３ａ  水面
４    容器
５    リング状照明高原
６    ＣＣＤカメラ
７    画像処理装置
８    表示装置
９    二値化回路
１０  検知エリア設定部
１１  画素計数部
１２  判定部
１３  映像信号生成回路
１４  データ記憶部
Ｓ    判定基準値
【図１】
0004190103.tif 000002
【図２】
0004190103.tif 000003
【図３】
0004190103.tif 000004
【図４】
0004190103.tif 000005
【図５】
0004190103.tif 000006
【図６】
0004190103.tif 000007
【図７】
0004190103.tif 000008
【図８】
0004190103.tif 000009