JP2000264780A - 半導体単結晶引き上げ装置における溶融検知方法および装置 - Google Patents
半導体単結晶引き上げ装置における溶融検知方法および装置Info
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- JP2000264780A JP2000264780A JP11075154A JP7515499A JP2000264780A JP 2000264780 A JP2000264780 A JP 2000264780A JP 11075154 A JP11075154 A JP 11075154A JP 7515499 A JP7515499 A JP 7515499A JP 2000264780 A JP2000264780 A JP 2000264780A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 半導体単結晶引上げ装置のメルト工程におけ
る半導体原料の溶融完了、インゴットの再溶融完了を自
動的に検出することができ、作業者の負担を軽減できる
とともに、引上げ工程への移行を自動化することが可能
な半導体原料の溶融検知方法とその装置検知方法とその
装置を提供する。 【解決手段】 半導体単結晶引き上げ装置1における半
導体原料108(インゴット)の溶融検知装置2であっ
て、るつぼ102内を撮影する2次元CCDカメラ20
1と、該2次元CCDカメラで撮影した撮影画像を白黒
の2値画像に変換し、該変換した2値画像中のるつぼ内
の白画素または黒画素の数を計数し、該計数した白画素
または黒画素の数からるつぼ内の半導体原料の溶融完了
を検出する画像処理装置202とから構成する。
る半導体原料の溶融完了、インゴットの再溶融完了を自
動的に検出することができ、作業者の負担を軽減できる
とともに、引上げ工程への移行を自動化することが可能
な半導体原料の溶融検知方法とその装置検知方法とその
装置を提供する。 【解決手段】 半導体単結晶引き上げ装置1における半
導体原料108(インゴット)の溶融検知装置2であっ
て、るつぼ102内を撮影する2次元CCDカメラ20
1と、該2次元CCDカメラで撮影した撮影画像を白黒
の2値画像に変換し、該変換した2値画像中のるつぼ内
の白画素または黒画素の数を計数し、該計数した白画素
または黒画素の数からるつぼ内の半導体原料の溶融完了
を検出する画像処理装置202とから構成する。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体単結晶引き
上げ装置における溶融検知方法とその装置に関する。
上げ装置における溶融検知方法とその装置に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体の単結晶引上げ装置、例えばCZ
法を利用したシリコン単結晶引き上げ装置では、小片に
砕いた棒状多結晶シリコンを石英ガラス製のるつぼ内に
投入して溶融させた後(メルト工程)、シリコン融液面
に結晶成長の核となる種結晶(シード)をワイヤで吊る
して浸し、種結晶をゆっくりと回転させながら引き上げ
ていくこと(引上げ工程)により、種結晶の先端から単
結晶シリコンを成長させていくようにしている。このよ
うに、種結晶の先端から単結晶シリコンを成長させてい
くには、前記したメルト工程において、るつぼ内に投入
した棒状多結晶シリコンなどの半導体原料が完全に溶融
したことを確認する必要がある。従来、このメルト工程
における半導体原料の溶融完了の確認は、作業者が覗き
窓からるつぼ内を覗くことによって目視で行なってい
た。
法を利用したシリコン単結晶引き上げ装置では、小片に
砕いた棒状多結晶シリコンを石英ガラス製のるつぼ内に
投入して溶融させた後(メルト工程)、シリコン融液面
に結晶成長の核となる種結晶(シード)をワイヤで吊る
して浸し、種結晶をゆっくりと回転させながら引き上げ
ていくこと(引上げ工程)により、種結晶の先端から単
結晶シリコンを成長させていくようにしている。このよ
うに、種結晶の先端から単結晶シリコンを成長させてい
くには、前記したメルト工程において、るつぼ内に投入
した棒状多結晶シリコンなどの半導体原料が完全に溶融
したことを確認する必要がある。従来、このメルト工程
における半導体原料の溶融完了の確認は、作業者が覗き
窓からるつぼ内を覗くことによって目視で行なってい
た。
【0003】また、単結晶引上げ工程において結晶が単
結晶から多結晶に変化した場合、引上げたインゴットを
再溶融させ、再度引き上げを行うことがある。この場合
においても、前記した場合と同様、一旦引上げられたイ
ンゴットが完全に溶融したことを確認する必要がある。
従来、このインゴットの再溶融完了の確認は、作業者が
覗き窓からるつぼ内を覗くことによって目視で行なって
いた。
結晶から多結晶に変化した場合、引上げたインゴットを
再溶融させ、再度引き上げを行うことがある。この場合
においても、前記した場合と同様、一旦引上げられたイ
ンゴットが完全に溶融したことを確認する必要がある。
従来、このインゴットの再溶融完了の確認は、作業者が
覗き窓からるつぼ内を覗くことによって目視で行なって
いた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで、半導体原料
あるいはまたインゴットが完全に溶融するまでにはかな
りの時間がかかるため、目視による確認の場合、作業者
は一定時間毎に繰り返し監視を行なう必要があった。こ
のため、作業者の負担が大きくなるとともに、作業者に
よる溶融完了の判断がばらつき、自動化が困難であっ
た。また、監視のタイミングが合わないと、溶融が完了
しているにもかかわらず作業者が気づかず、スループッ
トの低下、電力量の増大、部材の劣化などを引き起こ
す。
あるいはまたインゴットが完全に溶融するまでにはかな
りの時間がかかるため、目視による確認の場合、作業者
は一定時間毎に繰り返し監視を行なう必要があった。こ
のため、作業者の負担が大きくなるとともに、作業者に
よる溶融完了の判断がばらつき、自動化が困難であっ
た。また、監視のタイミングが合わないと、溶融が完了
しているにもかかわらず作業者が気づかず、スループッ
トの低下、電力量の増大、部材の劣化などを引き起こ
す。
【0005】本発明は、上記のような問題を解決するた
めになされたもので、半導体単結晶引上げ装置のメルト
工程における半導体原料の溶融完了を自動的に検出する
ことができ、作業者の負担を軽減できるとともに、メル
ト工程から引上げ工程への移行を自動化することが可能
な半導体単結晶引き上げ装置における溶融検知方法とそ
の装置を提供することを目的とする。また、本発明は、
インゴットの再溶融完了を自動的に検出することがで
き、作業者の負担を軽減できるとともに、再引上げ工程
への移行を自動化することが可能な半導体単結晶引き上
げ装置における溶融検知方法とその装置を提供すること
を目的とする。
めになされたもので、半導体単結晶引上げ装置のメルト
工程における半導体原料の溶融完了を自動的に検出する
ことができ、作業者の負担を軽減できるとともに、メル
ト工程から引上げ工程への移行を自動化することが可能
な半導体単結晶引き上げ装置における溶融検知方法とそ
の装置を提供することを目的とする。また、本発明は、
インゴットの再溶融完了を自動的に検出することがで
き、作業者の負担を軽減できるとともに、再引上げ工程
への移行を自動化することが可能な半導体単結晶引き上
げ装置における溶融検知方法とその装置を提供すること
を目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の溶融検出方法は、るつぼ内を撮像手段によ
って撮影し、該撮影画像を白黒の2値画像に変換した
後、該変換した2値画像中のるつぼ内の白画素または黒
画素の数を計数し、該計数した白画素または黒画素の数
からるつぼ内の半導体原料の溶融完了を検出するように
したものである。
め、本発明の溶融検出方法は、るつぼ内を撮像手段によ
って撮影し、該撮影画像を白黒の2値画像に変換した
後、該変換した2値画像中のるつぼ内の白画素または黒
画素の数を計数し、該計数した白画素または黒画素の数
からるつぼ内の半導体原料の溶融完了を検出するように
したものである。
【0007】このような構成とした場合、半導体単結晶
引上げ装置のメルト工程における半導体原料の溶融完了
を画像処理によって自動的に検出することができる。こ
のため、作業者による目視監視を不要とすることができ
る。
引上げ装置のメルト工程における半導体原料の溶融完了
を画像処理によって自動的に検出することができる。こ
のため、作業者による目視監視を不要とすることができ
る。
【0008】また、本発明の溶融検知装置は、るつぼ内
を撮影する撮像手段と、該撮像手段で撮影した撮影画像
を白黒の2値画像に変換し、該変換した2値画像中のる
つぼ内の白画素または黒画素の数を計数し、該計数した
白画素または黒画素の数からるつぼ内の半導体原料の溶
融完了を検出する画像処理装置とを備えることにより構
成したものである。
を撮影する撮像手段と、該撮像手段で撮影した撮影画像
を白黒の2値画像に変換し、該変換した2値画像中のる
つぼ内の白画素または黒画素の数を計数し、該計数した
白画素または黒画素の数からるつぼ内の半導体原料の溶
融完了を検出する画像処理装置とを備えることにより構
成したものである。
【0009】このような構成とした場合、半導体単結晶
引上げ装置のメルト工程における半導体原料の溶融完了
を画像処理によって自動的に検出することができ、作業
者の負担を軽減し、メルト工程から引上げ工程への移行
を自動化することが可能な半導体原料の溶融検知装置を
得ることができる。
引上げ装置のメルト工程における半導体原料の溶融完了
を画像処理によって自動的に検出することができ、作業
者の負担を軽減し、メルト工程から引上げ工程への移行
を自動化することが可能な半導体原料の溶融検知装置を
得ることができる。
【0010】また、本発明の溶融検知方法は、るつぼ内
のインゴットの所定位置に、あるいはまたインゴットと
その近辺の半導体融液面の両方を含む所定の位置に予め
溶融検知のための監視エリアを設定し、該監視エリアを
撮像手段によって撮影し、該監視エリアの撮影画像を白
黒の2値画像に変換した後、該変換した2値画像を用い
て監視エリア内の白画素または黒画素の数を計数し、該
計数した白画素または黒画素の数の変化からインゴット
の溶融完了を検出するようにしたものである。
のインゴットの所定位置に、あるいはまたインゴットと
その近辺の半導体融液面の両方を含む所定の位置に予め
溶融検知のための監視エリアを設定し、該監視エリアを
撮像手段によって撮影し、該監視エリアの撮影画像を白
黒の2値画像に変換した後、該変換した2値画像を用い
て監視エリア内の白画素または黒画素の数を計数し、該
計数した白画素または黒画素の数の変化からインゴット
の溶融完了を検出するようにしたものである。
【0011】このような構成とした場合、インゴットの
再溶融完了を画像処理によって自動的に検出することが
できる。このため、作業者による目視監視を不要とする
ことができる。
再溶融完了を画像処理によって自動的に検出することが
できる。このため、作業者による目視監視を不要とする
ことができる。
【0012】また、本発明の溶融検知装置は、るつぼ内
のインゴットの所定の位置に、あるいはまたインゴット
とその近辺の半導体融液面の両方を含む所定の位置に予
め設定した溶融検知のための監視エリアを撮影する撮像
手段と、該撮像手段で撮影した撮影画像を白黒の2値画
像に変換し、該変換した2値画像における監視エリア内
の白画素または黒画素の数を計数し、該計数した白画素
または黒画素の数の変化からインゴットの溶融完了を検
出する画像処理装置とを備えることにより構成されたも
のである。
のインゴットの所定の位置に、あるいはまたインゴット
とその近辺の半導体融液面の両方を含む所定の位置に予
め設定した溶融検知のための監視エリアを撮影する撮像
手段と、該撮像手段で撮影した撮影画像を白黒の2値画
像に変換し、該変換した2値画像における監視エリア内
の白画素または黒画素の数を計数し、該計数した白画素
または黒画素の数の変化からインゴットの溶融完了を検
出する画像処理装置とを備えることにより構成されたも
のである。
【0013】このような構成とした場合、インゴットの
再溶融完了を画像処理によって動的に検出することがで
き、作業者の負担を軽減し、引上げ工程への移行を自動
化することが可能なインゴットの溶融検知装置を得るこ
とができる。
再溶融完了を画像処理によって動的に検出することがで
き、作業者の負担を軽減し、引上げ工程への移行を自動
化することが可能なインゴットの溶融検知装置を得るこ
とができる。
【0014】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図面を参照して説明する。まず、半導体原料の溶融を検
知する溶融検知装置及び検知方法にかかる実施形態につ
いて、図1および図2に基づいて説明する。ここで、図
1は本発明になる半導体原料の溶融検知装置を付設した
CZ式シリコン単結晶引き上げ装置の全体構成図、図2
は図1中の画像処理装置の回路例を示す図である。
図面を参照して説明する。まず、半導体原料の溶融を検
知する溶融検知装置及び検知方法にかかる実施形態につ
いて、図1および図2に基づいて説明する。ここで、図
1は本発明になる半導体原料の溶融検知装置を付設した
CZ式シリコン単結晶引き上げ装置の全体構成図、図2
は図1中の画像処理装置の回路例を示す図である。
【0015】図1において、1はCZ式シリコン単結晶
引き上げ装置(以下、「単結晶引き上げ装置」と略
称)、2は本発明になる半導体原料の溶融検知装置(以
下、「溶融検知装置」と略称)、3は種結晶である。
引き上げ装置(以下、「単結晶引き上げ装置」と略
称)、2は本発明になる半導体原料の溶融検知装置(以
下、「溶融検知装置」と略称)、3は種結晶である。
【0016】単結晶引き上げ装置1は、黒鉛製ヒータ1
01などで加熱される石英ガラス製のるつぼ102を備
えている。このるつぼ102は黒鉛製るつぼ120でそ
の外周部が支持されており、下部に連結された回転軸1
21によって、回転自在に支持されている。そしてこの
るつぼ102の周囲は真空容器103で囲まれている。
この真空容器103の首部上端には、モータや巻き上げ
ドラムなどで構成された結晶回転・昇降機構104が設
置されている。結晶成長の核となる種結晶3は、この結
晶回転・昇降機構104につながれたステンレスまたは
モリブデン製のワイヤ105の先端に、シードチャック
などで把持されて吊り下げられており、種結晶回転・昇
降機構104によって回転・昇降自在に構成されてい
る。
01などで加熱される石英ガラス製のるつぼ102を備
えている。このるつぼ102は黒鉛製るつぼ120でそ
の外周部が支持されており、下部に連結された回転軸1
21によって、回転自在に支持されている。そしてこの
るつぼ102の周囲は真空容器103で囲まれている。
この真空容器103の首部上端には、モータや巻き上げ
ドラムなどで構成された結晶回転・昇降機構104が設
置されている。結晶成長の核となる種結晶3は、この結
晶回転・昇降機構104につながれたステンレスまたは
モリブデン製のワイヤ105の先端に、シードチャック
などで把持されて吊り下げられており、種結晶回転・昇
降機構104によって回転・昇降自在に構成されてい
る。
【0017】また、るつぼ102は、るつぼ回転・昇降
機構106上に設置されており、るつぼ全体を自在に回
転・昇降できるように構成されている。真空容器103
の肩部には透明な石英ガラス製の覗き窓107が設けら
れており、この窓部分に、後述する2次元CCDカメラ
201がるつぼ102内に向けて設置されている。な
お、108はるつぼ102内に投入された半導体原料と
してのシリコン塊、109は溶融したシリコンの融液面
である。
機構106上に設置されており、るつぼ全体を自在に回
転・昇降できるように構成されている。真空容器103
の肩部には透明な石英ガラス製の覗き窓107が設けら
れており、この窓部分に、後述する2次元CCDカメラ
201がるつぼ102内に向けて設置されている。な
お、108はるつぼ102内に投入された半導体原料と
してのシリコン塊、109は溶融したシリコンの融液面
である。
【0018】溶融検知装置2は、覗き窓107からるつ
ぼ102内のシリコン塊108とシリコン融液面109
を撮影する2次元CCDカメラ(撮像手段)201と、
シリコン塊108の溶融状態を画像処理によって検知す
るための画像処理装置202と、モニタテレビ203、
報知手段としてのブザー204や表示灯205から構成
されている。
ぼ102内のシリコン塊108とシリコン融液面109
を撮影する2次元CCDカメラ(撮像手段)201と、
シリコン塊108の溶融状態を画像処理によって検知す
るための画像処理装置202と、モニタテレビ203、
報知手段としてのブザー204や表示灯205から構成
されている。
【0019】画像処理装置202は、図2にその回路例
を示すように、2次元CCDカメラ201によって撮影
された画像を白黒の2値画像に変換する2値画像変換部
206と、該変換された2値画像中のるつぼ内の黒画素
の数を計数する黒画素計数部207と、該計数された黒
画素の数が予め設定した比較基準値より小さくなった時
にシリコン塊108の完全溶融として判定する溶融判定
部208と、該溶融判定部208の判定結果に従って溶
融完了の検知信号を出力する信号出力部209とから構
成されている。なお、この画像処理装置202は、パー
ソナルコンピュータなどを用いてブログラム上でソフト
ウェア的に構成してもよいし、専用のハードウェア回路
によって構成してもよいものである。
を示すように、2次元CCDカメラ201によって撮影
された画像を白黒の2値画像に変換する2値画像変換部
206と、該変換された2値画像中のるつぼ内の黒画素
の数を計数する黒画素計数部207と、該計数された黒
画素の数が予め設定した比較基準値より小さくなった時
にシリコン塊108の完全溶融として判定する溶融判定
部208と、該溶融判定部208の判定結果に従って溶
融完了の検知信号を出力する信号出力部209とから構
成されている。なお、この画像処理装置202は、パー
ソナルコンピュータなどを用いてブログラム上でソフト
ウェア的に構成してもよいし、専用のハードウェア回路
によって構成してもよいものである。
【0020】まず最初に、本発明の溶融検知装置2によ
る溶融検知動作の詳細を説明する前に、単結晶引き上げ
装置1のメルト工程およびこれに続く単結晶の引上げ工
程について簡単に説明する。
る溶融検知動作の詳細を説明する前に、単結晶引き上げ
装置1のメルト工程およびこれに続く単結晶の引上げ工
程について簡単に説明する。
【0021】原料となる棒状多結晶シリコンはブロック
状に砕かれ、シリコン塊108となってるつぼ102内
に投入され、黒鉛製ヒータ101などで加熱することに
より溶融される(メルト工程)。一方、種結晶3はワイ
ヤ105の先端に図示を略したシードチャックなどで把
持され、るつぼ102の中心上方に吊り下げられる。そ
して、シリコン塊108が完全に溶融すると、シード、
ネック、ボディの各工程からなる単結晶の引上げ工程へ
と移行する。
状に砕かれ、シリコン塊108となってるつぼ102内
に投入され、黒鉛製ヒータ101などで加熱することに
より溶融される(メルト工程)。一方、種結晶3はワイ
ヤ105の先端に図示を略したシードチャックなどで把
持され、るつぼ102の中心上方に吊り下げられる。そ
して、シリコン塊108が完全に溶融すると、シード、
ネック、ボディの各工程からなる単結晶の引上げ工程へ
と移行する。
【0022】すなわち、処理が単結晶の引上げ工程へ移
行すると、結晶回転・昇降機構104によってワイヤ1
05が下方へ向かって降ろされ、ワイヤ105の先端に
吊り下げられた種結晶3の先端がるつぼ102内のシリ
コン融液109に浸けられるとともに、結晶回転・昇降
機構104とるつぼ回転・昇降機構106は所定の駆動
が開始され、種結晶とるつぼ102は互いに反対方向に
向かって所定の速度でゆっくりと回転されながら引き上
げが開始される(シード工程)。これによって、種結晶
3の先端から単結晶の成長が始まる。
行すると、結晶回転・昇降機構104によってワイヤ1
05が下方へ向かって降ろされ、ワイヤ105の先端に
吊り下げられた種結晶3の先端がるつぼ102内のシリ
コン融液109に浸けられるとともに、結晶回転・昇降
機構104とるつぼ回転・昇降機構106は所定の駆動
が開始され、種結晶とるつぼ102は互いに反対方向に
向かって所定の速度でゆっくりと回転されながら引き上
げが開始される(シード工程)。これによって、種結晶
3の先端から単結晶の成長が始まる。
【0023】種結晶3の先端から単結晶がある程度成長
した時点で、単結晶の無転位化を図るために処理はシー
ド工程からネック工程へ移行し、成長する結晶の径を細
く絞りながら引き上げていく。そして、細径で所定の距
離引き上げた後、製品となる大径の単結晶を安定に成長
させるためのボディ工程へと移行し、大径に成長した単
結晶のインゴットをゆっくりと引き上げていくことによ
り、シリコン単結晶を製造するものでる。この溶融検知
装置2は、上記したシリコン塊108を溶融するメルト
工程において、シリコン塊の溶融状態を常時監視し、シ
リコン塊が完全に溶融したことを自動的に検出して知ら
せるものでる。
した時点で、単結晶の無転位化を図るために処理はシー
ド工程からネック工程へ移行し、成長する結晶の径を細
く絞りながら引き上げていく。そして、細径で所定の距
離引き上げた後、製品となる大径の単結晶を安定に成長
させるためのボディ工程へと移行し、大径に成長した単
結晶のインゴットをゆっくりと引き上げていくことによ
り、シリコン単結晶を製造するものでる。この溶融検知
装置2は、上記したシリコン塊108を溶融するメルト
工程において、シリコン塊の溶融状態を常時監視し、シ
リコン塊が完全に溶融したことを自動的に検出して知ら
せるものでる。
【0024】次に、前記溶融検知装置2の動作につい
て、図3を参照して説明する。2次元CCDカメラ20
1は、覗き窓107からるつぼ102内のシリコン塊1
08とシリコン融液面109を撮影し、図3に示すよう
な撮影画像を画像処理装置202に送る。
て、図3を参照して説明する。2次元CCDカメラ20
1は、覗き窓107からるつぼ102内のシリコン塊1
08とシリコン融液面109を撮影し、図3に示すよう
な撮影画像を画像処理装置202に送る。
【0025】画像処理装置202の2値画像変換部20
6は、2次元CCDカメラ201から送られてきた図3
のような撮影画像信号をデジタル信号に変換した後、所
定のスレッショルドレベル(しきい値)で白黒の2値画
像に変換する。白黒の2値画像に変換された撮影画像
は、モニタテレビ203に送られて画面に映し出される
とともに、黒画素計数部207に送られる。
6は、2次元CCDカメラ201から送られてきた図3
のような撮影画像信号をデジタル信号に変換した後、所
定のスレッショルドレベル(しきい値)で白黒の2値画
像に変換する。白黒の2値画像に変換された撮影画像
は、モニタテレビ203に送られて画面に映し出される
とともに、黒画素計数部207に送られる。
【0026】図3に示すようにシリコン塊108は、い
まだ溶けていないかあるいは溶ける途中にある時は温度
が低いため、画面上では黒っぽく写る。一方、完全に溶
融したシリコンは温度の高い液体となるため、るつぼ1
02内のシリコン融液面109は、画面上では白っぽく
明るく輝いて写る。したがって、図3の撮影画像を適当
なスレッショルドレベル(しきい値)で白黒に2値化す
れば、シリコン塊108部分を黒画素に、また、シリコ
ン融液面109部分を白画素に2値変換することができ
る。
まだ溶けていないかあるいは溶ける途中にある時は温度
が低いため、画面上では黒っぽく写る。一方、完全に溶
融したシリコンは温度の高い液体となるため、るつぼ1
02内のシリコン融液面109は、画面上では白っぽく
明るく輝いて写る。したがって、図3の撮影画像を適当
なスレッショルドレベル(しきい値)で白黒に2値化す
れば、シリコン塊108部分を黒画素に、また、シリコ
ン融液面109部分を白画素に2値変換することができ
る。
【0027】黒画素計数部207は、前記2値画像変換
部206から送られてくる白黒の2値画像中のるつぼ1
02内の黒画素の数m(シリコン塊108の面積に相
当)を計数し、溶融判定部208に送る。なお、シリコ
ン融液面109の揺らぎによる反射の影響を避けるた
め、一定時間連続して同じ位置に存在する黒画素のみを
シリコン塊108であると判断するように処理すること
が望ましい。
部206から送られてくる白黒の2値画像中のるつぼ1
02内の黒画素の数m(シリコン塊108の面積に相
当)を計数し、溶融判定部208に送る。なお、シリコ
ン融液面109の揺らぎによる反射の影響を避けるた
め、一定時間連続して同じ位置に存在する黒画素のみを
シリコン塊108であると判断するように処理すること
が望ましい。
【0028】溶融判定部208は、黒画素計数部207
から送られてくる黒画素数mを、予め設定しておいた比
較基準値Sと比較する。そして、黒画素数mが比較基準
値Sよりも小さくなった時にシリコン塊108の溶融が
完了したものと判定し、その判定結果を信号出力部20
9に送る。
から送られてくる黒画素数mを、予め設定しておいた比
較基準値Sと比較する。そして、黒画素数mが比較基準
値Sよりも小さくなった時にシリコン塊108の溶融が
完了したものと判定し、その判定結果を信号出力部20
9に送る。
【0029】すなわち、シリコン塊108が完全に溶融
すると、るつぼ102内はすべてシリコン融液面109
で覆われ、異物などを除いて黒画素はほとんど存在しな
くなり、白画素のみとなる。そこで、比較基準値Sを異
物混入などやシリコン融液面109の揺らぎに誤差など
を見込んだ所定の値に設定しておけば、るつぼ102内
のシリコン塊108が完全に溶融したことを検知するこ
とができる。
すると、るつぼ102内はすべてシリコン融液面109
で覆われ、異物などを除いて黒画素はほとんど存在しな
くなり、白画素のみとなる。そこで、比較基準値Sを異
物混入などやシリコン融液面109の揺らぎに誤差など
を見込んだ所定の値に設定しておけば、るつぼ102内
のシリコン塊108が完全に溶融したことを検知するこ
とができる。
【0030】信号出力部209は、溶融判定部208か
ら送られてくる判定結果に従って検知信号を出力し、例
えば、ブザー204を鳴らしたり、表示灯205を点灯
したりして、シリコン塊108が完全に溶融したことを
作業者に知らせる。また、必要に応じて、この検知信号
を単結晶引き上げ装置1の引き上げ制御装置(図示せ
ず)などに送り、結晶回転・昇降機構104やるつぼ回
転・昇降機構106の動作を制御し、単結晶の引上げ工
程へと自動移行する。
ら送られてくる判定結果に従って検知信号を出力し、例
えば、ブザー204を鳴らしたり、表示灯205を点灯
したりして、シリコン塊108が完全に溶融したことを
作業者に知らせる。また、必要に応じて、この検知信号
を単結晶引き上げ装置1の引き上げ制御装置(図示せ
ず)などに送り、結晶回転・昇降機構104やるつぼ回
転・昇降機構106の動作を制御し、単結晶の引上げ工
程へと自動移行する。
【0031】上述したように、上記実施の形態にかかる
溶融検知装置2による場合、るつぼ102内のシリコン
塊108の完全溶融を自動的に検出することができる。
このため、作業者の目視による監視が不要となり、作業
者の負担を軽減することができる。また、監視タイミン
グが合わなかったりするようなことがなくなり、直ちに
単結晶の引上げ工程へ移行することができるので、スル
ープットの低下、電力量の増大、部材の劣化などを防止
することができる。
溶融検知装置2による場合、るつぼ102内のシリコン
塊108の完全溶融を自動的に検出することができる。
このため、作業者の目視による監視が不要となり、作業
者の負担を軽減することができる。また、監視タイミン
グが合わなかったりするようなことがなくなり、直ちに
単結晶の引上げ工程へ移行することができるので、スル
ープットの低下、電力量の増大、部材の劣化などを防止
することができる。
【0032】また、シリコン塊108の溶融時に、るつ
ぼ102がるつぼ回転・昇降機構106によってゆっく
りと回転されているような場合には、図4に示すよう
に、その回転位置に出現する黒い部分をシリコン塊10
8として判断するように処理すればよい。
ぼ102がるつぼ回転・昇降機構106によってゆっく
りと回転されているような場合には、図4に示すよう
に、その回転位置に出現する黒い部分をシリコン塊10
8として判断するように処理すればよい。
【0033】次に第2の実施形態について説明する。こ
の第2の実施形態にあっては、一度引上げられたインゴ
ットの再溶融を検知する溶融検知装置及び検知方法につ
いて説明する。この第2の実施形態の溶融検知装置及び
検知方法は、基本的には、第1の実施形態と同一な構成
を備えているが、第2の実施形態では、るつぼ内のイン
ゴットの所定の位置、あるいはまたインゴットとその近
辺の半導体融液面の両方を含む所定の位置に予め溶融検
知のための監視エリアを設定し、該監視エリアを撮像手
段によって撮影し、監視エリア内の白画素または黒画素
の数を計数し、該計数した白画素または黒画素の数から
インゴットの再溶融完了を検出する点に特徴がある。
の第2の実施形態にあっては、一度引上げられたインゴ
ットの再溶融を検知する溶融検知装置及び検知方法につ
いて説明する。この第2の実施形態の溶融検知装置及び
検知方法は、基本的には、第1の実施形態と同一な構成
を備えているが、第2の実施形態では、るつぼ内のイン
ゴットの所定の位置、あるいはまたインゴットとその近
辺の半導体融液面の両方を含む所定の位置に予め溶融検
知のための監視エリアを設定し、該監視エリアを撮像手
段によって撮影し、監視エリア内の白画素または黒画素
の数を計数し、該計数した白画素または黒画素の数から
インゴットの再溶融完了を検出する点に特徴がある。
【0034】次に、この溶融検知装置2の動作につい
て、図5および図6を参照して説明する。図5はインゴ
ットの溶融を監視するための監視エリアの説明図、図4
は監視エリア内のインゴットとシリコン融液面の白黒の
2値画像の例を示す図である。
て、図5および図6を参照して説明する。図5はインゴ
ットの溶融を監視するための監視エリアの説明図、図4
は監視エリア内のインゴットとシリコン融液面の白黒の
2値画像の例を示す図である。
【0035】まず、2次元CCDカメラ201によって
撮影する監視エリア111を設定し、監視エリア111
を撮影できる位置に2次元CCDカメラ201を配置す
る。その他の構成は、第1の実施形態における溶融検知
装置2と同一である。そして、予め設定しておいた監視
のための監視エリア4を含むるつぼ内の一定範囲を覗き
窓107から2次元CCDカメラ201によって撮影
し、該撮影画像を画像処理装置202に送る。なお、こ
の実施の形態の場合、監視エリア111は、インゴット
110の右側縁部と、この右側縁部近辺のシリコン融液
面109とが同一画面内に同時に入るような位置に設定
されている。
撮影する監視エリア111を設定し、監視エリア111
を撮影できる位置に2次元CCDカメラ201を配置す
る。その他の構成は、第1の実施形態における溶融検知
装置2と同一である。そして、予め設定しておいた監視
のための監視エリア4を含むるつぼ内の一定範囲を覗き
窓107から2次元CCDカメラ201によって撮影
し、該撮影画像を画像処理装置202に送る。なお、こ
の実施の形態の場合、監視エリア111は、インゴット
110の右側縁部と、この右側縁部近辺のシリコン融液
面109とが同一画面内に同時に入るような位置に設定
されている。
【0036】画像処理装置202の2値画像変換部20
6は、2次元CCDカメラ201から送られてくる撮影
画像信号をデジタル信号に変換した後、所定のスレッシ
ョルドレベル(しきい値)で白黒の2値画像に変換す
る。白黒の2値画像に変換された撮影画像は、モニタテ
レビ203におくられて画面に映し出されるとともに、
黒画素計数部207に送られる。
6は、2次元CCDカメラ201から送られてくる撮影
画像信号をデジタル信号に変換した後、所定のスレッシ
ョルドレベル(しきい値)で白黒の2値画像に変換す
る。白黒の2値画像に変換された撮影画像は、モニタテ
レビ203におくられて画面に映し出されるとともに、
黒画素計数部207に送られる。
【0037】黒画素計数部207は、この送られてきた
白黒の2値画像中から前記した監視エリア4内に存在す
る黒画素の数m(インゴット110の面積に相当)を計
数し、溶融判定部208に送る。溶融判定部208は、
この計数された画素数mが予め設定した比較基準となる
画素数より小さくなったか否かを監視し、比較基準値か
ら小さくなった時にインゴット110の溶融が発生した
ものと判定する。
白黒の2値画像中から前記した監視エリア4内に存在す
る黒画素の数m(インゴット110の面積に相当)を計
数し、溶融判定部208に送る。溶融判定部208は、
この計数された画素数mが予め設定した比較基準となる
画素数より小さくなったか否かを監視し、比較基準値か
ら小さくなった時にインゴット110の溶融が発生した
ものと判定する。
【0038】すなわち、本発明の溶融検知装置2では、
再溶融(メルトバック)中のインゴットは黒色に変換さ
せて表示し、溶け終わると黒色部がシリコン融液面10
9と同じ白色に変わり、画面全体が白色になる。したが
って、黒画素計数部207の黒画素計数値mが0になっ
たか否かを監視すれば、メルトバックの完了を自動的に
知ることができる。さらに、このようにして得られたメ
ルトバックの完了信号を単結晶引き上げ装置1の引き上
げ制御装置に送り、単結晶の再引き上げを自動で再開さ
せる。
再溶融(メルトバック)中のインゴットは黒色に変換さ
せて表示し、溶け終わると黒色部がシリコン融液面10
9と同じ白色に変わり、画面全体が白色になる。したが
って、黒画素計数部207の黒画素計数値mが0になっ
たか否かを監視すれば、メルトバックの完了を自動的に
知ることができる。さらに、このようにして得られたメ
ルトバックの完了信号を単結晶引き上げ装置1の引き上
げ制御装置に送り、単結晶の再引き上げを自動で再開さ
せる。
【0039】なお、上記第1、第2の実施形態では、シ
リコン塊108、インゴット110の部分を黒色に、シ
リコン融液面109の部分を白色に2値変換した場合を
例に採ったが、これとは逆に、シリコン塊108、イン
ゴット110の部分を白色に、シリコン融液面109の
部分を黒色に2値変換しても、白黒が逆になるだけで、
上記したと同様にシリコン塊108、インゴット110
の完全溶融を検出することができる。
リコン塊108、インゴット110の部分を黒色に、シ
リコン融液面109の部分を白色に2値変換した場合を
例に採ったが、これとは逆に、シリコン塊108、イン
ゴット110の部分を白色に、シリコン融液面109の
部分を黒色に2値変換しても、白黒が逆になるだけで、
上記したと同様にシリコン塊108、インゴット110
の完全溶融を検出することができる。
【0040】また、単結晶引き上げ装置1の覗き窓10
7に設置した2次元CCDカメラ201を取り外し可能
にし、モニタテレビ203を含む溶融検知装置2全体を
移動自在な運搬用台車などに載せて可搬型装置とすれ
ば、溶融検知装置が付設されていない他の単結晶引き上
げ装置にも共用することができる。さらに、本発明の溶
融検知装置2は、溶融した半導体内に異物が混入してい
る場合の異物検出などにも応用することが可能である。
7に設置した2次元CCDカメラ201を取り外し可能
にし、モニタテレビ203を含む溶融検知装置2全体を
移動自在な運搬用台車などに載せて可搬型装置とすれ
ば、溶融検知装置が付設されていない他の単結晶引き上
げ装置にも共用することができる。さらに、本発明の溶
融検知装置2は、溶融した半導体内に異物が混入してい
る場合の異物検出などにも応用することが可能である。
【0041】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の溶融検知
方法と装置によれば、以下のような優れた効果を奏する
ことができる。 (1) 半導体単結晶引上げ装置のメルト工程における
半導体原料の溶融完了を、またインゴットの再溶融完了
を常時監視して自動検知することが可能となり、作業者
の負担を軽減することできる。 (2) 目視による監視が不要となるので、省人化を図
ることができる。 (3) 半導体原料の溶融完了、インゴットの再溶融完
了を直ちに検知することができるので、メルト工程から
引上げ工程へ直ちに移行することができ、スループット
の低下、電力量の増大、部材の劣化などを防止すること
ができる。
方法と装置によれば、以下のような優れた効果を奏する
ことができる。 (1) 半導体単結晶引上げ装置のメルト工程における
半導体原料の溶融完了を、またインゴットの再溶融完了
を常時監視して自動検知することが可能となり、作業者
の負担を軽減することできる。 (2) 目視による監視が不要となるので、省人化を図
ることができる。 (3) 半導体原料の溶融完了、インゴットの再溶融完
了を直ちに検知することができるので、メルト工程から
引上げ工程へ直ちに移行することができ、スループット
の低下、電力量の増大、部材の劣化などを防止すること
ができる。
【図1】本発明になる半導体原料の溶融検知装置を付設
したCZ式シリコン単結晶引き上げ装置の全体構成図で
ある。
したCZ式シリコン単結晶引き上げ装置の全体構成図で
ある。
【図2】図1中の画像処理装置の回路例を示す図であ
る。
る。
【図3】2次元CCDカメラによるるつぼ内の撮影画像
の例を示す図である。
の例を示す図である。
【図4】るつぼが回転している場合の撮影画像の例を示
す図である。
す図である。
【図5】第2の実施形態にかかる監視エリアを示す図で
ある。
ある。
【図6】第2の実施形態にかかるインゴットとシリコン
融液面の白黒2値化画像の例を示す図である。
融液面の白黒2値化画像の例を示す図である。
1 CZ式シリコン単結晶引き上げ装置 2 溶融検知装置 3 種結晶 101 ヒータ 102 るつぼ 103 真空容器 104 結晶回転・昇降機構 105 ワイヤ 106 るつぼ回転・昇降機構 107 覗き窓 108 シリコン塊(半導体原料) 109 シリコン融液面 110 インゴット 111 監視エリア 120 黒鉛製るつぼ 121 回転軸 201 2次元CCDカメラ(撮像手段) 202 画像処理装置 203 モニタテレビ 204 ブザー 205 表示灯 206 2値画像変換部 207 黒画素計数部 208 溶融判定部 209 信号出力部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岩田 康幸 愛知県刈谷市小垣江町南藤1番地 東芝セ ラミックス株式会社刈谷製造所内 Fターム(参考) 4G077 AA02 BA04 CF06 CF10 EH10 PE27
Claims (4)
- 【請求項1】 半導体単結晶引き上げ装置における溶融
検知方法であって、 るつぼ内を撮像手段によって撮影し、 該撮影画像を白黒の2値画像に変換した後、該変換した
2値画像中のるつぼ内の白画素または黒画素の数を計数
し、 該計数した白画素または黒画素の数からるつぼ内の半導
体原料の溶融完了を検出することを特徴とする半導体単
結晶引き上げ装置における溶融検知方法。 - 【請求項2】 半導体単結晶引き上げ装置における溶融
検知装置であって、 るつぼ内を撮影する撮像手段と、 該撮像手段で撮影した撮影画像を白黒の2値画像に変換
し、該変換した2値画像中のるつぼ内の白画素または黒
画素の数を計数し、該計数した白画素または黒画素の数
からるつぼ内の半導体原料の溶融完了を検出する画像処
理装置と、を備えたことを特徴とする半導体単結晶引き
上げ装置における溶融検知装置。 - 【請求項3】 半導体単結晶引き上げ装置における溶融
検知方法であって、 るつぼ内のインゴットの所定位置に、あるいはまたイン
ゴットとその近辺の半導体融液面の両方を含む所定の位
置に予め溶融検知のための監視エリアを設定し、 該監視エリアを撮像手段によって撮影し、 該監視エリアの撮影画像を白黒の2値画像に変換した
後、該変換した2値画像を用いて監視エリア内の白画素
または黒画素の数を計数し、 該計数した白画素または黒画素の数のからインゴットの
溶融完了を検出することを特徴とする半導体単結晶引き
上げ装置における溶融検知方法。 - 【請求項4】 半導体単結晶引き上げ装置における溶融
検知方法であって、 るつぼ内のインゴットの所定位置に、あるいはまたイン
ゴットとその近辺の半導体融液面の両方を含む所定の位
置に予め設定した溶融検知のための監視エリアを撮影す
る撮像手段と、 該撮像手段で撮影した撮影画像を白黒の2値画像に変換
し、該変換した2値画像における監視エリア内の白画素
または黒画素の数を計数し、該計数した白画素または黒
画素の数からインゴットの溶融完了を検出する画像処理
装置と、を備えたことを特徴とする半導体単結晶引き上
げ装置における溶融検知装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11075154A JP2000264780A (ja) | 1999-03-19 | 1999-03-19 | 半導体単結晶引き上げ装置における溶融検知方法および装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11075154A JP2000264780A (ja) | 1999-03-19 | 1999-03-19 | 半導体単結晶引き上げ装置における溶融検知方法および装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2000264780A true JP2000264780A (ja) | 2000-09-26 |
Family
ID=13568017
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP11075154A Pending JP2000264780A (ja) | 1999-03-19 | 1999-03-19 | 半導体単結晶引き上げ装置における溶融検知方法および装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2000264780A (ja) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2002010486A1 (fr) * | 2000-07-28 | 2002-02-07 | Shin-Etsu Handotai Co., Ltd. | Procede pour detecter la derniere phase de fusion d'un silicium polycristallin, procede de reglage de la temperature de contact du cristal germe avec la matiere en fusion, et appareil de production d'un silicium monocristallin |
JP2012500775A (ja) * | 2008-08-25 | 2012-01-12 | エムイーエムシー・エレクトロニック・マテリアルズ・インコーポレイテッド | シリコン島の高さを連続的に測定するための方法および装置 |
WO2016051682A1 (ja) * | 2014-09-29 | 2016-04-07 | 信越半導体株式会社 | 半導体単結晶引上げ装置及びこれを用いた半導体単結晶の再溶融方法 |
JP2017114709A (ja) * | 2015-12-22 | 2017-06-29 | 信越半導体株式会社 | 単結晶製造装置及び単結晶の製造方法 |
CN114990688A (zh) * | 2022-06-28 | 2022-09-02 | 西安奕斯伟材料科技有限公司 | 单晶体直径控制方法及装置、单晶硅拉晶炉 |
WO2022185789A1 (ja) * | 2021-03-01 | 2022-09-09 | 信越半導体株式会社 | 原料融液の表面の状態の検出方法、単結晶の製造方法、及びcz単結晶製造装置 |
-
1999
- 1999-03-19 JP JP11075154A patent/JP2000264780A/ja active Pending
Cited By (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2002010486A1 (fr) * | 2000-07-28 | 2002-02-07 | Shin-Etsu Handotai Co., Ltd. | Procede pour detecter la derniere phase de fusion d'un silicium polycristallin, procede de reglage de la temperature de contact du cristal germe avec la matiere en fusion, et appareil de production d'un silicium monocristallin |
JP2012500775A (ja) * | 2008-08-25 | 2012-01-12 | エムイーエムシー・エレクトロニック・マテリアルズ・インコーポレイテッド | シリコン島の高さを連続的に測定するための方法および装置 |
WO2016051682A1 (ja) * | 2014-09-29 | 2016-04-07 | 信越半導体株式会社 | 半導体単結晶引上げ装置及びこれを用いた半導体単結晶の再溶融方法 |
US20170292205A1 (en) * | 2014-09-29 | 2017-10-12 | Shin-Etsu Handotai Co., Ltd. | Semiconductor single crystal pulling apparatus and method for remelting semiconductor single crystal using this |
US10113247B2 (en) | 2014-09-29 | 2018-10-30 | Shin-Etsu Handotai Co., Ltd. | Semiconductor single crystal pulling apparatus and method for remelting semiconductor single crystal using this |
JP2017114709A (ja) * | 2015-12-22 | 2017-06-29 | 信越半導体株式会社 | 単結晶製造装置及び単結晶の製造方法 |
WO2022185789A1 (ja) * | 2021-03-01 | 2022-09-09 | 信越半導体株式会社 | 原料融液の表面の状態の検出方法、単結晶の製造方法、及びcz単結晶製造装置 |
JP2022132995A (ja) * | 2021-03-01 | 2022-09-13 | 信越半導体株式会社 | 原料融液の表面の状態の検出方法、単結晶の製造方法、及びcz単結晶製造装置 |
KR20230150800A (ko) | 2021-03-01 | 2023-10-31 | 신에쯔 한도타이 가부시키가이샤 | 원료융액의 표면상태의 검출방법, 단결정의 제조방법, 및 cz단결정 제조장치 |
DE112022000488T5 (de) | 2021-03-01 | 2023-12-07 | Shin-Etsu Handotai Co., Ltd. | Verfahren zum Erfassen eines Oberflächenzustands einer Rohmaterialschmelze, Verfahren zum Herstellen eines Einkristalls und Vorrichtung zum Herstellen eines CZ-Einkristalls |
CN114990688A (zh) * | 2022-06-28 | 2022-09-02 | 西安奕斯伟材料科技有限公司 | 单晶体直径控制方法及装置、单晶硅拉晶炉 |
CN114990688B (zh) * | 2022-06-28 | 2024-01-26 | 西安奕斯伟材料科技股份有限公司 | 单晶体直径控制方法及装置、单晶硅拉晶炉 |
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