JP4161547B2 - Single crystal pulling apparatus, single crystal pulling method, program and recording medium - Google Patents

Single crystal pulling apparatus, single crystal pulling method, program and recording medium Download PDF

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、るつぼ内の半導体融液からＣＺ（チョクラルスキー）法により、例えばＳｉ（シリコン）等の無転位の半導体単結晶を引き上げる単結晶引上装置および単結晶引上方法およびプログラムおよび記録媒体に係り、特に、育成される半導体単結晶の幾何学的形状に対する光学的測定結果に基づいて引き上げ動作を制御する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば特開２０００−２８１４８１号公報に開示された単結晶引上装置のように、炉内に設置された石英るつぼに満たされた半導体融液から、半導体単結晶を引き上げ軸線周りに回転させつつ引き上げる際に、カメラによって半導体単結晶と半導体融液との境界部を撮像して、この撮像により得られた画像から半導体単結晶の径を算出し、この径を用いて単結晶引き上げ速度や半導体溶融の温度等を制御する単結晶引上装置が知られている。
この単結晶引上装置では、育成される単結晶と半導体融液との境界部に発生する高輝度のフュージョンリングを撮像した画像から、フュージョンリングの円弧を計測して、この円弧により半導体単結晶の断面である円の中心を推定することによって半導体単結晶の径を算出する。円弧の計測では、少なくとも３点の円弧上の点をプロットすることによって円の中心を推定する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来技術の一例に係る単結晶引上装置においては、育成される半導体単結晶と半導体融液との境界部に発生する高輝度のフュージョンリングを、斜め上方つまり半導体単結晶の引き上げ軸方向と交差する方向からカメラによって撮像している。そして、この撮像により得られた画像上において、フュージョンリングを円近似することで半導体単結晶の中心位置を推定している。
しかしながら、たとえ実際に円形のフュージョンリングであっても、半導体単結晶の引き上げ軸方向と交差する斜め方向から撮像した場合には、フュージョンリング上の各点とカメラの焦点との間の距離が異なることで、撮像により得られる画像上のフュージョンリングは円形とはならず、さらに、楕円形とも異なり、例えばカメラ位置に対する手前側の部分が膨らんだような、いわば変形楕円形の画像が得られることとなる。
【０００４】
このため、カメラにより撮像して得た画像上においてフュージョンリングを円もしくは楕円近似し、この結果から半導体単結晶の径を推定した場合には、円もしくは楕円近似を適用する領域に応じて異なる推定結果が得られてしまい、推定により得られる半導体単結晶の径が、実際の半導体単結晶の径と大きく異なる虞がある。
そして、このように実際の半導体単結晶の径に対する誤差が大きな推定結果に基づいて単結晶引き上げ速度や半導体溶融の温度等を制御すると、半導体単結晶を育成する際に所望の寸法精度を確保することができなくなるという問題が生じる。
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、カメラ等により撮像して得た半導体単結晶と融液面との境界部の画像から、半導体単結晶の径や中心等の幾何学的形状を高精度に測定することで、半導体単結晶の育成動作を適切に制御することが可能な単結晶引上装置および単結晶引上方法およびプログラムおよび記録媒体を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決して係る目的を達成するために、本発明の単結晶引上方法は、チョクラルスキー法により結晶融液から単結晶を引き上げて育成する単結晶引上方法であって、
前記単結晶と結晶融液との境界部を撮像する第１ステップと、
前記第１ステップにて撮像して得た原画像を、仮想的に前記引き上げ軸と平行な方向から前記境界部を撮像した場合に得られる画像へと変換する第２ステップと、
前記第２ステップにて得た前記画像上において、前記境界部を検出する第３ステップと、
前記画像上において、前記第３ステップにて検出した前記境界部を円近似して直径および中心を算出する第４ステップと、
前記第４ステップにて算出した前記境界部の中心に基づいて、前記結晶融液の融液面の変動を検知する第５ステップと、
前記第５ステップにて検知した前記融液面位置に基づいて、前記単結晶の直径および中心を算出する第６ステップと、
前記第６ステップにて算出した前記単結晶の直径および中心と、前記融液面変動検知手段にて検知した前記融液面の変動とに基づいて、前記単結晶の育成動作を制御する第７ステップと、
前記第２ステップ後において、シード工程と、肩工程と、直胴工程およびボトム工程とに分類した３つの各工程のうち、何れの工程における処理であるかの工程確認を行うステップＳ０４と、を含み、
前記第３ステップと第４ステップにおいて、半導体単結晶と半導体融液との境界部の検出を行う際に、分類した３つの各工程毎に応じて境界検出の処理を設定することを特徴とする。
本発明の単結晶引上方法は、境界検出処理および境界部の認識処理としての前記第３ステップと第４ステップとにおいて、シード工程の処理が、
変換画像に対して、半導体単結晶の中心位置に対する予測値を記憶部から読み込み、この予測値周辺の拡大画像を生成するステップＳ４１と、
予め記憶部に格納した予測値である前回のシード工程に対する処理にて設定した半導体単結晶の直径および中心位置のデータ等に基づいて、フュージョンリングの領域を抽出するステップＳ４３と、
抽出したフュージョンリングの領域の最大幅および最大幅の座標を抽出するステップＳ４５とを有することができる。
本発明の単結晶引上方法は、境界検出処理および境界部の認識処理としての前記第３ステップと第４ステップとにおいて、肩工程の処理が、
変換画像に対して、ラインウィンドウの設定角度範囲を算出するステップＳ５１と、算出した設定角度範囲内における全ての境界エッジを探索したか否かを判定するステップＳ５２と、
ステップＳ５２の判定結果が「ＮＯ」の場合には、半導体単結晶の中心位置の予測値に基づいて、半導体融液の融液面と半導体単結晶との境界検出用のラインウィンドウを設定するステップＳ５３と、ラインウィンドウ上を外側つまり半導体融液の融液面側から半導体単結晶の中心位置に向かい走査して、融液面と半導体単結晶との境界エッジを検出してステップＳ５２に戻るステップＳ５４と、
ステップＳ５２の判定結果が「ＹＥＳ」の場合には、半導体単結晶の直径および中心位置の予測値に基づいて、変換画像上にて円によるマッチングを適用する範囲を設定するステップＳ５５と、
検出した境界エッジ群に対して、円によるマッチングを適用して、一致度を測定するステップＳ５６と、
一致度が最大となる円に対する直径および中心位置を算出するステップＳ５７と、
マッチングの結果に基づいて、エッジ群における晶癖線に起因する特異点の除去等の補 正を行うステップＳ５８と、
補正後のエッジ群に対して最小二乗法を用いた円近似を行い、半導体単結晶の直径および中心位置を算出するステップＳ５９と、を有することができる。
本発明の単結晶引上方法は、境界検出処理および境界部の認識処理としての前記第３ステップと第４ステップとにおいて、直胴工程およびボトム工程の処理が、
変換画像に二値化処理を行い、ラベリングを行うステップＳ６２と、
予め記憶部に格納した予測値である所定のタイミングで測定した直径および中心位置の幾何学的形状の情報を時系列データとして扱って、移動平均に基づいて生成したデータ等に基づいてフュージョンリングの領域を抽出するステップＳ６３と、
フュージョンリングに対して抽出した領域から、内周部および中心部および外周部の３つ領域に対して細線化を行い、３本の細線による各円弧を生成するステップＳ６４と、
３本の細線のうち中心部の細線に対して円検出のＨｏｕｇｈ変換により検出された円の直径および中心位置を取得するステップＳ６５と、
Ｈｏｕｇｈ変換により検出した円の直径および中心位置に基づいて、内周部および中心部および外周部の３つ領域に対して行った各細線における晶癖線等に起因する特異点の除去等の補正を行うステップＳ６６と、
補正後の各細線に対して最小二乗法を用いた同心円近似を行い、半導体単結晶の直径Ｒおよび中心位置を算出するステップＳ６７と、を有することができる。
本発明における第１の発明である単結晶引上装置は、チョクラルスキー法により結晶融液から単結晶を引き上げて育成する単結晶引上装置であって、前記単結晶と結晶融液との境界部を撮像する撮像手段（例えば、後述する実施形態でのカメラ１８）と、前記撮像手段にて撮像して得た原画像を、仮想的に前記引き上げ軸と平行な方向から前記境界部を撮像した場合に得られる画像へと変換する画像変換手段（例えば、後述する実施形態でのステップＳ０３）と、前記画像変換手段にて得た前記画像上において、前記境界部を検出する境界部検出手段（例えば、後述する実施形態でのステップＳ０５）と、前記画像上において、前記境界部検出手段にて検出した前記境界部を円近似して直径および中心を算出する境界部認識手段（例えば、後述する実施形態でのステップＳ０６）と、前記境界部認識手段にて算出した前記境界部の中心に基づいて、前記結晶融液の融液面の変動を検知する融液面変動検知手段（例えば、後述する実施形態ではステップＳ１１）と、前記融液面変動検知手段にて検知した前記融液面位置に基づいて、前記単結晶の直径および中心を算出する演算手段（例えば、後述する実施形態ではステップＳ１１が兼ねる）と、前記演算手段にて算出した前記単結晶の直径および中心と、前記融液面変動検知手段にて検知した前記融液面の変動とに基づいて、前記単結晶の育成動作を制御する単結晶育成制御手段（例えば、後述する実施形態では制御部２１）とを備えることを特徴としている。
【０００６】
上記構成の単結晶引上装置によれば、例えば単結晶と結晶融液との境界部の斜め上方の位置から撮像して得た原画像を、仮想的に引き上げ軸と平行な方向から撮像した場合に得られる画像へと変換することで、単結晶と結晶融液との境界部に発生する例えば円形のフュージョンリングの画像が歪んで観測されてしまうことを抑制することができる。これにより、フュージョンリングの画像を精度良く円近似することができ、この円近似に基づいて単結晶の形状、例えば径や中心を精度良く測定することができる。従って、例えば複数の単結晶を作製する場合においても、安定した品質を確保することができる。
さらに、融液面の変動、例えば鉛直方向における融液面の変位や融液面の揺らぎ等が発生した場合には、測定される単結晶の中心が変位するため、この中心の変位に基づいて融液面の変動を検知して、単結晶の育成動作、例えば単結晶の引き上げ速度や引き上げ軸周りの回転動作、さらには、結晶融液を貯留する坩堝の移動や、単結晶と融液面との相対位置等を適切に制御することができる。
【０００７】
さらに、本発明における第２の発明である単結晶引上装置は、前記境界部検出手段にて検出した前記境界部と、前記境界部認識手段にて前記境界部を円近似により認識した認識結果とを比較して、前記単結晶の晶癖線を検知する晶癖線検知手段と、前記晶癖線検知手段による検知結果に基づいて前記単結晶の結晶の乱れを検知する結晶乱れ検知手段とを備えることを特徴としている。
【０００８】
上記構成の単結晶引上装置によれば、境界部検出手段にて検出した単結晶と結晶融液との境界部と、境界部認識手段にて境界部を円近似により認識した認識結果とを比較することで、単結晶の晶癖線として単結晶の外周部から突出する突出部を検知することができる。
これにより、例えば単結晶の外周部から晶癖線に相当する突出部が消失した場合には、単結晶が崩れて多結晶化したと判断することができ、育成時における単結晶の状態をリアルタイムに把握することができ、作製する単結晶の品質を容易に判定することができる。
【０００９】
また、本発明における第３の発明である単結晶引上方法は、チョクラルスキー法により結晶融液から単結晶を引き上げて育成する単結晶引上方法であって、前記単結晶と結晶融液との境界部を撮像する第１ステップ（例えば、後述する実施形態でのステップＳ０３）と、前記第１ステップにて撮像して得た原画像を、仮想的に前記引き上げ軸と平行な方向から前記境界部を撮像した場合に得られる画像へと変換する第２ステップ（例えば、後述する実施形態ではステップＳ０３が兼ねる）と、前記第２ステップにて得た前記画像上において、前記境界部を検出する第３ステップ（例えば、後述する実施形態でのステップＳ０５）と、前記画像上において、前記第３ステップにて検出した前記境界部を円近似して直径および中心を算出する第４ステップ（例えば、後述する実施形態でのステップＳ０６）と、前記第４ステップにて算出した前記境界部の中心に基づいて、前記結晶融液の融液面の変動を検知する第５ステップ（例えば、後述する実施形態でのステップＳ１１）と、前記第５ステップにて検知した前記融液面位置に基づいて、前記単結晶の直径および中心を算出する第６ステップ（例えば、後述する実施形態ではステップＳ１１が兼ねる）と、前記第６ステップにて算出した前記単結晶の直径および中心と、前記融液面変動検知手段にて検知した前記融液面の変動とに基づいて、前記単結晶の育成動作を制御する第７ステップ（例えば、後述する実施形態では画像処理部２０の出力に基づく制御部２１での処理）とを含むことを特徴としている。
【００１０】
このような単結晶引上方法によれば、単結晶と結晶融液との境界部に発生する例えば円形のフュージョンリングの画像が歪んで観測されてしまうことを抑制することができる。これにより、フュージョンリングの画像を精度良く円近似することができ、この円近似に基づいて単結晶の形状、例えば径や中心を精度良く測定することができる。
さらに、測定される単結晶の中心の変位に基づいて融液面の変動を検知して、単結晶の育成動作、例えば単結晶の引き上げ速度や引き上げ軸周りの回転動作、さらには、結晶融液を貯留する坩堝の移動や、単結晶と融液面との相対位置等を適切に制御することができる。
【００１１】
さらに、本発明における第４の発明である単結晶引上方法は、前記第３ステップにて検出した前記境界部と、前記第４ステップにて前記境界部を円近似により認識した認識結果とを比較して、前記単結晶の晶癖線を検知する第８ステップと、前記第８ステップによる検知結果に基づいて前記単結晶の結晶の乱れを検知する第９ステップとを含むことを特徴としている。このような単結晶引上方法によれば、例えば単結晶の外周部から晶癖線に相当する突出部が消失した場合には、単結晶が崩れて多結晶化したと判断することができ、育成時における単結晶の状態をリアルタイムに把握することができ、作製する単結晶の品質を容易に判定することができる。
【００１２】
また、本発明における第５の発明であるプログラムは、コンピュータを、チョクラルスキー法により結晶融液から単結晶を引き上げて育成する手段として機能させるためのプログラムであって、撮像手段（例えば、後述する実施形態ではカメラ１８）により撮像された前記単結晶と結晶融液との境界部の原画像を、仮想的に前記引き上げ軸と平行な方向から前記境界部を撮像した場合に得られる画像へと変換する画像変換手段（例えば、後述する実施形態ではステップＳ０３が兼ねる）と、前記画像変換手段にて得た前記画像上において、前記境界部を検出する境界部検出手段（例えば、後述する実施形態でのステップＳ０５）と、前記画像上において、前記境界部検出手段にて検出した前記境界部を円近似して直径および中心を算出する境界部認識手段（例えば、後述する実施形態でのステップＳ０６）と、前記境界部認識手段にて算出した前記境界部の中心に基づいて、前記結晶融液の融液面の変動を検知する融液面変動検知手段（例えば、後述する実施形態ではステップＳ１１）と、前記融液面変動検知手段にて検知した前記融液面位置に基づいて、前記単結晶の直径および中心を算出する演算手段（例えば、後述する実施形態ではステップＳ１１が兼ねる）と、前記演算手段にて算出した前記単結晶の直径および中心と、前記融液面変動検知手段にて検知した前記融液面の変動とに基づいて、前記単結晶の育成動作を制御する単結晶育成制御手段（例えば、後述する実施形態では制御部２１）として機能させることを特徴としている。
【００１３】
上記のプログラムによれば、例えば単結晶と結晶融液との境界部の斜め上方の位置から撮像して得た原画像を、仮想的に引き上げ軸と平行な方向から撮像した場合に得られる画像へと変換することで、単結晶と結晶融液との境界部に発生する例えば円形のフュージョンリングの画像が歪んで観測されてしまうことを抑制することができる。これにより、フュージョンリングの画像を精度良く円近似することができ、この円近似に基づいて単結晶の形状、例えば径や中心を精度良く測定することができる。従って、例えば複数の単結晶を作製する場合においても、安定した品質を確保することができる。
さらに、融液面の変動、例えば鉛直方向における融液面の変位や融液面の揺らぎ等が発生した場合には、測定される単結晶の中心が変位するため、この中心の変位に基づいて融液面の変動を検知して、単結晶の育成動作、例えば単結晶の引き上げ速度や引き上げ軸周りの回転動作、さらには、結晶融液を貯留する坩堝の移動や、単結晶と融液面との相対位置等を適切に制御することができる。
【００１４】
さらに、本発明における第６の発明であるプログラムは、コンピュータを、前記境界部検出手段にて検出した前記境界部と、前記境界部認識手段にて前記境界部を円近似により認識した認識結果とを比較して、前記単結晶の晶癖線を検知する晶癖線検知手段と、前記晶癖線検知手段による検知結果に基づいて前記単結晶の結晶の乱れを検知する結晶乱れ検知手段として機能させることを特徴としている。
【００１５】
上記のプログラムによれば、境界部検出手段にて検出した単結晶と結晶融液との境界部と、境界部認識手段にて境界部を円近似により認識した認識結果とを比較することで、単結晶の晶癖線として単結晶の外周部から突出する突出部を検知することができる。
これにより、例えば単結晶の外周部から晶癖線に相当する突出部が消失した場合には、単結晶が崩れて多結晶化したと判断することができ、育成時における単結晶の状態をリアルタイムに把握することができ、作製する単結晶の品質を容易に判定することができる。
【００１６】
また、本発明における第７の発明であるコンピュータ読み取り可能な記録媒体は、コンピュータを、チョクラルスキー法により結晶融液から単結晶を引き上げて育成する手段として機能させるためのプログラムを記録した記録媒体であって、撮像手段（例えば、後述する実施形態ではカメラ１８）により撮像された前記単結晶と結晶融液との境界部の原画像を、仮想的に前記引き上げ軸と平行な方向から前記境界部を撮像した場合に得られる画像へと変換する画像変換手段（例えば、後述する実施形態ではステップＳ０３が兼ねる）と、前記画像変換手段にて得た前記画像上において、前記境界部を検出する境界部検出手段（例えば、後述する実施形態でのステップＳ０５）と、前記画像上において、前記境界部検出手段にて検出した前記境界部を円近似して直径および中心を算出する境界部認識手段（例えば、後述する実施形態でのステップＳ０６）と、前記境界部認識手段にて算出した前記境界部の中心に基づいて、前記結晶融液の融液面の変動を検知する融液面変動検知手段（例えば、後述する実施形態ではステップＳ１１）と、前記融液面変動検知手段にて検知した前記融液面位置に基づいて、前記単結晶の直径および中心を算出する演算手段（例えば、後述する実施形態ではステップＳ１１が兼ねる）と、前記演算手段にて算出した前記単結晶の直径および中心と、前記融液面変動検知手段にて検知した前記融液面の変動とに基づいて、前記単結晶の育成動作を制御する単結晶育成制御手段（例えば、後述する実施形態では制御部２１）として機能させるためのプログラムを記録したことを特徴としている。
【００１７】
上記の記録媒体によれば、例えば単結晶と結晶融液との境界部の斜め上方の位置から撮像して得た原画像を、仮想的に引き上げ軸と平行な方向から撮像した場合に得られる画像へと変換することで、単結晶と結晶融液との境界部に発生する例えば円形のフュージョンリングの画像が歪んで観測されてしまうことを抑制することができる。これにより、フュージョンリングの画像を精度良く円近似することができ、この円近似に基づいて単結晶の形状、例えば径や中心を精度良く測定することができる。従って、例えば複数の単結晶を作製する場合においても、安定した品質を確保することができる。
さらに、融液面の変動、例えば鉛直方向における融液面の変位や融液面の揺らぎ等が発生した場合には、測定される単結晶の中心が変位するため、この中心の変位に基づいて融液面の変動を検知して、単結晶の育成動作、例えば単結晶の引き上げ速度や引き上げ軸周りの回転動作、さらには、結晶融液を貯留する坩堝の移動や、単結晶と融液面との相対位置等を適切に制御することができる。
【００１８】
さらに、本発明における第８の発明であるコンピュータ読み取り可能な記録媒体は、コンピュータを、前記境界部検出手段にて検出した前記境界部と、前記境界部認識手段にて前記境界部を円近似により認識した認識結果とを比較して、前記単結晶の晶癖線を検知する晶癖線検知手段と、前記晶癖線検知手段による検知結果に基づいて前記単結晶の結晶の乱れを検知する結晶乱れ検知手段として機能させるためのプログラムを記録したことを特徴としている。
【００１９】
上記の記録媒体によれば、境界部検出手段にて検出した単結晶と結晶融液との境界部と、境界部認識手段にて境界部を円近似により認識した認識結果とを比較することで、単結晶の晶癖線として単結晶の外周部から突出する突出部を検知することができる。
これにより、例えば単結晶の外周部から晶癖線に相当する突出部が消失した場合には、単結晶が崩れて多結晶化したと判断することができ、育成時における単結晶の状態をリアルタイムに把握することができ、作製する単結晶の品質を容易に判定することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の単結晶引上装置および単結晶引上方法およびプログラムおよび記録媒体の一実施形態について添付図面を参照しながら説明する。図１は本発明の一実施形態に係わる単結晶引上装置１０を示す構成図である。
【００２１】
本実施の形態に係る単結晶引上装置１０は、例えば、中空の気密容器をなす引き上げ炉１１と、この引き上げ炉１１の中央下部に鉛直方向に立設され上下動可能とされたシャフト１２と、このシャフト１２の上部に載置されたサセプタ１３と、このサセプタ１３上により支持され、例えばシリコンの融液からなる半導体融液ＳＬを貯留する坩堝１４と、この坩堝１４の外周面から所定距離だけ離間して配置されたヒータ１５と、引上装置１６と、坩堝移動装置１７と、カメラ１８と、記憶部１９と、画像処理部２０と、制御部２１とを備えて構成されている。
【００２２】
ヒータ１５は、例えばシリコン等の半導体原料を坩堝１４内で加熱溶融すると共に、半導体融液ＳＬを所定温度に保温する。
引上装置１６は、例えば引上ワイヤ１６ａを引き上げ軸Ｐに沿って昇降可能、かつ、引き上げ軸Ｐ周りに回転可能に吊り下げており、この引上ワイヤ１６ａの下端部には例えばシリコン等の半導体の種結晶（図示略）が固定されている。
坩堝移動装置１７は、シャフト１２を介して坩堝１４を昇降移動および回転させる。
そして、ヒータ１５および引上装置１６および坩堝移動装置１７の各動作は制御部２１により制御されている。
【００２３】
カメラ１８は、例えば２次元のシャッタカメラをなし、例えば融液面Ａと略鋭角に交差する方向Ｑ１から、半導体融液ＳＬと半導体単結晶Ｓとの境界部つまり結晶育成界面近傍に発生する高輝度のフュージョンリングＦＲを撮像する。そして、撮像により得られた原画像を記憶部１９へ出力して格納する。
画像処理部２０は、後述するように、カメラ１８により撮像して得た、原画像を記憶部１９から読み込み、この原画像を画像変換して、仮想的に引き上げ軸（つまり半導体単結晶Ｓの結晶軸）Ｐと平行な方向から撮像した場合に得られる、いわゆる変換画像を生成する。そして、この変換画像から半導体単結晶Ｓの幾何学的形状の情報、例えば直径Ｒおよび中心位置Ｃ等を算出する。
さらに、画像処理部２０は、例えば半導体単結晶Ｓを作製する工程における所定のタイミングで測定した直径Ｒおよび中心位置Ｃ等の幾何学的形状の情報を時系列データとして扱って、例えば移動平均に基づいて、半導体単結晶Ｓの品質、例えば寸法精度等を予測したり、境界部の認識処理の結果の妥当性を評価する。
【００２４】
制御部２１は、画像処理部２０にて算出した半導体単結晶Ｓの直径Ｒおよび中心位置Ｃ等の幾何学的形状の情報に基づいて、ヒータ１５および引上装置１６および坩堝移動装置１７の各動作を制御するための制御信号を出力する。
【００２５】
本実施の形態による単結晶引上装置１０は上記構成を備えており、以下に、この単結晶引上装置１０の動作について説明する。
先ず、カメラ１８により撮像して得た原画像を画像変換して変換画像を得る処理について添付図面を参照しながら説明する。図２は本実施の形態に係る単結晶引上装置１０において、カメラ１８により撮像して得た原画像を、仮想的に引き上げ軸Ｐと平行な方向から撮像した仮想的なカメラで得られる変換画像へと変換する際における、幾何学的な対応関係を示す図であり、図３は半導体融液ＳＬの融液面Ａが変位した場合における、原画像と変換画像の幾何学的な対応関係を示す図である。
【００２６】
半導体融液ＳＬと半導体単結晶Ｓとの境界部に発生するフュージョンリングＦＲに対して斜め上方の位置から、例えば融液面Ａと略鋭角に交差する方向Ｑ１（つまりカメラ１８の光軸）に沿ってフュージョンリングＦＲを撮像する場合、カメラ１８の焦点Ｆ１とフュージョンリングＦＲ上の各位置との間の距離は一定とはならない。
例えば、図２に示すように、フュージョンリングＦＲ上の位置であって、カメラ１８に最も近い近接位置ＦＲａと、カメラ１８から最も遠い離間位置ＦＲｂとに対して、カメラ１８の焦点Ｆ１と近接位置ＦＲａとの距離Ｌ１は、カメラ１８の焦点Ｆ１と離間位置ＦＲｂとの距離Ｌ２とは異なり、常にＬ１＜Ｌ２の関係が成り立つ。
【００２７】
このため、例えば実際のフュージョンリングＦＲが円形であっても、カメラ１８にて撮像して得た原画像でのフュージョンリングＦＲ１は、円形でも楕円形でもない変形楕円形となる。なお、図２においては、画像平面Ｓ１を便宜的にカメラ１８の焦点Ｆ１の前方側に示したが、実際の撮像では焦点Ｆ１の後方側に画像平面Ｓ１が設けられている。
ここで、例えば、カメラ１８の光軸Ｑ１と半導体融液ＳＬの融液面Ａとの交点位置Ａ１に対する鉛直方向上方の位置に、仮想的なカメラの焦点Ｆ２を設定して、この焦点Ｆ２および交点位置Ａ１を含む鉛直軸Ｑ２（つまり仮想的なカメラの光軸）に沿った方向からフュージョンリングＦＲを撮像したと仮定する。すると、この仮想的なカメラにて撮像して得られるフュージョンリングＦＲ２は、仮想的なカメラの画像平面Ｓ２において近似的に円形となる。
【００２８】
すなわち、図２に示すように、実際の半導体単結晶Ｓの中心位置Ｃと交点位置Ａ１とが一致せずに、仮想的なカメラの光軸Ｑ２が結晶軸Ｐからずれて結晶軸Ｐと平行に設定されている場合には、仮想的なカメラの焦点Ｆ２と近接位置ＦＲａ１との距離Ｌ３は、仮想的なカメラの焦点Ｆ２と離間位置ＦＲｂとの距離Ｌ４とは一致せず、仮想的なカメラの画像平面Ｓ２において略円形のフュージョンリングＦＲ２が撮像される。
なお、実際の半導体単結晶Ｓの中心位置Ｃと交点位置Ａ１とが一致し、仮想的なカメラの光軸Ｑ２と結晶軸Ｐとが一致している場合には、Ｌ３＝Ｌ４となり円形のフュージョンリングＦＲ２が得られる。
また、図２においては、仮想的なカメラの画像平面Ｓ２を、便宜的に仮想的なカメラの焦点Ｆ２の前方側に示した。
【００２９】
ここで、画像平面Ｓ１におけるフュージョンリングＦＲ１を、仮想的なカメラの画像平面Ｓ２におけるフュージョンリングＦＲ２に変換する際には、先ず、フュージョンリングＦＲ１に対応する各画素のカメラ視線情報を算出する。
このカメラ視線情報は、カメラ内部変数とされる焦点距離ｆおよび画素ピッチおよび画素数等から算出され、例えばカメラ１８の焦点Ｆ１とフュージョンリングＦＲ１上の各点とを含んで形成される各直線に対し、各直線が伸びる方向に関する情報とされている。
例えば図２において、カメラ視線情報は、カメラ１８の光軸Ｑ１と第１のカメラ視線情報（例えば、焦点Ｆ１および近接位置ＦＲａを含む直線に沿った方向）とのなす角θ１と、カメラ１８の光軸Ｑ１と第２のカメラ視線情報（例えば、焦点Ｆ１および離間位置ＦＲｂを含む直線に沿った方向）とのなす角θ２とを含む情報である。
【００３０】
そして、画像平面Ｓ１のフュージョンリングＦＲ１に対応する各画素に対して、カメラ外部変数とされるカメラ姿勢およびカメラ位置（例えば図２における、焦点Ｆ１と交点位置Ａ１との距離Ｌ、融液面Ａと線分Ｆ１Ａ１とのなす角θ等）の情報に基づいてワールド座標上の位置を算出する。ここで、ワールド座標系のＸＹ平面は、例えば半導体融液ＳＬの融液面Ａとする。
【００３１】
そして、仮想的なカメラのカメラ外部変数、つまりカメラ姿勢およびカメラ位置（例えば図２における、焦点Ｆ２と交点位置Ａ１との距離ＬＬ等）の情報に基づいて、ワールド座標上の所望の各位置に対する仮想的なカメラ視線情報を算出する。
この場合、仮想的なカメラ視線情報とは、例えば図２において、仮想的なカメラの光軸Ｑ２と第３のカメラ視線情報（例えば、焦点Ｆ２および近接位置ＦＲａを含む直線に沿った方向）とのなす角θ３と、仮想的なカメラの光軸Ｑ２と第４のカメラ視線情報（例えば、焦点Ｆ２および離間位置ＦＲｂを含む直線に沿った方向）とのなす角θ４とを含む情報である。
【００３２】
そして、仮想的なカメラ視線情報と、仮想的なカメラ内部変数（例えば、カメラ１８と同様の値とされる焦点距離ｆおよび画素ピッチおよび画素数等）とに基づいて、仮想的な画像平面Ｓ２のフュージョンリングＦＲ２を表す各対応画素を算出する。
【００３３】
なお、カメラ１８の焦点Ｆ１と交点位置Ａ１との距離Ｌやカメラ内部変数に対して、仮想的なカメラの焦点Ｆ２と交点位置Ａ１との距離ＬＬやカメラ内部変数を、互いに異なる値に設定することにより、画像の拡大または縮小を行うことができる。
特に、焦点距離ｆを距離ＬＬと一致させることにより、ワールド座標系のＸＹ平面そのものを仮想的な画像平面Ｓ２と見なすことも可能である。
さらに、例えば図３に示すように、半導体融液ＳＬの融液面Ａの位置が変位した場合には、カメラ視線情報が変化することで、カメラ１８で得られる原画像および画像変換の処理によって得られる変換画像に変化が生じる。
【００３４】
予め融液面Ａに対してカメラ１８のカメラ姿勢およびカメラ位置（例えば図３における、焦点Ｆ１と交点位置Ａ１との距離Ｌ）等のカメラ外部変数が設定された状態において、例えば図３に示すように、融液面Ａが鉛直方向下方に低下して新たな融液面ＡＡが得られると、融液面Ａ上のフュージョンリングＦＲも鉛直方向下方に低下し、カメラ１８は新たな融液面ＡＡ上のフュージョンリングＦＦＲを撮像することとなる。
この場合、カメラ１８の光軸Ｑ１は変化しないものの、フュージョンリングＦＲ上の近接位置ＦＲａは、新たなフュージョンリングＦＦＲ上の近接位置ＦＦＲａへと変位し、フュージョンリングＦＲ上の離間位置ＦＲｂは、新たなフュージョンリングＦＦＲ上の近接位置ＦＦＲｂへと変位する。これに伴い、焦点Ｆ１と近接位置ＦＲａとの距離Ｌ１は、焦点Ｆ１と新たな近接位置ＦＦＲａとの距離ＬＬ１へと変化し、焦点Ｆ１と離間位置ＦＲｂとの距離Ｌ２は、焦点Ｆ１と新たな離間位置ＦＦＲｂとの距離ＬＬ２へと変化する。
【００３５】
これにより、カメラ１８に対するカメラ視線情報が変化して、例えば、カメラ１８の光軸Ｑ１と第１のカメラ視線情報（例えば、焦点Ｆ１および近接位置ＦＲａを含む直線に沿った方向）とのなす角θ１は、カメラ１８の光軸Ｑ１と新たな第１のカメラ視線情報（例えば、焦点Ｆ１および新たな近接位置ＦＦＲａを含む直線に沿った方向）とのなす角θ１１へと変化し、カメラ１８の光軸Ｑ１と第２のカメラ視線情報（例えば、焦点Ｆ１および離間位置ＦＲｂを含む直線に沿った方向）とのなす角θ２は、カメラ１８の光軸Ｑ１と新たな第２のカメラ視線情報（例えば、焦点Ｆ１および新たな離間位置ＦＦＲｂを含む直線に沿った方向）とのなす角θ２２へと変化する。
すなわち、カメラ１８の画像平面Ｓ１において、フュージョンリングＦＲ１は、新たなフュージョンリングＦＦＲ１へと変化して、カメラ１８により得られる原画像に変化が生じる。
【００３６】
ここで、カメラ１８の画像平面Ｓ１における新たなフュージョンリングＦＦＲ１に対する画像変換処理には、鉛直方向下方に低下するより以前の融液面Ａに対して設定された、カメラ内部変数から算出するカメラ視線情報およびカメラ外部変数の情報が利用される。さらに、ワールド座標系でのＸＹ平面は融液面Ａに設定されているため、画像平面Ｓ１における新たなフュージョンリングＦＦＲ１は、いわばワールド座標系でのＸＹ平面つまり融液面Ａにおける新たなフュージョンリングＮＦＲを撮像して得た画像とされる。
【００３７】
これにより、新たな融液面ＡＡにおけるフュージョンリングＦＦＲ上の近接位置ＦＦＲａは、ワールド座標系の融液面Ａにおける新たなフュージョンリングＮＦＲ上の近接位置ＮＦＲａとされ、フュージョンリングＦＦＲ上の離間位置ＦＦＲｂは、ワールド座標系の融液面Ａにおける新たなフュージョンリングＮＦＲ上の近接位置ＮＦＲｂとされる。
これに伴い、仮想的なカメラの焦点Ｆ２と融液面ＡにおけるフュージョンリングＦＲ上の近接位置ＦＲａとの距離Ｌ３は、仮想的なカメラの焦点Ｆ２と新たな近接位置ＮＦＲａとの距離ＬＬ３へと変化し、仮想的なカメラの焦点Ｆ２と融液面ＡにおけるフュージョンリングＦＲ上の離間位置ＦＲｂとの距離Ｌ４は、仮想的なカメラの焦点Ｆ２と新たな離間位置ＮＦＲｂとの距離ＬＬ４へと変化する。
【００３８】
これにより、仮想的なカメラ視線情報が変化して、例えば、仮想的なカメラの光軸Ｑ２と第３のカメラ視線情報（例えば、焦点Ｆ２および近接位置ＦＲａを含む直線に沿った方向）とのなす角θ３は、仮想的なカメラの光軸Ｑ２と新たな第３のカメラ視線情報（例えば、焦点Ｆ２および近接位置ＮＦＲａを含む直線に沿った方向）とのなす角θ３３へと変化し、仮想的なカメラの光軸Ｑ２と第３のカメラ視線情報（例えば、焦点Ｆ２および近接位置ＦＲａを含む直線に沿った方向）とのなす角θ３は、仮想的なカメラの光軸Ｑ２と新たな第４のカメラ視線情報（例えば、焦点Ｆ２および離間位置ＮＦＲｂを含む直線に沿った方向）とのなす角θ４４へと変化する。
すなわち、仮想的な画像平面Ｓ２において、フュージョンリングＦＲ２は、新たなフュージョンリングＦＦＲ２へと変化して、仮想的なカメラで得られる変換画像に変化が生じる。
【００３９】
この場合、例えば融液面ＡのフュージョンリングＦＲを円形とした場合の中心位置Ｃは、新たな融液面ＡＡのフュージョンリングＦＦＲの中心位置ＣＣに対して、鉛直方向上方に位置しているため、例えば結晶軸Ｐに沿った方向から見た場合には、両中心位置Ｃ，ＣＣは同一の位置として観測される。
これに対して、ワールド座標系でのＸＹ平面つまり融液面Ａ上に変換された新たなフュージョンリングＮＦＲの中心位置ＮＣは、融液面ＡのフュージョンリングＦＲの中心位置Ｃに対してずれた位置に配置される。
従って、この中心位置Ｃに対するずれに基づいて、融液面Ａの変位を測定することができる。
【００４０】
以下に、単結晶引上装置１０の動作の詳細について説明する。
半導体単結晶Ｓの引き上げ工程は、半導体単結晶Ｓの形状に応じて、例えば、シード工程と、肩工程と、直胴工程と、ボトム工程とを含んでおり、以下においては、特に、シード工程と、肩工程と、直胴工程およびボトム工程との、３つに分類した各工程を対象として、半導体単結晶Ｓの幾何学的形状の測定方法について添付図面を参照しながら説明する。
図４は結晶形状測定の概略処理を示すフローチャートである。
【００４１】
先ず、図４に示すステップＳ０１においては、後述する初期化処理を行う。
次に、ステップＳ０２においては、結晶形状測定の処理の終了が指示されたか否かを判定する。
この判定結果が「ＹＥＳ」の場合には、ステップＳ１４に進み、終了処理として、例えば演算処理用に確保したメモリ領域の開放等を行い、一連の処理を終了する。一方、判定結果が「ＮＯ」の場合には、ステップＳ０３に進む。
【００４２】
ステップＳ０３においては、後述するように、カメラ１８にて撮像して得た原画像を画像処理部２０に取り込み、画像変換の処理を行う。
次に、ステップＳ０４においては、シード工程と、肩工程と、直胴工程およびボトム工程とに分類した３つの各工程のうち、何れの工程における処理であるかの工程確認を行う。
【００４３】
そして、ステップＳ０５においては、後述するように、各工程毎に応じて設定された境界検出の処理、つまり半導体単結晶Ｓと半導体融液ＳＬとの境界部の検出を行う。
そして、ステップＳ０６においては、後述するように、各工程毎に応じて設定された境界認識の処理、つまり検出した半導体単結晶Ｓと半導体融液ＳＬとの境界部に対して円近似に基づく認識処理を行い、半導体単結晶Ｓの幾何学的形状の情報、例えば直径Ｒおよび中心位置Ｃ等を算出する。
次に、ステップＳ０７においては、半導体単結晶Ｓと半導体融液ＳＬとの境界部に対する認識処理の結果の妥当性を評価する。
【００４４】
そして、ステップＳ０８においては、認識処理の結果が妥当であるか否かを判定する。
この判定結果が「ＹＥＳ」の場合には、ステップＳ０９に進む。一方、この判定結果が「ＮＯ」の場合には、ステップＳ１０に進む。
ステップＳ０９においては、予め記憶部１９に記憶された半導体単結晶Ｓの幾何学的形状の情報、例えば直径Ｒおよび中心位置Ｃ等に対する予測値を、認識結果によって更新して、変換テーブルを作成し、記憶部１９に格納する。
この予測値の更新では、例えば、所定のタイミングで測定した直径Ｒおよび中心位置Ｃ等の幾何学的形状の情報を時系列データとして扱って、移動平均に基づいて更新用のデータを生成する。
【００４５】
一方、ステップＳ１０においては、認識処理の結果を破棄して、予め記憶部１９に記憶された予測値を認識処理の結果として採用する。
そして、ステップＳ１１では、融液面Ａの変動、半導体単結晶Ｓの幾何学的形状、例えば直径および中心を算出する。
次に、ステップＳ１２では、ステップＳ１１での算出結果を出力する。
そして、ステップＳ１３では、特に直胴工程に対して晶癖線の有無を確認する。すなわち、ステップＳ０５における境界検出の検出結果と、ステップＳ０６における円近似による認識結果とを比較することで、フュージョンリングＦＲの外周部に突出する晶癖線が存在するか否かを観測する。そして、ステップＳ０２に戻る。
【００４６】
以下に、上述したステップＳ０１における初期化処理の詳細について説明する。図５は、図４に示すステップＳ０１における初期化処理の詳細を示すフローチャートである。
先ず、図５に示すステップＳ２１においては、引上装置１６の引上ワイヤ１６ａを引き上げる際の引き上げ条件、例えば引き上げ速度や引き上げ軸Ｐ周りの回転速度や融液面Ａの高さ等を記憶部１９から読み込む。
次に、ステップＳ２２においては、画像変換の演算処理に使用する各種パラメータを初期化する。
次に、ステップＳ２３においては、演算処理に使用する所定のメモリ領域を確保する。
【００４７】
次に、ステップＳ２４においては、カメラ１８により撮像して得られる原画像の全画素に対して、例えばワールド座標系への変換処理後に得られる画素対応点を算出したか否かを判定する。
この判定結果が「ＹＥＳ」の場合には、後述するステップＳ２９に進む。一方、この判定結果が「ＮＯ」の場合には、ステップＳ２５に進む。
ステップＳ２５においては、カメラ１８に固有のカメラ内部変数、例えば焦点距離および画素ピッチおよび画素数等の情報に基づいて、カメラ１８により撮像して得られる原画像の所望の画素に対するカメラ視線情報を算出する。
【００４８】
そして、ステップＳ２６においては、カメラ１８に対するカメラ外部変数、例えばカメラ姿勢およびカメラ位置等に基づいて、カメラ１８により撮像して得られる原画像の所望の画素に対するワールド座標系での位置を算出する。
次に、ステップＳ２７においては、仮想的なカメラに対するカメラ外部変数、例えばカメラ姿勢およびカメラ位置等に基づいて、ワールド座標系での所望の画素対応点に対する仮想的なカメラ視線情報を算出する。
次に、ステップＳ２８においては、仮想的なカメラに対するカメラ内部変数、例えば焦点距離および画素ピッチおよび画素数等と、仮想的なカメラ視線情報とに基づいて、ワールド座標系での所望の画素対応点に対する、変換画像の画素を算出する。そして、ステップＳ２４に戻る。
【００４９】
一方、ステップＳ２９においては、変換後の画素に対するカメラ１８により撮像して得られる原画像の所望の画素が無い点、つまり画素未対応点の算出結果を補間する。
そして、ステップＳ３０においては、画像取込および画像変換や、後述する境界検出処理や認識処理での検査対象領域等に対する各種の設定および確認を行い、一連の処理を終了する。
【００５０】
以下に、上述したステップＳ０３における画像取込および画像変換の処理の詳細について説明する。図６は画像取込および画像変換の処理の詳細について示すフローチャートである。
先ず、図６に示すステップＳ３１においては、カメラ１８により撮像され、例えば記憶部１９に格納された原画像を画像処理部２０に取り込む。
次に、ステップＳ３２においては、カメラ１８により撮像して得られる原画像の全画素の変換が終了したか否かを判定する。
この判定結果が「ＹＥＳ」の場合には、一連の処理を終了する。一方、この判定結果が「ＮＯ」の場合には、ステップＳ３３に進む。
【００５１】
ステップＳ３３においては、カメラ１８により撮像して得られる原画像の所望の画素に対して、予め記憶部１９に記憶した所定の変換テーブルを検索する。
次に、ステップＳ３４においては、カメラ１８により撮像して得た原画像の所望の画素に対する輝度値を参照する。
次に、ステップＳ３５においては、変換画像に対する所望の画素の輝度値を、ステップＳ３４にて検索した輝度値に基づいて設定する。そして、ステップＳ３２に戻る。
【００５２】
以下に、上述したステップＳ０５からステップＳ０６における、境界検出処理および境界部の認識処理の詳細について、シード工程と、肩工程と、直胴工程およびボトム工程との、３つに分類した各工程を対象として説明する。
先ず以下に、シード工程について説明する。
図７はシード工程における境界検出処理および境界部の認識処理の詳細について示すフローチャートであり、図８はカメラ１８にて撮像して得た原画像から画像変換により生成した変換画像において、半導体単結晶Ｓの中心位置Ｃに対する予測位置近傍を拡大して示す拡大画像であり、図９は拡大画像におけるフュージョンリングＦＲ２あるいはＦＦＲ２に対する認識結果を示す図である。
【００５３】
先ず、図７に示すステップＳ４１においては、変換画像に対して、半導体単結晶Ｓの中心位置Ｃに対する予測値を記憶部１９から読み込み、例えば図８に示すように、この予測値周辺の拡大画像を生成する。
次に、ステップＳ４２においては、拡大画像を二値化処理する際における、所定の二値化閾値を算出する。
【００５４】
次に、ステップＳ４３においては、拡大画像に二値化処理を行い、ラベリングを行う。
次に、ステップＳ４４においては、予め記憶部１９に格納した予測値、例えば前回のシード工程に対する処理にて設定した半導体単結晶Ｓの直径Ｒおよび中心位置Ｃのデータ等に基づいて、例えば図９に示すように、フュージョンリングＦＲ２あるいはＦＦＲ２の領域を抽出する。
次に、ステップＳ４５においては、抽出したフュージョンリングＦＲ２あるいはＦＦＲ２の領域の最大幅および最大幅の座標を抽出して、一連の処理を終了する。
【００５５】
以下に、肩工程について説明する。図１０は肩工程における境界検出処理および境界部の認識処理の詳細について示すフローチャートであり、図１１は変換画像におけるフュージョンリングＦＲ２あるいはＦＦＲ２に対して検出した境界エッジ群を示す図であり、図１２は検出した境界エッジ群に対して円によるマッチングおよび最小二乗法を用いた円近似処理を適用した結果を示す図である。
【００５６】
先ず、図１０に示すステップＳ５１においては、変換画像に対して、ラインウィンドウの設定角度範囲を算出する。
次に、ステップＳ５２においては、算出した設定角度範囲内における全ての境界エッジを探索したか否かを判定する。
この判定結果が「ＹＥＳ」の場合には、後述するステップＳ５５に進む。一方、この判定結果が「ＮＯ」の場合には、ステップＳ５３に進む。
【００５７】
ステップＳ５３においては、半導体単結晶Ｓの中心位置Ｃの予測値に基づいて、半導体融液ＳＬの融液面Ａと半導体単結晶Ｓとの境界検出用のラインウィンドウを設定する。
次に、ステップＳ５４においては、ラインウィンドウ上を外側つまり半導体融液ＳＬの融液面Ａ側から半導体単結晶Ｓの中心位置Ｃに向かい走査して、例えば図１１に示すように、融液面Ａと半導体単結晶Ｓとの境界エッジを検出する。そして、ステップＳ５２に戻る。
【００５８】
一方、ステップＳ５５においては、半導体単結晶Ｓの直径Ｒおよび中心位置Ｃの予測値に基づいて、変換画像上にて円によるマッチングを適用する範囲を設定する。
次に、ステップＳ５６においては、検出した境界エッジ群に対して、円によるマッチングを適用して、一致度を測定する。
次に、ステップＳ５７においては、一致度が最大となる円に対する直径Ｒおよび中心位置Ｃを算出する。
次に、ステップＳ５８においては、マッチングの結果に基づいて、例えばエッジ群における晶癖線等に起因する特異点の除去等の補正を行う。
次に、ステップＳ５９においては、補正後のエッジ群に対して最小二乗法を用いた円近似を行い、半導体単結晶Ｓの直径Ｒおよび中心位置Ｃを算出して、一連の処理を終了する。
【００５９】
以下に、直胴工程およびボトム工程の処理について説明する。図１３は直胴工程およびボトム工程における境界検出処理および境界部の認識処理の詳細について示すフローチャートであり、図１４はカメラ１８にて撮像して得た原画像から画像変換により生成した変換画像を示す図であり、図１５は変換画像におけるフュージョンリングＦＲ２あるいはＦＦＲ２に対する領域抽出の結果を示す図であり、図１６は抽出した領域から生成した３本の細線、つまり内周部および中心部および外周部の各細線を示す図であり、図１７は生成した細線に対して円検出のＨｏｕｇｈ変換を行った結果を示す図であり、図１８は生成した３本の細線を互いに同心円として最小二乗法による円近似を行った結果を示す図である。
【００６０】
先ず、図１３に示すステップＳ６１においては、変換画像を二値化処理する際における、所定の二値化閾値を算出する。
次に、ステップＳ６２においては、例えば図１４に示すような変換画像に二値化処理を行い、ラベリングを行う。
次に、ステップＳ６３においては、予め記憶部１９に格納した予測値、例えば所定のタイミングで測定した直径Ｒおよび中心位置Ｃ等の幾何学的形状の情報を時系列データとして扱って、移動平均に基づいて生成したデータ等に基づいて、例えば図１５に示すように、フュージョンリングＦＲ２あるいはＦＦＲ２の領域を抽出する。
【００６１】
次に、ステップＳ６４においては、例えば図１６に示すように、フュージョンリングＦＲ２あるいはＦＦＲ２に対して抽出した領域から、例えば内周部および中心部および外周部の３つ領域に対して細線化を行い、３本の細線による各円弧を生成する。
次に、ステップＳ６５においては、例えば図１７に示すように、３本の細線のうち中心部の細線に対して円検出のＨｏｕｇｈ変換を適用して、この変換により検出された円の直径Ｒおよび中心位置Ｃを取得する。
【００６２】
次に、ステップＳ６６においては、Ｈｏｕｇｈ変換により検出した円の直径Ｒおよび中心位置Ｃに基づいて、内周部および中心部および外周部の３つ領域に対して行った各細線化の結果に対して、例えば各細線における晶癖線等に起因する特異点の除去等の補正を行う。
次に、ステップＳ６７においては、例えば図１８に示すように、補正後の各細線に対して最小二乗法を用いた同心円近似を行い、半導体単結晶Ｓの直径Ｒおよび中心位置Ｃを算出して、一連の処理を終了する。
【００６３】
以上説明したように、本実施の形態に係る単結晶引上装置１０および単結晶引上方法によれば、半導体単結晶Ｓの引き上げ軸（つまり結晶軸）Ｐと交差する方向Ｑ１（つまりカメラ１８の光軸）に沿って撮像して原画像を、仮想的に引き上げ軸Ｐと平行な方向から撮像した場合に得られる仮想的な画像へと変換することで、半導体単結晶Ｓと半導体融液ＳＬの融液面Ａとの境界部に発生するフュージョンリングＦＲの画像が歪んで観測されてしまうことを抑制することができる。これにより、フュージョンリングＦＲの画像を精度良く円近似することができ、この円近似に基づいて半導体単結晶Ｓの形状、例えば直径Ｒや中心位置Ｃを精度良く測定することができる。
しかも、融液面Ａの変動、例えば鉛直方向における融液面Ａの変位や融液面Ａの揺らぎ等が発生した場合には、測定される半導体単結晶Ｓの中心位置Ｃが変位するため、この中心位置Ｃの変位に基づいて融液面Ａの変動を検知して、半導体単結晶Ｓの育成動作、例えば引き上げ速度や引き上げ軸Ｐ周りの回転動作、さらには、半導体融液ＳＬを貯留する坩堝１４の移動や、半導体単結晶Ｓと融液面Ａとの相対位置等を適切に制御することができる。
【００６４】
さらに、例えば二値化処理や境界エッジの検出処理等により検出した半導体単結晶Ｓと融液面Ａとの境界部のデータと、この境界部を円近似により認識した認識結果とを比較することで、半導体単結晶Ｓの晶癖線として半導体単結晶Ｓの外周部から突出する突出部を検知することができる。
これにより、例えば半導体単結晶Ｓの外周部から晶癖線に相当する突出部が消失した場合には、単結晶が崩れて多結晶化したと判断することができ、育成時における半導体単結晶Ｓの状態をリアルタイムに把握することができ、作製する半導体単結晶Ｓの品質を容易に判定することができる。
【００６５】
なお、上述した本実施の形態においては、引き上げ工程の全工程にわたり１台の単焦点レンズとシャッタカメラによりフュージョンリングＦＲを撮像するとしたが、これに限定されず、例えば複数台のカメラにより撮像しても良いし、ズームレンズや複光軸を有するレンズ等を備えても良い。さらに、デジタルカメラからの局所読みだし画像や間引き読み出し画像等を利用しても良い。
【００６６】
なお、本発明の一実施形態に係る単結晶引上方法を実現する単結晶引上装置１０は、専用のハードウェアにより実現されるものであっても良く、また、メモリおよびＣＰＵを備えて構成され、単結晶引上装置１０の機能を実現するためのプログラムをメモリにロードして実行することによりその機能を実現するものであっても良い。
【００６７】
また、上述した本発明に係る単結晶引上方法を実現するためのプログラムをコンピュータ読みとり可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより単結晶の引き上げを行っても良い。なお、ここで言うコンピュータシステムとはＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものであっても良い。
【００６８】
また、コンピュータ読みとり可能な記録媒体とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことを言う。さらに、コンピュータ読みとり可能な記録媒体とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。
また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良く、さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記憶されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであっても良い。
【００６９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明における第１の発明である単結晶引上装置によれば、単結晶と結晶融液との境界部の画像が歪んで観測されてしまうことを抑制することができ、境界部を精度良く円近似することができ、この円近似に基づいて単結晶の形状、例えば径や中心を精度良く測定することができる。このため、例えば複数の単結晶を作製する場合においても、安定した品質を確保することが可能となる。しかも、測定される単結晶の中心の変位に基づいて融液面の変動を検知して、単結晶の育成動作、例えば引き上げ速度や引き上げ軸周りの回転動作、さらには、結晶融液を貯留する坩堝の移動や、単結晶と融液面との相対位置等を適切に制御することができる。
【００７０】
さらに、本発明における第２の発明である単結晶引上装置によれば、境界部検出手段にて検出した単結晶と結晶融液との境界部と、境界部認識手段にて境界部を円近似により認識した認識結果とを比較することで、単結晶の晶癖線を検知することができる。これにより、例えば単結晶の外周部から晶癖線に相当する突出部が消失した場合には、単結晶が崩れて多結晶化したと判断することができ、育成時における単結晶の状態をリアルタイムに把握することができ、作製する単結晶の品質を容易に判定することができる。
【００７１】
また、本発明における第３の発明である単結晶引上方法によれば、単結晶と結晶融液との境界部の画像が歪んで観測されてしまうことを抑制することができ、単結晶の形状、例えば径や中心を精度良く測定することができる。さらに、測定される単結晶の中心の変位に基づいて融液面の変動を検知して、単結晶の育成動作を適切に制御することができる。さらに、本発明における第４の発明である単結晶引上方法によれば、育成時における単結晶の状態をリアルタイムに把握することができ、作製する単結晶の品質を容易に判定することができる。
【００７２】
また、本発明における第５の発明であるプログラムによれば、単結晶と結晶融液との境界部の画像が歪んで観測されてしまうことを抑制することができ、単結晶の形状、例えば径や中心を精度良く測定することができる。さらに、測定される単結晶の中心の変位に基づいて融液面の変動を検知して、単結晶の育成動作を適切に制御することができる。さらに、本発明における第６の発明であるプログラムによれば、育成時における単結晶の状態をリアルタイムに把握することができ、作製する単結晶の品質を容易に判定することができる。
【００７３】
また、本発明における第７の発明であるコンピュータ読み取り可能な記録媒体によれば、単結晶と結晶融液との境界部の画像が歪んで観測されてしまうことを抑制することができ、単結晶の形状、例えば径や中心を精度良く測定することができる。さらに、測定される単結晶の中心の変位に基づいて融液面の変動を検知して、単結晶の育成動作を適切に制御することができる。さらに、本発明における第８の発明であるコンピュータ読み取り可能な記録媒体によれば、育成時における単結晶の状態をリアルタイムに把握することができ、作製する単結晶の品質を容易に判定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態に係わる単結晶引上装置を示す構成図である。
【図２】 本実施の形態に係る単結晶引上装置において、カメラにより撮像して得た原画像を、仮想的に引き上げ軸Ｐと平行な方向から撮像した仮想的なカメラで得られる変換画像へと変換する際における、幾何学的な対応関係を示す図である。
【図３】 半導体融液ＳＬの融液面Ａが変位した場合における、原画像と変換画像の幾何学的な対応関係を示す図である。
【図４】 図１に示す単結晶引上装置の概略動作を示すフローチャートである。
【図５】 図４に示すステップＳ０１における初期化処理の詳細を示すフローチャートである。
【図６】 図４に示すステップＳ０３における画像取込および画像変換の処理の詳細について示すフローチャートである。
【図７】 図４に示すステップＳ０５からステップＳ０６の処理において、特にシード工程における境界検出処理および境界部の認識処理の詳細について示すフローチャートである。
【図８】 カメラにて撮像して得た原画像から画像変換により生成した変換画像において、半導体単結晶Ｓの中心位置Ｃに対する予測位置近傍を拡大して示す拡大画像である。
【図９】 拡大画像におけるフュージョンリングＦＲ２あるいはＦＦＲ２に対する認識結果を示す図である。
【図１０】 図４に示すステップＳ０５からステップＳ０６の処理において、特に肩工程における境界検出処理および境界部の認識処理の詳細について示すフローチャートである。
【図１１】 変換画像におけるフュージョンリングＦＲ２あるいはＦＦＲ２に対して検出した境界エッジ群を示す図である。
【図１２】 検出した境界エッジ群に対して円によるマッチングおよび最小二乗法を用いた円近似処理を適用した結果を示す図である。
【図１３】 図４に示すステップＳ０５からステップＳ０６の処理において、特に直胴工程およびボトム工程における境界検出処理および境界部の認識処理の詳細について示すフローチャートである。
【図１４】 カメラにて撮像して得た原画像から画像変換により生成した変換画像を示す図である。
【図１５】 変換画像におけるフュージョンリングＦＲ２あるいはＦＦＲ２に対する領域抽出の結果を示す図である。
【図１６】 抽出した領域から生成した３本の細線、つまり内周部および中心部および外周部の各細線を示す図である。
【図１７】 生成した細線に対して円検出のＨｏｕｇｈ変換を行った結果を示す図である。
【図１８】 生成した３本の細線を互いに同心円として最小二乗法による円近似を行った結果を示す図である。
【符号の説明】
１０ 単結晶引上装置
１８ カメラ（撮像手段）
２１ 制御部（単結晶育成制御手段）
ステップＳ０３ 画像変換手段
ステップＳ０５ 境界部検出手段
ステップＳ０６ 境界部認識手段
ステップＳ１１ 融液面変動検知手段、演算手段[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a single crystal pulling apparatus, a single crystal pulling method, a program, and a recording for pulling a dislocation-free semiconductor single crystal such as Si (silicon) from a semiconductor melt in a crucible by a CZ (Czochralski) method. The present invention relates to a medium, and more particularly to a technique for controlling a pulling operation based on an optical measurement result with respect to a geometric shape of a semiconductor single crystal to be grown.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a semiconductor single crystal is rotated around a pulling axis from a semiconductor melt filled in a quartz crucible installed in a furnace, such as a single crystal pulling apparatus disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-281482. When pulling up, the boundary between the semiconductor single crystal and the semiconductor melt is imaged with a camera, the diameter of the semiconductor single crystal is calculated from the image obtained by this imaging, and the single crystal pulling speed or Single crystal pulling apparatuses that control the temperature of semiconductor melting and the like are known.
In this single crystal pulling apparatus, the arc of the fusion ring is measured from an image obtained by imaging a high-intensity fusion ring generated at the boundary between the grown single crystal and the semiconductor melt, and the semiconductor single crystal is measured by this arc. The diameter of the semiconductor single crystal is calculated by estimating the center of the circle which is the cross section of the semiconductor. In the measurement of an arc, the center of the circle is estimated by plotting at least three points on the arc.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the single crystal pulling apparatus according to an example of the above prior art, the high-intensity fusion ring generated at the boundary between the semiconductor single crystal to be grown and the semiconductor melt is inclined upward, that is, the pulling axis of the semiconductor single crystal. Images are taken with a camera from a direction intersecting the direction. Then, on the image obtained by this imaging, the center position of the semiconductor single crystal is estimated by circularly approximating the fusion ring.
However, even if it is actually a circular fusion ring, the distance between each point on the fusion ring and the focal point of the camera is different when the image is taken from an oblique direction intersecting the pulling axis direction of the semiconductor single crystal. Therefore, the fusion ring on the image obtained by imaging is not circular, and it is different from an ellipse, and for example, a deformed ellipse image in which the front part of the camera position swells can be obtained. It becomes.
[0004]
For this reason, when the fusion ring is approximated to a circle or ellipse on the image obtained by imaging with the camera, and the diameter of the semiconductor single crystal is estimated from this result, the estimation differs depending on the area to which the circle or ellipse approximation is applied. As a result, the diameter of the semiconductor single crystal obtained by estimation may be significantly different from the diameter of the actual semiconductor single crystal.
And, by controlling the single crystal pulling speed, the temperature of semiconductor melting, and the like based on the estimation result having a large error with respect to the actual diameter of the semiconductor single crystal, a desired dimensional accuracy is ensured when growing the semiconductor single crystal. The problem of being unable to do so occurs.
The present invention has been made in view of the above circumstances, and the geometric shape such as the diameter and center of the semiconductor single crystal is obtained from the image of the boundary between the semiconductor single crystal and the melt surface obtained by imaging with a camera or the like. An object of the present invention is to provide a single crystal pulling apparatus, a single crystal pulling method, a program, and a recording medium capable of appropriately controlling a semiconductor single crystal growing operation by measuring with high accuracy.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
  In order to solve the above problems and achieve the purpose,The single crystal pulling method of the present invention is a single crystal pulling method for pulling and growing a single crystal from a crystal melt by the Czochralski method,
A first step of imaging the boundary between the single crystal and the crystal melt;
A second step of converting the original image obtained by imaging in the first step into an image obtained when the boundary is imaged from a direction virtually parallel to the pulling axis;
A third step of detecting the boundary on the image obtained in the second step;
On the image, a fourth step of calculating a diameter and a center by circularly approximating the boundary portion detected in the third step;
A fifth step of detecting a change in the melt surface of the crystal melt based on the center of the boundary calculated in the fourth step;
A sixth step of calculating the diameter and center of the single crystal based on the melt surface position detected in the fifth step;
Based on the diameter and center of the single crystal calculated in the sixth step and the fluctuation of the melt surface detected by the melt surface fluctuation detecting means, a seventh operation for controlling the growth operation of the single crystal is controlled. Steps,
After the second step, step S04 for confirming the process in which of the three processes classified into the seed process, the shoulder process, the straight body process, and the bottom process, Including
In the third step and the fourth step, when the boundary portion between the semiconductor single crystal and the semiconductor melt is detected, a boundary detection process is set for each of the three classified processes. .
In the single crystal pulling method of the present invention, in the third step and the fourth step as the boundary detection process and the boundary part recognition process, the seed process is performed as follows:
Step S41 for reading the predicted value for the center position of the semiconductor single crystal from the storage unit for the converted image and generating an enlarged image around the predicted value;
Step S43 for extracting a fusion ring region based on the diameter and center position data of the semiconductor single crystal set in the process for the previous seed step, which is a predicted value stored in advance in the storage unit;
Step S45 for extracting the maximum width of the extracted fusion ring region and the coordinates of the maximum width.
In the single crystal pulling method of the present invention, in the third step and the fourth step as the boundary detection process and the boundary recognition process, the shoulder process is performed as follows:
Step S51 for calculating the set angle range of the line window for the converted image; Step S52 for determining whether or not all boundary edges within the calculated set angle range have been searched;
If the determination result in step S52 is “NO”, a step of setting a line window for detecting the boundary between the melt surface of the semiconductor melt and the semiconductor single crystal based on the predicted value of the center position of the semiconductor single crystal. S53, scanning on the line window from the outside, that is, from the melt surface side of the semiconductor melt toward the center position of the semiconductor single crystal, detecting the boundary edge between the melt surface and the semiconductor single crystal, and returning to step S52 S54,
  If the determination result in step S52 is “YES”, based on the predicted value of the diameter and center position of the semiconductor single crystal, a step S55 for setting a range to which matching by a circle is applied on the converted image;
Applying a matching by a circle to the detected boundary edge group to measure the degree of coincidence;
Calculating a diameter and a center position with respect to a circle having the highest degree of coincidence;
Based on the result of matching, compensation such as removal of singular points due to crystal habit lines in the edge group Step S58 for performing the positive;
Step S59 for performing circle approximation using the least square method on the corrected edge group and calculating the diameter and the center position of the semiconductor single crystal.
The single crystal pulling method of the present invention includes a straight body process and a bottom process in the third step and the fourth step as the boundary detection process and the boundary recognition process.
Step S62 for performing binarization processing and labeling on the converted image;
Information on the geometric shape of the diameter and center position measured at a predetermined timing, which is a predicted value stored in advance in the storage unit, is handled as time-series data, and the fusion ring based on the data generated based on the moving average, etc. Step S63 for extracting a region;
  Step S64 for thinning the three regions of the inner peripheral portion and the central portion and the outer peripheral portion from the region extracted for the fusion ring to generate each arc by three thin lines;
Obtaining the diameter and center position of the circle detected by the Hough transform of circle detection for the thin wire at the center of the three thin wires; and
  Based on the diameter and center position of the circle detected by the Hough transform, correction such as removal of singular points caused by crystal habit lines, etc. in each thin line performed on the inner peripheral part and the three parts of the central part and the outer peripheral part Performing step S66;
A step S67 of performing concentric circle approximation using the least square method for each corrected thin line and calculating the diameter R and the center position of the semiconductor single crystal can be included.
The present inventionIt is the first invention inThe single crystal pulling apparatus is a single crystal pulling apparatus that pulls and grows a single crystal from a crystal melt by the Czochralski method, and has an imaging means (for example, an image capturing unit that captures a boundary between the single crystal and the crystal melt) The original image obtained by imaging with the camera 18) and the imaging means in an embodiment to be described later is converted into an image obtained when the boundary is virtually imaged from a direction parallel to the pulling axis. Image converting means for converting (for example, step S03 in the embodiment described later) and boundary detecting means for detecting the boundary on the image obtained by the image converting means (for example, in an embodiment described later) Step S05), and boundary recognition means (for example, step S0 in the embodiment described later) that calculates a diameter and a center by circularly approximating the boundary detected by the boundary detection means on the image. ) And the melt surface fluctuation detecting means (for example, step S11 in the embodiment described later) that detects the fluctuation of the melt surface of the crystal melt based on the center of the boundary calculated by the boundary recognition means. ) And calculation means for calculating the diameter and center of the single crystal based on the melt surface position detected by the melt surface fluctuation detection means (for example, step S11 also serves in the embodiment described later), Single crystal growth for controlling the growth operation of the single crystal based on the diameter and center of the single crystal calculated by the computing means and the fluctuation of the melt surface detected by the melt surface fluctuation detecting means It is characterized by comprising a control means (for example, the control unit 21 in the embodiment described later).
[0006]
According to the single crystal pulling apparatus having the above configuration, for example, an original image obtained by imaging from a position obliquely above the boundary portion between the single crystal and the crystal melt is virtually imaged from a direction parallel to the pulling axis. By converting to an image obtained in this case, it is possible to suppress, for example, a circular fusion ring image generated at the boundary between the single crystal and the crystal melt from being distorted and observed. Thereby, the image of the fusion ring can be circularly approximated with high accuracy, and the shape, for example, the diameter and center of the single crystal can be accurately measured based on this circular approximation. Therefore, for example, even when a plurality of single crystals are produced, stable quality can be ensured.
Further, when the melt surface changes, for example, when the melt surface is displaced in the vertical direction or the melt surface fluctuates, the center of the single crystal to be measured is displaced. Detects fluctuations in the melt surface and grows single crystals, for example, the pulling speed of single crystals and the rotation around the pulling axis, as well as the movement of crucibles that store crystal melts, The relative position and the like can be appropriately controlled.
[0007]
  further,BookinventionIt is the second invention inThe single crystal pulling apparatus compares the boundary portion detected by the boundary portion detecting means with a recognition result obtained by recognizing the boundary portion by circular approximation by the boundary portion recognizing means. It is characterized by comprising crystal habit detecting means for detecting wrinkles and crystal disorder detecting means for detecting disorder of the crystals of the single crystal based on a detection result by the crystal habit detecting means.
[0008]
According to the single crystal pulling apparatus having the above-described configuration, the boundary portion between the single crystal and the crystal melt detected by the boundary detection means, and the recognition result obtained by recognizing the boundary portion by circular approximation by the boundary recognition means. By comparing, it is possible to detect a protruding portion protruding from the outer peripheral portion of the single crystal as a habit line of the single crystal.
As a result, for example, when the protrusion corresponding to the crystal habit line disappears from the outer periphery of the single crystal, it can be determined that the single crystal has collapsed and has become polycrystallized, and the state of the single crystal at the time of growth can be determined in real time. And the quality of the single crystal to be produced can be easily determined.
[0009]
  Also,BookinventionIt is the third invention inThe single crystal pulling method is a single crystal pulling method for pulling and growing a single crystal from a crystal melt by the Czochralski method, and is a first step for imaging a boundary portion between the single crystal and the crystal melt ( For example, an image obtained when the boundary portion is virtually imaged from a direction parallel to the pulling axis from the original image obtained in step S03) and the first step in the embodiment described later. A second step (for example, step S03 in the embodiment described later) to be converted into a second step, and a third step (for example, an implementation described later) for detecting the boundary on the image obtained in the second step. Step S05) in the form, and a fourth step (for example, in an embodiment described later) for calculating a diameter and a center by circularly approximating the boundary portion detected in the third step on the image. Step S06) and a fifth step of detecting a change in the melt surface of the crystal melt based on the center of the boundary calculated in the fourth step (for example, step S11 in the embodiment described later). And a sixth step of calculating the diameter and center of the single crystal based on the melt surface position detected in the fifth step (for example, step S11 also serves in the embodiment described later), A seventh step of controlling the growing operation of the single crystal based on the diameter and center of the single crystal calculated in the step and the fluctuation of the melt surface detected by the melt surface fluctuation detecting means (for example, In the embodiment described later, the processing of the control unit 21 based on the output of the image processing unit 20 is included.
[0010]
According to such a single crystal pulling method, for example, a circular fusion ring image generated at the boundary between the single crystal and the crystal melt can be prevented from being distorted and observed. Thereby, the image of the fusion ring can be circularly approximated with high accuracy, and the shape, for example, the diameter and center of the single crystal can be accurately measured based on this circular approximation.
Furthermore, the fluctuation of the melt surface is detected based on the measured displacement of the center of the single crystal, and the growth operation of the single crystal, for example, the pulling speed of the single crystal and the rotation operation around the pulling axis, It is possible to appropriately control the movement of the crucible for storing the liquid and the relative position between the single crystal and the melt surface.
[0011]
  further,BookinventionIt is the fourth invention inThe single crystal pulling method compares the boundary portion detected in the third step with the recognition result obtained by recognizing the boundary portion in the fourth step by circular approximation. And an ninth step of detecting disorder of the single crystal based on the detection result of the eighth step. According to such a single crystal pulling method, for example, when the protrusion corresponding to the habit line disappears from the outer peripheral portion of the single crystal, it can be determined that the single crystal has collapsed and has become polycrystalline. The state of the single crystal at the time of growth can be grasped in real time, and the quality of the single crystal to be produced can be easily determined.
[0012]
  Also,BookinventionIt is the fifth invention inThe program is a program for causing a computer to function as a means for pulling and growing a single crystal from a crystal melt by the Czochralski method, and is imaged by an imaging means (for example, a camera 18 in an embodiment described later). Image conversion means (for example, described later) that converts an original image of the boundary between the single crystal and the crystal melt into an image obtained when the boundary is virtually imaged from a direction parallel to the pulling axis. In the embodiment, step S03 also serves as a boundary detection unit for detecting the boundary on the image obtained by the image conversion unit (for example, step S05 in the embodiment described later), In this case, a boundary recognition unit (for example, an embodiment described later) that calculates a diameter and a center by circularly approximating the boundary detected by the boundary detection unit Step S06) and a melt surface fluctuation detecting means (for example, implementation described later) for detecting the fluctuation of the melt surface of the crystal melt based on the center of the boundary calculated by the boundary recognition means. In the embodiment, step S11) and calculation means for calculating the diameter and center of the single crystal based on the melt surface position detected by the melt surface fluctuation detection means (for example, step S11 in the embodiment described later includes step S11). And controlling the growth operation of the single crystal based on the diameter and center of the single crystal calculated by the calculating means and the fluctuation of the melt surface detected by the melt surface fluctuation detecting means. It is characterized by functioning as single crystal growth control means (for example, a control unit 21 in the embodiment described later).
[0013]
According to the above program, for example, an image obtained when an original image obtained by imaging from a position obliquely above the boundary between a single crystal and a crystal melt is virtually imaged from a direction parallel to the pulling axis. By converting to, it is possible to suppress, for example, a circular fusion ring image generated at the boundary between the single crystal and the crystal melt from being distorted and observed. Thereby, the image of the fusion ring can be circularly approximated with high accuracy, and the shape, for example, the diameter and center of the single crystal can be accurately measured based on this circular approximation. Therefore, for example, even when a plurality of single crystals are produced, stable quality can be ensured.
Further, when the melt surface changes, for example, when the melt surface is displaced in the vertical direction or the melt surface fluctuates, the center of the single crystal to be measured is displaced. Detects fluctuations in the melt surface and grows single crystals, for example, the pulling speed of single crystals and the rotation around the pulling axis, as well as the movement of crucibles that store crystal melts, The relative position and the like can be appropriately controlled.
[0014]
  further,BookinventionIt is the sixth invention inThe program compares the boundary detected by the boundary detection unit with a recognition result obtained by recognizing the boundary by circular approximation by the boundary recognition unit, and determines the crystal habit of the single crystal. It is characterized by functioning as crystal habit detecting means for detecting a line, and crystal disorder detecting means for detecting a disorder of the crystal of the single crystal based on a detection result by the crystal habit detecting means.
[0015]
According to the above program, by comparing the boundary between the single crystal and the crystal melt detected by the boundary detection means and the recognition result obtained by recognizing the boundary by circular approximation by the boundary recognition means, A protruding portion protruding from the outer peripheral portion of the single crystal can be detected as a habit line of the single crystal.
As a result, for example, when the protrusion corresponding to the crystal habit line disappears from the outer periphery of the single crystal, it can be determined that the single crystal has collapsed and has become polycrystallized, and the state of the single crystal at the time of growth can be determined in real time. And the quality of the single crystal to be produced can be easily determined.
[0016]
  Also,BookinventionIt is the seventh invention inThe computer-readable recording medium is a recording medium that records a program for causing a computer to function as a means for pulling and growing a single crystal from a crystal melt by the Czochralski method, and is an imaging means (for example, described later). In the embodiment, the original image of the boundary between the single crystal and the crystal melt imaged by the camera 18) is converted into an image obtained when the boundary is imaged from a direction virtually parallel to the pulling axis. Image converting means for converting (for example, step S03 in the embodiment described later) and boundary detecting means for detecting the boundary portion on the image obtained by the image converting means (for example, embodiment described later) In step S05), the diameter and center are calculated by circularly approximating the boundary detected by the boundary detection means on the image. A change in the melt surface of the crystal melt is detected based on the boundary recognition means (for example, step S06 in the embodiment described later) and the center of the boundary calculated by the boundary recognition means. Calculation for calculating the diameter and center of the single crystal based on the melt surface fluctuation detecting means (for example, step S11 in the embodiment described later) and the melt surface position detected by the melt surface fluctuation detecting means. Means (for example, step S11 in the embodiment described later), the diameter and center of the single crystal calculated by the calculating means, and the melt surface fluctuation detected by the melt surface fluctuation detecting means. On the basis of the above, a program for functioning as single crystal growth control means (for example, a control unit 21 in the embodiment described later) for controlling the growth operation of the single crystal is recorded.
[0017]
According to the above recording medium, for example, it is obtained when an original image obtained by imaging from a position obliquely above the boundary between the single crystal and the crystal melt is virtually imaged from a direction parallel to the pulling axis. By converting to an image, it is possible to suppress, for example, a circular fusion ring image generated at the boundary between the single crystal and the crystal melt from being distorted and observed. Thereby, the image of the fusion ring can be circularly approximated with high accuracy, and the shape, for example, the diameter and center of the single crystal can be accurately measured based on this circular approximation. Therefore, for example, even when a plurality of single crystals are produced, stable quality can be ensured.
Further, when the melt surface changes, for example, when the melt surface is displaced in the vertical direction or the melt surface fluctuates, the center of the single crystal to be measured is displaced. Detects fluctuations in the melt surface and grows single crystals, for example, the pulling speed of single crystals and the rotation around the pulling axis, as well as the movement of crucibles that store crystal melts, The relative position and the like can be appropriately controlled.
[0018]
  further,BookinventionIt is the eighth invention inThe computer-readable recording medium compares the boundary detected by the boundary detection unit with a recognition result obtained by recognizing the boundary by circular approximation by the boundary recognition unit. A crystal habit detecting means for detecting the crystal habit line of the single crystal and a program for functioning as a crystal disorder detecting means for detecting the disturbance of the crystal of the single crystal based on the detection result by the crystal habit detecting means. It is characterized by that.
[0019]
According to the above recording medium, the boundary between the single crystal and the crystal melt detected by the boundary detection means and the recognition result obtained by recognizing the boundary by circular approximation by the boundary recognition means can be compared. The protruding portion protruding from the outer peripheral portion of the single crystal can be detected as the habit line of the single crystal.
As a result, for example, when the protrusion corresponding to the crystal habit line disappears from the outer periphery of the single crystal, it can be determined that the single crystal has collapsed and has become polycrystallized, and the state of the single crystal at the time of growth can be determined in real time. And the quality of the single crystal to be produced can be easily determined.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, an embodiment of a single crystal pulling apparatus, a single crystal pulling method, a program, and a recording medium according to the invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a block diagram showing a single crystal pulling apparatus 10 according to an embodiment of the present invention.
[0021]
A single crystal pulling apparatus 10 according to the present embodiment includes, for example, a pulling furnace 11 that forms a hollow airtight container, and a shaft 12 that is erected in the vertical direction at the center lower portion of the pulling furnace 11 and can move up and down. The susceptor 13 mounted on the upper portion of the shaft 12, the crucible 14 supported on the susceptor 13 and storing the semiconductor melt SL made of, for example, silicon melt, and a predetermined distance from the outer peripheral surface of the crucible 14 The heater 15, the pull-up device 16, the crucible moving device 17, the camera 18, the storage unit 19, the image processing unit 20, and the control unit 21 are arranged separately from each other.
[0022]
The heater 15 heats and melts a semiconductor material such as silicon in the crucible 14 and keeps the semiconductor melt SL at a predetermined temperature.
The pulling device 16 suspends, for example, the pulling wire 16a up and down along the pulling axis P and is rotatable around the pulling shaft P. The lower end of the pulling wire 16a is made of silicon or the like, for example. A semiconductor seed crystal (not shown) is fixed.
The crucible moving device 17 moves the crucible 14 up and down and rotates via the shaft 12.
The operations of the heater 15, the pulling device 16, and the crucible moving device 17 are controlled by the control unit 21.
[0023]
The camera 18 is, for example, a two-dimensional shutter camera. For example, from the direction Q1 that intersects the melt surface A at a substantially acute angle, a high point generated near the boundary between the semiconductor melt SL and the semiconductor single crystal S, that is, near the crystal growth interface. The brightness fusion ring FR is imaged. Then, the original image obtained by imaging is output to the storage unit 19 and stored.
As will be described later, the image processing unit 20 reads an original image obtained by imaging with the camera 18 from the storage unit 19, converts the original image into an image, and virtually pulls up the axis (that is, the semiconductor single crystal S). A so-called converted image, which is obtained when imaging is performed from a direction parallel to the crystal axis (P), is generated. Then, information on the geometric shape of the semiconductor single crystal S, such as the diameter R and the center position C, is calculated from the converted image.
Further, the image processing unit 20 treats information on geometric shapes such as the diameter R and the center position C measured at a predetermined timing in the process of manufacturing the semiconductor single crystal S as time series data, for example, as a moving average. Based on this, the quality of the semiconductor single crystal S, such as dimensional accuracy, is predicted, and the validity of the result of the recognition processing of the boundary portion is evaluated.
[0024]
Based on the geometrical shape information such as the diameter R and the center position C of the semiconductor single crystal S calculated by the image processing unit 20, the control unit 21 uses the heater 15, the pulling device 16, and the crucible moving device 17. A control signal for controlling the operation is output.
[0025]
The single crystal pulling apparatus 10 according to the present embodiment has the above configuration, and the operation of the single crystal pulling apparatus 10 will be described below.
First, processing for obtaining a converted image by converting an original image captured by the camera 18 will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 2 shows a conversion obtained by a virtual camera in which the original image acquired by the camera 18 in the single crystal pulling apparatus 10 according to the present embodiment is imaged from a direction virtually parallel to the pulling axis P. FIG. 3 is a diagram showing a geometric correspondence relationship when converting into an image, and FIG. 3 shows a geometric correspondence relationship between the original image and the converted image when the melt surface A of the semiconductor melt SL is displaced. FIG.
[0026]
From a position obliquely above the fusion ring FR generated at the boundary between the semiconductor melt SL and the semiconductor single crystal S, for example, in a direction Q1 that intersects the melt surface A at a substantially acute angle (that is, the optical axis of the camera 18). When the fusion ring FR is imaged along, the distance between the focal point F1 of the camera 18 and each position on the fusion ring FR is not constant.
For example, as shown in FIG. 2, the focal point F1 and the proximity position of the camera 18 with respect to the proximity position FRa closest to the camera 18 and the separation position FRb farthest from the camera 18 on the fusion ring FR. Unlike the distance L2 between the focal point F1 of the camera 18 and the separation position FRb, the distance L1 to FRa always satisfies the relationship L1 <L2.
[0027]
For this reason, even if the actual fusion ring FR is circular, for example, the fusion ring FR1 in the original image obtained by imaging with the camera 18 is a deformed ellipse that is neither circular nor elliptical. In FIG. 2, the image plane S1 is shown on the front side of the focal point F1 of the camera 18 for the sake of convenience. However, in actual imaging, the image plane S1 is provided on the rear side of the focal point F1.
Here, for example, a focal point F2 of the virtual camera is set at a position vertically above the intersection position A1 between the optical axis Q1 of the camera 18 and the melt surface A of the semiconductor melt SL, and this focal point F2 and Assume that the fusion ring FR is imaged from a direction along the vertical axis Q2 (that is, the optical axis of the virtual camera) including the intersection position A1. Then, the fusion ring FR2 obtained by imaging with this virtual camera is approximately circular in the image plane S2 of the virtual camera.
[0028]
That is, as shown in FIG. 2, the center position C of the actual semiconductor single crystal S does not coincide with the intersection position A1, and the optical axis Q2 of the virtual camera is shifted from the crystal axis P and parallel to the crystal axis P. In this case, the distance L3 between the focal point F2 of the virtual camera and the proximity position FRa1 does not match the distance L4 between the focal point F2 of the virtual camera and the separation position FRb. A substantially circular fusion ring FR2 is imaged in the image plane S2 of the camera.
When the center position C of the actual semiconductor single crystal S and the intersection position A1 coincide with each other and the optical axis Q2 and the crystal axis P of the virtual camera coincide with each other, L3 = L4 and the circular fusion. A ring FR2 is obtained.
In FIG. 2, the image plane S2 of the virtual camera is shown on the front side of the focal point F2 of the virtual camera for convenience.
[0029]
Here, when the fusion ring FR1 in the image plane S1 is converted into the fusion ring FR2 in the virtual camera image plane S2, first, camera line-of-sight information of each pixel corresponding to the fusion ring FR1 is calculated.
The camera line-of-sight information is calculated from the focal length f, the pixel pitch, the number of pixels, and the like, which are internal camera variables. On the other hand, it is information on the direction in which each straight line extends.
For example, in FIG. 2, the camera line-of-sight information includes an angle θ1 formed by the optical axis Q1 of the camera 18 and first camera line-of-sight information (for example, a direction along a straight line including the focal point F1 and the proximity position FRa), This is information including an angle θ2 formed by the optical axis Q1 and second camera line-of-sight information (for example, a direction along a straight line including the focal point F1 and the separation position FRb).
[0030]
For each pixel corresponding to the fusion ring FR1 on the image plane S1, the camera posture and camera position (for example, the distance L between the focal point F1 and the intersection position A1 in FIG. And the position on the world coordinates based on the information of the angle θ between the line segment F1A1 and the like. Here, the XY plane of the world coordinate system is, for example, the melt surface A of the semiconductor melt SL.
[0031]
Then, based on information about the camera external variables of the virtual camera, that is, the camera posture and the camera position (for example, the distance LL between the focal point F2 and the intersection position A1 in FIG. 2), for each desired position on the world coordinates. Virtual camera line-of-sight information is calculated.
In this case, the virtual camera line-of-sight information is, for example, the optical axis Q2 of the virtual camera and the third camera line-of-sight information (for example, a direction along a straight line including the focal point F2 and the proximity position FRa) in FIG. And the angle θ4 formed by the optical axis Q2 of the virtual camera and the fourth camera line-of-sight information (for example, the direction along the straight line including the focal point F2 and the separation position FRb).
[0032]
Then, based on the virtual camera line-of-sight information and virtual camera internal variables (for example, the focal length f, the pixel pitch, the number of pixels, etc., which are the same values as the camera 18), the virtual image plane S2 Each corresponding pixel representing the fusion ring FR2 is calculated.
[0033]
Note that the distance LL between the focal point F2 of the virtual camera and the intersection position A1 and the camera internal variable are set to different values with respect to the distance L between the focus F1 of the camera 18 and the intersection position A1 and the camera internal variable. Thus, the image can be enlarged or reduced.
In particular, by making the focal length f coincide with the distance LL, the XY plane itself of the world coordinate system can be regarded as a virtual image plane S2.
Further, for example, as shown in FIG. 3, when the position of the melt surface A of the semiconductor melt SL is displaced, the camera line-of-sight information changes, so that the original image obtained by the camera 18 and the image conversion process are performed. Changes occur in the resulting converted image.
[0034]
FIG. 3 shows an example in which camera external variables such as the camera posture and camera position of the camera 18 (for example, the distance L between the focal point F1 and the intersection position A1 in FIG. 3) are set in advance with respect to the melt surface A. As described above, when the melt surface A is lowered downward in the vertical direction and a new melt surface AA is obtained, the fusion ring FR on the melt surface A is also lowered downward in the vertical direction, and the camera 18 The fusion ring FFR on the surface AA will be imaged.
In this case, although the optical axis Q1 of the camera 18 is not changed, the proximity position FRa on the fusion ring FR is displaced to the proximity position FFRa on the new fusion ring FFR, and the separation position FRb on the fusion ring FR is newly set. Displacement to the close position FFRb on the fusion ring FFR. Accordingly, the distance L1 between the focal point F1 and the proximity position FRa changes to a distance LL1 between the focal point F1 and the new proximity position FFRa, and the distance L2 between the focal point F1 and the separation position FRb is a new distance from the focal point F1. It changes to the distance LL2 with the separation position FFRb.
[0035]
Thereby, the camera line-of-sight information with respect to the camera 18 changes, for example, the angle formed by the optical axis Q1 of the camera 18 and the first camera line-of-sight information (for example, the direction along the straight line including the focal point F1 and the proximity position FRa). θ1 changes to an angle θ11 formed by the optical axis Q1 of the camera 18 and new first camera line-of-sight information (for example, a direction along a straight line including the focal point F1 and the new proximity position FFRa). The angle θ2 formed by the optical axis Q1 and the second camera line-of-sight information (for example, the direction along the straight line including the focal point F1 and the separation position FRb) is the optical axis Q1 of the camera 18 and the new second camera line-of-sight information ( For example, the angle changes to an angle θ22 formed by the focus F1 and a direction along a straight line including the new separation position FFRb.
That is, in the image plane S1 of the camera 18, the fusion ring FR1 changes to a new fusion ring FFR1, and the original image obtained by the camera 18 changes.
[0036]
Here, in the image conversion process for the new fusion ring FFR1 in the image plane S1 of the camera 18, the camera line of sight calculated from the camera internal variables set for the melt surface A before decreasing downward in the vertical direction. Information and information of camera external variables are used. Furthermore, since the XY plane in the world coordinate system is set to the melt surface A, the new fusion ring FFR1 in the image plane S1 is a new fusion ring in the XY plane in the world coordinate system, that is, the melt surface A. The image is obtained by imaging NFR.
[0037]
Thereby, the proximity position FFRa on the fusion ring FFR in the new melt surface AA is set as the proximity position NFRa on the new fusion ring NFR in the melt surface A of the world coordinate system, and the separation position FFRb on the fusion ring FFR Is the near position NFRb on the new fusion ring NFR in the melt surface A of the world coordinate system.
Accordingly, the distance L3 between the focal point F2 of the virtual camera and the proximity position FRa on the fusion ring FR on the melt surface A becomes the distance LL3 between the focal point F2 of the virtual camera and the new proximity position NFRa. The distance L4 between the focal point F2 of the virtual camera and the separation position FRb on the fusion ring FR in the melt surface A changes to the distance LL4 between the focal point F2 of the virtual camera and the new separation position NFRb. To do.
[0038]
Thereby, the virtual camera line-of-sight information changes, for example, between the optical axis Q2 of the virtual camera and the third camera line-of-sight information (for example, the direction along the straight line including the focal point F2 and the proximity position FRa). The angle θ3 formed changes to an angle θ33 formed by the optical axis Q2 of the virtual camera and the new third camera line-of-sight information (for example, the direction along the straight line including the focal point F2 and the proximity position NFRa). The angle θ3 formed by the optical axis Q2 of the typical camera and the third camera line-of-sight information (for example, the direction along the straight line including the focal point F2 and the proximity position FRa) is the new optical axis Q2 of the virtual camera 4 changes to an angle θ44 formed by camera line-of-sight information (for example, a direction along a straight line including the focal point F2 and the separation position NFRb).
That is, in the virtual image plane S2, the fusion ring FR2 changes to a new fusion ring FFR2, and a change occurs in the converted image obtained by the virtual camera.
[0039]
In this case, for example, the center position C when the fusion ring FR on the melt surface A is circular is positioned vertically above the center position CC of the fusion ring FFR on the new melt surface AA. For example, when viewed from the direction along the crystal axis P, both center positions C and CC are observed as the same position.
On the other hand, the center position NC of the new fusion ring NFR converted on the XY plane, that is, the melt surface A in the world coordinate system is shifted from the center position C of the fusion ring FR of the melt surface A. Placed in position.
Therefore, the displacement of the melt surface A can be measured based on the deviation with respect to the center position C.
[0040]
Details of the operation of the single crystal pulling apparatus 10 will be described below.
The pulling process of the semiconductor single crystal S includes, for example, a seed process, a shoulder process, a straight body process, and a bottom process in accordance with the shape of the semiconductor single crystal S. A method for measuring the geometric shape of the semiconductor single crystal S will be described with reference to the accompanying drawings for each of the three processes classified as a shoulder process, a straight body process, and a bottom process.
FIG. 4 is a flowchart showing a schematic process of crystal shape measurement.
[0041]
First, in step S01 shown in FIG. 4, an initialization process described later is performed.
Next, in step S02, it is determined whether or not the end of the crystal shape measurement process has been instructed.
If this determination is “YES”, the flow proceeds to step S 14, and as a termination process, for example, a memory area reserved for arithmetic processing is released, and the series of processes is terminated. On the other hand, if the determination is “NO”, the flow proceeds to step S 03.
[0042]
In step S03, as will be described later, an original image obtained by imaging with the camera 18 is taken into the image processing unit 20, and image conversion processing is performed.
Next, in step S04, process confirmation as to which process is performed among the three processes classified into the seed process, the shoulder process, the straight body process, and the bottom process is performed.
[0043]
In step S05, as described later, the boundary detection process set for each process, that is, the boundary portion between the semiconductor single crystal S and the semiconductor melt SL is detected.
In step S06, as will be described later, boundary recognition processing set for each process, that is, recognition based on a circular approximation for the detected boundary portion between the semiconductor single crystal S and the semiconductor melt SL. Processing is performed to calculate information on the geometric shape of the semiconductor single crystal S, for example, the diameter R and the center position C.
Next, in step S07, the validity of the recognition process result for the boundary between the semiconductor single crystal S and the semiconductor melt SL is evaluated.
[0044]
In step S08, it is determined whether the result of the recognition process is valid.
If this determination is “YES”, the flow proceeds to step S09. On the other hand, if this determination is “NO”, the flow proceeds to step S 10.
In step S09, the information of the geometric shape of the semiconductor single crystal S stored in the storage unit 19 in advance, for example, the predicted values for the diameter R and the center position C, etc. are updated with the recognition result, and a conversion table is created. And stored in the storage unit 19.
In updating the predicted value, for example, geometric shape information such as the diameter R and the center position C measured at a predetermined timing is handled as time series data, and update data is generated based on the moving average.
[0045]
On the other hand, in step S10, the result of the recognition process is discarded, and the predicted value stored in advance in the storage unit 19 is employed as the result of the recognition process.
In step S11, the fluctuation of the melt surface A and the geometric shape of the semiconductor single crystal S, for example, the diameter and the center are calculated.
Next, in step S12, the calculation result in step S11 is output.
In step S13, the presence or absence of crystal habit lines is confirmed particularly for the straight body process. That is, by comparing the detection result of boundary detection in step S05 with the recognition result by circle approximation in step S06, it is observed whether or not there is a crystal habit line protruding on the outer peripheral portion of the fusion ring FR. Then, the process returns to step S02.
[0046]
Details of the initialization process in step S01 described above will be described below. FIG. 5 is a flowchart showing details of the initialization process in step S01 shown in FIG.
First, in step S21 shown in FIG. 5, the pulling conditions for pulling up the pulling wire 16a of the pulling device 16, such as the pulling speed, the rotational speed around the pulling axis P, the height of the melt surface A, and the like are stored in the storage unit. 19 is read.
Next, in step S22, various parameters used for the image conversion calculation process are initialized.
Next, in step S23, a predetermined memory area used for arithmetic processing is secured.
[0047]
Next, in step S24, it is determined whether or not pixel corresponding points obtained after, for example, conversion processing to the world coordinate system have been calculated for all pixels of the original image obtained by imaging with the camera 18.
If this determination is “YES”, the flow proceeds to step S 29 described later. On the other hand, if this determination is “NO”, the flow proceeds to step S25.
In step S25, camera line-of-sight information for a desired pixel of the original image obtained by imaging by the camera 18 is calculated based on information about camera internal variables unique to the camera 18, such as focal length, pixel pitch, and number of pixels. To do.
[0048]
In step S26, the position in the world coordinate system for a desired pixel of the original image obtained by imaging with the camera 18 is calculated based on camera external variables with respect to the camera 18, such as camera posture and camera position.
Next, in step S27, virtual camera line-of-sight information for a desired pixel corresponding point in the world coordinate system is calculated based on camera external variables for the virtual camera, such as the camera posture and the camera position.
Next, in step S28, a desired pixel corresponding point in the world coordinate system based on camera internal variables for the virtual camera, such as focal length, pixel pitch, and number of pixels, and virtual camera line-of-sight information. The pixel of the converted image with respect to is calculated. Then, the process returns to step S24.
[0049]
On the other hand, in step S29, a point where there is no desired pixel in the original image obtained by imaging with the camera 18 for the converted pixel, that is, a calculation result of a pixel incompatible point is interpolated.
In step S30, various settings and confirmations are made for the image capture and image conversion, the inspection target area in the boundary detection processing and recognition processing described later, and the series of processing ends.
[0050]
Details of the image capture and image conversion processes in step S03 described above will be described below. FIG. 6 is a flowchart showing details of image capture and image conversion processing.
First, in step S31 shown in FIG. 6, an original image captured by the camera 18 and stored in, for example, the storage unit 19 is taken into the image processing unit 20.
Next, in step S32, it is determined whether or not the conversion of all pixels of the original image obtained by imaging with the camera 18 has been completed.
If the determination result is “YES”, the series of processes is terminated. On the other hand, if this determination is “NO”, the flow proceeds to step S33.
[0051]
In step S33, a predetermined conversion table stored in advance in the storage unit 19 is searched for a desired pixel of the original image obtained by imaging with the camera 18.
Next, in step S34, the brightness value for a desired pixel of the original image obtained by imaging with the camera 18 is referred.
Next, in step S35, the luminance value of a desired pixel for the converted image is set based on the luminance value searched in step S34. Then, the process returns to step S32.
[0052]
In the following, the details of the boundary detection process and the boundary recognition process in steps S05 to S06 described above are divided into three processes: a seed process, a shoulder process, a straight body process, and a bottom process. It will be explained as a target.
First, the seed process will be described below.
FIG. 7 is a flowchart showing details of boundary detection processing and boundary recognition processing in the seed process, and FIG. 8 shows a semiconductor single crystal in a conversion image generated by image conversion from an original image obtained by imaging with the camera 18. FIG. 9 is an enlarged image showing the vicinity of the predicted position with respect to the center position C of S, and FIG. 9 is a diagram showing a recognition result for the fusion ring FR2 or FFR2 in the enlarged image.
[0053]
First, in step S41 shown in FIG. 7, a predicted value for the center position C of the semiconductor single crystal S is read from the storage unit 19 with respect to the converted image. For example, as shown in FIG. Is generated.
Next, in step S42, a predetermined binarization threshold value when the enlarged image is binarized is calculated.
[0054]
Next, in step S43, the enlarged image is binarized and labeled.
Next, in step S44, based on the predicted values stored in the storage unit 19 in advance, for example, the data of the diameter R and the center position C of the semiconductor single crystal S set in the process for the previous seed process, for example, FIG. As shown, the region of the fusion ring FR2 or FFR2 is extracted.
Next, in step S45, the maximum width and the coordinates of the maximum width of the extracted region of the fusion ring FR2 or FFR2 are extracted, and the series of processes is terminated.
[0055]
Below, a shoulder process is demonstrated. FIG. 10 is a flowchart showing details of boundary detection processing and boundary recognition processing in the shoulder process, and FIG. 11 is a diagram showing boundary edge groups detected for the fusion ring FR2 or FFR2 in the converted image. FIG. 8 is a diagram showing a result of applying circle matching and a circle approximation process using a least square method to the detected boundary edge group.
[0056]
First, in step S51 shown in FIG. 10, the set angle range of the line window is calculated for the converted image.
Next, in step S52, it is determined whether or not all boundary edges within the calculated set angle range have been searched.
If this determination is “YES”, the flow proceeds to step S 55 described later. On the other hand, if this determination is “NO”, the flow proceeds to step S53.
[0057]
In step S53, a line window for detecting the boundary between the melt surface A of the semiconductor melt SL and the semiconductor single crystal S is set based on the predicted value of the center position C of the semiconductor single crystal S.
Next, in step S54, the line window is scanned from the outside, that is, from the melt surface A side of the semiconductor melt SL toward the center position C of the semiconductor single crystal S, for example, as shown in FIG. A boundary edge between A and the semiconductor single crystal S is detected. Then, the process returns to step S52.
[0058]
On the other hand, in step S55, based on the predicted values of the diameter R and the center position C of the semiconductor single crystal S, a range to which matching by a circle is applied is set on the converted image.
Next, in step S56, matching with a circle is applied to the detected boundary edge group to measure the degree of coincidence.
Next, in step S57, the diameter R and the center position C for the circle having the highest degree of coincidence are calculated.
Next, in step S58, correction such as removal of singular points caused by crystal habit lines or the like in the edge group is performed based on the matching result.
Next, in step S59, a circle approximation using the least square method is performed on the corrected edge group, the diameter R and the center position C of the semiconductor single crystal S are calculated, and the series of processes is completed.
[0059]
Below, the process of a straight body process and a bottom process is demonstrated. FIG. 13 is a flowchart showing details of the boundary detection process and the boundary recognition process in the straight body process and the bottom process, and FIG. 14 shows a converted image generated by image conversion from the original image captured by the camera 18. FIG. 15 is a diagram showing the result of region extraction for the fusion ring FR2 or FFR2 in the converted image, and FIG. 16 shows three thin lines generated from the extracted region, that is, the inner peripheral portion, the central portion, and the outer peripheral portion. FIG. 17 is a diagram showing the result of performing Hough transform for circle detection on the generated thin line, and FIG. 18 is a least square method in which the generated three thin lines are concentric with each other. It is a figure which shows the result of having performed the circle approximation by.
[0060]
First, in step S61 shown in FIG. 13, a predetermined binarization threshold value when the converted image is binarized is calculated.
Next, in step S62, for example, binarization processing is performed on the converted image as shown in FIG. 14, and labeling is performed.
Next, in step S63, prediction values stored in advance in the storage unit 19, for example, geometric shape information such as the diameter R and the center position C measured at a predetermined timing, are handled as time series data, and are used as a moving average. Based on the data generated based on the data, the region of the fusion ring FR2 or FFR2 is extracted, for example, as shown in FIG.
[0061]
Next, in step S64, for example, as shown in FIG. 16, from the region extracted for the fusion ring FR2 or FFR2, for example, the inner region, the central portion, and the outer region are thinned. Each arc is generated by three thin lines.
Next, in step S65, for example, as shown in FIG. 17, the circle detection Hough transform is applied to the thin wire at the center of the three thin wires, and the diameter R of the circle detected by this transformation and The center position C is acquired.
[0062]
Next, in step S66, based on the diameter R and the center position C of the circle detected by the Hough transform, the results of the thinning performed on the three regions of the inner periphery, the center, and the outer periphery are performed. Thus, for example, correction such as removal of singular points caused by crystal habit lines in each thin line is performed.
Next, in step S67, for example, as shown in FIG. 18, concentric approximation using the least square method is performed on each corrected thin line to calculate the diameter R and the center position C of the semiconductor single crystal S. Then, a series of processing is completed.
[0063]
As described above, according to the single crystal pulling apparatus 10 and the single crystal pulling method according to the present embodiment, the direction Q1 (that is, the camera 18) intersecting the pulling axis (that is, the crystal axis) P of the semiconductor single crystal S. The semiconductor single crystal S and the semiconductor melt are converted into a virtual image obtained when the original image is imaged along the optical axis of the optical axis) and is virtually imaged from a direction parallel to the pulling axis P. It can suppress that the image of the fusion ring FR which generate | occur | produces in the boundary part with the melt surface A of SL is distorted and observed. Thereby, the image of the fusion ring FR can be circularly approximated with high accuracy, and the shape of the semiconductor single crystal S, for example, the diameter R and the center position C can be accurately measured based on this circular approximation.
Moreover, when the fluctuation of the melt surface A, for example, the displacement of the melt surface A in the vertical direction or the fluctuation of the melt surface A occurs, the center position C of the semiconductor single crystal S to be measured is displaced. The fluctuation of the melt surface A is detected based on the displacement of the center position C, and the growth operation of the semiconductor single crystal S, for example, the rotation operation around the pulling speed and the pulling axis P, and further the semiconductor melt SL is stored. The movement of the crucible 14 and the relative position between the semiconductor single crystal S and the melt surface A can be appropriately controlled.
[0064]
Furthermore, for example, the data of the boundary portion between the semiconductor single crystal S and the melt surface A detected by binarization processing, boundary edge detection processing, and the like are compared with the recognition result obtained by recognizing the boundary portion by circular approximation. Thus, a protruding portion protruding from the outer peripheral portion of the semiconductor single crystal S as a crystal habit line of the semiconductor single crystal S can be detected.
Thereby, for example, when the protrusion corresponding to the crystal habit line disappears from the outer peripheral portion of the semiconductor single crystal S, it can be determined that the single crystal has collapsed and has become polycrystalline, and the semiconductor single crystal S at the time of growth This state can be grasped in real time, and the quality of the produced semiconductor single crystal S can be easily determined.
[0065]
In the present embodiment described above, the fusion ring FR is imaged by one single focus lens and the shutter camera throughout the entire lifting process. However, the present invention is not limited to this. For example, the imaging is performed by a plurality of cameras. Alternatively, a zoom lens, a lens having a double optical axis, or the like may be provided. Furthermore, a local read image from a digital camera, a thinned read image, or the like may be used.
[0066]
The single crystal pulling apparatus 10 for realizing the single crystal pulling method according to the embodiment of the present invention may be realized by dedicated hardware, and includes a memory and a CPU. The program may be realized by loading a program for realizing the function of the single crystal pulling apparatus 10 into a memory and executing the program.
[0067]
Further, a program for realizing the above-described method for pulling a single crystal according to the present invention is recorded on a computer-readable recording medium, and the program recorded on the recording medium is read into a computer system and executed. A single crystal may be pulled up. The computer system referred to here may include an OS and hardware such as peripheral devices.
[0068]
The computer-readable recording medium is a portable medium such as a flexible disk, a magneto-optical disk, a ROM, and a CD-ROM, and a storage device such as a hard disk built in the computer system. Furthermore, a computer-readable recording medium is a medium that dynamically holds a program for a short time, such as a communication line when transmitting a program via a network such as the Internet or a communication line such as a telephone line, In this case, a volatile memory in a computer system that serves as a server or a client in this case includes a program that holds a program for a certain period of time.
Further, the program may be a program for realizing a part of the above-described functions, and may be a program capable of realizing the functions described above in combination with a program already stored in a computer system. .
[0069]
【The invention's effect】
  As explained above,BookinventionIt is the first invention inAccording to the single crystal pulling apparatus, it is possible to prevent the image of the boundary portion between the single crystal and the crystal melt from being distorted and observed, and to accurately approximate the boundary portion with a circle. Based on the approximation, the shape of the single crystal, for example, the diameter and the center can be measured with high accuracy. For this reason, for example, even when a plurality of single crystals are produced, stable quality can be ensured. Moreover, the fluctuation of the melt surface is detected based on the displacement of the center of the single crystal to be measured, and the growth operation of the single crystal, for example, the pulling speed and the rotating operation around the pulling axis, and further storing the crystal melt. The movement of the crucible and the relative position between the single crystal and the melt surface can be appropriately controlled.
[0070]
  further,BookinventionIt is the second invention inAccording to the single crystal pulling apparatus, the boundary between the single crystal and the crystal melt detected by the boundary detection means and the recognition result obtained by recognizing the boundary by circular approximation by the boundary recognition means Thus, the crystal habit line of a single crystal can be detected. As a result, for example, when the protrusion corresponding to the crystal habit line disappears from the outer periphery of the single crystal, it can be determined that the single crystal has collapsed and has become polycrystallized, and the state of the single crystal at the time of growth can be determined in real time. And the quality of the single crystal to be produced can be easily determined.
[0071]
  Also,BookinventionIt is the third invention inAccording to the single crystal pulling method, it is possible to prevent the image of the boundary portion between the single crystal and the crystal melt from being distorted and observed, and to accurately measure the shape, for example, the diameter and center of the single crystal. be able to. Furthermore, the growth of the single crystal can be appropriately controlled by detecting the fluctuation of the melt surface based on the measured displacement of the center of the single crystal. further,BookinventionIt is the fourth invention inAccording to the single crystal pulling method, the state of the single crystal at the time of growth can be grasped in real time, and the quality of the single crystal to be produced can be easily determined.
[0072]
  Also,BookinventionIt is the fifth invention inAccording to the program, it can suppress that the image of the boundary part of a single crystal and a crystal melt is observed distorted, and can measure the shape of a single crystal, for example, a diameter and a center, accurately. Furthermore, the growth of the single crystal can be appropriately controlled by detecting the fluctuation of the melt surface based on the measured displacement of the center of the single crystal. further,BookinventionIt is the sixth invention inAccording to the program, the state of the single crystal at the time of growth can be grasped in real time, and the quality of the single crystal to be produced can be easily determined.
[0073]
  Also,BookinventionIt is the seventh invention inAccording to the computer-readable recording medium, it is possible to suppress distortion and observation of the image at the boundary between the single crystal and the crystal melt, and to accurately measure the shape, for example, the diameter and center of the single crystal. can do. Furthermore, the growth of the single crystal can be appropriately controlled by detecting the fluctuation of the melt surface based on the measured displacement of the center of the single crystal. further,BookinventionIt is the eighth invention inAccording to the computer-readable recording medium, the state of the single crystal at the time of growth can be grasped in real time, and the quality of the produced single crystal can be easily determined.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram showing a single crystal pulling apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 shows a converted image obtained by a virtual camera in which an original image obtained by imaging with a camera is virtually imaged from a direction parallel to the pulling axis P in the single crystal pulling apparatus according to the present embodiment. It is a figure which shows the geometrical correspondence at the time of converting into (1).
FIG. 3 is a diagram illustrating a geometric correspondence relationship between an original image and a converted image when a melt surface A of the semiconductor melt SL is displaced.
4 is a flowchart showing a schematic operation of the single crystal pulling apparatus shown in FIG.
FIG. 5 is a flowchart showing details of initialization processing in step S01 shown in FIG. 4;
6 is a flowchart showing details of image capture and image conversion processing in step S03 shown in FIG. 4;
7 is a flowchart showing details of boundary detection processing and boundary recognition processing in the seed process in the processing from step S05 to step S06 shown in FIG.
FIG. 8 is an enlarged image showing an enlargement of the vicinity of the predicted position with respect to the center position C of the semiconductor single crystal S in a converted image generated by image conversion from an original image captured by a camera.
FIG. 9 is a diagram showing a recognition result for a fusion ring FR2 or FFR2 in an enlarged image.
FIG. 10 is a flowchart showing details of boundary detection processing and boundary recognition processing in the shoulder process in the processing from step S05 to step S06 shown in FIG. 4;
FIG. 11 is a diagram showing boundary edge groups detected for the fusion ring FR2 or FFR2 in the converted image.
FIG. 12 is a diagram illustrating a result of applying circle matching and a circle approximation process using a least square method to detected boundary edge groups;
FIG. 13 is a flowchart showing details of boundary detection processing and boundary recognition processing in the straight body process and the bottom process in the processing from step S05 to step S06 shown in FIG. 4;
FIG. 14 is a diagram showing a converted image generated by image conversion from an original image obtained by imaging with a camera.
FIG. 15 is a diagram illustrating a result of region extraction for a fusion ring FR2 or FFR2 in a converted image.
FIG. 16 is a diagram showing three fine lines generated from an extracted area, that is, fine lines in an inner peripheral part, a central part, and an outer peripheral part.
FIG. 17 is a diagram illustrating a result of performing Hough transform for circle detection on a generated thin line.
FIG. 18 is a diagram showing a result of circle approximation by a least square method with three generated thin lines concentric with each other.
[Explanation of symbols]
10 Single crystal pulling device
18 Camera (imaging means)
21 Control unit (Single crystal growth control means)
Step S03 Image conversion means
Step S05 Boundary detection means
Step S06 Boundary part recognition means
Step S11: Melt surface fluctuation detection means, calculation means

Claims (11)

チョクラルスキー法により結晶融液から単結晶を引き上げて育成する単結晶引上方法であって、
前記単結晶と結晶融液との境界部を撮像する第１ステップと、
前記第１ステップにて撮像して得た原画像を、仮想的に前記引き上げ軸と平行な方向から前記境界部を撮像した場合に得られる画像へと変換する第２ステップと、
前記第２ステップにて得た前記画像上において、前記境界部を検出する第３ステップと、
前記画像上において、前記第３ステップにて検出した前記境界部を円近似して直径および中心を算出する第４ステップと、
前記第４ステップにて算出した前記境界部の中心に基づいて、前記結晶融液の融液面の変動を検知する第５ステップと、
前記第５ステップにて検知した前記融液面位置に基づいて、前記単結晶の直径および中心を算出する第６ステップと、
前記第６ステップにて算出した前記単結晶の直径および中心と、前記融液面変動検知手段にて検知した前記融液面の変動とに基づいて、前記単結晶の育成動作を制御する第７ステップと、
前記第２ステップ後において、シード工程と、肩工程と、直胴工程およびボトム工程とに分類した３つの各工程のうち、何れの工程における処理であるかの工程確認を行うステップＳ０４と、を含み、
前記第３ステップと第４ステップにおいて、半導体単結晶と半導体融液との境界部の検出を行う際に、分類した３つの各工程毎に応じて境界検出の処理を設定することを特徴とする単結晶引上方法。A single crystal pulling method for pulling and growing a single crystal from a crystal melt by the Czochralski method,
A first step of imaging the boundary between the single crystal and the crystal melt;
A second step of converting the original image obtained by imaging in the first step into an image obtained when the boundary is imaged from a direction virtually parallel to the pulling axis;
A third step of detecting the boundary on the image obtained in the second step;
On the image, a fourth step of calculating a diameter and a center by circularly approximating the boundary portion detected in the third step;
A fifth step of detecting a change in the melt surface of the crystal melt based on the center of the boundary calculated in the fourth step;
A sixth step of calculating the diameter and center of the single crystal based on the melt surface position detected in the fifth step;
Based on the diameter and center of the single crystal calculated in the sixth step and the fluctuation of the melt surface detected by the melt surface fluctuation detecting means, a seventh operation for controlling the growth operation of the single crystal is controlled. Steps,
After the second step, step S04 for confirming the process in which of the three processes classified into the seed process, the shoulder process, the straight body process, and the bottom process, Including
In the third step and the fourth step, when the boundary portion between the semiconductor single crystal and the semiconductor melt is detected, a boundary detection process is set for each of the three classified processes. Single crystal pulling method. 境界検出処理および境界部の認識処理としての前記第３ステップと第４ステップとにおいて、シード工程の処理が、
変換画像に対して、半導体単結晶の中心位置に対する予測値を記憶部から読み込み、この予測値周辺の拡大画像を生成するステップＳ４１と、
予め記憶部に格納した予測値である前回のシード工程に対する処理にて設定した半導体単結晶の直径および中心位置のデータ等に基づいて、フュージョンリングの領域を抽出するステップＳ４３と、
抽出したフュージョンリングの領域の最大幅および最大幅の座標を抽出するステップＳ４５とを有することを特徴とする請求項１に記載の単結晶引上方法。In the third step and the fourth step as the boundary detection process and the boundary recognition process, the seed process is performed as follows:
Step S41 for reading the predicted value for the center position of the semiconductor single crystal from the storage unit for the converted image and generating an enlarged image around the predicted value;
Step S43 for extracting a fusion ring region based on the diameter and center position data of the semiconductor single crystal set in the process for the previous seed step, which is a predicted value stored in advance in the storage unit;
The single crystal pulling method according to claim 1, further comprising a step S 45 of extracting the maximum width of the extracted fusion ring region and the coordinates of the maximum width. 境界検出処理および境界部の認識処理としての前記第３ステップと第４ステップとにおいて、肩工程の処理が、
変換画像に対して、ラインウィンドウの設定角度範囲を算出するステップＳ５１と、算出した設定角度範囲内における全ての境界エッジを探索したか否かを判定するステップＳ５２と、
ステップＳ５２の判定結果が「ＮＯ」の場合には、半導体単結晶の中心位置の予測値に基づいて、半導体融液の融液面と半導体単結晶との境界検出用のラインウィンドウを設定するステップＳ５３と、ラインウィンドウ上を外側つまり半導体融液の融液面側から半導体単結晶の中心位置に向かい走査して、融液面と半導体単結晶との境界エッジを検出してステップＳ５２に戻るステップＳ５４と、
ステップＳ５２の判定結果が「ＹＥＳ」の場合には、半導体単結晶の直径および中心位置の予測値に基づいて、変換画像上にて円によるマッチングを適用する範囲を設定するステップＳ５５と、
検出した境界エッジ群に対して、円によるマッチングを適用して、一致度を測定するステップＳ５６と、
一致度が最大となる円に対する直径および中心位置を算出するステップＳ５７と、
マッチングの結果に基づいて、エッジ群における晶癖線に起因する特異点の除去等の補正を行うステップＳ５８と、
補正後のエッジ群に対して最小二乗法を用いた円近似を行い、半導体単結晶の直径および中心位置を算出するステップＳ５９と、を有することを特徴とする請求項１に記載の単結晶引上方法。In the third step and the fourth step as the boundary detection process and the boundary recognition process, the shoulder process is performed as follows:
Step S51 for calculating the set angle range of the line window for the converted image; Step S52 for determining whether or not all boundary edges within the calculated set angle range have been searched;
If the determination result in step S52 is “NO”, a step of setting a line window for detecting the boundary between the melt surface of the semiconductor melt and the semiconductor single crystal based on the predicted value of the center position of the semiconductor single crystal. S53, scanning on the line window from the outside, that is, from the melt surface side of the semiconductor melt toward the center position of the semiconductor single crystal, detecting the boundary edge between the melt surface and the semiconductor single crystal, and returning to step S52 S54,
If the determination result in step S52 is “YES”, based on the predicted value of the diameter and center position of the semiconductor single crystal, a step S55 for setting a range to which matching by a circle is applied on the converted image;
Applying a matching by a circle to the detected boundary edge group to measure the degree of coincidence;
Calculating a diameter and a center position with respect to a circle having the highest degree of coincidence;
Step S58 for performing correction such as removal of singular points caused by crystal habit lines in the edge group based on the matching result;
The single crystal pulling method according to claim 1, further comprising a step S59 of performing circle approximation using the least square method on the corrected edge group and calculating a diameter and a center position of the semiconductor single crystal. Top way. 境界検出処理および境界部の認識処理としての前記第３ステップと第４ステップとにおいて、直胴工程およびボトム工程の処理が、
変換画像に二値化処理を行い、ラベリングを行うステップＳ６２と、
予め記憶部に格納した予測値である所定のタイミングで測定した直径および中心位置の幾何学的形状の情報を時系列データとして扱って、移動平均に基づいて生成したデータ等に基づいてフュージョンリングの領域を抽出するステップＳ６３と、
フュージョンリングに対して抽出した領域から、内周部および中心部および外周部の３つ領域に対して細線化を行い、３本の細線による各円弧を生成するステップＳ６４と、
３本の細線のうち中心部の細線に対して円検出のＨｏｕｇｈ変換により検出された円の直径および中心位置を取得するステップＳ６５と、
Ｈｏｕｇｈ変換により検出した円の直径および中心位置に基づいて、内周部および中心部および外周部の３つ領域に対して行った各細線における晶癖線等に起因する特異点の除去等の補正を行うステップＳ６６と、
補正後の各細線に対して最小二乗法を用いた同心円近似を行い、半導体単結晶の直径Ｒおよび中心位置を算出するステップＳ６７と、を有することを特徴とする請求項１に記載の単結晶引上方法。In the third step and the fourth step as the boundary detection process and the boundary recognition process, the processes of the straight body process and the bottom process are:
Step S62 for performing binarization processing and labeling on the converted image;
Information on the geometric shape of the diameter and center position measured at a predetermined timing, which is a predicted value stored in advance in the storage unit, is handled as time-series data, and the fusion ring based on the data generated based on the moving average, etc. Step S63 for extracting a region;
Step S64 for thinning the three regions of the inner peripheral portion and the central portion and the outer peripheral portion from the region extracted for the fusion ring to generate each arc by three thin lines;
Obtaining the diameter and center position of the circle detected by the Hough transform of circle detection for the thin wire at the center of the three thin wires; and
Based on the diameter and center position of the circle detected by the Hough transform, correction such as removal of singular points caused by crystal habit lines, etc. in each thin line performed on the inner peripheral part and the three parts of the central part and the outer peripheral part Performing step S66;
The single crystal according to claim 1, further comprising a step S67 of performing concentric circle approximation using a least square method on each corrected thin line and calculating a diameter R and a center position of the semiconductor single crystal. Pulling method. 前記第３ステップにて検出した前記境界部と、前記第４ステップにて前記境界部を円近似により認識した認識結果とを比較して、前記単結晶の晶癖線を検知する第８ステップと、
前記第８ステップによる検知結果に基づいて前記単結晶の結晶の乱れを検知する第９ステップとを含むことを特徴とする請求項１に記載の単結晶引上方法。An eighth step of detecting the habit line of the single crystal by comparing the boundary detected in the third step with a recognition result obtained by recognizing the boundary by circular approximation in the fourth step; ,
The single crystal pulling method according to claim 1, further comprising a ninth step of detecting disorder of the crystal of the single crystal based on a detection result of the eighth step. 請求項１から５のいずれか１項に記載の単結晶引上方法によりチョクラルスキー法により結晶融液から単結晶を引き上げて育成する単結晶引上装置であって、
前記単結晶と結晶融液との境界部を撮像する撮像手段と、
前記撮像手段にて撮像して得た原画像を、仮想的に前記引き上げ軸と平行な方向から前記境界部を撮像した場合に得られる画像へと変換する画像変換手段と、
前記画像変換手段にて得た前記画像上において、前記境界部を検出する境界部検出手段と、
前記画像上において、前記境界部検出手段にて検出した前記境界部を円近似して直径および中心を算出する境界部認識手段と、
前記境界部認識手段にて算出した前記境界部の中心に基づいて、前記結晶融液の融液面の変動を検知する融液面変動検知手段と、
前記融液面変動検知手段にて検知した前記融液面位置に基づいて、前記単結晶の直径および中心を算出する演算手段と、
前記演算手段にて算出した前記単結晶の直径および中心と、前記融液面変動検知手段にて検知した前記融液面の変動とに基づいて、前記単結晶の育成動作を制御する単結晶育成制御手段とを備えることを特徴とする単結晶引上装置。A single crystal pulling apparatus for pulling and growing a single crystal from a crystal melt by the Czochralski method by the single crystal pulling method according to any one of claims 1 to 5 ,
Imaging means for imaging the boundary between the single crystal and the crystal melt;
Image conversion means for converting an original image obtained by imaging with the imaging means into an image obtained when the boundary portion is virtually imaged from a direction parallel to the pulling axis;
On the image obtained by the image conversion means, a boundary detection means for detecting the boundary,
On the image, boundary recognition means for calculating a diameter and a center by circularly approximating the boundary detected by the boundary detection means;
Based on the center of the boundary portion calculated by the boundary portion recognition means, a melt surface fluctuation detection means for detecting fluctuations in the melt surface of the crystal melt,
Calculation means for calculating the diameter and center of the single crystal based on the melt surface position detected by the melt surface fluctuation detection means;
Single crystal growth for controlling the growth operation of the single crystal based on the diameter and center of the single crystal calculated by the computing means and the fluctuation of the melt surface detected by the melt surface fluctuation detecting means And a single crystal pulling apparatus. 前記境界部検出手段にて検出した前記境界部と、前記境界部認識手段にて前記境界部を円近似により認識した認識結果とを比較して、前記単結晶の晶癖線を検知する晶癖線検知手段と、
前記晶癖線検知手段による検知結果に基づいて前記単結晶の結晶の乱れを検知する結晶乱れ検知手段と
を備えることを特徴とする請求項６に記載の単結晶引上装置。A crystal habit that detects a habit line of the single crystal by comparing the boundary detected by the boundary detection means with a recognition result obtained by recognizing the boundary by circular approximation by the boundary recognition means. Line detection means;
The single crystal pulling apparatus according to claim 6, further comprising: a crystal disorder detection unit that detects a crystal disorder of the single crystal based on a detection result by the crystal habit detection unit. 請求項１から５のいずれか１項に記載の単結晶引上方法により、コンピュータを、
チョクラルスキー法により結晶融液から単結晶を引き上げて育成する手段として機能させるためのプログラムであって、
撮像手段により撮像された前記単結晶と結晶融液との境界部の原画像を、仮想的に前記引き上げ軸と平行な方向から前記境界部を撮像した場合に得られる画像へと変換する画像変換手段と、
前記画像変換手段にて得た前記画像上において、前記境界部を検出する境界部検出手段と、
前記画像上において、前記境界部検出手段にて検出した前記境界部を円近似して直径および中心を算出する境界部認識手段と、
前記境界部認識手段にて算出した前記境界部の中心に基づいて、前記結晶融液の融液面の変動を検知する融液面変動検知手段と、
前記融液面変動検知手段にて検知した前記融液面位置に基づいて、前記単結晶の直径および中心を算出する演算手段と、
前記演算手段にて算出した前記単結晶の直径および中心と、前記融液面変動検知手段にて検知した前記融液面の変動とに基づいて、前記単結晶の育成動作を制御する単結晶育成制御手段として機能させることを特徴とするプログラム。 A computer is obtained by the single crystal pulling method according to any one of claims 1 to 5 .
A program for functioning as a means of pulling and growing a single crystal from a crystal melt by the Czochralski method,
Image conversion for converting the original image of the boundary between the single crystal and the crystal melt imaged by the imaging means into an image obtained when the boundary is virtually imaged from a direction parallel to the pulling axis Means,
On the image obtained by the image conversion means, a boundary detection means for detecting the boundary,
On the image, boundary recognition means for calculating a diameter and a center by circularly approximating the boundary detected by the boundary detection means;
Based on the center of the boundary portion calculated by the boundary portion recognition means, a melt surface fluctuation detection means for detecting fluctuations in the melt surface of the crystal melt,
Calculation means for calculating the diameter and center of the single crystal based on the melt surface position detected by the melt surface fluctuation detection means;
Single crystal growth for controlling the growth operation of the single crystal based on the diameter and center of the single crystal calculated by the computing means and the fluctuation of the melt surface detected by the melt surface fluctuation detecting means A program characterized by functioning as a control means. コンピュータを、
前記境界部検出手段にて検出した前記境界部と、前記境界部認識手段にて前記境界部を円近似により認識した認識結果とを比較して、前記単結晶の晶癖線を検知する晶癖線検知手段と、
前記晶癖線検知手段による検知結果に基づいて前記単結晶の結晶の乱れを検知する結晶乱れ検知手段として機能させることを特徴とする請求項８に記載のプログラム。Computer
A crystal habit that detects a habit line of the single crystal by comparing the boundary detected by the boundary detection means with a recognition result obtained by recognizing the boundary by circular approximation by the boundary recognition means. Line detection means;
9. The program according to claim 8, wherein the program functions as a crystal disorder detection unit that detects a crystal disorder of the single crystal based on a detection result by the crystal habit detection unit. 請求項１から５のいずれか１項に記載の単結晶引上方法により、コンピュータを、
チョクラルスキー法により結晶融液から単結晶を引き上げて育成する手段として機能させるためのプログラムを記録した記録媒体であって、
撮像手段により撮像された前記単結晶と結晶融液との境界部の原画像を、仮想的に前記引き上げ軸と平行な方向から前記境界部を撮像した場合に得られる画像へと変換する画像変換手段と、
前記画像変換手段にて得た前記画像上において、前記境界部を検出する境界部検出手段と、
前記画像上において、前記境界部検出手段にて検出した前記境界部を円近似して直径および中心を算出する境界部認識手段と、
前記境界部認識手段にて算出した前記境界部の中心に基づいて、前記結晶融液の融液面の変動を検知する融液面変動検知手段と、
前記融液面変動検知手段にて検知した前記融液面位置に基づいて、前記単結晶の直径および中心を算出する演算手段と、
前記演算手段にて算出した前記単結晶の直径および中心と、前記融液面変動検知手段にて検知した前記融液面の変動とに基づいて、前記単結晶の育成動作を制御する単結晶育成制御手段と
して機能させるためのプログラムを記録したことを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記録媒体。 A computer is obtained by the single crystal pulling method according to any one of claims 1 to 5 .
A recording medium recording a program for functioning as a means for pulling up and growing a single crystal from a crystal melt by the Czochralski method,
Image conversion for converting the original image of the boundary between the single crystal and the crystal melt imaged by the imaging means into an image obtained when the boundary is virtually imaged from a direction parallel to the pulling axis Means,
On the image obtained by the image conversion means, a boundary detection means for detecting the boundary,
On the image, boundary recognition means for calculating a diameter and a center by circularly approximating the boundary detected by the boundary detection means;
Based on the center of the boundary portion calculated by the boundary portion recognition means, a melt surface fluctuation detection means for detecting fluctuations in the melt surface of the crystal melt,
Calculation means for calculating the diameter and center of the single crystal based on the melt surface position detected by the melt surface fluctuation detection means;
Single crystal growth for controlling the growth operation of the single crystal based on the diameter and center of the single crystal calculated by the computing means and the fluctuation of the melt surface detected by the melt surface fluctuation detecting means A computer-readable recording medium having recorded thereon a program for causing it to function as a control means. コンピュータを、
前記境界部検出手段にて検出した前記境界部と、前記境界部認識手段にて前記境界部を円近似により認識した認識結果とを比較して、前記単結晶の晶癖線を検知する晶癖線検知手段と、
前記晶癖線検知手段による検知結果に基づいて前記単結晶の結晶の乱れを検知する結晶乱れ検知手段と
して機能させるためのプログラムを記録したことを特徴とする請求項１０に記載のコンピュータ読み取り可能な記録媒体。Computer
A crystal habit that detects a habit line of the single crystal by comparing the boundary detected by the boundary detection means with a recognition result obtained by recognizing the boundary by circular approximation by the boundary recognition means. Line detection means;
11. The computer-readable program according to claim 10, wherein a program for functioning as crystal disorder detecting means for detecting crystal disorder of the single crystal based on a detection result by the crystal habit detecting means is recorded. recoding media.
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