特許 5752743 観察装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5752743

(24)【登録日】2015年5月29日

(45)【発行日】2015年7月22日

(54)【発明の名称】観察装置

(51)【国際特許分類】

   C30B 13/30 20060101AFI20150702BHJP

【ＦＩ】

   C30B13/30

【請求項の数】5

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2013-113114(P2013-113114)

(22)【出願日】2013年5月29日

(65)【公開番号】特開2014-231458(P2014-231458A)

(43)【公開日】2014年12月11日

【審査請求日】2013年5月29日

(73)【特許権者】

【識別番号】000110859

【氏名又は名称】キヤノンマシナリー株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107423

【弁理士】

【氏名又は名称】城村 邦彦

(74)【代理人】

【識別番号】100120949

【弁理士】

【氏名又は名称】熊野 剛

(74)【代理人】

【識別番号】100148987

【弁理士】

【氏名又は名称】前田 礼子

(72)【発明者】

【氏名】野口 俊司

【審査官】 宮崎 園子

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００１−２５９８８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６３−１３０２７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６１−０７８５７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−２７７２３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−１７３４８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−２６１４７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１１／０８６８５１（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ３０Ｂ １３／３０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

単結晶育成装置における試料溶融部及び結晶育成部の高輝度部と低輝度部とが混在する被観察部位を観察する観察装置であって、
高輝度部のエリアと低輝度部のエリアを指定するエリア指定手段を有し、当該エリア指定手段で指定された高輝度部のエリア及び低輝度部のエリアを観察する観察手段と、
当該観察手段で観察された高輝度部のエリアの光量と低輝度部のエリアの光量を同一乃至近似させる調整手段と、
前記調整手段にて光量が同一乃至近似された両エリアを前記観察手段にて観察してこの両エリアを同時に映し出すモニタ手段とを備えたことを特徴とする観察装置。

【請求項2】

前記調整手段は、前記観察手段を構成するカメラの感度を調整することを特徴とする請求項１に記載の観察装置。

【請求項3】

前記調整手段は、前記観察手段にて取り込んだ画像のソフト処理にて行うことを特徴とする請求項１に記載の観察装置。

【請求項4】

前記調整手段にて調整するエリアは高輝度部エリアであることを特徴とする請求項１に記載の観察装置。

【請求項5】

前記単結晶育成装置は、加熱手段としてレーザ光を用いることを特徴とする請求項１に記載の観察装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、観察装置に関し、特に、単結晶育成装置における試料溶融部及び結晶育成部を観察する観察装置に関する。

【背景技術】

【0002】

単結晶育成装置は、図９及び図１０に示すように、対称形の２つの楕円面鏡８１，８２を有し、各々の一方の焦点Ｆ０，Ｆ０（図９参照）が一致するように対向結合させて加熱炉を構成する。この回転楕円面鏡８１，８２の内面、すなわち反射面は、赤外線を高反射率で反射させるために金めっき処理が施されている。各回転楕円面鏡８１，８２の他方の焦点Ｆ１，Ｆ２付近には、加熱源、例えば、ハロゲンランプ等の赤外線ランプ８３，８４が固定配置してある。各回転楕円面鏡８１，８２の一致した焦点Ｆ０(図１０参照)には被加熱部８５が位置し、上方から鉛直方向に延びる上結晶駆動軸８６の下端に固定した原料棒８７と、下方から鉛直方向に延びる下結晶駆動軸８８の上端に固定された種結晶棒８９とを突き合わせてある。前記上結晶駆動軸８６および下結晶駆動軸８８は、図示するように、保持部材９０，９１によって気密に保持され、図示しないサーボモータ等の駆動モータで回転自在、かつ、同期または相対速度を有して昇降自在に保持されている。

【0003】

前記原料棒８７および種結晶棒８９が配置された空間ｍ1を、赤外線ランプ８３，８４が配置された空間ｍ2と区画して、単結晶育成室９２を形成する透明な石英管９３を設けて、上記単結晶育成室９２に結晶育成に対して好適な不活性ガス等を充満させる。

【0004】

この単結晶育成装置によれば、回転楕円面鏡８１，８２の第１，第２の焦点Ｆ１，Ｆ２に配置された赤外線ランプ８３，８４から照射される赤外線を、上記回転楕円面鏡８１，８２で反射させ、共通の焦点Ｆ０に位置する被加熱部８５に集光させて赤外線加熱する。この赤外線加熱による輻射エネルギーにより、被加熱部８５の原料棒８７の下端および種結晶棒８９の上端を加熱溶融させながら、円滑に接触させることにより、原料棒８７と種結晶棒８９間の被加熱部８５に溶融帯を形成させる。

【0005】

そして、下端に原料棒８７を固定した上結晶駆動軸８６と上端に種結晶棒８９を固定した下結晶駆動軸８８とを共に回転させ、かつ、同期または相対速度を有してゆっくり下方に向かって移動させることによって、原料棒８７と種結晶棒８９間の溶融帯９４が次第に原料棒８７側に移動し、その後、結晶が成長して単結晶が育成される。なお、図１１における８７ａは原料棒８７側の固液界面を示し、８９ａは種結晶棒８９側の固液界面を示している。

【0006】

前記単結晶育成装置では、加熱源に赤外線ランプ８３，８４を用いていた。これに対して、近年では、加熱源としてレーザ源を用いたものがある（特許文献１）。赤外線ランプなどの加熱源に比較して、レーザ源の全加熱エネルギーを直接、被加熱部に供給することができ、従来の回転楕円面鏡が不要で構成が著しく簡単になり、点検や保守も容易になる。また、レーザ源はレーザの直進性によりその配設位置が、従来の赤外線ランプのように回転楕円面鏡の一方の焦点に限定されないので、被加熱部から離隔して配設することが可能で、複数のレーザ源を被加熱部の周囲に配置することが容易に実現可能になる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２００７−１４５６２９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

ところが、レーザ源による溶融の場合、集光された焦点のみ試料の溶融が行われることになる。このため、試料溶融部は発熱により高輝度となる。これに対して、結晶成長後の固化部（ファセット形成部）は発熱が無く低輝度である。また、可視反射光も存在しない。すなわち、図７に示すように、試料溶融部（溶融位置）１００での光量が大であり、ファセット形成部１０１での光量はほぼ０である。

【0009】

このような状態において、試料溶融部１００と固化部１０１とを同一カメラで観察しようとすると、コントラスト差が大きく、試料溶融部１００と固化部１０１との同時観察を行えなかった。すなわち、図８に示すように、溶融部１００のハレーション１０２により同時に観察することができない。この場合、溶融部１００のハレーション１０２を抑える操作を行えば、固化部１０１が暗くなりすぎて観察できない。

【0010】

本発明は、上記課題に鑑みて、一視野内でコントラスト差のある対象物を同時観察が可能な観察装置を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本発明の観察装置は、高輝度部と低輝度部とが混在する被観察部位を観察する観察装置であって、高輝度部のエリア及び低輝度部のエリアを観察する観察手段と、高輝度部のエリアの光量と低輝度部のエリアの光量を同一乃至近似させる調整手段と、調整手段にて光量が同一乃至近似された両エリアを観察手段に観察してこの両エリアを同時に映し出すモニタ手段とを備えたものである。

【0012】

本発明の観察装置によれば、調整手段にて、高輝度部のエリアと低輝度部のエリアとも光量をほぼ同じにすることができる。観察手段にて、光量をほぼ同じとした高輝度部のエリアと低輝度部のエリアとの観察ができる。そして、モニタ手段にて、観察手段に観察された両エリアを同時に映し出すことができる。

【0013】

被観察部位内において、高輝度部のエリア又は低輝度部のエリアを指定するエリア指定手段を備え、前記調整手段がエリア指定手段にて指定されたエリアの光量を他方のエリアの光量に近づけて、観察手段にて、調整手段にて光量が調整されたエリアと、調整手段にて光量が調整されていないエリアとを観察するものであってもよい。

【0014】

調整手段は、観察手段を構成するカメラの感度を調整するものとできる。ここで、カメラとしては、ＣＣＤカメラやＣＭＯＳカメラで構成できる。カメラの感度を調整としては、フィルタ等を用いることができる。また、調整手段は、観察手段にて取り込んだ画像のソフト処理にて行うことも可能である。ソフト処理として、パソコン（パーソナルコンピュータ）にて行わせることができる。調整手段にて調整するエリアは高輝度部エリアであるのが好ましい。

【0015】

本発明の観察方法は、高輝度部と低輝度部とが混在する被観察部位を観察する観察方法であって、高輝度部のエリアの光量と低輝度部のエリアの光量を同一乃至近似させた後、高輝度部のエリアと低輝度部のエリアとを同時に映し出すものである。

【0016】

この観察方法では、高輝度部のエリアの光量を低輝度部のエリアの光量に近づけた後、高輝度部のエリアと低輝度部のエリアとを同時に映し出すことができる。

【0017】

また、高輝度部と低輝度部とが混在する被観察部位を、単結晶育成装置における試料溶融・結晶育成部とすることができる。また、単結晶育成装置は、加熱手段としてレーザ光を用いることができる。

【発明の効果】

【0018】

本発明では、観察手段に観察された両エリア（高輝度部のエリアと低輝度部のエリア）を、ほぼ同じ光量で同時に映し出すことができるので、一視野内でコントラスト差のある対象物（被観察部位）を同時観察することができる。

【0019】

エリア指定手段にて指定されたエリアの光量を他方のエリアの光量に近づけるものでは、制御性に安定する。また、調整手段は、観察手段を構成するカメラの感度を調整することででき、観察手段にて取り込んだ画像のソフト処理にて行うことででき、調整手段を簡単に構成できる。

【0020】

単結晶育成装置において、加熱手段としてレーザ光を用いた場合、試料溶融部は発熱によって高輝度となり、結晶成長後の固化部（ファセット形成部）は発熱が無く低輝度となる。このため、高輝度部と低輝度部とが混在する被観察部位として、加熱手段としてレーザ光を用いた単結晶育成装置における試料溶融部及び結晶育成部に最適となる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】本発明の実施形態を示す観察装置の構成を示す簡略ブロック図である。

【図2】前記観察装置の要部断面図である。

【図3】前記観察装置の要部断簡略平面図である。

【図4】本発明の実施形態を示す観察方法を示す簡略ブロック図である。

【図5】前記観察装置にて試料を観察している状態のモニタ画面図である。

【図6】本発明の他の実施形態を示す観察装置の構成を示す簡略ブロック図である。

【図7】試料溶融部を示す簡略斜視図である。

【図8】従来の観察方法で試料を観察している状態のモニタ画面図である。

【図9】従来の単結晶育成装置の断面図である。

【図10】前記図９のＤ−Ｄ線断面図である。

【図11】単結晶育成試料の溶融部乃至固化部を示す拡大図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

以下本発明の実施の形態を図１〜図６に基づいて説明する。

【0023】

図２と図３とは、加熱手段としてレーザ光を用いる単結晶育成装置を示し、この場合、レーザ源１１（１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄ，１１Ｅ）を図３に示すように、例えば周方向に沿って所定ピッチ（具体的には、７２度ピッチ）で５機配設されている。レーザ光照射部１４は、上方から鉛直方向に延びる上結晶駆動軸１５の下端に固定した原料棒１６と、下方から鉛直方向に延びる下結晶駆動軸１７の上端に固定された種結晶棒１８とを突き合わせたものである。前記上結晶駆動軸１５および下結晶駆動軸１７は、保持部材１９，２０によって気密に保持され、図示しないサーボモータ等の駆動モータで回転自在、かつ、同期あるいは非同期で、昇降自在に保持されている。

【0024】

前記原料棒１６および種結晶棒１８が配置された空間ｍ1を、レーザ源１１が配置された空間ｍ2と区画して、単結晶育成室２１を形成する透明な石英管２２を設けて、上記単結晶育成室２１に結晶育成に対して好適な雰囲気ガスを充満させている。

【0025】

前記の単結晶育成装置によれば、レーザ源１１（１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄ，１１Ｅ）から照射されるレーザＬ（Ｌ１、Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４，Ｌ５）を、被加熱部１４に集中させてレーザ加熱する。そして、下端に原料棒１６を固定した上結晶駆動軸１５と上端に種結晶棒１８を固定した下結晶駆動軸１７とを回転させ、かつ、同期あるいは非同期で、ゆっくり下方に向かって移動させる。

【0026】

前記単結晶育成装置には、図１に示すように、試料溶融部及び結晶育成部（被加熱部１４であって、被観察部位Ｓ）を観察する観察装置を備えている。観察装置は、試料溶融部及び結晶育成部を観察する観察手段２６と、前記観察手段２６における観察エリアに光量を調整する調整手段２７と、観察手段２６に観察された映し出すモニタ手段２８とを備えたものである。すなわち、レーザ光照射によって、試料は、溶解部２４と、結晶成形後の固化部（ファセット形成部）２５とが形成される。

【0027】

この場合、溶解部２４は発熱により高輝度となり、固化部２５は発熱がなく低輝度となる。このため、観察エリアには、図５に示すように、高輝度のエリアＨ１と、低輝度のエリアＨ２とがあり、この観察装置には、図１に示すように、エリアＨ１、Ｈ２を指定する指定手段３０を備える。前記観察手段２６は、図５に示す高輝度のエリアＨ１と、低輝度のエリアＨ２とを観察可能となっている。具体的には、ＣＣＤカメラやＣＭＯＳカメラ等で構成できる。指定手段３０としては、ＣＰＵ（Central Processing Unit）を中心としてＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）等がバスを介して相互に接続されたマイクロコンピューターからなる制御手段にて構成できる。また、この制御手段には記憶手段が接続される。記憶手段としての記憶装置は、ＨＤＤ（Hard Disc Drive）やＤＶＤ（Digital Versatile Disk）ドライブ、ＣＤ−Ｒ（Compact Disc-Recordable）ドライブ、ＥＥＰＲＯＭ（Electronically Erasable and Programmable Read Only Memory）等からなる。なお、ＲＯＭには、ＣＰＵが実行するプログラムやデータが格納されている。

【0028】

調整手段２７が、図５に示す高輝度のエリアＨ１の光量を落とすものであり、ＣＣＤカメラやＣＭＯＳカメラ等で構成される観察手段２６に付設される絞り用のフィルターをもって構成できる。すなわち、カメラの撮像素子の感度を落とすことになる。

【0029】

そして、調整手段２７としては、高輝度のエリアＨ１の光量を落として、低輝度のエリアＨ２の光量に近づける。ここで、近づけるとは、観察手段２６を構成するＣＣＤカメラやＣＭＯＳカメラ等の一つの同一カメラで、高輝度のエリアＨ１と低輝度のエリアＨ２とが観察可能となればよい。このため、高輝度のエリアＨ１の光量と、低輝度のエリアＨ２の光量とが同一であっても、多少相違するものであってもよい。

【0030】

モニタ手段２８とは、図５に示すようなモニタ画面（ディスプレイ画面）Ｍを備えたものであり、観察手段２６にて撮影された画像であって、調整手段２７によって、光量が調整された画像がモニタ画面Ｍに表示される。

【0031】

次に、前記のように構成された観察装置に用いた観察方法を図４を用いて説明する。観察手段２６にて撮影された画像を映し出すモニタ画面Ｍ上において、前記指定手段３０により、高輝度のエリアＨ１を指定する(ステップＳ１)。高輝度のエリアＨ１は、溶解部２４を含むものである。その後、この高輝度のエリアＨ１の光量を調整する(ステップＳ２)。この場合、観察手段２６を構成するカメラの撮像素子の感度を落すことになる。

【0032】

そして、この高輝度のエリアＨ１の光量を落とした画像を、観察手段２６を構成するカメラに取り込み（ステップＳ３）、この画像をモニタ画面上に表示する（ステップＳ４）。

【0033】

このように、前記観察装置を用いた観察方法では、調整手段２７には、高輝度部のエリアＨ１と低輝度部のエリアＨ２とも光量をほぼ同じにすることができる。観察手段２６にて、光量をほぼ同じとした高輝度部のエリアＨ１と低輝度部のエリアＨ２との観察ができる。そして、モニタ手段２８にて、観察手段２６に観察された両エリアを同時に映し出すことができる。

【0034】

このように、本発明では、観察手段２６に観察された両エリア（高輝度部のエリアＨ１と低輝度部のエリアＨ２）をほぼ同一の光量で同時に映し出すことができるので、一視野内でのコントラスト差のある対象物（被観察部位Ｓ）を同時観察することができる。このため、作業者（オペレータ）は、溶解部２４と結晶成形後の固化部（ファセット形成部）２５とを同時に観察でき、これらの部位の状態を的確に把握できる。そして、この観察に基づいて、単結晶育成装置におけるレーザ光の照射エネルギーを調整したり、下端に原料棒１６と下結晶駆動軸１７との回転速度や下降速度を調整する。このため、安定して高精度に単結晶の育成が可能となる。

【0035】

エリア指定手段３０にて指定されたエリアの光量を他方のエリアの光量に近づけるものでは、制御性に安定する。また、調整手段２７は、観察手段２６を構成するカメラの感度を調整するこができ、調整手段２６を簡単に構成できる。

【0036】

このように、単結晶育成装置において、加熱手段としてレーザ光を用いた場合、試料溶融部は発熱によって高輝度となり、結晶成長後の固化部（ファセット形成部）は発熱が無く低輝度とたる。このため、高輝度部と低輝度部とが混在する被観察部位として、加熱手段としてレーザ光を用いた単結晶育成装置における試料溶融部及び結晶育成部に最適となる。

【0037】

調整手段２７として、観察手段２６にて取り込んだ画像のソフト処理にて行うことができる。すなわち、図６に示すように、観察手段２６を構成するカメラと、モニタ手段２８との間に、パソコン（パーソナルコンピュータ）等からなる調整手段２７を介在させたものであってもよい。そして、調整手段２７に予めプログラムされたソフト演算処理手段によって、撮像素子の感度を落とす効果を奏するソフト処理を行うようにする。このように、ソフト処理にて行っても、調整手段２６を簡単に構成できる。また、この調整手段２７として、前記指定手段３０を構成する制御手段にて構成してもよく、調整手段２７にて構成したパソコンにて、前記指定手段３０を構成してもよい。

【0038】

前記実施形態では、高輝度のエリアＨ１の光量の調整（下げる調整）を行っていたが、逆に、高輝度のエリアＨ１の光量を調整することなく、低輝度のエリアＨ２の光量を調整するようにしてもよい。すなわち、低輝度のエリアＨ２の光量を上げるようにしてもよい。このように、低輝度のエリアＨ２の光量を上げようにして、高輝度のエリアＨ１の光量と低輝度のエリアＨ２の光量とを同一乃至近似させるようにすれば、観察手段２６を構成するＣＣＤカメラやＣＭＯＳカメラ等の一つの同一カメラで、高輝度のエリアＨ１と低輝度のエリアＨ２とが観察可能となる。

【0039】

また、高輝度のエリアＨ１の光量と低輝度のエリアＨ２の光量との両者を調整するようにしてもよい。この場合でも、輝度のエリアＨ１の光量と低輝度のエリアＨ２の光量とを同一乃至近似させることができ、観察手段２６を構成するＣＣＤカメラやＣＭＯＳカメラ等の一つの同一カメラで、高輝度のエリアＨ１と低輝度のエリアＨ２とが観察可能となる。

【0040】

以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明は前記実施形態に限定されることなく種々の変形が可能であって、例えば、使用するレーザとしては、固体レーザ、半導体レーザ、液体レーザ、又は気体レーザ等の種々のレーザを用いることができる。また、前記図２に示す単結晶育成装置では、レーザ源１１が、試料の周方向に沿って７２度ピッチで、５機配置されて、５方向からレーザ光を照射するものであったが、これに限るものではなく、試料の周りに配設されるレーザ源１１の数の増減は任意である。

【0041】

また、本発明の観察装置としては、単結晶育成装置に限るものではなく、高輝度部と低輝度部とが混在する被観察部位を観察するものであればよく、例えば、溶接部（アーク溶接部）等の観察に用いてもよい。

【符号の説明】

【0042】

２６ 観察手段
２７ 調整手段
２８ モニタ手段
３０ 指定手段
Ｓ 被観察部材

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】