DE2449275C3

DE2449275C3 - Device for pulling a crystal from a melt

Info

Publication number: DE2449275C3
Application number: DE2449275A
Authority: DE
Inventors: Donald Ray Clement; Carl Albert Helber; Lawrence Duane Phoenix Mason
Original assignee: Motorola Inc
Current assignee: Motorola Solutions Inc
Priority date: 1973-10-23
Filing date: 1974-10-16
Publication date: 1978-04-13
Also published as: US3882319A; DE2449275A1; DE2449275B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ziehen eines Kristalls aus einer Schmelze mit einem Schmelztiegel mit Antriefcseinrichtungen zum Drehen und Auf- und Abbewegen des Tiegels, einer auf- und abbewegbaren Welle für den Keimkristall und einem auf die Oberfläche der Schmelze ausgerichteten Strahlungsdetektor, der mit einem Schmelzniveau in Verbindung stehtThe invention relates to a device for pulling a crystal from a melt with a crucible with drive devices for turning and moving the crucible up and down, one that can be moved up and down Wave for the seed crystal and a radiation detector aligned with the surface of the melt, which is associated with a melt level

Eine derartige Vorrichtung ist aus der DT-AS 16 19 967 bekannt Bei dieser bekannten Vorrichtung wird die von der Oberfläche der Schmelze ausgesandte Strahlung gemessen und zur Regelung der Antriebseinrichtung verwendet, da eine Annäherung des Kristalls an das von dem Strahlungsdetektor abzutastende Gebiet des Oberflächenber^ichs ti,i Anwachsen der aufgenommenen Strahlungsenergie bewirkt, wodurch über die Regelung die Ziehgeschwinds; keit des Kristalls 3s erhöht wird. Bei dieser Arbeitsweise läßt sich jedoch nur eine begrenzte Genauigkeit erreichen, da die abgefühlte Strahlungsintensität im allgemeinen gering ist Deshalb ist es erforderlich, das von dem Detektor ermittelte Signal zunächst mit entsprechenden Verstärkern zu verstärken.Such a device is known from DT-AS 16 19 967. In this known device the radiation emitted from the surface of the melt is measured and used to control the drive device is used as an approach of the crystal to that to be scanned by the radiation detector Area of the surface area ti, i growth of the absorbed radiation energy causes, whereby the drawing speed via the regulation; speed of the crystal 3s is increased. In this way of working, however, only achieve limited accuracy as the sensed radiation intensity is generally low, therefore it is necessary to first send the signal determined by the detector to appropriate amplifiers strengthen.

Die Genauigkeit kann bei dieser Arbeitsweise insbesondere deshalb nur verhältnismäßig gering sein, weil die zur Auslösung der Reglung verwendeten Unterschiede zwischen den verschiedenen Strahlungs-Intensitäten deshalb besonders gering sind, weil die Strahlungsintensitäten selbst sehr klein sind. Außerdem hängt die von dem Strahlungsdetektor empfangene Strahlung noch ganz erheblich von der Oberflächentemperatur der Schmelze ab, so daß dieser Parameter zusätzlich noch berücksichtigt werden muß. Dadurch ergibt sich ein verhälinismäßig großer gerätetechnischer Aufwand.The accuracy can only be relatively low with this method of operation, in particular, because the differences between the different radiation intensities used to trigger the regulation are particularly low because the radiation intensities themselves are very small. aside from that the radiation received by the radiation detector depends to a considerable extent on the surface temperature the melt, so that this parameter must also be taken into account. Through this this results in a relatively large outlay in terms of equipment technology.

Weiterhin ist aus der US-PS 32 91 650 sowie aus der US-PS 37 40 563 jeweils ein Meßsystem bekannt, bei welchem von einem Strahlungsdetektor eine reflektierte Lichtstrahlung aufgefangen wird, die im Winkel zu der Senkrechten auf die Oberfläche der Schmelze gerichtet ist Der durch die Veränderung des Reflexionswinkels gewonnene Meßwert kann zur Feststellung der Oberfläche der Schmelze herangezogen werden. Bei diesen bekannten Vorrichtungen müssen daher die relativ geringen Änderungen des Reflexionswinkels bei einer Veränderung des Oberflächenniveaus der Schmelze gemessen und in ein entsprechendes Signal umgewandelt werden, so daß diese bekannten Vorrichtungen ebenfalls nur mit verhältnismäßig geringer Genauigkeit arbeiten können.Furthermore, a measuring system is known from US-PS 32 91 650 and from US-PS 37 40 563 in each case which by a radiation detector a reflected light radiation is captured, which is at an angle to the perpendicular to the surface of the melt is directed by changing the angle of reflection The measured value obtained can be used to determine the surface of the melt. at these known devices must therefore have the relatively small changes in the angle of reflection a change in the surface level of the melt is measured and converted into a corresponding signal are converted, so that these known devices also only with relatively less Accuracy can work.

Per Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs näher genannten Art zu schaffen* mit welcher auch bei stark unterschiedlichen Temperaturen einer Schmelze das OberflSchenniveau dieser Schmelze mit besonders großer Genauigkeit konstant gehalten werden kann.The object of the invention is to provide a device of the type specified in the introduction create * with which, even with very different Temperatures of a melt determine the surface level of this melt with a particularly high degree of accuracy can be kept constant.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß zwei auf den gleichen Punkt der Schmelzoberfläche wie der Strahlungsdetektor ausgerichtete StraKangsquellen über Leitungen mit dem Schmelzniveauregler verbunden sind.To solve this problem, the invention provides that two on the same point of the melt surface radiation sources aligned like the radiation detector are connected to the melt level controller via lines.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist insbesondere der wesentliche Vorteil erreichbar, daß in dem Strahlungsdetektor zwei reflektierte Strahlen aufgefangen werden, deren Lage mit einer Änderung des Oberflächenniveaus verändert wird. Aus der Information über die Lage der zwei reflektierten Strahlen läßt sich ein Signal ableiten, welches der Niveauänderung der Schmelze unmittelbar proportional ist Die Winkel der reflektierten Strahlen können mit sehr großer Genauigkeit gemessen werden, da einerseits die reflektierten Strahlen eine ausreichende Intensität haben und andererseits nur der Unterschied in den veränderten Winkeln und somit keine absolute Größe ermittelt werden muß. Schließlich hat bei der erfindungsgemäßen Arbeitsweise die Temperatur der Schmelze keinen Einfluß auf das Meßergebnis und damit auch nicht auf die Regelung des Oberflächenniveaus, da die Strahlung nicht von der Schmelze selbt geliefert wird, sondern von externen Strahlungsquellen stammtWith the device according to the invention, the main advantage can be achieved that in the Radiation detector catches two reflected rays, their position with a change in the Surface level is changed. From the information A signal can be derived from the position of the two reflected rays, which indicates the change in level the melt is directly proportional. The angle of the reflected rays can be very large Accuracy can be measured because, on the one hand, the reflected rays have a sufficient intensity and on the other hand only the difference in the changed angles and therefore no absolute size must be determined. Finally, in the procedure according to the invention, the temperature has The melt has no effect on the measurement result and therefore also on the control of the surface level, because the radiation is not supplied by the melt itself, but by external radiation sources originates

Vorzugsweise wird Rotlicht mit einer Wellenlänge von 6500 ± 50 A verwendet Die auf das Empfangssystem auftreffenden Rotlichtstrahlen bewirken je nach ihrer Lage die Erzeugung von größeren oder kleineren Lade- bzw. Entladeimpulsen, die an einen Kondensator angelegt werden, dessen Ladung entsprechend verändert wird, um daraus ein für die Höhenverstellung des Schmelztiegels entsprechendes Steuersignal abzuleiten.Preferably, red light with a wavelength of 6500 ± 50 A is used on the receiving system impinging red light rays cause, depending on their position, the generation of larger or smaller ones Charge or discharge pulses that are applied to a capacitor, the charge of which changes accordingly in order to derive a control signal corresponding to the height adjustment of the crucible therefrom.

Die Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Ansprüchen und der Zeichnung. Es zeigtThe advantages and features of the invention also emerge from the following description of a Embodiment in conjunction with the claims and the drawing. It shows

F i g. 1 eine teilweise geschnittene schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Einrichtung zur automatischen Einstellung des Schmelzniveaus beim Wachsen eine Halbleiterkristalls;F i g. 1 is a partially sectioned schematic representation of the device according to the invention for automatic adjustment of the melting level when growing a semiconductor crystal;

Fig.2 eine Draufsicht auf die Einrichtung gemäß Fig.1;FIG. 2 shows a plan view of the device according to FIG. 1;

Fig.3 das Schaltbild des elektrischen Systems der Einrichtung gemäß F ig. I;Fig. 3 is the circuit diagram of the electrical system of the Setup according to Fig. I;

F i g. 4 a bis F i g. 4 c schematische Darstellungen von Betriebszuständen bei der Verwirklichung der Erfindung. F i g. 4 a to F i g. 4c schematic representations of operating states in the implementation of the invention.

In F i g. 1 ist eine Einrichtung 10 dargestellt, mit welcher ein Halbleiterkristall 11 aus einer Schmelze 12 gezogen werden kann. Das Halbleiterkristall kann aus Silicium, Germanium oder einem anderen geeigneten Material bestehen.In Fig. 1 shows a device 10 with which a semiconductor crystal 11 is made from a melt 12 can be drawn. The semiconductor crystal can be made of silicon, germanium or another suitable one Material.

Die Einrichtung 10 kann eine mehr oder weniger zylindrische Reaktionskammer herkömmlicher Form umfassen und aus einem Hauptzylinder 14, einem Basisteil 15 sowie einer Abdeckkuppel 16 bestehen. Das Innere der Reaktionskammer 13 kann mit einer für den Reaktionsablauf geeigneten Atmosphäre gefüllt sein. Ferner ist im Innern der Reaktionskammer 13 ein Schmelztiegel 17 angeordnet, der z. B. aus Quarz bestehen kann und auf einer Welle 18 befestigt ist,The device 10 can be a more or less cylindrical reaction chamber of conventional shape and consist of a master cylinder 14, a base part 15 and a covering dome 16. That The interior of the reaction chamber 13 can be filled with an atmosphere suitable for the reaction process. Furthermore, a crucible 17 is arranged in the interior of the reaction chamber 13, the z. B. made of quartz can exist and is attached to a shaft 18,

welche vom Basisteil J5 aus in die Reaktionskammer 13 ragt und mit einem Getriebe 19 verbunden ist. Dem Getriebe 19 ist ein Antriebsmotor 21 zugeordnet, mit dessen Hilfe der Schmelztiegel 17 ober die Welle 18 in Drehung versetzt und angehoben bzw. abgesenkt s werden kann, um die Oberfläche 22 der Schmelze während des gesamten Ziehvorganges konstant zu halten.which from the base part J5 into the reaction chamber 13 protrudes and is connected to a transmission 19. A drive motor 21 is assigned to the transmission 19, with whose help the crucible 17 above the shaft 18 is set in rotation and raised or lowered s can be made to the surface 22 of the melt to be kept constant during the entire drawing process.

Der Schmelztiegel 17 ist von einer Heizung 23 herkömmlicher Art umgeben. Auf der Abdeckkuppel 16 ist ein Lager 24 angeordnet, durch welches eine WelleThe crucible 17 is surrounded by a heater 23 of a conventional type. On the dome 16 a bearing 24 is arranged through which a shaft

25 geführt ist, die an ihrem unteren Ende den Impfkristall 26 trägt Die Welle 25 ist am oberen Ende mit einem Getriebe 27 verbunden, dem ein Motor 28 zugeordnet ist um den Impfkristall Ober das Getriebe aus der Schmelze zu ziehen. Dabei wird der Impfkristall25 is guided, which carries the seed crystal 26 at its lower end. The shaft 25 is at the upper end connected to a gear 27 to which a motor 28 is assigned to the seed crystal over the gear to pull from the melt. This is where the seed crystal

26 von der Oberfläche 22 der Schmelze 12 weggezogen, wobei sieb ein nackenartig im Durchmesser verjüngter Teil 29, eine Schulter 31 und schließlich der Kristall in seinem endgültigen Durchmesser ausbilden.26 pulled away from the surface 22 of the melt 12, sieve a neck-like tapered in diameter part 29, a shoulder 31 and finally the crystal in form its final diameter.

In der Abdeckkuppel 16 sind ferner Beobachtungsfenster 32 und 33 angebrachtIn the covering dome 16 there are also observation windows 32 and 33 attached

Einander gegenüberliegend in einer außerhalb eines Durchmessers liegenden Ebene sind zwei weitere Fenster 34 und 35 vorgesehen, durch weiche eine Rotlichtstrahlung eingeführt und abgegriffen wird. Die Rotlichtstrahlung wird von einem Rotlichtsender 36 mit zwei Rotlichtquellen 37 und 38 geliefert und tritt in Form von zwei Strahlenbündeln 39 und 41 in die Reaktionskammer ein. Die Strahlenbündel sind auf einen Punkt 42 auf der Oberfläche 22 der Schmelze 12 ausgerichtet Reflektierte Strahlenbündel 43 und 44 treten durch das Fenster 35 aus und werden in einem Empfänger 45 empfangen. Es wird eine sichtbare Rotlichtstrahlung verwendet um das sichtbare Rotlicht von der infraroten sowie anderen Frequenzen zugeordneten, von der heißen Oberfläche des Siliciums ausgehenden Strahlung zu unterscheiden.Opposite each other in a plane lying outside of a diameter are two more Windows 34 and 35 are provided through which a red light radiation is introduced and tapped. the Red light radiation is supplied by a red light transmitter 36 with two red light sources 37 and 38 and enters Form of two bundles of rays 39 and 41 into the reaction chamber. The bundles of rays are up a point 42 aligned on the surface 22 of the melt 12 Reflected bundles of rays 43 and 44 exit through the window 35 and are received in a receiver 45. It becomes a visible one Red light radiation used to divert the visible red light from the infrared as well as other frequencies assigned, to distinguish radiation emanating from the hot surface of the silicon.

Die Strahlenbündel 39 und 41 werden durch ein wassergekühltes Infrarotfilter 46 in die Reaktionskammer eingeführt Die reflektierten Strahlenbündel 43 undThe bundles of rays 39 and 41 are passed through a water-cooled infrared filter 46 into the reaction chamber introduced the reflected beams 43 and

44 treten ebenfalls durch wassergekühlte Infrarotfilter 47 aus. Die Rotlichtquellen im Rotlichtsender 3b" werden über Leitungen 48 und 49 von einem Schmelzniveauregler 50 aus erregt dem die von Sensoren im Empfänger44 also exit through water-cooled infrared filters 47. The red light sources in the red light transmitter 3b ″ are Via lines 48 and 49 from a melt level controller 50, the sensors in the receiver are excited

45 gelieferten Signale über eine Leitung 51 zugeführt werden. Der Schmelzniveauregler liefert über eine Leitung 52 Stellsignale an eine Motorsteuerung 53, die entsprechende Steuersignale über eine Leitung 54 dem Motor 21 zuführt Die Steuersignale bewirken, daß der Motor den Schmelztiegel anhebt bzw. absenkt, wie dies aus der nachfolgenden Erläuterung im einzelnen hervorgeht45 delivered signals are fed via a line 51. The melt level controller delivers via a Line 52 control signals to an engine controller 53, the corresponding control signals via a line 54 to the Motor 21 feeds The control signals cause the Motor raises or lowers the crucible, as explained in detail in the following explanation emerges

In F i g. 2 ist eine Draufsicht auf die Reaktiofiskammer dargestellt wobei diese Darstellung den Hauptzylinder 14 der Reaktionskammer 13, den Rotlichtsender 36 und den Rotlichtempfänger 45 zeigt Die Strahlenbündel 39 und 41 sind auf den Punkt 42 gerichtet und werden von diesem als reflektierte Strahlenbündel 43 und 44 in Richtung auf den Strahlungsempfänger 45 reflektiertIn Fig. 2 is a plan view of the reaction chamber shown with this illustration the master cylinder 14 of the reaction chamber 13, the red light transmitter 36 and shows the red light receiver 45. The bundles of rays 39 and 41 are directed at the point 42 and are from this is reflected as a reflected beam 43 and 44 in the direction of the radiation receiver 45

Die F i g. 3,4 a bis 4 g geben weitere Einzelheiten des Systems und ihrer Wirkungsweise, wobei gleiche Bezugszeichen für gleiche Funktionen und Teile vorgesehen sind.The F i g. 3, 4 a to 4 g give further details of the Systems and their mode of operation, with the same reference symbols for the same functions and parts are provided.

Der Schmelzniveauregler 50 gemäß F i g. 1 umfaßt einen Oszillator äi, einen Modulator 56, einen abgestimmten Wechselstromverstärker 57, einen Demodulator 58, einen Verstärker 59 und Verbindungsleitungen 61,62,63,64 sowie 65,The melt level controller 50 according to FIG. 1 comprises an oscillator ai, a modulator 56, a tuned AC amplifier 57, a demodulator 58, an amplifier 59 and connecting lines 61,62,63,64 and 65,

Der Oszillator 55 erzeugt eine Rechteckschwingung mit verhältnismäßig hoher Frequenz, z, B, 1 kHz, die über den Leiter 61 dem Modulator 56 zugeführt wird. Dieser Modulator 56 stellt im wesentlichen einen Hochfrequenzschalter dar, der zuerst die eine Rotlichtquelle 37 und dann die andere Rotlichtquelle 38 erregt Dabei werden die beiden Rotlichtquellen 37 und 38 abwechselnd an- und abgeschaltet Dabei kann z. B. das hohe Signalniveau der Rechteckschwingung 66 der Erregung der Rotlichtquelle 37 und das niedrige Signalniveau dieser Rechteckschwingung der Erregung der Rotlichtquelle 38 zugeordnet sein. Diese Rotlichtquellen 37 und 38 können beispielsweise aus lichtemittierenden Dioden, wie in F i g. 4 a angedeutet bestehen. Der Rotlichtquelle 37 ist gemäß F i g. 4 a ein Linsensystem 37Λ zugeordnet welches das Strahlenbündel 39 auf den Punkt 42 richtet Entsprechend ist der Rotlichtquelle 38 ein Linsensystem 38Λ zugeordnet welches das Strahlenbündel 41 ebenfalls auf den Punkt 42 richtet Diese Strahlenbündel wen&n im Punkt 42 reflektiert und treten als Strahlenbündel 45, bzw. 44 aus der Reaktionskammer aus.The oscillator 55 generates a square wave with a relatively high frequency, for example, 1 kHz, the is fed to the modulator 56 via the conductor 61. This modulator 56 is essentially a High-frequency switch, which first excites one red light source 37 and then the other red light source 38 The two red light sources 37 and 38 are alternately switched on and off. B. that high signal level of the square wave 66 of the excitation of the red light source 37 and the low The signal level of this square wave of the excitation of the red light source 38 can be assigned. These red light sources 37 and 38 can, for example, consist of light emitting diodes, as shown in FIG. 4 a are indicated. The red light source 37 is shown in FIG. 4 a is assigned a lens system 37Λ which the bundle of rays 39 directed at the point 42. Correspondingly, the red light source 38 is assigned a lens system 38Λ which also directs the bundle of rays 41 onto point 42. These bundles of rays are located at point 42 reflects and emerges as a bundle of rays 45 and 44, respectively the reaction chamber.

Als Rotlichtempfänger 45 können herkömmliche und bekannte Sensorelemente, wie z. B. eine Fotodiode oder Fotozellen 45 Verwendung finden. Im Rotlichtempfänger ist ferner ein Linsensystem 45/4 vorgesehen, das einen ausreichend großen Durchmesser hat um beide reflektierten Strahlenbündel 43 und 44 zu erfassen.As a red light receiver 45 conventional and known sensor elements such. B. a photodiode or Photocells 45 are used. A lens system 45/4 is also provided in the red light receiver, which has a sufficiently large diameter to capture both reflected beams 43 and 44.

Die durch das Linsensystem 45 auf das fotoempfindliche Element auftreffenden Strahlenbündel 43 und 44 erzeugen eine elektrische Energie, die in einem nachgeschalteten, abgestimmten Wechselstromverstärker 57 verstärkt wird. Das verstärkte Signal wird über den Leiter 63 dem Demodulator 58 zugeführt der in herkömmlicher Weise ein Spannungssignal z. B. an einem Kondensator 67 zur Verfugung stellt Wenn das Niveau der Schmelze 22 in der korrekten vorgesehenen Ebene liegt, ergibt sich eine bestimmte Ladung am Kondensator 67, so daß kein Signal über den Leiter 54 dem Motor 21 zugeführt wird und dieser im stehenden Zustand verbleibt Mit ansteigendem Schmelzniveau wird z. B. die Ladung im Kondensator 67 angehoben, womit über den Leiter 64 dem Verstärker 59 ein Signal zugeführt wird, das über den Leiter 65 auf die Motorsteuerung 53 wirkt und damit den Motor in eine Drehung versetzt, die ein Absenken des Schmelztiegels 17 und damit des Schmelzniveaus auslöst Wenn dagegen das Schmelzniveau unter das vorgesehene Niveau absinkt, nimmt die Ladung des Kondensators 67 ab, so daß über den Leiter 64 und den Verstärker 59 über die Motorsteuerung 53 der Motor in umgekehrter Richtung angetrieben wird und den Schmelztiegel 17 so lange anhebt, bis die Oberfläche der Schmelze im richtigen Niveau verläuftThe bundles of rays 43 and 44 impinging on the photosensitive element through the lens system 45 generate electrical energy in a downstream, tuned AC amplifier 57 is reinforced. The amplified signal is fed to the demodulator 58 via the conductor 63 conventionally a voltage signal z. B. at a capacitor 67 available If that Level of melt 22 in the correct provided Level, there is a certain charge on the capacitor 67, so that no signal via the conductor 54 is fed to the motor 21 and this remains in the stationary state with increasing melt level is z. B. increased the charge in the capacitor 67, whereby the amplifier 59 via the conductor 64 a signal is supplied, which acts via the conductor 65 on the engine control 53 and thus the engine in a Rotation offset, which triggers a lowering of the crucible 17 and thus the melting level when on the other hand, if the melting level drops below the intended level, the charge of the capacitor 67 decreases from, so that via the conductor 64 and the amplifier 59 via the motor control 53, the motor is reversed Direction is driven and the crucible 17 raises until the surface of the melt in the correct level

In Fig.4a ist das Schmelzniveau 22 in der gewünschten Lage dargestellt wobei angedeutet ist, daß die Oberfläche der Schmelze nicht vollkommen eben, sondern Von Welleü durchzogen ist Aus der Praxis weiß man, daß beim Ziehen von Kristallen in Einrichtungen, wie sie der vorliegenden Erfindung zugrunde liegen! die Oberfläche des flüssigen Siliciums, Germaniums od. dgl. immer mit einer über die Oberfläche verlaufenden Kräuselung versehen ist. Diese Kräuselung entspricht einer verhältnismäßig niedrigen Frequenz von beispielsweise fünf Schwingungen pro Sekunde und ist bei der Steuerung des Schmelzniveaus nicht außer acht zu lassen. Die F"quenz des Oszillators 55 mit I kHz istIn Figure 4a the melt level 22 is shown in the desired position, indicating that the surface of the melt is not completely flat, but pervaded by waves. From practice it is known that when pulling crystals in devices such as the present invention underlie! the surface of the liquid silicon, germanium or the like is always provided with a ripple running over the surface. This ripple corresponds to a relatively low frequency of, for example, five oscillations per second and should not be disregarded when controlling the melt level. The frequency of the oscillator 55 is 1 kHz

ausreichend hoch, um den Einfluß der Kräuselung 22A auf die Wirkungsweise der Steuerung weitgehendst auszuschalten. Auf einen bestimmten Punkt der welligen Oberfläche kommt dadurch eine ausreichend hohe Anzahl von Schwingungen der hochfrequenten Rotlichtstrahlung, so daß der durch die Kräuselung verursachte Niveauunterschied außer acht bleiben kann. Der für die Steuerung in Betracht zu ziehende Niveaupunkt kann z. B. im oberen oder unteren Scheitelpunkt der Kräuselung oder auch in einer dazwischen befindlichen Ebene liegen, wobei für die Erläuterung der Erfindung angenommen wird, daß der Punkt 42 im Scheitelpunkt der Kräuselung liegt.sufficiently high to largely eliminate the influence of the ripple 22A on the operation of the control. A sufficiently high number of oscillations of the high-frequency red light radiation occurs at a certain point on the wavy surface, so that the level difference caused by the ripple can be disregarded. The level point to be considered for the control can, for. B. lie in the upper or lower apex of the crimp or in a plane located in between, it being assumed for the explanation of the invention that the point 42 lies at the apex of the crimp.

Wenn das Schmelzniveau 22 durch den richtigen Punkt, nämlich den Punkt 42 gemäß Fig.4a verläuft, liegt das reflektierte Strahlenbündel 44 auf der einen Seite und das reflektierte Strahlenbündel 43 auf der anderen Seite des Linsensystems 45/4, bezogen auf dieIf the melt level 22 runs through the correct point, namely the point 42 according to Figure 4a, is the reflected beam 44 on one side and the reflected beam 43 on the other side of the lens system 45/4, based on the

optische Achse.
doptical axis.
d

DerOf the

y gy g

Distance of those encountering

Strahlenbündel von der optischen Achse ist in diesem Fall gleich groß. Insofern ist auch der auf den Empfänger 45 auffallende Energieanteil für die beiden Strahlenbündel 43 und 44 gleich groß. Die vom Oszillator 55 erzeugte Rechteckschwingung 66 bewirkt durch die Übertragung über den Leiter 62 und dem Modulator 58, daß der Energieanteil z. B. vom empfangenen Strahlungsbündel 39 die Ladung des Kondensators 67 während der einen Halbwelle erhöht, dagegen bei der Erregung des Strahlungsbündels 41 der Demodulator 57 eine Verringerung der Ladung des Kondensators 67 auslöst. Auf diese Weise empfängt der Kondensator in Abhängigkeit von den Halbwellen der Rechteckschwingung des Oszillators 55 Impulse, die den Kondensator aufladen bzw. entladen. Wenn sich das Schmelzniveau 22 in der gewünschten Ebene befindet, haben die abwechselnd für die Aufladung und Entladung empfangenen Impulse gleichen Wert, so daß am Kondensator 67 die mittlere Ladung unverändert bleibt. Als Folge davon wird auch von der Motorsteuerung 53 kein Steuersignal geliefert, so daß auch der Schmelztiegel 17 im selben Niveau liegen bleibt.The bundle of rays from the optical axis is the same size in this case. In this respect, the one on the Receiver 45 striking energy component for the two bundles of rays 43 and 44 of the same size. The ones from Oscillator 55 generated square wave 66 caused by the transmission via the conductor 62 and the Modulator 58 that the energy component z. B. from the received radiation beam 39, the charge of the Capacitor 67 increased during one half-wave, on the other hand when the radiation beam 41 is excited Demodulator 57 triggers a reduction in the charge on capacitor 67. In this way he receives Capacitor depending on the half-waves of the square wave of the oscillator 55 pulses that the Charge or discharge the capacitor. When the melt level 22 is in the desired level, the pulses received alternately for charging and discharging have the same value, so that am Capacitor 67 the mean charge remains unchanged. As a result, the engine controller 53 no control signal supplied, so that also the crucible 17 remains at the same level.

Man kann erkennen, daß der Winkel des Strahlenbündels 44, bezogen auf die Senkrechte, gleich dem Winkel des Strahlenbündels 41 ist. Entsprechend gilt für das Strahlenbündel 43, daß sein Winkel, bezogen auf die Vertikale, gleich dem Strahlenbündel 39 ist. Der Winkel zwischen den beiden Strahlenbündeln 41 und 44 beträgt näherungsweise 45°, wogegen der Winkel zwischen dem Strahlenbündel 39 und dem Strahlenbündel 43 geringfügig größer ist, da die Rotlichtquellen 37 und 38 nebeneinander angerrdnet sind. Der Differenzwinkel ist sehr klein, so daß er für alle praktischen Zwecke außer acht gelassen werden kann und auch für den Winkel zwischen den Strahlenbündeln 39 und 43 ein Winkel von etwa 45° angenommen werden kann. Dieser Reflexionswinkel ist willkürlich gewählt und kann zur Anpassung an die örtlichen Verhältnisse beliebig geändert werden.It can be seen that the angle of the beam 44 with respect to the vertical is equal to the angle of the beam 41 is. Correspondingly applies to the beam 43 that its angle, based on the Vertical, equal to the bundle of rays 39. The angle between the two bundles of rays 41 and 44 is approximately 45 °, whereas the angle between the bundle of rays 39 and the bundle of rays 43 is slightly larger because the red light sources 37 and 38 are arranged side by side. The difference angle is very small so that it can be disregarded for all practical purposes and also for the angle an angle of approximately 45 ° can be assumed between the bundles of rays 39 and 43. This angle of reflection is chosen arbitrarily and can be changed as required to adapt to local conditions.

In F i g. 4 b ist ein Zustand dargestellt, in welchem sich das Schmelzniveau 22B unterhalb des normalen Schmelzniveaus 22 befindet Bei diesen Bedingungen trifft das vom Strahlenbündel 41 stammende reflektierte Strahlenbfindel 44 auf das Linsensystem 45Λ in einem Punkt außerhalb der optischen Achse, und zwar gegenüberliegend zu den Verhältnissen gemäß F i g. 4 a auf. Das reflektierte, vom Strahlenbündel 39 ausgehende Strahlenbündel 43 trifft auf das Linsensystem 45Λ auf derselben Seite der optischen Achse am Rand des Linsensystems auf. Unter diesen Bedingungen ergibt sich, daß der reflektierte Energieanteil des Strahlenbündels 43 mit wesentlich geringerer Energie vom Rotlichtempfänger 45 empfangen wird, verglichen mit dem Energieanteil aufgrund des Strahlenbündels 44.In Fig. 4 b shows a state in which the melt level 22B is below the normal melt level 22. Under these conditions, the reflected beam bundle 44 originating from the beam 41 hits the lens system 45Λ at a point outside the optical axis, namely opposite to the ratios according to F i g. 4 a. The reflected beam 43 emanating from the beam 39 impinges on the lens system 45Λ on the same side of the optical axis at the edge of the lens system. Under these conditions, the result is that the reflected energy component of the beam 43 is received by the red light receiver 45 with significantly less energy compared to the energy component due to the beam 44.

Bei diesen Verhältnissen gemäß F i g. 4 b ist die von den Ladeimpulsen, welche vom Strahlenbündel 44 ausgelöst werden, dem Kondensator 67 zugeführte Ladung größer als der Ladungsanteil aufgrund der von dem Strahlenbündel 43 verursachten Ladeimpulse. Ober eine Zeitdauer von mehreren Perioden ergibt sich eine Akkumulation der Ladung auf dem Kondensator 67 im positiven Sinn, d. h. die Kondensatorspannung steigt an, da die positiven Ladeimpulse die negativen Ladeimpulse zahlenmäßig übersteigen. Somit wird vom Demodulator 58 ein positives Signal erzeugt, das nach einer Verstärkung im Verstärker 59 der Motorsteuerung 53 zugeführt wird und schließlich auf den Motor 21 wirkt. Durch dieses auf den Motor 21 wirkende Steuersignal wird der Schmc!ztie°e! !7 eo isn^ae sn^aehoben, bis sich das Schmelzniveau 22Ö mit dem Niveau 22 deckt.With these conditions according to FIG. 4 b, the charge supplied to the capacitor 67 by the charge pulses triggered by the beam 44 is greater than the charge portion due to the charge pulses caused by the beam 43. Over a period of several periods there is an accumulation of the charge on the capacitor 67 in the positive sense, that is to say the capacitor voltage rises because the positive charge pulses outnumber the negative charge pulses. The demodulator 58 thus generates a positive signal which, after being amplified in the amplifier 59, is fed to the motor control 53 and ultimately acts on the motor 21. By this control signal acting on the motor 21, the Schmc! Ztie ° e! ! 7 eo isn ^a e sn ^a ehoben until the melting level 22Ö coincides with the level 22.

In F i g. 4 c sind die Bedingungen dargestellt, die sich einstellen, wenn das Schmelzniveau 22C über dem gewünschten Schmelzniveau 22 sich befindet Das Strahlenbündel 39, das auf die Oberfläche der Schmelze auftrifft, wird als Strahlenbündel 43 reflektiert und trifft auf das Linsensystem 45/4 neben der optischen Achse auf. In entsprechender Weise wird das Strahlenbündel 41 von ΐ'ίίΓ Schmelze reflektiert und trifft als Strahlenbündel 44 auf derselben Seite der optischen Achse des Linsensystems 45/4, und zwar im Randbereich auf. Entsprechend den Verhältnissen bei den in den F i g. 4a und F i g. 4b dargestellten Betriebszuständen wird von dem Rotlichtempfänger 45 ein kleinerer Energieanteil für das reflektierte Strahlenbündel 44 empfangen, womit auch kleinere Ladeimpulse für diesen Energieanteil dem Kondensator 67 zugeführt werden. Das unmittelbar neben der optischen Achse empfangene Strahlenbündel 43, welches vom Strahlenbündel 39 herrührt, bewirkt größere Ladeimpulse, die als Entladeimpulse auf den Kondensator 67 wirken. Damit erhält man im Mittel durch das Einwirken der kleineren Ladeimpulse und der größeren Entladeimpulse einen mittleren Ladungszustand am Kondensator 67, der einer verringerten Ladung entspricht Damit nimmt die von der Ladung abhängige Kondensatorspannung ab, welche über den Leiter 64 und den Verstärker 59 auf die Motorsteuerung 53 wirkt, um ein Steuersignal über die Leitung 54 dem Motor 21 zuzuführen, das den Motor in einer Richtung antreibt, die das Absenken des Schmelztiegels 17 und damit des Schmelzniveaus 22C auslöst bis das Schmelzniveau wieder im ge wünsch, αϊ Niveau 22 liegt Beim Erreichen dieses Zustandes haben die auf den Kondensator 67 wirkenden Ladeimptilse und Entladeimpulse gleiche Größe, so daß deren Einwirken bei alternierenden Halbwellen der Oszillatorschwingung das Ladungsniveau konstant halten.In Fig. 4c are shown the conditions that arise adjust when the melt level 22C is above the desired melt level 22 The The bundle of rays 39 that strikes the surface of the melt is reflected as a bundle of rays 43 and strikes on the lens system 45/4 next to the optical axis. The bundle of rays is generated in a corresponding manner 41 of ΐ'ίίΓ melt reflects and hits as Beams 44 on the same side of the optical axis of the lens system 45/4, specifically in the edge area on. According to the conditions in the FIGS. 4a and F i g. 4b shown operating states a smaller amount of energy is generated by the red light receiver 45 for the reflected beam 44 received, with which smaller charging pulses for this energy component are also supplied to the capacitor 67 will. The bundle of rays 43 received immediately next to the optical axis, which from the bundle of rays 39, causes larger charge pulses which act as discharge pulses on the capacitor 67. This gives an average of the action of the smaller charge pulses and the larger discharge pulses an average state of charge on capacitor 67, which corresponds to a reduced charge the capacitor voltage, which is dependent on the charge and which is generated via the conductor 64 and the amplifier 59 the motor controller 53 acts to supply a control signal via the line 54 to the motor 21 which controls the motor drives in a direction that lowers the crucible 17 and thus the melt level 22C triggers until the melt level is back to the desired level, αϊ Level 22 is when this state is reached, the charging impulses and acting on the capacitor 67 have Discharge pulses of the same size, so that their effect on alternating half-waves of the oscillator oscillation keep the charge level constant.

Das beschriebene Regelsystem stellt ein geschlossenes Schleifensystem dar, in welchem das Schmelzniveau automatisch vom Motor 21 und der Motorsteuerung 53 in Abhängigkeit von der Lage des Schmelzniveaus auf eine gewünschte Höhe eingestellt wird, wenn sich das Schmelzniveau im Betrieb verändertThe control system described represents a closed loop system in which the melt level automatically from the motor 21 and the motor control 53 depending on the position of the melt level a desired height is set when the Melt level changed during operation

Die lichtemittierenden Dioden der Rotlichtquelle 37 und 38 können Rotlicht im Bereich von etwa 5000 Λ bis etwa 10000 A abgeben. Eine bevorzugte Wellenlänge liegt bei 6500 A. Die Filter 46 sind als schmale Bandpaßfilter ausgebildet um die Strahlung mit einer Wellenlänge von 6500 Ä mit einer Bandbreite vonThe light-emitting diodes of the red light source 37 and 38 can emit red light in the range from about 5000 Λ to deliver about 10,000 A. A preferred wavelength is 6500 A. The filters 46 are narrow Bandpass filter formed around the radiation with a wavelength of 6500 Å with a bandwidth of

±50 A zu Obertragen. Das Filter 46 kann zwei verhältnismäßig dünne Quarzplatten umfassen, zwischen denen eine etva 1 cm dicke Wasserschicht liegt. Ein solches Quarzfilter, das längs den Kanten abgedichtet ist, verringert den Anteil der Infrarotstrahlung, um sich selbst und die Empfangseinrichtung vor einem Aufheizen zu schützen, was bei einem Einwirken der infraroten Strahlung nicht zu vermeiden wäre. Das Infrarotfilter 47 ist in derselben Weise wie das Filter 46± 50 A to be transmitted. The filter 46 may comprise two relatively thin quartz plates between where there is a 1 cm thick layer of water. Such a quartz filter that seals along the edges is, reduces the amount of infrared radiation to yourself and the receiving device in front of you To protect heating, which would be unavoidable when exposed to the infrared radiation. That Infrared filter 47 is in the same way as filter 46

aufgebaut. Die Fotozellen 45 können in herkömmlicher Weise ausgebildet sein, wobei zwei Fotozellen anstelle von einer in derselben Schaltungsanordnung vorgesehen sein können, wodurch sich jedoch ein höheres Rauschniveau ergibt. Bessere Ergebnisse ließen sich bei der Verwendung einer einzelnen Fotozelle und einer qualitativ hochwertigeren elektronischen Schaltung erzielen.built up. The photocells 45 can be formed in a conventional manner, with two photocells instead can be provided by one in the same circuit arrangement, but this results in a higher Noise level results. Better results could be obtained using a single photocell and a achieve higher quality electronic circuitry.

For this purpose 2 sheets of drawings

Claims

Claim;

Device for pulling a crystal from a melt with a crucible with drive devices for rotating and moving the crucible up and down, a shaft that can be moved up and down for the seed crystal and a radiation detector aligned with the surface of the melt, the communicates with a melt level controller, characterized by two on the same Point (42) of the melt surface as the radiation detector (45) aligned radiation sources (37; 38), which via lines (48; 49) with the Melt level controller (50) are connected.