DE2923240A1 - Messverfahren und messanordnung fuer den durchmesser von einkristallen beim tiegelziehen - Google Patents

Messverfahren und messanordnung fuer den durchmesser von einkristallen beim tiegelziehen

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DE2923240A1 DE19792923240 DE2923240A DE2923240A1 DE 2923240 A1 DE2923240 A1 DE 2923240A1 DE 19792923240 DE19792923240 DE 19792923240 DE 2923240 A DE2923240 A DE 2923240A DE 2923240 A1 DE2923240 A1 DE 2923240A1
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    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B15/00—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
    • C30B15/20—Controlling or regulating
    • C30B15/22—Stabilisation or shape controlling of the molten zone near the pulled crystal; Controlling the section of the crystal
    • C30B15/26—Stabilisation or shape controlling of the molten zone near the pulled crystal; Controlling the section of the crystal using television detectors; using photo or X-ray detectors
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
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Description

31. Mai 1979 79505
LEYBOLD-HERAEUS GmbH
Bonner Straße 504
5000 Köln - 51
" Meßverfahren und Meßanordnung für den Durchmesser von Einkristallen beim Tiegelziehen "
Die Erfindung bezieht sich auf ein Meßverfahren und eine Meßanordnung für den Durchmesser von Einkristallen beim Tiegelziehen durch Erfassung des HelligkeitsprofiIs an der Übergangsstelle Schmelze/Einkristall und Anzeige der räumlichen Lage des HelligkeitsprofiIs im Verhältnis zu einem Bezugspunkt auf einer Anzeigeeinrichtung.
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ORIGINAL INSPECTED
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II·
Wünschenswert ist eine weitgehende Automatisierung des Kristallziehverfahrens, das häufig als Czochralski-Verfahren bezeichnet wird. Kernpunkt der Automatisierung ist die Regelung des Kristal 1durchmessers, der für die Verwendung des Endprodukts von ausschlaggebender Bedeutung ist. Ein Regel verfahren für den Kristalldurchmesser setzt aber zunächst ein sehr genaues Meßverfahren voraus, für welches in der Literatur bereits mehrere Vorschläge beschrieben wurden. Die bekannten Verfahren beschränken sich allerdings im wesentlichen auf die Messung bzw. Regelung des weitgehend zylindrischen Teils des Kristalls, d.h. desjenigen Teils, der für die Herstellung der Endprodukte (Halbleiterscheiben) Verwendung findet. Hierbei handelt es sich gewichtsmäßig um den allergrößten Teil des fertig gezogenen Einkristalls.
Der gezogene Einkristall besteht nun aber noch aus weiteren Teilen mit erheblich abweichenden Durchmessern und Übergangszonen zwischen den verschiedenen Durchmessern, die auf die Qualität des Endprodukts einen entscheidenden Einfluß haben. Zunächst ist, ausgehend von einem sogenannten Keimkristall, ein sogenannter "Hals" zu ziehen, dessen Durchmesser zwischen etwa 2 und 6 mm liegt. An diesen Hals schließt sich eine etwa kegelförmige Übergangszone bis zum gewünschten Kristall durchmesser an, der in der heutigen Serienfertigung zwischen etwa 60 und 120 mm liegt. Dieser Durchmesser soll über eine maximal mögliche Länge des Einkristalls beibehalten werden, die im Bereich von etwa 1000 mm und mehr liegt. An den zylindrischen Teil des Einkristalls soll sich dann wiederum ein sogenannter Endkonus anschliessen. Für ein Regel verfahren ist unter den
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genannten Voraussetzungen nicht nur ein sehr exaktes Durchmesserprogramm in Abhängigkeit von der Kristal länge vorzugeben, sondern es muß auch ein laufender Vergleich mit exakten Meßwerten erfolgen, um die Durchmesserregelung zufriedenstellend durchführen zu können. Grundsätzlich kann der Kristal 1 durchmesser im wesentlichen durch zwei Regelgrößen beeinflußt werden, nämlich durch die Ziehgeschwindigkeit und die Temperatur der Schmelze im Tiegel (Badtemperatur). Hierfür wird im allgemeinen ein verketteter Regelkreis vorgesehen, durch den zunächst eine Ausregelung einer Durchmesserabweichung über eine Änderung der Ziehgeschwindigkeit erfolgt. Nach Oberschreiten einer vorbestimmten Geschwindigkeitsdifferenz wird dann jedoch ein Eingriff in die Badtemperatur vorgenommen. Für die vollautomatische Regelung eines derartigen Vorgangs sind jedoch in Ermangelung genauer Meßverfahren bisher keine brauchbaren Vorschläge bekannt geworden.
Auf dem artverwandten Sachgebiet des Zonenschmelzens bzw. Zonenziehens ist es durch die britischen Patentschriften 986 293 und 986 943 bekannt, die schmelzflüssige Zone zwischen den beiden Kristallteilen von der Seite her in horizontaler Richtung mittels einer Fernsehkamera zu erfassen, die Videosignale der einzelnen Bildzeilen im Hinblick auf Helligkeitssprünge auszuwerten und in Abhängigkeit von demjenigen Helligkeitssprung, der den größten radialen Abstand von der Kristal 1 achse hat, das Streck-/Stauchverhältnis der beiden Kristallteile und damit den Durchmesser zu beeinflussen,
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Bei der Meßwertbildung spielt die Helligkeit der Lichtstrahlung der Schmelzzone gegenüber dem dunklen Hintergrund eine wesentliche Rolle. Eine unmittelbare übertragung dieses Verfahrens auf das Tiegelziehverfahren ist deswegen nicht möglich, weil bei einer horizontalen Aufnahmerichtung der Fernsehkamera der Rand des Schmelztiegels im Wege ist, der die innerhalb des Tiegels befindliche Übergangsstelle Schmelze/Einkristall verdeckt.
Es ist auch bereits bekannt geworden, beim Tiegelziehverfahren eine Fernsehkamera einzusetzen, deren Aufnahmerichtung schräg von oben unter einem spitzen Winkel zur Kristall achse auf die Tiegelöffnung gerichtet ist. Sämtliche Meßverfahren, die sich einer Fernsehkamera bedienen, sind jedoch mit dem Nachteil behaftet, daß deren Auflösung, bedingt durch Nichtlinearitäten bei der Strahlablenkung begrenzt ist, so daß Durchmesserabweichungen (Fehler) von 1% der Meßstrecke nicht mehr erfaßt werden können. Durch einen sehr hohen Linearisierungsaufwand ist es gelungen, den Fehler auf 0,5% zu verringern. Ein Nachteil dieser Maßnähme liegt darin, daß die Fernsehaufnahmeröhren nach Ablauf ihrer Standzeit nicht ausgetauscht werden können, ohne daß umständliche neue Justierungsarbeiten durchgeführt werden. Außerdem ist die Auswertung der Signale, die auf die Aufnahme eines perspektivisch verzeichneten Bildes zurückzuführen sind, relativ kompliziert.
Durch die DE-PS 16 19 967 ist es außerdem bereits bekannt, einen Strahlungsdetektor schräg von oben und unter einem spitzen
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Winkel zur Kristall achse auf einen kleinen Oberflächenbereich der Schmelze in unmittelbarer Nähe des wachsenden Kristalls auszurichten und eine innerhalb des kleinen Oberflächenbereichs liegende Hell-Dunkel-Grenze zur Regelung von vier Stellgliedern zu verwenden, welche den Kristalldurchmesser beeinflussen. Die laterale Justierung des Strahlungsdetektors innerhalb eines Koordinatensystems erfolgt durch zwei senkrecht zueinander stehende Mikrometerschrauben und Stellmotoren, die mittels eines Programms verstellt werden können, so daß ein gewünschter Durchmesserverlauf des Einkristalls vorgegeben werden kann. Während die Regelgenauigkeit verhältnismäßig gut ist, muß jedoch zu deren Erzielung ein erheblicher feinmechanischer und regelungstechnischer Aufwand getrieben werden. Einen störenden und nicht ohne weiteres auszugleichenden Einfluß hat hierbei jedoch die Höhenlage des Badspiegels der Schmelze im Tiegels da Höhendifferenzen für die Regelanordnung (nicht vorhandene) Durchmesserdifferenzen vortäuschen. Dies liegt an der notwendigerweise schrägen Blickrichtung des Strahlungsdetektors und der Lage des Meßflecks. Außerdem ist es nicht möglich, mittels der gleichen Meßanordnung einen größeren Gesichtskreis zu überblicken und sich von der Regelgenauigkeit in vorangegangenen Zeitabschnitten zu überzeugen. Jede Verlagerung des sehr kleinen Gesichtsfeldes hätte nämlich einen Eingriff in das Regelsystem zur Folge, der nicht tolerierbar ist.
Den optischen Meßverfahren mit Blick- bzw. Aufnahmerichtung schräg von oben unter einem spitzen Winkel zur Kristallachse liegt die Entdeckung zugrunde, daß an der Obergangsstelle Schmelze/Einkristall ein deutlich wahrnehmbarer Licht-
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saum gebildet wird, der auf die Temperaturstrahlung der Schmelze und gegebenenfalls der inneren Tiegelwand zurückzuführen ist. Aufgrund der Oberflächenspannung der Schmelze und der Benetzung des Kristalls bildet sich nämlich an dieser Stelle eine Art Hohlkehle aus, die zwar keine höhere Temperatur als die Umgebung hat, offensichtlich aber als konzentrierender Reflektor für die benachbarten, strahlenden Oberflächen dient. Dies äußert sich für den Betrachter und/oder das Aufnahmegerät als der besagte, kreisringförmige und eng begrenzte Lichtsaum, der gegenüber den übrigen Oberflächen einen deutlich wahrnehmbaren Intensitätssprung aufweist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Ausnutzung des vorstehend beschriebenen Effekts ein Meßverfahren und eine Meßanordnung der eingangs beschriebenen Gattung anzugeben, bei denen zunächst auf optisch-mechanischem Wege und daher mit hoher Präzision ein relativ großes Gesichtsfeld erfaßt wird und bei welchen ein bestimmter Teil dieses Gesichtsfeldes auswählbar und für die Durchmesserbestimmung verwertbar ist.
Die Lösung der gestellten Aufgabe erfolgt bei dem eingangs beschriebenen Meßverfahren bzw. der Meßanordnung erfindungsgemäß dadurch, daß die Obergangsstelle Schmelze/Einkristall mittels eines um eine horizontale Achse rotierenden Drehspiegels optisch abgetastet wird, daß die vom Drehspiegel reflektierte optische Strahlung einer zur Spiegelachse parallelen Reihenanordnung von lichtempfindlichen Elementen zugeführt wird und daß deren dem Helligkeitsprofil entsprechende Ausgangssignale einer Auswerteschaltung für die
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Durchmesserbestimmung aufgeschaltet und deren Ausgang einer Anzeigeeinrichtung aufgeschaltet werden.
Durch den rotierenden Drehspiegel, dem in besonders zweckmäßiger Weise ein Aufnahmeobjektiv zugeordnet ist, erfolgt eine kontinuierliche zeilenweise Abtastung des gesamten Bildfeldes der Optik, wobei die einzelnen "Zeilen" nach Maßgabe der Spiegeldr.ehung durfh/die Reihenanordnung der lichtempfindlichen Elemente ausgewählt werden. Da sowohl die Optik als auch der Dreh spiegel und die Reihenanordnung der lichtempfindlichen Elemente mit hoher Präzision herstellbar sind, in fester räumlicher Zuordnung zueinander stehen und in der Regel auch über sehr lange Zeiträume nicht ausgewechselt werden müssen, weil sie keine Verschleißteile im üblichen Sinne darstellen, werden mittels der Reihenanordnung von lichtempfindlichen Elementen Intensitätssignale erhalten, die bestimmten Punkten des erfaßten Bildfeldes äußerst genau zugeordnet sind. Die Genauigkeit der Erfassung hängt praktisch ausschließlich von dem Auflösungsvermögen der Reihenanordnung ab, die in der Regel als sogenannte "Diodenarrays" ausgeführt werden. Bei den heute erhältlichen Diodenarrays sind auf einer Länge von 128 mm 2048 Fotodioden untergebracht, d.h. bei einem Abbildungsmaßstab 1 : 1 entspricht jede Diode einer Länge von 0,0625 mm. Durch Veränderung des Abbildungsmaßstabes hat man es zusätzlich in der Hand, das Auflösungsvermögen des Diodenarrays im Hinblick auf das Gesichtsfeld zu steigern. Zusätzlich bestehen Tendenzen, die Zahl der
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Fotodioden pro cm Länge weiter zu vergrößern.
Durch Auswahl einer bestimmten, in periodischen Abständen auf der Reihenanordnung abgebildeten "Zeile" sowie durch eine sequentielle Abfragung der Reihenanordnung ist es möglich, das Helligkeitsprofi1 der betreffenden Zeile zu erfassen und einem Rechner, einer Zahlenanzeige oder einem Bildschirm zuzuführen. Sofern die ausgewählte "Zeile" dem Durchmesser des Kristalls entspricht, registriert die Reihenanordnung aufgrund des oben beschriebenen Effekts zwei Helligkeitsmaxima, die dem diametralen Abstand zweier Punkte an der Obergangsstelle Schmelze/Einkristall entsprechen. Sofern die Auswertung dieser Teile laufend wiederholt wird, ist eine kontinuierliche bzw. quasi-kontinuierliche Durchmesserkontrolle möglich. Die Erfassung einer bestimmten Zeile ist auf einfache Weise durch eine Synchronisation des Antriebs des Dreh spiegeis und der Abfrage der Reihenanordnung möglich.
Die Synchronisation bzw. der Phasenwinkel zwischen der Spiegelstel lung und der Abfrageeinrichtung der Reihenanordnung kann jedoch auch veränderbar gestaltet werden, so daß es möglich ist, bestimmte andere Teile des Bildfeldes zu erfassen und auszuwerten und/oder das gesamte Bildfeld zur Anzeige zu bringen, so daß sich auf diese Weise eine Art fotografisches Abbild von Tiegel und Einkristall ergibt, wie er auch, allerdings ohne genaue räumliche Zuordnung, durch einen visuellen Einblick seitens der Bedienungsperson in die Kristal 1 ziehvorrichtung gewonnen werden kann. Der Art der Auswertung und der
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Verwertung der Signale durch die Auswerteschaltung sind praktisch keine Grenzen gesetzt.
Mit dem angegebenen Meßverfahren ist es zusätzlich möglich, auch den Einschmelzvorgang des Ausgangsmaterials, welches in Granulat- oder Brockenform vorliegt, qualitativ zu überwachen, sowie auch quantitativ die Höhe des Schmelzenspiegels im Tiegel. Abweichungen in der Lage des Schmelzenspiegels können mit einem Sollwert verglichen und die Differenz einem Tiegelhubmechanismus aufgeschaltet werden, der den Tiegel nach Maßgabe des Verbrauchs seines Inhalts nachfährt.
Eine besonders vorteilhafte Meßanordnung für die Durchführung des erfindungsgemäßen Meßverfahrens ist gemäß der weiteren Erfindung gekennzeichnet durch
a) einen drehspiegel, dessen Drehacnse
horizontal, seitlich neben der Kristallachse und oberhalb des Schmelzenspiegels in der Weise angeordnet ist, daß die Flächennormalen der Spiegelelemente bei deren Drehung die Kristallachse und einen Tiegelradius durchfahren, durch
b) eine Reihenanordnung von lichtempfindlichen Elementen, deren gemeinsame Achse parallel zur Drehachse des Drehspiegels verläuft und die in der Weise auf den Drehspiegel ausgerichtet sind, daß die von diesem reflektierte Abbildung des Kristalls und des den Kristall umgebenden Schmelzenspiegels die Reihenanordnung quer zu deren Achse überstreicht, durch
c) ei o. Abtasteinrichtung zur periodischen, sequentiellen Abfrage der Meßsignale der Reihenanordnung, durch
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d) eine Synchronisationseinrichtung zwischen dem Drehspiegel und der Abtasteinrichtung, welche die Abfrage der Meßsignale nur bei einer vorgegebenen Winkelstellung für jeden Einzelspiegel des Drehspiegels ermöglicht, durch
e) eine Auswerteschaltung für die Meßsignale der Reihenanordnung, und durch
f) eine Anzeigeeinrichtung für die Anzeige der Ausgangssignale der Auswerteschaltung.
Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes und seine Wirkungsweise werden nachfolgend anhand der Figuren 1 bis 3 näher erläutert.
Es zeigen:
Figur 1 eine perspektivische Darstellung der wesentlichen Teile einer Tiegelziehvorrichtung mit Optik,
Drehspiegel und Reihenanordnung von lichtempfindlichen Elementen,
Figur 2 eine grafische Darstellung des Intensitätsverlaufs
bei der sequentiellen Abfrage der Reihenanordnung für eine Bildzeile, die durch den Kristandurch
messer verläuft und
Figur 3 ein Schaltbild der gesamten Meßanordnung.
In Figur 1 ist ein beheizbarer Tiegel 1 dargestellt, der Teil einer im übrigen nicht dargestellten Tiegelziehvorrichtung nach dem System Czochralsky ist, die unter anderem einen druckdichten Kessel, Mittel zum Einstellen einer bestimmten Atmosphäre in diesem Kessel, eine Heiz- und Bewegungseinrichtung für den Tiegel und eine drehbare und axial verschiebbare Haltestange für einen herzustellenden Einkristall 2 aufweist. Dieser wird
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aus einer Schmelze 3 des Halbleitermaterials gezogen, die sich im Tiegel 1 befindet. Durch entsprechende Variation der Ziehparameter wird beim Herste!!Vorgang zunächst ein Hals 4, dann eine kegelförmige Obergangszone 5 und schließlieh der im wesentlichen zylindrische Teil 6 des Einkristalls gezogen. An der Übergangsstelle Schmelze/Einkristall befindet sich eine schmelzflüssige Hohlkehle 7, die aufgrund des weiter oben beschriebenen Effekts einen an der gleichen Stelle liegenden hellen Lichtsaum erzeugt. Durch den Einkristall 2 verläuft senkrecht eine Kristallachse 8, zu der auch der Tiegel 1 koaxial angeordnet ist.
Seitlich neben der Kristallachse 8 und oberhalb des Schmelzenspiegels der Schmelze 3 sowie unter einem spitzen Winkel zur Kristallachse 8 ist eine Optik 9 (Objektiv) angeordnet, deren optische Achse 10 im wesentlichen auf den (gedachten) Schnittpunkt von Schmelzenspiegel und Kristanachse 8 ausgerichtet ist. Hinter der Optik 9 sowie im Bereich der optischen Achse 10 ist ein Drehspiegel 11 angeordnet, dessen Drehachse 12 horizontal verläuft.
Der Drehspiegel 11 kann eine praktisch beliebige Zahl von Spiegelelementen 13 aufweisen. Besonders zweckmäßig ist jedoch ein Sechskantprisma wie das in Figur 1 gezeigte. Die Drehachse 12 ist in der Weise seitlich neben der Kristallachse 8 und oberhalb des Schmelzenspiegels angeordnet, daß die Flächennormalen der Spiegelelemente 13 bei deren Drehung die KristalTachse 8 und einen Tiegelradius durchlaufen. Auf diese Weise wird ein Bild von Tiegel 1, Einkristall 2 und Schmelze 3 abgetastet wie es in etwa der Darstellung in Figur
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entspricht, mit dem Unterschied, daß der Einblick noch etwas mehr von oben erfolgt. Von jeweils einem der Spiegelelemente 13 wird das Bild in Richtung des Strahlenganges 14 reflektiert, wobei es infolge der Rotation des Drehspiegels 11 eine Reihenanordnung 15 von lichtempfindlichen Elementen 16 überstreicht. In der in Figur 1 gezeigten Stellung der Teile zueinander wird auf der Reihenanordnung 15 diejenige Bildzeile abgebildet, die der Blickrichtung auf einen Kristal 1 durchmesser entspricht, der durch die Übergangsstelle Schmelze/Einkristall verläuft. Aufgrund des an dieser Stelle vorliegenden Helligkeitsprofils erzeugen die lichtempfindlichen Elemente 16, die als Fotozellen, Fotodioden, Fotowiderstände etc. ausgeführt sein können, Ausgangssignale, die der Lage des jeweiligen lichtempfindlichen Elements und der Intensität der empfangenen Lichtstrahlung entsprechen. Werden nunmehr die lichtempfindlichen Elemente 16 nacheinander abgefragt, so entsteht der in Figur 2 diagrammartig dargestellte Intensitätsverlauf. Die die Intensität darstellende Kurve 17 hat zwei ausgeprägte Maxima M, und M2» die der Lage der Hohlkehle 7 an zwei diametral gegenüberliegenden Stellen entsprechen.
Der Abstand der Maxima M^ und M„ voneinander ist - unter Berücksichtigung des Abbildungsmaßstabes der Anordnung gemäß Figur 1 und der räumlichen Lage der einzelnen lichtempfindlichen
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Elemente 16 ein Maß für den Durchmesser D des Einkristalls Dieser läßt sich, gegebenenfalls nach entsprechender Eichung der Vorrichtung, mittels einer Auswerteschaltung anzeigen, deren Einzelheiten nachfolgend näher erläutert werden.
In Figur 3 sind in der linken oberen Ecke die Elemente gemäß Figur 1 schematisch dargestellt; soweit übereinstimmende Elemente verwendet wurden, wurden diese mit gleichen Bezugszeichen versehen. Zum Antrieb des Drehspiegels wird ein Schritt- oder Synchronmotor 18 verwendet, der über zwei Zwischengetriebe 19 und 20 den Drehspiegel 11 antreibt. Dessen jeweilige Winkelstellung wird über einen Impulsgeber 21 erfaßt. Da es sich hierbei um ein digitales Stellungsmeßverfahren für den Drehspiegel 11 handelt, ist für die Nullpunktfixierung ein Orientierungsimpulsgeber 22 in Form
15- eines kontaktlosen Endschalters vorgesehen. Dieser wird mittels einer Nocke 23 an der Antriebswelle 24 in der Weise betätigt, daß für jede Kante zwischen den Spiegelelementen 13 ein Orientierungsimpuls erzeugt wird.
Die Impulse des Impulsgebers 21 werden über einen Frequenzteiler 25 in der Weise umgesetzt, daß für jedes Spiegelelement 13 eine bestimmte Anzahl von Impulsen, beispielsweise von 1000 Impulsen, entstehen, die der gewünschten Bildzeilenzahl entsprechen.
Weiterhin sind ein Impuls-Freigabespeicher 26 und ein Zeilentakt-Freigabespeicher 27 vorgesehen, die unmittelbar nach dem Einschalten des Versorgungsnetzes für die Meßanordnung durch
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Anfangsrichtimpulse, die über die Leitung 28 zugeführt werden, in eine solche definierte Stellung gebracht werden, daß die Ausgangssignale des Impuls-Freigabespeichers 26 und des Zeilentakt-Freigabespeichers 27 die weiterhin vorhandenen Torschaltungen 29 und 30 sperren. Ferner sind ODER-Glieder und 32 vorhanden, deren Ausgänge einem Bildzeilenzähler bzw. einem Zeilenbi1dpunktzähler 34 in der Weise aufgeschaltet sind, daß diese durch den gleichen Anfangsrichtimpuls (über die Leitung 28) zu Beginn auf Null gestellt werden.
Der Orientierungsimpulsgeber 22 ist dem Impuls-Freigabespeicher 26 in der Weise aufgeschaltet, daß dieser durch einen Impuls in eine solche Stellung gebracht wird, daß die vom Frequenzteiler 25 ausgehenden Impulse die Torschaltung passieren können. Deren Ausgang ist dem Bildzeilenzähler und dem Zeilentakt-Freigabespeicher 27 aufgeschaltet. Da jeder vom Frequenzteiler 25 ausgehende und die Torschaltung 29 passierende Impuls einer Bildzeile entspricht, gibt der Bildzeilenzähler 33 an, wieviele Bildzeilen ausgewertet wurden. Dem Bildzeilenzähler 23 ist ein Digital-Analog-Wandler nachgeschaltet, dessen Ausgang dem Y-Ablenksystem einer Bildröhre 36 aufgeschaltet ist.
Die Anordnung besitzt weiterhin einen Taktgeber 37 für die Zeilenabtastung, der der Torschaltung 30 ebenso aufgeschaltet ist, wie der Zeilentakt-Freigabespeicher 27. Dieser wird durch die die Torschaltung 29 passierenden Zeilenimpulse so gesetzt, daß die Torschaltung 30 die Taktimpulse für die Zeilenabtastung freigibt. Die Torschaltung 30 ist einem
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Schieberegister 38 aufgeschaltet, welches die Meßwerte der lichtempfindlichen Elemente 16 der Reihenanordnung 15 sequentiell dem Videoausgang 39 der Reihenanordnung 15 aufschaltet. Der Videoausgang 39 ist mit einem Eingang einer nicht dargestellten Vorrichtung zur Helligkeitssteuerung der Bildröhre 36 sowie mit einer Signalpegel-Auswerteschaltung 40 verbunden. Die Frequenz des Taktgebers 37 ist der Weise festgelegt, daß bis zum Erscheinen des nächsten Zeilenimpulses am Eingang der Zeilentakt-Freigabespeichers das Schieberegister 38 mit Sicherheit einen Abfragezyklus zu Ende geführt hat. Dies wird durch einen Impuls bestätigt, der den Zustand "Zeile abgetastet" signalisiert. Dieser Impuls wird über eine Leitung 41 dem zweiten Eingang des ODER-Gliedes 32 zugeführt, welches den Zeilentakt-Freigabespeicher 27 in Sperrstellung versetzt.. Erst beim Erscheinen eines neuen Zeilenimpulses erfolgt wieder eine Freigabe über den Zeilentakt-Freigabespeicher 27, so daß die nächste Zeile abgetastet werden kann. Das Erscheinen des Zeilenimpulses ist ein Zeichen dafür, daß der Prismenspiegel 11 um einen bestimmten Drehwinkel weiter gedreht wurde.
Die die Torschaltung 30 passierenden Zeilenabtastimpulse gelangen außer zum Eingang des Schieberegisters 38 über eine Leitung 42 auch auf den Eingang des Zeilenbildpunktzählers 34. Diesem ist ein Digital-Analog-Wandler 43 nachgeschaltet, durch den der Inhalt des Zeilenbi1dpunktzählers dem X-Ablenksystem der Bildröhre 36 zugeführt wird. Nach dem Erscheinen des Impulses "Zeile abgetastet" am Ausgang des ODER-Gliedes 32 wird der ZeilenbiIdpunktzähler 34 über eine
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Leitung 43 jeweils auf Null gesetzt. Dies geschieht in analoger Weise mit dem Bildzeilenzähler 33, der jeweils durch einen vom Orientierungsimpulsgeber 22 erzeugten Impuls zurückgesetzt wird, nachdem das Gesamtbild abgetastet ist.
Die in der linken Hälfte von Figur 3 innerhalb des gestrichelt umrandeten Blocks dargestellten Elemente werden als Zeilenabtastschaltung 44 bezeichnet. Die in der rechten Hälfte innerhalb des oberen gestrichelt umrandeten Blocks dargestellten Elemente bilden eine analoge BiIdauswerteschaltung 45-Für Zwecke der digitalen Bildauswertung besitzt die Anordnung zusätzlich eine digitale Bildauswerteschaltung 46, auf deren Einzelheiten nachfolgend näher eingegangen werden wird.
Die digitale Bildauswerteschaltung 46 besitzt eine Bildpunkt-Vorwahlschaltung 47 und eine dazu gehörige, nachgeschaltete Koinzidenzschaltung 48, mit denen jeder Bildpunkt einzeln angesteuert werden kann. Mittels einer Bildzeilen-Vorwahlschaltung 49 und einer zugehörigen, nachgeschalteten Koinzidenzschaltung 50 kann in ähnlicher Weise jede einzelnen BiIdzeile gezielt angesteuert werden. Mittels einer Signalpegel-Vorwahlschaltung 51 kann auSerdem das die Reihenanordnung über den Videoausgang 39 verlassende Videosignal über die Signalpegel-Auswerteschaltung 40 nach verschiedenen Kriterien hinsichtlich der Signalgröße ausgewertet werden. Die Ausgangssignale der Signalpegel-Auswerteschaltung 40, der Koinzidenzschaltung 48 und der Koinzidenzschaltung 50 sind einer digitalen Anzeigeeinrichtung 52 aufgeschaltet.
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Die Synchronisationseinrichtung besteht beim Ausführungsbeispiel aus den Gliedern:
21 (Impulsgeber)
22/23 (Orientierungsimpulsgeber/Nocke) 25 (Frequenzteiler)
26 (Impuls-Freigabespeicher)
27 (Zei1 entakt-Frei gabespei eher 29/30 (Torschaltungen)
Das erfindungsgemäße Meßverfahren läßt sich dadurch zu einem Regel verfahren ausgestalten, daß das den Kristalldurchmesser charakterisierende Meßsignal bzw. Anzeigesignal nach Vergleich mit einem Durchmessersollwert Stellgliedern aufgeschaltet wird, die mindestens einen der eingangs genannten Ziehparameter entsprechend beeinflussen. Derartige Stellglieder sind Stand der Technik und werden daher nicht spiegel weiter erläutert. Analoges gilt für das Signal für den Schmelzen-
Der "Bezugspunkt" kann auf verschiedene Weise festgelegt werden: Es kann sich um ein Signal für die Ortsbestimmung der Kristall achse handeln, wodurch der Radius bis zum Helligkeitsmaximum bestimmt wird. Bezugspunkt kann aber auch jeweils eines der Maxima M, oder Mp sein (Figur Z) während das jeweils andere Maximum durch dessen Abstand den Kristandurchmesser definiert. Wenn der Bezugspunkt auf einer Analoganzeige auf einen Skalenanfang gelegt wird, ergibt der Ausschlag den Radius bzw. den Durchmesser des Einkristalls. Bei einer Digitalanzeige, z.B. durch Ziffern, ist der Bezugspunkt die (nicht dargestellte) Ausgangsgröße für den Meßwert, d.h. es wird jeweils nur der Abstand von dem Bezugspunkt dargestellt.
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Claims (1)

  1. 79505
    PATENTANSPROCHE
    Meßverfahren für den Durchmesser von Einkristallen beim
    Tiegelziehen durch Erfassung des Helligkeitsprofils an der Übergangsstelle Schmelze/Einkristall und Anzeige der räumlichen Lage des Helligkeitsprofils im Verhältnis zu einem Bezugspunkt auf einer Anzeigevorrichtung, dadurch gekennzei cn net, daß die Obergangsstelle Schmelze/Einkristall
    mittels eines um eine horizontale Achse rotierenden
    Drehspiegels optisch abgetastet wird, daß die vom
    Drehspiegel reflektierte optische Strahlung einer zur
    Spiegelachse parallelen Reihenanordnung von lichtempfindlichen Elementen zugeführt wird und daß deren dem Helligkeitsprofil entsprechende Ausgangssignale einer Auswerteschaltung für die Durchmesserbestimmung aufgeschaltet und der Anzeigeeinrichtung aufgeschaltet werden.
    2. Meßverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehung des Drehspiegels und die periodische Abfrage der Meßwerte der Reihenanordnung der lichtempfindlichen Elemente in der Weise synchronisiert werden, daß die auf
    einem Durchmesser des Einkristalls liegenden Intensitätsmaxima "M" auf der Anzeigeeinrichtung angezeigt werden.
    3. Meßanordnung für die Durchführung des Meßverfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch
    a) einen Drehspiegel (11) , dessen Drehachse (12)
    horizontal, seitlich neben der Kristallachse (8) und oberhalb des Schmelzenspiegels in der Weise angeordnet ist, daß
    die Flächennormalen der Spiegelelemente (13) bei deren
    Drehung die Kristallachse und einen Tiegelradius durch-
    030051/0157
    31. Mai 1979 79505
    fahren, durch
    b) eine Reihenanordnung (15) von lichtempfindlichen Elementen (16), deren gemeinsame Achse parallel zur Drehachse des Dreh spiegeis verläuft und die in der Weise auf den Dreh spiegel ausgerichtet sind, daß die von diesem reflektierte Abbildung des Kristalls (2) und des den Kristall umgebenden Schmelzenspiegels die Reihenanordnung quer zu deren Achse überstreicht, durch
    c) eine Abtasteinrichtung (44) zur periodischen, sequentiellen Abfrage der Meßsignale der Reihenanordnung, durch
    d) eine Synchronisationseinrichtung zwischen dem Drehspiegel und der Abtasteinrichtung, welche die Abfrage der Meßsignale nur bei einer vorgegebenen Winkelstellung für jedes Spiegelelement (13) des Drehspiegels ermöglicht, durch
    e) eine Auswerteschaltung (45, 46) für die Meßsignale der Reihenanordnung, und durch
    f) eine Anzeigeeinrichtung (36, 52) für die Anzeige der Ausgangssignale der Auswerteschaltung.
    030051/015?
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