DE3001259A1 - Verfahren, system und vorrichtung zur ueberwachung und gegebenenfalls steuerung des ziehwachstums eines kristallkoerpers aus der schmelze - Google Patents

Description

Patentanwälte Dipl.-lng, Curt Wallach

Dipl.-lng. Günther Koch

. Dipl.-Phys. Dr.Tino Haibach

'" Dipl.-lng. Rainer Feldkamp

D-8000 München 2 · Kaufingerstraße 8 · Telefon (0 89) 24 02 75 ■ Telex 5 29 513 wakai d

Datum: 15- Jan. 1980

Unser Zeichen: 16813 H/Bu

Mobil Tyco Solar Energy Corporation, Waltham,

Mass., USA

Verfahren, System und Vorrichtung zur überwachung und gegebenenfalls Steuerung des Ziehwachstums eines Kristallkörpers aus der Schmelze

Die Erfindung betrifft allgemein das Ziehwachstum von Kristallkörpern mit einem vorgegebenen Querschnitt und näherbin ein Verfahren, System und Vorrichtungen zum Betrachten, überwachen und Steuern des Ziehwachstums derartiger Kristallkörper.

Zum Ziehen von Krista.llkörpern sind verschiedene Verfahren bekannt. Bei einem üblicherweise als Czochralski-Verfahren bezeichneten bekannten Verfahren dieser Art wird zur Herstellung eines zylindrischen Körpers aus Kristallmaterial der Körper unter gleichzeitiger Drehung direkt aus einer Kristallschmelze in einem Schmelztiegel gezogen. Bei Verwendung von Silizium als Kristallmaterial wird der zylindri-

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sehe Körper dann beispielsweise in Scheiben geschnitten, beispielsweise zur Verwendung als Solarzellen. Infolge von bei diesem bekannten Verfahren auftretenden Problemen, wie beispielsweise Materialvergeudung, Ungenauigkeit des Verfahrens und Schwierigkeit hinsichtlich der Kontrolle der Querschnittsabmessungen des Ziehkörpers, wurde ein nachfolgend als "Kapillarformgebungsteil-Verfahren" bezeichnetes besseres Verfahren entwickelt. Bei diesem Kapillarformgebungsteil-Verfahren zum Ziehen von Kristallkörpern findet allgemein ein eine Kapillare aufweisendes Formgebungsteil Anwendung, aus bzw. von welchem der Kristallkörper gezogen werden kann. Dieses Kapillarformgebungsteil-Verfahren kann nach verschiedenen Techniken ausgeführt werden.

Eine Form eines derartigen Verfahrens ist beispielsweise in der US-Patentschrift 3 591 3^8 beschrieben; hierbei werden Kristallkörper nach dem sogenannten EFG-Verfahren ("edge-defined film-fed growth-Verfahren"; "Ziehen aus einem nachgefüllten Schmelzenfilm mit Randkantenbegrenzung") gezogen.

Bei diesem EFG-Verfahren wird die Querschnittsform des Kristallkörpers zum Teil durch die Außen- oder Randkonfiguration der (oberen) Stirnfläche des Kapillarformgebungsteils bestimmt. Bei diesem Verfahren wird ein Kristallkeim aus einem zwischen dem Ziehkörper und der Stirnfläche des Formgebungsteils angeordneten flüssigen Schmelzenfilm gezogen, wobei die Schmelze des Schmelzfilms kontinuierlich aus einer Vorratsschmelze über eine oder mehrere Kapillare(n) in dem Formgebungsteil nachgefüllt wird. Durch geeignete Kontrolle der Ziehgeschwindigkeit des Ziehkörpers und der Temperatur des flüssigen Schmelzenfilms läßt sich erreichen, daß der Film sich (unter dem Einfluß der Oberflächenspannung an seinem Umfang) über die gesamte Ausdehnung der Stirnfläche

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des Pormgebungsteils ausbreitet, welche durch die Schnittlinie dieser Stirnfläche mit der bzw. den Seitenfläche(n) des Pormgebungsteils gebildet bzw. begrenzt wird. Der Ziehkörper wächst dabei entsprechend der Form des Schmelzenfilms, der seinerseits in seiner Form der Randkonfiguration der Stirnfläche des Formgebungsteils entspricht. Auf diese Weise läßt sich somit ein kontinuierlicher Kristallkörper jeder beliebigen geometrischen Querschnittsform ziehen. Beispielsweise kann ein im wesentlichen flaches Band gezogen werden. Alternativ kann, da der Schmelzefilm zwischen einer Außenrandkante und einer Innenrandkante der Formgebungsteil-Stirnfläche nicht zu unterscheiden vermag, der Kristallkörper mit einer kontinuierlichen inneren öffnung gezogen werden, indem man in der Pormgebungsteilstirnflache ein Sackloch der gleichen Form wie für die innere öffnung in dem Kristallkörper gewünscht vorsieht, mit der einzigen Bedingung, daß dieses Sackloch in der Pormgebungsteil-Stirnflache genügend groß ist, so daß der Film sich nicht infolge seiner Oberflächenspannung über der öffnung schließt.

Ein Beispiel für eine andere Ausführungsweise des Kapillarformgebungsteil-Verfahrens zum Ziehen von Kristallkörpern ist in der US-Patentschrift 3 ^71 266 beschrieben. Bei diesem, häufig als SFT-Verfahren ("self filling tube process" ·₃ "Ziehen aus einer sich selbst nachfüllenden Röhre") bezeichneten Verfahren wird ein eine Kapillare bildendes bzw. enthaltendes Formgebungsteil verwendet; die Kapillare enthält eine Schmelzsäule, aus welcher ein anwachsender Kristallkörper gezogen wird. Je nach der Querschnittskonfiguration der Kapillare und durch geeignete Steuerung der thermischen Bedingungen im oberen Endbereich der in der Kapillare enthaltenen Schmelzensäule ist es möglich, Kristallkörper ausgewählter Stoffe mit bestimmten, ausgewählten Querschnittsformgebungen zu ziehen. Unter Verwendung eines Formgebungsteils mit einer

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ringförmigen Kapillare läßt sich beispielsweise ein Kristallkörper in Form eines Hohlrohrs ziehen. Das Formgebungsteil ist so angeordnet, daß die Kapillare mit einer Vorratsschmelze verbunden ist und sich daher durch Kapillarwirkung selbst nachfüllt.

Es sind auch anderweitige Verfahren bekannt. Beispielsweise sind als Folien- bzw. Bandziehverfahren ("sheet growth process") bezeichnete Verfahren (da hierbei das Kristallmaterial in Folien- bzw. Bandform gezogen wird) nicht nur das erwähnte EFG-Verfahren bekannt, sondern beispielsweise auch Verfahren nach Art des als "Ribbon-to-Ribbon"-Ziehverfahren bezeichneten Verfahrens sowie des von der Firma Westinghouse Electric Corporation entwickelten Dendritic-Band-Verfahrens.

Bei diesen sämtlichen Verfahren und insbesondere bei den beiden erwähnten Arten (EFG bzw. SFT) von Kapillarformgebungsteilverfahren können Änderungen der Ziehgeschwindigkeit und der Temperatur an der Wachstums-Grenzfläche die Querschnittsabmessung des Ziehkörpers beeinflussen. Da die Konstanthaltung der Ziehgeschwindigkeit eine verhältnismäßig einfache Sache ist, nachdem der Kristallkörper zu der gewünschten Form gewachsen ist, wird - wenigstens bei den beiden beschriebenen Typen (EFG bzw. SFT) von Kapillarformgehungsteilverfahren üblicherweise so vorgegangen, daß man die Ziehgeschwindigkeit auf einen geeigneten Wert fixiert und periodisch oder kontinuierlich die Temperatur der Wachstumsgrenzfläche (durch entsprechende Steuerung bzw. Regelung der Heizzufuhr) so regelt "bzw. steuert, daß der Körper mit der gewünschten Form wächst. Andere Verfahren zur Steuerung bzw. Regelung der Ziehgeschwindigkeit und besonders der Wachstumsgrenzflächentemperatur sehen eine Kühlung durch Gasbeaufschlagung des Ziehkörpers oberhalb des Meniskus oder die Anwendung einer Helium-Gasatmosphäre für den Ziehvorgang vor. Auch anderweitige Verfah-

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rensweisen sind dem Fachmann für die Regelung bekannt.

Somit ist es erwünscht und besteht ein Bedürfnis, den Ziehkörper während des Ziehvorgangs zu überwachen, um die Temperatur an der Wachstumsgrenzfläche und/oder die Ziehgeschwindigkeit innerhalb vorgeschriebener Toleranzgrenzen zu halten. Für eine derartige überwachung sind verschiedene Sysceme bekannt. Ein derartiges, in der US-Patentschrift 3 870 477 beschriebenes System zur überwachung des Ziehwachstums von rohrförmigen oder stabförmigen Ziehkörpern aus Alpha-Aluminiumoxyd (Saphir) beruht beispielsweise auf der Tatsache, daß die erwähnten Kapillarformgebungsteil-Yerfahren zum Ziehen von Kristallkörpern durch das Vorhandensein eines sich zwischen dem Rand des Formgebungsteils und der Fest-Flüssig-Wachstumsgrenzfläche erstreckenden Schmelzenmeniskus gekennzeichnet sind. Der erwähnten US-Patentschrift 3 870 477 liegt die Erkenntnis zugrunde, daß die Höhe (und auch das Ausmaß der konkaven Krümmung) des Meniskus sich mit Änderungen in den Verfahrensbedingungen verändern kann. Noch bedeutsamer ist, daß die Höhe des Meniskus durch die Temperatur der Schmelze im Bereich der Fest/ Flüssig-Wachstumsgrenzfläche und durch die Ziehgeschwindigkeit beeinflußt wird, und daß der Außendurchmesser eines Hohlrohrs oder Vollstabs mit zunehmender Meniskushöhe abnimmt (und entsprechend mit abnehmender äußerer Meniskushöhe der entsprechende Durchmesser zunimmt). Nach dem Verfahren gemäß der erwähnten US-PS 3 870 477 wird daher die Meniskushöhe durch direkte überwachung des Meniskus mittels eines mit einer Fadenkreuzteilung zur Höhenmessung ausgerüsteten Mikroskops visuell gemessen. Die visuelle Beobachtung von Änderungen der Meniskushöhe bildet nach diesem Konzept eine geeignete Grundlage zur Bestimmung, in welcher Weise die Heizbeaufschlagung geändert werden muß, um die gewünschten Querschnittsabmessungen für den Kristallziehkörper zu erhalten. In der Praxis ist jedoch der Punkt, an ./.

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welchem der Meniskus beginnt und endet, nicht immer einfach feststellbar. Dies gilt beispielsweise beim Ziehen von Silizium aus einem Graphitformgebungsteil, was die Gegenwart von Siliziumcarbidteilchen im Meniskus zur Folge hat, oder falls das Schmelzenmaterial im wesentlichen lichtdurchlässig ist (wie beispielsweise im Fall von Saphir). Da ferner die Meniskushöhe verhältnismäßig klein relativ im Vergleich zur Breite des Meniskus ist (typischerweise liegen die Verhältnisse im Bereich von etwa 1:100 bis 1:300), läßt sich bei einer zur Betrachtung und überwachung der Meniskushöhe mit geeigneter Auflösung ausreichenden Mikroskopvergrößerung infolge des begrenzten Gesichtsfeldes nicht gleichzeitig die gesamte Breite des Meniskus überblicken. Temperaturgradienten über die Breite des Formgebungsteils, wie sie bekanntermaßen auftreten und Schwankungen in der Meniskushöhe bewirken können, können daher unbemerkt bleiben. Des weiteren kann die kontinuierliche Mikroskopbeobachtung des Meniskus über längere Zeit psychologisch und auch physisch anstrengend sein und zu frühzeitiger Ermüdung der Bedienungsperson und zu einer größeren Fehlermöglichkeit Anlaß geben. Diese Anspannung und Belastung macht sich noch verstärkt fühlbar, falls die Bedienungsperson ständig abwechselnd ihre Aufmerksamkeit dem Mikroskopbild und den Einstellvorrichtungen für die Heizvorrichtungen im Ofen zuwenden muß. Bei der überwachung des Wachstums von Materialien, wie beispielsweise Saphir, kann sich diese Anspannungsbelastung noch zusätzlich erhöhen, da Saphir für sichtbares Licht im wesentlichen durchlässig ist.

Gemäß anderen Systemen zur überwachung und Regelung des Wachstums von Kristallkörpern kann eine direkte Betrachtung des gesamten Meniskus vorgesehen werden. Jedoch sind auch diese Systeme nicht stets und voll zufriedenstellend. Allgemein

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ist zu sagen, daß bei Betrachtung der gesamten Breite des Kristallkörpers mit derartigen Systemen der beobachtete Meniskus zu klein ist, um brauchbare Information über seine Höhenabmessung zu liefern. Beispielsweise wird beim Ziehen eines Siliziumbandes von 3 Zoll Breite nach dem EFG-Verfahren das Band aus einem Meniskus mit einer Höhe in der Größen-Ordnung von 10 ./ Zoll gezogen. Ohne die besonderen gemäß der vorliegenden Erfindung vorgesehenen Maßnahmen würde ein System, das ein die gesamte Breite des Meniskus umfassendes Bild erzeugt, die Höhe des Meniskus nur mit unzureichender Auflösung wiedergeben.

Nach anderen Systemen sind Vorrichtungen vorgesehen, um entweder einen Teilbereich des Meniskus oder die Randkanten des betrachteten Kristallkörpers unmittelbar oberhalb des Meniskus auf einen oder mehrere Strahlungsmeßfühler(n) abzubilden, derart daß Verschiebungen des Bildes entsprechende Änderungen der Ausgangsgröße der Meßfühler zur Folge haben. Die Ausgangsgröße der Meßfühler kann in Verbindung mit einem Servoregelsystem zur direkten Steuerung bzw. Regelung der Ziehgeschwindigkeit des Kristallkörpers oder der Beaufschlagung einer oder mehrerer Heizvorrichtungen in dem Ofen verwendet werden. Diese Verfahrensweise beseitigt zwar weitgehend die mit dem Mikroskopsystem an der Trennstelle Mensch/ Maschine verbundene Anspannung und Belastung, indem die menschliche Bedienungsperson aus der laufenden Regelfunktion vollständig ausgeklammert wird; jedoch sind derartige Systeme unbefriedigend, da hierbei für eine Bedienungsperson nur schwer genau feststellbar ist, wo das Bild relativ bezüglich der Meßfühler liegt, und vor allem besteht hierbei keine Möglichkeit für die Bedienungsperson, den gesamten Wachstumsvorgang gegebenfalls zu betrachten und überwachen.

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In dieser Hinsicht ist zu berücksichtigen, daß das Ziehwachstum von Kristallkörpern noch in hohem Ausmaß durchforscht werden muß. Es besteht daher ein zunehmend dringender Wunsch nach einem System zur direkten Betrachtung des gesamten Meniskus mit ausreichender Auflösung, um in einfacher Weise das Ziehwachstum derartiger Körper aus einer Schmelze sowohl für Studienzwecke als auch zur Steuerung bzw. Regelung des Wachstums von Kristallkörpern zu betrachten.

Der Erfindung liegt daher als Aufgabe die Schaffung eines Verfahrens bzw. Systems und einer Vorrichtung zur Betrachtung, Überwachung und ggf. Steuerung bzw. Regelung des Wachstums von Kristallkörpern zugrunde, wobei die mit den bekannten Systemen und Verfahren verbundenen Probleme vermieden oder doch weitgehend verringert werden.

Zu diesem Zweck ist nach dem Grundgedanken der Erfindung bei einem System bzw. Verfahren und Vorrichtung zur Betrachtung, Überwachung und ggf. Steuerung bzw. Regelung des Wachstums eines Kristallkörpers aus einem Schmelzenmeniskus, welcher mit dem Ziehkörper an einer nachfolgend als Fest/ Flüssig/Gasförmig-Phasengrenze bezeichneten Verbindungsoder Knotenpunktsstelle verbunden ist, die Verwendung einer Optik vorgesehen, welche ein diese Phasenknotenpunktsstelle und daran angrenzende Bereiche des Ziehkörpers und des Meniskus einschließendes Bild erzeugt, wobei dieses Bild anamorphisch ist, derart daß die gesamte Breite der Phasengrenzfläche sowie angrenzende Bereiche des Ziehkörpers und des Meniskus beobachtet werden können, wobei die beobachtete Höhendimension des Bildes bezüglich der Breitenabmessung vergrößert ist, um einerseits die gewünschte Auflösung und andererseits das erforderliche Gesichtsfeld in beiden Abmessungsrichtungen zu gewährleisten. Das erfindungsgemäße System umfaßt ferner eine Video-Anzeige- bzw. -Wiedergabevorrichtung für die Wiedergabe des Bildes. Die Video-Anzeigevorrichtung enthält Vorrichtungen bzw. Mittel zur Verstärkung des Kontrasts zwischen zwei beliebigen kontrastierenden·/

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Punkten innerhalb des Bildes, um das Zusammenwirken zwischen Mensch (beobachtende Bedienungsperson) und Maschine (Abbildungs- und Meßsystem) zu verbessern und die Belastungsanspannung und damit Ermüdung für die Bedienungsperson zu verringern. Die Videoanzeigevorrichtung weist ferner Mittel zur Durchschnitts- oder Mittelwertbildung der Intensität wenigstens eines ausgewählten Teilbereichs innerhalb des Bildes auf, wobei dieser Teilbereich so gewählt wird, daß eine Änderung im Durchschnitts- oder Mittelwert der Intensität in diesem Bildteilbereich eine Anzeige für eine Änderung in den Ziehbedingungen bildet. Der erwähnte Durchschnitts- bzw. Mittelwert der Intensität kann daher zur Steuerung bzw. Regelung des Ziehvorgangs für den Kristallkörper dienen.

Durch die Erfindung werden somit ein Verfahren und System sowie eine Vorrichtung zur Betrachtung und Steuerung bzw. Regelung des Ziehwachstums von Kristallkörpern geschaffen, welche unter anderem folgende Hauptvorteile aufweisen: (1) sie liefern ein Bild für die direkte Betrachtung des gesamten Meniskus und des angrenzenden Bereichs des aus dem Meniskus gezogenen Kristallkörpers mit jeweils geeigneter ausreichender Auflösung in Richtung der Breiten- und der Höhenabmessung des Meniskus; (2) zur Verringerung bzw. Beseitigung der normalerweise mit der Betrachtung derartiger Bilder verbundenen Anspannungsbelastung und Ermüdung für die Bedienungsperson ist der Bildkontrast einstellbar veränderlich, und zwar in Abhängigkeit von dem jeweiligen Teilbereich des Bildes, für den sich der Betrachter interessiert; (3) das erfindungsgemäße System bildet ein vorteilhaftes, relativ belastungsfreies Bindeglied im Zusammenwirken zwischen Mensch (Bedienungsperson) und Maschine (überwachungs- und Regelbzw. Steuersystem), wobei das Bild des Meniskus und eine BiId-

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darstellung verschiedener Steuer- bzw. Regeldaten gleichzeitig betrachtet werden kann; (4) das erfindungsgemäße System liefert gleichzeitig eine Bilddarstellung bestimmter Instrumentsteuer- bzw. -regeldaten sowie ein Bild des Meniskus und des angrenzenden Bereichs des Ziehkörpers, wodurch die Zeitverzögerung zwischen der Feststellung, daß Korrekturmaßnahmen zur Beeinflussung des Ziehvorgangs erforderlich sind, und der tatsächlichen Einleitung oder Durchführung dieser Korrekturmaßnahmen verkürzt wird; (5) das erfindungsgemäße System läßt sich in einfacher Weise zur Anwendung mit Mehrfach-Ziehapparaturen adaptieren₃ derart daß mehrere gleichzeitig betriebene Ziehverfahren mit ein und derselben Vorrichtung betrachtet und überwacht werden können.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigen

Fig. 1 in geschnittener Seitenansicht einen

Kristallziehofen gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, wobei Teile nur schematisch angedeutet sind, in Anwendung auf das Ziehen eines Kristallkörpers nach einem Kapillarformgebungsteil-Verfahren,

Fig. 2 in schematischer Teildraufsicht die

Oberseite des Formgebungsteils und die längs- und stirnseitigen Heizvorrichtungen des Ofens aus Fig. 1,

Fig. 3 in vergrößerter Schnittansicht einen

typischen aus einem Meniskus auf der Oberseite eines Formgebungsteils gezogenen Kristallkörper, ./.

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Pig. 4 das Blockschaltbild eines erfindungs

gemäßen Systems gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 5 die bildliche Wiedergabe einer typi

schen Video-Anzeige bei der Ausführungsform gemäß den Pigg. 1 und 4,

Fig. 6 das Blockschaltbild eines erfindungs

gemäßen Systems gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 7 die bildliche Wiedergabe einer typi

schen Video-Anzeige bei der Ausführungsform gemäß Fig. 6,

Fig. 8 eine schematische Darstellung einer

Abwandlung der in den Figg. 1 und 4 bis 7 beschriebenen Ausführungsbeispiele,

Fig. 9 in schematischer Blockschaltbilddar

stellung eine weitere Abwandlung der Ausführungsbeispiele gemäß den Pigg. 1 und 4 bis J.

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Die in Pig. 1 veranschaulichte Anordnung weist einen Ofen 10 (vom Typ zum Ziehen von Kristallkörpern mit offener geometrischer Form, beispielsweise von Folien bzw. Bändern, gemäß einem für die Herstellung derartiger Folien bzw. bandförmiger Kristallkörper geeigneten Verfahren und insbesondere dem eingangs erwähnten EFG-Verfahren) auf, der mit einem geeignet gelagerten Schmelztiegel 12 versehen ist. Der Schmelztiegel enthält ein Schmelzenmaterial 14, aus welchem der Kristallkörper 16 gezogen wird; das Schmelzenmaterial wird durch ein oder mehrere Heizelemente 18 auf einer vorgegebenen Temperatur gehalten. Bei dem dargestellten Ofentyp umfassen die Heizelemente Haupt-Schmelztiegelvtir^ichtungen ISA, Front-Heizvorrichtungen 18B (in Fig. 1 im Schnitt und in Fig. 2 schemätisch dargestellt), welche sich in horizontaler Richtung über die Oberseite des Schmelztiegels benachbart dem Kapillar-Formgebungsteil 20 und entlang dessen Hauptwandungen erstrecken, sowie stirnseitige Heizvorrichtungen 18C und l8D (in Fig. 2 schematisch dargestellt), welche sich horizontal über die Oberseite des Schmelztiegels benachbart den gegenüberliegenden stirnseitigen Enden des Formgebungsteils 20 erstrecken. Das Kapillar-Formgebungsteil 20 ist in einer Platte 22 gehaltert, die ihrerseits auf dem Schmelztiegel so aufruht, daß das Formgebungsteil sich mit seinem unteren Ende 24 in die Materialschmelze 14 hineinerstreckt, während das obere Ende 26 des Formgebungsteils oberhalb der Platte 22 liegt. Das im Ausführungsbeispiel gezeigte Kapillar-Formgebungsteil 20 entspricht allgemein dem Formgebungsteil, wie es bei dem eingangs genannten EFG-Verfahren gemäß der US-Patentschrift 3,59I₃348 verwendet wird. Allgemein wird hierbei die Querschnittsform des Kristallkörpers 16 durch die Außen- oder Rand-Konfiguration der oberen Stirnseite 26 des Formgebungsteils 20 bestimmt. Beispielsweise kann das Formgebungsteil zum Ziehen eines dünnen flachen Bandes ausgebildet

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sein; in diesem Fall kann Fig. 1 als Seitenansicht des Formgebungsteils aufgefaßt werden, wobei die längere horizontale Abmessung des Bandes, d.h. seine Breite, senkrecht zur Zeichenebene in Fig. 1 verlaufend zu denken ist. Ein derartiges Formgebungsteil wird vorzugsweise so orientiert, daß beim Ziehen eines flachen Bandes die Bandseiten mit der größeren Abmessung in parallelem Abstand bezüglich der allgemeinen Anordnungsebene der seitlichen Heizvorrichtungen 18B angeordnet sind, derart daß diese allgemein eine gleichförmige Erwärmung entlang der Hauptseite der Stirnseite 26 des Formgebungsteils liefern. Entsprechend sind, wie in Fig. 2 veranschaulicht, die stirnseitigen Heizvorrichtungen 18C und 18D an den gegenüberliegenden Seitenkanten der oberen Stirnseite des Formgebungsteils angeordnet, derart daß jeweils Wärme an den oberen Rand der Stirnseite 26 des Formgebungsteils und den entsprechenden Teil des Meniskus-FiIms von der jeweiligen benachbarten Heizvorrichtung zugeführt wird. Die Heizvorrichtungen 18 dienen somit insgesamt zur Kontrolle und Steuerung der Temperaturverteilung entlang der Oberseite des Formgebungsteils in dem den Meniskus 30 (vgl. Fig. 3) bildenden Schmelzenmaterial.

Wie im einzelnen näher aus Fig. 3 ersichtlich, weist das Formgebungsteil 20 wenigstens eine Kapillare 28 auf, derart daß die Flüssigkeit in dem zwischen der oberen Stirnseite des Formgebungsteils 20 und dem Kristallkörper 16 gebildeten Meniskusfilm 29 kontinuierlich aus dem Schmelzenmaterialvorrat 14 (vgl. Fig. 1) nachgefüllt werden kann, in dem Maß wie der Kristallkörper 16 gezogen wird. Der Kristallkörper 16 wird durch eine Ziehvorrichtung 32 (vgl. Fig. 1) mit konstanter Geschwindigkeit längs einer Ziehachse 40 (vgl. Fig. 3) gezogen. Um eine gleichförmigere Temperatur des Meniskus unter stationären Bedingungen zu gewährleisten, sind auf

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der Platte 22 um das Formgebungsteil 2 0 herum mehrere dünne Strahlungsabschirmungen 34 vorgesehen

In im einzelnen nicht dargestellter Weise kann der Ofen 10
mit einer Patrone (beispielsweise von der in der US-Patentschrift 4 118 197 beschriebenen Art) ausgebildet sein, welche bestimmte ausgewählte Kristallziehkomponenten enthält.

Wie im einzelnen in Fig. 3 veranschaulicht, schneidet der
Meniskus 30 des Films 29 den Kristallkörper 16 an der Fest/ Flüssig-Grenzfläche 36, welche ihrerseits die Fest/Flüssig/ Gas- bzw. Dampf-Berührungs- bzw. Kontaktstelle 38 bildet.
Unter stationären Zustandsbedingungen (d.h. bei konstanter
Ziehgeschwindigkeit des Körpers 16 und im wesentlicher konstanter Temperaturverteilung in dem Schmelzenmaterial, derart daß die Querschnittsabmessungen im wesentlichen konstant sind) ist die Fest/Gas- bzw. Dampf-Grenzfläche 42, d.h. die Oberfläche des Körpers 16, im wesentlichen parallel zur Ziehachse 40.

Es wurde neuerdings entdeckt bzw. festgestellt, daß beim
Ziehen zumindest bestimmter Kristallmaterialien, wie beispielsweise Silizium oder Germanium, unter Verwendung von Kapillar-Formgebungsteilen der Vertikalmeniskus 30 mit dem Kristallkörper an der Knotenpunktsstelle 38 einen definierten, spezifischen, unterscheidbaren Meniskuswinkel bildet. Dieser
Meniskuswinkel 0 ist definiert als der Winkel zwischen der
Fortsetzung der Fest/Gas- bzw. Dampf-Grenzfläche 42 und der Fortsetzung der Oberfläche des Meniskus an der Knotenpunktstelle 38, wie in Fig. 3 veranschaulicht; es wurde festgestellt, daß dieser Meniskus-Winkel zumindest für bestimmte Materialien wie beispielsweise Silizium und Germanium während des Ziehens von Kristallkörpern gleichförmiger Abmessung aus diesen Ma-

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terialien konstant bleibt. (Vgl. Surek, T. und Chalmers, B; "The Direction of Growth of the Surface of a Crystal in Contact with its Melt"; Journal of Crystal Growth; Bd. 29, S. 1-11 (1975))· Näherhin kommt es zur Ausbildung eines stationären MeniskuswinkeIs 0 unter stationären Zustandsbedingungen, wenn sowohl die Ziehgeschwindigkeit des Kristallkörpers als auch die Zieh-Grenzflächen-Temperatur im wesentlichen konstant sind. Für Silizium beträgt der stationäre Meniskuswinkel beispielsweise 11 - 1 , für Germanium etwa 8 . Des weiteren wurde beobachtet, daß zumindest für Silizium der stationäre Meniskuswinkel von Schwankungen der Kristallziehgeschwindigkeit über nahezu zwei Größenordnungen nicht nachweislich beeinflußt wird, obwohl Änderungen der Meniskushöhe auftreten.

Da die Meniskushöhe ein wesentlicher Parameter zur Überwachung und Steuerung des Ziehens des Kristallkörpers ist, kann das Phänomen des stationären Meniskuswinkels vorteilhaft ausgenutzt werden. Näherhin besteht ein Verfahren zur größtmöglichen Erhöhung des Kontrasts zwischen dem Meniskus 30 und dem Kristallkörper 16 darin, daß man die Knotenpunktsbzw. Stoßstelle 38 (d.h. die Drei-Phasen-Kontaktstelle Fest/ Flüssig/Gas- bzw. Dampfförmig) unter einem zur Oberfläche des unter stationären Zustandsbedingungen an der Knotenpunktsstelle gebildeten Meniskus senkrechten Winkel betrachtet. Durch Betrachtung der Phasen-Knotenpunkts- bzw. -Zusammentreffstelle 38 unter diesem Winkel wird mehr reflektierte Strahlung von der Oberfläche 42 des Kristallkörpers 16 im Knotenpunkt 38 als von der Oberfläche des Meniskus 30 im Knotenpunkt 38 empfangen, infolge des Betrachtungswinkels. Des weiteren wird ein Kontrast zwischen dem Meniskus und dem Kristallkörper beobachtet, da das Emissionsvermögen für Strahlung im sichtbaren Bereich des elektromagnetischen Spektrums

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vom flüssigen Meniskus etwa nur halb so groß als vom Festkörper ist. Demgemäß ist der Ofen 10 in Fig. 1 mit entsprechenden Fenstern 46 in solcher Anordnung versehen, daß die Fest/Flüssig/Gasförmig-Knotenpunktsstelle 38 und die angrenzenden Oberflächen des Meniskus und des Kristallkörpers unter einem Winkel entlang der Betrachtungsachse 48 beobachtet werden können₃ wo ein Kontrast zwischen dem Meniskus und dem Kristallkörper beobachtet werden kann. Durch Betrachtung der Phasen-Knotenpunktsstelle 38 durch die öffnungen 44 hindurch entlang der Achse 48 kann somit die Höhe des Meniskus beobachtet und kontrolliert werden.

Da die jeweiligen Lagen bzw. Stellungen der gegenüberliegenden Randkanten 50A und 50B relativ bezüglich einander sowie auch relativ bezüglich der stirnseitigen Enden des Formgebungsteils 20 in Beziehung zur Meniskushöhe und damit zu den Querschnittsabmessungen des Ziehkörpers stehen, liefert die jeweilige Lage bzw. Stellung dieser Randkanten ein Maß für die überwachung und Steuerung des Wachstums des Ziehkörpers. Die jeweiligen Stellungen bzw. Lagen dieser Ränder bzw. Randkanten 50 kann nach verschiedenen Verfahren gesteuert werden, beispielsweise durch entsprechende Steuerung der Ziehgeschwindigkeit oder der Beaufschlagung der einzelnen schmalseitigen Heizvorrichtungen l8C und 18D.

In dem bisher beschriebenen Umfang sind die Vorrichtung nach den Fig. 1 bis 3 und die Betrachtungs- bzw. Beobachtungsverfahren an sich bekannt. Jedoch sind die derzeit verfügbaren Systeme zur Beobachtung des Meniskus 30 und/oder der gegenüberliegenden Randkanten 50 aus einem oder mehreren der nachfolgenden Gründe unzureichend. Die Betrachtung des Meniskus längs der Beobachtungsachse 48 unter einem zur Oberfläche des Meniskus an dessen Verbindungsstelle mit dem Knotenpunkt 38 rechten Winkel unter stationären Zustandsbedingungen ist zu-

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friedenstellend im Hinblick auf die Kontrasterhöhung zur besseren Beobachtung der Phasen-Knotenpunktsteile. Für die direkte Betrachtung beispielsweise mittels eines Mikroskops ist die jeweilige tatsächliche Höhe des Meniskus häufig nicht unterscheidbar. Somit ist ein derartiges Verfahren eher geeignet in Fällen, wo Strahlungsmeßfühler zur überwachung der relativen Lage des Knotenpunktbereichs 38 verwendet werden. Jedoch kann die Verwendung von Strahlungsmeßfühlern unbefriedigend sein in Fällen, wo eine direkte Betrachtung und Beobachtung erwünscht ist, insbesondere falls es vorgezogen wird, daß die Bedienungsperson das Verfahren während seiner Durchführung kontinuierlich beobachtet und verfolgt. Ein weiterer Nachteil der Direktbetrachtung der Meniskushöhe mittels eines Mikroskops ist die mit einer derartigen Betrachtung für die Bedienungsperson verbundene Belastung, Anspannung und Ermüdung. Da man ferner ohne Verschwenkung des Mikroskops nicht die gesamte Breite des Meniskus überblicken und betrachten kann, kann der Meniskus als Ganzer nicht gleichzeitig beobachtet werden. Daher können thermische Gradienten entlang der formgebenden oberen Stirnseite des Formgebungsteils 2 0 unbemerkt bleiben.

Die Alternativtechnik der Betrachtung der gegenüberliegenden Ränder 5OA und 50B des Kristallkörpers h2 unmittelbar oberhalb der Stoß- bzw. Knotenpunktstelle 38 kann infolge des Kontrastes zwischen dem Kristallkörper 42 und dem Hintergrund innerhalb des Ofens 10 entweder durch direkte Betrachtung oder unter Verwendung von Strahlungsmeßfühlern erfolgen. Auch hier hat das System der direkten Betrachtung Vorteile gegenüber den Systemen mit Strahlungsmeßfühlern. Obwohl das direkte Betrachtungsverfahren die Beobachtung der gesamten Breite des Meniskus gestattet, hat es sich als vollständig unbefriedigend zur Betrachtung des Meniskus mit geeigneter Auflösung

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erwiesen, insbesondere in Fällen wo der Meniskus während des Ziehens des Kristallkörpers beobachtet und untersucht werden soll.

Weitere Vor- und Nachteile der verschiedenen mit Direkt-Betrachtung bzw. mit Strahlungsmeßfühlern arbeitenden Systeme ergeben sich für den Fachmann ohne weiteres. Die vorliegende Erfindung vereinigt im wesentlichen viele Vorteile der verschiedenen Systeme bei gleichzeitiger weitgehender Verringerung oder Ausschaltung vieler Nachteile dieser Systeme. Das erfindungsgemäße System versetzt den Betrachter in die Lage, die gesamte Breite des Phasen-Knotenpunktbereichs 38, des Meniskus 30 und des angrenzenden Teils des Kristallkörpers 42 zu beobachten, bei gleichzeitiger Betrachtung der Meniskushöhe mit ausreichender Auflösung. Die Bedienungsperson kann das Wachstum des Kristallkörpers 42 mit relativ wesentlich verringerter Anspannung und Belastung direkt verfolgen, verglichen beispielsweise mit der Betrachtung unter dem Mikroskop. Somit wird durch die Erfindung ein Interaktionssystem mit verbessertem Zusammenwirken von Mensch und Maschine an der Schnittstelle Cimproved human-machine interface") geschaffen, derart daß eine leichtere Kontrolle der Bedienungsperson über die Maschine mit geringerer Ermüdung und Belastung der Bedienungsperson gewährleistet werden kann.

Unter Bezugnahme auf die Figg. 1 und 4 wird nunmehr eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems beschrieben. Das System weist - in Fig. 1 zusammenfassend mit 60 bezeichnete - optische Vorrichtungen zur Erzeugung eines die Phasenknotenpunktssteile 38 und daran angrenzende Bereiche des Meniskus 30 und des Kristallkörpers 42 umfassenden Bildes auf. Das erzeugte Bild ist anamorphisch, derart daß die gesamte Breite des Phasenknotenpunktbereichs 38 und der angrenzenden

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Bereiche des Meniskus 30 und des Kristallkörpers 42 beobachtet werden kann, und daß die Höhenabmessungen der beobachteten Bereiche des Meniskus und des Kristallkörpers relativ bezüglich der Breitenabmessungen vergrößert werden. Bekanntlich versteht man unter einem anamorphisehern optischen System ein System, das wenigstens ein optisches Element mit unterschiedlicher Vergrößerung in einer Hauptmeridianebene gegenüber der anderen aufweist. (Vgl. beispielsweise US-Patentschrift 4 059 343 bzw. Smith, Warren J.; Modern Optical Engineering: The Design of Optical Systems, McGraw-Hill Book Company (New York), I966; S. 239-241.) Erfindungsgemäß bildet der mit stärkerer Vergrößerung wiedergegebene Hauptmeridian allgemein die Vertikalabmessungen des Bildes, derart daß eine größere Auflösung der Vertikalabmessungen des Phasenknotenpunktbereichs und der angrenzenden Bereiche des Meniskus und des Kristallkörpers erzielt wird. Vorzugsweise weisen die optischen Vorrichtungen 60 ein Kollimatorobjektiv 62 zur Kollimation der längs der Betrachtungsachse 48 einfallenden Lichtstrahlen 64 "auf. Des weiteren umfaßt die Optik 60 Prismenvorrichtungen 66 zur Erzielung der gewünschten Vergrößerung des Strahlengangs 64 im Hauptmeridian . Die Prismenvorrichtungen 66 umfassen vorzugsweise sechs Prismen 66A,bis 66F₃ welche eine zwanzigfach größere Verstärkung im Hauptmeridian gegenüber dem anderen Meridian bewirken. Selbstverständlich kann die Anzahl der Prismen und die gewünschte Vergrößerung im Hauptmeridian in Abhängigkeit von Faktoren wie beispielsweise der Größe des betrachteten Objekts und der gewünschten Auflösung variieren. Des weiteren können anderweitige anamorphische Optiken zur Erzielung der gewünschten Vergrößerung im Haupt meridian dienen, wie beispielsweise Zylinderlinsen. Bei der gezeigten Prismenanordnung 66 erhält das Prisma 66A das kollimierte Strahlbündel 64 vom Objektiv 62 zugeführt und bewirkt eine Spreizung bzw. Brechung der Strahlen im Hauptmeridian ohne Beeinflussung des Strahlbündels in der Richtung des ande-

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ren Meridians. In entsprechender Weise gelangt das Strahlbündel vom Prisma 66A zum Prisma 66B₃ das eine weitere Spreizung bzw. Brechung der Strahlen im Hauptmeridian ohne Beeinflussung in der Richtung des anderen Meridians bewirkt. Die weiteren Prismen 66C bis 66F liefern eine weitere Vergrößerung ausschließlich in Richtung des Hauptmeridians.

Schließlich wird der Strahlengang 64 vom letzten Prisma 66F über eine Reflexions-Vorrichtung 68 in Form eines Prismas oder Spiegels in eine Videokamera 70 umgelenkt. Unter der Kamera 70 ist eine Anordnung zu verstehen, welche das von dem durch die Prismen 66 verlaufenden und an der Vorrichtung 68 reflektierten Strahlbündel 64 gebildete Bild in ein dieses Bild wiedergebendes elektrisches Signal umwandelt (vorzugsweise durch aufeinanderfolgend wiederholende Abtastung des Bildes). Das elektrische Signal umfaßt typischerweise zwei Signalkomponentenj von welchen eine das Videosignal darstellt. Bei dem Videosignal handelt es sich gewöhnlich um ein Analogsignal, dessen Intensität sich in Abhängigkeit von Intensitätsänderungen der entsprechenden Bildteile des jeweils abgetasteten Bildes ändert. Die zweite von der Kamera 70 gelieferte Signalkomponente wird allgemein als Synchronisationssignal bezeichnet, das eine Bezugsgröße für den Anfang und das Ende jeder durch die Videosignalkomponente wiedergegebenen Bildabtastung darstellt. Bei der Kamera 70 kann es sich beispielsweise um ein Bild-Orthikon oder ein Bild-Vidicon handeln. Auch anderweitige Vorrichtungen sind für diesen Zweck b ekannt.

Gemäß dem Blockschaltbild in Fig. 4 wird das in dieser Weise von der Kamera 70 erzeugte elektrische Signal einem Video-System 72 zugeführt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Systems werden Daten betreffend das Ziehen bzw. das Wachstum des Kristallkörpers 42 von einer Daten-Signalerzeugungsvorrichtung 74 geliefert. Beispielsweise können an ver-

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schiedenen Stellen innerhalb des Ofens Thermoelemente zur Messung der jeweiligen örtlichen Temperaturen an diesen einzelnen Stellen vorgesehen sein. Des weiteren können das Datum und die Zeit, zu welcher der betreffende Kristallkörper gezogen wird, von Interesse sein. Die verschiedenen gemessenen Parameterwerte können auf einer geeigneten Instrumentschalttafel sichtbar angezeigt werden oder einfach in Form elektrischer "Videosignale zugeführt werden. Somit kann es sich bei der Vorrichtung 7^ entweder um eine zweite Videokamera in solcher Anordnung handeln, daß sie ein Bild einer die interessierenden Parameterwerte visuell anzeigenden Instrumentschalttafel in ein zweites elektrisches Signal umwandelt, oder um ein System zur direkten Erzeugung derartiger Videosignale in Abhängigkeit von den Meßinstrumenten, wie beispielsweise Thermoelementen. In beiden Fällen sind die von der Datensignalerzeugungsvorrichtung Jk erzeugten elektrischen Signale mit dem von der Kamera 70 gelieferten Videosignal synchronisiert, derart daß beide als benachbart überlagerte Bilder wiedergegeben werden können. Die Übertragung der von der Kamera 70 und von der Signalerzeugungsvorrichtung 74 erzeugten elektrischen Signale an das System 72 erfolgt in beliebiger Weise, beispielsweise direkt über eine Leitung 76 oder alternativ durch drahtlose FM-übertragung.

Aus nachfolgend noch näher erläuterten Gründen weist das Videosystem 72 vorzugsweise erste und zweite Video-Monitoren 78 bzw. 80 auf. Der Monitor 78 dient zur Wiedergabe bzw. Anzeige der von der Kamera 70 und der Datensignalerzeugungsvorrichtung 7^ gelieferten Bilder, auf der Grundlage der von beiden über die Leitung J6 zugeführten Synchronisationsund Analog-Videosignale. Die Synchronisations- und die Analog-Videosignale können auf einem Video-Band-Recorder 79 aufgezeichnet werden, derart daß gegebenenfalls die den Monitoren

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78 und 8O zugeführten Synchronisations- und Videosignale aus den auf dem Video-Band-Aufzeichnungsgerät 79 zuvor aufgezeichneten Signalen abgeleitet werden können. Die (im einzelnen nicht näher dargestellten) Monitoren 78 und 80 sind Kathodenstrahlröhren, die jeweils eine Strahlerzeugungsvorrichtung zur Erzeugung eines Elektronenstrahls in Abhängigkeit von den zugeführten Videosignalen, sowie auf Horizontal- und Vertikalablenksignale ansprechende Vorrichtungen zur Veränderung der Lage des Elektronenstrahls zur Erzeugung eines Abtastrasters, sowie ein auf den Elektronenstrahl ansprechendes Target zur Bildwiedergabe aufweisen. Der Monitor 78 erzeugt ein zusammengesetztes Bild des Meniskus 30, des Phasenknotenpunktbereichs 38 und des Kristallkörpers 16 entsprechend den von der Kamera 70 und den Datensignalerzeugungsvorrichtungen 7^ erzeugten Bildern. Der Monitor 78 enthält daher sämtliche erforderlichen Vorrichtungen und Schaltmittel zur Erzeugung dieser Bilder aus den über die Leitung 76 zugeführten Signalen. Der Monitor 80 liefert ein Bild, dessen typische Wiedergabe in Fig. 5 veranschaulicht ist.

Das System 72 dient u.a. allgemein dazu, den Kontrast zwischen den verschiedenen Bereichen des Bildes des Meniskus und angrenzenden Kristallkörpers bzw. Formgebungsteils zu erhöhen, um so der Bedienungsperson die Beobachtung und Untersuchung des Wachstums des Kristallkörpers aus dem Meniskus zu erleichtern und vorzugsweise die zur Kontrolle des Kristallkörperwachstums erforderlichen Steuerfunktionen vorzunehmen. Näherhin umfaßt das System 72 vorzugsweise Vorrichtungen in Form der Synchronabstreifvorrichtung 82 zur Trennung der aus den von der Kamera 70 und der Vorrichtung fh zugeführten elektrischen Signalen abgeleiteten Video- und Synchronisiersignale und zur Erzeugung der Horizontal- und Vertikal-Ablenk- bzw. Abtastsignale für den Monitor 80. Die Horizontal- und Vertikal-

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Ablenksignale werden in Abhängigkeit von dem Synchronisiersignal erzeugt und in bekannter Weise in dem Monitor 80 zur Ablenkung der Lage des Elektronenstrahls unter Erzeugung eines Abtastrasters auf dem Target oder Bildschirm zur Bilderzeugung auf dem Bildschirm verwendet. Zur Erhöhung-des Kontrasts zweier beliebiger kontrastierender Punkte im Bild des Monitors 80 wird das von der Synchronisationsabstreifvorrichtung 82 gelieferte zusammengesetzte Analog-Videosignal einer Vorrichtung vorzugsweise in Form einer Signalpegelquantisiereinrichtung zur Umwandlung des Analogsignals in ein Digitalsignal zugeführt. Der Analog-Digitalwandler 84 ist vorzugsweise in Form eines Schwellwertdetektors ausgebildet, welcher den Amplitudenpegel des Analog-Video-Signals mit einer Bezugs-Gleichspannung vergleicht, welche von der Bedienungsperson an einer Kontrastschwelleneinstellvorrichtung 86 einstellbar ist. Sobald das Analog-Video-Signal den an der Kontrasteinstellung 86 eingestellten Schwellwert übersteigt, liefert der Quantisator bzw. Analog/Digigal-Wandler 84 als Ausgangsgröße ein verhältnismäßig großes Gleichspannungssignal, falls das Analog-Videosignal gleich oder kleiner als der Schwellwert ist, tritt als Ausgangsgröße des Quantisators bzw. Analog/Digital-Wandlers 84 ein verhältnismäßig kleines Gleichspannungssignal auf. Die digitalisierte Ausgangsgröße des Quantisators bzw. Analog/ Digitalwandlers 84 wird, zusammen mit den Vertikal- und Horizont al-Ablenksignalen vomSynchronisations-Abstreifer 82, einem Videosignalmittler 88 zugeführt.

Der Durchschnitts- bzw. Mittelwertbildner 88 dient zur Mittelung der Intensitäts-Werte der Bereiche des Digitalsignals der Rasterabtastung, welche durch den Bildbereich innerhalb des Fensters 100 in Fig. 5 wiedergegeben werden. Näherhin weist der Mittelwertbildner 88 Einstellvorrichtungen 90, 92, 94 und 96 zur Einstellung bzw. Nachstellung der Größe und Lage des Fensters 100 in dem Wiedergabebild gemäß Fig. 5 auf. ./.

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Mittels der Einstellvorrichtungen 90 und 92 kann die Bedienungsperson die Breite und die Höhe des Fensters einstellen, mittels der Einstellvorrichtungen 9^ und 96 die Horizontal- und Vertikal-Lage des Fensters. Wie nachfolgend noch näher erläutert wird, läßt sich durch entsprechende Einstellung der Größe und Lage des Fensters 100, derart daß es einen Bereich des Phasenknotenpunkts 38 und des angrenzenden Meniskus 30 bzw. Kristallkörpers 16 zu überlappen scheint, ein Steuersignal zur Kontrollsteuerung des Wachstums des Kristallkörpers 16 erzeugen. Der Mittelwertbildner 88 bewirkt eine Mittelung über den innerhalb des Fensters 100 liegenden Bereich des von dem Quantisator bzw. Analog/Digitalwandler 84 erzeugten digitalen Videosignals und liefert auf einer Leitung 102 ein diesen Durchschnitts- oder Mittelwert darstellendes Gleichspannungs-Ausgangssignal. Des weiteren führt der Mittelwertbildner 88 auch das von dem Quantisator bzw. Analog/Digital-Wandler 84 gelieferte Digital-Video-Signal zusammen mit einem das Bild des Fensters 100 wiedergebenden Signalanteil dem Videomonitor 80 zu. Die Gleichstromausgangsgröße auf der Leitung 102 kann für die Bedienungsperson visuell wiedergegeben oder, wie in Fig. 4 veranschaulicht, einem Servo-Regelsystem 98 bekannter Art zugeführt werden, das seinerseits die Ziehgeschwindigkeit, mit welcher der Kristallkörper 16 von der Ziehvorrichtung 32 gezogen wird, die Beaufschlagung der Heizvorrichtungen 18 oder in irgendeiner anderweitigen, an sich bekannten Art das Ziehen bzw. Wachsen des Kristallkörpers steuert. Wie nicht im einzelnen dargestellt, könnte beispielsweise das System 98 eine Schaltvorrichtung mit steuerbaren Siliziumgleichrichtern (SCR) aufweisen, welche eine Fehlernachweisschaltung zum Nachweis der Differenz zwischen einem (von der Bedienungsperson festgelegten) Einstellwert der Ausgangsgröße des Mittelwertbildners 88 unter bevorzugten Bedingungen und der tatsächlichen Ausgangsgröße des Mittelwertbildners 88 umfaßt, sowie einen Integrator zur Integration

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so erhaltenen Fehlersignals, wobei das resultierende integrierte Signal zur Steuerung eines steuerbaren Siliziumgleichrichter-Schalters verwendet wird. Dieser Schalter seinerseits kann zur Steuerung der Beaufschlagung entweder der Ziehvorrichtung 32 oder der Heizvorrichtung 18 in Abhängigkeit vom Gleichspannungssignalpegel auf der Leitung 102 dienen. Das von der Abstreifvorrichtung 82 gelieferte Synchronisationssignal dient zur Erzeugung der Rasterablenkung und damit zur Bildwiedergabe auf dem Monitor 80.

Das System 72 kann aus beliebigen bekannten Systemkomponenten zur Durchführung der beschriebenen Punktionen zusammengesetzt sein. Beispielsweise kann es sich bei den Monitoren 78 und 80 und der Aufzeichnungsvorrichtung 79 um Fernseh-Monitoren und Fernseh-Videorecorder handeln, wie sie heute kommerziell erhältlich sind. Die Synchronisations-Abstreifvorriehtung 82, der Signalpegel-Quantisator bzw. Analog/Digitalwandler 84 sowie der Videomittler 88 sind sämtlich kommerziell verfügbare Geräte, beispielsweise die Geräte-Modelle 302-2, 606-5 und 310 der Firma Colorado Video, Inc., Boulder, Colorado.

Im folgenden wird die Arbeits- und Wirkungsweise des beschriebenen Systems erläutert. Die Optik 60 und die Kamera 70 werden vorzugsweise wie in Fig. 1 veranschaulicht im Sinn einer Betrachtung des Meniskus 30 und des Kristallkörpers 16 längs der Beobachtungsachse 48 angeordnet, derart daß ein maximaler Kontrast in dem Betrachtungsbild zwischen dem Meniskus und dem Kristallkörper im Bereich der Phasengrenze 38 erzielt wird. Infolge des anamorphisehen Charakters der Optik 60 kann der gesamte Meniskus 30 mit guter Auflösung sowohl der Höhenais auch der Breitenabmessungen betrachtet werden. Das von der Optik 60 erzeugte Bild des Meniskus und der umgebenden

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Bereiche wird von der (nicht dargestellten) Pokussierungsoptik der Kamera 70 fokussiert. Gleichzeitig können geeignete Messungen verschiedener interessierender Parameter während des Ziehbzw. Wachstumsvorgangs des Kristallkörpers erfolgen und aus diesen Parameter-Meßwerten kann mit Hilfe von Schriftzeichen- und Ziffern-Erzeugungsvorrichtungen 74 ein diese Parameter-Meßwerte wiedergebendes zweites Video-Signal erzeugt werden. Die von der Kamera 70 und der Daten-Signalerzeugungsvorrichtung 74 erzeugten kombinierten Video- und Synchronisationssignale werden über die (Eingangs-)Leitung 76 zugeführt, wobei das vollständige Bild auf dem ersten Monitor 78 betrachtet und gegebenenfalls in dem Recorder 79 aufgezeichnet werden kann. Zwar kann der Kontrast des auf dem Monitor 78 wiedergegebenen Bildes variiert werden; zur weiteren Verstärkung des Kontrastes zwischen zwei kontrastierenden Bildpunkten kann jedoch das kombinierte Videosignal entweder direkt von der Leitung 76 oder vom Recorder 79 der Abstreifvorrichtung 82 zugeführt werden. In dieser wird das kombinierte Videosignal vom Synchronisationssignal abgestreift und dem Eingang des Quantisators bzw. Analog/Digitalwandlers 84 zugeführt. Durch geeignete Einstellung des Kontiastschwellwerts mittels der Einstellvorrichtung 86 lassen sich Bereiche des Bildes des Kristallkörpers und des Meniskus, die in dem auf dem ersten Monitor erzeugten Bild möglicherweise schwierig zu unterscheiden sind, auf dem zweiten Monitor leichter unterscheiden. Beispielsweise kann im stationären Wachstumszustand bei Betrachtung des Kristallwachstums des Kristallkörpers 16 aus dem Meniskus 30 mit Betrachtungsrichtung längs der Achse 48 ein Kontrast zwischen dem Kristallkörper 16 und dem Meniskus 30 an der Phasenknotensteile 38 auf dem e'rst en "Monitor 78 beobachtet werden, da von der Oberfläche des Kristallkörpers 16 eine größere Menge reflektiertes Licht als von der Oberfläche des Meniskus 30 im Bereich der Phasenknotensteile 38 infolge des stationären

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Meniskuswinkels zwischen den beiden Bereichen empfangen wird. Durch Einstellung der Einstellvorrichtung 86 derart, daß die Kontrastschwellwerteinstellung (1) über den Bereichen des von der Abstreifvorrichtung erhaltenen Videosignals liegt, welche die Bereiche des Meniskus 30 im Bereich des Knotenpunkts 38 wiedergeben und (2) unterhalb derjenigen Bereiche des von der Abstreifvorrichtung empfangenen Videosignals, welche die Bereiche des Kriställkörpers 16 im Knotenpunktbereich 38 wiedergeben, wird das kombinierte Videosignal digitalisiert im Sinn einer Verstärkung des Kontrasts zwischen dem Kristallkörper und dem Meniskus im Phasenknotenpunktbereich. Die Digital-Ausgangsgröße des Quantisators bzw. Analog/.Digitalwandlers 84 wird dem Video-Mittler 88 zugeführt, der seinerseits das das Fenster 100 wiedergebende zusätzliche Videosignal dem zweiten Video-Monitor. 80 zuführt. Der Monitor 80 erhält ferner das Synchronisiersignal von der Abstreifvorrichtung 82, derart daß die von der Optik 60, der Daten-Signalerzeugungsvorrichtung 74 und dem Mittler 88 erzeugten Bilder auf dem Schirm als zusammengesetztes Bild wiedergegeben werden; eine typische derartige Darstellung ist in Fig. 5 veranschaulicht. Das System kann zur Steuerung des Wachstums des Kristallkörpers l6 im Sinn der Aufrechterhaltung eines stationären Wachstumszustands des Kristallkörpers dienen, indem man einfach die Größe und Lage des Fensters 100 so einstellt, daß dieses wenigstens einen Bereich der Phasengrenzstelle 38 bedeckt, wie in Fig. 5 veranschaulicht. Der Mittelwertbildner 88 liefert ein die durchschnittliche oder mittlere Intensität der Bildteile innerhalb des Fensters wiedergebendes Gleichspannungs-Ausgangssignal. Da zwischen dem Meniskus und dem Körper in der Bildwiedergabe auf dem zweiten Monitor 80 ein verstärkter Kontrast besteht, ändert sich das GleiehspannungsausKangssignal des Mittelwertbildners 88 in Abhängigkeit von Änderungen der Vertikallage des Phasenknotenpunkts bzw. Phasengrenzfläche 38, was bei einer

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Änderung in den Wachstums- bzw. Ziehbedingungen auftritt. Das Servoregelsystem 98 kann entsprechend so ausgelegt sein, daß es ein positives oder negatives Fehlersignal erzeugt, je nach-dem, ob sich die Phasengrenzfläche 38 nach oben oder abwärts verschiebt. Das Fehlersignal kann entweder zur Steuerung der Beaufschlagung der Heizvorrichtungen 18 im Sinn einer Erhöhung oder Verringerung der Leistungszufuhr an die Heizvorrichtungen, oder zur Steuerung der Beaufschlagung der Ziehvorrichtung 32 im Sinn einer Erhöhung oder Verringerung der Ziehgesehwindigkeit des Kristallkörpers 16 aus dem Meniskus 89 verwendet werden.

Die Grundsätze der vorliegenden Erfindung lassen sich auch zur Steuerung des Wachstums des Kristallkörpers l6 durch Steuerung der Lage der gegenüberliegenden Kanten 50A und 5OB des Körpers 16 verwenden. Dies erfolgt mit dem in Fig. 6 gezeigten System. Im einzelnen ist das System gemäß Fig. von gleicher Art wie das System nach Fig. 4, mit dem Unterschied, daß das System 72A in Fig. 6 einen zweiten Video-Mittler zur Erzeugung eines zweiten Fensters in dem Bild sowie zur Erzeugung eines zweiten Gleichspannungsausgangssignals aufweist, zur Steuerung der Beaufschlagung der Heizvorrichtungen 18 oder der Ziehvorrichtung 32. Im einzelnen ist der Ausgang des Quantisators bzw. Analog/Digitalwandlers 84 mit zwei Durchschnitts- oder Mittelwertbildnern 88A und 88B verbunden, die in gleicher Weise wie der Mittelwertbildner in Fig. 4 arbeiten. In entsprechender Weise werden die von der Abstreifvorrichtung 82 erzeugten Vertikal- und Horizontalablenksignale beide jeweils jedem Mittelwertbildner 88A und 88b zugeführt. Beide Durchschnitts- bzw. Mittelwertbildner 88a und 88b sind jeweils mit gesonderten Einstellvorrichtungen 90, 92, 94 und 96 zur Einstellung der Größe und Lage der Fenster lOOA und lOOB in der Bilddarstellung gemäß Fig. 7 versehen. Die von den Mittelwertbildnern 88A und 88B erzeugten

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Gleichspannungsausgangssignale können Anzeige- bzw. Wiedergabe-Meßgeräten oder alternativ in der dargestellten Weise einem Servoregelsystem 98A zur Steuerung der Beaufschlagung der Heizvorrichtungen 18 bzw. der Ziehvorrichtung 32 zugeführt werden. Die Servoregelvorrichtung kann einfach eine 'Durchschnitts- oder Mittelwertbildungsschaltung zur Mittelung der von den Mittelwertbildnern 88A und 88B gelieferten Gleichspannungs-Ausgangssignale aufweisen. Diese Durchschnitts- oder Mittelwertbildungsschaltung ihrerseits kann eine den Durchschnitt- oder Mittelwert der beiden Gleichspannungssignale wiedergebende Ausgangsgröße erzeugen. Die Ausgangsgröße kann dann zur Regelung der Beaufschlagung der Antriebsvorrichtung 32 des Ziehmechanismus in an sich bekannter Weise verwendet werden, derart daß wenn die (in dem Bild von Fig. 7 dargestellten) Randkanten 5OA und 50B sich aufeinanderzu oder voneinander weg verschieben (als Anzeige dafür, daß der Kristallkörper zu schnell oder zu langsam gezogen wird), die Beaufschlagung der Ziehvorrichtung 32 entsprechend verringert oder erhöht wird, um die Ziehgeschwindigkeit des Kristallkörpers 16 zu vermindern oder zu erhöhen. Alternativ kann das Servoregelsystem 98A zwei elektronische Schaltersehaltkreise mit steuerbaren Siliziumgleichrichtern (SCR) des Typs wie oben mit Bezug auf das System 98 in Fig. 4 beschrieben aufweisen. Diese beiden SCR-Schalterschaltkreise können ihrerseits in an sich bekannter Weise zur Beaufschlagung der Heizvorrichtungen l8c und !3D an den Schmalseiten dienen. Hierbei würde die Beaufschlagung der Heizvorrichtungen l8C bzw.l8D jeweils selektiv gesteuert und variiert, in Abhängigkeit■davon ob der Rand 50A bzw. 5OB in den Penstern lOOA bzw. lOOB sich in Richtung einwärts auf die zentrale Ziehachse 40 (als Anzeige dafür, daß die entsprechende Randheizungsvorrichtung weniger stark beaufschlagt werden muß) oder von der zentralen Ziehachse 4 0 wegverschiebt (als Anzeige dafür, daß

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die Beaufschlagung der entsprechenden Randheizungsvorrichtung erhöht werden muß) Anderweitige Regel- bzw. Steuersysteme sind dem Fachmann bekannt.

Im folgenden wird die Wirkungsweise des Systems gemäß Fig. beschrieben. Diese stimmt insoweit mit der Wirkungsweise des Systems gemäß Fig. 4 überein, als die von der Kamera 70 und der Datensignalerzeugungsvorrichtung 74 gelieferten Video- und Synchronisationssignale über die Leitung 76 dem ersten Video-Monitor 78 und dem Videobandrecorder 79 sowie der Synchronisationsabstreifvorrichtung 82 zugeführt werden. In dieser Abstreifvorrichtung 82 werden die kombinierten Videosignale von dem Synchronisationssignal abgetrennt und die Horizontal- und Vertikalablenksignale erzeugt. Der von der Einstellvorrichtung 86 bestimmte Kontrastschwellwertpegel wird

(1) auf einen Wert oberhalb der den Bildhintergrund hinter dem Kristallkörper 16 wiedergebenden Videosignalpegel und

(2) unterhalb der den Kristallkörper 16 wiedergebenden Videosignalpegel eingestellt j um den Intensitätskontrast zwischen dem Kristallkörper 16 und dem Hintergrund an den Rändern in dem in Fig. 6 veranschaulichten Wiedergabebild auf dem zweiten Video-Monitor 80 zu erhöhen. Die Ausgangsgröße des Quantisators bzw. Analog/Digitalwandlers 84 sowie die Horizontal und Vertikalablenksignale werden beiden Durchschnitts- bzw. Mittelwertbildnern 88A und 88B zur Erzeugung der beiden Fenster lOOA und lOOB zugeführt. Lage und Größe jedes der beiden Fenster lOOA bzw. lOOB werden jeweils mittels der Einstellvorrichtungen 90A₃ 92A₃ 9²JA₃ 96A, 90B, 92B, 94B und 96b so eingestellt, daß in der Bildwiedergabe des zweiten Monitors die Fenster lOOA bzw. lOOB die betreffenden Randkanten 50A bzw. 50B unmittelbar oberhalb des Meniskus 30 überlappen, wie in Fig. 7 veranschaulicht. Nach Erreichung

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stationärer Wachstumszustandsbedingungen des Kristallkörpers 16 bestimmen die Gleichspannungs-Ausgangsgrößen der Mittelwertbildner 88a bzw. 88b die Bezugsausgangspegel. Somit haben Verschiebungen einer oder beider Randkanten 5OA bzw. 5OB Änderungen des einen oder beider Gleichspannungsausgangspegel der Mittelwertbildner 88A und 88B zur Folge. Diese Änderungen können visuell angezeigt oder gemäß Fig. 6 dem Servosystem 98a zur Regelung der Beaufschlagung der Ziehvorrichtung 32 oder der Beaufschlagung der Randkantenheizvorrichtungen 18C bzw. 18D im Sinn einer Wiederherstellung bzw. Aufrechterhaltung des stationären Wachstumszustandes zugeführt werden.

Die Erfindung wurde vorstehend anhand bevorzugter Ausführungsformen beschrieben, die jedoch selbstverständlich in mancher Hinsicht abgeändert werden können, ohne daß hierdurch der Rahmen der Erfindung verlassen wird. So wurden beispielsweise die in den Pigg. 4 und 6 gezeigten Systeme zur Verwendung mit einem einzigen Ofen 10 beschrieben. Falls jedoch das Wachstum von Kristallkörpern in mehreren öfen mit einem einzigen System betrachtet und überwacht werden soll, können die Systeme gemäß Fig. 4 bzw. Fig. 6 unschwer hierfür angepaßt werden. Wie im einzelnen in Fig. 8 veranschaulicht, können die Kamera 70 und die Optik 60 auf einem gemeinsamen Support 110 angeordnet sein, der seinerseits auf einer Gleitführung 112 verschieblich angeordnet ist. Die Gleitführung 112 ist relativ bezüglich einer Reihe mehrerer öfen (in Fig. 8 beispielsweise vier öfen 1OA bis 10D) so angeordnet, daß die Kamera 70 und Optik 60 wahlweise in Ausrichtung auf jeden der öfen 10 zur Beobachtung des jeweils in einem bestimmten Ofen gerade gezogenen Kristallkörpers 16 gebracht werden kann. Der Support 110 kann mit geeigneten Mitteln, beispielsweise mittels einer Steuerung 116 betätigbaren reversiblen Schrittschaltmotor Il4 gekuppelt sein, um die Kamera 70 und Optik 60

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längs der Gleitführung 112 hin und her verschieben zu können.

Falls es erwünscht ist, das Wachstum verschiedener gleichzeitig in einem einzelnen gemeinsamen Ofen gezogener Kristallkörper zu beobachten und zu verfolgen, läßt sich die vorliegende Erfindung ohne weiteres als Vorrichtung zur Betrachtung jedes jeweils gezogenen Kristallkörpers jeweils durch ein verschiedenes Fenster 46 in dem gemeinsamen Ofen 10 ausbilden. Beispielsweise könnte jeweils in Ausrichtung mit jedem Beobachtungsfenster 46 in der zuvor beschriebenen Weise ein gesondertes System aus Kamera 70, Optik 60 und zugehörigem Video-System 72 vorgesehen werden. Alternativ kann gemäß Fig. 9 eine im Multiplex-Verfahren betriebene Anordnung unter Verwendung eines einzigen Videosystems 72 mit mehreren Kameras 70 und zugeordneten Optiken 60 vorgesehen werden. Im einzelnen weist die in Fig. 9 veranschaulichte Anordnung vier Kameras 70A bis 70D und zugeordnete Optiken 60A bis 60D zur Beobachtung und Überwachung des Wachstums entsprechender Kristallkörper in einem Ofen 10 durch vier verschiedene Fenster 46 des Ofens auf. Selbstverständlich ist die Anzahl der Kameras 70 und zugehörigen Optiken nicht auf vier beschränkt, sondern kann je nach der Konstruktion des Ofens 10, der Anzahl von Ziehkörpern und anderweitiger konstruktiver Überlegungen variieren. Das Ausgangssignal der einzelnen Kameras 70 wird jeweils zusammen mit der Ausgangsgröße der zugehörigen Daten-Signalerzeugungsvorrichtungen 74 über eine betreffende Leitung 76 einem Multiplexer (Multiplex-Mehrfachkoppler) 120 zugeführt. Derartige Multiplex-Koppier bzw. -Verteiler sind dem Fachmann bekannt. Allgemein dient der Multiplexer 12 0 zur aufeinanderfolgenden und sieh wiederholenden Aufschaltung der über Leitungen 76A bis 76D übertragenen Signale auf ein einziges Videosystem 72. Die jeweilige Video-Darstellung kann dabei eine Anzeige der jeweiligen Leitung 76, von welcher über den

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Multiplexer 12 0 übertragen wird, enthalten, als Anzeige für den Beobachter, welches Kristallkörperbild die Videoanzeige gerade darstellt.

Die vorstehend beschriebene Erfindung hat eine ganze Reihe von Vorteilen. Das Kristallwachstum eines Kristallkörpers beispielsweise eines Silizium- oder Germaniumkörpers, läßt sich mit Hilfe der Erfindung in einfacher Weise beobachten und überwachen und gegebenenfalls steuern. Durch die anamorphische Vergrößerung eines Hauptmeridians, d.h. der Vertikalabmessung, des Bilds des Meniskus und des benachbarten Bereichs des Kristallkörpers, relativ gegenüber dem anderen Hauptmeridian, d.h. der horizontalen Bildrichtung, wird erreicht, daß der gesamte Meniskus mit ausreichender Auflösung in beiden Richtungen beobachtet werden kann. Durch Wiedergabe des Bildes in einer Video-Anzeige, beispielsweise auf den Monitoren 78 und 80, läßt sich der Wachstumsvorgang in einfacher Weise praktisch ohne oder mit nur geringer physischer und psychischer Belastung und Anspannung der Bedienungsperson beobachten. Durch Verwendung des Quantisators bzw. Analog/ Digitalwandlers 84 vermag der Betrachter den Kontrast zwischen zwei beliebigen Stellen des Bildes des Meniskus und des Kristallkörpers noch zu erhöhen, mit der weiteren Möglichkeit, mittels der Einstellvorrichtung 86 für die Kontrastverstärkung den Schwellwertpegel einstellbar zu ändern. Mit Hilfe der Durchschnitts- bzw. Mittelwertbildner 88, 88A und 88B läßt sich in einfacher Weise eine Steuerung bzw. Regelung des Wachstums des Kristallkörpers 16 erzielen. Insgesamt schafft die Erfindung als Hauptvorteil ein verbessertes Bindeglied im Zusammenwirken zwischen Mensch und Maschine zur Erleichterung und Vereinfachung der Bedingungen, unter welchen das Wachstum von Kristallkörpern beobachtet, untersucht, überwacht und gegebenenfalls gesteuert und geregelt werden kann.

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Die Erfindung wurde vorstehend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben, die jedoch selbstverständlich in mannigfacher Weise abgewandelt werden können, ohne daß hierdurch der Rahmen der Erfindung verlassen wird.

Zusammenfassung

Gegenstand der Erfindung sind ein Verfahren, System und Vorrichtung zur überwachung und gegebenenfalls Steuerung des Wachstums eines Kristallkörpers aus einem flüssigen Schmelzenmeniskus in einem Schmelzofen. Das erfindungsgemäße System bildet ein verbessertes Bindeglied im Zusammenwirken zwischen Mensch (Bedienungsperson) und Maschine (Beobachtungs- und Meß- sowie ggf. Regelvorrichtung); hierdurch werden die Anspannung, Belastung und Ermüdung für die Bedienungsperson verringert und gleichzeitig die Bedingungen für die Beobachtung und Steuerung bzw. Regelung des Ziehverfahrens verbessert Das erfindungsgemäße System weist geeignete Optiken zur Erzeugung eines Bildes des Schmelzenmeniskus und angrenzenden Ziehkörpers auf, wobei das erzeugte Bild anamorphisch ist, derart daß der gesamte Meniskus mit guter Auflösung in Richtung sowohl der Breiten- wie der Höhenabmessungen beobachtet werden kann. Das erfindungsgemäße System umfaßt ferner auch eine Video-Anzeige- bzw. -Wiedergabe zur Darstellung des anamorphisehen Bildes. Die Video-Anzeigevorrichtung umfaßt Mittel zur Erhöhung des Kontrasts zwischen zwei beliebigen kontrastierenden Punkten in dem Bild. Des weiteren umfaßt die Video-Anzeige bzw. Wiedergabevorrichtung einen Signalmittler zur Durchschnitts- bzw. Mittelwertbildung der Intensität in wenigstens einem ausgewählten Bereich des Bildes.

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Der so ermittelte Durchschnitts- bzw. Mittelwert der Intensität kann seinerseits zur Steuerung bzw. Regelung des Kristallwachstums des Kristallkörpers dienen. Das erfindungsgemäße Verfahren und System eignen sich auch zur Beobachtung, Überwachung und gegebenenfalls Steuerung von Mehrfach-Ziehverfahren.

Patentansprüche:

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Claims (23)

1. Patentansprüche

   Tl) Verfahren zur überwachung des Ziehwachstums eines Kristallkörpers durch Ziehen aus einer Ziehschmelze des betreffenden Kristallmaterials unter Bedingungen, daß der Körper über eine vorgegebene Längserstreckung eine vorbestimmte Querschnittsform besitzt, wobei die Ziehschmelze mit dem Kristallkörper über einen Meniskus verbunden ist, der an der Verbindungsstelle mit dem Kristallkörper eine Feststoff/Flüssigkeits/Gas-Berührungs- bzw. Knotenstelle bildet, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrens schritte:

   - Erzeugung eines die Phasen-Berührungs- bzw. Knotenstelle und angrenzende Bereiche des Kristallkörpers und des Meniskus umfassenden anamorphischen Bildes, derart, daß die gesamte Breitenabmessung der Phasenberührungs- bzw. Knotenstelle beobachtbar ist und die Höhendimension gegenüber der Breitendimension des Bildes vergrößert ist;

   - Erzeugung eines das Bild wiedergebenden Analog-Videosignals;

   - Digitalisierung des Analog-Video-Signals zur Erzeugung eines Digital-Video-Signals;

   - Wiedergabe des Bildes in Abhängigkeit von dem digitalisierten Video-Signal, wobei die Analog/Digital-Umwandlung des Videosignals im Sinn einer Kontrastverstärkung des wiedergegebenen Bildes erfolgt.

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2. 2. Verfahren nach Anspruch I₃ dadurch gekennzeichnet , daß zur Digitalisierung des Analog-Video-Signals die Amplitude des Analog-Video-Signals mit einem vorgegebenen Schwellwertpegel verglichen und das Digital-Video-Signal bei oberhalb dem Schwellwertpegel liegendem Betrag des Analog-Video-Signals mit einem ersten Signalpegel und bei einem unterhalb dem Schwellwertpegel liegenden Betrag des Analog-Video-Signals mit einem zweiten Signalpegel erzeugt wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Schwellwertpegel zur Erhöhung des Kontraste zwischen zwei beliebigen vorgegebenen Bereichen des wiedergegebenen Bildes einstellbar veränderlich ist.
4. 4. System zur Überwachung des Ziehwachstums eines Kristallkörpers aus einer Schmelze, wobei der Kristallziehkörper mit der Schmelze an einer Peststoff/ Flüssigkeits/Gas-Phasenberührungs- bzw. -knotenstelle in Verbindung steht, insbesondere nach dem Verfahren gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche zur Überwachung des Ziehwachstums eines Kristallkörpers beim Ziehen aus einer Ziehschmelze des betreffenden Kristallmaterials, wobei die Ziehschmelze mit dem Kristallkörper über einen Meniskus verbunden ist, welcher an der Verbindungsstelle mit dem Kristallkörper eine Fest/Flüssig/Gas-Berührungs- bzw. Knotenstelle bildet, gekennzeichnet, durch optische Vorrichtungen (60) zur Erzeugung eines die Phasenberührungs- bzw. -knotenstelle (36,38) und die angrenzenden Bereiche des Kristall-

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   körpers (l6) und der Schmelze (29) umfassenden anamorphotischen Bildes, derart daß die gesamte Breite der Phasenknotensteile (38,36) und der angrenzenden Bereiche des Kristallkörpers und der Schmelze beobachtbar sind und die beobachtete Höhenabmessung des Bildes gegenüber der Breitenabmessung des Bildes vergrößert ist.
5. 5. System nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch Video-Anzeige- bzw. -Wiedergabe-Vorrichtungen (72 j Pigg. 4 und 6) mit Mitteln (70) zur Erzeugung eines das Bild wiedergebenden Analog-Video-Signals, Mitteln (84) zur Digitalisierung des Analog-Video-Signals unter Erzeugung eines Digital-Video-Signals zur Bildwiedergabe, wobei die Mittel (84) zur Digitalisierung des Analog-Video-Signals eine Erhöhung des Bildkontrasts auf der Wiedergabevorrichtung bewirken.
6. 6. System nach Anspruch 5₅ dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (84) zur Digitalisierung des Analog-Video-Signals Vorrichtungen zum Vergleich der Amplitude des Analog-Video-Signals mit einem vorgegebenen Schwellwertpegel aufweist, sowie zur Erzeugung des digitalisierten Video-Signals mit einem ersten Signalpegel bei oberhalb dem Schwellwertpegel liegendem Betrag des Analog-Video-Signals bzw. mit einem zweiten Signalpegel bei unterhalb dem Schwellwertpegel liegendem Betrag des Analog-Video-Signals .
7. 7. System nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch Mittel (86) zur Einstellveränderung des Schwellwertpegels im Sinn einer Erhöhung des Kontrasts zwi-

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   seben zwei beliebigen vorgegebenen Bereichen des Bildes auf der Wiedergabevorrichtung C80}.
8. 8. System nach einem oder mehreren der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet ,. daß die Video-Anzeige- bzw. -Wiedergabevorrichtung (72, Fig., 4) Mittel (88) zur Bildung des Durchschnitts- bzw. Mittelwerts der Amplitude von wenigstens einen vorgewählten Bereich des Wiedergabebildes entsprechenden Teilen des digitalisierten Video-Signals aufweist, sowie Mittel zur Erzeugung eines den Durchschnitts- bzw ^- Mittelwert der Amplituden wiedergebenden elektrischen Signals, zur Steuerung der Ziehgeschwindigkeit, mit welcher der Kristallziehkörper aus der Ziehschmelze gezogen wird, oder zur Steuerung der Temperatur der Ziehsciimelze, in Abhängigkeit von dem den Mittelwert darstellenden elektrischen Signals.
9. 9. System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß die Schaltmittel zur Durchschnitts- bzw. Mittelwertbildung Schaltmittel (90, 92,9^,96) zur einstellbaren Veränderung der Größe und Lage des vorgegebenen Bildteilbereichs aufweist, zur wählbaren Änderung der durch die Mittelwertbildungsschaltmittel gemittelten Bereiche des Digital-Videosignals.
10. 10. System nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet , daß der vorgegebene ausgewählte Teilbereich (100, Fig. 5) die Fest/Plüssig/Gasförmig Phasenknotenstelle (38) und die angrenzenden Bereiche des Kristallkörpers (l6) und des Meniskus (30) umfaßt.

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11. 11. System nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 10, dadurch. gekennzeichnet , daß die optische Vorrichtung (60) eine optische Achse (48) für die Bilderzeugung definiert, und daß diese optische Achse (48, vgl. Fig. 3) bezüglich der Phasenknotensteile (38,36) und der angrenzenden Bereiche des Kristallkörpers (16) und des Meniskus (30) so ausgerichtet ist, daß zwischen den angrenzenden Bereichen des Meniskus (30) und des Kristallkörpers (16) ein Kontrast an der Phasenknotensteile (38,36) auftritt.
12. 12. System nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet , daß die optische Achse (48, Fig. 3) annähernd rechtwinklig bezüglich der Oberfläche des Meniskus (30) an der Phasenknotenstelle (36,38), sobald die Meniskusoberfläche (30) die Oberfläche (42) des Ziehkörpers (16) an der Phasenknotenstelle (38) unter einem einem stationären Zustand entsprechenden Meniskuswinkel (0 ) schneidet.
13. 13. System nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 12, gekennzeichnet durch Vorrichtungen (74, Figg. 4,6 und 9) zur Erzeugung eines zweiten Videosignals, welches ein Bild des jeweiligen Werts vorgegebener Parameter des Ziehwachstums des in dem Bild betrachteten Kristallkörpers wiedergibt, sowie durch Vorrichtungen zur Kombination des die Ziehzone wiedergebenden Analog-Video-Signals mit dem zweiten Videosignal.
14. 14. System nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet , daß die Mittel zur Erzeugung

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    eines Bildes der Parameterwerte eine Sichtdarstellungen der betreffenden Parameterwerte aufnehmende Kamera enthalten.
15. 15. System nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 14, dadurch gekennzeichnet , daß die optische Vorrichtung (60^ Pig. 1) mehrere anamorphische Prismen (66A bis 66F) zur Vergrößerung der Höhenabmessung des Bildes relativ bezüglich der Breitenabmessung aufweist.
16. 16. System nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 4 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Video-Anzeige- bzw. -Wiedergabevorrichtung (72A₃ Fig. 6) Schaltmittel (88A,88b) zur Durchschnitts- bzw. Mittelwertbildung aus den Amplituden von wenigstens zwei ausgewählte Bereiche (10OA₅ lOOB, Fig. 7) des Bildes wiedergebenden Teilen des Digital-Video-Signals aufweist, sowie Schaltmittel zur Erzeugung von wenigstens zwei elektrischen Signalen, welche den Durchschnitts- bzw. Mittelwert der jeweils die betreffenden Teilbereiche (lOOA bzw. lOOB) des Bildes wiedergebenden Amplitude des Digital-Video-Signals wiedergeben, und daß das Ziehwachstum des Kristallziehkörpers (16) in Abhängigkeit von diesen elektrischen Signalen gesteuert wird.
17. 17· System nach Anspruch l6, dadurch gekennzeichnet , daß die beiden Teilbereiche ClOOA,lOOB, Fig. 7) des Bildes jeweils gegenüberliegende Seiten- bzw. Randkanten des Kristallkörpers (l6) oberhalb der Phasenknotensteile (38,36) einschließen.

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18. 18. System nach einem: oder mehreren der Ansprüche 4 bis 17 j gekennzeichnet durch Vorrichtungen (112, Fig. 8} zur Verschiebung des Systems zwischen wenigstens zwei Stellungen (1OA bis IOD), zur überwachung des Ziehwachstums je eines gesonderten Kristallziehkörpers an den betreffenden Stellen (1OA bis IOD).
19. 19. System nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine Video-Anzeige- bzw. Wiedergabevorrichtung (72, Fig. 4, Fig. 8; 72A, Fig. 6) mit Schaltmitteln (88, Fig. 4· 88A,88b, Fig. 6) zur Mittelung der Intensität über wenigstens einen vorgebenen Teilbereich (1OQ, Fig. 5; ΙΟΟΑ,ΙΟΟΒ, Fig. 7) des Bildes sowie Signalerzeugungsschaltmittel zur Erzeugung eines den Betrag dieses Mittelwerts der Intensität in dem vorgegebenen Bereich entsprechenden elektrischen Signals, zur Steuerung des Ziehwachstums des Kristallkörpers in Abhängigkeit von dem elektrischen Signal durch entsprechende Steuerung der Ziehgeschwindigkeit mit welcher der Ziehkörper aus der Ziehschmelze gezogen wird oder der Temperatur der Ziehschmelze, in Abhängigkeit von dem den Intensitätsmittelwert darstellenden elektrischen Signal.
20. 20. System bzw. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet daß die optische Vorrichtung (60) eine optische Achse (48, Figg. 1 und 3) für die Abbildung der Ziehzone definiert, daß die optische Achse (48) so ausgerichtet ist, daß in dem Bild ein Kontrast zwischen dem Meniskus (30) und dem Kristallziehkörper (16) an der Phasenknotensteile (38,36) auftritt, und daß der vorgegebene

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    Teilbereich (100, Pig. 5) des Wiedergabebild.es wenigstens einen Teil der Phasenknotensteile (38,36) und angrenzende Bereiche des Meniskus (30) und des Ziehkörpers (l6) einschließt.
21. 21. System bzw. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet , daß die optische Vorrichtung (60, Pig. 1) eine optische Achse (48) für die Abbildung der Ziehzone definiert, daß die optische Achse (48, Figg. 1 und 3) so ausgerichtet ist, daß zwischen gegenüberliegenden Randkanten des Kristallziehkörpers (16, Fig. 7) oberhalb der Phasenknotenstelle einerseits und dem Hintergrund hinter dem Ziehkörper andererseits ein Kontrast in dem Bild auftritt; daß die Durchschnitts- bzw. Mittelwertbildungsschaltmittel (88A,88B, Fig. 6) jeweils eine Mittelung in zwei vorgegebenen Teilbereichen (lOOA, lOOB) des Bildes vornehmen und die Signalerzeugungsschaltmittel zwei jeweils den Betrag der Intensitätsdurchschnitts-bzw. -mittelwerte der vorgegebenen Bereiche (ΙΟΟΑ,ΙΟΟΒ) wiedergebende elektrische Signale erzeugt, und daß die beiden vorgegebenen Teilbereiche (100A₃IOOB) des Bildes jeweils eine der beiden gegenüberliegenden Randkanten des Ziehkörpers einschließen.
22. 22. System nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, in Ausbildung zur überwachung des Ziehwachstums von zwei oder mehreren jeweils aus einer Schmelze-gezogenen Kristallkörper, wobei jeweils:: jeder Ziehkörper mit der zugeordneten Schmelze über eine Pest/Plüssig/Gasförmig-Phasenknotenstelle verbunden ist, gekennzeichnet durch

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    - mehrere optische Vorrichtungen (60A bis 6OD, Fig. 9) zur jeweiligen Erzeugung eines Bildes der betreffenden zugeordneten Kristallziehkörper, wobei jedes Bild jeweils die betreffende Phasenknotensteile und angrenzende Bereiche des betreffenden Kristallziehkörpers und der betreffenden Ziehschmelze umfaßt und die Bilder jeweils anamorphisch sind, um die Beobachtung der gesamten Breite der betreffenden Phasenknotensteilen und angrenzenden Bereiche der Ziehkörper und Ziehschmelzen zu ermöglichen, und wobei jeweils die betrachtete Höhendimension in jedem Bild relativ bezüglich der Breitendimension in jedem Bild vergrößert ist,

    - Vorrichtungen (7OA bis 70D) zur Erzeugung mehrerer den jeweiligen Ziehzonen-Bildern entsprechender elektrischer Signale,

    - eine Video-Anzeige- bzw. -Wiedergabevorrichtung (72) zur aufeinanderfolgenden, wahlweisen und sich wiederholenden Wiedergabe des jeweiligen Bildes in Abhängigkeit von den betreffenden elektrischen Signalen,

    - sowie auf die Video-Anzeige- bzw. -Wiedergabevorrichtung ansprechende Mittel zur Steuerung bzw. Regelung des Ziehwachstums der einzelnen Kristallziehkörper.
23. 23. System nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Video-Anzeige- bzw. -Wiedergabevorrichtung einen Multiplexkoppler (120, Fig. 9) zur aufeinanderfolgenden, wahlweisen und sich wiederholenden Aufschaltung der die einzelnen Ziehzonen-Bilder wiedergebenden elektrischen Signale aufweist.

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