Hintergrund der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren
zum Messen eines Durchmessers eines Einkristall-Gußblockes,
der ein Gußblock ist, welcher aus einer geschmolzenen
Flüssigkeit einer polykristallinen Substanz gewachsen und
nach oben gezogen ist in einer Einkristall-Ziehvorrichtung
in Übereinstimmung mit dem Czochralski (CZ) Verfahren.
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Die Einkristall-Ziehvorrichtung ist eine Vorrichtung für
ein Wachsen und Hochziehen eines Einkristall-Gußblockes aus
einer geschmolzenen Polykristall-Substanz. Diese Vorrichtung
besteht aus einer Hauptkammer, in welcher der Einkristall
gewachsen wird, und in dieser Hauptkammer sind ein
Schmelztiegel zur Aufnahme der Polykristall-Substanz, ein Heizgerät
mit einer Anordnung um den Schmelztiegel herum und ein
Wärmeisolator angeordnet, der das Heizgerät umgibt.
Unterhalb der Hauptkammer sind Mechanismen für eine Drehung des
Schmelztiegels um seine Mittellinie herum für eine Steuerung
der Gleichförmigkeit des Wärmeflusses in der geschmolzenen
Polykristall-Substanz während des Wachstumsprozesses des
Kristalls angeordnet. Über der Hauptkammer erhebt sich ein
Turmgebilde aus einer Kristallziehkammer, die eine aufrechte,
im wesentlichen zylindrische Umhüllung ist, welche in einer
oberen Struktur eines Kristallziehmechanismus endet. Der
Einkristall-Gußblock, der in der Hauptkammer gewachsen und
nach oben gehoben ist, wird in die Ziehkammer gebracht.
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In der Einkristall-Ziehvorrichtung wird der Einkristall für
ein Wachsen von der unteren Spitze eines Impfkristalls
gebracht, welcher an dem unteren Ende einer Ziehvorrichtung
befestigt ist, wie bspw. eines Drahtes, und welcher in eine
Polykristall-Substanz eingetaucht wird, wie bspw. Silizium,
die durch das Heizgerät abgeschmolzen wird. In dem Ausmaß,
wie der Impfkristall gedreht und langsam höher gebracht
wird, wird der gewünschte Einkristall von der Impfspitze
aus in Längsrichtung gewachsen und wird der Durchmesser des
Einkristalls größer in dem Ausmaß, wie sich die Länge des
Einkristalls vergrößert, bis der Durchmesser eine
vorbestimmte Größe annimmt. Der Kopfteil des
Einkristall-Gußblockes erhält so eine konische Form, während der Teil des
Hauptkörpers zylindrisch wird. Der Bereich des Gußblockes,
an welchem der konische Kopfteil zylindrisch wird, wird als
Schulterteil bezeichnet. Der Hauptzweck eines Messens des
Durchmessers des wachsenden Gußblockes besteht in der
Beibehaltung der Durchmesser des zylindrischen Teils so nah
wie möglich an einer vorbestimmten Größe, um dadurch einen
Gußblock mit einem gleichmäßigen Durchmesser zu erhalten.
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Der Durchmesser des wachsenden Einkristall-Gußblockes an
der Grenzfläche von fest zu flüssig wird mit einer Realzeit
gemessen mittels eines optischen Sensors, wie bspw. eines
Bildsensors, ITV u.dgl. Um genaue Werte des Durchmessers
des Einkristall-Gußblockes zu erhalten, ist es erforderlich,
daß der Abstand zwischen dem Kopf (oder dem Auge) des
optischen Sensors und dem Oberflächenniveau der Polykristall-
Schmelze konstant gehalten wird, oder es müssen die durch
den optischen Sensor gemessenen Werte korrigiert werden in
Abhängigkeit von der Größe des Abstandes zwischen beiden.
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In der Einkristall-Ziehvorrichtung verändert sich jedoch
das Niveau der Polykristall-Schmelze in dem Schmelztiegel
nach unten relativ zu der Wand des Schmelztiegels, wenn der
Einkristall-Gußblock hochgezogen wird. Um daher den Abstand
zwischen dem optischen Sensor und dem Oberflächenniveau der
Polykristall-Schmelze konstant zu halten, ist es
erforderlich, daß der Schmelztiegel angehoben wird, um das Absenken
des Oberflächenniveaus der Schmelze zu kompensieren. Aus
diesem Grund ist bei den herkömmlichen
Einkristall-Ziehvorrichtungen der Schmelztiegel in einer solchen Art und Weise
abgestützt, daß er vertikal mit willkürlichen
Geschwindigkeiten verändert werden kann, sodaß so während des
Einkristall-Ziehbetriebes der Schmelztiegel mittels einer
Antriebseinrichtung in einer solchen Art und Weise angehoben
wird, daß die Schmelzoberfläche immer stationär gehalten
wird relativ zu dem optischen Sensor.
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Die EP-A-0 315 572 bezieht sich auf eine Technik, bei
welcher der Abstand zwischen der industriellen Fernsehkamera
und der Oberfläche der Schmelze bestimmt werden kann durch
die Anwendung einer Annäherungsfunktion mit geeigneten
Parametern, wie bspw. der elektrischen Energie, die an das
Heizgerät der Schmelze angeliefert wird, oder der
repräsentativen Temperatur der Kammer, sodaß der Durchmesser des
Einkristall-Gußblockes durch das traditionelle optische
Verfahren präziser gemessen werden kann. Das Verfahren
kompensiert die thermische Verzerrung der Ziehkammer.
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Die JP-A-62278190 bezieht sich auf eine Technik, bei welcher
zur Beibehaltung des Niveaus der Flussigkeit in dem
Schmelztiegel ein erster Differentialkoeffizient dW/dt und ein
zweiter Differentialkoeffizient d²W/dt² berechnet werden
und die Rate, bei welcher die Welle angehoben wird, bestimmt
wird durch eine spezielle Formel sowie bei welcher das
gemessene Gewicht das Gesamtgewicht der Schmelze, des
Schmelztiegels usw. ist.
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Die EP-A-0 355 747 bezieht sich auf eine Technik, bei
welcher das Gewicht des Kristalls und das Gewicht des
Schmelztiegels beide kontinuierlich gemessen werden während
des Kristallwachstums eines dissoziativen Halbleiters in
einem Hochdruckkessel, wobei das wahre Gewicht des
Einkristalls durch Anwendung einer Beziehung bestimmt wird,
daß die Gesamtheit der beiden gemessenen Gewichte über das
gesamte Kristallwachstum konstant ist, sodaß so der Einfluß
des Hochdruckes in dem Kessel auf die Gewichte durch eine
Überwachung des Geamtgewichts eliminiert wird.
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Für ein Steuern oder eine Bestimmung der Durchmesser
eines Gußblockes während des Kristallwachstums durch das
Czochralski-Verfahren sind zahlreiche Techniken bekannt.
Die EP-A-0 315 572 ist ein Beispiel für solche Techniken,
bei welchen ein Mikrocomputer die Verringerung der Menge
der Schmelze berechnet durch eine Zeitintegrierung des
Produktes der Querschnittsfläche des monokristallinen
Stabes, die auf der Basis der Durchmesserdaten erhalten
werden, welche von einer industriellen TV Kamera und der
Hebegeschwindigkeit des kristallinen Stabes in Bezug auf
die Oberfläche der Schmelze berechnet wird.
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Bei dem herkömmlichen Betrieb wird ein solches Anheben des
Schmelztiegels jedoch nur dann ausgeführt, wenn der
Schulterbereich oder der zylindrische Teil des
Einkristall-Gußblockes aus der Polykristall-Schmelze hochgezogen wird und
somit nicht wenn der konische Teil aus der Schmelze
herausgewachsen wird, und weiterhin wird die Hebegeschwindigkeit
des Schmelztiegels auf einen Wert eingestellt, der
proportional zu der Geschwindigkeit der nach oben gehenden
Ziehwelle ist, unter der Voraussetzung, daß der aktuelle
Durchmesser des Einkristall-Gußblockes, der an der Grenzfläche
von fest zu flüssig hochgezogen wird, gleich dem
angestrebten Durchmesser ist. Es wird somit nicht das Absenken des
Niveaus der Schmelzoberfläche, verursacht durch das Wachstum
des konischen Teils des Einkristall-Gußblockes, kompensiert
hinsichtlich der Vergrößerung des Abstandes zwischen dem
optischen Sensor und dem Niveau der Schmelzoberfläche
während dieser Periode, und obwohl der Schmelztiegel
angehoben wird, während der zylindrische oder der Schulterteil
des Gußblockes nach oben gezogen wird, wird weiterhin der
Unterschied zwischen dem aktuellen Durchmesser des
Einkristalls beim Hochziehen und dem angestrebten Durchmesser
mit einer Überkompensation oder eine Unterkompensation des
Absenkens der Schmelzoberfläche vermehrt, mit dem Ergebnis,
daß der Abstand zwischen dem optischen Sensor und dem
Niveau der Schmelzoberfläche sich unaufhörlich ändert,
sodaß es für den optischen Sensor nicht möglich ist, eine
präzise Messung des Einkristall-Durchmessers durchzuführen.
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Die vorliegende Erfindung, wie definiert in den Ansprüchen
1 bis 4, wurde im Hinblick auf die vorstehenden Probleme
angedacht, sodaß es daher eine Aufgabe der Erfindung ist,
ein Verfahren zum Messen des Durchmessers eines Gußblockes
bereitzustellen, das mit einer verbesserten Präzision für
die Messung eines Durchmessers eines Einkristall-Gußblockes
geeignet ist, der in einer Einkristall-Ziehvorrichtung
hochgezogen wird.
Zusammenfassung der Erfindung
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Um die vorstehenden Ziele und weitere zu erreichen, schlagen
die vorliegenden Erfinder ein verbessertes Verfahren zum
Messen eines Durchmessers eines Einkristall-Gußblockes vor,
der in einer Einkristall-Ziehvorrichtung hochgezogen wird,
wobei der Durchmesser des Gußblockes mittels eines optischen
Sensors gemessen wird. Gemäß der vorliegenden Erfindung
ergibt sich die Verbesserung darin, daß das angenäherte
Gewicht des wachsenden Einkristalls kontinuierlich berechnet
wird wie definiert im Anspruch 1 und daß von dem berechneten
Gewicht des gewachsenen Einkristalls der abnehmende Betrag
des Oberflächenniveaus der geschmolzenen Polykristall-
Substanz relativ zu der Wand des Schmelztiegels berechnet
wird und ein Betrieb der Anpassung durchgeführt wird, um
die Messung des optischen Sensors in Abhängigkeit von dem
abnehmenden Betrag des Oberflächenniveaus der geschmolzenen
Polykristall-Substanz zu korrigieren.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung besteht der
Stelloder Anpassungsbetrieb in einer Korrektur des Wertes des
Gußblockdurchmessers, der durch den optischen Sensor aktuell
gemessen wurde, in Abhängigkeit von dem abnehmenden Betrag
des Oberflächenniveaus der geschmolzenen Polykristall-
Substanz. Die Art und Weise der Korrektur des aktuell
gemessenen Wertes des Gußblockdurchmessers wird durch
bekannte Verfahren bestimmt. Bspw. wird der abnehmende
Betrag des Oberflächenniveaus für ein Auffinden des wahren
Abstandes L zwischen dem Kopf des optischen Sensors und dem
Oberflächenniveau benutzt, und das trigonometrische
Verfahren wird auf den Rechten Winkel angewendet, dessen
Hypotenuse die Linie ist, welche den Kopf des optischen
Sensors mit dem Punkt der Kante der Grenzfläche von fest zu
flüssig verbindet, der zu dem optischen Sensor am nächsten
ist, und dessen Basis in der Schmelzoberfläche liegt, sodaß
die Größe der Basis des Rechten Winkels berechnet wird, um
direkt die Größe des Durchmessers des Einkristall-Gußblockes
an der Grenzfläche von fest zu flüssig zu erhalten. In
Wirklichkeit wird jedoch zuvor eine große Anzahl von Daten
berechnet und gespeichert, um als Korrekturfaktoren in
Bezug auf unterschiedliche Abstände zwischen dem optischen
Sensorkopf und dem Oberflächenniveau der geschmolzenen
Polykristall-Substanz benutzt zu werden.
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Bei einer zweiten Ausführungsform der Erfindung besteht der
Stell- oder Anpassungsbetrieb in einer Anhebung des
Schmelztiegels um einen Betrag gleich dem abnehmenden Betrag des
Oberflächenniveaus der geschmolzenen Polykristall-Substanz.
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Weil gemäß der vorliegenden Erfindung das ständig wachsende
Gewicht des wachsenden Einkristalls immer berechnet wird
und auch verwendet wird für eine Berechnung des abnehmenden
Betrages des Oberflächenniveaus der geschmolzenen
Polykristall-Substanz relativ zu der Wand des Schmelztiegels und
weil der Stell- oder Anpassungsbetrieb durchgeführt wird
auf der Basis des erhaltenen abnehmenden Betrages des
Oberflächenniveaus, wird folglich jetzt nicht nur das
Absenken des Oberflächenniveaus als Folge des Wachstums des
konischen Teils des Einkristall-Gußblockes, das zuvor
ignoriert worden war, für den Anpassungsbetrieb in Betracht
gezogen, sondern es ist auch das Problem nicht länger
vorhanden, das dem Unterschied zwischen dem tatsächlichen
Durchmesser des Einkristalls beim Hochziehen und dem
hypothetisch angestrebten Durchmesser zuzuschreiben war, der
bei dem vorliegenden Verfahren nirgendwo mehr auftritt,
sodaß es jetzt möglich ist, Werte einer hohen Genauigkeit
für den Durchmesser des Gußblockes zu erhalten.
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Gemäß der Erfindung ist insbesondere der abnehmende Betrag
des Oberflächenniveaus der geschmolzenen Polykristall-
Substanz relativ zu der Wand des Schmelztiegels immer
bekannt, sodaß es möglich ist, den Abstand zwischen dem
optischen Sensor und dem Niveau der Schmelzoberfläche auf
einem konstanten Wert zu halten durch eine Anhebung des
Schmelztiegels mit gesteuerten Geschwindigkeiten, oder es
ist wahlweise möglich, auch den Durchmesserwert des
Gußblockes zu korrigieren, der durch den optischen Sensor
gemessen wurde, in Abhängigkeit von dem abnehmenden Betrag
des Oberflächenniveaus ohne eine Bewegung des Schmelztiegels.
Als ein Ergebnis werden alle vorstehend angegebenen Probleme
durch diese Erfindung gelöst und es wurde möglich, einen
Einkristall-Gußblock mit einem Durchmesser hoher
Gleichmäßigkeit zu erhalten.
Kurze Beschreibung der zeichnungen
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Diese und weitere Wirkungen der Erfindung werden unter
Bezugnahme auf die Beschreibung in Verbindung mit den
beigefügten Zeichnungen realisiert, bei welchen
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Fig. 1 eine Schnittdarstellung ist, welche die Konstruktion
einer Einkristall-Ziehvorrichtung zeigt, in welcher
das Verfahren der vorliegenden Erfindung
verwirklicht wird, und
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Fig. 2 eine Zeichnung ist, die ein Modell für die
Bezugnahme bei der Erläuterung der Berechnung des
hochgezogenen Gewichts des konischen Teils des
Einkristalls zeigt.
Bevorzugte Ausführungsformen
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Als nächstes wird eine erste Ausführungsform der Erfindung
unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
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Fig. 1 ist eine Schnittansicht und zeigt die Konstruktion
einer Einkristall-Ziehvorrichtung, in welcher das Verfahren
der vorliegenden Erfindung verkörpert wird. In Fig. 1
bezeichnet die Bezugsziffer 2 eine Hauptkammer (wassergekühlte
Heizkammer), die hauptsächlich aus einem rostfreien Zylinder
besteht. Innerhalb der Hauptkammer 2 ist ein
Quarzschmelztiegel 3, der an dem oberen Ende einer vertikalen
Schmelztiegelwelle 4 befestigt ist, die für eine Drehung um ihre
Achse und ein vertikales Verschieben angepaßt ist. Diesen
Schmelztiegel 3 umgibt ein zylindrisches Heizgerät 5 aus
Kohlenstoff sowie ein zylindrischer thermischer Isolator 6,
der ebenfalls aus Kohlenstoff besteht. Alle diese Elemente
3, 4, 5 und 6 sind generell koaxial gefluchtet. Der
Innenraum des Schmelztiegels 3 ist tatsächlich genau zylindrisch
geformt mit Ausnahme des Bodenbereichs. Der Schmelztiegel 3
wird weiterhin durch eine Antriebseinrichtung, nicht gezeigt,
in einer solchen Art und Weise angetrieben, daß der
Schmelztiegel 3 um die Achse der Schmelztiegelwelle 4 mit einer
Drehgeschwindigkeit CR gedreht wird und vertikal mit einer
Geschwindigkeit CE verschoben wird.
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Eine Ziehkammer 8 ist über der Hauptkammer 2 koaxial
fluchtend angeordnet, und ein Isolierventil 7 ist zwischen den
beiden Kammern 2, 8 vorgesehen. Eine Wickleranordnung 9 ist
an dem oberen Teil der Ziehkammer 8 vorgesehen. Die
Ziehkammer 8 besteht aus einem rostfreien Zylinder und dient
der Aufnahme eines hochgezogenen gewachsenen Einkristall-
Gußblockes sowie der Bereitstellung eines seitlichen
Austritts für den Gußblock.
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Ein Gehäuse 10 der Wickleranordnung 9 ist für eine
horizontale Drehung relativ zu der Ziehkammer 8 zusammen mit einer
Drahtwickeltrommel 11 angepaßt, die in dem Gehäuse 10
vorgesehen ist. Die Drahtwickeltrommel 11 wird von einem DC
Servomotor, nicht gezeigt, gedreht, um einen Ziehdraht 12
selektiv aufzuwickeln und abzuwickeln.
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Der Ziehdraht 12 ist um die Trommel 11 herum gewickelt und
ein Teil davon ist abgewickelt, um vertikal nach unten an
der Ziehkammer 8 vorbei in die Hauptkammer 2 herabzuhängen.
Ein Impfhalter 13 ist an dem unteren Ende des Drahtes 12
vorgesehen, um einen Impfkristall 14 zu halten.
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Ein Sichtglas 15 ist in der Decke der Hauptkammer 2
vorgesehen, und ein Bildsensor 17, der eine optische
Durchrnesser-Erfassungseinrichtung ist, ist in der Nähe des
Sichtglases 15 vorhanden, um durch dieses hindurch zu
sehen. Ein weiteres Sichtglas 16 ist in der Seitenwand der
Hauptkammer 2 vorgesehen, und ein optischer Temperatur-
Erfassungssensor 18 ist an dem Sichtglas 16 vorhanden, um
durch dieses hindurchzusehen.
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Als nächstes wird der Betrieb der
Einkristall-Ziehvorrichtung 1 unter Bezugnahme auf die Fig. 1 beschrieben.
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Zu Beginn des Einkristall-Ziehbetriebes wird das
Isolieroder Trennventil 7 geöffnet, sodaß dadurch die Hauptkammer 2
und die Ziehkammer 8 miteinander in Verbindung kommen. Es
wird dann ein Inertgas, wie bspw. Argon, in die Hauptkammer
2 angeliefert, sodaß der Einkristall-Ziehbetrieb in dieser
Inertgas-Atmosphäre durchgeführt wird.
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Es wird dann Polykristall-Rohmaterial, wie bspw. Silizium,
in den Schmelztiegel 3 eingebracht, wo es durch das
Heizgerät 5 abgeschmolzen wird, um eine geschmolzene
Flüssigkeit 20 zu bilden. Dann wird die Drahttrommel 11 für eine
Drehung in einer Richtung zum Abwickeln des Ziehdrahtes 12
veranlaßt. Der Draht 12 wird so allmählich abgesenkt, sodaß
der durch den Impfhalter 13, der an dem unteren Ende des
Drahtes 12 befestigt ist, gehaltene Impfkristall 14 in die
geschmolzene Flüssigkeit 20 eingetaucht wird, die in dem
Schmelztiegel 3 enthalten ist.
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Als nächstes werden die Schmelztiegelwelle 4 und der daran
abgestützte Schmelztiegel 3 für eine Drehung um ihre
gemeinsame Drehachse mit einer vorbestimmten Rate CR veranlaßt.
Gleichzeitig damit wird die Drahtwickeltrommel 11 der
Wickleranordnung 9 für eine Drehung und ein Aufwickeln des
Ziehdrahtes 12 mit einer vorbestimmten Rate SE veranlaßt,
und das Gehäuse 10 der Wickleranordnung 9 wird für eine
Drehung um seine Drehachse veranlaßt; der Ziehdraht 12
dreht sich so gemeinsam mit dem Gehäuse 10 mit einer
vorbestimmten Rate. Als ein Ergebnis davon wird der Ziehdraht 12
angehoben und gleichzeitig gedreht, sodaß ein Einkristall
aus dem Impfkristall 14 entwickelt wird, der an dem
Impfhalter 13 an dem Ende des Ziehdrahtes 12 vorgesehen ist,
und er wächst zu einem Gußblock W, wie es in der Figur
dargestellt ist.
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Es wird nun der Durchmesser desjenigen Teils des Einkristall-
Gußblockes W, der an der Grenzfläche von fest zu flüssig
der Schmelze 20 gewachsen wird, mittels des optischen
Sensors gemessen, nämlich des Bildsensors 17. Dieser
optische Sensor kann ein ITV sein. Damit der Bildsensor 17 eine
genaue Durchmessermessung erzielen kann, ist es
erforderlich, daß der Abstand L zwischen dem Kopf des Bildsensors 17
und der Oberfläche der Schmelze 20 konstant ist. In dem
Ausmaß, wie der Einkristall W über eine größere Länge
hochgezogen wird, senkt sich jedoch das Oberflächenniveau
der Schmelze 20 relativ zu der Wand des Schmelztiegels 3;
um dieses Absenken des Schmelzniveaus zu kompensieren, wird
daher der Schmelztiegel 3 mit einer Rate CE angehoben, die
auf dieselbe Rate berechnet wird, mit welcher sich das
Schmelzniveau relativ zu der Wand des Schmelztiegels
erniedrigt. Der Abstand L zwischen dem Kopf des Bildsensors 17
und dem Oberflächenniveau der Schmelze 20 wird daher als
konstant beibehalten vorausgesetzt.
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Bei dem herkömmlichen Betrieb wird jedoch wie vorerwähnt
das Anheben des Schmelztiegels 3 nur durchgeführt, wenn der
Schulterbereich Wb oder der zylindrische Teil Wc des
Einkristall-Gußblockes W gewachsen und aus der Polykristall-
Schmelze 20 herausgezogen wird und somit nicht auch dann,
wenn der konische Bereich Wa aus der Schmelze 20 heraus
gewachsen wird, sodaß während des Anhebens des konischen
Bereichs Wa aus der Schmelze 20 die Erniedrigung des
Schmelzniveaus relativ zu der Wand des Schmelztiegels nicht
kompensiert wird mit einem Anheben des Schmelztiegels 3. Als ein
Ergebnis wird der Abstand L zwischen dem Kopf des
Bildsensors 17 und dem Oberflächenniveau der Schmelze 20 vergrößert
und wird dadurch die Genauigkeit der Messung des
Durchmessers beeinträchtigt.
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Bei dem Verfahren der vorliegenden Erfindung wird das
Gewicht WE(n) des Teils des konischen Bereichs Wa des
Einkristalls berechnet, der aus der Schmelze 20 hochgezogen
wurde, und dieses hochgezogene Gewicht WE(n) wird dann
geteilt durch das Gewicht WEO der Polykristall-Schmelze,
die eine Einheitstiefe in dem Schmelztiegel 3 bei jedem
beliebigen Niveau einnehmen würde mit Ausnahme des Bodens,
und das Ergebnis ML(n) ist die Tiefe, um welche das
Schmelzniveau in dem Schmelztiegel 3 nach unten verschoben wurde,
was somit der Länge entspricht, um welche der Abstand L
vergrößert wurde. Der Wert des durch den Bildsensor 17
gemessenen Durchmessers wird dann durch den Wert ML(n)
korrigiert.
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Das hochgezogene Gewicht WE(n) des konischen Bereichs Wa
des Einkristalls wird auf die folgende Art und Weise
erhalten.
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Wird angenommen, daß der Ablauf der Zeit von dem Beginn des
Einkristall-Ziehbetriebes in n Ganzzahl-Zeitschritten
(n = 1, 2, 3...) gemessen wird; wird angenommen, daß das
Inkrementalgewicht des Einkristalls W, um welches sich das
Gewicht des gewachsenen Einkristalls W zunimmt, während die
Einheitszeit einer Zeitschrittlänge abläuft, ab dem
Zeitpunkt t = n den Wert DWE(n) erhält; wird angenommen, daß
der Durchmesser, der durch den Bildsensor 17 gemessen wird,
D(n) ist; wird angenommen, daß die Länge des Einkristalls W,
die dann gewachsen wurde, L(n) ist; und wird dann
vorausgesetzt, daß der in Fig. 2 schraffierte Körper, der
gewachsen ist, während die Zeit von n-1 nach n abgelaufen ist,
ein echter Kegelstumpf ist, dann wird das Inkrementalgewicht
dWE(n) des wachsenden konischen Bereichs Wa durch die
folgende Gleichung angegeben:
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DWE(n) = 0/12 (L(n)-L(n-1) ((D(n)²+D(n) D(n-1)+D(n-1)²)) ...(1)
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worin 0 die Dichte des Einkristalls W ist.
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Das Summengewicht WE(n) des konischen Bereichs Wa, der über
die Schmelzoberfläche in der Zeit t = n hochgezogen wurde,
wird so wie folgt angegeben:
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WE(n) =
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Die Erniedrigung ML(n) der Schmelzoberfläche wird dann
durch ein Dividieren des hochgezogenen Gewichts WE(n) als
Ergebnis der Gleichung (2) durch den Wert WEO wie angegeben
in der folgenden Gleichung (3) erhalten, wobei WEO das
Gewicht der Polykristall-Schmelze 20 ist, die eine
Einheitstiefe h in dem Schmelztiegel 3 bei jedem beliebigen
Niveau mit Ausnahme seines Bodens einnehmen würde.
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WEO =
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worin Dc der Innendurchmesser des Schmelztiegels 3 und
die Dichte der Polykristall-Schmelze 20 ist.
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ML(n) = WE(n)/WEO ...(4)
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Der Wert des Durchmessers, der aktuell durch den Bildsensor
17 gemessen wird, wird in Abhängigkeit von der Erniedrigung
ML(n) der Schmelzoberfläche wie berechnet durch die
Gleichung (4) korrigiert, sodaß demgemäß der Fehler, der dem
Fehlen einer Berücksichtigung der Erniedrigung der
Schmelzoberfläche als Ergebnis des Hochziehens des konischen
Bereichs Wa des Einkristalls zuzuschreiben ist, berichtigt
wird und eine hochgenaue Messung des Durchmessers erhalten
wird.
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Als nächstes wird eine zweite Ausführungsform der Erfindung
beschrieben.
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Bis dorthin, wo die Erniedrigung ML(n) der Schmelzoberfläche
erhalten wird mittels der Gleichung (4), ist das Verfahren
dieser Ausführungsform identisch mit dem enigen der ersten
Ausführungsform. Die zweite Ausführungsform unterscheidet
sich von der ersten Ausführungsform darin, daß anstelle der
Berichtigung des Wertes des Durchmessers des Einkristall-
Gußblockes, der aktuell durch den Bildsensor 17 gemessen
ist, der Schmelztiegel 3 um den Betrag der Erniedrigung
ML(n) der Schmelzoberfläche angehoben wird, wodurch der
Abstand L zwischen dem Kopf des Bildsensors 17 und dem
Oberflächenniveau der Schmelze 20 unverändert beibehalten
wird.
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Da bei der zweiten Ausführungsform der Abstand L zwischen
dem Kopf des Bildsensors 17 und dem Oberflächenniveau der
Schmelze 20 unverändert beibehalten wird, wird eine hohe
Genauigkeit der Messung des Durchmessers des Einkristall-
Gußblockes W mittels des optischen Sensors 17 beibehalten.
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Aus der vorstehenden Beschreibung wird klar, daß gemäß der
Erfindung bei einem Verfahren zum Messen eines Durchmessers
eine Einkristall-Gußblockes beim Hochziehen in einer
Einkristall-Ziehvorrichtung mittels eines optischen Sensors
das hochgezogene Gewicht des Einkristalls berechnet wird,
wobei die Erniedrigung der Schmelzoberfläche in dem
Schmelztiegel aus diesem hochgezogenen Gewicht berechnet wird, und
danach wird entweder der Wert des Durchmessers wie aktuell
gemessen durch den Bildsensor in Abhängigkeit von der
Erniedrigung der Schmelzoberfläche korrigiert oder wird der
Schmelztiegel soweit angehoben, wie es der Erniedrigung der
Schmelzoberfläche entspricht, sodaß es jetzt möglich ist,
die Genauigkeit der Messung der Durchmesser des Einkristall-
Gußblockes zu verbessern, der in einer
Einkristall-Ziehvorrichtung hochgezogen wird.
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Aus der so beschriebenen Erfindung wird offensichtlich, daß
dieselbe mannigfaltig verändert werden kann. Solche
Veränderungen werden nicht als eine Abweichung von dem Schutzumfang
der Erfindung angesehen, vielmehr sind solche
Modifizierungen, die für den Fachmann offensichtlich sind, als in den
Schutzumfang der folgenden Ansprüche eingeschlossen
beabsichtigt.