DE69625852T2

DE69625852T2 - Verfahren und Vorrichtung zum Kontrollieren des Wachsens eines Siliciumkristalles

Info

Publication number: DE69625852T2
Application number: DE69625852T
Authority: DE
Inventors: Robert H. Fuerhoff
Original assignee: SunEdison Inc
Current assignee: SunEdison Inc
Priority date: 1995-06-02
Filing date: 1996-05-01
Publication date: 2003-11-20
Anticipated expiration: 2016-05-02
Also published as: US5665159A; KR100426419B1; US5653799A; KR970001615A; TW289838B; EP0745830A3; EP0745830B1; JPH08333197A; CN1079847C; CN1147570A; JP4018172B2; EP0745830A2; MY120292A; DE69625852D1

Description

Hintergrund der Erfindung

Diese Erfindung betrifft ein verbessertes System und ein verbessertes Verfahren, zur Messung des Durchmessers von Siliziumkristallen, welche durch den Czochralski-Prozess gewachsen bzw. gezüchtet werden und insbesondere ein System oder ein Verfahren für die Verwendung bei der Regelung eines Apparats oder eines Verfahrens, welches den Czochralski-Prozess verwendet.
Die wesentliche Mehrheit von monokristallinem Silizium, welches für die Herstellung von Siliziumwafern für die Mikroelektronik-Industrie verwendet wird, wird durch Maschinen zum Kristallziehen hergestellt, welche den Czochralski- Prozess verwenden. Kurz beschrieben, schließt der Czochralski-Prozess das Schmelzen von Brocken von hochreinem polykristallinem Silizium in einem Quarzschmelztiegel ein, welcher in einem speziell ausgelegten Ofen angeordnet ist, um eine Siliziumschmelze zu bilden. Ein verhältnismäßig kleiner Keimkristall bzw. Impfkristall wird oberhalb des Schmelztiegels an dem unteren Ende eines Ziehdrahtes angebracht, welcher von einem Mechanismus zum Anheben des Kristalls herabhängt, welcher Mechanismus zum Anheben und Absenken des Keim- bzw. Impfkristalls dient. Der Mechanismus zum Anheben des Kristalls senkt den Keim- bzw. Impfkristall in Berührung mit dem geschmolzenen Silizium in dem Schmelztiegel. Wenn der Keim- bzw. Impfkristall zu schmelzen beginnt, zieht der Mechanismus ihn langsam aus der Siliziumschmelze heraus. Wenn der Keim- bzw. Impfkristall herausgezogen wird, wächst er, während Silizium aus der Schmelze nachgezogen wird. Während des Wachstumsprozesses wird der Schmelztiegel in einer Richtung gedreht und der Mechanismus zum Anheben des Kristalls, der Draht, der Impf- bzw. Keimkristall und der Kristall werden in einer entgegengesetzten Richtung gedreht.
Wenn das Wachstum bzw. Züchten des Kristalls beginnt, kann der thermische bzw. Temperatur-Schock der Berührung des Impf- bzw. Keimkristalls mit der Schmelze Versetzungen bzw. Dislokationen in dem Kristall verursachen. Die Versetzungen bzw. Dislokationen werden durch den wachsenden Kristall ausgebreitet und multipliziert bzw. vervielfacht, wenn sie nicht in dem Halsbereich zwischen dem Impf- bzw. Keimkristall und dem Hauptkörper des Kristalls eliminiert bzw. beseitigt werden. Die bekannten Verfahren der Eliminierung von Versetzungen bzw. Dislokationen innerhalb eines Silizium-Einkristalls schließen ein das Wachsen eines Halses mit einem kleinen Durchmesser bei einer verhältnismäßig hohen Kristallziehrate bzw. -geschwindigkeit, um vollständig Versetzungen bzw. Dislokationen vor dem Wachsen des Körpers des Kristalls zu eliminieren. Nachdem Versetzungen bzw. Dislokationen in dem Hals beseitigt worden sind, wird sein Durchmesser vergrößert, bis der gewünschte Durchmesser des Hauptkörpers des Kristalls erreicht wird. Wenn der Hals, welcher der schwächste Teil des Kristalls ist, einen zu kleinen Durchmesser besitzt, kann er während des Ziehens des Kristalls brechen, was verursacht, dass der Körper des Kristalls in den Schmelztiegel fällt. Der Aufprall des Kristallrohlings bzw. Kristallstabs und verspritztes geschmolzenes Silizium können eine Beschädigung des Apparats zum Wachsen bzw. Züchten von Kristallen verursachen, wie auch ein ernsthaftes Sicherheitsrisiko bieten.
Wie dies im Stand der Technik bekannt ist, wird der Czochralski-Prozess teilweise als eine Funktion des Durchmessers des zu wachsenden bzw. zu züchtenden Kristalls gesteuert. Somit wird sowohl für die Regelung bzw. Steuerung als auch aus Sicherheitsgründen ein genaues und zuverlässiges System für die Messung des Kristalldurchmessers, einschließlich des Halsdurchmessers, benötigt.
Verschiedene Technologien sind bekannt, um Messungen des Kristalldurchmessers zu liefern, einschließlich Verfahren zur Messung der Breite des hellen bzw. leuchtenden Rings (bright ring). Der helle bzw. leuchtende Ring ist ein Merkmal bzw. Charakteristikum der Reflexion der Wand des Schmelztiegels in dem Meniskus, welcher an der Grenzfläche von fest zu flüssig gebildet wird. Herkömmliche Sensoren für den hellen bzw. leuchtenden Ring und den Meniskus verwenden optische Pyrometer, Fotozellen, drehende Spiegel mit Fotozellen, Lichtquellen mit Fotozellen, Kameras mit Zeilenabtastung und Kameras mit zweidimensionalen Anordnungen bzw. Arrays. Die US-Patente Nrn. 3,740,563, 5,138,179 und 5,240,684 offenbaren Verfahren und Apparate zur Bestimmung des Durchmessers eines Kristalls während des Prozesses des Wachsens des Kristalls.
Die europäische Patenmeldung 0 472 907 A2 lehrt ein Verfahren der Messung des Durchmessers der wachsenden Bereiche von Einkristallen, wobei eindimensionale und zweidimensionale Kameras mit parallelen optischen Achsen verwendet werden. Die zweidimensionale Kamera erhält ein Bild des wachsenden Halsbereichs, wenn er einen Durchmesser von 10 mm oder weniger besitzt. Die eindimensionale Kamera erhält ein Bild einer Linie, welche quer über dem hellen bzw. leuchtenden Ring des wachsenden Bereichs liegt, wenn er einen Durchmesser von 10 mm oder mehr besitzt.
Die europäischen Patentanmeldungen 0 499 220 A1 und 0 444 628 A1 offenbaren Verfahren zum automatischen Regeln des Wachstums des Halses. In beiden Druckschriften bestimmt eine Einheit zum Messen des Durchmessers den Durchmesser des hellen bzw. leuchtenden Rings des wachsenden Kristalls durch Bildverarbeitung.
Die europäische Patentanmeldung 0 599 350 A2 lehrt ein anderes Verfahren der Messung des Durchmessers eines Kristalls. Gemäß diesem Verfahren gibt eine Kamera ein Bildsignal aus, welches digitalisiert und gespeichert wird. Das gespeicherte digitalisierte Bild wird in einer Richtung parallel zu der Richtung abgetastet, in welcher der Kristall gezogen wird, und der Durchmesser wird bestimmt auf der Grundlage einer Grenze zwischen Hell und Dunkel.
Leider sind die herkömmlichen Apparate zum automatischen Messer der Breite des Kristalls nicht ausreichend genau oder zuverlässig für die Verwendung während der verschiedenen Phasen des Kristallziehens oder für Kristalle großen Durchmessers, bei welchen das wahre Maximum des hellen bzw. leuchtenden Rings unklar gemacht bzw. verdunkelt werden kann, von der Sicht des Festkörpers des Kristalls selbst. In einem Ansatz um dieses Problem zu korrigieren bzw. zu beseitigen, versuchen herkömmliche Apparate für die Messung der Breite des Kristalls den Meniskus bei einer Sehne oder bei einem einzelnen Punkt entlang des Meniskus zu messen. Solche Apparate erfordern jedoch ein präzises mechanisches Positionieren der Abtasteinrichtung und sind hoch empfindlich bezüglich Fluktuationen bzw. Schwankungen bei dem Pegel der Schmelze. Weiterhin erfordern herkömmliche Messapparate häufige Kalibrierung bzw. Abgleichung durch die Bedienungsperson des Apparats zum Wachsen bzw. Züchten von Kristallen, um sicherzustellen, dass der Durchmesser innerhalb der Spezifikation bzw. Anforderung bleibt.
Zusätzlich zu den oben beschriebenen Problemen sind herkömmliche Apparate zum automatischen Messen des Durchmessers des Kristalls nicht in der Lage, genaue Messungen zu liefern, wenn der Kristall umläuft oder sich in der Art eines Pendels bewegt, wenn er aus der Schmelze herausgezogen wird. Bekannte Messapparate sind auch nicht in der Lage, zwischen dem hellen bzw. leuchtenden Ring und Reflexionen auf der Oberfläche der Schmelze oder auf dem wachsenden Kristall selbst zu unterscheiden, was zu unzuverlässigen Messungen führt. Weiterhin sind solche Apparate oft nicht in der Lage, Messungen zu liefern, wenn das Darstellungsfenster z. B. durch Spritzer von Silizium blockiert ist.
Ein anderer Nachteil bei herkömmlichen Systemen und Verfahren für die Messung des Durchmessers des Kristalls ist es, dass sie nicht fähig sind, zusätzliche Information betreffend den Prozess des Wachstums des Kristalls zu liefern, wie etwa eine Messung des Schmelzenpegels und eine Angabe über einen Verlust von Null- Versetzungen bzw. Dislokationen während des Wachstums.
Aus diesen Gründen sind herkömmliche Apparate nicht in der Lage, ein genaues und zuverlässiges System der automatischen Bestimmung des Durchmessers des Kristalls zum Regeln des Kristallwachstumsprozesses zu liefern.

Zusammenfassung der Erfindung

Unter den Zielen und Merkmalen der vorliegenden Erfindung kann das Vorsehen eines verbesserten Systems und Verfahrens der Regelung und des Betriebs bemerkt werden, welche wenigstens einige der oben beschriebenen unvorteilhaften Bedingungen überwinden; das Vorsehen eines solchen Systems und eines solchen Verfahrens, welche genaue und zuverlässige Messungen des Durchmessers des Kristalls während des Wachstumsprozesses schaffen; das Vorsehen eines solchen Systems und Verfahrens, welche Fehler kompensieren, welche durch Verzerrung bzw. Verzeichnung infolge des Kamerawinkels bzw. Aufnahmewinkels verursacht werden; das Vorsehen eines solchen Systems und eines solchen Verfahrens, welches nicht durch Bewegung des Kristalls während des Wachstumsprozesses beeinflusst bzw. beeinträchtigt wird; das Vorsehen eines solchen Systems und solchen Verfahrens, welche genaue und zuverlässige Messungen des Pegels der Schmelze liefern; das Vorsehen eines solchen Systems und eines solchen Verfahrens, welche eine Anzeige eines Verlusts von Null-Versetzungs- bzw. -Dislokations-Wachstum liefert; und das Vorsehen eines solchen Systems, welches ökonomisch ausführbar und kommerziell praktikabel ist, und eines solchen Verfahrens, welches effizient und verhältnismäßig unaufwändig bzw. kostengünstig ausgeführt werden kann.
Kurz beschrieben, dient ein System, welches die Aspekte der vorliegenden Erfindung verkörpert, für die Verwendung in Verbindung mit einem Apparat zum Wachsen bzw. Züchten eines Siliziumkristalls aus einer Siliziumschmelze. Das System bestimmt einen Durchmesser des Siliziumkristalls, der aus der Siliziumschmelze gezogen wird, wobei die Siliziumschmelze eine Oberfläche mit einem Meniskus hat, welcher als ein heller bzw. leuchtender Bereich neben bzw. benachbart zu dem Siliziumkristall sichtbar ist. Das System schließt eine Kamera zum Erzeugen eines Bildmusters eines Bereichs des hellen bzw. leuchtenden Bereichs neben bzw. benachbart zu dem Siliziumkristall ein und eine Feststellschaltung, um eine optische Eigenschaft bzw. Charakteristik des Bildmusters festzustellen, welches durch die Kamera erzeugt wird. Das System schließt auch eine Bestimmungsschaltung zur Bestimmung von Rändern in dem Bildmuster als eine Funktion der festgestellten optischen Eigenschaft bzw. Charakteristik ein, wobei die bestimmten Ränder einem Rand des hellen bzw. leuchtenden Bereichs entsprechen und zum Bestimmen einer Kurve entsprechend der Gestalt des Meniskus, wobei die bestimmte Kurve einen Kreis darstellt, welcher zu den bestimmten Rändern des Bildmusters entsprechend dem Rand des hellen bzw. leuchtenden Bereichs passt. Eine Messschaltung bestimmt eine Dimension bzw. Abmessung der bestimmten Kurve und des Durchmessers des Siliziumkristalls als eine Funktion der festgestellten Dimension bzw. Abmessung der bestimmten Kurve.
Allgemein besteht eine andere Form der Erfindung in einem Verfahren für die Verwendung in Verbindung mit einem Apparat zum Wachsen bzw. Züchten eines Siliziumkristalls aus einer Siliziumschmelze. Das Verfahren bestimmt einen Durchmesser des aus der Schmelze zu ziehenden Siliziumkristalls, wobei die Schmelze eine Oberfläche mit einem Meniskus hat, welcher als ein heller bzw. leuchtender Bereich neben dem bzw. benachbart zu dem Kristall sichtbar ist. Das Verfahren schließt die Schritte des Erzeugens eines Bildmusters eines Teils des hellen bzw. leuchtenden Bereichs neben dem bzw. benachbart zu dem Siliziumkristall mit einer Kamera ein und das Feststellen einer optischen Eigenschaft bzw. Charakteristik des durch die Kamera erzeugten Bildmusters ein. Das Verfahren schließt auch den Schritt ein, Ränder in dem Bildmuster als eine Funktion der festgestellten optischen Eigenschaft bzw. Charakteristik ein, wobei die bestimmten Ränder einem Rand des hellen bzw. leuchtenden Bereichs entsprechen und auch den Schritt des Bestimmens einer Kurve entsprechend der Gestalt bzw. Form des Meniskus, wobei die bestimmte Kurve einen Kreis darstellt bzw. repräsentiert, welcher zu den bestimmten Rändern in dem Bildmuster entsprechend dem Rand des hellen bzw. leuchtenden Bereichs passt. Das Verfahren schließt weiter die Schritte ein, eine Dimension bzw. Abmessung der bestimmten Kurve zu bestimmen und den Durchmesser des Siliziumkristalls als eine Funktion der bestimmten bzw. festgelegten Dimension bzw. Abmessung der bestimmten Kurve festzustellen. Alternativ kann die Erfindung verschiedene andere Systeme und Verfahren umfassen.
Andere Ziele und Merkmale werden teilweise augenscheinlich und sind teilweise nachfolgend hervorgehoben

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine Darstellung eines Apparats zum Wachsen bzw. Züchten von Kristallen und eines Systems zur Regelung des Apparats zum Wachstum bzw. zur Züchtung von Kristallen gemäß der vorliegenden Erfindung.
Fig. 2 ist ein Blockschaltbild einer Regeleinheit des Systems von Fig. 1.
Fig. 3 ist eine abgebrochen dargestellte Ansicht eines aus einer Schmelze gezogenen Kristalls.
Fig. 4 ist eine abgebrochen dargestellte Querschnitts-Perspektivansicht des Kristalls von Fig. 3.
Fig. 5 stellt ein Flussdiagramm des Betriebs der Regeleinheit von Fig. 2 dar.
Fig. 6A, 6B und 6C stellen ein Flussdiagramm des Betriebs der Regeleinheit von Fig. 2 dar.
Fig. 7 ist eine grafische Darstellung von beispielhaften Messungen der Kristallkrone für den Apparat zum Wachsen bzw. Züchten des Kristalls und das Regelsystem gemäß Fig. 1.
Fig. 8A und 8B sind grafische Darstellungen des Kristallhalses für den Apparat zum Wachsen bzw. Züchten von Kristallen und dem Regelsystem gemäß Fig. 1
Fig. 9A und 9B sind grafische Darstellungen von beispielhaften Messungen des Kristallkörpers für den Apparat zum Wachsen bzw. Züchten von Kristallen und dem Regelsystem von Fig. 1.
Entsprechende Bezugszeichen bezeichnen entsprechende Teile durchgängig in den Zeichnungen.

Detaillierte Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen

Es wird nunmehr auf Fig. 1 Bezug genommen, in welcher ein System 21 dargestellt ist für die Verwendung mit einem Apparat 23 zur Kristallzüchtung nach dem Czochralski-Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung. In der dargestellten Ausführungsform weist der Apparat 23 zur Kristallzüchtung eine Vakuumkammer 25 auf, welche einen Schmelztiegel 27 einschließt, welcher von einer Widerstandsheizeinrichtung 29 oder einer anderen Heizeinrichtung umgeben ist. Allgemein dreht eine Einheit 31 zum Antrieb des Schmelztiegels den Schmelztiegel 27 in der Uhrzeigerrichtung, wie dies durch den Pfeil angegeben ist, und hebt und senkt den Schmelztiegel 27 nach Erfordernis während des Wachstumsprozesses. Der Schmelztiegel 27 enthält eine Siliziumschmelze 33, aus welcher ein Einkristall 35 gezogen wird, beginnend mit einem Keim- bzw. Impfkristall 37, welcher an dem Ziehschaft oder -seil 39 befestigt ist. Wie in Fig. 1 gezeigt, hat die Schmelze 33 einen Pegel der Schmelze 41 und der Schmelztiegel 27 und der Einkristall 35 haben eine gemeinsame vertikale Symmetrieachse 43.
Gemäß dem Czochralski-Prozess für das Kristallziehen bzw. Wachstum dreht eine Einheit 45 zum Antrieb des Kristalls das Seil 39 in der entgegengesetzten Richtung zu derjenigen, in welcher die Einheit 31 zum Antrieb des Schmelztiegels den Schmelztiegel 27 dreht. Die Einheit 45 zum Antrieb des Kristalls hebt und senkt auch den Kristall 35, wie dies während des Wachstumsprozesses erforderlich ist. Eine Heizenergieversorgung 47 speist die Widerstandsheizeinrichtung 29 mit Energie und eine Isolation 49 kleidet die Innenwand der Vakuumkammer 25 aus. Eine inerte Atmosphäre von Argongas wird vorzugsweise in die Vakuumkammer 25 eingespeist, wenn Gas aus dem Inneren der Vakuumkammer 25 durch eine Vakuumpumpe (nicht gezeigt) entfernt wird. In einer Ausführungsform kann ein Kühlmantel der Kammer (nicht gezeigt), welcher mit Kühlwasser gespeist wird, die Vakuumkammer 25 umgeben. Vorzugsweise misst ein Temperatursensor bzw. -fühler 51, wie etwa ein Fotozelle, die Oberflächentemperatur der Schmelze.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist wenigstens eine zweidimensionale Kamera 53 für die Verwendung mit einer Regeleinheit 55 vorgesehen, um den Durchmesser des Einkristalls 35 festzustellen. Die Regeleinheit 55 verarbeitet Signale von sowohl dem Temperatursensor bzw. -fühler 51 als auch der Kamera 53. Wie in Fig. 2 gezeigt, weist die Regeleinheit 55 einen programmierten digitalen oder analogen Computer für die Verwendung bei der Regelung unter anderem der Einheit 31 zum Antrieb des Schmelztiegels, der Einheit 45 zum Antrieb des Einkristalls und der Heizenergieversorgung 47 auf.
Unter weiterer Bezugsnahme auf Fig. 1 wird gemäß einem allgemeinen Wachstumsprozess für einen Silizium-Einkristall eine Menge von polykristallinem Silizium in den Schmelztiegel 27 eingefüllt. Die Heizenergieversorgung 47 liefert elektrischen Strom durch die Heizeinrichtung 29, um die Charge bzw. Füllung zu schmelzen. Die Einheit 45 zum Antrieb des Kristalls senkt den Keim- bzw. Impfkristall 37 über das Seil 39 in Berührung mit dem geschmolzenen Silizium der Schmelze 33, welche in dem Schmelztiegel 27 enthalten ist. Wenn der Keim- bzw. Impfkristall 37 zu schmelzen beginnt, zieht die Einheit 45 zum Antrieb des Kristalls ihn langsam von der Schmelze 33 ab bzw. aus ihr heraus. Der Keim- bzw. Impfkristall zieht Silizium aus der Schmelze 33, um ein Wachsen eines Silizium- Einkristalls 35 zu erzeugen, wenn er aus der Schmelze 33 gezogen wird. Bevor der Keim- bzw. Impfkristall 37 die Schmelze 33 berührt, kann es zuerst notwendig sein, den Keim- bzw. Impfkristall 37 nahezu in Berührung mit der Schmelze abzusenken, um eine Vorheizung des Keim- bzw. Impfkristalls 37 zu bewirken.
Die Einheit 45 zum Antrieb des Kristalls dreht den Kristall 35 mit einer vorbestimmten Bezugsrate bzw. -geschwindigkeit, wenn er aus der Schmelze 33 gezogen wird. Die Einheit 31 zum Antrieb des Schmelztiegels dreht in ähnlicher Weise den Schmelztiegel 27 mit einer zweiten vorbestimmten Bezugsrate bzw. -geschwindigkeit, aber gewöhnlich in der entgegengesetzten Richtung in Bezug auf den Kristall 35. Die Regeleinheit 55 regelt anfänglich die Abzieh- oder Ziehrate bzw. -geschwindigkeit und die der Heizeinrichtung 29 durch die Energieversorgung 47 zugeführte Energie, um unten am Kristall 35 einen Hals entstehen zu lassen. Vorzugsweise stellt dann die Regeleinheit 55 diese Parameter so ein, dass der Durchmesser des Kristalls 35 in einer kegelförmigen Weise zunimmt, bis ein vorbestimmter gewünschter Durchmesser des Kristalls erreicht wird. Wenn der gewünschte Durchmesser des Kristalls erreicht wird, regelt die Regeleinheit 55 die Ziehrate bzw. -geschwindigkeit und die Heizung, um einen konstanten Durchmesser aufrecht zu erhalten, wie er durch das System 21 gemessen wird, bis der Prozess sich seinem Ende nähert. An diesem Punkt werden die Ziehrate bzw. -geschwindigkeit und die Heizung erhöht, so dass der Durchmesser abnimmt, um einen sich verjüngenden Bereich an dem Ende des Einkristalls 35 zu schaffen.
Wie oben beschrieben, wird eine genaue und zuverlässige Regelung während des Prozesses des Wachstums des Kristalls verlangt, insbesondere bei dem Halsbereich des Kristalls 35. Der Hals wird vorzugsweise mit einem im Wesentlichen konstanten Durchmesser gezogen bzw. gewachsen, wenn der Keim- bzw. Impfkristall 37 aus der Schmelze 33 gezogen wird. Zum Beispiel veranlasst die Regeleinheit 35, dass ein im Wesentlichen konstanter Durchmesser des Halses so aufrecht erhalten wird, so dass der Durchmesser des Halses innerhalb von 15% des verlangten Durchmessers bleibt. Wie dies in dem Stand der Technik bekannt ist, kann der obere Bereich des Halses benachbart zu dem Keim- bzw. Impfkristall 37 Dislokationen bzw. Versetzungen (nicht gezeigt) enthalten, welche zuerst durch den thermischen bzw. Temperatur-Schock eingeführt werden, wenn der dislokations- bzw. versetzungsfreie Keim- bzw. Impfkristall 37 mit der Siliziumschmelze 33 in Berührung gebracht wird. Wie dies im Stand der Technik bekannt ist, können übermäßige Fluktuationen bzw. Schwankungen in dem Durchmesser des Halses auch verursachen, dass sich Dislokationen bzw. Versetzungen bilden.
Im allgemeinen offenbart das übertragene bzw. zugeordnete US-Patent Nr. 5,178,720 ein bevorzugtes Verfahren für die Regelung der Drehgeschwindigkeiten bzw. -raten des Kristalls und des Schmelztiegels als eine Funktion des Durchmessers des Kristalls.
Fig. 2 stellt eine bevorzugte Ausführungsform der Regeleinheit 55 in der Form eines Blockschaltbilds dar. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Kamera 53 vorzugsweise eine monochiome, ladungsgekoppelte Einrichtung (Charge Coupled Device - CCD-Kamera), wie etwa eine CCD-Videokamera Sony XC-75, welche eine Auflösung von 768 · 494 Pixeln besitzt. Die Kamera 53 ist in einem Darstellungsfenster (nicht gezeigt) der Kammer 25 unter einem Winkel von ungefähr 34º in Bezug auf die vertikale Achse 43 montiert und ist allgemein auf den Schnittpunkt der Achse 43 und der Schmelze 33 bei dem Schmelzenpegel 41 (siehe Fig. 3) gerichtet.
Die Kamera 53 erzeugt ein Videobild der Breite des Kristalls 35, wenn er aus der Schmelze 33 gezogen wird, welches ein Bild eines Teils des Meniskus (siehe Fig. 3) an der Grenzfläche zwischen der Schmelze 33 und dem Kristall 35 enthält. Vorzugsweise ist das Objektiv der Kamera 53 ein 16 mm-Objektiv, welches ein Bildfeld bzw. effektives Messfeld von wenigstens etwa 300 mm liefert. Die Kamera 53 übermittelt das Videobild über eine Leitung 57 (z. B. RS-170-Videokabel) zu einem Bildsystem 59. Wie in Fig. 2 gezeigt ist, enthält das Bildsystem 59 einen Videoeinzelbildpuffer 61 und einen Bildprozessor 63. Als ein Beispiel ist das Bildsystem 59 ein Bildsystem Cognex CVS-400-Bildsystem. Das Bildsystem 59 steht wiederum mit einem programmierbaren Logikregler (PLC) 65 über eine Leitung 67 in Verbindung. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der PLC 65 ein Modell 575 PLC, welcher durch Siemens hergestellt wird, und die Leitung 67 stellt ein VME- Rückwandinterface bzw. eine solche Schnittstelle dar.
Unter weiterer Bezugnahme auf Fig. 2 steht das System 59 auch mit einem Video- Display 69 über eine Leitung 71 (z. B. RS-170-RGB-Videokabel) in Verbindung und mit einem Personalcomputer 73 über die Leitung 75 (z. B. RS-232-Kabel) in Verbindung. In einer bevorzugten Ausführungsform stellt das Video-Display 69 das durch die Kamera 53 erzeugte Videobild dar und der Computer 73 wird verwendet, um das Bildsystem 59 zu programmieren.
In der dargestellten Ausführungsform steht der PLC 65 mit einem Operator- Interface-Computer 77 über eine Leitung 79 (z. B. ein RS-232-Kabel) und mit einem oder mehreren Prozesseingangs-/-ausgangsmodulen 81 über eine Leitung 83 (z. B. ein RS-485-Kabel) in Verbindung. Der Operator-Interface-Computer 77 erlaubt es dem Operator bzw. der Bedienungsperson des Apparates 23 zum Kristallziehen, einen Satz von geforderten Parametern für den bestimmten zu ziehenden Kristall einzugeben. Der Prozesseingangs-/-ausgangsmodul 81 schafft einen Pfad zu und von dem Apparat 23 zur Kristallzüchtung, um den Züchtungs- bzw. Wachstumsprozess zu regeln. Als ein Beispiel empfängt der PLC 65 Information betreffend die Temperatur der Schmelze von dem Temperaturfühler 51 und gibt ein Steuersignal für die Energieversorgung 47 für die Beheizung über das Prozesseingangs-/-ausgangsmodul 81 ab, um die Temperatur der Schmelze zu steuern, wodurch der Wachstums- bzw. Züchtungsprozess geregelt wird.
Fig. 3 ist eine bruchstückhafte bzw. abgebrochen dargestellte Ansicht eines Siliziumkristalls 35, der aus der Schmelze 33 gezogen wird. Der Kristall 35 bildet einen im Wesentlichen zylindrischen Körper aus kristallinem Silizium und ist vorzugsweise ein Rohling bzw. Kristallstab aus kristallinem Silizium mit einer vertikalen Achse 43 und einem Durchmesser D. Es ist zu beachten, dass ein gewachsener Kristall, wie etwa der Kristall 35, keinen gleichmäßigen Durchmesser zu haben braucht, obwohl er im Wesentlichen zylindrisch ist. Aus diesem Grund kann der Durchmesser D geringfügig bei verschiedenen axialen Positionen entlang der Achse 43 variieren. Weiterhin wird der Durchmesser D in den verschiedenen Phasen des Kristallwachstums (z. B. Keimkristall bzw. Impfkristall, Hals, Krone, Schulter, Körper und Endkonus) variieren. Fig. 3 stellt auch eine Oberfläche 85 der Schmelze 33 dar, welche einen Flüssigkeitsmeniskus 87 besitzt, welcher an der Grenzfläche zwischen dem Kristall 35 und der Schmelze 33 gebildet ist. Wie im Stand der Technik bekannt ist, ist die Reflexion des Schmelztiegels 27 auf dem Meniskus 87 typischerweise als ein heller bzw. leuchtender Ring neben bzw. benachbart zu dem Kristall 35 sichtbar.
Wie oben beschrieben, ist die Kamera 53 vorzugsweise in einem Darstellungsfeld (nicht gezeigt) der Kammer 25 montiert bzw. angebracht, wobei sie im Wesentlichen auf den Schnittpunkt der Achse 43 und der Schmelze 33 gerichtet ist. Mit anderen Worten hat die Kamera 53 eine optische Achse 89, welche sich unter einem spitzen Winkel A in Bezug auf die vertikale Achse 43 befindet. Als ein Beispiel ist θ ungefähr 34º. Weiterhin schafft das Objektiv der Kamera 53 vorzugsweise ein Bildfeld einschließlich der Breite des Kristalls 35 und enthält wenigstens einen Teil des hellen bzw. leuchtenden Rings des Meniskus 87. In einer bevorzugten Ausführungsform schafft eine geeignete Auswahl des Objektivs sowohl eine Telebetrachtung für hohe Auflösung von kleinen Keim- bzw. Impfkristallen und Hälsen als auch eine Weitwinkelbetrachtung für den größeren Körperbereich des Kristalls 35.
Unter Bezugnahme auf Fig. 4 ist eine beispielhafte Ansicht des Kristalls 35 gezeigt, einschließlich des Meniskus 87, wie sie durch das Darstellungsfeld der Kammer 25 durch die Kamera 53 gesehen wird. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung empfängt der Einzelbildpuffer 61 des Bildsystems 59 das Videobildsignal von der Kamera 53 und nimmt ein Bildmuster für die Verarbeitung durch den Bildprozessor 63 auf. Im Allgemeinen führt der Bildprozessor 63 eine digitale Randfeststellung aus, um die Koordinaten von wenigstens drei Punkten rund um die Innenseite oder Außenseite des hellen bzw. leuchtenden Rings des Meniskus 87 zu ermitteln. Da der Querschnitt des Kristalls 35 und des Meniskus 87 als im Wesentlichen kreisförmig bekannt sind, wird bei den Randkoordinaten des hellen bzw. leuchtenden Rings, welche durch den Bildprozessor 63 festgestellt werden, angenommen, dass sie elliptisch sind und sie werden transformiert und umgesetzt in eine Kreisform. Bei der Alternative können die Koordinaten in eine kreisförmige Form durch Kompensierung der Verzerrung bzw. Verzeichnung umgesetzt werden, welche durch den Winkel verursacht wird, unter welchem die Kamera 53 montiert ist. Gonzalez und Wintz, Digital Image Processing (Digitale Bildverarbeitung), 1987, Seiten 36-55, offenbaren mathematische Transformationen zum Kompensieren der perspektivischen Verzeichnung bzw. Verzerrung, welche durch die Position einer Kamera in Bezug auf ein dreidimensionales Objekt verursacht wird. Solche Transformationen können verwendet werden, um eine Kreisform aus einer deformierten bzw. verzerrten elliptischen Form zu extrahieren.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung definiert bzw. begrenzt der Bildprozessor 63 wenigstens drei und vorzugsweise fünf oder mehr Bereiche 91 von Interesse auf dem Bild, welches durch die Kamera 53 erzeugt wird, aufgenommen durch den Einzelbildpuffer 61. Der Bildprozessor 63 untersucht die Bereiche 91 von Interesse, auf welche auch als Randwerkzeuge bzw. -tools bzw. - hilfsmittel oder Fensterbereiche Bezug genommen wird, auf eine Charakteristik bzw. Eigenschaft des Bildmusters, wie die Intensität oder den Gradienten der Intensität der in jedem Bereich 91 enthaltenen Pixel. Beruhend auf der festgestellten Eigenschaft bzw. Charakteristik des Bildmusters bestimmt der Bildprozessor 63 die Randkoordinaten entlang der Außenseite des hellen bzw. leuchtenden Rings des Meniskus 97. Vorzugsweise sind die Bereiche bei vorgewählten Positionen definiert bzw. begrenzt, welche im Wesentlichen Positionen entlang einer Kurve entsprechen, welche die erwartete Form des hellen bzw. leuchtenden Rings trifft, wenn durch die Kamera 53 gesehen. Mit anderen Worten sind die Bereiche 91 radial in Bezug auf einen definierten Mittelpunkt entlang der unteren Hälfte einer Ellipse oder eines Kreises positioniert, um die Form des hellen bzw. leuchtenden Rings anzunähern. Durch Definieren bzw. Begrenzen der Bereiche 91 an vorgewählten Positionen, welche die Form eines Bereichs des hellen bzw. leuchtenden Rings annähern, vermeiden die Bereiche 91 bekannte oder erwartete Reflexionen auf der Oberfläche 85 der Schmelze 33, welche falsche Messungen verursachen könnten. Da auch der Bildprozessor 63 eine Anzahl von Bereichen 91 definiert bzw. begrenzt, wenn ein Teil der Darstellungsöffnung der Kammer 25 blockiert ist, ist der Bildprozessor 63 noch in der Lage, die Ränder des hellen bzw. leuchtenden Rings festzustellen. Es versteht sich, dass andere Charakteristiken bzw. Eigenschaften des Bildmusters, wie etwa Farbe oder Kontrast, festgestellt werden können, um die Randkoordinaten des hellen bzw. leuchtenden Rings des Meniskus 87 zusätzlich zur Intensität oder dem Intensitätsgradienten zu finden.
Fig. 4 stellt einen Satz bzw. eine Gruppe von bevorzugten Positionen dar, bei welchen die Regionen bzw. Bereiche 91 definiert bzw. begrenzt sind. Wie gezeigt, sind die Regionen 91 ganz links und ganz rechts vorzugsweise unterhalb der y- Koordinate des Mittelpunkts C gelegen. Somit ist das System 21, welches in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung arbeitet, nicht Fehlern unterworfen, die verursacht werden, wenn der Körper des Kristalls 35 die maximale Breite des hellen bzw. leuchtenden Rings verdeckt, wenn dies durch die Darstellungsöffnung der Kammer 25 gesehen wird. Vorteilhafterweise überwindet die vorliegende Erfindung dieses durch die perspektivische Verzerrung bzw. Verzeichnung hervorgerufene Problem, welches insbesondere für Kristalle mit großem Durchmesser (z. B. 200 mm und größer) lästig ist.
Wie oben beschrieben, wird der Kristall 35 aus der Schmelze im Wesentlichen entlang der vertikalen Achse 43 gezogen, welche im Wesentlichen senkrecht zur Oberfläche 85 der Schmelze ist. Während des Ziehens kann sich der Kristall 35 relativ zu der vertikalen Achse 43 bewegen. Vorteilhafterweise sind die Bereiche 91 groß genug, so dass Randkoordinaten des hellen bzw. leuchtenden Rings innerhalb der Bereiche 91 definiert bzw. begrenzt sein können, selbst wenn sich der Kristall 35 bewegt. Der Bildprozessor 63 bewegt ferner dynamisch die vorgewählten Positionen der Bereiche 91 so, dass sie benachbart dem abgebildeten Bereich des hellen bzw. leuchtenden Rings sind, um dem Kristalldurchmesser während aller Phasen des Wachsens bzw. der Züchtung (z. B. Keim- bzw. Impfkristall, Hals, Krone, Schulter, Körper und Endkonus) zu folgen. Mit anderen Worten folgen die Bereiche 91 Kristalldurchmessern von ungefähr 4 mm bis 320 mm. Wie dies im Stand der Technik bekannt ist, ist jedoch der helle bzw. leuchtende Ring nicht immer während aller Phasen der Züchtung bzw. des Wachstums sichtbar. Zum Beispiel während der Züchtung bzw. des Wachstums des Kronenbereichs des Kristalls 35 kann der helle bzw. leuchtende Ring verhältnismäßig klein oder nicht sichtbar sein. Aus diesem Grund stellt das System 21 vorzugsweise den Umfang bzw. Umkreis der Krone fest, welche als ein heller bzw. leuchtender Bereich relativ zu der Intensität des Hintergrunds des Bildmusters erscheint. In diesem Fall ist der Hintergrund des Bildmusters repräsentativ für die Oberfläche 85 der Schmelze. Somit stellt bei der Alternative zur Feststellung des hellen bzw. leuchtenden Rings das System 21 den der Krone des Kristalls 85 zugeordneten hellen Bereich fest.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden die Koordinaten der Ränder des hellen bzw. leuchtenden Rings, welche innerhalb der Bereiche 91 festgestellt worden sind, mathematisch transformiert, um eine perspektivische Verzeichnung bzw. Verzerrung zu kompensieren und dann in eine am besten passende bzw. Kurvenermittlungs-Kreismessung eingegeben. Zum Beispiel verwendet der Bildprozessor 63 eine Hough-Transformation oder eine Methode der kleinsten Quadrate, um eine kreisförmige Form entsprechend den festgestellten Rändern zu definieren bzw. zu begrenzen. Gemäß der Erfindung definiert bzw. begrenzt der Bildprozessor 63 eine im Wesentlichen kreisförmige Form 93 mit einem Kreisdurchmesser D' und einem Mittelpunkt C auf der Grundlage der festgestellten Koordinaten. Praktisch sind wenigstens drei Randkoordinaten erforderlich, um den Kreis 93 zu definieren bzw. zu begrenzen.
Um eine genaue Messung des Durchmessers D des Kristalls 35 für die Verwendung durch den PLC 65 bei der Regelung des Prozesses der Kristallzüchtung bzw. des Kristallwachsens zu erhalten, verarbeitet der Bildprozessor 63 zuerst digital den Durchmesser D' des definierten bzw. eingegrenzten Kreises 93. Auf diese Weise verwendet der Bildprozessor 63 die Dimensionen bzw. Abmessungen des Kreises 93, um einen Durchmesser D des Kristalls zu bestimmen, ein Maß für die Qualität der Anpassung in Bezug auf einen exakten Kreis, und den Pegel 41 der Schmelze 41. Für Zwecke dieser Anmeldung wird der Pegel 41 der Schmelze als die Entfernung von der Oberseite der Beheizungseinrichtung 29 zur Oberfläche der Schmelze 33 definiert und kann als eine Funktion der Koordinaten des Mittelpunkts C bestimmt werden.
Im Betrieb definiert bzw. begrenzt der Bildprozessor 63 Bereiche 91 neben bzw. benachbart zu dem Bereich des hellen leuchtenden Rings und stellt eine Charakteristik des Intensitätsgradienten des Bildmusters innerhalb der Bereiche 91 fest. Der Bildprozessor 63 definiert ferner die Koordinaten eines Rands des hellen bzw. leuchtenden Rings innerhalb jedes Bereichs 91 als eine Funktion der festgestellten Charakteristik bzw. Eigenschaft und definiert bzw. begrenzt im Wesentlichen eine kreisförmige Form 93, welche die definierten bzw. eingegrenzten Randkoordinaten enthält. Der Durchmesser D des Kristalls 35 wird dann bestimmt, beruhend auf einer definierten kreisförmigen Form 93 für die Verwendung bei der Regelung des Kristallzüchtungs- bzw. Wachstumsprozesses. Der PLC 65 der Regeleinheit 55 spricht auf den bestimmten Durchmesser D des Siliziumkristalls 35 zur Regelung der Raten bzw. Geschwindigkeiten an, mit welchen der Schmelztiegel 27 und der Kristall 35 gedreht werden und/oder der Rate bzw. Geschwindigkeit, mit welcher der Kristall 35 aus der Schmelze 33 gezogen wird und/oder der Temperatur der Schmelze 33, und ist abhängig von der Bestimmung des Pegels 41 der Schmelze für die Regelung des Pegels des Schmelztiegels 27, um dadurch den Apparat 23 für das Kristallziehen zu regeln. Somit bildet der Bildprozessor 63 eine Feststellschaltung, eine Definierungsschaltung und eine Messschaltung, und der PLC 65 bildet eine Regelschaltung.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Durchmesser D' in Form von Radiuspixeln gemessen. Als ein Beispiel ist der Kristalldurchmesser D (mm) = CF (Radiuspixel) - 3,02 mm, wobei CF ein Kalibrierungs- bzw. Abgleichfaktor zwischen 0,95 und 1,05 ist und 3,02 mm die Breite des hellen bzw. leuchtenden Rings kompensiert. Der Wert von 3,02 mm wird bestimmt durch Analysieren von Daten von gezüchteten bzw. gewachsenen Hälsen und der Kalibrierungs- bzw. Abgleichfaktor CF ist ein durch die Bedienungsperson bzw. den Operator eingegebener Wert, welcher auf einem gemessenen Wert beruht. Gemäß der Erfindung misst der Operator bzw. die Bedienungsperson des Apparats 23 für das Kristallwachstum den wachsenden Kristall 35 mit einem Teleskop, welches auf einer kalibrierten bzw. geeichten Schiene gleitet, und gibt dann einen Wert von CF über den Computer 77 ein, so dass der bestimmte Durchmesser D dem gemessenen Wert gleicht. Auf diese Weise kompensiert CF die Variabilität in der Messung des Durchmessers. Eine solche Variabilität ist in Folge hauptsächlich von Änderungen in der Entfernung zwischen der Kamera 53 und dem Kristall 35 vorhanden, welche die Vergrößerung der Optiken beeinflusst bzw. beeinträchtigt. Bei Vergrößerung der Entfernung wird verursacht, dass der Kristall 35 kleiner erscheint, welches dazu führen kann, dass der tatsächliche Kristall 35 überdimensioniert wird. Diese Änderungen in der Entfernung können von einem Apparat 23 zum Kristallziehen zu einem anderen auftreten, von einem Lauf bzw. Herstellungsvorgang zu einem anderen und selbst innerhalb eines einzelnen Laufs bzw. Herstellungsvorganges wegen der Variabilität des Pegels 41 der Schmelze.
Unter Bezug auf den Pegel 41 der Schmelze bestimmt der Bildprozessor 63 den Mittelpunkt C, welcher den Pegel 41 der Schmelze angibt. Gemäß der Erfindung wird die Differenz zwischen der y-Koordinate des Mittelpunkts C und einem Referenzwert verwendet, um den Pegel 41 der Schmelze festzustellen. Alternativ können kommerziell verfügbare optische Verfahren (z. B. ein Apparat mit Lichtstrahl/Detektor, welcher auf der Deckplatte der Kammer 25 montiert ist) verwendet werden, um den Pegel 41 der Schmelze zu bestimmen. Die Bestimmung des Pegels 41 der Schmelze kann verwendet werden, um die Variabilität von Messungen des Durchmessers durch die Berechnung eines Korrekturfaktors und durch Reduzierung von Variationen des Pegels der Schmelze durch die Regelung des Anhebens des Schmelztiegels 27 zu reduzieren.
Eine andere hauptsächliche Quelle der Variabilität in den Messungen des Durchmessers besteht darin, dass die Breite des hellen bzw. leuchtenden Rings sich in Abhängigkeit von der Höhe der heißen Wand des Schmelztiegels 27 ändert, welche durch den flüssigen Meniskus 87 ausgesetzt bzw. durch ihn belichtet und reflektiert wird. Wenn sich die Schmelze 33 erschöpft, nimmt die Breite des hellen bzw. leuchtenden Rings zu, was verursacht, dass der Kristall 35 größer erscheint, und was dazu führen kann, dass der tatsächliche Kristall 35 unterdimensioniert bzw. zu klein ist. Als eine Alternative zur Verwendung der 3,02 mm-Konstante kann die Breite des hellen bzw. leuchtenden Rings durch Verwendung zusätzlicher Bildwerkzeuge bzw. -tools oder mathematisches Modellieren berechnet werden. Zum Beispiel schafft die Feststellung des Randes zwischen dem Kristall 35 und dem hellen bzw. leuchtenden Ring zusätzlich zur Feststellung des Randes zwischen der Schmelze 33 und dem hellen bzw. leuchtenden Ring ein Maß für die Breite des hellen bzw. leuchtenden Rings. Weiterhin schafft die Anwendung eines mathematischen Modells des flüssigen Meniskus 87, wobei seine reflektierenden Eigenschaften in Bezug auf die Höhe der Wand des Schmelztiegels in Betracht gezogen werden, ein Maß für die Breite des hellen bzw. leuchtenden Rings.
In einer alternativen Ausführungsform werden die fünf Randkoordinaten des hellen bzw. leuchtenden Rings, die in den Bereichen 91 des Bildmusters definiert bzw. begrenzt sind, verwendet, um periodische Abweichungen bei dem Durchmesser des Kristalls mit Bezug auf die Rate bzw. Geschwindigkeit zu detektieren bzw. festzustellen, mit welcher die Einheit 45 für den Antrieb des Kristalls den Kristall 35 dreht. Wie im Stand der Technik bekannt, wird < 100> Null-Versetzungs- bzw. Dislokationswachstum durch Facetten angegeben oder Wachstumslinien, welche allgemein parallel zur vertikalen Achse 43 sind und entlang des Körpers des Kristalls 35 voneinander beabstandet sind. Diese Wachstumslinien erscheinen als grübchenartige Merkmale auf dem Umfang eines Querschnitts des Kristalls 35. Aus diesem Grund wird erwartet, dass, da sich der Kristall 35 mit einer bekannten Rate bzw. Geschwindigkeit dreht, die Wachstumslinien innerhalb eines bestimmten Bereichs mit einer Rate bzw. Geschwindigkeit von viermal sind, z. B. Rate bzw. Geschwindigkeit der Drehung. Als solcher bestätigt der Bildprozessor 63 Null- Versetzungs- bzw. Dislokationswachstum des Kristalls 35 und bildet eine Einrichtung zur Feststellung periodischer Abweichung bei dem bestimmten Durchmesser einer definierten bzw. begrenzten kreisförmigen Form 93.
Weiterhin ist zu ergänzen, dass das Bildsystem 59 gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann, um andere Parameter des Kristallwachstums zu bestimmen, wie etwa Belüftungsrohrspalt oder Schmelzspalt, vollständige Abschmelzung, Eis, Konvektionsströme und Temperatur, zusätzlich zu dem Durchmesser des Kristalls, dem Pegel der Schmelze und dem Verlust des Null- Versetzungs- bzw. -Dislokationswachstums.
Fig. 5 stellt den Betrieb des Systems 21 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in der Form eines Flussdiagramms 95 dar. Nach dem Beginn bei Schritt 97 erhält ein Bildspeicher 61 ein Bildmuster von der Kamera 53 im Schritt 99. Der Bildprozessor 63 erhält das aufgenommene Bild und stellt die Pixelwerte ein, um eine Verzerrung bzw. Verzeichnung des Bildmusters, welche durch den Kamerawinkel verursacht ist, zu kompensieren. Dies wird durch Größenabstufung bzw. Skalierung der y-Werte des Bildmusters (ypixel) durch einen Faktor 1, 2 erreicht, wie dies von cosθ beim Schritt 101 abgeleitet wird, um die y- Werte zu definieren. Vorzugsweise ist x = xpixel, Somit bildet der Bildprozessor 63, welcher den Schritt 101 ausführt, eine Einrichtung zur Justierung des Bildmusters derart, dass der Teil des hellen bzw. leuchtenden Bereichs benachbart zum Kristall 35 im Wesentlichen bogenförmig bzw. gebogen ist.
Beim Schritt 103 führt der Bildprozessor 63 des Bildsystems 59 die Randbestimmung bzw. -feststellung aus, indem der Gradient der Intensität der Pixel innerhalb jedes Bereichs 91 von Interesse geprüft wird. Der Gradient wird erhalten, indem die Ableitung der relativen Intensität des Bildmusters innerhalb jedes Bereichs 91 genommen wird bzw. gebildet wird. Somit identifiziert der Bildprozessor 63 die Koordinaten der größten Änderung der Intensität innerhalb jedes Bereichs 91, was indikativ für einen Rand des hellen bzw. leuchtenden Rings ist. Bei dem Schritt 105 schreitet, wenn fünf Randkoordinaten definiert sind, der Bildprozessor 63 weiter zu Schritt 107, um die definierten Randkoordinaten zu einer allgemein kreisförmigen Form mittels eines Kreisanpassungsalgorithmus anzupassen, wie etwa der Hough-Transformation oder der des Ausgleichs nach der Methode der kleinsten Quadrate. Zum Beispiel verwendet die Hough-Transformation das Sortierroutinen, um Anhäufungen von Datenpunkten zu entwickeln, welche verwendet werden können, um Kreise zu finden und dann die besten Anhäufungen von Datenpunkten für das gewünschte Objekt zu finden. Die Daten werden dann gemittelt, um die Mitte und den Radius eines festgelegten bzw. angepassten Kreises zu finden.
Bei Schritt 109 bestimmt das Bildsystem 59 die Qualität der Kreisanpassung durch Vergleichen der definierten kreisförmigen Form 93 mit einem exakten Kreis. Diese Bestimmung schafft eine Indikation der Gültigkeit der Messungen. Wenn die definierte Form ausreichend kreisförmig ist, übermittelt das Bildsystem 59 eine für den Durchmesser D' repräsentative Information eines definierten Kreises 93 und die x- y-Koordinaten eines Mittelpunkts C zn dem PLC 65 der Regeleinheit 55 für die Verwendung bei der Regelung des Kristallwachstumsprozesses. In der Ausführungsform des Flussdiagramm 95 berichtet das Bildsystem 59 den Radius des Kreises 93. Somit bildet der Bildprozessor 63, welcher den Schritt 111 ausführt, in Zusammenarbeit mit dem PLC 65 eine Einrichtung zur Bestimmung der Mitte einer definierten kreisförmigen Form 93 mit Bezug auf ein x-y- Referenzkoordinatensystem.
Der Betrieb des Systems 21 schreitet dann zum Schritt 113 fort, wo ein Zähler N auf Null gesetzt wird. Der Bildprozessor 63 repositioniert dann die Bereiche 91 beruhend auf dem bestimmten Mittelpunkt und Radius. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird jeder der Bereiche 91 bei einer vorgewählten radialen Position entlang der unteren Hälfte des definierten Kreises definiert (allgemein in Fig. 4 gezeigt). Auf diese Weise werden die Bereiche 91 im Wesentlichen auf den festgestellten Rand des hellen bzw. leuchtenden Rings des Meniskus 87 zentriert, und zwar nach jeder Iteration des Flussdiagramms 95, und der Bildprozessor 63 spricht sowohl auf die Bewegung des Kristalls 35 während des Ziehens als auch auf Änderungen bezüglich des Durchmessers an.
Wenn die Randkoordinaten des hellen bzw. leuchtenden Rings nicht innerhalb der Bereiche 91 bei Schritt 105 definiert werden, nimmt der Zähler N bei Schritt 117 veranlasst durch den Bildprozessor 63 zu. Der Bildprozessor 63 wiederholt dann die Schritte 99, 101, 103, 105 und 117 bis N = 10 bei Schritt 119 oder bis der Bildprozessor 63 fünf Randkoordinaten bestimmt bzw. definiert. Nach zehn nicht erfolgreichen Versuchen bei der Definierung bzw. Bestimmung des Randes des hellen bzw. leuchtenden Rings sucht der Bildprozessor 63 nach der allgemeinen Position des hellen bzw. leuchtenden Rings, indem eine Abtastroutine bei Schritt 121 ausgeführt wird (was mehr im Einzelnen in den Fig. 6A bis 6C gezeigt ist). Die Abtastroutine gemäß Schritt 121 findet den ungefähren Ort des Meniskus 87 auf dem Bildmuster, beruhend auf der Intensität des hellen bzw. leuchtenden Rings relativ zu der Intensität des Hintergrunds des Bildmusters, welches in diesem Falle repräsentativ für die Oberfläche 85 der Schmelze ist. Der Bildprozessor 63 bestimmt einen ungefähren Mittelpunkt und Radius zur Definierung bzw. Begrenzung der vorgewählten Positionen von Bereichen 91. Somit bildet der die Schritte 105, 113, 115, 117, 119 und 121 ausführende Bildprozessor 63 eine Einrichtung zur Bewegung der Fensterbereiche 91 als eine Funktion der festgestellten Charakteristik bzw. Eigenschaft und eine Einrichtung zur Justierung der vorgewählten Positionen der Fensterbereiche 91.
Die Fig. 6A bis 6C stellen eine bevorzugte Abtastroutine des Schritts 121 von Fig. 5 in der Form eines Flussdiagramms 123 dar. Nach dem Beginn bei Schritt 125 erhält der Bild- bzw. Grafikspeicher 61 ein Bildmuster von der Kamera 53 beim Schritt 127. Der Bildprozessor 63 erhält das aufgenommene Bild und justiert seine Pixelwerte, um eine Verzerrung bzw. Verzeichnung des Bildmusters zu kompensieren, welche durch den Kamerawinkel bei Schritt 129 verursacht worden ist. Fortschreitend zu den Schritten 131, 133 und 135 positioniert der Bildprozessor 63 zusätzliche Bereiche von Interesse, welche als ROI&sub1;, ROI&sub2; und ROI&sub3; bezeichnet sind, an den linken, rechten und unteren Rändern des Bildmusters. Diese zusätzlichen Bereiche von Interesse ROH ROI&sub2; und ROI&sub3; sind verhältnismäßig größer als die Bereiche 91 und auf sie wird auch als Lichtmesswerkzeuge bzw. -tools Bezug genommen. Bei Schritt 137 wird die Zahl von festgestellten Rändern auf Null gesetzt und bei Schritt 139 wird ein Parameter LASTMAX, welcher repräsentativ für die letzte Ablesung maximaler Intensität ist, auf einen verhältnismäßig hohen Wert (z. B. 1000) gesetzt.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird eine Subroutine 141 verwendet, um den linken Rand des Meniskus 87 durch Vergleichen der maximalen Intensität des Bildmusters innerhalb von ROH das heißt MAXPIXEL mit einem Schwellenwert, wie etwa 100, zu finden. Wenn MAXPIXEL 100 bei Schritt 143 übersteigt, schreitet der Bildprozessor 63 zu dem Schritt 145 fort, wo das Verhältnis MAXPIXEL : LASTMAX mit 1,1 verglichen wird. Wenn das Verhältnis 1,1 übersteigt, betrachtet der Bildprozessor 63 den linken Rand als innerhalb von ROI&sub1; gefunden und erhöht den Randzähler bei Schritt 147. Die x-Koordinate von ROI&sub1; wird dann in dem Schritt 149 gespeichert, um den linken Rand des hellen bzw. leuchtenden Rings zu identifizieren. Wenn MAXPIXEL 100 oder weniger bei Schritt 143 ist oder wenn das Verhältnis MAXPIXEL : LASTMAX 1,1 oder geringer bei Schritt 145 ist, wird LASTMAX zurückgesetzt, um MAXPIXEL bei Schritt 151 zu gleichen. Der Bildprozessor bewegt dann ROH nach rechts um einen vorbestimmten Betrag. Zum Beispiel repositioniert der Bildprozessor bei dem Schritt 153 ROH fünf x- Koordinaten nach rechts. Solange wie ROI&sub1; nicht den rechten Rand des Bildmusters erreicht hat, wie dies beim Schritt 155 bestimmt wird, wiederholt der Bildprozessor 63 die Subroutine 141.
Es wird nun auf Fig. 6B Bezug genommen. Nachdem der Bildprozessor 63 den linken Rand des hellen bzw. leuchtenden Rings innerhalb von ROH festgestellt hat oder nachdem ROH die rechte Grenze des Bildmusters erreicht hat, setzt der Bildprozessor 63 LASTMAX auf 1000 bei Schritt 157 und führt eine Subroutine 159 durch, welche im Wesentlichen identisch zu der Subroutine 141 ist, aber in entgegengesetzter Richtung erfolgt. Die Subroutine 159 wird verwendet, um den rechten Rand des Meniskus 87 zu finden, indem die maximale Intensität des Bildmusters innerhalb von ROI&sub2;, das heißt MAXPIXEL, mit einem Schwellenwert, wie etwa 100, verglichen wird. Wenn MAXPIXEL 100 bei dem Schritt 161 übersteigt, schreitet der Bildprozessor 63 zu dem Schritt 163 fort, wo das Verhältnis MAXPIXEL : LASTMAX mit 1,1 verglichen wird. Wenn das Verhältnis 1,1 überschreitet, betrachtet der Bildprozessor 63 einen rechten Rand als innerhalb von ROI&sub2; aufgefunden und lässt den Randzähler um zwei bei Schritt 165 hochzählen. Die x-Koordinate von ROL wird dann in dem Schritt 167 gespeichert, um den rechten Rand des hellen bzw. leuchtenden Rings zu identifizieren. Wenn MAXPIXEL 100 oder geringer bei Schritt 161 ist oder wenn das Verhältnis MAXPIXEL : LASTMAX 1,1 oder geringer bei Schritt 159 ist, wird LASTMAX beim Schritt 169 zurückgesetzt um MAXPIXEL zu gleichen. Der Bildprozessor 63 bewegt dann ROI&sub2; nach links um einen vorbestimmten Betrag. Zum Beispiel positioniert def Bildprozessor ROI&sub2; bei Schritt 171 um fünf x- Koordinaten neu nach links. Solange wie ROI&sub2; nicht den linken Rand des Bildmusters erreicht hat, wie dies beim Schritt 173 bestimmt wird, wiederholt der Bildprozessor 63 die Subroutine 159.
Es wird nunmehr auf Fig. 6C Bezug genommen. Nachdem der Bildprozessor 63 den rechten Rand des hellen bzw. leuchtenden Rings innerhalb von ROI&sub2; feststellt oder nachdem R012 die linke Grenze des Bildmusters erreicht, setzt der Bildprozessor 63 LASTMAX auf 1000 bei Schritt 175 zurück und führt eine Subroutine 177 aus, welche im Wesentlichen identisch mit den Subroutinen 141 und 159 ist, aber in der y-Richtung stattfindet. Die Subroutine 177 wird verwendet, um den unteren Rand des Meniskus 87 zu finden, indem die maximale Intensität des Bildmusters innerhalb von ROI&sub3;, das heißt MAXPIXEL, mit einem Schwellenwert, wie etwa 100, verglichen wird. Wenn MAXPIXEL bei dem Schritt 179 100 überschreitet, schreitet der Bildprozessor 63 zu dem Schritt 181 fort, wo das Verhältnis MAXPIXEL : LASTMAX mit 1,1 verglichen wird. Wenn das Verhältnis 1,1 überschreitet, betrachtet der Bildprozessor 63 einen unteren Rand innerhalb von ROI&sub3; als gefunden und zählt den Randzähler um 4 bei dem Schritt 183 hoch. Die y-Koordinate von ROI&sub1; wird dann bei dem Schritt 185 gespeichert, um den unteren Rand des hellen bzw. leuchtenden Rings zu identifizieren. Wenn MAXPIXEL 100 oder weniger bei dem Schritt 179 ist, oder wenn das Verhältnis MAXPIXEL : LASTMAX 1,1 oder weniger bei dem Schritt 181 ist, wird LASTMAX bei dem Schritt 187 zurückgesetzt, um MAXPIXEL zu gleichen. Der Bildprozessor 63 bewegt dann ROI&sub1; zu der Oberseite des Bildmusters um einen vorbestimmten Betrag. Zum Beispiel repositioniert bei dem Schritt 189 der Bildprozessor ROI&sub3; 6,6 y-Koordinaten zu der Oberseite. Solange wie ROI&sub3; nicht die obere Grenze des Bildmusters erreicht hat, wie in dem Schritt 191 bestimmt, wiederholt der Bildprozessor 63 die Subroutine 177.
Nachdem die linken, rechten und unteren Ränder des Meniskus 87 gefunden worden sind, wie dies bei dem Schritt 193 bestimmt wird, schreitet der Bildprozessor 63 fort, einen ungefähren Kreisradius bei dem Schritt 195 zu berechnen, indem die Differenz bei den x-Koordinaten durch 2 geteilt wird, und schreitet fort, um die Koordinaten des Kreismittelpunkts bei dem Schritt 197 zu berechnen, indem der Mittelpunkt zwischen den x-Koordinaten gefunden wird, und indem der Kreisradius zur der y-Koordinate des unteren Randes addiert wird. Bei dem Schritt 199 berechnet der Bildprozessor 63 vorzugsweise die Koordinaten eines Punktes, welcher angenähert auf dem rechten Rand des hellen bzw. leuchtenden Rings liegt. Gemäß der dargestellten Ausführungsform der Erfindung werden der berechnete Radius, der Mittelpunkt und der Randpunkt verwendet, um Bereiche 91 ungefähr bei dem hellen bzw. leuchtenden Ring des Meniskus 97 zu positionieren, bevor der Prozessor 63 zu der Operation gemäß dem Flussdiagramm 95 von Fig. 5 zurückkehrt. Wenn andererseits alle die Ränder nicht gefunden werden, wie dies bei dem Schritt 193 bestimmt wird, kehrt der Bildprozessor 63 zu dem Schritt 131 des Flussdiagramms 123 zurück. Bei dem Schritt 201 endet das Flussdiagramm 123.
In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung kann das Bildsystem 59 als ein Computer verkörpert werden, welcher einen Bildgrabber bzw. Bildabtaster (z. B. Creative Technology's Videoßlasterº) zum Aufnehmen bzw. Erfassen der durch die Kamera 53 erzeugten Videobilder aufweist. Der als ein Bildprozessor 63 funktionierende Computer tastet das Bildmuster ab und analysiert die einzelnen Intensitätswerte von jeder Abtastzeile. Beginnend an den linken und rechten Rändern des Bildmusters und unter Bewegung in Richtung auf ihre Mitte, werden die Hintergrundintensitäten (das heißt die Oberfläche 85 der Schmelze) gemessen und gemittelt. Die Abtastung wird fortgeführt, bis eine abrupte Zunahme der Intensität festgestellt wird oder eine vorbestimmte Anzahl von Proben genommen worden sind. Binäre Schwellenwertbestimmung bzw. Grenzwertbestimmung wird ausgeführt, um die Ränder des hellen bzw. leuchtenden Rings zu identifizieren, wo der Schwellenwert aus dem durchschnittlichen Intensitätswert plus einer empirischen Versetzung besteht. Ein Paar von Fensterbereichen werden für jede Abtastzeile bei Positionen definiert, welche allgemein symmetrisch um die vorherbestimmten x- Koordinaten der Kreismitte liegen, damit verhindert wird, dass belanglose bzw. fremde Reflexionen als gültige Ränder identifiziert werden. Die Fenster wenden eine Toleranz von ±n Pixeln von den berichteten Rändern der vorhergehenden Abtastzeile an. Auf diese Weise können sich verändernde Durchmesser des Kristalls und die Bewegung des Kristalls 35 während des Ziehens angepasst bzw. berücksichtigt werden. Durch Suchen des Bildmusters von oben nach unten werden die linken und rechten Fensterbereiche mit einer gleichen Rate bzw. Geschwindigkeit zu der Mitte von ihren jeweiligen Grenzen her positioniert, bis zwei gültige Ränder festgestellt bzw. festgelegt werden. Die Fensterbereiche werden dann mit ihren Mitten auf den Rand neu positioniert. Jeder in aufeinander folgenden Abtastzeilen festgestellte Rand liegt vorzugsweise innerhalb des Fensterbereichs von der vorhergehenden Abtastzeile, somit wird sichergestellt, dass die Ränder verbunden sind. Wenn eine Abtastzeile die Toleranzchecks nicht erfüllt, wird sie einfach ignoriert, oder wenn eine vorbestimmte Anzahl von Zeilen sie nicht erfüllt, wird die Suche neu gestartet. Wiederum wird eine perspektivische Verzerrung bzw. Verzeichnung, welche durch den Winkel verursacht wird, unter welchem die Kamera 53 montiert ist, durch Mittel, wie etwa die Gonzalez-Transformation kompensiert. Die validierten Ränder werden dann einem Kreis zur Berechnung des Mittelpunkts des Kreises und des Durchmessers des Kreises zugeordnet.
Die folgenden Beispiele werden dargelegt, um bevorzugte Ausführungsformen und Nutzen der vorliegenden Erfindung zu beschreiben und sie bedeuten nicht, dass die vorliegende Erfindung beschränkt werden soll, wenn dies nicht ansonsten in den hierzu angefügten Ansprüchen festgestellt wird.

BEISPIELE

1. Fig. 7 stellt grafisch Messungen des Durchmessers in Pixeln über dem Durchmesser D in Millimetern für den Kronenbereich des Kristalls 35 dar. Wie oben beschrieben, bestimmt das Bildsystem 59 den Durchmesser des Kristalls 59 auf der Grundlage der Breite eines definierten bzw. begrenzten Kreises 93 in Form von xpixel-Werten, welche in Millimeter konvertiert werden können. Wie in Fig. 7 gezeigt, entsprechen ungefähr 1,8 xpixel-Werte 1 mm, wie z. B. durch Lehren bzw. Messtaster gemessen.
2. Die Fig. 8A bis 8B stellen Messungen, welche für den Halsbereich des Kristalls 35 vorgenommen worden sind in grafischer Form dar. Fig. 8A zeigt den Durchmesser in Millimetern, wie er mit Lehren bzw. Messtastern gemessen worden ist, und den Durchmesser in Millimetern, wie er durch das Bildsystem 69 über der Länge des Halses gemessen worden ist. Wie gezeigt, kann auf der Skalierung (z. B. Vorspannung und Verstärkung) eine Feinabstimmung erforderlich sein, um den Fehler zwischen den beiden Messungen zu minimieren. Weiterhin beruht die Kurve, welche die durch das Bildsystem 59 bestimmten Messungen zeigt, auf einer Abtastfrequenz von einer Abtastung pro Minute, welche bestimmte Scheitelpunkte bzw. Höchstwerte und Täler des Durchmessers des Halses verfehlen könnte, da der Halsbereich des Kristalls 35 mit nicht weniger als 5 mm in einer Minute wächst. Verbesserungen bei der Skalierung haben Ergebnisse mit einer Genauigkeit von ±0,5 mm in dem 4,5 mm- bis 7,0 mm-Bereich des Durchmessers ergeben.
Fig. 8B zeigt den Durchmesser in Millimetern, wie er durch das Bildsystem 59 über dem Durchmesser in Millimetern gemessen wird, der wiederum durch Lehren bzw. Messtasten gemessen worden ist.
3. Die Fig. 9A bis 9B stellen in grafischer Form Messungen dar, wie sie über die Länge des Kristalls 35 vorgenommen worden sind. Für die Zwecke der Fig. 9A bis 9B wird die Länge des Kristalls von einem Referenz- bzw. Bezugspunkt auf dem Körperbereich des Kristalls 35 gemessen, wo der Kristall 35 einen verhältnismäßig gleichmäßigen Durchmesser besitzt und nicht die Hals- und Kronenbereiche des Kristalls 35 einschließt. Fig. 9A zeigt den Durchmesser in Millimetern, wie er durch das Bildsystem 59 gemessen wird, und die y-Koordinate des Mittelpunkts C in korrigierten Pixeln über der Länge des Kristalls 35. Wie oben beschrieben, wird die y-Koordinate des Mittelspunkts C berechnet durch y- 1,2(ypixel), wobei y in Form von korrigierten Pixeln gegeben ist. Fig. 9B zeigt die korrigierte y-Koordinate des Mittelpunkts C in korrigierten Pixeln über der Länge des Kristalls in Millimetern. Wie oben beschrieben, wechselwirkt die y-Koordinate mit dem Durchmesser des Kristalls 35 infolge der perspektivischen Verzerrung bzw. Verzeichnung, welche durch den Winkel verursacht wird, unter dem die Kamera 53 montiert ist, unter der Annahme eines elliptisch geformten hellen bzw. leuchtenden Rings. Obgleich Multiplizieren von ypixel mit einem Skalierungsfaktor von 1, 2 teilweise diese Verzerrung bzw. Verzeichnung kompensiert, ist eine weitere Korrektur wünschenswert. Die weitere Korrektur versucht, den vorhergesagten Abfall des Pegels 41 der Schmelze, welcher durch den verringerten Durchmesser des Schmelztiegels 27 verursacht wird, wenn die Schmelze 33 auf ungefähr 40 kg verbleibende Schmelze verringert wird, zu isolieren. Wenn das Anhebeverhältnis des Schmelztiegels 27 festgelegt ist, neigt die Schmelze 33 dazu, rascher entleert zu werden als die Einheit 31 zum Antrieb des Schmelztiegels den Schmelztiegel 27 anhebt. In diesem Fall wird die korrigierte y-Koordinate bestimmt durch: ykorrigieren = y - C&sub1; (Länge des Kristalls) + C&sub2; (Durchmesser D - C&sub3;), wobei C&sub1; = 0,0033, C&sub2; = 0,35 und C&sub3; = 209. Mit anderen Worten wird die y-Koordinate des Mittelpunkts C durch Subtrahieren der langfristigen, augenscheinlich linearen Zunahme bei dem Pegel 41 der Schmelze von 0 bis ungefähr 750 mm in der Länge eingestellt und durch Addieren eines Delta-Durchmessers multipliziert mit einem Skalierungsfaktor.
Im Hinblick auf das Obige ist ersichtlich, dass die verschiedenen Ziele der Erfindung erreicht werden können und andere vorteilhafte Ergebnisse erreicht werden.

Claims

1. Ein Verfahren für die Verwendung in Kombination mit einem Apparat (23) zum Züchten eines Siliziumkristalls (35) aus einer Siliziumschmelze (33), wobei das besagte Verfahren einen Durchmesser (D) des Siliziumkristalls (35), welcher aus der Siliziumschmelze (33) gezogen werden soll, bestimmt, wobei die besagte Siliziumschmelze (33) eine Oberfläche (85) mit einem Meniskus (87) aufweist, welcher als ein heller bzw. leuchtender Bereich neben dem Siliziumkristall (35) sichtbar ist, wobei das besagte Verfahren die folgenden Schritte aufweist:

Erzeugen eines Bildmusters eines Teils des hellen bzw. leuchtenden Bereichs neben dem Siliziumkristall(35) mit einer Kamera (53);

Feststellen eines optischen Merkmals des durch die Kamera erzeugten Bildmusters (53);

Definieren bzw. Begrenzen von Rändern in dem Bildmuster als eine Funktion des festgestellten optischen Merkmals, wobei die besagten definierten bzw. begrenzten Ränder einem Rand des hellen bzw. leuchtenden Bereichs entsprechen;

Definieren bzw. Begrenzen einer Kurve (93) entsprechend der Form des Meniskus (87), wobei die definierte bzw. begrenzte Kurve (93) einen Kreis (93) darstellt bzw. repräsentiert, welcher in die definierten bzw. begrenzten Ränder des Bildmusters entsprechend dem Rand des hellen Bereichs passt;

Bestimmen einer Dimension bzw. Abmessung (D') der definierten bzw. begrenzten Kurve (93); und

Bestimmen des Durchmessers (D) des Siliziumkristalls (35) als eine Funktion der bestimmten Dimension bzw. Abmessung (D') der definierten Kurve (93).

2. Ein Verfahren gemäß Anspruch 1, welches weiterhin die folgenden Schritte aufweist:

Definieren bzw. Begrenzen von Fensterbereichen (91) des Bildmusters benachbart zu dem Teil des hellen bzw. leuchtenden Bereichs, in dem das optische Merkmal des Bildmusters in den Fensterbereichen (91) festgestellt bzw. detektiert wird, um die Ränder in dem Bildmuster entsprechend dem Rand des hellen Bereichs zu definieren bzw. zu begrenzen.

3. Ein Verfahren gemäß Anspruch 2, wobei das optische Merkmal des Bildmusters ein Intensitätsgradient ist, und wobei der Schritt des Feststellens bzw. Detektierens eines optischen Merkmals des Bildmusters die Bestimmung des Intensitätsgradienten des Bildmusters innerhalb der Fensterbereiche (91) umfasst.

4. Ein Verfahren gemäß Anspruch 2, wobei der Siliziumkristall (35) allgemein zylindrisch ist und der helle bzw. leuchtende Bereich allgemein ringförmig ist, und wobei der Schritt des Definierens bzw. Begrenzers der Kurve (93) das Definieren bzw. Begrenzen eines Kreises (93) umfasst, welcher den Rand des ringförmigen hellen bzw. leuchtenden Bereichs, welcher innerhalb von wenigstens dreien der Fensterbereiche (91) des Bildmusters definiert bzw. begrenzt ist, einschließt und der Schritt der Bestimmung einer Dimension bzw. Abmessung (D') des definierten bzw. begrenzten Kreises (93) das Messen des Durchmessers des definierten bzw. begrenzten Kreises (93) umfasst bzw. einschließt.

5. Ein Verfahren gemäß Anspruch 4, welches weiterhin den Schritt der Bestimmung der Mitte (C) des definierten bzw. begrenzten Kreises (93) in bezug auf ein Bezugs-X-Y-Koordinatensystem enthält, wobei die Y-Koordinate der Mitte bzw. des Zentrums (C) für den Pegel der Schmelze (41) indikativ bzw. anzeigend ist.

6. Ein Verfahren gemäß Anspruch 2, weiter gekennzeichnet durch den Sehritt des Definierens eines Mittelpunktes (C) auf dem Bildmuster, wobei die Fensterbereiche (91) an vorgewählten Positionen auf dem Bildmuster definiert bzw. begrenzt sind, welche radial mit Bezug auf den definierten Mittelpunkt (C) sind und welches weiterhin den Schritt der Bewegung der Fensterbereiche (91) als eine Funktion des festgestellten optischen Merkmals des Bildmusters innerhalb der Fensterbereiche (91) in bezug auf den hellen bzw. leuchtenden Bereich, der sich während des Ziehens verändert, enthält.

7. Ein Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei der Kristallziehapparat (23) die Drehung des Siliziumkristalls (35) mit einer Bezugsgeschwindigkeit schafft und weiterhin den Schritt aufweist, periodische Abweichungen in dem bestimmten Durchmesser (D) im Bezug auf die Referenzrate bzw. -geschwindigkeit festzustellen bzw. zu detektieren, wodurch ein Null-Versetzungs- bzw. Dislokationswachsen des Siliziumkristalls (35) angegeben wird.

8. Ein Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei der Siliziumkristall (35) aus der Siliziumschmelze (33) im wesentlichen entlang einer vertikalen Achse (43) gezogen wird, welche allgemein senkrecht zu der Oberfläche (85) der Siliziumschmelze ist, und bei dem die Kamera (53) eine optische Achse (89) besitzt, welche sich in einem spitzen Winkel (θ) in bezug auf die vertikale Achse (43) befindet und welches weiterhin den Schritt der Kompensation der Verzerrung des Bildmusters einschließt, welche durch den Kamerawinkel (θ) verursacht wird.

9. Ein Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei ein Schmelztiegel (27) die Siliziumschmelze (33) enthält, aus welcher der Siliziumkristall (35) gezogen wird, und wobei der Kristallziehapparat (23) eine relative Bewegung zwischen dem Siliziumkristall (35) und dem Schmelztiegel (27) schafft und welches weiterhin die folgenden Schritte enthält:

Steuern der Raten bzw. Drehzahlen, mit welchen der Schmelztiegel (27) und/oder der Siliziumkristall (35) gedreht werden und/oder Steuern der Rate bzw. Geschwindigkeit, mit welcher der Siliziumkristall (35) aus der Siliziumschmelze (33) gezogen wird und/oder Steuern der Temperatur der Siliziumschmelze (33) in Abhängigkeit von dem bestimmten Durchmesser (D) des Siliziumkristalls (35), um somit den Kristallziehapparat (23) zu steuern.

10. Ein System (21) für die Verwendung in Kombination mit einem Apparat (23) für das Ziehen eines Siliziumkristalls (35) aus einer Siliziumschmelze (33), wobei das besagte System (21) einen Durchmesser (D) des aus der Siliziumschmelze (33) gezogenen Siliziumkristalls (35) bestimmt, wobei die besagte Siliziumschmelze (33) eine Oberfläche (85) mit einem Meniskus (87) hat, welcher als ein heller bzw. leuchtender Bereich benachbart zu dem Siliziumkristall (35) sichtbar ist, wobei das System (21) aufweist:

eine Kamera (53) für die Erzeugung eines Bildmusters eines Teils des hellen bzw. leuchtenden Bereichs benachbart zu dem Siliziumkristall (35);

eine Detektionsschaltung (63) zum Feststellen bzw. Detektieren eines optischen Merkmals des Bildmusters, weiches durch die Kamera (53) erzeugt wird;

eine Definierungs- bzw. Begrenzungsschaltung (63) zum Definieren bzw. Begrenzen von Rändern in dem Bildmuster als eine Funktion des festgestellten optischen Merkmals, wobei die definierten bzw. begrenzten Ränder einem Rand des hellen bzw. leuchtenden Bereichs entsprechen, und zum Definieren bzw. Begrenzen einer Kurve (93) entsprechend der Form des Meniskus (87), wobei die definierte Kurve (93) einen Kreis (93) darstellt, welcher zu den definierten bzw. begrenzten Rändern in dem Bildmuster entsprechend dem Rand des hellen bzw. leuchtenden Bereichs passt; und

eine Messschaltung (63) zur Bestimmung einer Dimension bzw. Abmessung (D') der definierten Kurve (93) und Bestimmen des Durchmessers (D) des Siliziumkristalls (35) als eine Funktion der bestimmten Dimension bzw. Abmessung (D') der definierten Kurve (93).