DE2923240C2 - - Google Patents
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- DE2923240C2 DE2923240C2 DE2923240A DE2923240A DE2923240C2 DE 2923240 C2 DE2923240 C2 DE 2923240C2 DE 2923240 A DE2923240 A DE 2923240A DE 2923240 A DE2923240 A DE 2923240A DE 2923240 C2 DE2923240 C2 DE 2923240C2
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- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B15/00—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
- C30B15/20—Controlling or regulating
- C30B15/22—Stabilisation or shape controlling of the molten zone near the pulled crystal; Controlling the section of the crystal
- C30B15/26—Stabilisation or shape controlling of the molten zone near the pulled crystal; Controlling the section of the crystal using television detectors; using photo or X-ray detectors
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- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/08—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring diameters
- G01B11/10—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring diameters of objects while moving
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Meßverfahren nach
dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und eine
Meßanordnung nach dem Oberbegriff des Patentan
spruchs 3.
Wünschenswert ist eine weitgehende Automatisierung des Kristall
ziehverfahrens, das häufig als Czochralski-Verfahren bezeichnet
wird. Kernpunkt der Automatisierung ist die Regelung des
Kristalldurchmessers, der für die Verwendung des Endprodukts
von ausschlaggebender Bedeutung ist. Ein Regelverfahren für
den Kristalldurchmesser setzt aber zunächst ein sehr genaues
Meßverfahren voraus, für welches in der Literatur bereits
mehrere Vorschläge beschrieben wurden. Die bekannten Ver
fahren beschränken sich allerdings im wesentlichen auf die
Messung bzw. Regelung des weitgehend zylindrischen Teils
des Kristalls, d. h. desjenigen Teils, der für die Herstellung
der Endprodukte (Halbleiterscheiben) Verwendung findet.
Hierbei handelt es sich gewichtsmäßig um den allergrößten
Teil des fertig gezogenen Einkristalls.
Der gezogene Einkristall besteht nun aber noch aus weiteren
Teilen mit erheblich abweichenden Durchmessern und Übergangs
zonen zwischen den verschiedenen Durchmessern, die auf die
Qualität des Endprodukts einen entscheidenden Einfluß haben.
Zunächst ist, ausgehend von einem sogenannten Keimkristall,
ein sogenannter "Hals" zu ziehen, dessen Durchmesser zwischen
etwa 2 und 6 mm liegt. An diesem Hals schließt sich eine etwa
kegelförmige Übergangszone bis zum gewünschten Kristalldurch
messer an, der in der heutigen Serienfertigung zwischen etwa
60 und 120 mm liegt. Dieser Durchmesser soll über eine maximal
mögliche Länge des Einkristalls beibehalten werden, die im
Bereich von etwa 1000 mm und mehr liegt. An den zylindrischen
Teil des Einkristalls soll sich dann wiederum ein sogenannter
Endkonus anschließen. Für ein Regelverfahren ist unter den
genannten Voraussetzungen nicht nur ein sehr exaktes Durch
messerprogramm in Abhängigkeit von der Kristallänge vorzu
geben, sondern es muß auch ein laufender Vergleich mit
exakten Meßwerten erfolgen, um die Durchmesserregelung zu
friedenstellend durchführen zu können. Grundsätzlich kann
der Kristalldurchmesser im wesentlichen durch zwei Regel
größen beeinflußt werden, nämlich durch die Ziehgeschwindig
keit und die Temperatur der Schmelze im Tiegel (Bad
temperatur). Hierfür wird im allgemeinen ein verketteter
Regelkreis vorgesehen, durch den zunächst eine Ausregelung
einer Durchmeserabweichung über eine Änderung der Ziehge
schwindigkeit erfolgt. Nach Überschreiten einer vorbe
stimmten Geschwindigkeitsdifferenz wird dann jedoch ein
Eingriff in die Badtemperatur vorgenommen. Für die voll
automatische Regelung eines derartigen Vorgangs sind jedoch
in Ermangelung genauer Meßverfahren bisher keine brauchbaren
Vorschläge bekanntgeworden.
Auf dem artverwandten Sachgebiet des Zonenschmelzens bzw.
Zonenziehens ist es durch die britische Patentschriften
9 86 293 und 9 86 943 bekannt, die schmelzflüssige Zone
zwischen den beiden Kristallteilen von der Seite her in
horizontaler Richtung mittels einer Fernsehkamera zu erfassen,
die Videosignale der einzelnen Bildzeilen im Hinblick auf
Helligkeitssprünge auszuwerten und in Abhängigkeit von dem
jenigen Helligkeitssprung der den größten radialen Abstand
von der Kristallachse hat, das Streck-/Steuerverhältnis der
beiden Kristallteile und damit den Durchmesser zu beeinflussen.
Bei der Meßwertbildung spielt die Helligkeit der Licht
strahlung der Schmelzzone gegenüber dem dunklen Hinter
grund eine wesentliche Rolle. Eine unmittelbare Über
tragung dieses Verfahrens auf das Tiegelziehverfahren ist
deswegen nicht möglich, weil bei einer horizontalen Auf
nahmerichtung der Fernsehkamera der Rand des Schmelz
tiegels im Wege ist, der die innerhalb des Tiegels be
findliche Übergangsstelle Schmelze/Einkristall verdeckt.
Es ist auch bereits bekanntgeworden, beim Tiegelziehver
fahren eine Fernsehkamera einzusetzen, deren Aufnahme
richtung schräg von oben unter einem spitzen Winkel zur
Kristallachse auf die Tiegelöffnung gerichtet ist. Sämtliche
Meßverfahren, die sich einer Fernsehkamera bedienen, sind
jedoch mit dem Nachteil behaftet, daß deren Auflösung, be
dingt durch Nichtlinearitäten bei der Strahlablenkung be
grenzt ist, so daß Durchmesserabweichungen (Fehler) von
1% der Meßstrecke nicht mehr erfaßt werden können. Durch
einen sehr hohen Linearisierungsaufwand ist es gelungen,
den Fehler auf 0,5% zu verringern. Ein Nachteil dieser Maß
nahme liegt darin, daß die Fernsehaufnahmeröhren nach Ab
lauf ihrer Standzeit nicht ausgetauscht werden können, ohne
daß umständliche neue Justierungsarbeiten durchgeführt werden.
Außerdem ist die Auswertung der Signale, die auf die Aufnahme
eines perspektivisch verzeichneten Bildes zurückzuführen sind,
relativ kompliziert.
Durch die DE-PS 16 19 967 ist es außerdem bereits bekannt, einen
Strahlungsdetektor schräg von oben in einer
radialen Ebene und unter einem spitzen
Winkel zur Kristallachse auf einen kleinen Oberflächenbereich
der Schmelze in unmittelbarer Nähe des wachsenden Kristalls
auszurichten und eine innerhalb des kleinen Oberflächenbe
reichs liegende Hell-Dunkel-Grenze zur Regelung von vier
Stellgliedern zu verwenden, welche den Kristalldurchmesser
beeinflussen. Hiermit ist jedoch nur der radiale Abstand
eines Meßpunktes von der Drehachse des Kristalls in
Richtung auf einen Strahlungsdetektor erfaßbar, so daß
eine, auf eine etwaige Exzentrizität nicht erfaßt
werden kann. Die laterale Justierung des Strahlungs
detektors innerhalb eines Koordinatensystems erfolgt
durch zwei senkrecht zueinander stehende Mikrometer
schrauben und Stellmotoren, die mittels eines Programms
verstellt werden können, so daß ein gewünschter Durch
messerverlauf des Einkristalls vorgegeben werden kann.
Während die Regelgenauigkeit verhältnismäßig gut ist,
muß jedoch zu deren Erzielung ein erheblicher fein
mechanischer und regelungstechnischer Aufwand getrieben
werden.
Einen störenden und nicht ohne weiteres auszugleichenden
Einfluß hat hierbei jedoch die Höhenlage des Badspiegels
der Schmelze im Tiegel, da Höhendifferenzen für die
Regelanordnung (nicht vorhandene) Durchmesserdifferenzen
vortäuschen. Dies liegt an der notwendigerweise schrägen,
in einer zur Kristallachse radialen Ebene liegende Blick
richtung des Strahlungsdetektors und der Lage des Meß
flecks. Außerdem ist es nicht möglich, mittels der
gleichen Meßanordnung einen größeren Gesichtskreis zu
überblicken und sich von der Regelgenauigkeit in vorange
gangenen Zeitabschnitten zu überzeugen. Jede Verlagerung
des sehr kleinen Gesichtsfeldes hätte nämlich einen
Eingriff in das Regelsystem zur Folge, der nicht
tolerierbar ist.
Den optischen Meßverfahren mit Blick- bzw. Aufnahmerichtung
schräg von oben unter einem spitzen Winkel zur Kristall
achse liegt die Entdeckung zugrunde, daß an der Übergangs
stelle Schmelze/Einkristall ein deutlich wahrnehmbarer
Lichtsaum gebildet wird, der auf die Temperaturstrahlung
der Schmelze und gegebenenfalls der inneren Tiegelwand
zurückzuführen ist. Aufgrund der Oberflächenspannung der
Schmelze und der Benetzung des Kristalls bildet sich
nämlich an dieser Stelle eine Art Hohlkehle aus, die
zwar keine höhere Temperatur als die Umgebung hat,
offensichtlich aber als konzentrierender Reflektor
für die benachbarten, strahlenden Oberflächen dient.
Dies äußert sich für den Betrachter und/oder das Auf
nahmegerät als der besagte, kreisringförmige und eng
begrenzte Lichtsaum, der gegenüber den übrigen Ober
flächen einen deutlich wahrnehmbaren Intensitätssprung
aufweist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Ausnutzung
des vorstehend beschriebenen Effekts ein Meßverfahren und
eine Meßanordnung der eingangs beschriebenen Gattung an
zugeben, bei denen mit hoher Präzision der Durchmesser
bestimmt wird.
Die Lösung der gestellten Aufgabe erfolgt bei dem
eingangs angegebenen Verfahren durch die im Kennzeichen des
Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale.
Durch den rotierenden Drehspiegel, dem in besonders
zweckmäßiger Weise ein Aufnahmeobjektiv zugeordnet ist, erfolgt
eine kontinuierliche zeilenweise Abtastung des gesamten
Bildfeldes der Optik, wobei die einzelnen "Zeilen" nach
Maßgabe der Spiegeldrehung durch die Reihenanordnung der licht
empfindlichen Elemente ausgewählt werden. Da sowohl die
Optik als auch der Drehspiegel und die Reihenanordnung der
lichtempfindlichen Elemente mit hoher Präzision herstellbar
sind, in fester räumlicher Zuordnung zueinander stehen und
in der Regel auch über sehr lange Zeiträume nicht ausge
wechselt werden müssen, weil sie keine Verschleißteile im
üblichen Sinne darstellen, werden mittels der Reihenanordnung
von lichtempfindlichen Elementen Intensitätssignale erhalten,
die bestimmten Punkten des erfaßten Bildfeldes äußerst genau
zugeordnet sind. Die Genauigkeit der Erfassung hängt praktisch
ausschließlich von dem Auflösungsvermögen der Reihenanordnung
ab, die in der Regel als sogenannte "Diodenarrays"
ausgeführt werden. Bei den heute erhältlichen Diodenarrays
sind auf einer Länge von 128 mm 2048 Festdioden untergebracht,
d. h. bei einem Abbildungsmaßstab 1 : 1 entspricht jede Diode
einer Länge von 0,0625 mm. Durch Veränderung der Abbildungs
maßstabes hat man es zusätzlich in der Hand, das Auflösungs
vermögen des Diodenarrays im Hinblick auf das Gesichtsfeld
zu steigern. Zusätzlich bestehen Tendenzen, die Zahl der
Fotodioden pro cm Länge weiter zu vergrößern.
Durch Auswahl einer bestimmten, in periodischen Abständen
auf der Reihenanordnung abgebildeten "Zeile" sowie durch
eine sequentielle Abfragung der Reihenanordnung ist es
möglich, das Helligkeitsprofil der betreffenden Zeile zu
erfassen und einem Rechner, einer Zahlenanzeige oder einem
Bildschirm zuzuführen. Sofern die ausgewählte "Zeile" dem
Durchmesser des Kristalls entspricht, registriert die
Reihenanordnung aufgrund der oben beschriebenen Effekts
zwei Helligkeitsmaxima, die dem diametralen Abstand zweier
Punkte an der Übergangsstelle Schmelze/Einkristall ent
sprechen. Sofern die Auswertung dieser Zeile laufend
wiederholt wird, ist eine kontinuierliche bzw. quasi-konti
nuierliche Durchmesserkontrolle möglich. Die Erfassung einer
bestimmten Zeile ist auf einfache Weise durch eine Synchroni
sation des Antriebs des Drehspiegels und der Abfrage der
Reihenanordnung möglich.
Die Synchronisation bzw. der Phasenwinkel zwischen der Spiegelstel
lung und der Abfrageeinrichtung der Reihenanordnung kann
jedoch auch veränderbar gestaltet werden, so daß es möglich
ist, bestimmte andere Teile des Bildfeldes zu erfassen und
auszuwerten und/oder das gesamte Bildfeld zur Anzeige zu
bringen, so daß sich auf diese Weise eine Art fotografisches
Abbild von Tiegel und Einkristall ergibt, wie er auch, aller
dings ohne genaue räumliche Zuordnung, durch einen visuellen
Einblick seitens der Bedienungsperson in die Kristallziehvor
richtung gewonnen werden kann. Der Art der Auswertung und der
Verwertung der Signale durch die Auswerteschaltung sind praktisch
keine Grenzen gesetzt.
Mit dem angegebenen Meßverfahren ist es zusätzlich möglich,
auch den Einschmelzvorgang des Ausgangsmaterials, welches in
Granulat- oder Brockenform vorliegt, qualitativ zu Überwachen,
sowie auch quantitativ die Höhe des Schmelzenspiegels im Tiegel.
Abweichungen in der Lage des Schmelzenspiegels können mit einem
Sollwert verglichen und die Differenz einem Tiegelhubmechanismus
aufgeschaltet werden, der den Tiegel nach Maßgabe des Verbrauchs
seines Inhalts nachfährt.
Eine besonders vorteilhafte Meßanordnung für die Durchführung
des erfindungsgemäßen Meßverfahrens ist gemäß der weiteren Er
findung gekennzeichnet durch
- a) einen Drehspiegel, dessen Drehachse horizontal, seitlich neben der Kristallachse und oberhalb des Schmelztiegels in der Weise ange ordnet ist, daß die Flächennormalen der Spiegel elemente bei deren Drehung die Kristallachse und einen Tiegelradius durchfahren, durch
- b) eine Reihenanordnung von lichtempfindlichen Ele menten, deren gemeinsame Achse parallel zur Drehachse des Drehspiegels verläuft und die in der Weise auf den Drehspiegel ausgerichtet sind, daß die von diesem reflektierte Abbildung des Kristalls und des den Kristall umgebenden Schmelzenspiegels die Reihenanordnung quer zu deren Achse überstreicht, durch
- c) eine Abtasteinrichtung zur periodischen, sequentiellen Abfrage der Meßsignale der Reihenanordnung, durch
- d) eine Synchronisationseinrichtung zwischen dem Dreh spiegel und der Abtasteinrichtung, welche die Abfrage der Meßsignale nur bei einer vorgegebenen Winkel stellung für jeden Einzelspiegel des Drehspiegels ermöglicht, durch
- e) eine Auswerteschaltung für die Meßsignale der Reihen anordnung, und durch
- f) eine Anzeigeeinrichtung für die Anzeige der Ausgangs signale der Auswerteschaltung.
Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes und seine
Wirkungsweise werden nachfolgend anhand der Fig. 1 bis 3
näher erläutert.
Es zeigt
Fig. 1 eine perspektivische Darstellung der wesentlichen
Teile einer Tiegelziehvorrichtung mit Optik,
Drehspiegel und Reihenanordnung von licht
empfindlichen Elementen,
Fig. 2 eine grafische Darstellung des Intensitätsverlaufs
bei der sequentiellen Abfrage der Reihenanordnung
für eine Bildzeile, die durch den Kristalldurch
messer verläuft, und
Fig. 3 ein Schaltbild der gesamten Meßanordnung.
In Fig. 1 ist ein beheizbarer Tiegel 1 dargestellt, der Teil
einer im vorigen nicht dargestellten Tiegelziehvorrichtung nach
dem System Czochralsky ist, die unter anderem einen druck
dichten Kessel, Mittel zum Einstellen einer bestimmten Atmosphäre
in diesem Kessel, eine Heiz- und Bewegungseinrichtung für den
Tiegel und eine drehbare und axial verschiebbare Haltestange
für einen herzustellenden Einkristall 2 aufweist. Dieser wird
aus einer Schmelze 3 des Halbleitermaterials gezogen, die
sich im Tiegel 1 befindet. Durch entsprechende Variation
der Ziehparameter wird beim Herstellvorgang zunächst ein
Hals 4, dann eine kegelförmige Übergangszone 5 und schließ
lich der im wesentlichen zylindrische Teil 6 des Ein
kristalls gezogen. An der Übergangsstelle Schmelze/Ein
kristall befindet sich eine schmelzflüssige Hohlkehle 7,
die aufgrund des weiter oben beschriebenen Effekts einen
an der gleichen Stelle liegenden hellen Lichtsaum erzeugt.
Durch den Einkristall 2 verläuft senkrecht eine Kristall
achse 8, zu der auch der Tiegel 1 koaxial angeordnet ist.
Seitlich neben der Kristallachse 8 und oberhalb des
Schmelzenspiegels der Schmelze 3 sowie unter einem spitzen
Winkel zur Kristallachse 8 ist eine Optik 9 (Objektiv)
angeordnet, deren optische Achse 10 im wesentlichen auf den
(gedachten) Schnittpunkt von Schmelzenspiegel und Kristall
achse 8 ausgerichtet ist. Hinter der Optik 9 sowie im Be
reich der optischen Achse 10 ist ein Drehspiegel 11
angeordnet, dessen Drehachse 12 horizontal verläuft.
Der Drehspiegel 11 kann eine praktisch beliebige Zahl von
Spiegelelementen 13 aufweisen. Besonders zweckmäßig ist je
doch ein Sechskantprisma wie das in Fig. 1 gezeigte. Die
Drehachse 12 ist in der Weise seitlich neben der Kristall
achse 8 und oberhalb des Schmelzenspiegels angeordnet, daß
die Flächennormalen der Spiegelelemente 13 bei deren Drehung
die Kristallachse 8 und einen Tiegelradius durchlaufen. Auf
diese Weise wird ein Bild von Tiegel 1, Einkristall 2 und
Schmelze 3 abgetastet, wie es in etwa der Darstellung in Fig. 1
entspricht, mit dem Unterschied, daß der Einblick noch
etwas mehr von oben erfolgt. Von jeweils einem der Spie
gelelemente 13 wird das Bild in Richtung des Strahlen
ganges 14 reflektiert, wobei es infolge der Rotation
des Drehspiegels 11 eine Reihenanordnung 15 von
lichtempfindlichen Elementen 16 überstreicht. In der in
Fig. 1 gezeigten Stellung der Teile zueinander wird auf
der Reihenanordnung 15 diejenige Bildzeile abgebildet, die
der Blickrichtung auf einen Kristalldurchmesser entspricht,
der durch die Übergangsstelle Schmelze/Einkristall verläuft.
Aufgrund des an dieser Stelle vorliegenden Helligkeits
profils erzeugen die lichtempfindlichen Elemente 16, die
als Fotozellen, Fotodioden, Fotowiderstände etc. ausge
führt sein können, Ausgangssignale, die der Lage des je
weiligen lichtempfindlichen Elements und der Intensität
der empfanenen Lichtstrahlung entsprechen. Werden nunmehr
die lichtempfindlichen Elemente 16 nacheinander abgefragt,
so entsteht der in Fig. 2 diagrammartig dargestellte Intensitäts
verlauf. Die die Intensität darstellende Kurve 17 hat zwei
ausgeprägte Maxima M 1 und M 2, die der Lage der Hohlkehle 7
an zwei diametral gegenüberliegenden Stellen entsprechen.
Der Abstand der Maxima M 1 und M 2 voneinander ist - unter Be
rücksichtigung des Abbildungsmaßstabes der Anordnung gemäß
Fig. 1 und der räumlichen Lage der einzelnen lichtempfindlichen
Elemente 16 ein Maß für den Durchmesser D des Einkristalls 12.
Dieser läßt sich, gegebenenfalls nach entsprechender Eichung
der Vorrichtung, mittels einer Auswerteschaltung anzeigen,
deren Einzelheiten nachfolgend näher erläutert werden.
In Fig. 3 sind in der linken oberen Ecke die Elemente gemäß
Fig. 1 schematisch dargestellt; soweit übereinstimmende Ele
mente verwendet werden, wurden diese mit gleichen Bezugs
zeichen versehen. Zum Antrieb des Drehspiegels wird ein Schritt-
oder Synchronmotor 18 verwendet, der über zwei Zwischenge
triebe 19 und 20 den Drehspiegel 11 antreibt. Dessen je
weilige Winkelstellung wird über einen Impulsgeber 21 er
faßt. Da es sich hierbei um ein digitales Stellungsmeßver
fahren für den Drehspiegel 11 handelt, ist für die Null
punktfixierung ein Orientierungsimpulsgeber 22 in Form
eines kontaktlosen Endschalters vorgesehen. Dieser wird
mittels einer Nocke 23 an der Antriebswelle 24 in der Weise
betätigt, daß für jede Kante zwischen den Spiegelelementen
13 ein Orientierungsimpuls erzeugt wird.
Die Impulse des Impulsgebers 21 werden über einen Frequenz
teiler 25 in der Weise umgesetzt, daß für jedes Spiegelele
ment 13 eine bestimmte Anzahl von Impulsen, beispielsweise
von 1000 Impulsen, entstehen, die der gewünschten Bildzeilen
zahl entsprechen.
Weiterhin sind ein Impuls-Freigabebereich 26 und ein Zeilen
takt-Freigabespeicher 27 vorgesehen, die unmittelbar nach dem
Einschalten des Versorgungsnetzes für die Meßanordnung durch
Anfangsrichtimpulse, die über die Leitung 28 zugeführt werden,
in eine solche definierte Stellung gebracht werden, daß die
Ausgangssignale des Impuls-Freigabespeichers 26 und des
Zeilentakt-Freigabespeichers 27 die weiterhin vorhandenen
Torschaltungen 29 und 30 sperren. Ferner sind ODER-Glieder 31
und 32 vorhanden, deren Ausgänge einem Bildzeilenzähler 33
bzw. einem Zeilenbildpunktzähler 34 in der Weise aufgeschaltet
sind, daß diese durch den gleichen Anfangsrichtimpuls (über
die Leitung 28) zu Beginn auf Null gestellt werden.
Der Orientierungsimpulsgeber 22 ist dem Impuls-Freigabe
speicher 26 in der Weise aufgeschaltet, daß dieser durch
einen Impuls in eine solche Stellung gebracht wird, daß
die vom Frequenzteiler 25 ausgehenden Impulse die Torschaltung 29
passieren können. Deren Ausgang ist dem Bildzeilenzähler 33
und dem Zeilentakt-Freigabespeicher 27 aufgeschaltet. Da jeder
vom Frequenzteiler 25 ausgehende und die Torschaltung 29
passierende Impuls einer Bildzeile entspricht, gibt der Bild
zeilenzähler 33 an, wieviele Bildzeilen ausgewertet wurden.
Dem Bildzeilenzähler 23 ist ein Digital-Analog-Wandler 35
nachgeschaltet, dessen Ausgang dem Y-Ablenksystem einer Bild
röhre 36 aufgeschaltet ist.
Die Anordnung besitzt weiterhin einen Taktgeber 37 für die
Zeilenabtastung, der der Torschaltung 30 ebenso aufgeschaltet
ist, wie der Zeilentakt-Freigabeschalter 27. Dieser wird
durch die die Torschaltung 29 passierenden Zeilenimpulse so
gesetzt, daß die Torschaltung 30 die Taktimpulse für die
Zeilenabtastung freigibt. Die Torschaltung 30 ist einem
Schieberegister 38 aufgeschaltet, welches die Meßwerte der
lichtempfindlichen Elemente 15 der Reihenanordnung 15
sequentiell dem Videoausgang 39 der Reihenanordnung 15 auf
schaltet. Der Videoausgang 39 ist mit einem Eingang einer
nichtdargestellten Vorrichtung zur Helligkeitssteuerung
der Bildröhre 36 sowie mit einer Signalpegel-Auswerte
schaltung 40 verbunden. Die Frequenz des Taktgebers 37
ist in der Weise festgelegt, daß bis zum Erscheinen des nächsten
Zeilenimpulses am Eingang des Zeilentakt-Freigabespeichers 27
das Schieberegister 38 mit Sicherheit einen Abfragezyklus
zu Ende geführt hat. Dies wird durch einen Impuls bestätigt,
der den Zustand "Zeile abgetastet" signalisiert. Dieser
Impuls wird über eine Leitung 41 dem zweiten Eingang des
ODER-Gliedes 32 zugeführt, welches den Zeilentakt-Freigabe
speicher 27 in Sperrstellung versetzt. Erst beim Erscheinen
eines neuen Zeilenimpulses erfolgt wieder eine Freigabe
über den Zeilentakt-Freigabespeicher 27, so daß die nächste
Zeile abgetastet werden kann. Das Erscheinen des Zeilenim
pulses ist ein Zeichen dafür, daß der Prismenspiegel 11 um
einen bestimmten Drehwinkel weiter gedreht wurde.
Die die Torschaltung 30 passierenden Zeilenabtastimpulse
gelangen außer zum Eingang des Schieberegisters 38 über
eine Leitung 42 auch auf den Eingang des Zeilenbildpunkt
zählers 34. Diesem ist ein Digital-Analog-Wandler 43 nachge
schaltet, durch den der Inhalt des Zeilenbildpunktzählers 34
dem X-Ablenksystem der Bildröhre 36 zugeführt wird. Nach dem
Erscheinen des Impulses "Zeile abgestastet" am Ausgang des
ODER-Gliedes 32 wird der Zeilenbildpunktzähler 34 über eine
Leitung 43 jeweils auf Null gesetzt. Dies geschieht in ana
loger Weise mit dem Bildzeilenzähler 33, der jeweils durch
einen vom Orientierungsimpulsgeber 22 erzeugten Impuls
zurückgesetzt wird, nachdem das Gesamtbild abgetastet ist.
Die in der linken Hälfte von Fig. 3 innerhalb des ge
strichelt umrandeten Blocks dargestellten Elemente werden als
Zeilenabtastschaltung 44 bezeichnet. Die in der rechten
Hälfte innerhalb des oberen gestrichelt umrandeten Blocks
dargestellten Elemente bilden eine analoge Bildauswerte
schaltung 45. Für Zwecke der digitalen Bildauswertung
besitzt die Anordnung zusätzlich eine digitale Bildauswerte
schaltung 46, auf deren Einzelheiten nachfolgend näher
eingegangen werden wird.
Die digitale Bildauswerteschaltung 46 besitzt eine Bildpunkt-
Vorwahlschaltung 47 und eine dazu gehörige, nachgeschaltete
Koinzidenzschaltung 48, mit denen jeder Bildpunkt einzeln
angesteuet werden kann. Mittels einer Bildzeilen-Vorwahl
schaltung 49 und einer zugehörigen, nachgeschalteten Koinzidenz
schaltung 50 kann in ähnlicher Weise jede einzelne Bild
zeile gezielt angesteuert werden. Mittels einer Signalpegel-
Vorwahlschaltung 51 kann außerdem das die Reihenanordnung
über den Videoausgang 39 verlassende Videosignal über die
Signalpegel-Auswerteschaltung 40 nach verschiedenen Kriterien
hinsichtlich der Signalgröße ausgewertet werden. Die Aus
gangssignale der Signalpegel-Auswerteschaltung 40, der
Koinzidenzschaltung 48 und der Koinzidenzschaltung 50 sind
einer digitalen Anzeigeeinrichtung 52 aufgeschaltet.
Die Synchronisationseinrichtung besteht beim Ausführungs
beispiel aus den Gliedern:
- 21 (Impulsgeber)
22/23 (Orientierungsimpulsgeber/Nocke)
25 (Frequenzteiler)
26 (Impuls-Freigabespeicher)
27 (Zeilentakt-Freigabespeicher)
29/30 (Torschaltung)
Das erfindungsgemäße Meßverfahren läßt sich dadurch zu einem
Regelverfahren ausgestalten, daß das den Kristalldurchmesser
charakterisierende Meßsignal bzw. Anzeigesignal nach Ver
gleich mit einem Durchmessersollwert Stellgliedern aufge
schaltet wird, die mindestens einem der eingangs genannten
Ziehparameter entsprechend beeinflussen. Derartige Stell
glieder sind Stand der Technik und werden daher nicht
weiter erläutert. Analoges gilt für das Signal für den Schmelzenspiegel.
Der "Bezugspunkt" kann auf verschiedene Weise festgelegt
werden: Es kann sich um ein Signal für die Ortsbestimmung der
Kristallachse handeln, wodurch der Radius bis zum Hellig
keitsmaximum bestimmt wird. Bezugspunkt kann aber auch je
weils eines der Maxima M 1 oder M 2 sein (Fig. 2) während das
jeweils andere Maximum durch dessen Abstand der Kristalldurch
messer definiert. Wenn der Bezugspunkt auf einer Analoganzeige
auf einen Skalenanfang gelegt wird, ergibt der Ausschlag den
Radius bzw. den Durchmesser des Einkristalls. Bei einer Digital
anzeige, z. B. durch Ziffern, ist der Bezugspunkt die (nicht
dargestellte) Ausgangsgröße für den Meßwert, d. h. es wird je
weils nur der Abstand von dem Bezugspunkt dargestellt.
Claims (3)
1. Meßverfahren für den Durchmesser von Einkristallen
beim Tiegelziehen durch optische Erfassung des
Helligkeitsprofils an der Übergangsstelle Schmelze/
Einkristall und Anzeige der räumlichen Lage des
Helligkeitsprofils im Verhältnis zu einem Bezugs
punkt auf einer Anzeigevorrichtung,
dadurch gekennzeichnet, daß das Bild der Über
gangsstelle Schmelze/Einkristall mit Hilfe eines
um eine horizontale Achse rotierenden Drehspiegels
über eine parallel zur Drehspiegelachse angeord
nete Reihenanordnung lichtempfindlicher Elemente
bewegt wird und deren sequentiell abgefragte In
tensitätssignale einer Auswerteschaltung für die
Durchmesserbestimmung aufgeschaltet werden, wo
bei in den einzelnen zeilenweisen Intensitätssi
gnalen zwei Maxima (M) erfaßt werden, die Schmelz/
Einkristallübergängen entsprechen und deren maxima
ler Abstand bei jedem Abtastvorgang als Maß für den
Kristalldurchmesser ausgewertet wird.
2. Meßverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Drehung des Drehspiegels und die periodische Ab
frage der Meßwerte der Reihenanordnung der lichtempfindlichen
Elemente in der Weise synchronisiert werden, daß die auf
einen Durchmesser des Einkristalls liegenden Intensitäts
maxima ("M") auf der Anzeigeeinrichtung angezeigt werden.
3. Meßanordnung für die Durchführung des Meßverfahrens nach An
spruch 1, gekennzeichnet durch
- a) einen Drehspiegel (11), dessen Drehachse (12) horizontal, seitlich neben der Kristallfläche (8) und ober halb des Schmelzenspiegels in der Weise angeordnet ist, daß die Flächennormalen der Spiegelelemente (13) bei deren Drehung die Kristallachse und einen Tiegelradius durch fahren, durch
- b) eine Reihenanordnung (15) von lichtempfindlichen Ele menten (16), deren gemeinsame Achse parallel zur Dreh achse des Drehspiegels verläuft und die in der Weise auf den Drehspiegel ausgerichtet sind, daß dieser im Abbildungsstrahlengang angeordnet ist, durch
- c) eine Abtasteinrichtung (44) zur periodischen, sequentiellen Abfrage der Meßsignale der Reihenanordnung, durch
- d) eine Synchronisationseinrichtung zwischen dem Dreh spiegel und der Abtasteinrichtung, welche die Abfrage der Meßsignale nur bei einer vorgegebenen Winkelstellung für jedes Spiegelelement (13) des Drehspiegels er möglicht, durch
- e) eine Auswerteschaltung (45, 46) für die Meßsignale der Reihenanordnung, und durch
- f) Eine Anzeigeeinrichtung (36, 52) für die Anzeige der Ausgangssignale der Auswerteschaltung.
Priority Applications (6)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19792923240 DE2923240A1 (de) | 1979-06-08 | 1979-06-08 | Messverfahren und messanordnung fuer den durchmesser von einkristallen beim tiegelziehen |
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