DE2923240C2 - - Google Patents

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.