Hintergrund der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren
und eine Vorrichtung zur Untersuchung eines Einkristall-
Gußblockes mittels der Röntgenstrahl-Beugungsmessung zur
Erfassung der Ausrichtung einer kristallographischen Achse,
um die Ausrichtung für eine Orientierungsabflachung zu
bestimmen (nachfolgend einfach angegeben als "OF"), die in
der Seite des Einkristall-Gußblockes auszuführen ist.
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Ein Halbleiterwafer, das zu Substraten für elektronische
Halbleitergeräte überführt werden soll, wird auf die
folgende Art und Weise verwirklicht: ein Einkristall-Gußblock
aus einem Halbleitermaterial, wie bspw. Silizium, wird
mittels eines Einkristall-Wachstumsverfahrens, wie bspw.
des Czochralski (CZ)-Verfahrens, hergestellt; der Gußblock
wird dann zu einer zylindrischen Form bearbeitet und wird
zu dünnen Platten durchgeschnitten, wobei jeder Schnitt in
einer Richtung im wesentlichen senkrecht zu der Achse des
Zylinders ausgeführt wird; als nächstes werden die dünnen
Platten geläppt, geätzt und poliert und ergeben schließlich
dünne runde Scheiben, die an einer Seite eine
spiegelpolierte Fläche haben. Die so hergestellten Halbleiterwafers
wären nun vollständig kreisförmig und würden keinen
visuellen Ansatzpunkt für die Anzeige irgendeiner
kristallographischen Orientierung haben. Aus diesem Grund wird der
Einkristall-Gußblock vor seinem Zerschneiden zu dünnen
Scheiben bearbeitet, um eine Orientierungsabflachung zu
haben, welches eine flache Oberfläche ist, die in der Seite
des Einkristall-Gußblockes in einer solchen Art und Weise
ausgeführt wird, daß die Abflachung senkrecht zu einer
kristallographischen Achse verläuft; die so gebildete OF
erleichtert eine Stufenpositionierung der resultierenden
Wafers bspw. für die Stufe, in welcher ein optisches Muster
ausgeführt wird. In einigen Fällen wird auch mehr als eine
Orientierungsabflachung an einem Einkristallzylinder
ausgeführt.
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Natürlich wird für die Bestimmung der Ausrichtung der
herzustellenden OF eine hohe Präzision gefordert, wobei die
kristallographischen Achsen herkömmlich mittels der
Röntgenstrahl-Beugungsmessung bestimmt wurden (siehe hierzu bspw.
die Japanische Patentanmeldung Kokoku No. 62-116243).
Probleme, welche die Erfindung zu lösen versucht
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Selbst bei diesem verfeinerten Bestimmungsverfahren, das
auf der Röntgenstrahl-Beugungsmessung basiert, ist das
Verfahren jedoch nicht einfach; die Röntgenstrahlen werden
zu einem Punkt in der Oberfläche des Einkristall-Zylinders
(Meßpunkt) ausgestrahlt, während der Zylinder um seine
Drehachse mit einer konstanten Winkelgeschwindigkeit gedreht
wird, und die gestreute Röntgenstrahl-Strahlung wird unter
verschiedenen Winkeln mit einem Röntgenstrahl-Detektor
untersucht, um zu bestimmen, ob eine kristallographische
Achse röntgenbestrahlt ist oder nicht. Es ist daher
erforderlich, die Messung aus unterschiedlichen Richtungen
vielmals durchzuführen, sodaß als ein Ergebnis das Verfahren
viel Zeit und Mühen beansprucht und daher das Verfahren so
wie es ist nicht sehr rationell ist; da die Messung mehrere
Male durchgeführt wird, ist noch von größerer Wichtigkeit,
daß es zu einer wesentlichen Fehleransammlung kommt, und
die Genauigkeit des Ergebnisses bei der Bestimmung der
kristallographischen Achse sollte daher eine weitere
Verbesserung erfahren.
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Es ist verständlich, daß eine Vielzahl von Röntgenstrahl-
Detektoren installiert werden, um die Röntgenstrahlstreuung
gleichzeitig unter verschiedenen Winkeln zu messen; dies
wird jedoch die Vorrichtung komplizieren und die
Vorrichtungskosten erhöhen.
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Die vorliegende Erfindung wurde mit Rücksicht auf das
vorstehende Problem konzipiert, sodaß es daher eine Aufgabe
der Erfindung ist, ein verbessertes Verfahren und eine
Vorrichtung bereitzustellen, welche den sonst komplizierten
und zeitraubenden Betrieb einer Erfassung der Ausrichtung
der kristallographischen Achse vereinfachen und
rationalisieren, um die Ausrichtung für eine OF mit einer hohen
Präzision und einem hohen Wirkungsgrad zu bestimmen.
Mittel zu Lösung der Probleme
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Um die Zwecke der Erfindung zu erreichen, wird ein Verfahren
zur Bestimmung einer kristallographischen Achse eines
Einkristall-Gußblockes auf der Basis der
Röntgenstrahl-Beugungsmessung vorgeschlagen, bestehend aus den Stufen: langsame
Drehung des Einkristall-Gußblockes um seine Mittellinie
(Drehachse); optische Bestimmung einer Kristall-Habituslinie;
Anhalten der Drehung des Einkristall-Gußblockes, wenn eine
Kristall-Habituslinie bestimmt ist; Bestimmung der
Drehrichtung, die eine kristallographische Achse bälder in den Meß
punkt des Röntgenstrahl-Systems bringen wird; Drehung des
Einkristall-Gußblockes in der so bestimmten Richtung mit
einer viel langsameren Drehzahl; und Bestimmung der
kristallographischen Achse mittels des Röntgenstrahl-Systems.
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Die vorliegende Erfindung schlägt auch eine Vorrichtung zur
Bestimmung einer kristallographischen Achse eines
Einkristall-Gußblockes auf der Basis der
Röntgenstrahl-Beugungsmessung vor, bestehend aus: einer Dreheinrichtung, die zum
Halten und Drehen des Einkristall-Gußblockes um seine
Mittellinie (Drehachse) mit einer langsamen Drehzahl und
selektiv mit einer noch viel langsameren Drehzahl fähig ist
sowie zu einem Anhalten in einer willkürlichen
Winkelposition; einer Kristall-Habituslinie-Detektoreinrichtung für
eine optische Bestimmung einer Kristall-Habituslinie des
Einkristall-Gußblockes; und einem Röntgenstrahl-System für
eine Bestimmung einer kristallographischen Achse des
Einkristall-Gußblockes unter Anwendung der Röntgenstrahl-
Beugung.
Wirkungen
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Gemäß der Erfindung wird so eine Kristall-Habituslinie des
Einkristall-Gußblockes sofort durch die
Kristall-Habituslinie-Detektoreinrichtung bestimmt, und da die
kristallographischen Achsen eine feste geometrische Beziehung mit
den Kristall-Habituslinien beibehalten, ist es jetzt möglich,
den angenäherten Ort der kristallographischen Achsen
aufzufinden; durch eine Drehung des Gußblockes in der Richtung,
die eine der kristallographischen Achsen in den Meßpunkt
des Röntgenstrahl-Systems bälder bringen wird, ist es so
möglich, die Zeit abzukürzen, bis die kristallographische
Achse erfaßt ist. Sobald die bezweckte kristallographische
Achse für ein Dasein in der Nähe bekannt ist, also wenn die
Kristall-Habituslinie aufgefunden ist, wird dann die
Drehzahl der Dreheinrichtung verringert und wird die Messung
sehr sorgfältig durchgeführt. Die kristallographische Achse
wird dann genau und sofort mittels des Röntgenstrahlsystems
bestimmt, sodaß der Meßbetrieb weniger zeitaufwendig und
genauer wird und als ein Ergebnis davon die OF mit hoher
Präzision ausgeführt werden kann.
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Gemäß der Erfindung ist weiterhin die Vorrichtung zur
Bestimmung der Kristallorientierung zusätzlich versehen mit
einer verhältnismäßig billigen
Kristall-Habituslinie-Detektoreinrichtung, die an dem existierenden Röntgenstrahl-
System befestigt ist, sodaß die Vorrichtung als eine relativ
einfache und billige Vorrichtung verbleibt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Fig. 1 ist eine Draufsicht auf eine Ausführungsform der
Vorrichtung zur Bestimmung der Kristallorientierung
gemäß der Erfindung;
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Fig. 2 ist eine Seitenansicht derselben Vorrichtung der
Fig. 1;
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Fig. 3 ist eine Draufsicht auf eine Sensorvorrichtung
(bestehend aus einer
Kristall-Habituslinie-Detektoreinrichtung und einem Röntgenstrahl-Detektor)
derselben Vorrichtung der Fig. 1;
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Fig. 4 ist eine Perspektivansicht eines Teils eines
Einkristall-Gußblockes;
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Fig. 5 ist eine schematische Darstellung, welche die
geometrische Beziehung zwischen einer Kristall-
Habituslinie und der OF zeigt;
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Fig. 6 ist ein Flußdiagramm, welches ein Vorgehen des
Verfahrens gemäß der Erfindung angibt;
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Fig. 7 ist eine Vorderansicht der Hauptelemente einer
weiteren Ausführungsform der Vorrichtung zur
Bestimmung der Kristallorientierung gemäß der Erfindung;
und
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Fig. 8 ist eine Ansicht derselben Elemente der Fig. 7 in
Richtung der Pfeile A.
Ausführungsform
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Als nächstes wird eine Ausführungsform der Erfindung unter
Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert.
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Fig. 1 und Fig. 2 zeigen eine Vorrichtung 1 zur Bestimmung
einer Kristallorientierung; Fig. 3 zeigt eine
Sensorvorrichtung 12 (bestehend aus einem Sensor 14 zur Bestimmung einer
Kristall-Habituslinie und einem Röntgenstrahl-Detektor 12);
und Fig. 4 zeigt einen Einkristall-Gußblock W.
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Die Vorrichtung 1 zur Bestimmung einer Kristallorientierung
gemäß der Erfindung ist auf einer Maschine zum Schleifen
eines Außenzylinders montiert und ist mit einer
Schleifeinheit 2 versehen, die für einen Hin- und Hergang in einer
horizontalen Richtung fähig ist, wie es mit einem
Doppelpfeil in Fig. 1 angedeutet ist. Eine Radspindel 3 verläuft
horizontal von der Schleifeinheit 2 und trägt ein
Schleifrad 4 an ihrem Ende. Die Radspindel 3 wird augenfällig
durch eine Antriebseinrichtung, nicht gezeigt, gedreht, die
in der Schleifeinheit 2 eingegliedert ist.
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Von den Endbereichen eines auf einem Fußboden installierten
Bettes 5 verluft ein Paar horizontaler Drehwellen 6, 6
nach innen, wobei die Wellen axial miteinander fluchten und
an den Enden Spannfutter 7, 7 tragen. Die Drehwellen 6, 6
sind mit dem Antrieb durch eine nicht gezeigte
Antriebseinrichtung für eine Drehung in einer solchen Art und Weise
angepaßt, daß ihre Drehzahlen durch eine Steuerung geändert
werden und sie in willkürlichen Winkelpositionen angehalten
werden können.
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Ein Schlittentisch 8, der mit einem Röntgenstrahl-System 9
ausgerüstet ist, ist an einer Seite des Bettes 5
verschieblich befestigt. Mittels des Mechanismus des Schlittentisches
8 kann dieses Röntgenstrahl-System 9 in der Richtung
parallel zu der Mittellinie des Einkristall-Gußblockes W und in
der Richtung senkrecht dazu verschoben werden, also in den
Richtungen, die mit den Doppelpfeilen X und Y angegeben sind.
Das Röntgenstrahl-System 9 ist mit einer gekrümmten
Goniostufe 10 versehen, wie gezeigt in Fig. 2. Ein Röntgenstrahl-
Strahler 11 und ein Röntgenstrahl-Detektor 12 sind mit der
Goniostufe 10 in einer solchen Art und Weise in
Wirkverbindung, daß sie entlang der Krümmung der Goniostufe 10 frei
verschoben werden können und darauf jede willkürliche
Position einnehmen können. Wie ebenfalls in Fig. 2 gezeigt ist,
ist ein Positionssensor 13 in dem Röntgenstrahl-System 9 in
einer solchen Art und Weise vorgesehen, daß die Mittellinie
(die horizontale, strickpunktierte Linie in Fig. 2) des
Positionssensors 13 in derselben horizontalen Ebene liegt
wie die Mittellinie des Einkristall-Gußblockes W und daß
sich die Mittellinie des Positionssensors 13 und diejenige
des Einkristall-Gußblockes W orthogonal kreuzen. Der
Positionssensor 13 dient zur Bestimmung seiner Entfernung 1 von
der Oberfläche des Einkristall-Gußblockes W.
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Wie gezeigt in Fig. 3 ist ein Sensor 14 zur Erfassung einer
Kristall-Habituslinie an dem Röntgenstrahl-Detektor 12 des
Röntgenstrahl-Systems 9 integriert befestigt. Dieser Sensor
14 zur Erfassung einer Kristall-Habituslinie ist eine Art
optischer Sensor und ist dafür angepaßt, ein Licht zu dem
konischen Kopfteil Wa des Einkristall-Gußblockes W
auszustrahlen und das Licht zu untersuchen, das von dem konischen
Kopfteil Wa reflektiert wird, um dadurch zu bestimmen, ob
eine Kristall-Habituslinie an der Oberfläche des konischen
Kopfteils Wa vorhanden ist oder nicht, wie bspw. diejenige,
die in Fig. 4 mit li angegeben ist.
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Als nächstes wird das Verfahren der vorliegenden Erfindung
vollständiger erläutert im Zusammenhang mit der Beschreibung
der Arbeitsweise der Vorrichtung 1 zur Bestimmung einer
Kristallorientierung unter Bezugnahme auf die Fig. 5 (a),
(b) und Fig. 6. Fig. 5 (a), (b) ist augenfällig eine
schematische Zeichnung und zeigt eine geometrische Beziehung
zwischen einer Kristall-Habituslinie und der OF, und Fig. 6
ist ein Flußdiagramm und zeigt ein Vorgehen bei dem
Verfahren gemäß der Erfindung.
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Zuerst wird ein Einkristall-Gußblock W, der mittels einer
Einkristall-Ziehvorrichtung, nicht gezeigt, hochgezogen wird,
von der Einkristall-Ziehvorrichtung durch einen Roboterarm
entfernt (Stufe 1 der Fig. 6); der Gußblock W wird dann in
die Vorrichtung 1 zur Bestimmung der Kristallorientierung
gebracht (Stufe 2); der Gußblock W wird zwischen einem
Spannfutterpaar 7, 7 festgeklemmt, wobei die Enden durch die
Spannfutter 7, 7 festgespannt werden, wie gezeigt in Fig. 1
(Stufe 3). Der Gußblock W wird jetzt horizontal gehalten
und ist für eine Drehung um seine Mittellinie angepaßt,
wenn die Drehwellen 6, 6 angetrieben werden. Die Außenfläche
des Gußblockes W wird dann mittels der Schleifeinheit 2
zylindrisch geschliffen (Stufe 4).
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Die Drehwellen 6 werden durch eine Antriebseinrichtung,
nicht gezeigt, angetrieben, um in einer Richtung mit einer
vorbestimmten Winkelgeschwindigkeit zu drehen, wodurch der
Einkristall-Gußblock W in derselben Richtung mit derselben
Winkelgeschwindigkeit gedreht wird (Stufe 5); währenddessen
bestimmt der Sensor 14 zur Bestimmung einer
Kristall-Habituslinie kontinuierlich, ob eine Kristall-Habituslinie 1 optisch
erfaßt wird oder nicht (Stufe 6). Wenn der Sensor 14 zur
Erfassung einer Kristall-Habituslinie bestimmt, daß eine
Kristall-Habituslinie 1 erfaßt ist, dann wird die Drehung
des Einkristall-Gußblockes W angehalten (Stufe 7), und es
wird in einer Stufe 8 bestimmt, in welche Richtung der
Einkristall-Gußblock W während der nächsten Stufe gedreht
werden sollte.
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Unter Bezugnahme auf die Fig. 5 (a), (b) wird jetzt die
geometrische Beziehung zwischen einer Kristall-Habituslinie
und der Kristallorientierung kurz erläutert. In einem
Einkristall ergeben die kristallographischen Achsen generell
eine feste geometrische Beziehung zu den
Kristall-Habituslinien: bei einem "111"-Kristall liegt bspw. die
kristallographische Achse F, wie gezeigt in Fig. 5 (a) , bei welcher
der konische Kopfteil des Gußblockes W gezeigt ist, unter
einem Winkel von etwa 300 von einer Kristall-Habituslinie li
bei einer Messung im Uhrzeigergegensinn; oder ist liegt eine
kristallographische Achse F, wie gezeigt in Fig. 5 (b),
unter einem Winkel von etwa 30º von einer
Kristall-Habituslinie l&sub1; bei einer Messung im Uhrzeigersinn. In Fig. 5 (a),
(b) sind weitere Kristall-Habituslinien mit l&sub2; und l&sub3;
bezeichnet.
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Nachdem der Einkristall-Gußblock W in der Stufe 7 für eine
weitere Drehung angehalten wurde, wird der Gußblock W dann
erneut in einer passenden Richtung zum Drehen gebracht
(also im Uhrzeigergegensinn in dem Fall der Fig. 5 (a) oder
in dem Uhrzeigersinn im Fall der Fig. 5 (b), und zwar mit
einer sehr langsamen Winkelgeschwindigkeit bzw. Drehzahl
(Stufe 9); unterdessen wird das Röntgenstrahl-System 9 für
eine Bestimmung der kristallographischen Achse F betrieben.
Die Art und Weise der Bestimmung der Achse F ist wie folgt:
der Röntgenstrahl wird durch den Röntgenstrahl-Strahler 11
auf die Oberfläche des Einkristall-Gußblockes W unter einem
Einfallwinkel θ (23.6º bei dieser Ausführungsform)
ausgestrahlt, und der Strahl wird unter einem Reflektionswinkel θ
(gleich dem Einfallwinkel) von der Oberfläche des Gußblockes
W reflektiert, und die reflektierten Röntgenstrahlen werden
von dem Röntgenstrahl-Detektor 12 erfaßt. Die
kristallographische Achse F wird durch das Auffinden eines solchen
Punktes auf der Oberfläche des Gußblockes lokalisiert, wo
die Intensität der reflektierten Röntgenstrahlen einen
Maximalwert aufzeichnet (Stufe 10); wenn ein solcher Punkt
aufgefunden ist, wird die Drehung des Einkristall-Gußblockes
W angehalten (Stufe 11). Zu diesem Zeitpunkt ist es bekannt,
daß der Punkt auf der Oberfläche des Gußblockes, für welchen
der Röntgenstrahl bezweckt wird, dort liegt, wo die
kristallographische Achse F in radialer Richtung verläuft, und die
OF sollte dann orthogonal zu dieser Achse F ausgeführt
werden. Der Einkristall-Gußblock W wird so in dieser Position
fixiert, und es wird dann die Schleifeinheit 2 in solcher
Art und Weise betrieben, daß das Schleifrad 4 schnell
gedreht wird und in Berührung mit dem Einkristall-Gußblock W
kommt, um denjenigen Bereich abzuschleifen, der in Fig. 5
gestrichelt ist, wobei die Schleifeinheit 2 längs des
Einkristall-Gußblockes W von dem einen Ende zu dessen
anderem Ende bewegt wird (Stufe 12). Es wird so eine
gewünschte OF an einem Einkristall-Gußblock W hergestellt,
wie gezeigt in Fig. 5 (a), (b).
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Wie vorstehend beschrieben, muß bei der vorliegenden
Ausführungsform die Messung nur wenige Male bei der Bestimmung
der kristallographischen Achse mittels des Röntgenstrahl
e Systems 9 durchgeführt werden, d.h. wenn einmal der
angenäherte Ort der kristallographischen Achse in Bezug auf die
Kristall-Habituslinie aufgefunden wurde, dann wird die
Messung der Röntgenstrahl-Intensität nur zu dem Zweck
durchgeführt, herauszufinden, wo ihre Spitzen liegen, sodaß
der Meßbetrieb in kürzerer Zeit vollendet werden kann und
in einer einfacheren und wirksameren Art und Weise, wodurch
die Präzision bei der Bestimmung der kristallographischen
Achse für die Bereitstellung der Führung bei der Bearbeitung
der OF verbessert wird.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Vorrichtung 1 zur
Bestimmung der Kristallorientierung nur zusätzlich versehen
mit einem verhältnismäßig billigen Sensor 14 zur Erfassung
einer Kristall-Habituslinie, der an dem existierenden
Röntgenstrahl-System 9 befestigt wird, sodaß die
Vorrichtung 1 eine relativ einfache Vorrichtung verbleibt und
billig ist.
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Der so mit einer OF versehene Einkristall-Gußblock wird
entklammert (Stufe 13), und die Spannfutter 7, 7 geben den
Gußblock W frei, der von der Vorrichtung 1 zur Bestimmung
der Kristallorientierung entfernt wird (Stufe 14).
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In dem Fall, wo die kristallographische Achse bei einem
Einkristall-Gußblock W bestimmt wird, bei welchem die
konischen Abschnitte bereits abgeschnitten wurden, wie
gezeigt in Fig. 7 und Fig. 8, wird augenfällig der
Einkristall-Gußblock W auf einem Paar paralleler Drehrollen
16, 16 mittels eines Gußblockträgers 14 horizontal
eingestellt, und sobald die Drehrollen für eine Drehung in
derselben Richtung und mit derselben Drehzahl angetrieben
werden, wird dann der Einkristall-Gußblock W um seine
Mittellinie gedreht. An einer Endfläche des Einkristall-
Gußblockes W wird eine Markierung M zur Bestimmung einer
Kristall-Habituslinie angebracht, um eine
Kristall-Habituslinie anzugeben, und diese Marke M wird optisch erfaßt
durch den Sensor 14 zur Erfassung einer
Kristall-Habituslinie, der für eine Ausrichtung auf die Endfläche des
Einkristall-Gußblockes W angeordnet ist. Die
kristallographische Achse wird mittels des Röntgenstrahl-Strahlers 11
und des Röntgenstrahl-Detektors 12 bestimmt, die in einem
niedrigeren Niveau als der Gußblock W angeordnet sind. Die
Bezugsziffer 17 in Fig. 7 bezeichnet eine
Markierungseinrichtung zum Markieren der Position der kristallographischen
Achse.
Ergebnisse
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Wie aus der vorstehenden Beschreibung klar wird, verwendet
ein Verfahren zur Erfassung einer kristallographischen
Achse gemäß der Erfindung eine geometrische Beziehung der
kristallographischen Achse zu den Kristall-Habituslinien;
und sie besteht aus den folgenden Stufen: (i) der Einkristall-
Gußblock wird um seine Mittellinie durch eine
Dreheinrichtung gedreht, die zu einer Änderung der Drehzahl fähig ist
und zu einem Anhalten in einer willkürlichen Winkelposition,
(ii) während der Gußblock gedreht wird, wird eine Kristall-
Habituslinie mittels eines Sensors zur Erfassung einer
Kristall-Habituslinie optisch erfaßt, (iii) wenn eine
Kristall-Habituslinie erfaßt ist, wird die Drehung des
Einkristall-Gußblockes zum Anhalten gebracht, (iv) es wird
dann der Einkristall-Gußblock mit einer sehr langsamen
Winkelgeschwindigkeit bzw. Drehung in der Richtung gedreht,
welche eine kristallographische Achse in einen Meßpunkt des
Röntgenstrahl-Systems bälder einbringt, und (v) das
Röntgenstrahl-System bestimmt dann die kristallographische Achse;
auf diese Weise wurde der Meßbetrieb viel einfacher, weniger
zeitaufwendig und höher wirksam, sodaß als ein Ergebnis
davon die OF mit einer hohen Präzision ausgeführt werden
kann.
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Während die Erfindung für ihre bevorzugten Ausführungsformen
beschrieben wurde, ist auch zu verstehen, daß Abänderungen
für den Fachmann möglich sind, ohne daß von dem Schutzumfang
der Erfindung abgewichen wird. Der Schutzumfang der
Erfindung wird daher nur durch die beigefügten Ansprüche bestimmt.