DE69401017T2 - Verfahren zum Messen der Breite der Orientierungsfläche eines Einkristalls - Google Patents

Verfahren zum Messen der Breite der Orientierungsfläche eines Einkristalls

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur einfachen Messung der Breite der Orientierungsfläche (nachstehend als "OF" bezeichnet), welche die kristallographische Orientierung eines Einkristall-Rohlings angibt.
  • Die Messung der OF-Breite in der Fläche eines zylindrischen Einkristall-Rohlings wurde durch Ablesen von Einteilungen einer Skale, wie etwa einer Schieblehre, die auf dem entsprechenden OF-Bereich angeordnet wird, ausgeführt. Eine derartige manuelle Messung erfordert jedoch viel Arbeit und damit können Messfehler nicht ausgeschlossen werden. Daher gab es ein Bedürfnis für ein einfaches und genaues Verfahren zum Messen der OF-Breite. Aus zahlreichen Dokumenten, wie etwa der US-A-4300836 sind optische Abtastvorrichtungen bekannt, mit denen ein Profil eines Gegenstandes abgetastet und abgebildet wird.
  • Die Erfindung wurde im Lichte der oben angesprochenen Probleme im Stand der Technik gemacht. Daher besteht die Hauptaufgabe dieser Erfindung in der Bereitstellung eines Verfahrens zum Messen der OF-Breite eines Einkristall-Rohlings unter Verwendung einer optischen, kontaktlosen Distanzmeßvorrichtung, mit der die Arbeit und die Meßfehler, welche bei dem oben angegebenen manuellen Verfahren unvermeidbar auftreten, vermieden werden können und eine einfache und genaue Messung, falls notwendig automatisch, verwirklicht werden kann.
  • Erfindungsgemäß wird bereitgestellt ein Verfahren zum Messen der OF-Breite eines Einkristall-Rohlings unter Verwendung eines Gerätes mit einer optischen, kontaktlosen Distanzmeßvorrichtung mit einem Sensor, einer Einrichtung zum Festlegen der OF des Einkristall-Rohlings, so daß sie dem Sensor zugewandt ist, einer Einrichtung zum Scannen des Sensors in einer senkrecht zur Hauptachse des Einkristall-Rohlings verlaufenden Richtung und einer Einrichtung zum Messen der Scann- Entfernung mit den Schritten: Erfassen der Grenzpunkte zwischen der OF und der runden Oberfläche des Einkristall- Rohlings aus der durch das Scannen des Sensor zu messenden Distanz während einer Erfassung der Entfernung zwischen dem Sensor und der die OF enthaltenden Rohling-Oberfläche, Messen der Scannentfernung A des Sensors zwischen der ersten Position, an der ein Grenzpunkt erfaßt wird, und der zweiten Position, an der ein Grenzpunkt erfaßt wird, Erfassen der ersten Entfernung l&sub1; zwischen dem ersten Grenzpunkt und dem Sensor und der zweiten Entfernung l&sub2; zwischen dem Sensor und dem zweiten Grenzpunkt zum Erhalt von B = l&sub1; - l&sub2; und Berechnen der OF-Breite C gemäß der folgenden Gleichung (1):
  • C² = A² + B² .... (1).
  • Mit der optischen, kontaktlosen Distanzmeßvorrichtung gemäß dieser Erfindung kann die Position eines Gegenstandes durch Bilden einer Abbildung auf einem Fotopositionsdetektor mit reflektiertem Licht, das zur Bildung eines Fokus in der Nähe des Gegenstandes von einer Lichtquelle abgegeben wurde und von dem Gegenstand reflektiert wurde, gemessen werden, und durch Einsatz einer Positionsänderung der Abbildung, die der Position des Gegenstandes entspricht.
  • Als Distanzmeßvorrichtung können beispielsweise Laser verwendende Distanzsenoren verwendet werden.
  • Das erfindungsgemäße Meßprinzip wird unter Bezugnahme auf Fig. 1 erläutert. Ein Sensor 6 einer optischen, kontaktlosen Distanzmeßvorrichtung weist eine längs einer Scannwelle 11 scannbare Struktur auf. Die Scannentfernung längs der Scannwelle 11 kann entweder mechanisch oder elektrisch gemessen werden.
  • Zur mechanischen Messung gibt es beispielsweise ein Verfahren zum Erhalt der Scannentfernung über die Durchmesser und Anzahl der Umdrehungen von Zahnrädern, die in einem Kontaktbereich zwischen dem Sensor und der Scannwelle 11 vorgesehen sind. Zur elektrischen Messung kann beispielsweise ein Verfahren gewählt werden, daß durch Bereitstellen einer linearen Skala 12 mit in vorgegebenen Intervallen auf der Scannwelle 11 angeordneten magnetischen Materialien und Hinzufügen einer Vorrichtung zum Erfassen des Magnetfeldes zum Sensor 6 ermöglicht wird, um dadurch die Anzahl magnetischer Materialien zum Erhalt der Scannentfernung zu zählen.
  • In Fig. 1 ist ein Einkristall-Rohling 2, dessen OF-Breite gemessen wird, an einer Stelle festgelegt, an der eine OF 4 des Einkristall-Rohlings 2 dem Sensor 6 zugewandt ist. Ein von einer Lichtquelle 8 des Sensors 6 abgegebener Laserstrahl wird auf die OF 4 projiziert und davon ungleichmäßig reflektiert und nur der reflektierte Lichtstrahl, der mit der optischen Achse eines Fotopositionssensors 10 zusammenfällt, wird gemessen. Der von der OF 4 und der Winkelhalbierenden zwischen den optischen Achsen des von der Lichtquelle 8 abgegebenen Lichtstrahls und des von dem Fotopositionssensor 10 zu messenden Lichtstrahls bestimmte Winkel liegt vorzugsweise im Bereich von ± 15 º und besonders bevorzugt im Bereich von ± 5 .º
  • Zusätzlich ist der Einkristall-Rohling 2 mit einem Rohlinghalter (nicht dargestellt) so festgelegt, daß die Hauptachse der OF 4 in der senkrecht zur Scannwelle 11 des Sensors 6 verlaufenden Richtung angeordnet ist.
  • Erfindungsgemäß kann eine Querschnittform auf der Seite einer OF eines Einkristall-Rohlings mit einer optischen, kontaktlosen Distanzmeßvorrichtung mit einem Sensor gemessen werden, indem der Sensor längs der senkrecht zur Hauptachse der OF verlaufenden Richtung gescannt wird, während die Entfernung zwischen der OF und dem Sensor gemessen wird. Darüber hinaus kann die OF-Breite nach dem Satz von Pythagoras durch Erfassen der beiden Grenzpunkte zwischen der OF und der runden Oberfläche des Einkristall-Rohlings aus der gemessenen Querschnittform und anschließendes Ermitteln der jeweiligen Entfernungen zwischen den beiden Grenzpunkten und dem Sensor und der Differenz zwischen diesen Entfernungen berechnet werden.
  • Diese und weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform in Verbindung mit der begleitenden Zeichnung deutlicher.
  • Fig. 1 ist eine diagrammartige Ansicht, in der das Prinzip eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Messen der OF-Breite eines Einkristall-Rohlings veranschaulicht ist.
  • Fig. 2 ist ein einen Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens darstellendes Flußdiagramm
  • Fig. 3 ist eine graphische Darstellung, in der Distanzdaten der OF des Einkristall-Rohlings dargestellt sind, die mit einer optischen, kontaktlosen Distanzmeßvorrichtung gemessen wurden, und in der die Stellung der OF-Breite C bezüglich der Scannentfernung A und der Differenz B zwischen der ersten Entfernung 11 und der zweiten Entfernung 12 dargestellt ist.
  • Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Messen der OF-Breite eines Einkristall-Rohlings wird nachstehend in weiteren Einzelheiten unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung erläutert.
  • Fig. 1 zeigt diagrammartig das Prinzip des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Messen der OF-Breite.
  • In Fig. 1 bezeichnet das Bezugszeichen 2 einen zylindrischen Einkristall-Rohling in dessen Längsrichtung eine OF 4 gebildet ist. Ein Sensor 6 ist so angeordnet, daß er der OF 4 des Einkristall-Rohlings 2 zugewandt ist und bewegbar auf einer sich senkrecht zur Hauptachse des Einkristall-Rohlings erstreckenden Scannwelle 11 angebracht ist. Ferner bezeichnet Bezugszeichen 12 eine auf der Scannwelle 11 vorgesehene linerare Skale.
  • Der Sensor 6 weist eine Lichtquelle 8 und einen Fotopositionssensor 10 auf. Von der Lichtquelle 8 wird ein Lichtstrahl, beispielsweise ein Laserstrahl, abgegeben und auf die Oberfläche des Einkristall-Rohlings 2 projiziert. Dann wird ein Teil des ungleichmäßig von der Rohlingoberfläche reflektierten Lichtstrahls mit dem Fotopositionssensor 10 erfaßt, um dadurch die Entfernung zwischen dem Sensor 6 und der Oberfläche des Einkristall-Rohlings 2 zu messen. Demgemäß kann die Oberflächengestaltung des Einkristall-Rohlings 2 durch Scannen des Sensors 6 längs der Scannwelle 11, wobei der Sensor 6 dem Einkristall-Rohling 2 zugewandt ist, einfach erfaßt werden.
  • Bei dieser Ausführungsform kann die Scannentfernung des Sensors 6 längs der Scannwelle 11 entweder mit der vorstehend erläuterten mechanischen Einrichtung oder mit einer eine lineare Skala 12 enthaltenden elektrischen Einrichtung vermessen werden.
  • Ein Ablauf zum Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Messen der OF-Breite unter Verwendung des Sensors 6 wird unter Bezugnahme auf Fig. 1 und ein in Fig. 2 dargestelltes Flußdiagramm erläutert.
  • Zunächst werden der Einkristall-Rohling 2 und der Sensor 6 so angeordnet, daß die OF 4 dem Sensor 6 zugewandt ist (Schritt 100). Dann wird der Scannbetrieb von einer vorgegebenen Scann-Startposition außerhalb des ersten Grenzpunktes 13 zwischen der OF 4 und der runden Rohlingoberfläche 16 aufgenommen (Schritt 101).
  • Während des Scannbetriebs des Sensors 6 werden Distanzdaten der OF 4 und die entsprechenden Daten der Scannentfernung des Sensors 6 aufgenommen (Schritt 102). Die aufgenommenen Daten werden an einen Rechner (nicht dargestellt) abgegeben.
  • Der Scannbetrieb wird beendet, wenn der Sensor 6 eine vorgegebene Scann-Endposition außerhalb des zweiten Grenzpunktes 14 zwischen der OF 4 und der runden Rohlingoberfläche 16 erreicht (Schritt 103).
  • Danach berechnet der Rechner die gemessene Form gemäß einem vorgegebenen Programm, um dadurch automatisch den ersten Grenzpunkt 13 und den zweiten Grenzpunkt 14 auf Grundlage der Änderung der gemessenen Form zu ermitteln (Schritt 104).
  • Dann wird die Scannentfernung A des Sensors 6 zwischen der Position, an der der erste Grenzpunkt 13 erfaßt wird, und derjenigen, an der der zweiten Grenzpunkt 14 erfaßt wird, gemessen und die erste Entfernung 11 zwischen dem ersten Grenzpunkt 13 und dem Sensor 6 bzw. die zweite Entfernung 12 zwischen dem zweiten Grenzpunkt 14 und dem Sensor 6 werden erfaßt (Schritt 105). Danach wird B = l&sub1; - l&sub2; berechnet (Schritt 106).
  • Fig. 3 ist eine graphische Darstellung, in der die Distanzdaten der OF 4 des Einkristall-Rohlings 2, die mit der optischen, kontaktlosen Distanzmeßvorrichtung gemessen werden, dargestellt sind. In derselben Zeichnung sind auch die Scannentfernung A, die erste Entfernung l&sub1; zwischen dem ersten Grenzpunkt 13 und dem Sensor 6 und die zweite Entfernung l&sub2; zwischen dem Sensor 6 und dem zweiten Grenzpunkt 14 sowie B = l&sub1; - l&sub2; dargestellt.
  • Wie aus Fig. 3 hervorgeht, stellen die Scannentfernung A und die Differenz B zwischen der ersten entfernung l&sub1; und der zweiten Entfernung l&sub2; die Basis bzw. die Höhe eines rechtwinkligen Dreiecks dar. Daher kann der Satz von Pythagoras zum Ermitteln der OF Breite C verwendet werden.
  • Demgemäß kann die OF-Breite C mit der folgenden Gleichung (1) berechnet werden (Schritt 107):
  • C² = A² + B² .... (1).
  • Wie vorstehend erläutert wird erfindungsgemäß ein Verfahren zum Messen der OF-Breite eines Einkristall-Rohlings unter Verwendung einer optischen, kontaktlosen Distanzmeßvorrichtung, bereitgestellt. Daher wird es möglich, die bei manuellen Verfahren nach dem Stand der Technik unvermeidbare Arbeit und das Auftreten von Meßfehlern zu vermeiden, um dadurch ein einfaches und genaues Verfahren zum kontaktlosen Messen der Breite der Einkristall-Rohling-Oberfläche bereitzustellen, und es kann, falls erforderlich, eine automatische Messung ausgeführt werden.
  • Nach Erhalt der Lehre dieser Offenbarung stehen für den Fachmann verschiedenartige Abänderungen zur Verfügung, ohne daß damit von der Lehre dieser Offenbarung abgewichen wird.

Claims (1)

1. Verfahren zum Messen der Breite einer Orientierungsfläche eines Einkristall-Rohlings (2) unter Verwendung eines Geräts mit einer einen Sensor (6) aufweisenden, optischen, kontaktlosen Distanzmeßvorrichtung, einer Einrichtung zum Festlegen der Orientierungsfläche des Einkristallrohlings (2), so daß sie dem Sensor (6) zugewandt ist, einer Einrichtung zum Scannen eines Sensors in einer senkrecht zur Hauptachse des Einkristall-Rohlings (2) verlaufenden Richtung und einer Einrichtung zum Messen der Scannentfernung mit den Schritten:
(a) Erfassen der Grenzpunkte (13, 14) zwischen der Orientierungsfläche und der runden Fläche des Einkristall-Rohlings aus der durch Scannen des Sensors (6) zu vermessenden Distanz, während die Entfernung zwischen dem Sensor und der die Orientierungsfläche (4) enthaltenden Rohling-Oberfläche erfaßt wird,
(b) Messen der Scann-Entfernung A des Sensors zwischen der Position, an der der erste Grenzpunkt erfaßt wird, und der Position, an der der zweite Grenzpunkt erfaßt wird,
(c) Erfassen der ersten Entfernung 11 zwischen dem ersten Grenzpunkt und dem Sensor und der zweiten Entfernung 12 zwischen dem Sensor und dem zweiten Grenzpunkt, zum Erhalt von B = l&sub1;-l&sub2; und
(d) Berechnen der Breite C der Orientierungsfläche gemäß der folgenden Gleichung (1):
C² = A² + B² .... (1)
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