DE69608074T2 - Kristallwachstumsvorrichtung mit einer Videokamera zur Steuerung des Wachstums eines Siliziumkristalls - Google Patents

Description

Hintergrund der Erfindung
• Die Erfindung betrifft allgemein eine Kristallzüchtungsvorrichtung mit einem Messgerät und insbesondere eine perspektivisch gesteuerte Videokamera zur Benutzung an einer Vorrichtung zur Messung des Durchmessers von nach dem Czochralski-Verfahren gezüchteten Siliziumkristallen, um eine Vorrichtung oder Methode unter Benützung des Czochralski-Prozesses zu steuern.[0001]
• Kristallziehmaschinen unter Benutzung des Czochralski-Verfahrens erzeugen den überwiegenden Teil des monokristallinen Siliziums, das zur Herstellung von Siliziumscheiben für die mikroelektronische Industrie eingesetzt wird. Das Czochralski-Verfahren beinhaltet kurz beschrieben das Aufschmelzen von Klumpen hochreinen, polykristallinen Siliziums in einem Quarztiegel, der in einem spezifisch konstruierten Ofen angeordnet ist, um eine Siliziumschmelze zu bilden. Das untere Ende eines Ziehdrahtes, der von einer Kristallhebemechanik herabhängt, dient zur Aufhängung eines relativ kleinen Keimkristalls über den Tiegel. Die Kristallhebemechanik senkt den Keimkristall ab in Kontakt mit der Siliziumschmelze in dem Tiegel. Wenn der Keim zu schmelzen beginnt, zieht ihn die Mechanik langsam aus der Siliziumschmelze ab. Mit dem Abziehen des Keims wächst dieser, wobei Silizium aus der Schmelze gezogen wird. Während des Züchtungsverfahrens rotiert der Tiegel in einer Richtung, während die Kristallhebemechanik, der Draht, der Keim und der Kristall in entgegengesetzter Richtung rotieren.[0002]
• Wenn das Kristallwachstum begonnen hat, kann der thermische Schock der Kontaktierung des Keims mit der Schmelze Versetzungen in dem Kristall verursachen. Wenn die Versetzungen nicht in dem Halsbereich zwischen dem Keimkristall und dem Hauptkörper des Kristalls beseitigt werden, setzen sie sich durch den wachsenden Kristall fort und multiplizieren sich. Die bekannten Verfahren zur Eliminierung von Versetzungen in Silizium-Einkristallen beinhalten das Züchten eines Halses von kleinem Durchmesser mit relativ hoher Kristallziehgeschwindigkeit, um vor dem Züchten des Kristallkörpers Versetzungen vollständig zu beseitigen. Nachdem die Versetzungen in dem Hals beseitigt wurden, wird der Durchmesser vergrößert, bis der gewünschte Durchmesser des Hauptkristallkörpers erreicht ist. Wenn der Hals, der der schwächste Teil des Kristalls ist, einen zu kleinen Durchmesser hat, kann er während des Kristallwachstums brechen, wodurch der Kristallkörper in den Tiegel fällt. Der Aufschlag des Kristallblocks und das Verspritzen von geschmolzenem Silizium kann Schäden an der Kristallzüchtungsapparatur verursachen und auch eine ernsthafte Sicherheitsgefährdung darstellen.[0003]
• Wie in der Technik bekannt, wird das Czochralski-Verfahren teilweise als eine Funktion des Durchmessers des in Züchtung befindlichen Kristalls gesteuert. Daher wird aus Gründen der Steuerung und Sicherheit ein genaues und zuverlässiges System zur Messung des Kristalldurchmessers einschließlich des Halsdurchmessers benötigt.[0004]
• Es sind mehrere Technologien für Kristalldurchmessermessungen bekannt, darunter Methoden der Messung der Breite des hellen Rings. Der helle Ring ist ein Kennzeichen der Reflektion der Tiegelwand in dem Meniskus, der sich an der Fest/Flüssiggrenzfläche befindet. Herkömmliche Hellring- und Meniskussensoren benutzen optische Pyrometer, Photozellen, rotierende Spiegel mit Photozellen, Lichtquellen mit Photozellen, Zeilenabtastkameras und zweidimensionale Feldkameras. Die US-Patente Nr. 3,70,563, 5,138,179 und 5,240,684 beschreiben Methoden und Vorrichtungen zur Bestimmung des Durchmessers eines Kristalls während des Kristallzüchtungsverfahrens.[0005]
• Die gegenwärtig erhältlichen Vorrichtungen zur automatischen Messung der Kristallbreite sind jedoch oft nicht genügend genau und zuverlässig für den Einsatz während der verschiedenen Phasen des Kristallwachstums oder für Kristalle von großem Durchmesser, wobei das wahre Maximum des hellen Rings sichtmäßig durch den festen Kristallkörper selbst verdeckt werden kann. Bei dem Bemühen, dieses Problem zu lösen versucht man bei einem Apparat zur Messung der Kristallbreite, den Meniskus an einer Sehne oder an einem einzigen Punkt längs des Meniskus zu messen. Diese Apparate erfordern jedoch eine genaue mechanische Positionierung des Abtastgeräts und sind äußerst empfindlich gegenüber Schwankungen des Niveaus der Schmelze. Ferner erfordern herkömmliche Messgeräte häufig eine Kalibrierung durch den Bedienungsmann der Kristallzüchtungsvorrichtung, um zu gewährleisten, dass der Durchmesser innerhalb der Spezifikation bleibt.[0006]
• Eine Kristallmessvorrichtung umfasst typischerweise eine Kamera, etwa eine monochromatische Kamera mit Ladungsverschiebeelement (CCD), die in einer Sichtöffnung der Kristallzüchtungskammer unter einem Winkel zu der Achse des wachsenden Kristalls angebracht ist. Die Kamera erzeugt ein Videobild des Kristalls einschließlich eines Bildes des Meniskus an der Grenzfläche zwischen der Siliziumschmelze und dem Kristall. Ein Nachteil dieser Vorrichtung besteht darin, dass die Kamera eine perspektivische Verzerrung erzeugt, so dass das Bild des Meniskus elliptisch anstatt kreisförmig erscheint. Obgleich mathematische Transformationen verfügbar sind, um zur Kompensierung der perspektivischen Verzerrung aus der verzerrten elliptischen Form eine Kreisform zu gewinnen, sind diese Transformationen kompliziert, und sie verzögern die Leistung eines das Menikusbild verarbeitende Bildsichtsystems.[0007]
• Die am 1. Mai 1996 eingereichte europäische Patentanmeldung Nr. 96303047.3 (europäische Patentveröffentlichung Nr. 0 745 830) schafft Verbesserungen bei Bildsichtsystemen für den Einsatz bei der Messung des Kristalldurchmessers während des Züchtungsverfahrens. Obgleich das System und die Methode der europäischen Patentanmeldung Nr. 96303047.3 (europäische Patentveröffentlichung Nr. 0 745 830) zu verbesserten Messungen des Kristalldurchmessers führt, besteht weiter der Bedarf an einem System, das die perspektivische Verzerrung kompensiert, ohne dass hierfür komplizierte Transformationen und zusätzliche Verarbeitungsstufen durch das Bildsichtsystem benutzt werden.[0008]
• Telezentrische Linsen lösen ein verwandtes Problem, bei dem das Gesichtsfeld dreidimensionale Objekte enthält, die sich außerhalb der Linsenachse befinden. Die telezentrische Linse ist jedoch nur wirksam, wenn das Sichtfeld kleiner oder nur wenig größer als der Durchmesser der Objektivlinse ist. Somit ist noch ein Kippen oder Schwenken der Kamera erforderlich, wenn Gegenstände gemessen werden, die außerhalb des Gesichtsfeldes sind.[0009]
• Aus diesen Gründen liefern herkömmliche Apparate kein genügend genaues und zuverlässiges System zur automatischen Bestimmung des Kristalldurchmessers zur Steuerung des Kristallwachstumsverfahrens, das die perspektivische Verzerrung kompensiert.[0010]
Abriss der Erfindung
• Unter den Aufgaben und Merkmalen der vorliegenden Erfindung sind zu nennen die Schaffung einer verbesserten Messapparatur, die die oben beschriebenen nachteilhaften Bedingungen überwindet; die Schaffung einer solchen Messapparatur, die genaue und zuverlässige Messungen des Kristalldurchmessers während des Züchtungsvorganges liefert; die Schaffung einer solchen Messapparatur, die durch Verzerrung infolge des Kamerawinkels verursachte Fehler kompensiert; und die Schaffung einer solchen Messapparatur, die wirtschaftlich durchführbar und kommerziell praktisch ist.[0011]
• Kurz beschrieben dient ein die Aspekte der vorliegenden Erfindung verkörperndes Messgerät zur Bestimmung einer Abmessung eines aus einer Siliziumschmelze gezogenen Siliziumkristalls in einer Vorrichtung zum Züchten eines Siliziumkristalls, wobei die Schmelze eine allgemein ebene Oberfläche hat, die einen Meniskus aufweist, der als eine helle Fläche neben dem Siliziumkristall sichtbar ist. Das Messgerät umfasst eine Kamera, die oberhalb der Oberfläche der Siliziumschmelze und von dem Siliziumkristall entfernt angeordnet ist. Die Kamera hat eine Linse für den Empfang und die Übertragung von Licht von der hellen Fläche neben dem Kristall und eine auf das durch die Linse übertragene Licht ansprechende Bildebene zur Erzeugung eines Bildmusters eines Teils der hellen Fläche. Die Bildebene ist im Allgemeinen parallel zu der Oberfläche der Siliziumschmelze, um dadurch die Verzerrung des Bildmusters zu kompensieren, die durch die Position der Kamera relativ zu dem Siliziumkristall verursacht wird. Das Messgerät hat auch eine Erfassungsschaltung zur Erfassung einer Eigenschaft des Bildmusters und eine Definitionsschaltung zum Definieren eines Randes der hellen Fläche als Funktion der erfassten Eigenschaft und zum Definieren einer Form einschließlich des definierten Randes der hellen Fläche. Eine Messschaltung bestimmt dann eine Dimension der definierten Form, wodurch die Dimension des Siliziumkristalls als Funktion der bestimmten Dimension der definierten Form bestimmt wird.[0012]
• In einer anderen Form dient ein die Aspekte der vorliegenden Erfindung verkörperndes Messgerät zur Bestimmung einer Abmessung eines aus einer Siliziumschmelze gezogenen Siliziumkristalls in einer Vorrichtung zum Züchten eines Siliziumkristalls, wobei die Schmelze eine allgemein ebene Oberfläche hat, die einen Meniskus aufweist, der als eine helle Fläche neben dem Siliziumkristall sichtbar ist. Der Kristall wird im Allgemeinen innerhalb des Meniskus längs einer vertikalen Achse, die im Allgemeinen senkrecht zu der Schmelzoberfläche steht, aus der Schmelze gezogen. Das Messgerät umfasst eine Kamera, die oberhalb der Oberfläche der Siliziumschmelze und von der vertikalen Achse entfernt angeordnet ist. Die Kamera hat eine Linse, um Licht von der hellen Fläche neben dem Kristall zu empfangen und zu übertragen, und eine auf das durch die Linse übertragene Licht ansprechende Bildebene zur Erzeugung eines Bildmusters eines Teils der hellen Fläche. Die Kamera hat ferner eine optische Achse, die im Allgemeinen parallel zu der vertikalen Achse verläuft, um dadurch die durch die Position der Kamera relativ zu der vertikalen Achse verursachte Verzerrung des Bildmusters zu kompensieren. Das Messgerät hat auch eine Erfassungsschaltung zur Erfassung einer Eigenschaft des Bildmusters und eine Definitionsschaltung zum Definieren eines Randes der hellen Fläche als Funktion der erfassten Eigenschaft und zum Definieren einer Form einschließlich des definierten Randes der hellen Fläche. Eine Messschaltung bestimmt dann eine Dimension der definierten Form, wodurch die Dimension des Siliziumkristalls als Funktion der bestimmten Dimension der definierten Form bestimmt wird.[0013]
• Alternativ kann die Erfindung verschiedene andere Vorrichtungen und/oder Methoden umfassen.[0014]
• Andere Ziele und Merkmale werden nachfolgend teilweise deutlich und teilweise näher ausgeführt.[0015]
Kurze Beschreibung der Zeichnung
• Figur zeigt eine Kristallzüchtungsvorrichtung und ein Messgerät zur Steuerung der erfindungsgemäßen Kristallzüchtungsvorrichtung.[0016]
• Fig. 2 ist ein Blockdiagramm einer Steuerungseinheit des Messgeräts der Fig. 1.[0017]
• Fig. 3 ist eine geschnittene perspektivische Teilansicht eines Siliziumkristalls.[0018]
• Fig. 4 ist eine Teilansicht des Kristalls der Fig. 3 beim Ziehen aus der Schmelze einschließlich einer Kamera gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.[0019]
• Fig. 5 ist eine Ansicht der Kamera der Fig. 4, wobei Teile im Schnitt gezeigt sind.[0020]
• Fig. 6 ist eine Teilansicht des Kristalls der Fig. 3 beim Ziehen aus der Schmelze einschließlich einer Kamera nach einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.[0021]
• Entsprechende Bezugszeichen bezeichnen in allen Zeichnungen entsprechende Teile.[0022]
Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
• Bezugnehmend nun auf Fig. 1 ist ein Messgerät 21 dargestellt für den Einsatz bei einer Czochralski- Kristallzüchtungsvorrichtung 23 gemäß der vorliegenden Erfindung. Bei der dargestellten Ausführungsform hat die Kristallzüchtungsvorrichtung 23 eine Vakuumkammer 25, die einen Tiegel 27 umgibt, der von Widerstandserhitzern 29 oder anderen Heizeinrichtungen umgeben ist. Eine Tiegelantriebseinheit 31 dreht den Tiegel 27 im Allgemeinen in der Uhrzeiger-Drehrichtung, wie durch den Pfeil angezeigt ist, und hebt und senkt den Tiegel 27 wunschgemäß während des Wachstumsvorgangs. Der Tiegel 27 enthält eine Siliziumschmelze 33, aus der ein Einkristall 35 gezogen wird, beginnend mit einem Keimkristall 37, der an einer Ziehwelle oder einem Kabel 39 befestigt ist. Wie in Fig. 1 gezeigt, hat die Schmelze 33 ein Schmelzniveau 41, und der Tiegel 27 und der Einkristall 35 haben eine gemeinsame vertikale Symmetrieachse 43.[0023]
• Nach dem Czochralski- Kristallwachstumsverfahren dreht eine Kristallantriebseinheit 45 das Kabel 39 in entgegengesetzter Richtung zu der, in der die Tiegelantriebseinheit 31 den Tiegel 27 dreht. Die Kristallantriebseinheit 45 hebt und senkt den Kristall 35 wunschgemäß während des Wachstumsprozesses. Eine Heizenergieversorgung 47 versorgt den Widerstandserhitzer 29 mit Energie, und eine Isolierung 49 bekleidet die Innenseite der Vakuumkammer 25. Vorzugsweise entfernt eine Vakuumpumpe (nicht dargestellt) aus der Vakuumkammer 25 das Gas, das durch eine Inertatmosphäre aus Argongas ersetzt wird, das in die Vakuumkammer 25 eingeführt wird. Bei einer Ausführungsform kann die Vakuumkammer 25 von einem Kammer-Kühlmantel (nicht gezeigt) umgeben sein, der mit Kühlwasser versorgt wird. Vorzugsweise mißt ein Temperatursensor 51, etwa eine Photozelle, die Temperatur der Schmelzoberfläche.[0024]
• Wenigstens eine zweidimensionale Kamera 53 wird mit einer Steuereinheit 55 benutzt, um den Durchmesser des Einkristalls 35 zu bestimmen. Die Steuereinheit 55 verarbeitet Signale von dem Temperatursensor 51 sowie von der Kamera 53. Vorzugsweise hat die Steuereinheit 55 einen programmierten Digital- oder Analogcomputer (siehe Fig. 2) für die Steuerung unter anderem der Tiegelantriebseinheit 51, der Einkristall-Antriebseinheit 45 und der Heizenergieversorgung 47.[0025]
• Bezugnehmend weiter auf Fig. 1 wird bei einem allgemeinen Silizium-Einkristall-Züchtungsverfahren eine Menge polykristallines Silizium in den Tiegel 27 gegeben. Die Heizenergieversorgung 47 liefert elektrischen Strom für den Erhitzer 29, um die Charge zu schmelzen. Die Kristall-Antriebseinheit 45 senkt den Keimkristall 37 mittels Kabel 39 in Berührung mit dem geschmolzenen Silizium der in dem Tiegel 27 enthaltenen Schmelze 33. Wenn der Keimkristall 37 zu schmelzen beginnt, zieht die Kristallantriebseinheit 45 ihn langsam aus der Schmelze 33. Der Keimkristall 37 zieht Silizium aus der Schmelze 33, um ein Wachstum eines Silizium-Einkristalls 35 beim Ziehen aus der Schmelze 33 zu erzeugen. Bevor der Keimkristall 37 mit der Schmelze 33 in Kontakt kommt, kann es nötig sein, den Keimkristall fast bis in Kontakt mit der Schmelze 33 abzusenken, um den Keimkristall 37 vorzuwärmen.[0026]
• Die Kristallantriebseinheit 45 dreht den Kristall 35 mit einer Bezugsgeschwindigkeit, wenn er aus der Schmelze 33 gezogen wird. Die Tiegelantriebseinheit 31 dreht den Tiegel 27 in ähnlicher Weise mit einer zweiten Bezugsgeschwindigkeit, jedoch überlicherweise in entgegengesetzter Richtung relativ zur Drehung des Kristalls 35. Die Steuereinheit 55 steuert zunächst die Abzugsgeschwindigkeit (d. h. die Ziehgeschwindigkeit) und die durch die Energieversorgung 47 dem Erhitzer 29 zugeführte Energie, um eine Einschnürung des Kristalls 35 zu verursachen. Vorzugsweise stellt die Steuereinheit 55 dann diese Parameter so ein, dass der Durchmesser des Kristalls 35 kegelförmig vergrößert wird, bis ein gewünschter Kristalldurchmesser erreicht ist. Wenn der Kristall 35 den gewünschten Kristalldurchmesser erreicht, steuert die Steuereinheit 55 die Ziehgeschwindigkeit und die Erhitzung, um gemäß Messung durch das System 21 einen konstanten Durchmesser einzuhalten, bis sich das Verfahren dem Ende nähert. An diesem Punkt veranlasst die Steuereinheit 55 einen. Anstieg der Ziehgeschwindigkeit und der Erhitzung, so dass der Durchmesser abnimmt, um an dem Ende des Einkristalls 35 ein verjüngtes Teilstück zu bilden.[0027]
• Wie oben beschrieben ist während des Kristallzüchtungsverfahrens, insbesondere in dem Halsteil des Kristalls 35 eine genaue und zuverlässige Steuerung erwünscht. Der Hals wird vorzugsweise mit einem im wesentlichen konstanten Durchmesser gezüchtet, während der Keimkristall 37 aus der Schmelze gezogen wird. Beispielsweise veranlasst die Steuereinheit 55 die Einhaltung eines im wesentlichen konstanten Halsdurchmessers, so dass dieser innerhalb von 15% des gewünschten Durchmessers bleibt. Wie in der Technik bekannt ist, kann das Oberteil des Halses nahe am Keimkristall 37 Versetzungen (nicht dargestellt) enthalten, die durch den thermischen Schock eingeführt werden, der durch das Inkontaktbringen des versetzungsfreien Keimkristalls 37 mit der Siliziumschmelze 33 entsteht. Übermäßige Schwankungen im Halsdurchmesser können ebenfalls die Bildung von Versetzungen verursachen.[0028]
• Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das System 21 von der Art, die in der am 01. Mai 1996 eingereichten europäischen Patentanmeldung Nr. 96303047.3 (europäische Patentveröffentlichung Nr. 0 745 830) beschrieben ist. US-Patent Nr. 5,178,720 beschreibt ebenfalls eine bevorzugte Methode zur Steuerung der Kristall- und Tiegeldrehgeschwindigkeiten als Funktion des Kristalldurchmessers.[0029]
• Fig. 2 erläutert eine bevorzugte Ausführungsform der Steuereinheit 55 in Blockdiagrammform. Nach der vorliegenden Erfindung ist die Kamera 53 vorzugsweise eine monochromatische Kamera mit Ladungsverschiebeelement (CCD), wie z. B. eine Videokamera Sony XC-75 CCD mit einer Auflösung von 768 · 494 Pixel. Im Stand der Technik ist die Kamera 53 in einer Sichtöffnung (nicht dargestellt) der Kammer 25 und einem Winkel von etwa 34º oder 35º zu der vertikalen Achse 43 angebracht und sie zielt im Allgemeinen auf den Schnittpunkt der Achse 43 mit der Niveauebene 41 der Schmelze 33. Nach der vorliegenden Erfindung ist die Kamera 53 jedoch vertikal ausgerichtet, so dass ihre optische Achse im Allgemeinen parallel zur vertikalen Achse 43 verläuft (siehe Fig. 4).[0030]
• Die Kamera 53 erzeugt ein Videobild der Breite des Kristalls 35, wenn die Kristallantriebseinheit 45 ihn aus der Schmelze 33 zieht, einschließlich eines Bildes eines Teils des Meniskus (siehe Fig. 3) an der Grenzfläche zwischen der Schmelze 33 und dem Kristall 35. Die Kamera 53 übermittelt das Videobild über Leitung 57 (z. B. Videokabel RS170) an ein Bildsichtsystem 59. Wie in Fig. 2 gezeigt, umfasst das Bildsystem 59 einen Bildwiederholspeicher 61 und einen Bildprozessor 63. Z. B. ist das Bildsichtsystem 59 ein Bildsichtsystem Cognex CVS-400. Das Bildsichtsystem 59 kommuniziert seinerseits über die Leitung 67 mit einem programmierbaren Logik- Kontroller (PLC) 65. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der PLC 65 ein Modell 575 PLC vom Hersteller Siemens und die Leitung 67 stellt eine Schnittstelle VME-Backplane dar.[0031]
• Nach Fig. 2 kommuniziert das Bildsichtsystem 59 auch über Leitung 71 (z. B. Videokabel RS-170 RGB) mit einem Bildsichtgerät 69 und über Leitung 75 (z. B. Kabel RS-232) mit einem Personalcomputer 73. Bei einer bevorzugten Ausführungsform zeigt das Bildsichtgerät 69 das von der Kamera 53 erzeugte Videobild, und der Computer 73 wird benutzt, um das Bildsichtsystem 59 zu programmieren.[0032]
• Bei der dargestellten Ausführungsform kommuniziert PLC 65 über Leitung 79 (z. B. Kabel RS-232) mit einem Computer 77 mit Bediener-Schnittstelle und über Leitung 83 (z. B. Kabel RS-485) mit einem oder mehreren Eingabe/Ausgabe-Prozessmodulen 81. Der Computer 77 mit Bedienerschnittstelle erlaubt dem Bediener der Kristallzüchtungsvorrichtung 23, eine Reihe gewünschter Parameter für den besonderen, in Züchtung befindlichen Kristall einzugeben. Der Eingabe/Ausgabe-Prozessmodul 81 schafft einen Weg zu und von dem Kristallzüchtungsapparat 23 für die Steuerung des Wachstumsverfahrens. Beispielsweise empfängt PLC 65 von dem Temperatursensor 51 Informationen über die Schmelzetemperatur, und gibt über den Eingabe/Ausgabe-Prozessmodul 81 ein Steuersignal an die Heizenergieversorgung 47, um die Schmelzetemperatur und dadurch den Wachstumsprozess zu steuern.[0033]
• Fig. 3 zeigt nun eine beispielhafte Darstellung des Kristalls 35 einschließlich eines Flüssigkeitsmenikus 85 an der Grenzfläche zwischen dem Kristall 35 und der Schmelze 33, gesehen durch die Sichtöffnung der Kammer 25 mittels einer herkömmlichen Kamera, die gegen den Kristall 35 hin gekippt ist. Infolge der perspektivischen Verzerrung erscheint daher der Menikus 85 nicht kreisförmig. Vielmehr erscheint der Meniskus 85 in einer elliptischen Form.[0034]
• Wie oben beschrieben erfordern automatisierte Prüfsysteme und andere Anwendungen von rechnergestützten Sicht-Maschinensystemen eine genaue Messung der Objektränder und anderer Merkmale, damit sie ihre spezifischen Funktionen erfüllen. Diese Systeme müssen als solche zunächst Messungen, die in den zweidimensionalen Koordinatensystemen der Kamera aufgenommen wurden, in ein dreidimensionales Koordinatensystem überführen. Fig. 3 zeigt die nachteilige perspektivische Verzerrung, die durch herkömmliche Kamerasysteme verursacht wird. Wenn die Kamera von den dreidimensionalen Koordinatenachsen weg gekippt oder geschwenkt wird, wird die Abbildung für das Kamera-Koordinatensystem viel komplizierter, selbst für Objekte in derselben Ebene. Unglücklicherweise ist das Kippen oder Schwenken der Kamera oft erforderlich, weil die Kameraplatzierung durch Sichtöffnungsstellen, die Notwendigkeit der Vermeidung von Hindernissen, usw. beschränkt wird.[0035]
• Gonzalez und Wintz, Digital Image Fundamentals, 1987, Seiten 36-55 beschreiben mathematische Transformationen zur Kompensierung perspektivischer Verzerrung, die durch die Position einer Kamera in Bezug auf ein dreidimensionales Objekt verursacht wird. Beispielsweise geben Gonzalez und Wintz eine optimale Lösung für zwei Gleichungen mit zwölf Unbekannten unter Benutzung von mehr als sechs dreidimensionalen Koordinatenpunkten an. Diese Transformationen können benutzt werden, um aus einer verzerrten elliptischen Form eine kreisförmige Form zu entwickeln. Obgleich mathematische Transformationen verfügbar sind, um eine perspektivische Verzerrung zu kompensieren, sind diese Transformationen kompliziert, und sie verzögern die Leistungsfähigkeit des Bildsichtsystems 59.[0036]
• Fig. 4 ist eine Teilansicht eines Siliziumkristalls 35 beim Ziehen aus einer Schmelze 33. Wie gezeigt, stellt der Kristall 35 einen im Allgemeinen zylindrischen Körper aus kristallinem Silizium dar und ist vorzugsweise ein Block aus kristallinem Silizium mit einer vertikalen Achse 43 und einem Durchmesser D. Es ist zu bemerken, dass ein Kristall wie gewachsen, etwa Kristall 35, nicht einen gleichmäßigen Durchmesser haben kann, obgleich er im Allgemeinen zylindrisch ist. Aus diesem Grunde kann der Durchmesser D an unterschiedlichen axialen Stellen längs der Achse 43 etwas variieren. Ferner variiert der Durchmesser D in den verschiedenen Phasen des Kristallwachstums (z. B. Keim, Hals, Krone, Schulter, Körper und Endkonus). Fig. 4 zeigt auch eine im allgemeinen ebene Oberfläche 87 der Schmelze 33 einschließlich des Menikus 85, der sich an der Grenzfläche zwischen dem Kristall 35 und der Schmelze 33 ausbildet. Wie in der Technik bekannt, ist die Reflektion des Tiegels 27 auf dem Menikus 85 typischerweise als ein heller Ring an dem Kristall 35 sichtbar.[0037]
• Vorzugsweise ist die Kamera 53 in einer Sichtöffnung (nicht gezeigt) der Kammer 25 in vertikaler Ausrichtung angebracht. Die Kamera 53 hat eine erste optische Achse 8%, die durch ihre Bildebene (siehe Fig. 5) definiert ist, und eine zweite optische Achse 89b, die durch ihren Bildprojektor definiert ist. Der Bildprojektor ist erfindungsgemäß ein Präzisionsloch oder eine Präzisionslinse zur Projektion eines Bildes auf die Oberfläche der Bildebene der Kamera 53. Zur Einfachheit ist eine Linse mit dem Bezugszeichen 91 dargestellt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform hat die Linse 91 der Kamera 53 eine Brennweite von etwa 17 mm, wodurch ein Sichtfeld, bezeichnet durch das Bezugszeichen 93, von wenigstens etwa 300 mm geschaffen wird. Nach der Erfindung umfasst das Gesichtsfeld 93 die Breite des Kristalls 95 und wenigstens einen Teil des hellen Rings des Meniskus 85. Bei einer anderen Ausführungsform ist der Bildprojektor der Kamera 53 ein Präzisionsloch aus beispielsweise Edelstahl mit einer Zentralöffnung von etwa 173 um.[0038]
• Bezugnehmend weiter auf die Fig. 4 schneidet das Gesichtsfeld 93 der Linse 91 die vertikale Achse 43 unter einem spitzen Winkel. Beispielsweise beträgt dieser Winkel etwa 34º oder 35º. Eine passende Auswahl der Linse 91 erlaubt die Fernbetrachtung mit einer hohen Auflösung kleiner Keime und Hälse sowie eine Weitwinkelbetrachtung für den größeren Körperteil des Kristalls 35. Ferner wird die Linse 91 vorzugsweise so ausgewählt, dass ein Bildkreis genügender Größe zur Aufnahme des gewünschten Sichtfeldes 93 geschaffen wird, so dass ein Bild von der Breite des Kristalls 35 erzeugt werden kann.[0039]
• Erfindungsgemäß richtet die vertikale Orientierung der Kamera 53 die Bildebene der Kamera parallel zu der Ebene des Meniskus 85, d. h. parallel zur Oberfläche 87 der Schmelze aus. In diesem Fall bildet sich das Bild des Meniskus 85 linear in dem zweidimensionalen Koordinatensystem der Kamera ab. Die Kalibrierung nimmt vorteilhafterweise die Form einer Skalierung "Ingenieureinheit je Bildelement" an, die unter Benutzung bekannter Entfernungen und Brennweite berechnet oder experimentell bestimmt werden kann. Wenn - wie oben angegeben - die Kamera 53 von den dreidimensionalen Koordinatenachsen weg gekippt oder geschwenkt werden muss, so dass die Bildebene nicht parallel zur Objektebene ist, wird die Abbildung auf dem Kamera-Koordinatensystem kompliziert und zeitraubend. Somit eliminiert die Kamera 53 der vorliegenden Erfindung die Verzerrung und sie vereinfacht die Abbildungsberechnungen ohne Einschränkung des gewünschten Sichtfeldes 93. Vorzugsweise liefert die Kamera 53 einen relativ hohen f-Stopp, um die maximal zulässige Feldtiefe zu erreichen, so dass die gesamte Ansicht im Brennpunkt bleibt.[0040]
• Nach Fig. 5 liefert die Kamera 53 erfindungsgemäß mit Vorteil ein unverzerrtes Bildmuster. Wie in Fig. 5 gezeigt, ist die Linse 91 an der Kamera 53 relativ zu einem Bildsensoraggregat versetzt, das eine Bildebene 97 der Kamera 53 definiert. In Reaktion auf das durch die Linse 91 empfangene und dann zu dem Bildsensoraggregat übertragene Licht erzeugt die Kamera 53 das Bildmuster des Teils des hellen Rings neben dem Siliziumkristall 53. Vorzugsweise umfasst das Bildsensoraggregat 95 ein im Allgemeinen ebenes Raster von lichtempfindlichen Rezeptoren, wie etwa Ladungsverschiebeelemente.[0041]
• Nach der Erfindung versetzt ein Linsenhalteraggregat 99 die Linse 91 relativ zu dem Bildsensoraggregat 95, so dass die zweite optische Achse 89b im Allgemeinen parallel und versetzt zu der ersten optischen Achse 89a verläuft. Das Linsenhalteraggregat 97 umfasst eine Öffnung 101 (in Durchsicht gezeigt) zur Aufnahme einer Linse 91 und kann zwecks Einfachheit der Konstruktion aus wenigstens zwei Platten konstruiert sein. Bei einer Ausführungsform ist das Linsenhalteraggregat 99 mit dem Körper der Kamera 53 durch Befestigungsmittel, wie Schrauben 103 verbunden. Die Linse 91 und die Öffnung 101 haben entsprechende Gewinde, so dass die Linse 91 dann in die Öffnung 101 des Linsenhalteraggregats 99 eingeschraubt werden kann. Auf diese Weise ist die Öffnung 101 gegen die erste optische Achse 89a der Kamera 53 versetzt. Die Linse 91 und die Öffnung 101 sind generell von zylindrischer Form und haben eine gemeinsame Symmetrieachse, die die zweite optische Achse 89b definiert. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst das Bildsensoraggregat 95 eine im Allgemeinen ebene Matrix aus photoempfindlichen Rezeptoren in der Bildebene 97, die im Allgemeinen senkrecht zu der ersten optischen Achse 89a und auf diese zentriert verläuft. So definiert die Bildebene 97 der Kamera 53, wie durch das Bildsensoraggregat 95 definiert, die erste optische Achse 89a, die im Allgemeinen parallel und versetzt zu der Vertikalachse 63 verläuft.[0042]
• Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die zweite optische Achse 89b gegen die erste optische Achse 89a um etwa 3/8 Zoll (9,53 mm) versetzt, und das Linsenhalteraggregat 99 schafft eine Verlängerung von der Kamera 53 zur Linse 91 von etwa 17 mm, so dass der Brennpunkt der Linse 91 relativ zu dem Bildsensoraggregat 95 richtig positioniert ist. Durch den Versatz der Linse 91 in dieser Weise bleibt der Kristall 95 innerhalb des Sichtfeldes 93 der Kamera 53, ohne dass ein Kippen des Bildsensoraggregats 95 nötig ist, wodurch die Verzerrung des Bildmusters kompensiert wird, die sich ergeben würde, wenn die erste optische Achse 89a unter einem Winkel zu der vertikalen Achse 43 verläuft. Wenn eine herkömmliche Kamera in der Sichtöffnung der Kammer 25 montiert ist, liegt der Kristall 35 außerhalb des Sichtfeldes der Kamera. Durch den Versatz der Linse 91 beseitigt die vorliegende Erfindung diesen Nachteil.[0043]
• Der Bildwiederholspeicher 61 des Bildsystems 59 empfängt das Videobildsignal von der Kamera 53 und erfasst ein Bildmuster zur Verarbeitung durch den Bildprozessor 63. Der Bildprozessor 63 führt eine digitale Randbestimmung aus, um die Koordinaten von wenigstens drei Punkten auf der Innen- oder Außenseite des hellen Rings des Meniskus 85 zu ermitteln. Da der Querschnitt des Kristalls 35 und Meniskus 85 bekanntlich im Allgemeinen kreisförmig ist und die Kamera 53 die perspektivische Verzerrung kompensiert, bildet der Bildprozessor 63 die erfassten Randkoordinaten des hellen Rings in einer Kreisform ab.[0044]
• Der Bildprozessor 63 definiert wenigstens drei, und vorzugsweise fünf oder mehr Bereiche des Interesses (nicht gezeigt) auf dem von der Kamera 53 erzeugten Bild, das durch den Bildwiederholspeicher 61 erfasst wird. Der Bildprozessor 63 prüft die Bereiche von Interesse, die auch als Randwerkzeuge oder Fensterbereiche bezeichnet werden, auf ein Kennzeichen des Bildmusters, wie etwa die Stärke oder den Stärkegradienten der in jedem Bereich enthaltenden Bildelemente. Auf Basis der festgestellten Eigenschaft des Bildmusters bestimmt der Bildprozessor 63 Randkoordinaten entlang der Außenseite des hellen Rings des Meniskus 85. Vorzugsweise werden die Fensterbereiche definiert als vorgesehene Positionen, die im Allgemeinen Positionen längs einer Kurve entsprechen, die der erwarteten Form des hellen Rings angepasst ist, wie er von der Kamera 53 gesehen wird. Mit anderen Worten sind die Bereiche zu einem definierten Mittelpunkt längs der unteren Hälfte eines Kreises radial positioniert, um die Form der hellen Rings zu approximieren. Durch die Definition von Fensterbereichen an vorgewählten Positionen, die der Form eines Teils des hellen Rings angenähert sind, vermeiden die Bereiche bekannte oder erwartete Reflektionen auf der Oberfläche 85 der Schmelze 33, die unerwünschte Messungen verursachen könnten. Da der Bildprozessor 63 eine Anzahl von Bereichen definiert, ist er auch noch zur Ermittlung der Ränder des hellen Rings befähigt, wenn die Sichtöffnung der Kammer 25 teilweise blockiert ist. Es ist zu bemerken, dass andere Kennzeichen des Bildmusters, wie Farbe oder Kontrast, neben der Stärke oder dem Stärkegradienten zur Feststellung der Randkoordinaten des hellen Rings des Meniskus 85 bestimmt werden können.[0045]
• Wie oben beschrieben zieht die Kristallantriebseinheit 45 den Kristall 35 im Allgemeinen längs einer vertikalen Achse 43, die im Allgemeinen senkrecht zur Oberfläche 87 der Schmelze ist, aus der Schmelze 33. Während des Ziehens kann sich der Kristall 35 relativ zu der vertikalen Achse 43 bewegen. Die Fensterbereiche sind mit Vorteil groß genug, so dass in Ihnen Randkoordinaten des hellen Rings definiert werden können, obgleich sich der Kristall 35 bewegt. Der Bildprozessor 63 bewegt dynamisch die ausgewählten Positionen der Fensterbereiche, so dass sie sich neben dem abgebildeten Teil des hellen Rings befinden, um in allen Wachstumsphasen (z. B. Keim, Hals, Krone, Schulter, Körper und Endkonus) den Kristalldurchmesser zu verfolgen. Mit anderen Worten folgen die Bereiche den Kristalldurchmessern von etwa 4 mm bis 300 mm. Wie in der Technik bekannt ist, ist jedoch der helle Ring nicht immer in allen Wachstumsphasen sichtbar. Beispielsweise kann der helle Ring beim Wachstum des Kronenteils des Kristalls 35 relativ klein oder unsichtbar sein. Aus diesem Grunde stellt das Messgerät 21 vorzugsweise den Umfang der Krone fest, der als eine helle Fläche relativ zur Stärke des Hintergrunds des Bildmusters erscheint. In diesem Fall ist der Hintergrund des Bildmusters für die Schmelzoberfläche 87 repräsentativ. Somit bestimmt bei der Alternative zur Bestimmung des hellen Rings das Messgerät 21 die der Krone des Kristalls 35 zugehörige helle Fläche.[0046]
• Bei der bevorzugten Ausführungsform definiert der Bildprozessor 63 eine generelle Kreisform mit einem Durchmesser und einem Mittelpunkt auf Grund der festgestellten Koordinaten. Praktisch werden wenigstens 3 Randkoordinaten benötigt, um einen solchen Kreis zu definieren. Um eine genaue Messung des Kristalldurchmessers D für den Gebrauch durch PLC 65 zur Steuerung des Kristallzüchtungsverfahrens zu erhalten, verarbeitet der Bildprozessor 63 zunächst den Durchmesser des definierten Kreises digital. Auf diese Weise benutzt der Bildprozessor 63 die Dimensionen des definierten Kreises, um den Kristalldurchmesser D, ein Maß der Passungseigenschaft relativ zu einem exakten Kreis, und das Schmelzeniveau 41 zu bestimmen. Für die Zwecke dieser Anmeldung ist das Schmelzeniveau 41 definiert als der Abstand der Oberkante des Erhitzers 29 von der Oberfläche 87 der Schmelze 33, und es kann bestimmt werden als eine Funktion der Koordinaten des Kreismittelpunkts.[0047]
• Der Bildprozessor 63 definiert im Betrieb die Fensterbereiche an dem Teil des hellen Rings und bestimmt in Ihnen den Stärkegradienten des Bildmusters. Der Bildprozessor 63 definiert ferner die Randkoordinaten des hellen Rings in jedem Fensterbereich als Funktion des bestimmten Gradienten, und er definiert eine generelle Kreisform unter Einschluss der definierten Randkoordinaten. Der Durchmesser des Kristalls 35 wird dann für die Steuerung des Kristallzüchtungsverfahrens auf der Basis des Durchmessers der definierten Kreisform bestimmt. PLC 65 der Steuereinheit 55 spricht auf den bestimmten Durchmesser D des Siliziumkristalls 35 an, um die Geschwindigkeit, mit der der Tiegel und der Kristall 35 rotieren, und/oder die Geschwindigkeit, mit der der Kristall 35 aus der Schmelze 33 gezogen wird, und/oder die Temperatur der Schmelze 33 zu steuern, und sie spricht auf die Bestimmung des Schmelzeniveaus 41 zwecks Steuerung der Höhe des Tiegels 27 an, um dadurch die Kristallzüchtungsvorrichtung 23 zu steuern. Der Bildprozessor 63 stellt somit eine Bestimmungsschaltung, eine Definierungsschaltung und eine Messschaltung dar.[0048]
• Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung benutzt der Prozessor 63 einen Kalibrierungsfaktor zur Korrektur des Durchmessers des definierten Kreises, der in Radius-Bildelementen gemessen wird, um die Breite des hellen Rings zu kompensieren. Der Wert des Kalibrierungsfaktors kann bestimmt werden durch Analyse von Daten gezüchteter Hälse und Eingabe durch einen Bedienungsmann. Erfindungsgemäß mißt der Bedienungsmann der Kristallzüchtungsapparatur 23 den wachsenden Kristall 35 mit einem Teleskop, das auf einer kalibrierten Führung gleitet, und ergibt dann einen Kalibrierungsfaktorwert über den Rechner 77 ein, so dass der bestimmte Durchmesser des Kristalls 35 dem Messwert gleicht. So kompensiert der Kalibrierungsfaktor die Unterschiedlichkeit bei der Durchmessermessung. Diese Unterschiedlichkeit ist primär zurückzuführen auf Änderungen des Abstandes zwischen der Kamera 53 und dem Kristall 35, die die Vergrößerung der Optik beeinflußen. Eine Vergrößerung des Abstandes bewirkt, dass der Kristall 35 kleiner erscheint, was dazu führen kann, dass der wirkliche Kristall 35 in Übergröße gezüchtet wird. Diese Änderungen in der Entfernung können auftreten beim Übergang von einer Kristallzüchtungsvorrichtung 23 zu einer anderen, von einem Prozesslauf zu dem anderen und wegen der Variabilität des Schmelzeniveaus 41 sogar innerhalb eines einzigen Prozesslaufs.[0049]
• Bezüglich des Schmelzeniveaus 41 bestimmt der Bildprozessor 63 einen Mittelpunkt des definierten Kreises, der das Schmelzeniveau 41 anzeigt. Erfindungsgemäß dient die Differenz zwischen der Y- Koordinate des Mittelpunkts und einem Bezugswert zur Bestimmung des Schmelzeniveaus 41. Alternativ können handelsübliche optische Methoden (z. B. ein Lichtstrahl/Detektorgerät, das auf der Deckelplatte der Kammer 25 montiert ist) zur Bestimmung des Schmelzeniveaus 41 dienen. Die Bestimmung des Schmelzeniveau 41 kann benutzt werden, die Variabilität der Durchmessermessungen durch die Berechnung eines Korrekturfaktors und Verringerung der Niveauvariation der Schmelze durch Hubsteuerung des Tiegels 27 zu verringern.[0050]
• Eine andere Hauptquelle für Unterschiede in den Messungen des Durchmessers besteht darin, dass sich die Breite des hellen Rings in Abhängigkeit von der Höhe der heißen Wandung des Tiegels 27, die frei liegt und durch den flüssigen Meniskus 85 reflektiert wird, ändert. Wenn die Schmelze 33 erschöpft ist, nimmt die Breite des hellen Rings zu, was dazu führt, das der Kristall größer erscheint und zum Ergebnis haben kann, dass der wirkliche Kristall 35 in einer Untergröße gezüchtet wird. Als Alternative zur Anwendung eines konstanten Kalibrierungsfaktors kann die Breite des hellen Rings unter Benutzung zusätzlicher Bildwerkzeuge oder einer mathematischen Modellierung berechnet werden. Beispielsweise liefert die Erfassung des Randes zwischen dem Kristall 35 und dem hellen Ring neben der Erfassung des Randes zwischen der Schmelze 33 und dem hellen Ring ein Maß für die Breite des hellen Rings. Ferner schafft die mathematische Modellierung des flüssigen Meniskus 85 unter Berücksichtigung seiner Reflektionseigenschaft mit Bezug auf die Höhe der Tiegelwand ein Maß für die Breite des hellen Rings.[0051]
• Bei einer anderen Ausführungsform dienen die fünf Randkoordinaten des hellen Rings, die innerhalb der Fensterbereiche des Bildmusters definiert sind, zur Feststellung der periodischen Abweichungen des Kristalldurchmessers mit Bezug auf die Geschwindigkeit, mit der die Kristallantriebseinheit 45 den Kristall 35 dreht. Wie in der Technik bekannt ist, wird < 100> Nullversetzungswachstum durch Kristallflächen oder Wachstumslinien angezeigt, die im Allgemeinen parallel zu der vertikalen Achse 43 sind und längs des Körpers des Kristalls 35 auf Abstand gehalten sind. Diese Wachstumslinien erscheinen als grübchenartige Ausbildungen auf dem Umfang eines Querschnitts des Kristalls 35. Wenn der Kristall 35 mit einer bekannten Geschwindigkeit rotiert, sind aus diesem Grunde die Wachstumslinien innerhalb eines bestimmten Fensterbereichs mit einer Geschwindigkeit zu erwarten, die beispielsweise das vierfache der Drehgeschwindigkeit beträgt. So bestätigt der Bildprozessor 63 das Nullversetzungswachstum des Kristalls 35, und er bildet ein Mittel zur Erfassung der periodischen Abweichung von dem bestimmten Durchmesser der definierten Kreisform.[0052]
• Ferner ist zu bemerken, dass das Bildsystem 59 der vorliegenden Erfindung zur Bestimmung anderer Parameter des Kristallwachstums dienen kann, wie Rohrspalt oder Schmelzspalt, vollständiges Einschmelzen, Eis, Konvektionsströme und Temperatur, neben Kristalldurchmesser, Schmelzeniveau und Verlust an Nullversetzungswachstum.[0053]
• Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf Fig. 6 dreht das Linsenhalteraggregat 97 im wesentlichen die Linse 91 relativ zu dem Bildsensoraggregat 95. Bei dieser Ausführungsform ist die Kamera 53 vertikal ausgerichtet, so dass das Bildsensoraggregat 95 parallel zur Oberfläche 87 der Schmelze ist. Das Linsenhalteraggregat 97 schafft einen Anschluss für die Linse 91, so dass die durch die Linse 91 definierte zweite optische Achse 89b mit der vertikalen Achse 43 einen spitzen Winkel bildet. Wiederum kompensiert die Kamera 53 die perspektivische Verzerrung, weil das Bildsensoraggregat 95 parallel zur Oberfläche 87 der Schmelze ist und somit die Abbildungsberechnungen vereinfacht.[0054]
• Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung hat die Kamera 53 eine einstellbare Bildebene, die auf Parallelität zu der Oberfläche 87 der Schmelze ausgerichtet werden kann, um die Verzerrung zu kompensieren, die sonst resultiert, wenn die Linse 91 der Kamera 53 unter einem Winkel zu der vertikalen Achse 43 steht.[0055]
• Aus dem oben Gesagten ist ersichtlich, dass die verschiedenen Aufgaben der Erfindung erreicht und weitere vorteilhafte Ergebnisse erzielt werden.[0056]
• Da verschiedene Änderungen bei den oben genannten Konstruktionen ohne Abweichung von der beanspruchten Erfindungsidee vorgenommen werden können, soll der gesamte Inhalt der obigen Beschreibung und das in der beiliegenden Zeichnung Dargestellte als beispielhaft und nicht in einem beschränkenden Sinne verstanden werden.[0057]

Claims (9)

1. Kristallzüchtungsvorrichtung (23), die ein Meßgerät (21) zum Bestimmen einer Abmessung eines aus einer Siliciumschmelze (33) gezogenen Siliciumkristalls (35) aufweist, wobei die genannte Siliciumschmelze (33) eine allgemein ebene Oberfläche (87) hat, die einen Meniskus (85) aufweist, welcher als eine helle Fläche benachbart dem Siliciumkristall (35) sichtbar ist, wobei das genannte Meßgerät (21) umfaßt:

eine Kamera (53), die über der Oberfläche (87) der Siliciumschmelze und von dem Siliciumkristall (35) entfernt angeordnet ist, um ein Bildmuster eines Teils der an den Siliciumkristall (35) angrenzenden hellen Fläche zu erzeugen, wobei die genannte Kamera (53) einen Bildprojektor (91) zum Empfangen und Übertragen von Licht von der dem Siliciumkristall (35) benachbarten hellen Fläche und eine Bildebene (97) umfaßt, die auf das durch den Bildprojektor (91) übertragene Licht zum Erzeugen des Bildmusters des Teils der dem Siliciumkristall (35) benachbarten hellen Fläche reagiert, wobei die genannte Bildebene (97) allgemein parallel zu der Oberfläche (87) der Siliciumschmelze ist, um dadurch durch die Position der Kamera (53) im Verhältnis zu dem Siliciumkristall (35) verursachte Verzerrung des Bildmusters zu kompensieren;

eine Detektionsschaltung zum Detektieren einer Charakteristik des Bildmusters;

eine Definitionsschaltung zum Definieren eines Randes der hellen Fläche als eine Funktion der detektierten Charakteristik und zum Definieren einer Form, die den definierten Rand der hellen Fläche einschließt; und

eine Meßschaltung zum Bestimmen einer Abmessung der definierten Form, wodurch die Abmessung des Siliciumkristalls (35) als eine Funktion der bestimmten Abmessung der definierten Form bestimmt wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Bildebene (97) eine allgemein ebene lichtempfindliche Oberfläche aufweist, die eine erste optische Achse (89a) allgemein perpendikular zu der lichtempfindlichen Oberfläche definiert.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der der Bildprojektor eine Linse (91) umfaßt, die eine zweite optische Achse (89b) durch seine Mitte definiert und weiter eine Linsenfassung (99) zum Versetzen der Linse (91) von der Kamera (53) im Verhältnis zu der Bildebene (97) umfaßt, so daß die zweite optische Achse (89b) allgemein parallel zu und versetzt von der ersten optischen Achse (89a) ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, bei der die zweite optische Achse (89b) von der ersten optischen Achse (89a) um ungefähr 3/8 Zoll (ungefähr 9,53 mm) versetzt ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der der Bildprojektor (91) eine zweite optische Achse (89b) durch seine Mitte definiert und weiter eine Fassung zum Drehen des Bildprojektors (91) der Kamera (53) im Verhältnis zu der Bildebene (97) aufweist, so daß die zweite optische Achse (89b) sich unter einem spitzen Winkel im Verhältnis zu der ersten optischen Achse befindet und auf die dem Siliciumkristall (35) benachbarte helle Fläche gerichtet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, bei der der spitze Winkel der zweiten optischen Achse (89b) im Verhältnis zu der ersten optischen Achse (89a) ungefähr 35º beträgt.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der der Siliciumkristall (35) allgemein entlang einer vertikalen Achse (43) aus der Siliciumschmelze (33) gezogen wird, wobei die genannte vertikale Achse sich innerhalb des Meniskus (85) befindet und allgemein perpendikular zu der Oberfläche (87) der Siliciumschmelze ist, und wobei die Kamera (53) von der vertikalen Achse (43) entfernt angeordnet ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei der der Siliciumkristall (35) allgemein zylindrisch ist und die helle Fläche allgemein ringförmig ist, und bei der die definierte Form allgemein kreisförmig ist und die durch die Meßschaltung bestimmte definierte Form den Durchmesser der definierten kreisförmigen Form darstellt.

9. Kristallzüchtungsvorrichtung (23), die ein Meßgerät (21) zum Bestimmen einer Abmessung des aus einer Siliciumschmelze (33) gezogenen Siliciumkristalls (35) aufweist, wobei die genannte Siliciumschmelze (33) eine allgemein ebene Oberfläche (87) hat, die einen Meniskus (85) aufweist, welcher als eine helle Fläche benachbart dem Siliciumkristall (35) zu sehen ist, wobei der genannte Siliciumkristall (35) allgemein entlang einer vertikalen Achse (43) innerhalb des Meniskus (85) aus der Siliciumschmelze (33) gezogen wird, welche allgemein perpendikular zu der Oberfläche (87) der Siliciumschmelze ist, wobei das genannte Meßgerät (21) umfaßt:

eine Kamera (53) die über der Oberfläche (87) der Siliciumschmelze und von der vertikalen Achse (43) entfernt angeordnet ist, um ein Bildmuster eines Teil der dem Siliciumkristall (35) benachbarten hellen Fläche zu erzeugen, wobei die genannte Kamera (53) einen Bildprojektor (91) zum Empfangen und übertragen von Licht von der dem Siliciumkristall (35) benachbarten hellen Fläche und eine Bildebene (97) umfaßt, die auf das durch den Bildprojektor (91) übertragene Licht zum Erzeugen des Bildmusters des Teils der dem Siliciumkristall (35) benachbarten hellen Fläche reagiert, wobei die genannte Kamera (53) eine optische Achse (89a) aufweist, die allgemein parallel zu der vertikalen Achse (43) ist, um dadurch die durch die Position der Kamera (53) im Verhältnis zu der vertikalen Achse (43) verursachte Verzerrung des Bildmusters zu kompensieren;

eine Detektionsschaltung zum Detektieren einer Charakteristik des Bildmusters;

eine Definitionsschaltung zum Definieren eines Rands der hellen Fläche als eine Funktion der detektierten Charakteristik und zum Definieren einer Form, die den definierten Rand der hellen Fläche einschließt; und

eine Meßschaltung zum Bestimmen einer Abmessung der definierten Form, wodurch die Abmessung des Siliciumkristalls (35) als eine Funktion der bestimmten Abmessung der definierten Form bestimmt wird.