DE3882121T2

DE3882121T2 - Verfahren zur Kontrolle einer Schmelzzone.

Info

Publication number: DE3882121T2
Application number: DE88120177T
Authority: DE
Inventors: Kenichi Taguchi; Masataka Watanabe
Original assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Priority date: 1987-12-05
Filing date: 1988-12-02
Publication date: 1993-10-28
Anticipated expiration: 2008-12-03
Also published as: JPH01148778A; JPH0651599B2; EP0319858A2; US4931945A; EP0319858A3; EP0319858B1; DE3882121D1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG:

Erfindungsgebiet:

Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln einer Schmelzzone, das bei einem Kristallherstellungs-System auf der Basis der FZ- (Schmelzzonen-) Methode angewandt wird.

Beschreibung des Standes der Technik

Bei der Schmelzzonenregelung ist es insbesondere wichtig, den Durchmesser der Kristallstange an der Kristallisationsgrenze zu regeln. Wenn das Ansprechverhalten und die Stabilität der Regelung des Kristalldurchmessers an der Kristallisationsgrenze ungenügend sind, tritt eine Störung des Kristallwachstums auf und macht das resultierende Produkt defektbehaftet. Sogar wenn die Bildung jeglicher defektbehafteter Produkte vermieden werden kann, kann die Länge eines konischen Abschnittes, der nicht als Produkt verkäuffich ist, überaus groß werden, und Unregelmäßigkeiten in der Oberfläche des zylindrischen Hauptabschnittes der Kristallstange in der axialen Richtung und folglich die Tiefe, mit der die Oberfläche des zylindrischen Abschnittes geschliffen wird, um solche Unregelmäßigkeiten zu eliminieren, können sich erhöhen, was zu einer Erhöhung des Herstellungsverlustes führt.
Wo nur der Kristalldurchmesser an der Kristallisationsgrenze geregelt wird, wird ein ungeschmolzener, konischer Abschnitt in der Schmelzzone, der sich von der unteren Endfläche der Rohmaterial-Stange aus erstreckt, näher zur oberen Endfläche der wachsenden Kristallstange geschoben, wenn die axiale Länge der Schmelzzone sehr kurz wird. In diesem Zustand wird die obere Endfläche der Kristallstange in ihrer Temperatur im Zentrum bezüglich der ihres Umfangsabschnittes erniedrigt, wodurch kristallographische Störungen oftmals auftreten, und weiterhin existiert eine Möglichkeit, daß das untere Ende des ungeschmolzenen konischen Abschnittes sich mit dem oberen Ende der Kristallstange verbindet, was es unmöglich macht, das Kristallwachstum fortzusetzen. Wenn die axiale Länge der Schmelzzone überaus groß wird, kann die Schmelzzone durch ein Auslaufen unterbrochen werden.
Wenn die der Induktionsheizspule zugeführte elektrische Leistung verändert wird, werden sowohl der Kristalldurchmesser an der Kristallisationsgrenze, als auch die axiale Länge der Schmelzzone verändert. Diese Größen werden auch in Abhängigkeit einer Änderung der Geschwindigkeit verändert, mit der die Rohmaterial-Stange relativ zu der Induktionsheizspule nach unten bewegt wird.
Wie oben beschrieben ist die grundsätzliche Aufgabe des konventionellen Schmelzzonen-Regelungsverfahrens die, die Regelung der obengenannten Leistungszuführung und der obengenannten relativen Geschwindigkeit zu optimieren, um so zu ermöglichen, daß der Kristalldurchmesser an der Kristallisationsgrenze und die axiale Länge der Schnielzzone oder andere ähnliche Größen stabil und schnell Sollwerten angenähert werden. Viele Versuche wurden unternommen, das Verfahren in dieser Hinsicht zu verbessern.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Angesichts dieser Probleme ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Schmelzzonen-Regelungsverfahren zu schaffen, das es ermöglicht, den Kristalldurchmesser an der Kristallisationsgrenze und die axiale Länge der Schmelzzone oder ähnliche Größen stabil und schnell an Sollwerte anzunähern.
Zu diesem Zweck sieht die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Regelung einer Schmelzzone vor, das folgende Schritte umfaßt Einspeisen eines Hochfrequenzstromes in eine+r Induktionsheizspule, um eine Schmelze aus einer Rohmaterial-Stange von deren einen Seite her zu bilden, so daß eine Kristallstange kristallisiert und aus der Schmelze wächst; axiales Bewegen der Rohmaterial-Stange in Richtung der Schmelzseite und der Kristallstange in eine der Schmelzseite abgewandten Richtung relativ zur Induktionsheizspule; Abbilden einer mit einem dünnen Abschnitt versehenen und zwischen den Stangen gebildeten Schmelzzone mit einer Abbildungsvorrichtung; Messen von geometrischen Größen der Schmelzzone aus der Abbildung, die von der Abbildungsvorrichtung erhalten wird; und Regeln der elektrischen Leistung (P), die der Induktionsheizspule zugeführt wird, und der Geschwindigkeit (VP), mit der die Rohmaterial-Stange nach unten relativ zu der Induktionsheizspule bewegt wird, so daß die geometrischen Größen gleich Sollwerten werden, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß
die oben genannten geometrischen Werte umfassen ein Zi der axialen Länge der Schmelzzone, den Abstand (L) zwischen der Induktionsheizspule und einer Kristallisationsgrenze und den Durchmesser (Dn) eines Schmelzeansatzabschnittes, der auf der Seite der Kristallisationsgrenze in einem vorbestimmten Abstand von der Induktionsheizspule angeordnet ist, und ein Di des Durchmessers (Ds) der Kristallisationsgrenzfläche und den Durchmesser (Dn) eines Schmelzeschulterabschnittes, der zwischen der Kristallisationsgrenze und dem dünnen Abschnitt in einem vorbestimmten Abstand von der Kristallisationsgrenzfläche angeordnet ist, und daß
für den Fall, daß ein Sollwert von Zi einem Zo, ein Sollwert von Di einem Do und M = (Zi - Zo)(Di - Do) entspricht,
der Regelbeitrag der relativen Geschwindigkeit (VP) kleiner ist, wenn Zi Zo und Di Do nicht erfüllt sind, und M > O ist, als der ist, wenn Zi Zo und Di Do erfüllt sind, und
der Regelbeitrag der elektrischen Leistung (P) kleiner ist, wenn Zi Zo und Di Do nicht erfüllt sind und M < 0 ist, als der ist, wenn Zi Zo und Di Do erfüllt sind.
Es gibt zwei Punkte, die bei der vorliegenden Erfindung besonders beachtet werden.
(A) Die Ansprechgeschwindigkeit von Di auf eine Veränderung der relativen Geschwindigkeit VP der Rohmaterial-Stange ist weitaus größer als die Ansprechgeschwindigkeit von Di auf eine Veränderung der zugeführten Leistung P; und
(B) Sogar wenn die Regelabweichung von Zi um ein gewisses kleines Maß erhöht wird, kann das Gesamtregelungsverhalten so lange verbessert werden, als eine Reduktion der zu reduzierenden Regelabweichung von Di ermöglicht wird, da die zulässige Regelabweichung von Zi vergleichsweise groß ist.
Das Vorgehen entsprechend der vorliegenden Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf vier Fälle beschrieben, bei denen Zi Zo und Di Do nicht erfüllt sind.
(1) wobei Zi > Zo und Di > Do,
wenn die zugeführte Leistung P reduziert wird, um Di zu reduzieren, wird Zi entsprechend reduziert; und wenn die relative Geschwindigkeit Vp erhöht wird, um Zi zu reduzieren, ist die Erhöhung der relativen Geschwindigkeit Vp (Erhöhung von Di) begrenzt, da der Beitrag der Regelung der relativen Geschwindigkeit kleiner wird, und der Einiluß der Reduktion der zugeführten elektrischen Leistung auf Di wird dadurch offensichtlich größer.
So erniedrigt sich Di schnell und konvergiert in Richtung zum Sollwert Do.
(2) wobei Zi > Zo und Di < Do,
wenn die relative Geschwindigkeit VP erhöht wird, um Zi zu reduzieren (die Rohmaterial-Zuführungsrate wird erhöht), wird Di schnell größer; und wenn die zugeführte Leistung P erhöht wird, um Di zu erhöhen, wird jede übermäßige Erhöhung von Di verhindert, da der Beitrag der Leistungsregelung kleiner wird.
So konvergiert Di schnell und stabil in Richtung zum Sollwert Do.
(3) wobei Zi < Zo und Di > Do,
wenn die relative Geschwindigkeit VP reduziert wird, um Zi zu erhöhen (die Rohmaterial-Zuführungsrate wird reduziert), erniedrigt sich Di schnell; und wenn die zugeführte Leistung P reduziert wird, um Di zu reduzieren, wird jede übermäßige Reduktion der zugeführten elektrischen Leistung verhindert, da der Beitrag der Leistungsregelung kleiner wird.
So konvergiert Di schnell und stabil in Richtung zum Sollwert Do.
(4) wobei Zi < Zo und Di < Do,
wenn die zugeführte elektrische Leistung P erhöht wird, um Di zu erhöhen, erhöht sich Zi entsprechend; und wenn die relative Geschwindigkeit VP reduziert wird, um Zi zu erhöhen, ist die Reduktion der relativen Geschwindigkeit VP (Reduktion von Di) begrenzt, da der Beitrag der Regelung der relativen Geschwindigkeit kleiner wird, und der Einfluß der Erhöhung der zugefülirten elektrischen Leistung auf Di dadurch offensichtlich größer wird.
So wird Di schnell erhöht und konvergiert in Richtung zum Sollwert Do.
Die Zonenlänge L nähert sich ebenfalls dem Sollwert Zo in den Fällen (1) bis (4). Diese Annäherung wird jedoch durch die obige Betriebsweise einer stabilen und schnellen Annäherung von Di an den Sollwert Do verschlechtert und die Regelabweichung von Zi wird leicht größer. Dies bringt jedoch kein Problem mit sich, da die zulässige Regelabweichung von Zi vergleichsweise groß ist. So ermöglicht die vorliegende Erfindung eine Verbesserung im Gesamteffekt und macht es möglich, die Länge des konischen Abschnittes zu minimieren, der nicht als Produkt verwendet werden kann, während verhindert wird, daß die Schmelze in der Schmelzzone ausläuft. Die vorliegende Erfindung ermöglicht es auch, die in der Oberfläche des Hauptzylinderabschnittes in axialer Richtung gebildeten Unregelmäßigkeiten und folglich die Tiefe zu reduzieren, mit der die Oberfläche des zylindrischen Abschnittes poliert wird, um solche Unregelmäßigkeiten zu eliminieren.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 bis 4 zeigen eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 1 ist ein Blockdiagramm einer Vorrichtung zum Regeln der Schmelzzone;
Fig. 2 ist ein Diagramm einer Eingangs-/Ausgangssignal-Charakteristik eines Zonenlängen-Einstellers;
Fig. 3 ist ein Diagramm einer Eingangs-Ausgangssignal-Charakteristik des Durchmesser-Einstellers für den Schmelzeschulterabschnitt;
und
Fig. 4 ist ein Flußdiagramm des Regelverfährens mit einem Regler für die integrale Empfindlichkeit.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM

Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Fig. 1 zeigt schematisch die Gesamtkonstruktion einer Schmelzzonen-Regelvorrichtung zur Anwendung in einem Kristallherstellungs-System, das auf der FZ-Methode basiert.
Die wesentlichen Punkte der vorliegenden Erfindung werden hauptsächlich in einem Abschnitt [Integrale Empfindlichkeitsregelung] beschrieben. Jedoch werden Anordnungen, die sich auf diese Regelung beziehen, vor diesem Abschnitt beschrieben.
Ein Oszillator 10 speist einen Hochfrequenzstrom in eine Induktionsheizspule 12 ein, um eine Rohmaterial-Stange 16, z.B. eine polykristalline Silikonstange zu erhitzen und zu schmelzen, und eine Kristallstange 18, z.B. eine Silikon-Einkristallstange kristallisiert und wächst aus der Schmelze. Zu diesem Zeitpunkt wird eine Schmelzzone 20 zwischen der Rohmaterial-Stange 16 und der Kristallstange 18 gebildet.
Die monokristalline Stange 18 wird vertikal verschoben und mit einer Geschwindigkeit Vs durch einen Motor 22 mit einstellbarer Geschwindigkeit nach unten bewegt, der dazu ausgelegt ist, diese Stange in der vertikalen Richtung zu bewegen. Die monokristalline Stange 18 wird um ihre zentrale Achse durch einen (nicht gezeigten) Motor mit einer konstanten Geschwindigkeit gedreht, so daß die Temperaturverteilung über einen Abschnitt rotationssymmetrisch ist, der eine Grenzfläche 24 zwischen der Kristallstange 18 und der Schmelzzone 20 umfaßt.
Die Rohmaterial-Stange 16 wird ebenfalls vertikal verschoben und nach unten mit einer Geschwindigkeit Vp mittels eines Motors 26 mit einstellbarer Geschwindigkeit bewegt, der dazu ausgelegt ist, die Rohmaterial- Stange 16 in vertikaler Richtung zu bewegen. Die Rohmaterial-Stange 16 wird durch einen (nicht gezeigten) Motor mit einer konstanten Geschwindigkeit gedreht, so daß die Temperaturverteilung über einen Abschnitt rotationssymmetrisch ist, der eine Grenzfläche 28 zwischen der Rohmaterial-Stange 16 und der Schmelzzone 20 umfaßt.
Die Schmelzzone 20 und ein Bereich, der diese Zone enthält, werden mit einer festen industriellen TV-Kamera 30 überwacht und ein davon ausgegebenes, zusammengesetztes Bildsignal wird einer Bildverarbeitungsschaltung 32 zugeführt, wodurch ein Durchmesser Dp an der Kristallisationsgrenze 28, eine Zonenlänge L zwischen der unteren Fläche der Induktionsheizspule 12 und der Kristallisationsgrenzfläche 24 sowie ein Durchmesser Dm eines kristallisationsseitigen Schmelzeschulterabschnittes 34 zwischen einem kristallisationsseitigen, steil abfallenden Abschnitt 38 der Schmelze und der Kristallisationsgrenze 24 gemessen werden.
Die Zonenlänge L ist im allgemeinen proportional der axialen Länge der Schmelzzone 20. Daher kann die Zonenlänge entsprechend dieser axialen Länge oder dem Abstand zwischen der Schmelzgrenze 28 und der Induktionsheizspule 12 eingestellt werden.
Der Durchmesser Dm des kristallisationsseitigen Schmelzeschulterabschnittes 34 wird in einer Position oberhalb der Kristallisationsgrenze 24 in einem konstanten Abstand hm davon gemessen. Es gibt eine konstante Beziehung zwischen dem Schmelzeschulterabschnitt-Durchmesser Dm und einem Kristalldurchmesser Ds an der Kristallisationsgrenze nach einer gewissen Zeitspanne (normalerweise 30 bis 100 sec), so lange der Abstand hm und die Geschwindigkeit Vs der Kristallstange 18 konstant sind. Die Korrelation zwischen den Schmelzeschulterabschnitt-Durchmesser Dm und dem Kristalldurchmesser Ds an der Kristallisationsgrenze ist stark, wie unten schematisch beschrieben wird.
D.h.für den Fall, daß die obengenannten Durchmesser stabil bei Ds = 101 mm und Dm = 100 mm gehalten werden und daß ausgehend von diesem Zustand sich der Durchmesser Dm von 100 mm auf 102 mm erhöht, während der Durchmesser Dn eines Schmelzeansatzabschnittes konstant gehalten wird, wird ein Ds = 101 x 102/100 = 103 mm erhalten, nachdem hm/Vs vergangen ist. Im allgemeinen ist Vs = 2.6 bis 5.0 mm/min. In diesem Fall ist es daher möglich, von einem Schmelzeschulterabschnitt-Durchmesser Dm den Kristalldurchmesser Ds an der Kristallisationsgrenze vorherzusagen, wie er sich 36 bis 39 sec. nach der Zeit ergibt, zu der der Schmelzeschulterabschnitt-Durchmesser Dm gemessen worden ist.
Die Rundheit der Querschnittsgestalt am kristallisationsseitigen Schmelzeschulterabschnitt 34 ist wegen der Oberflächenspannung der Schmelze höher als die an der Kristallisationsgrenze 24. Daher kann der Kristalldurchmesser mit höherer Genauigkeit über den Schmelzeschulterabschnitt- Durchmesser Dm als mit dem Kristalldurchmesser Ds an der Kristallisationsgrenze geregelt werden.
Entsprechend kann das Verfahren einer direkten Regelung des Kristalldurchmessers Ds an der Kristallisationsgrenze mit besseren Ansprecheigenschaften und mit verbesserter Stabilität verglichen mit dem Verfahren einer indirekten Regelung des Kristalldurchmessers Ds durch Regelung des Schmelzeschulterabschnitt-Durchmessers Dm durchgeführt werden.
Vorzugsweise liegt der Wert des Abstandes hm als experimentelles Ergebnis bei 2 bis 5 mm. Dieser Wert gilt ungeachtet des Kristalldurchmessers Ds an der Kristallisationsgrenze. Solange dieser Wert innerhalb eines Bereiches von 1 bis 7 mm eingestellt wird, ist die Erfindung bis zu einem gewissen Grad wirksam.
Jeweils der Schmelzgrenzendurchmesser Dp und der Schmelzeschulterabschnitt-Durchmesser Dm wird aus der Länge eines Abschnittes einer horizontalen Abtastlinie gemessen, die eine Luminanz größer als ein Referenzwert aufweist. Die Position jeweils der Schmelzgrenze 28, der Kristallisationsgrenze 24 und der unteren Fläche der Induktionsheizspule 12 wird als eine Position detektiert, in der die Luminanz der Abtastlinien sich in der vertikalen Richtung abrupt ändert. Der Abstand hm entspricht dem Abstand zwischen einer horizontalen Abtastlinie entsprechend der Kristallisationsgrenze 24 und einer anderen horizontalen Abtastlinie, die oberhalb der ersteren mit einer gewissen Anzahl anderer, dazwischen liegender Abtastlinien angeordnet ist.

[Geschwindigkeitsregelung für die Bewegung der Rohmaterial-Stange nach unten]

Das Regelverfallren für die Geschwindigkeit Vp, mit der die Rohmaterial- Stange 16 nach unten bewegt wird, wird im folgenden beschrieben.
Unter Bezugnahme auf Fig. 1 wird einem Operator 40 zur Berechnung der Geschwindigkeit, mit der sich die Rohmaterial-Stange nach unten bewegt, ein Schmelzgrenzen-Durchmesser DPi und ein Schmelzeschulterabschnitt- Durchmesser Dmi von der Bildverarbeitungsschaltung 32 zugeführt, und es wird ebenfalls eine Geschwindigkeit Vsi der Bewegung nach unten von einem Geschwindigkeitsdetektor 42 zugeführt, der die Geschwindigkeit erfaßt, mit der sich die monokristalline Stange 18 nach unten bewegt. Der Operator 40 berechnet Vs (Dmi/DPi)² aus den dabei zugeführten Werten und führt einem Subtrahierer 44 einen dadurch berechneten Wert als eine Sollgeschwindigkeit VPA der Bewegung nach unten zu. Die Sollgeschwindigkeit VPA der Geschwindigkeit nach unten ist ein Sollwert der Geschwindigkeit Vp der Bewegung nach unten in einem Fall, wo das Volumen der Schmelzzone 20 konstant ist.
Wenn das Volumen der Schmelzzone 20 sich mit dem Verlauf der Zeit ändert, wird ein Annäherungsprozeß wie unten beschrieben durchgeführt, wobei VPB als Korrekturwert einem Subtrahierer 44 zugeführt wird. Das heißt, daß ein Subtrahierer 48 mit einer gemessenen Zonenlänge Li und einer Kristallisations-Soll-Zonenlänge L&sub0; von der Bildverarbeitungsschaltung 32 bzw. einem Zonenlängeneinsteller 46 versorgt wird. Diese Werte werden miteinander verglichen, die Differenz dazwischen verstärkt und danach einem PID-Regler 50 zugeführt, wobei ein Ausgangssignal von dem PID-Regler 50 dem Subtrahierer 44 zugeführt wird. Der Zonenlängen- Einsteller 46 dient als ein Programmeinsteller und gibt in Abhängigkeit von dem Schmelzeschukerabschnitt-Durchmesser Dmi von der Bildverarbeitungsschaltung 32 die Soll-Zonenlänge L&sub0; aus, die wie in Fig. 2 gezeigt, eine Funktion des Schmelzeschulterabschnitt-Durchmessers Dm, ist.
Der Wert der Soll-Zonenlänge Lo ist konstant bezüglich des Hauptzlinderabschnitts, wird jedoch nicht so eingestellt, daß er konstant bezüglich des konischen Abschnittes ist. Dies liegt daran, daß es eine erhöhte Wahrscheinlichkeit gibt, daß Schmelze aus dem konischen Abschnitt ausläuft, so daß es in diesem Abschnitt erwünscht ist, den Schmelzeschulterabschnitt-Durchmesser Dmi größer zu machen, als den Durchmesser Dsi an der Kristallisationsgrenze und daher wird die Kristallisations-Soll-Zonenlänge Lo spezifischerweise in solch einem Abschnitt erhöht, um ein Ausfließen der Schmelze zu verhindern und das Auftreten von Versetzungen in dem Kristall zu vermeiden. Wenn die Kristallisationszonenlänge Li jedoch in großem Maße erhöht wird, tauchen verschiedene Probleme auf. Zum Beispiel kann der Schmelzeabschnitt reißen, da er nicht ausreichend zusammengehalten wird oder die elektromagnetische Verbindung zwischen der Spule und dem Schmelzeabschnitt kann verschlechtert werden. Deshalb ist es notwendig, einen geeigneten Wert dieser Länge auszuwählen.
Der Subtrahierer 44 führt einem Differenzverstärker 54 die Differenz zwischen der Sollgeschwindigkeit VPA der Bewegung nach unten von dem Operator 40 und den korrigierten Wert VPB von dem PID-Regler 50 als eine Sollgeschwindigkeit Vpo der Bewegung der Rohmaterial-Stange nach unten zu. Der Differenzverstärker 54 vergleicht eine von einem Geschwindigkeitsdetektor 52 für die Geschwindigkeit nach unten detektierte Geschwindigkeit Vpi der Bewegung der Rohmaterialstange 16 nach unten mit der von dem Subtrahierer 44 zugeführten Sollgeschwindigkeit Vpo der Bewegung der Rohmaterial-Stange nach unten, verstärkt die Differenz zwischen diesen Geschwindigkeiten und führt diese Differenz als Operationssignal einem Geschwindigkeitsregler 56 zu. Die Geschwindigkeit Vp, mit der die Rohmaterial-Stange 16 mittels eines Motors 26 mit einstellbarer Geschwindigkeit nach unten bewegt wird, wird dadurch über eine Treiberschaltung 58 geregelt.

[Geschwindigkeitsregelung für die Bewegung der Kristallstange nach unten]

Als nächstes wird die Betriebsweise der Regelung der Geschwindigkeit Vs im folgenden beschrieben, mit der die Kristallstange 18 nach unten bewegt wird.
Die Geschwindigkeit Vsi, die von dem Geschwindigkeitsdetektor 42 erfaßt und mit der die Kristallstange 18 nach unten bewegt wird, sowie eine von einem Einsteller 60 für die Geschwindigkeit der Bewegung nach unten zugeführte Sollgeschwindigkeit Vso der Bewegung der Rohmaterial-Stange nach unten werden einem Differenzverstärker 62 zugeführt und die Differenz dazwischen wird verstärkt sowie danach als Operationssignal einem Geschwindigkeitsregler 64 zugeführt. Ein Ausgangssignal des Geschwindigkeitsreglers 64 wird einer Treiberschaltung 66 zugeführt, wodurch die Geschwindigkeit Vs geregelt wird, mit der die Kristallstange 18 durch den Motor 22 mit einstellbarer Geschwindigkeit nach unten bewegt wird. Der Geschwindigkeitseinsteller 60 für die Bewegung nach unten dient als Programmeinsteller und gibt in Abhängigkeit des von der Bildverarbeitungsschaltung 32 zugeführten Schmelzeschulterabschnitt-Durchmessers Dmi die Sollgeschwindigkeit Vso der Bewegung der Kristallstange nach unten aus, die eine Funktion des Schmelzeschulterabschnitt-Durchmessers Dmi ist.

[Regelung des Kristallstangendurchmessers]

Als nächstes wird die Betriebsweise der Regelung des Kristalldurchmessers Ds an der Kristallisationsgrenze im folgenden beschrieben.
Die Geschwindigkeit Vsi der Bewegung der Kristallstange 18 nach unten wird durch einen Intregator 68 integriert und als integrierte Stangenlänge YA einem Subtrahierer 70 zugeführt. Die integrierte Stangenlänge YA repräsentiert die Länge der Kristallstange 18, wenn Li = 0, und wird um die Zonenlänge Li korrigiert, die von der Bildverarbeitungsschaltung 32 zugeführt wird. Das heißt, daß der Subtrahierer 70 einen Einsteller 72 für die grundsätzlich zugeführte Leistung mit der Differenz zwischen der integrierten Stangenlänge YA und der Zonenlänge Li als Kristallstangenlänge Y versorgt. Der Einsteller 72 für die grundsätzlich zugeführte Leistung dient als Programmeinsteller und versorgt einen Leistungsregelung-Eingangsanschluß eines Oszillators 10 über einen Addierer 78 mit einem Wert für die grundsätzlich zugeführte Leistung, der eine Funktion der Kristallstangenlänge Y ist, wodurch die Leistung, die der Induktionsheizspule 12 von dem Oszillator 10 zugeführt wird, geregelt wird. Die Verwendung des Wertes für die grundsätzlich zugeführte Leistung ermöglicht es, daß der gemessene Schmelzeschulterabschnitt-Durchmesser Dmi an den Solldurchmesser Dmo des Schmeizeschulterabschnittes angenähert wird.
Die Kristallstangenlänge Y wird ebenfalls einem Einsteller 80 für den Schmelzeschulterabschnitt-Durchmesser zugeführt, der als Programmeinsteller dient und der in Abhängigkeit des Wertes der Länge Y der monokristallinen Stange einem Differenzverstärker 82 den Solldurchmesser Dmo der Schmelzeschulter zuführt, der eine Funktion der Kristallstangenlänge Y ist, wie dies in Fig. 3 gezeigt ist. Der Differenzverstärker 82 versorgt einen PID-Regler 84 mit einem Operationssignal, das aus der Differenz zwischen dem Solldurchmesser Dmo des Schmelzeschulterabschnittes, der von dem Einsteller 80 für den Schmelzeschulterabschnitt-Durchmesser zugeführt wird, und dem detektierten Schmelzeschulterabschnitt-Durchmesser Dmi gebildet wird, der von der Bildverarbeitungsschaltung 32 geliefert wird. Ein Ausgangssignal von dem PID-Regler 84 wird dem Addierer 78 zugeführt, wodurch der Wert der grundsätzlich zugefährten Leistung korrigiert wird.
In diesem Fall ist es notwendig, die Verstärkungsfaktoren der PID-Regelung zu reduzieren und die Amplitude der Regelschwingungen zu begrenzen, um ein Auslaufen der Schmelze zu verhindern. Wenn jedoch die Verstärkungsfaktoren reduziert werden, wird die Korrektur ungenau, so lang diese auf das Ausgangssignal des PID-Reglers 84 gestützt wird. Um mit diesem Problem fertig zu werden, wird in dieser Ausführungsform ein I²-Regler 86 verwendet, der einen Eingangswert (Dmo - Dmi) zeitlich integriert, weiterhin den integrierten Wert zeitlich integriert, den integrierten Wert mit einer bestimmten Konstante multipliziert und den Endwert einem Addierer 78 zuführt, wodurch der Wert für die grundsätzlich zugeführte Leistung korrigiert wird.
Ein Experiment mit einem solchen Korrekturprozeß wurde durchgeführt. Als Resultat bestand keine Notwendigkeit, die fundamentalen Muster (Programm-Einstellmuster) zu ändern, die in den Einsteller 72 für die grundsätzlich zugeführte Energie eingeschrieben sind, sogar wenn die Induktionsheizspule 12 durch eine alternative Spule ersetzt worden ist, die unterschiedliche Charakteristiken aufweist, oder wenn der Durchmesser der Kristallstange variiert worden ist.

[Regelung der integralen Empfindlichkeit]

Das Verfahren der Regelung der integralen Empfindlichkeit, das sich direkt auf die wesentlichen Merkmale der vorliegenden Erfindung bezieht, wird im folgenden beschrieben.
Diese Regelung wird mit einem Regler 88 für die integrale Empfindlichkeit durchgeführt, der durch einen Mikrocomputer gebildet ist. Der Regler 88 für die integrale Empfindlichkeit wird mit der gemessenen Zonenlänge Li und dem gemessenen Schmelzeschulterabschnitt-Durchmesser Dmi von der Bildverarbeitungsschaltung 32, der Soll-Zonenlänge Lo vom Zonenlängeneinsteller 46, dem Solldurchmesser Dmo des Schmelzeschulterabschnittes von dem Einsteller 80 für den Schmelzeschulterabschnitt-Durchmesser versorgt. Auf der Basis dieser Posten von Eingangsdaten regelt der Regler 88 für die integrale Empfindlichkeit die integralen Empfindlichkeiten der PID- Regler 50 und 84.
Fig. 4 zeigt das Verfahren dieser Regelung.
In Fig. 4 repräsentiert KIP die integrale Empfindlichkeit des PID-Reglers 84, in dem ein Wert, der durch Multiplikation des zeitlich integrierten Wertes eines Eingangswertes mit KIP erhalten wird, als Ausgangswert für eine I-Komponente verwendet wird. KIV repräsentiert die integrale Empfindlichkeit des PID-Reglers 50, bei dem ein Wert, der durch Multiplikation des zeitlich integrierten Wertes eines Eingangswertes mit KIN erhalten wird, als ein Ausgangswert einer I-Komponente verwendet wird.
α und β sind Konstanten. Als experimentelles Resultat wurde herausgefunden, daß der bevorzugte Bereich jeweils von α und β
β breit ist und daß jeglicher Wert innerhalb eines Bereiches von +/- 50% des optimalen Wertes zulässig ist.
Zuerst wird im Schritt 96 die integrale Empfindlichkeit KIP initialisiert und auf α gesetzt, während die integrale Empfindlichkeit KIV initialisiert und auf β gesetzt wird.
Falls Δ genügend klein bezüglich Dmo ist und falls
Li - Lo < Δ und Dmi - Dmo < Δ,
ist, das heißt, Li ist annähernd gleich Lo und Dmi ist annähernd gleich Dmo, werden als nächstes im Schritt 98 die Regelbedingungen nicht geändert und beim Status quo gehalten.
Das Verfahren, das durchgeführt wird, wenn Li - Lo > Δ oder Dmi - Dmo > Δ sind, wird unten bezüglich der folgenden vier Fälle beschrieben.
(1) wobei Li > Lo und Dmi > Dmo ist,
der PID-Regler 50 gibt ein Signal aus, um die gemessene Zonenlänge Li zu reduzieren (oder die Geschwindigkeit VPi der Begwegung der Rohmaterial-Stange 16 nach unten zu erhöhen), während der PID-Regler 84 ein Signal ausgibt, um den gemessenen Schmelzeschulterabschnitt-Durchmesser Dmi zu reduzieren (oder um die der Induktionsheizspule 12 zugeführte Leistung P zu reduzieren).
Der Prozeß wird bis zum Schritt 104 über die Schritte 100 und 102 fortgeführt, und die integrale Empfindlichkeit KIP wird auf α eingestellt, während die integrale Empfindlichkeit KIV auf λβ eingestellt wird. λ ist eine Kostante, wobei herausgefunden wurde, daß deren effektiver Bereich vorzugsweise von 0 bis 0.2 reicht, was von den Werten von α und β abhängt. Das Ausgangssignal des PID-Reglers 50, der dahingehend wirkt, die gemessene Zonenlänge Li zu reduzieren (oder Dmi zu reduzieren) ist dadurch begrenzt, wobei jedoch das Ausgangssignal des PID-Reglers 84, der dahingehend wirkt, den gemessenen Schmelzeschulterabschnitt-Durchmesser Dmi zu reduzieren, nicht begrenzt ist.
Entsprechend ist die Erhöhung der Geschwindigkeit VPi der Bewegung der Rohmaterial-Stange 16 nach unten beschränkt, so daß die Erhöhung des gemessenen Schmelzeschulterabschnitt-Durchmessers Dmi prompt beschränkt wird.
Die Ansprechgeschwindigkeit von Dmi auf eine Veränderung von VPi ist weitaus größer als die Ansprechgeschwindigkeit von Dmi auf eine Veränderung der zugeführten Leistung P.
Aus diesem Grund wird der Einfluß der Reduktion der zugeführten Leistung auf der Basis des Ausgangssignals des PID-Reglers 84 offensichtlich sehr groß und der gemessene Schmelzeschulterabschnitt-Durchmesser Dmi konvergiert schnell in Richtung des Solldurchmessers Dmo des Schmelzeschulterabschnittes.
In Schritt 106 läuft der Prozeß zum Schritt 108 weiter, wenn der gemessene Schmelzeschulterabschnitt-Durchmesser Dmi immer noch größer als der vorhergehende eingelesene Wert ist. Anschließend kehrt der Prozeß zu Schritt 98 zurück, nachdem eine gewisse Zeitspanne gewartet wurde. Die Länge dieser Wartezeit hängt von der Periode der Zeit für einen Zyklus zwischen den Schritten 98 und 108 ab und es exsistiert kein Problem, sogar für Fall, daß diese 0 ist.
Wenn der gemessene Schmelzeschulterabschnitt-Durchmesser Dmi aufgehört hat, sich zu erhöhen und begonnen hat sich durch die Reduktion der zugeführten Leistung P zu erniedrigen, führt der Prozeß vom Schritt 106 zum Schritt 110 weiter, und der Wert der integralen Empfindlichkeit KPI wird auf v reduziert, wodurch verhindert wird, daß der gemessene Schmelzeschulterabschnitt-Durchmesser Dmi sich übermäßig erniedrigt. Dies liegt daran, daß die Ansprechgeschwindigkeit von Dmi auf die Veränderung der zugeführten Leistung P relativ klein ist. Der gemessene Schmelzeschulterabschnitt-Durchmesser Dmi wird dadurch stabil auf den Solldurchmesser Dmo des Schmelzeschulterabschnittes konvertiert. Das oben genannten v ist eine Kostante, die innerhalb eines effektiven Bereiches von 0 bis 0.5 und bevorzugter auf 0.1 bis 0.3 gesetzt wird, was von den Werten von α und β abhängt.
(2) wobei Li > Lo und Dmi < Dmo sind,
der PID-Regler 50 gibt ein Signal aus, um die gemessene Zonenlänge Li zu reduzieren (oder um die Geschwindigkeit VPI der Bewegung der Rohmaterial-Stange 16 nach unten zu erhöhen), während der PID-Regler 84 ein Signal ausgibt, um den gemessenen Schmelzeschulterabschnitt-Durchmesser Dmi zu erhöhen (oder um die der Induktionsheizspule 12 zugeführte Leistung P zu erhöhen).
Der Prozeß geht zum Schritt 112 über die Schritte 100 und 102 weiter, und die integrale Empfindlichkeit KIP wird auf uα eingestellt, während die integrale Empfindlichkeit KIV auf β eingestellt wird. u ist eine Konstante, die innerhalb eines effektiven Bereiches von 0 bis 0.5 und bevorzugter von 0 bis 0.2 eingestellt wird, was von den Werten von α und β abhängt. Das Ausgangssignal des PID-Reglers 84, der dahingehend wirkt, den gemessenen Schmelzeschulterabschnitt-Durchmesser Dmi zu erhöhen, wird dadurch gegrenzt, obwohl das Ausgangssignal des PID-Reglers 50, der dahingehend wirkt, die gemessene Zonenlänge Li zu reduzieren, nicht begrenzt ist.
Entsprechend erhöht sich der gemessene Schmelzeschulterabschnitt-Durchmesser Dmi in Abhängigkeit der Erhöhung der Geschwindigkeit Vpi der Bewegung der Rohmaterial-Stange 16 nach unten schnell. Zu diesem Zeitpunkt jedoch ist die Erhöhung der zugeführten Leistung P beschränkt, wodurch verhindert wird, daß sich der gemessene Schmelzeschulterabschnitt-Durchmesser Dmi übermäßig erhöht. Der gemessene Schmelzeschulterabschnitt-Durchmesser Dmi wird dadurch stabil und schnell auf den Solldurchmesser Dmo des Schmelzeschulterabschnittes konvertiert.
Anschließend geht der Prozeß zum Schritt 108 weiter. Nach dem Abwarten einer bestimmten Zeitspanne kehrt der Prozeß zu Schritt 98 zurück.
(3) wobei Li < Lo und Dmi > Dmo sind,
der PID-Regler 50 gibt ein Signal zur Erhöhung der gemessenen Zonenlänge Li (oder zur Reduzierung der Geschwindigkeit Vpi der Bewegung der Rohmaterial-Stange 16 nach unten) ab, während der PID-Regler 84 ein Signal zur Reduktion des gemessenen Schmelzeschulterabschnitt-Durchmessers Dmi (oder zur Reduktion der der Induktionsheizspule 12 zugeführten Leistung P) ab.
Der Prozeß geht zu den Schritten 122 über die Schritte 100 und 114 weiter, und die integrale Empfindlichkeit KIP wird auf uα eingestellt, während die integrale Empfindlichkeit KIV auf β eingestellt wird. Das Ausgangssignal des PID-Reglers 84, der dahingehend wirkt, den gemessenen Schmelzeschulterabschnitt-Durchmesser Dmi zu reduzieren, wird dadurch begrenzt, während das Ausgangssignal des PID-Reglers 50, der dahingehend wirkt, die gemessene Zonenlänge Li zu erhöhen, nicht begrenzt wird.
Entsprechend erniedrigt sich der gemessene Schmelzeschulterabschnitt- Durchmesser Dmi schnell in Abhängigkeit von der Reduktion der Geschwindigkeit Vpi der Bewegung der Rohmaterial-Stange 16 nach unten. Zu dieser Zeit jedoch ist die Erhöhung der zugeführten Leistung P begrenzt, wodurch verhindert wird, daß sich der gemessene Schmelzeschulterabschnitt-Durchmesser Dmi übermäßig erniedrigt. Der gemessene Schmelzeschulterabschnitt-Durchmesser Dmi wird dadurch stabil und schnell in Richtung Solldurchmesser Dmo des Schmelzeschulterabschnittes konvertiert.
Der Prozeß geht dann weiter zum Schritt 108. Nach dem Abwarten einer bestimmten Zeitspanne kehrt der Prozeß zum Schritt 98 zurück.
(4) wobei Li < Lo und Dmi < Dmo sind,
der PID-Regler 50 gibt ein Signal zur Erhöhung der gemessenen Zonenlänge Li (oder zur Reduktion der Geschwindigkeit VPi der Bewegung der Rohmaterial-Stange 16 nach unten) ab, während der PID-Regler 84 ein Signal zur Erhöhung des gemessenen Schmeizeschnlterabschnitt-Durchmessers Dmi (oder zur Erhöhung der der Induktionsheizspule 12 zugeführten Leistung P) abgibt.
Der Prozeß geht zum Schritt 116 über die Schritte 100 und 114 weiter, und die integrale Empfindlichkeit KIP wird auf α eingestellt, während die integrale Empfindlichkeit KIV auf λβ eingestellt wird. Das Ausgangssignal des PID-Reglers 50, der dahingehend wirkt, die gemessene Zonenlänge Li zu erhöhen, wir dadurch begrenzt, wohingegen das Ausgangssignal des PID-Reglers 84, der dahingehend wirkt, den gemessenen Schmelzeschulterabschnitt-Durchmesser Dmi zu erhöhen, nicht begrenzt wird.
Entsprechend ist die Reduktion in der Geschwindigkeit der Rohmaterial- Stange 16 nach unten beschränkt, so daß eine weitere Reduktion des gemessenen Schmelzeschulterabschnitt-Durchmessers Dmi prompt beschränkt wird.
Aus diesem Grund wird der Einiluß der Erhöhung der zugeführten Leistung auf der Basis des Ausgangssignals des PID-Reglers 84 offensichtlich sehr groß, und der gemessenene Schmelzeschulterabschnitt-Durchmesser Dmi konvergiert prompt in Richtung zum Solldurchmesser Dmo des Schmelzeschulterabschnitts.
Im Schritt 118 geht der Prozeß zum Schritt 108 weiter, falls der gemessene Schmelzeschulterabschnitt-Durchmesser Dmi noch größer als der vorhergehende Ablesewert ist. Der Prozeß geht zum Schritt 120 weiter, falls der gemessene Schmelzeschulterabschnitt-Durchmesser Dmi den vorhergehenden Ablesewert überschritten hat, bei dem der Wert der integralen Empfindlichkeit KIP auf vα reduziert worden ist, um zu verhindern, daß sich der gemessene Schmelzeschulterabschnitt-Durchmesser Dmi übermäßig verringert. Der Prozeß geht danach zum Schritt 108 weiter. Nach dem Abwarten einer bestimmten Zeitspanne kehrt der Prozeß zum Schritt 98 zurück.
Als Resultat dieses Vorgehens konvergiert der Schmelzeschulterabschnitt-Durchmesser Dmi stabil und schnell in Richtung zum Sollwert. Die Zonenlänge L ändert sich ebenfalls, in dem sie dem entsprechenden Sollwert folgt. Es existiert jedoch kein Problem bei der Regelung der Zonenlänge L, da sich die Zonenlänge L mit einer sehr hohen Geschwindigkeit in Abhängigkeit der Geschwindigkeitsänderung der Bewegung der Rohmaterial- Stange 16 nach unten ändert und weil es genügt, die Zonenlänge mit geringerer Genauigkeit verglichen mit der Regelung des Schmelzeschulterabschnitt-Durchmessers Dmi zu regeln.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung wird zur Verbesserung der Ansprecheigenschaften und der Regelstabilität hinsichtlich des Schmelzeschulterabschnitt-Durchmessers Dmi die Genauigkeit, mit der die Zonenlänge L geregelt wird, zu einem gewissen Maß verschlechtert, was zu einer Verbesserung der Gesamtregeleigenschaften führt.
Es ist daher möglich, die Länge des konischen Abschnittes der als Produkt nicht verwendet werden kann, zu minimieren, während verhindert wird, daß die Schmelze in der Schmelzzone ausläuft. Zusätzlich ist es bei der Herstellung des zylindrischen Hauptabschnittes möglich, die in die Oberfläche dieses Abschnittes in der axialen Richtung eingeformten Unregelmäßigkeiten und folglich die Tiefe zu reduzieren, auf die die Oberfläche des zylindrischen Abschnittes poliert werden muß, um solche Unregelmäßigkeiten zu eliminieren.

[Durchmesser Dn des Schmelzeansatzabschnittes]

Die oben beschriebene Ausführung veranschaulicht den Fall, wo die Zonenlänge L direkt verwendet wird, wobei jedoch zu bevorzugen ist, den Durchmesser Dn des in Fig. 1 gezeigten Schmelzeansatzabschnittes zu verwenden.
Der Schmelzeansatzabschnitt-Durchmesser Dn ist als der Durchmesser eines kristallisationsseitigen Schmelzeansatzabschnittes 36 definiert, der unter der unteren Fläche der Induktionsheizspule 12 in einem Abstand hn davon angeordnet ist. Der Schmelzeansatzabschnitt-Durchmesser Dn wird als Wert gemessen, der proportional ist zur Länge einer horizontalen Abtastlinie, die eine Luminanz aufweist, die höher als der Referenzpegel ist. Der Abstand hn entspricht dem Abstand zwischen einer Abtastlinie, die der unteren Fläche der Induktionsheizspule 12 entspricht und einer weiteren Abtastlinie, die unterhalb letzterer mit einer bestimmten Anaahl weiterer Abtastlinie dazwischen angeordnet ist. Es existiert eine konstante Beziehung zwischen dem Schmelzeansatzabschnitt-Durchmesser Dn und der Zonenlänge nach einer bestimmten Zeitspanne (üblicherweise 5 bis 10 sec.). Die Korrelation dazwischen ist groß, wie unten schematisch beschrieben wird.
Das heißt, daß die Zonenlänge L reduziert wird, wenn die der Induktionsheizspule 12 zugeführte Leistung P reduziert wird, um jegliche Erhöhung in Dm zu verhindern, das sich in Abhängigkeit einer Erhöhung des Dn erhöht. Diese Erhöhung ΔDn bei Dn ist proportional einer Reduktion ΔL bei L, die nach einer bestiminten Zeitspanne durchgeführt wird.
In dem Fall, wo der Abstand hm mehrere Milimeter beträgt, ergibt sich als experimentelles Resultat, daß ΔDn/ΔL etwa 10 und die Empfindlichkeit von Dn um eine Größenordnung höher als die von L sind.
Bei der Sichtbarmachung mit der industriellen TV-Kamera, die die Schmelzzone 20 und den diese Zone enthaltenen Bereich zeigt, sind die die Kristallisationsgrenze 24 und die Schmelzgrenze 28 repräsentierenden Linien gekrümmt, wenn die Durchmesser der Materialstangen 16 und 18 groß sind und beispielsweise 150 mm betragen. Diese Linien weisen Unregelmäßigkeiten aufgrund des Kristallhabitus oder dergleichen auf. Ein solches Problem existiert im Hinblick auf den Schmelzeansatzabschnitt 36 nicht. Es ist deshalb zu bevorzugen, Dn statt L als Rückkopplungsgröße zu verwenden.
Wie aus diesen Fakten verständlich wird, kann bei der Herstellung des zylindrischen Hauptabschnittes die Operation der indirekten Regelung der Zonenlänge L durch Regeln des Schmelzeansatzabschnitt-Durchmessers Dn mit einer verbesserten Stabilität verglichen mit der Operation der direkten Regelung der Zonenlänge durchgeführt werden.
Der obengenannte Abstand hn wird unter der Bedingung bestimmt, daß der Wert von ΔDn/ΔL groß ist, d.h. daß die Empfindlichkeit hoch ist und gleichzeitig der gemessene Wert stabil ist. Noch spezifischer ist zu bevorzugen, den Ansatzabschnitt näher in Richtung zu dem Abschnitt einzustellen, der den Minimaldurchmesser aufweist, der in einem Abstand von weniger als einige Milimeter von der unteren Fläche der Induktionsheizspule 12 definiert ist.
Die vorliegende Erfindung kann natürlich auf andere unterschiedliche Weise modifiziert werden.
Bei der oben beschriebenen Ausführungsform wird die integrale Empfindlichkeit in Abhängigkeit von den Regelabweichungen der Zonenlänge L und des Schmelzeschulterabschnitt-Durchmessers Dm verändert. Alternativ dazu kann die proportionale Empfindlichkeit oder die differentielle Empfindlichkeit geändert werden oder es kann die Kombination dieser Empfindlichkeiten geändert werden.
Das Regelsystem ist nicht auf den PI- oder PID-Typ begrenzt.
In der obigen Beschreibung wird der Schmelzeschulterabschnitt-Durchmesser Dm als Größe verwendet, die mit dem Kristalldurchmesser in Beziehung steht. Jedoch kann stattdessen der Kristalldurchmesser Ds an der Kristallisationsgrenze verwendet werden.
Die grundsätzliche zugeführte Leistung kann eine Funktion des Schmelzeschulterabschnitt-Durchmessers Dm des Kristalldurchmessers Ds an der Kristallisationsgrenze anstatt der Funktion der Kristallstangenlänge sein.

Claims

1. Verfahren zur Regelung einer Schmelzzone, umfassend folgende Verfahrensschritte: Einspeisen eines Hochfrequenzstromes in eine Induktionsheizspule, um eine Schmelze aus einer Rohmaterial-Stange von deren einen Seite her zu bilden, so daß eine Kristallstange kristallisiert und aus der Schmelze wächst; axiales Bewegen der Rohmaterial-Stange in Richtung der Schmelzseite und der Kristallstange in eine gegenüber der Schmelzseite abgewandten Richtung, relativ zur Induktionsheizspule; Abbilden einer mit einem dünnen Abschnitt versehenen und zwischen den Stangen gebildeten Schmelzzone mit einer Abbildungsvorrichtung; Messen von geometrischen Größen der Schmelzzone aus der Abbildung, die von der Abbildungsvorrichtung erhalten wird; und Regeln der elektrischen Leistung (P), die der Induktionsheizspule zugeführt wird, und der Geschwindigkeit (VP), mit der die Rohmaterial-Stange nach unten relativ zu der Induktionsheizspule bewegt wird, so daß die geometrischen Größen gleich Sollwerten werden, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß

die oben genannten geometrischen Werte umfassen ein Zi der axialen Länge der Schmelzzone, den Abstand (L) zwischen der Induktionsheizspule und einer Kristallisationsgrenze (24) und den Durchmesser (Dn) eines Schmelzeansatzabschnittes, der auf der Seite der Kristallisationsgrenze in einem vorbestimmten Abstand von der Induktionsheizspule angeordnet ist, und ein Di des Durchmessers (Ds) der Kristallisationsgrenze und den Durchmesser (Dm) eines Schmelzeschulterabschnittes (34), der zwischen der Kristallisationsgrenze und dem dünnen Abschnitt in einem voreingestellten Abstand innerhalb des Bereiches von 1 bis 7 mm von der Kristallisationsgrenze angeordnet ist, und daß

für den Fall, daß ein Sollwert von Zi einem Zo, ein Sollwert von Di einem Do und M = (Zi - Zo)(Di - Do) entspricht,

der Regelbeitrag der relativen Geschwindigkeit (VP) kleiner ist, wenn Zi Zo und Di Do nicht erfüllt sind, und M > O ist, als der ist, wenn Zi Zo und Di Do erfüllt sind (104,106), und der Regelbeitrag der elektrischen Leistung (P) kleiner ist, wenn Zi Zo und Di Do nicht erfüllt sind und M < 0 ist, als der ist, wenn Zi Zo und Di Do erfüllt sind.

2. Verfahren zur Regelung einer Schmelzzone nach Anspruch 1, wobei diese Regelung eine PI-Regelung, PII²-Regelung, PID-Regelung oder PII²D-Regelung ist und wobei der Beitrag zu dieser Regelung durch eine Reduktion der integralen Empfindlichkeit reduziert wird.

3. Verfahren zur Regelung einer Schmelzzone nach Anspruch 2, wobei die integrale Empfindlichkeit bei der Regelung der relativen Geschwindigkeit (VP) für den Fall, daß Zi Zo und Di Do nicht erfüllt sind und M > 0 ist, um das 0 bis 0.2-fache (104,116) höher ist als die für den Fall, daß Zi Zo und Di Do erfüllt sind und

die integrale Empfindichkeit bei der Regelung der elektrischen Leistung (P) für den Fall das Zi Zo und Di Do nicht erfüllt sind und M < 0 ist, um das 0 bis 0.2-fache (112,122) höher ist als die für den Fall, daß Zi Zo und Di Do erfüllt sind.

4. Verfahren zur Regelung einer Schmelzzone nach Anspruch 3, wobei für den Fall, daß Zi Zo und Di Do nicht erfüllt sind, Zi > Zo und Di > Do sind und daß Di durch die Regelung reduziert wird, der Regelbeitrag der elektrischen Leistung (P) ausgehend von dem Wert vor der Reduktion von Di (110) reduziert wird und

für den Fall, daß Zi Zo und Di Do nicht erfüllt sind, Zi < Zo und Di < Do sind und daß Di durch die Regelung erhöht wird, der Regelbeitrag der Regelung der elektrischen Leistung (P) ausgehend von dem Wert vor der Erhöhung von Di (120) reduziert wird.

5. Verfahren zur Regelung einer Schmelzzone nach Anspruch 4, wobei der Regelbeitrag der elektrischen Leistung (P) durch Multiplikation der integralen Empfindlichkeit bei der Regelung mit 0.1 bis 0.3 reduziert wird, wenn Zi Zo und Di Do erfüllt sind.

6. Verfahren zur Regelung einer Schmelzzone nach Anspruch 1, wobei die relative Geschwindigkeit (Vp) geregelt wird, so daß der gemessene Wert Zi gleich wird dem Sollwert Zo, während die elektrische Leistung (P) geregelt wird, so daß der gemessene Wert Di gleich wird dem Sollwert Do.

7. Verfahren zur Regelung einer Schmelzzone nach Anspruch 6, wobei die Regelung eine PI-Regelung, PII²-Regelung, PID-Regelung oder PII²D-Regelung umfaßt und der Regelbeitrag durch eine Reduktion der integralen Empfindlichkeit reduziert wird.

8. Verfahren zur Regelung einer Schmelzzone nach Anspruch 7, wobei die integrale Empfindlichkeit bei der Regelung der elektrischen Leistung (P) für den Fall, daß Zi Zo und Di Do nicht erfüllt sind und M > 0 ist, um das 0- bis 0.2-fache (104,116) größer ist als die für den Fall, daß Zi Zo und Di Do erfüllt sind, und

die integrale Empfindlichkeit bei der Regelung der relativen Geschwindigkeit (VP) für den Fall, daß Zi Zo und Di Do nicht erfüllt sind und M < 0 ist, um das 0- bis 0.2-fache (112,122) höher ist als die für den Fall, daß Zi Zo und Di Do erfüllt sind.

9. Verfahren zur Regelung einer Schmelzzone nach Anspruch 8, wobei für den Fall, daß Zi Zo und Di Do nicht erfüllt sind, Zi > Zo und Di > Do sind und daß Di durch die Regelung reduziert wird, der Regelbeitrag der elektrischen Leistung (P) ausgehend von dem Wert vor der Reduktion von Di (110) reduziert wird und

für den Fall, daß Zi Zo und Di Do nicht erfüllt sind, Zi < Zo und Di < Do sind und daß Di durch die Regelung erhöht wird, der Regelbeitrag der elektrischen Leistung (P) ausgehend von dem Wert vor der Erhöhung von Di (120) reduziert wird.

10. Verfahren zur Regelung einer Schmelzzone nach Anspruch 9, wobei der Regelbeitrag der elektrischen Leistung (P) durch Multiplikation der integralen Empfindlichkeit in der Regelung mit 0.1 bis 0.3 für den Fall reduziert wird, daß Zi Zo und Di Do erfüllt sind.