Institute of Automation and Electrometry of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences:

C. V. Mikhlyaev

Problems of optical monitoring of melt level and diameter of a crystal growing from high−temperature melt by Czochralski technique are considered. Investigations results performed in Institute of Automatics and Electrometry of the Siberian Branch of the Russian Academy of Science at vision system construction to control the automatic growth installations are presented. Such system consists of laser triangulation sensor used to measure the melt level in a crucible and also of digital vision system to control the diameter of growing crystal. Metrological problems important to control of crystal growth process caused by nonstationarity and variations of melt surface curvature and also by parallax of crystallization zone image formed by optical projection system are analyzed. Joint measurements of melt level and crystal diameter are discussed allowing to eliminate a systematic measurement error caused by melt rotation.

1. Gevelber, M. Modelling requirements for development of an advanced Czochralski control system / M. Gevelber, D. Wilson, N. Duanmu // J. Cryst. Growth. − 2001. − V. 230, N 1. − P. 217—223.
2. Бердников, В. С. Гидродинамика и теплообмен при вытягивании кристаллов из расплавов. Ч. 2. Численные исследования режима свободной конвекции / В. С. Бердников // Изв. вузов. Материалы электрон. техники. − 2008. − № 3. − С. 4—17.
3. Mikhlyaev, S. V. A computer vision system to control the process of crystal growth / S. V. Mikhlyaev, E. S. Nejevenko // Pattern Recognition and Image Analysis. − 1999. − V. 9, N 1. − P. 156—158.
4. Багдасаров, Х. С. Высокотемпературная кристаллизация из расплава / Х. С. Багдасаров − М. : Физматлит, 2004. − 160 с.
5. Gartner, K. J. An electronic device including a TV−system for controlling the crystal diameter during Czochralski growth / K. J. Gartner, K. F. Rittinghaus, A. Seeger, W. Uelhoff // J. of Cryst. Growth. − 1972. − V. 13−14. − P. 619—623.
6. Shiraishi, Y. Growth of silicon crystal with a diameter of 400 mm and weight of 400 kg / Y. Shiraishi, K. Takano, J. Matsubara, T. Iida, N. Takase, N. Machida, M. Kuramoto, H. Yamagishi // Ibid. − 2001. − V. 229, N 1. − P. 17—21.
7. Huang, L. Y. On the hot−zone design of Czochralski silicon growth for photovoltaic applications / L. Y. Huang, P. C. Lee, C. K. Hsieh, W. C. Hsu, C. W. Lan // Ibid. − 2004. − V. 261, N 4. − P. 433—443.
8. Шашков, Ю. М. Выращивание монокристаллов методом вытягивания / Ю. М. Шашков − М. : Металлургия, 1982 − 312 с.
9. Михляев, С. В. Анализ оптических триангуляционных систем измерения профиля зеркальной поверхности / С. В. Михляев // Автометрия. − 2005. − Т. 41, № 4. − С. 78—91.
10. Amann, M.−C. Laser ranging: a critical review of usual techniques for distance measurement / M.−C. Amann, T. Bosch, M. Lescure, R. Myllyla, M. Rioux // Opt. Eng. − 2001. − V. 40, N 1. − P. 10—19.
11. Михляев, С. В. Применение методов оптической триангуляции для измерения уровня расплава при выращивании кристаллов / С. В. Михляев // Автометрия. − 2003. − Т. 39, № 5. − С. 30—41.
12. Beaudet, P. R. Rotational invariant image operators / P. R. Beaudet // Proc. Fourth Int. Conf. on Pattern Recognition. − Kyoto (Japan), 1978. − P. 579—583.
13. Михляев, С. В. Исследование неитерационного метода наименьших квадратов для оценивания параметров аппроксимирующей окружности / С. В. Михляев // Вычислительные технологии. − 2008. − Т. 13, № 5. − С. 41—50.
14. Михляев, С. В. Информационные характеристики изображения зоны кристаллообразования в методе Чохральского / С. В. Михляев, О. И. Потатуркин // Автометрия. − 2008. − Т. 44, № 6. − С. 35—48.
15. Щелкин, Ю. Ф. Определение формы жидкого столбика при выращивании монокристаллов методом Чохральского из расплава со свободной поверхностью / Ю. Ф. Щелкин // Физика и химия обработки материалов. − 1971. − № 3. − С. 29—33.