CN114202533A

CN114202533A - 检测单晶炉同轴度的方法、装置、设备及计算机存储介质

Info

Publication number: CN114202533A
Application number: CN202111530487.0A
Authority: CN
Inventors: 李�昊
Original assignee: Xian Eswin Silicon Wafer Technology Co Ltd; Xian Eswin Material Technology Co Ltd
Current assignee: Xian Eswin Silicon Wafer Technology Co Ltd; Xian Eswin Material Technology Co Ltd
Priority date: 2021-12-14
Filing date: 2021-12-14
Publication date: 2022-03-18
Also published as: TWI815602B; TW202301506A

Abstract

本发明实施例公开了一种检测单晶炉同轴度的方法、装置、设备及计算机存储介质；所述方法包括：从CCD相机采集到的对中盘图像中捕获所述对中盘圆周方向上刻度线之间的第一像素间距离；基于所述第一像素间距离与对应的所述对中盘圆周方向上刻度线之间的实际距离，确定所述实际距离与所述第一像素间距离之间的对应关系；获取所述对中盘第一像素中心与激光束照射至所述对中盘上的光斑对应的第二像素中心之间的第二像素间距离；基于所述第二像素间距离与所述对应关系，确定重锤中心与炉体中心之间的第二实际距离。

Description

检测单晶炉同轴度的方法、装置、设备及计算机存储介质

技术领域

本发明实施例涉及半导体技术领域，尤其涉及一种检测单晶炉同轴度的方法、装置、设备及计算机存储介质。

背景技术

单晶炉在实际生产前，需要对单晶炉进行一系列的调试，根据拉晶工艺的要求，调试时必须进行上、下传动的对中，确保籽晶轴与坩埚轴的同轴度低于某个标准值。目前，调试对中采用肉眼估算法，即在籽晶绳上挂上重锤后，将重锤降到引晶位置与石墨托盘近似接触的地方，人从外部观察窗进行评估。这种方法，因人与被观测物距离远且视野范围受限，且测量过程中重锤会在圆心附近做圆周运动导致人工无法准确观察，对量值的估算误差极大，直接影响到晶棒的品质。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例期望提供一种检测单晶炉同轴度的方法、装置、设备及计算机存储介质；能够解决现有的检测单晶炉同轴度的方法存在的精度差、难以观测的问题，提高了单晶硅棒的品质。

本发明实施例的技术方案是这样实现的：

第一方面，本发明实施例提供了一种检测单晶炉同轴度的方法，所述方法包括：

从CCD相机采集到的对中盘图像中捕获所述对中盘圆周方向上刻度线之间的第一像素间距离；

基于所述第一像素间距离与对应的所述对中盘圆周方向上刻度线之间的实际距离，确定所述实际距离与所述第一像素间距离之间的对应关系；

获取所述对中盘第一像素中心与激光束照射至所述对中盘上的光斑对应的第二像素中心之间的第二像素间距离；

基于所述第二像素间距离与所述对应关系，确定重锤中心与炉体中心之间的第二实际距离；其中，所述重锤中心与所述炉体中心之间的第二实际距离用于表征单晶炉的同轴度偏差值。

第二方面，本发明实施例提供了一种检测单晶炉同轴度的装置，所述装置包括：捕获部分、第一确定部分、获取部分和第二确定部分；其中，

所述捕获部分，经配置为从CCD相机采集到的对中盘图像中捕获所述对中盘圆周方向上刻度线之间的第一像素间距离；

所述第一确定部分，经配置为基于所述第一像素间距离与对应的所述对中盘圆周方向上刻度线之间的实际距离，确定所述实际距离与所述第一像素间距离之间的对应关系；

所述获取部分，经配置为获取所述对中盘第一像素中心与激光束照射至所述对中盘上的光斑对应的第二像素中心之间的第二像素间距离；

所述第二确定部分，经配置为基于所述第二像素间距离与所述对应关系，确定重锤中心与炉体中心之间的第二实际距离；其中，所述重锤中心与所述炉体中心之间的第二实际距离用于表征单晶炉的同轴度偏差值。

第三方面，本发明实施例提供了一种检测单晶炉同轴度的设备，所述设备应用于单晶炉，所述设备包括：设置于籽晶轴下方的重锤、与所述重锤螺纹连接的激光发生器、CCD相机、存储器以及处理器；其中，

所述存储器，用于存储能够在所述处理器上运行的计算机程序；

所述处理器，用于在运行所述计算机程序时，执行以下步骤：

第四方面，本发明实施例提供了一种计算机存储介质，所述计算机存储介质存储有检测单晶炉同轴度的程序，所述检测单晶炉同轴度的程序被至少一个处理器执行时实现第一方面所述检测单晶炉同轴度的方法步骤。

本发明实施例提供了一种检测单晶炉同轴度的方法、装置、设备及计算机存储介质；该方法通过获得对中盘圆周方向上刻度线之间的第一实际距离和CCD相机采集的第一像素距离之间的对应关系，然后通过对中盘的第一像素中心与激光束照射至对中盘上的光斑对应的第二像素中心之间的第二像素距离以及上述对应关系，确定单晶炉的同轴度偏差值。该方法解决现有的检测单晶炉同轴度的方法存在的精度差、难以观测的问题，提高了单晶硅棒的品质。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种单晶炉结构示意图；

图2为本发明实施例提供的重锤静止时对中盘上光斑的位置示意图；

图3为本发明实施例提供的重锤摆动时对中盘上光斑的位置示意图；

图4为本发明实施例提供的一种检测单晶炉同轴度的方法流程示意图；

图5为本发明实施例提供的一种检测单晶炉同轴度的装置组成示意图；

图6为本发明实施例提供的一种检测单晶炉同轴度的设备硬件结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

参见图1，其示出了能够实现本发明实施例技术方案的一种单晶炉1，该单晶炉1可以包括：炉体101、导流筒102、坩埚103以及用于承载坩埚103的坩埚托盘104和用于驱动坩埚103沿竖直方向移动的控制部件105；需要说明的是，图1所示的单晶炉1结构并非具体限定，为了清楚地阐述本发明实施例的技术方案从而省略地没有示出用于实施直拉法制造单晶硅所需要的其他部件，比如用于加热坩埚103内盛放的多晶硅原料的加热器等。基于图1所示的单晶炉1，在炉体101上部，还可以开设有观测窗口106，以供光学观测仪器107，例如电荷耦合器件(Charge Coupled Device，CCD)相机，观察炉体101内部。

可以理解地，为了检测单晶炉1的同轴度，在籽晶轴108的下方挂置一重锤109，在重锤109的下方设置有激光发生器110，其中：激光发生器110与重锤109螺纹连接，通过籽晶轴108下降至测量的合适位置，激光发生器110发出的激光束照射至水平放置在坩埚托盘104上的对中盘111并形成光斑；可以理解地，如若在检测单晶炉1的同轴度时重锤109处于静止状态，也就是说重锤109不会绕籽晶轴108的固定点Q做圆周运动时，激光发生器110发射的激光束照射至对中盘111的光斑p，具体如图2所示；而另一方面，如图3所示，当在检测单晶炉1的同轴度时重锤109处于摆动状态，也就是说重锤109绕籽晶轴108的固定点Q做圆周运动时，激光发生器110发射的激光束照射至对中盘111表面的多个光斑所在的区域能够拟合形成圆形区域(图中虚线椭圆区域)。需要说明的是，对中盘111上的多个刻度线均匀地刻划在对中盘111的圆周方向上，且相邻刻度线之间的实际距离为L。

根据以上所阐述的单晶炉1的结构示例，本发明实施例期望提供一种检测单晶炉同轴度的方案，预先获得对中盘111圆周方向上刻度线之间实际距离和CCD相机采集的像素间距离之间的对应关系，然后通过对中盘111的像素中心点与激光束照射至对中盘111上的光斑对应的像素中心点之间的像素距离以及上述对应关系获得重锤109中心与炉体101中心之间的实际距离，并采用该实际距离来表征单晶炉1的同轴度偏差值。如此，可以解决单晶炉1同轴度现有检测方法存在的精度差、难以观测的问题，以制备得到具有一个中心轴、一个籽晶端锥体和一个尾端锥体的单晶硅棒，以及在籽晶端锥体和尾端锥体之间为近乎恒定直径的圆柱体，提高单晶硅棒的品质。参见图4，其示出了本发明实施例提供的一种检测单晶炉同轴度的方法，该方法可以包括：

S401、从CCD相机采集到的对中盘图像中捕获所述对中盘圆周方向上刻度线之间的第一像素间距离；

S402、基于所述第一像素间距离与对应的所述对中盘圆周方向上刻度线之间的实际距离，确定所述实际距离与所述第一像素间距离之间的对应关系；

S403、获取所述对中盘第一像素中心与激光束照射至所述对中盘上的光斑对应的第二像素中心之间的第二像素间距离；

S404、基于所述第二像素间距离与所述对应关系，确定重锤中心与炉体中心之间的第二实际距离；其中，所述重锤中心与所述炉体中心之间的第二实际距离用于表征单晶炉的同轴度偏差值。

对于上述技术方案，步骤S401和S402可以认为是在实际检测单晶炉1同轴度之前预先测试以生成对应关系的过程。而步骤S403和步骤S404则可以被认为是实际检测单晶炉1同轴度的实测过程，由此可知，通过控制生成对应关系的精度，可以控制实测过程的精度。基于此，本发明实施例相较于目前相关技术，能够提升检测单晶炉1同轴度的测量精度，从而提高单晶硅棒的品质。

对于图4所示的技术方案，在一些可能的实现方式，所述基于所述第一像素间距离与对应的所述对中盘圆周方向上刻度线之间的实际距离，确定所述实际距离与所述第一像素间距离之间的对应关系，包括：

基于捕获的所述对中盘圆周方向上相邻刻度线之间的第一像素间距离l与所述相邻刻度线之间的实际距离L，按照下式获取所述实际距离L与所述第一像素间距离l之间的对应关系：

K＝L/l (1)。

可以理解地，为了保证生成的对应关系K的精度，在具体实施过程中也可以通过多次捕获第一像素间距离l再进行平均计算后再确定对应关系K，本发明实施例对此不再赘述。

对于图4所示的技术方案，在一些可能的实现方式中，所述获取所述对中盘第一像素中心与激光束照射至所述对中盘上的光斑对应的第二像素中心之间的第二像素间距离，包括：

从所述对中盘图像中捕获所述对中盘的第一像素中心点的坐标；

从所述对中盘图像中获取激光束照射至所述对中盘上的光斑对应的第二像素中心点的坐标；

根据所述第一像素中心点的坐标与所述第二像素中心点的坐标，计算获得所述第一像素中心点与所述第二像素中心点之间的第二像素间距离d。

举例来说，当利用CCD相机采集到对中盘111的图像后，可以从采集到的图像中捕获对中盘111的第一像素中心点的坐标O₁(x₁，y₁)；当然也能够从采集到的图像中获取激光束照射至对中盘111上的光斑对应的第二像素中心点的坐标O₂(x₂，y₂)；在获取第一像素中心点的坐标O₁(x₁，y₁)和第二像素中心点的坐标O₂(x₂，y₂)后，即可计算获得第一像素中心点与所述第二像素中心点之间的第二像素间距离

对于上述可能的实现方式，在一些示例中，所述获取激光束照射至所述对中盘上的光斑对应的第二像素中心点的坐标，包括：

当所述重锤静止时，所述对中盘图像上所述光斑的位置坐标用于表征所述光斑对应的第二像素中心点的坐标。

举例来说，如图2所示，当重锤109处于静止状态，能够从CCD相机107采集的对中盘111的图像上捕获到1个光斑p的位置坐标，因而，在重锤109静止时，可以采用该光斑p的位置坐标O_p(x_p，y_p)来表征第二像素中心点的坐标O₂(x₂，y₂)以计算单晶炉1同轴度偏差。

当所述重锤摆动时，捕获所述对中盘图像上n个所述光斑的位置坐标；其中，n≥3；

根据n个所述光斑的位置坐标，获取n个所述光斑所在的拟合圆形区域中心点的坐标；

基于m组所述拟合圆形区域中心点的坐标，获取所述第二像素中心点的坐标；其中，m≥1。

具体来说，如图3所示，当重锤109处于摆动状态时，能够从CCD相机107采集的对中盘111的图像上捕获到n个光斑的位置坐标，其中第i个光斑的位置坐标为O_pi(x_pi，y_pi)，3≤i≤n。为了确定重锤109的中心，在本发明实施例中可以采用n个光斑所在的拟合圆形区域中心点的坐标O_p′(x_p′，y_p′)表征重锤109的中心。

可以理解地，当获取到三个不重复的光斑位置坐标后，即可拟合出对应的圆形区域的中心坐标O_p′(x_p′，y_p′)。一般地，可以用最小二乘法对圆形区域的中心坐标进行拟合，拟合用的数学方程即为圆方程，该拟合方程下式所示：

(x_pi-x_p′)²+(y_pi-y_p′)²＝r²

其中，r为待拟合的圆形区域的半径。

上式中具有三个未知数r、x_p′和y_p′，因此，基于已经确定好的三个光斑的位置坐标，例如图3中的O_p1(x_p1，y_p1)、O_p2(x_p2，y_p2)以及O_p3(x_p3，y_p3)，可以确定圆形区域中心点的坐标O_p′(x_p′，y_p′)。

当然，为了保证检测精度，在实际具体实施过程中可以获取比如M组拟合圆形区域中心点的坐标以进行平均运算后得到第二像素中心点的坐标O₂(x₂，y₂)。具体来说，第二像素中心点的坐标O₂(x₂，y₂)可表示为：

其中，x_pm′表示第m组所述拟合圆形区域中心的横坐标；y_pm′表示第m组所述拟合圆形区域中心的纵坐标；1≤m≤M。

对于图4所示的技术方案，在一些可能的实现方式中，所述基于所述第二像素间距离与所述对应关系，确定重锤中心与炉体中心之间的第二实际距离，包括：

基于所述第二像素间距离d与所述对应关系K，按照下式获取所述重锤中心与所述炉体中心之间的第二实际距离：

D＝Kd (2)。

可以理解地，根据式D＝Kd计算得到的第二实际距离能够表示重锤109中心与所述单晶炉1的炉体101中心之间实际距离，也就是单晶炉1的同轴度偏差。

基于前述技术方案相同的发明构思，参见图5，其示出了本发明实施例提供的一种检测单晶炉同轴度的装置50，所述装置50包括：捕获部分501、第一确定部分502、获取部分503和第二确定部分504；其中，

所述捕获部分501，经配置为从CCD相机采集到的对中盘图像中捕获所述对中盘圆周方向上刻度线之间的第一像素间距离；

所述第一确定部分502，经配置为基于所述第一像素间距离与对应的所述对中盘圆周方向上刻度线之间的实际距离，确定所述实际距离与所述第一像素间距离之间的对应关系；

所述获取部分503，经配置为获取所述对中盘第一像素中心与激光束照射至所述对中盘上的光斑对应的第二像素中心之间的第二像素间距离；

所述第二确定部分504，经配置为基于所述第二像素间距离与所述对应关系，确定重锤中心与炉体中心之间的第二实际距离；其中，所述重锤中心与所述炉体中心之间的第二实际距离用于表征所述单晶炉的同轴度偏差值。

在一些示例中，所述第一确定部分502，经配置为：

K＝L/l (1)。

在一些示例中，所述获取部分503，经配置为：

在一些示例中，所述获取部分503，还经配置为：

在一些示例中，所述第二确定部分504，经配置为：

D＝Kd (2)。

可以理解地，在本实施例中，“部分”可以是部分电路、部分处理器、部分程序或软件等等，当然也可以是单元，还可以是模块也可以是非模块化的。

另外，在本实施例中的各组成部分可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能模块的形式实现并非作为独立的产品进行销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中，基于这样的理解，本实施例的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)或processor(处理器)执行本实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

因此，本实施例提供了一种计算机存储介质，所述计算机存储介质存储有检测单晶炉同轴度的程序，所述检测单晶炉同轴度的程序被至少一个处理器执行时实现前述技术方案所述检测熔体液面位置的方法步骤。

根据上述检测单晶炉同轴度的装置50以及计算机存储介质，参见图6，其示出了本发明实施例提供的一种能够实施上述检测单晶炉同轴度的装置50的检测单晶炉同轴度的设备60的具体硬件结构，该设备60可以应用于图1所示的单晶炉1中，该设备60可以包括：设置于籽晶轴108下方的重锤109、与所述重锤109螺纹连接的激光发生器110、CCD相机107、存储器601以及处理器602；除重锤109和激光发生器110以外；其余各个组件可以通过总线系统603耦合在一起。可理解，总线系统603用于实现这些组件之间的连接通信。总线系统603除包括数据总线之外，还包括电源总线、控制总线和状态信号总线。但是为了清楚说明起见，在图6中将各种总线都标为总线系统603。其中，

基于所述第二像素间距离与所述对应关系，确定重锤中心与炉体中心之间的第二实际距离；其中，所述重锤中心与所述炉体中心之间的第二实际距离用于表征所述单晶炉的同轴度偏差值。

可以理解，本发明实施例中的存储器601可以是易失性存储器或非易失性存储器，或可包括易失性和非易失性存储器两者。其中，非易失性存储器可以是只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、可编程只读存储器(Programmable ROM，PROM)、可擦除可编程只读存储器(Erasable PROM，EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(Electrically EPROM，EEPROM)或闪存。易失性存储器可以是随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)，其用作外部高速缓存。通过示例性但不是限制性说明，许多形式的RAM可用，例如静态随机存取存储器(Static RAM，SRAM)、动态随机存取存储器(Dynamic RAM，DRAM)、同步动态随机存取存储器(Synchronous DRAM，SDRAM)、双倍数据速率同步动态随机存取存储器(Double Data RateSDRAM，DDRSDRAM)、增强型同步动态随机存取存储器(Enhanced SDRAM，ESDRAM)、同步连接动态随机存取存储器(Synchlink DRAM，SLDRAM)和直接内存总线随机存取存储器(DirectRambus RAM，DRRAM)。本文描述的系统和方法的存储器601旨在包括但不限于这些和任意其它适合类型的存储器。

而处理器602可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器602中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的处理器602可以是通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本发明实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合本发明实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器601，处理器602读取存储器601中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。

可以理解的是，本文描述的这些实施例可以用硬件、软件、固件、中间件、微码或其组合来实现。对于硬件实现，处理单元可以实现在一个或多个专用集成电路(ApplicationSpecific Integrated Circuits，ASIC)、数字信号处理器(Digital Signal Processing，DSP)、数字信号处理设备(DSP Device，DSPD)、可编程逻辑设备(Programmable LogicDevice，PLD)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)、通用处理器、控制器、微控制器、微处理器、用于执行本申请所述功能的其它电子单元或其组合中。

对于软件实现，可通过执行本文所述功能的模块(例如过程、函数等)来实现本文所述的技术。软件代码可存储在存储器中并通过处理器执行。存储器可以在处理器中或在处理器外部实现。

具体来说，处理器602还配置为运行所述计算机程序时，执行前述技术方案中所述检测单晶炉同轴度的方法步骤，这里不再进行赘述。

需要说明的是：本发明实施例所记载的技术方案之间，在不冲突的情况下，可以任意组合。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种检测单晶炉同轴度的方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述第一像素间距离与对应的所述对中盘圆周方向上刻度线之间的实际距离，确定所述实际距离与所述第一像素间距离之间的对应关系，包括：

K＝L/l (1)。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取所述对中盘第一像素中心与激光束照射至所述对中盘上的光斑对应的第二像素中心之间的第二像素间距离，包括：

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述获取激光束照射至所述对中盘上的光斑对应的第二像素中心点的坐标，包括：

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述获取激光束照射至所述对中盘上的光斑对应的第二像素中心点的坐标，包括：

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述第二像素间距离与所述对应关系，确定重锤中心与炉体中心之间的第二实际距离，包括：

D＝Kd (2)。

7.一种检测单晶炉同轴度的装置，其特征在于，所述装置包括：捕获部分、第一确定部分、获取部分和第二确定部分；其中，

8.一种检测单晶炉同轴度的设备，其特征在于，所述设备应用于单晶炉，所述设备包括：设置于籽晶轴下方的重锤、与所述重锤螺纹连接的激光发生器、CCD相机、存储器以及处理器；其中，

9.一种计算机存储介质，其特征在于，所述计算机存储介质存储有检测单晶炉同轴度的程序，所述检测单晶炉同轴度的程序被至少一个处理器执行时实现权利要求1至6中任一项所述检测单晶炉同轴度的方法步骤。