CN114387248B - 一种硅料熔化度监测方法、存储介质、终端和拉晶设备 - Google Patents

一种硅料熔化度监测方法、存储介质、终端和拉晶设备 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种硅料熔化度监测方法、存储介质、终端和拉晶设备，属于半导体领域，方法基于图像差分，获取未熔硅料区域面积A1和当前帧图像亮视野面积A2，二者比值与阈值判定硅料熔化状态；拉晶设备包括炉体、旋转坩埚、拉晶单元、状态监测单元、加料器和控制器；通过本发明可以在不同温度、亮度视野情况下获得良好的差分图像，阈值设定灵活，熔化状态判定准确，便于在半导体制造领域推广应用。

Description

一种硅料熔化度监测方法、存储介质、终端和拉晶设备
技术领域
本发明属于半导体领域，具体涉及一种硅料熔化度监测方法、存储介质、终端和拉晶设备。
背景技术
单晶硅是目前半导体行业的初始材料，因此其质量控制显得尤为重要。在制备单晶硅的过程中，硅料熔化控制是晶体生长的重要环节。硅料熔化状态的检测有助于分析熔料过程的进度。在熔料过程还需要进行多次的加料，在多次加料的过程中，需要依据硅料的熔化状态调整加热功率、选择合适的加料时机。因此，硅料熔化进程的检测在单晶硅产业中具有重要的现实意义。
对于硅料熔化进程的监测，先进、可靠的方法是非常重要的，它关系到硅料熔化能否安全有效地进行。监测问题可以转化为：硅料从固态到液态形态变化的检测问题。目前，主要依据基图像与当前硅料熔化所采集的图像进行相关性计算，依据相关性的大小判定硅料熔化状态是否改变。
然而，由于在硅料熔化的过程中，溶液自身会产生很强的亮光；同时，由于受到氩气充气、埚转、埚生等影响，熔液表面存在一定程度的波动，因此图像像素值的比较并不能有效表征硅料熔化的进程状态。熔化的过程中，硅料有多种形态，加之亮光的照射和熔液对光线的反射使得图像内容十分复杂，硅料熔化状态图像的边缘表征的信息并不准确。图像直方图对于小幅的熔液运动有较好的抑制作用，但并不能很好分辨硅料熔化状态的变化与熔液在气流、运动等造成的运动噪声，特别是在硅料熔化过程的后期。这些导致了传统图像处理的难点，甚至导致图像不可用的问题。
因此，针对硅料熔化的图像特点，需要进一步探索可靠、准确的硅料熔化状态监测方法，避免传统监测方法精度低而导致监测失效的问题。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种硅料熔化度监测方法、存储介质、终端和拉晶设备，其能解决上述问题。
一种基于差分图像处理的硅料熔化度监测方法，方法包括：
S1、通过相机不同曝光度调节，采集多张晶炉内图像；
S2、计算差分图像g(x,y)，当前帧图像减去与当前帧具有较大差异的前第n帧图像获得；
S3、通过差分图像动态阈值分割获取差异区域R；
S4、连接差异区域R，得到未熔硅料区域；
S5、计算未熔硅料区域面积A1；
S6、计算当前帧图像亮视野面积A2；
S7、计算未熔硅料区域面积与当前帧图像亮视野面积比值ratio，ratio＝A1/A2；
S8、熔态判定，设定ratio阈值Thrratio，当ratio小于Thrratio，硅料完全熔化，否则未熔化。
进一步的，步骤S3差异区域R的获取方法包括：
S31、对差分图像g(x,y)进行大核滤波得到图像gt(x,y)，对差分图像g(x,y)采用小核滤波去噪得到图像go(x,y)；
S32、确定差异区域对应位置的go(x,y)与gt(x,y)的灰度偏差阈值t，按公式1计算得到差异区域R：
Figure BDA0003466816650000031
本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，所述计算机指令运行时执行前述方法的步骤。
本发明还提供了一种终端，包括存储器和处理器，所述存储器上储存ratio阈值Thrratio和能够在所述处理器上运行的计算机指令，所述处理器运行所述计算机指令时执行前述方法的步骤。
本发明还提供了一种硅料熔态实时监测的拉晶设备，拉晶设备包括炉体、旋转坩埚、拉晶单元、状态监测单元、加料器和控制器，所述加料器穿过炉体朝向旋转坩埚设置，所述旋转坩埚、拉晶单元、状态监测单元和加料器与所述控制器电讯可控的连接，所述状态监测单元通过相机的不同曝光度调节采集多张炉体内的图像；所述控制器用于坩埚转速、拉晶绳运动、硅料熔态图像接收处理和加料需求的控制，并通过前述方法判断硅料熔态。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：通过本发明可以在不同温度、亮度视野情况下获得良好的差分图像，阈值设定灵活，熔化状态判定准确，便于在半导体制造领域推广应用。
附图说明
图1为本发明硅料熔化度监测方法流程图；
图2为差分图像；
图3为动态阈值分割示意图；
图4为差分图滤波轮廓图；
图5为形态学处理示意图；
图6为未熔面积计算示意图；
图7为亮视野面积计算示意图；
图8为判定结果示例图；
图9为硅料熔态实时监测的拉晶设备示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应当理解，本说明书中所使用的“系统”、“装置”、“单元”、“终端”、和/或“模组”是用于区分不同级别的不同组件、元件、部件、部分或装配的一种方法。然而，如果其他词语可实现相同的目的，则可通过其他表达来替换所述词语。
本说明书中使用了流程图用来说明根据本说明书的实施例的系统所执行的操作。应当理解的是，前面或后面操作不一定按照顺序来精确地执行。相反，可以按照倒序或同时处理各个步骤。同时，也可以将其他操作添加到这些过程中，或从这些过程移除某一步或数步操作。
第一实施例
一种基于差分图像处理的硅料熔化度监测方法，方法包括：
S1、通过相机不同曝光度调节，采集多张晶炉内图像。
S2、计算差分图像g(x,y)，当前帧图像减去与当前帧具有较大差异的前第n帧图像获得，获得的差分图像如图2所示。
S3、通过差分图像动态阈值分割,参见图3,获取差异区域R。具体的，步骤S3差异区域R的获取方法包括：
S31、对差分图像g(x,y)进行大核滤波得到图像gt(x,y)，参见图4的虚线所示，增强区域灰度一致；对差分图像g(x,y)采用小核滤波去噪得到图像go(x,y)，其轮廓参见图4的实线所示。
S32、确定差异区域对应位置的go(x,y)与gt(x,y)的灰度偏差阈值t，按公
式1计算得到差异区域R：
Figure BDA0003466816650000051
S4、连接差异区域R，得到未熔硅料区域；其中，参见图5，采用形态学处理连接差异区域R，
Figure BDA0003466816650000052
式中，b是结构元素。
S5、计算未熔硅料区域面积A1，参见图6。
S6、计算当前帧图像亮视野面积A2，参见图7。
S7、计算未熔硅料区域面积与当前帧图像亮视野面积比值ratio，ratio＝A1/A2；
S8、熔态判定，设定ratio阈值Thrratio，当ratio小于Thrratio，硅料完全熔化，否则未熔化。
一个示例中，Thrratio选为1/3，则有
Figure BDA0003466816650000061
参见图8的示例，则判定为硅料未完全融化。
第二实施例
本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，所述计算机指令运行时执行前述方法的步骤。其中，所述方法请参见前述部分的详细介绍，此处不再赘述。
本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于计算机可读存储介质中，计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。
第三实施例
本发明还提供了一种终端，包括存储器和处理器，所述存储器上储存有预设的ratio阈值Thrratio和能够在所述处理器上运行的计算机指令，所述处理器运行所述计算机指令时执行前述方法的步骤。其中，所述方法请参见前述部分的详细介绍，此处不再赘述。
第四实施例
一种硅料熔态实时监测的拉晶设备，参见图9，拉晶设备包括炉体100、旋转坩埚200、拉晶单元300、状态监测单元400、加料器500和控制器600，所述加料器500穿过炉体100朝向旋转坩埚200设置，所述旋转坩埚200、拉晶单元300、状态监测单元400和加料器500与所述控制器600电讯可控的连接，所述状态监测单元400通过相机的不同曝光度调节采集多张炉体100内的图像；所述控制器600用于坩埚转速、拉晶绳运动、硅料熔态图像接收处理和加料需求的控制，并通过前述的方法判断硅料熔态。
本领域技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、装置、系统或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种基于差分图像处理的硅料熔化度监测方法，其特征在于，方法包括：
S1、通过相机不同曝光度调节，采集多张晶炉内图像；
S2、计算差分图像g(x,y)，当前帧图像减去与当前帧具有较大差异的前第n帧图像获得；其中，步骤S2中，选取差异明显的两帧图像做差分计算；
S3、通过差分图像动态阈值分割获取差异区域R；其中，步骤S3差异区域R的获取方法包括：
S31、对差分图像g(x,y)进行大核滤波得到图像gt(x,y)，对差分图像g(x,y)采用小核滤波去噪得到图像go(x,y)；
S32、确定差异区域对应位置的go(x,y)与gt(x,y)的灰度偏差阈值t，按公式1计算得到差异区域R：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
………………………………式1；
S4、连接差异区域R，得到未熔硅料区域；
S5、计算未熔硅料区域面积A1；
S6、计算当前帧图像亮视野面积A2；
S7、计算未熔硅料区域面积与当前帧图像亮视野面积比值ratio，ratio=A1/A2；
S8、熔态判定，设定ratio阈值Thrratio，当ratio小于Thrratio，硅料完全熔化，否则未熔化。
2.根据权利要求1所述的硅料熔化度监测方法，其特征在于：步骤S4中，采用形态学处理连接差异区域R，
Figure DEST_PATH_IMAGE004
……………………………………………………式2；
式中，b是结构元素。
3.根据权利要求1所述的硅料熔化度监测方法，其特征在于：步骤S8中，Thrratio选为1/3。
4.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，其特征在于：所述计算机指令运行时执行权利要求1-3任一项所述方法的步骤。
5.一种终端，包括存储器和处理器，其特征在于：所述存储器上储存ratio阈值Thrratio和能够在所述处理器上运行的计算机指令，所述处理器运行所述计算机指令时执行权利要求1-3任一项所述方法的步骤。
6.一种硅料熔态实时监测的拉晶设备，其特征在于：所述拉晶设备包括炉体（100）、旋转坩埚（200）、拉晶单元（300）、状态监测单元（400）、加料器（500）和控制器（600），所述加料器（500）穿过炉体（100）朝向旋转坩埚（200）设置，所述旋转坩埚（200）、拉晶单元（300）、状态监测单元（400）和加料器（500）与所述控制器（600）电讯可控的连接，所述状态监测单元（400）通过相机的不同曝光度调节采集多张炉体（100）内的图像；所述控制器（600）用于坩埚转速、拉晶绳运动、硅料熔态图像接收处理和加料需求的控制，并通过权利要求1-3任一项所述的方法判断硅料熔态。
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