CN114387251B - 饱满点的监测方法、存储介质、终端和拉晶设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种饱满点的监测方法、存储介质、终端和拉晶设备，属于半导体领域，方法包括采集图像、亮区域定位、阈值分割、状态判断，当判定为常态则计算常态饱满点突出外光圈距离d，当判定为非常态，则根据动态阈值分割算法检测得到非常态饱满点；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，根据饱满点维持时间判定是否可以进入后续引晶阶段，以此提供判定依据；本发明基于图像处理和距离计算，判定饱满点状态，以此实现实时的智能化监控拉晶动态，保证拉晶状态的稳定，并提高拉晶质量，便于在半导体制造领域推广应用。

Description

饱满点的监测方法、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，涉及拉晶控制技术，具体涉及一种饱满点的监测方法、存储介质、终端和拉晶设备。
背景技术
单晶硅是目前半导体及光伏行业的初始材料，因此其质量控制显得尤为重要。在制备单晶硅的过程中，晶棒拉制需要维持稳定的状态，以保证籽晶长晶不会发生大的晃动。因此，需要在拉晶过程中，实时观测晶棒的空间状态。
然而，目前晶棒的观测主要是靠人工，通过视窗观察拉晶状态的动态变化。而对此的微状态靠人力或传统机器视觉检测，难于保证拉晶质量，导致晶体难于长晶甚至断线。
其中，饱满点和它的持续饱满状态的检测，其准确性直接关系到对于籽晶和硅液的熔接状态的正确判断，从而影响后续整个引晶的稳定性。
因此，亟需一种自动化或智能化的液口距实时监测方法和系统，以保证拉晶的稳定性和拉晶质量。
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饱满点的监测方法、存储介质、终端和拉晶设备，其能解决上述问题。
一种拉晶过程中饱满点的监测方法，方法包括：
S1、采集图像，通过监测相机多次曝光采集拉晶炉内图像；
S2、亮区域定位：将图像缩小至ROI位置图像；
S3、阈值分割：得到光圈区域R；
S4、状态判断：计算光圈区域R的面积A，通过面积A与面积阈值比较判定为常态或非常态；
S5、当判定为常态，则计算常态饱满点突出外光圈距离d；当判定为非常态，则根据动态阈值分割算法检测得到非常态饱满点。
进一步的，步骤S4中，面积阈值ThresholdA根据不同规格晶柱而定；状态判定原则为：若面积A大于等于面积阈值ThresholdA，则判定为常态，若面积A小于面积阈值ThresholdA，则判定为非常态，即：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
…………………………式1。
进一步的，步骤S5中，常态饱满点突出外光圈距离d的计算方法为：
S51、计算光圈区域R最小外接矩形得到矩形区域R1；
S52、对区域R1左右缩小一个像素得到区域R2；
S53、计算R2与R的差值得到R3；
S54、通过重心行筛选出R3中下方区域R4；
S55、对R4闭操作得到区域R5；
S56、对区域R5经轮廓提取和角度筛选后得到轮廓C1；
S57、定位突出外光圈的区域R6,有R6=R5-R4；
S58、对区域R6计算得到轮廓C2；
S59、计算轮廓C2上每点到轮廓C1距离，得到最大距离dmax,赋值运算d=dmax，即得常态饱满点突出外光圈的距离d。
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，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，所述存储器上储存有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，所述状态监测单元的监测相机通过多次曝光采集拉炉体内晶棒的图像；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，并通过前述方法计算饱满点，并根据饱满点维持时间判定是否可以进入后续引晶阶段。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：通过本发明基于图像处理和直线拟合技术实时计算炉内晶柱的晃动值，从而通过晃动值监测拉晶的状态，以此保证拉晶状态的稳定，并提高拉晶质量，便于在半导体制造领域推广应用。
附图说明
图1为本发明拉晶过程中饱满点的监测方法流程图；
图2为拉晶炉炉内图像采集示意图；
图3为亮区域定位示意图；
图4为光圈区域R阈值分割图像处理示意图；
图5为光圈区域R最小外接矩形得到矩形区域R1示意图；
图6为常态饱满点图像处理示意图；
图7为常态饱满点突出外光圈距离示意图；
图8为非常态饱满点图像处理示意图；
图9为拉晶设备示意图。
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
一种拉晶过程中饱满点的监测方法，参见图1，方法包括：
S1、采集图像，通过监测相机多次曝光采集拉晶炉内图像，参见图2。
S2、亮区域定位：将图像缩小至ROI位置图像。参见图3中框内区域，ROI位置图像的选取原则为图像包含亮区域内光圈和外光圈的全部、部分晶柱和部分硅液面。
S3、阈值分割：得到光圈区域R。参见图4，步骤S3中的光圈区域R通过基于灰度值的阈值分割获得。一般灰度值的阈值采用100～255之间。
S4、状态判断：计算光圈区域R的面积A，通过面积A与面积阈值比较判定为常态或非常态。
其中，面积A基于像素点计算获得。面积阈值ThresholdA根据不同规格晶柱而定；状态判定原则为：若面积A大于等于面积阈值ThresholdA，则判定为常态，若面积A小于面积阈值ThresholdA，则判定为非常态，即：
Figure 907040DEST_PATH_IMAGE001
…………………………式1。
S5、当判定为常态，则计算常态饱满点突出外光圈距离d（参见图5-图7）；当判定为非常态，则根据动态阈值分割算法检测得到非常态饱满点（参见图8）。
其中，常态饱满点突出外光圈距离d的计算方法如下。
S51、计算光圈区域R最小外接矩形得到矩形区域R1；参见图5。
S52、对区域R1左右缩小一个像素得到区域R2。
S53、计算R2与R的差值得到R3。
S54、通过重心行筛选出R3中下方区域R4。
S55、对R4闭操作得到区域R5。
S56、对区域R5经轮廓提取和角度筛选后得到轮廓C1；参见图7。
S57、定位突出外光圈的区域R6,有R6=R5-R4。
S58、对区域R6计算得到轮廓C2；参见图7。
S59、计算轮廓C2上每点到轮廓C1距离，得到最大距离dmax,赋值运算d=dmax，即得常态饱满点突出外光圈的距离d；参见图7。
其中，非常态饱满点的动态阈值分割算法如下。
1）检测出差异区域R5：
a)对ROI位置图像g(x,y)进行大核滤波得到图像gt(x,y)，增强区域灰度一致；对ROI位置图像g(x,y)采用小核滤波去噪得到图像go(x,y)。
b)确定go(x,y)与gt(x,y)图像的灰度偏差，按公式1计算得到差异区域R5：
Figure 417656DEST_PATH_IMAGE002
…………………………式3。
式中R6为亮区域，R7为暗区域。
2）筛选区域R5得到非常态饱满点。
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。
布置关系：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的监测相机通过多次曝光采集拉炉体100内晶棒的图像。
其中，控制器600用于坩埚转速、拉晶绳运动、硅料熔态图像的接收处理和加料需求的控制，并通过第一实施例的方法计算饱满点，并根据饱满点维持时间判定是否可以进入后续引晶阶段。具体的，当饱满点稳定出现且维持在饱满状态一段时间后（根据拉晶实际设备工艺不同，可能时间会有变化，一般在几分钟左右），即认为籽晶与硅液熔接良好，可以进入后续引晶阶段。通过上述方案，保证拉晶稳定和拉晶质量。
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。
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 (8)

1.一种拉晶过程中饱满点的监测方法，其特征在于，方法包括：
S1、采集图像，通过监测相机多次曝光采集拉晶炉内图像；
S2、亮区域定位：将图像缩小至ROI位置图像；
S3、阈值分割：得到光圈区域R；
S4、状态判断：计算光圈区域R的面积A，通过面积A与面积阈值比较判定为常态或非常态；
S5、当判定为常态，则计算常态饱满点突出外光圈距离d；当判定为非常态，则根据动态阈值分割算法检测得到非常态饱满点；步骤S5中，常态饱满点突出外光圈距离d的计算方法为：
S51、计算光圈区域R最小外接矩形得到矩形区域R1；
S52、对区域R1左右缩小一个像素得到区域R2；
S53、计算R2与R的差值得到R3；
S54、通过重心行筛选出R3中下方区域R4；
S55、对R4闭操作得到区域R5；
S56、对区域R5经轮廓提取和角度筛选后得到轮廓C1；
S57、定位突出外光圈的区域R6,有R6=R5-R4；
S58、对区域R6计算得到轮廓C2；
S59、计算轮廓C2上每点到轮廓C1距离，得到最大距离dmax,赋值运算d=dmax，即得常态饱满点突出外光圈的距离d。
2.根据权利要求1所述的监测方法，其特征在于，步骤S2中，ROI位置图像的选取原则为图像包含亮区域内光圈和外光圈的全部、部分晶柱和部分硅液面。
3.根据权利要求1所述的监测方法，其特征在于，步骤S3中的光圈区域R通过基于灰度值的阈值分割获得。
4.根据权利要求1所述的监测方法，其特征在于，步骤S4中，面积A基于像素点计算获得。
5.根据权利要求1或4所述的监测方法，其特征在于，步骤S4中，面积阈值ThresholdA根据不同规格晶柱而定；状态判定原则为：若面积A大于等于面积阈值ThresholdA，则判定为常态，若面积A小于面积阈值ThresholdA，则判定为非常态，即：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
…………………………式1。
6.一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1-5任一项所述方法的步骤。
7.一种终端，包括存储器和处理器，其特征在于：所述存储器上储存有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1-5任一项所述方法的步骤。
8.一种拉晶设备，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）的监测相机通过多次曝光采集拉炉体（100）内晶棒的图像；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1-5任一项所述的方法计算饱满点，并根据饱满点维持时间判定是否可以进入后续引晶阶段。
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基于光圈模式识别的直拉晶体生长温度测量技术研究;赵跃等;《传感技术学报》;20180427(第04期);全文 *

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