CN114399488A - 一种液口距的监测方法、存储介质、终端和拉晶设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种液口距的监测方法、存储介质、终端和拉晶设备，属于半导体领域，方法包括采集图像并判定当前拉晶阶段、根据ROI框选目标区域R、对目标区域R所在图框提取横向中分线、计算横向中分线上所有点的灰度值Vg、求横向中分线上所有点灰度值的一阶导数V′g、根据一阶导数V′g筛选出边界点，根据像素距离L′、物理距离L计算两边界点的距离作为液口距；方案基于灰度值变化的一阶导数，获得变化点的精确位置，从而精确计算液口距，通过监测精确的液口距变化，保证拉晶状态的稳定，提高拉晶质量，便于在半导体制造领域推广应用。

Description

一种液口距的监测方法、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，具体涉及一种液口距的监测方法、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，通过视窗观察籽晶与硅料熔化液面处的空间位置状态判定晶棒是否发生变化。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，甚至导致晶体断线。
液口距是单晶炉中热屏下沿距坩埚中硅液的液面的距离，液口距的变化直接影响拉出晶棒中碳和氧的含量，其检测的准确性直接影响到单晶硅生产时籽晶的生成，从而影响到拉晶成功与否。在直拉生产单晶硅的过程中，无论是调温、引晶、放肩、转肩、等径，还是收尾等工序，都需要对液口距进行定位和测量，以获得精确的液口距，从而保证拉晶过程中热场温度恒定，提高拉晶的精度。
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液口距的监测方法、存储介质、终端和拉晶设备，其能解决上述问题。
一种液口距的监测方法，方法包括：
S1、采集图像并判定当前拉晶阶段，通过监测相机多次曝光采集拉晶炉内图像；
S2、选择目视清晰的水冷屏顶部边缘在硅液面的投影和坩埚壁作为ROI框选目标区域R；
S3、对目标区域R所在图框提取横向中分线；
S4、计算横向中分线上所有点的灰度值Vg；
S5、求横向中分线上所有点灰度值的一阶导数V′g；
S6、根据一阶导数V′g筛选出边界点，计算两边界点的距离作为水冷屏顶部边缘在硅液面的投影和坩埚壁的像素距离L′；
S7、通过相机标定获取每个像素对应的实际物理尺寸及像素距离L′来计算水冷屏顶部边缘在硅液面的投影和坩埚壁的实际物理距离L；
S8、由实际物理距离L以及水冷屏顶部边缘到拍照位置的高度差h，通过三角函数计算即可获得液面到拍照位置的实际距离H′；
S9、H′减去拍照位置到炉口的固定高度差，即可获得液口距H。
进一步的，步骤S4中横向中分线上所有点的灰度值的获取方法包括：
S41、在目标区域R内，对横向中分线任一点的垂线段上所有点求灰度值Vv；
S42、S42、对求得的垂线段上所有点的灰度值计算平均值
Figure BDA0003466812120000021
并将平均值
Figure BDA0003466812120000022
赋给横向中分线上对应点的灰度值Vg,
Figure BDA0003466812120000023
S43、重复步骤S41-S42，获取横向中分线上所有点的灰度值。
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，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，所述拉晶设备包括炉体、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，并通过前述的方法计算液口距，通过对液口距的实时监测和反馈，以便于控制器控制旋转坩埚上下高度的调节来维持硅液平面的相对稳定以及设备是否漏液以保证拉晶稳定。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：本发明基于灰度值变化的一阶导数，获得变化点的精确位置，从而精确计算液口距，通过监测精确的液口距变化，保证拉晶状态的稳定，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为本发明液口距的监测方法流程图；
图2为不同拉晶阶段需要监测液口距的示意图；
图3为液口距的计算过程图像处理示意图；
图4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
一种液口距的监测方法，参见图1，方法包括：
S1、采集图像并判定当前拉晶阶段，通过监测相机多次曝光采集拉晶炉内图像。
参见图2，液口距监测的拉晶阶段包括单双光圈阶段(图2a)、饱满点阶段(图2b)、引晶阶段(图2c)、放肩阶段(图2d)和等径阶段(图2e)。
S2、选择目视清晰的水冷屏顶部边缘在硅液面的投影和坩埚壁作为ROI框选目标区域R；参见图2和图3中的图框。
S3、对目标区域R所在图框提取横向中分线，参见图3a。一般的，要对横向中分线赋予方向，如图中箭头所示。
S4、计算横向中分线上所有点的灰度值Vg；具体如下。
S41、在目标区域R内，对横向中分线任一点的垂线段(参见图3b)上所有点求灰度值Vv(参见图3c)。
S42、对求得的垂线段上所有点的灰度值计算平均值
Figure BDA0003466812120000051
并将平均值
Figure BDA0003466812120000052
赋给横向中分线上对应点的灰度值Vg,
Figure BDA0003466812120000053
参见图3c。
S43、重复步骤S41-S42，获取横向中分线上所有点的灰度值,参见图3d。
S5、求横向中分线上所有点灰度值的一阶导数V′g，参见图3e。
S6、根据一阶导数V′g筛选出边界点，参见图3f,计计算两边界点的距离作为水冷屏顶部边缘在硅液面的投影和坩埚壁的像素距离L′。
S7、通过相机标定获取每个像素对应的实际物理尺寸及像素距离L′来计算水冷屏顶部边缘在硅液面的投影和坩埚壁的实际物理距离L。
S8、由实际物理距离L以及水冷屏顶部边缘到拍照位置的高度差h，通过三角函数计算即可获得液面到拍照位置的实际距离H′。
S9、H′减去拍照位置到炉口的固定高度差，即可获得液口距H。
该方案中，线上点的选取可根据实际需求选取，如5个、10个、20个均可，只要灰度值计算达要求即可。
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4，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，通过第一实施例的方法计算液口距。通过对液口距的实时监测和反馈，控制器600控制旋转坩埚200进行上下高度的调节来维持硅液平面的相对稳定，并可以监测设备是否漏液等异常情况，以保证拉晶稳定。
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 (6)

1.一种液口距的监测方法，其特征在于，方法包括：
S1、采集图像并判定当前拉晶阶段，通过监测相机多次曝光采集拉晶炉内图像；
S2、选择目视清晰的水冷屏顶部边缘在硅液面的投影和坩埚壁作为ROI框选目标区域R；
S3、对目标区域R所在图框提取横向中分线；
S4、计算横向中分线上所有点的灰度值Vg；
S5、求横向中分线上所有点灰度值的一阶导数V′g；
S6、根据一阶导数V′g筛选出边界点，计算两边界点的距离作为水冷屏顶部边缘在硅液面的投影和坩埚壁的像素距离L′；
S7、通过相机标定获取每个像素对应的实际物理尺寸及像素距离L′来计算水冷屏顶部边缘在硅液面的投影和坩埚壁的实际物理距离L；
S8、由实际物理距离L以及水冷屏顶部边缘到拍照位置的高度差h，通过三角函数计算即可获得液面到拍照位置的实际距离H′；
S9、H′减去拍照位置到炉口的固定高度差，即可获得液口距H。
2.根据权利要求1所述的液口距的监测方法，其特征在于，方法包括：液口距监测的拉晶阶段包括单双光圈阶段、饱满点阶段、引晶阶段、放肩阶段和等径阶段。
3.根据权利要求1或2所述的液口距的监测方法，其特征在于：步骤S4中横向中分线上所有点的灰度值的获取方法包括：
S41、在目标区域R内，对横向中分线任一点的垂线段上所有点求灰度值Vv；
S42、对求得的垂线段上所有点的灰度值计算平均值
Figure FDA0003466812110000021
并将平均值
Figure FDA0003466812110000022
赋给横向中分线上对应点的灰度值Vg,
Figure FDA0003466812110000023
S43、重复步骤S41-S42，获取横向中分线上所有点的灰度值。
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。
6.一种拉晶设备，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1-3任一项所述的方法计算液口距，通过对液口距的实时监测和反馈，以便于控制器(600)控制旋转坩埚(200)上下高度的调节来维持硅液平面的相对稳定以及设备是否漏液。
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