CN114399489B - 拉晶过程中光圈直径的监测方法、存储介质和终端 - Google Patents

拉晶过程中光圈直径的监测方法、存储介质和终端 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种拉晶过程中光圈直径的监测方法、存储介质和终端，属于半导体量检测领域，方法包括图像采集并判定当前拉晶阶段、根据拉晶阶段定位光圈区域R、提取目标轮廓、圆拟合、计算拟合圆的直径d,即为光圈直径；通过本方法可以对拉晶过程不同阶段的炉内图像实时采集并监测光圈直径，为稳定拉晶状态提供了辅助判定依据，以此提高了拉晶质量，便于在半导体制造领域推广应用。

Description

拉晶过程中光圈直径的监测方法、存储介质和终端
技术领域
本发明属于半导体量检测领域，具体涉及一种拉晶过程中光圈直径的监测方法、存储介质和终端。
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，光圈直径监测是控制拉晶质量的重要手段。
然而，行业内还未有针对光圈直径测量的技术，因此，针对拉晶过程中炉内图像特点，需要设计一种可靠、准确的光圈测量方法。
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拉晶过程中光圈直径的监测方法、存储介质和终端，其能解决上述问题。
一种拉晶过程中光圈直径的监测方法，方法包括：
S1、图像采集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、根据拉晶阶段定位光圈区域R；对原图g(x,y)做阈值分割并ROI处理获得光圈区域R的兴趣图像g1(x,y),x、y为像素点坐标；
S3、提取目标轮廓；
S4、圆拟合，对目标轮廓通过最小二乘法进行拟合获得光圈的拟合圆；
S5、计算拟合圆的直径d,即为光圈直径。
进一步的，当拉晶阶段判定为单双光圈阶段或引晶阶段，其步骤S3中的提取目标轮廓包括：
S31、光圈区域R形态学处理：先闭操作平滑区域R＝R·d，再对R膨胀操作以保留边缘区域
Figure BDA0003467288680000021
其中，d、e为结构元素；
S32、去除光圈区域R内光圈干扰和光圈尖角在轮廓筛选时的干扰得到区域R1；
S33、外光圈轮廓提取：对区域R1对应位置原图图像采用canny边缘检测，并连接边缘得到轮廓。
进一步的，当拉晶阶段判定为饱满点阶段，其步骤S3中的提取目标轮廓包括：
S31、计算光圈区域R最小外接矩形得到矩形区域R1；
S32、对区域R1左右缩小一个像素得到区域R3
S33、计算R3与R的差值得到R4；
S34、通过重心行筛选出R4中下方区域R5
S35、对R5闭操作得到区域R6；
S36、对区域R6经轮廓提取和角度筛选后得到轮廓C1；
进一步的，当拉晶阶段判定为放肩阶段，步骤S2的光圈区域R的定位中，先粗定位得到放肩区域Rf，再进行灰度处理，并通过阈值分割精确定位获得放肩的光圈区域R；步骤S3的目标轮廓即为放肩的光圈区域R的外轮廓C。
进一步的，当拉晶阶段判定为等径阶段，其步骤S2中，定位液面区域Rl为光圈区域R；其步骤S3中，提取光圈区域R的左侧轮廓C1和右侧轮廓C2作为目标轮廓；步骤S4的圆拟合包括：
S41、连接左侧轮廓C1和右侧轮廓C2的低端平线段C3；
S42、以左侧轮廓C1、右侧轮廓C2、平线段C3为基础进行圆拟合获得等径阶段光圈的拟合圆。
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。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：通过本发明的方法可以对拉晶过程不同阶段的炉内图像实时采集并监测光圈直径，为稳定拉晶状态提供了辅助判定依据，以此提高了拉晶质量，便于在半导体制造领域推广应用。
附图说明
图1为光圈直径的监测方法流程图；
图2和图3为单双光圈阶段或引晶阶段炉内图像采集示意图；
图4为单双光圈阶段或引晶阶段光圈区域提取示意图；
图5为单双光圈阶段或引晶阶段光圈区域形态学处理示意图；
图6为单双光圈阶段或引晶阶段去除干扰的光圈区域示意图；
图7为单双光圈阶段或引晶阶段目标轮廓提取示意图；
图8为单双光圈阶段或引晶阶段的圆拟合示意图；
图9为饱满点阶段炉内图像采集示意图；
图10为饱满点阶段光圈区域提取示意图；
图11为饱满点阶段矩形区域R1示意图；
图12为饱满点阶段目标轮廓提取示意图；
图13为饱满点阶段的圆拟合示意图；
图14为放肩阶段炉内图像采集示意图；
图15和图16为放肩阶段光圈区域提取示意图；
图17为放肩阶段目标轮廓提取示意图；
图18为放肩阶段的圆拟合示意图；
图19为等径阶段炉内图像采集示意图；
图20为等径阶段光圈区域提取示意图；
图21为等径阶段目标轮廓提取示意图；
图22为圆拟合中图像处理示意图；
图23为等径阶段的圆拟合示意图；
图24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
一种拉晶过程中光圈直径的监测方法，参见图1，方法包括：
S1、图像采集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。其中，光圈直径监测的拉晶阶段包括单双光圈阶段、饱满点直径阶段、引晶阶段、放肩阶段和等径阶段。
S2、根据拉晶阶段定位光圈区域R；对原图g(x,y)做阈值分割并ROI处理获得光圈区域R的兴趣图像g1(x,y),x、y为像素点坐标。
S3、提取目标轮廓。
S4、圆拟合，对目标轮廓通过最小二乘法进行拟合获得光圈的拟合圆。
S5、计算拟合圆的直径d,即为光圈直径。
示例一、单双光圈阶段或引晶阶段的光圈直径监测
S1、图像采集，通过监测相机多次曝光采集拉晶炉内图像。参见图2和图3，分别为单双光圈阶段和引晶阶段的炉内图像。
S2、定位光圈区域R；参见图2和图3中的虚线框部分，对原图g(x,y)做阈值分割并ROI处理获得光圈区域R的兴趣图像g1(x,y),x、y为像素点坐标，结果参见图4。
S3、提取目标轮廓，具体如下。
S31、光圈区域R形态学处理：参见图5，先闭操作平滑区域R＝R·d，再对R膨胀操作以保留边缘区域
Figure BDA0003467288680000051
其中，d、e为结构元素。
S32、去除光圈区域R内光圈干扰和光圈尖角在轮廓筛选时的干扰得到区域R1；具体参见图6的去除外光圈和尖角干扰。
S33、外光圈轮廓提取：对区域R1对应位置原图图像采用canny边缘检测，并连接边缘得到轮廓，参见图7的轮廓提取，具体为：
①根据g1(x,y)得到R1对应位置的兴趣图像g2(x,y)，并图像g2(x,y)高斯滤波得到g3(x,y)：
Figure BDA0003467288680000061
式中，σ为1
②计算梯度值G(m,n)和梯度方向θ：
Figure BDA0003467288680000062
③非极大值抑制；
将当前像素的梯度强度G(m,n)与沿正负梯度方向θ上的两个像素进行比较。如果当前像素的梯度强度与另外两个像素相比最大，则该像素点保留为边缘点，否则该像素点将被抑制。
④使用梯度阈值CannyThresholdMin和CannyThresholdMax来检测边缘；
其中，梯度低阈值CannyThresholdMin＝20，梯度高阈值CannyThresholdMax＝40。
如果边缘像素的梯度值G(m,n)高于高阈值CannyThresholdMax，则将其标记为强边缘像素；如果边缘像素的梯度值小于高阈值CannyThresholdMax并且大于低阈值CannyThresholdMin，则将其标记为弱边缘像素；如果弱边缘像素领域内有强边缘像素，保留，如果没有，抑制。如果边缘像素的梯度值小于低阈值，则会被抑制。
S4、圆拟合，对目标轮廓通过最小二乘法进行拟合获得光圈的拟合圆，参见图8。
S5、计算拟合圆的直径d,将拟合圆的直径d赋值给光圈直径D，实现光圈直径的监测。
示例二、饱满点阶段的光圈直径监测。
S1、图像采集，通过监测相机多次曝光采集拉晶炉内图像。参见图9，为饱满点阶段炉内图像。
S2、定位饱满点阶段的光圈区域R；对原图g(x,y)做ROI处理并阈值分割获得光圈区域R的兴趣图像g1(x,y),x、y为像素点坐标。其中，首先进行ROI处理来定位光圈亮区域图像，以缩小图像范围，参见图9中的虚框部分图像，再进行阈值分割获得光圈区域R，参见图10。
S3、提取目标轮廓。饱满点阶段的提取目标轮廓步骤如下。
S31、计算光圈区域R最小外接矩形得到矩形区域R1；参见图11。
S32、对区域R1左右缩小一个像素得到区域R3
S33、计算R3与R的差值得到R4；
S34、通过重心行筛选出R4中下方区域R5
S35、对R5闭操作得到区域R6；
S36、对区域R6经轮廓提取和角度筛选后得到轮廓C1；参见图12，完成目标轮廓的提取。
S4、圆拟合，对目标轮廓通过最小二乘法进行拟合获得光圈的拟合圆，参见图13。
S5、计算拟合圆的直径d,即为光圈直径。
示例三、放肩阶段的光圈直径监测。
S1、图像采集，通过监测相机多次曝光采集拉晶炉内图像。参见图14为放肩阶段的炉内图像。
S2、根据拉晶阶段定位光圈区域R；对原图g(x,y)做阈值分割并ROI处理获得光圈区域R的兴趣图像g1(x,y),x、y为像素点坐标；具体的如下。
S21、先粗定位得到放肩区域Rf，参见图15；
S22、对放肩区域Rf膨胀处理；
S23、对膨胀处理后的区域根据重心行值和最大区域面积筛选出中间区域Rc；
S24、使用中间区域Rc对应位置的原图图像进行阈值分割，得到最终放肩阶段的光圈区域R；参见图16。
S3、提取目标轮廓，对光圈区域R进行外轮廓提取获得目标轮廓，参见图17。
S4、圆拟合，对目标轮廓通过最小二乘法进行拟合获得光圈的拟合圆，参见图18。
S5、计算拟合圆的直径d,即为光圈直径。
示例四、等径阶段的光圈直径监测。
S1、图像采集，通过监测相机多次曝光采集拉晶炉内图像。参见图19为等径阶段的炉内图像。
S2、根据拉晶阶段定位光圈区域R；参见图19的虚线框内图像，具体为定位液面区域Rl作为光圈区域R。再对原图g(x,y)做阈值分割并ROI处理获得光圈区域R的兴趣图像g1(x,y),x、y为像素点坐标，参见图20。
S3、提取目标轮廓。参见图21，提取光圈区域R的左侧轮廓C1和右侧轮廓C2作为目标轮廓。
S4、圆拟合，对目标轮廓通过最小二乘法进行拟合获得光圈的拟合圆。具体如下。
S41、连接左侧轮廓C1和右侧轮廓C2的低端平线段C3；
S42、以左侧轮廓C1、右侧轮廓C2、平线段C3为基础进行圆拟合获得等径阶段光圈的拟合圆。
S5、计算拟合圆的直径d,即为光圈直径。
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
一种拉晶状态实时监测的拉晶设备，参见图16，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。
连接关系：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通过相机的不同曝光度调节采集多张炉体100内的图像。
其中，控制器600用于坩埚转速、拉晶绳运动、硅料熔态图像接收处理和加料需求的控制，并通过前述实施例的方法实时监测光圈直径，以此辅助拉晶过程的控制，保证拉晶质量。
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。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 (7)

1.一种拉晶过程中光圈直径的监测方法，其特征在于，光圈直径监测的拉晶阶段包括单双光圈阶段、饱满点直径阶段、引晶阶段、放肩阶段和等径阶段，方法包括：
S1、图像采集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、根据拉晶阶段定位光圈区域R；对原图g(x,y)做阈值分割并ROI处理获得光圈区域R的兴趣图像g1(x,y),x、y为像素点坐标；
S3、提取目标轮廓；其中，
当拉晶阶段判定为单双光圈阶段或引晶阶段，其步骤S3中的提取目标轮廓包括：
S31、光圈区域R形态学处理：先闭操作平滑区域R＝R·d，再对R膨胀操作以保留边缘区域
Figure FDA0003907435360000011
其中，d、e为结构元素；
S32、去除光圈区域R内光圈干扰和光圈尖角在轮廓筛选时的干扰得到区域R1；
S33、外光圈轮廓提取：对区域R1对应位置原图图像采用canny边缘检测，并连接边缘得到轮廓；
当拉晶阶段判定为饱满点阶段，其步骤S3中的提取目标轮廓包括：
S31、计算光圈区域R最小外接矩形得到矩形区域R1；
S32、对区域R1左右缩小一个像素得到区域R3；
S33、计算R3与R的差值得到R4；
S34、通过重心行筛选出R4中下方区域R5；
S35、对R5闭操作得到区域R6；
S36、对区域R6经轮廓提取和角度筛选后得到轮廓C1；
当拉晶阶段判定为等径阶段，其步骤S3中，提取光圈区域R的左侧轮廓C1和右侧轮廓C2作为目标轮廓；
S4、圆拟合，对目标轮廓通过最小二乘法进行拟合获得光圈的拟合圆；
S5、计算拟合圆的直径d,即为光圈直径。
2.根据权利要求1所述的光圈直径的监测方法，其特征在于，当拉晶阶段判定为饱满点阶段，步骤S2的光圈区域R的定位中，首先进行ROI处理来定位光圈亮区域图像，以缩小图像范围，再进行阈值分割获得光圈区域R。
3.根据权利要求1所述的光圈直径的监测方法，其特征在于，当拉晶阶段判定为放肩阶段，步骤S2的光圈区域R的定位包括：
S21、先粗定位得到放肩区域Rf；
S22、对放肩区域Rf膨胀处理；
S23、对膨胀处理后的区域根据重心行值和最大区域面积筛选出中间区域Rc；
S24、使用中间区域Rc对应位置的原图图像进行阈值分割，得到最终放肩阶段的光圈区域R。
4.根据权利要求2所述的光圈直径的监测方法，其特征在于，当拉晶阶段判定为等径阶段，其步骤S2中，定位液面区域Rl为光圈区域R。
5.根据权利要求4所述的光圈直径的监测方法，其特征在于，当拉晶阶段判定为等径阶段，步骤S4的圆拟合包括：
S41、连接左侧轮廓C1和右侧轮廓C2的低端平线段C3；
S42、以左侧轮廓C1、右侧轮廓C2、平线段C3为基础进行圆拟合获得等径阶段光圈的拟合圆。
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。
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