CN114688984A - 单双光圈的检测方法、存储介质、终端和拉晶设备 - Google Patents

单双光圈的检测方法、存储介质、终端和拉晶设备 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种单双光圈的检测方法、存储介质、终端和拉晶设备，属于半导体领域，方法包括图像采集、单双光圈判定和单双光圈直径测量；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，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，并通过图像处理技术判断是否存在双光圈并计算光圈直径；本申请的方法简单有效，图像处理效率高，灵活设置的阈值对比判定双光圈的存在并测量其直径，为拉晶过程中晶棒的稳定成像提供了判定依据，便于在半导体制造领域推广应用。

Description

单双光圈的检测方法、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，具体涉及一种单双光圈的检测方法、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，单双光圈的判定及测量是重要环节。然而，行业内还未 有针对单双圈的判定及其直径测量的技术，因此，针对硅料熔化过程中拉晶的 图像特点，需要设计一种可靠、准确的单双光圈判定和测量方法。
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单双光圈的检测方 法、存储介质、终端和拉晶设备，其能解决上述问题。
一种拉晶过程中单双光圈的检测方法，方法包括：
S1、图像采集，通过晶炉相机采集炉内图像；
S2、单双光圈判定，通过图像算法处理技术判定是否存在双光圈；
S3、单双光圈直径测量，基于边缘检测技术获取光圈轮廓并求取轮廓直径。
进一步的，步骤S2包括：
S21、定位光圈区域R：
S22、双光圈检测：根据光圈区域R得到对应位置的图像g2(x,y)，对其阈 值处理得到双光圈区域R1；
S23、双光圈判定：计算双光圈区域R1的面积A1,面积A1与双光圈面积判 定阈值inAreaThreshold比较，以此判定是否为双光圈。
进一步的，步骤S3包括：
S31、根据原图g(x,y)得到ROI对应位置的图像g1(x,y)；
S32、定位光圈：
S33、定位外光圈，求其轮廓C；
S34、对轮廓C进行最小二乘法圆拟合，获得拟合圆直径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，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，所述存储器上储存双光 圈面积判定阈值inAreaThreshold、梯度低阈值CannyThresholdMin、梯度高 阈值CannyThresholdMax、灰度低阈值inLowThreshold、灰度高阈值 inHighThreshold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拉晶状态实时监测的拉晶设备，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，并通过前述的方法判断是否存在双光圈并计算光圈直径。
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ROI图 像处理，与灵活设置的阈值对比判定双光圈的存在并测量其直径，为拉晶过程 中晶棒的稳定成型提供了判定依据，便于在半导体制造领域推广应用。
附图说明
图1为单光圈实物图；
图2为双光圈实物图；
图3为单双光圈判定中的缩小图像区域示意图；
图4为单双光圈判定中阈值分割示意图；
图5为单双光圈判定中形态学处理示意图；
图6为单双光圈判定中双光圈检测示意图；
图7为单双光圈判定中双光圈存在的检测结果示意图；
图8为光圈直径的炉内检测实物图；
图9为单双光圈直径测量中缩小图像区域示意图；
图10为单双光圈直径测量中阈值分割示意图；
图11为单双光圈直径测量中形态学处理示意图；
图12为单双光圈直径测量中去除外光圈和尖角干扰示意图；
图13为单双光圈直径测量中轮廓提取示意图；
图14为单双光圈直径测量中圆拟合示意图；
图15为单双光圈的检测方法流程图；
图16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
一种拉晶过程中单双光圈的检测方法，方法包括：
S1、图像采集，通过晶炉相机采集炉内图像。可通过相机多次曝光调节获 取最佳效果图。
S2、单双光圈判定，通过图像算法处理技术判定是否存在双光圈；图1和 图2分别为单光圈和双光圈的实物相片图像。检测光圈中是否存在黑色区域 (不论黑色区域面积大小)，存在黑色区域(参见图2中框内部分黑色区域) 就是双光圈，反之则是单光圈。
S3、单双光圈直径测量，基于边缘检测技术获取光圈轮廓并求取轮廓直径。
其中，步骤S2的单双光圈判定具体如下。
S21、定位光圈区域R，参见图3，以此缩小图像区域，提高整体处理效率。
具体包括：
S211、根据设定ROI从原图g(x,y)得到ROI对应位置的图像g1(x,y)。解 释：g(x,y)代表整个图像，x,y为图像任意一点的横纵坐标。
S212、阈值分割求光圈区域R，参见图4，具体为：
Figure BDA0003467292240000051
式中：
inLowThreshold为灰度低阈值，inHighThreshold为灰度高阈值。
S213、形态学处理光圈区域R以减少边缘区域干扰。参见图5，具体如下：
①闭操作平滑区域：R＝R·b；
②腐蚀操作去除边缘区域干扰：
Figure BDA0003467292240000052
其中，b和c为结构元素。
S22、双光圈检测：根据光圈区域R得到对应位置的图像g2(x,y)，对其阈 值处理得到双光圈区域R1；参见图6。
S23、双光圈判定：计算区域R1的面积A1,根据如下公式判断是否为双光圈：
Figure BDA0003467292240000053
式中，inAreaThreshold为双光圈判定阈值。
参见图7为判定为存在双光圈的结果示例。
其中，参见图8，为炉内测量实物图，需要对图示框中的光圈直径进行测 量。即步骤S3，具体的单双光圈直径测量如下。
S31、根据原图g(x,y)得到ROI对应位置的图像g1(x,y),x,y为像素点坐 标。参见图9，以此缩小图像区域，提高后续处理效率。
S32、定位光圈，具体如下：
S321、对图像g1(x,y)进行阈值分割得到光圈区域R；参见图10。
S322、光圈区域R形态学处理：参见图11，先闭操作平滑区域R＝R·d， 再对R膨胀操作去保留边缘区域
Figure BDA0003467292240000063
其中，d、e为结构元素。
S33、定位外光圈，求其轮廓；具体如下：
S331、去除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12的去除外光圈和尖角干扰。
S332、外光圈轮廓提取：采用canny边缘检测，并连接边缘得到轮廓， 参见图13的轮廓提取，具体为：
①根据g1(x,y)得到R1对应位置的图像g2(x,y)，并对图像g2(x,y)高斯滤 波得到图像g3(x,y)：
Figure BDA0003467292240000061
式中，σ为1
②计算梯度值G(m,n)和梯度方向θ：
Figure BDA0003467292240000062
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。
解释：该过程被集成在一个算子里，只能看到最终处理结果。
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)高于梯度高阈值CannyThresholdMax，则 将其标记为强边缘像素；如果边缘像素的梯度值小于梯度高阈值 CannyThresholdMax并且大于梯度低阈值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。
S34、最小二乘法圆拟合，参见图14，通过拟合圆，获得拟合圆直径D。
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，所述存储器上储存双光 圈面积判定阈值inAreaThreshold、梯度低阈值CannyThresholdMin、梯度高 阈值CannyThresholdMax、灰度低阈值inLowThreshold、灰度高阈值 inHighThreshold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判断是否存在双光圈并计算光圈直 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 (10)

1.一种拉晶过程中单双光圈的检测方法，其特征在于，方法包括：
S1、图像采集，通过晶炉相机采集炉内图像；
S2、单双光圈判定，通过图像算法处理技术判定是否存在双光圈；
S3、单双光圈直径测量，基于边缘检测技术获取光圈轮廓并求取轮廓直径。
2.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，步骤S2包括：
S21、定位光圈区域R：
S22、双光圈检测：根据光圈区域R得到对应位置的图像g2(x,y)，对其阈值处理得到双光圈区域R1；
S23、双光圈判定：计算双光圈区域R1的面积A1,面积A1与双光圈面积判定阈值inAreaThreshold比较，以此判定是否为双光圈。
3.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，步骤S21的光圈区域R定位步骤包括：
S211、根据设定ROI从原图g(x,y)得到ROI对应位置的图像g1(x,y)；
S212、阈值分割求光圈区域R；
Figure FDA0003467292230000011
式中：
inLowThreshold为灰度低阈值
inHighThreshold为灰度高阈值。
S213、形态学处理光圈区域R以减少边缘区域干扰。
4.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，步骤S23中双光圈判定规则公式为：
Figure FDA0003467292230000021
式中，A1为双光圈区域R1的面积，inAreaThreshold为双光圈面积判定阈值。
5.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，步骤S3包括：
S31、根据原图g(x,y)得到ROI对应位置的图像g1(x,y)；
S32、定位光圈：
S33、定位外光圈，求其轮廓C；
S34、对轮廓C进行最小二乘法圆拟合，获得拟合圆直径D。
6.根据权利要求5所述的检测方法，其特征在于，步骤S32的定位光圈包括：
S321、对图像g1(x,y)进行阈值分割得到光圈区域R；
S322、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 FDA0003467292230000023
7.根据权利要求5所述的检测方法，其特征在于，步骤S33包括：
S331、去除定位好的光圈区域内光圈干扰和光圈尖角在轮廓筛选时的干扰，得到区域R1；
S332、外光圈轮廓提取：采用canny边缘检测，并连接边缘得到轮廓，具体如下：
①根据图像g1(x,y)得到R1对应位置的图像g2(x,y)，并对图像g2(x,y)高斯滤波得到图像g3(x,y)：
Figure FDA0003467292230000022
式中，σ为1；
②计算梯度值G(m,n)和梯度方向θ：
Figure FDA0003467292230000031
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。
8.一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1-7任一项所述方法的步骤。
9.一种终端，包括存储器和处理器，其特征在于：所述存储器上储存双光圈面积判定阈值inAreaThreshold、梯度低阈值CannyThresholdMin、梯度高阈值CannyThresholdMax、灰度低阈值inLowThreshold、灰度高阈值inHighThreshold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1-7任一项所述方法的步骤。
10.一种拉晶状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1-7任一项所述的方法判断是否存在双光圈并计算光圈直径。
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