CN115787073A - 一种单晶硅棒制备过程中硅棒直径检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种单晶硅棒制备过程中硅棒直径检测方法，包括：获取关于硅棒光圈的检测图像；确定等径前直径检测框、等径后直径检测框在所述检测图像中的检测位置；衔接所述等径前直径检测框、所述等径后直径检测框检出结果，并且确定衔接比例K；在所述衔接比例K确定前，根据所述等径前直径检测框范围内的所述硅棒光圈计算所述硅棒光圈的光圈直径；在所述衔接比例K确定后，根据所述等径后直径检测框范围内的所述硅棒光圈、所述衔接比例K计算所述硅棒光圈的光圈直径；以及，根据所述硅棒光圈的光圈直径，推算出所述硅棒的硅棒直径。本发明的有益效果：提高硅棒直径的测量精度，减少硅棒直径的波动，并且能够适应更多不同硅棒光圈被遮挡的情况。
Description
技术领域
本发明涉及单晶硅棒制备工艺，特别地是，一种单晶硅棒制备过程中硅棒直径检测方法。
背景技术
直拉法作为单晶硅棒的制备工艺中最常使用的方法，是将多晶硅填充在硅料坩埚中，然后加热熔融形成硅料，将籽晶浸入硅料中后向上旋转提拉，得到硅棒。其中涉及的阶段可包括：稳温、引晶、放肩、转肩、等径。除稳温外的各阶段均需要以硅棒直径作为负反馈来引导控制系统控制硅棒生长。
请参见图1，图中示出的是现有的硅棒直径检测系统。所述硅棒直径检测系统包括：系统炉体1、导流筒2、硅料坩埚3、工业相机4。所述导流筒2、所述硅料坩埚3均布置在所述系统炉体1内部。所述工业相机4布置在所述系统炉体1的斜向观察窗位置。所述工业相机4对所述硅棒的硅棒光圈进行视觉检测。工作原理大致为：在硅棒生长过程中，硅料液面与硅棒的交界位置的温度要高于硅料液面的其它位置，故在检测图像中上述交界位置的图像亮度相对较大，形成硅棒光圈。硅棒光圈的光圈直径变化能够间接反应硅棒的硅棒直径变化，因此通过对硅棒光圈的测量可以实现对硅棒直径的测量。目前所采用的方式是直接用拟合圆或者拟合椭圆的方法得到直径数据。
申请人发现，特别是在等径阶段中后期，部分炉台会出现硅棒光圈可见部分非常小以及撇捺两部分光圈不对称的情况，参与拟合的点数较少且分布不均，从而影响拟合结果，导致硅棒直径的波动较大，使得直拉法得到的硅棒表面凹凸明显，甚至出现扭棒的情况。
发明内容
本发明的目的在于要解决现有技术存在视觉检测硅棒直径存在较大波动的问题，提供一种新型的单晶硅棒制备过程中硅棒直径视觉检测方法。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种单晶硅棒制备过程中硅棒直径检测方法，包括：
获取关于硅棒光圈的检测图像；
确定等径前直径检测框、等径后直径检测框在所述检测图像中的检测位置；
衔接所述等径前直径检测框、所述等径后直径检测框的检出结果，并且确定衔接比例K；
在所述衔接比例K确定前，根据所述等径前直径检测框范围内的所述硅棒光圈计算所述硅棒光圈的光圈直径；在所述衔接比例K确定后，根据所述等径后直径检测框范围内的所述硅棒光圈、所述衔接比例K计算所述硅棒光圈的光圈直径；以及，
根据所述硅棒光圈的光圈直径，推算出所述硅棒的硅棒直径。
作为一种单晶硅棒制备过程中硅棒直径检测方法的优选方案，所述硅棒直径检测方法是基于硅棒直径检测系统设计；所述硅棒直径检测系统包括：系统炉体、导流筒、硅料坩埚、工业相机，所述导流筒、所述硅料坩埚均布置在所述系统炉体内部，所述工业相机布置在所述系统炉体的斜向观察窗位置，所述工业相机对所述硅棒的所述硅棒光圈进行视觉检测。
作为一种单晶硅棒制备过程中硅棒直径检测方法的优选方案，所述等径前直径检测框在所述硅棒的引晶阶段确定。
作为一种单晶硅棒制备过程中硅棒直径检测方法的优选方案，所述等径前直径检测框的确定步骤，包括：
确定等径前定位器：所述等径前定位器是经过所述硅棒光圈的光圈中心点的一直线；以及，
基于所述等径前定位器，确定所述等径前直径检测框的检测位置。
作为一种单晶硅棒制备过程中硅棒直径检测方法的优选方案，所述等径后直径检测框在所述硅棒的放肩阶段、转肩阶段或等径阶段确定。
作为一种单晶硅棒制备过程中硅棒直径检测方法的优选方案，所述等径后直径检测框的确定步骤，包括：此时的所述硅棒光圈呈八字形结构，包括：光圈撇部、光圈捺部；
确定等径后定位器：所述等径后定位器是经过两点的一直线；其中一点是所述硅棒光圈的光圈中心点与所述光圈撇部的撇部定位点的连线与所述光圈撇部外缘的交点，另外一点是所述硅棒光圈的光圈中心点与所述光圈捺部的捺部定位点的连线与所述光圈捺部外缘的交点；以及，
基于所述等径后定位器，确定所述等径后直径检测框的检测位置。
与现有技术相比，本发明的有益效果至少在于：提高硅棒直径的测量精度，减少硅棒直径的波动，并且能够适应更多不同硅棒光圈被遮挡的情况，进而提高单晶硅棒的直拉成功率。
除了上面所描述的本发明解决的技术问题、构成技术方案的技术特征以及由这些技术方案的技术特征所带来的有益效果之外，本发明所能解决的其他技术问题、技术方案中包含的其他技术特征以及这些技术特征带来的有益效果，将连接附图作出进一步详细的说明。
附图说明
图1为现有技术的结构示意图。
图2为本发明一实施例的方法流程图。
图3为本发明一实施例等径前定位器的示意图。
图4为本发明一实施例等径后定位器的示意图。
图5为本发明一实施例等径前直径检测框、等径后直径检测框的示意图。
具体实施方式
下面通过具体的实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
请参见图1，图中示出的是现有的硅棒直径检测系统。所述硅棒直径检测系统包括：系统炉体1、导流筒2、硅料坩埚3、工业相机4。所述导流筒2、所述硅料坩埚3均布置在所述系统炉体1内部。所述工业相机4布置在所述系统炉体1的斜向观察窗位置。所述工业相机4对所述硅棒的硅棒光圈进行视觉检测。
请参见图2，图中示出的是一种单晶硅棒制备过程中硅棒直径检测方法，是基于所述硅棒直径检测系统进行设计。所述硅棒直径视觉检测方法具体包括：
获取关于所述硅棒光圈6的检测图像。
确定等径前直径检测框10、等径后直径检测框20在所述检测图像中的检测位置。
衔接所述等径前直径检测框10、所述等径后直径检测框20的检出结果，并且确定衔接比例K。所述衔接比例K表示的是所述等径前直径检测框10与所述等径后直径检测框20关于所述硅棒光圈6的光圈直径的计算比例。
在所述衔接比例K确定前，根据所述等径前直径检测框10范围内的所述硅棒光圈6计算所述硅棒光圈6的光圈直径。在所述衔接比例K确定后，根据所述等径后直径检测框20范围内的所述硅棒光圈6、所述衔接比例K计算所述硅棒光圈6的光圈直径。
根据所述硅棒光圈6的光圈直径，推算出所述硅棒的硅棒直径。
请参见图3，所述等径前直径检测框10在所述硅棒的引晶阶段确定。此时的所述硅棒光圈6呈环形或月牙结构。确定的步骤，具体包括：
确定所述硅棒光圈6的光圈中心点A1。
确定等径前定位器A2：所述等径前定位器A2是经过所述硅棒光圈6的光圈中心点A1的一直线且所述直线与所述检测图像中的所述硅棒5相垂直或基本垂直。
基于所述等径前定位器A2，确定所述等径前直径检测框10的检测位置。
请参见图4，所述等径后直径检测框20在所述硅棒的放肩阶段、转肩阶段或等径阶段确定。此时的所述硅棒光圈6由环形转变为八字形，包括：光圈撇部、光圈捺部。所述确定的具体步骤，具体包括：
确定所述光圈撇部的撇部定位点A3、所述光圈捺部的捺部定位点A4：本实施例中，以所述光圈撇部的外接矩形的中心作为所述光圈撇部的撇部定位点A3，以所述光圈捺部的外接矩形的中心作为所述光圈捺部的捺部定位点A4。在其他实施例中，上述定位点的位置不局限于此，可作适应性地调整。
确定等径后定位器A7：所述等径后定位器A7是经过两点A5、A6的一直线。其中一点A5是所述硅棒光圈6的光圈中心点A1与所述光圈撇部的撇部定位点A3的连线与所述光圈撇部外缘的交点。另外一点A6是所述硅棒光圈6的光圈中心点A1与所述光圈捺部的捺部定位点A4的连线与所述光圈捺部外缘的交点。
基于所述等径后定位器A7，确定所述等径后直径检测框20的检测位置。
请参见图5，所述衔接比例K的确定需要收集两组数据。本实施例中，第一组数据来自所述等径后直径检测框20，即所述硅棒光圈6所最小外接矩形的长度DpreMean，第二组数据来自所述等径后直径检测框20，即所述硅棒光圈6所最小外接矩形的长度DpostMean，所述衔接比例K为上述两者的比值。在其他实施例中，两组数据都来自于所述等径后直径检测框20，此时
其中Kold是上一次数据衔接时的比例，这种通常情况发生在硅棒经过一段时间生长之后合适的检测位置发生了变化，此时需要重新进行衔接。
本实施例中，在所述衔接比例K确定前，所述硅棒光圈6的光圈直径＝所述等径前直径检测框10范围内的所述硅棒光圈6所最小外接矩形的长度。在所述衔接比例K确定后，所述硅棒光圈6的光圈直径＝所述等径后直径检测框20范围内的所述硅棒光圈6所最小外接矩形的长度乘以所述衔接比例K。以此，用简单可靠的外接矩形方法取代受数据量影响较大的圆拟合、椭圆拟合算法，从而提高直径检测鲁棒性，降低直径数据波动，最终使得生长出来的硅棒表面变的光滑。
在其他实施例中，所述硅棒光圈6的光圈直径还可以选用下述任意一个方式替代：斑点定位、直线定位、卡线定位、像素投影、圆拟合、椭圆拟合。
以上仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但且不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的后提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (8)
1.一种单晶硅棒制备过程中硅棒直径检测方法，其特征在于，包括：
获取关于硅棒光圈的检测图像；
确定等径前直径检测框、等径后直径检测框在所述检测图像中的检测位置；
衔接所述等径前直径检测框、所述等径后直径检测框的检出结果，并且确定衔接比例K；
在所述衔接比例K确定前，根据所述等径前直径检测框范围内的所述硅棒光圈计算所述硅棒光圈的光圈直径；在所述衔接比例K确定后，根据所述等径后直径检测框范围内的所述硅棒光圈、所述衔接比例K计算所述硅棒光圈的光圈直径；以及，
根据所述硅棒光圈的光圈直径，推算出所述硅棒的硅棒直径。
2.根据权利要求1所述的一种单晶硅棒制备过程中硅棒直径检测方法，其特征在于，所述硅棒直径检测方法是基于硅棒直径检测系统设计；所述硅棒直径检测系统包括：系统炉体、导流筒、硅料坩埚、工业相机，所述导流筒、所述硅料坩埚均布置在所述系统炉体内部，所述工业相机布置在所述系统炉体的斜向观察窗位置，所述工业相机对所述硅棒的所述硅棒光圈进行视觉检测。
3.根据权利要求2所述的一种单晶硅棒制备过程中硅棒直径检测方法，其特征在于，所述等径前直径检测框在所述硅棒的引晶阶段确定。
4.根据权利要求3所述的一种单晶硅棒制备过程中硅棒直径检测方法，其特征在于，所述等径前直径检测框的确定步骤，包括：
确定等径前定位器：所述等径前定位器是经过所述硅棒光圈的光圈中心点的一直线；以及，
基于所述等径前定位器，确定所述等径前直径检测框的检测位置。
5.根据权利要求2所述的一种单晶硅棒制备过程中硅棒直径检测方法，其特征在于，所述等径后直径检测框在所述硅棒的放肩阶段、转肩阶段或等径阶段确定。
6.根据权利要求5所述的一种单晶硅棒制备过程中硅棒直径检测方法，其特征在于，所述等径后直径检测框的确定步骤，包括：此时的所述硅棒光圈呈八字形结构，包括：光圈撇部、光圈捺部；
确定等径后定位器：所述等径后定位器是经过两点的一直线；其中一点是所述硅棒光圈的光圈中心点与所述光圈撇部的撇部定位点的连线与所述光圈撇部外缘的交点，另外一点是所述硅棒光圈的光圈中心点与所述光圈捺部的捺部定位点的连线与所述光圈捺部外缘的交点；以及，
基于所述等径后定位器，确定所述等径后直径检测框的检测位置。
7.根据权利要求1所述的一种单晶硅棒制备过程中硅棒直径检测方法，其特征在于，在所述衔接比例K确定前，所述硅棒光圈的光圈直径等于所述等径前直径检测框范围内的所述硅棒光圈所最小外接矩形的长度；在所述衔接比例K确定后，所述硅棒光圈的光圈直径等于所述等径后直径检测框范围内的所述硅棒光圈所最小外接矩形的长度乘以所述衔接比例K。
8.根据权利要求7所述的一种单晶硅棒制备过程中硅棒直径检测方法，其特征在于，所述硅棒光圈的光圈直径还可以选用下述任意一个方式替代：斑点定位、直线定位、卡线定位、像素投影、圆拟合、椭圆拟合。
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| CN115984276B (zh) * | 2023-03-20 | 2023-05-16 | 内蒙古晶环电子材料有限公司 | 放肩缺陷实时检测方法、装置、计算机设备和存储介质 |
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