基于圖像處理的直拉單晶直徑測量系統(tǒng)的研究.pdf

1、硅單晶是制造IC集成電路和太陽能電池的關(guān)鍵材料，隨著中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，中國將成為僅次于美國的世界第二大半導(dǎo)體市場。目前國內(nèi)單晶硅的產(chǎn)量僅為需求量的6％，中國的產(chǎn)量只占了世界產(chǎn)量的1％。直拉單晶爐是制備硅單晶的主要設(shè)備，目前極其緊缺的大直徑硅單晶都是國外全自動單晶爐生產(chǎn)的。基于CCD的直徑測量技術(shù)是全自動單晶爐的核心技術(shù)，而該技術(shù)一直被國外幾家公司所壟斷。國內(nèi)目前使用的半自動單晶爐采用的紅外間接測量直徑技術(shù)無法獲得晶體的真實直徑，

2、從而不能完成整個拉晶過程的全自動控制，這就造成了該技術(shù)生產(chǎn)效率低，而且生產(chǎn)出的晶體等徑質(zhì)量差，遠(yuǎn)不能滿足目前市場對大直徑晶體的需求。本論文研究的是基于圖像處理的單晶直徑測量系統(tǒng)。該系統(tǒng)可整體提高單晶體尤其是大直徑單晶體的制造水平，滿足了國內(nèi)半導(dǎo)體工業(yè)市場對單晶體的快速需求，填補了國內(nèi)空白，打破了國外技術(shù)與產(chǎn)品的市場壟斷。 直徑測量系統(tǒng)采用雙CCD結(jié)構(gòu)。兩個不同焦距的CCD攝像頭透過隔熱設(shè)施俯拍單晶，分別捕獲引晶和等徑階段的單晶生

3、長圖像，圖像采集卡將模擬圖像信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，通過中值濾波進(jìn)行圖像預(yù)處理以減少邊緣模糊現(xiàn)象，采用Sobel邊緣檢測算子和輪廓跟蹤識別技術(shù)快速的進(jìn)行邊緣粗定位，最后應(yīng)用亞像素邊緣檢測技術(shù)精確獲取單晶體的邊緣位置。通過編制算法實現(xiàn)引晶過程的晶體圖像自動跟蹤和等徑過程的非完整圓直徑測量，獲得硅單晶的真實直徑用于實現(xiàn)整個拉晶過程的全自動控制。 論文共分為五章： 第一章為緒論，介紹了課題的研究意義、目的及相關(guān)的知識。 第

4、二章為圖像測量系統(tǒng)硬件的構(gòu)成，介紹了CCD攝像頭、鏡頭、圖像采集卡等部件的工作過程、選取原則和方法。 第三章為圖像分析和計算。CCD攝像頭捕獲硅單晶生長圖像信號，由圖像采集卡采集后，通過A/D轉(zhuǎn)換量化為數(shù)字信號。運用圖像處理技術(shù)對數(shù)字信號進(jìn)行分析和計算，以及圖像跟蹤技術(shù)實現(xiàn)引晶過程的晶體圖像跟蹤，采用不完整圓算法對等徑過程晶體直徑進(jìn)行測量。 第四章為圖像測量系統(tǒng)的軟件設(shè)計。在ViSU8l C++6.0環(huán)境下，應(yīng)用圖像采集卡