[实用新型]基于数字信号处理器的双相机直拉单晶直径检测装置

说明书

技术领域

本实用新型属于图像检测技术领域，具体涉及一种基于数字信号处理器的双相机直拉单晶直径检测装置。

背景技术

硅单晶是半导体工业和太阳能产业的“粮食”，目前直拉法是制造硅单晶的主要方法。直拉单晶制造法(Czochralski，CZ法)是将多晶硅块放入石英坩埚中加热融化，并保持特定的高温和负压环境。将直径只有10mm的棒状晶种(称籽晶)浸入融液中，在合适的温度下，融液中的硅原子会顺着晶种的硅原子排列结构在固液交界面上形成规则的结晶，成为单晶体。在适当的条件下，将籽晶旋转提升，融液中的硅原子会在原来的基础上继续按照特定的原子排列结构生长，形成与籽晶原子排列结构对齐的硅单晶。若结晶速度加快，晶体直径会变粗，提高温度或增加提拉速度可以使晶体直径变细；反之亦然。拉晶开始的阶段，先引出直径为3-5mm具有一定长度的细颈，以消除结晶位错，这个阶段称为引细颈；引细颈结束后，通过控制使晶体直径平滑放大，直到大致达到要求直径，这个阶段称为放肩和转肩；之后，晶体需按照要求的直径等径生长，称为等径控制阶段，这个阶段是晶体生长的主要阶段；当坩埚内剩余的料达到一定量时，开始使直径平滑减小，直至单点离开液面，称为收尾阶段。

在整个晶体生长过程中都需要自动控制晶体直径的按要求变化，需要对直径进行检测。拉晶的过程中，由于液体结晶要释放热量，固态晶体与液态融液的交界处温度较周围温度高，亮度也较高，对坩埚壁的亮光产生更强的反射，会形成一个明亮的光环，称为光圈。光圈的变化能够反映直径的变化情况，通过检测光圈可以实现对晶体生长过程中直径的检测。

早期的自动直径检测是基于感光元件Ircon探头的直径变化量检测，在小直径单晶炉上得到广泛应用。但是Ircon系统只能得到直径的变化量，无法反映真实的直径是多少；随着拉制硅单晶直径的增大和具有热屏的热系统的使用，基于Ircon系统的直径检测已经无法使用。另一种是图像扫描直径检测(Scan Image Measure System)，采用一个机械反射镜和感光元件扫描预设扫描线上的光圈位置。这个系统中机械结构的磨损、机械扫描速度的不精确和晶体的晃动，尤其是引细径阶段会严重影响检测的效果。因此很快被采用相同原理的电子扫描系统CCD所取代，目前，采用CCD进行直拉单晶硅棒直径已经成为大直径单晶硅检测的主流技术。

采用CCD的直径检测技术又分为如下几种：采用变焦距普通CCD、采用不同焦距的双普通CCD、采用高分辨率的单摄像头。采用普通摄像头，分辨率在640*480左右，只需在主控计算机中插入一个图像处理卡，就可以完成基于图像的检测。如果等径生长为300mm，引颈与等径比为1-2/100，这样引细颈时的分辨率无法达到要求，因此，在设计时采用气动调节装置，改变焦距，实现引颈和等径阶段不同的分辨率。随着半导体工业的发展，CCD的价格大幅度下降，而作为高档光学产品的变焦镜头价格仍然居高不下，而且需要一套复杂的机械调整机构。采用不同焦距的两个普通CCD模拟相机取代了变焦单普通CCD模拟相机，使得整个成本和复杂性降低。所付出的代价是需要在计算机中多加一个图像处理卡，占用主机更多的资源。随着CCD分辨率的提高，使用高分辨率CCD数字相机可以使在相同焦距的情况下，引颈阶段的分辨率满足要求，使得结构设计更加简化。但高分辨率相机和其所匹配的图像处理卡，价格较高，仍然需要在主机中加一块图像处理卡或采用单独的计算机，占用主机的资源，整个系统的成本仍然很高。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种基于数字信号处理器的双相机直拉单晶直径检测装置，设计性能价格比高，可靠性高。

本实用新型采用的技术方案是，基于数字信号处理器的双相机直拉单晶直径检测装置，包括核心处理器，核心处理器分别与视频输入电路、视频输出电路、程序存储器接口电路、动态存储器接口电路、以太网接口电路和串行通信接口电路相连接，视频输入电路还与两个标准工业模拟CCD相机连接，视频输出电路与显示器连接，核心处理器采用TMS320DM642。

本实用新型的有益效果是，使用低成本的标准工业模拟双CCD相机和基于DSP的嵌入式系统，构成了晶体直径信息的采集、处理和传输系统，具有成本低、便于产品化批量生产的特点。

附图说明

图1是本实用新型检测装置一种实施例的结构示意图；

图2是本实用新型装置中视频输入接口示意图；

图3是本实用新型装置中视频输出接口示意图；

图4是本实用新型装置中动态存储器接口示意图；

图5是本实用新型装置中系统程序存储器接口示意图。