1 引言
隨著單晶硅片制造向大直徑化發(fā)展,直拉法單晶硅生長技術在單晶硅制造中逐漸顯出其主導地位,。為使結晶過程更加穩(wěn)定和實用有效,,則需提高對工藝參數(shù)的控制精度,基于CCD攝像掃描識別技術的單晶硅等徑生長速度控制技術得到業(yè)界的重視,。
基于ARM的單晶硅測徑系統(tǒng)具有巨大的市場潛力,。因此,這里研究了單晶硅測徑系統(tǒng)的圖像采集,、處理及顯示,。
2 整體方案設計
系統(tǒng)上電后,,CCD攝像頭拍攝單晶爐爐膛內(nèi)晶體硅棒生長區(qū)域圖像,并傳送至嵌入式系統(tǒng),,通過觀察在VGA接口顯示器上顯示的圖像清晰度來對攝像頭調(diào)焦,。圖像經(jīng)數(shù)字圖像處理程序處理,計算出單晶硅棒的瞬時直徑,。系統(tǒng)把直徑的數(shù)字量送至D/A轉換器,,再把轉換的模擬量送至主控系統(tǒng)中判決,執(zhí)行機構根據(jù)判決結果修正提拉速度,。
3 Linux平臺開發(fā)
通常采用host/target(即“主機/目標機”)方式進行嵌入式開發(fā),。先在主機(一般為PC)強大便捷的開發(fā)環(huán)境下開發(fā)出應用程序,然后利用串口和網(wǎng)絡將程序下載到目標機(即嵌入式平臺)上,,用目標機配備的仿真器或主機上的交叉調(diào)試器對目標機上的程序進行調(diào)試排錯,,最后將調(diào)試成功的目標程序編譯至Linux內(nèi)核,下載燒寫新的內(nèi)核,,即完成整個Linux平臺開發(fā),。
用戶程序采用以下方式開發(fā)調(diào)試:在主機上通過交叉編譯器編譯用戶程序,生成可在目標板上執(zhí)行的二進制文件,,通過串口或網(wǎng)絡僅將用戶程序下載到目標板上,,用主機上的仿真終端仿真目標機,進行調(diào)試,。
4 等徑過程的直徑測量算法實現(xiàn)
圖l為軟件測量系統(tǒng)的流程,。這里研究的是等徑過程中的圖像處理,采用全局閾值的極小值法對灰度圖像進行二值化處理,,得到的二值化圖像僅包含光圈信息,,達到預期效果。如圖2所示,。其中2a為原始圖像,,2b為處理后的圖像。
圖3為圖像測量過程,,圖像經(jīng)邊界捕捉,,獲得半橢圓弧圖形,再通過己知的拍攝角度,,將此橢圓的半圓弧還原為圓形的半圓弧,,然后將此半圓弧擬合成圓弧,在圓弧上捕捉出最大直徑位置,,通過亞像素原理獲得此直徑的像素值,。
捕捉最大直徑時,通過預先設定的捕捉位置(見圖3)獲得當前AB距離值,,將捕捉位置通過2分法上移,,得到一個最大AB距離值作為直徑值,。依次掃描出5條線,分別為AlBl,、A282,、A383、A484,、A585,,相鄰的兩條線相隔2個像素點的距離。設A1Bl~A585到圓心的距離分別為別為h1,、h2,、h3、h4,、h5,,圓的半徑為R,則可列出6個方程:
求解該方程組,,可得10組半徑值,。去除兩組最大值和兩組最小值,對剩余6組半徑值求解平均值,,所求平均值即為半徑值R,,則所求直徑值D=2R。
5 控件(D/A轉換)設計
根據(jù)上位機具體要求,,需為其提供具有特定電平的模擬信號,。采用高速高精度TLV5616型D/A轉換器。該器件為12位3μs串行D/A轉換器,,采用8引腳的SOIC封裝,。TLV5616所要求提供的供電電壓為3~5 V,其最小的參考電壓為2.7 V,,由于不具備控制功能,,即需要轉換時,把數(shù)字信號轉換成模擬信號,,故該器件需與5l系列微控制器相配合工作,。選用常用的89C5l單片機為其提供DIN,SCLK和FS信號,。圖4為控件電路連接圖,。由于參考電平較小,為保證其在傳輸過程中不受干擾,,故在輸出端加入放大電路。圖5是控件實測波形圖片,。
6 結束語
利用嵌入式技術測量并控制直拉法晶體硅棒生長速度,,實現(xiàn)測量數(shù)據(jù)可讀化,。通過機器視覺測徑技術取代傳統(tǒng)的Ircon測徑技術,使單晶硅生長測徑更加精確,、可靠,。