單晶硅是集成電路制造領(lǐng)域的關(guān)鍵原材料,是現(xiàn)代信息產(chǎn)業(yè)的支柱。隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的快速發(fā)展,對(duì)單晶硅需求增大的同時(shí)對(duì)其品質(zhì)的要求也更高。直拉單晶爐是生長(zhǎng)單晶硅的關(guān)鍵技術(shù)設(shè)備,在單晶硅生長(zhǎng)期間熔硅液位的變化會(huì)導(dǎo)致晶體內(nèi)部產(chǎn)生缺陷,為保證單晶硅品質(zhì)必須將熔硅液位保持在設(shè)定位置不變,因此對(duì)熔硅液位進(jìn)行實(shí)時(shí)高精度檢測(cè)是液位控制的重要前提。由于直拉單晶爐高溫密閉的環(huán)境和特殊的機(jī)械構(gòu)造,本文根據(jù)激光三角測(cè)量方法設(shè)計(jì)出—套基于FPGA的單晶爐熔硅液位檢測(cè)系統(tǒng)。本系統(tǒng)以Cyclone IV系列FPGA作為核心控制器,由時(shí)鐘控制模塊、激光器模塊、視頻采集模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、數(shù)據(jù)處理模塊和顯示模塊構(gòu)成,時(shí)鐘控制模塊為整個(gè)系統(tǒng)提供時(shí)鐘以滿足不同模塊對(duì)時(shí)鐘的需求。首先由單晶爐一側(cè)安裝的線激光器投射激光線到坩堝內(nèi)熔硅液面,另一側(cè)的CMOS攝像頭采集到含有激光光線的液面圖像;然后將圖像采集模塊輸出的圖像數(shù)據(jù)寫入DDR2存儲(chǔ)器中,完成一幀圖像的存儲(chǔ);為提高算法處理精度,需要對(duì)每幀液面圖像進(jìn)行灰度化、二值化等處理得到僅含有激光線的二值圖像,利用質(zhì)心法計(jì)算激光線中心并進(jìn)行Kalman濾波,根據(jù)液位和激光線位移的線性關(guān)... 

【文章來(lái)源】：西安理工大學(xué)陜西省

【文章頁(yè)數(shù)】：70 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

倒影法檢測(cè)示意圖

圖 1-2 激光三角法液位測(cè)量示意圖 Illustration of melt detection by laser triangulatio激光檢測(cè)法測(cè)量原理相同，為了克服激光用的測(cè)量工具不同，利用線激光器投射信息，利用激光線在圖像傳感器中的成像比于點(diǎn)激光檢測(cè)法，采用線激光發(fā)射器導(dǎo)致部分光斑在檢測(cè)圖像中丟失，但仍；而面陣圖像傳感器能夠獲得液面二維信息[21]。系統(tǒng)液位檢測(cè)裝置主要采用激光三角法測(cè)量原單晶爐另一側(cè)圖像傳感器的三角關(guān)系從熔硅液位估計(jì)裝置的數(shù)據(jù)處理部分主要構(gòu)。

利用像移和待測(cè)物體實(shí)際位移間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，根據(jù)體表面的實(shí)際位移[26]。法光路設(shè)計(jì)主要分為兩種：直射式方案和斜射式方案[26]。直激光束垂直打在被測(cè)物體的表面，然后由另一側(cè)的光電傳感于表面相對(duì)粗糙、散射性能好的被測(cè)物體。斜射式是指，物體表面的法線成一定角度，打到被測(cè)物體表面，另一側(cè)光光斑的散射光和反射光，由光斑位置變化推導(dǎo)出物體表面的移的光滑表面位移的檢測(cè)[26]。采用斜射式光路設(shè)計(jì)可以使光反射光和散射光，與直射式方案相比斜射式具有靈敏度更高穩(wěn)定的優(yōu)勢(shì)[26]。設(shè)計(jì)方案選擇單晶爐機(jī)械結(jié)構(gòu)及其晶體生長(zhǎng)工藝深入了解以后，由于坩堝的特點(diǎn)和單晶爐特殊的爐室構(gòu)造，本文選擇斜射式激光三，檢測(cè)裝置安裝結(jié)構(gòu)如圖 2-1 所示。

【參考文獻(xiàn)】：
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