检测熔体液面位置的方法、装置、设备及计算机存储介质制造方法及图纸

本发明专利技术实施例公开了一种检测熔体液面位置的方法、装置、设备及计算机存储介质；该方法可以包括：从石英柱的测量端与待测液面相接触开始，按照设定的距离多次下降待测液面的位置，并在每次下降后，获取待测液面的实际位置以及测量端与测量端在待测液面形成的倒影之间的像素间距离测试值；根据待测液面在每次下降后的实际位置以及在每次下降后所获得的所述像素间距离测试值，确定液面实际位置与像素间距离之间的对应关系；在单晶硅生长过程中，获取石英柱的测量端与石英柱的测量端在熔体液面形成的倒影之间的实测像素间距离；根据实测像素间距离以及液面实际位置与像素间距离之间的对应关系，确定所述熔体液面的实测位置。

【技术实现步骤摘要】
检测熔体液面位置的方法、装置、设备及计算机存储介质
本专利技术实施例涉及单晶硅生产
，尤其涉及一种检测熔体液面位置的方法、装置、设备及计算机存储介质。
技术介绍
单晶硅大部分采用切克劳斯基(Czochralski)法，又或被称之为直拉法制造。该方法是运用熔体的冷凝结晶驱动原理，在固体和液体的交界面处，由于熔体温度下降产生由液体转换成固态的相变化。采用直拉法生长出的单晶硅，其含氧量较高且直径较大，是目前广泛采用的一种方法，然而该方法对单晶的生长环境提出了严格的要求。随着单晶硅固体的不断生长，坩埚中熔体硅的体积逐渐减小，熔体硅的液面不断下降，会对晶体的生长控制和晶体质量造成影响。因此，需要精确地测量熔体液面的位置。由于被测硅溶液温度高，一般采取非接触测量方法，通常采用的方案包括热屏倒影法，即将电荷耦合器件(CCD，ChargeCoupledDevice)摄像机安装在硅单晶炉上炉体的观测窗口上，观测单晶炉内热屏下缘和热屏在熔体上的倒影；图像处理系统对CCD拍摄到的图像进行扫描，计算得到热屏在熔体上倒影的半径，将这个半径值代入经推导得到的热屏倒影半径r同液面相对高度H关系公式计算出液面相对高度。通过以上描述可知：热屏倒影法虽然结构和安装都较为简单，但由于热屏底部边缘是闭合的圆，无特殊的特征点，因此热屏和其倒影间位置变化量无法准确测量，且在单晶生长过程中液面高低不同会导致热屏倒影在液面呈现的区域大小不一致，同样无法准确测得热屏倒影坐标及其变化量。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术实施例期望提供一种检测熔体液面位置的方法、装置、设备及计算机存储介质；能够提升熔体液面位置的测量精度，提高硅单晶生长的成晶率和生产效率。本专利技术实施例的技术方案是这样实现的：第一方面，本专利技术实施例提供了一种检测熔体液面位置的方法，所述方法应用于导流筒下部设置有L型石英柱的单晶炉，且所述石英柱的测量端垂直于待测液面且沿竖直向下方向，并且低于所述导流筒的最低点，所述方法包括：从所述石英柱的测量端与所述待测液面相接触开始，按照设定的距离多次下降所述待测液面的位置，并在每次下降后，获取所述待测液面的实际位置以及所述测量端与所述测量端在所述待测液面形成的倒影之间的像素间距离测试值；根据所述待测液面在每次下降后的实际位置以及在每次下降后所获得的所述像素间距离测试值，确定液面实际位置与像素间距离之间的对应关系；在单晶硅生长过程中，获取所述石英柱的测量端与所述石英柱的测量端在熔体液面形成的倒影之间的实测像素间距离；根据所述实测像素间距离以及所述液面实际位置与像素间距离之间的对应关系，确定所述熔体液面的实测位置。第二方面，本专利技术实施例提供了一种检测熔体液面位置的装置，所述装置包括：设置于导流筒下部的L型石英柱，所述石英柱的测量端垂直于待测液面且沿竖直向下方向，并且低于所述导流筒的最低点；控制部分，经配置为从石英柱的测量端与待测液面相接触开始，按照设定的距离多次下降所述待测液面的位置；第一获取部分，经配置为在每次下降后，获取所述待测液面的实际位置；第二获取部分，经配置为在每次下降后，获取所述测量端与所述测量端在所述待测液面形成的倒影之间的像素间距离测试值；第一确定部分，经配置为根据所述待测液面在每次下降后的实际位置以及在每次下降后所获得的所述像素间距离测试值，确定液面实际位置与像素间距离之间的对应关系；所述第二获取部分，还经配置为在单晶硅生长过程中，获取所述石英柱的测量端与所述石英柱的测量端在所述熔体液面形成的倒影之间的实测像素间距离；第二确定部分，经配置为根据所述实测像素间距离以及所述液面实际位置与像素间距离之间的对应关系，确定所述熔体液面的实测位置。第三方面，本专利技术实施例提供了一种检测熔体液面位置的设备，其特征在于，所述设备应用于单晶炉，所述设备包括：设置于所述单晶炉内导流筒下部的L型石英柱、控制器、CCD摄像机、存储器以及处理器；其中，所述石英柱的测量端垂直于待测液面且沿竖直向下方向，并且低于所述导流筒的最低点；所述存储器，用于存储能够在所述处理器上运行的计算机程序；所述处理器，用于在运行所述计算机程序时，执行第一方面所述检测熔体液面位置的方法的步骤。第四方面，本专利技术实施例提供了一种计算机存储介质，所述计算机存储介质存储有检测熔体液面位置的程序，所述检测熔体液面位置的程序被至少一个处理器执行时实现第一方面所述检测熔体液面位置的方法的步骤。本专利技术实施例提供了一种检测熔体液面位置的方法、装置、设备及计算机存储介质；通过预先通过测量获得石英柱的测量端与其在液面上形成倒影之间的距离与液面实际位置之间的对应关系，然后在具体测量熔体液面位置时，根据实际测量距离以及上述对应关系获取熔体液面的实际位置。如此，可以提升熔体液面位置的测量精度，实时得出熔体液面位置供单晶炉系统内的闭环控制，从而提高硅单晶生长的成晶率和生产效率。附图说明图1为本专利技术实施例提供的一种单晶炉结构示意图；图2为本专利技术实施例提供的一种石英柱结构示意图；图3为本专利技术实施例提供的一种检测熔体液面位置的方法流程示意图；图4为本专利技术实施例提供的每次下降后通过CCD摄像机进行观测的示意图；图5为本专利技术实施例提供的液面实际位置与像素间距离之间的对应关系示意图；图6为本专利技术实施例提供的一种检测熔体液面位置的装置组成示意图；图7为本专利技术实施例提供的一种检测熔体液面位置的设备硬件结构示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。参见图1，其示出了能够实现本专利技术实施例技术方案的一种单晶炉1，该单晶炉1可以包括：炉体10、导流筒11、坩埚12以及用于驱动坩埚12沿竖直方向移动的控制部件13；需要说明的是，图1所示的单晶炉1结构并非具体限定，为了清楚地阐述本专利技术实施例的技术方案从而省略地没有示出用于实施直拉法制造单晶硅所需要的其他部件，比如用于加热坩埚12内盛放的多晶硅原料的加热器、用于进行提拉的籽晶缆和使籽晶缆升降及旋转的提拉驱动部件等。基于图1所示的单晶炉1，在炉体10上部，还可以开设有观测窗14，以供光学观测仪器2，例如CCD摄像机，观察炉体10内部。此外，参见图1，单晶炉1的导流筒11处还设置有一观测参考物，比如图2所示的石英柱3，如图2所示，石英柱3呈“L”型，可以包括固定端31与测量端32，所述固定端31用于将该石英柱3固定于导流筒11下部，所述测量端32垂直于待测液面4且沿竖直向下方向，并且低于导流筒11的最低点，从而在待测液面4上形成倒影。光学观测仪器2，例如CCD摄像机，则可通过调整将石英柱3、石英柱3在待测液面4上所形成的倒影以及导流筒11清晰地调整至其拍摄视野内。对于上述石英柱3，在一些示例中，其测量端32可以为一球体，从而能够增加其反射面，以在待测液面4上提供更加清晰的倒影；而且如果测量端32的形状本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种检测熔体液面位置的方法，其特征在于，所述方法应用于导流筒下部设置有L型石英柱的单晶炉，且所述石英柱的测量端垂直于待测液面且沿竖直向下方向，并且低于所述导流筒的最低点，所述方法包括：/n从所述石英柱的测量端与所述待测液面相接触开始，按照设定的距离多次下降所述待测液面的位置，并在每次下降后，获取所述待测液面的实际位置以及所述测量端与所述测量端在所述待测液面形成的倒影之间的像素间距离测试值；/n根据所述待测液面在每次下降后的实际位置以及在每次下降后所获得的所述像素间距离测试值，确定液面实际位置与像素间距离之间的对应关系；/n在单晶硅生长过程中，获取所述石英柱的测量端与所述石英柱的测量端在熔体液面形成的倒影之间的实测像素间距离；/n根据所述实测像素间距离以及所述液面实际位置与像素间距离之间的对应关系，确定所述熔体液面的实测位置。/n

【技术特征摘要】
1.一种检测熔体液面位置的方法，其特征在于，所述方法应用于导流筒下部设置有L型石英柱的单晶炉，且所述石英柱的测量端垂直于待测液面且沿竖直向下方向，并且低于所述导流筒的最低点，所述方法包括：
从所述石英柱的测量端与所述待测液面相接触开始，按照设定的距离多次下降所述待测液面的位置，并在每次下降后，获取所述待测液面的实际位置以及所述测量端与所述测量端在所述待测液面形成的倒影之间的像素间距离测试值；
根据所述待测液面在每次下降后的实际位置以及在每次下降后所获得的所述像素间距离测试值，确定液面实际位置与像素间距离之间的对应关系；
在单晶硅生长过程中，获取所述石英柱的测量端与所述石英柱的测量端在熔体液面形成的倒影之间的实测像素间距离；
根据所述实测像素间距离以及所述液面实际位置与像素间距离之间的对应关系，确定所述熔体液面的实测位置。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取所述待测液面的实际位置，包括：
由所述石英柱的测量端与所述待测液面相接触起始，根据所述设定的距离以及当前下降次数确定所述待测液面的实际位置。


3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取所述测量端与所述测量端在所述待测液面形成的倒影之间的像素间距离测试值，包括：
利用CCD摄像机在每次下降后采集包含有所述测量端与所述测量端在所述待测液面形成的倒影的测试图像；
从采集到的所述测试图像中捕获所述测量端与所述测量端在所述待测液面形成的倒影分别对应的拟合圆区域中心点的坐标；
基于所述测量端对应的拟合圆区域中心点的坐标以及所述测量端在所述待测液面形成的倒影对应的拟合圆区域中心点的坐标，按照设定的距离计算策略获取所述像素间距离测试值。


4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述待测液面在每次下降后的实际位置以及在每次下降后所获得的所述像素间距离测试值，确定液面实际位置与像素间距离之间的对应关系，包括：
根据每次下降后所述待测液面的实际位置H’与每次下降后所获得的所述像素间距离测试值h’之间的比值，获取每次下降后对应的比例系数K’；
根据设定的下降次数n以及每次下降后对应的比例系数K’，确定用于表征液面实际位置与像素间距离之间的比例系数。


5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据所述实测像素间距离以及所述液面实际位置与像素间距离之间的对应关系，确定所述熔体液面的实测位置，包括：
基于所述实测像素间距离与所述用于表征液面实际位置与像素间距离之间的比例系数的乘积，确定所述熔体液面的实测位置。


6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述待测液面在每次下降后的实际位置以及在每次下降后所获得的所述像素间距离测试值，确定液面实际位置与像素间距离之间的对应关系，包括：
相应于下降总次数为n，根据所述待测液面在每次下降后的实际位置以及在每次下降后所获得的所述像素间距离测试值，按照式1获取液面实际位置与像素间距离之间的对应关系：
H＝w...

【专利技术属性】
技术研发人员：李昊，胡斌，刘永亮，贾元成，张帅，
申请(专利权)人：西安奕斯伟硅片技术有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61