一种碳化硅晶锭外径研磨控制系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种碳化硅晶锭外径研磨控制系统及方法，包括：第一采集模块采集碳化硅晶锭两个端面的实时图像；处理模块对实时图像上的缺陷识别得到识别结果以划分优质区和缺陷区；夹持机构水平夹持碳化硅晶锭；驱动机构驱动转轴旋转以带动碳化硅晶锭旋转；平行光源朝向碳化硅晶锭发射单色光；光圈调节机构根据碳化硅晶锭的转动速度调节单色光对碳化硅晶锭的照射范围；研磨机构对碳化硅晶锭的外径边缘进行研磨；光信号检测设备在碳化硅晶锭外径研磨即将完毕时，检测通过剩余的优质区侧面边缘的光信号；控制终端在光信号的光照强度大于强度阈值并持续一预设时间段时停止驱动研磨机构。本发明专利技术同时提升了碳化硅晶锭外径研磨的质量、效率和安全性。效率和安全性。效率和安全性。

【技术实现步骤摘要】
一种碳化硅晶锭外径研磨控制系统及方法


[0001]本专利技术涉及晶锭检测研磨
，尤其涉及一种碳化硅晶锭外径研磨控制系统及方法。

技术介绍

[0002]碳化硅是继第一代半导体Si、第二代半导体GaAs、InP等之后发展起来的重要的第三代半导体材料，它具有宽禁带、高热导率、高击穿场强、高载流子饱和迁移速率等的特点，在高温、高频、大功率、微电子器件等方面和航天、军工、核能等极端环境应用有着不可替代的优势，具有巨大的应用潜力。生产出一片完整的碳化硅衬底，需要经过很多道工序进行加工，碳化硅晶锭的外径研磨是众多工序中的一道，此工序决定了晶锭成品的轴向偏移度，直接决定了晶锭产品规范中的一项重要参数。
[0003]工业化生长碳化硅晶体主要采用物理气相输运法（PVT法），用该方法生长的碳化硅单晶，在晶锭的边缘处经常会出现多晶、多型和穿孔等多种缺陷。由于各种缺陷大部分随机分布在距离外径5～10mm范围内，因此，当碳化硅晶片的标准直径为4、6、8英寸的圆薄片时，晶锭的直径一般比晶片大3～10mm。在晶锭进行外径研磨时，把边缘有缺陷的部位磨掉，剩下中间质量优良的部位将进入下一步加工程序。
[0004]由于优质晶锭的圆心与晶锭的几何圆心不一定重合，通常碳化硅晶锭在进行外径研磨时，需多次停机观察晶锭的缺陷部位是否去除；因为晶锭外径误差需要控制在
±
0.02mm，所以即使考虑了砂轮损耗和补偿后，还必须多次取下工件测量剩下的晶锭直径是否达到标准晶片尺寸的要求，然后再对晶锭位置进行反复调整，大大增加了员工的工作量和制程时间，且在调整过程中很容易磕碰到晶锭边缘造成崩边、掉落等风险，造成晶锭破裂报废。

技术实现思路

[0005]针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种碳化硅晶锭外径研磨控制系统及方法，用于同时提升碳化硅晶锭外径研磨的质量、效率和安全性。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了如下技术方案：一种碳化硅晶锭外径研磨控制系统，包括：第一采集模块，用于在碳化硅晶锭夹持研磨前，采集所述碳化硅晶锭两个端面的实时图像；处理模块，连接所述第一采集模块，用于对所述实时图像上的缺陷进行识别得到识别结果，并根据所述识别结果在所述碳化硅晶锭上划分优质区和缺陷区；夹持机构，用于水平夹持碳化硅晶锭，所述碳化硅晶锭的两侧均设有转轴，所述优质区的中心与各所述转轴的轴心重合；驱动机构，与所述夹持机构同轴设置，用于驱动所述转轴旋转，以带动所述碳化硅晶锭旋转；
平行光源，光轴与各所述转轴同轴，用于朝向所述碳化硅晶锭发射单色光；光圈调节机构，设置在平行光源与所述碳化硅晶锭之间，用于根据所述碳化硅晶锭的转动速度调节所述单色光对所述碳化硅晶锭的照射范围；研磨机构，位于所述碳化硅晶锭的侧面，所述研磨机构(7)的中心轴与转轴(10)平行且位于同一水平面上，用于对所述碳化硅晶锭的外径边缘进行研磨；光信号检测设备，设置在所述碳化硅晶锭远离所述平行光源的一侧，用于在所述碳化硅晶锭外径研磨即将完毕时，检测通过剩余的所述优质区侧面边缘的光信号；控制终端，分别连接所述研磨机构和所述光信号检测设备，用于在所述光信号的光照强度大于预设的强度阈值并持续一预设时间段时，停止驱动所述研磨机构。
[0007]进一步地，所述缺陷包括多晶、多型和微管，所述处理模块包括：标记单元，用于根据预设的图像识别算法对两张所述实时图像上的所述多晶、所述多型和所述微管进行识别得到若干多晶点位、若干多型点位和若干微管点位，并对各所述多晶点位、各所述多型点位和各所述微管点位进行标记，得到两张标记图像；中心识别单元，连接所述标记单元，用于根据预设的中心识别算法对两张所述标记图像的几何中心进行识别，得到相应的中心点位；距离计算单元，连接所述中心识别单元，用于分别计算两张所述标记图像上的各所述多晶点位、各所述多型点位和各所述微管点位与相应的中心点位之间的距离最小值；划分单元，连接所述距离计算单元，用于根据所述距离最小值将所述碳化硅晶锭划分为所述优质区和所述缺陷区。
[0008]进一步地，所述处理模块还包括晶锭评估单元，连接所述划分单元，用于将所述优质区的外径与预设的标准直径进行比对，并在所述优质区的外径小于所述标准直径时，将相应的碳化硅晶锭标记为无法进行研磨的残次品。
[0009]进一步地，还包括第二采集模块和分析模块，所述第二采集模块连接所述分析模块，用于在所述碳化硅晶锭夹持研磨过程中，采集所述碳化硅晶锭两个端面的边缘图像；所述分析模块连接所述研磨机构，用于将所述碳化硅晶锭同一侧的若干帧连续的所述边缘图像输入预先训练完成的一缺陷识别模型中，得到预设时间段内的边缘缺陷识别结果；所述研磨机构根据所述边缘缺陷识别结果调整对所述碳化硅晶锭的研磨速度和研磨位置，以针对所述碳化硅晶锭边缘处的缺陷部位进行研磨。
[0010]进一步地，所述分析模块包括：锐化单元，用于根据预设的图像优化算法对各所述边缘图像的边缘缺陷进行锐化，得到边缘缺陷锐化的所述边缘图像；缺陷识别单元，连接所述锐化单元，用于将若干帧连续的边缘缺陷锐化的所述边缘图像输入所述缺陷识别模型中，得到相应的所述边缘缺陷识别结果。
[0011]进一步地，所述夹持机构包括夹设于所述碳化硅晶锭两侧的一对夹持组件和液压柱，所述夹持组件包括互相贴合设置的固定盘和缓冲软垫，所述缓冲软垫设置在所述固定盘与所述碳化硅晶锭之间，所述固定盘的外侧与所述转轴端部固定连接，其中一个所述转轴远离所述固定盘一端可转动地连接所述液压柱的活塞杆，其余一个所述转轴远离另一个所述固定盘一端可转动地设置在一支架上，所述驱动机构固定设置在所述支架上。
[0012]进一步地，所述缓冲软垫内嵌设有压力传感器，连接所述液压柱，用于实时检测所述缓冲软垫内的压力数据，并根据所述压力数据生成液压调整信号，所述液压柱根据所述液压调整信号调整对所述转轴的推力，以使所述压力数据处于预设的压力范围内。
[0013]进一步地，还包括温度检测模块，连接所述控制终端，用于在所述研磨机构对所述碳化硅晶锭研磨时实时检测所述碳化硅晶锭外径边缘上的实时温度，所述控制终端根据所述实时温度生成一转速调整指令，所述研磨机构根据所述转速调整指令实时调整研磨时与所述碳化硅晶锭外径边缘贴合的研磨部位的旋转速度。
[0014]一种碳化硅晶锭外径研磨控制方法，应用于上述的碳化硅晶锭外径研磨控制系统，包括：步骤S1，第一采集模块在碳化硅晶锭夹持研磨前，采集所述碳化硅晶锭两个端面的实时图像；步骤S2，处理模块对所述实时图像上的缺陷进行识别得到识别结果，并根据所述识别结果在所述碳化硅晶锭上划分优质区和缺陷区；步骤S3，驱动机构驱动转轴旋转，以带动所述碳化硅晶锭旋转；步骤S4，平行光源朝向所述碳化硅晶锭发射单色光，光圈调节机构根据所述碳化硅晶锭的转动速度调节所述单色光对所述碳化硅晶锭的照射范围；步骤S5，研磨机构对所述碳化硅晶锭的外径边缘进行研磨；步骤S6，光信号检测设备在所述碳化硅晶锭外径研磨即将完成时，检测通过剩余的所述优质区侧面边缘的光信号；步骤S7，控制终端在所述光信号的光本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳化硅晶锭外径研磨控制系统，其特征在于，包括：第一采集模块(1)，用于在碳化硅晶锭夹持研磨前，采集所述碳化硅晶锭两个端面的实时图像；处理模块(2)，连接所述第一采集模块(1)，用于对所述实时图像上的缺陷进行识别得到识别结果，并根据所述识别结果在所述碳化硅晶锭上划分优质区和缺陷区；夹持机构(3)，用于水平夹持所述碳化硅晶锭，所述碳化硅晶锭的两侧均设有转轴(10)；驱动机构(4)，与所述夹持机构(3)同轴设置，用于驱动所述转轴(10)旋转，以带动所述碳化硅晶锭旋转；平行光源(5)，光轴与各所述转轴(10)同轴，用于朝向所述碳化硅晶锭发射单色光；光圈调节机构(6)，设置在平行光源(5)与所述碳化硅晶锭之间，用于根据所述碳化硅晶锭的转动速度调节所述单色光对所述碳化硅晶锭的照射范围；研磨机构(7)，位于所述碳化硅晶锭的侧面，所述研磨机构(7)的中心轴与转轴(10)平行且位于同一水平面上，用于对所述碳化硅晶锭的外径边缘进行研磨；光信号检测设备(8)，设置在所述碳化硅晶锭远离所述平行光源(5)的一侧，用于在所述碳化硅晶锭外径研磨即将完毕时，检测通过剩余的所述优质区侧面边缘的光信号；控制终端(9)，分别连接所述研磨机构(7)和所述光信号检测设备(8)，用于在所述光信号的光照强度大于预设的强度阈值并持续一预设时间段时，停止驱动所述研磨机构(7)。2.根据权利要求1所述的碳化硅晶锭外径研磨控制系统，其特征在于：所述缺陷包括多晶、多型和微管，所述处理模块(2)包括：标记单元(21)，用于根据预设的图像识别算法对两张所述实时图像上的所述多晶、所述多型和所述微管进行识别得到若干多晶点位、若干多型点位和若干微管点位，并对各所述多晶点位、各所述多型点位和各所述微管点位进行标记，得到两张标记图像；中心识别单元(22)，连接所述标记单元(21)，用于根据预设的中心识别算法对两张所述标记图像的几何中心进行识别，得到相应的中心点位；距离计算单元(23)，连接所述中心识别单元(22)，用于分别计算两张所述标记图像上的各所述多晶点位、各所述多型点位和各所述微管点位与相应的中心点位之间的距离最小值；划分单元(24)，连接所述距离计算单元(23)，用于根据所述距离最小值将所述碳化硅晶锭划分为所述优质区和所述缺陷区。3.根据权利要求2所述的碳化硅晶锭外径研磨控制系统，其特征在于：所述处理模块(2)还包括晶锭评估单元(25)，连接所述划分单元(24)，用于将所述优质区的外径与预设的标准直径进行比对，并在所述优质区的外径小于所述标准直径时，将相应的碳化硅晶锭标记为无法进行研磨的残次品。4.根据权利要求1所述的碳化硅晶锭外径研磨控制系统，其特征在于：还包括第二采集模块(11)和分析模块(12)，所述第二采集模块(11)连接所述分析模块(12)，用于在所述碳化硅晶锭夹持研磨过程中，采集所述碳化硅晶锭两个端面的边缘图像；所述分析模块(12)连接所述研磨机构(7)，用于将所述碳化硅晶锭同一侧的若干帧连续的所述边缘图像输入预先训练完成的一缺陷识别模型中，得到预设时间段内的边缘缺陷
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【专利技术属性】
技术研发人员：陈建明，刘聚斌，刘春艳，周元辉，范子龙，
申请(专利权)人：苏州优晶光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：