嵌入式Linux的晶體生長控徑的研究

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(shù)在單晶硅制造中逐漸顯出其主導(dǎo)地位。為使結(jié)晶過程更加穩(wěn)定和實(shí)用有效，則需提高對(duì)工藝參數(shù)的控制精度，基于CCD攝像掃描識(shí)別技術(shù)的單晶硅等徑生長速度控制技術(shù)得到業(yè)界的重視。

基于arm的單晶硅測(cè)徑系統(tǒng)具有巨大的市場(chǎng)潛力。因此，這里研究了單晶硅測(cè)徑系統(tǒng)的圖像采集、處理及顯示。

2 整體方案設(shè)計(jì)

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(duì)攝像頭調(diào)焦。圖像經(jīng)數(shù)字圖像處理程序處理，計(jì)算出單晶硅棒的瞬時(shí)直徑。系統(tǒng)把直徑的數(shù)字量送至D/A轉(zhuǎn)換器，再把轉(zhuǎn)換的模擬量送至主控系統(tǒng)中判決，執(zhí)行機(jī)構(gòu)根據(jù)判決結(jié)果修正提拉速度。

3 Linux平臺(tái)開發(fā)

通常采用host/target(即“主機(jī)/目標(biāo)機(jī)”)方式進(jìn)行嵌入式開發(fā)。先在主機(jī)(一般為PC)強(qiáng)大便捷的開發(fā)環(huán)境下開發(fā)出應(yīng)用程序，然后利用串口和網(wǎng)絡(luò)將程序下載到目標(biāo)機(jī)(即嵌入式平臺(tái))上，用目標(biāo)機(jī)配備的仿真器或主機(jī)上的交叉調(diào)試器對(duì)目標(biāo)機(jī)上的程序進(jìn)行調(diào)試排錯(cuò)，最后將調(diào)試成功的目標(biāo)程序編譯至Linux內(nèi)核，下載燒寫新的內(nèi)核，即完成整個(gè)Linux平臺(tái)開發(fā)。

用戶程序采用以下方式開發(fā)調(diào)試：在主機(jī)上通過交叉編譯器編譯用戶程序，生成可在目標(biāo)板上執(zhí)行的二進(jìn)制文件，通過串口或網(wǎng)絡(luò)僅將用戶程序下載到目標(biāo)板上，用主機(jī)上的仿真終端仿真目標(biāo)機(jī)，進(jìn)行調(diào)試。

4 等徑過程的直徑測(cè)量算法實(shí)現(xiàn)

圖l為軟件測(cè)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(duì)灰度圖像進(jìn)行二值化處理，得到的二值化圖像僅包含光圈信息，達(dá)到預(yù)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(cè)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(shí)，通過預(yù)先設(shè)定的捕捉位置(見圖3)獲得當(dāng)前AB距離值，將捕捉位置通過2分法上移，得到一個(gè)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(gè)像素點(diǎn)的距離。設(shè)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(gè)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(duì)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(zhuǎn)換)設(shè)計(jì)

根據(jù)上位機(jī)具體要求，需為其提供具有特定電平的模擬信號(hào)。采用高速高精度TLV5616型D/A轉(zhuǎn)換器。該器件為12位3μs串行D/A轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換時(shí)，把數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，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(jī)為其提供DIN，SCLK和FS信號(hào)。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(shí)測(cè)波形圖片。

6 結(jié)束語

利用嵌入式技術(shù)測(cè)量并控制直拉法晶體硅棒生長速度，實(shí)現(xiàn)測(cè)量數(shù)據(jù)可讀化。通過機(jī)器視覺測(cè)徑技術(shù)取代傳統(tǒng)的Ircon測(cè)徑技術(shù)，使單晶硅生長測(cè)徑更加精確、可靠。