[發(fā)明專利]一種高精度、大幅面和高通量六維度晶圓檢測系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110319386.2
• 申請日: 2021-03-25
• 公開（公告）號: CN113066736B
• 公開（公告）日: 2022-10-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 曹征;周延周;曾祥越;童永健;吳國良;陳澤寧
• 申請（專利權(quán)）人: 廣東工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: H01L21/66
• 分類號: H01L21/66;G06T5/50;G06T7/90;H04N5/04;H04N5/268
• 代理公司: 廣東廣信君達律師事務(wù)所 44329
• 代理人: 張生梅

1.一種高精度、大幅面和高通量六維度晶圓檢測系統(tǒng)，其特征在于，包括2D彩色相機(1)、3D深度傳感器(2)、工業(yè)光源(3)、X軸光柵尺(5)、Y軸光柵尺(4)、X軸直線電機(7)、Y軸直線電機(6)、PC機(8)、運動控制器(9)、硅晶圓(10)、X軸磁懸浮導(dǎo)軌(11)、Y軸磁懸浮導(dǎo)軌(12)、掃描平臺(13)以及安裝架(14)，其中：

所述掃描平臺(13)的上表面為平面，被掃描的硅晶圓(10)放在掃描平臺(13)上，2D彩色相機(1)和3D深度傳感器(2)并行設(shè)置并通過安裝架(14)固定在Y軸磁懸浮導(dǎo)軌(12)上，2D彩色相機(1)的鏡頭上接有工業(yè)光源(3)；2D彩色相機(1)的線陣中點與3D深度傳感器(2)的采集點被配置在同一條水平線上，2D彩色相機(1)和3D深度傳感器(2)采集的數(shù)據(jù)傳遞至所述PC機(8)進行后續(xù)處理；

所述X軸磁懸浮導(dǎo)軌(11)并行設(shè)置于掃描平臺(13)上的兩側(cè)，Y軸磁懸浮導(dǎo)軌(12)平行設(shè)置于掃描平臺(13)的上方，Y軸磁懸浮導(dǎo)軌(12)的兩端通過一對滑架裝配在所述X軸磁懸浮導(dǎo)軌(11)上；

由所述X軸直線電機(7)驅(qū)動Y軸磁懸浮導(dǎo)軌(12)帶動2D彩色相機(1)和3D深度傳感器(2)在X軸磁懸浮導(dǎo)軌(11)上運動，由Y軸直線電機(6)驅(qū)動承載2D彩色相機(1)和3D深度傳感器(2)的安裝架(14)在Y軸磁懸浮導(dǎo)軌(12)上運動，X軸光柵尺(5)和Y軸光柵尺(4)分別設(shè)置于X軸磁懸浮導(dǎo)軌(11)的一側(cè)以及Y軸磁懸浮導(dǎo)軌上，用于檢測所述2D彩色相機(1)和3D深度傳感器的位置；所述X軸直線電機(7)、Y軸直線電機(6)連接著運動控制器(9)，運動控制器(9)由所述PC機(8)控制；

對于2D彩色相機(1)采集的高分辨率彩色圖像和3D深度傳感器(2)采集的深度圖像，首先將高分辨率彩色圖像轉(zhuǎn)換到HSV空間，然后對深度圖像進行歸一化處理后，與HSV空間中的明度V融合后，轉(zhuǎn)換回RGB空間，得到2D彩色與3D深度信息融合的高通量、高精度的(R,G,B,X,Y,Z)六維度圖像。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高精度、大幅面和高通量六維度晶圓檢測系統(tǒng)，其特征在于，2D彩色相機(1)使用可調(diào)光闌鏡頭，用于小孔成像和調(diào)節(jié)光束強弱；采集過程利用2D彩色相機(1)全像素對焦、逐像素點單點小孔成像掃描，且對2D彩色相機(1)、3D深度傳感器(2)進行同步控制。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高精度、大幅面和高通量六維度晶圓檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述檢測系統(tǒng)工作時，運動控制器(9)通過X軸光柵尺(5)和Y軸光柵尺(4)實時監(jiān)視2D彩色相機(1)和3D深度傳感器(2)構(gòu)成的復(fù)合探頭所處位置；在單向掃描中復(fù)合探頭自左向右采集數(shù)據(jù)，當(dāng)Y軸直線電機(6)帶動復(fù)合探頭運動到達預(yù)設(shè)的掃描左邊界時，運動控制器(9)將同時向2D彩色相機(1)的采集卡和3D深度傳感器(2)發(fā)送外部觸發(fā)高電平，2D彩色相機(1)的采集卡和3D深度傳感器(2)接收到外部觸發(fā)高電平后，將以與預(yù)設(shè)掃描精度相對應(yīng)的采集頻率對被測物表面逐像素點進行2D、3D數(shù)據(jù)的采集工作；經(jīng)過一定時間掃描后，復(fù)合探頭運動至掃描右邊界，此時外部觸發(fā)高電平反置，2D彩色相機(1)和3D深度傳感器(2)同時停止采集工作，通過X軸直線電機(7)驅(qū)動X軸磁懸浮導(dǎo)軌(11)帶動復(fù)合探頭行進至下一行左側(cè)，以此循環(huán)進行每行的掃描采集工作。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高精度、大幅面和高通量六維度晶圓檢測系統(tǒng)，其特征在于，在2D彩色圖像采集方面，使用線陣相機對焦，單點小孔成像、逐像素點掃描成像，使2D彩色圖像實現(xiàn)全幅面無縫連接；

在3D深度圖像采集方面，利用光譜共焦原理去采集深度信息，即使表面存在傾斜和翹曲，在法線角度小于±24°的情況下，都可以對物體進行深度測量，獲取復(fù)雜物體的表面紋理深度信息。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高精度、大幅面和高通量六維度晶圓檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述2D彩色相機(1)采用彩色線陣相機，其分辨率為2048×3，像素大小為14.08μm×14.08μm，可選擇采集10bitRGB數(shù)據(jù)，采樣線速最高可達70kHz。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高精度、大幅面和高通量六維度晶圓檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述3D深度傳感器(2)的深度量程為3mm，深度測量精度0.75μm，采集線速率可達10kHz，深度測量分辨率為36nm，最大測量傾角±24°。