CN115278072A - 一种用于Micro LED检测的自动对焦方法及系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种用于Micro LED检测的自动对焦方法及系统。该方法包括：将待测Micro LED晶圆表面划分为若干个区域，将若干个区域依次移动到激光器测量范围内进行测距；将若干个区域依次移动到检测相机的视野范围内进行取像，并且取像前，根据测距的距离值和获取的最佳对焦距离调整各区域的对焦距离；对所述检测相机取像获得的图片进行质量评价，若某一区域对应图片的质量评价值不在预设质量范围内，则控制所述检测相机根据预先设置的清晰度评价函数调焦，直至找到最佳清晰度的焦距位置，调焦完成后控制所述检测相机对该区域再次进行取像。本发明可以在保证检测质量的前提下，缩短对焦时间，提高检测效率。

Description

一种用于Micro LED检测的自动对焦方法及系统

技术领域

本申请涉及缺陷检测技术领域，更具体地，涉及一种用于Micro LED检测的自动对焦方法及系统。

背景技术

在晶圆生产中，需要使用显微相机进行检测，但是显微镜头的景深很小，因此需要很精确的控制镜头到晶圆表面的位置。但是实际上晶圆是有翘曲的，即晶圆不同位置的表面并不在同一水平面上，这对相机聚焦产生了很大的困难。

现有的用于晶圆检测中相机对焦的操作基本上是以下三种方案：

a)传统的相机软件自动对焦方法。该方法虽然稳定且自动化程度高，可达到较高的搜索精度，但由于目标场景多种多样，光照条件也变化不一，使得清晰度评价函数曲线在真实情况下很难会是单调平滑的单峰曲线，而是在其上呈现出多个伪焦峰和局部振荡，使得对焦搜索非常容易陷入局部峰值中，造成对焦时间过长甚至对焦失败。

b)激光测距对焦方法。即在测量过程中添加激光测距探头，然后依照激光器返回的距离来实时调整相机的高度。这样的问题在于：1)激光器测量的距离是相机视野中的局部一个点的距离，测量值不够准确导致对焦失败；2)激光器的测量精度不够。晶圆高度是微米级别的，偏差一两微米就会导致测量数据失效。

c)在晶圆上固定选取一些点位，让相机移动到相应点位并手动对焦，然后分别记录高度数据，检测时在相应选取的点位调整相机高度。这样的问题在于：1)同一晶圆不同区域的高度存在偏差，会导致不同区域的取相质量偏差；2)对于不同的晶圆，翘曲数据不一样，这种方法针对的是单个晶圆而非是整体的产品种类；3)并不能保证每次晶圆在上料压接后的平整度一致。

发明内容

针对现有技术的至少一个缺陷或改进需求，本发明提供了一种用于Micro LED检测的自动对焦方法及系统，可以在保证检测质量的前提下，缩短对焦时间，提高检测效率。

为实现上述目的，按照本发明的第一个方面，提供了一种用于Micro LED检测的自动对焦方法，包括：

将待测Micro LED晶圆表面划分为若干个区域，将若干个区域依次移动到激光器测量范围内进行测距，获得晶圆表面各区域到预设参考平面的距离值；

将若干个区域依次移动到检测相机的视野范围内进行取像，并且取像前，根据所述距离值和获取的最佳对焦距离调整各区域的对焦距离，直至各区域的对焦距离在所述预设最佳对焦距离的预设误差范围内；

对所述检测相机取像获得的图片进行质量评价，若某一区域对应图片的质量评价值不在预设质量范围内，则控制所述检测相机根据预先设置的清晰度评价函数调焦，直至找到最佳清晰度的焦距位置，调焦完成后控制所述检测相机对该区域再次进行取像。

进一步地，在晶圆上选择一固定点，将所述固定点移动到所述检测相机视野中心，手动调节所述检测相机，将获得最佳清晰度时的焦距作为所述最佳对焦距离。

进一步地，所述控制所述检测相机将根据预先设置的清晰度评价函数调焦包括：

预先设置若干个质量评价值区间以及每个质量评价值区间对应的调焦第一次步进值和步进方向，根据所述质量评价值所属的质量评价值区间确定调焦的第一次步进值和步进方向。

进一步地，将晶圆表面按照晶粒排布的横纵排列方向划分为若干个单元格；

所述将若干个区域依次移动到激光器下进行测距前，先将晶圆移动到定位装置视野范围内，根据所述定位装置获得的定位数据调整晶圆的位置，使得晶圆中晶粒的行排列方向与所述检测相机标定坐标系中的X轴或Y轴平行；

根据所述定位数据控制所述激光器测量单元格中心点到预设参考平面的距离值；

根据所述定位数据控制所述检测相机，使得取像时单元格中心点位于所述检测相机视野范围的中心。

进一步地，所述定位装置为定位相机。

进一步地，所述定位相机的视野范围大于所述检测相机，所述将若干个区域依次移动到激光器下进行测距前，还将晶圆移动到所述检测相机视野范围内，根据所述定位相机获得的图片和所述检测相机获得的图片调整晶圆的位置，根据所述定位相机获得的图片和所述检测相机获得的图片控制所述激光器和所述检测相机。

进一步地，若某一区域测距失败，则控制所述检测相机根据预先设置的清晰度评价函数调焦，直至找到最佳清晰度的焦距位置，调焦完成后控制所述检测相机对该区域进行取像。

按照本发明的第二个方面，还提供了一种用于Micro LED检测的自动对焦系统，包括控制模块、激光器、检测相机和可移动的载台，所述控制模块，用于将待测Micro LED晶圆表面划分为若干个区域，还用于控制所述载台将若干个区域依次移动到所述激光器测量范围内进行测距，获得晶圆表面各区域到预设参考平面的距离值，控制所述载台将若干个区域依次移动到所述检测相机的视野范围内进行取像，并且取像前，根据所述距离值和获取的最佳对焦距离调整各区域的对焦距离，直至各区域的对焦距离在所述预设最佳对焦距离的预设误差范围内，还用于对所述检测相机取像获得的图片进行质量评价，若某一区域对应图片的质量评价值不在预设质量范围内，则控制所述检测相机根据预先设置的清晰度评价函数调焦，直至找到最佳清晰度的焦距位置，调焦完成后控制所述检测相机对该区域再次进行取像。

进一步地，在晶圆上选定一个固定点，将所述固定点移动到所述检测相机视野中心，手动调节所述检测相机，将获得最佳清晰度时的焦距作为所述最佳对焦距离。

进一步地，所述控制所述检测相机将根据预先设置的清晰度评价函数调焦包括：

预先设置若干个质量评价值区间以及每个质量评价值区间对应的调焦第一次步进值和步进方向，根据所述质量评价值所属的质量评价值区间确定调焦的第一次步进值和步进方向。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

(1)通过将晶圆表面分为多个区域，测量不同区域到预设参考平面的距离值，根据测距结果进行调焦和取像，对取像质量差的区域采用清晰度评价函数调焦的方法，在保证检测取相质量的前提下，缩短了对焦时间，大幅提高了对焦的成功率，从而能更好的实现检测效果，提高了检测效率。

(2)优化了传统爬坡对焦流程，根据图片质量评价值确定调焦的第一次步进值和步进方向，缩小搜索范围，进一步缩短对焦时间。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种用于Micro LED检测的自动对焦方法的流程示意图；

图2为本申请另一实施例提供的用于Micro LED检测的自动对焦方法的流程示意图；

图3为本申请另一实施例提供的Micro LED检测的自动对焦系统的部分组件示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或模块的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或模块，而是可选地还包括没有列出的步骤或模块，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或模块。

如图1所示，本发明实施例的一种用于Micro LED检测的自动对焦方法，包括：

S101，将待测Micro LED晶圆表面划分为若干个区域，将若干个区域依次移动到激光器测量范围内进行测距，获得晶圆表面各区域到预设参考平面的距离值。

将待测Micro LED晶圆表面划分为若干个区域，激光测距时，分别将不同区域按照规划路径依次移动到激光器测量范围内进行测距，距离值即为晶圆表面各区域的实际高度，预设参考平面可以是检测相机标定坐标系中X\Y轴构成的平面。

可以通过载台带动晶圆在X\Y轴方向移动，从而使得不同区域依次移动到激光器测量范围内。

进一步地，激光测距不必然对划分的每个区域都进行测距，而是根据测量精度需要，可以选择部分或全部区域进行测距。例如在一些测量精度高的应用场景下，可以对每个区域进行测距，以作为后续调焦的参考值。例如在另一些测量精度要求较低的应用场景下，可以只选择部分区域进行测量。

进一步地，将晶圆表面按照晶粒排布的横纵排列方向划分为若干个单元格，一个单元格可以被检测相机视野完全覆盖，即检测相机一次取像可以完整获取一个单元格的图像。

S102，将若干个区域依次移动到检测相机的视野范围内进行取像，并且取像前，根据距离值和获取的最佳对焦距离调整各区域的对焦距离，直至各区域的对焦距离在预设最佳对焦距离的预设误差范围内。

取像时，检测相机可以在其标定坐标系的Z轴方向上移动，根据激光器测量的距离值和最佳对焦距离的差值，补偿调节检测相机Z坐标，使得各区域的对焦距离尽量满足最佳对焦距离。

检测相机取像是利用检测相机对晶圆被检测区域进行拍照，对晶圆上晶粒的脏污、划痕、缺失、偏移、旋转等缺陷进行检测。

进一步地，在晶圆上选择一固定点，将固定点移动到检测相机视野中心，手动调节检测相机，将获得最佳清晰度时的焦距作为最佳对焦距离。手动调节相机对焦距离，调节方向是相机坐标系Z轴方向，当调好焦距即获得最佳清晰度时，用激光器对晶圆上同一位置测量高度值，即固定点相对于相机标定坐标系中的XY轴平面的距离值，也即标定坐标系中的Z坐标。Z轴方向也是垂直于晶圆载台的方向。

进一步地，一个类型的晶圆选择一个或几个晶圆进行手动对焦获取最佳对焦距离，该类型的其他晶圆直接利用该最佳对焦距离。

进一步地，由于晶圆被机械手放置到载台上的位置是不定的，因此需要对晶圆进行定位。如图2所示，将若干个区域依次移动到激光器下进行测距前，先将晶圆移动到定位装置视野范围内，获得晶圆的定位数据。定位装置可以为定位相机。

根据定位装置获得的定位数据调整晶圆的位置具有两方面的作用：(1)使得晶圆中晶粒的行排列方向与检测相机标定坐标系中的x轴或y轴平行，即通过给晶圆载台旋转一定的补偿角度把晶圆摆正；(2)根据定位数据控制激光器测量单元格中心点到预设参考平面的距离值，根据定位数据控制检测相机，使得取像时单元格中心点位于检测相机视野范围的中心，即根据定位数据确定晶圆在坐标系中的位置，计算单元格中心点运动到激光器测量范围内的时间，控制激光器测距，计算单元格中心点运动到检测相机的视野内中心点的时间，控制检测相机取像。

进一步地，定位相机的视野范围大于检测相机，将若干个区域依次移动到激光器下进行测距前，还将晶圆移动到检测相机视野范围内，根据定位相机获得的图片和检测相机获得的图片调整晶圆的位置，根据定位相机获得的图片和检测相机获得的图片控制激光器和检测相机。即定位相机为大视野相机，检测相机为小视野相机，在测距前让晶圆分别运动到定位相机和检测相机视野范围内，根据定位相机和定位相机两者拍摄的照片联合进行定位，可以提升定位精准度。

进一步地，若某一区域测距失败，则进入软件自动对焦流程，即控制检测相机根据预先设置的清晰度评价函数调焦，直至找到最佳清晰度的焦距位置，调焦完成后控制检测相机对该区域进行取像。

S103，对检测相机取像获得的图片进行质量评价，若某一区域对应图片的质量评价值不在预设质量范围内，则控制检测相机根据预先设置的清晰度评价函数调焦，直至找到最佳清晰度的焦距位置，调焦完成后控制检测相机对该区域再次进行取像。

检测相机对区域取像完成后，利用评价函数对取像的图片数据进行质量评价，评价函数返回对应区域取像图片的分值结果，若某一区域对应图片的质量评价值不在预设质量范围内，则进入软件自动对焦流程，即控制检测相机根据预先设置的清晰度评价函数调焦，直至找到最佳清晰度的焦距位置，调焦完成后控制检测相机对该区域再次进行取像。

进一步地，控制检测相机将根据预先设置的清晰度评价函数调焦包括：

预先设置若干个质量评价值区间以及每个质量评价值区间对应的调焦第一次步进值和步进方向，根据质量评价值所属的质量评价值区间确定调焦的第一次步进值和步进方向。并对图像进行评分，结果处于阈值内则进行拍照检测。即在传统爬坡自动对焦方法的基础上根据取像的质量评价值，确定对焦移动的初始方向、第一次步进值，缩小搜索范围后再按照传统的爬坡对焦方法调焦。这样可以继承传统自动对焦方法的优点，稳定且自动化程度高，可达到较高的搜索精度，还可以缩短对焦时间，提高对焦成功率，满足后续进行拍照检测的要求。

假设，根据评价函数的评分值所落在的质量评价值区间确定第一次步进值为60微米，根据电机的最小误差5微米和相机景深十几微米确定最小步进值为5微米和爬坡步进值为10微米。根据质量评价函数确定的步进方向和第一次步进值60微米进行第一次步进调焦，步进调焦后利用清晰度评价函数对调焦后的取像进行评价，若第一次步进调焦后取像的评价值落在爬坡步进值区间，则后续以爬坡步进值10微米作为每次步进值逐步调焦。未达峰值前，清晰度呈上升的趋势；当发生清晰度下降趋势时，则改变相机对焦的步进方向，并同时以最小步进值5微米进行搜寻；反复上述步骤，直到获得最佳清晰度，则完成自动对焦功能。

如图3所示，本发明实施例的一种用于Micro LED检测的自动对焦系统，包括控制模块(图中未示出)、激光器、检测相机和可移动的载台，控制模块用于将待测Micro LED晶圆表面划分为若干个区域，还用于控制载台将若干个区域依次移动到激光器测量范围内进行测距，获得晶圆表面各区域到预设参考平面的距离值，控制载台将若干个区域依次移动到检测相机的视野范围内进行取像，并且取像前，根据距离值和获取的最佳对焦距离调整各区域的对焦距离，直至各区域的对焦距离在预设最佳对焦距离的预设误差范围内，还用于对检测相机取像获得的图片进行质量评价，若某一区域对应图片的质量评价值不在预设质量范围内，则控制检测相机根据预先设置的清晰度评价函数调焦，直至找到最佳清晰度的焦距位置，调焦完成后控制检测相机对该区域再次进行取像。

进一步地，在晶圆上选定一个固定点，将固定点移动到检测相机视野中心，手动调节检测相机，将获得最佳清晰度时的焦距作为最佳对焦距离。

进一步地，控制检测相机将根据预先设置的清晰度评价函数调焦包括：

预先设置若干个质量评价值区间以及每个质量评价值区间对应的调焦第一次步进值和步进方向，根据质量评价值所属的质量评价值区间确定调焦的第一次步进值和步进方向。

进一步地，用于Micro LED检测的自动对焦系统还包括定位装置，将若干个区域依次移动到激光器下进行测距前，先将晶圆移动到定位装置视野范围内，根据定位装置获得的定位数据调整晶圆的位置，使得晶圆中晶粒的行排列方向与检测相机标定坐标系中的X轴或Y轴平行；根据定位数据控制激光器测量单元格中心点到预设参考平面的距离值；根据定位数据控制检测相机，使得取像时单元格中心点位于检测相机视野范围的中心。

进一步地，定位装置为定位相机。

进一步地，定位相机的视野范围大于检测相机，将若干个区域依次移动到激光器下进行测距前，还将晶圆移动到检测相机视野范围内，根据定位相机获得的图片和检测相机获得的图片调整晶圆的位置，根据定位相机获得的图片和检测相机获得的图片控制激光器和检测相机。

系统的实现原理与上述方法类似，此处不再赘述。

以上所述者，仅为本公开的示例性实施例，不能以此限定本公开的范围。即但凡依本公开教导所作的等效变化与修饰，皆仍属本公开涵盖的范围内。本领域技术人员在考虑说明书及实践这里的公开后，将容易想到本公开的其实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未记载的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的范围和精神由权利要求限定。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

Claims (10)

1.一种用于Micro LED检测的自动对焦方法，其特征在于，包括：

将待测Micro LED晶圆表面划分为若干个区域，将若干个区域依次移动到激光器测量范围内进行测距，获得晶圆表面各区域到预设参考平面的距离值；

将若干个区域依次移动到检测相机的视野范围内进行取像，并且取像前，根据所述距离值和获取的最佳对焦距离调整各区域的对焦距离，直至各区域的对焦距离在所述预设最佳对焦距离的预设误差范围内；

对所述检测相机取像获得的图片进行质量评价，若某一区域对应图片的质量评价值不在预设质量范围内，则控制所述检测相机根据预先设置的清晰度评价函数调焦，直至找到最佳清晰度的焦距位置，调焦完成后控制所述检测相机对该区域再次进行取像。

2.如权利要求1所述的用于Micro LED检测的自动对焦方法，其特征在于，在晶圆上选择一固定点，将所述固定点移动到所述检测相机视野中心，手动调节所述检测相机，将获得最佳清晰度时的焦距作为所述最佳对焦距离。

3.如权利要求1所述的用于Micro LED检测的自动对焦方法，其特征在于，所述控制所述检测相机将根据预先设置的清晰度评价函数调焦包括：

预先设置若干个质量评价值区间以及每个质量评价值区间对应的调焦第一次步进值和步进方向，根据所述质量评价值所属的质量评价值区间确定调焦的第一次步进值和步进方向。

4.如权利要求1所述的用于Micro LED检测的自动对焦方法，其特征在于，将晶圆表面按照晶粒排布的横纵排列方向划分为若干个单元格；

所述将若干个区域依次移动到激光器下进行测距前，先将晶圆移动到定位装置视野范围内，根据所述定位装置获得的定位数据调整晶圆的位置，使得晶圆中晶粒的行排列方向与所述检测相机标定坐标系中的X轴或Y轴平行；

根据所述定位数据控制所述激光器测量单元格中心点到预设参考平面的距离值；

根据所述定位数据控制所述检测相机，使得取像时单元格中心点位于所述检测相机视野范围的中心。

5.如权利要求4所述的用于Micro LED检测的自动对焦方法，其特征在于，所述定位装置为定位相机。

6.如权利要求5所述的用于Micro LED检测的自动对焦方法，其特征在于，所述定位相机的视野范围大于所述检测相机，所述将若干个区域依次移动到激光器下进行测距前，还将晶圆移动到所述检测相机视野范围内，根据所述定位相机获得的图片和所述检测相机获得的图片调整晶圆的位置，根据所述定位相机获得的图片和所述检测相机获得的图片控制所述激光器和所述检测相机。

7.如权利要求1所述的用于Micro LED检测的自动对焦方法，其特征在于，若某一区域测距失败，则控制所述检测相机根据预先设置的清晰度评价函数调焦，直至找到最佳清晰度的焦距位置，调焦完成后控制所述检测相机对该区域进行取像。

8.一种用于Micro LED检测的自动对焦系统，其特征在于，包括控制模块、激光器、检测相机和可移动的载台，所述控制模块，用于将待测Micro LED晶圆表面划分为若干个区域，还用于控制所述载台将若干个区域依次移动到所述激光器测量范围内进行测距，获得晶圆表面各区域到预设参考平面的距离值，控制所述载台将若干个区域依次移动到所述检测相机的视野范围内进行取像，并且取像前，根据所述距离值和获取的最佳对焦距离调整各区域的对焦距离，直至各区域的对焦距离在所述预设最佳对焦距离的预设误差范围内，还用于对所述检测相机取像获得的图片进行质量评价，若某一区域对应图片的质量评价值不在预设质量范围内，则控制所述检测相机根据预先设置的清晰度评价函数调焦，直至找到最佳清晰度的焦距位置，调焦完成后控制所述检测相机对该区域再次进行取像。

9.如权利要求8所述的用于Micro LED检测的自动对焦系统，其特征在于，在晶圆上选定一个固定点，将所述固定点移动到所述检测相机视野中心，手动调节所述检测相机，将获得最佳清晰度时的焦距作为所述最佳对焦距离。

10.如权利要求8所述的用于Micro LED检测的自动对焦系统，其特征在于，所述控制所述检测相机将根据预先设置的清晰度评价函数调焦包括：

预先设置若干个质量评价值区间以及每个质量评价值区间对应的调焦第一次步进值和步进方向，根据所述质量评价值所属的质量评价值区间确定调焦的第一次步进值和步进方向。

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