CN214703361U - 高通量光学检测装置和系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种高通量光学检测装置和系统，涉及光学检测的技术领域，高通量光学检测装置包括光源部分、成像系统和面阵相机；所述光源部分为脉冲LED，其被配置为向所述成像系统发出非连续光，使得所述成像系统基于所述非连续光对待测工件的待测表面进行成像以周期性输出；所述面阵相机被配置为采集所述成像系统周期性输出的成像图像。本申请提供的光源部分采用脉冲LED，可提高LED的瞬时功率，进而提高光照亮度，满足高通量的需求，也无需额外设计散热部分，降低了对于空间的使用需求。

Description

高通量光学检测装置和系统

技术领域

本申请涉及光学检测的技术领域，特别涉及一种高通量光学检测装置和系统。

背景技术

在半导体晶圆检测中，光学检测手段中的光源部分常采用常亮模式进行照明。当进行光学检测的时候，采用常亮的照明方式对光源部分的功率要求高，若光亮度提升，其市场价格也相对升高，同时，光源部分的额定功率也限制了光亮度的进一步提升。

常亮的照明方式由于较高的功率导致了发热量大，为了确保光源部分的正常使用，需要为光源部分专门进行散热设计，如风冷水冷，然而，该散热设计除额外增加了器件成本外，还对于空间的需要提出了更高的要求。

实用新型内容

本申请实施例提供一种高通量光学检测装置和系统，以解决相关技术中在半导体晶圆检测中光源部分需要额外进行散热设计的问题。

第一方面，提供了一种高通量光学检测装置，包括光源部分、成像系统和面阵相机；

所述光源部分为脉冲LED，其被配置为向所述成像系统发出非连续光，使得所述成像系统基于所述非连续光对待测工件的待测表面进行成像以周期性输出；

所述面阵相机被配置为采集所述成像系统周期性输出的成像图像。

一些实施例中，所述脉冲LED包括多个发光二极管，且所有发光二极管呈正方形阵列分布。

一些实施例中，所有所述发光二极管呈3×3阵列分布。

一些实施例中，所述脉冲LED为整体封装结构。

一些实施例中，所述脉冲LED的触发频率匹配于所述面阵相机的采图帧率设置。

一些实施例中，所述脉冲LED的点亮时间为微秒级。

一些实施例中，所述光源部分包括亮场光源部分，所述成像系统包括依次同轴设置的中继镜头、偏振分光棱镜、成像镜头和1/4λ波片；

所述亮场光源部分被配置为向所述偏振分光棱镜发出非连续的亮场光；

所述偏振分光棱镜与所述面阵相机布设于所述中继镜头的两侧，并被配置为接收所述亮场光并向所述成像镜头反射p光；

所述1/4λ波片被配置为接收从所述成像镜头透射的p光并将其转换为圆偏光，以及接收经由所述待测表面反射的圆偏光并将其转换为s光；

所述偏振分光棱镜还被配置为向所述中继镜头透射由所述1/4λ波片发出的s光。

一些实施例中，所述光源部分包括亮场光源部分，所述成像系统包括依次同轴设置的中继镜头、半透半反镜和成像镜头；

所述亮场光源部分被配置为向所述半透半反镜发出非连续的亮场光；

所述半透半反镜与所述面阵相机布设于所述中继镜头的两侧，并被配置为接收所述亮场光并向所述成像镜头反射，使得所述待测表面接收到所述成像镜头发出的光；以及，

所述半透半反镜还被配置为透射在所述待测表面发生反射后的亮场光。

一些实施例中，所述光源部分还包括暗场光源部分，其被配置为向所述待测表面发出非连续的暗场光；以及，

若所述暗场光在所述待测表面发生散射，所述成像镜头还被配置为接收经由所述待测表面发生散射的暗场光。

第二方面，还提供了一种高通量光学检测系统，包括光源部分、成像系统、面阵相机和待测工件；

所述光源部分为脉冲LED，其被配置为向所述成像系统发出非连续光，使得所述成像系统基于所述非连续光对待测工件的待测表面进行成像以周期性输出；

所述面阵相机被配置为采集所述成像系统周期性输出的成像图像。

本申请提供的技术方案带来的有益效果包括：光源部分采用脉冲LED，可提高LED的瞬时功率，进而提高光照亮度，满足高通量的需求，也无需额外设计散热部分，降低了对于空间的使用需求。

本申请实施例提供了一种高通量光学检测装置，成像系统基于光对待测工件的待测表面进行成像以输出，相较于常规的光学检测装置来说，光源部分采用脉冲LED，向成像系统发出非连续光，脉冲LED每发出一次光，成像系统则对待测表面进行一次成像，自然地，成像系统根据非连续光的光照对待测表面进行非连续性地成像输出，即使得成像系统基于非连续光对待测表面进行成像以周期性地输出，若面阵相机能够捕获到成像系统输出的成像图像，即可对待测工件进行光学检测，且脉冲触发的高强度LED光瞬时功率高，亮度高，能够兼顾具有不同反射率的产品，提高了光学检测的检测范围，同时，脉冲触发的光照时间短，脉冲LED不会由于温度过高而发生损毁，也不会产生散热需求，故而也无需额外设计散热部分，降低了对于空间的使用需求。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要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高通量光学检测系统的组成分布示意图；

图2为本申请实施例提供的另一种高通量光学检测系统的组成分布示意图；

图3为本申请实施例提供的又一种高通量光学检测系统的组成分布示意图；

图中：1、光源部分；11、亮场光源部分；12、暗场光源部分；21、成像镜头；22、中继镜头；23、半透半反镜；24、偏振分光棱镜；25、1/4λ波片；3、面阵相机；4、待测表面。

本申请目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

附图中所示的流程图仅是示例说明，不是必须包括所有的内容和操作/步骤，也不是必须按所描述的顺序执行。例如，有的操作/步骤还可以分解、组合或部分合并，因此实际执行的顺序有可能根据实际情况改变。

本申请实施例提供了一种高通量光学检测装置，其光源部分采用脉冲LED，可提高LED的瞬时功率，进而提高光照亮度，满足高通量的需求，也无需额外设计散热部分，降低了对于空间的使用需求。

下面结合附图，对本申请的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

如图1所示，本申请实施例提供了一种高通量光学检测装置，包括光源部分1、成像系统和面阵相机3；

所述光源部分1为脉冲LED，其被配置为向所述成像系统发出非连续光，使得所述成像系统基于所述非连续光对待测工件的待测表面4进行成像以周期性输出；

所述面阵相机3被配置为采集所述成像系统周期性输出的成像图像。

我们知道，成像系统基于光对待测工件的待测表面4进行成像以输出。就常规的光学检测装置而言，其光源部分连续向成像系统提供光照，面阵相机则捕获成像系统输出的成像图像。与该常规技术不同的是，在本申请实施例中，光源部分1采用脉冲LED，脉冲LED每发出一次光，成像系统则对待测表面4进行一次成像，光照在脉冲触发时产生，且呈间隔周期性地产生；那么在两次脉冲之间，也就是没有光照的时候，成像系统则可视为无法对待测工件的待测表面4进行成像输出，故而面阵相机3需要在有脉冲触发时对成像图像进行捕获，否则无法对待测表面4进行光学检测。

在本申请实施例中，光源部分采用脉冲LED，向成像系统发出非连续光，成像系统根据非连续光的光照对待测表面4进行非连续性地成像输出，即使得成像系统基于非连续光对待测表面4进行成像以周期性地输出，在面阵相机能够捕获到成像系统输出的成像图像时，即可完成对待测工件进行光学检测。

其中，脉冲LED能够在极短的时间内发出很强的光，其瞬时功率高，亮度高，具有较高的光通量，能够兼顾具有不同反射率的产品，提高了光学检测的检测范围；同时，脉冲触发的光照时间短，脉冲LED不会由于温度过高而发生损毁，自然也不会产生散热需求，故而也无需额外设计散热部分，降低了对于空间的使用需求。

进一步地，所述脉冲LED包括多个发光二极管，且所有发光二极管呈正方形阵列分布。

具体地，所有所述发光二极管呈3×3阵列分布。

具体地，所述脉冲LED为整体封装结构。

在本申请实施例中，光源部分1为脉冲LED，采用脉冲模式，多个发光二极管按照正方形阵列分布组合，且整体封装集成度更高，更能够向成像系统发出亮度集中的光，有助于光学检测的质量提升。在实际的使用中，当脉冲LED为3×3LED组合封装，其发光二极管的数量相对较少，且还能够保证足够的光亮确保光学检测的质量。

进一步地，所述脉冲LED的触发频率匹配于所述面阵相机3的采图帧率设置。

优选地，所述脉冲LED的点亮时间为微秒级。

在本申请实施例中，匹配面阵相机3的采图帧率，脉冲LED通过脉冲触发的形式，打破LED额定电压电流的使用极限，提高短时间的高亮度，同时，由于LED点亮的时间非常短，比如说微秒级别，这样的光源部分1几乎没有发热的问题，故而无需对散热提出额外的要求。并且，使用远超过LED额定电压电流的电压电流，在极短的时间对LED进行点亮，LED亮度可提升到其额定功率的几十倍甚至于是一百多倍。也正是由于点亮的时间极短，脉冲LED中的各个发光二极管本身不会由于温度过高而损坏，也不会产生散热问题。

如图1所示，作为本申请实施例的一种实施例，所述光源部分1包括亮场光源部分11，所述成像系统包括依次同轴设置的中继镜头22、半透半反镜23和成像镜头21；

所述亮场光源部分11被配置为向所述半透半反镜23发出非连续的亮场光；

所述半透半反镜23与所述面阵相机3布设于所述中继镜头22的两侧，并被配置为接收所述亮场光并向所述成像镜头21反射，使得所述待测表面4接收到所述成像镜头21发出的光；以及，

所述半透半反镜23还被配置为透射在所述待测表面4发生反射后的亮场光。

在本申请实施例中，成像系统包括中继镜头22、半透半反镜23和成像镜头21，面阵相机3、中继镜头22、半透半反镜23和成像镜头21依次同轴设置，所述成像镜头21朝向待测工件的待测表面4，亮场光源部分11朝向所述半透半反镜23并垂直于所述同轴的轴线。

点亮所述亮场光源部分11时所述面阵相机3拍照，亮场光由所述亮场光源部分11向所述半透半反镜23发出，在半透半反镜23处反射并透过成像镜头21，成像镜头21将亮场光传递至待测表面4；所述亮场光在所述待测表面4发生反射后依次透过所述成像镜头21、所述半透半反镜23和所述中继镜头22，并经过所述中继镜头22成像在所述面阵相机3的sensor面，即由所述面阵相机3捕获到所述待测表面4的成像图像。

但是，在本申请实施例中，亮场光源部分11发出的亮场光的一半投射到待测工件的待测表面4上，由待测表面4反射的光的一半进入到面阵相机3，光每次经过半透半反镜23时，均损失一半的光，理想状态下，面阵相机3所接收到的光能是亮场光源部分11发出的光能的1/4，光能损失较大。

如图2所示，进一步地，所述光源部分1还包括暗场光源部分12，其被配置为向所述待测表面4发出非连续的暗场光；以及，

若所述暗场光在所述待测表面4发生散射，所述成像镜头21还被配置为接收经由所述待测表面4发生散射的暗场光。

点亮所述暗场光源部分12时所述面阵相机3拍照，该暗场光源部分12向所述待测表面4发出暗场光，所述暗场光在所述待测表面4发生散射后依次透过所述成像镜头21和所述半透半反镜23，并经过所述中继镜头22成像在所述面阵相机3的sensor面，即由所述面阵相机3捕获到所述待测表面4的成像图像。

在本申请实施例中，所述成像系统提供的两个实施例均可基于亮场光实现成像，也可基于暗场光实现成像，故而所述面阵相机3能够获取亮场图像，也能够获取暗场图像。那么为了提供更好的光学检测效果，本实施例还新增一个暗场光源部分12，该暗场光源部分12可与亮场光源部分11在一段时间内择一照明不变，也可与亮场光源部分11在一段时间内间隔交替发出亮场光和暗场光，以使得面阵相机3能够接收到两类成像图像，以供后期的图像处理使用。

如图3所示，改进地，所述光源部分1包括亮场光源部分11，所述成像系统包括依次同轴设置的中继镜头22、偏振分光棱镜24、成像镜头21和1/4λ波片25；

所述亮场光源部分11被配置为向所述偏振分光棱镜24发出非连续的亮场光；

所述偏振分光棱镜24与所述面阵相机3布设于所述中继镜头22的两侧，并被配置为接收所述亮场光并向所述成像镜头21反射p光；

所述1/4λ波片25被配置为接收从所述成像镜头21透射的p光并将其转换为圆偏光，以及接收经由所述待测表面4反射的圆偏光并将其转换为s光；

所述偏振分光棱镜24还被配置为向所述中继镜头22透射由所述1/4λ波片25发出的s光。

在本实施例中，1/4λ波片与偏振分光棱镜24的搭配使用替代半透半反镜，理想状态下光的损失为1/2，较半透半反镜23的方案中的光利用率而言，提高了一倍。

在本申请实施例中，所述光源部分1包括亮场光源部分11，所述成像系统包括依次同轴设置的中继镜头22、偏振分光棱镜24、成像镜头21和1/4λ波片25，且所述面阵相机3朝向所述中继镜头22，所述成像镜头21与所述待测表面4设在所述1/4λ波片25的两侧并朝向该待测表面4，亮场光源部分11朝向所述偏振分光棱镜24并垂直于所述同轴的轴线。点亮所述亮场光源部分11时所述面阵相机3拍照，那么在所述亮场光源部分11向所述偏振分光棱镜24发出非连续的亮场光时，每发射一次亮场光，所述偏振分光棱镜24接收所述亮场光并反射p光，所述成像镜头21接收该p光并向所述1/4λ波片发射，所述1/4λ波片25接收从所述成像镜头21透射的p光并将其转换为圆偏光，该圆偏光达到待测工件照亮的待测工件的待测表面4，圆偏光在待测表面4发生反射回传至该1/4λ波片25，1/4λ波片25将由所述待测表面4反射的圆偏光转换为s光并发射至所述偏振分光棱镜24，所述偏振分光棱镜24向所述中继镜头22透射由所述1/4λ波片25发出的s光，经过所述中继镜头22成像在所述面阵相机3的sensor面，即由所述面阵相机3捕获到所述待测表面4的成像图像。

进一步地，所述光源部分1还包括暗场光源部分12，其被配置为向所述待测表面4发出非连续的暗场光；以及，

若所述暗场光在所述待测表面4发生散射，所述成像镜头21还被配置为通过所述1/4λ波片25接收经由所述待测表面4发生散射的暗场光。

如图1所示，本申请实施例还提供了一种高通量光学检测系统，包括光源部分1、成像系统、面阵相机3和待测工件；

所述光源部分1为脉冲LED，其被配置为向所述成像系统发出非连续光，使得所述成像系统基于所述非连续光对待测工件的待测表面4进行成像以周期性输出；

所述面阵相机3被配置为采集所述成像系统周期性输出的成像图像。

需要说明的是，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，上述描述的系统实施例的具体工作过程，可以参考前述装置实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

需要说明的是，在本申请中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种高通量光学检测装置，其特征在于，包括光源部分（1）、成像系统和面阵相机（3）；

所述光源部分（1）为脉冲LED，其被配置为向所述成像系统发出非连续光，使得所述成像系统基于所述非连续光对待测工件的待测表面（4）进行成像以周期性输出；

所述面阵相机（3）被配置为采集所述成像系统周期性输出的成像图像。

2.如权利要求1所述的高通量光学检测装置，其特征在于，所述脉冲LED包括多个发光二极管，且所有发光二极管呈正方形阵列分布。

3.如权利要求2所述的高通量光学检测装置，其特征在于，所有所述发光二极管呈3×3阵列分布。

4.如权利要求2所述的高通量光学检测装置，其特征在于，所述脉冲LED为整体封装结构。

5.如权利要求1所述的高通量光学检测装置，其特征在于，所述脉冲LED的触发频率匹配于所述面阵相机（3）的采图帧率设置。

6.如权利要求1所述的高通量光学检测装置，其特征在于，所述脉冲LED的点亮时间为微秒级。

7.如权利要求1所述的高通量光学检测装置，其特征在于，所述光源部分（1）包括亮场光源部分（11），所述成像系统包括依次同轴设置的中继镜头（22）、偏振分光棱镜（24）、成像镜头（21）和1/4λ波片（25）；

所述亮场光源部分（11）被配置为向所述偏振分光棱镜（24）发出非连续的亮场光；

所述偏振分光棱镜（24）与所述面阵相机（3）布设于所述中继镜头（22）的两侧，并被配置为接收所述亮场光并向所述成像镜头（21）反射p光；

所述1/4λ波片（25）被配置为接收从所述成像镜头（21）透射的p光并将其转换为圆偏光，以及接收经由所述待测表面（4）反射的圆偏光并将其转换为s光；

所述偏振分光棱镜（24）还被配置为向所述中继镜头（22）透射由所述1/4λ波片（25）发出的s光。

8.如权利要求1所述的高通量光学检测装置，其特征在于，所述光源部分（1）包括亮场光源部分（11），所述成像系统包括依次同轴设置的中继镜头（22）、半透半反镜（23）和成像镜头（21）；

所述亮场光源部分（11）被配置为向所述半透半反镜（23）发出非连续的亮场光；

所述半透半反镜（23）与所述面阵相机（3）布设于所述中继镜头（22）的两侧，并被配置为接收所述亮场光并向所述成像镜头（21）反射，使得所述待测表面（4）接收到所述成像镜头（21）发出的光；以及，

所述半透半反镜（23）还被配置为透射在所述待测表面（4）发生反射后的亮场光。

9.如权利要求7或8所述的高通量光学检测装置，其特征在于，所述光源部分（1）还包括暗场光源部分（12），其被配置为向所述待测表面（4）发出非连续的暗场光；以及，

若所述暗场光在所述待测表面（4）发生散射，所述成像镜头（21）还被配置为接收经由所述待测表面（4）发生散射的暗场光。

10.一种高通量光学检测系统，其特征在于，包括光源部分（1）、成像系统、面阵相机（3）和待测工件；

所述光源部分（1）为脉冲LED，其被配置为向所述成像系统发出非连续光，使得所述成像系统基于所述非连续光对待测工件的待测表面（4）进行成像以周期性输出；

所述面阵相机（3）被配置为采集所述成像系统周期性输出的成像图像。

Images