一种使用面阵相机飞拍方式的图像采集系统及方法与流程

本发明涉及图像采集，尤其涉及一种使用面阵相机飞拍方式的图像采集系统及方法。

背景技术：

1、当前的图像传感器，主要是ccd和cmos。ccd的基本结构是一列列mos电容串联，通过电容上面电压脉冲时序控制半导体表面视阱产生和变化，进而实现光生电荷信号的存储和转移读出；由于信号转移的特点，电荷转移速度很受限制，所以成像速度不高，另外，由于是电容串联，一个电容有问题会影响整行信号的传输，所以对工艺要求较高，成品率较低，成本较高。cmos每个像素采用二极管和晶体管组成，每个像素都是相互独立的，在整个信号传输过程中不需要串行移动电荷，某一个像素出现问题不影响其他像素性能，所以克服了ccd在信号传输方面的缺点，所以对工艺要求不是很苛刻。

2、cmos图像传感器，可以采用卷帘快门进行曝光，在工作过程中，传感器中的像素阵列从上往下，一行接一行地依次放电、曝光，并在曝光结束后，将图像数据从传感器输出，故传感器上不同行的像素之间存在曝光时间差；由于曝光时间差的存在，拍摄移动物体时，会导致图像扭曲，形成所谓的“果冻效应”。

3、一般半导体后道封测领域，检测精度和灵敏度较低，通常在微米量级。相应的后道缺陷检测中，应用cmos/ccd面阵相机搭配低倍率光学成像系统，其检测fov(视野)也将足够大，使用“走-停-拍”的采图方式，无论采用全局快门还是卷帘快门，都能较快地完成整片晶圆的采图。

4、而在半导体前道生产领域，检测精度和灵敏度要求很高，在亚微米量级，甚至需要检测几十纳米的缺陷。相应的缺陷检测中，应用cmos面阵相机搭配高倍率物镜，其检测fov将很小，若仍使用“走-停-拍”的采图方式，完成整片晶圆的采图将消耗大量时间，检测效率极低，严重影响产能。同时，在前道检测缺陷中，光源功率也是个瓶颈，单位面积上的光能量较弱，需要长的曝光时间，如果采用连续光照明，而在晶圆运动的时候，光源处于等待状态，光源能量利用率大大降低。所以，通常不会采用面阵相机来全晶圆采图，只会用于缺陷复检。

5、专利cn115348394a，曝光装置、曝光控制方法和拍摄终端，在cmos图像传感器和镜头中间，增加了液晶光阀，用以解决机械快门响应不及时导致的曝光效果不均匀的问题。但液晶光阀的透光性较差，不适用于半导体检测。

技术实现思路

1、本发明提供一种使用面阵相机飞拍方式的图像采集系统及方法，采用脉冲式激光光束，配合振镜，依次曝光区域，可实现瞬间强光照明，降低运动模糊，同时降低设备功耗；通过运动控制匹配晶圆载台、激光光束、以及cmos图像传感器，消除面阵相机拍摄运动物体图像的“果冻效应”。

2、本发明提供一种使用面阵相机飞拍方式的图像采集系统，包括：脉冲式激光器、收集光学镜组、晶圆载台、cmos面阵相机、图像采集卡、反射镜、反射光透镜组、激光扫描振镜，其中：

3、脉冲式激光器，提供激光光源，用于照射晶圆表面；

4、收集光学镜组，用于收集晶圆表面缺陷和图案结构导致的激光束的散射，反射光信号，并成像至cmos面阵相机；

5、晶圆载台，带动晶圆移动，让cmos面阵相机能够收集成像整片晶圆的所有区域；

6、cmos面阵相机，接受光信号并转化成电压信号，最后输出相应数据至图像采集卡；

7、图像采集卡，用于从cmos面阵相机接收图像数据，并进行图像预处理；最终在计算机上完成图像处理；

8、其中，图像采集系统包括明场光路和暗场光路：

9、所述明场光路由脉冲式激光器发出入射光到反射镜，经由反射镜以近法线照射至晶圆表面并反射；晶圆表面反射光再经过反射光透镜组的聚集，最终成像至cmos面阵相机，并通过线缆传输数据至图像采集卡；

10、所述暗场光路由脉冲式激光器以低角度发出入射光照射至晶圆表面，晶圆表面若没有凸起或凹陷，入射光将反射掉；晶圆表面若存在凸起或凹陷类缺陷或晶圆图案结构，会对部分入射光造成散射，形成散射光；散射光经过收集光学镜组的聚集，最终成像至cmos面阵相机，并通过线缆传输数据至图像采集卡。

11、进一步的，所述明场光路和暗场光路中，cmos面阵相机、图像采集卡有一个或者多个，所述cmos面阵相机、图像采集卡对应设置。

12、进一步的，所述脉冲式激光器光路中设置有振镜，通过振镜控制激光光束偏转入射至晶圆。

13、本发明还提供一种使用面阵相机飞拍方式的图像采集方法，包括以下步骤，图像采集系统包括明场光路和暗场光路，其中：

14、所述明场光路由脉冲式激光器发出入射光到反射镜，经由反射镜以近法线照射至晶圆表面并反射；晶圆表面反射光再经过反射光透镜组的聚集，最终成像至cmos面阵相机，并通过线缆传输数据至图像采集卡；

15、所述暗场光路由脉冲式激光器以低角度发出入射光照射至晶圆表面，晶圆表面若没有凸起或凹陷，入射光将反射掉；晶圆表面若存在凸起或凹陷类缺陷或晶圆图案结构，会对部分入射光造成散射，形成散射光；散射光经过收集光学镜组的聚集，最终成像至cmos面阵相机，并通过线缆传输数据至图像采集卡；

16、定义a×b为所述cmos面阵相机靶面尺寸，其中：

17、定义长度a方向为坐标系x方向且有m列像素，从坐标系原点沿着正向横坐标增大的方向像素排列依次定义为a1、a2、a3…am；

18、定义宽度b方向为坐标系y方向且有n行像素，从坐标系原点沿着正向纵坐标增大的方向像素排列依次定义为bn、bn-1、bn-2…b1；

19、其中坐标系x方向为晶圆移动方向，坐标系y方向为cmos面阵相机卷帘曝光方向：

20、当晶圆移动方向为沿着从所述a1到am方向依次移动，cmos面阵相机卷帘曝光方向沿着从所述b1到bn正向曝光；

21、当晶圆移动方向为沿着从所述am到a1方向依次移动，cmos面阵相机卷帘曝光方向沿着从所述bn到b1反向曝光。

22、进一步的，圆晶载台的移动速度满足：

23、

24、其中，l为一帧图像的长度，l表示为：

25、

26、c为cmos面阵相机芯片像元尺寸，m为cmos面阵相机x方向像素数量，q为cmos面阵相机数量，p为显微物镜倍率，f为cmos面阵相机帧率，t为1帧的时间。

27、进一步的，所述脉冲式激光频率s满足

28、s≥f×n

29、其中，n表示cmos面阵相机y方向像素数量，f为cmos面阵相机帧率。

30、进一步的，所述脉冲式激光器光路中设置有振镜，通过振镜控制激光光束偏转入射至晶圆。

31、进一步的，所述明场光路和暗场光路中，cmos面阵相机、图像采集卡有一个或者多个，所述cmos面阵相机、图像采集卡对应设置。

32、本发明的有益效果是：

33、1、本发明利用cmos传感器相机的卷帘曝光，采用脉冲式激光光束配合振镜，依次曝光区域，可实现瞬间强光照明，降低设备功耗；同时，强激光脉冲输出和卷帘快门相机行曝光频率同步，实现激光能量的有效利用和超短曝光时间，降低运动模糊。

34、2、本发明晶圆载台的移动速度和cmos图像传感器曝光行列匹配，便于后续的图像处理。

35、3、本发明通过运动控制匹配晶圆载台、激光光束、以及cmos图像传感器，让cmos图像传感器每行的方向和晶圆移动方向相同，使用cmos传感器相机时，空间布置上让曝光方向和载台移动方向平行，消除面阵相机拍摄运动物体图像的“果冻效应”。

36、4、光路上可采用多cmos面阵相机视野拼接，通过优化cmos图像传感器布置方向，解决图像扭曲问题；对晶圆采图时，晶圆移动无需停顿，实现飞拍方式连续采图，提高检测效率。