[发明专利]一种高精度、大幅面和高通量六维度晶圆检测系统

权利要求书

1.一种高精度、大幅面和高通量六维度晶圆检测系统，其特征在于，包括2D彩色相机(1)、3D深度传感器(2)、工业光源(3)、X轴光栅尺(5)、Y轴光栅尺(4)、X轴直线电机(7)、Y轴直线电机(6)、PC机(8)、运动控制器(9)、硅晶圆(10)、X轴磁悬浮导轨(11)、Y轴磁悬浮导轨(12)、扫描平台(13)以及安装架(14)，其中：

所述扫描平台(13)的上表面为平面，被扫描的硅晶圆(10)放在扫描平台(13)上，2D彩色相机(1)和3D深度传感器(2)并行设置并通过安装架(14)固定在Y轴磁悬浮导轨(12)上，2D彩色相机(1)的镜头上接有工业光源(3)；2D彩色相机(1)的线阵中点与3D深度传感器(2)的采集点被配置在同一条水平线上，2D彩色相机(1)和3D深度传感器(2)采集的数据传递至所述PC机(8)进行后续处理；

所述X轴磁悬浮导轨(11)并行设置于扫描平台(13)上的两侧，Y轴磁悬浮导轨(12)平行设置于扫描平台(13)的上方，Y轴磁悬浮导轨(12)的两端通过一对滑架装配在所述X轴磁悬浮导轨(11)上；

由所述X轴直线电机(7)驱动Y轴磁悬浮导轨(12)带动2D彩色相机(1)和3D深度传感器(2)在X轴磁悬浮导轨(11)上运动，由Y轴直线电机(6)驱动承载2D彩色相机(1)和3D深度传感器(2)的安装架(14)在Y轴磁悬浮导轨(12)上运动，X轴光栅尺(5)和Y轴光栅尺(4)分别设置于X轴磁悬浮导轨(11)的一侧以及Y轴磁悬浮导轨上，用于检测所述2D彩色相机(1)和3D深度传感器的位置；所述X轴直线电机(7)、Y轴直线电机(6)连接着运动控制器(9)，运动控制器(9)由所述PC机(8)控制；

对于2D彩色相机(1)采集的高分辨率彩色图像和3D深度传感器(2)采集的深度图像，首先将高分辨率彩色图像转换到HSV空间，然后对深度图像进行归一化处理后，与HSV空间中的明度V融合后，转换回RGB空间，得到2D彩色与3D深度信息融合的高通量、高精度的(R,G,B,X,Y,Z)六维度图像。

2.根据权利要求1所述的高精度、大幅面和高通量六维度晶圆检测系统，其特征在于，2D彩色相机(1)使用可调光阑镜头，用于小孔成像和调节光束强弱；采集过程利用2D彩色相机(1)全像素对焦、逐像素点单点小孔成像扫描，且对2D彩色相机(1)、3D深度传感器(2)进行同步控制。

3.根据权利要求1所述的高精度、大幅面和高通量六维度晶圆检测系统，其特征在于，所述检测系统工作时，运动控制器(9)通过X轴光栅尺(5)和Y轴光栅尺(4)实时监视2D彩色相机(1)和3D深度传感器(2)构成的复合探头所处位置；在单向扫描中复合探头自左向右采集数据，当Y轴直线电机(6)带动复合探头运动到达预设的扫描左边界时，运动控制器(9)将同时向2D彩色相机(1)的采集卡和3D深度传感器(2)发送外部触发高电平，2D彩色相机(1)的采集卡和3D深度传感器(2)接收到外部触发高电平后，将以与预设扫描精度相对应的采集频率对被测物表面逐像素点进行2D、3D数据的采集工作；经过一定时间扫描后，复合探头运动至扫描右边界，此时外部触发高电平反置，2D彩色相机(1)和3D深度传感器(2)同时停止采集工作，通过X轴直线电机(7)驱动X轴磁悬浮导轨(11)带动复合探头行进至下一行左侧，以此循环进行每行的扫描采集工作。

4.根据权利要求1所述的高精度、大幅面和高通量六维度晶圆检测系统，其特征在于，在2D彩色图像采集方面，使用线阵相机对焦，单点小孔成像、逐像素点扫描成像，使2D彩色图像实现全幅面无缝连接；

在3D深度图像采集方面，利用光谱共焦原理去采集深度信息，即使表面存在倾斜和翘曲，在法线角度小于±24°的情况下，都可以对物体进行深度测量，获取复杂物体的表面纹理深度信息。

5.根据权利要求1所述的高精度、大幅面和高通量六维度晶圆检测系统，其特征在于，所述2D彩色相机(1)采用彩色线阵相机，其分辨率为2048×3，像素大小为14.08μm×14.08μm，可选择采集10bitRGB数据，采样线速最高可达70kHz。

6.根据权利要求1所述的高精度、大幅面和高通量六维度晶圆检测系统，其特征在于，所述3D深度传感器(2)的深度量程为3mm，深度测量精度0.75μm，采集线速率可达10kHz，深度测量分辨率为36nm，最大测量倾角±24°。