半导体晶粒相邻面同时准等光程共焦成像检测的新装置与方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种半导体晶粒相邻面同时准等光程成像共焦检测的新方法，其中检测装置包括在光路方向上依次设置的相机、远心成像镜头、半透半反射合像器、半导体晶粒和用于承置半导体晶粒的透明载物台，在半导体晶粒与半透半反射合像器之间的光路上分别设有第一直角转像棱镜和第二直角转像棱镜，第二直角转像棱镜位于远心成像镜头光轴的第一侧部，两个直角转像棱镜各自的两个直角面均与光路垂直，半导体晶粒的至少两个面分别经直角转像棱镜、半透半反射合像器以双光路成像在相机传感器面上不同的区域位置。本发明专利技术优点：可获得晶粒相邻面准等光程共焦成像且等照度照明的检测；相邻面双像之间的距离大小△可调整。

A new device and method for simultaneous quasi equal optical path confocal imaging detection of adjacent surfaces of semiconductor grains

【技术实现步骤摘要】
半导体晶粒相邻面同时准等光程共焦成像检测的新装置与方法
：本专利技术属于光学检测和机器视觉领域，尤其涉及一种半导体晶粒相邻面同时准等光程共焦成像检测的新装置及方法。
技术介绍
：在机器视觉成像检测应用中，当待检测物体较大时，通常在一个工位选用一个视场合适的远心成像镜头检测物体的一个面，当待测物体较小时（如半导体光电元器件），为了提高检测速度，并充分使用远心成像镜头的有效视场，采用一个工位上的一个远心成像镜头同时检测物体的两个面的技术方案。半导体晶粒相邻面同时缺陷检测的装置与方法需要解决的主要技术问题包括双面检测光路的等光程成像与等照度照明。双面成像光路的光程差主要取决于系统的以下设计与结构参数：①与合像器/分束器上获得的双面像之间的距离△=a+d（设计参数）其中a为物体尺寸，d为物体双面像相邻边缘之间为满足图像识别处理所需要的最小距离；当物体尺寸a增大时，△也随之增大；②分束器/合像器中心到晶粒中心的水平（或垂直）距离（结构参数L1）；在底面与侧面同时检测光路中，L1与载物转盘的尺寸及△有关。③分束器/合像器中心到转像棱镜斜面之间的垂直（或水平）距离（结构参数L2）；在天面与侧面同时检测光路中，L2与载物转盘的尺寸及△有关。在本申请人之前专利申请（专利申请号201910207016.2、201911247575.2）提出的方案中由于双面同时成像检测的光程差△与结构参数（L1，L2）有关，当结构参数较大时，该方法在使用中难免存在一定的局限性；上述两申请采用一个较大的直角转像棱镜与一个大景深远心成像镜头解决相邻面同时检测及其光程差产生的分辨率问题，如图1a，1b所示，而近日新提交的专利申请（申请号201911369253.5），相邻两面也分别需要使用一个较大的直角转像棱镜（如30×30×15）与一个较小的转像棱镜（如15x15×15），如图1c所示，但是，为了获得等光程成像检测，光路设计时需要特别小心选取有关结构布局参数，限制了光路设计的自由度，或在一定程度上增加了检测系统的实施难度。
技术实现思路
：针对上述相邻面检测存在的问题，本专利技术申请提出一种半导体晶粒相邻面同时检测的新装置与方法，该装置和方法采用了相邻双面的检测光路在合像位置上的准等光程共焦成像的结构原理，使双面检测的光程差更为可调控，更为实用。本专利技术半导体晶粒相邻面同时准等光程共焦成像检测的新装置，其特征在于：包括在光路方向上依次设置的相机、远心成像镜头、半透半反射合像器、半导体晶粒和用于承置半导体晶粒的透明载物台、照明光源，在半导体晶粒与半透半反射合像器之间的光路上分别设有第一直角转像棱镜和第二直角转像棱镜，第一直角转像棱镜和第二直角转像棱镜位于半导体晶粒的周侧部，第一直角转像棱镜和半透半反射合像器位于远心成像镜头的光轴上，且半透半反射合像器与光轴倾斜设置，第二直角转像棱镜位于远心成像镜头光轴的第一侧部，两个直角转像棱镜各自的两个直角面均与光路垂直，半导体晶粒的两个相邻面分别经直角转像棱镜、半透半反射合像器以双光路成像在相机传感器面上不同的区域位置。进一步的，上述半透半反射合像器由反射透射双区合像器替换。进一步的，上述半透半反射合像器由立方分束合像器替换。进一步的，上述装置设有照明光源，照明光源位于远心成像镜头光轴第二侧部的同轴外置光源；或者照明光源为内置于远心成像镜头的同轴内置照明光源。进一步的，上述装置设有照明光源，照明光源位于远心成像镜头光轴的第二侧部，以及位于半导体晶粒的侧部和透明载物台的下方。进一步的，上述第一直角转像棱镜位于半导体晶粒的一侧部，第二直角转像棱镜位于半导体晶粒的天面上方。进一步的，上述第一直角转像棱镜位于半导体晶粒的一侧部，第二直角转像棱镜位于半导体晶粒底面的透明载物台的下方。本专利技术装置和方法采用了相邻双面的检测光路在合像位置上的准等光程共焦（即△很小）成像的结构原理，使双面检测的光程差更为可调控，更为实用。本专利技术半导体晶粒相邻面同时准等光程共焦成像检测的新方法，其特征在于：所述半导体晶粒相邻面同时准等光程共焦成像检测的新装置包括在光路方向上依次设置的相机、远心成像镜头、半透半反射合像器、半导体晶粒和用于承置半导体晶粒的透明载物台，在半导体晶粒与半透半反射合像器之间的光路上分别设有第一直角转像棱镜和第二直角转像棱镜，第一直角转像棱镜和第二直角转像棱镜位于半导体晶粒的周侧部，第一直角转像棱镜和半透半反射合像器位于远心成像镜头的光轴上，且半透半反射合像器与光轴倾斜设置，第二直角转像棱镜位于远心成像镜头光轴的第一侧部，两个直角转像棱镜各自的两个直角面均与光路垂直，半导体晶粒的至少两个面分别经直角转像棱镜、半透半反射合像器以双光路成像在相机传感器面上不同的区域位置；工作时，被照明的半导体晶粒的侧面经过第一直角转像棱镜两个直角面和斜面的90度转像，再经过半透半反射合像器的透射，由远心成像镜头成像在相机传感器面的左半区域上；对于半导体晶粒的天面或底面，经过第二直角转像棱镜两个直角面和斜面的90度转像，再经过半透半反射合像器的反射，由远心成像镜头成像在相机传感器面的右半区域上；从相机的成像面上也同时得到半导体晶粒的侧面与天面或底面的像，且半导体晶粒侧面的像与半导体晶粒天面或底面的像之间相隔一个小间距。进一步的，上述半透半反射合像器由反射透射双区合像器替换；工作时，被照明的半导体晶粒的侧面经过第一直角转像棱镜两个直角面和斜面的90度转像，再经过反射透射双区合像器的透射，由远心成像镜头成像在相机传感器面的左半区域上；对于半导体晶粒的天面或底面，经过第二直角转像棱镜两个直角面和斜面的90度转像，再经过反射透射双区合像器的反射，由远心成像镜头成像在相机传感器面的右半区域上；从相机的成像面上也同时得到半导体晶粒的侧面与天面或底面的像，且半导体晶粒侧面的像与半导体晶粒天面或底面的像之间相隔一个小间距。进一步的，上述半透半反射合像器由反射透射双区合像器替换；工作时，被照明的半导体晶粒的侧面经过第一直角转像棱镜两个直角面和斜面的90度转像，再经过立方分束器的透射，由远心成像镜头成像在相机传感器面的左半区域上；对于半导体晶粒的天面或底面，经过第二直角转像棱镜两个直角面和斜面的90度转像，再经过立方分束器的反射，由远心成像镜头成像在相机传感器面的右半区域上；从相机的成像面上也同时得到半导体晶粒的侧面与天面或底面的像，且半导体晶粒侧面的像与半导体晶粒天面或底面的像之间相隔一个小间距。本专利技术半导体晶粒相邻面同时等光程成像检测新装置的优点：①可获得晶粒相邻面准等光程共焦成像且等照度照明的检测；②在两个工位上分别采用两套检测装置，可实现晶粒四个面的缺陷检测与三个尺寸的检测；③相邻面双像之间的距离大小△可调整；④双面检测系统工作距的设计自由度不受限制；⑤棱镜转像子系统可以装配在一个密封的机械结构里，只需露出两个待测面输入窗口和一个合像输出窗口；⑥转像棱镜与合像器的机械装配结构简单，装配调试容易；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种半导体晶粒相邻面同时准等光程共焦成像检测的新装置，其特征在于：包括在光路方向上依次设置的相机、远心成像镜头、半透半反射合像器、半导体晶粒和用于承置半导体晶粒的透明载物台，在半导体晶粒与半透半反射合像器之间的光路上分别设有第一直角转像棱镜和第二直角转像棱镜，第一直角转像棱镜和第二直角转像棱镜位于半导体晶粒的周侧部，第一直角转像棱镜和半透半反射合像器位于远心成像镜头的光轴上，且半透半反射合像器与光轴倾斜设置，第二直角转像棱镜位于远心成像镜头光轴的第一侧部，两个直角转像棱镜各自的两个直角面均与光路垂直，半导体晶粒的两个相邻面分别经直角转像棱镜、半透半反射合像器以双光路成像在相机传感器面上不同的区域位置。/n

【技术特征摘要】
1.一种半导体晶粒相邻面同时准等光程共焦成像检测的新装置，其特征在于：包括在光路方向上依次设置的相机、远心成像镜头、半透半反射合像器、半导体晶粒和用于承置半导体晶粒的透明载物台，在半导体晶粒与半透半反射合像器之间的光路上分别设有第一直角转像棱镜和第二直角转像棱镜，第一直角转像棱镜和第二直角转像棱镜位于半导体晶粒的周侧部，第一直角转像棱镜和半透半反射合像器位于远心成像镜头的光轴上，且半透半反射合像器与光轴倾斜设置，第二直角转像棱镜位于远心成像镜头光轴的第一侧部，两个直角转像棱镜各自的两个直角面均与光路垂直，半导体晶粒的两个相邻面分别经直角转像棱镜、半透半反射合像器以双光路成像在相机传感器面上不同的区域位置。


2.根据权利要求1所述半导体晶粒相邻面同时准等光程共焦成像检测的新装置，其特征在于：所述半透半反射合像器由反射透射双区合像器替换。


3.根据权利要求1所述半导体晶粒相邻面同时准等光程共焦成像检测的新装置，其特征在于：所述半透半反射合像器由立方分束器替换。


4.根据权利要求1或2所述半导体晶粒相邻面同时准等光程共焦成像检测的新装置，其特征在于：所述装置设有照明光源，照明光源为位于远心成像镜头外的同轴外置照明光源；或者照明光源为内置于远心成像镜头内的同轴内置照明光源。


5.根据权利要求3所述半导体晶粒相邻面同时准等光程共焦成像检测的新装置，其特征在于：所述装置设有照明光源与背光照明光源，同轴外置照明光源位于远心成像镜头光轴的第二侧部，以及背光照明光源位于半导体晶粒的侧部和透明载物台的下方。


6.根据权利要求1所述半导体晶粒相邻面同时准等光程共焦成像检测的新装置，其特征在于：所述第一直角转像棱镜位于半导体晶粒的一侧部，第二直角转像棱镜位于半导体晶粒的天面上方。


7.根据权利要求1所述半导体晶粒相邻面同时准等光程共焦成像检测的新装置，其特征在于：所述第一直角转像棱镜位于半导体晶粒的一侧部，第二直角转像棱镜位于半导体晶粒底面的透明载物台的下方。


8.一种半导体晶粒相邻面同时准等光程共焦成像检测的新方法，其特征在于：所述半导体晶粒相邻面同时准等光程共焦成像检测的新装置包括在光路方向上依次设置的相机、远心成像镜头、半透半反射合像器、半导体晶粒和用于承置半导体晶粒的透明载物台，...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖廷俤，陈武，付宝玉，
申请(专利权)人：泉州师范学院，
类型：发明
国别省市：福建;35