CN218830193U - 一种图像采集装置、宏观缺陷检测设备及自动控制*** - Google Patents

Abstract

本实用新型属于智能控制技术领域，尤其涉及一种图像采集装置、宏观缺陷检测设备及自动控制***；本实用新型要解决的技术问题包括找到合适的安装位置并进行安装、具体涉及安装高度和摄像头像素的优化；此外，通过设置环境光隔离罩和反光控制装置，可进一步提升了图像采集的质量；进而通过设置触发装置，提升了有效图像获取的比例；通过图像采集装置与故障监测或自动控制***的关联，提升了***的实时性，避免了原有***在检出效率方面的不足。

Description

一种图像采集装置、宏观缺陷检测设备及自动控制***

技术领域

本实用新型属于智能控制技术领域，尤其涉及一种图像采集装置、宏观缺陷检测设备及自动控制***。

背景技术

晶圆或工件的缺陷可分为宏观和微观两类；其中，微观缺陷往往与工艺制程的细部电路密切相关，宏观缺陷则多以晶圆或工件为单元进行考量。用于检测微观缺陷的设备或工艺对于宏观缺陷的检出效率较低，或者需要特殊的扫描机台来完成相关工作；为了改善晶圆或类似工件/产品加工的效率，有必要对宏观缺陷的检出技术方案给予改进；避免遗漏此类缺陷导致不必要的资源浪费。

发明内容

发明人发现：晶圆在制造过程中面临众多的机械损伤风险，包括刮蹭、碰撞在内的各种因素在机台或控制***执行端，未能获得有效的监控；对于已有的监控设备，限于其检测能力，也存在较多的噪声信号，难以有效检测瑕疵或失效产品的状态。

当上述晶圆或产品到达专用的扫描机台后，即使检出上述瑕疵或失效产品，由于工序繁复冗长，将错失最佳的处置实现，对改善工艺较为不利，易造成批量损失。

通过在机台特定位置的可视视窗口（或增加可视窗口），安装摄像头进行抓拍，实时分析拍摄到的图像，通过特定的算法建立数据模型，识别出晶圆在制品表面的异常（宏观缺陷），并进行信号反馈（如停止传送，邮件通知，更改机台状态等），可有效提升自动控制***的产出效率和良率。

本实用新型要解决的技术问题包括找到合适的安装位置并进行安装、具体涉及安装高度和摄像头像素的优化；此外，通过设置环境光隔离罩和反光控制装置，可进一步提升图像采集的质量；进而通过设置触发装置，提升有效图像获取的比例。此外，还可通过改进图像识别算法，提升检出率，相关内容超了本实用新型的范围，在此不再赘述。

本实用新型通过实施例公开了一种图像采集装置，包括图像采集部件、图像采集装置本体、位置调整部件、光照调整部件；其中，位置调整部件包括第一基座、第二基座。

具体地，其第一基座与图像采集部件固接或可拆卸连接；其第二基座与图像采集装置本体固接或可拆卸连接。

进一步地，位置调整部件还可设有第三机械臂或可拆卸的第四机台；其第三机械臂可实现位置调整部件的姿态或角度调整；其可拆卸的第四机台亦可用于调整位置调整部件的初始安装位置，使得图像采集部件的图像采集方向与工件或晶圆相匹配，用以获得有效的图像抓取。

具体地，图像采集部件包括图像采集电路，该图像采集电路经过通信部件的第一通信线路将采集到的图像或相关数据传输到外部设备和/或接收来自外部设备的相关数据用以调整图像采集部件的图像采集或传输过程。

进一步地，光照调整部件还包括光源、遮光罩；其光照调整部件与图像采集装置本体固接或可拆卸连接；该光照调整部件调整光源投射到晶圆或工件上的第一路光线；该光照调整部件同时调整光源及其它光源反射到晶圆或工件上的第二路光线。

进一步地，图像采集部件通过通信部件的第五通信线路与目标***通信连接；其目标***为上位***的子***，该目标***与上位***通信连接和/或交换数据；其中，上位***控制图像采集部件的图像采集过程或接收来自图像采集部件的数据。

具体地，图像采集部件通过通信部件的第三通信线路与特征识别部件通信连接并交换数据。

进一步地，图像采集装置本体可以设置至少一安装位置；其安装位置可设置有第一安装位置、第二安装位置、第三安装位置、第四安装位置、第五安装位置、第M安装位置、第N安装位置；其中，M、N均为大于1的自然数，且M不等于N。

具体地，其安装位置均设置有通信部件的通信子***，其通信子***与图像采集部件通信连接；其通信子***与图像采集部件交换数据并将图像采集部件采集到的数据向外部设备进行传输。

其中，为了优化图像采集效果，在实验的基础上，发明人发现，可将光照调整部件的光源发出光线的波长选择在620至760nm之间的红光范围。

进一步地，其光照调整部件的遮光罩可设为一密闭容器或不透光容器，其光源被遮光罩遮蔽于遮光罩内部或仅向预设方向投射，该方案可避免本实用新型装置对原有***或相关光学***产生意外或不希望的干扰。

具体地，其第二路光线可经过光导纤维或密闭的光路在其遮光罩内部与外部之间传送光线。

其中，第一基座与图像采集部件可采用绝缘粘接材料固定；其绝缘粘接材料包括树脂材料；图像采集部件包括组合安装的相机与镜头；其镜头的视野不小于135mm；镜头的快门速度可选择1/15s。

其中，通信部件可以是车载通信线路和/或车用总线；例如CAN总线；其上位***可以是制造企业生产过程执行***MES（Manufacturing Execution System）。

进一步地，通过实施例，本实用新型进一步公开了一种晶圆或半导体工件的宏观缺陷检测设备，有别于针对微观缺陷进行的检测；通常，这些缺陷是肉眼可见的，或者，相关的工作存在一定的人工参与。因而，有必要通过改进方案，提升检出的效率，亦或，通过技术改进，解放人工参与过程。

具体地，该检测设备可以包括如上公开的图像采集装置或以上述装置为核心进一步完善其检测和信息处理；其中，图像采集装置通过通信部件的第三通信线路与特征识别部件通信连接和/或交换数据，用于将采集到的图像信息或可疑的缺陷数据交给现有的识别判断单元。

进一步地，图像采集装置通过通信部件的第五通信线路与目标***通信连接，同样，该目标***为上位***的子***，目标***与上位***亦可通信连接和/或交换数据；其上位***则通过控制图像采集部件的图像采集过程或接收来自图像采集部件的数据实现设备的自动化处理。

具体地，其通信部件可以是车载通信线路和/或总线；其车载总线包括CAN总线；其上位***同样可以是制造企业生产过程执行***MES。

类似地，为了改善图像的采集，其光照调整部件的光源可选择发出光线的波长介于620至760nm之间的红光波段。

进一步地，其光照调整部件的遮光罩可以设置为一密闭容器或不透光容器，使得光源被遮光罩遮蔽于遮光罩内部或仅向预设方向投射，从而将该设备对外部或相邻设备的干扰尽量地降低。

同样地，本实用新型的实施例还公开了一种自动控制***，包括故障诊断与处置部件、执行部件以及如上公开的图像采集装置和或如上公开的宏观缺陷检测设备。

其中，图像采集装置与故障诊断与处置部件通信连接，故障诊断与处置部件根据图像采集装置获取的图像触发故障诊断与处置部件的诊断与处置动作。

具体地，其诊断与处置动作包括中止或终止执行部件的运行，即在出现宏观瑕疵或工件缺陷时，介入相关生产过程，避免不必要的后续生产投入。

进一步地，执行部件与机台或生产执行***通过通信部件或相关电路通信连接和/或电连接；其执行部件根据故障诊断与处置部件的诊断及处置指令，控制机台或生产执行***的工作状态。

具体地，其晶圆或工件与位置调整部件符合预设的相对位置关系时，图像采集部件实时采集图像信息并传送图像信息到故障诊断与处置部件，使得检测的效率进一步提升，避免了滞后检出带来的不利后果。

其中，机台或生产执行***可以是制造企业生产过程执行***MES；其制造企业生产过程执行***MES与故障诊断与处置部件通过通信部件或相关电路通信连接和/或电连接；其光照调整部件的光源亦可选择发出光线的波长介于620至760nm之间；其光照调整部件的遮光罩亦可为一密闭容器或类似结构，其光源亦可通过遮光罩的遮蔽来解决对外的干扰问题。

综上可知，本实用新型的有益效果主要包括：在机台端没有明显参数异常的情况下，准确发现产品的宏观异常的能力；可替代人眼/工识别，减少人为判定误差或人力疲劳错失的检出时机，节省人力成本的同时确保了更高的检出率。

此外，本实用新型相关产品在发现异常后，能通过通信***通知机台或生产执行***，使机台停止生产，避免后续产品受到影响；同时，还可通过升级软件算法，在本实用新型结构的基础上，进一步提升缺陷的检出效率。

需要说明的是，在本文中采用的“第一”、“第二”等类似的语汇，仅仅是为了描述技术方案中的各组成要素，并不构成对技术方案的限定，也不能理解为对相应要素重要性的指示或暗示；带有“第一”、“第二”等类似语汇的要素，表示在对应技术方案中，该要素至少包含一个。

附图说明

为了更加清晰地说明本实用新型的技术方案，利于对本实用新型的技术效果、技术特征和目的进一步理解，下面结合附图对本实用新型进行详细的描述，附图构成说明书的必要组成部分，与本实用新型的实施例一并用于说明本实用新型的技术方案，但并不构成对本实用新型的限制。

附图中的同一标号代表相同的部件，具体地：

图1为本实用新型图像采集装置实施例的组成结构示意图；

图2为本实用新型检测设备实施例的组成结构示意图；

图3为本实用新型实施例光照调整部件的组成结构示意图；

图4为本实用新型实施例工作状态示意图；

图5为本实用新型实施例产品安装布局示意图；

图6为本实用新型自动控制***组成结构示意图。其中：

001-图像采集装置，002-检测设备，003-光照调整部件，

004-工作状态，005-安装布局，006-自动控制***，

100-图像采集装置，101-图像采集部件，103-图像采集装置本体，

105-位置调整部件，107-光照调整部件，

200-通信部件，300-宏观缺陷检测设备，

400-上位***，401-目标***，

501-第一通信线路，502-第二通信线路，503-第三通信线路，

504-第四通信线路，505-第五通信线路；

600-故障诊断部件，

701-光源，703-保护罩，705-遮光罩；

800-工件；900-机台，

901-第一安装位置，902-第二安装位置，903-第三安装位置，

904-第四安装位置，905-第五安装位置，

90M-第M安装位置，90N-第N安装位置。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型作进一步的详细说明。当然，下列描述的具体实施例只是为了解释本实用新型的技术方案，而不是对本实用新型的限定。此外，实施例或附图中表述的部分，也仅仅是本实用新型相关部分的举例说明，而不是本实用新型的全部。

如图1所示，本实用新型图像采集装置实施例，包括图像采集部件101、图像采集装置本体103、位置调整部件105、光照调整部件107；其中，位置调整部件105包括第一基座、第二基座；其第一基座与图像采集部件101固接或可拆卸连接；其第二基座与图像采集装置本体103固接或可拆卸连接。

具体地，其位置调整部件105还可包括第三机械臂或可拆卸的第四机台；其第三机械臂可实现位置调整部件105的姿态或其与工件或晶圆相对角度的调整；其可拆卸的第四机台可用于调整位置调整部件105的初始安装位置，使得相关部件的布放更加便捷、易于维护或进行相关的位置变换。

进一步地，图像采集部件101包括图像采集电路，该图像采集电路可经过通信部件200的第一通信线路501将采集到的图像或相关数据传输到外部设备和/或接收来自外部设备的相关数据用以调整图像采集部件101的图像采集或传输过程。

如图3所示，其光照调整部件107包括光源701、遮光罩705；该光照调整部件107与图像采集装置本体103固接或可拆卸连接；该光照调整部件107调整光源701投射到晶圆或工件上的第一路光线；该光照调整部件107同时调整光源701及其它光源反射到晶圆或工件上的第二路光线，用以满足曝光或图像采集的需要，获得必要的亮度或分辨率。

具体地，如图2所示，其图像采集部件101可通过通信部件200的第五通信线路505与目标***401通信连接；目标***401为上位***400的子***，目标***401与上位***400通信连接和/或交换数据；上位***400控制图像采集部件101的图像采集过程或接收来自图像采集部件101的数据。

进一步地，如图1与图2所示，图像采集部件101通过通信部件200的第三通信线路503与特征识别部件301通信连接并交换数据，为图像的进一步应用或处理过程提供数据支持。

为了改善图像识别的效率或保证相关信号的实时性，如图1及图5所示图像采集装置本体103包括至少一安装位置；该安装位置包括第一安装位置901、第二安装位置902、第三安装位置903、第四安装位置904、第五安装位置905、第M安装位置90M、第N安装位置90N；其中，M、N均为大于1的自然数，且M不等于N。

具体地，其安装位置均设置有通信部件200的通信子***，其通信子***与图像采集部件101通信连接；其通信子***与图像采集部件101交换数据并将图像采集部件101采集到的数据向外部设备进行传输。

进一步地，如图3所示，光照调整部件107的光源701选用波长介于620至760nm的电磁波；其光照调整部件107的遮光罩705选用一密闭容器或不透光容器，其光源701被遮光罩705遮蔽于遮光罩705内部并确保工件或晶圆得到必要的光照。

此外，可通过第二路光线经过光导纤维或密闭的光路在遮光罩705内部与外部之间传送光线。

进一步地，第一基座与图像采集部件101可采用绝缘粘接材料固定；该绝缘粘接材料包括树脂材料；图像采集部件101包括组合安装的相机与镜头；其镜头的视野不小于135mm；镜头的快门速度为1/15s。

具体地，其通信部件200可以采用车载通信线路或CAN总线；其上位***400可以是制造企业生产过程执行***MES。

如图2所示，其宏观缺陷检测设备包括图像采集装置100；图像采集装置100通过通信部件200的第三通信线路503与特征识别部件301通信连接和/或交换数据；图像采集装置100还通过通信部件200的第五通信线路505与目标***401通信连接，目标***401为上位***400的子***，目标***401与上位***400通信连接和/或交换数据；上位***400控制图像采集部件101的图像采集过程或接收来自图像采集部件101的数据。

具体地，通信部件200可以采用包括CAN总线在内的任意车载通信单元来实现；其上位***400可以是制造企业生产过程执行***MES；其光照调整部件107的光源701可以选择红色光源；其光线的波长介于620至760nm之间；其光照调整部件107的遮光罩705为一密闭容器或不透光容器，其光源701被遮光罩705遮蔽于遮光罩705内部或仅向预设方向投射。

进一步地，如图6所示，本实用新型的自动控制***包括故障诊断与处置部件600、执行部件666，还包括图像采集装置100和或如上的宏观缺陷检测设备；其中，图像采集装置100与故障诊断与处置部件600通信连接，故障诊断与处置部件600根据图像采集装置100获取的图像触发故障诊断与处置部件600的诊断与处置动作。

其中，诊断与处置动作包括中止或终止执行部件666的运行。

进一步地，执行部件666与机台或生产执行***通过通信部件200或相关电路通信连接和/或电连接；执行部件666根据故障诊断与处置部件600的诊断及处置指令，控制机台或生产执行***的工作状态。

具体地，在晶圆或工件与位置调整部件105符合预设的相对位置关系时，图像采集部件101采集图像信息并传送图像信息到故障诊断与处置部件600；通过图像采集装置与故障监测或自动控制***的关联，本实用新型提升了***的实时性，避免了原有***在检出效率方面的不足。

其中，如图5及图6所示，机台或生产执行***可以是企业生产过程执行***MES；其制造企业生产过程执行***MES与故障诊断与处置部件600通过通信部件200或相关电路通信连接和/或电连接；其光照调整部件107的光源701选择波长介于620至760nm之间的红光；其光照调整部件107的遮光罩705为一密闭容器，光源701被遮光罩705遮蔽于遮光罩705内部。

本实用新型实施例还在AMAT ENDURA2机台的舱体上方进行了测试，验证了缺陷晶圆AW（Arcing Wafer）的检出过程；经过不同的测试环境、光源以及反光场景；其测试过程获得了较为清晰的检测图像，并通过通信部件与相关设备进行了有效的数据交换，为相关产品的实施优化了参数设计。

进一步地，通过设置必要的传感器，还可改进图像采集装置的曝光或采集时机或采集方式，确保相关控制***获得指定位置的关键数据，减少生产过程的随机因素，提升***的可靠性并提升故障诊断的相关性。

需要说明的是，上述实施例仅是为了更清楚地说明本实用新型的技术方案，本领域技术人员可以理解，本实用新型的实施方式不限于以上内容，基于上述内容所进行的明显变化、替换或替代，均不超出本实用新型技术方案涵盖的范围；在不脱离本实用新型构思的情况下，其它实施方式也将落入本实用新型的范围。

Claims (12)

1.一种图像采集装置，包括：

图像采集部件（101）、图像采集装置本体（103）、位置调整部件（105）、光照调整部件（107）；其中，

所述位置调整部件（105）包括第一基座、第二基座；所述第一基座与所述图像采集部件（101）固接或可拆卸连接；所述第二基座与所述图像采集装置本体（103）固接或可拆卸连接；

所述位置调整部件（105）还包括第三机械臂或可拆卸的第四机台；所述第三机械臂可实现所述位置调整部件（105）的姿态或角度调整；所述可拆卸的第四机台用于调整所述位置调整部件（105）的初始安装位置；

所述图像采集部件（101）包括图像采集电路，所述图像采集电路经过通信部件（200）的第一通信线路（501）将采集到的图像或相关数据传输到外部设备和/或接收来自外部设备的相关数据用以调整所述图像采集部件（101）的图像采集或传输过程；

所述光照调整部件（107）包括光源（701）、遮光罩（705）；所述光照调整部件（107）与所述图像采集装置本体（103）固接或可拆卸连接；所述光照调整部件（107）调整所述光源（701）投射到晶圆或工件上的第一路光线；所述光照调整部件（107）同时调整所述光源（701）反射到所述晶圆或工件上的第二路光线。

2.如权利要求1所述的图像采集装置，其中：

所述图像采集部件（101）通过所述通信部件（200）的第五通信线路（505）与目标***（401）通信连接；

所述目标***（401）为上位***（400）的子***，所述目标***（401）与所述上位***（400）通信连接和/或交换数据；所述上位***（400）控制所述图像采集部件（101）的图像采集过程或接收来自所述图像采集部件（101）的数据。

3.如权利要求1所述的图像采集装置，其中：

所述图像采集部件（101）通过所述通信部件（200）的第三通信线路（503）与特征识别部件（301）通信连接并交换数据。

4.如权利要求1或2或3所述的图像采集装置，其中：

所述图像采集装置本体（103）包括至少一安装位置；所述安装位置包括第一安装位置（901）、第二安装位置（902）、第三安装位置（903）、第四安装位置（904）、第五安装位置（905）、第M安装位置（90M）、第N安装位置（90N）；M、N均为大于1的自然数，且M不等于N；

所述安装位置均设置有所述通信部件（200）的通信子***，所述通信子***与所述图像采集部件（101）通信连接；所述通信子***与所述图像采集部件（101）交换数据并将所述图像采集部件（101）采集到的数据向外部设备进行传输。

5.如权利要求4所述的图像采集装置，其中：

所述光照调整部件（107）的所述光源（701）发出光线的波长介于620至760nm之间；

所述光照调整部件（107）的所述遮光罩（705）为一密闭容器或不透光容器，所述光源（701）被所述遮光罩（705）遮蔽于所述遮光罩（705）内部或仅向预设方向投射。

6.如权利要求5所述的图像采集装置，其中：

所述第二路光线经过光导纤维或密闭的光路在所述遮光罩（705）内部与外部之间传送光线；所述第一基座与所述图像采集部件（101）采用绝缘粘接材料固定；所述绝缘粘接材料包括树脂材料；所述图像采集部件（101）包括组合安装的相机与镜头；所述镜头的视野不小于135mm；所述镜头的快门速度为1/15s。

7.如权利要求2的所述图像采集装置，其中：

所述通信部件（200）包括车载通信线路和/或总线；所述总线包括CAN总线；

所述上位***（400）包括制造企业生产过程执行***MES。

8.一种宏观缺陷检测设备，包括：

如权利要求1、2、3、5或6任一的所述图像采集装置（100）；

所述图像采集装置（100）通过通信部件（200）的第三通信线路（503）与特征识别部件（301）通信连接和/或交换数据；

所述图像采集装置（100）通过通信部件（200）的第五通信线路（505）与目标***（401）通信连接，所述目标***（401）为上位***（400）的子***，所述目标***（401）与所述上位***（400）通信连接和/或交换数据；所述上位***（400）控制所述图像采集部件（101）的图像采集过程或接收来自所述图像采集部件（101）的数据。

9.如权利要求8所述的宏观缺陷检测设备，其中：

所述通信部件（200）包括车载通信线路和/或总线；所述总线包括CAN总线；

所述上位***（400）包括制造企业生产过程执行***MES；

所述光照调整部件（107）的所述光源（701）发出光线的波长介于620至760nm之间；

所述光照调整部件（107）的所述遮光罩（705）为一密闭容器或不透光容器，所述光源（701）被所述遮光罩（705）遮蔽于所述遮光罩（705）内部或仅向预设方向投射。

10.一种自动控制***，包括：

故障诊断与处置部件（600）、执行部件（666），还包括如权利要求1、2、3、5或6任一的所述图像采集装置（100）；

和或如权利要求8所述的宏观缺陷检测设备；其中，

所述图像采集装置（100）与所述故障诊断与处置部件（600）通信连接，所述故障诊断与处置部件（600）根据所述图像采集装置（100）获取的图像触发所述故障诊断与处置部件（600）的诊断与处置动作；

所述诊断与处置动作包括，中止或终止所述执行部件（666）的运行。

11.如权利要求10所述的自动控制***，其中：

所述执行部件（666）与机台或生产执行***通过所述通信部件（200）或相关电路通信连接和/或电连接；

所述执行部件（666）根据所述故障诊断与处置部件（600）的诊断及处置指令，控制机台或生产执行***的工作状态；

晶圆或工件与所述位置调整部件（105）符合预设的相对位置关系时，所述图像采集部件（101）采集图像信息并传送所述图像信息到所述故障诊断与处置部件（600）。

12.如权利要求10或11所述的自动控制***，其中：

所述机台或生产执行***包括制造企业生产过程执行***MES；

所述制造企业生产过程执行***MES与所述故障诊断与处置部件（600）通过所述通信部件（200）或相关电路通信连接和/或电连接；

所述光照调整部件（107）的所述光源（701）发出光线的波长介于620至760nm之间；

所述光照调整部件（107）的所述遮光罩（705）为一密闭容器，所述光源（701）被所述遮光罩（705）遮蔽于所述遮光罩（705）内部。

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