基于Basler boost 系列相机的半导体晶圆表面缺陷检测方案

　　近年来，中国半导体行业迅猛发展，半导体产品在国内的需求量也大幅增长控制工程网版权所有，如何最大程度地提升生产效率和降低不良率成为半导体生产厂商的迫切需求。半导体产品因其产品结构和制造工艺的精密性和复杂性，在生产过程中任何一个节点的微小瑕疵都可能会在产品性能、稳定性和安全性上埋下隐患。计算机视觉检测技术作为实现智能制造的关键技术之一，在半导体生产这一典型工厂自动化场景中被广泛应用，助力实现高效稳定的产品定位，测量以及缺陷检测，从而提高自动化水平，提升生产效率、降低不良率。

　　01 难题与挑战

　　在半导体视觉检测中，晶圆表面缺陷检测是一个重要的检测环节，可以应用于第三代半导体、Micro LED、Mini LED新型显示晶圆的前后道检测。要实现晶圆缺陷检测需要达到很多检测的要求。

　　如Micro LED、Mini LED等显示芯片尺寸一般在50μm甚至以下，这就需要有更高的检测精度，对相机的分辨率和成像质量提出了非常高的要求。同时面对检测效率，往往要求检测系统实现飞拍，而高速触发飞拍需要相机在极短的时间内完成曝光，同时在短曝光下如何保证可用的图像亮度也成为需要考虑的问题。另外在如此严苛的成像要求下，怎样实现高精度高速度的对焦又给检测系统提出了新的课题。

　　02 解决方案

　　面对晶圆检测对分辨率和成像质量的要求，集成Sony、Onsemi、Gpixel等高性能CMOS芯片的Basler boost系列相机提供从2.8MP到127MP不同等级的分辨率，尤其是boost V子系列的21MP、25MP、65MP，更是半导体行业采用较多的型号。在采用高分辨率相机提高图像采集精度的同时，结合高放大倍率（5x-50x,100x）的显微物镜，呈现0.5μm及以下超高成像精度。

　　为了响应飞拍的应用需要，Basler boost 系列相机曝光时间最短可达1μs，结合丰富的IO接口和独特的input filter等功能充分保证触发的准确性和实时性。同时搭配最高亮度达5750万LUX的光纤灯箱，充分保证飞拍短曝光时间模式下的图像亮度。

　　在如此高的检测精度下，平台稳定性非常重要，大部分系统会采用达到一定厚度的大理石平台，即使这样快速精准对焦仍然是比较大的难题。我们采用自动对焦系统来实现实时跟踪自动对焦，对焦时间可以达到毫秒级别，Z轴精度可以控制在1μm以下。

　　从软件上，Basler推荐采用基于FPGA的图像预处理方式，将如此大数据量的图像预处理过程迁移到图像采集卡上进行，从而保证图像预处理的高效快速，同时降低主机的负载，进一步提高图像处理效率，保证系统整体稳定性。