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CN107845583B - 基板表面缺陷检测装置、图像畸变校正方法和装置以及基板表面缺陷检测设备 - Google Patents

基板表面缺陷检测装置、图像畸变校正方法和装置以及基板表面缺陷检测设备 Download PDF

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CN107845583B CN201610826112.1A CN201610826112A CN107845583B CN 107845583 B CN107845583 B CN 107845583B CN 201610826112 A CN201610826112 A CN 201610826112A CN 107845583 B CN107845583 B CN 107845583B
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Abstract

本发明公开了一种基板表面缺陷检测装置和设备、图像畸变校正方法和装置，涉及半导体技术领域。其中，所述基板表面缺陷检测装置包括：光波导，用于接收光并引导光至所述基板的待检测表面，所述光波导具有与所述基板相邻的第一表面和与第一表面相对的第二表面；至少一个微透镜阵列，层叠地设置在所述光波导的与所述基板相对的一侧，每一个微透镜阵列都包括以阵列形式布置的多个微透镜，用于接收并会聚来自于所述待检测表面的经过所述光波导的光；成像部件，用于接收来自于所述微透镜的光以进行成像。本发明利用微透镜阵列来检测基板表面缺陷可以提高缺陷的检测速度。

Description

基板表面缺陷检测装置、图像畸变校正方法和装置以及基板 表面缺陷检测设备
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种基板表面缺陷检测装置、图像畸变校正方法和装置、以及包括基板表面缺陷检测装置和图像畸变校正装置的基板表面缺陷检测设备。
背景技术
图1A和1B示出了现有的基板表面缺陷检测的示意图。如图1A所示，在现有技术中，基板101表面的缺陷需要利用精密复杂的光学系统101来进行检测。图1B示意性地示出了基板101上的曝光区域以及光学系统102的平直视场。光学系统102的平直视场通常大约为30μm×30μm，如果用此镜头来检测基板101上的通常大小为26mm×33mm的一个曝光区域的表面缺陷，则大约需要100万次操作(例如，每次操作拍摄一张对应的平直视场照片的话，则拍摄100万张照片)。如果拍摄一张照片所需的时间加上在拍摄不同照片之间移动所需的时间需要0.5秒钟，则拍摄整个曝光区域需要50万秒，也即，接近139个小时。可见，利用现有的缺陷检测方法需要耗费大量时间，效率很低。
发明内容
本公开的一个实施例的目的在于提出一种新型的基板表面缺陷检测装置，其能够大大提高基板表面缺陷的检测速度。
本公开的另一个实施例的目的在于提出一种图像畸变校正方法和装置，能够对基板表面缺陷检测装置输出的图像进行畸变校正。
本公开的又一个实施例的目的在于提供一种改进的基板表面缺陷检测设备或系统。
本公开的再一个实施例的目的在于降低缺陷检测的成本。
根据本公开的一个实施例，提供了一种基板表面缺陷检测装置，包括：光波导，用于接收光并引导光至所述基板的待检测表面，所述光波导具有与所述基板相邻的第一表面和与第一表面相对的第二表面；至少一个微透镜阵列，层叠地设置在所述光波导的与所述基板相对的一侧，每一个微透镜阵列都包括以阵列形式布置的多个微透镜，用于接收并会聚来自于所述待检测表面的经过所述光波导的光；成像部件，用于接收来自于所述微透镜的光以进行成像。
在一个实施例中，所述至少一个微透镜阵列包括叠置的第一微透镜阵列和第二微透镜阵列；所述至少一个微透镜阵列被配置为其每一个微透镜阵列中的微透镜的光轴与另一微透镜阵列中的相应微透镜的光轴彼此对准。
在一个实施例中，所述成像部件包括多个成像单元，所述成像单元包括多个像素，每个成像单元与一个微透镜对应来接收通过该微透镜的光的至少一部分。
在一个实施例中，所述装置还包括：多个光约束部件，分别位于对应的成像单元与微透镜之间，用于至少允许来自对应微透镜的反映特定视场的光通过并进入对应的成像单元。
在一个实施例中，所述光约束部件包括挡光板。
在一个实施例中，所述光约束部件包括：柱形光学件，其包括受光面和出光面；以及挡光板，其包围柱形光学件的除受光面和出光面以外的外围表面。
在一个实施例中，所述微透镜阵列还包括：在微透镜边缘的支承部件，其能够用于支承与其邻接的微透镜。
在一个实施例中，所述至少一个微透镜阵列包括叠置的第一微透镜阵列和第二微透镜阵列，并且所述第一微透镜阵列的支承部件与所述第二微透镜阵列的支承部件彼此一一对准。
在一个实施例中，所述支承部件由与微透镜相同的材料形成；所述装置还包括：在支承部件的下表面的阻挡层，用于阻挡光进入支承部件。
在一个实施例中，所述支承部件由与微透镜相同的材料形成，所述装置还包括：在支承部件下的光波导的表面上的阻挡层，用于阻挡光进入支承部件。
在一个实施例中，所述阻挡层包括金属镀层。
在一个实施例中，所述微透镜包括平凸镜。
在一个实施例中，所述平凸镜的曲面上点的Z方向的坐标是对应的平面投影点在平面上距离原点的距离r的2阶至4阶函数。
在一个实施例中，所述平凸镜的曲面由以下公式来定义：
Figure BDA0001115263470000031
其中，Z是平凸镜的曲面上的点的Z方向的坐标，R是球面的曲率半径，K是圆锥常数，α1是二阶系数，α2是四阶系数。
在一个实施例中，所述光波导包括第一入射面和第二入射面，分别位于所述光波导的两侧；所述光包括第一光和第二光，所述第一光和所述第二光分别从所述第一入射面和所述第二入射面进入所述光波导。
在一个实施例中，所述第一入射面和所述第二入射面相对于所述第一表面是倾斜的。
在一个实施例中，所述装置还包括：激光光源，用于产生激光光束；分光镜，用于将所述激光光束分光，以产生分离的第一部分光和第二部分光；以及用于产生第一光的第一光产生部件，其包括：第一扩束镜，用于将来自分光镜的第一部分光在第一维度上进行扩束以生成扩束后的第一激光光束；第一透镜，用于将扩束后的第一激光光束在不同于第一维度的第二维度上会聚以生成会聚后的第一激光光束；第一反射镜，用于将会聚后的第一激光光束反射，以作为所述第一光入射到所述光波导的第一入射面。
在一个实施例中，所述装置还包括：第二反射镜，用于将来自分光镜的第二部分光反射；以及用于产生第二光的第二光产生部件，其包括：第二扩束镜，用于将来自第二反射镜的光在第一维度上进行扩束以生成扩束后的第二激光光束；第二透镜，用于将扩束后的第二激光光束在不同于第一维度的第二维度上会聚以生成会聚后的第二激光光束；第三反射镜，用于将会聚后的第二激光光束反射，以作为所述第二光入射到所述光波导的第二入射面。
在一个实施例中，所述第一光和所述第二光的光强基本相同。
在一个实施例中，所述装置还包括：隔板，位于所述微透镜阵列的侧面上，用于阻挡环境光进入微透镜。
在一个实施例中，所述光波导的厚度、所述微透镜阵列的厚度、以及所述光波导与所述微透镜阵列之间的间距的和小于或等于20μm。
在一个实施例中，所述基板的待检测表面与所述柱形光学件的受光面之间的距离小于或等于20μm。
在一个实施例中，所述微透镜的直径的范围是5-20μm。
在一个实施例中，所述光波导包括多个散射体，用于将在所述光波导中传输的光散射到基板的待检测表面。
在一个实施例中，所述微透镜阵列还包括：在微透镜边缘的支承部件，其能够用于支承与其邻接的微透镜；所述多个散射体的位置被设置为分别与微透镜阵列的支承部件对应。
在一个实施例中，所述基板包括从下列中选择的一种或多种：半导体晶片、半导体衬底、显示面板。
在一个实施例中，所述光波导、所述至少一个微透镜阵列以及所述成像部件被配置为使得：来自所述基板的待检测表面的期望的被成像部分的光通过所述光波导和所述至少一个微透镜阵列入射在所述成像部件的成像平面上而形成的斑点满足衍射极限要求，即，该斑点小于艾里斑。
在一个实施例中，所述光波导、所述至少一个微透镜阵列、所述柱形光学件以及所述成像部件被配置为使得：来自所述基板的待检测表面的期望的被成像部分的光通过所述光波导、所述至少一个微透镜阵列和所述柱形光学件入射在所述成像部件的成像平面上而形成的斑点满足衍射极限要求，即，该斑点小于艾里斑。
根据本公开的另一个实施例，提供了一种图像畸变校正方法，包括：获取包括多个像素的图像中的每个像素的光强，所述多个像素包括处于图像中心位置或附近的一个中心像素以及不同于所述中心像素的第一像素；计算该第一像素与中心像素之间的第一距离；计算作为与该第一像素相邻的相邻像素中的至少一部分像素的第二像素距离中心像素的第二距离；根据该第一像素的光强、第一距离、第二距离以及该第二像素的光强，对该第一像素的光强进行校正。
在一个实施例中，所述第一像素的坐标为(i，j)，中心像素的坐标为(0，0)，根据如下公式对第一像素(i，j)的光强进行校正：
Figure BDA0001115263470000051
其中，i、j均为非零整数，C1、C2、C3、C4是校正系数且C1+C2+C3+C4＝1，P(i,j)是所获取的第一像素(i，j)的光强，
Figure BDA0001115263470000052
是像素(i，j)校正后的光强，并且，像素(i-1，j-1)、像素(i-1，j)和像素(i，j-1)是比第一像素(i，j)更靠近中心像素(0，0)的像素。
在一个实施例中，所述第一像素的坐标为(i，j)，中心像素的坐标为(0，0)，根据如下公式对第一像素(i，j)的光强进行校正：
Figure BDA0001115263470000053
其中，i、j均为非零整数，C1、C2、C3、C4是校正系数且C1+C2+C3+C4＝1，P(i，j)是所获取的第一像素(i，j)的光强，
Figure BDA0001115263470000054
是像素(i，j)校正后的光强，并且，像素(i+1，j+1)、像素(i+1，j)和像素(i，j+1)是比第一像素(i，j)更远离中心像素(0，0)的像素。
根据本公开的又一个实施例，提供了一种图像畸变校正装置，包括：获取单元，用于获取包括多个像素的图像中的每个像素的光强，所述多个像素包括处于图像中心位置或附近的一个中心像素以及不同于所述中心像素的第一像素；第一计算单元，用于计算该第一像素与中心像素之间的第一距离；第二计算单元，用于计算作为与该第一像素相邻的相邻像素中的至少一部分像素的第二像素距离中心像素的第二距离；校正单元，用于根据该第一像素的光强、第一距离、第二距离以及该第二像素的光强，对该第一像素的光强进行校正。
在一个实施例中，所述第一像素的坐标为(i，j)，中心像素的坐标为(0，0)，根据如下公式对第一像素(i，j)的光强进行校正：
Figure BDA0001115263470000061
其中，i、j均为非零整数，C1、C2、C3、C4是校正系数且C1+C2+C3+C4＝1，P(i,j)是所获取的第一像素(i，j)的光强，
Figure BDA0001115263470000062
是像素(i，j)校正后的光强，并且，像素(i-1，j-1)、像素(i-1，j)和像素(i，j-1)是比第一像素(i，j)更靠近中心像素(0，0)的像素。
在一个实施例中，所述第一像素的坐标为(i，j)，中心像素的坐标为(0，0)，根据如下公式对第一像素(i，j)的光强进行校正：
Figure BDA0001115263470000063
其中，i、j均为非零整数，C1、C2、C3、C4是校正系数且C1+C2+C3+C4＝1，P(i,j)是所获取的第一像素(i，j)的光强，
Figure BDA0001115263470000064
是像素(i，j)校正后的光强，并且，像素(i+1，j+1)、像素(i+1，j)和像素(i，j+1)是比第一像素(i，j)更远离中心像素(0，0)的像素。
根据本公开的再一个实施例，提供了一种基板表面缺陷检测设备，包括：上述任意一个实施例所述的基板表面缺陷检测装置，以及上述任意一个实施例所述的图像畸变的校正装置。
通过以下参照附图对本公开的示例性实施例的详细描述，本公开的其它特征、方面及其优点将会变得清楚。
附图说明
附图构成本说明书的一部分，其描述了本公开的示例性实施例，并且连同说明书一起用于解释本发明的原理，在附图中：
图1A示出了现有的基板表面缺陷检测的示意图；
图1B示意性地示出了基板101上的曝光区域以及光学系统102的平直视场；
图2A是根据本公开一个实施例的基板表面缺陷检测装置的结构示意图；
图2B是根据本公开一个实施例的微透镜阵列与基板表面的位置关系的示意图；
图3是根据本公开另一个实施例的基板表面缺陷检测装置的结构示意图；
图4示出了根据本公开一个实施例的从光波导的侧面进行照明的示意图；
图5是根据本公开又一个实施例的基板表面缺陷检测装置的结构示意图；
图6示出了利用基板表面缺陷检测装置进行缺陷检测的示意图；
图7是根据本公开一个实施例的图像畸变的校正方法的流程示意图；
图8A示出了一种桶形畸变的示意图；
图8B示出了一种枕形畸变的示意图；
图9A示出了对第一像素进行校正的一种实现方式；
图9B示出了对第一像素进行校正的另一种实现方式；
图10是根据本公开一个实施例的图像畸变的校正装置的结构示意图。
具体实施方式
现在将参照附图来详细描述本公开的各种示例性实施例。应理解，除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不应被理解为对本发明范围的限制。
此外，应当理解，为了便于描述，附图中所示出的各个部件的尺寸并不必然按照实际的比例关系绘制，例如某些层的厚度或宽度可以相对于其他层有所夸大。
以下对示例性实施例的描述仅仅是说明性的，在任何意义上都不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和装置可能不作详细讨论，但在适用这些技术、方法和装置情况下，这些技术、方法和装置应当被视为本说明书的一部分。
应注意，相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义或说明，则在随后的附图的说明中将不需要对其进行进一步讨论。
在本公开中，基板可以包括从下列中选择的一种或多种：半导体晶片、半导体衬底、显示面板。
图2是根据本公开一个实施例的基板表面缺陷检测装置的结构示意图。如图2所示，该装置可以包括光波导201、至少一个微透镜阵列202以及成像部件203。下面分别对这几个部件进行说明。
光波导201可以用于接收光并引导光至基板101的待检测表面，光波导201具有与基板101相邻的第一表面和与第一表面相对的第二表面。所述至少一个微透镜阵列202层叠地设置在光波导201的与基板101相对的一侧，也即，所述至少一个微透镜阵列202设置在光波导201的第二表面所在的一侧。成像部件203用于接收来自于微透镜的光以进行成像。
在一个实施例中，光波导201可以包括多个散射体2011，用于将在光波导201中传输的光散射到基板101的待检测表面。这里，散射体2011可以通过对光波导201进行离子轰击的方式来获得，或者，也可以通过激光聚焦以使得光波导201的局部融化的方式来获得。
在一个实施例中，所述至少一个微透镜阵列202可以与光波导201胶合在一起。这里，图2示出的所述至少一个微透镜阵列202包括叠置的第一微透镜阵列212和第二微透镜阵列222。优选地，所述至少一个微透镜阵列202可以被配置为其每一个微透镜阵列中的微透镜的光轴与另一微透镜阵列中的相应微透镜的光轴彼此对准(如图2A中虚线所示的那样)。每一个微透镜阵列都包括以阵列形式布置的多个微透镜，用于接收并会聚来自于待检测表面的经过光波导201的光。这里，微透镜的直径的范围可以是5-20μm，例如10μm。
应理解，所述至少一个微透镜阵列202还可以包括更多的微透镜阵列，例如设置在第二微透镜阵列222上的第三微透镜阵列等，相邻的微透镜阵列可以胶合在一起。在一个实施例中，微透镜阵列还可以包括在微透镜边缘的支承部件(柱形部件)，其能够用于支承与其邻接的微透镜。优选地，如图2A所示，第一微透镜阵列212的支承部件与第二微透镜阵列222的支承部件彼此一一对准。在光波导201包括多个散射体2011的情况下，多个散射体2011可以被设置为分别与微透镜阵列的支承部件对应。例如，散射体2011可以设置在每个支承部件下面的光波导201对应的位置处。
在一个实施例中，成像部件203可以包括多个成像单元，如图2A所示，成像部件203可以包括第一成像单元213、第二成像单元223以及第三成像单元233等。每个成像单元可以包括多个像素。每个成像单元与一个微透镜对应来接收通过该微透镜的光的至少一部分以成像。
在一个实施例中，图2A所示的光波导201、至少一个微透镜阵列202以及成像部件203可以被配置为使得：来自基板101的待检测表面的期望的待成像部分的光通过光波导201和至少一个微透镜阵列202入射在成像部件203的成像平面上而形成的斑点满足衍射极限要求，即，该斑点小于艾里斑(Airy Disk)。优选地，光波导201的厚度、微透镜阵列202的厚度、以及光波导201与微透镜阵列202之间的间距的和小于或等于20μm。更优选地，光波导201的厚度、微透镜阵列202的厚度、以及光波导201与微透镜阵列202之间的间距的和小于或等于10μm。
如下面将详细地进一步说明的，本公开提供的基板表面缺陷检测装置可以利用微透镜阵列成像的方式来进行基板表面缺陷的检测，由于微透镜阵列包括多个微透镜，从而一次移动得到基板表面不同位置的图像，从而可以提高基板表面缺陷的检测速度。
在实际应用中，可以通过设置微透镜阵列的尺寸、微透镜的直径、以及微透镜的视场来相应地提高缺陷检测速度的倍数。例如，以微透镜的直径为10μm为例，微透镜阵列的尺寸可以设置为与曝光区域相同，如图2B所示，在微透镜在1μm×1μm的视场里的任何成像点都满足衍射极限的情况下，一个曝光区域只要100张照片即可扫描完毕，检测速度可以提高到现在的1万倍；而在微透镜在2μm×2μm的视场里的任何成像点都满足衍射极限的情况下，一个曝光区域只要25张照片即可扫描完毕，检测速度可以提高到现在的4万倍。
当然，应理解，微透镜阵列的尺寸也可以设置为与曝光区域不同，但同样也可以提高缺陷的检测速度。例如，微透镜阵列可以，设置为100×100或1000×1000的阵列等等。
需要指出的是，微透镜阵列中的微透镜可以包括但不限于平凸镜、凸透镜、凹凸透镜等，只要其能够会聚光即可。
在实际应用中，考虑到微透镜的加工和装配的便利，优选地，可以采用平凸镜作为微透镜，由于平凸镜包括平面，因此，可以更加便于微透镜阵列的加工和装配，并降低成本。
图3是根据本公开另一个实施例的基板表面缺陷检测装置的结构示意图。如图3所示，基板表面缺陷检测装置还可以包括多个光约束部件301，分别位于对应的成像单元与微透镜之间，用于至少允许来自对应微透镜的反映特定视场的光通过并进入对应的成像单元。在一个实施例中，光约束部件301可以包括柱形光学件311和挡光板321。这里，柱形光学件311包括受光面和出光面，来自对应的微透镜的反映特定视场的光通过受光面进入柱形光学件311，进而通过出光面进入对应的成像单元。优选地，基板101的待检测表面与柱形光学件311的受光面之间的距离小于或等于20μm。挡光板321可以包围柱形光学件311的除受光面和出光面以外的外围表面，从而使得来自对应的微透镜的反映特定视场的光不会进入其他的成像单元。应理解，上述特定视场可以是根据光波导、以及微透镜的不同参数确定的不同大小的视场，例如可以是1μm×1μm的视场、2μm×2μm的视场等等。然而，在其他的实施例中，光约束部件303也可以仅包括挡光板321。作为一个非限制性示例，挡光板321可以是金属、多晶硅或者碳粉。
在一个实施例中，图3所示的光波导201、至少一个微透镜阵列202、柱形光学件311以及成像部件203可以被配置为使得：来自基板101的待检测表面的期望的被成像部分的光通过光波导201、至少一个微透镜阵列202和柱形光学件311入射在成像部件203的成像平面上而形成的斑点满足衍射极限要求，即，该斑点小于艾里斑。
在包括支承部件的微透镜阵列中，支承部件可以由与微透镜相同的材料形成，例如均为石英玻璃。在这种情况下，在光波导201中传输的光有可能会进入支承部件，进而进入微透镜，从而对微透镜的成像造成影响。为了消除这种影响，在一个实施例中，如图3所示，基板表面缺陷检测装置还可以包括在支承部件的下表面上和/或在支承部件下的光波导201的表面(第二表面)上的阻挡层302，该阻挡层302可以用于阻挡光进入支承部件。这里，阻挡层302例如可以包括金属镀层。
此外，环境光等不期望的光也有可能通过微透镜阵列的侧面进入微透镜中，从而对微透镜的成像造成影响。为了消除这种影响，在一个实施例中，如图3所示，基板表面缺陷检测装置还可以包括隔板303，位于微透镜阵列202的侧面上，用于阻挡环境光进入微透镜，从而避免环境光对微透镜的成像造成影响。
对于包括微透镜阵列的基板表面缺陷检测装置来说，微透镜离基板表面的距离很小，例如只有几个μm，这对照明提出了很高的要求。本公开针对基板表面缺陷检测装置的照明问题提出了如下解决方案。
图4示出了根据本公开一个实施例的从光波导的侧面进行照明的示意图。如图4所示，光波导201可以包括第一入射面211和第二入射面221，分别位于光波导201的两侧。入射到光波导201的光可以包括第一光401和第二光403，第一光401和第二光402分别从第一入射面211和第二入射面221进入光波导201。优选地，第一光401和第二光402的光强可以基本相同，如此可以改善入射到基板待测表面的光的均匀性，并因而可以改善微透镜接收的来自基板待测表面的光的均匀性，从而可以降低由光的不均匀性导致的图像的畸变。例如，第一光401和第二光402可以是紫外光，优选地，第一光401和第二光402可以是193nm左右(例如192.5-193.5nm)的紫外光。然而本发明不限于此。
优选地，第一入射面211和第二入射面221相对于光波导201的第一表面是倾斜的，如此可以更容易地调整第一光401和第二光402的入射角度，使得第一光401和第二光402在光波导中以全反射的方式进行传输。例如，第一入射面211和第二入射面221与第一表面(即光波导201的底面)的夹角可以是锐角。
图5是根据本公开又一个实施例的基板表面缺陷检测装置的结构示意图。如图5所示，基板表面缺陷检测装置还可以包括激光光源501、分光镜502、以及用于产生第一光的第一光产生部件503。激光光源501用于产生激光光束，例如波长为193nm等的紫外光。分光镜502用于将激光光束分光，以产生分离的第一部分光(反射光)601和第二部分光(透射光)602。第一光产生部件503包括第一扩束镜513、第一透镜523和第一反射镜533。第一扩束镜513用于将来自分光镜501的第一部分光在第一维度上(在图5的示例中，例如在与纸面垂直的维度上)进行扩束以生成扩束后的第一激光光束。第一透镜523用于将扩束后的第一激光光束在不同于第一维度的第二维度上(在图5的示例中，例如在与纸面平行的水平方向的维度上)会聚以生成会聚后的第一激光光束。第一反射镜533用于将会聚后的第一激光光束反射，以作为第一光401入射到光波导201的第一入射面。
如图5所示，基板表面缺陷检测装置还可以包括第二反射镜504和用于产生第二光的第二光产生部件505。第二反射镜504用于将来自分光镜501的第二部分光602反射。第二光产生部件505可以包括第二扩束镜515、第二透镜525和第三反射镜535。第二扩束镜515用于将来自第二反射镜504的光在第一维度上(在图5的示例中，例如在与纸面垂直的维度上)进行扩束以生成扩束后的第二激光光束。第二透镜525用于将扩束后的第二激光光束在不同于第一维度的第二维度(在图5的示例中，例如在与纸面平行的水平方向的维度上)上会聚以生成会聚后的第二激光光束。第三反射镜535用于将会聚后的第二激光光束反射，以作为第二光402入射到光波导201的第二入射面。
图6示出了利用基板表面缺陷检测装置进行缺陷检测的示意图。如图6所示，基板101与光波导201的第一表面的距离S1可以为1-3μm；光波导201的厚度S2可以为2μm左右；光波导201与第一微透镜阵列212的距离S3可以为0.5-1μm；第一微透镜阵列212的厚度S4可以为1-6μm；第一微透镜阵列212与第二微透镜阵列222的距离S5可以为1-5μm；第二微透镜阵列222的厚度S6可以为1-3μm；第二微透镜阵列222与柱形光学件311的距离S7可以为0.5-1.5μm；柱形光学件311的长度S8可以为30-120μm；柱形光学件311与成像部件203的距离S9可以为0.5-1.5μm。
下面介绍两个具体实现方式中基板表面缺陷检测装置的各部件的参数。
在下面的实现方式中，微透镜可以是平凸镜。在一个实施例中，平凸镜的曲面上点的Z方向的坐标可以是对应的平面投影点在平面上距离原点的距离r的2阶至4阶函数。进一步地，平凸镜的曲面可以由以下公式来定义：
Figure BDA0001115263470000131
其中，Z是平凸镜的曲面上的点的Z方向的坐标，也即平凸镜的厚度(如图6所示)，R是球面的曲率半径，K是圆锥常数，α1是二阶系数，α2是四阶系数。对于平凸镜来说，K可以是0。
在一个具体实现方式中，第一微透镜阵列212的曲面可以表示为：
Figure BDA0001115263470000132
第二微透镜阵列222的曲面可以表示为：
Figure BDA0001115263470000133
该实现方式中，第一微透镜阵列212与第二微透镜阵列222的直径可以设置为10μm。第一微透镜阵列212与第二微透镜阵列222构成的微透镜阵列的数值孔径为0.7，放大倍率为9倍。在这种情况下，S1-S9的数值可以设置为如下：S1约为1.5μm，S2约为2μm，S3约为0.5μm，S4约为2μm，S5约为1.3μm，S6约为3μm，S7约为1μm，S8约为95μm，S9约为1μm。在视场F为1μm×1μm的情况下，来自基板101的待检测表面的期望的被成像部分的光通过光波导201、所述至少一个微透镜阵列202和柱形光学件311入射在成像部件203的成像平面上而形成的斑点满足衍射极限要求，也即，实际斑点的大小(内圆)都小于艾里斑(外圆)的大小。此时，焦深可以延伸到+/-0.31μm，最大的畸变约为0.30％，约为3nm。该具体实现方式可以使得缺陷检测速度提高1万倍。
在另一个具体实现方式中，第一微透镜阵列212的曲面可以表示为：
Figure BDA0001115263470000141
第二微透镜阵列222的曲面可以表示为：
Figure BDA0001115263470000142
该实现方式中，第一微透镜阵列212与第二微透镜阵列222的直径可以设置为10μm。第一微透镜阵列212与第二微透镜阵列222构成的微透镜阵列的数值孔径为0.9，放大倍率为5倍。在这种情况下，S1-S9的数值可以设置为如下：S1约为1.5μm，S2约为2μm，S3约为0.5μm，S4约为5μm，S5约为4.5μm，S6约为3μm，S7约为1μm，S8约为40μm，S9约为1μm。在视场F为2μm×2μm的情况下，来自基板101的待检测表面的期望的被成像部分的光通过光波导201、所述至少一个微透镜阵列202和柱形光学件311入射在成像部件203的成像平面上而形成的斑点满足衍射极限要求，也即，实际斑点的大小(内圆)都小于艾里斑(外圆)的大小。此时，焦深可以延伸到+/-5μm。该具体实现方式可以使得缺陷检测速度提高4万倍。
应理解，上述两个具体实现方式仅仅是示例性的，并不用于限制本公开的范围。本领域技术人员可以根据本公开的教导对基板表面缺陷检测装置中各部件的参数进行调整，以使得在不同的视场下在成像部件的成像平面上而形成的斑点满足衍射极限要求，从而可以使得检测速度提高不同的倍数。
对于单个微透镜而言，图像的畸变量可能很小，但是如果考虑到微透镜阵列的累加效果，有可能导致非常严重的图像失真。因此，在利用上述成像部件进行成像后，可能会由于畸变的存在导致所成的图像偏离理想的位置。针对该问题，本公开还提供了一种图像畸变的校正方法和装置，下面将做详细介绍。
图7是根据本公开一个实施例的图像畸变的校正方法的流程示意图。如图7所示，该方法包括如下步骤：
步骤702，获取包括多个像素的图像中的每个像素的光强，所述多个像素包括处于图像中心位置或附近的一个中心像素以及不同于中心像素的第一像素。
这里，包括多个像素的图像可以是上述成像部件203接收来自于微透镜的光而成的图像。上述中心像素可以处于图像的中心位置，或者也可以处于图像的中心位置附近的位置，或者也可以将图像的某个位置自定义为中心像素所在的位置。
步骤704，计算该第一像素与中心像素之间的第一距离。
步骤706，计算作为与该第一像素相邻的相邻像素中的至少一部分像素的第二像素距离中心像素的第二距离。
与第一像素相邻的相邻像素可以包括多个，第二像素可以包括多个相邻像素中的一部分，也可以包括多个像素的全部。在一个实施例中，第二像素不是中心像素。
步骤708，根据该第一像素的光强、第一距离、第二距离以及该第二像素的光强，对该第一像素的光强进行校正。
本实施例提供的图像畸变的校正方法可以根据第一像素以及与其相邻的像素中的至少一部分第二像素的光强对第一像素的光强进行校正，从而可以使得所得到的图像更接近实际图像。
一般来说，在微透镜成像过程中的畸变主要可以包括两种：一种是桶形畸变(Barrel distortion)，如图8A所示，另一种是枕形畸变(pin-cushion distortion)，如图8B所示。在图8A和8B中，虚线代表理想情况下成像单元(或者，成像部件)所成的没有畸变或失真的理想图像，而实线代表实际成像所成的有畸变或失真的理想图像，四个小方框代表四个相邻的像素。对于这两种不同的畸变来说，可以通过不同的方式来进行畸变的校正，下面将分别做出说明。
在一个实现方式中，可以根据第一像素的光强、以及第二像素中第二距离小于第一距离的三个像素的光强来对第一像素的光强进行校正。如图9A所示，第一像素的坐标为(i，j)，中心像素的坐标为(0，0)，像素(i-1，j-1)、像素(i-1，j)和像素(i，j-1)是比第一像素(i，j)更靠近中心像素(0，0)的像素，也即，这三个像素距离中心像素(0，0)的第二距离均小于第一像素(i，j)距离中心像素(0，0)的第一距离。具体地，可以根据如下公式对第一像素(i，j)的光强进行校正：
Figure BDA0001115263470000161
其中，i、j均为非零整数，C1、C2、C3、C4是校正系数且C1+C2+C3+C4＝1，P(i,j)是所获取的第一像素(i，j)的光强，
Figure BDA0001115263470000162
是像素(i，j)校正后的光强。
这种校正方法适于图8A所示的具有桶形畸变的图像，通过第一像素以及比第一像素更靠近中心像素的三个相邻像素的光强可以对第一像素的光强进行校正，从而可以对具有桶形畸变的图像进行校正。
在另一个实现方式中，可以根据第一像素的光强、以及第二像素中第二距离大于第一距离的三个像素的光强来对第一像素的光强进行校正。如图9B所示，第一像素的坐标为(i，j)，中心像素的坐标为(0，0)，像素(i+1，j+1)、像素(i+1，j)和像素(i，j+1)是比第一像素(i，j)更远离中心像素(0，0)的像素，也即，这三个像素距离中心像素(0，0)的第二距离均大于第一像素(i，j)距离中心像素(0，0)的第一距离。具体地，可以根据如下公式对第一像素(i，j)的光强进行校正：
Figure BDA0001115263470000171
其中，i、j均为非零整数，C1、C2、C3、C4是校正系数且C1+C2+C3+C4＝1，P(i,j)是所获取的第一像素(i，j)的光强，
Figure BDA0001115263470000172
是像素(i，j)校正后的光强。
这种校正方法适于图8B所示的具有枕形畸变的图像。通过第一像素以及比第一像素更远离中心像素的三个相邻像素的光强可以对第一像素的光强进行校正，从而可以对具有枕形畸变的图像进行校正。
本公开提供的图像畸变的校正方法中，可以假设每个微透镜的畸变量大小和趋势一样，从而可以提高图形的处理效率。
与上述图像畸变的校正方法对应地，本公开还提供了一种图像畸变的校正装置。
图10是根据本公开一个实施例的图像畸变的校正装置的结构示意图。如图10所示，该装置包括获取单元1001、第一计算单元1002、第二计算单元1003和校正单元1004。获取单元1001用于获取包括多个像素的图像中的每个像素的光强，所述多个像素包括处于图像中心位置或附近的一个中心像素以及不同于中心像素的第一像素。第一计算单元1002用于计算该第一像素与中心像素之间的第一距离。第二计算单元1003用于计算作为与该第一像素相邻的相邻像素中的至少一部分像素的第二像素距离中心像素的第二距离。校正单元1004用于根据该第一像素的光强、第一距离、第二距离以及该第二像素的光强，对该第一像素的光强进行校正。
本实施例提供的图像畸变的校正装置可以通过第一像素以及与其相邻的像素中的至少一部分第二像素的光强对第一像素的光强进行校正，从而可以使得所得到的图像更接近实际图像。在实际应用中，图像畸变的校正装置的功能可以通过硬件的方式来实现，例如通过处理器来实现；或者，也可以通过软件的方式来实现，例如通过计算机程序来实现。
针对不同的畸变，校正单元1004可以通过不同的方式对第一像素的光强进行校正。
在一个实现方式中，图像畸变例如是桶形畸变，参考图9A，第一像素的坐标为(i，j)，中心像素的坐标为(0，0)，并且，像素(i-1，j-1)、像素(i-1，j)和像素(i，j-1)是比第一像素(i，j)更靠近中心像素(0，0)的像素，此时，校正单元1004可以根据如下公式对第一像素(i，j)的光强进行校正：
Figure BDA0001115263470000181
其中，i、j均为非零整数，C1、C2、C3、C4是校正系数且C1+C2+C3+C4＝1，P(i,j)是所获取的第一像素(i，j)的光强，
Figure BDA0001115263470000182
是像素(i，j)校正后的光强。
在另一个实现方式中，图像畸变例如是枕形畸变，参考图9B，第一像素的坐标为(i，j)，中心像素的坐标为(0，0)，像素(i+1，j+1)、像素(i+1，j)和像素(i，j+1)是比第一像素(i，j)更远离中心像素(0，0)的像素，此时，校正单元1004可以根据如下公式对第一像素(i，j)的光强进行校正：
Figure BDA0001115263470000183
其中，i、j均为非零整数，C1、C2、C3、C4是校正系数且C1+C2+C3+C4＝1，P(i,j)是所获取的第一像素(i，j)的光强，
Figure BDA0001115263470000184
是像素(i，j)校正后的光强。
本公开还提供了一种基板表面缺陷检测设备，其可以包括：上述任意一个实施例所述的基板表面缺陷检测装置，以及上述任意一个实施例所述的图像畸变的校正装置。其中，基板表面缺陷检测装置中的成像部件可以将成像后的图像输出到图像畸变的校正装置，图像畸变的校正装置利用上述方式对接收到的图像进行校正。
至此，已经详细描述了根据本公开实施例的基板表面缺陷检测装置、图像畸变校正方法和装置、以及基板表面缺陷检测设备。为了避免遮蔽本公开的构思，没有描述本领域所公知的一些细节，本领域技术人员根据上面的描述，完全可以明白如何实施这里公开的技术方案。另外，本说明书公开所教导的各实施例可以自由组合。本领域的技术人员应该理解，可以对上面说明的实施例进行多种修改而不脱离如所附权利要求限定的本公开的精神和范围。

Claims (30)

1.一种基板表面缺陷检测装置，其特征在于，包括：
光波导，用于接收光并引导光至所述基板的待检测表面，所述光波导具有与所述基板相邻的第一表面和与第一表面相对的第二表面；
至少一个微透镜阵列，层叠地设置在所述光波导的与所述基板相对的一侧，每一个微透镜阵列都包括以阵列形式布置的多个微透镜，用于接收并会聚来自于所述待检测表面的经过所述光波导的光；
成像部件，用于接收来自于所述微透镜的光以进行成像；
所述光波导包括第一入射面和第二入射面，分别位于所述光波导的两侧；
所述光波导接收的所述光包括第一光和第二光，所述第一光和所述第二光分别从所述第一入射面和所述第二入射面进入所述光波导，所述第一光和所述第二光的光强相同；
每一个微透镜阵列还包括：在微透镜边缘的支承部件，用于支承与其邻接的微透镜，所述支承部件由与微透镜相同的材料形成；
所述装置还包括：在支承部件的下表面和/或支承部件下的光波导的表面上的阻挡层，用于阻挡光进入支承部件。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，
所述至少一个微透镜阵列包括叠置的第一微透镜阵列和第二微透镜阵列；
所述至少一个微透镜阵列被配置为其每一个微透镜阵列中的微透镜的光轴与另一微透镜阵列中的相应微透镜的光轴彼此对准。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，
所述成像部件包括多个成像单元，所述成像单元包括多个像素，每个成像单元与一个微透镜对应来接收通过该微透镜的光的至少一部分。
4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
多个光约束部件，分别位于对应的成像单元与微透镜之间，用于至少允许来自对应微透镜的反映特定视场的光通过并进入对应的成像单元。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述光约束部件包括挡光板。
6.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述光约束部件包括：
柱形光学件，其包括受光面和出光面；以及
挡光板，其包围柱形光学件的除受光面和出光面以外的外围表面。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，其中
所述至少一个微透镜阵列包括叠置的第一微透镜阵列和第二微透镜阵列，并且
所述第一微透镜阵列的支承部件与所述第二微透镜阵列的支承部件彼此一一对准。
8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，
所述阻挡层包括金属镀层。
9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述微透镜包括平凸镜。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述平凸镜的曲面上点的Z方向的坐标是对应的平面投影点在平面上距离原点的距离r的2阶至4阶函数。
11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述平凸镜的曲面由以下公式来定义：
Figure FDA0002721391460000031
其中，Z是平凸镜的曲面上的点的Z方向的坐标，R是球面的曲率半径，K是圆锥常数，α1是二阶系数，α2是四阶系数。
12.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，
所述第一入射面和所述第二入射面相对于所述第一表面是倾斜的。
13.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：
激光光源，用于产生激光光束；
分光镜，用于将所述激光光束分光，以产生分离的第一部分光和第二部分光；以及
用于产生第一光的第一光产生部件，其包括：
第一扩束镜，用于将来自分光镜的第一部分光在第一维度上进行扩束以生成扩束后的第一激光光束；
第一透镜，用于将扩束后的第一激光光束在不同于第一维度的第二维度上会聚以生成会聚后的第一激光光束；
第一反射镜，用于将会聚后的第一激光光束反射，以作为所述第一光入射到所述光波导的第一入射面。
14.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，还包括：
第二反射镜，用于将来自分光镜的第二部分光反射；以及
用于产生第二光的第二光产生部件，其包括：
第二扩束镜，用于将来自第二反射镜的光在第一维度上进行扩束以生成扩束后的第二激光光束；
第二透镜，用于将扩束后的第二激光光束在不同于第一维度的第二维度上会聚以生成会聚后的第二激光光束；
第三反射镜，用于将会聚后的第二激光光束反射，以作为所述第二光入射到所述光波导的第二入射面。
15.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：
隔板，位于所述微透镜阵列的侧面上，用于阻挡环境光进入微透镜。
16.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，
所述光波导的厚度、所述微透镜阵列的厚度、以及所述光波导与所述微透镜阵列之间的间距的和小于或等于20μm。
17.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，
所述基板的待检测表面与所述柱形光学件的受光面之间的距离小于或等于20μm。
18.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，
所述微透镜的直径的范围是5-20μm。
19.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，
所述光波导包括多个散射体，用于将在所述光波导中传输的光散射到基板的待检测表面。
20.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述微透镜阵列还包括：
在微透镜边缘的支承部件，其能够用于支承与其邻接的微透镜；
所述多个散射体的位置被设置为分别与微透镜阵列的支承部件对应。
21.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述基板包括从下列中选择的一种或多种：
半导体晶片、半导体衬底、显示面板。
22.根据权利要求1-3任意一项所述的装置，其特征在于，所述光波导、所述至少一个微透镜阵列以及所述成像部件被配置为使得：
来自所述基板的待检测表面的期望的被成像部分的光通过所述光波导和所述至少一个微透镜阵列入射在所述成像部件的成像平面上而形成的斑点满足衍射极限要求，即，该斑点小于艾里斑。
23.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述光波导、所述至少一个微透镜阵列、所述柱形光学件以及所述成像部件被配置为使得：
来自所述基板的待检测表面的期望的被成像部分的光通过所述光波导、所述至少一个微透镜阵列和所述柱形光学件入射在所述成像部件的成像平面上而形成的斑点满足衍射极限要求，即，该斑点小于艾里斑。
24.一种图像畸变校正方法，其特征在于，包括：
获取包括多个像素的图像中的每个像素的光强，所述多个像素包括处于图像中心位置或附近的一个中心像素以及不同于所述中心像素的第一像素；
计算该第一像素与中心像素之间的第一距离；
计算作为与该第一像素相邻的相邻像素中的至少一部分像素的第二像素距离中心像素的第二距离；
根据该第一像素的光强、第一距离、第二距离以及该第二像素的光强，对该第一像素的光强进行校正；
其中，所述多个像素的图像为权利要求1-23任意一项所述的基板表面缺陷检测装置中的成像部件接收来自于所述微透镜的光而成的图像。
25.根据权利要求24所述的方法，其特征在于，所述第一像素的坐标为(i，j)，中心像素的坐标为(0，0)，根据如下公式对第一像素(i，j)的光强进行校正：
Figure FDA0002721391460000061
其中，i、j均为非零整数，C1、C2、C3、C4是校正系数且C1+C2+C3+C4＝1，P(i,j)是所获取的第一像素(i，j)的光强，
Figure FDA0002721391460000062
是像素(i，j)校正后的光强，并且
其中，像素(i-1，j-1)、像素(i-1，j)和像素(i，j-1)是比第一像素(i，j)更靠近中心像素(0，0)的像素。
26.根据权利要求24所述的方法，其特征在于，所述第一像素的坐标为(i，j)，中心像素的坐标为(0，0)，根据如下公式对第一像素(i，j)的光强进行校正：
Figure FDA0002721391460000063
其中，i、j均为非零整数，C1、C2、C3、C4是校正系数且C1+C2+C3+C4＝1，P(i,j)是所获取的第一像素(i，j)的光强，
Figure FDA0002721391460000064
是像素(i，j)校正后的光强，并且
其中，像素(i+1，j+1)、像素(i+1，j)和像素(i，j+1)是比第一像素(i，j)更远离中心像素(0，0)的像素。
27.一种图像畸变校正装置，其特征在于，包括：
获取单元，用于获取包括多个像素的图像中的每个像素的光强，所述多个像素包括处于图像中心位置或附近的一个中心像素以及不同于所述中心像素的第一像素；
第一计算单元，用于计算该第一像素与中心像素之间的第一距离；
第二计算单元，用于计算作为与该第一像素相邻的相邻像素中的至少一部分像素的第二像素距离中心像素的第二距离；
校正单元，用于根据该第一像素的光强、第一距离、第二距离以及该第二像素的光强，对该第一像素的光强进行校正；
其中，所述多个像素的图像为权利要求1-23任意一项所述的基板表面缺陷检测装置中的成像部件接收来自于所述微透镜的光而成的图像。
28.根据权利要求27所述的装置，其特征在于，所述第一像素的坐标为(i，j)，中心像素的坐标为(0，0)，根据如下公式对第一像素(i，j)的光强进行校正：
Figure FDA0002721391460000071
其中，i、j均为非零整数，C1、C2、C3、C4是校正系数且C1+C2+C3+C4＝1，P(i,j)是所获取的第一像素(i，j)的光强，
Figure FDA0002721391460000072
是像素(i，j)校正后的光强，并且
其中，像素(i-1，j-1)、像素(i-1，j)和像素(i，j-1)是比第一像素(i，j)更靠近中心像素(0，0)的像素。
29.根据权利要求27所述的装置，其特征在于，所述第一像素的坐标为(i，j)，中心像素的坐标为(0，0)，根据如下公式对第一像素(i，j)的光强进行校正：
Figure FDA0002721391460000073
其中，i、j均为非零整数，C1、C2、C3、C4是校正系数且C1+C2+C3+C4＝1，P(i,j)是所获取的第一像素(i，j)的光强，
Figure FDA0002721391460000074
是像素(i，j)校正后的光强，并且，像素(i+1，j+1)、像素(i+1，j)和像素(i，j+1)是比第一像素(i，j)更远离中心像素(0，0)的像素。
30.一种基板表面缺陷检测设备，其特征在于，包括：
根据权利要求1-23任意一项所述的基板表面缺陷检测装置，以及
根据权利要求27-29任意一项所述的图像畸变校正装置。
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