图像增益调节方法、装置、控制处理单元及半导体设备与流程

本技术涉及半导体加工，尤其涉及一种图像增益调节方法、装置、控制处理单元及半导体设备。

背景技术：

1、在半导体制造领域，光学检测是保障晶圆生产质量的关键环节。通过工业相机采集高精度晶圆表面图像，并对图像中的缺陷进行识别与分析，是实现工艺监控与良率提升的基础。其中，图像增益调节是优化图像亮度与对比度的核心手段，其调节效果的优劣直接决定了图像信息的完整性与可靠性，进而影响细微缺陷的检出率与分类准确性。

2、相关技术中，图像增益调节方法主要采用全局统一设置或基于固定区域的静态调整，但这类方法未能充分考虑晶圆表面因工艺波动、照明不均及光学路径差异所引发的复杂、动态的局部亮度变化，导致容易出现无法自适应不同批次晶圆或同一晶圆内不同功能区域的特性差异，进而影响了相机检测的准确性。

技术实现思路

1、本技术公开了一种图像增益调节方法、装置、控制处理单元及半导体设备，以解决相关技术中相机检测的准确性不足的技术问题。

2、第一方面，本技术提供了一种图像增益调节方法，图像增益调节方法包括：

3、获取待测晶圆的预扫描图像，待测晶圆包括多个重复的芯片单元；

4、基于多个芯片单元，从预扫描图像中选取多个候选子区域，其中，每个候选子区域对应于各芯片单元中沿预设路径分布的一个块；

5、分别计算每个候选子区域内、符合预设尺寸的多个位置窗口的评分，评分基于对应位置窗口的图像特征确定；

6、基于评分，从各候选子区域中分别选定至少一个位置窗口，作为用于图像质量评估的监测区域，以根据监测区域确定待测晶圆对应的图像调节增益系数。

7、由此，通过获取预扫描图像，基于重复的芯片单元结构选取候选子区域，利用位置窗口评分筛选监测区域，进而确定增益系数，从而能够充分利用晶圆图像的周期性重复特性，通过量化局部图像质量来精确定位最具代表性的评估区域，解决了相关技术中监测区域选取固定或不当导致增益调节准确性低的问题，提高了图像增益调节的准确性，优化了成像质量。

8、可选地，基于多个芯片单元，从预扫描图像中选取多个候选子区域，包括：获取芯片单元的尺寸和块的尺寸；基于芯片单元的尺寸和块的尺寸，按照预设规则将芯片单元划分为多个块；将部分块选取为多个候选子区域。

9、由此，通过对芯片单元进行有规则的块划分，并从中选取部分块作为候选子区域，避免了全区域遍历的计算开销，提高了候选区域选取的针对性与效率，同时保证了空间分布的均匀性，为后续监测区域的精准选取奠定了基础。

10、可选地，将部分块选取为多个候选子区域，包括：确定芯片单元中相互交叉的至少两个方向分布的多个块；将沿芯片单元中相互交叉的至少两个方向分布的多个块，选取为多个候选子区域。

11、由此，通过选取沿相互交叉的至少两个方向分布的块，使候选子区域能够覆盖芯片单元中多个维度的代表性位置，增强了监测区域选取的多样性，避免了单一方向选取可能导致的盲区，提升了后续图像质量评估的鲁棒性和全面性。

12、可选地，将沿芯片单元中相互交叉的至少两个方向分布的多个块，选取为多个候选子区域，包括：将位于主对角线和副对角线上的多个块，选取为多个候选子区域。

13、通过将主对角线和副对角线上的块选取为候选子区域，以较少的块数量实现了对整个芯片单元空间分布的对称性覆盖，兼顾了中心与边缘区域，有效提高了候选子区域的代表性和选取效率，进一步优化了监测区域选取的准确性与系统响应速度。

14、可选地，在基于多个芯片单元，从预扫描图像中选取多个候选子区域之前，包括：获取增益调节参数以及芯片单元的尺寸；基于增益调节参数与芯片单元的尺寸，确定块的尺寸和监测区域的尺寸。

15、由此，通过在选取候选子区域之前引入增益调节参数，并基于芯片单元尺寸动态确定块和监测区域的尺寸，使候选区域的大小能够适应不同芯片单元规格和检测需求，显著增强了方法的灵活性和适用范围，实现针对不同晶圆的自适应配置。

16、可选地，增益调节参数包括块与监测区域的第一尺寸比、芯片单元与块的第二尺寸比，基于增益调节参数与芯片单元的尺寸，确定监测区域的尺寸，包括：基于第一尺寸比、第二尺寸比及芯片单元的尺寸，确定块的尺寸和监测区域的尺寸。

17、由此，通过将增益调节参数具体化为块与监测区域的第一尺寸比、芯片单元与块的第二尺寸比，实现了尺寸确定过程的参数化和量化控制，便于用户根据实际场景精细调节，提高了尺寸设置的准确性、可操作性和可重复性。

18、可选地，基于第一尺寸比、第二尺寸比及芯片单元的尺寸，确定块的尺寸和监测区域的尺寸，包括：

19、根据芯片单元的宽度与第二尺寸比的比值确定块的宽度，根据芯片单元的高度与第二尺寸比的比值确定块的高度；根据块的宽度与第一尺寸比的比值确定监测区域的宽度，根据块的高度与第一尺寸比的比值确定监测区域的高度。

20、由此，通过计算公式：块尺寸=芯片尺寸/第二尺寸比；监测区域尺寸=块尺寸/第一尺寸比），确保了尺寸确定的确定性和一致性，同时因计算过程简单，便于并行化处理，有利于提升系统的实时响应效率和可靠性。

21、可选地，块内包括至少一个检测数据单元；分别计算每个候选子区域内、符合预设尺寸的多个位置窗口的评分，包括：基于设定的位置窗口尺寸和预设步长，滑动遍历每个候选子区域，确定每个位置窗口下各个检测数据单元对应的对比度指标，其中，位置窗口尺寸与监测区域的尺寸相等；对比度指标为预扫描图像中所有芯片单元中对应同一位置的检测数据单元的对比度值的平均值；基于各检测数据单元的对比度指标，确定位置窗口对应的评分。

22、由此，通过滑动窗口遍历并基于跨芯片单元同一位置检测数据单元的对比度平均值计算评分，利用了晶圆重复芯片单元间的统计一致性，抑制了局部缺陷对评分的干扰，解决了单一芯片单元评分易受局部异常影响的问题，显著提高了评分的鲁棒性与稳定性。

23、可选地，在选定监测区域之后，方法还包括：将至少一个监测区域对应的至少两种图像特征融合处理，得到监测区域对应的质量评分；基于质量评分，确定待测晶圆对应的图像调节增益系数，图像调节增益系数用于调节图像传感器在采集待测晶圆图像时的设备增益。

24、由此，通过将至少两种图像特征融合处理得到质量评分并据此确定图像调节增益系数，克服了单一特征评价的片面性，解决了相关技术依赖单一静态指标导致增益调节不够全面精准的问题，实现了从图像质量评估到设备参数调节的闭环控制，提升了图像传感器的自适应调节能力和成像质量。

25、可选地，将至少一个监测区域对应的至少两种图像特征融合处理，得到监测区域对应的质量评分，包括：获取每个监测区域的图像统计直方图；基于每种图像特征对应的预设分布阈值，对图像统计直方图进行裁剪与分布重建处理；基于处理后的图像数据，提取至少两种不同类型的图像特征；基于预设非线性映射函数，将提取的图像特征进行融合，得到该监测区域的质量评分。

26、由此，通过对图像统计直方图进行裁剪与分布重建，并利用非线性映射函数融合多种图像特征，能够去除异常数据分布的影响并强化关键图像特征，解决了复杂图像环境下质量评分易受极端像素值干扰、区分度低的问题，实现了质量评分的非线性精准映射，提高了评分对图像细节的敏感度和区分度。

27、可选地，基于质量评分，确定待测晶圆对应的图像调节增益系数，包括：基于预设非线性转换函数，将每个监测区域的质量评分映射为一个位于预设增益边界内的子增益值；将所有监测区域对应的子增益值进行融合，得到图像调节增益系数。

28、由此，通过非线性转换函数将质量评分映射为有边界的子增益值并进行融合，限制了增益系数的输出范围并平滑了局部波动，解决了增益计算易受极端评分影响而输出失真的问题，确保了增益调节的全局最优性和稳定性。

29、可选地，将所有监测区域对应的子增益值进行融合，得到图像调节增益系数，包括：依据各监测区域预定义的空间权重，对所有子增益值进行加权平均，以得到统一的图像调节增益系数。

30、由此，通过预定义的空间权重对子增益值加权平均，能够根据监测区域的重要性差异调整增益融合结果，解决了多区域融合时未考虑区域重要性差异的问题，实现了差异化的增益融合，进一步提升了图像调节增益系数的计算精度和区域针对性。

31、可选地，在确定待测晶圆对应的图像调节增益系数之后，还包括：将本次确定的图像调节增益系数与图像传感器前一次采集所使用的历史图像调节增益系数进行递推混合，得到随时间平滑变化的最终增益值，并将最终增益值作为输出的图像调节增益系数。

32、由此，通过将本次图像调节增益系数与历史增益系数递推混合，引入时间维度的平滑处理，有效抑制了因图像噪声或瞬时波动导致的增益值跳变，解决了动态调节中增益值频繁波动影响成像稳定性的问题，使图像调节增益系数随时间平滑过渡，保障了成像连续性和系统鲁棒性。

33、可选地，在选定监测区域之后，还包括：确定监测区域中的至少一项图像特征对应的指标值；将指标值与预设的正常阈值范围进行比对；若比对结果指示异常，触发预设的告警动作，并输出对应告警信息，告警信息包括异常的指标值所在的监测区域的位置与比对结果。

34、由此，通过将监测区域图像特征指标与正常阈值比对并在异常时触发包含位置信息的告警，实现了从图像质量评估到异常定位的即时反馈，解决了现有监测方法无法及时定位和响应异常的问题，能够及时发现晶圆生产过程中的异常波动或设备故障，辅助快速定位异常位置，增强了系统的监测与响应能力。

35、第二方面，本技术实施例提供了一种图像增益调节装置，该图像增益调节装置包括：

36、获取模块，用于获取待测晶圆的预扫描图像，待测晶圆包括多个重复的芯片单元；

37、选择模块，用于基于芯片单元，从预扫描图像中选取多个候选子区域，其中，每个候选子区域对应于芯片单元中沿预设路径分布的一个块；

38、评分模块，用于分别计算每个候选子区域内、符合预设尺寸的多个位置窗口的评分，评分基于对应位置窗口的图像特征确定；

39、处理模块，用于基于评分，从各候选子区域中分别选定至少一个位置窗口，作为用于图像质量评估的监测区域，以根据监测区域确定待测晶圆对应的图像调节增益系数。

40、第三方面，本技术实施例还提供了一种控制处理单元，该控制处理单元包括：处理器和存储器，存储器用于存储计算机程序指令，处理器用于调用存储器存储的计算机程序指令，以使得控制处理单元实现如本技术第一方面的图像增益调节方法。

41、第四方面，本技术实施例还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质用于存储计算机程序指令，当计算机程序指令被处理器执行时实现如本技术第一方面的图像增益调节方法。

42、第五方面，本技术实施例还提供了一种计算机程序产品，该计算机程序产品包含计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现如本技术第一方面的图像增益调节方法。

43、第六方面，本技术实施例还提供了一种半导体设备，该半导体设备中包括图像传感器以及如本技术第三方面的控制处理单元。