應(yīng)用案例 | JAI Spark系列高分辨率面陣相機(jī)，以“顯微級”精度賦能晶圓量測

2025-09-24

半導(dǎo)體生產(chǎn)中，顯微成像是晶圓缺陷檢測和尺寸量測的核心環(huán)節(jié)，套刻（Overlay）、關(guān)鍵尺寸（CD）和幾何偏差的量測決定了晶圓的最終良率。每片晶圓包含數(shù)百到上千個芯片，隨著制程節(jié)點(diǎn)逼近7nm及以下，任何成像誤差都可能在納米尺度被放大，導(dǎo)致整片晶圓或批次報(bào)廢。

短曝光、噪聲干擾下，亞微米缺陷及邊緣信息容易被掩蓋

晶圓臺高速掃描，相機(jī)必須毫秒級對時(shí)以避免同步誤差與拖影

光場不均、色彩漂移，將可能導(dǎo)致亞像素定位精度的下降

JAI半導(dǎo)體量測檢測方案

針對上述挑戰(zhàn)，基于JAI Spark系列SP-20000相機(jī)，結(jié)合顯微光學(xué)模組、精準(zhǔn)對焦與照明模組，構(gòu)建了一套面向先進(jìn)制程的半導(dǎo)體量測檢測方案。該方案通過高分辨率成像、精準(zhǔn)同步控制與高信噪比算法支持，為設(shè)備的顯微成像模組提供核心能力，確保半導(dǎo)體缺陷檢測及量測過程達(dá)到µm至亞微米級精度，可用于晶圓前道、后道及先進(jìn)封裝等多類檢測量測場景：

方案優(yōu)勢：

減少標(biāo)定頻次

半導(dǎo)體顯微量測常因光照不均與色偏導(dǎo)致標(biāo)定頻繁。方案通過柯勒照明實(shí)現(xiàn)光強(qiáng)與色彩均勻分布，并結(jié)合JAI Spark系列相機(jī)的平場、瑕點(diǎn)及色彩矩陣校正功能，從成像端修正成像誤差，這樣可減少因材料切換或工藝波動而產(chǎn)生的頻繁標(biāo)定需求，確保設(shè)備持續(xù)高效運(yùn)行。

高速掃描下保持高圖像質(zhì)量

在晶圓高速掃描過程中，若相機(jī)曝光與平臺運(yùn)動不同步，極易出現(xiàn)拖影，影響量測精度。方案通過全局快門在同一瞬間曝光所有像素，并配合多觸發(fā)控制實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)同步，在全高分辨率下（5120x3840）仍可保持30fps輸出幀率，為同時(shí)需要高圖像質(zhì)量和高吞吐量的機(jī)器視覺系統(tǒng)提供支持，確保設(shè)備節(jié)拍不被拖慢。

µm級缺陷捕捉

亞微米尺度缺陷一旦漏檢將影響芯片良率。方案以高感光像元結(jié)合亞像素?cái)M合算法獲得高信噪比圖像，精準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)邊緣識別和亞微米級微小缺陷檢測，有效降低漏檢、誤判與報(bào)廢。

適配多種量測工藝

半導(dǎo)體制造涉及光刻、刻蝕和檢測等多個環(huán)節(jié)，需要不同放大倍率和視場范圍。方案通過ROI裁切與像素合并功能，使相機(jī)在10x/20x/50x物鏡切換時(shí)，可同步調(diào)整采集范圍與分辨率，一機(jī)覆蓋多類量測應(yīng)用，減少硬件配置降低設(shè)備部署成本。

JAI Spark系列高分辨率面陣相機(jī)

該方案采用的JAI Spark系列SP-20000-CXP2工業(yè)相機(jī)，面向高分辨率顯微檢測需求，是設(shè)備成像模組的核心，已成功應(yīng)用于多個國內(nèi)半導(dǎo)體晶圓檢測企業(yè)，以其高精度、高吞吐量和抗干擾能力為其提供復(fù)雜半導(dǎo)體檢測環(huán)境質(zhì)量優(yōu)異的成像性能。

高吞吐量：相機(jī)支持2000萬像素分辨率（5120x3840）及30fps滿幅輸出，超大41mm對角線CMOS圖像傳感器，具有全局快門，通過CXP-6x2接口實(shí)現(xiàn)高帶寬傳輸，保障大視場下的高通量成像。

單色或彩色：提供單色或彩色型號，配備雙采樣(CDS)功能，能夠提供更好的圖像質(zhì)量和像素均勻度。

復(fù)雜光線精準(zhǔn)成像：采用自動電平控制(ALC)功能，可在任何條件下進(jìn)行智能曝光控制，適應(yīng)不斷變化的室內(nèi)外光線條件。

易于集成：7.9W低功耗、小型化機(jī)身及抗震抗沖擊性能，易于集成到任何需要高精度顯微成像模組的晶圓制造設(shè)備。