活用事例

高速ウエハー検査におけるTDI撮影の安定化

半導体製造の前工程では、ウエハーの品質確保とCMP（化学機械研磨）などの洗浄・研磨工程の管理を目的として、ウエハー表面の微細な欠陥（異物、キズ、曇り、汚れなど）を検出しなければなりません。TDI撮影を導入すれば、低照度下でも光感度とスループットを向上させることができますが、検査の安定性を維持するには、撮像フローの全体を通して正確な同期、一貫したキャリブレーション、リアルタイムな画像の前処理が必要になります。

高速ウエハー検査向けTDIビジョンシステムの撮像の安定化

ウエハー検査の高速化、検査範囲の拡大、欠陥の微細化が進むなか、安定した撮像を確保するには、撮像フロー全体を通して一貫した同期、再現性の高いキャリブレーション、スケーラブルかつリアルタイムな画像の前処理が求められます。

1. 高速TDI撮影における画質の維持

TDI撮影の画質は、光学設計、位置合わせ、動作同期に大きく左右されます。これらに少しでも問題があると、画像にブレが発生します。

特に高倍率撮影では、被写界深度が浅くなるため、ピント位置の変化や機械的振動の影響を受けやすくなります。また、実際のウエハーは平坦ではなく、表面に傾きや反りがあるため、TDIラインスキャンカメラの撮影倍率が大きくなると、ピントずれや画像歪みにつながります。

一貫した画質を実現するには、システムの開発・運用の両段階において、同期と位置合わせを慎重に行わなければなりません。主なポイントは、以下の通りです。

アライメントマークに基づく位置合わせ：TDI撮影における位置ずれを補正
ROI抽出したラインプロファイルの解析：画像全体のピントと同期状況を検証
エンコーダーの適切なキャリブレーション：動体撮影に伴う画像のブレを低減

高速撮影が求められるウエハー検査では、同期の安定性が欠陥の視認性に直接影響します。

2. 照明・撮影条件に左右されない一貫したキャリブレーション

照明角度・スキャン方向・環境温度にバラつきがあると、影や背景の撮像が不安定になり、ウエハー検査の再現性低下につながります。

環境変化にかかわらず、ウエハーの欠陥を正確に検出するには、照明・撮影機器に対して一貫したキャリブレーションを行わなければなりません。

さらに、ウエハー検査では、順方向スキャンか逆方向スキャンかによって、照明光と反射光の挙動が変化するため、キャリブレーションを行う際は、実際の背景や照明角度、スキャン方向も考慮に入れるとよいでしょう。主なポイントは、以下の通りです。

フラットフィールド補正（FFC）：照明条件の変化にかかわらず、一貫した撮像を確保
スキャン方向に左右されないキャリブレーションプロファイル：順方向スキャン／逆方向スキャンにおける撮像を安定化
ヒストグラム解析＆偽色表示：検査時の照明ムラに対応しながら、キャリブレーションを簡易化

一貫したキャリブレーションを実現すれば、照明・撮影条件にかかわらず、ウエハー検査の精度を向上させることができます。

マルチROIによる検証：ウエハーのTDI撮影における同期・ピント調整・信号品質を安定化

3. リアルタイムな処理による高速撮影の維持

低照度の高速製造ラインにおいて、撮影速度と解像度を向上させると、欠陥の安定した検出が難しくなります。

例えば、画素数16KのTDIラインスキャンカメラをラインレート500kHzで運用する場合、約8.2GB/sの速度でRAW画像を生成できます。しかし、残された前処理の時間が数μsしかないため、複数の産業用PC（IPC）／GPUを使用したとしても、ウエハー検査中の撮影ごとに機器を停止させなければならず、スループットが低下します。

このような状況で安定した画質を維持するには、限られた時間の中で画像の前処理と高精度なデータ転送を行う必要があります。主なポイントは、以下の通りです。