運用高速 TDI 成像,穩定即時檢測晶圓缺陷
在半導體前段製造中,晶圓表面 AOI 檢測必須穩定偵測微粒、刮痕、霧斑、汙染等次微米缺陷,以支援 CMP、清潔、拋光等晶圓品質與製程控制應用。TDI 線掃描成像可在低光源條件下提升靈敏度,並達成高吞吐量擷取。然而,要維持穩定的檢測表現,還須在整個擷取流程中兼顧同步精度、校正穩定性與即時預處理。
在高速 TDI 晶圓檢測中維持穩定的擷取表現
隨著晶圓檢測系統朝更高的掃描速度、更大的掃描寬度與更精細的缺陷靈敏度發展,要維持穩定的擷取表現,便越來越仰賴整個成像流程的同步一致性、校正重現性,以及可擴展的即時處理能力。

1. 在高速 TDI 擷取期間維持影像完整性
TDI 影像品質取決於光學、幾何對位與運動同步的整體穩定性。即使是微小的偏差,也可能在連續掃描過程中累積成不可逆的糢糊。
在較高的放大倍率下,景深變淺會使系統對對焦變動與機械不穩定更為敏感。實際的晶圓鮮少完全平整,表面傾斜或翹曲在高倍率 TDI 擷取時,可能進一步造成對焦漂移與幾何失真。
為了穩定影像品質,無論在系統設定或連續掃描期間,都必須驗證對位與同步。
結構化對位圖樣有助於在啟用 TDI 累積之前,驗證幾何一致性
以 ROI 為基礎的線輪廓分析可改善整個視野範圍的對焦與同步驗證
精確的編碼器比例調整有助於在連續運動期間維持影像銳利度
在高速晶圓缺陷偵測期間,穩定的同步會直接影響缺陷的呈現品質。
2. 在不同光源與掃描條件下穩定校正
不同的光源幾何配置、掃描方向與運作溫度,可能造成明暗不均與背景不穩定,進而影響晶圓檢測的重現性。
因此,在不斷變化的運作條件下維持穩定的校正,對於晶圓光學檢測系統能否保有一致的缺陷靈敏度至關重要。
校正流程必須因應光源方向、掃描方向與背景變化;因為正向與反向掃描,會在連續晶圓檢測期間帶來不同的光源與反射行為。
針對特定光源的 FFC(平場校正)組合可在多變的光源條件下改善影像正規化
與方向相關的校正設定檔有助於穩定雙向掃描
直方圖分析與偽色視覺化可簡化校正驗證與明暗檢測
穩定的校正流程,可在晶圓 AOI 應用中提升不同光源與掃描條件下的重現性。


3. 在擷取速度下滿足即時處理的限制
隨著掃描速度與解析度提高,在低光源且高吞吐量的擷取條件下,要維持穩定的缺陷靈敏度也越來越困難。
一台 16K TDI 相機在 500 kHz 下運作時,每秒約可產生 8.2 GB/s 的原始影像資料,而預處理只剩下數微秒的時間。即使系統採用多台 IPC 與 GPU,在連續晶圓檢測時,仍可能在掃描序列之間出現吞吐量瓶頸與機台停機。
因此,要維持穩定的擷取品質,必須在擷取速度下直接完成預處理,並具備可靠的高頻寬資料傳輸。
即時預處理有助於在連續掃描期間穩定影像品質
背景正規化與自適應式閾值處理可在多變的晶圓表面條件下提升穩健性
可靠的高頻寬資料轉送可支援影像擷取卡、GPU 與 IPC 處理系統之間的連續原始資料傳輸
直欄雜訊抑制有助於維持低對比缺陷的可見度
在高速晶圓 AOI 應用中,維持穩定的高吞吐量處理,與維持影像完整性同等重要。
4. 擴展處理與資料處理架構
除了擷取當下的處理之外,隨著檢測吞吐量與掃描解析度持續提高,整體系統的擴展能力也越來越重要。
將工作負載分散到多台 IPC 與 GPU 系統,可提升擴展能力,但也會增加同步與資料管理的複雜度。
分散式 IPC/GPU 架構有助於為大面積檢測系統擴充處理能力
整合式影像擷取卡與處理管線可簡化高頻寬資料管理
彈性的處理架構可支援日後遷移至 FPGA 輔助的預處理流程
隨著晶圓檢測系統朝更高的掃描解析度與更大的資料量發展,可擴展的處理架構也越來越重要。
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在 TDI 系統中,影像品質高度仰賴同步與對位的穩定性。對位偏差會在累積方向上造成不可逆的糢糊,對焦不一致則會直接影響缺陷的呈現。

在高掃描速度下,挑戰已不再侷限於資料的搬移。要達到可靠的檢測表現,一邊維持穩定的擷取品質,一邊同時處理同步、校正與即時預處理,也變得同等重要。

TDI 晶圓檢測系統設計的實務啟示
可靠的晶圓檢測表現,並非單靠感光元件的能力就能決定。要維持穩定的高速 TDI 擷取,必須對以下項目進行整體最佳化:
同步精度
光學對位與對焦
光源與校正的穩定性
即時預處理能力
下游處理架構
隨著掃描解析度與吞吐量持續提高,維持影像完整性,與擴展處理頻寬 及儲存基礎設施同等重要。
高速 TDI 晶圓檢測的工程優勢
透過結合 TDI 成像、即時預處理與系統層級的校正流程,檢測平台可在量產條件下維持穩定的擷取品質,同時達成更高的吞吐量擴展能力。
優勢包括:
連續高速掃描期間,缺陷呈現穩定
TDI 累積期間的同步一致性提升
在不同光源與掃描條件下,校正流程可重複
降低下游處理與儲存的負載
即時預處理更貼近擷取來源
適用於大面積晶圓表面檢測的可擴展架構
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