17-10-2025Halfgeleiders vertegenwoordigen de meest precieze technologische prestaties in de moderne industrie. Naarmate de procestechnologie zich ontwikkelt van 7 nm en 5 nm naar 3 nm en verder, hebben de fysieke grenzen van de wet van Moore de nauwkeurigheid van optische inspectie tot ongekende uitdagingen gebracht.
Ultraviolet (UV)-technologie is, dankzij de kortere golflengtes, hogere fotonenergie en unieke optische eigenschappen, een essentiële oplossing geworden voor het overwinnen van deze precisielimieten.inspectie van halfgeleidersOndanks de hoge helderheid van UV-lichtbronnen blijft het effectieve fotonsignaal dat de detector bereikt echter extreem zwak na optische transmissie en verstrooiing door het monster. Zonder zeer gevoelige beeldvormingsmethoden zouden veel defecten op submicron- en zelfs nanometerschaal vrijwel onmogelijk nauwkeurig te identificeren zijn.
Daarom vormen zeer gevoelige UV-camera's de cruciale schakel tussen de lichtbron en de inspectieresultaten. Ze bepalen niet alleen of ultrazwakke signalen kunnen worden gedetecteerd, maar beïnvloeden ook direct de nauwkeurigheid en efficiëntie van de inspectie. In dit artikel analyseren we systematisch de toepassingskenmerken en beeldvormingsuitdagingen van verschillende UV-golflengtebanden bij de inspectie van halfgeleiders. Aan de hand van praktijkvoorbeelden helpen we u bij het selecteren van de meest geschikte UV-camera voor diverse inspectiescenario's.
Casestudies of praktijkvoorbeelden
i) 365 nm: Hogesnelheidsinspectie op micronniveau
1. Achtergrond van de applicatie
De golflengte van 365 nm valt binnen de UVA-band (315–400 nm). De kortere golflengte in vergelijking met zichtbaar licht zorgt voor een kleinere diffractielimiet en een hogere resolutie. In tegenstelling tot diep-UV zijn 365 nm lichtbronnen en optische componenten volwassener, kosteneffectiever en efficiënter. Om die reden wordt 365 nm veelvuldig gebruikt in de back-end van halfgeleiderverpakkingen en -testen voor inspectie van grote oppervlakken en snelle screening van defecten op micronniveau.
Figuur 1-1: Typische scenario's en voorbeelden van defecten bij de back-end van halfgeleiderverpakking en -testen.
2. Uitdagingen op het gebied van beeldvorming
Camera's moeten een hoge UV-gevoeligheid combineren met snelle framesnelheden om te voldoen aan de eisen van snelle scanning op productielijnen. Conventionele hogesnelheidscamera's voor de industrie hebben doorgaans een beperkte respons in de UV-band, met een kwantumrendement dat vaak lager is dan 30%, waardoor het moeilijk is om beelden met een hoge signaal-ruisverhouding te verkrijgen bij hoge framesnelheden.
3. Aanbevolen camera
Afbeelding 1-2: Aanbeveling voor een UVA-camera
De Tucsen Libra UV Global Shutter Camera behaalt een kwantumrendement van 48% bij 365 nm, waarmee hij tot de best presterende UVA-camera's behoort en nauwkeurige defectdetectie garandeert. Met een hoge framesnelheid van 152 fps en een global shutter levert hij heldere beelden, zelfs op snel bewegende productieplatforms, en voldoet hij aan de efficiëntie-eisen van snelle productielijnen.
ii) 266 nm: Submicron-precisie-inspectie
1. Achtergrond van de applicatie
De golflengte van 266 nm behoort tot de UVC-band (100-280 nm), met een hogere fotonenergie en een kortere golflengte, waardoor defecten kleiner dan een micron kunnen worden gedetecteerd en beelden met een hoog contrast mogelijk zijn. Typische toepassingen zijn onder andere front-end inspectie van wafer-defecten met behulp van de donkerveldtechniek, analyse van de dikte en uniformiteit van dunne films en fotoluminescentie-experimenten.
Figuur 2-1: Donkerveldinspectie van halfgeleiderwafers (extreem zwakke verstrooiingssignalen)
2. Uitdagingen op het gebied van beeldvorming
● De doeldefecten zijn vaak kleiner dan een micron, wat resulteert in extreem zwakke signalen. Dit vereist dat de camera een hoge kwantumrendement (>60%) en een lage ruisprestatie heeft.
● Vanwege beperkingen in op silicium gebaseerde detectiematerialen voldoen standaard sensoren vaak niet aan de gevoeligheidseisen die gelden voor professionele inspecties.
Afbeelding 2-2: Aanbeveling voor een UVC-camera
Tucsen Gemini 8KTDI sCMOS-cameraHet bereikt niet alleen een hoge UV-kwantumefficiëntie van 63,9% bij 266 nm, maar de TDI-functie (Time Delay Integration) verbetert de signaal-ruisverhouding van de UV-beeldvorming verder. Dit minimaliseert signaalverzwakking veroorzaakt door de absorptie van diep-UV-licht in de lucht.
Dankzij de hoge frequentie (1 MHz bij 8K TDI), in combinatie met Tucsens stabiele koeltechnologie en zeer nauwkeurige DSNU/PRNU-correctie, onderdrukt de camera niet alleen thermische ruis, maar zorgt hij ook voor een meer uniforme beeldachtergrond. Dit garandeert een snelle en nauwkeurige defectanalyse voor de front-end.inspectie van defecten in wafers.
iii) 193 nm: Sleutelknooppunten in processen op nanoniveau
1. Achtergrond van de applicatie
De golflengte van 193 nm maakt deel uit van de DUV-band (100-200 nm), het diep-ultraviolette spectrum, en dient als de belangrijkste lichtbron in fotolithografie (ArF-excimerlaser). Het speelt een cruciale rol in processen bij 20 nm en geavanceerdere knooppunten. In de inspectiefase wordt 193 nm veelvuldig gebruikt voor het detecteren van maskerdefecten en het verifiëren van fotolakpatronen. Hierdoor kunnen defecten op submicron- en zelfs nanoniveau worden onthuld, wat zeer nauwkeurige procesbewaking mogelijk maakt.
Figuur 3-2: Voorbeeldafbeeldingen van donkervelddefectinspectie in halfgeleiders
2. Uitdagingen op het gebied van beeldvorming
● Licht met een golflengte van 193 nm wordt sterk geabsorbeerd door zuurstof en waterdamp in de lucht, wat leidt tot aanzienlijke signaalverzwakking. Toepassingen die langere optische paden vereisen, kunnen zelfs een vacuüm- of inertgasomgeving noodzakelijk maken.
● Conventionele siliciumgebaseerde detectoren reageren beperkt op hoogenergetische 193 nm fotonen. Doorgaans zijn chips met achtergrondverlichting (BSI) nodig, vaak in combinatie met speciale optimalisatieprocessen om de kwantumefficiëntie te verbeteren.
● Om beeldvorming met een hoge signaal-ruisverhouding te garanderen bij zwakke signaalomstandigheden en een stabiele werking op lange termijn, moeten camera's voorzien zijn van diepe koeling en een ruisarm ontwerp.
3. Aanbevolen camera
Figuur 3-3: Aanbevolen DUV/EUV-camera's
Technische uitdagingen en oplossingen voor UV-beeldvorming in halfgeleiders
Technische uitdagingen bij UV-beeldvorming
1. Signaalverzwakking
UV-licht, met name bij kortere golflengten, is zeer gevoelig voor verzwakking wanneer het door de lucht gaat. Deze verzwakking treedt op door absorptie door waterdamp en zuurstof in de atmosfeer, waardoor het signaal verzwakt en de detectiemogelijkheden afnemen. Bij inspectie van halfgeleiders, waarbij de te identificeren defecten vaak submicron- of nanoschaal zijn, kan dit signaalverlies de nauwkeurigheid van de beeldvorming drastisch beïnvloeden.
2. Sensorgevoeligheid
Conventionele sensoren op siliciumbasis hebben vaak moeite om voldoende gevoeligheid te bieden voor hoogenergetisch UV-licht, met name bij golflengten zoals 193 nm en 266 nm. Daarom is de behoefte aan gespecialiseerde back-illuminated (BSI) chips en geoptimaliseerde optische systemen essentieel. Zonder deze verbeteringen is het vrijwel onmogelijk om een hoge kwantumrendement en lage ruis te bereiken bij UV-beeldvorming.
3. Thermisch en omgevingsgeluid
Omdat UV-beeldvormingssystemen onder omstandigheden met weinig licht werken, kunnen zelfs kleine omgevingsveranderingen of thermische ruis van de camera de kwaliteit van de vastgelegde beelden drastisch verminderen. Hoogwaardige UV-camera's moeten daarom geavanceerde koelsystemen en een geluidsarm ontwerp hebben om optimale prestaties in halfgeleiderproductieomgevingen te garanderen.
Oplossingen voor het overwinnen van uitdagingen
● Vacuüm- of inerte gasomgevingen
Om signaalverzwakking door atmosferische absorptie tegen te gaan, worden inspectieprocessen van halfgeleiders met UV-licht bij golflengten zoals 193 nm vaak uitgevoerd in een vacuüm- of inerte gasomgeving. Dit minimaliseert de invloed van lucht op de signaalkwaliteit.
● Sensoren met achtergrondverlichting (BSI)
BSI-sensoren zijn specifiek ontworpen om de gevoeligheid van UV-camera's te verhogen, waardoor ze effectiever kunnen reageren op UV-licht met een hogere energie. Deze sensoren dragen bij aan een hogere kwantumefficiëntie en maken nauwkeurigere beeldvorming van defecten bij kleinere golflengten mogelijk.
●Geavanceerde koeling en geluidsarme ontwerpen
Om thermische ruis te verminderen, zijn geavanceerde koeloplossingen (zoals Peltier-koeling) geïntegreerd in hoogwaardige UV-camera's. Dit garandeert een stabiele en betrouwbare werking op lange termijn, terwijl een laag ruisniveau behouden blijft voor beeldvorming van hoge kwaliteit.
Factoren om rekening mee te houden bij de keuze van een UV-camera
Bij de keuze voor de juiste UV-camera voor halfgeleiderinspectie gaat het om meer dan alleen het selecteren van de camera met de hoogste resolutie. Hier zijn enkele belangrijke factoren om rekening mee te houden:
1. Kwantumrendement (QE)
De kwantumrendement (QE) meet hoe effectief een camerasensor binnenkomende UV-fotonen omzet in bruikbare elektrische signalen. Een hogere QE betekent een betere gevoeligheid en signaalopname, wat met name cruciaal is bij inspecties van halfgeleiders waar defecten vaak kleiner zijn dan een micron of nanometer.
2. Geluidsprestaties
Zowel thermische als elektronische ruis kan het beeldvormingsproces verstoren, met name bij zwakke UV-signalen. Het kiezen van een UV-camera met weinig ruis is cruciaal voor het verkrijgen van heldere, hoogwaardige beelden die defecten nauwkeurig weergeven.
3. Golflengtebereik
Verschillende golflengten zijn beter geschikt voor verschillende soorten defecten en toepassingen. Camera's met specifieke golflengtemogelijkheden (365 nm, 266 nm, 193 nm) moeten worden geselecteerd op basis van het beoogde halfgeleiderproces. Inzicht in de interactie van de golflengte met het te inspecteren materiaal helpt bij het maximaliseren van de defectdetectie.
4. Koelsystemen
Bij hoogwaardige UV-camera's, met name die voor industrieel gebruik, zijn geavanceerde koelsystemen essentieel om thermische ruis te verminderen en een stabiele werking gedurende lange perioden te garanderen.
5. Beeldsnelheid
Snelle productielijnen voor halfgeleiders vereisen hoge beeldsnelheden om snel bewegende defecten vast te leggen. Door een UV-camera met een optimale beeldsnelheid te kiezen (zoals 152 fps bij 365 nm) zorgt u ervoor dat de camera de snelle inspectiecycli kan bijhouden zonder dat dit ten koste gaat van de beeldkwaliteit.
6. Integratie met bestaande apparatuur
Een UV-camera moet naadloos integreren met de bestaande halfgeleiderinspectie- en productiesystemen. Houd rekening met factoren zoals de bandbreedte van de data-interface, synchronisatiemogelijkheden met apparatuur stroomopwaarts en stroomafwaarts, en compatibiliteit met de huidige optische systemen.
Vergelijking van UV-beeldvormingstechnologieën met andere technieken
UV-beeldvorming biedt diverse voordelen ten opzichte van traditionele inspectiemethoden, maar brengt ook een aantal uitdagingen met zich mee. Hier volgt een vergelijking met andere gangbare technologieën:
1. UV-beeldvorming versus optische inspectie
Optische inspectiemethoden maken vaak gebruik van zichtbaar licht, dat door diffractie beperkt is, waardoor ze ongeschikt zijn voor het detecteren van defecten op submicron- en nanoniveau. UV-beeldvorming daarentegen biedt kortere golflengten, wat een hogere resolutie mogelijk maakt en de kans vergroot om kleinere defecten met grotere precisie te identificeren.
2. UV-beeldvorming versus elektronenmicroscopie (EM)
Hoewel elektronenmicroscopie zeer gedetailleerde beelden oplevert, is het doorgaans trager en duurder. UV-beeldvorming biedt een snellere en kosteneffectievere oplossing voor snelle productielijnen, terwijl het toch voldoende resolutie biedt voor de meeste defecten in halfgeleiders.
3. UV-beeldvorming versus röntgenonderzoek
Röntgeninspectie is nuttig voor het identificeren van interne defecten, maar is beperkt in het detecteren van oppervlakteafwijkingen, met name op dunne lagen of materialen die niet effectief reageren op röntgenstralen. UV-beeldvorming is uitstekend geschikt voor het detecteren van oppervlaktedefecten en is meer geschikt voor het bewaken van halfgeleiderprocessen, zoals maskerinspectie.
Samenvatting van de strategie voor het selecteren van een UV-camera
Van UVA tot EUV, naarmate de UV-golflengte korter wordt, neemt de moeilijkheidsgraad van de inspectie toe, evenals de prestatie-eisen die aan camera's worden gesteld. Camera's moeten een hogere kwantumefficiëntie (QE), lagere ruisniveaus en superieure systeemstabiliteit hebben om heldere en betrouwbare beelden te behouden, zelfs onder extreem zwakke signaalomstandigheden. Als een van de weinige leveranciers in China die UV-camera-oplossingen biedt die het volledige bereik van UVA tot EUV bestrijken, kan Tucsen u voorzien van zeer betrouwbare producten en prestatiegaranties voor diverse inspectiefasen.
Bij de productie en inspectie van halfgeleiders moet bij de camerakeuze niet alleen rekening worden gehouden met de UV-golflengte, maar ook met factoren zoals optische systemen, spectrale respons, scansnelheid van het platform, bandbreedte van de data-interface en synchronisatie met apparatuur stroomopwaarts en stroomafwaarts. Als u van plan bent UV-beeldvormingsoplossingen in uw apparatuursysteem te implementeren, neem dan gerust contact met ons op. Ons technische team biedt volledige technische ondersteuning, van camerakeuze tot systeemimplementatie, afgestemd op uw specifieke toepassingsbehoeften.
Tucsen Photonics Co., Ltd. Alle rechten voorbehouden. Vermeld bij citatie de bron:www.tucsen.com
