Waarom DSNU/PRNU-correctie belangrijk is bij halfgeleiderinspectie

Met de commercialisering van 3nm-technologie, de toenemende vraag naar AI-chips en de voortdurende vooruitgang in mobiele processoren, is de halfgeleiderproductie een tijdperk van ongekende precisie ingegaan. In deze omgeving stellen kritische processen zoals waferdefectinspectie en EUV-maskerinspectie steeds strengere eisen aan beeldvormingssystemen.

Time Delay Integration (TDI)-camera's – bekend om hun hoge scansnelheid, grote beeldvelddekking en hoge resolutie – zijn essentiële onderdelen geworden van geavanceerde inspectieapparatuur. Hun uiteindelijke nauwkeurigheid hangt echter af van één cruciale factor: de correctie van beeldruis door niet-uniformiteit.

Als toonaangevend binnenlands bedrijfTDI-cameraLeverancier Tucsen Photonics heeft een sterke expertise opgebouwd in DSNU/PRNU-correctie, wat leidt tot een hogere betrouwbaarheid bij halfgeleiderinspecties. Dit artikel onderzoekt de principes, de ontwikkeling en de toepassingen van DSNU/PRNU-correctie en waarom deze een cruciale rol speelt bij geavanceerde procesinspecties.

Inzicht in DSNU en PRNU

Theoretisch gezien zou elke pixel in een beeldsensor onder dezelfde omstandigheden identiek moeten reageren, zowel in het donker als bij belichting. In de praktijk veroorzaken kleine variaties in de productie, inconsistenties in het materiaal en onvolkomenheden in de uitleescircuits echter verschillen tussen de pixels, wat resulteert in vaste patroonruis (FPN).

DSNU (Donkere signaal-niet-uniformiteit)

● DSNU treedt op wanneer pixels in volledige duisternis verschillende niveaus van donkerstroom genereren, wat leidt tot heldere of donkere vaste vlekken, strepen of stippen. Het wordt vooral zichtbaar bij lange belichtingstijden of opnamen bij weinig licht.

Figuur 1-1:Een van de meest typische manifestaties van DSNU, die duidelijk de kenmerken van pixel-donkere signaalinhomogeniteit laat zien.

PRNU (Photo Response Non-Uniformity)

● PRNU verwijst naar variaties in de foto-elektrische conversie-efficiëntie van pixel tot pixel onder uniforme belichting. Oorzaken hiervan zijn onder andere verkeerde uitlijning van microlenzen, verschillen in diodegrootte en ongelijkmatige dotering. PRNU manifesteert zich doorgaans als helderheidstextuur, strepen of rasterachtige patronen.

Figuur 1-2:Een van de meest typische manifestaties van PRNU, die duidelijk de kenmerken van een niet-uniforme fotoreactie van de pixel laat zien.

Hoe DSNU/PRNU-correctie werkt

Het doel van DSNU/PRNU-correctie is het onderdrukken van de individuele verschillen tussen pixels, waardoor alle pixels zich gedragen alsof ze ideaal zijn. Na de correctie benaderen de achtergronden van de afbeeldingen een uniforme grijstint, wat leidt tot een hogere meetnauwkeurigheid en betrouwbaarheid van de gegevens.

Veelgebruikte benaderingen zijn onder meer:

1. Statische correctie

Door gebruik te maken van kalibratiegegevens uit donkerveld- en vlakveldmetingen worden inherente pixelverschillen gecompenseerd. Deze methode is eenvoudig, maar gevoelig voor temperatuurschommelingen, veroudering van het apparaat en variaties in de lichtbron.

2. Koeling en temperatuurregeling correctie

Door gebruik te maken van thermo-elektrische koeling (TEC) om donkerstroom en DSNU te onderdrukken, in combinatie met kalibratieprofielen voor meerdere temperaturen, wordt de achtergronduniformiteit gestabiliseerd en betrouwbare prestaties gedurende langdurig gebruik gegarandeerd.

3. AI-gebaseerde realtime correctie (opkomende trend)

Door gebruik te maken van FPGA/ISP-sampling in combinatie met AI-gestuurde dynamische algoritmen worden correctiecoëfficiënten in realtime aangepast. Deze aanpak is bestand tegen lichtfluctuaties, temperatuurschommelingen en pixelveroudering, waardoor deze geschikt is voor toekomstige inspectiesystemen met een hoge doorvoer.

Vergelijking van de effecten van DSNU en PRNU vóór en na correctie

Figuur 2:Vergelijking van de DSNU/PRNU-correctieresultaten vóór en na de correctie. Na de correctie is de achtergrond van de afbeelding zeer uniform.

Technologietrends

Naarmate geavanceerde halfgeleiderproductieprocessen zich blijven ontwikkelen en de vraag naar geavanceerde chips voor AI-toepassingen blijft stijgen, stelt de industrie hogere eisen aan de nauwkeurigheid van inspecties. Ook kalibratietechnologieën ondergaan een verschuiving: van traditionele methoden zoals "aanpassen na voltooiing" en "procesonderdrukking" naar intelligentere, realtime kalibratie.

Uitdagingen bij de inspectie van halfgeleiders

Bij geavanceerde halfgeleiderprocessen bepaalt de uniformiteit van de achtergrond direct de detecteerbaarheid van defecten met een laag contrast.

● Helder veld onderzoek (defecten met laag contrast)

Veel defecten op het waferoppervlak, zoals nanodeeltjes, lithografische resten en microkrasjes, verschillen slechts 1-3% van de achtergrondruis. Als de PRNU-waarden in hetzelfde bereik liggen, kunnen defectsignalen verloren gaan in de achtergrondruis, waardoor detecties gemist worden.

Figuur 3-1:Voorbeeld van een inspectiebeeld van een halfgeleider in de DIC-helderveldmodus.

● Donkerveld- of inspectie bij weinig licht (extreem zwakke signalen)

Donkerveldmethoden zijn gebaseerd op zwakke verstrooide signalen die vele malen zwakker kunnen zijn dan de achtergrondruis. DSNU kan valse heldere patronen produceren in donkere gebieden, die gemakkelijk ten onrechte als defecten worden aangemerkt. Bij fotoluminescentie (PL) of elektroluminescentie (EL) testen, waarbij signalen slechts tientallen elektronen kunnen bevatten, kunnen zelfs kleine DSNU-residuen echte defecten maskeren.

Figuur 3-2:Representatieve donkerveldopname van defectinspectie in halfgeleiders

● Inspectie in meerdere modi (complexe omstandigheden)

Geavanceerde systemen combineren vaak meerdere golflengten, hoeken en lijnsnelheden. De DSNU- en PRNU-eigenschappen variëren echter per modus. Als correcties zich niet dynamisch kunnen aanpassen, neemt de detectienauwkeurigheid in bepaalde configuraties aanzienlijk af.

Figuur 3-3:Schematische illustratie van pijnpunten in een halfgeleidersysteem met meerdere condities.

Geavanceerde DSNU/PRNU-correctietechnologie van Tucsen

Om deze problemen aan te pakken, maken Tucsen TDI-camera's gebruik van een compleet DSNU/PRNU-onderdrukkingssysteem, dat koeling, temperatuurregeling en zeer nauwkeurige kalibratie combineert. Dit garandeert stabiele inspecties met hoge nauwkeurigheid, zelfs bij lange bedrijfstijden, variabele modi en omstandigheden met weinig licht.

1. Hoogwaardige koeling en temperatuurregeling

● Geavanceerde TEC-modules verlagen de lekstroom en de DSNU-basislijn aanzienlijk.
● Dankzij nauwkeurig thermisch beheer blijft de temperatuur stabiel binnen ±0,5 °C, waardoor kalibratieafwijkingen tijdens langdurig gebruik worden voorkomen.

Figuur 4-1:Vergelijking van de achtergronduniformiteit vóór en na afkoeling voor de TDI-camera van Tucsen

2. Zeer nauwkeurige kalibratie

● Slaat honderden kalibratieprofielen op en schakelt ertussen om zich aan te passen aan modi met meerdere golflengten, hoeken en frequenties.
● Bijvoorbeeld, deGemini 8K TDI scmos cameraHiermee wordt een PRNU van slechts 0,124% en een DSNU (10-bit) van slechts 5,8 e⁻ bereikt, wat voldoende is om defecten met een contrast van <1% te detecteren.

Figuur 4-2:Gebruikersinterface voor PRNU/DSNU-correctie in de TDI-camerasoftware van Tucsen.

Vooruitzicht: Van hulptechnologie naar kerntechnologie

Naarmate de halfgeleiderproductie vordert, is DSNU/PRNU-correctie geëvolueerd van een ondersteunende functie tot een essentiële factor voor nauwkeurige inspectie.

Tucsen Photonics blijft investeren in correctietechnologieën van de volgende generatie, met de nadruk op hogere precisie, intelligente aanpassing en een breder toepassingsgebied. Deze inzet ondersteunt zowel de binnenlandse zelfvoorziening als de wereldwijde concurrentiepositie in de halfgeleiderproductie.

Door de toenemende vraag vanuit AI, IoT en autonoom rijden zullen de eisen aan inspectienauwkeurigheid alleen maar verder stijgen. Bedrijven die fundamentele correctietechnologieën beheersen, zullen een voorsprong hebben bij het stimuleren van vooruitgang in de halfgeleiderindustrie.

Neem contact met ons op

Voor gedetailleerde specificaties, toepassingsvoorbeelden of maatwerkoplossingen voor de TDI-camera's van Tucsen kunt u contact opnemen met ons technische team. Wij bieden volledige ondersteuning, van het ontwerp van de oplossing tot de integratie in de productielijn.

Wil je meer weten? Bekijk dan de gerelateerde artikelen:

TDI-camera's 101: Wat ze zijn en hoe ze werken

Waarom TDI-cameratechnologie steeds meer terrein wint in industriële beeldverwerking