2025/09/17隨著3奈米技術的商業化、人工智慧晶片需求的成長以及行動處理器技術的不斷進步，半導體製造已進入一個前所未有的高精度時代。在此背景下，晶圓缺陷檢測和極紫外光刻掩模檢測等關鍵製程對成像系統提出了越來越高的要求。
時延積分（TDI）相機以其高速掃描、大視野覆蓋和高解析度成像而著稱，已成為先進檢測設備的重要組成部分。然而，其最終精度取決於一個關鍵因素：影像非均勻性雜訊的校正。
作為國內領先的企業TDI相機作為一家領先的半導體檢測設備供應商，Tucsen Photonics 在 DSNU/PRNU 校正領域積累了豐富的專業知識，從而顯著提高了半導體檢測的可靠性。本文將探討 DSNU/PRNU 校正的原理、發展歷程和應用，並闡述其在先進製程檢測中所扮演的關鍵角色。
了解DSNU和PRNU
理論上，影像感測器中的每個像素在相同條件下（無論是在黑暗中還是在光照下）都應該做出相同的反應。但實際上，製造流程的細微差異、材料不一致以及讀出電路的缺陷都會導致像素間的差異，從而產生固定模式雜訊（FPN）。
DSNU（暗訊號非均勻性）
● 當像素在完全黑暗的環境下產生不同強度的暗電流時，就會出現暗場不均勻性（DSNU），導致影像中出現明亮或黑暗的固定斑點、條紋或斑塊。在長時間曝光或低光源成像時，這種現象尤其明顯。
圖 1-1：DSNU 最典型的表現形式之一，清楚地顯示了像素暗訊號不均勻性的特徵。
PRNU（光響應不均勻性）
● PRNU 指的是在均勻光照下，像素間光電轉換效率的差異。其成因包括微透鏡未對準、二極體尺寸差異、摻雜不均勻。 PRNU 通常表現為亮度紋理、條紋或網格狀圖案。
圖 1-2：PRNU 最典型的表現形式之一，清楚地顯示了像素光響應不均勻性的特徵。
DSNU/PRNU糾錯機制的工作原理
DSNU/PRNU校正的目標是抑制像素間的個體差異，使所有像素表現得如同理想像素一般。校正後，影像背景趨於均勻灰度，從而提高測量精度和資料可靠性。
常用方法包括：
1. 靜態校正
利用暗場和平場校準資料來補償像素間的固有差異。這種方法簡單直接，但對溫度漂移、裝置老化和光源變化較為敏感。
2. 冷卻和溫度控制校正
採用熱電冷卻（TEC）抑制暗電流和DSNU，並結合多溫度校準曲線，可穩定背景均勻性，確保長時間運轉的可靠性能。
3. 基於人工智慧的即時糾錯（新興趨勢）
利用FPGA/ISP採樣和AI驅動的動態演算法即時調整校正係數。這種方法能夠適應光照波動、溫度漂移和像素老化，使其適用於未來的高通量偵測系統。
圖2：DSNU/PRNU校正前後結果比較。校正後，影像背景高度均勻。
科技趨勢
隨著先進半導體製造流程的不斷發展，以及人工智慧應用驅動的尖端晶片需求持續增長，業界對檢測精度提出了更高的要求。校準技術也在經歷變革：從傳統的「完成後調整」和「製程抑制」轉向更智慧的即時校準。
半導體檢測面臨的挑戰
對於先進的半導體製程而言，背景均勻性直接決定了低對比缺陷的可偵測性。
● 明場偵測（低對比缺陷）
許多晶圓表面缺陷——例如奈米顆粒、光刻殘留物和微划痕——與背景的差異僅為 1% 至 3%。如果 PRNU 等級處於同一範圍內，缺陷訊號可能會被背景雜訊掩蓋，導致漏檢。
圖 3-1：DIC明場模式下半導體檢測影像範例
● 暗場或低光照偵測（極弱訊號）
暗場偵測方法依賴微弱的散射訊號，這些訊號可能比背景訊號低幾個數量級。 DSNU 會在暗區產生虛假的亮斑，容易被誤判為缺陷。在光致發光 (PL) 或電致發光 (EL) 檢測中，訊號可能只有數十個電子，即使是很小的 DSNU 殘留訊號也會掩蓋真正的缺陷。
圖 3-2：半導體缺陷檢測的典型暗場影像
● 多模式檢測（複雜條件）
先進的系統通常會結合多種波長、角度和行速率。然而，DSNU 和 PRNU 特性會因這些模式而異。如果校正無法動態適應，某些配置下的偵測精度會顯著下降。
圖 3-3：多條件半導體系統中痛點的示意圖
圖森先進的DSNU/PRNU矯正技術
為了解決這些痛點，Tucsen TDI 相機採用了一套完整的 DSNU/PRNU 抑制系統，結合了冷卻、溫度控制和高精度校準技術。這確保了即使在長時間運行、多種模式和低光照條件下，也能實現穩定、高精度的檢測。
1. 高性能冷卻和溫度控制
●先進的TEC模組大幅降低了暗電流和DSNU基線。
● 精確的熱管理使溫度穩定性維持在±0.5°C以內，防止長期運作過程中出現校準漂移。
圖 4-1：圖森TDI相機冷卻前後背景均勻性比較
2. 高精度校準
● 儲存和切換數百個校準配置文件，以適應多波長、多角度和多頻率模式。
● 例如，Gemini 8K TDI CMOS 攝影機PRNU 低至 0.124%，DSNU（10 位元）低至 5.8 e⁻，足以分辨對比度小於 1% 的缺陷。
圖 4-2：Tucsen TDI攝影機軟體中PRNU/DSNU校正的使用者介面
展望：從輔助技術到核心技術
隨著半導體製造技術的進步，DSNU/PRNU 校正已從一項輔助功能發展成為檢測精度的核心推動因素。
途勝光子持續投資於下一代校正技術，專注於更高精度、智慧自適應和更廣泛的應用領域。這項投入既有助於提升國內半導體製造的自主性，也有助於增強其在全球半導體製造領域的競爭力。
隨著人工智慧、物聯網和自動駕駛等行業需求的不斷增長，對偵測精度的要求只會越來越高。掌握基礎校正技術的公司將在推動半導體產業發展上佔有優勢。
聯絡我們
如需了解途勝TDI相機的詳細規格、應用案例或客製化解決方案，請聯絡我們的技術團隊。我們提供從解決方案設計到生產線整合的全方位支援。
想了解更多？請查看相關文章：
途勝光電股份有限公司。版權所有。引用時請註明出處。www.tucsen.com
