在半导体前道制造中，晶圆表面 AOI 需要对颗粒、划痕、雾化和沾污等亚微米级缺陷进行稳定检测，以满足 CMP、清洗和抛光等工艺环节中的晶圆质量与过程控制需求。TDI(时间延迟积分)线扫成像能够在低光照条件下以更高的灵敏度实现高吞吐量采集。然而，要维持稳定的检测性能，还需要在整个采集链路中保障同步精度、校准稳定性以及实时预处理能力。
高速 TDI 晶圆检测中维持稳定的采集性能
随着晶圆检测系统向更快的扫描速度、更大的扫描幅宽和更高的缺陷灵敏度方向发展，维持稳定的采集性能越来越依赖于同步一致性、校准重复性以及可扩展的实时处理能力，贯穿整个成像链路。
高速 TDI 采集过程中维持图像完整性
TDI 图像质量取决于光学系统、几何对准和运动同步的综合稳定性。即便是微小的偏差在连续扫描过程中也可能累积为不可逆的模糊。
在较高倍率下，景深的减小使得系统对焦面变化和机械不稳定性更为敏感。实际晶圆表面很少是完全平坦的，表面倾斜或翘曲可能在高倍率 TDI 采集过程中进一步引入焦面漂移和几何畸变。
连续 TDI 成像采集过程中，编码器同步失配会直接影响几何精度与边缘清晰度。
为稳定图像质量，应在系统初始化设置及连续扫描的全过程中验证对准与同步状态：
· 结构化对准图样有助于在启用 TDI 积分之前验证几何一致性
· 基于 ROI 的线轮廓分析可改善全视场范围内的焦面和同步验证
· 精确的编码器缩放有助于在连续运动中维持图像锐度
稳定的同步直接关系到高速晶圆缺陷检测中缺陷表征的质量。
在不同照明与扫描条件下稳定校准
不同的照明几何、扫描方向和运行温度可能引入亮度不均匀和背景不稳定，从而影响晶圆检测的重复性。
因此，在不同的运行条件下维持稳定的校准，对于晶圆光学检测系统中一致的缺陷灵敏度至关重要。
多感兴趣区域(ROI)校验流程可在整片晶圆 TDI 扫描视场内，稳定同步时序、对焦一致性与图像信号质量。
校准工作流需要适应照明方向、扫描取向和背景变化，因为在连续晶圆检测中，正向和反向扫描方向可能引入不同的照明和反射特性：
· 针对不同照明条件的 FFC(平场校正)配置集可改善不同光照条件下的图像归一化效果
· 与扫描方向相关的校准配置有助于稳定双向扫描的一致性
· 直方图分析和伪彩色可视化可简化校准验证和亮度均匀性检查
稳定的校准工作流可提高晶圆 AOI 应用中不同照明和扫描条件下的检测重复性。
在采集速率下满足实时处理约束
随着扫描速度和分辨率的提升，在低光照和高吞吐量采集条件下维持稳定的缺陷灵敏度变得日益具有挑战性。
一台工作在 500 kHz 行频的 16K TDI 相机可产生约 8.2 GB/s 的原始图像数据，而可用于预处理的时间窗口仅为微秒量级。即便采用多台IPC和GPU的系统，在连续晶圆检测过程中也可能面临吞吐量瓶颈以及扫描序列间的停顿。
因此，维持稳定的采集质量需要在采集速率下直接完成预处理，并确保可靠的高带宽数据传输：
· 实时预处理有助于在连续扫描过程中稳定图像质量
· 背景归一化和自适应阈值分割可在不同晶圆表面条件下提高检测鲁棒性
· 可靠的高带宽数据转发可支持图像采集卡、GPU 和 IPC 处理系统之间连续的原始数据传输
· 列噪声抑制有助于保持低对比度缺陷的可检测性
晶圆 TDI 检测系统架构
在高速晶圆 AOI 应用中，持续稳定的高吞吐量处理与维持图像完整性同等重要。
处理与数据架构的可扩展性
除采集端的实时处理外，随着检测吞吐量和扫描分辨率持续提升，系统整体的可扩展性也日益成为关键因素。
在多台 IPC 和 GPU 系统间分配工作负载固然可提升处理能力，但同时也增加了同步和数据管理的复杂度：
· 分布式 IPC/GPU 架构有助于扩展大面积检测系统的处理能力
· 集成式图像采集卡与处理流程可简化高带宽数据管理
· 灵活的处理架构可支持未来向 FPGA 辅助预处理工作流的迁移
可扩展的处理架构随着晶圆检测系统向更高扫描分辨率和更大数据量方向演进而变得日益重要。
高速晶圆 TDI 检测场景下，如何提升视觉系统架构的可靠性与可扩展性。
TDI 晶圆检测系统设计的实践要点
可靠稳定的晶圆检测性能并非单一芯片性能所能决定，高速 TDI 图像采集的稳定性与精准度，是多维度系统协同优化的成果。实际工程落地中，需围绕：
· 同步精度
· 光学对准与焦面调控
· 光源及校准系统稳定性
· 实时图像处理能力
· 下游整体处理架构
五大核心维度进行全方位适配优化。随着行业对晶圆扫描分辨率、检测吞吐量的要求不断升级，在保障高速检测的基础上，兼顾图像数据完整性，同步拓展系统处理带宽与存储配套能力，是 TDI 晶圆检测系统稳定高效运行的关键前提。
高速 TDI 晶圆检测的工程优势
该检测方案深度融合 TDI 成像技术、实时预处理算法与系统化校准工作流程，可在量产生产场景下，兼顾高检测吞吐量、良好的设备扩展性与稳定的图像采集质量。一方面，系统能够在连续高速扫描状态下，精准、稳定地完成晶圆缺陷表征，有效优化 TDI 积分成像过程的同步一致性;同时可在不同照明参数、扫描工况下实现标准化、可复现的校准流程，大幅提升检测结果的稳定性与统一性。另一方面，依托贴近采集源头的实时预处理技术，可有效削减后端数据处理与存储压力，搭配适配大面积晶圆检测的可扩展架构，能够充分满足规模化、高精度、高效率的晶圆检测生产需求。
（Basler）
京公网安备 11011202001138号
