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友思特方案 | 光示原形：高精度晶圆缺陷检测的高功率UVLED方案

news 来源：原创 2025/5/22 12:34:10

导读

晶圆缺陷检测直接影响芯片的良率与成本。友思特高功率紫外UVLED方案通过多波长切换、高灵敏度成像，精准捕捉灰尘、遗留胶及内部划痕等缺陷，检测精度与效率显著提升，助力产业迈向更高精度与效率。

晶圆检测

在半导体芯片制造流程里，从硅片制备到芯片封装，涉及数十道复杂工序，任何细微环节的偏差都可能使晶圆产生缺陷，进而严重影响产品良率。据行业数据显示，光刻后工序中，一个微小缺陷就可能致使芯片报废，造成高达数千美元的损失。在光刻前对裸晶圆表面进行缺陷检测，成为提升芯片质量、降低成本的关键环节。

图1. 晶圆缺陷类型

当前，晶圆缺陷检测方法多样，接触式检测因易划伤晶圆已逐渐被弃用。非接触式检测中，X射线检测虽精度高，但设备昂贵、辐射大；超声波检测存在结果不直观、定量分析难的问题；电子束检测设备成本高昂，且检测效率有待提升。光学检测因操作简便、成本适中成为主流，其中基于白光光源的检测技术应用广泛，可检测常见的颗粒、灰尘等缺陷。然而，对于SiC基底小丘缺陷等特殊缺陷，白光光源检测效果不佳。

图2. 晶圆缺陷检测图例

高功率紫外UVLED光源的出现为解决这一难题带来新契机。它能激发特定缺陷产生独特光学信号，增强缺陷与背景对比度，使检测更精准高效。在半导体产业对芯片质量要求日益严苛的背景下，研究高功率紫外UVLED光源的晶圆缺陷检测技术意义重大。

高功率UVLED技术方案

友思特晶圆缺陷检测系统主要由高功率紫外UVLED光源、液态光导、准直光学元件、支架及放置平台、待测晶圆、镜头、相机和PC处理平台组成。友思特高功率紫外UVLED光源在365nm和405nm波长上可实现单波长超过10W的输出，混合功率超13W。光源最多设置4个紫外波长（365nm、385nm、405nm、435nm），能通过软件便捷切换，以匹配不同晶圆和缺陷检测需求。内部闭环控制系统实时监控工作功率，确保输出稳定。

液态光导选用高透过率材料，透过率超80%，最长可定制20m，减少功率损耗的同时，为检测操作提供更大空间。准直光学元件有效降低光线发散角，提升光斑出光均匀性，保证光源在晶圆表面稳定分布和高效利用。成像环节采用Sony IMX178 1/1.8" rolling shutter CMOS传感器的工业相机，具备6.4MP高画质和极高光敏度，搭配Vis/NIR AR镀膜、支持2.2μm像元的超高分辨率镜头，精准捕捉晶圆表面细节。

图3. 友思特基于UVLED的晶圆检测方案

检测时，依据测试目的选定合适的紫外波长和功率，精细调节光学元件、镜头和相机的x、y、z距离，设置相机拍摄参数和镜头取像参数。光源发出的紫外光经准直光学元件均匀照射在晶圆表面，晶圆表面缺陷与紫外光发生光学作用，反射光经镜头聚焦至相机成像，图像传输至PC端，运用专门的图像处理算法进行分析，从而识别和分析缺陷。

实验结果

本次实验选取已知存在瑕疵的晶圆，分别采用高功率紫外UVLED光源和白光光源进行检测，检测结果如下：

图4. 白光光源(上)与高功率紫外光源(下)的检测结果

在白光光源照射下，仅可检测出明显的灰尘和指纹。但部分微小灰尘难以分辨，如上图所示。

在高功率紫外光源照射下，可以检测出清晰的灰尘颗粒，包括细微灰尘，且能精准定位；准确检测出4片晶圆上的遗留胶，对微弱痕迹也能有效识别；检测出较深的内部缺陷，对浅划痕也有良好检测效果，能获取划痕深度、长度等参数，如下图所示。

图5. 缺陷检测结果

此外，对比了不同功率下的缺陷检测精度，分别设置30%、50%和70%的输出功率，从结果可以得出，紫外光源的输出功率越高，检测的缺陷数量越多，精度越高，检测时间越短。

图6. 缺陷检测精度结果 (30%/50%/70%功率)

从检测结果对比来看，高功率紫外UVLED光源在检测灰尘、遗留胶和内部划痕等缺陷时，表现出更高的灵敏度和准确性。对于微小灰尘，紫外光源凭借其高功率和特定波长激发，使微小颗粒产生更强散射光信号，便于识别；在检测遗留胶时，紫外光与遗留胶的相互作用产生独特光谱特征，有助于发现微弱痕迹并分析成分；针对内部划痕，紫外光的穿透特性和高分辨率成像，能够探测到更浅的划痕并获取详细参数。

友思特高功率紫外UVLED光源在晶圆缺陷检测方面具有显著优势。与传统白光光源相比，其能检测出更多类型和更微小的缺陷，极大提升检测精度和效率。高功率输出、多波长切换功能，使其能针对不同晶圆材质和缺陷类型灵活调整检测条件，有效减少误报率和漏报率。

在实际半导体制造中，高功率紫外UVLED光源检测技术有望成为保障晶圆质量的关键手段。随着技术不断优化和成本逐步降低，该技术将在半导体产业广泛应用，推动行业向更高精度、更高效率的制造方向发展。相信它将在未来半导体产业中发挥更为重要的作用，助力产业实现更高质量的发展。

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友思特高功率UVLED方案