[光学原理与应用-484]：《中安DF-300S技术规格书》
中安半导体 DF-300S
暗场晶圆缺陷检测系统
技术规格书
Zhongan Semiconductor DF-300S Darkfield Wafer Inspection System
一、产品简介
DF-300S 是中安半导体科技（上海）有限公司自主研发的新一代高灵敏度暗场晶圆缺陷检测设备，专为 300mm 无图形与有图形硅片表面颗粒及微结构缺陷检测 设计，广泛应用于逻辑、存储、功率器件等半导体制造前道与中道工艺环节。
本系统采用多波长皮秒紫外激光照明、高速R-θ扫描平台、低噪声成像系统与AI驱动的缺陷识别算法，具备高吞吐量、高稳定性、易集成等特点，致力于为国内晶圆厂提供性能可靠、服务响应迅速的国产化替代方案。
二、主要应用
| 应用类别 | 典型用途 |
|---|---|
| ✅ 无图形晶圆检测 | 裸硅片、SOI、GaN-on-Si 等基底的颗粒、pit、scratch 检测 |
| ✅ CMP前后监控 | 化学机械抛光前后的表面洁净度评估 |
| ✅ 光刻相关检测 | Residue、Edge Bead、Blob 等涂胶异常识别 |
| ✅ 有图形晶圆初筛 | Metal1/Via/Contact 层桥接、坍塌、缺失等结构性缺陷预检 |
| ✅ 清洗验证 | SC1/SC2清洗后残留物检出率分析 |
三、核心性能指标
| 参数项 | 技术指标 |
|---|---|
| 晶圆兼容性 | |
| 支持尺寸 | 200 mm / 300 mm 自动识别 |
| 厚度范围 | 725 ± 25 μm（可定制薄片支持） |
| 晶圆类型 | Bare Si, Oxide, Nitride, SOI, Compound Semiconductors |
| 上下料接口 | SEMI E84 标准 EFEM，支持 FOUP/FOSB |
| 光学系统 | | | 检测模式 | 明场（Brightfield） + 暗场（Darkfield）双模可选 | | 照明方式 | 多角度倾斜入射 + 径向散射收集 | | 激光光源 | 内置皮秒紫外激光器：<br>
- 波长：355 nm（标配），266 nm（可选）<br>
- 脉宽：<15 ps<br>
- 重复频率：80 MHz<br>
- 平均功率：≥2.0 W @ 355 nm | |
- 光束质量（M²） | < 1.3 | |
- 数值孔径（NA） | ≥0.85 | |
- 成像传感器 |
- 高动态范围CMOS，16-bit输出 |
| 检测能力 | | | 最小可检缺陷尺寸 | <90 nm PSL equivalent（@355 nm，bare wafer） | | 缺陷类型识别 | Particle, Pit, Scratch, Residue, Blob, Edge Defect | | 信噪比（SNR） | >25 dB | | 图像分辨率 | ≤0.8 μm | | 缺陷坐标精度 | ±2 μm | | 误报率（False Alarm Rate） | <5%（经AI过滤后） |
| 运动与扫描 | | | 扫描方式 | R-θ 高精度旋转平移平台 | | 扫描速度 | 最大线速度：500 mm/s | | 定位精度 | ±0.5 μm | | 重复定位精度 | ±0.2 μm | | 扫描模式 | 全面扫描 / 区域扫描 / 边缘增强扫描 |
| 系统性能 | | | 吞吐量（Throughput） | >55 wph（300mm wafer，全面扫描）<br>>70 wph（区域扫描） | | 数据输出格式 | ASCII Map, CSV Defect List, GDSII Overlay | | MTBCF（平均连续运行时间） | ≥7天 | | MTTR（平均修复时间） | <2小时 | | 使用寿命 | 设计寿命 ≥8年 |
| 软件功能 | | | 用户界面 | Windows-based GUI，支持中文/英文切换 | | AI缺陷分类 | CNN模型自动聚类：<br>Dust, Scratch, Bridge, Open, Unknown | | 热点管理 | 支持Hot Spot Library建库与排除 | | 数据接口 | SECS/GEM 协议，FTP上传，API对接MES/EAP系统 | | 远程诊断 | 支持VPN远程技术支持与OTA升级 |
| 环境与安全 | | | 工作温度 | 22 ± 2°C | | 相对湿度 | 45–55% RH（无凝露） | | 洁净等级 | 推荐 ISO Class 5 | | 电源要求 | 208–240 VAC, 3-phase, 50/60 Hz, 15 kVA max | | 压缩空气 | 0.4–0.6 MPa，干燥无油 | | 冷却水 | 20 ± 0.5°C，流量 ≥2 L/min（液冷型号） | | 激光安全等级 | IEC 60825-1:2014 Class IV，配备快门与安全联锁 |
四、系统架构示意图
[FOUP] → [Load Port]↓[EFEM 机械手]↓[Pre-Alignment Unit]↓[R-θ Scan Stage]↗ ↘
[UV Picosecond Laser] → [Scatter Collection Optics]↓[High-Speed Camera]↓[Image Processing Engine]↓[AI Defect Classification]↓[Defect Map + Report Output]
五、关键技术优势
| 优势 | 说明 |
|---|---|
| 🔹 国产化光源集成 | 支持南京科耐、武汉虹拓等国产皮秒紫外激光模块，降低供应链风险 |
| 🔹 模块化设计 | 光源、光学头、探测器独立模块，便于维护与升级 |
| 🔹 AI智能去噪 | 自研CNN算法有效区分真缺陷与图案噪声，降低误报率 |
| 🔹 快速服务响应 | 长三角地区24小时内现场支持，备件本地化库存 |
| 🔹 开放式通信 | 支持SECS/GEM、RESTful API，易于接入Fab自动化系统 |
六、客户验证进展（截至2025Q1）
| 客户名称 | 合作状态 | 应用工艺 | 备注 |
|---|---|---|---|
| 中芯国际（SMIC） | POC完成，准备首单 | 40nm Logic | 已通过7天稳定性测试 |
| 华虹宏力（HLMC） | 样机测试中 | 55nm BCD / eFlash | 联合调试膜厚与缺陷联动分析 |
| 长江存储（YMTC） | 技术交流阶段 | NAND Flash 制程监控 | 关注清洗后洁净度检测能力 |
| 某IDM厂商（华东） | 小批量试用 | IGBT功率器件 | 用于表面pit检测 |
七、与国际主流设备对比
| 参数 | KLA Surfscan SP1 | Hitachi RS-35e | 中安 DF-300S（目标） |
|---|---|---|---|
| 最小可检缺陷 | 30 nm | 50 nm | <90 nm |
| 激光波长 | 266/355 nm | 355 nm | 355/266 nm（皮秒） |
| 吞吐量 | 80 wph | 60 wph | >55 wph |
| 国产化率 | ❌ | ❌ | 🟡（目标2025达75%） |
| 本地服务响应 | 3–5天 | 3–7天 | <24小时（长三角） |
| 初始采购成本 | 高 | 较高 | 约为进口设备 60–70% |
| 是否支持定制开发 | 有限 | 有限 | ✅ 支持联合优化 |
八、交付与服务支持
| 项目 | 内容 |
|---|---|
| 出厂测试（FCT） | 包含灵敏度、重复性、稳定性验证 |
| 安装调试（SAT） | 提供现场安装与验收测试支持 |
| 培训服务 | 操作员培训 + 维护工程师高级课程 |
| 维保方案 | 年保服务包、远程监控预警、备件优先供应 |
| 升级路径 | 支持后续升级至OCD融合检测模块或AI模型迭代 |
九、附录：术语表
| 缩写 | 含义 |
|---|---|
| PSL | Polystyrene Latex Sphere，标准微球用于灵敏度标定 |
| DLS | Darkfield Laser Scattering，暗场激光散射技术 |
| EFEM | Equipment Front End Module，设备前端模块 |
| MTBCF | Mean Time Between Critical Failures |
| SECS/GEM | Semiconductor Equipment Communication Standard / Generic Equipment Model |
| AI | Artificial Intelligence，用于缺陷分类与热点过滤 |