应用案例 | JAI Spark系列高分辨率面阵相机，以“显微级”精度赋能晶圆量测

半导体生产中，显微成像是晶圆缺陷检测和尺寸量测的核心环节，套刻（Overlay）、关键尺寸（CD）和几何偏差的量测决定了晶圆的最终良率。每片晶圆包含数百到上千个芯片，随着制程节点逼近7nm及以下，任何成像误差都可能在纳米尺度被放大，导致整片晶圆或批次报废。

• 短曝光、噪声干扰下，亚微米缺陷及边缘信息容易被掩盖
• 晶圆台高速扫描，相机必须毫秒级对时以避免同步误差与拖影
• 光场不均、色彩漂移，将可能导致亚像素定位精度的下降

针对上述挑战，基于JAI Spark系列SP-20000相机，结合显微光学模组、精准对焦与照明模组，构建了一套面向先进制程的半导体量测检测方案。该方案通过高分辨率成像、精准同步控制与高信噪比算法支持，为设备的显微成像模组提供核心能力，确保半导体缺陷检测及量测过程达到µm至亚微米级精度，可用于晶圆前道、后道及先进封装等多类检测量测场景：

方案优势：

半导体显微量测常因光照不均与色偏导致标定频繁。方案通过柯勒照明实现光强与色彩均匀分布，并结合JAI Spark系列相机的平场、瑕点及色彩矩阵校正功能，从成像端修正成像误差，这样可减少因材料切换或工艺波动而产生的频繁标定需求，确保设备持续高效运行。

在晶圆高速扫描过程中，若相机曝光与平台运动不同步，极易出现拖影，影响量测精度。方案通过全局快门在同一瞬间曝光所有像素，并配合多触发控制实现精准同步，在全高分辨率下（5120x3840）仍可保持30fps输出帧率，为同时需要高图像质量和高吞吐量的机器视觉系统提供支持，确保设备节拍不被拖慢。

亚微米尺度缺陷一旦漏检将影响芯片良率。方案以高感光像元结合亚像素拟合算法获得高信噪比图像，精准实现边缘识别和亚微米级微小缺陷检测，有效降低漏检、误判与报废。

半导体制造涉及光刻、刻蚀和检测等多个环节，需要不同放大倍率和视场范围。方案通过ROI裁切与像素合并功能，使相机在10x/20x/50x物镜切换时，可同步调整采集范围与分辨率，一机覆盖多类量测应用，减少硬件配置降低设备部署成本。

该方案采用的JAI Spark系列SP-20000-CXP2工业相机，面向高分辨率显微检测需求，是设备成像模组的核心，已成功应用于多个国内半导体晶圆检测龙头企业，以其高精度、高吞吐量和抗干扰能力为其提供复杂半导体检测环境质量优异的成像性能。

• 高吞吐量：相机支持2000万像素分辨率（5120x3840）及30fps满幅输出，超大41mm对角线CMOS图像传感器，具有全局快门，通过CXP-6x2接口实现高带宽传输，保障大视场下的高通量成像。
• 单色或彩色：提供单色或彩色型号，配备双采样(CDS)功能，能够提供更好的图像质量和像素均匀度。
• 复杂光线精准成像：采用自动电平控制(ALC)功能，可在任何条件下进行智能曝光控制，适应不断变化的室内外光线条件。
• 易于集成：7.9W低功耗、小型化机身及抗震抗冲击性能，易于集成到任何需要高精度显微成像模组的晶圆制造设备。