PCO相机助力紫外线（UV）成像及其市场应用
2025-10-15 来源:——MARIE FREEBODY Photonics Spectra, Nov 2022 点击次数:33
（本文为部分节选）
现代电子产品的特征尺寸不断缩小——接近甚至小于光的波长。为了检测更小的结构，设备制造商正在寻找新的方法来提高其系统的光学分辨率，其中一种方法是减小照明的波长。
过去已将光源移至可见光谱的蓝端，如今一些应用正在转向近紫外、深紫外（V)至极紫外（EUV）波段。
为了应对在紫外线（UV）下工作的挑战，制造商提高产品设计的同时也使用改性材料，让新一代传感器成功适用于UV应用。
图1：埃赛力达的 pco.edge 4.2 bi XU 是一款对EUV和软 X 射线范围敏感的相机，本图为它被使用在意大利 Elettra Sincrotrone Trieste 的同步加速器上。此为相机在传统研究中的示例，但此相机也适用于在前端半导体测试中的质量控制。
UV相机的设计
现代图像传感器主要由硅制成，UV不易穿透硅——波长小于 350 nm 的UV可在 1 µm 以内的深度被硅完全吸收。当光从正面照射电荷耦合器件 (CCD) 或互补式金属氧化物半导体 (CMOS) 图像传感器时，检测及成像效果并不好。
图2：带微透镜的前照式 CMOS 图像传感器（左）和带微透镜的背照式 CMOS 图像传感器（右）的横截面示意图，说明了它们在穿透深度和性能方面的差异。
制造技术的进步推动了背照式图像传感器的经济晶圆级制造，这些传感器通过减薄硅层来提高穿透深度。制造这种传感器时，采用沉积法来组装不同层，然后翻转晶圆，蚀刻或减薄基板材料，以便从背面照射图像传感器。该技术已被用于改善微光可见光成像，而其对于穿透深度很低的UV应用更为重要。
“现在，UV的穿透深度足以在硅中产生电荷载流子，从而将灵敏波段降至193 nm 或更低波段，”埃赛力达科技的高级成像产品和应用科学家Gerhard Holst 说， “还可以采用适当的涂层和材料，制造灵敏波段低至2 nm的图像传感器，即EUV和软 X 射线波段。”
硅远非对UV有吸收的光学材料。标准光学玻璃吸收290 nm以下波段的光。为了避免这个问题，早期的UV相机移除了阻挡元件。现代相机则使用熔融石英（Silica、Quartz）和/或氟化钙制成的光学元件，允许更多UV光通过。
空气会吸收180至190 nm 以下的光，也会阻碍UV成像。这部分紫外线光谱通常称为真空紫外线 (VUV)，需要非常高的真空或氮气环境。
图3：不带微透镜（左）和带微透镜（右）的背照式 CMOS 图像传感器的横截面示意图，说明了不同设计对调制传递函数（MTF）的影响。
“可以预期，半导体行业将进一步提高单位面积晶体管的集成度，目前193 nm的实际照明波长可能会变得更低。” Gerhard Holst说，“图像传感器的众多解决方案将准备好满足更多要求，同时对镜头材料的需求会更大。”
UV成像的应用
半导体行业是UV成像的最大市场。在不断寻求尺寸更小的半导体的过程中，UV成像仪必须解析半导体掩模上更精细的结构，以用于晶圆生产、质量测试以及检测或测量有害颗粒。因此，近年来，用于半导体图像分析的照明波长已从 254 nm降至 193 nm，Gerhard Holst 如此评价。
UV还在检查光学透明塑料、玻璃、涂层和粘合剂方面发挥作用。本质上，只要能利用被成像物体的材料特性，就会采用 UV 成像。
例如，油脂往往会在UV下发出荧光，这简化了确定滚珠轴承和其他的接头中有多少油脂的任务。
再如，隐形眼镜在UV范围内具有很强的吸收性，UV 光可用于分辨透明隐形眼镜与透明环境，而使用传统的可见成像技术很难区分。其他应用包括塑料或玻璃废物分类、发电厂检查、钞票水印识别、精细划痕检查、多光谱成像和电力电缆维护灯。紫外光谱也是一些农业和食品检测系统的重要分析波段。
产品介绍：pco.edge 4.2 bi XU
针对 EUV 和软 X 射线应用进行了优化。pco.edge 4.2 bi XU 基于背照式 sCMOS 传感器，具有非常特殊的涂层，允许在从可见光下至极紫外 (EUV) 和软 X 射线辐射下应用。该相机适用于超高真空操作，并已使用能量范围为30 eV至1000 eV的软X射线进行表征。该图像传感器具有2048 x 2048 像素，像元尺寸为6.5 µm x 6.5 µm2，允许以 40 Hz的频率采集全帧，动态范围为88 dB，噪声水平为1.9 e- med。该相机结构紧凑，并提供各种软件集成选项。
产品介绍：pco.edge 4.2 bi UV
此相机系统基于我们久经市场考验而备受信任的pco.edge制冷型 sCMOS 相机系列的技术，采用了最新的背照式成像芯片，而该相机内部特殊的光信号输入窗口轻而易举地在紫外波长范围内实现了高QE。
它方便灵活的制冷系统采用风冷或水冷将图像传感器冷却到最低至 -25 °C，而且制冷温度是可以通过软件调节的。在这样一个温度下，暗电流低至0.2 e-/pixel/s。
可根据您的应用选择适用于紫外或可见光波段的窗口玻璃。它具有2048 x 2048 的高分辨率和 6.5 x 6.5 μm² 的像元尺寸，配合高达95 %的量子效率，保证了图像的高质量。并且，pco.edge 4.2 bi 相机具有一个强大的USB 3.1数据接口，进一步增强了其性能表现。
【关于埃赛力达科技Excelitas Technologies Corp.】
埃赛力达是一家技术经验丰富供应商，致力于提供先进的、改善生活的革新技术，为生命科学、先进工业、新一代半导体、航空航天等各终端市场的全球企业提供服务。公司总部位于美国宾夕法尼亚州匹兹堡。埃赛力达是光子技术设计、开发和制造领域的重要合作伙伴，为全球客户提供传感、检测、成像、光学和特种光源方面的前沿创新技术。
广州市元奥仪器有限公司作为埃赛力达在国内的一级代理商，根据用户的不同需求提供具备高性能、高质量的产品，为客户提供专业的方案，欢迎咨询！
现代电子产品的特征尺寸不断缩小——接近甚至小于光的波长。为了检测更小的结构，设备制造商正在寻找新的方法来提高其系统的光学分辨率，其中一种方法是减小照明的波长。
过去已将光源移至可见光谱的蓝端，如今一些应用正在转向近紫外、深紫外（V)至极紫外（EUV）波段。
为了应对在紫外线（UV）下工作的挑战，制造商提高产品设计的同时也使用改性材料，让新一代传感器成功适用于UV应用。
图1：埃赛力达的 pco.edge 4.2 bi XU 是一款对EUV和软 X 射线范围敏感的相机，本图为它被使用在意大利 Elettra Sincrotrone Trieste 的同步加速器上。此为相机在传统研究中的示例，但此相机也适用于在前端半导体测试中的质量控制。
UV相机的设计
现代图像传感器主要由硅制成，UV不易穿透硅——波长小于 350 nm 的UV可在 1 µm 以内的深度被硅完全吸收。当光从正面照射电荷耦合器件 (CCD) 或互补式金属氧化物半导体 (CMOS) 图像传感器时，检测及成像效果并不好。
图2：带微透镜的前照式 CMOS 图像传感器（左）和带微透镜的背照式 CMOS 图像传感器（右）的横截面示意图，说明了它们在穿透深度和性能方面的差异。
制造技术的进步推动了背照式图像传感器的经济晶圆级制造，这些传感器通过减薄硅层来提高穿透深度。制造这种传感器时，采用沉积法来组装不同层，然后翻转晶圆，蚀刻或减薄基板材料，以便从背面照射图像传感器。该技术已被用于改善微光可见光成像，而其对于穿透深度很低的UV应用更为重要。
“现在，UV的穿透深度足以在硅中产生电荷载流子，从而将灵敏波段降至193 nm 或更低波段，”埃赛力达科技的高级成像产品和应用科学家Gerhard Holst 说， “还可以采用适当的涂层和材料，制造灵敏波段低至2 nm的图像传感器，即EUV和软 X 射线波段。”
硅远非对UV有吸收的光学材料。标准光学玻璃吸收290 nm以下波段的光。为了避免这个问题，早期的UV相机移除了阻挡元件。现代相机则使用熔融石英（Silica、Quartz）和/或氟化钙制成的光学元件，允许更多UV光通过。
空气会吸收180至190 nm 以下的光，也会阻碍UV成像。这部分紫外线光谱通常称为真空紫外线 (VUV)，需要非常高的真空或氮气环境。
图3：不带微透镜（左）和带微透镜（右）的背照式 CMOS 图像传感器的横截面示意图，说明了不同设计对调制传递函数（MTF）的影响。
“可以预期，半导体行业将进一步提高单位面积晶体管的集成度，目前193 nm的实际照明波长可能会变得更低。” Gerhard Holst说，“图像传感器的众多解决方案将准备好满足更多要求，同时对镜头材料的需求会更大。”
UV成像的应用
半导体行业是UV成像的最大市场。在不断寻求尺寸更小的半导体的过程中，UV成像仪必须解析半导体掩模上更精细的结构，以用于晶圆生产、质量测试以及检测或测量有害颗粒。因此，近年来，用于半导体图像分析的照明波长已从 254 nm降至 193 nm，Gerhard Holst 如此评价。
UV还在检查光学透明塑料、玻璃、涂层和粘合剂方面发挥作用。本质上，只要能利用被成像物体的材料特性，就会采用 UV 成像。
例如，油脂往往会在UV下发出荧光，这简化了确定滚珠轴承和其他的接头中有多少油脂的任务。
再如，隐形眼镜在UV范围内具有很强的吸收性，UV 光可用于分辨透明隐形眼镜与透明环境，而使用传统的可见成像技术很难区分。其他应用包括塑料或玻璃废物分类、发电厂检查、钞票水印识别、精细划痕检查、多光谱成像和电力电缆维护灯。紫外光谱也是一些农业和食品检测系统的重要分析波段。
产品介绍：pco.edge 4.2 bi XU
针对 EUV 和软 X 射线应用进行了优化。pco.edge 4.2 bi XU 基于背照式 sCMOS 传感器，具有非常特殊的涂层，允许在从可见光下至极紫外 (EUV) 和软 X 射线辐射下应用。该相机适用于超高真空操作，并已使用能量范围为30 eV至1000 eV的软X射线进行表征。该图像传感器具有2048 x 2048 像素，像元尺寸为6.5 µm x 6.5 µm2，允许以 40 Hz的频率采集全帧，动态范围为88 dB，噪声水平为1.9 e- med。该相机结构紧凑，并提供各种软件集成选项。
产品介绍：pco.edge 4.2 bi UV
此相机系统基于我们久经市场考验而备受信任的pco.edge制冷型 sCMOS 相机系列的技术，采用了最新的背照式成像芯片，而该相机内部特殊的光信号输入窗口轻而易举地在紫外波长范围内实现了高QE。
它方便灵活的制冷系统采用风冷或水冷将图像传感器冷却到最低至 -25 °C，而且制冷温度是可以通过软件调节的。在这样一个温度下，暗电流低至0.2 e-/pixel/s。
可根据您的应用选择适用于紫外或可见光波段的窗口玻璃。它具有2048 x 2048 的高分辨率和 6.5 x 6.5 μm² 的像元尺寸，配合高达95 %的量子效率，保证了图像的高质量。并且，pco.edge 4.2 bi 相机具有一个强大的USB 3.1数据接口，进一步增强了其性能表现。
【关于埃赛力达科技Excelitas Technologies Corp.】
埃赛力达是一家技术经验丰富供应商，致力于提供先进的、改善生活的革新技术，为生命科学、先进工业、新一代半导体、航空航天等各终端市场的全球企业提供服务。公司总部位于美国宾夕法尼亚州匹兹堡。埃赛力达是光子技术设计、开发和制造领域的重要合作伙伴，为全球客户提供传感、检测、成像、光学和特种光源方面的前沿创新技术。
广州市元奥仪器有限公司作为埃赛力达在国内的一级代理商，根据用户的不同需求提供具备高性能、高质量的产品，为客户提供专业的方案，欢迎咨询！
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