(圖片來源自網絡)

隨著半導體行業(yè)的飛速發(fā)展，半導體的生產工藝越來越復雜，尤其是5nm工藝的逐步成熟完善，3nm工藝不斷突破的情況下，芯片電路單元的尺寸越小，芯片生產過程中就越容易出現各種缺陷。一般來說，根據電子系統(tǒng)檢測中的“十倍法則”，在基材層面發(fā)現的故障傳導到芯片級別會造成成本十倍的增加，所以缺陷檢測系統(tǒng)在半導體行業(yè)極其重要。根據檢測目標在工藝流程中的位置，我們可以將缺陷檢測系統(tǒng)分為無圖案晶圓缺陷檢測系統(tǒng)和有圖案缺陷檢測系統(tǒng)。無圖案晶圓缺陷檢測系統(tǒng)多用于硅片出廠檢測和晶圓制造的前道工藝環(huán)節(jié)，是對硅片進行缺陷檢測并定位，幫助找到工藝環(huán)節(jié)出現的問題。有圖案缺陷檢測系統(tǒng)需要對已經完成全部或部分工藝的晶圓進行缺陷檢測，及時發(fā)現工藝異常。半導體缺陷檢測系統(tǒng)廣泛的應用于各種半導體器件的工藝流程中，包括但不限于CPU，儲存器，邏輯集成電路等等。

半導體行業(yè)對晶圓缺陷檢測主要有兩個關鍵需求：1）可以準確識別出晶圓的缺陷，并得到缺陷的具體信息，包括缺陷的位置，面積大小等等。2）滿足大規(guī)模工業(yè)化生產的速度和產能需求，實現實時檢測。

半導體行業(yè)中缺陷檢測的方法目前主要有兩種：自動光學檢測（Automatic Optic Inspection, AOI）以及掃描電子顯微鏡檢測（Scanning Electron Microscope, SEM）。自動光學檢測系統(tǒng)基于光學原理，主要方式是通過設計照明系統(tǒng)對被測目標進行照明（分為明場，暗場，透射場等成像方式），利用成像系統(tǒng)對被測物體成像，通過圖像傳感器（CMOS/CCD）轉化為數字圖像信號由上位計算機系統(tǒng)做圖像分析后實現缺陷檢測。掃描電子顯微鏡檢測系統(tǒng)通過匯集能量極高的極窄電子束轟擊被測樣品表面，通過逐點采集掃描光束與物質間的相互作用產生的微粒，從中獲取各種物理信息。

典型AOI系統(tǒng)結構示意圖（圖片來源自網絡）

比較兩種方法，自動光學檢測系統(tǒng)的優(yōu)勢在于：1）速度快，采用面陣圖像傳感器拍攝一次圖像耗時極短。2）成本低，相機，光源，鏡頭可以自由組合，有效降低設備成本。3）視場大，成像范圍廣，選取合適的鏡頭可以實現晶圓全范圍檢測（Full Scale Scan），顯著提升設備的產率（Throughput）。自動光學檢測系統(tǒng)的缺點在于成像分辨率較低，晶圓缺陷的特征不明顯。掃描電子顯微鏡檢測系統(tǒng)的優(yōu)勢在于分辨率高，精度高。但是因為是逐點檢驗，速度極慢，價格昂貴，無法滿足半導體工業(yè)大規(guī)模生產的要求。

在人工智能技術與大數據發(fā)展進步的今天，自動光學檢測系統(tǒng)不僅僅是一部檢測設備，對大量晶圓缺陷進行分類和統(tǒng)計，可以發(fā)現缺陷發(fā)生的原因，在工藝改善和生產良率提升中也正逐步發(fā)揮著更重要的作用，因此，可以預期未來自動光學檢測系統(tǒng)檢測技術將在半導體檢測中將會發(fā)揮越來越重要的作用。

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