半导体检测行业深度(二）：半导体检测种类解析

检测设备：（纳米）图形晶圆缺陷检测占比最高，光学检测技术为主。在检测环节以光学检测为主，光学检测技术可进一步分为无图形晶圆检测技术、图形晶圆成像检测技术和光刻掩膜板成像检测技术。少部分有图形晶圆缺陷检测和复查使用电子束来检测。


1、有图形晶圆检测设备
图形化是指使用光刻或光学掩膜工艺来刻印图形，引导完成晶圆表面的材料沉积或清除。有图形缺陷检测设备采用高精度的光学技术，对晶圆表面纳米及微米尺度的缺陷进行识别和定位。针对不同的集成电路材料和结构，缺陷检测设备在照明和成像的方式、光源亮度、光谱范围、光传感器等光学系统上，有不同的设计。
图形缺陷检测设备主要可分为明场缺陷检测和暗场缺陷检测两大类。明场缺陷检测设备，采用等离子体光源垂直入射，入射角度和光学信号的采集角度完全或部分相同，光学传感器生成的图像主要由反射光产生；暗场缺陷检测设备通常采用激光光源，光线入射角度和采集角度不同，光学图像主要由被晶圆片表面散射的光生成。其皆通过对晶圆上的图形进行成像后与相邻图像对比来检测缺陷并记录其位置坐标。
光学晶圆缺陷检测设备使用晶圆的旋转位置和光束的径向位置定义晶圆表面上缺陷的位置。在晶圆检测机台中，使用光谱仪检测器PMT或CCD以电子方式记录光强度，并生成晶圆表面上散射或反射强度的图。该图提供了有关缺陷大小和位置以及缺陷的信息由于颗粒污染等问题导致的晶圆表面的状况。 2、无图形晶圆检测设备
无图形晶圆检测是对于裸硅片和表面没有图形的晶圆的检测。一般用于在开始生产之前硅片在硅片厂处获得认证，半导体晶圆厂收到后再次认证的检测过程，同时在生产过程中一些用于对比及环境测量的控片挡片的检测。由于晶圆表面没有图案，因此无需图像比较即可直接检测缺陷，其工作原理是将激光照射在圆片表面，通过多通道采集散射光，经过表面背景噪声抑制后，通过算法提取和比较多通道的表面缺陷信号，最终获得缺陷的尺寸和分离。无图形圆片表面检测系统能够检测的缺陷类型包括颗粒污染、凹坑、水印、划伤、浅坑、外延堆垛、CMP突起。一般来说暗场检测是非图案化晶圆检测的首选，因为可以实现高速扫描，从而实现高的晶圆产量。主要供应商包括KLA（Surfscan系列）、Hitachi High-Tech（LS系列）。 3、掩膜版缺陷检测设备

掩膜/光罩检测：掩模在使用过程中很容易吸附粉尘颗粒，而较大粉尘颗粒很可能会直接影响掩模图案的光刻质量，引起良率下降。因此，在利用掩模曝光后，通常会利用集成掩模探测系统对掩模版进行检测，如果发现掩模版上存在超出规格的粉尘颗粒，则处于光刻制程中的晶圆将会全部被返工。针对光刻所用的掩膜板，通过宽光谱照明或者深紫外激光照明，以高分辨率大成像口径的光学成像方法，获取光刻掩膜板上的图案图像，以很高的缺陷捕获率实现缺陷的识别和判定。
4、电子束图形晶圆检测/复查设备
电子束成像也用于缺陷检测，尤其是在光学成像效果较低的较小几何形状中。电子束检测动态分辨率范围比光学检测系统大。随着半导体集成电路工艺节点的推进，光学缺陷检测设备的解析度无法满足先进制程需求，必须依靠更高分辨率的电子束设备。电子束的原理为通过聚焦电子束对晶圆表面进行扫描，接受反射回来的二次电子和背散射电子，进而将其转换成对应的晶圆表面形貌的灰度图像。通过比对晶圆上不同芯片（Die）同一位置的图像，或者通过图像和芯片设计图形的直接比对，可以找出刻蚀或设计上的缺陷。电子束检测的优势为可以不受某些表面物理性质的影响，且可以检测很小的表面缺陷，如栅极刻蚀残留物等，相较于光学检测技术，电子束检测技术灵敏度较高，但检测速度较慢，因此主要用于在研发环境和工艺开发中对新技术进行鉴定，以及光学检测后的复查，对缺陷进行清晰地图像成像和类型的甄别。主要供应商包括KLA（eDR7XXX系列、eSL10系列）、AMAT（SEM VISION系列）。