(图片来源自网络)

随着半导体行业的飞速发展，半导体的生产工艺越来越复杂，尤其是5nm工艺的逐步成熟完善，3nm工艺不断突破的情况下，芯片电路单元的尺寸越小，芯片生产过程中就越容易出现各种缺陷。一般来说，根据电子系统检测中的“十倍法则”，在基材层面发现的故障传导到芯片级别会造成成本十倍的增加，所以缺陷检测系统在半导体行业极其重要。根据检测目标在工艺流程中的位置，我们可以将缺陷检测系统分为无图案晶圆缺陷检测系统和有图案缺陷检测系统。无图案晶圆缺陷检测系统多用于硅片出厂检测和晶圆制造的前道工艺环节，是对硅片进行缺陷检测并定位，帮助找到工艺环节出现的问题。有图案缺陷检测系统需要对已经完成全部或部分工艺的晶圆进行缺陷检测，及时发现工艺异常。半导体缺陷检测系统广泛的应用于各种半导体器件的工艺流程中，包括但不限于CPU，储存器，逻辑集成电路等等。

半导体行业对晶圆缺陷检测主要有两个关键需求：1）可以准确识别出晶圆的缺陷，并得到缺陷的具体信息，包括缺陷的位置，面积大小等等。2）满足大规模工业化生产的速度和产能需求，实现实时检测。

半导体行业中缺陷检测的方法目前主要有两种：自动光学检测（Automatic Optic Inspection, AOI）以及扫描电子显微镜检测（Scanning Electron Microscope, SEM）。自动光学检测系统基于光学原理，主要方式是通过设计照明系统对被测目标进行照明（分为明场，暗场，透射场等成像方式），利用成像系统对被测物体成像，通过图像传感器（CMOS/CCD）转化为数字图像信号由上位计算机系统做图像分析后实现缺陷检测。扫描电子显微镜检测系统通过汇集能量极高的极窄电子束轰击被测样品表面，通过逐点采集扫描光束与物质间的相互作用产生的微粒，从中获取各种物理信息。

典型AOI系统结构示意图（图片来源自网络）

比较两种方法，自动光学检测系统的优势在于：1）速度快，采用面阵图像传感器拍摄一次图像耗时极短。2）成本低，相机，光源，镜头可以自由组合，有效降低设备成本。3）视场大，成像范围广，选取合适的镜头可以实现晶圆全范围检测（Full Scale Scan），显著提升设备的产率（Throughput）。自动光学检测系统的缺点在于成像分辨率较低，晶圆缺陷的特征不明显。扫描电子显微镜检测系统的优势在于分辨率高，精度高。但是因为是逐点检验，速度极慢，价格昂贵，无法满足半导体工业大规模生产的要求。

在人工智能技术与大数据发展进步的今天，自动光学检测系统不仅仅是一部检测设备，对大量晶圆缺陷进行分类和统计，可以发现缺陷发生的原因，在工艺改善和生产良率提升中也正逐步发挥着更重要的作用，因此，可以预期未来自动光学检测系统检测技术将在半导体检测中将会发挥越来越重要的作用。

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