光学检测技术未来发展趋势
思瀚产业研究院    2023-05-16

随着全球半导体产业产能的持续扩张，半导体设备的需求快速增长，从而推动市场对检测和量测设备需求的增加。中国大陆作为全球最大集成电路生产 和消费市场，中国大陆的集成电路产业规模不断扩大，作为全球第一大半导体设备市场，对检测和量测设备的需求将持续快速增长。 主流半导体制程正从 28nm、14nm 向 10nm、7nm 发展，部分先进半导体制 造厂商已实现 5nm 工艺的量产并开始 3nm 工艺的研发，三维 FinFET 晶体管、 3D NAND 等新技术亦逐渐成为目前行业内主流技术。

随着工艺不断进步，产品 制程步骤越来越多，微观结构逐渐复杂，生产成本呈指数级提升。为了获取尽 量高的晶圆良品率，必须严格控制晶圆之间、同一晶圆上的工艺一致性，因此 对集成电路生产过程中的质量控制需求将越来越大。未来检测和量测设备需在 灵敏度、准确性、稳定性、吞吐量等指标上进一步提升，保证每道工艺均落在 容许的工艺窗口内，保证整条生产线平稳连续的运行。检测和量测设备的技术 提升主要体现在以下三个方面：

①光学检测技术分辨率提高

随着 DUV、EUV 光刻技术的不断发展，集成电路工艺节点不断升级，对 检测技术的空间分辨精度也提出了更高要求。目前最先进的检测和量测设备所 使用的光源波长已包含 DUV 波段，能够稳定地检测到小于 14nm 的晶圆缺陷， 并且能够实现 0.003nm 的膜厚测量重复性。检测系统光源波长下限进一步减小 和波长范围进一步拓宽是光学检测技术发展的重要趋势之一。

此外，提高光学系统的数值孔径也是提升光学分辨率的另一个突破方向，以图形晶圆缺陷检测 设备为例，光学系统的最大数值孔径已达到 0.95，探测器每个像元对应的晶圆 表面的物方平面尺寸最小已小于 30nm。未来，为满足更小关键尺寸的晶圆上的 缺陷检测，必须使用更短波长的光源，以及使用更大数值孔径的光学系统，才 能进一步提高光学分辨率。

②大数据检测算法和软件重要性凸显

达到或接近光学系统极限分辨率的情况下，最新的光学检测技术已不再简单地依靠解析晶圆的图像来捕捉其缺陷，而需结合深度的图像信号处理软件和算法，在有限的信噪比图像中寻找微弱的异常信号。晶圆检测和量测的算法专业性很强，检测和量测设备对于检测速度和精度要求非常高，且设备从研发到 产业化的周期较长。因此，目前市场上没有可以直接使用的软件。业内企业均 在自己的检测和量测设备上自行研制开发算法和软件，未来对检测和量测设备 相关算法软件的要求会越来越高。

③设备检测速度和吞吐量的提升

半导体质量控制设备是晶圆厂的主要投资支出之一，设备的性价比是其选购时的重要考虑因素。质量控制设备检测速度和吞吐量的提升将有效降低集成电路制造厂商的平均晶圆检测成本，从而实现降本增效。因此，检测速度和吞 吐量更高的检测和量测设备可帮助下游客户更好地控制企业成本，提高良品率。