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光學檢測技術(shù)未來發(fā)展趨勢
思瀚產(chǎn)業(yè)研究院    2023-05-16

隨著全球半導體產(chǎn)業(yè)產(chǎn)能的持續(xù)擴張，半導體設(shè)備的需求快速增長，從而推動市場對檢測和量測設(shè)備需求的增加。中國大陸作為全球最大集成電路生產(chǎn) 和消費市場，中國大陸的集成電路產(chǎn)業(yè)規(guī)模不斷擴大，作為全球第一大半導體設(shè)備市場，對檢測和量測設(shè)備的需求將持續(xù)快速增長。 主流半導體制程正從 28nm、14nm 向 10nm、7nm 發(fā)展，部分先進半導體制 造廠商已實現(xiàn) 5nm 工藝的量產(chǎn)并開始 3nm 工藝的研發(fā)，三維 FinFET 晶體管、 3D NAND 等新技術(shù)亦逐漸成為目前行業(yè)內(nèi)主流技術(shù)。

隨著工藝不斷進步，產(chǎn)品 制程步驟越來越多，微觀結(jié)構(gòu)逐漸復雜，生產(chǎn)成本呈指數(shù)級提升。為了獲取盡 量高的晶圓良品率，必須嚴格控制晶圓之間、同一晶圓上的工藝一致性，因此 對集成電路生產(chǎn)過程中的質(zhì)量控制需求將越來越大。未來檢測和量測設(shè)備需在 靈敏度、準確性、穩(wěn)定性、吞吐量等指標上進一步提升，保證每道工藝均落在 容許的工藝窗口內(nèi)，保證整條生產(chǎn)線平穩(wěn)連續(xù)的運行。檢測和量測設(shè)備的技術(shù) 提升主要體現(xiàn)在以下三個方面：

①光學檢測技術(shù)分辨率提高

隨著 DUV、EUV 光刻技術(shù)的不斷發(fā)展，集成電路工藝節(jié)點不斷升級，對 檢測技術(shù)的空間分辨精度也提出了更高要求。目前最先進的檢測和量測設(shè)備所 使用的光源波長已包含 DUV 波段，能夠穩(wěn)定地檢測到小于 14nm 的晶圓缺陷， 并且能夠?qū)崿F(xiàn) 0.003nm 的膜厚測量重復性。檢測系統(tǒng)光源波長下限進一步減小 和波長范圍進一步拓寬是光學檢測技術(shù)發(fā)展的重要趨勢之一。

此外，提高光學系統(tǒng)的數(shù)值孔徑也是提升光學分辨率的另一個突破方向，以圖形晶圓缺陷檢測 設(shè)備為例，光學系統(tǒng)的最大數(shù)值孔徑已達到 0.95，探測器每個像元對應(yīng)的晶圓 表面的物方平面尺寸最小已小于 30nm。未來，為滿足更小關(guān)鍵尺寸的晶圓上的 缺陷檢測，必須使用更短波長的光源，以及使用更大數(shù)值孔徑的光學系統(tǒng)，才 能進一步提高光學分辨率。

②大數(shù)據(jù)檢測算法和軟件重要性凸顯

達到或接近光學系統(tǒng)極限分辨率的情況下，最新的光學檢測技術(shù)已不再簡單地依靠解析晶圓的圖像來捕捉其缺陷，而需結(jié)合深度的圖像信號處理軟件和算法，在有限的信噪比圖像中尋找微弱的異常信號。晶圓檢測和量測的算法專業(yè)性很強，檢測和量測設(shè)備對于檢測速度和精度要求非常高，且設(shè)備從研發(fā)到 產(chǎn)業(yè)化的周期較長。因此，目前市場上沒有可以直接使用的軟件。業(yè)內(nèi)企業(yè)均 在自己的檢測和量測設(shè)備上自行研制開發(fā)算法和軟件，未來對檢測和量測設(shè)備 相關(guān)算法軟件的要求會越來越高。

③設(shè)備檢測速度和吞吐量的提升

半導體質(zhì)量控制設(shè)備是晶圓廠的主要投資支出之一，設(shè)備的性價比是其選購時的重要考慮因素。質(zhì)量控制設(shè)備檢測速度和吞吐量的提升將有效降低集成電路制造廠商的平均晶圓檢測成本，從而實現(xiàn)降本增效。因此，檢測速度和吞 吐量更高的檢測和量測設(shè)備可幫助下游客戶更好地控制企業(yè)成本，提高良品率。