隨著半導(dǎo)體制程向先進節(jié)點演進，3D 晶體管架構(gòu)與多層互連堆疊技術(shù)的規(guī)?；瘧?yīng)用，使得器件缺陷的隱蔽性與檢測難度顯著提升。傳統(tǒng)光學(xué)檢測技術(shù)已難以滿足電學(xué)相關(guān)缺陷的識別需求，而電子束檢測的效率瓶頸又制約了量產(chǎn)應(yīng)用。DirectScan 檢測通過核心技術(shù)創(chuàng)新破解了這一行業(yè)痛點，為下一代半導(dǎo)體制造提供了高效、精準的檢測解決方案。

本文將從技術(shù)原理、核心優(yōu)勢、應(yīng)用場景及落地實踐等方面，對該技術(shù)進行系統(tǒng)性解析。

一、先進工藝節(jié)點的檢測挑戰(zhàn)與技術(shù)缺口

當(dāng)前半導(dǎo)體制造技術(shù)正經(jīng)歷關(guān)鍵變革：鰭式場效應(yīng)晶體管逐步被全環(huán)繞柵極（GAA）納米帶晶體管替代，中段制程（MOL）因多重圖形化技術(shù)的應(yīng)用，堆疊復(fù)雜度持續(xù)增加。這一變革導(dǎo)致致命缺陷多隱匿于 3D 結(jié)構(gòu)內(nèi)部，傳統(tǒng)光學(xué)檢測手段難以有效識別。

同時，先進工藝節(jié)點的缺陷呈現(xiàn)顯著的產(chǎn)品特異性，集中分布于特定工藝 - 版圖組合的 “熱點區(qū)域”，此類缺陷由芯片設(shè)計固有的版圖特征引發(fā)，成為影響良率的核心因素。

行業(yè)面臨的核心矛盾在于：電子束電壓襯度檢測是識別電學(xué)缺陷的關(guān)鍵技術(shù)，但傳統(tǒng)電子束檢測采用光柵掃描模式，效率遠低于光學(xué)檢測，無法匹配大批量生產(chǎn)的需求。DirectScan 技術(shù)的出現(xiàn)，為破解這一矛盾提供了可行路徑。

二、DirectScan 核心技術(shù)架構(gòu)：PointScan 的創(chuàng)新邏輯

DirectScan 檢測方案由eProbe 電子束檢測工具、FIRE GDS 版圖分析平臺及Exensio 大數(shù)據(jù)智能分析平臺三大核心組件構(gòu)成，其技術(shù)突破的核心在于PointScan 掃描技術(shù)對傳統(tǒng)電子束檢測邏輯的重構(gòu)，主要體現(xiàn)在以下三方面：

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設(shè)計感知驅(qū)動的靶向檢測

傳統(tǒng)電子束檢測采用無差別光柵掃描，需覆蓋包括介質(zhì)區(qū)域在內(nèi)的全部區(qū)域，且無法識別被測目標的圖形特征；PointScan 技術(shù)具備非接觸式電學(xué)測試特性，可精準跳轉(zhuǎn)至目標器件的關(guān)鍵位置（如焊盤、接觸點），僅對有效檢測區(qū)域?qū)嵤╇妷阂r度檢測，完全規(guī)避介質(zhì)區(qū)域的無效掃描，實現(xiàn) “按需檢測”。

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檢測效率的量級提升

通過 FIRE 平臺的精細化版圖分析，可精準篩選出需檢測的 “關(guān)鍵區(qū)域”，大幅縮減檢測范圍：

后段制程金屬 3 層通孔檢測：僅需掃描總可檢測面積的 2.5%

中段制程柵極 - 漏極短路檢測：僅需掃描總接觸點的 1%

柵極殘筋檢測：可規(guī)避 50%-75% 的介質(zhì)區(qū)域，檢測面積縮減至傳統(tǒng)方案的 10% 以下

基于上述優(yōu)化，PointScan 技術(shù)的檢測吞吐量可達傳統(tǒng)單束電子束檢測設(shè)備的 20-100 倍，每小時可完成數(shù)十億個被測器件的掃描。

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設(shè)計感知學(xué)習(xí)與屬性分析能力

DirectScan 與 FIRE 平臺的深度整合，可實現(xiàn)跨多層版圖的屬性提取，包括觸點類型（漏極 / 柵極）、晶體管閾值電壓、極性、與擴散區(qū)隔離槽的距離等關(guān)鍵參數(shù)。

eProbe 輸出的 KLARF 格式數(shù)據(jù)含專屬屬性識別碼，可與版圖特征精準匹配，工程師可直接計算特定屬性或?qū)傩越M合對應(yīng)的缺陷率，快速定位高風(fēng)險晶體管類型與版圖設(shè)計方案，為工藝優(yōu)化提供數(shù)據(jù)支撐。

三、高難度場景的應(yīng)用突破

PointScan 技術(shù)的低電荷沉積特性，使其在傳統(tǒng)電子束檢測難以覆蓋的場景中實現(xiàn)突破：

背側(cè)供電網(wǎng)絡(luò)（BSPDN）晶圓檢測

鍵合晶圓形成的絕緣層會阻礙電荷傳導(dǎo)，導(dǎo)致傳統(tǒng)電子束檢測出現(xiàn)電荷累積、電子束偏折與失焦問題；PointScan 技術(shù)大幅降低單位面積電荷沉積量，有效緩解上述問題，已完成實際應(yīng)用驗證。

3D DRAM 檢測

3D DRAM 的結(jié)構(gòu)特性同樣易引發(fā)電荷累積，此前檢測難度較高，DirectScan 技術(shù)的應(yīng)用使該類器件的精準檢測成為可能。

DRAM 陣列短路檢測

獨有的可控 “充電 - 檢測” 功能，可在指定位置施加電荷后跳轉(zhuǎn)至目標區(qū)域采集電壓襯度信號，使特定島狀節(jié)點呈現(xiàn)高亮狀態(tài)，清晰識別與浮空相鄰觸點的短路問題，該功能為傳統(tǒng)光柵掃描技術(shù)所不具備。

四、行業(yè)落地實踐與全流程應(yīng)用

自 2022 年初起，eProbe 檢測系統(tǒng)已在多家先進邏輯芯片制造工廠落地，目前兩套設(shè)備投入大批量生產(chǎn)，第三套設(shè)備處于產(chǎn)能爬坡階段，應(yīng)用場景覆蓋半導(dǎo)體制造全流程：

先進邏輯芯片制造

中段制程：GAA 柵極 - 漏極短路、柵極接觸孔開路、柵極外延層 / 硅化物層開路檢測

后段制程：M0 層、1X 層、2X 層系統(tǒng)性接觸孔開路與金屬布線短路檢測

背側(cè)供電網(wǎng)絡(luò)：電源通孔、源極 / 漏極通孔接觸孔開路與短路檢測

隨機邏輯電路漏電情況評估

先進 DRAM 制造（2024-2025 年）

外圍電路：柵極 - 柵極殘筋短路、柵極 - 漏極短路、字線 - 字線短路與開路檢測及缺陷定位

存儲陣列：基于可控 “充電 - 檢測” 技術(shù)的存儲節(jié)點短路檢測

技術(shù)總結(jié)

在半導(dǎo)體制程向更精密 3D 架構(gòu)演進的背景下，檢測技術(shù)的創(chuàng)新成為保障良率的關(guān)鍵。DirectScan 方案通過 PointScan 靶向掃描技術(shù)、設(shè)計感知分析能力與產(chǎn)品特異性缺陷學(xué)習(xí)功能的融合，在保留電子束檢測高靈敏度的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)了檢測吞吐量的量級提升，同時破解了高難度場景的檢測難題。

該技術(shù)不僅解決了先進工藝節(jié)點下缺陷“難識別、難檢測” 的問題，更推動半導(dǎo)體檢測從 “缺陷識別” 向 “工藝優(yōu)化賦能” 升級，為下一代半導(dǎo)體制造提供了核心技術(shù)支撐和全新路徑。