半導体産業の精密製造チェーンにおいて、ウエハ検出はチップの良率を保障する重要な一環である。チッププロセスが7 nm以下に進むにつれて、検出技術の精度、効率に対して厳しい要求を提出した。現在、業界内で主流のウェハ検出技術である光学検出、電子ビーム検出及び原子間力顕微鏡検出は、それぞれの技術原理により、異なる検出シーンにおいて重要な役割を果たし、ウェハ品質を果たす「防護網」を共同で構築している。

光学検出技術は「光の伝播と相互作用」を核心原理とし、ウエハ検出に広く応用されている基礎技術である。その本質は、高分解能光学系によりウェハ表面に特定の波長の光束を放射し、光の反射、屈折、散乱及び干渉特性を利用してウェハ情報を捕捉することである。ビームがウエハ表面のスクラッチ、欠陥またはパターン異常領域に照射されると、光の伝播経路が変化し、高精度イメージセンサはこれらの変化を電気信号に変換し、アルゴリズム処理を経て欠陥の位置、サイズ、タイプデータを生成する。この技術は非接触、高速の利点を備え、検出速度は毎秒数十フレームに達することができ、ウエハ製造全プロセスの一括欠陥スクリーニングに適し、特に28 nm以上プロセスの外観欠陥検出において効率が際立っている。

電子ビーム検出技術は「電子と物質の相互作用」に基づいて超高精度検出を実現し、先進プロセスの核心検出手段である。その原理は電子銃を通じて高エネルギー電子ビームを発射してウエハ表面に焦点を当て、電子とウエハ材料の原子が衝突すると、二次電子、後方散乱電子などの信号が励起されて発生する。異なる材料、異なる構造の領域で励起される電子信号には違いがあり、検出器を通じてこれらの信号を収集し、画像に変換することで、ナノスケールの欠陥と回路特徴を正確に識別することができる。この技術の解像度は0.1 nmレベルに達することができ、光学検出では認識できない微小な欠陥を効果的に検出することができるが、検出速度は比較的遅く、レジストパターンの精度検証、金属配線欠陥の調査など、7 nm以下の先進プロセスの重要なステップ検出に適している。

原子間力顕微鏡検査技術は「原子間力」を核心とし、ウエハ表面の原子レベル形態特性評価を実現する。そのコア部品はナノスケールのプローブを持つカンチレバーであり、プローブがウェハ表面に近づくと、プローブ原子とウェハ表面原子はvanderWaals力などの相互作用力を発生し、カンチレバー梁に微小な変形を引き起こす。レーザビーム反射法によりこの歪みを検出し、フィードバック制御システムと結合してプローブとウエハの距離をリアルタイムに調整することで、原子レベルの表面形態を3次元画像データに変換することができる。この技術は表面欠陥を検出するだけでなく、表面粗さ、弾性率などの物理特性を取得することができ、ウエハ表面コーティングの品質検出、ナノ構造の寸法測定などの高精度シーンに適用し、プロセス最適化のためにミクロレベルのデータ支持を提供する。

3種類の検査技術はそれぞれ重点を置き、互いに補充し、ウェハ検査の多元化需要を共に満たす。光学検査は効率的に一括スクリーニング検査に立脚し、電子ビーム検査は精度で先進的なプロセスの難題を攻略し、原子間力顕微鏡検査は微視的な特徴で助力技術の研究開発を支援する。半導体産業がより高精度に邁進する過程で、各技術の核心原理を深く理解してこそ、実際の需要に基づいて検査方案を選択し、チップ製造の各段階に信頼性のある保障を提供することができる。