引⾔
半个多世纪以来，半导体⾏业按照摩尔定律不断发展，制程从微⽶量级缩⼩⾄如今的单数位纳⽶量级。
先进的⼯艺意味着更复杂的图案，⽽复杂的图案也需要更精细的缺陷检测技术。从紫外光（UV）到深紫
外光（DUV），暗场（dark field）到亮场（bright field），光学晶圆检测技术⼀直在半导体⼯艺的发展向前推进。在⼯艺研发，⽣产良率的提升，直⾄量产监测的⼀整套产品⽣命周期中，均起着不可替代的作⽤。 双向呼叫光学检测技术的发展及其瓶颈光缆接线盒
蚀刻工艺摩尔定律是半导体⾏业前进的动⼒，⽽瑞利判据（Rayleigh Criterion）则为我们指引着前进的⽅向。R=λ/NA 中可以看到，如果想进⼀步缩⼩元器件的尺⼨，提⾼光学分辨率，主要靠以下两种⽅法实现：
1.减⼩光源波长
自锁角度
在过去的⼏⼗年中，我们看到光刻机所采⽤的光源波长，从近紫外（NUV）区间的436纳⽶、365纳⽶，进⼊深紫外（DUV）区间的248纳⽶、193纳⽶。现如今最先进的超紫外（EUV）光刻机的波长已经缩⼩到了13.5纳⽶，可以解析出更精细更复杂的电路图案，将曝光的效率提升了3-4倍。
2.提⾼数值孔径
黎曼判据同样告诉我们，在光源波长相同的情况下，透镜组的数值孔径越⾼，光学分辨率也就越⾼，从⽽可以解析出更复杂的图案。借此原理，在193nm波长的技术下，asml研发出了浸⼊式系统，来获
得较于⼤⽓更⾼的NA系数。⽽EUV 光刻机也在提⾼数值孔径的⽅向上不断前进。
同样的原理对于光学晶圆缺陷检测也同样适⽤。⽬前科磊公司和应⽤材料公司⽣产的光学晶圆缺陷检测设备，被⼴泛应⽤于各代半导体⼯艺上。⽬前最先进的宽谱明场检测产品采⽤193nm波长，已被证明能够可靠的捕捉到20-30nm的晶圆缺陷。
然⽽当⼯艺发展到现如今⼩于5/7nm的阶段，在⼀些多次曝光，或者采⽤EUV⼯艺的关键节点上，5-10nm的缺陷就已⾜以杀死整个芯⽚。如此⾼精度的需求，再⼀次对光学检测提出了巨⼤挑战。⾸当其冲的就是其敏感度还能否捕捉到这些极⼩的缺陷。物理极限导致光学检测系统的光源在DUV范围内继续缩短波长已⼏乎不再可能，⽽如果研发EUV光源的检测系统，不仅技术上尚未成熟，其研发成本也将极其⾼昂。
也因此，最新的光学检测技术，已经不再简单的依靠解析晶圆上的图案来捕捉其缺陷，⽽是通过复杂的信号处理和软件算法等⼿段，在图像对⽐中的过程中寻’异常’。检测结果也从曾经的晶圆图案，演变成了现如今的’亮斑’和’暗斑’。尽管这些⽅法在20nm及以上的⼯艺中依然有效，但在今天的⼯艺上已经不再像之前那样可靠。相⽐于真正的缺陷，噪声在检测结果中的⽐例极具提⾼-有些甚⾄可以达到90%以上。且简单的通过观察结果中的光斑，也⽆法判断所捕捉到的信号是否为真实缺陷。于是第⼆轮的⾼精度review SEM的回看，和⼈⼯分类，成为了另⼀个不可或缺的步骤，也致使每次扫描产⽣结果的时间⼤幅度增加，⽣产成本急剧提升。
电⼦束晶圆检测
（e-beam inspection- EBI）技术
由于光学技术的种种局限性，电⼦束成像技术在先进半导体⼯艺中作为光学技术的替代品，起到了不可或缺的作⽤。
电⼦束晶圆检测-EBI，是扫描电⼦显微镜（SEM）技术的应⽤。其使⽤⾼能电⼦与晶圆表⾯的物质发⽣相互作⽤时所激发出的信息进⾏成像。然后再通过图像处理和运算来实现对晶圆缺陷进⾏检测的⽬的。
电⼦束晶圆检测系统的主要结构：
1. 电⼦
⽤来产⽣电⼦的装置，半导体设备中均采⽤热场发射的原理。其在给尖通过电流的情况下，由阴极释放⾃由电⼦，并通过阳极来进⾏加速。在极短的距离内，两个极板之间的电压差要达到⼗或数⼗kV以上，来产⽣⾜够⾼能的电⼦流。
2.电磁透镜
⽤来将电⼦成束的装置，其包括汇聚透镜和物镜，分别位于电⼦光路的最上⽅和最下⽅。
3.汇聚透镜
由于电⼦被激发后成发散状态，因此在电⼦下，需要⼀系列透镜将电⼦汇聚，并通过下⽅的光圈，从⽽获得⽅向⾼度⼀致的电⼦束。另外，透过调节汇聚透镜的线圈电流，配合不同的光圈孔径，可以实现对⼊射电流的调节。
4.物镜
edm石墨将电⼦束精细的汇聚在晶圆表⾯，对晶圆的图案进⾏成像。复合硅微粉
5.偏转器
通过给主电流增加偏转电压，进⽽实现扫描的功能。越⼤的偏转电压可以扫描更⼤的图像，从⽽达到更⾼的扫描速度。然⽽过⼤的偏转电压会造成图像的畸变，因此如何取舍，以及如何矫正也是⼀项关键的技术。
6.样品架（⼯作台）
将晶圆吸附在⼯作台上，并进⾏⾼精度的移动。通过编码器和激光回馈的机制，其精度已经可以达到⼏纳⽶的级别。
7.探测器
⽤来探测电⼦的数量从⽽进⾏成像。⾼能电⼦与晶圆发⽣作⽤后，会激发⼀系列电⼦-俄歇电⼦，⼆次电⼦，背散射电
⽤来探测电⼦的数量从⽽进⾏成像。⾼能电⼦与晶圆发⽣作⽤后，会激发⼀系列电⼦-俄歇电⼦，⼆次电⼦，背散射电⼦，x射线等。其中⼆次电⼦和背散射电⼦的数量被⽤作信号进⾏成像。激发出的电⼦数量越多，信号越强，在图像中的该像素也就越亮，反之则图像越暗。
8.后端成像系统
将探测器上获得的模拟信号放⼤，并转换为数字信号，搭配后端的软件算法，进⾏图像处理。⽬前所应⽤最先进的技术，图像处理速度可以达到每秒数亿像素甚⾄数⼗亿像素量级。
9.真空系统
整套系统都要运⾏在⾼真空下。其中电⼦对真空的要求最⾼，为防⽌污染及氧化，要达到E-10量级。真空柱要运⾏在E-8量级，⽽⼯作台也要运⾏在E-6的真空度下，使得激发出的电⼦拥有⾜够⾼平均⾃由程，并被探测器收集到。
电⼦束晶圆检测系统的主要应⽤
如此复杂的电⼦束系统，为半导体⼯艺检测提供了⼗分丰富的应⽤。
1. ⾼精度缺陷扫描和测量
电⼦束系统聚焦后的电⼦斑直径可以达到⼩于1nm，可以解析5nm甚⾄更⼩的晶圆缺陷。
然⽽传统的SEM，由于受到图像场⼤⼩（field of view-FOV）的限制，扫描速度极慢。扫描速度不只单纯的受限于获取图像的时间，还包括⼯作台移动，稳定的时间。同样的扫描⾯积，当图像场越⼩，⼯作台移动的次数也就越多。在做⼤⾯积晶圆扫描时，99%以上的时间都耗费在⼯作台移动上。也因此，SEM只⽤在回看光学系统已经捕捉到的缺陷，测量⼀些关键尺⼨，或进⾏材料分析上。
电⼦束晶圆扫描系统的研发，⼤幅度将图像FOV提升了>100倍。从⽽极⼤的提⾼了扫描效率和扫描速度，也使得⾼精度的⼤⾯积缺陷检测成为可能。
因此在⼀些图案密度⾮常⾼关键节点，例如前段的源区(active area)，中段的⾦属触点（metal contact），直⾄复杂的⾦属导线（metal）⼯艺，都已经开始使⽤EBI系统来进⾏⼤⾯积扫描，以捕捉这些极⼩的缺陷。
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