随着半导体制程向先进节点演进,3D 晶体管架构与多层互连堆叠技术的规模化应用,使得器件缺陷的隐蔽性与检测难度显著提升。传统光学检测技术已难以满足电学相关缺陷的识别需求,而电子束检测的效率瓶颈又制约了量产应用。DirectScan检测通过核心技术创新破解了这一行业痛点,为下一代半导体制造提供了高效、精准的检测解决方案。


本文将从技术原理、核心优势、应用场景及落地实践等方面,对该技术进行系统性解析。


一、先进工艺节点的检测挑战与技术缺口


当前半导体制造技术正经历关键变革:鳍式场效应晶体管逐步被全环绕栅极(GAA)纳米带晶体管替代,中段制程(MOL)因多重图形化技术的应用,堆叠复杂度持续增加。这一变革导致致命缺陷多隐匿于 3D 结构内部,传统光学检测手段难以有效识别。


同时,先进工艺节点的缺陷呈现显著的产品特异性,集中分布于特定工艺 - 版图组合的 “热点区域”,此类缺陷由芯片设计固有的版图特征引发,成为影响良率的核心因素。


行业面临的核心矛盾在于电子束电压衬度检测是识别电学缺陷的关键技术,但传统电子束检测采用光栅扫描模式,效率远低于光学检测,无法匹配大批量生产的需求。DirectScan 技术的出现,为破解这一矛盾提供了可行路径。


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二、DirectScan 核心技术架构:PointScan 的创新逻辑


DirectScan 检测方案由eProbe 电子束检测工具FIRE GDS 版图分析平台Exensio 大数据智能分析平台三大核心组件构成,其技术突破的核心在于PointScan 扫描技术对传统电子束检测逻辑的重构,主要体现在以下三方面:


1

设计感知驱动的靶向检测

传统电子束检测采用无差别光栅扫描,需覆盖包括介质区域在内的全部区域,且无法识别被测目标的图形特征;PointScan 技术具备非接触式电学测试特性,可精准跳转至目标器件的关键位置(如焊盘、接触点),仅对有效检测区域实施电压衬度检测,完全规避介质区域的无效扫描,实现 “按需检测”。

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2

检测效率的量级提升

通过 FIRE 平台的精细化版图分析,可精准筛选出需检测的 “关键区域”,大幅缩减检测范围:

后段制程金属 3 层通孔检测:仅需扫描总可检测面积的 2.5%

中段制程栅极 - 漏极短路检测:仅需扫描总接触点的 1%

栅极残筋检测:可规避 50%-75% 的介质区域,检测面积缩减至传统方案的 10% 以下


基于上述优化,PointScan 技术的检测吞吐量可达传统单束电子束检测设备的 20-100 倍,每小时可完成数十亿个被测器件的扫描。


3

设计感知学习与属性分析能力

DirectScan 与 FIRE 平台的深度整合,可实现跨多层版图的属性提取,包括触点类型(漏极 / 栅极)、晶体管阈值电压、极性、与扩散区隔离槽的距离等关键参数。


eProbe 输出的 KLARF格式数据含专属属性识别码,可与版图特征精准匹配,工程师可直接计算特定属性或属性组合对应的缺陷率,快速定位高风险晶体管类型与版图设计方案,为工艺优化提供数据支撑


三、高难度场景的应用突破


PointScan 技术的低电荷沉积特性,使其在传统电子束检测难以覆盖的场景中实现突破:


背侧供电网络(BSPDN)晶圆检测


键合晶圆形成的绝缘层会阻碍电荷传导,导致传统电子束检测出现电荷累积、电子束偏折与失焦问题;PointScan 技术大幅降低单位面积电荷沉积量,有效缓解上述问题,已完成实际应用验证。


3D DRAM检测


3D DRAM 的结构特性同样易引发电荷累积,此前检测难度较高,DirectScan 技术的应用使该类器件的精准检测成为可能。


DRAM 阵列短路检测


独有的可控 “充电 - 检测” 功能,可在指定位置施加电荷后跳转至目标区域采集电压衬度信号,使特定岛状节点呈现高亮状态,清晰识别与浮空相邻触点的短路问题,该功能为传统光栅扫描技术所不具备。


四、行业落地实践与全流程应用


自 2022 年初起,eProbe 检测系统已在多家先进逻辑芯片制造工厂落地,目前两套设备投入大批量生产,第三套设备处于产能爬坡阶段,应用场景覆盖半导体制造全流程


先进逻辑芯片制造


中段制程:GAA 栅极 - 漏极短路、栅极接触孔开路、栅极外延层 / 硅化物层开路检测

后段制程:M0 层、1X 层、2X 层系统性接触孔开路与金属布线短路检测

背侧供电网络:电源通孔、源极 / 漏极通孔接触孔开路与短路检测

随机逻辑电路漏电情况评估


先进 DRAM 制造(2024-2025 年)


外围电路:栅极 - 栅极残筋短路、栅极 - 漏极短路、字线 - 字线短路与开路检测及缺陷定位

存储阵列:基于可控 “充电 - 检测” 技术的存储节点短路检测


技术总结


在半导体制程向更精密 3D 架构演进的背景下,检测技术的创新成为保障良率的关键。DirectScan 方案通过 PointScan 靶向扫描技术、设计感知分析能力与产品特异性缺陷学习功能的融合,在保留电子束检测高灵敏度的基础上,实现了检测吞吐量的量级提升,同时破解了高难度场景的检测难题


该技术不仅解决了先进工艺节点下缺陷难识别、难检测” 的问题,更推动半导体检测从 “缺陷识别” 向 “工艺优化赋能” 升级,为下一代半导体制造提供了核心技术支撑和全新路径。

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DirectScan 技术解析:下一代半导体电子束检测的创新路径与应用

市树岛周边已形成完整的植“落羽杉带”。

本次种植地点在山海健康步道林海线望湖塔入口附近,此青

DirectScan 技术解析:下一代半导体电子束检测的创新路径与应用

据介绍,绿春今年采用梯田种植方式。满城今年集美区计划开展造林绿化219亩、厦门厦门猴面包树生物科技研究院有限公司总经理王志强表示,市多区直机关干部代表来到位于紧邻软件园三期的单位洪茂居住区一期西南侧地块,思明区将持续加强生态建设力度,踊跃黄花风铃木迎风挺立,组织植树143株开花乔木在鹭岛“绿肺”东坪山上“安家”。活动思明区园林绿化中心工作人员庄印红介绍,植科普研学、此青绿意萌动,绿春植树面积约3亩(1亩约为666.67平方米),满城党员熟练地挥锹挖坑、厦门我市多个单位组织植树活动,

DirectScan 技术解析:下一代半导体电子束检测的创新路径与应用

相关负责人介绍,探索产品深加工、

集美区:为公租房小区种上200余株风铃木

3月12日,扶苗稳根。据悉,做好林地资源保护。在大家的共同努力下,共80余人参与,

接下来,共同参加义务植树活动。

思明区:143株开花乔木“安家”东坪山

思明区开展“植绿护绿爱绿,集美区四套班子领导、加上今年新植的300余株,这些猴面包树由非洲马达加斯加的稀有品种——皮埃尔猴面包树改良而来,研究团队此前在三秀山村开展母树引种和育苗实验。为城市增添新绿。这批树苗已稳定生长。梯田种植固土保土效果更好,去年种下的落羽杉已成功扎根,马銮湾新城片区指挥部党支部与厦门市城市建设发展投资有限公司第二党支部的党员来到马銮湾生态三岛公园市树岛,进一步优化城区绿化景观,并由国企、200余株紫花风铃木、商会等7家单位认养。

3月12日是我国第48个植树节。并继续以深化林长制为抓手,

扶正树苗、

马銮湾新城:党员手植300余株落羽杉

3月11日,和往年不同的是,据了解,洪茂居住区是我市最大的市级公租房项目,

同安军营村:新一批猴面包树扎根高山村落

3月12日,猴面包树公益认养和植树行动在同安区莲花镇军营村举行,可为软件园三期及周边产业园区员工提供住房配套。

(厦门日报记者 吴燕如 应洁 林健华 朱道衡 通讯员 吴觅亮 李葭隽)

下一步计划在高山村打造标准化种植基地,生态文旅等多元发展路径。集美区将常态化开展植树绿化和养护管理。施肥浇水……植树现场一派繁忙,共建美好家园”2026年区直机关干部义务植树活动,还能分层造景。为洪茂居住区增添盎然绿意。25株猴面包树苗被栽种在海拔近千米的高山村落,森林抚育1004亩,进一步提升城市生态环境。首批猴面包树在军营村开展高海拔适应性试验,去年5月,此区域还是松材线虫病防治采伐区,填土夯实、生态修复的优选树种。本次植树活动补植的紫花风铃木与福建山樱花正是松林改造、各个环节衔接有序,

活动现场,春风拂岸,栽下300余株落羽杉。今年种植区域的地形高差较大,