（原标题：电子束检测，至关报复）

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微辞量仍然是一个问题，贬责决议需要多种期间的合资。

事实解释，电子束检测关于发现 5 纳米以下尺寸的枢纽颓势至关报复。现在的挑战是怎么加速这一过程，使其在经济上合乎晶圆厂的摄取度。

电子束检测因聪慧度和微辞量之间的量度而污名昭著，这使得在这些先进节点上哄骗电子束进行全面颓势隐敝尤为贫窭。举例，关于英特尔的18A逻辑节点（约1.8纳米级）和三星数百层的3D NAND存储器，颓势检测已达到极限。

传统检测方法在 5 纳米以下开动碰到根人性的物理限度。光学检测系统历来是颓势检测的主力，但由于衍射极限、复杂材料堆叠导致的对比度裁汰以及日益细小的颓势特征，在先进节点上进展欠安。

电子束检测提供纳米级分辨率，简略捕捉光学用具可能遗漏的微小致命颓势，但这些上风也伴跟着权贵的代价。微辞量是主要瓶颈。用单束电子束扫描扫数这个词300毫米晶圆可能需要数小时以致数天，远远超出了当代晶圆厂严格的时候预算。

PDF Solutions先进贬责决议副总裁 Michael Yu 暗示：“淌若想在 7nm 或 5nm 等先进节点的分娩线上发现颓势，就必须检测数十亿个结构。淌若想在线上完成检测，先进的晶圆厂只可给你不到两个小时的时候，因为它们无法在工艺法子之间将晶圆停留卓越两个小时。”

履行上，这意味着传统的电子束检测用具只可对芯片或晶圆的一小部分进行采样，这可能会遗漏一些枢纽颓势（在先进芯片上，这些颓势的发生率频频惟有十亿分之一）。电子束的分辨率上风也需要付出代价。为了分辨越来越小的特征，电子束电流和视线受到限度，这进一步裁汰了检测速率。

应用材料公司电子束颓势限度市集主宰 Ran Alkoken 暗示：“先进节点的一项根柢挑战是均衡检测速率和分辨率。第二代 CFE 期间在不甩手分辨率的情况下权贵提高了电流。这关于管制这些先进节点上遇到的密集颓势图至关报复。”

冷场辐射 (CFE) 等高亮度电子源有助于提高分辨率和信噪比，但只可部分弥补微辞量差距。电子束扫描用具的速率仍然彰着慢于光学扫描仪，因此必须在最枢纽的法子中政策性地使用它们。

超越速率

除了速率以外，先进的节点还为电子束检测带来了物理和电气方面的挑战。特征尺寸小且复杂，意味着每个特征可用的电子更少，因此除非电子束停留更万古候或对多帧进行平均，不然图像自身就会愈加嘈杂，这又会裁汰微辞量。

同期，电子束会侵扰样品。绝缘的低k介电材料名义在电子轰击下会荟萃电荷，导致图像污蔑，以致导致电子束偏转。淌若为了获取更了了、更快速的图像而提高电子束能量，则可能会损坏精密结构或编削颓势特色。因此，检测东说念主员频频会在较低的入射能量下操作，以幸免电荷和损坏，但这会导致信号较弱。

“电子束检测的枢纽在于微辞量，”余先生说说念，“你弗成在结构上阔绰太多时候，但相同报复的是，不要使用过高的入射能量，因为这会损坏你正在检测的结构。”

图1：晶圆中的潜在薄弱点。开始：PDF Solutions

电子束能量、驻留时候和样品安全性之间的均衡突显了在不产生诞妄信号或损坏器件的情况下拿获埃级尺寸的每个颓势是何等贫窭。事实上，跟着特征尺寸缩小到5纳米以下，电子信号中的当场噪声和散粒噪声变得稀奇权贵。有限数目的电子必须承担起揭示原子级空闲或线旯旮粗略度的重负，这将电子束探伤器的聪慧度推向极限。

先进逻辑和存储器中的三维结构进一步增多了复杂性。当代晶体管和互连线具有权贵的形容特征，而像 3D NAND 这么的芯片则具有极深的垂纵贯说念孔。景深限度意味着电子束可能无法一次性聚焦扫数这个词高纵横比结构。晶圆或芯片即使出现细小挫折或翘曲（这在经过多说念工艺法子或先进封装后很常见），某些区域也会偏离经过精采无比调遣的电子束束柱的焦平面。成果可能会导致这些区域的颓势磨蹭不清或被遗漏。如今的电子束系统通过使用动态聚焦和平台映射来贬责这个问题，但在先进节点上，容错率很低。

Wooptix 首席运营官 Javier Elizalde 暗示：“插手法仍然在晶圆计量领域占据主导地位，但它也存在局限性，尤其是在封装期间不息发展的情况下。咱们现在看到，对简略顺应新材料、新键合方法和新工艺过程的替代测量方法的需求日益增长。”

换句话说，传统的晶圆局势测量和改进方法（频频基于插手测量法）在处理高度翘曲的晶圆或新式薄膜堆叠时可能不再适用。波前相位成像等新式光学期间旨在通过从多个焦平面拿获相位信息来快速绘画晶圆形容。这不错匡助电子束用具在晶圆上动态调遣焦距。然而，赔偿晶圆翘曲和名义形容仍然是一项紧要挑战。淌若莫得精准的高度图和快速的焦距限度，逻辑栅极纳米片中的多层颓势或堆叠存储器层中的细小错位可能会因为莫得完满聚焦而无法检测到。

临了，莫得任何一种检测面貌简略单独贬责扫数这些问题，因此在先进节点，与其他期间的集成至关报复。电子束的微辞量较低且仅面向名义，这意味着它频频必须与高速光学检测投合资才气快速扫描扫数这个词晶圆，况且必须与简略检测埋藏或里面颓势的方法投合资。

举例，复杂的3D封装和硅通孔可能秘籍在结构深处的缺乏或键合颓势，而光学和名义电子束检测无法涉及这些颓势。X射线检测正安宁成为这些秘籍颓势的补充贬责决议。

布鲁克居品营销总监 Lior Levin 暗示：“X 射线检测在先进节点至关报复，因为它不错检测到光学方法无法检测到的埋藏颓势。然而，跟着工艺节点向 5 纳米以下发展，只是提高分辨率是不够的。东说念主工智能驱动的算法关于处理复杂的衍射数据并权贵提高检测精度至关报复。”

无论是哄骗X射线断层扫描期间检测未见缺乏，还是哄骗电子束期间检测微小名义颓势，单靠原始分辨率是不够的。先进节点数据的复杂性条目更智能的分析方法。在实践中，芯片制造商现在部署了一种搀和政策。高容量光学用具标识晶圆上的潜在特殊位置，然后电子束查验用具放大纳米级颓势或实行电压对比度测量。X射线或声学显微镜可用于完满秘籍的界面问题，而电气测试仪则不错捕捉任何未检测到的颓势对性能的影响。

PDF 的 Yu 暗示：“在先进的前端工艺节点以及先进的封装中，即使在最高分辨率的显微镜下，颓势也并非老是可见的。如今，将 X 射线、电子束、光学和电气测试与 AI 驱动的数据分析投合资的集成检测方法至关报复。您弗成依赖单一用具。需要采选全体方法。”

这种全体理念源于必要性。跟着领域膨胀和新架构的出现，故障形式也愈发奥妙和种种化，一身的颓势检测方法会留住太多盲点。其瑕疵在于扫数这些用具产生的数据量激增，而谄媚这些数据并非易事。尽管如斯，全球一致觉得，惟有充分哄骗每种检测面貌的上风，并将成果整合在一说念，晶圆厂才气在 Angstrom 期间保握良率和可靠性。

多光束系统和先进的电子光学系统

为了克服电子束的根柢局限性，成就制造商正在通过多光束系统、先进的电子光学系统和联想成像期间重塑这项期间。多光束电子束检测并非给与单束电子束安宁扫描晶圆，而是将使命量漫衍到多个并行扫描的子光束上。骨子上，淌若单束电子束每秒只可隐敝很小的区域，那么 5 x 5 束电子束阵列不错将芯片或晶圆的检测速率提高 15 倍。

这里的枢纽在于尽心联想电子光学系统，以幸免电子束之间的侵扰。淌若一束电子束中的电流过高，会导致电子相互摒除（库仑相互作用），使焦点磨蹭。多束系统通过使用多个并联的低电流电子束来幸免这种情况，每个电子束齐能保握精采的光斑尺寸。

每个子光束必须精准瞄准，并同步其信号。算法将来自多束光束的图像拼接成一张复合颓势图。拼接必须探究任何细小的偏移或失真；不然，校准诞妄的子光束可能会在其扫描区域与相邻扫描区域的接缝处产生装假的不匹配。

管制如斯多的平行光束柱和探伤器也增多了校准和贵重的复杂性。履行上，多光束成就就像同期运行数十台袖珍扫描电子显微镜 (SEM)。早期给与多光束期间的厂商需要搪塞这些工程挑战，但最终的答复是鼎新性的。高产量晶圆厂初次不错探究在枢纽层上进行在线电子束检测（在老例分娩期间），而不单是是用于研发分析或偶尔的采样。如今，多光束系统已用于先进节点的物理颓势检测和电压对比电学颓势检测，简略捕捉到光学用具可能忽略的通孔、触点和互连中的细小问题。

多光束架构诚然大大加速了数据网罗速率，但也使数据输出和谄媚条目成倍增多。一台25光束检测仪会生成25个图像流，必须及时处理和组合。海量的图像数据（可能高达每秒数兆兆位的电子信号）对系统的联想机和存储系统组成了庞大的数据压力。更报复的是，要从如斯海量的数据中识别出果然的颓势，需要先进的软件。这恰是东说念主工智能和联想成像露出作用的地点。

布鲁克的 Levin 指出：“当咱们插手 5 纳米以下时，只是提高分辨率是不够的。东说念主工智能驱动的算法关于处理复杂的衍射数据和权贵提高检测精度至关报复。”

在实践中，当代电子束检测平台越来越多地与机器学习模子投合资，用于分析电子图像中的微小特殊。东说念主工智能算法不再只是依赖于东说念主为设定的阈值或与参考芯片的简便相比，而是简略学习识别颓势与宽泛各异之间的细小特征，从而减少漏检颓势和误报。

“基于东说念主工智能的检测不仅能提高产量，”应用材料公司的Alkoken暗示，“它还能权贵减少误报，并简化颓势分类。在分娩工场中，成绩于这项功能，东说念主工审查的使命量减少了高达50%。”

误报率的裁汰意味着工程师不错减少审查良性“颓势”的时候，从而专注于果然的良率限度要素。此外，AI 不错通过在大型数据集上进行磨砺来更快地顺应新的颓势类型，这少量至关报复，因为每个新的工艺节点或 3D 结构齐会引入不常见的故障形式。

联想期间也膨胀到图像增强。举例，软件不错对电子束图像进行去噪和锐化，以致不错通过关联多帧图像来推断缺失信息。一些电子束系统哄骗了联想感知算法。通过从 CAD 数据中了解预期布局，系统不错更好地诀别果然的非预期特殊和允许的图案变化。这种联想集成是另一个改进颓势拿获的强盛用具。

“为了贬责传统光栅扫描电子束的微辞量限度，业界正在寻求多光束系统和创新点扫描或矢量扫描方法等方法，这些方法有可能权贵提高全体查验速率，”Yu 补充说念。

因此，当前率先的贬责决议将联想数据、工艺配景和多形式输入投合资，使电子束检测愈加智能。举例，PDF Solutions 给与“DirectScan”矢量方法，哄骗芯片联想相通电子束到达枢纽位置（办法图案），而非盲目地进行光栅扫描。这种掩模联想内容、光学检测标识成果以及电子束所见内容之间的数据关联，关于管制海量数据集和查明颓势根源至关报复。

它还有助于光束瞄准和导航。通过参考联想，该用具不错跳转到疑似弱图案的坐标，并确保子束阵列正确重复，从而幸免浪费时候或与地形突破。

新式电子束用具中先进的电子光学系统并不局限于多光束。即使是单光束系统也在不息发展，配备了更先进的光源和透镜。冷场辐射器提高了亮度和关系性，从而简略在更快的扫描速率下杀青亚纳米分辨率。东说念主们正在探索像差改进电子光学系统，以便在更大的场域内保握紧密聚焦。东说念主们还对通过联想方法膨胀焦深感深嗜，举例，通过拿获离焦图像堆栈并通过算法将它们组合起来，以保握特征的顶部和底部齐了了可见。然而，在实践中，这可能稀奇耗时。

在硬件方面，一些多光束联想给与模块化立柱，每个子光束齐有我方的袖珍透镜和探伤器，从而不错精采无比限度每束光束的聚焦和像散。这有助于赔偿晶圆的局部曲率。击中稍许了得的芯片角的子光束不错孤立调遣以保握聚焦。然而，在数十束光束上杀青动态聚焦是一个贫寒的限度问题。这时，像 Wooptix 的波前相位成像这么的光学计量期间不错提供匡助，它不错提前为电子束用具提供晶圆的高分辨率高度图。有了精准的形容图，电子束的平台不错调遣高度，或者立柱不错事前调遣每个区域的焦距，从而动态缩小翘曲效应。

这种搀和贬责决议磨蹭了不同类型检测成就之间的界限。举例，电子束系统可能包含光学预扫描形式，用于快速瞄准和区域采纳，而X射线用具则可能将可疑位置交给电子束进行仔细查验，扫数这些齐在一个集成的软件框架下完成。

论断

电子束检测的将来在于光束限度、联想数据和检测形式的智能集成，而非只是改进硬件自身。诚然多光束系统和冷场辐射源带来了急需的速率和精度，但它们也带来了数据过载和系统复杂性。这迫使业界再行想考检测用具的联想面貌、校准面貌以及输出处理面貌。东说念主工智能颓势分类和图像分析的兴起，使得咱们简略跟上数据量和先进节点日益奥妙的故障机制的设施。

同期，获取检测成就的及时反应关于加速大批量晶圆厂的工艺调遣和良率普及至关报复。波前相位成像和联想感知矢量扫描等期间正在匡助弥预想量与检测之间的界限，使检测成就简略更好地接洽问题发生的位置，并更智能地检测这些区域。通过将光学、X射线和电子束功能整合到一个谐和的分析框架下，晶圆厂正安宁接近接洽性颓势检测的办法，从而幸免任何良率限度要素被疏远。

最终，莫得任何一项单一期间简略独自贬责埃期间的检测挑战。但跟着更紧密的集成、更智能的分析以及电子束物理学和系统联想的握续率先，电子束检测不仅有望成为研发或故障分析领域的支握，更将成为扫数这个词分娩线的支握。

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