（原标题：电子束检测，至关紧迫）

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隐约量仍然是一个问题，处分决策需要多种期间的集会。

事实讲明，电子束检测关于发现 5 纳米以下尺寸的关键弱势至关紧迫。现在的挑战是何如加速这一历程，使其在经济上适合晶圆厂的接纳度。

电子束检测因灵巧度和隐约量之间的衡量而污名昭著，这使得在这些先进节点上垄断电子束进行全面弱势覆盖尤为艰难。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，弱势检测已达到极限。

传统检测方法在 5 纳米以下初始遭逢根人性的物理箝制。光学检测系统历来是弱势检测的主力，但由于衍射极限、复杂材料堆叠导致的对比度镌汰以及日益幽微的弱势特征，在先进节点上阐扬欠安。

电子束检测提供纳米级分辨率，简略捕捉光学器用可能遗漏的微小致命弱势，但这些上风也伴跟着权臣的代价。隐约量是主要瓶颈。用单束电子束扫描通盘300毫米晶圆可能需要数小时以至数天，远远超出了当代晶圆厂严格的时辰预算。

PDF Solutions先进处分决策副总裁 Michael Yu 暗意：“若是想在 7nm 或 5nm 等先进节点的坐蓐线上发现弱势，就必须检测数十亿个结构。若是想在线上完成检测，先进的晶圆厂只可给你不到两个小时的时辰，因为它们无法在工艺重要之间将晶圆停留罕见两个小时。”

践诺上，这意味着传统的电子束检测器用只可对芯片或晶圆的一小部分进行采样，这可能会遗漏一些关键弱势（在先进芯片上，这些弱势的发生率频频只消十亿分之一）。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箝制，这进一步镌汰了检测速率。

应用材料公司电子束弱势箝制市集独揽 Ran Alkoken 暗意：“先进节点的一项根底挑战是均衡检测速率和分辨率。第二代 CFE 期间在不糟跶分辨率的情况下权臣提高了电流。这关于束缚这些先进节点上遇到的密集弱势图至关紧迫。”

冷场放射 (CFE) 等高亮度电子源有助于提高分辨率和信噪比，但只可部分弥补隐约量差距。电子束扫描器用的速率仍然彰着慢于光学扫描仪，因此必须在最关键的重要中战略性地使用它们。

超越速率

除了速率除外，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永劫辰或对多帧进行平均，不然图像自己就会愈加嘈杂，这又会镌汰隐约量。

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齐集电荷，导致图像诬蔑，以至导致电子束偏转。若是为了取得更了了、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调动弱势特质。因此，检测东谈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。

“电子束检测的关键在于隐约量，”余先生说谈，“你弗成在结构上糜掷太多时辰，但相同紧迫的是，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。起原：PDF Solutions

电子束能量、驻留时辰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弱势是何等艰难。事实上，跟着特征尺寸缩小到5纳米以下，电子信号中的飞速噪声和散粒噪声变得非常权臣。有限数目的电子必须承担起揭示原子级赋闲或线边际粗放度的重负，这将电子束探伤器的灵巧度推向极限。

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臣的描述特征，而像 3D NAND 这么的芯片则具有极深的垂纵贯谈孔。景深箝制意味着电子束可能无法一次性聚焦通盘高纵横比结构。晶圆或芯片即使出现轻细周折或翘曲（这在经过多谈工艺重要或先进封装后很常见），某些区域也会偏离经过缜密调养的电子束束柱的焦平面。后果可能会导致这些区域的弱势暗昧不清或被遗漏。如今的电子束系统通过使用动态聚焦和平台映射来处分这个问题，但在先进节点上，容错率很低。

Wooptix 首席运营官 Javier Elizalde 暗意：“干预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时发展的情况下。咱们现在看到，对简略顺应新材料、新键合方法和新工艺历程的替代测量方法的需求日益增长。”

换句话说，传统的晶圆体式测量和改良方法（频频基于干预测量法）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描述。这不错匡助电子束器用在晶圆上动态调养焦距。然则，赔偿晶圆翘曲和名义描述仍然是一项紧要挑战。若是莫得精准的高度图和快速的焦距箝制，逻辑栅极纳米片中的多层弱势或堆叠存储器层中的轻细错位可能会因为莫得彻底聚焦而无法检测到。

临了，莫得任何一种检测形势简略单独处分总共这些问题，因此在先进节点，与其他期间的集成至关紧迫。电子束的隐约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相集会智商快速扫描通盘晶圆，何况必须与简略检测埋藏或里面弱势的方法相集会。

举例，复杂的3D封装和硅通孔可能粉饰在结构深处的浮泛或键合弱势，而光学和名义电子束检测无法涉及这些弱势。X射线检测正逐渐成为这些粉饰弱势的补充处分决策。

布鲁克产物营销总监 Lior Levin 暗意：“X 射线检测在先进节点至关紧迫，因为它不错检测到光学方法无法检测到的埋藏弱势。然则，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。东谈主工智能驱动的算法关于处理复杂的衍射数据并权臣提高检测精度至关紧迫。”

岂论是垄断X射线断层扫描期间检测未见浮泛，还是垄断电子束期间检测微小名义弱势，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羼杂战略。高容量光学器用鲜艳晶圆上的潜在特殊位置，然后电子束搜检器用放大纳米级弱势或实行电压对比度测量。X射线或声学显微镜可用于彻底粉饰的界面问题，而电气测试仪则不错捕捉任何未检测到的弱势对性能的影响。

PDF 的 Yu 暗意：“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，弱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 驱动的数据分析相集会的集成检测方法至关紧迫。您弗成依赖单一器用。需要采选举座方法。”

这种举座理念源于必要性。跟着领域扩张和新架构的出现，故障花式也愈发深重和万般化，孑然的弱势检测方法会留住太多盲点。其缺欠在于总共这些器用产生的数据量激增，而协作这些数据并非易事。尽管如斯，各人一致以为，只消充分垄断每种检测形势的上风，并将后果整合在一谈，晶圆厂智商在 Angstrom 期间保执良率和可靠性。

多光束系统和先进的电子光学系统

为了克服电子束的根底局限性，开辟制造商正在通过多光束系统、先进的电子光学系统和忖度成像期间重塑这项期间。多光束电子束检测并非接纳单束电子束安祥扫描晶圆，而是将责任量散布到多个并行扫描的子光束上。本色上，若是单束电子束每秒只可覆盖很小的区域，杠杆交易那么 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。

这里的关键在于全心规画电子光学系统，以幸免电子束之间的侵扰。若是一束电子束中的电流过高，会导致电子互相摒除（库仑互相作用），使焦点暗昧。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，每个电子束齐能保执邃密的光斑尺寸。

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弱势图。拼接必须琢磨任何轻细的偏移或失真；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作假的不匹配。

束缚如斯多的平行光束柱和探伤器也增多了校准和珍惜的复杂性。践诺上，多光束开辟就像同期运行数十台小型扫描电子显微镜 (SEM)。早期接纳多光束期间的厂商需要搪塞这些工程挑战，但最终的申报是更动性的。高产量晶圆厂初次不错琢磨在关键层上进行在线电子束检测（在老例坐蓐期间），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弱势检测和电压对比电学弱势检测，简略捕捉到光学器用可能忽略的通孔、触点和互连中的幽微问题。

多光束架构天然大大加速了数据蚁集速率，但也使数据输出和协作条目成倍增多。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）对系统的忖度机和存储系统组成了雄壮的数据压力。更紧迫的是，要从如斯海量的数据中识别出确切的弱势，需要先进的软件。这恰是东谈主工智能和忖度成像判辨作用的场所。

布鲁克的 Levin 指出：“当咱们参加 5 纳米以下时，只是提高分辨率是不够的。东谈主工智能驱动的算法关于处理复杂的衍射数据和权臣提高检测精度至关紧迫。”

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相集会，用于分析电子图像中的微小特殊。东谈主工智能算法不再只是依赖于东谈主为设定的阈值或与参考芯片的肤浅相比，而是简略学习识别弱势与平日各异之间的幽微特征，从而减少漏检弱势和误报。

“基于东谈主工智能的检测不仅能提高产量，”应用材料公司的Alkoken暗意，“它还能权臣减少误报，并简化弱势分类。在坐蓐工场中，收货于这项功能，东谈主工审查的责任量减少了高达50%。”

误报率的镌汰意味着工程师不错减少审查良性“弱势”的时辰，从而专注于确切的良率箝制成分。此外，AI 不错通过在大型数据集上进行历练来更快地顺应新的弱势类型，这少量至关紧迫，因为每个新的工艺节点或 3D 结构齐会引入不常见的故障花式。

忖度期间也扩张到图像增强。举例，软件不错对电子束图像进行去噪和锐化，以至不错通过关联多帧图像来推断缺失信息。一些电子束系统垄断了规画感知算法。通过从 CAD 数据中了解预期布局，系统不错更好地辩认确切的非预期特殊和允许的图案变化。这种规画集成是另一个改进弱势拿获的刚劲器用。

“为了处分传统光栅扫描电子束的隐约量箝制，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，这些方法有可能权臣提高举座搜检速率，”Yu 补充谈。

因此，咫尺最初的处分决策将规画数据、工艺布景和多花式输入相集会，使电子束检测愈加智能。举例，PDF Solutions 接纳“DirectScan”矢量方法，垄断芯片规画指导电子束到达关键位置（目的图案），而非盲目地进行光栅扫描。这种掩模规画内容、光学检测鲜艳后果以及电子束所见内容之间的数据关联，关于束缚海量数据集和查明弱势根源至关紧迫。

它还有助于光束瞄准和导航。通过参考规画，该器用不错跳转到疑似弱图案的坐标，并确保子束阵列正确类似，从而幸免糜掷时辰或与地形突破。

新式电子束器用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时发展，配备了更先进的光源和透镜。冷场放射器提高了亮度和联系性，从而简略在更快的扫描速率下已矣亚纳米分辨率。东谈主们正在探索像差改良电子光学系统，以便在更大的场域内保执紧密聚焦。东谈主们还对通过忖度方法扩张焦深感敬爱，举例，通过拿获离焦图像堆栈并通过算法将它们组合起来，以保执特征的顶部和底部齐了了可见。然则，在实践中，这可能非常耗时。

在硬件方面，一些多光束规画接纳模块化立柱，每个子光束齐有我方的小型透镜和探伤器，从而不错缜密箝制每束光束的聚焦和像散。这有助于赔偿晶圆的局部曲率。击中稍许隆起的芯片角的子光束不错孤苦调养以保执聚焦。然则，在数十束光束上已矣动态聚焦是一个贫乏的箝制问题。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器用提供晶圆的高分辨率高度图。有了精准的描述图，电子束的平台不错调养高度，或者立柱不错事先调养每个区域的焦距，从而动态消弱翘曲效应。

这种羼杂处分决策暗昧了不同类型检测开辟之间的界限。举例，电子束系统可能包含光学预扫描花式，用于快速瞄准和区域聘任，而X射线器用则可能将可疑位置交给电子束进行仔细搜检，总共这些齐在一个集成的软件框架下完成。

论断

电子束检测的改日在于光束箝制、规画数据和检测花式的智能集成，而非只是改进硬件自己。天然多光束系统和冷场放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。这迫使业界从头想考检测器用的规画形势、校准形势以及输出处理形势。东谈主工智能弱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深重的故障机制的方法。

同期，取得检测开辟的及时响应关于加速多数目晶圆厂的工艺调养和良率栽种至关紧迫。波前相位成像和规画感知矢量扫描等期间正在匡助弥忖度量与检测之间的范畴，使检测开辟简略更好地展望问题发生的位置，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和洽的分析框架下，晶圆厂正逐渐接近展望性弱势检测的目的，从而幸免任何良率箝制成分被淡薄。

最终，莫得任何一项单一期间简略独自处分埃期间的检测挑战。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规画的执续高出，电子束检测不仅有望成为研发或故障分析领域的撑执，更将成为通盘坐蓐线的撑执。

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