Trong chuỗi sản xuất chính xác của ngành công nghiệp bán dẫn, phát hiện wafer là liên kết quan trọng để đảm bảo tỷ lệ tốt của chip. Với quy trình sản xuất chip tiếp tục đột phá đến 7nm và thấp hơn, yêu cầu nghiêm ngặt về độ chính xác và hiệu quả của công nghệ phát hiện đã được đặt ra. Công nghệ phát hiện wafer chủ đạo trong ngành công nghiệp hiện nay - phát hiện quang học, phát hiện chùm điện tử và phát hiện kính hiển vi lực nguyên tử, dựa trên các nguyên tắc kỹ thuật tương ứng, đóng một vai trò quan trọng trong các kịch bản phát hiện khác nhau, cùng nhau xây dựng "lưới bảo vệ" chất lượng wafer.

Công nghệ phát hiện quang học lấy "sự lây lan và tương tác của ánh sáng" làm nguyên tắc cốt lõi, là công nghệ cơ bản được sử dụng rộng rãi trong phát hiện wafer. Bản chất của nó là thông qua hệ thống quang học có độ phân giải cao phát ra một chùm ánh sáng có bước sóng cụ thể lên bề mặt tinh thể, sử dụng đặc tính phản xạ, khúc xạ, tán xạ và giao thoa của ánh sáng để nắm bắt thông tin tinh thể. Khi chùm tia chiếu vào các vết trầy xước, khiếm khuyết hoặc vùng đồ họa bất thường trên bề mặt wafer, đường truyền của ánh sáng thay đổi và cảm biến hình ảnh có độ chính xác cao chuyển những thay đổi này thành tín hiệu điện, tạo ra dữ liệu về vị trí, kích thước và loại khiếm khuyết sau khi được xử lý bằng thuật toán. Công nghệ này có ưu điểm là không tiếp xúc, tốc độ cao, tốc độ phát hiện lên đến hàng chục khung hình mỗi giây, phù hợp để sàng lọc lỗi hàng loạt trong toàn bộ quá trình sản xuất wafer, đặc biệt là hiệu quả nổi bật trong việc phát hiện lỗi xuất hiện trên quy trình 28nm.

Công nghệ phát hiện chùm tia điện tử dựa vào "sự tương tác giữa điện tử và vật chất" để đạt được phát hiện độ chính xác cực cao. Nó là phương tiện phát hiện cốt lõi của quy trình sản xuất tiên tiến. Nguyên lý của nó là thông qua súng điện tử bắn ra chùm electron năng lượng cao tập trung vào bề mặt wafer, sau khi electron va chạm với nguyên tử của vật liệu wafer, nó sẽ kích thích các tín hiệu tạo ra electron thứ cấp, electron tán xạ lưng và các tín hiệu khác. Các tín hiệu điện tử được kích thích bởi các vật liệu khác nhau và các cấu trúc khác nhau có sự khác biệt, thông qua các máy dò thu thập các tín hiệu này và chuyển đổi chúng thành hình ảnh, có thể xác định chính xác các khiếm khuyết và đặc điểm mạch ở cấp độ nano. Độ phân giải của công nghệ này có thể đạt đến mức 0,1nm, có thể phát hiện hiệu quả các khuyết tật nhỏ không thể nhận ra bằng phát hiện quang học, nhưng tốc độ phát hiện tương đối chậm và phù hợp hơn để phát hiện các bước quan trọng của quy trình sản xuất tiên tiến dưới 7nm, chẳng hạn như xác minh độ chính xác đồ họa in thạch bản, kiểm tra lỗi hệ thống dây kim loại, v.v.

Công nghệ phát hiện kính hiển vi lực nguyên tử lấy "lực liên nguyên tử" làm cốt lõi, đạt được đặc tính hình dạng cấp nguyên tử của bề mặt wafer. Thành phần cốt lõi của nó là dầm cantilever với đầu dò cỡ nano, khi nó tiếp cận bề mặt wafer, nguyên tử đầu dò và nguyên tử bề mặt wafer tạo ra các lực tương tác như lực Van der Waals, dẫn đến biến dạng nhỏ của dầm cantilever. Phát hiện biến dạng này bằng phương pháp phản xạ chùm tia laser và kết hợp với hệ thống điều khiển phản hồi để điều chỉnh khoảng cách giữa đầu dò và wafer trong thời gian thực, có thể chuyển hình dạng bề mặt của cấp nguyên tử thành dữ liệu hình ảnh ba chiều. Công nghệ này không chỉ có thể phát hiện các khuyết tật bề mặt mà còn thu được các đặc tính vật lý như độ nhám bề mặt và mô đun đàn hồi. Nó phù hợp cho các tình huống có độ chính xác cao như phát hiện chất lượng lớp phủ bề mặt wafer và đo kích thước cấu trúc nano, cung cấp hỗ trợ dữ liệu ở cấp độ vi mô để tối ưu hóa quy trình.

Ba loại công nghệ kiểm tra đều có trọng điểm, bổ sung cho nhau, cùng đáp ứng nhu cầu đa dạng hóa của kiểm tra tinh thể. Kiểm tra quang học dựa trên hiệu quả sàng lọc hàng loạt, kiểm tra chùm tia điện tử để khắc phục các vấn đề quy trình tiên tiến với độ chính xác, kiểm tra kính hiển vi lực nguyên tử để hỗ trợ nghiên cứu và phát triển công nghệ mô tả vi mô. Trong quá trình ngành công nghiệp bán dẫn hướng tới độ chính xác cao hơn, sự hiểu biết sâu sắc về các nguyên tắc cốt lõi của mỗi công nghệ, để lựa chọn chương trình phát hiện theo nhu cầu thực tế, cung cấp sự đảm bảo đáng tin cậy cho mọi liên kết của sản xuất chip.