一、检测原理概述

晶圆表面缺陷检测的主要目标是识别晶圆表面或内部存在的颗粒污染、划痕、坑洞、杂质沉积、图形缺陷等。常用原理包括：

1. 光学反射与散射原理

• 利用光照射晶圆表面，表面缺陷会改变光的反射或散射特性。

• 缺陷区域可能反射光较亮（高反射）或吸收光（暗斑）。

• 检测方式包括透射光和反射光成像。

2. 激光散斑/干涉原理

• 激光扫描晶圆表面，缺陷会导致散斑图案变化。

• 可以检测微小凹坑或颗粒，灵敏度高。

3. 电学/静电检测

• 通过感应晶圆表面电荷或电容变化发现异常。

• 适用于某些导电层或薄膜的缺陷检测。

4. 电子束或X射线检测

• 高分辨率检测，适用于亚微米级缺陷。

• 但检测速度慢，多用于关键层或抽样检测。

二、主要检测方法

1. 光学显微镜检测

• 原理：通过显微镜对晶圆表面进行放大观察。

• 优点：直观、简单，可直接观察缺陷类型。

• 缺点：人工操作效率低，难以全晶圆自动扫描。

• 应用：小规模实验室检测或缺陷确认。

2. 自动光学检测（AOI, Automated Optical Inspection）

• 原理：

• 使用高速相机或CCD扫描整个晶圆。

• 对比理想图案或利用图像处理算法识别异常。

• 优点：

• 自动化高，可对全晶圆扫描。

• 检测速度快，适合量产。

• 缺点：

• 对亚微米级缺陷可能不够敏感。

• 应用：

• 晶圆生产中各层图形缺陷检测。

3. 激光散射/反射检测（Laser Scanning）

• 原理：

• 激光照射晶圆，缺陷改变散射角度或强度。

• 光学探测器捕捉异常信号。

• 优点：

• 灵敏度高，可检测微小颗粒或坑洞。

• 缺点：

• 对表面粗糙度敏感，可能产生误报。

• 应用：

• 颗粒污染检测、薄膜缺陷检测。

4. 电性检测

• 原理：

• 测量晶圆表面电阻、电容或静电分布。

• 异常区域可能存在导电性或电容变化。

• 优点：

• 可用于非光学可见缺陷检测。

• 缺点：

• 需要特殊探针或接触，速度较慢。

• 应用：

• 金属层、导电薄膜缺陷检测。

5. 扫描电子显微镜（SEM）

• 原理：

• 用电子束扫描晶圆表面，高分辨率成像。

• 优点：

• 分辨率高，可检测纳米级缺陷。

• 缺点：

• 扫描速度慢，成本高。

• 应用：

• 关键层缺陷分析、工艺研发阶段。

三、检测流程（典型晶圆自动检测）

1. 晶圆装载

• 将晶圆放入自动检测机，确保位置精确。

2. 表面扫描

• 光学或激光系统扫描整个晶圆表面。

3. 图像采集

• CCD或CMOS相机获取高分辨率图像。

4. 图像处理与缺陷识别

• 使用算法识别亮点、暗点、划痕、颗粒等。

• 对比理想设计图或通过模板匹配。

5. 缺陷分类与记录

• 按缺陷类型、大小、位置分类。

• 生成缺陷分布图供良率分析。

6. 反馈与优化

• 将缺陷信息反馈给制造工艺，调整工艺参数降低缺陷率。

四、关键技术点

• 分辨率与灵敏度：微米级或亚微米级缺陷需要高分辨率相机或电子束。

• 扫描速度：量产晶圆检测要求高速扫描，全晶圆检测数分钟内完成。

• 算法精度：图像处理算法必须区分真实缺陷与噪声或工艺特征。

• 自动化与数据管理：缺陷数据需与生产追踪系统结合，用于工艺优化。