隨著半導體制程向先進節點演進，3D 晶體管架構與多層互連堆疊技術的規模化應用，使得器件缺陷的隱蔽性與檢測難度顯著提升。傳統光學檢測技術已難以滿足電學相關缺陷的識別需求，而電子束檢測的效率瓶頸又制約了量產應用。DirectScan 檢測通過核心技術創新破解了這一行業痛點，為下一代半導體制造提供了高效、精準的檢測解決方案。

本文將從技術原理、核心優勢、應用場景及落地實踐等方面，對該技術進行系統性解析。

一、先進工藝節點的檢測挑戰與技術缺口

當前半導體制造技術正經歷關鍵變革：鰭式場效應晶體管逐步被全環繞柵極（GAA）納米帶晶體管替代，中段制程（MOL）因多重圖形化技術的應用，堆疊復雜度持續增加。這一變革導致致命缺陷多隱匿于 3D 結構內部，傳統光學檢測手段難以有效識別。

同時，先進工藝節點的缺陷呈現顯著的產品特異性，集中分布于特定工藝 - 版圖組合的 “熱點區域”，此類缺陷由芯片設計固有的版圖特征引發，成為影響良率的核心因素。

行業面臨的核心矛盾在于：電子束電壓襯度檢測是識別電學缺陷的關鍵技術，但傳統電子束檢測采用光柵掃描模式，效率遠低于光學檢測，無法匹配大批量生產的需求。DirectScan 技術的出現，為破解這一矛盾提供了可行路徑。

二、DirectScan 核心技術架構：PointScan 的創新邏輯

DirectScan 檢測方案由eProbe 電子束檢測工具、FIRE GDS 版圖分析平臺及Exensio 大數據智能分析平臺三大核心組件構成，其技術突破的核心在于PointScan 掃描技術對傳統電子束檢測邏輯的重構，主要體現在以下三方面：

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設計感知驅動的靶向檢測

傳統電子束檢測采用無差別光柵掃描，需覆蓋包括介質區域在內的全部區域，且無法識別被測目標的圖形特征；PointScan 技術具備非接觸式電學測試特性，可精準跳轉至目標器件的關鍵位置（如焊盤、接觸點），僅對有效檢測區域實施電壓襯度檢測，完全規避介質區域的無效掃描，實現 “按需檢測”。

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檢測效率的量級提升

通過 FIRE 平臺的精細化版圖分析，可精準篩選出需檢測的 “關鍵區域”，大幅縮減檢測范圍：

后段制程金屬 3 層通孔檢測：僅需掃描總可檢測面積的 2.5%

中段制程柵極 - 漏極短路檢測：僅需掃描總接觸點的 1%

柵極殘筋檢測：可規避 50%-75% 的介質區域，檢測面積縮減至傳統方案的 10% 以下

基于上述優化，PointScan 技術的檢測吞吐量可達傳統單束電子束檢測設備的 20-100 倍，每小時可完成數十億個被測器件的掃描。

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設計感知學習與屬性分析能力

DirectScan 與 FIRE 平臺的深度整合，可實現跨多層版圖的屬性提取，包括觸點類型（漏極 / 柵極）、晶體管閾值電壓、極性、與擴散區隔離槽的距離等關鍵參數。

eProbe 輸出的 KLARF 格式數據含專屬屬性識別碼，可與版圖特征精準匹配，工程師可直接計算特定屬性或屬性組合對應的缺陷率，快速定位高風險晶體管類型與版圖設計方案，為工藝優化提供數據支撐。

三、高難度場景的應用突破

PointScan 技術的低電荷沉積特性，使其在傳統電子束檢測難以覆蓋的場景中實現突破：

背側供電網絡（BSPDN）晶圓檢測

鍵合晶圓形成的絕緣層會阻礙電荷傳導，導致傳統電子束檢測出現電荷累積、電子束偏折與失焦問題；PointScan 技術大幅降低單位面積電荷沉積量，有效緩解上述問題，已完成實際應用驗證。

3D DRAM 檢測

3D DRAM 的結構特性同樣易引發電荷累積，此前檢測難度較高，DirectScan 技術的應用使該類器件的精準檢測成為可能。

DRAM 陣列短路檢測

獨有的可控 “充電 - 檢測” 功能，可在指定位置施加電荷后跳轉至目標區域采集電壓襯度信號，使特定島狀節點呈現高亮狀態，清晰識別與浮空相鄰觸點的短路問題，該功能為傳統光柵掃描技術所不具備。

四、行業落地實踐與全流程應用

自 2022 年初起，eProbe 檢測系統已在多家先進邏輯芯片制造工廠落地，目前兩套設備投入大批量生產，第三套設備處于產能爬坡階段，應用場景覆蓋半導體制造全流程：

先進邏輯芯片制造

中段制程：GAA 柵極 - 漏極短路、柵極接觸孔開路、柵極外延層 / 硅化物層開路檢測

后段制程：M0 層、1X 層、2X 層系統性接觸孔開路與金屬布線短路檢測

背側供電網絡：電源通孔、源極 / 漏極通孔接觸孔開路與短路檢測

隨機邏輯電路漏電情況評估

先進 DRAM 制造（2024-2025 年）

外圍電路：柵極 - 柵極殘筋短路、柵極 - 漏極短路、字線 - 字線短路與開路檢測及缺陷定位

存儲陣列：基于可控 “充電 - 檢測” 技術的存儲節點短路檢測

技術總結

在半導體制程向更精密 3D 架構演進的背景下，檢測技術的創新成為保障良率的關鍵。DirectScan 方案通過 PointScan 靶向掃描技術、設計感知分析能力與產品特異性缺陷學習功能的融合，在保留電子束檢測高靈敏度的基礎上，實現了檢測吞吐量的量級提升，同時破解了高難度場景的檢測難題。

該技術不僅解決了先進工藝節點下缺陷“難識別、難檢測” 的問題，更推動半導體檢測從 “缺陷識別” 向 “工藝優化賦能” 升級，為下一代半導體制造提供了核心技術支撐和全新路徑。