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在半导体制造中，量测（Metrology）与检测（Inspection）是保障产品良率与性能的核心环节。在关键工艺节点部署精确的量测与检测流程，对于确保和维持高良率至关重要。
根据Tech navio的数据，晶圆检测设备按类型分为光学检测和电子束检测，前者占据市场主导地位（80%），但后者增速更快（9.7% CAGR）；按应用划分，后道工艺检测增长最快；晶圆厂（Foundries）为主要终端用户。地理分布上，亚太地区占据主导地位，北美市场增速领先，其中台湾地区和美国表现尤为突出。
量测（Metrology）与检测（Inspection）的区别
“量测”和“检测”是两个截然不同但均至关重要的概念。
核心区别在于：
量测（Metrology）：回答“是多少？”的问题，旨在获取精确的物理参数，如厚度、线宽、角度、化学成分等。
检测（Inspection）：回答“有没有？”的问题，旨在发现并识别缺陷、污染或异常，如颗粒、划痕、短路、断路等。
一、半导体量测（Metrology）
量测是指利用专业设备对晶圆及芯片的物理、化学参数进行精确量化，贯穿整个制造过程，是监控工艺稳定性与一致性的关键技术。
1. 形貌与尺寸量测
关键尺寸量测（CD-SEM）：测量晶体管栅极线宽等关键参数，保障先进制程精度。
原子力显微镜（AFM）：提供纳米级分辨率的表面三维形貌与高度数据。
套刻误差量测（Overlay）：监控多层工艺间的对准精度，确保电路功能正常。
2. 薄膜特性量测
椭偏仪（Ellipsometer）：通过偏振光分析，精确测量薄膜厚度与光学常数。
光谱反射仪：基于反射光谱快速测定薄膜厚度。
3. 材料结构与成分分析
X射线衍射（XRD）：分析晶体结构、应力应变状态。
X射线光电子能谱（XPS）：检测材料表面元素组成及化学键态。
4. 电性参数量测
四探针测试法：用于测量半导体材料电阻率。
参数分析仪：测量晶体管的电流-电压（I-V）特性、阈值电压等电学参数。
5. 工艺监控量测
CMP后量测：监控化学机械抛光后的表面平整度与膜厚均匀性。
晶圆翘曲与应力测量：评估加工过程中晶圆的形变与薄膜应力，预防可靠性问题。
6. 缺陷检测与复查
光学与电子显微镜：光学显微镜用于快速筛查；扫描电子显微镜（SEM）用于高分辨成像与缺陷分类。
颗粒与表面缺陷检测系统：采用光学与激光扫描技术，检测并计数表面颗粒与宏观缺陷。
光掩模检测：包括光学与极紫外（EUV）掩模检测，确保图形母版无缺陷，避免批量复制错误。
二、半导体检测（Inspection）
检测是通过专用设备对晶圆进行系统性检查，识别颗粒、缺陷或异常，并精确定位其坐标，为工艺优化提供依据。
检测设备需适配晶圆尺寸、工艺阶段及缺陷类型，广泛应用于前道图形、后道封装及光掩模等环节。
缺陷检测分类
主要分为无图形区检测与有图形区检测两大类。
1. 无图形缺陷检测
针对未形成电路图形的平滑区域，背景简单，易于发现微小缺陷，如颗粒、膜厚不均、微裂纹等。
主要方法：
- 光学检测：亮场识别颗粒，暗场增强散射信号提升检出率。
- 激光散射检测：通过激光探测散射信号实现颗粒计数。
- 扫描电子显微镜（SEM）：低电压成像识别纳米级缺陷。
- 原子力显微镜（AFM）：提供高分辨率三维表面图像。
- 光学轮廓仪：基于干涉原理测量表面轮廓与膜厚变化。
- CMP后检：专用于抛光后表面，检测残留物、划痕等。
2. 有图形缺陷检测
面向已形成电路图形的区域，识别影响器件性能的缺陷，如桥接、断线、蚀刻残留等。
主要方法：
- 自动光学检测（AOI）：结合亮场与暗场成像，识别图形偏差与污染。
- 扫描电子显微镜（SEM）：CD-SEM兼具测量与缺陷检测功能；缺陷复查SEM用于高分辨分类。
- 电子束检测（E-beam Inspection）：高分辨率检测高密度图形中的细微缺陷。
- 光学干涉检测：检测图形区域的高度差与形貌异常。
- 缺陷分类软件：集成AI与机器学习，实现自动分类与根源分析。
- CMP后图形检测：重点检查图形区域的划痕、残留与不均匀问题。
3. 掩模版缺陷检测（Reticle Inspection）
作为光刻工艺的关键环节，掩模版检测旨在全面检查光掩模质量，防止缺陷复制至晶圆。
常见缺陷：图形断裂、桥接、颗粒污染、基材损伤等。
主要方法：
- 光学显微镜：初步检查明显缺陷。
- 自动光学检测（AOI）：亮场与暗场结合，提升检出能力。
- 扫描电子显微镜（SEM）：纳米级成像，精准识别微小缺陷。
- 电子束检测：适用于高精度复杂图形。
- 激光散射检测：快速识别表面污染物。
- 光学干涉检测：检测表面凹陷、突起等形貌异常。
- 缺陷修复：激光或电子束技术实现微米/纳米级修复。
