滨松发布第三代半导体检测新利器：定量相位成像技术引领行业新变革

全球光学巨头滨松近日推出定量相位成像（QPM）光学模组C16999系列，以0.5纳米纵向分辨率和实时在线检测能力，直击第三代半导体（如SiC、GaN）表面及内部缺陷检测痛点。这一创新不仅填补了传统振幅成像技术对透明/半透明材料内部缺陷检测的空白，更标志着QPM技术在半导体工业中的规模化应用迈出关键一步。

行业视角：半导体检测技术的竞争与突破

半导体检测技术的核心挑战之一在于平衡分辨率、速度与成本。传统方法中，光学法速度快但分辨率受限，电子束法分辨率高却效率低下，X射线法则在两者间折中。随着第三代半导体在新能源、5G等领域的广泛应用，其禁带宽度大、发光波长短等特性使得传统检测手段难以应对内部缺陷的精细化分析。国际巨头如KLA-Tencor、Camtek凭借成熟方案占据市场主导，而国内厂商则面临同质化竞争与技术升级的双重压力。

半导体前道制程检测技术对比（图源滨松中国）

滨松在光子技术领域的积累可追溯至1953年，其技术布局覆盖光源、探测器、成像系统及失效分析全链条。此次C16999的推出，进一步巩固了滨松在在线检测与纳米级量测领域的技术壁垒。

技术纵深：倍捷锐的跨领域创新基因

倍捷锐首席科学家、香港中文大学周仁杰副教授，深耕QPM技术十余年，其团队的先进光学成像技术积累为半导体检测提供了独特视角。

周仁杰副教授，国家优青

周仁杰副教授在半导体晶圆缺陷检测领域的技术探索始于对光学显微成像方法的革新。2013年，其团队在22纳米节点晶圆检测中取得突破。他们采用反射式衍射相位显微术（epi-DPM），通过捕获样品反射场的幅度与相位信息，结合自主研发的图像处理算法，成功识别出20纳米宽的微小缺陷。这一成果的关键在于对噪声抑制技术的创新——通过二阶差分、三极减法和低通滤波等组合算法，有效剔除了晶圆基底图案的干扰，使亚波长缺陷在复杂背景中显现[1-2].

epi-DPM系统设计[1]

随着半导体工艺向更小节点推进，研究团队开始聚焦9纳米节点检测难题。2014年，他们将激光波长从532纳米优化至405纳米，利用更短的照明波长提升系统分辨率，同时改进二维图像拼接与卷积算法（2DISC），使可检测缺陷尺寸缩小至15纳米宽、90纳米长。此时，检测系统已具备三维扫描能力，通过Z轴精密移动获取多焦面数据，显著增强了缺陷信号的提取能力[3,5,6]。  

532 nm激光器与405 nm激光器干涉图光谱的比较[4]

至2015年，技术体系进一步扩展至多模态检测。团队开发的白光干涉显微镜（epi-wDPM）融合了宽谱光源的优势，配合空间光调制器进行频域滤波，在保持高灵敏度的同时提升了系统适用性。此时的检测平台已整合XYZ三维扫描、实时处理等功能，形成了一套完整的非破坏性检测方案[7]。

epi-wDPM系统设计[6]

这些技术迭代始终围绕两个核心：光学系统的物理极限突破与计算成像的算法创新。从单色激光到白光照明，从二维成像到三维扫描，从离线计量到在线检测，周仁杰团队通过多维度技术融合，将光学检测的灵敏度边界持续推向更小的纳米尺度，为半导体制造工艺的发展提供了重要的检测方法支撑。

结语

滨松C16999的发布，表明定量相位成像技术正逐步突破实验室边界，成为半导体制造良率管理的关键工具。这种技术的普及不仅依赖硬件创新，更需跨学科思维与产业链协作。而对“光”的精准驾驭，始终是解锁微观世界的核心钥匙。

参考文献

[1] Renjie Zhou, Gabriel Popescu, Lynford L. Goddard. 22 nm node wafer inspection using diffraction phase microscopy and image post-processing[C]//Proceedings of SPIE. 2013, 8681: 86810G.

[2] Renjie Zhou, Chris Edwards, Gabriel Popescu, Lynford L. Goddard. Detecting 20 nm Wide Defects in Large Area Nanopatterns Using Optical Interferometric Microscopy[J]. Nano Letters, 2013, 13(7): 3716−3721.

[3] Renjie Zhou, Chris Edwards, Gabriel Popescu, Lynford L. Goddard. 9nm node wafer defect inspection using visible light[C]//Proceedings of SPIE. 2014, 9050: 905017.

[4] Renjie Zhou. Interferometric Light Microscopy for Wafer Defect Inspection and Three-Dimensional Object Reconstruction[D]. University of Illinois at Urbana-Champaign, 2014.

[5] Renjie Zhou, Chris Edwards, Gabriel Popescu, Lynford L. Goddard. Semiconductor defect metrology using laser-based quantitative phase imaging[C]//Proceedings of SPIE. 2015, 9336: 93361I.

[6] Renjie Zhou, Chris Edwards, Casey A. Brynarski, Gabriel Popescu, Lynford L. Goddard. 9nm node wafer defect inspection using three-dimensional scanning, a 405nm diode laser, and a broadband source[C]//Proceedings of SPIE. 2015, 9424: 942416.

[7] Renjie Zhou, Chris Edwards, Casey Bryniarski, Marjorie F. Dallmann, Gabriel Popescu, Lynford L. Goddard. White-light interferometric microscopy for wafer defect inspection[C]//Proceedings of SPIE. 2015, 9336: 93362P.