西安交通大学科研团队突破集成电路高灵敏度缺陷检测技术

集成电路被誉为现代工业的皇冠。一枚小小的芯片，从硅片衬底制备、到晶圆加工、再到封装成型，要经历成百上千道工序。在这条漫长的产业链上，缺陷检测设备就是守护芯片良率的“火眼金睛”。硅片、晶圆、芯片上哪怕只有纳米级的微小瑕疵，都会造成芯片失效和报废。这类检测设备技术门槛极高，是制约我国集成电路产业链自主安全可控的“硬骨头”。

面向这一国家重大战略需求，西安交通大学杨树明教授团队10余年如一日深耕芯片缺陷检测领域。团队坚持产教融合、科教融汇，把产业一线的真实难题作为科研攻关方向，一边攻关核心技术，一边培养集成电路工程紧缺人才，自主研发出覆盖硅片、图形晶圆、先进封装全流程的系列检测装备，实现集成电路制造全链路缺陷检测技术与设备国产化突破。

芯片制造不同阶段，需要检测的缺陷形态各不相同。硅片生产时，仅几纳米的划痕、颗粒，就会给后续工序埋下隐患。在12英寸硅片上检测纳米级缺陷犹如大海捞针，传统检测受成像灵敏度限制，极易造成漏检。针对这一痛点，团队研发激光共焦辅助定位与多方位偏振融合暗场检测技术，把不同类型的微弱缺陷信号都有效捕捉下来，满足大尺寸硅片量产质控要求。到了晶圆光刻环节，也就是芯片前道制造，难度进一步升级。

在已经刻出电路图形的晶圆上，缺陷藏在密集纳米线路之间，信号微弱，很容易淹没在复杂背景里，对检测灵敏度提出极致要求。团队创新圆偏光相敏成像检测技术，借助干涉效应放大微弱光场信号，并通过特殊偏振光识别任意走向的纳米缺陷，再结合AI算法过滤背景干扰，实现了晶圆纳米图形缺陷的精准检测。

晶体管纳米结构又细又深，普通二维图像只能看到表面，看不清深度方向上的真实形态。团队研发的复合纳米探针，可以实现高深宽比结构的三维测量，还原纳米结构真实三维形貌。这项研究提出的“如何解决三维半导体芯片中纳米结构测量难题”入选中国科协十大工程技术难题；相关核心技术也入选首届“科创中国”先导技术榜单，为先进制程纳米结构的精准表征开辟新路径。再到封装阶段，芯片堆叠、高密度凸点互连是当前高端芯片的主流方案。

晶圆上的凸点数量动辄上千万，精度与效率的平衡是一大难题。为此，团队开发了多视角远心结构光三维检测技术，通过多视角约束和加权重建算法快速获取完整三维形貌，实现海量凸点的高速精准检测，为先进封装工艺提供可靠质检方案，支撑良率提升。

10余年持续攻关，团队从基础研究、设备研制到标准制定、成果转化，累计取得了国内外授权专利70件，其中15件专利已经完成转让，落地产业化；制定国家标准2项，构建起纳米测量技术规范体系，助力行业从设备研发到质量评价实现标准化。

成果先后斩获陕西省科技工作者创新创业大赛一等奖、华为火花奖等荣誉。经中国仪器仪表学会组织的科技成果鉴定，项目整体技术达到国际先进水平，其中深亚波长干涉相位检测、结构化复合纳米探针三维表征等核心技术达到国际领先水平。

作为高校科研团队，项目从立项之初就把产教融合、人才培养摆在重要位置。团队坚持把学生带到企业产线，深度参与光学系统搭建、算法调试、整机集成、产线现场验证，直面工业现场各种现实挑战，在解决真实产业痛点的实战中锤炼工程创新能力。科研攻关的全过程，就是集成电路紧缺人才的培育过程。截至目前，团队已培养毕业博士、硕士研究生近100人，不少毕业生走进华为、新凯来、中科飞测等国内半导体装备龙头企业，奔赴产业急需岗位。

团队牵头建设的“半导体芯片检测技术”创新基地入选了中国科协首批“科创中国”创新基地及示范项目。团队联合陕西电子芯业时代科技有限公司组建陕西省“科学家+工程师”队伍，高校科研人员与企业工程师并肩攻关，联合开发系列晶圆量检测设备，支撑建设了西北地区首条8 英寸高性能特色工艺半导体生产线。

自研检测设备为产线核心设备安装调试、稳定性验证提供关键实测数据，保障产线高标准建成，为工艺参数优化、良率快速爬坡提供重要支撑。成果落地，不仅补齐了国产芯片检测装备短板，也带动陕西省集成电路产业集群整体能力提升，相关技术可以服务航空航天、汽车电子、工业控制、消费电子等多个领域，持续增强区域芯片产业竞争力。

团队负责人杨树明教授表示，“未来团队将继续深化产教融合，持续迭代升级检测设备，并且面向下一代制程开展前沿探索”。团队依托重大科研平台，持续培养既有扎实理论功底、又具备工程实践能力的集成电路紧缺人才，以科教融汇的合力，持续为我国集成电路产业自主可控贡献高校智慧。