随着半导体新材料、新工艺的应用以及半导体器件的不断微缩，传统缺陷检测技术遇到了极大的挑战。为了尽快提高产品良率，新一代缺陷检测技术必须能够以更快的速度和更高的灵敏度捕捉到各种缺陷，并自动分类，同时保持较低成本。缺陷检测技术主要有三种：暗场、明场和电子束检查。
暗场检测
暗场检查通常以激光作为光源，灵敏度适中、检查速度快、成本低。入射光源路径和检测信号路径分开，入射光遇到晶片上的缺陷后被散射，在暗场背景上产生亮度（强度）不一的信号，然后通过探测器捕捉到缺陷信号。
入射角度和探测器位置是非常关键的因素。表面缺陷产生的信号容易反射到低角度，与电路图形（pattern）相关的缺陷或高纵深比（HAR）结构内的缺陷则容易反射到高角度（图1）。因此，当探测器按照一定的倾斜角度安装在较低位置时，容易探测到表面缺陷例如各种粉尘颗粒;当探测器垂直于晶片表面或接近垂直角度时，对pattern缺陷和HAR缺陷则更敏感（通常这类缺陷只能通过明场技术才能检测到）。
为此，Applied Materials公司采用了多方位检测技术，策略性地在各种散射角度上配置了多个检测器，使其可以在最大范围内检测到各种缺陷类型，包括一些以前只能用明场设备才能检测到的缺陷。由于各探测器收集到的缺陷信号特性不同，用户还可以分别调整各探测器灵敏度，突出感兴趣的缺陷（DOI），降低对其它缺陷和噪音的探测灵敏度。多方位检测的另外一个优点是可以根据各探测器检测到的信号特性进行实时地自动分类（OTF-G），帮助工程师更好更快捷地分析和控制缺陷。
多方位检测的基础上，还可以增加双入射路径（倾斜和垂直）结构，进一步扩大了检测范围和可检测缺陷类型。用户可以根据需求灵活选择入射角度。例如，检查沉积薄膜层时可以采用倾斜角度入射光，增强3D表面缺陷的检测;对于沟槽（trench）、接触孔（contact）和微通孔（via）等结构，采用垂直入射光更为适宜，结合高角度探测器，可以检测到结构底部残留物等缺陷。倾斜角度入射光还可以解决光刻层和电介质层由于材料透明，易受前层缺陷干扰的问题。
明场检测
明场检查采用可见光或激光作为检测光源，灵敏度高，但是检测速度较慢、成本较高。明场检查设备的入射光和检测信号路径一致，均垂直于晶片表面。当入射光照射在缺陷上时，通过反射会在较亮背景中形成较暗的缺陷信号。
明场检查时像素很小（<1um），对pattern缺陷、HAR缺陷和很微小的平面缺陷很敏感，通常用于FEOL、ADI和AEI等检测站点。尽管小像素可以提高明场检测灵敏度，但是由于信号数据很庞大，因此检查速度较慢。
随着UV/DUV光源的应用和像素不断变小，明场检查的检测灵敏度也在不断提高。新一代明场检查设备可以在不影响检测速度的情况下，捕捉到很小的缺陷（20×40nm），满足65nm及以下工艺的要求。
电子束检测
电子束检测以聚焦电子束作为检测源，灵敏度最高，但是检测速度最慢，价格最高。
采用电子束检测时，入射电子束激发出二次电子，然后通过对二次电子的收集和分析捕捉到光学检查设备无法检测到的缺陷。例如，当contact或via等HAR结构未充分刻蚀时，由于缺陷在结构底部，因此很难用暗场或明场检测设备检测到，但是因为该缺陷会影响入射电子的传输，所以会形成电压反差影像，从而检测到由于HAR结构异常而影响到电性能的各种缺陷。此外，由于检测源为电子束，检测结果不受某些表面物理性质例如颜色异常、厚度变化或前层缺陷的影响，因此电子束检查技术还可用于检测很小的表面缺陷例如栅极刻蚀残留物等。
随着半导体器件的不断微缩，电子束检测技术的发展非常迅速，将电子束检测用于生产过程控制的呼声也越来越高，但是电子束检测的问题是速度太慢，因此其关键是如何尽快提高检测速度。
半导体技术的发展要求新一代缺陷检测技术能够满足检测速度、检测灵敏度和成本等要求。为了更快更好地解决缺陷问题，我们可以综合使用暗场、明场和电子束检测技术并优化其检测站点比例。
