晶圆指半导体电路制作中用到的硅晶片,可在晶圆上蚀刻出各种电子器件电路,是半导体电路制造过程中十分重要的中间产物。随着半导体行业以摩尔定律逐步发展,现如今芯片先进制程工艺已达到纳米量级,同时图案化晶圆蚀刻图案也随着制程进步越发复杂精细,增加了在图案化晶圆中检测缺陷的难度。因此精确检测出细微缺陷在半导体行业中是一个重要且关键的技术,半导体制造商通过晶圆检测系统维持并提高IC芯片制造的良率从而降低生产成本。本文针对图案化晶圆缺陷尺度小、背景图案复杂等技术难点,搭建了多扫描方式明暗场图案化晶圆缺陷检测系统（Multi-scanning Patterned Wafer defect Detection system,MPWDS）,并研究了该系统中使用的相应技术,其中包括:对图案化晶圆缺陷和表面散射场进行研究。介绍了图案化晶圆制作流程,从制作流程和光刻工艺角度,分析晶圆常见缺陷的引入原因,并根据不同的分类标准将缺陷分类;将图案化晶圆表面蚀刻图案抽象成不同细微线段矢量的叠加,通过研究单一细微线段矢量简化模型,进行表面散射场分析。基于BRDF和Rayleigh-Rice矢量散射理论,通过离散化仿真,分析探讨了不同长度、宽度、角度、深度的细微线段矢量存在情况下晶圆表面的散射场分布,为后续系统设计提供了理论基础。具体给出MPWDS系统设计方案。针对点扫描路径提出螺旋路径规划策略（Spiral scanningstrategy）,分析扫描路径和图像坐标之间的坐标映射关系,给出PMT一维光强序列到二维图像的重构策略;分析研究线扫、面阵成像相机模型,基于系统设计对扫描路径进行规划,计算推导出系统检测扫描效率与系统参量之间的制约关系。提出基于重复子结构序列的缺陷提取算法（Repeated Substructure Sequence Defect Extraction Algorithm,RSSDEA）。通过频域变换进行图像偏转角校正,利用基于形状的模板匹配在校正后的图像中分割出重复子结构区域图像序列,并通过特殊数据结构和基于统计量的自适应迭代算法,对晶元（Die）标准图进行高效求解,从而利用双阈值分割最终得到缺陷位置和其特征信息。通过具体实验验证本文内容。搭建晶圆检测装置,并将文中所提算法应用于图像中,证明了本文提出系统对图案化晶圆缺陷检测的有效性;对不同成像方式的吞吐量和检测精度进行横向比较,并对本文提出算法与传统算法进行纵向比较;分析解释并校正了点扫描缺陷检测实验过程中出现的扇形暗区现象。最后对本文工作进行总结,针对不足之处给出解决方案并展望未来后续研究。