2025年9月10日，丘成桐（左二）与求真书院学生代表座谈交流。

图源：清华大学求真书院网站

不久前，上海临港。首度出席2025世界顶尖科学家论坛的丘成桐，此行专为他的学生孙理察致颁奖词而来。

半个世纪亦师亦友，丘成桐颁奖时这样评价孙理察：“作为他的导师，今日我既自豪又谦卑。得见学生超越所有期待，以如此优雅的姿态重塑整个学科，实属师者至幸。”

世界顶尖科学家论坛开幕前两日，孙理察在丘成桐发起设立的上海数学与交叉学科研究院发表报告——所涉极小曲面、广义相对论，正是其获得“顶科协奖”的内核。

这座研究院的广场前，中式水景缓缓溢出刻满各种数学公式的池壁，不远处金黄色“卡拉比—丘空间”模型勾勒出六维抽象结构，中西融合，相得益彰。

我们在这里与丘成桐聊了关于“师者”“学者”的诸多话题。

“科研的生命力还是在年轻人”

40多年前，丘成桐成为首位华人菲尔兹奖得主。这一奖项被视为数学界的诺贝尔奖。

之后40余年，丘成桐把精力都给了数学科研和学术人才培养。76岁的他，每天早上六点，游泳，这是一天的开始，风雨无阻。和他相识逾30年的老友林文伟教授说，游泳是他保持头脑清醒的秘诀，“若当天状态好，游了1500米，我的手机就会弹出丘老师发来的微信：‘今天游了超过1500米。’他很满意”。

林教授认为，一副强健的身体，让丘老能够持续奔波，构建无界的学术交流环境。

香港、北京、杭州、上海、深圳，丘成桐在国内发起设立的数学科研机构，越来越多。

“建院的宗旨之一，就是搭桥，让数学不同领域的学者到同一空间交流。”上海数学与交叉学科研究院副院长连文豪教授说。

按照丘成桐的构思，从具象的广场到无形的学域桥梁，上海数学与交叉学科研究院要构建的，是一个激发科学兴趣、促进思想碰撞的开放生态。多元化的讨论班制度，将代数几何、算子代数、物理数学等方向的讨论班向所有研究者开放，既可在教室现场参与，也可线上加入，“为学术交流拆掉围墙”。

截至2025年10月，这个研究院已聘约100位科研人员，并成功举办了世界华人数学家联盟2023、2024年会。

引进人才，更要培育人才。丘成桐在复旦大学接受采访时说：“很多地方只引进不培养，一流人才引进后缺少与年轻人的交流合作，导致一流学者与年轻一代慢慢脱节，成为不再重要的学者。科研的生命力还是在年轻人。”

据报道，研究院希望在10年内拥有核心数学领域20名世界一流水平数学家、20个交叉领域的研究团队，培养30至40名国际学术前沿水平的青年数学家，具有世界一流水平的博士后100名、研究生500名。“好的学者都喜欢跟好的学生沟通并互相学习。丘先生把全国最优秀的学生集中在这里，对全球顶尖学者很有吸引力。”连文豪说。

开放包容的学术生态，渗透在丘成桐与团队的日常。连文豪在哈佛大学读博士后时，办公室就在丘成桐隔壁，“丘教授会来敲我门：某某年份有这么一篇文章，可能和我们现在这个问题相关，赶快去看一下。”

然而，没有结果是一种常态。连文豪坦言：“做学术，如果是重要的问题，有2%的时间找到好的答案，已经很不错了。其余98%的时间，虽不能说是浪费，但往往没有直接成果。”不同观点的碰撞，并非意气之争，而是深入的思维辩论。“我和丘先生之间经常有‘debate（争论）’，也可以说是切磋，这很寻常。”

“不屈不挠在求真的道路上挺进”

“中国的小孩子，经历过中高考的，没有胆量去挑战老师的学术，这是错的。”丘成桐说。

他在自传里回忆，赴美留学时，导师陈省身“一开始要我解决黎曼猜想，但我对这个题目的兴趣不大。”尽管陈省身当时是享誉世界的数学大师，年轻的丘成桐还是选择研究自己更感兴趣的卡拉比猜想。

“陈先生很宽容，放弃了要我朝着这个方向走。”这种尊重独立思考的师生关系，最终孕育了数学史上的重要突破：卡拉比—丘流形的发现。

如今，丘成桐直接培养指导的博士超过70名，还培养了同样数目的博士后，一批青年学者成为国内外数学界的核心成员和骨干力量。

丘成桐还倡导开设了丘成桐少年班数理拔尖人才培养项目。珍视学生的好奇心和质疑精神的他，欣喜地发现，一些12岁的学生对提出问题很有兴趣，“他们年轻，不怕挑战老师”。

丘成桐的学术视野宽广，很清楚如何打磨有天赋的学生，引导他们找到突破的方向。连文豪说：“你要做什么，丘先生都清楚。他不仅提供文献，更能指引你这个问题到了这个节奏应该找哪位去讨论细节。”丘成桐的学术网络横跨多个领域，当学生在某一学科中陷入困境，他总能为其串联起跨学科的专家或学术工具。“对一个年轻学者来说，这是很重要的资源。”连文豪说。

从不敢提问到勇于挑战，从遵循权威到开拓创新，丘成桐通过理念浸润与制度塑造，试图改良教育的土壤。在他看来，让学生“不受外力干扰，不屈不挠在求真的道路上挺进”，不仅是培养数学家的需要，更是中国科学能否真正崛起的根本所在。

“文学、历史、哲学与数学相通”

丘成桐曾两度带领学生前往曲阜祭孔，希望引领年轻学子在先贤之地感受科学的根与魂。

他谈科学时，总要谈起文化。

“要做一流的科学，不可能从石头里蹦出来。”他说，“我们有文化的沉淀——在这沉淀里长出苗，苗长成树，中间一定要经过肥沃的土壤。”

土壤何在？丘成桐说：“牛顿、黎曼，从宗教中来；对中国人来讲，文学就是很好的土壤。”

年幼时，父亲丘镇英每周都在家中与学生们畅谈孔孟之道、禅宗义理。几十年后，丘成桐在大洋彼岸依旧传承着这样的文化记忆。连文豪在哈佛大学读博士后时，每年都和同学一起去丘教授家中庆祝春节，顺便打桥牌。

丘成桐常写旧体诗，文风古朴凝练。丘成桐透露，杨振宁离世后，他提笔写下挽联，思念泉涌，倾泻而出——“慕双雄携手，破宇称守恒，启我后学二三辈。继外尔规范，始强力物理，叱咤科坛六十年。”

这副挽联后来在“数理人文”发布，这个微信号还曾发布过很多丘成桐的文学作品。他认为，“文学、历史、哲学与数学相通”，都是研究自然中最重要、最奥秘的问题，只是视角不同。“真理是一样的，只是从山不同的方向去看。文学是心灵与自然交流得出的经验，科学是用规律观察自然。”

据不完全统计，在丘成桐最新著作《我的教育观》中，“哲学”一共出现122次，“诗”出现120次，“文学”106次，“历史”98次。

丘成桐在书中说：“文史哲对我的数学研究影响颇深。”他曾提出猜测，断言三维球面里的光滑极小曲面，其第一特征值等于2。尽管当时这些曲面例子不多，但他用“比兴”手法，利用相关情况模拟而得出猜测，近期得到证明。

正因为笃信一流学问发展自文化之根，丘成桐在数学学院做了许多看似与数学解题、考试无关的事。在清华大学求真书院，他创设“求真大讲堂”，请各领域学者给学生们谈庄子、讲魏晋风度、论苏东坡——让人文成为数学专业学生的必修。

每周，他给求真书院的学生上《数学史》。声音洪亮，站着讲述历代大师的成长过程，讲他亲历的那段数学历史。

他在书中写到开课的原因：“我从读历史中领悟到一种方法，那就是必须总结历史教训……我希望学生学习数学史，让他们晓得伟大数学家的想法是怎么来的，从而思考他们以后的路要怎么走。

“基础的问题最漂亮”

上世纪90年代，丘成桐开始推动国际数学家大会落地中国。彼时的中国数学，他形容是“一穷二白”。“以前很多人都送出国了，回国的很少，本土能产生的研究很少。当时学术研究的钱太少，人家不可能来。”

2002年，国际数学家大会在北京召开，丘成桐说：“我期望用这个刺激一下当时中国对数学的重视。”

如今随着经济发展，“中国提供的薪资待遇甚至比欧洲、比美国都要好”，丘成桐认为，“中国的数学正在崛起，已经站在世界水平前沿”。丘成桐指出，当今学问远比爱因斯坦的时代丰富，“我们多姿多彩”。

他倡议由中国主办2030年国际数学家大会，希望在未来5年间，中国能孕育出一批在国际上备受认可、斩获大奖的中国数学家；到2034年，能有中国数学家拿到菲尔兹奖。

在AI时代，丘成桐说，如果重新选择研究方向，还会投身基础研究。“因为基础的问题最漂亮。”他认为，人工智能本质上就是数学的一部分，“是向前推一步的产物，因为人工智能就是算法。”

2025年7月，丘成桐与林文伟教授等人合作在胶质瘤影像遗传学研究中的成果发表于国际顶级期刊《美国国家科学院院刊》。他们用最基础的微分几何方法，将数学之美应用于医学影像，通过精巧的变换，将诊断准确率提升约17%。

林文伟很快收到丘成桐发来的微信——“极好！”因为“丘老师提出来奥妙的地方被我们实现了”。这两个字，在他们上百次交流中仅出现过两次，林文伟把这条微信珍重地存了起来。

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随着半导体制程向先进节点演进，3D 晶体管架构与多层互连堆叠技术的规模化应用，使得器件缺陷的隐蔽性与检测难度显著提升。传统光学检测技术已难以满足电学相关缺陷的识别需求，而电子束检测的效率瓶颈又制约了量产应用。DirectScan检测通过核心技术创新破解了这一行业痛点，为下一代半导体制造提供了高效、精准的检测解决方案。

本文将从技术原理、核心优势、应用场景及落地实践等方面，对该技术进行系统性解析。

一、先进工艺节点的检测挑战与技术缺口

当前半导体制造技术正经历关键变革：鳍式场效应晶体管逐步被全环绕栅极（GAA）纳米带晶体管替代，中段制程（MOL）因多重图形化技术的应用，堆叠复杂度持续增加。这一变革导致致命缺陷多隐匿于 3D 结构内部，传统光学检测手段难以有效识别。

同时，先进工艺节点的缺陷呈现显著的产品特异性，集中分布于特定工艺 - 版图组合的 “热点区域”，此类缺陷由芯片设计固有的版图特征引发，成为影响良率的核心因素。

行业面临的核心矛盾在于：电子束电压衬度检测是识别电学缺陷的关键技术，但传统电子束检测采用光栅扫描模式，效率远低于光学检测，无法匹配大批量生产的需求。DirectScan 技术的出现，为破解这一矛盾提供了可行路径。

二、DirectScan 核心技术架构：PointScan 的创新逻辑

DirectScan 检测方案由eProbe 电子束检测工具、FIRE GDS 版图分析平台及Exensio 大数据智能分析平台三大核心组件构成，其技术突破的核心在于PointScan 扫描技术对传统电子束检测逻辑的重构，主要体现在以下三方面：

1

设计感知驱动的靶向检测

传统电子束检测采用无差别光栅扫描，需覆盖包括介质区域在内的全部区域，且无法识别被测目标的图形特征；PointScan 技术具备非接触式电学测试特性，可精准跳转至目标器件的关键位置（如焊盘、接触点），仅对有效检测区域实施电压衬度检测，完全规避介质区域的无效扫描，实现 “按需检测”。

2

检测效率的量级提升

通过 FIRE 平台的精细化版图分析，可精准筛选出需检测的 “关键区域”，大幅缩减检测范围：

后段制程金属 3 层通孔检测：仅需扫描总可检测面积的 2.5%

中段制程栅极 - 漏极短路检测：仅需扫描总接触点的 1%

栅极残筋检测：可规避 50%-75% 的介质区域，检测面积缩减至传统方案的 10% 以下

基于上述优化，PointScan 技术的检测吞吐量可达传统单束电子束检测设备的 20-100 倍，每小时可完成数十亿个被测器件的扫描。

3

设计感知学习与属性分析能力

DirectScan 与 FIRE 平台的深度整合，可实现跨多层版图的属性提取，包括触点类型（漏极 / 栅极）、晶体管阈值电压、极性、与扩散区隔离槽的距离等关键参数。

eProbe 输出的 KLARF格式数据含专属属性识别码，可与版图特征精准匹配，工程师可直接计算特定属性或属性组合对应的缺陷率，快速定位高风险晶体管类型与版图设计方案，为工艺优化提供数据支撑。

三、高难度场景的应用突破

PointScan 技术的低电荷沉积特性，使其在传统电子束检测难以覆盖的场景中实现突破：

背侧供电网络（BSPDN）晶圆检测

键合晶圆形成的绝缘层会阻碍电荷传导，导致传统电子束检测出现电荷累积、电子束偏折与失焦问题；PointScan 技术大幅降低单位面积电荷沉积量，有效缓解上述问题，已完成实际应用验证。

3D DRAM检测

3D DRAM 的结构特性同样易引发电荷累积，此前检测难度较高，DirectScan 技术的应用使该类器件的精准检测成为可能。

DRAM 阵列短路检测

独有的可控 “充电 - 检测” 功能，可在指定位置施加电荷后跳转至目标区域采集电压衬度信号，使特定岛状节点呈现高亮状态，清晰识别与浮空相邻触点的短路问题，该功能为传统光栅扫描技术所不具备。

四、行业落地实践与全流程应用

自 2022 年初起，eProbe 检测系统已在多家先进逻辑芯片制造工厂落地，目前两套设备投入大批量生产，第三套设备处于产能爬坡阶段，应用场景覆盖半导体制造全流程：

先进逻辑芯片制造

中段制程：GAA 栅极 - 漏极短路、栅极接触孔开路、栅极外延层 / 硅化物层开路检测

后段制程：M0 层、1X 层、2X 层系统性接触孔开路与金属布线短路检测

背侧供电网络：电源通孔、源极 / 漏极通孔接触孔开路与短路检测

随机逻辑电路漏电情况评估

先进 DRAM 制造（2024-2025 年）

外围电路：栅极 - 栅极残筋短路、栅极 - 漏极短路、字线 - 字线短路与开路检测及缺陷定位

存储阵列：基于可控 “充电 - 检测” 技术的存储节点短路检测

技术总结

在半导体制程向更精密 3D 架构演进的背景下，检测技术的创新成为保障良率的关键。DirectScan 方案通过 PointScan 靶向扫描技术、设计感知分析能力与产品特异性缺陷学习功能的融合，在保留电子束检测高灵敏度的基础上，实现了检测吞吐量的量级提升，同时破解了高难度场景的检测难题。

该技术不仅解决了先进工艺节点下缺陷“难识别、难检测” 的问题，更推动半导体检测从 “缺陷识别” 向 “工艺优化赋能” 升级，为下一代半导体制造提供了核心技术支撑和全新路径。

">DirectScan 技术解析：下一代半导体电子束检测的创新路径与应用

纳维廖河畔特雷扎诺