基於现今国内外半导体持续朝先进制程发展，晶片制造商也利用电子束技术来识别和描述无法用传统光学系统辨识的小缺陷。应用材料公司今（19）日发表其突破性「冷场发射」（cold field emission, CFE）的电子束（eBeam）成像技术，便强调已成功商品化并供应客户，未来将能更容易检测与成像奈米级晶圆埋藏的缺陷。

应用材料公司的CFE冷场发射技术（右）可在常温下工作，能产生更窄的电子束并容纳更多电子，分别提升了奈米级影像解析度50%、成像速度加快10倍。

随着晶片制造商开始运用EUV微影技术来突破2D逻辑和DRAM微缩的极限，并逐渐导入开发和制造更高密度的次世代闸极全环（Gate-All-Around, GAA）逻辑晶片、DRAM/3D NAND记忆体等复杂的3D架构，导致找出表面和埋藏缺陷的工作变得越来越具挑战性。透过应材突破性的电子束成像解析度和速度，将可以协助晶片制造商加速晶片的开发，并增加电子束技术在大量生产中的使用率。

尤其物理学家们数十年来一直致力於将CFE电子束技术商品化，利用较低的常温下产生更窄的电子束并容纳更多电子，达到次奈米级影像解析度和10倍成像速度。进而取代传统工作温度须超过1,500。C的「热场发射」（thermal field emission, TFE ）电子束系统。

然而，因为至今CFE系统内部的杂质仍会在电子束发射器上积累，降低电子的流动性，而无法像在TFE系统中能自动排除，导致CFE技术尚未普及在商业应用中。近期应材已宣布已达成两项重大突破，将使CFE电子束系统能够广泛应用到大量生产中，扩大了该公司在电子束制程诊断和控制市场的领导地位。其中包括：

· 极端超高真空的电子束镜筒 （column）：由应材独家开发出可容纳电子束发射器和其他关键部件的新型CFE电子束镜筒，将结合极端超高真空操作环境和专门开发的反应室材料，大幅减少了污染物的数量。再搭配特殊的泵浦，将有助於达成远低於1x10-11毫巴 （millibar）的真空，比起TFE系统高出2~3个等级，已接近外太空的真空状态。

· 新颖的自动清洗模式：由於即使在极端超高真空下，电子束镜筒中仍会产生微量的残馀气体。若有单个原子旒附在电子束源头上，就可能会在某种程度上阻挡电子发射，导致操作不稳定。目前应材已为此开发出一套循环式自动清洗制程，可持续清除CFE源中的污染物，并实现稳定、可重复的效能。

应用材料公司影像与制程控制集团??总裁基思．威尔斯（Keith Wells）表示：「CFE技术商品化是电子束成像技术发展数十年来最大的进步。有了业界最高的解析度和电子密度，应材新的CFE技术，能让晶片制造商快速检测和成像他们过去从未能发现的缺陷。」

目前应材已推出首批基於CFE技术的两款电子束系统，分为：。

1. SEMVision G10电子束缺陷复检系统，透过最新CFE技术提供次奈米级影像解析度，且成像速度还比上一代最隹产品最多快了3倍，能让客户将最小的缺陷成像，藉以了解影响晶片制程开发和大量生产的相关问题。

2. PrimeVision 10缺陷检测系统，是应材电子束产品系列的新成员，不仅具备奈米级解析度，最多能以比TFE电子束检测系统快10倍的速度来产生高解析度影像；并透过高电子束密度检测晶圆表面的微小缺陷，其3D检测技术，还可以发现埋藏在3D GAA结构和高深宽比记忆体元件中，对於良率有关键性影响的缺陷。，

如今应材公司已是制程控制业界的最大电子束系统供应商，2021年营收超过10亿美元、在电子束市场的市占率超过50%。所有GAA客户均已选用SEMVision G10系统作为制程开发机台，并创造超过4亿美元营收。许多技术领先的记忆体客户，也将SEMVision G10系统用於开发次世代DRAM和NAND制程节点，并确保现有记忆体节点能稳定的大量生产。