基於現今國內外半導體持續朝先進製程發展，晶片製造商也利用電子束技術來識別和描述無法用傳統光學系統辨識的小缺陷。應用材料公司今（19）日發表其突破性「冷場發射」（cold field emission, CFE）的電子束（eBeam）成像技術，便強調已成功商品化並供應客戶，未來將能更容易檢測與成像奈米級晶圓埋藏的缺陷。

應用材料公司的CFE冷場發射技術（右）可在常溫下工作，能產生更窄的電子束並容納更多電子，分別提升了奈米級影像解析度50%、成像速度加快10倍。

隨著晶片製造商開始運用EUV微影技術來突破2D邏輯和DRAM微縮的極限，並逐漸導入開發和製造更高密度的次世代閘極全環（Gate-All-Around, GAA）邏輯晶片、DRAM/3D NAND記憶體等複雜的3D架構，導致找出表面和埋藏缺陷的工作變得越來越具挑戰性。透過應材突破性的電子束成像解析度和速度，將可以協助晶片製造商加速晶片的開發，並增加電子束技術在大量生產中的使用率。

尤其物理學家們數十年來一直致力於將CFE電子束技術商品化，利用較低的常溫下產生更窄的電子束並容納更多電子，達到次奈米級影像解析度和10倍成像速度。進而取代傳統工作溫度須超過1,500°C的「熱場發射」（thermal field emission, TFE ）電子束系統。

然而，因為至今CFE系統內部的雜質仍會在電子束發射器上積累，降低電子的流動性，而無法像在TFE系統中能自動排除，導致CFE技術尚未普及在商業應用中。近期應材已宣佈已達成兩項重大突破，將使CFE電子束系統能夠廣泛應用到大量生產中，擴大了該公司在電子束製程診斷和控制市場的領導地位。其中包括：

‧ 極端超高真空的電子束鏡筒 （column）：由應材獨家開發出可容納電子束發射器和其他關鍵部件的新型CFE電子束鏡筒，將結合極端超高真空操作環境和專門開發的反應室材料，大幅減少了污染物的數量。再搭配特殊的泵浦，將有助於達成遠低於1x10-11毫巴 （millibar）的真空，比起TFE系統高出2~3個等級，已接近外太空的真空狀態。

‧ 新穎的自動清洗模式：由於即使在極端超高真空下，電子束鏡筒中仍會產生微量的殘餘氣體。若有單個原子粘附在電子束源頭上，就可能會在某種程度上阻擋電子發射，導致操作不穩定。目前應材已為此開發出一套循環式自動清洗製程，可持續清除CFE源中的污染物，並實現穩定、可重複的效能。

應用材料公司影像與製程控制集團副總裁基思．威爾斯（Keith Wells）表示：「CFE技術商品化是電子束成像技術發展數十年來最大的進步。有了業界最高的解析度和電子密度，應材新的CFE技術，能讓晶片製造商快速檢測和成像他們過去從未能發現的缺陷。」

目前應材已推出首批基於CFE技術的兩款電子束系統，分為：。

1. SEMVision G10電子束缺陷複檢系統，透過最新CFE技術提供次奈米級影像解析度，且成像速度還比上一代最佳產品最多快了3倍，能讓客戶將最小的缺陷成像，藉以了解影響晶片製程開發和大量生產的相關問題。

2. PrimeVision 10缺陷檢測系統，是應材電子束產品系列的新成員，不僅具備奈米級解析度，最多能以比TFE電子束檢測系統快10倍的速度來產生高解析度影像；並透過高電子束密度檢測晶圓表面的微小缺陷，其3D檢測技術，還可以發現埋藏在3D GAA結構和高深寬比記憶體元件中，對於良率有關鍵性影響的缺陷。，

如今應材公司已是製程控制業界的最大電子束系統供應商，2021年營收超過10億美元、在電子束市場的市佔率超過50%。所有GAA客戶均已選用SEMVision G10系統作為製程開發機台，並創造超過4億美元營收。許多技術領先的記憶體客戶，也將SEMVision G10系統用於開發次世代DRAM和NAND製程節點，並確保現有記憶體節點能穩定的大量生產。