應材電子束技術 加速先進晶片開發

圖說:應用材料的冷場發射技術 (右)可在常溫下工作,能產生更窄的電子束並容納更多電子,因此相較於傳統「熱場發射」電子束系統 (左) ,CFE 技術的奈米級影像解析度提高了50%,成像速度快了10倍。

圖說:應用材料的冷場發射技術 (上圖右側)可在常溫下工作,能產生更窄的電子束並容納更多電子,因此相較於傳統「熱場發射」電子束系統 (上圖左側) ,CFE 技術的奈米級影像解析度提高了50%,成像速度快了10倍。

應用材料宣佈其「冷場發射」(cold field emission, CFE) 技術已達成商品化並可供應客戶。這一項突破性電子束 (eBeam) 成像技術可協助客戶更好地檢測與成像出奈米級埋藏的缺陷,以加快次世代閘極全環 (Gate-All-Around, GAA) 邏輯晶片、以及更高密度DRAM和3D NAND記憶體的開發和製造。

晶片製造商利用電子束技術來識別和描述那些用光學系統無法看到的小缺陷。隨著晶片製造商運用EUV微影技術來突破2D邏輯和DRAM微縮的極限,並逐漸導入GAA邏輯電晶體和3D NAND記憶體等複雜的3D架構,找出表面和埋藏缺陷的工作變得越來越具挑戰性。而突破性的電子束成像解析度和速度,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。

冷場發射:次世代電子束技術

傳統「熱場發射」(thermal field emission, TFE ) 電子束系統的工作溫度超過1,500°C。物理學家們幾十年來一直致力於將CFE電子束技術商品化,其原因在於較低的溫度可以產生更窄的電子束並容納更多電子,從而達成次奈米級的影像解析度和10倍的成像速度。到目前為止,由於 CFE系統內部的雜質會在電子束發射器上積累,降低電子的流動性,這種不夠穩定的情況造成CFE技術尚未普及在商業應用中;而在TFE系統中,這些雜質會自動被排除。現在,應用材料已達成兩項重大突破,使CFE電子束系統能夠廣泛應用到大量生產中。

極端超高真空的電子束鏡筒 (column):應用材料獨家開發出可容納電子束發射器和其他關鍵部件的電子束鏡筒。新的CFE鏡筒結合了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。特殊的幫浦有助於達成遠低於1x10-11毫巴 (millibar) 的真空,這比TFE系統高出兩到三個數量等級,已接近外太空的真空狀態。

新穎的自動清洗模式: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。如果單個原子粘附在電子束源頭上,就會在某種程度上阻擋電子的發射,導致操作不穩定。應用材料已開發出一種循環式自動清洗製程,可持續清除CFE源中的污染物,以實現穩定、可重複的效能。  

應用材料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,應用材料新的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。」

SEMVision G10和PrimeVision 10 簡介

應用材料推出首批基於CFE技術的兩款電子束系統。

  • SEMVision G10缺陷複檢系統:應用材料SEMVision產品系列是全球最先進、最廣泛使用的電子束複檢系統,它能讓客戶將最小的缺陷成像,以了解影響晶片製程開發和大量生產的相關問題。新的SEMVision G10系統採用CFE技術,提供次奈米級影像解析度,且成像速度比該公司前代最佳產品最多快了3倍。應用材料所有GAA客戶均已選用SEMVision G10系統作為製程開發機台,並已創造超過4億美元的營收。許多領先的記憶體客戶也將SEMVision G10系統用於開發新興的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。
  • PrimeVision 10缺陷檢測系統:PrimeVision 10系統是應用材料電子束產品系列的新成員。此系統具備奈米級解析度,能檢測晶圓表面的微小缺陷;其3D檢測技術,可以發現埋藏在3D GAA結構和高深寬比記憶體元件中對良率有關鍵性影響的缺陷。PrimeVision 10系統的高電子束密度,最多能以比TFE技術電子束檢測系統快10倍的速度,產生高解析度影像。

應用材料已是製程控制業界的第一大電子束系統供應商,2021年的營收超過10億美元,在電子束市場的市佔率超過50%。