这项冷场发射技术加速先进芯片开发

近期，应用材料宣布开发「冷场发射（cold field emission，CFE）」技术且已达成商品化。该突破性电子束（eBeam）成像技术可协助芯片制造商更好地检测与成像出纳米级埋藏的缺陷，以加快次世代闸极全环（Gate-All-Around，GAA）逻辑芯片，以及更高密度DRAM和3D NAND闪存的开发和制造。

电子束技术常用来识别和描述那些用光学系统无法看到的小缺陷。 然而，随着芯片制造商运用EUV来突破2D逻辑和DRAM微缩的极限，并逐渐导入GAA逻辑晶体管和3D NAND内存等复杂的3D架构，找出表面和埋藏缺陷的工作变得越来越具挑战性。

应用材料表示，传统「热场发射（thermal field emission，TFE ）」电子束系统的工作温度超过 1500°C，为此，科学家们一直致力将可在常温下运作的冷场发射电子束技术商品化; 其原因在于较低的温度可以产生更窄的电子束并容纳更多电子，进而达成次纳米级的影像分辨率和10倍的成像速度。

不过，到目前为止由于冷场发射系统内部的杂质会在电子束发射器上积累，降低电子的流动性，这种不够稳定的情况造成冷场发射技术尚未普及在商业应用中; 而在热场发射系统中，这些杂质却会自动被排除。

如今，应用材料在冷场发射电子束技术上有了重大突破，使CFE电子束系统能够广泛应用到大量生产中，可在常温下工作，最多可将纳米级影像分辨率提高50%，成像速度提高10倍。

据悉，应材独家开发出可容纳电子束发射器和其他关键部件的电子束镜筒。 新的冷场发射镜筒结合了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。 特殊的泵有助于达成远低于 1×10-11 毫巴（millibar） 的真空，这比热场发射系统高出两到三个数量等级，已接近外太空的真空状。

不过，即使在极端超高真空下，电子束镜筒中仍会产生微量的残余气体。 如果单个原子粘附在电子束源头上，就会在某种程度上阻挡电子的发射，导致操作不稳定。 为此，应用材料也研发新颖的自动清洗模式，透过循环式自动清洗制程，可持续清除冷场发射源中的污染物，以实现稳定、可重复的效能。