聚焦离子束技术(FIB)注意事项:
1、样品大小5×5×1cm,当样品过大需切割取样。
2、样品需导电,不导电样品必须能喷金增加导电性。
3、切割深度必须小于10微米。
电镜制备制样离子束研磨系统要属徕卡家比较好。当材料样品表面为SEM或入射光显微镜做好准备时,样品通常经过多次处理,直到被分析的层或表面被精密加工好。徕卡显微系统固态技术的工作流程解决方案涵盖了样品制备所需的所有步骤。
当徕卡EM TXP将预先准备的所有步骤都整合在一台仪器时,徕卡EM TIC 3X 对几乎任何材料进行最终的高质量表面处理。与徕卡EM VCT对接配置后,在适宜的环境中样本就北转移到(cryo)SEM中。
同时,徕卡显微系统所提供的产品完全匹配用户在TEM、SEM和AFM研究对中精确样品制备的所有需求。每一个徕卡解决方案都由几个设备组成,它们相互良好地结合在一起,为客户的样品形成无缝的制样工作流程。
氩离子精密抛光刻蚀镀膜仪是一款集抛光与镀膜于一身的桌面型制样设备。对于同一个样品,可在同一真空环境下完成抛光及镀膜。通过利用两个宽束氩离子源对样品表面进行抛光,去除损伤层,从而得到高质量的样品,用于SEM、光镜、扫描探针显微镜、EDS、EBSD、CL、EBIC或其他分析。
如图所示,氩离子精密抛光刻蚀镀膜仪配备的三种样品台,其中a、b为平面样品台,可用于样品的镀膜及平面抛光;c为截面样品台,用于截面样品的抛光。
氩离子精密抛光刻蚀镀膜仪同时配备金和铂两个靶材,可根据实际镀膜需求选择合适的靶材进行镀膜或改善扫描电镜样品导电性。
氩离子精密抛光刻蚀镀膜仪同时配备了平面和截面样品抛光用的样品台,以满足不同样品的抛光需求。通过选择合适的离子束能量、离子枪角度、离子枪工作模式、样品台转速及时间控制氩离子的作用强度、深度及角度,实现样品表层损伤层的去除。其中,平面样品可根据待抛光样的高度选择a或b平面样品台;截面样品抛光则选择截面样品台c,同时配合配合挡板的使用,可有效遮蔽下半部分离子束,实现对非目标区域保护并对目标区域损伤层去除的目的。
功能: 具备平面大面积离子抛光、横截面离子抛光及高精度离子束镀膜,全面解决高端场发射电镜所有制样需求
离子枪: 两只潘宁式离子枪,装载微小磁铁,聚焦离子束设计,无消耗;
离子枪角度 :0°到 + 18°,每只离子枪可独立调节;
离子枪束能量: 0.1keV~8keV, 可在不同电压下自动优化离子束束流;
抛光区域面积 :平面抛光区域直径≥10mm,横截面≥2mm×2mm;
最大样品尺寸 :直径32mm×高15mm
样品更换 :专利Whisperlok设计,样品更换时间<1min,无需破样品室真空;
冷台部分 :带有液氮冷台,以及精确控温系统,一次加注液氮续航能力6-8小时;
控制部分 :10英寸触摸屏控制,菜单化操作,并支持研磨抛光程序的设定和储存;
耙材装置 :同时安装两种靶材,在不破真空的情况下,可自由选择不同靶材进行镀膜,可配备常见所有种类金属靶材、碳靶材甚至氧化物靶材;
离子抛光 结束后可直接在真空中进行镀膜处理,无需破真空再进行镀膜,可防止样品氧化,一站式解决高端电镜制样需求;
无油真空系统 :无油机械泵+分子泵系统。
薄膜样品由于其厚度薄,常规抛光手段很难实现对其截面的抛光制样,如图2 所示厚度仅90μm PET表层镀金样品,其截面抛光前粗糙,无法分辨基底及镀膜层,利用氩离子抛光后,其表面光滑平整,对红框处放大后可清晰观察到表层金膜。
图3所示为涂层样品抛光前后对比图,从图中可以看到,抛光前,涂层边界处破损严重,涂层与基底处表层覆盖较厚损伤层,对其进行氩离子抛光后,完整的涂层区清晰可见,且对红框处放大可观察到涂层及基底区明显的晶粒分布。
1.与FIB相比,氩离子制样面积更大,制样速率更高;
2.氩离子质量较镓离子更轻,产生的应力层,非晶层更薄,可避免由于制样方法对实验数据产生的误导;
3.氩离子抛光产生的晶格畸变小,可提高EBSD标定率,降低标定参数,提高标定效率;
4.对于易发热的样品,可以通过液氮实时控制样品室温度,避免发热对实验数据的影响,同时提高EBSD标定率。
不积珪步,无以至千里;不积细流,无以成江海。做好每一份工作,都需要坚持不懈的学习。
聚焦离子束显微镜的基本功能可概分为四种:
1. 定点切割(Precisional Cutting)-利用离子的物理碰撞来达到切割之目的。 广泛应用于集成电路(IC)和LCD的Cross Section加工和分析。
2. 选择性的材料蒸镀(Selective Deposition)-以离子束的能量分解有机金属蒸气或气相绝缘材料,在局部区域作导体或非导体的沉积,可提供金属和氧化层的沉积(Metal and TEOS Deposition),常见的金属沉积有铂(Platinum,Pt)和钨(Tungstun,W)二种。
3. 强化性蚀刻或选择性蚀刻(Enhanced Etching-Iodine/Selective Etching-XeF2)-辅以腐蚀性气体,加速切割的效率或作选择性的材料去除。
4. 蚀刻终点侦测(End Point Detection)-侦测二次离子的讯号,藉以了解切割或蚀刻的进行状况。
在实际的应用上,为了有效的搜寻故障的区域或外来掉落的材料碎屑、尘埃、污染粒子(Particles)等位置,离子束显微镜在外围的控制系统上,可配备自动定位导航系统或影像重叠定位装置,当生产线的缺陷检视系统(Defect Inspection System),例如:KLA或Tencor,发现制程异常时,可将芯片上缺陷的计算机档案传送到自动定位导航系统,离子束显微镜即可迅速找寻缺陷的位置,并进行切割动作,确认缺陷发生的层次,如此可避免芯片送出无尘室后与外界的灰尘混淆,达到 Off-line 找到的就是In-line 看到的 精准度,这种功能免除了工程师在试片制备上极大的困扰,同时节省了传统机械研磨法中大量的人力与工时,加之也大大的提升了成功率。
在新型的聚焦离子束显微镜,目前已有双束(Dual Beam)的机型(离子束+电子束),在以离子束切割时,用电子束观察影像,除了可避免离子束继续 破坏现场 外,尚可有效的提高影像分辨率,同时也可配备X-光能谱分析仪或二次离子质谱仪,作元素分析之用,多样化的分析功能使得聚焦离子束显微镜的便利性及使用率大幅提升。
至于离子束显微镜在IC工业上的应用,主要可分为五大类:1.线路修补和布局验证;2.组件故障分析;3.生产线制程异常分析;4.IC 制程监控-例如光阻切割;5.穿透式电子显微镜试片制作。
在各类应用中,以线路修补和布局验证这一类的工作具有最大经济效益,局部的线路修改可省略重作光罩和初次试作的研发成本,这样的运作模式对缩短研发到量产的时程绝对有效,同时节省大量研发费用。
当我们欲进行产品侦错或故障分析时,在没有KLA或TENCOR等数据档案(例如:GDSII file)数据的情况下,对于小尺寸的晶粒或已经封装后的产品,亦可利用附属的影像重叠系统(Image Overlay System),在光学显微镜下依据参考点定出欲分析位置的相对横向和纵向距离,而在离子束显微镜内迅速找到该位置,不需以人力费时的去寻找。假若当欲分析处为前层次或是为平坦化制程,离子束显微镜的影像无法从上视(Top-View)的观察推断出确切的分析位置时,也可藉影像对准(Align Image)将离子束显微镜影像与光学显微镜影像重叠,再由光学显微镜影像定出欲切割位置,同样可达成定点位置的分析。
关于穿透式电子显微镜试片制作,离子束显微镜提供了另一种选择,在合理的工作时数(2-6小时)与成功率(>90 %)的掌握度下,离子束显微镜不失为良好的试片制作工具。
由于离子束显微镜在辅以不同的化学气体时可具有材料沉积与蚀刻的功能,因此在5-10年前即引起人们对In-Situ Processing(在单一Chamber内连续完成所有制程) 的研究兴趣,许多先进的组件制作,例如:雷射二极管(Laser Diode),量子井组件(Quantum Well Devices)等,都曾利用离子束显微镜的工作原理示范过组件的制作。加之,因为离子束显微镜的离子源为镓离子,对硅晶材料而言,镓离子植入亦可作为P-Type接面的离子源,在过去的浅接面(Shallow Junction Formation)中,由于镓离子的扩散系数和穿隧效应比硼(Boron,B)来得小,因此也曾掀起研究的热潮。
此外在免光罩式的离子植入(Maskless Ion Implantation)应用上,由于离子束显微镜的离子束能量可随意调变,所以相较于传统式的光阻罩幕后单一能量离子布植,离子束显微镜不但可以作极小面积的离子布植(0.1埃0.1 um2 以下),而且最特别的是布植区域的离子植入深度 (亦即 P/N 接面的深度)可依组件设计而调变,这将使得组件设计的空间更广更有趣;在IC工业的应用上,离子束显微镜在光罩修补(Mask Repair)上亦有取代雷射光的趋势,尤其是对相位转换光罩(Phase Shift Mask, PSM)的制作中,离子束显微镜的分辨率和修补的精准度(Repair Edge Placement Accuracy)都优于雷射光,在0.25 um以下的制程中,可预期的是离子束显微镜也将会在这个领域中活络起来。
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