SEM/FIB雙束系統(tǒng)截面加工：實(shí)現(xiàn)離子的成像、注入、刻蝕和沉積

SEM/FIB（Scanning Electron Microscope/Focused Ion beam）雙束系統(tǒng)中，F(xiàn)IB是將離子源（大多數(shù)FIB采用Ga源，也有Xe、He等離子源）產(chǎn)生的離子束經(jīng)過(guò)離子槍聚焦、加速后作用于樣品表面，實(shí)現(xiàn)離子的成像、注入、刻蝕和沉積。

截面分析是SEM/FIB（Scanning Electron Microscope/Focused Ion beam）雙束系統(tǒng)最常見(jiàn)的應(yīng)用之一。借助SEM/FIB雙束系統(tǒng)，可以精確地在樣品特定微區(qū)進(jìn)行截面觀測(cè)，形成清晰的高分辨圖像。這種分析方法對(duì)目標(biāo)位置的定位精度高、制樣過(guò)程中所產(chǎn)生的應(yīng)力小，獲得的截面具有非常好的完整性，在芯片檢測(cè)、材料分析等領(lǐng)域具有非常廣泛的應(yīng)用。

在SEM/FIB雙束系統(tǒng)進(jìn)行截面加工過(guò)程中，找到目標(biāo)位置后，如圖1(a)所示，將樣品表面傾轉(zhuǎn)至與離子束垂直，利用FIB進(jìn)行材料去除，實(shí)現(xiàn)截面加工；同時(shí)利用SEM對(duì)FIB所制備出的截面進(jìn)行成像，獲得樣品的截面信息。如圖1(b)所示為利用SEM/FIB雙束系統(tǒng)所制備的芯片seal ring處截面示意圖，通過(guò)該結(jié)果可準(zhǔn)確獲得芯片的metal層數(shù)及各層metal厚度信息。

圖1.FIB截面加工

（a. 模型圖；b. Seal ring截面示意圖）

在利用FIB進(jìn)行截面加工過(guò)程中，有一個(gè)非常重要的問(wèn)題就是截面的平整度。當(dāng)樣品表面存在形貌起伏或成分差異時(shí)，會(huì)很容易導(dǎo)致FIB對(duì)不同位置的刻蝕速率不一致（如圖2(a)-(b)所示），進(jìn)而在截面上出現(xiàn)豎直條紋，這即人們常說(shuō)的窗簾效應(yīng)。圖2(c)中沿著CT延伸方向往下的拉痕即為典型的窗簾效應(yīng)，該窗簾效應(yīng)的存在直接影響了截面結(jié)果的準(zhǔn)確性，會(huì)對(duì)客戶的判斷產(chǎn)生誤導(dǎo)和干擾。

圖2. FIB刻蝕截面的窗簾結(jié)構(gòu)來(lái)源

（ａ. 表面形貌起伏[1]；ｂ. 成份差異[1]，c. 窗簾效應(yīng)結(jié)果圖）

對(duì)于樣品表面形貌起伏或成分差異造成窗簾效應(yīng)的問(wèn)題，有效的解決方法一般是采用更低的束流進(jìn)行截面精修、在樣品表面沉積保護(hù)層來(lái)平整樣品表面、或采用Rocking milling（搖擺切割）實(shí)現(xiàn)離子束多角度加工。其中降低離子束流可有效減弱FIB加工的窗簾效應(yīng)，但是耗時(shí)長(zhǎng)且無(wú)法完全消除；在樣品表面沉積保護(hù)層既可以保護(hù)樣品表面，也可以有助于克服表面不平整所引起的窗簾效應(yīng)（截面加工過(guò)程中基本都會(huì)做），但是無(wú)法消除樣品內(nèi)部成分差異引起的窗簾效應(yīng)；Rocking milling（搖擺切割）的方式可有效實(shí)現(xiàn)在大束流下消除窗簾效應(yīng)的目的，進(jìn)而有助于快速獲得平整的截面效果。

如圖3(a)所示，通常在利用FIB進(jìn)行截面加工過(guò)程中，聚焦離子束垂直于樣品表面入射，當(dāng)樣品表面存在形貌起伏或者樣品內(nèi)部存在成分差異時(shí)，就很容易出現(xiàn)窗簾效應(yīng)。若在FIB截面加工過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)左右搖擺加工（左右搖擺的角度分別為α1和α2），如圖3(b)所示，即可有效消除窗簾效應(yīng)。

圖3.模型圖

（a. FIB常規(guī)加工示意圖；b. FIB Rocking milling示意圖）

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審核編輯：彭菁