SEM/FIB双束系统截面加工：实现离子的成像、注入、刻蚀和沉积

SEM/FIB（Scanning Electron Microscope/Focused Ion beam）双束系统中，FIB是将离子源（大多数FIB采用Ga源，也有Xe、He等离子源）产生的离子束经过离子枪聚焦、加速后作用于样品表面，实现离子的成像、注入、刻蚀和沉积。

截面分析是SEM/FIB（Scanning Electron Microscope/Focused Ion beam）双束系统最常见的应用之一。借助SEM/FIB双束系统，可以精确地在样品特定微区进行截面观测，形成清晰的高分辨图像。这种分析方法对目标位置的定位精度高、制样过程中所产生的应力小，获得的截面具有非常好的完整性，在芯片检测、材料分析等领域具有非常广泛的应用。

在SEM/FIB双束系统进行截面加工过程中，找到目标位置后，如图1(a)所示，将样品表面倾转至与离子束垂直，利用FIB进行材料去除，实现截面加工；同时利用SEM对FIB所制备出的截面进行成像，获得样品的截面信息。如图1(b)所示为利用SEM/FIB双束系统所制备的芯片seal ring处截面示意图，通过该结果可准确获得芯片的metal层数及各层metal厚度信息。

图1. FIB截面加工

（a. 模型图；b. Seal ring截面示意图）

在利用FIB进行截面加工过程中，有一个非常重要的问题就是截面的平整度。当样品表面存在形貌起伏或成分差异时，会很容易导致FIB对不同位置的刻蚀速率不一致（如图2(a)-(b)所示），进而在截面上出现竖直条纹，这即人们常说的窗帘效应。图2(c)中沿着CT延伸方向往下的拉痕即为典型的窗帘效应，该窗帘效应的存在直接影响了截面结果的准确性，会对客户的判断产生误导和干扰。

图2. FIB刻蚀截面的窗帘结构来源

（ａ. 表面形貌起伏[1]；ｂ. 成份差异[1]，c. 窗帘效应结果图）

对于样品表面形貌起伏或成分差异造成窗帘效应的问题，有效的解决方法一般是采用更低的束流进行截面精修、在样品表面沉积保护层来平整样品表面、或采用Rocking milling（摇摆切割）实现离子束多角度加工。其中降低离子束流可有效减弱FIB加工的窗帘效应，但是耗时长且无法完全消除；在样品表面沉积保护层既可以保护样品表面，也可以有助于克服表面不平整所引起的窗帘效应（截面加工过程中基本都会做），但是无法消除样品内部成分差异引起的窗帘效应；Rocking milling（摇摆切割）的方式可有效实现在大束流下消除窗帘效应的目的，进而有助于快速获得平整的截面效果。

如图3(a)所示，通常在利用FIB进行截面加工过程中，聚焦离子束垂直于样品表面入射，当样品表面存在形貌起伏或者样品内部存在成分差异时，就很容易出现窗帘效应。若在FIB截面加工过程中，实现左右摇摆加工（左右摇摆的角度分别为α1和α2），如图3(b)所示，即可有效消除窗帘效应。

图3. 模型图

（a. FIB常规加工示意图；b. FIB Rocking milling示意图）

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        审核编辑：彭菁