激光集成到FIB室中 VS 獨立的激光刻蝕和PFIB協(xié)同處理，哪個更好？

　　引言：如何將激光刻蝕與FIB技術(shù)融合，以更高的速度和精度處理超大尺寸樣品。泰思肯將帶您深入了解激光集成與獨立激光刻蝕及PFIB協(xié)同處理的較量，揭示哪種方法能更高效地推動您的研究和生產(chǎn)。

　　通過激光刻蝕去除所需位點外圍的大部分材料，再通過FIB切割和拋光得到橫截面，兩種技術(shù)相結(jié)合最終實現(xiàn)了超大尺寸樣品處理所需的速度和精度。而這種組合方式的最新階段是采用激光刻蝕和PFIB刻蝕實現(xiàn)協(xié)同處理，進一步提高分析通量、效率和靈活性。

　　激光集成到FIB室中VS獨立的激光刻蝕和PFIB協(xié)同處理

　　效率提高至少2,000倍

　　激光刻蝕提供的最大銑削速率比鎵源FIB快約100,000倍，比PFIB快約2,000倍，同時仍保持針對特定位點的足夠銑削精度。將激光刻蝕（初始切削材料）與PFIB（最終切割和拋光）相結(jié)合可以將制備大尺寸橫截面所需的總時間減少95%，在某些情況下甚至更多。如圖1顯示了鎵源FIB、PFIB和激光刻蝕的光斑大小與材料去除率之間的關(guān)系。相鄰表格提供了這3種技術(shù)在最大銑削和最終拋光束流條件下材料去除率的數(shù)值比較。

　　如圖1：（左）所示，鎵源FIB、PFIB和激光刻蝕占據(jù)不同的區(qū)域，其特點是光斑尺寸（光束直徑）和材料去除率之間的制衡。一般來說，較高的束流或束流強度會更快地去除材料，但精度較低。表格(右)比較了材料在三種技術(shù)下最大束流和典型拋光條件下的束流(或激光的離子束等效電流)和材料去除率關(guān)系。此外，還顯示了鎵源FIB與激光刻蝕、PFIB與激光刻蝕的去除率之比。（此數(shù)據(jù)為2021年TESCAN FIB第三代產(chǎn)品數(shù)據(jù)，2024年TESCAN發(fā)布第四代產(chǎn)品，精度更高，速度更快，效率更高，詳情可咨詢TESCAN銷售。）

　　將激光集成到FIB室中后，系統(tǒng)一次只能使用一個功能，而其他功能處于空閑狀態(tài)。泰思肯TESCAN提供一種最新方式來實施集成顯微鏡技術(shù)，通過獨立的激光刻蝕（microPrep PRO、3D-Micromac AG）和PFIB（泰思肯雙束電鏡SOLARIS X）系統(tǒng)提供并行處理。兩個系統(tǒng)都不會因為另一個系統(tǒng)的運行而空閑。激光刻蝕系統(tǒng)可以為多個聯(lián)用工具準備樣品，無論聯(lián)用是多個FIB還是各種其他失效分析儀器，最終結(jié)果都是增加了分析通量和產(chǎn)率，并降低了每次分析的成本。激光刻蝕系統(tǒng)提供約10微米的銑削精度（束斑尺寸）和約3微米的光束定位精度（以厘米為移動范圍），使其快速準確地去除立方毫米的材料。基于電路設(shè)計的CAD數(shù)據(jù)或各種FA工具的2D圖像疊加的相關(guān)對準技術(shù)有助于在兩個系統(tǒng)中以高精度找到感興趣區(qū)。

　　獨立系統(tǒng)中的協(xié)同處理優(yōu)點

　　1、超短激光脈沖最大限度地減少了激光引起熱影響區(qū)，從而減少了必須通過PFIB中的最終拋光去除的材料量。

　　2、單獨在激光刻蝕系統(tǒng)中切削材料可避免PFIB倉內(nèi)污染的風(fēng)險，其中污染物會干擾儀器本身和分析結(jié)果。

　　3、樣品同時可以在各種氣體環(huán)境中通過激光進行處理，并且可以使用解決方案來允許系統(tǒng)之間的轉(zhuǎn)移，而不會暴露在周圍環(huán)境中。

　　4、激光刻蝕工具上的平臺提供具有六個自由度的精確自動化運動，使其能夠在需要時銑削復(fù)雜的圖案。

　　5、在激光刻蝕過程中傾斜樣品的能力對于補償由光束能量的高斯強度分布引起的錐度特別有益。盡管它可以使用FIB拋光消除，但在激光刻蝕操作期間避免它可以大大減少FIB拋光所需的時間。

　　6、消除錐度對于半導(dǎo)體樣品中準確對齊堆疊重復(fù)結(jié)構(gòu)的橫截面（例如TSV、錫焊球等）工藝至關(guān)重要。

　　PFIB系統(tǒng)針對高深度大尺寸銑削進行了優(yōu)化，它提供高達3μA的束流，每秒可去除多達1,400μm3的材料。用于最終拋光的較低離子束電流(300nA)仍可去除高達141μm3/s，即使在具有挑戰(zhàn)性的樣品上也能提供原始橫截面。最具挑戰(zhàn)性的樣品是那些需要不同切削速率的硬質(zhì)和軟質(zhì)復(fù)合材料的樣品。容易產(chǎn)生獨特的垂直形貌，描述性地稱為“窗簾”。從而引起的窗簾偽影可能會掩蓋后續(xù)成像中的關(guān)鍵細節(jié)。在切削操作過程中，我們可以通過小角度反復(fù)搖擺樣品減少窗簾偽影。角度的輕微變化使離子束能夠更好地進入材料下方較硬的屏蔽區(qū)域，并平滑銑削過程。

　　對于束流/銑削速率較高的FIB，窗簾效應(yīng)可能是一個挑戰(zhàn)，就像大通量工作流程中高速銑削所需的那些一樣。對于該問題，PFIB系統(tǒng)配置的擺動臺提供了一種自動擺動模式，可以予以解決在某些材料中，包括碳化硅、聚酰亞胺、玻璃等，產(chǎn)生的另一種偽影-呈階梯式。階梯一旦出現(xiàn)，就會自我強化，很難移除。我們用一種創(chuàng)新的解決方案（True x-section，用戶指導(dǎo)程序）來消除了階梯效應(yīng)，比大面積FIB沉積速度快得多：允許操作人員在要切片的區(qū)域放置一個小的硅擋板。

　　如果您對泰思肯的雙束電鏡技術(shù)及其在大體積工作流程中的應(yīng)用感興趣，歡迎訪問：https://zh.info.tescan.com/semicon/products/large-volume-workflow，以獲取更多信息和支持。