聚焦离子束显微镜 (Focused Ion Beam, FIB)

dx$+,R~y  
FIB的应用 NK:! U  
聚焦离子束显微镜 (Focused Ion Beam, FIB) JBLh4c3  
聚焦离子束显微镜是运用镓 (Ga) 金属来做为离子源。因为镓的熔点为 29.76°C，且在此时的蒸气压为«10-13 Torr，所以很适合在真空下操作。在使用时，液态的镓会沿着灯丝流至针尖，当外加电场强到可以将针尖的液态镓，拉成曲率半径小于一临界半径的圆锥体(Taylor cone) 时，镓就被游离而喷出，形成镓离子束。此离子源小于 10 nm，能量分散约为 4.5 eV，亮度约为106 A/cm2.sr。所以可以用来做为很精确的奈米结构加工的工具，所以也可称之为奈米雕刻刀。聚焦离子束显微镜的系统，是由液态离子源、聚焦与扫描透镜、样品移动平台、反应气体喷嘴及信号侦测器所组成。透过此系统，我们可以做选区的溅射来去除物质、金属的沉积与蚀刻、及绝缘层的沉积与蚀刻，所以也是微机电 (MEMS) 加工很好的工具平台。除了单枪离子束之外，聚焦离子束显微镜上另外还可装设电子束系统，而形成所谓的双束聚焦离子显微镜 (Dual Beam FIB)。也就是同时具备了扫描式电子显微镜 (Scanning Electron Microscope, SEM) 及聚焦离子束显微镜于一身。可以用电子束来寻找目标区及观察影像，而离子束做精密切割目标区，不会破坏其他样品结构，因此可以做奈米级精确的位置定位与切割，及奈米级的TEM试样薄片制作。 H6/gRv@  
FIB设备的具体应用可大致分类为：积体电路的线路编修 8q:# '  
定点剖面与SEM观察 PSyUC#;  
离子穿隧影像对比 (Ion Channeling Contrast) 0Fsa&<{6?  
穿透式电子显微镜 (TEM) 试片制备 K}'?#a(aX=  
实际应用1 线路修补 (Circuit Editing) A\13*4:;l  
在积体电路产品开发时，当首批晶片出厂时，若电路上有设计错误或功能不正常时，就需要透过线路修改来验证电路设计。在早期，需要修改光罩与重新投片来进行电路修改与验证，这是费时又耗财的。当积体电路制程持续微小化后，这个作法所需的经费，更是急遽的增加。所以当FIB能够执行金属及绝缘层的沉积与蚀刻后，俨然成为微小化的晶圆厂的后段制程生产线。所以可以在极低费用下，快速地提供电路的编修，或光罩修补，加快产品的验证。所以，最多只要改版一次光罩，就可以完成产品的开发。针对积体电路产品封装以及要编修的位置的不同，电路编修，又可以分为正面编修 (Front-side Editing) 与背面编修 (Back-side Editing) 两大类。一、正面编修 \BO6.;jA  
是由积体电路的最上层开始施工至下层金属层的编修位置，也就是需挖过保护层及上层的金属导线层到欲编修位置， nUisC5HW  
二、背面编修 |.-Muv  
是由积体电路的最上层开始施工至下层金属层的编修位置，也就是由矽晶片底部开始施工至编修位置，也就是需挖穿矽基板及/或下层的金属导线层到欲编修位置，图3为背面电路编修的范例。一般而言，编修的难度依电路结构差异而有不同，施工编修位置的可用开挖空间越大，则施工的难度越低；上层金属导线的编修比底层的金属导线容易；铝金属导线则比铜导线容易施工；正面编修则较背面编修容易。常用的编修工程包括绝缘层深井的开挖、金属线的切断或切穿、绝缘层深井的金属填充，金属连线、点针的金属垫、电容制作及电阻制作。 _N0N#L4M  
绝缘层沉积是由离子束来促成反应气体裂解，进而生成SiO2，常用的气体为TEOS或TMCTS。金属沉积的反应气体则有沉积白金(Pt)的 (CH3)Pt(CpCH3)，沉积钨(W)的W(CO)6 。FIB沉积的 W 比 Pt有较低的阻值，填洞的能力也好，但是沉积速率比较慢，需花费较长时间施工。碳膜的沉积气体则是用C10H8。铝金属的蚀刻，则可用碘 (I2)、溴 (Br2) 或氯 (Cl2) 来达成。而铜的蚀刻，则用镓及水气来溅蚀铜金属。绝缘层的蚀刻，则是用XeF2来达成化学蚀刻反应。 Ry?f; s  
背面电路编修 J6<O|ng::  
针对前瞻制程的积体电路，由于线宽即线距的微小化，造成FIB