eng
Выпуск #1/2014
М.Фадеев
Решения для высококачественного анализа микро- и наноструктур
Решения для высококачественного анализа микро- и наноструктур
Просмотры: 4327
Необходимым условием для качественного анализа микро- и наноструктур является правильная подготовка образцов. Проблема актуальна во многих высокотехнологичных областях: в полупроводниковом производстве, при изготовлении МЭМС и в научных исследованиях.
Теги: preparation of samples scanning electron microscope transmission electron microscope пробоподготовка просвечивающий электронный микроскоп сканирующий электронный микроскоп
Одно из комплексных решений для пробоподготовки разработано фирмой Sela Camtek – партнером российской компании "Остек". Оно позволяет значительно улучшить качество результатов, получаемых при изучении структур на сканирующем и просвечивающем электронных микроскопах, а также при других видах микро- и наноисследований. Комплекс оборудования включает две установки:
Xact для утонения адаптивным ионным пучком (Adaptive Ion Milling Technology);
EM3i для предварительной подготовки образца сухой криоохлаждаемой дисковой резкой (Cryo-cooled Dry Sawing Technology).
Установка для утонения адаптивным ионным пучком
Особенность Xact состоит в использовании концепции "двойного луча", позволяющей наблюдать в реальном времени утонение образца и прецизионно управлять этим процессом (рис.1). Установка состоит из следующих основных узлов: вакуумной камеры с загрузочным шлюзом; прецизионного манипулятора; системы визуального наблюдения; сканирующего электронного микроскопа (СЭМ), который на окончательных этапах утонения работает и как просвечивающий электронный микроскоп (ПЭМ); датчиков обратно-рассеянных, вторичных и проходящих сквозь образец электронов; ионной пушки с ксеноновым источником, которая может управлять энергией, формой и направлением пучка. В целом концепция системы Xact (рис.2) схожа с устройством ПЭМ.
Подготовленный образец располагается перпендикулярно лучу растрового электронного микроскопа (РЭМ), и датчики регистрируют пучки обратно-рассеянных, вторичных и прошедших электронов. Одновременно образец подвергается воздействию потоков ионов ксенона из ионной пушки. Механизм управления пушкой позволяет посылать пучки с углом от 0 до 90°, а также менять форму и энергию луча, реализуя различные режимы обработки: чистку, формирование канавок, полировку или утонение (рис.3).
В системе мониторинга используются три типа датчиков, которые дают контрастное изображение с высоким разрешением (СПЭМ-режим STEM). Благодаря этому при утонении оператор может непрерывно наблюдать за образцом, измерять его толщину в реальном времени, определять с высокой точностью точку остановки процесса.
В качестве источника ионов используется дуоплазмотрон, обеспечивающий эмиссию огромного числа ионов из малого объема газа (в течение года расходуется примерно 0,5 л газа, сжатого под давлением 6 бар). Применение ксенонового источника обусловлено тем, что ксенон не взаимодействует с обрабатываемым материалом – его атомы имеют большой размер и массу, поэтому не проникают глубоко в структуру утоняемого образца. Возможность гибкого управления энергией пучка обеспечивает регулирование скорости утонения. Так, при энергии пучка около 1 кэВ и углах его падения 3–4° можно удалять отдельные атомные слои, добиваясь уменьшения толщины поврежденного аморфного слоя образца до 1–2 нм.
На начальном этапе обработки утонение образца ведется пучками относительно высоких энергий – около 10 кэВ. Когда его толщина достигает около 100 нм, электронный луч из РЭМ проникает через образец и достигает датчиков проходящих пучков. На этапе "мягкой" обработки энергия пучка ионов ксенона уменьшается до 1 кэВ, позволяя получать толщину 30 нм при минимальном повреждении образца. В процессе утонения контролируются толщина и качество поверхности образца, возможна оптимизация его профиля.
Используемые технические решения дают возможность получать образцы с очень хорошими характеристиками. Например, типовые значения для полупроводникового образца, подготовленного для боковой проекции (side-view) ПЭМ, составляют:
толщина в зоне шириной 3 мкм – 18±4 нм с однородностью 10%;
толщина в зоне шириной 10 мкм – 30±10 нм с однородностью 10%;
толщина в зоне шириной 30 мкм – 100±30 нм с однородностью 10%.
Основные характеристики установки Xact представлены в табл.1. После подбора режимов обработки образца возможна работа в автоматическом режиме. Установка оснащена оптическим блоком для автоматической калибровки. В целом совокупность примененных решений не имеет аналогов, что делает систему уникальной.
Установка для предварительной подготовки образца
Установка EM3i (рис.4) предназначена для предварительной подготовки образца методом сухой крио-
охлаждаемой дисковой резки. Она обеспечивает быструю автоматическую обработку материалов и является частью комплексного решения пробоподготовки для СЭМ и ПЭМ (боковых и плановых проекций side view, plan view). Сухая криоохлаждаемая резка позволяет готовить образцы из кристаллических и аморфных материалов. Образец на выходе смонтирован на совместимый держатель, что облегчает работу с ним на последующих этапах (рис.5). Еще одна особенность ЕМ3i – работа с пластинами размером до 300 мм, причем система позволяет осуществлять их оптическую инспекцию, находить и маркировать интересующие области. Основные характеристики установки приведены в табл.2.
Типовой процесс подготовки образца
Вначале оператор загружает образец в ЕМ3i и указывает целевую зону и тип исследования, к которому его необходимо готовить. Установка совершает все операции в автоматическом режиме. На выходе оператор получает на совместимом держателе подготовленный образец, который можно загрузить в установку Xact. После этого в полуавтоматическом или автоматическом режиме при непрерывном контроле в реальном времени выполняется заключительный этап подготовки.
Важное преимущество системы – высокая степень автоматизации, поэтому скорость и качество работы минимально зависят от человеческого фа-
ктора. Например, высококачественный образец с толщиной исследуемой зоны 20 нм может быть подготовлен приблизительно за полтора часа. Основные этапы процесса показаны на рис.6.
Установки Xact и EM3i составляют единый комплекс, позволяющий автоматизировать процесс и сократить время подготовки исследуемых образцов, значительно улучшая их качество. Можно с уверенностью утверждать, что данное решение представляет большой интерес для лабораторий, использующих в работе электронную микроскопию. ■
Xact для утонения адаптивным ионным пучком (Adaptive Ion Milling Technology);
EM3i для предварительной подготовки образца сухой криоохлаждаемой дисковой резкой (Cryo-cooled Dry Sawing Technology).
Установка для утонения адаптивным ионным пучком
Особенность Xact состоит в использовании концепции "двойного луча", позволяющей наблюдать в реальном времени утонение образца и прецизионно управлять этим процессом (рис.1). Установка состоит из следующих основных узлов: вакуумной камеры с загрузочным шлюзом; прецизионного манипулятора; системы визуального наблюдения; сканирующего электронного микроскопа (СЭМ), который на окончательных этапах утонения работает и как просвечивающий электронный микроскоп (ПЭМ); датчиков обратно-рассеянных, вторичных и проходящих сквозь образец электронов; ионной пушки с ксеноновым источником, которая может управлять энергией, формой и направлением пучка. В целом концепция системы Xact (рис.2) схожа с устройством ПЭМ.
Подготовленный образец располагается перпендикулярно лучу растрового электронного микроскопа (РЭМ), и датчики регистрируют пучки обратно-рассеянных, вторичных и прошедших электронов. Одновременно образец подвергается воздействию потоков ионов ксенона из ионной пушки. Механизм управления пушкой позволяет посылать пучки с углом от 0 до 90°, а также менять форму и энергию луча, реализуя различные режимы обработки: чистку, формирование канавок, полировку или утонение (рис.3).
В системе мониторинга используются три типа датчиков, которые дают контрастное изображение с высоким разрешением (СПЭМ-режим STEM). Благодаря этому при утонении оператор может непрерывно наблюдать за образцом, измерять его толщину в реальном времени, определять с высокой точностью точку остановки процесса.
В качестве источника ионов используется дуоплазмотрон, обеспечивающий эмиссию огромного числа ионов из малого объема газа (в течение года расходуется примерно 0,5 л газа, сжатого под давлением 6 бар). Применение ксенонового источника обусловлено тем, что ксенон не взаимодействует с обрабатываемым материалом – его атомы имеют большой размер и массу, поэтому не проникают глубоко в структуру утоняемого образца. Возможность гибкого управления энергией пучка обеспечивает регулирование скорости утонения. Так, при энергии пучка около 1 кэВ и углах его падения 3–4° можно удалять отдельные атомные слои, добиваясь уменьшения толщины поврежденного аморфного слоя образца до 1–2 нм.
На начальном этапе обработки утонение образца ведется пучками относительно высоких энергий – около 10 кэВ. Когда его толщина достигает около 100 нм, электронный луч из РЭМ проникает через образец и достигает датчиков проходящих пучков. На этапе "мягкой" обработки энергия пучка ионов ксенона уменьшается до 1 кэВ, позволяя получать толщину 30 нм при минимальном повреждении образца. В процессе утонения контролируются толщина и качество поверхности образца, возможна оптимизация его профиля.
Используемые технические решения дают возможность получать образцы с очень хорошими характеристиками. Например, типовые значения для полупроводникового образца, подготовленного для боковой проекции (side-view) ПЭМ, составляют:
толщина в зоне шириной 3 мкм – 18±4 нм с однородностью 10%;
толщина в зоне шириной 10 мкм – 30±10 нм с однородностью 10%;
толщина в зоне шириной 30 мкм – 100±30 нм с однородностью 10%.
Основные характеристики установки Xact представлены в табл.1. После подбора режимов обработки образца возможна работа в автоматическом режиме. Установка оснащена оптическим блоком для автоматической калибровки. В целом совокупность примененных решений не имеет аналогов, что делает систему уникальной.
Установка для предварительной подготовки образца
Установка EM3i (рис.4) предназначена для предварительной подготовки образца методом сухой крио-
охлаждаемой дисковой резки. Она обеспечивает быструю автоматическую обработку материалов и является частью комплексного решения пробоподготовки для СЭМ и ПЭМ (боковых и плановых проекций side view, plan view). Сухая криоохлаждаемая резка позволяет готовить образцы из кристаллических и аморфных материалов. Образец на выходе смонтирован на совместимый держатель, что облегчает работу с ним на последующих этапах (рис.5). Еще одна особенность ЕМ3i – работа с пластинами размером до 300 мм, причем система позволяет осуществлять их оптическую инспекцию, находить и маркировать интересующие области. Основные характеристики установки приведены в табл.2.
Типовой процесс подготовки образца
Вначале оператор загружает образец в ЕМ3i и указывает целевую зону и тип исследования, к которому его необходимо готовить. Установка совершает все операции в автоматическом режиме. На выходе оператор получает на совместимом держателе подготовленный образец, который можно загрузить в установку Xact. После этого в полуавтоматическом или автоматическом режиме при непрерывном контроле в реальном времени выполняется заключительный этап подготовки.
Важное преимущество системы – высокая степень автоматизации, поэтому скорость и качество работы минимально зависят от человеческого фа-
ктора. Например, высококачественный образец с толщиной исследуемой зоны 20 нм может быть подготовлен приблизительно за полтора часа. Основные этапы процесса показаны на рис.6.
Установки Xact и EM3i составляют единый комплекс, позволяющий автоматизировать процесс и сократить время подготовки исследуемых образцов, значительно улучшая их качество. Можно с уверенностью утверждать, что данное решение представляет большой интерес для лабораторий, использующих в работе электронную микроскопию. ■
Отзывы читателей
