氬離子拋光（離子研磨）工作原理及應(yīng)用案例介紹

機械研磨vs氬離子拋光
一般來說，掃描電子顯微鏡樣品制備通常使用機械切割或者磨拋的方式進行樣品觀測。機械研磨作為最常用的制備手段，通過研磨和拋光在樣品表面形成 1nm 至 100nm 厚度的非晶層，稱為 Beilby 層。Beilby 層會掩蓋住大部分的樣品真實信息，對掃描電鏡表征產(chǎn)生很大的影響。
 

機械制樣測試的 SEM 結(jié)果

氬離子拋光（離子研磨）工作原理：可以無應(yīng)力地去除樣品表面層，加工出光滑的鏡面，為掃描電鏡的樣品制備提供了更為有效的解決方案。

氬離子拋光是使用高能離子槍轟擊樣品的頂面。高能離子束與樣品的表層非晶層中松散結(jié)合的表面原子相互作用，并將其除去以顯示原子級清潔的表面。在整個過程中可以調(diào)整離子能量，離子束入射角等，以優(yōu)化樣品制備時間和表面質(zhì)量。
 

 氬離子拋光儀工作原理示意圖 

氬離子拋光儀
經(jīng)過氬離子拋光儀（離子研磨儀）處理后，使用掃描電鏡（SEM）觀測可以得到更為真實的樣品表面。

氬離子拋光的應(yīng)用案例

• 引線鍵合

結(jié)束前工序的每一個晶圓上，都連接著 500~1200 個芯片（也可稱作 Die）。為了將這些芯片用于所需之處，需要將晶圓切割（Dicing）成單獨的芯片后，再與外部進行連接、通電。此時，連接電線（電信號的傳輸路徑）的方法被稱為引線鍵合（Wire Bonding）。
 

引線鍵合是把金屬引線連接到焊盤上的一種方法，即把內(nèi)外部的芯片連接起來的一種技術(shù)。從結(jié)構(gòu)上看，金屬引線在芯片的焊盤（一次鍵合）和載體焊盤（二次鍵合）之間充當著橋梁的作用。因此，鍵合的質(zhì)量會直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量，通常會使用 SEM 進行觀測。

通過直接機械研磨后進行檢查無法觀測到鍵合質(zhì)量的好壞，經(jīng)過氬離子拋光（離子研磨）處理后可以清晰地看到鍵合的質(zhì)量。
 

機械研磨（無法觀測到鍵合質(zhì)量）
 

氬離子拋光后的樣品SEM圖像
 

氬離子拋光處理后可清晰地看到鍵合的質(zhì)量