EM TIC 3X进行离子束刻蚀简介

2022/09/02

 

在这篇文章中，您可以了解到如何通过使用EM TIC 3X离子束研磨仪的离子束蚀刻工艺来优化样品的制备质量。文中简介了EM TIC 3X仪器特性，以此解释如何灵活地将该设备应用于各类研究领域的样本制备工作中。本文将帮助读者了解离子束刻蚀工艺的基本原理，及其如何在各种应用中获得高分辨率的SEM图像。本文也将介绍EM TIC 3X三离子束系统的技术工作原理，以及这种独特方式如何助您顺利完成平面样本制备，获取表面质量优异的SEM和LM横截面。图中展示了， EM TIC 3X所制备出各种软硬样品的结果。

EM TIC 3X离子束研磨仪

EM TIC 3X是一种非聚焦离子束研磨设备，可用于制备截面和平面样品，用于扫描电子显微镜（SEM）、光学显微镜（LM）、微结构分析（EDS、WDS、Auger、EBSD）和原子力显微镜（AFM）研究中。该仪器配备了三离子束系统，可以在室温或低温下加工绝大多数材料，得到大面积表面。

 

EM TIC 3X是一个模块化系统，可以灵活搭配各种样品台，满足不同的应用需求：

• 标准样品台：制备各种不同尺寸、形状和材料的样品

• 冷冻样品台：防止对热敏感的样品因过热而损坏

• 多样品台：至少连续制备三个样品，无需用户干预，保证高水平的样本产量

• 旋转样品台：用于平面研磨或离子束刻蚀

图1 :EM TIC 3X离子束研磨仪

离子束蚀刻工艺

离子束蚀刻，又称离子束研磨或离子研磨，是一种为扫描电子显微镜（SEM）应用准备固态样本时最常用的蚀刻工艺。在蚀刻过程中，高能氩离子束会在高真空室中轰击样品。材料的顶层被高能离子去除，呈现出无缺陷的样品表面。离子能量和研磨角度根据不同的应用，可以进行相应的调整。EM TIC 3X也可以通过离子抛光工艺改善样品机械抛光表面质量。样本表面可通过离子研磨工艺进行清洁、抛光并提高其对比度。该技术可用于获得高分辨率的SEM图像，满足各种应用需求（如故障分析），进行表面灵敏分析（如EBSD）。

 

EM TIC 3X独特的三离子束系统工作原理

 

EM TIC 3X的三离子源由三把独立的可控鞍形场离子枪组成，离子能量在1到10keV之间可调。离子源中需要输入工作气体，最好是氩气。然后，向阳极上施加一个

 

高电压（1到10千伏），阴极和韦氏帽接地。由于阳极和阴极之间存在电场，工作气体将被电离（Ar+），等离子体被点燃。带正电的离子将被加速推向阴极，并产生电子，这种轰击会磨损阴极。带负电的电子将被加速推向阳极，与气体原子碰撞并产生离子。受阳极和韦氏帽之间的电场形状（马鞍场）影响，两组离子束将产生，并加速向两个阴极移动。其中一束被（盲）后侧阴极阻挡，而另一束将通过前侧阴极的出口射出，其离子的能量与加速电压相匹配。

图2：EM TIC 3X的三离子束系统

图3：离子源工作原理

通过离子束刻蚀制备横截面样品

制备扫描电子显微镜（SEM）的样品横截面时，使用一个边缘锋利的挡板遮盖样品，将50–100 µm样品材料暴露在挡板之上。三组离子束在挡板边缘的中心位置相交，轰击露出的部分并将其去除，以此制备一个高质量的样品横截面。该设备离子枪的研磨速度可达每小时300 μm（Si 10 kV, 3.5 mA, 100 μm）。这种独特的技术具备优秀的材料去除率，可制备面积大于4×1 mm的高质量样品横截面。

图4：EM TIC 3X制备横截面样品

离子束蚀刻制备平面样品

平面研磨（或离子束抛光）中使用的是旋转样品台。由于三组离子束聚焦一点，并且样本可进行横向移动，因此能够制备出直径大于25 mm的均匀、高质量的区域。

 

该制备工艺可用于清洁、抛光或增强机械或化学抛光表面的对比度，去除细小的划痕、研磨材料和涂抹伪影。

图5：EM TIC 3X进行离子束抛光

EM TIC 3X离子束研磨仪的抛光样本实例

 

钢材表面锌镀层：与钢材基底相比，锌镀层相对较软，在机械抛光时会嵌入杂质。离子研磨工艺是一种用于分析镀锌钢上锌层的厚度的技术手段。通过使用EM TIC 3X制备样品，可观察到一个干净的蚀刻表面。锌层没有伪影，晶粒结构以及界面层都清晰可见。

图6：EM TIC 3X制备的钢材表面锌镀层样品，蚀刻表面非常干净。

焊接点：带有焊接点的半导体结构是一种非常柔软的材料，较难通过传统的机械抛光工艺制备样品。离子束研磨是制备这种样品的首选方法。为了避免焊接点中的各个部件收缩，在离子研磨过程中，样品会受液氮保护保持低温。结果显示：样品表面光滑干净，焊接点中的结构细节易于识别。

图7：EM TIC 3X对焊接点进行离子束抛光。结果显示：表面光滑，结构细节易于识别。