High-Resolution Xe-Plasma-FIB

Erweiterte Patterning-Fähigkeiten


Bis vor einiger Zeit war die Auflösung von Plasma-FIB auf 25 nm limitiert. Das schränkte ihren Einsatz bei hochpräzisen Applikationen ein. TESCAN hat seine Xenon-Plasma-FIB nun durch Erhöhung der Helligkeit (bzw. Stromdichte) der Quelle weiterentwickelt. Damit wurde eine weitere, hochauflösende Xe-Plasma-FIB-Säule geschaffen, die eine Auflösung von besser als 15 nm erreicht. Diese Innovation macht das Xe-Plasma-FIB vielseitig verwendbar und weitet die Einsatzmöglichkeiten auf traditionelle Ga-FIB-Applikationen aus. Durch diese High-Resolution Xe-Plasma-FIB-Säule (HR i-FIB) können großräumige Materialabträge bzw. Milling-Aufgaben bei einem Strahlstrom von bis zu 1 µA in unschlagbar kurzer Zeit durchgeführt, andererseits aber auch höchste Präzision durch den kleinen Strahldurchmesser erreicht werden. Dies ist eine signifikante Verbesserung des Standes der Technik.   

Mit dieser Weiterentwicklung bietet TESCAN nun zwei Xenon-Plasma-FIB-Säulen zur Auswahl an. Je nach den spezifischen Anforderungen empfiehlt sich die i-FIB- oder HR i-FIB-Säule. Beide bieten konkrete Lösungen für die Überwindung von Volumenbeschränkungen beim FIB Abtrag (Milling). Die Milling-Geschwindigkeit liegt im Vergleich zu Ga-FIB bis zu 50fach höher. Dadurch erreicht man eine schnelle und mühelose Probenpräparation und Analyse von mehr als 100 x 100 x 100 µm.
  • Mit der i-FIB-Säule maximieren Sie die Produktivität und den Durchsatz im Labor. Großräumige Milling-Aufgaben* können durch den maximalen Strahlstrom von 2 µA in sehr kurzer Zeit erledigt werden.
  • Mit der HR i-FIB-Säule profitieren Sie von einem kraftvollen und doch scharfen Ionenstrahl. So werden Sie nicht nur in die Lage versetzt, großräumige Milling-Aufgaben* mit besserer Auflösung auszuführen, sondern können auch strukturempfindliche Nanoengineering-Anwendungen bei niedrigem bis sehr niedrigem Ionenstrahlstrom mit geringem Strahldurchmesser bewältigen.

Highlights

  • Große Bandbreite des Ionenstrahlstroms:
    • Hohe Ströme für großvolumige Materialabträge
    • Mittlere Ströme für großflächige Querschliff-Polituren (Cross-Sections) und großvolumige FIB-Tomographien
    • Niedrige Ströme für TEM-Lamellenpolitur, Schichtabtrag, TOF-SIMS
    • Sehr niedrige Ströme für sehr feine Polituren, Nanopatterning und hochauflösende Ionenabbildung
  • Schwere Xenon-Ionen mit einem erweiterten Bereich von Ionenströmen für ultraschnellen Abtrag, selbst ohne Unterstützung von Prozessgasen
  • Signifikante Reduzierung der Oberflächenamorphisierung und Ionenimplantation im Vergleich zu Ga-LMIS- FIB
  • Xe-Inertgas-Atome (im Gegensatz zu Ga-Ionen) erhöhen nicht die Leitfähigkeit des Materials in der Nähe der bearbeiteten Oberfläche
  • Während des FIB-Millings entstehen keine intermetallischen Bindungen


 
Ionensäule HR i-FIB i-FIB
Ion Gun ECR-generierte Xe-Plasma-Ionenquelle
Beschleunigungsspannung 3 kV bis 30 kV
Strahlstrom 1 pA bis 1 µA 1 pA bis 2 µA
Auflösung (bei 30 keV) < 15 nm < 25 nm
Vergrößerung Minimal 150fach am Koinzidenzpunkt und 10 kV (entsprechend zu 1 mm Blickfeld), maximal 1.000.000 fach
REM-FIB Koinzidenzpunkt WD 9 mm (FERA3) / WD 5 mm (XEIA3) für REM – WD 12 mm für FIB
REM-FIB Winkel 55°

Die TESCAN FERA3 und XEIA3 Xe-Plasma-FIB-Systeme können genau auf Ihre speziellen Bedürfnisse für Micro- und Nanoenineering von Proben hin konfiguriert werden. Dazu gehört nun auch die Wahl zwischen der Xe-Plasma-FIB (i-FIB) und der hochauflösenden Xe-Plasma-FIB (HR i-FIB) Ionensäule.

* Als Beispiel erfordert die Routine-Analyse eines Leiterbahnfehlers an TSVs normalerweise den Abtrag von mehr als 100 x 100 x 100 µm Material auf dem Si Wafer, um an die zu untersuchende Stelle zu gelangen. Der Abtrag eines solchen Volumens an Si benötigt mit dem Gallium-FIB bei einem Strahlstrom von 50 nA etwa 19 Stunden. Mit einem Xe-Plasma-FIB bei 1µA (Maximum der HR i-FIB-Säule) werden hingegen nur 36 Minuten benötigt, bei 2 µA (Maximum der i-FIB-Säule) sogar nur überragende 18 Minuten.
 

Applikationssbeispiele

Abb. 1. Elektrische Eigenschaften von superleitenden YBCO Nano-Verengungen wurden durch Vier-Punkt Widerstandsmessungen untersucht. Die Kontaktflächen wurden durch optische Lithographie auf einem 100 nm dicken YBCO Layer erzeugt. Das High-Resolution Xe-Plasma-FIB wurde dazu genutzt, die 5 µm breite Verengung (mit Pfeil markiert) auf eine Breite von weniger als 50 nm zu reduzieren. (a) Überblick (WIDE FIELD Modus) über den Vierer-Kontakt, der modifiziert werden soll (b) Nano-Verengungen die reduziert werden sollen (c) Draufsicht zeigt die erzielte Breite von < 50 nm. Mit freundlicher Genehmigung des Institute of Electrical Engineering, Slovak Academy of Sciences, Department of Microelectronics and Sensors
Abb. 2. Querschliff einzeiliger Schnitte in verschiedenen Tiefelagen, bestimmt in einer CrN-Lage durch das neue High-Resolution Xe-Plasma HR i-FIB bei 1 pA. Die Ergebnisse kleinmaßstäblicher Bruchzähigkeitsmessungen wurden durch Xe-Plasma-FIB-Kerbung von CrN-Trägern erzielt; James P. Best, et al., Scripta Materialia 112 (2016), 71
Abb. 2. Querschliff einzeiliger Schnitte in verschiedenen Tiefelagen, bestimmt in einer CrN-Lage durch das neue High-Resolution Xe-Plasma HR i-FIB bei 1 pA. Die Ergebnisse kleinmaßstäblicher Bruchzähigkeitsmessungen wurden durch Xe-Plasma-FIB-Kerbung von CrN-Trägern erzielt; James P. Best, et al., Scripta Materialia 112 (2016), 71
Abb. 3. High-Resolution Xe-Plasma-FIB induzierte Pt-Ablagerung für unterschiedliche Verweilzeiten (von oben nach unten abnehmend)
Abb. 3. High-Resolution Xe-Plasma-FIB induzierte Pt-Ablagerung für unterschiedliche Verweilzeiten (von oben nach unten abnehmend)
Abb. 4. TEM-Lamelle, bearbeitet mit High-Resolution Xe-Plasma-FIB
Abb. 4. TEM-Lamelle, bearbeitet mit High-Resolution Xe-Plasma-FIB