半导体封装样品制备进阶玩法
Microbump、TSV中的缺陷往往深埋在样品内部，使用传统的去封装、机械研磨抛光的方法固然可以加工出截面并暴露出缺陷结构，但是也有效率低、加工精度差、制样过程易引入新的缺陷等局限性。
蔡司激光双束电镜LaserFIB帮助用户更好地解决这个难题。
1、高效率
激光刻蚀对硅的切削效率比Ga FIB快5000倍以上，比Xe离子PFIB快近1000倍，且对不同材料都有很高的加工效率。
因此它非常适合用于对先进封装样品进行毫米尺度的截面制备，可以做到在十分钟内就能把表面以下数百微米甚至数毫米的结构暴露出来。
2、高精度
在制备出大尺寸的截面以后，还需要对目标区域进行局部的精细抛光，这时候就必须用到聚焦离子束FIB。在小束流条件下，Ga FIB比Xe PFIB的束斑更小，加工精度更高。此外Ga FIB可以在更小的加速电压下工作，最低可达500V，比起PFIB的2kV对样品的损伤也更小。
蔡司激光双束电镜LaserFIB很好地结合了飞秒激光和Ga FIB的优势，既能实现精细准确的加工，也能胜任超大尺寸样品制备的工作，满足了对先进封装样品失效分析高效率和高成功率的要求，同时也能用于裸晶样品的截面或TEM样品制备。
3、集成式的激光架构
既然激光刻蚀有这些优点，那么我们使用一台独立的激光刻蚀机搭配一台传统的Ga FIB或PFIB不就可以满足应用需求了吗？答案是不一定，这种方案的最大难点在于准确定义激光的加工区域。
独立的外置激光刻蚀机主要使用光学相机实现定位，精度非常有限。蔡司激光双束电镜LaserFIB是把飞秒激光集成在FIB系统里，因此可以通过SEM的高分辨图像来完成定位，精度可达2um以内。
而且激光加工的仓室独立于FIB仓室，不必担心加工过程中去除的大量材料对FIB仓室和电子光学系统的污染。
左：独立外置激光的架构；右：蔡司集成式飞秒激光的架构
案例
PoP封装中的microbump
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上图是一个智能手机中集成了一个CPU和存储芯片的PoP封装，中图分别是3D X射线显微镜虚拟截面的图像（左）和对这一区域使用飞秒激光切割后的SEM图像（右），可以看到一一对应的相似结构，证明了激光加工定位的准确性。
下图是使用100nA Ga FIB对其中一个microbump抛光之后的截面细节。其中激光刻蚀花费5分钟，FIB抛光花费15分钟。
2、OLED面板
手机显示屏中存在多种不同材料的膜层结构，也是常规失效分析及截面制备的难点，尤其是当膜层中存在银等容易与空气中氧气或水蒸气发生氧化反应的材料时，需要保证样品制备到成像的过程都在真空环境中。
上图是手机OLED屏幕的局部进行激光刻蚀后的俯视图，中图和下图分别是截面整体和局部的SEM图像，成功切到了一个6.5um直径的颗粒物缺陷。其中激光刻蚀花费10分钟，65nA FIB抛光花费20分钟。
3、Cu pillar microbump
在这个例子中感兴趣区域位于样品表面860um以下，我们通过29分钟的激光刻蚀和22分钟的FIB抛光把目标microbump的截面暴露出来，并用背散射电子成像对截面结构和材料进行分析。
总结
1.飞秒激光在大尺寸截面的制备效率上远高于PFIB和Ga FIB，在芯片封装、面板、化合物半导体和MEMS等领域可以做到提升10倍以上的制样效率。
2. 蔡司LaserFIB通过SEM图像定位激光加工区域，也可以与3D X射线显微镜联用，实现从对缺陷的无损分析到截面制备和成像表征的完整流程。高精度的定位方法大大减少了FIB抛光时间。
3. LaserFIB中使用的是Ga FIB，更小的束斑尺寸和更低的工作电压保证了精细切割和抛光的能力。
4. 独立的激光加工仓避免了加工过程中汽化的材料污染FIB仓室和电子光学部件。
5. 飞秒激光的超短脉冲时间极大减少了样品的热损伤。
转自：蔡司显微镜公众号
