氙等离子聚焦离子束 (PFIB) 技术比镓基聚焦离子束系统速度更快，效率也更高。许多研究半导体破碎的实验室现在更倾向于使用 PFIB。PFIB 可以轻松处理大量样品和复杂形状的样品。显然，业界正在改变其使用的技术选择。
故障分析是聚焦离子束市场的重要组成部分。
实验室正在从镓离子源转向氙等离子体源。
较新的资源有助于进行 3D NAND 和封装分析等工作。
这些变化表明，人们希望有更好、更值得信赖的半导体检测工具。
关键精华
氙气脉冲场离子束 (PFIB) 比镓离子束 (Ga-FIB) 速度更快、性能更佳。它适用于大型工件和硬质材料。使用单晶牺牲掩模配合 PFIB 可确保工件表面安全，并防止测试过程中产生额外痕迹。对于大型样品和高强度材料，工程师应选择 PFIB。Ga-FIB 最适合小型精细加工。PFIB 的自动化有助于实验室更快地完成工作，并减少人为错误，从而提高实验室的工作效率。标准化的操作流程有助于实验室获得一致的结果，从而增强人们对半导体分析的信任。
PFIB 与 Ga-FIB
速度与效率
在半导体失效分析中，速度和效率至关重要。氙等离子聚焦离子束 (PFIB) 技术的加工速度比镓基系统更快。这是因为氙 PFIB 具有更高的离子电流和溅射速率。实验室可以更快地完成大型加工任务，从而节省时间并提高工作效率。
下表列出了它们工作方式的主要区别：
特性 | 氙气PFIB | Ga-FIB |
|---|---|---|
离子电流 | 更低（纳安级） | |
溅射速率 | 更高 | 降低 |
研磨效率 | 大面积使用时需更高 | 中 |
材料去除效率 | 高电流下仍具有高效率 | 效率高，但低于氙离子束（Xe-FIB）。 |
许多实验室表示，对于大型加工任务，氙等离子聚焦离子束 (PFIB) 比镓离子束 (Ga-FIB) 效果更好。PFIB 在低电流下加工微小图案时也表现出色。这些改进有助于工程师更快地完成艰巨任务。
样本影响
在分析过程中，保护样品安全至关重要。镓离子束（Ga-FIB）系统难以处理较大或较厚的样品，只能处理少量材料。氙离子束（Xenon-PFIB）系统可以处理更大的样品，并降低样品损坏的风险。
提示：氙气 PFIB 可以更轻松地制备用于 3D 断层扫描、SEM 和 TEM 的样品，从而降低出错的风险。
下表展示了氙气PFIB如何解决镓离子束（Ga-FIB）的问题：
Ga-FIB的局限性 | 氙气PFIB的优势 |
|---|---|
有限的物料搬运 | 能够处理更大体积的物料 |
对难加工材料研磨效率低下 | |
基本样品制备能力 | 改进的样品制备方法，适用于三维断层扫描、扫描电镜和透射电镜 |
工程师在使用氙气PFIB时，发现错误更少，表面质量更好。这意味着结果更值得信赖。
材料相容性
材料兼容性是选择合适工具的关键因素。镓离子束 (Ga-FIB) 适用于许多常见材料，但难以加工硬质金属和复杂形状。氙等离子聚焦离子束 (PFIB) 技术可以加工更多类型的材料，例如钨、镍和钢。这使得 PFIB 成为新型半导体器件和封装的更佳选择。
PFIB 可以铣削大面积的铝合金，这是透射电子显微镜 (TEM) 样品所必需的。
Ga-FIB 对于这些棘手的任务效果并不理想。
使用像PFIB这样的新型设备的工程师可以利用更多材料，而且速度更快。这项技术有助于采用最新的方法来制造和检测半导体。
氙等离子聚焦离子束（PFIB）技术
高电流收益
氙等离子聚焦离子束 (PFIB) 技术之所以特殊，是因为它使用的离子束电流远高于镓系统。这种高电流有助于工程师快速去除材料，从而加快样品制备速度。在半导体实验室中，节省时间至关重要。高电流意味着更少的等待时间和更多的工作效率。
下表显示了氙气PFIB和镓气PFIB系统在高电流运行方面的差异：
方面 | 高电流运行（Xe+） | 镓 LMIS (Ga+) |
|---|---|---|
最大离子束电流 | 2500毫安 | 65毫安 |
溅射产额 | 由于原子量和原子尺寸较大，因此数值较高。 | 由于原子量较小，因此数值较低。 |
离子注入深度 | 减少 | 预订量显著增长, |
氙PFIB的离子束电流可达2500 nA ，而镓系统仅为65 nA。这使得氙PFIB能够更快地铣削样品。氙的原子量更大，溅射产率也更高，这有助于去除硬质材料。更小的离子注入深度使样品表面更清洁、更精确，便于检测。
注意：氙气 PFIB 技术中的高电流有助于实验室完成紧急项目并轻松处理大型样品。
大面积铣削
氙等离子聚焦离子束 (PFIB) 技术的另一大优势在于其大面积铣削能力。工程师经常需要对半导体的大面积区域进行加工，以便进行检测。镓离子束适用于精细的小尺寸加工，但在大面积铣削方面则存在不足。在高电流下，镓离子束容易失焦，加工效果不佳。
下面简单看一下这些差异：
氙气PFIB铣削速度更快，覆盖面积更大。
镓系统在去除更多材料时速度会减慢。
即使在高电流下，氙气PFIB也能保持其光束质量。
下表总结了这些差异：
技术 | 铣削速度 | 溅射速率 | 结构破坏 |
|---|---|---|---|
氙气PFIB | 更快 | 更高 | 稍微多一点 |
Ga-FIB | 比较慢 | 降低 | 类似 |
工程师选择氙气脉冲场束铣削（Xenon PFIB）进行大面积铣削，因为它既省时又能提供稳定的加工结果。这对于需要宽广、洁净横截面进行检测的新型半导体器件尤为重要。
PFIB优化
光圈和镜头设置
工程师需要仔细调整光圈和镜头设置，以确保氙等离子聚焦离子束 (PFIB) 发挥最佳性能。光圈会改变离子束的尺寸和形状。如果光圈老化，铣削质量会下降。定期检查和更换光圈可以保持光束锐利，并确保加工结果稳定。
调节聚光镜电压也至关重要。改变电压有助于更好地聚焦离子束，从而使图像更清晰并保护样品免受损伤。使用物镜过焦可以获得光滑的铣削表面，这对于较大或较厚的样品尤为重要。这些步骤确保每个样品都能得到同样的妥善处理。
提示：请经常检查光圈和镜头对准情况。这可以防止突发故障，并延长工具的使用寿命。
光束控制
束流控制是高质量脉冲场离子束（PFIB）加工的关键。操作人员使用低能离子束抛光来获得薄而高质量的薄片。这一步骤可以使表面更光滑，并确保样品安全。下表说明了其重要性：
练习 | 成果 |
|---|---|
低能离子束抛光 | 需要薄而高质量的片层 |
多维样品控制有助于更快地完成高难度工作。通过以不同方式移动样品，工程师可以触及难以到达的区域。下表展示了这一优势：
技术 | 好处 |
|---|---|
多维样本控制 | 加快工作速度，简化任务。 |
为了确保PFIB正常运行，工程师应该：
最后抛光时使用低功率设置。
启动前请检查光束对准情况。
保持载物台清洁稳定。
这些技巧可以帮助实验室充分利用 PFIB，每次都能获得良好的结果。
单晶牺牲掩模（SCSM）
SCSM流程
工程师使用单晶牺牲掩模（SCSM）来保护脆弱的半导体表面在离子束铣削过程中免受损伤。首先，他们在需要保护的区域覆盖一层薄薄的单晶材料，例如硅。这层掩模就像一个屏蔽罩，可以抵御来自脉冲场离子束（PFIB）系统的强离子束。
操作人员选择与样品相匹配的掩模材料。他们小心翼翼地调整掩模位置，使其覆盖所需区域。脉冲场离子束（PFIB）穿过掩模，最终到达下方的样品。掩模吸收了大部分离子能量，因此器件受到的损伤较小。
SCSM工艺流程如下：1. 选择单晶掩模材料。2. 将掩模放置在样品上并对准位置。3. 使用脉冲场离子束（PFIB）铣削掩模。4 .铣削完成后取下掩模。
提示：工程师经常使用硅胶掩模，因为它们与样品相似，有助于防止污染。
减少伪影
SCSM方法的一大优势在于产生的伪影更少。伪影是指在研磨过程中样品表面出现的不必要的痕迹或变化。这些痕迹会增加样品研究的难度。SCSM吸收了大部分离子能量，因此表面损伤的可能性更小。
下表展示了SCSM如何帮助处理工件：
没有 SCSM 的问题 | 使用 SCSM 的解决方案 |
|---|---|
表面粗糙度 | 更光滑的样品表面 |
离子注入 | 离子渗透性降低 |
污染检测 | 降低污染风险 |
研究人员使用单层扫描扫描显微镜（SCSM）可以获得更清晰的图像和更好的结果。掩模能够保持样品表面光滑洁净，这使得在半导体器件中发现问题和特征变得更加容易。
使用SCSM可以改进故障分析，并帮助工程师更快地发现问题。
结果与比较
速度提升
许多实验室表示，采用SCSM技术的氙气脉冲场离子束（PFIB）比镓离子束（Ga-FIB）速度更快。工程师经常需要准备大型样品或加工硬质材料。PFIB系统可以更快地去除材料。这种速度优势有助于实验室在更短的时间内完成更多工作。
使用镓离子束 (Ga-FIB) 进行横截面分析通常需要数小时。而采用同步扫描微流控技术 (SCSM) 的脉冲场离子束 (PFIB) 可以将时间缩短一半以上。例如，工程师们使用 PFIB 在不到一小时内就完成了大型铣削作业。而同样的作业，使用 Ga-FIB 则可能需要长达三个小时。节省下来的时间使团队每天能够检查更多设备。
⏱️提示：铣削速度越快，加工质量并不一定越差。PFIB即使在高速运转时也能保持精度。
表面质量
表面质量在失效分析中至关重要。工程师需要光滑洁净的表面以获得良好的成像效果。研究表明，Ga-FIB 和 Xe+PFIB都能制备出适用于透射电子显微镜 (TEM) 的样品，且缺陷差异不大。但采用 SCSM 技术的 Xe+PFIB 能获得更佳的表面光洁度。
即使在高离子电流下，PFIB 样品上的孔洞更少，几乎没有 FIB 引起的痕迹。这意味着表面保持光滑，不会产生不必要的痕迹。更少的缺陷有助于使图像更清晰，分析结果更可靠。
付款方式 | 表面粗糙度 | 缺陷密度 | FIB 引起的伪影 |
|---|---|---|---|
Ga-FIB | 中 | 中 | 有时出现 |
Xe+PFIB + SCSM | 降低 | 降低 | 很少出现 |
工程师们信赖 PFIB 与 SCSM 相结合的平滑表面处理技术。这种方法能帮助他们发现传统工具可能遗漏的细微问题和特征。
实际影响
工具选择
工程师需要为每项工作选择合适的工具。氙气脉冲场离子束（Xenon PFIB）速度快，可以处理大型样品。镓离子束（Ga-FIB）则适用于小型精细加工。实验室在选择工具时会考虑材料、面积大小以及所需结果的速度。
一份清单可以帮助团队选择最佳工具：
PFIB非常适合大面积和坚硬材料。
Ga-FIB最适合精细、微小的作业。
PFIB更适合紧急工作，速度更快。
Ga-FIB对薄而小的样品能取得很好的效果。
你选择的工具会影响你的工作方式和最终结果。使用PFIB 的团队会发现不必要的痕迹更少，表面更平滑，尤其是在使用SCSM时。这意味着更好的数据和更快的响应速度。
工作流程整合
将PFIB技术应用于实验室工作可带来显著优势。实验室能够在更短的时间内完成更多样品的处理。PFIB系统具备自动化功能，有助于确保样品安全并减少人为错误。该技术还有助于制备用于透射电镜(TEM)和纳米探针分析的样品。
下表列出了重要功能及其优点：
特性 | 好处 |
|---|---|
更快的大面积分析 | 让实验室快速检测更多样本 |
自动无损分层 | 检查过程中确保样品安全 |
先进的自动化TEM薄片制备 | 使样品制备更轻松快捷 |
PFIB超薄化技术非常适用于纳米探测。它能够制备出洁净光滑的表面，这对于 5 纳米节点的器件至关重要。使用PFIB 技术的实验室可以进行全面的材料和化学检测。这有助于实验室改进失效分析并提高工作效率。
提示：团队应培训员工使用PFIB系统，以最大限度地发挥这些优势。
未来发展方向
省时提效
自动化正在改变工程师研究破损半导体的方式。PFIB 系统如今具备智能功能，这些功能有助于工程师更快、更准确地完成工作。Thermo Scientific Helios 5+ PFIB-SEM 是一款广受欢迎的系统，其分析大面积区域的速度可提升至传统系统的四倍。工程师利用其自动化工具，可以更轻松地准备样品。此外，该系统还支持无损剥离，从而确保样品安全。
蔡司利用人工智能技术提升了三维X射线成像性能。他们新推出的Crossbeam激光器，被称为“包装FIB”，能够帮助工程师更轻松地研究复杂的包装结构。这些工具使工作流程更加顺畅，并降低了出错的概率。
注：自动化PFIB系统可帮助实验室每天检测更多样本。工程师无需再重复执行相同任务，从而可以更专注于解决问题。
自动化带来诸多好处：
样品制备速度更快
不同的人得到的结果都一样
样品不太容易受损。
包分析更容易、更好
标准化
标准化有助于实验室获得可靠的结果。工程师在进行 PFIB 和 Ga-FIB 分析时会遵循特定的步骤。这些步骤包括校准程序、样品处理方法以及报告撰写方式。标准化确保不同实验室的结果一致且可信。
行业组织现在制定了通用的失效分析规则。这些规则涵盖了工具设置、样品制备和数据解读等内容。遵循这些规则的实验室出错率更低，数据质量也更高。
标准化区域 | 好处 |
|---|---|
校准程序 | 测量结果更加准确 |
样品处理 | 污染几率较低 |
报告格式 | 数据更容易比较。 |
提示：实验室应在新技术出现时调整操作步骤。紧跟标准有助于团队取得最佳成果。
自动化和标准化帮助工程师们跟上新设备及其制造工艺的步伐。这些进步有助于实验室更好地开展工作，并适应行业的变化。
对印刷电路板和电子制造的影响
复杂组件的增强型失效分析
工程师在检查多层PCB和密集组件时常常面临挑战。PFIB通过精确切割复杂形状来解决这个问题。SCSM则能在检查过程中保护脆弱的表面。这些工具使工程师能够检查更深的层和微小的零件，而不会造成额外的损坏。团队可以更轻松地发现焊点、过孔和隐藏零件中的问题。这种细致的工作有助于他们更快地解决问题，并最终减少错误。
注： PFIB 和 SCSM 有助于发现新电路板中隐藏的问题。
提高吞吐量和产量
制造商希望更快地生产更多产品并减少浪费。PFIB 可以快速去除材料，从而更快地获得样品。SCSM 可以保持表面清洁，从而获得更好的结果。同时使用这两种工具可以让团队每天检查更多样品。他们还可以及早发现问题，从而有助于生产更多合格产品。
下表显示了 PFIB 和 SCSM 如何帮助提高速度和质量：
描述 | |
|---|---|
更快的材料去除率 | 更快的材料加工速度 |
增强了对更大区域的能力 | 更全面的缺陷检测 |
在制造业中的广泛应用 | 生产效率和效益更高 |
制造商发现产品缺陷率降低，产品质量提高。这些变化有助于公司节省成本，并生产出更好的产品。
实现先进封装和小型化
现代电子产品采用新型封装和更小的元件。PFIB 技术通过切割堆叠层来辅助 3D 设计。SCSM 技术则能保持表面光滑，这对于微小细节的实现至关重要。这些工具帮助工程师探索新的制造方式，例如芯片组和系统级封装 (SiP)。团队可以检查以前难以触及的连接点和位置。随着器件尺寸的缩小，PFIB 和 SCSM 技术有助于故障分析跟上新的发展趋势。
工程师使用 PFIB 和 SCSM 来帮助制造更好的电子产品。
PFIB 和 SCSM 在检测破损半导体方面具有很大的优势。
PFIB 能快速去除材料，并且能够处理坚硬的材料。
SCSM 可保护表面并改善样品质量。
PFIB帮助工程师仔细观察微小零件。
Xe+pFIB 系统切割效果更好，污染更少，尤其适用于铝材加工。
对于体积大、硬度高的样品，工程师应该选择脉冲场离子束（PFIB）。镓离子束（Ga-FIB）则适用于体积小、需要精细加工的样品。随着自动化、人工智能和离子源等新技术的出现，市场正在发生变化。这些新工具能够助力纳米技术、生物医学研究和量子计算的发展。了解这些最新进展有助于团队提升工作效率，并为应对新的挑战做好准备。
常见问题解答
氙气脉冲场束加工（Xenon PFIB）和镓离子束加工（Ga-FIB）的主要区别是什么？
氙脉冲场离子束 (PFIB) 利用等离子体产生更高的离子电流。镓脉冲场离子束 (Ga-FIB) 使用液态金属产生较低的离子电流。PFIB 加工速度更快，可加工更大的样品。Ga-FIB 最适合小型精细加工。
为什么工程师要使用单晶牺牲掩模（SCSM）？
工程师使用SCSM（表面保护掩模）来保护离子束铣削过程中易损表面的安全。该掩模吸收了大部分离子能量，有助于防止损伤并保持表面清洁。
PFIB 会损坏敏感的半导体器件吗？
如果电流过大，脉冲场离子束（PFIB）可能会使表面粗糙。工程师使用扫描电镜（SCSM）和低能抛光来降低这种风险。精心设置有助于保护样品。
哪种工具更适合高级包装分析？
PFIB 更适用于先进封装。它可以快速切割堆叠层和硬质材料。SCSM 有助于保持表面光滑，以便工程师检查细节。
PFIB如何提高制造良率？
PFIB 帮助企业快速发现并解决问题。这意味着他们能够获得更多优质产品和更高质量的产品。
