氙等離子體聚焦離子束 (PFIB) 技術比基於鎵的聚焦離子束系統運行速度更快，效率也更高。許多研究破損半導體的實驗室現在更喜歡 PFIB。 PFIB 可以輕鬆處理大量且複雜的形狀。業界顯然正在改變其慣用方法：
故障分析是聚焦離子束市場的重要組成部分。
實驗室正在從鎵離子源轉換為氙等離子體源。
較新的資源有助於 3D NAND 和封裝分析等。
這些變化顯示人們想要更好、更可靠的半導體檢查工具。
關鍵要點
氙氣脈衝場離子束 (PFIB) 比鎵離子束 (Ga-FIB) 更快、性能更佳。它適用於大型工件和硬質材料。使用單晶犧牲光罩配合 PFIB 可確保工件表面安全，並防止測試過程中產生額外痕跡。對於大型樣品和高強度材料，工程師應選擇 PFIB。 Ga-FIB 最適合小型精細加工。 PFIB 的自動化有助於實驗室更快完成工作，並減少人為錯誤，從而提高實驗室的工作效率。標準化的操作流程有助於實驗室獲得一致的結果，從而增強人們對半導體分析的信任。
PFIB 與 Ga-FIB
速度與效率
在半導體故障分析中，速度和效率至關重要。氙氣等離子體聚焦離子束 (PFIB) 技術比鎵基系統銑削速度更快。這是因為氙氣 PFIB 具有更高的離子電流和濺鍍速率。實驗室可以更快地完成大型工作，從而節省時間並幫助他們完成更多工作。
下表顯示了它們工作方式的主要區別：
獨特之處 | 氙氣PFIB | 鎵聚焦離子束 |
|---|---|---|
離子電流 | 較低（納安） | |
濺鍍速率 | 更高 | 降低 |
銑削效率 | 大面積區域較高 | 中度 |
材料去除效率 | 高電流下高效率 | 效率高但低於 Xe-FIB |
許多實驗室表示，氙氣等離子體聚焦離子束 (PFIB) 在大型加工中比 Ga-FIB 效果更好。 PFIB 在低電流條件下也能很好地處理微小圖案。這些升級有助於工程師更快完成高難度任務。
樣本影響
在分析過程中，確保樣品安全至關重要。 Ga-FIB 系統難以處理較大或較厚的樣品。它們只能處理少量材料。氙氣 PFIB 系統可以處理更大的樣品，並降低損壞的可能性。
提示：氙氣 PFIB 可以更輕鬆地製備用於 3D 斷層掃描、SEM 和 TEM 的樣品，從而降低出錯的風險。
下表顯示了 Xenon PFIB 如何修復 Ga-FIB 問題：
Ga-FIB的局限性 | 氙氣PFIB的優勢 |
|---|---|
有限的材料量處理 | 可以處理大量材料 |
難加工材料的低效率銑削 | |
基本樣品製備能力 | 增強 3D 斷層掃描、SEM 和 TEM 的樣品製備 |
使用氙氣 PFIB 後，工程師可以減少錯誤，獲得更優質的表面效果。這意味著結果更加可靠。
材料相容性
材料相容性是選擇合適工具的關鍵因素。鎵離子束 (Ga-FIB) 適用於許多常見材料，但難以加工硬質金屬和複雜形狀。氙等離子聚焦離子束 (PFIB) 技術可以處理更多類型的材料，例如鎢、鎳和鋼。這使得 PFIB 成為新型半導體裝置和封裝的更佳選擇。
PFIB 可以銑削大面積的鋁合金，這是透射電子顯微鏡 (TEM) 樣品所需要的。
Ga-FIB 不太適合這些艱鉅的任務。
使用諸如PFIB之類的新設備的工程師能夠處理更多材料，而且速度更快。這項技術有助於開發製造和檢測半導體的最新方法。
氙等離子聚焦離子束（PFIB）技術
高電流效益
氙等離子聚焦離子束 (PFIB) 技術的特別之處在於它使用的離子束電流比鎵系統高得多。這種高電流有助於工程師快速去除材料，從而加快樣品製備速度。在半導體實驗室中，節省時間至關重要。高電流意味著更少的等待時間，從而完成更多的工作。
下表顯示了氙氣 PFIB 和鎵系統的高電流操作有何不同：
方面 | 高電流操作（Xe+） | 鎵 LMIS (Ga+) |
|---|---|---|
最大離子束電流 | 2500毫安 | 65毫安 |
濺鍍產量 | 由於原子量和尺寸較大，因此更高 | 由於原子量較小，因此較低 |
離子注入深度 | 減少 | 增加 |
氙PFIB的離子束電流可達2500 nA ，而鎵系統僅65 nA。這使得氙PFIB能夠更快地銑削樣品。氙的原子量更大，濺鍍產率也更高，這有助於去除硬質材料。更小的離子注入深度使樣品表面更乾淨、更精確，以便於檢測。
注意：氙氣 PFIB 技術中的高電流有助於實驗室完成緊急專案並輕鬆處理大型樣品。
大面積銑削
氙等離子聚焦離子束 (PFIB) 技術的另一大優勢在於其大面積銑削能力。工程師經常需要對半導體的大面積區域進行加工，以便進行檢測。鎵離子束適用於精細的小尺寸加工，但在大面積銑削方面則存在不足。在高電流下，鎵離子束容易失焦，加工效果不佳。
下面簡單看一下這些差異：
Xenon PFIB 銑削速度較快，覆蓋面積較大。
當去除更多材料時，鎵系統的速度會變慢。
氙氣 PFIB 即使在高電流下也能保持其光束品質。
下表總結了這些差異：
科技 | 銑削速度 | 濺鍍速率 | 結構破壞 |
|---|---|---|---|
氙氣PFIB | 更快 | 更高 | 稍微多一點 |
鎵聚焦離子束 | 慢點 | 降低 | 類似 |
工程師選擇氙氣 PFIB 進行大面積銑削，因為它節省時間且結果穩定。這對於需要寬闊、乾淨的橫截面進行檢查的新型半導體裝置非常有幫助。
PFIB優化
光圈和鏡頭設置
工程師需要仔細調整光圈和透鏡的設定。這有助於氙氣等離子體聚焦離子束 (PFIB) 發揮最佳性能。光圈會改變離子束的大小和形狀。如果光圈老化，銑削品質就會下降。定期檢查和更換光圈可以保持離子束的銳利度和穩定的加工結果。
調節聚光透鏡電壓也很重要。調節電壓有助於更好地聚焦離子束，使影像更清晰，並保護樣品免受損傷。使用物鏡過焦可以使銑削表面更光滑，這對於較大或較厚的樣品很有幫助。這些步驟確保每個樣品都能得到同樣優質的處理。
提示：請經常檢查光圈和鏡頭對準情況。這可以防止突發故障，並延長工具的使用壽命。
光束控制
束流控制是高品質脈衝場離子束（PFIB）加工的關鍵。操作人員使用低能量離子束拋光來獲得薄而高品質的薄片。這一步可以使表面更光滑，並確保樣品安全。下表說明了其重要性：
練習 | 結果 |
|---|---|
低能量離子束拋光 | 需要薄而高品質的薄片 |
多維樣品控制有助於更快地完成棘手的工作。透過以不同的方式移動樣品，工程師可以觸及棘手的部位。下表顯示了這一優勢：
技術 | 好處 |
|---|---|
多維標本控制 | 加快工作速度，簡化任務 |
為了保證 PFIB 正常運行，工程師應該：
最後的拋光使用低能量設定。
啟動前檢查光束對準。
保持標本台清潔、穩定。
這些技巧可以幫助實驗室充分利用 PFIB，每次都能獲得良好的結果。
單晶犧牲掩模（SCSM）
SCSM 流程
工程師使用單晶犧牲掩模（SCSM）來保護脆弱的半導體表面在離子束銑削過程中免受損傷。首先，他們在需要保護的區域覆蓋一層薄薄的單晶材料，例如矽。這層掩模就像一個屏蔽罩，可以抵禦來自脈衝場離子束（PFIB）系統的強離子束。
操作人員選擇與樣品相符的遮罩材料。他們小心翼翼地調整掩模位置，使其覆蓋所需區域。脈衝場離子束（PFIB）穿過掩模，最終到達下方的樣品。掩模吸收了大部分離子能量，因此裝置受到的損傷較小。
SCSM製程如下：1. 選擇單晶遮罩材料。 2. 將掩模放置在樣品上並對準位置。 3. 使用脈衝場離子束（PFIB）銑削掩模。 4 .銑削完成後取下掩模。
提示：工程師經常使用矽膠掩模，因為它們與樣品相似，有助於防止污染。
減少偽影
SCSM方法的一大優勢在於產生的偽影更少。偽影是指在研磨過程中樣品表面出現的不必要的痕跡或變化。這些痕跡會增加樣品研究的難度。 SCSM吸收了大部分離子能量，因此表面損傷的可能性較小。
下表展示了SCSM如何幫助處理工件：
沒有 SCSM 的問題 | SCSM 解決方案 |
|---|---|
表面粗糙度 | 更光滑的樣品表面 |
離子注入 | 離子滲透較少 |
污染 | 降低污染風險 |
研究人員使用單層掃描掃描顯微鏡（SCSM）可以獲得更清晰的影像和更好的結果。掩模能夠保持樣品表面光滑潔淨，這使得在半導體裝置中發現問題和特徵變得更加容易。
使用SCSM可以改進故障分析，並幫助工程師更快發現問題。
結果與比較
速度提升
許多實驗室表示，配備 SCSM 的氙氣 PFIB 比 Ga-FIB 工作速度更快。工程師經常需要準備大樣本或處理堅硬材料。 PFIB 系統可以更快地去除材料。這種速度有助於實驗室在更短的時間內完成更多工作。
使用 Ga-FIB 進行橫斷面分析通常需要數小時。而配備 SCSM 的 PFIB 可以將時間縮短一半以上。例如，工程師使用 PFIB 不到一小時就能完成大型銑削作業。而使用 Ga-FIB 完成同樣的作業可能需要長達三小時。節省時間可以讓團隊每天檢查更多設備。
⏱️提示：銑削速度越快，加工品質不一定越差。 PFIB即使在高速運轉時也能保持精度。
表面質量
表面品質在失效分析中至關重要。工程師需要光滑潔淨的表面以獲得良好的成像效果。研究表明，Ga-FIB 和 Xe+PFIB都能製備出適用於透射電子顯微鏡 (TEM) 的樣品，且缺陷差異不大。但採用 SCSM 技術的 Xe+PFIB 能獲得更佳的表面光潔度。
PFIB 樣品孔洞較少，即使在高離子流條件下也幾乎不會留下 FIB 引起的痕跡。這意味著樣品表面保持光滑，不會留下不必要的痕跡。較少的缺陷有助於使影像更清晰，分析更可靠。
選項 | 表面粗糙度 | 缺陷密度 | FIB 引起的偽影 |
|---|---|---|---|
鎵聚焦離子束 | 中度 | 中度 | 有時出現 |
氙氣+PFIB+SCSM | 降低 | 降低 | 很少出現 |
工程師信賴 PFIB 結合 SCSM 技術，能夠獲得光滑的表面。這種方法可以幫助他們發現舊工具可能遺漏的細微問題和特徵。
實際影響
工具選擇
工程師需要為每項工作選擇合適的工具。氙氣脈衝場離子束（Xenon PFIB）速度快，可以處理大型樣品。鎵離子束（Ga-FIB）則適用於小型精細加工。實驗室在選擇工具時會考慮材料、面積大小以及所需結果的速度。
清單可幫助團隊選擇最佳工具：
PFIB非常適合大面積和堅硬材料。
Ga-FIB最適合精細、微小的作業。
PFIB更適合緊急工作，速度更快。
Ga-FIB對薄而小的樣品能達到很好的效果。
你選擇的工具會影響你的工作方式和最終結果。使用PFIB 的團隊會發現不必要的痕跡更少，表面更平滑，尤其是在使用SCSM時。這意味著更好的數據和更快的反應速度。
工作流程集成
將PFIB技術應用於實驗室工作可帶來顯著優勢。實驗室能夠在更短的時間內完成更多樣品的處理。 PFIB系統具備自動化功能，有助於確保樣品安全並減少人為錯誤。此技術還有助於製備用於透射電鏡(TEM)和奈米探針分析的樣品。
下表顯示了重要特性及其優點：
獨特之處 | 好處 |
|---|---|
更快的大面積分析 | 讓實驗室快速檢查更多樣本 |
自動無損分層 | 檢查過程中確保樣品安全 |
先進的自動化 TEM 薄片製備 | 讓樣品製備更輕鬆、更快捷 |
PFIB超薄化技術非常適合奈米探測。它能夠製備出潔淨光滑的表面，這對於 5 奈米節點的裝置至關重要。使用PFIB 技術的實驗室可以進行全面的材料和化學檢測。這有助於實驗室改善失效分析並提高工作效率。
提示：團隊應培訓員工使用PFIB系統，以最大限度地發揮這些優勢。
未來發展方向
自動化
自動化正在改變工程師研究破損半導體的方式。 PFIB 系統如今擁有智慧功能。這些功能可幫助工程師更快、更準確地完成工作。賽默飛世爾科技 Helios 5+ PFIB-SEM 是一款廣受歡迎的系統。它能夠以高達四倍的速度分析大面積區域。工程師使用其自動化工具可以更輕鬆地準備樣品。該系統還支援無損分層，從而確保樣品安全。
蔡司利用人工智慧改良3D X射線成像。他們名為「封裝聚焦離子束」（FIB）的新型Crossbeam雷射器，可幫助工程師更輕鬆地研究複雜的封裝。這些工具使工作更加順暢，並降低了出錯的可能性。
註：自動化PFIB系統可協助實驗室每天檢測更多樣本。工程師無需再重複執行相同任務，從而可以更專注於解決問題。
自動化帶來許多好處：
樣品製備更快
對於不同的人，結果是一樣的
樣本不太可能受損
包分析更簡單、更好
標準化
標準化有助於實驗室獲得可靠的結果。工程師在進行 PFIB 和 Ga-FIB 分析時會遵循特定的步驟。這些步驟包括校準程序、樣品處理方法以及報告撰寫方式。標準化確保不同實驗室的結果一致且可信。
行業組織現在製定了故障分析的通用規則。這些規則涵蓋了工具設定、樣品製備以及如何讀取資料。遵循這些規則的實驗室可以減少錯誤並獲得更高品質的數據。
標準化區 | 好處 |
|---|---|
校準程序 | 測量更準確 |
樣品處理 | 污染的可能性較小 |
報告格式 | 數據更容易比較 |
提示：實驗室應在新技術出現時調整操作步驟。緊跟標準有助於團隊取得最佳成果。
自動化和標準化幫助工程師跟上新設備及其製造方法的步伐。這些進步有助於實驗室更好地開展工作，並跟上行業變化。
對 PCB 和電子製造的影響
增強複雜組件的故障分析
工程師很難檢查多層PCB和密集的組件。 PFIB可以非常精確地切割複雜的形狀，從而提供幫助。 SCSM可以在檢查過程中保護脆弱的表面。這些工具讓工程師能夠檢查更深的層和微小的部件，而不會造成額外的損傷。團隊可以更輕鬆地發現焊點、過孔和隱藏部件中的問題。這種細緻的工作有助於他們更快地解決問題，並最終減少錯誤。
注意： PFIB 和 SCSM 有助於發現新電路板中隱藏的問題。
提高產量和產量
製造商希望快速生產更多產品並減少浪費。 PFIB 可快速去除材料，從而更快地準備好樣品。像是SM 可保持表面清潔，從而獲得更好結果。兩種工具的結合使用，使團隊每天可以檢查更多樣品。他們也能及早發現問題，有助於生產更多優質產品。
下表顯示了 PFIB 和 SCSM 如何幫助提高速度和品質：
產品說明 | |
|---|---|
更快的材料去除率 | 更快地處理材料 |
增強更大區域的能力 | 更全面的缺陷檢測 |
製造業的多種應用 | 提高生產效率和效益 |
製造商發現產品破損率更低，品質更高。這些變化有助於企業節省成本，並生產出更優質的產品。
實現先進封裝和小型化
現代電子產品採用新型封裝和更小的零件。 PFIB 有助於切割堆疊層，實現 3D 設計。 SCSM 可保持表面光滑，這對於微小細節至關重要。這些工具可協助工程師檢查新的建置方法，例如晶片集和系統級封裝。團隊可以查看以前難以觸及的連接和位置。隨著裝置尺寸縮小，PFIB 和 SCSM 可協助故障分析跟上新趨勢。
工程師使用 PFIB 和 SCSM 來幫助製造更好的電子產品。
PFIB 和 SCSM 在檢查損壞的半導體方面具有很大的優勢。
PFIB 可快速去除材料，並且能夠處理堅硬的材料。
SCSM 可保證表面安全並使樣品品質更好。
PFIB 幫助工程師仔細觀察微小部件。
Xe+pFIB 系統切割效果更好，污染更少，尤其適用於鋁材加工。
對於大型、堅硬的樣品，工程師應該選擇 PFIB。 Ga-FIB 則適合小型、精細的工作。隨著新的自動化、人工智慧和離子源的出現，市場正在改變。這些新工具有助於奈米技術、生物醫學研究和量子計算的發展。了解最新動態有助於團隊更好地應對新問題。
常見問題
Xenon PFIB 和 Ga-FIB 的主要差異是什麼？
氙氣等離子體離子束 (PFIB) 使用等離子體產生更高的離子電流。 Ga-FIB 使用液態金屬產生較低的離子電流。 PFIB 的研磨速度更快，可以處理更大的樣品。 Ga-FIB 最適合小型且精細的加工。
為什麼工程師要使用單晶犧牲掩模（SCSM）？
工程師使用SCSM在離子銑削過程中保護精密表面。掩模吸收了大部分離子能量。這有助於防止損壞並保持表面清潔。
PFIB 會損壞敏感的半導體裝置嗎？
如果電流較大，PFIB 可能會使表面變得粗糙。工程師使用 SCSM 和低能量拋光來降低這種風險。精心的設置有助於保護樣品。
哪種工具比較適合先進封裝分析？
PFIB 更適合先進封裝。它可以快速切割堆疊層和硬質材料。 SCSM 有助於保持表面光滑，方便工程師檢查細節。
PFIB 如何提高製造產量？
PFIB 幫助企業快速發現並解決問題。這意味著他們能夠獲得更多優質產品和更佳品質。
