【正文】 目前在IC工業(yè)中，無論是生產(chǎn)線或一般的分析實(shí)驗(yàn)室中，幾乎隨處可見到光學(xué)顯微鏡，然而對(duì)各類的 IC 元件結(jié)構(gòu)觀察或日常的製程監(jiān)控，最普遍的分析工具仍是掃描式電子顯微鏡；近幾年來，由於元件尺寸微小化 (Device Miniaturization) 的趨勢(shì)已步入深次微米 (Deep SubMicron) 的世代，許多材料微細(xì)結(jié)構(gòu)的觀察都需要高解析度 (Resolution)的影像品質(zhì)，穿透式電子顯微鏡的重要度自然日益提高；但是在進(jìn)行元件故障或製程異常分析時(shí)，往往需要定點(diǎn)觀察或切割局部橫截面結(jié)構(gòu)，以便確認(rèn)異常發(fā)生的時(shí)機(jī)或探討故障的真因，因此聚焦式離子束顯微鏡 (Focused Ion Beam, FIB) 應(yīng)運(yùn)而生，這項(xiàng)分析技術(shù)近五年來蓬勃發(fā)展，提供了定點(diǎn)切割技術(shù) (Precisional Cutting)、自動(dòng)導(dǎo)航定位系統(tǒng) (Auto Navigation System)、和立即蒸鍍和蝕刻 (InSitu Deposition and Etching) 等功能，大大的滿足了各類定點(diǎn)觀察的需求，同時(shí)也帶來了其它像線路修補(bǔ) (Circuit Repair)、佈局驗(yàn)證 (Layout Verification) 等多樣化的功能，使得各類分析的進(jìn)行減少了試片製備的困擾，同時(shí)對(duì)定點(diǎn)分析的能力可提升到 um 以下的水準(zhǔn)。4. 全反射 X 1116. 應(yīng)用於半導(dǎo)體元件載子濃度偵測(cè)的相關(guān)分析儀器有那些？其分析數(shù)據(jù)的物理意義有何異同？ Ans : 1. X光能譜分析儀(EDS/WDS) 和歐傑電子能譜儀(AES) 電子束入射於固態(tài)材料表面時(shí)會(huì)引發(fā)之一連串彈性及非彈性碰撞，其中除可激發(fā)前述之二次電子和背向散射電子作為掃描式電子顯微鏡的成像之外，另有特性 X光、歐傑電子等訊號(hào)的產(chǎn)生，而各種訊號(hào)皆可作為該固態(tài)材料分析之用。1114. 二次離子質(zhì)譜儀依其質(zhì)量分析器的種類可分為哪三種?試說明其特點(diǎn)。 之間。Fig. 6 超高解像能原子影像，(a)植入式鈷矽化物(CoSi2 Implanted Silicide)在矽晶片內(nèi)的雙晶(Twin)析出物的橫截面結(jié)構(gòu)，(b)閘極氧化層的橫截面結(jié)構(gòu)，可以進(jìn)行結(jié)構(gòu)性缺陷(Structural Defects)的特性分析，例如：離子佈植後的殘餘缺陷(Residual Defects by Ion Implantation)、製程的損傷(Process Induced Damage)，例如：過蝕刻(Over Etch)導(dǎo)致的基板損失(Substrate Loss)、或結(jié)構(gòu)性加強(qiáng)的缺陷增長(zhǎng)(Structural Enhanced Defects Multiplication)，參見Fig. 7。)的繞射圖樣(Nano Beam Diffraction, NBD)，和聚合電子束繞射圖樣(Convergent Beam Diffraction, CBD)，具有多樣化的能力，幾乎可滿足各層面的分析需求。117. 試描繪穿透式電子顯微鏡的透鏡系統(tǒng)組合穿透式電子顯微鏡的儀器系統(tǒng)如圖1171所示，而成像系統(tǒng)的磁透鏡一般為三段式，及分為：1. 物鏡(objective lens)2. 中間鏡(intermediate lens)3. 投影鏡(projective lens) 圖1171 穿透式電子顯微鏡的成像系統(tǒng)物鏡又稱聚焦鏡，除放大之外，主要用於聚焦。 損傷試片表面， (3) 接收訊號(hào)的角度 ( Solid Angle ) 大， (4) 儀器之設(shè)計(jì)較為簡(jiǎn)單， (5) 操作簡(jiǎn)易，不需作對(duì)準(zhǔn) ( Alignment ) 及聚焦 ( Focusing ) 等； ；背向散射電子受試片原子之原子序的不同而有所差異，較適合成分分析，如析出物、多相分佈、多層膜等。聚焦式離子束顯微鏡離子束的大小、帶電粒子的加速電壓、二次粒子訊號(hào)的強(qiáng)度、試片接地的狀況、與儀器抗振動(dòng)和磁場(chǎng)的狀況。電子槍提供入射電子束作為激發(fā)源，其影響分析結(jié)果的主要參數(shù)為入射能量 ( E0 )、入射角及電子束的大小。所被釋出的能量可能以 X 光的形式釋出，或者此釋出的能量轉(zhuǎn)而激發(fā)另一外層電子使其脫離原子。一般的穿透式電子顯微鏡，在200 KeV下操作，解像能實(shí)驗(yàn)值即可達(dá)到 埃， 埃。 然而也因?yàn)殡娮泳哂邢喈?dāng)程度的穿透力，當(dāng)我們利用穿透式電子顯微鏡研究 IC 元件時(shí)，因?yàn)槟壳霸木€寬 (Line Width) 和膜厚 (Film Thickness) 大多在 1 mm 以下，無論是平面式觀察或截面式觀察，都很有可能因試片製備的狀況不一，所得到的 TEM 影像是多層材料重疊的的結(jié)果，因此對(duì)穿透式電子顯微鏡影像的解釋必須非常慎重，遇到較複雜的製程分析時(shí)，必需具備豐富的材料知識(shí)、製程經(jīng)驗(yàn)與元件設(shè)計(jì)的相關(guān)常識(shí)，否則極容易造成誤判。加速電壓愈高，波長(zhǎng)愈短，解析度也愈佳，同時(shí)因電子動(dòng)能增高，電子對(duì)試片的穿透力也增加，所以試片可觀察的厚度也能相對(duì)增加，但是一昧的提昇加速電壓 (目前可達(dá)到 1 MeV)，容易對(duì)所觀察的試片造成原子移位(Atomic Displacement)的損傷，以矽晶為例，200 KeV的加速電壓已足以提供非常良好的穿透力，2000 埃以下的試片觀察不成問題，甚至在適當(dāng)?shù)睦@射狀態(tài)下，可觀察的厚度能提高到5000 埃左右。 4. 試片損傷的可能性增高 s criterion)，解析度 (s) 可以用以下的公式來表示：(1) n 是介質(zhì)的折射率 θ是物鏡與試片間的半夾角 NA (Numerical Aperature) 表示透鏡系統(tǒng)的解析度和所形成的影像亮度的一組數(shù)值 1. 無法看到試片表面的微細(xì)結(jié)構(gòu) Spectroscope, EELS) 作化學(xué)成份分析。 (2) 球面像差 (Spherical Aberration)－這是來自物鏡的缺陷，不易校正。 B : 比例常數(shù)，~ 1 一般說來，歐傑電子能夠穿過材質(zhì)而未損其能量的脫離深度 (Escape Depth) 約在表面 30 埃 以內(nèi)，所以歐傑電子能譜儀便成為分析材料表面化學(xué)成份的重要工具，其動(dòng)能多在 20 ~ 2500 eV 之間，此深度和能量與一次粒子 (如入射電子束) 的能量無關(guān)。穿透式電顯微鏡電子的加速電壓 (亦即波長(zhǎng)) 。答：所謂二次電子係指能量在 50 eV 以內(nèi)的電子，其產(chǎn)生率與試片的原子序 (Z) 無關(guān)，不同原子序的材料並不會(huì)有很大的對(duì)比差異，然而因?yàn)槠洚a(chǎn)生的位置在離試片表面 5 50 nm 以內(nèi)的深度，所以二次電子成像的對(duì)比通常與試片表面的高低形貌比較有關(guān)，以一個(gè)長(zhǎng)條形試片為例，試片以縱向?qū)χ鴤蓽y(cè)器 (請(qǐng)見圖11213) 可得到均勻的亮度，因?yàn)楫?dāng)電子束入射角度與試片表面的垂直方向成一夾角時(shí)，電子在試片內(nèi)的路徑將增加，二次電子的產(chǎn)生率也會(huì)隨之增加，影像的對(duì)比即隨夾角而改變，因此在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，試片基座必須具備傾斜和旋轉(zhuǎn)的功能，隨時(shí)能改變?cè)嚻^察的方向，以取得最佳的影像對(duì)比。各種單晶分析器具有特定的平面間距 (Interplanar Spacing)，不同的單晶材質(zhì)所能涵蓋的波長(zhǎng)範(fàn)圍不同，因此需慎重選擇適合的單晶分析器。能量散佈分析儀主要是由擴(kuò)散鋰原子的矽晶接收器 ( Lithium Drifted Si pin diode, Si(Li) ) 為核心的固態(tài)偵測(cè)器，其中鋰是為了中和矽晶接收器中可能存在的其它雜質(zhì)，減少電子電洞對(duì) (ElectronHole Pairs ) 的再結(jié)合中心 ( Rebination Center )，使得偵測(cè)的效率準(zhǔn)確，由於此種偵測(cè)器必須要在低溫下操作，傳統(tǒng)機(jī)型係利用液態(tài)氮冷卻之，現(xiàn)在已有以冷凍邦浦冷卻的機(jī)型推出。Ans：根據(jù)電子與物質(zhì)作用所產(chǎn)生的訊號(hào)，穿透式電子顯微鏡分析主要偵測(cè)的資料可分為三種：(Transmitted Electron)或彈性散射電子(Elastic Scattering Electron)成像，(Diffraction Pattern, DP)，來作微細(xì)組織和晶體結(jié)構(gòu)的研究， X光能譜分析儀(EDS)或電子能量散失分析儀(Electron Energy Loss