【正文】 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。一般利用掃描式電子顯微鏡作產(chǎn)品逆向分析，必須搭配化學(xué)式層次去除法，才能逐層觀(guān)察元件佈局，然而平面式觀(guān)察時(shí)，只要整體元件材料縱向厚度在 5000 埃以下的重疊線(xiàn)路皆能一覽無(wú)遺，尤其對(duì)層與層之間的相對(duì)空間排列(Spatial Relationship)與設(shè)計(jì)準(zhǔn)則的揣摩，更能發(fā)揮其效用。 另一個(gè)影響解像能的因素是像差，像差的來(lái)源大致有四種： 為求得電子顯微鏡的最佳解析度 (Resolving Power，Δrmin.)，通常散光像差與波長(zhǎng)散佈像差可以藉由其他裝置來(lái)校正或補(bǔ)償，但是繞射像差是基本限制，球面像差卻往往不易消除，因此可以導(dǎo)出最佳解析度與波長(zhǎng)和繞射像差成簡(jiǎn)單的正比關(guān)係： Cs : 球面像差係數(shù)，數(shù)值隨儀器設(shè)計(jì)的改良而精進(jìn) 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。 比較聚焦式離子束顯微鏡和掃描式電子顯微鏡的成像原理，其中離子束顯微鏡的試片表面受鎵離子掃描撞擊而激發(fā)出的二次電子和二次離子是影像的來(lái)源，影像的解析度決定於離子束的大小、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，目前商用機(jī)型的影像解析度約為10 nm，雖然其解析度不及掃描式電子顯微鏡和穿透式電子顯微鏡，但是對(duì)於定點(diǎn)結(jié)構(gòu)的分析，它沒(méi)有試片製備的問(wèn)題，在工作時(shí)間上較機(jī)為經(jīng)濟(jì)。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?？杀粋蓽y(cè)的歐傑電子只有表面 30 埃 左右的深度，而特性 X光則高達(dá)數(shù)微米 ( 視入射電子的能量而定 )，因此，對(duì)於表面薄層的分析歐傑電子是較適當(dāng)?shù)倪x擇。因此選擇合適的成份分析工具，對(duì)於分析工作的進(jìn)行及結(jié)果的可信度是十分重要的。由於歐傑電子的形成需有兩個(gè)電子能階軌域，因此 H 及 He 兩元素?zé)o法產(chǎn)生歐傑電子，至於 Li 雖然在 L 軌域只有一個(gè)電子，但在固態(tài)時(shí)可藉由其它原子所提供的價(jià)電子協(xié)助產(chǎn)生歐傑電子訊號(hào)，因此可進(jìn)行分析。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。一般說(shuō)來(lái)，入射能量的最佳選擇為 5 ~ 10 keV 左右，有時(shí)則針對(duì)特殊試片的分析需求，如導(dǎo)電性不佳、易受電子束損傷、極小的分析區(qū)域等，而選擇較高或較低的入射能量；至於入射角的部份，將於介紹電子能譜儀時(shí)再行討論；而入射電子束的截徑大小會(huì)影響到歐傑能譜儀的平面解析度，但由於電子進(jìn)入材質(zhì)後的散射效應(yīng)，當(dāng)直徑小於 100 埃時(shí)其平面解析度並非單純由電子束的直徑大小來(lái)決定。掃描式電子顯微鏡可見(jiàn)光的波長(zhǎng)、電子與原子核的彈性散射 與非彈性散射、擾動(dòng)的狀況(見(jiàn)上表)。像差 (Aberration) ：繞射像差 球面像差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。歐傑訊號(hào)對(duì)雜訊的比值( S/N )、入射電子束的截徑大小，例如：X光繞射分析儀、掃描式歐傑電子顯微鏡、二次離子質(zhì)譜儀、拉塞福背向散射質(zhì)譜儀、和全反射式X光螢光分析儀的化學(xué)元素偵測(cè)範(fàn)圍和濃度偵測(cè)極限，並陳述影響濃度偵測(cè)極限的可能原因。（二次電子影像和背向散射電子影像）的成像原理，並比較在形貌分析和成份分析上的優(yōu)劣點(diǎn)。所謂背向散射電子係指經(jīng)過(guò)大角度彈性碰撞，逃離試片表面時(shí)，能量非常接近入射電子束的電子，因?yàn)楸诚蛏⑸鋫S數(shù)隨原子序增加而增加，所以原則上對(duì)表面平整的試片來(lái)說(shuō)，掃描式電子顯微鏡的影像是不會(huì)有明顯的對(duì)比的，除非試片的材料成份屬於不同的原子序，背向散射電子的影像才會(huì)有明顯的對(duì)比；背向散射電子主要可提供試片的組成(Composition)和表面的高低形貌(Topography) 等資訊，分析時(shí)欲區(qū)分這兩種資訊需利用一對(duì)對(duì)稱(chēng)的半導(dǎo)體偵測(cè)器 (Semiconductor Detector) (請(qǐng)見(jiàn)圖11214)，兩組訊號(hào)加成可得到組成的影像 (Composition Image)，相減則可得到高低形貌的影像 (Topography Image)。；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。(a) 背向散射電子偵測(cè)器, (b) 組成影像和位形影像116 X光能譜散佈分析儀和波長(zhǎng)散佈分析儀的偵測(cè)原理有何異同？何者在半導(dǎo)體材料分析上較為普遍？原因何在？ 波長(zhǎng)散佈分析儀的偵測(cè)原理為X光入射激發(fā)單晶分析器，此單晶分析器具有特定的晶格排列與 X光發(fā)生繞射作用，在單晶分析器的特定方向中波長(zhǎng)滿(mǎn)足布拉格定律 ( Bragg39。X光產(chǎn)生的位置(即試片處)、單晶分析器與偵測(cè)器三者必須位於稱(chēng)為若蘭圓 ( Rowland Circle ) 的圓周上。 被電子束激發(fā)而放射出來(lái)之 X光穿過(guò)薄的鈹窗 ( Beryllium Window, Be ) 或超薄的高分子膜窗甚至是無(wú)窗型的偵測(cè)器中，激發(fā)矽晶接收器產(chǎn)生電子電洞對(duì)，再轉(zhuǎn)換成電流，經(jīng)放大器 ( Amplifier ) 及脈衝處理器 ( Pulse Processor ) 的處理後，送至能量數(shù)位轉(zhuǎn)化器 ( EnergytoDigital Converter ) 處理由多頻道分析儀 ( Multichannel Analyzer, MCA ) 將 X光能量信號(hào)存入其對(duì)應(yīng)之頻道位置。偵測(cè)特性 X光的分析方法，能量散佈分析儀相較於波長(zhǎng)散佈分析儀的優(yōu)點(diǎn)有： (1) 快速並可同時(shí)偵測(cè)不同能量的 X 光能譜， (2) 使用之一次電子束電流較低可得較佳的空間解析度( Spacial Resolution )，且較不會(huì) 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； 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(chēng)聚焦鏡，除放大之外，主要用於聚焦。中間鏡又稱(chēng)放大鏡，主要功能有二：一為決定放大倍率，另一則為選擇以繞射圖形或顯微影像在螢光幕上顯影。Spectroscope, EELS)作化學(xué)成份分析。)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(mǎn)足各層面的分析需求。所謂明視野即是用物鏡孔徑(Objective Aperature)遮擋繞射電子束，僅讓直射電子束通過(guò)成像，至於暗視野則是用物鏡孔徑遮擋直射電子束，僅讓繞射電子束通過(guò)成像。由於穿透式電子顯微鏡具備超高解像能力，在一般的影像觀(guān)察上即比其他分析工具優(yōu)越許多，而依實(shí)際操作時(shí)可放大的倍率範(fàn)圍來(lái)看，穿透式電子顯微鏡也具有相當(dāng)大的彈性(從50 X到1,500,000 X)；應(yīng)用到半導(dǎo)體材料研究方面，穿透式電子顯微鏡分析具有以下優(yōu)點(diǎn)：(Morphology amp。Si)】－參見(jiàn)Fig. 3＊異質(zhì)同形結(jié)構(gòu)【氮化矽(Nitride)，氧化矽(Oxide)，非晶形矽(Amorphous Si)】－參見(jiàn)Fig. 4＊同質(zhì)同形結(jié)構(gòu)【硼磷摻雜氧化矽(BPSG)，無(wú)摻雜氧化矽(USG)，旋轉(zhuǎn)覆蓋式氧化矽(SOG)，熱氧化矽(Thermal Oxide)】－參見(jiàn)Fig. 5＊異質(zhì)異形結(jié)構(gòu)【金屬(Metal)，氧化矽(Oxide)，金屬矽化物(Silicide)，單晶矽(Single crystalline Si)Fig. 2 立即摻雜雜質(zhì)(Insitu Doped)的複晶矽，其晶粒形