2025-06-24

应用案例 | 徕卡离子研磨仪在电子元器件和半导体制造的应用

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电子元器件和半导体制造是十分看重“精度”的领域，尤其在晶圆加工和封装环节，研磨抛光技术决定了器件的性能和良率。随着技术的进步，如今的机械磨抛已能做到微米级别的精度，已大大满足了光镜观察检测的需求，但由于光学显微镜有其局限性，于是越来越多的研究转向拥有更高分辨率的电子显微镜，以实现更高精度下探索电子元器件与半导体制造。

这时，我们发现在光镜下效果极好的样品转移至电镜后，却出现了“新”的划痕并且难以得到清晰的电镜图像。这是由于在机械磨抛过程中，存在机械损伤，会出现光镜下发现不了的细小划痕、延展涂抹现象以及一定的磨料残留。Leica EM TIC 3X离子研磨仪是专门针对电镜制样的设备，该设备的离子抛光功能可在机械磨抛后去除样品的机械损伤层，得到无应力损伤的高质量平面，满足电镜下的样品观察，助力电子元器件及半导体制造在更高精度下研究的突破。






Leica EM TIC 3X离子研磨仪使用旋转样品台做平面研磨，使用氩离子束轰击样品表面去除损伤层，制备大面积的高质量平面区域。这一制备过程常用于对机械抛光或化学抛光表面后进行离子束清洁、抛光或衬度增强，以去除表面细小划痕、磨料残留及涂抹假象。


离子抛光示意图如下所示，离子束以一个可设置角度、大面积的轰击在样品表面，工作过程中，样品在自转的同时横移运动达到大面积均匀抛光的效果。在良好的机械抛光之后，离子抛光会去除样品表面几个微米的深度，得到一个无应力损伤的平整表面，满足电镜制样需求。

在离子束轰击时，由于硬的样品会比较难轰击，软的样品会比较容易轰击，故离子束抛光还存在衬度增强的作用，通过设置不同的抛光角度，可实现得到平整平面或衬度增强功能的选择。

离子抛光消除划痕影响

对电容样品磨抛后观察，仅机械磨抛后存在明显的划痕的影响，而离子抛光后可得到较好的结果。

上图为仅机械磨抛后上电镜的陶瓷电容效果，机械抛光后表面存在与划痕同向的变形趋势，影响对晶粒相关信息的分析。而下图为一些徕卡离子研磨仪离子抛光后的效果示意图，可以发现完全消除了划痕的影响：

离子抛光的衬度增强

上文提到了徕卡离子研磨仪的离子抛光存在衬度增强作用，可以强化样品内不同相之间的拓扑结构，比如在电子元器件中观察金线时，下图为离子抛光后的效果，可以观察到清晰的晶界。

离子抛光的衬度增强

在机械磨抛过程中，不可避免的存在延展涂抹现象，导致一些孔隙、缝隙会被掩盖，造成假象，而离子抛光可以去除该影响，同时一些特别小的缝隙，必须在高分辨率下才能辨认，就需要电镜在较高倍数下观察，此时徕卡的离子研磨仪便又有了用武之地，下图为某一芯片观察分层情况，仅机械研磨，就可能存在研磨的碎屑覆盖住分层的情况，经离子束抛光后轻微的分层清晰可见：

END

徕卡LNT包括超薄切片、离子束研磨抛光、机械研磨抛光、组织处理、高压冷冻、镀膜、临界点干燥等各类技术手段。目前领拓仪器是徕卡LNT的华南、西南授权代理商，领拓仪器为透射电镜/扫描电镜/材料样品提供全套样品制备服务。

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