CP 離子研磨

ion milling

離子研磨(Ion Milling),亦稱為 Cross-Section Polishing(CP),是一種利用高能離子束轟擊樣品表面,以移除材料並形成平滑截面的樣品製備技術,在半導體材料分析與失效分析過程中,為了觀察晶片或封裝內部的微結構,例如多層金屬佈線、介電層、焊點結構或材料界面,通常需要將樣品製作成高品質截面。然而,若僅使用 機械切割或研磨,往往會因應力、塑性變形或材料拉扯而造成結構破壞,使得後續 掃描式電子顯微鏡(SEM) 的觀察品質受到影響。

 

離子研磨技術透過 高能氬離子束(Ar ion beam) 轟擊樣品表面,使材料逐層被移除,能夠製備出 低應力、低損傷且高度平滑的截面,因此廣泛應用於半導體、電子封裝、材料科學與光電元件分析。

技術原理

離子研磨系統通常利用 電感耦合 RF 源或微波源 產生等離子體,在系統運作過程中:

  1. 氬氣(Ar)被導入等離子腔體。

  2. 高能電子與氬原子碰撞產生大量 正氬離子(Ar⁺)

  3. 電極系統將這些氬離子加速形成高能離子束。

  4. 離子束轟擊樣品表面,使材料逐漸被移除。

透過精確控制 離子能量、入射角度與加工時間,可製備出平整且無機械損傷的截面,完成研磨後,再利用 光學顯微鏡(OM)或掃描式電子顯微鏡(SEM) 進行觀察與分析。

 

 

截面研磨(Cross-section Milling)

為了對樣品內部構造進行觀察與分析,必須讓樣品內部結構完整顯露。若僅使用切割與機械研磨,往往會因材料應力而產生變形或損傷,使 SEM 難以獲得理想影像,透過 離子束轟擊加工,可製備出低應力且高平整度的截面,使 SEM 能清楚觀察樣品內部結構。

  • 半導體多層金屬結構

  • 介電層厚度

  • 焊點界面

  • 材料界面缺陷

  • 異物或污染物

 

平面研磨(Flat Milling)

在 SEM 表面觀察與分析中,通常需要 大面積且平整的樣品表面,Flat milling 透過離子束均勻移除樣品表層材料,常用於 表面分析或機械研磨後的後處理製程

  • 去除機械研磨造成的損傷層

  • 平整樣品表面

  • 提供更大觀察區域

  • 提升 SEM 影像品質

閎康科技離子研磨分析優勢
閎康科技離子研磨分析優勢

閎康科技具備完整的 離子研磨與電子顯微分析整合能力,可提供高品質樣品製備與精確材料分析。

  • 高品質截面製備能力:可製備低應力、低損傷且高平整度的樣品截面。
  • 適用多種材料系統:適用於半導體、PCB、封裝材料、LED 與金屬材料分析。
  • 大面積樣品加工能力:可製備大面積觀察區域,適合結構分析與製程診斷。
  • 跨技術整合分析能力:可結合 SEM、EDS、EBSD、FIB、TEM 等分析技術,提供完整材料分析解決方案。

 

機台設備
  • 圖|Ion Milling System ArBlade 4000

    ArBlade 4000 離子研磨系統可提供穩定離子束加工能力,適用於半導體與電子材料的高品質截面製備。

  • 圖|Ion Milling System ArBlade 5000

    ArBlade 5000 離子研磨系統具備更高精度的離子束控制能力,可製備大面積且低損傷的樣品截面。

分析案例

FFC 異常樣品分析

FFC(Flexible Flat Cable)異常樣品經機械研磨後,再透過離子研磨(Ion Milling)進行截面修整,可有效避免傳統研磨過程中產生的材料拉扯(material smearing)與研磨碎屑回填(debris redeposition)問題,經離子束加工後,樣品截面更加平整且界面清晰,使異常區域與材料結構能夠被更準確地觀察與判讀,有助於後續的缺陷定位與失效分析。

感光元件(CCD / CMOS)截面分析

CCD 與 CMOS 感光元件具有多層薄膜結構與精細微結構,其材料界面與電路結構較為脆弱,若僅使用化學機械研磨(CMP)進行樣品製備,容易因機械應力造成結構變形或破壞,透過離子研磨(Ion Milling)技術,以高能氬離子束對樣品進行精密加工,可有效降低研磨應力並避免材料拉扯,使多層結構與關鍵尺寸能夠完整保留,進而提升 SEM 觀察與結構分析的準確性。

LED 藍寶石基板材料分析

部分 LED 元件採用藍寶石(Sapphire)晶圓作為基板材料,由於藍寶石具有高硬度與高機械強度,若僅使用化學機械研磨(CMP)進行樣品製備,容易產生層差(step height difference)或界面不平整的情況,透過離子研磨(Ion Milling)技術,以高能氬離子束對樣品進行精密截面加工,可有效改善不同材料間的研磨速率差異,使多層結構界面更加平整並清晰呈現,進而提升 SEM 結構觀察與材料分析的品質。

銅晶粒(Cu Grain)微結構觀察

樣品經離子研磨(Ion Milling)處理後,可有效去除機械研磨所造成的表面損傷層,使材料內部微觀組織得以清楚呈現,在掃描式電子顯微鏡(SEM)觀察下,可清晰辨識銅材料的晶粒(Cu grain)結構與晶界分布,有助於進行材料微結構分析與製程品質評估。

一二焊點結構之離子研磨截面影像

透過離子研磨(Ion Milling)製備之截面樣品,可清楚呈現封裝元件中的 第一焊點(1st bond)與第二焊點(2nd bond) 結構。藉由精準控制離子束能量與研磨角度,可在不產生機械應力損傷的情況下製備大面積且平整的截面,使焊線接合界面、金屬墊(bond pad)以及封裝材料之界面結構能夠清楚顯示,進而利於焊點品質評估與失效分析。
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