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DB P-FIB 雙束聚焦離子束

Dual Beam Plasma FIB

雙束電漿聚焦離子束（Dual Beam Plasma FIB, DP-FIB）是結合電漿離子束與掃描電子顯微鏡（SEM）的高效能材料加工與分析設備。與傳統使用鎵離子（Ga⁺）的 FIB 系統不同，P-FIB 採用氙離子（Xe⁺）電漿離子源，可提供更高的離子束電流與更快速的材料移除速率。

由於氙離子束具有更高的蝕刻效率，P-FIB 的材料去除速度可達傳統 Ga⁺ FIB 的 約 20 倍，因此特別適合用於大尺寸結構的截面製備與快速缺陷分析。此技術在先進封裝、晶片背面分析、TSV 結構與焊點結構研究中具有重要應用價值。

在雙束系統架構下，P-FIB 同時具備電子束與離子束兩套光學系統，使工程師可在削切材料的同時以 SEM 即時觀察截面結構變化，快速判斷缺陷位置與結構異常。

DB P-FIB 技術原理

P-FIB 採用 氙電漿離子源（Xe Plasma Ion Source） 產生高電流離子束，並透過電磁透鏡聚焦後作用於樣品表面。當離子束轟擊材料時，會產生強烈的材料濺射效應（Sputtering），使樣品表面材料被快速移除。與 Ga⁺ FIB 相比，P-FIB 具有以下幾個重要技術特點：

使用 Xe⁺ 離子束，可提供更高束流
材料去除速率大幅提升
適合大面積截面製備
減少 Ga 離子污染問題

在系統架構上，P-FIB 採用 雙束（Dual Beam）設計，因此在截面製備過程中，可同時觀察結構變化，確保分析位置的精確性。

離子束系統（Ion Beam）
- 用於材料切割與截面製備
- 大範圍快速蝕刻
電子束系統（SEM）
- 用於影像觀察與定位
- 即時監控削切過程

DB P-FIB 分析應用

由於 P-FIB 具有高速材料移除能力，因此在大型封裝結構與晶片截面分析中具有顯著優勢，當透過 Thermal Emission Microscopy、光學顯微鏡（OM）、3D X-ray 或超音波掃描顯微鏡（SAT） 等非破壞分析技術定位疑似異常區域後，可進一步利用 P-FIB 進行截面確認與微結構分析。

2.5D / 3D IC 封裝
TSV（Through-Silicon Via）
C4 bump / Interposer / U-bump
Bond pad / 第一焊點 / 第二焊點
Solder bump / BGA ball
晶片背面分析
MEMS 元件
封裝與 PCB 結構

閎康科技 DB P-FIB 分析優勢

閎康科技建置完整的 Plasma FIB 分析平台，可支援先進封裝與半導體元件的大範圍截面分析需求。透過 P-FIB 與 SEM、TEM、X-ray、SAT、EMMI、OBIRCH 等技術整合，可建立從非破壞分析到微結構解析的完整失效分析流程，相較於傳統 FIB，P-FIB 具有更高的材料去除效率與更大的截面加工能力，使其在先進封裝與 3D IC 分析中扮演關鍵角色。

機台設備

圖｜(a) FEI Plasma FIB 系統 (b) TESCAN Plasma FIB 系統

閎康科技導入高效能 P-FIB 分析系統，分別來自 FEI（Thermo Fisher Scientific） 與 TESCAN，可支援大尺寸樣品快速截面分析與高解析影像觀察。

Beam current：1.5 pA – 1.3 µA
Landing voltage：2 – 30 kV
Ion beam resolution：< 25 nm @ 30 kV
自動化大面積加工能力
最大切割尺寸可達 500 µm × 500 µm
高效率材料去除與截面製備

封裝結構分析案例

圖｜Bond pad 與打線觀察

P-FIB 可快速製作封裝截面，觀察 Bond pad、金線接合與金屬層結構，分析焊接品質與材料界面狀況。
圖｜Solder bump 晶粒結構觀察

利用 Ion Channeling Contrast 可觀察焊球內部晶粒分布與結晶結構。
圖｜C4 bump 截面觀察

用於分析 Flip-chip 焊點結構、IMC 層與接合品質。

圖｜BGA ball 封裝截面

P-FIB 可快速切割大型焊球結構，分析焊接界面與空洞缺陷。
圖｜TSV 結構分析

適用於 3D IC 與先進封裝 TSV 結構 的截面觀察。

TESCAN P-FIB 特殊分析功能

EBIC（Electron Beam Induced Current）

EBIC 技術透過探針量測電子束轟擊樣品所產生的電流訊號，形成 EBIC 影像，透過電流訊號分布可判斷半導體元件中的缺陷位置，例如漏電路徑或材料缺陷。

Cathodoluminescence（CL）影像，用於觀察材料在電子束激發下的發光分布，可用於辨識材料組成差異或缺陷位置。
二次電子（Secondary Electron, SE）影像，顯示樣品表面形貌與污染分布情形。

背向散射電子探測器(Backscattered Electron Detector，BSE Detector）

背向散射電子探測器(Backscattered Electron Detector，BSE Detector）利用背向散射電子訊號形成影像。由於不同材料具有不同原子序，因此在 BSE 影像中會呈現明顯的材料對比，能有效辨識材料組成與界面位置。

二次電子成像（Secondary electron imaging, SEI）：顯示樣品截面表面的形貌細節，可清楚觀察材料加工後的表面粗糙度與微結構特徵。
背向散射電子（Backscattered Electron, BSE）成像：利用背向散射電子訊號形成材料對比影像，可區分不同材料或相位分布，並清楚呈現界面結構與材料組成差異。

陰極射線發光（Cathodoluminescence, CL）

陰極射線發光（Cathodoluminescence，CL）或陰極發光、陰極射線致發光偵測器可分析材料在電子束激發下所產生的發光訊號。透過 CL 影像可判斷材料組成、缺陷分布與晶體結構差異。

Cathodoluminescence（CL）影像：顯示材料在電子束激發下所產生的陰極發光分布，可用於辨識材料組成差異、晶體缺陷或污染顆粒的位置。
Secondary Electron（SE）影像：呈現樣品表面形貌與微結構特徵，可觀察材料表面裂紋、污染或結構不連續等缺陷。

LVSTD 低真空模式

LVSTD（Low Vacuum Secondary TESCAN Detector）可在 1–500 Pa 的低真空環境下操作，可降低樣品帶電效應，並允許觀察非導電材料與生物樣品，透過低真空模式可觀察生物樣品、含水材料與非導電材料等。

矽藻（Diatom）微結構於低真空模式下的 SEM 影像，可觀察其奈米級多孔殼體結構。
微型昆蟲樣品於低真空模式下的 SEM 影像，顯示樣品表面細節與立體形貌。

冷凍載台(Cooling Stage)低溫觀察

Cooling stage 需於低真空模式下使用，可控制樣品溫度在 -50°C 至 70°C，透過低溫環境可觀察材料在不同溫度條件下的結晶行為與相變化，常用於材料研究與生物樣品分析。

離子通道對比（Ion Channeling Contrast）影像顯示焊料內部晶粒分布與晶體結構。
Solder Bump（銲錫凸塊、焊料凸塊或簡稱凸塊）微結構 SEM 影像，可觀察晶粒方向與金屬界面。

搖擺載台(Rocking Stage )自動角度拋光

Rocking stage 可自動旋轉樣品角度，使離子束加工更加均勻。相較於手動調整角度，能有效減少截面刀痕並提升截面品質。

手動調整角度拋光（Manual Polishing）截面影像：樣品經手動調整角度進行離子束拋光後，可觀察到截面區域仍存在部分刀痕或不均勻加工痕跡。
Rocking Stage 自動旋轉拋光截面影像：透過 Rocking stage 自動調整樣品角度進行離子束加工，可有效減少刀痕並提升截面平整度，使材料界面與結構輪廓更清晰。

特殊偵測器(Special Detector)

SI detector 可提升影像的對比度與立體感，使材料結構與界面更加清晰，在多層金屬結構、封裝互連與微細結構觀察中，能有效強化影像細節，提升材料分析與缺陷辨識能力。

二次離子影像（Secondary Ion Image，SI Detector Imaging,二次離子成像）：顯示樣品微結構的基本影像對比，可觀察材料層狀結構與加工後的表面形貌。
SI Detector 強化對比影像：透過 SI detector 提升影像對比與立體感，使材料界面、導線結構與微細缺陷更加清晰。