采用聚焦离子束扫描电镜实现高质量样品制备，帮助提升半导体制程良率

随着先进的半导体设备的制程向更小、更复杂的方向发展，标准化分析与表征已经不足以支持半导体的研发与制造。越来越多的半导体厂商会选择使用高分辨率的透射电子显微镜（以下简称：TEM）以提升半导体制程良率。

然而，TEM需要通过聚焦离子束（以下简称：FIB）来进行样品制备，这一过程需要提取部分晶圆来进行分析，此过程会破坏晶圆结构，造成晶圆报废。在样品制备环节，半导体厂商为此需要耗费高昂的成本。

TEM分析的价值是能够通过流程优化来减少这些损失，从而实现更快的量产和半导体制程良率的提高。

在薄膜堆叠的晶圆上等待提取的TEM样品

关于提升半导体制程良率的样品制备所需的三个要求

为了进一步ZD化这一工作流程的价值，实验室需要从每个晶圆的样品薄片中提取出尽可能多的高质量数据。这不仅意味着TEM制备中需要获取足够的样品数量，而且每个被提取的晶圆薄片都需要满足质量要求，以确保可成功进行ZZ的TEM分析。

考虑到这一点，对于晶圆的高质量TEM样品制备有以下几点要求：

01 精确的目标点定位

当晶圆的目标区域被JZ定位和提取时，TEM表征才算成功。随着半导体工艺尺寸的缩小和复杂性的增加，在晶圆薄片上提取目标区域和特征意味着需要去捕捉更小目标，这一过程需要操作人员高度JZ的技能。为了支持TEM分析的需求，自动化以及易用性方面需要进一步优化，zui大程度地减少目前操作人员制备样品的难度。

02 优化的样品厚度

纳米级器件需要越来越薄的片层样品来提取单一特征或者目标区域。对于一些关键分析，TEM图像中多个特征的卷积会对测量造成极大挑战。除此之外，在进行高级的材料以及轻元素分析时需要电子能量损失谱（EELS）——一种需要极薄的片层（厚度为30 nm或更薄）来进行TEM分析的技术，达到了目前TEM样品制备所运用的设备性能、可复现率以及操作人员技能的极限。对于这类测量，利用自动化技术来帮助得出分析结果以提升半导体制程良率变得尤为重要。

03 较高的表面质量

在晶圆样品制备的过程中，薄片表面的遮蔽和损伤会严重影响样品分析。样品提取必须在快速操作与较高的表面质量之间找到平衡，以快速产生损害性Z小的优质样品。ZZ的样品抛光是一个相对缓慢的过程，但这是为了保证样品质量所不可或缺的环节。随着晶圆的样品片层变得更薄、更小，其能够承受的损伤层厚度也随之变小。例如，一个10 nm的晶圆薄片必须有小于2 nm的损伤层才能进行JZ的TEM分析。减少表面损伤需要在低加速电压下对聚焦离子束扫描电镜（以下简称：FIB-SEM）进行JZ操控。

利用自动化技术和机器学习来进行FIB-SEM样品制备

幸运的是，现代化的FIB-SEM样品制备技术正通过自动化技术和机器学习来积极地解决这些问题。

自动化技术不仅可以自动操作进行繁琐且耗时的校准来协助维护仪器，还可以通过实现无人值守的日常任务来优化系统利用率，ZD限度地减少操作人员所需的接触步骤。一些先进的系统甚至可以自动化样品抛光，确保样品表面适合TEM分析。

总而言之，这些技术创新使每个操作人员能制备更多的样品，提高生产率，并加速了半导体厂商的工艺改进的学习过程，从而提升半导体的制程良率。