氩离子抛光（离子研磨）工作原理及应用案例介绍

机械研磨vs氩离子抛光
一般来说，扫描电子显微镜样品制备通常使用机械切割或者磨抛的方式进行样品观测。机械研磨作为最常用的制备手段，通过研磨和抛光在样品表面形成 1nm 至 100nm 厚度的非晶层，称为 Beilby 层。Beilby 层会掩盖住大部分的样品真实信息，对扫描电镜表征产生很大的影响。
 

机械制样测试的 SEM 结果

氩离子抛光（离子研磨）工作原理：可以无应力地去除样品表面层，加工出光滑的镜面，为扫描电镜的样品制备提供了更为有效的解决方案。

氩离子抛光是使用高能离子枪轰击样品的顶面。高能离子束与样品的表层非晶层中松散结合的表面原子相互作用，并将其除去以显示原子级清洁的表面。在整个过程中可以调整离子能量，离子束入射角等，以优化样品制备时间和表面质量。
 

 氩离子抛光仪工作原理示意图 

氩离子抛光仪
经过氩离子抛光仪（离子研磨仪）处理后，使用扫描电镜（SEM）观测可以得到更为真实的样品表面。

氩离子抛光的应用案例

• 引线键合

结束前工序的每一个晶圆上，都连接着 500~1200 个芯片（也可称作 Die）。为了将这些芯片用于所需之处，需要将晶圆切割（Dicing）成单独的芯片后，再与外部进行连接、通电。此时，连接电线（电信号的传输路径）的方法被称为引线键合（Wire Bonding）。
 

引线键合是把金属引线连接到焊盘上的一种方法，即把内外部的芯片连接起来的一种技术。从结构上看，金属引线在芯片的焊盘（一次键合）和载体焊盘（二次键合）之间充当着桥梁的作用。因此，键合的质量会直接影响产品的质量，通常会使用 SEM 进行观测。

通过直接机械研磨后进行检查无法观测到键合质量的好坏，经过氩离子抛光（离子研磨）处理后可以清晰地看到键合的质量。
 

机械研磨（无法观测到键合质量）
 

氩离子抛光后的样品SEM图像
 

氩离子抛光处理后可清晰地看到键合的质量