Das Plasmareinigungs- und Dekontaminationssystem PlasmaVAC P50W von Ideal Vacuum mit entfernter Plasmaquelle wird häufig für die Proben- und Substratvorbereitung von SEM, TEM, ALD und PVD verwendet.

Unsere Plasmareinigungs- und Dekontaminationssysteme Ideal Vacuum PlasmaVAC P50W eignen sich ideal für die Probenvorbereitung bei Rasterelektronenmikroskopen (SEM) und Transmissionselektronenmikroskopen (TEM). Die Plasmareinigung ist ein wichtiger Schritt, da sie organische Verunreinigungen von den Probenoberflächen entfernt und so die Bildqualität und Analysegenauigkeit verbessert. Die Halbleiterindustrie verwendet SEM und TEM, um Fehler in Transistorgeräten zu identifizieren und zu analysieren. In vielen Fällen sind Anzeichen für den Fehler jedoch nur während Tests vor Ort sichtbar, während das Gerät unter normalen Betriebsbedingungen läuft. Um diese Art von Fehlern zu beobachten, müssen elektrische und Kühlverbindungen an das Transistorgerät angeschlossen werden, während es im Elektronenmikroskop montiert ist. Unter Berücksichtigung dieser Anforderungen verfügt das P50W über eine Kammergröße von 16 x 16 x 16 Zoll mit einem geräumigen Volumen von 2,4 Kubikfuß und großen seitlichen Vakuumzugangsöffnungen. Eine Durchführungsplatte zum Seitenanschluss kann leicht hinzugefügt werden, die alle elektrischen Verbindungen und Kühlversorgungsleitungen trägt, sodass alle diese Teile in einem Schritt dekontaminiert werden können. Auf diese Weise wird der komplette, an einem Vakuum-Seitenanschluss montierte In-situ-Testtisch dekontaminiert und ist bereit für den Anschluss an Ihr SEM oder TEM, wo die elektrischen Geräte unter normalen Bedingungen betrieben und Defekte beobachtet werden können.

Das PlasmaVAC P50W eignet sich ideal zum Entfernen von Kohlenwasserstoffverunreinigungen aus Proben und Substraten für folgende Anwendungen:

• Rasterelektronenmikroskopie (REM)
• Transmissionselektronenmikroskopie (TEM)
• Röntgen-Photoelektronenspektroskopie (XPS)
• Röntgenspektroskopie (EDX)
• Kryo-Plasma Fokussierter Ionenstrahl (Cryo-PFIB)
• Atomlagenabscheidung (ALD)
• Physikalische Gasphasenabscheidung (PVD)
• Extrem-Ultraviolett-Lithografie (EUVL)

Das PlasmaVAC P50W verfügt über einen entfernten Hohlkathodenplasma-Radikal-Dekontaminator von XEI Scientific, Inc., Modell Evactron E50 E-TC. Diese Quelle bietet eine HF-Leistung zwischen 35 und 75 Watt bei 13,56 MHz und beinhaltet eine Bibliothek getesteter Rezepte und Optionen zum Ändern von Leistung, Zyklen und Reinigungsdauer. Das Evactron E50 E-TC hat zwei Gaseinlassoptionen: eine Version mit ultrahochreinem Gaseinlassfilter (3 nm Porengröße), um die strengen Anforderungen der Richtlinie SEMI F38-0699 der Halbleiterindustrie zu erfüllen, und die Version mit Präzisionsfilteroption (0,5 µm Porengröße) für allgemeine Laborbedingungen. Diese Inline-Filter verhindern das Eindringen von Partikeln aus Gaszuleitungen in den Plasmastrom. Zu den getesteten Alternativgasen gehören O2, CDA, Ar/H2, Ar/O2, N2/H2 und N2. Die Verwendung von 100 % H2 wird aus Sicherheitsgründen nicht empfohlen.

Spezifikationen zur Oberflächenbehandlung PlasmaVAC P50W :

• Remote Plasma Source von XEI Scientific
• Modell Evactron E50 E-TC
• Leistung einstellbar zwischen 35 und 75 Watt
• Max. 50 Watt Dauerbetrieb
• HF-Frequenz bei 13,56 MHz
• Zwei Gaseinlassfilteroptionen: 3 nm und 0,5 µm Porengröße
• Die Porengröße von 3 nm entspricht der Richtlinie SEMI F38-0699 der Halbleiterindustrie
• Getestet mit den Gasen O2, CDA, Ar/H2, Ar/O2, N2/H2 und N2.
• Dedizierter Evactron-Benutzeroberflächen-Controller
• Speicherung von Benutzereinstellungen
• Rezepte, Leistung, Zyklen und Reinigungsdauer
• Vorderes Ansichtsfenster
• Seitlich zugängliche Vakuumanschlüsse
• Turbo-Drosselung
• Beheiztes Regal (60 °C) unterhalb der Plasmaquelle montiert
• Der Abstand der beheizten Ablage ist in 1-Zoll-Schritten einstellbar
• 2 zusätzliche HV-Lagerregale mit Schlitzen

Dieses P50W-System umfasst eine trockene mehrstufige Roots-Vorvakuumpumpe Edwards nXR60i und eine untermontierte Pfeiffer HiPace 300 Turbopumpe mit TC400-Controller. Zu seinen Funktionen gehören außerdem eine atmosphärische Entlüftung und ein integriertes kombiniertes Pirani- und Kaltkathoden-Invertmagnetron-Messgerät Inficon MPG400. Die Vakuumdruckmessungen in der Kammer werden über einen an einer Konsole montierten Druckregler angezeigt, mit dem der Benutzer auch die Geschwindigkeit der Turbopumpe steuern kann. Im Lieferumfang enthalten ist ein hoch in der Kammer montiertes beheiztes Plattenregal für eine optimale Plasmareinigung von Transistorgeräten oder Wafern, wobei die Temperatur über einen separaten, an einer Konsole montierten Controller gesteuert und auf maximal 60 °C begrenzt wird, um Verbrennungen des Bedieners vorzubeugen. Das beheizte Regal ist im optimalen Abstand für die Reinigung von SEM- und TEM-Proben installiert und kann für andere Anwendungen nach Bedarf in 1-Zoll-Schritten nach oben oder unten eingestellt werden. Unter dem beheizten Regal befinden sich zwei weitere Regale für zusätzlichen Hochvakuum-Lagerraum. Das Evactron E50 E-TC-Fernplasmareinigungssystem ist in das Dach der Kammer eingebaut und ein separater dedizierter Schnittstellencontroller von Evactron ermöglicht dem Benutzer, alle wichtigen Reinigungsparameter einfach zu ändern und Benutzerrezepte zu speichern. Die Kammer verfügt über eine Edelstahltür mit Scharnieren und Sichtfenster sowie einen eingebauten Polycarbonatfilter, um den Benutzer vor der vom Plasmalichtbogen erzeugten IR- und UV-Strahlung zu schützen. Dieses PlasmaVAC-Gerät verfügt über eine Verriegelung, die einen Betrieb des Plasmareinigungssystems über 1 Torr verhindert.

Mit der Softwareoption AutoExplor kann ein Benutzer Geräte von einem Remote-Computer aus steuern und gleichzeitig das System schützen. AutoExplor ordnet Pumpen richtig zu und betätigt automatisch die richtigen Ventile für eine bestimmte Anforderung. Der Benutzer kann Druck- und Temperatursollwerte, Rampenraten, Einweichzeiten und Entlüftung programmieren. Die Software bietet grafisches Datenstreaming in Echtzeit, sodass der Benutzer das Systemverhalten visualisieren kann. AutoExplor verwaltet einen internen vorbeugenden Wartungsplan und benachrichtigt den Benutzer, wenn eine Systemwartung, z. B. eine Pumpenwartung oder eine Sensorkalibrierung, fällig ist. Dies trägt dazu bei, die maximale Betriebsleistung des Systems aufrechtzuerhalten. Außerdem bietet es im Falle eines Geräteausfalls Fehler- und Fehlermeldungen sowie spezifische Informationen zur Fehlerbehebung, sodass das Problem so schnell wie möglich behoben werden kann.

Die Plasmareinigung ist eine in der Mikroskopie, einschließlich der Rasterelektronenmikroskopie (REM) und der Transmissionselektronenmikroskopie (TEM), weit verbreitete Technik zur Vorbereitung und Dekontamination von Proben. Sie entfernt effektiv organische Verunreinigungen von Probenoberflächen und verbessert so die Bildqualität und Analysegenauigkeit. So funktioniert die Plasmareinigung für REM- und TEM-Proben:

1. Prinzip der Plasmareinigung
Bei der Plasmareinigung wird Plasma, ein hochionisiertes Gas, zur Entfernung von Verunreinigungen eingesetzt. Plasma wird durch Anlegen eines hochfrequenten elektromagnetischen Felds an ein Niederdruckgas, üblicherweise Sauerstoff, Argon oder Wasserstoff, erzeugt. Der Prozess erzeugt Ionen, Elektronen und neutrale Spezies, die hochreaktiv sind.

2. Entfernung von Schadstoffen

Im Plasmareinigungsprozess:

• Physikalische Entfernung : Die energiereichen Ionen im Plasma bombardieren die Probenoberfläche und zerstäuben Verunreinigungen physikalisch weg.
• Chemische Reaktionen : Reaktive Spezies im Plasma können chemisch mit Verunreinigungen reagieren. Beispielsweise können Sauerstoffradikale organische Materialien oxidieren und sie in flüchtige Verbindungen umwandeln, die leicht entfernt werden können.

3. Anwendung in SEM und TEM

Für SEM-Proben:

• Dekontamination : Durch die Plasmareinigung werden organische Rückstände wie Fingerabdrücke, Öle und in der Luft befindliche Partikel entfernt, die Details verdecken oder Elektronenstrahlen stören können.
• Verbesserte Bildgebung : Durch die Reinigung der Oberfläche reduziert die Plasmabehandlung Aufladungseffekte und verbessert die Auflösung und den Kontrast von SEM- und TEM-Bildern.
• Verbesserte Auflösung und Kontrast : Eine saubere Probenoberfläche ermöglicht eine bessere Wechselwirkung zwischen den Elektronen und der Probe, was für die Erzielung hochauflösender und kontrastreicher Bilder in SEM und TEM entscheidend ist.
• Vorbereitung für die Beschichtung : Wird häufig vor dem Auftragen leitfähiger Beschichtungen auf nicht leitfähige Proben verwendet, um sicherzustellen, dass die Beschichtung gut haftet und gleichmäßig ist.

4. Vorteile der Plasmareinigung

• Schonend für die Proben : Im Gegensatz zu chemischen Reinigungsmethoden ist die Plasmareinigung im Allgemeinen zerstörungsfrei für die Probenoberfläche.
• Schnell und effizient : Der Vorgang kann je nach Kontaminationsgrad und Probengröße einige Minuten bis zu einer Stunde dauern.
• Vielseitig : Wirksam auf einer Vielzahl von Materialien, einschließlich Metallen, Keramik und biologischen Proben.

Elektronenmikroskope, insbesondere Rasterelektronenmikroskope (REM) und Transmissionselektronenmikroskope (TEM), sind in der Halbleiterindustrie wichtige Werkzeuge zur Erkennung und Analyse von Fehlern in Transistorbauelementen. Die Fähigkeit dieser Mikroskope, hochauflösende Bilder im Nanobereich zu liefern, ermöglicht eine detaillierte Untersuchung von Halbleitermaterialien, -strukturen und -bauelementen. So werden Elektronenmikroskope in diesem Zusammenhang eingesetzt:


1. Hochauflösende Bildgebung

• SEM : SEMs werden verwendet, um die Oberflächentopographie und Zusammensetzung von Transistorbauelementen zu visualisieren. Sie können Oberflächendefekte, Schichtdickenschwankungen und strukturelle Anomalien identifizieren, die zum Ausfall des Transistors führen können. Der Rückstreuelektronenmodus (BSE) kann Materialien anhand des Ordnungszahlkontrasts unterscheiden, was für die Überprüfung der Zusammensetzung und Verteilung von Materialien im Gerät nützlich ist.
• TEM : TEM bietet eine noch höhere Auflösung als SEM und kann Bilder auf atomarer Ebene erzeugen. Dies ist entscheidend für die Betrachtung der inneren Strukturen der Transistoren, wie Kristallgitterdefekte, Versetzungen und Grenzflächenanomalien zwischen verschiedenen Materialien.

2. Fehleranalyse

• Defektanalyse : Elektronenmikroskope können Defekte erkennen und analysieren, die mit weniger leistungsstarken Mikroskopen nicht sichtbar sind. Dazu gehören Hohlräume, Risse und Einschlüsse von Fremdmaterial im Transistor.
• Materialanalyse : Mithilfe der energiedispersiven Röntgenspektroskopie (EDX) in Elektronenmikroskopen können Elementaranalysen durchgeführt und die chemische Zusammensetzung von Materialien bestätigt werden. Dies hilft beim Verständnis von Problemen wie Verunreinigungen oder Materialabbau.

3. Fehlerlokalisierung

• Schaltkreisbearbeitung und -fehlerbehebung : Focused Ion Beam (FIB)-Systeme, oft in Kombination mit SEM, werden zur Schaltkreisbearbeitung und Fehleranalyse verwendet. Sie können Materialien an bestimmten Stellen abtragen, um die inneren Abschnitte eines Transistors freizulegen oder Schaltkreise im Nanometermaßstab zu reparieren und zu modifizieren.
• Physikalische Schnitte : Bei internen Defekten oder Fehlern können mit FIB Querschnitte der Geräte geschnitten werden. Diese Querschnitte können dann unter SEM oder TEM abgebildet werden, um die Schichtstrukturen und die Schnittstellenqualität zu analysieren.

4. Elektrische Charakterisierung

• Spannungskontrast im SEM : Diese Technik wird verwendet, um elektrische Aktivität in Halbleiterbauelementen zu identifizieren. Sie kann zeigen, welche Teile des Transistors elektrisch aktiv sind und welche nicht, was auf potenzielle Fehlerbereiche hinweist.

5. Dynamisches Testen

• In-situ-Tests : Einige Elektronenmikroskope sind für die Durchführung elektrischer In-situ-Tests ausgestattet, bei denen das Gerät unter Betriebsbedingungen beobachtet werden kann. Dies kann bei der Identifizierung dynamischer Ausfallmechanismen wie Elektromigration oder thermischer Degradation hilfreich sein.