微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）和許多其他微尺度電子元件都需要精細(xì)操作和電性能探測。這些元件的分析在從學(xué)術(shù)研究到工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)和質(zhì)量控制的多個(gè)領(lǐng)域中具有重要意義。在這些情況下，通常需要在最短的時(shí)間內(nèi)獲得最佳結(jié)果。在本篇應(yīng)用介紹中，展示了在飛納臺(tái)式掃描電鏡（SEM）中進(jìn)行微觀表征和原位電性能探針測試的新方法，該方法能夠快速、精確地表征微尺度物件。

01 3D 打印微彈簧  和掃描電鏡微觀表征

Exaddon 提供增材微加工技術(shù)（µAM），用于生產(chǎn)具有優(yōu)良材料性能的微尺度組件，如微彈簧。這些微彈簧有多種用途，包括用作探針陣列的接觸點(diǎn)。Exaddon CERES µAM 系統(tǒng)能夠通過局部電沉積直接在芯片表面打印具有復(fù)雜幾何形狀的金屬物體。通過這種方法，陣列中的每個(gè)彈簧可以得到不同的圈數(shù)、垂直間距和螺距。

本篇應(yīng)用中，CERES µAM 系統(tǒng)被用在銅基板上 3D 打印微尺度銅彈簧。所制得彈簧高 90 微米，半徑 10 微米；金屬彈簧絲的直徑小于 4 微米。表 1 總結(jié)了該微彈簧的物理性能和關(guān)鍵尺寸信息。

圖1. 由 Exaddon CERES μAM 系統(tǒng) 3D 打印的微彈簧，與 Imina Technologies miBot 探針接觸。(飛納臺(tái)式掃描電鏡 Phenom XL G2 拍攝）

02 在飛納電鏡中對微彈簧進(jìn)行原位電性能測試

為了表征其電氣和物理特性，將 3D 打印的銅微彈簧放入飛納臺(tái)式掃描電鏡大倉室 Phenom XL G2 中，并配備了來自 Imina Technologies 的集成原位電性能探測系統(tǒng)。該系統(tǒng)由 3 個(gè) Imina Technologies miBot™ 探針組成，能夠自由移動(dòng)并連接到顯微鏡外部的電控單元。電性能探測、數(shù)據(jù)收集和結(jié)果導(dǎo)出都可以通過 Imina Technologies Precisio™ 軟件進(jìn)行管理。

圖2. 放置在飛納電鏡樣品臺(tái)上的 Imina Technologies miBot 探針

飛納臺(tái)式大倉室掃描電鏡 Phenom XL G2 集成的光學(xué)導(dǎo)航相機(jī)有助于 miBot 探針快速定位和接觸樣品。優(yōu)于 8nm 的分辨率，可以快速高清成像使探針準(zhǔn)確落在彈簧的接觸區(qū)域（約 15 微米），并實(shí)時(shí)觀察其變形情況。

圖3. 使用飛納臺(tái)式掃描電鏡 Phenom XL G2 對微彈簧進(jìn)行 SEM 的實(shí)時(shí)成像

為了表征微彈簧，將 miBot 探針放置在彈簧的接觸區(qū)域，另一探針接觸基板。當(dāng)?shù)谝粋€(gè)探針逐漸壓縮微彈簧時(shí)，記錄其 I/V 特性。該配置輕松測量了微彈簧的導(dǎo)電性，并確定了形成良好電接觸所需的變形量。

本應(yīng)用結(jié)合了 Exaddon、Imina Technologies  和飛納電鏡在銅微彈簧的生產(chǎn)、表征和成像方面的專業(yè)知識(shí)。Exaddon 提供了高質(zhì)量的 3D 打印微彈簧，隨后利用 Imina Technologies 的原位電性能探測系統(tǒng)進(jìn)行了表征。整個(gè)實(shí)驗(yàn)在飛納臺(tái)式大倉室掃描電鏡 Phenom XL G2 內(nèi)進(jìn)行，可以對樣品進(jìn)行快速導(dǎo)航，并且能夠?qū)ξ椈蛇M(jìn)行高分辨率 SEM 成像。