Master's Thesis

Design and Testing of methodology for in-situ sample cleaning for low voltage electron microscopy

Final Thesis 5.89 MB

Author of thesis: Ing. Zdena Rudolfová, Ph.D.

Acad. year: 2011/2012

Supervisor: prof. Ing. Miroslav Kolíbal, Ph.D.

Reviewer: Ing. Ivo Vávra, CSc.

Abstract:

This thesis concentrates on the methodology of semiconductor samples preparation for
low voltage scanning electron microscopy. In the first part a detailed theory of sample
imaging using electron beam and difference between classical scanning electron microscopy
(SEM) and low voltage scanning electron microscopy (LVSEM) is described. It is given a
description of a contrast formation in SEM and LVSEM and theories describing a contrast
formation of differently doped semiconductors. The second part contains experimental
data. The advantages and disadvantages of cleavage and focused ion beam (FIB) milling
as sample preparation techniques are discussed. FIB was found as the best method for
sample preparation for the analysis of precisely defined location on the sample. It is
necessary to use the lowest possible FIB accelerating voltage for final polishing, ideally
1 kV.

Keywords:

dopant contrast, cleavage, FIB, plasma cleaning, low voltage electron microscopy

Date of defence

18.06.2012

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Applied Sciences in Engineering (N3901-2)

Field of study

Physical Engineering and Nanotechnology (M-FIN)

Composition of Committee

prof. RNDr. Tomáš Šikola, CSc. (předseda)
prof. RNDr. Miroslav Liška, DrSc. (místopředseda)
prof. RNDr. Bohumila Lencová, CSc. (člen)
prof. RNDr. Jiří Komrska, CSc. (člen)
prof. RNDr. Petr Dub, CSc. (člen)
prof. RNDr. Radim Chmelík, Ph.D. (člen)
prof. RNDr. Jiří Spousta, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Ivan Křupka, Ph.D. (člen)
prof. RNDr. Pavel Zemánek, Ph.D. (člen)
RNDr. Antonín Fejfar, CSc. (člen)

Zdena Druckmullerová pracovala na tématu vypsaném společně se společností FEI Czech Republic. Experimentální část práce tak byla omezena dostupností používaného mikroskopu v potřebné konfiguraci. Studentka však na zvoleném tématu začala pracovat svědomitě již po návratu se stáže Erasmus, a zejména díky tomuto přístupu se jí podařilo splnit cíle diplomové práce a v několika ohledech je i přesáhnout. Experimenty se štípáním vzorků a následným plasmatickým čištěním byly metodicky a zejména časově poměrně náročné. Při zpracování výsledků studentka prokázala zřejmě vrozené schopnosti pro zpracování obrazu a celou metodiku obohatila o několik originálních přístupů (vyzdvihl bych zejména výpočet hodnoty kontrastu z logaritmické závislosti na míře dopování). Interpretace naměřených dat a vyvozené závěry respektují fakt, že některé experimenty nebylo možné z časových důvodů opakovat. Zde lze studentce vytknout občas nedostatečnou trpělivost a rozvahu při analýze výsledků.
Předložený text je velmi dobře napsán, i přes mé drobné výhrady k uspořádání a obsahu teoretické části. Je nutné vyzdvihnout rešerši současných metod vyhodnocování úrovně dopantů pomocí elektronového mikroskopu, která je zpracována výborně, komplexně a poskytuje tak čtenáři úplný náhled na současný stav poznání v této oblasti. Text prošel minimem korekcí a myslím, že dokazuje velmi dobrou schopnost studentky prezentovat dosažené výsledky.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita A
Schopnost interpretovat dosažené vysledky a vyvozovat z nich závěry B
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti A
Grafická, stylistická úprava a pravopis A
Práce s literaturou včetně citací A
Samostatnost studenta při zpracování tématu A

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
Ing. Ivo Vávra, CSc.

Predložená práca je po formálnej i obsahovej stránke na nadštandardnej úrovni. Výsledky práce sú priamo aplikovateľné v praxi..
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita A
Schopnost interpretovat dosaž. vysledky a vyvozovat z nich závěry A
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti A
Grafická, stylistická úprava a pravopis A
Práce s literaturou včetně citací B
Topics for thesis defence:
  1. V práci mi chýba porovnanie navrhnutých technológií čistenia implantovaných povrchov používané v mikroelektronickej praxi pred nanášaním ďalších vrstiev (napr. kontaktov). Formálnym nedostatkom práce je používanie výrazu „plazmatické čistenie“, ktorý nie vždy presne vystihuje použitú metódu.Možno by bolo dobré, keby diplomantka pri obhajobe uviedla podstatu procesov pri plazmochemickom leptaní, reaktívnom iónovom leptaní, fyzikálnom iónovom, napr. čistení povrchu v argónových iónoch. A zároveň uviedla používané energie častíc. Odporúčam pre prípadnú ďalšiu prácu diplomantky v odbore detailnejšie sa oboznámiť s fyzikálnymi a chemickými mechanizmami rôznych plazmatických techník. Z hľadiska minima radiačného poškodenia sa mi zdá perspektívne plazmochemické leptanie v zhášanej plazme. Chcem vyzdvihnúť jednoznačne správnu orientáciu diplomantky na analýzu na lomových plochách, čo jej
  2. umožnilo dosiahnuť vierohodné výsledky a tiež spoznať „záludnosť“ kontaminačných javov pri pozorovaní vzorky. Nájsť vhodnú metódu očistenia povrchu implantovaného sustrátu je pomerne zložitý problém, ktorý sa pravdepodobne sa dá riešiť pre kažý jednotlivý materiál substrátu i implantu. Diplomantka svojou prácou prispela k rozvoju metód pozorovania implantovaných oblastí v LV SEM. V Bratislave dne 2.6.2012 Ing. Ivo Vávra, CSc. Oponent diplomové práce

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová