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EMPA Laboratoire féd. d'essai des

FIB - un microscope qui peut se muer en établi

Berne (ots)

Une méthode d'examen utilisée en science de matériaux
Utilisés jusqu'ici souvent uniquement pour la
détection des défauts ou pour la modification des micropuces et des
systèmes de semi-conducteurs modernes, les deux FIB (Focused Ion
Beam, faisceau d'ions focalisé) de l'Empa sont maintenant employés
avec succès dans le domaine de la science des matériaux, de la
technique des assemblages et des revêtements ainsi qu'en biologie.
Lors du processus de fabrication des micropuces, les erreurs de
conception des circuits ont souvent des conséquences désastreuses sur
la planification du développement et les délais de livraison. La
correction des erreurs de conception sur les prototypes au moyen des
procédés de la lithographie classique peut nécessiter des semaines.
Et ce n'est qu'alors que l'ingénieur qui a conçu la puce peut savoir
si son circuit fonctionne effectivement. Le FIB permet souvent de
réaliser ces opérations plus rapidement et à meilleur coût. La
réparation d'un prototype d'une micropuce avec le microscope ionique,
dont le pouvoir de résolution et le grossissement sont de plusieurs
centaines de fois plus élevés que ceux d'un microscope optique,
permet de clarifier la situation en quelques heures. Les deux FIB en
place dans les locaux du laboratoire Electronique/Technique de mesure
de l'Empa permettent d'analyser des défauts en dirigeant sur ceux-ci
un gaz approprié avec le faisceau d'ions gallium et de produire des
micro-réactions localisées avec une précision d'un dixième de
micromètre. Il est ainsi possible de déposer des couches conductrices
de tungstène ou de platine ou des films isolants en dioxyde de
silicium. Etant capable de procéder aussi bien à l'ablation qu'au
dépôt de couches minces, le FIB devient ainsi, en plus d'un
microscope à haute résolution, un véritable établi de réparation des
prototypes de microstructures. Avec cet engagement dans ce domaine,
l'éventail des activités de l'Empa s'étend maintenant des
constructions de ponts audacieuses à la caractérisation des
structures à l'échelle du nanomètre.
Nouveaux domaines d'utilisation des FIB à l'Empa
Alors que les FIB se sont déjà largement établis ces dernières
années dans l'analyse des défauts et la modification des micropuces
et des microsystèmes (MEMS=Micro Electro Mechanical Systems et
MOEMS=Micro Opto-Electro Mechanical Systems), leur utilisation dans
des domaines technico-scientifiques exigeant de performances assez
semblables telles que la science des matériaux, les techniques
d'assemblage et de revêtement ou la biologie, n'est encore que fort
peu connue. Avec ses deux installations FIB conçues pour s'intégrer
dans un environnement interdisciplinaire, l'Empa jette un pont vers
de nouvelles applications.
Une application des FIB dans la technique des couches minces
L'analyse d'un cas de dommage illustre combien l'utilisation d'un
FIB peut être utile dans la technique des couches minces. C'est ainsi
que l'on a utilisé un FIB pour analyser un défaut apparemment de peu
d'importance sur la peinture d'une porte d'une voiture. Sous ce
défaut de peinture insignifiant et à peine visible à la loupe, une
microcoupe FIB réalisée «in situ» a révélé des dégâts d'une
profondeur insoupçonnable: Une inclusion d'air dans la couche de fond
venait se prolonger en se dilatant pour augmenter considérablement de
volume dans la couche de peinture de finition. Ainsi directement sous
la surface se trouvait une cloque d'air d'un volume important et
recelant un risque inquiétant en ce sens qu'elle forme un réservoir
«idéal» pour l'eau chargée de sel de déverglaçage avec les problèmes
de corrosion qui en découlent.
Qu'est-ce qu'un FIB?
Le principe de base d'un FIB est fort simple: Il consiste à
remplacer sur un microscope électronique à balayage (MEB) la source
d'électrons par un canon à ions de gallium. Sur un MEB, la source
d'électrons arrache à l'éprouvette des électrons sans que les atomes
qui la composent subissent de modifications notables. Ces électrons
arrachés, appelés électrons secondaires, fournissent ainsi une
information sur la topographie et la structure du matériau au point
d'impact du faisceau d'électrons primaires. En faisant balayer point
par point et ligne par ligne, tout comme dans un tube de télévision,
l'objet à examiner par ce faisceau, on obtient une image globale de
ce dernier.
L'avantage d'un faisceau d'ions gallium par rapport au faisceau
d'électrons réside dans le fait que les ions possèdent une masse
beaucoup plus élevée et que leur interaction avec l'échantillon est
ainsi plus forte. Si l'on compare un faisceau d'électron avec une
lampe de poche qui éclaire l'échantillon, le faisceau d'ions gallium
correspond alors à un canon laser très puissant mais réglable. Un tel
canon permet d'arracher du matériau de manière très précise de la
surface d'un matériau (»sputtering»). Le faisceau d'ions gallium
fonctionne exactement de la même manière mais à des dimensions
infiniment plus petites. Accessoirement ce bombardement d'ions
gallium arrache lui aussi des électrons secondaires à l'échantillon,
ce qui permet d'obtenir de ce dernièr une image d'une qualité qui n'a
rien à envier à celles fournies par les bons MEB.
Le «dernier cri» en matière de technologie FIB consiste à combiner
en une seule installation un FIB avec un microscope électronique à
balayage classique et différents dispositifs d'injection de gaz. Ce
type d'installation, dénommé Dual-Beam-FIB, multiplie les avantages
du FIB par ceux de la microscopie électronique à balayage classique.
Pour certaines applications, telles que par exemple la confection de
préparation pour la microscopie électronique par transmission, une
technique jusqu'ici longue et complexe réservée à quelques
spécialistes expérimentés, ce type d'installation offre des avantages
notables et ouvre des possibilités nouvelles. Une des deux
installations dont dispose l'Empa est un tel Dual-Beam-FIB.
Si vous désirez obtenir davantage d'informations sur les
possibilités qu'offrent ces installations, veuillez prendre contact
avec un spécialiste de l'Empa.

Contact:

Chef Laboratoire Electronique/Techniques de mesure:
Dr. Urs Sennhauser
Tél. +41/1/823'41'73
mailto:urs.sennhauser@empa.ch

Renseignements techniques
Peter Jacob
Tél. +41/1/823'42'88
mailto:peter.jacob@empa.ch