聚焦离子束微纳加工技术
聚焦离子束加工技术及其应用
聚焦离子束加工技术及其应用摘要：。
聚焦离子束(FIB)技术是把离子束斑聚焦到亚微米甚至纳米级尺寸，通过偏转系统实现微细束加工的新技术。
文章简述了聚焦离子束工作原理和应用前景等。
关键词：聚焦离子束、刻蚀1．聚焦离子束简介聚焦离子束(focused ion beam，FIB)与聚焦电子束从本质上讲是一样的，都是带电粒子经过电磁场聚焦形成细束。
但聚焦电子束不同于聚焦离子束。
区别在于它们的质量，最轻的离子为氢离子也是电子质量的1 840倍。
离子束不但可以像电子束那样用来曝光，而且重质量的离子也可以直接将固体表面的原子溅射剥离，因此聚焦离子束更广泛地作为一种直接微纳米加工工具。
离子束的应用已经有近百年的历史。
自1910年Thomson建立了气体放电型离子源后，离子束技术主要应用于物质分析、同位素分离与材料改性。
由于早期的等离子体放电式离子源均属于大面积离子源，很难获得微细离子束。
真正的聚焦离子束始于液态金属离子源的出现。
1975年美国阿贡国家实验室开发出液态金属离子源(LMIS)，1978年美国加州休斯研究所的R．L．Seliger等人建立了第一台装有Ga LMIS的FIB系统，其束斑直径仅为100nm(目前已可获得只有5nm的束斑直径)。
电流密度为1．5A／cm ，亮度达3．3×10。
A／(cm2．sr)。
这给进行亚微米JJnq-器件的研究极大的鼓舞。
聚焦离子束(FIB)技术就是在电场及磁场的作用下，将离子束聚焦列亚微米甚至纳米量级，通过偏转系统和加速系统控制离子束，实现微细图形的检测分析和纳米结构的无掩模加工。
FIB技术经过不断发展，离子束已可以在几个平方微米到近lmm 的区域内进行数字光栅扫描，可以实现：①通过微通道极或通道电子倍增器收集二次带电粒子来采集图像。
②通过高能或化学增强溅射来去除不想要的材料。
③淀积金属、碳或类电介质薄膜的亚微米图形。
FIB技术已在掩膜修复、电路修正、失效分析、透射电子显微镜(TEM)试样制作及三维结构直写等多方面获得应用。
聚焦离子束
聚焦离子束
离子束技术是一种高精度微加工技术，通过将离子加速到高速并聚焦在微米尺度的小区域进行材料加工和表面改性。
聚焦离子束技术在材料科学、电子工程、生物医学等领域有着广泛的应用前景。
在聚焦离子束技术中，离子束源首先产生并加速离子，然后通过磁透镜等聚焦装置将离子束聚焦到微米尺度。
在加工过程中，离子束的能量和大小可以被调控，从而实现对材料的高精度加工。
离子束技术具有许多优势，比如能够实现高分辨率的加工、几乎无热影响区、对光学透明材料有较好加工效果等。
这些优势使得离子束技术在制造微纳米器件、制备光学元件、表面处理等方面有着独特的应用优势。
聚焦离子束技术在微纳加工领域有着广泛的应用。
比如在芯片制造中，离子束技术可以实现对器件的精细加工和调试，提高了芯片的性能和可靠性。
在生物医学领域，离子束技术可以用于制备生物芯片、药物载体等，为生物医学研究提供了新的手段。
未来，随着人类对微纳加工精度和功能性需求的不断提高，离子束技术将会更加广泛地应用于各个领域。
同时，随着离子束技术的不断发展和创新，离子束技术也将不断地提升其加工精度和效率，为人类创造更多的可能性。
总的来说，聚焦离子束技术作为一种高精度微加工技术，在材料加工、表面改性等领域有着广泛的应用前景。
随着技术的不断发展和创新，离子束技术将会为人类带来更多的技术创新和应用可能性。
聚焦离子束技术介绍
一、概述
• 发展历史 – Levi-Setti，Orloff 和Swanson等人在1975 年研制出了第一台气体场电离离子源聚焦离 子束设备。 – 1978 年Seliger等人研制出了第一台液体金属离子源的聚焦离子束设备。 – 目前，已经发展成电子束和离子束合二为一的双束系统。
nm。
二、聚焦离子束功能
• 如左图所示，在未喷镀玻璃表面加工同心圆时， 由于玻璃不导电，离子束产生的表面荷电积累导 致无法加工出预定图形结构。
• 此时，如果同时启动电子束镜筒，用200 nA 大电 流扫描加工区域就可以有效地将正电荷中和掉， 从而获得与设计方案完全一致的图形。
• 这种加工模式就是最新的漂移抑制加工技术，电 荷补偿的过程由双束系统自动实现。
二、聚焦离子束功能
• 离子束的切割功能是通过离子束与表面原子之间的碰撞将样品表面原子溅射出来实现的。 • 通过调整透镜系统和光阑可以将镓离子束直径控制到纳米尺度，再使用图形发生器来控制离
子束的扫描轨迹就可以对样品实现精细的微纳加工。 • 目前先进的图形发生器采用了16 位的控制系统，可以将离子束的最小扫描间隔减少至0. 6
三、电子束功能
超低电压超高分辨SEM图像: (a) 800eV下SBA-15介孔SiO2样品，(b) 200eV下碳纳米管样品
四、双束系统的应用
• 任何双束系统的复杂应用均来自于上面介绍的电子和离子束功能的组合，这些复杂的应用逐 渐发展成为比较专业的应用。
• 以下着重介绍三种主要应用：微纳加工、透射电镜制样和电路编辑。
• 该技术解决了传统不导电样品加工的难题，体现 出了双束的技术优势，也扩展了双束的应用领域。
二、聚焦离子束功能
• 离子束的第3种应用是与GIS气体注入系统结合起来实现沉积或者增强刻蚀。 • GIS气体注入系统可以将含有金属的有机前驱物加热成气态通过针管喷到样品表面，当离子或
聚焦离子束技术
聚焦离子束技术一、简介聚焦离子束技术（Focused Ion Beam，FIB）是一种微电子束技术，它使用液态金属离子源产生离子束，然后通过一组电磁透镜将离子束聚焦到非常小的区域内。
这种技术在材料科学、半导体工程、生命科学和纳米科技等领域有着广泛的应用。
二、聚焦离子束技术的工作原理1. 离子源：聚焦离子束系统的核心是一个离子源，通常使用的是液态金属离子源。
液态金属离子源中的金属被加热到高温，使其蒸发并形成等离子体。
2. 离子提取：从等离子体中提取出金属离子，并将其加速到高速度。
3. 聚焦：通过一组电磁透镜将离子束聚焦到一个非常小的区域内。
电磁透镜可以是静电透镜或磁透镜，也可以是两者的组合。
4. 样品处理：聚焦的离子束可以用于切割、蚀刻、沉积和焊接样品。
离子束与样品的相互作用会产生二次粒子和溅射物质，这些二次粒子和溅射物质可以被用于分析样品的性质。
三、聚焦离子束技术的应用领域1. 半导体工程：聚焦离子束技术可以用于制造和修复半导体设备。
例如，可以使用FIB来切割芯片，或者修复集成电路中的缺陷。
2. 材料科学：聚焦离子束技术可以用于分析和处理各种材料。
例如，可以使用FIB来切割样品并进行元素分析，或者使用FIB来制造纳米结构和纳米器件。
3. 生命科学：聚焦离子束技术可以用于研究和操作生物样本。
例如，可以使用FIB来切割细胞或组织样本，或者使用FIB来制造纳米级的药物输送系统。
4. 纳米科技：聚焦离子束技术是纳米科技的重要工具。
它可以用于制造纳米结构和纳米器件，也可以用于研究纳米材料的性质。
5. 故障分析：FIB可以用于故障分析，通过在器件表面进行切割、刻蚀和显微观察，帮助确定电子器件中的故障位置和原因。
四、聚焦离子束技术的挑战和未来发展尽管聚焦离子束技术在许多领域都有广泛的应用，但它也面临着一些挑战。
例如，离子束与样品的相互作用会产生大量的二次粒子和溅射物质，这些二次粒子和溅射物质可能会污染样品和设备。
聚焦离子束fib测试用途以及注意事项
聚焦离子束fib测试用途以及注意事项全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：聚焦离子束（Focused Ion Beam，简称FIB）是一种现代化的分析仪器，它利用离子束对材料表面进行切割、雕刻和离子注入等操作，可用于材料性能分析、纳米加工以及器件结构调制等方面。
在科学研究和工程应用中，FIB技术被广泛应用于半导体、材料科学、生物医药等领域。
本文将重点介绍聚焦离子束FIB的测试用途以及注意事项。
一、FIB的测试用途1. 样品切割：FIB技术可以通过离子束切割样品，制备出不同几何形状和大小的样品切片，用于透射电镜、扫描电镜等进一步的显微分析。
这对于研究材料的微观结构和性能具有重要意义。
2. 纳米加工：FIB技术可以对样品表面进行精确的纳米加工，包括雕刻、刻蚀和注入等操作。
通过控制离子束的能量和位置，可以实现微米和纳米尺度的结构制备和调控，为纳米器件的制备和研究提供了重要手段。
3. 局部分析：FIB技术可以结合光学显微镜、扫描电子显微镜等设备，对样品表面进行定位并进行局部分析。
通过离子束的照射，可以实现对材料的表面成分、结构和形貌等信息的获取，为材料性能和组成分析提供了便利。
4. 器件修复：FIB技术可用于器件的故障分析和修复，通过对器件进行切割、磨蚀和掺杂等操作，可以找到故障点并进行修复，提高器件的可靠性和性能。
5. 原位实验：FIB技术可以在扫描电子显微镜或透射电镜平台上实现原位实验，对材料进行局部处理和观察。
这种原位实验可以实现对材料反应、相变和结构演化等过程的实时监测和控制，具有重要的研究意义。
二、FIB的注意事项1. 样品准备：在进行FIB实验前，应对样品进行充分的处理和准备工作。
样品表面应平整干净，避免有氧化物、污渍和尘埃等杂质，以确保离子束对样品的照射效果。
2. 参数设置：在使用FIB进行实验时，需要根据样品的性质和需要进行离子束的能量、电流和面积等参数进行合理的设置。
过小的能量和电流会导致处理效率低，而过大可能会损伤样品。
离子束微纳加工
离子束微纳加工
离子束微纳加工（Ion Beam Micro/Nano Fabrication）是一种高精度、高品质的微纳加工技术，其基本原理是利用高能离子束对材料进行加
工和改性。
离子束微纳加工具有加工精度高、表面光洁度好、加工速度快、适用性广等优点，在微电子、光电子、生物医学等领域得到广泛应用。
离子束微纳加工的主要工艺包括掩模制作、离子注入、刻蚀、沉积、
表面粗化等。
其中，掩模制作是离子束微纳加工的核心技术之一，其目的
是在材料表面制作出所需的微纳结构，包括线条、点、孔洞等。
离子束注
入则是将高能离子束注入到材料表面，利用离子束的能量和束流密度对材
料进行改性和处理。
刻蚀和沉积则是通过离子束的能量和的化学反应来实
现对材料表面的加工和改性。
此外，表面粗化技术可以通过控制离子注入
能量和注入时间来实现对材料表面粗糙度、摩擦系数、润湿性等性质的改变。
离子束微纳加工技术可以广泛应用于集成电路、传感器、微加工等领域，在纳米电子学、生物医学、能源等领域也有很大的应用前景。
对于微
纳加工领域来说，离子束微纳加工技术是一种高效、稳定的加工技术，有
望推动微纳加工技术的发展和应用。
微纳米级精密加工技术最新进展
微纳米级精密加工技术最新进展微纳米级精密加工技术是当代科技发展的关键技术之一，它在信息技术、生物医疗、航空航天、光学制造等领域发挥着至关重要的作用。
随着科学技术的飞速进步，微纳米级精密加工技术不断取得突破，推动着相关产业的创新与升级。
以下是该领域最新进展的六个核心要点：一、超精密光刻技术的新突破超精密光刻技术作为微纳加工的核心技术，在半导体芯片制造中占据主导地位。
近年来，极紫外光刻(EUV)技术取得了重大进展，其波长缩短至13.5纳米，极大提高了图案分辨率，使得芯片上的元件尺寸进一步缩小，推动了摩尔定律的延续。
同时，多重曝光技术和计算光刻技术的结合应用，进一步提高了光刻精度，为实现更小特征尺寸的集成电路铺平了道路。
二、聚焦离子束加工技术的精细化聚焦离子束(FIB)技术以其高精度、灵活性强的特点，在微纳米结构的直接写入、修改及分析方面展现出了巨大潜力。
最近，通过优化离子源和束流控制系统，FIB技术实现了亚纳米级别的加工精度，为纳米器件的制备、纳米电路的修复及三维纳米结构的构建提供了强有力的技术支持。
此外，双束系统（FIB-SEM）的集成，即在同一平台上集成了聚焦离子束与扫描电子显微镜，大大提高了加工的准确性和效率。
三、激光微纳加工技术的创新应用激光加工技术在微纳米尺度上展现出了新的应用潜力，尤其是超短脉冲激光技术的出现，如飞秒激光，能够在材料表面进行无热影响区的精确加工，适用于复杂三维结构的制造。
通过调控激光参数，如脉冲宽度、能量密度和重复频率，可实现从材料表面改性到内部结构雕刻的广泛加工能力，被广泛应用于生物医疗植入物、微光学元件及微流控芯片的制造中。
四、化学气相沉积与电化学加工的精细化化学气相沉积(CVD)作为一种薄膜沉积技术，近年来在微纳米材料合成方面取得了显著进展，特别是在石墨烯、二维材料及其异质结构的可控生长方面。
通过精确调控反应条件，如温度、压力和气体配比，实现了单层或多层纳米薄膜的高质量沉积，为纳米电子学、能源存储及传感技术的发展提供了关键材料。
聚焦离子束加工
聚焦离子束加工离子束加工是一种先进的材料加工技术，它通过利用离子束对材料进行加工和改性。
离子束加工具有高精度、高效率、无环境污染等优点，被广泛应用于微电子、光电子、材料科学等领域。
本文将聚焦于离子束加工的原理、应用和未来发展方向，以及它对人类社会的意义。
一、离子束加工的原理离子束加工是利用高能离子束对材料表面进行物理或化学作用，从而改变材料的性质和形状的一种加工技术。
离子束加工主要包括离子束刻蚀、离子束沉积和离子束混杂等过程。
其中，离子束刻蚀是将高能离子束直接轰击材料表面，使表面原子或分子脱离材料，达到刻蚀的目的。
离子束沉积是将高能离子束轰击到材料表面上，使离子束中的原子或分子与材料表面的原子或分子发生反应，形成新的材料层。
离子束混杂是将高能离子束注入材料内部，改变材料的物理和化学性质。
二、离子束加工的应用离子束加工在微电子领域有着广泛的应用。
它可以用于制造微电子器件中的细小结构和通道，提高器件的性能和稳定性。
同时，离子束加工还可以用于修复集成电路中的缺陷，并改善器件的可靠性。
此外，离子束加工还可以用于制备纳米材料、光学器件和生物芯片等领域。
在材料科学领域，离子束加工也发挥着重要的作用。
它可以用于改变材料的表面形貌和性质，提高材料的硬度、耐磨性和耐腐蚀性。
离子束加工还可以用于制备具有特殊功能的材料，如防反射膜、光学薄膜和超疏水薄膜等。
此外，离子束加工还可以用于材料的改性和合金化，提高材料的性能和应用范围。
三、离子束加工的未来发展方向随着科学技术的不断发展，离子束加工也在不断创新和改进。
未来离子束加工的发展方向主要包括以下几个方面：1. 提高加工精度和效率：通过改进离子束的发射、聚焦和控制技术，提高离子束加工的精度和效率，实现更加精细的加工和更高的加工速度。
2. 开发新的加工方法和工艺：通过研究和开发新的加工方法和工艺，如离子束刻蚀、离子束沉积和离子束混杂等，实现对材料的多功能加工和多层次加工。
3. 探索新的应用领域：开拓离子束加工的新应用领域，如生物医学、能源材料和环境保护等，为人类社会的发展做出更大的贡献。
聚焦离子束纳米加工
CONTENTS
1 聚焦离子束的纳米加工技术 2 聚焦离子束系统的应用 3 FIB 纳米制造技术的应用
PART
01
基于聚焦离子束的纳米加工技术
聚焦离子束简介
聚焦离子束(focused ion beam, FIB)与聚焦 电子束从本质上讲是一样的，都是带电粒子经过电 磁场聚焦形成细束。但聚焦电子束不同于聚焦离子 束。区别在于它们的质量，最轻的离子为氢离子也 是电子质量的1 840倍。离子束不但可以像电子束 那样用来曝光，而且重质量的离子也可以直接将固 体表面的原子溅射剥离，因此聚焦离子束更广泛地 作为一种直接微纳米加工工具。
离子束的应用已经有近百年的历
史。自1910年Thomson建立了气体
放电型离子源后，离子束技术主要
应用于物质分析、同位素分离与材
料改性。由于早期的等离子体放电
式离子源均属于大面积离子源，很
难获得微细离子束。真正的聚焦离
子束始于液态金属离子源的出现。
1975年美国阿贡国家实验室开发出
液态金属离子源(LMIS)，1978年美
发射区域非常重要。N.A. Paraire采用聚焦离子束刻蚀
理就是用高能离子束将不活泼的辅助刻
多层膜的方法加工出了二维光子晶体，下图是二维光
蚀气体分子(如卤化物气体)变成活性原 子、离子和自由基，这些活性基团与样
02
子晶体在同一区域的SEM像。M.Yoshida用聚焦离子束 技术在金属薄膜上刻蚀出线宽几十纳米的沟槽。这种
图a 铣削溅射
图b 显微成像
入射离子经过级联碰撞，能量损失 殆尽而停留在晶格之间，此现象被 称作离子注入，见图c
聚焦离子束不仅可以通过溅射来剥离 去除材料，而且可以实现材料在指定 位置的添加，即局部诱导沉积，见图d
聚焦离子束技术经验
讲习班总结7月11日（周二）1.聚焦离子束技术（FIB）定义：将离子束聚焦到亚微米甚至纳米量级，通过偏转系统和加速系统控制离子束扫描运动，实现微纳米图形的检测分析和微纳米结构的无掩模加工。
离子源：液态金属镓应用：掩模板修复、电路修正、失效分析、透射电子显微镜样品制备、三维结构直写等方面。
基本组成：离子源、电子透镜、扫描电极、二次粒子探测器、多轴多向移动的样品台、真空系统。
聚焦离子束与SEM一样，通过偏转系统控制离子束在样品表面进行光栅式扫描，同时由信号FIB激发的这通常采用并最如果离截面的锥度当样品对于表面形貌起伏引起的窗帘结构，解决办法通常是在样品表面用FIB辅助化学气相沉积生长一层保护层，使表面变得平坦；也可以通过改变离子束的入射方向，从没有起伏的面开始切割，从而避开其影响。
对于成分差异引起的窗帘结构，可以通过摇摆切割的方式，使离子束在多个角度入射进行消除。
非均匀刻蚀聚焦离子束可以直接快速地加工制作微纳米平面图形结构，对于非晶体材料或单质单晶材料，FIB刻蚀通常可以得到非常平整的轮过形状和底面，但对于多晶材料和多元化合物材料，由于各个晶粒的取向不同，刻蚀速率在不同晶粒区域也会不同，经常会呈现非均匀刻蚀，底面并不平整。
对于多晶材料刻蚀出现的非均匀性加工缺陷，可以通过增大离子束扫描每点的停留时间来加以改善。
聚焦离子束轰击固体材料时，固体材料的原子被溅射逸出的过程中，部分原子会落回样品表面，该过程称为再沉积。
增大离子束在每点的停留时间，再沉积的影响就会增强，再沉积的原子落入凹陷处的几率更高，可以起到平坦化的作用，从而改善刻蚀底面的平整性。
气体辅助刻蚀可以大大提高刻蚀速率，减少再沉积，提高深宽比极限。
（离子束辅助沉积）聚焦离子束辅助沉积实际上是利用高能量的离子束辐照诱导特定区域发生化学气相沉积反应，有时也被称为离子束诱导沉积。
由于辅助沉积过程中，离子束不断地轰击样品表面，刻蚀与沉积的过程并存。
因此，应严格控制束流密度。
聚焦离子束加工
聚焦离子束加工
聚焦离子束加工是一种高精度、高效率的加工技术，它利用离子束的高能量和高速度，对材料表面进行加工和改性。
这种技术在微电子、光电子、生物医学、材料科学等领域都有广泛的应用。
聚焦离子束加工的原理是利用离子束的高能量和高速度，将离子束聚焦到非常小的区域，从而对材料表面进行加工和改性。
离子束加工可以实现高精度、高效率的加工，可以在微米甚至纳米级别上进行加工，同时还可以实现非常复杂的加工形状。
聚焦离子束加工的优点是非常明显的。
首先，它可以实现高精度的加工，可以在微米甚至纳米级别上进行加工，从而可以实现非常复杂的加工形状。
其次，它可以实现高效率的加工，可以在短时间内完成大量的加工任务。
最后，它可以实现非常高的加工质量，可以保证加工表面的光洁度和平整度。
聚焦离子束加工的应用非常广泛。
在微电子领域，它可以用于制造微处理器、存储器、传感器等微型电子元件。
在光电子领域，它可以用于制造光纤、光学器件、激光器等光电子元件。
在生物医学领域，它可以用于制造人工关节、人工心脏、人工血管等医疗器械。
在材料科学领域，它可以用于制造高强度、高硬度、高耐磨性的材料。
聚焦离子束加工是一种非常重要的加工技术，它可以实现高精度、
高效率、高质量的加工，可以应用于微电子、光电子、生物医学、材料科学等领域。
随着科技的不断发展，聚焦离子束加工技术将会得到更广泛的应用和发展。
聚焦离子束加工技术
聚焦离子束加工技术随着科技的不断进步，离子束加工技术也逐渐受到了广泛的关注和应用。
离子束加工技术是一种利用加速和聚焦的离子束在物体表面刻蚀和磨削的技术，可用于制备微纳器件、蚀刻厚膜、雾化喷涂等领域。
离子束加工技术的原理是将离子束成键能较高的介质中加速，然后在特定条件下高度聚焦，使得离子束具有足够的能量和动量来刻蚀物体表面。
其主要过程包括：离子束发生电离、加速、聚焦、入射到工件上和与工件相互作用的过程。
与传统的加工方法相比，离子束加工技术可以实现高精度、高效率、高质量和可重复性的特点，这些特点使它在微纳器件和精密加工领域中具有很高的应用价值。
离子束加工技术主要分为两类：一种是离子束刻蚀技术，另一种是离子束镀膜技术。
离子束刻蚀技术是利用离子束对物体表面进行刻蚀的一种方法。
刻蚀过程通常通过将工件放在真空室中，然后用离子束将表面物质击脱掉，从而形成所需的结构或器件。
该技术可以制备各种微型或纳米结构，如集成电路、传感器、芯片和微机械系统等。
其中，集成电路是离子束刻蚀技术的主要应用领域之一，可用于制造半导体材料中的电路和器件。
离子束镀膜技术则是通过离子束将金属离子沉积于物体表面，从而形成金属膜层。
该技术可用于制备各种功能薄膜，如光学膜、防腐蚀膜、导热膜和阻隔膜等。
其中，光学膜是离子束镀膜技术的主要应用领域之一，可用于制造各种光学器件，如衍射光栅、滤光片和半导体激光器等。
离子束加工技术的应用领域非常广泛，涉及到多个领域。
下面列举几个例子：(a)微电子学器件制造：可用于制造各种芯片、集成电路及其它微处理器。
(b)纳米和微米制造：可用于制造MEMS器件、纳米阵列和微雷达等。
(c)涂层技术：可用于制备各种金属和非金属涂层，如硬质涂层、防反射膜、光学膜、电极等。
(d)生物医学：可用于生物样品制备、组织工程、药物分离和分析等。
离子束加工技术的未来发展前景广阔。
如今，随着科学技术水平的提高，离子束加工技术将会得到更广泛的应用。
聚焦离子束电子束微加工与成像系统技术指标
聚焦离子束电子束微加工与成像系统技术指标一设备用途与功能：聚焦离子束电子束双束系统用于高质量定点双球差TEM样品制备；金属、半导体、电介质、多层膜结构等固体样品上制备微纳结构；化学和晶体结构三维形态分析；离子束刻蚀、离子束沉积、电子束沉积；可进行金属样品的沉积等功能。
二工作条件：1电压：230V(-6%,+10%)2环境温度：20°C(+/-4°C)3相对湿度：<80%RH4噪音：<50dBC5可持续运行6独立接地由厂家完成。
三技术规格1电子束核心指标*1.1高电压分辨率≤0.6nm@15kV（二次电子）；1.2低电压分辨率≤1.0nm@1kV（二次电子）；1.3在束重合点分辨率：≤0.6nm@15kV；≤2.5nm@1kV，边加工边观察的分辨率1.4背散射电子分辨率（BSE）：≤2nm@30kV；2电子束其他性能指标*2.1肖特基热场发射电子枪（质保≥3年）2.2加速电压：0.5-30kV2.3电子着陆能量范围：20eV–30keV；2.4电子束束流：0.8pA-100nA，1pA以下可以成像观察，透镜控制束流值，连续可调2.5自动加热式物镜光阑，可确保清洁和无接触式自动更换光阑孔3离子束系统3.1Ga离子源3.2离子束电压：0.5-30kV*3.3Ga离子束分辨率≤2.5nm@30kV3.4Ga离子束流强度：0.1pA–65nA。
3.5离子源寿命≥1000小时3.6配备15孔光阑，自动加热式光阑可确保清洁和无接触式更换光阑孔3.7离子束视场≥0.9mm@8kV或≥1mm@30kV4样品室4.1大样品仓，仓门内宽≥350mm；4.2具有≥17个附件/探测器接口；*4.3样品室集成一体化等离子清洗仪可清洗样品仓以及样品表面污染4.4快速样品交换仓，用于快速样品传输，抽真空时间≤2min5常规样品台5.1五轴样品台XYZRT；X、Y方向移动范围≥100mm；Z范围65mm 5.2样品台倾斜范围：-15°至+90°，连续旋转尺寸n*360°5.3配置减速样品台，减少对样品损伤，增加表面信息5.4最大样品直径≥150mm，最大样品高度≥50mm6原位冷冻样品台6.1用于束流敏感的软材料样品制备6.2温度范围：-190℃至+5℃6.3温度稳定性优于±1℃7原位加热台7.1最高温度≥1000℃，升温时间≤500ms7.2高温下电镜分辨率：690nm HFW@1kv1000℃，样品台移动无限制7.3兼容所有探测器、纳米机械手、气体注入、EDS、EBSD7.4保证高温下1000℃以上仍然可以完成高质量EDS/EBSD分析8辅助气体注入系统：8.1不少于5个独立气体注入单元，用于增强刻蚀和沉积8.2可进行Pt的沉积8.3镜筒内探测器保护阀；8.4单支气体气瓶容量不小于1.5cm38.5气瓶加热温度范围30-80°C9真空系统9.1完全无油真空系统，减少污染；9.2由机械干泵、磁悬浮涡轮分子泵和离子泵构成；9.3样品室真空度可以达到2.6*10-6mba级（24h内）；9.4打开舱门更换样品，真空度五分钟内可达到测试样品要求10探测器10.1样品室二次电子探测器10.2镜筒内双功能探测器:同时具有二次电子SE模式和背散射电子BSE模式10.3样品室红外CCD相机，样品舱防触碰装置10.4样品导航光学显微镜探测器11纳米机械手11.1同厂家集成纳米机械手，电镜观察和机械手控制由同一电脑同一软件完成，可边操纵边观察；11.2XYZR全自动纳米机械手11.3机械手步长：最小步长≤50nm，旋转角度≤0.1°12FIB功能*12.1自动快速的制备TEM样品，包括自动提取和自动减薄功能。
基于聚焦离子束注入的微纳加工技术研究
基于聚焦离子束注入的微纳加工技术研究徐宗伟;房丰洲;张少婧;陈耘辉【期刊名称】《电子显微学报》【年(卷),期】2009(028)001【摘要】提出了聚焦离子束注入(focused ion beam implantation,FIBI)和聚焦离子束XeF2气体辅助刻蚀(gas assistedetching,GAE)相结合的微纳加工技术.通过扫描电镜观察FIBI横截面研究了聚焦离子束加工参数与离子注入深度的关系.当镓离子剂量大于1.4×1017ion/cm2时,聚焦离子束注入层中观察到均匀分布、直径10～15nm的纳米颗粒层.以此作为XeF2气体反应的掩膜,利用聚焦离子束XeF2气体辅助刻蚀(FIB-GAE)技术实现了多种微纳米级结构和器件加工,如纳米光栅、纳米电极和微正弦结构等.结果表明该方法灵活高效,很有发展前途.【总页数】6页(P62-67)【作者】徐宗伟;房丰洲;张少婧;陈耘辉【作者单位】天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室天津市微纳制造技术工程中心,天津300072;天津微纳制造技术有限公司,天津300457;天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室天津市微纳制造技术工程中心,天津300072;天津微纳制造技术有限公司,天津300457;天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室天津市微纳制造技术工程中心,天津300072;天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室天津市微纳制造技术工程中心,天津300072【正文语种】中文【中图分类】TH73;TH74;O59【相关文献】1.离子束注入前甘草种子处理技术研究 [J], 张祥胜;王瑞斌;熊涛2.聚焦离子束致形变微纳加工研究进展 [J], 毛逸飞;吴文刚;徐军3.大口径光学元件微纳加工与检测技术研究与应用 [J], 郭隐彪;王振忠;彭云峰;杨炜;毕果4.基于微纳加工技术的生物传感器研究进展 [J], 李杜娟;陈慧旖;刘超然;樊凯;王高峰5.聚焦离子束微纳加工的溅射刻蚀工艺模型研究 [J], 李源;幸研;仇晓黎因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
聚焦离子束加工
聚焦离子束加工离子束加工是一种利用离子束对材料进行加工的技术，它可以在微米甚至纳米级别上进行加工和改性。
离子束加工技术广泛应用于半导体、电子、光学、材料科学等领域。
下面将从离子束加工的起源、原理、应用等方面进行介绍。
一、离子束加工的起源离子束加工最早可以追溯到20世纪50年代，当时美国的加州理工学院的物理学家A.L. Porter和J.F. Gibbons首次利用离子束对材料进行了加工。
随后，离子束加工技术得到了快速发展，逐渐成为了一种重要的微纳加工技术。
二、离子束加工的原理离子束加工的原理是利用离子束对材料表面进行轰击，使其表面发生化学、物理反应，从而实现加工和改性。
离子束加工的主要过程包括离子束的生成、加速、聚焦和轰击等。
离子束的生成通常采用离子源，离子源可以是离子枪、离子源、离子注入器等。
离子束加速器通常采用高压电场或磁场来加速离子束，使其具有足够的能量。
聚焦系统通常采用磁聚焦或电聚焦来控制离子束的聚焦度和尺寸。
轰击过程通常采用靶材料，离子束轰击靶材料表面后，靶材料表面会发生化学、物理反应，从而实现加工和改性。
三、离子束加工的应用离子束加工技术广泛应用于半导体、电子、光学、材料科学等领域。
其中，半导体领域是离子束加工技术应用最为广泛的领域之一。
离子束加工可以用于制造半导体器件的掩膜、刻蚀、离子注入等工艺。
在电子领域，离子束加工可以用于制造微型电子元件、纳米线、纳米管等。
在光学领域，离子束加工可以用于制造微型光学元件、微型光学阵列等。
在材料科学领域，离子束加工可以用于制造纳米材料、纳米结构材料等。
总之，离子束加工技术是一种重要的微纳加工技术，它可以实现对材料的微米甚至纳米级别的加工和改性。
离子束加工技术在半导体、电子、光学、材料科学等领域有着广泛的应用前景。
新一代微分析及微加工手段——聚焦离子束系统（一）
新一代微分析及微加工手段——聚焦离子束系统（一）摘要:聚焦离子束(FIB)技术是90年代发展起来的具有微细加工和微分析组合功能的新技术。
随着集成电路线宽的不断减小,集成度不断提高,该技术已在微电子工业中被广泛应用,其优势也日益显现。
文中主要对FIB系统的构成作较为详尽的介绍,同时也涉及该技术的应用和发展。
关键词:微分析;微加工;聚焦离子束前言现代微电子工业发展迅猛,其方向无疑是器件尺寸的减小和电路集成度的提高。
在过去的20年中,制造工艺和手段日趋成熟,高性能的新一代集成电路层出不穷。
做到这些,在有赖于制造设备更新同时,有效地对沾污及各种缺陷进行控制更是实现生产最优化的关键所在。
因此,材料检测和失效分析成为IC发展和制造必不可少的手段。
多种微分析设备可根据在失效分析过程中不同方面不同阶段的应用分为两大类[1]。
第一类是用于对失效器件进行初步的模式及部位的分析确定,也就是在鉴别失效模式过程中的应用,如:电压衬度显微镜(Voltagecontrastmicroscopy)、电子束感生电流(EBIC)或光束感生电流(OBIC)等;第二类是用于对材料中的缺陷或沾污粒子进行观测定位,并分析成分,即在描述失效特征过程中的应用,如:俄歇电子显微镜(AES)、透射电子显微镜(TEM)、二次离子质谱仪(SIMS)、扫描电子显微镜(SEM)、X光衍射和荧光(X-raydiffractionandfluorescence)等。
当然,上述第二类材料分析工具更为常见的用途是对新材料、新生产手段和新工艺的鉴定[2]。
例如SIMS对注入深度的纵断面成像被运用于校准工艺模型;AES的深度剖面图可以被用来确定薄膜材料的均匀度、纯度以及TiN或TiSi2外延膜界面态性质等。
但在上述技术的应用中面临的共性问题是定位制样精度不高,周期长。
这就限制了它们在微电子领域中的应用。
而90年代发展起来的聚焦离子束技术是一种集形貌观测、定位制样、成分分析、薄膜淀积和刻蚀各过程于一身的新型分析和加工技术。
聚焦离子束技术
讲习班总结7月11日（周二）1.聚焦离子束技术（FIB）定义：将离子束聚焦到亚微米甚至纳米量级，通过偏转系统和加速系统控制离子束扫描运动，实现微纳米图形的检测分析和微纳米结构的无掩模加工。
离子源：液态金属镓应用：掩模板修复、电路修正、失效分析、透射电子显微镜样品制备、三维结构直写等方面。
基本组成：离子源、电子透镜、扫描电极、二次粒子探测器、多轴多向移动的样品台、真空系统。
聚焦离子束与SEM一样，通过偏转系统控制离子束在样品表面进行光栅式扫描，同时由信号探测器接受被激发出来的二次电子或二次离子等信号，从而得到样品表面的形貌图像。
FIB激发的二次电子信号强度除了与表面形貌有关外，还因样品的晶体取向、原子质量有明显的不同。
FIB获得的图像SEM获得的表面形貌包含的信息更为丰富。
FIB可以分析薄膜材料每层厚度，也可以用作成分分析。
FIB+EDS 可以做三维成分分析。
刻蚀和切割是聚焦离子束技术最主要的功能。
FIB通过偏转系统控制离子束的扫描路径与扫描区域，从而按照设定的图案刻蚀出设计的结构。
在刻蚀过程中，溅射溢出的颗粒大部分被真空泵抽走，但有部分会掉落在被刻蚀区域附近，这一过程成为再沉积。
再沉积会对临近的结构形成填埋，因此在刻蚀多个相邻的结构时，通常采用并行的模式，以减小再沉积的影响。
在实际应用聚焦离子束加工制作微纳米结构时，由于FIB本身的特征及被加工材料的原因，最终加工制作出的结构有时会产生缺陷，这些缺陷主要包括：倾斜侧壁在聚焦的束斑内，离子呈现出高斯分布特征，越靠近束斑中心，离子的相对数量越大。
如果离子束按单个像素点刻蚀轰击样品，将形成锥形截面轮廓的孔洞。
随着刻蚀深度的增加，截面的锥度将逐渐减小直至饱和。
因材料及其晶体取向不同，截面通常会有1.5~4°的锥度。
要想得到与样品表面完全垂直的截面，通常采用将样品人为倾斜特定的角度，以弥补截面与离子束入射角度之间的偏差。
另外，还可以采用侧向入射的方式进行切割，通过定义刻蚀图案来控制截面与表面的角度，灵活地加工出形状更加复杂的三维微纳米结构。
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• 束偏转器有静电偏转器和磁偏转器。其主要 作用是使离子束发生小角度偏转。
• 束闸通常是通过偏转离子束使其偏离安装在 交叉斑附近的束闸光阑，达到截止离子束的 目的。
束描画系统
• 聚焦离子束加工中是利用电子束曝光中常用 的“十”字检测标记凹槽，台阶处的二次电 子远比平面上逸出多的原理来进行对准操作。
X-Y工件台
• 聚焦离子束在扫描标记成像时会腐蚀标记， 在电子束曝光系统上是不存在的。标记的腐 蚀会影响后续图形加工的套刻对准精度。
信号采信集号处采理集单处元理单元
+M1
• X-Y电机驱动工件台 灵活方便，价格低廉，便于自动控制，实 验室用。
• 激光定位精密工件台 精度高，能进行图形拼接和多层图形套刻， 能够进行大面积图形加工。
聚焦离子束系统
离子源
离子光学柱
• 对大部分双束FIB而言，扫描电子束和聚焦离 子束都能形成二次电子像。但前者成像较清 晰，后者成像对比度更优。
+M2
5~10μm 槽深2μm
+M3
+M4 套刻对准用的“十”字标记
100~200μm
FIB扫描标记的脉冲波 形
FIB扫描标记的二次电子标记图像
聚焦离子束与固体材料表面的相互作用
3;
+ +
+ +
+
二次电子发射 二次离子发射 X射线发射 光子发射
材料结晶变化
反弹注入
离子注入
聚焦离子束与固体材料表面的相互作用
入射离子注入 反反冲冲注注入入 入射离子背散射 二次离子发射 二次电子发射
• 入射离子把能量和动量传 递给固体表面或表层原子， 使后者进入表层或表层深 处。例如，通过惰性气体 离子对表面或表层的轰击， 使表面待掺杂原子进入深 层材料内，实现原子混合 注入。
光子发射 材料溅射 辐射损伤 化学变化 材料加热
聚焦离子束系统
离子源 离子光学柱 束描画系统 X-YX工-Y件工台件台 信号采集处理单元
X-Y工件台作用：承载需要加工的镜片；移动 镜片实现扫描场的图形拼接；移动晶片实现 整个晶片上的图形描画；进行标记检测，实 现多层图形对准套刻；利用激光波长对图形 尺寸进行校正。
• 五自由度手动工件台 灵活方便，价格低廉，实验室用。
由聚焦状态的离子探针对加工表面的点状轰击来达到加工目 的的，轰击面的直径在纳米量级或微米量级。在需要形成图 形结构的场合，必须由计算机控制束扫描器和束闸来实现
• 常规离子束加工用离子源
• 1.热阴极大电流离子源 • 2.冷阴极放电离子源 • 3.高频放电离子源 • 4.双等离子体离子源 • 5.微波阴极离子源 • 6.电子束激励离子源
聚焦离子束系统
离离子子源源 离子光学柱 束描画系统 X-Y工件台 信号采集处理单元
衡量标准：1.亮度 2.虚拟源尺寸 3.能散 4.工 作稳定性
• 双等离子体离子源 亮度约为10A/(cm2·sr)，源典型尺寸为 50μm，广泛应用于微细加工领域。
• 液态金属离子源 亮度高达106A/(cm2·sr)，源典型尺寸为 50~100nm，发射稳定，满足亚微米量级 要求
主要应用在：离子束刻蚀、离子束沉积、离子束诱 导沉积、离子束注入、离子束曝光和离子束材料改 性等方面。
聚焦离子束vs.常规离子束
常规离子 束技术
聚焦离子 束技术
由定向或不定向的离子流对工件表面的面状轰击来达到加工 目的的，轰击面直径可以从几毫米到几十厘米，在需要形成 图形结构的场合，常规离子束技术必须采用掩膜。
• 聚焦离子束加工用离子源
• 1.双等离子体离子源 • 2.气体场发射离子源 • 3.液态金属离子源
离子源 引出极 聚焦透镜 质量分析器
束闸 束对中
物镜 X-Y偏转器 气体注入口 X-Y工件台
注入系统 电子检测 移动控制 真空系统
计算机控制 系统
真空泵
聚焦离子束系统
•
双束单光柱FIB-SEM
双束双光柱FIB-SEM
• 对于合金液态金属离子源系统，必须安装离 子质量分析器，用来选择所需要的的离子， 而将不需要的元素离子阻挡掉。常用的是 E×B离子质量分析器。
N E×B 离子质量分析器工作原理
聚焦离子束系统
离子源 离子光学柱 束描束画描系画统系统 X-Y工件台 信号采集处理单元
束描画系统由图形发生器、束偏转器和束闸 组成。
• 气态场发射离子源 亮度高达109A/(cm2·sr)，源典型尺寸为 1nm，要求超高真空和低温环境。
双等离子体离子源 液态金属离子源
气态场发射离子源
聚焦离子束系统
离子源
离子离光子学光柱学柱 束描画系统 X-Y工件台 信号采集处理单元
• 离子源发射离子束进入到离子光学柱，经过 整形、质量分析，最后聚焦到工件表面。离 子光学柱中的主要部件有：静电透镜、消像 散器、束对中单元、质量分析器、静电偏转 闸和束偏转器。离子光学柱中还设置一系列 限束光阑，用来阻挡离轴较远的离子。
聚焦离子束与固体材料表面的相互作用
入射离子注入
反冲注入
入射入离射子离背子散背射散射 二次离子发射 二次电子发射
• 入射离子通过与固体材料 中的原子发生弹性碰撞， 被反射出来，称为背散射 离子。某些离子在发生弹 性碰撞散射前后，也可能 经历一定的能量损失。
聚焦离子束与固体材料表面的相互作用
入射入离射子离注子入注入
反冲注入 入射离子背散射 二次离子发射 二次电子发射
• 入射离子在与材料中的电 子和原子的不断碰撞中， 逐渐丧失能量并被固体中 的电子中和，最后镶嵌在 固体材料中。镶嵌到固体 材料中的原子改变了固体 材料的材料的性质，这种 现象叫注入。
光子发射 材料溅射 辐射损伤 化学变化 材料加热
集成电路制造中的三束技术
电子束技术 光子束技术 离子束技术
具有极高的分辨率，可制作最细线宽5~8nm的图形， 不能用于器件的批量生产，主要应用在掩膜的制造 和器件的直接光刻方面。
主要包括紫外光刻(0.5~0.8μm器件)、准分子激光 光刻（0.18~0.13μm器件)、极紫外光刻 (35~65nm器件)、激光图形发射器(0.2μm线宽)和 X射线光刻(90nm器件)等。