聚焦离子束报告
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• 图2.FIB系统结构示意图
2013.1.4 合肥工业大学 仪器科学与光电工程学院
图3.离子溅射示意图
2013.1.4 合肥工业大学 仪器科学与光电工程学院
FIB加工技术的应用
• • • •
集成电路芯片的诊断与修改 修复光刻掩膜缺陷 制作透射电镜样品 多用途微切割工具
2013.1.4
合肥工业大学 仪器科学与光电工程学院
•
图7.FIB铣削微刀具实验平台
图8.FIB铣削的矩形微 刀具的SEM照片
2013.1.4
• 在加工过程中所使用的镓离子束的能量为 30keV，束流为3nA．刀具的宽度为7.65μ m， 高度为15.42μ m，前角为0°，主后角为 15.9°，侧后角为4.5°．使用白光干涉仪在 7.5×9μ m 的测量范围内测得刀具前刀面的 粗糙度为6.76,nm．通过SEM 测得刀具刃口圆 弧半径的最大值约为30nm．
集成电路芯片的诊断与修改
• IC芯片通常包含几百 万甚至上亿个晶体管 及其连线，线路系统 中难免会有疏漏差错， 电路设计一旦变成实 际的芯片就无法再改 变。运用FIB的溅射与 沉积功能，可以将某 一处的连线断开，或 将断开的部分连接起 来。
2013.1.4
图4.IC芯片诊断与修复
合肥工业大学 仪器科学与光电工程学院
图6.FIB溅射形成的TEM样品
2013.1.4 合肥工业大学 仪器科学与光电工程学院
多用途微切割工具
• 右图示铣削微刀具的实验平台，双束系统， 离子束工作电压5～30kV，电流1pA～20nA， 离子束最小直径5nm。 样品台参数：x、y、z轴方向上的运动范围为 50mm×50mm×25mm重复精度为2μ m，可连续 旋转n×360°，倾斜角度从-15°到60°最小 转角为10﹣7 rad。
合肥工业大学 仪器科学与光电工程学院
FIB特点
一.离子束加工是所有特种加工方法中最精密、最微 细的加工方法之一，是纳米加工技术的基础。 二.污染少，特别适用于对易氧化的金属、合金材料 和高纯度半导体材料的加工。 三.加工应力、热变形等极小，加工质量高，适合于 对各种材料和低刚度零件的加工。 四.离子束加工设备费用贵、成本高，加工效率低， 应用范围受到一定限制。
2013.1.4
合肥工业大学 仪器科学与光电工程学院
FIB-MBE组合装置
三.FIB-MBE组合装置
首先利用MBE生长出原始薄膜，经中间处理，最 后用FIB研磨加工膜片。这样既可加工出高质量、 低污染的表面，又可用于光电子和量子阱器件的 三维纳米结构加工。
四.单轴聚焦离子/电子束(FIEB)装置
发射端金属融化后是一个液态金属离子源，可发 射离子束；冷却凝固后可作为场发射电子源。通 过调整高电压的正负方向来决定发射离子或电子。 FIEB系统比传统两轴分开的系统更具潜力，是更 简单且节省成本的一种方式。
注：源于维基百科
2013.1.4 合肥工业大学 仪器科学与光电工程学院
聚焦离子束系统框图
液态离子源（LIMS）
聚 焦 离 子 束 系 统
1.离子柱
离子束控制系统
样品台
2.样品室 探测器 气体注入系统
3.成像系统
收集二次电信号
2013.1.4
合肥工业大学 仪器科学与光电工程学院
FIB工作原理
FIB是利用透镜将离子束聚焦成极 小尺寸的显微加工技术，目前均采 用液态金属离子源。图2是FIB系统 结构示意图。 • 在离子柱顶端加上激发电场和牵引 电场，可以导出离子束，通过静电 透镜聚焦，限束孔，再用质量分析 器筛选出所需离子Baidu Nhomakorabea类，最后通过 八极偏转装置及物镜将离子束聚焦 在样品上并扫描轰击，产生的二次 电子和离子被收集成像或用以切割 研磨。金属腔体和离子泵系统须在 高真空条件下( 小于7×10﹣5Pa) 。
基本介绍
FIB技术发展历史 1970:Levi-Setti等人发明了第一台基于场致发射技术的FIB系统(气
态离子源）.
1978:Seliger et al发明了基于液态离子源的FIB系统，从而使FIB
技术走向实用化.
液态离子源发展历史 1600：Gilbert 提出液体在高张力下可形成圆锥体. 1914：Zeleny 观察并记录下了锥尖发射离子之现象. 1959：Feynman 提出了离子束的应用. 1964：Taylor建立了精确的锥尖电子流体力学方程. 1975：Krohn and Ringo制造出了第一个高亮度液态离子源.
2013.1.4 合肥工业大学 仪器科学与光电工程学院
• 结论： 聚离子束技术及组合系统显示了巨大 的应用潜力，它的精确定位、显微观测和 细微加工功能使其在微电子领域中扮演重 要角色。相信, 随着我国微电子工业的发 展, 聚焦离子束设备及应用技术也必将被 提高到一个新的水平。
2013.1.4
合肥工业大学 仪器科学与光电工程学院
2013.1.4
合肥工业大学 仪器科学与光电工程学院
发展趋势
一.FIB与扫描电子显微镜的组合
这种组合可以实现边加工边观察效果，从而 大大提高了成像质量, 而且也将观样品的损伤降 到了最低限度, 同时避免了FIB 反复变换束流强 度所带来的误差。
二.FIB与二次离子质谱仪的结合
这种组合能在FIB 进行缺陷观测、样品制备、 失效分析工作的同时实现样品或杂质颗粒的成分 分析。
修复光刻掩膜缺陷
• 掩模缺陷主要有两大 类：遮光缺陷与透光 缺陷。这些缺陷在集 成电路曝光过程中会 转移到硅片上变成电 路缺陷，最终导致集 成电路失效。FIB修补 遮光缺陷的原理就是 离子溅射。
图5.光刻掩模板
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制作透射电镜样品
• 无论TEM还是STEM 都需要制作非常薄 的样品，以便电子 穿透样品，形成电 子衍射图像。利用 FIB 从两个方向溅 射，中间留一个薄 区域即可实现，图 示为TEM观察到的 样品,厚度为100nm。
聚焦离子束加工技术
合肥工业大学 仪器科学与光电工程学院 朱国乾 56435467890987
2013.1.4
主要内容
• • • • •
FIB发展简介 FIB结构及原理介绍 FIB加工技术的应用 FIB加工技术的特点 FIB发展趋势
图1.FIB整机设备
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图3.离子溅射示意图
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FIB加工技术的应用
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集成电路芯片的诊断与修改 修复光刻掩膜缺陷 制作透射电镜样品 多用途微切割工具
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•
图7.FIB铣削微刀具实验平台
图8.FIB铣削的矩形微 刀具的SEM照片
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• 在加工过程中所使用的镓离子束的能量为 30keV，束流为3nA．刀具的宽度为7.65μ m， 高度为15.42μ m，前角为0°，主后角为 15.9°，侧后角为4.5°．使用白光干涉仪在 7.5×9μ m 的测量范围内测得刀具前刀面的 粗糙度为6.76,nm．通过SEM 测得刀具刃口圆 弧半径的最大值约为30nm．
集成电路芯片的诊断与修改
• IC芯片通常包含几百 万甚至上亿个晶体管 及其连线，线路系统 中难免会有疏漏差错， 电路设计一旦变成实 际的芯片就无法再改 变。运用FIB的溅射与 沉积功能，可以将某 一处的连线断开，或 将断开的部分连接起 来。
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图4.IC芯片诊断与修复
合肥工业大学 仪器科学与光电工程学院
图6.FIB溅射形成的TEM样品
2013.1.4 合肥工业大学 仪器科学与光电工程学院
多用途微切割工具
• 右图示铣削微刀具的实验平台，双束系统， 离子束工作电压5～30kV，电流1pA～20nA， 离子束最小直径5nm。 样品台参数：x、y、z轴方向上的运动范围为 50mm×50mm×25mm重复精度为2μ m，可连续 旋转n×360°，倾斜角度从-15°到60°最小 转角为10﹣7 rad。
合肥工业大学 仪器科学与光电工程学院
FIB特点
一.离子束加工是所有特种加工方法中最精密、最微 细的加工方法之一，是纳米加工技术的基础。 二.污染少，特别适用于对易氧化的金属、合金材料 和高纯度半导体材料的加工。 三.加工应力、热变形等极小，加工质量高，适合于 对各种材料和低刚度零件的加工。 四.离子束加工设备费用贵、成本高，加工效率低， 应用范围受到一定限制。
2013.1.4
合肥工业大学 仪器科学与光电工程学院
FIB-MBE组合装置
三.FIB-MBE组合装置
首先利用MBE生长出原始薄膜，经中间处理，最 后用FIB研磨加工膜片。这样既可加工出高质量、 低污染的表面，又可用于光电子和量子阱器件的 三维纳米结构加工。
四.单轴聚焦离子/电子束(FIEB)装置
发射端金属融化后是一个液态金属离子源，可发 射离子束；冷却凝固后可作为场发射电子源。通 过调整高电压的正负方向来决定发射离子或电子。 FIEB系统比传统两轴分开的系统更具潜力，是更 简单且节省成本的一种方式。
注：源于维基百科
2013.1.4 合肥工业大学 仪器科学与光电工程学院
聚焦离子束系统框图
液态离子源（LIMS）
聚 焦 离 子 束 系 统
1.离子柱
离子束控制系统
样品台
2.样品室 探测器 气体注入系统
3.成像系统
收集二次电信号
2013.1.4
合肥工业大学 仪器科学与光电工程学院
FIB工作原理
FIB是利用透镜将离子束聚焦成极 小尺寸的显微加工技术，目前均采 用液态金属离子源。图2是FIB系统 结构示意图。 • 在离子柱顶端加上激发电场和牵引 电场，可以导出离子束，通过静电 透镜聚焦，限束孔，再用质量分析 器筛选出所需离子Baidu Nhomakorabea类，最后通过 八极偏转装置及物镜将离子束聚焦 在样品上并扫描轰击，产生的二次 电子和离子被收集成像或用以切割 研磨。金属腔体和离子泵系统须在 高真空条件下( 小于7×10﹣5Pa) 。
基本介绍
FIB技术发展历史 1970:Levi-Setti等人发明了第一台基于场致发射技术的FIB系统(气
态离子源）.
1978:Seliger et al发明了基于液态离子源的FIB系统，从而使FIB
技术走向实用化.
液态离子源发展历史 1600：Gilbert 提出液体在高张力下可形成圆锥体. 1914：Zeleny 观察并记录下了锥尖发射离子之现象. 1959：Feynman 提出了离子束的应用. 1964：Taylor建立了精确的锥尖电子流体力学方程. 1975：Krohn and Ringo制造出了第一个高亮度液态离子源.
2013.1.4 合肥工业大学 仪器科学与光电工程学院
• 结论： 聚离子束技术及组合系统显示了巨大 的应用潜力，它的精确定位、显微观测和 细微加工功能使其在微电子领域中扮演重 要角色。相信, 随着我国微电子工业的发 展, 聚焦离子束设备及应用技术也必将被 提高到一个新的水平。
2013.1.4
合肥工业大学 仪器科学与光电工程学院
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发展趋势
一.FIB与扫描电子显微镜的组合
这种组合可以实现边加工边观察效果，从而 大大提高了成像质量, 而且也将观样品的损伤降 到了最低限度, 同时避免了FIB 反复变换束流强 度所带来的误差。
二.FIB与二次离子质谱仪的结合
这种组合能在FIB 进行缺陷观测、样品制备、 失效分析工作的同时实现样品或杂质颗粒的成分 分析。
修复光刻掩膜缺陷
• 掩模缺陷主要有两大 类：遮光缺陷与透光 缺陷。这些缺陷在集 成电路曝光过程中会 转移到硅片上变成电 路缺陷，最终导致集 成电路失效。FIB修补 遮光缺陷的原理就是 离子溅射。
图5.光刻掩模板
2013.1.4 合肥工业大学 仪器科学与光电工程学院
制作透射电镜样品
• 无论TEM还是STEM 都需要制作非常薄 的样品，以便电子 穿透样品，形成电 子衍射图像。利用 FIB 从两个方向溅 射，中间留一个薄 区域即可实现，图 示为TEM观察到的 样品,厚度为100nm。
聚焦离子束加工技术
合肥工业大学 仪器科学与光电工程学院 朱国乾 56435467890987
2013.1.4
主要内容
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FIB发展简介 FIB结构及原理介绍 FIB加工技术的应用 FIB加工技术的特点 FIB发展趋势
图1.FIB整机设备
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