简单分析FIB-SEM双束技术工作原理及典型应用

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摘要最佳答案:集束离子束(FIB)和扫描电子显微镜(SEM)与FIB-SEM双束系统结合后,通过结合相应的气体沉积装置、纳米机械手、各种检测器及可控制的样品台等附件,成为一个集微区域成...

聚焦离子束(FIB)与扫描电子显微镜(SEM)耦合成为FIB-SEM双束系统后,通过结合相应的气体沉积装置、纳米操纵仪、各种探测器及可控的样品台等附件成为一个集微区成像、加工、分析、操纵于一体的分析仪器。其应用范围也已经从半导体行业拓展至材料科学、生命科学和地质等众多领域。本文主要介绍双束系统基本结构、工作原理及在材料科学上的典型应用。

1.双束聚焦离子束系统基本构成:文章源自玩技e族-https://www.playezu.com/794099.html

双束聚焦离子束系统可简单地理解为是单束聚焦离子束和普通SEM之间的耦合。单束聚焦离子束系统包括离子源,离子光学柱,束描画系统,信号采集系统,样品台五大部分。离子束镜筒顶部为离子源,离子源上施加强大电场提取带正电荷离子,离子经静电透镜与偏转装置聚焦偏转后实现样品可控扫描。文章源自玩技e族-https://www.playezu.com/794099.html

样品加工是通过将加速的离子轰击样品使其表面原子发生溅射来实现,同时产生的二次电子和二次离子被相应的探测器收集并用于成像。为了避免离子束受周围气体分子的影响,与扫描电镜类似,样品腔和离子束镜筒需要在高真空条件下(<7x10-6Pa)工作。文章源自玩技e族-https://www.playezu.com/794099.html

2.双束聚焦离子束系统工作原理:文章源自玩技e族-https://www.playezu.com/794099.html

聚焦式离子束技术采用静电透镜把离子束集中在很小的尺寸上进行显微切割技术,商用FIB系统粒子束主要从液态金属离子源引出。由于镓元素低熔点,低蒸汽压和抗氧化性好等特点,液态金属离子源金属材料大部分为镓(Gallium,Ga)。文章源自玩技e族-https://www.playezu.com/794099.html

在离子柱顶端外加电场(Suppressor)于液态金属离子源,使液态金属或合金形成细小尖端,再加上负电场(Extractor)牵引尖端的金属或合金,从而导出离子束,然后通过静电透镜聚焦,经过一连串可变化孔径(AutomaticVariable Aperture,AVA)可决定离子束的大小,然后利用E×B质量分析器对所需离子种类进行甄别,最后利用八极偏转装置和物镜对试样进行离子束聚焦和扫描,离子束对试样进行轰击,生成的二次电子、离子进行采集、成像,或者通过物理碰撞达到切割、研磨等目的。文章源自玩技e族-https://www.playezu.com/794099.html

3.双束聚焦离子束系统主要性能和指标:文章源自玩技e族-https://www.playezu.com/794099.html

1.场发射电子枪,电子束加速电压:350V-30kV文章源自玩技e族-https://www.playezu.com/794099.html

2.Ga离子枪,离子束加速电压:500V–30kV文章源自玩技e族-https://www.playezu.com/794099.html

3.卓越的高电流:高至60A/cm2束电流密度,高至65nA的最大束电流文章源自玩技e族-https://www.playezu.com/794099.html

4.分辨率:0.8 nm(@30kV,STEM),0.9nm(@15kV,SE), 1.4nm(@1kV, SE)

5.高度精确的5轴机动样品台

6.多种探测器:SE探测器(TLD-SE)、BSE探测器(TLD-BSE)、Everhart-Thornley SE探测器(ETD)

4.双束聚焦离子束系统主要应用:

1.定点切割(Precisional Cutting)-利用离子的物理碰撞来达到切割之目的。广泛应用于集成电路(IC)和LCD的CrossSection加工和分析:

线路修补和布局验证;

组件故障分析;

生产线制程异常分析;

IC制程监控-例如光阻切割;

穿透式电子显微镜试片制作。

2.选择性材料蒸镀(Selective Deposition)-利用离子束能量使有机金属蒸气或气相绝缘材料分解,在局部区域作导体或非导体沉积,可提供金属和氧化层的沉积(Metaland TEOS Deposition),常见的金属沉积有铂(Platinum,Pt)和钨(Tungstun,W)两种。

3.强化性蚀刻或选择性蚀刻(Enhanced Etching-Iodine/Selective Etching-XeF2)-辅以腐蚀性气体,加速切割的效率或作选择性的材料去除。

4.蚀刻终点检测(End Point Detection)-检测二次离子信号,以了解切割或者蚀刻过程中发生的情况。

5.双束聚焦离子束系统应用实例分享

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