FIB系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及其實際應用

雙束技術(shù)：FIB與SEM的協(xié)同工作

雙束聚焦離子束顯微鏡的關(guān)鍵在于其雙束技術(shù)，離子束（FIB）用于樣品的精確切割和蝕刻，而電子束（SEM）則捕捉樣品的高分辨率圖像。SEM垂直安裝，F(xiàn)IB則以一定角度傾斜安裝，兩者之間形成52°的夾角，這種設(shè)計使得SEM能夠提供高達100萬倍的放大倍數(shù)，有效彌補了單束FIB成像分辨率的不足。

FIB機臺的核心組件

1. 操控器（Manipulator）：用于精確控制樣品的位置或拾取微小的加工部件，確保加工過程的精確性。

2. 二次電子檢測器（ETD）：檢測樣品表面的二次電子信號，生成高分辨率的表面形貌圖像。

3. 背散射電子探測器（BSE Detector）：檢測背散射電子信號，與樣品的原子序數(shù)相關(guān)，適用于觀察材料的成分分布或原子序數(shù)對比。

4. 氣體注入系統(tǒng)（Gas Injection System, GIS）：向加工區(qū)域注入氣體，用于輔助刻蝕或沉積。

5. 能量色散X射線探測器（EDS Detector）：分析樣品的元素組成成分。

6. 電子背散射衍射探測器（EBSD Detector）：獲取樣品的晶體結(jié)構(gòu)、取向和應力等信息。

單束FIB機臺的精密構(gòu)造

單束FIB機臺的核心是液態(tài)金屬離子源，通常使用液態(tài)鎵作為離子源。這種離子源通過電場加速液態(tài)金屬中的離子，形成高能離子束，用于樣品的加工和分析。

離子束的聚焦與調(diào)節(jié)

1. 聚光透鏡（Condenser Lens）：預先聚焦離子束，提高束流密度。

2. 束選擇孔徑（Beam Selective Aperture）：選擇離子束的直徑和角度，過濾不必要的離子，控制最終束斑尺寸。

3. 四極透鏡（Quadrupole）：調(diào)節(jié)離子束的形狀，提高束流的方向性和均勻性。

4. 遮擋板（Blanking Plates）：通過施加電場偏轉(zhuǎn)離子束，避免無效曝光，快速控制離子束的開閉。

5. 八極透鏡（Octupole）：校正高階像差，確保離子束的高精度聚焦能力。

6. 物鏡（Objective Lens）：調(diào)整離子束束斑的大小和形狀，以適應不同的加工需求。

FIB制樣的多樣性

精密切割：

通過粒子的物理碰撞來實現(xiàn)樣品的精確切割。

材料選擇性蒸鍍：

利用離子束能量分解有機金屬蒸汽或氣相絕緣材料，實現(xiàn)導體或非導體的局部沉積。

高分辨率SEM成像：

利用SEM的高分辨率圖像進行精密的終點探測。

制備TEM樣品：

FIB技術(shù)能夠直接從樣品中切取薄膜，用于透射電鏡（TEM）的研究。

元素組分的半定量分析：

配備能譜儀（EDX）進行樣品元素組分的半定量分析。

FIB技術(shù)的實際應用

截面切割與表征分析：

FIB的濺射刻蝕功能允許對樣品進行精確的定點切割，觀察其橫截面的形貌和尺寸，并結(jié)合元素分析系統(tǒng)對截面成分進行分析。

芯片修復與線路修改：

FIB技術(shù)能夠改變電路連線的方向，診斷并修正電路中的錯誤，直接在芯片上進行修改，降低研發(fā)成本，加快研發(fā)速度。

TEM樣品制備：

FIB技術(shù)輔助TEM樣品制備，縮短了樣品制備的時間，提高了制樣的精確度和成功率。

納米器件的制造：

FIB技術(shù)能夠在器件表面進行納米級別的加工，對于納米電子器件的制造和研究具有重要意義。隨著技術(shù)的不斷進步，F(xiàn)IB技術(shù)在半導體領(lǐng)域的重要性日益凸顯，它不僅推動了科技的發(fā)展，也為半導體技術(shù)的未來發(fā)展提供了無限可能。