聚焦离子束系统原理、应用和进展.pdfVIP

第27卷第3期 电 子显微学报 V01．27．No．3 2008年6月 ofChineseElectron 2008一06 Journal Society Microscopy 文章编号：1000．6281(2008)03—0243．07 聚焦离子束系统原理、应用及进展 于华杰，崔益民，王荣明+ (北京航空航天大学理学院，北京100083) 摘要：聚焦离子束纳米加工系统，具有传统加工工具无可比拟的优势而逐渐成为新一代微纳分析、加工的工具， 在微纳米加工、操纵以及器件的研制等方面具有重要应用。本文介绍了聚焦离子束系统的内部结构和工作原理。 探讨了该系统的扩展功能、应用及发展前景。 关键词：聚焦离子束；微纳加工；双束纳米工作站 中图分类号：TH73；TH74；059文献标识码：A 纳米科技是当今国际上的一个热点。纳米测量 组件来加工特定的图案。 学在纳米科技中起着信息采集和分析的不可替代的 1聚焦离子束系统的结构及工作原理 重要作用，纳米加工是纳米尺度制造业的核心，发展 纳米测量学和纳米加工的一个重要方法就是电子束 聚焦离子束系统是用聚焦离子束代替扫描电镜 ，离子束技术。近年来发展起来的聚焦离子束纳米 加工系统用高强度聚焦离子束对材料进行纳米加 作为仪器光源的显微分析加工系统。图1给出了聚 工，结合扫描电子显微镜实时观察，开辟了从大块材 焦离子束系统的结构示意图。在离子柱顶端的液态 料制造纳米器件、进行纳米加工的新途径。已广泛 离子源上加一强电场来抽取带正电荷的离子，通过 用于半导体集成电路生产线，直接修补、加工集成电 位于柱体中的静电透镜、可控的四极／A极偏转装 路，大大提高了生产率。 置，将离子束聚焦并在样品上扫描，收集离子柬轰击 聚焦离子束(FIB)系统是在常规离子柬和聚焦样品产生的二次电子和二次离子，获得聚焦离子束 电子束系统研究的基础上发展起来的。由于离子源 显微图像。为避免离子束受周围气体分子的影响， 的限制，早期的聚焦离子束系统应用非常有限，液态 金属腔体和离子泵系统保证离子柱在高真空条件下 金属离子源的出现极大地促进了聚焦离子束系统的 发展。目前聚焦离子束系统集微纳米尺度刻蚀、注 可调样品架，以便对样品进行多方位的分析加工。 入、沉积、材料改性和半导体加工等功能于一体…， 1．1离子柱 ，在纳米科技领域起到越来越重要的作用。 离子柱是聚焦离子束系统的核心，位于样品室 聚焦离子束与常规离子束对材料和器件的加工 的顶部，由液态离子源、聚焦、柬流限制、偏转装置及 机理相同心-，都是通过离子柬轰击样品表面来实现 保护和校准部件等组成。由于液态离子源的电流较 加工，所以二者的应用领域也基本相同。常规离子 强，离子柬的能量色散较大，一般大于5eV，因此，影 束加工系统通常将从离子源抽取的离子束直接轰击 响聚焦离子束系统分辨率的主要因素是离子束的色 样品，尽管有些系统添加了对离子柬进行质量分析 差。为了提高系统的分辨率，必须降低离子束柱体 和聚焦装置，但相对比较简单，离子束斑直径比较 的色差，可通过对光学柱体的特殊设计来实现。离 大，一般为几毫米到几十厘米，束流密度较低，加工 子束斑的最小直径随着限束