聚焦离子束微纳加工技术课件.ppt

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1、TheTechnologyOfFocusedIonBeam(FIB)——聚焦离子束微纳加工技术邢卓学号：2013202020072指导老师：任峰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。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

2、性等方面。聚焦离子束vs.常规离子束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。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.液态金属离子源计算

3、机控制系统注入系统电子检测移动控制真空系统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工件台真空泵聚焦离子束系统双束单光柱FIB-SEM双束双光柱FIB-SEM聚焦离子束系统离子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气态场发射离子源亮度高达109A/(cm2·sr)，源典型尺寸为1nm，要求

4、超高真空和低温环境。离子源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X-Y工件台束描画系统离子光学柱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。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。离子光学柱NE×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画系统X-Y工件台

5、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。图形发生器的功能是编制要制作的图形或接受用户的图形数据，形成FIB系统能识别的图形数据；根据图形加工要求对图形数据晶型处理和编制图形加工过程；控制束偏转器、束闸和X-Y工件台进行图形加工。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系统离子源离子光学柱束描画系统X-Y工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

6、，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。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。X-Y工件台聚焦离子束系统离子源离子光学柱束描画系统X-Y工件台信号采集处理单元对大部分双束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。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。聚焦离子束在扫描标记成像时会腐蚀标记，在电

7、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。信号采集处理单元+M1+M2+M3+M4100~200μm5~10μm槽深2μm套刻对准用的“十”字标记FIB扫描标记的脉冲波形FIB扫描标记的二次电子标记图像++++++入射离子背散射二次电子发射二次离子发射X射线发射光子发射中性原子溅射加热反弹注入离子注入材料结晶变化聚焦离子束与固体材料表面的相互作用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离子背散射二次离子发射二次