以前收集的一些設(shè)備圖片,，聚焦離子束系統(tǒng)（FIB）

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聚焦離子束FIB
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lasur_job 發(fā)表于: 2006-12-31 09:43 來源: 半導(dǎo)體技術(shù)天地
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聚焦離子束曝光技術(shù)
8 T& L0 K1 p# x; w/ J1 \馬向國1,、2,，顧文琪1
8 D7 e( i2 y) P; q（1,、中國科學(xué)院電工研究所，北京100080,；2,、中國科學(xué)院研究生院 北京100039）
0 Z' q  d. }# p/ @, i摘要：聚焦離子束技術(shù)是一種集形貌觀測、定位制樣,、成份分析、薄膜淀積和無掩�,？涛g各過程于一身的新型微納加工技術(shù),。它大大提高了微電子工業(yè)上材料、工藝,、器件分析及修補的精度和速度,，目前已經(jīng)成為微電子技術(shù)領(lǐng)域必不可少的關(guān)鍵技術(shù)之一。對聚焦離子束曝光技術(shù)作了介紹,。
關(guān)鍵詞：聚焦離子束,，液態(tài)金屬離子源，曝光
中圖分類號：TN305.7 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1004－4507（2005）12－0056－03
聚焦離子束也可以像電子束那樣作為一種曝光手段,。離子束曝光有非常高的靈敏度,，這主要是因為在固體材料中的能量轉(zhuǎn)移的效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于電子。常用的電子束曝光抗蝕劑對離子的靈敏度要比對電子束高100倍以上,。除了靈敏度高之外,，離子束曝光的另一優(yōu)點是幾乎沒有鄰近效應(yīng),。由于離子本身的質(zhì)量遠(yuǎn)大于電子，離子在抗蝕劑中的散射范圍要遠(yuǎn)小于電子,，并且?guī)缀鯖]有背散射效應(yīng),。本文首先對聚焦離子束系統(tǒng)做了簡單介紹，然后介紹了聚焦離子束曝光技術(shù)及其應(yīng)用,。
1 液態(tài)金屬離子源
; o- b2 x6 O5 p( @# [, p  f$ R% H離子源是聚焦離子束系統(tǒng)的心臟,，真正的聚焦離子束始于液態(tài)金屬離子源的出現(xiàn)，液態(tài)金屬離子源產(chǎn)生的離子具有高亮度,、極小的源尺寸等一系列優(yōu)點,，使之成為目前所有聚焦離子束系統(tǒng)的離子源。液態(tài)金屬離子源是利用液態(tài)金屬在強電場作用下產(chǎn)生場致離子發(fā)射所形成的離子源[1,、2],。液態(tài)金屬離子源的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示


3 S; @3 j/ Y% d  @* y9 C* p4 v% I在源制造過程中，將直徑0.5mm左右的鎢絲經(jīng)過電化學(xué)腐蝕成尖端直徑只有5－10μm的鎢針,，然后將熔融的液態(tài)金屬粘附在鎢針尖上,，在外加強電場后，液態(tài)金屬在電場力作用下形成一個極小的尖端（泰勒錐）,，液態(tài)尖端的電場強度可高達1010V/m,。在如此高的電場下，液態(tài)表面的金屬離子以場蒸發(fā)的形式逸出表面,，產(chǎn)生離子束流,。由于液態(tài)金屬離子源的發(fā)射面積極小，盡管只有幾微安的離子電流,，但電流密度約可達106A/cm2,，亮度約為20μA/sr。
2 聚焦離子束系統(tǒng)的工作原理
聚焦式離子束技術(shù)是利用靜電透鏡將離子束聚焦成非常小尺寸的顯微切割技術(shù),，目前商用FIB系統(tǒng)的粒子束是從液態(tài)金屬離子源中引出,。由于鎵元素具有低熔點、低蒸汽壓以及良好的抗氧化力,，因而液態(tài)金屬離子源中的金屬材料多為鎵（Gallium,，Ga）[3、4],。圖2給出了聚焦離子束系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖,。
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$ i! |# N1 w" j; n7 T+ n+ r4 A1 ?在離子柱頂端外加電場（Suppressor）于液態(tài)金屬離子源，可使液態(tài)金屬或合金形成細(xì)小尖端,，再加上負(fù)電場（Extractor）牽引尖端的金屬或合金,，從而導(dǎo)出離子束，然后通過靜電透鏡聚焦,，經(jīng)過一連串可變化孔徑（Automatic Variable Aperture,，AVA）可決定離子束的大小,，而后用E×B質(zhì)量分析器篩選出所需要的離子種類，最后通過八極偏轉(zhuǎn)裝置及物鏡將離子束聚焦在樣品上并掃描,，離子束轟擊樣品,，產(chǎn)生的二次電子和離子被收集并成像或利用物理碰撞來實現(xiàn)切割或研磨。
3 聚焦離子束曝光技術(shù)
# s" A( ]2 I! r, R3.1 聚焦離子束曝光技術(shù)概述
聚焦離子束曝光是一種類似于電子束曝光的技術(shù),，它是在聚焦離子束技術(shù)基礎(chǔ)上將原子離化后形成離子束的能量控制在10～200keV范圍內(nèi),，再對抗蝕劑進行曝光，從而獲得微細(xì)線條的圖形,。其曝光機理是離子束照射抗蝕劑并在其中沉積能量,，使抗蝕劑起降解或交聯(lián)反應(yīng)，形成良溶膠或非溶凝膠,，再通過顯影,，獲得溶與非溶的對比圖形。
# f" ?1 u, u8 H( m2 S3 O/ a聚焦離子束曝光技術(shù)自發(fā)展以來,，由于其曝光深度有限以及曝光系統(tǒng)與曝光工藝的復(fù)雜性,，發(fā)展受到了限制。但在實驗條件下,，聚焦離子束仍可作為制作小批量研究性質(zhì)的器件的一種工具,。真正把聚焦離子束認(rèn)真地作為一種大規(guī)模集成電路生產(chǎn)的曝光工具來開發(fā)是20世紀(jì)90年代后期的聚焦離子束投影曝光技術(shù)。
3 y; p& o* ]% ?& P( r3.2 聚焦離子束投影曝光技術(shù)
$ j3 f/ M  d! b+ w# E根據(jù)是否有靜電離子投影鏡,，聚焦離子束投影曝光技術(shù)可分為有掩模的1：1聚焦離子束投影曝光和有掩模的聚焦離子束縮小投影曝光兩類,。
1 V% H$ u+ h2 ?2 a- s" ?圖3表示的是有掩模的1：1聚焦離子束曝光示意圖，它包括離子源,、離子束照明系統(tǒng),、鏤空掩模和工件臺等。它是將平行的離子束照射在鏤空掩模上,，使掩模上的圖像直接映在下面的工件臺上,，象拍照一樣一次性產(chǎn)生曝光圖形。

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圖4是有掩模的離子束縮小投影曝光的原理示意圖,，它包括離子源、離子束系統(tǒng),、鏤空掩模,、靜電離子束投影鏡和工件臺等。它是在掩模和工件間加一個靜電離子束投影鏡,，使經(jīng)過掩模的圖像按比例縮小到工件臺上,，從而使曝光圖形的線寬得到進一步的縮小，同時也縮小了掩模制作上的缺陷,，大大地降低了掩模的制作難度,。然而這種掩模也面臨著應(yīng)力和入射離子造成的發(fā)熱等問題,，為此采取了一系列措施，如：對掩模進行摻雜,；對膜增加保護層,；設(shè)計掩模冷卻系統(tǒng)及通過有限元分析改進了掩模框架的設(shè)置,，避免氣流對掩模造成振動等,。
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3.3 聚焦離子束投影曝光技術(shù)的優(yōu)點
, V) }/ u  V! W聚焦離子束投影曝光除了前面已經(jīng)提到的曝光靈敏度極高和沒有鄰近效應(yīng)之外還包括焦深大于曝光深度可以控制。離子源發(fā)射的離子束具有非常好的平行性,，離子束投影透鏡的數(shù)值孔徑只有0.001,，其焦深可達100μm，也就是說,，硅片表面任何起伏在100μm之內(nèi),，離子束的分辨力基本不變。而光學(xué)曝光的焦深只有1～2μm為,，圖5顯示了聚焦離子束投影曝光獲得的線條圖形,。線條跨越硅片表面的起伏結(jié)構(gòu)時其線寬沒有任何變化。聚焦離子束投影曝光的另一個優(yōu)點是通過控制離子能量可以控制離子的穿透深度,，從而控制抗蝕劑的曝光深度,。


4 結(jié)論
& v1 a% v! _1 Y( C聚焦的離子束在半導(dǎo)體行業(yè)有著重要作用，可用來切割納米級結(jié)構(gòu),，對光刻技術(shù)中的屏蔽板進行修補,，制作透射電鏡樣品，分離和分析集成電路的各個元件,，激活由特殊原子組成的材料,，使其具有導(dǎo)電性等等。我國的科研單位及高等院校在聚焦離子束曝光技術(shù)及其應(yīng)用方面也作了大量的研究工作并取得了可喜的成績,。我們相信,，隨著我國微電子工業(yè)的發(fā)展，聚焦離子束曝光技術(shù)及其應(yīng)用技術(shù)也必將被提高到新的水平,。

呂曉丹

太好了,，啊

easylife

貌似見過這臺設(shè)備,做微小物體表面掃描,如磁頭ABS面(air bearing surface).
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機械神話

easylife版主見過的就太好了,。
Jeol是這個設(shè)備的行業(yè)老大，是微電子行業(yè)的分析儀器,。能分享一下見這臺設(shè)備的感受嗎,？

easylife

原帖由 機械神話 于 2008-12-21 18:50 發(fā)表
easylife版主見過的就太好了。
( E/ t" i: U  ]: b8 ^( c% LJeol是這個設(shè)備的行業(yè)老大,，是微電子行業(yè)的分析儀器,。能分享一下見這臺設(shè)備的感受嗎,？

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很慚愧,只是印象中在分公司測試實驗室見過機器,沒有見人操作,感受談不上.

我在飛

看了大家的介紹，我想起了在參觀國內(nèi)某航空發(fā)動機企業(yè)使用的真空離子束熔煉爐,。雖外形略有相似,，但體積大很多，是用于提煉高耐溫,，高強度合金金屬的,。

機械神話

確實足夠相像,，真空、離子束都具備了,，只是應(yīng)用行業(yè)不一樣,。

向前沖

干機械這行的，從外觀上就能看出是精密機械,。

dayumachine

真是太牛了