離子束顯微鏡

聚焦離子束工藝

聚焦離子束(Focused Ion Beam) 是利用離子束作為入射源，能對材料進行分析或加工的一類儀器。目前商用系統的粒子東大多為液相金屬Ga 離子源(liquid Metal lonSource，LMIS)，因為鎵元素具有低熔點、低蒸氣壓及良好的抗氧化力等優點。FIB具有多種功能，既可以獲得樣品的顯微照片，也可以切割樣品或在樣品上選擇性的澱積新的結構。

聚焦離子束工作原理和構造

FIB系統主要由離子源、離子光學系統、二次粒子探測器、真空系統和輔助氣體系統組成。商用機型有單束( single beam)和雙束（dual beam，離子束+電子束）兩類。目前商用系統的離子源為液相金屬離子源(liquid metal Ion source，LMIS)，金屬材質為鎵(Gallium，Ga)，因為鎵元素具有低熔點、低蒸氣壓及良好的抗氧化力。離子光學系統主要包括聚焦成像的靜電透鏡系統、束對中器、消像散器、質量分析器和束偏轉器等。輔助氣體系統指在FIB中通入不同種類的輔助氣體，可以實現以下兩種主要的用途：

①輔助氣體刻蝕：通人某些反應氣體，如Cl₂、I₂、Br₂等，就能改變靶材表面的束縛能，或者直接與靶材表面起化學反應，從而大大提高離子束的濺射產額。

②誘導沉積：根據要求沉積的材料不同，選擇不同的誘導氣體，如W(Co)₆、WF₆、Al(CH₃)₃等。誘導氣體以單分子層的形式吸附在固體材料表面，入射離子束的轟擊致使吸附氣體分子分解，將金屬材料留在固體表面。商用FIB系統常用的氣體輔助氣體沉積導體如鎢或白金，在IC失效分析中主要用於金屬線連線、測試鍵生長。

FIB的原理與SEM相似，主要差別在於FIB使用離子束作為入射源，FIB的外加電場作用於液態金屬離子源，使液態金屬或合金形成細小尖端，再加上負電場牽引尖端的技術或合金，導出離子束，通過靜電透鏡聚焦，經過一連串可變化孔徑改變離子束大小，然後用質量分析器篩選出所要的離子種類，最後通過八極偏轉裝置及物鏡將離子束聚焦在樣品上並掃描，離子束轟擊樣品，產生二次電子和離子被收集作為影像的來源，或用物理碰撞來實現切割”。而離子束比電子具大電量及質量，當其入射到固態樣品上時會造成一連串的撞擊及能量傳遞，且在樣品表面發生氣化、離子化等現象，並濺出中性原子、離子、電子及電磁波，收集離子束轟擊樣品產生的二次電子和二次離子，獲得聚焦離子束顯微圖像。