聚焦离子束(FIB)技术

聚焦离子束( FIB) 技术的快速发展和实用化要归功于液态金属离子源的开发.

FIB系统的工作原理:

FIB 技术是利用静电透镜将离子束聚焦成极小尺寸的显微切割技术,目前商用FIB 系统的粒子束是从液态金属离子源中引出.

FIB技术的在芯片设计及加工过程中的应用:

1)IC芯片电路修改

用FIB对芯片电路进行物理修改可使芯片设计者对芯片问题处作针对性的测试,以便更快更准确的验证设计方案. 若芯片部分区域有问题,可通过FIB对此区域隔离或改正此区域功能,以便找到问题的症结. FIB还能在最终产品量产之前提供部分样片和工程片,利用这些样片能加速终端产品的上市时间.利用FIB修改芯片可以减少不成功的设计方案修改次数,缩短研发时间和周期.

2)Cross-Section 截面分析

用FIB在IC芯片特定位置作截面断层,以便观测材料的截面结构与材质,定点分析芯片结构缺陷.

3)Probing Pad

在复杂IC线路中任意位置引出测试点, 以便进一步使用探针台(Probe- station) 或 E-beam 直接观测IC内部信号.

基于聚焦离子束技术的微刀具制备方法:

将FIB技术的应用扩展到微型刀具的加工中,在设计组建的聚焦离子束系统与高精度的旋转器相结合的实验平台上,利用聚焦离子束的铣削功能对不同材料的刀具毛坯进行复杂三维结构的微刀具加工.通过设定恰当的聚焦离子束加工参数以及精确控制刀具毛坯与离子束入射方向之间的方位,输入不同的灰度图像精确控制FIB铣削,能够加工各种复杂几何形状的微刀具.与其他传统的刀具加工方法相比,本发明提出的方法具有精度高、可重复性强、应力应变小、可在线观测、适用于各种材料和几何形状等优点.

可以想象,FIB 像一把尖端只有数十nm 的手术刀.离子束在靶表面产生的二次电子成像具有数nm 的显微分辨能力,所以FIB 系统相当于一个可以在高倍显微镜下操作的微加工台它可以用来在任何一个部位溅射剥离或沉积材料.用FIB在一个微球上挖了一个环形坑.这种微细加工操作是任何其他一种微加工手段所无法做到的.

FIB 这种微切割能力已用于量产,现代计算机的读写微磁头就是用FIB 加工的.传统光学曝光方法制作的读写磁头比较大,所以在传统微加工工序之后,利用FIB再对磁头部分改形,通过FIB切割可以将磁头部分缩小到只有100nm 左右,大大提高了磁头的分辨率,提高了硬盘的读写密度.用FIB对一个磁头改形只要,整个定位和加工都是自动化的.

聚离子束技术及组合系统显示了巨大的应用潜力,它的精确定位、显微观测和细微加工功能使其在微电子领域中扮演重要角色.相信, 随着我国微电子工业的发展, 聚焦离子束设备及应用技术也必将被提高到一个新的水平.

聚焦离子束技术在微纳加工技术上的主要应用:

FIB 技术是当今微纳加工和半导体集成电路制造业十分活跃的研究领域.由于它集材料刻蚀、沉积、注入、改性于一身, 有望成为高真空环境下实现器件制造全过程的主要加工手段.

目前, FIB 技术主要应用在: ① 光掩模的修补; ② 集成电路的缺陷检测分析和修整; ③TEM 和STEM的薄片试样制备; ④ 硬盘驱动器薄膜头( TFH) 的制造.

同时, FIB 其他一些重要应用还在开发中,它们是: ① 扫描离子束显微镜(SIM); ②FIB 直接注入; ③FIB 曝光, 包括扫描曝光和投影曝光; ④多束技术和全真空联机技术⑤FIB 微结构制造( 刻蚀、沉积) ; ⑥ FIB/SIMS( 二次离子质谱仪) 技术.