雙束技術：FIB與SEM的協同工作

雙束聚焦離子束顯微鏡的關鍵在于其雙束技術，離子束（FIB）用于樣品的精確切割和蝕刻，而電子束（SEM）則捕捉樣品的高分辨率圖像。SEM垂直安裝，FIB則以一定角度傾斜安裝，兩者之間形成52°的夾角，這種設計使得SEM能夠提供高達100萬倍的放大倍數，有效彌補了單束FIB成像分辨率的不足。

FIB機臺的核心組件

1. 操控器（Manipulator）：用于精確控制樣品的位置或拾取微小的加工部件，確保加工過程的精確性。

2. 二次電子檢測器（ETD）：檢測樣品表面的二次電子信號，生成高分辨率的表面形貌圖像。

3. 背散射電子探測器（BSE Detector）：檢測背散射電子信號，與樣品的原子序數相關，適用于觀察材料的成分分布或原子序數對比。

4. 氣體注入系統（Gas Injection System, GIS）：向加工區域注入氣體，用于輔助刻蝕或沉積。

5. 能量色散X射線探測器（EDS Detector）：分析樣品的元素組成成分。

6. 電子背散射衍射探測器（EBSD Detector）：獲取樣品的晶體結構、取向和應力等信息。

單束FIB機臺的精密構造

單束FIB機臺的核心是液態金屬離子源，通常使用液態鎵作為離子源。這種離子源通過電場加速液態金屬中的離子，形成高能離子束，用于樣品的加工和分析。

離子束的聚焦與調節

1. 聚光透鏡（Condenser Lens）：預先聚焦離子束，提高束流密度。

2. 束選擇孔徑（Beam Selective Aperture）：選擇離子束的直徑和角度，過濾不必要的離子，控制最終束斑尺寸。

3. 四極透鏡（Quadrupole）：調節離子束的形狀，提高束流的方向性和均勻性。

4. 遮擋板（Blanking Plates）：通過施加電場偏轉離子束，避免無效曝光，快速控制離子束的開閉。

5. 八極透鏡（Octupole）：校正高階像差，確保離子束的高精度聚焦能力。

6. 物鏡（Objective Lens）：調整離子束束斑的大小和形狀，以適應不同的加工需求。

FIB制樣的多樣性

精密切割：

通過粒子的物理碰撞來實現樣品的精確切割。

材料選擇性蒸鍍：

利用離子束能量分解有機金屬蒸汽或氣相絕緣材料，實現導體或非導體的局部沉積。

高分辨率SEM成像：

利用SEM的高分辨率圖像進行精密的終點探測。

制備TEM樣品：

FIB技術能夠直接從樣品中切取薄膜，用于透射電鏡（TEM）的研究。

元素組分的半定量分析：

配備能譜儀（EDX）進行樣品元素組分的半定量分析。

FIB技術的實際應用

截面切割與表征分析：

FIB的濺射刻蝕功能允許對樣品進行精確的定點切割，觀察其橫截面的形貌和尺寸，并結合元素分析系統對截面成分進行分析。

芯片修復與線路修改：

FIB技術能夠改變電路連線的方向，診斷并修正電路中的錯誤，直接在芯片上進行修改，降低研發成本，加快研發速度。

TEM樣品制備：

FIB技術輔助TEM樣品制備，縮短了樣品制備的時間，提高了制樣的精確度和成功率。

納米器件的制造：

FIB技術能夠在器件表面進行納米級別的加工，對于納米電子器件的制造和研究具有重要意義。隨著技術的不斷進步，FIB技術在半導體領域的重要性日益凸顯，它不僅推動了科技的發展，也為半導體技術的未來發展提供了無限可能。