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1、讲习班总结7月11日（周二）1.聚焦离子束技术（FIB） 定义：将离子束聚焦到亚微米甚至纳米量级，通过偏转系统和加速系统控制离子束扫描运动， 实现微纳米图形的检测分析和微纳米结构的无掩模加工。离子源：液态金属镓 应用：掩模板修复、电路修正、失效分析、透射电子显微镜样品制备、三维结构直写等方面。 基本组成：离子源、电子透镜、扫描电极、二次粒子探测器、多轴多向移动的样品台、真空系 统。聚焦离子束与 SEM 一样，通过偏转系统控制离子束在样品表面进行光栅式扫描，同时由信号 探测器接受被激发出来的二次电子或二次离子等信号，从而得到样品表面的形貌图像。fib激发的 二次电子信号强度除了与表面形貌有关外，
2、还因样品的晶体取向、原子质量有明显的不同。fib获得的图像sem获得的表面形貌包含的信息更为丰富。FiB 可以分析薄膜材料每层厚度，也可以用作成分分析。FiB+EDs 可以做三维成分分析。刻蚀和切割是聚焦离子束技术最主要的功能。fib通过偏转系统控制离子束的扫描路径与扫描 区域，从而按照设定的图案刻蚀出设计的结构。在刻蚀过程中，溅射溢出的颗粒大部分被真空泵抽走，但有部分会掉落在被刻蚀区域附近，这 一过程成为再沉积。再沉积会对临近的结构形成填埋，因此在刻蚀多个相邻的结构时，通常采用并 行的模式，以减小再沉积的影响。在实际应用聚焦离子束加工制作微纳米结构时，由于 FiB 本身的特征及被加工材料的原
3、因， 最终加工制作出的结构有时会产生缺陷，这些缺陷主要包括：倾斜侧壁 在聚焦的束斑内，离子呈现出高斯分布特征，越靠近束斑中心，离子的相对数量越大。如果离 子束按单个像素点刻蚀轰击样品，将形成锥形截面轮廓的孔洞。随着刻蚀深度的增加，截面的锥度 将逐渐减小直至饱和。因材料及其晶体取向不同，截面通常会有 1.54的锥度。要想得到与样品表面完全垂直的截面，通常采用将样品人为倾斜特定的角度，以弥补截面与离 子束入射角度之间的偏差。另外，还可以采用侧向入射的方式进行切割，通过定义刻蚀图案来控制 截面与表面的角度，灵活地加工出形状更加复杂的三维微纳米结构。窗帘结构 聚焦离子束加工样品截面时，另外一个需要关注
4、的问题是截面的平整度，有时会在截面上出现 竖直条纹，被称为窗帘结构。窗帘结构的形成与聚焦离子束切割固有的倾斜侧壁密切相关，当样品 表面有形貌起伏或成分差异时，会产生刻蚀速率的差异，就会形成窗帘结构。对于表面形貌起伏引起的窗帘结构，解决办法通常是在样品表面用 FiB 辅助化学气相沉积生 长一层保护层，使表面变得平坦；也可以通过改变离子束的入射方向，从没有起伏的面开始切割， 从而避开其影响。对于成分差异引起的窗帘结构，可以通过摇摆切割的方式，使离子束在多个角度 入射进行消除。非均匀刻蚀 聚焦离子束可以直接快速地加工制作微纳米平面图形结构，对于非晶体材料或单质单晶材料， FiB 刻蚀通常可以得到非常
5、平整的轮过形状和底面，但对于多晶材料和多元化合物材料，由于各个 晶粒的取向不同，刻蚀速率在不同晶粒区域也会不同，经常会呈现非均匀刻蚀，底面并不平整。对于多晶材料刻蚀出现的非均匀性加工缺陷，可以通过增大离子束扫描每点的停留时间来加以 改善。聚焦离子束轰击固体材料时，固体材料的原子被溅射逸出的过程中，部分原子会落回样品表 面，该过程称为再沉积。增大离子束在每点的停留时间，再沉积的影响就会增强，再沉积的原子落 入凹陷处的几率更高，可以起到平坦化的作用，从而改善刻蚀底面的平整性。 气体辅助刻蚀可以大大提高刻蚀速率，减少再沉积，提高深宽比极限。（离子束辅助沉积） 聚焦离子束辅助沉积实际上是利用高能量的离
6、子束辐照诱导特定区域发生化学气相沉积反应， 有时也被称为离子束诱导沉积。由于辅助沉积过程中，离子束不断地轰击样品表面，刻蚀与沉积的过程并存。 因此，应严格控制束流密度。7月12 日（周三）2. 刻蚀技术 在微电子工艺中，刻蚀工艺通常主要是作为微纳图形结构的转移方法，将光刻、压印或电子束 曝光得到的微纳图形结构从光刻胶上转移到功能材料表面。刻蚀的表征：（1）刻蚀速率，目标材料单位时间内刻蚀的深度。（2）选择比也叫抗刻蚀比，是刻蚀过程中掩模与刻蚀衬底材料的刻蚀速率之比。（3）方向性或各向异性度，是掩模图形中暴露位置下方的衬底材料在不同方向上刻蚀速率的比。（4）刻蚀深宽比，刻蚀特定的图形时图形的特征
7、尺寸与对应能够刻蚀的最大深度之比，反映出 刻蚀保持各向异性刻蚀的能力。（5）刻蚀粗糙度，包括边壁的粗糙度和刻蚀位置底面的粗糙度，能反映出刻蚀的均匀性和稳定 性。（6）关键尺寸。（7）最小特征线宽。（8）均匀性。（9）可重复性。离子束刻蚀 离子束刻蚀是一种纯物理过程，可适用于任何材料，因此，离子束刻蚀的掩模和衬底不可能有 太好的选择比，不可能实现较深的刻蚀。为了克服离子束刻蚀中出现的问题，引入了化学反应机制，离子轰击与化学反应结合的反应离 子刻蚀（RIBE）和化学辅助离子束刻蚀（CAIBE）。在RIBE中，离子定向轰击保证了离子与目标材料的化学反应具有很好的方向性，因而使RIBE 同样具有较高的各向异性能力；另外还能强化表面所吸附气体分子与表面材料的化学反应，从而成 倍的提高了对目标材料的刻蚀速度，同时大大提高了刻蚀的选择比，使得大深宽比的图形刻蚀成为 可能。在离子束刻蚀中，刻蚀速率由很多因素决定，如入射离子能量、束流密度、离子入射角度、材 料成分及温度、气体与材料化学反应状态及速率、刻蚀生成物、物理与化学功能强度配比、材料种 类和电子中和程度等。
