随着纳米科技的发展，纳米尺度制造业发展迅速，而纳米加工就是纳米制造业的核心部分，纳米加工的代表性方法就是聚焦离子束。近年来发展起来的聚焦离子束（FIB）技术利用高强度聚焦离子束对材料进行纳米加工，配合扫描电镜（SEM）等高倍数电子显微镜实时观察，成为了纳米级分析、制造的主要方法。目前已广泛应用于半导体集成电路修改、切割和故障分析等。

工作原理

FIB-SEM双束系统是将FIB系统与传统的扫描电子显微系统成一定角度同时安装在一台设备上，并将样品调整至共心高度的位置。这样在测试过程中，可以通过旋转样品台，使样品表面垂直于电子束或离子束，最终实现电子束实时观察及离子束切割或微加工的功能。

在常见的双束FIB-SEM系统中：电子束垂直于样品台，离子束与样品台呈一定的夹角，工作的过程中需要把样品台旋转至52度位置，此时离子束与样品台处于垂直状态，便于进行加工，而电子束与样品台呈一定的角度，可以观测到截面内部的结构。

FIB的技术特征

1、 最高束流可以达到100nA,且加工性能优异。可以实现快速切割和纳米加工。

2、 最高分辨率小于3nm，可以实现精细加工，并显示优异的FIB成像质量。

3、 电压范围在500V-30KV可调，可以实现精细抛光，降低样品表面非晶层厚度。

4、 离子源比较稳定，使用寿命长。行业内最长离子源寿命1500小时（3000uAh），72小时束流变化在5%以内。

5、 与SEM镜筒完美配合，可以实现FIB加工过程中可以利用SEM进行实时观察。

不同束流大小刻蚀的沟槽形貌

FIB-SEM案例分析

1、微纳结构加工

FIB系统无需掩膜版，可以直接刻出或者在GIS系统下沉积出所需图形，利用FIB系统已经可以制备微纳米尺度的复杂的功能性结构，包括纳米量子电子器件，亚波长光学结构，表面等离激元器件，光子晶体结构等。通过合理的方法不仅可以实现二维平面图形结构，甚至可以实现复杂三维结构图形的制备。

2、截面分析

利用FIB溅射刻蚀功能可定点切割试样并观测横截面（cross-section）来表征截面形貌尺寸，还可配备与元素分析（EDS）等相结合的体系来分析截面成分。普遍应用于芯片, LED等失效分析方面，普通IC芯片在加工时存在问题，采用FIB可迅速定点地分析缺陷产生的原因并改进工艺流程，FIB系统已成为当代集成电路工艺线必不可少的设备。

3、TEM样品制备

TEM样品制备可分为非提取法和提取法。非提取法是在经过预减薄的样品上，通过对感兴趣区域进行定点FIB加工以制取电子透明的观测区，如下图所示。

采用提取法提取TEM样品时，最终减薄工艺流程与能否获得优质TEM照片有直接联系。若将抽取的试样整体变薄易产生试样弯曲问题。并且利用能增强试样自支撑性H型或者X型对试样进行减薄，可以避免试样弯曲问题。下图是用H型减薄方法制备TEM样品SEM照片

4、三维原子探针样品制备

对原子探针样品的制备要求与TEM 薄片样品很接近方法也类似。首先选取感兴趣的取样位置，在两边挖V 型槽，将底部切开后，再用纳米机械手将样品取出。转移到固定样品支座上，用Pt 焊接并从大块样品切断。连续从外到内切除外围部分形成尖锐的针尖。最后将样品用离子束低电压进行最终抛光，消除非晶层，和离子注入较多的区域。

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