聚焦離子束技術（FIB）

在技術日新月異的當代，半導體技術已成為推動科技創新和產業升級的引擎。半導體器件在我們的日常生活中扮演著不可或缺的角色，無論是在通訊設備、交通工具還是醫療儀器中，它們都發揮著核心作用。隨著這些器件尺寸的日益微型化，對它們的精確診斷和修復技術提出了前所未有的挑戰。聚焦離子束技術（FIB）正是在這樣的需求下應運而生，成為解決這些難題的關鍵技術。

FIB技術的核心構成

聚焦離子束顯微鏡（FIB）是一種能夠在微觀層面進行精密切割和加工的高科技設備。商用FIB系統普遍采用液體金屬離子源（LMIS），以鎵作為金屬材質，得益于其低熔點、低蒸汽壓和出色的抗化學腐蝕性。FIB技術由三大核心組件構成：離子源、離子束的聚焦與掃描系統、以及樣品臺。離子源位于系統的頂部，是FIB技術運作的心臟。

液態金屬離子源的尖端是一個直徑僅幾微米的鎢針，通過施加電場和加熱，使得液態金屬形成離子流。這些離子流經過聚焦系統精確聚焦，并由可變孔徑的光闌控制，最終形成一束可控的離子束，用于轟擊放置在樣品臺上的目標樣品。離子束與樣品相互作用產生的二次電子可以通過掃描電子顯微鏡（SEM）檢測，從而獲得樣品表面的詳細形貌。這種集成了FIB加工和SEM觀測功能的系統被稱為雙束系統，例如FIB-SEM雙束系統。

FIB系統的結構與液態金屬離子源

雙束聚焦離子束系統是將單束FIB與SEM技術相結合的產物，它不僅能夠進行高精度的微納加工，還能實現超高分辨率的成像。這種系統的電子束通常垂直安裝，而離子束則與之成一定角度安裝，使得在共心高度位置的樣品可以同時接受電子束成像和離子束加工。通過調整樣品臺的傾斜角度，可以使樣品表面與電子束或離子束保持垂直，以實現更加精確的加工效果。

FIB技術憑借其在材料科學中的獨特優勢，如在無應力條件下進行超精細加工的能力，以及對材料要求的低門檻，已經在半導體制造、光刻技術、光掩模修復、電路修改、故障分析以及樣品制備等多個領域得到了廣泛應用，成為半導體產業發展的基石。

FIB制樣的多目標

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。