Fókuszált ionsugaras megmunkálás
FEI Quanta 3D SEM/FIB
Fókuszált ionsugaras megmunkálás
Dankházi Zoltán 2013. március 1
Fókuszált ionsugaras megmunkálás FIB = Focused Ion Beam (Fókuszált ionnyaláb) Miből áll egy SEM/FIB berendezés? elektron oszlop ion oszlop
gáz injektorok detektor – CDEM (SE, SI)
2
Fókuszált ionsugaras megmunkálás Dual-Beam System – Kétsugaras mikroszkóp
19 mm
Elektron nyaláb – függőlegesen ionnyaláb – 52o-ot zár be a függőlegessel
Hogy a FIB merőlegesen lássa a mintát, dönteni kell azt 52o-kal
10 mm
Két nyaláb koincidenciája
3
Fókuszált ionsugaras megmunkálás LMIS = Liquid Metal Ion Source (Folyékony fémion forrás)
Leggyakrabban használt fém ion FIB készülékekben: Ga+
Miért Ga+?
• • • • • •
Alacsony olvadáspont (Tolv = 29,8 oC) Minimális kölcsönhatás a volfrám tűvel
Nem illékony, alacsony gőznyomás Kicsi felületi feszültség Kellően viszkózus
Könnyen túlhűthető (a Ga hetekig folyékony marad)
4
Fókuszált ionsugaras megmunkálás LMIS = Liquid Metal Ion Source (Folyékony fémion forrás) Hogyan működik?
•
Ga folyadék megnedvesíti a W tűt tű átmérője: 2-5 μm
•
108 V/cm mező pontforrássá formázza a Ga-ot 2-5 nm átmérővel
•
Kihúzófeszültség ionizálja az atomokat és
Fűtő tekercsek
elindítja a Ga áramot (108 A/cm2)
•
W tű
Alacsony emisszió: 1-3 μA kisebb energia-szórás, stabilabb nyaláb
•
Ga tartály
Kihúzó feszültség elektródái
A nyalábban: ionok, semleges atomok, töltött ‘fürtök’ (minél nagyobb áram, annál több)
•
A Ga fogy! Ha már nem tartható fenn a nyaláb újra kell melegíteni, növelni a kihúzó-
feszültséget vagy cserélni a Ga tartályt; átlagos élettartam: 400 óra 5
Fókuszált ionsugaras megmunkálás Ion oszop
LIMS
Kondenzor lencse
•
Toronyban a gyorsító feszültség: 2-30 kV
•
Két lencse általában: kondenzor és objektív
•
Kondenzor lencse formázza a nyalábot
•
Objektív lencse fókuszálja a nyalábot a mintára
•
Az ionáram apertúrákkal állítható 1.5 pA-től 65 nA-ig
•
Munkatávolság nagy: 19 mm (elektron nyaláb esetében 10 mm)
Objektív lencse
Ion oszlop 6
Fókuszált ionsugaras megmunkálás Ion nyaláb – anyag kölcsönhatása (ion-atom ütközés) primer ion
szekunder elektronok
vákuum
szekunder ion
minta
továbbá töltött vagy semleges porlasztott részecskék, ‘fürtök’, röntgen fotonok. Mélység: 10-20 nm (30 keV)
Porlasztás ionnyalábbal
implantált ion
Kellően nagy áramú ion nyalábbal a minta anyaga hatékonyan eltávolítható.
7
Fókuszált ionsugaras megmunkálás Mit lehet az ionnyalábbal tenni?
•
Képalkotás - CDEM - Continuous Dynode Electron Multiplier (Folytonos dinódájú elektron sokszorozó)
SE, SI (secondary electron, ion) - ETD (Everhart-Thornley Detector )
• • • • •
Gázkémia Keresztmetszeti minták készítése TEM minta készítés Tomográfia (3D megjelenítés) Maratás bitmap maszkkal 8
Fókuszált ionsugaras megmunkálás CVD – Chemical Vapour Deposition (Gázkémia) Különböző anyagokat (szén, szigetelő vegyület, platina)
Prekurzor molekulák
Ion nyaláb Illékony termékek
választhatunk le a minta felületére nanométeres mérettartományban. Miért jó?
• •
Nanolitográfia Védi a mintát az ionnyalábbal történő megmunkálás során (pontosabb vonalak)
Minta
Párologtatott réteg
Hogy működik?
• • •
A tű megközelíti a mintát (50-200 μm) Prekurzor gázt juttat a felületre Az ion nyaláb pásztázza a felületet, hatására a prekurzor elbomlik illékony molekulákra és a felületére szánt anyagra
•
A leválasztott anyag a felületen marad 9
Fókuszált ionsugaras megmunkálás Keresztmetszet készítése
Ion oszop
Elektron oszop
Asztal 52˚-kal döntve Keresztmetszet
10
Fókuszált ionsugaras megmunkálás Felületre párologtatott platina réteg
11
Fókuszált ionsugaras megmunkálás Keresztmetszet készítése
12
Fókuszált ionsugaras megmunkálás Keresztmetszet készítése
13
Fókuszált ionsugaras megmunkálás Keresztmetszet készítése
14
Fókuszált ionsugaras megmunkálás Keresztmetszet készítése
15
Fókuszált ionsugaras megmunkálás Keresztmetszet készítése
16
Fókuszált ionsugaras megmunkálás Érintő bemetszés EBSD vizsgálathoz
17
Fókuszált ionsugaras megmunkálás Mikropillar (Cu) készítés
18
Fókuszált ionsugaras megmunkálás Mikropillar (Cu) készítés
19
Fókuszált ionsugaras megmunkálás Mikropillar (Cu) készítés
20
Fókuszált ionsugaras megmunkálás Mikropillar (Cu) készítés
21
Fókuszált ionsugaras megmunkálás Mikropillar (Cu) készítés
22
Fókuszált ionsugaras megmunkálás Mikropillar (Cu) készítés
23
Fókuszált ionsugaras megmunkálás Mikropillar (Cu) készítés
24
Fókuszált ionsugaras megmunkálás Minta készítése TEM vizsgálathoz
25
Fókuszált ionsugaras megmunkálás Minta készítése TEM vizsgálathoz
26
Fókuszált ionsugaras megmunkálás Minta készítése TEM vizsgálathoz
27
Fókuszált ionsugaras megmunkálás Minta készítése TEM vizsgálathoz
28
Fókuszált ionsugaras megmunkálás Minta készítése TEM vizsgálathoz
29
Fókuszált ionsugaras megmunkálás Minta készítése TEM vizsgálathoz
30
Fókuszált ionsugaras megmunkálás Minta készítése TEM vizsgálathoz
31
Fókuszált ionsugaras megmunkálás Minta készítése TEM vizsgálathoz
32
Fókuszált ionsugaras megmunkálás Minta készítése TEM vizsgálathoz
33
Fókuszált ionsugaras megmunkálás Tomográfia (Slice And View)
34
Fókuszált ionsugaras megmunkálás Tomográfia (Slice And View)
35
Fókuszált ionsugaras megmunkálás Maratás szürkeárnyalatos bitmap maszkkal (Si)
36
Fókuszált ionsugaras megmunkálás
37
Fókuszált ionsugaras megmunkálás
38
Fókuszált ionsugaras megmunkálás
39
Fókuszált ionsugaras megmunkálás
40
Fókuszált ionsugaras megmunkálás
41
Fókuszált ionsugaras megmunkálás
42
Fókuszált ionsugaras megmunkálás
Köszönöm
a figyelmet!
