1
FEI Quanta 3D SEM/FIB
Fókuszált ionsugaras megmunkálás
Ratter Kitti 2011. január 19-21.
2
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)
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
Ga hetekig folyékony marad, könnyen túlhűthető
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
elindítja a Ga áramot és (108 A/cm2)
•
Fűtő tekercsek
Alacsony emisszió: 1-3 μA – kisebb energia szórás, stabilabb nyaláb
•
Ga tartály
W tű
A nyaláb tartalmazhat semleges atomokat, töltött ‘fürtöket’, minél
Kihúzó feszültség elektródái
nagyobb áram, annál több
•
A Ga fogy! Ha már nem tartható fenn a nyaláb újra kell melegíteni, növelni a kihúzófeszültséget vagy cserélni a Ga tartályt; átlagos élettartam:400 óra
5
Fókuszált ionsugaras megmunkálás
6
Ion oszop
LIMS
•
Toronyban a gyorsító feszültség: 2-30 kV
•
Két lencse általában: kondenzor lencse és objektív
Kondenzor lencse
Objektív lencse
Ion oszlop
lencse
•
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)
Fókuszált ionsugaras megmunkálás Ion nyaláb – anyag kölcsönhatása (rugalmas ion-atom ütközés) primer ion
szekunder elektronok
vákuum
szekunder ion
Továbbá töltött vagy semleges porlasztott részecskék, ‘fürtök’, röntgen fotonok. Mélység: 10-20 nm (30 keV)
minta
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 (SE,SI - ionnyaláb) Folytonos dinódájú elektron sokszorozó)
• • • • •
Gázkémia Keresztmetszeti minták készítése TEM minta készítés Tomográfia (3D megjelenítés)
Maratás bitmap maszkkal
8
9
Fókuszált ionsugaras megmunkálás CVD – Chemical Vapour Deposition (Gázkémia) Különböző anyagokat (szén, szigetelő vegyület, platina)
Prekurzor molekulák
választhatunk le a minta felületére nanométeres
Ion nyaláb Illékony termékek
mérettartományban. Miért jó?
•Nanolitográfia •Védi a mintát az ionnyalábbal történő megmunkálás során (pontosabb vonalak) Minta Hogy működik?
•Egy tű megközelíti a mintát (50-200 μm) •Prekurzor gázt juttat a felületre •Az ion nyaláb pásztázza a felületet, hatására a prekurzor gáz elbomlik illékony molekulákra és a minta felületére szánt anyagra
•A leválasztott anyag a felületen marad
Párologtatott réteg
Fókuszált ionsugaras megmunkálás Si egykristályra párologtatott platina réteg
10
Fókuszált ionsugaras megmunkálás Keresztmetszet készítése
Ion oszop
Elektron oszop
Asztal 52˚-kal döntve Keresztmetszet
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 Mikropillar (Cu)
17
Fókuszált ionsugaras megmunkálás Mikropillar (Cu)
18
Fókuszált ionsugaras megmunkálás Mikropillar (Cu)
19
Fókuszált ionsugaras megmunkálás Mikropillar (Cu)
20
Fókuszált ionsugaras megmunkálás Mikropillar (Cu)
21
Fókuszált ionsugaras megmunkálás Mikropillar (Cu)
22
Fókuszált ionsugaras megmunkálás Mikropillar (Cu)
23
Fókuszált ionsugaras megmunkálás Mikropillar (Cu)
24
Fókuszált ionsugaras megmunkálás Minta készítése TEM vizsgálatra
25
Fókuszált ionsugaras megmunkálás Minta készítése TEM vizsgálatra
26
Fókuszált ionsugaras megmunkálás Minta készítése TEM vizsgálatra
27
Fókuszált ionsugaras megmunkálás Maratás szürkeárnyalatos bitmap maszkkal (Si)
28
Fókuszált ionsugaras megmunkálás Tomográfia (Slice And View)
29
Fókuszált ionsugaras megmunkálás Tomográfia (Slice And View)
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
Köszönöm
a figyelmet!
