【摘要】 近年来，聚焦离子束(FIB)光刻、电子束光刻(EBL)、激光刻蚀等新型纳米加工技术得到了发展。

纳米加工(Nanofabrication)是指在纳米尺度上操作和构造器件，在纳米科学和纳米技术中已成为必不可少的技术[1]。近年来，聚焦离子束(FIB)光刻、电子束光刻(EBL)、激光刻蚀等新型纳米加工技术得到了发展。相对于其他新型纳米加工工具，FIB具有铣削速度快、加工精度高、无掩膜加工等优点。

 

此外，FIB与扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、分子束外延(molecular beam epitaxy)等多种仪器相结合，可以更准确、定量地表征纳米结构。作为一项成功的发明，FIB-SEM双光束系统因其在纳米加工、功能气体辅助蚀刻和诱导沉积操作中的精度、可控性和自动化而在科学研究和半导体工业中蓬勃发展。

 

目前，纳米尺度的测量已经很容易实现，但在纳米尺度下的操作，特别是如何实现更可控的纳米操作，仍然是双光束系统面临的一个挑战。此外，为了满足日益增长的先进纳米技术的需求和特殊的科学要求，要求FIB- SEM系统具有更高的精度和FIB与电子束同时工作的能力。

 

然而，在许多商业系统中，FIB和SEM不能同时工作，因为由带电的电子透镜产生的磁场由于洛伦兹相互作用使离子束偏离其预定路径数百微米，这使得FIB和SEM几乎无法操作。

 

图1. (a)实验室自行组装的双光束系统。(b)双光束系统的腔室。 [1]

 

在FIB-SEM双光束系统组装项目中，采用JEOL JSM-6490 LV SEM, Orsay Physics Canion 31+ FIB柱和DY-2000A图形发生器。图1显示了组合式FIB-SEM双波束系统。

 

在系统中，离子束和EB分别放置在固定位置，两束的交角为55°。利用气体喷射系统(GIS)的喷嘴在FIB气体辅助蚀刻和材料诱导沉积过程中提供前驱体气体。在双光束系统中，扫描电镜物镜是一个超圆锥透镜。这种透镜会产生延伸到样品平面的磁场，磁场会使离子束在样品平面处产生非常大的偏转。

 

为了校正由磁场引起的偏转，在离子柱中设置偏转系统，在样品平面上产生必要的光束位移，以校正由SEM物镜产生的磁场引起的磁诱导偏转。偏转系统包括两组平行板静电偏转器，其中包括可偏转离子束的多个元件，如八极子。

 

第一组偏转器用于偏转通过物镜中心的离子束，以减少像差。第二组偏转器用于扫描离子束，校正像散，以及偏转光束以补偿来自带电SEM透镜的离子柱外的磁场。离子柱示意图如图2所示。

 

图2. Canion 31+离子柱示意图[1]

 

[1] Hu L , Hailong W , Yimin C ,et al.Focused ion beam built-up on scanning electron microscopy with increased milling precision[J]. 2012, 55(4):6..

 

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