新一代高精度極低溫銫離子源FIB系統(tǒng)

運(yùn)用曾獲諾貝爾獎的激光冷卻技術(shù)，zeroK Nanotech公司于2020年推出了基于極低溫銫離子源（Cs+ LoTIS）的新一代高性能聚焦離子束系統(tǒng)——FIB: ZERO（Cs+ LoTIS）和相應(yīng)的離子源升級配件——FIB：RETRO。zeroK Nanotech公司采用的極低溫技術(shù)可以減少離子束中的隨機(jī)運(yùn)動，從而使FIB：ZERO中的離子束斑與傳統(tǒng)離子源產(chǎn)生的束斑相比具有更高的亮度，更小的尺寸和更低的能量散失。同時(shí)，還可以產(chǎn)生更多的二次離子，獲得更清晰的成像。 一系列測試表明，新一代的FIB: ZERO（Cs+ LoTIS）與傳統(tǒng)的液態(tài)金屬鎵離子源(Ga+ LMIS) FIB 系統(tǒng)相比擁有更高的微納加工精度，更清晰的成像對比度和景深。其加工速度與傳統(tǒng)FIB基本一致，在低離子束流能量條件下有著更優(yōu)異的表現(xiàn)。與氦（He+），氖（Ne+）離子源FIB相比，F(xiàn)IB: ZERO擁有高一個(gè)數(shù)量級的加工速度和對樣品更少的加工損傷。

應(yīng)用領(lǐng)域

◎  納米級精細(xì)加工

◎  芯片線路修改和失效分析

◎  微納機(jī)電器件制備

◎  材料微損傷磨削加工

◎  微損傷透射電鏡制樣

設(shè)備特點(diǎn)

更高的亮度：極低溫Cs+離子使FIB: ZERO（Cs+ LoTIS）與傳統(tǒng)FIB (Ga+ LMIS)相比具有更高的亮度，配合其全新的高對比度大景深成像系統(tǒng)，對樣品的觀察范圍更大、更清晰。

更小的離子束斑尺寸：FIB: ZERO（Cs+ LoTIS）系統(tǒng)小分辨率可達(dá)2 nm，提供了比傳統(tǒng)的FIB (Ga+ LMIS)更高的加工精度。

更小的能量散失：可達(dá)10 nA以上的離子束電流，保證了低能量離子束條件下的優(yōu) 秀表現(xiàn)。

設(shè)備型號

FIB:ZERO聚焦離子束

采用Cs+低溫離子源（LoTIS）的聚焦離子束 FIB：ZERO系統(tǒng)以較低的束能量提供較小的聚焦點(diǎn)尺寸，并提供多種束電流。它是當(dāng)今基于Ga+，He+或Ne+的FIB的下一代替代產(chǎn)品。

動態(tài)SIMS

與同類產(chǎn)品相比，采用Cs+低溫離子源（LoTIS） 的SIMS：ZERO聚焦電子束SIMS平臺，可向同一個(gè)點(diǎn)提供100倍的電流，從而能夠以更高的分辨率分析更大的樣本。

SIMS：ZERO產(chǎn)品特點(diǎn)：

◎  具有納米分辨率的Cs +離子束

◎  10+ nA束電流（Cs +）

◎  功能齊全的FIB系統(tǒng)

◎   高分辨率的SIMS

SIMS：ZERO技術(shù)優(yōu)勢：

◎  無需薄片即可獲得類似EDX的光譜

◎  收集SIMS數(shù)據(jù)的速度提高100倍

◎  很好得控制SIMS的納米加工過程

測試數(shù)據(jù)

微納加工對比

加工均勻性對比

左圖為用FIB (Ga+ LMIS)系統(tǒng)從硅基底上去除150nm厚金膜的結(jié)果，右側(cè)為ZeroK nanotech的FIB: ZERO （Cs+ LoTIS）在相同時(shí)間內(nèi)去除金膜的結(jié)果。

加工精度對比

左側(cè)圖為Ga+離子源FIB加工結(jié)果, 右側(cè)圖為ZeroK Nanotech FIB: ZERO在相同時(shí)間內(nèi)加工的結(jié)果。

加工速度對比

在10 kV下 Cs+離子束磨削速度比30kV下的Ga+離子束慢15%，比10kV下的Ne+離子束的磨削速度高90%。

加工損傷范圍對比

SRIM（The Stop and Range of Ions in Matter）模擬離子束在加工硅的過程中對材料的影響范圍，圖從左至右分別為Ne+10KV, Ga+30KV, Cs+10KV。從圖可以看出，Cs+離子源對被加工材料的損傷范圍小。

成像效果對比

景深成像對比

左圖為Ga+離子源FIB系統(tǒng)對120μm高的樣品成像結(jié)果，右圖為ZeroK Nanotech FIB：ZERO對同一樣品的成像結(jié)果。

成像對比度比較

左圖為Ga+離子源FIB對GaAs/AlGaAs/GaAs層狀結(jié)構(gòu)的成像結(jié)果，右圖為ZeroK Nanotech FIB：ZERO對同一樣品的成像結(jié)果。

成像清晰度比較

左圖為Ga+離子源FIB系統(tǒng)對芯片橫截面的成像結(jié)果，右圖為ZeroK Nanotech FIB：ZERO對同一截面的成像結(jié)果。

發(fā)表文章

1. Steele, A. V., A. Schwarzkopf, J. J. McClelland and B. Knuffman (2017). "High-brightness Cs focused ion beam from a cold-atomic-beam ion source." Nano Futures 1: 015005.

2. Knuffman, B., A. V. Steele and J. J. Mcclelland (2013). "Cold atomic beam ion source for focused ion beam applications." Journal of Applied Physics 114(4): 191.

用戶單位

TU Kaiserslautern