一种聚焦离子束-电子束双束融合可控微纳加工的方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN105668514A(43)申请公布日2016.06.15(21)申请号201610046845.3(22)申请日2016.01.25(71)申请人北京航空航天大学地址100191北京市海淀区学院路37号(72)发明人李文萍王荣明崔益民(51)Int.Cl.B82B3/00(2006.01)B82Y40/00(2011.01)权利要求书1页说明书11页附图3页(54)发明名称一种聚焦离子束-电子束双束融合可控微纳加工的方法(57)摘要本发明公开了一种聚焦离子束-电子束双束融合可控微纳加工的方法，通过综合考虑实际系统的像差以及空间电荷效应分别获得离子束和电子束三维束流密度分布，并依据系统的空间布局将双束融合成同步粒子束，获得高精度的双束融合可控微纳加工。首先，获取源、透镜、偏转器和样品等参数，计算透镜和偏转器的二维场、三维场和电气参数；然后，在给定初始条件下求解牛顿-洛仑兹方程组得到包括像差和离子(电子)库仑力效应的离子(电子)束三维束流密度分布；最后，考虑双束系统装配结构，逆时针旋转离子束，在库仑力作用下融合离子束和电子束，实现双束同步可控加工；优点在于，电子束对离子束束流密度分布的控制，提高了加工的精度和质量。CN105668514ACN105668514A权利要求书1/1页1.一种聚焦离子束-电子束双束融合可控微纳加工的方法，其特征在于，通过综合考虑实际系统的像差以及空间电荷效应分别获得离子束和电子束三维束流密度分布，并依据系统的空间布局将双束融合成同步粒子束，获得高精度的双束融合可控微纳加工；设置三维束流密度分布的初始条件时，源参数、样品位置、透镜和偏转器的位置及结构调研测试得到；透镜和偏转器的二维场高精度二阶有限元素法获得；透镜的三维场由二维场插值得出，偏转器的三维场采用三维有限差分算出；电气参数根据二维场下双束性能获得；离子束(电子束)三维束流密度分布通过求解给定源参数下N个牛顿－洛仑兹方程组获得，离子(电子)在静电(磁)场和库仑力场共同作用下，达到样品，N为采样周期内源发射的离子(电子)个数，与库仑力息息相关；结合双束系统的实验指标，得出三维束流密度分布；依据离子束三维束流密度分布、电子束三维束流密度分布以及双束的装配结构，将离子束三维束流密度分布逆时针旋转相应角度后(30°-60°)，考虑电子对离子的中和作用，实现离子束和电子束的融合，获得双束融合同步加工束；对照双束平台的具体实验，实现电子束对离子束加工的控制。2.如权利要求1所述的一种聚焦离子束-电子束双束融合可控微纳加工的方法，其特征在于，离子束-电子束同步加工中考虑了电子和离子作用，同步加工入射束粒子种类涉及原子、离子和电子，解决了同步加工中入射粒子种类不全的问题。3.如权利要求1所述的一种聚焦离子束-电子束双束融合可控微纳加工的方法，其特征在于，提出离子束和电子束的三维束流密度分布作为双束融合的初始条件，更加符合双束同步系统的实际装配结构。4.如权利要求1所述的一种聚焦离子束-电子束双束融合可控微纳加工的方法，其特征在于，结合理论和实验，明确了FIB束、SEM束与同步加工束之间的关系，获得可控的同步加工束。5.如权利要求1所述的一种聚焦离子束-电子束双束融合可控微纳加工的方法，其特征在于，通过控制电子束，中和了FIB原位电荷积累，实现了高分辨率实时监测，提高了加工的精度和质量。6.如权利要求1所述的一种聚焦离子束-电子束双束融合可控微纳加工的方法，其特征在于，离子束和电子束的三维束流密度分布全面考虑了系统像差和粒子库仑力效应，极大提高了离子束束流密度分布计算的准确度。2CN105668514A说明书1/11页一种聚焦离子束-电子束双束融合可控微纳加工的方法技术领域[0001]本发明属于高能束纳米原位加工及其实时监控领域，具体涉及一种聚焦离子束-电子束双束融合可控微纳加工的方法；背景技术[0002]离子束技术是与半导体工艺最兼容的技术，因此在半导体集成电路制造业中，离子束技术已深入到薄膜制作、材料刻蚀、杂质注入、三维结构制作和表面改性诸多方面。其中，聚焦离子束(focusedionbeam，简称FIB)由于具有高能粒子高分辨率的特性和元素特性，广泛应用在微纳尺度的离子束刻蚀、离子束沉积、离子注入和离子束材料改性方面。聚焦离子束技术是利用静电透镜将离子束聚焦成非常小尺寸的显微切割技术，目前商用FIB系统的离子束是从液态金属离子源中引出。由于镓元素具有低熔点、低蒸汽压以及良好的抗氧化力，因而液态金属离子源中的金属材料多为镓(Gallium，Ga)。[0003]扫描电子显微镜(scanningelectronmicroscope，简称SEM)，利用电子束扫描形成二次电子像，是上个世纪四