新一代高精度极低温铯离子源FIB系统

新一代高精度极低温铯离子源FIB系统

运用曾获诺贝尔奖的激光冷却技术，zeroK Nanotech公司于2020年推出了基于极低温铯离子源（Cs+ LoTIS）的新一代高性能聚焦离子束系统——FIB: ZERO（Cs+ LoTIS）和相应的离子源升级配件——FIB：RETRO。zeroK Nanotech公司采用的极低温技术可以减少离子束中的随机运动，从而使FIB：ZERO中的离子束斑与传统离子源产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。同时，还可以产生更多的二次离子，获得更清晰的成像。 一系列测试表明，新一代的FIB: ZERO（Cs+ LoTIS）与传统的液态金属镓离子源(Ga+ LMIS) FIB 系统相比拥有更高的微纳加工精度，更清晰的成像对比度和景深。其加工速度与传统FIB基本一致，在低离子束流能量条件下有着更优异的表现。与氦（He+），氖（Ne+）离子源FIB相比，FIB: ZERO拥有高一个数量级的加工速度和对样品更少的加工损伤。

应用领域

◎  纳米级精细加工

◎  芯片线路修改和失效分析

◎  微纳机电器件制备

◎  材料微损伤磨削加工

◎  微损伤透射电镜制样

设备特点

更高的亮度：极低温Cs+离子使FIB: ZERO（Cs+ LoTIS）与传统FIB (Ga+ LMIS)相比具有更高的亮度，配合其全新的高对比度大景深成像系统，对样品的观察范围更大、更清晰。

更小的离子束斑尺寸：FIB: ZERO（Cs+ LoTIS）系统小分辨率可达2 nm，提供了比传统的FIB (Ga+ LMIS)更高的加工精度。

更小的能量散失：可达10 nA以上的离子束电流，保证了低能量离子束条件下的优 秀表现。

设备型号

FIB:ZERO聚焦离子束

采用Cs+低温离子源（LoTIS）的聚焦离子束 FIB：ZERO系统以较低的束能量提供较小的聚焦点尺寸，并提供多种束电流。它是当今基于Ga+，He+或Ne+的FIB的下一代替代产品。

动态SIMS

与同类产品相比，采用Cs+低温离子源（LoTIS） 的SIMS：ZERO聚焦电子束SIMS平台，可向同一个点提供100倍的电流，从而能够以更高的分辨率分析更大的样本。

SIMS：ZERO产品特点：

◎  具有纳米分辨率的Cs +离子束

◎  10+ nA束电流（Cs +）

◎  功能齐全的FIB系统

◎   高分辨率的SIMS

SIMS：ZERO技术优势：

◎  无需薄片即可获得类似EDX的光谱

◎  收集SIMS数据的速度提高100倍

◎  很好得控制SIMS的纳米加工过程

测试数据

微纳加工对比

加工均匀性对比

左图为用FIB (Ga+ LMIS)系统从硅基底上去除150nm厚金膜的结果，右侧为ZeroK nanotech的FIB: ZERO （Cs+ LoTIS）在相同时间内去除金膜的结果。

加工精度对比

左侧图为Ga+离子源FIB加工结果, 右侧图为ZeroK Nanotech FIB: ZERO在相同时间内加工的结果。

加工速度对比

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

加工损伤范围对比

SRIM（The Stop and Range of Ions in Matter）模拟离子束在加工硅的过程中对材料的影响范围，图从左至右分别为Ne+10KV, Ga+30KV, Cs+10KV。从图可以看出，Cs+离子源对被加工材料的损伤范围小。

成像效果对比

景深成像对比

左图为Ga+离子源FIB系统对120μm高的样品成像结果，右图为ZeroK Nanotech FIB：ZERO对同一样品的成像结果。

成像对比度比较

左图为Ga+离子源FIB对GaAs/AlGaAs/GaAs层状结构的成像结果，右图为ZeroK Nanotech FIB：ZERO对同一样品的成像结果。

成像清晰度比较

左图为Ga+离子源FIB系统对芯片横截面的成像结果，右图为ZeroK Nanotech FIB：ZERO对同一截面的成像结果。

发表文章

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.

用户单位

TU Kaiserslautern