Focused Ion Beam
Ein Focused Ion Beam (englisch für „fokussierter Ionenstrahl“) ist ein Gerät zur Oberflächenbearbeitung.
Arbeitsprinzip
FIB ist ein Gerät zur Abbildung von Objekten ähnlich einem Rasterelektronenmikroskop (REM), mit der zusätzlichen Möglichkeit der Manipulation an den Oberflächen durch das kontrollierte Abtragen von Oberflächenschichten bzw. Aufbringen von Materialien wie Wolfram, Platin als Leiter und Silizium als Nichtleiter auf Oberflächen.
An Stelle der Elektronen werden Ionen, meist Gallium, als „abbildender“ Strahl genutzt. Diese Ionen werden typischerweise mit Spannungen von 5-50 kV beschleunigt und erreichen in der FIB etwa Stromstärken von 2 pA bis zu 20 nA.
Der Ionenstrahl wird, mit elektrostatischen Linsen, auf einen Punkt von einigen Nanometer Durchmesser fokusiert, dieser Punkt wird zeilenweise über die Oberflächen geführt. Dabei treten Elektronen aus der Oberfläche aus, welche detektiert werden und eine Abbildung der Oberfläche ermöglichen.
Zum Einsatz kommt häufig Gallium wegen der guten Erzeugbarkeit von Ionen mittels einer Flüssigmetall-Ionen-Quelle (liquid metal ion source, LMIS). Gallium wird mittels einer Wolframnadel bis zum Schmelzpunkt erhitzt und in einem Feldemissionsprozess der Ionenstrahl gewonnen.
Wechselwirkungen des Ionenstrahls
mit der (Proben-)Oberflächen
Im Gegensatz zum Elektronenstrahl ist die Wechselwirkung des Ionenstrahls mit der Oberfläche deutlich stärker und es kommt bei dem Abtasten zu Schäden an der Oberfläche durch einen Sputterprozess. Dies wird gezielt eingesetzt um Materialien im Nanometermaßstab zu bearbeiten. Es kommt zu weiteren Oberflächenprozessen, wie der Einlagerung von Gallium und zur Amorphisierung der Oberfläche.
mit Prozessgasen
Werden Prozessgase in den Ionenstrahl geleitet, z.B. eine komplexe Platinverbindung , können auch Strukturen aufgebaut werden. Dabei werden die Prozessgase in einen nichtflüchtigen (im Beispiel hier Platin) und einen flüchtigen Anteil aufgespalten, das Platin wird dabei an der Oberfläche angelagert.
Andere Prozessgase, wie zum Beispiel Wasser, erlauben ein Ätzen oder ein besseres Abtragen der Materialien.
Anwendungen
Anwendung findet die FIB Technologie in der Halbleiterindustrie, hauptsächlich zur Fehleranalyse, und in der Forschung. Dort werden Proben für weitere Untersuchungen vorbereitet (z.B. für die Untersuchungen mittels Transmissionselektronenmikroskop (TEM), oder Strukturen hergestellt die weiter untersucht werden können. Die Möglichkeit Querschnitte in Materialien herzustellen und dabei extrem geringe mechanische oder thermische Störung zu erzeugen, ermöglicht es empfindliche Schichten in der Materialforschung besser beurteilt zu können.
Cross Beam bzw. Dual Beam (FIB + REM)
Wird eine FIB mit einem Elektronenmikroskop kombiniert erhält man eine „dual beam“ oder „cross beam“ Anlage, die das gleichzeitige beobachten und bearbeiten von Materialien ermöglicht. Hiermit ist es möglich, zielgenau, defekte (z.B. einzelne Transistoren in ICs) oder interessante Punkte an einer Probe zu präparieren.