聚焦离子束（FIB）技术分析

聚焦离子束技术（FIB）

 

聚焦离子束技术（Focused Ion beam，FIB）是利用电透镜将离子束聚焦成非常小尺寸的离子束轰击材料表面，实现材料的剥离、沉积、注入、切割和改性。随着纳米科技的发展，纳米尺度制造业发展迅速，而纳米加工就是纳米制造业的核心部分，纳米加工的代表性方法就是聚焦离子束。近年来发展起来的聚焦离子束技术（FIB）利用高强度聚焦离子束对材料进行纳米加工，配合扫描电镜（SEM）等高倍数电子显微镜实时观察，成为了纳米级分析、制造的主要方法。目前已广泛应用于半导体集成电路修改、离子注入、切割和故障分析等。

 

FIB在产品质量问题分析中的典型应用

 

1. 集成电路修补与线路修改

 

在集成电路制造与封装阶段，常出现微区电路蚀刻错误或逻辑设计缺陷。传统方法难以在纳米尺度进行修复，而FIB技术可通过精确切割移除错误连接，再通过离子束诱导沉积技术（如喷铂或喷碳）重新搭建电路路径，修改精度可达5 nm以下。该技术不仅节省了因完全重新流片产生的时间和成本，也极大提高了原型验证和故障恢复的效率。

 

2. 表面缺陷与界面分析

 

产品在工艺或服役中可能出现微纳米尺度的缺陷，如颗粒污染、局部腐蚀、氧化层破裂等。FIB可对缺陷区域进行定点切割，制备高质量的截面样品，从而暴露缺陷与基材的界面结构。结合SEM或能谱仪（EDS）进行成分与形貌分析，可明确缺陷成因，指导工艺改进。

 

3. 涂层与薄膜结构表征

 

许多产品需通过表面镀膜提升性能，如耐磨层、防腐涂层或光学薄膜。利用FIB可制备横截面样品，观察薄膜的厚度、结构、一致性以及与基体的结合情况，判断是否存在剥落、孔洞或互扩散现象。这对于评估涂层可靠性与寿命至关重要。

 

4. 先进封装与三维集成检测

 

在2.5D/3D集成电路、硅通孔（TSV）、微机电系统（MEMS）等先进封装结构中，FIB可用于截面制备、连接点检测、层间通孔质量评估等。其高定位精度和微区处理能力特别适用于复杂三维结构的故障定位与分析。

 

聚焦离子束技术（FIB）注意事项

 

• 样品大小5×5×1cm，当样品过大需切割取样。
• 样品需导电，不导电样品必须能喷金增加导电性。
• 切割深度必须小于10微米。
  
   

FIB与其他分析技术的联用趋势

 

如今FIB不再局限于独立加工与截面制备，越来越多地与多种显微分析和成分谱学技术联用，包括：

FIB-SEM-EDS：实现加工-形貌观察-元素分析一体化；

FIB-原子探针断层扫描（APT）：用于提取纳米针尖样品并进行三维原子尺度成分分析；

FIB-透射电镜（TEM）样品制备：是制备电子透明薄片的标准方法。