Ben Tordoff;Cheryl Hartfield;Andrew J. Holwell;Stephan Hiller;Marcus Kaestner;Stephen Kelly;Jaehan Lee;Sascha Muller;Fabian Perez-Willard;Tobias Volkenandt;Robin White;Thomas Rodgers
Applied Microscopy
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제50권
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pp.24.1-24.11
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2020
The development of the femtosecond laser (fs laser) with its ability to provide extremely rapid athermal ablation of materials has initiated a renaissance in materials science. Sample milling rates for the fs laser are orders of magnitude greater than that of traditional focused ion beam (FIB) sources currently used. In combination with minimal surface post-processing requirements, this technology is proving to be a game changer for materials research. The development of a femtosecond laser attached to a focused ion beam scanning electron microscope (LaserFIB) enables numerous new capabilities, including access to deeply buried structures as well as the production of extremely large trenches, cross sections, pillars and TEM H-bars, all while preserving microstructure and avoiding or reducing FIB polishing. Several high impact applications are now possible due to this technology in the fields of crystallography, electronics, mechanical engineering, battery research and materials sample preparation. This review article summarizes the current opportunities for this new technology focusing on the materials science megatrends of engineering materials, energy materials and electronics.
Focused Ion Beam (FIB) has been used for site-specific TEM sample preparation and small scale fabrication. Moreover, analysis on the surface microstructure and phase distribution is possible by ion channeling contrast of FIB with high resolution. This paper describes FIB applications and deformed surface structure induced by sliding. The effect of FIB process on the surface damage was explored as well. The sliding experiments were conducted using high purity aluminum and OFHC(Oxygen-Free High Conductivity) copper. The counterpart material was steel. Pin-on-disk, Rotational Barrel Gas Gun and Explosively Driven Friction Tester were used for the sliding experiments in order to investigate the velocity effect on the microstructural change. From the FIB analysis, it is revealed that ion channeling contrast of FIB has better resolution than SEM and the tribolayer is composed of nanocrystalline structures. And the thickness of tribolayer was constant regardless of sliding velocities.
In focused-ion-beam (FIB) application of micromachining and device transplantation, four kinds of FIB processes, namely FIB sputtering, FIB-induced etching, redeposition, and FIB-induced deposition, are well utilized. As with FIB systems, scanning electron microscopes(SEMs) were extensively used in the semiconductor industry. They are the tools of choice for defect review and providing the image resolution needed for process monitoring. The enhanced capabilities of a dual-column on one chamber system are quickly becoming realized by the nano industry for performing a wide range of application.
TFT-LCD의 구조불량이 발생한 박막 트랜지스터에 대해서 집속이온빔 가공장치(Dual-beam FIB/SEM)를 이용하여 연속절편법(Serial sectioning)과 일련의 연속적인 2차원 주사전자현미경 이미지를 얻었고, IMOD 소프트웨어를 통해서 3차원 구조구현(3D reconstruction) 연구를 하였다. 3차원 구조구현 결과, Gate막과 Data막이 접합되어 있는 불량이 관찰되었다. 두 막이 접합되어서 ON/OFF 역할을 하는 Gate의 기능이 상실되었고, Data신호는 Drain을 통해서 투명전극에 전류를 공급하여 계속 빛나는 선 불량(line defect)이 발생한 것으로 판단된다. 이 논문의 결과인 집속이온빔 가공장치(Dual-Beam FIB/SEM)를 이용한 3차원 구조구현 연구와 연속절편법, 주사전자현미경 이미지작업, 이미지 프로세싱에 대한 결과는 향후 연구의 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.
Kamino, T.;Yaguchi, T.;Ueki, Y.;Ohnish, T.;Umemura, K.;Asayama, K.
한국전자현미경학회:학술대회논문집
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한국현미경학회 2001년도 제32차 추계학술대회
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pp.18-22
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2001
A technique to characterize specific site of materials using a combination of a dedicated focused ion beam system(FIB), and Intermediate-voltage scanning transmission electron microscope(STEM) or transmission electron microscope(TEM) equipped with a scanning electron microscope(SEM) unit has been developed. The FIB system is used for preparation of electron transparent thin samples, while STEM or TEM is used for localization of a specific site to be milled in the FIB system. An FIB-STEM(TEM) compatible sample holder has been developed to facilitate thin sample preparation with high positional accuracy Positional accuracy of $0.1{\mu}m$ or better can be achieved by the technique. In addition, an FIB micro-sampling technique has been developed to extract a small sample directly from a bulk sample in a FIB system These newly developed techniques were applied for the analysis of specific failure in Si devices and also for characterization of a specific precipitate In a metal sample.
Fm (Focused ion beam) system is one of the most important equipments for the nano-scale machining. Various researches have been performed, since it can etch the material and deposit 3-D structure with high-aspect-ratio in the nanometer scale. In spite of those researches, the definite method for the reliability of FIB system has not been reported. In this paper, we proposed the reliability assessment method through nano-pattern fabrication. In the fabricated nano-pattern, the characteristics of FIB system are included. Using this effect, we tried to assess the FIB reliability. First, we suggested reliability assessment items and nano-patterns. And, to know the suitableness of the proposed method, we fabricated several nano-patterns using Nova200(FEI Company) and SMI2050(SEIKO) which are FIB apparatuses. The fabricated nano-patterns are measured with SEM (Scanning Electron Microscope) and compared with designed dimensions. And the compared results showed that the proposed method is suitable for the assessment of FIB system reliability.
TEM(Transmission Electrion microsopy) 투과전자현미경은 재료의 기초 구조 분석과 반도체 또는 생물시편의 미세 구조분석에 널리 사용되는 장비이다. TEM 분석은 필수적으로 목적에 부합되는 적절한 시편제작이 수반되어야 한다. 다양한 전자 현미경 시편 제작 방법 중 본 논문에서는 FIB(Focus Ion Beam)를 이용한 시편 제작법 중 시편에 입사되는 에너지와 이온 Gun과 시편과의 상호 각도, 이온 밀링 깊이 조절 등의 실험을 통하여 표면 손상 최소화를 벌크 웨이퍼와 패턴화된 시편에서 실험하였다. 최소화된 표면 영향성(약 5nm)을 패턴화된 시편에 구현하였다.
A study was carried out to fabricate the cutting tool geometry with micro/nanoscale on the single crystal diamond tool by using the FIB. The FIB technique is an ideal tool for TEM sample preparation that allows for the fabrication of electron-transparent foils. The FIB is appropriate techniques to sample and subsequently define the chemical composition and the structural state of mineral inclusion on the micro/nanoscale. The combination of FIB with a SEM allows for 3D information to be obtained from samples including 3D imaging. Cutting strategies were demonstrated to improve the performance of cutting tool geometry and to generate high aspect ratio micro cutting tool. A finely focused beam of 30keV Ga+ ions was used to mill cutting tool shapes for various micro patterns. Therefore FIB sputtering is used to shape a variety of cutting tools with dimensions in the $1-5{\mu}m$ range and cutting edge radii of curvature of under 50nm.
기판전면에 패턴 없이 15 nm Co/15 nm Ni/70 nm polysilicon/200 nm $SiO_2$/Si(100) 구조로 적층된 구조로부터 급속열처리기 (rapid thermal annealer : RTA)를 이용하여 40초간 700, 900, $1000^{\circ}C$의 실리사이드화 온도를 변화시키면서 CoNi 복합실리사이드를 형성하였다. 완성된 두께 100 nm 정도의 CoNi 복합실리사이드층으로 배선층을 만든다고 상정하여, 이중 집속이온빔(dual beam focused ion beam : FIB)을 써서 30 kV에서 표면전류를 $1{\sim}100$ pA 범위에서 조절하면서 나노급 선폭제작의 가능성을 확인하였다. 각 온도별 복합실리사이드에 동일한 이온빔 조건으로 $100{\mu}m$ 길이의 패턴을 만들고, 이온빔으로 양 끝단에 트렌치를 만들어 FE-SEM으로 각 조건에서의 선폭, 두께, 최종 에칭형상을 확인하였다. 기존 형상변형이 많아서 나노급 선폭 구현이 불리한 폴리사이드 공정에 비해서, 최초로 새로운 저저항 복합실리사이드에 대해서 100 nm 이하의 나노급 피치를 가진 선폭 제작이 $30kV{\sim}30pA$ 범위에서 가능하였다.
Generally, the integrated system using ion beam consists of 4 major parts, which are SEM, FIB, nano stage, and chamber. Among them, the nano stage and the chamber are designed and manufactured. The whole systems are integrated. Also, FE models are built to perform modal analyses of each part and the whole integrated system with a commercial program. Through these analyses, it is found that each part and the integrated system are very safe against vibrations including external excitations from ground and any others, because their natural frequencies are much larger than frequencies of external excitations. Also, isolation of ground induced vibration is considered.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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