201，计算获得离散网格点上的透镜二维场，收敛误差为10-15;
[0128] 步骤502、透镜的三维场；
[0129] 类似于步骤202,获得透镜的三维空间场，插值偏差小于0.0001 % ;
[0130]步骤503、偏转器的二维场分布；
[0131 ]类似于步骤203，获得偏转器的二维场，收敛误差为10_15;
[0132] 步骤504、偏转器的三维场分布；
[0133] 类似于步骤204,计算得到偏转器的三维空间场，收敛误差为10 一6。
[0134] 步骤六、获取电子束的三维运动轨迹；
[0135] 以FIB-SEM双束同步系统SEM成像指标为目标，根据电子源参数、位置参数列表、透 镜和偏转器的二维场，设计获得两透镜工作的激励和偏转电压;采用五阶龙格库塔法求解 电子束运动的牛顿一洛仑兹方程组，获得包含几何像差和空间电荷效应的三维电子运动轨 迹，初始条件和方程组数量N由电子源参数和位置参数列表决定，静场包括透镜的三维空间 场以及偏转器的三维空间场，表征空间电荷效应的离子库仑力由N个电子的具体空间位置 确定;最后，保持SEM束流不变，改变N值，重复获得三维电子运动轨迹直到和SEM成像指标相 一致为止。
[0136] 具体步骤为：
[0137] 步骤601、获取透镜电位和偏转器电位；
[0138] 类似于步骤301，获得电子束成像的光学条件：电子源的参数列于表6,源、透镜、偏 转器和样品的相对位置见表7,标准电位下透镜和偏转器的二维场分别通过步骤501和503 获得，样品上的电子束指标列于表8;将上述电子光学系统写入Mebs软件的光学程序包，通 过阻尼最小二乘法设计透镜和偏转器电位，在样品上优化实现表8所列目标，获得透镜电位 和偏转电压列于表9;
[0139] 表8为本发明中样品上SEM指标
[0143] ~步骤602、获取电子束的三维运动轨迹;
[0144] 类似于步骤302,电子束的三维运动轨迹能够通过求解给定初始条件下的牛顿一 洛仑兹方程组(1)得到，初始条件为电子源参数见表6;由于采用的磁透镜和磁偏转器，方程 组（1)中磁场为三维透镜场和偏转场，电场为电子之间的库仑力场;其中，三维透镜场可以 由步骤502基准激励下的场分布和步骤601的激励获得，三维偏转场由步骤504基准激励下 的场分布和步骤601的电流得到，电子库仑力场通过式(2)获得;其中，q为电子带电量，i，j 为自然数，代表电子的标号且i矣j，其中i = l，…，N，j = l，…，N，N为电子源在采样周期内发 射的电子个数，ri，rj分别为第i个电子和第j个电子的位置。
[0145] 500pA下，选N= 10,利用表6中的电子源参数、表7中的位置参数、步骤502和步骤 601得出的透镜三维场、步骤504和步骤601得出的偏转器三维场以及电子间的库仑力求解 方程组1，获得包含几何像差和空间电荷效应的电子三维运动轨迹;五阶龙格库塔法的步距 为Ιμπι，保证运动轨迹计算的精度；
[0146] 步骤603、优化N值得到SEM束流密度三维空间分布
[0147] 类似于步骤303，固定SEM束流改变N值，重复步骤602，得出电子三维运动轨迹，并 与FIB-SEM双束同步系统SEM成像指标进行比较分析，最终确定N值和SEM束流密度三维空间 分布;N值的选取原则类似于步骤303中离子数的选取，当电压在30kV时，V取值为3 X 108m/ s，I为SEM束流，L为电子包在光轴上的长度，取1 Ομπι;本发明中首先取电子数N值为10，进行 步骤602,然后改变Ν，不断重复步骤602,并与FIB-SEM双束同步系统SEM成像指标进行比较 分析，获得SEM束流密度三维分布，如图3所示，得到双束同步系统融合的初始条件。
[0148] 步骤七、建立FIB-SEM同步加工双束融合束，获得同步加工入射粒子性能；
[0149] 将FIB样品和SEM样品设在一起，针对我们的实验平台，具体位置为:FIB的工作长 度为12mm，SEM工作长度为12mm，
[0150] 固定FIB和SEM的束流，根据步骤一和步骤四中初始位置参数的设置以及FIB-SEM 双束同步系统装配结构（30°-60°)，将步骤303得到的FIB三维束流密度分布逆时针旋转相 应角度后，考虑平衡位置处(距离附近)电子对离子的中和作用，利用公式2把FIB三维 束流密度分布和步骤603得到的SEM三维束流密度分布融合成同步加工束，如图4所示。图4 中，1号离子和2号电子在库仑力作用逐渐靠近，最后中和成原子。
[0151] 步骤八、验证FIB-SEM双束融合同步加工束，获得高精度可控同步加工。
[0152] 保持FIB束流不变，仿真不同SEM束流下同步加工束的粒子束流密度分布，得出SEM 参数对同步加工入射束参数的影响；然后，在建立的双束同步加工平台上开展实验，SEM束 流下同步加工性能，对比验证后，获得SEM束对FIB束和的调控，实现高精度聚焦离子束-电 子束双束同步可控加工。
【主权项】
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个牛顿一洛仑兹方程组获 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。
【专利摘要】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。
【IPC分类】B82Y40/00, B82B3/00
【公开号】CN105668514
【申请号】CN201610046845
【发明人】李文萍, 王荣明, 崔益民
【申请人】北京航空航天大学
【公开日】2016年6月15日
【申请日】2016年1月25日
[0128] 步骤502、透镜的三维场；
[0129] 类似于步骤202,获得透镜的三维空间场，插值偏差小于0.0001 % ;
[0130]步骤503、偏转器的二维场分布；
[0131 ]类似于步骤203，获得偏转器的二维场，收敛误差为10_15;
[0132] 步骤504、偏转器的三维场分布；
[0133] 类似于步骤204,计算得到偏转器的三维空间场，收敛误差为10 一6。
[0134] 步骤六、获取电子束的三维运动轨迹；
[0135] 以FIB-SEM双束同步系统SEM成像指标为目标，根据电子源参数、位置参数列表、透 镜和偏转器的二维场，设计获得两透镜工作的激励和偏转电压;采用五阶龙格库塔法求解 电子束运动的牛顿一洛仑兹方程组，获得包含几何像差和空间电荷效应的三维电子运动轨 迹，初始条件和方程组数量N由电子源参数和位置参数列表决定，静场包括透镜的三维空间 场以及偏转器的三维空间场，表征空间电荷效应的离子库仑力由N个电子的具体空间位置 确定;最后，保持SEM束流不变，改变N值，重复获得三维电子运动轨迹直到和SEM成像指标相 一致为止。
[0136] 具体步骤为：
[0137] 步骤601、获取透镜电位和偏转器电位；
[0138] 类似于步骤301，获得电子束成像的光学条件：电子源的参数列于表6,源、透镜、偏 转器和样品的相对位置见表7,标准电位下透镜和偏转器的二维场分别通过步骤501和503 获得，样品上的电子束指标列于表8;将上述电子光学系统写入Mebs软件的光学程序包，通 过阻尼最小二乘法设计透镜和偏转器电位，在样品上优化实现表8所列目标，获得透镜电位 和偏转电压列于表9;
[0139] 表8为本发明中样品上SEM指标
[0143] ~步骤602、获取电子束的三维运动轨迹;
[0144] 类似于步骤302,电子束的三维运动轨迹能够通过求解给定初始条件下的牛顿一 洛仑兹方程组(1)得到，初始条件为电子源参数见表6;由于采用的磁透镜和磁偏转器，方程 组（1)中磁场为三维透镜场和偏转场，电场为电子之间的库仑力场;其中，三维透镜场可以 由步骤502基准激励下的场分布和步骤601的激励获得，三维偏转场由步骤504基准激励下 的场分布和步骤601的电流得到，电子库仑力场通过式(2)获得;其中，q为电子带电量，i，j 为自然数，代表电子的标号且i矣j，其中i = l，…，N，j = l，…，N，N为电子源在采样周期内发 射的电子个数，ri，rj分别为第i个电子和第j个电子的位置。
[0145] 500pA下，选N= 10,利用表6中的电子源参数、表7中的位置参数、步骤502和步骤 601得出的透镜三维场、步骤504和步骤601得出的偏转器三维场以及电子间的库仑力求解 方程组1，获得包含几何像差和空间电荷效应的电子三维运动轨迹;五阶龙格库塔法的步距 为Ιμπι，保证运动轨迹计算的精度；
[0146] 步骤603、优化N值得到SEM束流密度三维空间分布
[0147] 类似于步骤303，固定SEM束流改变N值，重复步骤602，得出电子三维运动轨迹，并 与FIB-SEM双束同步系统SEM成像指标进行比较分析，最终确定N值和SEM束流密度三维空间 分布;N值的选取原则类似于步骤303中离子数的选取，当电压在30kV时，V取值为3 X 108m/ s，I为SEM束流，L为电子包在光轴上的长度，取1 Ομπι;本发明中首先取电子数N值为10，进行 步骤602,然后改变Ν，不断重复步骤602,并与FIB-SEM双束同步系统SEM成像指标进行比较 分析，获得SEM束流密度三维分布，如图3所示，得到双束同步系统融合的初始条件。
[0148] 步骤七、建立FIB-SEM同步加工双束融合束，获得同步加工入射粒子性能；
[0149] 将FIB样品和SEM样品设在一起，针对我们的实验平台，具体位置为:FIB的工作长 度为12mm，SEM工作长度为12mm，
[0150] 固定FIB和SEM的束流，根据步骤一和步骤四中初始位置参数的设置以及FIB-SEM 双束同步系统装配结构（30°-60°)，将步骤303得到的FIB三维束流密度分布逆时针旋转相 应角度后，考虑平衡位置处(距离附近)电子对离子的中和作用，利用公式2把FIB三维 束流密度分布和步骤603得到的SEM三维束流密度分布融合成同步加工束，如图4所示。图4 中，1号离子和2号电子在库仑力作用逐渐靠近，最后中和成原子。
[0151] 步骤八、验证FIB-SEM双束融合同步加工束，获得高精度可控同步加工。
[0152] 保持FIB束流不变，仿真不同SEM束流下同步加工束的粒子束流密度分布，得出SEM 参数对同步加工入射束参数的影响；然后，在建立的双束同步加工平台上开展实验，SEM束 流下同步加工性能，对比验证后，获得SEM束对FIB束和的调控，实现高精度聚焦离子束-电 子束双束同步可控加工。
【主权项】
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个牛顿一洛仑兹方程组获 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。
【专利摘要】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。
【IPC分类】B82Y40/00, B82B3/00
【公开号】CN105668514
【申请号】CN201610046845
【发明人】李文萍, 王荣明, 崔益民
【申请人】北京航空航天大学
【公开日】2016年6月15日
【申请日】2016年1月25日
再多了解一些
本文用于企业家、创业者技术爱好者查询，结果仅供参考。