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现代半导体制造业飞速发展，产品质量要求不断提高，相关微分析技术需求增加。除IC制造外，纳米结构也日益被用于新元件中，尤其是纳米光子、纳米光学等领域。
聚焦离子束（Focused Ion Beam,FIB）系统是在研究常规离子束和聚焦电子束系统的基础上发展起来的，它除了具备扫描电子显微镜所具备的成像功能以外，因为离子质量大，经过加速聚焦之后，还可以刻蚀，沉积材料及器件、离子注入和其他微纳加工从而在纳米科技领域中发挥着越来越大的影响。
FIB的加工是通过离子束轰击样品表面来实现的。在FIB 加工系统中，来自液态金属离子源的离子束经过加速、质量分析、整形等处理后, 聚焦在样品表面。离子束斑直径目前已可达到几个纳米，其加工方式为将高能离子束聚焦在样品表面逐点轰击，可通过计算机控制束扫描器和消隐组件来加工特定的图案。
离子束强度的影响
当离子源集中在试样表面上时，能量呈现高斯分布状态，通过设计一个简单的实验初探了能量对该结构的影响，为进一步的实验提供了指导。
实验方法：本文研究的各微纳图形均在Si（100）晶片上进行，预先将其切割为需求大小（5mm*10mm)。每次实验前会通过光学显微镜在晶片上查找一块干净区域，并在此区域周边滴上银胶标记，既能方便定位查看结果，又能利用银胶边缘结构快速聚焦。在刻蚀中，纳米图形结构轮廓、形貌特征与不同的工艺参数密切相关。
实验内容：在其他参数一致的情况下，改变离子束强度，研究离子束强度的高斯分布对实验结果的影响。设定结构尺寸为2um*2um，驻留时间为50us，深度设置为100nm，离子束能量取5keV、30keV，研究离子束能量的改变对刻蚀结构的影响。
图1 为两种能量下刻蚀方形结构的52°倾斜视图。根据标尺测量知，5keV 时矩形宽度为3068nm，30keV时矩形结构宽度为2269nm，刻蚀宽度分别比设定的参数大53.4% 和13.45%，由于入射离子剂量相同，实验结果表明，刻蚀中5keV 时束斑更宽，而入射离子速度变慢，刻蚀能力变低，聚焦性更差。因此在实际应用中，根据需求选择不同的能量可以达到不同的效果，如透射电子显微镜（TEM）制备过程中，粗切时就需要选用30keV 进行材料去除，而在减薄过程中则可以选择入射速度较小的离子轰击，慢慢减薄。
此外，由图1（b）还可看出，所设计出的方形构造轮廓、构造边缘不是垂直侧壁。这是因为入射束流轮廓是高斯分布的，材料的去除主要取决于半高宽以上能量离子的分布情况，半高宽以下能量离子（beam tail）造成刻蚀侧壁的非垂直形貌。
离子束电流的影响
离子束电流增大使入射离子剂量随增大而增大，在不同电流下对相同结构进行扫描，电流越大，结构轮廓尺寸将增大。设置了3组线结构进行实验，其中同一参数有：在不同电流作用下蚀刻出的线轮廓长度为10us、驻留时间为50us、扫描总用时20s；3组试验的电流变化顺序是1.5pA,9.7pA,48pA。图2的结果是线结构俯视图，线结构轮廓尺寸小，难以观测，所以用原子力显微镜（AFM）来测量尺寸，主要比较结构宽度与深度的变化。
图3分别为入射电流1.5pA、9.7pA 和48pA 线结构的原子力显微镜（AFM）轮廓结果，根据AFM测量结果量取三种电流下线结构深度和宽度，如图4所示。
线结构AFM测量表明：入射离子数随电流增大而增大，在同一段时间内电流越大，刻蚀线轮廓深度和宽度变化相对较慢。小电流可用于纳米级尺寸刻蚀，而大电流对材料具有更强的去除能力，在实际使用过程中应针对不同需要选择不同电流处理。
离子束驻留时间对结构形貌的影响
FIB加工过程中，在单点停留时间称为驻留时间。在蚀刻过程中，当入射离子驻留时间增加时，再沉积效应随之产生，此时刻蚀的形貌结构由于再沉积影响发生变化，因此在测量溅射产额时，研究驻留时间变化对结构的影响是有必要的。
图5 1ms驻留时间刻蚀再沉积结构和截面图（A-A）
如图5刻蚀矩形2um*4um 结构，驻留时间选择1ms，刻蚀1次，扫描方向为从左到右。从截面结果可以看到，整个扫描过程中，一次刻蚀深度曲线式加深，并从开始边界到结束始终有再沉积存在，并在两侧壁形成再沉积非晶层。
再沉积对结构形貌的影响
驻留时间越大，则有再沉积效应出现，用再沉积可蚀刻某些奇异形貌轮廓。如图6所示，预先用小驻留时间（50us）刻蚀方形结构，扫描20次；然后把驻留时间延长到1000us,然后对矩形结构进行处理，扫描次数是一次，需要该矩形结构与方形结构边缘相交。
根据之前实验可知，第二次刻蚀矩形结构一定存在再沉积效应，当遇到有一定深度的结构时，由于边界侧壁非垂直结构，当扫描矩形结构刻到倾斜边界上时，去除材料的能力增加，刻蚀速度增大。两侧类似肋板的结构，是由于再沉积堆积存在方向性。第二次结构初始扫描时，与方形重叠作用产生一方形轮廓，后续再沉积时就会沿着这一方形轮廓继续堆积，所以最后堆积出一类似肋板的结构。
结论
在制备FIB微纳图形时，各种加工工艺都会影响结构形貌。当材料去除过程中离子束能量为30keV,其结构形貌与预设基本相同，且小能量处理离子束聚焦性较散，现已被用于TEM的制备；在同一能量处，入射电流不同时，入射剂量直接发生变化，小电流可用于纳米级结构刻蚀；增大驻留时间后，再沉积效应的作用更加显着，再沉积堆积中具有一定方向性，可以运用其堆积原理来制备奇特的再沉积结构。所以实际使用时，要根据实际的制备需要，使用不同的加工工艺进行处理，最终才能够蚀刻出所需要的理想形态。
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