利用聚焦离子束设备直接加工悬空绝缘膜的方法与流程-j9九游会真人

1.本发明涉及微纳加工技术领域，尤其涉及一种利用聚焦离子束设备直接加工悬空绝缘膜的方法。


背景技术：

2.聚焦离子束(focused ion beam，fib)加工是一种灵活的微纳加工技术。聚焦的高能离子束与固体材料表面原子碰撞中可以直接将表面原子溅射剥离实现加工，控制离子束的运动轨迹可以形成加工图形。这种加工技术既不依靠掩模形成加工图形，也无需抗蚀剂旋涂、显影等加工步骤，能直接对各种形状(平面或曲面)、各种成分的材料(块材或薄膜)进行微纳加工。目前商业的聚焦离子束系统往往配备扫描电镜(scanning electron microscope，sem)功能，能实时观察加工过程。
3.一个比较典型的应用是在悬空的绝缘膜上加工微纳米级孔。图1是带有悬空绝缘膜的样品结构图，制备如图1所示样品的工艺包括：1)在硅片101上沉积一定厚度(通常小于500nm)的绝缘膜102(比如氮化硅)；2)局部背向腐蚀硅基底，形成局部悬空的绝缘膜。在该悬空膜中心位置利用聚焦离子束刻蚀加工出微纳米级通孔，产生的这种结构在海水淡化、气体分离、dna测序等多方面展现出巨大的潜力。同其它加工方法相比，聚焦离子束加工不需要高温高压等工作条件，加工图形的位置、形状、尺寸等均可控。
4.但聚焦离子束在加工悬空的绝缘膜时存在有别于常规块体材料的问题。图2是现有技术加工制得的图形结构示意图，其中图2a为氮化硅绝缘膜上镀金后采用普通方法加工圆孔的效果：表面粗糙，孔周围有明显的再沉积现象。即使镀了金膜，加工出的圆孔位置仍有滑移，导致侧壁陡直度不高。图2b是离子束运动轨迹为由中心向轮廓的螺旋方式所产生的加工结果。一块切断的薄膜始终静电吸附在孔外周，无论加工多久均不能脱离。图2c展示了一块悬空的低内应力氮化硅薄膜(图中央位置)的破裂现象。采用常规加工方法，加工中薄膜表层注入了过多的离子，所产生的内应力使薄膜破裂。
5.例如图2中的悬空膜容易破裂、加工时绝缘膜卷曲并吸附在孔外周无法脱离、表面粗糙和孔侧壁不陡直等各种问题，导致实际加工失败或图形质量欠佳。而现有的镀导电膜或荷电中和技术无法解决这些特有问题，为此本发明提出j9九游会真人的解决方案。


技术实现要素：

6.本发明提供一种利用聚焦离子束设备直接加工悬空绝缘膜的方法，包括：
7.将带有悬空绝缘膜的待加工样品固定在载样台上；
8.将所加工图形中的基本单元分割成至少两个子单元；
9.预设各子单元的加工参数，包括各子单元的加工顺序、各子单元加工时的离子束束流大小、失焦量、束斑重叠率、驻留时间和运动轨迹；
10.基于预设参数采用聚焦离子束对所述基本单元中的各子单元分别进行刻蚀，完成图形加工。根据本发明提供的利用聚焦离子束设备直接加工悬空绝缘膜的方法，所述采用
聚焦离子束对所述基本单元中的各子单元分别进行刻蚀，包括：
11.采用聚焦离子束首先对所述基本单元中的第一子单元进行刻蚀，以刻透所述悬空绝缘膜，所述第一子单元为距离所述基本单元中心最近的子单元；
12.然后，对所述加工图形中其他子单元分别进行刻蚀，完成图形加工，所述其他子单元为所述至少两个子单元中除第一单元之外的子单元。
13.根据本发明提供的利用聚焦离子束设备直接加工悬空绝缘膜的方法，所述第一子单元加工时的离子束驻留时间小于或等于所述其他子单元加工时的离子束驻留时间。
14.根据本发明提供的利用聚焦离子束设备直接加工悬空绝缘膜的方法，所述第一子单元加工时的离子束驻留时间为0.1μs～30μs，最后一个子单元加工时的离子束驻留时间为1μs～4.6ms。
15.根据本发明提供的利用聚焦离子束设备直接加工悬空绝缘膜的方法，所述第一子单元加工时的离子束运动轨迹为螺旋方向由图形轮廓向图形中心，最后一个子单元加工时的离子束运动轨迹为螺旋方向由图形中心向图形轮廓。
16.根据本发明提供的利用聚焦离子束设备直接加工悬空绝缘膜的方法，所述将待加工图形中的基本单元分割成至少两个子单元，包括：
17.在所述基本单元的体积大于3μm3的情况下，将所述待加工图形中的基本单元的局部区域分割成至少两个子单元。
18.根据本发明提供的利用聚焦离子束设备直接加工悬空绝缘膜的方法，所述基于预设参数采用聚焦离子束对所述基本单元中的各子单元分别进行刻蚀，完成图形加工，包括：
19.利用扫描电镜功能对所述基本单元中的加工进程进行监控，加工深度达到预设值时停止加工；其中，扫描电镜的加速电压为0.5kv～5kv，电子束束流为聚焦离子束束流的3～5倍，将电子束聚焦在加工区并做快速扫描，以中和离子束加工时积累的正电荷。
20.根据本发明提供的利用聚焦离子束设备直接加工悬空绝缘膜的方法，所述绝缘膜表面通过液体导电胶、固体导电胶带、金属夹具中的一种，与载样台相连；
21.若取样不破坏待加工样品，则将所述待加工样品的底面通过液体导电胶或固体导电胶带固定在载样台上。
22.根据本发明提供的利用聚焦离子束设备直接加工悬空绝缘膜的方法，所述绝缘膜的绝缘材料内应力在聚焦离子束加工前小于1000mpa。
23.根据本发明提供的利用聚焦离子束设备直接加工悬空绝缘膜的方法，在所述待加工图形中包括多个基本单元的情况下，所述预设各子单元的加工参数之前，还包括：
24.按照各基本单元之间跳转距离总和最短原则，决定各基本单元的加工顺序，在此基础上预设加工方式为串联方式，即加工完一个基本单元后，再加工下一个基本单元。
25.本发明提供的悬空绝缘膜加工方法，通过将加工图形中的基本单元分割成至少两个子单元，可以产生以下有益效果：
26.1)该方法无需镀膜，避免了镀膜后去除镀层的问题，保持了样品的原始表面光洁度；
27.2)提高了刻蚀效率，减少了加工时间。以硅材料为例，效率提高约10倍；
28.3)减弱了荷电效应。大部分离子从第一子单元形成的通孔中穿过，与薄膜作用的离子减少，减少积聚电荷；
29.4)改变了离子注入的位置和深度。离子注入的位置由薄膜表面改为薄膜截面，离子注入深度和数量也减少，使得薄膜内应力变小，而且沿厚度方向分布更均匀，减少了薄膜形变；
30.5)改变了被溅射原子的运动方向。图3是本发明中聚焦离子束加工一个基本单元的两种方式的示意图，参考图3，绝大部分被溅射原子的运动方向转为与入射离子束方向一致，即朝向薄膜下表面方向运动，因而减少了被溅射原子沉积在薄膜上表面和侧面的数量，有利于形成陡直的侧壁，保持薄膜上表面的原始形貌，加工质量得到提高。
附图说明
31.为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用附图作一简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
32.图1是带有悬空绝缘膜的样品结构图；
33.图2是现有技术制得的加工结果示意图；
34.图3是本发明中聚焦离子束加工一个基本单元的两种方式的示意图；
35.图4是本发明提供的利用聚焦离子束设备直接加工悬空绝缘膜的方法的流程示意图；
36.图5是本发明提供的方法制得的图形结果示意图；
37.图6是本发明提供利用聚焦离子束设备直接加工悬空绝缘膜的装置的结构示意图；
38.图7是本发明提供的电子设备的结构示意图。
39.附图标记：
40.101：硅片；102：绝缘膜。
具体实施方式
41.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
42.聚焦离子束在加工悬空的绝缘膜时存在如下问题：
43.第一是膜的绝缘性对加工的影响。离子束在加工绝缘膜时不断在其表面积聚正电荷，瞬时建立的强电场会排斥正在加工的离子束，使离子束实际加工位置偏离目标位置，这种影响持续整个加工过程，导致实际加工图形的形状和位置不断远离设计目标。
44.第二是悬空膜的破裂问题。导致膜破裂的原因是内应力，它来源于两方面：1)形成悬空膜的工艺。如果采用了图1所示的微纳加工工艺，则在背向腐蚀结束后，会产生薄膜内应力，应力大小与沉积、腐蚀等各环节有关。如果采用将薄膜转移到衬底的方式，可不考虑内应力影响；2)加工中的离子注入，主要是表层，由于没有衬底材料的束缚力平衡内应力，悬空薄膜会因内应力而发生形变直到破裂。
45.第三是被刻蚀的悬空膜部分无法彻底脱离的问题。悬空膜被刻透总是从某个局部点开始，内应力从该点处突然释放导致剩余的悬空膜发生卷曲，在离子束的进一步辐照下，卷曲的薄膜与未加工薄膜之间产生静电吸附，无论加工多久均无法脱落，加工尺寸(如孔直径)越大这种问题越明显。
46.第四是加工质量的问题。被溅射出来的样品原子会再次沉积在刻蚀孔洞的侧壁表面和周围未加工的薄膜表面，恶化了侧壁陡直度和样品表面粗糙度。
47.产生以上问题的根源是积聚在薄膜表面和内部的电荷及分布，减少积聚电荷的数量和改善积聚电荷的分布是根本解决办法。最常见的办法是在薄膜表面镀导电膜，可以减少注入薄膜表面的离子数量，但要在悬空薄膜这种强度很低的结构上去除这层导电膜却很困难，因而不适合所有的应用场合。除此以外，还有一些减弱荷电效应的措施，比如使用荷电中和器(或静止不动的散焦的电子束)向离子束加工区辐照一定剂量的低能电子，或者将一根接地的金属探针接触在加工区附近，这些措施有效减少了入射离子束的位置漂移，但注入到薄膜中的离子仍集中在上表层，数量也没有减少，因而薄膜内应力没有得到改善。
48.基于上述考虑，为了提高加工成功率和质量，本发明的发明构思在于：1)减少积聚在薄膜内的离子数量。根本措施是从源头上减少入射离子数量，而要在离子数量减少的情况下完成材料刻蚀，就需要提高加工效率，方法之一是改变离子束与样品表面之间的角度，使离子束由垂直入射样品表面改为平行于样品截面(参考图3)，但前提是先加工出样品截面，为此可先粗加工出一个通孔；2)改变内应力分布。入射离子束垂直样品表面加工时，离子注入主要集中在表层，是引起薄膜卷曲的主要原因；而平行于截面加工时，离子注入在薄膜内的深度和数量减少，且分布在整个厚度方向，因而内应力小且均匀。
49.基于上述发明构思，本发明提供一种利用聚焦离子束设备直接加工悬空绝缘膜的方法，应用于悬空绝缘膜加工场景，以提高悬空绝缘膜加工图形的质量。
50.图4是本发明提供的利用聚焦离子束设备直接加工悬空绝缘膜的方法的流程示意图，如图4所示，该方法包括如下步骤：
51.步骤410，将带有悬空绝缘膜的待加工样品固定在载样台上。
52.具体地，样品固定应能兼顾加工和取样两方面。绝缘膜表面需通过高导电性物质与载样台相连，如液体导电胶或固体导电胶带或金属夹具等。若取样不破坏样品，样品底面也需通过高导电性物质固定在载样台上，如液体导电胶或固体导电胶带等。
53.具体可视悬空薄膜的支撑衬底情况而定：如果衬底尺寸大且厚，加工结束后容易取样，则可以采用液体导电银胶固定；如果样品小或薄，取样时容易破碎，则可以采用粘性弱的、导电性好的碳导电胶带或铜导电胶带固定。
54.此处，为了防止加工时薄膜破裂，应选用内应力小于1000mpa的低内应力薄膜做加工对象，本实施例中的所有悬空薄膜均采用微纳加工工艺制备，内应力均小于250mpa。受篇幅限制，实施例中的绝缘膜材料以常见的氮化硅或氧化硅为例子，但其他绝缘材料(如氮化硼、氧化石墨烯等)也适用。
55.步骤420，将待加工图形中的基本单元分割成至少两个子单元。
56.具体地，待加工图形即加工后需要得到的图形结构，可以是圆形或矩形等规则图形，也可以是非标准螺旋线等不规则图形；既可以是由多个图形经过逻辑运算得到的复杂图形，又可以是图形阵列，本发明实施例对此不作具体限定。但无论何种图形，落实到聚焦
离子束加工时，都是逐点加工的，而点的运动轨迹、步进距离(或束斑重叠率overlap)、每点驻留时间、循环加工次数等都可以通过编写程序或借助设备自带软件预先设定。
57.基本单元通常是指加工图形中的一个基本图形单元，由图形的像素点分布情况而定，原则上方便预先设定聚焦离子束逐点加工的参数。比如可将一个重复出现的复合图形作为基本单元，也可将一个规则的几何图形如圆形、矩形、三角形等等作为基本单元。一个或多个基本单元组成加工图形。
58.举例而言，基本单元是圆形的情况下，可将该圆形分割成一个小圆和一个圆环，也可以分割成一个小圆和二个圆环
……
，具体可根据该圆形的尺寸确定圆环的数量。再例如，基本单元是矩形的情况下，可将该矩形分割成一个小矩形和一个矩形环，还可以分割成一个小矩形和二个矩形环，甚至可以分割成一个小圆、一个圆环和一个矩形环
……
。距离基本单元中心最近的子单元为第一子单元，第二近的称为第二子单元
……
。
59.也就是说，子单元的数量是至少两个，子单元的数量可根据基本单元的尺寸确定。基本单元的尺寸越大，则子单元的数量越多；反之，基本单元的尺寸越小，则子单元的数量越少。各子单元的形状可以不同，但最后加工的子单元应与基本单元的轮廓形状相同。
60.将加工图形中的基本单元分割成至少两个子单元是关键步骤，是改变离子束加工角度和提高加工质量的基础。
61.步骤430，预设各子单元的加工参数，包括各子单元的加工顺序、各子单元加工时的离子束束流大小、失焦量、束斑重叠率、驻留时间和运动轨迹。
62.具体地，如果加工图形含有多个基本单元时，首先应预设基本单元之间的加工顺序。为了减少离子束在单元之间跳转时在运动轨迹上产生的加工效果，按照各基本单元之间跳转距离总和最短原则，决定各基本单元的加工顺序。在此基础上预设加工方式为串联方式，即加工完一个基本单元后，再加工下一个基本单元，以减少单元之间的跳转次数。但如果串联加工时出现离子束漂移严重等不满足使用的情况，可改选并联加工方式，即将待加工图形作为整体多次循环加工。
63.然后预设基本单元内各子单元的加工顺序。预设第一子单元为第一加工单元，最末子单元为最后加工单元；预设第一子单元的加工轨迹为由轮廓向中心(或由外向内)，以便薄膜脱离，最末子单元的加工轨迹设为由中心向轮廓，以提高加工质量。其他子单元的加工顺序和运动轨迹可依具体应用设定，以加工圆孔为例，如果尺寸较大，为使薄膜脱离，可设这些子单元的加工轨迹为由轮廓向中心；反之若尺寸小，则可设这些子单元的加工轨迹为由中心向轮廓，以提高加工效率和质量。
64.离子束束流大小、失焦量、束斑重叠率和驻留时间(dwell time)等参数决定了单位时间内入射到薄膜样品单位面积上的离子数量，参数值的设定取决于悬空膜的绝缘程度和加工目的。其中,驻留时间为离子束加工时单次循环中停留在某一点的时间。以加工氮化硅圆孔为例，在加工第一子单元时，为减少离子束在加工强绝缘体材料时的位置漂移，可预设失焦(如10％)的小束流(pa级)离子束，束斑重叠率≤0％，驻留时间≤30μs(高于30μs的驻留时间会产生严重的荷电效应)，多次循环加工。反之，在加工最末子单元时，为保障加工质量，可预设聚焦离子束束流(pa级或na级)，束斑重叠率≥50％，驻留时间≥1μs。驻留时间的实际取值范围还受聚焦离子束设备硬件限制，比如本发明所使用的聚焦离子束设备的驻留时间取值范围为0.1μs～4.6ms。
65.步骤440，基于预设参数采用聚焦离子束对所述基本单元中的各子单元分别进行刻蚀，完成图形加工。
66.具体地，如果加工图形含有多个基本单元，聚焦离子束设备会按预设顺序加工各基本单元。在各基本单元内会首先加工第一子单元，然后加工其他子单元。可理解的是，尽管在加工第一子单元时因为薄膜的绝缘性会使第一子单元的形状和位置受到影响，但因加工体积小，所以漂移不大，仍在基本单元这个母图形范围内，不影响最终的加工效果。对第一子单元进行刻蚀这种粗加工的任务是刻透悬空膜，使离子束在后续加工其他子单元时方向由垂直入射样品表面改变为平行于样品截面。
67.可选地，在离子束加工过程中，为了进一步抑制荷电效应的影响，可结合使用荷电中和技术，比如荷电中和器等。本发明采用动态扫描的聚焦的电子束进行中和离子束加工中积累的正电荷：将扫描电镜的加速电压设为0.5kv～5kv，束流选为聚焦离子束束流的3～5倍，聚焦后在离子束加工区表面快速扫描(扫描速度20ns～100ns/像素)。这是一种操作简单的荷电中和技术，还能实时观察加工过程，一旦离子束刻透薄膜就可以停止加工，最大限度地减少不必要的离子束辐照。
68.需说明的是，本发明实施例对聚焦离子束的离子源类型不作限定，例如可以是ga、he、cs、ne、xe、ar、o、n等各种元素类型。
69.本发明实施例提供的方法，通过将加工图形中的基本单元分割成至少两个子单元，可以产生以下有益效果：
70.1)该方法无需镀膜，避免了镀膜后去除镀层的问题，保护了样品的原始表面光洁度；
71.2)提高了刻蚀效率，减少了加工时间。以硅材料为例，效率提高约10倍；
72.3)减弱了荷电效应。大部分离子从第一子单元形成的通孔中穿过，与薄膜作用的离子减少，减少积聚电荷；
73.4)改变了离子注入的位置和深度。离子注入的位置由薄膜表面改为薄膜截面，离子注入深度和数量也减少，使得薄膜内应力变小，而且沿厚度方向分布更均匀，减少了薄膜形变；
74.5)改变了被溅射原子的运动方向，绝大部分被溅射原子的运动方向转为与入射离子束方向一致，即朝向薄膜下表面方向运动，因而减少了被溅射原子沉积在薄膜上表面和侧面的数量，有利于形成陡直的侧壁，保持薄膜上表面的原始形貌，从而使得加工质量得到提高。
75.可选地，第一子单元加工时的离子束驻留时间小于或等于其他子单元加工时的离子束驻留时间。
76.基本单元分割成子单元后，可以根据需要控制离子束加工各子单元时的加工参数，如运动轨迹、驻留时间等。
77.以加工圆孔为例，如果没有进行图形分割，如果离子束运动轨迹为由内向外的螺旋方式时，孔的侧壁陡直度良好，但容易出现薄膜的吸附问题，即不容易脱离。反之，如果离子束运动轨迹为由外向内的螺旋方式时，薄膜相对容易脱落，但是孔的侧壁陡直度不好。因此，如果不做图形分割，很难同时解决两个问题。
78.进一步地，以加工圆孔为例，在将圆分割成一个小圆和一个同心圆环后，可以分别
设置不同的点驻留时间。小圆(第一子单元)的主要作用是形成通孔，因此可采用短驻留时间以减少荷电效应导致的位置漂移。而在加工圆环(其他子单元)时，则采用长驻留时间，以提高孔的侧壁陡直度。
79.基于上述实施例，第一子单元加工时的离子束驻留时间为0.1μs～30μs，其他子单元加工时的离子束驻留时间为1μs～4.6ms。
80.为了进一步减少薄膜的吸附问题，在基本单元为圆的情况下，第一子单元加工时的离子束运动轨迹为螺旋方向由圆周向圆心，最后一个子单元加工时的离子束运动轨迹为螺旋方向由圆心向圆周。
81.此外，在聚焦离子束加工各子单元过程中，同时利用扫描电镜功能对加工进程进行监控，加工深度达到预设值时停止加工。其中，扫描电镜的加速电压为0.5kv～5kv，电子束束流为聚焦离子束束流的3～5倍，将电子束聚焦在加工区并做快速扫描，以中和离子束加工时积累的正电荷。
82.考虑到孔能在360
°
方向展现荷电效应所导致的加工漂移影响，下面以一个常见应用，即在悬空的氮化硅/氧化硅薄膜上加工微纳米小孔为例实施本发明提供的悬空绝缘膜加工过程。
83.实施例1
84.待加工悬空绝缘膜是低内应力的高强度氮化硅薄膜，厚100nm。衬底是3mm
×
3mm硅片，厚0.5mm。待加工孔直径2μm。加工过程包括以下步骤：
85.1)用低粘性铜导电胶带将硅片固定在载样台上，用高导电性碳导电胶带将样品上表面与载样台连通。
86.2)分割加工图形。将2μm直径孔分成1μm小圆和一个圆环(内径1μm，外径2μm)。
87.3)预设图形加工参数。小圆驻留时间为1μs，束斑重叠率0％，螺旋方向由圆周向圆心。圆环驻留时间为10μs，束斑重叠率50％，螺旋方向由圆心向圆周。
88.4)实施离子束加工并采取荷电中和措施。移动样品到指定加工位置，聚焦离子束选择30kv加速电压，0.1na束流。扫描电镜聚焦电子束选择5kv加速电压，0.4na束流，快速扫描模式。
89.实施例2
90.待加工悬空绝缘膜为低内应力的悬空氧化硅薄膜，厚200nm。衬底是10mm
×
10mm硅片，厚0.5mm。待加工孔直径2μm，10
×
10阵列。加工过程包括以下步骤：
91.1)用液体银导电胶将硅片固定在载样台上。
92.2)分割加工图形。将每个2μm直径孔分成0.3μm小圆和一个圆环(内径0.3μm，外径2μm)。
93.3)预设图形加工参数。小圆驻留时间为30μs，束斑重叠率0％，螺旋方向由圆周向圆心。圆环驻留时间为30μs，束斑重叠率50％，螺旋方向由圆心向圆周。串联加工方式，即一个小孔加工完成后再加工下一个小孔。
94.4)实施离子束加工并采取荷电中和措施。聚焦离子束选择30kv加速电压，0.3na束流。扫描电镜聚焦电子束选择500v加速电压，1na束流，快速扫描模式。
95.图5是本发明提供的方法制得的图形结果示意图，采用了本发明提供的图形分割、荷电中和等方法，从图形结构的俯视图中可看出：孔的位置、形状和尺寸均准确，无再沉积
现象。
96.基于上述实施例，在对待加工图形中的基本单元进行分割时，若基本单元的体积大于3μm3，可将基本单元的局部区域分割成至少两个子单元，以进一步减少入射离子数量。
97.具体地，比如要在200nm厚氮化硅薄膜上加工一个5μm直径的孔，在对基本单元进行分割时，可将基本单元，即5μm圆孔分割成两个同心圆环：小圆环的内外径分别为3μm和4μm，大圆环的内外径分别为4μm和5μm。离子束加工完小圆环后，中间的3μm直径薄膜成为悬浮膜而被设备真空吸走。
98.下面以一个具体的实施例进一步解释将基本单元的局部区域分割成至少两个子单元的实现过程。
99.实施例3
100.待加工悬空绝缘膜为悬空的低内应力氮化硅薄膜，厚200nm。衬底是3mm
×
3mm硅片，厚0.5mm。待加工孔直径10μm。加工过程包括以下步骤：
101.1)用低粘性铜导电胶带将硅片固定在载样台上，用高导电性碳导电胶带将样品上表面与载样台连通。
102.2)分割加工图形。将10μm直径孔分成三个圆环：内环(内径7μm，外径8μm)、中环(内径8μm，外径9μm)和外环(内径9μm，外径10μm)。此处是针对10μm直径的局部区域进行分割，此处的局部区域并不包括中间的7μm小圆。即分割得到的各子单元均是圆环，并不包括中间的7μm小圆。
103.考虑到离子束加工完内环后，中间的7μm直径薄膜没有支撑物，成为悬浮膜而被真空吸走。所以大体积的基本单元不必全部加工，进一步节约了加工时间，减少了电荷积累。
104.3)预设图形加工参数。内环驻留时间为0.1μs，螺旋方向由圆心向圆周。中环驻留时间为1μs，螺旋方向由圆周向圆心。外环驻留时间为1ms，螺旋方向由圆心向圆周。
105.4)实施离子束加工并采取荷电中和措施。聚焦离子束选择30kv加速电压，1na束流。扫描电镜选择3kv加速电压，4.3na束流，快速扫描模式。
106.下面对本发明提供的利用聚焦离子束设备直接加工悬空绝缘膜的装置进行描述，下文描述的利用聚焦离子束设备直接加工悬空绝缘膜的装置与上文描述的利用聚焦离子束设备直接加工悬空绝缘膜的方法可相互对应参照。
107.图6是本发明提供的利用聚焦离子束设备直接加工悬空绝缘膜的装置的结构示意图，如图6所示，该装置包括样品固定单元610，图形分割单元620、参数设定单元630和刻蚀单元640，其中，
108.样品固定单元610，用于将带有悬空绝缘膜的待加工样品固定在载样台上；
109.图形分割单元620，用于将加工图形中的基本单元分割成至少两个子单元；
110.参数设定单元630，用于预设各子单元的加工参数，包括各子单元的加工顺序、各子单元加工时的离子束束流大小、失焦量、束斑重叠率、驻留时间和运动轨迹；
111.刻蚀单元640，用于基于预设参数采用聚焦离子束对所述基本单元中的各子单元分别进行刻蚀，完成图形加工。
112.本发明提供的利用聚焦离子束设备直接加工悬空绝缘膜的装置，通过将加工图形中的基本单元分割成至少两个子单元，可以产生以下
113.有益效果：
114.1)该方法无需镀膜，避免了镀膜后去除镀层的问题，保护了样品的原始表面光洁度；
115.2)提高了刻蚀效率，减少了加工时间。以硅材料为例，效率提高约10倍；
116.3)减弱了荷电效应。大部分离子从第一子单元形成的通孔中穿过，与薄膜作用的离子减少，减少积聚电荷；
117.4)改变了离子注入的位置和深度。离子注入的位置由薄膜表面改为薄膜截面，离子注入深度和数量也减少，使得薄膜内应力变小，而且沿厚度方向分布更均匀，减少了薄膜形变；
118.5)改变了被溅射原子的运动方向，绝大部分被溅射原子的运动方向转为与入射离子束方向一致，即朝向薄膜下表面方向运动，因而减少了被溅射原子沉积在薄膜上表面和侧面的数量，有利于形成陡直的侧壁，保持薄膜上表面的原始形貌，从而使得加工质量得到提高。
119.基于上述实施例，刻蚀单元640具体用于：
120.采用聚焦离子束对所述基本单元中的第一子单元进行刻蚀，以刻透所述悬空绝缘膜，所述第一子单元为距离所述基本单元中心最近的子单元；
121.然后，对所述加工图形中其他子单元分别进行刻蚀，完成图形加工，所述其他子单元为所述至少两个子单元中除第一单元之外的子单元。
122.基于上述实施例，所述第一子单元加工时的离子束驻留时间小于或等于所述其他子单元加工时的离子束驻留时间。所述第一子单元加工时的离子束驻留时间为0.1μs～30μs，最后一个子单元加工时的离子束驻留时间为1μs～4.6ms。
123.基于上述实施例，所述第一子单元加工时的离子束运动轨迹为螺旋方向由图形轮廓向图形中心，所述最后一个子单元加工时的离子束运动轨迹为螺旋方向由图形中心向图形轮廓。
124.基于上述实施例，图形分割单元具体用于：
125.在所述基本单元的体积大于3μm3的情况下，将所述待加工图形中的基本单元的局部区域分割成至少两个子单元。
126.基于上述实施例，刻蚀单元640具体用于：
127.利用扫描电镜功能对所述基本单元中的加工进程进行监控，加工深度达到预设值时停止加工；
128.其中，扫描电镜的加速电压为0.5kv～5kv，电子束束流为聚焦离子束束流的3～5倍，将电子束聚焦在加工区并做快速扫描，以中和离子束加工时积累的正电荷。
129.基于上述实施例，所述绝缘膜的绝缘材料内应力在聚焦离子束加工前小于1000mpa。
130.所述绝缘膜表面通过液体导电胶、固体导电胶带、金属夹具中的一种，与载样台相连；
131.若取样不破坏待加工样品，则将所述待加工样品的底面通过液体导电胶或固体导电胶带固定在载样台上。
132.基于上述实施例，在所述待加工图形含有多个基本单元时，还包括加工顺序预设单元，用于：
133.按照各基本单元之间跳转距离总和最短原则，决定各基本单元的加工顺序，在此基础上预设加工方式为串联方式，即加工完一个基本单元后，再加工下一个基本单元。
134.图7示例了一种电子设备的实体结构示意图，如图7所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)710、通信接口(communications interface)720、存储器(memory)730和通信总线740，其中，处理器710，通信接口720，存储器730通过通信总线740完成相互间的通信。处理器710可以调用存储器730中的逻辑指令，以执行利用聚焦离子束设备直接加工悬空绝缘膜的方法，该方法包括：
135.将带有悬空绝缘膜的待加工样品固定在载样台上；
136.将待加工图形中的基本单元分割成至少两个子单元；
137.预设各子单元的加工参数，包括各子单元的加工顺序、各子单元加工时的离子束束流大小、失焦量、束斑重叠率、驻留时间和运动轨迹；
138.基于预设参数采用聚焦离子束对所述基本单元中的各子单元分别进行刻蚀，完成图形加工。
139.此外，上述的存储器730中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
140.另一方面，本发明还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括计算机程序，计算机程序可存储在非暂态计算机可读存储介质上，所述计算机程序被处理器执行时，计算机能够执行上述各方法所提供的利用聚焦离子束设备直接加工悬空绝缘膜的方法，该方法包括：
141.将带有悬空绝缘膜的待加工样品固定在载样台上；
142.将待加工图形中的基本单元分割成至少两个子单元；
143.预设各子单元的加工参数，包括各子单元的加工顺序、各子单元加工时的离子束束流大小、失焦量、束斑重叠率、驻留时间和运动轨迹；
144.基于预设参数采用聚焦离子束对所述基本单元中的各子单元分别进行刻蚀，完成图形加工。
145.又一方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各方法提供的利用聚焦离子束设备直接加工悬空绝缘膜的方法，该方法包括：
146.将带有悬空绝缘膜的待加工样品固定在载样台上；
147.将待加工图形中的基本单元分割成至少两个子单元；
148.预设各子单元的加工参数，包括各子单元的加工顺序、各子单元加工时的离子束束流大小、失焦量、束斑重叠率、驻留时间和运动轨迹；
149.基于预设参数采用聚焦离子束对所述基本单元中的各子单元分别进行刻蚀，完成
图形加工。
150.以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
151.通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如rom/ram、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
152.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。