УСТАНОВКА ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ РИСУНКА НА ПОВЕРХНОСТИ ПЛАСТИН Российский патент 2002 года по МПК B44D5/00 B41M1/28 

Изобретение относится к установкам для формирования рисунка на поверхности пластин.

Известна установка, содержащая плазменный электрод с матрицей отверстий для формирования матрицы ионных пучков из общей плазмы (К.L. Scott, T.-J. King, M. A. Lieberman, K.-N. Leung "Pattern generators and microcolumns for ion beam lithography" - Journal of Vacuum Science and Technology B, v. 18(6), 2000, pp. 3172-3176).

Данное техническое решение принято в качестве ближайшего аналога - прототипа.

Недостатками прототипа является недостаточный минимальный размер формируемого рисунка.

Техническим результатом изобретения является расширение функциональных возможностей известной установки.

Достигается это тем, что формирователь матрицы ионных пучков выполнен с возможностью формирования ленточных ионных пучков, наклонно падающих на поверхность пластины в свободном от электростатических полей пространстве, а прецизионный стол для перемещения пластины выполнен с возможностью обеспечения перемещения пластины поперек ленточных пучков со скоростью, регулируемой сигналом вторичной электронной эмиссии из тестовой ячейки, установленной на прецизионном столе, при этом расположение линейных отверстий в плазменном электроде выполнено в соответствии с расположением массивов нанолиний в кристалле.

Предпочтительно, чтобы ширина ленточных ионных пучков составляла 0,5 мкм при энергии ионов 5 кэВ.

Предпочтительно, чтобы прецизионный стол для пластины обеспечивал перемещение пластины со скоростью, определяемой зависимостью:

где I_l -линейная плотность тока ленточного пучка ионов, А/см;
Y - коэффициент распыления кремния ионами азота в расчете на один атом азота;
А - молярная масса кремния, г;
ρ- плотность кремния, г/см³;
D_F- глубина формирования волнообразной когерентной структуры, см;
N_A - число Авогадро, 6,022•10²³ моль^-1;
e - заряд электрона, 1,6•10^-19 Кл.

Изобретение иллюстрировано чертежами.

На фиг. 1 показан формирователь матрицы ленточных пучков, образующий пучок 1 и содержащий матрицу линейных отверстий 2 в плазменном электроде 3, электроды 4 включения и выключения, электроды отклонения 5 и 6, электроды фокусировки 7, 8 и 9 ленточных пучков. Пластина кремния 10 расположена под формирователем матрицы ленточных пучков 11.

На фиг. 2 показаны вид сверху плазменного электрода 3 (вид А), кристалл 12 с массивами нанолиний 14.

На фиг. 3 показана установка для формирования рисунка на поверхности пластин, содержащая формирователь матрицы ленточных пучков 11, постоянные магниты 15, плазменную камеру 16 с системой напуска азота и откачки (не показана), тестовые ячейки 17, детектор вторичных электронов 18, прецизионный стол 19 для пластины 10, вакуумную камеру 20 с системами откачки и ввода пластины в камеру (не показаны), кремниевую пластину 10, компьютер с интерфейсом (не показаны).

Установка работает следующим образом.

Устанавливают пластину 10 на прецизионный стол 19, откачивают вакуумную камеру до рабочего давления. В плазменную камеру через систему напуска подают азот для получения потока ионов азота. Зажигают разряд в плазменной камере. Рабочий потенциал плазмы относительно земли U=+5 кВ, поэтому следует предусмотреть меры для электрической изоляции камеры 16 от камеры 20. Плазменный электрод 3 находится под потенциалом U-U₁, электроды 4 находятся под потенциалом U-U₁ при включении и U+U₁ при отключении пучков, электроды отклонения пучка 5 и 6 находятся под потенциалами U-U₂ и U+U₂ соответственно, электроды фокусировки пучков 7, 8 и 9 находятся под потенциалами U-U₂, U и под потенциалом земли соответственно. Потенциалы U₁ и U₂ порядка +100 В. Управляют при помощи компьютера и интерфейса движением прецизионного стола 19 при помощи сигнала детектора вторичных электронов из тестовой ячейки 17. Скорость перемещения стола уменьшается пропорционально току вторичной электронной эмиссии, регистрируемому детектором 18 из тестовой ячейки 17. При плотности тока ионов в плазме 20 мА/см² и ширине линейных отверстий 2 в плазменном электроде 3, равной 5 мкм, скорость перемещения пластины составляет 33 мкм/с, что при расстоянии между ленточными пучками 4 мм дает производительность 15 пластин в час при условии 100% покрытия пластины нанолиниями.

Линейные отверстия 2 в плазменном электроде 3 выполнены вдоль рядов с периодом d, в целое число раз меньшим размера S кристалла 12 на пластине 10. Это позволяет покрыть кристалл массивами нанолиний 14 за перемещение на расстояние в S/d раз меньшее размера кристалла.

Плазменный электрод выполнен из сильно легированной пластины кремния n-типа проводимости около 20 мкм толщиной. Часть формирователя матрицы линейных пучков 11, содержащая электроды 3, 4, 5 и 6 может быть выполнена по планарной кремниевой технологии с выполнением изоляторов, несущих электроды, из нитрида кремния. Фокусирующая часть формирователя 11 тоже может быть выполнена по планарной технологии с последующим разделением отдельных фокусирующих частей и их сборкой. Внешняя часть формирователя 11, где расположены электроды 9, покрыта слоем аморфного кремния или углерода с низкой проводимостью. Материал изолятора фокусирующей части формирователя 11, несущий электроды 7, 8 и 9, также может быть нитридом кремния. Электроды 7, 8 и 9 выполнены из хрома - материала стойкого к ионному распылению.

Таким образом, изобретение расширяет функциональные возможности известной установки.

Промышленная применимость.

Изобретение может быть использовано, в том числе, и при создании полупроводниковых приборов и в оптическом приборостроении.

Установка для формирования рисунка на поверхности пластин для расширения функциональных возможностей содержит формирователь матрицы ионных пучков, выполненный с возможностью формирования ленточных ионных пучков, наклонно падающих на поверхность пластины в свободном от электростатических полей пространстве. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Установка для формирования рисунка на поверхности пластин, содержащая вакуумную камеру с системой откачки, прецизионный стол для перемещения пластины, плазменную камеру с магнитным удержанием плазмы, формирователь матрицы ионных пучков с плазменным электродом и возможностью выключения отдельных пучков, отличающаяся тем, что формирователь матрицы ионных пучков выполнен с возможностью формирования ленточных ионных пучков, наклонно падающих на поверхность пластины в свободном от электростатических полей пространстве, а прецизионный стол для перемещения пластины выполнен с возможностью обеспечения перемещения пластины поперек ленточных пучков со скоростью, регулируемой сигналом вторичной электронной эмиссии из тестовой ячейки, установленной на прецизионном столе, при этом расположение линейных отверстий в плазменном электроде выполнено в соответствии с расположением массивов нанолиний в кристалле. 2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что ширина ленточного ионного пучка составляет 0,5 мкм при энергии ионов 5 кэВ. 3. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что прецизионный стол для пластины выполнен с обеспечением возможности перемещения пластины со скоростью, определяемой зависимостью:

где I_L - линейная плотность тока ленточного пучка ионов, А/см;
Y - коэффициент распыления кремния ионами азота в расчете на один атом азота;
А - молярная масса кремния, г;
ρ - плотность кремния, г/см³;
D_F - глубина формирования волнообразной когерентной структуры, см;
N_A - число Авогадро, 6,022•10²³ моль^-1;
e - заряд электрона, 1,6•10^-19 Кл.