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

Изобретение относится к установкам для формирования на пластинах различных рисунков.

Известна установка для формирования рисунка на поверхности полупроводниковых пластин ионными пучками, содержащая вакуумную камеру с системой откачки, колонны ионного и электронного пучков, размещенные с рабочей стороны пластины так, что их оси расположены в одной плоскости с нормалью к пластине, находящейся в рабочем положении с обеспечением возможности пересечения в точке на рабочей поверхности пластины, прецизионный стол для пластины, ионный источник с управляемой энергией, детектор вторичных электронов, компьютер с монитором и интерфейсом, выполненные с возможностью обеспечения сканирования ионного пучка по набору площадок посредством перемещения пластины по заданным координатам площадок и получения изображений поверхности пластины во вторичных электронах и обеспечения возможности совмещения растров ионного и электронного пучков на поверхности пластины (RU 2164718, 27.03.2001 - аналог и прототип).

Недостатком известной установки является ее низкая эффективность при получении рисунков.

Технический результат изобретения состоит в расширении функциональных возможностей установки, связанных с получением когерентных волнообразных наноструктур.

Достигается это тем, что установка для формирования рисунка выполняется с обеспечением возможности перемещения ионного пучка по поверхности пластины с постоянной скоростью в направлении, параллельном плоскости осей колонн ионного и электронного пучков, а оси колонн ионного и электронного пучков наклонены одна относительно другой.

Предпочтительно, чтобы колонна электронного пучка была выполнена с обеспечением возможности получения диаметра электронного пучка до 1 нм.

Предпочтительно, чтобы диаметр ионного пучка составлял от 0,5 мкм до 1,5 мкм при энергии ионов 5 кэВ.

Предпочтительно, чтобы установка была выполнена с обеспечением возможности перемещения ионного пучка по поверхности пластины с постоянной скоростью, определяемой зависимостью:

где I - ток пучка ионов, А;
Y - коэффициент распыления кремния ионами азота в расчете на один атом азота;
А - молярная масса кремния, г;
ρ- плотность кремния, г/см³;
L - длина прямолинейного сканирования ионного пучка по поверхности пластины перпендикулярно плоскости чертежа, см;
D_F - глубина формирования волнообразной когерентной структуры, см;
N_A - число Авогадро, 6,022•10²³ моль^-1;
е - заряд электрона, 1,6•10^-19 Кл.

Изобретение иллюстрировано графическим материалом, где на чертеже приведена установка для формирования рисунка на поверхности пластин, содержащая вакуумную камеру 1, позволяющую создавать вакуум 10^-7 Торр с необходимой системой откачки (на чертеже не показана), дверь вакуумной камеры 2, к которой крепится прецизионный стол для пластины 3, кремниевую пластину 4, источник ионов азота с управляемой энергией 5, колонну ионного пучка 6, колонну электронного пучка 7, детектор вторичных электронов 8, интерфейс 9, компьютер 10, монитор 11.

Установка работает следующим образом.

Устанавливают пластину 4 на прецизионный стол 3, закрывают дверь 2 в вакуумную камеру 1, включают средства откачки и откачивают вакуумную камеру до рабочего давления 10^-7 Торр. В источник ионов 5 типа дуоплазмотрон через систему напуска подают азот для получения потока ионов азота. Задают энергию ионов от 500 эВ до 20 кэВ, ток ионов I и угол облучения пластины пучком ионов азота. Сканируют ионным пучком по прямолинейному отрезку длины L на поверхности пластины, перпендикулярному плоскости чертежа, одновременно со сканированием ионного пучка по отрезку длины L перемещают отрезок сканирования по поверхности пластины 4 перпендикулярно отрезку при помощи системы сканирования колонны ионного пучка 6 или при помощи прецизионного стола 3 с постоянной скоростью V, определяемой зависимостью. Для I=1 мкА; Y=1,3; L=100 мкм; D_F=100 нм; ρ=2,3 г/см³, скорость перемещения пучка по поверхности V=77 мкм/с. Для I=1 нА при прочих равных условиях скорость упадет до V=17 нм/с. Заканчивают перемещение пластины, когда массив нанолиний достигнет требуемого размера. Наблюдают изображение массива и контролируют сформированный массив нанолиний при помощи колонны электронного пучка 7, разворачивающей электронный пучок в растр, детектора вторичных электронов 8, интерфейса 9, компьютера 10 с монитором 11, формирующих изображение поверхности пластины во вторичной электронной эмиссии и в совокупности составляющих известное устройство - РЭМ.

Колонна ионного пучка 6 обеспечивает цифровое управление сканированием ионного пучка по поверхности пластины 4 со связью по постоянному току управляющих сигналов разверток с элементами системы сканирования и с возможностью изменения размера растра и отношения сторон растра. Диаметр ионного пучка должен быть около 1 мкм (от 0,5 мкм до 1,5 мкм) при энергии ионов 5 кэВ.

Направления Х и Y сканирования ионного пучка должны совпадать с направлениями перемещения прецизионного стола 3. Электронное управление смещением ионного пучка вдоль оси Y должно быть не меньше 100 мкм. Линейность развертки ионного пучка в направлении Y должна быть управляемой.

Колонна электронного пучка 7 создает электронный пучок с энергией электронов от 300 эВ до 30 кэВ диаметром до 1 нм. Направления Х и Y сканирования электронного пучка должны совпадать с направлением перемещения прецизионного стола 3.

Электронное управление смещением электронного пучка в направлении Y должно обеспечивать смещение электронного пучка на расстояние не меньшее 100 мкм.

Прецизионный стол 3 обеспечивает возможность наклона пластины таким образом, чтобы нормаль к пластине оставалась в плоскости осей колонн ионного пучка 6 и электронного пучка 7. Угол наклона нормали пластины относительно оси колонны ионного пучка 6 должен обеспечиваться от 0 до 90^o. Вращение пластины должно обеспечиваться от 0 до 360^o. Непрерывного вращения пластины не требуется. Точность установки углов должна быть ±0,5^o. Прецизионный стол 3 должен обеспечивать нагрев пластины от комнатной температуры до 700^oC. Х и Y направления перемещения пластины должны быть в плоскости пластины. Перемещение пластины в направлении Z должно обеспечивать совмещение плоскости поверхности пластины с точкой фокуса колонн ионного пучка 6 и электронного пучка 7. Погрешность перемещения пластины должна быть около 1 мкм.

Компьютер 10 с монитором 11 и интерфейсом 9 предназначены для управления установки в целом. Компьютер 11 должен обеспечивать сканирование ионного пучка по набору площадок посредством перемещения пластины по заданным координатам площадок.

Компьютер 11 обеспечивает получение изображений поверхности пластины на мониторе 10 во вторичных электронах, вызываемых сканирующими электронным или ионным пучками, для обеспечения возможности совмещения растров ионного и электронного пучков на поверхности пластины.

Таким образом, изобретение расширяет функциональные возможности 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 повышения качества рисунка выполнена с обеспечением возможности перемещения ионного пучка по поверхности пластины с постоянной скоростью в направлении, параллельном плоскости осей колонн ионного и электронного пучков. 3 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Установка для формирования рисунка на поверхности пластин, содержащая вакуумную камеру с системой откачки, колонны ионного и электронного пучков, размещенные с рабочей стороны пластины так, что их оси расположены в одной плоскости с нормалью к пластине, находящейся в рабочем положении с обеспечением возможности пересечения в точке на рабочей поверхности пластины, прецизионный стол для пластины, ионный источник с управляемой энергией, детектор вторичных электронов, компьютер с монитором и интерфейсом, выполненные с возможностью обеспечения сканирования ионного пучка по набору площадок посредством перемещения пластины по заданным координатам площадок и получения изображений поверхности пластины во вторичных электронах, и обеспечения возможности совмещения растров ионного и электронного пучков на поверхности пластины, отличающаяся тем, что она выполнена с обеспечением возможности перемещения ионного пучка по поверхности пластины с постоянной скоростью в направлении, параллельном плоскости осей колонн ионного и электронного пучков, а оси колонн ионного и электронного пучков наклонены одна относительно другой. 2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что колонна электронного пучка выполнена с обеспечением возможности получения диаметра электронного пучка до 1 нм. 3. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что диаметр ионного пучка составляет от 0,5 до 1,5 мкм при энергии ионов 5 кэВ. 4. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что она выполнена с обеспечением возможности перемещения ионного пучка по поверхности пластины с постоянной скоростью, определяемой зависимостью

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