установка для формирования наноструктур на поверхности полупроводниковых пластин ионными пучками

Формула изобретения

1. Установка для формирования наноструктур на поверхности полупроводниковых пластин, содержащая вакуумную камеру с системами откачки и отжига, устройство ввода полупроводниковых пластин в камеру, ионный источник с управляемой энергией, масс-сепаратор, электронную пушку, детектор электронов, держатель полупроводниковой пластины, измеритель ионного тока, отличающаяся тем, что она снабжена колонной транспорта ионного пучка, квадрупольным масс-анализатором, оптическим микроскопом, компьютером, оси колонны транспорта ионного пучка, оптического микроскопа и электронной пушки расположены в одной плоскости с нормалью к полупроводниковой пластине, находящейся в рабочем положении, и пересекаются в одной точке, располагающейся на лицевой поверхности пластины, колонна транспорта ионного пучка, оптический микроскоп и электронная пушка располагаются с лицевой стороны пластины и угол между их осями наименьший, компьютер обеспечивает возможность сканирования ионного пучка по набору площадок посредством перемещения пластины по заданным координатам площадок, получение изображений поверхности пластины во вторичных электронах и совмещение растров ионного и электронного пучков на поверхности пластины.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что вакуумная камера позволяет достичь вакуума 5 х 10^-10 Торр.

3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что диаметр ионного пучка может быть 0,9 - 1,5 мкм при энергии ионов 5 кэВ.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электронной и вакуумной технике, в частности к установкам для формирования на полупроводниковых пластинах различных структур и покрытий, и может быть использовано при создании полупроводниковых приборов нового поколения, а также в оптическом приборостроении.

Известна установка для обработки полупроводниковых пластин, содержащая вакуумную установку, вакуумные средства откачки, средство обработки пластин (см. патент EP 0275965, H 01 J 37/32, 1988).

Недостатком аналога является то, что при одноволновом режиме передачи энергии на частоте 2,45 ГГц сечение плазменного пучка и диаметр обрабатываемых пластин ограничены величиной 76-100 мм, что делает невозможным использование аналога для обработки пластин диаметром 150-200 мм. Кроме этого, в известном решении затруднена возможность обеспечения заданного угла плазменного потока относительно нормали к поверхности обрабатываемой пластины, а также управления энергией ионов в плазме. Данное решение принято в качестве ближайшего аналога (прототипа). Техническая задача, решаемая посредством настоящего изобретения, состоит в разработке установки для изготовления наноструктур, пригодных для изготовления полупроводниковых приборов с высокой степенью интеграции, а также оптических приборов высокого разрешения и направлена на расширение функциональных возможностей известной установки.

Технический результат, получаемый в результате реализации изобретения, состоит в обеспечении возможности изготовления тонкопленочных полупроводниковых структур, пригодных для создания полупроводниковых приборов нового поколения, а также дифракционных решеток.

Поставленная задача достигается тем, что установка для формирования наноструктур на поверхности полупроводниковых пластин содержит вакуумную камеру, с системами откачки и отжига, устройство ввода полупроводниковых пластин в камеру, ионный источник с управляемой энергией, масс-сепаратор, электронную пушку, детектор электронов, держатель полупроводниковой пластины, измеритель ионного тока, причем установка снабжена колонной транспорта ионного пучка, квадрупольным масс-анализатором, оптическим микроскопом, компьютером, оси колонны транспорта ионного пучка, оптического микроскопа и электронной пушки расположены в одной плоскости с нормалью к полупроводниковой пластине, находящейся в рабочем положении, и пересекаются в одной точке, располагающейся на лицевой поверхности пластины, колонна транспорта ионного пучка, оптический микроскоп и электронная пушка располагаются с лицевой стороны пластины и угол между их осями наименьший, компьютер обеспечивает возможность сканирования ионного пучка по набору площадок посредством перемещения пластины по заданным координатам площадок, получения изображений поверхности пластины во вторичных электронах и совмещение растворов ионного и электронного пучков на поверхности пластины.

Вакуумная камера позволяет достичь вакуума 510^-10 Торр. Диаметр ионного пучка может быть 0,9 - 1,5 мкм при энергии ионов 5 кэВ.

Изобретение иллюстрировано графическим материалом, где на чертеже приведена установка для формирования наноструктур на поверхности полупроводниковых пластин ионными пучками, которая содержит сверхвысоковакуумную камеру 1, позволяющую создавать вакуум 510^-10 Торр с необходимыми системами откачки и отжига (на чертеже не показаны), устройство ввода полупроводниковых пластин 2 диаметром 200 мм в камеру 1, полупроводниковую пластину 3, шлюзовой клапан 4, ионный источник с управляемой энергией 5, масс-сепаратор 6, колонну транспорта ионного пучка 7, оптический микроскоп 8, электронную пушку 9, квадрупольный масс-анализатор 10, детектор электронов 11, держатель 12 полупроводниковой пластины, измеритель ионного тока 13, компьютер 14, монитор 15, интерфейс 16. Установка работает следующим образом.

Устанавливают пластину 3 в вакуумную камеру 1 с остаточным давлением 510^-10 Торр. В ионный источник типа дугоплазмотрон напускают азот для получения потока ионов азота. Задают энергию потока ионов и угол облучения пластины. Потоком ионов азота при токе I = 250 нА равномерно облучают область S = 200 200 кв. мкм на поверхности пластины. При этом соблюдают следующие условия. Оси колонны транспорта ионного пучка 7, оптического микроскопа 8 и электронной пушки 9 находятся в одной плоскости с нормалью к пластине 3, находящейся в рабочем положении. Оси колонны транспорта ионного пучка 7, оптического микроскопа 8 и электронной пушки 9 должны пересекаться в одной точке F, располагающейся на лицевой поверхности пластины 3. Эта точка должна быть точкой фокуса колонны транспорта ионного пучка 7, оптического микроскопа 8 и электронной пушки 9. Колонна транспорта ионного пучка 7, оптический микроскоп 8 и электронная пушка 9 должны располагаться с лицевой стороны пластины и угол между их осями должен быть наименьший. Ионный источник 5 представляет собой ионный источник типа дугоплазмотрон, работающий на следующих газах аргон, кислород и азот и обеспечивающий энергии ионов в диапазоне от 500 эВ до 20 кэВ.

Масс-сепаратор 6 представляет собой масс-сепаратор с диапазоном масс от 1 до 100 а.е.м. и имеет относительное разрешение по массам 5 а.е.м. Колонна транспорта ионного пучка 7 обеспечивает возможность изменения размера растра и отношения сторон растра. Диаметр ионного пучка должен быть около 1 мкм (от 0,9 мкм до 1,5 мкм) при энергии ионов 5 кэВ. Направления X и Y сканирования ионного пучка должны совпадать с направлениями перемещения держателя пластины 12. Электронное управление смещением ионного пучка вдоль оси Y должно быть не меньше, чем двойной размер растра в направлении Y. Линейность развертки ионного пучка в направлении Y должна быть управляемой.

Оптический микроскоп 8 выполнен с подсветкой пластин, увеличением от 8 до 100 крат и выводом изображения на TV монитор. Электронная пушка 9 создает энергию электронов от 100 эВ до 10 кэВ, ток электронного пучка 5 мкА и размер пятна около 100 нм. Направления X и Y сканирования электронного пучка должны совпадать с направлением перемещения держателя пластины 12.

Электронное управление смещением электронного пучка в направлении Y должно быть не меньше, чем двойной размер растра в направлении Y.

Линейность развертки электронного пучка в направлении Y должна быть управляемой.

Квадрупольный масс-анализатор 10 оснащен оптикой сбора как положительных, так и отрицательных вторичных ионов.

Диапазон измеряемых масс 1 - 100 а.е.м. Абсолютное разрешение по массам 5 а.е.м. Детектор электронов 11 представляет собой детектор вторичных электронов.

Держатель полупроводниковой пластины 12 обеспечивает возможность наклона пластины таким образом, чтобы нормаль к пластине оставалась в плоскости осей колонны транспорта ионного пучка 7, оптического микроскопа 8 и электронной пушки 9. Угол наклона нормали пластины относительно оси колонны транспорта ионного пучка 7 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. Держатель пластины должен обеспечивать нагрев пластины от комнатной температуры до 700^oC. X и Y направления перемещения пластины должны быть в плоскости пластины. Перемещение пластины в направлении Z должно обеспечивать совмещение плоскости поверхности пластины с точкой фокуса колонны транспорта ионного пучка 7, оптического микроскопа 8 и электронной пушки 9. Погрешность перемещения пластины должна быть около 1 мкм. Измеритель ионного тока 13 обеспечивает измерение тока с пластины.

Компьютер 14 с монитором 15 и интерфейсом 16 предназначены для управления установкой в целом. Компьютер 14 должен обеспечивать сканирование ионного пучка по набору площадок посредством перемещения пластины по заданным координатам площадок, при этом выключение ионного пучка должно определяться как интегралом тока с пластины, так и сигналом определенных ионов, детектируемых квадрупольным масс-анализатором 10.

Компьютер обеспечивает получение изображений поверхности пластины как во вторичных электронах, вызываемых сканирующими электронным или ионным пучками, так и даваемое оптическим микроскопом 8, для обеспечения возможности совмещения растров ионного и электронного пучков на поверхности пластины.