способ формирования упорядоченных волнообразных наноструктур (варианты)

Формула изобретения

1. Способ формирования упорядоченной волнообразной наноструктуры, заключающийся в распылении полупроводникового материала однородным потоком ионов молекулярного азота до формирования периодической волнообразной наноструктуры на поверхности материала с ориентацией гребней волн наноструктуры перпендикулярной плоскости падения ионов, отличающийся тем, что в качестве полупроводникового материала используют арсенид галлия, после распыления ионами азота проводят дополнительное распыление сформированной волнообразной наноструктуры потоком ионов кислорода , при этом плоскость падения ионов кислорода совпадает с плоскостью падения ионов азота, а энергию и угол падения ионов устанавливают так, чтобы длины волн волнообразных наноструктур при однократном облучении ионами азота и кислорода совпадали.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве арсенида галлия используют слой аморфного арсенида галлия.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что слой аморфного арсенида галлия формируют методом магнетронного распыления.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что угол падения ионов устанавливают в диапазоне от 55 до 60° относительно нормали к исходной поверхности арсенида галлия, энергию ионов устанавливают в диапазоне от 6 до 8 кэВ, что распыляют арсенид галлия ионами до глубины D_F=1 мкм.

5. Способ по пп.1-4, отличающийся тем, что контролируют рост амплитуды волнообразной наноструктуры по вторично-эмиссионному сигналу.

6. Способ по п.5, отличающийся тем, что в качестве вторично-эмиссионного сигнала используют сигналы вторичной электронной, ионной или фотонной эмиссии.

7. Способ по п.5, отличающийся тем, что облучение ионами осуществляют до момента насыщения вторично-эмиссионного сигнала.

8. Способ формирования упорядоченной волнообразной наноструктуры, заключающийся в том, что распыляют поверхность кремния потоком ионов до формирования малоамплитудной волнообразной наноструктуры на глубине распыления, отвечающей началу роста амплитуды наноструктуры, вторично облучают поверхность кремния потоком ионов в плоскости бомбардировки, совпадающей с плоскостью бомбардировки ионами , до насыщения амплитуды волнообразной наноструктуры, энергию и угол бомбардировки ионов устанавливают так, чтобы длины волн формирующихся волнообразных наноструктур при однократном облучении ионами и кремния совпадали.

9. Способ по п.8, отличающийся тем, что в качестве кремния используют слой аморфного кремния.

10. Способ по п.8, отличающийся тем, что достижение глубин распыления, отвечающих началу роста и насыщению амплитуды волнообразной наноструктуры, контролируют по вторично-эмиссионным сигналам.

11. Способ формирования упорядоченной волнообразной наноструктуры, заключающийся в распылении полупроводникового материала однородным потоком ионов азота до формирования периодической волнообразной наноструктуры на поверхности материала с ориентацией гребней волн, наноструктуры перпендикулярной плоскости падения ионов, отличающийся тем, что в качестве полупроводникового материала используют арсенид галлия, перед распылением ионами молекулярного азота осуществляют предварительное направленное полирование поверхности арсенида галлия, формирование волнообразной наноструктуры на поверхности арсенида галлия осуществляют с ориентацией гребней волн, совпадающей с направлением полировки, после распыления ионами олекулярного азота проводят дополнительное распыление сформированной волнообразной наноструктуры потоком ионов кислорода , при этом плоскость падения ионов кислорода совпадает с плоскостью падения ионов азота, а энергию и угол падения ионов устанавливают так, чтобы длины волн волнообразных наноструктур при однократном облучении ионами азота и кислорода совпадали, причем размеры частиц должны быть меньше длины волны волнообразной наноструктуры.

12. Способ по п.11, отличающийся тем, что для полирования используют абразивы, состоящие из частиц оксидов алюминия, кремния или хрома.

13. Способ формирования упорядоченной волнообразной наноструктуры, заключающийся в том, что осуществляют направленное полирование поверхности кремния, затем проводят формирование волнообразной наноструктуры на поверхности кремния распылением поверхности кремния потоком ионов с ориентацией гребней волн, совпадающей с направлением полировки, до формирования малоамплитудной волнообразной наноструктуры на глубине распыления, отвечающей началу роста амплитуды наноструктуры, вторично облучают поверхность кремния потоком ионов в плоскости бомбардировки, совпадающей с плоскостью бомбардировки ионами , до насыщения амплитуды волнообразной наноструктуры, энергию и угол бомбардировки ионов устанавливают так, чтобы длины волн формирующихся волнообразных наноструктур при однократном облучении ионами и кремния совпадали, причем размеры частиц должны быть меньше длины волны волнообразной наноструктуры.

14. Способ по п.13, отличающийся тем, что для полирования используют абразивы, состоящие из частиц оксидов алюминия, кремния или хрома.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам и устройствам для формирования рисунков в виде волнообразного рельефа с периодом около 100 нм и менее на поверхности пластин ионными потоками и устройствам для полировки пластин.

Известен способ формирования рисунка на поверхности кремния в виде волнообразного нанорельефа (заявка на Российский патент RU99124768):

распыляют кремний однородным потоком ионов молекулярного азота N⁺₂ до формирования периодической волнообразной наноструктуры с ориентацией гребней волн наноструктуры, перпендикулярной плоскости падения ионов;

предварительно выбирают параметры, определяющие геометрию формирующейся волнообразной наноструктуры, а также задающие глубины распыления D_m и D_F, отвечающие началу и завершению роста амплитуды волн наноструктуры: энергию ионов, угол падения ионов на исходную поверхность кремния, температуру кремния и глубину проникновения ионов азота в кремний, - все на основании длины волны указанной наноструктуры.

Таким образом, в аналоге используется система -Si для формирования волнообразной наноструктуры.

Известно, что при распылении арсенида галлия ионами (система -GaAs) формируется волнообразная наноструктура (Karen A., Nakagawa Y., Hatada M., Okino К., Soeda F., Ishitani A. Quantitative Investigation of the -Induced Topography of GaAs and other III-V Semiconductors: an STM Study of the Ripple Formation and Suppression of the Secondary Ion Yield Change by Sample Rotation. - Surf. and Interf. Anal., 1995, v.23, p.506-513). Полезным свойством данной наноструктуры является достаточно высокое значение ее аспектного отношения (т.е. отношения амплитуды рельефа к длине волны или периоду). Однако степень упорядоченности и планарность волнообразной наноструктуры, формируемой в системе -GaAs, низкая.

Технический результат первого изобретения настоящей группы изобретений состоит в существенном улучшении упорядоченности формируемого волнообразного рельефа.

Достигается это тем, что вместо кремния, распыляемого потоком ионов (как описано в аналоге RU 99124768), используют арсенид галлия или, иначе говоря, вместо системы -Si используется система -GaAs. Таким образом, облучение ионами арсенида галлия приводит к формированию волнообразной наноструктуры, обладающей свойством природной упорядоченности высокой степени.

Предпочтительно в качестве арсенида галлия использовать слои аморфного арсенида галлия.

Предпочтительно слои аморфного арсенида галлия формировать методом магнетронного распыления арсенида галлия.

Предпочтительно угол падения ионов выбирать в диапазоне от 55 до 60 градусов относительно нормали к исходной поверхности GaAs.

Предпочтительно энергию ионов выбирать в диапазоне от 6 до 8 кэВ.

Предпочтительно распылять GaAs ионами N⁺₂ до глубины D_F =1 мкм.

Предпочтительно осуществлять дополнительное распыление волнообразной наноструктуры, сформированной в системе -GaAs, потоком ионов в плоскости бомбардировки, совпадающей с плоскостью бомбардировки ионов , для увеличения амплитуды волнообразной наноструктуры.

Предпочтительно выбирать энергию и угол бомбардировки ионами при дополнительном распылении волнообразной наноструктуры так, чтобы длины волн в системах -GaAs и -GaAs совпадали.

Предпочтительно рост амплитуды волнообразной наноструктуры при дополнительном распылении ионами контролировать по вторично-эмиссионному сигналу.

Предпочтительно в качестве вторично-эмиссионного сигнала использовать сигналы вторичной электронной, ионной или фотонной эмиссии.

Предпочтительно дополнительное облучение ионами осуществлять только до момента насыщения вторично-эмиссионного сигнала.

Известно, что при распылении кремния потоком ионов молекулярного кислорода (система -Si) также формируется волнообразный рельеф (Vajo J.J., Doty R.E., Cirlin E.H. Influence of energy, flux and fluency on the formation and growth of sputtering-induced ripple topography on silicon. - J. Vac. Sci. Technol. A, 1996, v.14, №5, p.2709-2720). При помощи растровой электронной микроскопии (РЭМ) авторами настоящего изобретения установлено, что на определенной глубине распыления кремния D_m, отвечающей началу интенсивного роста амплитуды волнообразного рельефа, в системе -Si формируется малоамплитудный рельеф, отличающийся повышенной упорядоченностью или большей протяженностью волн в сравнении с системой -Si. Однако при дальнейшем распылении ионами кислорода в системе -Si с ростом амплитуды волн упорядоченность рельефа и его планарность значительно ухудшаются. Напротив, волнообразный рельеф, формируемый в системе -Si, отличается высокой степенью планарности, которая сохраняется вплоть до глубин распыления в 3D_F.

Технический результат второго изобретения состоит также в улучшении упорядоченности формируемого волнообразного рельефа.

Достигается это тем, что распыление кремния проводят в два этапа. Сначала в системе -Si потоком ионов формируют малоамплитудную волнообразную наноструктуру с повышенной упорядоченностью на глубине распыления D_m, а затем в системе -Si потоком ионов проводят дальнейшее распыление кремния до насыщения амплитуды волнообразного рельефа на глубине распыления D_F. При этом плоскости ионной бомбардировки для ионов и совпадают, энергия и угол бомбардировки ионов выбираются так, что длины волн волнообразного рельефа в системах -Si и -Si также совпадают.

Предпочтительно в качестве кремния использовать слои аморфного кремния.

Предпочтительно формирование волнообразной наноструктуры контролировать по вторично-эмиссионным сигналам.

На основании исследований системы -Si авторами настоящего изобретения установлено, что предварительное направленное полирование поверхности кремния в направлении гребней волн формируемого затем волнообразного рельефа значительно увеличивает степень ориентированности рельефа, т.е. его упорядоченность.

Технический результат третьего изобретения состоит также в улучшении упорядоченности формируемого волнообразного рельефа.

Достигается это тем, что осуществляют предварительное направленное полирование поверхности кремния, затем формируют волнообразный рельеф в системе -Si таким образом, чтобы ориентация гребней волн совпадала с направлением полировки.

Предпочтительно для направленного полирования использовать абразивы, состоящие из частиц оксидов алюминия, кремния и хрома.

Известна установка, содержащая плазменный электрод с матрицей отверстий для формирования матрицы ионных пучков из общей плазмы (К.L.Scott, T.-J.King, M.А.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; K.-N. Leun, Y.-H.Y.Lee, V.Ngo, N.Zahir "Plasma formed ion beam projection lithography system" Patent US 6486480).

Недостатком аналога является недостаточный минимальный размер формируемого рисунка.

Известна установка для формирования рисунка на поверхности пластин (RU 2180885), содержащая формирователь матрицы наклонных ленточных ионных пучков на основе плазменного электрода с матрицей линейных отверстий, расположенных в соответствии с требуемым расположением массивов нанолиний на поверхности кремния, и прецизионный стол для перемещения пластины поперек ленточных пучков.

Недостатком прототипа является сложность изготовления микросистем отклонения и фокусировки ленточных ионных пучков.

Техническим результатом четвертого изобретения является упрощение изготовления известной установки за счет устранения микросистем отклонения и фокусировки ленточных ионных пучков и формирования массива нанолиний при нормальном падении ленточных пучков на поверхность кремния.

Достигается это тем, что формирователь матрицы ленточных ионных пучков обеспечивает нормальное падение пучков на поверхность кремния. Это делает устройство ближе к аналогу. Однако назначение устройства - формировать упорядоченные волнообразные наноструктуры на кремнии с периодом, много меньшим ширины ионного пучка, отличает его от аналога, предназначенного для ионно-проекционной литографии, т.е. формирования линий в резисте с шириной, сравнимой с диаметром ионного пучка. Принципиальным является матрица ленточных пучков в отличие от матрицы круглых пучков и движение прецизионного стола для перемещения пластины поперек ленточных пучков.

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;

- плотность кремния, г/см³;

D_F - глубина формирования волнообразной упорядоченной структуры, см;

N_A - число Авогадро, 6,022·10²³ моль^-1;

е - заряд электрона, 1,6·10 ^-19 Кл.

Предпочтительно, чтобы прецизионный стол для пластины обеспечивал перемещение пластины со скоростью, регулируемой сигналом вторичной электронной эмиссии из тестовой ячейки, установленной на прецизионном столе.

Известна установка для полировки пластин в полупроводниковом производстве (US 2002/0142704).

Известная установка состоит из держателя пластины, обеспечивающего вращение пластины вокруг своей оси в плоскости пластины; непрерывной движущейся ленты, поддерживаемой опорой в месте соприкосновения поверхности пластины с лентой; моторов, обеспечивающих вращение держателя пластины и движение ленты; устройств для подачи полирующей смеси на ленту и нагнетания воздуха через систему отверстий в опоре для обеспечения левитации ленты и равномерного прижима пластины к ленте.

Технический результат пятого изобретения состоит в изменении конструкции известного устройства для обеспечения направленного полирования полупроводниковых пластин.

Достигается это тем, что держатель пластины обеспечивает фиксированное положение пластины относительно направления движения ленты.

Изобретения поясняются чертежами, где на

фиг.1А схематически показан процесс формирования упорядоченной малоамплитудной волнообразной наноструктуры на поверхности арсенида галлия при распылении ионами N⁺₂ и геометрия индивидуальной волны;

фиг.1Б показана упорядоченная волнообразная наноструктура на поверхности арсенида галлия с увеличенной амплитудой в результате дополнительного распыления ионами и геометрия индивидуальной волны;

фиг.1В показано РЭМ-изображение упорядоченной наноструктуры, сформированной в системе -GaAs с последующим дополнительным распылением ионами ;

фиг.1Г показано РЭМ-изображение упорядоченной наноструктуры, сформированной в системе -GaAs с последующим дополнительным распылением ионами ;

фиг.2А показано РЭМ-изображение волнообразной наноструктуры, сформированной в системе -Si;

фиг.2Б показано РЭМ-изображение волнообразной наноструктуры, сформированной в системе -Si на глубине D_m с последующим дополнительным распылением ионами ;

фиг.3А показано РЭМ-изображение волнообразной наноструктуры, сформированной в системе -Si;

фиг.3Б показано РЭМ-изображение волнообразной наноструктуры, сформированной в системе -Si с предварительной направленной полировкой поверхности пастой ГОИ;

фиг.4А показан формирователь матрицы ленточных пучков, образующий пучок 1 и содержащий матрицу линейных отверстий 2 в плазменном электроде 3, электроды 4 включения и выключения ленточных пучков и изоляторы 5; наноструктура 6 формируется на пластине кремния 10 пучком ионов 1;

фиг.4Б показаны вид сверху плазменного электрода 3 (вид А), кристалл 12 с массивами нанолиний 14;

фиг.4В показано устройство для формирования упорядоченных волнообразных наноструктур 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);

фиг.5 показано устройство для направленного шлифования пластин.

Сущность изобретений поясняется следующими примерами.

Пример 1. Ионное распыление образцов GaAs проводилось в установке, предназначенной для послойного анализа материалов при помощи ионного распыления. Пучок ионов разворачивался в растр на поверхности образца для обеспечения однородного потока ионов. На фиг.1А схематически показан процесс формирования волнообразной наноструктуры в системе -GaAs. Плоскость чертежа фиг.1А совпадает с плоскостью ионной бомбардировки или с плоскостью падения ионов. В узком диапазоне углов ионной бомбардировки =55-58° относительно нормали к поверхности GaAs при энергии ионов Е=8 keV на глубине распыления D_F около 1 мкм образуется устойчивая высокоупорядоченная волнообразная наноструктура с длиной волны =130 нм, характерной особенностью которой является практически полное отсутствие обрывов волн и очень незначительное число их пересечений. Гребни волн ориентированы перпендикулярно плоскости ионной бомбардировки. Данная наноструктура с увеличением дозы облучения не претерпевает каких-либо существенных изменений вплоть до глубины распыления в 35 мкм. Наблюдение в растровый электронный микроскоп (РЭМ) скола кристалла GaAs с волнообразной наноструктурой, полученной при Е=8 keV =56°, позволило установить геометрию индивидуальной волны. Амплитуда волны составляла 13 нм при =130 нм. Склоны волн наклонены на 8-9° относительно горизонтали. Следовательно, локальные углы бомбардировки склонов волны равны 47° и 65°, и длительное распыление не изменяет этих углов.

В системе -GaAs не формируется волнообразная наноструктура, наблюдаемая в РЭМ, при углах >60° (Е=8 keV), а также при энергии ионов Е<6 keV (=56°). При Е=6 keV и =56° формируется волнообразная наноструктура с =123 нм. В отсутствие волнообразной наноструктуры при >60° на дне кратера ионного распыления и на его склонах наблюдаются отдельные образования в виде конусов. При Е=8 кэВ в диапазоне углов =45-55° образуется неупорядоченная малоамплитудная периодическая наноструктура, которая при увеличении дозы ионного облучения подвергается прогрессирующему возмущению. Подобное прогрессирующее возмущение характерно также для систем -GaAs и -Si.

Для системы -GaAs не обнаружено какого-либо влияния процесса формирования волнообразной наноструктуры на эмиссию оже-электронов, поэтому in situ регистрация этого процесса была невозможна. Из наблюдений в РЭМ поверхности кратеров ионного травления, сформированных ионами на поверхности GaAs при Е=8 кэВ и =55° и разных дозах облучения, была установлена глубина образования волнообразной наноструктуры в 1 мкм.

С целью увеличения амплитуды волнообразной наноструктуры, формируемой в системе -GaAs, и увеличения угла наклона склонов волн были предприняты эксперименты по двухстадийному формированию волнообразной наноструктуры. На первой стадии в системе -GaAs формировалась волнообразная наноструктура с =128 нм на глубине распыления 1,5 мкм при условиях Е=8 keV и =56,7°, которые обеспечивали максимальную упорядоченность наноструктуры. Затем осуществлялось распыление этой волнообразной наноструктуры ионами при условиях Е=5,5 keV и =39° с разньми дозами ионного облучения. Процесс дополнительного распыления волнообразной наноструктуры показан на фиг.1Б. Плоскости бомбардировки для ионов и совпадали. Доза облучения ионами выбиралась исходя из времени, за которое сигнал вторичной эмиссии ионов GaO⁺ достигал насыщения. Рост и насыщение этого эмиссионного сигнала отражает рост и насыщение угла наклона склонов волн наноструктуры при распылении подобно тому, как это происходит для вторичных ионов As⁺ или AsO⁺ в системе -GaAs. В условиях экспериментов рост эмиссионного сигнала GaO ⁺ до насыщения происходил в течение 4 мин. На фиг.1В и 1Г показаны РЭМ-изображения волнообразных наноструктур с =123 нм, сформированных в результате двухстадийного процесса при последующем распылении ионами в течение 1,5 и 2,5 мин, соответственно. Усиление контраста РЭМ-изображения во вторичной электронной эмиссии с ростом дозы облучения ионами свидетельствует об увеличении угла наклона склонов волн. Из сравнения фиг.1В и 1Г видно, что увеличение дозы облучения ионами практически не влияет на упорядоченность исходной волнообразной наноструктуры, полученной в системе -GaAs.

Для применений данной волнообразной наноструктуры может оказаться необходимым ее формирование в слоях аморфного GaAs, наносимых на поверхность разных материалов известным методом магнетронного распыления мишени из GaAs.

Пример 2. Наблюдения за эволюцией морфологии ripples в системе -Si при помощи РЭМ позволило сделать вывод о повышенной упорядоченности волн в этой системе на глубине распыления D_m. В сравнении с системой -Si в системе -Si на глубине D_m формируется волнообразная наноструктура со значительно меньшим количеством обрывов волн. На основании этого были выполнены эксперименты по двухстадийному формированию волнообразной наноструктуры. На первой стадии в системе -Si формировалась волнообразная наноструктура с =130 нм при Е=4 keV и =47° на глубине распыления D_m=1350 нм. Условия второй стадии выбирались исходя из равенства длин волн в системах -Si и -Si. На второй стадии волнообразная наноструктура распылялась ионами при Е=8 keV и =43° до окончательной глубины D=1670 нм. Дополнительная глубина распыления равна 320 нм для системы -Si и отвечает условиям второй стадии формирования волнообразной наноструктуры. Плоскости бомбардировки для ионов и совпадали, как в примере 1. В результате двухстадийного процесса получилась волнообразная наноструктура с =140 нм, показанная на фиг.2Б. Для сравнения на фиг.2А показано изображение волнообразной наноструктуры, сформированной в одностадийном процессе в системе -Si при условиях Е=8 keV и =43°. Статистический анализ РЭМ-изображений размером 6,77×9 мкм ² проводился методом подсчета количества волн в рамках размером 1,3×6,5 мкм², ориентированных длинной стороной перпендикулярно гребням волн и содержащих по 50 волн. Считались волны, дошедшие с одного длинного края рамки до другого без обрывов и пересечений (количество хороших волн), волны, пересекающие один из краев и не доходящие до другого края (количество обрывов волн), и количество пересечений волн в рамках. В результате установлено, что двухстадийный процесс формирования волнообразной наноструктуры -[ -Si] уменьшает количество обрывов волн в 5,4 раза, пересечений - в 2,9 раз и увеличивает количество хороших волн в 2,4 раза. Таким образом, в двухстадийном процессе возможно формирование волнообразной наноструктуры улучшенной упорядоченности и сочетающей в себе повышенную протяженность волн системы -Si на глубине распыления D_m и планарность системы -Si.

Пример 3. В системе -Si, которой не свойственна внутренняя упорядоченность, повысить степень упорядоченности волнообразной наноструктуры можно при помощи предварительной механической обработки поверхности кремния.

Эксперименты по направленному полированию поверхности кремния пастой ГОИ, содержащей частицы Cr₂O₃ , с последующим формированием волнообразной наноструктуры в системе -Si при направлении потока ионов перпендикулярно направлению движения абразивных частиц относительно поверхности кремния установили, что процесс предварительной направленной полировки приводит к значительному повышению степени направленности наноструктуры вдоль направления шлифовки. Параметры формирования наноструктуры Е=8 keV, =43°, D_f=360 нм, =150 нм оказались близки к случаю отсутствия шлифовки. Аналогичные результаты по улучшению направленности наноструктур за счет предварительного направленного шлифования пастой ГОИ были получены для слоев аморфного кремния.

Вместо пасты ГОИ могут применяться полирующие водные или слабощелочные суспензии, содержащие частицы глинозема или кремнезема. Эти суспензии применяются в промышленности для шлифовки пластин в полупроводниковом производстве.

Пример 4. Принцип работы устройства для формирования упорядоченных волнообразных наноструктур иллюстрируется фиг.4А-В.

Устройство 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 кэВ, 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 4 изолированы от электрода 3 изолятором 5. Потенциал U₁ 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 250 мА/см², скорости перемещения пластины 2,5 мкм/с и расстоянии между ленточными пучками 1 мм достигается производительность 6 пластин в час при условии 100%-ного 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 и 4, может быть выполнена по планарной кремниевой технологии с выполнением изоляторов 5, несущих электроды, из нитрида кремния. Внешняя часть формирователя 11 со стороны пластины 10 покрыта слоем аморфного кремния или углерода с низкой проводимостью.

Во всех примерах заявленных способов ионные потоки наклонно падают на пластины, однако это однородные ионные потоки. В случае движущегося ленточного ионного пучка, как показано на фиг.4А, участок распыляемой поверхности 7 наклонен относительно направления ионного потока. Пучок 1 по мере своего продвижения по поверхности кремния 10 распыляет кремний и оставляет за собой упорядоченную наноструктуру 6. Уровень поверхности с наноструктурой ниже уровня исходной поверхности 10. Ширина наклонного распыляемого участка поверхности 7 равна ширине пучка 1. Поэтому, хотя пучок ионов 1 нормально падает на исходную поверхность 10, сам процесс формирования наноструктуры 6 осуществляется при наклонной бомбардировке распыляемого участка поверхности.

Таким образом, изобретение расширяет функциональные возможности известной установки - аналога.

Пример 5. Установки для линейного химико-механического полирования широко применяются для полировки пластин в полупроводниковом производстве и содержат движущийся непрерывный ремень (US 2002/0142704). Проведенные эксперименты дают основание полагать, что направленное полирование пластин можно осуществлять за счет незначительного изменения в конструкции подобных устройств, например, за счет устранения вращения держателя пластины вокруг своей оси и обеспечения фиксированной ориентации держателя относительно направления движения ленты. На фиг.5 изображена установка для направленного полирования пластин, которая состоит из держателя пластины 1, показанного в нерабочем положении, предназначенном для установки пластины. В рабочем положении 2 держатель прижимает пластину 3 к непрерывной ленте 4, приводимой в движение при помощи роликов 5. Держатель пластины обеспечивает фиксированное положение пластины 3 относительно направления движения ленты 4. Опора 6 поддерживает ленту 4 и держатель пластины в рабочем положении 2. В опоре имеется система отверстий, через которые проходит воздух под давлением, обеспечивая равномерный прижим пластины к ленте. Дополнительно на ленту подается полирующая суспензия. Устройство для подачи суспензии на фиг.5 не показано. Ролики 5 вместе с нижней частью ленты 4 могут быть погружены в ванну с полирующей суспензией. Подбор подходящего абразива для полирующей суспензии, например кремнезема или глинозема, обычно используемых в производстве, может оказаться полезным для достижения максимальной упорядоченности волнообразной наноструктуры при последующем ионном распылении пластины, как в примере 3.

Промышленная применимость

Изобретение может быть использовано в способах для формирования рисунка, в том числе на поверхностях кремния и арсенида галлия с шириной линий от 10 до 60 нм, в способах формирования нанопроволок для приборов наноэлектроники и оптоэлектроники.