ES2232637T3 - Dispositivo para formar nanoestructuras sobre la superficie de una oblea semiconductora por medio de haces de iones. - Google Patents
Dispositivo para formar nanoestructuras sobre la superficie de una oblea semiconductora por medio de haces de iones.Info
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Abstract
Una unidad para la formación de nanoestructuras, o estructuras de escala nanométrica, sobre la superficie de una oblea semiconductora, que incorpora una cámara de vacío (1), equipada con sistemas de extracción o escape y de recocido, un dispositivo de introducción (2) de oblea semiconductora (3), una fuente de iones de potencia controlada (5), un separador de masas (6), un cañón de electrones (9), un detector de electrones (11), un soporte (12) para la oblea y un medidor (13) de la corriente de iones, de tal manera que la unidad está equipada con una columna de transporte (7) del haz de iones, un analizador de masas de cuadripolo (10), un microscopio óptico (8) y una computadora (15); de tal modo que los ejes de la columna de transporte del haz de iones, del microscopio óptico y del cañón de electrones se encuentran situados en el mismo plano normal o perpendicular a la oblea semiconductora en la posición de trabajo, y se cortan o intersecan en un punto situado sobre la superficie anterioro frontal de la oblea; de tal manera que la columna de transporte del haz electrónico, el microscopio óptico y el cañón de electrones se encuentran situados sobre la cara frontal de la oblea, y el ángulo formando entre sus ejes se minimiza; y de tal modo que la computadora efectúa un barrido con el haz de iones a través de un conjunto de lugares, mediante el desplazamiento de la oblea a lo largo de las coordenadas de los lugares dados, y presenta visualmente imágenes de la superficie de la oblea obtenidas con electrones secundarios y hace posible la combinación de los haces de iones y de electrones sobre la superficie de la oblea.
Description
Dispositivo para formar nanoestructuras sobre la
superficie de una oblea semiconductora por medio de haces de
iones.
Esta invención hace referencia al campo de la
tecnología de la electrónica y el vacío, y, en particular, a las
unidades para la formación de diversas estructuras y revestimientos
sobre obleas semiconductoras. Puede utilizarse para desarrollar
dispositivos semiconductores de nueva generación, así como en la
fabricación de instrumentación óptica.
Existe una unidad para el tratamiento de obleas
semiconductoras, la cual incorpora una unidad de vacío, dispositivos
de extracción para vacío, así como un dispositivo de tratamiento de
la oblea (Patente Nº 0275965, clasificación: H 01 J 37/32, 1988). En
esta unidad, que presenta un modo de transmisión de una única onda a
una frecuencia de 2,45 GHz, la sección transversal del haz de plasma
y el diámetro de las obleas que se tratan se encuentran comprendidos
en el intervalo entre 76 y 100 mm, en tanto que el ángulo del flujo
del plasma con respecto a la perpendicular a la superficie de la
oblea tratada se define por medio de una aproximación.
Esta solución se considera como la más similar o
próxima (prototipo). Otras unidades adicionales se describen en los
documentos WO 9941765 y EP 735564.
La esencia de esta invención, tal como se
reivindica en la reivindicación 1, radica en el desarrollo de una
unidad para la producción de nanoestructuras (estructuras de escala
nanométrica) adecuadas para la fabricación de semiconductores con un
elevado nivel de integración, así como de dispositivos ópticos de
alta resolución, y tiene como propósito aumentar las capacidades
funcionales de la unidad existente.
La unidad para la formación de nanoestructuras en
la superficie de una oblea semiconductora incorpora una cámara de
vacío, equipada con sistemas de extracción o escape y de recocido,
un dispositivo de introducción de la oblea semiconductora, una
fuente de iones de potencia controlada, un separador de masas, un
cañón de electrones, un soporte para la oblea y un medidor de la
corriente de iones. La unidad está equipada con una columna de
transporte del haz de iones, un analizador de masas de cuadripolo,
un microscopio óptico y una computadora. Los ejes de la columna de
transporte del haz de iones, del microscopio óptico y del cañón de
electrones se encuentran situados en el mismo plano normal o
perpendicular a la oblea semiconductora en la posición de trabajo, y
se cortan o intersecan en un punto situado sobre la superficie
anterior o frontal de la oblea; el ángulo comprendido entre sus ejes
es el mínimo; la computadora efectúa un barrido del haz de iones a
través de un conjunto de lugares mediante el desplazamiento de la
oblea a lo largo de las coordenadas de los lugares dados, y presenta
visualmente imágenes de la superficie de la oblea obtenidas con
electrones secundarios y proporciona soluciones para combinar los
haces de iones y de electrones sobre la superficie de la oblea.
La cámara de vacío alcanza un vacío de
5\cdot10^{-10} Torr (1 Torr \equiv 133,3 Pa). El diámetro del
haz de iones puede variar desde 0,9 \mum hasta 1,5 \mum, con un
valor para la energía de los iones de 5 keV.
La invención se ilustra con el uso de material
gráfico. El dibujo que representa la unidad para la formación de
nanoestructuras por medio de haces de iones que inciden sobre la
superficie de la oblea semiconductora, contiene una cámara 1 de un
vacío ultra-alto, capaz de generar un vacío de
5\cdot10^{-10} Torr, y provista de los necesarios sistemas de
extracción o escape y de recocido (no mostrados en el dibujo); un
dispositivo 2 de introducción de la oblea semiconductora (dentro de
la cámara 1), con un diámetro de 200 mm; una oblea semiconductora 3;
una válvula de compuerta 4; una fuente de iones con potencia
controlada 5; un separador de masas 6; una columna de transporte 7
del haz de iones; un microscopio óptico 8; un cañón 9 de electrones;
un analizador de masas de cuadripolo 10; un detector de electrones
11; un soporte 12 para la oblea; un medidor 13 de la corriente de
iones, una computadora 14, un monitor 15 y una interfaz 16.
El resultado técnico que se ha de obtener de la
puesta en práctica de la invención es la producción de estructuras
semiconductoras de película delgada que sean adecuadas para crear
dispositivos semiconductores de nueva generación y pantallas de
difracción.
Este resultado puede lograrse de la manera que
sigue. Se coloca una oblea 3 en la cámara de vacío 1 con una
presión residual de 5\cdot10^{-10} Torr. Se llena una fuente de
columna del tipo de duoplasmatrón con nitrógeno con el fin de
generar un flujo de iones de nitrógeno. Se ajustan la energía del
flujo de iones y el ángulo de irradiación de la oblea. Se irradia
uniformemente una área de S = 200 x 200 \mum cuadradas sobre la
superficie de la oblea, con un flujo de iones de nitrógeno que
soporta una corriente de I = 250 nA. Se han de satisfacer las
siguientes condiciones. Los ejes de la columna de transporte 7 del
haz de iones, del microscopio óptico 8 y del cañón 9 de electrones
deben cortarse en un punto F situado sobre la cara frontal o
anterior de la superficie de la oblea 3. Este punto debe ser el
punto focal de la columna de transporte 7 del haz de iones, del
microscopio óptico 8 y del cañón 9 de electrones. La columna de
transporte 7 del haz de iones, el microscopio óptico 8 y el cañón 9
de electrones han de estar ubicados sobre la cara anterior de la
oblea, y el ángulo formado entre ellos debe tener el valor mínimo.
La fuente 5 de iones es una fuente del tipo de duoplasmatrón que
funciona sobre gases tales como el argón, el oxígeno y el nitrógeno,
y que proporciona valores de energía de los iones comprendidos en el
intervalo entre 500 eV y 20 keV. El separador de masas 6 es un
separador con un intervalo de masas entre 1 y 100 a.e.m., y tiene
una resolución de masas relativa de 5 a.e.m. La columna de
transporte 7 del haz de iones hace posible el cambio del tamaño de
la cuadrícula o retículo de la imagen, así como de la relación entre
los lados de la cuadrícula. El diámetro del haz de iones ha de ser
de en torno a 1 \mum (entre 0,9 \mum y 1,5 \mum), con un valor
para la energía de los iones de 5 keV. Las direcciones X e Y del
barrido del haz de iones deben coincidir con las direcciones del
movimiento del soporte 12 para la oblea. El control de electrones
del desplazamiento del haz de iones a lo largo del eje Y no ha de
ser menor que el doble del tamaño de la cuadrícula según la
dirección Y. Es necesario controlar la linealidad del barrido del
haz de iones en la dirección Y.
El microscopio óptico 8 se realiza con vistas al
resalto de la oblea, a la magnificación entre 8 y 100 veces, y a la
presentación visual de la imagen en el monitor de televisión. El
cañón 9 de electrones produce un valor para la energía de los
electrones de entre 100 eV y 10 keV, una corriente del haz de
electrones de 5 \muA y un tamaño de punto de incidencia de
aproximadamente 100 nm. Las direcciones de barrido del haz de iones
Y han de coincidir con las direcciones del movimiento del soporte 12
para la oblea.
El control de electrones del desplazamiento del
haz de iones a lo largo del eje Y no debe ser menor que el doble del
tamaño de la cuadrícula según la dirección Y.
Es necesario controlar la linealidad del barrido
con el haz de iones según la dirección Y.
El analizador de masas de cuadripolo 10 está
equipado con los conjuntos ópticos necesarios para reunir o
concentrar los iones secundarios tanto positivos como negativos.
El intervalo de las masas medidas está
comprendido entre 1 y 100 a.e.m. La resolución absoluta de la masa
es 5 a.e.m. El detector de electrones 11 es un detector de
electrones secundarios.
El soporte 12 para la oblea proporciona la
inclinación de la oblea de una manera tal, que la normal o
perpendicular a la oblea permanece en el plano de los ejes de la
columna de transporte 7 del haz de iones, del microscopio óptico 8 y
del cañón de electrones 9. El ángulo de inclinación de la
perpendicular a la oblea con respecto a la columna de transporte 7
del haz de iones ha de estar comprendido entre 0 y 90º. La rotación
de la oblea debe ser de 0º a 60º. No existe necesidad de una
rotación continua. La precisión del ángulo ha de ser \pm 0,5º. El
soporte para la oblea debe hacer posible el calentamiento de la
oblea desde la temperatura ambiental hasta 700º. Las direcciones de
movimiento X e Y de la oblea deben estar contenidas en el plano de
la oblea. El movimiento de la oblea en la dirección Z debe hacer
posible la superposición del plano de la superficie de la oblea con
el punto focal de la columna de transporte 7 del haz de iones, del
microscopio óptico 8 y del cañón de electrones 9. El error en el
movimiento de la oblea debe ser de aproximadamente 1 \mum. El
medidor 13 de la corriente de iones hace posible la medición de la
corriente desde la oblea.
La computadora 14, conjuntamente con el monitor
15 y la interfaz 16, se han diseñado para controlar la totalidad de
la unidad. La computadora 14 efectúa un barrido con el haz de iones
a través de un conjunto de lugares, mediante el desplazamiento de la
oblea a lo largo de las coordenadas de los lugares dados, en tanto
que la detención del haz de iones deberá estar definida por la
integral de la corriente de la oblea, así como por la señal de
ciertos iones detectados por el analizador de masas de cuadripolo
10.
La computadora hace posible la recepción de
imágenes de la superficie de la oblea, tanto con los electrones
secundarios generados por los haces de electrones o de iones de
barrido, como por medio del microscopio óptico 8, a fin de
superponer las cuadrículas o retículos de los haces de iones y de
electrones sobre la superficie de la oblea.
Esta invención hace referencia al campo de la
tecnología de la electrónica y el vacío, y, en particular, a las
unidades para la formación de diversas estructuras y revestimientos
sobre obleas semiconductoras. Puede utilizarse para desarrollar
dispositivos semiconductores de nueva generación, así como en la
fabricación de instrumentación óptica. La invención puede emplearse
para crear unidades para la producción de nanoestructuras adecuadas
para la fabricación de semiconductores con un elevado nivel de
integración, así como dispositivos ópticos de alta resolución.
Claims (3)
1. Una unidad para la formación de
nanoestructuras, o estructuras de escala nanométrica, sobre la
superficie de una oblea semiconductora, que incorpora una cámara de
vacío (1), equipada con sistemas de extracción o escape y de
recocido, un dispositivo de introducción (2) de oblea semiconductora
(3), una fuente de iones de potencia controlada (5), un separador de
masas (6), un cañón de electrones (9), un detector de electrones
(11), un soporte (12) para la oblea y un medidor (13) de la
corriente de iones, de tal manera que la unidad está equipada con
una columna de transporte (7) del haz de iones, un analizador de
masas de cuadripolo (10), un microscopio óptico (8) y una
computadora (15); de tal modo que los ejes de la columna de
transporte del haz de iones, del microscopio óptico y del cañón de
electrones se encuentran situados en el mismo plano normal o
perpendicular a la oblea semiconductora en la posición de trabajo, y
se cortan o intersecan en un punto situado sobre la superficie
anterior o frontal de la oblea; de tal manera que la columna de
transporte del haz electrónico, el microscopio óptico y el cañón de
electrones se encuentran situados sobre la cara frontal de la
oblea, y el ángulo formando entre sus ejes se minimiza; y de tal
modo que la computadora efectúa un barrido con el haz de iones a
través de un conjunto de lugares, mediante el desplazamiento de la
oblea a lo largo de las coordenadas de los lugares dados, y presenta
visualmente imágenes de la superficie de la oblea obtenidas con
electrones secundarios y hace posible la combinación de los haces de
iones y de electrones sobre la superficie de la oblea.
2. La unidad de acuerdo con la reivindicación 1,
caracterizada porque su cámara de vacío alcanza un vacío de
5\cdot10^{-10} Torr (1 Torr \equiv 133,3 Pa).
3. La unidad de acuerdo con la reivindicación 1,
caracterizada porque el diámetro del haz de iones puede
variar desde 0,9 \mum hasta 1,5 \mum, con un valor para la
energía de los iones de 5 keV.
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