專利名稱：用于對表面進行離子束加工的方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及基片表面的離子束加工方法，其中基片相對于由離子束源所產(chǎn)生的離子束而被定位，并且由離子束以定義的作用圖案部分地這樣加工基片表面的已知性質(zhì)圖案，使得形成表面的新工藝定義的性質(zhì)圖案。此外，本發(fā)明還涉及用于實施根據(jù)權(quán)利要求2的方法的裝置。
其中，基片的表面的性質(zhì)圖案是指所有涉及基片表面的限定表面區(qū)域的物理和化學性質(zhì)以及表面形貌。離子束的作用圖案包括涉及離子束的離子作用于其上的基片限定表面區(qū)域的、具有相應離子能量分布的局部離子流密度分布。
背景技術：
根據(jù)現(xiàn)有技術，已知這樣的方法和設備，其中具有恒定射束特性的離子束以可變速度相對于待加工的基片表面移動。射束特性描述了離子束源的離子束的離子加速、離子能量分布、離子流密度和離子密度分布。在離子束源和基片之間使用光闌也是已知的。
尤其對于不同領域中的微米和納米技術，基片表面形貌的加工具有決定性意義。無論是薄層技術中通過對層進行薄化來制造可以有目的地調(diào)節(jié)的層厚，直至單個原子位置的有目的地去除，還是“高等級”表面的納米成型，都為此越來越需要使用離子束作為加工工具。
除了去除或涂層意義上的表面形貌的幾何變化，對于微米和納米技術，表面性質(zhì)的局部改變也是重要的。因此，已知在離子束支持的沉積方法中，通過在在基片上涂敷期間同時入射離子，被沉積的層的性質(zhì)受到影響。由此，例如被沉積的層的厚度可被改變或者層的生長可以從非晶形變化到結(jié)晶的或者層的化學計量也受到影響。
通過表面的離子轟擊還可能實現(xiàn)表面的有目的的改變。這里，應該僅提到，塑料材料表面上官能團的斷裂，例如用于吸附性質(zhì)的改變，以及加入外來原子，例如用于表面硬化。
例如在DE 198 14 760 A1中記載了一種用于在矩形射束橫截面的情況下對固體表面進行離子束加工的方法。其中，離子束源以位于工件表面中的預定起始角，以速度變化的平移，根據(jù)位置、離子束參數(shù)和材料性質(zhì)，以確定的固定或可變距離，計算機控制地被控制在工件上。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的任務在于，提供一種開始所述類型的對表面進行離子束加工的方法，借助于它實現(xiàn)高效率，并且技術花費小。此外，本發(fā)明的任務還在于提供用于實施權(quán)利要求2的方法的設備。
本發(fā)明通過權(quán)利要求1中給出的特征實現(xiàn)對于方法的任務。對于設備，通過權(quán)利要求6中所給出的特征實現(xiàn)該任務。本發(fā)明的有利改進方案在相應的從屬權(quán)利要求中表示，并且在后面結(jié)合本發(fā)明的優(yōu)選實施方式的描述-包括附圖-詳細地被闡述。
本發(fā)明的核心在于離子束的新型使用，方式是借助于射束特性的改變和/或通過離子束的脈動(Pulsung)，根據(jù)表面的已知性質(zhì)圖案和表面的待制造的新工藝定義的性質(zhì)圖案，根據(jù)處理過程調(diào)節(jié)基片表面上工藝要求的離子束作用。其中，基片表面上離子束的當前幾何作用圖案分別被適配于表面的當前已知性質(zhì)圖案。然后，通過時間上被控制的射束特性來確定通過離子束的、限定表面區(qū)域的性質(zhì)改變。
根據(jù)本發(fā)明，離子束源-并因此離子束-可相對于待加工的基片表面被固定或者在對應于權(quán)利要求2的改進方案中也可運動。
根據(jù)現(xiàn)有技術，已知用于檢測基片表面的性質(zhì)圖案、并且在現(xiàn)場檢測離子束的當前作用圖案以在處理流程期間改變離子束特性的適當方法和設備。
尤其對于加工較大基片或基片布置，有利的是，對應于權(quán)利要求3，組合設置至少兩個單個離子束源，使得單個離子束共同地形成根據(jù)本發(fā)明的離子束的幾何作用圖案。
根據(jù)權(quán)利要求3，離子束或單個離子束也可以同時或時間交錯地被脈動。其中，脈沖頻率、脈沖高度以及脈寬可對應于技術情況自由地被編程。
對于特定任務，根據(jù)權(quán)利要求4，待加工的基片表面的面法線和入射到表面上的離子束的軸線之間的角度也可被改變。
對于定義的可再現(xiàn)的離子束加工，根據(jù)離子束源的確定控制參數(shù)以及射束特性的時間上的穩(wěn)定性而確定射束特性的認識。
為了在處理流程之前和/或期間檢測基片表面上的離子束，有利的是，對應于權(quán)利要求5，在待加工的基片表面的面中設置離子探針陣列，借助于它來測量離子束的幾何作用。
由此，在每個時刻可確定瞬間射束特性，并且因此，當必要時，在要求的范圍中校正瞬間射束特性。其中，也可能自動地調(diào)節(jié)以便校正射束特性或者輔助計算基片的處理條件以便實現(xiàn)目標圖案。
為了根據(jù)本發(fā)明的一種方法實施基片表面的離子束加工，其中在該方法中，基片和離子束源相互移動，給出了根據(jù)權(quán)利要求6的裝置。該裝置被設置在真空室內(nèi)，并且包含基片支架，用于夾持至少一個基片，其中基片支架可在Y軸和X軸上運動。離子束源被這樣固定在真空室的壁中，使得離子束源的離子束的軸線垂直于基片的待加工表面地位于Z軸上或者可以被設置在向Z軸傾斜的軸線上。離子束源與基片的待加工表面的距離可以是固定的或可改變的。
在裝置的一個改進方案中，離子束源包括至少兩個單個離子束源，其各個離子束在基片的表面上形成離子束的共同的、當前幾何作用圖案。
借助根據(jù)本發(fā)明的方法以及相應的裝置，可以相對于現(xiàn)有技術實現(xiàn)明顯的優(yōu)點。在大量特別是較小基片或者基片布置中，根本不需要花費很大的運動設備或者光闌。如果在工藝條件上需要基片和離子束源之間的運動，則通常以下就足夠了，即規(guī)定均勻的運動，它同樣可以比速度變化的平移運動明顯更簡單地實現(xiàn)。
基片和離子束源相互的布置也可光柵地實現(xiàn)。這與離子束的脈動結(jié)合也可以是非常有利的，例如如果在連續(xù)處理中應該加工大量基片。
如果例如在射束特性在時間上穩(wěn)定的情況下，離子束在一個時間上變化的時間光柵中借助于電控制參數(shù)被接通和斷開，則在同時的均勻基片運動情況下，可以實現(xiàn)取決于離子束的局部有效作用持續(xù)時間的表面加工。即使在在均勻基片運動期間離子束源具有時間上變化的射束特性的情況下，離子束也可以在時間上變化的時間光柵z中并且被斷開。與改變的射束特性和離子束源的調(diào)整參數(shù)的脈動同時地，產(chǎn)生離子束中和的可能性。其中，在離子束閉鎖期間執(zhí)行電子提取。
以這樣的方法實現(xiàn)，即使在不同基片材料的情況下，也可實現(xiàn)特別靈活的離子束加工，例如如果在基片表面內(nèi)應該產(chǎn)生大小差別很大的不同性質(zhì)區(qū)域。通過時間上變化的射束特性，加工精度以及加工速度也可以有利地適配于要實現(xiàn)的局部性質(zhì)圖案。


下面在實施例中詳細闡述本發(fā)明。
附圖在圖1a和1b中示出了具有涂層的基片，其中圖1a示出了離子束加工前的涂層，而圖1b示出了離子束加工后的涂層。圖2示出了用于根據(jù)圖1a和1b對基片進行離子束加工的裝置。
具體實施例方式
實施例I從基片8出發(fā)，其中基片8包括基體17，在基體17上對應于圖1a存在具有表面15的層18，表面15應該以根據(jù)本發(fā)明的方法和根據(jù)附圖2的根據(jù)本發(fā)明的設備被這樣加工，使得產(chǎn)生對應于圖1b的、新層19的被平滑的表面16。
對應于附圖2的根據(jù)本發(fā)明的裝置主要包括未示出的真空室內(nèi)的基片支架以及離子束源1，其中離子束源1借助于真空法蘭被固定在真空室的壁上，使得所需要的控制件盡可能位于真空室外。
基片支架包括裝配板2，在裝配板2上固定具有Y軸線4的導軌3；基片支架還包括在導軌3上在Y軸線4上可移動的具有X軸線6的導軌5以及基片夾具7，其中基片夾具7可在X軸線6上移動并且可繞其自己的中心軸線(Z軸線11)旋轉(zhuǎn)。在基片夾具7上夾持基片8。
在基片8的面中，在基片夾具7上設置離子探針陣列9，其中離子探針陣列包括兩列離子探針，其中每列8個離子探針，并且離子探針陣列通過基片夾具7而被移動。離子探針陣列9使得在不中斷真空的情況下能夠快速并可靠地根據(jù)離子束源1的控制參數(shù)控制和測量射束特性。
離子束源1以已知方式由用于產(chǎn)生具有定義的幾何射束特性的離子束的必需電元件組成，其中離子束在離子出孔10處離開離子束源1。為了在Z軸線11上移動離子束源1，Z軸線11在真空室外部具有帶有相應傳動的電動機12。相應的控制單元在附圖中沒有被示出。
通過根據(jù)圖2的裝置，基片8可相對于離子束源1以任意方式被編程地移動。
離子束源1的所有重要柵極電壓也可以對應于技術可能性地被脈動化。由此，不僅離子束加工期間整個時間上閉鎖離子束源是可能的，而且時間上被調(diào)節(jié)的變化也是可能的，其中周期延續(xù)時間以及脈寬在寬的范圍中可自由地改變。
真空泵系統(tǒng)、氣源、包括用于反應氣體的，以及用于單個部件或基片8的退火或者冷卻的裝置完備了該裝置。
接下來應該詳細描述應用中的裝置。根據(jù)附圖1a的層18的表面15應該對應于預定的工藝參數(shù)被平整，以便構(gòu)造對應于附圖1b的、在新的層19上的表面16。
基片8的基體17在本例中涉及硅晶片，并且存在鋁層作為層18?；?的直徑為150mm。所涂覆的鋁層的平均層厚均勻性在平均層厚大約500nm時為大約+/-10％。表面的原始粗糙度13(圖1a)應該被減小到定義的粗糙度14(圖1b)。
其中，局部層厚輪廓首先借助于表面電阻測量被確定，并且被存儲在測量矩陣中。其中，測量矩陣的柵格為2×2mm。
基片8被定義并且對準基片夾具7地被固定，由此將測量矩陣的每個測量點直接分配給X軸線6和Y軸線4(坐標)。
離子束源1的離子出孔10具有40mm的直徑。離子出孔10和基片8的表面15之間的距離為大約85mm。
在真空室抽成真空并且離子束源1達到準備運轉(zhuǎn)狀態(tài)之后，基片夾具7上的離子探針陣列9被移動到離子束中，并且離子束的射束特性被測量，并且必要時，對應于工藝要求再調(diào)節(jié)離子束的射束特性。其中，射束特性例如這樣地被調(diào)節(jié)，使得在離子能量為大約800eV時，實現(xiàn)半值寬度為12mm的離子流密度的高斯分布以及大約2.5mA/cm2的離子流密度的最大值。
為了在表面15上產(chǎn)生局部需要的離子束去除率，借助于計算程序，將具有500Hz至20kHz之間的脈沖頻率和0.2至0.98之間的脈寬比的值的控制矩陣存儲在控制單元中。此外，對于加工精度必需的均勻處理速度和行距離被輸入到控制矩陣中。
在表面加工期間，現(xiàn)在，通過時間矩陣根據(jù)相應的處理速度使離子束完全閉鎖或者脈動。通過這種方式，在處理流程中，在基片8的處理時間為大約10分鐘情況下，實現(xiàn)均勻性小于+/-1％的表面16(圖1b)的平滑化。
其中，典型的是，調(diào)整偏差小于+/-5nm的表面16的目標輪廓。通過高效計算程序以及離子束的定義的射束特性的優(yōu)化，離子束加工的精度可以再進一步顯著地被提高或者加工時間被再進一步被減小。
本發(fā)明可基于權(quán)利要求以特別廣泛的方式被改變。因此，自然可能的是，對應于從屬權(quán)利要求3和7，離子束被適配于相應的基片布置，例如也可以利用相對較寬的、用于連續(xù)設備的離子束來進行離子束加工。
權(quán)利要求
1.用于基片表面的離子束加工方法，其中，所述基片相對于由離子束源所產(chǎn)生的離子束被定位，并且通過所述離子束這樣部分地加工所述基片的表面的已知性質(zhì)圖案，以便形成新的工藝定義的性質(zhì)圖案，其特征在于，根據(jù)所述已知性質(zhì)圖案和新的工藝定義的性質(zhì)圖案、以及根據(jù)處理過程，通過改變射束特性和/或通過離子束的脈動來調(diào)節(jié)所述離子束在所述基片(8)的表面(15)上的當前幾何作用圖案。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的離子束加工方法，其特征在于，所述基片(8)和所述離子束源(1)相對旋轉(zhuǎn)和/或均勻地或不均勻地直線地、圓形地或在工藝預定方向上被移動。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的離子束加工方法，其特征在于，所述離子束由至少兩個單個離子束構(gòu)成，它們的射束特性同步地或者彼此不相關地被控制和/或同時或時間上錯開地被脈動。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3之一的離子束加工方法，其特征在于，所述基片的待加工表面的面法線和入射到所述表面上的離子束的軸線之間的角度被改變。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4之一的離子束加工方法，其特征在于，在處理流程之前和/或期間，借助于離子探針陣列(9)測量離子束在基片(8)的表面(15)上的當前幾何作用圖案，其中所述離子探針陣列被設置在基片(8)的待加工表面(15)的平面中。
6.用于根據(jù)權(quán)利要求2至5的方法對基片的表面進行離子束加工的裝置，其特征在于，在真空室內(nèi)設置基片支架，用于夾持至少一個基片(8)，其中所述基片支架可在Y軸(4)和X軸(6)上運動，并且離子束源(1)被這樣固定在所述真空室的壁中，使得所述離子束源(1)的離子束的軸線垂直于所述基片(8)的待加工表面(15)地位于Z軸(11)中或者可被設置在向Z軸傾斜的軸線上，其中所述離子束源(1)與所述基片(8)的待加工表面(15)的距離可以是固定的或可改變的。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的裝置，其特征在于，所述離子束源由至少兩個單個離子束源構(gòu)成，它們的單個離子束在基片表面上形成離子束的共同的當前幾何作用圖案。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于表面離子束加工的方法和裝置，其中該基片被定位在離子束對面，并且形成新的工藝上定義的性質(zhì)圖案。按照本發(fā)明，該離子束在該基片(8)表面(15)上的、當前的幾何結(jié)構(gòu)的作用圖案根據(jù)已知的性質(zhì)圖案和新的工藝上被定義的性質(zhì)圖案以及根據(jù)處理過程通過射束特性的改變和/或通過射束的脈動被調(diào)節(jié)。該裝置包括基片載體用于夾持至少一個基片(8)，該基片可在Y軸(4)和X軸(6)上運動，并且離子束源(1)被這樣固定在該真空室的壁中，使得離子束源(1)的離子束的軸線可垂直于基片(8)的待加工的表面(15)地位于Z軸(11)上或者可被設置在向Z軸傾斜的軸線上。離子束源(1)到基片(8)的待加工的表面(15)的距離可被固定或可改變。
文檔編號H01J37/317GK1886818SQ200480035595
公開日2006年12月27日 申請日期2004年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月31日
發(fā)明者喬奇姆·麥, 迪特馬·羅斯, 波恩德·勞, 卡爾-亨茲·迪特里奇 申請人:德國羅特·勞股份有限公司