НАНОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС НА ОСНОВЕ ИОННЫХ И ЗОНДОВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
NANOTECHNOLOGICAL COMPLEX BASED ON IONIC AND PROBE TECHNOLOGIES

Изобретение относится к нанотехнологическому оборудованию и предназначено для замкнутого цикла производства новых изделий наноэлектроники.
Известен нанотехнологический комплекс, включающий вакуумную камеру с методиками молекулярно-лучевой эпитаксии, ионной имплантации и измерения [1].
Этот комплекс представляет собой лабораторную установку, не предназначенную для массового выпуска изделий наноэлектроники. Взаимовлияние методик резко ограничивает ее функциональные возможности.
Известен также нанотехнологический комплекс, содержащий модули молекулярно-лучевой эпитаксии, ионной имплантации и измерения, линейно расположенные друг относительно друга [2].
Данная конфигурация модуля жестко привязана к определенной последовательности операций, что ограничивает его функциональные возможности.
Известен также сверхвысоковакуумный эпитаксиально-литографический комплекс, включающий камеру загрузки, модуль молекулярно-лучевой эпитаксии, модуль ионной имплантации, транспортную систему с захватом носителей подложек и средства откачки [3].
Этот комплекс, как и предыдущий, имеет жесткую конфигурацию. Кроме этого он не имеет возможности наращивания методик. Это ограничивает его функциональные возможности из-за отсутствия варьирования технологическими маршрутами.
Известен также нанотехнологический комплекс на основе эпитаксиальных и ионных технологий, включающий распределительную камеру со средствами откачки, в которой расположен центральный робот распределитель с возможностью осевого вращения, содержащий захват носителей подложек, при этом распределительная камера содержит фланцы, которыми она соединена с камерой загрузки, модулем молекулярно-лучевой эпитаксии и модулем ионной имплантации, причем захват носителей подложек имеет возможность взаимодействия с камерой загрузки, модулем молекулярно-лучевой эпитаксии и модулем ионной имплантации [4].
Недостатки этого комплекса заключаются в ограниченном числе методик, что сужает его функциональные возможности.
Данный комплекс выбран в качестве прототипа предложенного решения.
Технический результат изобретения заключается в расширении функциональных возможностей комплекса.
Указанный технический результат достигается тем, что в нанотехнологический комплекс на основе ионных технологий, включающий распределительную камеру со средствами откачки, в которой расположен центральный робот распределитель с возможностью осевого вращения, содержащий захват носителей подложек, при этом распределительная камера содержит фланцы, которыми она соединена с камерой загрузки и модулем ионной имплантации, причем захват носителей подложек имеет возможность взаимодействия с камерой загрузки и модулем ионной имплантации, введен измерительный модуль, включающий сканирующий зондовый микроскоп (СЗМ) и модуль ионных пучков с системой газовых инжекторов, при этом они соединены с фланцами распределительной камеры и имеют возможность взаимодействия с захватом носителей подложек.
Существует вариант, в котором в устройство введен модуль переворота, при этом он соединен с фланцем распределительной камеры и имеет возможность взаимодействия с захватом носителей подложек.
Существует также вариант, в котором в устройство введен модуль локального воздействия с блоком локального воздействия, выполненным в виде блока ионной модификации или сканирующего зондового микроскопа с системой газовых инжекторов, при этом они соединены с фланцами распределительной камеры и имеют возможность взаимодействия с захватом носителей подложек.
Нанотехнологический комплекс на основе ионных и зондовых технологий (фиг.1) содержит распределительную камеру 1 с центральным роботом распределителем 2, содержащим захват 3 носителей подложек 4, и фланцами 5.
В одном из вариантов исполнения распределительная камера 1 через фланцы 5 состыкована с камерой загрузки 6, с модулем ионных пучков с системой газовых инжекторов 7, включающим первый технологический блок 8 и газовый блок 9, с модулем ионной имплантации 10, включающим второй технологический блок 11, и с модулем переворота подложек 12. В общем виде ионные технологические блоки описаны в [5]. Распределительная камера 1, камера загрузки 6, модуль ионных пучков 7, модуль ионной имплантации 10 и модуль переворота подложек 12 соединены со средствами откачки и установлены на каркасах (не показаны). Между модулями 6, 7, 10, 12 и распределительной камерой 1 установлены вакуумные затворы 13.
Следует заметить, что фланцы 5 могут быть расположены попарно друг напротив друга. Может быть и другое расположение фланцев 5 (не показано). Этих фланцев может быть также больше, чем указано на фиг.1.
Принципиально отличительным от прототипа модулем является измерительный модуль 16. В качестве измерительного модуля 16 используют модуль, содержащий сканирующий зондовый микроскоп 17, а также, например, сканирующий электронный микроскоп (СЭМ) 18, датчик вторичных электродов 19 и оптический микроскоп 20. Модуль 16 может включать и камеру сменных зондов (не показана). Модуль 16 должен быть снабжен средствами откачки (не показаны).
В модулях 7, 10 и 16 может быть расположен двух- или трехкоординатный стол 21 для размещения на нем подложек. В модулях 7 и 9 стол 21 не показан. Модули 7, 9 и 16 могут быть установлены на системах активной виброзащиты (не показано).
Подробно СЗМ с системой виброзащиты и камерой сменных зондов описаны в [6, 7, 8, 9, 10, 11, 12].
Возможен вариант, в котором нанотехнологический комплекс снабжен модулем локального воздействия 25 с блоком локального воздействия 26. В качестве этого блока может использоваться блок ионной модификации (резки) или сканирующий зондовый микроскоп с системой газовых инжекторов. Модуль 25 может быть установлен на системе активной виброзащиты и содержать двух- или трехкоординатный стол (не показаны).
Следует заметить, что комплекс может содержать дополнительные фланцы 5 (не показаны), к которым может быть подсоединено дополнительное оборудование. Расположение модулей 6, 7, 10, 12, 16 и 25 относительно друг друга может быть иным, чем на фиг.1. Все модули могут содержать вакуумные манипуляторы (не показаны).
Камера загрузки 6 может содержать фланец быстрой загрузки и кассету для хранения подложек.
В модуле ионных пучков с системой газовых инжекторов 7 в качестве первого технологического блока 8 может использоваться ионная колонна Canton 31 plus [13] с разрешением не хуже 10 нм. В качестве газового блока 9 можно использовать Gas Injection System V4/0 with 5 reservoirs [13], формирующий потоки Н20, XeF2, фенантрена, W(CO)6, соединений платины, R2SiO. Кроме этого блок 8 может состоять из ионной колонны Canion 31 plus, сканирующего электронного микроскопа ECLIPSE [13] с разрешением не хуже 15 нм и системой вторичной ионной масс-спектрометрии (ВИМС) EQS300 [14].
В модуле ионной имплантации 10 в качестве второго технологического блока 11 может использоваться ионная колонна Canion 31 XU [13] с разрешением не хуже 15 нм. Колонна содержит фильтр Вина, который позволяет выделять ионы нужного типа из смешанного источника колонны. Кроме этого блок 11 может состоять из ионной колонны Canion 31 XU, сканирующего электронного микроскопа ECLIPSE [13] с разрешением не хуже 15 нм и системой вторичной ионной масс-спектрометрии (ВИМС) EQS300 [14].
Модуль переворота 12 может содержать манипулятор, имеющего возможность захвата носителя подложки и его вращения.
В измерительном модуле 16 в качестве СЭМ 18 может использоваться микроскоп ECLIPSE [13].
При использовании в качестве блока 26 СЗМ с системой газовых инжекторов в качестве сканирующего зондового микроскопа используют СЗМ из модуля 16, а в качестве газового блока блок из модуля 7.
При использовании в качестве блока 26 блока ионной модификации (резки) он может содержать колонну Canion 31 plus, колонну ECLIPSE и ВИМС EQS3000.
Нанотехнологический комплекс работает следующим образом.
Подложки закрепляют в носителях 4 и устанавливают, например, в кассету (не показана), расположенную в камере загрузки 6. После этого камеру загрузки 6 закрывают и манипулятором перемещают кассету в положение, обеспечивающее сопряжение носителя 4 с захватом 3 робота распределения 2. Далее производят откачку камеры загрузки 6, открытие затвора 13 и подачу захвата 3 робота 2 в камеру 6.
Процесс состыковки захвата 3 с носителем 4 контролируют через оптически прозрачное окно в камере 6, после чего переносят носитель 4 в распределительную камеру 1, закрывают затвор 13 и поворачивают робот 2 в требуемом направлении.
Следует заметить, что последовательность операций может быть несколько иной. Например, перемещение кассеты в камере загрузки 6 может быть осуществлено после ее откачки и т.п. Подробно выполнение роботов, кассет, механизмов перемещений, носителей подложек и процессы их захвата см. в [6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 15].
Дальнейшая последовательность операций зависит от технологического маршрута изготовления продукции.
Для согласования расположения поверхностей подложек в различных модулях можно осуществлять переворот подложек в модуле 12.
Вариант создания новых изделий может заключаться в формировании в модуле 10 каталитических зон, например, никеля на подложке при помощи локального ионного разложения металлоорганики. После этого в модуле 7 в определенных местах на подложке можно формировать нанотрубки (см., например, [16,17]).
Используя координатно-связанные зоны нанотрубок, можно изготавливать нанотранзисторы, экраны мониторов, радиаторы с высокой теплоотдачей и т.д.
Помимо описанных технологических операций в модуле 7 может осуществляться газофазное химическое осаждение и газовое травление подложек, инициированное ионным пучком. При этом размеры модифицированных зон могут соответствовать размерам сфокусированных ионных пучков.
Помимо описанного, в модуле 10 может осуществлять локальная имплантация ионов: AuSi, AuGe, CoNd, CoGe, ErNi, NiB, BPt и др. Это осуществляется выделением нужного типа ионов фильтром Вина.
В модуле 7 под воздействием ионного луча может происходить локальное травление углерода при наличии паров воды:*" локальное травление Si, SiO2, Si3N4, а также осаждение углерода, вольфрама, платины и диэлектриков.
В измерительном модуле 16 может происходить аттестация сформированных структур, а также их модификация посредством СЗМ 17 с одновременным наблюдением этого процесса сканирующим электронным микроскопом 18. Первичная установка подложек может контролироваться оптическим микроскопом 20.
Блок 26, выполненный в виде блока ионной модификации, может осуществлять прямую резку материалов для изготовления наноэлектромеханических систем. Блок 26, выполненный в виде СЗМ с системой газовых инжекторов, позволяет формировать наноэлементы под зондом при подачи газовой смеси в зону его взаимодействия с подложкой.
Помимо указанного, с использованием этого комплекса можно изготавливать интегральные схемы наноэлектроники на кристаллах алмаза, квантовые приборы на основе эффекта Джозефсона на самоорганизованных периодических структурах и т.п.
Введение в нанотехнологический комплекс измерительного модуля, включающего сканирующий зондовый микроскоп, и модуля ионных пучков с системой газовых инжекторов, а также модуля переворота и модуля локального воздействия, которые при этом соединены с фланцами распределительной камеры и имеют возможность взаимодействия с захватом носителей подложек, расширяет функциональные возможности комплекса.
ЛИТЕРАТУРА
1. Патент JP 5203406, G01B 7/34, 1993 г.
2. Патент RU 2308782, H01J 37/26, 2006 г.
3. Сверхвысоковакуумный эпитаксиально - литографический комплекс. В.Д. Белов и др. Третий всесоюзный семинар «Микролитография», Черноголовка, 1990 г., с.131 - 132.
4. Патент RU 2390070, H01L 21/20, 2010.
5. О.С.Моряков. «Элионная обработка». - М.: Высшая школа, 125 с., 1990 г.
6. Information ofOmicron. Multi - mode UHV Scanning Probe Microscope, p.1,2.
7. Патент RU 2158454, H01J 37/26, 2000 г.
8. Патент ЕР 0899561, G01N 27/00,1999 г.
9. Виброзащитный стол MOD-1. Каталог фирмы Halsyonics.
10. Information of Park Scientific Instr. Auto Probe UHV. Scanning probe
Microscope, 1994. 11.3ондовая микроскопия для биологии и медицины. В.А.Быков и др.,
Сенсорные системы, т.12, №1, с.99 - 121, 1998 г.
12. Сканирующая туннельная и атомносиловая микроскопия в электрохимии поверхности. Данилов А.И. Успехи химии, 64 (8), 1995 г., с.818-833.
13. Каталог фирмы Orsay Physics.
14. Каталог фирмы Hiden Analitical Ltd.
15. Патент RU2163343, H01J 37/28. 2000 г.
16. Углеродные нанотрубки обогнали лучшие прототипы кремниевых транзисторов, http://itnens.com.na.
17. И.В. Золотухин, Углеродные нанотрубки., 1999 г., www.pereplet.ru.