Способ изготовления ступенчатого высотного калибровочного эталона и ступенчатый высотный калибровочный эталон
METHOD OF MANUFACTURING OF A STEP ALTITUDE CALIBRATION STANDARD AND A STEP ALTITUDE CALIBRATION STANDARD

Технические решения относятся к измерительной технике для проведения исследований профилей топографических особенностей поверхности, в частности, для измерений высоты ступенчатых особенностей на гладких поверхностях посредством механических, или электронных, или оптических измеряющих профиль инструментов и может быть использовано для усовершенствования работы инструментов, измеряющих высоту рельефа поверхности, в качестве высотного калибровочного эталона, а также может быть использовано в целях сертификации высотных мер.
Известен способ изготовления ступенчатого высотного калибровочного эталона (описание к патенту РФ №2371674 на изобретение, МПК: G01B 7/34), включающий проведение термоэлектрического отжига подложки твердотельного материала, характеризующейся определенной кристаллографической ориентацией рабочей поверхности, в результате которого формируют области на поверхности подложки с высокой плотностью ступеней и равномерно распределенные по поверхности одиночные калибровочные ступени, разделенные опорными поверхностями субангстремной шероховатости (террасами). Перед отжигом подготавливают подложку твердотельного, полупроводникового, материала с вицинальной поверхностью, характеризуемой наличием верхней террасы, наиболее удаленной относительно нерабочей поверхности подложки, и нижней террасы, наименее удаленной относительно нерабочей поверхности подложки. Затем подложку для отжига помещают в вакуум с уровнем, обеспечивающим выход атомов материала подложки в вакуум при термоэлектрическом отжиге. Для осуществления отжига через подложку пропускают постоянный электрический ток величиной, вызывающей резистивный нагрев материала подложки до температуры активируемой сублимации атомов верхнего атомного слоя с передвижением по поверхности моноатомных ступеней, пропуская ток параллельно вицинальной поверхности между верхней и нижней террасами, в направлении от нижней террасы к верхней или в сочетании, сначала в направлении от верхней террасы к нижней, а затем от нижней террасы к верхней, в течение промежутка времени, обеспечивающего формирование области на поверхности подложки с высокой плотностью ступеней и обеспечивающего появление равномерно распределенных по поверхности одиночных ступеней, разделенных позволяющими воспроизводимо с высокой точностью измерять высоты рельефа поверхности террасами.
Для изготавливаемого эталона приведенным способом характерно малое расстояние (3±2 мкм) между калибровочными ступенями и, соответственно, малый размер по ширине опорных поверхностей (террас) между ступенями, что препятствует их применению для калибровки приборов оптической профилометрии. Кроме того, способ позволяет формировать калибровочные ступени с калибровочной высотой только 0,31 нм, что также ограничивает применение эталона.
В качестве ближайшего аналога выбран способ изготовления ступенчатого высотного калибровочного эталона (описание к патенту РФ №2540000 на изобретение, МПК: G01B 7/00), включающий проведение термоэлектрического отжига подложки твердотельного материала, характеризующейся определенной кристаллографической ориентацией рабочей поверхности, пропусканием через подложку электрического тока величиной, вызывающей резистивный нагрев материала подложки до температуры активируемой сублимации атомов верхнего атомного слоя, и осуществление подачи потока осаждаемого на поверхность материала подложки, в вакууме с уровнем, обеспечивающим выход атомов материала подложки в вакуум при термоэлектрическом отжиге. Причем подложку подготавливают с вицинальной рабочей поверхностью, характеризуемой наличием верхней террасы, наиболее удаленной относительно нерабочей поверхности пластины, и нижней террасы, наименее удаленной относительно нерабочей поверхности пластины, а также непрерывным положительным градиентом высот от нижней до верхней террас. Затем подложку помещают в вакуум с уровнем, обеспечивающим выход атомов материала подложки в вакуум при термоэлектрическом отжиге и проводят термоэлектрический отжиг. При отжиге сначала через подложку пропускают постоянный электрический ток величиной, вызывающей резистивный нагрев материала подложки до температуры активируемой сублимации атомов верхнего атомного слоя с передвижением по поверхности моноатомных ступеней, пропуская ток параллельно вицинальной поверхности между верхней и нижней террасами, в направлении от нижней террасы к верхней или в направлении от верхней террасы к нижней. Отжиг осуществляют в течение промежутка времени, достаточного для формирования областей на поверхности подложки с высокой плотностью моноатомных ступеней и обеспечивающего появление равномерно распределенных по поверхности одиночных моноатомных ступеней, разделенных предназначенными для выполнения функции опорных поверхностей террасами субангстремной шероховатости, которые сформированы с возможностью проведения измерений высоты рельефа поверхности, а также достаточного для появления на одиночных моноатомных ступенях участков с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот. Затем, после появления на одиночных моноатомных ступенях участков с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот, термоэлектрический отжиг продолжают, при этом направляют на нагреваемую электрическим током поверхность поток атомов того же сорта, что и материал подложки, сопоставимый или равный потоку атомов, убывающих с поверхности в процессе сублимации. Воздействие потоком осуществляют в течение промежутка времени, обеспечивающего формирование скоплений из участков одиночных моноатомных ступеней с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот, содержащих точно подсчитываемое количество близко расположенных моноатомных ступеней с противоположным относительно начального, отрицательным, градиентом высот, чем обеспечивают формирование калибровочных ступеней калибровочной высоты, по обе стороны от которых сформированы террасы, являющиеся опорными поверхностями субангстремной шероховатости.
Для изготавливаемого эталона приведенным способом характерно малое расстояние (5±4 мкм) между калибровочными ступенями и, соответственно, малый размер по ширине опорных поверхностей (террас), что препятствует их применению для калибровки приборов оптической профилометрии. Кроме того, это затрудняет калибровку в отношении атомно-силового микроскопа, снижая ее точность. Сама же калибровочная ступень довольно широка, без резкого перепада высоты (террасы, разделяющие моноатомные ступени в их скоплении, образующем калибровочную ступень, составляют 20±5 нм и более), что также является негативным фактором.
Приведенными способами не решается техническая проблема использования изготавливаемых эталонов в целях оптической профилометрии, а также проведения точной калибровки в отношении атомно-силовых микроскопов.
К недостаткам приведенных способов относится следующее. Операции способов не обеспечивают формирование широких, подходящих для оптической профилометрии, определяемых в оптический микроскоп, опорных поверхностей субангстремной шероховатости, разделенных узкими моноатомными ступенями, образующими достаточно узкую калибровочную ступень с возможностью задания требуемой ее высоты, с относительно резким перепадом высоты (калибровочная высота) между широкими опорными поверхностями, причем с определением точного позиционирования оптическим микроскопом. В результате при использовании эталонов, изготавливаемых указанными способами, отсутствует возможность точной калибровки оптических профилометров, достижение предельной воспроизводимости и точности измерений высот особенностей рельефа методами оптической профилометрии. Кроме того, по этим же причинам использование эталонов трудоемко при калибровке атомно-силового микроскопа и не обеспечивает ее высокой точности.
Известен ступенчатый высотный калибровочный эталон (описание к патенту РФ №2371674 на изобретение, МПК: G01B 7/34), содержащий подложку твердотельного материала, характеризующуюся определенной кристаллографической ориентацией рабочей поверхности, рабочая поверхность подложки снабжена областями с высокой плотностью ступеней и опорными поверхностями субангстремной шероховатости, расположенными друг относительно друга с возможностью получения между областями с высокой плотностью моноатомных ступеней равномерно распределенных по поверхности калибровочных ступеней калибровочной высоты, являющихся одиночными моноатомными ступенями. В качестве подложки использована подложка с вицинальной поверхностью, характеризуемой наличием верхней террасы, наиболее удаленной относительно нерабочей поверхности подложки, и нижней террасы, наименее удаленной относительно нерабочей поверхности подложки, в частности, кремния с вицинальной поверхностью (111) с углом разориентации, равным от 0°0'20'' до 5°, включительно. Опорные поверхности субангстремной шероховатости, расположенные друг относительно друга с образованием калибровочной ступени калибровочной высоты 0,31 нм (калибровочный эталон стандарта), выполнены размерами по ширине 3±2 мкм.
В качестве ближайшего аналога выбран ступенчатый высотный калибровочный эталон (описание к патенту РФ №2540000 на изобретение, МПК: G01B 7/00), содержащий подложку твердотельного материала, характеризующуюся определенной кристаллографической ориентацией рабочей поверхности, с вицинальной поверхностью, характеризуемой наличием верхней террасы, наиболее удаленной относительно нерабочей поверхности подложки, и нижней террасы, наименее удаленной относительно нерабочей поверхности подложки, а также непрерывным положительным градиентом высот от нижней до верхней террас, в направлении которого рабочая поверхность подложки снабжена равномерно распределенными по поверхности парами опорных поверхностей субангстремной шероховатости, причем в паре опорные атомно-гладкие поверхности расположены друг относительно друга с образованием калибровочной ступени калибровочной высоты в составе скопления моноатомных ступеней (антиэшелона), характеризующегося противоположным относительно указанного, отрицательным, градиентом высот, а между равномерно распределенными по поверхности парами опорных поверхностей субангстремной шероховатости сформированы области скопления моноатомных ступеней (эшелоны), характеризующиеся положительным градиентом высот. В качестве подложки использована подложка кремния с вицинальной поверхностью (111) с углом разориентации, равным от 0°0'20'' до 5°, включительно. Калибровочная ступень в составе скопления моноатомных ступеней (антиэшелона) выполнена в составе скопления с n>1 моноатомных ступеней, которые отделены террасами шириной более 20±5 нм. Опорные поверхности субангстремной шероховатости, расположенные друг относительно друга с образованием калибровочной ступени калибровочной высоты (калибровочная мера), выполнены размерами по ширине достаточными для стандартного диаметра закругления зонда для атомно-силовой микроскопии и профилометрии, а именно 5±4 мкм.
Приведенными эталонами не решается техническая проблема использования их в целях оптической профилометрии, а также проведения калибровки в отношении атомно-силовых микроскопов.
К недостаткам эталонов относится следующее. Отсутствие широких, подходящих для оптической профилометрии, опорных поверхностей субангстремной шероховатости, разделенных узкими моноатомными ступенями, образующими достаточно узкую калибровочную ступень и относительной резкий перепад высоты (калибровочная высота) между широкими опорными поверхностями, причем с определением их точного позиционирования оптическим микроскопом. При этом отсутствует средство точного определения калибровочной высоты в конструкции эталона. В связи с этим при использовании указанных эталонов невозможно осуществление точной калибровки оптических профилометров, достижение предельной воспроизводимости и точности измерений высот особенностей рельефа методами оптической профилометрии. Кроме того, по этим же причинам использование эталонов трудоемко при калибровке атомно-силового микроскопа и не обеспечивает ее высокой точности.
Группа предлагаемых технических решений обеспечивает устранение существующей технической проблемы, а именно невозможности использования изготавливаемых калибровочных эталонов в целях оптической профилометрии, а также снимает ограничения при выполнении калибровки в отношении атомно-силовых микроскопов.
Техническим результатом является:
- увеличение ширины опорных поверхностей субангстремной шероховатости;
- достижение снижения ширины калибровочной ступени из счетного количества моноатомных ступеней с узкими террасами между опорными поверхностями субангстремной шероховатости, обеспечение точного подсчета их, достижение более резкого перепада высоты (калибровочная высота) между опорными поверхностями субангстремной шероховатости;
- достижение возможности строгого задания местоположения калибровочной ступени и возможности определения ее оптическим микроскопом;
- достижение точной калибровки оптических профилометров;
- достижение предельной воспроизводимости и точности измерений высот особенностей рельефа методами оптической профилометрии;
- достижение облегчения калибровки и повышение ее точности в отношении атомно-силового микроскопа.
Технический результат достигается способом изготовления ступенчатого высотного калибровочного эталона, включающим проведение термоэлектрического отжига подложки твердотельного материала, характеризующейся определенной ориентацией кристаллографической плоскости рабочей поверхности, пропусканием через подложку электрического тока величиной, вызывающей резистивный нагрев материала подложки до температуры активируемой сублимации атомов верхнего атомного слоя, и осуществление подачи потока осаждаемого на поверхность материала подложки, в вакууме с уровнем, обеспечивающим выход атомов материала подложки в вакуум при термоэлектрическом отжиге, в способе перед проведением отжига на рабочей поверхности подложки формируют рельеф в составе характеризующегося геометрией и поперечным размером в кристаллографической плоскости рабочей поверхности или плоскости, параллельной ей, определяемыми в оптический микроскоп, углубления с дном, предназначенным для формирования одной опорной поверхности субангстремной шероховатости, с боковой частью, предназначенной для формирования калибровочной ступени и средства, обеспечивающего определение калибровочной высоты калибровочной ступени, из счетного количества моноатомных ступеней, и предназначенной для формирования другой опорной поверхности субангстремной шероховатости системы концентрических ступеней, расположенных вокруг углубления, или в составе двух характеризующихся геометрией и поперечными размерами в кристаллографической плоскости рабочей поверхности или плоскости, параллельной ей, определяемыми в оптический микроскоп, углублений меньшего и большего размера в поперечнике, из которых первое выполнено с дном, предназначенным для формирования одной опорной поверхности субангстремной шероховатости, с боковой частью, предназначенной для формирования калибровочной ступени и средства, обеспечивающего определение калибровочной высоты калибровочной ступени, из счетного количества моноатомных ступеней, а второе - с донной частью, выполняющей функцию плоской площадки, предназначенной для размещения в центральной его области углубления меньшего размера в поперечнике и формирования другой опорной поверхности субангстремной шероховатости, причем в упомянутых углублениях боковая часть расположена под углом ±45° относительно нормали к кристаллографической плоскости рабочей поверхности, при отжиге пропускают электрический ток с компонентой в направлении, которое параллельно кристаллографической плоскости рабочей поверхности, обеспечивая перемещение моноатомных ступеней в указанном направлении, сначала осуществляют фазу отжига, включающую формирование на боковой части углубления скопления высокой плотности моноатомных ступеней с узкими террасами, достигающими в предельном случае максимальной узости, затем осуществляют фазу отжига, приводящую к увеличению поперечника и уменьшению глубины углубления с дном, предназначенным для формирования одной опорной поверхности субангстремной шероховатости, с боковой частью, предназначенной для формирования калибровочной ступени и средства, обеспечивающего определение калибровочной высоты калибровочной ступени, из счетного количества моноатомных ступеней, сопровождающихся формированием опорных поверхностей субангстремной шероховатости на дне углубления и вокруг углубления с примыканием к его краю, и получением из скопления высокой плотности моноатомных ступеней калибровочной высоты, определяемой суммарной высотой моноатомных ступеней между указанными опорными поверхностями, в финале проводят фазу отжига с одновременным осаждением материала подложки на рабочую поверхность со скоростью, компенсирующей процесс сублимации атомов с поверхности подложки, обеспечивающую сохранение сформированных опорных поверхностей субангстремной шероховатости на дне углубления и вокруг углубления, локализацию на боковой части углубления калибровочной ступени калибровочной высоты из счетного количества высокой плотности моноатомных ступеней и получение средства, обеспечивающего определение калибровочной высоты калибровочной ступени, из того же счетного количества моноатомных ступеней, но меньшей плотности.
-8
В способе проведение термоэлектрического отжига подложки твердотельного материала, пропусканием через подложку электрического тока величиной, вызывающей резистивный нагрев материала подложки до температуры активируемой сублимации атомов верхнего атомного слоя, и осуществление подачи потока осаждаемого на поверхность материала подложки, в вакууме с уровнем, обеспечивающим выход атомов материала подложки в вакуум при термоэлектрическом отжиге, осуществляют при давлении остаточных газов не более 10 Па.
-3
-8
-3
6
3
2
6
3
2
2
2
2
2
2
6
3
2
2
3
3
3
3
2
2
2
2
2
3
3
3
3
2
6
3
2
6
3
2
2
2
2
2
2
6
3
2
2
3
3
3
3
2
2
2
2
2
3
3
3
3
2
В способе на рабочей поверхности подложки формируют рельеф в составе характеризующегося геометрией и поперечным размером в кристаллографической плоскости рабочей поверхности или плоскости, параллельной ей, определяемыми в оптический микроскоп, углубления с дном, предназначенным для формирования одной опорной поверхности субангстремной шероховатости, с боковой частью, предназначенной для формирования калибровочной ступени и средства, обеспечивающего определение калибровочной высоты калибровочной ступени, из счетного количества моноатомных ступеней, и предназначенной для формирования другой опорной поверхности субангстремной шероховатости системы концентрических ступеней, расположенных вокруг углубления, тем, что сначала формируют систему концентрических ступеней, изготавливая лунку, а затем осуществляя термоэлектрический отжиг, при этом лунку изготавливают посредством проводимой в вакууме с уровнем, достаточным для подавления влияния остаточных газов - не более 10 Па, ионно-лучевой обработки поверхности ионами аргона с диаметром пучка от 300 до 800 мкм, с энергией от 1 до 7 кэВ, в течение времени от 1 до 360 мин, с вращением подложки относительно оси, направленной перпендикулярно поверхности, с частотой от 0,1 до 100 Гц, с направлением пучка ионов под углом к поверхности, обеспечивающим формирование отклоненных в диаметрально противоположных направлениях участков поверхности с углом отклонения от 0°0'10'' до 15°, включая указанные значения, либо лунку изготавливают посредством литографии с плазмохимическим травлением поверхности на глубину от 0,5 до 20 мкм, включая указанные значения, в плазме SF/CFCl/O (89/10/1) при давлении около 0,1 мм рт.ст., частоте индуктора около 1356 МГц, мощности плазмы около 100 Вт, через маску фоторезиста толщиной около 1,24 мкм с окном, имеющим размер в поперечнике около 200 мкм, в течение времени от 63,5 до 2550 с, включая указанные значения, после чего маску удаляют в диметилформамиде или кислородной плазме и проводят сначала химическую очистку в ацетоне, затем физическую очистку в ультразвуковой ванне, или лунку изготавливают посредством литографии с плазмохимическим травлением поверхности на глубину от 0,5 до 20 мкм, включая указанные значения, в плазме SF/CFCl/O (89/10/1) при давлении около 0,1 мм рт.ст., частоте индуктора около 1356 МГц, мощности плазмы около 100 Вт, при этом на поверхности сначала получают слой SiO толщиной около 100 нм, на котором формируют маску фоторезиста толщиной около 1,24 мкм с окном, имеющим размер в поперечнике около 200 мкм, после чего слой SiO стравливают в окне маски фоторезиста в HF, получая сквозное окно в слое SiO, и удаляют маску фоторезиста в диметилформамиде или кислородной плазме, затем осуществляют травление в плазме поверхности в окне слоя SiO в течение времени от 87,5 до 1500 с, включая указанные значения, последовательно удаляют слой SiO в HF, проводят химическую очистку в ацетоне, физическую очистку в ультразвуковой ванне, или лунку изготавливают посредством литографии с плазмохимическим травлением поверхности на глубину от 0,5 до 20 мкм, включая указанные значения, в плазме SF/CFCl/О (89/10/1) при давлении около 0,1 мм рт.ст., частоте индуктора около 1356 МГц, мощности плазмы около 100 Вт, при этом на поверхности сначала формируют маску фоторезиста толщиной около 1,24 мкм с использованием фотошаблона с окном, имеющим размер в поперечнике около 200 мкм, с формированием в окне маскирующего покрытия, затем посредством магнетронного распыления наносят слой золота толщиной около 30 нм и осуществляют взрывную литографию по фоторезисту в диметилформамиде с применением ультразвуковой ванны, получая в слое золота сквозное окно, далее проводят плазмохимическое травление поверхности в окне в слое золота в течение времени от 87,5 до 1500 с, включая указанные значения, после чего последовательно удаляют слой золота в смеси йодистого калия (KI) и йода (I), проводят химическую очистку в ацетоне и физическую очистку в ультразвуковой ванне, или лунку изготавливают посредством использования литографии с жидкостным травлением поверхности на глубину от 0,5 до 20 мкм, включая указанные значения, в жидкостном травителе Дэша (HF : HNO : СНСООН = 1:3:8), или KOH (44%), или HNO: HF: СНСООН = 20:1:1, при этом на поверхности сначала получают слой SiO толщиной около 100 нм, на котором формируют маску фоторезиста толщиной около 1,24 мкм с окном, имеющим размер в поперечнике около 200 мкм, после чего слой SiO стравливают в окне маски фоторезиста в HF, получая сквозное окно в слое SiO, и удаляют маску фоторезиста в диметилформамиде или кислородной плазме, затем осуществляют травление поверхности в окне слоя SiO в жидкостном травителе, после чего сначала проводят удаление слоя SiO в HF, затем - химическую очистку в ацетоне и физическую очистку в ультразвуковой ванне, или лунку изготавливают посредством использования литографии с жидкостным травлением поверхности на глубину от 0,5 до 20 мкм, включая указанные значения, в жидкостном травителе Дэша (HF : HNO : СНСООН = 1:3:8), или KOH (44%), или HNO : HF : СНСООН = 20:1:1, при этом на поверхности сначала формируют маску фоторезиста толщиной около 1,24 мкм с использованием фотошаблона с окном, имеющим размер в поперечнике около 200 мкм, с формированием в окне маскирующего покрытия, затем посредством магнетронного распыления наносят слой золота толщиной около 50 нм и осуществляют взрывную литографию по фоторезисту в диметилформамиде с применением ультразвуковой ванны, получая в слое золота сквозное окно, далее проводят жидкостное травление поверхности в окне слоя золота, после чего последовательно удаляют слой золота в смеси йодистого калия (KI) и йода (I), проводят химическую очистку в ацетоне и физическую очистку в ультразвуковой ванне, после изготовления лунки приступают к термоэлектрическому отжигу для формирования системы концентрических ступеней, который проводят в вакууме с уровнем, обеспечивающим выход атомов материала подложки в вакуум при термоэлектрическом отжиге, при давлении остаточных газов не более 10 Па, при отжиге пропускают постоянный или переменный электрический ток величиной, вызывающей резистивный нагрев материала подложки до температуры активируемой сублимации атомов верхнего атомного слоя с передвижением по поверхности моноатомных ступеней, электрический ток пропускают параллельно рабочей поверхности подложки, в течение времени и при достигаемой температуре нагрева, формирующих по периферии внутренней части лунки равномерно распределенные одиночные концентрические моноатомные ступени, окружающие сингулярную террасу, с контролируемой шириной от 40 до 80 мкм, включая указанные значения, располагаемую в центральной части лунки, а именно при температуре от 832°С до 1410°С, включая указанные значения интервала, и времени от 8 до 14000000 с, включая указанные значения интервала, с соответствием меньшей температуре нагрева подложки большего времени отжига, с уменьшением при промежуточных значениях температур указанного диапазона времени отжига пропорционально увеличению температуры, после получения системы концентрических ступеней подачу электрического тока прекращают и снижают температуру подложки до комнатной 293-296 K со скоростью, сохраняющей полученное в результате термоэлектрического отжига распределение моноатомных ступеней, с отсутствием генерации новых атомных ступеней, в конечном счете сохраняющей размер сингулярной террасы в центральной части лунки, а именно со скоростью, равной 400°С/с, после снижения температуры подложки до комнатной приступают к получению в области сингулярной террасы углубления с дном, предназначенным для формирования одной опорной поверхности субангстремной шероховатости, с боковой частью, предназначенной для формирования калибровочной ступени и средства, обеспечивающего определение калибровочной высоты калибровочной ступени, из счетного количества моноатомных ступеней, при этом углубление получают посредством проводимой в вакууме с уровнем, достаточным для подавления влияния остаточных газов - не более 10 Па, ионно-лучевой обработки поверхности сфокусированным пучком ионов галлия с диаметром от 5 до 50 нм, с энергией от 1 до 30 кэВ в течение времени от 1 до 360 минут, включая указанные значения, с получением углубления размером в поперечнике от 5 до 30 мкм и глубиной от 0,1 до 20 мкм, включая указанные значения, или углубление получают посредством литографии с плазмохимическим травлением поверхности на глубину от 0,1 до 20 мкм, включая указанные значения, в плазме SF/CFCl/O (89/10/1) при давлении около 0,1 мм рт.ст., частоте индуктора около 1356 МГц, мощности плазмы около 100 Вт, через маску фоторезиста толщиной около 1,24 мкм с окном, имеющим размер в поперечнике около от 5 до 30 мкм, в течение времени от 12,7 до 2550 с, включая указанные значения, после чего маску удаляют в диметилформамиде или кислородной плазме и проводят сначала химическую очистку в ацетоне, затем физическую очистку в ультразвуковой ванне, получая в результате углубление с размером в поперечнике от 5 до 30 мкм, или углубление получают посредством литографии с плазмохимическим травлением поверхности на глубину от 0,1 до 20 мкм, включая указанные значения, в плазме SF/CFCl/О (89/10/1) при давлении около 0,1 мм рт.ст., частоте индуктора около 1356 МГц, мощности плазмы около 100 Вт, при этом на поверхности сначала получают слой SiO толщиной около 100 нм, на котором формируют маску фоторезиста толщиной около 1,24 мкм с окном, имеющим размер в поперечнике от 5 до 30 мкм, после чего слой SiO стравливают в окне маски фоторезиста в HF, получая сквозное окно в слое SiO, и удаляют маску фоторезиста в диметилформамиде или кислородной плазме, затем осуществляют травление в плазме поверхности в окне слоя SiO в течение времени от 17,5 до 1500 с, включая указанные значения, последовательно удаляют слой SiO в HF, проводят химическую очистку в ацетоне, физическую очистку в ультразвуковой ванне, получая в результате углубление с размером в поперечнике от 5 до 30 мкм, или углубление получают посредством литографии с плазмохимическим травлением поверхности на глубину от 0,1 до 20 мкм, включая указанные значения, в плазме SF/CFCl/О (89/10/1) при давлении около 0,1 мм рт.ст., частоте индуктора около 1356 МГц, мощности плазмы около 100 Вт, при этом на поверхности сначала формируют маску фоторезиста толщиной около 1,24 мкм с использованием фотошаблона с окном, имеющим размер в поперечнике около от 5 до 30 мкм, с формированием в окне маскирующего покрытия, затем посредством магнетронного распыления наносят слой золота толщиной около 30 нм и осуществляют взрывную литографию по фоторезисту в диметилформамиде с применением ультразвуковой ванны, получая в слое золота сквозное окно, далее проводят плазмохимическое травление поверхности в окне в слое золота в течение времени от 17,5 до 1500 с, включая указанные значения, после чего последовательно удаляют слой золота в смеси йодистого калия (KI) и йода (I), проводят химическую очистку в ацетоне и физическую очистку в ультразвуковой ванне, получая в результате углубление с размером в поперечнике от 5 до 30 мкм, или углубление получают посредством использования литографии с жидкостным травлением поверхности на глубину от 0,1 до 20 мкм, включая указанные значения, в жидкостном травителе Дэша (HF : HNO : СНСООН = 1:3:8), или KOH (44%), или HNO : HF : СНСООН = 20:1:1, при этом на поверхности сначала получают слой SiO толщиной около 100 нм, на котором формируют маску фоторезиста толщиной около 1,24 мкм с окном, имеющим размер в поперечнике около от 5 до 30 мкм, после чего слой SiO стравливают в окне маски фоторезиста в HF, получая сквозное окно в слое SiO, и удаляют маску фоторезиста в диметилформамиде или кислородной плазме, затем осуществляют травление поверхности в окне слоя SiO в жидкостном травителе, после чего сначала проводят удаление слоя SiO в HF, затем - химическую очистку в ацетоне и физическую очистку в ультразвуковой ванне, получая в результате углубление с размером в поперечнике от 5 до 30 мкм, или углубление получают посредством использования литографии с жидкостным травлением поверхности на глубину от 0,1 до 20 мкм, включая указанные значения, в жидкостном травителе Дэша (HF : HNO : СНСООН = 1:3:8), или KOH (44%), или HNO : HF : СНСООН = 20:1:1, при этом на поверхности сначала формируют маску фоторезиста толщиной около 1,24 мкм с использованием фотошаблона с окном, имеющим размер в поперечнике около от 5 до 30 мкм, с формированием в окне маскирующего покрытия, затем посредством магнетронного распыления наносят слой золота толщиной около 50 нм и осуществляют взрывную литографию по фоторезисту в диметилформамиде с применением ультразвуковой ванны, получая в слое золота сквозное окно, далее проводят жидкостное травление поверхности в окне слоя золота, после чего последовательно удаляют слой золота в смеси йодистого калия (KI) и йода (I), проводят химическую очистку в ацетоне и физическую очистку в ультразвуковой ванне, получая в результате углубление с размером в поперечнике от 5 до 30 мкм.
-8
В способе перед формированием системы концентрических ступеней осуществляют термоэлектрический, очищающий рабочую поверхность от естественного окисла материала подложки и/или загрязнений отжиг, пропуская электрический ток величиной, соответствующей нагреву до температуры от 1250°С до 1410°С, включая указанные значения интервала, в течение минуты и более, в вакууме с уровнем, обеспечивающим при термоэлектрическом отжиге выход атомов материала подложки в вакуум, - при давлении остаточных газов не более 10 Па.
6
3
2
6
3
2
2
2
2
2
2
6
3
2
2
3
3
3
3
2
2
2
2
2
3
3
3
3
2
6
3
2
6
3
2
2
2
2
2
2
6
3
2
2
3
3
3
3
2
2
2
2
2
3
3
3
3
2
-3
В способе перед проведением отжига на рабочей поверхности подложки формируют рельеф в составе двух характеризующихся геометрией и поперечными размерами в кристаллографической плоскости рабочей поверхности или плоскости, параллельной ей, определяемыми в оптический микроскоп, углублений меньшего и большего размера в поперечнике, из которых первое выполнено с дном, предназначенным для формирования одной опорной поверхности субангстремной шероховатости, с боковой частью, предназначенной для формирования калибровочной ступени и средства, обеспечивающего определение калибровочной высоты калибровочной ступени, из счетного количества моноатомных ступеней, а второе - с донной частью, выполняющей функцию плоской площадки, предназначенной для размещения в центральной его области углубления меньшего размера в поперечнике и формирования другой опорной поверхности субангстремной шероховатости, при этом сначала литографически формируют углубление большего размера в поперечнике, которое изготавливают посредством литографии с плазмохимическим травлением поверхности на глубину от 0,5 до 20 мкм, включая указанные значения, в плазме SF/CFCl/O (89/10/1) при давлении около 0,1 мм рт.ст., частоте индуктора около 1356 МГц, мощности плазмы около 100 Вт, через маску фоторезиста толщиной около 1,24 мкм с окном, имеющим размер в поперечнике около 200 мкм, в течение времени от 63,5 до 2550 с, включая указанные значения, после чего маску удаляют в диметилформамиде или кислородной плазме и проводят сначала химическую очистку в ацетоне, затем физическую очистку в ультразвуковой ванне, или углубление большего размера изготавливают посредством литографии с плазмохимическим травлением поверхности на глубину от 0,5 до 20 мкм, включая указанные значения, в плазме SF/CFCl/O (89/10/1) при давлении около 0,1 мм рт.ст., частоте индуктора около 1356 МГц, мощности плазмы около 100 Вт, при этом на поверхности сначала получают слой SiO толщиной около 100 нм, на котором формируют маску фоторезиста толщиной около 1,24 мкм с окном, имеющим размер в поперечнике около 200 мкм, после чего слой SiO стравливают в окне маски фоторезиста в HF, получая сквозное окно в слое SiO, и удаляют маску фоторезиста в диметилформамиде или кислородной плазме, затем осуществляют травление в плазме поверхности в окне слоя SiO в течение времени от 87,5 до 1500 с, включая указанные значения, последовательно удаляют слой SiO в HF, проводят химическую очистку в ацетоне, физическую очистку в ультразвуковой ванне, или углубление большего размера изготавливают посредством литографии с плазмохимическим травлением поверхности на глубину от 0,5 до 20 мкм, включая указанные значения, в плазме SF/CFCl/O (89/10/1) при давлении около 0,1 мм рт.ст., частоте индуктора около 1356 МГц, мощности плазмы около 100 Вт, при этом на поверхности сначала формируют маску фоторезиста толщиной около 1,24 мкм с использованием фотошаблона с окном, имеющим размер в поперечнике около 200 мкм, с формированием в окне маскирующего покрытия, затем посредством магнетроиного распыления наносят слой золота толщиной около 30 нм и осуществляют взрывную литографию по фоторезисту в диметилформамиде с применением ультразвуковой ванны, получая в слое золота сквозное окно, далее проводят плазмохимическое травление поверхности в окне в слое золота в течение времени от 87,5 до 1500 с, включая указанные значения, после чего последовательно удаляют слой золота в смеси йодистого калия (KI) и йода (I), проводят химическую очистку в ацетоне и физическую очистку в ультразвуковой ванне, или углубление большего размера изготавливают посредством использования литографии с жидкостным травлением поверхности на глубину от 0,5 до 20 мкм, включая указанные значения, в жидкостном травителе Дэша (HF : HNO : СНСООН = 1:3:8), или KOH (44%), или HNO : HF : СНСООН = 20:1:1, при этом на поверхности сначала получают слой SiO толщиной около 100 нм, на котором формируют маску фоторезиста толщиной около 1,24 мкм с окном, имеющим размер в поперечнике около 200 мкм, после чего слой SiO стравливают в окне маски фоторезиста в HF, получая сквозное окно в слое SiO, и удаляют маску фоторезиста в диметилформамиде или кислородной плазме, затем осуществляют травление поверхности в окне слоя SiO в жидкостном травителе, после чего сначала проводят удаление слоя SiO в HF, затем - химическую очистку в ацетоне и физическую очистку в ультразвуковой ванне, или углубление большего размера изготавливают посредством использования литографии с жидкостным травлением поверхности на глубину от 0,5 до 20 мкм, включая указанные значения, в жидкостном травителе Дэша (HF : HNO : СНСООН = 1:3:8), или KOH (44%), или HNO : HF : СНСООН = 20:1:1, при этом на поверхности сначала формируют маску фоторезиста толщиной около 1,24 мкм с использованием фотошаблона с окном, имеющим размер в поперечнике около 200 мкм, с формированием в окне маскирующего покрытия, затем посредством магнетронного распыления наносят слой золота толщиной около 50 нм и осуществляют взрывную литографию по фоторезисту в диметилформамиде с применением ультразвуковой ванны, получая в слое золота сквозное окно, далее проводят жидкостное травление поверхности в окне слоя золота, после чего последовательно удаляют слой золота в смеси йодистого калия (KI) и йода (I), проводят химическую очистку в ацетоне и физическую очистку в ультразвуковой ванне, после изготовления углубления большего размера приступают к изготовлению углубления меньшего размера - углубления с дном, предназначенным для формирования одной опорной поверхности субангстремной шероховатости, с боковой частью, предназначенной для формирования калибровочной ступени и средства, обеспечивающего определение калибровочной высоты калибровочной ступени, из счетного количества моноатомных ступеней, при этом углубление получают посредством проводимой в вакууме с уровнем, достаточным для подавления влияния остаточных газов - не более 10 Па, ионно-лучевой обработки поверхности сфокусированным пучком ионов галлия с диаметром от 5 до 50 нм, с энергией от 1 до 30 кэВ в течение времени от 1 до 360 минут, включая указанные значения, с получением углубления размером в поперечнике от 5 до 30 мкм и глубиной от 0,1 до 20 мкм, включая указанные значения, или углубление получают посредством литографии с плазмохимическим травлением поверхности на глубину от 1 до 20 мкм, включая указанные значения, в плазме SF/CFCl/O (89/10/1) при давлении около 0,1 мм рт.ст., частоте индуктора около 1356 МГц, мощности плазмы около 100 Вт, через маску фоторезиста толщиной около 1,24 мкм с окном, имеющим размер в поперечнике около от 5 до 30 мкм, в течение времени от 127 до 2550 с, включая указанные значения, после чего маску удаляют в диметилформамиде или кислородной плазме и проводят сначала химическую очистку в ацетоне, затем физическую очистку в ультразвуковой ванне, получая в результате углубление с размером в поперечнике от 5 до 30 мкм, или углубление получают посредством литографии с плазмохимическим травлением поверхности на глубину от 1 до 20 мкм, включая указанные значения, в плазме SF/CFCl/O (89/10/1) при давлении около 0,1 мм рт.ст., частоте индуктора около 1356 МГц, мощности плазмы около 100 Вт, при этом на поверхности сначала получают слой SiO толщиной около 100 нм, на котором формируют маску фоторезиста толщиной около 1,24 мкм с окном, имеющим размер в поперечнике от 5 до 30 мкм, после чего слой SiO стравливают в окне маски фоторезиста в HF, получая сквозное окно в слое SiO, и удаляют маску фоторезиста в диметилформамиде или кислородной плазме, затем осуществляют травление в плазме поверхности в окне слоя SiO в течение времени от 175 до 1500 с, включая указанные значения, последовательно удаляют слой SiO в HF, проводят химическую очистку в ацетоне, физическую очистку в ультразвуковой ванне, получая в результате углубление с размером в поперечнике от 5 до 30 мкм, или углубление получают посредством литографии с плазмохимическим травлением поверхности на глубину от 1 до 20 мкм, включая указанные значения, в плазме SF/CFCl/O (89/10/1) при давлении около 0,1 мм рт.ст., частоте индуктора около 1356 МГц, мощности плазмы около 100 Вт, при этом на поверхности сначала формируют маску фоторезиста толщиной около 1,24 мкм с использованием фотошаблона с окном, имеющим размер в поперечнике около от 5 до 30 мкм, с формированием в окне маскирующего покрытия, затем посредством магнетронного распыления наносят слой золота толщиной около 30 нм и осуществляют взрывную литографию по фоторезисту в диметилформамиде с применением ультразвуковой ванны, получая в слое золота сквозное окно, далее проводят плазмохимическое травление поверхности в окне в слое золота в течение времени от 175 до 1500 с, включая указанные значения, после чего последовательно удаляют слой золота в смеси йодистого калия (KI) и йода (I), проводят химическую очистку в ацетоне и физическую очистку в ультразвуковой ванне, получая в результате углубление с размером в поперечнике от 5 до 30 мкм, или углубление получают посредством использования литографии с жидкостным травлением поверхности на глубину от 1 до 20 мкм, включая указанные значения, в жидкостном травителе Дэша (HF : HNO : СНСООН = 1:3:8), или KOH (44%), или HNO : HF : СНСООН = 20:1:1, при этом на поверхности сначала получают слой SiO толщиной около 100 нм, на котором формируют маску фоторезиста толщиной около 1,24 мкм с окном, имеющим размер в поперечнике около от 5 до 30 мкм, после чего слой SiO стравливают в окне маски фоторезиста в HF, получая сквозное окно в слое SiO, и удаляют маску фоторезиста в диметилформамиде или кислородной плазме, затем осуществляют травление поверхности в окне слоя SiO в жидкостном травителе, после чего сначала проводят удаление слоя SiO в HF, затем - химическую очистку в ацетоне и физическую очистку в ультразвуковой ванне, получая в результате углубление с размером в поперечнике от 5 до 30 мкм, или углубление получают посредством использования литографии с жидкостным травлением поверхности на глубину от 1 до 20 мкм, включая указанные значения, в жидкостном травителе Дэша (HF : HNO : СНСООН = 1:3:8), или KOH (44%), или HNO : HF : СНСООН = 20:1:1, при этом на поверхности сначала формируют маску фоторезиста толщиной около 1,24 мкм с использованием фотошаблона с окном, имеющим размер в поперечнике около от 5 до 30 мкм, с формированием в окне маскирующего покрытия, затем посредством магнетронного распыления наносят слой золота толщиной около 50 нм и осуществляют взрывную литографию по фоторезисту в диметилформамиде с применением ультразвуковой ванны, получая в слое золота сквозное окно, далее проводят жидкостное травление поверхности в окне слоя золота, после чего последовательно удаляют слой золота в смеси йодистого калия (KI) и йода (I), проводят химическую очистку в ацетоне и физическую очистку в ультразвуковой ванне, получая в результате углубление с размером в поперечнике от 5 до 30 мкм.
В способе при осуществлении фазы отжига, включающей формирование на боковой части углубления скопления высокой плотности моноатомных ступеней с узкими террасами, достигающими в предельном случае максимальной узости, осуществляют также очистку рабочей поверхности подложки от естественного окисла и/или загрязнений, при формировании и очистке пропускают через подложку электрический ток с компонентой в направлении, которое параллельно кристаллографической плоскости рабочей поверхности, обеспечивая перемещение моноатомных ступеней в указанном направлении, и величиной, вызывающей резистивный нагрев материала подложки до температуры активируемой сублимации атомов верхнего атомного слоя - от 1250°С до 1410°С, включая указанные значения, в течение 1 минуты и более, в результате на боковой части углубления формируют скопление высокой плотности моноатомных ступеней с узкими террасами, достигающими в предельном случае максимальной узости, а именно с плотностью от 50 до 200 шт./мкм, включая указанные значения, на отрезке с наименьшей длиной между дном и краем углубления.
В способе осуществляют фазу отжига, приводящую к увеличению поперечника и уменьшению глубины углубления с дном, предназначенным для формирования одной опорной поверхности субангстремной шероховатости, с боковой частью, предназначенной для формирования калибровочной ступени и средства, обеспечивающего определение калибровочной высоты калибровочной ступени, из счетного количества моноатомных ступеней, сопровождающихся формированием опорных поверхностей субангстремной шероховатости на дне углубления и вокруг углубления с примыканием к его краю и получением из скопления высокой плотности моноатомных ступеней калибровочной высоты, определяемой суммарной высотой моноатомных ступеней, расположенных между указанными опорными поверхностями, тем, что пропускают через подложку электрический ток с компонентой в направлении, которое параллельно кристаллографической плоскости рабочей поверхности, обеспечивая перемещение моноатомных ступеней в указанном направлении, и величиной, вызывающей резистивный нагрев материала подложки до температуры активируемой сублимации атомов верхнего атомного слоя - от 1000°С до 1410°С, включая указанные значения, в течение времени от 100 до 2000000 секунд, включая указанные значения, с соответствием меньшей температуре нагрева подложки большего времени отжига, с уменьшением при промежуточных значениях температур указанного диапазона времени отжига пропорционально увеличению температуры, в результате получают из скопления высокой плотности моноатомных ступеней от 50 до 200 шт./мкм, включая указанные значения, на отрезке с наименьшей длиной между дном и краем углубления калибровочную высоту, определяемую суммарной высотой моноатомных ступеней, характеризующихся распределением их в направлении, которое параллельно кристаллографической плоскости рабочей поверхности, на расстояние от 20 до 100 нм, включая указанные значения, и сформированные опорные поверхности субангстремной шероховатости, расположенные на дне углубления и вокруг углубления, шириной от 10 до 50 мкм, включая указанные значения, при этом прямая, на которой расположен отрезок с наименьшей длиной между дном и краем углубления, и прямая, в которой расположено направление распределения моноатомных ступеней, параллельное кристаллографической плоскости рабочей поверхности, расположены в плоскости, которая перпендикулярна кристаллографической плоскости рабочей поверхности или перпендикулярна плоскостям расположения опорных поверхностей субангстремной шероховатости.
28
2
10
16
2
В способе в финале проводят фазу отжига с одновременным осаждением материала подложки на рабочую поверхность со скоростью, компенсирующей процесс сублимации атомов с поверхности подложки, обеспечивающую сохранение сформированных опорных поверхностей субангстремной шероховатости на дне углубления и вокруг углубления, локализацию на боковой части углубления калибровочной ступени калибровочной высоты из счетного количества высокой плотности моноатомных ступеней и получение средства, обеспечивающего определение калибровочной высоты калибровочной ступени, из того же счетного количества моноатомных ступеней, но меньшей плотности, тем, что пропускают через подложку электрический ток с компонентой в направлении, которое параллельно кристаллографической плоскости рабочей поверхности, обеспечивая перемещение моноатомных ступеней в указанном направлении, и величиной, вызывающей резистивный нагрев материала подложки до температуры активируемой сублимации атомов верхнего атомного слоя - от 832°С до 1250°С, включая указанные значения, в течение времени от 600 до 2000000 секунд, включая указанные значения, с соответствием меньшей температуре нагрева подложки большего времени отжига, с уменьшением при промежуточных значениях температур указанного диапазона времени отжига пропорционально увеличению температуры, при этом осуществляют подачу потока осаждаемого на поверхность материала подложки с возможностью компенсации сублимирующего потока адатомов с рабочей поверхности подложки, значение которого определяют из выражения F=3,12⋅10ехр(-46600/Т(K)) атом/см⋅с, где T(K) - температура в градусах Кельвина, используя поток атомов величиной от 10 до 10 атом/см⋅с, включая указанные значения, причем при использовании более высоких температур нагрева используют большие значения величины потока атомов материала подложки, в результате на дне углубления и вокруг углубления сохраняют сформированные опорные поверхности субангстремной шероховатости, а на боковой части углубления получают диаметрально расположенные друг относительно друга калибровочную ступень калибровочной высоты и средство, обеспечивающее определение калибровочной высоты калибровочной ступени, из счетного количества моноатомных ступеней, характеризующихся в отношении калибровочной ступени из счетного количества моноатомных ступеней на соответствующем калибровочной ступени отрезке с наименьшей длиной между дном и краем углубления высокой плотностью ступеней от 50 до 200 шт./мкм, включая указанные значения, и распределением их в направлении, которое параллельно кристаллографической плоскости рабочей поверхности, на расстояние от 20 до 100 нм, включая указанные значения, и характеризующихся в отношении средства, обеспечивающего определение калибровочной высоты, из счетного количества моноатомных ступеней, разделенных более широкими террасами по сравнению с калибровочной ступенью, на соответствующем средству, обеспечивающему определение калибровочной высоты, отрезке с наименьшей длиной между дном и краем углубления меньшей плотностью моноатомных ступеней от 5 до 10 шт./мкм, включая указанные значения, и распределением их в направлении, которое параллельно кристаллографической плоскости рабочей поверхности, на расстояние более 100 нм, при этом прямая, на которой расположен соответствующий калибровочной ступени отрезок с наименьшей длиной между дном и краем углубления, и прямая, в которой расположено направление распределения высокой плотности моноатомных ступеней, параллельное кристаллографической плоскости рабочей поверхности, расположены в плоскости, которая перпендикулярна кристаллографической плоскости рабочей поверхности или перпендикулярна плоскостям расположения опорных поверхностей субангстремной шероховатости, кроме того, при этом прямая, на которой расположен соответствующий средству, обеспечивающему определение калибровочной высоты, отрезок с наименьшей длиной между дном и краем углубления, и прямая, в которой расположено направление распределения низкой плотности моноатомных ступеней, параллельное кристаллографической плоскости рабочей поверхности, расположены в плоскости, которая перпендикулярна кристаллографической плоскости рабочей поверхности или перпендикулярна плоскостям расположения опорных поверхностей субангстремной шероховатости.
-8
В способе после получения на боковой части углубления диаметрально расположенных друг относительно друга калибровочной ступени калибровочной высоты и средства, обеспечивающего определение калибровочной высоты калибровочной ступени, из счетного количества моноатомных ступеней, проводят охлаждение подложки до комнатной температуры 293-296 K с одновременным изменением величины потока осаждаемого на поверхность материала подложки для предотвращения возможности изменения полученного распределения моноатомных ступеней во всей внутренней боковой части углубления в процессе охлаждения, охлаждение осуществляют в вакууме с уровнем, обеспечивающим выход атомов материала подложки в вакуум при термоэлектрическом отжиге, - при давлении остаточных газов не более 10 Па.
28
2
В способе охлаждение подложки до комнатной температуры 293-296 K с одновременным изменением величины потока осаждаемого на поверхность материала подложки для предотвращения возможности изменения полученного распределения моноатомных ступеней во всей внутренней боковой части углубления в процессе охлаждения проводят со скоростью от 0,01 до 10°С/мин, включая указанные значения интервала, при этом изменение потока атомов производят в соответствии с выражением F=3,12⋅10ехр(-46600/Т(K)) атом/см⋅с, где T(K) - температура в градусах Кельвина, при достижении температуры 830°С поток не подают, и снижение температуры осуществляют со скоростью, сохраняющей полученное в результате термоэлектрического отжига распределение моноатомных ступеней, с отсутствием генерации новых атомных ступеней, в конечном счете сохраняющей размер опорной поверхности субангстремной шероховатости в дне углубления, достигнув температуры 830°С, скорость охлаждения поддерживают на уровне 400°С/с.
В способе в качестве подложки твердотельного материала, характеризующейся определенной ориентацией кристаллографической плоскости рабочей поверхности, используют подложку кремния с ориентацией рабочей поверхности (111), или подложку кремния с вицинальной рабочей поверхностью (111) с углом разориентации, равным от 0°0'20'' до 5°, включая указанные значения, или используют подложку кремния с ориентацией рабочей поверхности (001), или используют подложку кремния с вицинальной рабочей поверхностью (001) с углом разориентации, равным от 0°0'20'' до 5°, включая указанные значения.
Технический результат достигается ступенчатым высотным калибровочным эталоном, содержащим подложку твердотельного материала, характеризующуюся определенной ориентацией кристаллографической плоскости рабочей поверхности, подложка снабжена парой опорных поверхностей субангстремной шероховатости, расположенных друг относительно друга с образованием калибровочной ступени калибровочной высоты из счетного количества моноатомных ступеней, указанные опорные поверхности субангстремной шероховатости выполнены размерами, достаточными для оптических измерений, а местоположение калибровочной ступени определяемо в оптический микроскоп, при этом одна опорная поверхность субангстремной шероховатости сформирована в дне углубления, выполненного на рабочей поверхности, а другая опорная поверхность субангстремной шероховатости сформирована с примыканием к краю углубления, калибровочная ступень калибровочной высоты между опорными поверхностями субангстремной шероховатости расположена в боковой части углубления и сформирована из счетного количества высокой плотности моноатомных ступеней, с узкими террасами, достигающими в предельном случае максимальной узости, кроме того, сформировано средство, обеспечивающее определение калибровочной высоты калибровочной ступени, из того же счетного количества моноатомных ступеней, но меньшей плотности, разделенных более широкими террасами.
В эталоне в качестве подложки твердотельного материала, характеризующейся определенной ориентацией кристаллографической плоскости рабочей поверхности, использована подложка кремния с ориентацией рабочей поверхности (111), или подложка кремния с вицинальной рабочей поверхностью (111) с углом разориентации, равным от 0°0'20'' до 5°, включая указанные значения, или использована подложка кремния с ориентацией рабочей поверхности (001), или подложка кремния с вицинальной рабочей поверхностью (001) с углом разориентации, равным от 0°0'20'' до 5°, включая указанные значения.
В эталоне опорные поверхности субангстремной шероховатости выполнены размерами, достаточными для оптических измерений, а именно в ширину от 10 до 50 мкм, включая указанные значения.
В эталоне калибровочная ступень калибровочной высоты между опорными поверхностями субангстремной шероховатости, расположенная в боковой части углубления и сформированная из счетного количества высокой плотности моноатомных ступеней, с узкими террасами, достигающими в предельном случае максимальной узости, сформирована с распределением ступеней в направлении, которое параллельно кристаллографической плоскости рабочей поверхности, на расстояние от 20 до 100 нм, включая указанные значения, с плотностью ступеней от 50 до 200 шт./мкм, включая указанные значения, на соответствующем калибровочной ступени отрезке с наименьшей длиной между дном и краем углубления, при этом прямая, на которой расположен соответствующий калибровочной ступени отрезок с наименьшей длиной между дном и краем углубления, и прямая, в которой расположено направление распределения высокой плотности моноатомных ступеней, параллельное кристаллографической плоскости рабочей поверхности, расположены в плоскости, которая перпендикулярна кристаллографической плоскости рабочей поверхности или перпендикулярна плоскостям расположения опорных поверхностей субангстремной шероховатости.
В эталоне между плоскостями указанных опорных поверхностей сформировано средство, обеспечивающее определение калибровочной высоты калибровочной ступени, из того же счетного количества моноатомных ступеней, разделенных более широкими террасами, которое выполнено с меньшей плотностью моноатомных ступеней по сравнению с плотностью в калибровочной ступени, с распределением их в направлении, которое параллельно кристаллографической плоскости рабочей поверхности, на расстояние более 100 нм, с плотностью от 5 до 10 шт./мкм, включая указанные значения, на соответствующем средству, обеспечивающему определение калибровочной высоты, отрезке с наименьшей длиной между дном и краем углубления, при этом прямая, на которой расположен соответствующий средству, обеспечивающему определение калибровочной высоты, отрезок с наименьшей длиной между дном и краем углубления, и прямая, в которой расположено направление распределения низкой плотности моноатомных ступеней, параллельное кристаллографической плоскости рабочей поверхности, расположены в плоскости, которая перпендикулярна кристаллографической плоскости рабочей поверхности или перпендикулярна плоскостям расположения опорных поверхностей субангстремной шероховатости.
В эталоне калибровочная ступень калибровочной высоты между опорными поверхностями субангстремной шероховатости, расположенная в боковой части углубления, и средство, обеспечивающее определение калибровочной высоты калибровочной ступени, сформированное в боковой части углубления между плоскостями указанных опорных поверхностей, расположены диаметрально друг относительно друга.
Сущность решений поясняется нижеследующим описанием и прилагаемыми фигурами.
На Фиг. 1 схематически представлен процесс изготовления ступенчатого высотного калибровочного эталона на основе подложки твердотельного материала (Si), характеризующейся определенной ориентацией кристаллографической плоскости рабочей поверхности - (111), на которой предварительно получают рельеф, в составе которого выполнено углубление с дном, предназначенным для формирования одной опорной поверхности субангстремной шероховатости, с боковой частью, предназначенной для формирования калибровочной ступени и средства, обеспечивающего точное определение калибровочной высоты калибровочной ступени, из счетного количества моноатомных ступеней: а) стадия получения ионной бомбардировкой в нормальном направлении относительно плоскости (111), осуществляемой в вакуумной камере остросфокусированным пучком ионов, углубления с дном, предназначенным для формирования одной опорной поверхности субангстремной шероховатости, с боковой частью, предназначенной для формирования калибровочной ступени и средства, обеспечивающего точное определение калибровочной высоты калибровочной ступени, из счетного количества моноатомных ступеней, в области поверхности, окруженной системой концентрических ступеней; б) начальная фаза отжига, включающая, предварительную очистку рабочей поверхности подложки от естественного окисла и/или загрязнений путем нагревания пропусканием постоянного или переменного электрического тока в направлении, параллельном кристаллографической плоскости рабочей поверхности, характеризующаяся движением на поверхности подложки ступеней, за счет сублимации атомов, формирование на боковой части углубления скопления высокой плотности моноатомных ступеней, в предельном случае с максимально узкими террасами, для последующего формирования калибровочной высоты и получения калибровочной ступени; в) фаза отжига, включающая при изменении исходного размера поперечника углубления - его увеличения, а также при изменении глубины углубления - ее уменьшении, во-первых, формирование широких террас - сингулярных с субангстремной шероховатостью участков, являющихся опорными поверхностями субангстремной шероховатости, расположенными на дне углубления и вокруг углубления с примыканием к краю и размерами по ширине, подходящими для оптических измерений, во-вторых, формирование калибровочной высоты из счетного количества моноатомных ступеней в отношении скопления высокой плотности моноатомных ступеней, в предельном случае с максимально узкими террасами; г) заключительная фаза отжига, включающая при сохранении сформированных сингулярных субангстремной шероховатости участков на дне углубления и вокруг углубления получение на боковой части углубления калибровочной ступени калибровочной высоты и средства подсчета моноатомных ступеней (средства, обеспечивающего точное определение калибровочной высоты калибровочной ступени из счетного количества моноатомных ступеней) посредством пропускания постоянного электрического тока в направлении, параллельном кристаллографической плоскости рабочей поверхности, с одновременным осаждением материала подложки на поверхность со скоростью, компенсирующей процесс сублимации атомов с поверхности подложки, с проведением после окончания термоэлектрического отжига подложки охлаждения последней до комнатной температуры 293-296 K с одновременным изменением величины потока осаждаемого на поверхность материала подложки для предотвращения возможности изменения полученного распределения моноатомных ступеней во всей внутренней боковой части углубления в процессе охлаждения: где 1 - подложка, 2 - слой естественного окисла, 3 - держатель, 4 - источник фокусированных ионов, 5 - вакуумная камера, 6 - углубление, 7 - держатели, обеспечивающие электрический контакт, 8 источник питания, 9 - источник материала подложки, 10 - широкая терраса, 11 - калибровочная ступень, 12 - средство подсчета моноатомных ступеней.
На Фиг. 2 схематически показана в поперечном сечении в плоскости, проходящей через центр углубления, в которой лежит направление протекания электрического тока, трансформация геометрической конфигурации выполненного на рабочей поверхности подложки твердотельного материала (Si), характеризующейся определенной кристаллографической ориентацией рабочей поверхности - (111), углубления с дном, предназначенным для формирования одной опорной поверхности субангстремной шероховатости, с боковой частью, предназначенной для формирования калибровочной ступени и средства, обеспечивающего точное определение калибровочной высоты калибровочной ступени, из счетного количества моноатомных ступеней, с перераспределением моноатомных ступеней (высотой 0,314 нм) на боковой части углубления, сформированного в нормальном направлении относительно плоскости (111), с формированием скопления высокой плотности моноатомных ступеней на боковой части, увеличением поперечника и уменьшением глубины углубления при пропускании электрического тока, приводящего к резистивному нагреву подложки и термическому отжигу, с формированием диаметрально расположенных калибровочной ступени калибровочной высоты и средства подсчета моноатомных ступеней при пропускании электрического тока, приводящего к резистивному нагреву подложки и термическому отжигу, сочетаемому с подачей потока материала подложки на рабочую поверхность: а) изображение полученного распределения моноатомных ступеней с формированием на боковой части углубления в результате реализации начальной фазы термоэлектрического отжига при пропускании электрического тока скопления высокой плотности моноатомных (высотой 0,314 нм) ступеней, в предельном случае с максимально узкими террасами, граничащего с террасами шириной 0,3±0,2 мкм ориентации (111) вокруг углубления, наиболее удаленными от нерабочей поверхности подложки, и центральной, нижней, наименее удаленной от нерабочей поверхности подложки, расположенной на дне углубления; б) распределение моноатомных ступеней, разделяющих террасы ориентации (111), после проведения средней фазы термоэлектрического отжига посредством пропускании электрического тока, приводящего к формированию широких террас субангстремной шероховатости ориентации (111) вокруг углубления и на его дне за счет смещения боковой части углубления от его центра и к формированию калибровочной высоты из счетного количества моноатомных ступеней скопления высокой плотности моноатомных ступеней (высотой 0,314 нм), в предельном случае с максимально узкими террасами, за счет уменьшения глубины углубления; в) распределение моноатомных ступеней, разделяющих террасы ориентации (111), после финальной фазы термоэлектрического отжига посредством пропускании электрического тока, осуществляемой с одновременным осаждением атомов материала подложки на поверхность подложки со скоростью, компенсирующей сублимирующий с поверхности поток адатомов, приводящего к получению диаметрально расположенных калибровочной ступени калибровочной высоты и средства подсчета моноатомных ступеней (средства, обеспечивающего точное определение калибровочной высоты калибровочной ступени из счетного количества моноатомных ступеней) в форме скопления моноатомных ступеней с низкой плотностью: где 6 углубление, 10 широкая терраса, 13 - скопление высокой плотности моноатомных ступеней, 13' - скопление высокой плотности моноатомных ступеней калибровочной ступени, 14 скопление низкой плотности моноатомных ступеней.
На Фиг. 3 схематически в поперечном сечении показан рельеф поверхности в составе системы концентрических ступеней, расположенных вокруг плоской области с центральной частью под выполнение углубления и получение предварительно сформированного рельефа для дальнейшей его трансформации в целях получения калибровочного эталона, где d - поперечник плоской области.
Способ обеспечивает изготовление ступенчатого высотного калибровочного эталона, предназначенного для оптической профилометрии, атомно-силовой микроскопии, получение которого невозможно посредством вышеприведенных технических решений. В качестве основы для изготовления эталона используют также, как и в известных технических решениях подложку твердотельного материала. Подложка твердотельного материала имеет определенную ориентацию кристаллографической плоскости рабочей поверхности. Такой подложкой может быть подложка кремния с кристаллографической ориентацией (111) или (001). Для специалиста очевидно, что в качестве подложки могут быть использованы также подложки других твердотельных материалов. Изготовленный эталон по предлагаемому способу содержит расположенные в плоскостях параллельных кристаллографической плоскости рабочей поверхности подложки, две опорные поверхности субангстремной шероховатости с размерами по ширине достаточными для оптических измерений. Одна из них наиболее удалена относительно нерабочей (непланарной или тыльной) поверхности подложки, а вторая, наоборот, наименее удалена относительно нерабочей поверхности подложки (см. Фиг. 1г)). Указанные параллельные опорные поверхности расположены друг относительно друга с образованием калибровочной ступени калибровочной высоты, местоположение которой строго задано и определяется оптическим микроскопом. Опорные поверхности субангстремной шероховатости, калибровочную ступень получают при изготовлении эталона в результате операций на рабочей (планарной) поверхности подложки твердотельного материала (см. Фиг. 1). Калибровочная ступень характеризуется относительно резким перепадом высоты (калибровочная высота), выполнена из счетного количества моноатомных ступеней, в предельном случае с максимально узкими террасами, (см. Фиг. 1г) и Фиг. 2в)). Калибровочная высота, являющаяся калибровочной мерой эталона, равна, в частности при использовании подложки кремния (111), N×0,314 нм, где N-количество моноатомных ступеней, каждая их которых равна высоте 0,314 нм. Кроме того, в эталоне предусмотрено средство, обеспечивающее точное определение калибровочной высоты, позволяющее произвести подсчет количества моноатомных ступеней (см. Фиг. 1г) и Фиг. 2в)), обеспечивающих перепад высоты и, таким образом, определить с высокой точностью калибровочную высоту. Указанное средство получают также при изготовлении эталона в результате операций на рабочей поверхности подложки твердотельного материала.
В вышеприведенном техническом решении, взятом за ближайший аналог, калибровочная ступень, расположенная также, как и в предлагаемом решении, между парой опорных поверхностей субангстремной шероховатости, выполняет две функции: функцию непосредственно калибровочной ступени, выражающуюся в том, что обеспечивает калибровочную меру, и функцию средства, обеспечивающего определение калибровочной высоты калибровочной ступени из счетного количества моноатомных ступеней. Данное совмещение функций предопределяет невозможность формирования калибровочной ступени на основе скопления высокой плотности моноатомных ступеней, в предельном случае с максимально узкими террасами, и вносит свою долю вклада в невозможность достижения указанного технического результата. Предлагаемый способ обеспечивает изготовление эталона, в котором калибровочная ступень выполняет единственную, свойственную ей функцию, обеспечивает калибровочную меру, вторая же функция - определение калибровочной высоты эталона - выполняется специально сформированным в этих целях средством, обеспечивающим точное определение калибровочной высоты калибровочной ступени из счетного количества моноатомных ступеней. Таким образом, указанная специализация в сочетании с изготовлением достаточно широких для оптических измерений опорных поверхностей (террас) субангстремной шероховатости обеспечивает достижение технического результата.
Средство, обеспечивающее определение калибровочной высоты калибровочной ступени из счетного количества моноатомных ступеней, выполнено в составе того же самого количества моноатомных ступеней, в составе которого сформирована калибровочная ступень, однако его моноатомные ступени разделены террасами с шириной, превышающей ширину террас моноатомных ступеней, в предельном случае с максимально узкими террасами, калибровочной ступени. При этом моноатомные ступени средства, обеспечивающего определение калибровочной высоты калибровочной ступени из счетного количества моноатомных ступеней, как и высокой плотности моноатомные ступени, в предельном случае с максимально узкими террасами, из которых выполнена калибровочная ступень, расположены между одной и той же парой параллельных плоскостей, в которых лежат опорные поверхности субангстремной шероховатости.
Таким образом, перечисленные особенности ступенчатого высотного калибровочного эталона, обеспечиваемые реализацией предлагаемого способа, позволяют производить точное определение калибровочной высоты.
Получение калибровочного эталона, подходящего как для оптической профилометрии, так и для атомно-силовой микроскопии, решающего техническую проблему, и которым достигается указанный технический результат, обеспечивается тем, что предлагаемый способ позволяет получить следующее. Во-первых, сформировать широкие опорные поверхности субангстремной шероховатости, необходимые в целях оптической профилометрии, атомно-силовой микроскопии. Во-вторых, сформировать узкую калибровочную ступень с относительно резким перепадом высоты (калибровочная высота) из счетного количества плотно расположенных моноатомных ступеней, в предельном случае с максимально узкими террасами, между указанными опорными поверхностями, что также необходимо в целях оптической профилометрии, атомно-силовой микроскопии. Причем указанные опорные поверхности субангстремной шероховатости, калибровочная ступень имеют строго заданное местоположение, определяемое в оптический микроскоп. В-третьих, обеспечить в процессе изготовления эталона формирование средства точного подсчета количества плотно расположенных моноатомных ступеней, в предельном случае с максимально узкими террасами - определения калибровочной высоты. Таким образом, эталон при его использовании обеспечивает точность калибровки оптических профилометров, предельную воспроизводимость и точность измерений высот особенностей рельефа методами оптической профилометрии, облегчение калибровки и повышение ее точности в отношении атомно-силовых микроскопов.
Опорные поверхности субангстремной шероховатости представляют собой террасы (широкие террасы 10) с размерами по ширине, достаточными для оптических измерений, в частности, шириной более 10 мкм (см. Фиг. 1г) и Фиг. 2в)), что превосходит ширину опорных поверхностей субангстремной шероховатости в известных технических решениях. Формирование опорных поверхностей происходит с контролируемой шероховатостью (не более 0,4 ангстрема (Ra)). Узкая калибровочная ступень (см. Фиг. 1г)), характеризующаяся относительно резким перепадом высоты (калибровочная высота) между опорными поверхностями, из счетного количества плотно расположенных моноатомных ступеней, в предельном случае с максимально узкими террасами, представляет собой, скопление между плоскостями опорных поверхностей высокой плотности моноатомных ступеней, в частности, распределенных в латеральном направлении (параллельном кристаллографической плоскости рабочей поверхности) на расстоянии от 20 до 100 нм, включая указанные значения. Средство точного подсчета количества указанных моноатомных ступеней, в предельном случае с максимально узкими террасами, представляет собой скопление между плоскостями опорных поверхностей относительно низкой плотности моноатомных ступеней (см. Фиг. 1г)) - того же количества, что и в калибровочной ступени, моноатомных ступеней, - распределенных в латеральном направлении (параллельном кристаллографической плоскости рабочей поверхности), на расстоянии, превышающем расстояние распределения высокой плотности моноатомных ступеней калибровочной ступени, в частности, 100 нм, что и позволяет производить подсчет. Таким образом, моноатомные ступени в данном средстве разделены более широкими террасами, чем в калибровочной ступени, что позволяет точно произвести подсчет их количества и определить калибровочную высоту.
Реализация способа с получением эталона и достижением указанного технического результата базируются, во-первых, на использовании в отношении рабочей поверхности подложки 1 процесса самоорганизации моноатомных ступеней при отжиге подложки путем пропускания через подложку электрического тока (термоэлектрический отжиг), в том числе, проводимого в сочетании с подачей на рабочую поверхность подложки потока осаждаемого на поверхность материала подложки - воздействия сначала температур, затем температур и потока атомов материала подложки (см. Фиг. 1). Электрический ток используют с компонентой, не равной нулю в латеральном направлении (параллельном кристаллографической плоскости рабочей поверхности), обеспечивая перемещение моноатомных ступеней в указанном направлении. Температуру отжига подложки за счет контролируемого изменения величины пропускаемого через подложку электрического тока, величину потока осаждаемого на поверхность материала подложки, временной промежуток, в течение которого происходит воздействие температуры, а также воздействие температуры и величины потока в отношении подложки, согласуют с геометрией и размерами исходного ступенчатого рельефа микроразмерной шкалы масштабов, определяемого в оптический микроскоп, который предварительно получают на рабочей поверхности подложки.
Исходный ступенчатый рельеф с его микроразмерными элементами, определяемыми в оптический микроскоп благодаря их поперечным размерам, необходим в целях формирования широких опорных поверхностей субангстремной шероховатости, что делает пригодным эталон для оптической профилометрии, при формировании между ними калибровочной ступени и средства, обеспечивающего точное определение калибровочной высоты калибровочной ступени. К микроразмерными элементам относятся углубления, характеризующиеся геометрией и поперечным размером в кристаллографической плоскости рабочей поверхности, определяемыми в оптический микроскоп. Кроме того, к микроразмерным элементам относится система концентрических ступеней, расположенная вокруг указанного углубления, и за счет последнего также характеризующаяся поперечным размером в кристаллографической плоскости рабочей поверхности, определяемым в оптический микроскоп. Здесь поперечный размер в кристаллографической плоскости рабочей поверхности следует подразумевать не только непосредственно в указанной плоскости, но также и в любой другой плоскости, которая параллельна кристаллографической плоскости рабочей поверхности.
Если поперечный размер микроразмерных элементов исходного рельефа важен для формирования широких опорных поверхностей, то геометрия, обусловленная наличием углубления, важна для формирования калибровочной ступени и средства, обеспечивающего точное определение калибровочной высоты калибровочной ступени, как элементов эталона, обеспечивающих специализацию функций - калибровочной меры и средства ее определения.
Таким образом, реализация способа с получением эталона и достижением указанного технического результата базируются, во-вторых, на формировании перед реализацией процесса самоорганизации моноатомных ступеней на рабочей поверхности подложки 1 вышеназванного ступенчатого рельефа с микроразмерными элементами.
Так, рельеф подготавливают в составе задающего ступенчатую микроособенность углубления 6 (см. Фиг. 1а)), с дном, предназначенным для формирования одной опорной поверхности субангстремной шероховатости, с боковой частью, предназначенной для формирования калибровочной ступени и средства, обеспечивающего точное определение калибровочной высоты калибровочной ступени, из счетного количества моноатомных ступеней, и предназначенной для формирования другой опорной поверхности субангстремной шероховатости системы концентрических ступеней, расположенных вокруг углубления, формируемой перед выполнением углубления 6. Геометрия и поперечные размеры в кристаллографической плоскости рабочей поверхности углубления 6 определяются в оптический микроскоп. Данный рельеф получают реализацией сначала стадии формирования системы концентрических ступеней путем использования ионной бомбардировки широким пучком ионов или литографических методов и последующего термоэлектрического отжига. В результате этих действий, в частности, формируют область поверхности, окруженную системой концентрических ступеней, с размером в поперечнике, определяемым в оптический микроскоп, равным от 40 до 80 мкм, включительно. После чего формируют в центральной части области поверхности, вокруг которой сформирована система концентрических ступеней, углубление 6 размером в поперечнике, определяемым в оптический микроскоп, равным от 5 до 30 мкм, включительно. Изготовление углубления 6 проводят с использованием остросфокусированных ионных пучков или литографическими методами.
Далее реализуют процесс самоорганизации контролируемым образом, что и обеспечивает трансформацию углубления 6, выполненного в окружении концентрических ступеней, а также последних в целях получения требуемых для эталона особенностей рельефа - широких опорных поверхностей субангстремной шероховатости (широких террас 10), узкой калибровочной ступени 11, обеспечивающей калибровочную высоту, средства, обеспечивающего точное определение калибровочной высоты (средство подсчета моноатомных ступеней 12) (см. Фиг. 1б)-г) и Фиг. 2). Возможность контроля осуществляется, во-первых, путем управления температурным режимом подложки 1 при термоэлектрическом отжиге за счет контролируемого изменения величины, пропускаемого через подложку 1 электрического тока, во-вторых, путем управления величиной потока осаждаемого на поверхность материала подложки, в-третьих, выбором продолжительности указанных воздействий.
Кроме того, рельеф, характеризующийся ступенчатой микроособенностью, подготавливают также другим образом: в составе двух характеризующихся геометрией и поперечными размерами в кристаллографической плоскости рабочей поверхности, определяемыми в оптический микроскоп, углублений меньшего и большего размера в поперечнике (также следует подразумевать не только непосредственно в указанной плоскости, но также и в любой другой плоскости, которая параллельна кристаллографической плоскости рабочей поверхности). При этом первое углубление меньшим размером в поперечнике (в частности, от 5 до 30 мкм, включительно) выполняют с дном, предназначенным для формирования одной опорной поверхности субангстремной шероховатости, с боковой частью, предназначенной для формирования калибровочной ступени и средства, обеспечивающего определение калибровочной высоты калибровочной ступени, из счетного количества моноатомных ступеней. Второе углубление изготавливают большим размером в поперечнике (в частности, около 200 мкм), с донной частью, выполняющей функцию плоской площадки, предназначенной для размещения в центральной его области углубления меньшего размера в поперечнике (первого углубления) и формирования другой опорной поверхности субангстремной шероховатости. Указанные углубления получают литографическими методами или в сочетании литографических методов с использованием остросфокусированных ионных пучков. Сначала формируют углубление большим размером в поперечнике, затем в донной части его, выполняющей функцию плоской площадки, формируют углубление меньшим размером в поперечнике, располагая его в центральной части донной площадки углубления большего размера в поперечнике.
Углубление с меньшим размеров в поперечнике - углубление, в боковой части которого дальнейшими операциями (отжигом, подачей материала подложки к поверхности) сформируют калибровочную ступень из счетного количества плотно расположенных моноатомных ступеней и средство подсчета моноатомных ступеней, а в его дне - широкую террасу, являющуюся опорной поверхностью субангстремной шероховатости. При этом формируется также другая опорная поверхность субангстремной шероховатости - в донной площадке углубления с большим размером в поперечнике, опорная поверхность, которая окружает первое из упомянутых углублений с примыканием к его краю.
В отношении рельефа, включающего углубление с широкой донной площадкой и углубление, выполненное в центральной части указанной площадки, для формирования эталона используют тот же контролируемый процесс самоорганизации моноатомных ступеней при отжиге подложки путем пропускания через подложку электрического тока (термоэлектрический отжиг). Этим обеспечивают трансформацию рельефа рабочей поверхности подложки в целях получения требуемых особенностей для создания эталона - двух широких террас, разделенных счетным количеством плотно расположенных моноатомных ступеней, образующих узкую калибровочную ступень, обеспечивающую калибровочную высоту, и средства их подсчета. Контроль осуществляют тем же образом, во-первых, управляя температурным режимом подложки при термоэлектрическом отжиге за счет контролируемого изменения величины, пропускаемого через подложку электрического тока, во-вторых, управляя величиной потока осаждаемого на поверхность материала подложки, в-третьих, выбирая соответствующую продолжительность указанных воздействий.
Существенным условием для получения стандарта является необходимость расположения боковой части углубления под углом ±45° относительно нормали к плоскости, характеризующейся той же самой кристаллографической ориентацией, что и рабочая поверхность. Невыполнение указанного условия обуславливает при проведении термоэлектрического отжига «развал» боковой части, формирование на рабочей поверхности подложки кластеров моноатомных ступеней высокой плотности, разделенных широкими террасами.
Таким образом, в отношении подложки 1 твердотельного материала, на рабочей поверхности которой сформирован вышеприведенный рельеф, осуществляют термоэлектрический отжиг, при котором пропускают электрический ток с компонентой в латеральном направлении, параллельном кристаллографической плоскости рабочей поверхности, обеспечивая перемещение моноатомных ступеней в указанном направлении. Проведение термоэлектрического отжига в финальной его фазе сочетают с осаждением на поверхность материала подложки.
Проводя отжиг, используют режим нагрева подложки за счет контролируемого изменения величины пропускаемого через подложку электрического тока, режим подачи потока осаждаемого на поверхность материала подложки, время отжига, согласованные с геометрией и размерами предварительно полученного рельефа для формирования подходящих для оптических измерений размерами по ширине опорных поверхностей субангстремной шероховатости, расположенных в плоскостях, параллельных кристаллографической плоскости рабочей поверхности, а между опорными поверхностями - калибровочной ступени, характеризующейся резким перепадом высоты, из счетного количества высокой плотности моноатомных ступеней, в предельном случае с максимально узкими террасами, местоположение которой строго задано и определяется в оптический микроскоп, и средства, обеспечивающего определение калибровочной высоты калибровочной ступени из счетного количества моноатомных ступеней путем подсчета их количества.
Термоэлектрический отжиг, при котором реализуется процесс самоорганизации моноатомных ступеней контролируемым образом, подразделяется на три фазы.
Первая фаза (см. Фиг. 2а)) включает предварительный отжиг, преследующий формирование на боковой части углубления скопления высокой плотности моноатомных ступеней 13, в предельном случае с максимально узкими террасами, граничащего с террасами небольшой ширины (в частности, шириной 0,3±0,2 мкм), сформированными вокруг углубления 6 и в дне углубления. В ходе реализации первой фазы отжига происходит осуществление, кроме того, очистки поверхности подложки от естественного окисла и/или поверхностных загрязнений (см. Фиг. 1б)). Вторая фаза включает отжиг, приводящий, во-первых, к формированию широких террас (в частности, ориентации (111), если используют подложку кремния (111)) вокруг углубления, примыкающих к его краю, и на его дне за счет смещения боковой части углубления в радиальном направлении от его центра (см. Фиг. 1в) и Фиг. 2б)) и, во-вторых, к оформлению калибровочной высоты из скопления высокой плотности моноатомных ступеней 13, в предельном случае с максимально узкими террасами. Плотность ступеней на боковой части углубления, полученная при предшествующей фазе отжига, при реализации второй фазы остается неизменной. При оформлении калибровочной высоты из скопления высокой плотности моноатомных ступеней 13, полученного при реализации первой фазы отжига, получают скопление высокой (той же) плотности моноатомных ступеней, но с меньшим количеством ступеней в скоплении, равном количеству моноатомных ступеней в калибровочной ступени (13' - скопление высокой плотности моноатомных ступеней калибровочной ступени). Полученное скопление высокой плотности моноатомных ступеней, в предельном случае с максимально узкими террасами, при оформлении калибровочной высоты характеризуется, в частности, распределением в латеральном направлении расположенных высокой плотности моноатомных ступеней на расстоянии от 20 до 100 нм, включая указанные значения. По сути дела, калибровочная ступень оказывается уже сформированной в результате реализации второй фазы отжига и представляет собой всю боковую часть углубления. Третья фаза (см. Фиг. 2в)) включает отжиг с одновременной подачей потока материала подложки к рабочей поверхности (см. Фиг. 1г)), обеспечивает получение законченного эталона в составе калибровочной ступени 11 калибровочной высоты и средства подсчета моноатомных ступеней 12 (средства, обеспечивающего точное определение калибровочной высоты калибровочной ступени из счетного количества моноатомных ступеней) в форме скопления моноатомных ступеней с низкой плотностью (см. Фиг. 1г)). Средство представляет собой скопление того же количества, что и в калибровочной ступени 11, моноатомных ступеней, но с меньшей плотностью (см. Фиг. 2в), скопление низкой плотности моноатомных ступеней 14), с распределением их в латеральном направлении на расстоянии, превышающем расстояние в латеральном направлении распределения моноатомных ступеней калибровочной ступени 11. В частности, на расстояние более 100 нм. Плотность ступеней на боковой части углубления, полученная при отжиге первой фазы (скопление высокой плотности моноатомных ступеней 13), остающаяся при реализации второй фазы неизменной при ее оформлении в калибровочную высоту, при реализации третьей фазы, обуславливающий формирование на боковой части углубления средства подсчета моноатомных ступеней 12 и локализацию относительно последнего калибровочной ступени 11 остается в калибровочной ступени 11 также неизменной.
Приведенные трансформации (см. Фиг. 1 и Фиг. 2) обеспечиваются следующей физикой процесса самоорганизации при проведении термоэлектрического отжига путем пропускания через подложку электрического тока на примере подложки кремния с вицинальной поверхностью (111) с углом разориентации менее 1°, прошедшей стандартную химическую обработку, удаляющую частицы загрязнения (отмывка в дистиллированной воде, изопропиловом спирте и петролейном эфире), в отношении которой предварительно сформирован рельеф поверхности, необходимый для последующего получения эталона, содержащий углубление 6 (см. Фиг. 1б)), в дне которого формируют одну из опорных поверхностей субангстремной шероховатости (широкая терраса 10), боковую часть которого используют для формирования калибровочной ступени 11 и средства подсчета моноатомных ступеней 12, для подсчета моноатомных ступеней, составляющих калибровочную ступень 11, и в окружении которого формируют примыкающую к боковой части вторую опорную поверхность субангстремной шероховатости (широкая терраса 10) (см. Фиг. 1г)).
Пропускание через подложку 1 электрического тока вызывает резистивный нагрев материала подложки до температуры активируемой сублимации атомов верхнего атомного слоя и передвижение по поверхности моноатомных ступеней. Температуру подложки 1 контролируют по величине пропускаемого тока, который калибруют с помощью термопары при низких температурах (менее 800°С) и с помощью оптического пирометра при высоких температурах (более 800°С). Критериями чистоты поверхности подложки 1 служат наличие обратимого сверхструктурного перехода (7×7)-(1×1) при температуре 830°С, отсутствие центров торможения ступеней при движении ступеней в процессе сублимации, а также отсутствие на дифракционной картине дополнительных рефлексов.
Очищенная от посторонних примесей и окисла рабочая поверхность подложки 1 кремния с ориентацией (111) представляет собой систему периодически расположенных моноатомных ступеней высотой 0,314 нм. Под моноатомной ступенью понимается непрерывная линия, разграничивающая две полуплоскости, с разницей высот в одно межплоскостное расстояние. Если через подложку кремния с такой поверхностью пропустить электрический ток величиной, достаточной для ее резистивного нагрева до температуры около 1000°С, активируемая при этом сублимация атомов верхнего атомного слоя (адатомов) вызывает передвижение моноатомных ступеней на поверхности.
s
Процесс сублимации подразделяется на несколько стадий: первоначально атом локализован в изломе ступени, затем он отрывается из излома, диффундирует вдоль края ступени, отрывается от ступени и становится адатомом. Адатом диффундирует по террасе в течение времени жизни τ, после чего сублимирует. Уравнение, описывающее поверхностную диффузию адатомов по террасе, имеет вид:
где ρ(r,t) - плотность адатомов;
s
1/τ - коэффициент, характеризующий вероятность процесса отрыва атома от террасы при испарении;
s
D - коэффициент диффузии адатомов по поверхности террасы.
В уравнении (1) не учтен эффект кластерирования адатомов, так как объединение двух и более адатомов на поверхности при сублимации является маловероятным процессом.
Процесс сублимации в условиях обмена адатомами между ступенью и террасами сопровождается движением ступеней в направлении вышележащих террас. Сдвиг параллельных, равноотстоящих друг от друга ступеней на расстояние, равное ширине террас, соответствует удалению одного монослоя атомов с поверхности кристалла.
s
Если расстояние между ступенями больше диффузионной длины адатома (d>λ), то скорость перемещения атомной ступени υ описывается выражением:
где W - энергия активации процесса сублимации;
Р - давление паров в газовой фазе;
0
P - равновесное давление паров в газовой фазе;
k - постоянная Больцмана;
T- температура;
s
λ - диффузионная длина адатома;
ν - характерная частота тепловых колебаний решетки.
s
При d<λ, когда размер террас мал по сравнению с диффузионной длиной адатома, скорость перемещения ступеней пропорциональна расстоянию между ступенями:
где W - энергия активации процесса сублимации;
Р - давление паров в газовой фазе;
0
P - равновесное давление паров в газовой фазе;
k - постоянная Больцмана;
Т - температура;
d - расстояние между ступенями;
ν - характерная частота тепловых колебаний решетки.
При этом определяющее значение для скорости перемещения конкретной ступени имеет величина нижележащей, прилегающей к ней террасы. Формирование на поверхности области, где ступени сближаясь, образуют участок с высокой плотностью их расположения за счет того, что одни из них передвигаются быстрее других в сторону верхних террас, базируется на пропорциональности скорости перемещения ступеней от ширины нижележащих прилегающих к ним террас. Чем меньше величина нижележащей прилегающей террасы к конкретной ступени, тем меньше скорость перемещения последней. Энергия активации процесса сублимации W=4,2±0,2 эВ близка к энтальпии сублимации кремния.
В результате термоэлектрического отжига на боковой части углубления 6 формируется система концентрических двумерных отрицательных островков (Фиг. 2а)). Двумерный отрицательный островок, представляющий собой ямку травления глубиной в одно межплоскостное расстояние, окружен замкнутой моноатомной ступенью. В центральной части углубления 6 локализован зародыш двумерного отрицательного островка, появившийся при достижении нижней (в дне) террасой критического размера. Теоретический анализ зарождения отрицательных двумерных островков в процессе сублимации атомов кристалла показывает, что зарождение макровакансии на поверхности происходит при условии:
где l - расстояние между ступенями;
γ - коэффициент линейного натяжения;
s
λ - диффузионная длина адатома,
B
k - константа Больцмана;
T - температура.
B
s
s
Оценим правую часть неравенства, описываемого выражением (4). При температуре подложки около 1100°С на поверхности кремния (111) коэффициент линейного натяжения ступени γ≈0,39 эВ/атом, следовательно, отношение γ/kT≈3. Таким образом, диффузионная длина адатома λ в указанных условиях примерно в три раза меньше критического размера террасы, при котором происходит зарождение двумерного островка. Далее, используя данное соотношение, можно оценить длину миграции адатома по поверхности кремния (111) в зависимости от температуры; λ≈(2/3)T. Чем больше температура подложки, тем больше длина диффузии адатома и больше скорость перемещения ступеней (см. выражение (2)) пока ширина нижележащих террас меньше диффузионной длины адатома.
s
В то же время, увеличение длины диффузии адатома при повышении температуры подложки путем увеличения величины пропускаемого электрического тока конкурирует с усилением сублимации адатомов при упомянутом повышении температуры. В результате конкуренции расстояние, на которое мигрирует адатом при повышении температуры, уменьшается. Благодаря усилению сублимации, адатом не успевает мигрировать на террасе на большое расстояние, хотя потенциально его длина диффузии значительна. Среднее перемещение адатома λ по поверхности кристалла описывается соотношением Эйнштейна:
s
где D - коэффициент поверхностной диффузии адатома,
s
τ - среднее время жизни атома в адсорбированном состоянии.
Уменьшение длины диффузии при увеличении температуры обычно связывают с уменьшением времени жизни адатома за счет более интенсивного сублимационного оттока атомов с поверхности кристалла. Получаем, что и варьирование длины диффузии адатома, и интенсификация сублимационного оттока адатомов с террасы ускоряют передвижение по поверхности моноатомных ступеней, обеспечивая формирование более плотного расположения ступеней при узости их террас. Таким образом, плотность ступеней на боковой части углубления (см. Фиг. 2а)) определяется температурой подложки.
При достижении требуемого размера сформированной поверхности субангстремной шероховатости в дне углубления, окаймленного моноатомными ступенями, расположенными с той или иной плотностью по периферии (поверхности боковой части углубления 6), во избежание зарождения новых моноатомных ступеней температуру подложки снижают, достигая режима, при котором растет длина диффузии адатома.
С другой стороны, в отношении сформированного углубления 6, в частности, с боковой частью, расположенной относительно грани (111) под углом ±45°, и примерно плоским дном (см. Фиг. 1а)) при нагреве подложки до температуры активации сублимации, атомные ступени вне углубления начинают «отрываться» от края углубления 6 и перемещаться со скоростью, соответствующей формуле (3). В дне углубления 6 происходит формирование участка поверхности, не содержащего моноатомные ступени, так как латеральный размер (поперечник) углубления 6 и температуру отжига согласуют таким образом, чтобы выражение (4) не выполнялось и обеспечивалось подавление зарождения новых двумерных отрицательных островков. Это приводит к уменьшению глубины углубления 6 (см. Фиг. 2б)). В то же время атомы, находящиеся на краях углубления 6, выходят на нижнюю и верхнюю террасы, в результате чего края углубления смещаются от его центра в радиальных направлениях, тем самым приводя к увеличению латерального размера (поперечника) углубления (см. Фиг. 1в) и Фиг. 2б)). Формируются широкие террасы 10 - вне углубления, примыкая к краю углубления, и в его дне (см. Фиг. 1в) и 2б)). После достижения необходимого размера дна углубления 6 в процессе термоэлектрического отжига - второй его фазы, на поверхность при реализации третьей фазы отжига осаждают материал подложки (см. Фиг. 1г)), в результате чего эффективное время жизни адсорбированных атомов на поверхности возрастает. Последнее приводит к увеличению эффективной длины диффузии и уменьшению скорости перемещения ступени при тех же размерах прилегающих террас, и, как следствие, прекращению «отрыва» от края углубления 6 атомных ступеней. В зависимости от температуры отжига и направления нагревающего электрического тока обеспечивается различие плотностей ступеней в нисходящей боковой части углубления бив восходящей боковой части углубления 6 в направлении протекания электрического тока, вследствие эффекта электромиграции адсорбированных атомов на террасах между ступенями (см. Фиг. 2в)).
Формирование области подложки с требуемой плотностью моноатомных ступеней по краевой периферии углубления и на его боковой части, как показано вышеприведенными рассуждениями, осуществляется на основе использования контролируемого изменения диффузионной длины адатома от температуры и осаждаемого потока материала подложки на поверхность при термоэлектрическом отжиге и ничем более. В предлагаемом способе реализована возможность управления распределением моноатомных ступеней таким образом, что на рабочей поверхности подложки, предварительно снабженной необходимым рельефом, формируются широкие террасы 10 с размером от 10 до 50 мкм, включая указанные значения, являющиеся поверхностями субангстремной шероховатости, выполняющие в эталоне функцию опорных поверхностей, подходящих для оптических измерений, кроме того, формируются узкая калибровочная ступень 11 из счетного числа высокой плотности моноатомных ступеней, в предельном случае с максимально узкими террасами, обеспечивающая резкий перепад высоты между указанными широкими террасами 10, со строго определенным местоположением, определяемым в оптический микроскоп, и средство подсчета моноатомных ступеней 12, для определения точного количества образующих узкую калибровочную ступень 11 моноатомных ступеней (см. Фиг. 1).
Итак, способ изготовления высотного калибровочного эталона включает два этапа - этап формирования исходного рельефа и этап термоэлектрического отжига (см. Фиг. 1-3).
На первом этапе осуществляют формирование исходного на рабочей поверхности подложки рельефа (например, как показано на Фиг. 1а) и б)).
Во-первых, исходный рельеф может быть сформирован в составе характеризующегося геометрией и поперечным размером в кристаллографической плоскости рабочей поверхности или плоскости, параллельной ей, определяемыми в оптический микроскоп, углубления 6 и системы концентрических ступеней, расположенных вокруг углубления 6. Углубление 6 - углубление с дном, предназначенным для формирования одной опорной поверхности субангстремной шероховатости, с боковой частью, предназначенной для формирования калибровочной ступени и средства, обеспечивающего определение калибровочной высоты калибровочной ступени из счетного количества моноатомных ступеней. Система концентрических ступеней, расположенных вокруг углубления 6, - это система сформированных моноатомных ступеней, предназначенная для формирования другой опорной поверхности субангстремной шероховатости. В углублении 6 боковая часть расположена под углом ±45° относительно нормали к плоскости, характеризующейся той же самой кристаллографической ориентацией, что и рабочая поверхность.
При формировании сначала получают систему концентрических ступеней (см. Фиг. 3), охватывающих область рабочей поверхности подложки размером в поперечнике d, равном от 40 до 80 мкм, включая указанные значения, а затем в центральной части указанной области формируют углубление 6 (см. Фиг. 1а)), размером в поперечнике от 5 до 30 мкм, включая указанные значения.
Изготовление системы концентрических ступеней (см. Фиг. 3), охватывающих область рабочей поверхности подложки размером, определяемым в оптический микроскоп, включает изготовление лунки и последующее проведение термоэлектрического отжига. Относительно лунки существуют, в частности, следующие варианты ее получения.
-3
По первому варианту лунку получают посредством проводимой в вакууме с уровнем, достаточным для подавления влияния остаточных газов - не более 10 Па, ионно-лучевой обработки поверхности ионами широким пучком - с диаметром пучка от 300 до 800 мкм, включительно. В качестве ионов используют ионы аргона с энергией от 1 до 7 кэВ, включительно. Обрабатывают рабочую поверхность подложки в течение времени от 1 до 360 мин, с вращением подложки относительно оси, направленной перпендикулярно поверхности, с частотой от 0,1 до 100 Гц, с направлением пучка ионов под углом к поверхности, обеспечивающим формирование отклоненных в диаметрально противоположных направлениях участков поверхности с углом отклонения от 0°0'10'' до 15°, включая указанные значения.
В качестве ионов могут быть использованы вместо аргона другие ионы - кислорода, азота, ксенона с соответствующим подбором их энергий, времени и других параметров обработки. Главное требование - использование относительно широких пучков.
Другие варианты получения лунки базируются на использовании литографии.
6
3
2
Лунку получают посредством литографии с плазмохимическим травлением поверхности на глубину от 0,5 до 20 мкм, включая указанные значения. Травление осуществляют в плазме SF/CFCl/O (89/10/1) при давлении около 0,1 мм рт.ст., частоте индуктора около 1356 МГц, мощности плазмы около 100 Вт. При травлении используют маску фоторезиста, например, Shipley толщиной около 1,24 мкм с окном, имеющим размер в поперечнике около 200 мкм. Возможно использование других фоторезистов. Травят в течение времени от 63,5 до 2550 с, включая указанные значения. После травления поверхности на указанную глубину маску удаляют в диметилформамиде или кислородной плазме. Затем проводят сначала химическую очистку в ацетоне, далее физическую очистку в ультразвуковой ванне.
6
3
2
2
2
2
2
2
Лунку получают посредством литографии с плазмохимическим травлением поверхности на глубину от 0,5 до 20 мкм, включая указанные значения. Травление осуществляют в плазме SF/CFCl/O (89/10/1) при давлении около 0,1 мм рт.ст., частоте индуктора около 1356 МГц, мощности плазмы около 100 Вт. При этом для осуществления травления на поверхности сначала получают слой SiO толщиной около 100 нм, на котором формируют маску фоторезиста Shipley, или другого фоторезиста, толщиной около 1,24 мкм с окном, имеющим размер в поперечнике около 200 мкм. Затем слой SiO стравливают в окне маски фоторезиста в HF, получая сквозное окно в слое SiO, а маску фоторезиста удаляют в диметилформамиде или кислородной плазме. После этого осуществляют травление в плазме поверхности в окне слоя SiO в течение времени от 87,5 до 1500 с, включая указанные значение. После травления последовательно удаляют слой SiO в HF, проводят химическую очистку в ацетоне, физическую очистку в ультразвуковой ванне.
6
3
2
2
Лунку получают посредством литографии с плазмохимическим травлением поверхности на глубину от 0,5 до 20 мкм, включая указанные значения. Травление проводят в плазме SF/CFCl/O (89/10/1) при давлении около 0,1 мм рт.ст., частоте индуктора около 1356 МГц, мощности плазмы около 100 Вт. В целях травления на поверхности сначала формируют маску фоторезиста Shipley (или другого фоторезиста) толщиной около 1,24 мкм с использованием фотошаблона с окном, имеющим размер в поперечнике около 200 мкм, с формированием в окне маскирующего покрытия. Затем посредством магнетронного распыления наносят слой золота толщиной около 30 нм и осуществляют взрывную литографию по фоторезисту в диметилформамиде с применением ультразвуковой ванны. В результате получают в слое золота сквозное окно. Далее проводят плазмохимическое травление поверхности в окне в слое золота в течение времени от 87,5 до 1500 с, включая указанные значения. После травления последовательно удаляют слой золота в смеси йодистого калия (KI) и йода (I), проводят химическую очистку в ацетоне и физическую очистку в ультразвуковой ванне.
3
3
3
3
2
2
2
2
2
Лунку получают посредством использования литографии с жидкостным травлением поверхности на глубину от 0,5 до 20 мкм, включая указанные значения. В качестве травителя используют травитель Дэша (HF : HNO : СНСООН = 1:3:8), или KOH (44%), или HNO : HF : СНСООН = 20:1:1. В целях травления на поверхности сначала получают слой SiO толщиной около 100 нм, на котором формируют маску фоторезиста Shipley (или другого фоторезиста) толщиной около 1,24 мкм с окном, имеющим размер в поперечнике около 200 мкм. Затем слой SiO стравливают в окне маски фоторезиста в HF, получая сквозное окно в слое SiO, и удаляют маску фоторезиста в диметилформамиде или кислородной плазме. Далее осуществляют травление поверхности в окне слоя SiO в жидкостном травителе. Затем сначала проводят удаление слоя SiO в HF, после чего - химическую очистку в ацетоне и физическую очистку в ультразвуковой ванне.
3
3
3
3
2
Лунку получают посредством использования литографии с жидкостным травлением поверхности на глубину от 0,5 до 20 мкм, включая указанные значения. Используют жидкостной травитель Дэша (HF : HNO : СНСООН = 1:3:8), или KOH (44%), или HNO : HF : СНСООН = 20:1:1. При этом на поверхности сначала формируют маску фоторезиста Shipley (или другого фоторезиста) толщиной около 1,24 мкм с использованием фотошаблона с окном, имеющим размер в поперечнике около 200 мкм, с формированием в окне маскирующего покрытия. Затем посредством магнетронного распыления наносят слой золота толщиной около 50 нм и осуществляют взрывную литографию по фоторезисту в диметилформамиде с применением ультразвуковой ванны. В результате получают в слое золота сквозное окно. Далее проводят жидкостное травление поверхности в окне слоя золота. Затем последовательно удаляют слой золота в смеси йодистого калия (KI) и йода (I), проводят химическую очистку в ацетоне и физическую очистку в ультразвуковой ванне.
-8
После получения лунки по любому из вышеприведенных вариантов приступают к термоэлектрическому отжигу. Отжиг проводят в вакууме с уровнем, обеспечивающим выход атомов материала подложки в вакуум при термоэлектрическом отжиге, при давлении остаточных газов не более 10 Па. При отжиге пропускают постоянный или переменный электрический ток величиной, вызывающей резистивный нагрев материала подложки до температуры активируемой сублимации атомов верхнего атомного слоя с передвижением по поверхности моноатомных ступеней. Электрический ток пропускают параллельно рабочей поверхности подложки, в течение времени и при достигаемой температуре нагрева, формирующих по периферии внутренней части лунки равномерно распределенные одиночные концентрические моноатомные ступени, окружающие сингулярную террасу, с контролируемой шириной от 40 до 80 мкм, включая указанные значения, расположенную в центральной части лунки. Используют температуры от 832°С до 1410°С, включая указанные значения интервала, и время от 8 до 14000000 с, включая указанные значения интервала, с соответствием меньшей температуре нагрева подложки большего времени отжига, с уменьшением при промежуточных значениях температур указанного диапазона времени отжига пропорционально увеличению температуры.
Для проведения указанного термоэлектрического отжига помещают в вакуумную камеру подложку с присутствующим на ее рабочей поверхности естественным окислом и изготовленной лункой, устанавливают подложку, зажимая ее для надежного электрического контакта, в токопроводящих (металлических) держателях, обеспечивающих электрический контакт, которые соединены с источником питания.
Перед формированием системы концентрических ступеней осуществляют предварительный отжиг с целью очистки подложки от поверхностных естественного окисла и загрязнений, кратковременно пропуская электрический ток величиной, соответствующей нагреву до температуры от 1250°С до 1410°С, включая значения указанного интервала, в течение минуты и более. Температуру при этом контролируют по величине пропускаемого тока от источника питания. Величины пропускаемого тока калибруются в интервале низких, до 800°С, температур с помощью термопары, в интервале высоких, более 800°С, температур - с помощью оптического пирометра. Критерием чистоты поверхности служит наличие обратимого сверхструктурного перехода (7×7)-(1×1) при температуре 832°С, отсутствие центров торможения ступеней при движении их в процессе сублимации, а также отсутствие на дифракционной картине дополнительных рефлексов.
При очистке важно наличие сублимационного процесса при термоэлектрическом нагреве подложки, за счет чего осуществляют удаление естественного окисла и загрязнений. Ступени на поверхности подложки, например, кремния с ориентацией (111) осуществляют передвижение по поверхности в сторону вышележащих террас вследствие сублимационного процесса, заключающегося в отделении атомов материала подложки от ступени, миграции их на террасу, отделении их от террасы и выходе их с поверхности в окружающее подложку пространство вакуумной камеры.
После проведения очистки приступают к проведению термоэлектрического отжига с целью формирования системы концентрических ступеней. Через подложку пропускают от источника питания постоянный или переменный электрический ток величиной, вызывающей резистивный нагрев материала подложки до температуры активируемой сублимации атомов верхнего атомного слоя с передвижением по поверхности ступеней, ток пропускают до достижения требуемых особенностей рельефа на данном этапе изготовления стандарта. Ширина террас между равномерно распределенными по поверхности одиночными моноатомными ступенями достигается в пределах от 0,1 до 100 мкм, включая указанные значения.
После получения системы концентрических ступеней подачу электрического тока прекращают и снижают температуру подложки до комнатной 293-296 K со скоростью, сохраняющей полученное в результате термоэлектрического отжига распределение моноатомных ступеней, с отсутствием генерации новых атомных ступеней, в конечном счете сохраняющей размер сингулярной террасы в центральной части лунки. Конкретные значения скорости снижения температуры подложки составляют от 0,1 до 400°С/с, включая указанные значения.
После получения системы концентрических ступеней (см. Фиг. 3), охватывающих область рабочей поверхности подложки размером в поперечнике d, равном от 40 до 80 мкм, включая указанные значения, для формирования в центральной части области (в области сингулярной террасы размером в поперечнике от 40 до 80 мкм, включая указанные значения) углубления подложку 1 с поверхностным слоем естественного окисла 2 помещают в держатель 3, который устанавливают в снабженной источником фокусированных ионов 9 вакуумной камере 5 и формируют углубление 6 (см. Фиг. 1а)) с дном, предназначенным для формирования одной опорной поверхности субангстремной шероховатости, с боковой частью, предназначенной для формирования калибровочной ступени и средства, обеспечивающего определение калибровочной высоты калибровочной ступени.
Относительно углубления 6 с размером, определяемым в оптический микроскоп, существуют следующие варианты его изготовления.
-3
-3
0
2
Углубление 6 изготавливают посредством проводимой в вакууме с уровнем, достаточным для подавления влияния остаточных газов - не более 10 Па, ионно-лучевой обработки поверхности сфокусированным пучком ионов с диаметром от 5 до 50 нм, включительно. В качестве ионов используют ионы галлия с энергией от 1 до 30 кэВ. Обработку проводят в течение времени от 1 до 360 минут, включая указанные значения. В результате получают углубление 6 размером в поперечнике от 5 до 30 мкм и глубиной от 0,1 до 20 мкм, включая указанные значения. Углубление 6 формируют за счет сканирования поверхности тонким пучком. Дозу облучения поверхности ионами галлия берут в пределах 10-10 Кл/см. В качестве ионов могут быть использованы вместо галлия другие ионы - золота или иридия с соответствующим подбором их энергий, времени и других параметров обработки. Главное требование - использование остросфокусированных тонких пучков. Остросфокусированный пучок ионов направляют под таким углом к поверхности, чтобы боковая часть была расположена под углом ±45° относительно нормали к плоскости, характеризующейся той же самой кристаллографической ориентацией, что и рабочая поверхность.
Другие варианты получения углубления 6 базируются на использовании литографии, осуществляемой вне вакуумной камеры 5.
6
3
2
Углубление 6 изготавливают посредством литографии с плазмохимическим травлением поверхности на глубину от 0,1 до 20 мкм, включая указанные значения. Травление осуществляют в плазме SF/CFCl/O (89/10/1) при давлении около 0,1 мм рт.ст., частоте индуктора около 1356 МГц, мощности плазмы около 100 Вт. В целях травления используют маску фоторезиста Shipley (или другого фоторезиста) толщиной около 1,24 мкм с окном, имеющим размер в поперечнике около от 5 до 30 мкм. Травление проводят в течение времени от 12,7 до 2550 с, включая указанные значения. После травления маску удаляют в диметилформамиде или кислородной плазме и проводят сначала химическую очистку в ацетоне, затем физическую очистку в ультразвуковой ванне. В результате изготавливают углубление 6 с размером в поперечнике от 5 до 30 мкм, включительно.
6
3
2
2
2
2
2
2
Углубление 6 изготавливают посредством литографии с плазмохимическим травлением поверхности на глубину от 0,1 до 20 мкм, включая указанные значения. Травят поверхность в плазме SF/CFCl/O (89/10/1) при давлении около 0,1 мм рт.ст., частоте индуктора около 1356 МГц, мощности плазмы около 100 Вт. Перед травлением на поверхности получают слой SiO толщиной около 100 нм, на котором формируют маску фоторезиста Shipley (или другого фоторезиста) толщиной около 1,24 мкм с окном, имеющим размер в поперечнике от 5 до 30 мкм. Затем слой SiO стравливают в окне маски фоторезиста в HF и получают сквозное окно в слое SiO. После получения окна удаляют маску фоторезиста в диметилформамиде или кислородной плазме. Затем осуществляют травление в плазме поверхности в окне слоя SiO в течение времени от 17,5 до 1500 с, включая указанные значения. Удаляют слой SiO в HF. После чего проводят сначала химическую очистку в ацетоне, затем - физическую очистку в ультразвуковой ванне. В результате получают углубление 6 с размером в поперечнике от 5 до 30 мкм, включительно.
6
3
2
2
Углубление 6 изготавливают посредством литографии с плазмохимическим травлением поверхности на глубину от 0,1 до 20 мкм, включая указанные значения. Травят поверхность в плазме SF/CFCl/O (89/10/1) при давлении около 0,1 мм рт.ст., частоте индуктора около 1356 МГц, мощности плазмы около 100 Вт. В целях травления на поверхности сначала формируют маску фоторезиста Shipley (или другого фоторезиста) толщиной около 1,24 мкм с использованием фотошаблона с окном, имеющим размер в поперечнике около от 5 до 30 мкм, с формированием в окне маскирующего покрытия. После этого посредством магнетронного распыления наносят слой золота толщиной около 30 нм и осуществляют взрывную литографию по фоторезисту в диметилформамиде с применением ультразвуковой ванны, получая в результате в слое золота сквозное окно. Далее проводят плазмохимическое травление поверхности в окне в слое золота в течение времени от 17,5 до 1500 с, включая указанные значения. Затем последовательно удаляют слой золота в смеси йодистого калия (KI) и йода (I), проводят химическую очистку в ацетоне и физическую очистку в ультразвуковой ванне. В результате получают углубление 6 с размером в поперечнике от 5 до 30 мкм, включительно.
3
3
3
3
2
2
2
2
2
Углубление 6 изготавливают посредством использования литографии с жидкостным травлением поверхности на глубину от 0,1 до 20 мкм, включая указанные значения. Поверхность травят в жидкостном травителе Дэша (HF : HNO : СНСООН = 1:3:8), или KOH (44%), или HNO : HF : СНСООН = 20:1:1. В целях травления на поверхности сначала получают слой SiO толщиной около 100 нм, на котором формируют маску фоторезиста Shipley (или другого фоторезиста) толщиной около 1,24 мкм с окном, имеющим размер в поперечнике около от 5 до 30 мкм, включительно. Затем слой SiO стравливают в окне маски фоторезиста в HF, получая сквозное окно в слое SiO, и удаляют маску фоторезиста в диметилформамиде или кислородной плазме. После этого осуществляют травление поверхности в окне слоя SiO в жидкостном травителе. После окончания травления сначала проводят удаление слоя SiO в HF, затем - химическую очистку в ацетоне и физическую очистку в ультразвуковой ванне. В результате изготавливают углубление 6 с размером в поперечнике от 5 до 30 мкм, включительно.
3
3
3
3
2
Углубление 6 изготавливают посредством использования литографии с жидкостным травлением поверхности на глубину от 0,1 до 20 мкм, включая указанные значения. Травят в жидкостном травителе Дэша (HF : HNO : СНСООН = 1:3:8), или KOH (44%), или HNO : HF : СНСООН = 20:1:1. При этом на поверхности сначала формируют маску фоторезиста Shipley (или другого фоторезиста) толщиной около 1,24 мкм с использованием фотошаблона с окном, имеющим размер в поперечнике около от 5 до 30 мкм, включительно, с формированием в окне маскирующего покрытия. Затем посредством магнетронного распыления наносят слой золота толщиной около 50 нм и осуществляют взрывную литографию по фоторезисту в диметилформамиде с применением ультразвуковой ванны. В результате получают в слое золота сквозное окно. Далее проводят жидкостное травление поверхности в окне слоя золота. В завершение последовательно удаляют слой золота в смеси йодистого калия (KI) и йода (I), проводят химическую очистку в ацетоне и физическую очистку в ультразвуковой ванне. В результате получают углубление 6 с размером в поперечнике от 5 до 30 мкм включительно.
Во-вторых, исходный рельеф может быть сформирован в составе двух характеризующихся геометрией и поперечными размерами в кристаллографической плоскости рабочей поверхности или плоскости, параллельной ей, определяемыми в оптический микроскоп, углублений меньшего и большего размера в поперечнике. Углубление меньшего размера выполнено с дном, предназначенным для формирования одной опорной поверхности субангстремной шероховатости, с боковой частью, предназначенной для формирования калибровочной ступени и средства, обеспечивающего определение калибровочной высоты калибровочной ступени, из счетного количества моноатомных ступеней. Углубление большего размера - с донной частью, выполняющей функцию плоской площадки, предназначенной для размещения в центральной его области углубления меньшего размера в поперечнике и формирования другой опорной поверхности субангстремной шероховатости. В упомянутых углублениях боковая часть расположена под углом ±45° относительно нормали к кристаллографической плоскости рабочей поверхности,
При этом сначала получают углубление большего размера в поперечнике, в частности, около 200 мкм, а затем формируют углубление меньшего размера в поперечнике - от 5 до 30 мкм, включая указанные значения, располагая его в донной части углубления большего размера в поперечнике, выполняющей функцию плоской площадки, в центральной его области.
Изготовление углубления большего размера в поперечнике на рабочей поверхности подложки осуществляют вне вакуумной камеры использованием следующих вариантов.
6
3
2
Углубление большего размера в поперечнике получают посредством литографии с плазмохимическим травлением поверхности на глубину от 0,5 до 20 мкм, включая указанные значения. Травление осуществляют в плазме SF/CFCl/O (89/10/1) при давлении около 0,1 мм рт.ст., частоте индуктора около 1356 МГц, мощности плазмы около 100 Вт. При травлении используют маску фоторезиста, например, Shipley толщиной около 1,24 мкм с окном, имеющим размер в поперечнике около 200 мкм. Возможно использование других фоторезистов. Травят в течение времени от 63,5 до 2550 с, включая указанные значения. После травления поверхности на указанную глубину маску удаляют в диметилформамиде или кислородной плазме. Затем проводят сначала химическую очистку в ацетоне, далее физическую очистку в ультразвуковой ванне.
6
3
2
2
2
2
2
2
Углубление большего размера в поперечнике получают посредством литографии с плазмохимическим травлением поверхности на глубину от 0,5 до 20 мкм, включая указанные значения. Травление осуществляют в плазме SF/CFCl/O (89/10/1) при давлении около 0,1 мм рт.ст., частоте индуктора около 1356 МГц, мощности плазмы около 100 Вт. При этом для осуществления травления на поверхности сначала получают слой SiO толщиной около 100 нм, на котором формируют маску фоторезиста Shipley, или другого фоторезиста, толщиной около 1,24 мкм с окном, имеющим размер в поперечнике около 200 мкм. Затем слой SiO стравливают в окне маски фоторезиста в HF, получая сквозное окно в слое SiO, а маску фоторезиста удаляют в диметилформамиде или кислородной плазме. После этого осуществляют травление в плазме поверхности в окне слоя SiO в течение времени от 87,5 до 1500 с, включая указанные значения. После травления последовательно удаляют слой SiO в HF, проводят химическую очистку в ацетоне, физическую очистку в ультразвуковой ванне.
6
3
2
2
Углубление большего размера в поперечнике получают посредством литографии с плазмохимическим травлением поверхности на глубину от 0,5 до 20 мкм, включая указанные значения. Травление проводят в плазме SF/CFCl/O (89/10/1) при давлении около 0,1 мм рт.ст., частоте индуктора около 1356 МГц, мощности плазмы около 100 Вт. В целях травления на поверхности сначала формируют маску фоторезиста Shipley (или другого фоторезиста) толщиной около 1,24 мкм с использованием фотошаблона с окном, имеющим размер в поперечнике около 200 мкм, с формированием в окне маскирующего покрытия. Затем посредством магнетронного распыления наносят слой золота толщиной около 30 нм и осуществляют взрывную литографию по фоторезисту в диметилформамиде с применением ультразвуковой ванны. В результате получают в слое золота сквозное окно. Далее проводят плазмохимическое травление поверхности в окне в слое золота в течение времени от 87,5 до 1500 с, включая указанные значения. После травления последовательно удаляют слой золота в смеси йодистого калия (KI) и йода (I), проводят химическую очистку в ацетоне и физическую очистку в ультразвуковой ванне.
3
3
3
3
2
2
2
2
2
Углубление большего размера в поперечнике получают посредством использования литографии с жидкостным травлением поверхности на глубину от 0,5 до 20 мкм, включая указанные значения. В качестве травителя используют травитель Дэша (HF : HNO : СНСООН = 1:3:8), или KOH (44%), или HNO : HF : СНСООН = 20:1:1. В целях травления на поверхности сначала получают слой SiO толщиной около 100 нм, на котором формируют маску фоторезиста Shipley (или другого фоторезиста) толщиной около 1,24 мкм с окном, имеющим размер в поперечнике около 200 мкм. Затем слой SiO стравливают в окне маски фоторезиста в HF, получая сквозное окно в слое SiO, и удаляют маску фоторезиста в диметилформамиде или кислородной плазме. Далее осуществляют травление поверхности в окне слоя SiO в жидкостном травителе. Затем сначала проводят удаление слоя SiO в HF, после чего - химическую очистку в ацетоне и физическую очистку в ультразвуковой ванне.
3
3
3
3
2
Углубление большего размера в поперечнике получают посредством использования литографии с жидкостным травлением поверхности на глубину от 0,5 до 20 мкм, включая указанные значения. Используют жидкостной травитель Дэша (HF : HNO : СНСООН = 1:3:8), или KOH (44%), или HNO : HF : СНСООН = 20:1:1. При этом на поверхности сначала формируют маску фоторезиста Shipley (или другого фоторезиста) толщиной около 1,24 мкм с использованием фотошаблона с окном, имеющим размер в поперечнике около 200 мкм, с формированием в окне маскирующего покрытия. Затем посредством магнетронного распыления наносят слой золота толщиной около 50 нм и осуществляют взрывную литографию по фоторезисту в диметилформамиде с применением ультразвуковой ванны. В результате получают в слое золота сквозное окно. Далее проводят жидкостное травление поверхности в окне слоя золота. Затем последовательно удаляют слой золота в смеси йодистого калия (KI) и йода (I), проводят химическую очистку в ацетоне и физическую очистку в ультразвуковой ванне.
После получения углубления большего размера в поперечнике формируют углубление меньшего размера в поперечнике - углубление с дном, предназначенным для формирования одной опорной поверхности субангстремной шероховатости, с боковой частью, предназначенной для формирования калибровочной ступени и средства, обеспечивающего определение калибровочной высоты калибровочной ступени.
Относительно указанного углубления существуют следующие варианты его изготовления. Углубление может быть изготовлено с применением вакуумной камеры (как показано на Фиг. 1а)), так и вне ее.
-3
-3
0
2
Углубление изготавливают посредством проводимой в вакууме с уровнем, достаточным для подавления влияния остаточных газов - не более 10 Па, ионно-лучевой обработки поверхности сфокусированным пучком ионов с диаметром от 5 до 50 нм, включительно. В качестве ионов используют ионы галлия с энергией от 1 до 30 кэВ. Обработку проводят в течение времени от 1 до 360 минут, включая указанные значения. В результате получают углубление размером в поперечнике от 5 до 30 мкм и глубиной от 0,1 до 20 мкм, включая указанные значения. Углубление формируют за счет сканирования поверхности тонким пучком. Дозу облучения поверхности ионами галлия берут в пределах 10-10 Кл/см. В качестве ионов могут быть использованы вместо галлия другие ионы - золота или иридия с соответствующим подбором их энергий, времени и других параметров обработки. Главное требование - использование остросфокусированных тонких пучков. Остросфокусированный пучок ионов направляют под таким углом к поверхности, чтобы боковая часть была расположена под углом ±45° относительно нормали к кристаллографической плоскости рабочей поверхности.
6
3
2
Другие варианты получения углубления базируются на использовании литографии. Углубление изготавливают посредством литографии с плазмохимическим травлением поверхности на глубину от 0,1 до 20 мкм, включая указанные значения. Травление осуществляют в плазме SF/CFCl/O (89/10/1) при давлении около 0,1 мм рт.ст., частоте индуктора около 1356 МГц, мощности плазмы около 100 Вт. В целях травления используют маску фоторезиста Shipley (или другого фоторезиста) толщиной около 1,24 мкм с окном, имеющим размер в поперечнике около от 5 до 30 мкм. Травление проводят в течение времени от 12,7 до 2550 с, включая указанные значения. После травления маску удаляют в диметилформамиде или кислородной плазме и проводят сначала химическую очистку в ацетоне, затем физическую очистку в ультразвуковой ванне. В результате изготавливают углубление с размером в поперечнике от 5 до 30 мкм, включительно.
6
3
2
2
2
2
2
2
Углубление изготавливают посредством литографии с плазмохимическим травлением поверхности на глубину от 0,1 до 20 мкм, включая указанные значения. Травят поверхность в плазме SF/CFCl/O (89/10/1) при давлении около 0,1 мм рт.ст., частоте индуктора около 1356 МГц, мощности плазмы около 100 Вт. Перед травлением на поверхности получают слой SiO толщиной около 100 нм, на котором формируют маску фоторезиста Shipley (или другого фоторезиста) толщиной около 1,24 мкм с окном, имеющим размер в поперечнике от 5 до 30 мкм. Затем слой SiO стравливают в окне маски фоторезиста в HF и получают сквозное окно в слое SiO. После получения окна удаляют маску фоторезиста в диметилформамиде или кислородной плазме. Затем осуществляют травление в плазме поверхности в окне слоя SiO в течение времени от 17,5 до 1500 с, включая указанные значения. Удаляют слой SiO в HF. После чего проводят сначала химическую очистку в ацетоне, затем - физическую очистку в ультразвуковой ванне. В результате получают углубление с размером в поперечнике от 5 до 30 мкм, включительно.
6
3
2
2
Углубление изготавливают посредством литографии с плазмохимическим травлением поверхности на глубину от 0,1 до 20 мкм, включая указанные значения. Травят поверхность в плазме SF/CFCl/O (89/10/1) при давлении около 0,1 мм рт.ст., частоте индуктора около 1356 МГц, мощности плазмы около 100 Вт. В целях травления на поверхности сначала формируют маску фоторезиста Shipley (или другого фоторезиста) толщиной около 1,24 мкм с использованием фотошаблона с окном, имеющим размер в поперечнике около от 5 до 30 мкм, с формированием в окне маскирующего покрытия. После этого посредством магнетронного распыления наносят слой золота толщиной около 30 нм и осуществляют взрывную литографию по фоторезисту в диметилформамиде с применением ультразвуковой ванны, получая в результате в слое золота сквозное окно. Далее проводят плазмохимическое травление поверхности в окне в слое золота в течение времени от 17,5 до 1500 с, включая указанные значения. Затем последовательно удаляют слой золота в смеси йодистого калия (KI) и йода (I), проводят химическую очистку в ацетоне и физическую очистку в ультразвуковой ванне. В результате получают углубление с размером в поперечнике от 5 до 30 мкм, включительно.
3
3
3
3
2
2
2
2
2
Углубление изготавливают посредством использования литографии с жидкостным травлением поверхности на глубину от 0,1 до 20 мкм, включая указанные значения. Поверхность травят в жидкостном травителе Дэша (HF : HNO : СНСООН = 1:3:8), или KOH (44%), или HNO : HF : СНСООН = 20:1:1. В целях травления на поверхности сначала получают слой SiO толщиной около 100 нм, на котором формируют маску фоторезиста Shipley (или другого фоторезиста) толщиной около 1,24 мкм с окном, имеющим размер в поперечнике около от 5 до 30 мкм, включительно. Затем слой SiO стравливают в окне маски фоторезиста в HF, получая сквозное окно в слое SiO, и удаляют маску фоторезиста в диметилформамиде или кислородной плазме. После этого осуществляют травление поверхности в окне слоя SiO в жидкостном травителе. После окончания травления сначала проводят удаление слоя SiO в HF, затем - химическую очистку в ацетоне и физическую очистку в ультразвуковой ванне. В результате изготавливают углубление с размером в поперечнике от 5 до 30 мкм, включительно.
3
3
3
3
2
Углубление изготавливают посредством использования литографии с жидкостным травлением поверхности на глубину от 0,1 до 20 мкм, включая указанные значения. Травят в жидкостном травителе Дэша (HF : HNO : СНСООН = 1:3:8), или KOH (44%), или HNO : HF : СНСООН = 20:1:1. При этом на поверхности сначала формируют маску фоторезиста Shipley (или другого фоторезиста) толщиной около 1,24 мкм с использованием фотошаблона с окном, имеющим размер в поперечнике около от 5 до 30 мкм, включительно, с формированием в окне маскирующего покрытия. Затем посредством магнетронного распыления наносят слой золота толщиной около 50 нм и осуществляют взрывную литографию по фоторезисту в диметилформамиде с применением ультразвуковой ванны. В результате получают в слое золота сквозное окно. Далее проводят жидкостное травление поверхности в окне слоя золота. В завершение последовательно удаляют слой золота в смеси йодистого калия (KI) и йода (I), проводят химическую очистку в ацетоне и физическую очистку в ультразвуковой ванне. В результате получают углубление с размером в поперечнике от 5 до 30 мкм включительно.
При изготовлении на рабочей поверхности подложки исходного рельефа в составе углубления и системы концентрических ступеней, расположенных вокруг углубления, либо же в составе двух углублений меньшего и большего размера в поперечнике, углубление с дном, предназначенным для формирования одной опорной поверхности субангстремной шероховатости, с боковой частью, предназначенной для формирования калибровочной ступени и средства, обеспечивающего определение калибровочной высоты калибровочной ступени, из счетного количества моноатомных ступеней, выполняют с теми размерами, которые обеспечивают реализацию требований к конечной структуре эталона - размерам опорных поверхностей, количеству в скоплении высокой плотности моноатомных ступеней, разделяющих указанные поверхности с образованием калибровочной ступени калибровочной высоты.
-8
На втором этапе осуществляют термоэлектрический отжиг, заключительную фазу которого сочетают с подачей потока осаждаемого на поверхность материала подложки. Реализацией второго этапа получают в конечном итоге опорные поверхности субангстремной шероховатости, калибровочную ступень калибровочной высоты и средство, обеспечивающее определение калибровочной высоты калибровочной ступени из счетного количества моноатомных ступеней (см. Фиг. 1г), позиции 10-12, соответственно). Проводят термоэлектрический отжиг подложки 1 твердотельного материала, пропусканием через подложку 1 электрического тока величиной, вызывающей резистивный нагрев материала подложки 1 до температуры активируемой сублимации атомов верхнего атомного слоя, и осуществляют подачу потока осаждаемого на поверхность материала подложки 1, в вакууме. Вакуум поддерживают на уровне, обеспечивающем выход атомов материала подложки 1 в вакуум, при давлении остаточных газов не более 10 Па. Используют вакуумную камеру 5 (см. Фиг. 1б) -г)). Подложку 1 зажимают в держателях, обеспечивающих электрический контакт 7, которые соединены с источником питания 8, устанавливают в вакуумной камере 5, которая также снабжена источником материала подложки 9. При отжиге пропускают электрический ток с компонентой в направлении, которое параллельно плоскости, характеризующейся той же самой кристаллографической ориентацией, что и рабочая поверхность, обеспечивая перемещение моноатомных ступеней в указанном направлении. Отжиг подразделяет на три фазы.
Первая фаза - отжиг, включающий формирование на боковой части углубления 6 скопления высокой плотности моноатомных ступеней 13, в предельном случае с максимально узкими террасами (см. Фиг. 2а)). При этом также происходит образование террас незначительной шириной для оптических измерений (в частности, шириной 0,3±0,2 мкм) вокруг углубления, наиболее удаленных от нерабочей поверхности подложки, и на дне углубления - нижней террасы той же самой шириной (0,3±0,2 мкм), наименее удаленной от нерабочей поверхности подложки.
При осуществлении фазы отжига, включающей формирование на боковой части углубления скопления высокой плотности моноатомных ступеней с узкими террасами, достигающими в предельном случае максимальной узости, осуществляют также очистку рабочей поверхности подложки от естественного окисла и/или загрязнений. При формировании и очистке пропускают через подложку 1 (см. Фиг. 1б)) электрический ток с компонентой в направлении, которое параллельно кристаллографической плоскости рабочей поверхности, обеспечивая перемещение моноатомных ступеней в указанном направлении, и величиной, вызывающей резистивный нагрев материала подложки 1 до температуры активируемой сублимации атомов верхнего атомного слоя - от 1250°С до 1410°С, включая указанные значения, в течение 1 минуты и более. В результате на боковой части углубления 6 формируют скопление высокой плотности моноатомных ступеней 13, в предельном случае с максимально узкими террасами, а именно с плотностью от 50 до 200 шт./мкм, включая указанные значения, на отрезке с наименьшей длиной между дном и краем углубления. Действия над подложкой 1 с присутствующими на ее рабочей поверхности естественным окислом и изготовленным углублением 6 осуществляют в вакууме вакуумной камеры 5. Через подложку 1 пропускают от источника питания 8 постоянный или переменный электрический ток.
Вторая фаза - отжиг, приводящий к увеличению поперечника и уменьшению глубины углубления с дном, предназначенным для формирования одной опорной поверхности субангстремной шероховатости, с боковой частью, предназначенной для формирования калибровочной ступени и средства, обеспечивающего определение калибровочной высоты калибровочной ступени (см. Фиг. 2б)). Увеличение поперечника и уменьшение глубины углубления 6 сопровождается, во-первых, формированием сингулярных участков субангстремной шероховатости, являющихся опорными поверхностями в эталоне, расположенными на дне углубления и вокруг углубления с примыканием к его краю, во-вторых, оформлением в отношении боковой части углубления 6 со скоплением высокой плотности моноатомных ступеней 13, в предельном случае с максимально узкими террасами, калибровочной высоты из счетного количества высокой плотности моноатомных ступеней с получением скопления высокой плотности моноатомных ступеней калибровочной ступени 13', которым определяется калибровочная высота.
Действия над подложкой 1 с очищенной ее рабочей поверхностью от естественного окисла и/или загрязнений и изготовленным углублением 6, на боковой части которого сформировано скопление высокой плотности моноатомных ступеней 13 осуществляют в вакууме вакуумной камеры 5. Через подложку 1, зажатую в держателях, обеспечивающих электрический контакт 7, пропускают от источника питания 8 постоянный или переменный электрический ток.
Осуществляют фазу отжига (см. Фиг. 1в) и Фиг. 2б)), приводящую к увеличению поперечника и уменьшению глубины углубления 6 с дном, предназначенным для формирования одной опорной поверхности субангстремной шероховатости, с боковой частью, предназначенной для формирования калибровочной ступени и средства, обеспечивающего определение калибровочной высоты калибровочной ступени, из счетного количества моноатомных ступеней, сопровождающихся формированием опорных поверхностей субангстремной шероховатости на дне углубления 6 и вокруг углубления 6 с примыканием к его краю и получением из скопления высокой плотности моноатомных ступеней 13 от 50 до 200 шт./мкм, включая указанные значения, на отрезке с наименьшей длиной между дном и краем углубления, калибровочной высоты, определяемой суммарной высотой моноатомных ступеней, расположенных между указанными опорными поверхностями, тем, что пропускают через подложку 1 электрический ток с компонентой в направлении, которое параллельно кристаллографической плоскости рабочей поверхности, обеспечивая перемещение моноатомных ступеней в указанном направлении, и величиной, вызывающей резистивный нагрев материала подложки 1 до температуры активируемой сублимации атомов верхнего атомного слоя - от 1000°С до 1410°С, включая указанные значения. Ток пропускают в течение времени от 100 до 2000000 секунд, включая указанные значения, с соответствием меньшей температуре нагрева подложки большего времени отжига, с уменьшением при промежуточных значениях температур указанного диапазона времени отжига пропорционально увеличению температуры.
В результате получают из скопления высокой плотности моноатомных ступеней 13 от 50 до 200 шт./мкм, включая указанные значения, на отрезке с наименьшей длиной между дном и краем углубления, калибровочную высоту, определяемую суммарной высотой моноатомных ступеней, характеризующихся распределением их в направлении, которое параллельно кристаллографической плоскости рабочей поверхности, на расстояние от 20 до 100 нм, включая указанные значения, и сформированные опорные поверхности субангстремной шероховатости, расположенные на дне углубления 6 и вокруг углубления 6, шириной от 10 до 50 мкм, включая указанные значения. При этом прямая, на которой расположен отрезок с наименьшей длиной между дном и краем углубления, и прямая, в которой расположено направление распределения моноатомных ступеней, параллельное кристаллографической плоскости рабочей поверхности, расположены в плоскости, которая перпендикулярна кристаллографической плоскости рабочей поверхности или перпендикулярна плоскостям расположения опорных поверхностей субангстремной шероховатости.
Температурный диапазон согласовывают с полученными при формировании исходного рельефа размерами углубления 6, в частности, его поперечником, которые определяются требованиями к эталону - размерам опорных поверхностей, расстоянию между ними, определяемому количеством моноатомных ступеней. При согласовании исходных размеров углубления 6 с температурой отжига во внимание принимают необходимость подавления при отжиге формирования новых замкнутых моноатомных ступеней, ограничивающих террасу, расположенную на одно межплоскостное расстояние ниже, чем окружающая ее терраса.
Третья фаза отжига, финальная, - отжиг с одновременным осаждением материала подложки на поверхность со скоростью, компенсирующей процесс сублимации атомов с поверхности подложки, чем обеспечивают сохранение сформированных сингулярных участков субангстремной шероховатости на дне углубления и вокруг углубления, получают на боковой части углубления локализацию калибровочной ступени калибровочной высоты и формируют средство, обеспечивающего точное определение калибровочной высоты калибровочной ступени из счетного количества моноатомных ступеней (см. Фиг. 1г). Фиг. 2в)).
Действия над подложкой 1 с полученными опорными поверхностями субангстремной шероховатости на дне углубления 6 и вокруг углубления 6 с примыканием к его краю, скоплением высокой плотности моноатомных ступеней калибровочной ступени 13', которым определяется калибровочная высота, полученным на боковой части углубления 6, осуществляют в вакууме вакуумной камеры 5, которая снабжена источником материала подложки 9. Через подложку 1, зажатую в держателях, обеспечивающих электрический контакт 7, пропускают от источника питания 8 постоянный или переменный электрический ток.
28
2
10
16
2
Финальную фазу отжига проводят с одновременным осаждением материала подложки 1 на рабочую поверхность со скоростью, компенсирующей процесс сублимации атомов с поверхности подложки 1, обеспечивающую сохранение сформированных опорных поверхностей субангстремной шероховатости (широких террас 10) на дне углубления 6 и вокруг углубления 6, локализацию на боковой части углубления 6 калибровочной ступени 11 калибровочной высоты из счетного количества высокой плотности моноатомных ступеней и получение средства, обеспечивающего определение калибровочной высоты калибровочной ступени 11 (средство подсчета моноатомных ступеней 12), из того же счетного количества моноатомных ступеней, но меньшей плотности. При этом пропускают через подложку 1 электрический ток с компонентой в направлении, которое параллельно кристаллографической плоскости рабочей поверхности, обеспечивая перемещение моноатомных ступеней в указанном направлении. Используют величину тока, вызывающую резистивный нагрев материала подложки 1 до температуры активируемой сублимации атомов верхнего атомного слоя - от 832°С до 1250°С, включая указанные значения. Ток пропускают в течение времени от 600 до 2000000 секунд, включая указанные значения, с соответствием меньшей температуре нагрева подложки большего времени отжига, с уменьшением при промежуточных значениях температур указанного диапазона времени отжига пропорционально увеличению температуры. При отжиге осуществляют подачу потока осаждаемого на поверхность материала подложки 1 с возможностью компенсации сублимирующего потока адатомов с рабочей поверхности подложки 1, значение которого определяют из выражения F=3,12⋅10exp(-46600/T(K)) атом/см⋅с, где T(K) - температура в градусах Кельвина, используя поток атомов величиной от 10 до 10 атом/см⋅с, включая указанные значения. Причем при использовании более высоких температур нагрева используют большие значения величины потока атомов материала подложки.
В результате на дне углубления 6 и вокруг углубления 6 сохраняют сформированные опорные поверхности субангстремной шероховатости. На боковой части углубления 6 получают, в частности, диаметрально расположенные друг относительно друга калибровочную ступень 11 калибровочной высоты и средство, обеспечивающее определение калибровочной высоты калибровочной ступени (средство подсчета моноатомных ступеней 12), из счетного количества моноатомных ступеней. Калибровочная ступень 11 характеризуется счетным количеством моноатомных ступеней высокой плотностью ступеней, с распределением их в направлении, которое параллельно кристаллографической плоскости рабочей поверхности, на расстояние от 20 до 100 нм, включая указанные значения. Средство, обеспечивающее определение калибровочной высоты, из счетного количества моноатомных ступеней, разделенных более широкими террасами с меньшей плотностью моноатомных ступеней (см. Фиг. 2в), скопление низкой плотности моноатомных ступеней 14) по сравнению с плотностью в калибровочной ступени 11, характеризуется распределением их в направлении, которое параллельно кристаллографической плоскости рабочей поверхности, на расстояние более 100 нм. Плотность ступеней на боковой части углубления 6, полученная при отжиге первой фазы (скопление высокой плотности моноатомных ступеней 13), остающаяся при реализации второй фазы неизменной при ее оформлении в калибровочную высоту, при реализации третьей фазы, обуславливающей получение на боковой части углубления диаметрально расположенных калибровочной ступени 11 и средства подсчета моноатомных ступеней 12 остается в калибровочной ступени 11 также неизменной.
Подачей потока от источника материала подложки 9 при отжиге достигают полную или почти полную остановку перемещения моноатомных ступеней, расположенных вокруг углубления 6 и на боковой части его. При этом разница в плотности ступеней в нисходящей по направлению электрического тока боковой части углубления бив восходящей по направлению электрического тока боковой части углубления 6, соответственно, увеличивается до величины, составляющей от 50 до 200 шт./мкм (см. Фиг. 2в), позиция 13' - скопление высокой плотности моноатомных ступеней калибровочной ступени), включая указанные значения, на соответствующем калибровочной ступени отрезке с наименьшей длиной между дном и краем углубления, и уменьшается до величины, составляющей от 5 до 10 шт./мкм (см. Фиг. 2в), позиция 14 - скопление низкой плотности моноатомных ступеней), включая указанные значения, на соответствующем средству, обеспечивающему определение калибровочной высоты, отрезке с наименьшей длиной между дном и краем углубления. Величина, составляющая от 50 до 200 шт./мкм, соответствует плотно расположенным ступеням - скопление высокой плотности моноатомных ступеней калибровочной ступени 13', с распределением их в латеральном направлении на расстояние от 20 до 100 нм, включая указанные значения. Величина, составляющая от 5 до 10 шт./мкм, соответствует менее плотно расположенным ступеням - скопление низкой плотности моноатомных ступеней 14 с распределением их в латеральном направлении на расстояние более 100 нм. При этом прямая, на которой расположен соответствующий калибровочной ступени отрезок с наименьшей длиной между дном и краем углубления, и прямая, в которой расположено направление распределения высокой плотности моноатомных ступеней, параллельное кристаллографической плоскости рабочей поверхности, расположены в плоскости, которая перпендикулярна кристаллографической плоскости рабочей поверхности или перпендикулярна плоскостям расположения опорных поверхностей субангстремной шероховатости. Кроме того, прямая, на которой расположен соответствующий средству, обеспечивающему определение калибровочной высоты, отрезок с наименьшей длиной между дном и краем углубления, и прямая, в которой расположено направление распределения низкой плотности моноатомных ступеней, параллельное кристаллографической плоскости рабочей поверхности, расположены в плоскости, которая перпендикулярна кристаллографической плоскости рабочей поверхности или перпендикулярна плоскостям расположения опорных поверхностей субангстремной шероховатости.
-8
После получения на боковой части углубления 6 диаметрально расположенных друг относительно друга калибровочной ступени 11 калибровочной высоты и средства, обеспечивающего определение калибровочной высоты калибровочной ступени, из счетного количества моноатомных ступеней, проводят охлаждение подложки 1 до комнатной температуры 293-296 K с одновременным изменением величины потока осаждаемого на поверхность материала подложки. Эту меру реализуют для предотвращения возможности изменения полученного распределения моноатомных ступеней во всей внутренней боковой части углубления 6 в процессе охлаждения. Охлаждение осуществляют в вакуумной камере 5, которая снабжена источником материала подложки 9, в вакууме с уровнем, обеспечивающим выход атомов материала подложки 1 в вакуум при термоэлектрическом отжиге, - при давлении остаточных газов не более 10 Па.
28
2
Охлаждение подложки 1 до комнатной температуры 293-296 K с одновременным изменением величины потока осаждаемого на поверхность материала подложки для предотвращения возможности изменения полученного распределения моноатомных ступеней во всей внутренней боковой части углубления 6 в процессе охлаждения проводят со скоростью от 0,01 до 10°С/мин, включая указанные значения интервала. При этом изменение потока атомов производят в соответствии с выражением F=3,12⋅10exp(-46600/Т(K)) атом/см⋅с, где T(K) - температура в градусах Кельвина. При достижении температуры 830°С поток не подают, и снижение температуры осуществляют со скоростью, сохраняющей полученное в результате термоэлектрического отжига распределение моноатомных ступеней, с отсутствием генерации новых атомных ступеней, в конечном счете сохраняющей размер опорной поверхности субангстремной шероховатости в дне углубления. При достижении температуры подложки 1, равной 830°С, скорость охлаждения поддерживают на постоянном уровне - 400°С/с.
15
2
14
2
13
2
12
2
11
2
10
2
Используемые величины потока те же самые, что и при проведении термоэлектрического отжига. С уменьшением температуры величину потока уменьшают. Температуре 1300°С соответствует поток 4,2483⋅10 атом/см⋅с. Снижая температуру до 1200°С, величину потока снижают до значения 5,68543⋅10 атом/см⋅с, при понижении температуры до 1100°С соответственно величину потока снижают до 5,67649⋅10 атом/см⋅с, при понижении до 1000°С поток снижают до 3,9462⋅10 атом/см⋅с, при понижении до 900°С поток снижают до 1,74122⋅10 атом/см⋅с, при достижении 830°С поток снижают до 1,3992708196⋅10 атом/см⋅с. При достижении температуры 830°С сублимация прекращается и поток не подают.
В результате осуществления предлагаемого способа, например, на подложке кремния (111), получают два участка поверхности, не содержащие моноатомных ступеней, достигающих размеров по ширине от 10 до 50 мкм, разделенные счетным количеством плотно расположенных моноатомных ступеней. Указанные участки сингулярной поверхности кремния (111), не содержащие ни одной моноатомной ступени, имеют шероховатость не более 0,4 ангстрема (Ra).
В качестве подложки твердотельного материала, характеризующейся определенной ориентацией кристаллографической плоскости рабочей поверхности, используют в наиболее простом случае подложку кремния с ориентацией рабочей поверхности (111). Может быть использована, в частности, подложка кремния с вицинальной рабочей поверхностью (111) с углом разориентации, равным от 0°0'20'' до 5°, включая указанные значения, или подложка кремния с ориентацией рабочей поверхности (001), или подложка кремния с вицинальной рабочей поверхностью (001) с углом разориентации, равным от 0°0'20'' до 5°, включая указанные значения.
В качестве сведений, подтверждающих возможность осуществления способа с достижением указанного технического результата, приводим нижеследующие примеры реализации.
Пример 1
Изготовление ступенчатого высотного калибровочного эталона осуществляют с использованием подложки твердотельного материала, характеризующейся определенной ориентацией кристаллографической плоскости рабочей поверхности. В качестве подложки твердотельного материала, характеризующейся определенной ориентацией кристаллографической плоскости рабочей поверхности, используют подложку кремния с ориентацией рабочей поверхности (111).
-8
Изготавливают эталон, используя проведение термоэлектрического отжига подложки твердотельного материала, характеризующейся определенной ориентацией кристаллографической плоскости рабочей поверхности, пропусканием через подложку электрического тока величиной, вызывающей резистивный нагрев материала подложки до температуры активируемой сублимации атомов верхнего атомного слоя, и осуществление подачи потока осаждаемого на поверхность материала подложки. Отжиг проводят в вакууме с уровнем, обеспечивающим выход атомов материала подложки в вакуум при термоэлектрическом отжиге, при давлении остаточных газов не более 10 Па.
Перед проведением отжига на рабочей поверхности подложки формируют рельеф в составе характеризующегося геометрией и поперечным размером в кристаллографической плоскости рабочей поверхности или плоскости, параллельной ей, определяемыми в оптический микроскоп, углубления с дном, предназначенным для формирования одной опорной поверхности субангстремной шероховатости, с боковой частью, предназначенной для формирования калибровочной ступени и средства, обеспечивающего определение калибровочной высоты калибровочной ступени, из счетного количества моноатомных ступеней, и предназначенной для формирования другой опорной поверхности субангстремной шероховатости системы концентрических ступеней, расположенных вокруг углубления.
Указанный рельеф формируют тем, что сначала получают систему концентрических ступеней, а затем изготавливают углубление таким образом, что концентрические ступени расположены вокруг углубления.
Для получения системы концентрических ступеней сначала изготавливают лунку, а затем осуществляют термоэлектрический отжиг.
-3
Лунку изготавливают посредством проводимой в вакууме с уровнем, достаточным для подавления влияния остаточных газов не более 10 Па, ионно-лучевой обработки поверхности ионами аргона с диаметром пучка 800 мкм, с энергией 7 кэВ, в течение времени 1 мин, с вращением подложки относительно оси, направленной перпендикулярно поверхности, с частотой 100 Гц, с направлением пучка ионов под углом к поверхности, обеспечивающим формирование отклоненных в диаметрально противоположных направлениях участков поверхности с углом отклонения 0°0'10''.
-8
Перед формированием системы концентрических ступеней осуществляют термоэлектрический, очищающий рабочую поверхность от естественного окисла материала подложки и/или загрязнений отжиг. В этих целях пропускают электрический ток величиной, соответствующей нагреву до температуры 1410°С, в течение 1 минуты. Проводят операцию в вакууме с уровнем, обеспечивающим при термоэлектрическом отжиге выход атомов материала подложки в вакуум, - при давлении остаточных газов не более 10 Па.
-8
Осуществляют термоэлектрический отжиг для формирования системы концентрических ступеней в вакууме с уровнем, обеспечивающим выход атомов материала подложки в вакуум при термоэлектрическом отжиге, при давлении остаточных газов не более 10 Па. При отжиге пропускают постоянный или переменный электрический ток величиной, вызывающей резистивный нагрев материала подложки до температуры активируемой сублимации атомов верхнего атомного слоя с передвижением по поверхности моноатомных ступеней. Электрический ток пропускают параллельно рабочей поверхности подложки, в течение времени и при достигаемой температуре нагрева, формирующих по периферии внутренней части лунки равномерно распределенные одиночные концентрические моноатомные ступени, окружающие сингулярную террасу с контролируемой шириной 80 мкм. Сингулярную террасу располагают в центральной части лунки. Пропусканием тока достигают температуры 1410°С. Ток пропускают в течение времени 8 с. После получения системы концентрических ступеней, охватывающих сингулярную террасу шириной 80 мкм, подачу электрического тока прекращают и снижают температуру подложки до комнатной 293-296 K. Снижение температуры осуществляют со скоростью, сохраняющей полученное в результате термоэлектрического отжига распределение моноатомных ступеней, с отсутствием генерации новых атомных ступеней, в конечном счете сохраняющей размер сингулярной террасы в центральной части лунки. Скорость поддерживают на уровне 400°С/с.
-3
2
Затем приступают к получению в области сингулярной террасы углубления с дном, предназначенным для формирования одной опорной поверхности субангстремной шероховатости, с боковой частью, предназначенной для формирования калибровочной ступени и средства, обеспечивающего определение калибровочной высоты калибровочной ступени, из счетного количества моноатомных ступеней. Углубление получают посредством проводимой в вакууме с уровнем, достаточным для подавления влияния остаточных газов - не более 10 Па, ионно-лучевой обработки поверхности сфокусированным пучком ионов галлия с диаметром 5 нм, с энергией 30 кэВ в течение времени 360 минут. Проводят остросфокусированным пучком сканирование поверхности размером около 7×7 мкм, пучок направляют под углом около 45° относительно нормали к кристаллографической плоскости рабочей поверхности. Получают углубление размером в поперечнике около 7 мкм и глубиной 5 мкм. В углублении боковая часть выполнена с периметром примерно квадратной формы, одна пара параллельных сторон расположена под углом 0° относительно нормали к кристаллографической плоскости рабочей поверхности, вторая пара параллельных сторон расположена под углом 45° относительно нормали к кристаллографической плоскости рабочей поверхности, при этом одна сторона сформирована с отрицательным наклоном относительно плоскости дна, а вторая - с положительным.
После формирования требуемого исходного рельефа проводят термоэлектрический отжиг. При отжиге пропускают электрический ток с компонентой в направлении, которое параллельно кристаллографической плоскости рабочей поверхности, обеспечивая перемещение моноатомных ступеней в указанном направлении.
Сначала осуществляют фазу отжига, включающую формирование на боковой части углубления скопления высокой плотности моноатомных ступеней с узкими террасами, достигающими в предельном случае максимальной узости. При осуществлении указанной фазы отжига осуществляют также очистку рабочей поверхности подложки от естественного окисла и/или загрязнений. При формировании и очистке пропускают через подложку электрический ток величиной, вызывающей резистивный нагрев материала подложки до температуры активируемой сублимации атомов верхнего атомного слоя - 1410°С, в течение 1 минуты. В результате на боковой части углубления формируют скопление высокой плотности моноатомных ступеней с узкими террасами, достигающими в предельном случае максимальной узости, а именно с плотностью 50 шт./мкм на отрезке с наименьшей длиной между дном и краем углубления.
Затем осуществляют фазу отжига, приводящую к увеличению поперечника и уменьшению глубины углубления с дном, предназначенным для формирования одной опорной поверхности субангстремной шероховатости, с боковой частью, предназначенной для формирования калибровочной ступени и средства, обеспечивающего определение калибровочной высоты калибровочной ступени, из счетного количества моноатомных ступеней, сопровождающихся формированием опорных поверхностей субангстремной шероховатости на дне углубления и вокруг углубления с примыканием к его краю, и получением из скопления высокой плотности моноатомных ступеней калибровочной высоты, определяемой суммарной высотой моноатомных ступеней между указанными опорными поверхностями.
Пропускают через подложку электрический ток с компонентой в направлении, которое параллельно кристаллографической плоскости рабочей поверхности, обеспечивая перемещение моноатомных ступеней в указанном направлении, величиной, вызывающей резистивный нагрев материала подложки до температуры активируемой сублимации атомов верхнего атомного слоя - 1410°С, в течение времени 100 секунд.
В результате получают из скопления высокой плотности моноатомных ступеней 50 шт./мкм на отрезке с наименьшей длиной между дном и краем углубления калибровочную высоту, определяемую суммарной высотой моноатомных ступеней, характеризующихся распределением их в направлении, которое параллельно кристаллографической плоскости рабочей поверхности, на расстояние 20 нм. Кроме того, получают опорные поверхности субангстремной шероховатости, расположенные на дне углубления и вокруг углубления, шириной 10 мкм. При этом прямая, на которой расположен отрезок с наименьшей длиной между дном и краем углубления, и прямая, в которой расположено направление распределения моноатомных ступеней, параллельное кристаллографической плоскости рабочей поверхности, расположены в плоскости, которая перпендикулярна кристаллографической плоскости рабочей поверхности или перпендикулярна плоскостям расположения опорных поверхностей субангстремной шероховатости.
В финале проводят фазу отжига с одновременным осаждением материала подложки на рабочую поверхность со скоростью, компенсирующей процесс сублимации атомов с поверхности подложки, обеспечивающую сохранение сформированных опорных поверхностей субангстремной шероховатости на дне углубления и вокруг углубления, локализацию на боковой части углубления калибровочной ступени калибровочной высоты из счетного количества высокой плотности моноатомных ступеней и получение средства, обеспечивающего определение калибровочной высоты калибровочной ступени, из того же счетного количества моноатомных ступеней, но меньшей плотности.
28
2
16
2
Пропускают через подложку электрический ток с компонентой в направлении, которое параллельно кристаллографической плоскости рабочей поверхности, обеспечивая перемещение моноатомных ступеней в указанном направлении, величиной, вызывающей резистивный нагрев материала подложки до температуры активируемой сублимации атомов верхнего атомного слоя - 1250°С, в течение времени 600 секунд. При этом осуществляют подачу потока осаждаемого на поверхность материала подложки с возможностью компенсации сублимирующего потока адатомов с рабочей поверхности подложки, значение которого определяют из выражения F=3,12⋅10exp(-46600/T(K)) атом/см⋅с, где T(K) - температура в градусах Кельвина, используя поток атомов величиной 10 атом/см⋅с.
В результате на дне углубления и вокруг углубления сохраняют сформированные опорные поверхности субангстремной шероховатости, а на боковой части углубления получают диаметрально расположенные друг относительно друга калибровочную ступень калибровочной высоты и средство, обеспечивающее определение калибровочной высоты калибровочной ступени, из счетного количества моноатомных ступеней. Полученные особенности характеризуются в отношении калибровочной ступени из счетного количества моноатомных ступеней на соответствующем калибровочной ступени отрезке с наименьшей длиной между дном и краем углубления высокой плотностью ступеней 50 шт./мкм и распределением ступеней в направлении, которое параллельно кристаллографической плоскости рабочей поверхности, на расстояние 20 нм, и характеризуются в отношении средства, обеспечивающего определение калибровочной высоты, из счетного количества моноатомных ступеней, разделенных более широкими террасами по сравнению с калибровочной ступенью, на соответствующем средству, обеспечивающему определение калибровочной высоты, отрезке с наименьшей длиной между дном и краем углубления меньшей плотностью моноатомных ступеней 5 шт./мкм и распределением ступеней в направлении, которое параллельно кристаллографической плоскости рабочей поверхности, на расстояние 100 нм. При этом прямая, на которой расположен соответствующий калибровочной ступени отрезок с наименьшей длиной между дном и краем углубления, и прямая, в которой расположено направление распределения высокой плотности моноатомных ступеней, параллельное кристаллографической плоскости рабочей поверхности, расположены в плоскости, которая перпендикулярна кристаллографической плоскости рабочей поверхности или перпендикулярна плоскостям опорных поверхностей субангстремной шероховатости. Кроме того, прямая, на которой расположен соответствующий средству, обеспечивающему определение калибровочной высоты, отрезок с наименьшей длиной между дном и краем углубления, и прямая, в которой расположено направление распределения низкой плотности моноатомных ступеней, параллельное кристаллографической плоскости рабочей поверхности, расположены в плоскости, которая перпендикулярна кристаллографической плоскости рабочей поверхности или перпендикулярна плоскостям опорных поверхностей субангстремной шероховатости.
-8
После получения на боковой части углубления диаметрально расположенных друг относительно друга калибровочной ступени калибровочной высоты и средства, обеспечивающего определение калибровочной высоты калибровочной ступени, из счетного количества моноатомных ступеней, проводят охлаждение подложки до комнатной температуры 293-296 K. Одновременно изменяют величину потока осаждаемого на поверхность материала подложки для предотвращения возможности изменения полученного распределения моноатомных ступеней во всей внутренней боковой части углубления в процессе охлаждения. Охлаждение осуществляют в вакууме с уровнем, обеспечивающим выход атомов материала подложки в вакуум при термоэлектрическом отжиге, - при давлении остаточных газов не более 10 Па.
28
2
Охлаждение подложки до комнатной температуры 293-296 K с одновременным изменением величины потока осаждаемого на поверхность материала подложки для предотвращения возможности изменения полученного распределения моноатомных ступеней во всей внутренней боковой части углубления в процессе охлаждения проводят со скоростью 0,01°С/мин, при этом изменение потока атомов производят в соответствии с выражением F=3,12⋅10exp(-46600/T(K)) атом/см⋅с, где T(K) - температура в градусах Кельвина. При достижении температуры 830°С поток не подают, и снижение температуры осуществляют со скоростью, сохраняющей полученное в результате термоэлектрического отжига распределение моноатомных ступеней, с отсутствием генерации новых атомных ступеней, в конечном счете сохраняющей размер опорной поверхности субангстремной шероховатости в дне углубления. Достигнув температуры 830°С, скорость охлаждения поддерживают на уровне 400°С/с.
Пример 2
Изготовление ступенчатого высотного калибровочного эталона осуществляют с использованием подложки твердотельного материала, характеризующейся определенной ориентацией кристаллографической плоскости рабочей поверхности. В качестве подложки твердотельного материала, характеризующейся определенной ориентацией кристаллографической плоскости рабочей поверхности, используют подложку кремния с вицинальной рабочей поверхностью (111) с углом разориентации, равным 0°0'20''.
-8
Изготавливают эталон, используя проведение термоэлектрического отжига подложки твердотельного материала, характеризующейся определенной ориентацией кристаллографической плоскости рабочей поверхности, пропусканием через подложку электрического тока величиной, вызывающей резистивный нагрев материала подложки до температуры активируемой сублимации атомов верхнего атомного слоя, и осуществление подачи потока осаждаемого на поверхность материала подложки. Отжиг проводят в вакууме с уровнем, обеспечивающим выход атомов материала подложки в вакуум при термоэлектрическом отжиге, при давлении остаточных газов не более 10 Па.
Перед проведением отжига на рабочей поверхности подложки формируют рельеф в составе характеризующегося геометрией и поперечным размером в кристаллографической плоскости рабочей поверхности или плоскости, параллельной ей, определяемыми в оптический микроскоп, углубления с дном, предназначенным для формирования одной опорной поверхности субангстремной шероховатости, с боковой частью, предназначенной для формирования калибровочной ступени и средства, обеспечивающего определение калибровочной высоты калибровочной ступени, из счетного количества моноатомных ступеней, и предназначенной для формирования другой опорной поверхности субангстремной шероховатости системы концентрических ступеней, расположенных вокруг углубления.
Указанный рельеф формируют тем, что сначала получают систему концентрических ступеней, а затем изготавливают углубление таким образом, что концентрические ступени расположены вокруг углубления.
Для получения системы концентрических ступеней сначала изготавливают лунку, а затем осуществляют термоэлектрический отжиг.
-3
Лунку изготавливают посредством проводимой в вакууме с уровнем, достаточным для подавления влияния остаточных газов не более 10 Па, ионно-лучевой обработки поверхности ионами аргона с диаметром пучка 300 мкм, с энергией 1 кэВ, в течение времени 360 мин, с вращением подложки относительно оси, направленной перпендикулярно поверхности, с частотой 90 Гц, с направлением пучка ионов под углом к поверхности, обеспечивающим формирование отклоненных в диаметрально противоположных направлениях участков поверхности с углом отклонения 15°.
-8
Перед формированием системы концентрических ступеней осуществляют термоэлектрический, очищающий рабочую поверхность от естественного окисла материала подложки и/или загрязнений отжиг. В этих целях пропускают электрический ток величиной, соответствующей нагреву до температуры 1250°С, в течение 20 минут. Проводят операцию в вакууме с уровнем, обеспечивающим при термоэлектрическом отжиге выход атомов материала подложки в вакуум, - при давлении остаточных газов не более 10 Па.
-8
Осуществляют термоэлектрический отжиг для формирования системы концентрических ступеней в вакууме с уровнем, обеспечивающим выход атомов материала подложки в вакуум при термоэлектрическом отжиге, при давлении остаточных газов не более 10 Па. При отжиге пропускают постоянный или переменный электрический ток величиной, вызывающей резистивный нагрев материала подложки до температуры активируемой сублимации атомов верхнего атомного слоя с передвижением по поверхности моноатомных ступеней. Электрический ток пропускают параллельно рабочей поверхности подложки, в течение времени и при достигаемой температуре нагрева, формирующих по периферии внутренней части лунки равномерно распределенные одиночные концентрические моноатомные ступени, окружающие сингулярную террасу с контролируемой шириной 40 мкм. Сингулярную террасу располагают в центральной части лунки. Пропусканием тока достигают температуры 832°С. Ток пропускают в течение времени 14000000 с. После получения системы концентрических ступеней, охватывающих сингулярную террасу шириной 40 мкм, подачу электрического тока прекращают и снижают температуру подложки до комнатной 293-296 K. Снижение температуры осуществляют со скоростью, сохраняющей полученное в результате термоэлектрического отжига распределение моноатомных ступеней, с отсутствием генерации новых атомных ступеней, в конечном счете сохраняющей размер сингулярной террасы в центральной части лунки. Скорость поддерживают на уровне 400°С/с.
После охлаждения подложку извлекают из вакуума, в котором осуществляли получение системы концентрических ступеней.
Затем приступают к получению в области сингулярной террасы углубления с дном, предназначенным для формирования одной опорной поверхности субангстремной шероховатости, с боковой частью, предназначенной для формирования калибровочной ступени и средства, обеспечивающего определение калибровочной высоты калибровочной ступени, из счетного количества моноатомных ступеней.
6
3
2
Углубление получают посредством литографии с плазмохимическим травлением поверхности на глубину около 0,1 мкм, в плазме SF/CFCl/O (89/10/1) при давлении около 0,1 мм рт.ст., частоте индуктора около 1356 МГц, мощности плазмы около 100 Вт, через маску фоторезиста толщиной около 1,24 мкм с окном, имеющим размер в поперечнике около 5 мкм, в течение времени около 12,7 с, после чего маску удаляют в диметилформамиде и проводят сначала химическую очистку в ацетоне, затем физическую очистку в ультразвуковой ванне, получая в результате углубление с размером в поперечнике 5 мкм. В углублении боковая часть расположена под углом 0° относительно нормали к кристаллографической плоскости рабочей поверхности.
Затем подложку снова помещают в вакуум. После формирования требуемого исходного рельефа проводят термоэлектрический отжиг. При отжиге пропускают электрический ток с компонентой в направлении, которое параллельно кристаллографической плоскости рабочей поверхности, обеспечивая перемещение моноатомных ступеней в указанном направлении.
Сначала осуществляют фазу отжига, включающую формирование на боковой части углубления скопления высокой плотности моноатомных ступеней с узкими террасами, достигающими в предельном случае максимальной узости. При осуществлении указанной фазы отжига осуществляют также очистку рабочей поверхности подложки от естественного окисла и/или загрязнений. При формировании и очистке пропускают через подложку электрический ток величиной, вызывающей резистивный нагрев материала подложки до температуры активируемой сублимации атомов верхнего атомного слоя - 1250°С, в течение 20 минут. В результате на боковой части углубления формируют скопление высокой плотности моноатомных ступеней с узкими террасами, достигающими в предельном случае максимальной узости, а именно с плотностью 100 шт./мкм на отрезке с наименьшей длиной между дном и краем углубления.
Затем осуществляют фазу отжига, приводящую к увеличению поперечника и уменьшению глубины углубления с дном, предназначенным для формирования одной опорной поверхности субангстремной шероховатости, с боковой частью, предназначенной для формирования калибровочной ступени и средства, обеспечивающего определение калибровочной высоты калибровочной ступени, из счетного количества моноатомных ступеней, сопровождающихся формированием опорных поверхностей субангстремной шероховатости на дне углубления и вокруг углубления с примыканием к его краю, и получением из скопления высокой плотности моноатомных ступеней калибровочной высоты, определяемой суммарной высотой моноатомных ступеней между указанными опорными поверхностями.
Пропускают через подложку электрический ток с компонентой в направлении, которое параллельно кристаллографической плоскости рабочей поверхности, обеспечивая перемещение моноатомных ступеней в указанном направлении, величиной, вызывающей резистивный нагрев материала подложки до температуры активируемой сублимации атомов верхнего атомного слоя - 1000°С, в течение времени 2000000 секунд.
В результате получают из скопления высокой плотности моноатомных ступеней 100 шт./мкм на отрезке с наименьшей длиной между дном и краем углубления калибровочную высоту, определяемую суммарной высотой моноатомных ступеней, характеризующихся распределением их в направлении, которое параллельно кристаллографической плоскости рабочей поверхности, на расстояние 25 нм. Кроме того, получают опорные поверхности субангстремной шероховатости, расположенные на дне углубления и вокруг углубления, шириной 10 мкм. При этом прямая, на которой расположен отрезок с наименьшей длиной между дном и краем углубления, и прямая, в которой расположено направление распределения моноатомных ступеней, параллельное кристаллографической плоскости рабочей поверхности, расположены в плоскости, которая перпендикулярна кристаллографической плоскости рабочей поверхности или перпендикулярна плоскостям расположения опорных поверхностей субангстремной шероховатости.
В финале проводят фазу отжига с одновременным осаждением материала подложки на рабочую поверхность со скоростью, компенсирующей процесс сублимации атомов с поверхности подложки, обеспечивающую сохранение сформированных опорных поверхностей субангстремной шероховатости на дне углубления и вокруг углубления, локализацию на боковой части углубления калибровочной ступени калибровочной высоты из счетного количества высокой плотности моноатомных ступеней и получение средства, обеспечивающего определение калибровочной высоты калибровочной ступени, из того же счетного количества моноатомных ступеней, но меньшей плотности.
28
2
10
2
Пропускают через подложку электрический ток с компонентой в направлении, которое параллельно кристаллографической плоскости рабочей поверхности, обеспечивая перемещение моноатомных ступеней в указанном направлении, величиной, вызывающей резистивный нагрев материала подложки до температуры активируемой сублимации атомов верхнего атомного слоя - 832°С, в течение времени 2000000 секунд. При этом осуществляют подачу потока осаждаемого на поверхность материала подложки с возможностью компенсации сублимирующего потока адатомов с рабочей поверхности подложки, значение которого определяют из выражения F=3,12⋅10ехр(-46600/Т(K)) атом/см⋅с, где T(K) - температура в градусах Кельвина, используя поток атомов величиной 10 атом/см⋅с.
В результате на дне углубления и вокруг углубления сохраняют сформированные опорные поверхности субангстремной шероховатости, а на боковой части углубления получают диаметрально расположенные друг относительно друга калибровочную ступень калибровочной высоты и средство, обеспечивающее определение калибровочной высоты калибровочной ступени, из счетного количества моноатомных ступеней. Полученные особенности характеризуются в отношении калибровочной ступени из счетного количества моноатомных ступеней на соответствующем калибровочной ступени отрезке с наименьшей длиной между дном и краем углубления высокой плотностью ступеней 100 шт./мкм и распределением ступеней в направлении, которое параллельно кристаллографической плоскости рабочей поверхности, на расстояние 25 нм, и характеризуются в отношении средства, обеспечивающего определение калибровочной высоты, из счетного количества моноатомных ступеней, разделенных более широкими террасами по сравнению с калибровочной ступенью, на соответствующем средству, обеспечивающему определение калибровочной высоты, отрезке с наименьшей длиной между дном и краем углубления меньшей плотностью моноатомных ступеней 10 шт./мкм и распределением ступеней в направлении, которое параллельно кристаллографической плоскости рабочей поверхности, на расстояние 110 нм. При этом прямая, на которой расположен соответствующий калибровочной ступени отрезок с наименьшей длиной между дном и краем углубления, и прямая, в которой расположено направление распределения высокой плотности моноатомных ступеней, параллельное кристаллографической плоскости рабочей поверхности, расположены в плоскости, которая перпендикулярна кристаллографической плоскости рабочей поверхности или перпендикулярна плоскостям опорных поверхностей субангстремной шероховатости. Кроме того, прямая, на которой расположен соответствующий средству, обеспечивающему определение калибровочной высоты, отрезок с наименьшей длиной между дном и краем углубления, и прямая, в которой расположено направление распределения низкой плотности моноатомных ступеней, параллельное кристаллографической плоскости рабочей поверхности, расположены в плоскости, которая перпендикулярна кристаллографической плоскости рабочей поверхности или перпендикулярна плоскостям опорных поверхностей субангстремной шероховатости.
-8
После получения на боковой части углубления диаметрально расположенных друг относительно друга калибровочной ступени калибровочной высоты и средства, обеспечивающего определение калибровочной высоты калибровочной ступени, из счетного количества моноатомных ступеней, проводят охлаждение подложки до комнатной температуры 293-296 K. Одновременно изменяют величину потока осаждаемого на поверхность материала подложки для предотвращения возможности изменения полученного распределения моноатомных ступеней во всей внутренней боковой части углубления в процессе охлаждения. Охлаждение осуществляют в вакууме с уровнем, обеспечивающим выход атомов материала подложки в вакуум при термоэлектрическом отжиге, - при давлении остаточных газов не более 10 Па.
28
2
Охлаждение подложки до комнатной температуры 293-296 K с одновременным изменением величины потока осаждаемого на поверхность материала подложки для предотвращения возможности изменения полученного распределения моноатомных ступеней во всей внутренней боковой части углубления в процессе охлаждения проводят со скоростью 10°С/мин, при этом изменение потока атомов производят в соответствии с выражением F=3,12⋅10exp(-46600/T(K)) атом/см⋅с, где T(K) - температура в градусах Кельвина. При достижении температуры 830°С поток не подают, и снижение температуры осуществляют со скоростью, сохраняющей полученное в результате термоэлектрического отжига распределение моноатомных ступеней, с отсутствием генерации новых атомных ступеней, в конечном счете сохраняющей размер опорной поверхности субангстремной шероховатости в дне углубления. Достигнув температуры 830°С, скорость охлаждения поддерживают на уровне 400°С/с.
Пример 3
Изготовление ступенчатого высотного калибровочного эталона осуществляют с использованием подложки твердотельного материала, характеризующейся определенной ориентацией кристаллографической плоскости рабочей поверхности. В качестве подложки твердотельного материала, характеризующейся определенной ориентацией кристаллографической плоскости рабочей поверхности, используют подложку кремния с вицинальной рабочей поверхностью (111) с углом разориентации, равным 5°.
-8
Изготавливают эталон, используя проведение термоэлектрического отжига подложки твердотельного материала, характеризующейся определенной ориентацией кристаллографической плоскости рабочей поверхности, пропусканием через подложку электрического тока величиной, вызывающей резистивный нагрев материала подложки до температуры активируемой сублимации атомов верхнего атомного слоя, и осуществление подачи потока осаждаемого на поверхность материала подложки. Отжиг проводят в вакууме с уровнем, обеспечивающим выход атомов материала подложки в вакуум при термоэлектрическом отжиге, при давлении остаточных газов не более 10 Па.
Перед проведением отжига на рабочей поверхности подложки формируют рельеф в составе характеризующегося геометрией и поперечным размером в кристаллографической плоскости рабочей поверхности или плоскости, параллельной ей, определяемыми в оптический микроскоп, углубления с дном, предназначенным для формирования одной опорной поверхности субангстремной шероховатости, с боковой частью, предназначенной для формирования калибровочной ступени и средства, обеспечивающего определение калибровочной высоты калибровочной ступени, из счетного количества моноатомных ступеней, и предназначенной для формирования другой опорной поверхности субангстремной шероховатости системы концентрических ступеней, расположенных вокруг углубления.
Указанный рельеф формируют тем, что сначала получают систему концентрических ступеней, а затем изготавливают углубление таким образом, что концентрические ступени расположены вокруг углубления.
Для получения системы концентрических ступеней сначала изготавливают лунку, а затем осуществляют термоэлектрический отжиг.
-3
Лунку изготавливают посредством проводимой в вакууме с уровнем, достаточным для подавления влияния остаточных газов - не более 10 Па, ионно-лучевой обработки поверхности ионами аргона с диаметром пучка 700 мкм, с энергией 6,5 кэВ, в течение времени 3 мин, с вращением подложки относительно оси, направленной перпендикулярно поверхности, с частотой 90 Гц, с направлением пучка ионов под углом к поверхности, обеспечивающим формирование отклоненных в диаметрально противоположных направлениях участков поверхности с углом отклонения 0°0'30''.
-8
Перед формированием системы концентрических ступеней осуществляют термоэлектрический, очищающий рабочую поверхность от естественного окисла материала подложки и/или загрязнений отжиг. В этих целях пропускают электрический ток величиной, соответствующей нагреву до температуры 1300°С, в течение 17 минут. Проводят операцию в вакууме с уровнем, обеспечивающим при термоэлектрическом отжиге выход атомов материала подложки в вакуум, - при давлении остаточных газов не более 10 Па.
-8
Осуществляют термоэлектрический отжиг для формирования системы концентрических ступеней в вакууме с уровнем, обеспечивающим выход атомов материала подложки в вакуум при термоэлектрическом отжиге, при давлении остаточных газов не более 10 Па. При отжиге пропускают постоянный или переменный электрический ток величиной, вызывающей резистивный нагрев материала подложки до температуры активируемой сублимации атомов верхнего атомного слоя с передвижением по поверхности моноатомных ступеней. Электрический ток пропускают параллельно рабочей поверхности подложки, в течение времени и при достигаемой температуре нагрева, формирующих по периферии внутренней части лунки равномерно распределенные одиночные концентрические моноатомные ступени, окружающие сингулярную террасу с контролируемой шириной 74 мкм. Сингулярную террасу располагают в центральной части лунки. Пропусканием тока достигают температуры 1021°С. Ток пропускают в течение времени 6999996 с. После получения системы концентрических ступеней, охватывающих сингулярную террасу шириной 74 мкм, подачу электрического тока прекращают и снижают температуру подложки до комнатной 293-296 K. Снижение температуры осуществляют со скоростью, сохраняющей полученное в результате термоэлектрического отжига распределение моноатомных ступеней, с отсутствием генерации новых атомных ступеней, в конечном счете сохраняющей размер сингулярной террасы в центральной части лунки. Скорость поддерживают на уровне 400°С/с.
После охлаждения подложку извлекают из вакуума, в котором осуществляли получение системы концентрических ступеней.
Затем приступают к получению в области сингулярной террасы углубления с дном, предназначенным для формирования одной опорной поверхности субангстремной шероховатости, с боковой частью, предназначенной для формирования калибровочной ступени и средства, обеспечивающего определение калибровочной высоты калибровочной ступени, из счетного количества моноатомных ступеней.
6
3
2
2
2
2
2
2
Углубление получают посредством литографии с плазмохимическим травлением поверхности на глубину около 20 мкм, в плазме SF/CFCl/O (89/10/1) при давлении около 0,1 мм рт.ст., частоте индуктора около 1356 МГц, мощности плазмы около 100 Вт, при этом на поверхности сначала получают слой SiO толщиной около 100 нм, на котором формируют маску фоторезиста толщиной около 1,24 мкм с окном, имеющим размер в поперечнике около 30 мкм, после чего слой SiO стравливают в окне маски фоторезиста в HF, получая сквозное окно в слое SiO, и удаляют маску фоторезиста в кислородной плазме, затем осуществляют травление в плазме поверхности в окне слоя SiO в течение времени около 1500 с, последовательно удаляют слой SiO в HF, проводят химическую очистку в ацетоне, физическую очистку в ультразвуковой ванне, получая в результате углубление с размером в поперечнике 30 мкм.
В углублении боковая часть расположена под углом 0° относительно нормали к кристаллографической плоскости рабочей поверхности.
Затем подложку снова помещают в вакуум. После формирования требуемого исходного рельефа проводят термоэлектрический отжиг. При отжиге пропускают электрический ток с компонентой в направлении, которое параллельно кристаллографической плоскости рабочей поверхности, обеспечивая перемещение моноатомных ступеней в указанном направлении.
Сначала осуществляют фазу отжига, включающую формирование на боковой части углубления скопления высокой плотности моноатомных ступеней с узкими террасами, достигающими в предельном случае максимальной узости. При осуществлении указанной фазы отжига осуществляют также очистку рабочей поверхности подложки от естественного окисла и/или загрязнений. При формировании и очистке пропускают через подложку электрический ток величиной, вызывающей резистивный нагрев материала подложки до температуры активируемой сублимации атомов верхнего атомного слоя - 1350°С, в течение 10 минут. В результате на боковой части углубления формируют скопление высокой плотности моноатомных ступеней с узкими террасами, достигающими в предельном случае максимальной узости, а именно с плотностью 200 шт./мкм на отрезке с наименьшей длиной между дном и краем углубления.
Затем осуществляют фазу отжига, приводящую к увеличению поперечника и уменьшению глубины углубления с дном, предназначенным для формирования одной опорной поверхности субангстремной шероховатости, с боковой частью, предназначенной для формирования калибровочной ступени и средства, обеспечивающего определение калибровочной высоты калибровочной ступени, из счетного количества моноатомных ступеней, сопровождающихся формированием опорных поверхностей субангстремной шероховатости на дне углубления и вокруг углубления с примыканием к его краю, и получением из скопления высокой плотности моноатомных ступеней калибровочной высоты, определяемой суммарной высотой моноатомных ступеней между указанными опорными поверхностями.
Пропускают через подложку электрический ток с компонентой в направлении, которое параллельно кристаллографической плоскости рабочей поверхности, обеспечивая перемещение моноатомных ступеней в указанном направлении, величиной, вызывающей резистивный нагрев материала подложки до температуры активируемой сублимации атомов верхнего атомного слоя - 1205°С, в течение времени 99950 секунд.
В результате получают из скопления высокой плотности моноатомных ступеней 200 шт./мкм на отрезке с наименьшей длиной между дном и краем углубления калибровочную высоту, определяемую суммарной высотой моноатомных ступеней, характеризующихся распределением их в направлении, которое параллельно кристаллографической плоскости рабочей поверхности, на расстояние 100 нм. Кроме того, получают опорные поверхности субангстремной шероховатости, расположенные на дне углубления и вокруг углубления, шириной 50 мкм. При этом прямая, на которой расположен отрезок с наименьшей длиной между дном и краем углубления, и прямая, в которой расположено направление распределения моноатомных ступеней, параллельное кристаллографической плоскости рабочей поверхности, расположены в плоскости, которая перпендикулярна кристаллографической плоскости рабочей поверхности или перпендикулярна плоскостям расположения опорных поверхностей субангстремной шероховатости.
В финале проводят фазу отжига с одновременным осаждением материала подложки на рабочую поверхность со скоростью, компенсирующей процесс сублимации атомов с поверхности подложки, обеспечивающую сохранение сформированных опорных поверхностей субангстремной шероховатости на дне углубления и вокруг углубления, локализацию на боковой части углубления калибровочной ступени калибровочной высоты из счетного количества высокой плотности моноатомных ступеней и получение средства, обеспечивающего определение калибровочной высоты калибровочной ступени, из того же счетного количества моноатомных ступеней, но меньшей плотности.
28
2
13
2
Пропускают через подложку электрический ток с компонентой в направлении, которое параллельно кристаллографической плоскости рабочей поверхности, обеспечивая перемещение моноатомных ступеней в указанном направлении, величиной, вызывающей резистивный нагрев материала подложки до температуры активируемой сублимации атомов верхнего атомного слоя - 1021°С, в течение времени 999700 секунд. При этом осуществляют подачу потока осаждаемого на поверхность материала подложки с возможностью компенсации сублимирующего потока адатомов с рабочей поверхности подложки, значение которого определяют из выражения F=3,12⋅10exp(-46600/T(K)) атом/см⋅с, где T(K) - температура в градусах Кельвина, используя поток атомов величиной 10 атом/см⋅с.
В результате на дне углубления и вокруг углубления сохраняют сформированные опорные поверхности субангстремной шероховатости, а на боковой части углубления получают диаметрально расположенные друг относительно друга калибровочную ступень калибровочной высоты и средство, обеспечивающее определение калибровочной высоты калибровочной ступени, из счетного количества моноатомных ступеней. Полученные особенности характеризуются в отношении калибровочной ступени из счетного количества моноатомных ступеней на соответствующем калибровочной ступени отрезке с наименьшей длиной между дном и краем углубления высокой плотностью ступеней 200 шт./мкм и распределением ступеней в направлении, которое параллельно кристаллографической плоскости рабочей поверхности, на расстояние 100 нм, и характеризуются в отношении средства, обеспечивающего определение калибровочной высоты, из счетного количества моноатомных ступеней, разделенных более широкими террасами по сравнению с калибровочной ступенью, на соответствующем средству, обеспечивающему определение калибровочной высоты, отрезке с наименьшей длиной между дном и краем углубления меньшей плотностью моноатомных ступеней 7 шт./мкм и распределением ступеней в направлении, которое параллельно кристаллографической плоскости рабочей поверхности, на расстояние 105 нм. При этом прямая, на которой расположен соответствующий калибровочной ступени отрезок с наименьшей длиной между дном и краем углубления, и прямая, в которой расположено направление распределения высокой плотности моноатомных ступеней, параллельное кристаллографической плоскости рабочей поверхности, расположены в плоскости, которая перпендикулярна кристаллографической плоскости рабочей поверхности или перпендикулярна плоскостям опорных поверхностей субангстремной шероховатости. Кроме того, прямая, на которой расположен соответствующий средству, обеспечивающему определение калибровочной высоты, отрезок с наименьшей длиной между дном и краем углубления, и прямая, в которой расположено направление распределения низкой плотности моноатомных ступеней, параллельное кристаллографической плоскости рабочей поверхности, расположены в плоскости, которая перпендикулярна кристаллографической плоскости рабочей поверхности или перпендикулярна расположения опорных поверхностей субангстремной шероховатости.
-8
После получения на боковой части углубления диаметрально расположенных друг относительно друга калибровочной ступени калибровочной высоты и средства, обеспечивающего определение калибровочной высоты калибровочной ступени, из счетного количества моноатомных ступеней, проводят охлаждение подложки до комнатной температуры 293-296 K. Одновременно изменяют величину потока осаждаемого на поверхность материала подложки для предотвращения возможности изменения полученного распределения моноатомных ступеней во всей внутренней боковой части углубления в процессе охлаждения. Охлаждение осуществляют в вакууме с уровнем, обеспечивающим выход атомов материала подложки в вакуум при термоэлектрическом отжиге, - при давлении остаточных газов не более 10 Па.
28
2
Охлаждение подложки до комнатной температуры 293-296 K с одновременным изменением величины потока осаждаемого на поверхность материала подложки для предотвращения возможности изменения полученного распределения моноатомных ступеней во всей внутренней боковой части углубления в процессе охлаждения проводят со скоростью 1°С/мин, при этом изменение потока атомов производят в соответствии с выражением F=3,12⋅10ехр(-46600/Т(K)) атом/см⋅с, где T(K) - температура в градусах Кельвина. При достижении температуры 830°С поток не подают, и снижение температуры осуществляют со скоростью, сохраняющей полученное в результате термоэлектрического отжига распределение моноатомных ступеней, с отсутствием генерации новых атомных ступеней, в конечном счете сохраняющей размер опорной поверхности субангстремной шероховатости в дне углубления. Достигнув температуры 830°С, скорость охлаждения поддерживают на уровне 400°С/с.
Пример 4
Изготовление ступенчатого высотного калибровочного эталона осуществляют с использованием подложки твердотельного материала, характеризующейся определенной ориентацией кристаллографической плоскости рабочей поверхности. В качестве подложки твердотельного материала, характеризующейся определенной ориентацией кристаллографической плоскости рабочей поверхности, используют подложку кремния с вицинальной рабочей поверхностью (111) с углом разориентации, равным 0°0'40''.
-8
Изготавливают эталон, используя проведение термоэлектрического отжига подложки твердотельного материала, характеризующейся определенной ориентацией кристаллографической плоскости рабочей поверхности, пропусканием через подложку электрического тока величиной, вызывающей резистивный нагрев материала подложки до температуры активируемой сублимации атомов верхнего атомного слоя, и осуществление подачи потока осаждаемого на поверхность материала подложки. Отжиг проводят в вакууме с уровнем, обеспечивающим выход атомов материала подложки в вакуум при термоэлектрическом отжиге, при давлении остаточных газов не более 10 Па.
Перед проведением отжига на рабочей поверхности подложки формируют рельеф в составе характеризующегося геометрией и поперечным размером в кристаллографической плоскости рабочей поверхности или плоскости, параллельной ей, определяемыми в оптический микроскоп, углубления с дном, предназначенным для формирования одной опорной поверхности субангстремной шероховатости, с боковой частью, предназначенной для формирования калибровочной ступени и средства, обеспечивающего определение калибровочной высоты калибровочной ступени, из счетного количества моноатомных ступеней, и предназначенной для формирования другой опорной поверхности субангстремной шероховатости системы концентрических ступеней, расположенных вокруг углубления.
Указанный рельеф формируют тем, что сначала получают систему концентрических ступеней, а затем изготавливают углубление таким образом, что концентрические ступени расположены вокруг углубления.
Для получения системы концентрических ступеней сначала изготавливают лунку, а затем осуществляют термоэлектрический отжиг.
6
3
2
Лунку изготавливают посредством литографии с плазмохимическим травлением поверхности на глубину 0,5 мкм, в плазме SF/CFCl/O (89/10/1) при давлении около 0,1 мм рт.ст., частоте индуктора около 1356 МГц, мощности плазмы около 100 Вт, через маску фоторезиста толщиной около 1,24 мкм с окном, имеющим размер в поперечнике около 200 мкм, в течение времени 63,5 с, после чего маску удаляют в диметилформамиде или кислородной плазме и проводят сначала химическую очистку в ацетоне, затем физическую очистку в ультразвуковой ванне.
Далее для осуществления термоэлектрического отжига и получения системы концентрических ступеней подложку помещают в вакуум.
-8
Перед формированием системы концентрических ступеней осуществляют термоэлектрический, очищающий рабочую поверхность от естественного окисла материала подложки и/или загрязнений отжиг. В этих целях пропускают электрический ток величиной, соответствующей нагреву до температуры 1350°С, в течение 12 минут. Проводят операцию в вакууме с уровнем, обеспечивающим при термоэлектрическом отжиге выход атомов материала подложки в вакуум, - при давлении остаточных газов не более 10 Па.
-8
Осуществляют термоэлектрический отжиг для формирования системы концентрических ступеней в вакууме с уровнем, обеспечивающим выход атомов материала подложки в вакуум при термоэлектрическом отжиге, при давлении остаточных газов не более 10 Па. При отжиге пропускают постоянный или переменный электрический ток величиной, вызывающей резистивный нагрев материала подложки до температуры активируемой сублимации атомов верхнего атомного слоя с передвижением по поверхности моноатомных ступеней. Электрический ток пропускают параллельно рабочей поверхности подложки, в течение времени и при достигаемой температуре нагрева, формирующих по периферии внутренней части лунки равномерно распределенные одиночные концентрические моноатомные ступени, окружающие сингулярную террасу с контролируемой шириной 75 мкм. Сингулярную террасу располагают в центральной части лунки. Пропусканием тока достигают температуры 1021°С. Ток пропускают в течение времени 6999996 с. После получения системы концентрических ступеней, охватывающих сингулярную террасу шириной 75 мкм, подачу электрического тока прекращают и снижают температуру подложки до комнатной 293-296 K. Снижение температуры осуществляют со скоростью, сохраняющей полученное в результате термоэлектрического отжига распределение моноатомных ступеней, с отсутствием генерации новых атомных ступеней, в конечном счете сохраняющей размер сингулярной террасы в центральной части лунки. Скорость поддерживают на уровне 400°С/с.
-3
2
Затем приступают к получению в области сингулярной террасы углубления с дном, предназначенным для формирования одной опорной поверхности субангстремной шероховатости, с боковой частью, предназначенной для формирования калибровочной ступени и средства, обеспечивающего определение калибровочной высоты калибровочной ступени, из счетного количества моноатомных ступеней. Углубление получают посредством проводимой в вакууме с уровнем, достаточным для подавления влияния остаточных газов - не более 10 Па, ионно-лучевой обработки поверхности сфокусированным пучком ионов галлия с диаметром 50 нм, с энергией 1 кэВ в течение времени 1 минуты. Пучок направляют перпендикулярно к кристаллографической плоскости рабочей поверхности. Сканируют поверхность размером около 5×5 мкм. Получают углубление размером в поперечнике около 5 мкм и глубиной 0,1 мкм. В углублении боковая часть расположена под углом 0° относительно нормали к кристаллографической плоскости рабочей поверхности.
После формирования требуемого исходного рельефа проводят термоэлектрический отжиг. При отжиге пропускают электрический ток с компонентой в направлении, которое параллельно кристаллографической плоскости рабочей поверхности, обеспечивая перемещение моноатомных ступеней в указанном направлении.
Сначала осуществляют фазу отжига, включающую формирование на боковой части углубления скопления высокой плотности моноатомных ступеней с узкими террасами, достигающими в предельном случае максимальной узости. При осуществлении указанной фазы отжига осуществляют также очистку рабочей поверхности подложки от естественного окисла и/или загрязнений. При формировании и очистке пропускают через подложку электрический ток величиной, вызывающей резистивный нагрев материала подложки до температуры активируемой сублимации атомов верхнего атомного слоя - 1410°С, в течение 1 минуты. В результате на боковой части углубления формируют скопление высокой плотности моноатомных ступеней с узкими террасами, достигающими в предельном случае максимальной узости, а именно с плотностью 50 шт./мкм на отрезке с наименьшей длиной между дном и краем углубления.
Затем осуществляют фазу отжига, приводящую к увеличению поперечника и уменьшению глубины углубления с дном, предназначенным для формирования одной опорной поверхности субангстремной шероховатости, с боковой частью, предназначенной для формирования калибровочной ступени и средства, обеспечивающего определение калибровочной высоты калибровочной ступени, из счетного количества моноатомных ступеней, сопровождающихся формированием опорных поверхностей субангстремной шероховатости на дне углубления и вокруг углубления с примыканием к его краю, и получением из скопления высокой плотности моноатомных ступеней калибровочной высоты, определяемой суммарной высотой моноатомных ступеней между указанными опорными поверхностями.
Пропускают через подложку электрический ток с компонентой в направлении, которое параллельно кристаллографической плоскости рабочей поверхности, обеспечивая перемещение моноатомных ступеней в указанном направлении, величиной, вызывающей резистивный нагрев материала подложки до температуры активируемой сублимации атомов верхнего атомного слоя - 1410°С, в течение времени 100 секунд.
В результате получают из скопления высокой плотности моноатомных ступеней 50 шт./мкм на отрезке с наименьшей длиной между дном и краем углубления калибровочную высоту, определяемую суммарной высотой моноатомных ступеней, характеризующихся распределением их в направлении, которое параллельно кристаллографической плоскости рабочей поверхности, на расстояние 20 нм. Кроме того, получают опорные поверхности субангстремной шероховатости, расположенные на дне углубления и вокруг углубления, шириной 15 мкм. При этом прямая, на которой расположен отрезок с наименьшей длиной между дном и краем углубления, и прямая, в которой расположено направление распределения моноатомных ступеней, параллельное кристаллографической плоскости рабочей поверхности, расположены в плоскости, которая перпендикулярна кристаллографической плоскости рабочей поверхности или перпендикулярна плоскостям расположения опорных поверхностей субангстремной шероховатости.
В финале проводят фазу отжига с одновременным осаждением материала подложки на рабочую поверхность со скоростью, компенсирующей процесс сублимации атомов с поверхности подложки, обеспечивающую сохранение сформированных опорных поверхностей субангстремной шероховатости на дне углубления и вокруг углубления, локализацию на боковой части углубления калибровочной ступени калибровочной высоты из счетного количества высокой плотности моноатомных ступеней и получение средства, обеспечивающего определение калибровочной высоты калибровочной ступени, из того же счетного количества моноатомных ступеней, но меньшей плотности.
28
2
16
2
Пропускают через подложку электрический ток с компонентой в направлении, которое параллельно кристаллографической плоскости рабочей поверхности, обеспечивая перемещение моноатомных ступеней в указанном направлении, величиной, вызывающей резистивный нагрев материала подложки до температуры активируемой сублимации атомов верхнего атомного слоя - 1250°С, в течение времени 600 секунд. При этом осуществляют подачу потока осаждаемого на поверхность материала подложки с возможностью компенсации сублимирующего потока адатомов с рабочей поверхности подложки, значение которого определяют из выражения F=3,12⋅10exp(-46600/T(K)) атом/см⋅с, где T(K) - температура в градусах Кельвина, используя поток атомов величиной 10 атом/см⋅с.
В результате на дне углубления и вокруг углубления сохраняют сформированные опорные поверхности субангстремной шероховатости, а на боковой части углубления получают диаметрально расположенные друг относительно друга калибровочную ступень калибровочной высоты и средство, обеспечивающее определение калибровочной высоты калибровочной ступени, из счетного количества моноатомных ступеней. Полученные особенности характеризуются в отношении калибровочной ступени из счетного количества моноатомных ступеней на соответствующем калибровочной ступени отрезке с наименьшей длиной между дном и краем углубления высокой плотностью ступеней 50 шт./мкм и распределением ступеней в направлении, которое параллельно кристаллографической плоскости рабочей поверхности, на расстояние 20 нм, и характеризуются в отношении средства, обеспечивающего определение калибровочной высоты, из счетного количества моноатомных ступеней, разделенных более широкими террасами, по сравнению с плотностью в калибровочной ступени, на соответствующем средству, обеспечивающему определение калибровочной высоты, отрезке с наименьшей длиной между дном и краем углубления меньшей плотностью моноатомных ступеней 5 шт./мкм и распределением ступеней в направлении, которое параллельно кристаллографической плоскости рабочей поверхности, на расстояние 100 нм. При этом прямая, на которой расположен соответствующий калибровочной ступени отрезок с наименьшей длиной между дном и краем углубления, и прямая, в которой расположено направление распределения высокой плотности моноатомных ступеней, параллельное кристаллографической плоскости рабочей поверхности, расположены в плоскости, которая перпендикулярна кристаллографической плоскости рабочей поверхности или перпендикулярна плоскостям расположения опорных поверхностей субангстремной шероховатости. Кроме того, прямая, на которой расположен соответствующий средству, обеспечивающему определение калибровочной высоты, отрезок с наименьшей длиной между дном и краем углубления, и прямая, в которой расположено направление распределения низкой плотности моноатомных ступеней, параллельное кристаллографической плоскости рабочей поверхности, расположены в плоскости, которая перпендикулярна кристаллографической плоскости рабочей поверхности или перпендикулярна плоскостям расположения опорных поверхностей субангстремной шероховатости.
-8
После получения на боковой части углубления диаметрально расположенных друг относительно друга калибровочной ступени калибровочной высоты и средства, обеспечивающего определение калибровочной высоты калибровочной ступени, из счетного количества моноатомных ступеней, проводят охлаждение подложки до комнатной температуры 293-296 K. Одновременно изменяют величину потока осаждаемого на поверхность материала подложки для предотвращения возможности изменения полученного распределения моноатомных ступеней во всей внутренней боковой части углубления в процессе охлаждения. Охлаждение осуществляют в вакууме с уровнем, обеспечивающим выход атомов материала подложки в вакуум при термоэлектрическом отжиге, - при давлении остаточных газов не более 10 Па.
28
2
Охлаждение подложки до комнатной температуры 293-296 K с одновременным изменением величины потока осаждаемого на поверхность материала подложки для предотвращения возможности изменения полученного распределения моноатомных ступеней во всей внутренней боковой части углубления в процессе охлаждения проводят со скоростью 0,01°С/мин, при этом изменение потока атомов производят в соответствии с выражением F=3,12⋅10exp(-46600/T(K)) атом/см⋅с, где T(K) - температура в градусах Кельвина. При достижении температуры 830°С поток не подают, и снижение температуры осуществляют со скоростью, сохраняющей полученное в результате термоэлектрического отжига распределение моноатомных ступеней, с отсутствием генерации новых атомных ступеней, в конечном счете сохраняющей размер опорной поверхности субангстремной шероховатости в дне углубления. Достигнув температуры 830°С, скорость охлаждения поддерживают на уровне 400°С/с.
Пример 5
Изготовление ступенчатого высотного калибровочного эталона осуществляют с использованием подложки твердотельного материала, характеризующейся определенной ориентацией кристаллографической плоскости рабочей поверхности. В качестве подложки твердотельного материала, характеризующейся определенной ориентацией кристаллографической плоскости рабочей поверхности, используют подложку кремния с ориентацией рабочей поверхности (001).
-8
Изготавливают эталон, используя проведение термоэлектрического отжига подложки твердотельного материала, характеризующейся определенной ориентацией кристаллографической плоскости рабочей поверхности, пропусканием через подложку электрического тока величиной, вызывающей резистивный нагрев материала подложки до температуры активируемой сублимации атомов верхнего атомного слоя, и осуществление подачи потока осаждаемого на поверхность материала подложки. Отжиг проводят в вакууме с уровнем, обеспечивающим выход атомов материала подложки в вакуум при термоэлектрическом отжиге, при давлении остаточных газов не более 10 Па.
Перед проведением отжига на рабочей поверхности подложки формируют рельеф в составе характеризующегося геометрией и поперечным размером в кристаллографической плоскости рабочей поверхности или плоскости, параллельной ей, определяемыми в оптический микроскоп, углубления с дном, предназначенным для формирования одной опорной поверхности субангстремной шероховатости, с боковой частью, предназначенной для формирования калибровочной ступени и средства, обеспечивающего определение калибровочной высоты калибровочной ступени, из счетного количества моноатомных ступеней, и предназначенной для формирования другой опорной поверхности субангстремной шероховатости системы концентрических ступеней, расположенных вокруг углубления.
Указанный рельеф формируют тем, что сначала получают систему концентрических ступеней, а затем изготавливают углубление таким образом, что концентрические ступени расположены вокруг углубления.
Для получения системы концентрических ступеней сначала изготавливают лунку, а затем осуществляют термоэлектрический отжиг.
6
3
2
2
2
2
2
2
Лунку изготавливают посредством литографии с плазмохимическим травлением поверхности на глубину 20 мкм в плазме SF/CFCl/O (89/10/1) при давлении около 0,1 мм рт.ст., частоте индуктора около 1356 МГц, мощности плазмы около 100 Вт, при этом на поверхности сначала получают слой SiO толщиной около 100 нм, на котором формируют маску фоторезиста толщиной около 1,24 мкм с окном, имеющим размер в поперечнике около 200 мкм, после чего слой SiO стравливают в окне маски фоторезиста в HF, получая сквозное окно в слое SiO, и удаляют маску фоторезиста в кислородной плазме, затем осуществляют травление в плазме поверхности в окне слоя SiO в течение времени 1500 с, последовательно удаляют слой SiO в HF, проводят химическую очистку в ацетоне, физическую очистку в ультразвуковой ванне.
Далее для осуществления термоэлектрического отжига и получения системы концентрических ступеней подложку помещают в вакуум.
-8
Перед формированием системы концентрических ступеней осуществляют термоэлектрический, очищающий рабочую поверхность от естественного окисла материала подложки и/или загрязнений отжиг. В этих целях пропускают электрический ток величиной, соответствующей нагреву до температуры 1250°С, в течение 20 минут. Проводят операцию в вакууме с уровнем, обеспечивающим при термоэлектрическом отжиге выход атомов материала подложки в вакуум, - при давлении остаточных газов не более 10 Па.
-8
Осуществляют термоэлектрический отжиг для формирования системы концентрических ступеней в вакууме с уровнем, обеспечивающим выход атомов материала подложки в вакуум при термоэлектрическом отжиге, при давлении остаточных газов не более 10 Па. При отжиге пропускают постоянный или переменный электрический ток величиной, вызывающей резистивный нагрев материала подложки до температуры активируемой сублимации атомов верхнего атомного слоя с передвижением по поверхности моноатомных ступеней. Электрический ток пропускают параллельно рабочей поверхности подложки, в течение времени и при достигаемой температуре нагрева, формирующих по периферии внутренней части лунки равномерно распределенные одиночные концентрические моноатомные ступени, окружающие сингулярную террасу с контролируемой шириной 40 мкм. Сингулярную террасу располагают в центральной части лунки. Пропусканием тока достигают температуры 832°С. Ток пропускают в течение времени 14000000 с. После получения системы концентрических ступеней, охватывающих сингулярную террасу шириной 40 мкм, подачу электрического тока прекращают и снижают температуру подложки до комнатной 293-296 K. Снижение температуры осуществляют со скоростью, сохраняющей полученное в результате термоэлектрического отжига распределение моноатомных ступеней, с отсутствием генерации новых атомных ступеней, в конечном счете сохраняющей размер сингулярной террасы в центральной части лунки. Скорость поддерживают на уровне 400°С/с.
-3
Затем приступают к получению в области сингулярной террасы углубления с дном, предназначенным для формирования одной опорной поверхности субангстремной шероховатости, с боковой частью, предназначенной для формирования калибровочной ступени и средства, обеспечивающего определение калибровочной высоты калибровочной ступени, из счетного количества моноатомных ступеней. Углубление получают посредством проводимой в вакууме с уровнем, достаточным для подавления влияния остаточных газов - не более 10 Па, ионно-лучевой обработки поверхности сфокусированным пучком ионов галлия с диаметром 10 нм, с энергией 25 кэВ в течение времени 60 минут. Подложку вращают, а пучок остросфокусированных ионов направляют под углом 45° относительно нормали к кристаллографической плоскости рабочей поверхности. Осуществляют обработку пучком поверхности, формируя углубление округлой формы. Получают углубление размером в поперечнике 14 мкм при глубине 10 мкм. В углублении боковая часть расположена под углом 45° относительно нормали к кристаллографической плоскости рабочей поверхности.
После формирования требуемого исходного рельефа проводят термоэлектрический отжиг. При отжиге пропускают электрический ток с компонентой в направлении, которое параллельно кристаллографической плоскости рабочей поверхности, обеспечивая перемещение моноатомных ступеней в указанном направлении.
Сначала осуществляют фазу отжига, включающую формирование на боковой части углубления скопления высокой плотности моноатомных ступеней с узкими террасами, достигающими в предельном случае максимальной узости. При осуществлении указанной фазы отжига осуществляют также очистку рабочей поверхности подложки от естественного окисла и/или загрязнений. При формировании и очистке пропускают через подложку электрический ток величиной, вызывающей резистивный нагрев материала подложки до температуры активируемой сублимации атомов верхнего атомного слоя - 1350°С, в течение 10 минут. В результате на боковой части углубления формируют скопление высокой плотности моноатомных ступеней с узкими террасами, достигающими в предельном случае максимальной узости, а именно с плотностью 200 шт./мкм на отрезке с наименьшей длиной между дном и краем углубления.
2
13
2
Затем осуществляют фазу отжига, приводящую к увеличению поперечника и уменьшению глубины углубления с дном, предназначенным для формирования одной опорной поверхности субангстремной шероховатости, с боковой частью, предназначенной для формирования калибровочной ступени и средства, обеспечивающего определение калибровочной высоты калибровочной ступени, из счетного количества моноатомных ступеней, сопровождающихся формированием опорных поверхностей субангстремной шероховатости на дне углубления и вокруг углубления с примыканием к его краю, и получением из скопления высокой плотности атом/см⋅с, где T(K) - температура в градусах Кельвина, используя поток атомов величиной 10 атом/см⋅с.
В результате на дне углубления и вокруг углубления сохраняют сформированные опорные поверхности субангстремной шероховатости, а на боковой части углубления получают диаметрально расположенные друг относительно друга калибровочную ступень калибровочной высоты и средство, обеспечивающее определение калибровочной высоты калибровочной ступени, из счетного количества моноатомных ступеней. Полученные особенности характеризуются в отношении калибровочной ступени из счетного количества моноатомных ступеней на соответствующем калибровочной ступени отрезке с наименьшей длиной между дном и краем углубления высокой плотностью ступеней 200 шт./мкм и распределением ступеней в направлении, которое параллельно кристаллографической плоскости рабочей поверхности, на расстояние 100 нм, и характеризуются в отношении средства, обеспечивающего определение калибровочной высоты, из счетного количества моноатомных ступеней, разделенных более широкими террасами по сравнению с калибровочной ступенью, на соответствующем средству, обеспечивающему определение калибровочной высоты, отрезке с наименьшей длиной между дном и краем углубления меньшей плотностью моноатомных ступеней 7 шт./мкм и распределением ступеней в направлении, которое параллельно кристаллографической плоскости рабочей поверхности, на расстояние 105 нм. При этом прямая, на которой расположен соответствующий калибровочной ступени отрезок с наименьшей длиной между дном и краем углубления, и прямая, в которой расположено направление распределения высокой плотности моноатомных ступеней, параллельное кристаллографической плоскости рабочей поверхности, расположены в плоскости, которая перпендикулярна кристаллографической плоскости рабочей поверхности или перпендикулярна плоскостям опорных поверхностей субангстремной шероховатости. Кроме того, прямая, на которой расположен соответствующий средству, обеспечивающему определение калибровочной высоты, отрезок с наименьшей длиной между дном и краем углубления, и прямая, в которой расположено направление распределения низкой плотности моноатомных ступеней, параллельное кристаллографической плоскости рабочей поверхности, расположены в плоскости, которая перпендикулярна кристаллографической плоскости рабочей поверхности или перпендикулярна плоскостям опорных поверхностей субангстремной шероховатости.
После получения на боковой части углубления диаметрально расположенных друг относительно друга калибровочной ступени калибровочной высоты и средства, обеспечивающего определение калибровочной высоты калибровочной ступени, из моноатомных ступеней калибровочной высоты, определяемой суммарной высотой моноатомных ступеней между указанными опорными поверхностями.
Пропускают через подложку электрический ток с компонентой в направлении, которое параллельно кристаллографической плоскости рабочей поверхности, обеспечивая перемещение моноатомных ступеней в указанном направлении, величиной, вызывающей резистивный нагрев материала подложки до температуры активируемой сублимации атомов верхнего атомного слоя - 1205°С, в течение времени 99950 секунд.
В результате получают из скопления высокой плотности моноатомных ступеней 200 шт./мкм на отрезке с наименьшей длиной между дном и краем углубления калибровочную высоту, определяемую суммарной высотой моноатомных ступеней, характеризующихся распределением их в направлении, которое параллельно кристаллографической плоскости рабочей поверхности, на расстояние 100 нм. Кроме того, получают опорные поверхности субангстремной шероховатости, расположенные на дне углубления и вокруг углубления, шириной 50 мкм. При этом прямая, на которой расположен отрезок с наименьшей длиной между дном и краем углубления, и прямая, в которой расположено направление распределения моноатомных ступеней, параллельное кристаллографической плоскости рабочей поверхности, расположены в плоскости, которая перпендикулярна кристаллографической плоскости рабочей поверхности или перпендикулярна плоскостям расположения опорных поверхностей субангстремной шероховатости.
В финале проводят фазу отжига с одновременным осаждением материала подложки на рабочую поверхность со скоростью, компенсирующей процесс сублимации атомов с поверхности подложки, обеспечивающую сохранение сформированных опорных поверхностей субангстремной шероховатости на дне углубления и вокруг углубления, локализацию на боковой части углубления калибровочной ступени калибровочной высоты из счетного количества высокой плотности моноатомных ступеней и получение средства, обеспечивающего определение калибровочной высоты калибровочной ступени, из того же счетного количества моноатомных ступеней, но меньшей плотности.
28
-8
Пропускают через подложку электрический ток с компонентой в направлении, которое параллельно кристаллографической плоскости рабочей поверхности, обеспечивая перемещение моноатомных ступеней в указанном направлении, величиной, вызывающей резистивный нагрев материала подложки до температуры активируемой сублимации атомов верхнего атомного слоя - 1021°С, в течение времени 999700 секунд. При этом осуществляют подачу потока осаждаемого на поверхность материала подложки с возможностью компенсации сублимирующего потока адатомов с рабочей поверхности подложки, значение которого определяют из выражения F=3,12⋅10ехр(-46600/T(K)) счетного количества моноатомных ступеней, проводят охлаждение подложки до комнатной температуры 293-296 K. Одновременно изменяют величину потока осаждаемого на поверхность материала подложки для предотвращения возможности изменения полученного распределения моноатомных ступеней во всей внутренней боковой части углубления в процессе охлаждения. Охлаждение осуществляют в вакууме с уровнем, обеспечивающим выход атомов материала подложки в вакуум при термоэлектрическом отжиге, - при давлении остаточных газов не более 10 Па.
28
2
Охлаждение подложки до комнатной температуры 293-296 K с одновременным изменением величины потока осаждаемого на поверхность материала подложки для предотвращения возможности изменения полученного распределения моноатомных ступеней во всей внутренней боковой части углубления в процессе охлаждения проводят со скоростью 0,1°С/мин, при этом изменение потока атомов производят в соответствии с выражением F=3,12⋅10ехр(-46600/T(K)) атом/см⋅с, где T(K) - температура в градусах Кельвина. При достижении температуры 830°С поток не подают, и снижение температуры осуществляют со скоростью, сохраняющей полученное в результате термоэлектрического отжига распределение моноатомных ступеней, с отсутствием генерации новых атомных ступеней, в конечном счете сохраняющей размер опорной поверхности субангстремной шероховатости в дне углубления. Достигнув температуры 830°С, скорость охлаждения поддерживают на уровне 400°С/с.
Пример 6
Изготовление ступенчатого высотного калибровочного эталона осуществляют с использованием подложки твердотельного материала, характеризующейся определенной ориентацией кристаллографической плоскости рабочей поверхности. В качестве подложки твердотельного материала, характеризующейся определенной ориентацией кристаллографической плоскости рабочей поверхности, используют подложку кремния с вицинальной рабочей поверхностью (001) с углом разориентации, равным 0°0'20''.
-8
Изготавливают эталон, используя проведение термоэлектрического отжига подложки твердотельного материала, характеризующейся определенной ориентацией кристаллографической плоскости рабочей поверхности, пропусканием через подложку электрического тока величиной, вызывающей резистивный нагрев материала подложки до температуры активируемой сублимации атомов верхнего атомного слоя, и осуществление подачи потока осаждаемого на поверхность материала подложки. Отжиг проводят в вакууме с уровнем, обеспечивающим выход атомов материала подложки в вакуум при термоэлектрическом отжиге, при давлении остаточных газов не более 10 Па.
Перед проведением отжига на рабочей поверхности подложки формируют рельеф в составе характеризующегося геометрией и поперечным размером в кристаллографической плоскости рабочей поверхности или плоскости, параллельной ей, определяемыми в оптический микроскоп, углубления с дном, предназначенным для формирования одной опорной поверхности субангстремной шероховатости, с боковой частью, предназначенной для формирования калибровочной ступени и средства, обеспечивающего определение калибровочной высоты калибровочной ступени, из счетного количества моноатомных ступеней, и предназначенной для формирования другой опорной поверхности субангстремной шероховатости системы концентрических ступеней, расположенных вокруг углубления.
Указанный рельеф формируют тем, что сначала получают систему концентрических ступеней, а затем изготавливают углубление таким образом, что концентрические ступени расположены вокруг углубления.
Для получения системы концентрических ступеней сначала изготавливают лунку, а затем осуществляют термоэлектрический отжиг.
6
3
2
2
Лунку изготавливают посредством литографии с плазмохимическим травлением поверхности на глубину около 1 мкм, в плазме SF/CFCl/O (89/10/1) при давлении около 0,1 мм рт.ст., частоте индуктора около 1356 МГц, мощности плазмы около 100 Вт, при этом на поверхности сначала формируют маску фоторезиста толщиной около 1,24 мкм с использованием фотошаблона с окном, имеющим размер в поперечнике около 200 мкм, с формированием в окне маскирующего покрытия, затем посредством магнетронного распыления наносят слой золота толщиной около 30 нм и осуществляют взрывную литографию по фоторезисту в диметилформамиде с применением ультразвуковой ванны, получая в слое золота сквозное окно, далее проводят плазмохимическое травление поверхности в окне в слое золота в течение времени около 175 с, после чего последовательно удаляют слой золота в смеси йодистого калия (KI) и йода (I), проводят химическую очистку в ацетоне и физическую очистку в ультразвуковой ванне.
-8
Для формирования системы концентрических ступеней подложку помещают в вакуум. Перед формированием системы концентрических ступеней осуществляют термоэлектрический, очищающий рабочую поверхность от естественного окисла материала подложки и/или загрязнений отжиг. В этих целях пропускают электрический ток величиной, соответствующей нагреву до температуры 1410°С, в течение 2 минут. Проводят операцию в вакууме с уровнем, обеспечивающим при термоэлектрическом отжиге выход атомов материала подложки в вакуум, - при давлении остаточных газов не более 10 Па.
-8
Осуществляют термоэлектрический отжиг для формирования системы концентрических ступеней в вакууме с уровнем, обеспечивающим выход атомов материала подложки в вакуум при термоэлектрическом отжиге, при давлении остаточных газов не более 10 Па. При отжиге пропускают постоянный или переменный электрический ток величиной, вызывающей резистивный нагрев материала подложки до температуры активируемой сублимации атомов верхнего атомного слоя с передвижением по поверхности моноатомных ступеней. Электрический ток пропускают параллельно рабочей поверхности подложки, в течение времени и при достигаемой температуре нагрева, формирующих по периферии внутренней части лунки равномерно распределенные одиночные концентрические моноатомные ступени, окружающие сингулярную террасу с контролируемой шириной 80 мкм. Сингулярную террасу располагают в центральной части лунки. Пропусканием тока достигают температуры 1410°С. Ток пропускают в течение времени 8 с. После получения системы концентрических ступеней, охватывающих сингулярную террасу шириной 80 мкм, подачу электрического тока прекращают и снижают температуру подложки до комнатной 293-296 K. Снижение температуры осуществляют со скоростью, сохраняющей полученное в результате термоэлектрического отжига распределение моноатомных ступеней, с отсутствием генерации новых атомных ступеней, в конечном счете сохраняющей размер сингулярной террасы в центральной части лунки. Скорость поддерживают на уровне 400°С/с.
Затем приступают к получению в области сингулярной террасы углубления с дном, предназначенным для формирования одной опорной поверхности субангстремной шероховатости, с боковой частью, предназначенной для формирования калибровочной ступени и средства, обеспечивающего определение калибровочной высоты калибровочной ступени, из счетного количества моноатомных ступеней.
6
3
2
2
Углубление получают посредством литографии с плазмохимическим травлением поверхности на глубину 0,2 мкм, в плазме SF/CFCl/O (89/10/1) при давлении около 0,1 мм рт.ст., частоте индуктора около 1356 МГц, мощности плазмы около 100 Вт, при этом на поверхности сначала формируют маску фоторезиста толщиной около 1,24 мкм с использованием фотошаблона с окном, имеющим размер в поперечнике около 25 мкм, с формированием в окне маскирующего покрытия, затем посредством магнетронного распыления наносят слой золота толщиной около 30 нм и осуществляют взрывную литографию по фоторезисту в диметилформамиде с применением ультразвуковой ванны, получая в слое золота сквозное окно, далее проводят плазмохимическое травление поверхности в окне в слое золота в течение времени 35 с, после чего последовательно удаляют слой золота в смеси йодистого калия (KI) и йода (I), проводят химическую очистку в ацетоне и физическую очистку в ультразвуковой ванне, получая в результате углубление с размером в поперечнике 25 мкм, глубиной 0,2 мкм.
В углублении боковая часть расположена под углом 0° относительно нормали к кристаллографической плоскости рабочей поверхности.
Подложку после получения требуемого исходного рельефа помещают в вакуум.
После формирования требуемого исходного рельефа проводят термоэлектрический отжиг. При отжиге пропускают электрический ток с компонентой в направлении, которое параллельно кристаллографической плоскости рабочей поверхности, обеспечивая перемещение моноатомных ступеней в указанном направлении.
Сначала осуществляют фазу отжига, включающую формирование на боковой части углубления скопления высокой плотности моноатомных ступеней с узкими террасами, достигающими в предельном случае максимальной узости. При осуществлении указанной фазы отжига осуществляют также очистку рабочей поверхности подложки от естественного окисла и/или загрязнений. При формировании и очистке пропускают через подложку электрический ток величиной, вызывающей резистивный нагрев материала подложки до температуры активируемой сублимации атомов верхнего атомного слоя - 1400°С, в течение 4 минут. В результате на боковой части углубления формируют скопление высокой плотности моноатомных ступеней с узкими террасами, достигающими в предельном случае максимальной узости, а именно с плотностью 50 шт./мкм на отрезке с наименьшей длиной между дном и краем углубления.
Затем осуществляют фазу отжига, приводящую к увеличению поперечника и уменьшению глубины углубления с дном, предназначенным для формирования одной опорной поверхности субангстремной шероховатости, с боковой частью, предназначенной для формирования калибровочной ступени и средства, обеспечивающего определение калибровочной высоты калибровочной ступени, из счетного количества моноатомных ступеней, сопровождающихся формированием опорных поверхностей субангстремной шероховатости на дне углубления и вокруг углубления с примыканием к его краю, и получением из скопления высокой плотности моноатомных ступеней калибровочной высоты, определяемой суммарной высотой моноатомных ступеней между указанными опорными поверхностями.
Пропускают через подложку электрический ток с компонентой в направлении, которое параллельно кристаллографической плоскости рабочей поверхности, обеспечивая перемещение моноатомных ступеней в указанном направлении, величиной, вызывающей резистивный нагрев материала подложки до температуры активируемой сублимации атомов верхнего атомного слоя - 1410°С, в течение времени 100 секунд.
В результате получают из скопления высокой плотности моноатомных ступеней 50 шт./мкм на отрезке с наименьшей длиной между дном и краем углубления калибровочную высоту, определяемую суммарной высотой моноатомных ступеней, характеризующихся распределением их в направлении, которое параллельно кристаллографической плоскости рабочей поверхности, на расстояние 20 нм. Кроме того, получают опорные поверхности субангстремной шероховатости, расположенные на дне углубления и вокруг углубления, шириной 15 мкм. При этом прямая, на которой расположен отрезок с наименьшей длиной между дном и краем углубления, и прямая, в которой расположено направление распределения моноатомных ступеней, параллельное кристаллографической плоскости рабочей поверхности, расположены в плоскости, которая перпендикулярна кристаллографической плоскости рабочей поверхности или перпендикулярна плоскостям расположения опорных поверхностей субангстремной шероховатости.
В финале проводят фазу отжига с одновременным осаждением материала подложки на рабочую поверхность со скоростью, компенсирующей процесс сублимации атомов с поверхности подложки, обеспечивающую сохранение сформированных опорных поверхностей субангстремной шероховатости на дне углубления и вокруг углубления, локализацию на боковой части углубления калибровочной ступени калибровочной высоты из счетного количества высокой плотности моноатомных ступеней и получение средства, обеспечивающего определение калибровочной высоты калибровочной ступени, из того же счетного количества моноатомных ступеней, но меньшей плотности.
28
2
16
2
Пропускают через подложку электрический ток с компонентой в направлении, которое параллельно кристаллографической плоскости рабочей поверхности, обеспечивая перемещение моноатомных ступеней в указанном направлении, величиной, вызывающей резистивный нагрев материала подложки до температуры активируемой сублимации атомов верхнего атомного слоя - 1250°С, в течение времени 600 секунд. При этом осуществляют подачу потока осаждаемого на поверхность материала подложки с возможностью компенсации сублимирующего потока адатомов с рабочей поверхности подложки, значение которого определяют из выражения F=3,12⋅10exp(-46600/T(K)) атом/см⋅с, где T(K) - температура в градусах Кельвина, используя поток атомов величиной 10 атом/см⋅с.
В результате на дне углубления и вокруг углубления сохраняют сформированные опорные поверхности субангстремной шероховатости, а на боковой части углубления получают диаметрально расположенные друг относительно друга калибровочную ступень калибровочной высоты и средство, обеспечивающее определение калибровочной высоты калибровочной ступени, из счетного количества моноатомных ступеней. Полученные особенности характеризуются в отношении калибровочной ступени из счетного количества моноатомных ступеней на соответствующем калибровочной ступени отрезке с наименьшей длиной между дном и краем углубления высокой плотностью 50 шт./мкм и распределением ступеней в направлении, которое параллельно кристаллографической плоскости рабочей поверхности, на расстояние 20 нм, и характеризуются в отношении средства, обеспечивающего определение калибровочной высоты, из счетного количества моноатомных ступеней, разделенных более широкими террасами по сравнению с калибровочной ступенью, на соответствующем средству, обеспечивающему определение калибровочной высоты, отрезке с наименьшей длиной между дном и краем углубления меньшей плотностью моноатомных ступеней 5 шт./мкм и распределением ступеней в направлении, которое параллельно кристаллографической плоскости рабочей поверхности, на расстояние 100 нм. При этом прямая, на которой расположен соответствующий калибровочной ступени отрезок с наименьшей длиной между дном и краем углубления, и прямая, в которой расположено направление распределения высокой плотности моноатомных ступеней, параллельное кристаллографической плоскости рабочей поверхности, расположены в плоскости, которая перпендикулярна кристаллографической плоскости рабочей поверхности или перпендикулярна плоскостям опорных поверхностей субангстремной шероховатости. Кроме того, прямая, на которой расположен соответствующий средству, обеспечивающему определение калибровочной высоты, отрезок с наименьшей длиной между дном и краем углубления, и прямая, в которой расположено направление распределения низкой плотности моноатомных ступеней, параллельное кристаллографической плоскости рабочей поверхности, расположены в плоскости, которая перпендикулярна кристаллографической плоскости рабочей поверхности или перпендикулярна плоскостям опорных поверхностей субангстремной шероховатости.
-8
После получения на боковой части углубления диаметрально расположенных друг относительно друга калибровочной ступени калибровочной высоты и средства, обеспечивающего определение калибровочной высоты калибровочной ступени, из счетного количества моноатомных ступеней, проводят охлаждение подложки до комнатной температуры 293-296 K. Одновременно изменяют величину потока осаждаемого на поверхность материала подложки для предотвращения возможности изменения полученного распределения моноатомных ступеней во всей внутренней боковой части углубления в процессе охлаждения. Охлаждение осуществляют в вакууме с уровнем, обеспечивающим выход атомов материала подложки в вакуум при термоэлектрическом отжиге, - при давлении остаточных газов не более 10 Па.
28
2
Охлаждение подложки до комнатной температуры 293-296 K с одновременным изменением величины потока осаждаемого на поверхность материала подложки для предотвращения возможности изменения полученного распределения моноатомных ступеней во всей внутренней боковой части углубления в процессе охлаждения проводят со скоростью 0,01°С/мин, при этом изменение потока атомов производят в соответствии с выражением F=3,12⋅10ехр(-46600/Т(K)) атом/см⋅с, где T(K) - температура в градусах Кельвина. При достижении температуры 830°С поток не подают, и снижение температуры осуществляют со скоростью, сохраняющей полученное в результате термоэлектрического отжига распределение моноатомных ступеней, с отсутствием генерации новых атомных ступеней, в конечном счете сохраняющей размер опорной поверхности субангстремной шероховатости в дне углубления. Достигнув температуры 830°С, скорость охлаждения поддерживают на уровне 400°С/с.
Пример 7.
Изготовление ступенчатого высотного калибровочного эталона осуществляют с использованием подложки твердотельного материала, характеризующейся определенной ориентацией кристаллографической плоскости рабочей поверхности. В качестве подложки твердотельного материала, характеризующейся определенной ориентацией кристаллографической плоскости рабочей поверхности, используют подложку кремния с вицинальной рабочей поверхностью (001) с углом разориентации, равным 5°.
-8
Изготавливают эталон, используя проведение термоэлектрического отжига подложки твердотельного материала, характеризующейся определенной ориентацией кристаллографической плоскости рабочей поверхности, пропусканием через подложку электрического тока величиной, вызывающей резистивный нагрев материала подложки до температуры активируемой сублимации атомов верхнего атомного слоя, и осуществление подачи потока осаждаемого на поверхность материала подложки. Отжиг проводят в вакууме с уровнем, обеспечивающим выход атомов материала подложки в вакуум при термоэлектрическом отжиге, при давлении остаточных газов не более 10 Па.
Перед проведением отжига на рабочей поверхности подложки формируют рельеф в составе характеризующегося геометрией и поперечным размером в кристаллографической плоскости рабочей поверхности или плоскости, параллельной ей, определяемыми в оптический микроскоп, углубления с дном, предназначенным для формирования одной опорной поверхности субангстремной шероховатости, с боковой частью, предназначенной для формирования калибровочной ступени и средства, обеспечивающего определение калибровочной высоты калибровочной ступени, из счетного количества моноатомных ступеней, и предназначенной для формирования другой опорной поверхности субангстремной шероховатости системы концентрических ступеней, расположенных вокруг углубления.
Указанный рельеф формируют тем, что сначала получают систему концентрических ступеней, а затем изготавливают углубление таким образом, что концентрические ступени расположены вокруг углубления.
Для получения системы концентрических ступеней сначала изготавливают лунку, а затем осуществляют термоэлектрический отжиг.
3
3
2
2
2
2
2
Лунку изготавливают посредством использования литографии с жидкостным травлением поверхности на глубину 10 мкм, в жидкостном травителе Дэша (HF : HNO : СНСООН = 1:3:8), при этом на поверхности сначала получают слой SiO толщиной около 100 нм, на котором формируют маску фоторезиста толщиной около 1,24 мкм с окном, имеющим размер в поперечнике около 200 мкм, после чего слой SiO стравливают в окне маски фоторезиста в HF, получая сквозное окно в слое SiO, и удаляют маску фоторезиста в диметилформамиде, затем осуществляют травление поверхности в окне слоя SiO в жидкостном травителе, после чего сначала проводят удаление слоя SiO в HF, затем - химическую очистку в ацетоне и физическую очистку в ультразвуковой ванне.
-8
Для формирования системы концентрических ступеней подложку помещают в вакуум. Перед формированием системы концентрических ступеней осуществляют термоэлектрический, очищающий рабочую поверхность от естественного окисла материала подложки и/или загрязнений отжиг. В этих целях пропускают электрический ток величиной, соответствующей нагреву до температуры 1390°С, в течение 7 минут. Проводят операцию в вакууме с уровнем, обеспечивающим при термоэлектрическом отжиге выход атомов материала подложки в вакуум, - при давлении остаточных газов не более 10 Па.
-8
Осуществляют термоэлектрический отжиг для формирования системы концентрических ступеней в вакууме с уровнем, обеспечивающим выход атомов материала подложки в вакуум при термоэлектрическом отжиге, при давлении остаточных газов не более 10 Па. При отжиге пропускают постоянный или переменный электрический ток величиной, вызывающей резистивный нагрев материала подложки до температуры активируемой сублимации атомов верхнего атомного слоя с передвижением по поверхности моноатомных ступеней. Электрический ток пропускают параллельно рабочей поверхности подложки, в течение времени и при достигаемой температуре нагрева, формирующих по периферии внутренней части лунки равномерно распределенные одиночные концентрические моноатомные ступени, окружающие сингулярную террасу с контролируемой шириной 80 мкм. Сингулярную террасу располагают в центральной части лунки. Пропусканием тока достигают температуры 1410°С. Ток пропускают в течение времени 8 с. После получения системы концентрических ступеней, охватывающих сингулярную террасу шириной 80 мкм, подачу электрического тока прекращают и снижают температуру подложки до комнатной 293-296 K. Снижение температуры осуществляют со скоростью, сохраняющей полученное в результате термоэлектрического отжига распределение моноатомных ступеней, с отсутствием генерации новых атомных ступеней, в конечном счете сохраняющей размер сингулярной террасы в центральной части лунки. Скорость поддерживают на уровне 400°С/с.
Затем приступают к получению в области сингулярной террасы углубления с дном, предназначенным для формирования одной опорной поверхности субангстремной шероховатости, с боковой частью, предназначенной для формирования калибровочной ступени и средства, обеспечивающего определение калибровочной высоты калибровочной ступени, из счетного количества моноатомных ступеней. Подложку извлекают из вакуума.
2
2
2
2
2
Углубление получают посредством использования литографии с жидкостным травлением поверхности на глубину 10 мкм, в жидкостном травителе KOH (44%), при этом на поверхности сначала получают слой SiO толщиной около 100 нм, на котором формируют маску фоторезиста толщиной около 1,24 мкм с окном, имеющим размер в поперечнике около 30 мкм, после чего слой SiO стравливают в окне маски фоторезиста в HF, получая сквозное окно в слое SiO, и удаляют маску фоторезиста в кислородной плазме, затем осуществляют травление поверхности в окне слоя SiO в жидкостном травителе, после чего сначала проводят удаление слоя SiO в HF, затем - химическую очистку в ацетоне и физическую очистку в ультразвуковой ванне, получая в результате углубление с размером в поперечнике 30 мкм.
В углублении боковая часть расположена под углом 0° относительно нормали к кристаллографической плоскости рабочей поверхности.
Подложку после получения требуемого исходного рельефа помещают в вакуум.
После формирования требуемого исходного рельефа проводят термоэлектрический отжиг. При отжиге пропускают электрический ток с компонентой в направлении, которое параллельно кристаллографической плоскости рабочей поверхности, обеспечивая перемещение моноатомных ступеней в указанном направлении.
Сначала осуществляют фазу отжига, включающую формирование на боковой части углубления скопления высокой плотности моноатомных ступеней с узкими террасами, достигающими в предельном случае максимальной узости. При осуществлении указанной фазы отжига осуществляют также очистку рабочей поверхности подложки от естественного окисла и/или загрязнений. При формировании и очистке пропускают через подложку электрический ток величиной, вызывающей резистивный нагрев материала подложки до температуры активируемой сублимации атомов верхнего атомного слоя - 1400°С, в течение 4 минут. В результате на боковой части углубления формируют скопление высокой плотности моноатомных ступеней с узкими террасами, достигающими в предельном случае максимальной узости, а именно с плотностью 50 шт./мкм на отрезке с наименьшей длиной между дном и краем углубления.
Затем осуществляют фазу отжига, приводящую к увеличению поперечника и уменьшению глубины углубления с дном, предназначенным для формирования одной опорной поверхности субангстремной шероховатости, с боковой частью, предназначенной для формирования калибровочной ступени и средства, обеспечивающего определение калибровочной высоты калибровочной ступени, из счетного количества моноатомных ступеней, сопровождающихся формированием опорных поверхностей субангстремной шероховатости на дне углубления и вокруг углубления с примыканием к его краю, и получением из скопления высокой плотности моноатомных ступеней калибровочной высоты, определяемой суммарной высотой моноатомных ступеней между указанными опорными поверхностями.
Пропускают через подложку электрический ток с компонентой в направлении, которое параллельно кристаллографической плоскости рабочей поверхности, обеспечивая перемещение моноатомных ступеней в указанном направлении, величиной, вызывающей резистивный нагрев материала подложки до температуры активируемой сублимации атомов верхнего атомного слоя - 1410°С, в течение времени 100 секунд.
В результате получают из скопления высокой плотности моноатомных ступеней 50 шт./мкм на отрезке с наименьшей длиной между дном и краем углубления калибровочную высоту, определяемую суммарной высотой моноатомных ступеней, характеризующихся распределением их в направлении, которое параллельно кристаллографической плоскости рабочей поверхности, на расстояние 20 нм. Кроме того, получают опорные поверхности субангстремной шероховатости, расположенные на дне углубления и вокруг углубления, шириной 15 мкм. При этом прямая, на которой расположен отрезок с наименьшей длиной между дном и краем углубления, и прямая, в которой расположено направление распределения моноатомных ступеней, параллельное кристаллографической плоскости рабочей поверхности, расположены в плоскости, которая перпендикулярна кристаллографической плоскости рабочей поверхности или перпендикулярна плоскостям расположения опорных поверхностей субангстремной шероховатости.
В финале проводят фазу отжига с одновременным осаждением материала подложки на рабочую поверхность со скоростью, компенсирующей процесс сублимации атомов с поверхности подложки, обеспечивающую сохранение сформированных опорных поверхностей субангстремной шероховатости на дне углубления и вокруг углубления, локализацию на боковой части углубления калибровочной ступени калибровочной высоты из счетного количества высокой плотности моноатомных ступеней и получение средства, обеспечивающего определение калибровочной высоты калибровочной ступени, из того же счетного количества моноатомных ступеней, но меньшей плотности.
28
2
16
2
Пропускают через подложку электрический ток с компонентой в направлении, которое параллельно кристаллографической плоскости рабочей поверхности, обеспечивая перемещение моноатомных ступеней в указанном направлении, величиной, вызывающей резистивный нагрев материала подложки до температуры активируемой сублимации атомов верхнего атомного слоя - 1250°С, в течение времени 600 секунд. При этом осуществляют подачу потока осаждаемого на поверхность материала подложки с возможностью компенсации сублимирующего потока адатомов с рабочей поверхности подложки, значение которого определяют из выражения F=3,12⋅10ехр(-46600/Т(K)) атом/см⋅с, где T(K) - температура в градусах Кельвина, используя поток атомов величиной 10 атом/см⋅с.
В результате на дне углубления и вокруг углубления сохраняют сформированные опорные поверхности субангстремной шероховатости, а на боковой части углубления получают диаметрально расположенные друг относительно друга калибровочную ступень калибровочной высоты и средство, обеспечивающее определение калибровочной высоты калибровочной ступени, из счетного количества моноатомных ступеней. Полученные особенности характеризуются в отношении калибровочной ступени из счетного количества моноатомных ступеней на соответствующем калибровочной ступени отрезке с наименьшей длиной между дном и краем углубления высокой плотностью ступеней 50 шт./мкм и распределением ступеней в направлении, которое параллельно кристаллографической плоскости рабочей поверхности, на расстояние 20 нм, и характеризуются в отношении средства, обеспечивающего определение калибровочной высоты, из счетного количества моноатомных ступеней, разделенных более широкими террасами по сравнению с калибровочной ступенью, на соответствующем средству, обеспечивающему определение калибровочной высоты, отрезке с наименьшей длиной между дном и краем углубления меньшей плотностью моноатомных ступеней 5 шт./мкм и распределением ступеней в направлении, которое параллельно кристаллографической плоскости рабочей поверхности, на расстояние 100 нм. При этом прямая, на которой расположен соответствующий калибровочной ступени отрезок с наименьшей длиной между дном и краем углубления, и прямая, в которой расположено направление распределения высокой плотности моноатомных ступеней, параллельное кристаллографической плоскости рабочей поверхности, расположены в плоскости, которая перпендикулярна кристаллографической плоскости рабочей поверхности или перпендикулярна плоскостям опорных поверхностей субангстремной шероховатости. Кроме того, прямая, на которой расположен соответствующий средству, обеспечивающему определение калибровочной высоты, отрезок с наименьшей длиной между дном и краем углубления, и прямая, в которой расположено направление распределения низкой плотности моноатомных ступеней, параллельное кристаллографической плоскости рабочей поверхности, расположены в плоскости, которая перпендикулярна кристаллографической плоскости рабочей поверхности или перпендикулярна плоскостям опорных поверхностей субангстремной шероховатости.
-8
После получения на боковой части углубления диаметрально расположенных друг относительно друга калибровочной ступени калибровочной высоты и средства, обеспечивающего определение калибровочной высоты калибровочной ступени, из счетного количества моноатомных ступеней, проводят охлаждение подложки до комнатной температуры 293-296 K. Одновременно изменяют величину потока осаждаемого на поверхность материала подложки для предотвращения возможности изменения полученного распределения моноатомных ступеней во всей внутренней боковой части углубления в процессе охлаждения. Охлаждение осуществляют в вакууме с уровнем, обеспечивающим выход атомов материала подложки в вакуум при термоэлектрическом отжиге, - при давлении остаточных газов не более 10 Па.
28
2
Охлаждение подложки до комнатной температуры 293-296 K с одновременным изменением величины потока осаждаемого на поверхность материала подложки для предотвращения возможности изменения полученного распределения моноатомных ступеней во всей внутренней боковой части углубления в процессе охлаждения проводят со скоростью 0,01°С/мин, при этом изменение потока атомов производят в соответствии с выражением F=3,12⋅10exp(-46600/T(K)) атом/см⋅с, где T(K) - температура в градусах Кельвина. При достижении температуры 830°С поток не подают, и снижение температуры осуществляют со скоростью, сохраняющей полученное в результате термоэлектрического отжига распределение моноатомных ступеней, с отсутствием генерации новых атомных ступеней, в конечном счете сохраняющей размер опорной поверхности субангстремной шероховатости в дне углубления. Достигнув температуры 830°С, скорость охлаждения поддерживают на уровне 400°С/с.
Пример 8
Изготовление ступенчатого высотного калибровочного эталона осуществляют с использованием подложки твердотельного материала, характеризующейся определенной ориентацией кристаллографической плоскости рабочей поверхности. В качестве подложки твердотельного материала, характеризующейся определенной ориентацией кристаллографической плоскости рабочей поверхности, используют подложку кремния с вицинальной рабочей поверхностью (001) с углом разориентации, равным 0°0'30''.
-8
Изготавливают эталон, используя проведение термоэлектрического отжига подложки твердотельного материала, характеризующейся определенной ориентацией кристаллографической плоскости рабочей поверхности, пропусканием через подложку электрического тока величиной, вызывающей резистивный нагрев материала подложки до температуры активируемой сублимации атомов верхнего атомного слоя, и осуществление подачи потока осаждаемого на поверхность материала подложки. Отжиг проводят в вакууме с уровнем, обеспечивающим выход атомов материала подложки в вакуум при термоэлектрическом отжиге, при давлении остаточных газов не более 10 Па.
Перед проведением отжига на рабочей поверхности подложки формируют рельеф в составе характеризующегося геометрией и поперечным размером в кристаллографической плоскости рабочей поверхности или плоскости, параллельной ей, определяемыми в оптический микроскоп, углубления с дном, предназначенным для формирования одной опорной поверхности субангстремной шероховатости, с боковой частью, предназначенной для формирования калибровочной ступени и средства, обеспечивающего определение калибровочной высоты калибровочной ступени, из счетного количества моноатомных ступеней, и предназначенной для формирования другой опорной поверхности субангстремной шероховатости системы концентрических ступеней, расположенных вокруг углубления.
Указанный рельеф формируют тем, что сначала получают систему концентрических ступеней, а затем изготавливают углубление таким образом, что концентрические ступени расположены вокруг углубления.
Для получения системы концентрических ступеней сначала изготавливают лунку, а затем осуществляют термоэлектрический отжиг.
2
Лунку изготавливают посредством использования литографии с жидкостным травлением поверхности на глубину 15 мкм, в жидкостном травителе KOH (44%), при этом на поверхности сначала формируют маску фоторезиста толщиной около 1,24 мкм с использованием фотошаблона с окном, имеющим размер в поперечнике около 200 мкм, с формированием в окне маскирующего покрытия, затем посредством магнетронного распыления наносят слой золота толщиной около 50 нм и осуществляют взрывную литографию по фоторезисту в диметилформамиде с применением ультразвуковой ванны, получая в слое золота сквозное окно, далее проводят жидкостное травление поверхности в окне слоя золота, после чего последовательно удаляют слой золота в смеси йодистого калия (KI) и йода (I), проводят химическую очистку в ацетоне и физическую очистку в ультразвуковой ванне.
-8
Для формирования системы концентрических ступеней подложку помещают в вакуум. Перед формированием системы концентрических ступеней осуществляют термоэлектрический, очищающий рабочую поверхность от естественного окисла материала подложки и/или загрязнений отжиг. В этих целях пропускают электрический ток величиной, соответствующей нагреву до температуры 1390°С, в течение 7 минут. Проводят операцию в вакууме с уровнем, обеспечивающим при термоэлектрическом отжиге выход атомов материала подложки в вакуум, - при давлении остаточных газов не более 10 Па.
-8
Осуществляют термоэлектрический отжиг для формирования системы концентрических ступеней в вакууме с уровнем, обеспечивающим выход атомов материала подложки в вакуум при термоэлектрическом отжиге, при давлении остаточных газов не более 10 Па. При отжиге пропускают постоянный или переменный электрический ток величиной, вызывающей резистивный нагрев материала подложки до температуры активируемой сублимации атомов верхнего атомного слоя с передвижением по поверхности моноатомных ступеней. Электрический ток пропускают параллельно рабочей поверхности подложки, в течение времени и при достигаемой температуре нагрева, формирующих по периферии внутренней части лунки равномерно распределенные одиночные концентрические моноатомные ступени, окружающие сингулярную террасу с контролируемой шириной 80 мкм. Сингулярную террасу располагают в центральной части лунки. Пропусканием тока достигают температуры 1410°С. Ток пропускают в течение времени 8 с. После получения системы концентрических ступеней, охватывающих сингулярную террасу шириной 80 мкм, подачу электрического тока прекращают и снижают температуру подложки до комнатной 293-296 K. Снижение температуры осуществляют со скоростью, сохраняющей полученное в результате термоэлектрического отжига распределение моноатомных ступеней, с отсутствием генерации новых атомных ступеней, в конечном счете сохраняющей размер сингулярной террасы в центральной части лунки. Скорость поддерживают на уровне 400°С/с.
Затем приступают к получению в области сингулярной террасы углубления с дном, предназначенным для формирования одной опорной поверхности субангстремной шероховатости, с боковой частью, предназначенной для формирования калибровочной ступени и средства, обеспечивающего определение калибровочной высоты калибровочной ступени, из счетного количества моноатомных ступеней. Подложку извлекают из вакуума.
3
3
2
Углубление получают посредством использования литографии с жидкостным травлением поверхности на глубину 15 мкм, в жидкостном травителе Дэша (HF : HNO : СНСООН = 1:3:8), при этом на поверхности сначала формируют маску фоторезиста толщиной около 1,24 мкм с использованием фотошаблона с окном, имеющим размер в поперечнике около 30 мкм, с формированием в окне маскирующего покрытия, затем посредством магнетронного распыления наносят слой золота толщиной около 50 нм и осуществляют взрывную литографию по фоторезисту в диметилформамиде с применением ультразвуковой ванны, получая в слое золота сквозное окно, далее проводят жидкостное травление поверхности в окне слоя золота, после чего последовательно удаляют слой золота в смеси йодистого калия (KI) и йода (I), проводят химическую очистку в ацетоне и физическую очистку в ультразвуковой ванне, получая в результате углубление с размером в поперечнике 30 мкм.
В углублении боковая часть расположена под углом 0° относительно нормали к кристаллографической плоскости рабочей поверхности.
Затем подложку помещают в вакуум. После формирования требуемого исходного рельефа проводят термоэлектрический отжиг. При отжиге пропускают электрический ток с компонентой в направлении, которое параллельно кристаллографической плоскости рабочей поверхности, обеспечивая перемещение моноатомных ступеней в указанном направлении.
Сначала осуществляют фазу отжига, включающую формирование на боковой части углубления скопления высокой плотности моноатомных ступеней с узкими террасами, достигающими в предельном случае максимальной узости. При осуществлении указанной фазы отжига осуществляют также очистку рабочей поверхности подложки от естественного окисла и/или загрязнений. При формировании и очистке пропускают через подложку электрический ток величиной, вызывающей резистивный нагрев материала подложки до температуры активируемой сублимации атомов верхнего атомного слоя - 1350°С, в течение 10 минут. В результате на боковой части углубления формируют скопление высокой плотности моноатомных ступеней с узкими террасами, достигающими в предельном случае максимальной узости, а именно с плотностью 200 шт./мкм на отрезке с наименьшей длиной между дном и краем углубления.
Затем осуществляют фазу отжига, приводящую к увеличению поперечника и уменьшению глубины углубления с дном, предназначенным для формирования одной опорной поверхности субангстремной шероховатости, с боковой частью, предназначенной для формирования калибровочной ступени и средства, обеспечивающего определение калибровочной высоты калибровочной ступени, из счетного количества моноатомных ступеней, сопровождающихся формированием опорных поверхностей субангстремной шероховатости на дне углубления и вокруг углубления с примыканием к его краю, и получением из скопления высокой плотности моноатомных ступеней калибровочной высоты, определяемой суммарной высотой моноатомных ступеней между указанными опорными поверхностями.
Пропускают через подложку электрический ток с компонентой в направлении, которое параллельно кристаллографической плоскости рабочей поверхности, обеспечивая перемещение моноатомных ступеней в указанном направлении, величиной, вызывающей резистивный нагрев материала подложки до температуры активируемой сублимации атомов верхнего атомного слоя - 1205°С, в течение времени 99950 секунд.
В результате получают из скопления высокой плотности моноатомных ступеней 200 шт./мкм на отрезке с наименьшей длиной между дном и краем углубления калибровочную высоту, определяемую суммарной высотой моноатомных ступеней, характеризующихся распределением их в направлении, которое параллельно кристаллографической плоскости рабочей поверхности, на расстояние 100 нм. Кроме того, получают опорные поверхности субангстремной шероховатости, расположенные на дне углубления и вокруг углубления, шириной 50 мкм. При этом прямая, на которой расположен отрезок с наименьшей длиной между дном и краем углубления, и прямая, в которой расположено направление распределения моноатомных ступеней, параллельное кристаллографической плоскости рабочей поверхности, расположены в плоскости, которая перпендикулярна кристаллографической плоскости рабочей поверхности или перпендикулярна плоскостям расположения опорных поверхностей субангстремной шероховатости.
В финале проводят фазу отжига с одновременным осаждением материала подложки на рабочую поверхность со скоростью, компенсирующей процесс сублимации атомов с поверхности подложки, обеспечивающую сохранение сформированных опорных поверхностей субангстремной шероховатости на дне углубления и вокруг углубления, локализацию на боковой части углубления калибровочной ступени калибровочной высоты из счетного количества высокой плотности моноатомных ступеней и получение средства, обеспечивающего определение калибровочной высоты калибровочной ступени, из того же счетного количества моноатомных ступеней, но меньшей плотности.
28
2
13
2
Пропускают через подложку электрический ток с компонентой в направлении, которое параллельно кристаллографической плоскости рабочей поверхности, обеспечивая перемещение моноатомных ступеней в указанном направлении, величиной, вызывающей резистивный нагрев материала подложки до температуры активируемой сублимации атомов верхнего атомного слоя - 1021°С, в течение времени 999700 секунд. При этом осуществляют подачу потока осаждаемого на поверхность материала подложки с возможностью компенсации сублимирующего потока адатомов с рабочей поверхности подложки, значение которого определяют из выражения F=3,12⋅10exp(-46600/T(K)) атом/см⋅с, где T(K) - температура в градусах Кельвина, используя поток атомов величиной 10 атом/см⋅с.
В результате на дне углубления и вокруг углубления сохраняют сформированные опорные поверхности субангстремной шероховатости, а на боковой части углубления получают диаметрально расположенные друг относительно друга калибровочную ступень калибровочной высоты и средство, обеспечивающее определение калибровочной высоты калибровочной ступени, из счетного количества моноатомных ступеней. Полученные особенности характеризуются в отношении калибровочной ступени из счетного количества моноатомных ступеней на соответствующем калибровочной ступени отрезке с наименьшей длиной между дном и краем углубления высокой плотностью ступеней 200 шт./мкм и распределением ступеней в направлении, которое параллельно кристаллографической плоскости рабочей поверхности, на расстояние 100 нм, и характеризуются в отношении средства, обеспечивающего определение калибровочной высоты, из счетного количества моноатомных ступеней, разделенных более широкими террасами по сравнению с калибровочной ступенью, на соответствующем средству, обеспечивающему определение калибровочной высоты, отрезке с наименьшей длиной между дном и краем углубления меньшей плотностью моноатомных ступеней 7 шт./мкм и распределением ступеней в направлении, которое параллельно кристаллографической плоскости рабочей поверхности, на расстояние 105 нм. При этом прямая, на которой расположен соответствующий калибровочной ступени отрезок с наименьшей длиной между дном и краем углубления, и прямая, в которой расположено направление распределения высокой плотности моноатомных ступеней, параллельное кристаллографической плоскости рабочей поверхности, расположены в плоскости, которая перпендикулярна кристаллографической плоскости рабочей поверхности или перпендикулярна плоскостям опорных поверхностей субангстремной шероховатости. Кроме того, прямая, на которой расположен соответствующий средству, обеспечивающему определение калибровочной высоты, отрезок с наименьшей длиной между дном и краем углубления, и прямая, в которой расположено направление распределения низкой плотности моноатомных ступеней, параллельное кристаллографической плоскости рабочей поверхности, расположены в плоскости, которая перпендикулярна кристаллографической плоскости рабочей поверхности или перпендикулярна расположения опорных поверхностей субангстремной шероховатости.
-8
После получения на боковой части углубления диаметрально расположенных друг относительно друга калибровочной ступени калибровочной высоты и средства, обеспечивающего определение калибровочной высоты калибровочной ступени, из счетного количества моноатомных ступеней, проводят охлаждение подложки до комнатной температуры 293-296 K. Одновременно изменяют величину потока осаждаемого на поверхность материала подложки для предотвращения возможности изменения полученного распределения моноатомных ступеней во всей внутренней боковой части углубления в процессе охлаждения. Охлаждение осуществляют в вакууме с уровнем, обеспечивающим выход атомов материала подложки в вакуум при термоэлектрическом отжиге, - при давлении остаточных газов не более 10 Па.
28
2
Охлаждение подложки до комнатной температуры 293-296 K с одновременным изменением величины потока осаждаемого на поверхность материала подложки для предотвращения возможности изменения полученного распределения моноатомных ступеней во всей внутренней боковой части углубления в процессе охлаждения проводят со скоростью 1°С/мин, при этом изменение потока атомов производят в соответствии с выражением F=3,12⋅10ехр(-46600/Т(K)) атом/см⋅с, где T(K) - температура в градусах Кельвина. При достижении температуры 830°С поток не подают, и снижение температуры осуществляют со скоростью, сохраняющей полученное в результате термоэлектрического отжига распределение моноатомных ступеней, с отсутствием генерации новых атомных ступеней, в конечном счете сохраняющей размер опорной поверхности субангстремной шероховатости в дне углубления. Достигнув температуры 830°С, скорость охлаждения поддерживают на уровне 400°С/с.
Пример 9
Изготовление ступенчатого высотного калибровочного эталона осуществляют с использованием подложки твердотельного материала, характеризующейся определенной ориентацией кристаллографической плоскости рабочей поверхности. В качестве подложки твердотельного материала, характеризующейся определенной ориентацией кристаллографической плоскости рабочей поверхности, используют подложку кремния с ориентацией рабочей поверхности (111).
-8
Изготавливают эталон, используя проведение термоэлектрического отжига подложки твердотельного материала, характеризующейся определенной ориентацией кристаллографической плоскости рабочей поверхности, пропусканием через подложку электрического тока величиной, вызывающей резистивный нагрев материала подложки до температуры активируемой сублимации атомов верхнего атомного слоя, и осуществление подачи потока осаждаемого на поверхность материала подложки. Отжиг проводят в вакууме с уровнем, обеспечивающим выход атомов материала подложки в вакуум при термоэлектрическом отжиге, при давлении остаточных газов не более 10 Па.
Перед проведением отжига на рабочей поверхности подложки формируют рельеф в составе характеризующегося геометрией и поперечным размером в кристаллографической плоскости рабочей поверхности или плоскости, параллельной ей, определяемыми в оптический микроскоп, углубления с дном, предназначенным для формирования одной опорной поверхности субангстремной шероховатости, с боковой частью, предназначенной для формирования калибровочной ступени и средства, обеспечивающего определение калибровочной высоты калибровочной ступени, из счетного количества моноатомных ступеней, и предназначенной для формирования другой опорной поверхности субангстремной шероховатости системы концентрических ступеней, расположенных вокруг углубления.
Указанный рельеф формируют тем, что сначала получают систему концентрических ступеней, а затем изготавливают углубление таким образом, что концентрические ступени расположены вокруг углубления.
Для получения системы концентрических ступеней сначала изготавливают лунку, а затем осуществляют термоэлектрический отжиг.
3
3
2
Лунку изготавливают посредством использования литографии с жидкостным травлением поверхности на глубину 15 мкм, в жидкостном травителе HNO : HF : СНСООН = 20:1:1, при этом на поверхности сначала формируют маску фоторезиста толщиной около 1,24 мкм с использованием фотошаблона с окном, имеющим размер в поперечнике около 200 мкм, с формированием в окне маскирующего покрытия, затем посредством магнетронного распыления наносят слой золота толщиной около 50 нм и осуществляют взрывную литографию по фоторезисту в диметилформамиде с применением ультразвуковой ванны, получая в слое золота сквозное окно, далее проводят жидкостное травление поверхности в окне слоя золота, после чего последовательно удаляют слой золота в смеси йодистого калия (KI) и йода (I), проводят химическую очистку в ацетоне и физическую очистку в ультразвуковой ванне.
-8
Для формирования системы концентрических ступеней подложку помещают в вакуум. Перед формированием системы концентрических ступеней осуществляют термоэлектрический, очищающий рабочую поверхность от естественного окисла материала подложки и/или загрязнений отжиг. В этих целях пропускают электрический ток величиной, соответствующей нагреву до температуры 1390°С, в течение 7 минут. Проводят операцию в вакууме с уровнем, обеспечивающим при термоэлектрическом отжиге выход атомов материала подложки в вакуум, - при давлении остаточных газов не более 10 Па.
-8
Осуществляют термоэлектрический отжиг для формирования системы концентрических ступеней в вакууме с уровнем, обеспечивающим выход атомов материала подложки в вакуум при термоэлектрическом отжиге, при давлении остаточных газов не более 10 Па. При отжиге пропускают постоянный или переменный электрический ток величиной, вызывающей резистивный нагрев материала подложки до температуры активируемой сублимации атомов верхнего атомного слоя с передвижением по поверхности моноатомных ступеней. Электрический ток пропускают параллельно рабочей поверхности подложки, в течение времени и при достигаемой температуре нагрева, формирующих по периферии внутренней части лунки равномерно распределенные одиночные концентрические моноатомные ступени, окружающие сингулярную террасу с контролируемой шириной 80 мкм. Сингулярную террасу располагают в центральной части лунки. Пропусканием тока достигают температуры 1410°С. Ток пропускают в течение времени 8 с. После получения системы концентрических ступеней, охватывающих сингулярную террасу шириной 80 мкм, подачу электрического тока прекращают и снижают температуру подложки до комнатной 293-296 K. Снижение температуры осуществляют со скоростью, сохраняющей полученное в результате термоэлектрического отжига распределение моноатомных ступеней, с отсутствием генерации новых атомных ступеней, в конечном счете сохраняющей размер сингулярной террасы в центральной части лунки. Скорость поддерживают на уровне 400°С/с.
Затем приступают к получению в области сингулярной террасы углубления с дном, предназначенным для формирования одной опорной поверхности субангстремной шероховатости, с боковой частью, предназначенной для формирования калибровочной ступени и средства, обеспечивающего определение калибровочной высоты калибровочной ступени, из счетного количества моноатомных ступеней. Подложку извлекают из вакуума.
3
3
2
Углубление получают посредством использования литографии с жидкостным травлением поверхности на глубину 15 мкм, в жидкостном травителе HNO : HF : СНСООН = 20:1:1, при этом на поверхности сначала формируют маску фоторезиста толщиной около 1,24 мкм с использованием фотошаблона с окном, имеющим размер в поперечнике 30 мкм, с формированием в окне маскирующего покрытия, затем посредством магнетронного распыления наносят слой золота толщиной около 50 нм и осуществляют взрывную литографию по фоторезисту в диметилформамиде с применением ультразвуковой ванны, получая в слое золота сквозное окно, далее проводят жидкостное травление поверхности в окне слоя золота, после чего последовательно удаляют слой золота в смеси йодистого калия (KI) и йода (I), проводят химическую очистку в ацетоне и физическую очистку в ультразвуковой ванне, получая в результате углубление с размером в поперечнике 30 мкм.
В углублении боковая часть расположена под углом 0° относительно нормали к кристаллографической плоскости рабочей поверхности.
Затем подложку помещают в вакуум. После формирования требуемого исходного рельефа проводят термоэлектрический отжиг. При отжиге пропускают электрический ток с компонентой в направлении, которое параллельно кристаллографической плоскости рабочей поверхности, обеспечивая перемещение моноатомных ступеней в указанном направлении.
Сначала осуществляют фазу отжига, включающую формирование на боковой части углубления скопления высокой плотности моноатомных ступеней с узкими террасами, достигающими в предельном случае максимальной узости. При осуществлении указанной фазы отжига осуществляют также очистку рабочей поверхности подложки от естественного окисла и/или загрязнений. При формировании и очистке пропускают через подложку электрический ток величиной, вызывающей резистивный нагрев материала подложки до температуры активируемой сублимации атомов верхнего атомного слоя - 1350°С, в течение 10 минут. В результате на боковой части углубления формируют скопление высокой плотности моноатомных ступеней с узкими террасами, достигающими в предельном случае максимальной узости, а именно с плотностью 200 шт./мкм на отрезке с наименьшей длиной между дном и краем углубления.
Затем осуществляют фазу отжига, приводящую к увеличению поперечника и уменьшению глубины углубления с дном, предназначенным для формирования одной опорной поверхности субангстремной шероховатости, с боковой частью, предназначенной для формирования калибровочной ступени и средства, обеспечивающего определение калибровочной высоты калибровочной ступени, из счетного количества моноатомных ступеней, сопровождающихся формированием опорных поверхностей субангстремной шероховатости на дне углубления и вокруг углубления с примыканием к его краю, и получением из скопления высокой плотности моноатомных ступеней калибровочной высоты, определяемой суммарной высотой моноатомных ступеней между указанными опорными поверхностями.
Пропускают через подложку электрический ток с компонентой в направлении, которое параллельно кристаллографической плоскости рабочей поверхности, обеспечивая перемещение моноатомных ступеней в указанном направлении, величиной, вызывающей резистивный нагрев материала подложки до температуры активируемой сублимации атомов верхнего атомного слоя - 1205°С, в течение времени 99950 секунд.
В результате получают из скопления высокой плотности моноатомных ступеней 200 шт./мкм на отрезке с наименьшей длиной между дном и краем углубления калибровочную высоту, определяемую суммарной высотой моноатомных ступеней, характеризующихся распределением их в направлении, которое параллельно кристаллографической плоскости рабочей поверхности, на расстояние 100 нм. Кроме того, получают опорные поверхности субангстремной шероховатости, расположенные на дне углубления и вокруг углубления, шириной 50 мкм. При этом прямая, на которой расположен отрезок с наименьшей длиной между дном и краем углубления, и прямая, в которой расположено направление распределения моноатомных ступеней, параллельное кристаллографической плоскости рабочей поверхности, расположены в плоскости, которая перпендикулярна кристаллографической плоскости рабочей поверхности или перпендикулярна плоскостям расположения опорных поверхностей субангстремной шероховатости.
В финале проводят фазу отжига с одновременным осаждением материала подложки на рабочую поверхность со скоростью, компенсирующей процесс сублимации атомов с поверхности подложки, обеспечивающую сохранение сформированных опорных поверхностей субангстремной шероховатости на дне углубления и вокруг углубления, локализацию на боковой части углубления калибровочной ступени калибровочной высоты из счетного количества высокой плотности моноатомных ступеней и получение средства, обеспечивающего определение калибровочной высоты калибровочной ступени, из того же счетного количества моноатомных ступеней, но меньшей плотности.
28
2
13
2
Пропускают через подложку электрический ток с компонентой в направлении, которое параллельно кристаллографической плоскости рабочей поверхности, обеспечивая перемещение моноатомных ступеней в указанном направлении, величиной, вызывающей резистивный нагрев материала подложки до температуры активируемой сублимации атомов верхнего атомного слоя - 1021°С, в течение времени 999700 секунд. При этом осуществляют подачу потока осаждаемого на поверхность материала подложки с возможностью компенсации сублимирующего потока адатомов с рабочей поверхности подложки, значение которого определяют из выражения F=3,12⋅10exp(-46600/T(K)) атом/см⋅с, где T(K) - температура в градусах Кельвина, используя поток атомов величиной 10 атом/см⋅с.
В результате на дне углубления и вокруг углубления сохраняют сформированные опорные поверхности субангстремной шероховатости, а на боковой части углубления получают диаметрально расположенные друг относительно друга калибровочную ступень калибровочной высоты и средство, обеспечивающее определение калибровочной высоты калибровочной ступени, из счетного количества моноатомных ступеней. Полученные особенности характеризуются в отношении калибровочной ступени из счетного количества моноатомных ступеней на соответствующем калибровочной ступени отрезке с наименьшей длиной между дном и краем углубления высокой плотностью ступеней 200 шт./мкм и распределением ступеней в направлении, которое параллельно кристаллографической плоскости рабочей поверхности, на расстояние 100 нм, и характеризуются в отношении средства, обеспечивающего определение калибровочной высоты, из счетного количества моноатомных ступеней, разделенных более широкими террасами по сравнению с калибровочной ступенью, на соответствующем средству, обеспечивающему определение калибровочной высоты, отрезке с наименьшей длиной между дном и краем углубления меньшей плотностью моноатомных ступеней 7 шт./мкм и распределением ступеней в направлении, которое параллельно кристаллографической плоскости рабочей поверхности, на расстояние 105 нм. При этом прямая, на которой расположен соответствующий калибровочной ступени отрезок с наименьшей длиной между дном и краем углубления, и прямая, в которой расположено направление распределения высокой плотности моноатомных ступеней, параллельное кристаллографической плоскости рабочей поверхности, расположены в плоскости, которая перпендикулярна кристаллографической плоскости рабочей поверхности или перпендикулярна плоскостям опорных поверхностей субангстремной шероховатости. Кроме того, прямая, на которой расположен соответствующий средству, обеспечивающему определение калибровочной высоты, отрезок с наименьшей длиной между дном и краем углубления, и прямая, в которой расположено направление распределения низкой плотности моноатомных ступеней, параллельное кристаллографической плоскости рабочей поверхности, расположены в плоскости, которая перпендикулярна кристаллографической плоскости рабочей поверхности или перпендикулярна расположения опорных поверхностей субангстремной шероховатости.
-8
После получения на боковой части углубления диаметрально расположенных друг относительно друга калибровочной ступени калибровочной высоты и средства, обеспечивающего определение калибровочной высоты калибровочной ступени, из счетного количества моноатомных ступеней, проводят охлаждение подложки до комнатной температуры 293-296 K. Одновременно изменяют величину потока осаждаемого на поверхность материала подложки для предотвращения возможности изменения полученного распределения моноатомных ступеней во всей внутренней боковой части углубления в процессе охлаждения. Охлаждение осуществляют в вакууме с уровнем, обеспечивающим выход атомов материала подложки в вакуум при термоэлектрическом отжиге, - при давлении остаточных газов не более 10 Па.
28
2
Охлаждение подложки до комнатной температуры 293-296 K с одновременным изменением величины потока осаждаемого на поверхность материала подложки для предотвращения возможности изменения полученного распределения моноатомных ступеней во всей внутренней боковой части углубления в процессе охлаждения проводят со скоростью 1°С/мин, при этом изменение потока атомов производят в соответствии с выражением F=3,12⋅10ехр(-46600/Т(K)) атом/см⋅с, где T(K) - температура в градусах Кельвина. При достижении температуры 830°С поток не подают, и снижение температуры осуществляют со скоростью, сохраняющей полученное в результате термоэлектрического отжига распределение моноатомных ступеней, с отсутствием генерации новых атомных ступеней, в конечном счете сохраняющей размер опорной поверхности субангстремной шероховатости в дне углубления. Достигнув температуры 830°С, скорость охлаждения поддерживают на уровне 400°С/с.
Пример 10
Изготовление ступенчатого высотного калибровочного эталона осуществляют с использованием подложки твердотельного материала, характеризующейся определенной ориентацией кристаллографической плоскости рабочей поверхности. В качестве подложки твердотельного материала, характеризующейся определенной ориентацией кристаллографической плоскости рабочей поверхности, используют подложку кремния с ориентацией рабочей поверхности (111).
-8
Изготавливают эталон, используя проведение термоэлектрического отжига подложки твердотельного материала, характеризующейся определенной ориентацией кристаллографической плоскости рабочей поверхности, пропусканием через подложку электрического тока величиной, вызывающей резистивный нагрев материала подложки до температуры активируемой сублимации атомов верхнего атомного слоя, и осуществление подачи потока осаждаемого на поверхность материала подложки. Отжиг проводят в вакууме с уровнем, обеспечивающим выход атомов материала подложки в вакуум при термоэлектрическом отжиге, при давлении остаточных газов не более 10 Па.
Перед проведением отжига на рабочей поверхности подложки формируют рельеф в составе двух характеризующихся геометрией и поперечными размерами в кристаллографической плоскости рабочей поверхности или плоскости, параллельной ей, определяемыми в оптический микроскоп, углублений меньшего и большего размера в поперечнике. Первое из названных углублений - углубление с дном, предназначенным для формирования одной опорной поверхности субангстремной шероховатости, с боковой частью, предназначенной для формирования калибровочной ступени и средства, обеспечивающего определение калибровочной высоты калибровочной ступени, из счетного количества моноатомных ступеней. Второе из названных углублений - углубление с донной частью, выполняющей функцию плоской площадки, предназначенной для размещения в центральной его области углубления меньшего размера в поперечнике и формирования другой опорной поверхности субангстремной шероховатости.
Сначала выполняют углубление большего размера в поперечнике, затем - углубление меньшего размера в поперечнике.
6
3
2
Литографически формируют углубление большего размера в поперечнике. Его изготавливают посредством литографии с плазмохимическим травлением поверхности на глубину 0,5 мкм, в плазме SF/CFCl/O (89/10/1) при давлении около 0,1 мм рт.ст., частоте индуктора около 1356 МГц, мощности плазмы около 100 Вт, через маску фоторезиста толщиной около 1,24 мкм с окном, имеющим размер в поперечнике около 200 мкм, в течение времени около 63,5 с, после чего маску удаляют в диметилформамиде и проводят сначала химическую очистку в ацетоне, затем физическую очистку в ультразвуковой ванне.
-3
2
Подложку помещают в вакуум. Затем приступают к получению в сформированном углублении, в его донной части, выполняющей функцию плоской площадки, предназначенной для размещения в центральной его области углубления меньшего размера в поперечнике и формирования другой опорной поверхности субангстремной шероховатости, углубления меньшего размера в поперечнике - углубления с дном, предназначенным для формирования одной опорной поверхности субангстремной шероховатости, с боковой частью, предназначенной для формирования калибровочной ступени и средства, обеспечивающего определение калибровочной высоты калибровочной ступени, из счетного количества моноатомных ступеней. Углубление получают посредством проводимой в вакууме с уровнем, достаточным для подавления влияния остаточных газов - не более 10 Па, ионно-лучевой обработки поверхности сфокусированным пучком ионов галлия с диаметром 5,5 нм, с энергией 1,5 кэВ в течение времени 8 минут. Пучок направляют перпендикулярно к кристаллографической плоскости рабочей поверхности. Сканируют поверхность размером около 5,5×5,5 мкм. Получают углубление размером в поперечнике около 5,5 мкм и глубиной 0,1 мкм.
В углублениях боковая часть расположена под углом 0° относительно нормали к кристаллографической плоскости рабочей поверхности.
После формирования требуемого исходного рельефа проводят термоэлектрический отжиг. При отжиге пропускают электрический ток с компонентой в направлении, которое параллельно кристаллографической плоскости рабочей поверхности, обеспечивая перемещение моноатомных ступеней в указанном направлении.
Сначала осуществляют фазу отжига, включающую формирование на боковой части углубления скопления высокой плотности моноатомных ступеней с узкими террасами, достигающими в предельном случае максимальной узости. При осуществлении указанной фазы отжига осуществляют также очистку рабочей поверхности подложки от естественного окисла и/или загрязнений. При формировании и очистке пропускают через подложку электрический ток величиной, вызывающей резистивный нагрев материала подложки до температуры активируемой сублимации атомов верхнего атомного слоя - 1410°С, в течение 1 минуты. В результате на боковой части углубления формируют скопление высокой плотности моноатомных ступеней с узкими террасами, достигающими в предельном случае максимальной узости, а именно с плотностью 50 шт./мкм на отрезке с наименьшей длиной между дном и краем углубления.
Затем осуществляют фазу отжига, приводящую к увеличению поперечника и уменьшению глубины углубления с дном, предназначенным для формирования одной опорной поверхности субангстремной шероховатости, с боковой частью, предназначенной для формирования калибровочной ступени и средства, обеспечивающего определение калибровочной высоты калибровочной ступени, из счетного количества моноатомных ступеней, сопровождающихся формированием опорных поверхностей субангстремной шероховатости на дне углубления и вокруг углубления с примыканием к его краю, и получением из скопления высокой плотности моноатомных ступеней калибровочной высоты, определяемой суммарной высотой моноатомных ступеней между указанными опорными поверхностями.
Пропускают через подложку электрический ток с компонентой в направлении, которое параллельно кристаллографической плоскости рабочей поверхности, обеспечивая перемещение моноатомных ступеней в указанном направлении, величиной, вызывающей резистивный нагрев материала подложки до температуры активируемой сублимации атомов верхнего атомного слоя - 1410°С, в течение времени 100 секунд.
В результате получают из скопления высокой плотности моноатомных ступеней 50 шт./мкм на отрезке с наименьшей длиной между дном и краем углубления калибровочную высоту, определяемую суммарной высотой моноатомных ступеней, характеризующихся распределением их в направлении, которое параллельно кристаллографической плоскости рабочей поверхности, на расстояние 20 нм. Кроме того, получают опорные поверхности субангстремной шероховатости, расположенные на дне углубления и вокруг углубления, шириной 10 мкм. При этом прямая, на которой расположен отрезок с наименьшей длиной между дном и краем углубления, и прямая, в которой расположено направление распределения моноатомных ступеней, параллельное кристаллографической плоскости рабочей поверхности, расположены в плоскости, которая перпендикулярна кристаллографической плоскости рабочей поверхности или перпендикулярна плоскостям расположения опорных поверхностей субангстремной шероховатости.
В финале проводят фазу отжига с одновременным осаждением материала подложки на рабочую поверхность со скоростью, компенсирующей процесс сублимации атомов с поверхности подложки, обеспечивающую сохранение сформированных опорных поверхностей субангстремной шероховатости на дне углубления и вокруг углубления, локализацию на боковой части углубления калибровочной ступени калибровочной высоты из счетного количества высокой плотности моноатомных ступеней и получение средства, обеспечивающего определение калибровочной высоты калибровочной ступени, из того же счетного количества моноатомных ступеней, но меньшей плотности.
28
2
16
2
Пропускают через подложку электрический ток с компонентой в направлении, которое параллельно кристаллографической плоскости рабочей поверхности, обеспечивая перемещение моноатомных ступеней в указанном направлении, величиной, вызывающей резистивный нагрев материала подложки до температуры активируемой сублимации атомов верхнего атомного слоя - 1250°С, в течение времени 600 секунд. При этом осуществляют подачу потока осаждаемого на поверхность материала подложки с возможностью компенсации сублимирующего потока адатомов с рабочей поверхности подложки, значение которого определяют из выражения F=3,12⋅10exp(-46600/T(K)) атом/см⋅с, где T(K) - температура в градусах Кельвина, используя поток атомов величиной 10 атом/см⋅с.
В результате на дне углубления и вокруг углубления сохраняют сформированные опорные поверхности субангстремной шероховатости, а на боковой части углубления получают диаметрально расположенные друг относительно друга калибровочную ступень калибровочной высоты и средство, обеспечивающее определение калибровочной высоты калибровочной ступени, из счетного количества моноатомных ступеней. Полученные особенности характеризуются в отношении калибровочной ступени из счетного количества моноатомных ступеней на соответствующем калибровочной ступени отрезке с наименьшей длиной между дном и краем углубления высокой плотностью ступеней 50 шт./мкм и распределением ступеней в направлении, которое параллельно кристаллографической плоскости рабочей поверхности, на расстояние 20 нм, и характеризуются в отношении средства, обеспечивающего определение калибровочной высоты, из счетного количества моноатомных ступеней, разделенных более широкими террасами по сравнению с калибровочной ступенью, на соответствующем средству, обеспечивающему определение калибровочной высоты, отрезке с наименьшей длиной между дном и краем углубления меньшей плотностью моноатомных ступеней 5 шт./мкм и распределением ступеней в направлении, которое параллельно кристаллографической плоскости рабочей поверхности, на расстояние 100 нм. При этом прямая, на которой расположен соответствующий калибровочной ступени отрезок с наименьшей длиной между дном и краем углубления, и прямая, в которой расположено направление распределения высокой плотности моноатомных ступеней, параллельное кристаллографической плоскости рабочей поверхности, расположены в плоскости, которая перпендикулярна кристаллографической плоскости рабочей поверхности или перпендикулярна плоскостям опорных поверхностей субангстремной шероховатости. Кроме того, прямая, на которой расположен соответствующий средству, обеспечивающему определение калибровочной высоты, отрезок с наименьшей длиной между дном и краем углубления, и прямая, в которой расположено направление распределения низкой плотности моноатомных ступеней, параллельное кристаллографической плоскости рабочей поверхности, расположены в плоскости, которая перпендикулярна кристаллографической плоскости рабочей поверхности или перпендикулярна плоскостям опорных поверхностей субангстремной шероховатости.
-8
После получения на боковой части углубления диаметрально расположенных друг относительно друга калибровочной ступени калибровочной высоты и средства, обеспечивающего определение калибровочной высоты калибровочной ступени, из счетного количества моноатомных ступеней, проводят охлаждение подложки до комнатной температуры 293-296 K. Одновременно изменяют величину потока осаждаемого на поверхность материала подложки для предотвращения возможности изменения полученного распределения моноатомных ступеней во всей внутренней боковой части углубления в процессе охлаждения. Охлаждение осуществляют в вакууме с уровнем, обеспечивающим выход атомов материала подложки в вакуум при термоэлектрическом отжиге, - при давлении остаточных газов не более 10 Па.
28
2
Охлаждение подложки до комнатной температуры 293-296 K с одновременным изменением величины потока осаждаемого на поверхность материала подложки для предотвращения возможности изменения полученного распределения моноатомных ступеней во всей внутренней боковой части углубления в процессе охлаждения проводят со скоростью 0,01°С/мин, при этом изменение потока атомов производят в соответствии с выражением F=3,12⋅10ехр(-46600/Т(K)) атом/см⋅с, где T(K) - температура в градусах Кельвина. При достижении температуры 830°С поток не подают, и снижение температуры осуществляют со скоростью, сохраняющей полученное в результате термоэлектрического отжига распределение моноатомных ступеней, с отсутствием генерации новых атомных ступеней, в конечном счете сохраняющей размер опорной поверхности субангстремной шероховатости в дне углубления. Достигнув температуры 830°С, скорость охлаждения поддерживают на уровне 400°С/с.
Пример 11
Изготовление ступенчатого высотного калибровочного эталона осуществляют с использованием подложки твердотельного материала, характеризующейся определенной ориентацией кристаллографической плоскости рабочей поверхности. В качестве подложки твердотельного материала, характеризующейся определенной ориентацией кристаллографической плоскости рабочей поверхности, используют подложку кремния с вицинальной рабочей поверхностью (111) с углом разориентации, равным 0°0'20''.
-8
Изготавливают эталон, используя проведение термоэлектрического отжига подложки твердотельного материала, характеризующейся определенной ориентацией кристаллографической плоскости рабочей поверхности, пропусканием через подложку электрического тока величиной, вызывающей резистивный нагрев материала подложки до температуры активируемой сублимации атомов верхнего атомного слоя, и осуществление подачи потока осаждаемого на поверхность материала подложки. Отжиг проводят в вакууме с уровнем, обеспечивающим выход атомов материала подложки в вакуум при термоэлектрическом отжиге, при давлении остаточных газов не более 10 Па.
Перед проведением отжига на рабочей поверхности подложки формируют рельеф в составе двух характеризующихся геометрией и поперечными размерами в кристаллографической плоскости рабочей поверхности или плоскости, параллельной ей, определяемыми в оптический микроскоп, углублений меньшего и большего размера в поперечнике. Первое из названных углублений - углубление с дном, предназначенным для формирования одной опорной поверхности субангстремной шероховатости, с боковой частью, предназначенной для формирования калибровочной ступени и средства, обеспечивающего определение калибровочной высоты калибровочной ступени, из счетного количества моноатомных ступеней. Второе из названных углублений - углубление с донной частью, выполняющей функцию плоской площадки, предназначенной для размещения в центральной его области углубления меньшего размера в поперечнике и формирования другой опорной поверхности субангстремной шероховатости.
Сначала выполняют углубление большего размера в поперечнике, затем - углубление меньшего размера в поперечнике.
6
3
2
2
2
2
2
2
Литографически формируют углубление большего размера в поперечнике. Углубление большего размера изготавливают плазмохимическим травлением поверхности на глубину 20 мкм, в плазме SF/CFCl/O (89/10/1) при давлении около 0,1 мм рт.ст., частоте индуктора около 1356 МГц, мощности плазмы около 100 Вт, при этом на поверхности сначала получают слой SiO толщиной около 100 нм, на котором формируют маску фоторезиста толщиной около 1,24 мкм с окном, имеющим размер в поперечнике около 200 мкм, после чего слой SiO стравливают в окне маски фоторезиста в HF, получая сквозное окно в слое SiO, и удаляют маску фоторезиста в кислородной плазме, затем осуществляют травление в плазме поверхности в окне слоя SiO в течение времени 1500 с, последовательно удаляют слой SiO в HF, проводят химическую очистку в ацетоне, физическую очистку в ультразвуковой ванне.
В углублении боковая часть расположена под углом 0° относительно нормали к кристаллографической плоскости рабочей поверхности.
-3
2
Подложку помещают в вакуум. Затем приступают к получению в сформированном углублении, в его донной части, выполняющей функцию плоской площадки, предназначенной для размещения в центральной его области углубления меньшего размера в поперечнике и формирования другой опорной поверхности субангстремной шероховатости, углубления меньшего размера в поперечнике - углубления с дном, предназначенным для формирования одной опорной поверхности субангстремной шероховатости, с боковой частью, предназначенной для формирования калибровочной ступени и средства, обеспечивающего определение калибровочной высоты калибровочной ступени, из счетного количества моноатомных ступеней. Углубление получают посредством проводимой в вакууме с уровнем, достаточным для подавления влияния остаточных газов - не более 10 Па, ионно-лучевой обработки поверхности сфокусированным пучком ионов галлия с диаметром 50 нм, с энергией 30 кэВ в течение времени 360 минут, с получением углубления размером в поперечнике 30 мкм и глубиной 20 мкм. Пучок направляют перпендикулярно к кристаллографической плоскости рабочей поверхности. Сканируют поверхность размером около 30×30 мкм.
В углублении боковая часть расположена под углом 0° относительно нормали к кристаллографической плоскости рабочей поверхности.
После формирования требуемого исходного рельефа проводят термоэлектрический отжиг. При отжиге пропускают электрический ток с компонентой в направлении, которое параллельно кристаллографической плоскости рабочей поверхности, обеспечивая перемещение моноатомных ступеней в указанном направлении.
Сначала осуществляют фазу отжига, включающую формирование на боковой части углубления скопления высокой плотности моноатомных ступеней с узкими террасами, достигающими в предельном случае максимальной узости. При осуществлении указанной фазы отжига осуществляют также очистку рабочей поверхности подложки от естественного окисла и/или загрязнений. При формировании и очистке пропускают через подложку электрический ток величиной, вызывающей резистивный нагрев материала подложки до температуры активируемой сублимации атомов верхнего атомного слоя - 1350°С, в течение 10 минут. В результате на боковой части углубления формируют скопление высокой плотности моноатомных ступеней с узкими террасами, достигающими в предельном случае максимальной узости, а именно с плотностью 200 шт./мкм на отрезке с наименьшей длиной между дном и краем углубления.
Затем осуществляют фазу отжига, приводящую к увеличению поперечника и уменьшению глубины углубления с дном, предназначенным для формирования одной опорной поверхности субангстремной шероховатости, с боковой частью, предназначенной для формирования калибровочной ступени и средства, обеспечивающего определение калибровочной высоты калибровочной ступени, из счетного количества моноатомных ступеней, сопровождающихся формированием опорных поверхностей субангстремной шероховатости на дне углубления и вокруг углубления с примыканием к его краю, и получением из скопления высокой плотности моноатомных ступеней калибровочной высоты, определяемой суммарной высотой моноатомных ступеней между указанными опорными поверхностями.
Пропускают через подложку электрический ток с компонентой в направлении, которое параллельно кристаллографической плоскости рабочей поверхности, обеспечивая перемещение моноатомных ступеней в указанном направлении, величиной, вызывающей резистивный нагрев материала подложки до температуры активируемой сублимации атомов верхнего атомного слоя - 1205°С, в течение времени 99950 секунд.
В результате получают из скопления высокой плотности моноатомных ступеней 200 шт./мкм на отрезке с наименьшей длиной между дном и краем углубления калибровочную высоту, определяемую суммарной высотой моноатомных ступеней, характеризующихся распределением их в направлении, которое параллельно кристаллографической плоскости рабочей поверхности, на расстояние 100 нм. Кроме того, получают опорные поверхности субангстремной шероховатости, расположенные на дне углубления и вокруг углубления, шириной 50 мкм. При этом прямая, на которой расположен отрезок с наименьшей длиной между дном и краем углубления, и прямая, в которой расположено направление распределения моноатомных ступеней, параллельное кристаллографической плоскости рабочей поверхности, расположены в плоскости, которая перпендикулярна кристаллографической плоскости рабочей поверхности или перпендикулярна плоскостям расположения опорных поверхностей субангстремной шероховатости.
В финале проводят фазу отжига с одновременным осаждением материала подложки на рабочую поверхность со скоростью, компенсирующей процесс сублимации атомов с поверхности подложки, обеспечивающую сохранение сформированных опорных поверхностей субангстремной шероховатости на дне углубления и вокруг углубления, локализацию на боковой части углубления калибровочной ступени калибровочной высоты из счетного количества высокой плотности моноатомных ступеней и получение средства, обеспечивающего определение калибровочной высоты калибровочной ступени, из того же счетного количества моноатомных ступеней, но меньшей плотности.
28
2
13
2
Пропускают через подложку электрический ток с компонентой в направлении, которое параллельно кристаллографической плоскости рабочей поверхности, обеспечивая перемещение моноатомных ступеней в указанном направлении, величиной, вызывающей резистивный нагрев материала подложки до температуры активируемой сублимации атомов верхнего атомного слоя - 1021°С, в течение времени 999700 секунд. При этом осуществляют подачу потока осаждаемого на поверхность материала подложки с возможностью компенсации сублимирующего потока адатомов с рабочей поверхности подложки, значение которого определяют из выражения F=3,12⋅10exp(-46600/T(K)) атом/см⋅с, где T(K) - температура в градусах Кельвина, используя поток атомов величиной 10 атом/см⋅с.
В результате на дне углубления и вокруг углубления сохраняют сформированные опорные поверхности субангстремной шероховатости, а на боковой части углубления получают диаметрально расположенные друг относительно друга калибровочную ступень калибровочной высоты и средство, обеспечивающее определение калибровочной высоты калибровочной ступени, из счетного количества моноатомных ступеней. Полученные особенности характеризуются в отношении калибровочной ступени из счетного количества моноатомных ступеней на соответствующем калибровочной ступени отрезке с наименьшей длиной между дном и краем углубления высокой плотностью ступеней 200 шт./мкм и распределением ступеней в направлении, которое параллельно кристаллографической плоскости рабочей поверхности, на расстояние 100 нм, и характеризуются в отношении средства, обеспечивающего определение калибровочной высоты, из счетного количества моноатомных ступеней, разделенных более широкими террасами по сравнению с калибровочной ступенью, на соответствующем средству, обеспечивающему определение калибровочной высоты, отрезке с наименьшей длиной между дном и краем углубления меньшей плотностью моноатомных ступеней 7 шт./мкм и распределением ступеней в направлении, которое параллельно кристаллографической плоскости рабочей поверхности, на расстояние 105 нм. При этом прямая, на которой расположен соответствующий калибровочной ступени отрезок с наименьшей длиной между дном и краем углубления, и прямая, в которой расположено направление распределения высокой плотности моноатомных ступеней, параллельное кристаллографической плоскости рабочей поверхности, расположены в плоскости, которая перпендикулярна кристаллографической плоскости рабочей поверхности или перпендикулярна плоскостям опорных поверхностей субангстремной шероховатости. Кроме того, прямая, на которой расположен соответствующий средству, обеспечивающему определение калибровочной высоты, отрезок с наименьшей длиной между дном и краем углубления, и прямая, в которой расположено направление распределения низкой плотности моноатомных ступеней, параллельное кристаллографической плоскости рабочей поверхности, расположены в плоскости, которая перпендикулярна кристаллографической плоскости рабочей поверхности или перпендикулярна расположения опорных поверхностей субангстремной шероховатости.
-8
После получения на боковой части углубления диаметрально расположенных друг относительно друга калибровочной ступени калибровочной высоты и средства, обеспечивающего определение калибровочной высоты калибровочной ступени, из счетного количества моноатомных ступеней, проводят охлаждение подложки до комнатной температуры 293-296 K. Одновременно изменяют величину потока осаждаемого на поверхность материала подложки для предотвращения возможности изменения полученного распределения моноатомных ступеней во всей внутренней боковой части углубления в процессе охлаждения. Охлаждение осуществляют в вакууме с уровнем, обеспечивающим выход атомов материала подложки в вакуум при термоэлектрическом отжиге, - при давлении остаточных газов не более 10 Па.
28
2
Охлаждение подложки до комнатной температуры 293-296 K с одновременным изменением величины потока осаждаемого на поверхность материала подложки для предотвращения возможности изменения полученного распределения моноатомных ступеней во всей внутренней боковой части углубления в процессе охлаждения проводят со скоростью 1°С/мин, при этом изменение потока атомов производят в соответствии с выражением F=3,12⋅10exp(-46600/T(K)) атом/см⋅с, где T(K) - температура в градусах Кельвина. При достижении температуры 830°С поток не подают, и снижение температуры осуществляют со скоростью, сохраняющей полученное в результате термоэлектрического отжига распределение моноатомных ступеней, с отсутствием генерации новых атомных ступеней, в конечном счете сохраняющей размер опорной поверхности субангстремной шероховатости в дне углубления. Достигнув температуры 830°С, скорость охлаждения поддерживают на уровне 400°С/с.
Пример 12
Изготовление ступенчатого высотного калибровочного эталона осуществляют с использованием подложки твердотельного материала, характеризующейся определенной ориентацией кристаллографической плоскости рабочей поверхности. В качестве подложки твердотельного материала, характеризующейся определенной ориентацией кристаллографической плоскости рабочей поверхности, используют подложку кремния с вицинальной рабочей поверхностью (111) с углом разориентации, равным 0°0'22''.
-8
Изготавливают эталон, используя проведение термоэлектрического отжига подложки твердотельного материала, характеризующейся определенной ориентацией кристаллографической плоскости рабочей поверхности, пропусканием через подложку электрического тока величиной, вызывающей резистивный нагрев материала подложки до температуры активируемой сублимации атомов верхнего атомного слоя, и осуществление подачи потока осаждаемого на поверхность материала подложки. Отжиг проводят в вакууме с уровнем, обеспечивающим выход атомов материала подложки в вакуум при термоэлектрическом отжиге, при давлении остаточных газов не более 10 Па.
Перед проведением отжига на рабочей поверхности подложки формируют рельеф в составе двух характеризующихся геометрией и поперечными размерами в кристаллографической плоскости рабочей поверхности или плоскости, параллельной ей, определяемыми в оптический микроскоп, углублений меньшего и большего размера в поперечнике. Первое из названных углублений - углубление с дном, предназначенным для формирования одной опорной поверхности субангстремной шероховатости, с боковой частью, предназначенной для формирования калибровочной ступени и средства, обеспечивающего определение калибровочной высоты калибровочной ступени, из счетного количества моноатомных ступеней. Второе из названных углублений - углубление с донной частью, выполняющей функцию плоской площадки, предназначенной для размещения в центральной его области углубления меньшего размера в поперечнике и формирования другой опорной поверхности субангстремной шероховатости.
Сначала выполняют углубление большего размера в поперечнике, затем - углубление меньшего размера в поперечнике.
6
3
2
2
Литографически формируют углубление большего размера в поперечнике. Углубление большего размера изготавливают плазмохимическим травлением поверхности на глубину 1 мкм, в плазме SF/CFCl/O (89/10/1) при давлении около 0,1 мм рт.ст., частоте индуктора около 1356 МГц, мощности плазмы около 100 Вт, при этом на поверхности сначала формируют маску фоторезиста толщиной около 1,24 мкм с использованием фотошаблона с окном, имеющим размер в поперечнике около 200 мкм, с формированием в окне маскирующего покрытия, затем посредством магнетронного распыления наносят слой золота толщиной около 30 нм и осуществляют взрывную литографию по фоторезисту в диметилформамиде с применением ультразвуковой ванны, получая в слое золота сквозное окно, далее проводят плазмохимическое травление поверхности в окне в слое золота в течение времени 175 с, после чего последовательно удаляют слой золота в смеси йодистого калия (KI) и йода (I), проводят химическую очистку в ацетоне и физическую очистку в ультразвуковой ванне.
В углублении боковая часть расположена под углом 0° относительно нормали к кристаллографической плоскости рабочей поверхности.
-3
2
Подложку помещают в вакуум. Затем приступают к получению в сформированном углублении, в его донной части, выполняющей функцию плоской площадки, предназначенной для размещения в центральной его области углубления меньшего размера в поперечнике и формирования другой опорной поверхности субангстремной шероховатости, углубления меньшего размера в поперечнике - углубления с дном, предназначенным для формирования одной опорной поверхности субангстремной шероховатости, с боковой частью, предназначенной для формирования калибровочной ступени и средства, обеспечивающего определение калибровочной высоты калибровочной ступени, из счетного количества моноатомных ступеней. Углубление получают посредством проводимой в вакууме с уровнем, достаточным для подавления влияния остаточных газов - не более 10 Па, ионно-лучевой обработки поверхности сфокусированным пучком ионов галлия с диаметром 5 нм, с энергией 28 кэВ в течение времени 360 минут. Проводят остросфокусированным пучком сканирование поверхности размером около 7×7 мкм, пучок направляют под углом около 45° относительно нормали к кристаллографической плоскости рабочей поверхности. Получают углубление размером в поперечнике около 7 мкм и глубиной 15 мкм. В углублении боковая часть выполнена с периметром примерно квадратной формы, одна пара параллельных сторон расположена под углом 0° относительно нормали к кристаллографической плоскости рабочей поверхности, вторая пара параллельных сторон расположена под углом 45° относительно нормали к кристаллографической плоскости рабочей поверхности, при этом одна сторона сформирована с отрицательным наклоном относительно плоскости дна, а вторая - с положительным.
После формирования требуемого исходного рельефа проводят термоэлектрический отжиг. При отжиге пропускают электрический ток с компонентой в направлении, которое параллельно кристаллографической плоскости рабочей поверхности, обеспечивая перемещение моноатомных ступеней в указанном направлении.
Сначала осуществляют фазу отжига, включающую формирование на боковой части углубления скопления высокой плотности моноатомных ступеней с узкими террасами, достигающими в предельном случае максимальной узости. При осуществлении указанной фазы отжига осуществляют также очистку рабочей поверхности подложки от естественного окисла и/или загрязнений. При формировании и очистке пропускают через подложку электрический ток величиной, вызывающей резистивный нагрев материала подложки до температуры активируемой сублимации атомов верхнего атомного слоя - 1410°С, в течение 1 минуты. В результате на боковой части углубления формируют скопление высокой плотности моноатомных ступеней с узкими террасами, достигающими в предельном случае максимальной узости, а именно с плотностью 50 шт./мкм на отрезке с наименьшей длиной между дном и краем углубления.
Затем осуществляют фазу отжига, приводящую к увеличению поперечника и уменьшению глубины углубления с дном, предназначенным для формирования одной опорной поверхности субангстремной шероховатости, с боковой частью, предназначенной для формирования калибровочной ступени и средства, обеспечивающего определение калибровочной высоты калибровочной ступени, из счетного количества моноатомных ступеней, сопровождающихся формированием опорных поверхностей субангстремной шероховатости на дне углубления и вокруг углубления с примыканием к его краю, и получением из скопления высокой плотности моноатомных ступеней калибровочной высоты, определяемой суммарной высотой моноатомных ступеней между указанными опорными поверхностями.
Пропускают через подложку электрический ток с компонентой в направлении, которое параллельно кристаллографической плоскости рабочей поверхности, обеспечивая перемещение моноатомных ступеней в указанном направлении, величиной, вызывающей резистивный нагрев материала подложки до температуры активируемой сублимации атомов верхнего атомного слоя - 1410°С, в течение времени 100 секунд.
В результате получают из скопления высокой плотности моноатомных ступеней 50 шт./мкм на отрезке с наименьшей длиной между дном и краем углубления калибровочную высоту, определяемую суммарной высотой моноатомных ступеней, характеризующихся распределением их в направлении, которое параллельно кристаллографической плоскости рабочей поверхности, на расстояние 20 нм. Кроме того, получают опорные поверхности субангстремной шероховатости, расположенные на дне углубления и вокруг углубления, шириной 10 мкм. При этом прямая, на которой расположен отрезок с наименьшей длиной между дном и краем углубления, и прямая, в которой расположено направление распределения моноатомных ступеней, параллельное кристаллографической плоскости рабочей поверхности, расположены в плоскости, которая перпендикулярна кристаллографической плоскости рабочей поверхности или перпендикулярна плоскостям расположения опорных поверхностей субангстремной шероховатости.
В финале проводят фазу отжига с одновременным осаждением материала подложки на рабочую поверхность со скоростью, компенсирующей процесс сублимации атомов с поверхности подложки, обеспечивающую сохранение сформированных опорных поверхностей субангстремной шероховатости на дне углубления и вокруг углубления, локализацию на боковой части углубления калибровочной ступени калибровочной высоты из счетного количества высокой плотности моноатомных ступеней и получение средства, обеспечивающего определение калибровочной высоты калибровочной ступени, из того же счетного количества моноатомных ступеней, но меньшей плотности.
28
2
16
2
Пропускают через подложку электрический ток с компонентой в направлении, которое параллельно кристаллографической плоскости рабочей поверхности, обеспечивая перемещение моноатомных ступеней в указанном направлении, величиной, вызывающей резистивный нагрев материала подложки до температуры активируемой сублимации атомов верхнего атомного слоя - 1250°С, в течение времени 600 секунд. При этом осуществляют подачу потока осаждаемого на поверхность материала подложки с возможностью компенсации сублимирующего потока адатомов с рабочей поверхности подложки, значение которого определяют из выражения F=3,12⋅10ехр(-46600/Т(K)) атом/см⋅с, где T(K) - температура в градусах Кельвина, используя поток атомов величиной 10 атом/см⋅с.
В результате на дне углубления и вокруг углубления сохраняют сформированные опорные поверхности субангстремной шероховатости, а на боковой части углубления получают диаметрально расположенные друг относительно друга калибровочную ступень калибровочной высоты и средство, обеспечивающее определение калибровочной высоты калибровочной ступени, из счетного количества моноатомных ступеней. Полученные особенности характеризуются в отношении калибровочной ступени из счетного количества моноатомных ступеней на соответствующем калибровочной ступени отрезке с наименьшей длиной между дном и краем углубления высокой плотностью ступеней 50 шт./мкм и распределением ступеней в направлении, которое параллельно кристаллографической плоскости рабочей поверхности, на расстояние 20 нм, и характеризуются в отношении средства, обеспечивающего определение калибровочной высоты, из счетного количества моноатомных ступеней, разделенных более широкими террасами по сравнению с калибровочной ступенью, на соответствующем средству, обеспечивающему определение калибровочной высоты, отрезке с наименьшей длиной между дном и краем углубления меньшей плотностью моноатомных ступеней 5 шт./мкм и распределением ступеней в направлении, которое параллельно кристаллографической плоскости рабочей поверхности, на расстояние 100 нм. При этом прямая, на которой расположен соответствующий калибровочной ступени отрезок с наименьшей длиной между дном и краем углубления, и прямая, в которой расположено направление распределения высокой плотности моноатомных ступеней, параллельное кристаллографической плоскости рабочей поверхности, расположены в плоскости, которая перпендикулярна кристаллографической плоскости рабочей поверхности или перпендикулярна плоскостям опорных поверхностей субангстремной шероховатости. Кроме того, прямая, на которой расположен соответствующий средству, обеспечивающему определение калибровочной высоты, отрезок с наименьшей длиной между дном и краем углубления, и прямая, в которой расположено направление распределения низкой плотности моноатомных ступеней, параллельное кристаллографической плоскости рабочей поверхности, расположены в плоскости, которая перпендикулярна кристаллографической плоскости рабочей поверхности или перпендикулярна плоскостям опорных поверхностей субангстремной шероховатости.
-8
После получения на боковой части углубления диаметрально расположенных друг относительно друга калибровочной ступени калибровочной высоты и средства, обеспечивающего определение калибровочной высоты калибровочной ступени, из счетного количества моноатомных ступеней, проводят охлаждение подложки до комнатной температуры 293-296 K. Одновременно изменяют величину потока осаждаемого на поверхность материала подложки для предотвращения возможности изменения полученного распределения моноатомных ступеней во всей внутренней боковой части углубления в процессе охлаждения. Охлаждение осуществляют в вакууме с уровнем, обеспечивающим выход атомов материала подложки в вакуум при термоэлектрическом отжиге, - при давлении остаточных газов не более 10 Па.
28
2
Охлаждение подложки до комнатной температуры 293-296 K с одновременным изменением величины потока осаждаемого на поверхность материала подложки для предотвращения возможности изменения полученного распределения моноатомных ступеней во всей внутренней боковой части углубления в процессе охлаждения проводят со скоростью 0,01°С/мин, при этом изменение потока атомов производят в соответствии с выражением F=3,12⋅10ехр(-46600/Т(K)) атом/см⋅с, где T(K) - температура в градусах Кельвина. При достижении температуры 830°С поток не подают, и снижение температуры осуществляют со скоростью, сохраняющей полученное в результате термоэлектрического отжига распределение моноатомных ступеней, с отсутствием генерации новых атомных ступеней, в конечном счете сохраняющей размер опорной поверхности субангстремной шероховатости в дне углубления. Достигнув температуры 830°С, скорость охлаждения поддерживают на уровне 400°С/с.
Пример 13
Изготовление ступенчатого высотного калибровочного эталона осуществляют с использованием подложки твердотельного материала, характеризующейся определенной ориентацией кристаллографической плоскости рабочей поверхности. В качестве подложки твердотельного материала, характеризующейся определенной ориентацией кристаллографической плоскости рабочей поверхности, используют подложку кремния с вицинальной рабочей поверхностью (111) с углом разориентации, равным 5°.
-8
Изготавливают эталон, используя проведение термоэлектрического отжига подложки твердотельного материала, характеризующейся определенной ориентацией кристаллографической плоскости рабочей поверхности, пропусканием через подложку электрического тока величиной, вызывающей резистивный нагрев материала подложки до температуры активируемой сублимации атомов верхнего атомного слоя, и осуществление подачи потока осаждаемого на поверхность материала подложки. Отжиг проводят в вакууме с уровнем, обеспечивающим выход атомов материала подложки в вакуум при термоэлектрическом отжиге, при давлении остаточных газов не более 10 Па.
Перед проведением отжига на рабочей поверхности подложки формируют рельеф в составе двух характеризующихся геометрией и поперечными размерами в кристаллографической плоскости рабочей поверхности или плоскости, параллельной ей, определяемыми в оптический микроскоп, углублений меньшего и большего размера в поперечнике. Первое из названных углублений - углубление с дном, предназначенным для формирования одной опорной поверхности субангстремной шероховатости, с боковой частью, предназначенной для формирования калибровочной ступени и средства, обеспечивающего определение калибровочной высоты калибровочной ступени, из счетного количества моноатомных ступеней. Второе из названных углублений - углубление с донной частью, выполняющей функцию плоской площадки, предназначенной для размещения в центральной его области углубления меньшего размера в поперечнике и формирования другой опорной поверхности субангстремной шероховатости.
Сначала выполняют углубление большего размера в поперечнике, затем - углубление меньшего размера в поперечнике.
3
3
2
2
2
2
2
Литографически формируют углубление большего размера в поперечнике. Углубление большего размера изготавливают жидкостным травлением поверхности на глубину 10 мкм, в жидкостном травителе Дэша (HF : HNO : СНСООН = 1:3:8), при этом на поверхности сначала получают слой SiO толщиной около 100 нм, на котором формируют маску фоторезиста толщиной около 1,24 мкм с окном, имеющим размер в поперечнике около 200 мкм, после чего слой SiO стравливают в окне маски фоторезиста в HF, получая сквозное окно в слое SiO, и удаляют маску фоторезиста в кислородной плазме, затем осуществляют травление поверхности в окне слоя SiO в жидкостном травителе, после чего сначала проводят удаление слоя SiO в HF, затем - химическую очистку в ацетоне и физическую очистку в ультразвуковой ванне.
В углублении боковая часть расположена под углом 0° относительно нормали к кристаллографической плоскости рабочей поверхности.
3
3
2
Затем приступают к получению в сформированном углублении, в его донной части, выполняющей функцию плоской площадки, предназначенной для размещения в центральной его области углубления меньшего размера в поперечнике и формирования другой опорной поверхности субангстремной шероховатости, углубления меньшего размера в поперечнике - углубления с дном, предназначенным для формирования одной опорной поверхности субангстремной шероховатости, с боковой частью, предназначенной для формирования калибровочной ступени и средства, обеспечивающего определение калибровочной высоты калибровочной ступени, из счетного количества моноатомных ступеней. Углубление получают посредством использования литографии с жидкостным травлением поверхности на глубину 15 мкм, в жидкостном травителе HNO : HF : СНСООН = 20:1:1, при этом на поверхности сначала формируют маску фоторезиста толщиной около 1,24 мкм с использованием фотошаблона с окном, имеющим размер в поперечнике 30 мкм, с формированием в окне маскирующего покрытия, затем посредством магнетронного распыления наносят слой золота толщиной около 50 нм и осуществляют взрывную литографию по фоторезисту в диметилформамиде с применением ультразвуковой ванны, получая в слое золота сквозное окно, далее проводят жидкостное травление поверхности в окне слоя золота, после чего последовательно удаляют слой золота в смеси йодистого калия (KI) и йода (I), проводят химическую очистку в ацетоне и физическую очистку в ультразвуковой ванне, получая в результате углубление с размером в поперечнике 30 мкм.
В углублении боковая часть расположена под углом 0° относительно нормали к кристаллографической плоскости рабочей поверхности.
Затем подложку помещают в вакуум. После формирования требуемого исходного рельефа проводят термоэлектрический отжиг. При отжиге пропускают электрический ток с компонентой в направлении, которое параллельно кристаллографической плоскости рабочей поверхности, обеспечивая перемещение моноатомных ступеней в указанном направлении.
Сначала осуществляют фазу отжига, включающую формирование на боковой части углубления скопления высокой плотности моноатомных ступеней с узкими террасами, достигающими в предельном случае максимальной узости. При осуществлении указанной фазы отжига осуществляют также очистку рабочей поверхности подложки от естественного окисла и/или загрязнений. При формировании и очистке пропускают через подложку электрический ток величиной, вызывающей резистивный нагрев материала подложки до температуры активируемой сублимации атомов верхнего атомного слоя - 1350°С, в течение 10 минут. В результате на боковой части углубления формируют скопление высокой плотности моноатомных ступеней с узкими террасами, достигающими в предельном случае максимальной узости, а именно с плотностью 200 шт./мкм на отрезке с наименьшей длиной между дном и краем углубления.
Затем осуществляют фазу отжига, приводящую к увеличению поперечника и уменьшению глубины углубления с дном, предназначенным для формирования одной опорной поверхности субангстремной шероховатости, с боковой частью, предназначенной для формирования калибровочной ступени и средства, обеспечивающего определение калибровочной высоты калибровочной ступени, из счетного количества моноатомных ступеней, сопровождающихся формированием опорных поверхностей субангстремной шероховатости на дне углубления и вокруг углубления с примыканием к его краю, и получением из скопления высокой плотности моноатомных ступеней калибровочной высоты, определяемой суммарной высотой моноатомных ступеней между указанными опорными поверхностями.
Пропускают через подложку электрический ток с компонентой в направлении, которое параллельно кристаллографической плоскости рабочей поверхности, обеспечивая перемещение моноатомных ступеней в указанном направлении, величиной, вызывающей резистивный нагрев материала подложки до температуры активируемой сублимации атомов верхнего атомного слоя - 1205°С, в течение времени 99950 секунд.
В результате получают из скопления высокой плотности моноатомных ступеней 200 шт./мкм на отрезке с наименьшей длиной между дном и краем углубления калибровочную высоту, определяемую суммарной высотой моноатомных ступеней, характеризующихся распределением их в направлении, которое параллельно кристаллографической плоскости рабочей поверхности, на расстояние 100 нм. Кроме того, получают опорные поверхности субангстремной шероховатости, расположенные на дне углубления и вокруг углубления, шириной 50 мкм. При этом прямая, на которой расположен отрезок с наименьшей длиной между дном и краем углубления, и прямая, в которой расположено направление распределения моноатомных ступеней, параллельное кристаллографической плоскости рабочей поверхности, расположены в плоскости, которая перпендикулярна кристаллографической плоскости рабочей поверхности или перпендикулярна плоскостям расположения опорных поверхностей субангстремной шероховатости.
В финале проводят фазу отжига с одновременным осаждением материала подложки на рабочую поверхность со скоростью, компенсирующей процесс сублимации атомов с поверхности подложки, обеспечивающую сохранение сформированных опорных поверхностей субангстремной шероховатости на дне углубления и вокруг углубления, локализацию на боковой части углубления калибровочной ступени калибровочной высоты из счетного количества высокой плотности моноатомных ступеней и получение средства, обеспечивающего определение калибровочной высоты калибровочной ступени, из того же счетного количества моноатомных ступеней, но меньшей плотности.
28
2
13
2
Пропускают через подложку электрический ток с компонентой в направлении, которое параллельно кристаллографической плоскости рабочей поверхности, обеспечивая перемещение моноатомных ступеней в указанном направлении, величиной, вызывающей резистивный нагрев материала подложки до температуры активируемой сублимации атомов верхнего атомного слоя - 1021°С, в течение времени 999700 секунд. При этом осуществляют подачу потока осаждаемого на поверхность материала подложки с возможностью компенсации сублимирующего потока адатомов с рабочей поверхности подложки, значение которого определяют из выражения F=3,12⋅10exp(-46600/T(K)) атом/см⋅с, где T(K) - температура в градусах Кельвина, используя поток атомов величиной 10 атом/см⋅с.
В результате на дне углубления и вокруг углубления сохраняют сформированные опорные поверхности субангстремной шероховатости, а на боковой части углубления получают диаметрально расположенные друг относительно друга калибровочную ступень калибровочной высоты и средство, обеспечивающее определение калибровочной высоты калибровочной ступени, из счетного количества моноатомных ступеней. Полученные особенности характеризуются в отношении калибровочной ступени из счетного количества моноатомных ступеней на соответствующем калибровочной ступени отрезке с наименьшей длиной между дном и краем углубления высокой плотностью ступеней 200 шт./мкм и распределением ступеней в направлении, которое параллельно кристаллографической плоскости рабочей поверхности, на расстояние 100 нм, и характеризуются в отношении средства, обеспечивающего определение калибровочной высоты, из счетного количества моноатомных ступеней, разделенных более широкими террасами по сравнению с калибровочной ступенью, на соответствующем средству, обеспечивающему определение калибровочной высоты, отрезке с наименьшей длиной между дном и краем углубления меньшей плотностью моноатомных ступеней 7 шт./мкм и распределением ступеней в направлении, которое параллельно кристаллографической плоскости рабочей поверхности, на расстояние 105 нм. При этом прямая, на которой расположен соответствующий калибровочной ступени отрезок с наименьшей длиной между дном и краем углубления, и прямая, в которой расположено направление распределения высокой плотности моноатомных ступеней, параллельное кристаллографической плоскости рабочей поверхности, расположены в плоскости, которая перпендикулярна кристаллографической плоскости рабочей поверхности или перпендикулярна плоскостям опорных поверхностей субангстремной шероховатости. Кроме того, прямая, на которой расположен соответствующий средству, обеспечивающему определение калибровочной высоты, отрезок с наименьшей длиной между дном и краем углубления, и прямая, в которой расположено направление распределения низкой плотности моноатомных ступеней, параллельное кристаллографической плоскости рабочей поверхности, расположены в плоскости, которая перпендикулярна кристаллографической плоскости рабочей поверхности или перпендикулярна расположения опорных поверхностей субангстремной шероховатости.
-8
После получения на боковой части углубления диаметрально расположенных друг относительно друга калибровочной ступени калибровочной высоты и средства, обеспечивающего определение калибровочной высоты калибровочной ступени, из счетного количества моноатомных ступеней, проводят охлаждение подложки до комнатной температуры 293-296 K. Одновременно изменяют величину потока осаждаемого на поверхность материала подложки для предотвращения возможности изменения полученного распределения моноатомных ступеней во всей внутренней боковой части углубления в процессе охлаждения. Охлаждение осуществляют в вакууме с уровнем, обеспечивающим выход атомов материала подложки в вакуум при термоэлектрическом отжиге, - при давлении остаточных газов не более 10 Па.
28
2
Охлаждение подложки до комнатной температуры 293-296 K с одновременным изменением величины потока осаждаемого на поверхность материала подложки для предотвращения возможности изменения полученного распределения моноатомных ступеней во всей внутренней боковой части углубления в процессе охлаждения проводят со скоростью 1°С/мин, при этом изменение потока атомов производят в соответствии с выражением F=3,12⋅10ехр(-46600/T(K)) атом/см⋅с, где T(K) - температура в градусах Кельвина. При достижении температуры 830°С поток не подают, и снижение температуры осуществляют со скоростью, сохраняющей полученное в результате термоэлектрического отжига распределение моноатомных ступеней, с отсутствием генерации новых атомных ступеней, в конечном счете сохраняющей размер опорной поверхности субангстремной шероховатости в дне углубления. Достигнув температуры 830°С, скорость охлаждения поддерживают на уровне 400°С/с.
Пример 14
Изготовление ступенчатого высотного калибровочного эталона осуществляют с использованием подложки твердотельного материала, характеризующейся определенной ориентацией кристаллографической плоскости рабочей поверхности. В качестве подложки твердотельного материала, характеризующейся определенной ориентацией кристаллографической плоскости рабочей поверхности, используют подложку кремния с ориентацией рабочей поверхности (001).
-8
Изготавливают эталон, используя проведение термоэлектрического отжига подложки твердотельного материала, характеризующейся определенной ориентацией кристаллографической плоскости рабочей поверхности, пропусканием через подложку электрического тока величиной, вызывающей резистивный нагрев материала подложки до температуры активируемой сублимации атомов верхнего атомного слоя, и осуществление подачи потока осаждаемого на поверхность материала подложки. Отжиг проводят в вакууме с уровнем, обеспечивающим выход атомов материала подложки в вакуум при термоэлектрическом отжиге, при давлении остаточных газов не более 10 Па.
Перед проведением отжига на рабочей поверхности подложки формируют рельеф в составе двух характеризующихся геометрией и поперечными размерами в кристаллографической плоскости рабочей поверхности или плоскости, параллельной ей, определяемыми в оптический микроскоп, углублений меньшего и большего размера в поперечнике. Первое из названных углублений - углубление с дном, предназначенным для формирования одной опорной поверхности субангстремной шероховатости, с боковой частью, предназначенной для формирования калибровочной ступени и средства, обеспечивающего определение калибровочной высоты калибровочной ступени, из счетного количества моноатомных ступеней. Второе из названных углублений -углубление с донной частью, выполняющей функцию плоской площадки, предназначенной для размещения в центральной его области углубления меньшего размера в поперечнике и формирования другой опорной поверхности субангстремной шероховатости.
Сначала выполняют углубление большего размера в поперечнике, затем - углубление меньшего размера в поперечнике.
2
Литографически формируют углубление большего размера в поперечнике. Углубление большего размера изготавливают жидкостным травлением поверхности на глубину 10 мкм, в жидкостном травителе KOH (44%), при этом на поверхности сначала формируют маску фоторезиста толщиной около 1,24 мкм с использованием фотошаблона с окном, имеющим размер в поперечнике около 200 мкм, с формированием в окне маскирующего покрытия, затем посредством магнетронного распыления наносят слой золота толщиной около 50 нм и осуществляют взрывную литографию по фоторезисту в диметилформамиде с применением ультразвуковой ванны, получая в слое золота сквозное окно, далее проводят жидкостное травление поверхности в окне слоя золота, после чего последовательно удаляют слой золота в смеси йодистого калия (KI) и йода (I), проводят химическую очистку в ацетоне и физическую очистку в ультразвуковой ванне.
В углублении боковая часть расположена под углом 0° относительно нормали к кристаллографической плоскости рабочей поверхности.
-3
Подложку помещают в вакуум. Затем приступают к получению в сформированном углублении, в его донной части, выполняющей функцию плоской площадки, предназначенной для размещения в центральной его области углубления меньшего размера в поперечнике и формирования другой опорной поверхности субангстремной шероховатости, углубления меньшего размера в поперечнике - углубления с дном, предназначенным для формирования одной опорной поверхности субангстремной шероховатости, с боковой частью, предназначенной для формирования калибровочной ступени и средства, обеспечивающего определение калибровочной высоты калибровочной ступени, из счетного количества моноатомных ступеней. Углубление получают посредством проводимой в вакууме с уровнем, достаточным для подавления влияния остаточных газов - не более 10 Па, ионно-лучевой обработки поверхности сфокусированным пучком ионов галлия с диаметром с диаметром 10 нм, с энергией 25 кэВ в течение времени 60 минут. Подложку вращают, а пучок остросфокусированных ионов направляют под углом 45° относительно нормали к кристаллографической плоскости рабочей поверхности. Осуществляют обработку пучком поверхности, формируя углубление округлой формы. Получают углубление размером в поперечнике 14 мкм при глубине 10 мкм. В углублении боковая часть расположена под углом 45° относительно нормали к кристаллографической плоскости рабочей поверхности.
После формирования требуемого исходного рельефа проводят термоэлектрический отжиг. При отжиге пропускают электрический ток с компонентой в направлении, которое параллельно кристаллографической плоскости рабочей поверхности, обеспечивая перемещение моноатомных ступеней в указанном направлении.
Сначала осуществляют фазу отжига, включающую формирование на боковой части углубления скопления высокой плотности моноатомных ступеней с узкими террасами, достигающими в предельном случае максимальной узости. При осуществлении указанной фазы отжига осуществляют также очистку рабочей поверхности подложки от естественного окисла и/или загрязнений. При формировании и очистке пропускают через подложку электрический ток величиной, вызывающей резистивный нагрев материала подложки до температуры активируемой сублимации атомов верхнего атомного слоя - 1350°С, в течение 10 минут. В результате на боковой части углубления формируют скопление высокой плотности моноатомных ступеней с узкими террасами, достигающими в предельном случае максимальной узости, а именно с плотностью 200 шт./мкм на отрезке с наименьшей длиной между дном и краем углубления.
Затем осуществляют фазу отжига, приводящую к увеличению поперечника и уменьшению глубины углубления с дном, предназначенным для формирования одной опорной поверхности субангстремной шероховатости, с боковой частью, предназначенной для формирования калибровочной ступени и средства, обеспечивающего определение калибровочной высоты калибровочной ступени, из счетного количества моноатомных ступеней, сопровождающихся формированием опорных поверхностей субангстремной шероховатости на дне углубления и вокруг углубления с примыканием к его краю, и получением из скопления высокой плотности моноатомных ступеней калибровочной высоты, определяемой суммарной высотой моноатомных ступеней между указанными опорными поверхностями.
Пропускают через подложку электрический ток с компонентой в направлении, которое параллельно кристаллографической плоскости рабочей поверхности, обеспечивая перемещение моноатомных ступеней в указанном направлении, величиной, вызывающей резистивный нагрев материала подложки до температуры активируемой сублимации атомов верхнего атомного слоя - 1205°С, в течение времени 99950 секунд.
В результате получают из скопления высокой плотности моноатомных ступеней 200 шт./мкм на отрезке с наименьшей длиной между дном и краем углубления калибровочную высоту, определяемую суммарной высотой моноатомных ступеней, характеризующихся распределением их в направлении, которое параллельно кристаллографической плоскости рабочей поверхности, на расстояние 100 нм. Кроме того, получают опорные поверхности субангстремной шероховатости, расположенные на дне углубления и вокруг углубления, шириной 50 мкм. При этом прямая, на которой расположен отрезок с наименьшей длиной между дном и краем углубления, и прямая, в которой расположено направление распределения моноатомных ступеней, параллельное кристаллографической плоскости рабочей поверхности, расположены в плоскости, которая перпендикулярна кристаллографической плоскости рабочей поверхности или перпендикулярна плоскостям расположения опорных поверхностей субангстремной шероховатости.
В финале проводят фазу отжига с одновременным осаждением материала подложки на рабочую поверхность со скоростью, компенсирующей процесс сублимации атомов с поверхности подложки, обеспечивающую сохранение сформированных опорных поверхностей субангстремной шероховатости на дне углубления и вокруг углубления, локализацию на боковой части углубления калибровочной ступени калибровочной высоты из счетного количества высокой плотности моноатомных ступеней и получение средства, обеспечивающего определение калибровочной высоты калибровочной ступени, из того же счетного количества моноатомных ступеней, но меньшей плотности.
28
2
13
2
Пропускают через подложку электрический ток с компонентой в направлении, которое параллельно кристаллографической плоскости рабочей поверхности, обеспечивая перемещение моноатомных ступеней в указанном направлении, величиной, вызывающей резистивный нагрев материала подложки до температуры активируемой сублимации атомов верхнего атомного слоя - 1021°С, в течение времени 999700 секунд. При этом осуществляют подачу потока осаждаемого на поверхность материала подложки с возможностью компенсации сублимирующего потока адатомов с рабочей поверхности подложки, значение которого определяют из выражения F=3,12⋅10ехр(-46600/Т(K)) атом/см⋅с, где T(K) - температура в градусах Кельвина, используя поток атомов величиной 10 атом/см⋅с.
В результате на дне углубления и вокруг углубления сохраняют сформированные опорные поверхности субангстремной шероховатости, а на боковой части углубления получают диаметрально расположенные друг относительно друга калибровочную ступень калибровочной высоты и средство, обеспечивающее определение калибровочной высоты калибровочной ступени, из счетного количества моноатомных ступеней. Полученные особенности характеризуются в отношении калибровочной ступени из счетного количества моноатомных ступеней на соответствующем калибровочной ступени отрезке с наименьшей длиной между дном и краем углубления высокой плотностью ступеней 200 шт./мкм и распределением ступеней в направлении, которое параллельно кристаллографической плоскости рабочей поверхности, на расстояние 100 нм, и характеризуются в отношении средства, обеспечивающего определение калибровочной высоты, из счетного количества моноатомных ступеней, разделенных более широкими террасами по сравнению с калибровочной ступенью, на соответствующем средству, обеспечивающему определение калибровочной высоты, отрезке с наименьшей длиной между дном и краем углубления меньшей плотностью моноатомных ступеней 7 шт./мкм и распределением ступеней в направлении, которое параллельно кристаллографической плоскости рабочей поверхности, на расстояние 105 нм. При этом прямая, на которой расположен соответствующий калибровочной ступени отрезок с наименьшей длиной между дном и краем углубления, и прямая, в которой расположено направление распределения высокой плотности моноатомных ступеней, параллельное кристаллографической плоскости рабочей поверхности, расположены в плоскости, которая перпендикулярна кристаллографической плоскости рабочей поверхности или перпендикулярна плоскостям опорных поверхностей субангстремной шероховатости. Кроме того, прямая, на которой расположен соответствующий средству, обеспечивающему определение калибровочной высоты, отрезок с наименьшей длиной между дном и краем углубления, и прямая, в которой расположено направление распределения низкой плотности моноатомных ступеней, параллельное кристаллографической плоскости рабочей поверхности, расположены в плоскости, которая перпендикулярна кристаллографической плоскости рабочей поверхности или перпендикулярна плоскостям опорных поверхностей субангстремной шероховатости.
-8
После получения на боковой части углубления диаметрально расположенных друг относительно друга калибровочной ступени калибровочной высоты и средства, обеспечивающего определение калибровочной высоты калибровочной ступени, из счетного количества моноатомных ступеней, проводят охлаждение подложки до комнатной температуры 293-296 K. Одновременно изменяют величину потока осаждаемого на поверхность материала подложки для предотвращения возможности изменения полученного распределения моноатомных ступеней во всей внутренней боковой части углубления в процессе охлаждения. Охлаждение осуществляют в вакууме с уровнем, обеспечивающим выход атомов материала подложки в вакуум при термоэлектрическом отжиге, - при давлении остаточных газов не более 10 Па.
28
2
Охлаждение подложки до комнатной температуры 293-296 K с одновременным изменением величины потока осаждаемого на поверхность материала подложки для предотвращения возможности изменения полученного распределения моноатомных ступеней во всей внутренней боковой части углубления в процессе охлаждения проводят со скоростью 0,1°С/мин, при этом изменение потока атомов производят в соответствии с выражением F=3,12⋅10ехр(-46600/Т(K)) атом/см⋅с, где T(K) - температура в градусах Кельвина. При достижении температуры 830°С поток не подают, и снижение температуры осуществляют со скоростью, сохраняющей полученное в результате термоэлектрического отжига распределение моноатомных ступеней, с отсутствием генерации новых атомных ступеней, в конечном счете сохраняющей размер опорной поверхности субангстремной шероховатости в дне углубления. Достигнув температуры 830°С, скорость охлаждения поддерживают на уровне 400°С/с.
Пример 15
Изготовление ступенчатого высотного калибровочного эталона осуществляют с использованием подложки твердотельного материала, характеризующейся определенной ориентацией кристаллографической плоскости рабочей поверхности. В качестве подложки твердотельного материала, характеризующейся определенной ориентацией кристаллографической плоскости рабочей поверхности, используют подложку кремния с ориентацией рабочей поверхности (111).
-8
Изготавливают эталон, используя проведение термоэлектрического отжига подложки твердотельного материала, характеризующейся определенной ориентацией кристаллографической плоскости рабочей поверхности, пропусканием через подложку электрического тока величиной, вызывающей резистивный нагрев материала подложки до температуры активируемой сублимации атомов верхнего атомного слоя, и осуществление подачи потока осаждаемого на поверхность материала подложки. Отжиг проводят в вакууме с уровнем, обеспечивающим выход атомов материала подложки в вакуум при термоэлектрическом отжиге, при давлении остаточных газов не более 10 Па.
Перед проведением отжига на рабочей поверхности подложки формируют рельеф в составе двух характеризующихся геометрией и поперечными размерами в кристаллографической плоскости рабочей поверхности или плоскости, параллельной ей, определяемыми в оптический микроскоп, углублений меньшего и большего размера в поперечнике. Первое из названных углублений - углубление с дном, предназначенным для формирования одной опорной поверхности субангстремной шероховатости, с боковой частью, предназначенной для формирования калибровочной ступени и средства, обеспечивающего определение калибровочной высоты калибровочной ступени, из счетного количества моноатомных ступеней. Второе из названных углублений -углубление с донной частью, выполняющей функцию плоской площадки, предназначенной для размещения в центральной его области углубления меньшего размера в поперечнике и формирования другой опорной поверхности субангстремной шероховатости.
Сначала выполняют углубление большего размера в поперечнике, затем - углубление меньшего размера в поперечнике.
3
3
2
Литографически формируют углубление большего размера в поперечнике. Углубление большего размера изготавливают жидкостным травлением поверхности на глубину 10 мкм, в жидкостном травителе HNO : HF : СНСООН = 20:1:1, при этом на поверхности сначала формируют маску фоторезиста толщиной около 1,24 мкм с использованием фотошаблона с окном, имеющим размер в поперечнике около 200 мкм, с формированием в окне маскирующего покрытия, затем посредством магнетронного распыления наносят слой золота толщиной около 50 нм и осуществляют взрывную литографию по фоторезисту в диметилформамиде с применением ультразвуковой ванны, получая в слое золота сквозное окно, далее проводят жидкостное травление поверхности в окне слоя золота, после чего последовательно удаляют слой золота в смеси йодистого калия (KI) и йода (I), проводят химическую очистку в ацетоне и физическую очистку в ультразвуковой ванне.
В углублении боковая часть расположена под углом 0° относительно нормали к кристаллографической плоскости рабочей поверхности.
Затем приступают к получению в сформированном углублении, в его донной части, выполняющей функцию плоской площадки, предназначенной для размещения в центральной его области углубления меньшего размера в поперечнике и формирования другой опорной поверхности субангстремной шероховатости, углубления меньшего размера в поперечнике - углубления с дном, предназначенным для формирования одной опорной поверхности субангстремной шероховатости, с боковой частью, предназначенной для формирования калибровочной ступени и средства, обеспечивающего определение калибровочной высоты калибровочной ступени, из счетного количества моноатомных ступеней.
3
3
2
Углубление получают посредством использования литографии с жидкостным травлением поверхности на глубину 15 мкм, в жидкостном травителе Дэша (HF : HNO : СНСООН = 1:3:8), при этом на поверхности сначала формируют маску фоторезиста толщиной около 1,24 мкм с использованием фотошаблона с окном, имеющим размер в поперечнике около 30 мкм, с формированием в окне маскирующего покрытия, затем посредством магнетронного распыления наносят слой золота толщиной около 50 нм и осуществляют взрывную литографию по фоторезисту в диметилформамиде с применением ультразвуковой ванны, получая в слое золота сквозное окно, далее проводят жидкостное травление поверхности в окне слоя золота, после чего последовательно удаляют слой золота в смеси йодистого калия (KI) и йода (I), проводят химическую очистку в ацетоне и физическую очистку в ультразвуковой ванне, получая в результате углубление с размером в поперечнике 30 мкм.
В углублении боковая часть расположена под углом 0° относительно нормали к кристаллографической плоскости рабочей поверхности.
Затем подложку помещают в вакуум. После формирования требуемого исходного рельефа проводят термоэлектрический отжиг. При отжиге пропускают электрический ток с компонентой в направлении, которое параллельно кристаллографической плоскости рабочей поверхности, обеспечивая перемещение моноатомных ступеней в указанном направлении.
Сначала осуществляют фазу отжига, включающую формирование на боковой части углубления скопления высокой плотности моноатомных ступеней с узкими террасами, достигающими в предельном случае максимальной узости. При осуществлении указанной фазы отжига осуществляют также очистку рабочей поверхности подложки от естественного окисла и/или загрязнений. При формировании и очистке пропускают через подложку электрический ток величиной, вызывающей резистивный нагрев материала подложки до температуры активируемой сублимации атомов верхнего атомного слоя - 1350°С, в течение 10 минут. В результате на боковой части углубления формируют скопление высокой плотности моноатомных ступеней с узкими террасами, достигающими в предельном случае максимальной узости, а именно с плотностью 200 шт./мкм на отрезке с наименьшей длиной между дном и краем углубления.
Затем осуществляют фазу отжига, приводящую к увеличению поперечника и уменьшению глубины углубления с дном, предназначенным для формирования одной опорной поверхности субангстремной шероховатости, с боковой частью, предназначенной для формирования калибровочной ступени и средства, обеспечивающего определение калибровочной высоты калибровочной ступени, из счетного количества моноатомных ступеней, сопровождающихся формированием опорных поверхностей субангстремной шероховатости на дне углубления и вокруг углубления с примыканием к его краю, и получением из скопления высокой плотности моноатомных ступеней калибровочной высоты, определяемой суммарной высотой моноатомных ступеней между указанными опорными поверхностями.
Пропускают через подложку электрический ток с компонентой в направлении, которое параллельно кристаллографической плоскости рабочей поверхности, обеспечивая перемещение моноатомных ступеней в указанном направлении, величиной, вызывающей резистивный нагрев материала подложки до температуры активируемой сублимации атомов верхнего атомного слоя - 1205°С, в течение времени 99950 секунд.
В результате получают из скопления высокой плотности моноатомных ступеней 200 шт./мкм на отрезке с наименьшей длиной между дном и краем углубления калибровочную высоту, определяемую суммарной высотой моноатомных ступеней, характеризующихся распределением их в направлении, которое параллельно кристаллографической плоскости рабочей поверхности, на расстояние 100 нм. Кроме того, получают опорные поверхности субангстремной шероховатости, расположенные на дне углубления и вокруг углубления, шириной 50 мкм. При этом прямая, на которой расположен отрезок с наименьшей длиной между дном и краем углубления, и прямая, в которой расположено направление распределения моноатомных ступеней, параллельное кристаллографической плоскости рабочей поверхности, расположены в плоскости, которая перпендикулярна кристаллографической плоскости рабочей поверхности или перпендикулярна плоскостям расположения опорных поверхностей субангстремной шероховатости.
В финале проводят фазу отжига с одновременным осаждением материала подложки на рабочую поверхность со скоростью, компенсирующей процесс сублимации атомов с поверхности подложки, обеспечивающую сохранение сформированных опорных поверхностей субангстремной шероховатости на дне углубления и вокруг углубления, локализацию на боковой части углубления калибровочной ступени калибровочной высоты из счетного количества высокой плотности моноатомных ступеней и получение средства, обеспечивающего определение калибровочной высоты калибровочной ступени, из того же счетного количества моноатомных ступеней, но меньшей плотности.
28
2
13
2
Пропускают через подложку электрический ток с компонентой в направлении, которое параллельно кристаллографической плоскости рабочей поверхности, обеспечивая перемещение моноатомных ступеней в указанном направлении, величиной, вызывающей резистивный нагрев материала подложки до температуры активируемой сублимации атомов верхнего атомного слоя - 1021°С, в течение времени 999700 секунд. При этом осуществляют подачу потока осаждаемого на поверхность материала подложки с возможностью компенсации сублимирующего потока адатомов с рабочей поверхности подложки, значение которого определяют из выражения F=3,12⋅10exp(-46600/T(K)) атом/см⋅с, где T(K) - температура в градусах Кельвина, используя поток атомов величиной 10 атом/см⋅с.
В результате на дне углубления и вокруг углубления сохраняют сформированные опорные поверхности субангстремной шероховатости, а на боковой части углубления получают диаметрально расположенные друг относительно друга калибровочную ступень калибровочной высоты и средство, обеспечивающее определение калибровочной высоты калибровочной ступени, из счетного количества моноатомных ступеней. Полученные особенности характеризуются в отношении калибровочной ступени из счетного количества моноатомных ступеней на соответствующем калибровочной ступени отрезке с наименьшей длиной между дном и краем углубления высокой плотностью ступеней 200 шт./мкм и распределением ступеней в направлении, которое параллельно кристаллографической плоскости рабочей поверхности, на расстояние 100 нм, и характеризуются в отношении средства, обеспечивающего определение калибровочной высоты, из счетного количества моноатомных ступеней, разделенных более широкими террасами по сравнению с калибровочной ступенью, на соответствующем средству, обеспечивающему определение калибровочной высоты, отрезке с наименьшей длиной между дном и краем углубления меньшей плотностью моноатомных ступеней 7 шт./мкм и распределением ступеней в направлении, которое параллельно кристаллографической плоскости рабочей поверхности, на расстояние 105 нм. При этом прямая, на которой расположен соответствующий калибровочной ступени отрезок с наименьшей длиной между дном и краем углубления, и прямая, в которой расположено направление распределения высокой плотности моноатомных ступеней, параллельное кристаллографической плоскости рабочей поверхности, расположены в плоскости, которая перпендикулярна кристаллографической плоскости рабочей поверхности или перпендикулярна плоскостям опорных поверхностей субангстремной шероховатости. Кроме того, прямая, на которой расположен соответствующий средству, обеспечивающему определение калибровочной высоты, отрезок с наименьшей длиной между дном и краем углубления, и прямая, в которой расположено направление распределения низкой плотности моноатомных ступеней, параллельное кристаллографической плоскости рабочей поверхности, расположены в плоскости, которая перпендикулярна кристаллографической плоскости рабочей поверхности или перпендикулярна расположения опорных поверхностей субангстремной шероховатости.
-8
После получения на боковой части углубления диаметрально расположенных друг относительно друга калибровочной ступени калибровочной высоты и средства, обеспечивающего определение калибровочной высоты калибровочной ступени, из счетного количества моноатомных ступеней, проводят охлаждение подложки до комнатной температуры 293-296 K. Одновременно изменяют величину потока осаждаемого на поверхность материала подложки для предотвращения возможности изменения полученного распределения моноатомных ступеней во всей внутренней боковой части углубления в процессе охлаждения. Охлаждение осуществляют в вакууме с уровнем, обеспечивающим выход атомов материала подложки в вакуум при термоэлектрическом отжиге, - при давлении остаточных газов не более 10 Па.
28
2
Охлаждение подложки до комнатной температуры 293-296 K с одновременным изменением величины потока осаждаемого на поверхность материала подложки для предотвращения возможности изменения полученного распределения моноатомных ступеней во всей внутренней боковой части углубления в процессе охлаждения проводят со скоростью 1°С/мин, при этом изменение потока атомов производят в соответствии с выражением F=3,12⋅10ехр(-46600/Т(K)) атом/см⋅с, где T(K) - температура в градусах Кельвина. При достижении температуры 830°С поток не подают, и снижение температуры осуществляют со скоростью, сохраняющей полученное в результате термоэлектрического отжига распределение моноатомных ступеней, с отсутствием генерации новых атомных ступеней, в конечном счете сохраняющей размер опорной поверхности субангстремной шероховатости в дне углубления. Достигнув температуры 830°С, скорость охлаждения поддерживают на уровне 400°С/с.
Пример 16
Изготовление ступенчатого высотного калибровочного эталона осуществляют с использованием подложки твердотельного материала, характеризующейся определенной ориентацией кристаллографической плоскости рабочей поверхности. В качестве подложки твердотельного материала, характеризующейся определенной ориентацией кристаллографической плоскости рабочей поверхности, используют подложку кремния с ориентацией рабочей поверхности (111).
-8
Изготавливают эталон, используя проведение термоэлектрического отжига подложки твердотельного материала, характеризующейся определенной ориентацией кристаллографической плоскости рабочей поверхности, пропусканием через подложку электрического тока величиной, вызывающей резистивный нагрев материала подложки до температуры активируемой сублимации атомов верхнего атомного слоя, и осуществление подачи потока осаждаемого на поверхность материала подложки. Отжиг проводят в вакууме с уровнем, обеспечивающим выход атомов материала подложки в вакуум при термоэлектрическом отжиге, при давлении остаточных газов не более 10 Па.
Перед проведением отжига на рабочей поверхности подложки формируют рельеф в составе двух характеризующихся геометрией и поперечными размерами в кристаллографической плоскости рабочей поверхности или плоскости, параллельной ей, определяемыми в оптический микроскоп, углублений меньшего и большего размера в поперечнике. Первое из названных углублений - углубление с дном, предназначенным для формирования одной опорной поверхности субангстремной шероховатости, с боковой частью, предназначенной для формирования калибровочной ступени и средства, обеспечивающего определение калибровочной высоты калибровочной ступени, из счетного количества моноатомных ступеней. Второе из названных углублений -углубление с донной частью, выполняющей функцию плоской площадки, предназначенной для размещения в центральной его области углубления меньшего размера в поперечнике и формирования другой опорной поверхности субангстремной шероховатости.
Сначала выполняют углубление большего размера в поперечнике, затем - углубление меньшего размера в поперечнике.
6
3
2
Литографически формируют углубление большего размера в поперечнике. Углубление большего размера изготавливают плазмохимическим травлением поверхности на глубину 20 мкм, в плазме SF/CFCl/O (89/10/1) при давлении около 0,1 мм рт.ст., частоте индуктора около 1356 МГц, мощности плазмы около 100 Вт, через маску фоторезиста толщиной около 1,24 мкм с окном, имеющим размер в поперечнике около 200 мкм, в течение времени 2550 с, после чего маску удаляют в диметилформамиде и проводят сначала химическую очистку в ацетоне, затем физическую очистку в ультразвуковой ванне.
В углублении боковая часть расположена под углом 0° относительно нормали к кристаллографической плоскости рабочей поверхности.
Затем приступают к получению в сформированном углублении, в его донной части, выполняющей функцию плоской площадки, предназначенной для размещения в центральной его области углубления меньшего размера в поперечнике и формирования другой опорной поверхности субангстремной шероховатости, углубления меньшего размера в поперечнике - углубления с дном, предназначенным для формирования одной опорной поверхности субангстремной шероховатости, с боковой частью, предназначенной для формирования калибровочной ступени и средства, обеспечивающего определение калибровочной высоты калибровочной ступени, из счетного количества моноатомных ступеней.
2
2
2
2
2
Углубление получают посредством использования литографии с жидкостным травлением поверхности на глубину 10 мкм, в жидкостном травителе KOH (44%), при этом на поверхности сначала получают слой SiO толщиной около 100 нм, на котором формируют маску фоторезиста толщиной около 1,24 мкм с окном, имеющим размер в поперечнике около 30 мкм, после чего слой SiO стравливают в окне маски фоторезиста в HF, получая сквозное окно в слое SiO, и удаляют маску фоторезиста в диметилформамиде, затем осуществляют травление поверхности в окне слоя SiO в жидкостном травителе, после чего сначала проводят удаление слоя SiO в HF, затем - химическую очистку в ацетоне и физическую очистку в ультразвуковой ванне, получая в результате углубление с размером в поперечнике 30 мкм.
В углублении боковая часть расположена под углом 0° относительно нормали к кристаллографической плоскости рабочей поверхности.
Подложку после получения требуемого исходного рельефа помещают в вакуум.
После формирования требуемого исходного рельефа проводят термоэлектрический отжиг. При отжиге пропускают электрический ток с компонентой в направлении, которое параллельно кристаллографической плоскости рабочей поверхности, обеспечивая перемещение моноатомных ступеней в указанном направлении.
Сначала осуществляют фазу отжига, включающую формирование на боковой части углубления скопления высокой плотности моноатомных ступеней с узкими террасами, достигающими в предельном случае максимальной узости. При осуществлении указанной фазы отжига осуществляют также очистку рабочей поверхности подложки от естественного окисла и/или загрязнений. При формировании и очистке пропускают через подложку электрический ток величиной, вызывающей резистивный нагрев материала подложки до температуры активируемой сублимации атомов верхнего атомного слоя - 1400°С, в течение 4 минут. В результате на боковой части углубления формируют скопление высокой плотности моноатомных ступеней с узкими террасами, достигающими в предельном случае максимальной узости, а именно с плотностью 50 шт./мкм на отрезке с наименьшей длиной между дном и краем углубления.
Затем осуществляют фазу отжига, приводящую к увеличению поперечника и уменьшению глубины углубления с дном, предназначенным для формирования одной опорной поверхности субангстремной шероховатости, с боковой частью, предназначенной для формирования калибровочной ступени и средства, обеспечивающего определение калибровочной высоты калибровочной ступени, из счетного количества моноатомных ступеней, сопровождающихся формированием опорных поверхностей субангстремной шероховатости на дне углубления и вокруг углубления с примыканием к его краю, и получением из скопления высокой плотности моноатомных ступеней калибровочной высоты, определяемой суммарной высотой моноатомных ступеней между указанными опорными поверхностями.
Пропускают через подложку электрический ток с компонентой в направлении, которое параллельно кристаллографической плоскости рабочей поверхности, обеспечивая перемещение моноатомных ступеней в указанном направлении, величиной, вызывающей резистивный нагрев материала подложки до температуры активируемой сублимации атомов верхнего атомного слоя - 1410°С, в течение времени 100 секунд.
В результате получают из скопления высокой плотности моноатомных ступеней 50 шт./мкм на отрезке с наименьшей длиной между дном и краем углубления калибровочную высоту, определяемую суммарной высотой моноатомных ступеней, характеризующихся распределением их в направлении, которое параллельно кристаллографической плоскости рабочей поверхности, на расстояние 20 нм. Кроме того, получают опорные поверхности субангстремной шероховатости, расположенные на дне углубления и вокруг углубления, шириной 15 мкм. При этом прямая, на которой расположен отрезок с наименьшей длиной между дном и краем углубления, и прямая, в которой расположено направление распределения моноатомных ступеней, параллельное кристаллографической плоскости рабочей поверхности, расположены в плоскости, которая перпендикулярна кристаллографической плоскости рабочей поверхности или перпендикулярна плоскостям расположения опорных поверхностей субангстремной шероховатости.
В финале проводят фазу отжига с одновременным осаждением материала подложки на рабочую поверхность со скоростью, компенсирующей процесс сублимации атомов с поверхности подложки, обеспечивающую сохранение сформированных опорных поверхностей субангстремной шероховатости на дне углубления и вокруг углубления, локализацию на боковой части углубления калибровочной ступени калибровочной высоты из счетного количества высокой плотности моноатомных ступеней и получение средства, обеспечивающего определение калибровочной высоты калибровочной ступени, из того же счетного количества моноатомных ступеней, но меньшей плотности.
28
2
16
2
Пропускают через подложку электрический ток с компонентой в направлении, которое параллельно кристаллографической плоскости рабочей поверхности, обеспечивая перемещение моноатомных ступеней в указанном направлении, величиной, вызывающей резистивный нагрев материала подложки до температуры активируемой сублимации атомов верхнего атомного слоя - 1250°С, в течение времени 600 секунд. При этом осуществляют подачу потока осаждаемого на поверхность материала подложки с возможностью компенсации сублимирующего потока адатомов с рабочей поверхности подложки, значение которого определяют из выражения F=3,12⋅10exp(-46600/T(K)) атом/см⋅с, где T(K) - температура в градусах Кельвина, используя поток атомов величиной 10 атом/см⋅с.
В результате на дне углубления и вокруг углубления сохраняют сформированные опорные поверхности субангстремной шероховатости, а на боковой части углубления получают диаметрально расположенные друг относительно друга калибровочную ступень калибровочной высоты и средство, обеспечивающее определение калибровочной высоты калибровочной ступени, из счетного количества моноатомных ступеней. Полученные особенности характеризуются в отношении калибровочной ступени из счетного количества моноатомных ступеней на соответствующем калибровочной ступени отрезке с наименьшей длиной между дном и краем углубления высокой плотностью ступеней 50 шт./мкм и распределением ступеней в направлении, которое параллельно кристаллографической плоскости рабочей поверхности, на расстояние 20 нм, и характеризуются в отношении средства, обеспечивающего определение калибровочной высоты, из счетного количества моноатомных ступеней, разделенных более широкими террасами по сравнению с калибровочной ступенью, на соответствующем средству, обеспечивающему определение калибровочной высоты, отрезке с наименьшей длиной между дном и краем углубления меньшей плотностью моноатомных ступеней 5 шт./мкм и распределением ступеней в направлении, которое параллельно кристаллографической плоскости рабочей поверхности, на расстояние 100 нм. При этом прямая, на которой расположен соответствующий калибровочной ступени отрезок с наименьшей длиной между дном и краем углубления, и прямая, в которой расположено направление распределения высокой плотности моноатомных ступеней, параллельное кристаллографической плоскости рабочей поверхности, расположены в плоскости, которая перпендикулярна кристаллографической плоскости рабочей поверхности или перпендикулярна плоскостям опорных поверхностей субангстремной шероховатости. Кроме того, прямая, на которой расположен соответствующий средству, обеспечивающему определение калибровочной высоты, отрезок с наименьшей длиной между дном и краем углубления, и прямая, в которой расположено направление распределения низкой плотности моноатомных ступеней, параллельное кристаллографической плоскости рабочей поверхности, расположены в плоскости, которая перпендикулярна кристаллографической плоскости рабочей поверхности или перпендикулярна плоскостям опорных поверхностей субангстремной шероховатости.
-8
После получения на боковой части углубления диаметрально расположенных друг относительно друга калибровочной ступени калибровочной высоты и средства, обеспечивающего определение калибровочной высоты калибровочной ступени, из счетного количества моноатомных ступеней, проводят охлаждение подложки до комнатной температуры 293-296 K. Одновременно изменяют величину потока осаждаемого на поверхность материала подложки для предотвращения возможности изменения полученного распределения моноатомных ступеней во всей внутренней боковой части углубления в процессе охлаждения. Охлаждение осуществляют в вакууме с уровнем, обеспечивающим выход атомов материала подложки в вакуум при термоэлектрическом отжиге, - при давлении остаточных газов не более 10 Па.
28
2
Охлаждение подложки до комнатной температуры 293-296 K с одновременным изменением величины потока осаждаемого на поверхность материала подложки для предотвращения возможности изменения полученного распределения моноатомных ступеней во всей внутренней боковой части углубления в процессе охлаждения проводят со скоростью 0,01°С/мин, при этом изменение потока атомов производят в соответствии с выражением F=3,12⋅10ехр(-46600/Т(K)) атом/см⋅с, где T(K) - температура в градусах Кельвина. При достижении температуры 830°С поток не подают, и снижение температуры осуществляют со скоростью, сохраняющей полученное в результате термоэлектрического отжига распределение моноатомных ступеней, с отсутствием генерации новых атомных ступеней, в конечном счете сохраняющей размер опорной поверхности субангстремной шероховатости в дне углубления. Достигнув температуры 830°С, скорость охлаждения поддерживают на уровне 400°С/с.
Пример 17
Изготовление ступенчатого высотного калибровочного эталона осуществляют с использованием подложки твердотельного материала, характеризующейся определенной ориентацией кристаллографической плоскости рабочей поверхности. В качестве подложки твердотельного материала, характеризующейся определенной ориентацией кристаллографической плоскости рабочей поверхности, используют подложку кремния с ориентацией рабочей поверхности (111).
-8
Изготавливают эталон, используя проведение термоэлектрического отжига подложки твердотельного материала, характеризующейся определенной ориентацией кристаллографической плоскости рабочей поверхности, пропусканием через подложку электрического тока величиной, вызывающей резистивный нагрев материала подложки до температуры активируемой сублимации атомов верхнего атомного слоя, и осуществление подачи потока осаждаемого на поверхность материала подложки. Отжиг проводят в вакууме с уровнем, обеспечивающим выход атомов материала подложки в вакуум при термоэлектрическом отжиге, при давлении остаточных газов не более 10 Па.
Перед проведением отжига на рабочей поверхности подложки формируют рельеф в составе двух характеризующихся геометрией и поперечными размерами в кристаллографической плоскости рабочей поверхности или плоскости, параллельной ей, определяемыми в оптический микроскоп, углублений меньшего и большего размера в поперечнике. Первое из названных углублений углубление с дном, предназначенным для формирования одной опорной поверхности субангстремной шероховатости, с боковой частью, предназначенной для формирования калибровочной ступени и средства, обеспечивающего определение калибровочной высоты калибровочной ступени, из счетного количества моноатомных ступеней. Второе из названных углублений - углубление с донной частью, выполняющей функцию плоской площадки, предназначенной для размещения в центральной его области углубления меньшего размера в поперечнике и формирования другой опорной поверхности субангстремной шероховатости.
Сначала выполняют углубление большего размера в поперечнике, затем - углубление меньшего размера в поперечнике.
6
3
2
2
2
2
2
2
Литографически формируют углубление большего размера в поперечнике. Углубление большего размера изготавливают плазмохимическим травлением поверхности на глубину 0,5 мкм, в плазме SF/CFCl/O (89/10/1) при давлении около 0,1 мм рт.ст., частоте индуктора около 1356 МГц, мощности плазмы около 100 Вт, при этом на поверхности сначала получают слой SiO толщиной около 100 нм, на котором формируют маску фоторезиста толщиной около 1,24 мкм с окном, имеющим размер в поперечнике около 200 мкм, после чего слой SiO стравливают в окне маски фоторезиста в HF, получая сквозное окно в слое SiO, и удаляют маску фоторезиста в кислородной плазме, затем осуществляют травление в плазме поверхности в окне слоя SiO в течение времени 87,5 с, последовательно удаляют слой SiO в HF, проводят химическую очистку в ацетоне, физическую очистку в ультразвуковой ванне.
В углублении боковая часть расположена под углом 0° относительно нормали к кристаллографической плоскости рабочей поверхности.
Затем приступают к получению в сформированном углублении, в его донной части, выполняющей функцию плоской площадки, предназначенной для размещения в центральной его области углубления меньшего размера в поперечнике и формирования другой опорной поверхности субангстремной шероховатости, углубления меньшего размера в поперечнике - углубления с дном, предназначенным для формирования одной опорной поверхности субангстремной шероховатости, с боковой частью, предназначенной для формирования калибровочной ступени и средства, обеспечивающего определение калибровочной высоты калибровочной ступени, из счетного количества моноатомных ступеней.
6
3
2
2
Углубление получают посредством литографии с плазмохимическим травлением поверхности на глубину 0,2 мкм, в плазме SF/CFCl/O (89/10/1) при давлении около 0,1 мм рт.ст., частоте индуктора около 1356 МГц, мощности плазмы около 100 Вт, при этом на поверхности сначала формируют маску фоторезиста толщиной около 1,24 мкм с использованием фотошаблона с окном, имеющим размер в поперечнике около 25 мкм, с формированием в окне маскирующего покрытия, затем посредством магнетронного распыления наносят слой золота толщиной около 30 нм и осуществляют взрывную литографию по фоторезисту в диметилформамиде с применением ультразвуковой ванны, получая в слое золота сквозное окно, далее проводят плазмохимическое травление поверхности в окне в слое золота в течение времени 35 с, после чего последовательно удаляют слой золота в смеси йодистого калия (KI) и йода (I), проводят химическую очистку в ацетоне и физическую очистку в ультразвуковой ванне, получая в результате углубление с размером в поперечнике 25 мкм, глубиной 0,2 мкм.
В углублении боковая часть расположена под углом 0° относительно нормали к кристаллографической плоскости рабочей поверхности.
Подложку после получения требуемого исходного рельефа помещают в вакуум.
После формирования требуемого исходного рельефа проводят термоэлектрический отжиг. При отжиге пропускают электрический ток с компонентой в направлении, которое параллельно кристаллографической плоскости рабочей поверхности, обеспечивая перемещение моноатомных ступеней в указанном направлении.
Сначала осуществляют фазу отжига, включающую формирование на боковой части углубления скопления высокой плотности моноатомных ступеней с узкими террасами, достигающими в предельном случае максимальной узости. При осуществлении указанной фазы отжига осуществляют также очистку рабочей поверхности подложки от естественного окисла и/или загрязнений. При формировании и очистке пропускают через подложку электрический ток величиной, вызывающей резистивный нагрев материала подложки до температуры активируемой сублимации атомов верхнего атомного слоя - 1400°С, в течение 4 минут. В результате на боковой части углубления формируют скопление высокой плотности моноатомных ступеней с узкими террасами, достигающими в предельном случае максимальной узости, а именно с плотностью 50 шт./мкм на отрезке с наименьшей длиной между дном и краем углубления.
Затем осуществляют фазу отжига, приводящую к увеличению поперечника и уменьшению глубины углубления с дном, предназначенным для формирования одной опорной поверхности субангстремной шероховатости, с боковой частью, предназначенной для формирования калибровочной ступени и средства, обеспечивающего определение калибровочной высоты калибровочной ступени, из счетного количества моноатомных ступеней, сопровождающихся формированием опорных поверхностей субангстремной шероховатости на дне углубления и вокруг углубления с примыканием к его краю, и получением из скопления высокой плотности моноатомных ступеней калибровочной высоты, определяемой суммарной высотой моноатомных ступеней между указанными опорными поверхностями.
Пропускают через подложку электрический ток с компонентой в направлении, которое параллельно кристаллографической плоскости рабочей поверхности, обеспечивая перемещение моноатомных ступеней в указанном направлении, величиной, вызывающей резистивный нагрев материала подложки до температуры активируемой сублимации атомов верхнего атомного слоя - 1410°С, в течение времени 100 секунд.
В результате получают из скопления высокой плотности моноатомных ступеней 50 шт./мкм на отрезке с наименьшей длиной между дном и краем углубления калибровочную высоту, определяемую суммарной высотой моноатомных ступеней, характеризующихся распределением их в направлении, которое параллельно кристаллографической плоскости рабочей поверхности, на расстояние 20 нм. Кроме того, получают опорные поверхности субангстремной шероховатости, расположенные на дне углубления и вокруг углубления, шириной 15 мкм. При этом прямая, на которой расположен отрезок с наименьшей длиной между дном и краем углубления, и прямая, в которой расположено направление распределения моноатомных ступеней, параллельное кристаллографической плоскости рабочей поверхности, расположены в плоскости, которая перпендикулярна кристаллографической плоскости рабочей поверхности или перпендикулярна плоскостям расположения опорных поверхностей субангстремной шероховатости.
В финале проводят фазу отжига с одновременным осаждением материала подложки на рабочую поверхность со скоростью, компенсирующей процесс сублимации атомов с поверхности подложки, обеспечивающую сохранение сформированных опорных поверхностей субангстремной шероховатости на дне углубления и вокруг углубления, локализацию на боковой части углубления калибровочной ступени калибровочной высоты из счетного количества высокой плотности моноатомных ступеней и получение средства, обеспечивающего определение калибровочной высоты калибровочной ступени, из того же счетного количества моноатомных ступеней, но меньшей плотности.
28
2
16
2
Пропускают через подложку электрический ток с компонентой в направлении, которое параллельно кристаллографической плоскости рабочей поверхности, обеспечивая перемещение моноатомных ступеней в указанном направлении, величиной, вызывающей резистивный нагрев материала подложки до температуры активируемой сублимации атомов верхнего атомного слоя - 1250°С, в течение времени 600 секунд. При этом осуществляют подачу потока осаждаемого на поверхность материала подложки с возможностью компенсации сублимирующего потока адатомов с рабочей поверхности подложки, значение которого определяют из выражения F=3,12⋅10exp(-46600/T(K)) атом/см⋅с, где T(K) - температура в градусах Кельвина, используя поток атомов величиной 10 атом/см⋅с.
В результате на дне углубления и вокруг углубления сохраняют сформированные опорные поверхности субангстремной шероховатости, а на боковой части углубления получают диаметрально расположенные друг относительно друга калибровочную ступень калибровочной высоты и средство, обеспечивающее определение калибровочной высоты калибровочной ступени, из счетного количества моноатомных ступеней. Полученные особенности характеризуются в отношении калибровочной ступени из счетного количества моноатомных ступеней на соответствующем калибровочной ступени отрезке с наименьшей длиной между дном и краем углубления высокой плотностью 50 шт./мкм и распределением ступеней в направлении, которое параллельно кристаллографической плоскости рабочей поверхности, на расстояние 20 нм, и характеризуются в отношении средства, обеспечивающего определение калибровочной высоты, из счетного количества моноатомных ступеней, разделенных более широкими террасами по сравнению с калибровочной ступенью, на соответствующем средству, обеспечивающему определение калибровочной высоты, отрезке с наименьшей длиной между дном и краем углубления меньшей плотностью моноатомных ступеней 5 шт./мкм и распределением ступеней в направлении, которое параллельно кристаллографической плоскости рабочей поверхности, на расстояние 100 нм. При этом прямая, на которой расположен соответствующий калибровочной ступени отрезок с наименьшей длиной между дном и краем углубления, и прямая, в которой расположено направление распределения высокой плотности моноатомных ступеней, параллельное кристаллографической плоскости рабочей поверхности, расположены в плоскости, которая перпендикулярна кристаллографической плоскости рабочей поверхности или перпендикулярна плоскостям опорных поверхностей субангстремной шероховатости. Кроме того, прямая, на которой расположен соответствующий средству, обеспечивающему определение калибровочной высоты, отрезок с наименьшей длиной между дном и краем углубления, и прямая, в которой расположено направление распределения низкой плотности моноатомных ступеней, параллельное кристаллографической плоскости рабочей поверхности, расположены в плоскости, которая перпендикулярна кристаллографической плоскости рабочей поверхности или перпендикулярна плоскостям опорных поверхностей субангстремной шероховатости.
-8
После получения на боковой части углубления диаметрально расположенных друг относительно друга калибровочной ступени калибровочной высоты и средства, обеспечивающего определение калибровочной высоты калибровочной ступени, из счетного количества моноатомных ступеней, проводят охлаждение подложки до комнатной температуры 293-296 K. Одновременно изменяют величину потока осаждаемого на поверхность материала подложки для предотвращения возможности изменения полученного распределения моноатомных ступеней во всей внутренней боковой части углубления в процессе охлаждения. Охлаждение осуществляют в вакууме с уровнем, обеспечивающим выход атомов материала подложки в вакуум при термоэлектрическом отжиге, - при давлении остаточных газов не более 10 Па.
28
2
Охлаждение подложки до комнатной температуры 293-296 K с одновременным изменением величины потока осаждаемого на поверхность материала подложки для предотвращения возможности изменения полученного распределения моноатомных ступеней во всей внутренней боковой части углубления в процессе охлаждения проводят со скоростью 0,01°С/мин, при этом изменение потока атомов производят в соответствии с выражением F=3,12⋅10ехр(-46600/Т(K)) атом/см⋅с, где T(K) - температура в градусах Кельвина. При достижении температуры 830°С поток не подают, и снижение температуры осуществляют со скоростью, сохраняющей полученное в результате термоэлектрического отжига распределение моноатомных ступеней, с отсутствием генерации новых атомных ступеней, в конечном счете сохраняющей размер опорной поверхности субангстремной шероховатости в дне углубления. Достигнув температуры 830°С, скорость охлаждения поддерживают на уровне 400°С/с.
В общем случае заявляемый ступенчатый высотный калибровочный эталон (см. Фиг. 1) содержит подложку 1 твердотельного материала, характеризующуюся определенной ориентацией кристаллографической плоскости рабочей поверхности, которая снабжена парой опорных поверхностей субангстремной шероховатости (широкие террасы 10), расположенных друг относительно друга с образованием калибровочной ступени 11 калибровочной высоты из счетного количества моноатомных ступеней. Опорные поверхности субангстремной шероховатости (широкие террасы 10) выполнены размерами, достаточными для оптических измерений. Местоположение калибровочной ступени 11 определяемо в оптический микроскоп. При этом одна опорная поверхность субангстремной шероховатости (широкая терраса 10) сформирована в дне углубления 6, выполненного на рабочей поверхности. Другая опорная поверхность субангстремной шероховатости (широкая терраса 10) сформирована с примыканием к краю углубления 6. Калибровочная ступень 11 калибровочной высоты между опорными поверхностями субангстремной шероховатости (широкие террасы 10) расположена в боковой части углубления 6 и сформирована из счетного количества высокой плотности моноатомных ступеней, с узкими террасами, достигающими в предельном случае максимальной узости. Кроме того, в эталоне сформировано средство, обеспечивающее определение калибровочной высоты калибровочной ступени (средство подсчета моноатомных ступеней 12), из того же счетного количества моноатомных ступеней, но меньшей плотности, разделенных более широкими террасами.
Заявляемый ступенчатый высотный калибровочный эталон в частности характеризуется следующими особенностями его выполнения.
В качестве подложки 1 твердотельного материала, характеризующейся определенной ориентацией кристаллографической плоскости рабочей поверхности, использована подложка кремния с ориентацией рабочей поверхности (111). Кроме указанной подложки может использоваться подложка кремния с вицинальной рабочей поверхностью (111) с углом разориентации, равным от 0°0'20'' до 5°, включая указанные значения. Также могут быть использованы: подложка кремния с ориентацией рабочей поверхности (001), подложка кремния с вицинальной рабочей поверхностью (001) с углом разориентации, равным от 0°0'20'' до 5°, включая указанные значения.
В эталоне опорные поверхности субангстремной шероховатости (широкие террасы 10) выполнены размерами, достаточными для оптических измерений, а именно в ширину от 10 до 50 мкм, включая указанные значения.
Калибровочная ступень 11 калибровочной высоты между опорными поверхностями субангстремной шероховатости (широкие террасы 10), расположенная в боковой части углубления 6 и сформированная из счетного количества высокой плотности моноатомных ступеней, с узкими террасами, достигающими в предельном случае максимальной узости, сформирована с распределением ступеней в направлении, которое параллельно кристаллографической плоскости рабочей поверхности, на расстояние от 20 до 100 нм, включая указанные значения. Плотностью моноатомных ступеней составляет от 50 до 200 шт./мкм, включая указанные значения, на соответствующем калибровочной ступени 11 отрезке с наименьшей длиной между дном и краем углубления 6. При этом прямая, на которой расположен соответствующий калибровочной ступени отрезок с наименьшей длиной между дном и краем углубления, и прямая, в которой расположено направление распределения высокой плотности моноатомных ступеней, параллельное кристаллографической плоскости рабочей поверхности, расположены в плоскости, которая перпендикулярна кристаллографической плоскости рабочей поверхности или перпендикулярна плоскостям расположения опорных поверхностей субангстремной шероховатости (широкие террасы 10).
Между плоскостями указанных опорных поверхностей сформировано средство, обеспечивающее определение калибровочной высоты калибровочной ступени (средство подсчета моноатомных ступеней 12), из того же счетного количества моноатомных ступеней, разделенных более широкими террасами. Средство выполнено с меньшей плотностью моноатомных ступеней по сравнению с плотностью в калибровочной ступени 11, с распределением их в направлении, которое параллельно кристаллографической плоскости рабочей поверхности, на расстояние более 100 нм, с плотностью от 5 до 10 шт./мкм, включая указанные значения, на соответствующем средству, обеспечивающему определение калибровочной высоты, отрезке с наименьшей длиной между дном и краем углубления 6. При этом прямая, на которой расположен соответствующий средству, обеспечивающему определение калибровочной высоты (средство подсчета моноатомных ступеней 12), отрезок с наименьшей длиной между дном и краем углубления 6, и прямая, в которой расположено направление распределения низкой плотности моноатомных ступеней, параллельное кристаллографической плоскости рабочей поверхности, расположены в плоскости, которая перпендикулярна кристаллографической плоскости рабочей поверхности или перпендикулярна плоскостям расположения опорных поверхностей субангстремной шероховатости.
Калибровочная ступень 11 калибровочной высоты между опорными поверхностями субангстремной шероховатости (широкие террасы 10), расположенная в боковой части углубления 6, и средство, обеспечивающее определение калибровочной высоты калибровочной ступени (средство подсчета моноатомных ступеней 12), сформированное в боковой части углубления 6 между плоскостями указанных опорных поверхностей, расположены диаметрально друг относительно друга.
Эталон используют для калибровки (поверки) атомно-силового микроскопа, интерферометра следующим образом.
Калибровка измерительных приборов - установление зависимости между показаниями средства измерительной техники (прибора) и размером измеряемой (входной) величины. Под калибровкой часто понимают процесс подстройки показаний выходной величины или индикации измерительного инструмента до достижения согласования между эталонной величиной на входе и результатом на выходе (с учетом оговоренной точности).
Для калибровки - поверки - измерения высот в диапазоне, например, 0,31-31 нм изготавливают несколько эталонов (комплект), обеспечивающих калибровочные величины высот в указанном диапазоне.
При проведении первичной или очередной поверки атомно-силового микроскопа (АСМ) выполняют следующие операции.
После внешнего осмотра АСМ на соответствие его комплектности и отсутствию повреждений, в частности, иглы пьезокерамического сканера, проводят опробование. Устанавливают эталоны на держатель образцов рабочего столика АСМ, закрепляют каждый из эталонов, обеспечивая плотное неподвижное прилегание их нижней плоскости к поверхности держателя образцов рабочего столика АСМ. Проводят опробование встроенного оптического микроскопа АСМ - последовательно осматривают поверхность каждого эталона. На участках поверхности, соответствующих эталонам, рельеф должен соответствовать рельефу на микрофотографиях, прилагаемых к паспорту на комплект эталонов. После этого проводят опробование сканера АСМ. Для этого выбирают эталон, по паспортным данным определяют координаты положения эталона на поверхности. С помощью встроенного оптического микроскопа АСМ устанавливают зонд АСМ в положение, соответствующее началу сканирования эталона. Начальное положение сканирования определяют тем, что зонд АСМ устанавливают в точке, расположенной на поверхности эталона, при регистрации от которой трехмерного массива пространственных координат эталона весь этот массив будет также принадлежать данному рабочему участку поверхности эталона, не выходя за границы. Аналогичным образом определяют конечное положение сканирования зонда АСМ. Проверяют возможность сканирования поверхности эталона и получения результата измерений. Проводят перечисленные действия для других эталонов, обеспечивающих другие эталонные величины высот.
2
2
Далее проводят контроль метрологических характеристик. Выбирают эталон с наименьшей калибровочной ступенью наименьшей ее высоты. Устанавливают начало отсчета таким образом, чтобы состояние середины динамического диапазона смещения (выдвижения-вдвижения) пьезокерамического сканера АСМ соответствовало наименьшей калибровочной высоте измеряемого эталона. Согласно инструкции по эксплуатации АСМ осуществляют последовательную регистрацию трехмерного массива координат рельефа поверхности эталона, с количеством пространственных координат не менее чем 256×256 для латеральных направлений и несколькими размерами области сканирования конкретного прибора АСМ, в частности, от 2×2 мкм до 100×100 мкм, поскольку у разных АСМ разные максимальные и минимальные размеры области сканирования. В полученном трехмерном массиве пространственных координат рельефа поверхности эталона должна находиться область, представленная на микрофотографии эталона, прилагаемой к паспорту. Проводят математическую обработку трехмерного массива пространственных координат рельефа поверхности эталона в соответствии с инструкцией по эксплуатации АСМ. Определяют погрешность выравнивая поверхности, вычисляют масштабный безразмерный коэффициент трансляции, определяют погрешность определения высоты. Проводят действия по контролю метрологических характеристик для эталонов с калибровочными ступенями других калибровочных высот.
При проведении первичной или очередной поверки интерференционного микроскопа выполняют следующие операции.
После внешнего осмотра калибруемого микроскопа на соответствие комплектности, отсутствие дефектов и повреждений с получением удовлетворительных результатов осмотра приступают к опробованию частей микроскопа, чтобы удостовериться в плавности, без рывков и заеданий, движения всех подвижных частей микроскопа, возможности легкого установления и снимания, надежного закрепления всех съемных деталей, надежного закрепления неподвижных деталей и узлов.
После получения удовлетворительных результатов проводят определение метрологических характеристик.
Проведение измерений осуществляют следующим образом.
Выключают режим интерференции.
Устанавливают эталоны на держатель образцов, закрепляют каждый из эталонов, обеспечивая плотное неподвижное прилегание их нижней плоскости к поверхности держателя образцов. Проводят опробование встроенного оптического микроскопа - последовательно осматривают поверхность каждого эталона. На участках поверхности, соответствующих эталонам, рельеф должен соответствовать рельефу на микрофотографиях, прилагаемых к паспорту на комплект эталонов.
Выбирают эталон с калибровочной ступенью наиболее близкой по высоте к заданному для калибровки диапазону. С помощью встроенного оптического микроскопа устанавливают световой пучок интерферометра в положение, при котором он наведен на эталон таким образом, чтобы было видно в оптический микроскоп изображение, соответствующее нижней, в дне углубления, свободной от моноатомных ступеней опорной поверхности, ограничивающей калибровочную ступень, и верхней, примыкающей к краю углубления, свободной от моноатомных ступеней опорной поверхности, ограничивающей калибровочную ступень.
Включают режим интерференции. В соответствии с инструкцией по эксплуатации интерферометра осуществляют последовательную регистрацию интерференционной картины. Затем в соответствии с инструкцией по эксплуатации интерферометра осуществляют вычисление разности высот нижней опорной поверхности и верхней опорной поверхности, между которыми расположена калибровочная ступень.
Выполняют приведенные операции для всего комплекта эталонов.
Определяют среднеквадратичное отклонение случайной составляющей погрешности по 25 измерениям калибровочной высоты одного и того же эталона, меняя настройку прибора. По результатам измерений вычисляют оценку среднеквадратичного отклонения случайной составляющей. Вычисленная оценка не должна превышать значения, указанного в паспорте интерферометра.