聚焦离子束微研磨工艺及其制品制造技术

一种在目标衬底中制作具有高的高宽比值的工艺，其特征在于包括： 将一个目标衬底放在超高真空环境中； 产生一个计算机数据文件，该计算机数据文件用于操作计算机控制的聚焦离子束以便在所述目标衬底中形成一个研磨的微结构；以及 将所述目标衬底暴置于所述计算机控制的聚焦离子束中，所述计算机控制的聚焦离子束是由软件通过使用计算机数据文件来控制的，从而在所述结构衬底中形成具有高值高宽比的研磨微结构。（*该技术在2016年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及对具有高值高宽比的微研磨材料的工艺，以及由这一工艺所制备的成品，例如高密度耐久数据存储介质。本专利技术是和能源部所签合同的实施结果，合同号为W-7405-ENG-36。与本专利技术相关的
技术介绍
离子研磨通常是在大约10-6乇尔的中等真空条件下进行的。由于由该系统内的残留气体的弥散所导致的溅射材料的二次淀积，高宽比，也就是研磨的深度与水平切割之比，通常限制在10左右。因而提出了提高高宽比的研磨工艺的需求。虽然在过去的一个世纪中，对数据和信息的存储已经有了巨大的变化，但是对于这种数据的长期存储和解释仍然有一些重大问题。Rothenberg，Scientific American，1995年版第42～47页叙述了与文档的长期存储有关的问题。信息和数据的存储通常涉及磁性或光学记录载体的使用。最近，正在试验性使用扫描通道显微镜(scanning tunnel microscope)对相对于平的金属材料表面而产生的凸凹形状变化所表达的存储信息进行读写。Wiesendanger，J.Vac.Sci.Techno1.B，v.12，no.2，第515～529页(1994)对具有毫微米级结构的扫描通道显微镜以及类似的扫描探测显微技术进行了介绍，并对这类毫微米级结构所没有解决的有限的暂时稳定性进行了分析。其它类似文献包括Adamchuk等人在1992年Ultramicroscopy v.45，第1～4页中叙述了使用扫描通道显微镜对直径约为50毫微米，深度约为10毫微米，并在平的硅衬底上具有镀金膜的毫微米级凹凸形状进行微处理；Li等人在Appl.Phys.Lett.，v.54，no.15，第1424～1426页(1989)中叙述了在大气中操作的扫描通道显微镜对直径为2毫微米，深度最多为1毫微米，并位于平的金衬底中的毫微米级凹凸形状进行电蚀刻处理；Silver等人在Appl.Phys.Lett.，v.51，no.4，第247～249页(1987)中叙述了通过用扫描通道显微镜在一个表面淀积一个新衬底(有机金属气体中的镉)的方式对次微米金属特性进行直接写入；以及Abraham等人在IBMJ.Ees.Develop v.30，no.5，第492～499中叙述了用一个扫描通道显微镜通过表面扩散进行表面变型，而且谈及了高密度存储器的可能性。现有的数据存储系统都具有一个或多个问题，如介质的长期稳定性或耐久性。本专利技术的目的本专利技术的一个目的是提供具有较高的高宽比的研磨工艺，该高宽比大于10，最好可达到50。本专利技术的另一个目的是提供一种由本专利技术的研磨工艺制成的制品，这种制品包括例如耐久数据存储介质。本专利技术的技术方案为取得上述和其它目的，本专利技术提供了一种对目标衬底中的微型结构进行加工的工艺，该微型结构具有高宽比。本专利技术提供了在一个目标衬底中形成具有高值高宽比的微结构的工艺，其过程包括将目标衬底置于超高真空环境中，在目标衬底中形成研磨微结构的过程中生成用于操作计算机控制的聚焦离子束的计算机数据文件。并且将该目标衬底置于计算机控制的聚焦离子束之中，计算机控制的聚焦离子束是由软件通过使用计算机数据文件来控制的，从而在该目标衬底中形成具有较高高宽比的研磨微结构。本专利技术还提供了一种包括具有研磨字符的衬底的耐久数据存储介质，该研磨字符的深度与宽度的高宽比为1～50。该存储介质可以包括从一组数字字符、字母字符、图形字符和三维图形字符、以及半色调和灰度级图形中选择的研磨字符。附图的简要说明附图说明图1示出了采用根据本专利技术的超高真空聚焦离子束系统的腔体的俯视图；图2示出了旋转了85°以展示分辨率细节的光栅曲线，其展示了Ionmill Version 2.5是如何研磨该图案的；图3示出了一个用于生成字母研磨的RawI(x，y)文件；图4示出了一个从在Mathcad中运行的第4代软件例行程序数学地生成的用于一个三维离子研磨的形状的实例；图5示出了一个从图4所示的三维离子研磨获得的具有研磨结构的Atomic Force Microscope图像；以及图6示出了由本专利技术的工艺可以形成的带通滤波器。本专利技术的最佳实施例本专利技术涉及用于毫微米级制造的微研磨工艺，以及由该工艺所制成的制品。在该工艺中，微研磨是在超真空条件下进行的，也就是说，该真空低于10-9乇尔，最好该超高真空的范围为大约50～120微微乇尔(picoTorr)，即6.3×10-11～1.6×10-10毫巴。本专利技术的微研磨工艺可以获取较高的高宽比，也就是说，研磨的深度与水平切割之比大于10，通常可以达到50。由于这样一个高值的高宽比，本工艺可以作为一个在次微米横向级进行横截和深度成形的有用工具。这会允许例如在一个集成电路中进行的次微米金属化深度的失败分析，以便通过适当的Auger分析仪或二级离子质谱仪结合本工艺所用的设备对微量元素污染进行检测。本专利技术的微研磨工艺可用于制作例如(天平)横梁、(操作)杆、电容器、棱镜、衍射光栅、波导、带通滤波器、天线、和耦合器，它们在用作超小型的化学传感器、电子传感器、和机械传感器时都应具有较高的高宽比特性。另外，该微研磨工艺可用于在适当的衬底上进行数据记录，这种数据可以以该衬底中使用的字符来记录，例如数字和数码字符，字母字符，以及图形或灰度字符，三维图形或图片形式的字符。“字符”通常意味着任何符号，该符号可以代表一种书写体或通讯系统，而且在本专利技术的记录数据的工艺中，它包括任何与衬底的表面背景相区别的特性。也可以采用记录数据的二进制系统，其中通过在衬底上压按一下或者是没有在衬底上按一下，即可表示一个二进制数据字符。也可以形成一个模拟数据系统，其中可以把一个灰度或半色调图片转换成一个研磨控制文件，该文件的每个像素的驻留时间与其源灰度值成正比。当通过一个象位探测光学显微镜(例如一个Mirau或其它适当的干涉仪)读回时，便可获得一个灰度级图像。每个干涉仪图像象素的空间位置和灰度级值由一个电荷耦合器件摄像机用帧抓取器所摄取，然后再由色彩化进行色彩处理；例如将一个唯一的色彩值从一个包含灰度级值的查找表中赋值到一个位图中。图1示出了一个腔体，它采用了一个用于本专利技术的处理中或形成数据存储介质的超高真空滤焦离子束系统。图1中超高真空腔体10包括多个通口，用于观察目标衬底，拍摄该目标衬底，插入和操作该目标衬底，对目标衬底进行各种分析(例如从二次电子辐射)。通口12可以是一个观察口，而通口14用于摄像，其它观察通口16和18作为粗加工泵端口20示出，另一端口22包括由适当的软件驱动的离子束枪。如果想要加速研磨的话，可以采用多个离子束枪。与早期的研磨系统相比，本专利技术的工艺可以在没有化学辅助的环境下实现较高的高宽比值。也就是说，无需在本专利技术的系统中采用化学辅助以实现大于10，甚至高达至少50的高宽比值。所谓“化学辅助”的意思是指加入例如氯气之类的反应气体以使之与溅射的材料进行反应并减少任何二次淀积。可以用于本专利技术的微研磨工艺的材料包括高熔点金属，例如钽、铱、钨、钼、铌，化学元素周期表中第一行中的过渡元素，例如钪、钛、钒、铬、镁、锰、铁、钴、镍、和铜，以及真空兼容半导体(例如硅和镓arsellide)。其它材料可以包括高温隔离体，例如矾土、红宝石、蓝宝石、二氧化硅或石英，只要任何附加的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种在目标衬底中制作具有高的高宽比值的工艺，其特征在于包 括： 将一个目标衬底放在超高真空环境中； 产生一个计算机数据文件，该计算机数据文件用于操作计算机控制 的聚焦离子束以便在所述目标衬底中形成一个研磨的微结构；以 及 将所述目标衬底暴置于所述计算机控制的聚焦离子束中，所述计算 机控制的聚焦离子束是由软件通过使用计算机数据文件来控制 的，从而在所述结构衬底中形成具有高值高宽比的研磨微结构。

【技术特征摘要】
1995.02.01 US 08/382,3451.一种在目标衬底中制作具有高的高宽比值的工艺，其特征在于包括将一个目标衬底放在超高真空环境中；产生一个计算机数据文件，该计算机数据文件用于操作计算机控制的聚焦离子束以便在所述目标衬底中形成一个研磨的微结构；以及将所述目标衬底暴置于所述计算机控制的聚焦离子束中，所述计算机控制的聚焦离子束是由软件通过使用计算机数据文件来控制的，从而在所述结构衬底中形成具有高值高宽比的研磨微结构。2.根据权利要求1所述的处理，其中所述的微结构的研磨的深度和研磨的宽度的高宽比大于10∶1。3.根据权利要求2所述的处理，其中所述处理不需要化学辅助。4.根据权利要求1所述的处理，其中所述的微结构是一个带通滤波器。5.根据权利要求1所述的处理，其中所述的微结构是一个数据存储介质。6.一种耐久数据存储介质，其特征在于包括一个具有研磨字符的衬底，所述研磨的字符的深度和宽度之比大约为1～50。7.根据权利要求6所述的耐久数据存储介质，其中所述的研磨字符包括数字字符，字母字符，雕刻字符和图形字符。8.根据权利要求6所述的耐久数据存储介质，其中所述的衬底的材料包括铱、钨、钽、钼、铌、钛、钒、镉、锰、铁、铜、镍、钴、硅、金、钪、以及脉动气体的矾土。9.根据权利要求6所述的耐久数据存储介质，其中所述的每个...

【专利技术属性】
技术研发人员：布鲁斯·C·拉马丁，罗杰·A·斯塔兹，
申请(专利权)人：加里福尼亚大学董事会，
类型：发明
国别省市：