Устройство для создания изображений
Изобретение может быть использовано для формирования меток для защиты от подделки и копирования и/или идентификации, а также для прямого преобразования свойств материалов и изготовления функциональных структур микронных и субмикронных размеров без использования резистных масок. Устройство содержит вакуумируемую камеру, в которой размещен источник пучка ускоренных ионов с углом расходимости менее 20 градусов и расположенные последовательно по ходу этого пучка пространственный модулятор и средство регистрации изображений. Пространственный модулятор выполнен в виде пластины с отверстиями, боковые стенки каждого из которых или по крайней мере части из них снабжены парой размещенных друг против друга электродов, один из которых в каждой паре соединен с источником напряжения через общую шину, а другой - через управляемый коммутатор. Обеспечиваются микронные и субмикронные значения размеров элементов изображений, увеличение пропускной способности каждого из отверстий пространственного модулятора и единовременное и независимое управление пропусканием всех отверстий, а также создание многослойных изображений без взаимного перемещения пространственного модулятора и средства для фиксации изображений. 10 з.п. ф-лы, 3 ил.
Изобретение относится к технике создания изображений с микронными и субмикронными размерами элементов и может быть использовано для формирования меток для защиты изделий и документов от подделки и копирования и/или идентификации маркированных такими метками объектов, а также для прямого преобразования свойств материалов и изготовления функциональных структур различного назначения с элементами микронных и субмикронных размеров без использования резистных масок.
Известен способ изготовления пленочного носителя информации для защиты изделий и документов от подделки и копирования, включающий формирование меток на полимерной пленке, имеющий, по меньшей мере, один слой. Метки формируют путем облучения полимерной пленки тяжелыми ионами для формирования первого скрытого изображения, последующим экспонированием пленки УФ-излучением для формирования второго скрытого изображения и травления пленки для создания меток в виде углублений и отверстий. Для этого осуществляют пространственную модуляцию ионного пучка с помощью маски (см. RU 95117976 /1/).
Недостатком этого технического решения является то, что формируемое изображение полностью совпадает с рисунком маски и для изменения создаваемого изображения требуется замена одной маски на другую, а изготовление таких масок требует больших затрат.
Известно устройство для создания изображений в виде ионной проекционной печатающей головки, которое содержит источник ионов в виде коронирующего электрода, маску для пространственной модуляции, которая выполнена в виде диэлектрической пластины, содержащей прямоугольную прорезь, вдоль длинных сторон которой, с нижней ее стороны, размещены электроды, соединенные с источником напряжения (см. US 4875062 /2/). Верхняя сторона маски, обращенная к коронирующему электроду, выполнена металлизированной, при этом этот слой металла выполняет функцию электрода. Под маской размещается средство для фиксации создаваемых изображений. Электроды, расположенные вдоль длинных сторон прорези, служат для ускорения ионного пучка и в зависимости от величины приложенного к ним напряжения обеспечивают формирование элементов изображения с различной насыщенностью (например, от черного до светло-серого).
Недостатком известного устройства является то, что расположенные в общей прорези электроды оказывают влияние друг на друга своим электрическим полем, что может приводить к искажению заданного рисунка. Это устройство из-за большого угла расходимости пучка (около 180 градусов, что характерно для пучков, создаваемых коронирующими электродами) непригодно для создания изображений с микронными и субмикронными размерами. Кроме того, это устройство позволяет создавать изображения (при неподвижном средстве для фиксации изображений) только в одной строке. Для печати последующих строк требуется перемещение средства для фиксации изображений. При этом необходимо обеспечить совмещение элементов рисунка в предыдущей и последующей строке. Это также делает практически невозможным его использование для создания изображений с микронными и субмикронными размерами.
Наиболее близким к заявляемому по своей технической сущности является устройство для создания изображений, использующее поток ионов, формируемый коронным разрядом (см. US 4088891 /3/). Для формирования требуемого рисунка на пути потока ионов устанавливается пространственный модулятор в виде металлической пластины с отверстиями или диэлектрической пластины с отверстиями, внутренние стенки которых металлизированы и подключены к одному из полюсов источника напряжения. При этом пространственный модулятор (в случае выполнения его в виде металлической пластины) или покрытые металлом отверстия служат ускоряющими ионный поток электродами. Под пространственным модулятором размещают средство для регистрации изображений, а под указанным средством - дополнительный электрод. В зависимости от соотношения потенциалов на пространственном электроде и дополнительном электроде регулируется количество ионов, достигающих средства регистрации.
Недостатком известного устройства является то, что источник ионов генерирует неускоренный поток частиц. Ускорение создается только электродами, расположенными в пространственном модуляторе или под ним. В результате сформированный таким образом поток заряженных частиц имеет большую угловую расходимость (около 180 градусов). В режиме пропускания пучок, проходящий через отверстия модулятора, слабо меняет расходимость. При использовании такого устройства для создания макроскопических изображений это обстоятельство не имеет принципиального значения. Иная ситуация возникает при использовании такого устройства для создания изображений с микронными и субмикронными размерами элементов. Из простых геометрических соображений (которые обычно используются для расчета подобных устройств) следует, что при половинном угле расходимости пучка ионов, равном 45 градусам, уширение изображения от отверстия на модуляторе, создаваемого на средстве регистрации, составит 1 мкм при расстоянии его от модулятора, равном 1 мкм. При увеличении этого расстояния уширение изображения будет пропорционально увеличиваться. Это обстоятельство практически исключает использование рассматриваемого устройства для получения изображений с микронными и субмикронными размерами. К существенным недостаткам этого устройства следует отнести использование электродов внутри отверстий модулятора для ускорения ионов пучка, т.к. это неизбежно приводит к значительным потерям тока пучка и снижению производительности из-за попадания ионов на эти электроды даже в режиме пропускания пучка. Этот недостаток обусловлен тем, что из используемого в этом устройстве источника ионы вылетают с низкой энергией. В случае если такое устройство необходимо использовать для создания изображений с микронными и субмикронными размерами элементов, то указанный недостаток может привести к полной потере тока пучка. Дополнительное ограничение на пропускную способность отверстий модулятора накладывает, так называемое, аспектное соотношение - отношение толщины модулятора к диаметру отверстия. Для обеспечения необходимых механических свойств модулятора - прочности, отсутствия прогибов и т.п. пластина должна иметь значительную, по сравнению с диаметром отверстия, толщину (примерно в 50-100 раз больше, чем диаметр отверстия). Таким образом, отверстие в модуляторе будет представлять собой канал, аспектное отношение которого (т.е. отношение длины к диаметру) будет составлять 50-100, а поскольку ускоряющие электроды имеют полярность, обратную знаку заряда ионов, то большая часть ионов (или все ионы) будут попадать на эти электроды, что значительно снизит производительность рассматриваемого устройства. В случае если диаметр отверстий модулятора составляет 1 мкм, то его толщина должна составлять хотя бы 50 мкм для обеспечения механической жесткости. При этом отверстия модулятора будут выступать в роли коллиматоров падающего на модулятор пучка ионов. Из геометрических соображений следует, что выходящие в этом случае из отверстий модулятора пучки будут иметь угол расходимости, меньший 1 градуса. В соответствии с законами геометрической оптики, отношение интенсивностей пучка ионов после коллиматора к интенсивности пучка, падающего на него, обратно пропорционально квадрату отношения углов расходимости пучка, падающего на коллиматор (около 90 градусов, см. выше) и выходящего из него. При использовании рассматриваемого устройства для создания изображений микронного размера и менее это отношение составит около 10000. Это означает, что, либо стартовый пучок рассматриваемого устройства должен иметь очень высокую интенсивность (что неминуемо приведет к перегреву или расплавлению модулятора), либо его производительность будет чрезвычайно низкой. Изложенные соображения свидетельствуют о том, что такое устройство по ряду причин непригодно для создания изображений с микронными и субмикронными размерами.
Заявляемое устройство для создания изображений направлено на снижение минимальных размеров элементов создаваемых изображений до микронных и субмикронных значений; увеличение пропускной способности каждой из апертур пространственного модулятора в режиме пропускания пучка; для обеспечения возможности единовременного и независимого управления пропусканием пучка всеми отверстиями пространственного модулятора; для обеспечения возможности создания многослойных изображений (функциональных структур) без взаимного перемещения пространственного модулятора и средства для фиксации изображений; для создания непрерывных изображений (линий) при помощи пространственного модулятора, содержащего набор дискретных отверстий.
Указанный результат достигается тем, что устройство для создания изображений содержит вакуумируемую камеру, в которой размещен источник пучка ускоренных ионов с углом расходимости менее 20 градусов и расположенные последовательно по ходу этого пучка пространственный модулятор и средство регистрации изображений, при этом пространственный модулятор выполнен в виде пластины с отверстиями, боковые стенки каждого из которых, или, по крайней мере, части из них, снабжены парой размещенных друг против друга электродов, один из которых в каждой паре соединен с источником напряжения через общую шину, а другой - через управляемый коммутатор.
Указанный результат достигается также тем, что электроды выполнены выступающими из отверстий.
Указанный результат достигается также тем, что поверхность пластины, обращенная к источнику ускоренных ионов, покрыта электропроводным материалом для снятия избыточного заряда.
Указанный результат достигается также тем, что средство фиксации изображений выполнено в виде слоя материала, преобразующего свой химический состав под воздействием потока ускоренных ионов.
Указанный результат достигается также тем, что средство фиксации изображений выполнено в виде слоя двух- или многоатомных веществ из химических элементов, образующих соединения с кислородом, водородом, азотом, фтором, углеродом или с их комбинацией.
Указанный результат достигается также тем, что средство фиксации изображений выполнено в виде слоя материала, преобразующего свои свойства и/или цвет под воздействием потока ускоренных ионов.
Указанный результат достигается также тем, что средство фиксации изображений выполнено в виде слоя фоточувствительного материала.
Указанный результат достигается также тем, что под средством фиксации изображений размещен дополнительный ускоряющий электрод.
Указанный результат достигается также тем, что вакуумируемая камера снабжена средствами, необходимыми для осуществления ионно-стимулированного осаждения материалов, ионно-реактивного травления и физического распыления материалов, а также для ионного покрытия материалов.
Указанный результат достигается также тем, что для создания непрерывных изображений (линий) при помощи пространственного модулятора, содержащего набор дискретных отверстий, расстояния между ними в одном из направлений меньше, чем удвоенный размер тени от отверстий на средстве для фиксации изображений, создаваемой ионным пучком.
Использование источника ускоренных ионов позволяет уменьшить угловую расходимость пучка ионов, падающего на пространственный модулятор, и отказаться от установки на пространственном модуляторе ускоряющих электродов, которые оттягивают на себя даже в режиме пропускания большую часть ускоренных ионов, что снижает пропускную способность апертуры. За счет уменьшения расходимости пучка существенно уменьшается теневой эффект, т.е. предотвращается нежелательное увеличение размеров изображения пятна, сформированного пучком ионов, прошедшим через отдельное отверстие, а это в свою очередь позволяет разместить точки (пятна), создающие рисунок, с большей плотностью, т.е. повысить разрешающую способность формируемого изображения. Так, например, стандартные расчеты в рамках геометрической оптики показывают, что использование пучка ускоренных ионов с угловой расходимостью 3 градуса позволяет уменьшить теневой эффект на изображении, создаваемом пучком, который проходит через отверстие модулятора, до примерно 0.2 мкм при расстоянии 20 мкм между модулятором и средством для фиксации изображений. Одновременно с этим использование пучка ионов с такой угловой расходимостью позволяет получить отношение интенсивности пучка ионов на входе в отверстия модулятора к его интенсивности на выходе из них (при аспектном отношении 50 для отверстий модулятора) около 10.
Выполнение пространственного модулятора в виде пластины с отверстиями, боковые стенки каждого из которых, или, по крайней мере, части из них, снабжены парой электродов, один из которых в каждой паре соединен с общей шиной, а другой с управляемым коммутатором, позволяет изменять конфигурацию изображения без замены модулятора, т.к. в этом случае работой каждого отверстия в модуляторе можно управлять одновременно и независимо. При этом размещение электродов на боковых стенках отверстий друг против друга позволяет создавать электрическое поле, вектор напряженности которого перпендикулярен вектору скорости ионов. Поскольку электроды расположены внутри отверстий, то это поле никоим образом не будет влиять на условия прохождения ионами других отверстий. Соответственно, если на электроды не будет подано напряжение, то ионы будут беспрепятственно проходить через отверстия, а их потери будут определяться законами геометрической оптики. Если напряжение на всех электродах отсутствует, то поток ускоренных ионов беспрепятственно проходит сквозь все отверстия и формирует изображение, состоящее из всех элементов. Если на какую-либо пару электродов подается напряжение, величина которого определяется расчетно или экспериментально в зависимости от вида ионов, их массы, энергии и толщины модулятора, то пучок внутри отверстия будет отклонен на один из электродов и из отверстия не выйдет. Таким образом, выбирая те или иные отверстия, которые следует запереть для сквозного прохода ускоренных ионов, можно формировать любые изображения, состоящие из фигур, повторяющих форму отверстий в модуляторе (аналогично тому, как работает жидкокристаллический дисплей в калькуляторах, формирующий изображение цифр из пикселей).
Наиболее целесообразно выполнять электроды выступающими из отверстий. С одной стороны, это упрощает выполнение электрической разводки, а с другой - увеличивает путь ионов в электрическом поле, создаваемом электродами при подаче на них напряжения. Это, в свою очередь, позволяет снизить величину прикладываемого к ним напряжения, необходимого для полного отклонения ускоренных ионов на один из электродов, а значит избежать возникновения пробоя.
В частных случаях поверхность пластины, обращенная к источнику ионов, покрыта электропроводным материалом, не контактирующим с электродами, и заземлена. Это необходимо для того, чтобы снять заряд с поверхности пространственного модулятора, который накапливается в процессе работы источника ионов. При малых импульсных экспозициях и больших энергиях ускоренных ионов влияние этого заряда не очень заметно. Но если экспозиции велики, то накопленный на поверхности модулятора заряд будет отрицательно влиять на работу устройства в целом, вплоть до того, что ионы не смогут пройти сквозь отверстия даже при отсутствии напряжения на электродах, размещенных внутри отверстий.
Для формирования изображений, создаваемых пространственно модулированным пучком заряженных частиц, следует использовать средство для фиксации, которое может быть выбрано любым, из числа известных. Например, это могут быть матричные регистраторы заряженных частиц по типу иконоскопа или суперортикона, или различные вещества, изменяющие необратимо свои свойства под воздействием заряженных частиц.
Можно использовать фоточувствительные материалы, но они требуют последующей обработки, и разрешающая способность большинства из них (за исключением используемых в электронно-лучевой литографии) невелика.
Наиболее перспективным является использование веществ, преобразующих свой химический состав под воздействием потока заряженных частиц. Это позволяет формировать изображения - функциональные элементы с различными свойствами. Например, электропроводящий рисунок в диэлектрической среде, изображение из магнитных элементов в немагнитной матрице, из оптически непрозрачных элементов в оптически прозрачной среде или состоящий из атомов углерода в органических материалах (см., например, RU 2205470; RU 2205469; RU 2183026; RU 2129320).
Размещение дополнительного ускоряющего электрода под средством для фиксации изображения позволяет решить две задачи. Во-первых, использовать пучки ускоренных ионов с энергиями, которые не вызывают физического распыления материалов, из которых изготовлен пространственный модулятор, и тем самым обеспечить стабильность размеров отверстий в нем, а также увеличить сроки его службы. Во-вторых, обеспечить доускорение ионов после прохождения через отверстия модулятора, что позволяет придать им энергию, необходимую для реализации используемых процессов создания изображений (например: селективного удаления атомов, ионно-индуцированного осаждения, ионно-реактивного травления, физического распыления и т.п.).
Снабжение вакуумной камеры средствами для ионно-стимулированного осаждения материалов, ионно-реактивного травления, физического распыления и ионного покрытия позволяет расширить функциональные возможности устройства. Например, получать изображение не только за счет изменения свойств средства для фиксации (подложки), но и за счет осаждения других, отличных по свойствам от материала подложки, веществ или за счет удаления части вещества обрабатываемого слоя. Это позволяет формировать многослойные структуры с объемными рисунками с полным совмещением изображений (функциональных структур) в различных слоях между собой, т.к. формирование всех слоев такой многослойной функциональной структуры будет осуществляться через один и тот же пространственный модулятор (шаблон), находящийся в фиксированном положении на неподвижном средстве для фиксации изображений (подложке).
Размещение отверстий в пространственном модуляторе таким образом, что расстояния между ними в одном направлении делаются меньше, чем удвоенный размер тени от отверстий на средстве для фиксации изображений, создаваемой ионным пучком, позволяет создавать изображения в виде непрерывных линий. Такой прием позволяет использовать суммарную интенсивность ионного пучка, возникающую в промежутках между геометрическими проекциями отверстий модулятора, на средство для фиксации изображений, для создания изображений в указанных промежутках за счет тех же эффектов, и приводящих к преобразованию свойств вещества, которые используются непосредственно под отверстиями модулятора. Это позволяет, в конечном итоге, формировать таким образом изображения непрерывных линий, в том числе микронной и субмикронной ширины.
Сущность заявляемого устройства поясняется примерами его реализации и чертежами. На фиг.1 показана схематично принципиальная схема устройства; на фиг.2 - фрагменты поперечных сечений различных вариантов реализации пространственного модулятора; на фиг.3 - предпочтительный вариант реализации модулятора (вид со стороны источника заряженных частиц).
Устройство содержит вакуумную камеру со всем необходимым для ее функционирования оборудованием (не показаны в силу известности и как не относящиеся к сущности вносимых в конструкцию устройства изменений), внутри которой размещается источник ионов, выбираемый из числа известных. В состав источника 1 может входить система 2 формирования потока ионов 3 и их ускорения. На пути потока 3 устанавливается пространственный модулятор в виде пластины 4 с отверстиями 5 и средство для фиксации изображений 6. При необходимости средство для фиксации изображений может размещаться на дополнительном ускоряющем электроде 7, обеспечивающем дополнительное ускорение ионам для сообщения им энергии, необходимой для создания того или иного типа изображений. Пластина 4 выполняется из любого подходящего материала, удовлетворяющего условиям эксплуатации в вакууме под воздействием ионов. Отверстия 5 могут быть выполнены с поперечным сечением в виде овала, круга, прямоугольника, квадрата, шестиугольника и т.п. Отверстия размещаются как можно ближе друг к другу, исходя из используемого значения электрического напряжения, прикладываемого к электродам 8, которыми боковые стенки отверстий снабжены. Электроды могут быть выполнены заподлицо с пластиной (фиг.2“а”), а могут быть и выступающими (фиг.2“б” и “в”). Поверхность пластины, обращенная к источнику ионов, может быть покрыта электропроводным материалом 9, не контактирующим с электродами для снятия избыточного заряда. Один из каждой пары электродов 8 подсоединен к общей шине, которая соединяется с одним из полюсов источника постоянного напряжения. Второй электрод из каждой пары через управляемый коммутатор соединен с другим из полюсов источника напряжения или управляющим устройством. Источник напряжения, управляющее устройство и управляемый коммутатор выбираются из числа известных. Коммутатор может управляться персональным компьютером, снабженным соответствующим программным обеспечением. В частных случаях реализации вакуумируемая камера устройства снабжается средствами для ионно-стимулированного осаждения материалов, и/или ионно-реактивного травления, и/или физического распыления, и/или ионного покрытия материалов (не показаны), которые могут быть выбраны из числа известных, широко используемых в процессах изготовления микроэлектронных устройств.
Пример 1. Устройство работает следующим образом. В вакуумную камеру, содержащую источник 1 ионов с системой 2 формирования потока, помещают средство 6 для фиксации создаваемого изображения. Камеру вакуумируют до необходимого разряжения (10-5-10-8 Торр) и включают источник 1. Перед включением источника 1 на заранее выбранные пары электродов 8 подается напряжение через коммутатор путем подключения общей шины к одному из полюсов источника напряжения и одного из выбранной пары электродов в каждом из отверстий, которые должны быть закрыты для пучка ионов при создании выбранного изображения - ко второму полюсу. В результате этого поток ускоренных ионов не сможет пройти через те отверстия, на электроды которых было подано напряжение, так как ионы будут отклонены на одну из стенок отверстия, снабженную электродом (при условии, что подобранная величина напряжения обеспечит полное отклонение всех ионов, вошедших в отверстие). Таким образом, на поверхности средства 6 создается рисунок, состоящий из участков, облученных ускоренными ионами. Средство 6 за счет протекающих в нем процессов, обусловленных взаимодействием с ускоренными ионами, фиксирует рисунок.
Предлагаемое устройство обеспечивает создание рисунков, состоящих из произвольного количества участков (пикселей). Количество пикселей в создаваемых изображениях зависит от размеров и плотности отверстий в модуляторе, а также от размеров модулятора и размеров пучка ионов.
Пример 2. Устройство состоит из узлов, как показано в примере 1. В устройстве используется источник протонов с полным углом расходимости пучка 10° и диаметром пучка 1 см. Ток пучка - 2 мА. Энергия пучка протонов, падающего на пространственный модулятор, составляет 300 эВ, что ниже порога распыления материала маски. Маска (пространственный модулятор) изготовлена из кремниевой пластины, сошлифованной до толщины 30 мкм. В маске изготовлено по 10 отверстий в два ряда размером 1.5×6 мкм и расстоянием между любыми сторонами ближайших прямоугольников 2 мкм. После чего маска термически окислена с образованием слоя оксида кремния толщиной 100 нм. Затем на внешнюю поверхность маски, обращенную к пучку электронов, нанесен слой алюминия толщиной 50 нм для снятия заряда. На длинных сторонах отверстий созданы выступающие над поверхностью маски со стороны, противоположной пучку, управляющие металлические электроды толщиной 50 нм. К одному из этих электродов в каждом отверстии через коммутатор подведена общая для них металлическая шина, а другие электроды выведены на независимые контактные площадки маски. Маска размещена в вакуумном устройстве, а к контактным площадкам подведены провода, соединяющие их через коммутатор с источником питания с напряжением 6 В. Подложка из стекла толщиной 0.5 мм со слоем оксида кобальта толщиной 50 нм (средство для фиксации изображения) помещается в вакуумируемую камеру и размещается на дополнительном ускоряющем электроде таким образом, что расстояние между верхней поверхностью образца и нижней поверхностью пространственного модулятора составляет 20 мкм. На дополнительный ускоряющей электрод подается напряжение 1200 В. Таким образом, суммарная энергия протонов, падающих на образец, составляет 1500 эВ. После включения пучка под воздействием протонов происходит селективное удаление атомов кислорода из оксида кобальта на участках, расположенных напротив отверстий модулятора, которые не подключены к коммутатору, в результате чего за 10 мин в этих местах образуется металлический кобальт. Напротив отверстий модулятора, оба электрода которых подключены через коммутатор к источнику питания с напряжением 6 В, каких-либо изменений в средстве для фиксации изображения (оксиде кобальта) не происходит, т.к. протонный пучок через отверстия не проходит, попадая полностью на отрицательно заряженные электроды в соответствующих отверстиях модулятора.
Таким образом, на поверхности диэлектрической пленки создается металлический рисунок, состоящий из группы металлических прямоугольников размером 2×6.5 мкм, которые, кроме того, являются магнитными однодоменными битами (из кобальта), размещенными в немагнитной матрице (из оксида кобальта).
Пример 3. Устройство состоит из узлов, как показано в примере 1. Дополнительно к вакуумному устройству подключен через натекатель баллон с криптоном, который напускается в источник ионов для формирования пучка ионов криптона. Энергия ионов в пучке составляет 200 эВ. Ток пучка 1.5 мА, диаметр - 1 см. В качестве пространственного модулятора используется тот же модулятор, что и в примере 2. В качестве средства фиксации изображения используется пленка алюминия толщиной 100 нм (или пленка оксида вольфрама толщиной 100 нм), напыленные на стеклянную подложку толщиной 0.5 мм. Расстояние между верхней поверхностью средства для фиксации (образцом) и нижней поверхностью пространственного модулятора составляет 10 мкм. В результате дополнительного ускорения энергия ионов криптона, падающих на образец, составляет 1.4 кэВ. В результате на участках, подвергавшихся облучению, происходит образование изображения за счет физического распыления алюминия (оксида вольфрама) на глубину 50 нм (для алюминия) и 30 нм (для оксида вольфрама).
В результате образуется рельефный рисунок, состоящий из прямоугольных углублений.
Пример 4. Устройство состоит из узлов, как показано в примере 1. Источник формирует протонный пучок. Энергия протонов в пучке составляет 300 эВ. Ток пучка 2 мА, диаметр – 1 см. Дополнительно через натекатель к вакуумной камере подключен баллон с гексафторидом серы (SF6), который напускается в зону между пространственным модулятором и образцом. В качестве пространственного модулятора используется тот же модулятор, что и в примере 2. В качестве средства фиксации изображения (образца) используется пленка оксида кремния толщиной 400 нм, полученная на кремниевой пластине толщиной 0.4 мм за счет термического окисления. Расстояние между верхней поверхностью средства для фиксации (образцом) и нижней поверхностью пространственного модулятора составляет 50 мкм. В результате дополнительного ускорения энергия протонов, падающих на образец, составляет 1,2 кэВ. Натекание гексафторида серы приводит к тому, что остаточное давление в вакуумной камере повышается с 10-8 до 10-5 Торр. В результате напротив открытых для пучка отверстий модулятора под воздействием протонов происходит разложение молекул гексафторида серы и вследствие этого - ионно-реактивное травление оксида кремния на глубину 200 нм.
Таким образом, на поверхности пленки образуется рельефный рисунок, состоящий из прямоугольных углублений, расположенных напротив открытых для пучка отверстий модулятора. Этот рисунок возможно наблюдать в оптический микроскоп.
Пример 5. Устройство состоит из узлов, как показано в примере 1. В качестве источника ионов используются протоны. Энергия протонов в пучке составляет 100 эВ. Ток пучка - 1 мА, диаметр – 1 см. Дополнительно через натекатель подключен баллон с гексафторидом вольфрама, который напускается в зону между пространственным модулятором и образцом. В качестве пространственного модулятора используется тот же модулятор, что и в примере 2. В качестве средства фиксации изображения (образца) используется кремниевая пластина толщиной 0.4 мм. Расстояние между верхней поверхностью средства для фиксации (образцом) и нижней поверхностью пространственного модулятора составляет 40 мкм. В результате дополнительного ускорения энергия протонов, падающих на образец, составляет 1,5 кэВ. Натекание гексафторида вольфрама приводит к тому, что остаточное давление в вакуумной камере повышается с 10-8 до 10-5 Торр. В результате на участках, подвергавшихся облучению, происходит разложение гексафторида вольфрама и ионно-индуцированное осаждение вольфрама толщиной 200 нм.
Таким образом, на поверхности пленки образуется рельефный рисунок, состоящий из прямоугольных металлических выступов, расположенных напротив открытых для пучка отверстий модулятора.
Пример 6. Устройство состоит из узлов, как показано в примере 1, однако источник ионов и модулятор не используются. Дополнительно к вакуумной системе подключается распылительное устройство. В распылительном устройстве размещается мишень из оксида кремния, которая распыляется под действием пучка ионов криптона, размещенного в распылительном устройстве. Распыляемые молекулы оксида кремния пролетают над накаленной вольфрамовой нитью, которая эмитирует электроны и заряжает молекулы оксида кремния отрицательно. Эти отрицательно заряженные молекулы впрыскиваются в пространство между образцом и модулятором. На образец (медную пластину толщиной 0.3 мм) через дополнительный ускоряющий электрод подается положительный потенциал 100 В, что приводит к ионному покрытию поверхности образца оксидом кремния толщиной 50 нм.
Пример 7. Устройство состоит из узлов, как показано в примере 1. В устройстве используется источник протонов с полным углом расходимости пучка 10° и диаметром пучка 1 см. Ток пучка - 2 мА. Энергия пучка протонов, падающего на пространственный модулятор, составляет 300 эВ. Маска изготовлена как в примере 2, но расстояние между короткими сторонами ближайших прямоугольных отверстий в модуляторе составляет 0,4 мкм, т.е. меньше, чем удвоенный размер тени от отверстий на средстве для фиксации изображений, создаваемой ионным пучком. Средство для фиксации изображения, которое представляет собой подложку из стекла толщиной 0,5 мм со слоем оксида молибдена толщиной 50 нм, помещается в вакуумируемую камеру и размещается на дополнительном ускоряющем электроде таким образом, что расстояние между верхней поверхностью образца и нижней поверхностью пространственного модулятора составляет 20 мкм. На дополнительный ускоряющей электрод подается напряжение 1200 В. Таким образом, суммарная энергия протонов, падающих на образец, составляет 1500 эВ. После включения пучка под воздействием протонов происходит селективное удаление атомов кислорода из оксида кобальта на участках, расположенных не только напротив отверстий модулятора, но и в промежутках между короткими сторонами соседних открытых отверстий модулятора. В результате создаются не дискретные изображения, а изображения, состоящие из сплошных линий (проводов) металлического молибдена.
Таким образом, на поверхности диэлектрической пленки создается непрерывный металлический рисунок, состоящий из линий шириной 2 мкм.
Пример 8. Устройство состоит из узлов, как показано в примере 1. Ток пучка протонов - 2 мА. Энергия пучка протонов, падающего на пространственный модулятор, составляет 200 эВ. Пространственный модулятор используется как в примере 7. Средство для фиксации изображения, состоящее из кремниевой подложки со слоем термического оксида кремния толщиной 300 нм, помещается в вакуумируемую камеру. Далее, как в примере 4, за счет напуска гексафторида серы и ионно-реактивного травления с помощью протонного пучка, формируется рельефный рисунок глубиной 200 нм. Этот рисунок создается под четными отверстиями в каждом из двух рядов модулятора. Затем, как в примере 5, за счет введения гексафторида вольфрама и его разложения пучком протонов, проходящими через те же открытые отверстия модулятора, происходит ионно-индуцированное осаждение вольфрама толщиной 200 нм в созданные ранее ионно-реактивным травлением углубления в оксиде кремния. После этого, как в примере 6, за счет ионного покрытия наносится сплошной слой оксида кремния толщиной 200 нм. Затем, как в примере 4, за счет ионно-реактивного травления участков над созданными ранее проводами (вертикальными) из вольфрама, производится ионно-реактивное травление с образованием сквозных отверстий в слое оксида кремния до достижения металлического вольфрама. Затем, как в примере 6, методом ионного покрытия наносится сплошной слой оксида молибдена толщиной 50 нм. Затем в модуляторе открываются все отверстия и, как в примере 7, за счет селективного удаления атомов создаются 2 параллельные непрерывные линии (горизонтальные провода) из металлического молибдена, которые точно совмещены и контактируют с созданными в нижнем слое вертикальными вольфрамовыми проводами.
В результате создана трехслойная функциональная структура с полным совмещением элементов в различных слоях при неподвижных модуляторе и средстве для фиксации изображения (образце).
1. Устройство для создания изображений, содержащее вакуумируемую камеру, в которой размещен источник пучка ускоренных ионов с углом расходимости менее 20° и расположенные последовательно по ходу этого пучка пространственный модулятор и средство фиксации изображений, при этом пространственный модулятор выполнен в виде пластины с отверстиями, боковые стенки каждого из которых или по крайней мере части из них снабжены парой размещенных друг против друга электродов, один из которых в каждой паре соединен с источником напряжения через общую шину, а другой - через управляемый коммутатор.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что электроды выполнены выступающими из отверстий.
3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что поверхность пластины, обращенная к источнику ускоренных ионов, покрыта электропроводным материалом для снятия избыточного заряда.
4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что средство фиксации изображений выполнено в виде слоя материала, преобразующего свой химический состав под воздействием потока ускоренных ионов.
5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что средство фиксации изображений выполнено в виде слоя двух- или многоатомных веществ из химических элементов, образующих соединения с кислородом, водородом, азотом, фтором, углеродом или с их комбинацией.
6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что средство фиксации изображений выполнено в виде слоя материала, преобразующего свои свойства и/или цвет под воздействием потока ускоренных ионов.
7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что средство фиксации изображений выполнено в виде слоя термочувствительного материала.
8. Устройство по п. 6, отличающееся тем, что средство фиксации изображений выполнено в виде слоя фоточувствительного материала.
9. Устройство по п.1, отличающееся тем, что под средством фиксации изображений размещен дополнительный ускоряющий электрод.
10. Устройство по п.1, отличающееся тем, что вакуумируемая камера снабжена средствами для осуществления ионно-стимулированного осаждения материалов, ионно-реактивного травления и физического распыления материалов, а также для ионного покрытия материалов.
11. Устройство по п.1, отличающееся тем, что отверстия в пространственном модуляторе выполнены с расстоянием между ними в одном из направлений меньше чем удвоенный размер тени от отверстий на средстве для фиксации изображений, создаваемой ионным пучком.
