CN1150482C

CN1150482C - 聚焦离子束微研磨工艺及其制品

Info

Publication number: CN1150482C
Application number: CNB961901578A
Authority: CN
Inventors: 3C; 布鲁斯·C·拉马丁; A; 罗杰·A·斯塔兹
Original assignee: University of California
Current assignee: University of California
Priority date: 1995-02-01
Filing date: 1996-02-01
Publication date: 2004-05-19
Anticipated expiration: 2016-02-01
Also published as: WO1996024107A1; BR9605801A; EP0755547A1; AU708885B2; CA2186893A1; AU4967796A; EP0755547B1; JPH09511691A; DE69635701D1; ATE315255T1; EP0755547A4; MX9604457A; CN1148436A; US5721687A

Abstract

本发明公开了一种可以在没有化学辅助的环境下取得高值高宽比的超高真空聚焦离子束微研磨设备及其工艺。一个超高真空腔(10)包括多个通口，用于观察目标衬底，对目标衬底进行镀膜，插入或者操作目标衬底，以及对目标衬底进行各种分析。通口(12)可以是一个具有用于摄影通口的通口(14)。此外，本发明公开了一种采用微研磨工艺制作的耐久的数据存储介质，该耐久的数据存储介质可以存储诸如数字字符或字母字符以及图形形体或图形字符。

Description

聚焦离子束微研磨工艺及其制品

本发明所属技术领域

本发明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。本发明是和能源部所签合同的实施结果，合同号为W-7405-ENG-36。

与本发明相关的背景技术

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.Technol.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IBM J.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。

本发明的目的

本发明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。

本发明的另一个目的是提供一种由本发明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。

本发明的技术方案

为取得上述和其它目的，本发明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。本发明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。

本发明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。

根据本发明的一个方面，提供一种在目标衬底中制作微结构的工艺，所述的微结构的高宽比值不小于10，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，从而在所述目标衬底中形成高宽比值不小于10的研磨微结构。

根据本发明的另一个方面，提供一种高宽比值不小于10微结构耐久数据存储介质，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为10～50。

根据本发明的另一个方面，提供一种用于在目标衬底中制作高宽比值不小于10的微结构的微研磨系统，其特征在于包括：一个超高真空系统，该超高真空系统包括一个腔体和一个泵装置；一个位于腔体内的目标衬底定位设备；以及一个由计算机软件控制的计算机控制聚焦离子束，该离子束对准腔体内部，该软件采用了用于在所述目标衬底中制成一个具有高值高宽比的研磨微结构的预定计算机数据文件。

附图的简要说明

图1示出了采用根据本发明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Raw I(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示出了由本发明的工艺可以形成的带通滤波器。

本发明的最佳实施例

本发明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。

本发明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。

本发明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，而且在本发明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发明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，本发明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，无需在本发明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。

可以用于本发明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，只要任何附加的充电可以由一个电子枪和其它适当的设备在研磨期间得到补偿。

根据本发明的微研磨处理的一个实施例，已经制作了传输衍射光栅，然后将其用作红外带通滤波器。所用的光栅材料是脉动的矾土气体，一个约为2.5微米厚的导体膜。通过该膜完全研磨的衍射元素以一个有规律的阵列放置，以至于通过该阵列的衍射强度可以由常规的Raileigh光学计算模型化，这种类型的最后光栅以及在图6中所示的尺寸产生了所期待的11～12微米的主通带(红外)。采用这一工艺提供了一种与常规LIGA(同步x射线平版印刷术和电铸成型)不同的工艺，该常规工艺由MicropartsGesellschaft fur Microstructurtechnik，Karlsruhe，Germany所公开，其中衍射元素小于Microparts在或大约是在1993年5月所提到的。由于光束的光点尺寸可以是非常小(即50毫微米或更小)，理想情况下，使用超高真空聚焦离子微研磨可以被合理地扩展到生成传输衍射光栅，其允许紫外线或可见光以可接受的高传输率通过。

根据本发明的另一个实施例，可以将微研磨处理用于金属和半导体材料上的数据存储。数据存储具有高密度性和耐久性。所谓“高密度”是指在大约1/16英寸的小型驻留介质以及大约长为1英寸并包括一平方微米的研磨字符上保留大约一个京比特(gigabyte)的ASCII信息，如果假设每个拉丁字母是8位(bit)或者一个字节(byte)通过比较。一个相等的二进制表达可以允许4个京比特的信息写入相同的空间。

根据本发明的数据存储介质提供了一种用于数据存储的耐久介质，这种介质通常能够保存于电磁脉冲中，无线频率干扰中，磁场中，并能置于常规液体(包括但不限于水、酒精、丙酮)和温度差环境和火之中。该数据存储介质与磁性/磁光介质相比具有更高的可靠性，从而不必替换备份数据，进而根据实际的衬底而言，其存储数据的费用大大降低了。也就是说，一个钢性驻留针可以作为数据研磨的实际存储材料。这种数据存储介质的其它优点在于字符蚀刻研磨是一种环境温和干燥的工艺，不应该有超时的介质脆化，而且该介质可以根据要求通过对该介质进行抛光和研磨处理而再生或再利用。

根据本发明研磨处理的数据存储应用的另一实施例，可以通过对一系列的单个表面凹陷而将一个适当的衬底形成一个已格式化的介质，这些凹陷代表了一种二进制字符，也就是说，1或者0。在加速处理数据存储系统的过程中预先研磨过的衬底可以用一种涂层材料进行重新填充，这种材料的特性在于比衬底材料本身更易于快速地去除，但却更耐用，并对涂层材料的不当退化有更强的抵御力。该涂层材料然后只在需要改变二进制字符表示的地方去除。在另一种方式中，对一系列的单独撞击进行预先分类整理，这些撞击代表了一种二进制字符，即可以在衬底上形成的1或0。这种预先分类整理可以用这样一些材料，例如聚乙烯醇、聚苯乙烯、以及自旋(spin-on)玻璃，其厚度可达大约75微米。然后，预分类材料的必要撞击可以在需要改变二进制字符表示的情况下被去除。

通常与数据的长期存储有关的问题涉及到用于阅读数据的方法，因为在数据写入后，该数据每年将被阅读成百上千次。本发明用于数据存储的微研磨工艺的好处在于它允许在同一介质中存储的数据具有不同的格式以及密度。例如用于存储数据的协议可以以一种数据密度写入，该数据密度(尺寸)会是借助于简单工具可人为地读取的，甚至由肉眼观察或稍微放大即可读取。然后该协议可用于读取以更高密度(小尺寸)和不同格式写入的其它数据。如此可以有效地生成一种“Rosetta Stone”，它允许从存储器中释放信息以及检索方法，并且提供用于将存储的数据在今后读出的必要的关键字。与原有的“Rosetta Stone”相对比，本发明的数据存储介质采用了不同的信息尺寸而非只是一种信息尺寸，而且本发明的数据存储介质不用重复实际数据，而只需提供用于读取其它数据的关键字。

根据本发明的数据存储系统，可以允许在一个单一的存储介质中存储多种信息，如字母和图形字符或灰度字符可以被研磨成为一个单独的衬底，并且然后可对两种信息进行检索。在另一方式中，可以将不同尺寸的字符研磨成为一个单独的衬底，在不同的尺寸中可以包括目标在于有效存储大量数据的小尺寸，以及目标在于由无需其它帮助的人眼可观察的大尺寸。在这一方式中，可以在一个衬底上存储大量的数据，从而对于肉眼观察而言，可以很清楚地在稍后，甚至在将来更晚的时候，在数据存储系统看到以前存在衬底上的信息。进而，有关如何阅读小尺寸字符的大尺寸指令可以直接包括在该衬底之中，小尺寸字形然后可以包括在大尺寸指令附近的衬底的其它区域，或甚至可以包括在大尺寸字符的研磨区域之中。

根据本发明的另一实施例，微研磨处理可用于制作天线。由于一个基本的单极天线是一个可作为带通滤波器的共振结构，所以如果有关的频率是在该天线的通带范围之内的话，则可以在天线输出端产生一个信号。一个无线电波通常由一个导数置换场检测器(derivative displacement fielddetector)所检测，该检测器即为天线。通常，通过使用天线阵列以改变信噪比，从而改善天线系统的性能。借助于本发明的微研磨处理，可以制造很小的天线和天线阵列，这些小天线及其天线阵列可以提高接收的频率范围。其中的一个应用在于使用与电容充电耦合设备(capacitively-charged-coupled device)相连的小天线以便由射频信号作为光源产生一个“图形”。

在用于数据存储的微研磨工艺中，采用了三个独立的过程来生成数字、字母、三维图像数据。所有过程最终都生成一个称之为研磨流(millstream)文件的文件，该文件可以由商用的数模转换器阅读和快速处理。该文件具有以下形式：

s

nf

t[1]x[1]y[1]

.

t[np]x[np]y[np]，

这里，s＝三维模式命名符；nf＝帧重复的数量；np＝数据行的总数；t[i]x[i]y[i]＝毫微秒级的光束驻留时间；x[i]＝数模转换单元(0-4095)中的水平位置；而且，y[i]＝数模转换单元(0-4095)中的垂直位置。众所周知，入口s、nf、和np是研磨流的首标。应该注意的是所采用的数字和字母数据模式实际上只限制于三维图像研磨的情况。独立的软件可用于简单的线条和方框，这类软件包括由FEI Co.提供的Ionmill Version 2.5。

用于控制离子研磨的数据数字处理如下：首先将数字数据进行数学推导或者由Mathcad 4.0(Mathcad 4.0是一个使用所开发的下列软件在Mathcad中运行的商用字符和图形软件包)读入，例如，采用0和1交替转换的阵列以生成相应的光束驻留时间的数字阵列：

0 1 0 1 0 1 0 1

1 1 1 1 1 1 1 1

0 1 0 1 0 1 0 1

1 1 1 1 1 1 1 1F＝

0 1 0 1 0 1 0 1

1 1 1 1 1 1 1 1

0 1 0 1 0 1 0 1

1 1 1 1 1 1 1 1

可以为其后在离子研磨中的使用生成测试模式。例如，上述数字阵列可用下述软件生成。

建立计算索引：n＝4 m n i＝0..n j＝0..m q(n·1)·(m·1) k＝0..q-1创建数字阵列(其它公式可以被替代)：D_i，j＝如果(1)ⁱ＞0·(-1)^j＞0，0，1创建延时映象：逻辑“与”操作：T_i，j 如果D_i，j 1，100，-1 E_i，j 1 F_i，j D_i，j·E_i，j创建X和Y阵列：

X_{i, j} = floor \frac{4095 \cdot i}{n}

WRITE(X)X_i，j Mx_k READ(X)

Y_{ij} = floor \frac{4095 \cdot J}{n}

WRITE(Y)Y_i，j My_k READ(Y) Mxy augment(Mx，My)

在DAC单元中创建dwell(x，y)的研磨文件：WRITE(T) T_i，j Mt_k READ(T) Mtxy augment(Mt，Mxy) rows(Mtxy)＝25PRNCOLWIDTH 0 PRNPRECISION-4 WRITEPRN(NGRATE2) Mtxy

这一实例的变型可以通过改变参数n，m，D，T，和E的值而得到。这些中间文件(如NGRATE2.prn)是左调整而且只有一个单个的空间分隔t，x，y值。这就是由FEI Co.生产的商用离子束软件包所要求的文件结构。其后的文件处理需要消除减号，左登录移位以及适当的附加首标。这证明了用BASIC写转换程序以便从中间xxx.prn文件中产生最终的研磨文件xxx.str有多方便。以下示出了优选的文件转换程序的实例。

    100 CLS：SCREEN 9：COLOR 14，9

     PRINT

     PRINT“This program reads a MATHCAD XXX.PRN file and a XXXH.PRN”

     PRINT“header file and produces an FEI Millstream file XXX.STR”

     PRINT

     PRINT“Date of the form：”
     PRINT

     PRINT“-aaa bbbb cccc become”

     PRINT“aaa bbbb cccc behind a millstream header”

     PRINT

     PRINT
“_____________________________________________________________________”

     PRINT“CAUTION！！！！Existing XXX.STR files will be overwritten.”

     PRINT“----------------------------------------------------------”
“

     PRINT

     INPUT“Continue？(y/n)”，GO$

     IF GO$＝“n”OR GO$＝“N”THEN GOTO 1000

     PRINT“Enter a MATHCAD filename from drive C”

     INPUT“(Existing file only；no.PRN extension)”；
FILEN$

     PRINT

     DRIVE$＝“C：\WINMCAD\”

     FILENM$＝DRIVE$+FILEN$+“.PRN”：PRINT FILENM$：
				
				<dp n="d10"/>
PRINT

     REM THE HEADER CONVENTION IS E.G.，GEAR5H.PRN

     FOR A FOR A DATA REM FILE OF GEAR5.PRN

     FILENMHDR$＝DRIVE$+FILEN$+“H”+“.PRN”：PRINT
FILENMHDR$

     FILENMSTR$＝DRIVE$+FILEN$+“.STR”：PRINT
FILENMSTR$

     OPEN FILENMHDR$FOR INPUT AS#1

     OPEN FILENMSTR$FOR OUTPUT AS#3

     CLS：PRINT

     PRINT“Please note that a file of 16384 lines takes about 3 seconds to translate”

     PRINT“on a 486-50 machine.Allow proportionate time for other file sizes.The max-”

     PRINT“imum translation time for a millstream file of 262 K lines is therefore about”

     PRINT“48 seconds+buffer time，or about 78 seconds total time.”

     PRINT

     INPUT“Continue？(y/n)”，GO$

     IF GO$＝“n”OR GO$＝“N”THEN GOTO 1000

     ON TIMER(1)GOSUB 2000

     TIMER ON

     T＝TIMER

     STRID$＝“s”

     PRINT#3，STRID$

     DO UNTIL EOF(1)

          LINE INPUT#1，HDRS$

          HDR$＝RIGHT$(HDRS$，LEN(HDRS$)-1)

          PRINT#3，HDR$

     LOOP

     CLOSE#1

     OPEN FILENM$ FOR INPUT AS#2

     DO UNTIL EOF(2)

          LINE INPUT#2，LINE$

          LIN$＝RIGHT$(LINE$，LEN(LINE$)-1)

          PRINT#3，LIN$

      LOOP

     TIMER OFF

     DONE$＝FILEMSTR$+“Complete”

     PRINT
				
				<dp n="d11"/>
         LOCATE 9，30

         PRINT DONE$

         CLOSE#2

         CLOSE#3

          PRINT

         INPUT“Do a file check？”，G$

         IF G$＝“n”OR G$＝“N”THEN GOTO 900

         OPEN FILENMSTR$FOR INNPUT AS#3

         INDEX＝0

         ON TIMER(1)GOSUB 2000

         TIMER ON

          T＝TIMER

         DO UNTIL EOF(3)

               LINE INPUT#3，MILLSTR$

               INDEX＝INDEX+1

               INDX＝INDEX-3

        LOOP

        TIMER OFF

              LOCATE 11，11

              PRINT“#of t，x，y values＝”；INDX，MILLSTR$

             CLOSE#3
       PRINT

       INPUT“Do another？(y/n)”，G$
900 IF G$＝“n”OR G$＝“N”THEN GOTO 1000

       GOTO 100
1000 END
2000 REM ELAPSED TIME SUBROUTINE

       TNEW＝TIMER

       TELAPSED＝INT(TNEW-T)

       LOCATE 7，45

       PRINT“Time(sec)＝”；TELAPSED

       RETURN

也可以这样实现，任何文本编辑程序包可用于进行文件转换。方便的程序包包括用于微软的Word for Windows，Version 2.0的“查找和替换”功能。通常，“查找”操作可以确定(即“-”)而“全部替换”操作可用于转换到“ ”。然后左登录位移即可自动完成。然后处理过的文件可以用xxx.txt存储起来，最后，研磨首标被加到xxx.txt文件上并用xxx.str(一个与FEI Co.提供的Ionmill Software Version 2.5)存储起来。

字母数字，例如肉眼可读的字符，暴露掩膜，名片标记，或任何其它可以放在台式扫描仪上产生灰度级图像或任何视频帧抓取器输出都是在这一范畴之内。通常，工艺流程是：(1)对一个目标(如书的一页)进行扫描，并且电子地生成相关的图像区域；(2)增强所选区域的对比度；(3)转换成黑白图像；(4)将转换成的图像用PostScript格式文件保存起来；(5)从PostScript文件中去除页眉和页脚，并且为一个有序的Mathcad文件保存起来；(6)将驻留时间分配给深色区(即黑色打印文本)；(7)将文件矢量化(即从不必要的白色区域中去除数据)；以及(8)用上述如数字数据所描述的方法产生如图3所示的最终研磨流文件。

操作(1)～(4)可以在一个称之为Colorlab Version 4.0的商用扫描仪软件包中，基于于Epson ES-300-C台式扫描仪，在IBM-PC兼容机上用菜单驱动的方式予以实现。可以用微软的Word for Windows 2.0中的删除功能实现操作(5)。用在Mathcad机器中运行的，为之所开发的其它软件实现操作(5)～(6)，如下述实施例所示。

此软件用于读取一个在Colorlab系统中对印刷标识(logo)进行扫描而生成的并用黑白Postscript文件渲染过了的文件，然后在Microsoft WinWord中，Postscript的文件头和文件尾将被除去。灰值文本0-F(十六进制)将用0-9(十进制)替换掉(我们选用了最简单的例子0-1(十进制))，并且其它的字符将用一个空格替换，这样使得单数字可以被识别(在WinWord中，这样占一个较大的页面)。在这个过程中精度并没有损失，但是WinWord中列的数目加倍了(这个例子是在72Ipi下进行的)。所存储的文件是lanlblk.prn，它是一个239行、78/2＝239列的Mathcad文件。对LosAlamos标识(logo)的渲染过程如下：

Q READPRN(lanlblk) rows(Q)＝239 N rows(Q) cols(Q)＝39 M＝cols(Q)i 0..N 1 j＝0..M 1 k_j＝N 1 i

ifQ_i，j 1，1，100

PRNCOLWIDTH 0 PRNPRECISION＝4 WRITEPRN(QRS2)＝QR_i，j Mt READPRNN(QRS2)

X_i，j

floor \frac{4095}{N - 1} \cdot i

WRITEPRN(XS2)＝X_i，j Mx＝READPRN(XS2)

Y_i，j

floor \frac{1023}{M - 1} \cdot j

1534 WRITEPRN(YS2)＝Y_i，j My＝READPRN(YS2)

Mxy augment(Mx，My) Mtxy＝augment(Mt，Mxy)WRITEPRN(LA)＝Mtxy

MRtxy READPRN(LA) entries rows(MRtxy) entries＝9321

注意：QR的镜像需要在离子研磨文件中创建正确的注册。

然后，可以用del为数字数据所描述的方法实现操作(7)。

替换之，可跳过操作(3)～(5)，并可将灰度级图像用TIFF格式(xxx.GIF，有几种风味)，Windows Bitmap格式(xxx.bmp)，Windows Painbrush格式(xxx.pcx)，TARGA格式(xxx.tga)或一个灰度级PostScript格式文件(xxx.eps)保存起来。然后用Mocha Version 1.1软件包中的菜单命令从阵列格式中抽取象素强度，并且作为ASCII字符文件(xxx.dat)界定的逗号或空格存储起来，然后通过另一个软件例行程序实现操作(6)，该软件例行程序运行在Mathcad之中并示出如下：

这个程序可以从Mocha V1.1的工作图中抽取象素强度数据，并为随后对离子研磨文件xxx.str的转换产生一个离子研磨前光标文件xxx.prn。N＝x元素的#；M＝y元素的#；P＝象素的#＝rows(Mt)。初始读文件是lanllog.dat。为其它文件读取将作适当的更改。其它更改是：WRITEPRN(lanlmoc)。我们同时也列出了一个可以将研磨文件精减到基本象素大小的一个矢量例行程序。

N 35 M 279 P N·M i 0..N 1 j 0..M 1 k 0..P 1 a 100b 1

Q_i，j READ(decin3)

Mt_k READ(decin3) Mt_k ifMt_k＜130，a，1 rows(Mt)＝9765 cols(Mt)＝1

X_i，j floor 2047

i - \frac{N - 1}{2} \cdot b

Y_i，j floor 2047

j - \frac{M - 1}{2} \cdot b

WRITE(xmoc) X_i，j Mx_k READ(xmoc) WRITE(ymoc) Y_i，j My_k READ(ymoc)

Mtx＝augment(Mt，Mx) Mtxy augment(Mtx，My)Mtxy csort(Mtxy，0)

t Mtxy^<0> w_k ift_k＝1，1，0 s s＝1457 1＝0..s-1

WRITE(sig0)＝t z₁ READ(sig0)

ξ Mtxy^<1> WRITE(sig1)＝ξ x₁ READ(sig1)

Ψ Mtxy^<2> WRITE(sig2)＝Ψ y₁ READ(sig2)

Ntx augment(z，x)Ntxy augment(Ntx，y)Ntxy csort(Ntxy，1)

PRNCOLWIDTH：0 PRNPRECISION：4 WRITEPRN(decin3)Ntxy

WRITE(Mttmp)＝Mt_kR_i，j READ(Mttmp) rows(R)＝35 cols(R)＝279 p cols(R)q_j·j p·1

-READ(Mttmp)

用于构成Ionmill前光标(precursor)文件的PostScript文件的结构要求一个xxx.eps首标，它包括一个“j”×“i”的字符说明。然后在一个文本编辑器中的字符之间加入空格以致于将相应的文件尺寸增加一倍；也就是说，78×70变为156×70，但其分辨率却没有下降。这些文件最多可以达到Ionmill所限制的容量，而且可以被处理。但是，扫描的文本图像必需在三角的意义上，也就是说沿逆时针方向，悬转90°；否则，需要一个非常慢的矩阵转换功能以产生用于Ionmill文件的正确的定向。

三维图像数据实际上是用在衬底材料中的一个离子研磨的三维结构来存储的，在这一范围内的所有结构都可以下面的公式数学地以相关变量函数表达：

z＝t(x，y)

进一步的限制在于当给定一组x，y值之后，只允许有一个t值。实际上这排除了所有的不在离子束观测线中的研磨位置。然而，其后从不同定向的结构研磨去除了z的单个值限定。

单独的定向三维研磨通常通过以下方式完成：计算一个阵列z[i，j]，绘制其图形以供检测，以及生成一个与前述用于数字和字母数据的格式完全相同的前光标文件。其后的创建研磨流文件的工艺和前面描述的一样。已经有用于每个三维形状以便研磨的单独的软件程序。由于对每个形状的公式是唯一的，所以阵列索引、数据格式化、以及文件写入和转换的手段与这一范畴内的所有形状是完全相同的。下面展示的示例示出了一个用于生成一个三维特性(例如一个螺丝的螺纹)的软件。

建立索引：

N 255 M 255 i 0..N j 0..M Q(N 1)·(M 1) k 0..Q 1

创建X，Y阵列：

X_i，j floor i

2047 - \frac{N \cdot 1}{2}

WRITE(X)X_i，j Mx_k READ(X)

Y_i，j floor j

2047 - \frac{N \cdot 1}{2}

WRITE(Y)Y_i，j My_k READ(Y) Mxy augment(Mx，My)

创建延时映象：

x_i

\frac{4095 \cdot i}{N} 2047

y_i

\frac{4095 \cdot j}{M} 2047

r_i，j

floor = \sqrt{{x_{i}}^{2} - {y_{j}}^{2}}

t_i，j floor angle x_i，y_j 6.279·16 a min(t)a＝101 T_i，j＝ifr_i，j＜x_N，t_i，j 1，a-1

创建dwell(x，y)的研磨文件：

WRITE(T)-T_i，j Mt_k READ(T) Mtxy augment(Mt，Mxy) rows(Mtxy)＝65536

PRNCOLWIDTH＝0 PRNPRECISION＝4 WRITEPRN(Screw1)＝Mtxy

图4示出了按照上述方式生成的三维结构曲线，图5示出了实际的研磨结构的Atomic Force Microscope图像。

使用上述的技术可以将该方法扩展用于研磨根据灰度级和彩色象素值的三维图形，这些象素值是从视频生成的TIFF，Bitmap，TARGA，或其它图形文件中抽取出来的。从形状中得到的数据可以从扫描探测技术(例如Atomic Force Microscope和扫描通道显微技术)中获得的深度信息中复原。虽然本发明是按照下列实例进行描述的，但是本技术领域内的普通技术人员根据本发明的原理可以对本发明的实施例进行修改和变型。

实施例1

一共有52个字母字符被键入，它们包括字母的下标和上标字符。这些键入的字母然后被扫描到一个数据文件中，并转换成由一个FEI Ionmill设备可辨认的研磨流文件，而且该设备蚀刻或微研磨这些字符成为高碳钢定位针(dowel pin)。这些字符的尺寸为10微米并且在定位针上占用520平方微米的总面积。另外4个字符写在相同的高碳钢定位针上，每个字符占用一平方微米的面积。为了检索研磨的数据，实际研磨空间放大500倍的扫描视频打印被馈送到商用字符识别软件。测试结果示出即使在没有受过训练的情况下，字符识别程序仍然可以识别大量的研磨的字符，研磨字符的高宽比至少为15，它是由Atomic Force Microscopy的测量精度所决定的。

虽然本发明是按照上述实施例进行描述的，但是本技术领域内的普通技术人员根据本发明的原理可以对本发明的实施例进行修改和变型。因此，本发明的内容受所述权利要求书的限定和保护。

Claims

1.一种在目标衬底中制作微结构的工艺，所述的微结构的高宽比值不小于10，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，从而在所述目标衬底中形成高宽比值不小于10的研磨微结构。

2.根据权利要求1所述的工艺，其中所述工艺不需要化学辅助。

3.根据权利要求1所述的工艺，其中所述的微结构是一个带通滤波器。

4.根据权利要求1所述的工艺，其中所述的微结构是一个数据存储介质。

5.一种高宽比值不小于10的微结构耐久数据存储介质，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为10～50。

6.根据权利要求5所述的微结构耐久数据存储介质，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。

7.根据权利要求5所述的微结构耐久数据存储介质，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。

8.根据权利要求5所述的微结构耐久数据存储介质，其中所述的每个研磨字符占用1平方微米的面积。

9.根据权利要求5所述的微结构耐久数据存储介质，其中所述的研磨字符是数字字符，它们每个占用150毫微米的最小直径空间。

10.根据权利要求6所述的微结构耐久数据存储介质，其中所述的研磨字符都有一个单独的凹陷。

11.根据权利要求10所述的微结构耐久数据存储介质，其中所述的研磨字符由一种涂层材料填充以至足以形成一个平滑的表面，该表面不包括可区别的研磨字符。

12.根据权利要求10所述的微结构耐久数据存储介质，其中所述的研磨字符的至少一部分由涂层材料填充以至在所述衬底上形成平滑的表面，从而所述的研磨字符至少一部分是不可区别的字符。

13.根据权利要求12所述的微结构耐久数据存储介质，其中所述涂层材料被去除以至于所述的填充字符成为可区别的字符。

14.根据权利要求5所述的微结构耐久数据存储介质，其中所述的研磨的字符表示作为可变深度的项数和高宽比而存储起来的数据，所述数据会恢复成为图像，所述图像包括半色调图像、灰度级图像和彩色图像。

15.一种用于在目标衬底中制作高宽比值不小于10的微结构的微研磨系统，其特征在于包括：

一个超高真空系统，该超高真空系统包括一个腔体和一个泵装置；

一个位于腔体内的目标衬底定位设备；以及

一个由计算机软件控制的计算机控制聚焦离子束，该离子束对准腔体内部，该软件采用了用于在所述目标衬底中制成一个具有高值高宽比的研磨微结构的预定计算机数据文件。