Die
Erfindung betrifft Anwendungen nach den Ansprüchen 1 und 6 und ein Verfahren
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 7.The
The invention relates to applications according to claims 1 and 6 and a method
according to the preamble of claim 7.
Eine
ständig
fortschreitende Miniaturisierung elektronischer Bauelemente ist
u.a. durch die Entwicklung nanotechnischer Werkzeuge möglich geworden.
Ein Beispiel für
diese Miniaturisierung stellt der superschnelle Quantencomputer
dar, der binäre Daten
in sogenannten Qubits abspeichert. Dabei handelt es sich um quantenmechanische
Systeme wie z.B. einzelne Kernspins mit den Spinorienterungen "up" und "down", die nach den Regeln
der Quantenmechanik manipuliert werden können. Die Funktionen von Logik-
und Speicherbausteinen für
diesen Zweck werden von einzelnen Dotieratomen bestimmt, die z.B.
in einer gitter- bzw. schachbrettartigen Verteilung und mit Abständen von
z.B. 10 nm bis 20 nm, maximal 100 nm, in der Oberfläche eines
z.B. aus Silizium bestehenden Substrats angeordnet sind.A
constantly
progressive miniaturization of electronic components
et al made possible by the development of nanotechnical tools.
An example for
This miniaturization represents the super fast quantum computer
which is binary data
stored in so-called qubits. These are quantum mechanical
Systems such as e.g. single nuclear spins with the spin orientations "up" and "down", which follow the rules
of quantum mechanics can be manipulated. The functions of logic
and memory modules for
this purpose is determined by individual dopant atoms, e.g.
in a grid or checkerboard distribution and at intervals of
e.g. 10 nm to 20 nm, maximum 100 nm, in the surface of a
e.g. consisting of silicon substrate are arranged.
Zur
lagegenauen Implantation derartiger Teilchen in die Substratoberfläche ist
vor allem eine exakte Positionierung der Teilchen erforderlich.
Außerdem
ist meistens auch ein Nachweis dafür erwünscht, daß die Implantation eines Teilchens
stattgefunden hat. Sobald ein Teilchen implantiert ist, muß der Vorgang
unterbrochen und der Teilchenfluss auf die nächste Position gerichtet werden,
um die Implantation von mehreren Teilchen an derselben Stelle zu
vermeiden. Zur Durchführung
einer solchen Implantation sind Vorrichtungen und Verfahren der
eingangs bezeichneten Gattungen bekannt [z.B. T. Schenkel et al
in "Single ion implantation
for solid state quantum computer development", J. Vac. Sci. Technol. B 20 (6), Nov/Dec
2002, S. 2819 bis 2823], mittels derer ein energiearmer Strahl von
Ionen (z.B. 31Pq+-Ionen)
durch eine Blendenöffnung
hindurch auf eine Substratoberfläche
gerichtet wird. Als Beweis für
die Implantation eines einzelnen Ions wird der bei dessen Aufprall
auf die Substratoberfläche
erzeugte Sekundärelektronenstrom
angesehen. Sobald ein elektrisches, durch die Sekundärelektronenemission verursachtes
Signal erscheint, wird die nächste
Position angesteuert.For precise positioning of such particles in the substrate surface, especially an exact positioning of the particles is required. In addition, it is usually desirable to prove that the implantation of a particle has taken place. Once a particle is implanted, the process must be stopped and the fluence directed to the next position to avoid implantation of multiple particles at the same site. For carrying out such an implantation, devices and methods of the generic types described at the beginning are known [eg T. Schenkel et al., "Single ion implantation for solid state quantum computer development", J. Vac. Sci. Technol. B 20 (6), Nov / Dec 2002, p. 2819 to 2823], by means of which a low-energy beam of ions (eg, 31 P q + ions) is directed through a diaphragm opening onto a substrate surface. As proof of the implantation of a single ion, the secondary electron current generated upon its impact on the substrate surface is considered. As soon as an electrical signal caused by the secondary electron emission appears, the next position is triggered.
Die
bekannte Vorrichtung enthält
als Blende eine dünne
Membran mit einem im wesentlichen zylindrischen Loch, das einen
Durchmesser von z.B. 5 nm bis 30 nm aufweist. Die Membran wird oberhalb der
Substratoberfläche
angeordnet und auf ihrer Unterseite nach Art eines Multipliers (channel
plate detector) ausgebildet. Die Bewegungen des Substrats erfolgen
mit einem Koordinatentisch, der mit Hilfe von Piezoantrieben in
den drei Richtungen x, y und z eines kartesischen Koordinatensystems
bewegt werden kann. Weitere Einzelheiten lassen sich dem genannten
Dokument J. Vac. Sci. Technol. B. 20 (6) entnehmen, das hiermit
durch Referenz zum Gegenstand der vorliegenden Offenbarung gemacht
wird.The
contains known device
as a diaphragm a thin one
Membrane having a substantially cylindrical hole forming a
Diameter of e.g. 5 nm to 30 nm. The membrane is above the
substrate surface
arranged and on its underside in the manner of a multiplier (channel
plate detector) is formed. The movements of the substrate take place
with a coordinate table, which with the help of piezo drives in
the three directions x, y and z of a Cartesian coordinate system
can be moved. Further details can be said
Document J. Vac. Sci. Technol. B. 20 (6), the hereby
made by reference to the subject of the present disclosure
becomes.
Die
beschriebene Vorrichtung ist für
kommerzielle Implantationen der beschriebenen Art nicht optimal
geeignet. Ein Hauptgrund dafür
besteht darin, daß die
im wesentlichen planparallele Membran bzw. Blende während des
Implantationsvorgangs nicht nahe genug an die Substratoberfläche herangebracht
werden kann. Da nämlich
die Substratoberfläche
vor der Implantation vorzugsweise gitterartig mit aufgedruckten oder
sonstwie aufgebrchten, z.B. 50 nm hohen Linien, Punkten od. dgl.
versehen wird, die als in z-Richtung erstreckte Strukturen eine
permanente Lageerkennung ermöglichen
und zwischen denen sich Rasterfelder zur Positionierung der Teilchen definieren,
wird dadurch gleichzeitig ein nicht unterschreitbarer Mindestabstand
der Membran zur Substratoberfläche
festgelegt. Außerdem
ermöglicht
ein üblicher
Koordinatentisch nicht die Erkennung derartiger Strukturen, so daß hierfür entweder
zusätzliche Mittel
vorgesehen werden oder auf die Vorteile derartiger Positionierungshilfen
verzichtet werden muß. Schließlich würde auch
ein an der Membran montierter, eine vergleichsweise große räumliche
Ausdehnung aufweisender Detektor eine beliebige Annäherung der
Membran an die Substratoberfläche
behindern.The
described device is for
commercial implantations of the type described are not optimal
suitable. A main reason for that
is that the
essentially plane-parallel membrane or diaphragm during the
Implantation process not brought close enough to the substrate surface
can be. Because namely
the substrate surface
before implantation preferably grid-like with imprinted or
otherwise spent, e.g. 50 nm high lines, points od. Like.
is provided as a z-directional structures a
enable permanent position detection
and between which are defined grids for positioning the particles,
This is at the same time a non-undershot minimum distance
the membrane to the substrate surface
established. Furthermore
allows
a common one
Coordinate table does not recognize such structures, so either
additional funds
or the benefits of such positioning aids
must be waived. Finally, too
a mounted on the membrane, a comparatively large spatial
Expansion detector having any approximation of
Membrane to the substrate surface
hinder.
Entsprechende
Schwierigkeiten ergeben sich, wenn es darum geht, einzelne Teilchen
lagegenau auf einer Substratoberfläche abzuscheiden bzw. zu deponieren.Appropriate
Difficulties arise when it comes to individual particles
Precisely on a substrate surface to deposit or deposit.
Dieselben
Schwierigkeiten ergeben sich bei Anwendung einer ebenfalls bereits
bekannten Vorrichtung (WO 03/019635 A1), bei der die Blende anstatt
in einer Membran im mittleren Teil eines als Bestandteil eines AFM-Kraftmikroskops
ausgebildeten Cantileverarms angeordnet ist. Auch bei dieser Vorrichtung
kann die Blende nicht nahe genug an die Substratoberfläche herangebracht
werden, so daß die
Teilchenstrahlen vergleichsweise großen Streuungen unterliegen
und die von den Teilchen eingenommenen Bereiche auf der Substratoberfläche wesentlich
größere Durchmesser
haben, als erwünscht ist
bzw. gefordert wird. Außerdem
führen
geringfügige
Drehungen oder Verwindungen des Cantilevers zu unbestimmten Positionierungen
der zu implantierenden Teilchen.the same
Difficulties arise when using a likewise already
known device (WO 03/019635 A1), in which the diaphragm instead
in a membrane in the middle part of one as part of an AFM force microscope
trained Cantileverarms is arranged. Also with this device
The shutter can not be brought close enough to the substrate surface
so that the
Particle beams are subject to relatively large variations
and the areas occupied by the particles on the substrate surface substantially
larger diameter
have as desired
or is required. Furthermore
to lead
minor
Twists or twists of the cantilever to indefinite positions
the particles to be implanted.
Bei
Vorrichtungen zur Mikroskopie nach der sog. SNOM-Technik sind Cantilever
bzw. Biegebalken mit Öffnungen
aufweisenden Abtastspitzen bekannt (Grabiec et al in "SNOM/AFM microprobe
integrated with piezoresistive cantilever beam for multifunctional
surface analysis",
Microelectronic Engineering 61–62,
2002, S. 981–986).
Hierdurch können mit
optischen Mitteln feinere Strukturen aufgelöst werden, als dies mit den üblichen
mechanischen AFM-Verfahren möglich
ist.In devices for microscopy according to the so-called. SNOM technique cantilever or bending beam with openings having scanning probes are known (Grabiec et al in "SNOM / AFM microprobe integrated with piezoresistive cantilever beam for multifunctional surface analysis", Microelectronic Engi Nering. 61-62, 2002, pp. 981-986). As a result, finer structures can be resolved by optical means than is possible with the conventional mechanical AFM method.
Das
technische Problem der vorliegenden Erfindung besteht darin, das
Verfahren der eingangs bezeichneten Gattung dadurch zu verbessern,
daß die
Blende bzw. deren Loch näher
an der Substratoberfläche
angeordnet und dennoch the Positionierung genau und unter Anwendung
von in z-Richtung erstreckten Strukturen vorgenommen werden kann, sowie
Vorrichtungen aufzufinden, die für
diesen Zweck besonders gut geeignet sind.The
technical problem of the present invention is that
To improve the method of the type described in the introduction,
that the
Aperture or its hole closer
at the substrate surface
arranged and yet the positioning accurate and under application
can be made in z-direction extended structures, as well as
Find devices suitable for
This purpose is particularly well suited.
Zur
Lösung
dieser Aufgabe dienen die Merkmale der Ansprüche 1, 6 und 7.to
solution
This object is achieved by the features of claims 1, 6 and 7.
Die
Erfindung bringt den Vorteil mit sich, daß der Biegebalken (cantilever)
unter Anwendung herkömmlicher
Mittel mit einer sehr fein auslaufenden Spitze versehen werden kann.
Diese Spitze kann daher zwischen etwaigen in z-Richtung erstreckten Strukturen
sehr nahe an die Substratoberfläche
herangebracht werden, selbst wenn sie auf ihrer äußeren Oberfläche zusätzlich mit
einem Detektor versehen ist, wodurch auch die Abscheidung oder Implantation
von besonders langsamen Ionen mit weniger als z.B. 5 KeV problemlos
möglich
wird. Das gilt insbesondere dann, wenn der Detektor nach einem bevorzugten
Ausführungsbeispiel
als eine mit einem pn-Übergang
versehene Diode aus gebildet wird, deren räumliche Ausdehnung vergleichsweise
klein gehalten kann. Schließlich
ermöglicht
es die Erfindung, die Vorrichtung mit einem nach dem AFM-Verfahren (Atomic
Force Microscopy) arbeitenden Rasterkraftmikroskop zu kombinieren.
Dadurch wird eine sowohl für
AFM-Zwecke als auch für
Abscheidungs- oder Implantationszwecke geeignete Vorrichtung erhalten. Diese
Vorrichtung ermöglicht
es, in einem ersten Arbeitsschritt eine ggf. mit in z-Richtung verlaufenden Strukturen
versehene Substratoberfläche
mit der Cantileverspitze abzutasten und die dabei erhaltenen Positionsdaten
zu speichern. In einem nachfolgenden Arbeitsschritt können die
gespeicherten Positionsdaten dann dazu verwendet werden, mit Hilfe desselben
Cantilevers diejenigen Felder genau anzufahren, an denen ein Teilchen
implantiert werden soll. Alternativ wäre es aber auch möglich, den
Cantilever während
des Abtastvorgangs an irgendeiner vorgewählten Position anzuhalten,
um bereits während
des ersten Arbeitsschritts eine Abscheidung oder Implantation vorzunehmen.The
Invention has the advantage that the bending beam (cantilever)
using conventional
Medium can be provided with a very fine leaking tip.
This peak can therefore be between any z-directional structures
very close to the substrate surface
even if they are on their outer surface in addition to
a detector, whereby the deposition or implantation
of particularly slow ions with less than e.g. 5 KeV easily
possible
becomes. This is especially true when the detector according to a preferred
embodiment
as one with a pn junction
provided diode is formed whose spatial extent comparatively
kept small. After all
allows
it the invention, the device with a AFM method (Atomic
Force Microscopy) working atomic force microscope.
This will be one for both
AFM purposes as well for
For deposition or implantation purposes. These
Device allows
it, in a first step, a possibly running in the z-direction structures
provided substrate surface
to scan with the cantilever tip and the position data obtained thereby
save. In a subsequent step, the
stored position data can then be used with the help of the same
Cantilevers accurately approach those fields where a particle
should be implanted. Alternatively, it would also be possible, the
Cantilever during
to stop the scanning at any preselected position,
already during
the first step to perform a deposition or implantation.
Weitere
vorteilhafte Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.Further
advantageous features of the invention will become apparent from the dependent claims.
Die
Erfindung wird nachfolgend in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen
an einem Ausführungsbeispiel
näher erläutert. Es
zeigen:The
The invention will be described below in conjunction with the accompanying drawings
on an embodiment
explained in more detail. It
demonstrate:
1 schematisch
einen Längsschnitt
durch eine Vorrichtung zur Implantation einzelner Teilchen; 1 schematically a longitudinal section through an apparatus for implantation of individual particles;
2 eine
vergrößerte Unteransicht
der Vorrichtung nach 1 im Bereich einer Spitze; 2 an enlarged bottom view of the device according to 1 in the area of a peak;
3 die
Kombination der Vorrichtung nach 1 und 2 mit
einem Kraftmikroskop; 3 the combination of the device after 1 and 2 with a force microscope;
4 schematisch
eine Schaltungsanordnung für
die Vorrichtung nach 3; und 4 schematically a circuit arrangement for the device according to 3 ; and
5 schematisch
eine mit der Schaltungsanordnung nach 4 erhaltene
Meßkurve. 5 schematically with the circuit arrangement according to 4 obtained trace.
Nach 1 und 2 enthält eine
Vorrichtung zur lagegenauen Implantation einzelner Teilchen in eine
Oberfläche 1a eines
z.B. aus Silizium bestehenden Substrats 1 nach dem derzeit
für am besten
gehaltenen Ausführungsbeispiel
der Erfindung ein Bauelement, das als einseitig einzuspannender,
ebenfalls aus Silizium hergestellter Biegebalken 2 bzw.
Cantilever ausgebildet ist. Die Biegebalken 2 enthält einen
hinteren Endabschnitt 2a, der fest an einem Grundkörper 3 befestigt
bzw. in diesem eingespannt ist oder mit diesem aus einem Stück besteht,
und einen freien, vorderen Abschnitt 2b, der unter Verbiegung
des Biegebalkens 2 in Richtung eines Doppelpfeils v (1) auf-
und abbewegt werden bzw. schwingen kann. Die Richtung des Pfeils v entspricht dabei z.B. der
z-Achse eines gedachten Koordinatensystems, während die dazu senkrechten Richtungen
x- bzw y-Achsen entsprechen. Die dem Biegebalken 2 zugewandte
und mit Teilchen zu implantierende Oberfläche 1a des Substrats 1 ist
im wesentlichen parallel zu einer von den x- und y-Achsen aufgespannten
Ebene angeordnet.To 1 and 2 contains a device for accurate implantation of individual particles in a surface 1a a silicon substrate, for example 1 according to what is currently considered to be the best embodiment of the invention, a component which, as a cantilevered, also made of silicon bending beam 2 or cantilever is formed. The bending beam 2 contains a rear end section 2a that stuck to a body 3 is fixed or clamped in this or consists of this with one piece, and a free, front section 2 B , under bending of the bending beam 2 in the direction of a double arrow v ( 1 ) can be moved up and down or swing. The direction of the arrow v corresponds, for example, to the z-axis of an imaginary coordinate system, while the directions perpendicular thereto correspond to x or y axes. The bending beam 2 facing and to be implanted with particles surface 1a of the substrate 1 is arranged substantially parallel to a plane spanned by the x and y axes.
Der
Endabschnitt 2b ist an seiner Unterseite 2c mit
einer vorstehenden, parallel zum Pfeil v nach unten
ragenden, kegel- oder pyramidenförmig
ausgebildeten Spitze 4 versehen, deren freies Ende der Oberfläche 1a des
Substrats 1 zugewandt ist.The end section 2 B is at its bottom 2c with a protruding, parallel to the arrow v downwardly projecting, cone-shaped or pyramid-shaped tip 4 provided, whose free end of the surface 1a of the substrate 1 is facing.
Die
Spitze 4 bildet einerseits eine Blende, andererseits einen
Detektor. Zu diesem Zweck weist die Spitze 4 ein durchgehendes
Loch 5 auf. Mit besonderem Vorteil ist die Spitze 4 als
ein kegel- oder pyramidenförmiger
und damit trichterförmiger
Hohlkörper
ausgebildet, dessen dem Substrat 1 zugewandtes Ende das
Loch 5 aufweist, das an dieser Stelle. seinen kleinsten
Querschnitt von z.B. 5 nm bis 20 nm aufweist. Von dort an erweitert
sich das Loch 5 konisch in Richtung des Endabschnitts 2b,
um dann in einen im wesentlichen zylindrischen, den Endabschnitt 2b durchsetzenden
Durchgang 6 zu münden.
Die Herstellung des Lochs 5 kann auf bekannte Weise mit
Hilfe eines fokussierten Ionenstrahls (FIB) erfolgen [z.B. P.Grabiec
et al in "SNOM/AFM
microprobe integrated with piezoresistive cantilever beam for multifunctionel
surface analysis",
Microelectronic Engineering 61–62 Auf
ihrer Innenseite ist der die Spitze 4 bildende Hohlkörper mit
einer Metallauflage 7 versehen, die sich bis zu der vom
Substrat 1 abgewandten Oberseite 2d des Endabschnitts 2b erstreckt
und diese ebenfalls zumindest teilweise abdeckt.The summit 4 forms on the one hand a diaphragm, on the other hand, a detector. For this purpose, the top points 4 a through hole 5 on. With particular advantage is the top 4 formed as a conical or pyramid-shaped and thus funnel-shaped hollow body, of which the substrate 1 the end facing the hole 5 that's at this point. has its smallest cross section of eg 5 nm to 20 nm. From there, the hole widens 5 tapered towards the end section 2 B , around then into a substantially cylindrical, the end portion 2 B passing passage 6 to flow into. The making of the hole 5 can be carried out in a known manner with the aid of a focused ion beam (FIB) [eg P.Grabiec et al in "SNOM / AFM microprobe integrated with piezoresistive cantilever beam for multifunctional surface analysis", Microelectronic Engineering 61-62 4 forming hollow body with a metal support 7 provided, extending to the substrate 1 opposite top 2d of the end section 2 B extends and this also covers at least partially.
Der
Biegebalken 2 ist einschließlich seiner Spitze 4 beispielsweise
aus einem mit Phosphor n-dotierten Halbleitermaterial hergestellt.
In der unmittelbaren Umgebung des Lochs 5 ist die Außenseite
der Spitze 4 dagegen mit einer z.B. mit Bor p-dotierten
Zone 8 versehen, so daß,
wie insbesondere 2 zeigt, ein das hoch 5 mit
geringem Abstand umgebender pn-Übergang 9 entsteht.
Dabei ist die p-dotierte Zone 8 mit einer gegen die n-dotierte Schicht
isolierten Elektrode 10 und der im übrigen n-leitende Biegebalken 2 mit
einer weiteren Elektrode 11 versehen, die beide mit dem
positiven bzw. negativen Pol einer Spannungsquelle verbunden werden
können.
Der pn-Übergang 9 stellt
in einer weiter unten erläuterten
Weise einen Detektor für
Sekundärelektronen
dar.The bending beam 2 is including its top 4 for example, made of a n-doped with phosphorus semiconductor material. In the immediate vicinity of the hole 5 is the outside of the top 4 in contrast, with a boron p-doped zone, for example 8th provided, so that, in particular 2 shows that one up 5 Surrounding pn junction at close range 9 arises. Here is the p-doped zone 8th with an electrode isolated from the n-doped layer 10 and the otherwise n-conducting bending beam 2 with another electrode 11 provided, both of which can be connected to the positive and negative pole of a voltage source. The pn junction 9 represents in a manner explained below, a detector for secondary electrons.
Gemäß 1 ist
in der Nähe
des fest liegenden Endabschnitts 2a ein piezoresistiver
Sensor 12 in den Biegebalken 2 eingelassen. Mit
einem solchen Sensor 12 läßt sich u.a. die lokal auf
den Biegebalken 2 wirkende mechanische Spannung berechnen,
da sich der Widerstand des Sensors nach der Formel ΔR/R = δlΠl + δtΠt ändert. Darin
bedeuten R den Widerstand des Sensors 12, ΔR die Widerstandsänderung, δl und δt die laterale
bzw. transversale Spannungskomponente und Πl und Πt die
transversalen bzw. lateralen, piezoresistiven Koeffizienten (vgl.
z.B. Reichl et al in "Halbleitersensoren", expert-Verlag 1989,
S. 225). Vorzugsweise ist der Sensor 12 an einem Ort des
Biegebalkens 2 angeordnet, wo sich die höchsten mechanischen
Spannungen ergeben, um ein hohes Signal/Rausch-Verhältnis zu
erhalten.According to 1 is near the fixed end section 2a a piezoresistive sensor 12 in the bending beam 2 admitted. With such a sensor 12 can be, inter alia, locally on the bending beam 2 calculate acting stress because the resistance of the sensor is calculated according to the formula ΔR / R = δ l Π l + δ t Π t changes. Where R is the resistance of the sensor 12 , ΔR the resistance change, δ l and δ t the lateral or transverse stress component and Π l and Π t the transverse and lateral, piezoresistive coefficients (see eg Reichl et al in "Semiconductor Sensors", expert-Verlag 1989, p 225 ). Preferably, the sensor 12 in a place of the bending beam 2 arranged where the highest mechanical stresses arise to obtain a high signal-to-noise ratio.
Oberhalb
der beschriebenen Vorrichtung, insbesondere oberhalb des Endabschnitts 2b des Biegebalkens 2 ist
eine nicht näher
dargestellte Teilchenquelle 14 angeordnet, von der ausgewählte Teilchen 15,
vorzugsweise geladene Ionen und mit besonderem Vorteil hochgeladene
Ionen mit mehr als 2+ erzeugt und mit an sich bekannten Mitteln
[z.B. a.a.o. J. Vac. Sci. Technol. B 20 (6)] in Richtung der Oberseite
des Endabschnitts 2b beschleunigt werden. Die Richtung
des Teilchensstrahls ist dabei so gewählt, daß Teilchen, die auf einer zum
Loch 5 koaxialen Bewegungsbahn transportiert werden, das Loch 5 ungehindert
passieren können,
während
die meisten anderen Teilchen auf die Metallauflage 7 aufprallen
und von dieser absorbiert werden. Die Spitze 4 bildet somit
eine Blende, die nur ausgewählte
Teilchen passieren läßt. Die
Metallauflage 7 wirkt dabei als Stopschicht, die einen
Aufprall der Teilchen auf den z.B. aus Silizium bestehenden Biegebalken 2,
einen Durchtritt durch diesen und damit insbesondere ungewünschte Beschädigungen
u.a. des pn-Übergangs 9 verhindert.Above the described device, in particular above the end portion 2 B of the bending beam 2 is a particle source, not shown 14 arranged from the selected particles 15 , preferably charged ions and with particular advantage highly charged ions with more than 2+ produced and with per se known means [zBaao J. Vac. Sci. Technol. B 20 (6)] toward the top of the end portion 2 B be accelerated. The direction of the particle beam is chosen so that particles on one to the hole 5 coaxial trajectory are transported, the hole 5 can pass freely, while most other particles on the metal surface 7 bounce and be absorbed by it. The summit 4 thus forms a diaphragm that allows only selected particles to pass. The metal pad 7 acts as a stop layer, the impact of the particles on the existing example of silicon bending beam 2 , a passage through this and thus in particular unwanted damage, inter alia, the pn junction 9 prevented.
Zwischen
der Teilchenquelle 14 und der Metallauflage 7 wird
vorzugsweise noch eine Vorblende 16 aus Metall angeordnet,
die mit einer zum Loch 5 koaxialen Öffnung 17 versehen
ist. Diese Vorblende 16 kann für den Fall, daß die Teilchen
Ionen sind, durch negative oder positive Aufladung dazu verwendet
werden, den Ionenstrahl abzulenken und dadurch von einem Durchtritt
durch das Loch 5 abzuhalten, wobei gleichzeitig ein ungewünschter
Aufprall der Ionen auf andere Teile der Vorrichtung verhindert werden.Between the particle source 14 and the metal pad 7 is preferably still a Vorblende 16 arranged in metal, with a hole to the hole 5 coaxial opening 17 is provided. This Vorblende 16 For example, if the particles are ions, they can be used by negative or positive charging to deflect the ion beam and thereby from passing through the hole 5 to prevent, while preventing unwanted impact of the ions on other parts of the device.
Die
Wirkungsweise der beschriebenen Vorrichtung ist im wesentlichen
wie folgt:
Soll die Oberfläche 1a des
Bauelements 1 mit Teilchen 15 implantiert werden,
wird bei eingeschalteter Teilchenquelle 14 das freie Ende
der Spitze 4 bzw. deren Loch 5 dicht über der
Oberfläche 1a angeordnet,
wobei ein Abstand von vorzugsweise ca. 20 nm bis 50 nm eingehalten
wird. Der Teilchenstrom wird dazu beispielsweise so eingestellt,
daß ca.
1012 Teilchen pro Sekunde und pro cm2 in Richtung der Oberfläche 1a bewegt werden
und pro Sekunde nur sehr wenige Teilchen das Loch 5 passieren können. Gleichzeitig
wird an den pn-Übergang 9 eine
Meßspannung
gelegt und der durchgehende Strom kontrolliert.The operation of the device described is essentially as follows:
Should the surface 1a of the component 1 with particles 15 implanted when the particle source is turned on 14 the free end of the top 4 or their hole 5 just above the surface 1a arranged, wherein a distance of preferably about 20 nm to 50 nm is maintained. The particle flow is for example adjusted so that about 10 12 particles per second and per cm 2 in the direction of the surface 1a be moved and only a few particles per second the hole 5 can happen. At the same time, it is sent to the pn junction 9 put a measuring voltage and the continuous current controlled.
Trifft
ein Teilchen 15 auf die Oberfläche 1a auf, dann hat
dies eine Sekundärelektronenemission von
der Oberfläche 1a in
Richtung der Spitze 4 zur Folge. Gelangen diese Sekundärelektronen
auf das n-Material nahe des pn-Übergangs 9,
dann ändert sich
der Widerstand der Diode entsprechend mit der Folge, daß ein – wenn auch
kleiner – Stromimpuls
erzeugt wird. Dieses elektrisches Signal läßt erkennen, daß ein Teilchen
auf die Oberfläche 1a aufgetroffen ist,
und wird gleichzeitig als Beweis dafür gewertet, daß das betreffende
Teilchen 15 in die Oberfläche 1a implantiert
wurde. Das Signal ist natürlich
um so größer, je
größer die
Zahl der Sekundärelektronen
ist, wobei diese Zahl ihrerseits um so größer ist, je höher geladen
die Teilchen bzw. Ionen sind (vorzugsweise > 10+). Abgesehen davon kann der Abstand
des Lochs 5 von der Oberfläche 1a durch Verschiebung des
Substrats 1 in z-Richtung verändert und damit die Detektierbarkeit
des Signals optimiert werden. Auf diese Weise kann mit einer Wahrscheinlichkeit von über 80%
nachgewiesen werden, daß ein
Teilchen implantiert wurde.Meets a particle 15 on the surface 1a on, then this has a secondary electron emission from the surface 1a towards the top 4 result. Get these secondary electrons on the n-material near the pn junction 9 , then the resistance of the diode changes accordingly, with the result that a - albeit small - current pulse is generated. This electrical signal indicates that a particle is on the surface 1a and is at the same time regarded as proof that the particle in question 15 in the surface 1a was implanted. The larger the number of secondary electrons, the larger the signal is, of course, the higher the number of particles or ions charged (preferably> 10+). Apart from that, the distance of the hole 5 from the surface 1a by displacement of the substrate 1 changed in the z-direction and thus the detectability of the signal can be optimized. In this way it can be demonstrated with a probability of over 80% that a particle has been implanted.
Nach
dem Erscheinen eines auf Sekundärelektronen
zurückzuführenden
Signals wird durch Anlegen einer Ablenkspannung an die Vorblende 16 oder
durch Abschalten der Teilchenquelle 14 verhindert, daß weitere
Teilchen zu derselben Stelle der Substratoberfläche 1a gelangen. Das
Substrat 1 wird dann in x- und/oder y-Richtung bewegt,
bis die nächste
Position für
eine gewünschte
Implantation erreicht ist.After the appearance of a signal due to secondary electrons, a deflection voltage is applied to the pre-diaphragm 16 or by shutting off the particle source 14 prevents further particles from reaching the same location on the substrate surface 1a reach. The substrate 1 is then moved in the x and / or y direction until the next position for a desired implantation is reached.
Nach
einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird die
anhand der 1 und 2 beschriebene
Vorrichtung in ein nach dem AFM-Verfahren arbeitendes, zur Abtastung
der Oberfläche
von mikrotechnischen Bauelementen bestimmtes Kraftmikroskop integriert.
Grundsätzlich sind
für diese
Zwecke zahlreiche Kraftmikroskope bekannt (z.B. Technische Universität Berlin "Methoden der angewandten
Physik – Versuch:
AFM Atomic Force Microscopy" von
Prof. Dr. Dieter Bimberg, www.physik.TU-Berlin.DE/institute/IFFP).
Für besonders
gut geeignet wird jedoch die nachfolgend anhand der 3 und 4 beschriebene
Vorrichtung gehalten, wobei zur Vereinfachung der Darstellung die
Teilchenquelle 14 und andere Teile weggelassen wurden.According to a particularly preferred embodiment of the invention is based on the 1 and 2 described apparatus integrated into an operating AFM method, intended for scanning the surface of microtechnical components force microscope. In principle, numerous force microscopes are known for this purpose (eg Technical University of Berlin "Methods of Applied Physics - Experiment: AFM Atomic Force Microscopy" by Prof. Dr. Dieter Bimberg, www.physik.TU-Berlin.DE/institute/IFFP). For particularly well suited, however, the following is based on the 3 and 4 described device, wherein for ease of illustration, the particle source 14 and other parts have been omitted.
Gemäß 3 ist
der vordere Endabschnitt 2b des Biegebalkens 2 zusätzlich mit
einem Heizdraht-Aktuator 20 versehen. Dieser besteht z.B.
aus einem Widerstandsheizelement bzw. einem gestreckten oder wendelförmig verlegten
Heizdraht od. dgl., der beim Durchleiten eines elektrischen Stroms eine
lokale Erwärmung
des Biegebalkens 2 im Bereich des Endabschnitts 2b bewirkt.
Zuleitungen zum Aktuator 20 sind in 3 mit den
Bezugszeichen 21a, 21b angedeutet.According to 3 is the front end section 2 B of the bending beam 2 additionally with a heating wire actuator 20 Mistake. This consists for example of a resistance heating element or a stretched or helically laid heating wire od. The like., When passing an electric current, a local heating of the bending beam 2 in the area of the end section 2 B causes. Supply lines to the actuator 20 are in 3 with the reference numerals 21a . 21b indicated.
An
der Unterseite des Biegbalkens 1 ist, wie ebenfalls in 3 angedeutet
ist, ein Streifen 22 aus einem Material angebracht, der
einen im Vergleich zum Grundmaterial des Biegebalkens 2 stark
unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten
besitzt, wie dies z.B. für
Aluminium gilt. Der Streifen 22 besteht daher z.B. aus
einem 1 μm
bis 3 μm
dicken Aluminiumfilm.At the bottom of the bending beam 1 is, as well as in 3 implied, a strip 22 made of a material that is one compared to the base material of the bending beam 2 has very different thermal expansion coefficients, as is the case for aluminum. The stripe 22 Therefore, for example, consists of a 1 micron to 3 microns thick aluminum film.
Die
beschriebene Meßanordnung
kann gemäß 3 sowohl
zur rasterförmigen
Abtastung der Oberfläche 1a des
zu untersuchenden Bauelements 1 nach der AFM-Methode als auch
zur Implantation des Bauelements 1 im Sinne der 1 und 2 verwendet
werden. Zu diesem Zweck wird das Bauelement 1 auf einem
Tisch 23 einer in 3 grob schematisch
dargestellten AFM-Vorrichtung abgelegt, wobei der Tisch 23 einerseits
mittels eines Z-Antriebs 24 in Richtung der die z-Achse
eines gedachten Koordinatensystems auf- und ab und andererseits
mit Hilfe weiterer, vorzugsweise piezoelektronischer Antriebe in
x- bzw. y-Richtung des Koordinatensystems hin und her bewegt werden
kann. Der Grundkörper 3 ist
dagegen bei oberhalb des Bauelements 1 angeordneter Spitze 4 des
Biegebalkens 2 fest in einer Halterung 25 eingespannt.
Gleichzeitig wird gemäß 4 der
Heizdraht-Aktuator 20 z.B. mittels der Zuleitungen 21a, 21b an
eine Stromquelle 26 angeschlossen. Außerdem wird der piezoresistive Sensor 12 (1)
vorzugsweise in eine nur schematisch angedeutete Brückenschaltung 27 geschaltet, von
der eine für
die Widerstandsänderung ΔR/R des Sensors 12 bzw.
die mechanische Spannung des Biegebalkens 2 charakteristische
elektrische Spannung abgenommen wird. Diese elektrische Spannung
wird einem ersten Eingang eines Vergleichers 28 zugeführt.The described measuring arrangement can according to 3 both for grid-shaped scanning of the surface 1a of the device to be examined 1 according to the AFM method as well as for the implantation of the device 1 in the sense of the 1 and 2 be used. For this purpose, the device 1 on a table 23 one in 3 roughly schematically shown AFM device stored, the table 23 on the one hand by means of a Z-drive 24 in the direction of the z-axis of an imaginary coordinate system up and down and on the other hand with the help of further, preferably piezoelectric actuators in the x- or y-direction of the coordinate system can be moved back and forth. The main body 3 is on the other hand above the device 1 arranged top 4 of the bending beam 2 firmly in a holder 25 clamped. At the same time according to 4 the heating wire actuator 20 eg by means of the supply lines 21a . 21b to a power source 26 connected. In addition, the piezoresistive sensor 12 ( 1 ) preferably in a bridge circuit indicated only schematically 27 switched, one of the resistance change ΔR / R of the sensor 12 or the mechanical tension of the bending beam 2 characteristic electrical voltage is removed. This electrical voltage is a first input of a comparator 28 fed.
Die
Stromquelle 26 besitzt einerseits einen an den Ausgang
eines Wechselspannungsgenerators 29 angeschlossenen Wechselstromerzeuger 26a,
andererseits einen an den Ausgang eiries Reglers 30 angeschlossenen
Gleichstromerzeuger 26b. Die Ausgangsspannung des Wechselspannungsgenerators 29 wird
auch einem zweiten Eingang des Vergleichers 28 als Referenzspannung
zugeführt. Ein
Ausgang des Vergleichers 28 ist schließlich mit einem Eingang des
Reglers 30 verbunden.The power source 26 on the one hand has a to the output of an AC voltage generator 29 connected alternator 26a , on the other hand, one to the output eiries regulator 30 connected DC generator 26b , The output voltage of the AC generator 29 will also have a second input of the comparator 28 supplied as a reference voltage. An output of the comparator 28 is finally with an input of the regulator 30 connected.
Vor
der Untersuchung des Bauelements 1 wird zunächst dessen
Oberfläche 1a mit
Hilfe des AFM-Verfahrens und vorzugsweise im sogenannten "Nicht Kontakt" – Modus, d.h. berührungsfrei
abgetastet, um dadurch ein Bild der Oberfläche 1a und die genauen
Koordinaten von vorher aufgebrachten Positionierungslinien 31 zu
erhalten, die in 3 schematisch angedeutet sind
und in der Regel über
die sonst meistens planare Oberfläche 1a etwas vorstehen.
Diese Abtastung kann z.B. wie folgt durchgeführt werden:
Nachdem das
Bauelement 1 auf dem Tisch 23 plaziert worden
ist, wird dieser zunächst
parallel zur z-Richtung bis zum Anschlag der Oberfläche 1a an die
Spitze 4 bewegt und dann μm z.B. 0,5 μm wieder leicht zurückgezogen,
damit die Spitze 4 sicher oberhalb der höchsten Erhebung
der Oberfläche 1a bzw. der
Positionierungslinien 31 liegt. Mit Hilfe des Wechselspannungserzeugers 26a wird
dem Heizdraht-Aktuator 20 dann
ein Wechselstrom zugeführt,
um ihn periodisch zu erwärmen.
Dadurch ergeben sich unterschiedliche Wärmedehnungen für den auf
dem Biegebalken 2 befestigten Aluminiumstreifen 22 einerseits
und das angrenzende Material des Biegebalkens 2 andererseits,
so daß der
Biegebalken 2 mit der Frequenz des Wechselstroms nach Art
eines Bimetallstreifens geringfügig
verbogen bzw. in mechanische Schwingungen versetzt wird, wobei die
Amplitude dieser Schwingungen nur einige Nanometer betragen braucht.
Anschließend
wird dem Heizdraht-Aktuator 20 mit Hilfe des Gleichstromerzeugers 26b zusätzlich ein
Gleichstrom derart zugeführt,
daß der
Biegebalken 2 eine gleichförmige Biegung parallel zur
z-Achse und in Richtung der Oberfläche 1a des Bauelements 1 eifährt und
sich die Spitze 4 der Oberfläche 1a bis auf einen
gewünschten
kleinen Wert annähert,
ohne sie zu berühren.
Die durch die Gleichstromkomponente herbeigeführte Verbiegung des Biegebalkens 2 in
z-Richtung kann z.B. bis zu einigen Mikrometern betragen.Before the examination of the device 1 first becomes its surface 1a by means of the AFM method and preferably in the so-called "non-contact" mode, ie scanned without contact, to thereby form an image of the surface 1a and the exact coordinates of previously applied positioning lines 31 to get that in 3 are indicated schematically and usually on the otherwise mostly planar surface 1a to project something. This sampling can be carried out, for example, as follows:
After the device 1 on the table 23 is placed first, this is parallel to the z-direction until the stop of the surface 1a to the top 4 moved and then slightly withdrawn, for example, 0.5 microns again, so that the tip 4 safely above the highest elevation of the surface 1a or the positioning lines 31 lies. With the help of the AC voltage generator 26a becomes the heater wire actuator 20 then supplied with an alternating current to periodically heat it. This results in different thermal expansions for the on the bending beam 2 attached aluminum strips 22 on the one hand and the adjacent material of the bending beam 2 on the other hand, so that the bending beam 2 is slightly bent or set in mechanical vibrations with the frequency of the alternating current in the manner of a bimetallic strip, the amp litude of these oscillations needs to be only a few nanometers. Subsequently, the heating wire actuator 20 with the help of the DC generator 26b in addition, a direct current supplied in such a way that the bending beam 2 a uniform bend parallel to the z-axis and towards the surface 1a of the component 1 Eifährt and become the top 4 the surface 1a approaching to a desired small value without touching it. The deflection of the bending beam caused by the DC component 2 in the z-direction can be up to a few microns, for example.
Die
Spitze 4 schwingt nun mit der Frequenz des anregenden Wechselstroms
bzw. der vom Wechselspannungsgenerator 29 abgegebenen Wechselspannung,
wobei der Biegebalken 2 als Feder und die Spitze 4 als
Masse eines schwingungsfähigen Systems
betrachtet werden kann. Die Anregung dieses Schwingungssystems erfolgt
vorzugsweise mit der Resonanzfrequenz dieses Schwingungssystems. Im
ungedämpften
Zustand, d.h. bei großem
Abstand der Spitze 4 von der Oberfläche 1a, würde das
vom Sensor 12 gemessene Signal dem anregenden Signal im
wesentlichen ohne Phasenverschiebung folgen.The summit 4 now oscillates with the frequency of the exciting alternating current or that of the alternating voltage generator 29 delivered AC voltage, wherein the bending beam 2 as a feather and the tip 4 can be considered as the mass of an oscillatory system. The excitation of this vibration system is preferably carried out at the resonant frequency of this vibration system. In the undamped state, ie with a large distance of the tip 4 from the surface 1a , that would be from the sensor 12 measured signal follow the exciting signal substantially without phase shift.
Tatsächlich wird
die dem Heizdraht-Aktuator 20 zugeführte Gleichspannungskomponente
jedoch so gewählt,
daß sich
die Spitze 4 in so großer
Nähe der
Oberfläche 1a befindet,
daß van
der Waals'sche Anziehungskräfte wirksam
werden, wie dies für
den sogenannten "Nicht-Kontakt"-Modus des AFM-Verfahrens
typisch ist. Die Schwingungen des Biegebalkens 2 werden
dadurch gedämpft
mit der Folge, daß das
vom Sensor 12 erzeugte Signal dem anregenden Signal um
einen bestimmten Phasenwinkel nacheilt. Die Größe der sich ergebenden Phasenverschiebung
ist vom mittleren, in z-Richtung
gemessenen Abstand der Spitze 4 von der Oberfläche 1a abhängig. Die
Phasenverschiebung ist um so größer, je kleiner
dieser Abstand wird.Actually, this is the heating wire actuator 20 supplied DC component, however, chosen so that the tip 4 in such close proximity to the surface 1a finds that van der Waals attraction forces are effective, as is typical of the so-called "non-contact" mode of the AFM process. The vibrations of the bending beam 2 are damped by the consequence that the sensor 12 generated signal lags the exciting signal by a certain phase angle. The magnitude of the resulting phase shift is the average distance of the tip measured in the z direction 4 from the surface 1a dependent. The phase shift is greater the smaller this distance becomes.
Die
Spitze 4 wird nun rasterförmig in x- und y-Richtung über die
Oberfläche 1a geführt. Trifft
sie dabei auf eine Positionierungslinie 31 od. dgl., dann ändert sich
die Dämpfung
und damit die Phasenverschiebung zwischen den vom Wechselspannungsgenerator 29 und
vorn Sensor 12 abgegebenen Spannungen. Die jeweilige Phasenverschiebung
wird in dem Vergleicher 28, der vorzugsweise als PL-Baustein
(Phase- Locked Loop)
ausgebildet ist, gemessen. Der sich ergebende Wert wird vom Vergleicher 28 dem
vorzugsweise als PID-Regler ausgebildeten Regler 30 zugeführt. Dieser
steuert daraufhin den Gleichstromerzeuger 26b so, daß die Spitze 4 mehr oder
weniger angehoben oder abgesenkt und dadurch der Abstand zwischen
ihr und der Oberfläche 1a des
Bauelements 1 konstant gehalten wird, was dem mit konstantem
Abstand arbeitenden AFM-Verfahren entspricht. Die Teile 12, 20, 28, 30 und 26b bilden
somit einen geschlossenen Regelkreis, wobei der Sensor 12 den
jeweiligen Istwert ermittelt, während
der Regler 30 einen vorgegebenen Sollwert für den Abstand
der Spitze 4 vom Bauelement 1 vorgibt.The summit 4 now becomes grid-shaped in x- and y-direction over the surface 1a guided. If she meets a positioning line 31 od. Like., Then the attenuation and thus the phase shift between the alternating voltage generator changes 29 and front sensor 12 delivered voltages. The respective phase shift is in the comparator 28 , which is preferably designed as a PL module (phase-locked loop) measured. The resulting value is from the comparator 28 the preferably designed as a PID controller controller 30 fed. This then controls the DC generator 26b so that the tip 4 more or less raised or lowered and thereby the distance between it and the surface 1a of the component 1 is kept constant, which corresponds to the constant distance AFM method. The parts 12 . 20 . 28 . 30 and 26b thus form a closed loop, the sensor 12 determines the actual value, while the controller 30 a predetermined setpoint for the distance of the tip 4 from the component 1 pretends.
Das
Ergebnis einer derartigen Regelung ist im oberen Teil der 5 schematisch
dargestellt, in der längs
der Abszisse der Ort der Spitze 4 z.B. in Richtung der
x-Achse und längs der
Ordinate der dem Heizdraht-Aktuator 20 zugeführte Gleichstrom aufgetragen
sind. Ein kleiner (bzw. großer)
Wert des Gleichstroms in einem Kurvenabschnitt 32 (bzw. 33) bedeutet
dabei eine geringe (bzw. starke) Verbiegung des Biegebalkens 2 in
Richtung des Tisches 23 (3) gegenüber einer
vorgewählten
Nullstellung Io, was gleichbedeutend ist
z.B. mit einer Positionierungslinie, 31 bzw. einer zwischen
zwei Positionierungslinien 31 liegenden Vertiefung 34 der
Oberfläche 1a in
z-Richtung. Die Kurvenabschnitte 32, 33 vermitteln
daher ein Positivbild der abgetasteten Oberflächentopologie des abgetasteten
Bauelements 1.The result of such a scheme is in the upper part of 5 shown schematically, along the abscissa, the location of the tip 4 eg in the direction of the x-axis and along the ordinate of the heating wire actuator 20 supplied direct current are applied. A small (or large) value of the direct current in a curve section 32 (respectively. 33 ) means a slight (or strong) bending of the bending beam 2 in the direction of the table 23 ( 3 ) compared to a preselected zero position I o , which is synonymous with eg a positioning line, 31 or one between two positioning lines 31 lying depression 34 the surface 1a in the z direction. The curve sections 32 . 33 thus provide a positive image of the scanned surface topology of the scanned component 1 ,
Die
Ausgangssignale des Reglers 30 oder den Stromwerten in 5 entsprechende
Signale werden zusammen mit den ihnen zugeordneten Adressen in Form
von x- und y-Koordinaten, die mit Hilfe von nicht dargestellten
Positionsgebern od. dgl. erhalten werden, einer Verarbeitungseinheit 35 (4)
und nach geeigneter Verarbeitung als "Bild"-Daten
einem Datenspeicher 36 zugeführt. Aus diesen Daten und ihren
Adressen ist dann ersichtlich, wo genau die für das nachfolgende Implantieren
des Bauelements 1 benötigten
Positionierungslinien 31 od. dgl. angeordnet sind.The output signals of the controller 30 or the current values in 5 corresponding signals, together with the addresses assigned to them in the form of x and y coordinates, which are obtained by means of position encoders, not shown, or the like, are obtained from a processing unit 35 ( 4 ) and, after appropriate processing as "image" data, a data store 36 fed. From these data and their addresses is then apparent exactly where for the subsequent implantation of the device 1 required positioning lines 31 od. Like. Are arranged.
Bei
der nun folgenden Implantation des Bauelements 1 wird die
anhand der 3 bis 5 beschriebene
Vorrichtung ebenfalls eingesetzt. Hierzu wird der piezoresistive
Sensor 12 bzw. die Brückenschaltung 27 mittels
eines Umschalters 37 (4) an eine
Meßvorrichtung 38 angeschlossen,
die z.B. in digitaler Form unmittelbar die mechanische Spannung,
unter der der Biegebalken 2 gerade steht, oder die Kraft
anzeigt, mit der die Spitze 4 auf die Oberfläche 1a des
Bauelements 1 drückt.In the following implantation of the device 1 will be based on the 3 to 5 described device also used. For this purpose, the piezoresistive sensor 12 or the bridge circuit 27 by means of a switch 37 ( 4 ) to a measuring device 38 connected, for example, in digital form directly the mechanical stress, below the bending beam 2 just stands, or indicates the force with which the top 4 on the surface 1a of the component 1 suppressed.
Zu
Beginn eines Implantationsvorgangs werden die im Datenspeicher 36 vorliegenden
Adressen der Positionierungslinien 31 zur Ansteuerung der
x- und y-Antriebe des Tisches 23 verwendet, um die Spitze 4 jeweils
auf eine vorgewählte
Positionierungslinie 31 einzustellen. Danach wird der Tisch 23 mittels
der x- und y-Antriebe zusätzlich
um so viele Schritte in x- und/oder y-Richtung bewegt, daß unter der
Spitze 4 ein von den Positionierungslinien 31 definiertes
freies Feld 39 der Oberfläche 1a zu liegen kommt.
Die erforderliche Schrittzahl ist bekannt, da das Rastermaß bzw. der
Abstand der Positionierungslinien 31 voneinander bekannt
ist. Anschließend
erfolgt die Implantation eines Teilchens in der Weise, wie oben
anhand der 1 und 2 beschrieben
wurde, bis der aus dem pn-Übergang
gebildete Detektor den Abschluß der
Implantation anzeigt. Daraufhin wird der Teilchenfluß unterbrochen, der
Tisch 23 in x- und y-Richtung so verfahren, daß das nächste zu
implantierende Feld 39 unter der Spitze 4 liegt,
und erneut eine Implantation vorgenommen.At the beginning of an implantation process, those are stored in the data memory 36 present addresses of the positioning lines 31 for controlling the x and y drives of the table 23 used to the top 4 each on a preselected positioning line 31 adjust. After that, the table becomes 23 in addition by the x and y drives by as many steps in the x and / or y direction moves that under the top 4 one of the positioning lines 31 defined free field 39 the surface 1a to come to rest. The required number of steps is known because the grid or the distance of the Positionie insurance lines 31 is known from each other. Subsequently, the implantation of a particle takes place in the manner described above with reference to 1 and 2 has been described until the detector formed from the pn junction indicates the completion of the implantation. Then the flow of particles is interrupted, the table 23 in x- and y-direction proceed so that the next field to be implanted 39 under the top 4 and implanted again.
Ein
besonderer Vorteil der anhand der 3 bis 5 beschriebenen
Vorrichtung besteht darin, daß die
den Biegebalken 2 enthaltende Anordnung (1 und 3)
alle sowohl zur rasterförmigen
Abtastung als auch zur Implantation der Bauelemente 1 erforderlichen
Mittel in sich vereinigt. Außerdem
kann der Sensor 12 zusätzlich
dazu verwendet werden, die Spitze 4 beim Implantieren auf
einen günstigen
Abstand relativ zur Oberfläche 1a des
Bauelements 1 einzustellen. Hierzu wird beispielsweise
nach Anordnung der Spitze 4 über dem zu implantierenden
Feld 39 und nach Umstellung des Umschalters 37 auf
die Meßvorrichtung 38 der
Tisch 23 angehoben, bis die Spitze 4 die Oberfläche des
betreffenden Feldes 39 berührt, was an der Meßvorrichtung 38 abgelesen werden
kann. Anschließend
wird der Tisch 23 in z-Richtung um ein gewisses Maß von z.B.
20 nm bis 50 nm abgesenkt. Die Spitze 4 kann auf diese
Weise beim Implantieren auf einen Abstand von der Oberfläche des
Feldes 39 eingestellt werden, der kleiner als die Höhe der Positionierungslinien 31 über dieser Oberfläche ist.A special advantage of using the 3 to 5 described device is that the bending beam 2 containing arrangement ( 1 and 3 ) all for grid-like scanning as well as for implantation of the components 1 necessary resources. In addition, the sensor can 12 in addition to being used the top 4 when implanted at a convenient distance relative to the surface 1a of the component 1 adjust. For this purpose, for example, after arrangement of the tip 4 above the field to be implanted 39 and after switching the switch 37 on the measuring device 38 the table 23 raised until the top 4 the surface of the relevant field 39 touches what's on the measuring device 38 can be read. Then the table becomes 23 lowered in the z-direction to a certain extent, for example 20 nm to 50 nm. The summit 4 This way, when implanting at a distance from the surface of the field 39 be set smaller than the height of the positioning lines 31 is above this surface.
Zur
Beschleunigung des Implantationsvorganges ist es möglich, die
Implantation des Bauelements 1 dadurch zu bewirken, daß gleichzeitig
wenigstens zwei Spitzen 4 über ausgewählten Feldern 39 des
Bauelements angeordnet werden. In diesem Fall wird die beschriebene
Vorrichtung mit entsprechend vielen Anordnungen nach 1 und 2 ausgerüstet. Es
ist dann nur erforderlich, die verschiedenen Spitzen 4 in
einem dem Rasterabstand der Felder 39 entsprechenden Abstand
voneinander anzuordnen, damit nach der lagegenauen Positionierung
einer ausgewählten
Spitze 4 über
einem ausgewählten
Feld 39 automatisch auch alle anderen vorhandenen Spitzen 4 über einem
der Felder 39 angeordnet sind.To accelerate the implantation process, it is possible to implant the device 1 thereby causing at least two peaks simultaneously 4 over selected fields 39 of the component can be arranged. In this case, the described device with according to many arrangements after 1 and 2 equipped. It then only requires the different tips 4 in a grid spacing of the fields 39 appropriate distance from each other to arrange so that after the positionally accurate positioning of a selected tip 4 over a selected field 39 automatically also all other existing tips 4 over one of the fields 39 are arranged.
Die
Erfindung ist nicht auf die Anwendung der beschriebenen Ausführungsbeispiele
beschränkt,
die auf vielfache Weise abgewandelt werden können. Dies gilt insbesondere
für die
angegebenen Formen, Abmessungen und Materialien der Vorrichtungen
sowie die beschriebene AFM-Vorrichtung insgesamt, die auch durch
andere AFM-Vorrichtungen
ersetzt werden könnte.
Beispielsweise ist es möglich,
die Brückenschaltung 27 (4)
komplett in den Biegebalken 2 bzw. den Grundkörper 3 zu
integrieren oder nur den eigentlichen Sensor 12 im Biegebalken 2 anzubringen.
Weiter können
die Zuleitungen 21a, 21b und der Heizdraht-Aktuator 20 mehr oder
weniger weit vom Aluminiumstreifen 22 beabstandet sein,
wobei der Heizdraht-Aktuator 20 auch durch andere Aktuatoren
ersetzt werden kann. Auch die Anordnung der Linien 31 und
Felder 39 und die geometrischen Formen der Teile 2 bis 12 dienen
nur als Beispiele und können
in vielfacher Hinsicht variiert werden. Die beschriebene Vorrichtung
kann außer
zur Implantation auch zur Abscheidung einzelner oder mehrerer Teilchen
auf der Substratoberfläche verwendet
werden. Wie im Fall der Implantation können dabei gleichzeitig auch
mehrere Bauelemente eingesetzt werden, die wenigstens je einen Cantilever
mit wenigstens je einer im Spitzenbereich angeordneten Blende aufweisen.
Außerdem
ist es möglich,
die Cantileverspitze während
des Abscheidungs- oder Implantationsprozesses mit der Substratoberfläche in Berührung zu
bringen, anstatt sie in einem vorgewählten Abstand von dieser zu
halten. Schließlich
versteht sich, daß die
verschiedenen Merkmale auch in anderen als den dargestellten und beschriebenen
Kombinationen angewendet werden können.The invention is not limited to the application of the described embodiments, which can be modified in many ways. This applies in particular to the specified shapes, dimensions and materials of the devices as well as the described AFM device as a whole, which could also be replaced by other AFM devices. For example, it is possible to use the bridge circuit 27 ( 4 ) completely in the bending beam 2 or the main body 3 to integrate or just the actual sensor 12 in the bending beam 2 to install. Next, the supply lines 21a . 21b and the heater wire actuator 20 more or less far from the aluminum strip 22 be spaced, wherein the heating wire actuator 20 can also be replaced by other actuators. Also the arrangement of the lines 31 and fields 39 and the geometric shapes of the parts 2 to 12 serve only as examples and can be varied in many ways. The device described can also be used for the deposition of single or multiple particles on the substrate surface except for implantation. As in the case of implantation, it is also possible to use at the same time a plurality of components which have at least one cantilever each with at least one diaphragm arranged in the tip region. In addition, it is possible to contact the cantilever tip with the substrate surface during the deposition or implantation process rather than keeping it at a preselected distance therefrom. Finally, it should be understood that the various features may be applied in combinations other than those illustrated and described.
