專利名稱：超高真空聚焦離子束微研磨及其制品的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對(duì)具有高值高寬比的微研磨材料的工藝，以及由這一工藝所制備的成品，例如高密度耐久數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)。本發(fā)明是和能源部所簽合同的實(shí)施結(jié)果，合同號(hào)為W-7405-ENG-36。
與本發(fā)明相關(guān)的背景技術(shù)離子研磨通常是在大約10-6乇爾的中等真空條件下進(jìn)行的。由于由該系統(tǒng)內(nèi)的殘留氣體的彌散所導(dǎo)致的濺射材料的二次淀積，高寬比，也就是研磨的深度與水平切割之比，通常限制在10左右。因而提出了提高高寬比的研磨工藝的需求。
雖然在過(guò)去的一個(gè)世紀(jì)中，對(duì)數(shù)據(jù)和信息的存儲(chǔ)已經(jīng)有了巨大的變化，但是對(duì)于這種數(shù)據(jù)的長(zhǎng)期存儲(chǔ)和解釋仍然有一些重大問(wèn)題。Rothenberg，Scientific American，1995年版第42～47頁(yè)敘述了與文檔的長(zhǎng)期存儲(chǔ)有關(guān)的問(wèn)題。
信息和數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)通常涉及磁性或光學(xué)記錄載體的使用。最近，正在試驗(yàn)性使用掃描通道顯微鏡(scanning tunnel microscope)對(duì)相對(duì)于平的金屬材料表面而產(chǎn)生的凸凹形狀變化所表達(dá)的存儲(chǔ)信息進(jìn)行讀寫。Wiesendanger，J.Vac.Sci.Techno1.B，v.12，no.2，第515～529頁(yè)(1994)對(duì)具有毫微米級(jí)結(jié)構(gòu)的掃描通道顯微鏡以及類似的掃描探測(cè)顯微技術(shù)進(jìn)行了介紹，并對(duì)這類毫微米級(jí)結(jié)構(gòu)所沒(méi)有解決的有限的暫時(shí)穩(wěn)定性進(jìn)行了分析。其它類似文獻(xiàn)包括Adamchuk等人在1992年Ultramicroscopy v.45，第1～4頁(yè)中敘述了使用掃描通道顯微鏡對(duì)直徑約為50毫微米，深度約為10毫微米，并在平的硅襯底上具有鍍金膜的毫微米級(jí)凹凸形狀進(jìn)行微處理；Li等人在Appl.Phys.Lett.，v.54，no.15，第1424～1426頁(yè)(1989)中敘述了在大氣中操作的掃描通道顯微鏡對(duì)直徑為2毫微米，深度最多為1毫微米，并位于平的金襯底中的毫微米級(jí)凹凸形狀進(jìn)行電蝕刻處理；Silver等人在Appl.Phys.Lett.，v.51，no.4，第247～249頁(yè)(1987)中敘述了通過(guò)用掃描通道顯微鏡在一個(gè)表面淀積一個(gè)新襯底(有機(jī)金屬氣體中的鎘)的方式對(duì)次微米金屬特性進(jìn)行直接寫入；以及Abraham等人在IBMJ.Ees.Develop v.30，no.5，第492～499中敘述了用一個(gè)掃描通道顯微鏡通過(guò)表面擴(kuò)散進(jìn)行表面變型，而且談及了高密度存儲(chǔ)器的可能性?，F(xiàn)有的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)都具有一個(gè)或多個(gè)問(wèn)題，如介質(zhì)的長(zhǎng)期穩(wěn)定性或耐久性。
本發(fā)明的目的本發(fā)明的一個(gè)目的是提供具有較高的高寬比的研磨工藝，該高寬比大于10，最好可達(dá)到50。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種由本發(fā)明的研磨工藝制成的制品，這種制品包括例如耐久數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)。本發(fā)明的技術(shù)方案為取得上述和其它目的，本發(fā)明提供了一種對(duì)目標(biāo)襯底中的微型結(jié)構(gòu)進(jìn)行加工的工藝，該微型結(jié)構(gòu)具有高寬比。本發(fā)明提供了在一個(gè)目標(biāo)襯底中形成具有高值高寬比的微結(jié)構(gòu)的工藝，其過(guò)程包括將目標(biāo)襯底置于超高真空環(huán)境中，在目標(biāo)襯底中形成研磨微結(jié)構(gòu)的過(guò)程中生成用于操作計(jì)算機(jī)控制的聚焦離子束的計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)文件。并且將該目標(biāo)襯底置于計(jì)算機(jī)控制的聚焦離子束之中，計(jì)算機(jī)控制的聚焦離子束是由軟件通過(guò)使用計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)文件來(lái)控制的，從而在該目標(biāo)襯底中形成具有較高高寬比的研磨微結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明還提供了一種包括具有研磨字符的襯底的耐久數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)，該研磨字符的深度與寬度的高寬比為1～50。該存儲(chǔ)介質(zhì)可以包括從一組數(shù)字字符、字母字符、圖形字符和三維圖形字符、以及半色調(diào)和灰度級(jí)圖形中選擇的研磨字符。
附圖的簡(jiǎn)要說(shuō)明
圖1示出了采用根據(jù)本發(fā)明的超高真空聚焦離子束系統(tǒng)的腔體的俯視圖；圖2示出了旋轉(zhuǎn)了85°以展示分辨率細(xì)節(jié)的光柵曲線，其展示了Ionmill Version 2.5是如何研磨該圖案的；圖3示出了一個(gè)用于生成字母研磨的RawI(x，y)文件；圖4示出了一個(gè)從在Mathcad中運(yùn)行的第4代軟件例行程序數(shù)學(xué)地生成的用于一個(gè)三維離子研磨的形狀的實(shí)例；圖5示出了一個(gè)從圖4所示的三維離子研磨獲得的具有研磨結(jié)構(gòu)的Atomic Force Microscope圖像；以及圖6示出了由本發(fā)明的工藝可以形成的帶通濾波器。
本發(fā)明的最佳實(shí)施例本發(fā)明涉及用于毫微米級(jí)制造的微研磨工藝，以及由該工藝所制成的制品。在該工藝中，微研磨是在超真空條件下進(jìn)行的，也就是說(shuō)，該真空低于10-9乇爾，最好該超高真空的范圍為大約50～120微微乇爾(picoTorr)，即6.3×10-11～1.6×10-10毫巴。
本發(fā)明的微研磨工藝可以獲取較高的高寬比，也就是說(shuō)，研磨的深度與水平切割之比大于10，通?？梢赃_(dá)到50。由于這樣一個(gè)高值的高寬比，本工藝可以作為一個(gè)在次微米橫向級(jí)進(jìn)行橫截和深度成形的有用工具。這會(huì)允許例如在一個(gè)集成電路中進(jìn)行的次微米金屬化深度的失敗分析，以便通過(guò)適當(dāng)?shù)腁uger分析儀或二級(jí)離子質(zhì)譜儀結(jié)合本工藝所用的設(shè)備對(duì)微量元素污染進(jìn)行檢測(cè)。
本發(fā)明的微研磨工藝可用于制作例如(天平)橫梁、(操作)桿、電容器、棱鏡、衍射光柵、波導(dǎo)、帶通濾波器、天線、和耦合器，它們?cè)谟米鞒⌒偷幕瘜W(xué)傳感器、電子傳感器、和機(jī)械傳感器時(shí)都應(yīng)具有較高的高寬比特性。另外，該微研磨工藝可用于在適當(dāng)?shù)囊r底上進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄，這種數(shù)據(jù)可以以該襯底中使用的字符來(lái)記錄，例如數(shù)字和數(shù)碼字符，字母字符，以及圖形或灰度字符，三維圖形或圖片形式的字符?！白址蓖ǔＲ馕吨魏畏?hào)，該符號(hào)可以代表一種書寫體或通訊系統(tǒng)，而且在本發(fā)明的記錄數(shù)據(jù)的工藝中，它包括任何與襯底的表面背景相區(qū)別的特性。也可以采用記錄數(shù)據(jù)的二進(jìn)制系統(tǒng)，其中通過(guò)在襯底上壓按一下或者是沒(méi)有在襯底上按一下，即可表示一個(gè)二進(jìn)制數(shù)據(jù)字符。也可以形成一個(gè)模擬數(shù)據(jù)系統(tǒng)，其中可以把一個(gè)灰度或半色調(diào)圖片轉(zhuǎn)換成一個(gè)研磨控制文件，該文件的每個(gè)像素的駐留時(shí)間與其源灰度值成正比。當(dāng)通過(guò)一個(gè)象位探測(cè)光學(xué)顯微鏡(例如一個(gè)Mirau或其它適當(dāng)?shù)母缮鎯x)讀回時(shí)，便可獲得一個(gè)灰度級(jí)圖像。每個(gè)干涉儀圖像象素的空間位置和灰度級(jí)值由一個(gè)電荷耦合器件攝像機(jī)用幀抓取器所攝取，然后再由色彩化進(jìn)行色彩處理；例如將一個(gè)唯一的色彩值從一個(gè)包含灰度級(jí)值的查找表中賦值到一個(gè)位圖中。
圖1示出了一個(gè)腔體，它采用了一個(gè)用于本發(fā)明的處理中或形成數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)的超高真空濾焦離子束系統(tǒng)。圖1中超高真空腔體10包括多個(gè)通口，用于觀察目標(biāo)襯底，拍攝該目標(biāo)襯底，插入和操作該目標(biāo)襯底，對(duì)目標(biāo)襯底進(jìn)行各種分析(例如從二次電子輻射)。通口12可以是一個(gè)觀察口，而通口14用于攝像，其它觀察通口16和18作為粗加工泵端口20示出，另一端口22包括由適當(dāng)?shù)能浖?qū)動(dòng)的離子束槍。如果想要加速研磨的話，可以采用多個(gè)離子束槍。
與早期的研磨系統(tǒng)相比，本發(fā)明的工藝可以在沒(méi)有化學(xué)輔助的環(huán)境下實(shí)現(xiàn)較高的高寬比值。也就是說(shuō)，無(wú)需在本發(fā)明的系統(tǒng)中采用化學(xué)輔助以實(shí)現(xiàn)大于10，甚至高達(dá)至少50的高寬比值。所謂“化學(xué)輔助”的意思是指加入例如氯氣之類的反應(yīng)氣體以使之與濺射的材料進(jìn)行反應(yīng)并減少任何二次淀積。
可以用于本發(fā)明的微研磨工藝的材料包括高熔點(diǎn)金屬，例如鉭、銥、鎢、鉬、鈮，化學(xué)元素周期表中第一行中的過(guò)渡元素，例如鈧、鈦、釩、鉻、鎂、錳、鐵、鈷、鎳、和銅，以及真空兼容半導(dǎo)體(例如硅和鎵arsellide)。其它材料可以包括高溫隔離體，例如礬土、紅寶石、藍(lán)寶石、二氧化硅或石英，只要任何附加的充電可以由一個(gè)電子槍和其它適當(dāng)?shù)脑O(shè)備在研磨期間得到補(bǔ)償。
根據(jù)本發(fā)明的微研磨處理的一個(gè)實(shí)施例，已經(jīng)制作了傳輸衍射光柵，然后將其用作紅外帶通濾波器。所用的光柵材料是脈動(dòng)的礬土氣體，一個(gè)約為2.5微米厚的導(dǎo)體膜。通過(guò)該膜完全研磨的衍射元素以一個(gè)有規(guī)律的陣列放置，以至于通過(guò)該陣列的衍射強(qiáng)度可以由常規(guī)的Raileigh光學(xué)計(jì)算模型化，這種類型的最后光柵以及在圖6中所示的尺寸產(chǎn)生了所期待的11～12微米的主通帶(紅外)。采用這一工藝提供了一種與常規(guī)LIGA(同步x射線平版印刷術(shù)和電鑄成型)不同的工藝，該常規(guī)工藝由Microparts Gesellschaft fur Microstructurtechnik，Karlsruhe，Germany所公開(kāi)，其中衍射元素小于Microparts在或大約是在1993年5月所提到的。由于光束的光點(diǎn)尺寸可以是非常小(即50毫微米或更小)，理想情況下，使用超高真空聚焦離子微研磨可以被合理地?cái)U(kuò)展到生成傳輸衍射光柵，其允許紫外線或可見(jiàn)光以可接受的高傳輸率通過(guò)。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，可以將微研磨處理用于金屬和半導(dǎo)體材料上的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)具有高密度性和耐久性。所謂“高密度”是指在大約1/16英寸的小型駐留介質(zhì)以及大約長(zhǎng)為1英寸并包括一平方微米的研磨字符上保留大約一個(gè)京比特(gigabyte)的ASCII信息，如果假設(shè)每個(gè)拉丁字母是8位(bit)或者一個(gè)字節(jié)(byte)通過(guò)比較。一個(gè)相等的二進(jìn)制表達(dá)可以允許4個(gè)京比特的信息寫入相同的空間。
根據(jù)本發(fā)明的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)提供了一種用于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的耐久介質(zhì)，這種介質(zhì)通常能夠保存于電磁脈沖中，無(wú)線頻率干擾中，磁場(chǎng)中，并能置于常規(guī)液體(包括但不限于水、酒精、丙酮)和溫度差環(huán)境和火之中。該數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)與磁性/磁光介質(zhì)相比具有更高的可靠性，從而不必替換備份數(shù)據(jù)，進(jìn)而根據(jù)實(shí)際的襯底而言，其存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的費(fèi)用大大降低了。也就是說(shuō)，一個(gè)鋼性駐留針可以作為數(shù)據(jù)研磨的實(shí)際存儲(chǔ)材料。這種數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)的其它優(yōu)點(diǎn)在于字符蝕刻研磨是一種環(huán)境溫和干燥的工藝，不應(yīng)該有超時(shí)的介質(zhì)脆化，而且該介質(zhì)可以根據(jù)要求通過(guò)對(duì)該介質(zhì)進(jìn)行拋光和研磨處理而再生或再利用。
根據(jù)本發(fā)明研磨處理的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)應(yīng)用的另一實(shí)施例，可以通過(guò)對(duì)一系列的單個(gè)表面凹陷而將一個(gè)適當(dāng)?shù)囊r底形成一個(gè)已格式化的介質(zhì)，這些凹陷代表了一種二進(jìn)制字符，也就是說(shuō)，1或者0。在加速處理數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)的過(guò)程中預(yù)先研磨過(guò)的襯底可以用一種涂層材料進(jìn)行重新填充，這種材料的特性在于比襯底材料本身更易于快速地去除，但卻更耐用，并對(duì)涂層材料的不當(dāng)退化有更強(qiáng)的抵御力。該涂層材料然后只在需要改變二進(jìn)制字符表示的地方去除。在另一種方式中，對(duì)一系列的單獨(dú)撞擊進(jìn)行預(yù)先分類整理，這些撞擊代表了一種二進(jìn)制字符，即可以在襯底上形成的1或0。這種預(yù)先分類整理可以用這樣一些材料，例如聚乙烯醇、聚苯乙烯、以及自旋(spin-on)玻璃，其厚度可達(dá)大約75微米。然后，預(yù)分類材料的必要撞擊可以在需要改變二進(jìn)制字符表示的情況下被去除。
通常與數(shù)據(jù)的長(zhǎng)期存儲(chǔ)有關(guān)的問(wèn)題涉及到用于閱讀數(shù)據(jù)的方法，因?yàn)樵跀?shù)據(jù)寫入后，該數(shù)據(jù)每年將被閱讀成百上千次。本發(fā)明用于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的微研磨工藝的好處在于它允許在同一介質(zhì)中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)具有不同的格式以及密度。例如用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的協(xié)議可以以一種數(shù)據(jù)密度寫入，該數(shù)據(jù)密度(尺寸)會(huì)是借助于簡(jiǎn)單工具可人為地讀取的，甚至由肉眼觀察或稍微放大即可讀取。然后該協(xié)議可用于讀取以更高密度(小尺寸)和不同格式寫入的其它數(shù)據(jù)。如此可以有效地生成一種“RosettaStone”，它允許從存儲(chǔ)器中釋放信息以及檢索方法，并且提供用于將存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)在今后讀出的必要的關(guān)鍵字。與原有的“Rosetta Stone”相對(duì)比，本發(fā)明的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)采用了不同的信息尺寸而非只是一種信息尺寸，而且本發(fā)明的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)不用重復(fù)實(shí)際數(shù)據(jù)，而只需提供用于讀取其它數(shù)據(jù)的關(guān)鍵字。
根據(jù)本發(fā)明的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)，可以允許在一個(gè)單一的存儲(chǔ)介質(zhì)中存儲(chǔ)多種信息，如字母和圖形字符或灰度字符可以被研磨成為一個(gè)單獨(dú)的襯底，并且然后可對(duì)兩種信息進(jìn)行檢索。在另一方式中，可以將不同尺寸的字符研磨成為一個(gè)單獨(dú)的襯底，在不同的尺寸中可以包括目標(biāo)在于有效存儲(chǔ)大量數(shù)據(jù)的小尺寸，以及目標(biāo)在于由無(wú)需其它幫助的人眼可觀察的大尺寸。在這一方式中，可以在一個(gè)襯底上存儲(chǔ)大量的數(shù)據(jù)，從而對(duì)于肉眼觀察而言，可以很清楚地在稍后，甚至在將來(lái)更晚的時(shí)候，在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)看到以前存在襯底上的信息。進(jìn)而，有關(guān)如何閱讀小尺寸字符的大尺寸指令可以直接包括在該襯底之中，小尺寸字形然后可以包括在大尺寸指令附近的襯底的其它區(qū)域，或甚至可以包括在大尺寸字符的研磨區(qū)域之中。
根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，微研磨處理可用于制作天線。由于一個(gè)基本的單極天線是一個(gè)可作為帶通濾波器的共振結(jié)構(gòu)，所以如果有關(guān)的頻率是在該天線的通帶范圍之內(nèi)的話，則可以在天線輸出端產(chǎn)生一個(gè)信號(hào)。一個(gè)無(wú)線電波通常由一個(gè)導(dǎo)數(shù)置換場(chǎng)檢測(cè)器(derivative displacementfield detector)所檢測(cè)，該檢測(cè)器即為天線。通常，通過(guò)使用天線陣列以改變信噪比，從而改善天線系統(tǒng)的性能。借助于本發(fā)明的微研磨處理，可以制造很小的天線和天線陣列，這些小天線及其天線陣列可以提高接收的頻率范圍。其中的一個(gè)應(yīng)用在于使用與電容充電耦合設(shè)備(capacitively-charged-coupled device)相連的小天線以便由射頻信號(hào)作為光源產(chǎn)生一個(gè)“圖形”。
在用于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的微研磨工藝中，采用了三個(gè)獨(dú)立的過(guò)程來(lái)生成數(shù)字、字母、三維圖像數(shù)據(jù)。所有過(guò)程最終都生成一個(gè)稱之為研磨流(millstream)文件的文件，該文件可以由商用的數(shù)模轉(zhuǎn)換器閱讀和快速處理。該文件具有以下形式snft[l]x[l]y[l]....t[np]x[np]y[np]，這里，s＝三維模式命名符；nf＝幀重復(fù)的數(shù)量；np＝數(shù)據(jù)行的總數(shù)；t[i]x[i]y[i]＝毫微秒級(jí)的光束駐留時(shí)間；x[i]＝數(shù)模轉(zhuǎn)換單元(0-4095)中的水平位置；而且，y[i]＝數(shù)模轉(zhuǎn)換單元(0-4095)中的垂直位置。眾所周知，入口s、nf、和np是研磨流的首標(biāo)。應(yīng)該注意的是所采用的數(shù)字和字母數(shù)據(jù)模式實(shí)際上只限制于三維圖像研磨的情況。獨(dú)立的軟件可用于簡(jiǎn)單的線條和方框，這類軟件包括由FEI Co.提供的Ionmill Version 2.5。
用于控制離子研磨的數(shù)據(jù)數(shù)字處理如下首先將數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)學(xué)推導(dǎo)或者由Mathcad 4.0(Mathcad 4.0是一個(gè)使用所開(kāi)發(fā)的下列軟件在Mathcad中運(yùn)行的商用字符和圖形軟件包)讀入，例如，采用0和1交替轉(zhuǎn)換的陣列以生成相應(yīng)的光束駐留時(shí)間的數(shù)字陣列01010101111111110101010111111111F＝01010101111111110101010111111111可以為其后在離子研磨中的使用生成測(cè)試模式。例如，上述數(shù)字陣列可用下述軟件生成。建立計(jì)算索引n＝4 m＝n i＝0..n j＝0..m q＝(n+1).(m+1)k＝0..q-1創(chuàng)建數(shù)字陣列(其它公式可以被替代)Di，j＝如果[[(-1)i＞0]·[(-1)j＞0]，0，1]創(chuàng)建延時(shí)映象 邏輯“與”操作Ti，j＝如果(Di，j≠1，-100，-1Ei，j＝1 Fi，j＝Di，j·Ei，j創(chuàng)建X和Y陣列Xi,j:=floor4095·in]]>WRITE(X)＝Xi，jMxk＝READ(X)Yi,j:=floor4095·jn]]>WRITE(Y)＝Y(jié)i，jMyk＝READ(Y) Mxy＝augment(Mx，My)在DAC單元中創(chuàng)建dwell(x，y)的研磨文件WRITE(T)＝Ti，jMtk＝READ(T) Mtxy＝augment(Mt，Mxy) rows(Mtxy)＝25PRNCOLWIDTH＝0 PRNPRECISION＝4 WRITEPRN(NGRATE2)＝Mtxy
這一實(shí)例的變型可以通過(guò)改變參數(shù)n，m，D，T，和E的值而得到。這些中間文件(如NGRATE2.prn)是左調(diào)整而且只有一個(gè)單個(gè)的空間分隔t，x，y值。這就是由FEI Co.生產(chǎn)的商用離子束軟件包所要求的文件結(jié)構(gòu)。其后的文件處理需要消除減號(hào)，左登錄移位以及適當(dāng)?shù)母郊邮讟?biāo)。這證明了用BASIC寫轉(zhuǎn)換程序以便從中間xxx.prn文件中產(chǎn)生最終的研磨文件xxx.str有多方便。以下示出了優(yōu)選的文件轉(zhuǎn)換程序的實(shí)例。100 CLSSCREEN9COLOR14，9<pre listing-type="program-listing"><![CDATA[PRINTPRINT“This program reads a MATHCAD XXX.PRN file and a XXXH.PRN”PRINT“header file and produces an FEI Millstream file XXX.STR”PRINTPRINT“Date of the form”PRINTPRINT“-aaa bbbb cccc become”PRINT“aaa bbbb cccc behind a millstream header”PRINTPRINT“____________________________________________________________________”PRINT“CAUTION?。。?！Existing XXX.STR files will be overwritten.”PRINT“----------------------------------------------------------”PRINTINPUT“Continue？(y/n)”，GO$IF GO$＝“n”O(jiān)R GO$＝“N”THEN GOTO 1000PRINT“Enter a MATHCAD filename from drive C”INPUT“(Existing file only；no.PRN extension)”；FILEN$PRINTDRIVE$＝“C\WINMCAD\”FILENM$＝DRIVE$+FILEN$+“.PRN”PRINT FILENM$PRINTREM TIE HEADER CONVENTION IS E.G.，GEAR5H.PRNFOR A FOR A DATA REM FILE OF GEAR5.PRNFILENMHDR$ ＝ DRIVE$+FILEN$+“H”+“.PRN”PRINTFILENMHDR$FILENMSTR$＝DRIVE$+FILEN$+“.STR”PRINTFILENMSTR$OPEN FILENMHDR$ FOR INPUT AS#1OPEN FILENMSTR$ FOR OUTPUT AS#3CLSPRINTPRINT“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.”PRINTINPUT“Continue？(y/n)”，GO$IF GO$＝“n”O(jiān)R GO$＝“N” THEN GOTO 1000ON TIMER(1)GOSUB 2000TIMER ONT＝TIMERSTRID$ ＝ “s”PRINT#3，STRID$DO UNTIL EOF (1) LINE INPUT#1，HDRS$ HDR$＝RIGHT$(HDRS$，LEN(HDRS$)-1) PRINT#3，HDR$LOOPCLOSE#1OPEN FILENM$ FOR INPUT AS #2DO UNTIL EOF (2) LINE INPUT#2，LINE$ LIN$＝RIGHT$(LINE$，LEN(LINE$)-1) PRINT#3，LIN$LOOPTIMER OFFDONE$＝FILEMSTR$+“Complete”PRINTLOCATE9，30PRINT DONE$CLOSE#2CLOSE#3PRINTINPUT“Do a file check？”，G$IF G$＝“n”O(jiān)R G$＝“N”THEN GOTO 900OPEN FILENMSTR$ FOR INPUT AS #3INDEX＝0ON TIMER(I) GOSUB 2000TIMER ONT＝TIMERDO UNTIL EOF(3) LINE INPUT #3， MILLSTR$ INDEX＝INDEX+l INDX＝INDEX-3LOOPTIMER OFF LOCATE 11，11 PRINT“#oft，x，y values＝”；INDX，MILLSTR$ CLOSE#3PRINTINPUT“Do another？(y/n)”，G$900 IF G$＝“n”O(jiān)R G$＝“N”THEN GOTO 1000GOTO 1001000 END2000 REM ELAPSED TIME SUBROUTINETNEW＝TIMERTELAPSED＝INT(TNEW - T)LOCATE7，45PRINT“Time (sec)＝”；TELAPSEDRETURN]]></pre>也可以這樣實(shí)現(xiàn)，任何文本編輯程序包可用于進(jìn)行文件轉(zhuǎn)換。方便的程序包包括用于微軟的Word for Windows，Version 2.0的“查找和替換”功能。通常，“查找”操作可以確定(即“-”)而“全部替換”操作可用于轉(zhuǎn)換到“”。然后左登錄位移即可自動(dòng)完成。然后處理過(guò)的文件可以用XXX.txt存儲(chǔ)起來(lái)，最后，研磨首標(biāo)被加到XXX.txt文件上并用XXX.Str(一個(gè)與FEI Co.提供的Ionmill Software Version 2.5)存儲(chǔ)起來(lái)。
字母數(shù)字，例如肉眼可讀的字符，暴露掩膜，名片標(biāo)記，或任何其它可以放在臺(tái)式掃描儀上產(chǎn)生灰度級(jí)圖像或任何視頻幀抓取器輸出都是在這一范疇之內(nèi)。通常，工藝流程是(1)對(duì)一個(gè)目標(biāo)(如書的一頁(yè))進(jìn)行掃描，并且電子地生成相關(guān)的圖像區(qū)域；(2)增強(qiáng)所選區(qū)域的對(duì)比度；(3)轉(zhuǎn)換成黑白圖像；(4)將轉(zhuǎn)換成的圖像用PostScript格式文件保存起來(lái)；(5)從PostSCript文件中去除頁(yè)眉和頁(yè)腳，并且為一個(gè)有序的Mathcad文件保存起來(lái)；(6)將駐留時(shí)間分配給深色區(qū)(即黑色打印文本)；(7)將文件矢量化(即從不必要的白色區(qū)域中去除數(shù)據(jù))；以及(8)用上述如數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)所描述的方法產(chǎn)生如圖3所示的最終研磨流文件。
操作(1)一(4)可以在一個(gè)稱之為COlorlab Version 4.0的商用掃描儀軟件包中，基于于Epson ES-300-C臺(tái)式掃描儀，在IBM-PC兼容機(jī)上用菜單驅(qū)動(dòng)的方式子以實(shí)現(xiàn)．可以用微軟的word for windOws 2.O中的刪除功能實(shí)現(xiàn)操作(5)。用在Mathcad機(jī)器申運(yùn)行的，為之所開(kāi)發(fā)的其它軟件實(shí)現(xiàn)操作(5)一(6)，如下述實(shí)施例所示。此軟件用于讀取一個(gè)在Colorlab系統(tǒng)中對(duì)印刷標(biāo)識(shí)(1ogo)進(jìn)行掃描而生成的并用黑白Postscript文件渲染過(guò)了的文件，然后在Microson winWord中，Postscript的文件頭和文件尾將被除去?；抑滴谋?-F(十六進(jìn)制)將用0-9(十進(jìn)制)替換掉(我們選用了最簡(jiǎn)單的例子0-1(十進(jìn)制))，并且其它的字符將用一個(gè)空格替換，這樣使得單數(shù)字可以被識(shí)別(在WinWord中，這樣占一個(gè)較大的頁(yè)面)。在這個(gè)過(guò)程中精度并沒(méi)有損失，但是winWord中列的數(shù)目加倍了(這個(gè)例子是在72Ipi下進(jìn)行的)．所存儲(chǔ)的文件是lanlbLk.pm，它是一個(gè)239行、78/2=239列的Mathcad文件。對(duì)Los Alamos標(biāo)識(shí)(]ogo)的渲染過(guò)程如下Q＝READPRN(lanlblk)rosw(Q)＝239 N＝rows(Q) cols(Q)＝39 M＝cols(Q)i＝0..N-1 j＝0..M-1 ki＝N-I-iQRk,j=jf(Qi,j,f≠1,-1,-100)PRNCOLWIDTH=0 PRNPRECISION＝4 WRITEPRN(QRS2)＝QRi,jMt＝READPRN(QRS2)Xi,j:=floor(4095N-1)·i]]>WRITEPRN(XS2)＝Xi，jMx＝READPRN(XS2)Yi,j:=floor(1023M-1·j+1534)]]>WRITEPRN(YS2)＝Y(jié)i，jMy＝READPRN(YS2)Mxy＝augment(Mx，My) Mtxy＝augment(Mt，Mxy) WRITEPRN(LA)＝MtxyMRtxy＝READPRN(LA) entries＝rows(MRtxy) entries＝9321注意QR的鏡像需要在離子研磨文件中創(chuàng)建正確的注冊(cè)。然后，可以用del為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)所描述的方法實(shí)現(xiàn)操作(7)。
替換之，可跳過(guò)操作(3)～(5)，并可將灰度級(jí)圖像用TIFF格式(xxx.tif，有幾種風(fēng)味)，Windows Bitmap格式(xxx.bmp)，WindowsPainbrush格式(xxx.pcx)，TARGA格式(xxx.tga)或一個(gè)灰度級(jí)PostScript格式文件(xxx.eps)保存起來(lái)。然后用Mocha Version 1.1軟件包中的菜單命令從陣列格式中抽取象素強(qiáng)度，并且作為ASCII字符文件(xxx.dat)界定的逗號(hào)或空格存儲(chǔ)起來(lái)，然后通過(guò)另一個(gè)軟件例行程序?qū)崿F(xiàn)操作(6)，該軟件例行程序運(yùn)行在Mathcad之中并示出如下這個(gè)程序可以從Mocha V1.1的工作圖中抽取象素強(qiáng)度數(shù)據(jù)，并為隨后對(duì)離子研磨文件xxx.str的轉(zhuǎn)換產(chǎn)生一個(gè)離子研磨前光標(biāo)文件xxx.prm。N＝x元素的#；M＝y(tǒng)元素的#；P＝象素的#＝rows(Mt)。初始讀文件是lanllog.dat。為其它文件讀取將作適當(dāng)?shù)母摹Ｆ渌氖荳RITEPRN(Ianlmoc)。我們同時(shí)也列出了一個(gè)可以將研磨文件精減到基本象素大小的一個(gè)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＝-100 b＝1Qi，j＝READ(decin3)Mtk＝READ(decin3) Mtk＝if(Mtk≤130，a，-1) rows(Mt)＝9765 cols(Mt)＝1Xi,j:=floor[2047+(i-N+12)·b]]]>Yi,j:=floor[2047+(j-M+12)·b]]]>WRITE(xmoc)＝Xi，jMxk＝READ(xmoc) WRITE(ymoc)＝Y(jié)i，jMyk＝READ(ymoc)Mtx＝augment(Mt，Mx) Mtxy＝augment(Mtx，My) Mtxy＝csort(Mtxy，0)t＝Mtxy<0>wk＝if(tk≠-1，1，0)s:=Σkwk]]>s＝1457 l＝0..s-1WRITE(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)＝NtxyWRITE(Mttmp)＝MtkRi，j＝READ(Mttmp) rows(R)＝35 cols(R)＝279 p＝cols(R)qj＝|j-p+l| Pi，qj＝READ(Mttmp)用于構(gòu)成Ionmill前光標(biāo)(precursor)文件的PostScript文件的結(jié)構(gòu)要求一個(gè)xxx.eps首標(biāo)，它包括一個(gè)“j”דi”的字符說(shuō)明。然后在一個(gè)文本編輯器中的字符之間加入空格以致于將相應(yīng)的文件尺寸增加一倍；也就是說(shuō)，78×70變?yōu)?56×70，但其分辨率卻沒(méi)有下降。這些文件最多可以達(dá)到Ionmill所限制的容量，而且可以被處理。但是，掃描的文本圖像必需在三角的意義上，也就是說(shuō)沿逆時(shí)針?lè)较?，懸轉(zhuǎn)90°；否則，需要一個(gè)非常慢的矩陣轉(zhuǎn)換功能以產(chǎn)生用于Ionmill文件的正確的定向。
三維圖像數(shù)據(jù)實(shí)際上是用在襯底材料中的一個(gè)離子研磨的三維結(jié)構(gòu)來(lái)存儲(chǔ)的，在這一范圍內(nèi)的所有結(jié)構(gòu)都可以下面的公式數(shù)學(xué)地以相關(guān)變量函數(shù)表達(dá)z＝t(x，y)進(jìn)一步的限制在于當(dāng)給定一組x，y值之后，只允許有一個(gè)t值。實(shí)際上這排除了所有的不在離子束觀測(cè)線中的研磨位置。然而，其后從不同定向的結(jié)構(gòu)研磨去除了z的單個(gè)值限定。
單獨(dú)的定向三維研磨通常通過(guò)以下方式完成計(jì)算一個(gè)陣列z[i，j]，繪制其圖形以供檢測(cè)，以及生成一個(gè)與前述用于數(shù)字和字母數(shù)據(jù)的格式完全相同的前光標(biāo)文件。其后的創(chuàng)建研磨流文件的工藝和前面描述的一樣。已經(jīng)有用于每個(gè)三維形狀以便研磨的單獨(dú)的軟件程序。由于對(duì)每個(gè)形狀的公式是唯一的，所以陣列索引、數(shù)據(jù)格式化、以及文件寫入和轉(zhuǎn)換的手段與這一范疇內(nèi)的所有形狀是完全相同的。下面展示的示例示出了一個(gè)用于生成一個(gè)三維特性(例如一個(gè)螺絲的螺紋)的軟件。建立索引N＝255 M＝255 i＝0..N j＝0..M Q＝(N+1)·(M+1) k＝0..Q-1創(chuàng)建X，Y陣列Xi,j:=floor(i+2047-N+12)]]>WRITE(X)＝Xi，jMxk＝READ(X)Yi,j:=floor(j+2047-N+12)]]>WRITE(Y)＝Y(jié)i，jMyk＝READ(Y)Mxy＝augment(Mx，My)創(chuàng)建延時(shí)映象xi:=4095·iN-2047]]>yj:=4095·jM-2047]]>ri,j:=floor[|(xi)2+(yj)2|]]]>ti，j＝floor[(angle(Xi，yj)-6.279)·16]a＝min(t)a＝-101 Ti，j＝if(ri，j＜XN，ti，j-l，a-l)創(chuàng)建dwell(x，y)的研磨文件WRITE(T)＝Ti，jMtk＝READ(T) Mtxy＝augment(Mt，Mxy) rows(Mtxy)＝65536PRNCOLWIDTH＝0 PRNPRECISION ＝4 WRITEPRN(Screwl)＝Mtxy圖4示出了按照上述方式生成的三維結(jié)構(gòu)曲線，圖5示出了實(shí)際的研磨結(jié)構(gòu)的Atomic Force Microscope圖像。
使用上述的技術(shù)可以將該方法擴(kuò)展用于研磨根據(jù)灰度級(jí)和彩色象素值的三維圖形，這些象素值是從視頻生成的TIFF，Bitmap，TARGA，或其它圖形文件中抽取出來(lái)的。從形狀中得到的數(shù)據(jù)可以從掃描探測(cè)技術(shù)(例如Atomic Force Microscope和掃描通道顯微技術(shù))中獲得的深度信息中復(fù)原。雖然本發(fā)明是按照下列實(shí)例進(jìn)行描述的，但是本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的原理可以對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行修改和變型。
實(shí)施例1一共有52個(gè)字母字符被鍵入，它們包括字母的下標(biāo)和上標(biāo)字符。這些鍵入的字母然后被掃描到一個(gè)數(shù)據(jù)文件中，并轉(zhuǎn)換成由一個(gè)FEIIonmill設(shè)備可辨認(rèn)的研磨流文件，而且該設(shè)備蝕刻或微研磨這些字符成為高碳鋼定位針(dowel pin)。這些字符的尺寸為10微米并且在定位針上占用520平方微米的總面積。另外4個(gè)字符寫在相同的高碳鋼定位針上，每個(gè)字符占用一平方微米的面積。為了檢索研磨的數(shù)據(jù)，實(shí)際研磨空間放大500倍的掃描視頻打印被饋送到商用字符識(shí)別軟件。測(cè)試結(jié)果示出即使在沒(méi)有受過(guò)訓(xùn)練的情況下，字符識(shí)別程序仍然可以識(shí)別大量的研磨的字符，研磨字符的高寬比至少為15，它是由Atomic Force Microscopy的測(cè)量精度所決定的。
雖然本發(fā)明是按照上述實(shí)施例進(jìn)行描述的，但是本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的原理可以對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行修改和變型。因此，本發(fā)明的內(nèi)容受所述權(quán)利要求書的限定和保護(hù)。
權(quán)利要求
1.一種在目標(biāo)襯底中制作具有高的高寬比值的工藝，其特征在于包括將一個(gè)目標(biāo)襯底放在超高真空環(huán)境中；產(chǎn)生一個(gè)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)文件，該計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)文件用于操作計(jì)算機(jī)控制的聚焦離子束以便在所述目標(biāo)襯底中形成一個(gè)研磨的微結(jié)構(gòu)；以及將所述目標(biāo)襯底暴置于所述計(jì)算機(jī)控制的聚焦離子束中，所述計(jì)算機(jī)控制的聚焦離子束是由軟件通過(guò)使用計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)文件來(lái)控制的，從而在所述結(jié)構(gòu)襯底中形成具有高值高寬比的研磨微結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的處理，其中所述的微結(jié)構(gòu)的研磨的深度和研磨的寬度的高寬比大于10∶1。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的處理，其中所述處理不需要化學(xué)輔助。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的處理，其中所述的微結(jié)構(gòu)是一個(gè)帶通濾波器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的處理，其中所述的微結(jié)構(gòu)是一個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)。
6.一種耐久數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)，其特征在于包括一個(gè)具有研磨字符的襯底，所述研磨的字符的深度和寬度之比大約為1～50。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的耐久數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)，其中所述的研磨字符包括數(shù)字字符，字母字符，雕刻字符和圖形字符。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的耐久數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)，其中所述的襯底的材料包括銥、鎢、鉭、鉬、鈮、鈦、釩、鎘、錳、鐵、銅、鎳、鈷、硅、金、鈧、以及脈動(dòng)氣體的礬土。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的耐久數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)，其中所述的每個(gè)研磨字符占用大約1平方微米的面積。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的耐久數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)，其中所述的研磨字符是數(shù)字字符，它們每個(gè)占用大約150毫微米的最小直徑空間。
11.根據(jù)權(quán)利要求6所述的耐久數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)，其中所述的研磨字符都有一個(gè)單獨(dú)的凹陷。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的耐久數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)，其中所述的研磨字符由一種涂層材料填充以至足以形成一個(gè)相當(dāng)平滑的表面，該表面不包括可區(qū)別的研磨字符。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的耐久數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)，其中所述的研磨字符的至少一部分由涂層材料填充以至在所述襯底上形成基本平滑的表面，從而所述的研磨字符至少一部分是不可區(qū)別的字符。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的耐久數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)，其中所述的由一種涂層材料所填充至少一部分研磨字符的涂層材料被去除以至于所述的填充字符成為可區(qū)別的字符。
15.根據(jù)權(quán)利要求6所述的耐久數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)，其中所述的研磨表示數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)作為可變深度的項(xiàng)數(shù)和高寬比而存儲(chǔ)起來(lái)，所述數(shù)據(jù)會(huì)恢復(fù)成為圖像，所述圖像包括半色調(diào)圖像、灰度級(jí)圖像和彩色圖像。
16.一種用于在目標(biāo)襯底中制作具有高值高寬比的微結(jié)構(gòu)的微研磨系統(tǒng)，其特征在于包括一個(gè)超高真空系統(tǒng)，該超高真空系統(tǒng)包括一個(gè)腔體和一個(gè)泵裝置；一個(gè)目標(biāo)襯底定位設(shè)備；以及一個(gè)由計(jì)算機(jī)軟件控制的計(jì)算機(jī)控制聚焦離子束，該軟件采用了用于在所述目標(biāo)襯底中制成一個(gè)具有高值高寬比的研磨微結(jié)構(gòu)的預(yù)定計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)文件。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種可以在沒(méi)有化學(xué)輔助的環(huán)境下取得高值高寬比的超高真空聚焦離子束微研磨設(shè)備及其工藝。一個(gè)超高真空腔(10)包括多個(gè)通口，用于觀察目標(biāo)襯底，對(duì)目標(biāo)襯底進(jìn)行鍍膜，插入或者操作目標(biāo)襯底，以及對(duì)目標(biāo)襯底進(jìn)行各種分析。通口(12)可以是一個(gè)具有用于攝影通口的通口(14)。此外，本發(fā)明公開(kāi)了一種采用微研磨工藝制作的耐久的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)，該耐久的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)可以存儲(chǔ)諸如數(shù)字字符或字母字符以及圖形形體或圖形字符。
文檔編號(hào)H01J37/305GK1148436SQ96190157
公開(kāi)日1997年4月23日 申請(qǐng)日期1996年2月1日 優(yōu)先權(quán)日1995年2月1日
發(fā)明者布魯斯·C·拉馬丁, 羅杰·A·斯塔茲 申請(qǐng)人:加里福尼亞大學(xué)董事會(huì)