Дмитрий Соколов - Патентование изобретений в области высоких и нанотехнологий

Рис. 4.3. Следящая система совмещения компенсационного типа: 1 – реперные знаки подложки; 2 – подложка; 3 – реперные знаки РШ; 4 – рентгеношаблон; 5 – оптическая система; 6 – сканирующее устройство; 7 – маска; 8 – анализатор; 9 – помехозащищенный элемент; 10 – дополнительная маска

В способе совмещения [14] (рис. 4.3) в оптическую систему 5 был введен помехозащищенный элемент 9 (аналог реперных знаков 1,3), изображение которого анализировала дополнительная маска 10. При этом изображение элемента 9 по укороченному оптическому пути и с усиленной примерно на порядок яркостью подавалось на анализатор 8, который учитывал помехи оптической системы, связанные с вибрациями, конвективным тепломассообменом и т. п.

В устройстве [15] (рис. 4.4) дополнительный оптический модуль 9 выделял дополнительную информацию о грубом рассовмещении реперных знаков 1, 3 и подавал ее в виде оптического сигнала на модуль анализа грубого рассовмещения 10.

Рис. 4.4. Разделенная система совмещения: 1 – реперные знаки подложки; 2 – подложка; 3 – реперные знаки РШ; 4 – рентгеношаблон; 5 – оптическая система; 6 – сканирующее устройство; 7 – маска; 8 – анализатор; 9 – оптический модуль; 10 – модуль анализа грубого рассовмещения

Рис. 4.5. Система совмещения на основе зонных площадок Френеля:

1 – рентгеношаблон; 2 – линза Френеля; 3 – модулятор; 4 – лазер; 5 – луч лазера; 6 – реперный знак подложки; 7 – подложка; 8 – фотоприемник; 9 – система приводов

В результате разделения каналов грубого и точного совмещения была повышена точность анализа за счет того, что точное совмещение можно было проводить в меньшем диапазоне. Патентование таких устройств и способов не вызвало проблемы, так как в каждом пришлось решать большое количество новых задач.

Кроме этого, появились принципиально новые методы совмещения. Такие, например, когда на РШ 1 (рис. 4.5) формировалась линза Френеля 2, состоящая из прозрачных и непрозрачных участков, расположенных с переменным шагом. На нее с использованием модулятора 3 от лазера 4 подавался качающийся луч 5, который фокусировался линзой 2 и сканировал реперный знак 6 подложки 7. Этот знак мог состоять из нескольких дифракционных решеток, сигнал от которых фиксировался фотоприемником 8 [16]. Таким образом оценивалось рассовмещение РШ 1 относительно подложки 7, которое отрабатывалось системой приводов 9.

Патентование таких систем, очевидно, не вызовет трудностей также по причине решения большого количества решаемых проблем. Это поддержание зазора между РШ 1 и подложкой 7, как минимум в трех точках, анализ трех реперных знаков 6 подложки 7, отработка рассовмещения по плоскости подложки 7 и по углу разворота в этой плоскости, термостабилизация, замена подложек и многое другое.

Также оригинальным решением было использовать сканирующий зондовый микроскоп (СЗМ) для совмещения рентгеношаблона 1 (рис. 4.6) с подложкой 2. В этом случае на РШ 1 формировались кантилеверы 3, которые фиксировали рассовмещение реперных знаков 4 подложки 2 относительно РШ 1 [19, 20]. Система приводов 5 отрабатывала рассовмещение и поддерживала зазор между РШ 1 и подложкой 2. Здесь ко всем перечисленным проблемам предыдущей системы добавлялось особо точное поддержание этого зазора для обеспечения функционирования работы СЗМ.

Рис. 4.6. Система совмещения на основе СЗМ: 1 – рентгеношаблон; 2 – подложка; 3 – кантилевер; 4 – реперные знаки подложки; 5 – система приводов

Рис. 4.7. Модернизированный интерферометр Майкельсона: 1 – лазер; 2, 3, 4 – оптические модули; 5 – уголковый отражатель; 6 – фотоприемник

Чем сложнее система, тем проще ее патентовать. Проблема заключается в том, чтобы ее изготовить и обеспечить требуемые характеристики.

Помимо основных сложных систем для обеспечения процесса рентгенолитографии необходимо было разработать большое количество вспомогательных узлов: интерферометров, модуляторов, сканеров, транспортеров и т. д. Например, в интерферометре (рис. 4.7) лазер 1 формировал посредством оптических модулей 2, 3, 4 и уголкового отражателя 5 совмещенный оптический сигнал на фотоприемнике 6, характеризующий перемещение отражателя 5, перпендикулярное оси лазера 1. Этот интерферометр измерял перемещение сканирующих устройств, изображенных на рис. 4.2, 4.3, 4.4 и должен был иметь уменьшенные габариты в отличие от классического интерферометра Майкельсона, что и определило возможности его патентования [21] благодаря использованию одного уголкового отражателя 5.

В интерферометре (рис. 4.8) не было необходимости бороться за габариты, а вот повышенная точность измерения была необходима и достигалась благодаря тому, что луч от лазера 1, используя полупрозрачные зеркала 2 и 3 и отражаясь от смещенных на величину А уголковых отражателей 4 и 5, формировал увеличенное перемещение отражателя 4, перпендикулярное оси лазера 1, что и фиксировал фотоприемник 6 [22].

Рис. 4.8. Интерферометр с повышенной точностью измерения: 1 – лазер; 2, 3 – полупрозрачные зеркала; 4, 5 – уголковые отражатели; 6 – фотоприемник

Рис. 4.9. Модулятор: 1 – пьезобиморф; 2 – корпус; 3,4 – направляющие; 5 – плоская пружина; 6 – шторка

В модуляторе света (рис. 4.9) пьезобиморф 1, закрепленный в корпусе 2, благодаря использованию направляющих 3 и 4, в которых проскальзывала плоская пружина 5, отклонял шторку 6 на величину, более чем в 10 раз превышающую перемещение пьезобиморфа 1 [23]. Это необходимо в устройствах совмещения для уменьшения габаритов оптических модуляторов.

Описанные устройства [21,22,23] должны были быть адаптированы ко всему рентгенолитографическому комплексу и благодаря этому имели оригинальное исполнение. Интерферометры [21,22] при сохранении простоты конструкции обеспечивали требуемую точность оценки перемещения. Модулятор [23] при минимальных габаритах обеспечивал достаточный диапазон перекрытия световых каналов.

Следует также заметить, что в сложных системах со специфическими требованиями патентование возможно вплоть до мельчайших элементов,

например, таких, как электрические соединители. Например, разъем [24] был защищен благодаря его адаптации к вакуумным условиям использования в рентгенолитографии за счет регулируемого усилия сжатия контактов.

Основной вывод, который следует из вышесказанного, это то, что в новых областях, даже при использовании традиционного оборудования благодаря огромному количеству новых задач возможно патентование большого количества технических решений. Следует также заметить, что каждое новое направление реализует конечное число технических решений, но открытие новых эффектов порождает серию новых изобретений. Например, в рентгеновской технике было открыто явление сверхтекучести рентгеновских лучей [25], которое открывает целую область его применения. Специфика патентования изобретений, основанных на открытиях, будет рассмотрена ниже.

Литература

1. Браун Н., Караламбоус П., Кудряшов В.А. Высоковольтная электроннолучевая нанолитография. Третий всесоюзный семинар. «Микролитография». – Черноголовка, 1990, с. 31.

2. Аристов В. В., Кислов Н.А., Николайчик В. И., Ход ос И. И. Нанолитография в РПЭМ. Третий всесоюзный семинар. «Микролитография». – Черноголовка, 1990, с. 35–36.

3. Патент US5122663. Compact integrated electron beam imaging system. 24.07.1991.

4. Заявка RU2004136940. Поликаналльный объектный столик для исследования микроорганизмов с помощью сканирующего электронного микроскопа JEOL JSM-35C.27.05.2006.

5. Патент RU2297947. Способ изготовления полупроводникового прибора с управляющим электродом нанометровой длины.22.05.2003.

6. Heuberger A., Betz Н. X-ray lithography using synchrotron radiation // SPIE. 1984. vol. 471. p. 221–230.

7. Заявка JP59-33742. Источник рентгеновского излучения. 28.09.82.

8. Заявка JP59-128747. Газоплазменный источник рентгеновского излучения.12.01.83.

9. Заявка JP60-22093. Рентгеношаблон. 05.11.85.

10. Заявка JP59-92531. Рентгеношаблон. 17.11.82

11. Патент US4513077. Electron beam or X-ray reactive imagel-formable resisnous composition. 13.06.83.

12. Нонотаки С. Электронные резисты и рентгенорезисты. – Денси дзеире, 1984, т. 23, № 8, с. 57–61.

13. А.С. СССР № 1354978. Система реперных знаков и способ совмещения рисунка шаблона с рисунком пластины. 06.03.1986.

14. А.С. СССР № 1385843. Система реперных знаков для совмещения шаблона с пластиной, способ совмещения шаблона с пластиной и устройство для совмещения шаблона с пластиной. 18.01.1986.

15. А.С. СССР № 1403839. Устройство для совмещения шаблона и подложки. 06.03.1986.

16. А.С. СССР № 1385843. Система реперных знаков для совмещения шаблона с пластиной, способ совмещения шаблона с пластиной и устройство для совмещения шаблона с пластиной. 18.01.1986.

17. Лаймен Д. Работы по созданию установки рентгеновской литографии. – Электроника, 1986, т. 59, № 6, с. 45–52.