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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein System zum Bearbeiten eines Objektes.
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Insbesondere
betrifft diese Erfindung ein System zum Bearbeiten eines Objektes,
wobei das System dazu ausgelegt ist, an vorbestimmten Orten der
Oberfläche Abscheidungen oder Abtragungen durchzuführen.
Weiter insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein System
zum Bearbeiten einer Oberfläche eines Objektes, welches
eine Gaszuführeinrichtung umfaßt, welche durch
eine Plattenstruktur gebildet ist.
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Aus
dem Stand der Technik sind Bearbeitungssysteme bekannt, welche ein
Gaszuführsystem zum Zuführen von Gas an eine Oberfläche
eines zu bearbeitenden Objektes sowie eine Strahlquelle und eine
Strahloptik zum Richten eines Aktivierungsstrahls auf einen Ort
der Oberfläche des Objekts umfassen. Die Gaszuführeinrichtung
ist dazu ausgelegt, ein bestimmtes Gas zu einem zu bearbeitenden
Bereich der Oberfläche des Objekts zu führen.
Der Aktivierungsstrahl, welcher ein Elektronenstrahl, ein Ionenstrahl
oder ein Photonenstrahl sein kann, kann auf eine zu bearbeitende
Stelle der Oberfläche des Objekts fein fokussiert werden.
In diesem Bereich befindliche Gasmoleküle, welche durch
die Gaszuführeinrichtung zugeführt worden sind,
werden bei Wechselwirkung mit dem Aktivierungsstrahl aktiviert,
das heißt in einen angeregten Zustand versetzt oder in Rotations-,
Schwingungs- und/oder Vibrationszustände versetzt, so daß ihre
chemische Reaktivität verändert wird. Es können
dabei auch Radikale gebildet werden. An der Oberfläche
des Objekts adsorbierte Gasmoleküle, welche infolge der
Wechselwirkung mit dem Aktivierungsstrahl, z. B. durch Primär- und/oder
Sekundärelektronen, aktiviert worden sind, reagieren sodann
entweder selbst (z. B. induzierte Zersetzung eines Moleküls
ohne Wechselwirkung mit der Oberfläche) oder mit an der
Oberfläche des Objekts befindlichen Elementen oder Molekülen.
Je nach verwendetem Reaktionsgas und vorhandenen Substratatomen,
Elementen oder Molekülen auf der Oberfläche des
Objekts kann dies zu Abscheidungen von Material auf die Oberfläche
des Objekts oder zu Abtragungen von Material von der Oberfläche
des Objekts führen. Aufgrund der Möglichkeit einer
feinen Fokussierung des Aktivierungsstrahls, insbesondere eines
Partikelstrahls, wie etwa eines Elektronenstrahls oder eines Ionenstrahls,
kann das beschriebene Verfahren insbesondere zur Erzeugung und Bearbeitung
von Mikrostrukturen vorteilhaft eingesetzt werden.
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Aus
DE 102 08 043 A1 ist
zum Beispiel ein Materialbearbeitungssystem bekannt, wobei ein Elektronenstrahl
ein von einer Gaszuführungsanordnung an die Oberfläche
des Objekts zugeführtes Gas aktiviert, um eine Abscheidung
bzw. Abtragung von Material zu bewirken. Ein Bearbeitungsfortschritt kann
dabei durch Aufnahme eines elektronenmikroskopischen Bildes kontrolliert
werden. Das Gas wird dabei über Gasdüsen zugeführt,
welche am Ende einer schräg zum Objekt gestellten Gaskanüle
angeordnet sind. Es hat sich herausgestellt, daß herkömmliche
Gaszuführungssysteme schwierig mit einer Optik eines Aktivierungsstrahls
und/oder eines Analysestrahls zu kombinieren sind.
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Es
ist somit eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Bearbeitungssystem
bereitzustellen, welches die oben erwähnten Probleme vermindert.
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Insbesondere
ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Materialbearbeitungssystem bereitzustellen,
welches eine lokale Reaktion eines Reaktionsgases allein oder mehrerer
Reaktionsgase untereinander auf der Oberfläche oder mit
der Oberfläche des Objekts mit Hilfe eines Aktivierungsstrahls zu
induzieren erlaubt und gleichzeitig eine zuverlässige Analyse
des Bearbeitungszustandes durch einen Analysestrahl ermöglicht.
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Gemäß einer
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein System
zum Bearbeiten eines Objekts bereitgestellt, welches eine Gaszuführeinrichtung
zum Zuführen von Gas zu dem Objekt; eine Strahlquelle zum
Erzeugen wenigstens eines Aktivierungsstrahls zum Aktivieren des
Gases; und eine Strahloptik zum Richten des wenigstens einen Aktivierungsstrahls
auf das Objekt umfaßt. Dabei umfaßt die Gaszuführeinrichtung
einen Stapel aus einer Mehrzahl von Platten, welche mit quer zu
einer Strahlrichtung des Aktivierungsstrahls sich erstreckenden
Flachseiten aneinander liegen, wobei der Plattenstapel einen Durchtritt
des Aktivierungsstrahls zu dem Objekt erlaubt und wenigstens eine
Gaseintrittsöffnung und wenigstens eine Gasaustrittsöffnung aufweist,
welche in einer Flachseite einer dem zu bearbeitenden Objekt am
nächsten angeordneten Platte des Stapels angeordnet ist.
Die Flachseite kann dabei im wesentlichen eben sein, oder in anderen Ausführungsformen
durch hervor- bzw. zurücktretende Teile oberflächlich
strukturiert sein.
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Die
Gaseintrittsöffnung und die Gasaustrittsöffnung
sind durch ein in dem Stapel gebildetes Gasleitungssystem miteinander
verbunden, welches wenigstens einen Leitungsabschnitt umfaßt,
welcher sich von einem von einem Ort des Durchtritts des Aktivierungsstrahls
entfernten Ort in dem Stapel zu einem dem Ort des Durchtritts des
Aktivierungsstrahls nahen Ort erstreckt. In Ausführungsformen
kann dieser Leitungsabschnitt mit speziellen Elementen wie etwa
Mischern, Ventilen, Heiz- und Kühlelementen oder Sensoren
ausgestattet sein.
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Der
Stapel von Platten kann dabei auch zum Abführen von Gas
oder unerwünschten gasförmigen Reaktionsprodukten
aus einem Raumbereich zwischen dem Plattenstapel und der Oberfläche
des Objektes ausgebildet sein.
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Das
Aktivieren des Gases umfaßt dabei z. B. ein Ionisieren,
ein Erzeugen eines angeregten Zustandes des Gases und dergleichen.
Im allgemeinen wird das Gas in einen energetisch höheren
Zustand als zum Zeitpunkt des Zustromes in den Plattenstapel versetzt.
Eine Voraktivierung kann dabei auch innerhalb des Plattenstapels
etwa durch Aufheizen mittels Heizelementen vorgenommen werden. Das
aktivierte Gas kann aufgrund der Wechselwirkung mit dem Aktivierungsstrahl
selbst oder mit Material an einer Oberfläche des Objektes
chemisch reagieren, was zur Modifikation der Oberfläche
führen kann. Die Modifikation kann eine Abtragung von Material
von der Oberfläche und/oder eine Ablagerung von Material
auf die Oberfläche umfassen oder auch eine Kompensation
von Ladungen auf der Oberfläche.
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Die
Strahloptik kann optische Linsensysteme, Spiegel und Beugungselemente
umfassen, falls der Aktivierungsstrahl einen Photonenstrahl, insbesondere
einen Lichtstrahl, umfaßt. Die Strahloptik kann elektrische
Ablenkelemente und magnetische und elektrostatische Linsen umfassen,
falls der Aktivierungsstrahl einen geladenen Partikelstrahl, insbesondere
einen Ionenstrahl oder Elektronenstrahl, umfaßt.
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Die
Flachseite einer Platte ist die Seite der Platte, die in einer Ebene
einer maximalen Ausdehnung der Platte liegt. Eine Seite im wesentlichen senkrecht
zu der Flachseite wird als eine Stirnseite der Platte bzw. des Stapels
bezeichnet. Die Platten können flach aufeinanderliegen
und miteinander verbunden sein. Die Verbindung kann durch mechanische
Verbindungselemente, wie etwa durch Schrauben, Bolzen oder Stifte
bewirkt sein. Die Verbindung kann auch durch thermische Behandlung,
wie etwa Schweißen, Löten, Sintern oder Verschmelzen
oder durch ein auf jeweils gegenüberstehenden Flachseiten
aufgebrachtes Klebemittel oder durch Waferbonding bewirkt werden.
Hintergrundinformationen über Waferbonding können
z. B. dem Artikel "Strained Si, SiGe, and Ge on-insulator:
review of wafer bonding fabrication techniques" von Taraschi G et
al., SOLID-STATE ELECTRONICS 48 (8), 1297–1305, 2004 entnommen
werden.
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Der
Aktivierungsstrahl kann quer, insbesondere im wesentlichen senkrecht,
durch den Stapel hindurchtreten. Dabei kann ein Photonenstrahl durch ein
optisch transparentes Fenster hindurchtreten. Ein Partikelstrahl
kann durch ein Durchgangsloch treten.
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Der
Leitungsabschnitt im Inneren des Plattenstapels kann verschiedene
Querschnittsformen aufweisen, welche sich entlang der Erstreckungsrichtung ändern
können. Der Leitungsabschnitt kann auch etwa einen kreisförmigen,
halbkreisförmigen, rechteckigen oder trapezförmigen
Querschnitt über einen Teil seiner Länge oder
seine gesamte Länge aufweisen. Ein Leitungsquerschnitt
entlang des Leitungsabschnitts der Gaszuführeinrichtung
ist dabei nach strömungstechnischen Erfordernissen ausgelegt.
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Gemäß einer
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Verhältnis
aus einer Länge des Leitungsabschnitts zu einer Dicke des
Stapels größer als 4, insbesondere größer
als 10. Die Dicke des Stapels ist dabei eine Ausdehnung einer Stirnseite
des Stapels im wesentlichen senkrecht zu Flachseiten der den Stapel
bildenden Platten.
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Gemäß einer
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfaßt
der Stapel eine erste und eine zweite Platte, welche jeweils den
Leitungsabschnitt über dessen gesamte Länge begrenzen.
Dabei kann sich der Leitungsabschnitt jeweils im wesentlichen parallel
zu der Flachseite beider Platten erstrecken.
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In
anderen Ausführungsformen ist der Stapel durch drei aufeinanderliegende
Platten gebildet, wobei ein Leitungsabschnitt durch ein erstes Paar
von aneinanderliegenden Platten und ein weiterer Leitungsabschnitt
durch ein zweites Paar von aneinanderliegenden Platten gebildet
ist, welche Leitungsabschnitte innerhalb des Stapels miteinander
verbunden sind oder zu getrennten Gasaustrittsöffnungen führen.
Damit können Leitungsabschnitte in verschiedenen Ebenen
des Stapels gebildet werden.
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Gemäß einer
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Gaseintrittsöffnung
in einer Flachseite einer von dem Objekt am entferntesten angeordneten
Platte des Stapels angeordnet. Hierbei kann Gas von der Flachseite
her in das Leitungssystem des Stapels eingespeist werden.
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Gemäß einer
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Gaseintrittsöffnung
in einer Stirnseite des Stapels angeordnet. Wie oben erwähnt,
wird unter der Stirnseite des Stapels eine Seite des Stapels verstanden,
die im wesentlichen senkrecht zu den Flachseiten der den Stapel
bildenden Platten verläuft.
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Gemäß einer
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfaßt
die Gaszuführungseinrichtung eine Mehrzahl von Gaseintrittsöffnungen,
um dem Objekt mehrere verschiedene Gase zuführen zu können.
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Gemäß einer
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfaßt
die Gaszuführungseinrichtung eine Mehrzahl von Gasaustrittsöffnungen,
um die mehreren verschiedenen Gase dem Objekt separat zuzuführen.
Damit können komplexe chemische Reaktionen an der Oberfläche
des Objektes durchgeführt werden, um die Oberfläche
zu bearbeiten.
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Gemäß einer
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfaßt
die Gaszuführungseinrichtung eine Mehrzahl von Gasaustrittsöffnungen,
welche durch das Gasleitungssystem mit einer gemeinsamen Gaseintrittsöffnung
verbunden sind. Damit kann eine weitgehend homogene Verteilung des
Gases in der Nähe der Oberfläche des Objektes
erreicht werden.
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Gemäß einer
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Strahlquelle
zur Erzeugung einer Mehrzahl von Aktivierungsstrahlen ausgebildet, und
die Strahloptik ist dazu ausgebildet, die mehreren Aktivierungsstrahlen
an mit Abstand voneinander angeordneten Orten auf das Objekt zu
richten. Somit ist es möglich, mehrere Orte gleichzeitig
zu bearbeiten oder zu inspizieren. Dabei können einer Gasaustrittsöffnung
der Gaszuführeinrichtung mehrere Aktivierungsstrahlen zugeordnet
sein.
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Gemäß einer
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Anzahl
der Gasaustrittsöffnungen, welche durch das Gasleitungssystem
mit einer gemeinsamen Gaseintrittsöffnung verbunden sind,
größer oder gleich der Anzahl der Aktivierungsstrahlen.
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Gemäß einer
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfaßt
der wenigstens eine Aktivierungsstrahl wenigstens einen aus einem
Elektronenstrahl, einem Ionenstrahl und einem Photonenstrahl.
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Gemäß einer
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfaßt
das System wenigstens einen Ionendetektor oder Photonendetektor,
um durch den Aktivierungsstrahl aus dem Objekt ausgelöste Ionen
bzw. Photonen zu detektieren.
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Gemäß einer
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfaßt
das System wenigstens einen Elektronendetektor, um durch den Aktivierungsstrahl
aus dem Objekt ausgelöste Elektronen zu detektieren.
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Gemäß einer
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfaßt
die Strahloptik ein Objektiv zum Fokussieren des Aktivierungsstrahls
auf das Objekt.
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Gemäß einer
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfaßt
die Strahloptik einen Strahlablenker, um den Aktivierungsstrahl über
das Objekt zu scannen.
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Damit
umfaßt das System gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ein Rasterelektronenmikroskop.
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In
anderen Ausführungsformen umfaßt das System ein
Ionenstrahlgerät zum Erzeugen und gezielten Ablenken eines
fokussierten Ionenstrahls sowie zum Detektieren von durch den Ionenstrahl
aus dem Objekt ausgelösten Partikeln oder Photonen.
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Gemäß einer
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist eine der
Oberfläche des Objekts am nächsten angeordnete
bzw. gegenüberliegende Platte des Stapels eine elektrisch
leitfähige Oberfläche auf und die elektrisch leitfähige
Oberfläche ist mit einem vorbestimmten Potential elektrisch verbunden.
Dadurch ist es möglich, eine geeignete Spannung zwischen
dem Objekt und/oder einem Strahlrohr eines geladenen Partikelaktivierungsstrahls
und dem Stapel anzulegen, um zu erreichen, daß aus dem
Objekt ausgelöste geladene Partikel, insbesondere Elektronen,
zu dem Detektor, insbesondere Elektronendetektor, gelangen, um somit
die Oberfläche des Objektes inspizieren zu können.
Damit kann eine Abbildungsgüte verbessert werden. Weiterhin
können unerwünschte, eine Bildgebung und auch
eine Bearbeitung störende Aufladungen verhindert werden.
Elektrisch leitfähige Materialien können auch
im Innern des Stapels oder auf einer der zu bearbeitenden Oberfläche
des Objektes abgewandten Seite des Stapels angeordnet sein und elektrisch
mit Spannungsquellen verbunden sein.
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Das
Bearbeitungssystem kann ein Vakuumgefäß umfassen,
in welchem die Gaszuführeinrichtung, die Strahlquelle,
die Strahloptik, und der Detektor, insbesondere Elektronendetektor,
angeordnet sind.
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Gemäß einer
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfaßt
das System wenigstens ein Substanzreservoir, welches mit der wenigstens einen
Gaseintrittsöffnung des Stapels gasleitend verbunden ist.
Das Substanzreservoir kann dabei in dem Vakuumgefäß untergebracht
sein. Je nach Ausführungsform kann es jedoch auch außerhalb
des Vakuumgefäßes angeordnet sein. Es können
auch ein oder mehrere mechanische, pneumatische oder elektrische
Ventile zwischen Reservoir und Gasaustrittsöffnung geschaltet
sein.
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Gemäß einer
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält
das Substanzreservoir ein Precursorgas, insbesondere Organyle, Metallorganyle,
sauerstoffhaltige, stickstoffhaltige, organische, anorganische,
halogenidhaltige Verbindungen oder eine Kombination davon.
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Weiterhin
kann das Substanzreservoir Wolframfluorid, Aluminiumchlorid, Titanchlorid,
Titanfluorid, einen anorganischen Goldprecursor oder andere Metallchloride
oder Metallfluoride enthalten.
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Gemäß einer
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält
das Substanzreservoir ein Spülgas, insbesondere ein Inertgas,
wie etwa He, Ne, Ar, Xe, Kr oder/und N2.
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Gemäß einer
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfaßt
die Gaszuführeinrichtung ferner eine Temperiereinrichtung
innerhalb des Stapels von Platten zum Kühlen und/oder Heizen
von in dem Gasleitungssystem enthaltenem Gas. Damit kann Gas auf
eine gewünschte Temperatur gebracht werden, bevor es der
Oberfläche des Objektes zugeführt wird.
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Gemäß einer
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfaßt
die Gaszuführeinrichtung wenigstens zwei Gaseintrittsöffnungen
und ferner innerhalb des Stapels von Platten einen Mischer zum Durchmischen
von zwei verschiedenen durch die wenigstens zwei Gaseintrittsöffnungen
in das Gasleitungssystem eingetretenen Gase. Damit kann ein zum
Bearbeiten der Oberfläche des Objektes geeignetes Gasgemisch
unmittelbar vor Zuführen des Gasgemisches zu der Oberfläche
des Objektes bereitgestellt werden.
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Gemäß einer
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfaßt
die Gaszuführeinrichtung ferner innerhalb des Stapels von
Platten einen Drucksensor zum Messen eines Druckes von in dem Gasleitungssystem
enthaltenem Gas.
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Ein
Anwendungsgebiet liegt in der Herstellung oder Bearbeitung von Stempeln
für die (Nano-)Imprint-Lithographie. Ein weiteres Anwendungsgebiet
liegt in der Bearbeitung von Masken für die optische Lithographie
zur Herstellung von integrierten Schaltkreisen in der Halbleiterindustrie.
Eine Maskenstruktur wird dabei mit Hilfe einer Beleuchtungsoptik
und eines Objektivs auf einen Wafer abgebildet, welcher mit einem
photoempfindlichen Resist versehen ist. Dabei werden die Maskenstrukturen
verkleinert auf den Wafer abgebildet. Eine Lithographiemaske weist
typischerweise sehr feine Strukturen auf, um eine entsprechend feine
Strukturierung eines Wafers und somit eine hohe Integrationsdichte
von Schaltkreisen in dem Endprodukt zu ermöglichen. Daher
sind hohe Anforderungen an die Strukturgüte der Maskenstrukturen
gestellt, was ebenso für die Imprint-Lithographie gilt.
Diese hohe Strukturgüte kann durch herkömmliche
Herstellungsverfahren von solchen Lithographiemasken nicht erreicht
werden. Daher werden Lithographiemasken nachbearbeitet, um die erforderliche
Strukturgüte der Maskenstrukturen bereitzustellen. Hierbei
wird vorteilhaft das beschriebene Bearbeitungssystem eingesetzt.
Eine Maske wird sodann zur Herstellung einer Vielzahl von hochintegrierten
Halbleiterbauteilen benutzt. In Zukunft sind Mehrstrahlsysteme zur
Bearbeitung von Objekten zu erwarten (z. B. Mapper-Lithography),
bei welchen herkömmliche Rohrleitungen und Kanülen umfassende
Gaszuführungssysteme nicht einsetzbar sind.
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Das
erfindungsgemäße Materialbearbeitungssystem kann
vorteilhaft für eine Reparatur von Masken für
die Lithographie verwendet werden. Dabei können auch zwei
verschiedene Strahlenarten, zum Beispiel ein Ionenstrahl und ein
Elektronenstrahl erzeugt werden. Das erfindungsgemäße
Materialbearbeitungssystem kann insbesondere zum "Direktschreiben"
von Mikrostrukturen Verwendung finden. Eine großflächige
Feinstrukturierung von Oberflächen mit Strukturgrößen
bis in den Nanometerbereich ist mit dem erfindungsgemäßen
System möglich. Vorteilhaft können als Reaktionsgase
Vorläufersubstanzen oder Ausgangssubstanzen (precursor) verwendet
werden, welche erst durch Aktivierung durch energetische Partikel
(Photonen, Elektronen, Ionen, Moleküle, Cluster und dergleichen)
eine Materialabscheidung oder ein Ätzen des Substratmaterials
bewirken. Dabei werden die reaktiven Vorläufersubstanzen über
das erfindungsgemäße Gaszuleitungs- und Düsensystem
direkt an die Oberfläche des Substrats gebracht. Die Reaktionsgase
können während des Direktschreibprozesses auf
kontrollierte Art und Weise zugeführt, gemischt und verteilt
werden. Durch das somit ermöglichte Direktschreiben können
dreidimensionale Strukturen hergestellt werden. Es können
Metalle als auch Isolatoren abgeschieden werden.
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Das
Gaszuführungssystem gemäß der vorliegenden
Erfindung kann auf der Basis von Mikrostrukturierungstechniken ausgeführt
werden. Die Gaszuführung an die Oberfläche des
zu bearbeitenden Objektes oder Werkstückes erfolgt idealerweise an
mehreren Stellen, um eine homogene Verteilung der Vorläufersubstanzen
zu gewährleisten.
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Das
erfindungsgemäße Bearbeitungssystem kann nicht
nur zum Direktschreiben von Nanostrukturen verwendet werden, sondern
auch zur Oberflächenmodifikation, zur Oberflächenveredelung
und zur Modifikation bestehender Mikro- und Nanostrukturen eingesetzt
werden. Hierbei ist es möglich, Vorläufersubstanzen
an mehreren Positionen zuzuführen. Werden verschiedene
Vorläufersubstanzen zugeführt, ermöglicht
dies das lokale Durchführen komplexer chemischer Prozesse
an der Oberfläche des Objektes. Die mit dem erfindungsgemäßen
Direktschreibsystem durchführbare Herstellung von Nanostrukturen
erfolgt durch chemische Prozesse durch Zufuhr von einer der mehreren
Metallverbindungen, insbesondere nichtorganische Metallprecursorn
oder Metallorganylen, und deren Zersetzung in feste Metallabscheidungen;
Zufuhr von zersetzbaren Organylen unterschiedlichster Verbindungen
zusammen mit einer stark sauerstoffhaltigen Verbindung und deren
Zersetzung zu festen Oxidabscheidungen; Zufuhr von Organylen unterschiedlichster
Verbindungen zusammen mit einer stark stickstoffhaltigen Verbindung
und deren Zersetzung zu Nitridabscheidungen; Zufuhr von organischen
Verbindungen und deren Zersetzung zu Kohlenstoffabscheidungen; Zufuhr
von flüchtigen anorganischen oder organischen Verbindungen
und deren Zersetzung unter lokaler Abscheidung von einem oder mehreren
der enthaltenen Elemente; Zufuhr von halogenidhaltigen Verbindungen
und deren Zersetzung in reaktive Halogenkomponenten, welche das
Substratmaterial lokal anätzen; Zufuhr von sauerstoffhaltigen
Verbindungen und deren lokale Freisetzung von Sauerstoffkomponenten,
welche das Substratmaterial lokal oxidieren; Zufuhr von stickstoffhaltigen
Verbindungen und deren lokale Freisetzung von Stickstoffkomponenten, welche
das Substratmaterial lokal nitridieren; und Zufuhr von flüchtigen
anorganischen oder organischen Verbindungen und deren Zersetzung
unter lokaler Reaktion mit der Probenoberfläche.
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Durch
das erfindungsgemäße Materialbearbeitungssystem
wird während einer Bearbeitung eines Objekts eine nahezu
homogene Gaskonzentration an der Oberfläche des Objekts
aufrechterhalten. Hierbei kann ein Druck in einem Bereich von zum Beispiel
10 mbar bis 10–6 mbar, insbesondere
10–3 mbar bis 10–5 mbar,
weiter insbesondere etwa 10–4 mbar
liegen.
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Die
Platten des Gaszuführungssystems können dabei
aus Silizium oder Siliziumoxid gefertigt sein, das optisch transparent
ist. Darauf kann eine leitfähige Schicht angebracht sein,
um die Gaszuführungseinrichtung auf ein geeignetes Potential
legen zu können, wenn als Aktivierungs- oder Analysestrahl
ein geladener Partikel strahl, insbesondere ein Elektronenstrahl,
verwendet wird. In einem Bearbeitungsverfahren zum Bearbeiten einer
Oberfläche eines Objekts kann dabei innerhalb eines Leitungssystems
des Gaszuführsystems eine laminare Gasströmung
erzeugt sein, während zwischen der Gasaustrittsöffnung
oder den Gasaustrittsöffnungen des Gaszuführsystems
und der Oberfläche des Objekts keine laminare Strömung
erfolgt, sondern sich das Gas als Molekularstrahl verhält.
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Die
Gasaustrittsöffnungen der Gaszuführeinrichtung
können dabei im Querschnitt oder Längsschnitt
verschiedene Formen haben, wie etwa eine Schlitzform, eine Halbmondform,
eine Kreisform oder dergleichen. Die Kanäle oder Röhren
innerhalb des Gaszuführungssystems können unterschiedlich
breit sein bzw. unterschiedliche Querschnittsgrößen
entlang einer Strömungsrichtung des Gases aufweisen. In
dem Gasleitungssystem des erfindungsgemäßen Gaszuführungssystems
kann bei einem Betrieb einer Bearbeitung eines Objekts ein Druck
von 0,01 bis 10 mbar, insbesondere 0,1 bis 1 mbar, herrschen. Bei Verwendung
eines Elektronenstrahls oder eines anderen geladenen Partikelstrahls
weist die Gaszuführungseinrichtung ein Loch zum Durchtreten
des Partikelstrahls auf, welches eine Größe hat,
die einer Auslenkung während eines Abtastens der Oberfläche
mit dem Partikelstrahl entsprechen kann.
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Das
erfindungsgemäße Bearbeitungssystem kann nicht
nur zur Reparatur von Masken für die Lithographie eingesetzt
werden, sondern auch zur Reparatur von integrierten Schaltkreisen.
Weiterhin kann das erfindungsgemäße Bearbeitungssystem zur
Herstellung eines (dreidimensionalen oder schichtweise zweidimensionalen)
Stempels mit (repetitiven) Strukturen verwendet werden, welcher Stempel
wiederum eine Herstellung von einer Vielzahl von Mikroreaktionsgefäßen
durch Eindrücken in ein Substrat erlaubt (Nano-Imprint).
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Mit
Hilfe des erfindungsgemäßen Bearbeitungssystems
können auch sogenannte "Nanoimprint-Masken" hergestellt
werden. Diese Anwendung ist insbesondere in der biotechnologischen
und pharmazeutischen Forschung von Interesse. Nano-Imprint-Lithographie
Templates können mit dem erfindungsgemäßen
System auch bearbeitet werden. Weiterhin können Kohlenstoffnanoröhren
(carbon nano tubes) oder Siliziumnanokabel (silicium nano wires)
mit dem System hergestellt und/oder bearbeitet werden.
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Mit
dem erfindungsgemäßen Bearbeitungssystem können
auch Goldabscheidungen an einem Substrat vorgenommen werden, welche
selektiv Thiolgruppen binden. Z. B. enthalten Biomoleküle,
wie zum Beispiel Proteine, Thiolgruppen, womit sie an ein mit Goldabscheidungen
versehenes Substrat gebunden werden können.
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Kleinste
mit dem erfindungsgemäßen System hergestellte
Metallstrukturen eignen sich auch für elektronenoptische
(Plasmonics-)Anwendungen.
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Das
erfindungsgemäße System wird nun mit Bezug auf
die angehängten Zeichnungen erläutert. Darin zeigen
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1 eine
schematische Illustration eines Systems zum Bearbeiten einer Oberfläche
eines Objektes gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung,
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2 eine
teilweise weggebrochene schematische Ansicht eines Bearbeitungssystems
gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung,
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3a und 3b eine
Zuleitungsgeometrie einer Gaszuführeinrichtung gemäß einer
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
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4a bis 4c eine
Düsengeometrie einer Gaszuführeinrichtung gemäß einer
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
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5a bis 5c eine
Düsengeometrie einer Gaszuführeinrichtung gemäß einer
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
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6a bis 6c eine
Düsengeometrie einer Gaszuführeinrichtung gemäß einer
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
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7a bis 7c eine
Düsengeometrie einer Gaszuführeinrichtung gemäß einer
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
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8a bis 8c eine
Düsengeometrie einer Gaszuführeinrichtung gemäß einer
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
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9a bis 9c eine
Düsengeometrie einer Gaszuführeinrichtung gemäß einer
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
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10a bis 10c eine
Düsengeometrie einer Gaszuführeinrichtung gemäß einer
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
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11a bis 11e eine
Ausführungsform einer Gaszuführeinrichtung gemäß der
vorliegenden Erfindung.
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12a bis 12c eine
Ausführungsform einer Gaszuführeinrichtung gemäß der
vorliegenden Erfindung,
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13a und 13b eine
Ausführungsform einer Gaszuführeinrichtung gemäß der
vorliegenden Erfindung,
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14a bis 14c eine
Ausführungsform einer Gaszuführeinrichtung gemäß der
vorliegenden Erfindung,
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15a bis 15d eine
Ausführungsform einer Gaszuführeinrichtung gemäß der
vorliegenden Erfindung, und
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16a und 16b eine
Ausführungsform einer Gaszuführeinrichtung gemäß der
vorliegenden Erfindung.
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1 illustriert
in Schnittansicht ein System 1 zum Bearbeiten einer Oberfläche
eines Objekts gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Das System 1 umfaßt
ein Vakuumgefäß 2, welches über
eine Öffnung 19 mit einem nicht dargestellten
Vakuumpumpensystem verbunden ist. In dem Vakuumgefäß 2 ist
eine als Kathode ausgelegte Elektronenquelle 3 zum Erzeugen
eines Elektronenstrahls 8 entlang einer Achse 15 angeordnet.
Das System 1 umfaßt weiterhin Fokussier-/Ablenkelemente 21 zum
Fokussieren und Ablenken des Elektronenstrahls 8.
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Der
Elektronenstrahl 15 ist umgeben von einem Strahlrohr 5,
welches über einen Elektrodenanschluß 7 und
eine Spannungsquelle auf ein hohes positives Potential gelegt werden
kann, zum Beispiel auf +8 kV. Das an das Strahlrohr angelegte Potential führt
dazu, daß ein elektrisches Feld in dem Raumbereich zwischen
der Elektronenquelle 3 und dem Strahlrohr 5 und
innerhalb des Strahlrohrs 5 erzeugt wird, welches die Elektronen
auf die Oberfläche 33a des Objekts 33 hin
beschleunigt. Das Objekt 33 ist dabei auf dem Objekttisch 34 gehaltert.
Der Elektronenstrahl bewegt sich entlang der Achse 15,
um in dem Punkt 35 der Oberfläche 33a des
Objekts 33 aufzutreffen. Zur Fokussierung des Elektronenstrahls ist
die Fokussierlinse 11 ringförmig um den Elektronenstrahl 8 angeordnet.
Die Fokussierlinse 11 ist eine Kombination aus einer magnetischen
Linse und einer elektrostatischen Immersionslinse. Die magnetische
Linse umfaßt dabei einen inneren Polschuh 10 und
einen äußeren Polschuh 9. Durch Stromfluß in der
Spule 13 entsteht durch Induktion ein magnetischer Fluß durch
die Polschuhe 9, 10, so daß ein Magnetfeld
im Bereich eines axialen Spaltes 16 austritt. Dieses Magnetfeld
führt zur Fokussierung des Elektronenstrahls 8.
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Durch
Anlegen einer geeigneten Spannung zwischen dem Strahlrohr 5 und
einer Elektrodenplatte 18 ist es möglich, die
Primärelektronen, welche aus der Elektronenquelle 3 austreten
und zunächst durch das elektrische Feld zwischen Elektronenquelle
und Strahlrohr beschleunigt werden, auf eine Primärenergie
von etwa 1 keV abzubremsen, welche geeignet ist, eine Abscheidung
von Material oder eine Abtragung von Material an dem Punkt 35 der Oberfläche 33a des
Objekts 33 bei Zuführen eines Reaktionsgases durchzuführen.
Anstelle von oder zusätzlich zu einem Anlegen einer Spannung
zwischen Strahlrohr 5 und Elektrodenplatte 18 kann
eine Spannung zwischen dem Strahlrohr 5 und der Gaszuführeinrichtung 20 mittels
des Elektrodenanschlusses 36 angelegt werden, welcher mit
einer Spannungsquelle verbunden ist. Entscheidend hierbei ist, daß im
Betrieb durch eine Spannungsquelle ein elektrisches Zugfeld zwischen
der Oberfläche 33a des Objekts 33 und
dem Raumbereich um den axialen Spalt 16 herum aufgebaut
ist, um aus der Oberfläche 33a des Objekts 33 austretende
Elektronen bis zum Elektronendetektor 17 gelangen zu lassen.
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Durch
Abrastern eines Oberflächenbereichs der Oberfläche 33a des
Objekts 33 um die Bearbeitungsstelle 35 ermöglicht
dieser Inlens-Detektor 17 somit die Aufnahme eines elektronenmikroskopischen
Bildes von dem Oberflächenbereich um die Bearbeitungsstelle 35,
um einen Bearbeitungsfortschritt zu kontrollieren und somit über
eine weitere Bearbeitung entscheiden zu können.
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Die
Gaszuführungseinrichtung gemäß dieser Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Bearbeitungssystems umfaßt
eine obere Platte 22 und eine untere Platte 24,
welche beide in einer Ebene 25 einer maximalen Plattenausdehnung
(das ist eine Ebene einer Flachseite der Platten) bündig
miteinander verbunden sind, um einen Stapel 23 zu bilden.
Der Stapel 23 erstreckt sich in einer Ebene, welche im wesentlichen
senkrecht zu der Achse 15 des Elektronenstrahls 8 orientiert
ist. Der Stapel 23 weist ein Durchgangsloch 47 in
seinem Zentrum auf, durch welches der Elektronenstrahl 8 entlang
der Achse 15 von der Elektronenquelle 3 zu dem
Auftreffpunkt 35 an der Oberfläche 33a des
Objekts 33 gelangt.
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Die
beiden Platten 22 und 24 dieser Ausführungsform
sind aus Materialien hergestellt, welche Metall, Keramik, Polymere
oder/und Halbleitermaterialien, insbesondere Si, SiO2 oder
Si3N4 umfassen.
In 1 ist ein Schnitt einer Seitenansicht (Stirnansicht),
d. h. ein Schnitt senkrecht zu der Flachseite beider Platten durch
beide Platten dargestellt. Die Ebenen maximaler Ausdehnungen erstrecken
sich dabei senkrecht zu der Zeichenebene der 1.
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Die
obere Platte 22 weist an ihrer Unterseite in einem Bereich
der in 1 dargestellten Schnittebene eine Ausnehmung auf,
in welchem Bereich auch die untere Platte 24 an ihrer oberen
Seite eine Ausnehmung aufweist. Somit ist in dem Stapel 23 ein erster
Leitungsabschnitt 26 (ein länglicher, röhrenförmiger
Hohlraum) gebildet, welcher durch die obere Platte 22 von
oben und die untere Platte 24 von unten begrenzt ist. In
dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel hat der erste
Leitungsabschnitt eine röhrenförmige Form, so
daß er in der in 1 gezeigten Schnittdarstellung
als ein rechteckiger Bereich dargestellt ist. Es kann auch eine
Ausnehmung in nur einer der zwei Platten vorgesehen sein, wobei
ein Leitungssystem gebildet ist, indem die Platte ohne Ausnehmung
diese mit Ausnehmung als Deckel abschließt. Weiterhin können
mehr als zwei Platten den Stapel bilden, wobei verschiedene Leitungsabschnitte
in verschiedenen Ebenen des Stapels gebildet sind, welche durch
Durchführungen zwischen den Ebenen verbunden sind oder
zu separaten Gasaustrittsöffnungen führen.
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Die
obere Platte 22 des Stapels 23 weist weiterhin
einen zweiten Leitungsabschnitt 28 (Gaseintrittsloch) mit
einer Gaseintrittsöffnung 29 auf, welche mit dem
ersten Leitungsabschnitt 26 gasleitend kommuniziert. Weiterhin
weist die obere Platte 22 einen Gasanschluß 37 auf,
an welchen eine Gasleitung 39 angeschlossen ist, welche
zu einem Substanzreservoir 41 führt. Damit kann
eine in dem Substanzreservoir befindliche Substanz in Form von Gas über
die Gasleitung 39 und den zweiten Leitungsabschnitt 28 in
den Hohlraum 26 im Inneren des Stapels 23 gelangen.
Zur Steuerung des Gasflusses ist ein Ventil 43 nahe dem
Gasanschluß 37 angeordnet, welches mit einer nicht
dargestellten Ventilsteuerung zur Steuerung des Ventils verbunden
ist.
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Die
untere Platte 24 weist einen dritten Leitungsabschnitt 30 (Gasaustrittsloch)
mit einer Gasaustrittsöffnung 31 auf. Ein Abstand
einer Achse 30' des dritten Leitungsabschnittes 30 von
der Achse 15 beträgt d1.
Ein Abstand einer Achse 28' des zweiten Leitungsabschnittes 28 der
oberen Platte 22 von der Achse 15 beträgt
d2. Es ist ersichtlich, daß der
Abstand d2 größer ist
als d1. Der dritte Leitungsabschnitt 30 ermöglicht über
die Gasaustrittsöffnung 31 ein Zuführen
von Gas, welches sich in dem ersten Leitungsabschnitt 26 befindet,
an die Oberfläche 33a des Objekts 33.
Wie in 1 illustriert, liegt die Gasaustrittsöffnung 31 nahe
an der Bearbeitungsstelle 35 der Oberfläche 33a des
Objekts 33. Damit kann im Substanzreservoir 41 befindliche
Substanz in Form von Gas über die Gasleitung 39,
den zweiten Leitungsabschnitt 28, den ersten Leitungsabschnitt 26,
den dritten Leitungsabschnitt 30, und die Gasaustrittsöffnung 31 vorteilhaft
an die Bearbeitungsstelle 35 herangeführt werden,
um nach Aktivieren durch den Elektronenstrahl Material abzuscheiden
bzw. Material abzutragen oder um Ladungen an der Oberfläche des
Objektes zu kompensieren. Durch das in 1 illustrierte
Gaszuführungssystem 20 kann eine weitgehend homogene
Reaktionsgaskonzentration an der Oberfläche des Objekts
bereitgestellt werden, was eine effektive Bearbeitung ermöglicht.
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2 zeigt
eine Teilschnittansicht einer weiteren Ausführungsform 1a eines
Bearbeitungssystems gemäß der Erfindung, wobei
eine Anzahl von Komponenten, welche in 1 illustriert
sind, in 2 nicht nochmals illustriert
sind. Ihr Aufbau und ihre Funktion kann der 1 sowie
der dazugehörigen Beschreibung entnommen werden. Der in 1 gezeigten
Ausführungsform analoge Komponenten sind mit gleichen Bezugszeichen
bezeichnet, wobei das Buchstabe "a" nachgestellt ist.
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Das
Bearbeitungssystem 1a umfaßt eine Gaszuführeinrichtung 20a.
Die Gaszuführeinrichtung 20a umfaßt einen
Stapel 23a, welcher durch drei übereinander liegende
Platten 22a, 27a und 24a gebildet ist.
Jeweils mit ihrer Flachseite sind die obere Platte 22a mit
der mittleren Platte 27a verbunden und die mittlere Platte 27a mit
der unteren Platte 24a. Der Stapel 23a und somit
die Platten 22a, 27a und 24a erstrecken
sich jeweils in einer Ebene senkrecht zu der Achse 15.
Wie auch 1 zeigt 2 einen Schnitt
durch den Stapel 23a, welcher senkrecht zu den Flachseiten
(Ebenen der maximalen Ausdehnungen) der Platten 22a, 27a und 24a orientiert
ist.
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Der
Stapel 23a weist im Inneren symmetrisch zu beiden Seiten
der Achse 15 erste Leitungsabschnitte 26a auf.
Die ersten Leitungsabschnitte 26a sind dabei jeweils von
der oberen Platte 22a von oben und der unteren Platte 24a von
unten über ihre gesamte Länge begrenzt. In der
in 2 gezeigten Schnittebene weist die mittlere Platte 27a in
diesem Bereich eine durch die volle Dicke der mittleren Platte 27a gehende
Aussparung auf. Die ersten Leitungsabschnitte 26a sind
somit durch Verschließen dieser Aussparung von oben mit
der oberen Platte 22a und von unten mit der unteren Platte 24a gebildet.
Wie auch die in 1 dargestellte Ausführungsform
der Gaszuführungseinrichtung 20 weist auch die
Gaszuführungseinrichtung 20a einen zweiten Leitungsabschnitt 28a (Gaseintrittsloch)
mit einer Gaseintrittsöffnung 29a auf, welche über
einen Gasanschluß 37a und eine Gasleitung 39a mit
einem Reservoir gasleitend verbunden ist. Damit kann Reaktionsgas
in die ersten Leitungsabschnitte 26a eingeführt
werden.
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Zum
Zuführen des Reaktionsgases an die Oberfläche 33a des
Objekts 33 weist die Gaszuführeinrichtung 20a weiterhin
einen dritten Leitungsabschnitt 30a (Gasaustrittsloch)
mit einer Gasaustrittsöffnung 31a auf. Wiederum
ist ein Abstand d1 einer Achse 30a' dieses
dritten Leitungsabschnittes 30a von der Achse 15 kleiner
als ein Abstand d2 einer Achse 28a' des
zweiten Leitungsabschnittes 28a von der Achse 15.
Somit kann Reaktionsgas von einem Ort weit entfernt von der Achse 15a an
die Bearbeitungsstelle 35 des Objekts 33 herangeführt
werden. Damit ist eine Bearbeitung des Objektes durch lokales Aktivieren
eines Reaktionsgases an der Bearbeitungsstelle 35 ermöglicht.
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3a und 3b zeigen
eine weitere Ausführungsformen 20b einer Gaszuführungseinrichtung gemäß der
vorliegenden Erfindung, wobei in 3a ein
Querschnitt senkrecht zu einer Flachseite der Gaszuführeinrichtung 20b (wie
in 1 und 2) dargestellt ist, und in 3b eine
Untenansicht der Gaszuführungseinrichtung 20b entlang
der Achse 15 dargestellt ist. Die in 3a und 3b dargestellte Gaszuführungseinrichtung 20b umfaßt
eine obere Platte 22b und eine untere Platte 24b,
sowie einen Anschluß 37b, welcher seitlich, d.
h. an einer Stirnseite des Stapels, angeordnet ist. Durch diesen
Anschluß kann Gas einem innerhalb des durch die obere Platte 22b und
die untere Platte 24b gebildeten Stapels 23b bereitgestellten
ersten Leitungsabschnitt 26b zugeführt werden.
Durch sechs an sechs dritten Leitungsabschnitten 30b gelegene
Gasaustrittsöffnungen 31b kann Gas einer unterhalb
der unteren Platte 24b gelegenen (nicht dargestellten)
Oberfläche eines Objektes zugeführt werden. 3b illustriert
in Draufsicht die Form des ersten Leitungsabschnittes 26b als
gestrichelte Linie. Dieser erste Leitungsabschnitt 26b ist
somit derart ausgebildet, daß der eine Gasanschluß 37b mit
den sechs dritten Leitungsabschnitten 30b verbunden ist.
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4a bis 4c, 5a bis 5c, 6a bis 6c, 7a bis 7c, 8a bis 8c, 9a bis 9c,
und 10a bis 10c zeigen
verschiedene Geometrien von dritten Leitungsabschnitten 30d,
..., 30j von Gaszuführeinrichtungen 20d,
..., 20j gemäß Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung. 4a, 5a, 6a, 7a, 8a, 9a und 10a zeigen jeweils schematisch eine Draufsicht
entlang der Achse 15 der oberen Platte 22d, ..., 22j und 4c, 5c, 6c, 7c, 8c, 9c und 10c jeweils eine Draufsicht auf die untere Platte 24d,
..., 24j. In 4b, 5b, 6b, 7b, 8b, 9b und 10b ist jeweils ein Querschnitt senkrecht zu einer
Ebene einer Flachseite der Platten der Gaszuführeinrichtung
dargestellt, in einer den Ansichten der 1, 2 und 3 oben analogen Sicht. 4b und 5b zeigen
dabei Schnitte der 4a bzw. 5a entlang
der durch Pfeile 4b bzw. 5b gekennzeichneten Schnittlinien,
alle anderen Schnitte sind entlang einer geraden jeweiligen Mittellinie
erhalten. Alle in den 4a bis 10c dargestellten
Ausführungsformen der Gaszuführeinrichtung umfassen
jeweils eine obere Platte 22d, ..., 22j und eine
untere Platte 24i, ..., 24j. Die in 9a bis 9c und 10a bis 10c illustrierten
Ausführungsformen umfassen weiterhin sich an die untere
Platte 24i bzw. 24j anschließende Platten,
um eine Feinausformung des dritten Leitungsabschnitts 30i bzw. 30j zu
ermöglichen.
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In
den 4a, 5a, 6a, 7a, 8a, 9a und 10a sind jeweils Querschnitte von zweiten Leitungsabschnitten 28d,
..., 28j zu sehen. In den hier dargestellten Ausführungsformen
haben sie eine kreisförmige Form. Auch andere Querschnittsformen
können je nach Anforderungen gewählt werden. In
den 4b, 5b, 6b, 7b, 8b, 9b und 10b sind jeweils Längsschnitte der dritten
Leitungsabschnitte 30d, ..., 30j zu sehen. Ein
Längsquerschnitt eines solchen dritten Leitungsabschnitts 30d,
..., 30j kann dabei eine regelmäßige
Form, wie etwa ein Rechteck, ein Dreieck, ein Trapez, einen Halbkreis
umfassen, oder kann eine irreguläre Form annehmen. In den 4c, 5c, 6c, 7c, 8c, 9c und 10c sind jeweils Querschnitte von dritten Leitungsabschnitten 30d,
..., 30j zu sehen. Sie können eine regelmäßige
Form, wie etwa ein Rechteck, einen Kreis, eine Ellipse oder eine
irreguläre Form annehmen. Durch eine geeignete Wahl einer
Querschnitts- und/oder Längsschnittsform eines dritten Leitungsabschnitts
kann eine gewünschte Gaszuführcharakteristik an
die Oberfläche des Objekts erreicht werden.
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11a bis 11e zeigt
eine weitere Ausführungsform 20k einer Gaszuführeinrichtung
gemäß der vorliegenden Erfindung in verschiedenen
Ansichten bzw. in verschiedenen Schnittansichten. 11a zeigt dabei eine Draufsicht der Gaszuführeinrichtung 20k gesehen
entlang der Achse 15, d. h. eine Draufsicht der Flachseiten
der die Gaszuführeinrichtung 20k bildenden Platten 22k, 27k,
und 24k. 11b und 11c illustrieren
in Seitenansicht Vertikalschnitte, die durch Schneiden der Gaszuführeinrichtung 20k entlang
von mit Pfeilen 11b bzw. 11c in 11a bezeichneten gestrichelten Linien und Blicken
in entsprechender Pfeilrichtung erhalten sind. 11d und 11e illustrieren
in Seitenansicht Vertikalschnitte, die durch Schneiden der Gaszuführeinrichtung 20k entlang
von mit Pfeilen 11d bzw. 11e in 11a bezeichneten gestrichelten Linien und Blicken
in entsprechender Pfeilrichtung erhalten sind.
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In
dieser Ausführungsform umfaßt die Gaszuführeinrichtung 20k vier
Durchgangslöcher 47k1 , 47k2 , 47k3 und 47k4 , welche ermöglichen, vier
Elektronenstrahlen 81 , 82 , 83 und 84 durch die Gaszuführeinrichtung 20k auf
die Oberfläche 33a des Objekts 33 treffen
zu lassen. Weiterhin umfaßt die Gaszuführeinrichtung 20k eine
Mehrzahl von dritten Leitungsabschnitten 30k1 ,
..., 30k10 (Gasaustrittslöcher).
Vier dritte Leitungsabschnitte 30k sind dabei jeweils um ein
Durchgangsloch 37k1 , ..., 37k4 angeordnet, um Reaktionsgas zu den
vier Prozessierungsstellen, welche mit den vier Elektronenstrahlen 81 , ..., 84 bearbeitet
werden, zuzuführen.
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Im
Gegensatz zu den bisher dargestellten Ausführungsformen
umfaßt die in 11a bis 11e dargestellte Gaszuführeinrichtung 20k drei Schichten 22k, 27k und 24k,
wobei ein erster Leitungsabschnitt 26k1 durch
die obere Platte 22k und die mittlere Platte 27k begrenzt
ist, und ein vierter Leitungsabschnitt 26k4 durch
die mittlere Platte 27k und die untere Platte 24k begrenzt
ist (siehe 11d). Somit ergeben sich Leitungsabschnitte 26k1 und 26k4 in
zwei verschiedenen Ebenen des Stapels 23k. Diese beiden
Leitungsabschnitte 26k1 und 26k4 sind jeweils gasleitend mit einem
Gasanschluß 37k1 bzw. 37k2 verbunden, welche an einer Oberseite
der oberen Platte 22k angeordnet sind. Der Leitungsabschnitt 26k1 ist mit den dritten Leitungsabschnitten 30k1 , ..., 30k5 verbunden,
und der Leitungsabschnitt 26k4 ist
mit den dritten Leitungsabschnitten 30k6 ,
...., 30k10 verbunden. Damit kann
mit der in 11a bis 11e dargestellten
Ausführungsform 20k einer Gaszuführeinrichtung
eine zu bearbeitende Oberfläche eines Objekts gleichzeitig an
mehreren Stellen bearbeitet werden, wobei gleichzeitig zwei unterschiedliche
Gase zugeführt werden können. Durch solch ein
komplexes Gasleitungssystem der erfindungsgemäßen
Gaszuführeinrichtung lassen sich besonders vorteilhaft
zwei verschiedene Gase in die Nähe eines Bearbeitungspunktes 35 der
Oberfläche 33a des Objektes 33 zuführen,
was eine variantenreiche Bearbeitungsmethodik erlaubt.
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12a, 12b und 12c zeigen eine Ausführungsform 20l einer
Gaszuführeinrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung. 12a zeigt eine Ansicht einer
Flachseite der Gaszuführeinrichtung 20l, das heißt
eine Draufsicht derselben. In den 12b bzw. 12c sind jeweils Schnittansichten der Gaszuführeinrichtungen 20l dargestellt,
welche durch Schneiden an den durch die Pfeile 12b bzw. 12c in 12a bezeichneten Linien und Blicken in Richtung
der Pfeile gewonnen sind. Die Gaszuführeinrichtung 20l umfaßt
eine oberste Platte 22l, eine zweitoberste Platte 22l',
eine mittlere Platte 27l, eine zweitunterste Platte 24l' und
eine unterste Platte 24l, welche mit ihren Flachseiten
jeweils aneinanderliegen. An einer Stirnseite des durch die Platten 22l, 22l', 27l, 24l' und 24l gebildeten
Stapels der Gaszuführeinrichtung 20l ist zwischen
der obersten Platte 22l und der zweitobersten Platte 22l' ein
Gasanschluß 37l1 angeordnet,
um ein erstes Gas zuzuführen. Das erste Gas gelangt in
einen parallel zu der Flachseite des Stapels verlaufenden Leitungsabschnitt 26l1 und von dort aus in einen im wesentlichen senkrecht
zu der Flachseite des Stapels verlaufenden Leitungsabschnitt 26l3 , um zu einem Mischer 50 zu
gelangen. An der Stirnseite des Stapels, an welcher sich der erste
Gasanschluß 37l1 befindet,
ist zwischen der zweitobersten Platte 22l' und der mittleren
Platte 27l des Stapels der Gaszuführeinrichtung 20l ein
zweiter Gasanschluß 37l2 angeordnet, um
ein zweites Gas zuzuführen. Über einen im wesentlichen
parallel zu der Flachseite des Stapels verlaufenden Leitungsabschnitt 26l4 gelangt das zweite Gas zu dem Mischer 50.
Der Mischer ist ein passives Element zum Durchmischen des ersten
und des zweiten Gases und ist durch eine Durchmischung fördernde
Elemente 51 und 52 aufgebaut, welche dazu führen,
daß durch sie hindurchströmendes Gas verwirbelt
und durchmischt wird. Die Elemente 51 und 52 sind
beispielsweise durch ein Sieb oder ein Gitter gebildet. Ein durch
Mischung des ersten und zweiten Gases erhaltenes Gasgemisch gelangt
in einen Leitungsabschnitt 26l5 ,
welcher zwischen der untersten Platte 24l und der zweituntersten
Platte 24l' gebildet ist. Von dort aus gelangt das Gasgemisch
in Leitungsabschnitte 30l, um durch Austrittsöffnungen 31l aus
der Gaszuführeinrichtung auszutreten, um einem Objekt,
welches unterhalb des in 12b und 12c illustrierten Stapels angeordnet ist, zugeführt
zu werden. Somit erlaubt die in den 12a, 12b und 12c dargestellte
Ausführungsform 20l einer Gaszuführeinrichtung
gemäß der vorliegenden Erfindung, innerhalb derselben
zwei Gase zu durchmischen, bevor sie einer Oberfläche des
Objekts zugeführt werden. In 12a ist
weiterhin ein Durchgangsloch 47l jeweils zwischen zwei
Gasaustrittsöffnungen 31l angeordnet, um einen
Elektronenstrahl zum Aktivieren des Gasgemisches an der Oberfläche
des Objekts hindurchtreten zu lassen. Es ist bemerkt, daß der
Mischer 50 der Gaszuführeinrichtung 20l die
beiden Gase in einem Leitungsabschnitt der Gaszuführeinrichtung
innerhalb des Stapels derselben vermischt, welcher im wesentlichen senkrecht
zu der Flachseite des Stapels angeordnet ist. Ein solcher Mischer
wird auch als ein vertikaler Mischer bezeichnet.
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13a und 13b zeigen
eine Ausführungsform 20m einer Gaszuführeinrichtung
gemäß der vorliegenden Erfindung. 13a zeigt eine Ansicht einer Flachseite der Gaszuführeinrichtung 20m und 13b zeigt eine Schnittansicht, welche durch Schneiden
der Gaszuführeinrichtung 20m entlang einer in 13a eingezeichneten mit Pfeilen 13b bezeichneten
Linie und Blicken in Richtung der Pfeile gewonnen ist. Die Gaszuführeinrichtung 20m umfaßt eine
obere Platte 22m, eine mittlere Platte 27m und eine
untere Platte 24m. Zwischen der oberen Platte 22m und
der mittleren Platte 27m ist an einer Stirnseite des durch
die Platten 22m, 27m und 24m gebildeten
Stapels ein erster Gasanschluß 37m1 zum
Zuführen eines ersten Gases angeordnet. Das zugeführte
erste Gas gelangt über einen im wesentlichen parallel zu
einer Flachseite des Stapels liegenden Leitungsabschnitt 26m1 und einem im wesentlichen senkrecht
zu einer Flachseite des Stapels liegenden Leitungsabschnitt 26m3 zu einem horizontalen Mischer 54.
An der selben Stirnseite des durch die Platten 22m, 27m und 24m gebildeten
Stapels der Gaszuführeinrichtung 20m ist zwischen
der mittleren Platte 27m und der unteren Platte 24m ein
Gasanschluß 37m2 angeordnet,
um ein zweites Gas zuzuführen. Das zweite Gas gelangt über
einen im wesentlichen parallel zu der Flachseite des Stapels liegenden
Leitungsabschnitt 26m2 zu dem horizontalen Mischer 54.
Der horizontale Mischer 54 umfaßt Siebe, Gitter
und/oder andere eine Durchmischung fördernde Elemente,
um das erste Gas und das zweite Gas miteinander zu durchmischen. über
einen Leitungsabschnitt 30m gelangt das Gasgemisch durch eine
Gasaustrittsöffnung 31m aus der Gaszuführeinrichtung,
um einer Oberfläche eines Objekts, welches in der 13b unterhalb des Stapels angeordnet ist, zugeführt
zu werden. Weiterhin, wie in 13a illustriert,
umfaßt die Gaszuführeinrichtung 20m ein
Durchgangsloch 47m, um einen Elektronenstrahl durch die
Gaszuführeinrichtung 20m hindurch auf die Oberfläche
des Objekts treten zu lassen, um das Gasgemisch zu aktivieren. Durch
die in den 13a und 13b illustrierte
Ausführungsform 20m einer Gaszuführeinrichtung
ist somit ermöglicht, zwei verschiedene Gase innerhalb
der Gaszuführeinrichtung innerhalb eines parallel zum Stapel
liegenden Leitungsabschnittes mit Hilfe eines horizontalen Mischers
zu durchmischen und das Gasgemisch der Oberfläche des zu
bearbeitenden Objekts zuzuführen.
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Die
in den 12a, 12b, 12c und 13a und 13b illustrierten Mischer 50 bzw. 54 können
auch aktive Elemente, wie etwa Miniaturmotoren, zum Vermischen der
beiden Gase umfassen.
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14a, 14b und 14c illustrieren eine Ausführungsform 20n einer
Gaszuführeinrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung. 14a zeigt eine Ansicht einer
Flachseite der Gaszuführeinrichtung 20n, das heißt
eine Draufsicht derselben. 14b und 14c zeigen jeweils Schnittansichten, welche durch
Schneiden an den mit Pfeilen 14b und 14c gezeigten
Linien und Blicken in Richtung dieser Pfeile gewonnen sind. Die
Gaszuführeinrichtung 20n umfaßt einen
Stapel von Platten, welcher durch eine obere Platte 22n,
eine mittlere Platte 27n und eine untere Platte 24n gebildet
ist, welche Platten mit ihren Flachseiten aneinander liegen. Durch
einen an einer Stirnseite des Stapels der Platten der Gaszuführeinrichtung 20n angeordneten
Gasanschluß 37n kann Gas der Gaszuführeinrichtung 20n zugeführt
werden, um in einen Leitungsabschnitt 26n zu gelangen.
Der Leitungsabschnitt 26n erstreckt sich im wesentlichen
parallel zu der Flachseite der den Stapel bildenden Platten 22n, 27n und 24n.
An einer Angrenzfläche zu der mittleren Platte 27n ist
in die obere Platte 22n ein Sensor 56 angeordnet,
von welchem elektrische Anschlüsse 58 aus der
Gaszuführeinrichtung herausgeführt sind. Über
die elektrischen Anschlüsse 58 kann ein Messsignal
des Sensors 56 an eine externe Steuerung geführt
werden. Der Sensor ist etwa einen mikromechanischen Drucksensor,
welcher zwischen der oberen Platte 22n und der mittleren
Platte 27n angeordnet ist. Beispielsweise kann eine Elektrode 561 des Sensors in der oberen Platte 22n angeordnet
sein und eine weitere Elektrode 562 des
Sensors, wie etwa eine Sensorelektrode eines Drucksensors, kann
eine Begrenzung eines Leitungsabschnittes 26n bilden, in
welchem Leitungsabschnitt 26n sich ein Reaktionsgas befindet.
Durch den Drucksensor 56 kann der Druck des Reaktionsgases, welches
sich in dem Leitungsabschnitt 26n befindet, gemessen werden.
Anstatt oder zusätzlich zu einem Drucksensor kann innerhalb
der Gaszuführeinrichtung 20n weiterhin ein Gasflußsensor
angeordnet sein, um einen Gasfluß zu messen. Der ermittelte
Gasdruck bzw. Gasfluß kann vorteilhaft zur Optimierung
einer Bearbeitung des Objekts verwendet werden. Das Gas kann der Oberfläche
eines zu bearbeitenden Objektes über den Leitungsabschnitt 30n und
die Austrittsöffnung 31n zugeführt werden.
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15a, 15b, 15c und 15d zeigen
eine Ausführungsform 20p einer Gaszuführeinrichtung
gemäß der vorliegenden Erfindung. Wiederum ist
in 15a eine Draufsicht der Gaszuführeinrichtung
gezeigt und in den 15b, 15c und 15d Schnittansichten bezüglich der mit Pfeilen
bezeichneten Linien 15b, 15c und 15d.
Viele Elemente der Gaszuführeinrichtung 15p sind
denen von vorher beschriebenen Gaszuführeinrichtungen ähnlich,
so daß auf deren einzelne Beschreibung verzichtet wird.
Im Unterschied zu den bisher beschriebenen Ausführungsformen
einer Gaszuführeinrichtung umfaßt die Gaszuführeinrichtung 20p einen
zwischen der oberen Platte 22p und der mittleren Platte 27p um
ein Durchgangsloch 47p angeordneten Raumbereich 60 (Fluidraum)
zum Aufnehmen einer Kühlflüssigkeit. Dieser Raumbereich 60 ist
in 15a in einer Draufsicht durch fein gestrichelte
Linien gekennzeichnet, wogegen ein Leitungsabschnitt 26p zum
Aufnehmen eines Reaktionsgases durch fett gestrichelte Linien gekennzeichnet
ist. Über Kühlmittelanschlüsse 61 kann
Kühlmittel in den Raumbereich 60 eingefüllt
werden. Über die mittlere Platte 27p bzw. einen
Teil davon steht der mit Kühlmittel gefüllte Raumbereich 60 in
thermischem Kontakt mit einem Leitungsabschnitt 26p, welcher über
einen Gasanschluß 37p mit Gas gefüllt
werden kann. Somit kann der Gaszuführeinrichtung zugeführtes
Gas gekühlt werden, bevor es über den Leitungsabschnitt 30p aus
der Gasaustrittsöffnung 31p aus der Gaszuführeinrichtung 20p ausströmt.
Somit kann mit der Gaszuführeinrichtung 20p Gas
vorteilhaft gekühlt werden, bevor es der Bearbeitungsstelle 35 des
Objekts 33 zum Aktivieren durch den Elektronenstrahl 8p zugeführt
wird.
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16a und 16b illustrieren
eine Ausführungsform 20q einer Gaszuführeinrichtung
gemäß der vorliegenden Erfindung. Wiederum ist
in 16a eine Draufsicht der Gaszuführeinrichtung und
in der 16b eine Schnittansicht der
Gaszuführeinrichtung 20q gezeigt, welche durch
den in 16a gekennzeichneten Pfeil 16b definiert
ist. Die Gaszuführeinrichtung 20q umfaßt
eine obere Platte 22q, eine mittlere Platte 27q und
eine untere Platte 24q, welche mit jeweiligen Flachseiten
aneinander liegen. Die Gaszuführeinrichtung 20q umfaßt
einen Gasanschluß 37q, womit Gas einem Leitungsabschnitt 26q der
Gaszuführeinrichtung 20q zugeführt werden
kann. Im Unterschied zu den bisher beschriebenen Gaszuführeinrichtungen
umfaßt die Gaszuführeinrichtung 20q eine
Heizung 65, welche in die obere Platte 22q eingelassen
ist, um in unmittelbaren Kontakt mit der an die obere Platte 22q angrenzenden
mittleren Platte 27q zu kommen. Die Heizung 65 ist
in dem hier illustrierten Ausführungsbeispiel als eine
Heizschlange gebildet, welche über Anschlüsse 66 zum
Heizen mit elektrischer Energie versorgt werden kann, welche von
einer externen Steuerung zugeführt werden kann. Die Heizung 65 steht
in thermischem Kontakt mit der mittleren Platte 27q und
somit mit dem Leitungsabschnitt 26q, in welchem Reaktionsgas
aufgenommen werden kann. Durch Wärmeübertragung
von der Heizung 65 auf das in dem Leitungsabschnitt 26q befindliche
Reaktionsgas kann das Reaktionsgas voraktiviert werden, bevor es über den
Leitungsabschnitt 30q aus der Austrittsöffnung 31q aus
der Gaszuführeinrichtung 20q austritt, um in die
Nähe der Bearbeitungsstelle 35 des Objekts 33 zu
gelangen. Hier kann es durch den durch die Durchgangsöffnung 47q gelangenden
Elektronenstrahls aktiviert werden, um ein Bearbeiten der Bearbeitungsstelle 35 zu
ermöglichen. Somit ermöglicht die Gaszuführeinrichtung 20q ein
Voraktivieren des Reaktionsgases durch Zufuhr von Wärmeenergie
innerhalb der durch die Platten gebildeten Gaszuführeinrichtung
unmittelbar vor Zuführen des Reaktionsgases zu der Oberfläche
des zu bearbeitenden Objekts
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Die
in 12 bis 16 gezeigten
Mischer, der Drucksensor, der Fluidraumbereich und die Heizung können
auch in beliebigen anderen in dieser Anmeldung beschriebenen Ausführungsformen
einer Gas zuführeinrichtung separat oder in Kombination
umfaßt sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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-
Zitierte Patentliteratur
-
-
Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
- - "Strained
Si, SiGe, and Ge on-insulator: review of wafer bonding fabrication
techniques" von Taraschi G et al., SOLID-STATE ELECTRONICS 48 (8),
1297–1305, 2004 [0012]