DE102007054074A1

DE102007054074A1 - System zum Bearbeiten eines Objekts

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Publication number: DE102007054074A1
Application number: DE102007054074A
Authority: DE
Inventors: Heinz Dr. Wanzenböck; Emmerich Dr. Bertagnolli; Wolfram Dr. Bühler; Camille Dr. Stebler; Alexander B.Sc. Rosenthal
Original assignee: Carl Zeiss NTS GmbH
Current assignee: Carl Zeiss NTS GmbH
Priority date: 2007-11-13
Filing date: 2007-11-13
Publication date: 2009-05-14
Also published as: EP2061068B1; US20090152460A1; DE602008004294D1; JP2009187928A; JP5539644B2; EP2061068A1; US8008639B2

Abstract

Ein Bearbeitungssystem umfasst eine Gaszuführeinrichtung, mit welcher Prozessgas an ein Objekt geführt wird. Ein Aktivierungsstrahl aktiviert das Gas, wodurch eine chemische Reaktion zwischen Material an der Oberfläche des Objektes und dem Prozessgas induziert wird, welche zu einem Abtragen von Material von der Oberfläche oder zu einem Ablagern von Material an die Oberfläche führt. Die Gaszuführeinrichtung ist aus einem Stapel von Platten gebildet, welche ein Gasleitungssystem zwischen mindestens einer Gaseintrittsöffnung und mindestens einer Gasaustrittsöffnung bereitstellen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein System zum Bearbeiten eines Objektes.
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.
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.
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.
Es ist somit eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Bearbeitungssystem bereitzustellen, welches die oben erwähnten Probleme vermindert.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfaßt die Gaszuführungseinrichtung eine Mehrzahl von Gaseintrittsöffnungen, um dem Objekt mehrere verschiedene Gase zuführen zu können.
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.
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.
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.
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.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfaßt der wenigstens eine Aktivierungsstrahl wenigstens einen aus einem Elektronenstrahl, einem Ionenstrahl und einem Photonenstrahl.
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.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfaßt das System wenigstens einen Elektronendetektor, um durch den Aktivierungsstrahl aus dem Objekt ausgelöste Elektronen zu detektieren.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfaßt die Strahloptik ein Objektiv zum Fokussieren des Aktivierungsstrahls auf das Objekt.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfaßt die Strahloptik einen Strahlablenker, um den Aktivierungsstrahl über das Objekt zu scannen.
Damit umfaßt das System gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Rasterelektronenmikroskop.
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.
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.
Das Bearbeitungssystem kann ein Vakuumgefäß umfassen, in welchem die Gaszuführeinrichtung, die Strahlquelle, die Strahloptik, und der Detektor, insbesondere Elektronendetektor, angeordnet sind.
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.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält das Substanzreservoir ein Precursorgas, insbesondere Organyle, Metallorganyle, sauerstoffhaltige, stickstoffhaltige, organische, anorganische, halogenidhaltige Verbindungen oder eine Kombination davon.
Weiterhin kann das Substanzreservoir Wolframfluorid, Aluminiumchlorid, Titanchlorid, Titanfluorid, einen anorganischen Goldprecursor oder andere Metallchloride oder Metallfluoride enthalten.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält das Substanzreservoir ein Spülgas, insbesondere ein Inertgas, wie etwa He, Ne, Ar, Xe, Kr oder/und N₂.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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).
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.
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.
Kleinste mit dem erfindungsgemäßen System hergestellte Metallstrukturen eignen sich auch für elektronenoptische (Plasmonics-)Anwendungen.
Das erfindungsgemäße System wird nun mit Bezug auf die angehängten Zeichnungen erläutert. Darin zeigen
1 eine schematische Illustration eines Systems zum Bearbeiten einer Oberfläche eines Objektes gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
2 eine teilweise weggebrochene schematische Ansicht eines Bearbeitungssystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
3a und 3b eine Zuleitungsgeometrie einer Gaszuführeinrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
4a bis 4c eine Düsengeometrie einer Gaszuführeinrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
5a bis 5c eine Düsengeometrie einer Gaszuführeinrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
6a bis 6c eine Düsengeometrie einer Gaszuführeinrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
7a bis 7c eine Düsengeometrie einer Gaszuführeinrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
8a bis 8c eine Düsengeometrie einer Gaszuführeinrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
9a bis 9c eine Düsengeometrie einer Gaszuführeinrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
10a bis 10c eine Düsengeometrie einer Gaszuführeinrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
11a bis 11e eine Ausführungsform einer Gaszuführeinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
12a bis 12c eine Ausführungsform einer Gaszuführeinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung,
13a und 13b eine Ausführungsform einer Gaszuführeinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung,
14a bis 14c eine Ausführungsform einer Gaszuführeinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung,
15a bis 15d eine Ausführungsform einer Gaszuführeinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, und
16a und 16b eine Ausführungsform einer Gaszuführeinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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
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.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 10208043 A1 [0004]

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]

Claims

System zum Bearbeiten eines Objekts (33), umfassend: eine Gaszuführeinrichtung (20) zum Zuführen von Gas zu dem Objekt (33); eine Strahlquelle (3) zum Erzeugen wenigstens eines Aktivierungsstrahls (8) zum Aktivieren des Gases; und eine Strahloptik (11, 21, 18) zum Richten des wenigstens einen Aktivierungsstrahls (8) auf das Objekt (33), wobei die Gaszuführeinrichtung (20) einen Stapel (23) aus einer Mehrzahl von Platten (22, 24, 27) umfasst, welche mit quer zu einer Strahlrichtung des Aktivierungsstrahls sich erstreckenden Flachseiten aneinander liegen, wobei der Plattenstapel (23) einen Durchtritt des Aktivierungsstrahls (8) zu dem Objekt (33) erlaubt und wenigstens eine Gaseintrittsöffnung (29) und wenigstens eine Gasaustrittsöffnung (31) aufweist, welche in einer Flachseite einer dem Objekt am nächsten angeordneten Platte (24) des Stapels (23) angeordnet ist, wobei die Gaseintrittsöffnung (29) und die Gasaustrittsöffnung (31) durch ein in dem Stapel gebildetes Gasleitungssystem (26, 28, 30) miteinander verbunden sind, welches wenigstens einen Leitungsabschnitt (26) 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.
System nach Anspruch 1, wobei ein Verhältnis aus einer Länge des Leitungsabschnitts zu einer Dicke des Stapels größer als 4, insbesondere größer als 10, ist.
System nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Stapel eine erste und eine zweite Platte (22, 24) umfaßt, welche jeweils den Leitungsabschnitt über dessen gesamte Länge begrenzen.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Gaseintrittsöffnung (29) in einer Flachseite einer von dem Objekt am entferntesten angeordneten Platte (22) des Stapels (23) angeordnet ist.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Gaseintrittsöffnung (29b) in einer Stirnseite des Stapels angeordnet ist.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Gaszuführungseinrichtung (20) eine Mehrzahl von Gaseintrittsöffnungen (29, 29k) umfaßt, um mehrere verschiedene Gase dem Objekt zuzuführen.
System nach Anspruch 6, wobei die Gaszuführungseinrichtung eine Mehrzahl von Gasaustrittsöffnungen (31, 31k) umfaßt, um die mehreren verschiedenen Gase dem Objekt separat zuzuführen.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Gaszuführungseinrichtung eine Mehrzahl von Gasaustrittsöffnungen umfaßt, welche durch das Gasleitungssystem mit einer gemeinsamen Gaseintrittsöffnung verbunden sind.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Strahlquelle zur Erzeugung einer Mehrzahl von Aktivierungsstrahlen (8₁ , 8₂ , 8₃ , 8₄ ) ausgebildet ist, und die Strahloptik dazu ausgebildet ist, die mehreren Aktivierungsstrahlen an mit Abstand voneinander angeordneten Orten auf das Objekt zu richten.
System nach Anspruch 9, wobei eine Anzahl der Gasaustrittsöffnungen, welche durch das Gasleitungssystem mit einer gemeinsamen Gaseintrittsöffnung verbunden sind, größer oder gleich der Anzahl der Aktivierungsstrahlen ist.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der wenigstens eine Aktivierungsstrahl wenigstens einen aus einem Elektronenstrahl, einem Ionenstrahl und einem Photonenstrahl umfaßt.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 11, ferner umfassend wenigstens einen Detektor (17), um durch den Aktivierungsstrahl aus dem Objekt ausgelöste Partikel, insbesondere Elektronen, zu detektieren.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die Strahloptik ein Objektiv (11) zum Fokussieren des Aktivierungsstrahls auf das Objekt umfaßt.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei die Strahloptik einen Strahlablenker umfaßt, um den Aktivierungsstrahl über das Objekt zu scannen.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei die dem Objekt am nächsten angeordnete Platte (24) des Stapels eine elektrisch leitfähige Oberfläche aufweist und wobei die elektrisch leitfähige Oberfläche mit einem vorbestimmten Potential elektrisch verbunden ist.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 15, ferner umfassend wenigstens ein Substanzreservoir (41), welches mit der wenigstens einen Gaseintrittsöffnung (29) des Stapels (23) gasleitend verbunden ist.
System nach Anspruch 16, wobei das Substanzreservoir (41) ein Precursorgas, insbesondere Organyle, Metallorganyle, sauerstoffhaltige, stickstoffhaltige, organische, anorganische, halogenidhaltige Verbindungen oder eine Kombination davon, enthält.
System nach Anspruch 16, wobei das Substanzreservoir (41) ein Spülgas, insbesondere ein Inertgas, wie etwa He, Ne, Ar, Xe, Kr oder/und N₂, enthält.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 18, wobei die Gas zuführeinrichtung ferner eine Temperiereinrichtung (60, 65) innerhalb des Stapels von Platten umfaßt zum Kühlen und/oder Heizen von in dem Gasleitungssystem enthaltenem Gas.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 19, wobei die Gas zuführeinrichtung wenigstens zwei Gaseintrittsöffnungen (37l₁ , 37l₂ ) und ferner innerhalb des Stapels von Platten einen Mischer (50, 54) umfaßt zum Durchmischen von zwei verschiedenen durch die wenigstens zwei Gaseintrittsöffnungen (37l₁ , 37l₂ ) in das Gasleitungssystem eingetretenen Gase.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 20, wobei die Gaszuführeinrichtung ferner innerhalb des Stapels von Platten einen Drucksensor umfaßt zum Messen eines Druckes von in dem Gasleitungssystem enthaltenem Gas.