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Die
vorliegende Anmeldung betrifft ein Verfahren zum Ätzen einer
Struktur und eine Anordnung mit einem Ätzsystem und eine Struktur
gemäß der Präambel der
Ansprüche
1 bzw. 10, Absatz 1 z. B.,
US-A-4961052 .
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Hintergrund
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Ätzen ist
der Prozess eines Entfernens von Material von ausgewählten Bereichen.
Der Ätzprozess
kann für
mehrere Anwendungen verwendet werden. Zum Beispiel kann ein Ätzen bei
einem genauen Strukturieren von Bahnen und anderen komplizierten
Merkmalen an elektronischen Vorrichtungen verwendet werden. Unter
anderen Dingen ermöglichen
es diese strukturierten Bahnen, dass elektronische Vorrichtungen
arbeiten.
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In
der Vergangenheit wurde Ätzen
unter Verwendung von Nassätzungs-
oder Trockenätzungstechniken
erreicht. Sowohl Nass- als auch Trockenätzungstechniken können jedoch
komplizierte maschinelle Ausrüstung
und chemische Speicherung, Handhabung und Entsorgungsprobleme umfassen. Zusätzlich können einige
dieser Techniken den Bereich, der geätzt wird, übermäßig unterätzen, was zu einem weniger
genauen Ätzen
führt.
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US-A-4834834 offenbart
ein Verfahren zum Strukturieren eines geschichteten Artikels, das
ein Verwenden eines ersten Laserstrahls, um, außer an ausgewählten Bereichen,
eine chemische Reaktion des Artikels mit einer Halogenatmosphäre zu erzeugen,
und dann ein Verwenden eines zweiten Laserstrahls, um, außer an den
gleichen ausgewählten
Bereichen, die Oberfläche
des Artikels abzutragen, aufweist.
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US-A-4961052 offenbart
ein Ätzverfahren
für ein
photoempfindliches Glassubstrat, das maskiert und dann einer UV-Strahlung ausgesetzt
wird. Die ausgesetzten Abschnitte werden kristallisiert und anschließend durch
Säure entfernt.
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Gemäß einem
ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Ätzen einer Struktur
in Anspruch 1 definiert.
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Gemäß einem
ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Anordnung, die
ein Ätzsystem und
eine Struktur aufweist, in Anspruch 10 definiert.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist
eine schematische Ansicht, die einen Betrieb eines Ausführungsbeispiels
eines Selektivätzsystems
gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung darstellt.
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2 ist
eine schematische Ansicht, die einen Betrieb eines Ausführungsbeispiels
eines Elektromagnetische-Strahlung-Systems darstellt, das einen
Teil eines Ausführungsbeispiels
eines Selektivätzsystems
bildet, das gemäß einem
anderen Ausführungsbeispiel
der Erfindung gestaltet ist.
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3 ist
eine schematische Ansicht, die einen Betrieb des Ausführungsbeispiels
des Erste-Elektromagnetische-Strahlung-Systems
darstellt, das einen Teil eines Ausführungsbeispiels eines Selektivätzsystems
bildet, das gemäß einem
noch anderen Ausführungsbeispiel
der Erfindung gestaltet ist.
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4 ist
ein schematisches Diagramm, das eine Änderung einer Kristallinität und eines
Ordnungszustands eines Materials bei einem Schmelzen des Materials
und einem Rekristallisieren des Materials gemäß einem Ausführungsbeispiel
darstellt.
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5 ist
ein Flussdiagramm, das ein Beispiel eines Selektivätzverfahrens
darstellt, das nicht durch die Erfindung, wie dieselbe in den angehängten Ansprüchen definiert
ist, abgedeckt ist.
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Detaillierte Beschreibung
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Sich
anfänglich
auf 1 beziehend ist ein Ausführungsbeispiel eines Selektivätzsystems
schematisch bei 10 gezeigt, wobei das System ein Erste-Elektromagnetische-Strahlung-System 20 und
ein Zweite-Elektromagnetische-Strahlung-System 30 umfasst.
Obwohl zwei getrennte Elektromagnetische-Strahlung-Systeme gezeigt
sind, ist zu erkennen, dass die gezeigten Elektromagnetische-Strahlung-Systeme unterschiedliche
Elektromagnetische-Strahlung-Betriebe
darstellen sollen, unabhängig
davon, ob unterschiedliche Systeme eingesetzt werden oder nicht.
Durch die angezeigten Elektromagnetische-Strahlung-Betriebe kann
eine Charakteristik einer Struktur 40 in einem Bereich
der Struktur, wie z. B. einem Zielbereich 42, verändert werden
und die Struktur kann basierend auf dieser Charakteristik selektiv
abgetragen werden.
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Wie
es angezeigt ist, kann das Selektivätzsystem 10 eingesetzt
werden, um eine Bahn auf der Struktur 40 zu definieren,
wie z. B. diejenige, die in 1 bei 44 gezeigt
ist. Die Struktur 40 kann aus praktisch jeglichem Material
oder einer Kombination von Materialien gebildet sein, die chemisch
und/oder physikalisch durch das Selektivätzsystem 10 verändert werden
können.
Zum Beispiel kann die Struktur 10 die Form eines Siliziumsubstrats 40a annehmen, das
eine Oberflächenschicht 40b aufweist.
Eine derartige Struktur kann geätzt
werden, um genaue Bahnen und andere komplizierte Merkmale zu definieren, die
bei elektronischen Vorrichtungen für elektrische Verbindungen
verwendet werden können.
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Die
Oberflächenschicht 40b kann
durch einen Dünnfilm,
der die Struktur 40 überlagert,
definiert oder integral mit dieser Struktur gebildet sein. Die Tiefe
der Oberflächenschicht 40b kann
der erwünschten
Tiefe eines Ätzens
durch das Selektivätzsystem 10 entsprechen
und mit einer Charakteristik gebildet sein, die bei einer Anwendung
einer elektromagnetischen Strahlung aus einem oder mehreren Elektromagnetische-Strahlung-Systemen
veränderbar
ist.
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Es
ist zu erkennen, dass, obwohl die beispielhafte Oberflächenschicht
als aus amorphen Silizium gebildet beschrieben ist, die Oberflächenschicht
aus praktisch jeglichem Material gebildet sein kann, das für eine ausgewählte Abtragung
basierend auf einer Charakteristik, die durch eine Anwendung einer
elektromagnetischen Strahlung veränderbar ist, konfigurierbar
ist. Die Oberflächenschicht
kann aus dem gleichen Material wie die Struktur 40 zusammengesetzt
sein oder aus einem unterschiedlichen Material als diese Struktur
zusammengesetzt sein. Zum Beispiel kann die Struktur 40 ein
Siliziumsubstrat sein und die Oberflächenschicht 40b kann
ein Dünnfilm
aus amorphem Silizium sein. Die Oberflächenschicht aus amorphem Silizium
kann eine Dicke von 25 bis 400 Nanometern aufweisen, was der erwünschten
Tiefe eines Ätzens
entspricht.
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Wie
es angezeigt ist, kann eine Maske 50 zwischen das Erste-Elektromagnetische-Strahlung-System 20 und
die Struktur 40 eingebracht werden, wobei die Maske eine
Strukturierung 52 definiert, das einer erwünschten Ätzung entspricht.
Bei einem Anwenden einer elektromagnetischen Strahlung, wie z. B. über den
Laserstrahl 24 in 1, kann die
Maske einen Nicht-Ziel-Bereich 46 auf der Struktur abschirmen, aber
eine Anwendung der elektromagnetischen Strahlung auf den Zielbereich 42 auf
der Struktur erlauben. Wie es gezeigt ist, entspricht der Zielbereich 42 allgemein
der Strukturierung 52 der Maske 50. Die Strukturierung
kann somit auf die Oberflächenschicht 40b der
Struktur 40 projiziert werden, um durch ein abtastendes
Bewegen des Laserstrahls 24 über der Maske 50 eine
erwünschte Ätzung auf
der Oberflächenschicht
zu definieren.
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Alternativ
oder zusätzlich
kann ein Galvokopfsystem 60 zwischen dem Erste-Elektromagnetische-Strahlung-System 20 und
der Struktur 40 platziert sein, um selektiv eine erste
elektromagnetische Strahlung zu der Struktur zu richten. Bei einem
Anwenden einer elektromagnetischen Strahlung, wie z. B. über einen
Laserstrahl 24 in 2, kann
das Galvokopfsystem durch ein Einsetzen eines oder mehrerer Reflektoren 62 die
Anwendung der elektromagnetischen Strahlung auf den Zielbereich 42 ohne
die Anwendung der elektromagnetischen Strahlung auf den Nicht-Ziel-Bereich 46 richten.
Das Galvokopfsystem 60 kann, um die Reflektoren 62 selektiv
zu bewegen, verschiedenartige Baugruppen umfassen, die Servomotoren
und eine Steuersoftware (nicht gezeigt) umfassen können.
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Wie
es in 3 angezeigt ist, kann die Struktur 40 alternativ
oder zusätzlich
auf einer Stufe 70 angeordnet sein, um zu ermöglichen,
dass die Struktur bewegt wird, wodurch erste elektromagnetische Strahlung
selektiv zu der Struktur 40 gerichtet wird. Bei einem Anwenden
einer elektromagnetischen Strahlung, wie z. B. über einen Laserstrahl 24 in 3,
kann die Stufe die Struktur 40 bewegen, um die Anwendung
der elektromagnetischen Strahlung auf den Zielbereich 42 ohne
die Anwendung dieser Strahlung auf den Nicht-Ziel-Bereich 46 zu richten. Die
Stufe 70 kann, um die Struktur 40 selektiv zu
bewegen, verschiedenartige Baugruppen umfassen, die irgendeinen
geeigneten Motor und eine Steuersoftware (nicht gezeigt) umfassen
können.
Es ist zu erkennen, dass, obwohl ein beispielhaftes Galvokopfsystem und
eine Stufe beschrieben sind, die Offenbarung praktisch ein jegliches
System oder eine jegliche Vorrichtung umfasst, die konfiguriert
sind, um durch ein Umrichten der ersten elektromagnetischen Strahlung
und/oder ein Bewegen der Struktur selektiv erste elektromagnetische
Strahlung zu dem Zielbereich 42 zu richten.
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Gemäß den vorliegenden
Lehren kann die Oberflächenschicht 40b eine
oder mehrere Charakteristiken aufweisen, die bei einer Anwendung
einer ausgewählten
elektromagnetischen Strahlung verändert werden. Eine derartige
Charakteristik kann praktisch eine jegliche geeignete chemische,
physikalische oder andere Eigenschaft umfassen. Eine derartige veränderbare
Charakteristik ist die Kristallinität (oder der Ordnungszustand).
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Wie
hierin verwendet, bezieht sich Kristallinität auf die Größe von Kristallen
in der Struktur 40. Wie hierin verwendet, bezieht sich
Ordnungszustand auf den Zustand einer Anordnung von Atomen, Ionen,
Molekülen
und/oder Partikeln der Struktur 40 und kann von einem allgemein
zufälligen,
weniger geordneten Zustand zu einem allgemein vorhersagbaren, geordneteren
Zustand reichen. Wie es weiter unten beschrieben ist, kann eine
Kristallinität
(oder ein Ordnungszustand) der Struktur in dem Zielbereich relativ
zu der Kristallinität
(oder dem Ordnungszustand) der Struktur in dem Nicht-Ziel-Bereich,
der durch die Maske 50 abgeschirmt ist, bei einer Anwendung
des Laserstrahls 24 auf den Zielbereich 42 der Struktur 40 verändert werden.
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Das
Erste-Elektromagnetische-Strahlung-System 20 kann konfiguriert
sein, um elektromagnetische Strahlung zu dem Zielbereich 42 der Struktur 40 zu
richten, um die Kristallinität
(oder den Ordnungszustand) in diesem Bereich zu verändern. Das
Erste-Elektromagnetische-Strahlung-System kann praktisch eine jegliche
Form von elektromagnetischer Strahlung liefern. Wie es in 1 gezeigt
ist, kann ein Erste-Elektromagnetische-Strahlung-System 20 einen
ersten Laser 22 umfassen, der konfiguriert ist, um den
Laserstrahl 24 mit Photonen (kontinuierlich oder in Laserstrahlpulsen)
zu dem Zielbereich 42 zu richten. Der erste Laser kann
die Form von praktisch jeglichem Gas-, Flüssig- oder Festkörperlaser
oder irgendeiner anderen Quelle annehmen, die konfiguriert sind,
um eine Kristallinität
und/oder einen Ordnungszustand des Zielbereichs 42 der Struktur 40 zu ändern.
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Der
erste Laser 22 kann ein Ultraviolett-Laser (UV-Laser) sein,
der einen homogenisierten Excimer-Laserstrahl liefert, der konfiguriert
ist, um eine Kristallinität
und/oder einen Ordnungszustand des Zielbereichs 42 der
Struktur 40 zu ändern.
Wie hierin verwendet, bezieht sich UV-Laser auf einen Laser, der
einen Laserstrahl in dem Ultraviolett-Wellenlängenbereich von ungefähr 100 bis
ungefähr
400 Nanometern liefert. Andere Typen von Lasern können verwendet
werden, die einen Laserstrahl in unterschiedlichen Wellenlängenbereichen
liefern. Wenn die Struktur 40 wie oben beschrieben aus
Silizium gebildet ist, liefert der erste Laser 22 typischerweise
einen Laserstrahl in dem Wellenlängenbereich
von 200 bis 850 Nanometern, um eine Kristallinität und/oder einen Ordnungszustand
des Zielbereichs 42 der Struktur 40 zu ändern.
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Die
Fluenz, Pulslänge
und/oder andere geeignete Betriebsparameter des ersten Lasers 22 können eingestellt
sein, um die erwünschte Änderung
einer Kristallinität
und/oder eines Ordnungszustands des Zielbereichs 42 der
Struktur 40 zu erreichen. Wie hierin verwendet, bezieht
sich Fluenz auf die Anzahl von Photonen pro Einheitsfläche je Zeiteinheit.
Wie hierin verwendet, bezieht sich Pulslänge oder Pulsdauer auf die
Lebenszeit des Laserstrahlpulses, die in Zeiteinheiten ausgedrückt wird.
Die Fluenz, Pulslänge
und/oder andere geeignete Betriebsparameter des ersten Lasers 22 sind
typischerweise gewählt, um
ausreichend zu sein, um die erwünschte Änderung
einer Kristallinität
und/oder eines Ordnungszustands des Zielbereichs 42 zu ändern, aber
nicht ausreichend zu sein, um diesen Bereich abzutragen. Zum Beispiel
kann der erste Laser 22 konfiguriert sein, um eine Fluenz
von 300 bis 700 Millijoule pro Quadratzentimeter (mJ/cm2)
und eine Pulslänge
von 5 bis 50 Nanosekunden aufzuweisen, um die Oberflächenschicht
der Struktur, die aus Silizium gebildet ist, wie diejenige, die
oben beschrieben ist, zu schmelzen. Wenn dieselbe geschmolzen wird,
kann ermöglicht
werden, dass sich die Oberflächenschicht zu
der erwünschten
Kristallinität
und/oder dem Ordnungszustand rekristallisiert.
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Das
Zweite-Elektromagnetische-Strahlung-System 30 kann konfiguriert
sein, um elektromagnetische Strahlung zu der Struktur 40 zu
richten und die Oberflächenschicht
dieser Struktur basierend auf dem Unterschied bei einer Kristallinität (oder
einem Ordnungszustand) zwischen dem Zielbereich 42 und
dem Nicht-Ziel-Bereich 46 selektiv abzutragen. Das Zweite-Elektromagnetische-Strahlung-System
kann praktisch eine jegliche Form von elektromagnetischer Strahlung
liefern. In 1 z. B. kann das Zweite-Elektromagnetische-Strahlung-System 30 einen
zweiten Laser 32 umfassen, der konfiguriert ist, um einen
Laserstrahl 34 mit Photonen (kontinuierlich oder in Laserstrahlpulsen)
zu der Oberflächenschicht 40b der
Struktur 40 zu richten. Der zweite Laser kann die Form
von praktisch jeglichem Gas-, Flüssig- und/oder Festkörperlaser
oder irgendeiner anderen Quelle annehmen, die konfiguriert sind,
um die Oberflächenschicht 40b dieser
Schicht basierend auf Unterschieden bei einer Kristallinität und/oder
einem Ordnungszustand abzutragen Der zweite Laser 32 kann
ein Neodymium:Yttrium-Aluminium-Granat-Laser
(YAG-Laser; YAG = yttrium-aluminum garnet) sein, der konfiguriert
ist, um die Oberflächenschicht 40b der
Struktur 40 basierend auf Unterschieden bei einer Kristallinität und/oder
einem Ordnungszustand selektiv abzutragen. Wie hierin verwendet,
bezieht sich YAG-Laser auf einen Festkörperlaser, der Yttrium-Aluminium-Granat
verwendet, das mit Neodymium als dem Matrixmaterial dotiert ist.
Andere Typen von Lasern können
verwendet werden, die einen Laserstrahl in unterschiedlichen Wellenlängenbereichen
liefern, wie z. B. Laser, die einen Laserstrahl in dem Wellenlängenbereich
von 300 bis 750 Nanometern liefern, um die Oberflächenschicht
selektiv abzutragen.
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Die
Fluenz, Pulslänge
und/oder andere geeignete Betriebsparameter des zweiten Lasers 32 sind
ebenfalls eingestellt, um die Oberflächenschicht in dem Nicht-Ziel-Bereich 46 abzutragen,
aber nicht, um die Oberflächenschicht
in dem Zielbereich 42 abzutragen. Wenn die Oberflächenschicht
aus Silizium gebildet ist, wie es oben beschrieben ist, kann ein zweiter
Laser 46 eingestellt sein, um eine Fluenz von 500 bis 2500
mJ/cm2 und eine Pulslänge von 5 bis 50 Nanosekunden
aufzuweisen, um den Nicht-Ziel-Bereich 46 der Struktur 40 abzutragen.
Somit kann eine Bahn 44 auf der Struktur 40 übriggelassen
werden, wie es in 1 gezeigt ist.
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Obwohl
beispielhafte Elektromagnetische-Strahlung-Systeme als Laser umfassend
beschrieben sind, ist zu erkennen, dass die Systeme eine jegliche
Form einer Elektromagnetische-Strahlung-Quelle
umfassen können,
die zum Verändern
einer oder mehrerer Charakteristiken des Zielbereichs 42 der
Struktur 40 und/oder zum selektiven Abtragen der Struktur 40,
basierend auf diesen veränderten Charakteristiken,
konfigurierbar ist. Die Systeme können aus dem gleichen Typ einer
Elektromagnetische-Strahlung-Quelle zusammengesetzt oder aus unterschiedlichen
Typen einer Elektromagnetische-Strahlung-Quellen
zusammengesetzt sein.
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Die
Wirkungen, die der erste Laser 22 auf den Zielbereich 42 haben
kann, sind schematisch in 4 dargestellt.
Bei einigen Ausführungsbeispielen kann
die Oberflächenschicht 40b der
Struktur 40 vor einem Schmelzen durch den ersten Laser 22 aus
relativ kleinen Kristallen 48a gebildet sein. Nachdem ermöglicht wird,
dass sich die geschmolzene Oberflächenschicht rekristallisiert,
kann diese Schicht in dem Zielbereich 42 aus relativ großen Kristallen 48b gebildet sein.
In ähnlicher
Weise kann der erste Laser 22 eine Transformation der Oberflächenschicht
in dem Zielbereich 42 von einem allgemein zufälligen, weniger
geordneten Zustand 49a zu einem allgemein vorhersagbaren,
geordneteren Zustand 49b bewirken. Obwohl lediglich Erhöhungen der
Kristallgröße und des
Ordnungszustands dargestellt sind, umfasst es der Schutzbereich
der Offenbarung, dass der erste Laser 22 die Wirkung eines
Verringerns der Kristallgröße und/oder
des Ordnungszustands aufweist.
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Die Änderung
einer Kristallinität
und/oder eines Ordnungszustands ermöglicht es, dass der zweite
Laser 32 den Nicht-Ziel-Bereich 46 basierend
auf dem Unterschied bei den Charakteristiken zwischen Ziel- und
Nicht-Ziel-Bereichen selektiv abträgt. Zum Beispiel kann ein Erhöhen einer
Kristallgröße in dem Zielbereich 42 den
Zielbereich 42 gegenüber
einer Laserabtragung widerstandsfähiger machen. Somit sind die
Fluenz und/oder andere geeignete Betriebsparameter des zweiten Lasers 32 gewählt, um
ausreichend zu sein, um den Nicht-Ziel-Bereich 46 abzutragen,
aber nicht auszureichend zu sein, um den Zielbereich 42 abzutragen.
Obwohl die Wirkungen des ersten Lasers lediglich in Verbindung mit
einer Kristallinität
und einem Ordnungszustand dargestellt sind, ist zu erkennen, dass
der Schutzbereich der Offenbarung andere Wirkungen des ersten Lasers
umfassen kann.
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5 ist
ein Flussdiagramm 100, das ein Beispiel für ein selektives Ätzverfahren
darstellt, das nicht durch die Erfindung, wie dieselbe in den angehängten Ansprüchen definiert
ist, abgedeckt ist. Bei 102 ist ein Erste-Elektromagnetische-Strahlung-System
derart konfiguriert, dass elektromagnetische Strahlung lediglich
auf den Zielbereich angewendet wird. Zum Beispiel wird eine Maske
verwendet, um einen Nicht-Ziel-Bereich 46 abzuschirmen.
Bei 104 wird elektromagnetische Strahlung aus einem Erste-Elektromagnetische-Strahlung-System
auf den Zielbereich 42 der Struktur angewendet. Zum Beispiel
kann ein UV- Laserstrahl
auf den Zielbereich der Struktur angewendet werden. Bei 106 werden
eine oder mehrere Charakteristiken einer Oberflächenschicht in dem Zielbereich
der Struktur durch eine Anwendung der elektromagnetischen Strahlung
geändert.
Folglich kann die Oberflächenschicht
in dem Zielbereich der Struktur durch die Anwendung von elektromagnetischer
Strahlung geschmolzen werden.
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Bei 108 wird
ermöglicht,
dass die eine oder die mehreren Charakteristiken, die durch die
Anwendung von elektromagnetischer Strahlung geändert wurden, sich stabilisieren,
was in einer Oberflächenschicht
mit einer unterschiedlichen Oberflächencharakteristik resultiert.
Insbesondere kann ermöglicht werden,
dass eine geschmolzene Oberflächenschicht
sich rekristallisiert, um eine Oberflächenschicht mit einer unterschiedlichen
Oberflächencharakteristik
zu definieren. Bei 110 kann elektromagnetische Strahlung
von einem Zweite-Elektromagnetische-Strahlung-System auf die Oberflächenschicht angewendet
werden. Zum Beispiel kann ein YAG-Laserstrahl auf die Oberflächenschicht
angewendet werden. Bei 112 kann die Oberflächenschicht
durch das Zweite-Elektromagnetische-Strahlung-System basierend auf
der unterschiedlichen Oberflächencharakteristik
selektiv abgetragen werden. Folglich kann die rekristallisierte
Oberflächenschicht
durch den YAG-Laserstrahl basierend auf der unterschiedlichen Oberflächencharakteristik
selektiv abgetragen werden.
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Obwohl
die vorliegenden Ausführungsbeispiele
gezeigt und beschrieben worden sind, ist es für Fachleute ersichtlich, das
verschiedenartige Änderungen
in Form und Detail vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzbereich
abzuweichen, der in den angehängten
Ansprüchen
definiert ist. Die vorliegende Offenbarung soll all derartige Alternativen,
Modifikationen und Variationen umfassen. Wo die Offenbarung oder
die Ansprüche „ein", „ein erstes" oder „ein anderes" Element oder das Äquivalent desselben
anführen,
sollten dieselben so interpretiert werden, dass sie ein oder mehre re
derartige Elemente umfassen, wobei zwei oder mehr derartige Elemente
weder erfordert noch ausgeschlossen werden.