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Hintergrund
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Die
Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf die Verarbeitung mit einem
fokussierten Ionenstrahl und konkreter auf die Reparatur eines Werkstücks, das über eine
mit einem Muster versehene lichtundurchlässige Schicht auf einem Substrat,
wie etwa eine Photomaske, Röntgenmaske
oder Belichtungsmaske, verfügt.
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Hersteller
solcher Werkstücke
wenden Verfahren mit dem fokussierten Ionenstrahl (FIB) weitgehend
zur selektiven Beseitigung von Material ohne die Verwendung einer
mit einem Muster versehenen Maske an. Vorteilhafterweise kann ein
FIB-System sowohl als ein Rasterionenmikroskop (SIM) als auch als
ein Präzisionsfrässystem
arbeiten. So können Hersteller
unter Verwendung von FIB-Verfahren auf einem Werkstück ein Bild
zu erzeugen (wobei die Bilderzeugung von durch die von Ionenstrahlen
eingeführten
Teilchen, z. B. Sekundärelektronen
oder Sekundärionen,
herrührt),
einen Defekt auf einer mit einem Muster versehenen undurchsichtigen
Schicht auf dem Werkstück
lokalisieren und dann in Mikrometer- oder Submikrometergrößenordnung
Merkmale am Ort des Defekts fräsen.
Der Begriff Hersteller, wie er hierin verwendet wird, schließt sowohl
jene, welche anfertigen, als auch jene, welche die oben genannten
Werkstücke
reparieren.
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Die
primäre
Anwendung der FIB-Systeme in der Mikrobearbeitung ist also die Reparatur
von Masken und Belichtungsmasken. In vielen Anwendungen setzen Hersteller
reines Sputtern ein, d. h. nicht mit Gas unterstütztes Sputtern, um die gewünschten Strukturen
zu fräsen.
Das Scannen eines fokussierten Strahls von Ionen über eine
Substratoberfläche sputtert
physikalisch Substratteilchen, einschließlich Atome, Ionen und Moleküle, weg.
Nichtflüchtiges
gesputtertes Material setzt sich auf jeder Fläche, auf das es trifft, ab.
Dieser Effekt, bekannt als Wiederablagerung, schränkt die
Präzision
der Fertigung von Mikrostrukturen ein. Der Wiederablagerungseffekt macht
sich besonders an den Seitenwänden
einer geätzten
Vertiefung bemerkbar, besonders wenn die Vertiefung ein hohes Seitenverhältnis, d.
h. eine enge, tiefe Kerbe, aufweist.
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Einige
Nachteile, die man momentan in der FIB-Reparatur von Defekten auf
einem mit einem Muster versehenen Film auf einem Substrat findet, sind:
- • Unvollständige Beseitigung
des undurchsichtigen Materials
- • ein
Rückgang
in der Aussendung von elektromagnetischer Strahlung aufgrund von
Absorption durch Ionen, die in das Substrat (üblicherweise Quarz) eingesetzt
worden sind. Dieses Phänomen
des „Färbens" ist stärker ausgebildet,
während
die lithographische Bestrahlung sich von nahe ultravioletten, d.
h. UV (365 nm), zu tiefultravioletten, d. h. UV (248 nm und 193
nm), Wellenlängen
bewegt.
- • Überschussbeseitigung
des Substrats unter und um (Flussbetteffekt) den undurchsichtigen
Defekt.
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Während der
Teilchenstrahlprozesse, wie etwa Teilchenstrahlablagerung und Teilchenstrahlätzen mit
einem fokussierten Strahl, ist das Werkstück, das verarbeitet werden
soll, innerhalb einer Vakuumkammer angeordnet und unter einer Säule positioniert,
die einen Teilchenstrahl erzeugt. Die Teilchenstrahlsäule wird
in Betrieb gesetzt und erzeugt Teilchen, welche auf die Oberfläche des
Werkstücks
treffen. Um die Verarbeitung des Werkstücks zu vereinfachen, können reaktive
Materialien, üblich
sind Flüssigkeiten
und üblicher
Gase, auf die Oberfläche
des Werkstücks,
das verarbeitet wird, gelenkt werden. Die reaktiven Materialien
arbeiten mit dem Teilchenstrahl zusammen, um die Ablagerung oder
den Ätzprozess,
die durchgeführt
werden, zu verbessern oder zu modifizieren. Wenn ein Gas auf die
Oberfläche
des Werkstücks
während
des FIB-Ätzens
gelenkt wird, wird der Prozess üblicherweise
als Gas unterstütztes Ätzen (GAB)
bezeichnet.
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U.S. Patent Nr. 4,951,097 von
Hattori et al., hierin durch Bezugnahme aufgenommen, offenbart eine
Vorrichtung zum Reparieren einer Musterschicht unter Verwendung
eines Chlorätzgases.
Ein GAB-System, dass Chlor verwendet, hat allerdings Nachteile.
Ein effektives GAE-System erfordert eine Vakuumpumpe, die dazu neigt,
kein Verunreinigungsgas zu erzeugen. Auch ist das GAB-System selbst
der korrosiven Wirkung des Chlors unterworfen. Ferner kann Chlor
nicht selektives Ätzen
oder verbessertes Ätzen
zu diesem Grad bieten, wie es von augenblicklichen Herstellern gefordert
wird.
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Japanische Patentanmeldungsschrift
Nr. 6-129260 , hierin durch Bezugnahme aufgenommen, offenbart
die Verwendung von Jodgas während
des GAB. Allerdings weist auch Jod Nachteile auf. Jod erfordert
oft Erhitzen, um ausreichend Dampf einzurichten, um den Ätzprozess
zu unterstützen.
Erhitzte Elemente innerhalb einer Kammer tragen zu einem thermisch
verursachten mechanischen Abwandern der Anordnung bei, welche die
Maske hält,
was das Vermögen
der Bedienungsperson senkt, den Standort der Maske bezüglich des
FIB über
einen Zeitraum beizubehalten. Dieses Erhitzen kann auch die thermische
Ausweitung der Maske hervorrufen. So eine thermische Ausweitung
der Maske während
der Mikrobearbeitung ist unerwünscht,
da die Maße
der Mikrostrukturen der Maske entscheidend sind. Es kann auch schwer
sein, Jod vom Werkstück
abzupumpen. So kann Jod weiter ätzen,
wenn das Werkstück
aus der Vakuumkammer beseitigt ist. Ferner kann es schwer sein,
Jod aufgrund seines Geruches zu verwenden.
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GAE
wird im Allgemeinen in „Characteristics of
gas-assisted focused ion beam etching" von R. J. Young, J. R. A. Cleaver und
H. Ahmen. J. Vac. Sci. Technol. B., 11(2), S. 234 (1992), hierin
durch Bezugnahme aufgenommen, beschrieben.
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M.
Abramo et al., „Gas
Assisted Etching: An Advanced Technique for Focused Ion Beam Device Modification", Sitzungen des 20.
Internationalen Symposiums des Testens und der Fehleranalyse, S. 439–446 (1994)
lehrt GAE unter Verwendung von Halogen enthaltenden Gasen, einschließlich XeF2, Cl2 und Br2, um verschiedene Materialien zu ätzen, wie
etwa Aluminium, Wolfram, Silikon und Silikondioxid. Jedes dieser Ätzmittel
verbesserte das Ätzen
einiger Materialien, aber nicht anderer Materialien.
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Entsprechenderweise
ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, Verfahren des GAE bereitzustellen,
die eine verbesserte Reparatur von Defekten auf einer mit einem
Muster versehenen undurchsichtigen Schicht auf einem Substrat zur
Verfügung
stellen.
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Entsprechenderweise
ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, Verfahren des GAE bereitzustellen,
die eine verbesserte Reparatur von Defekten auf einer mit einem
Muster versehenen undurchsichtigen Schicht auf einem Substrat zur
Verfügung
stellen.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird ein wie in Anspruch 1 spezifiziertes Verfahren bereitgestellt.
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Der
Begriff Brom, wie er hierin verwendet wird, umfasst jede Verbindung,
die ein Bromatom innerhalb ihres Gestells beinhaltet. Vorzugsweise
ist die oben genannte Verbindung eine Verbindung, die molekulares
Brom unter den beim Gas unterstützten Ätzen verwendeten
Bedingungen hervorbringen kann.
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Der
Begriff Chromschicht, wie er hierin verwendet wird, umfasst Chromschicht
und Chromoxidschicht.
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Der
Begriff Molybdänsilicidschicht,
wie er hierin verwendet wird, umfasst die Molybdänsilicidschicht und Molybdänsilicid-Stickstoffoxidschicht.
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Der
Begriff Teilchenstrahl, wie er hierin verwendet wird, umfasst Ionenstrahlen,
Elektronenstrahlen, neutrale Teilchenstrahlen, Röntgenstrahlen und jeder andere
ausgerichtete Strahlung, die zur Bilderzeugung oder zum Ätzen eines
Werkstücks
geeignet ist. Ferner, wie hiernach detailreicher erklärt, umfasst
der Begriff Teilchenstrahl Ionenstrahlen, einschließlich Gallium-Ionenstrahlen,
die durch kommerziell erhältliche
Systeme fokussierter Ionenstrahlen (FIB) erzeugt werden, und Edelgas-Ionenstrahlen (das
Gas ist beispielsweise Helium und Argon), die durch eine Gasfeldionenquelle
(GFIS) erzeugt werden.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist
eine Schemadarstellung eines Systems fokussierter Teilchenstrahlen
zur Anwendung der Erfindung;
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2 ist
eine Schemadarstellung einer Ausführungsform eines Gaszufuhrsystems
zum Gebrauch mit dem System fokussierter Teilchenstrahlen der 1;
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3 veranschaulicht
die Abfolge einer Art des Rasterscans des Systems fokussierter Teilchenstrahlen
der 1, verwendet bei Anwendung der Erfindung.
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4A–4C zeigen
Querschnittsdarstellungen des Werkstücks der 1, welche
die Änderungen
auf dem Werkstück
veranschaulichen, während
es einer Ausführungsform
eines Reparaturvorgangs einer auf einem Substrat mit einem Muster versehenen
Schicht unterworfen wird;
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5 ist
eine schematische Draufsicht eines reparierten Defekts und eines
zugehörigen
Flussbetts zu der mit einem Muster versehenen Schicht der 4A–4C;
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6 ist
eine schematische Querschnittsdarstellung des reparierten Defekts
und eines zugehörigen
Flussbetts der 5; und
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7 ist
ein Flussdiagramm des Vorgangs des Reparieren einer undurchsichtigen
auf einem Substrat mit einem Muster versehenen Schicht.
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Detaillierte Beschreibung der Veranschaulichten Ausführungsformen
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Die
folgende Beschreibung enthält
Beispiele von Reparaturvorgängen,
die nicht Ausführungsformen
der Erfindung, wie beansprucht, sind, sondern zum Verständnis der
beanspruchten Erfindung nützlich
sind.
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Das
Scannen eines fokussierten Strahls von Teilchen über eine Substratoberfläche sputtert
physikalisch Substratteilchen, d. h. Atome, Ionen und Moleküle, weg.
Dieser Sputtervorgang kann durch Einsetzen von Dampfphasenätzmittel
verbessert werden, die unter dem Einfluss des Teilchenstrahls mit dem
Substratmaterial reagiert, um Reaktanten-Spezien zu bilden; diese
Spezien sind flüchtiger
als die Teilchen, die durch den Strahl allein hervorgebracht werden.
Diese flüchtigen
Reaktionsprodukte werden leichter von der Substratoberfläche beseitigt,
wodurch die Effizienz des Sputtervorgangs verbessert wird. Selektives Ätzen kann
erfolgen, was bei Tätigkeiten
wie dem Reparieren von undurchsichtigen Defekten vorteilhaft sein
kann. Selektives Ätzen
erfolgt, wenn das Einsetzen von Dampfphasenätzmittel die Beseitigung eines
Materials, z. B. einer Chromschicht, mit dem fokussierten Teilchenstrahl
verbessert, während
sie die Beseitigung eines anderen Materials, z. B. eines Quarzsubstrats,
hemmt. Beispielsweise würde
ein Ätzmittel,
das gegenüber
einer undurchsichtigen Chromschicht selektiv ist, bezüglich eines
Quarzsubstrats ermöglichen,
dass eine Dicke der Chromschicht durch eine geringere Strahlendosis
beseitigt wird als es für
die gleiche Dicke von Quarz nötig
wäre. Dieses
selektive Ätzen
ermöglicht schnellere,
mehr umfassende Beseitigung eines Überschussteilbereichs einer
undurchsichtigen Schicht, die auf einem Substrat mit einem Muster
versehen ist, mit einer geringeren Teilchenstrahldosis, geringeren
Beseitigung des Substrats nahe des Umfangs des Überschussteilbereichs (Flussbettbildung) und
geringerer Verfärbung
des Substrats.
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1 stellt
eine Ausführungsform
eines fokussierten Teilchenstrahls dar, d. h. eines Systems 10 fokussierter
Ionenstrahlen (FIB) zum Reparieren von undurchsichtigen Schichten,
die auf einem Substrat mit einem Muster versehenen sind. Das System 10 der 1 umfasst
eine Ionensäule 12,
eine Vakuumkammer 22, ein Zufuhrsystem 34 für Reaktanten-Material
und ein Nutzersteuerstation 50. Das System 10 stellt
ein System fokussierter Teilchenstrahlen zur Verfügung, das
ein Werkstück,
welches auf einem Substrat eine mit einem Muster versehene undurchsichtige
Schicht aufweist, genau fräsen kann.
Das Werkstück
wird innerhalb der Vakuumkammer 22 gelagert und durch einen
Ionenstrahl, der durch die Säule 12 erzeugt
wird, bearbeitet, um auf dem Werkstück ein Bild zu erzeugen und
es zu fräsen.
Zur Klarheit stellen 4 und 5 einen
Teilbereich einer Art von Werkstück
dar, das Hersteller innerhalb der Kammer 22 lagern und
mit dem System 10 verarbeiten können. Hersteller können die
Erfindung unter Verwendung eines Systems fokussierter Teilchenstrahlen,
wie hierin schematisch dargestellt, anwenden. Zwei Beispiele für FIB-Systeme zur Anwendung
der Erfindung sind modifizierte Micrion FIB-Systemmodelle 9100 und
8000, die von der Micrion Corporation aus Peabody, Massachusetts,
verkauft werden.
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Modell
9100 weist ein Multiachsenneigungsgestell und eine Ga+-Ionensäule von
30 keV mit einer Bildauflösung
von 10 nm. Modell 9100 kann modifiziert werden, um zwei Gase zur
gleichen Zeit der Vakuumkammer 22 zuzuführen. Modell 8000 weist eine
durch ein Interferometer geführtes
x-y-Gestell und eine Ga+-Ionensäule
von 30 keV mit einer Bildauflösung
von 25 nm auf. Modell 8000 ist weiter der Mulitplex-Bilderzeugung
und der adaptiven Strahlenaustastung im Stande. Modell 8000 kann
auch modifiziert werden, um zwei Gase zur gleichen Zeit der Vakuumkammer 22 zuzuführen.
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Wiederum
auf die veranschaulichte Ausführungsform
der 1 Bezug nehmend, umfasst die Ionensäule 12 eine
Ionenquelle 14, eine Absaugelektrode 16, ein Fokussierelement 18,
Ablenkungselemente 19 und einen fokussierten Ionenstrahl 20.
Die Ionensäule 12 befindet
sich über
der Vakuumkammer 22, und die Vakuumkammer 22 behaust
ein Gestell 24, ein Podest 26, ein Werkstück 30,
einen sekundären
Teilchendetektor 28 und ein Ladungsneutralisierungselement 32.
Wie weiter durch 1 dargestellt, umfasst das Zufuhrsystem 34 für Reaktanten-Material
ein Reservoir 36, ein Manometer 40, ein motorisiertes
Ventilelement 42 und eine Zufuhrleitung 44. Die
Nutzersteuerstation 50 kann einen Prozessor 52, ein
Mustererkennungselement 54, ein Speicherelement 56,
ein Anzeigenelement 60, ein Scan-Generatorelement 62 und
Haltezeitregister 64 umfassen. Zur Bequemlichkeit der Beschreibung
legt die Achse des FIB eine Z-Achse fest. So wird die X-Y-Ebene als senkrecht
zu der Achse des FIB, d. h. der Z-Achse, definiert.
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Es
wird für
den durchschnittlichen Fachmann klar sein, dass das in 1 gezeigte
System 10 ein herkömmliches
FIB-System mit einer Ionensäule 12 umfasst,
die über
der Vakuumkammer 22 angeordnet ist, welche das Zufuhrsystem 34 für Reaktanten-Material
zum Bereitstellen des Reaktanten-Materials für das Innere der Kammer 22 beinhaltet.
Es versteht sich für
den durchschnittlichen Fachmann, dass die dargestellte Ionensäule 12 eine
schematische Darstellung einer Ionensäule ist, die zur Anwendung
mit der Erfindung geeignet ist. Die dargestellte Ionensäule 12 umfasst
eine Ionenquelle 14, die beispielsweise eine flüssige Metallionenquelle
(LMIS), wie zum Beispiel eine Galliumionenquelle, oder eine Gasfeldionenquelle
(GFIS), wie zum Beispiel eine Heliumionenquelle, sein kann. Die
Ionenquelle 14 befindet sich über der Absaugelektrode 16.
Die Absaugelektrode 16 erzeugt ein ausreichendes elektrisches Feld,
um einen Ionenstrom aus der Ionenquelle 14 anzuziehen.
Der Ionenstrom zieht am Fokussierelement 18 vorbei, das
aus herkömmlichen
elektrooptischen Linsen bestehen kann, die den Ionenstrom zu dem
fein fokussierten Strahl 20 fokussieren. Wie weiter dargestellt,
umfasst die Ionensäule 12 die
Ablenkungselemente 19, welche den Ionenstrahl 20 ablenken
können,
um quer über
die Oberfläche
des Werkstücks 30 zu
scannen.
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Ähnlich kann
die Unterdruckkammer 22 eine herkömmliche Unterdruckkammer sein,
die ein Gestellelement 24 zum Tragen des Werkstücks beinhaltet,
zum Beispiel eine Ablegewanne 36, welches das Werkstück hält. Vorzugsweise
ist der Podest 24 ein bewegbares Arbeitsgestell, dass dreidimensionale Steuerung
der Verschiebung des Werkstücks,
das von dem System 10 bearbeitet wird, bietet. Ähnlich umfasst
die Unterdruckkammer 22 ein Ladungsneutralisierungselement 32,
wie eine Elektronenkanone, und umfasst ferner einen sekundären Teilchendetektor 28 zum
Erfassen von sekundären
Teilchen wie Elektronen, Ionen oder jedes anderen Teilchens, das zum
Erzeugen eines Bildes auf dem Werkstück geeignet ist. Jede hierin
schematisch dargestellte Vakuumkammer 22 kann mit der vorliegenden
Erfindung angewendet werden, einschließlich der Vakuumkammer, die
in den oben genannten FIB-Systemen, die von der Micrion Corporation
aus Peabody, Massachusetts, verkauft werden, enthalten sind.
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Ähnlich kann
das Zufuhrsystem 34 für
Reaktanten-Material jedes herkömmliche
Zufuhrsystem für
Reaktanten-Material sein, dass zum Zuführen von Reaktanten-Material
wie Bromgas in das Innere der Vakuumkammer 22, konkreter
in die Kammer 22 und unmittelbar an die Oberfläche des
Werkstücks,
geeignet ist. Das Zufuhrsystem 34 für Reaktanten-Material kann
Materialien an die Oberfläche
des Werkstücks 20 bringen,
um das Ätzen
von oder die Bilderzeugung auf der Oberfläche des Werkstücks zu verbessern.
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Das
dargestellte Zufuhrsystem 34 für Reaktanten-Material umfasst
ein Reservoir 36, das in flüssiger Kommunikation mit der
Fluidzufuhrleitung 44 koppelt, die einen distalen Teilbereich
aufweist, der als eine Düse
zum Zuführen
von Reaktanten-Materialien an die Oberfläche des Werksstücks geformt
ist. Das dargestellte Zufuhrsystem 34 für Reaktanten-Material umfasst
ein Manometer 40, das mit der Leitung 44 zum Messen
des Zufuhrdrucks innerhalb der Leitung 44 jedes Reaktanten-Materials,
das an die Oberfläche
der Werkstücks
gebracht wird, gekoppelt ist. Manometer 40 koppelt des
Weiteren an das motorisierte Ventilelement 42. Das motorisierte
Ventilelement 42 ist selektiv zum Erhöhen oder Senken des Flusses
der Reaktanten-Materialien aus Reservoir 36 durch die Fluidzufuhrleitung 44 steuerbar.
Die Anordnung des Manometers 40 und des motorisierte Ventilelements 44,
dargestellt in 1, bildet ein Feedbacksteuersystem,
worin das Manometer 40 den Zufuhrdruck innerhalb der Leitung 44 misst
und selektiv das motorisierte Ventilelement 42 steuert, um
den Fluss des Reaktanten-Materials zu erhöhen oder zu senken, um dadurch
ein ausgewählten
Zufuhrdruck zu erhalten.
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Eine
bevorzugte Ausführungsform
des Zufuhrsystems 34 für
Reaktanten-Material wird in 2 dargestellt.
Diese Ausführungsform
umfasst ein doppeltes Düsensystem
zum Zuführen
von zwei Ätzmitteln 70 und 71 gleichzeitig
in ausgewählter
Nähe zum Werkstück. Ätzmittelströmungsgeschwindigkeiten werden
durch eine Feedbackschleife zwischen einer motorisierten regulierbaren
Ausflussöffnung 72 und 73 und
einem Druckwandler 74 und 75 gesteuert.
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Hersteller
können
die Düsenspitze
oder -spitzen gemäß der Erfindung
in ausgewählter
Nähe zum
Zielpunkt anordnen, wo der FIB mit dem Werkstück interagiert. Ein bevorzugter
Bereich für
die Beseitigung zwischen dem Zielpunkt und der Düsenspitze oder -spitzen ist
100 bis 600 Mikrometer auf der X-Y-Ebene und 100 bis 400 Mikrometer
in die Z-Richtung. Vorzugsweise ist der innere Durchmesser der Düse oder
Düsen zwischen
100 bis 400 Mikrometer.
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3 zeigt
den Vorgang eines Rasterscans des fokussierten Teilchenstrahls der 1.
Der Prozessor 52, der auf den X- und Y-Koordinaten eines Zielobjekts
basiert, richtet den Teilchenstrahl 20 aus, um die Oberfläche des
Werkstücks 30 in Übereinstimmung
mit den Koordinaten zu fräsen.
Es ist wichtig, anzumerken, dass der Rastermusterumriss 83 nicht,
wie gezeigt, rechteckig zu sein braucht. Der Umriss kann eine Vielzahl
von geometrischen Formen aufweisen, einschließlich einer runden oder quadratischen.
In einer Ausführungsform
erzeugt der Prozessor 112 eine Reihe von Fräsbefehlen
zum Betreiben der Ionensäule 12,
um ein digitales Rastermuster, wie in 3 dargestellt,
auszuführen. 3 veranschaulicht
ein digitales Rastermuster 82, dass aus eine Reihe von
Bildpunktpositionen 84 mit einem entsprechenden Abstand 86 besteht.
Das gezeigte digitale Rastermuster ist ein Serpentinenratermuster. Allerdings
können
Hersteller eine Vielzahl von Rastermustern anwenden, einschließlich eines
Spiralmusters. Ferner ist der Abstand üblicherweise geringer als die
Strahlenpunktgröße. Eine
typische Strahlenpunktgröße liegt
zwischen 0.7 Mikrometer und 0.2 Mikrometer. Wie in 3 gezeigt,
erzeugt das Prozessorelement 52 einen Satz von Fräsbefehlen,
welche die X- und Y-Positionen zum Ausrichten des Teilchenstrahls 20 darstellen,
um die Oberfläche
des Werkstücks 30 zu
fräsen.
Wesentlicherweise ist der Prozessor programmierbar.
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4A bis 4C veranschaulichen
eine Ausführungsform
des Reparaturvorgangs einer auf einem Substrat mit einem Muster
versehenen Schicht unter Verwendung des Systems fokussierter Teilchenstrahlen
aus 1. Die Figuren zeigen Querschnittsdarstellungen
einen Teilbereichs 30a des Werkstücks 30. 4A zeigt
den Teilbereich 30a des Werkstücks, das eine Schicht 90 mit
einem Überschussteilbereich 92 aufweist,
die auf einem Substrat 88 mit einem Muster versehen ist.
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Der
Vorgang zum Entfernen eines Überschussteilbereichs 92 von
einer Schicht 90, die auf einem Substrat 88 mit
einem Muster versehen ist, wird in 4A und 5 gezeigt.
Ein Flussdiagramm einer Ausführungsform
des Vorgangs gemäß der Erfindung
wird in 7 bereitgestellt. Mit Bezugnahme
auf 4A–4C, 5 und 7 umfasst
diese Ausführungsform
die folgenden Schritte: Schritt 100 der Befestigung des
Werkstücks 30 an
ein bewegbares Gestell, das einer Bewegung in die X- und Y-Richtung
fähig ist;
Schritt 102 des Scans eines ausgewählten Oberflächenbereichs 98 des
Werkstücks
(wichtigerweise ist der dargestellte Oberflächenbereich 98 nur
ein Beispiel für
so einen Oberflächenbereich
ist, d. h. der gescannte Oberflächenbereich
kann von einer anderen Form und Größe sein), das eine undurchsichtige
Schicht aufweist, die auf einem Substrat mit einem Muster versehen
ist, mit einem fokussierten Teilchenstrahl 20; gleichzeitig
ablaufend zum Scan-Schritt 102, Schritt 104 des
Einsetzens eines Ätzgases,
einschließlich
Broms, in ausgewählter
Nähe zum
ausgewählten
Oberflächenbereich;
Schritt 106 des Erfassen der Intensitäten von Teilchen, die vom Werkstück durch
Scannen mit dem fokussierten Ionenstrahl emittiert werden; Schritt 108 des
Ermitteln einer Form der mit einem Muster versehenen Schicht, auf
den erfassten Teilchenintensitäten
basierend; Schritt 110 des Ermitteln eines Überschussteilbereichs 92 der
mit einem Muster versehenen Schicht; Schritt 112 des Ätzens des Überschussteilbereichs
mit dem fokussierten Ionenstrahl; und Schritt 114 des Einsetzens
eines Ätzgases
in ausgewählter
Nähe zum Überschussteilbereich,
gleichzeitig ablaufend zum Scan-Schritt 114.
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Das Ätzgas kann
weiterhin Wasserdampf beinhalten. Ein bevorzugtes Verhältnis von
Wasserdampf zu Brom ist 1 Mol Wasser zu zwischen 1 und 100 Mol Brom.
Mehr bevorzugt ist das Verhältnis
1 Mol Wasser zu zwischen 5 und 30 Mol Brom und noch mehr bevorzugt
ist das Verhältnis
1 Mol Wasser zu etwa 10 Mol Brom.
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Vorzugsweise
sollte der Basisdruck für
das Vakuum in der Ordnung von 10 Torr oder weniger liegen. Vorzugsweise
wird die maximale Strömungsgeschwindigkeit
von der Gasdüse
oder -düsen
durch der erlaubten Gasdruckanstieg in der Musterkammer eingeschränkt. So
sollte die Strömungsgeschwindigkeit
auf den Wert beschränkt
werden, der den Basisdruck für
das Vakuum im Wesentlichen nicht über 10–5 Torr
steigert.
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Hersteller
können
eine Vielzahl von undurchsichtigen Schichten auf das Substrat mit
einem Muster versehen, einschließlich einer Chromschicht und Molybdänsiliziumschicht.
Gemäß der vorliegenden Erfindung
ist die undurchsichtige Schicht eine Chromschicht. In einer Ausführungsform
der Erfindung ist das Substrat Quarz.
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4B zeigt
einen Teilbereich des Werkstücks 30a nach
der Beendigung von Schritt 114 der 7. Das System
fokussierter Teilchenstrahlen hat das Werkstück durch Beseitigen des Überschussteilbereichs 92 der
mit einem Muster versehenen Schicht 90 mit einem fokussierten
Teilchenstrahl 20 repariert.
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Das
oben beschriebene Verfahren kann weiter die Schritte des (i) Scannen
eines ausgewählten Teilbereichs
des Substrats mit dem fokussierten Teilchenstrahl und (ii) des Anwendens
eines Säuberungsgases,
gleichzeitig ablaufend zum Substrat-Scanschritt, umfassen, um eine
Oberflächenchicht
des ausgewählten
Teilbereichs des Substrats zum Sichern von hoher Aussendung elektromagnetischer
Strahlung durch den ausgewählten
Teilbereich des Substrats zu beseitigen. In einer bevorzugten Ausführungsform
ist das Säuberungsgas
ein auf Fluor basierendes Säuberungsgas,
mehr bevorzugt ist Xenondifluorid.
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4C zeigt
einen Teilbereich des Werkstücks 30a nach
der Anwendung des Säuberungsgases.
Der Bereich 96 wird in 4C mit
einer Lage gezeigt, die bezüglich
des gleichen Bereichs in 4B beseitigt
ist. Hersteller verwenden diesen Säuberungsschritt, um Verfärbungen
des Substrats zu beseitigen und eine hohe Aussendung von elektromagnetischer
Strahlung durch das Substrat sicher zu stellen.
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5 ist
eine Draufsicht eines Teilbereichs 30a des Werkstücks, das
in 4A–4C gezeigt wird. 5 zeigt
eine undurchsichtige Schicht 90, die auf einem Substrat
mit einem Muster versehen ist, mit einem beseitigten Überschussteilbereich 92. 5 veranschaulicht
des Weiteren das zugehörige Rasenstück oder
Flussbett 97, welches ein fokussierter Teilchenstrahl als
Folge des Ätzen
des Überschussteilbereichs 92 erzeugen
kann.
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Mit
Bezugnahme auf 6 wird das Flussbett 97 im
Querschnitt gezeigt. Hersteller versuchen die Flussbetttiefe 100 minimal
zu halten, insbesondere, wenn sie Masken und Belichtungsmasken herstellen,
da Flussbette eine ungewollte Wirkung auf die Aussendung elektromagnetischer
Strahlung haben können.
GAE-Ätzen
kann Teilbereiche des Substrats unter dem Überschussteilbereich, der gerade beseitigt
wird, beseitigen. Die Beseitigung des Substrats unter einem Überschussteilbereich
wird als Tiefätzung 99 bezeichnet.
Hersteller versuchen die Tiefätzungstiefe
minimal zu halten. Ferner versuchen Hersteller die Substratoberfläche 102 über dem Überschussteilbereich 92 glatt
und eben zu halten, d. h. so, dass die Oberfläche 102 im Wesentlichen
parallel zu der X-Y-Ebene ist und dass der Hauptteil der Oberfläche 102 Z-Koordinaten
aufweist, die im Wesentlichen ähnlich
sind.
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Wieder
auf 1 Bezug nehmend, wird der Betrieb der Ionensäule 12,
des Ladungsneutralisierungselements 32 und des sekundären Teilchendetektors 28 durch
die Steuerstation 50 gesteuert. Die dargestellte Steuerstation 50 umfasst
ein Prozessorelement 52, das ein Scan-Generatorelement 62 aufweist,
das ein Haltezeitregister 64 umfasst. Das Prozessorelement 52 koppelt über einen
Aussendungsweg an ein Steuerelement 58 an, das mit der
Ionenstrahlsäule 12 gekoppelt
ist. Das dargestellte Prozessorelement 52 kann ein herkömmliches
Computerprozessorelement sein, das ein CPU-Element, einen Programmspeicher,
einen Datenspeicher und eine Eingabe/Ausgabe-Vorrichtung umfasst.
Ein geeignetes Prozessorelement 52 ist eine Sun Workstation, die
ein Unix-Betriebssystem betreibt.
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Wie
weiter durch 1 dargestellt, kann das Prozessorelement 52 über die
Eingabe/Ausgabe-Vorrichtung mit dem Scan-Generatorelement 62 in
Verbindung stehen. In einer Ausführungsform
ist das Scan-Generatorelement 62 eine Schaltungskartenanordnung,
die mit dem Prozessorelement 52 über die Eingabe/Ausgabe-Vorrichtung
in Verbindung steht. Das Schaltungskartenanordnungs-Scan-Generatorelement 62,
das in 1 dargestellt wird, umfasst einen Scan-Speicher
zum Speichern von Daten, die stellvertretend für ein Scan-Muster stehen, das durch das System 10 zum Scannen
des Ionenstrahls 20 quer über die Oberfläche des
Werkstücks 30 ausgeführt werden
kann, um selektiv zu fräsen
oder die Oberfläche
des Werkstücks 30 zu ätzen.
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Das
in 1 dargestellte Scan-Generator-Plattenelement 62 kann
eine herkömmliche
Computerspeicherschaltungskarte sein, die ausreichend Speicherplatz
zum Speichern von digitalen Dateninformationen aufweist, die stellvertretend
für Positionen
des Werkstücks
stehen, die durch das Teilchenstrahlsystem 10 verarbeitet
werden sollen. Üblicherweise
umfasst eine Scan-Generator-Platte, die zur Anwendung mit der vorliegenden
Erfindung geeignet ist, eine Reihe von Speicherpositionen, von denen jede
einer Position auf der Werkstücksfläche entspricht.
Jede Speicherposition speichert Daten, die stellvertretend für eine X-
und Y-Position auf der Werkstückoberfläche stehen
und weist vorzugsweise ferner für
jede X- und Y-Position ein Haltezeitregister zum Speichern von digitalen
Daten auf, die stellvertretend für
eine Zeitdauer zum Halten des Teilchenstrahls auf der Oberfläche des
Werkstücks
an der Position stehen, die durch das zugehörige X-, Y-Paar repräsentiert
werden. Entsprechenderweise bietet das Halteregister eine Speicherposition
zum Speichern einer Haltezeitdauer zum Anwenden des fokussierten
Teilchenstrahls auf die Oberfläche
des Werkstücks,
um dadurch die Steuerung der Dosis, die auf das Werkstück abgegeben
wird, zu ermöglichen.
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Es
wird für
den durchschnittlichen Fachmann für die Vorgänge und Systeme des fokussierten
Teilchenstrahls klar sein, dass die Dosis, die auf eine Position
auf dem Werkstück
abgegeben wird, im Allgemeinen als die Festlegung der Tiefe aufgefasst
werden kann, bis zu der Material von der Position auf dem Werkstück beseitigt
wird. Entsprechenderweise kann das Haltezeitdauersignal, das in
dem Haltezeitregister gespeichert ist, als Stellvertreter einer
Tiefe oder Z-Dimension für
den Teilchenstrahlfräsvorgang aufgefasst
werden. Folglich bietet der Prozessor 52, der an so eine
Scan-Generator-Platte 62 koppelt, ein multidimensionales
Fräselement
zum Erzeugen von Frässignalen,
das in drei Dimensionen den Fräs- oder Ätzvorgang
des Systems fokussierter Teilchenstrahlen steuern kann.
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Entsprechenderweise
wendet der Prozessor 52 die X-, Y- und Z-Daten, die von
der Scan-Generator-Platte 62 in
Stand gehalten werden, um Frässignale
zu erzeugen, die über
den Aussendungsweg 66 zu dem Steuerelement 58 der
Ionensäule 12 ausgesendet
werden. In der dargestellten Ausführungsform versorgen die Frässignale
Steuerelement 58 mit Informationen zum Betreiben der Ablenkungselemente 19,
um den fokussierten Teilchenstrahl zum Scannen oder Raster des fokussierten
Teilchenstrahls quer über
die Oberfläche
des Werkstücks 30 abzulenken und
um den Teilchenstrahl an der ausgewählten Position für eine spezifizierte
Haltezeitdauer zu halten, um Fräsen
bis zu einer ausgewählten
Tiefe bereitzustellen. Die Oberfläche des Werkstücks 30 entspricht im
Allgemeinen einer zweidimensionalen Ebene, die durch ein rechtwinkliges
Paar von X- und Y-Achsen festgelegt werden kann. Eine Z-Achse, von der im Allgemeinen
angenommen wird, dass sie sich parallel zum Weg des fokussierten
Ionenstrahls 20 erstreckt, verläuft im Allgemeinen auch rechtwinklig
zu der Ebene, die von der X- und Y-Achse der Oberfläche des
Werkstücks 30 definiert
wird. Durch Steuern der Position des Teilchenstrahls 20 und
des Zeitraums, in dem der Strahl 20 mit der Oberfläche des Werkstücks 30 zusammentrifft,
kann Material an ausgewählten
Positionen des Werkstücks 30 beseitigt werden.
Entsprechenderweise bietet das System 10 eine mulidimensionale
Steuerung des Fräsvorgangs, um
dadurch zu ermöglichen,
dass der Teilchenstrahl 20 ausgewählte Teilbereiche des Werkstücks beseitigt.
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Obwohl 1 eine
Ionensäule 12 darstellt, die
Ablenkungselemente 19 zum Ablenken eines Ionenstrahls 20 umfasst,
um quer über
die Oberfläche des
Werkstücks 30 zu
scannen und dadurch direkt den fokussierten Ionenstrahl auf eine
ausgewählte Position
auf der Oberfläche
des Werkstücks 30 zu richten,
wird für
einen durchschnittlichen Fachmann für die Vorgänge des fokussierten Teilchenstrahls klar
sein, dass jedes System, das zum Ausrichten des fokussierten Teilchenstrahls,
um Positionen der Werkstückoberfläche auszuwählen, geeignet
ist, mit der Erfindung angewendet werden kann. In einer alternativen
Ausführungsform
kann beispielsweise das Podest 24 in einem X-, Y- oder
Z-Raum bewegt werden, der dem X-, Y- oder Z-Raum des Fräsprozesses entspricht,
und die Frässignale,
die durch den Prozessor 52 erzeugt werden, können einem
Gestellsteuerungssystem bereitgestellt werden, das sich entlang
des Gestells bewegt und dabei das Werkstück 30 trägt, um dadurch
einen ausgewählten
Teilbereich des Werkstücks
direkt in den Weg des fokussierten Teilchenstrahls anzuordnen, um
das Werkstück 30 zu
fräsen.
Andere Systeme und Verfahren zum Ausrichten des Teilchenstrahls
können
mit der vorliegenden Erfindung angewendet werden, ohne von dem Geltungsbereich
davon abzuweichen.
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Wie
aus der obigen Beschreibung hervorgeht, stellt das in 1 dargestellte
System 10 ein System zum Reparieren von undurchsichtigen
auf einem Substrat mit einem Muster versehenen Schichten bereit,
das automatisch die Position und Geometrie eines Überschussteilbereichs
erkennt und aus den Informationen zur Position und Geometrie einen Satz
von Ätzsignalen
erzeugt, die den fokussierten Teilchenstrahl ausrichten, um das
Werkstück
zu ätzen
und dadurch einen Überschussteilbereich
zu entfernen und eine mit einem Muster versehene Schicht mit einer
präzisen
Form bereitzustellen.
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BEISPIEL
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Der
folgende Arbeitsablauf wurde durchgeführt: Micrion FIB-Systeme 9100
und 8000 wurden zu GAE-Experimenten verwendet. Der Anmelder führte einen
Arbeitsablauf durch, bei dem die undurchsichtigen Materialien eine
auf Chrom basierende Schicht und eine auf Molybdänsilicid basierende Schicht
waren und das transparente Substratmaterial Quarz war. Der Basisdruck
in der Vakuumkammer was etwa 10–6 Torr.
Die Komponenten des Ätzgases
wurden durch zwei Düsen
zugeführt.
Eine bevorzugte Entfernung zwischen der Düsenspitze und der Position
der Interaktion des fokussierten Teilchenstrahls mit dem Werkstück war etwa
100 bis 600 Mikrometer auf der X-Y-Ebene und etwa 100 bis 400 Mikrometer
in der Z-Richtung.
Der innere Durchmesser der Düsen
betrug zwischen 100 bis 400 Mikrometer.
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Rasterelektronenmikroskop
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Ein
JEOL-Modell eines 6400 Feldemission-Rasterelektronenmikroskops wurde
bei niedriger Beschleunigungsspannung verwendet, um die undurchsichtigen
Reparaturen zu bewerten.
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Optisches Mikroskop
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Optische
Mikroskope mit reflektierenden Aussendungs- und Interferenz-Bilderzeugungs-Einsetzmöglichkeiten
wurden zur einleitenden Bewertung der Beseitigung der auf Chrom
basierenden Schicht und der auf Molybdänsilicid basierenden Schicht,
der Quarzflussbetten und Ga-Verfärbung
(im sichtbaren Wellenlängenbereich)
verwendet.
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Rasterkraftmikroskop
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Undurchsichtige
Reparaturen wurden mittels eines Rasterkraftmikroskops (Laboratorium
für Materialwissenschaften,
Concord, MA) bewertet. Dreidimensionale Reparaturprofile kennzeichneten
die Vollständigkeit
der Absorptionsmittelbeseitigung, die Reparaturglätte und
Flussbettdimensionen.
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Dektak Tastschnittgerät
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Ätzverbesserungen
der auf Chrom basierenden Schicht, der auf Molybdänsilicid
basierenden Schicht und des Quarzes wurden mit einem Dektak IIA
Tastschnittgerät
mit einem Fühler
von 2 μm
ermittelt. Details, die Flussbetten und Oberflächenrauheit betreffen, erforderten
AFM (Rasterkraftmikroskop)-Analyse.
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Auf Brom basierende Ätzmittelmischung für Cr
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Eine
Gasmischung, einschließlich
Brom und Wasserdampf, wurde entwickelt, welche die Beseitigung des
Cr zweifach bezüglich
des geradlinigen Sputterns verbessert, während sie die Beseitigung von
Quarz 30–70%
bezüglich
des geradlinigen Sputterns hemmt. Das Verhältnis von Wasserdampf zu Brom
war 1 Mol Wasser zu von etwa 5 mol bis zu etwa 30 Mol Brom. Das
am meisten bevorzugte Verhältnis
war etwa 1 Mol Wasser zu etwa 10 Mol Brom. AFM-Bewertungen von Cr-Reparaturen
mit dieser auf Brom basierenden Ätzmittelmischung
weisen daraufhin, dass Flussbette < 35
nm erreichbar sind.
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Auf Brom basierende Ätzmittelmischung für Molybdänsilicid
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Eine
Gasmischung, einschließlich
Brom und Wasserdampf, ähnlich
der, die für
Cr-Masken genannt worden ist, wurde entwickelt, welche die Beseitigung
des Molybdänsilicid
zweifach bezüglich
geradlinigen Sputterns verbessert, während sie die Beseitigung von
Quarz 30–70%
bezüglich
des geradlinigen Sputterns hemmt.
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Die
Vorteile des Ätzens
unter Zuhilfenahme von Brom und Wasserdampf zur Reparatur von undurchsichtigen
Defekten umfassten:
- • die Ga-Strahlendosis, die
zur Beseitigung der auf Chrom basierenden Schicht erforderlich war, ist
2.0 bis 2.2 Mal geringer als beim Sputterätzen ohne Zuhilfenahme von
Gasen;
- • der
Schaden an dem Grundsubstrat ist minimal; die Quarzoberfläche wird
glatt und eben hinterlassen; die Tiefätzung ist 1–5 nm;
- • die
Tiefe der Flussbetten am Umfang des undurchsichtigen Defekts sind
auffallend geringer als man beim Sputterätzen ohne Zuhilfenahme von
Gasen feststellen kann; Ätzen
unter Zuhilfenahme von Brom bringt Flussbetten von zwischen 5–25 nm hervor,
eine große
Verbesserung zu Flussbetten von 80–100 nm beim reinen Sputterätzen;
- • die
Reduzierung von eingesetzten Ga und somit die Reduzierung von Verfärbung (Verlust
von % Aussendung) in dem transparenten Quarzsubstrat;
- • die
% A (Aussendung) in und um den reparierten Bereich war bei einer
Wellenlänge
von 365 nm größer als
97%.
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Wie
aus der obigen Beschreibung ersichtlich, werden verbesserte Verfahren
zum Reparieren von Werkstücken,
die eine undurchsichtige auf einem Substrat mit einem Muster versehene
Schicht aufweisen, unter Verwendung von GAE offenbart. Es versteht
sich, dass die Erfindung nicht auf bestimmte hierin offenbarte Ausführungsformen
beschränkt
ist, sondern dass sie gedacht ist, um Modifikationen innerhalb des
Geltungsbereichs der vorliegenden Erfindung, wie durch die angehängten Ansprüche definiert,
zu decken.