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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Energiestrahlbearbeitung,
welche eine beliebige Änderung
in einer Bearbeitungstiefe ermöglicht
durch Verändern
einer Bestrahlungsmenge eines Strahls, der durch ein Maskenmuster
hindurch übertragen
wird zum Bestrahlen eines Werkstücks.
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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auch auf ein zuvor beschriebenes Verfahren und eine Vorrichtung,
welche eine effektive Positionierung eine Werkstücks relativ zu einer Maske
mit hoher Genauigkeit während
des Bearbeitungszeitraums ermöglicht.
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Herkömmlicherweise werden ein Schneidwerkzeug,
eine chemische Reaktion oder ein fokussierter Strahl als allgemeine
Bearbeitungstechnologie für
das Mikroschneiden der Oberfläche
eines Werkstücks
bei der Herstellung eines Mikrokörpers eingesetzt,
der für
Mikromaschinen, medizinische Instrumente, Informationseinrichtungen
und ähnliches verwendet
wird. Insbesondere werden ein Trockenätzen und Nassätzen, welche
ein Resist verwenden in der Mikrobearbeitungstechnologie bei der
Herstellung von Halbleitern und ähnlichem
eingesetzt.
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24 zeigt
ein Beispiel von Prozessen für die
Mikrobearbeitung unter der Verwendung eines herkömmlichen Resist. Zunächst wird
ein Resistmaterial 2 auf ein zu bearbeitendes Substrat 1 aufgebracht
(Prozess 1). Ein Musterloch 3a, das in der Fotomaske 3 definiert
ist, wird zu dem Resist 2 übertragen durch Bestrahlung
mit ultravioletten Strahlen 4 durch die Fotomaske 3 (Prozess 2).
Die Teile des Resistmaterials 2 welche mit den ultravioletten
Strahlen 4 durch das Musterloch 3a bestrahlt werden,
werden durch Entwicklung entfernt (Prozess 3). Anisotropes Ätzen wird
an dem zu bearbeitenden Substrat durchgeführt, wo kein Resistmaterial
besteht und zwar unter Verwendung von Ionen und/oder Radikalen in
einem Plasma (Prozess 4) und schlussendlich wird das Resistmaterial 2 entfernt
(Prozess 5). Eine Mikrobearbeitung wird durchgeführt durch
Ausbilden eines Lochs oder Löchern
mit derselben Form wie der des Musterlochs oder der Löcher der
Fotomaske auf der Oberfläche
des zu bearbeitenden Substrats, und zwar durch die obigen Prozesse.
Die Herstellung eines Halbleiterbauelements wird normalerweise durchgeführt durch
Wiederholen der obigen Prozesse.
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Das zuvor genannte Bearbeitungsverfahren erfordert
jedoch die Verwendung von hochkomplexen und zeitaufwendigen Prozessen,
wie z. B. das Beschichten mit einem Resistmaterial auf dem Substrat,
die Bildung eines Resistmusters durch Belichtung und Entwicklung,
das Backen und ähnliches
und daher kann die Bearbeitung nicht effektiv durchgeführt werden.
Da ferner eine flache Oberfläche gleichförmig durch Ätzen bearbeitet
wird unter Verwendung von Ionen und/oder Radikalen in einem Plasma,
ist es schwierig, eine Struktur mit hoher Genauigkeit zu bearbeiten,
die Teile besitzt die jeweils eine unterschiedliche Tiefe besitzen
oder eine dreidimensionale Struktur. Da ferner eine unterschiedliche Vorrichtung
für jeden
Prozess verwendet wird und eine Positionierung in jedem Prozess
haargenau durchgeführt
wird, ist ein großer
Aufwand an Zeit und Kosten erforderlich.
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Darüber hinaus besitzen mikrosphärische Linsen
einen Durchmesser in der Größenordnung von
Mikronen und sie erfordern ebenfalls eine Mikrobearbeitung ähnlich zu
dem zu bearbeitenden Substrat 1 für ein Halbleiterbauelement.
Wenn eine solche mikrosphärische
Linse hergestellt wird, wird herkömmlicherweise ein Verfahren
des Schmelzens des äußeren Endes
eines Balken bzw. stangenförmigen Glasgliedes 5 verwendet,
in dem es mit einem Brenner 6 erhitzt wird und das Abtropfenlassen
und das Kühlen
des geschmolzenen Glasballs, wie z. B. in 25 gezeigt ist. Jedoch erfüllt nur
eine geringe Anzahl von mikrosphärischen
Linsen 7, welche durch dieses Verfahren hergestellt werden,
die erforderliche Genauigkeit bezüglich Oberflächenrauheit
und dem Grad einer perfekten Kugel. Um mit dem Problem fertig zu
werden, wird manchmal das folgende Verfahren eingesetzt. D. h. eine
mikrosphärische
Linse 7, die gekühlt
wurde, wird auf einem Poliertisch 9 mit einer Polieragens 8,
die darauf verteilt ist plaziert und dagegen gedrückt, während eine
Drehscheibe 10 um ihre Achse gedreht wird, um die Oberfläche der
Linse zu polieren. Jedoch sind die Verbesserungen hinsichtlich der
Oberflächenrauheit
und dem Grad einer perfekten Kugel der so polierten mikrosphärischen
Linse 7 bei diesem Verfahren limitiert und es ist schwierig,
effektiv eine mikrosphärische
Linse herzustellen, welche vorgegebene Standards für die Qualität von optischen
Linsen erfüllt.
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Die EP-A-0 637 901 bildet einen Stand
der Technik gemäß Artikel
54 (3) EPÜ und
zeigt ein Prozessverfahren, das einen schnellen Atomstrahl (fast atom
beam) verwendet, bei dem eine Oberfläche eines zu bearbeitenden
Substrats mit einem Maskenglied abgedeckt ist, das Musterlöcher besitzt
und das Maskenglied mit dem schnellen Atomstrahl bestrahlt wird
von einem Generator für
den schnellen Atomstrahl, so dass das Substrat durch den schnellen Atomstrahl
bearbeitet wird, der an die Oberfläche des Substrats durch die
Musterlöcher
des Maskenglieds angelegt wird.
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Die EP-A-0 264 255 bezieht sich auf
die Herstellung optischer Linsen für das Auge durch Exzimerlaser.
Optische Linsen werden aus Plastik oder Glasrohlingen aus ablativem
bzw. abdampfbarem Material durch Schneiden, Formen und Erzeugen
eines Radius des Rohlings und zwar vollständig mit Laserlicht, unter
Verwendung geeigneter Masken und einer Fokussieroptik hergestellt.
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Demgemäß ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung
ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bearbeiten mit hoher Genauigkeit
und Effizienz eines Werkstücks
vorzusehen, zum Erzeugen eines Produkts mit einer Struktur einschließlich Teilen
mit unterschiedlicher Bearbeitungstiefe oder einer dreidimensionalen
Struktur.
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Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden
Erfindung, das oben genannte Verfahren und die Vorrichtung vorzusehen,
bei dem bzw. bei der eine Positionierung des Werkstücks und
der Maske rasch und genau bei der Bearbeitung des Werkstücks erreicht werden
kann.
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Ein weiteres Ziel der vorliegenden
Erfindung liegt im Vorsehen des zuvor genannten Verfahrens bzw.
der Vorrichtung, bei dem bzw. bei der ein Mikrokörper, der eine dreidimensionale
Bearbeitung mit hoher Genauigkeit benötigt, wie z. B. mikorsphärische Linsen
leicht und effizient hergestellt werden kann.
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Die vorliegende Erfindung erreicht
die obigen Ziele durch Vorsehen eines Energiestrahlbearbeitungsverfahrens,
das die folgenden Schritte aufweist:
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Bestrahlen eines Energiestrahls,
der von einer Energiestrahlquelle emittiert wird auf ein Werkstück, und
zwar durch ein Strahlübertragungsloch
mit einem Muster mit vorbestimmter Form und das in einer Maske definiert
ist, verändern
wenigstens einer Relativpositionsbeziehung zwischen der Energiestrahlquelle
und der Maske und einer Relativpositionsbeziehung zwischen der Maske
und dem Werkstück,
um eine Bestrahlungsmenge des Energiestrahl auf dem Werkstück zu steuern,
um dadurch eine Bearbeitungstiefe abhängig von Teilen des zu bearbeitenden
Werkstücks
zu verändern.
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Die Maske oder das Werkstück können um eine
Achse entlang einer Richtung gedreht werden, in der der Energiestrahl
strahlt bzw. bestrahlt und ein Verhältnis des Öffnungsbereichs des Strahlübertragungslochs
kann graduell radial nach außen
erhöht werden,
wobei dessen Radiusmitte auf die Achse eingestellt ist.
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Alternativ kann die Energiestrahlquelle
geschwenkt werden, während
dessen Geschwindigkeit regelmäßig während eines
Schwenkzyklus verändert wird,
wobei das Werkstück
um eine Achse parallel mit einer Richtung, in der der Energiestrahl
strahlt bzw. bestrahlt wird gedreht wird, wenn die Energiestrahlquelle
in der Mitte des Schwenkzyklus angeordnet ist.
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Alternativ können die Maske und das Werkstück parallel
zueinander bewegt werden, während ihre
Geschwindigkeiten regelmäßig verändert werden,
entsprechend einer Relativpositionsbeziehung dazwischen und das
Werkstück um
eine Achse gedreht wird, die senkrecht oder schräg zu einer Richtung ist, in
der der Energiestrahl strahlt bzw. bestrahlt.
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Die Energiestrahlquelle, die Maske
und das Werkstück
können
in einem Vakuum unter Verwendung eines Mikroskops ausgerichtet werden.
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Die Relativpositionsbeziehung zwischen
der Maske und dem Werkstück
kann bestimmt werden unter Verwendung einer Feinpositioniervorrichtung, während die
Maske und das Werkstück
durch ein Mikroskop beobachtet werden.
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Die vorliegende Erfindung erreicht
die obigen Ziele auch durch Vorsehen eines Energiestrahlbearbeitungsverfahrens,
das die folgenden Schritte aufweist:
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Bestimmen einer Relativpositionsbeziehung zwischen
einem Werkstück
und einer Maske mit einem Musterloch mit einer vorbestimmten Form
unter Verwendung einer Feinpositioniervorrichtung während das
Werkstück
und die Maske durch ein Mikroskop beobachtet werden, und Bestrahlen
bzw. Strahlen eines Energiestrahls auf das Werkstück durch das
Musterloch in der Maske.
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Die relative Positionsbeziehung zwischen Werkstück und der
Maske kann bestimmt werden während
das Werkstück
und die Maske durch das Mikroskop beobachtet werden, und zwar aus
einer Vielzahl von Richtungen.
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Die Bearbeitung kann durchgeführt werden, während das
Werkstück
und die Maske auf einer Feinpositioniervorrichtung gehalten werden.
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Die relative Positionsbeziehung zwischen dem
Werkstück
und der Maske kann vorab bestimmt werden durch die Feinpositioniervorrichtung
während das
Werkstück
und die Maske durch das Mikroskop beobachtet werden und die Bearbeitung
wird in einem Zustand durchgeführt,
bei dem die relative Positionsbeziehung zwischen dem Werkstück und der Maske
durch eine Halteeinrichtung fixiert ist.
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Die Feinpositioniervorrichtung kann
in einem Vakuumgefäß positioniert
sein und die Positionierung wird außerhalb des Vakuumgefäßes durchgeführt.
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Die vorliegende Erfindung erreicht
die obigen Ziele ferner durch Vorsehen einer Energiestrahlbearbeitungsvorrichtung,
die Folgendes aufweist: eine Energiestrahlquelle zum Emittieren
eines Energiestrahls, eine Maske mit einem Strahlenübertragungsloch
mit einem Muster mit vorbestimmter Form um zu erlauben, dass der
Energiestrahl durch das Energieübertragungsloch
hindurchgeht, ein durch Bestrahlung mit dem Energiestrahl, der durch
die Maske hindurchgeht zu bearbeitendes Substrat, und Steuermittel
zum Verändern
wenigstens einer Relativpositionsbeziehung zwischen der Energiestrahlquelle
und der Maske und/oder einer Relativpositionsbeziehung zwischen
der Maske und dem Werkstück
um eine Bestrahlungsmenge des auf das Werkstück bestrahlten Energiestrahls
zu steuern, um dadurch die Bearbeitungstiefe des Werkstücks in Abhängigkeit
von Teilen des zu bearbeitenden Werkstücks zu verändern.
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Die Steuermittel können so
angeordnet sein, dass die relative Positionsbeziehung zwischen der Energiestrahlquelle
und der Maske veränderbar
ist und die Vorrichtung kann ferner ein Mikroskop aufweisen zum
Beobachten der Relativpositionsbeziehung zwischen dem Werkstück und der
Maske und eine Feinpositioniervorrichtung zum Bestimmen einer Relativposition
zwischen dem Werkstück
und der Maske.
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Die Vorrichtung kann ferner eine
Halteeinrichtung aufweisert zum Halten der Relativpositionsbeziehung
zwischen dem Werkstück
und der Maske, die durch die Feinpositioniervorrichtung bestimmt wurde.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung
kann, da die herkömmliche
komplexe Resistbeschichtung und Musterausbildungsprozesse nicht
notwendig sind und die Positionierung eines Werkstücks relativ
zu einer Maske prompt durchgeführt
werden kann, das Werkstück
effektiv bearbeitet werden.
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Zusätzlich wird gemäß der vorliegenden
Erfindung ein Energiestrahl auf ein Werkstück gestrahlt bzw. bestrahlt
und zwar durch ein Strahlübertragungsloch,
das in der Maske definiert ist und eine Bestrahlungsmenge des Energiestrahls
kann verändert werden
gemäß den Bearbeitungsteilen
durch Verändern
einer Relativposition zwischen der Energiestrahlquelle und der Maske
oder zwischen der Maske und dem Werkstück, so dass die Bearbeitungstiefe des
Werkstücks
variiert werden kann, und zwar gemäß den zu bearbeitenden Teilen
des Werkstücks. Wenn
in einem solchen Fall ein Muster durch Bestrahlen eines Energiestrahls
auf ein Werkstück durch
eine Maske mit einem Musterloch darinnen definiert bearbeitet wird,
ist es, wenn das Muster ein Mikromuster mit einer Größe von 1
mm oder kleiner ist, oder das Werkstück ein Mikrokörper ist,
schwierig, die Positionierung ohne die Verwendung einer Feinpositioniervorrichtung
und eines Mikroskops durchzuführen.
Gemäß der vorliegenden
Erfindung kann jedoch ein feines Muster mit hoher Genauigkeit bearbeitet
werden, da eine Feinpositionierung durch eine Feinpositioniervorrichtung
durchgeführt
werden kann, während
das Werkstück
und die Maske durch ein Mikroskop beobachtet werden und das Werkstück durch
einen Energiestrahl bearbeitet wird, während die Position des Werkstücks und
der Maske durch die Positioniervorrichtung oder eine Halteeinrichtung
gehalten wird.
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Wenn darüber hinaus die Positionierung
im Vakuum durchgeführt
wird, kann, da es nicht notwendig ist das Werkstück und die Maske der Atmosphäre auszusetzen,
eine Bearbeitungskontinuität
beibehalten werden. Infolgedessen kann nicht nur die Bearbeitung
effektiv durchgeführt
werden, sondern können
auch Positionsfehler zwischen dem Werkstück, der Maske und betroffenen
Einrichtungen verhindert werden, welche ansonsten durch eine Verschiebung der
Bearbeitungsposition bewirkt würden,
wodurch die Bearbeitung mit hoher Genauigkeit ausgeführt werden
kann. Darüber
hinaus ergibt sich kein Problem, das sich aus der Oxidation der
Bearbeitungsoberfläche
des Werkstücks
ergibt.
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Die obigen und weitere Ziele, Merkmale
und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden
Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen, in denen bevorzugte
Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung anhand von dargestellten Beispielen gezeigt
sind; in den Zeichnungen zeigt:
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1 eine
schematische perspektivische Ansicht, die ein erstes Ausführungsbeispiel
einer Energiestrahlbearbeitungsvorrichtung zeigt, an der ein Energiestrahlbearbeitungsverfahren
der vorliegenden Erfindung durchgeführt werden kann;
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2 eine
Längsquerschnittsansicht
eines Werkstücks
zum Erklären
einer Form, die durch die in 1 gezeigte
Energiestrahlbearbeitungsvorrichtung bearbeitet wurde;
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3 eine
schematische perspektivische Ansicht, die ein zweites Ausführungsbeispiel
der Energiestrahlbearbeitungsvorrichtung zeigt, bei der das Energiestrahlbearbeitungsverfahren
der vorliegenden Erfindung angewendet wird;
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4 eine
Längsquerschnittsansicht
eines Werkstücks
zum Erklären
einer Form, welche durch die Energiestrahlbearbeitungsvorrichtung
gemäß 3 bearbeitet wurde;
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5 eine
schematische perspektivische Ansicht, die ein drittes Ausführungsbeispiel
der Energiestrahlbearbeitungsvorrichtung zeigt, bei der das Energiestrahlbearbeitungsverfahren
der vorliegenden Erfindung angewendet wird;
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6 eine
Längsquerschnittsansicht
eines Werkstücks
zum Erklären
einer Form, das durch die Energiestrahlbearbeitungsvorrichtung gemäß 5 bearbeitet wurde;
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7 eine
schematische perspektivische Ansicht, die ein viertes Ausführungsbeispiel
der Energiestrahlbearbeitungsvorrichtung zeigt, bei der das Energiestrahlbearbeitungsverfahren
der vorliegenden Erfindung angewendet wird;
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8 eine
Längsquerschnittsansicht
eines Werkstücks,
die eine Form darstellt, die durch die Energiestrahlbearbeitungsvorrichtung
gemäß 7 bearbeitet wurde;
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9 eine
schematische perspektivische Ansicht, die ein fünftes Ausführungsbeispiel der Energiestrahlbearbeitungsvorrichtung
zeigt, bei der das Energiestrahlbearbeitungsverfahren der vorliegenden
Erfindung angewendet wurde;
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10 eine
Längsquerschnittsansicht
eines Werkstücks,
die eine Form zeigt, die durch die Energiestrahlbearbeitungsvorrichtung
gemäß 9 bearbeitet wurde;
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11 eine
schematische perspektivische Ansicht, die ein sechstes Ausführungsbeispiel
der Energiestrahlbearbeitungsvorrichtung zeigt, bei der das Energiestrahlbearbeitungsverfahren
der vorliegenden Erfindung angewendet wird;
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12 eine
Längsquerschnittsansicht
eines Werkstücks,
die eine Form darstellt, die durch die Energiestrahlbearbeitungsvorrichtung
gemäß 11 bearbeitet wurde;
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13 eine
schematische Seitenaufrissansicht, die ein Beispiel einer Positioniervorrichtung zeigt,
die in einem Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
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14 eine
schematische Seitenaufrissansicht, die ein weiteres Beispiel einer
Vorrichtung zeigt, die in einem Verfahren der vorliegenden Erfindung
verwendet wird;
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15 eine
schematische Seitenaufrissansicht eines weiteren Beispiels einer
Vorrichtung, die in einem Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet
wird;
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16 eine
schematische Seitenaufrissansicht, die ein Beispiel einer Halteeinrichtung
zeigt, die in einem weiteren Verfahren der vorliegenden Erfindung
verwendet wird;
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17 eine
Ansicht, die eine Relativbewegung zwischen dem Energiestrahl und
der Maske in dem Verfahren, das die Halteeinrichtung gemäß 16 verwendet zeigt;
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18 eine
schematische Seitenaufrissansicht, die ein weiteres Beispiel der
Halteeinrichtung zeigt;
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19 eine
schematische Seitenaufrissansicht, die noch ein weiteres Beispiel
der Halteeinrichtung zeigt;
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20 eine
schematische Seitenaufrissansicht, die ein Beispiel einer Positioniervorrichtung,
die in der Halteeinrichtung gemäß 16 verwendet wird zeigt;
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21 eine
schematische Seitenaufrissansicht, die ein Beispiel einer Vorrichtung
zeigt, die in einem noch weiteren Verfahren der vorliegenden Erfindung
verwendet wird;
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22 eine
schematische Seitenaufrissansicht, die ein weiteres Beispiel einer
Vorrichtung zeigt, die in dem weiteren Verfahren der vorliegenden Erfindung
verwendet wird;
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23 eine
schematische Seitenaufrissansicht, die ein weiteres Beispiel einer
Vorrichtung zeigt, die in noch einem weiteren Verfahren der vorliegenden
Erfindung verwendet wird;
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24 Prozessansichten,
die ein Beispiel eines Substratbearbeitungsverfahrens zeigen, das eine
herkömmliche
Fotolithografietechnik verwendet;
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25 eine
schematische perspektivische Ansicht, die ein Beispiel eines herkömmlichen
Verfahrens zur Herstellung einer mikrosphärischen Linse zeigt; und
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26 eine
schematische Seitenaufrissansicht, die ein Beispiel eines herkömmlichen
Verfahrens zum Polieren einer mikrosphärischen Linse zeigt.
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Ausführungsbeispiele der vorliegenden
Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die 1 bis 12 beschrieben. 1 ist eine schematische perspektivische
Ansicht, die ein erstes Ausführungsbeispiel
einer Engergiestrahlbearbeitungsvorrichtung zeigt, bei der ein Energiestrahlbearbeitungsverfahren
der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird, und 2 ist eine Längsquerschnittsansicht eines
Werkstücks,
die eine Form darstellt, die durch die Energiestrahlbearbeitungsvorichtung
gemäß 1 bearbeitet wurde.
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Eine Energiestrahlbearbeitungsvorrichtung 11,
wie sie in 1 gezeigt
ist, ist eine Vorrichtung für eine
Energiestrahlbearbeitung der Oberfläche eines scheibenförmigen zu
bearbeitenden Werkstücks 12, das
aus einem Metallmaterial, Glasmaterial oder ähnlichem aufgebaut ist zu einer
konvexen Form und einer Energiestrahl wird nach unten von einer
Energiestrahlquelle 13 gestrahlt als ein Strahl mit einer gleichförmigen Dichte.
Das Werkstück 12 ist
koaxial bezüglich
einer Strahlenachse, die durch den Mittelpunkt eines Strahlenpunktes
des Energiestrahls hindurchgeht, der einen kreisförmigen Punkt
bildet und wird mit konstanter Geschwindigkeit um dessen Mittelachse
zur Drehung angetrieben. Ferner ist eine Maske 14 zwischen
der Energiestrahlquelle 13 und dem Werkstück 12 angeordnet
zum periodischen Verändern
eines Bestrahlungsmusters auf dem Werkstück. Eine Menge des zu bestrahlenden Strahls
auf einen speziellen Bereich des Werkstücks 12 wird gesteuert
durch ein Strahlenübertragungsloch 14a,
das in der Maske 14 definiert ist und das zu einer Fächer- oder
Ginkgonuss- bzw. -blattform geöffnet
ist.
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Die Position des Schwenkpunktes der
Ginkgonuss- bzw. - blattform des Strahlenübertragungslochs 14a wird
dazu gebracht mit der Strahlenachse zusammenzufallen, d. h. der
Drehmittelpunkt des Werkstücks 12 und
des Strahlenübertragungslochs 14a ist
geöffnet
um seinen Saum von dem Schwenkpunkt nach rechts und nach links in
einer gekrümmten
Form auszudehnen. Demgemäß wird eine
Veränderungsrate
des offenen Bereichs des Strahlenübertragungslochs 14a graduell
in einer radial nach außen
gerichteten Richtung erhöht
und eine Bestrahlungsmenge des Strahls auf dem Werkstück wird
erhöht,
wenn eine Position von der Drehmitte des Werkstücks 12 beabstandet
ist. Wenn sich daher das Werkstück 12 um
seine Drehachse dreht, wird eine Bearbeitungstiefe graduell erhöht und zwar
in einer radial nach außen
gerichteten Richtung durch eine Bestrahlungsmenge des Energiestrahls
pro Zeiteinheit, die in der Radialrichtung erhöht wird und schlussendlich
wird ein bearbeitetes Produkt 15 mit einer sphärisch konvexen
Oberfläche 15a,
wie es in 2 gezeigt
ist, erhalten.
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Obwohl bei dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel
das Werkstück 12 um
dessen Drehachse gedreht wird, kann die Maske 14 stattdessen
um die Achse anstelle des Werkstücks
gedreht werden, wie mit einem gepunkteten Linienpfeil in 1 gezeigt ist.
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Zusätzlich kann, obwohl bei dem
ersten Ausführungsbeispiel
nur das Werkstück 12 um
seine Achse gedreht wird, die Energiestrahlquelle 13 synchron
mit der Drehung des Werkstücks
geschwenkt werden. Zum Beispiel durch Vorsehen eines bestimmten
Winkels zwischen der Strahlenachse und der Drehmitte des Werkstücks kann
eine Bestrahlungsmenge des Energiestrahls in der Radialrichtung von
der Mittelachse der Drehung des Werkstücks bezüglich der Oberfläche davon,
auf die der Strahl gestrahlt wird, gesteuert werden.
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Eine Energiestrahlbearbeitungsvorrichtung 21,
die in 3 gezeigt ist,
ist so angeordnet, dass eine Energiestrahlbestrahlungsquelle 23 synchron mit
der Drehung eines Werkstücks 22 geschwenkt wird
und eine Schwenkgeschwindigkeit der Energiestrahlquelle 23 so
eingestellt ist, dass sie langsamer zu den rechten und linken Enden
schwingt und rascher zur Mitte des Schwenkvorgangs schwingt. Ferner
ist das Strahlenübertragungsloch 24a einer
Maske 24 als ein kreisförmiges
Durchgangsloch in diesem Ausführungsbeispiel
definiert und eine relative Positionsbeziehung zwischen der Energiestrahlquelle 23,
der Maske 24 und dem Werkstück 22 ist so eingestellt,
dass dann, wenn die Energiestrahlquelle 23 an den Schwenkenden
angeordnet ist, die Umfangskante des Werkstücks 22 bearbeitet
wird und wenn die Energiestrahlquelle 23 an der Mitte des
Schwenkvorgangs angeordnet ist, der Mittelteil des Werkstücks 22 bearbeitet
wird. Infolgedessen wird das Werkstück 22 an dem Umfangsteil
desselben tiefer bearbeitet im Vergleich zu dessen Mittelteil und
ein bearbeitetes Produkt 25 erhält schlussendlich eine konvexe
Oberfläche 25a,
welche von dem Mittelteil zu dem Umfangsteil in halbkugelförmigen Formen, wie
in 4 gezeigt ist, abgerundet
ist.
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Ferner kann eine Schwenkgeschwindigkeit der
Energiestrahlquelle bei dem obigen zweiten Ausführungsbeispiel so eingestellt
sein, dass es zu den rechten und linken Schwenkenden davon schneller ist
und zu der Mitte des Schwenkvorgangs langsamer wird. Eine Energiestrahlbearbeitungsvorrichtung 31, wie
sie in 5 gezeigt ist,
ist derart angeordnet, dass eine Schwenkgeschwindigkeit einer Energiestrahlquelle 33 umgekehrt
gesteuert wird im Vergleich zu dem Ausführungsbeispiel gemäß 3, so dass eine Schwenkrate
der Energiestrahlquelle 33 schmaler ist im Vergleich mit
der Rate des obigen Ausführungsbeispiels.
Bei diesem Ausführungsbeispiel
ist eine Positionsbeziehung zwischen der Energiestrahlquelle 33,
einer Maske 34 und einem Werkstück 32 so eingestellt,
dass dann, wenn die Energiestrahlquelle 33 an den Schwenkenden
derselben angeordnet ist, ein radial zwischenliegender Teil einer Endoberfläche des
Werkstücks 32 bearbeitet
wird, und wenn die Energiestrahlquelle 33 an der Mitte
des Schwenkvorgangs angeordnet ist, wird der Mittelteil des Werkstücks 32 bearbeitet.
Infolgedessen wird das Werkstück 32 am
Mittelteil desselben tiefer bearbeitet im Vergleich zu dem Zwischenteil
desselben in Radialrichtung, und es wird ein bearbeitetes Produkt 35
erhalten, das schlussendlich ein schalenförmiges Loch 35a besitzt,
das in der Mitte davon am tiefsten ist, wie in 6 gezeigt ist. Es sei bemerkt, dass die Maske 34,
die bei diesem Ausführungsbeispiel
verwendet wird, ein Strahlübertragungsloch 34a besitzt, das
in einer Kreisform geöffnet
ist, und zwar in gleicher Weise wie bei dem obigen Ausführungsbeispiel.
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Sich von den obigen ersten bis dritten
Ausführungsbeispielen
unterscheidend ist es ferner möglich,
dass eine Energiestrahlquelle fixiert und das Werkstück um dessen
Achse gedreht wird, während es
entlang seiner Axialrichtung hin und her bewegt wird. Eine Energiestrahlbearbeitungsvorrichtung 41, wie
sie in 7 gezeigt ist,
ist eine Vorrichtung, die geeignet ist, ein säulen- bzw. stabförmiges Werkstück 42 einer
eingeschränkten
Formbearbeitung auszusetzen, um dadurch ein sphärisch geformtes Produkt an
dem Ende des Werkstücks
auszubilden. Das Werkstück 42 wird
um dessen Drehachse gedreht, die senkrecht zu der Richtung ist,
mit der ein Strahl von der Energiestrahlquelle ausgestrahlt wird und
zur selben Zeit wird das Werkstück 42 entlang der
Dreh achse hin und her bewegt, d. h. parallel mit einer Maske 44 bewegt.
Die Maske 44 besitzt einen rechteckigen Schlitz darinnen
definiert, der senkrecht zur Richtung der Hin- und Herbewegung des
Werkstücks 42 ist
und dient als ein Strahlenübertragungsloch 44a.
Ein Strahl, der durch das schlitzförmige Strahlenübertragungsloch 44a hindurchgeht,
wird in die Nähe
des extremen Endes des Werkstücks 42 gestrahlt.
In dem Fall des dargestellten Ausführungsbeispiels wird, da eine
Geschwindigkeit der Hin- und Herbewegung des Werkstücks 42 so
gesteuert ist, dass sie zu den Enden der Hin- und Herbewegung langsamer
ist und in der Mitte der Hin- und Herbewegung schneller ist, eine
Bearbeitungstiefe maximiert, wenn ein Energiestrahl an den Enden
der Hin- und Herbewegung auftrifft und sie wird minimiert, wenn der
Energiestrahl in der Mitte der Hin- und Herbewegung auftrifft. Daher
besitzt das bearbeitete Produkt 45 eine Endform, die als
ein sphärischer
Teil 45a ausgebildet ist, wie in 8 dargestellt ist.
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Eine Energiestrahlbearbeitungsvorrichtung 51,
wie sie in 9 gezeigt
ist, wird erhalten durch Modifizieren der obigen vier Ausführungsbeispiele. Obwohl
die Energiestrahlbearbeitungsvorrichtung 51 dieselbe ist
wie bei dem obigen Ausführungsbeispiel dahingehend,
dass ein Werkstück 52 um
dessen Längsachse
gedreht und entlang der Längsachse
hin und her bewegt wird, während
eine Energiestrahlquelle 53 fixiert ist, unterscheidet
sie sich von dem obigen Ausführungsbeispiel
dahingehend, dass die Anzahl der schlitzförmigen Strahlübertragungslöcher 54a,
die in der Maske 54 definiert sind, nicht eines sondern
drei sind und diese drei schlitzförmigen Strahlenübertragungslöcher 54a parallel
zueinander mit gleichförmigen
Intervallen angeordnet sind. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist, da alle
der drei schlitzförmigen
Strahlenübertragungslöcher 54a durch
den Bestrahlungsbereich der Energiestrahlquelle 53 abgedeckt
sind, es möglich,
ein bearbeitetes Produkt 55 mit drei sphärischen
Teilen 55a, die jeweils miteinander über eingeschränkte Teile 55b verbunden
sind, zu einem Zeitpunkt zu formen. Wenn mikrosphärische Linsen
massengefertigt werden, wird ein Glasmaterial für die Linsen, wie z. B. optisches
Glas, Quarzglas, Rubin, Saphir, Magnesiumfluorid, ZnSe, ZnTe, GaAs
usw. verwendet, und die sphärischen
Teile 55a, d. h. mikrosphärische Linsen mit je weils einer
Größe von 0,1
nm - 100 nm können infolgedessen
effektiv mit einer hohen Genauigkeit durch die geeignete Kombination
der Einstellung einer Breite der schlitzförmigen Strahlenübertragungslöcher 54a und
der Steuerung der Geschwindigkeit der Hin- und Herbewegung (Parallelbewegung)
des Werkstücks 52 erzeugt
werden. Da insbesondere eine Linsenoberfläche auf einer Quantumniveaugenauigkeit
oder das Niveau sichtbarer Strahlen bearbeitet werden kann, wenn
ein homogener Lichtstrahl auf das bearbeitete Produkt 55,
das zu der mikrosphärischen
Linse bearbeitet ist einfällt,
kann eine Größe eines
effektiven Teils, wo die Linsenwirkung auftritt bzw. durchgeführt wird,
kleiner gemacht werden als eine Wellenlänge des homogenen Lichtstrahls.
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Bezüglich der Energiestrahlbearbeitungsvorrichtung 11,
die in dem zuvor genannten ersten Ausführungsbeispiel gezeigt ist,
kann ein scheibenförmiges
Glasmaterial zu einer Fresnellinse bearbeitet werden durch Erhöhen der
Anzahl der Strahlenübertragungslöcher 14a,
die in der Maske 14 definiert sind. Wie insbesondere bei
einer Energiestrahlbearbeitungsvorrichtung 61 gemäß 11 gezeigt ist, wird eine
Maske 64 mit drei gleichen ginkgonuss- bzw. -blattförmigen Strahlenübertragungslöchern 64a,
die kontinuierlich darin ausgebildet sind, verwendet als eine Maske,
die ein scheibenförmiges Werkstück 62 abdeckt,
und ein Energiestrahl wird von einer Energiestrahlquelle 63 ausgestrahlt,
während
das Werkstück 62 um
dessen Drehachse gedreht wird, und der Strahl geht durch den innersten Punkt
des schmalsten Strahlübertragungslochs 64a hindurch.
Da in diesem Fall ein offener Bereich der Strahlenübertragungslöcher 64a zu
einer Richtung weg von der Mittelachse des bestrahlenden Strahls erhöht wird
und da ferner jedes der Strahlenübertragungslöcher 64 in
die Ginkgonuss- bzw. -Blattform geformt ist, ist das schlussendlich
erzeugte Produkt 65 eine Fresnellinse mit ringförmigen flachen
konvexen Linsenteilen 65a, die konzentrisch auf der Oberfläche eines
scheibenförmigen
Glasmaterials ausgebildet sind, wie in 12 dargestellt ist.
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Es sei bemerkt, dass bei dem obigen
Ausführungsbeispiel
ein schneller Atomstrahl, ein Ionenstrahl, ein Elektronenstrahl,
ein Atom-/Molekularstrahl und ferner ein radioaktiver Strahl und ähnliche als
ein Energiestrahl verwendet werden können. Da ein schneller Atomstrahl
ein neutraler Hochgeschwindigkeitskörper enthaltener Strahl ist,
kann er an allen Materialien, wie beispielsweise Metalle, Halbleiter,
isolierende Materialien und ähnliche
angelegt werden und der Ionenstrahl ist effektiv für Metallmaterialien.
Wenn ein Elektronenstrahl verwendet wird, wird ein reaktives Gas
simultan mit der Bestrahlung des Elektronenstrahls an ein Werkstück angelegt,
so dass eine chemische Reaktion nur an einem Teil bewirkt wird,
wo der Elektronenstrahl auftrifft. Ferner kann ein Atom-/Molekularstrahl
als ein Niedrigenergiestrahl verwendet werden und die Bearbeitung
kann bewirkt werden unter Verwendung eines Atom-/Molekularstrahls
eines reaktiven Gases. Ferner besitzt ein radioaktiver Strahl die
Eigenschaft, dass die Oberfläche
eines Werkstücks
durch direkte Bestrahlung nur mit dem radioaktiven Strahl bearbeitet
wird, wobei die Bearbeitung bewirkt wird unter Verwendung der gemeinsamen
Reaktion des Strahls mit reaktiven Gaspartikeln und dass der Strahl
auf alle Materialien anwendbar ist.
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Darüber hinaus kann, wie nachfolgend
beschrieben wird, bei den obigen Ausführungsbeispielen ein Ausrichtvorgang
einer Maske mit einem Werkstück
und einer Strahlenachse und ein Vorgang zum Ersetzen der Maske in
einem Vakuumgefäß durchgeführt werden.
In diesem Fall kann ein Bearbeitungsprozess realisiert werden, bei
dem ein Werkstück
in einer reinen Umgebung bearbeitet wird, ohne dass es überhaupt
der Atmosphäre
ausgesetzt wird. Der Bearbeitungsvorgang sieht eine sehr hohe Verarbeitbarkeit
als ein Bearbeitungsverfahren vor, das insbesondere effektiv ist,
wenn es ein Problem hinsichtlich Oxidation und Kontamination auf
der Oberfläche
eines Werkstücks
gibt. Wenn darüber
hinaus ein solcher Bearbeitungsprozess in einem Vakuum realisiert
wird, ist es vorzuziehen, die Ausrichtung einer Maske, des Werkstücks und
der Strahlenachse unter Verwendung eines Mikroskops, wie beispielsweise
eines optischen Mikroskops, eines Sekundärelektronenmikroskops des Scantyps
(SEM), einem Lasermikroskop oder ähnlichem durchzuführen, wodurch
eine Energiestrahlquelle, die Maske und das Werkstück zueinander
mit ultrahoher Genauigkeit ausgerichtet werden können.
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13 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
einer Vorrichtung, die ein Verfahren der vorliegenden Erfindung
beinhaltet. Die Vorrichtung besitzt eine X-, Y-Achsenplattform bzw. -stufe bzw. -stufe 106,
die in zueinander senkrechten Richtungen innerhalb einer Horizontalebene
bewegbar ist und auf einer Basis 105 angeordnet ist, eine θ-Achsenplattform
bzw. -stufe bzw. -stufe 108, die um eine Welle bzw. Spindel oder
eine X-Achse 107 drehbar ist, und die auf der X-, Y-Achsenplattform
bzw. -stufe 106 angeordnet ist, ein Werkstück W,
das lösbar
an der θ-Achsenplattform
bzw. -stufe 108 fixiert ist über Haltemittel 109, eine
Z-Achsenplattform bzw. -stufe 111 ist in einer Z-Achsrichtung
bewegbar und auf der Basis 105 angeordnet ist, eine β-Achsenplattform
bzw. -stufe 113, die
um die Z-Achse drehbar und auf der Z-Achsenplattform bzw. -stufe 111 angeordnet
ist, eine α-Achsenplattform
bzw. -stufe 117, die um eine Y-Achse 115 drehbar
und an der β-Achsenplattform
bzw. -stufe 113 angeordnet ist, eine Maske M,
die abnehmbar an der α-Achsenplattform
bzw. -stufe 117 fixiert ist und ein Energiestrahl 121,
der auf das Werkstück W gestrahlt
wird von einer Energiestrahlquelle (z. B. einer schnellen Atomstrahlquelle) 119,
die oberhalb der Maske M positioniert ist und zwar durch
ein Musterloch p, das in der Maske M definiert
ist. Die X-, Y-Achsenplattform bzw. -stufe 106 und die
Z-Achsenplattform bzw. -stufe 111 sind Feinbewegungsplattformen
bzw. -stufen mit einer Positioniergenauigkeit von 0,1 A bis 10 μm und vorzugsweise
0,1 A bis 1 nm.
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Gemäß dieser Positioniervorrichtung
kann das Werkstück W fein
in die zwei Richtungen, d. h. die X- und Y-Achsen durch die X-,
Y-Achsenplattform bzw. -stufe 106 bewegt
werden, sowie durch die θ-Achsenplattform
bzw. -stufe 108 um sich selbst gedreht werden. Mit dieser
Anordnung kann das Werkstück W durch
einen Energiestrahl bearbeitet werden, während eine beliebige Oberfläche des
Werkstücks W um
seine Achse herum relativ zur Maske M positioniert ist.
Somit kann mit dieser Anordnung ein Bearbeitungsverfahren, wie es
oben unter Bezugnahme auf die 7, 8, 9 und 10 beschrieben
wurde, bewirkt werden. Ferner kann ein Abstand (in der Z-Achsenrichtung)
der Maske M zu dem Werkstück W durch die Z-Achsenplattform
bzw. -stufe 111 fein eingestellt werden und eine Neigung
der Maske M in einer Horizontalebene und die Parallelität der Maske M zu
dem Werkstück W kann
mit hoher Genauigkeit durch die β-Achsenplattform
bzw. -stufe 113 und die α-Achsenplattform
bzw. -stufe 117 (α, β Drehwinkel) eingestellt
werden. Mit dieser Anordnung kann ein Abstand des Werkstücks W zu
der Maske M und eine Parallelität des Werkstücks W zu
der Maske M und einer Relativposition davon in einer Parallelebene fein
eingestellt werden.
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Es sei bemerkt, dass ein Abstand
einer Bearbeitungsoberfläche
des Werkstücks
W zu der Maske M üblicherweise
in einem intimen Kontaktzustand von ungefähr 1 mm eingestellt wird. Zusätzlich kann die
Maske M eine vorgeformte sein, wie z. B. eine Nickelfolie,
die gemustert ist durch ein Elektrogussverfahren und mit einer Dicke
von ein paar Mikrometer. Die Nickelfolie kann an dem Maskenanbringungsteil 117a der α-Achsenstufe 117 unter
Verwendung eines Klebestreifens mit guter Flachheit fixiert werden.
Das Werkstück W kann
relativ zur Maske M positioniert werden, während sie
durch ein optisches Mikroskop 123 beobachtet werden und
ihre Positionierung kann ferngesteuert werden, während eine Bildanzeigeeinheit,
welche die Bewegung des Werkstücks
und der Maske zeigt, beobachtet wird. In diesem Fall kann durch
Beobachten des Werkstücks W und
der Maske M von mehr als einer Richtung es möglich sein,
die Parallelität
dazwischen zu beobachten. Zu diesem Zweck kann die Energiestrahlquelle 119 und
das optische Mikroskop 123 zu einer Bearbeitungsposition bzw.
einer Beobachtungsposition durch eine nicht gezeigte Führung vorgeschoben
und zurückgezogen werden.
Mit dieser Anordnung kann die Bearbeitung in einer solchen Art und
Weise durchgeführt
werden, dass die Maske M mit einer gewünschten Position relativ zu
einer beliebigen Bearbeitungsoberfläche des Werkstücks W eingestellt
ist.
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14 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel
der Vorrichtung zur Durchführung
des Verfahrens der Erfindung. Die gezeigte Vorrichtung ist ähnlich zu
der in 13, aber in diesem
Ausführungsbeispiel
ist die untere Oberfläche
der Basis 105 sphärisch
gerundet und die Gesamtvorrichtung kann um eine oder mehrere Achsen
auf einer Basisführung 105a geschwenkt
werden, wie durch den Pfeil B in der Figur dargestellt ist. Somit
kann das Werkstück W um
eine Achse gedreht werden, welche schräg zu einer Richtung ist, mit
der der Energiestrahl auftrifft.
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15 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel
der Vorrichtung, die verwendet wird bei einem Bearbeitungsverfahren
der Erfindung, wobei ein Träger 102 an
der X-, Y-Plattform 106 befestigt ist, ein Drehtisch 104 an
dem Träger 102 vorgesehen,
so dass er um eine Achse entlang einer Richtung, mit der der Energiestrahl 121 auftrifft,
gedreht werden kann und das Werkstück W ist lösbar an
dem Drehtisch 102 befestigt mittels eines Klebebandes oder ähnlichem.
Die verbleibende Anordnung der Vorrichtung ist dieselbe wie bei
der Vorrichtung gemäß 13. Bei dieser Anordnung
kann ein Bearbeitungsverfahren wie es unter Bezugnahme auf die 1, 2, 11 und 12 beschrieben wurde, durchgeführt werden.
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16 zeigt
ein weiteres Verfahren der vorliegenden Erfindung, bei dem ein Werkstück in einer solchen
Art und Weise bearbeitet wird, dass es durch einen Halter mit einer
vorbestimmten Positionsbeziehung relativ zur Maske fixiert ist.
Zu diesem Zweck ist das Werkstück W an
einem flachen Fixiertisch 125 durch ein Klebeband mit guter
Flachheit, Bolzen, Schrauben oder ähnlichem fixiert und die Maske M ist oberhalb
des Werkstücks W angeordnet über einen Abstandshalter 127.
Der Abstandshalter 127 steht auf dem Fixiertisch 125 und
die Maske M ist auf dem Abstandshalter 127 angebracht,
unter Verwendung eines Klebebandes mit guter Flachheit, Bolzen, Schrauben
oder ähnlichem 129 (Klebeband
wird in 16 verwendet).
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Wie in 20 gezeigt
ist, ist die Maske M relativ zum Werkstück W in einer solchen
Art und Weise positioniert, dass die Maske M relativ zum
Fixiertisch 125, auf dem das Werkstück W positioniert
ist, positioniert ist durch eine Positioniervorrichtung 131, während die
Maske M durch ein optisches Mikroskop 123 beobachtet
wird. Die Maske M ist auf dem Abstandshalter 127 fixiert.
Obwohl ein optisches Mikroskop mit großer Fokussiertiefe als das
optische Mikroskop 123 verwendet wird, kann ein Lasermikroskop
anstelle des opti schen Mikroskops verwendet werden. Die Maske M ist
an dem Tragarm 135 der Positioniervorrichtung fixiert über Bolzen
bzw. Schrauben, ein Klebeband oder ähnliches (in 20 werden Schrauben verwendet).
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Die Positioniervorrichtung 131 kann
die Feinbewegung der Maske M in den Richtungen der drei Achsen
X, Y und Z, welche senkrecht zueinander sind, durch eine X-, Y-Achsenplattform
bzw. -stufe 137 und eine Z-Achsenplattform bzw. -stufe 139 steuern.
Es sei bemerkt, dass eine Vielzahl von optischen Mikroskopen und/oder
eine Vielzahl von Lasermikroskopen verwendet werden kann, um eine
Ausrichtung in X-, Y-Achsrichtung und einer Z-Achsrichtung mit einer
hohen Genauigkeit zu bewirken. Es sei bemerkt, obwohl dies nicht
gezeigt ist, dass Neigungen des Werkstücks und der Maske in einer
Horizontalebene eingestellt werden können durch Anbringung einer β-Achsenplattform
bzw. -stufe, die um die Z-Achse zu der Positioniervorrichtung 131 drehbar ist.
Wie in 16 dargestellt
ist, kann beim Fertigstellen der Positionierung der Maske M relativ
zu dem Werkstück W,
die Maske M von der Positioniervorrichtung 131 getrennt
werden und das optische Mikroskop 123 und die Positioniervorrichtung 131 werden
von dem Werkstück W und
der Maske M zurückgezogen.
Dann wird eine schnelle Atomstrahlquelle (nicht gezeigt) an einer
Bearbeitungsposition oberhalb des derart positionierten Werkstücks und
der Maske positioniert und eine Bearbeitung wird durchgeführt.
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Obwohl bei dem in 16 dargestellten Ausführungsbeispiel die relative
Positionsbeziehung zwischen dem Energiestrahl 121 und der
Maske M fixiert ist, können
sie relativ zueinander bewegt werden, indem die Energiestrahlquelle 119 an
einer Manipulationsvorrichtung 120 angebracht ist, so dass
sie um eine oder mehrere Achsen schwenkbar ist, wie in 17 dargestellt ist, oder
durch Vorsehen einer sphärischen
Oberfläche
an der Unterseite der Plattform 125 und Schwenken der Gesamtvorrichtung
um eine oder mehrere Achsen, so dass sie auf einer Plattformführung 125b gleitet,
wie durch einen Pfeil B in 17 gezeigt
ist.
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Obwohl 16 ein
Beispiel zeigt, bei dem ein quadratförmiges Werkstück W,
dessen Bearbeitungsoberfläche
parallel mit der Werkstückeinstelloberfläche 125a des
Fixiertischs 125 und der Maske M eingestellt ist,
bearbeitet wird, kann zusätzlich
eine Halteeinrichtung einschließlich
eines Abstandshalters, der mit einem Mikrometerkopf (nicht gezeigt) versehen
ist, eingesetzt werden um eine genauere Parallelität der Maske
mit der Bearbeitungsoberfläche
des Werkstücks
herzustellen. Ferner kann, wie in 18 dargestellt
ist, eine dreidimensionale Bearbeitung ausgeführt werden durch Bearbeiten
einer beliebigen Bearbeitungsoberfläche, die zu der Maske weist,
durch Drehen des Werkstücks W auf
der Werkstückeinstelloberfläche 125a des
Fixiertischs 125. In diesem Fall wird eine Position, in
der das Werkstück angeordnet
werden soll an der Werkstückeinstelloberfläche markiert
und das Werkstück
wird gemäß dieser
Markierung positioniert. Daher ist ein Klebeband nicht immer notwendig.
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19 zeigt,
dass eine Form der Werkstückeinstelloberfläche 125a des
Fixiertischs 125 in geeigneter Weise gemäß einer
Form eines Werkstücks ausgewählt sein
kann, so dass eine Bearbeitungsoberfläche des Werkstücks parallel
zu oder mit einem beliebigen Winkel zu der Maske eingestellt werden kann,
wenn das Werkstück W eine
komplexe Form besitzt.
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Bei den Ausführungsbeispielen gemäß den 18 und 19 kann wie bei der Halteeinrichtung
gemäß 17, die Energiestrahlquelle
durch eine Handhabungsvorrichtung geschwenkt werden oder der Fixiertisch 125 kann
auf einer Tischführung
geschwenkt werden, wie durch die Pfeile A bzw. B dargestellt ist,
um dadurch eine Relativbewegung zwischen dem Energiestrahl 121 und
der Maske M zu erlauben.
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21 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel
der Erfindung, wobei die Positioniervorrichtung 131 gemäß 20 in einem Vakuumgefäß 141 angeordnet
ist, wobei das Vakuumgefäß 141 auf
ein Hochvakuum durch eine Vakuumpumpe evakuiert ist und das Werkstück W relativ
zu der Maske M von außerhalb
des Vakuumgefäßes 141 positioniert
wird. Wenn die Positionierung in einem Vakuum durchgeführt wird,
wie oben beschrieben, dann kann dem Positioniervorgang sofort ein
nachfolgender Bearbeitungsvorgang folgen, der durch den Energiestrahl ausgeführt wird,
da das Werkstück W und
die Maske M nicht der Atmosphäre ausgesetzt sind. Somit kann nicht
nur eine Arbeitszeit verkürzt
werden, sondern es ergeben sich auch keine Positionsveränderungen zwischen
dem Werkstück,
der Maske und assoziierten Einrichtungen, welche ansonsten bewirkt
werden könnten
durch Verändern
der Position zwischen der Positionierung und der Bearbeitung. Da
ferner kein Problem hinsichtlich einer Oxidation der Oberfläche des
Werkstücks
auftritt, kann die Bearbeitung mit hoher Genauigkeit durchgeführt werden.
Es sei bemerkt, dass auch bei diesem Ausführungsbeispiel nach Beendigung
der Positionierung ein optische Mikroskop aus einer Beobachtungsposition
entfernt und eine Energiestrahlquelle zu einer Bearbeitungsposition
bewegt wird.
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22 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
bei dem das Werkstück W beobachtet
und relativ zur Maske M positioniert werden kann mit einer
höheren Vergrößerungsleistung,
wenn ein Elektronenmikroskop des Scantyps (SEM) 143 und
ein Sekundärelektronenkollektor 145 anstelle
des optischen Mikroskops 123 bei dem Verfahren gemäß 21 verwendet wird. Eine
Strahlenquelle, welche Sekundärelektronen
durch Bestrahlen eines Strahls, wie z. B. eines Ionenstrahls oder
eines Laserstrahls, auf ein Werkstück erzeugt, kann anstelle des
oben genannten Elektronenmikroskops des Scantyps verwendet werden.
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23 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel
der Erfindung, bei dem die Positioniervorrichtung 131 gemäß 14 in einem Vakuumgefäß 141 angeordnet
ist, wobei das Vakuumgefäß 141 auf
ein Hochvakuum evakuiert ist durch eine Vakuumpumpe und das Werkstück W von
außerhalb
des Vakuumgefäßes 141 relativ
zur Maske M positioniert und bearbeitet wird. Die Bewegung
jedes bewegenden Teils der Vorrichtung, wie beispielsweise der Basis 105, der
X-, Y-Achsenplattform bzw. -stufe 106, der θ-Achsenplattform
bzw. -stufe 108, der Z-Achsenplattform bzw. -stufe 111,
der β-Achsenplattform
bzw. -stufe 113,
der α-Achsenplattform
bzw. -stufe 117, der Handhabungseinrichtung 120 usw.,
wird durch eine Steuerung 147 gesteuert und die Steuerung
147 wird durch
einen Speicher 148 und eine CPU-Einheit 149 (zentrale
Prozessoreinheit) gesteuert, so dass ein gewünschtes Muster auf dem Werkstück W ausgearbeitet
wird durch die computergesteuerte Bewegung von jedem der Teile.
Wenn die Positionierung und die Bearbeitung im Vakuum ausgeführt werden,
wie oben beschrieben, können
vorteilhafte Effekte ähnlich
zu dem unter Bezugnahme auf 23 beschriebenen
Ausführungsbeispiel
erhalten werden, da das Werkstück W und
die Maske M nicht der Atmosphäre ausgesetzt werden müssen.
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Wie oben beschrieben, wird gemäß der vorliegenden
Erfindung ein Energiestrahl auf ein Werkstück bestrahlt bzw. gestrahlt
und zwar durch das (die) Strahlübertragungsloch
(löcher),
das (die) in der Maske definiert ist (sind) und zu diesem Zeitpunkt wird
eine Relativposition zwischen der Energiestrahlquelle und der Maske
oder zwischen der Maske und dem Werkstück verändert, so dass die Bearbeitungstiefe
des Werkstücks
in Abhängigkeit
von Bearbeitungsteilen des Werkstücks variiert, was einer Bestrahlungsmenge
des Energiestrahls entspricht. Somit wird der hervorragende Vorteil
erreicht, dass ein bearbeitetes Produkt lokal unterschiedliche Tiefen besitzt,
insbesondere kann ein Mikroprodukt leicht hergestellt werden und
ferner kann das Produkt mit hoher Genauigkeit durch einen einzelnen
Bearbeitungsvorgang in kurzer Zeit hergestellt werden. Dies ist
sehr unterschiedlich zu einer herkömmlichen Lithographietechnik
zur Bildung der Oberfläche
eines Substrats mit dreidimensionalen Unregelmäßigkeiten durch wiederholte
Prozesse wie z. B. das Beschichten mit einem Harz, das Belichten,
die Entwicklung und ähnlichem.
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Da zusätzlich die Positionierung des
Werkstücks
und der Maske mittels einer Feinpositioniervorrichtung bewirkt wird,
während
die relative Positionsbeziehung dazwischen durch ein Mikroskop beobachtet
wird und die Bearbeitung durchgeführt werden kann, während das
Werkstück
und die Maske an der Feinpositioniervorrichtung gehalten wird oder
sie in einer Halteeinrichtung gehalten werden, ist es möglich, eine
Bearbeitung mit hoher Genauigkeit und Geschwindigkeit durchzuführen.
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Da ferner die Energiestrahlquelle,
die Maske und das Werkstück
in einem Vakuum zueinander ausgerichtet werden können unter Verwendung eines
Mikroskops, wie beispielsweise eines optischen Mikroskops, eines
Sekundärelektronenmikroskops des
Scantyps (SEM), einem Lasermikroskop oder ähnlichem, können alle Arbeiten wie z. B.
die Arbeit für
die Ausrichtung der Maske, des Werkstücks und der Strahlenachse und
eine Arbeit zum Ersetzen der Maske in dem Vakuumgefäß ausgeführt werden. Dies
realisiert einen Bearbeitungsprozess, bei dem ein Werkstück in einer
reinen Umgebung bearbeitet wird ohne überhaupt der Atmosphäre ausgesetzt
zu sein, so dass eine sehr hohe Verarbeitbarkeit als Bearbeitungsverfahren
erreicht werden kann, das besonders effektiv ist, wenn es ein Problem
hinsichtlich einer Oxidation und Kontamination der Oberfläche des
Werkstücks
gibt.