Verfahren zur Herstellung elektrischer Bauelemente und Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstel lung elektrischer Bauelemente unter Vakuum mittels eines Ladungsträgerstrahles und eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Vorzugsweise sollen moderne Dünnschichtbauelemente und Dünnschicht schaltkreise auf ebenen, isolierenden oder halbleitenden Substraten hergestellt werden, wobei auch Schweissvor- gänge einbezogen sein sollen.
In den letzten Jahren sind Elektronensonden hoher Leistungsdichte und kleiner Fleckdurchmesser zum Zwecke der Bearbeitung von Werkstücken entwickelt worden. Die ersten derartigen Bearbeitungsgeräte dien ten vorwiegend der technologischen Untersuchung zur Ermittlung der Bearbeitbarkeit von Materialien mit thermischen Mikrowerkzeugen. Inzwischen wurden solche Geräte auch zum Bearbeiten von elektrischen Bauelementen, insbesondere von Bauelementen, bei denen bestimmte Strukturen in dünne Schichten einge arbeitet werden müssen, verwendet. Für solche versuchs weisen Bearbeitungszwecke wurden einfache elektrische Programme zur Steuerung der Ablenkeinheiten des La dungsträgerstrahles eingesetzt. Z.
B. erfolgt die Einarbei tung von mäanderförmigen Widerstandsbahnen auf ebenen Dünnschichtwiderständen durch ein Programm von versetzten Strichen, die beispielsweise durch säge zahnförmige Ablenkströme realisiert werden.
Die Bearbeitung wird bei diesen Geräten vorwie gend in Mehrzweckkammern mit ebenfalls einfachen Werkstückführungen durchgeführt. Es ist auch bekannt, zum Zwecke der Bearbeitung einer grösseren Stückzahl von Widerständen in einer Charge, beispielsweise etwa einhundert Widerstände zu magazinieren, wobei jeweils nach Bearbeitung einer solchen Charge die Bearbei tungskammer belüftet wird. Die Werkstückführungen dienen bei solcher Chargenbearbeitung dazu, das je weils zu bearbeitende Substrat durch mechanische Füh rungen unter die Elektronensonde zu positionieren.
Neuerdings wird auch versucht, z. B. Widerstände in einem ähnlichen Chargenbetrieb gezielt abzugleichen, indem das Bearbeitungsprogramm auf dem Werkstück bei Erreichen des Widerstands-Sollwertes abgebrochen wird.
Diese Verfahren und Geräte haben aber den Nach teil, dass sie eine ökonomische Produktion hoher Stück zahlen von Bauelementen infolge zu grosser Neben- und Hilfszeiten bzw. durch zu komplizierte Schleusen systeme und Werkstückführungs-Systeme erschweren.
Ausserdem werden bei der Produktion hoher Stück zahlen von Bauelementen zusätzliche Anforderungen an das Verfahren in bezug auf die Betriebssicherheit, die Steuerung der Ladungsträgerstrahlsonde und die Be dienung des Gerätes gestellt, die die bisher bekannt ge wordenen Geräte nicht erfüllen können.
Zweck der Erfindung ist es, das Verfahren der Be arbeitung von Werkstücken mit einer Ladungsträger strahlsonde für die Herstellung von elektrischen Bau elementen, insbesondere von Dünnschichtbauelementen und Dünnschichtschaltkreisen auf ebenen, isolierenden oder halbleitenden Substraten und als grosstechnisches Verfahren nutzbar zu machen.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und ein Gerät zu schaffen, mit deren Hilfe die ökonomische Fer tigung grosser Stückzahlen elektrischer Bauelemente mit hoher Betriebssicherheit und einfacher Bedienung er möglicht wird.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch ge kennzeichnet, dass die Substrate einzeln oder zu mehre ren ausserhalb des Vakuums in Transportsteine einge legt und danach hintereinander, ohne Unterbrechung der Betriebsbedingungen über Druckstufensysteme durch die Bearbeitungskammer in Form eines geschlos senen Kreislaufes geschoben werden, indem die Kraft übertragung durch gegenseitige Berührung der Trans portsteine erfolgt und dass während der einzelnen Be arbeitungsvorgänge über elektronische Mittel die elek trischen Momentanwerte der Bauelemente laufend ge messen, mit einem Sollwert verglichen werden und dass in Abhängigkeit dieses Messergebnisses die Bearbei tungsweise der Ladungsträgerstrahleinrichtung gesteuert wird.
Anhand von Ausführungsbeispielen und der Zeich nung soll der Gegenstand der Erfindung näher erläu tert werden.
In der Zeichnung zeigen: Fig. 1: eine schematische Schnittdarstellung der Ein richtung zur Durchführung des Verfahrens mit beson derer Hervorhebung des Verlaufes des Ladungsträger strahles und der Sonde, Fig. 2: eine perspektivische Ansicht eines Trans portsteines für die Substrate, Fig. 3: eine weitere Ausführungsform eines Trans portsteines, Fig. 3a: eine Ausführungsform eines Transportsteines gemäss Fig. 3 mit eingelegtem Substrat, Fig. 4 eine schematische Darstellung des Transport steinumlaufes in Verbindung mit einem Schnitt I-I durch die Bearbeitungskammer gemäss Fig. 1, Fig. 5: ein Blockschaltschema des Steuer- und Regelkreises, Fig. 6: ein Substrat, auf dem zwei dünne Schicht widerstände eingearbeitet werden, Fig. 7:
eine Teilansicht des Ladungsträgerstrahl- erzeugungssystems als Schnittdarstellung im Bereich der letzten elektronenoptischen Linse mit der Anordnung einer Beobachtungseinrichtung, Fig. 8: die Form eines Beobachtungsspiegels mit einer Aussparung für den Durchtritt des Ladungs trägerstrahles.
Der Ladungsträgerstrahl 1 wird in an sich bekann ter Weise erzeugt, indem z. B. eine Elektronenkanone, bestehend aus einer Haarnadelkatode 2, einer Steuer- elektrode 3 und einer Anode 4, die Elektronen be schleunigt. In diesem Falle wird der Ladungsträgerstrahl 1 aus Elektronen gebildet. Es könnten jedoch ebensogut Ionen als Ladungsträger verwendet werden. Anstelle der Elektronenkanone wäre dann eine Ionen-Quelle einzu setzen.
Im folgenden soll jedoch der Einfachheit hal ber nur von Elektronen. die Rede sein. Mittels einer Aperturblende 5 wird aus dem Ladungsträgerstrahl 1 ein zur Bearbeitung dienender Teil ausgeblendet. Die Aperturblende 5 ist in der Mittelachse der ersten mag netischen Linse 6 angeordnet. Mittels dieser Linse 6 und einer weiteren magnetischen Linse 7 wird der La dungsträgerstrahl 1 zu einer Sonde 8 geformt.
Den Teil eines Ladungsträgerstrahles, der die letzte elektronen optische Linse eines Ladungsträgerstrahlerzeugungs- systems verlässt und auf ein Werkstück zu Bearbei tungszwecken fokussiert ist, bezeichnet man sehr häufig als Sonde.
Mit Hilfe eines magnetischen Ablenksystems 9 wird die Sonde 8 auf dem im Fokus angeordneten Substrat 10 abgelenkt.
Die Einrichtung gemäss der Erfindung ist in zwei getrennt evakuierbare Rezipienten, nämlich den Strah lerzeugungsraum 11, der die Elektronenkanone und die erste magnetische Linse 6, die Aperturblende 5 und zwei weitere noch zu nennende Elektroden enthält und die Bearbeitungskammer 12, unterteilt. Beide Rezipienten sind über Flansche 13 und 14 an getrennte, in der Zeich nung nicht dargestellte Vakuumerzeugungssysteme an geschlossen.
Die weiteren, an sich zum Strahlerzeugungssystem gehörenden Einrichtungsteile, wie die zweite magnetische Linse 7 und das magnetische Ablenksystem 9, sind in vorliegender Einrichtung zweckmässigerweise vakuum- mässig mit der Bearbeitungskammer 12 verbunden.
Damit bei einer Belüftung ,der Bearbeitungskammer 12 der Strahlerzeugungsraum 11 weiterhin unter Vakuum gehalten werden kann, ist an der Eintrittsstelle für den Ladungsträgerstrahl 1 in die Bearbeitungskam mer 12 ein Ventil 15 vorgesehen.
Während der Bearbeitungspausen und bei geschlos senem Ventil 15 wird der Ladungsträgerstrahl 1 durch ein zusätzliches Ablenksystem 16 auf einen Auffänger 17 abgelenkt. Der auf diesen Auffänger 17 auftreffende Elektronenstrom, der sich von dem der Elektronen kanone durch den von der Aperturblende 5 ausgeblen deten Anteil unterscheidet, dient l i Regelgrösse für ein elektrisches Steuerglied 18, das diesen Stromanteil über die Wehneltspannung, die an der Steuerelektrode 3 anliegt, auf einen konstanten Wert regelt. Es ist auch möglich, den Auffänger 17 zwischen der Beschleuni gungselektrode, d. h. zwischen der Anode 4 und der ersten magnetischen Linse 6 anzuordnen. Entsprechend müsste auch das Ablenksystem 16 an dieser Stelle an geordnet werden.
An der Bearbeitungskammer sind zwei Druckstufen 19; 20 vorgesehen. Durch diese Druckstu fen 19; 20 werden die Transportsteine 21 mit den dar in befindlichen Substraten 10 der zu bearbeitenden Bau elemente in die Bearbeitungskammer 12 eingeschleust. Die Abmessungen der Druckstufen 19; 20 und die Ab messungen der Transportsteine 21 sind so toleriert, dass hinreichende Strömungswiderstände entstehen.
Ein Beispiel für die Ausführung der Transportsteine 21 zeigt Fig. 2. Danach sind- die Transportsteine 21 rechteckförmig ausgeführt. Sie werden nacheinander in Form einer Kette in die Bearbeitungskammer 12 trans portiert, indem sie sich an den Stirnseiten 22 berühren. Ihr Querschnitt ist kleiner bemessen als der Querschnitt der Druckstufen 19; 20 in der Bearbeitungskammer 12.
Um immer reproduzierbare Verhältnisse zu erhalten, sind die Transportsteine 21 mit Passflächen 23; 24 ver sehen. Die Passflächen 23; 24 erheben sich in geringem Masse über den mittleren Teil der Transportsteine, in dem die Substrate 10 gehaltert werden.
Auf diese Weise werden Druckstufen realisiert, die es gestatten, die Transportsteine 21 konltinuibrlich von Atmosphären- druck in das Vakuum (ca. 10-4 Torr) der Bearbei- tungskammer 12 und wieder heraus zu transpor tieren.
In, die Augsparungen 25 des Mittelteiles des Transportsteines 21 werden die Substrate 10 eingelegt. Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform für einen Transport stein 21, in den zwei Substrate 10 eingelegt werden kön nen. Soll nur ein Substrat 10 je Transportstein 21 auf genommen und transportiert werden, so wird zweck- mässigerweise eine Ausführungsform des Transportstei nes 21 gemäss Fig. 3 verwendet.
In den Aussparungen 25 sind weitere Aussparungen 26; 26' und 27; 27'- an geordnet, die über die Abmessungen des Substrates 10 hinausgehen. Ausserdem ist eine zentrale, rechteckför- mige oder runde Aussparung 28 unterhalb des Substra tes 10 vorgesehen.
Diese Aussparungen 26; 26'; 27; 27'; 28 gehen durch den Transportstein 21 hindurch, so dass die Sonde 8, ahne fre Energie abzugeben, den Transportstein 21 passieren kann. Dies ist dann von Vorteil, wenn ein Substrat 10 bis an den Rand bearbei tet werden muss.
Infolge der Aussparungen 26; 26'; 27; 27'; kann die Sonde 8 einen bestimmten Betrag über den Rand des Substrates 10 hinausgeführt werden, ohne dem Transportstein durch Abgabe ihrer Energie an diesen zu schädigen. Die Aussparung 28 dient vor allem der Be- bzw. Durchleuchtung des Substrates 10 während des Bearbeitungsvorganges. Die in Fig. 3 schraffiert dar gestellte Fläche soll das Substrat 10 andeuten. Einen Transportstein 21 mit eingelegtem Substrat 10, auf dem ein Widerstand 29 bearbeitet wurde, zeigt Fig. 3a.
Mit tels Justierfedern 30; 31 wird das Substrat in der Aus sparung 25 justiert.
Je nach den Bedingungen hinsichtlich der Genauig keit der Bearbeitung kann auch auf die Justierung ver zichtet werden, wie dies in Fig. 2 der Fall ist. Ander seits können die Aussparungen und Justiermitel gemäss Fig. 3 und Fig. 3a auch in jeder der Aussparungen 25 in einem Transportstein gemäss Fig. 2 angewendet wer den.
Während des Bearbeitungsprozesses befinden sich die Transportsteine 21 unterhalb des Ablenksystems 9 im Bereich der Sonde 8 im Ruhezustand. Während der Bearbeitungspausen erfolgt der Abtransport des bearbei- teten, Substrats, und der nächste Transportstein mit einem unbearbeiteten Substrat rückt an die beschriebene Stelle. Dies geschieht in einem geschlossenen Kreislauf, wie es Fig. 4 verdeutlicht. Die Transportsteine bilden ein Rechteck, an dessen Längsseiten stossen sie mit ihren Stirnseiten 22 und an den Breitseiten mit ihren Längs seiten aneinander.
Auf diese Weise wird der Trans portimpuls auf die einzelnen Transportsteine 21 über tragen. Der Transportimpuls wird jeweils gleichzeitig an zwei gegenüberliegenden Ecken ausgelöst. Die in der Fig. 4 wiedergegebenen schwarzen Pfeile 32 treiben gleichzeitig in der angegebenen Richtung die Längssei ten des Rechteckes an. Damit ist ein neues Substrat 10 unter die Sonde 8 gelangt. Während dieses bearbeitet wird, treiben die weissen Pfeile 33 ebenfalls in der an gegebenen Richtung die Querseiten des Rechteckes an usw. Am Bearbeitungsort lässt sich der Transportstein 21 in Richtung des Doppelpfeiles 34 senkrecht zur Haupttransportrichtung wahlweise aus der Transport bahn herausziehen.
Genau an die Stelle des Transport steines tritt dabei, durch den Doppelpfeil 35 angedeu tet, eine Zentrier-, Positionier- und Scharfstellhilfe. Diese besteht aus einem festen Körper 36, z. B. einer Platte eines solchen Werkstoffes, der unter den gegebenen Bearbeitungsbedingungen sichtbar glüht. Diese Zentrier-, Positionier- und Scharfstellhilfe besitzt auf ihrer Oberseite definierte Marken 37; 38, die zur Einstellung des gesamten Bearbeitungsfeldes dienen. Weitere Marken 39; 40 dienen zur Positionierung des Teilbearbeitungsprogramms.
Beispielsweise für eine Widerstandsfläche, die bearbeitet werden soll, kann das Teilbearbeitungsprogramm ihrer Mäandrierung nach Amplitude und Lage, mit Hülfe der Marken. 39; 40 ein gestellt worden. Weiter ist in dieser Zentrier-, Positio- nier- und Scharfstellhilfe eine Bohrung 41 zur Strahl zentrierung angebracht.
Nach dem Bearbeitungsprozess durchläuft der Transportstein 21 dies austrittsseitige Druckstufen system. Nach dem Verlassen der Bearbeitungskammer 12 werden die fertigen Bauelemente einer Kontrolle ihrer elektrischen Daten unterzogen. Diese Messungen erfolgen automatisch, indem die Bauelemente kontak tiert und in Messkreise eingeschaltet werden. Danach werden die Substrate 10 mit den darauf befindlichen Dünnschichtbauelementen aus den Transportsteinen ent fernt.
Die Einbeziehung der Bauelemente in geeignete Messkreise während der Bearbeitung und während der Kontrolle veranschaulicht Fig. 5, in Verbindung mit der Programmiereinrichtung und der Steuerung des zusätz lichen Ablenksystems 16. Danach wird das Substrat 10 mit den zu bearbeitenden Bauelementen und den Kon- takten 42 mittels eines Kontaktsatzes 43, der sich in der Bearbeitungskammer 12 befindet, in den Kreis des Messwertgebers 44 einbezogen. Der Messwertgeber 44 vergleicht die entsprechende elektrische Grösse des zu bearbeitenden Bauelementes zunächst mit dem Sollvor wert 45. Eventuelle Abweichungen des gemessenen Vor wertes vom Sollvorwert 45 wirken auf das Programm steuergerät 46. Die Programmsteuerung bewirkt, dass während der Bearbeitung der Sollwert 45' an den Messwertgeber 44 angeschlossen wird.
Wird im Verlauf der Bearbeitung der Sollwert 45' erreicht, so wird vom Messwertgeber 44 die Steuerung 47 des zusätzlichen Ab lenksystems 16 betätigt und damit die bereits genannte Einwirkung auf den Ladungsträgerstrahl 1 ausgelöst. Ausserdem wird gleichzeitig durch den Messwertgeber 44 das Bearbeitungsprogramm abgebrochen und der nächste Programmschritt eingeleitet. Die direkte Ver bindung zwischen dem Programmsteuergerät 46 und der Steuerung 47 des zusätzlichen Ablenksystems 16 be wirkt, dass innerhalb eines Bearbeitungsprogramms der Ladungsträgerstrahl 1 zeitweise gesperrt werden kann. Das Programmsteuergerät 46 wirkt über die Stromver sorgung 48 auf das Ablenksystem 9.
Ausserhalb der Bearbeitungskammer 12 wird das Substrat 10 über einen weiteren Kontaktsatz 49 mit der Fertigungskontrollein- richtung 50 verbunden. Abweichungen der bearbeiteten Bauelemente vom Sollwert 45', die von der Fertigungs- kontrolleinrichtung 50 festgestellt werden, bewirken über eine Auswertung 51 eine Korrektur des Sollwertes 45'. Fig. 6 zeigt z. B, das Bearbeitungsschema von zwei Dünnschichtwiderständen 60 und 61 auf einem Substrat 10.
Die anfangs einheitliche Widerstandsschicht ist zu- riächst leitend mit vier Kontakten 62; 63; 64; 65 ver bunden und wird durch die Doppellinie 66; 66' in die zwei Teilwiderstände 60 und 61 aufgeteilt. Der an- schliessende Abgleich der Teilwiderstände 60 und 61 erfolgt durch die weiteren Striche 67; 68; 69; 70; 71; 72; 73 usw.
In Fig. 7 sind die Einzelheiten der Beobachtungs anordnung dargestellt. Der Ladungsträgerstrahl 1 pas siert vor seinem Auftreffen auf das Substrat 10 die mag netische Linse 7, bestehend aus dem Polschuheinsatz 74 und dem Linsenkörper 75. Im Polschuhspalt 78 ist der allseitig leitende Spiegel 76 angeordnet, der für den Durchtritt des Ladungsträgerstrahles 1 bzw. der Sonde 8 mit einer Aussparung 77 versehen ist. In Höhe des Polschuhspaltes 78 ist in einer Aussparung 79 des Lin senkörpers 75 die vorzugsweise binokulare Beobach tungsoptik 80 bis in den Bereich des Polschuhspaltes 78 herangeführt.
Die vakuummässige Trennung zwischen der Beobachtungsoptik 80 und dem Spiegel 76 wird in bekannter Weise durch ein lichtdurchlässiges Fenster 81, das auf der Innenseite elektrisch leitend ist, vorgenom men. Eine leitende Blende 82 kann als Bedampfungs- schutz wahlweise vor den Spiegel 76 geschoben werden.
Zur besseren Erläuterung des Spiegels 76 ist dieser in Fig. 8 nochmals im Grundriss ausführlich mit der Aussparung 77 für den Ladungsträgerstrahl 1 bzw. die Sonde 8 und einer weiteren Aussparung 83 mit einer weiteren eingesetzten Spiegelfläche 84, die entsprechend der Lage der Lichtquelle gegenüber der Ebene des Spie gels 76 in geeignetem Masse geneigt ist, dargestellt.
Bei den beschriebenen Beispielen sind die Transport steine so ausgeführt, dass Teile des Transportsteines während ihres Durchganges durch die Druckstufen systeme die Passstücke in den Drucksystemen darstel len. Damit wirken diese Passsstücke zusammen mit den Druckstufen als Strömungswiderstände, so dass durch Vakuumpumpen vor und nach einem oder mehreren sol cher Transportsteine ein Druckgefälle aufrecht erhalten werden kann. Durch eine oder mehrere Druckstufen kann in der Bearbeitungskammer Hochvakuum aufrecht erhalten werden, während am Eingang der Druckstufen normaler Luftdruck herrscht.
Der Transport der Substrate in die Bearbeitungs kammer erfolgt durch Kraftübertragung von einem Transportstein auf den anderen, wobei der Antrieb aus- serhalb der Bearbeitungskammer erfolgt. Nach Bearbei tung der Werkstücke werden die Transportsteine mit den Werkstücken auf die gleiche Weise wieder an die Atmosphäre gebracht. Ausserhalb der Bearbeitungskam mer werden die bearbeiteten Substrate mit den ferti gen Bauelementen aus den Transportsteinen entfernt und durch einen geeigneten Transportmechanismus die leeren Transportsteine wieder zum Ort der Beschickung im geschlossenen Kreislauf zurücktransportiert.
Die mechanischen Toleranzen der Transportsteine und der Druckstufen sind zusammen mit den zur An wendung kommenden Pumpensystemen so dimensio- niert, dass die Betriebsbedingungen in der Bearbeitungs kammer auch aufrecht erhalten bleiben, wenn die Trans portsteine nur teilweise beschickt oder vollkommen un- beschickt durch die Bearbeitungskammer transportiert werden.
Der Transportstein hat aber zusätzlich zu der Auf gabe, die Werkstücke aufzunehmen und in die Bearbei tungskammer zu schleusen, noch andere Funktionen. Sollen die Substrate, die teilweise mit metallischen Lei terzügen im Transportstein aufliegen, während der Be arbeitung in einen äusseren Messkreis einbezogen wer den, so wird zweckmässig der Transportstein ganz aus einem hochisolierenden Material hergestellt oder er ent hält hochisolierende Teile an bestimmten Auflagestel len. Beim Bearbeitungsprozess werden teilweise die Werkstücke durch die während der Bearbeitung zuge führte Energie erhitzt, so dass zweckmässig die Trans portsteine aus einem temperaturbeständigen Isolier material bestehen. Als solches Material kommen z. B. Fluor-Kunststoffe in Frage.
Gibt man diesen Fluor- Kunststoffen geeignete schmierfähige Verbindungen, wie z. B. Molybdändisulfit, bei, so lassen sich dadurch die Notlaufeigenschaften der Transportsteine verbessern, wodurch es möglich ist, die Spalte zwischen den Druck stufen und den Passstellen der Transportsteine eng zu tolerieren, wodurch der Aufwand an den erforderlichen Pumpaggregaten herabgesetzt werden kann.
Zur Kontrolle der Bearbeitung ist es besonders zweckmässig, transparente Substrate im Durchlicht zu beobachten. Deshalb ist es zweckmässig, die Steine ganz aus transparentem Material herzustellen oder an be stimmten Stellen Durchbrüche im Transportstein vorzu sehen, so dass die Substrate von unten in der Bearbei tungslage beleuchtet werden können.
Bei der Bearbeitung der Substrate wird häufig die Forderung erhoben, die Substrate bis zum Rand zu be arbeiten, was ohne Fehler nur möglich ist, wenn der La dungsträgerstrahl geringfügig über das Werkstück hin aus abgelenkt wird. Um eine evtl. dabei auftretende Zer störung des Transportsteines zu vermeiden, ist es zweck- mässig, zusätzliche Aussparungen an den in Frage kom menden Stellen im Transportstein vorzusehen, durch die der Ladungsträgerstrahl in den genannten Fällen den Transportstein passieren kann, so dass seine Energie ohne die damit verbundene Zerstörung an einen darun- terliegenden, gut wärmeleitenden Körper abgegeben werden kann.
An die Bearbeitung werden meist recht hohe An sprüche in bezug auf Positionierung und Zentrierung gestellt. Deshalb werden die Transportsteine so ausge führt, dass durch Zentrierkanten oder Zentriervorrich tungen im Transportstein selbst die Lage der Substrate zu bestimmten Koordinaten des Transportsteines defi niert festgelegt ist.
Die Transportsteine und die Transporteinführungen sind an bestimmten Orten, insbesondere am Bearbei tungsort, so ausgeführt, dass der Transportstein aus der Haupttransportrichtung herausgeschoben werden kann. Dadurch ist es z. B. möglich, am Bearbeitungsort an stelle des Transportsteines mit den Werkstücken geeig nete Zentrier-, Positionier- und Scharfste!lhilfen für die Sonde in definierte Lage zu bringen. Die Scharfstellung der Sonde wird dadurch erreicht, dass eine Scharfstell hilfe, bestehend aus einem festen Körper eines Werkstof fes, z. B. rostfreier Stahl, Tantal oder Kohle, der z. B.
unter den für die Bearbeitung des Werkstückes gegebe nen Arbeitsbedingungen, charakterisiert durch die Lei stung der Elektronenstrahlsonde und die Bearbeitungs geschwindigkeiten, sichtbar glüht, ohne dass er dabei durch Aufschmelzen oder Verdampfen rasch zerstört wird. Es ist aber auch möglich und unter bestimmten Bedingungen auch erforderlich, zur Scharfstellung von den Betriebsbedingungen abweichende Einstellungen der Sonde, z. B. geringere Ablenkgeschwindigkeit, zu wäh len.
Als Kriterium der Scharfstellung wird die maximale Helligkeit der aufglühenden Spur der Elektronensonde auf dem genannten festen Körper verwendet. Dabei wird zur Scharfstellung die Sonde mit einem geeigneten Testprogramm oder aber dem Bearbeitungsprogramm selbst, das z. B. repetierend über den festen Körper ge führt wird, wobei die Einstellung z. B. der letzten Linse in Richtung der Elektronensonde so lange verändert wird, bis die Helligkeit der aufglühenden Spur auf dem festen Körper, die während des Scharfstellens direkt be obachtet wird, mit maximaler Helligkeit glüht. Der als Scharfstellhilfe dienende feste Körper, der z.
B. in Form einer Platte ausgeführt ist, wird zweckmässig von der Grösse der Bearbeitungsfläche gewählt und mit sicht baren Konturen versehen, die den Berandungen der zu bearbeitenden Fläche oder den Teilflächen auf dem Werkstück entsprechen. Dadurch ist es gleichzeitig möglich, das Bearbeitungsprogramm insgesamt und auch die Einzelprogramme, z. B. bei repetierend laufendem Bearbeitungsprogramm indirekt gegenüber der zu be arbeitenden Fläche zu justieren.
Zur Zentrierung der Sonde in die geometrische Achse der elektronenoptischen Anordnung dient eine Bohrung in der Mitte des besagten festen Körpers, auf die die Elektronensonde bei abgeschaltetem Bearbei tungsprogramm so geiüchteit wird, dass ein unter der Bohrung im besagten festen Körper befindlicher Elek- tronenauffänger von einem maximalen Strom getroffen wird. Der Durchmesser der Bohrung wird dabei in übereinstimmung mit den zulässigen Toleranzen der zu bearbeitenden Werkstücke gewählt (z. B. 0,1 mm).
Damit die konzentrierte Energieeinwirkung durch die Elektronensonde bei abgeschaltetem Programm auf die Berandung der besagten Bohrung nicht zu deren Zerstörung führt, wird der feste Körper um die Bohrung herum mit einem hochschmelzenden Material, z. B. Wolfram, ausgebuchst, sofern nicht der gesamte feste Körper bereits aus einem solchen Material besteht. Da durch ist es möglich, die Zentrierung der Elektronen sonde bei eingestellten Bearbeitungsdaten vorzunehmen, so dass keine nachträgliche Veränderung durch Ändern der Parameter der Elektronensonde erfolgen kann.
In Bearbeitungsfällen, wo die von der Elektronen sonde übertragene Gesamtleistung klein ist, kann statt des besagten festen Körpers ein Fluoreszenzschirm ver wendet werden, der die gleichen Markierungen trägt, wie sie für den besagten festen Körper bereits angege ben wurden und bei dem der Einwirkungsort der Elek tronenstrahlsonde durch Fluoreszenz sichtbar wird.
Mit diesen genannten Mitteln ist es möglich, die Scharfstellung, Zentrierung und Positionierung der Elek tronensonde mit voneinander unabhängigen Kriterien vorzunehmen.
Die Bearbeitung der Werkstücke erfolgt so, dass die geeignet dimensionierte Sonde über ein bestimmtes Pro gramm zur Steuerung der Ablenksysteme für die Sonde gesteuert wird. Zusätzlich ist ein weiteres, vorzugsweise elektrostatisches Ablenksystem im Strahlengang ange ordnet, das entweder die Sonde freigibt oder sperrt, in dem der Ladungsträgerstrahl aus der elektronenopti schen Achse auf einen Elektronenauffänger abgelenkt wird. Weiterhin werden im Falle des Abgleiches elektri scher Bauelemente diese über einen in der Bearbei tungskammer befindlichen Kontaktsatz, der für die Dauer des Bearbeitungsvorganges mit den Bauelementen in Verbindung gebracht wird, in einen äusseren Mess- kreis einbezogen.
Das erwähnte zusätzliche Ablenksystem wird nun so gesteuert, dass es zu den Zeiten, in denen der Trans port und die Kontaktierung stattfinden und zu den Zei ten, in denen innerhalb des Bearbeitungsprogrammes keine Bearbeitung erfolgt, und ausserdem, wenn der Ab gleich des gerade in Bearbeitung befindlichen Bauele mentes erreicht ist, die Sonde sperrt.
Das Bearbeitungsprogramm läuft so ab, dass bei Er reichen des Abgleiches eines Bauelementes die Bearbei tung abgebrochen und unmittelbar danach der nächste Programmschritt eingeleitet wird. Der Programmablauf wird so gesteuert, dass die Bearbeitung in Richtung auf den geerdeten Messpunkt erfolgt, so dass der elektrische Widerstand zwischen Sonde und dem betreffenden Messpunkt mit fortschreitender Bearbeitung abnimmt.
Im Falle der Bearbeitung mehrerer gleichartiger Sub strate bzw. Bauelemente in einem Transportstein wird so programmiert, dass erst nach Ausführung aller Be- arbeitungs- und Abgleichsprozesse an einem Substrat die Bearbeitung des nächsten Substrats beginnt.
Während des Bearbeitungsprozesses an einem Substrat sind dessen Kontakte mit den Messwertgebern verbunden. Beim Umschalten des Bearbeitungspro gramms auf ein weiteres Substrat werden gleichzeitig die Messwertgeber mit auf die entsprechenden Kontakt stellen des neu zu bearbeitenden Substrats umgeschal tet. Der während der Sperrzeiten der Sonde auf den Ruf fänger treffende Elektronenstrom wird zur Kontrolle und Regelung des bearbeitenden Ladungsträgerstrahl stromes ausgenutzt.
Durch den Herstellungsprozess der zu bearbeitenden Schichten bedingt, können diese Schichten der Bau elemente in ihren Vorwerten sehr unterschiedlich sein, wodurch bei der Bearbeitung und dem Abgleich die Flächen der Bauelemente nicht voll ausgenutzt werden. Dies kann z. B. bei Widerständen, deren Vorwert zu gross ist, dazu führen, dass nur ein geringer Teil der Widerstandsfläche ausgenutzt wird und damit die Ge fahr der örtlichen Überlastung bei bestimmter Leistung des Einzel-Bauelementes gegeben ist. Um das zu ver meiden, werden die Vorwerte der betreffenden elektri schen Grösse der unbearbeiteten Bauelemente gemes sen, mit einem Sollwert verglichen und nach Massgabe der auftretenden Abweichung vom Sollvorwert das Be arbeitungsprogramm entsprechend der Grösse und dem Vorzeichen der Abweichung definiert geändert, indem z.
B. bei Widerständen oder Induktivitäten der Strich abstand zwischen den leitenden Bahnen dem gemessenen Vorwert angepasst wird.
Zusätzlich zu den Messwertgebern, die den Ab gleich registrieren und die Sonde und sonstigen Einrich tungen steuern, ist es zweckmässig, bei Anlagen zur Her- stelllung elektrischer Bauelemente eine Fertigungskon trolle z. B. in. Form von Toleranzmessungen, durchzu führen. Da erfahrungsgemäss die Bauelemente nach dem Bearbeitungs- und Abgleichprozess ihre elektri schen Werte noch verändern und diese Änderung be reits zum grossen Teil noch während des Ausschleusens aus der Bearbeitungskammer an normale Atmosphäre geschieht, wird zweckmässig zusätzlich ein vollständiger Kontaktsatz zur Einbeziehung der einzelnen Bauele- elemente in Messkreise ausserhalb der Bearbeitungs kammer an normaler Atmosphäre angeordnet.
Diese Messwertgeber können so nach dem Verändern der Bauelemente durch die erfolgte Bearbeitung die Ferti gungskontrolle besser gewährleisten. Zusätzlich kön nen aber die mittleren Abweichungen vom Sollwert, die mit diesen Messwertgebern registriert werden können, dazu benutzt werden, um von vornherein die Bauele mente mit einer entsprechenden Vorhaltung, d. h. eine definierte Abweichung vom Sollwert, die z. B. der mitt leren Alterung entspricht, zu bearbeiten. Diese definierte Abweichung vom Sollwert gewährleistet dann beispiels weise trotz der erfolgenden Alterungsprozesse beim Ausschleusen eine bessere Annäherung an die zu for dernden Sollwerte.
Bei der Bearbeitung der Substrate sind auf einem Werkstück meist unterschiedliche Bearbeitungsaufgaben an verschiedenen Orten durchzuführen. Es kann z. B. an dem einen Ort eine dünne Widerstandsschicht, am anderen eine dickere, gut wärmeleitende Leiterbahn zu bearbeiten sein. Für solche unterschiedlichen Bearbei tungsaufgaben werden verschiedene Energiedichten an den Bearbeitungsorten benötigt. Diese Aufgaben können aber mit einer konstanten Einstellung der Elektronen sonde leicht gelöst werden, wenn eine zusätzliche Pro grammierung der Ablenkgeschwindigkeiten und damit der Bearbeitungsgeschwindigkeiten für die unterschied lichen Bearbeitungsaufgaben erfolgt.
Diese zusätzliche Programmierung der Ablenkge- geschwindigkeit der Sonde erlaubt auch die partielle Abtragung der obersten Schicht einer Folge von über einanderliegenden Schichten, ohne die Barunterliegen den Schichten anzugreifen. Auf diese Weise wird es z. B. möglich, Kondensatoren durch partielle Abtragung eines Teiles der obersten Elektrode gezielt abzugleichen.
In Bearbeitungsfällen, in denen an eine zeitlich vor her bearbeitete Linie eine weitere, die erste Linie be rührende Linie angeschlossen werden soll, wird die erste Linie als Doppellinie bearbeitet. Dadurch wird es mög lich, zeitliche Schwankungen von elektrischen Werten, die zur Veränderung der Lage der Sonde auf dem Sub strat führen, unwirksam zu machen. Ohne eine solche Massnahme könnten unter Umständen leitende Brük- ken zwischen beiden zeitlich nacheinander bearbeiteten Linien auftreten.
Um bei der Bearbeitung von elektrischen Widerstän den, deren Widerstandswert durch Mäandrierung, d. h. durch Einarbeiten von versetzten Strichen, erhöht wird, zu erreichen, dass der Widerstandswert stetig ansteigt, was für einen genauen Abgleich Voraussetzung ist, wer den jeweils aufeinanderfolgende Striche, von entgegen gesetzten Seiten beginnend, in die Widerstandsschicht eingearbeitet.
Trotz aller Massnahmen zur Erhöhung der Betriebs sicherheit einer solchen Bearbeitungsanlage ist damit zu rechnen, dass durch eine Havarie des Transportmecha nismus oder anderer Störquellen die Bearbeitung unter brochen werden und die Bearbeitungskammer belüftet werden muss. Da es aber anderseits für den Bearbei- tungsprozess erfonderlich ist, des die auf die Sonde ein wirkenden elektrischen Parameter, z.
B. der Katoden- heizstrom, Justierströme usw., aus thermischen Gründen teilweise erhebliche Einlaufzeiten haben, wird die Elek tronensonde möglichst unverändert und vollständig auch beim Belüften der Bearbeitungskammer in Betrieb gehalten. Um dies zu gewährleisten, wird der Raum des Ladungsträgerstrahlers getrennt und unabhängig von der Bearbeitungskammer evakuiert. Die vakuumässige Tren nung erfolgt durch ein zusätzliches Ventil zwischen La dungsträgerstrahlerzeugungs- und Bearbeitungskammer.
Zur Kontrolle des Bearbeitungsprozesses ist an den Bearbeitungsgeräten eine direkte Beobachtung der Werkstücke am Bearbeitungsort zweckmässig. Mit Hilfe dieser Beobachtung wird nicht nur der Bearbei- tungsprozess auf den Werkstücken selbst kontrolliert, sondern mit den bereits genannten Hilfsmitteln wird auch die Einstellung der Sonde, z. B. Scharfstellung, Positionierung und Zentrierung, kontrolliert. Eine Mög lichkeit, die Beobachtung der Werkstücke zu realisieren, besteht darin, dass eine langbrennweitige Beobachtungs optik ausserhalb des Rezipienten angeordnet wird.
In bekannter Weise wird zunächst durch geeignete Massnahmen das in der geometrischen Achse der elek tronenoptischen Anordnung laufende Lichtbündel in die Achse der langbrennweitigen Beobachtungsoptik umge lenkt. Diese Umlenkmittel sind ebenfalls innerhalb der elektronenoptischen Säule untergebracht.
Zur Umlenkung des lichtoptischen Strahlenbündels wird erfindungsgemäss ein allseitig elektrisch leitender Oberflächenspiegel verwendet, der um die elektronen optische Achse angeordnet ist. Er besitzt eine geeignete Aussparung für den Durchtritt des Ladungsträgerstrah les und wird im Bereich des Polschuh-Spaltes der letz ten elektronenoptischen Linse angeordnet.
Damit die langbrennweitige optische Beobachtungs anordnung, vorzugsweise eine binokulare, möglichst nahe an das Substrat herangeführt werden kann, wird in dem Linsenkörper in der Ebene des Spaltes der mag netischen Polschuhlinse eine Aussparung vorgesehen, in die die Beobachtungsanordnung eingesetzt wird. Da durch kann die Beobachtungsanordnung bis an den magnetischen Polschuheinsatz herangeführt werden.
Die Trennung des Aussenraumes, in dem sich die langbrennweitige Beobachtungsanordnung befindet, vom evakuierten Innenraum, in dem sich der besagte Um lenkspiegel befindet, geschieht in an sich bekannter Weise durch ein lichtdurchlässiges Fenster. Dieses Fen ster wird vakuumseitig elektrisch leitend, aber licht durchlässig ausgeführt. Ein Glasfenster lässt sich z. B. durch halbdurchlässige Bedampfung mit einem metalli schen Werkstoff genügend leitfähig machen.
Der Spiegel besitzt eine weitere Aussparung, in der ein gegen die Ebene des Spiegels geneigter weiterer Spie gel angeordnet ist. Über diesen weiteren Spiegel wird das Licht einer vorzugsweise seitlich des Beobachtungs systems ebenfalls in einer Aussparung des Linsenkörpers angeordneten Lichtquelle auf das Werkstück gespiegelt. Natürlich können statt der beschriebenen Anordnung der Spiegel auch Einzelspiegel auf einer Halterung an- gemdnet Weden.
Eine solche Beobachtungsanordnung wird aber in ihrer Wirkungsweise dadurch beeinträchtigt, dass durch die Beobachtung erhebliche Mengen von Material vom Substrat verdampft werden, die sich in der Umgebung, so auch auf Teilen der Beobachtungsanordnung, nieder schlagen. Die Mengen, die in einem Bearbeitungsgerät täglich verdampft werden, betragen bei Dünnschicht bearbeitung grössenordnungsmässig einhundert bis meh rere hundert Kubikmillimeter pro Tag. Diese Menge reicht aus, um z.
B. auf einer Fläche, in 15 cm Abstand, noch eine Schicht von einem bis einigen ,um Dicke nie derzuschlagen, wodurch eine Beobach=tung mach kurzer Zeit unmöglich wird.
Eine solche Bedampfung wird dadurch vermieden, dass zu den Zeiten, in denen der Bearbeitungsprozess weiter fortgeführt wird, aber keine Beobachtung statt findet, der von der Bearbeitungsstelle ausgehende Dampfstrahl am Niederschlag auf den zur Beobach tungsanordnung gehörenden Teilen gehindert wird. Es wird deshalb zwischen dem Spiegel und dem Bearbei tungsort, vorzugsweise aber unmittelbar vor dem Spie gel, eine Blende angeordnet, die wahlweise vor diesen Spiegel geschoben werden kann, wenn keine Beobach tung erfolgt. Damit der Ladungsträgerstrahl diese Blende ungehindert passieren kann, ist eine entspre chende Aussparung vorgesehen.