DE3433491A1 - Vorrichtung zum befestigen an einer vakuumbearbeitungskammer fuer lokalisierte vakuumbearbeitung eines werkstuecks - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft die örtlich begrenzte bzw. lokalisierte Vakuumbearbeitung eines Werkstücks und bezieht sich insbesondere auf eine Hüllkonstruktion mit örtlich begrenztem Vakuum zur Verwendung für die Elektronenstrahllithographie.

In Anlagen, die mit Teilchenstrahlen arbeiten, z. B. Ionenimplantationsvorrichtungen, Elektronenstrahllithographieanordnungen und Ionenstrahllithographieanordnungen muß der Bereich längs der Bahn zwischen der Teilchenstrahlquelle und dem zu behandelnden Werkstück evakuiert werden. Das Werkstück wird in die Vakuumkammer entweder unmittelbar oder durch eine Luftschleuse eingeführt. Solche Anordnungen sind nicht nur äußerst kompliziert sondern auch teuer. Außerdem wird durch die für das Vakuumpumpen benötigte Zeit die Gesamtbearbeitungsgeschwindigkeit reduziert, und das ist ein Faktor von äußerster Wichtigkeit bei der kommerziellen Halbleiterverarbeitung. Durch die Entwicklung lokalisierter Vakuumbearbeitung ist für diese Schwierigkeiten schon eine gewisse Abhilfe gefunden worden, wie nachfolgend beschrieben wird.

Bei einigen mit Teilchenstrahlen arbeitenden Verfahren muß das Werkstück während der Bearbeitung bewegt werden. Bei der Elektronenstrahllithographie werden Mikrominiaturmuster von äußerst hoher Genauigkeit auf ein Werkstück aufbelichtet. IM diese hohe Genauigkeit zu erzielen, ist das Ablenkfeld des Elektronenstrahls auf einen viel kleineren Bereich begrenzt als es dem Bereich des Werkstücks entspricht. Das Ablenkfeld des Elektronenstrahls beträgt normalerweise nur einige wenige Millimeter auf einer Seite, während das Werkstück, meistens ein Halbleiterplättchen oder eine Maskenplatte mehrere Zoll messen kann. Um das gesamte Werkstück bestrahlen zu können, muß es exakt im Verhältnis zu dem Elektronenstrahl angeordnet werden.

Eine Vorrichtung zur Vakuumbearbeitung eines lokalisierten Bereichs auf der Oberfläche eines Werkstücks weist eine Hülle oder einen Mantel auf, der im Innern eine Vakuumbearbeitungszone begrenzt. Die Spitze der Hülle ist just oberhalb der

Oberfläche des Werkstücks und um einen vorherbestimmten Spalt von diesem entfernt angeordnet. Zusammen mit dem Werkstück bildet die Spitze der Hülle eine kontaktlose,· abgestufte Vakuumdichtung zwischen der Vakuumbearbeitungszone im Innern und der Umgebung. Durch die Vakuumhülle wird auf der Oberfläche des Werkstücks eine Vakuumzone geschaffen, die im Vergleich zur Größe des Werkstücks klein ist.

Um die gesamte Oberfläche des Werkstücks behandeln zu können, wird dieses auf einem Gestell oder Träger angebracht, der im Verhältnis zur Spitze der Hülle seitlich bewegbar ist. Für eine rasche Bearbeitung bei der Elektronenstrahllithographie ist es üblich, Trägergeschwindigkeiten zwischen 1 und 10 cm/s anzuwenden. Bei dieser Bewegung muß der Spalt zwischen der Spitze der Hülle und dem Werkstück innerhalb festgesetzter Grenzen dynamisch gesteuert werden. Wird der Spalt nämlich zu groß, so verringert sich das Vakuum im Vakuumbereich und die Bearbeitung wird unterbrochen, bis erneut das nötige Vakuumniveau erreicht werden kann. In der Lithographie verwendete Elektronenstrahlsäulen müssen im Bereich von mittlerem bis hohem Vakuum eingesetzt werden. Meistens steht für das hochleitfähige Vakuumpumpen nicht genügend Raum zur Verfügung. In solchen Fällen muß der Spalt verhältnismäßig klein sein. Wenn hochleitfähiges Vakuumpumpen vorgesehen werden kann oder für das Verfahren ein niedrigerer Druck annehmbar ist, kann der Spalt größer sein. Umgekehrt darf der Spalt nicht so klein werden, daß die Gefahr einer Berührung zwischen der Spitze der Hülle und dem Werkstück besteht. Da ein Werkstück, z. B. ein HaIbleiterplättchen äußerst zerbrechlich ist, könnte es durch eine solche Berührung dauerhaft beschädigt oder zerbrochen werden.

Um praktisch lokalisierte Vakuumbearbeitung erreichen zu können, ist der Aufbau der Vakuumhüllvorrichtung von entscheidender Bedeutung. Der Bereich der Spitze der Vorrichtung, der mit dem Halbleiterplättchen eine kontaktlose Dichtung her-

stellt, muß die kleinstmögliche Fläche haben, die die Größe des Elektronenstrahlablenkfeldes ermöglicht. Das ist nötig, damit auch in der Nähe der Ränder des Halbleiterplättchens gearbeitet werden kann, ohne daß das Vakuum verlorengeht und damit ein Vakuumspannfutter benutzt werden kann, um das Halbleiterplättchen steif und flach zu halten. Bei der Elektronenstrahllithographie sollte z. B. die Vakuumhüllvorrichtung in Richtung längs der Achse des Strahls eine kleine Abmessung haben. Das ist nötig, um zu verhindern, daß der Elektronenstrahlweg und die Brennweite der Abschlußlinse unnötig groß wird, was beides eine erhöhte Strahlaberration hervorrufen könnte. Wenn die Hüllvorrichtung längs des Wegs des Elektronenstrahls klein ist, wird außerdem das Vakuumniveau in der Bearbeitungszone weniger kritisch. Wenn nämlich der Elektronenstrahl in einem kleinen Prozentsatz seiner gesamten Weglänge einen Bereich geringeren Vakuums passiert, ist die Auswirkung auf den Strahl minimal. Ein weiteres Erfordernis besteht darin, die maximalmögliche Leitfähigkeit zwischen der Spitze der Vakuumhülle und jeder einzelnen Vakuumpumpe zu erzielen, an die die Vorrichtung angeschlossen ist. Das ist schwer zu erreichen, weil die Vakuumhülle, insbesondere ihre Spitze so kleine Abmessungen hat. Die Vorrichtung sollte auch keine Bauelemente enthalten, die die Gasströmung behindern, besonders nicht im Bereich in der Nähe der Spitze, wo die Gasströmung am stärksten eingeengt ist. Ein wünschenswertes Merkmal der Hüllvorrichtung besteht darin, zwischen dem Werkstück und den magnetischen Elementen der Elektronenstrahlsäule eine magnetische Abschirmung zu erzielen. Wenn diese Abschirmung vorgesehen ist, sollte der Schirm symmetrisch zur Achse des Strahls vorgesehen sein, um eine Ablenkung oder Aberration des Elektronenstrahls auf seinem Weg durch die Vakuumhülle oder den Vakuumkolben zu verhindern. Schließlich sollte die Vakuumhüllvorrichtung auch einfach und billig herzustellen sein.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Hüllvorrichtung mit lokalisiertem Vakuum zu schaffen-. .Insbesondere soll diese Vorrichtung für die Elektronenstrahllithographie geeignet sein. Speziell soll eine solche Vorrichtung längs der Elektronenstrahlachse eine

kleine Abmessung und im Bereich der Spitze eine kleine Fläche haben. Vor allem soll mit einer solchen Vorrichtung auch ein Bereich eines relativ hohen Vakuums erzielbar sein.

Dazu wird gemäß der Erfindung eine Vorrichtung zum Befestigen an einer Vakuumbearbeitungskammer für lokalisierte Vakuumbearbeitung eines Werkstücks geschaffen, die ein Gehäuse aufweist, dessen Bodenplatte eine nach unten weisende erste Hülse mit einer sich durch dieselbe erstreckenden öffnung sowie einen nach oben weisenden Flansch um den Umfang der Bodenplatte hat. In dem Flansch ist eine Vielzahl von Öffnungen für das Vakuumpumpen vorgesehen. Die Bodenplatte und der Flansch begrenzen gemeinsam einen Innenraum des Gehäuses. Zu der Vorrichtung gehört ferner eine untere Platte, die in dem Innenraum des Gehäuses angebracht ist und eine zweite Hülse hat, welche sich nach unten in die Öffnung erstreckt und deren Spitze mit der Spitze der ersten Hülse in einer Ebene liegt, so daß zwischen der ersten und der zweiten Hülse ein erster Vakuumbereich gebildet wird. Der erste Vakuumbereich steht über einen Durchlaß, der zwischen und von einem Ausschnitt im Gehäuse und/oder in der unteren Platte gebildet wird, mit einer der öffnungen in Gasverbindung. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist die Vorrichtung ferner eine obere Platte auf, die oberhalb der unteren Platte im Innenraum des Gehäuses angebracht ist, wobei sich eine dritte Hülse nach unten in die Öffnung erstreckt, deren Spitze mit den Spitzen der ersten und zweiten Hülse in einer Ebene liegt, so daß ein zweiter Vakuumbereich zwischen der zweiten und dritten Hülse gebildet wird und im Innern der dritten Hülse ein zentraler HochVakuumbereich gebildet wird. Der zweite Vakuumbereich steht mit einer weiteren der öffnungen über einen Durchlaß in Gasverbindung, der zwischen und von einem Ausschnitt in der unteren oder oberen Platte oder in beiden Platten begrenzt ist. Der Hochvakuumbereich steht über den Bereich des Innenraums oberhalb der oberen Platte mit einer weiteren der genannten öffnungen in Gasverbindung. Vorzugsweise hat jede" der Hülsen eine kegelstumpfförmige Gestalt. Ferner sind zweckmäßig

Das Gehäuse, die untere Platte und die

obere Platte durch Löten, Schweißen oder einen geeigneten Klebstoff so miteinander verbunden, daß eine vakuumdichte Abdichtung zwischen dem ersten und zweiten Vakuumbereich und dem Hochvakuumbereich gewährleistet ist.

Im folgenden ist die Erfindung mit weiteren vorteilhaften Einzelheiten anhand eines schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt:

Fig. 1 ein Blockschema einer Anlage zum Bestrahlen mit einem Elektronenstrahl, die eine Vorrichtung gemäß der Erfindung aufweist;

Fig. 2 einen vergrößerten Querschnitt durch die in Fig. 1 gezeigte Hüllvorrichtung mit lokalisiertem Vakuum;

Fig. 3A und 3B eine Draufsicht bzw. einen Querschnitt der Hüllvorrichtung gemäß der Erfindung;

Fig. 4A und 4B eine Draufsicht bzw. einen Querschnitt des Gehäuses der Hüllvorrichtung;

Fig. 5A und 5B eine Draufsicht bzw. einen Querschnitt der unteren Platte der Hüllvorrichtung;

Fig. 6A und 6B eine Draufsicht bzw. einen Querschnitt der oberen Platte der Hüllvorrichtung,

Eine Teilchenstrahlvorrichtung zur lokalisierten Vakuumbearbeitung eines Werkstücks ist als Blockschaltbild in Fig. 1 gezeigt. Für ein System der Elektronenstrahllithographie ist eine Hüllvorrichtung 10 mit örtlich begrenztem Vakuum am Ausgangsende einer Elektronenstrahlsäule 12 angebracht, die eine Elektronenquelle, eine Verkleinerungsoptik sowie eine Projektions- und Ablenkoptik aufweist. Zu der Elektronenstrahlsäule 12 gehört auch eine Beleuchtungs- und Formgebungsoptik, wenn ein geformter Strahl benutzt wird. Eine bevorzugte Elektronenstrahlsäule 12 ist in der gleichfalls anhängigen Patentanmeldung P 33 07 138.1 offenbart. Weitere geeignete Elektronenstrahlsäulen sind bekannt. Der Ausgang der Elektronenstrahlsäule 12 ist ein fein fokussierter Elektronenstrahl 14 (Fig.2),

der die Hüllvorrichtung 10 durchläuft und auf ein Werkstück, z. B. ein Halbleiterplättchen 16 auftrifft. Der gesamte vom Elektronenstrahl 14 zwischen der Elektronenquelle und dem Halbleiterplättchen durchlaufene Bereich wird mittels einer an die Elektronenstrahlsäule 12 angeschlossenen Hochvakuumpumpe 17 auf Hochvakuum im Größenordnungsbereich von 10 Torr gehalten. Für den Fachmann ist klar, daß im praktischen Anwendungsfall die Elemente der Elektronenoptik außerhalb des Vakuumbereichs liegen, und daß in einer von dem Elektronenstrahl 14 durchlaufenen zentralen Röhre Hochvakuum herrscht. Die Hüllvorrichtung 10 ist an eine Vakuumpumpe 20 einer ersten Stufe, eine Vakuumpumpe 22 einer zweiten Stufe sowie an die Hochvakuumpumpe 17 angeschlossen. Das Halbleiterplättchen 16 wird mittels eines an einem Gestell bzw. Träger 24 angebrachten Vakuumspannfutters 18 abgestützt und in seiner Lage gehalten. Der Träger ist mittels Betätigungsvorrichtungen 28 oberhalb eines X-Y-Tisches 26 abgestützt und weist Spiegelflächen 30 auf, mit denen das Vakuumspannfutter 18 fest gekoppelt ist, um die X-Y-Position des Halbleiterplättchens 16 exakt zu messen. Die Halbleiterplättchen werden mittels einer hier nicht gezeigten, automatisierten Handhabungsvorrichtung am Vakuumspannfutter 18 angebracht und von diesem entfernt. Der X-Y-Tisch 26 wird mittels eines X-Y-Antriebs 34 in der X-Y-Ebene translatorisch bewegt. Die genaue X-Y-Position des Halbleiterplättchens 16 wird von einem Laserinterferometer wahrgenommen, welcher Lichtsignale auf die Spiegelflächen 30 lenkt. Es ist klar, daß die Z-Achse 37 allgemein mit der Bahn des Elektronenstrahls 14 zusammenfällt, während die X- und Y-Achsen eine Ebene im rechten Winkel zur Z-Achse 37 bilden, in der das Halbleiterplättchen 16 bewegt wird. Zu der kompletten Anlage für die Elektronenstrahllithographie gehört ferner eine Steuerung oder ein Rechner mit zugehöriger Elektronik (in Fig. 1 nicht gezeigt), mit deren Hilfe die Elektronenstrahlsäule 12, der Antrieb 34, das Vakuumsystem und die Anordnung zur Handhabung der Halbleiterplättchen gesteuert und Musterdaten gespeichert sowie Strahlsteuersignale geliefert werden.

Die Spitze der Hüllvorrichtung 10 und die Oberfläche des HaIbleiterplättchens 16 sind in Fig. 2 in einer vergrößerten Schnittansicht dargestellt. Die Hüllvorrichtung 10 weist konzentrische Hülsen 40a, 40b, 40c auf, die jeweils kegelstumpfförmige Gestalt haben können, und hat ferner eine Spitze 42, die durch das Anordnen der Spitzen aller Hülsen 40a, 40b, 40c in einer Ebene gebildet ist. Die Spitze 42 liegt während der Bearbeitung geringfügig oberhalb des Halbleiterplättchens 16. Zwischen der Spitze 42 und der Oberfläche des Halbleiterplättchens 16 ist also ein Spalt G gebildet, der üblicherweise im Größenordnungsbereich von ca. 30 um liegt. Die Hülse 40a begrenzt eine Bearbeitungszone, in der Hochvakuum herrscht, d.h. einen Hochvakuumbereich 44. Während des Betriebs wird mittels einer Differentialpumpanordnung eine abgestufte Vakuumdichtung im Bereich des Spalts zwisch'en dem Hochvakuumbereich 44 und der Umgebung erzeugt. Zwischen den Hülsen 40a und 40b ist konzentrisch mit dem Hochvakuumbereich 44 eine Ringöffnung 4 6 gebildet, während eine gleichfalls mit dem Hochvakuumbereich 44 konzentrische Ringöffnung 48 zwischen den Hülsen 40b und 40c begrenzt ist. Diese Ringöffnung 48 ist an die Vakuumpumpe 20 der ersten Stufe angeschlossen, mit der der Druck um den Hochvakuumbereich 44 herum auf einen niedrigen Vakuumpegel abgesenkt und eine erste Vakuumzone erzeugt wird. Die Ringöffnung 46 ist mit der Vakuumpumpe 22 der zweiten Stufe verbunden, die den Druck um den Hochvakuumbereich 44 auf einen Zwischenvakuumpegel reduziert und eine zweite Vakuumzone erzeugt. Der Hochvakuumbereich 44 ist an die Hochvakuumpumpe 17 angeschlossen. Je nach dem für ein bestimmtes Verfahren benötigten Druck können mehr oder weniger Vakuumpumpstufen zur Erzeugung einer abgestuften Abdichtung benutzt werden. Eine typische Abmessung für den Außendurchmesser der Spitze 42 bei einem Elektronenstrahl!ithographieverfahren mit direktem Schreiben beträgt ca. 10 bis 15 mm, während der Durchmesser des Hochvakuumbereichs 44 ca. 3 bis 5 mm ausmacht. Wenn die Spitze 42 der Hüllvorrichtung 10 in unmittelbarer Nähe der Oberfläche des Halbleiterplättchens 16 angeordnet ist, wird im Hochvakuumbereich 44 ein Hochvakuum aufrechterhalten. Während das

Halbleiterplättchen 16 unterhalb der Hüllvorrichtung 10 bewegt wird, wird ein Bereich der Halbleiteroberfläche innerhalb des Hochvakuumbereichs 44 mit dem Elektronenstrahl 14 abgetastet.

Der Aufbau der Hüllvorrichtung 10 mit lokalisiertem Vakuum gemäß der Erfindung ist im einzelnen in den Fig. 3 bis 6 gezeigt. Fig. 3 zeigt die zusammengesetzte Hüllvorrichtung 10, während einzelne Bauelemente derselben aus den Fig. 4 bis 6 hervorgehen. Fig. 3A ist eine Draufsicht auf die zusammengesetzte Hüllvorrichtung, Fig. 3B ein Schnitt längs der Linie 3B-3B in Fig. 3A. Zu der Hüllvorrichtung 10 gehört ein Gehäuse 60, in dem eine untere Platte 62, eine obere Platte 64 sowie eine Abweisplatte 66 angebracht sind. Die Hüllvorrichtung 10 ist an ihrer Oberseite 68 zur Befestigung an der Elektronenstrahlsäule 12 geeignet, so daß der Elektronenstrahl 14 durch die Spitze 42 läuft. Die Spitze 42 der Hüllvorrichtung 10 erstreckt sich vom Hauptteil derselben nach unten und bildet mit dem Werkstück eine kontaktlose Abdichtung. Anschlüsse an die Vakuumpumpen 17,' 20 und 22 sind um den Umfang der Hüllvorrichtung 10 herum in einer noch zu beschreibenden Weise vorgenommen. Wie aus Fig. 4A und 4B hervorgeht, hat das Gehäuse 60 eine insgesamt ebene Bodenplatte 70 und einen sich nach oben erstreckenden Flansch 72 um den Umfang der Bodenplatte 70 herum. Der Flansch 72 ist mit einer Vielzahl von Öffnungen 74, 75, 76, 77 zum Anschluß an die Vakuumpumpen 17, 20 und 22 über entsprechende Leitungen versehen. Ferner ist der Flansch 72 mit einer Vielzahl von Befestigungslöchern 78 und einer O-Ringnut 80 zur vakuumdichten Anbringung des Gehäuses 60 an der Elektronenstrahlsäule 12 versehen. Die den Öffnungen 74, 75, 76, 77 benachbarten Teile des Flansches 72 sind, wie Fig. 4B zeigt, nach unten und innen abgewinkelt, um den Anbau der Hüllvorrichtung 10 an der Vakuumpumpanlage und den Abbau derselben zu erleichtern. Die Bodenplatte 70 begrenzt gemeinsam mit dem Flansch 72 einen zylindrischen Innenraum 82 im Gehäuse 60. Die Hülse 40c, die eine kegelstumpfförmige Gestalt hat, erstreckt sich von der Mitte der Bodenplatte 70 nach unten und begrenzt eine öffnung 84 im Bodenteil des Gehäuses 60.

Die untere Platte 62 ist im unteren Teil des Gehäuses 60 angebracht, wie Fig. 3B zeigt. Aus Fig. 5A und 5B geht hervor, daß die untere Platte 62 einen insgesamt kreisförmigen Umriß zum Anbringen im Innenraum 82 hat und die sich nach unten erstreckende Hülse 40b aufweist, die von kegelstumpfförmiger Gestalt ist und in die Hülse 40c paßt. Die untere Platte 62 weist ferner eine Vielzahl von Ausschnitten 84 auf, die mit' den Öffnungen 74, 75, 76, 77 im Gehäuse 60 radial ausgerichtet sind und um diese Öffnungen herum unbehinderte Regionen schaffen. Das Gehäuse 60 und die Platten 62 und 64 sind dann ordnungsgemäß ausgerichtet, wenn an jedem dieser Bauelemente vorgesehene Ausrichtlöcher 86 radial fluchten. In die Bodenfläche der unteren Platte 62 ist zwischen der Außenseite der Hülse 40b und einem der Ausschnitte 84 am Umfang der unteren Platte 62 eine Rinne bzw. ein Durchlaß 88 ausgespart. In der Oberseite der unteren Platte 62 ist zwischen der Innenseite der Hülse 40b und einem weiteren der Ausschnitte 84 eine Rinne bzw. ein Durchlaß 90 ausgespart.

Wie in Fig. 6A und 6B gezeigt, weist die obere Platte 64 eine insgesamt ebene Bodenplatte 92 und die sich nach unten erstreckende Hülse 40a auf, die kegelstumpfförmige Gestalt hat. Zu der oberen Platte 64 gehört ferner ein nach oben weisender Flansch 94 um den Umfang der Bodenplatte 92 herum sowie eine Vielzahl von Ausschnitten 96, die mit den Ausschnitten 84 der unteren Platte 62 fluchten. Die Hülse 40a ist so angeordnet, daß sie in die Hülse 40b der unteren Platte 62 paßt.

Die Abweisplatte 66 ist, wie aus Fig. 3A und 3B hervorgeht, eine ebene, halbkreisförmige Scheibe mit einem halbkreisförmigen Ausschnitt 100 in der Mitte. Die Abweisplatte 66 schafft eine vakuumdichte Abdichtung für zwei der Ausschnitte 96 in der oberen Platte 64. Die aus nichtferromagnetischem Werkstoff bestehende Abweisplatte 66 ist dann nötig, wenn die obere Platte 64 aus einem ferromagnetisehen Werkstoff besteht, damit axialsymmetrische magnetische Eigenschaften erhalten werden.

Die Hüllvorrichtung 10 wird mit der unteren Platte 62, der oberen Platte 64 und der Abweisplatte 66 in dem Gehäuse 60 zusammengebaut, wie in Fig. 3A und 3B gezeigt, wobei die Ausrichtlöcher 86 radial miteinander fluchten. Zwischen die miteinander in Berührung tretenden Oberflächen wird eine Lötfolie gegeben. Dann wird die Anordnung auf eine ausreichend hohe Temperatur erhitzt, um die Lötfolie zum Schmelzen zu bringen und alle miteinander in Berührung stehenden Oberflächen miteinander zu verlöten oder zu verschweißen. Diese Art der Verbindung stellt sicher, daß die verschiedenen Vakuumdurchlässe auch wirklich vakuumdicht sind. Eine alternative Technik für den Zusammenbau sieht vor, zwischen den miteinander in Berührung stehenden Flächen einen Klebstoff, z. B. Epoxy vorzusehen, um vakuumdichte Abdichtungen zu erzielen. Die Hülsen 4 0a, 40b, 4 0c sind konzentrisch, und ihre Spitzen sind in einer Ebene angeordnet, um die Spitze 4 2 der Hüllvorrichtung 10 zu bilden. Der Hochvakuumbereich 44 ist von der Hülse 4 0a begrenzt. Die Ringöffnung 46 bzw. die zweite Vakuumzone ist mit dem Hochvakuumbereich 44 konzentrisch und von den Hülsen 40a und 40b begrenzt. Die Ringöffnung 48 bzw. die erste Vakuumzone ist mit dem Hochvakuumbereich 44 konzentrisch und von den Hülsen 40b und 40c begrenzt.

Im Betrieb wird die Vakuumpumpe 20 der ersten Stufe über eine entsprechende Leitung an die öffnung 74 angeschlossen (Fig. 4A). Die Ringöffnung 48 steht über den Durchlaß 88 (Fig. 5A und 5B) zwischen der unteren Platte 62 und dem Gehäuse 60 mit der Öffnung 74 in Verbindung. Die Vakuumpumpe 22 der zweiten Stufe ist an die öffnung 75 (Fig. 4A) angeschlossen. Die Ringöffnung 46 steht über den Durchlaß 90 (Fig. 5A und 5B) zwischen der unteren Platte 6 2 und der oberen Platte 64 mit der öffnung 7 in Verbindung. Die Hochvakuumpumpe 17 ist über eine entsprechende Leitung an die öffnung 76 angeschlossen (Fig. 4A). Der Hochvakuumbereich 44 ist über den Innenraum 82 des Gehäuses oberhalb der oberen .Platte 64 mit der Öffnung 76 verbunden, wie am bestem aus Fig. 3B hervorgeht. So wird während des Betriebs, wenn die Spitze 4 2 gerade oberhalb des Werkstücks

angeordnet ist, eine abgestufte Vakuumdichtung im Spaltbereich zwischen dem Hochvakuumbereich 44 und der Umgebung erzeugt. Wie schon erwähnt, können mehr oder weniger Vakuumpumpstufen benutzt werden, je nacfcu der Höhe des erforderlichen Vakuumniveaus im Hochvakuumbereich 44 ist. So kann eine zusätzliche Stufe über die öffnung 77 an eine Vakuumpumpe angeschlossen werden. Gemäß einer Alternative kann die Hochvakuumpumpe 17 auch mit .der öffnung 77 verbunden werden, wodurch eine zusätzliche Leitung bzw. Verbindung zwischen dem Hochvakuumbereich 44 und der Hochvakuumpumpe 17 hergestellt wird.

Das Gehäuse 60 besteht üblicherweise aus einem ferromagneti sehen Werkstoff, wie Elektrocisen (electrical iron) und hat eine magnetische Abschirmfunktion zwischen den magnetischen Elementen der Elektronenstrahl säule 12 und dem Werkstück in Form des Halbleiterplättchens 16. Bei einem bevorzugten Ausführungsbexspiel besteht die untere Platte 62 aus Titan, einem nichtmagnetischen Werkstoff^ und die obere Platte 64 aus Elektroeisen. Dadurch ermöglicht die Hüllvorrichtung 10 eine doppelte magnetische Abschirmung. Die magnetisch abschirmenden Elemente, nämlich das Gehäuse 60 und die obere Platte 64 sind insgesamt symmetrisch zur Achse des Elektronenstrahls, um eine Beeinträchtigung des Strahls auf seinem Weg durch die Hüllvorrichtung 10 zu vermeiden. Zwei der Ausschnitte 96 in der oberen Platte 64 haben weiter keine Aufgabe, als die Symmetrie sicherzustellen. Die Abweisplatte 66 besteht aus nichtmagnetischem Werkstoff und dient zum Abdichten der nicht benutzten Ausschnitte 96.

Wie schon erwähnt, kann die Anzahl Pumpstufen in der Hüllvorrichtung verringert werden, wenn das im Vakuum durchzuführende Verfahren ein niedrigeres Vakuumniveau oder der Raum eine bessere Leitfähigkeit beim Vakuumpumpen ermöglicht. So kann unter Hinweis auf Fig. 3A und 3B die dort gezeigte Hüllvorrichtung durch Weglassen der oberen Platte 64 auf zwei Stufen verringert werden, wobei eine geeignete Abweisplatte vorgesehen wird, um die nicht benutzten öffnungen abzudichten, und die verbliebenen

Hülsen 40b, 40c der gewünschten Dimension entsprechend vergrößert bzw. verkleinert werden.

Für die Hülsen 40a, 40b, 40c ist eine kegelstumpfförmige Gestalt gezeigt und beschrieben worden, aber es ist klar, daß auch andere Formen, beispielsweise Hülsen von zylindrischer Gestalt vorgesehen sein können. Ferner braucht der Hochvakuum bereich 44 nicht unbedingt kreisförmig zu sein sondern kann auch langgestreckt oder von anderer beliebigen Gestalt sein, je nachdem wie es für den jeweiligen Vakuumprozeß nötig ist.

Als Beispiel beträgt bei einer Hüllvorrichtung mit lokalisiertem Vakuum gemäß der Erfindung die Abmessung der Hüllvorrichtung längs der Elektronenstrahlachse ca. 31,75 mm (1,25 Zoll). Der Außendurchmesser der Spitze ist ca. 12,70 mm (0,5 Zoll). Das im Hochvakuumbereich 44 erreichte Vakuum beträgt ca. 1 χ 10~5 Torr, wobei der Spalt zwischen der Spitze und dem Werkstück eine Abmessung von ca. 20 μΐη hat.

Claims (12)

Patentansprüche

1. Vorrichtung zum Befestigen an einer Vakuumbearbeitungskammer für lokalisierte Vakuumbearbeitung eines Werkstücks, gekennzeichnet durch

ein Gehäuse mit einer Bodenplatte, von der sich eine erste Hülse nach unten erstreckt, durch die eine öffnung hindurchführt, und um deren Rand herum ein Flansch nach oben weist, der eine Vielzahl von öffnungen zum Vakuumpumpen hat, wobei die Bodenplatte mit dem Flansch gemeinsam einen Innenraum im Gehäuse begrenzt,

eine in dem Innenraum des Gehäuses angebrachte^ untere Platte mit einer zweiten Hülse, die sich nach unten in die Öffnung in der ersten Hülse erstreckt und eine Spitze in der gleichen Ebene wie die Spitze der ersten Hülse hat, wodurch zwischen der ersten und zweiten Hülse eine erste Vakuumzone begrenzt ist, die durch einen Durchlaß, der zwischen dem Gehäuse und der unteren Platte von einem Ausschnitt in dem Gehäuse oder der unteren Platte oder in beiden begrenzt ist, mit einer ersten der öffnungen in Gasverbindung steht, und

eine obere Platte, die oberhalb der .unteren Platte im Innenraum des Gehäuses angebracht ist und von der sich eine dritte Hülse nach unten in die öffnung in der zweiten Hülse

erstreckt und die eine Spitze in einer Ebene mit den Spitzen der ersten und zweiten Hülse hat, wodurch zwischen der zweiten und dritten Hülse eine zweite Vakuumzone begrenzt ist und innerhalb der dritten Hülse eine Hochvakuumzone begrenzt ist, von denen die zweite Vakuumzone mit einer zweiten der öffnungen durch einen zweiten Durchlaß in Gasverbindung steht, der zwischen der unteren Platte und der oberen Platte und von einem Ausschnitt in einer der beiden oder beiden begrenzt ist, und die Hochvakuumzone mit einer dritten der Öffnungen über den Bereich im Innenraum oberhalb der oberen Platte in Gasverbindung steht.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß die erste Hülse, die zweite Hülse und die dritte Hülse jeweils kegelstumpfförmige Gestalt haben.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

daß die erste und zweite Vakuumzone durch Bauelemente unbehindert sind und dadurch eine verhältnismäßig hohe Vakuumleitfähigkeit ermöglichen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet ,

daß der Flansch am Gehäuse eine Einrichtung zum Anbringen der Vorrichtung an der Bearbeitungskammer und zur Erzeugung einer Vakuumabdichtung zwischen der Vorrichtung und der Bearbeitungskammer aufweist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet ,

daß das Gehäuse aus ferromagnetischein Werkstoff besteht und eine magnetische Abschirmung zwischen der Bearbeitungskammer und dem Werkstück herstellt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet ,

daß die obere Platte aus ferromagnetischem Werkstoff hergestellt ist, und daß die untere Platte aus einem Werkstoff von geringer Permeabilität hergestellt ist, wodurch eine doppelte magnetische Abschirmung zwischen der Bearbeitungskammer und dem Werkstück geschaffen ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, für den Durchlaß eines Strahls geladener Teilchen durch die Hochvakuumzone zu dem Werkstück ,dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse .und die obere Platte insgesamt symmetrisch um eine Mittelachse der Hochvakuumzone angeordnet ist, um die Wechselwirkung mit dem Strahl geladener Teilchen auf ein Minimum einzuschränken.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,

daß die Berührungsflächen des Gehäuses, der unteren Platte und der oberen Platte verlötet sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,

daß die Berührungsflächen des Gehäuses, der unteren Platte und der oberen Platte durch Klebstoff abgedichtet sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet ,

daß der Innenraum des Gehäuses eine insgesamt zylindrische Gestalt hat, und daß die erste, zweite und dritte Hülse zentral innerhalb desselben angeordnet sind.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,

daß sie zur Befestigung an einer Elektronenstrahlsäule für die Elektronenstrahllithographie geeignet ist.

12. Vorrichtung zum Befestigen an einer Vakuumbearbeitungskammer für lokalisierte Vakuumbearbeitung eines Werkstücks, gekennzeichnet durch

ein Gehäuse mit einer Bodenplatte, von der sich eine erste Hülse nach unten erstreckt, durch die eine Öffnung verläuft, und mit einem nach oben weisenden Flansch um den Umfang der Platte, der eine Vielzahl von Öffnungen zum Vakuumpumpen aufweist, wobei die Bodenplatte und der Flansch gemeinsam einen Innenbereich des Gehäuses begrenzen, und

eine in dem Innenraum des Gehäuses angebrachte untere Platte, von der sich eine zweite Hülse nach unten in die Öffnung erstreckt und die eine Spitze hat, welche mit der Spitze der ersten Hülse in einer Ebene liegt,, so daß zwischen der ersten und zweiten Hülse eine erste Vakuumzone und innerhalb der zweiten Hülse eine Hochvakuumzone begrenzt ist, wobei die erste Vakuumzone durch einen Durchlaß zwischen dem Gehäuse und der unteren Platte, der von einem Ausschnitt im Gehäuse oder der unteren Platte oder in beiden begrenzt ist, mit einer der Öffnungen in Gasverbindung steht und die Hochvakuumzone durch den Bereich des Innenraums oberhalb der unteren Platte mit einer anderen der Öffnungen in Gasverbindung steht.