DE4110118C2 - Gaspistole für ein Ionenstrahlbearbeitungsgerät und deren Verwendung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Gaspistole für ein Ionenstrahlbearbeitungsgerät und deren Verwendung.

Seit kurzem ist es möglich, mit Hilfe eines Ionenstrahlbear­ beitungsgeräts eine Schichtschablone zum Auftragen eines Halblei­ terschaltkreises auf ein Substrat über eine Maske zu reparie­ ren, wie in US 4 930 439 oder US 4 876 112 gezeigt wird. Wenn dieses Gerät dazu benützt wird, einen überschüssigen Teil dieser Schicht abzutragen, wird durch Abtasten mit dem gebündel­ ten Ionenstrahl wiederholt bestrahlt und der überschüssige Teil wird durch Zerstäuben entfernt. Wenn mit diesem Gerät eine neue Schicht auf ein Teil aufgebracht werden soll, auf dem noch keine Schablone vorhanden ist, wird gezielt eine organische gasförmige Verbindung auf den ausgesparten Teil aufgebracht, während durch Abtasten und wiederholtes Bestrahlen mit dem Ionenstrahl die organische Verbindung wieder aufgelöst wird.

Bekanntlich wird eine herkömmliche Gaspistole dieser Art gemäß US 4 930 439 in diesem Ionenstrahlbearbeitungsgerät einge­ setzt.

• 1. Ein Düsenkörper sitzt in einem Zylinder und kann sich vorwärts und rückwärts bewegen. Wird die Düse nach vorne geschoben, führt ein Weg von einem Vorratsbehälter für die chemische Verbindung im Zylinder zu einem Gasausströmkanal in der Düse. Wird andererseits die Düse nach hinten geschoben, werden der Weg zum Zylinder und der Düsenkanal voneinander getrennt. Dementsprechend tritt Gas aus dem Düsenkopf, wenn die Düse nach vorne geschoben ist, und der Gasstrom wird unterbrochen, sobald die Düse nach hinten geschoben wird.
• 2. Im Durchgang vom Gasvorratsbehälter zum Düsenkanal ist ein Ventil vorgesehen, das unabhängig gesteuert wird, um das Gas an- bzw. abzustellen, ohne daß die Düse bewegt wird.

Diese oben beschriebene Gaspistole hat nun die folgenden Nachteile:

• 1. Das Ventil wird durch die Bewegung der Düse geöffnet bzw. geschlossen. Die Düse wird daher in den Arbeitsschritten 'Abarbeiten der Schicht' und 'Abtasten eines bestimmten Bereichs des Werkstücks' mit dem gebündelten Ionenstrahl zwecks Erfas­ sens sekundärer geladener Partikel und damit Beobachtung der Werkstückoberfläche nach hinten geschoben. Andererseits wird die Düse im Arbeitsschritt 'Ausbilden der Schicht' nach vorne geschoben. Dementsprechend verändert sich das elektrische Feld an der Düse geringfügig, je nach Position der Düse, was den gebündelten Ionenstrahl bei der Bestrahlung der Oberfläche des Werkstücks aus seiner Position ablenkt.
• 2. Herkömmlicherweise beträgt der Abstand zwischen dem Düsen­ kopf und dem Werkstück etwa 0,5 mm. Daher kann es häufig vor­ kommen, daß der Düsenkopf bei der Bewegung auf das Werkstück aufschlägt und das Werkstück verändert, bzw. die Düse und/oder das Werkstück werden beschädigt.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist das Bereitstellen einer Gaspistole für ein Ionenstrahlbearbeitungsgerät, in dem die Arbeitsgänge 'Öffnen und Schließen des Ventils' und 'Be­ wegen der Düse nach vorwärts und rückwärts' unabhängig betrie­ ben werden können, sowie die Miniaturisierung des Geräts.

Weitere, und noch andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung hervor.

Fig. 1 ist eine Schnittansicht einer Gaspistole gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 ist eine Schnittansicht des Zylinderteils mit der Düse in Vorwärtsstellung;

Fig. 3 ist eine Schnittansicht des Zylinderteils mit der Düse in Rückwärtsstellung;

Fig. 4 ist eine Schnittansicht des Düsenteils und zeigt die Zuführung für die gasförmige Verbindung;

Fig. 5 ist eine Blockschaltbild eines Ionenstrahlbearbeitungs­ geräts.

Nachstehend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen in Einzelheiten beschrieben.

In Fig. 1 wird in einem Hauptgehäuse 1 einer Gaspistole ein mittig angeordnetes Gehäuse 2 durch eine Endplatte 3 gehal­ tert, die mit einer (nicht dargestellten) Schraube am Hauptge­ häuse 1 befestigt ist. An einem Rand des Hauptgehäuses 1 ist ein Flansch 1a vorgesehen, der eine Stange 20 hält. Ein Zwischenstab 4 mit einem Kanal 4a ist so in das mittig ange­ ordnete Gehäuse 2 eingeschoben, daß er hin und her gleiten kann, und eine Düse 5 ist mit einer Schraube am Kopf dieses Zwischenstabs 4 befestigt. Dort ist eine Schraube zum Halten der Düse 5 sowie ein Durchgang, der zu einem Kopfteil im Zwischenstab 4 führt, vorgesehen. Das Ende des Zwischenstabs 4 ist so weit, daß eine Ventilstange 6 in eine Ventilstangenein­ schubbohrung 61 eingesetzt werden kann und innerhalb des Zwischenstabs 4 hin- und hergleitend angeordnet ist. Am Kopf der Ventilstange 6 ist ein O-Ring 7 angeordnet. Das mittig angeordnete Gehäuse 2 hat eine solche Form, daß der Kopf, an dem die Düse 5 befestigt ist, eng ausgeführt ist, und das Ende, in das die Ventilstange 6 eingesetzt ist, weit ausge­ führt ist. Der erweiterte Teil des mittig angeordneten Gehäu­ ses 2 enthält eine Behältereinschubbohrung 91, in die ein Be­ hälter 9 mit einer pulverförmigen organischen Verbindung und einem bestimmten pulverförmigen Material 8 eingeschoben ist. Ein Gasdurchgangskanal 8a ist so angeordnet, daß er einen Randteil der Behältereinschubbohrung 91 mit einem Randteil der Ventilstangeneinschubbohrung 61 verbindet. Eine Heizvorrich­ tung zum Aufheizen des pulverförmigen Materials 8 mit einem Thermistor zur Steuerung der Temperatur sind ebenfalls im mittig angeordneten Gehäuse 2 oder im Tank 9 angeordnet, werden jedoch in der Zeichnung nicht dargestellt.

An der anderen Seite der Stange 20, deren eine Seite vom Flansch 1a getragen wird, ist eine Grundplatte 19 vorgesehen, die eine Antriebseinheit 55 zum Antrieb des Zwischenstabs 4 und der Ventilstange 6 befestigt. Eine Zusammensetzung der Antriebseinheit 55 wird später noch beschreiben. Ein zylin­ derförmiges Gehäuse 10 ist an der Grundplatte 19 befestigt. Eine napfförmige Kopfabdeckung 11 wird ins Gehäuse 10 ein­ geschoben und eine Innenkante des Gehäuses 10 wirkt mit der Außenseite eines Flanschs 11a der Kopfabdeckung 11 zusammen. Die Kopfabdeckung 11 ist mittels einer Kopfabdeckungshalte­ platte 30 und einem Sprengring 13 am Gehäuse 10 befestigt. Zwischen der Innenseite des Gehäuses 10 und der Außenseite der Kopfabdeckung 11 besteht ein zylindrischer Zwischenraum 10a. In den zylindrischen Zwischenraum 10a ist eine Kolbenstange 15 zum Antreiben der Düse so eingesetzt, daß sie hin und zurück gleiten kann. Am Rand der Kolbenstange 15 ist ein Flansch 15b angeordnet und paßt genau in den zylindrischen Zwischenraum 10a. Zwischen der Innenseite des Gehäuses 10 und der Außen­ seite der Kolbenstange 15 ist ein zylindrischer Zwischenraum 15a, abgesehen vom Flanschteil. Zwischen dem Gehäuse 10 und der Kolbenstange 15 ist eine Stangenabdeckung 12 eingeschoben und füllt den zylindrischen Zwischenraum 15a. Die Stangenab­ deckung 12 ist mit einem Sprengring 13 befestigt. Das Gehäuse 10 weist die Lufteinlaßöffnungen 50 und 51 auf, die so ange­ ordnet sind, daß sie an den beiden Enden des zylindrischen Zwischenraums 10a liegen.

Ein erster Zylinder besteht aus der Außenseite der Kopfab­ deckung 11 und der Innenseite des Gehäuses 10, und die Kolben­ stange 15 wirkt als ein erster Kolben für den ersten Zylinder. Diese Kolbenstange 15 bewegt die Düse 5 hin und her. Am anderen Ende der Kolbenstange 15 ist eine scheibenförmige Platte 62 befestigt, die in der Mitte der Platte 62 eine Öffnung 62a aufweist. Durch die Öffnung 62a ragt eine Ventil­ kolbenstange 16 ohne sich gegenseitig zu berühren. Der Zwi­ schenstab 4 ist durch eine feste Scheibe 21 und eine Stange 23 mit der Platte 62 verbunden, und die Kolbenstange 15 und der Zwischenstab 4 gleiten zusammen hin und her. Die feste Scheibe 21 und die Kolbenstange 15 sind mit zwei Muttern 22 befestigt.

Das Innere der Kopfabdeckung 11 ist zylinderförmig. Die Ventilkolbenstange 16 ist in die Kopfabdeckung 11 einge­ schoben. Ein Flansch 16a der Ventilkolbenstange 16 paßt genau in die Kopfabdeckung 11, so daß die Ventilkolbenstange 16 hin- und hergleiten kann. Zwischen dem Ende der Ventilkolben­ stange 16 und dem Inneren der Kopfabdeckung 11 ist es ein Spalt 11b. Eine Stangenabdeckung 17 ist vorgesehen, die zwischen das offene Ende der Kopfabdeckung 11 und die Ventil­ kolbenstange 16 paßt. Somit wird das Innere der Kopfabdeckung 11 in zwei Räume unterteilt, den Spalt 11b und der Spalt 11c. Die Kopfabdeckung 11 ist mit Lufteinlaßöffnungen 52 und 53 versehen, die mit Spalt 11b bzw. Spalt 11c in Verbindung stehen.

Ein zweiter Zylinder besteht aus der Innenseite der Kopfab­ deckung 11, und die Ventilkolbenstange 16 wirkt als zweiter Kolben. Diese Ventilstange 16 öffnet und schließt die Zufuhr der gasförmigen Verbindung.

Die Ventilkolbenstange ist über eine Schraube mit der Ventil­ stange 6 verbunden und mit einer Mutter 24 befestigt.

Nachstehend wird die Wirkungsweise dieser Gaspistole beschrie­ ben. Wie in Fig. 2 gezeigt ist, wird durch die Lufteinlaßöff­ nung 50 über ein Magnetventil 25a Luft aus einer Luftquelle 26 eingeführt, so daß die Düsenkolbenstange 15 nach außen ge­ drückt wird. Gleichzeitig werden die Stange 23 und die Düse 5 zusammen mit dem Zwischenstab 4 nach vorn geschoben. Dann wird über ein Magnetventil 25b der Lufteinlaßöffnung 53 Luft zuge­ führt, während auch der Lufteinlaßöffnung 51 Luft zugeführt wird, so daß die Ventilkolbenstange 16 zurückgedrückt wird. Gleichzeitig bewegt sich auch die Ventilstange 6 zurück und gibt die Kanäle 8a und 4a in Fig. 4 frei, so daß Gas aus dem Vorratsbehälter 9 einströmt während die Düse 5 in der gleichen Stellung verharrt.

Wie in Fig. 3 gezeigt wird, gelangt Luft über das Magnetventil 25b zur Lufteinlaßöffnung 52, während auch der Lufteinlaßöff­ nung 50 Luft zugeführt wird, so daß die Ventilkolbenstange 16 vorgeschoben wird. Gleichzeitig bewegt sich die Ventilstange 6 nach vorne und verschließt die Kanäle 8a und 4a. Dann wird durch das Magnetventil 25a Luft in die Lufteinlaßöffnung 51 eingeführt, so daß die Düsenkolbenstange 15 zurückgedrückt wird. Gleichzeitig bewegen sich die Stange 23 und die Düse 5 zusammen mit dem Zwischenstab 4 zurück. In diesem Schritt muß die Luft aus dem Spalt 11b abgesaugt werden, damit die Ventil­ stange 6 die Rückwärtsbewegung des Zwischenstabs 4 nicht ver­ hindert. Anschließend wird durch das Magnetventil 25b Luft abwechselnd den Lufteinlaßöffnungen 52 und 53 zugeführt, während der Lufteinlaßöffnung 51 Luft zugeführt wird, so daß die Ventilstange 6 vor- und zurückgeführt wird und so die Kanäle 8a und 4a öffnet und schließt.

Wie oben beschrieben, benützt die vorliegende Erfindung einen koaxialen, doppelt strukturierten Zylinder zum Antrieb der Düse und des Ventils der Gaspistole. Somit kann das Auswandern des Bilds und Schaden am Werkstück durch die vor- und zurück­ fahrende Düse wirksam verhindert werden und auch kann die Miniaturisierung des Antriebssystems realisiert werden.

Fig. 5 zeigt ein Blockschaltbild eines Ionenstrahl-Verar­ beitungsgeräts, das die obige Gaspistole einsetzt. Eine Vakuumkammer 121 ist mit einer Vakuumpumpe 110 verbunden, die das Vakuum in der Kammer erhält. Auf einer in X-Y-Richtung verschiebbaren Bühne 130 ist ein Werkstück 104 aufgespannt. Ein konvergierender Ionenstrahlgenerator 101 generiert einen gebündelten Ionenstrahl und bestrahlt die Oberfläche des Werkstücks. Der konvergierende Ionenstrahlgenerator wird von einer Kraftquelle mit Regler 111 gesteuert. Der mit dem gebündelten Ionenstrahl 103 überstrichene Bestrahlungsbereich wird dadurch definiert, daß die Abtastelektroden 102 von einem Abtastregler 112 und einer Abtastbereich-Einstelleinheit 113 Signale erhalten. Unter der Einwirkung des Abtastreglers und der Abtastbereich-Einstelleinheit 113 tastet der gebündelte Ionerstrahl einen bestimmten Bereich des Werkstücks 104 ab. Die in der Vakuumkammer 121 angeordnete Gaspistole 100 bedeckt die vom Ionenstrahl 103 überstrichene Werkstückoberfläche mit einer organischen Gasverbindung. Ein Detektor 106 erfaßt sekun­ däre, geladene Partikel, die durch die Bestrahlung mit dem Ionenstrahl 103 aus dem Werkstück 104 freigesetzt werden, und ist mit einem Signalverstärker und Prozessor 114 und einer Anzeigevorrichtung 115 verbunden um die Oberfläche des Werk­ stücks 104 abzubilden.

Ein vorgegebener Teil der Oberfläche des Werkstücks 104 ist direkt unterhalb des Ausgangs des konvergierenden Ionenstrahl­ generator 101 angeordnet. Und dieser vorgegebene Teil wird mit dem gebündelten Ionenstrahl bestrahlt, um die Oberfläche abzu­ bilden oder die Oberfläche des Werkstücks zu bearbeiten. Wenn das Werkstück 104 mit dem gebündelten Ionenstrahl bestrichen wird, schiebt sich die Düse 5 der Gaspistole 100 nach vorne, und ein Ventil der Gaspistole 100 wird je nach Bearbeitung gesteuert, z. B. schließt sich das Ventil bei Beobachtung oder Zerstäuben, und beim Auftragen einer Schablonenschicht öffnet sich das Ventil und auf die Oberfläche des Werkstücks 104 wird eine gasförmige Verbindung und ein gebündelter Ionenstrahl aufgetragen. Wenn das Werkstück 104 abbindet und durch die X-Y-Bühne 131 verschoben wird, zieht sich die Düse zurück und das Ventil schließt sich.

Claims (4)

1. Gaspistole für ein Ionenstrahlbearbeitungsgerät, enthaltend: einen ersten Zylinder, einen ersten Kolben (15), der in diesem Zylinder untergebracht ist, einen zweiten Zylinder, der gleichachsig in diesem ersten Zylinder vorgesehen ist, einen zweiten Kolben (16), der in diesem zweiten Zylinder untergebracht ist, ein Zwischen­ stab (4), der mit dem ersten Zylinder zusammenwirkt, eine Düse (5), die mit dem Kopf dieses Zwischenstabs (4) zusammenwirkt, und eine Ventilstange (6), die in der Bohrung dieses Zwischenstabs (4) untergebracht ist.

2. Gaspistole für ein Ionenstrahlbearbeitungsgerät gemäß Anspruch 1, in dem der Zwischenstab (4) in einem mittigen Gehäuse (2) gelagert ist, das eine Bohrung (91) zur Aufnahme eines Vorratsbehälters (9) hat.

3. Gaspistole für ein Ionenstrahlbearbeitungsgerät gemäß Anspruch 1, in dem der erste und der zweite Kolben durch Gas angetrieben werden.

4. Verwendung der Gaspistole nach einem der Ansprüche 1 bis 3 mit einem Ionenstrahlbearbeitungsgerät, enthaltend: einen konvergierenden Ionenstrahl­ generator (101) zum Generieren eines gebündelten Ionenstrahls (103), Abtast­ elektroden (102) zur Bestrahlung und zum Abtasten eines vorgegebenen Bereichs mit diesem gebündelten Ionenstrahl (103), einen Detektor (106) zum Erfassen geladener Partikel, die durch die Bestrahlung mit diesem gebündelten Ionenstrahl (103) frei­ gesetzt werden, sowie eine Gaspistole zum Beschichten dieses mit dem gebündelten Ionenstrahl bestrahlten Bereichs der Werkstückoberfläche.