СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ЗАГОТОВОК С ТРАВЛЕННОЙ ИОНАМИ ПОВЕРХНОСТЬЮ
METHOD OF MAKING WORKPIECES WITH ION-ETCHED SURFACE

Данное изобретение в основном относится к травлению поверхностей заготовок ионной бомбардировкой, тем самым, по крайней мере, снижая количество материала, который вытравливается с таких поверхностей, чтобы потом повторно откладываться на другие заготовки из партии заготовок или на другие области поверхности той же заготовки, которую подвергают травлению.
Определения
Под «травлением ионной бомбардировкой» мы понимаем процесс вакуумного травления, в котором ионы сталкиваются с поверхностью, которую нужно вытравить таким образом, чтобы ударом выбить материал поверхности.
Таким образом, такое травление может быть реализовано практически только с помощью ионной бомбардировки, но может также быть проведено путем дополнительной активации химически активного газа, находящегося рядом с поверхностью заготовки, которую нужно вытравить, таким образом, что такой активированный газ способствует процессу вытравливания.
Теперь следует определить выражение «облако, включающее ионы».
Под облаком, включающим ионы, мы понимаем область ограниченного пространства в вакууме, где имеет место плотность положительных ионов, которая больше, чем в окружающем вакууме. Тем самым мы определяем границу такого ионного облака как область, где плотность ионов падает до 50% от максимальной плотности ионов внутри облака.
Чтобы установить границу ионного облака для соответствующего расположения по отношению к заготовкам, которые нужно вытравить, и как будет приведено в примере далее, одна или более одной модели заготовки могут быть введены в соответствующее оборудование травления и помещены в облако, включающее ионы. После заранее установленного периода времени модель удаляется, и проверяется, где достигнут эффект 50% травления от максимального эффекта травления модели. Таким образом, определяют область границы облака. В соответствии с результатом источник генерации облака и/или положение заготовки относительно такого источника регулируются таким образом, чтобы получить расположение границы облака, там, где она желательна.
Другой возможностью проверки того, где расположена указанная граница на месте является проведение измерений, например, с помощью зондов Лангмюра.
Распределение перемещения ионов может быть случайным. Это является случаем плазменного разряда, удаленного от электродов. Вблизи электрода, выступающего в роли катода, т.е. через катодную область пространственного заряда, также называемую катодным темным пространством, ионы притягиваются в направлении катода разницей потенциалов между потенциалом плазмы и потенциалом катода. Если твердая поверхность помещается в плазму, это приводит к появлению и на границе раздела области пространственного заряда, и поверхность подвергается вытравливающей ионной бомбардировке, даже если имеет плавающий потенциал. Скорость травления может быть увеличена путем электрического смещения такой поверхности в сторону отрицательного потенциала по отношению к потенциалу плазмы, т.е. в сторону потенциала катода. В случае электрического смещения распределение перемещения ионов имеет преобладающее направление перемещения в сторону указанной поверхности, без такого электрического смещения распределение перемещения случайно.
Распределение перемещения ионов внутри облака, включающего ионы, имеет четко выраженное направление, если облако является пучком ионов, практически исключительно состоящим из ионов, который может быть сгенерирован, например, путем экстракции ионов с помощью сеток из отдаленной плазмы и ускорения таких ионов в одном направлении в сторону поверхности, которую нужно вытравить. Указанное преобладающее направление перемещения ионов в таком облаке устанавливается путем соответствующей экстракции и ускорения ионов из плазмы в сторону нужной поверхности.
I
Для того чтобы далее привести пример того, что следует понимать под облаком, включающим ионы в данном описании и формуле изобретения, фиг.1 схематически изображает устройство для генерации облака в виде пучка, включающего ионы, причем пучок практически состоит из ионов. Как отлично известно специалисту в данной области техники, в камере 5 плазмы, например, с термоэлектрическим катодом 7 и стенкой камеры 5, выступающей в роли анода, путем введения инертного газа, такого как аргон, генерируется плазменный разряд PL. Плазма PL включает электроны также как и положительные ионы инертного газа. С помощью устройства ускоряющих решеток или диафрагм 9 с высоким отрицательным потенциалом по отношению к стенке камеры 5 плазмы положительные ионы экстрагируются из плазмы и ускоряются в преобладающем направлении D. Это приводит к появлению пучка B, практически полностью состоящему из ионов I, причем этот пучок может проводиться, например, с помощью электростатического притяжения и отклоняющих решеток также по изогнутой траектории в сторону удаленной цели 15. Здесь облако, включающее ионы, имеет отчетливую форму пучка, и ионы имеют преобладающее направление перемещения.
PL
PL
На фиг.2 схематически изображена генерация облака, включающего ионы, которое является пучком плазмы, включающим как электроны, так и положительные ионы. Таким образом, в качестве примера в камере плазмы снова предусмотрен термоэлектрический катод 11. Камера 9 плазмы может, таким образом, иметь электрически плавающий потенциал. Анод 13 взаимодействует с катодом 11 для генерации пучка плазмы B. Преобладающее направление перемещения ионов D в плазме устанавливается путем электрического смещения цели 15 в сторону потенциала катода, т.е. в сторону отрицательного напряжения UB смещения таким образом, чтобы притягивать ионы из плазмы PL и отталкивать электроны из плазмы, которые не участвуют в травлении цели. Тем не менее, в пучке B остаются электроны даже рядом с целью 15. Таким образом, здесь облако, включающее ионы, является пучком плазмы, в котором ионы имеют преобладающее направление перемещения.
Третий режим генерации облака, включающего ионы, изображен на фиг.14. Анод взаимодействует с источником электронов, удаленным катодом 65. Электроны ионизируют рабочий газ непосредственно напротив анода 69 в камере 71, которая имеет плавающий потенциал относительно анода 69 и источника электронов 65. Камера придает форму плазме PL, выходящей из нее. В плазме ионы не имеют преобладающего направления перемещения. Если поверхность твердого материала поместить в плазму при плавающем электрическом потенциале, область пространственного заряда, полученная на границе раздела плазма/твердая поверхность осуществляет ускорение ионов в сторону твердой поверхности, которая уже готова для травления поверхности. Тем не менее, облако, включающее ионы, в этом случае само по себе не имеет преобладающего направления перемещения ионов. Эффект травления на твердой поверхности может быть усилен путем приложения к ней электрического потенциала, смещенного потенциала, который будет отрицательным относительно плазменного потенциала плазмы PL.
I
PL
Что касается травления, вызванного ударами ионов, можно наблюдать, что с помощью всех трех типов облаков, B, такого как на фиг.1, и B, такого как на фиг.2, и плазмы PL, такой как на фиг.14, нужная поверхность становится травленной.
CL
max
max
max
Фиг.3-6 должны являться примером того, как мы определяем границу облака, включающего ионы. Фиг.3 схематически изображает распределение плотности ионов ρ облака CL, включающего ионы, рассмотренное в плоскости поперечного сечения облака, например, вдоль плоскости E в соответствии с фиг.2. В этом случае облако практически симметрично относительно оси A в направлении оси z, которая имеет центр в центральной области максимальной плотности ионов ρ. Плотность ионов уменьшается, например, до 75 и 50% и т.д. от максимума плотности ионов ρ практически вдоль предварительно определенных круговых кривых. Мы принимаем границу или край облака на кривой, соответствующей 50% от ρ.
Фиг.4 изображает полное качественное распределение - ρ(y) - плотности ионов.
max
На фиг.5 изображено аналогично фиг.3 чисто качественное распределение плотности ионов облака CL, которое линейно вытянуто в одном направлении - x - рассмотренное в плоскости поперечного сечения облака. На фиг.6 изображено распределение плотности в плоскости z/y. Центром плоскости в соответствии с плоскостью x/z является центральная точка области максимума плотности ионов ρ.
Прекрасно известно, что когда ионы соударяются с достаточно большой энергией с материальной поверхностью, в связи с ударом материал отделяется от такой поверхности в окружающую вакуумную среду с распределением пространственной вероятности в соответствии с так называемым «законом косинуса». Как схематически изображено на фиг.7, вероятность материала, отделенного в окружающую вакуумную среду, зависит от пространственного направления ν в соответствии с распределением W. Таким образом, все еще рассматривая фиг.7, если материал вытравлен ионной бомбардировкой с поверхности 1 заготовки, и имеется поверхность 3, как схематически изображено на фиг.7, то определенное количество материала, вытравленного с поверхности 1, отложится на поверхности 3. Это в особенности является недостатком, если поверхность 3 является поверхностью, которую также нужно вытравить или, более обобщенно, является поверхностью, на которую не должен откладываться вытравленный материал. Если поверхность 3 является поверхностью, которую также нужно вытравить, тогда в целом эффективность травления значительно снижается в связи с тем фактом, что часть материала, постоянно вытравливаемого с одной площади поверхности, повторно откладывается на другой площади поверхности, которая уже была вытравлена, или должна будет вытравливаться.
Данное изобретение рассматривает эту проблему в целом для партии товаров, которые нужно вытравить с помощью распыления. В этом случае эффективность травления в целом значительно уменьшается, если материал, вытравленный из одной заготовки, повторно откладывается на другой заготовке из партии.
Предлагается способ производства заготовок, где, по крайней мере, часть поверхности указанных заготовок вытравливается, включая травление ионной бомбардировкой. Основа вращающегося устройства может вращаться с помощью привода вокруг оси вращающегося устройства. Вдоль периферии указанной основы вращающегося устройства и на ней предусмотрены, по крайней мере, два планетарных устройства для перемещения, каждое из которых может вращаться с помощью привода вокруг планетарной оси, параллельной оси вращающегося устройства. Генерируется облако, включающее ионы, которое имеет, при рассмотрении в плоскости поперечного сечения, перпендикулярном оси вращающегося устройства и планетарной оси, центральную ось, проходящую через центральную область максимальной плотности ионов.
Центральная ось направлена таким образом, чтобы пересекаться с осью вращающегося устройства, также при рассмотрении в плоскости поперечного сечения, перпендикулярном оси вращающегося устройства и планетарной оси. Помещают, по крайней мере, одну заготовку, которую нужно вытравить, на каждое планетарное устройство для перемещения, тем самым, каждое планетарное устройство для перемещения определяется путем вращения вокруг его планетарной оси диаметром, также при рассмотрении в плоскости поперечного сечения относительно такой планетарной оси. Кроме того, облако, включающее ионы, имеет плотность ионов, которая уменьшается до 50% от максимальной плотности ионов пучка на расстоянии от центральной оси, которое составляет не более половины указанного диаметра в области траектории движения планетарных осей. Основа вращающегося устройства, также как и планетарные устройства для перемещения, может вращаться с помощью привода вокруг соответствующей оси, а соответствующие заготовки вытравливаются при перемещении внутрь и через указанное облако.
Широко известно предоставление партий заготовок, таких как, например, режущих инструментов или, и в особенности, заготовок для автомобильной промышленности, таких как кулачки, иглы распылителя, управляющие поршни, цапфы, пальцеобразные толкатели, плунжеры, ролики, колодки и т.д., закрепленных на конструкции устройства для перемещения вращающегося устройства/планетарного устройства для перемещения, для вакуумной обработки.
С помощью указанного способа практически полностью предотвращают повторное отложение материала, который вытравливается в данный момент времени из заготовки на планетарном устройстве для перемещения, на заготовки на других планетарных устройствах для перемещения. Кроме того, травление поверхностей заготовок сложной конфигурации, например вогнутых поверхностей, значительно улучшается.
В одном варианте осуществления указанного способа, где планетарные устройства для перемещения проходят в направлении их осей, генерируется облако, по существу линейно вытянутое в направлении, параллельном планетарным осям. Таким образом, генерируется листовидное облако, определяющее центральную плоскость, которая включает ось вращающегося устройства.
В другом варианте осуществления заготовки располагают несимметрично относительно соответствующей планетарной оси и предпочтительно вращают каждое вокруг оси заготовки. Последнее применяется, если поверхность заготовки, которую нужно матировать, полностью окружает заготовки.
В другом варианте осуществления повторное отложение материала, вытравливаемого в данный момент времени с заготовок, на другие заготовки дополнительно предотвращается с помощью взаимного экранирования заготовок.
В другом варианте осуществления фокусировка или концентрирование указанного травления на заготовке также увеличивается путем приложения более отрицательного напряжения смещения к тем заготовкам, которые в данный момент вытравливаются, по сравнению с заготовками, которые в данный момент не вытравливаются.
В другом варианте осуществления генерация облака включает придание облаку форму с помощью диафрагмы. Это делается одним из следующих способов, а именно через металлическую диафрагму с плавающим электрическим потенциалом или через диэлектрическую диафрагму, или через такую диафрагму, выступающую в роли анода.
Если металлическая диафрагма имеет плавающий электрический потенциал, то он связан с электрическим потенциалом облака. Если облако является плазмой, соответственно, либо потенциал плазмы становится опорным потенциалом, путем выбора потенциала анода или катода для генерации плазмы опорным потенциалом, например, потенциалом земли, и потенциал диафрагмы является плавающим, либо диафрагма имеет опорный потенциал, а потенциал плазмы является плавающим, при условии, что не применяют ни катод, ни анод для генерации плазмы с опорным потенциалом.
Диафрагма, выступающая в роли анода и, соответственно, имеющая положительный электрический потенциал, действует как фокусирующий элемент на облако по отношению к его ионам, которые являются электрически положительными.
В другом варианте осуществления генерация облака включает приложение магнитного поля вдоль облака.
В одном варианте изобретения облако генерируется в виде плазмы, таким образом, включая как указанные ионы для травления, так и электроны. Особенно в этом случае приложение к заготовкам, которые вытравливают, отрицательного напряжения смещения, является значительным преимуществом, так как, осуществляя это, с одной стороны, положительные ионы, осуществляющие травление, притягиваются, а, с другой стороны, электроны отталкиваются, тем самым избегая нагревания заготовок электронным током.
max
Кроме того, в одном варианте осуществления плотность ионов облака даже еще сильнее увеличивается в особенно малой области путем выбора указанного расстояния, на котором плотность ионов снижается до 50% от ρ таким образом, чтобы оно было не более четверти указанного диаметра.
Кроме того, предлагается устройство для травления облаком ионов, которое включает основу вращающегося устройства, которое может вращаться с помощью привода вокруг оси вращающегося устройства. Устройство также включает, по крайней мере, два планетарных устройства для перемещения, которые установлены с возможностью привода на основе вращающегося устройства вблизи ее периферии, и которые могут вращаться с помощью привода вокруг соответствующих планетарный осей, которые параллельны оси вращающегося устройства.
Каждое из планетарных устройств для перемещения определяется диаметром по отношению к его планетарной оси.
Кроме того, предоставляется источник, генерирующий облако, включающее ионы, которое имеет, при рассмотрении в плоскости поперечного сечения, перпендикулярного вращающемуся устройству и планетарным осям, центральную ось, которая пересекает, также при рассмотрении в указанном виде, ось вращающегося устройства. Ось облака определена в центре области максимальной плотности ионов при рассмотрении в указанном виде.
Каждое из, по крайней мере, двух указанных планетарных устройств для перемещения включает, по крайней мере, одна опора для заготовки. Облако, включающее ионы, имеет плотность ионов, которая снижается до 50% от максимальной плотности ионов облака на расстоянии от оси пучка, которое не более 50% диаметра планетарных устройств для перемещения при рассмотрении указанного в плоскости поперечного сечения и в области траектории движения планетарных осей вокруг оси вращающегося устройства.
В одном варианте осуществления указанного устройства облако, которое включает ионы, вытянуто, по существу, линейно в направлении, параллельном планетарным осям.
В другом варианте осуществления устройства каждое из планетарных устройств для перемещения включает опору для заготовки вблизи его периферии, причем эти опоры предпочтительно могут вращаться с помощью привода вокруг соответствующей оси опоры.
Еще в одном другом варианте осуществления в соответствии с изобретением устройство включает экран между соседними планетарными устройствами для перемещения, который неподвижен относительно основы вращающегося устройства, и который проходит в радиальном направлении относительно оси вращающегося устройства. С помощью такого экрана повторное отложение материала, вытравливаемого в данный момент времени с заготовок на одном из планетарных устройств для перемещения, на заготовки остальных, особенно соседних, планетарных устройств перемещения, дополнительно уменьшается.
Еще в одном другом варианте осуществления и в случаях, когда планетарные устройства для перемещения включают опоры для заготовок вблизи их периферии, которые предпочтительно могут непосредственно вращаться, предоставляется экран между соседними указанными опорами для заготовок, установленный на соответствующих планетарных устройствах для перемещения и проходит в радиальном направлении относительно соответствующих планетарных осей. С помощью этого экрана повторное отложение материала, вытравливаемого в данный момент времени с заготовок, предотвращается на заготовках, закрепленных на одном и том же планетарном устройстве для перемещения.
Указанные экраны, будь они между соседними планетарными устройствами для перемещения и/или между опорами заготовок на планетарных устройствах перемещения, в одном варианте осуществления сделаны из металла и имеют плавающий электрический потенциал, или являются диэлектрическим материалом.
Несмотря на то, что указанные экраны, сейчас рассмотренные, предоставляются скорее ввиду предотвращения перемещения вытравленного материала от одной заготовки к другой, в следующем варианте осуществления рассмотрен подход, в соответствии с которым заготовки защищаются от загрязнения вытравленным материалом с других заготовок. Это достигается путем обеспечения вокруг каждого из планетарных устройств для перемещения экранирующего элемента, который установлен на основе вращающегося устройства, и который имеет отверстие, которое направлено в радиальном направлении наружу относительно оси вращающегося устройства.
Если на планетарных устройствах для перемещения обеспечены опоры для заготовок, как было рассмотрено выше, в следующем варианте осуществления экранирующие элементы обеспечены вокруг каждого из опор для заготовок, причем каждый из указанных экранирующих элементов имеет отверстие, которое направлено радиально наружу относительно соответствующей планетарной оси.
Также, только что указанные экранирующие элементы вокруг планетарных устройств для перемещения и/или опор для заготовок в одном варианте осуществления могут быть сделаны как из металла и иметь плавающий электрический потенциал, так и из диэлектрического материала.
В другом варианте осуществления предоставляется электропитание для электрического смещения потенциала опор для заготовок, чтобы притягивать ионы пучка.
В другом варианте осуществления предоставляется устройство регулирования электрического смещения, которое регулирует электрическое смещение, только что указанное, так, чтобы оно было больше, когда соответствующая одна из опор для заготовки введена в облако, чем когда эта опора не введена в облако.
В еще одном другом варианте осуществления предоставлена диафрагма вдоль облака, которая является как металлической диафрагмой с плавающим электрическим потенциалом, так и диафрагмой из диэлектрического материала, или диафрагмой, которая выступает в роли анода. Относительно случая, когда такая диафрагма имеет плавающий электрический потенциал, мы ссылаемся на объяснение этого предмета, приведенное выше.
Еще в одном другом варианте осуществления предоставлена конструкция обмоток, которая генерирует фокусирующее магнитное поле вдоль облака.
Еще в одном другом варианте осуществления источник, который генерирует облако, включающее ионы, является источником плазмы, а облако является плазмой.
В связи с данным изобретением в любом случае, когда партии заготовок, например таких, что указаны выше, вытравливаются на устройстве с вращающимся устройством/планетарными устройствами для перемещения, исключается, или, по крайней мере, существенно снижается повторное отложение.
Данное изобретение теперь следует также рассмотреть в примерах с помощью фигур.
Фигуры изображают:
фиг.1 чисто схематически и упрощенно, источник для генерации облака, включающего ионы, которое практически состоит из ионов, являющегося одним типом такого облака;
фиг.2 в отображении, аналогичном отображению с фиг.1, источник, генерирующий пучок плазмы, являющийся другим типом облака, включающего ионы;
фиг.3 схематически и качественно, распределение плотности ионов в центрально симметричном облаке, включающем ионы;
фиг.4 указанное распределение плотности ионов в отображении вдоль поперечного направления через облако;
фиг.5 в отображении, аналогичном отображению с фиг.3, распределение плотности ионов в линейно вытянутом облаке и
фиг.6 аналогично отображению с фиг.4, распределение плотности ионов в облаке в соответствии с фиг.5;
фиг.7 в схематическом отображении, эффект распыления по закону косинуса, изображая полученную в результате проблему повторного отложения;
фиг.8 в упрощенном и схематическом отображении, первый вариант осуществления в соответствии с данным изобретением;
фиг.9 так же схематически и упрощенно, боковой вид варианта осуществления в соответствии с фиг.8;
фиг.10 в отображении, соответствующем отображению с фиг.8, дополнительные средства для минимизации повторного отложения при травлении на соседние планетарные устройства для перемещения устройства с вращающимся устройством/планетарными устройствами для перемещения с фиг.8;
фиг.11 отступая от варианта осуществления, изображенного на фиг.8, который может также быть совмещен с вариантом осуществления с фиг.10, другой вариант осуществления с дополнительными средствами для дальнейшего предотвращения повторного отложения путем регулируемого смещения заготовки;
фиг.12 так же отступая от варианта осуществления, соответствующего фиг.8 и, возможно, совмещенного с вариантом осуществления с фиг.10 и/или с фиг.11, другие средства для предотвращения повторного отложения с помощью защитного экранирования;
фиг.13 в отображении, аналогичном отображению с фиг.8, устройство, в котором предоставляются вращающиеся с помощью привода опор для заготовок на соответствующих планетарных устройствах для перемещения и со средствами для уменьшения повторного отложения, которые могут быть применены отдельно или в сочетании;
фиг.14 чисто схематически, источник плазмы, который применяется сейчас для использования на практике данного изобретения, и основанный на источнике плазмы, раскрытом в PCT/EP 2006/067869, и плазму, генерируемую с помощью него, которая является следующим типом облака, включающего ионы, и
фиг.15 схематически, устройство в соответствии с фиг.14 для травления заготовок со сложными поверхностями.
20
22
На фиг.8 схематически изображен первый вариант осуществления устройства для травления заготовок партиями в соответствии с данным изобретением. В вакуумной камере (не изображена) предусмотрено вращающееся устройство 19, имеющее основу 20 вращающегося устройства. Последняя может вращаться с помощью привода вокруг оси вращающегося устройства А. Близко к периферии основы 20 вращающегося устройства предусмотрены, по крайней мере, два, в соответствии с фиг.8, восемь, планетарных устройств 22 для перемещения вращающегося устройства 19, каждый из которых может вращаться с помощью привода вокруг планетарной оси А, которые установлены на основе 20 вращающегося устройства. За пределами вращающегося устройства 19 предусмотрен источник 24, генерирующий облако CL, включающее ионы. При рассмотрении того, что мы понимаем под выражением «облако, включающее ионы» и в соответствии с тем, как это было определено со ссылкой на фиг.1 и 2, и 14, любой источник для такого облака может быть использован в качестве источника 24, такого, как, например, источники с полым катодом, источники теплового излучения ионов, источники с испарением электрической дугой или источники ионов, такие, как, например, коммерчески доступные для закупки у Fa. Veeco.
Источник 24, сейчас применяемый для реализации данного изобретения, будет далее описан более подробно со ссылкой на фиг.14.
20
22
CL
20
Источник 24 генерирует облако CL, которое имеет, при рассмотрении в плоскости поперечного сечения чертежа в соответствии с фиг.8 и, таким образом, в плоскости, перпендикулярной оси вращающегося устройства А также как и планетарным осям А, центральную ось A, которая пересекает ось вращающегося устройства А и, таким образом, также при рассмотрении в указанном виде, находится на линии, радиальной указанной оси.
22
22
max
CL
CL
22
CL
max
CL
CL
Каждое из планетарных устройств 22 для перемещения определяется диаметром Φ при вращении относительно его планетарной оси А. Облако CL, которое генерируется источником 24, имеет распределение плотности ионов в области траектории перемещения T планетарных осей А, которая уменьшается до 50% от максимальной плотности ионов ρ на расстоянии от центральной оси A, равном не более, чем Φ/2 и даже, предпочтительно, чем Φ/4. Таким образом, каждый раз, когда одно из планетарных устройств 22 для перемещения попадает на одну линию с центральной оси A облака CL, при рассмотрении плоскости в поперечном сечении, его периферии относительно оси А и перпендикулярно центральной оси A попадают в область с плотностью ионов, которая не более 50% максимальной плотности ионов ρ облака CL. Таким образом, преобладающее травление осуществляется ионами облака CL, которые ударяются о площадь поверхности планетарных устройств для перемещения, которая перпендикулярна центральной оси A. Материал, который вытравливается с этой области, не откладывается повторно на соседних планетарных устройствах для перемещения, но предпочтительно выбрасывается в сторону стенки вакуумной камеры (не изображено). Ионы из облака, которые ударяются о планетарное устройство 22 для перемещения, расположенные сбоку от центральной оси A, имеют, с одной стороны, более низкую эффективность травления, и, с другой стороны, имеют меньшую плотность ρ, так что, также принимая во внимание распределение по закону косинуса W с фиг.7, только малое количество вытравленного материала будет повторно осаждаться на соседних планетарных устройствах 22 для перемещения.
22
На фиг.9 схематически изображено устройство с фиг.8 в виде сбоку. Соображения, связанные с травлением и повторным отложением, в соответствии с тем, что было разобрано до сего момента, особенно весомы, если на планетарном устройстве 22 для перемещения обеспечивается практически цилиндрическая заготовка, как схематически изображено позицией 24 на фиг.9, или множество заготовок, которые сгруппированы вдоль цилиндрической поверхности на планетарных устройствах 22 для перемещения, и у которых нужно вытравить только площади поверхности, направленные радиально наружу относительно оси А.
20
Дальнейшее улучшение в области предотвращения повторного отложения вытравленного материала на заготовки партии достигается с помощью варианта осуществления в соответствии с фиг.10. Из фиг.8 очевидно, что оставшееся повторное отложение станет тем более выраженным, чем ближе друг к другу расположены планетарные устройства 22 для перемещения вдоль периферии основы 20 вращающегося устройства. Таким образом, должно быть оставлено пространство между соседними планетарными устройствами 22 для перемещения в варианте осуществления с фиг.8, которое соответствует, по крайней мере, диаметру Φ, как схематически изображено на фиг.8. Чтобы позволить уменьшить такое пространство без усиления повторного отложения в соответствии с фиг.10 в одном варианте осуществления соседние устройства для перемещения взаимно экранируются. Такое экранирование осуществляется с помощью экранирующих пластин 26, которые установлены радиально относительно оси А вращающегося устройства на основе 20 вращающегося устройства. Эти экранирующие элементы 26 - изображенные с помощью прерывистой линии также на фиг.9 - могут быть сделаны так, чтобы их можно было фиксировать на основе 20 вращающегося устройства и удалять, так чтобы их можно было легко заменить, когда предварительно определенное количество материала повторно отложится на них.
22
Как мы объяснили, облако, включающее ионы, может быть реализовано в виде плазмы, из которой вытравливающие ионы притягиваются к поверхности, которую нужно вытравить, путем отрицательного электрического смещения потенциала заготовки. Отрицательное электрическое смещение потенциала заготовки может, тем не менее, в общем случае, добавлять энергию ионам пучка, но такое электрическое смещение специально применяется, когда используется плазма. Например, рассматривая фиг.8, чем сильнее облако CL сужено или сфокусировано при взаимодействии с планетарным переносчиком 22, тем меньше вытравленный материал будет повторно откладываться на заготовках, находящихся на соседних планетарных устройствах 22 для перемещения. Кроме того, как уже было указано при рассмотрении фиг.8 без дополнительных средств, взаимное азимутальное расстояние между соседними планетарными устройствами 22 перемещения не должно быть меньше расстояния, соответствующего диаметру Φ планетарных приводов. Это делается для того, чтобы избежать ситуации, при которой когда бы облако CL ни проходило между двумя соседними планетарными устройствами для перемещения, заготовки, закрепленные на них, становятся практически вытравленными одновременно, что приводит к перекрестному повторному отложению вытравленного материала. Таким образом, в следующем варианте осуществления, особенно при реализации облака в виде плазмы, у заготовок на планетарных устройствах для перемещения смещается электрический потенциал в сторону отрицательного электрического потенциала, чтобы притягивать ионы, только тогда, когда планетарное устройство для перемещения находится непосредственно напротив плазмы. Таким образом, предоставляют управляемый источник электрического смещения потенциала заготовок, с помощью которого напряжение смещения подается только на заготовки, которые вводятся в облако CL. Такой вариант осуществления изображен на фиг.11 в схематичном и упрощенном отображении. Источник электрического смещения 30 имеет контакт 32, который неподвижен на позиции, направленной на источник 24. Каждое из планетарных устройств 22 для перемещения имеет планетарный контакт 34, который неподвижен относительно основы 20 вращающегося устройства. От планетарных контактов 34 установлено электрическое соединение (не изображено), например, через планетарную ось А с опорами для заготовок, предусмотренными на планетарных устройствах 22 для перемещения. Планетарные контакты 34 электрически контактируют с неподвижным контактом источника электрического смещения 32 только когда соответствующее планетарное устройство 22 для перемещения находится на одной линии с плазмой PL. Таким образом, и как изображено с помощью прерывистой линии на фиг.11 позицией 32', задавая подходящую азимутальную длину любого из, или обоих из контактов 34 и 32, можно регулировать, при каком угле перемещения планетарных устройств 22 для перемещения напряжение смещения нужно подавать на заготовки. На фиг.11 такой угол вращения основы 20 вращающегося устройства, при котором на соответствующее планетарное устройство 22 для перемещения подается напряжение смещения источника электрического смещения 30, обозначен как α.
Таким образом, переключение, которое осуществляется контактом 32, с одной стороны, и 34, с другой стороны, как на фиг.11, устанавливает управляемый источник электрического смещения для заготовок, находящихся на планетарных устройствах 22 для перемещения.
20
22
Возвращаясь к технологии экранирования, которая была разобрана на примере фиг.10, фиг.12 изображает другой вариант осуществления. Если экранирующие пластины 26 с фиг.10 скорее предоставляются как экраны, собирающие материал, экраны, приведенные в пример на фиг.12 можно, скорее, считать защитными экранами заготовки или планетарного устройства для перемещения. На основе 20 вращающегося устройства для каждого из планетарных устройств 22 для перемещения установлен защитный экран 36, который окружает соответствующее устройство 22 для перемещения, который имеет узкое отверстие 38, направленное радиально наружу вращающегося устройства 20 относительно оси вращающегося устройства А. Таким образом, планетарные устройства 22 для перемещения могут вращаться с помощью привода вокруг их осей А внутри окружающего защитного экрана 36. Эти экраны также могут быть сделаны так, чтобы их можно было легко заменять на основе 20 вращающегося устройства, таким образом, что они выступают в роли заменяемой части. Кроме того, эти защитные экраны 36 могут выступать в роли, относительно облака, включающего ионы (не изображено на фиг.12), диафрагмы с помощью их отверстий 38, концентрируя взаимодействие ионов облака с заготовками на планетарных устройствах 22 для перемещения на предварительно установленной площади поверхности.
Экраны 36 изготавливаются из металла и имеют плавающий электрический потенциал, или изготавливаются из диэлектрического материала. Кроме того, и ввиду их формирующих диафрагму отверстий 38, также возможно, особенно при использовании плазмы в качестве облака, включающего ионы, чтобы указанные защитные щиты 36 имели положительный электрический материал, т.е. как анод, чтобы улучшать фокусировку ионов через отверстие 38. Тем самым, и как изображено на фиг.12 позицией 40, граничная область указанного отверстия 38 может быть выполнена в форме, дополнительно увеличивающей его эффект фокусирования. Электрическое смещение потенциалов указанных защитных экранов 36 схематически изображено на фиг.12 с помощью источника электрического смещения 42.
Обеспечение защитных экранов 36 не позволяет аналогично тому, как было указано в контексте технологии экранирования с фиг.10, сделать области между соседними планетарными устройствами 22 для перемещения намного меньше расстояния Φ, как указано в контексте варианта осуществления с фиг.8.
22
22
22
До сих пор мы обсуждали данное изобретение для тех случаев, когда на соответствующих планетарных устройствах 22 для перемещения обеспечена одна заготовка, которая является практически цилиндрической и крепится коаксиально соответствующей планетарной оси А, или множество заготовок, которые собраны вдоль цилиндрической поверхности относительно планетарной оси А, где только поверхности, радиально указывающие наружу относительно соответствующих планетарных осей А, должны быть вытравлены.
Часто заготовки нужно вытравливать со всех сторон, и они, как отлично известно специалисту в данной области техники, помещаются с возможностью самостоятельно вращаться на соответствующие планетарные устройства для перемещения.
22а
44
Планетарное устройство 22а для перемещения для этой цели схематически изображено на фиг.13. Таким образом, планетарные устройства 22а для перемещения, которые могут вращаться с помощью привода вокруг их планетарных осей А, обеспечены опорами для заготовок 44, сгруппированными вблизи периферии планетарных устройств 22а для перемещения и вдоль нее. Каждое из опор для заготовок 44, предоставленное для перемещения такой заготовки, как, например, режущий инструмент, может вращаться с помощью привода вокруг оси опоры для заготовки А.
44
Для того чтобы предотвратить повторное отложение материала, который вытравливается облаком, включающим ионы, CL на заготовки, которые находятся на соседних планетарных устройствах для перемещения (не изображены на фиг.13), все средства, которые были рассмотрены до сего момента в контексте фиг.8-12 могут также быть применены для такого варианта осуществления. Дополнительно, и для того, чтобы предотвратить повторное отложение материала, вытравленного с одной рабочей поверхности на опоре для заготовки 44 на заготовки на соседних опорах 44 на одном и том же устройстве 22а для перемещения, распределение плотности ионов облака CL может быть еще больше ограничено до 50% от предела плотности из примера, приведенного в контексте с фиг.3-6, также как и с фиг.8, на расстоянии, равном Φ, соответствующем диаметру опоры для заготовки 44 или заготовки, которая, соответственно, на нем крепится. Кроме того, средства экранирования и управления электрическим смещением, которые рассматривались до сих пор, могут быть применены к планетарным устройствам 22а для перемещения вместо или вместе с теми средствами, примененными к основе 20 вращающегося устройства, которые были разобраны в контексте с фиг.8-12. Таким образом, на фиг.13 изображено применение накапливающих экранирующих пластин 46, аналогичных экранирующим пластинам 26 с фиг.10 и/или управляемого электрического смещения 50, аналогичного управляемому электрическому смещению, приведенному в качестве примера с помощью фиг.11, и/или защитных экранов 56, аналогичных таким защитным экранам 36, которые были приведены в качестве примера с помощью фиг.12.
CL
Как также изображено на фиг.8, в другом варианте осуществления, который может быть совмещен с любым другим вариантом осуществления, приведенным в качестве примера до сего момента, вдоль центральной оси A предоставляется конструкция обмоток 58, которая генерирует фокусирующее магнитное поле H вдоль облака, включающего ионы, CL.
Источник облака ионов, на котором основан используемый сегодня для осуществления данного изобретения источник, раскрыт в подробностях в PCT заявке PCT/EP2006/067869 того же заявителя, поданной 27 октября 2006 года и не опубликованной, когда данная заявка была впервые подана, которая связана с заявкой US с серийным номером 11/870 119, поданной 10 октября 2007 года, и которые включены в данное описание в качестве ссылки. Сущность того, как указанный источник облака сконструирован, будет раскрыта с помощью фиг.14. Таким образом, следует начать с того, что существенным отличием источника в соответствии с заявками PCT/US от источника облака ионов, используемого для реализации данного изобретения, является то, что камера для реализации данного изобретения в отличие от камеры, раскрытой в указанных PCT/US заявках, имеет диафрагму или отверстие, которое сужает генерируемую плазму.
В соответствии с фиг.14 в вакуумной камере 60, в которой создается вакуум с помощью откачивающего устройства 63, предоставляется катод, являющийся источником электронов, 65 и устройство анода 67. Устройство анода 67 включает электрод анода 69 и камеру 71. Камера имеет, для реализации данного изобретения, отверстие или диафрагму 72, указывающую в сторону реакционного пространства R внутри вакуумной камеры 60. Камера 71 определяется внутренним пространством. Анод 69, обеспеченный внутри внутреннего пространства камеры 71 с диафрагмой 72 электрически изолирован от камеры 71. Камера 71 сделана из металла и/или из диэлектрического материала, таким образом, в одном варианте осуществления, по крайней мере, внутренняя поверхность камеры 71 сделана из металла. Камера 71 имеет плавающий электрический потенциал относительно потенциала плазмы PL, как было описано выше. Для возможности лучшего регулирования камера 71 может иметь предварительно установленный или регулируемый электрический потенциал относительно стенки вакуумной камеры 60. Катод, являющийся источником электронов, 65 и электрод анода 69 электрически питаются источником питания 79, который генерирует сигнал, включающий постоянную составляющую тока, или состоящий из постоянной составляющей тока с полярностью, как изображено на фиг.14. Электроны, генерируемые катодом, являющимся источником электронов, 65 перемещаются электрическим полем от излучающей поверхности катода, являющегося источником электронов, 65 в сторону электрода анода 69. В связи с камерой 71, которая имеет электрический потенциал, который в любом случае отличается от электрического потенциала электрода анода 69, получается увеличенная плотность электронов внутри камеры 71 и вблизи ее диафрагмы 72. Рабочий газ, например, аргон, криптон или ксенон, или их смесь, вводится внутрь вакуумной камеры 60 и ионизируется воздействием электронов. В связи с увеличенной плотностью электронов в камере 71 и вблизи ее диафрагмы 72, в указанной области наблюдается увеличенная скорость ионизации рабочего газа и, если таковой применен, усиленная активация химически активного газа. Заготовки, находящиеся на планетарных устройствах 22 или 22а для перемещения на основании 20 вращающегося устройства перемещаются вблизи диафрагмы 72 и попадают в область травления плазмой PL высокой плотности, которая сконцентрирована в ограниченной области, в соответствии с тем, как рассматривали до сего момента, также с помощью диафрагмы 72. Все средства, которые были рассмотрены до сего момента, могут быть отдельно или совместно применены к устройству с фиг.14, которое просто должно раскрыть источник плазмы, который сейчас используется для реализации данного изобретения. Катод, являющийся источником электронов, 65 может, таким образом, быть, например, термоэлектрическим катодом, излучающим электроны или катодом дугового разряда.
Фиг.15 схематически изображает устройство в соответствии с данным изобретением, в котором используется источник облака, как тот, что был приведен в качестве примера с помощью фиг.14, для травления сложных, в особенности вогнутых, поверхностей заготовок 23, например, так называемых колодок.
С помощью данного изобретения предотвращается повторное отложение материала, который был вытравлен с поверхностей заготовок путем ионной бомбардировки, на поверхностях, на которых такое повторное отложение нежелательно, особенно на поверхностях заготовок, которые должны сохраняться чистыми, или которые также должны быть вытравлены, путем соответствующего ограничения облака, включающего ионы для травления, применения экранирующих элементов и/или избирательного электрического смещения потенциала заготовок. Таким образом, результирующая эффективность травления значительно увеличивается.