CN115332037B - 抑制溅射污染的半球谐振子局域刻蚀装置及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及抑制溅射污染的半球谐振子局域刻蚀装置及使用方法，装置包括刻蚀遮挡板、固定束形筒、外套筒、可调束形筒、套筒固定转接架、转台、XY向位移台、Z向位移台、修调组装测试装置和支撑基板，方法为：1、组装构成半球谐振子局域刻蚀装置的各个零部件及将待刻蚀的半球谐振子工件安装在修调组装测试装置上；2、采用对心法调整转台、XY向位移台，使可调束形筒的中轴线对准半球谐振子的回转轴；调整Z向位移台，使预估刻蚀区域对准谐振子的相应Z向高度；3、在刻蚀区域直径确定后，先后确定可调束形筒与谐振子表面之间的距离、固定束形筒左端与可调束形筒右端之间的距离，离子源与固定束形筒左端之间的距离，并进行位置调整；4、开启离子源，对半球谐振子进行局域刻蚀操作。本发明避免了溅射镀膜效应污染。

Description

抑制溅射污染的半球谐振子局域刻蚀装置及使用方法

技术领域

本发明属于半球谐振子局域去量修调技术领域，具体涉及一种抑制溅射污染的半球谐振子局域刻蚀装置及使用方法。

背景技术

石半球谐振陀螺仪是哥氏力振动陀螺仪中具有最高精度潜力的典型代表。由于谐振子加工成形过程中不可避免的存在加工工艺误差，加工的精度还达不到高精度陀螺的要求，对于半球谐振陀螺影响最严重的是加工误差或材料不均匀等因素引起的谐波缺陷。为消除谐波缺陷，需要对谐振子进行局域去量修调。离子束刻蚀对于石英材料具有刻蚀无损、去量精度高等特点，因此采用离子束刻蚀去重修调石英半球谐振子是目前国内外公认最优方案。

常规石英半球谐振子的直径在20～30mm左右，离子束修调刻蚀区域直径一般控制在 3～6mm。然而，常规离子源的直径大多在30mm以上，远大于想要的刻蚀区域直径；即便部分离子源带有聚焦功能，在聚焦区域以外不能做到完全没有离子束流，容易造成谐振子周边其他零件的误刻，被刻蚀下来的零件材料容易溅射到谐振子上造成镀膜效应污染。因此，半球谐振子的离子束刻蚀去量需要掩膜装置，限制离子束刻蚀区域。然而，紧贴谐振子的掩膜窗口方案，同样容易使得掩膜板材料被离子束刻蚀下来，溅射到谐振子上，造成镀膜效应污染；并且窗口尺寸固定，无法调整刻蚀区域大小。

发明内容

本发明的目的是在于克服现有技术的不足之处，提供一种抑制溅射污染的半球谐振子局域刻蚀装置及使用方法。

本发明的上述目的之一通过如下技术方案来实现：

一种抑制溅射污染的半球谐振子局域刻蚀装置，其特征在于：包括刻蚀遮挡板、固定束形筒、外套筒、可调束形筒、套筒固定转接架、转台、XY向位移台、Z向位移台、修调组装测试装置和支撑基板；

所述Z向位移台和修调组装测试装置左、右分布安装在支撑基板的上端，所述修调组装测试装置的上端用于安装待局域刻蚀的半球谐振子工件；所述XY向位移台安装在Z向位移台的上方，所述转台安装在XY向位移台的上方，所述套筒固定转接架下端与转台连接；套筒固定转接架的上端与呈水平方向设置的外套筒固定支撑配合；在外套筒的筒壁上靠近左端和右端的位置均设置有径向螺纹孔；所述固定束形筒和可调束形筒分别插装在外套筒的左端和右端，并分别通过安装在对应径向螺纹孔内的锁紧螺钉进行固定；所述刻蚀遮挡板的竖边位于外套筒左侧且上横边位于外套筒及待局域刻蚀的谐振子的上方，在刻蚀遮挡板的竖边上设置有供离子束通过的圆形窗口，该圆形窗口的直径大于固定束形筒的内孔径且小于外套筒的外径，该圆形窗口与固定束形筒的左端口对正；在刻蚀遮挡板的竖边内侧设置有内伸支撑边，内伸支撑边固定连接于XY向位移台上；

所述固定束形筒与可调束形筒均采用耐刻蚀的钛合金加工而成。

进一步的：在套筒固定转接架的上端设置有沿水平方向的管孔，并在该管孔对应的侧壁上设置有径向螺纹孔；所述外套筒水平穿装在套筒固定转接架的管孔内，通过锁紧在管孔对应的径向螺纹孔内的锁紧螺钉进行固定。

本发明的上述目的之二通过如下技术方案来实现：

一种制溅射污染的半球谐振子局域刻蚀装置的使用方法，其特征在于：包括如下步骤：

S1.组装构成半球谐振子局域刻蚀装置的各个零部件及将待刻蚀的半球谐振子工件安装在修调组装测试装置上；

S2.采用对心法调整转台、XY向位移台，使可调束形筒的中轴线对准半球谐振子的回转轴；调整Z向位移台，使预估刻蚀区域对准谐振子的相应Z向高度，其中，预估刻蚀区域为：离子束经过可调束形筒后形成的刻蚀光斑区域；

S3.根据修调要求确定刻蚀区域直径D，在刻蚀区域直径确定后，先后确定可调束形筒与谐振子表面之间的距离L3、固定束形筒左端与可调束形筒右端之间的距离L2，离子源与固定束形筒左端之间的距离L1，并进行位置调整；

S4按以上步骤调好各个距离后，开启离子源，对半球谐振子进行局域刻蚀操作。

进一步的：S2中进行对准操作的过程为：

调整XY向位移台移动可调束形筒使得其贴紧谐振子，联合调整Z向位移台以及转台，使得可调束形筒内圆与半球谐振子相切，相切判断标准为：卸掉刻蚀遮挡板后，俯视谐振子与可调束形筒，保证可调束形筒内圈圆周与谐振子紧密贴合无缝隙。

进一步的：S3包括如下步骤：

S31.确定距离L3,，该距离设定为40～60mm；

S32确定距离L2，按如下公式计算L2:

其中，D1为可调束形筒的内孔直径

S33确定距离L1，计算公式为:

其中：D2为离子源直径。

S34按给定值调距离L1、L2、L3：

先松开固定可调束形筒的紧固螺钉，拉动调束形筒，调整保证距离L2，拧紧螺钉；然后，调整XY向位移台的X方向，保证距离L3；最后，在离子源位置固定的情况下，移动整套装置支撑基板，调整确保距离L1。

本发明具有的优点和积极效果：

本发明针对现有采用掩膜方式的不足，提出可调束形套筒刻蚀方案，采用耐刻蚀钛合金制成的固定束形筒和可调束形筒，将离子束刻蚀区域控制在想要的范围，且支持调节；通过计算控制束形套筒与谐振子的距离，可避免刻蚀到谐振子上的离子束以及刻蚀掉的材料经离子束形套筒二次反弹弹回谐振子造成溅射镀膜效应污染。

附图说明

图1是本发明半球谐振子局域刻蚀装置的结构示意图；

图2是本发明离子束刻蚀尺寸规划示意图。

具体实施方式

以下结合附图并通过实施例对本发明的结构作进一步说明。需要说明的是本实施例是叙述性的，而不是限定性的。

一种抑制溅射污染的半球谐振子局域刻蚀装置，请参见图1和2，主要由刻蚀遮挡板1、固定束形筒2、外套筒3、可调束形筒5、套筒固定转接架6、转台7、XY向位移台8、Z向位移台9、修调组装测试装置11、支撑基板12构成。

所述Z向位移台和修调组装测试装置左、右分布安装在支撑基板的上端，所述修调组装测试装置用于实现半球谐振子的夹持固定与缺陷检测，在修调组装测试装置的上端安装待进行局域刻蚀的半球谐振子工件10。所述XY向位移台安装在Z向位移台的上方，所述转台安装在XY向位移台的上方，所述套筒固定转接架下端与转台连接。在套筒固定转接架的上端设置有沿水平方向的管孔，并在该管孔对应的侧壁上设置有径向螺纹孔。所述外套筒水平穿装在套筒固定转接架的管孔内，通过锁紧在管孔对应的径向螺纹孔内的锁紧螺钉进行固定。在外套筒的筒壁上靠近左端和右端的位置均设置有径向螺纹孔。所述固定束形筒和可调束形筒分别插装在外套筒的左端和右端，并分别通过安装在对应径向螺纹孔内的锁紧螺钉4进行固定。所述刻蚀遮挡板的竖边位于外套筒右侧且上横边位于外套筒及待局域刻蚀的谐振子的上方，在刻蚀遮挡板的竖边上设置有供离子束通过的圆形窗口，该圆形窗口的直径大于固定束形筒的内孔径且小于外套筒的外径，该圆形窗口与固定束形筒的右端口对正，两者之间的间隙设定为0.5～1mm，可保证离子束顺利进入固定束形筒和可调束形筒内。在刻蚀遮挡板的竖边内侧设置有内伸支撑边，内伸支撑边固定连接于XY向位移台上，从而实现刻蚀遮挡板的固定安装。

上述固定束形筒与可调束形筒均采用耐刻蚀的钛合金加工而成，嵌入外套筒内，通过拉动可调束形筒，可实现图2所示距离L2与L3的调节，其中L2为固定束形筒与可调束形筒之间的距离，L3为可调束形筒右端与待局域刻蚀的半球谐振子工件表面之间的距离。

上述转台、XY向位移台和Z向位移台分别可实现方位调节、水平位置调节及上下位置调节，三者配合用于固定束形筒与可调束形筒的姿态调整，以实现谐振子的刻蚀对准。上述转台、XY向位移台和Z向位移台均采用市面上的常见结构，比如转台可采用微分头涡轮涡杆结构转台，XY向位移台可采用手调微分头交叉滚子X向Y向一体化位移台、Z向位移台可采用手调微分头交叉滚子Z向位移台。

上述刻蚀遮挡板和外套筒均采用铝合金材料。

一种抑制溅射污染的半球谐振子局域刻蚀装置的使用方法。

S1.按照图1所示，组装构成半球谐振子局域刻蚀装置的各个零部件及将待刻蚀的半球谐振子工件安装在修调组装测试装置上；

S2.采用对心法调整转台、XY向位移台，使可调束形筒的中轴线对准半球谐振子的回转轴；调整Z向位移台，使预估刻蚀区域(离子束经过可调束形筒后形成的刻蚀“光斑”区域)对准谐振子的相应Z向高度；

调整XY向位移台移动可调束形筒使得其贴紧谐振子，联合调整Z向位移台以及转台，使得可调束形筒内圆与半球谐振子相切，相切判断标准为，卸掉刻蚀遮挡板后，俯视谐振子与套筒，保证可调束形筒内圈圆周与谐振子紧密贴合无缝隙。

S3.根据修调要求确定刻蚀区域直径D，在刻蚀区域直径确定后，先后确定距离L3、L2、 L1，L1为离子源13与固定束形筒左端之间的距离，L2为固定束形筒左端与可调束形筒右端之间的距离，L3为可调束形筒与谐振子表面之间的距离，具体为：

首先，确定距离L3，该距离用于保证离子束轰击到谐振子后，刻蚀掉的材料反弹至可调束形筒的端面，发生二次溅射的原子无法到达谐振子。因此距离L3可通过实验获得最小距离。对于石英谐振子以及钛合金束形筒5，该距离可设定为40～60mm。

然后，按如下公式计算L2:

其中，D1为可调束形筒的内孔直径。

然后，计算确定L1:

其中：D2为离子源直径。

最后，按给定值调距离L1、L2、L3，具体的，松开固定可调束形筒的紧固螺钉，拉动调束形筒，调整保证距离L2，拧紧螺钉；然后，调整XY向位移台的X方向，保证距离L3。最后，在离子源位置固定的情况下，移动整套装置支撑基板，调整确保距离L1；

S4按以上步骤调好各个距离后，方可进行后续刻蚀操作。

实施例：

本实例的谐振子直径30mm，离子源直径D2＝50mm，固定束形筒与可调束形筒直径D1＝3mm；可调束形筒长度为58mm；外套筒长度70mm，外径8mm；刻蚀挡板刻蚀孔直径 7mm；

所用转台为微分头涡轮涡杆结构转台，行程程360°；XY向位移台采用手调微分头交叉滚子X向Y向一体化位移台，X向行程50mm，Y向行程10mm；Z向位移台可采用手调微分头交叉滚子Z向位移台，行程20mm。

上述刻蚀遮挡板和外套筒均采用铝合金材料。

该实例装置使用方法按如下步骤进行：

S1.按照图1所示，组装构成半球谐振子局域刻蚀装置的各个零部件及将待刻蚀的半球谐振子工件安装在修调组装测试装置上，调整遮挡板与固定束形筒距离为0.8mm；

S2.调整XY向位移台移动可调束形筒使得其贴紧谐振子，联合调整Z向位移台以及转台，使得可调束形筒内圆与半球谐振子相切。调整Z向位移台，向上移动4mm，使预估刻蚀区域(离子束经过装置后形成的刻蚀“光斑”)对准谐振子的相应Z向高度(4mm)；

S3.本实例修调要求刻蚀区域直径D＝6mm，先后确定距离L3、L2、L1，具体为：

首先确定距离L3，对于本实例石英谐振子以及钛合金束形筒，该距离可设定为55mm。

然后计算L2:

然后，计算确定L1:

本实例L1取300mm。

最后，按给定值调距离L1、L2、L3，具体的，松开固定可调束形筒的紧固螺钉，拉动调束形筒，使得L2＝110mm，拧紧螺钉；然后，调整XY向位移台的X方向微调螺旋，使得 L3＝55mm。最后，在离子源位置固定的情况下，移动整套装置支撑基板，使得L1＝300mm；

S4按以上步骤调好各个距离后，进行后续刻蚀操作(刻蚀后实测刻蚀区域直径 D＝6.03mm，显微镜下观察谐振子表面洁净无溅射污染)。

尽管为说明目的公开了本发明的实施例和附图，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附权利要求的精神范围内，各种替换、变化和修改都是可以的，因此，本发明的范围不局限于实施例和附图所公开的内容。

Claims (4)

1.一种抑制溅射污染的半球谐振子局域刻蚀装置的使用方法，其特征在于，装置包括包括刻蚀遮挡板、固定束形筒、外套筒、可调束形筒、套筒固定转接架、转台、XY向位移台、Z向位移台、修调组装测试装置和支撑基板；

所述Z向位移台和修调组装测试装置左、右分布安装在支撑基板的上端，所述修调组装测试装置的上端用于安装待局域刻蚀的半球谐振子工件；所述XY向位移台安装在Z向位移台的上方，所述转台安装在XY向位移台的上方，所述套筒固定转接架下端与转台连接；套筒固定转接架的上端与呈水平方向设置的外套筒固定支撑配合；在外套筒的筒壁上靠近左端和右端的位置均设置有径向螺纹孔；所述固定束形筒和可调束形筒分别插装在外套筒的左端和右端，并分别通过安装在对应径向螺纹孔内的锁紧螺钉进行固定；所述刻蚀遮挡板的竖边位于外套筒左侧且上横边位于外套筒及待局域刻蚀的谐振子的上方，在刻蚀遮挡板的竖边上设置有供离子束通过的圆形窗口，该圆形窗口的直径大于固定束形筒的内孔径且小于外套筒的外径，该圆形窗口与固定束形筒的左端口对正；在刻蚀遮挡板的竖边内侧设置有内伸支撑边，内伸支撑边固定连接于XY向位移台上；所述固定束形筒与可调束形筒均采用耐刻蚀的钛合金加工而成，使用方法包括如下步骤：

S1.组装构成半球谐振子局域刻蚀装置的各个零部件及将待刻蚀的半球谐振子工件安装在修调组装测试装置上；

S2.采用对心法调整转台、XY向位移台，使可调束形筒的中轴线对准半球谐振子的回转轴；调整Z向位移台，使预估刻蚀区域对准谐振子的相应Z向高度，其中，预估刻蚀区域为：离子束经过可调束形筒后形成的刻蚀光斑区域；

S3.根据修调要求确定刻蚀区域直径D，在刻蚀区域直径确定后，先后确定可调束形筒与谐振子表面之间的距离L3、固定束形筒左端与可调束形筒右端之间的距离L2，离子源与固定束形筒左端之间的距离L1，并进行位置调整；

S4.按以上步骤调好各个距离后，开启离子源，对半球谐振子进行局域刻蚀操作。

2.根据权利要求1所述的抑制溅射污染的半球谐振子局域刻蚀装置的使用方法，其特征在于：在套筒固定转接架的上端设置有沿水平方向的管孔，并在该管孔对应的侧壁上设置有径向螺纹孔；所述外套筒水平穿装在套筒固定转接架的管孔内，通过锁紧在管孔对应的径向螺纹孔内的锁紧螺钉进行固定。

3.根据权利要求1所述的抑制溅射污染的半球谐振子局域刻蚀装置的使用方法，其特征在于：S2中进行对准操作的过程为：

调整XY向位移台移动可调束形筒使得其贴紧谐振子，联合调整Z向位移台以及转台，使得可调束形筒内圆与半球谐振子相切，相切判断标准为：卸掉刻蚀遮挡板后，俯视谐振子与可调束形筒，保证可调束形筒内圈圆周与谐振子紧密贴合无缝隙。

4.根据权利要求1所述的抑制溅射污染的半球谐振子局域刻蚀装置的使用方法，其特征在于：

S3包括如下步骤：

S31.确定距离L3，该距离设定为40～60mm；

S32确定距离L2，按如下公式计算L2:

其中，D1为可调束形筒的内孔直径

S33确定距离L1，计算公式为:

其中：D2为离子源直径；

S34按给定值调距离L1、L2、L3：

先松开固定可调束形筒的紧固螺钉，拉动调束形筒，调整保证距离L2，拧紧螺钉；然后，调整XY向位移台的X方向，保证距离L3；最后，在离子源位置固定的情况下，移动整套装置支撑基板，调整确保距离L1。

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