CZ290081B6 - Způsob výroby holicího břitu - Google Patents

Abstract

P°i v²rob holic ho b°itu se vytvo° substr t, kter² se opat° °eznou hranou kl novit naost°enou do tvaru, maj c ho sev°en² ·hel men ne 30.degree. a polom r ost° (50) men ne 1200 angstr m . V oblasti °ezn hrany se na substr t nan vrstva povlaku (60) amorfn ho diamantov ho materi lu, p°i em se b hem nan en zav d na substr t nejprve vysok po te n prvn elektrick p°edp t , a pot se b hem nan en na substr t zav d ni druh elektrick p°edp t .\

Description

Oblast techniky

Vynález se týká holicích břitů a podobných řezných nástrojů s ostrými a trvanlivými řeznými hranami. Zejména sé týká způsobu výroby holicího břitu, při kterém se vytvoří substrát, který se opatří řeznou hranou klínovitě naostřenou do tvaru, majícího sevřený úhel menší než 30° a poloměr ostří menší než 1200 angstromů.

Dosavadní stav techniky

Holicí břit je obvykle tvořen vhodným substrátovým materiálem, jako je kov nebo keramická hmota, a hrana je tvořena klínovitým útvarem s krajním ostím, které má poloměr menší než okolo 1000 angstromů, přičemž klínové plochy svírají úhel menší než 30°. Jelikož holicí působení vyvolává namáhání, má to často za následek poškození, a pro zlepšení schopnosti holení bylo proto navrženo použití jedné nebo více přídavných vrstev povlakového materiálu pro usnadnění holení a/nebo pro zvýšení tvrdosti a/nebo odolnosti holicí hrany proti korozi. Byla navržena řada takových povlakových materiálů, jako polymemí materiály a kovy, jakož i jiné materiály včetně diamantovitého uhlíkového materiálu (DLC). Každá taková vrstva nebo vrstvy musí být adhezně kompatibilní tak, aby každá vrstva zůstala pevně lnoucí k substrátu v průběhu života holicího břitu, a přitom poskytovala žádoucí vlastnosti, jako je zlepšená holicí schopnost, zvýšená tvrdost a/nebo odolnost proti korozi, aniž by se přitom negativně ovlivňovala geometrie a řezná účinnost holicí hrany.

Patentový ,spis^: USA č. 5 032243 .popisujei.substrátové. materiály.břitu,.naostřené;iontovým;.:, bombardováním ze zdrojů iontů, majících osy jejich svazků orientovány, na hrany holicích břitů; Patentový.spis USA^; č. 5 232 568 popisuje a znázorňuje břity,.které mají mezivrstvu, .vloženou : mezi substrát a diamantovitý povlak, přičemž mezivrstva se uloží na substrát a poté se na mezivrstvu nanáší diamantovitý povlak.

Dosavadní řešení nebyla zcela úspěšná a bylo by žádoucí jednoduše používat mechanických obtahovacích procesů pro vytvoření naostřeného substrátu místo vytváření iontového svazku podle spisu US 5 032 243, následovaných přímým nanášením amorfního diamantového povlaku na substrát bez potřeby nanášet mezivrstvu. Bylo by proto žádoucí, aby bylo možné začít s tenkým břitovým substrátem vyrobeným mechanickým obtahováním a udělením tuhosti , a tvrdosti substrátu nanesením amorfního diamantového povlaku přímo na substrát.

Zhruba v posledním desetiletí našlo široké průmyslové uplatnění, při nanášení povlaků z kovu, slitiny nebo kovové sloučeniny na substrát, který se má povlékat, vakuové obloukové odpařování. Obloukové výboje ve vakuu také našly uplatnění jako zdroje iontů pro taková uplatnění, jako je iontová implantace, urychlovače svazků a pohon raket.

Způsob vakuového obloukového odpařování pro povlékání nebo implantování substrátu zahrnuje katodový terč, složený z materiálu, který se má nanášet, a substrát, který se má povlékat. Terč se přeměňuje na páry vysokým proudem, nízkonapěťovým obloukovým plazmovým výbojem ve vakuové komoře, která byla evakuována na podtlak v typickém případě nižší, než 0,1 Pa (0,001 mbar). Substráty, které se mají povlékat nebo implantovat se obvykle ukládají do vakuové komoiy, ležící proti odpařovatelnému povrchu terče ve vzdálenosti v typickém případě 10 až 100 cm. Typické obloukové proudy jsou v rozmezí 25 až 1000 A, s napětími od 15 do 50 V.

Obloukový plazmový výboj vede elektrický proud mezi katodou a anodou plazmatem tvořeným odpařováním a ionizací terčového materiálu obloukem. Katody (záporná elektroda) je elektricky

-1 CZ 290081 B6 izolovaný zdrojový útvar (konstrukce), který se během procesu alespoň částečně spotřebovává. Spotřebovatelná část katody se nazývá „terč“ a často se vyrábí jako vyměnitelný prvek, přichycený sevřením k chlazenému nespotřebovatelnému prvku, nazývanému tělo katody. Anoda (kladná elektroda) může být elektricky izolovaný útvar (konstrukce) uvnitř vakuové komory nebo jím může být vakuová komora samotná a během procesu se nespotřebovává.

Oblouk se zapaluje na odpařovatelném povrchu katodového terče, obvykle pomocí mechanického dotyku, vysokonapěťové jiskry nebo laserovým ozářením. Následující obloukový plazmový výboj je vysoce lokalizovaný v jednom nebo více mobilních obloukových „bodech“ (vlastně „obloukových místech“, představovaných ploškami s určitými minimálními rozměry, v nichž zapálený oblouk dopadá na zpracovávaný předmět) na povrchu katodového teče, ale je rozdělován po velké ploše anody. Mimořádně vysoká proudová hustota obloukového bodu na katodě, odhadovaná na 10⁶-10⁸ A/cm², má za následek lokální přehřívání, odpařování a ionizaci katodového zdrojového materiálu.

Každý obloukový bod vysílá proud plazmatu směrem přibližně kolmo k povrchu katodového terče vytvářející světelné pero sahající do oblasti mezi katodou a anodou. Substrát, který se má povlékat, je uložen mezi katodou a anodou nebo u katody a anody. Pára katodového materiálu se obvykle dále urychluje směrem k povrchu substrátu zavedeným napětím a kondenzuje na povrchu substrátu nebo v něm zůstává zachycena. Do vakuové komoiy mohou být během odpařovacího procesu zavedeny reaktivní plyny, které mohou mít za následek tvorbu materiálových směsí nebo sloučenin zahrnujících materiál terče, reaktivní plyn a/nebo materiál substrátu.

Při proudu oblouku pod okolo 70-100 A, v závislosti na materiálu terče, je přítomný na povrchu katodového zdrojového materiálu pouze jeden obloukový bod. Při vyšších obloukových proudech může existovat současně více obloukových bodů na povrchu terče, z nichž každý nese stejný podíl celkového obloukového proudu. Obloukový bod má při nepřítomnosti přiložených magnetických polí sklon k tomu, aby se pohyboval nahodile okolo povrchu terče a zanechává stopu mikroskopických kráterovitých znaků na povrchu terče.

Zevně přiložené magnetické pole vyvíjí sílu na proud oblouku ve směru kolmém k oběma osám pole a k proudu a může mít dominantní vliv na průměrný pohyb obloukového bodu, i když malý pohyb obloukového bodu v magnetickém poli je opačný nebo zpětný k očekávanému vektorovému směru J x B, založenému na Ampérově zákoně, týkajícím se elektronového proudu vysílaného z katody. Tento jev vyplývá z komplexních dynamických efektů v obloukovém proudu a byl v široké míře popsán a rozebrán.

Nežádoucí vedlejší účinek odpařování terčového materiálu v obloukovém bodě je vytváření kapiček roztaveného terčového materiálu, které jsou vyháněny z terče reakčními silami, vyplývajícími z rozpínání proudu páry. Tyto kapičky se obvykle nazývají makročástice a jejich velikost je v rozmezí od hodnot menších než jeden mikrometr až do desítek mikrometrů. Makročástice mohou zůstat zachycené v povlaku, když jsou ukládány na substrátu, který se má povlékat, čímž se vytvářejí nežádoucí nepravidelnosti, nebo mohou makročástice ulpět na substrátu a později vypadnout, takže vytvářejí v povlaku důlky.

Byly navrženy různé strategie pro snížení počtu makročástic, zabudovaných do povlaku na substrátu. Tyto strategie spadají obecně do dvou kategorií, a to první kategorie používající určitou formu magnetického pole pro řízení a urychlování oblouku, čímž se snižuje vytváření makročástic, a druhé kategorie, používající filtrovací zařízení mezi katodovým zdrojem a substrátem, takže se vysílá ionizovaný podíl katodového výtěžku na substrát, ale blokují se roztavené kapičky.

Magnetické postupy první kategorie jsou obecně jednodušší, než filtrační postupy, ale zcela nevylučují tvorbu makročástic. Filtrační metody druhé kategorie jsou obecně účinnější pro

-2: .CZ 290081 B6 . _; odstraňování makročástic, než magnetické postupy, ale vyžadují složitější zařízení a snižují výrazně výtěžek zdroje. :

_; . Filtrační postupy pracují tak, že se substrát ukládá mimo záměrnou přímku katodového terčového povrchu tak, že makročástice přímo nenarážejí na substrát. Mezi katodu a substrát se vloží zalomená filtrační trubice pro dopravu plazmatu k substrátu.

„ Pro dosažení substrátu se nabité plazma, vysílané z katodového zdroje elektromagneticky ohýbá ve filtrační trubici v úhlu 45-180° tak, že prochází ohybem do filtrační , trubice a naráží na .10 substrát. Nenabité makročástice nejsou ohýbány elektromagnetickým polem a pokračují v pohybu, který naráží na . stěny, filtrační trubice tak, že ideálně makročástice nedosahují na _; substrát. V praxi však může mít odrážení makročástic od stěn filtru a/nebo unášení malých částic , za následek přenos některých makročástic filtrem a dojde tak k zasažení substrátu.

Filtrované katodové oblouky byly založeny na kruhové nebo válcové geometrii katody, čímž jsou . zpravidla omezována možná použití pro malé substráty nebo zvláštní tvary. . . .

; Příklady dřívějších prací v oboru obloukového odpařování jsou popsány v řadě patentových spisů USA, včetně Edisonova patentového spisu 484 582, který popisuje použití vakuového oblouko20 ; vého odpařování pro nanášení povlaku na substrát, dále patentový spis USA č. 2 972 695, , , popisující magneticky stabilizované vakuové obloukové odpařovací zařízení, spisy USA

L - č. 3 625 848 a č. 3 836 451, popisující obloukové odpařovací zařízení s obzvláštními uspořádáními elektrod a použití magnetického pole pro zvýšení rychlosti odpařování a směrování iontů na substrát, dále spisy USA č. 3 783 231 a 3 793 179, které popisují obzvláštní uspořádání elektrod : 25 a štítů a popisují použití magnetického pole, aktivovaného kdykoli.se obloukový bod pohybuje .,, z požadované odpařovací plochy katodového zdrojového materiálu..

Příklady katodových .oblouků, vymezovaných.v kruhové^nebo.urychlovacr.dráze na katodě jsou ? _; _ znázorněny.v.patentových spisech USA.č. 4 724 058, .4 673 477 a 4 849 088; Každý z uvedených spisů popisuje obloukové odpařovací zařízení používající obloukovitě magnetické pole ve tvaru uzavřeného smyčkového tunelu, který vymezuje polohu obloukového místa na uzavřenou smyčkovou dráhu v pevné nebo pohyblivé poloze na povrchu katody. Vymezování , polohy a urychlování oblouku magnetickým polem se přisuzuje snižování tvorby makročástic obloukovým výbojem. Prostředky, požadované pro vytváření takového magnetického pole jsou , 35 , v široké míře známé v oboru rovinného magnetronového naprašování. Je také známé například pohybovat prostředkem vytvářejícím elektromagnetické pole oblouku, a to buď mechanicky podle spisu US 4 673 477 a 4 849 088, nebo pomocí více elektromagnetů, jak je navrhováno ve spisu US 4 724 058.

.,40 Příklady podlouhlých, válcovitých katod jsou obsaženy ve spisech USA č.4 609 564 a 4 859 489, 5 037 522 a 5 269 898, které všechny popisují použití podlouhlé katody ve formě válce nebo tyče, a používají vlastního magnetického pole obloukového proudu pro vyvolávání jeho pohybu po délce katody. Spis USA č. 5 269 898 uvádí, že tvorba makročástic se může snížit .: zavedením přídavné axiální složky magnetického pole pro urychlení a řízení pohybu oblouku.

Patentový spis USA č. 4 492 845 popisuje obloukové odpařovací zařízení používající prstenco,_; vou katodu, v němž je odpařovatelným katodovým povrchem její vnější stěna, ležící proti _; , válcové anodě většího průměru a větší délky než má katoda. Substráty, které se mají opatřovat ; povlakem jsou uloženy uvnitř prstencové katody, neležící proti odpařovatelnému povrchu, a jsou 50 _; povlékány ionizovaným materiálem odráženým, zpět elektromagnetickým polem u anody. Pro zvyšování odrazu od anody je popisováno souosé magnetické pole. Makročástice vypuzované z katodového povrchu nejsou elektricky odráženy anodou (i když se mohou od ní odrážet mechanicky). V důsledku toho se sníží zachycování makročástic v povlaku.

-3CZ 290081 B6

Příklady snahy snížit počet makročástic zachycených do povlaku na substrátu použitím určité formy filtračního zařízení mezi katodovým zdrojem a substrátem, pro vysílání nabité ionizované části katodového výtěžku a pro blokování nenabitých makročástic, jsou znázorněny v práci Aksenova/Axenova, Falabelly a Sanderse.

Publikace Aksenova a kol. („Doprava plazmových proudů v křivočarém plazmovém optickém systému“, Sovětský časopis plazmové fyziky, 4(4), 1978) popisuje použití válcové plazmové trubice s ohybem 90°, s elektromagnetickými cívkami pro vytváření solenoidového magnetického pole trubicí a s kruhovou obloukovou odpařovací katodou na jednom konci a s trubicí a substrátem na druhém konci. Plazma vysílaná katodou je odrážena ze stěn trubice přítomnými magnetickými a elektrickými poli, a je odpravována podél magnetického pole trubicí k substrátu, zatímco nenabité makročástice nejsou ohýbány elektrostatickými poli a jsou zachycovány stěnami trubice.

Patentový spis USA č. 5 279 723 popisuje zařízení v podstatě podobné původnímu Aksenovovu filtru s použitím válcové trubice s ohybem o 45°, kruhovou nebo kuželovitou katodou a anodou, a spočívající ve zdokonalení různých složek včetně tvaru katody a vnitřních odrazných prvků, které snižují přenos makročástic.

Patentový spis USA č. 4 452 686 popisuje rovnou válcovou filtrační trubici bez ohybu, kruhovou katodu uloženou na jednom konci trubice, elektromagnetové cívky pro vytváření solenoidového magnetického pole trubicí umístěnou ve středu trubice a s přídavnou elektrodou umístěnou ve středu trubice, která blokuje přímou zaměřovači přímku ukládání z katody na substrát. Plazma vysílaná katodou je ohýbána magnetickým a elektrickým polem u stěny trubice a centrální elektrody, a je dopravována podél magnetického pole trubicí a okolo střední elektrody. Nabité makročástice nejsou ohýbány magnetickým nebo elektrickým polem a jsou zachycovány střední elektrodou.

Patentový spis USA č. 5 282 944 popisuje zařízení poněkud podobné tomu, jaké je uvedené ve spisu USA č. 4 452 686, používající rovnou válcovou filtrační trubici a centrální štít, který zabraňuje makročásticím, vysílaným v malých úhlech od katody, aby se dostaly přímo na substrát. Elektromagnetové cívky vytvářejí v trubici, která je v podstatě solenoidová, magnetické pole v blízkosti stěny trubice. Odpařovatelným povrchem katody je v tomto případě vnější povrch krátkého válce, orientovaného souose s filtrační trubicí, takže plazma vysílaná z katody je směrovaná radiálně k vnější stěně filtrační trubice a je ohýbána přibližně o 90 ° magnetickým polem a elektrickým polem u stěn trubice, a je dopravována podél magnetického pole na konec trubice, na němž je uložen substrát. Vnitřní elektrody jsou popsány jako zvyšující ohyb plazmatu na konci kruhové filtrační trubice, opačném vůči konci, na němž leží substrát.

Žádný z uvedených spisů nepopisuje katodu mající odpařovatelný povrch a používající obracení polarity magnetického pole pro řízení pohybu oblouku na katodové ploše, ani filtrační trubici mající průřez ve tvaru pravoúhlého čtyřúhelníku. Obecně je přitom považováno za účelné, aby filtrovaný katodový oblouk obsahoval čtyřůhelnikový zdroj nanášení.

Pravoúhlé čtyřúhelníkové zdroje nanášení jsou žádoucí pro povlékání velkých substrátů, povlékání fóliového materiálu ve formě svitku a pro povlékání souvislých proudů menších substrátů na lineárním dopravníku kruhového karuselu. Vyvinutí pravoúhlých čtyřúhelníkových rovinných magnetronových naprašovacích katod v sedmdesátých letech 20. století vedlo k širokému průmyslovému rozšíření rozprašování (naprašování) pro vytváření povlaku substrátu v takových tvarech (viz například magnetronovou rozprašovací katodu podle patentových spisů USA 4 865 708 a 4 892 633).

Filtrované katodové obloukové zdroje mají výhodu v tom, že proud páry katodového materiálu, vysílaný ze zdroje, je plně ionizovaný, na rozdíl od způsobů nanášení nezaložených na oblouku, jako napařování a naprašování. Plně ionizovaný proud páry z pravoúhlého čtyřúhelníkového

-4CZ 290081 B6 : : zdroje by umožnil lepší řízení energie atomů, přicházejících na substrát pro vytváření povlaku nebo implantaci, a zvýšil by reaktivitu páry při tvorbě směsí nebo sloučenin s reaktivními plyny v systému nebo přímo se substrátem.

. ’ é Podstata vynálezu ;

Vynález přináší způsob výroby holicího břitu, při kterém se vytvoří substrát, který se opatří řeznou'hranou klínovitě naostřenou do tvaru, majícího sevřený úhel menší než 30° a poloměr 10 ostří menší než 1200 angstromů (tj. odhadovaný poloměr největšího kruhu, který může být vepsán do krajního ostří hrany,, když se takové krajní ostří pozoruje pod řádkovacím elektronovým mikroskopem při zvětšeních nejméně 25 000), jehož podstata spočívá v tom, že se na substrát v oblasti řezné hrany nanáší vrstva amorfního diamantového materiálu, přičemž se během nanášení zavádí na substrát nejprve vysoké počáteční první elektrické předpětí, a poté se 15 během nanášení na substrát zavádí nižší druhé elektrické předpětí. . . λ

Podle dalšího znaku vynálezu je první elektrické předpětí v rozmezí od 200 do 2000 V a druhé elektrické předpětí jev rozmezí od 10 do 200 V.

:20 Nanášení vrstvy amorfního diamantového materiálu se s výhodou provádí ve vakuu nebo inertní atmosféře z grafitového terče.

Vrstva amorfního diamantového materiálu se podle výhodného provedení vynálezu nanáší ze zdrojového katodového grafitového terče obloukovým plazmovým výbojem.

.:,25Ú:/I . U:. ‘ . .. ' i:-. Jj- r : : _; í :._b :: +

S výhodou se počáteční první elektrické předpětí o velikosti 200 až 2000 V zavádí po dobu až dvě minuty.

Mezi fází zavádění počátečního prvního, elektrického předpětí a zaváděním druhého elektrického * , 30 :: předpětí se podle dalšího znaku vynálezu na substrát zavádí mezilehlé elektrické předpětí okolo 500 V. · .

Podle dalšího znaku vynálezu se vrstva amorfního diamantového materiálu v úseku do vzdálenosti nejméně 40 pm od ostří řezné hrany nanáší v tloušťce nejméně 400 angstromů.

’ S výhodou se vrstva amorfního diamantového materiálu nanáší v tloušťce okolo 2000 angstromů.

Podle dalšího znaku vynálezu, se nanáší vrstva amorfního diamantového: materiálu, který je nejméně čtyřikrát tvrdší než kov substrátu.

.40 _: i;:-- /-.....+ · ir ř Podle výhodného provedení vynálezu se nanáší vrstva amorfního diamantového materiálu, majícího více než 40 % uhlíkové vazby sp³.

S výhodou se po nanesení vrstvy amorfního diamantového materiálu na tuto vrstvu nanáší 45 přilnavý polymemí povlak. u _; , Podle vynálezu se řezným hranám dodají zlepšené mechanické vlastnosti, neboť takto vytvořené povlaky amorfního diamantového materiálu mohou mít výše uvedený obsah uhlíkové vazby sp (nejméně 40%), tvrdost nejméně 45 GPa a modul nejméně 400 GPa. Takové materiály dále 50 : nekorodují horkými vodnými roztoky a sloučeninami, běžně používanými při holení. Materiály mající tyto vlastnosti budou označovány v dalším popisu jako amorfní diamantový materiál nebo krátce amorfní diamant. Na rozdíl od amorfního diamantového materiálu podle vynálezu nemají . tradiční diamantovité (diamantu podobné) uhlíkové povlaky (DLC) vyrobené takovými . tradičními metodami, jako je naprašování takovou vysokou tvrdost. Na rozdíl od amorfního

-5CZ 290081 B6 diamantu podle tohoto popisu, mají povlaky DLC v typickém případě tvrdost nepřesahující 30 GPa.

Extrémní tvrdost a tuhost naneseného diamantového povlaku může dodávat pevnost velmi tenké břitové hraně. Spis USA 4 720 918 popisuje hrany tohoto typu, které jsou zde zahrnuty jako příklady a nejsou považovány za omezující. Velmi tenká břitová pouze pokud je hrana dostatečně silná pro to, aby odolávala holení. Tenká hrana, včetně těch, které jsou popsány v patentovém spisu USA č. 4 720 918, zesílená 400 až 2000 angstromy amorfního diamantu, bude tvořit konečnou hranu, která je podstatně tenčí než hrany dosud používané pro holení, spojenou s dostatečnou pevností pro odolávání při holení, a to vzhledem k mimořádné pevností pro odolávání při holení, a to vzhledem k mimořádné pevnosti amorfního diamantového povlaku.

Další příspěvek k tenkosti hrany je velký stranový poměr, dosažitelný obzvláštním procesem katodového obloukového nanášení, používaným v rámci vynálezu pro výrobu amorfních diamantových povlaků. Pojem „stranový poměr“ je podrobněji vysvětlen s odvoláním na obr. 3 v následujícím popisu a pro účely tohoto shrnutí podstaty vynálezu je třeba uvést, že jde o poměr (a) ku (b), kde (a) je první vzdálenost, měřená od ostří povlaku k ostří substrátu a (b) je druhá vzdálenost, měřená od povrchu povlaku k ostří substrátu.

Stranový poměr poskytuje užitečnou míru účinku povlaku na geometrii pod ním ležící břitové hrany substrátu - čím větší nebo vyšší je stranový poměr povlaku, tím „ostřejší“ je povlečený břit ve srovnání s břitem povlečeným s nižším stranovým poměrem. Jako další důsledek mimořádné pevnosti amorfních diamantových povlaků podle vynálezu se očekává, že při nanesení takového povlaku na holicí břit normálního průřezu se dosáhne delší holicí životnost.

Vynález umožňuje vytvořit holicí jednotku obsahující nosnou strukturu s plochami pro záběr do kůže, umístěnými ve vzájemném odstupu, a holicí břitovou strukturu, upevněnou k uvedené nosné struktuře, přičemž holicí břitová struktura obsahuje substrát s klínovitou hranou a vrstvou amorfního diamantového materiálu na uvedené klínovité hraně, přičemž klínovitá hrana s vrstvou amorfního diamantového materiálu je uložena mezi uvedenými plochami pro záběr do kůže. Břitová struktura má výborné holicí vlastnosti a dlouhou životnost.

Ve výhodných provedeních je substrát holicího břitu z oceli, amorfní diamantový povlak je, jak bylo výše uvedeno, nejméně čtyřikrát tak tvrdý, jako holicí substrát, klínovitá hrana je vytvořena sledem mechanických brusných pochodů a vrstva amorfního diamantu je tvořena uhlíkovými ionty pocházejícími z grafitového terče použitého jako zdroj filtrovaného katodového oblouku.

Podle jiného hlediska způsobu podle vynálezu se vytváří holicí břit tak že se na substrátu vytvoří klínovitě naostřená hrana se sevřeným úhlem menším než 30° a poloměrem ostří hrany s výhodou menším než 1200 angstromů, a na naostřenou hranu se nanáší vrstva amorfního diamantu odpařováním s filtrovaným katodovým obloukem pro dosažení poloměru na krajním ostří amorfní diamantové vrstvy méně než okolo 1000 angstromů. Amorfní diamantová vrstva se může nanášet více postupy, majícími všechny jako společný znak intenzivní nanášení uhlíku jako vysoce ionizované látky. I když pro tento účel mohou být používány postupy katodového oblouku, anodového oblouku, plazmového rozkladu plynných uhlovodíků, rozprašování dodatečnou ionizací indukčně vázaným rf, laserovou ablací, laserovým nanášením s absorpčními vlnami (LAWD) a přímým nanášením iontovým svazkem, používá přednostní provedení filtrovaný katodový oblouk.

Vynález umožňuje dosáhnout výhod filtrovaného katodového oblouku (proud plně ionizované páry, vyloučení rozstřikování kapiček) a výhody pravoúhlého čtyřúhelníkového zdroje (rovnoměrné odpařování ze zdroje a rovnoměrné nanášení na substrátu při použití lineárního pohybu) pro povlékání nebo implantování na dlouhém nebo velkém substrátu. Filtrovaný katodový oblouk se vytváří na pravoúhlé čtyřúhelníkové katodě ve vakuu, při splnění úkolů, které nemohou být dosaženy podle známého stavu techniky.

-6CZ 290081 B6

Vynález používá prostředky pro vytváření a směrování přímého plazmového svazku na pravoúhlou čtyřúhelníkovou plochu pro účely vytváření povlaku nebo iontové implantace na substrátu. -Obdélníková katoda je. uložena v zahnuté trubce pravoúhlého *čtyřúhelníkového 5 průřezu, která vymezuje plazmu a ohýbá ji směrem k oblasti substrátu při současném zachycování roztavených kapiček katodového materiálu, také vytvářených obloukem. Oblast plazmové trubice, v níž je katoda uložena, je zde dále označována jako vstupní rameno trubice, zatímco substrát je uložen u výstupního ramena trubice.

· Magnetické pole sé vytváří v trubici, která směruje plazmu trubicí při současném působení toho, že se oblouk pohybuje v jednom směru .po délce pravoúhle čtyřúhelníkové katody. Když oblouk dosahuje konec katody, poskytne čidlo signál, na jehož základě se obrátí polarita magnetického pole, čímž vyvolá obrácení směru oblouku a oblouk se pohybuje směrem kopačnému konci katody. Polarita magnetického pole se přepne, kdykoliv oblouk dosáhne jednoho z konců katody, takže oblouk sleduje pravoúhlou čtyřúhelníkovou katodu po její délce tam a zpět.

Ačkoliv polarita (směr) magnetického pole se opakovaně obrací, tvar magnetického pole a jeho orientace vzhledem k trubici s výhodou zůstávají v podstatě stejné, a plazma se přenáší trubkou v obou polaritách. V přednostním provedení tvoří oblast sbíhajících se čar magnetického pole 20 u katody magnetické zrcadlo, které odráží plazmu směrem k výstupu trubice.

> Pohyb oblouku po délce katodového terče vyplývá ze složky magnetického pole přilehlé

- k povrchu terče, která je rovnoběžná s rovinou povrchu terče a kolmá k dlouhé ose pravoúhlého čtyřúhelníkového terče. Pro složky magnetického toku v této orientaci j sou možné dvě polarity 25 (směry). Když má pole jednu polaritu, oblouk se pohybuje po délce katody ve směru daném zpětným vektorem J x B, jak je popsáno výše. Když má pole opačnou polaritu, pohybuje se oblouk po délce katody v opačném směru;

. Obrácením polarity 'magnetického: pole;.založeným na signálech, z čidel umístěných; na: koncích 30 i katody, při udržování orientace čar toku vzhledem k povrchu terče, se směr pohybu oblouku po délce katody může periodicky obracet, čímž se způsobí; že oblouk sleduje sem a tam délku pravoúhlé čtyřúhelníkové katody v podstatě po přímce.

Přepínatelné (obrátitelné) magnetické pole u odpařovatelného povrchu terče, které působí, že se 35 oblouk pohybuje po délce terče, může být vytvářeno použitím elektromagnetových cívek, umístěných vně trubice nebo uvnitř těla katody. Například současné připojení proudu oblouku k oběma koncům pravoúhlé čtyřúhelníkové katody a měněním podílu celkového proudu, který prochází do každého konce katody na základě signálů z čidel umístěných na koncích katod, vytváří složka magnetického pole orientaci požadovanou k tomu, aby vyvolala pohyb oblouku po 40 délce katody, jak je popsáno v patentovém spisu USA č. 5 269 898.

Jelikož směr, kterým většina proudu oblouku prochází v pravoúhlé čtyřúhelníkové katodě, je obrácen na základě signálů z čidel, obrací se také polarita (směr) složky magnetického pole, rovnoběžné s povrchem terče, na základě signálů z čidel, čímž se obrací směr dráhy oblouku po ^! 45 délce terče. Podobně, jak je také popsáno v patentovém spisu USA č. 5 269 898, může být složka magnetického pole, působící sledování obloukem, také vyvolávána řízením proudu po délce katody a obracet svůj směr na základě signálů čidla; nebo přepínáním přiváděného proudu oblouku z jednoho konce katody na druhý, jak je popisováno v patentovém spisu USA č. 5 037 255.

::7 : : : 7:/: ::.77 , 7-.7./ 777. 77 7. , .7 .: .:771-7 77.77 -7....: - 7, -7: 7-77/7

Doprava plazmatu trubicí vyplývá primárně ze složky magnetického pole u stěn trubice, která je rovnoběžná s rovinou stěn a rovnoběžná s osou trubice. Difúze elektronů plazmatu magnetickým polem směrem ke stěnám trubice vytváří složku elektrického pole, která odráží kladně nabité 1 ionty a dovoluje jim tak pohybovat se podél trubice a okolo jejího ohybu. Nenabité makročástice 55 nejsou odráženy a jsou proto zachycovány stěnami trubice nebo zarážkovými stěnami, které

-7CZ 290081 B6 mohou být osazeny kolmo ke stěně trubice a vybíhat do krátké vzdálenosti ze stěny trubice, aby snížily odrážení makročástic od stěn trubice. Polarita složek magnetického pole v trubici a u stěn trubice se s výhodou přepíná současně s polaritou složky pole u povrchu terče, což má za následek pohyb oblouku, takže tvar magnetického pole v trubici zůstává stejný přes obracení polarity. Do rámce vynálezu však také náleží obracet polaritu pole pouze v oblasti povrchu terče při udržování statického (neobracejícího se) magnetického pole ve zbytku trubky při použití elektromagnetů nebo permanentních magnetů. Obměny v čistém tvaru magnetického pole mohou v tomto posledním případě vyvolat periodické obměny v přenosu plazmatu trubicí v závislosti na obracení pole v blízkosti povrchu terče.

Jelikož proud plazmatu se vysílá z katody primárně ve směru kolmo k odpařovatelnému povrchu, má sklon narážet na stěnu trubice nejsilněji v oblasti vnějšího poloměru ohybu trubice. Aby se zvýšil přenos plazmatu trubicí, je žádoucí zintenzívnit sílu magnetického pole v této oblasti. Přídavným faktorem je to, že materiály katodového terče rozdílné atomové hmotnosti a teploty tání jsou vysílány z terče s rozdílnými rychlostmi a kinetickými energiemi. Je proto žádoucí měnit sílu magnetického pole, zejména v oblasti ohybu trubice, pro optimalizaci přenosu pro různé materiály. V blízkosti vnějšího poloměru ohybu trubice proti odpařovatelnému povrchu terče je tak umístěna samostatná elektromagnetová cívka, v níž se proud může s výhodou měnit nezávisle na proudu v ostatních cívkách, vytvářejících části magnetického pole v trubici.

Je třeba se povšimnout toho, že ve válcových plazmových trubicích (nebo v přímé dráze, která může být nastavena vzhledem k pravoúhlé čtyřúhelníkové trubici), v nichž jsou jedna nebo více elektromagnetových cívek uloženy tak, že kruhově obklopují trubici, přičemž vytvářejí solenoidové magnetické pole trubicí, musí být dráty tvořící cívku (cívky) nutně umístěny v těsnějších odstupech od sebe u vnitřního poloměru ohybu v trubici než u vnějšího poloměru. To má za následek, že magnetické pole uvnitř trubice má větší sílu směrem ke vnitřnímu poloměru trubice, kde jsou dráty uloženy v těsnějších odstupech, a menší sílu směrem ke vnějšímu poloměru trubice, kam proud obloukového plazmatu naráží. Podle jiných doporučení může být síla magnetického pole uvnitř trubice při vnějším poloměru ohybu zvětšena tak, aby se vyrovnala síle pole u vnitřního poloměru, nebojí přesáhla, aby se zvýšil přenos plazmatu trubicí.

Elektrické pole kolmé ke stěně trubice, které odráží kladně nabité ionty od stěny trubice. Je také možné, aby se ionty odrážely od stěny trubice druhým způsobem, a to vytvářením čar magnetického toku v blízkosti stěny oblasti, v níž se čáry magnetického toku sbíhají, když se přibližují stěně v přibližně kolmém směru, čímž se vytváří oblast známá jako magnetické zrcadlo. Plazmové elektrony přibližující se ke stěně jsou odráženy nebo zpožďovány, když vstupují do oblasti sbíhajících se čar toku, čímž se vytváří spád hustoty elektrického pole, který rovněž odráží ionty plazmatu. Pro vymezování polohy plazmatu se v laboratorních zařízeních nebo jiných plazmových zařízeních obvykle používají magnetická zrcadla.

Vhodnost magnetického zrcadla je popisována v oboru filtrovaných obloukových plazmových zdrojů ve vakuu poprvé. Potřeba funkce poskytované magnetickým zrcadlovým polem je uvedena například v patentovém spisu USA č. 5 282 944, kde se uvádí, že je potřeba více izolačních prstenců, označených 21 na obr. 2 a 3 tohoto spisu, pro zabránění ztráty plazmatu do stěn trubice, kde magnetické pole prochází stěnou trubice. Zahrnutí oblasti magnetického zrcadlového pole do vstupního ramene přednostního provedení vytváří přednostní směr pro plazmový tok směrem k výstupnímu ramenu trubice při současném poskytování složky magnetického pole (rovnoběžné s povrchem terče a kolmé k jeho podélné ose), která působí, že se oblouk pohybuje po délce terče. Obracení polarity magnetického zrcadlového pole a tím i složky pole rovnoběžné s povrchem terče působí, že se směr pohybu oblouku na povrchu terče obrací beze změny tvaru nebo funkce magnetického zrcadlového pole.

Kombinace a superponování zdrojů nezávisle měnitelného magnetického pole, vytvářející oblast solenoidového magnetického pole v oblasti ramene plazmové trubice, „nárazníkovou“ oblast pole v blízkosti vnějšího poloměru ohybu v trubici, a oblast magnetického zrcadlového pole ve

-8CZ 290081 B6 vstupním rameni trubice u katody, poskytují dostatečnou nastavitelnost pro umožňování optimalizace dopravy plazmatu trubicí pro širokou škálu materiálů terče. Je třeba však rozumět tomu, že ne všechny tyto prvky musí být přítomné, a že přítomné prvky nemusí být nutně proměnlivé, zejména v případě zdroje, který je optimalizován na jediný terčový materiál.

Například v závislosti na způsobu použitém pro obracení polarity magnetického pole v blízkosti povrchu terče může být dostačující jediný solenoidový elektromagnet obklopující celou trubici.

Tvar magnetického pole a způsoby řízení umožňují vytvořit kompaktní á účinný plazmový zdroj s pravoúhlým čtyřúhelníkovým výstupním otvorem, který může být tak dlouhý, jak je 10 požadováno, čímž se poskytují výhody filtrovaného katodového oblouku v kombinaci s prospěšnými účinky pravoúhlého čtyřúhelníkového zdroje nanášení. Postup obracení pole pro ovládání oblouku na povrchu katody dovoluje, aby šířka katody byla mnohem menší, než je možné při použití magnetického pole typu race-track („s dráhou pro rychlý běh“).

. Plazmová trubice může být proto vytvořena jako mnohem užší a kratší, což má za následek kompaktní řešení, které se dá snáze vřadit do vakuového systému než objemné filtry, zejména v systémech obsahujících více plazmových zdrojů. Úzká katoda a pohybující se oblouk také dovolují rovnoměrnější erozi terče podél jeho délky a vyšší použití materiálu terče, než je možné u rovinných katod typu race-track.

Vynález umožňuje získat holicí jednotku, obsahující vnější plochy pro zabírání do kůže uživatele před a za holicí hranou nebo hranami a nejméně jeden břitový člen upevněný k nosiči. Břitová holicí struktura upevněná k nosiči obsahuje substrát s klínovitou naostřenou hranou vymezovanou fasetami, svírajícími úhel méně než 17° ve vzdálenosti 40 mikrometrů od 25 nabroušeného ostří, a vrstvu zpevňovacího materiálu, který má tloušťku nejméně 400 angstromů od nabroušeného ostří uvedeného substrátu do vzdálenosti 40 mikrometrů od nabroušeného (naostřeného) ostří, přičemž poloměr krajního ostří zpevňovacího materiálu je méně než 500 angstromů a stranový poměr je v rozmezí 2:1 do 4:1.

V konkrétní holicí jednotce obsahuje holicí břitová struktura dva ocelové substráty, přičemž vzájemně spolu rovnoběžně jsou mezi plochami zabírajícími do kůže uloženy klínovité hrany, vrstva zpevňující hranu je z amorfního diamantu o tloušťce okolo 1000 angstromů (v typickém případě v rozmezí 400 - 2000 angstromů v závislosti na substrátu a zpracovávacích parametrech) a vyznačuje se nejméně 40 % uhlíkové vazby sp³, přičemž na každé vrstvě amorfního 35 diamantového materiáluje přilnavý polymemí povlak.

Holicí jednotka může být typu holicí hlavice, která se vyhodí po používání, typu přizpůsobeného pro připojení a k odpojení od rukojeti holicího strojku, nebo může tvořit celek s rukojetí, takže se celý holicí strojek jako celek vyhazuje, když se břit nebo břity ztupí. Přední a zadní povrchy 40 zabírající do kůže spolupůsobí s holicí hranou (nebo hranami) pro vymezování holicí geometrie.

Zejména výhodné holicí jednotky jsou typu. znázorněného a popsaného ve spisu USA č. 3 876 563 a spisu USA č. 4 586 255.

Výhody způsobu dovolují, aby zdroj byl neomezeně prodlužován do délky a umožnilo se tak 45 dosažení přínosů nanášení nebo implantace filtrovaným obloukem.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález je blíže vysvětlen v následujícím popisu na příkladech provedení s odvoláním na připojené výkresy, na kterých znázorňuje obr. 1 perspektivní pohled na holicí jednotku, k jejímž břitům se vztahuje způsob podle vynálezu, obr. 2 perspektivní pohled na jinou holicí jednotku s břity, k nimž se vztahuje způsob podle vynálezu, obr. 3 schematický řez znázorňující jeden příklad geometrie hrany holicího břitu vyráběného podle vynálezu, obr. 4 schematický pohled na 55 zařízení pro provádění způsobu, obr. 1A schematické znázornění filtrovaného vakuového

-9CZ 290081 B6 oblouku, používající kruhovou katodu a válcovou plazmovou trubici, obr. 2A schematický pohled na zdroj filtrovaného obloukového plazmatu, obr. 3A perspektivní pohled na sestavu trubic a magnetů zařízení pro provádění způsobu podle vynálezu, obr. 4A řez koncem trubicové sestavy, obr. 5A podélný řez částí trubicové sestavy a obr. 6A koncový pohled po odříznutí, ukazující čáry magnetického pole a zrcadlo magnetického pole ve vztahu k trubicové sestavě a jejím magnetovým soupravám.

Příklady provedení vynálezu

V následujícím popisu budou vysvětleny vlastnosti a parametry různých přednostních provedení břitu, substrátu a amorfního diamantového povlaku, po nichž bude následovat popis podmínek procesu pro nanášení požadovaného povlaku.

Jak uvazuje obr. 1, obsahuje holicí jednotka 10 uspořádání pro připojení k rukojeti holicího strojku a plošinový člen 12 vytvarovaný z houževnatého polystyrenu mající dále uváděný tvar a obsahující příčně uspořádanou plochu 14 pro záběr do kůže. Na plošinovém členu 12 jsou uloženy přední břit 16, mající naostřenou hranu 18 a následující břit 20, mající naostřenou hranu 22. Holicí jednotka dále obsahuje krytový člen 24 z tvarovaného houževnatého polystyrenu, mající tvar vymezující plochu 26 pro záběr do kůže, uloženou za břitovou hranou 22 a ke krytovému členu 24 je připojen pomocný holicí kompozit 28.

Holicí jednotka 30, znázorněná na obr. 2, je typu znázorněného v patentovém spisu USA 4 586 255 a obsahuje tvarované těleso 32 s přední částí 34 a zadní částí 36. V tělese 32 jsou pružně upevněny chránítkový člen 38, přední břitová jednotka 40 a zadní břitová jednotka 42. Každá břitová jednotka 40, 42 obsahuje břitový člen 44, který má naostřenou hranu 46. Pomocný holicí kompozit 48 je upevněn třecím spojením v ústupku v zadní části 36.

Na obr. 3 je znázorněn schematický pohled na hranovou oblast břitů 16, 20 a břitových členů 44. Z tohoto obrázku může být lépe porozuměno pojmu stranového poměru. Břit obsahuje tělovou část 50 z nerezavějící oceli s klínovitě naostřenou hranou, vytvořenou ve sledu po sobě následujících obtahovacích pochodů pro vytváření klínovité hrany, při kterém se tvoří ostří 52, které má poloměr s výhodou menší než 500 angstromů s fasetami 54 a 56, které se rozbíhají v úhlu okolo 13°. Na ostří 52 a fasetách 54, 56 je vrstva 60 amorfního diamantového materiálu, která má tloušťku okolo 2000 angstromů, se stranovým poměrem (poměrem vzdálenosti (a) ostří 70 z amorfního diamantu od ostří 52 z nerezavějící oceli, a tloušťky (b) vrstvy 60 amorfního diamantového materiálu) okolo 3:1.

Na vrstvě 60 je uložena přilnavá telomemí vrstva 72, která má tloušťku v podstatě takovou, v jaké je nanesena, ale která se redukuje během počátečního holení na monomolekulovou vrstvu.

Na obr. 4 je schematicky znázorněno zařízení pro zpracovávání břitů 16, 20 typu znázorněného na obr. 3. Zařízení obsahuje systém pro nanášení filtrovaným katodovým obloukem, který má komoru 80 z nerezavějící oceli, připojenou k neznázoměnému vakuovému čerpacímu systému ventilem 82. V komoře 80 je uložena elektricky izolovaná, vodou chlazená plošina 84, na níž je uložen otočný nosič 86, který drží sloupec 88 holicích břitů.

Naostřené hrany jsou uspořádány kolmo k rovině tažení a lícem směrem dolů od nosiče 86. Motor 90, upevněný vně komory 80 poskytuje možnost 180° otáčení sloupce břitů v předem určených intervalech pro účel střídavého odkrývání každého okraje břitu vzhledem ke svazku uhlíkových iontů z jediného zdroje 92 katodového oblouku, čímž se zajišťuje rovnoměrné nanášení na obou úkosech břitu.

V komoře 80 jsou uloženy dva zdroje 92, 94 filtrovaných katodových oblouků, sestávající každý z grafitového terče 96 (katody, s čistotou 99,99 %), zapalovače 98 oblouku a filtru 100. který

-10CZ 290081 B6 slouží pro směrování proudu uhlíkových iontů (plazmového oblouku) z terče 96 na sloupec 88 břitů použitím magnetických polí solenoidu vytvářených elektrickými vinutími 102 po délce potrubí a elektromagnetem 104 uloženým pod trubkou. Zdroj katodového oblouku může být také typu popsaného v související patentové přihlášce USA č. 08/233 006. Pro chlazení terče 96, 5 zdroje 92 a nosiče 86 slouží odpovídající potrubí 106.108 a 110 pro chlazení vodou.

Trubka zdroje 92 a filtru 100 je orientována tak, že poskytuje úhel 40° mezi rovinou 112 tvořenou ostřími břitů a osou 114 výstupu trubky. Tento úhel se volí tak, aby zajišťoval, že se ukládá povlak spinou hustotou. Grafitový terč 96 je dlouhý přibližně 30 centimetrů 10 a 2,5 centimetrů široký a je elektricky izolovaný od komory 80, zatímco trubka filtru 100 je na zemnicím potenciálu. Grafitový terč 96 je připojen k přívodu 118 stejnosměrného proudu přes spínač 128. Detaily řešení přednostního filtrovaného katodového oblouku a fiinkce jsou popisovány níže ve výše zmíněné související přihlášce USA č. 08/233 006.

Otočný nosič 86 nese sloupec 88 břitů hranami umístěnými ve vzdálenosti 15 cm od ústí trubky filtru 100. Sloupec 88 břitů se otáčí mezi polohou, kde jeden úkos leží proti zdroji 92 a podobnou polohou, kde opačný úkos leží proti zdroji 92. Toto otočení o 180° se provádí každých 10 sekund, čímž se zajišťuje, že úkosy jsou rovnoměrně povlečeny.

V jednom příkladě konkrétního sledu zpracovávání, kdy je sloupec 88 břitů, dlouhých 2,5 cm, upevněn k otočnému nosiči 86. se spustí chladicí voda nosiče 86 a z komory 80 se odvede plyn a páry. Tlak do komory 80 se nastaví na 50 militorr s proudícím argonem. Spínač 122 se sepne pro poskytování stejnosměrného proudu —400 V do sloupce 88 břitů, čímž se zapálí stejnosměrný plazmový výboj, vněmž se břity čistí deset minut. Po čisticím kroku se nejprve nastaví tlak 25 v komoře na 0,1 militorr argonu, vybudí se vinutí 102 pole do jediného zdroje 92, sepne se spínač

120 do grafitového terče 96 a nastaví se přívod 124 stejnosměrného proudu na -1000 V a zapálí se oblouk na grafitovém terči 96 mechanickým zapalovačem 98. Proud oblouku se nastaví na 100 A. Intenzivní plazma uhlíkových iontů se vysílá ze zdroje 92 a nanáší se na břitech sloupce 88, které se otočí každých 10 sekund o 180°.

' ' “ ? ~ ' ^7

Poté, co oblouk běžel dvě minuty, nastaví se přívod 124 předpětí na -50 V a nanášení pokračuje po dobu celkem 16 minut. Výsledný amorfní diamantový povlak břitu má v principu tloušťku 1000 angstromů na každé fasetě. Poloměr ostří břitu je přibližně 350 angstromů a stranový poměr je přibližně 2,5:1.

¹ V dalším příkladě postupu zpracování se nechají současně působit dva katodové obloukové ' zdroje 92. 94 přičemž druhý zdroj 94 leží proti prvnímu zdroji 92 tak, že obě fasety břitů se současně povlékají s přibližně stejným úhlem dopadu. V tomto případě* se sloupec 88 břitů neotáčí, ale místo toho se posouvá oblastí, kde plazmata, vysílaná z obou zdrojů 92, 94, shodné 40 s těmi, j aké byly popsány výše.

Poté se na hrany břitů s povlakem amorfního diamantu ukládá telomerní vrstva 72 ve formě povlaku polytetrafluorethylenového (PTFE) telomeru. Způsob zahrnuje ohřev břitů v neutrální atmosféře argonu a povlečení řezných hran břitů polymerovým povlakem z pevného polytetra45 fluorethylenu, lnoucího k břitům a snižujícího tření. Telomerní vrstva 72 a vrstva 60 jsou pevně lnoucí k tělové části 50 břitu, vykazují nízkou sílu při zkoušce řezače mokré vlněné plsti (nejnižší z prvních pěti řezů s mokrou vlnovou plstí L5 vykazují okolo 0,45 kg) a odolávají opakovaným vyvíjením sil řezače vlněné plsti, což ukazuje, že vrstva 60 amorfního diamantového materiálu je v podstatě neovlivňovaná při vystavení nepříznivému namáhání v podmínkách tohoto řezače plsti 50 a nadále pevně lne k tělové části 50 břitu, a to i po ponoření v destilované vodě po dobu šestnáct hodin při teplotě 80 °C.

Výsledné břitové členy 44 se sestaví do vložkových holicích jednotek 30 typu znázorněného na obr. 2 a umožňují holení s výbornými holicími výsledky.

₅₅ . ^r· ''' ·

-11CZ 290081 B6

Výše uvedený popis vlastností a parametrů břitů, substrátů a amorfních diamantových povlaků mohou být dále blíže a lépe pochopeny následujícím konkrétním popisem vhodných podmínek procesu, jaké byly obecně popsány výše. Nejprve budou shrnuty vhodné katodové obloukové zdroje. Potom budou popsány různé výhodné podmínky provádění.

Nanášení povlaku amorfního diamantu může být prováděno při použití běžného zdrojového materiálu filtrovaného katodového obloukového plazmatu, jak je popsán v patentovém spisu USA 5 279 723. V prvním provedení se však nanášení provádí podle výše popsané související patentové přihlášky. I když pravoúhlý čtyřúhelníkový zdroj se obzvláště hodí pro provádění vynálezu, vynález není takto omezen. Podobně může byl použit nefíltrovaný nebo jiný běžný zdroj a vynálezu je třeba rozumět tak, že není omezen na filtrované katodové zdroje.

Podmínky způsobu zahrnují vícekrokové předpětí na substrátu, stejné průměrné ukládání na obou stranách břitu a pozornost věnovanou úhlu předkládání vzhledem ke zdroji.

Počáteční vysoké předpětí v rozpětí 200-2000 V se na substrát zavádí během nanášení po dobu až dvou minut tak, aby se zajistila přilnavost. Nižší předpětí druhého stupně v rozpětí 10-200 V se poté zavede pro optimalizování struktury tvrdého uhlíkového povlaku z amorfního diamantu a pro vytvoření požadované krystalové struktury. I když jsou žádoucí nejméně dva předchozí stupně, může být také žádoucí provést další „sestupný krok“ v podobě sníženého předpětí, jako například přidáním mezilehlého stupně s mezilehlým přepětím 500 V.

Rozklad amorfního diamantu se provádí při stejné průměrné rychlosti (nebo současně) na obou stranách břitu. Nastavením nejméně dvou zdrojů pro současné nanášení a/nebo cyklické měnění úhlu předkládání soupravy břitů vzhledem ke zdroji ukládání se bude vrstva povlaku nanášet stejně nebo při stejné průměrné rychlosti ukládání na obou stranách. S ohledem na skutečnost, že břity mají každý řeznou hranu vymezovanou první nakloněnou plochou a druhou nakloněnou plochou, vymezujících ostří na spojnici nakloněných ploch, může být soubor břitů uložen jako sloupec břitů, vymezujících rovinnou plochu tvořenou ostřími nebo v karuselovém zařízení nebo jinak. Vrstevnaté řešení přitom vyžaduje buď použít nejméně dva zdroje tak, že rychlost nanášení je v daném okamžiku stejná na obou stranách řezné hrany, nebo se používá pohybu soupravy břitů (sloupce nebo karuselu) vzhledem k jedinému zdroji (cyklické předkládání břitů vzhledem ke zdroji, jako je kmitání sloupce, otáčení karuselu nebo jiné postupné předkládání) tak, aby byl povlak uložen na obou stranách řezné hrany každého holicího strojku s přibližně stejnou rychlostí v průběhu ukládání.

Pro nanášení povlaku v tloušťce 1000 angstromů je výhodné nenanášet všech 1000 angstromů na druhou stranu sloupce břitů, ale provádět místo toho současné nanášení na obou stranách, nebo cyklické střídání v rozpětí 3 až 500 angstromů na první stranu a poté 3 až 500 angstromů na druhou stranu, a tak dále, až se vytvoří tloušťka 1000 angstromů nebo jiná požadovaná tloušťka na obou stranách řezné hrany každého břitu. I když výše uvedený postup je přednostní provedení, vynález se na ně neomezuje a může být realizován s nerovným nebo nevyváženým vrstvením.

Je třeba brát na zřetel, že úhlu předkládání je třeba také věnovat určitou pozornost. Podmínky nízkého tlaku (vysoké vakuum) vytvářejí vysoce směrovaný plazmový proud ionizovaného uhlíku. Břity se předkládají v úhlu měřeném od přímky kolmé k rovině vymezované ostřími břitů uložených ve sloupci (nebo od osy půlící úhel vymezovaný ostřím a první a druhou nakloněnou plochou řezné hrany břitu, když břity nejsou uloženy ve sloupci), který je větší než 20°, ale je menší než 90°. Uhel předkládání je určen k orientování plazmového proudu více směrově proti jedné nebo druhé straně řezných hran břitů.

Jak je obvyklé, může se ukládání podle vynálezu provádět s procesním plynem, jako je argon, nebo bez něj, přičemž čištění komory se může provádět radiofrekvenčním (tj. s rádiovou frekvencí) nebo stejnosměrným doutnavým výbojem, a vytváření předpětí substrátu se může

- 12CZ 290081 B6 r provádět zdrojem rádiové frekvence nebo stejnosměrným zdrojem (a takové předpětí se může používat pro tvarování ostří břitu).

Zvýše uvedeného je zřejmé, že vynálezdovoluje zpevňovat tenký břit při udržování ostrosti (tj. udělování tuhosti tenkému břitu, aniž by se porušila ostrost ostří). Tam, kde by se mohl povlékat běžný břit na tloušťku o velikosti 100 až 350 angstromů, se nanese způsobem podle vynálezu povlak amorfního diamantu do tloušťky až okolo 3000 angstromů (při měření na : povrchu břitu ležícím odlehle od ostří) a až 5000 angstromů při měření na ostří. Jak bylo uvedeno výše, toto vše se dosahuje při udržování vysokého stranového poměru.. .

Je vhodné poznamenat, že u holicích břitů, určených k povlékání tímto způsobem, se očekává, že bodu tenčí, než obvyklý holicí břit, a ostřejší, a že stranové poměry 2:1 a vyšší, umožňované způsobem podle vynálezu, spojené s mimořádnou pevností tvrdého uhlíkového povlaku z amorfního diamantu, dodají břitu prvotřídní kvalitu. , '

_? Navrhované řešení dále přináší způsob, jak vytvářet a směrovat plazmový svazek po pravoúhlé čtyřúhelníkové ploše pro vytváření povlaku nebo pro provádění iontové implantace na substrátu.

Obr. 1A ukazuje katodu 220, spojenou s filtrem 222 způsobilým oddělování makročástic od toku iontů vytvářeného katodovým obloukovým výbojem. Katoda 220 má tvar komolého kužele s kruhovým čelem a sbíhajícími se stěnami. Filtr 222 obsahuje dva solenoidy, přisazené svými konci jeden ke druhému, ale v úhlu 45°, pro zabraňování tomu, aby záměrná přímka obloukového bodu na katodě směrovala k substrátu 224, který se má povlékat, při vytváření dráhy pro průchod iontů a elektronů, a obsahuje řadu zarážkových stěn pro zachycování makročástic.

/ . : /y .. _: -++++77. ++: 7

S odvoláním na schematický pohled na obr. 2Λ může být pochopeno jedno výhodné provedení, , podle kterého zařízení obsahuje katodový terč 230 na těle 231 katody. Terč má odpařovatelný . povrch 233. mající v podstatě obdélníkový tvar. V»přednostním provedení je terč 230^z uhlíku, . ale může být z jakéhokoli , vhodného odpařovatelného materiálu. Tělo 231. katody je. uloženo na 30 držáku 232 a je uloženo ve vstupním rameni. 236 :plazové trubice 234. Terč 230 je připojen k zápornému výstupu napájecího zdroje 228 oblouku a plazmová trubice 234 (která také slouží , jako anoda) je připojena ke kladnému výstupu napájecího zdroje oblouku. Pro zapálení • obloukového výboje mezi katodou a anodou slouží startér 235 oblouku. Katoda a odpařovatelný _: povrch 233 mohou být také obklopovány izolátory 286 (obr. 4A). Uvnitř plazmové trubice 234 je 35 uložena vnitřní elektroda 282, jakož i čidlo 284. _{Ί ;} .. . Plazmová trubice 234 má pravoúhlý čtvřúhelníkový tvar podobných rozměrů, jako katoda. Plazmová trubice 234 má ye směru její střednice ohyb v její ose. Ve zde znázorněném provedení je znázorněn na jedné ze stěn trubice ekvivalentní ohyb 237. mající přibližně úhel 90°, ale obecně 40 , je vhodný ohyb vrozmezí přibližně 15° až 120°. Ekvivalentní vnější ohyb 239 odpovídá vnějšímu poloměru. + / . + \ . /

Plazmová trubice 234 má vstupní rameno 236 a výstupní rameno 238 na jednotlivých stranách vnitřního ohybu 237. Katoda je uložena na izolovaném držáku 232 na konci vstupního ramene 45 2 3 6 nebo v jeho blízkosti, takže odpařovatelný povrch 233 katody je obrácen proti plazmové trubici 234. Jeden nebo více substrátů 244, které se mají povlékat, mohou být umístěny v oblasti konce výstupního ramena 238 nebo y blízkosti tohoto konce. .

Okolo plazmové trubice 234 je uložen soubor elektromagnetů. V blízkosti vstupního ramene 236 plazmové trubice 234 je umístěn magnet 246 připojený k napájecímu zdroji 252 cívky. V blízkosti vnějšího ohybu 239 plazmové trubice 234 je uložen magnet 248, připojený knapájecímu zdroji 252 cívky. Část výstupního ramene 238 plazmové trubice 234 je dále obalována .magnetem 250, kterým je solenoid připojený knapájecímu zdroji 252 cívky.

. Perspektivní pohled na obr. 3A ukazuje magnety 246.248,250 ve vztahu k plazmové trubici 234,

-13CZ 290081 B6

Výše uvedený popis vlastností a parametrů břitů, substrátů a amorfních diamantových povlaků mohou být dále blíže a lépe pochopeny následujícím konkrétním popisem vhodných podmínek procesu, jaké byly obecně popsány výše. Nejprve budou shrnuty vhodné katodové obloukové zdroje. Potom budou popsány různé výhodné podmínky provádění.

Nanášení povlaku amorfního diamantu může být prováděno při použití běžného zdrojového materiálu filtrovaného katodového obloukového plazmatu, jak je popsán v patentovém spisu USA 5 279 723. V prvním provedení se však nanášení provádí podle výše popsané související patentové přihlášky. I když pravoúhlý čtyřúhelníkový zdroj se obzvláště hodí pro provádění vynálezu, vynález není takto omezen. Podobně může být použit nefiltrovaný nebo jiný běžný zdroj a vynálezu je třeba rozumět tak, že není omezen na filtrované katodové zdroje.

Podmínky způsobu zahrnují vícekrokové předpětí na substrátu, stejné průměrné ukládání na obou stranách břitu a pozornost věnovanou úhlu předkládání vzhledem ke zdroji.

Počáteční vysoké předpětí v rozpětí 200-2000 V se na substrát zavádí během nanášení po dobu až dvou minut tak, aby se zajistila přilnavost. Nižší předpětí druhého stupně v rozpětí 10-200 V se poté zavede pro optimalizování struktury tvrdého uhlíkového povlaku z amorfního diamantu a pro vytvoření požadované krystalové struktury. I když jsou žádoucí nejméně dva předchozí stupně, může být také žádoucí provést další „sestupný krok“ v podobě sníženého předpětí, jako například přidáním mezilehlého stupně s mezilehlým přepětím 500 V.

Rozklad amorfního diamantu se provádí při stejné průměrné rychlosti (nebo současně) na obou stranách břitu. Nastavením nejméně dvou zdrojů pro současné nanášení a/nebo cyklické měnění úhlu předkládání soupravy břitů vzhledem ke zdroji ukládání se bude vrstva povlaku nanášet stejně nebo při stejné průměrné rychlosti ukládání na obou stranách. S ohledem na skutečnost, že brity mají každý řeznou hranu vymezovanou první nakloněnou plochou a druhou nakloněnou plochou, vymezujících ostří na spojnici nakloněných ploch, může být soubor břitů uložen jako sloupec břitů, vymezujících rovinnou plochu tvořenou ostřími nebo v karuselovém zařízení nebo jinak. Vrstevnaté řešení přitom vyžaduje buď použít nejméně dva zdroje tak, že rychlost nanášení je v daném okamžiku stejná na obou stranách řezné hrany, nebo se používá pohybu soupravy břitů (sloupce nebo karuselu) vzhledem k jedinému zdroji (cyklické předkládání břitů vzhledem ke zdroji, jako je kmitání sloupce, otáčení karuselu nebo jiné postupné předkládání) tak, aby byl povlak uložen na obou stranách řezné hrany každého holicího strojku s přibližně stejnou rychlostí v průběhu ukládání.

Pro nanášení povlaku v tloušťce 1000 angstrómů je výhodné nenanášet všech 1000 angstrómů na druhou stranu sloupce břitů, ale provádět místo toho současné nanášení na obou stranách, nebo cyklické střídání v rozpětí 3 až 500 angstromů na první stranu a poté 3 až 500 angstrómů na druhou stranu, a tak dále, až se vytvoří tloušťka 1000 angstrómů nebo jiná požadovaná tloušťka na obou stranách řezné hrany každého břitu. I když výše uvedený postup je přednostní provedení, vynález se na ně neomezuje a může být realizován s nerovným nebo nevyváženým vrstvením.

Je třeba brát na zřetel, že úhlu předkládání je třeba také věnovat určitou pozornost. Podmínky nízkého tlaku (vysoké vakuum) vytvářejí vysoce směrovaný plazmový proud ionizovaného uhlíku. Břity se předkládají v úhlu měřeném od přímky kolmé k rovině vymezované ostřími břitů uložených ve sloupci (nebo od osy půlící úhel vymezovaný ostřím a první a druhou nakloněnou plochou řezné hrany břitu, když břity nejsou uloženy ve sloupci), který je větší než 20°, ale je menší než 90°. Uhel předkládání je určen k orientování plazmového proudu více směrově proti jedné nebo druhé straně řezných hran břitů.

Jak je obvyklé, může se ukládání podle vynálezu provádět s procesním plynem, jako je argon, nebo bez něj, přičemž čištění komory se může provádět radiofrekvenčním (tj. s rádiovou frekvencí) nebo stejnosměrným doutnavým výbojem, a vytváření předpětí substrátu se může

- 12CZ 290081 B6

T . \; provádět zdrojem rádiové frekvence nebo stejnosměrným zdrojem (a takové předpětí se může používat pro tvarování ostří břitu).

Zvýše uvedeného je zřejmé, že vynález dovoluje zpevňovat tenký břit při udržování ostrosti (tj. udělování tuhosti tenkému břitu, aniž by se porušila ostrost ostří). Tam, kde by se mohl povlékat běžný břit na tloušťku o velikosti 100 až 350 angstromů, se nanese způsobem podle vynálezu povlak amorfního diamantu do tloušťky až okolo 3000 angstromů (při měření na povrchu břitu ležícím odlehle od ostří) a až 5000 angstromů při měření na ostří. Jak bylo uvedeno výše, toto vše se dosahuje při udržování vysokého stranového poměru. ; .

Je vhodné poznamenat, že u holicích břitů, určených k povlékání tímto způsobem, se očekává, že bodu tenčí, než obvyklý holicí břit, a ostřejší, a že stranové poměry 2:1 a vyšší, umožňované způsobem podle vynálezu, spojené s mimořádnou pevností tvrdého uhlíkového povlaku z amorfního diamantu, dodají břitu prvotřídní kvalitu.

Navrhované řešení dále přináší způsob, jak vytvářet a směrovat plazmový svazek po pravoúhlé čtyřúhelníkové ploše pro vytváření povlaku nebo pro provádění iontové implantace na substrátu.

: Obr. 1A ukazuje katodu 220, spojenou s filtrem 222 způsobilým oddělování makročástic od toku 20. iontů vytvářeného katodovým obloukovým výbojem. Katoda 220 má tvar komolého kužele s kruhovým čelem a sbíhajícími se stěnami. Filtr 222 obsahuje dva solenoidy, přisazené svými konci jeden ke druhému, ale v úhlu 45°, pro zabraňování tomu, aby záměrná přímka obloukového bodu na katodě směrovala k substrátu 224, který se má povlékat, při vytváření dráhy pro průchod iontů a elektronů, a obsahuje řadu zarážkových stěn pro zachycování makročastic.

. S odvoláním na schematický pohled na obr. 2A může být pochopeno jedno výhodné provedení, / podle kterého zařízení obsahuje katodový terč. 230 na těle 231 katody. Terč má odpařovatelný povrch:233, mající: v podstatěiobdélníkový .tvar:-V.přednostním provedení je terč 230 z uhlíku, ale může být z jakéhokoli ívhodného odpařovatelného materiálu.Tělo 231 katody je uloženo na 30 držáku 232 a je uloženo ve vstupním rameni 236 plazové trubice 234. Terč 230 je připojen k zápornému výstupu napájecího zdroje 228 oblouku a plazmová trubice 234 (která také slouží jako. anoda) je připojena ke kladnému výstupu napájecího zdroje oblouku. Pro zapálení obloukového výboje mezi katodou a anodou slouží startér 235 oblouku. Katoda a odpařovatelný povrch 233 mohou být také obklopovány izolátory 286 (obr. 4A). Uvnitř plazmové trubice 234 je 35 uložena vnitřní elektroda 282, jakož i čidlo 284.

Plazmová trubice . 234 má pravoúhlý čtyřúhelníkový tvar podobných rozměrů, jako katoda. Plazmová trubice 234 má ve směru její střednice ohyb v její ose. Ve zde znázorněném provedení je znázorněn na jedné ze stěn trubice ekvivalentní ohyb 237, mající přibližně úhel 90°, ale obecně 40 je vhodný ohyb v rozmezí přibližně 15° až 120°. Ekvivalentní vnější ohyb 239 odpovídá vnějšímu poloměru. ? : : /

Plazmová trubice 234 má vstupní rameno 236 a výstupní rameno 238 na jednotlivých stranách > ' vnitřního ohybu 237. Katoda je uložena na izolovaném držáku 232 na konci vstupního ramene 45 236 nebo v jeho blízkosti, takže odpařovatelný povrch 233 katody je obrácen proti plazmové trubici 234. Jeden nebo více substrátů 244. které se mají povlékat, mohou být umístěny v oblasti konce výstupního ramena 238 nebo v blízkosti tohoto konce.

Okolo plazmové trubice 234 je uložen soubor elektromagnetů. V blízkosti vstupního ramene 236 50 plazmové trubice 234 je umístěn magnet 246 připojeny k napájecímu zdroji 252 cívky.

V blízkosti vnějšího ohybu 239 plazmové trubice 234 je uložen magnet 248, připojený k napájecímu zdroji 252 cívky. Část výstupního ramene 238 plazmové trubice 234 je dále obalována magnetem 250. kterým je solenoid: připojený k napájecímu zdroji 252 cívky. Perspektivní pohled na obr. 3A ukazuje magnety 246. 248.250 ve vztahu k plazmové trubici 234, s magnetem 246 v blízkosti vstupního ramene 236, magnet 248 v blízkosti vnějšího ohybu 239, a magnet 250 navinutý okolo výstupního ramene 238.

Zobr. 4A je patrné, že magnet 246 obsahuje cívku 270, obalující stření pól magneticky permeabilního materiálu, s koncovými deskami 274 připojenými k odpovídajícímu konci středního pólu 272. Podobně obsahuje magnet 248 cívku 276, obalující střední pól 278 magneticky permeabilního materiálu, s koncovými deskami 280 připojenými k odpovídajícím koncům středního pólu 278. Ve znázorněném provedení jsou koncové desky 280 magnetu 248 vyrobeny z magneticky permeabilního materiálu, zatímco koncové desky 274 magnetu 246 jsou vyrobeny z nepermeabilního materiálu za účelem tvarování magnetického pole požadovaným způsobem.

Jak je dále patrné na obr. 2A, je do katodového terče 230 přiváděna potrubím 254 voda. Plazmová trubice 234 a vnitřní elektroda 282 mohou být také s výhodou chlazeny vodou, ale opatření pro taková chlazení nejsou znázorněna. Na substrát 244 může být zavedeno předpětí a substrát 244 se může otáčet a/nebo posouvat během nanášení. V přednostním provedení jsou plazmová trubice 234 a substrát 244 obklopovány v neznázoměné komoře a vytváří se vakuum.

V jiném výhodném provedení jsou plazmová trubice 234 a držák 232 katody ve vakuu, zatímco vnějšek trubice je pod atmosférickým tlakem.

V řezech na obr. 4A a 5A, používajících stejné vztahové značky pro jednotlivé znázorněné prvky jako na předchozích obrázcích, jsou patrné některé další detaily systému. Je patrné, že ohyb v plazmové trubici 234 byla přímo zaměřena k substrátu 244 (neznázoměnému na obr. 4A nebo 5 A, přičemž se však rozumí, že leží na konci výstupního ramene 238 trubice nebo v jeho blízkosti). Vnitřní stěny výstupního ramene 238, vstupní rameno 236 a ohyb 239 plazmové trubice 234 jsou s výhodou opatřeny více zarážkovými stěnami 292, umístěnými se vzájemnými odstupy a orientovanými v podstatě kolmo k vnitřním stěnám a v podstatě vzájemně rovnoběžnými.

Na obr. 4A je dále patrné, že uvnitř plazmové trubice 234 může být uložena elektricky izolovaná vnitřní elektroda 282. Může být elektricky plovoucí vzhledem k anodě, nebo může mít kladně předpětí vzhledem k anodě. Podle obr. 5A je u každého konce odpařovatelného povrchu katodového terče 230 umístěna dvojice čidel, a to čidlo 254A u levého konce a čidlo 254B u pravého konce.

Magnety 246, 248 a 250 vytvářejí magnetické pole, reprezentované čarami magnetického toku, což je možné lépe pochopit s odvoláním na obr. 6A. Čáry 260 magnetického toku jsou orientovány ve směru v podstatě rovnoběžném s osou plazmové trubice 2334 ve výstupním rameni 238. Čáry 262 magnetického toku jsou orientovány ve směru v podstatě rovnoběžném k odpařovatelnému povrchu 233 katodového terče 230 v oblasti vstupního ramene 236, vytvářející magnetické zrcadlo u odpařovatelného povrchu 233 katody.

Znázornění čar 260 magnetického toku na obr. 6A bylo provedeno komerčně dostupným magnetickým analyzním programem konečných prvků. V konkrétním znázorněném příkladě mají magnety 250 a 246 600 ampérzávitů a magnet 248 má 200 ampérzávitů. V tomto případě je síla pole ve středu výstupního ramene 238 trubice 234 přibližně 50 gaussů. Je patrné, že v tomto případě je hustota toku (síla pole) na výstupním ohybu 239 trubice 234 přibližně rovná hustotě na vnitřním ohybu 237. Nastavením počtu závitů v cívce 276 magnetu 248 nebo proudu jí procházejícího (tj. nastavením ampérzávitů) může být hustota toku na výstupním ohybu 239 nastavena nezávisle na hustotě toku kdekoli v trubici 234.

Jak je patrné z obr. 5A, čidla 254A a 254B jsou způsobilá snímat obloukové místo a vytvářet signál, kdykoliv se obloukové místo přiblíží buď k levému nebo k pravému odpovídajícímu konci katodového terče 230. Čidla 254A, 254B mohou například sestávat z elektricky izolovaných drátů, zavedených do plazmové trubice 234, přičemž dráty jsou připojeny k anodě přes

- 14CZ 290081 B6 neznázoměný rezistor s odporem například 1000 ohmů, a vytvoří se tak elektrické napětí všude, kde se oblouk přiblíží k drátu. Alternativně mohou čidla 245A, 254B obsahovat diodu citlivou na světlo, která detekuje optickou emisi z obloukového proudu, nebo detektor magnetického pole, : který snímá magnetické pole oblouku. Napájecí zdroj 252 cívky (obr. 2A) má přepínač, způsobilý obracet směr toku proudu magnety, a je připojený neznázoměnými běžnými prostředky k čidlům 254A, 254B pro ovládání obracení magnetického pole. K obracení magnetického pole může docházet současně ve všech magnetech 246, 248, 250 a dojde jím k obrácení směru čar 260, 262, 264 magnetického toku, aniž by se podstatně měnil jejich tvar nebo jejich orientace vzhledem k plazmové trubici 234. Alternativně může být obrácen pouze jeden nebo oba magnety 246 10, a magnet 248. '

Při žádoucím, samostatně neznázoměném uspořádání systému jsou magnety 246, 248, 250 napájeny nezávisle více než jedním napájecím zdrojem 252 cívky. Použití více než jednoho napájecího zdroje dovoluje, aby se proud magnetů 246, 248, 250 měnil vzájemně nezávisle 15 , v různých částech plazmové trubice 234. Současně jsou samostatné napájecí zdroje cívky opatřeny·každý řídicími systémy tak, že všechny obrací směr proudu současně sovládáním signálem z čidel 254A, 254B.

Zvýše uvedeného popisu lze snadno pochopit, že systém pracuje následovně. Startér 235 20 oblouku zapaluje oblouk mezi katodovým terčem 230 a plazmovou trubicí 234, která slouží jako anoda. Obloukový výboj má původ v obloukovém bodě na odpařovatelném povrchu katody a vytváří plazmu, obsahující ionizovanou páru materiálu katody. Plazmová trubice 234 směruje plazmu vytvářenou obloukovým výbojem z katody na substrát 244, který se má povlékat a/nebo implantovat, a který je umístěn na výstupním rameni 238 trubice 234 nebo v jeho blízkosti. 25 Plazmová trubice 234 má pravoúhlý čtyřúhelníkový průřezový tvar podobných rozměrů, jako katoda, a má vnitřní ohyb 237 o velikosti přibližně 15 —180° v ose podél své střednice (ve znázorněném provedení je vnitřní ohyb 237 90°) se vstupním ramenem 236 a výstupním ramenem 238. Katodový terč 230 leží nakonci vstupního ramena 236 nebo v jeho blízkosti,se ·; ? svým odpařovatelnvm povrchem 233 .umístěným: proti plazmové trubici;234, a substrát 244 je 30 umístěn v oblasti na konci výstupního ramene 238 nebo její blízkosti.: / ·

Magnety 246, 248 a 250 vytvářejí v plazmové trubici 234 a přes odpařovatelný povrch 233 katody magnetického pole, které je znázorněno čarami 260, 262, 264 ? magnetického toku. V oblasti výstupního ramene 238 jsou čáry 260 magnetického toku orientovány ve směru 35 v podstatě rovnoběžném s osou trubice 234. V oblasti vstupního ramene 236 u katody a v její blízkosti jsou čáry 262 magnetického toku orientovány v podstatě rovnoběžně s odpařovatelným povrchem 233 katody. Čáry 264 magnetického toku se také sbíhají v oblasti vstupního ramene 236 plazmové trubice 234 a vytvářejí magnetické zrcadlo přilehle a rovnoběžně s pravoúhlou ctyřúhelníkovou katodou. Čáry 260, 262, 264 magnetického toku orientují ionizovanou páru 40 ohybem do plazmové trubice 234 a nutí obloukový bod do v podstatě lineárního pohybu po délce odpařovatelného povrchu 233 katodového terče 230. Magnetické zrcadlo je orientováno ve směru, který odráží plazmu směrem k výstupnímu rameni 238 plazmové trubice 234.

Čidla 254A, 254B snímají obloukový bod a vytvářejí signál, kdykoli se obloukový bod přiblíží 45 k jednomu z konců odpařovatelného povrchu 233. Signál z čidel 254A, 254B ovládá řídicí systém, který obrací proud v napájecím zdroji 252 cívky, čímž se obrací směr čar 260, 262, 264 magnetického toku bez podstatného měnění jejich tvaru nebo jejich orientace vzhledem kplazmové trubici 234. Obloukový bod se tak nutí nejen sledovat v lineárním směru povrch pravoúhlé čtyřúhelníkové katody, ale také ho vratně sledovat v podstatě po dráze od jednoho 50 konce ke druhému. '

Vnitřní stěny plazmové trubice 234 jsou opatřeny zarážkovými stěnami 252. Makročástice jsou filtrovány vnějším ohybem 239 trubice 234 a zarážkové stěny slouží pro zachycování makročástic. ; : 55 ..7,././ L ..'. . .. 7:..: . < - - 15CZ 290081 B6

Systém obsahuje dlouhý a úzký pravoúhlý čtyřúhelníkový průřez o rozměrech podobných rozměrům zdroje. Je tak vytvořena kompaktní trubice 234. Dobré výsledky se dosahují například při použití katodového terče 230 přibližně 30 centimetrů dlouhého a 2,5 centimetrů širokého, nebo poměru mezi délkou a šířkou okolo dvanáct ku jedné. Jelikož se pravoúhlá čtyřúhelníkové katoda může neomezeně prodlužovat, očekává se, že jsou dosažitelné i vyšší poměry.

Řešení tak přináší cestu, jak vytvářet a orientovat plazmový svazek po pravoúhlé čtyřúhelníkové ploše pro účely vytváření povlaku nebo provádění iontového implantování na substrátu.

Jak bylo vysvětleno, účinky se dosahují pravoúhlým čtyřúhelníkovým tvarem katodového zdrojového materiálu, pravoúhlým čtyřúhelníkovým průřezovým tvarem plazmové trubice, řízením pohybu oblouku na katodě, obracením polarity magnetického pole, aby se tak umožnilo v podstatě lineární sledování pravoúhlého čtyřúhelníkového zdroje po jeho délce v podstatě vratným pohybem a tvarem a řízení magnetického pole v plazmové trubici.

Zejména umožňují tvar magnetického pole a řízení oblouku na pravoúhlém čtyřúhelníkovém zdroji zkonstruovat kompaktní a účinný plazmový zdroj s pravoúhlým čtyřúhelníkovým výstupním otvorem, který může být tak dlouhý, jak je požadováno, čímž se poskytují výhody filtrovaného katodového oblouku v kombinaci s výhodami pravoúhlého čtyřúhelníkového zdroje nanášení. Způsob obracení pole pro řízení oblouku dovoluje, aby šířka katodového zdroje byla nejmenší možná při použití magnetického pole typu race-track podle stavu techniky.

Plazmová filtrační trubice může být proto zhotovena mnohem užší a kratší, což bude mít za následek kompaktní řešení, které se dá snáze vřadit do vakuového systému, než objemné filtry. Úzká katoda a úzké lineární sledování obloukem také dovolují rovnoměrnější erozi terče 230 po jeho délce, což vede k vyššímu zužitkování zdrojového materiálu, než je možné u rovinných katod typu race-track.

PATENTOVÉ NÁROKY

Claims (11)

1. Způsob výroby holicího břitu, při kterém se vytvoří substrát, který se opatří řeznou hranou klínovitě naostřenou do tvaru, majícího sevřený úhel menší než 30° a poloměr ostří menší než 1200 angstromů, vyznačený tím, že se na substrát oblasti řezné hrany nanáší vrstva (60) amorfního diamantového materiálu, přičemž se během nanášení zavádí na substrát nejprve vysoké počáteční první elektrické předpětí, a poté se během nanášení na substrát zavádí nižší druhé elektrické předpětí.

2. Způsob podle nároku 1, vyznačený tím, že počáteční první elektrické předpětí je v rozmezí od 200 do 2000 V a druhé elektrické předpětí je v rozmezí od 10 do 200 V.

3. Způsob podle nároku 1 nebo 2, vyznačený tím, že nanášení vrstvy (60) amorfního diamantového materiálu se provádí ve vakuu nebo inertní atmosféře z grafitového terče (96).

4. Způsob podle nároku 3, vyznačený tím, že vrstva (60) amorfního diamantového materiálu se nanáší ze zdrojového katodového grafitového terče (96) obloukovým plazmovým výbojem.

5. Způsob podle kteréhokoli z nároků 2 až 4, vyznačený tím, že se počáteční první elektrické předpětí o velikosti 200 až 2000 V zavádí po dobu až dvě minuty.

- 16CZ 290081 B6

6. Způsob podle kteréhokoli z nároků 1 až 5, vyznačený tím, že mezi fází zavádění . počátečního prvního elektrického předpětí a zaváděním druhého elektrického předpětí se na substrát zavádí mezilehlé elektrické předpětí okolo 500 V. .

5

7. Způsob podle kteréhokoli z nároků ; 1 až 6, v y z n a č e n ý t í m , že se vrstva (60) amorfního diamantového materiálu v úseku do vzdálenosti nejméně 40 pm od ostří (52) řezné hrany nanáší v tloušťce nejméně 400 angstromů.: ;

8. Způsob podle kteréhokoli z nároků 1 až 7, vyznačený tím, že se vrstva (60) 10 - amorfního diamantového materiálu nanáší v tloušťce okolo 2000 angstromů... .

J :

9. Způsob podle kteréhokoli z nároků 1 až 8, v y z n a č e n ý t í m, že se nanáší vrstva (60) : amorfního diamantového materiálu, který je nejméně čtyřikrát tvrdší než kov substrátu.

15

10. Způsob podle kteréhokoli z nároků 1 až 9, vyznačený tím, že se nanáší vrstva (60) , _r amorfního diamantového materiálu, majícího více než 40 % uhlíkové vazby sp³.

11. Způsob podle kteréhokoli z nároků 1 až 10, vyznačený tím, že po nanesení vrstvy (60) amorfního diamantového materiálu se na tuto vrstvu nanáší přilnavý polymemí povlak.