MX2010011590A - Metodo para fabricar piezas de trabajo con superficie grabada con iones. - Google Patents

Abstract

Se proporcionan portadores (22) de planetarios para piezas de trabajo montadas en un carrusel (19) dentro de una cámara de vacío. Se proporciona una fuente 24 para una nube que comprende iones (CL)de manera que un eje central (ACL) de la nube intercepta el eje giratorio (A20) del carrusel (19). La nube (CL) tiene un perfil de densidad de iones en la trayectoria (T) de movimiento de ejes planetarios (A22) que cae hasta 50% de la densidad máxima de iones a una distancia desde el eje central (ACL) tratado que es cuando mucho de la mitad del diámetro de los portadores (22) de planetarios. Cuando las piezas de trabajo sobre los portadores (22) de planetarios se graban por la nube que comprende material de iones que se desgraba no se redepositan sustancialmente en portadores de planetarios en la cercanía sino más bien se expulsan hacia la pared de la cámara de vacío.

Description

M ETODO PARA FABRICAR PIEZAS DE TRABAJO CON SUPERFICIE GRABADA CON IONES La presente invención está dirigida genéricamente al grabado de las superficies de piezas de trabajo mediante impacto de iones, disminuyendo por lo menos la cantidad de material que se graba de tales superficies para ser redepositado en otras piezas de trabajo de un lote de piezas de trabajo o en otras áreas de superficie de la misma pieza de trabajo que se graba.

Definiciones Entendemos bajo "grabado mediante impacto de iones" un proceso de grabado al vacío, en el cual inciden iones en una superficie a ser grabada para eliminar material de la superficie mediante impacto.

Por lo tanto, tal grabado se puede realizar de manera práctica exclusivamente mediante impacto de iones, pero se puede realizar también activando adicionalmente un gas reactivo adyacente a la superficie de una pieza de trabajo a ser grabada, de manera que tal gas activado contribuye al proceso de grabado.

Ahora se definirá una "nube que comprende iones".

Entendemos por una nube que comprende iones un área de espacio limitado al vacío en donde hay presente una densidad de iones positivos que es mayor que en el vacío circundante. Por lo tanto, definimos la frontera de tal nube de iones como el sitio donde la densidad de iones cae hasta 50% de la densidad máxima de iones dentro de la nube.

Para establecer la frontera de la nube de iones para ser ubicada apropiadamente con respecto a las piezas de trabajo a ser grabadas y como será ejemplificado más adelante, una o más piezas de trabajo simuladas o de maqueta pueden introducirse en el aparato de grabado respectivo y sumergirse en la nube que contiene iones. Después de un periodo de tiempo predeterminado la maqueta se remueve y se verifica dónde se alcanza el efecto de grabado de 50% , del efecto de grabado máximo en la pieza de trabajo de maqueta. Por lo tanto, se encuentra el sitio de la frontera de la nube. De acuerdo con el resultado, se ajusta la fuente para generar la nube y/o posición de la pieza de trabajo con relación a tal fuente para resultar en la frontera de la nube ubicada donde se desee.

Otra posibilidad para verificar dónde se ubica la frontera tratada in situ es realizar mediciones mediante sondas de Langmuir. La distribución de movimiento de los iones puede ser aleatoria. Este es el caso en una descarga de plasma lejana de los electrodos. Adyacente al electrodo que actúa como un cátodo, es decir, a través de la funda del cátodo, llamada también espacio oscuro del cátodo, los iones son atraídos hacia el cátodo por la diferencia de potencial eléctrico del potencial de plasma y el potencial del cátodo. Si una superficie sólida se sumerge en el plasma resulta en la interfaz una funda también y la superficie se expone a impacto de iones de grabado aun si se opera a un potencial flotante. El régimen de grabado puede ser incrementado inclinando tal superficie en potencial negativo con respecto al potencial de plasma, es decir, potencial catódico. En el caso de inclinación la distribución de movimiento de iones tiene una dirección preferencial hacia la superficie tratada, sin tal inclinación la distribución de movimiento es aleatoria.

La distribución de movimiento de iones dentro de una nube que comprende iones tiene una dirección pronunciada si la nube está presente como un haz de iones que consiste práctica y exclusivamente de iones como pueden generarse, por ejemplo, extrayendo iones con la ayuda rejillas de un plasma remoto y acelerando tales iones en una dirección hacia una superficie a ser grabada. La dirección predominante de movimiento tratada de los iones en este tipo de nube se establece mediante la extracción y aceleración respectivas de los iones fuera del plasma hacia una superficie objetivo.

Para ejemplificar adicionalmente lo que se debe entender por una nube que contiene iones en las presentes descripción y reivindicaciones, la Figura 1 muestra esquemáticamente un arreglo para generar una nube similar a un haz que comprende iones cuyo haz consiste prácticamente de iones. Como sabe perfectamente el técnico experto, se genera en una cámara 5 de plasma , por ejemplo con un cátodo 7 termoiónico y la pared de la cámara 5 operada como un ánodo, mediante la alimentación de un gas noble, como argón , una descarga de plasma PL. El plasma PL comprende electrones así como también iones positivos del gas noble. Por medio de un arreglo de rejillas o diafragmas 9 aceleradoras en alto potencial eléctrico negativo con respecto a la pared de la cámara 5 de plasma los iones positivos son extraídos del plasma y acelerados en una dirección predominante D . Resulta u n haz B, que consiste práctica y exclusivamente de iones I cuyo haz puede ser conducido , por ejemplo , por medio de rej illas de atracción y repulsión electrostáticamente a lo largo también de una trayectoria curva hacia un objetivo 1 5 remoto . Aqu í , la nube q ue comprende iones tiene una forma pronunciada de haz y los iones tienen una dirección predominante de movimiento .

En la Figura 2 se muestra esq uemáticamente la generación de una nu be que comprende iones, la cual es un haz de plasma que contiene electrones así como también iones positivos. Por lo tanto, como un ejem plo, se proporciona otra vez en una cámara de plasma un cátodo 1 1 termoiónico. La cámara 9 de plasma puede operarse así en potencial eléctricamente flotante. U n ánodo 1 3 coopera con el cátodo 1 1 para generar u n haz de plasma BPL. Se establece u na di rección D de movimiento predomi nante de iones en el plasma mediante la incl i nación del objetivo 1 5 en un potencial catódico, es decir, u n voltaje U B de empuje negativo para atraer iones fuera del plasma PL y para repeler electrones del plasma que no contribuyen al grabado objetivo. Sin embargo , permanecen electrones en el haz BPL aun adyacente al objetivo 1 5. Así , aqu í la nube que contiene iones es un haz de plasma en donde los iones tienen una dirección predominante de movimiento.

Un tercer modo de generar una nube que contiene iones se muestra en la Figura 1 4. Un ánodo coopera con una fuente de electrones , un cátodo 65 remoto. Los electrones ionizan un gas de trabajo justo enfrente del ánodo 69 en un confinamiento 71 que es operado en un potencial flotante con respecto al ánodo 69 y la fuente 65 de electrones. El confinamiento forma el plasma PL que sale del mismo. En el plasma los iones no tienen dirección predominante de movimiento. Si una superficie sólida de material se sumerge en el plasma, a un potencial eléctrico flotante, la funda resultante en la interfaz plasma/sólido proporciona aceleración de iones hacia la superficie sólida que ya es suficiente para el grabado de la superficie. Sin embargo, la nube que contiene iones, en este caso, no tiene per se dirección predominante de movimiento de iones. El efecto de grabado en la superficie sólida puede ser incrementado aplicando potencial eléctrico a la misma, un potencial de empuje, que es negativo con respecto al potencial de plasma del plasma PL.

En cuanto al grabado, el impacto de los iones es responsable, puede verse que una superficie objetivo es grabada por las tres categorías de nubes, B| como en la Figura 1 y BPL en la Figura 2 y plasma PL en la Figura 14.

Las Figuras 3 a 6 ejemplificarán cómo definimos la frontera de una nube que contiene iones. La Figura 3 muestra esquemáticamente la distribución p de la densidad de iones de una nube CL que comprende iones considerados en el plano de sección de corte a través de la nube, por ejemplo a lo largo del plano E de acuerdo con la Figura 2. En este caso, la nube es sustancialmente simétrica a un eje ACL en la dirección z que está centrada en un área central de máxima densidad pmax de iones. La densidad de iones cae, por ejemplo a 75 y 50%, etc., de la densidad máxima pmax de iones sustancialmente a lo largo de sitios circulares predeterminados. Consideramos la frontera o l ímite de la nube en el sitio de 50% de la pmax.

La Figura 4 muestra le distribución de densidad - p(y) - de iones cualitativa resultante.

En la Figura 5 se muestra en analogía de la Figura 3, puramente de manera cuantitativa, la distribución de la densidad de iones de una nube CL que está alargada linealmente en una dirección - x -considerada en el plano de sección de corte a través de la nube. En la Figura 6 se muestra la distribución de la densidad en el plano z/y. El plano central de acuerdo con el plano x/z es el sitio central del área de densidad máxima pmax.

Se sabe perfectamente que cuando iones inciden con la suficiente alta energía en una superficie de un material , debido al impacto , se libera material de tal superficie hacia la atmósfera del vacío circundante, con una probabilidad de distribución espacial de acuerdo con la llamada "ley de Cosine". Como se muestra esquemáticamente en la Figura 7 , la probabilidad de material liberado a la atmósfera de vacío circundante depende de la dirección espacial T de acuerdo con la distribución W. así, aun con un ojo en la Figura 7, si el material es grabado con iones de una superficie 1 de una pieza de trabajo y hay presente, como se muestra esquemáticamente en la Figura 7 , una superficie 3, una cierta cantidad de material grabado de la superficie 1 se redepositará en la superficie 3. Esto es especialmente desventajoso si la superficie 3 es una superficie que también se va a grabar o, más genéricamente, es una superficie sobre la cual no se depositará material grabado. Si la superficie 3 es una superficie que también será grabada , entonces la eficiencia global de g rabado se disminuye significativamente por el hecho de q ue una parte del materi al grabado momentáneamente de u n área de superficie se redeposita en otra área de su perficie que ya ha sido grabada o que tend rá que ser g rabada .

La presente invención trata este problema genéricamente para un lote de piezas de trabajo para ser grabadas por deposición electrónica. En tal caso, la eficienci a global del grabado se di smi nuye significativamente si el material g rabado de una pieza de trabajo se redeposita en otras piezas de trabajo del lote.

Se propone un método para fabricar piezas de trabajo , por lo menos una parte de la su perficie de las piezas de trabajo tratadas que se graba, incluyendo grabado por i mpacto de iones. Una base de carrusel es giratoria por impulsión al rededor de un eje del carrusel. A lo largo de la periferia de y en la base de carrusel tratada se proporcionan por lo menos dos portadores planetarios, cada uno que puede rotar por impulsión alrededor de un eje de planetario paralelo al eje de carrusel . Se genera una nube que comprende ionés la cual tiene, considerado en un plano de sección de corte perpendicular al carrusel y el eje de planetario , un eje central en un área central de densidad máxi ma de iones.

El eje central está d i rigido para intersecar con el eje del carrusel , considerado aun en plano de sección en corte perpendicular a los ejes de carrusel y de planetario . Se aplica por lo menos una pieza de trabajo a ser grabada en cada uno de los portadores de planetario, por lo que cada uno de los portadores de planetario define mediante rotación alrededor de su eje de planetario para un diámetro, aun considerado en el plano de sección de corte tratado, con respecto a tal eje de planetario. Además, la nube que comprende iones tiene una densidad de iones que cae hasta 50% de la densidad máxima del haz a una distancia del eje central , que es cuando mucho la mitad de dicho diámetro en el sitio de la trayectoria de movimiento de los ejes de planetarios. La base de carrusel , así como también los portadores de planetarios, se hace girar por impulsión alrededor de ejes respectivos y las piezas de trabajo respectivas son grabadas conforme se mueven hacia y a través de la nube tratada.

Se conoce ampliamente proporcionar un lote de piezas de trabajo como por ejemplo herramientas de corte o y especialmente piezas de trabajo para la industria automotriz, como levantaválvulas, agujas de boquilla, pistones de control , pasadores de articulación, seguidores de aguja, émbolos, rodillos y zapatas, etc. , soportadas en un arreglo de portador de carrusel/planetario para tratamiento al vacío.

Mediante el método que se trata se evita sustancialmente que el material que se graba momentáneamente de las piezas de trabajo en un portador de planetario se redeposite en piezas de trabajo de otro portador de planetario. Adicionalmente, el grabado de superficies de piezas de trabajo de forma compleja, por ejemplo superficies cóncavas, se mejora significativamente.

En una modalidad del método que se trata en donde los portadores de planetarios se extienden en dirección de sus ejes, la nube se genera sustancialmente de manera lineal extendida en una dirección paralela a los ejes de planetario. Se genera así una nube como en lámina que define un plano central que comprende los ejes de carrusel .

En una modalidad más, las piezas de trabajo se aplican de manera excéntrica con respecto al eje de planetario respectivo y de preferencia se hacen girar cada uno alrededor de un eje de pieza de trabajo. Más tarde se realiza si la superficie de la pieza de trabajo a ser grabada se extiende completamente alrededor de las piezas de trabajo.

En una modalidad adicional , la redeposición de material grabado momentáneamente de las piezas de trabajo en otras piezas de trabajo se evita adicionalmente protegiendo mutuamente las piezas de trabajo.

En una modalidad más, enfocar o concentrar el grabado que se trata en una pieza de trabajo se incrementa además aplicando selectivamente un mayor voltaje negativo de empuje a esas piezas de trabajo que son grabadas momentáneamente que a las piezas de trabajo que no son grabadas momentáneamente.

En una modalidad más, generar la nube comprende dar forma a la nube mediante un diafragma. Esto se hace en una de las siguientes maneras, a saber, a través de un diafragma metálico eléctricamente flotante o a través de un diafragma dieléctrico o a través de tal diafragma operado como un ánodo.

Si el diafragma metálico es operado en un potencial eléctrico flotante éste se relaciona con el potencial eléctrico de la nube. Si la nube es un plasma entonces el potencial de plasma se une a un potencial de referencia mediante la selección del potencial de un ánodo o de un cátodo para generación de plasma que sea un potencial de referencia, por ejemplo potencial de tierra, y el potencial del diafragma es flotante, o el diafragma es operado en un potencial de referencia y el potencial de plasma es flotante, no operando ni el cátodo ni el ánodo para generación de plasma en un potencial de referencia. Un diafragma operado como un ánodo y así en potencial eléctrico positivo actúa como un miembro de enfoque sobre la nube con respecto a sus iones que son eléctricamente positivos.

En una modalidad más, generar la nube comprende aplicar un campo magnético a toda la nube. En una modalidad, la nube se genera como un plasma, que contiene así los iones de grabado que se tratan así como también electrones. Es especialmente en este caso que aplicar a las piezas de trabajo que son grabadas un potencial negativo de empuje es significativamente ventajoso porque haciendo esto los iones positivos de grabado son atraídos por una parte y los electrones son repelidos, por lo que se evita el calentamiento de las piezas de trabajo por la corriente de electrones.

Además, en una modalidad , la densidad de iones está aun más restringida a una pequeña área específica mediante la selección de la distancia que se trata en la cual la densidad de iones cae a pmax de 50% que es cuando mucho un cuarto del diámetro que se trata.

Se propone además un aparato de grabado con nube de iones que comprende una base de carrusel que puede girar por impulso alrededor de un eje del carrusel . El aparato comprende además por lo menos dos portadores de planetario que están montados a manera de ser impulsados adyacentes a la periferia de y en la base del carrusel y que pueden gi rar por i mpulso al rededor de ejes de planetarios respectivos que son paralelos al eje del carrusel . Cada uno de los portadores de planetarios defi ne un d iámetro con respecto a su eje de planetario .

Se proporciona además una fuente que genera u na n ube que comprende iones, que tiene, considerada en sección de corte perpendicular al carrusel y los ejes de planetarios, un eje central q ue interseca , aun en el plano que se trata, el eje del carrusel . El eje de la nube se define en el centro de u n área de densidad máxima de iones considerada en el plano que se trata .

Cada uno de los por lo menos dos portadores de planeta rios comprende por lo menos un soporte de pieza de trabajo para una pieza de tra bajo . La nube que comprende iones tiene una densidad de iones que cae hasta 50% de la densidad máxi ma de la nu be a una distanci a desde el eje del haz que es cuando mucho de 50% del diámetro de los portadores de planetarios considerado en el plano de sección de corte que se trata y el sitio de la trayectoria de movimiento de los ejes de planetarios alrededor del eje de carrusel .

En una modalidad del aparato que se trata la nube que comprende iones se extiende sustancialmente de manera lineal en una di rección paralela a los ejes de planetarios.

En una modalidad más del aparato, cada uno de los portadores de planetarios comprende soportes para piezas de trabajo adyacentes a su periferia dichos soportes que son giratorios por impulso de preferencia alrededor de un eje de soporte respectivo.

Aun en una modalidad más, de acuerdo con la invención , el aparato comprende un escudo entre portadores de planetarios vecinos el cual es estacionario con respecto a la base de carrusel y el cual se extiende radialmente con respecto al eje de carrusel . Mediante tal escudo se reduce adicionalmente re-deposición de material grabado momentáneamente de las piezas del trabajo en uno de los portadores de planetarios en piezas de trabajo en curso, especialmente portadores de planetarios vecinos.

Aún en una modalidad más y siempre que los portadores de planetarios comprendan soportes para piezas de trabajo adyacentes a su periferia, de preferencia per se son giratorios, se proporciona un escudo entre el entorno de los soportes de piezas de trabajo que se tratan montados en ciertos respectivos de los portadores de planetarios y que se extienden radialmente con respecto a ciertos respectivos de los ejes de planetarios. Mediante este escudo, se evita la redeposición de material grabado momentáneamente de las piezas de trabajo para ser re-depositado en soportes en piezas de trabajo soportadas en uno y el mismo portador de planetario.

El escudo que se trata, ya sea entre portadores de planetarios vecinos y/o entre soportes de piezas de trabajo en los portadores de planetarios, están hechos, en una modalidad , de metal y operados de manera flotante eléctricamente o son de material dieléctrico. Aunque los escudos que se tratan como se tratan hasta ahora se proporcionan más bajo el aspecto de evitar la transición de material grabado de una pieza de trabajo a otra, en una modalidad más se trata un enfoque de acuerdo con el cual las piezas del trabajo se protegen de ser contaminadas por material grabado de otras piezas de trabajo. Esto se logra proporcionando alrededor de cada uno de los portadores de planetarios un miembro de protección que está montado en la base de carrusel y que tiene una abertura que está dirigida radialmente hacia afuera con respecto al eje de carrusel . Si se proporcionan soportes de piezas de trabajo en los portadores de planetarios, como se trata antes, en una modalidad adicional se proporcionan miembros de protección alrededor de cada uno de los soportes de piezas de trabajo, cada uno de dichos miembros de protección que tiene una abertura que está dirigida radialmente hacia afuera con respecto al eje de planetario respectivo.

Otra vez, los miembros de protección tratados alrededor de los portadores de planetarios y/o los soportes de piezas de trabajo están hechos, en una modalidad , de metal y se operan en una manera flotante eléctricamente o están hechos de un material dieléctrico.

En una modalidad más, se proporciona un suministro eléctrico para empujar los soportes de piezas de trabajo para atraer iones del haz.

En una modalidad más, se proporciona una unidad de control de empuje que controla el empuje justo como se trata para que sea mayor cuando un cierto respectivo de los soporte de piezas de trabajo se sumerge en la nube que cuando tal soporte no se sumerge en la nube.

Todavía en una modalidad más, se proporciona un diafragma a lo largo de la nube que es ya sea un diafragma metálico flotante eléctricamente o un diafragma de material dieléctrico o que se opera como un ánodo. Con respecto a la operación de tal diafragma en potencial eléctrico flotante nos referimos a la explicación de esta materia como se da antes.

Todavía en una modalidad más, se proporciona un arreglo de bobina, que genera un campo magnético de enfoque a lo largo de la nube.

Todavía en una modalidad más, la fuente que genera la nube que comprende iones es una fuente de plasma y la nube es un plasma.

Debido a la presente invención , siempre que lotes de piezas de trabajo , por ejemplo de un tipo como se trata antes, se graban en un arreglo de portador de carrusel/planetario, se evita la re-deposición o por lo menos se reduce sustancialmente.

Ahora la presente invención será ejemplificada adicionalmente con la ayuda de las figuras.

Las figuras muestran: La Figura 1 simplemente de manera esquemática y simplificada, una fuente para generar una nube que comprende iones que consisten prácticamente de iones como un tipo de tal nube.

La Figura 2 en una representación en analogía a aquella de la Figura 1 , una fuente que genera un haz de plasma como un tipo más de una nube que comprende iones.

La Figura 3 esquemática y cuantitativamente, una distribución de densidad de iones en una nube simétrica de manera central que comprende iones.

La Figura 4 la distribución de densidad de iones en una representación a lo largo de una dirección de sección en corte a través de la nube.

La Figura 5, en una representación en analogía a aquella de la Figura 3, la distribución de densidad de iones en una nube que extendida de manera lineal; y La Figura 6 en analogía con la representación de la Figura 4, la distribución de densidad de iones en la nube de acuerdo con la Figura 5.

La Figura 7 en una representación esquemática, el efecto de dispersión de la ley de Cosine que muestra el problema de la re-deposición.

La Figura 8 en una representación simplificada y esquemática, una primera modalidad de acuerdo con la presente invención.

La Figura 9 todavía esquemáticamente y simplificada, una vista lateral de la modalidad de acuerdo con la Figura 8.

La Figura 10 en una representación de acuerdo con la de la Figura 8, medidas adicionales para minimizar la re-deposición de grabado en portadores de planetarios vecinos del arreglo de carrusel/planetario como en la Figura 8.

La Figura 11 a partir de una modalidad como se muestra en la Figura 8 que se puede combinar también con la modalidad de la Figura 1 0, una modalidad más con medidas adicionales para evitar además de re-deposición mediante el empuje controlado de la pieza de trabajo.

La Figura 1 2 aun a partir de una modalidad de acuerdo con la Figura 8 y posiblemente combinada con la modalidad de la Figura 1 0 y/o la Figura 1 1 , medidas adicionales para evitar la re-deposición mediante escudo protector.

La Figura 1 3 en una representación en analog ía de aquella de la Figura 8, un arreglo en el cual se proporcionan soportes de piezas de trabajo giratorias por impulso en portadores de planetarios respectivos y con medidas para reducir la re-deposición que pueden aplicarse por separado o en combinación.

La Figura 14 puramente de manera esquemática, una fuente de plasma como se aplica actualmente para practicar la presente invención y con base en una fuente de plasma como se describe en la PCT/EP2006/067869, y el plasma así generado que es un tipo más de una nube que comprende iones, y La Figura 1 5 esquemáticamente, un arreglo de acuerdo con la Figura 14 para grabar piezas de trabajo con superficies complejas.

En la Figura 8 se muestra esquemáticamente una primera modalidad de un aparato para grabar lotes de piezas de trabajo de acuerdo con la presente invención. Se proporciona en una cámara de vacío (no mostrada) un carrusel 19 que tiene una base 20 de carrusel. La última es giratoria por impulsión alrededor de un eje A2o de carrusel. Adyacente a la periferia de la base 20 de carrusel se proporcionan por lo menos dos, de acuerdo con la Figura 8, por ejemplo ocho, portadores 22 de planetarios del carrusel 1 9 , cada uno de los cuales que es giratorio por impulsión alrededor de un eje A22 de planetario, el cual está montado en la base 20 de carrusel. Fuera del carrusel 1 9 se proporciona una fuente 24 que genera una nube CL que comprende iones. Bajo la consideración de que entendemos por una "nube que comprende iones" y como se definió en contexto con la Figuras 1 y 2 y 24 , se puede usar cualquier fuente para tal nube como la fuente 24, como por ejemplo fuentes de cátodo hueco, fuentes térmicas de emisión de iones, fuentes por evaporación de arco o fuentes de iones como por ejemplo las comercialmente disponibles de Fa. Veeco.

Más tarde se describirá en mayor detalle en contexto con la Figura 1 4 una fuente 24 como se aplica hoy para realizar la presente invención .

La fuente 24 genera una nube CL que tiene, considerado en el plano de sección en corte del dibujo de acuerdo con la Figura 8 y así en un plano perpendicular al eje A20 de carrusel como también a los ejes A22 de planetarios un eje central AC L que interseca el eje A20 de planetario y así, aun considerado en el plano que se trata* alineado radialmente con el eje que se trata.

Cada uno de los portadores 22 de planetarios define mediante rotación un diámetro F con respecto a su eje A22 de planetario . La nube CL como se genera por la fuente 24 tiene un perfil de densidad de iones en el sitio de la trayectoria T de movimiento de los ejes A22 de planetarios que cae hasta 50% de la densidad máxima pmax de iones a una distancia del eje ACL central que es cuando mucho de F/2 y aun más preferido de F/4. Así, siempre que uno de los portadores 22 de planetarios se alinee con el eje ACL central de la nube CL considerado en el plano de sección en corte que se trata, sus áreas más externas con respecto al eje A22 y perpendicular al eje ACL central, se exponen a una densidad de iones que es cuando mucho de 50% de la densidad máxima pmax de iones de la nube CL. Así, el grabado predominante se realiza por iones de la nube CL que golpean en el área de superficie de los portadores de planetarios que son perpendiculares al eje ACL central. El material que es grabado de esa área no se redeposita en portadores de planetarios vecinos, sino más bien es expulsado hacia la pared de la cámara de vacío (no mostrada). Los iones fuera de la nube que golpean al portador 22 de planetario separado lateralmente del eje ACL central por una parte tienen una eficiencia menor de grabado y son de densidad p reducida, de manera que, considerando adicionalmente la distribución W de Cosine de la Figura 7, solamente pequeñas cantidades de material grabado se redepositará en portadores 22 de planetarios vecinos.

En la Figura 9 se muestra esquemáticamente el arreglo de la Figura 8 en una vista de costado. Las consideraciones con respecto a grabado y re-deposición como se han discutido hasta ahora son especialmente válidas si se proporciona en el portador 22 de planetario una pieza de trabajo sustancialmente cilindrica como se muestra esquemáticamente en 24 de la Figura 9 o una multitud de piezas de trabajo que se agrupan a lo largo de una superficie cilindrica por los portadores 22 de planetarios y que solamente van a ser grabados en áreas de superficie que apuntan radialmente hacia fuera con respecto al eje A22 - Una mejoría adicional con respecto a evitar la redeposición de material de grabado en piezas de trabajo del lote se logra mediante la modalidad de acuerdo con la Figura 1 0. De la Figura 8 es evidente que la redeposición remanente se hará más acentuada mientras más cerca que los portadores 22 de planetarios estén dispuestos mutuamente a lo largo de la periferia de la base 20 de carrusel. Por lo tanto, se debe mantener un espacio entre los portadores 22 de planetarios vecinos en la modalidad de la Figura 8 que están de acuerdo por lo menos con el diámetro F como se muestra esquemáticamente en la Figura 8. Para permitir la reducción de tal separación sin incrementar la redeposición , de acuerdo con la Figura 1 0 en una modalidad los portadores de planetarios vecinos están protegidos mutuamente. Tal protección se realiza mediante placas 26 de protección que están montadas radialmente con respecto al eje A20 de carrusel en la base 20 de carrusel . Estos miembros 26 de protección - mostrados en l ínea punteada también en la Figura 9 - pueden hacerse fijos de manera reemplazable en la base 20 de carrusel para ser reemplazados fácilmente cuando se ha depositado en los mismos una cantidad predeterminada de material .

Como explicamos, una nube que comprende iones se puede realizar mediante un plasma, de donde los iones de grabado son atraídos sobre la superficie a ser grabada mediante empuje negativamente de la pieza de trabajo. El empuje negativamente de la pieza de trabajo puede agregarse genéricamente, sin embargo , a la energ ía de los iones del haz, pero tal empuje va a realizarse especialmente cuando se explota un plasma . Por ejemplo con un ojo en la Figura 8 mientras más agrupada o enfocada la nube CL conforme incide en un portador 22 de planetario , menor material de grabado se redepositará en piezas de trabajo llevadas en los portadores 22 de planetarios vecinos. Además, como ya se trató con una mirada en la Figura 8 sin medidas adicionales, la distancia de azimut mutua entre portadores 22 de planetarios vecinos no debe ser más pequeña que una distancia de acuerdo con el diámetro F de los impulsores de planetarios. Esto para evitar que siempre que la nube CL transita entre dos portadores de planetarios vecinos, las piezas de trabajo soportadas en los mismos se graben sustancialmente de manera simultánea, conduciendo a que el material de grabado se redeposite de manera cruzada . Así , en una modalidad adicional y especialmente cuando se realiza la nube como un plasma, las piezas del trabajo en los portadores de planetarios se inclinan solamente en un potencial eléctrico negativo para atraer los iones de grabado cuando un portador de planetario se coloca justo enfrente del plasma . Se proporciona así un suministro de empuje controlado para las piezas de trabajo, mediante el cual solamente las piezas de trabajo que están sumergidas en la nube CL son suministradas con un voltaje de inclinación . Tal modalidad se muestra en la Figura 1 1 en una representación esquemática y simplificada. Una fuente 30 de suministro de empuje tiene un contacto 32 el cual está estacionario en una posición de frente a la fuente 24. Cada uno de los portadores 22 de planetarios tiene un contacto 34 de planetario el cual está estacionario con respecto a la base 20 de carrusel . A partir de los contactos 34 de planetario se establece una conexión eléctrica (no mostrada), por ejemplo vía el eje A22 de planetario a los soportes de la pieza de trabajo proporcionados en los portadores 22 de planetarios. Los contactos 34 de planetario hacen contacto eléctricamente con el contacto estacionario 32 de la fuente de empuje solamente cuando el portador 22 de planetario respectivo está alineado con el plasma PL. Por eso y como se muestra en l ínea punteada en la Figura 1 1 , en 32' mediante dimensionado apropiado de la extensión de azimut de cualquiera o de ambos contactos 34 y 32 , se puede controlar durante tal ángulo de movimiento el voltaje de empuje de los portadores 22 de planetarios que será suministrado a las piezas del trabajo. En la Figura 1 1 tal ángulo rotacional de la base 20 de carrusel durante el cual un portador 22 de planetario respectivo es suministrado con el voltaje de empuje de la fuente 30 de empuje se trata mediante a.

Así, el conmutador que se establece mediante el contacto 32 por una parte y el contacto 34 por otra parte de la Figura 1 1 , establece un suministro de empuje controlado para las piezas de trabajo en los portadores 22 de planetarios.

Regresando a la técnica de protección , que se ha ejemplificado con la ayuda de la Figura 1 0, la Figura 1 2 muestra una modalidad más. Mientras que las placas 26 de protección de la Figura 1 0 se proporcionan más bien como escudos de captura de material , los escudos que se ejemplifican en la Figura 12 pueden considerarse más bien como escudos protectores de pieza de trabajo o portador de planetario. En la base 20 de carrusel hay montado para cada uno de los portadores 22 de planetarios un escudo 36 protector que rodeaba al portador 22 de planetario respectivo el cual tiene una abertura 38 de ranura que apunta radialmente hacia fuera desde el carrusel 20 con respecto al eje A20 de carrusel . Así, los portadores 22 de planetarios son impulsados giratoriamente alrededor de sus ejes A22 dentro del escudo 36 protector, circundante. Estos escudos también pueden hacerse fácilmente intercambiables en la base 20 de carrusel para actuar como una parte de repuesto. Adicionalmente, estos escudos protectores 36 pueden actuar, con respecto a la nube que contiene iones (no mostrada en la Figura 1 2), como un diafragma por su abertura 38, concentrando la interacción de iones de la nube con las piezas de trabajo en los portadores 22 de planetarios en un área de superficie predeterminada.

Los escudos 36 se hacen de un metal y se operan eléctricamente en una manera flotante o se hacen de un material dieléctrico. Adicionalmente y en vista de sus aberturas 38 de formación de diafragma, es posible también, especialmente cuando se usa un plasma como una nube que contiene iones, operar los escudos 36 de protección que se tratan en un potencial eléctrico positivo, es decir como un ánodo para mejorar el enfoque de iones a través de la abertura 38. Por eso y como se muestra en la Figura 1 2 en 40, el área de frontera de la abertura 38 que se trata puede hacerse a la medida en una forma que incrementa adicionalmente su efecto de enfoque. La inclinación de los escudos 36 protectores que se tratan se muestra esquemáticamente en la Figura 1 2 mediante la fuente 42 de inclinación .

Proporcionar los escudos 36 protectores permite, de manera similar como se trató en el contexto con la técnica de protección de la Figura 10, para reducir la separación de los portadores 22 de planetarios vecinos muy abajo de la distancia F como se trató en el contexto con la modalidad de la Figura 8.

Hasta ahora hemos discutido la presente invención siempre que se proporcione en los portadores 22 de planetarios respectivos una sola pieza de trabajo que es sustancialmente cil indrica y está soportada coaxialmente en los ejes A22 de planetarios respectivos o una multitud de piezas de trabajo que están dispuestas a lo largo de una superficie cil indrica con respecto a los ejes A22 de planetarios, en donde solamente van a ser grabadas las superficies que apuntan radialmente hacia afuera con respecto a los ejes A22 de planetarios respectivos.

Con frecuencia, las piezas de trabajo tienen que ser grabadas alrededor completamente y por lo tanto, como sabe perfectamente el técnico experto, suspendidas auto-giratoriamente en los portadores de planetarios respectivos.

Un portador 22a de planetario para este propósito se muestra esquemáticamente en la Figura 1 3. Así, los portadores 22a de planetarios que pueden rotar por impulsión alrededor de sus ejes A22a de planetarios se proporcionan con soportes 44 de pieza de trabajo agrupados adyacentes a y a lo largo de la periferia de los portadores 22a de planetarios. Cada uno de los soportes 44 para piezas de trabajo, proporcionados para llevar una pieza de trabajo, como por ejemplo una herramienta de corte, es giratorio por impulsión alrededor de un eje A44 de soporte de pieza de trabajo.

Para evitar la redeposición de material que es grabado por la nube CL que contiene iones en piezas de trabajo que están soportadas en portadores de planetarios vecinos (no mostrados en la Figura 1 3) todas las medidas que se han discutido hasta ahora en el contexto con las Figuras 8 a 1 2 pueden aplicarse a tal modalidad . Adicionalmente y para evitar la redeposición de material grabado de una pieza de trabajo en un soporte 44 de pieza de trabajo en piezas de trabajo en soportes 44 vecinos en uno y el mismo portador 22a de planetario, la distribución de densidad de iones de la nube CL puede ser limitada adicionalmente al 50% de límite de densidad , como se ejemplificó en el contexto con las Figuras 3 a 6 así como también la Figura 8 en una distancia tan pequeña como F44 de acuerdo con el diámetro del soporte 44 de pieza de trabajo o de una pieza de trabajo soportada en el mismo respectivamente. Además, las medidas de protección y control de inclinación que se discutieron hasta ahora pueden aplicarse a los portadores 22a de planetarios en lugar o además de tales medidas aplicadas a la base 20 de carrusel que se discutieron en él contexto con las Figuras 8 a 12. Así, en la Figura 1 3 se muestra la aplicación de placas 46 de escudo de recolección , en analogía con las placas 26 de escudo de la Figura 10 y/o de un empuje 50 controlado en analogía con el empuje controlado como se ejemplificó con la ayuda de la Figura 11 y/o de escudos 56 en analogía con tales escudos 36 como se ejemplificó con la ayuda de la Figura 12.

Como se muestra adicionalmente en la Figura 8 en una modalidad más que puede combinarse con cualquiera de las otras modalidades ejemplificadas hasta ahora, se proporciona a lo largo del eje ACL central un arreglo 58 de bobina que genera un campo magnético H de enfoque a lo largo de la nube CL que contiene iones.

Una fuente de nube de iones en la cual se basa una fuente usada hoy día para realizar la presente invención se describe en detalle en la solicitud de PCT: PCT/EP2006/067869 del mismo solicitante, presentada el 27 de octubre de 2006 y no publicada cuando se presentó primero la presente solicitud, que está de conformidad con la solicitud de E. U. No. de Serie 11/870119, presentada el 10 de octubre de 2007 y que se incorporan en la presente descripción por referencia. Ahora se dará un resumen de cómo la fuente de nube que se trata es concebida con la ayuda de la Figura 14. Así, se debe establecer que la diferencia esencial de la fuente de acuerdo con las solicitudes de PCT/US para la fuente de nube de iones como se aplica para practicar la presente invención es que el confinamiento para practicar la presente invención y en oposición al confinamiento como se describe en las solicitudes de PCT/US que se tratan tiene un diafragma u orificio que restringe el plasma generado.

De acuerdo con la Figura 14 se proporciona, en una cámara 60 de vacío que es vaciada mediante un arreglo 63 de bombeo, un cátodo 65 de fuente de electrones y un arreglo 67 de ánodo. El arreglo 67 de ánodo comprende un electrodo 69 de ánodo y un confinamiento 71 . El confinamiento tiene, para operar la presente invención , un orificio o diafragma 72 que apunta hacia el espacio de reacción R dentro de la cámara 60 de vacío . El confinamiento 71 define un espacio interno. El ánodo 69 provisto dentro del espacio interno del confinamiento 71 con el diafragma 72 está aislado eléctricamente del confinamiento 71 . El confinamiento 71 se hace de un metal y/o de material dieléctrico, por lo que en una modalidad por lo menos la superficie interna del confinamiento 71 es de metal . El confinamiento 71 se opera en un potencial eléctrico flotante con respecto al potencial de plasma del plasma PL, como se describió antes. Para alguna capacidad de control adicional el confinamiento 71 puede ser operado en un potencial eléctrico predeterminado o ajustable como con respecto a la pared de la cámara 1 de vacío. El cátodo 65 de fuente de electrones y el electrodo 69 de ánodo son suministrados eléctricamente mediante una fuente 79 de suministro que genera una señal que comprende un componente de CD o que consiste de un componente de CD con una polaridad como se muestra en la Figura 14. Los electrones generados por el cátodo 65 de fuente de electrones son propulsados por el campo eléctrico de la superficie de emisión del cátodo 65 de fuente de electrones hacia el electrodo 69 de ánodo. Debido a que el confinamiento 71 , el cual es operado en un potencial eléctrico que es diferente del potencial eléctrico del electrodo 69 de ánodo en cualquier caso, resulta una densidad incrementada de electrones dentro del confinamiento 71 y adyacente a su diafragma 72. Un gas de trabajo, por ejemplo argón , kriptón o xenón o una mezcla de los mismos, se alimenta a la cámara 60 de vacío y se ioniza por el impacto de los electrones. Debido a la densidad incrementada de electrones en el confinamiento 71 y adyacente a su diafragma esto resulta en el área que se trata en un régimen incrementado de ionización del gas de trabajo y, si se aplica, una activación incrementada de un gas radiactivo. Las piezas de trabajo soportadas en los portadores 22 o 22a de planetarios en la base 20 de carrusel pasan adyacentes al diafragma y son expuestos a grabado con el plasma PL de alta densidad el cual está concentrado en el área limitada como se discutió hasta ahora también con la ayuda del diafragma 72. Todas las medidas que se discutieron hasta ahora, pueden aplicarse por separado o en combinación al arreglo de la Figura 14 que describe meramente una fuente de plasma que se usa hoy para practicar la presente invención . El cátodo 65 de fuente de electrones puede ser por lo tanto, por ejemplo, un cátodo termoiónico de emisión de electrones o un cátodo de descarga de arco.

La Figura 1 5 muestra esquemáticamente un arreglo de acuerdo con la presente invención que hace uso de una fuente de nube como se ejemplificó con la ayuda de la Figura 1 4, para grabar superficies complejas, especialmente cóncavas de piezas de trabajo 23, por ejemplo de las llamadas zapatas.

Mediante la presente invención , se evita la redeposición de material que ha sido g rabado de superficies de pieza de trabajo mediante impacto de iones sobre superficies en las cuales no se desea tal redeposición , especialmente en superficies de piezas de trabajo que deben mantenerse limpias o que serán grabadas también , mediante la l imitación de manera respectiva de una n ube que contiene iones de grabado , aplicando miembros de protección y/o i ncl i nando selectivamente a las piezas de trabajo. Por lo tanto, la eficiencia neta de grabado se incrementa significativamente.

Claims (23)

REIVINDICACIONES

1. Un método para fabricar piezas de trabajo, por lo menos una parte de la superficie de dichas piezas de trabajo que está grabada incluyendo grabado por impacto de iones, que comprende: • proporcionar una base de carrusel giratoria por impulsión alrededor de un eje de carrusel; • proporcionar a lo largo de la periferia de y en dicha base de carrusel por lo menos dos portadores de planetarios, cada uno giratorio por impulsión alrededor de un eje de planetario paralelo a dicho eje de carrusel; generar una nube que comprende iones y que tiene, considerado en un plano de sección de corte perpendicular a dicho carrusel y dichos ejes de planetarios, un eje central en un centro de un área de densidad máxima de iones; • dirigir dicho eje central para ¡ntersecar con dicho eje de carrusel, considerado en dicho plano de sección en corte; • aplicar por lo menos una pieza de trabajo a ser grabada en cada uno de dichos portadores de planetarios, cada uno de dichos portadores de planetarios que define mediante rotación alrededor de su eje de planetario para un diámetro con respecto a tal eje de planetario; • dicha nube que comprende iones que tienen una caída de densidad de iones de 50% de la densidad máxima de iones de dicho haz a una distancia de dicho eje central que es cuando mucho igual a 50% de dicho diámetro, considerado en dicho plano de sección en corte y en el sitio de la trayectoria de movimiento de dichos ejes de planetarios; • hacer gi rar dicha base de carrusel y dichos portadores de planetarios alrededor de d ichos ejes respectivos; · grabar las piezas de trabajo conforme se mueven hacia y a través de d icha nube.

2. El método de la reivind icación 1 , en donde dicha nube es generada sustancial mente de manera lineal extendida en una d i rección paralela a los ejes de planetarios.

3. El método de la reivindicación 1 o 2 , que comprende aplicar d ichas piezas de trabajo excéntricamente con respecto al eje de planetario respectivo y de preferencia gi rando cada pieza de trabajo al rededor de un eje de una pieza de trabajo .

4. El método de una de las reivindicaciones 1 a 3, que comprende además evitar adicionalmente la redeposición de material grabado momentáneamente de dichas piezas de trabajo en otras de dichas piezas de trabajo mediante protección mutua .

5. El método de una de las reivindicaciones 1 a 4, que comprende además concentrar adicionalmente dicho grabado aplicando selectivamente un mayor voltaje negativo de incl i nación a una o más de una pieza de trabajo q ue se g raba momentáneamente que a piezas de trabajo que no se graban momentáneamente.

6. El método de una de las reivi ndicaciones 1 a 5 , dicha generación que comprende formar dicha nube mediante un diafragma en una de las siguientes maneras, a saber a través de un d iafragma metálico eléctricamente flotante o a través de un diafragma dieléctrico o a través de un diafragma de ánodo.

7. El método de una de las reivindicaciones 1 a 6, dicha generación que comprende aplicar un campo magnético a lo largo de dicha nube.

8. El método de una de las reivindicaciones 1 a 7, que genera así dicha nube como un plasma.

9. El método de una de las reivindicaciones 1 a 8, dicha distancia que es cuando mucho igual a un cuarto de dicho diámetro.

1 0. Un aparato de grabado por iones, que comprende: • una base de carrusel giratorio por impulsión alrededor de un eje de carrusel en una cámara de vacío. • por lo menos dos portadores de planetarios montados para impulsión adyacentes a la periferia de y en dicha base de carrusel y giratorios por impulsión alrededor de ejes de planetarios respectivos que son paralelos a dicho eje de carrusel ; • cada uno de dichos portadores de planetarios que define un diámetro con respecto al eje de planetario respectivo; • una fuente que genera una nube que comprende iones y que tiene , considerado en un plano de sección en corte perpendicular a dicho carrusel y dichos ejes de planetarios, un eje central , dicho eje central que interseca dicho eje de carrusel ; • por lo menos un soporte de pieza de trabajo para una pieza de trabajo en cada uno de dichos por lo menos dos portadores de planetarios; • dicha nube que comprende iones que tiene una caída de densidad de iones de 50% de su densidad máxima de iones a una distancia del eje central que es cuando mucho igual a 50% de dicho diámetro , considerado en dicho plano de sección en corte, y en el sitio de la trayectoria de movimiento de dichos ejes de planetarios.

1 1 . El aparato de grabado de la reivindicación 1 0, en donde dicha nube que comprende iones se extiende sustancialmente de manera lineal en dirección paralela a dichos ejes de planetarios .

1 2. El aparato de una de las reivindicaciones 1 0 u 1 1 , en donde cada uno de dichos portadores de planetarios comprende soportes de piezas de trabajo adyacentes a la periferia respectiva de dichos portadores de planetarios, dichos soportes que son de preferencia giratorios por impulsión alrededor de un eje de soporte respectivo.

1 3. El aparato de una de las reivindicaciones 1 0 a 1 2 , que comprende además un escudo entre portadores de planetarios vecinos, dicho escudo que está estacionario con respecto a dicha base de carrusel y que se extiende radialmente con respecto a dicho eje de carrusel .

14. El aparato de una de las reivindicaciones 1 2 o 1 3, que comprende además un escudo entre la vecindad de dichos soportes de piezas de trabajo montado en unos respectivos de dichos portadores de planetarios y que se extienden radialmente con respecto a dichos ejes de planetarios respectivos.

1 5. El aparato de una de las reivindicaciones 1 3 o 14, en donde dichos escudos son de un metal y se operan de manera flotante eléctricamente o son de un material dieléctrico.

16. El aparato de una de las reivindicaciones 10 a 15, que comprende además, alrededor de cada uno de dichos portadores de planetarios, un miembro de protección montado en dicha base de carrusel y que tiene una abertura dirigida radialmente hacia fuera con respecto a dicho eje de carrusel.

17. El aparato de una de las reivindicaciones 12 a 16, que comprende además un miembro de protección alrededor de dichos soportes de piezas de trabajo montado en dichos portadores de planetarios, cada uno que tiene una abertura dirigida radialmente hacia fuera con respecto a los ejes de planetarios respectivos.

18. El aparato de una de las reivindicaciones 16 o 17, en donde dichos miembros de protección son de un metal y se operan de manera flotante eléctricamente o son de un material dieléctrico.

19. El aparato de una de las reivindicaciones 10 a 18, que comprende además un suministro eléctrico para empujar dichos soportes de piezas de trabajo para atraer iones de dicho haz.

20. El aparato de la reivindicación 19, que comprende además una unidad de control de empuje que controla dicho empuje para ser mayor siempre que uno respectivo de dichos soporte es sumergido en dicha nube que cuando dicha pieza de trabajo no es sumergida en dicha nube.

21. El aparato de una de las reivindicaciones 10 a 20, que comprende un diafragma a lo largo de dicho haz que es un diafragma metálico , eléctricamente flotante o un diafrag ma dieléctrico o que actúa como un ánodo.

22. El aparato de una de las reivindicaciones 1 0 a 21 , que comprende además un arreglo de bobina que genera un campo magnético de enfoque a lo largo de dicha nube.

23. El aparato de una de las reivindicaciones 1 0 a 22 , en donde dicha fuente es una fuente de plasma y dicha nube es un plasma .