Obrábění iontovým paprskem

Obrábění iontovým paprskem je založeno na využití kinetické energie iontů.

Podstata metody

Bombardujeme-li povrch obrobku ve vakuu svazkem iontů (zdrojem iontů je obvykle argon), dochází k uvolňování atomů z materiálu obrobku. Intenzita úběru materiálu je úměrná hustotě proudu iontů, energii dopadajících iontů 300–500 eV, poměru hmotnosti iontů a atomů materiálu obrobku a úhlu dopadu iontového paprsku vzhledem k povrchu obrobku.

Obrábění iontovým paprskem probíhá přes krycí masku, ve které je vytvořen tvar obráběné plochy, podobně jako u chemického obrábění. Rychlost obrábění SiO₂ iontovým paprskem je 0,7–1,5 nm.s^-1

Iontové obráběcí zařízení

Reaktor se skládá ze dvou proti sobě ležících elektrod. Do předem vyčerpané pracovní komory se přivádí argon. Přivedeme-li na elektrody napětí o kmitočtu 10 MHz, dojde k ionizaci argonu, tím k vytvoření plazmy a zahájení pracovního cyklu. Základním požadavkem této technologie leptání je vytvoření reakčního produktu (to je uvolnění atomů z povrchu obrobku) a jeho odsátí vakuovým čerpadlem. Řízeným pohybem iontů se mohou regulovat parametry anizotropního leptání.

Obr. 1: Schéma intového obráběcího zařízení

a) anizotropní leptání polovodičů, b) iontové leptání

1 – anoda, 2 – depozitní vrstva, 3 – elektrony, 4 – ionty, 5 – krycí maska, 6 – katoda, 7 – oscilátor, 8 – obrobek, 9 – voltmetr, 10 – vývěva, 11 – plazma, 12 – přívod argonu, 13 – vakuum, 14 – izolátor, 15 – snímač iontů, 16 – elektroda, 17 – potlačení elektronů, 18 – indukční cívka

Jiné konstrukční uspořádání iontového leptacího zařízení.

Ve výbojové komoře dochází k ionizaci argonu působením elektronů uvolňovaných z přímo žhavené katody. Solenoid – to je hustě vinutá cívka o malém průměru a větší délce, tvoří magnetické pole pro regulování počtu a energie iontů. Další fáze pracovního cyklu jsou stejné jako u zařízení pro anizotropní leptání. Rychlost leptání běžných polovodičových materiálů (SiO₂ , Si₃N₄) je v rozmezí 0,5-0,7 nm.s^-1.

Na obou popsaných zařízeních se aplikuje technologie plazmového iontového leptání.

Iontový paprsek se používá pro tyto technologie:

• Implantační – využívá vysokou energii iontů (až několik set kiloelektronvoltů) pro implantaci (nasycení) prvků do polovodičové destičky. Používá se pro sycení polovodiče borem při leptání silikonových membrán, pružin a masek pro litografii.

• Naprašování – používá se pro nanesení vrstvy atomů na povrch součásti. Využívá se při výrobě součástí pro mikroelektroniku.

• Frézování – představuje technologii frézování přes ochrannou masku mělkých přesných drážek.

• Strukturování – slouží ke strukturování povrchů fluoropolymerů za účelem zvýšení pojivosti povrchů. Používá se také pro zvětšení povrchů kondenzátorů.

Iontový paprsek se používá především při výrobě integrovaných obvodů, polovodičů, součástí pro mikroelektroniku, pro leštění čoček, výrobu miniaturních součástí, čištění a hlazení povrchů.

Iontový paprsek je v některých případech konkurenční technologií k chemickému obrábění.

Výhody:

• lze obrábět téměř všechny materiály,

• proces obrábění je plně kontrolovatelný s přesností lepší než 100 nm (to je 0,0001 mm),

• obrobený povrch má vysokou kvalitu,

• stěny vyrobených drážek jsou kolmé.

 

Zdroje

• ŘASA, Jaroslav, Přemysl POKORNÝ a Vladimír GABRIEL. Strojírenská technologie 3 - 2. díl. 2. vyd. Praha: Scientia, 2005, 221 s. ISBN 80-718-3336-3.

Obrázky:

• Obr. 1: ŘASA, Jaroslav, Přemysl POKORNÝ a Vladimír GABRIEL. Strojírenská technologie 3 - 2. díl. 2. vyd. Praha: Scientia, 2005, 221 s. ISBN 80-718-3336-3.