DE69113161T2

DE69113161T2 - Vorrichtung zum Plasmastrahlbearbeiten von Werkstückoberflächen.

Info

Publication number: DE69113161T2
Application number: DE1991613161
Authority: DE
Inventors: Obukhov Vladimir Alexeevich; Yurchenko Alexandr Igorevich; Kolosova Galina Ivanovna; Lobanov Alexey Nickolaevich; Danysh Sergey Vladimirovich; Obukhov Andrey Vladimirovich
Original assignee: HAUZER HOLDING
Current assignee: HAUZER HOLDING
Priority date: 1990-07-30
Filing date: 1991-04-09
Publication date: 1996-02-15
Anticipated expiration: 2011-04-10
Also published as: JPH04305381A; EP0469236B1; DE69113161D1; EP0469236A2; EP0469236A3

Description

Diese Erfindung betrifft allgemein die Ionenplasma-Technologie und insbesondere eine Vorrichtung zur Ionenplasmabearbeitung von Arbeitsstückoberflächen.
Die Erfindung kann erfolgreich zum Entwerfen von Produktionseinheiten verwendet werden, die dazu gedacht sind, in der Mikroelektronik, Optik, in Suprahochfrequenzgeräten und dergleichen zu verwendende Teile durch Ionenplasmabearbeitung herzustellen, wie beispielsweise durch Aufbringen eines Ionenflusses auf Arbeitsstückoberflächen.
Es ist eine Vorrichtung zur Ionenplasmabearbeitung von Arbeitsstücken bekannt, wie beispielsweise Ablagern von Oxidfilmen in einer Sauerstoffatmosphäre durch Atomisieren eines Materials mit einem Ionenstrahl (vgl. D.T. Wei "Ion Beam Interference Coating for Ultralow Optical Loss", Applied Optics, Bd. 28, Nr. 14, 1989, Seiten 2813 bis 2816). Diese Vorrichtung umfaßt eine Vakuumkammer, in der eine Quelle eines Ionenflusses untergebracht ist, der auf das Target gerichtet ist, um das Material auf dem Substrat abzulagern. Jedoch verwendet diese Vorrichtung einen Ionenquelle relativ hoher Energie (mehrere kev), wie beispielsweise eine Kauffman-Ionenquelle.
Viele Produktionsprozesse benötigen Ionenstrahlen von wesentlich geringerer Energie. Beispielsweise ist eine Vorrichtung zur Ionenplasmabearbeitung von Arbeitsstückoberflächen bekannt (vgl. EP-B-0 021 140) mit einer Vakuumkammer, in der eine Ionenflußquelle untergebracht ist, die auf die zu bearbeitende Oberfläche gerichtet ist. Diese Vorrichtung ist zum ionischen Ätzen (Atomisierung) von Substraten von Silicon enthaltenden Materialien mit einem Ionenfluß geringer Energie ( 100 eV) gedacht. Arbeitsstücke, deren Oberflächen der Ionenflußquelle zugewandt sind, befinden sich in einer Befestigungsanordnung. Wenn Ionen geringer Energie mit der Arbeitsstückoberfläche in Eingriff gelangen, wird das Material atomisiert, ohne den Kristallmaterialien einen greifbaren Strahlungsschaden zuzufügen. Zur Erhöhung der Atomisierungsrate können Ionen chemisch aktiver Gase wie beispielsweise Freon verwendet werden. Um einen monoenergetischen Ionenfluß zu erhalten, werden eine Ionenquelle mit Plasmaemitter und ein Einzelelektrodensystem zur Ionenbeschleunigung verwendet.
Jedoch kann diese Vorrichtung des Standes der Technik keine aktiven Ionenflüsse mit einer Energie unterhalb 100 eV erzeugen, da die Intensität des Ionenflusses (Flußdichte) durch die Wirkung der räumlichen Ladung der Ionen begrenzt ist, und da die äußerste Perveanz des Strahls P = IbUo3/2 ist, wobei I der Ionenstrahlstrom [A] und Uo das Voltäquivalent der Ionenenergie [B] ist, das durch ein elektrostatisches Beschleunigungssystem erhalten werden kann. Daher werden in Abhängigkeit von einer Reduzierung der Ionenenergie (Uo) der Fluß des Ionenstrahls und die Dichte des Ionenflusses proportional zu Uo3/2 verringert. Der reduzierte Fluß führt seinerseits zu einer geringeren Bearbeitungsrate und Effizienz des Prozesses. In der Praxis führt dies zu einem Versagen bei der Bearbeitung von Arbeitsstückoberflächen bei Ionenenergien unterhalb 100 eV, wodurch die Produktionsfähigkeiten der Vorrichtung begrenzt sind.
Es sind Systeme zum Verzögern eines Ionenflusses mit einer geschlossenen Drift von Elektronen bekannt (vgl. "Ionnye inzhektory i plazmennye uskoriteli", in Russisch, editiert von A.I. Morozov und N.N., Semashko, 1990, the Energoatomizdat Publishers, Moskau, Seiten 213 bis 217), die ein magnetisches System zum Erregen eines Magnetfeldes über den Ionenfluß hinweg in einem ringförmigen Durchgang und eine ringförmige Verzögerungselektrode umfassen. Diese Systeme sind im allgemeinen anwendbar zum Verzögern schmaler ( 1 cm dicker) röhrenförmiger Ionenflüsse und können aus diesem Grund nicht in Ionenplasmabearbeitungseinheiten verwendet werden.
Die vorliegende Erfindung hat das Ziel, eine Vorrichtung zur Ionenplasmabearbeitung von Arbeitsstückoberflächen zu schaffen, die in der Lage ist, Prozesse auszuführen, welche die Wirkung von monokinetischen Strahlen geringer Energie und hoher Intensität erfordern, durch Verzögern des Ionenflusses durch ein elektrisches Feld, das in der Nähe der Arbeitsstückoberfläche, die bearbeitet wird, erzeugt wird und dem Fluß der Ionen entgegenwirkt.
Das Ziel der Erfindung wird durch eine Vorrichtung zur Ionenplasmabearbeitung von Arbeitsstückoberflächen erreicht, die eine Vakuumkammer umfaßt, in der eine Quelle eines Ionenflusses untergebracht ist, der in Richtung der Arbeitsstückoberfläche, die bearbeitet wird, orientiert ist. Gemäß der Erfindung wird ein System zum Verzögern des Ionenflusses mit geschlossener Elektronendrift geschaffen mit eine Abschirmelektrode mit einem Loch für den Durchgang des Ionenflusses zur Oberflächenbearbeitungszone, einer Verzögerungselektrode, die elektrisch von den Wänden der Vakuumkammer und von der Abschirmelektrode isoliert ist, aus einem nichtmagnetischen Material hergestellt ist und auf der wenigstens ein zu bearbeitendes Arbeitsstück befestigt ist, und einem Magnetsystem, das aus wenigstens einem Paar von Magnetelementen besteht, wobei die Verzögerungselektrode dazwischengesetzt ist und Vektoren der Magnetisierung der Magnetelemente jedes Paares relativ zueinander und zur Oberfläche der Verzögerungselektrode orientiert sind derart, daß der Vektor der Induktion des Magnetfeldes im wesentlichen parallel zur Oberfläche der Verzögerungselektrode ist.
Zur Bearbeitung von Arbeitsstücken mit beträchtlichen Querschnittsabmessungen ist es vorzuziehen, daß jedes Magnetelement des einen Paares von Magnetelementen relativ zu dem entsprechenden Magnetelement des anderen Paares so positioniert ist, daß die Vektoren ihrer Magnetisierung einen Winkel von mehr als 90º bilden.
Der größte Wert der magnetischen Induktion am kontinuierlichen Querschnitt des zu bearbeitenden Arbeitsstücks kann erreicht werden, wenn der Winkel zwischen den Vektoren der Magnetisierung der Magnetelemente 180º beträgt.
Um die Stück-für-Stück-Bearbeitung von Arbeitsstücken zu erleichtern, sollte jedes Magnetelement vorzugsweise die Form eines Parallelepipeds aufweisen, wohingegen die Verzögerungselektrode als eine Platte ausgebildet sein sollte, deren Länge kleiner als die Länge der Magnetelemente ist.
Um den Effekt der Ionenverzögerung zu steigern, besonders dann, wenn dielektrische Arbeitsstücke bearbeitet werden, ist jedes Magnetelement vorzugsweise als ein Parallelepiped mit einem Durchgangsloch ausgebildet, dessen Achse parallel zum Vektor der Magnetisierung der Magnetelemente verläuft, wohingegen die Verzögerungselektrode die zur Form des Magnetelementes passende Form aufweist und vorzugsweise so positioniert ist, daß ihre Projektion auf der Seitenfläche des Magnetelements innerhalb dieser Seitenfläche liegt.
Um die Zuverlässigkeit der Vorrichtung im Betrieb zu verbessern und elektrische Durchschläge im Verzögerungssystem zu verhindern, sollte die Abschirmelektrode vorzugsweise die Form eines kastenförmigen Gehäuses aufweisen, in welchem das magnetische System untergebracht ist, wobei das Loch vorzugsweise in der dem Ionenfluß zugewandten Wand ausgebildet ist.
Zur Reduzierung des Effekts des magnetischen Feldes im Verzögerungssystem beim Betrieb der Ionenflußquelle ist die Abschirmelektrode vorzugsweise aus einem magnetisch weichen Naterial hergestellt.
Das Erhalten eines Magnetfeldes hoher Stärke an wesentlichen Zwischenpolzwischenräumen im Verzögerungssystem ist möglich, wenn die Magnetelemente aus einem Material hergestellt sind, das eine hohe Koerzitivkraft besitzt, wie beispielsweise SmCo&sub6;.
Um die Energie der die Arbeitsstückoberfläche angreifenden Ionen zu variieren, ist die Vorrichtung vorteilhafterweise mit einer Gleichstromquelle versehen, deren positiver Anschluß mit der Verzögerungselektrode und deren negativer Anschluß mit der Abschirmelektrode verbunden ist.
Eine höhere Betriebsstabilität wird erreicht, wenn die Abschirmelektronik geerdet ist.
Im Hinblick auf das gleiche Ziel ist vorzugsweise eine Elektronenquelle vorgesehen, die zwischen der Ionenflußquelle und der Abschirmelektrode angeordnet ist.
Zum Ausführen von Produktionsprozessen, während denen eine Beschichtung auf die Arbeitsstückoberfläche, die bearbeitet wird, aufgebracht und gleichzeitig Atome bevorzugten Materials auf der Arbeitsstückoberfläche abgelagert und diese mit Ionen eines anderen Materials beschossen werden, sollte die Vorrichtung vorzugsweise mit wenigstens einer Quelle des Flusses von Atomen des Beschichtungsmaterials versehen sein, die in Richtung der Arbeitsstückoberfläche, die bearbeitet wird, orientiert ist.
Die vorgeschlagene Vorrichtung zur Ionenplasmabearbeitung von Arbeitsstückoberflächen, die mit einem Ionenflußverzögerungssystem mit einer geschlossenen Elektronendrift versehen ist, besitzt dank der Reduzierung der Energie der Ionen umfangreichere Ionenplasmabearbeitungsfähigkeiten.
Die Erfindung wird nun ausführlicher anhand von spezifischen Ausführungsformen in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen beschrieben, in welchen:
Fig. 1 eine allgemeine Ansicht der vorgeschlagenen Vorrichtung zur Ionenplasmabearbeitung von Arbeitsstückoberflächen ist,
Fig. 2 eine Ansicht eines Systems zum Verzögern des Ionenflusses ist, wobei ein Paar von Magnetelementen in Form eines Parallelepipeds vorliegt,
Fig. 3 ein System zum Verzögern eines Ionenflusses mit zwei Paaren von Magnetelementen zeigt, deren Magnetisierungsvektoren einen Winkel von mehr als 90º dazwischen bilden,
Fig. 4 eine modifizierte Form des Verzögerungssystems mit zwei Paaren von Magnetelementen mit einem Winkel von 180º zwischen ihren Magnetisierungsvektoren ist,
Fig. 5 ein Verzögerungssystem zeigt mit einem Paar von Magnetelementen in Form von Parallelepipeden mit einem Loch und einer Verzögerungselektrode, die identisch zur Form der Magnetelemente geformt ist,
Fig. 6 ein Verzögerungssystem zeigt, welches die Form einer periodischen Struktur von Elementen irgendeiner der in den Fig. 2, 4 und 5 dargestellten Formen aufweist,
Fig. 7 eine modifizierte Form des Verzögerungssystems gemäß der Erfindung mit einer Verzögerungselektrode zeigt, die mit einer zusätzlichen Elektrode versehen ist,
Fig. 8 den Querschnitt eines Verzögerungssystems zeigt, wobei die Verzögerungselektrode auf einer Anordnung zum Bewegen der Verzögerungselektrode in den Raum zwischen zwei Paaren von Magnetelementen hinein und aus diesem heraus eingerichtet ist, und
Fig. 9 das Prinzip der Bewegung einer Anzahl (beispielsweise drei) von Verzögerungselektroden gemäß Fig. 8 zeigt.
Eine Vorrichtung zur Ionenplasmabearbeitung der Oberfläche von Arbeitsstücken umfaßt eine Vakuumkammer 1 (Fig. 1), in der eine Ionenflußquelle 2 und ein System 3 zum Verzögern des Ionenflusses mit geschlossener Elektronendrift, in welchem Arbeitsstücke 4 positioniert sind, untergebracht sind. Das System 3 umfaßt eine Abschirmelektrode 5, die als ein kastenförmiges Gehäuse ausgebildet ist, in welchem eine Verzögerungselektrode 6 und zwei Magnetelemente 7 untergebracht sind. Vektoren M der Magnetisierung der Magnetelemente 7 sind so orientiert, daß der Vektor B der Induktivität des Magnetfeldes im wesentlichen parallel zur Oberfläche der Verzögerungselektrode 6 ist, die aus einem nichtmagnetischen Material hergestellt ist.
Damit ist die Linie 8 (Fig. 2) des Elektrodendriftstromes senkrecht an jedem ihrer Punkte zum Vektor B und im wesentlichen parallel zur Oberfläche der Verzögerungselektrode 6 geschlossen. Isolatoreinheiten 9 (Fig. 1) zum Befestigen der Verzögerungselektroden 6 sind so positioniert, daß sie das Schließen dieser Linie 8 (Fig. 2) nicht hemmen. Die Vorrichtung kann mit einer Gleichstromquelle 10 (Fig. 1) versehen sein, deren positiver Anschluß mit der Verzögerungselektrode 6 und deren negativer Anschluß mit der Abschirmelektrode 5 verbunden ist. Die Vorrichtung kann außerdem mit einer Elektronenquelle 11 von Elektronen und mit einer Quelle 12 von Atomen des Beschichtungsmaterials versehen sein. Die Abschirmelektrode 5 kann geerdet sein.
Die Magnetelemente 7 (Fig. 2) können die Form von sukzessiv magnetisierten Parallelepipeden aufweisen, wobei die Verzögerungselektrode 6 dazwischengesetzt ist und sich die Oberfläche dieser Elektrode 6 parallel zu den Vektoren M der Magnetisierung der Elemente 7 erstreckt.
Nach Fig. 3 ist beim Vorhandensein von zwei Paaren von Magnetelementen 7, die als Parallelepipede geformt sind, jedes Magnetelement 7 des einen solchen Paares relativ zum entsprechenden Magnetelement 7 des anderen Paares so positioniert, daß ihre Vektoren der Magnetisierung einen Winkel α > 90º bilden, beispielsweise α = 180º (Fig. 4). Die Verzögerungselektrode 6 ist vorzugsweise in einem Bereich positioniert, wo der Vektor der Induktivität des Magnetfeldes näherungsweise parallel zu ihrer Oberfläche verläuft.
Nach Fig. 5 können Magnetelemente 7 die Form von Parallelepipeden mit einem Loch 13 aufweisen, dessen Achse parallel zum Magnetisierungsvektor ist. Damit weist die Verzögerungselektrode 6 eine Form auf, die identisch zur Form der Magnetelemente 7 ist, wohingegen die Projektion der Verzögerungselektrode 6 auf der Seitenfläche des Magnetelements 7 innerhalb ihres Bereiches liegt.
Das "Magnetelemente 7 - Verzögerungselektroden 6" - System kann eine periodische Struktur aufweisen, und die Magnetelemente 7 können irgendeine der zuvor beschriebenen Formen besitzen. Die Anordnung kann mit einer zusätzlichen Elektrode 15 in Form eines kastenförmigen Gehäuses, in welchem die Verzögerungselektrode 6 untergebracht ist, mit einem Loch 19 in ihrer dem Ionenfluß zugewandten Wand versehen sein, wie es in Fig. 7 gezeigt ist. Die zusätzliche Elektrode 15 ist elektrisch von der Verzögerungselektrode 6 isoliert. Dadurch ist es möglich, die Verzögerungs- und die zusätzliche Elektrode mit dem positiven Anschluß einer Gleichstromquelle 10 oder mit verschiedenen (jeweils für jede Elektrode) Gleichstromquellen 10, 18 zu verbinden, wie es in Fig. 7 gezeigt ist.
Eine oder mehrere Verzögerungselektroden 6 können auf irgendeiner Anordnung mit der Möglichkeit ihrer Bewegung in den Bearbeitungsbereich hinein und aus diesem heraus eingerichtet sein.
Sowohl alle zuvor beschriebenen Konfigurationen von magnetischen Systemen als auch Modifizierungen und die Positionierung der Verzögerungselektroden 6 erfüllen die Voraussetzung des Schließens der Linie 8 (Fig. 2) des elektronischen Driftstromes je in der Richtung des Vektors x , wobei E die Stärke des Magnetfeldes und B die magnetische Induktion ist. Die typische Linie 8 dieses Stromes ist in Fig. 2 dargestellt. Isolatoreinheiten 9 zum Befestigen von Verzögerungselektroden 6 sind so positioniert, daß sie das freie Schließen des Stromes je nicht verhindern. Das elektrische Feld wird durch die Gleichstromquelle 10 (Fig. 1) aufrechterhalten.
Die Elektronenquelle 11 ist zwischen der Ionenflußquelle 2 und dem System 3 positioniert.
Wenn Galliumarsenid-Kristalle ionisch geätzt werden, arbeitet die vorgeschlagene Vorrichtung wie folgt. Beim Erreichen eines Vakuumdrucks von 10² Pa wird die Ionenflußquelle erregt. Normalerweise sind die Flußparameter bekannter Ionenflußquellen wie folgt: Energie der Ionen Wo 20 eV und Dichte des ionischen Flusses je = 1...2 mA/cm².
Jedoch sollte zur Bearbeitung mancher Materialien oder zum Ausführen mancher Prozesse die bevorzugte Energie der Ionen unterhalb 40 eV liegen. Dies kann in der hier vorgeschlagenen Vorrichtung erreicht werden. Im Hinblick auf dieses Ziel wird an die Verzögerungselektrode 6 relativ zur Abschirmelektrode 5 ein positives Potential der Größe eU = (Wo - 40) eV angelegt, wobei e = 1,6 x 10&supmin;¹&sup9; Cb die Elektronenladung ist. In diesem Fall weist die Bearbeitungszone von Arbeitsstücken 4 richtige Bedingungen für das Vorhandensein einer elektrischen Schicht (E-Schicht) auf, wo ein ionenverzögerndes elektrisches Feld aufrechterhalten wird.
Wie aus der Physik der Entladung dieses Typs folgt, kann das Aufrechterhalten des elektrischen Feldes nicht Anlaß zu einem Elektronenfluß hoher Energie auf dem Arbeitsstück 4 geben, wenn die Bedingungen zum Schließen der Linie 8 (Fig. 2) des elektronischen Driftstromes erfüllt sind: je = e ne [E x B] / B², wobei ne die Elektronenkonzentration ist und die eckigen Klammern ein Vektorprodukt enthalten. Die Linien 8 dieses Stromes dürfen die Oberfläche des Arbeitsstücks 4 oder irgendwelcher anderen strukturellen Elemente nicht kreuzen. In diesem Fall wird keine elektrische Leistung der Gleichstromquelle 10 (Fig. 1) zum Aufrechterhalten dieses Stromes verbraucht, und der Elektronenfluß in Richtung der Oberfläche des Arbeitsstücks 4 ist minimiert. Die vorgeschlagenen Geometrien des Systems zum Verzögern von Ionen gewährleisten das Schließen der Linie 8 (Fig. 2) des Driftstromes. Experimente haben gezeigt, daß auf einem Niveau der magnetischen Induktion von B 0,05 Tl der Elektronenstrom gleich oder sogar kleiner sein kann als der Ionenstrom bei der Rate der Verzögerung der Ionen Wf/Wo = 0,6...0,8. Bei einer Energie der von der Quelle 2 entweichenden Ionen von Wo = 200 eV beläuft sich ihre schließliche Energie Wf, mit welcher sie auf die Oberfläche des Arbeitsstücks 4 fallen, auf Wf 40 eV. Wenn es notwendig ist, daß der Elektronenstrom den Ionenstrom beträchtlich überwiegt, wie beispielsweise zur Bearbeitung von elektrisch leitfähigen Oberflächen, sind noch höhere Ionenverzögerungsmaße erreichbar.
Berechnungen und Experimente haben gezeigt, daß das erforderliche Niveau der magnetischen Induktion (0,02...0,5 Tl für verschiedene Flußparameter) in den hier vorgeschlagenen Aufbauweisen für Arbeitsstücke 4 bis zu einer Größe von 200 mm erhalten werden können, wenn magnetisch harte Materialien mit hoher Koerzitivkraft verwendet werden, wie beispielsweise SmCo&sub6;.
Die Form der Magnetelemente 7 ist vorteilhaft zur Bearbeitung spezifischer Arbeitsstücke 4 und erleichtert den Bearbeitungsprozeß. Beispielsweise ist die Verwendung eines Paares von Magnetelementen 7 (Fig. 2) in Form von Parallelepipeden vorzuziehen für die Bearbeitung von separaten Teilen 4 mit einer Quergröße bis zu 5 mm. Bei einem Anstieg im Zwischenpolabstand über den bevorzugten Zwischenpolabstand hinaus fällt die Größe der Induktion des magnetischen Feldes in der Mitte des Arbeitsstückes 3 scharf auf unterhalb des erlaubbaren Niveaus ab. Die Verwendung von zwei Paaren von Magnetelementen 7 (Fig. 3, 4) macht es möglich, größer bemessene Arbeitsstücke 4 zu bearbeiten. Durch Variieren der Geometrie des Systems L&sub1;, L&sub2; und α ist es möglich, die Topographie des magnetischen Feldes zu variieren. Bei α = 180º ist die magnetische Induktion an der Peripherie des Arbeitsstücks 4 maximiert.
Es ist notwendig, zwischen ionischer Bearbeitung elektrisch leitfähiger und dielektrischer Materialien zu unterscheiden. Im Fall der Bearbeitung eines dielektrischen Materials ist die Gleichheit zwischen Ionen- und Elektronenströmen (Gesamtstrom ist Null) automatisch geschaffen, wobei ein bestimmtes positives Potential dieser Oberfläche relativ zum Potential der Abschirmelektrode 5 errichtet ist. Die endliche Energie von Ionen, mit welcher sie auf die Arbeitsstückoberfläche einwirken, hängt hier von der Anfangsenergie der Ionen und der Dichte des Ionenflusses ab, was ausgehend von den Prozeßanforderungen experimentell bestimmt wird.
Wenn im Gegensatz dazu elektrisch leitfähige Arbeitsstücke 4 bearbeitet werden, werden das Potential der Verzögerungselektrode 6 und infolgedessen die endliche Energie der Ionen auf einfache Weise durch Variieren der Spannung an den Anschlüssen der Gleichstromquelle 10 (Fig. 1) voreingestellt. Damit kann der Strom im Kreis der Verzögerungselektrode 6 entweder positiv (Ionenstrom größer als Elektronenstrom) oder negativ (umgekehrte Proportionalität zwischen Ionen- und Elektronenströmen) sein.
Um die endliche Energie von Ionen zu steuern, wenn dielektrische Arbeitsstücke 4 bearbeitet werden, wird vorteilhafterweise eine Elektronenquelle 11 hinzugefügt zur Steuerung des Potentials von Plasma, das in der Vakuumkammer 1 durch den Ionenfluß aktiviert wird, wenn er in Richtung des Arbeitsstücks 4, das bearbeitet wird, läuft. Das Vorsehen einer Abschirmelektrode 5 in Form eines Gehäuses mit Löchern, um einen Teilchenfluß zuzulassen, sorgt dafür, daß elektrische Durchschläge zwischen den Verzögerungs- und Abschirmelektroden 6 und 5 weniger wahrscheinlich sind. Die Arbeitsstücke 4 können sowohl bei einem Schwebepotential als auch bei geerdeter Abschirmelektrode 5 bearbeitet werden. Die Art und Weise, auf die die Abschirmelektrode 5 in den Kreis der Gleichstromquelle 10 eingebracht wird, beeinflußt das Gleichgewicht der Elektronen im Bereich des Elektronenstrahltransports und beeinflußt infolgedessen die Verteilung des elektrischen Feldes in der Zone der Bearbeitung der Arbeitsstükke 4. Normalerweise kann die Erdung der Abschirmelektrode 5 zu einem stabileren Betrieb der Vorrichtung und auch zu einer Reduzierung in der äußersten Rate der Verzögerung der Ionen führen, wenn dielektrische Arbeitsstücke 4 bearbeitet werden.
Ein größerer Bereich bei der Variation der endlichen Energie von Ionen kann erreicht werden, indem die Magnetelemente 7 (Fig. 5) als Parallelepipede mit einem Loch und das Abschirmelement 6 mit einer ähnlichen Gestalt ausgebildet werden. In diesem Fall ist es einfach, ein gleichförmiges Magnetfeld längs des Driftweges der Elektronen (längs der Linie 8) zu erreichen, wie am besten in Fig. 5 zu erkennen ist. Eine derartige Gleichförmigkeit gewährleistet eine höhere Ionenverzögerungsrate.
Wenn eine Gruppe von Arbeitsstücken 4, besonders klein bemessene Arbeitsstücke 4, bearbeitet wird (Fig. 6), wird vorzugsweise eine periodische Struktur mit Magnetelementen 7 mit irgendeiner der zuvor beschriebenen Formen verwendet.
Um eine Gruppe von Prozessen auszuführen, die damit verbunden sind, dichte Metallschichten auf einem dielektrischen Substrat durch Ablagern eines Flusses von Metallatomen mit begleitendem Beschießen des Substrats mit einem Fluß von Ionen geringer Energie zu erhalten, oder wenn Metalloxidschichten aufgebracht werden, ist es vorteilhaft, die Vorrichtung mit einer Atomflußquelle 12 (Fig. 1) irgendeines bekannten geeigneten Aufbaus zu versehen, wie beispielsweise eine Vorrichtung vom Verdampfertyp.
Die Bearbeitung einer Gruppe von Arbeitsstücken 4 (Fig. 8, 9) kann organisiert werden durch Verwenden von mehreren Verzögerungselektroden, die auf irgendeiner Anordnung mit der Möglichkeit ihrer Bewegung in den Raum zwischen den zwei Paaren von Magnetelementen 7 hinein eingerichtet sind. In diesem Fall ist es möglich, die Prozesse zum Erhalten von Mehrschichtfilmen auszuführen, wenn die Atomflußquellen 12 (Fig. 1) eine nach der anderen gemäß der Bewegung einer oder einer von einer Anzahl von Verzögerungselektroden 6 im Bearbeitungsbereich arbeiten.
Die Verwendung einer zusätzlichen Elektrode 15 ergibt einen verringerten Elektronenfluß im Arbeitsstück 4, da ein Teil des Flusses im Kreis der zusätzlichen Elektrode 15 auftritt. Dies kann wichtig sein, wenn die Temperatur der Arbeitsstücke unter den Bedingungen einer bestimmten Technologie begrenzt ist. Das niedrigere Niveau der im Arbeitsstück beigetragenen Leistung tritt auf, wenn die zusätzliche Elektrode 16 mit dem positiven Anschluß der Gleichstromquelle 10 verbunden ist, wohingegen sich die Verzögerungselektrode 6 unter einem Schwebepotential befindet (gemessen durch ein Voltmeter 16). Zweifellos ist die Verwendung zweier separater Gleichstromquellen (10 und 16) für die Verzögerungselektrode und die zusätzliche Elektrode möglich. In diesem Fall ist der Strom im Kreis der Verzögerungselektrode von Null verschieden (gemessen durch ein Ampermeter 17).
Angesichts der vorstehenden Ausführungen gestattet die Erfindung eine Ausdehnung in den Produktionsfähigkeiten einer Vorrichtung zur Ionenplasmabearbeitung von Arbeitsstückoberflächen durch Reduzieren des niedrigeren Niveaus der Ionenenergie auf 30 - 50 eV, was die vorgeschlagene Vorrichtung für neuartige Technologien zugänglich macht.

Claims

1. Eine Vorrichtung zur Ionenplasmabearbeitung von Arbeitsstückoberflächen mit einer Vakuumkammer (1), in der eine Quelle (2) eines Ionenflusses untergebracht ist, der in Richtung der Oberfläche, die bearbeitet wird, orientiert ist, dadurch gekennzeichnet, daß sie versehen ist mit einem System (3) zum Verzögern des Ionenflusses mit geschlossener Elektronendrift mit einer Abschirmelektrode (5), die ein Loch für den Durchgang des Ionenflusses zur Oberflächenbearbeitungszone aufweist, einer Verzögerungselektrode (6), die elektrisch von den Wänden der Vakuumkammer (1) und von der Abschirmelektrode (5) isoliert ist, aus einem nichtmagnetischen Material hergestellt ist und auf der wenigstens ein zu bearbeitendes Arbeitsstück (4) befestigt ist, und einem magnetischen System, das aus wenigstens einem Paar von Magnetelementen (7) besteht, wobei die Verzögerungselektrode (6) dazwischengesetzt ist und Vektoren ( ) der Magnetisierung der Magnetelemente (7) jedes Paares relativ zueinander und zur Oberfläche der Verzögerungselektrode (6) so orientiert sind, daß der Vektor (B) der Induktion des Magnetfeldes im wesentlichen parallel zur Oberfläche des Arbeitsstücks (4), das bearbeitet wird, ist.

2. Eine Vorrichtung zur Ionenplasmabearbeitung von Arbeitsstückoberflächen wie in Anspruch 1 beansprucht, dadurch gekennzeichnet, daß beim Vorhandensein von zwei Paaren von Magnetelementen (7) jedes Magnetelement (7) des einen solchen Paares relativ zum entsprechenden Magnetelement (7) des anderen Paares so positioniert ist, daß die Vektoren ( ) ihrer Magnetisierung dazwischen einen Winkel (α) von mehr als 90º bilden (Fig. 3).

3. Eine Vorrichtung zur Ionenplasmabearbeitung von Arbeitsstückoberflächen wie in Anspruch 2 beansprucht, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel (α) zwischen den Vektoren ( ) der Magnetisierung der Magnetelemente (7) 180º beträgt (Fig. 4).

4. Eine Vorrichtung zur Ionenplasmabearbeitung von Arbeitsstückoberflächen wie in den Ansprüchen 1 bis 3 beansprucht, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Magnetelement (7) die Form eines Parallelepipeds aufweist, wohingegen die Verzögerungselektrode (6) die Form einer Platte besitzt, deren Länge kleiner als die Länge der Magnetelemente (7) ist.

5. Eine Vorrichtung zur Ionenplasmabearbeitung von Arbeitsstückoberflächen wie in den Ansprüchen 1 bis 3 beansprucht, dadurch gekennzeichnet daß jedes Magnetelement (7) die Form eines Parallelepipeds mit einem Durchgangsloch (13) aufweist, dessen Achse parallel zum Vektor ( ) der Magnetisierung des Magnetelementes (7) verläuft, wohingegen die Verzögerungselektrode (6) eine Form ähnlich der Form des Magnetelements (7) besitzt und so positioniert ist, daß ihre Projektion auf der Seitenfläche des Magnetelements (7) innerhalb ihres Bereiches liegt.

6. Eine Vorrichtung zur Ionenplasmabearbeitung von Arbeitsstückoberflächen wie in den Ansprüchen 1 bis 5 beansprucht, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmelektrode (5) die Form eines kastenförmigen Gehäuses aufweist, in welchem das Magnetsystem untergebracht ist, wobei das Loch für den Durchgang des Ionenflusses zur Bearbeitungszone in der dem Ionenfluß zugewandten Wand vorgesehen ist.

7. Eine Vorrichtung zur Ionenplasmabearbeitung von Arbeitsstückoberflächen wie in Anspruch 1 beansprucht, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmelektrode (5) aus einem magnetisch weichen Material hergestellt ist.

8. Eine Vorrichtung zur Ionenplasmabearbeitung von Arbeitsstückoberflächen wie in Anspruch 1 beansprucht, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetelemente (7) aus einem magnetischen Material hergestellt sind, das eine hohe Koerzitivkraft darstellt.

9. Eine Vorrichtung zur Ionenplasmabearbeitung von Arbeitsstückoberflächen wie in Anspruch 1 beansprucht, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit einer Gleichstromquelle (10) versehen ist, deren positiver Anschluß mit der Verzögerungselektrode (6) und deren negativer Anschluß mit der Abschirmelektrode (5) verbunden ist.

10. Eine Vorrichtung zur Ionenplasmabearbeitung von Arbeitsstückoberflächen wie in Anspruch 8 beansprucht, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmelektrode (5) geerdet ist.

11. Eine Vorrichtung zur Ionenplasmabearbeitung von Arbeitsstückoberflächen wie in Anspruch 1 beansprucht, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit einer Elektronenquelle (11) versehen ist, die zwischen der Ionenflußquelle (2) und der Abschirmelektrode (5) positioniert ist.

12. Eine Vorrichtung zur Ionenplasmabearbeitung von Arbeitsstückoberflächen wie in Anspruch 1 beansprucht, dadurch gekennzeichnet, daß, wenn Beschichtungen auf die Arbeitsstückoberfläche aufgebracht werden, die Vorrichtung vorzugsweise mit wenigstens einer Quelle (12) von Atomen des Beschichtungsmaterials versehen ist, die in Richtung der Oberfläche, die bearbeitet wird, orientiert ist.

13. Eine Vorrichtung zur Ionenplasmabearbeitung von Arbeitsstückoberflächen wie in Anspruch 1 beansprucht, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit einer zusätzlichen Elektrode (15) versehen ist, welche die Form eines kastenförmigen Gehäuses, in welchem die Verzögerungselektrode (6) untergebracht ist, mit einem Loch (19) in ihrer dem Ionenfluß zugewandten Wand aufweist und von der Verzögerungselektrode (6) elektrisch isoliert ist.

14. Eine Vorrichtung zur Ionenplasmabearbeitung von Arbeitsstückoberflächen wie in Anspruch 13 beansprucht, dadurch gekennzeichnet, daß der positive Anschluß einer Gleichstromquelle (18) mit der zusätzlichen Elektrode (15) verbunden ist.

15. Eine Vorrichtung zur Ionenplasmabearbeitung von Arbeitsstückoberflächen wie in Anspruch 2 oder 3 beansprucht, dadurch gekennzeichnet, daß sie wenigstens eine Verzögerungselektrode (6) umfaßt, wobei wenigstens ein zu bearbeitendes Arbeitsstück (4) daran befestigt ist und die Elektrode (6) auf einer Anordnung eingerichtet ist und in den Raum zwischen den zwei Paaren von Magnetelementen (7) hinein und aus diesem heraus bewegt werden kann, während die Abschirmelektrode (5) ein weiteres Loch (20) für den Durchgang der Verzögerungselektrode (6) dorthindurch aufweist.