Способ изготовления пьезоэлектрических пластин и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к электронной технике, в частности к вакуумной технологии и может быть использовано при изготовлении пьезоэлектрических пластин ионным травлением Способ изготовления пьезоэлектрических пластин включает установку пьезоэлектрических пластин на вращающуюся вокруг своей оси мишень, на которой установлены вращающиеся вокруг своих осей подложкодержатепи. ионное травление пластин пучком ионов, направленных на поверхность пластин под углом 0-45° , который устанавливается расстоянием плоскости пьезоэлектрической пластины и выходной плоскостью ионного пучка, причем в процессе ионного травления каждая пластина совершает не менее одного поворота на 360° вокруг оси подложкодержателя при выполнении условия UrJxl U2-J, I U2-JXI . где J, и J2 - интегральные интенсивности потока для двух крайних точек участка ионного пучка J - интегральная интенсивность потока ионов произвольной точки внутри участка ионного пучка Устройство, реализующее данный способ, содержит вакуумную камеру, ионный источник с кольцевым расходящимся пучком ионов в его выходной плоскости, вращающуюся вокруг своей оси мишень с вращающимся вокруг своих осей подложкодержателями, ось мишени или совмещена с центром окружности максимума интенсивности ионного пучка, или смещена относительно него на величину е , большую или равную половине диаметра подложкодержатепя причем диаметр окружности, на которой расположены оси вращения подложкодержателей, выбран в случае совмещения оси мишени с центром максимума интенсивности ионного пучка из соотношения |D -D {tD }D -D | 0/2гдеО -диаon max П on max non метр окружности, на который расположены оси лодпожкодержателей, D - диаметр окружности, max по которой располагается максимум интенсивности ионного пучка; D - диаметр лодпожкодержатепя а расстояние от плоскости подложкодержателя до выходной плоскости ионного пучка выбрано из выражения h -2e-D /2tg0 где в - угол падения пучка ионов на плоскость пластин равный D - диаметр пучка ионов в выходной плоскости ионного пучка 1 зд qV-лы, 5 ил. §

(19) RllR (11) (5Ц Н 0 02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

ЬЭ

С0

4)

М

Ю (.М

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам (21) 4950032/21 (22) 28.06.91 (46) 15.10.93 Бюл Na 37-38 (71) Научно-исследовательский институт ФОНОН" (72) Кузнецов М.В„Барейша АА (73) Научно-исследовательский институт "ФОНОН" (54) CflOCOS ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПЛАСТИН И УСТРОЯСТВО ДЛЯ

ЕГО ОСУЩЕ СТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к электронной технике, в частности к вакуумной технологии, и может быть использовано при изготовлении пьезоэлектрических пластин ионным травлением Способ изготовления пьезоэлектрических пластин вкгночает установку пьезоэлектрических пластин на вращающу(ося вокруг своей оси мишень, на которой установлены вращающиеся вокруг своих осей подпожкодержатели, ионное травление пластин пучком ионов, направленных на поверхность пластин под углом

0-45, который устанавливается расстоянием плоскости пьезоэлектрической пластам и выходной плоскостью ионного пучка, причем в процессе ио9етого травления каждая пластина совершает не

Ь менее одного поворота на 360 вокруг оси подложкодержателя при выполнена условий

I J -J I I J -3 I> I J -J I, где J u J — интег1 х 2 1 2 х т 2 рапьные интенсивности потока для двух крайних точек участка ионного пучка J — интегральная инХ тенсивность потока ионов произвольной точки внутри участка ионного пучка Устройство, реализующее данный способ, содержит вакуумную камеру, ионный источник с кольцевым расходящимся пучком ионов в его выходной плоскости, вращающуюся вокруг своей оси мишень с вращающимся вокруг своих осей подложкодержателями, ось мишени или совмещена с центром окружности максимума интенсивности ионного пучка, или смещена относительно него на величину е, большую или равную половине диаметра подложкодержатепя, причем диаметр окружности, на которой расположены оси вращения подложкодержателей, выбран в случае совмещения оси мишени с центром максимума интенсивности ионного пучка из соотношения

)О -О )1-0 )О -0 )>0/2гдеО -диаOil ПЮХ Il ОП Al5X „П ОП метр окружности, на который расположены оси подпожкодержателей, 0 — диаметр окружности, П)ЗХ по которой располагается максимум интенсивности ионного пучка; 0 — диаметр подпожкодержателя, а

П расстояние or плоскости подложкодержателя до выходной плоскости ионного лучка выбрано из вы- ф реигеиип п D -2е-D /2Где где в — егпп падения пучка ионов на плоскость пластин равный

f1I Ol б

Ь

О<о<45 0 — диаметр пучка ионов в выходной

ИЭ е плоскости ионного пучка 1 зл ф-пы, 5 ил

2001503

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано при изготовлении пьезоэлектрических пластин, работающих на обьемных колебаниях сдвига по толщине, в частности в области частот свыше 30 МГц, для которых толщина рабочей части пвезоэлектрической пластины в спу44е, непризер, пьезокварца составляет вйФа® ф5 мщу, фрбования, предъявляемые к.пьеэрэлфктричес им пластинам в части соблюдейия заданной геометрической формы, черезвычайно высоки: отсутствие клиновидности рабочей части пьезоэлектрической пластины более

0,1 мкм; — точность получения заданной толщины 0:(10 — 10 6)д, Известен способ изготовления тонких пьезоэлектрических пластин ионным травлением бомбардировкой направленным пучком ионов под углом 0 < 40 к рабочей поверхности охлаждаемых пьезоэлектрических пластин, находящихся на вращаемой мишени.

Однако такой способ не обеспечивает отсутствия клиновидности рабочей части пьезоэлектрических пластин за счет простого вращения мишени в ионном пучке с неравномерностью ионного потока, составляющей единицы процентов, Несмотря на существенное повышение равномерности съема по сравнению с аналогом, самые совершенные из известных устройств обеспечивают разброс по толщине лишь +. 1,9;(, при клиновидном характере съема. что является недостатком этого способа и устройства.

Цель изобретения — повышение качества и упрощение процесса травления.

Цель достигается тем, что в способе изготовления пьезоэлектрических пластин, включающем установку пьезоэлектрических пластин на вращающуюся вокруг своей оси мишень. направление ионного пучка на поверхность пластин под углом, большим нуля, но меньше 45, ионное травление пластин пучком ионов, установку пьезоэлектрических пластин осуществляют на вращающихся вокруг своих осей подложкодержателях на мишени, плоскость которой параллельна выходной плоскости ионного пучка, угол падения ионов на пластины обеспечивают установкой расстояния между выходной плоскостью ионного пучка и плоскостью пьезоэлектрической пластины, в процессе ионного травления каждая пьезоэлектрическая пластина совершает не менее одного поворота на 360" вокруг оси

40 подложкодержателя при выполнении условия

111 1х! + I12 111 + 112 и lg — интегральные интенсивности потока ионов для двух крайних точек участка ионного пучка:

1к — интегральная интенсивность потока ионов произвольной точки внутри участка ионного пучка.

Цель достигается также тем, что в устройстве для изготовления пьезоэлектрических пластин, содержащем вакуумную камеру, ионный источник с кольцевым расходящимся пучком ионов в его выходной плоскости, мишень, вращающуюся вокруг своей оси с размещенными на ней вращающимися вокруг своей оси подложкодержателями, средства для изменения расстояния между ионным источником и плоскостью подложкодержателя, ось мишени совмещена с центром окружности максимума интенсивности ионного пучка или смещена относительно него на величину, большую или равную половине диаметра подложкодержателя, диаметр окружности, на которой расположены оси вращения подложкодержателей, выбран в случае совмещения оси мишени с центром окружности максимума интенсивности ионного пучка из соотношения (О0п Омакс) ) Оп, а в случае смещения оси мишени относительно центра окружности максимума интенсивности ионного пучка — иэ ï соотношения (Ооп Омакс), где Ооп

2 диаметр окружности, на которой расположены оси подложкодержателей; Омакс диаметр окружности, на которой расположен максимум интенсивности ионного пучка; D — диаметр подложкодержателя; расстояние h„> от плоскости подложкодержателя до выходной плоскости ионного пучка выбрано из выражения

2tgб где к — величина смещения осей окружностей с диаметрами Ооп и Омакс, О„а — диаметр пучка ионов в выходной плоскости ионного источника, а 0 — максимальный угол падения пучка ионов на плоскость пластины, равный 0 < 0 450.

На фиг. 1 представлена схема перемещения пьезоэлектрических пластин в осесимметричном неравномерном ионном потоке; на фиг. 2 — зависимость ионного тока от радиуса ионного пучка; на фиг, 3— распределение разнотолщинности по диаметру пластины: на фиг. 4 и 5 — два варианта устройства для реализации предлагаемого способа.

2001503

50

В вакуумной камере 1 (см.фиг.1) с осью

О1 нэ подложкодержателв 2 с осью вращения Ор размещены пьезоэлектрические пластины 3, имеющие ось вращения 03.

Ионный источник оставляет на поверхности в плоскости подложкодержатвля след ионного пучка 4. Расчетным путем находят интегральный поток ионного облучения в интересующей нас точке подложкодержателя. Математически этот интегральный поток выражается в виде интеграла -5 !! (R(t))dc, где !! — ионный ток в точке интегрирования, — время. Расчеты выполнены для конфигураций ионного пучка, показанных нэ фиг.2.

Выполненные расчеты показали, что наибольший вклад в повышение равномерности съема и ликвидации клиновидности (см.фиг.3, кривая 1) вносит вращение пластины вокруг собственной или другой оси, перпендикулярной рабочей поверхности пьезоэлектрической пластины. Осесимметричный характер съема обеспечивается в том случае, если пьезоэлектрическая пластина совершает обороты на 360 вокруг оси (см.фиг.3, кривые 2,3,4) на участках ионного пучка, не имеющего перегибов интенсивности интегрального потока ионов на всей траектории поперечного движения пьезоэлектрической пластины в иоНном пучке относительно плоскости этой траектории, т.е. при соблюдении условия !!1 — !х! < Ilz — I1l llz — !кI, где I1 и lz- интегральные интенсивности для двух крайних точек участка пучка: !к - интегральная интенсивность потока ионов произвольной точки внутри участка пучка. Для осесимметричного ионного пучка введение вращения оси мишени относительно оси ионного пучка не дает эффекта и эквивалентно смещению неподвижной оси мишени относительно оси пучка, т.е, эксцентриситету этих осей (см.фиг.1 — оси 01 и Oz смещены нэ величину e). Для получения максимальной равномерности съема при ионном травлении целесообразно использовать ионйый пучок, имеющий наклонную рабочую часть, с тем, чтобы результирующий наклон компенсировал локальные неравномерности интегрального потока, т.е. чтобы в соответствии с предложенным способом рабочим участком ионного пучка был его склон. не имеющий перегибов интенсивности интегрального потока при поперечном перемещении пьезоэлектрической пластины в пучке относительно плоскости перемещения, Пример реализации предлагаемого способа.

Для изготовления пьезоэлектрических пластин, установленных на вращающуюся вокруг своей оси мишень, был использован ионный пучок от ионного источника с холодным катодом типа "Мир-20" с кольцевым ионным пучком в своей выходной плоскости (см.фиг.2, кривая 3), имеющий мишень диаметром 190 мм, расстояние которой до ионного источника регулировалось до 180 мм, Средний угол падения ионов составил 35 при расстоянии между мишенью и ионным источником, равном 60 мм. При этом все подложкодержатели с расположенными на них пластинами вращались вокруг своей оси на 360О. оставаясь на одном склоне интенсивности ионного пучка, т.е. соблюдалось укаэанное выше соотношение

t I1 — I l 1!г — l1) + Ь вЂ” IX I, Устройство для реализации предлагаемого способа (см.фиг.4 и 5) содержит вакуумную камеру 1, ионный источник 2, создающий в своей выходной плоскости 3 нэ выходе 4 кольцевой осесимметричный пучок ионов 5 трубчатой формы, вращающуюся мишень 6 с вращающимися подложкодержателями Y для размещения пьезоэлектрических пластин на рабочих плоскостях 8, в также средства для регулирования расстояния h между плоскостями 3 и 8 (не показаны), Указанное расстояние определяется из выражения !

1пп

g где D — диаметр окружности, на которой расположены оси гюдложкодержателей;

Оиа — диаметр пучка ионов в выходной плоскости ионного источника, — величина смещения осей окружностей с диаметром

Don и Омакс, 0- максимальный угол падения пучка ионов на плоскость пластины. равный

О< 0 45.

Для первого варианта исполнения устройства (см.фиг.4) при совмещении оси мишени с центром окружности максимума интенсивности ионного пучка (при е- О) соблюдается соотношение (Don Омакс) + Од, где Ооп - диаметр окружности, на которой расположены оси подложкодержателей;

О а с — диаметрокружности, на которой расположен максимум интенсивности ионного пучка;

О, — диаметр подложкодержателя, Для второго варианта исполнения устройства (см.фиг.5) в случае смещения оси мишени относительно центра окружности максимума интенсивности ионного пучка на величину, большую или равную половине диаметра подложкодержателя, соблюдается соотношение

2001503

20

D. (0on — 0 )

2 (при г. R Dn/2).

Устройства, показанные на фиг. 4 и 5, при своей работе обеспечивают реализацию заявляемого способа, а именно в этих случаях пьезоэлектрические пластины. установленные на вращающуюся вокруг своей оси мишень на вращающихся вокруг своей оси подложкодержателях так, что каждая пьезоэлектрическая пластина совершает не менее одного поворота на 360" вокруг оси подложкодержателя и выполняется вышеуказанное условие

IlI lI — ll2 l11 — Il2 l 1, rye lI u !2 — интегральные интенсивности потока ионов для крайних точек участка пучка ионов, 4 — интегральная интенсивность потока ионов в произвольной точке внутри

Формула изобретения

c(Iocoli изготовлгния 11ькзозлгктрических

I IJIACTHH И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУШЕСТВЛЕния

1. Способ изготовления пьезоэлектрических пластин, включающий установку пьезоэлектрических пластин на вращающуюся вокруг своей оси мишень, направление ионного пучка на поверхность пластин под углом, большим О, но меньшим или равным

45, ионное травление пластин пучком ионов, отличающийся тем, что, с целью повышения качества и упрощения процесса травления, установку пьезоэлектрических пластин осуществляют на вращающихся вокруг своих осей подложкодержателях на мишени, плоскость которой параллельна выходной плоскости ионного пучка, угол падения ионов на пластины обеспечивают установкой расстояния между выходной плоскостью ионного пучка и плоскостью пьезоэлектрической пластины, в процессе ионного травления каждая пьезоэлектрическая пластина совершает не менее одного поворота на 360 вокруг оси подложкодержателя при выполнении условия

1 1 - 41 S 1112 11 а 1 2 Jx1 где JI и J2 - интегральные интенсивности потока ионов для двух крайних точек участка ионного пучка; .)х - интегральная интенсивность потока ионов произвольной точки внутри участка ионного пучка.

2. Устройство для изготовления пьезоэлектрических пластин, содержащее вакуумную камеру, ионный источник с кольцевым расходящимся пучком ионов в

50 участка пучка ионов. а необходимый угол падения ионов на пьезоэлектрическую ппастину обеспечивается выбором расстояния плоскости подложкодержателей (пьезоэлектической пластины) от выходной плоскости расходящегося ионного пучка.

Предложенные способ и устройство имеют следующие преимущества: гарантированное отсутствие клиновидности пьезоэлектрических пластин: — высокая идентичность толщины пьезоэлектрических пластин после тоавления; упрощение устройства и процесса травления, повышение экономичности по сравнению с прототипом. (56) R.Castellano et al., Proceeding 29 Annuel

Symp. Freg, Control, 1975, р. 128-134. Solid

State Technology, N. 4, 1989, р. 91. его выходной плоскости, мишень, вращающуюся вокруг своей оси с размещенными на ней вращающимися вокруг своих осей подложкодержателями, средства для изменения расстояния между ионным источником и плоскостью подл ожкодержателя, отличающееся тем, что, с целью упрощения устройства и повышения качества пластин, ось мишени совмещена с центром окружности максимума интенсивности ионного пучка или смещена относительно него на величину г, большую или равную половине диаметра подлож1,qржатeля, диаметр окружности, на которой расположены оси вращения подложкодержателей, выбран в случае совмещения оси мишени с центром окружности максимума интенсивности ионного пучка из соотношения D

Dma< > Dn. а в случае смещения оси мишени относительно центра окружности максимума интенсивности ионного пучка - из соотношения Don - Dmax Dn/2, расстояние от плоскости подложкодержателя до выходной плоскости ионного пучка выбрано из выражения

Вол 2 ив

2 В где Ооп - диаметр окружности, на которой расположены оси подложкодержателей:

0 „в - диаметр окружности, по которой располагается максимум интенсивности ионного пучка;

Dn - диаметр подложкодержателя;

О в - диаметр пучка ионов в выходной плоскости ионного пучка.

9 - угол падения пучка ионов на плоскость пластин. равный 0 = 1 45 .

2001503

075 ау

2401503

0h, wet ус 0)й;

Р7/

2001503

2001503

Составитель Г.Гафарова

Редактор В.Трубченко Техред М.Моргентал Корректор П,Гереши

Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Заказ 3132

Г1роизвоцственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101