使用O形环施加保持力的系统的制作方法

本申请主张2018年5月29日提出申请的美国专利申请第15/991,328号的优先权，所述美国专利申请的公开内容全文并入本案供参考。

本发明实施例涉及使用弹簧力将两个组件保持在一起的紧固系统，且更具体来说涉及在不使用金属弹簧或垫圈的情况下保持两个组件的紧固系统。

背景技术：

离子源用于形成含有所要物种的离子的等离子体。然后，这些离子通常是通过引出孔口引出且被朝向工件引导。类似地，等离子体腔室也用于形成等离子体，然而，工件设置在所述等离子体腔室内。

这些离子源及等离子体腔室通常由紧固在一起的多个组件构造而成。然而，由于这些离子源及等离子体腔室所经受的温度，这些组件会出现热膨胀。因此，紧固件允许出现一定量的相对移动。这通常是使用具有所需弹簧力的弹簧来实现。

然而，新的蚀刻及处理方法使用极具反应性的工艺气体，所述工艺气体进攻性地攻击金属组件。当这些金属组件受到工艺气体攻击时，释放出的材料会涂布离子源或等离子体腔室的表面。所述释放出的材料还可能会以污染物及粒子的形式迁移到工件的表面。

因此，使用不会对工件造成污染的弹簧力来保持两个组件的紧固系统将大有益处。此系统可用于金属弹簧的使用可能会导致污染的任何应用中。

技术实现要素：

公开一种使用弹簧力来附接两个组件的紧固系统。所述紧固系统利用o形环来提供弹簧力，因而不需要任何金属组件。所述o形环可设置在具有多个辐条的o形环保持器中。当受压缩，所述辐条对所述o形环形成压迫。辐条的数目以及其大小及形状决定紧固系统的弹簧力。在另一实施例中，利用垂直定向的o形环。所述紧固系统可用于紧固离子源的各种组件。

根据一个实施例，公开一种用于将第一组件紧固到第二组件的紧固系统。所述紧固系统包括：销钉，具有头及主体；闩锁，具有中心开口，所述中心开口的尺寸设定成使得所述销钉的所述主体穿过；o形环保持器，具有圆形凹口，所述圆形凹口具有底部、内侧壁及外侧壁；以及o形环，其中所述o形环设置在所述圆形凹口中且设置在所述闩锁的底侧与所述o形环保持器之间。在某些实施例中，所述销钉包括沿着所述主体设置的凹槽，其中所述中心开口的尺寸设定成使得所述闩锁在旋转四分之一转时锁定在所述凹槽中。在某些实施例中，当所述闩锁锁定在所述凹槽中时，所述o形环受压缩。在某些实施例中，所述o形环保持器包括从所述圆形凹口的所述底部向上延伸的多个辐条，所述多个辐条接触所述o形环的底表面。在一些实施例中，所述多个辐条中的每一者附接到所述内侧壁及所述外侧壁。在一些实施例中，所述多个辐条中的每一者包括远离所述底部的自由端，且其中所述多个辐条中的每一者的所述自由端是锥形的。在其他实施例中，所述自由端是平坦的。在某些实施例中，所述多个辐条中的每一者与邻近的辐条间隔开角度360°/n，其中n是辐条数目。在一些实施例中，n可介于3与8之间。

根据另一实施例，公开一种用于将第一组件紧固到第二组件的紧固系统。所述紧固系统包括：销钉，具有头及主体；闩锁，具有中心开口，所述中心开口的尺寸设定成使得所述销钉的所述主体穿过；o形环保持器，具有多个垂直槽；以及多个o形环，其中所述多个o形环中的每一者设置在相应的垂直槽中，且接触所述闩锁的底侧。在某些实施例中，所述多个垂直槽中的每一者与邻近的垂直槽间隔开角度360°/n，其中n是垂直槽数目。在某些实施例中，n介于3与8之间。

根据另一实施例，公开一种与离子源搭配使用的引出板(extractionplate)总成。所述引出板总成包括：引出板，具有引出孔口；及孔，接近所述引出孔口；阻挡件，具有开口；以及紧固系统，所述紧固系统包括：销钉，具有穿过所述孔及所述开口的头及主体；闩锁，具有中心开口，所述中心开口的尺寸设定成使得所述销钉的所述主体穿过；o形环保持器；及o形环，其中所述o形环设置在所述o形环保持器中且受挤压而抵靠所述闩锁的底侧。在某些实施例中，所述o形环保持器设置成抵靠所述阻挡件。在某些实施例中，所述o形环保持器包括圆形凹口，所述圆形凹口具有底部、内侧壁及外侧壁；且所述o形环设置在所述圆形凹口中。在某些其他实施例中，所述o形环保持器包括从所述圆形凹口的所述底部向上延伸的多个辐条，所述多个辐条接触所述o形环的底表面。在某些实施例中，所述o形环保持器包括多个垂直槽；及多个o形环，其中所述多个o形环中的每一者设置在相应的垂直槽中。

附图说明

为更好地理解本发明，参考附图，所述附图并入本案供参考且在附图中：

图1是根据一个实施例的紧固系统的视图。

图2a示出图1所示紧固系统的销钉及闩锁的俯视图。

图2b示出根据另一实施例的销钉。

图3示出根据一个实施例的图1所示o形环及o形环保持器。

图4a-4f示出图1所示实施例中所使用的o形环保持器的各种实施例。

图5示出根据一个实施例的组装起来的销钉、o形环保持器及o形环。

图6是根据第二实施例的紧固系统的视图。

图7示出具有闩锁的图6所示紧固系统。

图8示出与图6及图7所示紧固系统搭配使用的o形环保持器。

图9示出安装有o形环的图8所示o形环保持器。

图10示出使用本文中所述的紧固系统的离子源。

具体实施方式

如上文所述，在某些实施例中，使用包含一定量的弹簧力适应热膨胀的紧固系统来将离子源或等离子体腔室保持在一起。

本发明阐述在不使用任何金属组件的情况下实现此目标的数个紧固系统。这在金属组件可能会遭受腐蚀性气体或者遭受造成金属组件劣化或使金属组件的运作打折扣的其他条件的任何环境中，大有益处。

图10示出一个此种实施例。系统包括由多个腔室壁301构成的离子源腔室300。在某些实施例中，这些腔室壁301中的一者或多者可由例如石英等介电材料构造而成。射频(radiofrequency，rf)天线310可设置在第一介电壁302的外表面上。rf天线310可由rf电源320供电。在离子源腔室300内辐射输送到rf天线310的能量以将进料气体电离，所述进料气体是经由气体入口330引入。在其他实施例中，以不同的方式将气体电离，例如通过使用间接加热式阴极(indirectlyheatedcathode，ihc)、电容耦合等离子体源、电感耦合等离子体源、贝纳斯(bernas)源或任何其他的等离子体产生器。

一个腔室壁被称为引出板340，其包括引出孔口345，离子可通过引出孔口345离开离子源腔室300。引出板340可由导电材料(例如，钛、钽或另一金属)构造而成。引出板340的宽度可超过300毫米。此外，引出孔口345可比工件399的直径宽。

台板360设置在离子源腔室300之外、接近引出孔口345。工件399设置在台板360上。

阻挡件350可设置在离子源腔室300内。阻挡件350可以是用于影响引出孔口345附近的等离子体鞘套(plasmasheath)的介电材料。在其他实施例中，阻挡件350可以是涂布有例如陶瓷材料等介电材料的金属。举例来说，在某些实施例中，阻挡件350设置成使得离子以不与工件399垂直的引出角度离开引出孔口345。在某些实施例中，可以两个不同的引出角度引出离子，例如图10中所示的角度。在此实施例中，朝向工件399引导第一小波束390及第二小波束391。在其他实施例中，以单一引出角度引出离子。将阻挡件350相对于引出孔口345放置在离子源腔室300内会界定离子离开离子源腔室300并撞击工件399的角度。可使用本文中所述的紧固系统中的任一者将阻挡件350附接到引出板340。

图1示出根据一个实施例的紧固系统100。此紧固系统100用于将第一组件10与第二组件20保持在一起。举例来说，第一组件10可以是图10的引出板340，而第二组件20可以是阻挡件350。

紧固系统100包括穿过第一组件10及第二组件20中的孔或开口的销钉110。销钉110可由抗蚀刻的氧化铝、石英或高性能材料(highperformancematerial，hpm)制成。当然，也可使用其他适合的材料。销钉110可具有头111，头111大于主体112，以使得头111不能穿过第一组件10中的孔或开口。在某些实施例中，可将第一组件10钻孔，以使得头111搁置在第一组件10中的凹口中。在某些实施例中，销钉110的头111可以是圆形的，具有介于0.5与1.0英寸之间的直径。销钉110的主体112的至少一部分可以是卵形形状，且沿着其主轴的长度介于0.4到0.6英寸之间，且沿着其短轴的长度介于0.2与0.4英寸之间。当然，这些尺寸仅是说明性的。也可使用其他尺寸。

如上文所述，在图2a中最清晰地看到，在一些实施例中，销钉110的主体112的至少一部分可具有卵形剖面或椭圆形剖面。此外，在图1中看到，凹槽113可设置在主体112上以允许附接闩锁120。在某些实施例中，销钉110的整个主体112可具有椭圆形剖面。在其他实施例中，销钉110的主体112从头111到凹槽113可具有圆形剖面，且在凹槽113之后可具有椭圆形剖面，如图2b中所示。如图2a中所示，闩锁120可以是圆形的，具有卵形或椭圆形的开口121。闩锁120可由hpm、氧化铝、石英或任何其他适合的材料制成。开口121的大小可被设定成略微大于主体112的剖面。这样一来，可将闩锁120放置在销钉110之上以使得开口121与主体112大致对齐。然后，可将闩锁120降下到销钉110上。当闩锁120到达凹槽113的水平高度时，可将闩锁120旋转四分之一转(即，90°)以使得凹槽113立刻将闩锁120固位。

在另一实施例中，闩锁120可具有c形夹形状，且仅使用o形环的一区段而非使用连续的圆形o形环。c形夹具有锥形表面(例如，斜面)，从而允许首先使c形夹容易滑动进入，然后在c形夹完全插入时施加弹簧力。

尽管未示出，但在其他实施例中，销钉110的主体112可具有圆的剖面。在此实施例中，销钉110可具有剖面为卵形或椭圆形的头。在闩锁120通过销钉110的头之后，闩锁120可旋转四分之一转以稳固在适当位置。

在某些实施例中，闩锁120具有从闩锁120的外边缘向下延伸的凸缘122。凸缘122可覆盖o形环140且覆盖o形环保持器130的一部分，如下文所述。

o形环保持器130可设置在第二组件20上，且搁置在闩锁120下方。o形环保持器130可由hpm、氧化铝、石英或任何其他适合的材料制成。在图1及图3中看到，o形环保持器130可以是具有内直径及外直径的轮状环(annularring)。所述内直径可至少与销钉110的主体112的主轴一样大，以允许销钉110穿过o形环保持器130的中心中的孔。在某些实施例中，所述内直径可为0.4到0.6英寸。在其他实施例中，o形环保持器130可以不是轮状环。更确切地说，o形环保持器130可具有圆形外边缘，但内边缘可具有与销钉110的主体112相同的形状。在所有实施例中，销钉110的主体112皆能够穿过o形环保持器130的中心中的孔。o形环保持器130还可具有圆形凹口131，o形环140设置在所述圆形凹口131中。

o形环140设置在o形环保持器130中。o形环140定向成使得销钉110穿过o形环140中的中心孔。换句话说，o形环140是相对于销钉110而水平定向。在一些实施例中，o形环140的内直径可介于0.6与0.8英寸之间，而外直径介于0.8与1.2英寸之间。o形环140的宽度可介于0.1与0.2英寸之间。当然，可使用其他尺寸。在某些实施例中，o形环140可由全氟弹性体构造而成。o形环140在其底表面上与o形环保持器130实体接触且在其上表面上与闩锁120实体接触。在某些实施例中，o形环140压缩在o形环保持器130与闩锁120之间。o形环140可由任何适合的材料构造而成，例如合成橡胶、含氟弹性体或其他类型的弹性体。o形环140具有某种程度的抗压性，抗压性通常是由硬度计测量。值越高，指示柔性越小。

在图1中看到，闩锁120的直径可大于o形环140及o形环保持器130的直径，以使得凸缘122可覆盖o形环140且覆盖o形环保持器130的至少一部分。在某些实施例中，凸缘122可一直延伸到第二组件20的顶表面。在其他实施例中，凸缘122与所述第二组件20的顶表面之间可存在间隙。

圆形凹口131可具有各种不同的剖面。举例来说，图1将圆形凹口131的剖面示出为具有两个垂直侧壁132及底部133，底部133可以是水平的。相比之下，图3示出具有两个向内倾斜侧壁134及底部133的剖面，底部133可以是水平的。侧壁及底部的配置可影响o形环140的弹簧力。换句话说，在图1中，对o形环140的任何压缩驱迫出向上的力，这是因为o形环的整个底表面直接设置在底部133上。相比之下，在图3中所示的配置中，向内倾斜侧壁134支撑o形环140。因此，对o形环140进行压缩可使o形环140变形且将其朝向底部133更深地推入到凹口131中。在此配置中，这可导致o形环140的弹簧力较低。换句话说，o形环140可朝向底部133变形的量可决定o形环140的弹簧力。

鉴于此，可设计出多种不同的o形环保持器。图4a-4f示出六个不同的实施例，其中每一o形环保持器130包括：底部133，其可以是水平的；内侧壁及外侧壁，其可包括垂直侧壁132。当然，可替代地使用向内倾斜侧壁134。每一o形环保持器130也包括从水平底部133向上延伸的至少一个辐条135。辐条135是从o形环保持器130的底部133的向上突出部。每一辐条135可从内侧壁延伸到外侧壁且附接或焊接到这两个侧壁。辐条135可不延伸到垂直侧壁132的顶部。从辐条135的自由端的水平底部133到顶部的距离可被称为辐条135的高度。辐条的宽度是指辐条135在与径向方向垂直的方向上的尺寸。辐条135可具有如图4e-4f中所示的锥形自由端，或可具有如图4b及4d中所示的平坦自由端。锥形自由端指示与在辐条135的自由端处相比，靠近底部133辐条135更宽。此包括自由端可终止在锐边缘或钝边缘中的实施例。平坦自由端指示靠近底部133与在辐条135的自由端处，辐条135具有相同的厚度。此外，辐条135的宽度可有所不同。举例来说，图4b所示辐条比图4c所示辐条薄。另外，辐条的数目可有所不同。举例来说，图4e示出两个辐条，图4b-d示出三个辐条，而图4a及4f示出四个辐条。当然，可使用任意数目个辐条。为使得能将o形环140平放在o形环保持器130上，可将辐条135等距地间隔开。因此，邻近的辐条之间的角度可界定为360°/n，其中n是辐条数目。在某些实施例中，辐条的数目可介于3与8之间。

在操作中，穿过第一组件10及第二组件20中的开口或孔而放置销钉110。将o形环保持器130滑放在销钉110之上。然后，将o形环140设置在o形环保持器130上，且具体来说，搁置在o形环保持器130的辐条135上。这可在图5中看到。然后，将闩锁120放置在销钉110之上，并通过四分之一转将闩锁120稳固到凹槽113。o形环140与闩锁120及辐条135实体接触且在默认状态中可受到略微压缩。在某些实施例中，弹簧力的默认量可介于3与9磅(pounds)之间，但可使用其他值。如果紧固系统100受热，则热膨胀可导致第一组件10和/或第二组件20膨胀。由于闩锁120与销钉的头111之间的距离是固定的，因此通过压缩o形环140来适应此膨胀。具体来说，将o形环140挤压到辐条135中，以使得每一辐条135压迫o形环140。辐条135的数目、高度及形状决定形成所述压迫所花费的力的量。具有较少的有锥形自由端的辐条135的o形环保持器130所形成的弹簧力将低于具有较多辐条或一个非锥形辐条135的o形环保持器。

确定辐条135的数目、每一辐条135的宽度及高度以及辐条是否具有锥形自由端是基于o形环140受压迫时提供的所需弹簧力而做出的设计选择。辐条的数目、辐条的宽度及辐条的深度可极大地影响弹簧力。

虽然图4a-4f示出辐条135设置在o形环保持器130上，但也可存在其他实施例。举例来说，在替代实施例中，辐条还可设置在闩锁120的底侧上。可将闩锁120上的辐条及o形环保持器130上的辐条135对齐，以使得在o形环140的上表面及o形环140的下表面上的相同的点处接触o形环140。举例来说，假定闩锁120及o形环保持器130各自具有三个辐条。那么当进行组装时，o形环保持器130的辐条135可设置成任意角度0°、120°及240°。那么闩锁120的辐条也可设置成角度0°、120°及240°

在另一实施例中，当紧固系统100被组装起来时，o形环保持器130的辐条135不与闩锁120的辐条对齐。在一个特定实施例中，闩锁120的辐条可被配置成设置在o形环保持器130的辐条135之间。当进行组装时，o形环保持器130的辐条135可设置成任意角度0°、120°及240°。那么闩锁120的辐条可设置成角度60°、180°及300°。

在又一实施例中，o形环保持器130可具有圆形凹口131，但可不具有辐条135。更确切地说，辐条可仅设置在闩锁120的底侧上。在某些实施例中，如果闩锁120的底侧包括辐条及圆形凹口，则可不采用o形环保持器130。

虽然可将o形环140水平地定向，但也可存在其他实施例。图6-9示出o形环是垂直定向的紧固系统200的另一实施例。不依靠压缩或压迫用于构造o形环的材料的能力，此实施例依靠的是使o形环的圆形形状畸变以实现弹簧力的能力。

与先前实施例一样，此紧固系统200利用销钉110及闩锁120来将第一组件10稳固到第二组件20。

在图8及图9中最清楚地看到，o形环保持器230可以是具有内直径及外直径的轮状环。所述内直径可至少与销钉110的主体112的主轴一样大，以允许销钉110的主体112穿过o形环保持器230的中心孔。在其他实施例中，o形环保持器230可以不是轮状环。而是o形环保持器230可具有圆形外边缘，但内边缘可具有与销钉110的主体112相同的形状。在所有的实施例中，销钉110的主体112皆能够穿过o形环保持器230中的中心孔。o形环保持器230可由hpm、氧化铝、石英或任何其他适合的材料制成。与先前实施例不同，o形环保持器230包括多个垂直槽231，这在图6及图8中最清楚地看到。垂直槽231的数目可有所不同，且可以是大于1的任何数目。可围绕o形环保持器230将垂直槽231等距地间隔。举例来说，图8及9示出四个垂直槽231，其中每一垂直槽231的中点与邻近的垂直槽的中点间隔开90°。一般来说，每一垂直槽231的中点与两个邻近的垂直槽231的中点间隔开360°/n，其中n是垂直槽231的数目。在某些实施例中，n介于3与8之间。

图6及图9示出各自设置在相应的垂直槽231中的多个o形环240。o形环240具有外直径、内直径及宽度。在某些实施例中，所述外直径可介于0.2与0.3英寸之间，所述内直径可介于0.05与0.150英寸之间，且所述宽度可介于0.05与0.1英寸之间。当然，也可使用其他尺寸。垂直槽231各自具有深度、长度及宽度。在某些实施例中，所述深度可介于0.1与0.3英寸之间，所述长度可介于0.1与0.3英寸之间，且所述宽度可介于0.05与0.1英寸之间。当然，也可使用其他尺寸。注意，垂直槽231可不完全延伸穿过o形环保持器230。垂直槽231的宽度可等于或略微大于o形环240的宽度。垂直槽231的长度等于或略微大于o形环240的外直径。最后，垂直槽231的深度略微小于o形环240的外直径，以使得在将o形环240设置在垂直槽231中时，o形环240从垂直槽231的顶部突出，如图9中所示。在某些实施例中，垂直槽231越窄，其将越多地限制o形环240压缩，从而形成越高的弹簧力。反之，垂直槽231相对于o形环240越宽，弹簧力便越小。

在图7中看到，当闩锁120附接到销钉110时，闩锁120的底侧接触o形环240，从而形成弹簧力。弹簧力的量与以下因素相关：o形环240的宽度、o形环240在o形环保持器230上方延伸的距离、o形环表面受压缩的面积及用于构造o形环240的材料。如上文所述，o形环240的弹簧力可适应热膨胀所导致的尺寸改变。另外，闩锁120的凸缘122可向下延伸以覆盖o形环240且覆盖o形环保持器230的一部分或全部。

因此，参考图10，可使用本文中所述的紧固系统来构造引出板总成。所述引出板总成包括引出板340、阻挡件350及紧固系统。所述紧固系统包括销钉110、闩锁120、至少一个o形环及o形环保持器。引出板340具有引出孔口及至少一个孔以容纳紧固系统的销钉。同样地，阻挡件350可具有至少一个开口以容纳紧固系统的销钉。在一些实施例中，o形环保持器可以是图3-5的o形环保持器130，且可使用一个o形环。在其他实施例中，o形环保持器可以是图6-9的o形环保持器230，其采用多个o形环240。

本文中所述的系统及方法具有许多优势。首先，不使用金属部件。这会减少引入到离子源或等离子体腔室中的污染物量，且也会减少存在于工件上的污染物。另外，在第一实施例中，创新性地使用辐条使得能针对特定应用而调节紧固系统的弹簧力。换句话说，通过选择辐条的数目及这些辐条的大小及形状，可对紧固系统的弹簧力进行定制。类似地，在第二实施例中，o形环的数目及垂直槽的尺寸使得能调节弹簧力。

另外，本文中所述的紧固系统适用于禁止或不可使用金属弹簧的任何环境。

本发明的范围不受本文中所述的具体实施例限制。事实上，除了本文中所述的实施例之外，所属领域的技术人员依据以上说明及附图还将明了本发明的其他各种实施例及润饰。因此，这些其他实施例及润饰旨在含于本发明的范围内。此外，尽管本文中已出于特定目的在特定环境中在特定实施方案的上下文中阐述了本发明，但所属领域的技术人员应认识到其用途并不仅限于此，且本发明可有利于出于任何数目个目的实施在任何数目种环境中。因此，应鉴于本文中所述的本发明的全部广度及精神来对所附的权利要求加以解释。