一種快速制備等離子刻蝕機(jī)用高純氧化釔涂層的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種快速制備等離子刻蝕機(jī)用高純氧化釔涂層的方法，該方法包括以下步驟：1)零件待噴涂表面預(yù)處理和對無涂層區(qū)域進(jìn)行膠帶防護(hù)；2)采用北京礦冶研究總院生產(chǎn)(或具有同等性能參數(shù))的高純氧化釔粉末，純度≥99.9％、粒度分布為20-40微米；3)采用三陽極等離子噴涂系統(tǒng)+多軸機(jī)械手的方案進(jìn)行快速噴涂。本發(fā)明采用的噴涂方法相比傳統(tǒng)等離子噴涂法能夠有效降低基體熱輸入(基體溫度低于100℃)，提高了涂層純度和均勻性，在1-2分鐘內(nèi)快速制備出厚度為120-180微米，純度≥99％的高純氧化釔陶瓷涂層，提高了極大規(guī)模集成電路刻蝕機(jī)零件的抗高能等離子沖蝕性能和使用壽命。
【專利說明】一種快速制備等離子刻蝕機(jī)用高純氧化釔涂層的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種快速制備陶瓷覆蓋層的方法，特別是一種等離子刻蝕機(jī)用高純氧 化釔涂層的快速制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著半導(dǎo)體硅晶片加工設(shè)備的體積增大和加工等離子體功率的升高，使極大規(guī)模 集成電路刻蝕機(jī)等離子反應(yīng)室鋁質(zhì)零件表面防護(hù)涂層材料在高功率的CF 4、SF6、02、Cl2、HBr 等離子體沖蝕下的壽命減少。當(dāng)加工的硅圓晶片尺寸增大到12英寸，傳統(tǒng)氧化鋁涂層抗大 功率等離子體沖蝕能力差，已不能滿足要求。
[0003] 由于氧化釔涂層具有比氧化鋁更好的抗等離子體沖蝕的性能和更長的使用壽命， 成為等離子體反應(yīng)室鋁質(zhì)零件涂層的發(fā)展趨勢。氧化釔涂層除了應(yīng)用于刻蝕機(jī)外，在其它 集成電路裝備中也獲得了應(yīng)用。
[0004] 氧化釔材料熔點(diǎn)高達(dá)24KTC，通常采用等離子噴涂方法制備形成涂層。等離子噴 涂技術(shù)是采用溫度高達(dá)1萬攝氏度的等離子體為熱源，將陶瓷、合金、金屬等粉體材料加熱 到熔融或半熔融狀態(tài)，并以高速噴向經(jīng)過預(yù)處理的工件表面而形成附著牢固的表面層的方 法。
[0005] 由于刻蝕機(jī)用防護(hù)涂層對其純度、均勻性等性能有很高的要求（純度要求大于 99% )，因此要求噴涂設(shè)備具有穩(wěn)定的使用性能，噴涂過程能夠快速完成，以減少噴涂過程 引入的污染，并降低對基體零部件的熱輸入，從而保證涂層的純度和結(jié)合強(qiáng)度。同時對噴涂 配套收塵、冷卻等輔助系統(tǒng)的工作配合程度也要求很高。
[0006] 傳統(tǒng)的等離子噴涂技術(shù)存在電弧在陽極根部漂移使噴涂參數(shù)穩(wěn)定性差，粉體射流 溫度均勻性差（束斑直徑小，邊緣效應(yīng)顯著），噴涂陶瓷材料送粉率低（約40g/min)導(dǎo)致生 產(chǎn)效率低、噴涂距離短（約100mm)且噴涂時間長導(dǎo)致基體熱輸入大等問題。進(jìn)而對涂層的 純度、結(jié)合強(qiáng)度、均勻性等以及基體熱變形產(chǎn)生較大負(fù)面作用。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的是提供一種能夠快速制備高純氧化釔陶瓷涂層的熱噴涂方法，該方 法克服了傳統(tǒng)等離子噴涂工藝制備涂層速度慢，熱輸入大，涂層純度和均勻性低的問題。主 要應(yīng)用于但不限于極大規(guī)模集成電路刻蝕機(jī)等離子反應(yīng)室鋁質(zhì)零件，提高其抵抗高能等離 子沖蝕能力和使用壽命。
[0008] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種等離子刻蝕機(jī)用高純氧化釔 涂層的快速制備方法，主要包括以下步驟：
[0009] 1)噴涂前對環(huán)境衛(wèi)生、噴涂主輔設(shè)備和噴涂基體進(jìn)行徹底清潔，并對基體待噴涂 以外部位進(jìn)行有效防護(hù)。通過噴砂、超聲波清洗去除基體表面氧化物和附著的雜質(zhì)，以增加 涂層與基體表面的機(jī)械結(jié)合強(qiáng)度。
[0010] 2)將北京礦冶研究總院生產(chǎn)（或具有同等性能參數(shù)）的純度> 99. 9%、粒度分布 為20-40 μ m高純氧化釔陶瓷粉末加入三陽極等離子噴涂系統(tǒng)。三陽極等離子噴涂系統(tǒng)配 備三陽極等離子噴槍，相比普通等離子噴槍具有等離子弧不漂移參數(shù)穩(wěn)定、粉體射流速度 高（250-300m/s)且溫度均勻性好（束斑直徑增大1倍）、送粉率高（150-300g/min)生產(chǎn)效 率高、噴涂距離長（約150mm)降低基體熱輸入的優(yōu)點(diǎn)。能夠快速制備出符合要求的高純氧 化釔涂層。
[0011] 3)采用多軸機(jī)械手操縱三陽極等離子噴涂系統(tǒng)的噴槍，在基體待噴涂部位噴涂。 采用多軸機(jī)械手夾持等離子噴涂槍，可以實(shí)現(xiàn)噴槍高速、精確移動，從而進(jìn)一步提高涂層均 勻性和噴涂效率、降低對基體的熱輸入（基體溫度低于l〇〇°C )。
[0012] 本發(fā)明采用的多軸機(jī)械手+三陽極等離子噴涂系統(tǒng)的方案，采用北京礦冶研究總 院生產(chǎn)（或具有同等性能參數(shù)）的高純氧化釔粉末，典型的噴涂高純氧化釔抗沖蝕涂層的 工藝參數(shù)見表1。所制備的涂層具有如下特性：純度> 99%，厚度為120-180微米（±2% )， 結(jié)合強(qiáng)度彡5MPa，等離子能量為800W時的刻蝕速率彡180nm/min。
[0013] 本發(fā)明方法獲得了高純度、高結(jié)合強(qiáng)度和高抗高能等離子沖蝕性能的氧化釔涂 層，提高了極大規(guī)模集成電路等離子刻蝕機(jī)反應(yīng)室鋁質(zhì)零件的使用壽命。

【具體實(shí)施方式】
[0014] 在噴涂前，通過噴砂、超聲波清洗去除表面氧化物和附著的雜質(zhì)。
[0015] 首先將零件采用適當(dāng)方式裝卡固定，用純凈壓縮空氣吹干表面，并用熱噴涂專用 防護(hù)膠帶對基體無涂層部位進(jìn)行保護(hù)。
[0016] 徹底清理送粉器、送粉管、噴槍，并保持噴涂環(huán)境清潔無污染，噴涂過程中保持較 大的抽風(fēng)除塵風(fēng)量，確保獲得高純氧化釔涂層。
[0017] 采用北京礦冶研究總院生產(chǎn)（或具有同等性能參數(shù)）的高純氧化釔陶瓷粉末，并 采用如表1所示的工藝參數(shù)進(jìn)行噴涂。
[0018] 最后將零件防護(hù)膠帶去除，徹底清理設(shè)備和環(huán)境衛(wèi)生，完成噴涂加工。
[0019] 表1三陽極等離子噴涂系統(tǒng)制備高純氧化釔抗沖蝕涂層典型工藝參數(shù)
[0020]

【權(quán)利要求】
1. 一種快速制備等離子刻蝕機(jī)用高純氧化釔涂層的方法，其特征在于，包括以下步 驟： 1) 噴涂前對環(huán)境衛(wèi)生、噴涂主輔設(shè)備和噴涂基體進(jìn)行徹底清潔，并對基體待噴涂以外 部位進(jìn)行有效防護(hù)； 2) 將純度> 99. 9%、粒度分布為20-40 y m的高純氧化釔陶瓷粉末加入三陽極等離子 嗔涂系統(tǒng)； 3) 采用多軸機(jī)械手操縱三陽極等離子噴涂系統(tǒng)的噴槍，在基體待噴涂部位噴涂。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，噴涂工藝參數(shù)如下：等離子弧功率 65-70kW，送粉速率100-150g/min，噴涂距離130-150mm，機(jī)械手移動速度0. 8-1. 2m/s，噴涂 時間1-2分鐘。
【文檔編號】C23C4/12GK104357785SQ201410648588
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年11月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月14日
【發(fā)明者】于月光, 冀曉鵑, 侯偉驁, 任先京, 沈婕, 冀國娟, 酉琪 申請人:北京礦冶研究總院, 北礦新材科技有限公司