一種快速製備等離子刻蝕機用高純氧化釔塗層的方法

2023-06-10 18:14:46 1

一種快速製備等離子刻蝕機用高純氧化釔塗層的方法
【專利摘要】本發明公開了一種快速製備等離子刻蝕機用高純氧化釔塗層的方法，該方法包括以下步驟：1)零件待噴塗表面預處理和對無塗層區域進行膠帶防護；2)採用北京礦冶研究總院生產(或具有同等性能參數)的高純氧化釔粉末，純度≥99.9％、粒度分布為20-40微米；3)採用三陽極等離子噴塗系統+多軸機械手的方案進行快速噴塗。本發明採用的噴塗方法相比傳統等離子噴塗法能夠有效降低基體熱輸入(基體溫度低於100℃)，提高了塗層純度和均勻性，在1-2分鐘內快速製備出厚度為120-180微米，純度≥99％的高純氧化釔陶瓷塗層，提高了極大規模集成電路刻蝕機零件的抗高能等離子衝蝕性能和使用壽命。
【專利說明】一種快速製備等離子刻蝕機用高純氧化釔塗層的方法

【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種快速製備陶瓷覆蓋層的方法，特別是一種等離子刻蝕機用高純氧 化釔塗層的快速製備方法。

【背景技術】
[0002] 隨著半導體矽晶片加工設備的體積增大和加工等離子體功率的升高，使極大規模 集成電路刻蝕機等離子反應室鋁質零件表面防護塗層材料在高功率的CF 4、SF6、02、Cl2、HBr 等離子體衝蝕下的壽命減少。當加工的矽圓晶片尺寸增大到12英寸，傳統氧化鋁塗層抗大 功率等離子體衝蝕能力差，已不能滿足要求。
[0003] 由於氧化釔塗層具有比氧化鋁更好的抗等離子體衝蝕的性能和更長的使用壽命， 成為等離子體反應室鋁質零件塗層的發展趨勢。氧化釔塗層除了應用於刻蝕機外，在其它 集成電路裝備中也獲得了應用。
[0004] 氧化釔材料熔點高達24KTC，通常採用等離子噴塗方法製備形成塗層。等離子噴 塗技術是採用溫度高達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，並以高速噴向經過預處理的工件表面而形成附著牢固的表面層的方 法。
[0005] 由於刻蝕機用防護塗層對其純度、均勻性等性能有很高的要求（純度要求大於 99% )，因此要求噴塗設備具有穩定的使用性能，噴塗過程能夠快速完成，以減少噴塗過程 引入的汙染，並降低對基體零部件的熱輸入，從而保證塗層的純度和結合強度。同時對噴塗 配套收塵、冷卻等輔助系統的工作配合程度也要求很高。
[0006] 傳統的等離子噴塗技術存在電弧在陽極根部漂移使噴塗參數穩定性差，粉體射流 溫度均勻性差（束斑直徑小，邊緣效應顯著），噴塗陶瓷材料送粉率低（約40g/min)導致生 產效率低、噴塗距離短（約100mm)且噴塗時間長導致基體熱輸入大等問題。進而對塗層的 純度、結合強度、均勻性等以及基體熱變形產生較大負面作用。


【發明內容】

[0007] 本發明的目的是提供一種能夠快速製備高純氧化釔陶瓷塗層的熱噴塗方法，該方 法克服了傳統等離子噴塗工藝製備塗層速度慢，熱輸入大，塗層純度和均勻性低的問題。主 要應用於但不限於極大規模集成電路刻蝕機等離子反應室鋁質零件，提高其抵抗高能等離 子衝蝕能力和使用壽命。
[0008] 為了解決上述技術問題，本發明的技術方案是：一種等離子刻蝕機用高純氧化釔 塗層的快速製備方法，主要包括以下步驟：
[0009] 1)噴塗前對環境衛生、噴塗主輔設備和噴塗基體進行徹底清潔，並對基體待噴塗 以外部位進行有效防護。通過噴砂、超聲波清洗去除基體表面氧化物和附著的雜質，以增加 塗層與基體表面的機械結合強度。
[0010] 2)將北京礦冶研究總院生產（或具有同等性能參數）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塗系統。三陽極等離子噴塗系統配 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穩定、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)生產效 率高、噴塗距離長（約150mm)降低基體熱輸入的優點。能夠快速製備出符合要求的高純氧 化釔塗層。
[0011] 3)採用多軸機械手操縱三陽極等離子噴塗系統的噴槍，在基體待噴塗部位噴塗。 採用多軸機械手夾持等離子噴塗槍，可以實現噴槍高速、精確移動，從而進一步提高塗層均 勻性和噴塗效率、降低對基體的熱輸入（基體溫度低於l〇〇°C )。
[0012] 本發明採用的多軸機械手+三陽極等離子噴塗系統的方案，採用北京礦冶研究總 院生產（或具有同等性能參數）的高純氧化釔粉末，典型的噴塗高純氧化釔抗衝蝕塗層的 工藝參數見表1。所製備的塗層具有如下特性：純度> 99%，厚度為120-180微米（±2% )， 結合強度彡5MPa，等離子能量為800W時的刻蝕速率彡180nm/min。
[0013] 本發明方法獲得了高純度、高結合強度和高抗高能等離子衝蝕性能的氧化釔塗 層，提高了極大規模集成電路等離子刻蝕機反應室鋁質零件的使用壽命。

【具體實施方式】
[0014] 在噴塗前，通過噴砂、超聲波清洗去除表面氧化物和附著的雜質。
[0015] 首先將零件採用適當方式裝卡固定，用純淨壓縮空氣吹乾表面，並用熱噴塗專用 防護膠帶對基體無塗層部位進行保護。
[0016] 徹底清理送粉器、送粉管、噴槍，並保持噴塗環境清潔無汙染，噴塗過程中保持較 大的抽風除塵風量，確保獲得高純氧化釔塗層。
[0017] 採用北京礦冶研究總院生產（或具有同等性能參數）的高純氧化釔陶瓷粉末，並 採用如表1所示的工藝參數進行噴塗。
[0018] 最後將零件防護膠帶去除，徹底清理設備和環境衛生，完成噴塗加工。
[0019] 表1三陽極等離子噴塗系統製備高純氧化釔抗衝蝕塗層典型工藝參數
[0020]

【權利要求】
1. 一種快速製備等離子刻蝕機用高純氧化釔塗層的方法，其特徵在於，包括以下步 驟： 1) 噴塗前對環境衛生、噴塗主輔設備和噴塗基體進行徹底清潔，並對基體待噴塗以外 部位進行有效防護； 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 嗔塗系統； 3) 採用多軸機械手操縱三陽極等離子噴塗系統的噴槍，在基體待噴塗部位噴塗。
2. 根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，噴塗工藝參數如下：等離子弧功率 65-70kW，送粉速率100-150g/min，噴塗距離130-150mm，機械手移動速度0. 8-1. 2m/s，噴塗 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 優先權日:2014年11月14日
【發明者】於月光, 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