引导等离子体流的内部通道涂覆装置制造方法及图纸

一用来涂覆一工件（４０、１２０和１４２）的表面的装置（１０），它构造成在通过工件的内部通道（４４、４６和４８）内建立一压力梯度，以使内部通道内的涂层显现出所要求的特征，诸如涉及光洁度或硬度之类的特征。涂覆装置可包括多个合作系统中的任一或全部，包括一等离子体生成系统（１２）、一可操纵的工件支承系统（３４、９０和１２２）、一构造成增加在工件内的或围绕工件的电离的电离激励系统（６６和１１６）、一向工件施加选择的电压图形的偏压系统（５２），以及一双室式系统（９６和９８），它能使等离子体的生成在一第一选定压力下发生以及使沉积在一第二选定的压力下发生。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术大体涉及沉积系统，具体来说，涉及一种工件内部通道涂覆装置。
技术介绍
在设计和制造用于特定工业内的系统部件的过程中，主要考虑的是包括表面光洁度、硬度、制造技术的成本和环境影响。作为一例子，半导体制造业常使用超高纯净的气体输送系统，其中，在选择制造系统部件的技术时就要考虑这些问题。这些系统部件包括质量流量控制器、阀、压力调节器、净化器、过滤器和管道。在半导体工业中，实现和保持无污染的环境的关键在于气体输送系统中的耐腐蚀性。光洁度对于控制涡流和最大程度减小湿气导致的状况起一重要作用。正如半导体设备和材料国际协会(SEMI)之类组织的规定，气体输送系统的部件的制造材料在清洁度、光洁度和硬度方面有着详细及严格的规定。视这些问题为重要因素的其它工业还包括医学和航天领域的工业。许多气体输送部件必须满足的维氏硬度为300，其为一用来确保部件在彼此相碰时不会产生刮痕的标准。刮痕会是一个问题，因为其导致.微粒产生。因满足其它要求而选用的材料可能不满足该标准，所以，其必需经受精细的后制造技术来提高硬度。例如，316L不锈钢是由铁、铬、镍和其它微量材料制成的奥氏体合金，在部件未精加工之前，316L不锈钢并不能满足维氏硬度达300的要求。遗憾的是，精加工要花费大量时间并大大地影响批量生产的部件的产量。解决这些问题的一种方法为相对某些特性选择一种母材，然后，在部件成形之后对母材进行涂覆。通常，涂覆材料可以是金属或者是含有金属的化合物(诸如陶瓷)。涂覆技术包括化学汽相沉积(CVD)、物理汽相沉积(PVD)、等离子体喷涂、电镀、以及溶胶凝胶。对于CVD，可将一种包括涂覆材料的气体引入一真空室内，这样，当气体在室内分解时，涂覆材料就沉积在部件(即，工件)上。相比之下，PVD是一种在气态下的薄膜沉积过程，其中，涂覆材料在真空中物理地转移而没有任何化学反应。即，涂覆材料的化学成分没有改变。PVD可通过在真空中以加热、离子束、阴极电弧或电子束汽化一涂覆材料靶体来进行。阴极电弧工艺可使用一磁场将一具有高电流密度的电弧限制在靶体的范围内。通过使用磁场来控制电弧，则在需要更换之前可使用较大部分的靶体。与典型的CVD过程相比，在沉积诸如钛、氮化钛、铬和氮化铬之类的金属或含金属的薄膜时，PVD过程提供了改进的安全和环境条件。PVD通常在1毫托至10毫托范围内操作。这可使用磁场将等离子体电子限制在阴极附近来实现，即所谓的“溅射磁控管”，以在低压下增进等离子体。非磁控管形式的溅射可在较高压力下操作，例如，二极管溅射可在高达1托下操作。相比之下，CVD压力可以在50毫托至大气压的范围内，而低压CVD(LPCVD)则通常在100毫托和1托之间。然而，其它的过程前提可能会规定使用LPCVD。例如为了减少气体平均自由程和气流的定向，选择LPCVD方法胜过PVD过程。这在待涂覆的工件具有复杂几何形状时是很重要的。当一工件包括内部通道时，诸如阀、压力调节器和管道中的内部通道，涂覆该工件就特别成问题。随着工件的几何形状的复杂性增加，基于使环境和人类安全性最大化来选择一涂覆过程的能力就会降低。授予Wesemeyer等人的美国专利No.5,026,466叙述了一种解决方案，其可用于有限数量的内部通道涂覆的应用。在Wesemeyer等人的美国专利中，阴极(即，由涂覆材料形成的靶)可定位在工件内腔内。例如，当工件是一管道时，该阴极定位在通过管道的内部通道内。在操作时，自阴极表面的材料汽化并沉积在工件的内表面上。或者，工件也可连接成阳极。即，一负电压可施加到工件上，以便提供条件以使自位于工件内的阴极的材料汽化。尽管Wesemeyer等人的专利和授予Gorokhovsky的专利(美国专利.5,435,900和6,663,755)叙述了可在多种应用中运作良好的涂覆装置，但当工件的几何形状复杂时，诸如涂覆均匀性之类的性能因素可能会大大地受到影响。
技术实现思路
一种具有至少一内部通道的工件的表面涂覆装置，其包括一产生一包括涂覆材料的等离子体的等离子体源，一将工件固定在一相对于等离子体源成一定距间隔关系的特定方位的支承件，以及一引导一受控等离子体流以通过所述固定的工件的每一内部通道的等离子体流系统。该装置可包括一由不同副系统组成的特定组合，诸如等离子体生成系统、工件支承系统、等离子体流系统、配置成增进工件内或工件周围的电离作用的电离激励系统，对工件施加一选定电压图形的偏压系统，以及一使等离子体生成可在一第一选定压力下进行并使沉积作用可在一第二选定压力下发生的双室式系统。对于内部通道的均匀涂覆，重要的是避免出现分子流区域。即，通道内径的尺寸应大于离子(或原子)平均自由程的长度。在内径比平均自由程大一百倍的地方，则要求连续流。工件支承系统配置成提供通过工件内部通道的等离子体流。一压力梯度建立在工件内。工件固定成使工件的各开口成为等离子体的抽空端或入射端。对诸如一节流阀之类的流量控制构件可进行调节，以平衡通过工件的流量和压力梯度。电压偏压系统可施加一具有特定工作循环的负脉冲偏压，选择该工作循环以使可在将电离的涂覆材料吸引到工件表面的期间补充离子。偏压的幅值可调节以控制离子相对于工件表面的到达角，使到可涂覆具有高长宽比特征的几何形状。对于包括双室式系统的实施例，该装置可以是使用物理汽相沉积(PVD)的装置，其具有一保持在相对地低的压力下的源室以及一保持在较高压力下的沉积室。与CVD相比，由于安全和环境考虑，对金属源使用PVD较为理想。通过选择二极管溅射，可在不使用双室式系统下采用PVD技术。高压沉积室的尺寸可以比低压源室的小。两室可通过一颈状收缩(或收缩)区耦合，该收缩区被加偏压以排斥离子并防止形成薄膜。该收缩区有助于防止自高压沉积室到源室的回流。可引入一诸如氩的气体来提供增加的压力。另一可能性是，可提供一对低压源室，这样，两个源室可以配合来馈送该高压沉积室。任何的等离子体都会含有不同比例的离子与非电离气体原子或分子。电离化的范围从0.1％至100％。一般来说，较高的电离导致更佳的保形涂层。从源室到沉积室的压力增加可导致电离损失。一种解决方法是提供一电离激励系统以在工件内或工件附近增加电离。作为这种系统的一可能的实施例，可使用一微波源以在工件周围提供高的电离。或者，可使用诸如电子回旋加速器谐振源(ECR)、分布式ECR之类的等离子体源和射频(RF)源来增加电离。达到一目标级的电离的较佳方法(其中，需要增加电离)是使用工件的通道作为一空心阴极以在内部通道本身内产生一等离子体。任何时候，在工件外面产生等离子体的时候，由于离子和原子从入口朝向出口流动，电离会有若干的下降。从而有可能造成沿内部通道长度上的涂覆膜的不均匀性，当通道长度增加时以及当通道直径减小时，出口处的涂层厚度趋近零。通过在通道的整个长度上产生等离子体(通过空心阴极方法)，就可实现一均匀的涂层，即使在非常长通道的情况下也如是。本专利技术的优点在于，所述涂覆装置允许制造商提供一具有金属外部的优点的最终产物，诸如耐腐蚀性和高真空完整性，同时允许使用诸如塑料那样的较便宜的母材，金属涂层则可作用为母材的一种功能性、保护性屏障。本专利技术另外的优点在于，可实现提高的涂层均匀性。附图说明图1所示为一根据本专利技术的一实施例的涂覆装置的功能本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用来涂覆具有至少一个内部通道的工件的表面的装置，该装置包括：　　　　一产生等离子体的等离子体源，它包括涂覆材料；　　　　一支承，构造成将所述工件固定在一特定定向并相对于所述等离子体源保持间隔开关系；以及　　　　一等离子体流系统，它能引导控制的所述等离子体流进入各所述内部通道，并在所述工件固定到所述支承上时，从所述工件中抽出所述等离子体。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：WJ伯德曼，RD麦卡多，AW图多珀，
申请(专利权)人：分之一技术公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]