施涂双线电弧喷涂涂层的方法和设备技术

揭示了用于施涂双线电弧喷涂复合涂层以在基材上实现具有预定特征的表面效应的方法和设备。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一般地涉及涂层沉积领域。更具体地，本专利技术涉及使用改进的双线喷射电弧法在基材上沉积涂层的方法和设备。
技术介绍
在处理室沉积领域中，通常要改进处理室的部件和表面，以使被涂布的工件的生产达到最佳。沉积工艺要求将工件表面置于需要严格质量控制的条件和涂层下。对于许多工件而言，例如半导体，涂层的厚度是极小的，通常小到只有1英寸的千分之几或者更小。各种等离子涂层技术在涂层产生的过程中或在此之后在沉积室内产生副产物，这些副产物从沉积室气氛中排出。但是，有一些等离子体副产物仍然粘合在沉积室的内表面或壁上以及其它暴露于室内的沉积室部件上。当副产物累积到预定量时，通常是基于运行的时间，生产就必需“脱线”停顿，对沉积室表面进行更换或清洗，以除去累积的副产物。如果不进行该项定期维护，副产物会从沉积室壁或其它暴露部件上分离，而污染涂布中的工件。这种污染行为通常会导致工件无法工作或出现故障。结果，在涂覆行业中，室内表面或暴露于室内的腔室部件表面设计经过改进，以提高等离子体和其它涂层工艺副产物的粘合性。副产物对室壁和腔室部件粘合性的提高延长了两次腔室清洗作业之间实现的加工时间，进而提高了整个系统的生产率，因为工艺处于“在线”生产的时间变长从而实现更高的总产率。另外，如果副产物是特别有价值或可循环利用的，粘合在室壁和腔室部件上的副产物也是需要的。已知曾尝试改进腔室部件的表面以得到合适的表面性质，从而促进所需副产物的粘合性。但是，要在腔室表面上产生足够的“粗糙度”以增强涂层工艺副产物粘合到该表面上的能力是困难的。许多腔室部件的基材常常由铝合金或不锈钢制成。这些部件的外表面必需进行处理，以实现所需的表面特征和微观结构。已知的表面“粗糙化”技术包括喷砂处理法或化学刻蚀金属表面法。另外，曾经将涂料施涂到金属基材表面上，产生无规则的表面。这些已知的方法用来使金属基材表面变得粗糙是可行的。但是，所有的已知方法对于经过改进的室壁表面所能“捕获”的副产物的量和体积而言，因粘合程度有限而或多或少都无法令人接受。另外，在金属表面上施涂涂层会带来其它的问题，例如必需实现涂层对金属几乎不变的粘合性。换言之，如果涂层本身最终会脱落而污染工件，则施涂到室壁表面上用以“粗糙化”金属室壁表面的涂层是没有用的。被设计用来使金属和非金属(例如，陶瓷)室壁降低平整度的已知涂层必须以使最终表面呈现不规则状的形式沉积。但是，已知的方法不仅有涂层脱落的风险，而且沉积的方式还会产生势隙(potential gap)，使对基材表面的涂布不连续。这导致等离子体副产物能够与基材表面反应，或者加快涂层从室壁基材上的脱落，进一步加剧室污染的问题并使副产物循环问题落空。
技术实现思路
在一个实施方式中，本专利技术涉及涂布沉积室部件基材的方法。具有基材表面的沉积室部件基材配以双线电弧喷涂设备用于施涂涂层。施涂一复合涂层。该复合涂层包括施涂在基材表面上的第一双线电弧喷涂涂层，接着是施涂在第一双线电弧喷涂涂层上的第二双线电弧喷涂涂层。通过调节涂料组分、喷嘴流量和基材组成，涂层表面表现出可预测的预定性质，特别是对于粘合化学物所需的粗糙度。最理想的是，第二涂层的表面粗糙度大于第一涂层的表面粗糙度。在另一个实施方式中，本专利技术涉及用于从钽沉积过程中固定(immobilizing)含钽化合物的方法。提供一个沉积室，该沉积室包括腔室部件和腔室内表面。该腔室部件和腔室内表面进一步包括等离子体复合涂层，而该复合涂层包括第一层和第二层。向等离子体涂布过程中提供含钽化合物。该过程中从含钽化合物中释放出钽类物质(tantalum species)，并且在工件上沉积一定量的钽类物质。一定量的钽类物质与复合涂层接触，并粘合在复合涂层上。然后对复合涂层进行处理，以便从复合涂层中释放出钽类物质。然后从复合涂层中回收一定量的钽类物质。在另一个实施方式中，本专利技术涉及沉积在基材表面上的复合涂层，所述涂层包括具有第一粗糙度值(roughness value)的第一涂层和具有第二粗糙度值的第二涂层，其中第二粗糙度值大于第一粗糙度值。第一涂层和第二涂层包含选自铝、铝合金、镍和钼的金属。在另一个实施方式中，本专利技术涉及处理室，该室包括一个具有内室的腔室，所述腔室具有内表面和处理室部件，所述部件具有外表面。腔室内表面和部件外表面包括复合涂层，所述复合涂层包括具有第一粗糙度值的第一层和具有第二粗糙度值的第二层，其中第二粗糙度值大于第一粗糙度值。该复合层基本上连续地沉积在室内表面和部件外表面上。附图说明图1是用已知的TWAS技术涂布的金属基材的横截面放大照片(现有技术)。图2a-2d是显示TWAS-涂布的石英样品的照片(现有技术)。图3a-3b是依据本专利技术方法的一个实施方式涂布的石英样品的照片。图4是表示本专利技术的一个实施方式的双线电弧喷涂设备的示意图。图5是用本专利技术的TWAS系统涂布的金属基材的截面放大照片。具体实施例方式热喷涂是使用在各种高新技术工业中的已知的材料加工技术。双线电弧喷涂(TWAS)法是特别有用的热喷涂法。在TWAS法中，使两根电线进入各自的触头，这些触头将电流输送到电线中。这些触头的取向彼此相对，故而使电线朝着相互交叉的方向延伸。高电流通过电线会导致电线触头之间形成电弧。于是，电流熔化送入电弧区内的电线部分。喷嘴设备被设置在与触头接近并位于触头之间的位置上，并且取向为向着电弧区发射出气体流。该气体流将熔融金属喷射到工作表面上，形成涂层。TWAS法已被用于处理沉积室部件表面。但是，此类方法还没有达到最佳的效果。具体来说，TWAS涂布为使用在沉积室中的基材表面提供的是无规则的涂层。如图1所示(现有技术)，非连续的薄TWAS涂层12沉积在用于半导体加工的沉积室中所用的基材10上。经过涂布的基材随后暴露于工件处理条件中，包括在沉积室内释放出钽和氮化钽蒸气，用于沉积在工件上，具体是沉积在半导体晶片上。图中显示钽颗粒14的涂层粘合在TWAS涂层12上。图1清楚地显示了TWAS涂层的非连续性，以至于产生势隙16，有可能导致钽类物质侵袭基材10。图2a-2d表示铝TWAS涂布的石英基材的俯视图。图2a和2c分别显示的是在普通光线下的两种铝TWAS涂布的基材20和22。图2b显示的是背光条件下的图2a的基材20，表明光透过基材的穿透性，证实通过TWAS法制得的涂层是不完整和非连续的。类似地，图2d显示的是背光条件下的图2c的基材，表明光透过基材的穿透性，证实通过TWAS法制得的涂层是不完整和非连续的。为了比较起见，图3a和3b显示的是通过本专利技术的TWAS法涂布的石英基材30，分别为在自然光条件(图3a)和背光条件(图3b)下的TWAS-涂布的石英基材30。在该例子中，图3b显示的基材30表明无光穿透性，证实得到的是非连续的铝TWAS涂层。依据本专利技术的一个优选实施方式，TWAS涂层作为复合涂层沉积，也就是说，沉积一初层和一面层。图4是表示本专利技术的TWAS系统的一个实施方式的示意图。所述系统有一个TWAS枪体40，该枪体包括分别容纳可消耗的电线46和48的电线套触头42和44。枪管口50包括隙缝52，电线46和48穿过该隙缝延伸并在电弧区54中的区域53处相交于一点。气体组分喷嘴56用来控制如空气、氮气、氩气等压缩气体的释放。向该系统提本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种涂布处理室部件基材表面的方法，其包括以下步骤：　　　　提供具有基材表面的处理室部件基材；　　　　提供用于施涂涂层的双线电弧喷涂设备；和　　　　将复合双线电弧喷涂涂层施涂到所述基材表面上，所述复合涂层包括基材表面上的第一初层和第一初层上的第二面层，所述第一初层具有第一涂层粗糙度值，所述第二面层具有大于所述第一初层粗糙度值的第二面层粗糙度值。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：JG迪姆，RM科因，
申请(专利权)人：波克股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]