用于涂覆表面的系统及方法技术方案

本文描述了一种用于涂覆一个或多个工件的化学气相沉积系统。所述沉积系统包括多个处理腔室，所述多个处理腔室可以独立地操作以增加所述沉积系统的产量。每个腔室包括一模块化固定装置(fixture)，所述模块化固定装置配置用以将所述多个工件保持在一预定装置中，所述预定装置允许在所述腔室的一内部空间中保持一空心阴极效应。所述沉积系统显着地实现更快、更高质量的沉积以及更完整的保形覆盖(conformal coverage)。

Systems and methods for coating surfaces

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于涂覆表面的系统及方法交叉援引本申请主张于2017年3月31日提交的美国临时专利申请案62/479,882的优先权，其说明书通过引用整体并入本文中。
本专利技术涉及用于涂覆多个表面的多个系统及方法，更具体地，涉及用于涂覆具有复杂几何形状的多个工件的多个表面的系统及方法，所述系统及方法包括使用多种空心阴极技术来同时涂覆内表面及外表面。
技术介绍
在一真空腔室内涂覆一工件的多个外表面的等离子体增强化学气相沉积(PECVD)方法是众所周知的。在Boardman等人共同拥有的的美国专利7,300,684中描述了使用PECVD技术对多个空心的工件的多个内表面进行涂覆，所述专利的说明书通过引用整体并入本文，其利用一高沉积速率PECVD技术。所述方法包括将所述管道本身用作一真空腔室，将所述气体供应耦接至一个开口，并将所述真空泵耦接至另一个开口，并且采用一个偏压系统(voltagebiasingsystem)，所述偏压系统与附接到所述管道的所述负极端子及位于所述管道的所述端部的一个或多个返回阳极(returnanode)连接。可以引入多种碳氢化合物前驱体，并使用所述偏压系统生成一高密度的空心阴极等离子体，并将碳氢化合物离子吸引到所述表面，形成一类金刚石碳(DLC)膜。在许多情况下，必须涂覆一空心工件的所述内表面及外表面。以前，这需要使用不同的处理技术来分别涂覆每个表面。Jung等人的美国专利6,129,856描述了一种涂覆一内表面的一方法，由于整个部分都包含在一真空腔室内，因此可能导致所述管子的所述外表面的某些意外涂覆。与其他方法相比，Jung等人的方法具有优势，当所述气流被引导通过所述空心主体的内部时，所述外部涂层的所述厚度可能不均匀，并且可能小于所述内部涂层的所述厚度，使得大部分的所述气体将在所述管内消耗。同样地，所述高离子密度的空心阴极等离子体(highiondensityhollowcathodeplasma)在离开靠近所述内部涂层的所述空心阴极源之后迅速衰减。一种达到均匀涂覆的可能方法是使用空心阴极效应，如Boardman等人共同拥有的美国专利8,343,593，所述专利的说明书通过引用整体并入本文。如参考文献中所述，当至少两个阴极表面彼此相对设置并与隔开的多个阳极电协作时，就会发生所述空心阴极效应，从而实现电子的一「振荡运动」以增加一等离子体内的电离速率。其中，所述内部腔室的壁与所述工件的所述外表面之间的一间隔是固定的，以便控制所述等离子体的强度以及等离子体聚焦。通过固定所述间隔，可以实现具有简单几何形状的多个工件的涂覆。然而，并非总是可能或希望保持所述固定的间隔。例如，对于具有一复杂的三维形状及几何形状的多个工件来说，可能难以保持固定的间隔。此外，Boardman等人的美国专利8,343,593教示了一种沉积系统，所述沉积系统具有在一管道配置内的一管道(pipe)。虽然Boardman的所述腔室可以包含多个工件，但这些工件必须串联，以在所述外管道及所述内管道之间保持一临界间距，并且所述多个工件不能并联。因此，对于相对长的管道，必须适当地确定所述腔室的尺寸，这可能在经济上是不可行的。所述管道必须分成更短的长度，并且每次只能涂覆一个管道区段。本专利技术公开了通过改变所述内腔室的壁与所述工件的所述外表面之间的间距来同时且均匀地涂覆可能具有复杂几何形状的多个工件(例如：螺钉、击锤、枪扳机组件、螺栓、螺栓架、滑块、杠杆、弹匣等)的多种系统及方法。这样，通过将所述多个工件安装在多个支架或多个固定装置上来改变所述间隔，其中所述多个支架是模块化的并且基于所述工件的所述复杂几何形状来进行设计。即使所述间隔改变，通过调节所述阴极功率或电压、脉冲波形、所述腔室内的压力及/或调节腔室负载，仍可保持所述腔室内的空心阴极状态。此外，本专利技术的所述沉积系统可包括多个具有复杂几何形状的工件，所述多个工件以并联(inparallel)及串联(inseries)设置。此外，所述系统甚至可以涂覆具有一复杂几何形状的一单个工件。更进一步地，所述系统甚至允许将具有简单几何形状的多个工件(例如：圆柱管道)在设置成一并联配置的同时被涂覆。因此，本专利技术的所述沉积系统有利地减小了所述腔室的所需尺寸，并且可以导致更高的输出及更快的处理时间。本文所描述的任何特征或特征的组合都包括在本专利技术的范围内，而任何这样的组合中所包括的特征都不会与从上下文，本说明书及本领域普通技术人员的知识相互矛盾。在下文的详细描述及权利要求中，本专利技术的其他优点及方面是显而易见的。
技术实现思路
本专利技术公开了一种用于涂覆一个或多个工件的化学气相沉积系统。因此，所述系统包括多个腔室，这些腔室可以独立地操作以增加所述系统的产量。在一些实施例中，所述多个腔室可以以串联配置、并联配置或以并联及串联配置的多种组合来进行操作，从而进一步简化所述沉积过程。例如，两个或更多个腔室可以以串联、并联或以串联搭配并联的配置来进行操作。在某些方面，本专利技术公开了一种用于涂覆一个或多个工件的化学气相沉积系统。如本文将公开的内容，所述系统可以包括一可打开的空心腔室，所述空心腔室包括：(i)一第一端、(ii)一相对的第二端、(iii)在所述第一端与所述第二端之间的一内部空间以及(iv)一可移动门，用于进入所述腔室的所述内部空间。所述系统还附加地包括一模块化管状屏蔽件，所述模块化管状屏蔽件沿着所述腔室的一内表面排列，其中所述管状屏蔽件的尺寸设计成可装配在所述腔室的所述内部空间中，其中所述管状屏蔽件有效地防止所述涂层沉积在所述腔室的所述内表面上。所述系统还包括一个或多个阳极，位于所述腔室的所述第一端及所述第二端上；以及一直流电源，可操作地耦接至所述腔室，其中，所述直流电源配置用以施加一负脉冲，从而偏置所述一个或多个工件及作为多个阴极的所述腔室。所述一个或多个工件通过所述可移动门从所述腔室装载及卸载，并且所述多个工件以一预定的装置而定位在所述腔室的所述内部空间中，使得在所述腔室的所述内部空间中产生一空心阴极效应。在一些实施例中，一反应气体在一控制的压力下被引入所述腔室的所述内部空间中，从而实现均匀涂覆所述一个或多个工件的一等离子体，其中所述可移动门及所述管状屏蔽件使得易于清洁及检查所述腔室的所述内部空间。在任何装置中，一个或多个外表面及每个工件的一内表面是涂覆的。所述直流电源还配置用以向所述多个阴极施加一反向脉冲以对生长的涂层放电。在一些实施例中，所述腔室的一几何形状包括一圆形横截面，其中所述腔室的一纵轴垂直于所述圆形横截面而延伸。所述管状屏蔽件位于沿着所述纵轴的中央。所述管状屏蔽件包括用于排列在所述腔室的所述内表面的一部分的一第一板以及用于排列在所述内表面的其余部分的一第二板。在一些实施例中，所述管状屏蔽件包括装配在所述腔室的所述内部空间中的一箔片，以及其中通过所述门来移除所述箔片，并且在将所述涂层施加到所述一个或多个工件上之后回收或丢弃所述箔片。在涂覆之后，所述管状屏蔽件通过所述腔室的所述可移动门从所述腔室中移除，并且其中所述管状屏蔽件被重新加工且重新用于一后续的涂覆过程。<本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于涂覆一个或多个工件(119)的化学气相沉积系统(150)，其特征在于，所述系统包括：/na、一可打开的空心腔室(101)，包括：(i)一第一端(113)、(ii)一相对的第二端(115)、(iii)在所述第一端(113)与所述第二端(115)之间的一内部空间(117)以及(iv)一可移动门(111)，用于进入所述腔室(101)的所述内部空间(117)；/nb、一模块化管状屏蔽件(103)，沿着所述腔室(101)的一内表面排列，其中所述管状屏蔽件(103)的尺寸设计成可装配在所述腔室(101)的所述内部空间(117)中，其中所述管状屏蔽件(103)有效地防止所述涂层沉积在所述腔室(101)的所述内表面上；/nc、一个或多个阳极(125)，位于所述腔室(101)的所述第一端(113)及所述第二端(115)上；以及/nd、一直流电源(131)，可操作地耦接至所述腔室(101)，其中所述直流电源(131)配置用以施加一负脉冲，从而偏置所述一个或多个工件(119)及作为多个阴极的所述腔室(101)；/n其中所述一个或多个工件(119)通过所述可移动门(111)从所述腔室(101)装载及卸载，其中所述多个工件(119)以一预定的装置而定位在所述腔室(101)的所述内部空间(117)中，使得在所述腔室(101)的所述内部空间(117)中产生一空心阴极效应，其中一反应气体(129)在一控制的压力下被引入所述腔室(101)的所述内部空间(117)中，从而实现均匀涂覆所述一个或多个工件(119)的一等离子体，其中所述可移动门(111)及所述管状屏蔽件(103)使得易于清洁及检查所述腔室(101)的所述内部空间(117)。/n...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170331 US 62/479,8821.一种用于涂覆一个或多个工件(119)的化学气相沉积系统(150)，其特征在于，所述系统包括：
a、一可打开的空心腔室(101)，包括：(i)一第一端(113)、(ii)一相对的第二端(115)、(iii)在所述第一端(113)与所述第二端(115)之间的一内部空间(117)以及(iv)一可移动门(111)，用于进入所述腔室(101)的所述内部空间(117)；
b、一模块化管状屏蔽件(103)，沿着所述腔室(101)的一内表面排列，其中所述管状屏蔽件(103)的尺寸设计成可装配在所述腔室(101)的所述内部空间(117)中，其中所述管状屏蔽件(103)有效地防止所述涂层沉积在所述腔室(101)的所述内表面上；
c、一个或多个阳极(125)，位于所述腔室(101)的所述第一端(113)及所述第二端(115)上；以及
d、一直流电源(131)，可操作地耦接至所述腔室(101)，其中所述直流电源(131)配置用以施加一负脉冲，从而偏置所述一个或多个工件(119)及作为多个阴极的所述腔室(101)；
其中所述一个或多个工件(119)通过所述可移动门(111)从所述腔室(101)装载及卸载，其中所述多个工件(119)以一预定的装置而定位在所述腔室(101)的所述内部空间(117)中，使得在所述腔室(101)的所述内部空间(117)中产生一空心阴极效应，其中一反应气体(129)在一控制的压力下被引入所述腔室(101)的所述内部空间(117)中，从而实现均匀涂覆所述一个或多个工件(119)的一等离子体，其中所述可移动门(111)及所述管状屏蔽件(103)使得易于清洁及检查所述腔室(101)的所述内部空间(117)。


2.如权利要求1所述的系统，其特征在于：一个或多个外表面及每个工件(119)的一内表面是涂覆的。


3.如权利要求1所述的系统，其特征在于：所述直流电源(131)是一脉冲直流电源，所述脉冲直流电源配置用以向所述多个阴极施加一反向脉冲以对生长的涂层放电。


4.如权利要求1所述的系统，其特征在于：所述腔室(101)的一几何形状包括一圆形横截面，其中所述腔室(101)的一纵轴垂直于所述圆形横截面而延伸。


5.如权利要求4所述的系统，其特征在于：所述管状屏蔽件(103)位于沿着所述纵轴的中央。


6.如权利要求1所述的系统，其特征在于：所述管状屏蔽件(103)包括用于排列在所述腔室(101)的所述内表面的一部分的一第一板(105)以及用于排列在所述内表面的其余部分的一第二板(107)。


7.如权利要求1所述的系统，其特征在于：所述管状屏蔽件(103)包括装配在所述腔室(101)的所述内部空间(117)中的一箔片，以及其中通过所述门(111)来移除所述箔片，并且在将所述涂层施加到所述一个或多个工件(119)上之后回收或丢弃所述箔片。


8.如权利要求1所述的系统，其特征在于：在涂覆之后，所述管状屏蔽件(103)通过所述腔室(101)的所述可移动门(111)从所述腔室(101)中移除，并且其中所述管状屏蔽件(103)被重新加工且重新用于一后续的涂覆过程。


9.如权利要求1所述的系统，其特征在于：调节施加到多个阴极的所述负脉冲，以将所述空心阴极效应保持在所述腔室(101)的所述内部空间(117)中。


10.如权利要求1所述的系统，其特征在于：所述系统还包括：一支架固定件(133)，用于以所述预定的装置来支撑所述多个工件(119)并将所述多个工件(119)保持在所述腔室(101)内。


11.如权利要求1所述的系统，其特征在于：所述预定的装置包括所述工件(119)与所述管状屏蔽件(103)之间的一间隔以及所述多个工件(119)之间的一预定间隔。


12.如权利要求1所述的系统，其特征在于：通过耦接至所述腔室(101)的一根或多根气体管线(143)来输送所述反应气体(129)。


13.一种用于涂覆一个或多个工件的化学气相沉积系统，其特征在于，所述系统包括：
a、多个处理腔室(135)，其中所述多个处理腔室(135)中的每个腔室(101)是空心的，并且包括：(i)一第一端(113)、(ii)一相对的第二端(115)、(iii)在所述第一端(113)与所述第二端(115)之间的一内部空间(117)、(iv)一可移动门(111)，用于进入所述腔室(101)的所述内部空间(117)、(v)一屏蔽件(103)，沿着所述腔室(101)的一内部排列，以及(vi)一个或多个固定装置(133)，耦接至所述第一端(113)、所述第二端(115)中的一个或两个，所述固定装置(133)配置用以将所述一个或多个工件(119)定位在所述内部空间(117)中，其中所述多个固定装置(133)是模块化的并且配置用以改变所述一个或多个工件中的各个工件之间的一间距；
b、多个阳极(125)，可操作地耦接至所述多个处理腔室(135)中的每一个腔室；
c、一脉冲直流电源(131)，可操作地耦接至所述多个处理腔室(135)中的每一个腔室，其中当所述多个工件(119)位于所述多个处理腔室(135)中的至少一个腔室时，所述直流电源(131)配置用以施加一大的负脉冲，从而偏置所述腔室及作为多个阴极的所述一个或多个工件(119)；
其中所述多个处理腔室(135)中的每个腔室都可操作地耦接至一气体管线(143)，其中在一控制压力下，所述气体管线(143)配置用以向所述腔室(101)的所述内部空间(117)供应一反应气体(129)，从而实现均匀涂覆所述一个或多个工件(119)的一等离子体，其中选择所述多个工件相对于彼此及相对于所述腔室的所述间距以及施加到所述多个阳极及所述多个阴极的所述电压，从而保持所述内部空间(117)中的一空心阴极效应；以及
其中所述多个处理腔室中的每个腔室是单独地且独立地操作以涂覆所述多个工件，其中当使用至少一个腔室来涂覆所述多个工件时，其余的腔室不被偏置，从而允许每个腔室的独立操作，其中所述多个处理腔室可以彼此并联或串联操作。


14.如权利要求13所述的沉积系统，其特征在于：每个腔室(101)可操作地耦接至一真空泵(127)，并且当在所述腔室(101)中涂覆所述一个或多个工件(119)时，操作所述真空泵(127)以将所述腔室(101)的所述内部空间(117)保持在真空状态下，并且在任何装置中，所述多个工件的内表面及外表面中的一个或两个表面都被涂覆。


15.如权利要求13所述的沉积系统，其特征在于：对于所述多个处理腔室中的每个腔室，通过所述可移动门(111)来装载及卸载所述一个或多个工件。


16.如权利要求13所述的沉积系统，其特征在于：所述屏蔽件(103)是装配在所述腔室(101)的所述内部空间(117)中的一箔片，并且其中通过所述门(111)来移除所述箔片，并且在将所述涂层施加到所述一个或多个工件上之后，回收或丢弃所述箔片。


17.如权利要求13所述的沉积系统，其特征在于：所述屏蔽件(103)是模块化的并且是管状的，并且包括一第一板(105)及一第二板(107)，所述第一板(105)及所述第二板(107)重迭并互锁以在所述腔室内形成一屏蔽，其中在涂覆之后，通过所述可移动门(111)将排列的所述管状屏蔽件从所述腔室移除，并且其中所述管状屏蔽件(103)被重新加工且重新用于一后续的涂覆过程。


18.如权利要求13所述的沉积系统，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：安德鲁·图德霍普，汤玛士·B·凯赛琳，马里恩·D·米库恩，杰弗瑞·F·福格勒，
申请(专利权)人：迪罗拉科技有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US