CN102812154A - 涂层设备清洁方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种涂层设备的副面的清洁方法。在涂层之前在副面涂敷一个抗粘附层(10)。涂层材料在抗粘附层沉积之后，借助干冰喷射法和/或二氧化碳一干冰喷射清洁方法处理副面。

Description

涂层设备清洁方法

技术领域

本发明涉及一种与涂层设备相关的，尤其是与真空—涂层设备相关的清洁方法。在涂层时，通常必须在涂层室中给有些不期望被涂层的表面进行涂层。这些表面可能是，例如，室的某些部分以及部分待涂层的衬底以及支撑面或其它副面。通常，经一次或多次涂层后必须很吃力地对它们进行清洁。尤其是，如果其对于不期望被涂层的部分在涂层时会影响到表面性能，例如，导电性，这种清洁工作特备有必要。利用按照本发明的方法将大大地简化这种清洁工作。按照本发明，不期望地被涂层的表面被称作副面，而期望地被涂层的表面称作目标面。副面位于不同的电位像偏置电流，是绝缘的或位于这导致在副面上产生涂层的不同附着强度。

技术背景

按照技术背景，已经为人所熟知的是，可以通过不同的方法清除这些不期望的涂层，例如，喷砂，研磨，用刷子刷或甚至是机械后处理或化学去涂层处理。全部这些方法都是常用的，在所属行业得到广泛应用的方法。由于这些不期望的涂层粘附力强，牢固地粘附在副面，因此清理起来特别费力。在有些情况下必须在每一周期(Charge)后都要清理副面。需要的几种清洁方法有，像，湿化学去涂层或喷砂。

此外，全部的磨粒磨损式方法(喷砂，研磨等)意味着对被处理的组件额外造成额强的材料磨损。这会额外地导致高的维护为用(更换磨损组件)。

此外，这种材料磨损会导致降低过程安全性，因为有时对涂层过程重要的机械公差不再被遵守。

熟知的清洁方法还有通过喷射干冰清除表面上的杂质或涂层。在这里使用的是固态的二氧化碳—冰晶作为喷射介质。通过流态的二氧化碳在喷嘴出口处减压，产生干冰，干冰借助一个压缩空气—保护层射束被加速到超音速并被喷射到待清洁的表面。按照WO02/072313也可以清除涂层。但是，当涂层厚度小于2μm时会出现问题，因为干冰射束的热机械效应在这个层厚不能充分发挥作用。鉴于此，目前还不能使用这些方法清洁物理气相沉积涂层设备或化学气相沉积涂层设备的构件。

在WO08/040819中介绍了对上述的干冰射束方法的改进，在待清洁的表面上规定有一个功能层，杂质在功能层上的粘附强度比在待清洁的表面上小。建议，使用一个等离子聚合物作为功能层。鉴于此，无论是有机的待剥离的物质还是无机的待剥离的物质通常都被称作杂质。与待清洁的目标相比，功能层的导热性很弱，并且杂质在功能层上的粘附强度比在位于功能层下面的表面的小。但是，在这些条件下，存在多个与物理气相沉积涂层设备或化学气相沉积涂层设备相关联的缺点：

—在涂层过程中，即在真空室运行时杂质应很牢固地粘附在表面，因为否则杂质的剥落可能导致，待涂层的衬底自己以不期望的方式被弄脏。

—由于真空作用，真空室内的温度特别低，当开始涂层时温度可能会突然升高。当温度发生骤然波动时，导热性低的涂层自身会受到损坏。

—等离子聚合物层本身是通过化学气相沉积方法被涂上。因此，有时会出现功能层和杂质的层性能类似。

—等离子聚合物层不导电。但是，为了避免对涂层过程必需的电的和/或磁性条件造成负面影响，涂层室的构件通常应该具有一个导电表面。

发明内容

因此，一直期望能够有一种能够至少部分地克服现有技术的缺点的方法。具体而言，希望有一种简单的，耗时明显低并且不会对待清洁组件造成材料磨损的副面清洁方法。

一般方案或方案途径的说明

本发明的基本思想是，在涂层过程之前对副面进行预处理，致使在随后进行的涂层过程中，涂层材料在副面上的粘附相比没有进行预处理时下降许多。通过这种方法极大地减化清洁工作。

这样一种按照本发明的预处理可以是，例如，在副面上涂覆一个合适的“抗粘附层”。抗粘附层的特点是，在副面上的粘附强度低或杂污物在抗粘附层上粘附强度低。因为“抗粘附层”在真正的涂层结束之后是位于副面和在涂层过程中涂覆的材料之间，因此有效地阻止了涂层材料的粘附。根据涂层过程方式，抗粘附层应该是耐热，导电和真空技术方面无问题的。尤其是在真空技术上无问题是物理气相沉积过程的一个先决条件。优选，涂覆抗粘附层不对目标表面上的真正的涂层的性能造成负面影响。

如上所述，可以使用干冰喷射法进行清洁。这种清洁方法例如在WO08/040819或WO02/072312中已经进行过详细介绍，专业人士早已熟知，因此在这里就不再进行详述。

附图说明

下面将借助示例和附图对本发明进行详细说明。

图1按照本发明的预处理过程的简图

图2掩蔽模板应用示例的简图

图3涂层过程之后进行的简单化的清洁过程的简图

图4一个具有抗粘附层和涂层的表面的横截面的简图

下述说明并不局限于物理气相沉积过程，因此本发明的范围也不局限于这样一种过程。

对于这种物理气相沉积过程，重要的是，抗粘附层适合真空。但是，这意味着，在抗粘附层不能存在粘合剂或类似的辅助材料。

发明人意识到，如果在把抗粘附层涂覆到副面上的时候使用一种由粉末与易挥发溶剂按适当的混合比混合而成的悬浮液，按照本发明的一个第一实施示例这可以实现。易挥发溶剂不能与所使用的粉末或被处理的表面化合。通过使用一种易挥发溶剂作为悬浮液的载体介质保证，溶剂在喷射之后就已经完全挥发掉和只在表面上留下一个粘附强度小的粉末层。例如，异丙醇特别适合做溶剂。

此外，发明人还认识到，纯石墨适合做粉末材料。石墨粉末尤其是在真空中足够耐热，能导电和适合真空环境，和满足抗粘附性能，因此可以应用在物理气相沉积过程。

可以，例如，用喷枪喷射来涂覆。这可以不用气体支持地进行或利用气体进行支持。如果是后一种情况，空气，氮或二氧化碳适用。在喷射方法中重要的影响参数(例如，喷射压力，喷枪喷嘴的尺寸，悬浮液的混合比，喷射距离和喷射时间)可以在宽的范围匹配，即使多次使用也保证有一个厚度合适，均质的涂层。也可以根据应用选择其它的涂覆方法(例如，涂抹，浸入)。

抗粘附层保证，在物理气相沉积—过程中涂敷到被处理的副面上的涂层材料在上述的物理气相沉积—过程如上所述通过使用干冰射束方法可以基本上被完全清除。这可借助喷丸或借助干冰完成。另一种可能性是，如DE102006002653中所述使用干冰—水—混合射束方法。不需要再进行后处理，可以立刻重新给副面准备一个新的抗粘附层，以备下面使用。

由于效果出众和使用简单，可以考虑，例如，在物理气相沉积—过程领域广泛使用：

至于电弧气蒸发，经常使用所谓的限制环。限制环包围蒸发源的具有涂层材料的目标并且使电弧限制在目标表面区域。由于其接近目标材料，在物理气相沉积一涂层过程中它们被涂上一层厚厚的材料，迄今为止必需采用极侵蚀性的方法才能把涂料清除掉，例如，喷砂或甚至是切削处理。通过按照本发明的石墨粉沫涂覆方法必要的导电性得以保存。在物理气相沉积—涂层过程中被涂上的涂层材料停留在石墨层。石墨层包括衬可以通过简单的方法从限制环上清除。对在涂层过程中负责支撑待涂层的衬底的衬底支撑部也是类似的。由于其空间上靠近将被涂层的衬底，其上也有很厚的涂层材料。涂层之后，至今仍必须通过喷砂耗时并因此而高成本地处理衬底保持部。喷砂会造成高磨损。除了降低过程安全还必须经常替换价格昂贵的支撑。如果按照本发明通过一个抗粘附层预处理衬底支撑部，物理气相沉积—过程结束后可以简单，快速并且无磨损地清洁它们。

相应的适用于一个物理气相沉积—设备的旋转台(Karussell)和蒸发保护挡板。所述设备此外还包含用于准备等离子放电的阳极，例如，溅射源，低压电弧放电部和腐蚀装置，因此，优选在涂层步骤之前通过涂敷一个抗粘附层对其进行预处理。

按照本发明的另一个实施形式，抗粘附层本身在涂层设备内的是被涂做相对松的层。此外，衬底支载体以未加装的状态被置于涂层设备是。这样一个层可以是，例如，一个未采用偏置电压被涂敷的物理气相沉积—层。这样一个层也可以是一个石墨层。

按照本发明的另一个实施形式，建议抗粘附层是一个铜—弧—涂层。与等离子聚合物层相反，铜的导电性相当好而导热能力比，例如，借助物理气相沉积涂敷的无机非金属层要大。通常来说，也可以使用在材料热性能方面与物理气相沉积层性能有很大差别的金属层，也就是说导热性好的层作为抗粘附层。铜—弧—涂层的层厚优选是0.1-0.4mm的范围，其中，污物的层厚为1-100μm的范围。

按照本发明的另一个实施形式，建议表面有一个所谓的纳米封闭部。大家都知道有一种所谓的荷花效应，指的是在结构化的表面污物粘附性差，因此很容易揭下来。基本上可以根据选择的结构参数对粘附强度进行设置。尤其是，通过结构化可以避免表面上的应力，从而不用怎么担心在涂层过层中从表面脱落。

作为具体以的实施示例，下面将介绍的按照本发明的用于清洁，被涂层的阳极表面方法，其是涂层设备内的腐蚀装置的一部分。

这里所述的问题是，在每一个物理气相沉积—过程中阳极表面都覆盖有厚厚的粘得特别紧的涂层材料。如果在下一个涂层过程继续在阳极表面上涂层，那麽随着时间的推移上面会产生一个相当厚的和极难(耗时)清除的沉积层。

如果涂敷的是导电性差或不导电的层，那麽阳极上的导电性差或不导电的沉积层会导致在一个涂层过程之后阳极的功能就不再能够得到保证，造成在这过程中每一周期之后都必须清洁阳极。

例如，可以如下实施清洁工作。

起点是一个没有沉积层和残留物的阳极，就是说一个第一次涂层之间或经清洁处理后的“处女”阳极。

在第一个步骤，例如，把将待涂上抗粘附层的阳极表面的直接环境盖住和/或遮蔽起来，所述直接环境在这里按照本说明中的定义指的是副面。在这里可以考虑使用，例如，一个切口和几何形状都匹配的金属模板。模板保证只有期望的区域有抗粘附层。

在第二步，例如，在喷射法中用喷枪喷涂抗粘附层。在这里是一种含有抗粘附层材料的悬浮液被喷射到被遮蔽的阳极上。

为了制造将被喷射的悬浮液，石墨粉沫被加入了异丙醇内。在所述示例中，阳极指的是一个竖直安装的金属表面。因此需要注意，先择合适的喷射距离和涂层厚度，避免过量的溶剂从表面流下来。因此特别优选，气溶胶内的易挥发的溶剂能够在喷嘴和待处理的表面之间就已经大部分地挥发掉。这样的话就得到一个最佳的石墨粉沫覆盖层。溶剂与石墨粉的混合比对此也有重要的影响。为了避免往下流，应该使用尽可能多的石墨成分。但是，也需要注意到，喷枪的喷嘴不能被堵住。50mL至150mL IPA中10g石墨粉为宜。优选，在100mL异丙醇(IPA)中使用10g石墨粉。

所使用的石墨粉应尽量不掺加粘合剂或其它添加剂。在本示例中是使用的纯度达99.9％。对于石墨粉的粒度，0.2μm～150μm最大尺寸比较适宜。优选，石墨粉的粒度不要超过20μm。

使用商业上通用的流杯—喷枪作为喷枪。喷嘴的尺寸为，例如，0.3mm～2mm和优选0.8mm。

使用压力为0.2bar～1.0bar，优选0.5bar～0.7bar的压缩空气作为驱动喷射过程的介质。压缩空气应该是无油和尽可能不含颗粒，避免把杂质带入悬浮液和进而带入抗粘附层。尤其需要注意的是，喷枪的气动系统不能把杂质带进来。

每次使用之前悬浮液都必须被均质化。可通过摇晃，搅动，通过超声处理或其它专业人士熟悉的方法完成。

喷射距离选择50mm～250mm，优选100mm～200mm。如上所述，喷射距离优选应保证溶剂在飞行过程中能够挥发掉。但是，距离过大会导致溶剂在空间太大的扩散。

抗粘附层的待施加的层厚为，例如，0.05mm～2.0mm。在本示例中，“在光学上把表面覆盖住“这个标准被证明是合适的并且已经证实由于其简单性很有优势。至少是当副面本身不是石墨表面的时候，由于石墨粉的光学性能这可以很好地得以实施。在示例中，在多个和优选均匀实施的喷射过程中涂敷抗粘附层。

涂敷抗粘附层之后优选注意：因为粉层基本上是通过粘附力粘附在表面，在喷射之后应尽量避免接触被涂层的副面。因此，优选—那里可能地—在安装完的状态处理组件或相应地使用合适的装置和/或工具(“辅助处理“)，从而避免损坏抗粘附层。

在第三步，清除用于遮蔽的金属模板。再次指出，不是在每一种情况都需要这种遮蔽，但是在本示例中需要使用。

由此预处理在这一步结束和可以通过常用的方法执行真正的物理气相沉积—涂层。就是说，给涂层室装工件，关闭该室和用泵抽走空气，进行涂层，例如，电弧汽化和随后对涂层室进行通风并打开。这时按照本发明预处理阳极对涂层没有负面影响。

打开涂层室之后，可以按照本发明通过喷射干冰清洁副面。二氧化碳—干冰能够保护性地进行清洁，干燥，不留残余物和适合真空。

在下一个涂层过程之前重新按照步骤1～3预处理阳极。

最好在每一个涂层过程之后都要实施这个过程。但是，也可以在每一个涂层过程之后放弃借助喷射干冰进行清洁和只是在多次涂层循环之后修复抗粘附层。

将借助一个物理气相沉积—涂层装置和预处理一个放置在真空室内的IET-阳极(Innova etching technology)示范性地对本发明进行说明。在本示例中，清洁花费可以从20分钟减少至几分钟。此外，通过按照本发明的方法阳极得到保护。优选，按照本发明的预处理能够如示例所述用在其它的涂层方法，尤其是其它的真空涂层方法。如果必要，可以使匹配抗粘附层相的材料。

已经介绍过其它的应用领域。但是尤其是，如果，例如，只是部分衬底表面需要涂层，也可以优选在待涂层的衬底使用本发明。衬底表面的不需要涂层的部分至今仍必须通过支撑进行遮蔽。借助按照本发明的方法，可以利用一个抗粘附层遮盖衬底表面的不需要涂层的部分，涂层结束后可以通过简单的方式借助干喷射冰—法清洁所述抗粘附层。

对于经常重复出现的，同类的抗粘附层处理(例如，水平旋转台，衬底支撑，衬底等等)，在本发明的一个改进实施形式中优选使用一个自动化的喷射装置。

8.附图标记

1.流杯—喷枪

2.压力空气输送管

3.悬浮液

4.喷嘴

5.副面

6.遮蔽模板

7.喷雾

8.干冰喷嘴

9.加载有沉积层的抗粘附层

10.抗粘附层

11.来自物理气相沉积—过程的沉积层

Claims (4)

1.涂层设备的副面的清洁方法，包含下述步骤：

—在涂层之前在涂层室的副面涂敷抗粘附层

—涂层之后借助干冰喷射和或二氧化碳—干冰喷射清洁方法处理副面。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，抗粘附层含有由粉末与易挥发溶剂组成的悬浮液。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，抗粘附层有一个金属层，所述金属层比在涂层过程中涂敷的层明显要厚。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，抗粘附层是如下的层，其粘附作用是以荷花效应为基础。

Images