CN111850513A - 一种在复杂零件表面制备薄膜的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种在复杂零件表面制备薄膜的方法，包括如下步骤：(1)将零件放置于反应腔内；(2)根据零件沉积薄膜组成成分，开始沉积第一个前驱体；(3)当第一个前驱体沉积结束，向真空腔内通过气体净化真空腔；(4)沉积第二个前驱体，然后再通过气体净化反应腔，依次类推；(5)最后在零件表面沉积所需要的薄膜厚度。该方法制备的薄膜具有保型性高、洁净度高的特点。该方法主要是将零件置于反应腔内，按薄膜膜层成分依次准备沉积前驱体，使得零件表面制备一层层膜层。本发明可在复杂零件的任何地方沉积薄膜，不存在沉积盲区。
Description
技术领域
本发明属于纳米技术领域，主要是在复杂零件表面制备功能性涂层。
背景技术
目前，随着各行业设备的快速发展，组成设备的零件越来越复杂，对于零件的功能性要求越来越严格。目前，零件的机械结构越来越复杂，零件表面通常要求耐腐蚀性、耐磨损性，以在半导体设备的零件表面制备耐腐蚀性涂层为例，现在在零件表面制备薄膜涂层的方法主要有CVD和PVD两种，可传统的CVD和PVD的沉积方法越来越难满足零件的保形问题。这就造成了在零件表面制备耐腐性涂层后，零件的尺寸精度发生变化，会影响零件之间的装配问题以及零件的其他功能。为了解决这一问题，提高零件的保形性问题，现开发一种在复杂零件表面制备薄膜的方法，用该方法，无论在多复杂的零件表面都可以沉积均匀的涂层，同时，还具有很高的保形性，且在涂层制备过程中，不产生其他颗粒杂质，保证涂层具有一定的洁净度。
发明内容
本发明的目的是在复杂零件表面制备均匀、保形性高的薄膜，主要是将零件放置于反应腔内，按照所需涂层的组分依次向反应腔内通入前驱体，前驱体依次与上一次的基体发生反应，使得在零件表面获得所需要的涂层。该涂层可以是根据各行业需求获得的薄膜。在半导体领域，该涂层可以是以钇或以铝为基础的其他陶瓷薄膜，也可以其他领域的其他功能性薄膜。
通过该方法制备的薄膜所具有的优点是，一方面可以使零件具有较高的保形性，能够满足零件的高精密尺寸的要求；另一方面是在反应腔内制备，反应腔内只通入与薄膜有关的气体和净化用气体，这样一来，使得零件和薄膜具有较高的洁净度；另外，该方法在零件上制备薄膜，由于前驱体是气体，可以覆盖到整个零件，因此零件不存在沉积盲区，所以区别于其他方式，该方法对零件的复杂程度没有限制，零件各处都可以沉积薄膜。该方面制备的薄膜通常在1μm以下，能够精确地控制薄膜的厚度，使得零件表面获得更均匀、薄膜厚度差异性更小的薄膜。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种在复杂零件表面制备薄膜的方法，包括如下步骤：
(1)将零件放置于反应腔内；
(2)根据零件沉积薄膜组成成分，开始沉积第一个前驱体；
(3)当第一个前驱体沉积结束，向真空腔内通过气体净化真空腔；
(4)沉积第二个前驱体，然后再通过气体净化反应腔，依次类推；
(5)最后在零件表面沉积所需要的薄膜厚度。
本发明的优点是：
1.本发明可以制备一微米到十几微米厚度的涂层，弥补了其他热喷涂技术必须制备十几微米以上厚度的涂层。
2.本发明是在低真空腔内制备，制备涂层的过程中，没有其他杂质颗粒产生，使得获得的涂层具有高洁净度，可以满足半导体设备对高洁净度零部件的要求。
3.本发明制备的涂层的生产效率高，弥补了物理气相沉积等方式的生产效率低的缺点。
附图说明
图1是本发明涂层制备示意图。
具体实施方式
结合附图1和实例对本发明方案进行详细描述。
一种在复杂零件表面制备薄膜的方法，包括如下步骤：
(1)将零件放置于反应腔内；
(2)根据零件沉积薄膜组成成分，开始沉积第一个前驱体；
(3)当第一个前驱体沉积结束，向真空腔内通过气体净化真空腔；
(4)沉积第二个前驱体，然后再通过气体净化反应腔，依次类推；
(5)最后在零件表面沉积所需要的薄膜厚度。
所述步骤(1)中，复杂零件放置于反应腔内，尽量保证零件与零件的支架接触面积小。
所述步骤(2)中，根据薄膜组分，开始沉积第一个前驱体，该前驱体的可以有多种选择。
所述步骤(3)中，当第一个前驱体沉积结束时，需要再向反应腔中通入气体，以清扫之前前驱体的残留。
所述步骤(4)(5)中，根据薄膜组分，依次开始沉积，每一次沉积结束后，都需要用气体清扫反应腔，依次类推重复，直到沉积到所需要的薄膜厚度。
在反应腔内发生，使得膜层具有较高的洁净度；由于前驱体可以覆盖到零件的任何位置，因此，该方法可以在零件的任何地方形成薄膜，可以制备1μm以下的薄膜，有较高的保形性。
采用的加工设备包括粉末雾化室1和沉积室4；
粉末通过粉末雾化室1雾化后经过喷嘴2喷入到基体3上；喷嘴2至于沉积室4内；沉积室4底部输出口设有粒传感器5和真空泵6。
实施例一
首先，选择商业氧化钇粉末，其颗粒直径在2.5μm左右，粉末纯度是≥99.9％，通过高速气流将粉末流入到气浮雾化室，气体流速是30-50slm,使得粉末吹浮并雾化。
其次，设定沉积室压力为100Pa。
再次，设定腔室内喷嘴和基体的相对速度为1.0mm/min，喷嘴和基体之间的距离为10mm。
最后，在基体表面开始沉积氧化钇涂层。使得制备的涂层的厚度是10μm。利用该方法制备的氧化钇耐腐蚀涂层，一方面具有超高洁净度，可以满足半导体设备发展的需求。另一方，制备厚度在10μm，厚度适中，零件保型性好，涂层致密性高，具有很好的耐腐蚀性能。
实施例二
首先，选择商业氧化铝粉末，其颗粒直径在5μm左右，粉末纯度是≥99.95％，通过高速气流将粉末流入到气浮雾化室，气体流速是40-60slm,使得粉末吹浮并雾化。
其次，设定沉积室压力为70Pa。
再次，设定腔室内喷嘴和基体的相对速度为0.8mm/min，喷嘴和基体之间的距离为15mm。
最后，在基体表面开始沉积氧化铝涂层。使得制备的涂层的厚度是5μm。利用该方法制备的氧化铝耐腐蚀涂层，可应用在半导体设备中的很多零部件上，生产效率高，应用范围广。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本分发明，对于本领域技术人员来说，本发明可能有各种变化和组合。本发明主要用于在各个领域，对耐腐蚀性有要求的零部件，例如在半导体领域，半导体设备刻蚀腔内的一些铝制零部件。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种在复杂零件表面制备薄膜的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将零件放置于反应腔内；
(2)根据零件沉积薄膜组成成分，开始沉积第一个前驱体；
(3)当第一个前驱体沉积结束，向真空腔内通过气体净化真空腔；
(4)沉积第二个前驱体，然后再通过气体净化反应腔，依次类推；
(5)最后在零件表面沉积所需要的薄膜厚度。
2.如权利要求1所述的一种在复杂零件表面制备薄膜的方法，其特征在于，所述步骤(1)中，复杂零件放置于反应腔内，尽量保证零件与零件的支架接触面积小。
3.如权利要求1所述的一种在复杂零件表面制备薄膜的方法，其特征在于，所述步骤(2)中，根据薄膜组分，开始沉积第一个前驱体，该前驱体的可以有多种选择。
4.如权利要求1所述的一种在复杂零件表面制备薄膜的方法，其特征在于，所述步骤(3)中，当第一个前驱体沉积结束时，需要再向反应腔中通入气体，以清扫之前前驱体的残留。
5.如权利要求1所述的一种在复杂零件表面制备薄膜的方法，其特征在于，所述步骤(4)或(5)中，根据薄膜组分，依次开始沉积，每一次沉积结束后，都需要用气体清扫反应腔，依次类推重复，直到沉积到所需要的薄膜厚度。
6.如权利要求1所述的一种在复杂零件表面制备薄膜的方法，其特征在于，在反应腔内发生，使得膜层具有较高的洁净度；由于前驱体可以覆盖到零件的任何位置，因此，该方法可以在零件的任何地方形成薄膜，可以制备1μm以下的薄膜，有较高的保形性。
7.如权利要求1所述的一种在复杂零件表面制备薄膜的方法，其特征在于，采用的加工设备包括粉末雾化室和沉积室；
粉末通过粉末雾化室雾化后经过喷嘴喷入到基体上；喷嘴至于沉积室内；沉积室底部输出口设有粒传感器和真空泵。
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| CN108588679A (zh) * | 2018-05-21 | 2018-09-28 | 中国科学院西安光学精密机械研究所 | 原子层沉积制备W掺杂Al2O3高阻薄膜的方法 |
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| 李京龙: "气浮沉积技术", 《机械科学与技术》 * |
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