[发明专利]等离子体涂覆设备和基材表面的涂覆或处理方法

说明书

本发明涉及根据各类型的独立权利要求的前序部分的等离子体涂覆设备和基材表面的涂覆或处理方法。

在借助等离子体涂覆设备的众多不同的热喷涂过程中，有一些过程在真空区中进行，也就是说，在低于周边气压的过程压力下进行。这样的过程当然必须在可被抽真空的加工室内进行。此时根据工艺可能在加工室内需要只有百分之几毫巴或是甚至更低的压力。

在等离子体喷射中常见的是，通过过程气体的加热来产生等离子体束，涂覆所需要的材料大多以粉末形态或者也可以流体形态亦即作为气体或液体被加入等离子体束中。尤其是在加入气体或液体时还已知，等离子体喷射作为反应性过程亦即类似于CVD(化学气相沉积)过程来执行。此时，被加入热等离子体束中的流体例如通过断开键或者拆散分子发生变态(Modifikation)，从而涂覆所期望的物质在等离子体束中才会出现。这样的一个例子是作为反应性物质加入六甲基二硅氧烷(HMDSO)，以便在基材例如晶片上产生氧化硅层。

在这种真空过程中有一个公知的问题，即，运动经过被抽真空的加工室的等离子体束在等离子体燃烧器喷嘴区域中导致抽吸作用。如果针对于反应性过程将气体或液体加入等离子体束中，则可以通过流体变态在等离子体束中产生粉末粒子或颗粒。这可能造成颗粒—尤其在等离子体束的边缘—被转向，又向喷嘴返回移动，然后通过抽吸作用又被吸入等离子体束中。这样“再循环”的未被熔化或未充分塑化的颗粒或粉末粒子往往造成对在基材上产生的涂层的不希望有的干扰。

该问题也出现在粉末被加进等离子体束中的过程中。因此，未熔化的或仅部分熔化的或者塑化的粉末粒子按照与上述相同的方式向喷嘴回移，随后被吸入等离子体束中。这些粉末粒子或者颗粒也造成在基材上不希望有的污染。

本发明将对该问题提供帮助。因此，本发明的任务是提出一种等离子体涂覆设备和一种涂覆或处理基材表面的方法，其中，至少明显减轻了不希望有的颗粒侵入等离子体束中。

在装置方面和方法技术方面解决该任务的发明主题的特点在于各类型的独立权利要求。

亦即根据本发明，提出一种用于涂覆或处理基材表面的等离子体涂覆设备，其具有可被抽真空且其中可安放有基材的加工室，且具有用于通过过程气体的加热产生等离子体束的等离子体燃烧器，其中该等离子体燃烧器具有喷嘴，等离子体束通过该喷嘴从等离子体燃烧器中射出，并且可沿纵轴线在加工室内延伸，其中，在喷嘴的下游在加工室内设有机械的限界装置，它沿纵轴线延伸，并保护等离子体束免受不希望有的颗粒侧向侵入。

该限界装置相对于比较冷的平静的即基本无流动的真空界定了快速的热等离子体束，由此防止颗粒以不期望的方式从侧面由真空区被吸入热等离子体束。“侧向”或者说“从侧面”在此系指相对于纵轴线A倾斜或垂直。

通过限界装置，限制了等离子体束的垂直于纵轴线的扩展。

因此，通过限界装置包围或者围绕等离子体束，从而颗粒不会再不期望地从侧面进入等离子体束中。

优选该限界装置紧接地设置在等离子体燃烧器喷嘴的下游，因为在这里抽吸作用是最强的，因而颗粒侵入是最有可能的。

有利的是，该限界装置被设计成管，尤其被设计成金属管。

根据一个优选实施例，限界装置被设计成圆柱管，其直径最多是喷嘴出口处直径的10倍，尤其是最多5倍。

为了执行反应性过程，还优选设有喷射装置，以便将反应性流体喷入等离子体束中。

一个可行的实施方式在于，喷射装置包括环形的喷嘴，该环形的喷嘴设置在该限界装置内。

根据一个优选实施方式，设有用于保持基材(3)的基材支座(8)，其中该限界装置(12)在喷嘴(41)和基材支座(8)之间距离的至少80％、优选至少90％的范围内延伸。通过该措施，等离子体束基本上在其从等离子体燃烧器喷嘴至基材的整个长度范围受到防污染保护。

通过本发明，还提出一种借助等离子体涂覆设备涂覆或处理基材表面的方法，其中，基材安放在加工室内，该加工室被抽真空到低于1巴的压力，借助等离子体燃烧器通过过程气体的加热来产生等离子体束，等离子体束通过喷嘴从等离子体燃烧器中射出，并且可以沿纵轴线在加工室内延伸，其中该等离子体束通过沿纵轴线延伸的机械的限界装置被保护以免受不希望有的颗粒侧向侵入。

在喷嘴下游的等离子体束扩展通过机械的限界装置在加工室内垂直于纵轴线地得到限制。

为执行反应性过程，优选借助喷射装置将反应性流体喷入等离子体束。