[发明专利]一种低压等离子喷涂技术制备Y2O3陶瓷涂层的方法

说明书

技术领域

本发明涉及Y₂O₃陶瓷涂层制造技术领域，具体涉及一种低压等离子喷涂技术制备Y₂O₃陶瓷涂层的方法。

背景技术

目前，低温等离子体微细加工方法是材料微纳加工的关键技术，它是微电子、光电子、微机械、微光学等制备技术的基础，特别是在超大规模集成电路制造工艺中，有近三分之一的工序是借助于等离子体加工完成的，如等离子体薄膜沉积、等离子体刻蚀及等离子体去胶等。其中等离子体刻蚀为最关键的工艺流程之一，是实现超大规模集成电路生产中的微细图形高保真地从光刻模板转移到硅片上的不可替代的工艺。

在刻蚀工艺过程中，由于存在大量的具有强腐蚀性的活性自由基(如Cl*，Cl₂*，F*，CF*等)，它们对等离子刻蚀工艺腔的内表面也会产生腐蚀作用，引起污染，影响刻蚀效果，并且会使刻蚀工艺腔失效。早期的90年代的等离子刻蚀设备，在较小功率和单一等离子体发生源的情况下，在铝基体层上加Al₂O₃涂层就可以满足等离子体对刻蚀工艺腔的蚀刻损伤。进入到300mm设备，随着等离子功率越来越大，等离子体对刻蚀工艺腔壁的损伤也越来越大，使得在刻蚀的过程容易发生如下问题：(1)颗粒；(2)工艺腔壁涂层剥落，导致等离子体直接与铝基体发生作用；(3)Al₂O₃零部件的寿命受到更高功率的限制。所以需要寻找一种新的途径对刻蚀工艺腔内表面进行改性，满足刻蚀工艺的需要。

研究表明，Y₂O₃涂层对刻蚀工艺腔具有良好的保护作用。与Al₂O₃相比，Y₂O₃的化学性质非常稳定，具有优异的耐等离子蚀刻性能，并且和CF系气体生成的反应产物YF3蒸气压低，作为颗粒难以飞散。目前，以Y₂O₃粉末作为喷涂材料，利用大气等离子喷涂方法，在刻蚀工艺腔内表面制备出单一结构的Y₂O₃耐腐蚀涂层是一种普遍采用的方法。

大气等离子喷涂是用N₂、Ar、H₂及He等作为离子气，经电离产生等离子高温高速射流，将输入材料熔化或熔融喷射到工作表面形成涂层的方法。其中的等离子电弧温度极高，足够融化包括Y₂O₃在内的所有的高熔点陶瓷粉末。大气等离子喷涂工艺中，气体环境会对涂层的最终性能有很大程度的影响。气体的选择原则主要是考虑实用性和经济性。具体的要求是：(1)性能稳定，不与喷涂材料发生有害反应；(2)热焓高，适合于难熔材料，但又不应过高而烧蚀喷嘴；(3)应选择与电极或喷嘴不发生化学作用的气体；(4)成本低廉，供应方便。

耐腐蚀性及与基体的结合强度是Y₂O₃涂层的两个关键性指标。涂层耐腐蚀性不但与选用的材料相关，还与涂层的致密度有关。因此涂层的孔隙率愈低则耐腐蚀性能愈佳。而涂层与基体的结合强度与喷涂时粒子的飞行速度等因素相关。为进一步提高涂层的综合性能。需要寻找更合适的方法制备Y₂O₃耐侵蚀陶瓷涂层。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低压等离子喷涂技术制备Y₂O₃陶瓷涂层的方法，可在等离子刻蚀工艺腔内表面制备出性能优异的Y₂O₃涂层。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种低压等离子喷涂技术制备黑色Y₂O₃陶瓷涂层的方法，包括如下步骤：

步骤(1)，选择纯度大于99.95％的Y₂O₃粉末；

步骤(2)，对待喷涂的基材表面进行预处理；