[發(fā)明專利]高縱橫比的空心制品內(nèi)部的化學(xué)氣相沉積

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201080057693.8
• 申請日: 2010-12-20
• 公開（公告）號: CN102712998A
• 公開（公告）日: 2012-10-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: D·尤帕德雅亞;K·布安那帕利;W·J·伯德曼;M·馬莫迪;T·B·卡瑟利;P·J·哈扎瑞卡;D·多安
• 申請（專利權(quán)）人: 分之一技術(shù)公司
• 主分類號: C23C16/00
• 分類號: C23C16/00
• 代理公司: 上海專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 31100
• 代理人: 郭輝

技術(shù)領(lǐng)域

總體上，本發(fā)明涉及鍍覆工藝，特別是應(yīng)用于空心制品內(nèi)表面的化學(xué)氣相沉積（CVD）技術(shù)。

研究背景

用于真空室中工件外表面鍍覆的等離子體強(qiáng)化化學(xué)氣相沉積（PECVD）方法是眾所周知的。而在對空心工件（例如管道）的內(nèi)表面鍍覆時(shí)，PECVD技術(shù)的使用不太常見，但在Boardman等人的美國專利No.7,300,684中描述了高沉積速率的PECVD技術(shù)。Boardman等人的方法是：使用工件本身作為一個(gè)真空室，將供氣端與一個(gè)開口連接，真空泵與另一個(gè)開口連接，采用電壓偏置系統(tǒng)，其中的負(fù)端與管道相連，還原陽極置于管道兩端附近，但與管道隔離。供氣端提供烴前驅(qū)體，電壓偏置系統(tǒng)用于產(chǎn)生高密度空心陰極等離子體并吸引烴離子至管道內(nèi)表面，從而在管道內(nèi)表面上形成類金剛石的碳（DLC）鍍層。或者，可用非烴前驅(qū)體生成鍍層而非DLC鍍層。

此處使用的術(shù)語“空心陰極效應(yīng)”是一個(gè)現(xiàn)象，例如在一個(gè)具有軸向陽極的管狀幾何體中，其中至少兩個(gè)陰極表面是面對面放置的，陰極表面和陽極之間存在著空間，并且與傳統(tǒng)的等離子體輝光相比，當(dāng)前偏置與壓力參數(shù)達(dá)到大幅增長。在管道中，此種陰極表面可以是同軸內(nèi)壁的表面。當(dāng)前的增長源自于反向空間電荷層間的快速（熱的，加速了的）電子的“振蕩運(yùn)動(dòng)”，其增強(qiáng)了等離子體的激發(fā)和電離率，比傳統(tǒng)的輝光放電高出幾個(gè)數(shù)量級。2004年10月25-29日在法國Nice舉辦的第12屆國際等離子體物理學(xué)會(huì)議上，H.S.Maciel等人發(fā)表的題為“使用質(zhì)譜和靜電探針技術(shù)對空心陰極放電的研究”的報(bào)道中給出了以下的對空心陰極效應(yīng)的定義和描述。空心陰極放電可以產(chǎn)生密集的等離子體，并已用于高速、低壓、高效處理機(jī)的開發(fā)研究。空心陰極放電的幾何特征促進(jìn)了陰極內(nèi)部的熱電子的振蕩，從而加強(qiáng)了內(nèi)壁的電離、離子轟擊和其他后續(xù)過程。同時(shí)，空心陰極顯示的等離子體密度比傳統(tǒng)的平面電極的等離子體密度高出一到兩個(gè)數(shù)量級。“眾所周知，陰極間距離（d）與壓力（P）的乘積（Pd）是一個(gè)描述HC放電行為的重要參數(shù)。通常，電子-原子非彈性碰撞率隨著陰極間距離的降低而增加，其對等離子體密度和電子溫度有著很大的影響。氣壓對放電性能的影響是可以預(yù)期到的，這是因?yàn)榕鲎蔡匦詤?shù)會(huì)隨著壓力的增加而增加，從而趨于提高空心陰極效應(yīng)，使得優(yōu)化降低陰極間的距離（Pd）成為可能。”

Boardman等人的專利中描述的體系，針對預(yù)期的目標(biāo)運(yùn)作得很好。但是，對于相對較長以及縱橫比較高的通道，存在著維持軸向長度上的等離子體均勻性的潛在難題。如本說明書所使用的，管道或其他工件內(nèi)的通道的“縱橫比”定義為信道長度與信道橫截面尺寸（通常為直徑）之比。傳統(tǒng)的方法中，管道或者其他管狀工件可能被安置在一個(gè)尺寸設(shè)計(jì)好的腔體中進(jìn)行外鍍覆，此腔體整體壓力的變化很小。然而，當(dāng)將工件的內(nèi)部作為腔體時(shí)，腔體的尺寸受限于工件的固有內(nèi)部尺寸。對于縱橫比很高的工件，利用空心陰極效應(yīng)時(shí)，工件內(nèi)部通道的中心區(qū)域存在著微弱的等離子體，而在通道的兩端存在著強(qiáng)烈的等離子體。一種可能的解釋是，留在工件中心（作為陰極偏置）的電子遇到了高阻抗，留在工件兩端的電子遇到了低阻抗。因此，電流被分流到工件的兩端。

在Tudhope等人的美國專利No.2006/0196419中描述了一個(gè)可能的解決方案，該專利被轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人。如此文獻(xiàn)中所述，工件的內(nèi)表面可以逐層鍍覆，將一對陽極彼此間保持一段距離置于工件的內(nèi)部，沿著工件的長度方向系統(tǒng)地移動(dòng)，而不是將陽極與工件相對的兩端相連接。這樣，當(dāng)工件的縱橫比不可控制時(shí)，擬鍍覆的區(qū)域的縱橫比是可控的。美國專利出版物No.2006/0198965描述了另一種與Boardman等人的專利相關(guān)的方法。為了使工件內(nèi)表面上的鍍層更均勻，氣流是系統(tǒng)逆轉(zhuǎn)的而非在一個(gè)方向上連續(xù)流動(dòng)。

然而此專利出版物沒有給出對空心陰極效應(yīng)使用的描述，在申請?zhí)朜o.2030180A（Sheward）的英國專利中描述了另一種有趣的方法。在Sheward描述的一個(gè)實(shí)施方案中，正偏陽極沿著擬作內(nèi)部鍍覆的管道內(nèi)通道的長度方向延伸。在另一個(gè)實(shí)施方案中，采用具有一系列用于釋放相應(yīng)氣體的孔洞的陽極代替實(shí)心的陽極。

沿著高縱橫比通道的軸向放置陽極絲，值得關(guān)注的是，這個(gè)做法雖然可以維持等離子體，但是容易失去空心陰極效應(yīng)并且會(huì)引起沉積速率的下降。此外，由于沿著長工件的等離子體的阻抗會(huì)因?yàn)樵S多因素而發(fā)生變化，包括壓力差、氣體組成、電極間距和偶發(fā)的對陽極絲的鍍覆，從而導(dǎo)致等離子體強(qiáng)度的進(jìn)一步降低和/或由于等離子體集中于一個(gè)或多個(gè)陽極的高電導(dǎo)區(qū)域而引發(fā)的“熱點(diǎn)”的產(chǎn)生。