本發(fā)明涉及半導(dǎo)體刻蝕領(lǐng)域中的陽(yáng)極氧化層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，具體涉及一種帶有封孔結(jié)構(gòu)的陽(yáng)極氧化層結(jié)構(gòu)及封孔方法。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有技術(shù)的陽(yáng)極氧化工藝，先將零件放入電鍍池中電鍍生成陽(yáng)極氧化層膜，然后通過(guò)水封（利用水蒸氣）、特氟龍密封方法對(duì)陽(yáng)極氧化層的蜂窩狀結(jié)構(gòu)進(jìn)行封孔，用以提高陽(yáng)極氧化層的耐蝕性。水封的溫度在95℃左右；特氟龍密封方法是在常溫下進(jìn)行，將陽(yáng)極氧化后的零件放入盛有特氟龍密封溶液的池中，陽(yáng)極氧化層的蜂窩狀結(jié)構(gòu)有很強(qiáng)的吸附作用，將特氟龍密封溶液吸入后形成特氟龍封孔結(jié)構(gòu)。所以水封陽(yáng)極氧化零件的使用溫度一般限制在<100℃，特氟龍密封的陽(yáng)極氧化層零件使用溫度也在<100℃，即使表面有特氟龍密封結(jié)構(gòu)，多次進(jìn)行加熱后，表面特氟龍密封結(jié)構(gòu)下的微裂紋最后還會(huì)將表面的特氟龍密封結(jié)構(gòu)層撕裂，這主要還是因?yàn)殛?yáng)極氧化層膜和鋁合金基體的熱膨脹系數(shù)不同而導(dǎo)致。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種帶有封孔的陽(yáng)極氧化層結(jié)構(gòu)及封孔方法：首先，將陽(yáng)極氧化層結(jié)構(gòu)進(jìn)行高溫預(yù)熱處理；其次，將預(yù)熱處理后的所述陽(yáng)極氧化層結(jié)構(gòu)浸入特氟龍溶液內(nèi)進(jìn)行封孔處理；再次，將完成封孔處理的所述陽(yáng)極氧化層結(jié)構(gòu)進(jìn)行晾干處理；最后，將所述陽(yáng)極氧化層結(jié)構(gòu)進(jìn)行表面清洗。本發(fā)明通過(guò)上述方法能夠?qū)崿F(xiàn)改善陽(yáng)極氧化層結(jié)構(gòu)在高溫調(diào)節(jié)下的使用耐蝕性。在高溫條件下，陽(yáng)極氧化層與鋁合金基體由于熱膨脹系數(shù)不一致，造成陽(yáng)極氧化層龜裂產(chǎn)生微裂紋不可避免；本發(fā)明通過(guò)改變陽(yáng)極氧化層形成到封孔的工藝，來(lái)避免微裂紋將基體材料直接暴露在腐蝕性氣體中從被腐蝕等負(fù)面影響。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種陽(yáng)極氧化層結(jié)構(gòu)的封孔方法，該陽(yáng)極氧化層結(jié)構(gòu)包含：含鋁基底以及設(shè)置在該含鋁基底表面的陽(yáng)極氧化層膜；

其特點(diǎn)是，所述封孔方法包含：

s1，將陽(yáng)極氧化層結(jié)構(gòu)進(jìn)行預(yù)熱處理；

s2，將預(yù)熱處理后的所述陽(yáng)極氧化層結(jié)構(gòu)浸入特氟龍溶液內(nèi)進(jìn)行封孔處理。

優(yōu)選地，所述封孔方法還包含：

s3，將完成封孔處理的所述陽(yáng)極氧化層結(jié)構(gòu)進(jìn)行晾干處理；

s4，將所述陽(yáng)極氧化層結(jié)構(gòu)進(jìn)行表面清洗。

優(yōu)選地，所述步驟s1包含：

s1.1，將高溫預(yù)處理溫度設(shè)定為大于100℃；

s1.2，將所述陽(yáng)極氧化層結(jié)構(gòu)放置于步驟s1.1所述的高溫環(huán)境中進(jìn)行加熱，使得該陽(yáng)極氧化層結(jié)構(gòu)的陽(yáng)極氧化層膜能夠充分龜裂，產(chǎn)生多個(gè)微裂紋。

優(yōu)選地，所述步驟s2包含：

當(dāng)所述陽(yáng)極氧化層結(jié)構(gòu)浸入特氟龍溶液后，將該特氟龍溶液加熱至100℃-400℃，促進(jìn)所有的微裂紋內(nèi)、所述陽(yáng)極氧化層結(jié)構(gòu)的陽(yáng)極氧化層膜表面均能夠快速、充分吸收特氟龍溶液。

一種帶有封孔結(jié)構(gòu)的陽(yáng)極氧化層結(jié)構(gòu)，其特點(diǎn)是，該陽(yáng)極氧化層結(jié)構(gòu)包含：

含鋁基底；

陽(yáng)極氧化層膜，覆蓋在所述含鋁基底表面；

填充物密封層，覆蓋在所述陽(yáng)極氧化層膜表面；

填充物封孔結(jié)構(gòu)，填充在所述陽(yáng)極氧化層膜形成的微裂紋內(nèi)。

一種應(yīng)用在等離子體環(huán)境中、表面具有鋁陽(yáng)極氧化層膜的部件的封孔方法，其特點(diǎn)是，該封孔方法包括：

對(duì)表面具有鋁陽(yáng)極氧化層膜的部件進(jìn)行預(yù)熱處理，以在鋁陽(yáng)極氧化層膜內(nèi)形成多個(gè)微裂紋；

將所述部件置于包含填充物組分的環(huán)境，所述填充物組分填充所述微裂紋以及鋁陽(yáng)極氧化層膜固有的微孔，并在陽(yáng)極氧化層膜的表面形成由填充物組分所組成的保護(hù)層。

優(yōu)選地，填充在微裂紋和微孔內(nèi)的填充物組分的彈性優(yōu)于鋁陽(yáng)極氧化層膜。

優(yōu)選地，填充物組分包括特氟龍。

優(yōu)選地，所述包含填充物組分的環(huán)境包括以填充物組分作為溶質(zhì)或溶質(zhì)之一的溶液。

優(yōu)選地，預(yù)熱處理的溫度根據(jù)所述組件在等離子體環(huán)境中工作的溫度來(lái)設(shè)定，所述預(yù)熱處理的溫度不小于所述組件的工作溫度。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：

本發(fā)明公開(kāi)了一種帶有封孔的陽(yáng)極氧化層結(jié)構(gòu)及封孔方法：首先，將陽(yáng)極氧化層結(jié)構(gòu)進(jìn)行高溫預(yù)熱處理；其次，將預(yù)熱處理后的所述陽(yáng)極氧化層結(jié)構(gòu)浸入特氟龍溶液內(nèi)進(jìn)行封孔處理；再次，將完成封孔處理的所述陽(yáng)極氧化層結(jié)構(gòu)進(jìn)行晾干處理；最后，將所述陽(yáng)極氧化層結(jié)構(gòu)進(jìn)行表面清洗。本發(fā)明相比于現(xiàn)有技術(shù)的區(qū)別在于：先將陽(yáng)極氧化層結(jié)構(gòu)進(jìn)行高溫預(yù)熱處理，使得該陽(yáng)極氧化層結(jié)構(gòu)的陽(yáng)極氧化層膜能夠充分龜裂，產(chǎn)生多個(gè)微裂紋后，保證該陽(yáng)極氧化層結(jié)構(gòu)的陽(yáng)極氧化層的微裂紋及陽(yáng)極氧化層表面均能進(jìn)行特氟龍封孔工藝。通過(guò)上述方法能夠?qū)崿F(xiàn)改善陽(yáng)極氧化層結(jié)構(gòu)在高溫調(diào)節(jié)下的使用耐蝕性。本發(fā)明通過(guò)改變陽(yáng)極氧化層形成到封孔的工藝，能夠避免微裂紋將基體材料直接暴露在腐蝕性氣體（包含等離子體）中從而被腐蝕等負(fù)面影響。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明一種陽(yáng)極氧化層結(jié)構(gòu)的封孔方法的整體流程示意圖。

圖2為本發(fā)明一種陽(yáng)極氧化層結(jié)構(gòu)的封孔方法的實(shí)施例示意圖。

圖3為本發(fā)明一種帶有封孔的陽(yáng)極氧化層結(jié)構(gòu)的整體結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖，通過(guò)詳細(xì)說(shuō)明一個(gè)較佳的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步闡述。

如圖1所示，一種陽(yáng)極氧化層結(jié)構(gòu)的封孔方法，該陽(yáng)極氧化層結(jié)構(gòu)包含：含鋁基底1以及設(shè)置在該含鋁基底1表面的陽(yáng)極氧化層膜2。

一種陽(yáng)極氧化層結(jié)構(gòu)的封孔方法具體包含如下步驟：

s1，將陽(yáng)極氧化層結(jié)構(gòu)進(jìn)行高溫預(yù)熱處理。該步驟s1可包含：

s1.1，將高溫預(yù)處理溫度設(shè)定為大于100℃。

這里高溫預(yù)處理的溫度依據(jù)陽(yáng)極氧化層結(jié)構(gòu)的實(shí)際工作環(huán)境而設(shè)定或設(shè)計(jì)。通常，高溫預(yù)處理的溫度可等于或略大于陽(yáng)極氧化層結(jié)構(gòu)的實(shí)際工作環(huán)境溫度。在等離子體刻蝕裝置內(nèi)，陽(yáng)極氧化層結(jié)構(gòu)的極端工作溫度通常不超過(guò)100℃至400℃——位于不同位置的部件的極端工作溫度不同。

s1.2，將陽(yáng)極氧化層結(jié)構(gòu)放置于步驟s1.1的高溫環(huán)境中進(jìn)行加熱，使得該陽(yáng)極氧化層結(jié)構(gòu)的陽(yáng)極氧化層膜2能夠充分龜裂，產(chǎn)生多個(gè)微裂紋（micro-crack）2’。

本實(shí)施例中，微裂紋2’的形狀不規(guī)則，排布也不規(guī)則，可能縱長(zhǎng)形，也可能橫向生長(zhǎng)。含鋁基底1可以為純鋁材料或鋁合金材料制成的基底結(jié)構(gòu)。

實(shí)施例一：

在150℃的高溫預(yù)處理?xiàng)l件下，陽(yáng)極氧化層結(jié)構(gòu)的含鋁含鋁基底1直徑為200mm。一般含鋁材料（以鋁合金為例）的熱膨脹系數(shù)為約21.6×10^-6，陽(yáng)極氧化層膜2采用陶瓷類材料a1203制成，該類型材料的熱膨脹系數(shù)為約7×10^-6。從室溫20℃到150℃時(shí)，陽(yáng)極氧化層膜2在徑向的熱膨脹量l1為：

l1=100×（150-20）×（7×10^-6）=0.091mm；

含鋁基底1在徑向的熱膨脹量l2為：

l2=100×（150-20）×（21.6×10^-6）=0.281mm。

如圖2所示，在高溫預(yù)處理?xiàng)l件下，由于含鋁基底1的熱膨脹系數(shù)與陽(yáng)極氧化層膜2的熱膨脹系數(shù)相差很大；并且陽(yáng)極氧化層膜2為脆性材料，強(qiáng)度高但無(wú)彈性；因此在150℃的高溫預(yù)處理?xiàng)l件下，陽(yáng)極氧化層膜2與含鋁基底1的結(jié)合面產(chǎn)生剪切滑移很容易形成龜裂，產(chǎn)生多個(gè)微裂紋2’。

s2，將預(yù)熱處理后的陽(yáng)極氧化層結(jié)構(gòu)浸入特氟龍溶液內(nèi)進(jìn)行封孔處理。該步驟s2包含：

將已產(chǎn)生多個(gè)微裂紋2’的陽(yáng)極氧化層結(jié)構(gòu)浸入特氟龍溶液內(nèi)，陽(yáng)極氧化層結(jié)構(gòu)的蜂窩狀結(jié)構(gòu)和多個(gè)微裂紋2’具有虹吸附作用，使特氟龍溶液充分滲入所有的微裂紋2’中、使得陽(yáng)極氧化層結(jié)構(gòu)的陽(yáng)極氧化層膜2表面充分吸收特氟龍溶液。

步驟s2還包含：當(dāng)陽(yáng)極氧化層結(jié)構(gòu)浸入特氟龍溶液后，將該特氟龍溶液加熱至100℃-400℃，能夠促進(jìn)所有的微裂紋2’內(nèi)、陽(yáng)極氧化層結(jié)構(gòu)的陽(yáng)極氧化層膜2表面均能夠快速、充分吸收特氟龍溶液。

由于實(shí)際使用的半導(dǎo)體刻蝕反應(yīng)腔內(nèi)陽(yáng)極氧化層結(jié)構(gòu)所處的溫度范圍為100℃-400℃，將該填充物溶液溫度范圍設(shè)定為等于或略大于該半導(dǎo)體刻蝕反應(yīng)腔的溫度，也即填充物溶液溫度范圍設(shè)定為100℃-400℃，目的仍在于繼續(xù)使陽(yáng)極氧化層膜2內(nèi)的微裂紋充分地、預(yù)先地形成。這樣，在后續(xù)實(shí)際的高溫工作環(huán)境中，陽(yáng)極氧化層膜2內(nèi)幾乎不會(huì)再有或僅有極少的新的微裂紋形成——它們的影響極小，僅會(huì)造成極輕微、幾乎可忽略的腐蝕。步驟s1與s2中形成的微裂紋均被特氟龍充分地填充并保護(hù)，它們?cè)诤罄m(xù)實(shí)際工作中也不會(huì)導(dǎo)致腐蝕。

如圖3所示，經(jīng)過(guò)上述步驟處理后的陽(yáng)極氧化層結(jié)構(gòu)的所有的微裂紋2’內(nèi)均形成相應(yīng)形狀的特氟龍封孔結(jié)構(gòu)4，陽(yáng)極氧化層結(jié)構(gòu)的陽(yáng)極氧化層膜2表面形成均勻的特氟龍密封層3。

s3，將完成封孔處理的陽(yáng)極氧化層結(jié)構(gòu)進(jìn)行晾干處理。該步驟s3包含：

當(dāng)陽(yáng)極氧化層結(jié)構(gòu)完成封孔處理后，在該陽(yáng)極氧化層結(jié)構(gòu)的表面由特氟龍材料形成一層均勻的特氟龍密封層3，并且在所有微裂紋2’中充滿特氟龍材料形成的特氟龍封孔結(jié)構(gòu)4；在常溫下將處理后的陽(yáng)極氧化層結(jié)構(gòu)進(jìn)行充分晾曬，確保上述特氟龍材料與該陽(yáng)極氧化層結(jié)構(gòu)的緊密結(jié)合。

s4，將陽(yáng)極氧化層結(jié)構(gòu)進(jìn)行表面清洗。

經(jīng)上述步驟工藝處理后的陽(yáng)極氧化層結(jié)構(gòu)，再次在高溫的條件下使用時(shí)，不會(huì)再出現(xiàn)由于熱膨脹系數(shù)不同造成的二次龜裂，同時(shí)由于特氟龍材料在陽(yáng)極氧化層2的表面及微裂紋2’中都存在，并具備一定的彈性而非脆性材料，并且特氟龍材料具有抗等離子強(qiáng)度高的特點(diǎn)，可以緩沖熱膨脹帶來(lái)的位移剪切，使含鋁基底1始終保護(hù)在陽(yáng)極氧化層2、特氟龍密封層3及多個(gè)特氟龍封孔結(jié)構(gòu)4下，能夠避免與工藝腐蝕性氣體的接觸，從而不會(huì)被腐蝕而產(chǎn)生多種顆粒等負(fù)面影響。

如圖3所示，一種帶有封孔的陽(yáng)極氧化層結(jié)構(gòu)，該陽(yáng)極氧化層結(jié)構(gòu)包含：含鋁基底1、陽(yáng)極氧化層膜2、填充物密封層3及填充物封孔結(jié)構(gòu)4。

其中，陽(yáng)極氧化層膜2均勻覆蓋設(shè)置在含鋁基底1表面；填充物密封層3均勻覆蓋設(shè)置在陽(yáng)極氧化層膜2表面；填充物封孔結(jié)構(gòu)4填充在陽(yáng)極氧化層膜2高溫情況下龜裂形成的所有微裂紋2’內(nèi)。

當(dāng)陽(yáng)極氧化層膜2均勻覆蓋設(shè)置在含鋁基底1表面后，進(jìn)行充分高溫預(yù)處理，使得陽(yáng)極氧化層膜2充分龜裂形成多個(gè)微裂紋2’。將帶有多個(gè)微裂紋2’的上述結(jié)構(gòu)浸入含有填充物的溶液中，使得填充物材料充分滲入陽(yáng)極氧化層膜2的所有微裂紋2’形成填充物封孔結(jié)構(gòu)4，并且使得填充物材料均勻覆蓋設(shè)置在陽(yáng)極氧化層膜2表面形成填充物密封層3。

本發(fā)明公開(kāi)的帶有封孔的陽(yáng)極氧化層結(jié)構(gòu)能夠應(yīng)用于半導(dǎo)體刻蝕設(shè)備中。作為氣體噴淋頭、反應(yīng)腔側(cè)壁等部件來(lái)使用，也可作為其他需長(zhǎng)期暴露于等離子體環(huán)境（或其他腐蝕環(huán)境）中、其基體材料可采用鋁基金屬的部件/零件來(lái)使用。

本發(fā)明中，進(jìn)行高溫預(yù)處理的溫度范圍為大于100℃；利用填充物溶液進(jìn)行處理時(shí)，由于實(shí)際使用的半導(dǎo)體刻蝕反應(yīng)腔內(nèi)的溫度范圍為100℃-400℃，則該填充物溶液溫度范圍設(shè)定為等于或略大于該半導(dǎo)體刻蝕反應(yīng)腔的溫度，因此填充物溶液溫度范圍設(shè)定為100℃-400℃。

本發(fā)明公開(kāi)的帶有封孔的陽(yáng)極氧化層結(jié)構(gòu)，再次在高溫的條件下使用時(shí)，不會(huì)再出現(xiàn)（或極少再出現(xiàn)）由于熱膨脹系數(shù)不同造成的二次龜裂，同時(shí)由于填充物材料在陽(yáng)極氧化層2的表面及微裂紋2’中都存在，并具備一定的彈性而非脆性材料，并且填充物材料具有抗等離子強(qiáng)度高的特點(diǎn)，可以緩沖熱膨脹帶來(lái)的位移剪切，使含鋁基底1始終保護(hù)在陽(yáng)極氧化層2、填充物密封層3及多個(gè)填充物封孔結(jié)構(gòu)4下，能夠避免與工藝腐蝕性氣體的接觸，從而不會(huì)被腐蝕而產(chǎn)生多種顆粒等負(fù)面影響。本實(shí)施例中，填充物材料可以為特氟龍材料。

本發(fā)明中，除了使用特氟龍材料作為填充物組分外，填充物組分/材料也可為其他材料，只是其通常要滿足以下要求即可：填充物材料的分子或顆粒要能夠進(jìn)入微裂紋2’內(nèi)，從而可對(duì)微裂紋、蜂窩狀結(jié)構(gòu)進(jìn)行填充和保護(hù)。當(dāng)然，假如所選擇的該填充物材料的選擇能夠不引入半導(dǎo)體刻蝕反應(yīng)腔內(nèi)原本不存在的顆粒、雜質(zhì)等，它就會(huì)是更優(yōu)的選擇。另外，假如所選擇的該填充物材料的彈性優(yōu)于鋁陽(yáng)極氧化層膜，它就也會(huì)是更優(yōu)的選擇——彈性較優(yōu)，意味著在后續(xù)的高溫環(huán)境中產(chǎn)生微裂紋的幾率更低。特氟龍材料作為符合上述所有特性的材料，可算是發(fā)明人所知的、極優(yōu)的選擇。

本發(fā)明另提供一種應(yīng)用在等離子體環(huán)境中、表面具有鋁陽(yáng)極氧化層膜的部件的封孔方法，該封孔方法包括：

對(duì)表面具有鋁陽(yáng)極氧化層膜的部件進(jìn)行預(yù)熱處理，以在鋁陽(yáng)極氧化層膜內(nèi)形成多個(gè)微裂紋；

將部件置于包含填充物組分的環(huán)境，填充物組分填充微裂紋以及鋁陽(yáng)極氧化層膜固有的微孔，并在陽(yáng)極氧化層膜的表面形成由填充物組分所組成的保護(hù)層。

在上述預(yù)熱處理步驟中，預(yù)熱處理的溫度根據(jù)組件在等離子體環(huán)境中工作的溫度來(lái)設(shè)定，預(yù)熱處理的溫度不小于組件的工作溫度。

上述包含填充物組分的環(huán)境可包括以填充物組分作為溶質(zhì)或溶質(zhì)之一的溶液——其與圖2與圖3所對(duì)應(yīng)的實(shí)施例相同或基本類似。上述包含填充物組分的環(huán)境也可以是氣體環(huán)境，例如采用物理氣相沉積的方法實(shí)現(xiàn)將填充物組分填充在微裂紋和微孔內(nèi)。

在上述填充步驟中，填充在微裂紋和微孔內(nèi)的填充物組分的彈性可優(yōu)于鋁陽(yáng)極氧化層膜，以降低在后續(xù)高溫工作環(huán)境中再次產(chǎn)生微裂紋的幾率。具體的，該填充物組分可以包括特氟龍。除了使用特氟龍材料作為填充物組分外，填充物組成/材料也可為其它材料，只是其通常要滿足以下要求即可：填充物材料的分子或顆粒要能夠進(jìn)入微裂紋2’內(nèi)，從而可對(duì)微裂紋、蜂窩狀結(jié)構(gòu)進(jìn)行填充和保護(hù)。當(dāng)然，假如所選擇的該填充物材料能夠不引入半導(dǎo)體刻蝕反應(yīng)腔內(nèi)原本不存在的顆粒、雜質(zhì)等，它就會(huì)是更優(yōu)的選擇。另外，假如所選擇的該填充物材料的彈性優(yōu)于鋁陽(yáng)極氧化層膜，它就也會(huì)是更優(yōu)的選擇——彈性較優(yōu)，意味著在后續(xù)的高溫環(huán)境中產(chǎn)生微裂紋的幾率更低。特氟龍材料作為符合上述所有特性的材料，可算是發(fā)明人所知的、極優(yōu)的選擇。

另外，預(yù)熱處理的溫度是根據(jù)工作溫度而變化的，預(yù)熱處理的溫度需要根據(jù)最高工作溫度的進(jìn)行設(shè)定。

最后，圖2與圖3所描述實(shí)施例中的所有技術(shù)特征都可直接應(yīng)用到后面所描述的實(shí)施例/實(shí)施方式中，這里為了簡(jiǎn)潔不再一一重復(fù)，但在理解時(shí)仍應(yīng)將它們作為后面實(shí)施方式的組成部分。

盡管本發(fā)明的內(nèi)容已經(jīng)通過(guò)上述優(yōu)選實(shí)施例作了詳細(xì)介紹，但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到上述的描述不應(yīng)被認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明的限制。在本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀了上述內(nèi)容后，對(duì)于本發(fā)明的多種修改和替代都將是顯而易見(jiàn)的。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)由所附的權(quán)利要求來(lái)限定。