本發(fā)明屬于鋁合金材料表面處理，具體涉及一種半導體制程設備部件用陽極氧化涂層的制備方法。

背景技術：

1、典型的半導體制程包括薄膜沉積、旋涂光刻膠、曝光、顯影、等離子體刻蝕和去除光刻膠等步驟，其中光刻、等離子體刻蝕和薄膜沉積的加工精度對芯片的性能和成品率起決定性作用。然而，在半導體制造的刻蝕和薄膜沉積過程大量使用cl2、hcl、hbr、nf3等侵蝕性氣體，且濕法化學清洗時需與鹽酸等強酸溶液接觸，這些侵蝕性氣體和酸性溶液會對設備腔室部件造成腐蝕，并且其表面的腐蝕產物剝離會形成的顆粒，顆粒掉落至晶圓表面將導致電路短路，降低芯片的良品率，因此需要特別關注刻蝕和薄膜沉積設備中各腔室部件的腐蝕問題。自上世紀八十年代以來，6061-t6鋁合金因其強度適中、易于加工、且耐蝕性能較好，常被用于制造刻蝕和薄膜沉積設備的腔室部件。在侵蝕性氣體和酸性溶液環(huán)境中，鋁合金依然容易受到腐蝕，這將導致零部件損壞。因此，需在鋁合金表面制備保護性涂層，減少腔室零部件的腐蝕，以延長腔室零部件的壽命和芯片的良品率。陽極氧化涂層的耐蝕性能優(yōu)異、制備簡易且成本低廉，被廣泛用于半導體制程設備用鋁合金部件的腐蝕防護。

2、目前，傳統(tǒng)陽極氧化處理前僅對6061-t6鋁合金進行堿洗除油和酸洗，無法消除鋁合金基體表層的大尺寸第二相團簇，導致后續(xù)制備的陽極氧化涂層中存在較多大尺寸孔洞。陽極氧化涂層由外部較厚的納米多孔層和內部的致密層組成，封孔處理可有效封閉納米多孔層，提高陽極氧化涂層的耐蝕性能，但是當涂層中存在由第二相溶解形成的大尺寸孔洞時，封孔處理的效果會明顯下降。fe元素作為鋁合金中的主要雜質元素，在鋁合金的生產過程中不斷積累，且難以被凈化去除，其與al、si等元素組成的富fe第二相易在基體中形成連續(xù)分布的大尺寸團簇，將導致涂層中產生貫通性孔道。

3、現(xiàn)有的陽極氧化涂層前處理如專利號cn104357840a和cn104046981a，將純鋁粉作為噴涂粉末材料，使用冷噴涂或熱噴涂的方式，在鋁合金表面制備純鋁層，隨后進行陽極氧化處理，制備陽極氧化涂層，但存在以下問題：1)噴涂常在大氣環(huán)境下進行，純鋁層由微米級鋁粉組成，鋁粉表面有自然生成的氧化鋁膜層，且噴涂使用的高溫載氣將加劇鋁粉的氧化，在后續(xù)的陽極氧化過程中氧化層會阻礙內部鋁的溶解，進而影響陽極氧化涂層的成膜過程，導致涂層內存在較多未被氧化的金屬顆粒；2)冷噴涂或熱噴涂制備的純鋁層孔隙率較大，純鋁層自身的孔隙將成為涂層中孔隙和裂紋產生的根源；3)冷噴涂或熱噴涂制備的純鋁層與鋁合金基體結合力較差，而半導體設備零部件用陽極氧化涂層需要兼具耐蝕性能、高硬度、耐磨損性能，純鋁底層結合力較差導致后續(xù)制備的陽極氧化涂層難以滿足需求。

技術實現(xiàn)思路

1、為了解決上述問題，本發(fā)明提供一種半導體制程設備部件用高性能陽極氧化涂層的制備方法。采用激光對鋁合金進行表面重熔或純鋁層熔覆，減少或消除鋁合金試樣表層的大尺寸第二相團簇，隨后將激光前處理后的試樣于電解液中進行陽極氧化處理，使表面生成均勻無大尺寸孔洞的陽極氧化涂層，最后對陽極氧化涂層進行封孔處理，大幅提高半導體制程設備用鋁合金部件的使用壽命。

2、本發(fā)明是通過以下技術方案解決上述技術問題的。

3、本發(fā)明的目的是提供一種半導體制程設備部件用陽極氧化涂層的制備方法，包括以下步驟：

4、對預處理的鋁合金表面采用真空激光處理的方法形成固溶層或熔覆層，熔覆層為鋁層，減少或消除鋁合金試樣表層的第二相團簇；激光處理過程中，激光光斑直徑為60μm～100μm，激光功率200w～400w，掃描速率400mm/s～2000mm/s，掃描間距0.05mm～0.2mm；

5、將激光處理后的鋁合金試樣置于陽極氧化電解液中處理，在鋁合金表面形成陽極氧化涂層，并對陽極氧化涂層進行封孔處理，得到半導體制程設備部件用陽極氧化涂層。

6、優(yōu)選的，當采用激光處理的方法形成固溶層，激光功率為200～400w，掃描速率為800mm/s～2000mm/s，固溶層的厚度為20μm～300μm；當采用激光處理的方法形成純鋁熔覆層時，激光功率為340w～400w，掃描速率為1600mm/s～2000mm/s。

7、優(yōu)選的，當采用激光處理的方法形成固溶層，激光功率為200w時，對應的掃描速率為1800mm/s～2000mm/s；激光功率為300w時，對應的掃描速率為800mm/s～1600mm/s；當激光功率為400w時，對應的掃描速率為800mm/s～1000mm/s。

8、優(yōu)選的，激光處理形成熔覆層的工藝過程中，進行n次熔覆，其中n≥1，每完成一次純鋁層熔覆時，激光旋轉67°，每次熔覆后純鋁層的厚度為20μm～50μm；熔覆層的總厚度為100μm～1mm。

9、優(yōu)選的，激光處理過程中，鋁合金的溫度為25℃～180℃。

10、優(yōu)選的，熔覆層的厚度為陽極氧化涂層厚度的1.5倍～8倍。

11、優(yōu)選的，激光處理處理前，先進行抽真空，然后通入惰性氣體作為保護氣體，使氧氣含量低于0.01％。

12、優(yōu)選的，陽極氧化電解液可為硫酸溶液、磷酸溶液、草酸溶液、酒石酸溶液、硫酸鋁溶液中的至少一種。

13、優(yōu)選的，陽極氧化處理的具體方式為：在初始時電流密度0.5a/dm2～1a/dm2下進行陽極化15min～20min后提高至2a/dm2，之后以每間隔5min提高電流密度0.5a/dm2的方式直至電壓升至60v。

14、優(yōu)選的，封孔處理的方式選自熱水封孔、蒸汽封孔、金屬鹽封孔、聚四氟乙烯封孔、層狀雙氫氧化合物封孔、金屬離子浸漬-蒸汽封孔中的中的至少一種。

15、本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有如下有益效果：

16、(1)本發(fā)明對預處理后的的鋁合金試樣進行真空激光處理，減少或消除鋁合金試樣表層的大尺寸第二相團簇，可有效避免處理過程中熔融鋁合金和熔融鋁粉與氧氣接觸，抑制氧化物雜質相的生成，解決了傳統(tǒng)噴涂純鋁層中含有大量氧化鋁晶界，制備的陽極氧化涂層較為疏松且受熱易開裂的問題；隨后將激光前處理后的試樣于電解液中進行陽極氧化處理，使表面生成均勻無大尺寸孔洞的陽極氧化涂層，最后對陽極氧化涂層進行封孔處理，大幅提高半導體制程設備用鋁合金部件的使用壽命；使用激光對鋁合金進行表面重熔或純鋁層熔覆，重熔的鋁合金表層或熔覆的純鋁層與基體均為冶金結合，其結合強度與遠高于傳統(tǒng)噴涂方式制備的純鋁層，可保證后續(xù)陽極氧化涂層不易剝落，大幅提高半導體制程設備用鋁合金部件的使用壽命；與傳統(tǒng)噴涂純鋁后陽極氧化處理的方式相比，可有效提高后續(xù)陽極氧化涂層的致密性，解決了傳統(tǒng)噴涂純鋁層中含有大量氧化鋁晶界，制備的陽極氧化涂層較為疏松且受熱易開裂的問題。

17、(2)本發(fā)明使用激光對鋁合金進行表面重熔或純鋁層熔覆，通過調節(jié)激光功率和掃描速率，可有效控制熔融處鋁合金和純鋁粉的溫度及冷卻速度，獲得致密的鋁合金固溶層和純鋁層，與傳統(tǒng)噴涂純鋁后陽極氧化處理的方式相比，可有效提高后續(xù)陽極氧化涂層的致密性；制備的陽極氧化涂層在5wt.％鹽酸溶液中的失效時間大幅延長，為半導體制程設備用鋁合金部件在強酸、強腐蝕氣體及其等離子體環(huán)境中的長期服役提供了保障。