用于熱噴涂的高純粉末的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種能夠通過等離子體而沉積的粉末、一種制造這種粉末的方法以及 通過等離子噴涂所述粉末獲得的襯里。
【背景技術(shù)】
[0002] 用于處理（例如通過等離子刻蝕）半導(dǎo)體（例如硅晶片）的腔室的內(nèi)表面，通常 利用由等離子噴涂施加的陶瓷襯里進(jìn)行保護(hù)。該襯里必須高度耐含鹵等離子體或者高腐蝕 性環(huán)境。作為進(jìn)料粉末，等離子噴涂需要呈現(xiàn)出良好的流動性和顆粒形態(tài)的粉末，其能夠在 噴涂期間適當(dāng)加熱。尤其，顆粒的大小對于顆粒來講必須足以透過等離子體且限制由蒸發(fā) 造成的損失。
[0003] 例如，為了形成較大（和多孔的）團(tuán)塊、尤其燒結(jié)團(tuán)塊，在沒有額外的凝固階段的 情況下，直接通過化學(xué)制造工藝或熱解制造工藝獲得的超細(xì)粉末不適于等離子噴涂。因為 等離子噴涂不能導(dǎo)致全部團(tuán)塊的熔化，故所產(chǎn)生的襯里具有多孔性。通過噴涂燒結(jié)團(tuán)塊而 獲得的襯里的總孔隙度通常為2%至3%，其將不適于保護(hù)半導(dǎo)體的蝕刻室的內(nèi)表面。尤 其，在US 6916534、US2007/077363或者US2008/0112873中描述的燒結(jié)粉末不能夠通過熱 噴涂而產(chǎn)生非常致密的襯里。另外，從多孔團(tuán)塊獲得的襯里當(dāng)暴露在腐蝕性環(huán)境中時，隨著 時間的流逝會產(chǎn)生顆粒的釋放。
[0004] US 7931836或US 2011/0129399公開了由等離子體熔化產(chǎn)生的顆粒形成的粉末 以形成在自由流動狀態(tài)下固化的液滴。在一些實施方式中，大于約90%的起始材料的顆粒 可完全地或部分地轉(zhuǎn)化成液體形式。所得到的粉末的體積密度在I. 2g/cm3和2. 2g/cm 3之 間。
[0005] 在上述提到的申請中，通過研磨熔化塊而獲得的粉末也是不合適的，這是因為在 研磨階段期間加入了雜質(zhì)。
[0006] 已知稀土金屬氧化物和/或氧化鉿和/或氧化釔鋁對化學(xué)侵蝕具有良好的內(nèi)在抗 性。然而，它們具有高的熔化溫度和低的熱擴(kuò)散。因此，難以通過等離子噴涂從這些顆粒開 始獲得非常致密的襯里。
[0007] 本發(fā)明的目的在于提供一種能夠通過等離子體以良好生產(chǎn)率來高效噴涂的粉末， 且該粉末可產(chǎn)生非常純和極其致密的襯里。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 出于該目的，本發(fā)明提供了一種由顆粒（下文中"進(jìn)料顆粒"）形成的粉末，基于氧 化物的重量百分比計，按數(shù)量計超過95%的所述顆粒具有大于或等于0.85的圓形度，所述 粉末包括超過99. 8 %的稀土金屬氧化物和/或氧化鉿和/或氧化釔鋁，且具有：
[0009] -中值粒徑D5tl在10微米和40微米之間且尺寸分散指數(shù)（D 9(| - Dltl) /D5tl小于3 ; [0010]-按數(shù)量百分比計小于5%的顆粒的尺寸小于或等于5 μπι;
[0011]-體積密度分散指數(shù)（P<5Q-P)/P小于0.2，
[0012] 半徑小于I ym的孔的累積比容小于所述粉末的總體積的10%，
[0013] 其中，粉末的0"百分位為對應(yīng)于在粉末的顆粒的尺寸的累積分布曲線上數(shù)量百分 比η%的粒徑，粒徑以遞增次序而分類，
[0014] 密度Ρ<5(ι為尺寸小于或等于D 5(|的顆粒的部分的體積密度，且密度P為粉末的體積 密度。
[0015] 因此，根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)料粉末為大部分地由球形顆粒組成的非常純的粉末。該粉 末尤其值得注意的是顆粒的低的尺寸分散度，因為尺寸小于中值粒徑D5tl的顆粒的體積密 度基本上與尺寸大于或等于D5tl的顆粒的體積密度相同，且它包含極少的尺寸小于或等于 5μπι的微細(xì)粒。
[0016] 根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)料粉末還可包括一個或多個下面的可選特征：
[0017] -按數(shù)量計，超過95%、優(yōu)選超過99%、優(yōu)選超過99. 5 %的所述顆粒的圓形度大于 或等于0. 87,優(yōu)選大于或等于0. 90。
[0018] -所述粉末包括超過99. 9 %、超過99. 950 %、超過99. 990 %、優(yōu)選超過99. 999 %的 稀土金屬氧化物和/或氧化鉿和/或氧化釔鋁，尤其YAG。因此，其他氧化物的量非常低，使 得其不能夠顯著影響利用根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)料粉末所得到的結(jié)果。
[0019] -氧化物占所述粉末的重量的超過98 %、超過99 %、超過99. 5 %、超過99. 9 %、超 過 99. 95 %、超過 99. 985 % 或超過 99. 99%。
[0020] -所述稀土金屬選自紀(jì)（Y)、.L (Gd)、鈧（Sc)、鏑（Dy)、釹（Nd)和鐿（Yb)。優(yōu)選地， 所述稀土金屬為?乙。
[0021] -所述氧化釔鋁為氧化釔鋁復(fù)合物，優(yōu)選YAG (釔-鋁石榴石Y3Al5O12，包含按重量 計大約58 %的氧化釔）和/或YAP (釔-鋁鈣鈦礦，其包含按重量計大約68. 9 %的氧化釔）。
[0022] -所述粉末的顆粒的中值粒徑（D5tl)大于15 μ m和/或小于30 μ m。
[0023] -粒徑的10百分位（Dltl)大于1 μ m，優(yōu)選大于5 μ m，優(yōu)選大于10 μ m，或者也大于 13 μ m〇
[0024] -粒徑的90百分位（D9tl)小于60 μ m，優(yōu)選小于50 μ m，優(yōu)選小于40 μ m。
[0025] -粒徑的99. 5百分位（D99.5)小于80 μ m，優(yōu)選小于60 μ m。
[0026] -尺寸分散指數(shù)（D9tl-Dltl)/D5tl優(yōu)選小于2. 2,優(yōu)選小于2.0,優(yōu)選小于I. 8,優(yōu)選小 于1.5,優(yōu)選小于1.3,優(yōu)選小于1. 1，優(yōu)選小于1，或者優(yōu)選也小于0.9,且優(yōu)選大于0.4,優(yōu) 選大于0. 7,優(yōu)選大于0. 8。
[0027] -優(yōu)選地，粉末呈現(xiàn)單峰分散類型，即僅一個主峰。
[0028] -按數(shù)量計尺寸小于10 μ m的進(jìn)料顆粒的百分比優(yōu)選小于5 %，優(yōu)選小于4. 5 %，優(yōu) 選小于4 %，優(yōu)選小于3 %，優(yōu)選小于2. 5 %，優(yōu)選小于2 %。
[0029] -按數(shù)量計尺寸小于5 μπι的進(jìn)料顆粒的百分比優(yōu)選小于4%，優(yōu)選小于3%，優(yōu)選 小于2%，優(yōu)選小于1. 5%，優(yōu)選小于1%。
[0030] -半徑小于I ym的孔的累積比容小于所述粉末的堆積體積的8%，優(yōu)選小于所述 粉末的堆積體積的6%，優(yōu)選小于所述粉末的堆積體積的5%，優(yōu)選小于所述粉末的堆積體 積的4%，優(yōu)選小于所述粉末的堆積體積的3. 5%。
[0031 ]-比表面積優(yōu)選小于5m2/g，優(yōu)選小于3m2/g，優(yōu)選小于2m2/g，優(yōu)選小于lm 2/g，優(yōu)選 小于 〇· 5m2/g〇
[0032] -堆積密度分散指數(shù)（Ρ<5(ΓΡ)/Ρ優(yōu)選小于0. 15,優(yōu)選小于0. 1。
[0033] -進(jìn)料粉末的相對密度優(yōu)選大于0. 4和/或小于0. 8,優(yōu)選大于0. 45和/或小于 0.7。
[0034] -所述粉末的堆積密度大于2. 25g/cm3,優(yōu)選大于2. 30g/cm3,優(yōu)選大于2. 35g/cm3， 優(yōu)選大于2. 40g/cm3,更優(yōu)選大于2. 45g/cm3。
[0035] 本發(fā)明還涉及用于制造根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)料粉末的方法，其包括以下連續(xù)階段：
[0036] a)?；w粒以得到由中值粒徑D5tl在20微米和60微米之間的粒子形成的粉末，且 所述粉末包括基于氧化物的重量百分比計超過99. 8%的稀土金屬氧化物和/或氧化鉿和/ 或氧化釔鋁；
[0037] b)借助載氣，注射由粒子形成的所述粉末穿過注射器到達(dá)由等離子槍產(chǎn)生的等離 子射流，以獲得熔化的液滴；
[0038] c)冷卻所述熔化的液滴，以獲得根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)料粉末；
[0039] d)可選地，通過篩選或通過風(fēng)選對所述進(jìn)料粉末進(jìn)行粒徑選擇。
[0040] 優(yōu)選地，在階段a)和階段b)之間不存在中間固結(jié)階段，尤其不存在燒結(jié)階段。缺 少該中間固結(jié)階段有利地提高了進(jìn)料粉末的純度。
[0041] 一種用于制造根據(jù)本發(fā)明的粉末的方法還可包括一個或多個以下的可選特征：
[0042] -在階段a)，?；瘍?yōu)選地為霧化干燥或噴霧干燥或者造球（轉(zhuǎn)變成小球）方法。
[0043] -在階段a)，以基于氧化物的重量百分比計，由粒子形成的粉末的礦物組成包括 超過99. 9%、超過99. 95 %、超過99. 99 %、優(yōu)選超過99. 999%的稀土金屬的氧化物和/或 氧化鉿和/或氧化紀(jì)鋁。
[0044]-由粒子形成的粉末的中值圓形度C5tl優(yōu)選大于0. 85、優(yōu)選大于0. 90、優(yōu)選大于 0. 95、且更優(yōu)選大于0. 96。
[0045] _(：5百分位優(yōu)選大于或等于0. 85、優(yōu)選大于或等于0. 90。
[0046] -由粒子形成的粉末的中值縱橫比A5tl優(yōu)選大于0. 75、優(yōu)選大于0. 8。
[0047] -由粒子形成的粉末的比表面積優(yōu)選小于15m2/g、優(yōu)選小于10m2/g、優(yōu)選小于8m 2/ g、優(yōu)選小于7m2/g。
[0048] -通過壓汞法測量的由粒子形成的粉末的半徑小于I ym的孔的累積體積優(yōu)選小 于0. 5cm3/g、優(yōu)選小于0. 4cm3/g或優(yōu)選小于0. 3cm3/g。
[0049] -由粒子形成的粉末的體積密度優(yōu)選大于0. 5g/cm3、優(yōu)選大于0. 7g/cm3、優(yōu)選大 于0· 90g/cm3、優(yōu)選大于0· 95g/cm3、優(yōu)選小于I. 5g/cm3、優(yōu)選小于I. 3g/cm3、優(yōu)選小于I. Ig/ cm3。
[0050] -由粒子形成的所述粉末的粒徑的10百分位（Dltl)優(yōu)選大于10 μπκ優(yōu)選大于 15 μ m、優(yōu)選大于20 μ m。
[0051] -所述粉末的粒徑的90百分位（D9tl)優(yōu)選小于90 μπκ優(yōu)選小于80 μπκ優(yōu)選小于 70 μ m、優(yōu)選小于65 μ m。
[0052] -由粒子形成的所述粉末的中值粒徑D5tl優(yōu)選地在20微米和60微米之間。
[0053