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沉积材料、其制造方法和制造装置及电子束照射沉积方法

阅读:1021发布:2020-05-14

专利汇可以提供沉积材料、其制造方法和制造装置及电子束照射沉积方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 涉及沉积材料、其制造方法和制造装置及 电子 束照射 沉积方法。所述沉积材料制造方法包括:将至少一种粉末浸入液体中,并且在所述浸入之后, 蒸发 所述液体以使所述粉末 固化 为用于电子束照射沉积的沉积材料。所述沉积材料制造装置包括:用于使至少一种粉末浸入液体中的容器;以及蒸发处理部,它用于蒸发所述容器中的所述液体以使所述粉末固化为用于电子束照射沉积的沉积材料。所述电子束照射沉积方法包括:将至少一种粉末浸入液体中;在所述浸入后,蒸发所述液体以使所述粉末固化;以及将固化后的所述粉末布置在电子束照射沉积装置中以执行电子束照射沉积。所述沉积材料包括通过从浸有粉末的液体中蒸发所述液体而获得的固化材料。,下面是沉积材料、其制造方法和制造装置及电子束照射沉积方法专利的具体信息内容。

1.一种沉积材料制造方法,其包括:
将至少一种粉末浸入液体中;以及
在所述浸入之后,蒸发所述液体以使所述粉末固化为用于电子束照射沉积的沉积材料。
2.根据权利要求1所述的沉积材料制造方法,其中,
将浸有所述粉末的所述液体倒入用于所述电子束照射沉积的炉床中,然后蒸发所述液体。
3.根据权利要求1所述的沉积材料制造方法,其中,
将浸有所述粉末的所述液体放置在多孔材料上,然后使所述液体在被所述多孔材料吸取的同时进行蒸发;以及
在蒸发所述液体之后,通过剥离所述多孔材料来获得所述沉积材料。
4.根据权利要求3所述的沉积材料制造方法,其中,
在所述多孔材料内形成有许多细小通孔而所述粉末的颗粒无法借此通过。
5.根据权利要求1所述的沉积材料制造方法,其中,
将浸有所述粉末的所述液体放置在过滤器上,然后在利用抽吸抽吸所述液体的同时进行蒸发。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的沉积材料制造方法,其中,
将两种以上的粉末用作浸入所述液体中的所述粉末;以及
将所述两种以上的粉末的混合比设置成能够获得用于反应沉积的沉积材料。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的沉积材料制造方法,其中,所述液体具有强的表面张
8.根据权利要求6所述的沉积材料制造方法,其中,在将所述两种以上的粉末浸入所述液体中时,施加声波以使所述两种以上的粉末及所述液体均匀地分散。
9.一种沉积材料制造装置,其包括:
容器,它被构造成用于使至少一种粉末浸入液体中;以及
蒸发处理部,它被构造成用于蒸发所述容器中的所述液体以使所述粉末固化为用于电子束照射沉积的沉积材料。
10.根据权利要求9所述的沉积材料制造装置,其中,
所述容器是用于所述电子束照射沉积的炉床。
11.根据权利要求10所述的沉积材料制造装置,其中,
所述炉床是形状从底面向顶面逐渐扩大的梯形。
12.根据权利要求9至11中任一项所述的沉积材料制造装置,其中,所述蒸发处理部包括被设置在所述容器的底面处的多孔材料。
13.根据权利要求9至11中任一项所述的沉积材料制造装置,其中,所述蒸发处理部包括被构造成用于抽吸所述容器中的所述液体的抽吸泵
14.根据权利要求9至11中任一项所述的沉积材料制造装置,其还包括用于向所述容器施加超声波的器件。
15.一种电子束照射沉积方法,其包括:
将至少一种粉末浸入液体中;
在所述浸入后,蒸发所述液体以使所述粉末固化;以及
将固化后的所述粉末布置在电子束照射沉积装置中以执行电子束照射沉积。
16.一种用于电子束照射沉积的沉积材料,其包括:
通过从浸有粉末的液体中蒸发所述液体而获得的固化材料。

说明书全文

沉积材料、其制造方法和制造装置及电子束照射沉积方法

[0001] 相关申请的交叉参考
[0002] 本申请要求2012年11月20日提交的日本优先权专利申请JP2012-253869的优先权,在此将该日本优先权申请的全部内容以引用的方式并入本文。

技术领域

[0003] 本发明涉及一种沉积材料制造方法和一种沉积材料制造装置、一种使用沉积材料的电子束照射沉积方法以及一种用于电子束照射沉积的沉积材料。

背景技术

[0004] 电子束照射沉积(以下称为“EB沉积”)是已知的沉积方法之一。EB沉积是一种工业上的优异沉积方法,该方法中沉积速率快且放入有沉积材料的坩埚的磨损相对小。在EB沉积中,在真空下用电子束照射沉积材料(蒸发材料)以使该沉积材料熔融和蒸发,并且蒸发出来的沉积材料沉积在例如基片等基底材料的表面上。
[0005] 众所周知的是,关于在执行这种EB沉积时的沉积材料,可以使用例如一(SiO)。已知的是,在其表面上沉积有例如一氧化硅的聚合物膜是具有优异的气体阻隔性能的包装材料,并且已经作为包装材料而被广泛传播。
[0006] 作为沉积材料的一氧化硅采用了沉积于例如不锈板等基片上的原料材料(feed stock material)。日本专利特开No.2002-194535公开了一种借助于原料的沉积来制造作为沉积材料的一氧化硅的装置。
[0007] 在执行EB沉积时使用沉积于基片表面上的一氧化硅的原因是:对于EB沉积而言很难使用粉末状的沉积材料。在用于EB沉积的电子束的照射下,粉末材料因为由电荷引起的排斥力而分散。由于这个原因,即使在用电子束进行的照射下,粉末材料也不能经受所述沉积所需的熔融或蒸发。此外,用于EB沉积的现有的沉积材料采用的是例如沉积于基片上的原料材料。
[0008] 然而,为获得沉积于基片上的一氧化硅而执行沉积操作的工艺是冗长乏味的工艺并且用于沉积的材料非常昂贵,这些都是目前存在的问题。

发明内容

[0009] 鉴于上述问题,期望提供一种沉积材料制造方法和一种沉积材料制造装置、一种使用通过所述制造方法而获得的沉积材料的电子束照射沉积方法、以及一种用于所述电子束照射沉积的沉积材料,它们以简单且节约成本的方式提供了用于实现EB沉积的沉积材料。
[0010] 本发明的实施例提供了一种沉积材料制造方法,其包括:将至少一种粉末浸入液体中,并且在所述浸入之后,蒸发所述液体以使所述粉末固化为用于电子束照射沉积的沉积材料。
[0011] 本发明的实施例提供了一种沉积材料制造装置,其包括:被构造成用于使至少一种粉末浸入液体中的容器;以及蒸发处理部,它被构造成用于蒸发所述容器中的所述液体以使所述粉末固化为用于电子束照射沉积的沉积材料。
[0012] 此外,本发明的实施例的电子束照射沉积方法包括:将至少一种粉末浸入液体中;在所述浸入之后,蒸发所述液体以使所述粉末固化;以及将固化后的所述粉末布置在电子束照射沉积装置的炉床(hearth)中以执行电子束照射沉积。
[0013] 此外,本发明的实施例的用于电子束照射沉积的沉积材料包括:通过从浸有粉末的液体中蒸发所述液体而获得的固化材料。
[0014] 根据本发明,作为沉积材料的粉末被固化以提供处于适合于电子束照射沉积的状态下的沉积材料。即,当浸入液体中的粉末被固化时,会产生因为颗粒间的表面张力而产生的毛细吸力(capillary suction pressure)。所述毛细吸力使得作为沉积材料的粉末能够均匀地固化。在沉积时,在电子束的照射下,经过固化的所述粉末不会分散而是会熔融和蒸发。
[0015] 根据本发明,使用通过由于毛细吸力使粉末均匀固化而获得的沉积材料就使得能够极好地执行电子束照射沉积。即,由于所述粉末被固化,因而沉积材料在用于电子束照射沉积的电子束的照射下不会分散而是蒸发,这使得优异的电子束照射成为可能。附图说明
[0016] 图1中的(a)、(b)和(c)是图示了本发明的第一实施例的示例的沉积材料制造工艺的图;
[0017] 图2是图示了本发明的第一实施例的示例的固化原理的图;
[0018] 图3是表示本发明的第一实施例的示例的曲率半径与毛细张力(capillary tension)之间关系的特性图;
[0019] 图4是图示了本发明的第一实施例的示例的沉积装置的构造图;
[0020] 图5是图示了本发明的第二实施例的示例的沉积材料制造工艺的图;
[0021] 图6是图示了本发明的第二实施例的示例的沉积材料制造工艺的图;
[0022] 图7是图示了利用本发明的第三实施例的示例中的沉积材料制造装置的制造工艺的图;以及
[0023] 图8是图示了利用本发明的第三实施例的示例中的沉积材料制造装置的制造工艺的图。

具体实施方式

[0024] 在下文中,将参照附图详细地说明本发明的优选实施例。需要注意的是,在本说明书和附图中,用相同的附图标记表示具有实质上相同的功能和结构的构成元件,并且省略了这些构成元件的重复说明。按照下列顺序进行说明。
[0025] 1、第一实施例
[0026] 1-1.沉积材料制造工艺(图1中的(a)、(b)和(c))
[0027] 1-2.沉积材料结状态的说明(图2和图3)
[0028] 1-3.沉积装置的示例性构造(图4)
[0029] 2、第二实施例
[0030] 2-1.沉积材料制造工艺(图5和图6)
[0031] 3、第三实施例
[0032] 3-1.沉积材料制造工艺和沉积材料制造装置(图7和图8)
[0033] 4、变形
[0034] 1、第一实施例
[0035] 1-1.沉积材料制造工艺
[0036] 参照图1中的(a)、(b)和(c)至图4来说明本发明的第一实施例的示例。图1中的(a)、(b)和(c)是图示了第一实施例的示例的沉积材料制造工艺的图。在本发明的第一实施例的示例中,说明了用于获得作为沉积材料的一氧化硅(SiO)的处理。首先,如图1中的(a)所示,准备硅(Si)的粉末1和二氧化硅(SiO2)的粉末2作为原料。例如,粉末1和粉末2每一者均具有大约60μm至70μm的平均颗粒直径以供使用。此外,在该制造工艺中,准备溶剂3(它是液体)。在图1中的(a)所示的示例中,将硅的粉末1放入容器11中,将二氧化硅的粉末2放入容器12中并且将溶剂3放入容器13中。作为溶剂3,具有强的表面张力的液体是优选的。在该示例中,使用纯水作为溶剂3。
[0037] 然后,如图1中的(a)所示,在该制造工艺中,准备用于获得混合粉末的容器14。然后,将硅的粉末1(已放入容器11中的粉末)和二氧化硅的粉末2(已放入容器12中的粉末)倒入容器14中以进行混合并且提供混合粉末4。当硅的粉末1和二氧化硅的粉末2进行混合时,它们以1∶1或2∶1的摩尔比进行混合。
[0038] 此外,将溶剂3(它是纯水)放入容器14中。在这个阶段,将如下量的溶剂3放入该容器14中以使混合粉末4浸入溶剂3中:该量使得混合粉末4与溶剂3之间的重量比是2∶1。
[0039] 当将粉末1和粉末2以及溶剂3放入容器14中时,例如,向容器14施加声波。如上所述的施加超声波就使得溶剂3在容器14中的分散状态是均匀的以及粉末1和粉末
2在容器14中的混合状态是均匀的。
[0040] 然后,如图1中的(b)所示,在该制造工艺中,将浸入溶剂3中的混合粉末4倒入用于EB沉积的炉床15中。炉床15例如由制成。在图1中的(b)所示的示例中,炉床15是其形状从底面向顶面逐渐扩大的梯形。
[0041] 然后,在该制造工艺中,如图1中的(c)所示,使炉床15的内部脱水(desiccate)。在这个阶段,例如,炉床15的内部在常温常压下经受干以去除溶剂3。例如,将炉床15留置在常温常压的环境中大约2天以经受风干直到溶剂3消失。
[0042] 当使炉床15的内部脱水时,可以执行加热等。该脱水过程将溶剂3蒸发掉以提供由混合粉末组成的粉末固化块5。
[0043] 1-2.沉积材料结块状态的说明
[0044] 通过如图1中的(a)、(b)和(c)所示的处理而获得的粉末固化块5以适当的强度固化从而作为用于EB沉积的沉积材料。在此解释这一点。
[0045] 图2是图示了分散于混合粉末4中的溶剂3的蒸发的放大图。
[0046] 图2图示了这样的状态:在溶剂3经受蒸发的中途,溶剂3的体积小于混合粉末4的单个颗粒4′之间的空隙的体积。
[0047] 在如图2所示的状态下,形成了其中溶剂3的表面是弯曲表面的弯月面21。随着溶剂3的体积减小,弯月面21的曲率逐渐减小。在这个阶段,由于溶剂3的表面张力,产生了如下面公式(1)所表明的毛细吸力ΔP。
[0048] ΔP=2γ/r (1)
[0049] 在公式(1)中,r是溶剂的曲率半径并且γ是溶剂的表面张力。由于毛细吸力ΔP的作用,混合粉末4中的单个颗粒4′被固化得具有足够的强度。
[0050] 图3是图示了用作溶剂3的水的液体曲率半径与毛细吸力之间的关系的图。水在2
20℃时的表面张力是72.75mN/m,并且在该水即将完全蒸发之前,不小于10N/mm 的力作用于颗粒之间。
[0051] 不管颗粒的位置、大小或形状如何,作用于颗粒之间的力被施加于所有颗粒。由于这点,混合粉末4中的所有颗粒都均匀地且高有效地固化。例如,当通过使用压力机施加压力来使混合粉末固化时,难以实现如上所述的对于所有颗粒而言的固化均匀。
[0052] 1-3.沉积装置的示例性构造
[0053] 图4是图示了使用根据图1中的(a)、(b)和(c)所示的制造工艺而获得的粉末固化块5的EB沉积的图。
[0054] EB沉积装置110设置在真空容器100中。炉床15设置在EB沉积装置110内,该炉床15中放入有作为沉积材料的粉末固化块5。然后,其上已沉积有一氧化硅的基底材料120被设置在与EB沉积装置110的炉床15相对的位置处。
[0055] 在这样的状态下,当EB沉积装置110用电子束照射炉床15中的粉末固化块5时,粉末固化块5中的颗粒熔融并且蒸发。然后,在基底材料120的表面上形成了由一氧化硅构成的沉积膜121。
[0056] 如上所述,在执行EB沉积时由于粉末固化块5中的颗粒是均匀固化的,所以颗粒在电子束的照射下不会分散并且能够获得良好的沉积膜121。
[0057] 下面的表1呈现了通过使用光电子能谱装置(XPS:X射线光电子能谱)的EB沉积而获得的沉积膜121的平均价数的测量值。
[0058] 表1:
[0059] 沉积源的粉末混合比以及经沉积得到的材料中的Si的价数
[0060]Si∶SiO2 0价 +1价 +2价 +3价 +4价 平均价数
1∶1 17% 11% 17% 25% 30% +2.4
2∶1 17% 11% 17% 25% 30% +2.4
[0061] 上面的表1显示了硅(Si)与二氧化硅(SiO2)的混合比是1∶1和2∶1这两个示例。在这些示例中,对于任一个混合比,平均价数都是+2.4。+2.4的平均价数基本上接近于一氧化硅的价数+2。
[0062] 硅、二氧化硅和一氧化硅分别具有2360℃、2230℃和1880℃的沸点。在沉积时,硅和二氧化硅经受接触反应,并且发生了反应沉积,这形成了具有接近于+2的价数的一氧化硅。
[0063] 此外,在硅和二氧化硅的混合比是1∶1和2∶1的任一种情况下,价数没有出现差异,它们都形成了一氧化硅。
[0064] 2、第二实施例
[0065] 2-1.沉积材料制造工艺
[0066] 接下来,将参照图5至图6说明本发明的第二实施例的示例。
[0067] 在第二实施例的示例中,用于使浸入溶剂3中的混合粉末4脱水的处理不同于第一实施例的示例中的处理。
[0068] 直到获得其中分散有由纯水组成的溶剂3的混合粉末4为止的处理与第一实施例的示例中如图1中的(a)所示的处理都是相同的。在该示例中,当获得其中分散有溶剂3的混合粉末4时,例如优选的是,均匀地施加超声波以分散硅的粉末1和二氧化硅的粉末2且同时均匀地分散溶剂3。
[0069] 图5和图6是图示了脱水时的处理的图。这些图中没有图示出用于向容器14施加超声波的器件。
[0070] 如图5所示,在该制造工艺中,使用了框架(frame)31和多孔材料32,并且框架31被设置在多孔材料32上。框架31具有只有侧面而没有底面的形状。框架31由例如纸形成。多孔材料32是在其内形成有许多细小通孔而混合粉末4的颗粒无法借此通过的海绵状。
[0071] 将其中分散有溶剂3的混合粉末4放入被放置在多孔材料32上的框架31中。在这个阶段,由于多孔材料32的毛细压力,所以框架31中的溶剂3被向下吸。
[0072] 由于这一点,在经过一些时间的放置之后,如图6所示,粉末固化块5留在框架31中。如上所述在粉末被固化的状态下,将多孔材料32从粉末固化块5剥离。然后,在将因此而获得的粉末固化块5从框架31中取出之后,粉末固化块5还要在常温常压下经受风干。
[0073] 经过脱水的粉末固化块5是用于EB沉积的沉积材料。即,类似于第一实施例的示例中那样,将经过脱水的粉末固化块5作为沉积材料安装在如图4所示的EB沉积装置110的炉床15上,并且执行EB沉积。通过该EB沉积而获得的沉积膜等效于在第一实施例的示例中获得的沉积膜。
[0074] 在第二实施例的示例中,由于在使用多孔材料32吸取粉末固化块5中的溶剂3之后再使粉末固化块5脱水,所以与第一实施例的示例相比,能够减少风干的时间。
[0075] 3、第三实施例
[0076] 3-1.沉积材料制造工艺和沉积材料制造装置
[0077] 接下来,将参照图7至图8来说明本发明的第三实施例的示例。
[0078] 第三实施例的示例是使得用于获得粉末固化块5的处理更有效率。
[0079] 在第三实施例的示例中,同样,直到获得其中分散有溶剂3的混合粉末4为止的处理与第一实施例的示例中如图1中的(a)所示的处理都是相同的。当获得其中分散有溶剂3的混合粉末4时,同样优选的是施加超声波,这与第一实施例的示例中相同。
[0080] 图7和图8是图示了脱水时的装置结构和处理的图。该装置可以包括用于向容器14施加超声波的器件(没有图示)。
[0081] 如图7所示,框架41被设置在过滤器42上。框架41具有只有侧面而没有底面的形状,并且框架41由例如纸形成。过滤器42是由不让混合粉末4的颗粒通过但是让溶剂3通过的材料形成的膜状构件。
[0082] 此外,在过滤器42的下方设置有吸滤器(suction filter)43。吸滤器43通过管45与44连接,并且泵44的动作使得溶剂3被抽吸。
[0083] 在由吸滤器43进行的这种抽吸操作之后,如图8所示,粉末固化块5留在框架41中。在将因此而获得的粉末固化块5从框架41中取出之后,粉末固化块5可以根据需要仍然在常温常压下经受风干。如果在使用吸滤器43的抽吸操作中使粉末固化块5充分地脱水,那么就不必要有用于执行风干的处理。
[0084] 经过这样脱水的粉末固化块5是用于EB沉积的沉积材料。即,经过脱水的粉末固化块5作为沉积材料被安装在如图4所示的EB沉积装置110的炉床15上,且因而执行EB沉积。通过该EB沉积而获得的沉积膜等效于在第一实施例的示例和第二实施例的示例中获得的沉积膜。
[0085] 在第三实施例的示例中,由于使用吸滤器43来抽吸溶剂3,所以能够进一步减少用于脱水的时间。
[0086] 4、变形例
[0087] 在上述各实施例中,已经说明了这样的示例:将通过混合硅的粉末和二氧化硅的粉末而获得的混合粉末浸入溶剂中,以形成用于获得一氧化硅的沉积材料。相反,通过固化其他粉末而获得的沉积材料也可以用作上述沉积材料。各示例可以包括使用两种粉末的沉积材料。也可以通过固化由一种粉末组成的粉末而获得沉积材料。
[0088] 此外,上述各实施例中出现的硅和二氧化硅的颗粒直径及混合比只是示例性的,也可以应用其他的颗粒直径及混合比。
[0089] 此外,在上述各实施例中,将浸入溶剂中的粉末放入作为溶剂蒸发处理部的炉床或框架中,并且通过风干和/或对溶剂的抽吸来使所述粉末固化。相反,溶剂蒸发处理部可以对浸入溶剂中的粉末执行加热处理等,这减少了用于脱水的时间。
[0090] 此外,在上述各实施例中,将纯水用作溶剂。根据需要,可以将表面活性剂(surfactant)或粘合剂等添加到纯水中以作为溶剂。此外,可以将有机溶剂用作溶剂。另外,取决于添加物,可以对溶剂执行热处理。
[0091] 此外,如图4所示,所呈现的是在平板状的基底材料120上形成沉积膜121的EB沉积装置的示例。相反,本发明实施例的沉积材料可以应用于在具有其他形状的材料的表面上形成沉积膜。
[0092] 此外,在上述各实施例的示例中,通过混合两种粉末(硅的粉末和二氧化硅的粉末)而获得的沉积材料被用作上述沉积材料,并且执行用于获得一氧化硅的沉积膜的反应沉积。
[0093] 相反,可以形成通过单独地使硅的粉末和二氧化硅的粉末分别固化而获得的固化块,以作为沉积材料。在这种情况下,为了获得一氧化硅的沉积膜,在EB沉积中上述两个固化块同时熔融且蒸发以执行共沉积。
[0094] 本领域技术人员应当理解,依据设计要求和其他因素,可以在本发明随附的权利要求或其等同物的范围内进行各种修改、组合、次组合以及改变。
[0095] 此外,本发明还可以被构造如下。
[0096] (1)一种沉积材料制造方法,其包括:
[0097] 将至少一种粉末浸入液体中;以及
[0098] 在所述浸入之后,蒸发所述液体以使所述粉末固化为用于电子束照射沉积的沉积材料。
[0099] (2)根据(1)所述的沉积材料制造方法,其中,
[0100] 将浸有所述粉末的所述液体倒入用于所述电子束照射沉积的炉床中,然后蒸发所述液体。
[0101] (3)根据(1)或(2)所述的沉积材料制造方法,其中,
[0102] 将浸有所述粉末的所述液体放置在多孔材料上,然后使所述液体在被抽吸的同时进行蒸发;以及
[0103] 在蒸发所述液体之后,通过剥离所述多孔材料来获得所述沉积材料。
[0104] (4)根据(1)至(3)中任一者所述的沉积材料制造方法,其中,
[0105] 将两种以上的粉末用作浸入所述液体中的所述粉末;以及
[0106] 将所述两种以上的粉末的混合比设置成能够获得用于反应沉积的沉积材料。
[0107] (5)一种沉积材料制造装置,其包括:
[0108] 容器,它被构造成用于使至少一种粉末浸入液体中;以及
[0109] 蒸发处理部,它被构造成用于蒸发所述容器中的所述液体以使所述粉末固化为用于电子束照射沉积的沉积材料。
[0110] (6)根据(5)所述的沉积材料制造装置,其中,
[0111] 所述容器是用于所述电子束照射沉积的炉床。
[0112] (7)根据(5)所述的沉积材料的制造装置,其中,
[0113] 所述蒸发处理部包括被设置在所述容器的底面处的多孔材料。
[0114] (8)根据(5)所述的沉积材料的制造装置,其中,
[0115] 所述蒸发处理部包括被构造成用于抽吸所述容器中的所述液体的抽吸泵
[0116] (9)一种电子束照射沉积方法,其包括:
[0117] 将至少一种粉末浸入液体中;
[0118] 在所述浸入之后,蒸发所述液体以使所述粉末固化;以及
[0119] 将所述粉末布置在电子束照射沉积装置中以执行电子束照射沉积。
[0120] (10)一种用于电子束照射沉积的沉积材料,其包括:
[0121] 通过从浸有粉末的液体中蒸发所述液体而获得的固化材料。
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