[发明专利]硅部件的增材制造

说明书

进行硅部件的3D打印的方法包括将粉状硅加至3D打印工具中。对于3D打印的每一层，该工艺包括形成粉状硅的粉末床、形成成层的粉末床至预定厚度、以预定模式将高功率束引至粉末床中以熔融粉状硅。在不需要更多层之后，硅部件以预定温度渐降速率冷却。在完全致密打印方法中，首先将硅缓冲层打印在钢衬底上，接着使用双重打印方法将实际部件的硅层打印在缓冲层上。在完全致密且无裂纹打印方法中，使用一个或更多加热器和热绝缘体以在Si打印、原位退火及冷却期间将温度梯度降至最小。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2020年5月7日申请的美国临时申请No.63/021,528以及于2020年12月22日申请的美国临时申请No.63/128,925的权益。上述引用的申请其全部公开内容都通过引用合并于此。

技术领域

本公开内容总体上是关于制造硅部件，更具体地讲使用电子束熔融的完全致密且无裂纹硅的3D打印。

背景技术

这里提供的背景描述是为了总体呈现本公开的背景的目的。当前指定的发明人的工作在其在此背景技术部分以及在提交申请时不能确定为现有技术的说明书的各方面中描述的范围内既不明确也不暗示地承认是针对本公开的现有技术。

衬底处理系统通常包括多个处理室(也称为处理模块)，以执行衬底(例如半导体晶片)的沉积、蚀刻及其他处理。可在衬底上执行的工艺的示例包括，但不限于，等离子体增强化学气相沉积(PECVD)工艺、化学增强等离子体气相沉积(CEPVD)工艺以及溅射物理气相沉积(PVD)工艺。可在衬底上执行的工艺的额外示例包括，但不限于，蚀刻(例如化学蚀刻、等离子体蚀刻、反应性离子蚀刻等)及清洁工艺。

在处理期间，将衬底布置于衬底处理系统的处理室中的衬底支撑件上，例如基座、静电卡盘(ESC)等。在沉积期间，将包括一种或更多前体的气体混合物引入处理室，并激励等离子体以活化化学反应。在蚀刻期间，将包括蚀刻气体的气体混合物引入处理室，并激励等离子体以活化化学反应。受计算机控制的机械手通常以将要处理衬底的顺序将衬底从一处理室传送至另一处理室。

多种类型的部件(例如用于半导体处理室应用的部件)目前是使用减材加工方法以从较大硅块中去除硅来制作部件。然而，使用减材加工方法时所遇到的一项问题是难以或不可能制作具有复杂特征的部件，例如充气室、弯曲气孔或整个单体式硅处理室(这种室通常形成为三个或更多部件，接着再组装成整个室)。目前所使用的减材加工方法的另一问题在于材料利用率低，因为用于制作部件的较大硅块有极大部分经常必须被去除(而经常被浪费)以制作加工部件。

最近尝试的其他技术集中于使用硅的增材制造技术。然而，这些尝试产生具有残余应力以及引起裂纹的硅部件。硅中的裂纹使制造部件的结构变弱。

本节中所述的信息旨在为技术人员提供以下公开主题的背景，不应被视为被承认的现有技术。

发明内容

在一示例性实施方案中，所公开的主题描述了一种进行硅部件的三维(3D)打印的方法，所述方法包括：将粉状硅加至3D打印工具。对于逐层工艺中所述3D打印的每一层：在所述3D打印工具中形成所述粉状硅的粉末床；在10^-5托(Torr)至10^-7托范围内的高真空条件下于650℃至750℃温度范围内烘烤所述粉状硅以分解并去除所述粉状硅的表面氧化物；形成成层的所述粉末床至预定厚度；在所述高真空条件下以预定模式将高功率束引导至所述形成的粉末床中，所述高功率束具有足够能量以熔融所述粉状硅；以及确定所述3D打印中是否需额外层。基于确定不需要额外层，以预定温度渐降速率将所述硅部件冷却至大约所述3D打印工具所在环境的环境温度。