陶瓷件制作方法及陶瓷件与流程

本发明涉及半导体制造领域，具体地，涉及一种陶瓷件制作方法及陶瓷件。

背景技术：

由于陶瓷材料具有质硬、耐磨损、电绝缘、耐酸碱腐蚀、耐火、对液体和气体无渗透性、化学稳定性好等特性，其在集成电路领域得到了广泛的应用，尤其在等离子刻蚀工艺中，是不可或缺的工艺材料。具体的，工艺腔室中的陶瓷窗、喷嘴、聚焦环、绝缘环等结构通常采用陶瓷材料制成；尤其在刻蚀工艺中，工艺腔室内部件的材料是晶圆的主要污染源，因此由陶瓷材料制成的部件的表面粗糙度的高低，对刻蚀工艺结果有至关重要的影响。

现有的陶瓷成型工艺流程包括：制备胚体、烧结、平磨、喷砂和清洗。其中，在制备胚体步骤中，需要对陶瓷配体进行切制，这会不可避免地在陶瓷胚体表面造成损伤，具体包括：在局部区域中造成堆叠的沟壑、在局部区域中造成材料减少或者在局部区域中造成材料增多。这些带有损伤的陶瓷胚体烧结成陶瓷件时，会提高陶瓷件的表面粗糙度，即，使陶瓷件表面更加粗糙；而且，存在损伤的陶瓷件，在刻蚀工艺中极易发生颗粒掉落的现象，进而污染待加工的晶圆。此外，切制后的陶瓷胚体表面还会附着有细小的陶瓷颗粒，这同样会导致后续烧结的陶瓷件在实际应用中容易发生陶瓷颗粒掉落的现象，进而污染待加工的晶圆。

技术实现要素：

本发明实施例旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种陶瓷件制作方法及陶瓷件，其能够减少陶瓷件在实际应用中颗粒掉落现象的发生。

为实现本发明的目的而提供一种陶瓷件制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

s1、将由陶瓷粉粒压制成的陶瓷胚料切制成陶瓷胚体；

s2、通过喷嘴向所述陶瓷胚体的待处理表面喷射喷砂材料，同时控制所述喷嘴与所述陶瓷胚体作相对运动；

循环执行步骤s2至少两次，以使所述喷砂材料减少所述待处理表面上的损伤；

s3、对所述陶瓷胚体进行烧结，以得到陶瓷件。

可选的，所述喷砂材料与所述陶瓷粉粒为同种材料。

可选的，所述步骤s2，包括：

控制所述陶瓷胚体以第一预设速度沿第一方向作直线运动，同时控制所述喷嘴以第二预设速度沿垂直于所述第一方向的第二方向作往复运动，以使所述喷嘴喷出的所述喷砂材料能够完全覆盖所述待处理表面。

可选的，所述第一预设速度的取值范围为1mm/s～2mm/s；所述第二预设速度的取值范围为200mm/s～300mm/s。

可选的，若所述待处理表面为圆周面，则所述步骤s2，还包括：

控制所述陶瓷胚体以所述第一预设速度沿第一方向作直线运动的同时，控制所述陶瓷胚体以指定转速自转，以使所述喷嘴喷出的所述喷砂材料能够完全覆盖所述待处理表面。

可选的，在所述步骤s2之后，且在所述步骤s3之前，还包括：

检测所述待处理表面的表面损伤状况；

判断所述待处理表面是否达到预设表面状况标准，若否，则返回所述待处理表面步骤s2；若是，则继续进行后续步骤。

可选的，所述检测所述待处理表面的表面损伤，包括：采用预设强度的光照射所述待处理表面，观察并检测所述待处理表面的表面损伤状况。

可选的，在所述步骤s2之后，且在所述步骤s3之前，还包括：

采用吹扫气体对所述待处理表面进行吹扫，以去除所述待处理表面上残留的颗粒物。

可选的，所述喷嘴的预设喷砂压力的取值范围为0.05kg～0.1kg。

作为另一种技术方案，本发明实施例还提供一种陶瓷件，其特征在于，所述陶瓷件采用上述任意一个实施例所述的陶瓷件制作方法

制成

本发明实施例具有以下有益效果：

本发明实施例提供的陶瓷件制作方法，利用未经烧结的陶瓷胚体的硬度和强度都低于陶瓷件的特点，通过在烧结之前对陶瓷胚体进行多次喷砂，能够较大程度地去除陶瓷胚体的表面损伤和切制步骤中产生的颗粒物，从而能够有效减少由陶瓷胚体烧结而成的陶瓷件的表面损伤，以在实际应用中(例如刻蚀工艺中)减少陶瓷件因表面损伤而造成的颗粒掉落现象的发生；而且，对陶瓷胚体进行喷砂，能够有效地降低陶瓷胚体的表面粗糙度，以降低由该陶瓷胚体烧结成的陶瓷件的表面粗糙度，提高陶瓷件表面的光滑度，尤其是应用于半导体设备进行工艺时，陶瓷件与晶圆或者其他设备部件接触的表面更光滑，不容易划伤对应的晶圆，同时不易掉落颗粒，进一步避免颗粒污染。

作为另一种技术方案，本发明实施例提供的陶瓷件，通过采用上述实施例提供的制作方法制作而成，因此其表面粗糙度较低，而且表面损伤较少，从而能够减少在实际应用中(例如刻蚀工艺中)颗粒掉落现象的发生。

附图说明

图1为本发明实施例提供的陶瓷件制作方法的流程图；

图2a为由本实施例提供的陶瓷件制作方法制成的陶瓷件的表面损伤状况图；

图2b为由本实施例提供的陶瓷件制作方法制成的陶瓷件的表面颗粒附着情况图；

图3a为由现有的陶瓷件制作方法制成的陶瓷件的表面损伤状况图；

图3b为由现有的陶瓷件制作方法制成的陶瓷件的表面颗粒附着情况图。

具体实施方式

为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图来对本发明提供的陶瓷件制作方法及陶瓷件进行详细描述。

请参考图1，本实施例提供一种陶瓷件制作方法，包括以下步骤：

s1、将由陶瓷粉粒压制成的陶瓷胚料切制成陶瓷胚体；其中，由于陶瓷粉粒压制成型的整块陶瓷胚料需要经过切制，才能形成与期望的陶瓷件形状相同(或相近)的陶瓷胚体，但切制步骤会在陶瓷胚体的表面造成多处表面损伤，而且经过切制后，陶瓷胚体表面还会附着有细小颗粒。

s2、通过喷嘴向陶瓷胚体的待处理表面喷射喷砂材料，同时控制喷嘴与陶瓷胚体作相对运动；具体的，喷砂材料包含大量硬度较高的喷砂颗粒；喷砂是一种表面粗糙度处理工艺，其利用压缩空气带动喷砂材料，使喷砂材料获得一定的动能，以喷射到陶瓷胚体的待处理表面，从而利用喷砂材料包含的大量喷砂颗粒自身的硬度和动能，对待处理表面进行切削和冲击，以去除待处理表面的表面损伤，并获得一定的表面粗糙度。

循环执行步骤s2至少两次，以使所述喷砂材料减少所述待处理表面上的损伤；这样设置的原因在于，经过实际测试得知，仅进行一次喷砂，待处理表面的均匀性不足，而且存在待处理表面的表面损伤无法被去除的可能。

s3、对陶瓷胚体进行烧结，以得到陶瓷件。

通过在烧结之前对陶瓷胚体进行多次喷砂，能够有效减少陶瓷胚体的表面损伤，并降低陶瓷胚体的表面粗糙度，从而能够减少陶瓷件在实际应用中(例如刻蚀工艺中)因表面损伤而造成的颗粒掉落，并降低由该陶瓷胚体烧结成的陶瓷件的表面粗糙度。而且相较于烧结而成的陶瓷件，未经烧结的陶瓷胚体的硬度和强度更低，因此直接对未经烧结的陶瓷胚体的待处理表面进行喷砂，会比未经喷砂或者烧结后进行喷砂的陶瓷件，去除表面损伤的效率更高、效果更好。同理，对烧结前的陶瓷胚体的待处理表面进行喷砂能够更有效地降低陶瓷胚体的表面粗糙度，从而能够有效地降低由该陶瓷胚体烧结成的陶瓷件的表面粗糙度，提高陶瓷件表面的光滑度，尤其是应用于半导体设备进行工艺时，陶瓷件与晶圆或者其他设备部件接触的表面(尤其是待处理表面)更光滑，不容易划伤对应的晶圆，同时不易掉落颗粒，进一步避免颗粒污染。

在一些实施例中，喷砂材料与陶瓷粉粒为同种材料。由于喷砂工艺是利用具有较高动能的喷砂材料冲击陶瓷胚体的表面，所以在喷砂过程中，喷砂材料颗粒可能会嵌入陶瓷胚体的表面。因此，采用与陶瓷胚体由同种材料制成的喷砂材料，若发生喷砂材料颗粒嵌入陶瓷胚体的表面的现象，在后续的烧结过程中，由于同种材料的表面能都大致相同，在高温条件下晶界发生移动后，陶瓷胚体的晶体结构会较为均匀，而且嵌入的喷砂材料颗粒与陶瓷胚体的表面之间会产生的较为牢固的连接力，不易掉落。反之，若采用与陶瓷胚体不同种类的喷砂材料颗粒嵌入陶瓷胚体的表面，则在烧结后与陶瓷胚体的表面之间的连接力较弱，容易发生颗粒掉落的现象，进而容易在半导体设备的实际应用中污染半导体设备中的晶圆。

在一些实施例中，前述步骤s2具体包括：

控制陶瓷胚体以第一预设速度沿第一方向作直线运动，同时控制喷嘴以第二预设速度沿垂直于第一方向的第二方向作往复运动，以使喷嘴喷出的喷砂材料能够完全覆盖待处理表面。具体的，喷嘴沿第二方向作往复运动的往返移动速度对喷砂效果起着决定性作用，其速度太快或者太慢，会造成喷砂局部不均匀的问题，进而影响陶瓷胚体的待处理表面的均匀性。

优选的，在一些实施例中，第一预设速度的取值范围为1mm/s～2mm/s。在一些实施例中，第二预设速度的取值范围为200mm/s～300mm/s。控制喷嘴以上述范围内的第二预设速度沿第二方向作往复运动以及陶瓷胚体在上述范围内的第一预设速度沿第一方向作直线运动，实现二者相对运动，且能够得到较为均匀的喷砂效果。

在一些实施例中，喷嘴的预设喷砂压力的取值范围为0.05kg～0.1kg。

在一些实施例中，若陶瓷胚体的待处理表面为圆周面，则所述步骤s2，还包括：

控制所述陶瓷胚体以所述第一预设速度沿所述第一方向作直线运动的同时，控制陶瓷胚体以指定转速自转，以使所述喷嘴喷出的所述喷砂材料能够完全覆盖所述待处理表面。具体的，在此步骤中，大体呈圆柱体状的陶瓷胚体以中轴线为轴旋转，其旋转方向既可为顺时针也可为逆时针；而且，前述指定转速既可为预设转速，也可由操作人员根据实际生产需求对其进行实时调整。

在一些实施例中，在步骤s2之后，且在步骤s3之前(即，在对待处理表面进行吹扫之后，且在对陶瓷胚体进行烧结之前)，制作方法还包括：

检测待处理表面的表面损伤状况；

判断该待处理表面是否达到预设表面状况标准，若否，则返回步骤s2；若是，则继续进行后续步骤。具体的，在一些实施例中，检测待处理表面的表面损伤状况可以为对待处理表面的表面损伤(例如划伤、凹坑)数量进行计数，相应的，预设表面状况标准可以为预设的表面损伤最大数量达到指定值，优选的，在一些实施例中，为了确保陶瓷件表面质量及后续应用中晶圆质量，预设的表面损伤最大数量可以为0。

在一些实施例中，可以采用预设强度的光照射待处理表面，观察并检测所述待处理表面的表面损伤状况。例如，可以采用该预设强度可以为8000lux的光照射待处理表面，在此光照强度下检验喷砂质量，漏砂、挤压纹、划线等表面缺陷可以被明显地检查出来；观察并对待处理表面的表面损伤数量进行计数。

在一些实施例中，上述步骤s2循环次数可为2～6次。在进行2～6次的喷砂后，待处理表面的表面损伤能够基本被去除。具体的，前述检测步骤可以在进行连续2～6次的喷砂后进行。

在一些实施例中，上述步骤s2的循环终止条件还可以满足以下任意条件：a.待处理表面上的损伤数量达到预设值；b.使待处理表面达到预设的表面粗糙度；c待处理表面上的损伤数量达到预设值且待处理表面达到预设的表面粗糙度。在进行喷砂工艺时，喷砂材料在对待处理表面进行切削的同时，会一定程度地降低待处理表面的表面粗糙度，换言之，待加工表面的表面粗糙度可以表征喷砂过程进行的程度。优选的，当去除待处理表面上的损伤并使待处理表面达到预设表面粗糙度时，终止步骤s2的循环，能够获得最佳的表面加工效果。

在一些实施例中，在步骤s2之后，且在步骤s3之前，上述陶瓷件制作方法还包括：

采用吹扫气体对待处理表面进行吹扫，以去除待处理表面上残留的颗粒物；这是因为陶瓷胚体表面残留的颗粒物，在经过烧结后会持续附着在陶瓷件表面，不容易被以吹扫或者清洗的方式去除，而会在后续实际应用中，例如在刻蚀工艺中，受到等离子体溅射而脱落，进而对晶圆造成污染；因此，在烧结之前就将陶瓷胚体表面的残留的颗粒物吹扫掉，能够避免陶瓷件表面附着有易脱落的颗粒。具体的，前述吹扫气体可以采用压缩空气。

在一些实施例中，前述吹扫步骤可以在前述表面检测步骤之前完成，以避免待处理表面残留的颗粒物，影响后续对表面损伤状况的检测准确度。

在一些实施例中，在将陶瓷胚体烧结成陶瓷件之后，还包括对陶瓷件表面进行打磨和清洗等表面处理步骤，以尽可能地避免陶瓷件存在颗粒掉落的风险。

综合上述实施例，本实施例还提供一种陶瓷件制作方法，其包括以下步骤：

s01：将陶瓷胚料切制成陶瓷胚体；

s02：采用球磨机将陶瓷粉粒磨成直径0.5um～1um左右的颗粒，作为喷砂材料；

s03：将陶瓷胚体固定在喷砂机器的传送带上；具体的，喷砂机器上设置有用于进行喷砂的喷嘴，其能够沿垂直于传送带的方向运动；

s04：将喷嘴的喷砂压力调整到0.05kg～0.1kg之间；

s05：开启喷嘴，并控制喷嘴以200mm/s～300mm/s速度进行往复移动，控制陶瓷胚体随传送带以1mm/s～2mm/s速度作直线运动；

循环进行2～6次步骤s05；

s06：采用干燥压缩空气对陶瓷胚体进行吹扫；具体的，干燥压缩空气的压力范围可以为0.5mpa～0.8mpa，干燥压缩空气流与陶瓷胚体待处理表面之间的夹角范围可以为135°～150°；

s07：在8000lux的光照强度下检测陶瓷胚体的待处理表面的表面损伤数量，并判断该表面质量是否小于或等于预设表面损伤数量，若是，则继续进行步骤s08；若否，则返回步骤s05；

s08：将陶瓷胚体烧结成陶瓷件；

s09：对陶瓷件进行打磨和清洗，流程结束。

请参考图2a-3b，其中，图2a和图2b为由本实施例提供的陶瓷件制作方法制成的陶瓷件的表面损伤状况图和表面颗粒附着情况图，与由图3a和图3b所示的由现有的陶瓷件制作方法制成的陶瓷件的表面损伤状况图和表面颗粒附着情况图相比，可以明显看出，本实施例提供的陶瓷件制作方法，通过控制喷砂的压力、速度、遍数和喷嘴角度，能够有效降低胚体表面粗糙度，并使陶瓷胚体表面的颗粒更圆润，而且不容易在陶瓷胚体表面造成沟壑堆叠、局部区域材料增加或缺失等表面缺陷，从而使最终烧结成陶瓷件的粗糙度减小，且几乎没有损伤和颗粒附着，进而不容易发生颗粒掉落的现象。

本实施例提供的陶瓷件制作方法，利用未经烧结的陶瓷胚体的硬度和强度都低于陶瓷件的特点，通过在烧结之前对陶瓷胚体进行多次喷砂，能够较大程度地去除陶瓷胚体的表面损伤和切制步骤中产生的颗粒物，从而能够有效减少由陶瓷胚体烧结而成的陶瓷件的表面损伤，以在实际应用中(例如刻蚀工艺中)减少陶瓷件因表面损伤而造成的颗粒掉落现象的发生；而且，对陶瓷胚体进行喷砂，能够有效地降低陶瓷胚体的表面粗糙度，以降低由该陶瓷胚体烧结成的陶瓷件的表面粗糙度，从而使陶瓷件的与晶圆接触的表面更光滑，不容易划伤晶圆。

作为另一种技术方案，本实施例还提供一种陶瓷件，其采用上述陶瓷件制作方法制成，其可以应用于等离子体刻蚀等半导体加工工艺中，例如用作工艺腔室的介质窗、卡盘等部件。

本实施例提供的陶瓷件，通过采用上述实施例提供的制作方法制作而成，因此其表面粗糙度较低，而且表面损伤较少，以减少在实际应用中(例如刻蚀工艺中)发生颗粒掉落的现象。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。