CN112979322A - 陶瓷件及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种陶瓷件及其制作方法，该陶瓷件制作方法包括：在陶瓷粉粒中加入胶黏剂，形成陶瓷生胚；在陶瓷生胚未完全固化之前，采用具有指定图形的模板压入陶瓷生胚的待加工表面，以在待加工表面形成与模板对应的粗糙度图形；在经过指定时长之后，取出模板；待陶瓷生胚完全固化之后，对陶瓷生胚进行加工烧结。本发明实施例提供的陶瓷件及其制作方法，其不仅可以在不产生裂纹等损伤的前提下获得任意大小的表面粗糙度，而且还可以提高陶瓷件表面粗糙度的均匀性，从而可以避免出现局部副产物脱落的问题。

Description

陶瓷件及其制作方法

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，具体地，涉及一种陶瓷件及其制作方法。

背景技术

在诸如电感耦合等离子体(Inductive Coupled Plasma，简称ICP)刻蚀设备等的半导体加工设备中，通常利用介质窗将由电感线圈产生的射频能量馈入工艺腔室中，以能够将工艺腔室中的工艺气体激发形成等离子体，从而实现对晶圆的刻蚀。上述介质窗通常为陶瓷窗。

在进行刻蚀工艺的过程中，工艺腔室中产生的刻蚀副产物会在陶瓷窗表面附着，当附着在陶瓷窗上的副产物累积达到一定厚度后会在重力的作用下脱落，而掉落在晶圆表面上的颗粒会阻挡刻蚀的进行，造成晶圆表面形成缺陷(Defect)，直接影响芯片电性指标和芯片良率。为了解决该问题，一般每间隔固定时间(称为平均清洗时间，简称MTBC)，更换新的陶瓷窗。为了提高产能，降低使用成本，上述MTBC越长越好。目前延长MTBC的常用做法是对陶瓷窗接触等离子体的表面进行粗糙化处理，以提高表面粗糙程度(Ra)，表面粗糙程度越大，陶瓷窗的比表面积越大，则对副产物的附着力越大，一般副产物越多的工艺要求陶瓷窗的表面粗糙度越高(例如Ra>2um)。

目前，陶瓷窗的表面粗糙度的控制主要是通过对已经固化成型(烧结后)的陶瓷窗进行喷砂工艺实现。所谓喷砂，是指采用压缩空气为动力，形成高速喷射束将喷料(例如白刚玉、SiC、氧化锆等)高速喷射到陶瓷窗的待处理表面，由于喷料对陶瓷窗表面的冲击和切削作用，使陶瓷窗表面获得一定的表面粗糙度。但是，采用喷砂工艺控制陶瓷窗的表面粗糙度在实际应用中不可避免地存在以下问题：

其一，受陶瓷材料本身特性的影响，过度喷砂可能会导致陶瓷晶粒碎裂，产生裂纹(crack)等损伤，这些损伤以范德华力等静电吸附方式附着在陶瓷窗表面，很难清除。因此，在保证陶瓷件不会产生损伤的前提下，喷砂工艺无法获得较高的表面粗糙度，一般只能获得的表面粗糙度小于10um。

其二，喷砂获得的表面粗糙度是不均匀的，无规则的，导致陶瓷窗不同区域的比表面积不同，从而对副产物的附着力不同，容易出现局部副产物脱落的问题，这同样会在晶圆表面形成缺陷(Defect)，严重时会缩短MTBC。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种陶瓷件及其制作方法，其不仅可以在不产生裂纹等损伤的前提下获得任意大小的表面粗糙度，而且还可以提高陶瓷件表面粗糙度的均匀性，从而可以避免出现局部副产物脱落的问题。

为实现本发明的目的而提供一种陶瓷件制作方法，包括：

在陶瓷粉粒中加入胶黏剂，形成陶瓷生胚；

在所述陶瓷生胚未完全固化之前，采用具有指定图形的模板压入所述陶瓷生胚的待加工表面，以在所述待加工表面形成与所述模板对应的粗糙度图形；

在经过指定时长之后，取出所述模板；

待所述陶瓷生胚完全固化之后，对所述陶瓷生胚进行烧结。

可选的，所述指定图形包括凸起阵列图形。

可选的，所述凸起阵列图形包括在所述模板的工作表面上呈阵列排布的多个尺寸相同的凸起。

可选的，多个所述凸起等间距排列；或者，多个所述凸起连续排列。

可选的，所述凸起的外径自所述工作表面朝远离所述工作表面的方向逐渐减小。

可选的，所述凸起为圆锥体、圆台或者半球体中的至少一种。

可选的，所述模板包括石英板或者树脂板。

可选的，所述指定时长为5min-10min。

作为另一个技术方案，本发明实施例还提供一种陶瓷件，采用本发明实施例提供的上述陶瓷件制作方法制成。

可选的，所述陶瓷件应用于半导体加工设备中的介质窗、内衬或者介质筒。

本发明具有以下有益效果：

本发明实施例提供的陶瓷件制作方法，其在陶瓷生胚未完全固化之前，通过采用具有指定图形的模板压入陶瓷生胚的待加工表面，可以将该指定图形转移到待加工表面，形成与该模板对应的粗糙度图形。这种利用模板加工表面粗糙度的方式，不仅不会出现陶瓷晶粒碎裂产生裂纹(crack)等损伤的问题，而且由于模板上的指定图形是可控的，既可以获得任意大小的表面粗糙度，从而可以满足不同的工艺需要，又可以提高陶瓷件表面粗糙度的均匀性，从而可以避免出现局部副产物脱落，而造成在晶圆表面形成缺陷(Defect)，缩短MTBC的问题。

本发明实施例提供的陶瓷件，其通过采用本发明实施例提供的上述陶瓷件制作方法制成，不仅不会出现陶瓷晶粒碎裂产生裂纹(crack)等损伤的问题，而且由于模板上的指定图形是可控的，既可以获得任意大小的表面粗糙度，从而可以满足不同的工艺需要，又可以提高陶瓷件表面粗糙度的均匀性，从而可以避免出现局部副产物脱落，而造成在晶圆表面形成缺陷(Defect)，缩短MTBC的问题。

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框图；

图2为本发明实施例采用的模板的一种结构图；

图3为本发明实施例采用的模板的另一种结构图；

图4为本发明实施例提供的陶瓷件制作方法的过程图。

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实施例提供的陶瓷件及其制作方法进行详细描述。

请参阅图1，本发明实施例提供的陶瓷件制作方法，包括以下步骤：

S1、在陶瓷粉粒中加入胶黏剂，形成陶瓷生胚；

S2、在陶瓷生胚未完全固化之前，采用具有指定图形的模板压入上述陶瓷生胚的待加工表面，以在该待加工表面形成与上述模板对应的粗糙度图形；

S3、在经过指定时长之后，取出上述模板；

S4、待陶瓷生胚完全固化之后，对陶瓷生胚进行加工烧结。

具体地，在上述步骤S2中，在陶瓷生胚未完全固化之前，使用具有指定图形的模板压入陶瓷生胚的待加工表面，例如用作陶瓷窗时，该待加工表面即为陶瓷窗的暴露在腔室内部的表面。在压入过程中，模板上的指定图形会转移到上述待加工表面，从而在待加工表面上形成与该模板对应的粗糙度图形。当该陶瓷生胚烧结之后，具有该粗糙度图形的待加工表面会形成期望的表面粗糙度，从而完成表面粗糙度的制作。

上述步骤S2通过采用具有指定图形的模板压入陶瓷生胚的待加工表面，可以将该指定图形转移到待加工表面，形成与该模板对应的粗糙度图形。这种利用模板加工表面粗糙度的方式，不仅不会出现陶瓷晶粒碎裂产生裂纹(crack)等损伤的问题，而且由于模板上的指定图形是可控的，既可以获得任意大小的表面粗糙度，从而可以满足不同的工艺需要，又可以提高陶瓷件表面粗糙度的均匀性，从而可以避免出现局部副产物脱落，而造成在晶圆表面形成缺陷(Defect)，缩短MTBC的问题。

需要说明的是，在上述步骤S1中，在陶瓷粉粒中加入胶黏剂之后，形成陶瓷生胚的过程是一个自然成型的过程，即，从加入胶黏剂至完全固化的过程。

还需要说明的是，上述未完全固化状态只要满足模板能够压入陶瓷生胚，并在待加工表面上形成粗糙度图形即可，可选的，在陶瓷粉粒中加入胶黏剂之后，无需等待立即将模板压入，此时模板能够较容易地压入陶瓷生胚中。

另外，为了保证在模板与陶瓷生胚相互粘结之前，将模板取出，可选的，模板压入陶瓷生胚的指定时长为5min-10min。

在一些实施例中，上述模板所具有的指定图形包括凸起阵列图形。由于凸起阵列图形的排布相对均匀且规律，可以提高陶瓷件表面粗糙度的均匀性。在实际应用中，凸起阵列图形的具体形状和尺寸可以根据期望的表面粗糙度而设定。

例如，如图2所示，上述凸起阵列图形包括在模板1的工作表面11上呈阵列排布的多个凸起2。当模板1压入陶瓷生胚中时，在待加工表面上对应凸起2的区域会形成凹部，而对应相邻两个凸起2之间的间隙的区域会形成凸部，从而形成的图形与模板1的凸起阵列图形的结构相同，且凹凸方向相反。

上述凸起2相对于该工作表面11的高度H和相邻两个凸起2之间的间距L可以根据期望的表面粗糙度而设定。具体地，可以通过仿真计算、模拟测试等的方式设计上述高度H和间距L，以能够获得期望的表面粗糙度。

可选的，为了进一步提高陶瓷件表面粗糙度的均匀性，多个凸起2的尺寸相同，且等间距排列，即，各个相邻两个凸起2之间的间距L相等。或者，也可以使多个凸起连续排列，即，上述间距L等于零。

可选的，为了使模板1能够更容易地压入陶瓷生胚，上述凸起2的外径自工作表面11朝远离该工作表面11的方向逐渐减小。例如，图2示出的凸起2为圆锥体。可选的，在垂直于工作表面11的轴向截面上，该圆锥体的正投影形状为三角形，且三角形的斜边与工作表面11之间的夹角大于90°。

又如，图3示出的凸起2’为圆台，在垂直于工作表面11的轴向截面上，该圆台的正投影形状为等腰梯形，该等腰梯形的长度D自工作表面11朝远离该工作表面11的方向逐渐减小，可选的，等腰梯形的腰与工作表面11之间的夹角大于90°。上述凸起2’相对于该工作表面11的高度H’和相邻两个凸起2’之间的间距L’可以根据期望的表面粗糙度而设定。

需要说明的是，凸起并不局限于本实施例提供的上述两种结构，还可以为其他任意结构，例如半球体。

还需要说明的是，在本实施例中，凸起阵列图形所包括的多个凸起的形状相同，但是本发明实施例并不局限于此，在实际应用中，根据具体需要，多个凸起中也可以存在多种不同的形状，例如包括圆锥体、圆台或者半球体中的至少一种或多种组合。

还需要说明的是，上述凸起优选采用外周面没有棱角的形状，以避免在陶瓷生胚上形成具有棱角的图形，这是因为图形的棱角容易在进行刻蚀工艺的过程中被等离子体轰击形成颗粒，造成在晶圆表面形成缺陷(Defect)。

可选的，上述模板可以采用诸如石英板或者树脂板等的硬度较高的非金属板制作，以避免引入金属颗粒。上述树脂板一般采用高分子树脂材料制作。模板的硬度只要能够保证压入陶瓷生胚时不会产生变形即可。

作为本实施例提供的陶瓷件制作方法的一个具体实施方式，如图4所示，陶瓷件制作方法可以包括：

步骤(1)、造粒，即，制作陶瓷粉粒。

步骤(2)、在陶瓷粉粒中加入胶黏剂，形成陶瓷生胚。其中，陶瓷生胚有一个自然成型的过程，即，从加入胶黏剂至完全固化的过程。

在陶瓷生胚未完全固化之前，采用具有指定图形的模板压入上述陶瓷生胚的待加工表面，以在该待加工表面形成与上述模板对应的粗糙度图形。

具体地，首先，将具有凸起阵列图形的模板压入未完全固化的陶瓷生胚的待加工表面，在压入过程中，模板上的凸起阵列图形会转移到上述待加工表面，从而在待加工表面上形成与该模板对应的粗糙度图形。在经过指定时长之后，取出上述模板。

步骤(3)、待陶瓷生胚完全固化之后，对陶瓷生胚进行加工。例如对陶瓷生胚进行机械加工，以获得工艺所需的形状。

步骤(4)、对陶瓷生胚进行烧结，从而获得陶瓷件。通过烧结，陶瓷生胚中较小的陶瓷粉粒在高温环境下会熔合成大的陶瓷晶粒，从而使获得的陶瓷件具备一定的硬度和强度，以满足工艺的要求。

步骤(5)、根据具体工艺需求，对陶瓷件进行后处理。

完成上述步骤(5)之后，具有该粗糙度图形的待加工表面会形成期望的表面粗糙度，从而完成表面粗糙度的制作。

综上所述，本发明实施例提供的陶瓷件制作方法，其在陶瓷生胚未完全固化之前，通过采用具有指定图形的模板压入陶瓷生胚的待加工表面，可以将该指定图形转移到待加工表面，形成与该模板对应的粗糙度图形。这种利用模板加工表面粗糙度的方式，不仅不会出现陶瓷晶粒碎裂产生裂纹(crack)等损伤的问题，而且由于模板上的指定图形是可控的，既可以获得任意大小的表面粗糙度，从而可以满足不同的工艺需要，又可以提高陶瓷件表面粗糙度的均匀性，从而可以避免出现局部副产物脱落，而造成在晶圆表面形成缺陷(Defect)，缩短MTBC的问题。

作为另一个技术方案，本发明实施例还提供一种陶瓷件，其采用本发明实施例提供的上述陶瓷件制作方法制成。

该陶瓷件可以应用于半导体加工设备中的介质窗、内衬、介质筒等等。

本发明实施例提供的陶瓷件，其通过采用本发明实施例提供的上述陶瓷件制作方法制成，不仅不会出现陶瓷晶粒碎裂产生裂纹(crack)等损伤的问题，而且由于模板上的凸起阵列图形是可控的，既可以获得任意大小的表面粗糙度，从而可以满足不同的工艺需要，又可以提高陶瓷件表面粗糙度的均匀性，从而可以避免出现局部副产物脱落，而造成在晶圆表面形成缺陷(Defect)，缩短MTBC的问题。

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。

Claims (10)

1.一种陶瓷件制作方法，其特征在于，包括：

在陶瓷粉粒中加入胶黏剂，形成陶瓷生胚；

在所述陶瓷生胚未完全固化之前，采用具有指定图形的模板压入所述陶瓷生胚的待加工表面，以在所述待加工表面形成与所述模板对应的粗糙度图形；

在经过指定时长之后，取出所述模板；

待所述陶瓷生胚完全固化之后，对所述陶瓷生胚进行烧结。

2.根据权利要求1所述的陶瓷件制作方法，其特征在于，所述指定图形包括凸起阵列图形。

3.根据权利要求2所述的陶瓷件制作方法，其特征在于，所述凸起阵列图形包括在所述模板的工作表面上呈阵列排布的多个尺寸相同的凸起。

4.根据权利要求3所述的陶瓷件制作方法，其特征在于，多个所述凸起等间距排列；或者，多个所述凸起连续排列。

5.根据权利要求3所述的陶瓷件制作方法，其特征在于，所述凸起的外径自所述工作表面朝远离所述工作表面的方向逐渐减小。

6.根据权利要求5所述的陶瓷件制作方法，其特征在于，所述凸起为圆锥体、圆台或者半球体中的至少一种。

7.根据权利要求1所述的陶瓷件制作方法，其特征在于，所述模板包括石英板或者树脂板。

8.根据权利要求1所述的陶瓷件制作方法，其特征在于，所述指定时长为5min-10min。

9.一种陶瓷件，其特征在于，采用权利要求1-8任意一项所述的陶瓷件制作方法制成。

10.根据权利要求9所述的陶瓷件，其特征在于，所述陶瓷件应用于半导体加工设备中的介质窗、内衬或者介质筒。

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