陶瓷件喷砂方法、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，涉及一种陶瓷件喷砂方法、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，采用的陶瓷件一般是介质窗、喷嘴和聚焦环等等。这些陶瓷件往往都分布在晶圆四周，在进行刻蚀工艺的过程中，陶瓷件表面也会被等离子体刻蚀，导致陶瓷件表面结构发生变化，形成颗粒，这些颗粒可能会掉落在晶圆表面上，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。

为了解决上述问题，常用做法是对陶瓷件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或Sa)，表面粗糙程度越大，陶瓷件的比表面积越大，则对颗粒的附着力越大，从而可以控制掉落在晶圆表面上的颗粒数量。

目前，陶瓷件的表面粗糙度的控制主要是通过对已经固化成型(烧结后)的陶瓷件进行喷砂工艺实现。所谓喷砂，是指采用压缩空气为动力，形成高速喷射束将喷砂材料高速喷射到陶瓷件的待处理表面，由于喷砂材料对陶瓷件表面的冲击和切削作用，使陶瓷件表面获得一定的表面粗糙度。

但是，由于现有的喷砂工艺并没有关注到影响表面粗糙度的相关参数，这会产生过度喷砂和无法控制表面粗糙度的问题，其中，过度喷砂会导致陶瓷件的表面出现不同程度的划横(如图1所示)、空隙(如图2所示)等，产生裂纹(crack)等损伤，这些损伤很容易在刻蚀过程中产生松散颗粒掉落在晶圆表面，造成晶圆表面形成缺陷，而且会缩短陶瓷件的使用寿命，增加更换频率，从而造成使用成本增加。无法控制表面粗糙度会限制陶瓷件的使用，无法满足不同工艺对陶瓷件的表面粗糙度的要求。

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，提出了一种陶瓷件喷砂方法、陶瓷件及其制作方法，其不仅可以减少裂纹等损伤，从而提高陶瓷件的使用寿命，降低使用成本；而且还可以控制陶瓷件的表面粗糙度的大小，从而满足不同工艺对陶瓷件的表面粗糙度的要求。

为实现本发明的目的而提供一种陶瓷件喷砂方法，包括循环执行以下步骤：

S1、通过喷嘴向所述陶瓷件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件作相对运动，直至所述喷砂材料覆盖整个所述待处理表面；

其中，所述步骤S1的循环次数以及各次所述步骤S1的相关参数被设置为能够控制所述待处理表面的表面粗糙度的大小以及降低所述陶瓷件的表面损伤；所述相关参数包括喷砂材料种类、喷射压力、喷砂目数、喷砂角度、所述喷嘴与陶瓷件的相对运动速度、喷嘴直径以及喷嘴出口与所述待处理表面之间的间距中的至少一种。

可选的，所述循环次数与所述待处理表面的表面粗糙度正相关。

可选的，不同次的所述步骤S1采用的所述喷射压力的取值范围不同；若所述循环次数为一次，则所述喷射压力大于2kg，且小于4kg；若所述循环次数为两次，则所述喷射压力的取值范围为大于1kg，且小于3kg。

可选的，不同次的所述步骤S1采用的所述喷砂材料种类、所述喷砂目数、所述喷砂角度、所述喷嘴与陶瓷件的相对运动速度、所述喷嘴直径以及喷嘴出口与所述待处理表面之间的间距中的至少一者不同。

可选的，不同次的所述步骤S1采用的所述喷砂目数不同；所述喷砂目数随着所述循环次数的增加而减少。

可选的，在所述步骤S1的全部循环次数完成之后，所述陶瓷件喷砂方法还包括以下步骤：

S2、通过所述喷嘴向所述陶瓷件的待处理表面中的至少一个指定局部区域喷射所述喷砂材料。

可选的，若全部循环次数为两次，则第一次进行所述步骤S1采用的所述喷砂目数大于第二次进行所述步骤S1采用的所述喷砂目数；并且，所述步骤S2采用的所述喷砂目数小于第一次进行所述步骤S1采用的所述喷砂目数，且大于第二次进行所述步骤S1采用的所述喷砂目数。

可选的，所述喷砂材料种类包括白刚玉或者白刚玉与碳化硅的混合物；所述白刚玉与碳化硅的混合物中，所述白刚玉与碳化硅的混合比例为1：1。

可选的，所述喷射压力的取值范围为2kg-4kg；所述喷嘴直径的取值范围在5mm-8mm；所述喷砂目数的取值范围在20个-150个；所述喷嘴出口与所述待处理表面之间的间距的取值范围在80mm-170mm；所述喷砂角度为40°-55°；所述喷嘴与陶瓷件的相对运动速度为30mm/s-35mm/s。

作为另一个技术方案，本发明实施例还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；

对所述陶瓷生胚进行烧结，形成陶瓷件；

采用本发明实施例提供的上述陶瓷件喷砂方法，对所述陶瓷件的待处理表面进行处理，以获得期望的表面粗糙度。

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。

本发明具有以下有益效果：

本发明实施例提供的陶瓷件喷砂方法、陶瓷件及其制作方法的技术方案中，通过控制喷砂步骤(即步骤S1)的循环次数以及各次步骤S1的相关参数，该相关参数包括喷砂材料种类、喷射压力、喷砂目数、喷砂角度、喷嘴与陶瓷件的相对运动速度、喷嘴直径以及喷嘴出口与所述待处理表面之间的间距中的至少一种，通过对这些参数进行设置，可以控制陶瓷件的待处理表面的表面粗糙度的大小以及降低陶瓷件的表面损伤，这与现有技术相比，不仅可以减少裂纹等损伤，从而提高陶瓷件的使用寿命，降低使用成本；而且还可以控制陶瓷件的表面粗糙度的大小，从而满足不同工艺对陶瓷件的表面粗糙度的要求。

附图说明

图1为陶瓷件的表面出现划横的电镜扫描图；

图2为陶瓷件的表面出现裂纹的电镜扫描图；

图3为本发明第一实施例提供的陶瓷件喷砂方法的流程框图；

图4为本发明第一实施例的一个具体实施例提供的陶瓷件喷砂方法获得的陶瓷件表面图；

图5为本发明第二实施例提供的陶瓷件喷砂方法的流程框图；

图6为本发明第二实施例一个具体实施例提供的陶瓷件喷砂方法的陶瓷件表面的电镜扫描图；

图7为本发明第二实施例另一个具体实施例提供的陶瓷件喷砂方法的陶瓷件表面的电镜扫描图。

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喷砂方法、陶瓷件及其制作方法进行详细描述。

第一实施例

请参阅图3，本实施例提供一种陶瓷件喷砂方法，其包括循环执行以下步骤：

S1、通过喷嘴向陶瓷件的待处理表面喷射喷砂材料，同时控制该喷嘴与陶瓷件作相对运动，直至喷砂材料覆盖整个待处理表面。

上述步骤S1用于使陶瓷件表面获得一定的表面粗糙度。所谓喷砂，是指采用压缩空气作为动力，形成高速喷射束将喷砂材料高速喷射到陶瓷件的待处理表面，由于喷砂材料对陶瓷件表面的冲击和切削作用，使陶瓷件表面获得一定的表面粗糙度。

上述喷嘴例如为喷砂机的喷嘴，在进行喷砂工艺之前，将陶瓷件固定在喷砂机的传动带上；在进行喷砂工艺的过程中，通过喷砂机的喷嘴向陶瓷件的待处理表面喷射喷砂材料，同时上述传送带能够带动陶瓷件运动(包括平移和/或旋转等)，以保证喷砂材料能够覆盖整个待处理表面。当然，在实际应用中，也可以使陶瓷件固定不动，而喷嘴运动，这同样可以实现喷砂材料覆盖整个待处理表面。另外，在实际应用中，还可以采用其他任意喷嘴，本发明实施例对此没有特别的限制。

上述步骤S1可以进行一次，或者循环执行多次，该次数称为循环次数。

其中，可以对上述步骤S1的循环次数以及各次步骤S1的相关参数进行控制，该相关参数包括喷砂材料种类、喷射压力、喷砂目数、喷砂角度、喷嘴与陶瓷件的相对运动速度、喷嘴直径以及喷嘴出口与待处理表面之间的间距中的至少一种。通过对这些参数进行设置，可以控制陶瓷件的待处理表面的表面粗糙度的大小以及降低陶瓷件的表面损伤，这与现有技术相比，不仅可以减少裂纹等损伤，从而提高陶瓷件的使用寿命，降低使用成本；而且还可以控制陶瓷件的表面粗糙度的大小，从而满足不同工艺对陶瓷件的表面粗糙度的要求。

在一些实施例中，上述喷嘴与陶瓷件的相对运动速度例如为30mm/s-35mm/s，优选为30mm/s。在该数值范围内，可以避免因相对运动速度过快或过慢产生的局部喷砂不均匀，从而可以保证陶瓷件表面粗糙度的均匀性。

在一些实施例中，上述喷砂材料种类可以根据期望的表面粗糙度而设定。例如，该喷砂材料种类包括白刚玉或者白刚玉与碳化硅(SiC)的混合物。其中，碳化硅的硬度以及韧性优于白刚玉，磨削能力强，但是碳化硅易碎，而白刚玉不易碎，基于此，通过将白刚玉与碳化硅的混合，既提高喷砂材料的硬度、韧性，又降低易碎度，从而可以提高喷砂效果。可选的，白刚玉与碳化硅的混合物中，白刚玉与碳化硅的混合比例为1：1，该混合比例可以充分利用二者的优势，从而进一步提高喷砂效果。

在一些实施例中，可选的，喷射压力的取值范围为2kg-4kg。通过将喷射压力设置在上述数值范围内，可以降低对陶瓷的待处理表面造成损伤。

在一些实施例中，可选的，喷嘴直径的取值范围在5mm-8mm；喷砂目数的取值范围在20个-150个。所谓喷砂目数，是指在面积为1平方英寸的区域中分布的筛孔数目，该筛孔数目越多，喷砂材料越细；反之，则越粗。通过将喷嘴直径设置在上述直径范围内，和/或将喷砂目数设置在上述数量范围内，可以控制喷射到陶瓷件的待处理表面的喷射材料的多少，以避免因喷射材料过多而造成对陶瓷的待处理表面造成损伤。

在一些实施例中，可选的，喷嘴出口与陶瓷件的待处理表面之间的间距的取值范围在80mm-170mm。通过将该间距设置在上述数值范围内，可以避免喷砂材料对待处理表面造成压应力以及变形，从而可以进一步降低对陶瓷表面造成损伤。

在一些实施例中，可选的，喷砂角度为40°-55°。该喷砂角度即为喷嘴的喷射方向与待处理表面之间的夹角。通过将该喷砂角度设置在上述数值范围内，可以避免喷嘴在某一位置处将喷砂材料喷射至待处理表面上的区域过小，从而容易造成陶瓷件表面局部损伤。

在一些实施例中，可选的，上述循环次数与待处理表面的表面粗糙度正相关。也就是说，在实际应用中，若期望得到较大的表面粗糙度，则采用较多的循环次数；反之，若期望得到较小的表面粗糙度，则采用较少的循环次数，从而可以满足不同工艺对陶瓷件的表面粗糙度的要求。

此外，通过将上述循环次数设置为多次，有助于提高陶瓷件的表面粗糙度的均匀性，以循环次数为两次为例，第一次喷砂步骤(步骤S1)可以使待处理表面形成相对平整的底面，但在底面上还会有细小的颗粒存在；第二次喷砂步骤可以打磨底面，以提高待处理表面在整体上的颗粒圆润度，减少表面上的尖角、棱角等突变。基于该原理可知，经过多次喷砂步骤(即步骤S1)，可以提高陶瓷件的表面粗糙度的均匀性，从而可以避免出现陶瓷件上的局部颗粒脱落，造成在晶圆表面形成缺陷(Defect)。

在一些实施例中，可选的，在通过设置不同的循环次数来控制陶瓷件的表面粗糙度的基础上，还可以使不同次的步骤S1采用的喷射压力的取值范围不同。也就是说，对应各个循环次数，对各次步骤S1采用的喷射压力独立地进行设置，以保证在进行各次步骤S1时，均不会对陶瓷表面造成损伤。

在实际应用中，可以根据所需的表面粗糙度的不同，适应性地调整循环次数和喷射压力范围。例如，若循环次数为一次，则喷射压力大于2kg，且小于4kg，这样设置可以将表面粗糙度(Sa)控制在Sa＜2的范围内。又如，若循环次数为两次，则喷射压力的取值范围为大于1kg，且小于3kg，这样设置可以将表面粗糙度(Sa)控制在2＜Sa＜4的范围内。

在一些实施例中，可选的，在采用上述方式设置循环次数和喷射压力的基础上，不同次的步骤S1采用的喷砂材料种类、喷砂目数、喷砂角度、喷嘴与陶瓷件的相对运动速度、喷嘴直径以及喷嘴出口与待处理表面之间的间距中的至少一者不同，以能够更精确、更有效地控制待处理表面的表面粗糙度的大小以及降低陶瓷件的表面损伤。

需要说明的是，为了达到控制待处理表面的表面粗糙度的大小以及降低陶瓷件的表面损伤的目的，上述步骤S1的循环次数以及各次步骤S1的上述相关参数均需要进行相应地设置，但是不同的参数，设置方式存在区别，例如对于不同次的步骤S1，可以在采用不同的喷射压力范围的基础上，使其他参数保持固定值不变，而该固定值的设置应满足工艺对表面粗糙度和陶瓷表面损伤的要求。

在一个具体的实施例中，上述相关参数被设置为：喷砂材料为白刚玉；喷砂目数为150个；喷射压力为2Kg-4Kg；喷砂角度为55°；喷嘴与陶瓷件的相对运动速度为30mm/s；喷嘴出口与待处理表面之间的间距为170mm；喷嘴直径为5mm-8mm。在采用上述相关参数的基础上，若循环次数为一次，则可以将表面粗糙度(Sa)控制在0.38-1.78的范围内；若循环次数为两次，则可以将表面粗糙度(Sa)控制在0.84-3.2的范围内，同时可以获得如图4所示的陶瓷表面，由图4可以看出，该陶瓷表面整体分布均匀，且损伤较低。

第二实施例

本实施例提供的陶瓷件喷砂方法，其与上述第一实施例相比，同样包括循环执行的步骤S1，并且对上述步骤S1的循环次数以及各次步骤S1的相关参数进行控制，该相关参数与上述第一实施例相同。

在本实施例中，不同次的步骤S1采用的喷砂目数不同。也就是说，对应各个循环次数，对各次步骤S1采用的喷砂目数独立地设置为不同的数量，以保证在进行各次步骤S1时，均不会对陶瓷表面造成损伤。

可选的，喷砂目数随着循环次数的增加而减少。这样既有助于提高陶瓷件的表面粗糙度的均匀性，又不会对陶瓷表面造成损伤。以喷砂目数为两次为例，第一次喷砂步骤(步骤S1)通过采用较大的喷砂目数，例如100个，可以使待处理表面形成相对平整的底面，但在底面上还会有细小的颗粒存在；第二次喷砂步骤通过采用较小的喷砂目数，例如20个，可以打磨底面，以提高待处理表面在整体上的颗粒圆润度，减少表面上的尖角、棱角等突变。

在一个具体的实施例中，上述相关参数被设置为：喷砂材料为白刚玉或者白刚玉与碳化硅(SiC)的混合物(混合比例为1:1)；喷射压力为3Kg；喷砂角度为40°；喷嘴与陶瓷件的相对运动速度为30mm/s；喷嘴出口与待处理表面之间的间距为100mm；喷嘴直径为5mm-8mm。在采用上述相关参数的基础上，若循环次数为两次，且第一次步骤S1采用的喷砂目数为100个，第二次步骤S1采用的喷砂目数为20个，则可以将表面粗糙度(Ra)控制在0.5-3.5的范围内。

在一些实施例中，可选的，如图5所示，在上述步骤S1的全部循环次数完成之后，陶瓷件喷砂方法还包括以下步骤：

S2、通过喷嘴向陶瓷件的待处理表面中的至少一个指定局部区域喷射喷砂材料。

上述步骤S2用于在上述步骤S1的基础上，针对待处理表面的局部区域的实际情况，对该局部区域继续进行喷砂处理，以使该局部区域的表面粗糙度满足工艺要求，且不会有表面损伤。

上述步骤S2可以进行一次或循环执行多次，不同次的步骤S2可以对待处理表面中的相同或不同的区域进行喷砂处理。

上述指定局部区域一般为容易堆积副产物的区域，例如陶瓷窗靠近进气喷嘴的区域。

在一些实施例中，可选的，若全部循环次数为两次，则第一次进行步骤S1采用的所述喷砂目数大于第二次进行步骤S1采用的喷砂目数；并且，上述步骤S2采用的喷砂目数小于第一次进行步骤S1采用的喷砂目数，且大于第二次进行步骤S1采用的喷砂目数。如前述，通过使第一次进行步骤S1采用的所述喷砂目数大于第二次进行步骤S1采用的喷砂目数，即，第一次喷砂步骤(步骤S1)通过采用较大的喷砂目数，例如100个，可以使待处理表面形成相对平整的底面，但在底面上还会有细小的颗粒存在；第二次喷砂步骤通过采用较小的喷砂目数，例如20个，可以打磨底面，以提高待处理表面在整体上的颗粒圆润度，减少表面上的尖角、棱角等突变。由此，既有助于提高陶瓷件的表面粗糙度的均匀性，又不会对陶瓷表面造成损伤。同时，使上述步骤S2采用的喷砂目数小于第一次进行步骤S1采用的喷砂目数，且大于第二次进行步骤S1采用的喷砂目数，由于上述步骤S2采用的喷砂目数相对于第一次进行步骤S1采用的喷砂目数较少，可以避免因喷射材料过多而造成对指定局部区域造成损伤；同时，由于上述步骤S2采用的喷砂目数相对于第二次进行步骤S1采用的喷砂目数较多，上述步骤S2相对于第二次进行的步骤S1具有更高的打磨力度，从而可以有效提高该指定局部区域的颗粒圆润度，减少该区域上的尖角、棱角等突变。由此，可以使该局部区域的表面粗糙度满足工艺要求(可以使该区域的表面粗糙度达到3.5以上)，且不会有表面损伤。

在一个具体的实施例中，上述相关参数被设置为：喷砂材料为白刚玉或者白刚玉与碳化硅的混合物(混合比例为1:1)；喷射压力为3Kg；喷砂角度为40°；喷嘴与陶瓷件的相对运动速度为30mm/s；喷嘴出口与待处理表面之间的间距为100mm；喷嘴直径为5mm-8mm。在采用上述相关参数的基础上，若循环次数为两次，且第一次步骤S1采用的喷砂目数为100个，第二次步骤S1采用的喷砂目数为20个，上述步骤S2采用的喷砂目数为46个，则可以将表面粗糙度(Ra)控制在3.5-5的范围内。

当喷砂材料为白刚玉时，上述具体实施例采用的相关参数可以获得如图6所示的陶瓷表面；当喷砂材料为白刚玉与碳化硅的混合物时，上述具体实施例采用的相关参数可以获得如图7所示的陶瓷表面。这两种陶瓷面的表面粗糙度(Ra)为5，满足实际需要，同时没有表面损伤。

可选的，在不同次的步骤S1采用的喷砂目数不同的基础上，不同次的步骤S1采用的喷砂材料种类、喷射压力、喷砂角度、喷嘴与陶瓷件的相对运动速度、喷嘴直径以及喷嘴出口与待处理表面之间的间距中的至少一者不同。

需要说明的是，为了达到控制待处理表面的表面粗糙度的大小以及降低陶瓷件的表面损伤的目的，上述步骤S1的循环次数以及各次步骤S1的上述相关参数均需要进行相应地设置，但是不同的参数，设置方式存在区别，例如对于不同次的步骤S1，可以在采用不同的喷砂目数的基础上，使其他参数保持固定值不变，而该固定值的设置应满足工艺对表面粗糙度和陶瓷表面损伤的要求。

作为另一个技术方案，本发明实施例还提供的陶瓷件制作方法，包括：

在陶瓷粉粒中加入胶黏剂，形成陶瓷生胚；

对陶瓷生胚进行烧结，形成陶瓷件；

采用本发明上述各个实施例提供的陶瓷件喷砂方法，对陶瓷件的待处理表面进行处理，以获得期望的表面粗糙度。

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，该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。

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)、对陶瓷表面进行平磨。

步骤(6)、对陶瓷件的待处理表面进行处理，以获得期望的表面粗糙度。

其中，上述步骤(6)采用本发明上述各个实施例提供的陶瓷件喷砂方法对陶瓷件的待处理表面进行处理。

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、喷嘴、内衬、介质筒等等。

综上所述，本发明实施例提供的陶瓷件喷砂方法、陶瓷件及其制作方法的技术方案中，通过控制喷砂步骤(即步骤S1)的循环次数以及各次步骤S1的相关参数，该相关参数包括喷砂材料种类、喷射压力、喷砂目数、喷砂角度、喷嘴与陶瓷件的相对运动速度、喷嘴直径以及喷嘴出口与所述待处理表面之间的间距中的至少一种，通过对这些参数进行设置，可以控制陶瓷件的待处理表面的表面粗糙度的大小以及降低陶瓷件的表面损伤，这与现有技术相比，不仅可以减少裂纹等损伤，从而提高陶瓷件的使用寿命，降低使用成本；而且还可以控制陶瓷件的表面粗糙度的大小，从而满足不同工艺对陶瓷件的表面粗糙度的要求。

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。