陶瓷件及其制造方法及半导体加工设备.pdf

本发明公开了一种陶瓷件及其制造方法及半导体加工设备，将经过烧结和机加工的陶瓷件首先进行清洗；然后将陶瓷件用水蒸气加热至95℃以上，或用纯水或超纯水煮沸，进行水合处理；再进行干燥处理。在陶瓷件的表面形成疏水层，既能提高陶瓷件表面的致密性、又提高陶瓷件的耐腐蚀性。将陶瓷件安装在半导体加工设备的工艺腔室中，可以缩短工艺腔室的维护时间和真空状态恢复时间。

1.  一种陶瓷件，其特征在于，所述陶瓷件的表面设有疏水层。

2.  根据权利要求1所述的陶瓷件，其特征在于，所述陶瓷件包括以下至少一种材料：Al₂O₃、Y₂O₃、ZrO₂。

3.  一种权利要求1或2所述的陶瓷件的制造方法，包括烧结步骤、机加工步骤，其特征在于，所述机加工步骤之后包括水合处理步骤，用于在所述陶瓷件的表面形成疏水层。

4.  根据权利要求3所述的陶瓷件的制造方法，其特征在于，所述水合处理步骤包括：将所述陶瓷件用水蒸气加热至95℃以上；或者，用纯水或超纯水煮沸。

5.  根据权利要求4所述的陶瓷件的制造方法，其特征在于，所述水蒸气的压力大于或等于202.65kPa、相对湿度大于或等于90％。

6.  根据权利要求5所述的陶瓷件的制造方法，其特征在于，所述陶瓷件用水蒸气加热的时间为10～40个小时。

7.  根据权利要求6所述的陶瓷件的制造方法，其特征在于，所述陶瓷件加热的时间为36个小时。

8.  根据权利要求3至7任一项所述的陶瓷件的制造方法，其特征在于，所述水合处理步骤之后还包括干燥步骤，所述干燥步骤包括：
将所述水合处理步骤后的陶瓷件移入干燥炉内，在60～80℃的常压环境中加热。

9.  根据权利要求8所述的陶瓷件的制造方法，其特征在于，所述水合处理步骤后的陶瓷件在70℃的环境中加热2小时以上。

10.  根据权利要求3至7任一项所述的陶瓷件的制造方法，其特征在于，所述水合处理步骤之前还包括清洗步骤，所述清洗步骤包括：用干冰固态颗粒冲击所述陶瓷件表面。

11.  根据权利要求10所述的陶瓷件的制造方法，其特征在于，所述干冰固态颗粒的直经为2-3mm。

12.  一种半导体加工设备，包括工艺腔室，其特征在于，所述工艺腔室中设有权利要求1或2所述的陶瓷件。

陶瓷件及其制造方法及半导体加工设备
技术领域
本发明涉及一种半导体加工设备，尤其涉及一种半导体加工设备的工艺腔室内的陶瓷件及其制造方法。
背景技术
在半导体加工设备的工艺腔室内部，通常需要使用陶瓷件如Al₂O₃、Y₂O₃等以支撑晶圆或进行绝缘。这些陶瓷件的工作环境非常苛刻，腐蚀性很高的卤素气体的等离子体能量不断的轰击和侵蚀陶瓷件的表面。同时，由于陶瓷件固有的孔隙率大的特点，使其比表面积增大，使陶瓷件表面与空气中的水分反应性很高。
在定期对腔室进行维护，使陶瓷件暴露在大气环境中时；或对陶瓷件进行湿法清洗时，会使陶瓷件的表面附着大量的水分。这些水分的附着和脱离会造成反应腔室在进行真空状态的恢复时耗时增加，效率降低；可能导致设备工作时对晶圆的刻蚀速率不稳定，产生颗粒脱落和异常放电等问题。
现有技术中，通过控制陶瓷粉体纯度、粒度和陶瓷件表面晶粒和品界的面积比来提高陶瓷零部件的耐腐蚀性。具体操作方法为：使用纯度在99.8％以上的陶瓷粉体，经球磨研磨成粒度为0.2微米至5微米的粉术；之后用该陶瓷粉末制成的陶瓷预制件，并将陶瓷预制件在1300℃到1800℃的温度被烧结；最后将陶瓷预制件进一步机加工得到耐腐蚀的陶瓷件。
上述现有技术至少存在以下缺点：
通过提高陶瓷粉体的纯度，可以提高陶瓷件的耐腐蚀性，但不能解决陶瓷件本身固有的孔隙率大的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种既能提高陶瓷件表面的致密性、又能提高陶瓷件的耐腐蚀性的陶瓷件及其制造方法及半导体加工设备。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
本发明的陶瓷件，所述陶瓷件的表面设有疏水层。
本发明的陶瓷件的制造方法，包括烧结步骤、机加工步骤，所述机加工步骤之后包括水合处理步骤，用于在所述陶瓷件的表面形成疏水层。
本发明的半导体加工设备，包括工艺腔室，所述工艺腔室中设有权利要求1、2或3所述的陶瓷件。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明所述的陶瓷件及其制造方法及半导体加工设备，由于陶瓷件在机加工步骤之后通过水合处理步骤在陶瓷件的表面形成疏水层。既能提高陶瓷件表面的致密性、又能提高陶瓷件的耐腐蚀性。
附图说明
图1为本发明的陶瓷件的结构示意图；
图2为本发明的具体试验例一中，水合处理前、后的陶瓷件的效果对比图；
图3为本发明的具体试验例二中，水合处理前、后的陶瓷件的效果对比图。
具体实施方式
本发明的陶瓷件，其较佳的具体实施方式是，在陶瓷件的表面设有疏水层。这里的陶瓷件可以包括Al₂O₃、Y₂O₃、ZrO₂等材料中的一种或多种，也可以是其它材料的陶瓷件。
本发明的上述的陶瓷件的制造方法，其较佳的具体实施方式是，包括烧结步骤、机加工步骤，在机加工步骤之后包括水合处理步骤，用于在陶瓷件的表面形成疏水层。
具体水合处理步骤可以包括：将陶瓷件用水蒸气加热至95℃以上，水蒸气的压力可以大于或等于202.65kPa、相对湿度可以大于或等于90％。陶瓷件用水蒸气加热的时间可以为10～40个小时，如加热20、30、36个小时等。具体将陶瓷件用水蒸气加热的各个参数可以根据疏水层的厚度、工艺要求等进行调整。
水合处理步骤中，也可以将陶瓷件用纯水或超纯水煮沸加热，实现水合处理。
上述的水合处理步骤之后还可以包括干燥步骤，具体干燥步骤可以包括：
将水合处理步骤后的陶瓷件移入干燥炉内，在60～80℃的常压环境中加热。如将水合处理步骤后的陶瓷件在70℃的环境中加热2小时以上等。
上述的水合处理步骤之前还可以包括清洗步骤，具体清洗步骤可以包括：用干冰固态颗粒冲击所述陶瓷件表面，干冰固态颗粒的直经可以为2-3mm，根据需要也可以选用其它的粒径。
本发明的半导体加工设备，其较佳的具体实施方式是，包括工艺腔室，工艺腔室中设有上述的陶瓷件。
本发明中，将经过烧结和机加工的陶瓷件再进行水合处理，既能提高陶瓷件表面的致密性、又提高陶瓷件的耐腐蚀性，可以缩短陶瓷件安装在工艺腔室后的工艺腔室维护时间和真空状态恢复时间。
具体实施例，如图1所示，包括步骤：
首先，对陶瓷件进行清洗：
为了更好的清洗效果，优选使用直经为2-3mm的干冰固态颗粒在压缩空气的驱动下高速冲击陶瓷件基底12的表面，使其表面附着的有机物和机械加工过程中引入的脏物受到极冷迅速脆化龟裂，与陶瓷件基底12的粘附力大大降低，粉碎的干冰微粒进入裂隙，迅速升华，体积瞬间膨胀近800倍，从而将有机物与陶瓷喷涂膜12表面迅速剥离，达到去除陶瓷件基底12表面有机物和脏物的目的。
然后，进行陶瓷件的水合处理：
水合处理优选采用水蒸气进行水合反应，在压力为202.65kPa以上，相对湿度为90％以上的环境中，在95℃以上的温度下，将所述陶瓷件基底12加热10到40个小时，优选36个小时，使其表面与水蒸气进行水合反应而稳定化，从而在陶瓷件基底12的外表面上形成疏水层11，其生成反应可用下式进行说明：
Al₂O₃+H₂O→Al₂O₃·(H₂O)_n→Al(OH)₃    (本式未考虑价数)。
最后，进行陶瓷件的干燥处理：
将水合处理后陶瓷零部件10移入干燥炉内在70℃常压加热2小时以上，对附着在陶瓷件表面的水分进行干燥，使疏水层11表面上的细小空隙存储的水分脱离。至此，对陶瓷件10的制造过程结束。
本发明将陶瓷件完成最终的机加和清洗后进行水合处理，能显著的提高陶瓷件表面的致密性，改善陶瓷本身固有的孔隙率大的问题。
具体试验例一：
将未经水合处理的陶瓷件和经水合处理的陶瓷件分别用含重量比15％的HF和20％HNO₃的混合溶液浸泡陶瓷件30分钟，之后在纯水中分别对两种陶瓷件进行超声清洗10分钟，通过测量超声清洗后水中的微粒子个数以判断陶瓷件的耐腐蚀性。
测量结果如图2所示，经酸液浸泡并在纯水中进行超声清洗后：
未经水合处理的陶瓷件表面的粒子浓度为3.2E+06个/cm²；经水合处理后的陶瓷件表面粒子浓度为1.8E+06个/cm²。
由此可以判断，经水合处理后的陶瓷件耐腐蚀性有所增加。陶瓷件在进行水合处理后，降低了陶瓷件表面的孔隙率，使得陶瓷件表面与混合酸液的接触面积减少，从而能够降低酸液对陶瓷件表面的腐蚀速度，提高陶瓷件的耐腐蚀性。
具体试验例二：
将未经水合处理的陶瓷件和经水合处理的陶瓷件分别安装在等离子工艺腔室中，并分别对工艺腔室进行真空状态恢复，对比工艺腔室恢复真空状态的耗时。
对比结果如图3所示，安装了经水合处理的陶瓷件的等离子工艺腔室较安装了未经水合处理的陶瓷件的工艺腔室，恢复真空状态的时间缩短了约12％。由于经水合处理的陶瓷件的表面形成的疏水层降低了陶瓷件表面水分的附着，因此等离子工艺腔室在进行真空状态的恢复耗时有所减少。
本发明通过对陶瓷预制件在烧结和机加后进行水合处理，提高了陶瓷件表面的致密性，进而提高了陶瓷件的耐腐蚀性并缩短了工艺腔室维护时间。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。