陶瓷的高频抛光的制作方法

背景技术：

1、本发明涉及一种用于将致密的烧结陶瓷体抛光到非常高的表面平滑度的方法和设备，该烧结陶瓷体适合用作半导体等离子体加工室内的耐腐蚀部件。

2、半导体加工需要与高电场和磁场组合使用基于卤素的气体以产生等离子体环境。该等离子体环境在真空室内产生，用于在半导体衬底上蚀刻或沉积材料。这些真空室包括部件零件，诸如盘或窗、衬垫、注射器、环和圆筒。在半导体等离子体加工期间，衬底通常由衬底架支撑在真空室内，如例如在us 5,262,029和us 5,838,529中所公开的。用于产生等离子体加工环境的工艺气体可以通过各种供气系统供给到室。一些工艺涉及射频(rf)场的使用，并且将工艺气体引入到加工室中，同时将rf场施加到工艺气体以生成工艺气体的等离子体。用于形成这些部件的陶瓷材料，尤其是用于rf应用的陶瓷材料，需要具有近似1×10-3和更小的低介电损耗角正切。比这更高的介电损耗在使用期间引起部件内的过热和热点，导致制程变异性和成品率损失。由高纯度起始粉末制造的部件和保持初始纯度的制造工艺的使用将提供满足这些低损耗要求的烧结陶瓷。苛刻的等离子体加工环境需要对室部件使用高度耐腐蚀和侵蚀的材料。这些部件已经由在等离子体环境中提供腐蚀和冲蚀耐受性的材料形成，并且已经例如在us 5,798,016、us 5,911,852、us 6,123,791和us 6,352,611中有描述。此外，等离子体加工室已经被设计成包括诸如盘、环和圆柱的部件，这些部件将等离子体限制在正在加工的晶圆上。然而，在等离子体加工室中使用的这些零件不断地受到等离子体攻击，并且因此腐蚀、侵蚀或积聚污染物和聚合物堆积。等离子体蚀刻和沉积条件导致室零件暴露于等离子体的表面的腐蚀和粗糙化。这种腐蚀通过将颗粒从部件表面释放到室中而促成晶圆级污染，从而导致半导体装置的成品率损失。

3、为了解决这个问题，室部件通常具有在暴露于工艺气体时耐腐蚀和耐侵蚀的表面层。表面层可形成在可具有优异的机械特性、电学特性或其他优选特性的基底或衬底上。已知例如氧化钇或钇铝石榴石(yag)的耐腐蚀薄膜或涂层会沉积在由不同材料形成的基底或衬底上，耐腐蚀薄膜或涂层比大多数耐腐蚀材料价格更低且强度更高。此类薄膜或涂层已经通过几种方法制成。气相沉积法已经用于在衬底上沉积耐腐蚀薄膜，然而由于内部薄膜应力，气相沉积限于相对薄的层，并且通常在薄膜中存在小孔。这些内部薄膜应力产生差的层间粘附并导致通常在耐腐蚀膜和基材之间的界面处分层，致使这些层易于开裂和剥落，从而导致不期望的微粒污染。通过气溶胶或等离子体喷涂技术制成的耐腐蚀涂层或薄膜通常表现出3％至约50％的高水平孔隙率，以及相应的低密度。此外，通过气溶胶或喷涂方法生产的这些薄膜在衬底材料与耐腐蚀层之间表现出差的界面粘附，导致掉片和脱落以及随后的室污染。

4、因此，需要生产具有表面粗糙度均匀地低于约2微英寸的高度抛光表面的硬质陶瓷材料，用于大尺寸(大于100mm，诸如例如从100mm至625mm)的高强度烧结陶瓷体，以使得能够大规模制造耐腐蚀半导体装置。

技术实现思路

1、有利地，本公开提供了一种用于将大尺寸烧结陶瓷体的表面抛光至约2微英寸至约1.5微英寸的均匀表面平滑度的方法。本文公开了一种抛光多晶烧结陶瓷体的表面的方法，该方法包括以下步骤：a)提供烧结陶瓷体，该烧结陶瓷体包括多晶材料并且具有该多晶材料的理论密度的约99.5％至约99.999％的密度，其中该烧结陶瓷体具有至少一个表面；b)研磨该至少一个表面，直至该表面具有(i)如使用球径计所测量，在该至少一个表面的四个象限上以0°、90°、180°和270°的角度测量的平均不大于25微米的平面度，(ii)小于14微英寸的ra，以及(iii)小于160微英寸的rz；c)在该研磨步骤之后，用精研板和精研介质浆料精研该至少一个表面；d)在精研之后，在一系列抛光步骤中连续地抛光该至少一个表面，直至该至少一个表面呈现≤2微英寸的ra值和≤2微英寸的rz以及大于15微米的平面度的绝对值(如使用球径计所测量)，其中该抛光使用包括椭圆振动的多个轨道砂磨机(也称为轨道砂光机)的装置进行，该轨道砂磨机中的每一个轨道砂磨机包括抛光垫以在抛光期间接触该至少一个表面，其中该一系列抛光步骤包括：i)第一抛光步骤，其中该抛光垫与4微米至10微米粗砂颗粒的浆料一起使用；以及ii)第二抛光步骤，其中该抛光垫与1微米至3微米粗砂颗粒的浆料一起使用。

2、在另一个方面，本发明提供了一种多晶烧结陶瓷体，该多晶烧结陶瓷体包含至少99.99％的yag并且具有至少一个上表面，该上表面具有大于400平方英寸的表面积，该表面在盘的四个象限上具有大于15微米的球径计测量绝对值，以及在该表面积上各自小于或等于2微英寸的ra和rz，以及在该表面积上小于0.045％的孔隙率，其中烧结陶瓷盘具有至少20mm的厚度。

3、在又一个方面，本发明提供了一种抛光设备，该抛光设备包括板，该板包括椭圆振动的多个轨道砂磨机，该轨道砂磨机中的每一个轨道砂磨机包括抛光垫；和可旋转工作台，该可旋转工作台适于旋转待抛光的零件，其中该板在抛光期间保持固定，同时该零件在该工作台上旋转，并且其中该轨道砂光机安装在该板上使得该抛光垫面向该可旋转工作台。

4、本发明的实施方案可以单独使用或彼此组合使用。

技术特征：

1.一种抛光多晶烧结陶瓷体的表面的方法，所述方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述精研步骤包括(i)第一精研步骤，其中所述精研介质是具有30微米至50微米的平均粒度的氧化铝；(ii)第二精研步骤，其中所述精研介质是具有10微米至20微米的平均粒度的氧化铝；以及(iii)第三精研步骤，其中所述精研介质是具有5微米至10微米的平均粒度的氧化铝。

3.根据权利要求2所述的方法，其中所述第一精研步骤中的所述精研介质具有40微米的粒度；(ii)所述第二精研步骤中的所述精研介质具有12微米的粒度；以及(iii)所述第三精研步骤中的所述精研介质具有6微米的粒度。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述多晶材料选自由以下项组成的组：yag、氧化钇、氧化铝、铝酸镁尖晶石、以及氧化钇和氧化锆的组合。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述第一抛光步骤的所述粗砂颗粒是6微米，并且所述第二抛光步骤的所述粗砂颗粒是2微米。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中所述第一抛光步骤的所述粗砂颗粒是6微米，并且所述第二抛光步骤的所述粗砂颗粒是1微米。

7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述抛光步骤之后的所述ra小于0.0381μm(1.5微英寸)。

8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中在所述抛光步骤期间，所述至少一个表面是旋转的，并且所述轨道砂磨机是静止的。

9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述多晶材料是yag。

10.根据权利要求9所述的方法，其中所述烧结陶瓷体的所述密度为yag的所述理论密度的约99.56％至约99.78％。

11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述多晶烧结陶瓷体具有约100mm至约625mm的直径。

12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中砂磨垫以至多12,000rpm的速率在椭圆轨道中旋转，从而在所述至少一个表面上产生0.5m/s至5.0m/s的剪切速度。

13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述多个轨道砂磨机选自三个和四个。

14.根据权利要求13所述的方法，其中所述多个轨道砂磨机为三个。

15.根据权利要求13所述的方法，其中所述多个轨道砂磨机为四个。

16.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中包括多晶材料的所述烧结陶瓷体具有如根据astm标准c1327测量的，由使用0.2kgf的施加的负载的八个测试重复计算的13.0gpa至16.0gpa的平均硬度。

17.一种多晶烧结陶瓷体，所述多晶烧结陶瓷体包含至少99.99％的yag并且具有至少一个上表面，所述至少一个上表面具有大于400平方英寸的表面积，所述表面在盘的四个象限上具有大于15微米的球径计测量绝对值，以及在所述表面积上各自小于或等于2微英寸的ra和rz，以及在所述表面积上小于0.045％的孔隙率，其中烧结陶瓷盘具有至少20mm的厚度。

18.一种抛光设备，所述设备包括：

技术总结一种抛光多晶烧结陶瓷体的表面的方法，该方法包括以下步骤：a)提供烧结陶瓷体，该烧结陶瓷体包括多晶材料并且具有该多晶材料的理论密度的约99.5％至约99.999％的密度，其中该烧结陶瓷体具有至少一个表面；b)研磨该至少一个表面，直至该表面具有(I)如使用球径计所测量，在该至少一个表面的四个象限上以0°、90°、180°和270°的角度测量的平均不大于25微米的平面度，(ii)小于14微英寸的Ra，以及(iii)小于160微英寸的Rz；c)在该研磨步骤之后，用精研板和精研介质浆料精研该至少一个表面；d)在精研之后，在一系列抛光步骤中连续地抛光该至少一个表面，直至该至少一个表面呈现≤2微英寸的Ra值和≤2微英寸的Rz以及大于15微米的平面度的绝对值(如使用球径计所测量)，其中该抛光使用包括椭圆振动的多个轨道砂磨机的装置进行，该轨道砂磨机中的每一个轨道砂磨机包括抛光垫以在抛光期间接触该至少一个表面，其中该一系列抛光步骤包括：i)第一抛光步骤，其中该抛光垫与4微米至10微米粗砂颗粒的浆料一起使用；以及ii)第二抛光步骤，其中该抛光垫与1微米至3微米粗砂颗粒的浆料一起使用。技术研发人员：L·沃克,M·J·多隆,S·瓦格马雷受保护的技术使用者：贺利氏科纳米北美有限责任公司技术研发日：技术公布日：2024/11/4