(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のインターフェースを有し第１のセラミック材料で作られた第１のセラミック製半導体処理器具ピースと、第２のインターフェースを有し第２のセラミック材料で作られた第２のセラミック製半導体処理器具ピースから半導体処理器具を製造する方法であって、
前記第１のインターフェースと前記第２のインターフェースの間に、重量比８９％より多くのアルミニウムを含むアルミニウムろう付け要素を配置するステップと、
前記第１のセラミック製半導体処理器具ピース及び前記第２のセラミック製半導体処理器具ピースを、前記アルミニウムろう付け要素がそれらの間に存在する状態で、処理チャンバ内に配置するステップと、
前記処理チャンバから酸素を除去するステップと、
前記第１のセラミック製半導体処理器具ピースと前記第２のセラミック製半導体処理器具ピースの間に気密シールアルミニウム接合部を形成するように、前記アルミニウムろう付け要素を少なくとも摂氏８００度以上の接合温度に加熱するステップであって、前記気密シールアルミニウム接合部がゼロよりも大きい厚みを有しするステップと、備え、この方法では拡散接合が生じ無い、
ことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記第１のセラミック製半導体処理器具ピースおよび第２のセラミック製半導体処理器具ピースの一方または両方が、窒化アルミニウムを備えている、
請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記アルミニウムろう付け要素は、重量比９９％よりも多いアルミニウムである、
請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記処理チャンバから酸素を除去するステップが、前記処理チャンバに、５×１０Ｅ−５Ｔｏｒｒより低い圧力を適用するステップを備えている、
請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記処理チャンバから酸素を除去するステップが、前記処理チャンバに、１×１０Ｅ−４Ｔｏｒｒより低い圧力を適用するステップを備えている、
請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記アルミニウムろう付け要素を摂氏８００度以上の接合温度に加熱するステップは、該アルミニウムろう付け要素を、摂氏８００度と摂氏１２００度の間の温度まで加熱するステップを備えている、
請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記処理チャンバから酸素を除去するステップは、前記処理チャンバを脱水純粋不活性ガスでパージし前記脱水純粋不活性ガスで補充するステップを備えている、
請求項１に記載の方法。
【請求項８】
ろう付け前の前記アルミニウムろう付け要素は、前記気密シールアルミニウム接合部の厚みよりも大きい厚みを有する、
請求項１に記載の方法。
【請求項９】
半導体処理チャンバで使用されるデバイスであって、
第１のインターフェースを有し第１のセラミック材料で作られた第１のセラミック製半導体処理器具ピースと、
第２のインターフェースを有し第２のセラミック材料で作られた第２のセラミック製半導体処理器具ピースと、
前記第１のセラミック製半導体処理器具ピースと第２のセラミック製半導体処理器具ピースの間の気密シールアルミニウム接合部であって、前記第１のインターフェースと第２のインターフェースとの間に配置され重量比８９％より多くのアルミニウムを含むアルミニウムろう付け要素で形成された気密シールアルミニウム接合部と、備え、
前記気密シールアルミニウム接合部がゼロより大きい厚さを有し、
前記第１および第２のセラミック製半導体処理器具ピースには、前記アルミニウムろう付け要素の拡散がない、
ことを特徴とするデバイス。
【請求項１０】
前記第１のセラミック製半導体処理器具ピースおよび第２のセラミック製半導体処理器具ピースの一方または両方が、窒化アルミニウムを備えている、
請求項９に記載のデバイス。
【請求項１１】
前記アルミニウムろう付け要素は、重量比９９％よりも多いアルミニウムからなるグループから選択されている、
請求項９に記載のデバイス。
【請求項１２】
前記第１のセラミック製半導体処理器具ピースがプレートであり、
前記第２のセラミック製半導体処理器具ピースがシャフトであり、
前記プレートおよびシャフトが静電チャックを形成している、
請求項９に記載のデバイス。
【請求項１３】
前記第１のセラミック製半導体処理器具ピースが第１のプレートであり、
前記第２のセラミック製半導体処理器具ピースが第２のプレートであり、
前記第１および第２のプレートが、ヒータプレートおよび／または静電チャックを形成している、
請求項９に記載のデバイス。
【請求項１４】
第１のプレート層と第２のプレート層との間に配置されたヒータを備え、
前記アルミニウム接合部が、前記ヒータの外縁を回りのリングを備えている、
請求項１３に記載のデバイス。
【請求項１５】
前記ヒータプレートが直径を有し、
前記第１のプレートが、前記ヒータプレートの直径と略等しい直径を有している、
請求項１３に記載のデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物体を互いに接合する方法、より具体的には、セラミック体を接合するろう付け方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
セラミック材料の接合は、非常に高い温度及び非常に高い接触圧力を必要とする工程を伴う場合がある。例えば、液相焼結を、セラミック材料を互いに接合するために用いることができる。このタイプの製造には、少なくとも２つの欠点がある。第１に、大きくて複合的なセラミックピースの高温プレス加工／焼結は、非常に特化された処理オーブン内に大きい物理空間を要求する。第２に、仮に完成ピースの一部分が摩耗のために損傷又は不良になった場合に、大きいピースを分解するのに利用可能な修復方法がない。特別の固定化高温及びこれらのアセンブリを分解することの不能性は、必然的に非常に高い製造費用をもたらす。
【０００３】
他の工程は、強度に向けて適合される場合があり、かつ構造的には十分であるがピースを密封シールしないピース間の強力な結合をもたらすことができる。一部の工程では、拡散結合が用いられ、これは、有意な時間量を要する場合があり、かつ個々のピースをそれらが接合部の近くで新しい合成物を形成するように改質する場合もある。これは、それらをある一定の用途に不向きにし、かつ再加工又は修復及び再接合することを不能にする場合がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
必要とされているものは、セラミックピースを低温で接合するためのかつ密封シールを与え、かつ修復を可能にする接合方法である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一実施形態において、密封シールされた接合部を用いてセラミックピースを接合する方法を提供し、それは、２つのピース間の接合材料の層をろう付けするステップを含むことができる。接合材料の湿潤化及び流れは、接合材料、接合温度、接合雰囲気、及び他のファクタの選択によって制御することができる。セラミックピースは、窒化アルミニウムとすることができ、ピースは、制御された雰囲気下でアルミニウム合金を用いてろう付けすることができる。接合部材料は、基板処理中の処理チャンバ内の環境と加熱器又は静電チャックのシャフト内に見らることができる酸素化雰囲気との両方にその後に耐えるように適応させることができる。
【０００６】
セラミック材料の接合の一部の従来の工程では、材料を接合するために専用オーブン及びオーブン内の圧縮プレス機が必要であった。例えば、液相焼結を用いると、２つのピースは、非常に高い温度及び接触圧力下で互いに接合させることができる。高温液相焼結工程では、１７００℃の範囲の温度及び２５００ｐｓｉの範囲の接触圧力を受ける場合がある。
【０００７】
他の従来の工程では、接合層のセラミック内への及び／又はセラミックの接合層内への拡散を利用する場合がある。このような工程では、接合部区域での反応は、接合部の近くの区域内のセラミックの材料組成の変化を引き起こす場合がある。この反応は、拡散反応を促進する雰囲気内の酸素に依存すると考えられる。
【０００８】
上述の拡散工程とは対照的に、本発明の一部の実施形態による接合方法は、接合されるセラミックピースに対する接合材料の湿潤化及び流れの制御に依存する。一部の実施形態において、接合工程中の酸素の欠如は、接合部区域内の材料を変える反応なしに適正な湿潤化を可能にする。接合材料の適正な湿潤化及び流れを用いて、密封シールされた接合部は、比較的低い温度で達成することができる。本発明の一部の実施形態において、接合工程の前に接合部の区域内のセラミックの事前金属化が行われる。
【０００９】
接合されたセラミック最終製品が使用される一部の用途では、接合部の強度は、重要な設計ファクタではない場合がある。一部の用途では、接合部の両側の雰囲気の分離を可能にするのに接合部の密封性が必要である場合がある。また、セラミックアセンブリ最終製品が露出される場合がある薬剤に対して耐性があるような接合材料の組成も重要である場合がある。接合材料は、そうでなければ接合部の変性及び密封シールの損失を引き起こす場合がある薬剤に対する耐性がなければならない場合がある。接合材料はまた、後で完成したセラミックデバイスによりサポートされる工程を不利に妨げないタイプの材料のものである必要がある場合がある。
【００１０】
本発明の実施形態によって製造されるセラミック最終製品は、過去の工程に対してかなりの省エネルギで製造することができる。例えば、本発明による方法でピースを接合するのに用いられるより低い温度は、ピースを接合するのに使用される従来の液相焼結工程の高温と比較すると所要のエネルギを少なくする。これに加えて、本発明の接合工程は、従来の液相焼結工程に必要とされる専用高温オーブン及び高い物理的接触応力を生成するのに要求される専用固定具及びプレス機が不要であるという点でかなりの省エネルギであると考えられる。
【００１１】
本発明の実施形態によって製造することができる接合されたセラミック最終製品の例は、半導体処理に使用される加熱器アセンブリの製造である。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一部の実施形態による接合部のＳＥＭ断面図である。
【図２】本発明の一部の実施形態による接合部のＳＥＭ断面図である。
【図３】本発明の一部の実施形態による接合部のＳＥＭ断面図である。
【図４】本発明の一部の実施形態による接合部のＳＥＭ断面図である。
【図５】本発明の一部の実施形態による接合部のＳＥＭ断面図である。
【図６】本発明の一部の実施形態による接合されたセラミックアセンブリの例示的な図のスケッチである。
【図７】本発明の一部の実施形態による接合されたセラミックアセンブリの断面図である。
【図８】本発明の一部の実施形態によるスタンドオフメサを有するセラミックピースの斜視図である。
【図９】本発明の一部の実施形態による異なる雰囲気を架橋する接合部の断面図である。
【図１０】接合部の接合一体性を表す図である。
【図１１】接合部の接合一体性を表す図である。
【図１２】接合部の接合一体性を表す図である。
【図１３】接合部の接合一体性を表す図である。
【図１４】接合部の接合一体性を表す図である。
【図１５】接合部の接合一体性を表す図である。
【図１６】接合部の接合一体性を表す図である。
【図１７】接合部の接合一体性を表す図である。
【図１８】接合部の接合一体性を表す図である。
【図１９】接合部の接合一体性を表す図である。
【図２０】本発明の一部の実施形態による半導体処理に使用されるプレートアンドシャフトデバイスの図である。
【図２１】本発明の一部の実施形態によるプレートのための高温プレス機及びオーブンのスケッチである。
【図２２】本発明の一部の実施形態による複数のプレートのための高温プレス機及びオーブンのスケッチである。
【図２３】プレートアンドシャフトデバイスのための高温プレス機及びオーブンのスケッチである。
【図２４】本発明の一部の実施形態によるプレートとシャフトの間の接合部の断面図である。
【図２５】本発明の一部の実施形態によるプレートとシャフトの間の接合部の断面図である。
【図２６】本発明の一部の実施形態によるメサを有するシャフト端部の斜視図である。
【図２７】本発明の一部の実施形態による半導体製造に使用されるプレートアンドシャフトデバイスの部分断面図である。
【図２８】本発明の一部の実施形態によるシャフトとプレートの間の接合部の詳細断面図である。
【図２９】本発明の一部の実施形態によるプレートアンドシャフトデバイスの図である。
【図３０】本発明の一部の実施形態による組み立て待機のプレート及びシャフトの図である。
【図３１】本発明の一部の実施形態による組み立て待機の固定具を有するプレート及びシャフトの図である。
【図３２】本発明の一部の実施形態による組み立て待機の固定具を有するプレート及びシャフトの図である。
【図３３】本発明の一部の実施形態による複数の同心接合層を有するプレート及びシャフトアセンブリの分解組立図である。
【図３４】本発明の一部の実施形態による多層プレートの例示的な断面図である。
【図３５】本発明の一部の実施形態によるプレートアセンブリの部分断面を示す図である。
【図３６】本発明の一部の実施形態によるプレートアセンブリの部分断面を示す図である。
【図３７】本発明の一部の実施形態によるプレートアセンブリの部分断面を示す図である。
【図３８】本発明の一部の実施形態によるプレート層間の加熱器要素を示す図である。
【図３９】本発明の一部の実施形態によるプレート層間の加熱器要素を示す図である。
【図４０】本発明の一部の実施形態によるプレート層間の加熱器要素を示す図である。
【図４１】本発明の一部の実施形態によるプレートアセンブリのための電極を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１は、本発明の一部の実施形態による接合部１０の断面の図である。画像は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を通して見た時のものであり、２０，０００倍の倍率で撮られている。第１のセラミックピース１１は、接合層１３を用いて第２のセラミックピース１２に接合されている。この例示的な実施形態において、第１のセラミックピース及び第２のセラミックピースは、単結晶窒化アルミニウム（ＡｌＮ）で製造される。接合層は、０．４重量％Ｆｅを有するアルミホイルとして開始されている。接合温度は、１２００℃であり、１２０分間保持されたものである。接合は、接合中に約２９０ｐｓｉの接合部にわたる物理的接触圧力で７．３×１０Ｅ−５Ｔｏｒｒの真空下で行われている。
【００１４】
図１は、上側境界１５が第１のセラミックピース１１と接合層１３の間、及び下側境界１６が接合層１３と第２のセラミックピース１及び２の間に存在する接合部を示している。２０，０００倍の倍率で境界領域で見た時に、セラミックピースへの接合層の拡散は見られない。セラミック内の反応の証拠は見られない。境界は、空隙の証拠を示さず、接合工程中にアルミニウムによる境界の完全な湿潤化があったことを確かに示している。接合層に見られる明るいスポット１４は、アルミニウムと鉄の化合物であり、鉄は、接合層に使用された箔の残留物である。
【００１５】
図２は、本発明の一部の実施形態による接合部２０の断面の図である。図は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を通して見た時のものであり、８，０００倍の倍率である。第１のセラミックピース２１は、接合層２３を用いて第２のセラミックピース２２に接合される。この例示的な実施形態において、第１のセラミックピース及び第２のセラミックピースは、単結晶窒化アルミニウム（ＡｌＮ）で製造される。接合層は、０．４重量％Ｆｅを有するアルミホイルとして開始されている。接合温度は、９００℃であり、１５分間保持されたものである。接合は、接合中に接合部にわたる最小の物理的接触圧力で１．９×１０Ｅ−５Ｔｏｒｒの真空下で行われている。接合層２３は、第１のセラミックピース２１及び第２のピース２２の接合後にアルミニウムの残留物層が接合されたピース間に残っていることを示している。
【００１６】
図２は、上側境界２４が第１のセラミックピース２１と接合層２３の間、及び下側境界２５が接合層２３と第２のセラミックピース２２の間に存在する接合部を示している。８，０００倍の倍率で境界領域で見た時に、セラミックピースへの接合層の拡散は見られない。セラミック内の反応の証拠は見られない。境界は、空隙の証拠を示さず、接合工程中にアルミニウムによる境界の完全な湿潤化があったことを確かに示している。接合層に見られる明るいスポット２６は、接合層に使用された箔のＦｅ残留物を含む。
【００１７】
図１及び図２は、単結晶窒化アルミニウムのようなセラミックが接合工程中に完全な湿潤化をもたらしたアルミニウムの接合層で接合される本発明の実施形態による接合部を示している。接合部は、セラミックへの接合層の拡散の証拠、及び接合層内の又はセラミックピース内の反応区域の証拠を示していない。セラミックピース又は接合層内の化学的変換の証拠はない。接合工程後に存在するアルミニウムの残留物層がある。
【００１８】
図３は、多結晶窒化アルミニウムセラミックを使用する本発明の実施形態による接合部３０を示している。図３では、接合層３２が、下側セラミックピース３１に接合されているのを見ることができる。図は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を通して見た時のものであり、４，０００倍の倍率である。この例示的な実施形態において、第１のセラミックピースは、多結晶窒化アルミニウム（ＡｌＮ）で製造される。接合層は、０．４重量％Ｆｅを有するアルミホイルとして開始されている。接合温度は、１２００℃であり、６０分間保持されたものである。接合は、ほぼ４７０ｐｓｉの接合中に接合部にわたる物理的接触圧力で２．４×１０Ｅ−５Ｔｏｒｒの真空下で行われている。
【００１９】
一部の実施形態において、図３〜図５に見られるセラミックのような多結晶ＡｌＮは、９６％ＡｌＮ及び４％イットリアから構成される。このようなセラミックは、セラミックを製造するのに使用される液相焼結中により低い温度を用いることができるので工業用途に使用することができる。より低い温度工程により、単結晶ＡｌＮとは対照的に、セラミックの製造エネルギ消費量及び経費が軽減される。多結晶材料は、脆性が小さいなどの好ましい特性を有することができる。イットリア及びＳｍ２Ｏ３のような他のドーパントは、製造可能性及び材料特性の調節に対して使用されることが多い。
【００２０】
図３は、図１及び図２に見られる単結晶例に関して見られたものと同じく、接合層３２と多結晶ＡｌＮセラミックである第１のセラミックピース３１との境界３３で拡散がないことを示している。境界３３は、図１及び図２に見られたものよりも多少粗いように見えると考えられるが、これは、より粗い元の表面の結果である。拡散は、境界に沿って見られない。
【００２１】
図３〜図５に示されている、９６％ＡｌＮ−４％イットリアセラミックのような多結晶ＡｌＮを用いると、セラミックは、イットリウムアルミン酸塩が散在するＡｌＮ結晶粒を呈する。このセラミックが、Ａｌの液相温度よりも高いようなより高い温度で本発明の一部の実施形態による接合層のようなアルミニウムと共に与えられると、Ａｌろう付け材料は、イットリウムアルミン酸塩と反応する場合があり、セラミックの表面でＡｌＮ結晶粒の一部の脱落及び放出が発生する。
【００２２】
図４は、多結晶窒化アルミニウムセラミックを使用する本発明の実施形態による接合部４０を示している。図４では、接合層４３が、上側セラミックピース４２を下側セラミックピース４１に接合しているのを見ることができる。図は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を通して見た時のものであり、８，０００倍の倍率である。この例示的な実施形態において、第１のセラミックピースは、多結晶窒化アルミニウム（ＡｌＮ）で製造される。接合層は、９９．８％Ａｌを有するアルミ箔として開始されている。接合温度は、１１２０℃であり、６０分間保持されたものである。接合は、接合中に接合部にわたる最小の物理的接触圧力で２．０×１０Ｅ−５Ｔｏｒｒの真空下で行われている。
【００２３】
図４は、接合層４３内のＡｌＮの一部の結晶粒４６を示している。結晶粒４６は、上側セラミックピース４２の表面４４及び／又は下側セラミックピース４１の表面４５から移動している。ＡｌＮ結晶粒は、接合層のアルミニウムが多結晶ＡｌＮの結晶粒間のイットリウムアルミン酸塩を腐食させたために表面から脱落している。ＡｌＮ結晶粒自体は、アルミニウム接合層とは反応しておらず、ＡｌＮ結晶粒へのアルミニウムの拡散の兆候も見られない。本発明の実施形態による工程の条件下でのアルミニウムによる拡散に対してＡｌＮが影響を受けないことは、図１及び図２の単結晶ＡｌＮの例に以前に見ており、かつ図４の多結晶例に維持されている。
【００２４】
図５は、多結晶窒化アルミニウムセラミックを使用する本発明の実施形態による接合部５０を示している。図５では、接合層５２が、上側セラミックピース５１に接合されているのを見ることができる。図は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を通して見た時のものであり、２，３００倍の倍率である。この例示的な実施形態において、第１のセラミックピース５１は、多結晶窒化アルミニウム（ＡｌＮ）で製造される。接合層は、５重量％Ｚｒを有するアルミニウム粉末として開始されている。接合温度は、１０６０℃であり、１５分間保持されたものである。接合は、ほぼ８ｐｓｉの接合中に接合部にわたる物理的接触圧力で４．０×１０Ｅ−５Ｔｏｒｒの真空下で行われたものである。
【００２５】
図１〜図５の例に見られるような接合部は、セラミックピース間の密封シールされた接合部が必要である用途に使用される場合がある。液相焼結を使用してセラミックピースを密封接合する従来の工程では、非常に高い温度、非常に特化されたオーブン及びプレス機、有意な時間量が必要であり、非常に高価であるものであった。本発明の実施形態による工程を使用する密封シールされた接合部によるセラミックの接合では、従来の工程よりも所要温度が低く、処理オーブンは大型ではなく高価でもなく、所要時間が少なく、従って、有意な費用低減をもたらす。これに加えて、接合されたピースは、必要に応じて後で分離及び再加工することができる。
【００２６】
図６は、例示的な接合されたセラミックアセンブリ７０を示している。一部の態様において、窒化アルミニウムのような接合されたセラミックアセンブリ７０は、セラミックから構成される。アルミナ、窒化珪素、炭化珪素、又は酸化ベリリウムのような他の材料を使用してもよい。一部の態様において、第１のセラミックピース７２は、窒化アルミニウムとすることができ、第２のセラミックピース７１は、窒化アルミニウム、ジルコニア、アルミナ、又は他のセラミックとすることができる。一部の本発明の工程では、接合されたセラミックアセンブリ７０構成要素は、第１のピース７２及び第２のピース７１が形成される工程を伴う初期工程において最初に個々に製造することができる。
【００２７】
図７は、第１のセラミックピース７２が、例えば、同じか又は異なる材料で製造することができる第２のセラミックピース７１に接合された接合部の実施形態の断面を示している。ろう付け溶加材料７４のような接合材料が含まれる場合があり、それは、本明細書に説明するろう付け材料又は結合剤の組合せから選択することができ、かつ本明細書に説明する方法により接合部に送出することができる。図７に示す接合部に関して、第１のセラミックピース７２は、第１のセラミックピース７２の接合部界面７３Ａが接合部界面７３Ｂに沿って第２のセラミックピース７１に当接するように位置決めされ、ろう付け溶加材料のみが、接合される表面の間に間置される。接合部の厚みは、図の明瞭さを期すために誇張されている。一部の実施形態において、凹部を嵌合ピースの一方、この例では第１のセラミックピース７２に含めることができ、それによって他の嵌合ピースが凹部内に常駐することができる。
【００２８】
図７に示すような実施形態は、最小ろう付け層厚を維持するようになった複数のスタンドオフを含むことができる。一部の実施形態において、図８で分るように、第２のセラミックピース７１のようなセラミックピースの一方は、第１のセラミックピース７２に接合されることになる第２のセラミックピース７１の端部７３Ｂ上の複数のスタンドオフメサ７５を利用することができる。メサ７５は、第２のセラミックピース７１と同じ構造体の一部とすることができ、ピースから離れる方向に構造体を機械加工で除去することによって構成することができ、メサが残る。メサ７５は、接合工程の後に第１のセラミックピース７２の端部７３Ａに当接することができる。一部の実施形態において、メサは、接合部の最小ろう付け層厚みが得られるように使用することができる。他の実施形態において、接合部の最小ろう付け層厚みは、粉末材料をろう付け層溶加材料に組み込むことによって構成される。その組み込まれた粉末材料の最大粒度により、最小接合部厚みが決まる。粉末材料は、粉末状のろう付け層溶加材料と混合させるか、又はセラミック接合部面上へ塗るか、又は適切な厚みのろう付け層溶加材料箔上に塗るか、又は直接に適切な厚みのろう付け層溶加材料箔に組み込むことができる。一部の実施形態において、ろう付け層材料は、ろう付け前に、シャフト端部とプレートの間にメサ又は粉末粒子によって維持される距離よりも肉厚になる。一部の実施形態において、他の方法を用いて最小ろう付け層厚みを確立することができる。一部の実施形態において、セラミック球体を使用して最小ろう付け層厚みを確立することができる。一部の態様において、接合部厚みは、スタンドオフと隣接する界面との間からろう付け材料の完全に全てを排除することができるというわけではないので、スタンドオフ又は他の最小厚み決定デバイスよりの寸法よりも僅かに肉厚とすることができる。一部の態様において、アルミニウムろう付け層の一部は、スタンドオフと隣接する界面との間に見ることができる。一部の実施形態において、ろう付け材料は、ろう付け前は０．００６インチ厚とすることができ、完成した接合部の最小厚みは、０．００４インチである。ろう付け材料は、０．４重量％Ｆｅを有するアルミニウムとすることができる。
【００２９】
図９に見られるように、ろう付け材料は、両方が従来のろう付け材料に対して有意な問題を呈する場合がある２つの異なる雰囲気間を架橋することができる。接合部の第１の表面では、ろう付け材料は、行われる工程と、接合されたセラミックアセンブリが使用されることになる半導体処理チャンバに存在する環境７７とに適合する必要がある場合がある。接合部の第２の表面では、ろう付け材料は、酸素化雰囲気とすることができる異なる雰囲気７６と適合する必要がある場合がある。セラミックと共に使用される従来のろう付け材料は、これらの基準の両方を満たすことができるわけではなかった。例えば、銅、銀、又は金を含有するろう付け要素は、接合されたセラミックと共にチャンバ内で処理されているシリコンウェーハの格子構造体と干渉する場合があり、従って、適切ではない。しかし、一部の場合には、ろう付けされた接合部の表面には、高温及び酸素化雰囲気が発生する場合がある。この雰囲気に露出されることになるろう付け接合部の部分は、酸化することになり、かつ接合部の中に酸化する場合があり、従って、接合部の密封性の不良をもたらす。半導体製造に使用される接合されたセラミックピース間の接合部は、構造的付着に加えて、殆ど又は全部ではないにしても多くの使用において密封でなければならない。
【００３０】
上述の雰囲気のタイプの両方がこのようなデバイスの接合部にわたって両側で見られる時に、これらの雰囲気の両方に適合することになるろう付け材料はアルミニウムである。アルミニウムは、アルミニウムの酸化の自己制御層を形成する特性を有する。この層は、ほぼ均質であり、形成された状態で、追加の酸化、すなわち、ベースアルミニウムまで通過して酸化工程を継続する化学特性（このようなフッ素の化学特性）を防止するか又は有意に制限する。従って、アルミニウムの酸化又は腐食の初期の短い期間があり、この期間は、その後にアルミニウムの表面上に形成された酸化物（代替的に、フッ素）層により実質的に停止され、又は鈍化される。ろう付け材料は、シート、粉末、薄膜の形態、又は本明細書に説明するろう付け工程に適するあらゆる他の形状因子の形態とすることができる。例えば、ろう付け層は、０．０００１９インチから０．０１１インチ又はそれよりも大きい範囲の厚みを有するシートとすることができる。一部の実施形態において、ろう付け材料は、ほぼ０．００１２インチの厚みを有するシートとすることができる。一部の実施形態において、ろう付け材料は、ほぼ０．００６インチの厚みを有するシートとすることができる。典型的には、アルミニウム中の合金成分（例えば、マグネシウムのような）は、アルミニウムの結晶粒界間の堆積物として構成される。これらの堆積物は、アルミニウム接合層の酸化抵抗力を低減する可能性があるが、典型的には、アルミニウムを通る連続経路を成さず、それによって完全なアルミニウム層を通る酸化剤の通過を可能にせず、従って、腐食抵抗力をもたらすアルミニウムの自己制御酸化物層特性は無傷のままである。堆積物を構成することができる成分を含むアルミニウム合金を使用する実施形態において、冷却プロトコルを含む工程パラメータは、結晶粒界中の沈澱物を最小にするようになると考えられる。例えば、一実施形態において、ろう付け材料は、少なくとも９９．５％の純度を有するアルミニウムとすることができる。一部の実施形態において、９２％よりも高い純度を有することができる市販のアルミ箔を使用するができる。一部の実施形態において、合金が使用される。これらの合金は、Ａｌ−５重量％Ｚｒ、Ａｌ−５重量％Ｔｉ、市販合金＃７００５、＃５０８３、及び＃７０７５を含むことができる。これらの合金は、一部の実施形態において、１１００℃の接合温度で使用することができる。これらの合金は、一部の実施形態において、８００℃と１２００℃の間の温度で使用することができる。これらの合金は、一部の実施形態において、より低い又はより高い温度で使用することができる。
【００３１】
本発明の実施形態による工程の条件下のアルミニウムによる拡散に対してＡｌＮが影響を受けないことは、プレート及びシャフトアセンブリの製造におけるろう付けステップ後のセラミックの材料特性及び材料一体性の保存をもたらす。
【００３２】
一部の実施形態において、接合工程は、非常に低い圧力を与えるようになった処理チャンバ内で実行される。本発明の実施形態による接合工程では、密封シールされた接合部を達成するために酸素の欠如が必要である場合がある。一部の実施形態において、工程は、１×１０Ｅ−４Ｔｏｒｒよりも低い圧力で実行される。一部の実施形態において、工程は、１×１０Ｅ−５Ｔｏｒｒよりも低い圧力で実行される。一部の実施形態において、更に別の酸素除去が、処理チャンバにおけるジルコニウム又はチタンの配置で達成される。例えば、ジルコニウム内側チャンバを接合されることになるピースの周りに設けることができる。
【００３３】
一部の実施形態において、真空以外の雰囲気を使用して密封シールを達成することができる。一部の実施形態において、アルゴン（Ａｒ）雰囲気を使用して、密封接合部を達成することができる。一部の実施形態において、他の希ガスを使用して密封接合部を達成する。一部の実施形態において、水素（Ｈ２）雰囲気を使用して密封接合部を達成することができる。
【００３４】
ろう付け層の湿潤化及び流れは、様々なファクタの影響を受けやすい場合がある。懸念されるファクタは、ろう付け材料組成物、セラミック組成物、処理チャンバ内の雰囲気の化学的構成、特に接合工程中のチャンバ内の酸素のレベル、温度、温度での時間、ろう付け材料の厚み、接合される材料の表面上の特性、接合されるピースの幾何学的形状、接合工程中に接合部にわたって印加される物理的圧力、及び／又は接合工程中に維持される接合部間隙を含む。
【００３５】
一部の実施形態において、セラミックの表面は、接合のためのチャンバ内へのセラミックピースの配置の前に金属化を受ける場合がある。金属化は、一部の実施形態において、摩擦金属化とすることができる。摩擦金属化は、アルミニウムロッドの使用を含むことができる。回転ツールを使用して、ピースが接合される時にろう付け層の近くの区域上でアルミニウムロッドを回転させることができる。摩擦金属化ステップは、何らかのアルミニウムをセラミックピースの表面に残す場合がある。摩擦金属化ステップは、表面をろう付け材料の湿潤化により良好に適合させるように一部の酸化物を除去することによるなどでセラミック表面を多少変える場合がある。
【００３６】
第１及び第２のセラミック体を互いに接合するろう付け方法の例は、第１及び第２のセラミック体間に配置されたアルミニウム及びアルミニウム合金から構成された群から選択されたろう付け層を用いて第１及び第２の物体を一緒にするステップと、ろう付け層を少なくとも８００℃の温度まで加熱するステップと、第２の部材に第１の部材を接合するためにろう付け層が硬化して密封シールを生成するようにろう付け層を融点よりも低い温度に冷却するステップとを含むことができる。ろう付け接合部の様々な幾何学的形状を本明細書に説明する方法によって実施することができる。
【００３７】
本発明の一部の実施形態による接合工程は、以下のステップの一部又は全てを含むことができる。２つ又はそれよりも多くのセラミックピースが、接合に向けて選択される。一部の実施形態において、複数のピースを同じ組の工程ステップにおいて複数の接合層を使用して接合することができるが、説明する内容の明瞭さを期すために、単一の接合層を用いて接合される２つのセラミックピースに対して本明細書に説明する。セラミックピースは、窒化アルミニウムとすることができる。セラミックピースは、単結晶又は多結晶窒化アルミニウムとすることができる。各ピースの各部分は、他方に接合されることになる各ピースの区域として識別されている。例示的な例では、セラミックプレート構造体の底部の一部分が、セラミック中空円筒形構造体の上部に接合されることになる。接合材料は、アルミニウムを含むろう付け層とすることができる。一部の実施形態において、ろう付け層は、＞９９％のアルミニウム含有量の市販のアルミ箔とすることができる。ろう付け層は、一部の実施形態では、箔の複数の層から構成することができる。
【００３８】
一部の実施形態において、接合されることになる特定の表面区域は、事前金属化ステップを受けることになる。この事前金属化ステップは、様々な方法で達成することができる。１つの方法は、何らかのアルミニウムを接合部の区域内の２つのセラミックピースの各々の上へ堆積させることができるように、６０６１アルミニウム合金として回転ツールで回転させて接合部区域内のセラミックに圧接することができる材料のロッドを使用して摩擦の事前金属化工程を使用する。別の方法では、ＰＶＤ、ＣＶＤ、電気鍍金、プラズマ溶射、又は他の方法を用いて事前金属化を適用することができる。
【００３９】
接合前に、２つのピースは、処理チャンバ内にある間に互いに対して固定して何らかの位置制御を維持することができる。この固定は、温度印加中に接触圧力を２つのピース間に及び接合部にわたって構成するために外部的に印加される負荷を印加しやすくすることができる。接触圧力が接合部にわたって印加されるように重りを固定ピース上に置いてもよい。重量は、ろう付け層の面積に比例することができる。一部の実施形態において、接合部にわたって印加される接触圧力は、接合部接触区域上へほぼ２〜５００ｐｓｉの範囲とすることができる。一部の実施形態において、接触圧力は、２〜４０ｐｓｉの範囲とすることができる。一部の実施形態において、最小圧力を使用してもよい。このステップで使用する接触圧力は、２０００〜３０００ｐｓｉの範囲の圧力を使用する場合がある従来の工程に見られるような高温プレス加工／焼結を使用する接合ステップに見られる接触圧力よりも有意に低い。
【００４０】
スタンドオフとしてメサを使用する実施形態において、図８で見られるように、熱の印加前のろう付け層の元の厚みは、メサの高さよりも大きい。ろう付け層温度が液相温度に到達して超えると、接合されるピース間のろう付け層にわたる圧力により、第１のピース上のメサが第２のピース上の界面に接触するまで、ピース間の相対運動が引き起こされることになる。その時点で、接合部にわたる接触圧力は、もはや外力によって供給されなくなる（ろう付け層内の反発力（もしあれば）に対する抵抗としてのものを除く）。メサは、ろう付け層がセラミックピースの完全な湿潤化の前に接合部区域から強制的に押し出されるのを防止することができ、従って、接合工程中のより良好及び／又は完全な湿潤化を可能にすることができる。一部の実施形態においては、メサを使用しない。
【００４１】
その後に、固定したアセンブリを処理オーブン内に置くことができる。オーブンを５×１０Ｅ−５Ｔｏｒｒよりも低い圧力まで排気することができる。一部の態様において、真空により、残留物酸素が除去される。一部の実施形態において、１×１０Ｅ−５Ｔｏｒｒ未満の真空を使用する。一部の実施形態において、固定したアセンブリを酸素誘引体として作用するジルコニウム内側チャンバに入れ、処理中の接合部の方向に進むことがある残留酸素が更に低減される。一部の実施形態において、酸素を除去するために、処理オーブンをパージしてアルゴンガスのような純粋に乾操した純粋な希ガスを補充する。一部の実施形態において、酸素を除去するために、処理オーブンをパージして純水素を補充する。
【００４２】
その後に、固定具アセンブリは、温度の増加を受け、接合温度で保持される。加熱サイクルの開始時に、勾配を最小にするために及び／又は他の理由で、真空を加熱した後に回復することを可能にするために温度をゆっくり、例えば、１５℃／分で２００℃まで、その後に、２０℃／分で標準化された温度、例えば、６００℃まで、かつ接合温度まで上げて固定のドエル時間にわたって各々の温度に保持することができる。ろう付け温度に到達した時に、ろう付け反応を行うために温度をしばらく保持することができる。例示的な実施形態において、ドエル温度は、８００℃とすることができ、ドエル時間は、２時間とすることができる。別の例示的な実施形態において、ドエル温度は、１０００℃とすることができ、ドエル時間は１５分とすることができる。別の例示的な実施形態において、ドエル温度は、１１５０とすることができ、ドエル時間は、３０〜４５分とすることができる。一部の実施形態において、ドエル温度は、最大値１２００℃を超えない。一部の実施形態において、ドエル温度は、最大値１３００℃を超えない。十分なろう付けドエル時間の達成時に、炉は、２０℃／分の割合で、又は固有のオーブン冷却速度がより小さい時には２０℃／分より低い割合で室温まで冷却することができる。炉は、大気圧までもたらされ、開くことができ、ろう付けしたアセンブリは、検査、特徴付け、及び／又は評価のために取り出すことができる。
【００４３】
使用する温度が高すぎて期間が長すぎると、有意なアルミニウム蒸発の結果として空隙が接合層に形成される場合がある。空隙が接合層に形成されると、接合部の密封性が失われる可能性がある。アルミニウム層が蒸発してしまわないように、かつ密封接合部が達成されるように工程温度及び工程温度の持続時間を制御することができる。上述の他の工程パラメータに加えて、適切な温度及び加工持続時間制御を用いて連続的な接合部を構成することができる。本明細書に説明するような実施形態によって達成される連続的な接合部は、部品の密封シール、並びに構造的付着をもたらすことになる。
【００４４】
ろう付け材料は、流れて、接合されるセラミック材料の表面の湿潤化を可能にすることになる。アルミニウムろう付け層を用いて、かつ本明細書に説明する十分に低いレベルの酸素が存在する場合に、窒化アルミニウムのようなセラミックが接合された時に、接合部は、ろう付けされた密封接合部である。これは、一部の従来のセラミック接合工程で見られる拡散結合とは対照的である。
【００４５】
一部の実施形態において、接合されるピースは、圧力がろう付け中にろう付け層にわたって掛からないように構成することができる。例えば、支柱又はシャフトを嵌合ピースの皿穴又は凹部に設けることができる。皿穴は、支柱又はシャフトの外寸より大きいとすることができる。それによってその後にアルミニウム又はアルミニウム合金を充填することができる支柱又はシャフトの周りの区域を構成することができる。このシナリオでは、接合中に２つのピース間にそれらを保持するために掛けられた圧力は、ろう付け層にわたるいかなる圧力ももたらす恐れはない。また、圧力がほとんど又は全くピース間に掛からないように固定具を使用して各ピースを好ましい末端位置に保持することができる。
【００４６】
上述のように接合された接合アセンブリは、接合ピース間に密封シールを有するピースをもたらす。その後に、雰囲気隔離がアセンブリの使用において重要な態様である場合にこのようなアセンブリを使用することができる。更に、その後に接合されたアセンブリを例えば半導体加工に使用した時に様々な雰囲気に露出される可能性がある接合部の部分は、このような雰囲気において劣化せず、また、その後の半導体加工で汚染物質を発生させたりしない。
【００４７】
密封接合部及び非密封接合部は、いずれも、ピースを分離するためには有意な力が必要であるという点でピースを強力に接合することができる。しかし、接合部が強力であるという事実は、接合部が密封シールを与えるか否かを決定しない。密封接合部を得ることができるか否かは、接合部の湿潤化に関連する場合がある。湿潤化することは、液体の機能又は別の材料の表面を引き延ばす傾向を説明する。ろう付けされた接合部の湿潤化が不十分である場合に、結合がない区域があることになる。十分に湿潤化されていない区域がある場合に、ガスが、接合部を通過する可能性があり、漏れが発生する。湿潤化は、ろう付け材料の溶融において異なるステップでの接合部にわたる圧力によって影響を受ける場合がある。特定の最小距離よりも大きい時にろう付け層の圧縮を制限するために、メサスタンドオフ、又は適切な直径のセラミック球体又は粉末粒子の挿入のような他のスタンドオフデバイスを使用して、接合部の区域の湿潤化を高めることができる。接合工程中にろう付け要素がかかわる雰囲気の慎重な制御により、接合部の区域の湿潤化を高めることができる。接合部厚みの慎重な制御及び工程中に使用される雰囲気の慎重な制御を組み合わせて、他の工程では達成することができない接合側境界区域の完全な湿潤化を得ることができる。更に、他の参照したファクタに関連して、メサスタンドオフ高さよりも厚い適切な厚みであるろう付け層を使用して、非常に良好な湿潤化を伴なった密密封接合部を得ることができる。様々な接合層厚で成功すると考えられるが、接合層厚みを上げると、接合部の密封面の成功率を高めることができる。
【００４８】
接合部の音響画像化により、接合部の均一性を見ることができ、更に、空隙及び／又は通路が接合部に存在するか否かを決定することができる。密封であるべき試験された接合部の得られた画像は、均一な空隙のない接合部を示し、一方、非密封であるべき試験された接合部の画像は、セラミックろう付け層インターフェース内に空隙又は大きい非結合区域を示している。聴覚映像に見られる例では、リングが平坦面に結合されている。リングは、典型的には、外径が１．４０インチ、内径が１．１８３インチ、接合部インターフェースが、ほぼ０．４４平方インチである。平坦面へのリングの結合は、例えば、加熱器のアセンブリに見ることができるようにプレートの中空シャフトの接合を示している。
【００４９】
図１０は、本発明によって構成した接合部の接合部一体性の音響センシングを使用して生成した画像である。接合部は、多結晶窒化アルミニウムの２つのピース間にあったものである。ろう付け層材料は、６０６１アルミニウム合金を使用する摩擦金属化ステップに合わせた各々が０．０００６インチ厚みの９９．８％アルミ箔の３つの層であった。接合温度を４５分間１１００℃に保持した。１×１０Ｅ−５Ｔｏｒｒよりも低い圧力に保持した処理チャンバ内のジルコニウム箱の中で接合が行われた。スタンドオフは使用しなかった。画像は、良好な湿潤化がセラミック上にある位置で無地の暗色を表示している。白色／明るい区域は、セラミックの接合表面での空隙を示している。見られるように、接合部の良好かつ十分な一体性がある。この接合部は、密封接合部であった。密封性は、標準的な市販の質量解析計ヘリウム漏れ検知器により確認されるように、＜１×１０Ｅ−９ｓｃｃｍのＨｅ／ｓｅｃの真空漏れ率を有することによって確認されている。
【００５０】
図１１は、本発明によって構成した接合部の接合部一体性の音響センシングを使用して生成した画像である。接合部は、多結晶窒化アルミニウムの２つのピース間にあったものである。ろう付け材料は、６０６１アルミニウム合金を使用する摩擦金属化ステップによる２層の９９．８％アルミ箔であった。接合温度を４５分間１１００℃に保持した。１×１０Ｅ−５Ｔｏｒｒよりも低い圧力に保持した処理チャンバ内のジルコニウム箱の中で接合が行われた。画像は、良好な湿潤化がセラミック上にある位置で無地の暗色を表示している。白色／明るい区域は、セラミックの接合表面での空隙を示している。見られるように、接合部の良好かつ十分な一体性がある。この接合部は、密封接合部であった。
【００５１】
図１２は、接合部の接合部一体性の音響センシングを使用して生成した画像である。接合部は、多結晶窒化アルミニウムの２つのピース間にあったものである。ろう付け材料は、摩擦金属化ステップなしの３層の９９．８％アルミ箔であった。接合温度を４５分間１１００℃に保持した。１×１０Ｅ−５Ｔｏｒｒよりも低い圧力に保持した処理チャンバ内のジルコニウム箱の中で接合が行われた。画像は、良好な湿潤化がセラミック上にある位置で無地の暗色を表示している。白色／明るい区域は、セラミックの接合表面での空隙を示している。見られるように、接合部の一体性がある。この接合部は、密封接合部であった。しかし、空隙の一部の区域が両側から近寄っていることを見ることができる。接合部は、密封の一体性を維持していたが、上述の摩擦金属化を伴う場合よりも多い空隙が明らかであった。
【００５２】
図１３は、接合部の接合部一体性の音響センシングを使用して生成した画像である。接合部は、多結晶窒化アルミニウムの２つのピース間にあったものである。この接合部では、最小接合部厚みを維持するためにメサスタンドオフを使用した。３つのメサが、円形シャフト要素上にあった。メサは、高さ０．００４インチであった。ろう付け材料は、＞９９％アルミニウムであった。ろう付け層は、ろう付け前は０．００６インチ厚であった。接合温度を３０分間１２００℃に保持した。１×１０Ｅ−５Ｔｏｒｒよりも低い圧力に保持した処理チャンバ内で接合が行われた。１８ポンドの印加負荷を用いて、圧力を接合部にわたって印加した。スタンドオフは、接合部厚みがスタンドオフ高さよりも低くなるのを防止した。１組のスタンドオフメサを使用するこの場合に、接合部の湿潤化は、従来の接合部画像に見られた接合部の湿潤化よりも優れていることを見ることができる。接合部の完全な湿潤化があり、空隙がない。この接合部は、密封接合部であった。高い真空に関連して最小接合部厚みを構成するためにスタンドオフメサを使用し、従って、聴覚映像により明らかにされる非常に高い品質の接合部が得られる。３つのスタンドオフメサの位置は、等しく半径方向に広がった接合部内に見られる３つのドットによって示されている。
【００５３】
図１４は、接合部の接合部一体性の音響センシングを使用して生成した画像である。接合部は、多結晶窒化アルミニウムの２つのピース間にあったものである。ろう付け材料は、摩擦金属化ステップなしの２層の９９．８％アルミ箔であった。最小接合部厚みを決定するスタンドオフはなかった。接合温度を４５分間１１００℃に保持した。１×１０Ｅ−５Ｔｏｒｒよりも低い圧力に保持した処理チャンバ内のジルコニウム箱の中で接合が行われた。画像は、良好な湿潤化がセラミック上にある位置で無地の暗色を表示している。白色／明るい区域は、セラミックの接合表面での空隙を示している。この接合部は、密封接合部ではなかった。ろう付け層は、図１２の例よりも薄かった。上述したように、ろう付け材料の厚みは、接合工程により確実に密封シールされた接合部が得られるか否かを決定するファクタの１つである。
【００５４】
図１５は、接合部の接合部一体性の音響センシングを使用して生成した画像である。接合部は、多結晶窒化アルミニウムの２つのピース間にあったものである。ろう付け材料は、摩擦金属化ステップのない３層の７０７５アルミニウム合金箔であった。接合温度を４５分間１１００℃に保持した。１×１０Ｅ−５Ｔｏｒｒよりも低い圧力に保持した処理チャンバ内でジルコニウム箱を使用せずに接合が行われた。画像は、良好な湿潤化がセラミック上にある位置で無地の暗色を示している。白色／明るい区域は、セラミックの接合表面での空隙を示している。この接合部は、密封接合部であったが、多くの空隙が見られる。上述したように、温度下で接合部に利用可能な酸素の量は、接合工程により密封シールされた接合部が得られるか否かを決定するファクタの１つである。図１４及び図１５は、高い真空においてさえも、複数の薄い層をろう付けに使用し、かつスタンドオフメサのない工程により、どのようにして不均一な湿潤化が発生するのかの例である。接合部が密封接合部であるが湿潤化がないこと及び有意な量の空隙は、この工程による手法が、単一ピースろう付け要素の使用ほど確実ではないと考えられることを示している。これとは対照的に、図１３は、スタンドオフメサ、単一ピースろう付け要素、及び高い真空雰囲気を用いて見られる完全な湿潤化を示している。
【００５５】
図１６は、接合部の接合部一体性の音響センシングを使用して生成した画像である。接合部は、多結晶窒化アルミニウムの２つのピース間にあったものである。この接合部では、最小接合部厚みを維持するためにメサスタンドオフを使用した。３つのメサが、円形シャフト要素上にあった。メサは、高さ０．００４インチであった。ろう付け材料は、＞９９％アルミニウムであった。ろう付け層は、ろう付け前は０．００６インチ厚であった。接合温度を３０分間１１５０℃に保持した。アルゴンガス環境において大気圧に保持した処理チャンバ内で接合が行われた。供給されたアルゴンは９９．９９９％の純度であり、処理チャンバに入る前に除湿器に通した。数ｓｌｍ（標準リットル／分）の流量をろう付け工程中に使用した。スタンドオフは、接合部厚みがスタンドオフ高さよりも薄くなるのを防止した。１組のスタンドオフメサを使用するこの場合では、接合部の湿潤化は、非常に均一かつ完全であることを見ることができる。３つのスタンドオフメサの位置は、等しく半径方向に広がった接合部内に見られる３つのドットによって示されている。接合部の完全な湿潤化があり、空隙はほぼない。この接合部は、密封接合部であった。高純度アルゴンに関連して最小接合部厚みを構成するためにスタンドオフメサを使用し、従って、聴覚映像により明らかにされる非常に高い品質の接合部が得られる。
【００５６】
図１７は、接合部の接合部一体性の音響センシングを使用して生成した画像である。接合部は、多結晶窒化アルミニウムの２つのピース間にあったものである。この接合部では、最小接合部厚みを維持するためにメサスタンドオフを使用した。３つのメサが、円形シャフト要素上にあった。メサは、高さ０．００４インチであった。ろう付け材料は、＞９９％アルミニウムであった。ろう付け層は、ろう付け前は０．００６インチ厚であった。接合温度を３０分間１１５０℃に保持した。水素ガス環境において大気圧に保持した処理チャンバ内で接合が行われた。供給された水素ガスは、９９．９９９％の純度であり、更に、処理チャンバに入る前に清浄器に通した。数ｓｌｍの流量をろう付け工程中に使用した。スタンドオフは、接合部厚みがスタンドオフ高さよりも低くなるのを防止した。３つのスタンドオフメサの位置は、等しく半径方向に広がった接合部内に見られる３つのドットによって示されている。１組のスタンドオフメサを使用するこの場合では、接合部の湿潤化は、非常に均一かつ完全であることを見ることができる。接合部の完全な湿潤化があり、空隙はほぼない。この接合部は、密封接合部であった。高純度水素ガスに関連して最小接合部厚みを構成するためにスタンドオフメサを使用し、従って、聴覚映像により明らかにされる非常に高い品質の接合部が得られる。
【００５７】
図１８は、接合部の接合部一体性の音響センシングを使用して生成した画像である。接合部は、多結晶窒化アルミニウムの２つのピース間にあったものである。この接合部では、最小接合部厚みを維持するためにメサスタンドオフを使用した。３つのメサが、円形シャフト要素上にあった。メサは、高さ０．００４インチであった。ろう付け材料は、＞９９％アルミニウムであった。ろう付け層は、ろう付け前は０．００６インチ厚であった。接合温度を３０分間１１５０℃に保持した。窒素ガス環境において大気圧に保した処理チャンバ内で接合が行われた。供給された窒素ガスは、９９．９９９％の純度であった。数ｓｌｍの流量をろう付け工程中に使用した。スタンドオフは、接合部厚みがスタンドオフ高さよりも低くなるのを防止した。この場合に、接合部の湿潤化は、均一ではなく、かつ完全ではないことを見ることができる。接合部の完全な湿潤化はなく、観測可能な空隙がある。この接合部は、密封接合部ではなかった。高純度窒素ガスを使用した結果、真空、アルゴンガス、及び水素ガスの聴覚映像により明らかにされる非常に高い品質ではない接合部がもたらされる。
【００５８】
図１９は、接合部の接合部一体性の音響センシングを使用して生成した画像である。接合部は、多結晶窒化アルミニウムの２つのピース間にあったものである。この接合部では、最小接合部厚みを維持するためにメサスタンドオフを使用した。３つのメサが、円形シャフト要素上にあった。メサは、高さ０．００４インチであった。ろう付け材料は、＞９９％アルミニウムであった。ろう付け層は、ろう付け前は０．００６インチ厚であった。接合温度を３０分間１１００℃に保持した。通常の空気雰囲気の環境において大気圧に保持した処理チャンバ内で接合が行われた。スタンドオフは、接合部厚みがスタンドオフ高さよりも低くなるのを防止した。この場合に、接合部の湿潤化は、均一ではなく、かつ完全ではないのを見ることができる。接合部の完全な湿潤化はなく、観測可能な空隙がある。この接合部は、密封接合部ではなかった。通常の雰囲気を使用した結果、真空、アルゴンガス、及び水素ガスの聴覚映像により明らかにされる非常に高い品質の接合部ではない接合部がもたらされる。
【００５９】
図１８（窒素）及び１９（空気）は、スタンドオフメサだけを使用した結果、高品質の完全な湿潤化による空隙のない密封接合部を得ることができないことを示している。図１３（高い真空度）は、スタンドオフメサ及び高い真空度を使用して、高品質の完全な湿潤化による空隙のない密封接合部が得られることを示している。本発明の実施形態によるアルミニウムをろう付け層として使用し、かつ工程パラメータを使用する温度が比較的低いこの接合工程により、構成要素、特にセラミック構成要素の高品質の密封接合が得られる。本発明の実施形態による工程により、セラミック構成要素の低コストで高品質の接合が可能になり、かつ必要に応じてその後の時点で構成要素の分離が可能である。図１６（アルゴン）及び１７（水素）は、雰囲気を入念にかつ適切に制御した場合に、非真空工程により、高品質密封接合部を得ることができることを示している。このような実施形態においては、チャンバ内の酸素及び窒素を排気するために水素のような非酸化ガス又は高純度希ガスを使用する。
【００６０】
ろう付け工程中に有意な量の酸素又は窒素があると、接合部インターフェースの完全な湿潤化を妨げる反応が発生する可能性があり、それによって結果的に密封ではない接合部をもたらす可能性がある。完全な湿潤化がなければ、湿潤化されていない区域が、接合部インターフェースにおいて最終接合部内に導入される。十分に連続的な湿潤化されていない区域が導入される時に、接合部の密封性が失われる。
【００６１】
窒素の存在により、窒素が溶融アルミニウムと反応して窒化アルミニウムを形成する可能性があり、この反応形成は、接合部インターフェースの湿潤化を妨げる可能性がある。同様に、酸素の存在により、酸素が溶融アルミニウムと反応して酸化アルミニウムを形成する可能性があり、反応形成は、接合部インターフェースの湿潤化を妨げる可能性がある。５×１０−５Ｔｏｒｒよりも低い圧力の真空雰囲気を使用すると、接合部インターフェース及び密封接合部の完全にロバストな湿潤化を可能にするほど十分に酸素及び窒素を除去することが示されている。一部の実施形態では、例えば、ろう付けステップ中に処理チャンバ内で大気圧を含むより高い圧力を使用するが、水素のような非酸化ガス又はアルゴンのような純粋な希ガスを使用して、接合部インターフェース及び密封接合部のロバストな湿潤化が得られた。先に言及した酸素反応を回避するためには、接合部インターフェースの完全な湿潤化に悪影響を与えないように、ろう付け工程中の処理チャンバ内の酸素の量は、十分に低くなければならない。先に言及した窒素反応を回避するためには、接合部インターフェースの完全な湿潤化に悪影響を与えないように、ろう付け工程中に処理チャンバに存在する窒素の量は、十分に低くなければならない。
【００６２】
最小接合部厚みの維持と連携してろう付け工程中の適切な雰囲気を選択すると、接合部の完全な湿潤化を可能にすることができる。逆に、不適切な雰囲気を選択すると、不良な湿潤化、空隙をもたらし、更には、非密封接合部をもたらす可能性がある。雰囲気の制御と制御された接合部厚みの適切な組合せは、適正な材料選択及びろう付け中の温度と共に、密封接合部による材料の接合を可能にする。
【００６３】
本明細書に説明するような接合方法の別の利点は、本発明の一部の実施形態によって製造される接合部が、必要に応じてそれらの２つの構成要素の一方を修復又は交換するように構成要素の取り外しを可能にすることができるという点である。この接合工程は、セラミック内への接合層の拡散によりセラミックピースを改質するものではないので、セラミックピースは、従って、再利用することができる。
【００６４】
セラミック材料を使用して加熱器及び静電チャックのような構成要素を製造する従来の方法では、専用雰囲気（真空、不活性、又は還元雰囲気のような）、非常に高い温度、及び非常に高い接触圧力を伴う工程ステップが必要であった。接触圧力は、プレス機を使用して印加される場合があり、これらのプレス機は、真空及び高温のような専用雰囲気をもたらす処理チャンバの内側で作動するように適応させる場合がある。これには、処理チャンバ内でグラファイトのような耐火材料で製造された専用プレス機及び固定具が必要である場合がある。これらの配置の経費及び複雑性は、非常に高くなる場合がある。更に、プレスすることを必要とする構成要素が大きいほど、このような処理オーブンに置くことができる構成要素数が少なくなる。プレス機付きの処理オーブン内の工程の持続時間が日数で測定される場合があるので、更には処理オーブン／プレス機の製造及び運転に関連の大きい出費を考慮すると、構成要素の製造中に非常に高い温度、専用雰囲気、及び非常に高い接触圧力をもたらすこれらの処理オーブンを使用するステップ数が少なくなり、結果的に大幅な低減になる。
【００６５】
図２０は、半導体処理に使用される加熱器のような例示的なプレートアンドシャフトデバイス１００を示している。一部の態様において、プレートアンドシャフトデバイス１００は、窒化アルミニウムのようなセラミックから構成される。加熱器は、結果的にプレート１０２を支持するシャフト１０１を有する。プレート１０２は、上面１０３を有する。シャフト１０１は、中空シリンダとすることができる。プレート１０２は、平らなディスクとすることができる。他の下位構成要素が存在する場合がある。一部の本発明の工程では、プレート１０２は、セラミックプレートが形成される処理オーブンを伴う初期工程において個々に製造することができる。
【００６６】
図２１は、プレス機１２１を有する処理オーブン１２０を概念的に示している。プレス機１２１によりプレスされるようになった固定具１２３内の温度下でプレート１２２を圧縮することができる。シャフト１０１も、同様に工程ステップで製造することができる。一般的な工程では、プレート及びシャフトは、約４重量％のイットリアのような焼結助剤を組み込む窒化アルミニウム粉末のモールド内への装填、次に、典型的に「緑色」セラミックと呼ぶ「固体」状態への窒化アルミニウム粉末の突き固め、次に、窒化アルミニウム粉末の密度を高めて中実セラミック本体にする高温液相焼結工程によって形成される。高温液相焼結工程は、１７００℃の範囲の温度及び２５００ｐｓｉの範囲の接触圧力を生じる場合がある。その後に、本体は、ダイヤモンド研磨材料を使用する通常の研削方法により所要の幾何学的形状に成形される。
【００６７】
シャフトの複数の機能があり、１つは、加熱器要素、並びに加熱器プレート内に埋め込むことができる様々な他の電極タイプに電力を印加するために真空チャンバの壁を通じて真空密封電気伝送を行うことである。別の機能は、熱電対のようなモニタリングデバイスを使用して加熱器プレートの温度モニタリングを可能にし、その熱電対が熱電対及び処理薬剤の材料間の腐食のような相互作用を回避するために処理チャンバの外側に常駐することを可能にし、並びに熱電対接合部が迅速な応答が得られるように非真空環境において作動することを可能にすることである。別の機能は、先に言及した電気伝送に使用される材料の処理環境からの絶縁をもたらすことである。電気伝送に使用される材料は、典型的には金属材料であり、これらの材料は、それによって処理環境に使用される処理薬剤と相互作用する可能性があり、従って、処理結果に悪影響を与え、かつ電気伝送に使用される金属材料の寿命に悪影響を与える可能性がある。
【００６８】
プレートの比較的平らな性質を考慮すると、複数のプレート１４２は、図２２に概念的に見られるように、処理オーブン１４０内に常駐するプレス機１４１の軸線方向に沿って複数のプレート成型固定具１４３を積み重ねることにより、単一の工程内に構成することができる。シャフトも、処理オーブン内のプレス機を使用して類似の工程で構成することができる。
【００６９】
半導体処理に使用される加熱器を製造する全体的な工程では、プレートを形成するステップ及びシャフトを形成するステップには、いずれも時間及びエネルギの有意な関与が必要である。専用高温オーブンの経費を考慮すると、更に、プレートを形成する工程ステップ及びしシャフトを形成する工程ステップの各々は、何日もの専用処理オーブンの使用が必要な場合があることを考慮すると、時間及び金額の両方の投資は、単にシャフト及びプレートが完成される時点までの全体的な工程を得るために投資されたものである。しかし、専用処理オーブン内の更に別のステップが、本発明の工程においてシャフトにプレートを固定するのに要求される。このステップの例は、プレス機を有する専用高温処理オーブンにおいて液相焼結ステップを使用してシャフトをプレートに接合することになる。また、専用処理オーブンにおけるこの第３のステップには、加熱器の組み立て後の構成はシャフトの長さ及びプレートの直径を含むので、有意な空間がこのような処理オーブンに必要である。シャフトのみの製造は、同様の量の軸線方向の長さを必要とする場合があるが、シャフトの直径は、複数のシャフトを単一の工程において並行して製造することができるようなものである。
【００７０】
図２３に見られるように、シャフトをプレートに焼結する接合工程では、ここでもまた、プレス機１６１を有する処理オーブン１６０の使用が必要である。１組の固定具１６４、１６５が、プレート１６２及びシャフト１６３を位置決めしてプレス機１６１によって送出される圧力を伝達するのに使用される。
【００７１】
加熱器が完成した状態で、それは、半導体処理に使用することができる。加熱器は、腐食性ガス、高温、熱サイクル、及びガスプラズマを含む厳しい条件に使用される可能性がある。これに加えて、加熱器は、不慮の衝突を受けやすい場合がある。プレート又はシャフトが損傷した場合に、液相焼結により接合されたプレートアンドシャフトデバイスの修復の機会が限られ、一部の場合には存在しない。
【００７２】
セラミックプレートにセラミックシャフトを接合する別の従来の方法は、プレートへのシャフトのボルト留めを伴っている。このようなシステムは、シールの品質を高めるために隣接面が研磨される場合でさえ密封ではない。処理ガス浸入を低減するためにシャフトの内側への一定の正のパージガス圧力が必要である。
【００７３】
半導体処理機器を製造する改良型の方法は、高温及び高い接触圧力での追加の液相焼結という時間を消費する高価なステップのないシャフト及びプレートを最終接合アセンブリに接合するステップを伴う場合がある。シャフト及びプレートは、セラミックを接合するろう付け方法で接合することができる。
【００７４】
図２４は、例えば、セラミックシャフト１８１とすることができる第１のセラミック体を同じか又は異なる材料で製造することができて、例えば、セラミックプレート１８２とすることができる第２のセラミック体に接合することができる接合部の実施形態の断面を示している。本明細書に説明するろう付け材料又は結合剤の組合せから選択することができ、かつ本明細書に説明する方法により接合部に送出することができるろう付け溶加材料１８０を含めることができる。図２４に示す接合部に関して、シャフト１８１は、それがプレートに当接するように位置決めされ、ろう付け溶加材料のみが、接合される面、例えば、シャフト１８１の端部１８５の端面１８３とプレート１８２の界面１８４との間に間置される。接合部の厚みは、図の明瞭さを期すために誇張されている。
【００７５】
図２５は、例えば、セラミックシャフト１９１とすることができる第１のセラミック体を同じか又は異なる材料で製造することができ、かつ例えばセラミックプレート１９２とすることができる第２のセラミック体に接合することができる接合部の第２の実施形態の断面を示している。本明細書に説明するろう付け層材料の組合せから選択することができ、かつ本明細書に説明する方法により接合部に送出することができるろう付け層１９０のような接合材料を含めることができる。一部の態様において、プレートは、窒化アルミニウムとすることができ、シャフトは、ジルコニア、アルミナ、又は他のセラミックとすることができる。一部の態様において、一部の実施形態ではより低い伝導熱伝達係数を有するシャフト材料を使用することが望ましい場合がある。
【００７６】
図２５に示す接合部に関して、シャフト１９１は、それがプレートに当接するように位置決めされ、ろう付け層のみが、結合される面、例えば、シャフトの表面１９３とプレートの表面１９４との間に間置される。プレート１９２の界面１９４は、プレートの凹部１９５内に常駐することができる。接合部の厚みは、図の明瞭さを期すために誇張されている。
【００７７】
図２４及び図２５に示すような実施形態は、最小ろう付け層厚みを維持するようになった複数のスタンドオフを含むことができる。一部の実施形態において、図２６に見られるように、シャフト１９１は、プレートに接合されることになるシャフト１９１の端部１７２上の複数のメサ１７１を利用することができる。メサ１７１は、シャフト１９１と同じ構造体の一部とすることができ、かつシャフトから離れる方向に構造体を機械加工により除去することによって構成することができ、メサが残る。一部の実施形態において、メサは、シャフト端部１７２の残りの最小ろう付け層厚みをプレートの合せ面から構成するのに使用することができる。一部の実施形態において、ろう付け溶加材料は、ろう付け前に、シャフト端部とプレートの間でメサによって維持される距離よりも肉厚になる。プレートの及びシャフト及びメサの界面に対する適切な公差制御を用いて、メサが、ろう付けステップ中にプレート接続部と接触するために移動する時に完成したプレートアンドシャフトデバイスの公差制御をもたらすことができる。一部の実施形態において、他の方法を用いて最小ろう付け層厚みを確立することができる。一部の実施形態において、セラミック球体を使用して最小ろう付け層厚みを確立することができる。
【００７８】
図２７に見られるように、ろう付け材料は、両方が従来のろう付け材料の有意な問題になる可能性がある２つの異なる雰囲気を架橋することができる。加熱器２０５のような半導体処理機器の外部表面２０７上では、ろう付け材料は、加熱器２０５が使用されることになる半導体処理チャンバ２００内で行われる工程及び処理チャンバに存在する環境２０１に適合しなければならない。加熱器２０５は、シャフト２０４によって支持されたプレート２０３の上面に固定された基板２０６を有することができる。加熱器２０５の内部表面２０８上では、ろう付け層材料は、酸素化雰囲気になる場合がある異なる雰囲気２０２に適合しなければならない。セラミックと共に使用される従来のろう付け材料は、これらの基準の両方を満たすことができるわけではなかった。例えば、銅、銀、又は金を含むろう付け要素は、処理されるシリコンウェーハの格子の構造体と干渉する場合があり、従って、適切ではない。しかし、加熱器プレートを加熱器シャフトに接合するろう付けされた接合部の場合に、シャフトの内部は、典型的には高温であり、かつ中空シャフトの中心部に酸素化雰囲気を有する。この雰囲気に露出されることになるろう付け接合部の部分部は、酸化することになり、かつ接合部の中に酸化する場合があり、従って、接合部の密封性の不良をもたらす。半導体製造に使用される接合されたセラミックピース間の接合部は、構造的付着だけではなく、殆ど又は全部ではないにしても多くの使用において密封でなければならない。
【００７９】
例示的な実施形態において、プレート及びシャフトは、両方とも窒化アルミニウムとすることができ、両方とも以前は液相焼結工程を使用して別々に形成されていた。プレートは、一部の実施形態では直径ほぼ９〜１３インチ、厚み０．５から０．７５インチとすることができる。シャフトは、０．１インチの壁厚を有する５〜１０インチ長である中空シリンダとすることができる。プレートは、シャフトの第１の端部の外面を受けるようになった凹部を有することができる。図２６に見られるように、メサは、プレートに当接するシャフトの端部上に存在することができる。メサは、高さ０．００４インチとすることができる。シャフトの端部に沿ったピースの間に、かつプレートの凹部内に設けられたアルミ箔のろう付け材料による接合ステップに向けてプレート及びシャフトを互いに固定することができる。ろう付け材料は、ろう付け前は０．００６インチ厚とすることができ、完成した接合部の最小厚みは、０．００４インチである。ろう付け材料は、０．４重量％Ｆｅを有するアルミニウムとすることができる。
【００８０】
図２８は、本発明の一部の実施形態によるプレート２１５をシャフト２１４に接合するのに使用される接合部２２０を示している。接合部２２０により、シャフト２１４へのプレート２１５の装着を構造的に支持する構造的かつ密封の接合部が構成される。接合部２２０により、シャフト２１４の内部表面２１８にあるシャフト雰囲気２１２をシャフト２１４の外部表面２１７に沿って、かつ処理チャンバ内にあるチャンバ雰囲気２１１から隔離する密封シールが構成される。接合部２２０は、シャフト雰囲気及びチャンバ雰囲気に露出される場合があり、従って、密封シールの損失をもたらす場合がある劣化なくこのような露出に耐えることができなければならない。この実施形態において、接合部は、アルミニウムとすることができ、プレート及びシャフトは、窒化アルミニウムのようなセラミックとすることができる。一部の実施形態において、接合部２２０は、接合工程後に接合部区域内に実質的に残るアルミニウムとすることができる。残留アルミニウムは、修復、再加工、又は他の理由のための接合部の分離を可能にすることができる。
【００８１】
図２９は、半導体処理チャンバに使用される加熱器カラムの概略図の一実施形態を示している。セラミック加熱器とすることができる加熱器３００は、高周波アンテナ３１０、加熱器要素３２０、シャフト３３０、プレート３４０、及び取り付けフランジ３５０を含むことができる。加熱器３００を形成するために両方又はいずれか一方を窒化アルミニウム製とすることができるシャフト３３０及びプレート３４０を接合するろう付け方法の一実施形態は、以下のように実施することができる。
【００８２】
アルミニウム又はアルミニウム合金のシートをシャフトとプレートの間に設けることができ、シャフト及びプレートは、その間に配置されたろう付け層のシートで一緒にすることができる。ろう付け層は、その後に、少なくとも８００℃の温度まで真空で加熱され、かつ６００℃よりも低い温度まで冷却することができ、従って、ろう付け層が硬化してシャフトをプレートに接合する密封シールを生成する。加熱器のシャフトは、中実材料とすることができ、又は構造が中空とすることができる。
【００８３】
固定具は、ほぼ２〜２００ｐｓｉの接触圧力を接合部接触区域上に掛けることができる。一部の実施形態において、接触圧力は、２〜４０ｐｓｉの範囲とすることができる。このステップに使用される接触圧力は、２０００〜３０００ｐｓｉの範囲の圧力を使用する可能性がある従来の工程に見られるような高温プレス加工／焼結を使用する接合ステップの接触圧力よりも有意に低い。本発明の方法の接触圧力の方が遥かに低いので、従来の方法の専用プレス機は不要である。本発明の方法を使用するシャフトへのプレートの接合に必要とされる圧力は、接触圧力をもたらすために重力を使用する固定具上へ掛かる質量を含むことができる簡単な固定具を使用して達成することができる。一部の実施形態において、シャフトの界面部分とろう付け要素の間の接触、並びにプレートの界面部分とろう付け要素の間の接触は、接合に十分な接触圧力を与えることになる。すなわち、固定具アセンブリは、固定具アセンブリ自体とは別のプレス機によって作用される必要がない。その後に、固定したアセンブリを処理オーブンに置くことができる。オーブンは、５×１０Ｅ−５Ｔｏｒｒの圧力まで排気することができる。一部の態様において、残留酸素を除去するために真空を印加する。一部の実施形態において、１×１０Ｅ−４Ｔｏｒｒ未満の真空を使用する。一部の実施形態において、１×１０Ｅ−５Ｔｏｒｒ未満の真空を使用する。このステップに関して注意することは、セラミック構成要素（シャフト及びプレート）の製造中に必要とされた高い接触圧力のための固定具を有する高温オーブンは、シャフト及びプレートのこの接合には不要であるという点である。スタンドオフを使用するなどで最小接合部厚みが維持される時に、接合部にわたる接触圧力は、スタンドオフが、隣接するセラミックのインターフェースを満たすことを可能にするのに十分でありさえすればよい。液体ろう付け材料は、スタンドオフと隣接するインターフェース間を完全に通過することができないので、スタンドオフと隣接するインターフェースとの間にろう付け材料の非常に薄い層がある場合がある。
【００８４】
一部の実施形態において、プレート及びシャフトは、異なるセラミックを含むことができる。プレートは、高い熱伝導係数を与えるように適応させることができ、一方、シャフトは、熱が処理チャンバの取り付け付属品に向けてシャフトを下って失われないようにより低い熱伝導係数を与えるように適応させることができる。例えば、プレートは、窒化アルミニウム製とすることができ、シャフトは、ジルコニア製とすることができる。
【００８５】
図３０〜図３２は、本発明の一部の実施形態によるシャフトをプレートに接合することができる接合工程を示している。接合工程は、温度、接触圧力、及び時間及び経費の関与が以前の接合作動よりも低い処理オーブン内で行うことができる。
【００８６】
一部の実施形態において、図３０に見られるように、シャフト及びプレートのアラインメント及び位置付けは、部分的に幾何学的形状によって維持され、固定具及び結合後の機械加工が排除される。重み付けを用いて、ろう付け材料が溶解する時の何らかの軸線方向の移動以外に結合工程中に移動がないことを保証することができる。プレート４００は、プレート４００の背面の凹部４０３内で接合要素４０２と共に下降式に置くことができる。シャフト４０１は、垂直に下方にプレート４００内の凹部４０３に挿入することができる。重り４０４をシャフト４０１上に置いて、何らかの接触圧力を接合工程中にもたらすことができる。
【００８７】
一部の実施形態において、図３１に見られるように、シャフト及びプレートの位置付けは、部分的に幾何学的形状によって維持され、結合後の機械加工が低減される。固定は、結合処理中にシャフトとプレートの間の直交性を維持するのに要求される場合がある。一部の実施形態において、メサ及びプレートの界面部分の公差制御を行って、最終アセンブリの寸法及び公差を制御することができる。また、重み付けを用いると、ろう付け材料が溶解する時の何らかの軸線方向の移動以外に結合工程中に移動がないことを保証することができる。プレート４１０は、プレート４１０の背面の凹部４０３内に接合要素４０２と共に下降式に置くことができる。シャフト４１１は、垂直に下方にプレート４１００内の凹部４１３に挿入することができる。固定具４１５は、シャフト４１１を支持して位置付けるようになっている。重り４１４をシャフト４１１上に置いて、何らかの接触圧力を接合工程中にもたらすことができる。一部の実施形態において、重りは使用しない。一部の実施形態において、接合される品目の質量は、接合される品目間に圧力を印加するための力を重力と共に与えることができる。
【００８８】
一部の実施形態において、図３２に見られるように、シャフト／プレートの位置付け及び直交性は、固定によって維持される。固定は、熱膨張及び機械加工公差が原因となって正確ではない場合があり、従って、結合後の機械加工が必要である場合がある。所要の材料除去を受け入れて最終寸法要件を満たすようにシャフト直径を増大させることができる。ここでもまた、重み付けを用いると、ろう付け材料が溶解する時の何らかの軸線方向の移動以外に結合工程中の移動がないことを保証することができる。プレート４２０は、接合要素４２２がプレート４２０の背面の上方にある状態で下降式に置くことができる。シャフト４２１をプレート４２０上へ置いて、プレート及びシャフト仮アセンブリを生成することができる。固定具４２５は、シャフト４２１を支持して位置付けるようになっている。固定具４２５をプレートに鍵付けして位置的一体性をもたらすことができる。重り４２４をシャフト４１１上に置いて、何らかの接触圧力を接合工程中にもたらすことができる。
【００８９】
加熱サイクルの開始時に、勾配を最小にするために及び／又は他の理由で、真空を加熱した後に回復することを可能にするために温度をゆっくり、例えば、１５℃／分で２００℃まで、その後に、２０℃／分で標準化された温度、例えば、６００℃まで、かつ接合温度まで上げて、固定のドエル時間にわたって各々の温度で保持することができる。ろう付け温度に到達した時に、温度は、ろう付け反応を達成するためにある時間にわたって保持することができる。例示的な実施形態において、ドエル温度は、８００℃とすることができ、ドエル時間は、２時間とすることができる。別の例示的な実施形態において、ドエル温度は、１０００℃とすることができ、ドエル時間は１５分とすることができる。別の例示的な実施形態において、ドエル温度は、１１５０とすることができ、ドエル時間は、３０〜４５分とすることができる。一部の実施形態において、ドエル温度は、最大値１２００℃を超えない。一部の実施形態において、ドエル温度は、最大値１３００℃を超えない。十分なろう付けドエル時間の達成時に、炉は、２０℃／分の割合で、固有のオーブン冷却速度がより小さい時には２０℃／分よりも低い割合で室温まで冷却することができる。炉は、大気圧までもたらされ、開くことができ、ろう付けしたアセンブリは、検査、特徴付け、及び／又は評価のために取り出すことができる。
【００９０】
本発明の態様は、接合に向けて選択されたアルミニウム又はアルミニウム合金の温度と共に減少する引張強度により定められるような結合されたシャフト−プレートの最大作動温度である。例えば、純粋なアルミニウムが接合材料として使用される場合に、シャフト及びプレート間の結合の構造強度は、接合部の温度が（通常６６０℃であると考えられている）アルミニウムの溶融温度に近づく時にかなり低くなる。実際には、９９．５％又はより純粋なアルミニウムを使用する時に、シャフト−プレートアセンブリは、６００℃の温度までの一般的なウェーハ処理ツールにおいて遭遇する全ての通常かつ予想される応力に耐えることになる。しかし、一部の半導体素子製作工程では、６００℃よりも高い温度が必要である。
【００９１】
本発明の更に別の実施形態は、図３３に見られる。開示するように、アルミニウム又はアルミニウム合金材料４００を使用して、シャフト４０４をプレート４０５に密封接合することができる。更に、ＡｌＮと結合する機能とアルミニウムよりも高い、すなわち、６６０℃よりも高い溶融温度とを有する別の接合材料４０１を構造的結合部として使用して、シャフト及びプレートアセンブリの使用可能な温度をより高い温度まで拡張することができる。例えば、チタン−ニッケル合金は、上述したようにアルミニウムに使用される結合温度範囲の温度で窒化アルミニウムに結合することが明らかにされている。他のチタン及びジルコニウム合金を同様に使用することができ、その多くは、銀、銅、又は金を合金元素として含む。これらの合金の方が溶融温度が高いので、これらの合金を使用すると、シャフト及びプレートアセンブリの使用可能な温度の範囲が７００℃又は８００℃又は９００℃まで拡張される。しかし、上述したように、元素銀、銅、及び金は、ウェーハの結晶質構造体に悪影響を与える可能性があり、かつ細心の注意を払って工程環境から隔離しなければならない。同様に、チタン及びジルコニウムは、典型的にウェーハ工程に使用される温度で空気に露出された時に簡単かつ有害に酸化される。解決法は、構造接合材料の周りにアルミニウム「保護バンド」を使用することであり、すなわち、ウェーハに有害な要素の移動を防止するのに必要であれば処理側に配置される１つのバンド、及びチタン又はジルコニウム構造接合体の酸化を防止するために雰囲気側に配置される１つのバンドを使用することである。一部の実施形態において、保護バンドが他方の材料の接合部の内側又は外側だけにある場合がある。一部の実施形態において、同心の接合部は、シャフトの端部が接合部が設けられる複数の平坦域を有するという点で異なる高さである場合がある。
【００９２】
図３３に見られるように、フランジ４０３は、通常はエラストマーＯリングで処理チャンバベース（図示せず）に密封シールされる。加熱、又は静電チャック、又はＲＦ伝導、又は温度モニタリングのための電気接続部は、シャフト中心４０７を通って経路指定され、中心区域４０６内のプレートに接続される。典型的には、電気接続及びシャフト中心は、周囲（空気）環境にある。
【００９３】
プレートをシャフトに接合するステップ後に、シャフト及び／又はプレートは、完成ピースの完成において更に別の機械加工を受ける場合がある。一般的な以前のプレートシャフト接合に必要な液相焼結をもたらすのに要求される圧力では、構成要素は以前の接合工程の高い圧力に関連の高い力に耐える必要があったので、加熱器シャフトの一般的な仕上げ寸法によってもたらされる機械的強度よりも高い機械的強度が必要であった。従って、結合工程中の亀裂による不良を低減するために、最終構成において必要とされるセラミック断面よりも厚いセラミック断面がシャフトに使用されていたと考えられる。最終の所要寸法は、次に、結合されたプレート／シャフトアセンブリを結合後に研削することによって達成される。本発明のプレート及びシャフトアセンブリは、一部の実施形態では接合の後で何らかの更に別の機械加工を受ける場合があるが、他の実施形態において、これは不要である。過去の方法において必要とされたように、シャフト及びプレートの高い接触圧力接合の力に耐えるために肉厚シャフトを利用することが不要になると、別の時間を消耗して高価である工程ステップは、本発明の実施形態による工程においてプレート及びシャフトアセンブリの製造から除外される。
【００９４】
本明細書に説明するような接合方法の別の利点は、本発明の一部の実施形態によって製造された接合部は、必要に応じて、それらの２つの構成要素の一方を修復又は交換するためにシャフト及びプレートのような構成要素の取り外しを可能にすることができるという点である。例えば、プレートがアーク放電が原因となって損傷した場合に、プレートは、アセンブリから取り外して取り替えることができる。それによって例えばシャフトの再利用に関連の費用節約が可能になる。また、手持ちのシャフト及びプレートの在庫分を用いて、交換のための加熱器を高温、高圧工程の必要なく組み立てることができる。その理由は、交換のための構成要素及び以前に使用した構成要素を本発明の実施形態によって接合することができるからである。同様に、構造的かつ密封である接合部が密封性を失った場合に、接合部は修復することができる。
【００９５】
本発明の実施形態によって接合されたアセンブリの分離のための修復手順は、以下のように進めることができる。接合部にわたって引張力をもたらすようになった固定具を使用してアセンブリを処理オーブンに置くことができる。固定具は、ほぼ２〜３０ｐｓｉの引張応力を接合部接触区域上へ掛けることができる。固定具は、一部の実施形態において、接合部にわたってより大きい応力を掛けることができる。その後に、固定したアセンブリを処理オーブンに置くことができる。オーブンを排気することができるが、これは、これらのステップ中では不要とすることができる。温度をゆっくりと１５℃／分で２００℃まで、その後に２０℃／分で標準化された温度、例えば、４００℃まで、その後に分離温度まで上げることができる。ピースは、分離温度に到達すると互いから離れることができる。分離温度は、ろう付け層に使用される材料独特である場合がある。分離温度は、一部の実施形態において、６００〜８００℃の範囲とすることができる。分離温度は、一部の実施形態において、８００〜１０００℃の範囲とすることができる。固定具は、ピースが分離時に損傷しないように２つのピース間の限られた量の動きを可能にするように適応させることができる。分離温度は、材料独特である場合がある。分離温度は、アルミニウムに対しては４５０℃〜６６０℃の範囲とすることができる。
【００９６】
セラミックシャフトのような以前に使用したピースの再利用前に、凹凸面が除去されるように接合部区域を機械加工することによってピースを再利用に向けて表面処理することができる。一部の実施形態において、ピースが新しい嵌合部品に接合される時に接合部内のろう付け材料の総量が制御されるように、残留物ろう付け材料の全てを除去することが望ましい場合がある。
【００９７】
拡散層をセラミック内に構成する接合方法とは対照的に、本発明の一部の実施形態による接合工程では、結果的にこのような拡散層は発生しない。従って、セラミック及びろう付け材料は、ろう付けステップ後にろう付けステップ前と同じ材料特性を保持する。従って、ピースを分離後に再利用することが望ましい場合に、同じ材料及び同じ材料特性がピースに存在することになり、既知の組成及び特性での再利用が可能である。
【００９８】
本発明の一部の実施形態において、図３４の拡大図に見られるように、プレートアンドシャフトデバイス２００は、プレートアセンブリ２０１及びシャフト２０２を伴うことを見ることができる。プレートアセンブリ２０１は、プレートアセンブリ２０１への組み立て前に完全焼成セラミック層である層２０３、２０４、２０５を有する。上部プレート層２０３は、中間層２０４の上に重なり、電極層２０６は、上部プレート層２０３と中間層２０４の間に常駐する。中間層２０４は、底部層２０５の上に重なり、加熱器層２０７は、中間層２０４と底部層２０５の間に常駐する。
【００９９】
プレートアセンブリ２０１の層２０３、２０４、２０５は、加熱器の場合は窒化アルミニウムのようなセラミック、又は静電チャックの場合はアルミナ、ドープアルミナ、ＡｌＮ、ドープＡｌＮ、ベリリア、ドープベリリア、及びその他を含む他の材料とすることができる。基板支持体を構成するプレートアセンブリの層２０３、２０４、２０５は、プレートアセンブリ２０１への導入前に完全焼成セラミックであったとすることができる。例えば、層２０３、２０４、２０５は、高温、高接触圧力専用オーブン内でプレートとして完全焼成、又はテープキャスト、又はスパークプラズマ焼結され、又は他の方法が用いられ、その後に、使用及びプレートアセンブリのスタック内の位置により必要なような最終寸法に機械加工されていたとすることができる。その後に、プレートアセンブリ２０１の最終アセンブリを接触応力が得られるようにプレス機が装備された専用高温オーブンを必要とせずに行うことを可能にする接合層２０８を用いて、ろう付け工程を使用してプレート層２０３、２０４、２０５を互いに接合することができる。
【０１００】
シャフトがプレートアンドシャフトデバイスの場合のような最終アセンブリの一部でもある実施形態において、プレートアセンブリ２０１のシャフト２０２への接合工程ステップでは、高い接触応力が得られるようにプレス機が装備された専用高温オーブンを必要とせずに行われるろう付け工程を使用することができる。一部の実施形態において、シャフトへのプレート層及びプレートアセンブリの接合は、同時の工程ステップで行うことができる。シャフト２０２は、接合層２０９でプレートアセンブリ２０１に接合することができる。接合層２０９は、一部の実施形態において、接合層２０８に対して同一であるろう付け要素とすることができる。
【０１０１】
プレート又はプレートアセンブリを製造する改良された方法は、高温及び高い接触圧力による追加の処理の時間を消耗して高価であるステップのない最終プレートアセンブリへの上述のかつ以下でより詳細に説明するプレートアセンブリの層の接合を伴う場合がある。本発明の実施形態によるセラミックを接合するろう付け方法を用いてプレート層を接合することができる。第１及び第２のセラミック体を互いに接合するろう付け方法の例は、第１及び第２のセラミック体の間に配置されたアルミニウム及びアルミニウム合金から構成された群から選択されるろう付け層を用いて第１及び第２の物体を一緒にするステップと、ろう付け層を少なくとも８００の℃の温度まで加熱するステップと、ろう付け層が硬化する時に第２の部材に第１の部材を接合するための密封シールを生成するようにろう付け層を融点よりも低い温度に冷却するステップとを含むことができる。ろう付け接合部の様々な幾何学的形状を本明細書に説明する方法によって実施することができる。
【０１０２】
本発明の一部の実施形態において、接合層が加熱されていくらかの圧力がプレートに軸線方向に印加された時に、１つのプレート上のスタンドオフが隣接するプレートに接触するまで接合層が穏やかに薄くされるようないくらかの軸線方向の圧縮があるように、スタンドオフがプレートの層の間に存在するような層を有するプレートアセンブリを与えることができる。一部の態様において、それによって接合部厚みの制御だけではなく、プレートアセンブリの寸法及び公差制御も可能である。例えば、様々なプレートの特徴部の平行度をプレート層に対する機械公差により設定することができ、スタンドオフを使用してこの態様を接合工程中に維持することができる。一部の実施形態において、軸線方向の適合をもたらすために、隣接層上の内側リングの上に重なる１つのプレート層上の外側リングを使用して接合後の寸法制御をもたらすことができる。一部の実施形態において、外側リング又は内側リングの一方は、位置制御が軸線方向でも達成されるようにプレートと垂直な軸線方向に隣接プレートに接触することができる。軸線方向の位置制御は、従って、２つの隣接プレート間の接合層の最終厚みを決定することができる。
【０１０３】
本発明の一部の実施形態において、層間の電極は、接合層と同じ材料とすることができ、接合層及び電極の両方の二重機能で機能することができる。例えば、静電チャックにおいて電極によって以前に占有されていた区域は、代わりに、例えば、静電的締付力を供給する電極として性能を発揮し、かつ接合層が間に常駐する２つのプレートを接合する接合層として性能を発揮するという二重の機能を有する接合層によって占有することができる。このような実施形態において、プレートの外側の区域からの帯電電極への視線及び一般的にはアクセスが最小にされるように、２つの接合されたプレートの周囲の周りに迷路がある場合がある。
【０１０４】
図３５は、本発明の一部の実施形態によるプレートアセンブリ２４０の部分断面を示している。プレートアセンブリ２４０は、プレート及びシャフトアセンブリを完成するためにシャフトに接合されるようにすることができる。上部プレート層２４１は、半導体処理ステップ中に基板を支持するようになったディスクとすることができる。加熱器２４４は、上部プレート層２４１の下方に常駐するようになっている。加熱器は、プレート層の一方又は両方に取り付けるか又は接着することができる。上部プレート層２４１は、底部プレート層２４２の上に重なる。接合層２４３は、上部プレート層２４１を底部プレート２４２に接合する。接合層は、環状ディスクとすることができる。一部の実施形態において、上部プレート層及び底部プレート層は、セラミックである。一部の実施形態において、上部プレート層及び底部プレート層は、窒化アルミニウムである。一部の実施形態において、接合層は、アルミニウムである。接合工程及び材料の例を以下に説明する。
【０１０５】
図３６は、本発明の一部の実施形態によるプレートアセンブリの部分断面を示している。プレートアセンブリ２６０は、異なる層間に常駐する加熱器と電極を有する多層プレートアセンブリである。層は、ろう付け要素を用いて接合され、プレートの主平面の平面に垂直な方向のプレートの最終位置は、プレート上のスタンドオフ２６８により決定付けられる。
【０１０６】
上部プレート層２６１は、下側プレート層２６２の上に重なる。下側プレート層２６２は、底部プレート層２６３の上に重なる。３つのプレート層を用いて図３６に示すが、特定の用途の必要性に従って異なる数のプレート層を使用する場合がある。上部プレート層２６１は、多機能接合層２６６を使用して下側プレート層２６２に接合される。多機能接合層２６６は、下側プレート層２６２への上部プレート層２６１の接合を与え、かつ電極であるようになっている。図４１は、このような電極２６６の実施形態を示している。このような電極は、実質的にディスクである接合層とすることができ、接合材料は、電極としても機能する。図３６に見られるように、スタンドオフ２６８は、プレート層の主平面に垂直な垂直方向での下側プレート層２６２に対する上部プレート層２６１の位置制御を与えるようになっている。上部プレート層２６１のリムは、２つのプレートの間の境界２６７に沿ってそれらの周囲で視線を排除するようになっている。接合層２６６の厚みは、接合層２６６がプレートアセンブリを加熱及び接合するステップの前に上部プレート層２６１及び下側プレート層２６２と接触するように寸法決めすることができる。
【０１０７】
下側プレート層２６２は、底部プレート層２６３の上に重なる。加熱器２６４は、下側プレート層２６２と底部プレート層２６３の間に常駐する。接合層２４３は、下側プレート層２６２を底部プレート２６３に接合する。接合層２６５は、プレート層の周囲内の環状リングとすることができる。スタンドオフ２６９は、プレート層の主平面に垂直な垂直方向での下側プレート層２６３に対する下側プレート層２６２の位置制御を与えるようになっている。プレートアセンブリの接合ステップ中に、図３６に見られるような構成要素は、予め組み立てることができ、その後に、このプレート仮アセンブリは、完成されたプレートアセンブリを形成するために本明細書に説明する工程を使用して接合することができる。一部の実施形態において、このプレート仮アセンブリは、完全なプレートアンドシャフトデバイスを単一の加熱工程において接合することができるように、シャフト及びシャフト接合層で更に予め組み立てることができる。この単一の加熱工程には、高温オーブン又は高い接触応力をもたらすようになったプレス機を有する高温オーブンは不要とすることができる。これに加えて、一部の実施形態において、完成されたプレート及びシャフトアセンブリには、あらゆる接合後の機械加工は不要とすることができ、しかも、依然として半導体製造において実際に使用されるこのようなデバイスの公差要件を満たすことができる。
【０１０８】
図３７は、リザーバ２２６が底部プレート層２２１に見られる２つのプレート層２２０、２２１の部分断面図を示している。上部プレート層２２０は、底部プレート層２２１の上に重なることができる。電極部分２２３は、上部プレート層２２０と底部プレート層２２１の間に存在することができる。スタンドオフ２２５は、プレート層の主平面に垂直な垂直方向での底部プレート層２６３に対する上部プレート層２２０の位置制御を与えるようになっている。リザーバ２２６は、底部プレート層内で接合層２２２の外側に半径方向に常駐することができる。リザーバ２２６は、接合層からの可能な余分な接合材料がリザーバ内で捕捉されて迷路２２４に移動しないように位置決めされる。図３６の電極２６６に見られるように、電極及び接合層が同じ特徴部であるプレートの場合に、リザーバはより重要であると考えられ、その理由は、接合層及び可能な過剰分は、帯電される場合があり、従って、プレートアセンブリの外側周囲の方向に浸透することが適切でないと考えられるからである。
【０１０９】
一部の実施形態において、プレート層は、基板アセンブリを通るガスを経路指定するようになったチャネルを含むことができる。プレート層は、チャネル間のプレート層の材料が本発明の方法により隣接プレートに接合されるようなチャネルを有することができる。従って、チャネルが最終完全焼成セラミックピースに存在するように個々のプレート層を製造することができ、このピースは、隣接層に接合することができる。チャネルは、一部の実施形態ではシャフト及び／又はシャフト内の導管に結合することができる。
【０１１０】
プレートアセンブリを形成するために窒化アルミニウムで製造することができるプレート層を互いに接合するろう付け方法の一実施形態は、以下のように実施することができる。アルミニウム又はアルミニウム合金金属結合剤又は充填剤のシートをプレート層間に、更に一部の態様ではシャフトと底部プレート層の間に設けることができ、プレート層をその間に配置された金属結合剤のシートで一緒にすることができる。その後に、金属結合剤又は充填剤が硬化し、プレートアセンブリへと互いにプレート層を接合し、かつシャフトをプレートアセンブリに接合する密封シールを生成するように、金属結合剤又は充填剤を少なくとも８００℃の温度に真空において加熱して６００℃よりも低い温度まで冷却することができる。
【０１１１】
例示的な実施形態において、プレート及びシャフトは、窒化アルミニウムのものとすることができ、かつ以前は液相焼結工程を使用して別々に形成されていた。プレートは、一部の実施形態では直径ほぼ２００ｍｍ〜３００ｍｍ、厚み０．１〜０．７５インチとすることができる。シャフトは、０．１インチの壁厚を有する５〜１０インチ長である中空シリンダとすることができる。プレートアセンブリの底部は、シャフトの第１の端部の外面を受けるようになった窪みを有することができる。適切な定められた接合位置でピース間に設けられたアルミ箔のろう付け材料を使用する接合ステップに向けてプレートアセンブリ及びシャフトを互いに固定することができる。固定具は、ほぼ２〜２００ｐｓｉの接触圧力を接合部接触区域上へ掛けることができる。一部の実施形態において、接触圧力は、２〜４０ｐｓｉの範囲とすることができる。このステップに使用される接触圧力は、２０００〜３０００ｐｓｉの範囲の圧力を使用する可能性がある従来の工程に見られるような高温プレス加工／焼結を使用する接合ステップに見られる接触圧力よりも有意に低い。本発明の方法の接触圧力の方が遥かに低いので従来の方法の専用プレス機が不要である。プレートアセンブリへの互いとのプレート層の接合、及び本発明の方法を使用するシャフトとのプレートアセンブリの接合に必要とされる圧力は、接触圧力をもたらすために重力を使用して固定具上へ掛けられる質量を含むことができる簡単な固定具を使用してもたらすことができる。一部の実施形態において、プレート層及びシャフトの界面部分及びろう付け要素間の接触、並びにプレートの界面部分とろう付け要素間の接触は、接合に十分な接触圧力をもたらすことになる。従って、固定具アセンブリは、固定具アセンブリ自体とは別のプレス機により作用する必要がない。その後に、固定具アセンブリを処理オーブンに置くことができる。オーブンは、１×１０Ｅ−５Ｔｏｒｒの圧力まで排気することができる。一部の態様において、残留酸素を除去するために真空を印加する。一部の実施形態において、１×１０Ｅ−４Ｔｏｒｒよりも大きい真空を使用する。一部の実施形態において、１×１０Ｅ−５Ｔｏｒｒよりも大きい真空を使用する。このステップに関して注意することは、セラミック構成要素（シャフト及びプレート）の製造中に必要とされた高い接触圧力を伴う固定具を有する高温オーブンは、この接合ステップには不要であるという点である。加熱サイクルの開始時に、勾配を最小にするために及び／又は他の理由で、真空を加熱した後に回復することを可能にするために、温度をゆっくり、例えば、１５℃／分で２００℃まで、その後に２０℃／分で、標準化された温度、例えば、６００℃までかつ接合温度まで上げて、固定のドエル時間にわたって各々の温度で保持することができる。ろう付け温度に到達した時に、ろう付け反応を行うために温度をしばらく保持することができる。例示的な実施形態において、ドエル温度は、８００℃とすることができ、ドエル時間は、２時間とすることができる。別の例示的な実施形態において、ドエル温度は、１１００℃とすることができ、ドエル時間は１５分とすることができる。別の例示的な実施形態において、ドエル温度は、１０７５℃とすることができ、ドエル時間は１時間とすることができる。一部の実施形態において、ドエル温度は、最大値１１００℃を超えない。一部の実施形態において、ドエル温度は、最大値１３００℃を超えない。一部の実施形態において、ドエル温度は、最大値１４００℃を超えない。十分なろう付けドエル時間の達成時に、炉を２０℃／分の割合で、固有のオーブン冷却速度がより小さい時には２０℃／分よりも低い割合で室温まで冷却することができる。炉は、大気圧までもたらされ、開かれ、ろう付けしたアセンブリは、検査、特徴付け、及び／又は評価のために取り出すことができる。
【０１１２】
図３８〜図４０は、本発明の一部の実施形態による基板支持アセンブリ内のプレート層間の加熱器要素２７０、２７１、２７２の実施形態を示している。
【０１１３】
一部の実施形態において、プレートは、円形とすることができる。一部の実施形態において、プレートは、正方形とすることができる。一部の実施形態において、プレートは、異なる形状とすることができる。
【０１１４】
多層プレートデバイス、例えば、シャフトのないデバイスの一部の実施形態において、セラミックの層は、金属又は他の材料のベースの上に重なることができる。このような実施形態において、互いとの及びベースとの層の接合を本明細書に説明するような工程を使用して行うことができる。一部の実施形態において、他の材料の層は、他のセラミック層間に散在することができる。
【０１１５】
本発明の一態様において、半導体処理に使用されるプレートアンドシャフトデバイスの製造方法を提供し、本方法は、デバイスシャフトをデバイスプレートに接合するステップを含み、デバイスシャフトをデバイスプレートに接合するステップは、ろう付け要素をデバイスシャフトのインターフェースとデバイスプレートのインターフェースの間に置くステップと、シャフト及びプレート仮アセンブリを生成するために圧力をろう付け要素にわたってデバイスシャフトとデバイスプレートの間に印加するステップと、シャフト及びプレート仮アセンブリを加熱することによって密封シールされた接合部を用いてデバイスシャフトをデバイスプレートに接合するステップとを含む。
【０１１６】
本方法は、シャフト及びプレート仮アセンブリを加熱する前に真空をシャフト及びプレート仮アセンブリに印加するステップを含むことができ、圧力は、１×１０Ｅ−４Ｔｏｒｒよりも低い。本方法は、シャフト及びプレート仮アセンブリを加熱する前に真空をシャフト及びプレート仮アセンブリに印加し、シャフト及びプレート仮アセンブリを加熱中に真空を保持するステップを更に含むことができ、圧力は、１×１０Ｅ−５Ｔｏｒｒよりも低い。デバイスシャフトは、セラミック、窒化アルミニウム、窒化アルミニウム、及びこれらの材料の組合せを含むことができる。ろう付け要素は、アルミニウムを含むことができる。本方法は、シャフト及びプレート仮アセンブリを加熱する前に真空をシャフト及びプレート仮アセンブリに印加し、シャフト及びプレート仮アセンブリを加熱中に真空を保持するステップを更に含むことができ、真空は、１×１０Ｅ−４Ｔｏｒｒよりも低いか又は１×１０Ｅ−５Ｔｏｒｒよりも低い。ろう付け要素は、少なくとも重量比８９％のアルミニウム又は少なくとも重量比９９％のアルミニウムを含むことができる。加圧されたシャフト及びプレートアセンブリは、加圧されたシャフト及びプレートアセンブリを８００℃と１２００℃の間の第１の温度まで加熱するステップを含むことができる。加圧されたシャフト及びプレートアセンブリを第１の温度まで加熱するステップは、１０分と２時間の間の持続時間にわたって加圧されたシャフト及びプレートアセンブリを第１の温度まで加熱するステップを含むことができる。加圧されたシャフト及びプレートアセンブリを加熱するステップは、加圧されたシャフト及びプレートアセンブリを８００℃と１２００℃の間の温度まで加熱するステップを含むことができる。加圧されたシャフト及びプレートアセンブリを第１の温度まで加熱するステップは、１０分と２時間の間の持続時間にわたって加圧されたシャフト及びプレートアセンブリを第１の温度まで加熱するステップを含むことができる。圧力をデバイスシャフトとデバイスプレートとの間に印加するステップは、１〜２００ｐｓｉ又は２と４０ｐｓｉの間をデバイスシャフトとデバイスプレートの間に印加するステップを含むことができる。本方法は、シャフト及びプレート仮アセンブリを加熱する前に真空をシャフト及びプレート仮アセンブリに印加し、シャフト及びプレート仮アセンブリを加熱中に真空を保持するステップを含むことができ、真空は、１×１０Ｅ−４Ｔｏｒｒよりも低いか又は１×１０Ｅ−５Ｔｏｒｒよりも低い。本方法は、接合されたシャフト及び接合部アセンブリを５４０℃よりも高いか又は５４０℃と１１００℃の間の温度まで加熱するステップと、デバイスシャフトとデバイスプレートの間の接合部を分離するステップとを更に含むことができる。本方法は、デバイスシャフト又はデバイスプレートの一方を取り替えるステップと、取り替えられたデバイスシャフト又はプレートを残っている元のシャフト又はプレートに接合するステップを更に含むことができる。本方法は、デバイスシャフト又はデバイスプレートの一方を取り替えるステップと、取り替えられたデバイスシャフト又はプレートを残っている元のシャフト又はプレートに接合するステップを更に含むことができる。加圧されたシャフト及びプレートアセンブリを加熱するステップは、加圧されたシャフト及びプレートアセンブリを１２００℃よりも低い最大温度まで加熱するステップを含むことができる。デバイスシャフトをデバイスプレートに接合するステップは、最小接合部厚みを維持するステップを更に含むことができる。
【０１１７】
本発明の一態様において、半導体処理に使用されるプレートアンドシャフトデバイスを提供し、プレートアンドシャフトデバイスは、プレートと、プレートの底面に結合されて内部空間と外部とを含むシャフトと、プレートとシャフトの間に配置された第１の接合層とを含むことができ、第１の接合層は、第１の接合層を通じてシャフトの内部空間をシャフトの外部から密封シールする。プレートは、窒化アルミニウムを含むことができる。シャフトは、窒化アルミニウムを含むことができる。第１の接合層は、アルミニウムを含むことができる。シャフトは、セラミックを含むことができる。プレートは、第１のセラミックを含むことができ、シャフトは、第２のセラミックを含むことができる。第１のセラミックの熱伝導係数は、第２のセラミックの熱伝導係数よりも高いとすることができる。第１のセラミックは、窒化アルミニウムを含むことができ、第２のセラミックは、ジルコニアを含むことができる。接合層は、アルミニウムを含むことができる。プレートアンドシャフトデバイスは、第２の接合層を更に含むことができ、第２の接合層は、第１の接合層の半径方向の距離よりも大きい半径方向の距離でシャフト及びプレート界面に沿ってシャフトの内部空間をシャフトの外部から密封する。第２の接合層は、アルミニウムを含むことができる。プレートアンドシャフトデバイスは、第３の接合層を更に含むことができ、第３の接合層は、第１の接合層の半径方向の距離よりも小さい半径方向の距離でシャフト及びプレート界面に沿ってシャフトの内部空間をシャフトの外部から密封する。第３の接合層は、アルミニウムを含むことができる。
【０１１８】
本発明の一態様において、半導体処理に使用され、かつ第１のインターフェースを有する第１のピースと、半導体処理に使用され、かつ第２のインターフェースを有する第２のピースとを互いに接合する方法を提供し、本方法は、ろう付け要素を第１のインターフェースと第２のインターフェースの間に置くステップと、仮アセンブリを生成するためにろう付け要素にわたって圧力を第１のピースと第２のピースの間に印加するステップと、密封シールされた接合部を用いて第１のピースを第２のピースに接合するように仮アセンブリを加熱するステップとを含む。
【０１１９】
印加するステップは、ろう付け要素において第１のピース及び第２のピースを互いに押し付けるステップを含むことができる。第１のピースは、プレートとすることができ、第２のピースは、シャフトとすることができる。
【０１２０】
本発明の態様の一実施形態において、第１のインターフェースを有する第１のセラミックピースを第２のインターフェースを有する第２のセラミックピースに接合する方法を提供し、本方法は、ろう付け要素を第１のインターフェースと第２のインターフェースの間に置くステップと、第１のセラミックピース及び第２のセラミックピースをろう付け要素がその間に存在する状態で処理チャンバ内に置くステップと、酸素を処理チャンバから除去するステップと、第１のセラミックピースと第２のセラミックピースの間の密封シールされた接合部を形成するように少なくともろう付け要素を接合温度まで加熱するステップとを含む。本発明の態様の一実施形態において、セラミック材料の接合の方法を提供し、本方法は、接合仮アセンブリを生成するためにろう付け要素を第１のセラミックピースのインターフェースと第２のセラミックピースのインターフェースの間に置くステップと、接合仮アセンブリの構成要素を処理チャンバに置くステップと、酸素を処理チャンバから除去するステップと、接合仮アセンブリを第１の接合温度まで加熱し、それによって第１のセラミックピース及び第２のセラミックを密封シールされた接合部を用いて接合するステップとを含む。
【０１２１】
本方法は、加熱するステップ中にろう付け要素にわたって圧力を第１のセラミックピースと第２のセラミックピースの間に印加するステップを含むことができる。第１のセラミックピースは、窒化アルミニウムを含むことができる。第２のセラミックピースは、窒化アルミニウムを含むことができる。ろう付け要素は、アルミニウムを含むことができる。一実施形態において、ろう付け要素は、重量比９９％よりも多いアルミニウムを含むことができる。酸素を処理チャンバから除去するステップは、１×１０Ｅ−４Ｔｏｒｒよりも低い圧力を処理チャンバに印加するステップを含むことができる。接合仮アセンブリを第１の接合温度まで加熱するステップは、接合仮アセンブリを８００℃と１２００℃の間の温度まで加熱するステップを含むことができる。本方法は、接合仮アセンブリを完了する前に第１のセラミックのインターフェースを事前金属化するステップと、接合仮アセンブリを完了する前に第２のセラミックのインターフェースを事前金属化するステップとを更に含むことができる。接合仮アセンブリを第１の接合温度まで加熱するステップは、接合仮アセンブリを１０００℃と１２００℃の間の温度まで加熱するステップを含むことができる。接合仮アセンブリを第１の接合温度まで加熱するステップは、接合仮アセンブリを１０００℃と１３００℃の間の温度まで加熱するステップを含むことができる。本方法は、接合仮アセンブリを完了する前に第１のセラミックのインターフェースを事前金属化するステップと、接合仮アセンブリを完了する前に第２のセラミックのインターフェースを事前金属化するステップとを更に含むことができる。酸素を処理チャンバから除去するステップは、１×１０Ｅ−５Ｔｏｒｒよりも低い圧力を処理チャンバに印加するステップを含むことができる。酸素を処理チャンバから除去するステップは、接合仮アセンブリを処理チャンバ内のジルコニウム内側チャンバに置くステップを更に含むことができる。接合仮アセンブリを第１の接合温度まで加熱するステップは、接合仮アセンブリを８００℃と１２００℃の間の温度まで加熱するステップを含むことができる。接合仮アセンブリを第１の接合温度まで加熱するステップは、接合仮アセンブリを１０分と２時間の間の持続時間にわたって加熱するステップを含むことができ、一実施形態において、接合仮アセンブリを第１の接合温度まで加熱するステップは、接合仮アセンブリを３０分と１時間の間の持続時間にわたって加熱するステップを含むことができる。酸素を処理チャンバから除去するステップは、チャンバを純粋脱水不活性ガスでパージ及び補充するステップを含むことができる。酸素を処理チャンバから除去するステップは、チャンバを純水素でパージ及び補充するステップを含むことができる。本方法は、接合仮アセンブリを完了する前に第１のセラミックのインターフェースを事前金属化するステップと、接合仮アセンブリを完了する前に第２のセラミックのインターフェースを事前金属化するステップとを更に含むことができる。
【０１２２】
本発明の態様の一実施形態において、第１のインターフェースを有し、かつ第１のセラミック材料のものである第１のセラミックピースを第２のインターフェースを有し、かつ第２のセラミック材料のものである第２のセラミックピースに接合する方法を提供し、本方法は、ろう付け要素を第１のインターフェースと第２のインターフェースの間に置くステップと、第１のセラミックピース及び第２のセラミックピースをろう付け要素がその間に存在する状態で処理チャンバ内に置くステップと、第１のセラミックピースと第２のセラミックピースの間の密封シールされた接合部を形成するように少なくともろう付け要素を接合温度まで加熱するステップとを含み、密封シールされた接合部は、第１のセラミック材料及び第２のセラミック材料と異なる材料であり、かつゼロよりも大きい厚みを有する。本発明の態様の一実施形態において、セラミック材料の接合の方法を提供し、本方法は、接合仮アセンブリを生成するためにろう付け要素を第１のセラミックピースと第２のセラミックピースの間の接合部インターフェースに置くステップと、接合仮アセンブリの構成要素を処理チャンバに置くステップと、接合仮アセンブリを第１の接合温度まで加熱することにより、第１の厚みの最小接合部厚みを維持しながら第１のセラミックピースを第２のセラミックピースに接合するステップとを含む。
【０１２３】
第１のセラミックピースは、窒化アルミニウムを含むことができる。第２のセラミックピースは、窒化アルミニウムを含むことができる。ろう付け要素は、アルミニウムを含むことができ、一実施形態において、ろう付け要素は、重量比８９％よりも多いアルミニウムを含む。本方法は、酸素を処理チャンバから除去するステップを更に含むことができる。酸素を処理チャンバから除去するステップは、１×１０Ｅ−５Ｔｏｒｒよりも低い圧力を処理チャンバに印加するステップを含むことができる。接合仮アセンブリを第１の接合温度まで加熱するステップは、接合仮アセンブリを８００℃と１２００℃の間の温度まで加熱するステップを含むことができる。接合仮アセンブリを第１の接合温度まで加熱するステップは、接合仮アセンブリを１０分と４時間の間の持続時間にわたって加熱するステップを含むことができる。一実施形態において、接合仮アセンブリを第１の接合温度まで加熱するステップは、接合仮アセンブリを２５分と１時間の間の持続時間にわたって加熱するステップを含むことができる。接合仮アセンブリを第１の接合温度まで加熱するステップは、接合仮アセンブリを８００℃と１３００℃の間の温度まで加熱するステップを含むことができる。酸素を処理チャンバから除去するステップは、１×１０Ｅ−４Ｔｏｒｒよりも低い圧力を処理チャンバに印加するステップを含むことができる。酸素を処理チャンバから除去するステップは、チャンバを純粋脱水不活性ガスでパージ及び補充するステップを含むことができる。酸素を処理チャンバから除去するステップは、チャンバを純水素でパージ及び補充するステップを含むことができる。ろう付け要素は、重量比９９％よりも多いアルミニウムを含む。本方法は、酸素を処理チャンバから除去するステップを更に含むことができる。酸素を処理チャンバから除去するステップは、１×１０Ｅ−５Ｔｏｒｒよりも低い圧力を処理チャンバに印加するステップを含むことができる。接合仮アセンブリを第１の接合温度まで加熱するステップは、接合仮アセンブリを８００℃と１２００℃の間の温度まで加熱するステップを含むことができる。接合仮アセンブリを第１の接合温度まで加熱するステップは、接合仮アセンブリを８００℃と１３００℃の間の温度まで加熱するステップを含むことができる。酸素を処理チャンバから除去するステップは、１×１０Ｅ−４Ｔｏｒｒよりも低い圧力を処理チャンバに印加するステップを含むことができる。酸素を処理チャンバから除去するステップは、チャンバを純粋脱水不活性ガスでパージ及び補充するステップを含むことができる。酸素を処理チャンバから除去するステップは、チャンバを純水素でパージ及び補充するステップを含むことができる。本方法は、更に処理チャンバから酸素を除去するステップを含むことができる。ろう付け前のろう付け要素は、第１の厚みよりも大きい第２の厚みのものである。本方法は、酸素を処理チャンバから除去するステップを更に含むことができる。ろう付け前のろう付け要素は、第１の厚みよりも大きい第２の厚みのものである。
【０１２４】
本発明の態様の一実施形態において、半導体処理に使用され、かつそれぞれのシャフトインターフェース及びプレートインターフェースを有するデバイスプレートにデバイスシャフトを接合する方法を提供し、本方法は、ろう付け要素を第１のインターフェースと第２のインターフェースの間に置くステップと、デバイスシャフトとデバイスプレートの間に密封シールされた接合部を与えるために、ろう付け要素をその間に有するデバイスシャフト及びデバイスプレートを加熱するステップとを含む。本発明の態様の一実施形態において、デバイスシャフトを半導体処理に使用されるデバイスプレートに接合する方法を提供し、本方法は、ろう付け要素をデバイスシャフトのインターフェースとデバイスプレートのインターフェースの間に置くステップと、シャフト及びプレート仮アセンブリを加熱することにより、密封シールされた接合部を用いてデバイスシャフトをデバイスプレートに接合するステップとを含む。
【０１２５】
本方法は、加熱するステップ中に真空をシャフト及びプレート仮アセンブリに印加するステップを更に含むことができる。圧力は、１×１０Ｅ−４Ｔｏｒｒよりも低い。本方法は、加熱するステップ中に真空をシャフト及びプレート仮アセンブリに印加するステップを更に含むことができ、圧力は、１×１０Ｅ−５Ｔｏｒｒよりも低い。デバイスプレートは、セラミックを含むことができる。一実施形態において、デバイスプレートは、窒化アルミニウムを含むことができる。デバイスシャフトは、窒化アルミニウムを含むことができる。一実施形態において、デバイスシャフトは、セラミックを含むことができる。ろう付け要素は、アルミニウムを含むことができ、デバイスシャフトをデバイスプレートに接合するステップは、最小接合部厚みを維持するステップを更に含むことができる。デバイスシャフトをデバイスプレートに接合するステップは、最小接合部厚みを維持することを更に含むことができる。酸素を処理チャンバから除去するステップは、チャンバを純粋脱水不活性ガスでパージ及び補充するステップを含むことができる。酸素を処理チャンバから除去するステップは、チャンバを純水素でパージ及び補充するステップを含むことができる。ろう付け要素は、少なくとも重量比８９％アルミニウムを含むことができる。デバイスシャフトをデバイスプレートに接合するステップは、最小接合部厚みを維持するステップを更に含むことができる。ろう付け要素は、少なくとも重量比９９％アルミニウムを含むことができる。加圧されたシャフト及びプレートアセンブリを加熱するステップは、加圧されたシャフト及びプレートアセンブリを８００℃と１２００℃の間の第１の温度まで加熱するステップを含むことができる。本方法は、接合されたシャフト及び接合部アセンブリを５４０℃と１１００℃の間の温度まで加熱するステップと、デバイスシャフトとデバイスプレートの間の接合部を分離するステップとを更に含むことができる。本方法は、デバイスシャフト又はデバイスプレートの一方を取り替えるステップと、取り替えられたデバイスシャフト又はプレートを残っている元のシャフト又はプレートに接合するステップとを更に含むことができる。加圧されたシャフト及びプレートアセンブリを第１の温度まで加熱するステップは、１０分と２時間の間の持続時間にわたって加圧されたシャフト及びプレートアセンブリを第１の温度まで加熱するステップを含むことができる。加圧されたシャフト及びプレートアセンブリを加熱するステップは、加圧されたシャフト及びプレートアセンブリを８００℃と１３００℃の間の第１の温度まで加熱するステップを含むことができる。加圧されたシャフト及びプレートアセンブリを加熱するステップは、加圧されたシャフト及びプレートアセンブリを８００℃と１２００℃の間の第１の温度まで加熱するステップを含むことができる。加圧されたシャフト及びプレートアセンブリを加熱するステップは、加圧されたシャフト及びプレートアセンブリを１２００℃よりも低い最大温度まで加熱するステップを含むことができる。加圧されたシャフト及びプレートアセンブリを加熱するステップは、加圧されたシャフト及びプレートアセンブリを１３００℃よりも低い��大温度まで加熱するステップを含むことができる。本方法は、接合されたシャフト及び接合部アセンブリを５４０℃よりも高い温度まで加熱するステップと、デバイスシャフトとデバイスプレートの間の接合部を分離するステップとを更に含むことができる。
【０１２６】
本発明の態様の一実施形態において、半導体処理に使用され、かつそれぞれのシャフトインターフェース及びプレートインターフェースを有するデバイスプレートにデバイスシャフトを接合する方法を提供し、本方法は、ろう付け要素を第１のインターフェースと第２のインターフェースの間に置くステップと、デバイスシャフトとデバイスプレートの間に密封シールされた接合部を与えるために、ろう付け要素をその間に有するデバイスシャフト及びデバイスプレートを加熱するステップとを含む。本発明の態様の一実施形態において、半導体処理に使用されるプレートアンドシャフトデバイスを提供し、プレートアンドシャフトデバイスは、プレートと、プレートの底面に結合されて内部空間と外部とを含むシャフトと、プレートとシャフトの間に配置された第１の接合層とを含むことができ、第１の接合層は、第１の接合層を通じてシャフトの内部空間をシャフトの外部から密封シールする。
【０１２７】
プレートは、窒化アルミニウムを含むことができる。シャフトは、窒化アルミニウムを含むことができる。第１の接合層は、アルミニウムを含む。一実施形態において、第１の接合層は、アルミニウムを含むことができる。シャフトは、セラミックを含むことができる。プレートアンドシャフトデバイスは、第２の接合層を更に含むことができ、第１の接合層は、第１の接合層を通じてシャフトの内部空間をシャフトの外部から密封する。第２の接合層は、アルミニウムを含むことができる。プレートアンドシャフトデバイスは、第３の接合層を更に含むことができ、第１の接合層は、第１の接合層を通じてシャフトの内部空間をシャフトの外部から密封する。プレートは、第１のセラミックを含むことができ、シャフトは、第２のセラミックを含むことができる。第１のセラミックの熱伝導係数は、第２のセラミックの熱伝導係数よりも高いとすることができる。第１のセラミックは、窒化アルミニウムを含むことができ、第２のセラミックは、ジルコニアを含むことができる。接合層は、アルミニウムを含むことができる。第１のセラミックは、窒化アルミニウムを含むことができ、第２のセラミックは、アルミナを含むことができる。第１のセラミックは、窒化アルミニウムを含むことができ、第２のセラミックは、炭化珪素を含むことができる。プレートアンドシャフトデバイスは、第３の接合層を更に含むことができ、第３の接合層は、第１の接合層を通じてシャフトの内部空間をシャフトの外部から密封する。第３の接合層は、アルミニウムを含むことができる。第１の接合層は、チタン−ニッケル合金を含むことができる。第１の接合層及び第２の接合層は、第３の接合層よりも高い液相温度を有することができる。
【０１２８】
本発明の態様の一実施形態において、半導体処理に使用される多層プレートデバイスを製造する方法を提供し、本方法は、上側プレート層、下側プレート層、及び上側プレート層と下側プレート層の間に配置されたろう付け層からスタックを形成するステップと、ろう付け要素を圧縮するように圧力を上側プレート層と下側プレート層の間に印加するステップと、ろう付け要素が上側プレート層と下側プレート層の間の密封シールされた接合部を形成するようにスタックを加熱するステップとを含む。本発明の態様の一実施形態において、半導体処理に使用される多層プレートデバイスの製造法を提供し、本方法は、上側プレート層、下側プレート層、及び上側プレート層と下側プレート層の間に配置されたろう付け層を含む複数のプレート構成要素をスタックに配置するステップと、上側プレート層を下側プレート層に接合するステップとを含み、上側プレート層を下側プレート層に接合するステップは、ろう付け要素にわたって圧力を上側プレート層と下側プレート層の間に印加するステップと、プレート構成要素のスタックを加熱することにより、密封シールされた接合部を用いて上側プレート層を下側プレート層に接合するステップとを含む。
【０１２９】
多層プレートデバイスは、横断方向寸法を有することができ、上側プレート層及び下側プレート層の各々は、多層プレートデバイスの横断方向寸法にほぼ等しい横断方向寸法を有することができる。横断方向寸法の各々は、直径とすることができる。本方法は、プレート構成要素のスタックの加熱中に真空をプレート構成要素のスタックに印加するステップを更に含むことができ、圧力は、１×１０Ｅ−４Ｔｏｒｒよりも低い。本方法は、プレート構成要素のスタックの加熱中に真空をプレート構成要素のスタックに印加するステップを更に含むことができ、圧力は、１×１０Ｅ−５Ｔｏｒｒよりも低い。上側プレート層は、窒化アルミニウムを含むことができる。下側プレート層は、セラミックを含むことができる。下側プレート層は、窒化アルミニウムを含むことができる。ろう付け要素は、アルミニウムを含むことができ、一実施形態において、ろう付け要素は、少なくとも重量比８９％アルミニウムを含むことができる。一実施形態において、ろう付け要素は、少なくとも重量比９９％アルミニウムを含むことができる。プレート構成要素のスタックを加熱するステップは、プレート構成要素の加圧されたスタックを８００℃と１２００℃の間の第１の温度まで加熱するステップを含むことができる。プレート構成要素のスタックを加熱するステップは、プレート構成要素のスタックを８００℃と１２００℃の間の温度まで加熱するステップを含むことができる。プレート構成要素のスタックを第１の温度まで加熱するステップは、１０分と２時間の間の持続時間にわたってプレート構成要素のスタックを第１の温度まで加熱するステップを含むことができる。圧力を上側プレート層と下側プレート層の間に印加するステップは、１と５００ｐｓｉの間を上側プレート層と下側プレート層の間に印加するステップを含むことができる。本方法は、プレート構成要素のスタックの加熱前に真空をプレート構成要素のスタックに印加するステップを更に含むことができ、圧力は、１×１０Ｅ−５Ｔｏｒｒよりも低い。圧力を上側プレート層と下側プレート層の間に印加するステップは、２と４０ｐｓｉの間を上側プレート層と下側プレート層の間に印加するステップを含むことができる。プレート構成要素の加圧されたスタックを加熱するステップは、プレート構成要素のスタックを８００℃と１３００℃の間の温度まで加熱するステップを含むことができる。プレート構成要素のスタックを加熱するステップは、プレート構成要素の加圧されたスタックを８００℃と１２００℃の間の第１の温度まで加熱するステップを含むことができる。プレート構成要素のスタックを加熱するステップは、プレート構成要素の加圧されたスタックを８００℃と１３００℃の間の第１の温度まで加熱するステップを含むことができる。本方法は、酸素を処理チャンバから除去するステップを更に含むことができ、酸素を除去するステップは、チャンバを純粋脱水不活性ガスでパージ及び補充するステップを含む。本方法は、酸素を処理チャンバから除去するステップを更に含むことができ、酸素を除去するステップは、チャンバを純水素でパージ及び補充するステップを含むことができる。圧力を上側プレート層と下側プレート層の間に印加するステップは、１と５００ｐｓｉの間を上側プレート層と下側プレート層の間に印加するステップを含むことができる。圧力を上側プレート層と下側プレート層の間に印加するステップは、２と４０ｐｓｉの間を上側プレート層と下側プレート層の間に印加するステップを含むことができる。本方法は、多層プレートデバイスを結合材料の液相温度よりも高い温度まで加熱するステップと、上側プレート層と下側プレート層の間の接合部を分離するステップとを更に含むことができる。
【０１３０】
本発明の態様の一実施形態において、半導体処理に使用される多層プレートデバイスの製造法を提供し、本方法は、上側プレート層、下側プレート層、及び上側プレート層と下側プレート層の間に配置されたろう付け層を含む複数のプレート構成要素をスタックに配置するステップと、上側プレート層を下側プレート層に接合するステップとを含み、上側プレート層を下側プレート層に接合するステップは、スタックを処理チャンバに置くステップと、酸素を処理チャンバから除去するステップと、酸素が除去された処理チャンバ内にある間にプレート構成要素のスタックを加熱するステップと、最小接合部厚みを維持しながら上側プレート層を下側プレート層に接合するステップとを含む。本発明の態様の一実施形態において、半導体処理に使用される多層プレートデバイスを製造する方法は、第１の材料の上側プレート層、第２の材料の下側プレート層、及び上側プレート層と下側プレート層の間に配置されたろう付け層からスタックを形成するステップと、上側プレート層と下側プレート層の間の接合部を形成するようにスタックを加熱するステップとを含み、接合部は、第１のセラミック材料及び第２のセラミック材料とは異なる材料のものであり、かつゼロよりも大きい厚みを有する。
【０１３１】
加熱するステップは、スタックを処理チャンバ内に置くステップと、酸素を処理チャンバから除去するステップとを含むことができる。上側プレート層は、窒化アルミニウムを含むことができる。下側プレート層は、窒化アルミニウムを含むことができる。下側プレート層は、セラミックを含むことができる。ろう付け要素は、アルミニウムを含むことができ、酸素を処理チャンバから除去するステップは、１×１０Ｅ−５Ｔｏｒｒよりも低い圧力を処理チャンバに印加するステップを含むことができる。酸素を処理チャンバから除去するステップは、１×１０Ｅ−４Ｔｏｒｒよりも低い圧力を処理チャンバに印加するステップを含むことができる。プレート構成要素のスタックを加熱するステップは、８００℃と１２００℃の間の温度まで加熱するステップを含むことができる。プレート構成要素のスタックを加熱するステップは、１０分と２時間の間の持続時間にわたって加熱するステップを含むことができる。プレート構成要素のスタックを加熱するステップは、８００℃と１３００℃の間の温度まで加熱するステップを含むことができる。酸素を処理チャンバから除去するステップは、チャンバを純粋脱水アルゴンでパージ及び補充するステップを含むことができる。酸素を処理チャンバから除去するステップは、チャンバを純水素でパージ及び補充するステップを含むことができる。
【０１３２】
本発明の一態様において、半導体処理に使用される多層プレートを提供し、多層プレートは、ディスクを有する上側プレート層と、下側プレート層と、上側プレート層と下側プレート層の間に配置された接合層とを含み、接合層は、上側プレート層を下側プレート層に接合する。
【０１３３】
上側プレート層は、セラミックを含むことができる。接合層は、アルミニウムを含むことができる。多層プレートは、上側プレート層と下側プレート層の間に常駐する加熱器を更に含むことができ、接合層は、加熱器の外側周囲の周りにリングを含む。多層プレートは、上側プレート層と下側プレート層の間に常駐する平面電極を更に含むことができ、接合層は、加熱器の外側周囲の周りにリングを含む。上側プレート層は、窒化アルミニウムを含むことができる。下側プレート層は、窒化アルミニウムを含むことができる。接合層は、アルミニウムを含むことができる。多層プレートは、上側プレート層と下側プレート層の間に常駐する平面電極を更に含むことができ、接合層は、加熱器の外側周囲の周りにリングを含む。接合層は、上側プレート層と底部プレート層の間に配置された平面電極を含むことができる。多層プレートは、上側プレート層と下側プレート層の間に常駐する加熱器を更に含むことができ、接合層は、加熱器の外側周囲の周りにリングを含む。下側プレート層は、セラミックを含むことができる。
【０１３４】
本発明の一態様において、半導体処理に使用される多層プレートを提供し、多層プレートは、上部プレート層と、１つ又はそれよりも多くの中間プレート層と、底部プレート層と、プレート層間に配置された複数の接合層とを含み、接合層は、プレート層を接合する。
【０１３５】
プレート層の各々は、セラミックを含むことができる。接合層は、アルミニウムを含むことができる。多層プレートは、プレート層の１つとプレート層の別のものとの間に常駐するプレナムを更に含むことができる。プレート層の各々は、窒化アルミニウムを含むことができる。接合層は、アルミニウムを含むことができる。接合層の各々は、層によって接合された隣接プレートのインターフェースの外側周囲の周りにアルミニウムの層を含むことができる。多層プレートは、プレート層の１つとプレート層の別のものとの間に常駐する加熱器を更に含むことができる。多層プレートは、プレート層のうちの１つと別のプレート層との間に常駐する加熱器を更に含むことができる。多層プレートは、プレート層のうちの１つとプレート層のうちの別のものとの間に常駐する電極を更に含むことができる。多層プレートは、プレート層の１つとプレート層の別のものとの間に常駐する電極を更に含むことができる。多層プレートは、プレート層の１つとプレート層の別のものとの間に常駐するプレナムを更に含むことができる。
【０１３６】
以上の説明から明らかなように、広範な実施形態を本明細書に与えた説明から構成することができ、追加の利点及び修正は、当業者には容易に想起されるであろう。本発明は、従って、そのより広義な態様において、図示して説明した特定の詳細及び例示的な実施例に限定されない。従って、このような詳細からの逸脱は、本出願人の一般的な発明の思想又は範囲から逸脱することなく行うことができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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