(57)【要約】      （修正有）【課題】セラミック粉末から、プラズマ処理装置で用いられるセラミック部品を形成するための方法の提供。【解決手段】セラミック粉末は、加圧機に設置され、セラミック粉末の固化を生じさせる圧力でセラミック粉末が加圧される。セラミック粉末への加圧中の少なくとも一定期間に超音波エネルギがセラミック粉末に印加されて、セラミック粉末をセラミック体に成形し、セラミック粉末への加圧が終了する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミック粉末からセラミック体を形成するための方法であって、
前記セラミック粉末を加圧機に設置することと、
前記セラミック粉末の固化を生じさせる圧力で前記セラミック粉末に加圧することと、
前記セラミック粉末への前記加圧中の少なくとも一定期間に超音波エネルギを前記セラミック粉末に印加して、前記セラミック粉末をセラミック体に成形することと、
前記セラミック粉末への前記加圧を終了することと
を含む、方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、前記加圧機への前記セラミック粉末の前記設置は、
前記セラミック粉末を型に設置することと、
前記型を前記加圧機に設置することと
を含む、方法。
【請求項３】
請求項２に記載の方法であって、
前記加圧機は、等方圧を提供し、
前記セラミック粉末への前記加圧は、等方圧を前記セラミック粉末に印加する、方法。
【請求項４】
請求項３に記載の方法であって、さらに、
前記セラミック粉末への前記加圧中の少なくとも一定期間に、前記セラミック粉末を１０００℃を超える温度に加熱することを含む、方法。
【請求項５】
請求項４に記載の方法であって、
前記セラミック粉末は、酸化アルミニウムを含む、方法。
【請求項６】
請求項５に記載の方法であって、
前記超音波エネルギは、加圧の開始付近で印加され、前記加圧の終了前に停止される、方法。
【請求項７】
請求項６に記載の方法であって、
前記セラミック粉末への前記超音波エネルギの印加は、１Ｗ／ｃｍ２より大きい超音波エネルギを提供する、方法。
【請求項８】
請求項７に記載の方法であって、さらに、
前記セラミック体を前記加圧機から取り出すことと、
前記セラミック体をプラズマチャンバ部品に機械加工することと、
前記セラミック体を焼成することと
を含む、方法。
【請求項９】
請求項８に記載の方法であって、さらに、
前記セラミック体に被膜を形成することを含む、方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の方法であって、さらに、
前記物体をプラズマ処理チャンバに取り付けることを含む、方法。
【請求項１１】
請求項１に記載の方法であって、
前記加圧機は等方圧を提供し、
前記セラミック粉末への前記加圧は、等方圧を前記セラミック粉末に印加する、方法。
【請求項１２】
請求項１に記載の方法であって、さらに、
前記セラミック粉末への前記加圧中の少なくとも一定期間に、前記セラミック粉末を１０００℃を超える温度に加熱することを含む、方法。
【請求項１３】
請求項１に記載の方法であって、
前記セラミック粉末は、酸化アルミニウムを含む、方法。
【請求項１４】
請求項１に記載の方法であって、
前記超音波エネルギは、加圧の開始付近で印加され、前記加圧の終了前に停止される、方法。
【請求項１５】
請求項１に記載の方法であって、
前記セラミック粉末への前記超音波エネルギの印加は、１Ｗ／ｃｍ２より大きい超音波エネルギを提供する、方法。
【請求項１６】
請求項１に記載の方法であって、さらに、
前記セラミック体を前記加圧機から取り出すことと、
前記セラミック体をプラズマチャンバ部品に機械加工することと、
前記セラミック体を焼成することと
を含む、方法。
【請求項１７】
請求項１６に記載の方法であって、さらに、
前記セラミック体に被膜を形成することを含む、方法。
【請求項１８】
請求項１７に記載の方法であって、さらに、
前記物体をプラズマ処理チャンバに取り付けることを含む、方法。
【請求項１９】
方法であって、
セラミック粉末を加圧機に設置することと、
前記セラミック粉末の硬化を生じさせる圧力で前記セラミック粉末を加圧することと、
前記セラミック粉末への前記加圧中の少なくとも一定期間に、１Ｗ／ｃｍ2より大きい超音波エネルギを前記セラミック粉末に印加して、前記セラミック粉末をセラミック体に成形することと、
前記セラミック粉末への前記加圧中の少なくとも一定期間に、前記セラミック粉末を１０００℃を超える温度に加熱することと、
前記セラミック粉末への前記加圧を終了することと、
前記セラミック体を前記加圧機から取り出すことと、
前記セラミック体をプラズマチャンバ部品に機械加工することと、
前記セラミック体を焼成することと、
前記セラミック体をプラズマ処理チャンバの部品として取り付けることと
を含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
本開示は、セラミック部品を形成する方法に関する。本開示は、特に、プラズマ処理装置で用いられるセラミック部品に関する。
【０００２】
半導体デバイスの形成時には、プラズマ処理装置が用いられてよい。いくつかのプラズマ処理装置は、プラズマに曝露されるセラミック部品を用いる。
【発明の概要】
【０００３】
前述を達成するため、および、本開示の目的に従い、セラミック粉末からセラミック体を形成するための方法が提供される。セラミック粉末は、加圧機に設置される。セラミック粉末の固化を生じさせる圧力でセラミック粉末が加圧される。セラミック粉末への加圧中の少なくとも一定期間に超音波エネルギがセラミック粉末に加えられて、セラミック粉末をセラミック体に成形する。
【０００４】
別の実施例では、ある方法が提供される。セラミック粉末が加圧機に設置される。セラミック粉末の固化を生じさせる圧力で、セラミック粉末が加圧される。セラミック粉末への加圧中の少なくとも一定期間に１Ｗ／ｃｍ2より大きい超音波エネルギがセラミック粉末に加えられて、セラミック粉末をセラミック体に成形する。セラミック粉末は、セラミック粉末への加圧中の少なくとも一定期間に１０００℃を超える温度に加熱される。セラミック粉末への加圧が終了する。セラミック体が加圧機から取り外される。セラミック体は、プラズマチャンバ部品に機械加工される。セラミック体が焼成される。セラミック体は、プラズマ処理チャンバの部品として取り付けられる。
【０００５】
本開示のこれらおよび他の特徴は、次の発明を実施するための形態において、以下の図と併せてより詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
本開示は、添付の図面の図において限定の目的ではなく例示の目的で説明される。図面では、同様の参照番号は同類の要素を意味する。
【０００７】
【図１】一実施形態の高レベルフローチャート。
【０００８】
【図２】一実施形態で用いられる型の概略断面図。
【０００９】
【図３】一実施形態で用いられる加圧機の概略断面図。
【００１０】
【図４】一実施形態で用いられるコントローラを実装するのに適したコンピュータシステムを示す高レベルブロック図。
【００１１】
【図５Ａ】一実施形態で形成されたセラミック部品の断面図。
【図５Ｂ】一実施形態で形成されたセラミック部品の断面図。
【００１２】
【図６】一実施形態で用いられてよいプラズマプロセスチャンバの概略図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本実施形態は、添付の図面に表されるようにいくつかのその好ましい実施形態を参照にしてここに詳細に説明される。次の説明では、本開示の十分な理解を提供するために多くの特定の詳細が記載されるが、本開示がこれらの特定の詳細の一部または全てなしに実施されてよいことは、当業者には明らかだろう。他の例では、周知のプロセスステップおよび／または構造は、本開示を不必要に曖昧にしないように詳細には説明されていない。
【００１４】
図１は、一実施形態の高レベルフローチャートである。この実施形態では、セラミック粉末が型に設置される（ステップ１０４）。型が加圧機に設置される（ステップ１０８）。型が加圧され、その間、超音波エネルギも提供される（ステップ１１２）。加圧が停止される（ステップ１１６）。型が加圧機から取り出される（ステップ１２０）。セラミック部品が型から取り出される（ステップ１２４）。セラミック部品がニアネットシェイプ（グリーン状態）に機械加工される（ステップ１２８）。セラミック部品が窯で焼成される（ステップ１３２）。セラミック部品は、追加の機械加工操作を受けてもよく、また、被膜が形成されてよい（ステップ１３６）。セラミック部品がプラズマ処理チャンバに取り付けられる（ステップ１４０）。
【００１５】
例：
好ましい実施形態では、セラミック粉末が型に設置される（ステップ１０４）。図２は、本実施形態で用いられる型２０４の概略断面図である。型２０４は、比較的薄い壁を有し、型の壁厚の壁を形成するときは可撓性のある材料で作られる。本実施形態では、型は、ゴムまたはプラスチックなどのコンプライアント材料で作られる。本実施形態では、型はゴム製である。型２０４は、セラミック粉末２０８で満たされ、本実施形態ではセラミック粉末２０８は酸化アルミニウム粉末である。
【００１６】
型２０４が加圧機に設置される（ステップ１０８）。図３は、本実施形態で用いられる加圧機３００の概略断面図である。この例における加圧機３００は、超音波エネルギシステムを備える熱間等方圧加圧機である。加圧機３００は、圧力チャンバ３０４を備える。圧力チャンバ内にはケージ３０８がある。本実施形態では、複数の型２０４がケージ（収容部）３０８の中に設置される。本実施形態では、ケージは、複数の開口部３１６を備える円筒壁３１２である。加圧機３００は、圧力源３２０、熱源３２４、超音波エネルギ源３２８、ならびに、圧力源３２０、熱源３２４、および超音波エネルギ源３２８に接続されるコントローラ３３２を備える。本実施形態では、超音波トランスデューサ３３６が圧力チャンバ３０４に対して、または圧力チャンバ３０４の中に設置される。超音波トランスデューサ３３６は、超音波エネルギ源３２８に接続される。圧力チャンバ３０４の中または周辺に追加の超音波トランスデューサが設置されてよい。圧力源３２０は、加圧流体を圧力チャンバ３０４に提供する。この流体を提供して次にこの流体を加圧するために、別々の複数の装置または単一の装置が用いられてよい。本実施形態では、熱源３２４は、圧力チャンバ３０４内でコイル３４０にエネルギを提供する。他の実施形態では、熱源３２４は、圧力源３２０に接続されて、圧力源３２０によって提供された流体を加熱してよい。
【００１７】
図４は、実施形態で用いられるコントローラ３３２を実装するのに適したコンピュータシステム４００を示す高レベルブロック図である。コンピュータシステムは、集積回路、プリント回路基板、および小型携帯端末から大型のスーパーコンピュータに至るまで、多岐にわたる物理的形態を有してよい。コンピュータシステム４００は、１つ以上のプロセッサ４０２を備え、さらに、電子表示装置４０４（画像、文章、他のデータの表示向け）、メインメモリ４０６（例えば、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ））、記憶装置４０８（例えば、ハードディスクドライブ）、リムーバブル記憶装置４１０（例えば、光学ディスクドライブ）、ユーザインターフェース装置４１２（例えば、キーボード、タッチスクリーン、キーパッド、マウス、または他のポインティングデバイス）、および通信インターフェース４１４（例えば、ワイヤレスネットワークインターフェース）を備えうる。通信インターフェース４１４は、ソフトウェアおよびデータがコンピュータシステム４００と外部装置との間でリンクを介して転送されるようにする。システムは、前述の装置／モジュールが接続される通信インフラストラクチャ４１６（例えば、通信バス、クロスオーババー、またはネットワーク）を備えてもよい。
【００１８】
通信インターフェース４１４を介して転送された情報は、信号を伝達する通信リンクを介する、電子、電磁気、光学、または通信インターフェース４１４によって受信されうる他の信号などの信号形式であってよく、配線もしくはケーブル、光ファイバ、電話回線、携帯電話リンク、無線周波数リンク、および／または他の通信回線を用いて実装されてよい。かかる通信インターフェースによって、１つ以上のプロセッサ４０２は、上述の方法ステップを実施する過程でネットワークから情報を受信してよい、または、ネットワークに情報を出力してよいと考えられる。さらに、方法の実施形態は、プロセッサでのみ実行されてよい、または、処理の一部を共有するリモートプロセッサと併せてインターネットなどのネットワークで実行されてよい。
【００１９】
単語「非一時的コンピュータ可読媒体」は、一般に、メインメモリ、二次メモリ、リムーバブル記憶装置、ならびに、ハードディスク、フラッシュメモリ、ディスクドライブメモリ、ＣＤ−ＲＯＭ、および他の形式の永続メモリなどの記憶装置などの媒体を意味するのに用いられ、搬送波またはキャリア信号などの一時的対象を含むと解釈すべきでない。コンピュータコードの例には、コンパイラによって作成されるようなマシンコード、および、インタプリタを用いてコンピュータによって実行されるより高レベルのコードを含むファイルが含まれる。コンピュータ可読媒体は、搬送波で具現化されてプロセッサによって実行可能な一連の命令を表すコンピュータデータ信号によって転送されたコンピュータコードであってもよい。
【００２０】
圧力および超音波エネルギが印加される（ステップ１１２）。本実施形態では、圧力は、圧力源３２０から圧力チャンバ３０４に水を流すことによって印加される。熱源３２４は、水を加熱させる。超音波源は、トランスデューサ３３６に電力を提供して、圧力および熱の印加と同時に、ならびに、それらの印加中に超音波エネルギを提供する。
【００２１】
加圧が停止される（ステップ１１６）。本実施形態では、超音波エネルギの印加は、加圧の停止前に停止される。かかる実施形態では、超音波エネルギは、加圧の開始時には有効だが、一定期間後には有効でない可能性がある。本実施形態では、圧力および超音波エネルギの印加の開始は同時である。
【００２２】
型が加圧機から取り出される（ステップ１２０）。セラミック粉末から形成されたセラミック部品が型から取り出される（ステップ１２４）。図５Ａは、セラミック部品５０４が型から取り出された後のセラミック部品の断面図である。本実施形態では、セラミック部品は円筒状である。セラミック部品５０４を所望の形状に成形する（ステップ１２８）ため、セラミック部品は、研削、研磨、または削孔などの機械加工が施されてよい。セラミック部品は、次に窯で焼結されて（ステップ１３２）さらに硬化される。
【００２３】
セラミック部品５０４は、セラミック部品上への被膜の形成、または、焼結後のさらなる機械加工（ステップ１３６）などの追加プロセスが施されてよい。図５Ｂは、表面に被膜５０８を有するセラミック部品５０４の断面図である。本実施形態では、被膜は酸化イットリウムである。
【００２４】
セラミック部品が、プラズマ処理チャンバの部品として取り付けられる（ステップ１３２）。図６は、本開示の一実施形態に従って用いられうるプラズマ処理システム６００の例を概略的に表す。プラズマ処理システム６００は、チャンバ壁６５２で囲われたプラズマ処理チャンバ６０４を有するプラズマリアクタ６０２を備える。セラミック部品５０４は、パワーウィンドを形成するのに用いられる。整合ネットワーク６０８によって調整されるプラズマ電源装置６０６は、セラミック部品５０４から形成されたパワーウィンドの近くに位置するＴＣＰコイル６１０に電力を供給して、誘導結合電力を提供することによってプラズマ処理チャンバ６０４でプラズマ６１４を生成する。ＴＣＰコイル（上部電源装置）６１０は、プラズマ処理チャンバ６０４内で均一な拡散プロファイルを生成するように構成されてよい。例えば、ＴＣＰコイル６１０は、プラズマ６１４内でドーナツ状の電力分配を生成するように構成されてよい。セラミック部品５０４から形成されたパワーウィンドは、エネルギがＴＣＰコイル６１０からプラズマ処理チャンバ６０４に伝わるようにしながら、ＴＣＰコイル６１０をプラズマ処理チャンバ６０４から隔離するように設けられる。整合ネットワーク６１８によって調整されるウエハバイアス電圧電源装置６１６は、電力を電極６２０に提供して、電極６２０の上に支持される基板６１２にバイアス電圧を設定する。コントローラ６２４は、プラズマ電源装置６０６およびウエハバイアス電圧電源装置６１６のためのポイントを設定する。
【００２５】
プラズマ電源装置６０６およびウエハバイアス電圧電源装置６１６は、特定の無線周波数（例えば、１３．５６ＭＨｚ、２７ＭＨｚ、２ＭＨｚ、４００ｋＨｚ、またはその組み合わせ）で動作するように構成されてよい。プラズマ電源装置６０６およびウエハバイアス電圧電源装置６１６は、所望のプロセス性能を達成するための電力範囲を供給するように適当な大きさに作られてよい。例えば、本開示の一実施形態では、プラズマ電力装置６０６は、５０ワットから５０００ワットの範囲の電力を供給し、ウエハバイアス電圧電源装置６１６は、２０Ｖから２０００Ｖの範囲のバイアス電圧を供給してよい。また、ＴＣＰコイル６１０および／または電極６２０は、単一電源または複数電源によって給電されてよい２つ以上のサブコイルまたはサブ電極で構成されてよい。
【００２６】
図６に示されるように、プラズマ処理システム６００は、さらに、ガス源／ガス供給機構６３０を備える。ガス源／ガス供給機構６３０は、ガスをノズルの形式でガス供給装置６３６に提供する。プロセスガスおよび副生成物は、プラズマ処理チャンバ６０４内の特定の圧力を維持するのにも役立つ圧力制御弁６４２およびポンプ６４４を介してプラズマ処理チャンバ６０４から除去される。ガス源／ガス供給機構６３０は、コントローラ６２４によって制御される。一実施形態を実施するのにカリフォルニア州フレモントのラムリサーチ社によるＫｉｙｏが用いられてよい。プラズマ処理チャンバ６０４は、１つ以上の基板６１２を処理するのに用いられ、セラミック部品５０４をプラズマに曝す。
【００２７】
理論によって制限されることなく、熱間等方圧加圧プロセス時に超音波エネルギを提供することによってセラミック部品を成形するための熱間等方加圧機への超音波エネルギの追加は、熱間等方圧加圧プロセス時に形成されるボイドの大きさおよび数を低減させるとされている。追加の超音波エネルギなしでは、熱間等方圧加圧プロセスは、約２ミクロンのボイドを機械加工表面当たり３〜５個の濃度で有するセラミック部品を成形する。セラミックスの熱間等方圧加圧プロセスへの超音波エネルギの追加は、ボイドの大きさおよび濃度を低減させるとされている。
【００２８】
熱間等方圧加圧機を用いて形成されたボイドを有するセラミック部品は、プラズマ処理時に不具合を発生させることがわかっている。また、被膜形成プロセス時に、ボイドは封止されて、ボイド内に気泡を発生させる可能性がある。プラズマ処理時に、気泡は破裂して不具合を引き起こす。さらに、かかるボイドは、セラミック部品をより急速に劣化させる。
【００２９】
熱間等方圧加圧プロセス時の超音波エネルギの追加はボイドを低減するが、それは不具合の少ない、プラズマプロセスにより耐性のあるセラミック部品を生成する。また、熱間等方圧加圧プロセス時の超音波エネルギの使用は、熱間等方圧加圧プロセスに必要な時間を短縮する。さらに、より空孔の少ない物は、より短いプロセス時間（ＨＩＰプロセス時）と共に、より強力で、より内部応力の小さい、より高密度であるなどのさらなる利点を有してよい。より強力な物は、より薄くより軽量に作られてよい。
【００３０】
超音波エネルギは、最も低いエネルギ状態でセラミック粒子が最適な充填方向になるのに役立つほど十分に高いが、超音波エネルギが加圧プロセスを妨げないように十分に低いことが好ましい。そのため、超音波エネルギによって提供される周波数および電力は、加圧されるセラミック材に依存する。
【００３１】
事前処理が不可能なＨＩＰ材料／混合物／製剤、および、ＨＩＰのみでは困難なことがわかっているマルチマテリアル（積層板）に対する能力において、さらなる利点が実証されてよい。好ましい実施形態は、超音波エネルギを加圧プロセスの開始時に提供するが、熱間加圧工程の終了前に停止されるだろう。また、別の好ましい実施形態は、加圧プロセス前に超音波エネルギの提供を開始してよいが、複数の実施形態では、超音波エネルギは、加圧プロセス時にも提供される。
【００３２】
一例では、セラミック粉末は１０ミクロン未満である。超音波エネルギは、複数の超音波周波数で５ワット／ｃｍ2で提供される。別の例では、超音波エネルギは、４０ｋＨｚ未満の周波数で、１ワット／ｃｍ2から２０ワット／ｃｍ2の間の電力で提供される。エネルギ範囲は、セラミック粉末に印加されるエネルギを示す。型が相当量の超音波エネルギを消散する可能性があるため、より高い電力が加圧機によって印加されてよいが、セラミック粉末に実際に印加される超音波エネルギは、上述の特定範囲内であることが好ましいだろう。例えば、加圧機の壁にある１０００ワットトランスデューサは、５ワット／ｃｍ2をセラミック粉末に提供してよい。一般に、超音波周波数は、２０ｋＨｚから１ＭＨｚ未満の間であってよい。
【００３３】
熱源は、圧力および超音波エネルギが提供される間に、型を１０００℃を超える温度に加熱することが好ましい。
【００３４】
いくつかの実施形態では、加圧流体は加圧液である。他の実施形態では、加圧流体は加圧ガスである。別の実施形態では、超音波エネルギの印加を伴う加熱一軸加圧機が用いられてよい。
【００３５】
本開示がいくつかの好ましい実施形態に関して説明されてきたが、本開示の範囲に該当する変更、修正、並べ替え、および様々な代替の同等物がある。本開示の方法および装置を実行する多くの代替方法があることにも注意すべきである。そのため、次の添付の特許請求の範囲は、本開示の真の精神および範囲に該当する全てのかかる変更、修正、並べ替え、および様々な代替の同等物を含むと解釈されることを意図している。
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
2018058752.tif 000008
【図６】
2018058752.tif 000009
【外国語明細書】
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