(57)【要約】      （修正有）【課題】溶接ステムブランク材および裏板ブランク材の最終機械加工後により強度のあるシャワーヘッドを提供する。【解決手段】ステム、裏板、および面板を備えるプラズマ強化化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）加熱シャワーヘッドのためのブランク材であって、シャワーヘッドアセンブリ６００は、ステム４０２、面板、および裏板を備え、ステム４０２は、裏板に回転摩擦溶接される。回転摩擦溶接は、継手にギャップがなく、溶接継目（溶着ライン）の境界に沿ったボイドがなく、連結粒組織は、高強度と、ＰＥＣＶＤで用いられるフッ素および他の腐食性ガスによる化学的浸食への耐性がある。【選択図】図４
2018059183.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステム、裏板、および面板を備えるプラズマ強化化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）加熱シャワーヘッドのためのブランク材であって、回転摩擦溶接によって接合されたステム前駆体ブランク材および裏板前駆体ブランク材を備える、ブランク材。
【請求項２】
請求項１に記載のブランク材であって、
前記ステム前駆体ブランク材は、少なくとも約６インチ（約１５．２４センチ）の長さおよび少なくとも約３インチ（約７．６２センチ）の直径を有するアルミニウム材の丸棒を備え、
前記裏板前駆体ブランク材は、少なくとも約１インチ（約２．５４センチ）の厚さおよび少なくとも約１３インチ（約３３．０２センチ）の直径を有するアルミニウム材の円板を備え、
前記ステム前駆体ブランク材の軸方向端部は、前記裏板前駆体ブランク材の片面中央に回転摩擦溶接される、ブランク材。
【請求項３】
請求項１に記載のブランク材であって、
前記裏板前駆体ブランク材は、その片面に隆起した中央部分を備え、前記隆起した中央部分は、前記ステム前駆体ブランク材の前記軸方向端部に回転摩擦溶接される、ブランク材。
【請求項４】
請求項１に記載のブランク材であって、
前記裏板前駆体ブランク材は、アルミニウム合金の圧延板を含み、
前記ステム前駆体ブランク材は、アルミニウム合金の押出棒を含む、ブランク材。
【請求項５】
請求項４に記載のブランク材であって、
前記アルミニウム合金は６０６１番である、ブランク材。
【請求項６】
面板および請求項１に記載のブランク材を備えるシャワーヘッドアセンブリであって、
前記ブランク材は、接合界面周辺の溶接バリを除去するように機械加工されており、
前記ステム前駆体ブランク材は、所望の寸法のステムに機械加工されており、
前記裏板前駆体ブランク材は、所望の寸法の裏板に機械加工されており、
前記面板は、前記面板の内側面と前記裏板の内側面との間にプレナムを伴って前記裏板に取り付けられており、
前記ステムおよび前記裏板を通って軸方向に延びる少なくとも１つのガス流路は、前記プレナムと流体連通する、シャワーヘッドアセンブリ。
【請求項７】
請求項６に記載のシャワーヘッドアセンブリであって、
前記面板は、前記内側面から垂直方向上向きに延びる複数の支柱を備え、
前記支柱の上端部は、前記支柱の上端部が設置される前記裏板の対応する開口部に位置する、シャワーヘッドアセンブリ。
【請求項８】
請求項７に記載のシャワーヘッドアセンブリであって、
前記面板は、下壁と、前記下壁の外周部から垂直方向上向きに延びる外壁とを備え、
前記外壁の上端部は、前記裏板の外周部に封止される、シャワーヘッドアセンブリ。
【請求項９】
請求項７に記載のシャワーヘッドアセンブリであって、
前記支柱は、前記裏板に溶接され、前記裏板の外周部は、前記面板の側壁に溶接される、シャワーヘッドアセンブリ。
【請求項１０】
堆積装置において基板の上面に材料を堆積させるために有用なシャワーヘッドアセンブリの部品を製造する方法であって、
ステム前駆体ブランク材を提供するために押出ビレットの長さを切断し、
裏板前駆体ブランク材を提供するために板材片を切断し、
前記ステム前駆体ブランク材を前記裏板前駆体ブランク材に回転摩擦溶接することによって溶接ブランク材を形成し、
溶接バリを除去するために前記溶接ブランク材を機械加工することによって、一体型ステムおよび裏板を有するシャワーヘッド部品ブランク材を形成すること
を備える、方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の方法であって、さらに、
隆起した中央部分をその片面に備えるように前記裏板前駆体ブランク材を機械加工し、
前記ステム前駆体ブランク材の中心軸に垂直な軸方向端部を有するように前記ステム前駆体ブランク材を機械加工し、
前記隆起した中央部分が露出した状態で前記裏板前駆体ブランク材を固定し、
前記ステム前駆体ブランク材および前記裏板前駆体ブランク材の対向面の間に融着継手を形成するように、前記ステム前駆体ブランク材の前記軸方向端部を前記隆起した中央部分に押し付けながら前記ステム前駆体ブランク材を回転させること
を含む、方法。
【請求項１２】
請求項１０に記載の方法であって、さらに、
前記溶接ブランク材を最終的に所望する寸法のシャンデリア型シャワーヘッドアセンブリの裏板およびステムに機械加工し、内側プレナムが前記裏板と前記面板との間に形成されるように前記裏板の外周部を面板の外壁に溶接することを備える、方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の方法であって、
ガス流路が前記内側プレナムと流体連通するように、少なくとも１つの垂直に延びる前記ガス流路が前記ステムおよび前記裏板において機械加工される、方法。
【請求項１４】
請求項１２に記載の方法であって、さらに、
前記面板の内側面から延びる支柱を前記裏板の穴に挿入して、支柱の上端部を前記裏板に溶接することを備える、方法。
【請求項１５】
請求項１０に記載の方法であって、
前記裏板前駆体ブランク材および前記ステム前駆体ブランク材は、同じ組成を有するアルミニウム合金で作られる、方法。
【請求項１６】
請求項１０に記載の方法であって、
前記回転摩擦溶接は、前記ステム前駆体ブランク材を少なくとも３００ｒｐｍの回転速度で回転させながら少なくとも３０００ｐｓｉ（２０．６８４Ｍｐａ）の軸圧で実行される、方法。
【請求項１７】
請求項１０に記載の方法であって、
前記溶接部は、少なくとも３０平方インチ（７６．２平方センチ）である、方法。
【請求項１８】
請求項１０に記載の方法であって、
前記溶接部の粒径は、ほぼ均一である、方法。
【請求項１９】
請求項１０に記載の方法であって、
前記溶接部は、ボイドおよび割れを有しない、方法。
【請求項２０】
請求項１０に記載の方法であって、
前記裏板前駆体ブランク材は、少なくとも１２インチ（３０．４８センチ）の直径および少なくとも１インチ（２．５４センチ）の厚さを有し、
前記ステム前駆体ブランク材は、少なくとも２インチ（５．０８センチ）の直径および少なくとも６インチ（１５．２４センチ）の長さを有する、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板を処理するための基板処理装置に関し、薄膜を堆積させるために動作可能なプラズマ強化化学気相堆積処理装置において特に用いられ得る。
【背景技術】
【０００２】
基板処理装置は、半導体、ガラスまたはポリマ基板などの基板を、エッチング、物理気相堆積法（ＰＶＤ）、化学気相堆積法（ＣＶＤ）、プラズマ強化化学気相堆積法（ＰＥＣＶＤ）、原子層堆積法（ＡＬＤ）、プラズマ強化原子層堆積法（ＰＥＡＬＤ）、パルス堆積層法（ＰＤＬ）、プラズマ強化パルス堆積層法（ＰＥＰＤＬ）、および、レジスト除去を含む技術によって処理するために用いられる。基板処理装置の一種には、上部電極および下部電極を有する反応チャンバを備えるプラズマ処理装置があり、反応チャンバ内での基板処理のためにプロセスガスをプラズマに励起するため、高周波（ＲＦ）電力が電極間に印加される。
【発明の概要】
【０００３】
本明細書では、ステム、裏板、および面板を備えるプラズマ強化化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）加熱シャワーヘッドのためのブランク材が開示される。ブランク材には、回転摩擦溶接によって接合されたステム前駆体ブランク材および裏板前駆体ブランク材が含まれる。
【０００４】
ステム前駆体ブランク材は、少なくとも約６インチ（約１５．２４センチ）の長さおよび少なくとも約３インチ（約７．６２センチ）の直径を有するアルミニウム材の丸棒を備え、裏板前駆体ブランク材は、少なくとも約１インチ（約２．５４センチ）の厚さおよび少なくとも約１３インチ（約３３．０２センチ）の直径を有するアルミニウム材の円板を備えてよく、ステム前駆体ブランク材の軸方向端部は、裏板前駆体ブランク材の片面中央に回転摩擦溶接される。
【０００５】
裏板前駆体ブランク材は、アルミニウム合金の圧延板を含むことが好ましく、ステム前駆体ブランク材は、６０６１アルミニウム合金などのアルミニウム合金の押出棒を含むことが好ましい。
【０００６】
本明細書には、面板および上述のブランク材を備えるシャワーヘッドアセンブリも開示される。ブランク材は、接合界面周辺の溶接バリを除去するように機械加工され、ステム前駆体ブランク材は、所望の寸法のステムに機械加工され、裏板前駆体ブランク材は、所望の寸法の裏板に機械加工され、面板は、面板の内側面と裏板の内側面との間にプレナムを伴って裏板に取り付けられており、ステムおよび裏板を通って軸方向に延びる少なくとも１つのガス流路は、プレナムと流体連通する。面板は、内側面から垂直方向上向きに延びる複数の支柱を備え、支柱の上端部は、支柱の上端部が設置される裏板の対応する開口部に位置しうる。例えば、支柱の上端部は、裏板の凹部に溶接されうる。面板は、下壁と、下壁の外周部から垂直方向上向きに延びる外壁とを備え、外壁の上端部は、溶接または裏板の外周部に適した他の技術によって封止されうる。
【０００７】
上述のブランク材は、ステム前駆体ブランク材を提供するために押出ビレットの長さを切断し、裏板前駆体ブランク材を提供するために板材片を切断し、ステム前駆体ブランク材を裏板前駆体ブランク材に回転摩擦溶接することで溶接ブランク材を形成し、溶接バリを除去するために溶接ブランク材を機械加工することで一体型ステムおよび裏板を有するシャワーヘッド部品ブランク材を形成することによって作られうる。この方法は、さらに、隆起した中央部分をその片面に備えるように裏板前駆体ブランク材を機械加工し、ステム前駆体ブランク材の中心軸に垂直な軸端部を有するようにステム前駆体ブランク材を機械加工し、隆起した中央部分を露出した状態で裏板前駆体ブランク材を固定し、ステム前駆体ブランク材と裏板前駆体ブランク材の対向面の間に融着継手を形成するように、ステム前駆体ブランク材の軸端部を隆起した中央部分に押し付けながらステム前駆体ブランク材を回転させることを含む。この方法は、（ａ）溶接ブランク材を最終的に所望する寸法のシャンデリアシャワーヘッドアセンブリの裏板およびステムに機械加工して、内側プレナムが裏板と面板との間に形成されるように裏板の外周部を面板の外壁に溶接し、（ｂ）ガス流路が内側プレナムと流体連通するように少なくとも１つの垂直に延びるガス流路をステムおよび裏板において機械加工し、（ｃ）面板の内側面から延びる支柱を裏板の穴に挿入して、支柱の上端部を裏板に溶接し、（ｄ）裏板前駆体ブランク材およびステム前駆体ブランク材が同じ組成を有するアルミニウム合金で作られるようにアルミニウム材を選択し、（ｅ）ステム前駆体ブランク材を少なくとも３００ｒｐｍの回転速度で回転させながら少なくとも３０００ｐｓｉ（２０．６８４Ｍｐａ）の軸圧で回転摩擦溶接を実行し、（ｆ）溶接部が少なくとも３０平方インチ（７６．２平方センチ）になるように部品を接合し、（ｇ）溶接部の粒径がほぼ均一になるように溶接ブランク材を加熱処理すること、のうちの１つ以上を含む。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】堆積装置の概要を示す概略図。
【０００９】
【図２】堆積装置のシャワーヘッドアセンブリの回転摩擦溶接された裏板およびステムを表す実施形態。
【００１０】
【図３】堆積装置のシャワーヘッドアセンブリの面板。
【００１１】
【図４】堆積装置のシャワーヘッドアセンブリ。
【００１２】
【図５Ａ】堆積装置のシャワーヘッドアセンブリの回転摩擦溶接された裏板前駆体ブランク材およびステム前駆体ブランク材を表す斜視図。
【図５Ｂ】図５Ａの平面図。
【図５Ｃ】図５Ａの側面図。
【００１３】
【図６Ａ】回転摩擦溶接された圧延アルミニウムの裏板前駆体材およびアルミニウム押出ステム前駆体材の写真。
【図６Ｂ】融接ラインで撮られた図６Ａの溶接アセンブリの部分写真。
【００１４】
【図７Ａ】融接ラインを通りステム前駆体材の中心軸で交わる２つの垂直面を有する象限に分割された後の図６Ａと同様の溶接アセンブリの写真。
【図７Ｂ】溶接継手の外周で融接ラインに沿って撮られたサンプル１の顕微鏡写真。
【図７Ｃ】ステム前駆体材の中間半径で融接ラインに沿って撮られたサンプル１の顕微鏡写真。
【図７Ｄ】ステム前駆体材の中間半径で融接ラインに沿って撮られたサンプル２の顕微鏡写真。
【図７Ｅ】溶接継手の外周で融接ラインに沿って撮られたサンプル２の顕微鏡写真。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
次の詳細な開示では、本明細書に開示される装置および方法の理解を提供するために例示的な実施形態が記載される。しかし、当業者には明らかなように、例示的な実施形態は、これらの特定な詳細なしで実施されてよい、または、代替の要素もしくはプロセスを用いて実施されてよい。他の例では、周知のプロセス、手順、および／または構成要素は、本明細書に開示される実施形態の態様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。図中の同様の数値は、同様の要素を示す。本明細書で用いられる単語「約」は、±１０％を意味する。
【００１６】
本明細書では、摩擦溶接によって接合されたステムおよび裏板を備えるシャワーヘッドアセンブリが開示される。回転摩擦溶接は、固体溶接プロセスであって、溶接のための熱が２つの界面間の相対運動によって発生され、界面での溶融なしに継手が形成される。アルミニウム製裏板をアルミニウム製ステムに接合するときに、固定の裏板は、界面が溶接温度に達するまで一定の圧力下または徐々に増す圧力下で回転ステムに接触保持されうる。回転速度、軸圧、および溶接時間は、２つの部品の界面において金属結合が形成されるまで原子拡散を実現するように制御されうる。摩擦溶接は、アルミニウム製裏板とアルミニウム製ステムとの間の熱伝導がステムの一端において裏板を有するように機械加工されたアルミニウム材の一片に相当する点で、非常に効果がある。ステムおよび裏板は、６０６１アルミニウム合金で作られ、ステムは、適した直径の押出棒および圧延板材の裏板を備えることが好ましい。
【００１７】
本明細書で開示されるシャワーヘッドアセンブリは、プラズマ強化化学堆積装置（すなわち、ＰＥＣＶＤ装置、ＰＥＡＬＤ装置、またはＰＥＰＤＬ装置）などの堆積装置に有用だが、それに限定されない。図１は、本明細書に開示される実施形態を実施するために配置された様々な基板プラズマ処理装置部品を表す簡単なブロック図である。図のように、基板プラズマ処理装置３００は、処理領域にプラズマを含む働きをする真空チャンバ３２４を備え、プラズマは、下部ＲＦ電極（図示せず）を有する基板台座アセンブリ３２０と連動する上部ＲＦ電極（図示せず）を有するシャワーヘッドアセンブリ３１４を備えるキャパシタ型システムによって生成される。少なくとも１つのＲＦ生成器は、プラズマ堆積プロセスが真空チャンバ３２４で実施されるように、ＲＦエネルギを真空チャンバ３２４内の基板３１６の上面上方の処理領域に供給して、真空チャンバ３２４の処理領域に供給されたガスをプラズマに励起するように動作可能である。例えば、高周波ＲＦ生成器３０２および低周波ＲＦ生成器３０４は各々、ＲＦエネルギが真空チャンバ３２４内の基板３１６の上方の処理領域に供給されるように、シャワーヘッドアセンブリ３１４の上部ＲＦ電極に接続される整合ネットワーク３０６に接続されてよい。
【００１８】
整合ネットワーク３０６によって真空チャンバ３２４の内部に供給されたＲＦエネルギの電力および周波数は、ガスからプラズマを生成するために十分である。一実施形態では、高周波ＲＦ生成器３０２および低周波ＲＦ生成器３０４の両方が用いられ、別の実施形態では、高周波ＲＦ生成器３０２のみが用いられる。プロセスでは、高周波ＲＦ生成器３０２は、約２〜１００ＭＨｚの周波数で、好ましい実施形態では、１３．５６ＭＨｚまたは２７ＭＨｚで動作してよい。低周波ＲＦ生成器３０４は、約５０ｋＨｚから２ＭＨｚで、好ましい実施形態では、約３５０〜６００ｋＨｚで動作してよい。プロセスパラメータは、チャンバ圧、基板サイズ、および他の要素に基づいてスケーリングされてよい。同様に、ガスの流量は、真空チャンバまたは処理領域の自由体積に依存してよい。
【００１９】
基板台座アセンブリ３２０の上面は、真空チャンバ３２４内での処理時に基板３１６を支持する。基板台座アセンブリ３２０は、基板を保持するためのチャック、ならびに／または、堆積および／もしくはプラズマ処理プロセスの前、最中、および／もしくは後に基板を昇降するためのリフトピンを備えうる。別の実施形態では、基板台座アセンブリ３２０は、堆積および／またはプラズマ処理プロセスの前、最中、および／または後に基板を昇降するためのキャリアリングを備えうる。チャックは、静電チャック、機械式チャック、または、産業および／もしくは研究で使用可能な様々な他の種類のチャックであってよい。静電チャックを備える基板台座アセンブリ向けリフトピンアセンブリの詳細は、その全てが参照により本明細書に組み込まれる、本願と同様に譲渡された米国特許第８，８４０，７５４号に記載されている。基板台座アセンブリ向けキャリアリングの詳細は、その全てが参照により本明細書に組み込まれる、本願と同様に譲渡された米国特許第６，８６０，９６５号に記載されている。裏面ガス供給部３４１は、処理時に、伝熱ガスまたはパージガスを基板台座アセンブリ３２０を通って基板の下面の下方の領域に供給するように動作可能である。基板台座アセンブリ３２０は、下部ＲＦ電極を備えることができ、下部ＲＦ電極は、処理時は接地されることが好ましいが、別の実施形態では、下部ＲＦ電極は、処理時にＲＦエネルギが供給されてよい。
【００２０】
基板プラズマ処理装置３００の真空チャンバ３２４で基板を処理するために、ガスがガス源３６２から流入口３１２およびシャワーヘッドアセンブリ３１４を介して真空チャンバ３２４に導入される。ガスは、基板の上面に成膜されるようにＲＦエネルギを用いてプラズマ化される。一実施形態では、ガス源３６２は、加熱マニホルド３０８に接続される複数のガスライン３１０を備えうる。ガスは、予混合されてよい、または、チャンバに別々に供給されてよい。基板処理時に正しいガスがシャワーヘッドアセンブリ３１４を通って供給されることを確実にするため、適当な弁操作およびマスフロー制御機構が用いられる。処理時、裏面伝熱ガスまたはパージガスは、基板台座アセンブリ３２０に支持されている基板の下面の下方の領域に供給される。処理は、化学気相堆積処理、プラズマ強化化学気相堆積処理、原子層堆積処理、プラズマ強化原子層堆積処理、パルス堆積層処理、およびプラズマ強化パルス堆積層処理のうちの少なくとも１つであることが好ましい。
【００２１】
特定の実施形態では、システムコントローラ１６２は、堆積時のプロセス条件、堆積後の処理、および／または他のプロセス動作を制御するために用いられる。コントローラ１６２は、通常、１つ以上のデバイスおよび１つ以上のプロセッサを備えるだろう。プロセッサは、ＣＰＵもしくはコンピュータ、アナログおよび／もしくはデジタルの入出力接続、ステッパモータコントローラ基板などを備えてよい。
【００２２】
特定の実施形態では、コントローラ１６２は、装置の全ての動作を制御する。システムコントローラ１６２は、処理動作のタイミング、低周波ＲＦ生成器３０４および高周波ＲＦ生成器３０２の動作の周波数および電力、前駆体、不活性ガス、およびそれらの混合物の流量および温度、基板台座アセンブリ３２０の上面に支持された基板３１６およびシャワーヘッドアセンブリ３１４のプラズマ露出面の温度、真空チャンバ３２４の圧力、ならびに、特定プロセスの他のパラメータを制御するための命令のセットを含むシステム制御ソフトウェアを実行する。コントローラに関連付けられたメモリデバイスに格納された他のコンピュータプログラムは、いくつかの実施形態で用いられてよい。
【００２３】
通常、コントローラ１６２に関連付けられたユーザインターフェースがあるだろう。ユーザインターフェースは、表示画面、装置および／またはプロセス条件のグラフィックソフトウェア表示装置、ならびに、ポインティングデバイス、キーボード、タッチスクリーン、マイクなどのユーザ入力デバイスを含んでよい。
【００２４】
非一時的コンピュータ機械可読媒体は、装置の制御のためのプログラム命令を備えうる。処理動作を制御するためのコンピュータプログラムコードは、例えば、アセンブリ言語、Ｃ、Ｃ＋＋、パスカル、フォートラン、またはその他のあらゆる従来のコンピュータ可読プログラミング言語で書き込まれうる。コンパイルされたオブジェクトコードまたはスクリプトは、プログラムで識別されたタスクを実行するためにプロセッサによって実行される。
【００２５】
コントローラパラメータは、例えば、処理工程のタイミング、前駆体および不活性ガスの流量および温度、基板温度、チャンバ圧、ならびに特定プロセスの他のパラメータなどのプロセス条件に関する。これらのパラメータは、レシピの形式でユーザに提供され、ユーザインターフェースを用いて入力されてよい。
【００２６】
プロセスを監視するための信号は、システムコントローラのアナログおよび／またはデジタルの入力接続によって提供されてよい。プロセスを制御するための信号は、装置のアナログおよびデジタルの出力接続で出力される。
【００２７】
システムソフトウェアは、多くの異なる方法で設計または構成されてよい。例えば、様々なチャンバ部品サブルーチンまたは制御オブジェクトは、堆積プロセスを実行するのに必要なチャンバ部品の動作を制御するように書き込まれてよい。この目的のプログラムまたはプログラムの区分の例は、処理工程の基板タイミングのコード、前駆体および不活性ガスの流量および温度のコード、ならびに真空チャンバ３２４の圧力のコードを含む。
【００２８】
図２は、最終寸法に機械加工されている回転摩擦溶接された裏板およびステムアセンブリ４００の断面図を表す。図３は、溶接された裏板およびステムアセンブリ４００に取り付けられうる面板５００を表す。図４は、面板５００ならびに溶接された裏板およびステムアセンブリ４００から成るシャワーヘッドアセンブリ６００を表す。図２に示されるように、裏板およびステムアセンブリ４００は、ステム４０２および裏板４０４を備え、ステムは、中央に垂直に延びるガス流路４０６と、面板５００の温度を監視する熱電対を受けるためのオフセット垂直流路４０８とを備える。裏板４０４は、外周部４１０、ガス流路４０６と流体連通するプレナム４１２、および、裏板４０４を面板５００に取り付けるための留め具または溶接材を受けるための凹部４１４を備える。図３に示されるように、面板５００は、裏板４０４の凹部４１４に受けられる支持棒５０２と、裏板４０４の外周部４１０を支持する内側段部５０６を有する外壁５０４と、ガス排出口を有する下壁５０８とを備える。シャワーヘッドアセンブリ６００を表す図４に示されるように、凹部４１４は、裏板４０４を面板５００の支持棒５０２に取り付けるための溶接材または留め具６０２を備え、裏板４０４の外周部４１０は、段部５０６の位置で外壁５０４に溶接されうる。
【００２９】
図５Ａは、ステム４０２および裏板４０４の摩擦溶接後であって最終機械加工前の図２の回転摩擦溶接アセンブリ４００を表す。図のように、ステム前駆体材４０２ａおよび裏面前駆体材４０４ａは、融着部４２０で接合される。図５Ｂは、５Ａの平面図を示し、図５Ｃは、図５Ａの側面図を示す。ステム前駆体材４０２ａは、６０６１アルミニウム合金などの押出アルミニウム棒材が好ましく、裏板前駆体材は、６０６１アルミニウム合金の圧延板材が好ましい。最終寸法に機械加工されるのに十分な材料を提供するために、裏板前駆体ブランク材は、少なくとも１２インチ（３０．４８センチ）の直径および少なくとも１インチ（２．５４センチ）の厚さを有し、ステム前駆体ブランク材は、少なくとも２インチ（５．０８センチ）の直径および少なくとも６インチ（１５．２４センチ）の長さを有する。
【００３０】
図６Ａは、ステム前駆体ブランク材に回転摩擦溶接された裏板前駆体ブランク材の溶接アセンブリの写真であり、図６Ｂは、溶接アセンブリの融接ラインで撮像された写真である。図７Ａは、ステム前駆体ブランク材および裏板前駆体ブランク材の中心を通って分割されている溶接アセンブリの写真であり、溶接バリがどのように融接ラインの半径方向外側に広がったか理解される。図７Ｂは、溶接継手の外周部で融接ラインに沿って撮られたサンプル１の顕微鏡写真であり、図７Ｃは、ステム前駆体材の中間半径で融接ラインに沿って撮られたサンプル１の顕微鏡写真であり、図７Ｄは、ステム前駆体材の中間半径で融接ラインに沿って撮られたサンプル２の顕微鏡写真であり、図７Ｅは、溶接継手の外周部で融接ラインに沿って撮られたサンプル２の顕微鏡写真である。図７Ｂ〜７Ｅからわかるように、融着ラインに沿った溶接アルミニウム合金材は、ボイドフリーであり、半径方向外向きの方向に延びた金属間相の微細分散を含む。
【００３１】
裏板前駆体ブランク材は、その中央に隆起した中央部分を備えるように機械加工されることが好ましい。例えば、隆起した中央部分は、板の１つの主面の上方約０．５インチ（約１．２７センチ）でありうる。ステム前駆体ブランク材の裏板前駆体ブランク材への摩擦溶接では、裏板ブランク材は、固定位置に保持されるのが好ましいが、ステムブランク材は、回転されて固定の裏板ブランク材に対して軸方向に押圧される。回転摩擦溶接プロセスの結果、ステムブランク材および裏板ブランク材の２つの接触面における金属は、加熱金属の塑性変形が起こって表面が溶着されるまで、２つの表面間の摩擦によって加熱される。軸圧がステムブランク材に印加されるにつれて局所加熱はメタルフローを引き起こし、その結果、酸化物や汚染物質などの不純物が半径方向外向きに運ばれて溶着ラインを囲む溶接バリに閉じ込められる。ステムブランク材は中実丸棒で、裏板ブランク材は広い表面積にわたって接触されるため、溶接継手は、機械加工後に原材料の約９０％を無駄にする一元機械加工された単一大型ビレットに相当する強度および耐薬品性を提供する。裏板ブランク材のための板材の使用は、さらなる構造的剛性を提供し、それにより、溶接ステムブランク材および裏板ブランク材の最終機械加工後により強度のあるシャワーヘッドを提供する。溶接継手の冶金区分により、継手にギャップがなく、溶接継目（溶着ライン）の境界に沿ったボイドがないことが明らかになった。回転摩擦溶接は、結合がもっと弱く、継手に追加のろう材が必要なろう接などの他の接合技術より優れている。回転摩擦溶接の連結粒組織は、高強度と、ＰＥＣＶＤで用いられるフッ素および他の腐食性ガスによる化学的侵食への耐性とを提供できる。
【００３２】
回転摩擦溶接時に、裏板ブランク材は、回転溶接機内に静止状態で保持され、ステムブランク材は、ステムブランク材を所定の回転速度で回転させて、２つの部品間で所望の接触圧を発生させる速度でステムブランク材を裏板ブランク材に軸方向に進めるようにプログラムされ得る機械の回転部品に保持され得る。例えば、回転摩擦溶接は、ステム前駆体ブランク材を少なくとも３００ｒｐｍの回転速度で回転させながら少なくとも３０００ｐｓｉの軸圧で実行されうる。６０６１アルミニウム合金の押出棒から切り取られたステムブランク材と、６０６１アルミニウム合金の圧延板から切り取られた裏板ブランク材との回転摩擦溶接時に、溶接ラインに沿ったアルミニウム合金の粒組織は、粒組織内で微細に分散した金属間相によって半径方向外向きの方向に延びうる。このようにして製造された摩擦溶接物は、溶接部を介して圧延板材および押出棒材の熱伝導特性に近い熱伝導性を提供する。
【００３３】
本明細書に開示された実施形態が好ましい実施形態と関連して説明されてきたが、本発明の精神から離れることなく本発明を上述以外の特定の形式で実施することが可能なことは、当業者には容易に明らかであろう。好ましい実施形態は、例示であり、決して限定的と見なされるべきではない。
【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】
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【図５Ｃ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図７Ｅ】
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【外国語明細書】
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