(57)【要約】  本明細書では、ホットプレスにより層状セラミック材料を製造する方法が開示されている。方法は、粉末成形体又はセラミック・スラリーを物品の表面に配置する工程を含み、ここで、物品は処理チャンバのチャンバ構成要素である。粉末成形体又はセラミック・スラリーは、物品の表面に対してホットプレスされる。そのために、物品及び粉末成形体又はセラミック・スラリーを加熱し、１５〜１００メガパスカルの圧力を加える。ホットプレスは、粉末成形体又はセラミック・スラリーを焼結セラミック保護層へと焼結させ、焼結セラミック保護層を物品の表面に結合させる。
2020511388.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物品の表面に粉末成形体を配置する工程であって、物品は処理チャンバのチャンバ構成要素である工程と、
粉末成形体を物品の表面に対してホットプレスする工程であって、ホットプレスする工程は、
物品及び粉末成形体を、粉末成形体の融点の５０〜８０％の温度に加熱する工程と、
１５〜１００メガパスカルの圧力を加える工程とを含んでいる工程とを含み、
ホットプレスは、粉末成形体を焼結セラミック保護層へと焼結させ、焼結セラミック保護層を物品の表面に結合させている方法。
【請求項２】
物品は、アルミニウム、アルミニウム合金、又はＡｌ２Ｏ３、ＡｌＮ、Ｓｉ３Ｎ４及びＳｉＣからなる群から選択されるセラミックのうちの１つを含んでいる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
粉末成形体は、酸化イットリウム、フッ化イットリウム及びオキシフッ化イットリウムからなる群から選択される粒子から本質的に構成されている、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
粉末成形体が、酸化イットリウムと酸化ジルコニウムの固溶体から本質的に構成されている、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
物品の表面は非平面の表面である、請求項１に記載の方法であって、
物品と粉末成形体を型に入れる工程を含み、
圧力を加える工程は、パンチを使用して一軸圧力を加える工程を含んでいる方法。
【請求項６】
焼結セラミック保護層をレーザー切断して、所定の形状を実現する工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
焼結セラミック保護層の上に追加の粉末成形体を配置する工程と、
追加の粉末成形体を焼結セラミック保護層に対してホットプレスする工程とをさらに含み、
追加の粉末成形体を焼結セラミック保護層に対してホットプレスする工程は、追加の粉末成形体を第２焼結セラミック保護層へと焼結させ、第２焼結セラミック保護層を焼結セラミック保護層に結合させている、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
第１セラミックのセラミック・スラリーを物品の表面に塗布する工程であって、物品は処理チャンバのチャンバ構成要素である工程と、
セラミック・スラリー又はセラミック・スラリーから形成された未焼結体を物品の表面に対してホットプレスする工程であって、ホットプレスする工程は、
物品及びセラミック・スラリー又は未焼結体を、第１セラミックの融点の５０〜８０％の温度に加熱する工程と、
１５〜１００メガパスカルの圧力を加える工程を含んでいる工程とを含み、
ホットプレスする工程は、セラミック・スラリー又は未焼結体を焼結セラミック保護層へと焼結させ、焼結セラミック保護層を物品の表面に結合させている方法。
【請求項９】
物品は、Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮ、Ｓｉ３Ｎ４及びＳｉＣからなる群から選択される予備焼結セラミックを含んでいる、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
物品は、アルミニウム及びアルミニウム合金からなる群から選択される金属を含んでいる、請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
第１セラミックは、酸化イットリウム、フッ化イットリウム及びオキシフッ化イットリウムからなる群から選択されている、請求項８に記載の方法。
【請求項１２】
第１セラミックは、
ａ）酸化イットリウムと酸化ジルコニウムの固溶体と、
ｂ）Ｙ４Ａｌ２Ｏ９とＹ２Ｏ３−ＺｒＯ２の固溶体とからなるセラミック化合物とからなる群から選択される、請求項８に記載の方法。
【請求項１３】
セラミック・スラリーは有機バインダーを含んでいる、請求項８に記載の方法であって、
ホットプレスする工程を実行する前に、物品及びセラミック・スラリーを第１炉に装填し、物品及びセラミック・スラリーを約１００〜２００℃の第１温度に加熱して、有機バインダーを焼き飛ばし、セラミック・スラリーを乾燥させて、セラミック・スラリーから未焼結体を形成する工程と、
続いて、物品及び未焼結体を第２炉に装填する工程であって、ホットプレスは第２炉で実行される工程とをさらに含む方法。
【請求項１４】
物品の表面は非平面の表面である、請求項８に記載の方法であって、
物品及びセラミック・スラリー又は未焼結体を型に入れる工程をさらに含み、
圧力を加える工程は、パンチを使用して一軸圧力を加える工程を含んでいる方法。
【請求項１５】
焼結セラミック保護層上に追加のセラミック・スラリーを塗布する工程と、
追加のセラミック・スラリー又は第２セラミック・スラリーから形成された追加の未焼結体を焼結セラミック保護層に対してホットプレスする工程とをさらに含む、請求項８に記載の方法であって、
焼結セラミック保護層に対するセラミック・スラリー又は追加の未焼結体のホットプレスは、追加のセラミック・スラリー又は追加の未焼結体を第２焼結セラミック保護層へと焼結させて、第２焼結セラミック保護層を焼結セラミック保護層に結合させている方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、概して、ホットプレスにより半導体処理チャンバ構成要素に焼結セラミック保護層を形成する方法に関する。
【背景】
【０００２】
半導体業界では、デバイスは、サイズがますます小さくなる構造を生産する多くの製造プロセスによって製造されている。プラズマエッチングやプラズマクリーニング処理などの一部の製造プロセスでは、基板支持体（例えば、ウェハ処理中の基板支持体の端部と、チャンバクリーニング中の基板支持体の全体）を高速プラズマの流れに露出させて、基板をエッチング又はクリーニングする。プラズマは非常に腐食性が高い場合があり、プラズマに曝される処理チャンバやその他の表面を腐食させる場合がある。
【０００３】
焼結技術を使用して、単一バルクセラミック（製造チャンバの構成要素など）を製造している。しかしながら、望ましい耐プラズマ性を備えた単一バルクセラミックは、製造コストが高く、好ましくない構造特性を有している。さらに、望ましい構造特性を持ち、製造が比較的安価な一部の単一バルクセラミックは、望ましくない耐プラズマ性を有している。
【概要】
【０００４】
本開示の諸実施形態は、ホットプレス技術による焼結セラミック保護層及び層状バルクセラミックの製造に関する。一実施形態では、方法は、粉末成形体を物品の表面に配置する工程を含む。ここで、物品は、処理チャンバのチャンバ構成要素である。粉末成形体は、物品の表面に対してホットプレスされる。そのために、物品と粉末成形体を加熱し、１５〜１００メガパスカルの圧力を加える。ホットプレスを行って、粉末成形体を焼結セラミック保護層へと焼結させ、焼結セラミック保護層を物品の表面に結合させる。
【０００５】
別の一実施形態では、方法は、セラミック・スラリーを物品の表面に配置する工程を含む。ここで、物品は、処理チャンバのチャンバ構成要素である。セラミック・スラリー又はセラミック・スラリーから形成された未焼結体は、物品の表面に対してホットプレスされる。そのために、物品及びセラミック・スラリー又は未焼結体を加熱し、１５〜１００メガパスカルの圧力を加える。ホットプレスを行って、セラミック・スラリー又は未焼結体を焼結セラミック保護層へと焼結させ、焼結セラミック保護層を物品の表面に結合させる。
【０００６】
別の一実施形態では、方法は、第１焼結セラミック物品上に第２焼結セラミック物品を配置する工程を含む。ここで、第１焼結セラミック物品は、処理チャンバのチャンバ構成要素である。第２焼結セラミック物品は、第１焼結セラミック物品に対してホットプレスされる。そのために、第１及び第２の焼結セラミック物品を加熱し、１５〜１００メガパスカルの圧力を加える。ホットプレスを行って、第２焼結セラミック物品を第１焼結セラミック物品に結合させる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
本発明の実施形態は、添付図面の図の中で、限定としてではなく、例として示されており、これらの図面において、同様の参照符号は同様の要素を示している。この開示における「一」又は「１つの」実施形態への異なる参照は、必ずしも同じ実施形態への参照ではなく、そのような参照は、少なくとも１つを意味することに留意すべきである。
【図１】一実施形態による処理チャンバの断面図を示す。
【図２】一実施形態による製造システムの例示的なアーキテクチャを示す。
【図３Ａ】一実施形態によるホットプレスチャンバの断面図を示す。
【図３Ｂ】一実施形態による、型を使用するホットプレスチャンバの断面図を示す。
【図４Ａ】〜
【図４Ｄ】諸実施形態による、１つ以上のセラミック未焼結体、セラミック・スラリー、粉末成形体及び／又は焼結セラミック保護層が配置された、例示的な物品の側断面図を示す。
【図５】一実施形態による、粉末成形体から、物品上に焼結セラミック保護層を形成する処理を示すフロー図である。
【図６】一実施形態による、２つの予備焼結セラミック物品を一緒にホットプレスすることにより多層焼結セラミックを形成するための処理を示すフロー図である。
【図７】一実施形態による、セラミック・スラリーから、物品上に焼結セラミック保護層を形成するための処理を示すフロー図である。
【実施形態の詳細な説明】
【０００８】
本発明の実施形態は、処理チャンバ用のチャンバ構成要素などの物品を提供する。１つ以上のセラミック層を物品上に形成してもよい。そのために、粉末成形体又はセラミック・スラリーを物品上に配置し、ホットプレス技術を使用して粉末成形体又はセラミック・スラリーを焼結して、物品に接合された緻密な焼結セラミック保護層を形成してもよい。いくつかの実施形態では、複数の焼結セラミック保護層は、粉末成形体又はセラミック・スラリーを物品に塗布し、ホットプレスする処理を繰り返すことにより形成される。得られた各焼結セラミック保護層は、以下の成分のうちの１つ以上の成分を有してもよい。その成分とは、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２（ＹＡＧ）、Ｙ４Ａｌ２Ｏ９（ＹＡＭ）、Ｙ２Ｏ３、Ｅｒ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、Ｇｄ３Ａｌ５Ｏ１２（ＧＡＧ）、ＹＦ３、Ｎｄ２Ｏ３、Ｅｒ４Ａｌ２Ｏ９、Ｅｒ３Ａｌ５Ｏ１２（ＥＡＧ）、ＥｒＡｌＯ３、Ｇｄ４Ａｌ２Ｏ９、ＧｄＡｌＯ３、Ｎｄ３Ａｌ５Ｏ１２、Ｎｄ４Ａｌ２Ｏ９、ＮｄＡｌＯ３、ＹＸＯＹＦＺ、Ｙ２Ｏ３−ＺｒＯ２の固溶体又は多相化合物、又はＹ４Ａｌ２Ｏ９とＹ２Ｏ３−ＺｒＯ２からなる少なくとも１つの相とから構成されるセラミック化合物（例えば、Ｙ２Ｏ３−ＺｒＯ２の固溶体）である。開示された焼結セラミック保護層のうちの１つ以上によって提供される改善した耐プラズマ浸食性は、チャンバ構成要素の耐用年数を改善し得ると共に、メンテナンスと製造のコストを削減する。
【０００９】
従来のセラミックコーティング技術は、一連の独特な欠点又は難点を有している。例えば、プラズマ溶射及びその他の溶射技術によって形成されたセラミック層は、一般に多孔質である（例えは、約３〜５％の気孔率を有する）。多孔質であることにより、プラズマの化学的性質による浸食の防止効果が低下する。イオンアシスト堆積法（ＩＡＤ）、物理気相堆積法（ＰＶＤ）、スパッタリングなどの手法で形成されたセラミック層は比較的薄く、多くの場合、基板の欠陥の位置に垂直亀裂や境界欠陥が含まれる。垂直亀裂と境界欠陥は、プラズマの化学的性質による浸食を低減するという、セラミック層の有効性を低下させる。原子層堆積（ＡＬＤ）は多大な時間と費用を要し、非常に薄い膜を生成する。
【００１０】
本明細書で論じられる諸実施形態により、ホットプレスによって焼結セラミック保護層及び多層セラミック物品を形成する方法を詳述する。多層セラミック物品は、比較的安価で、望ましい構造特性及び／又は熱伝導特性を有する予備焼結セラミック物品を含んでもよい。この種の予備焼結セラミック物品の例に、処理チャンバ用の予備焼結Ａｌ２Ｏ３チャンバ構成要素がある。ホットプレスを行って、予備焼結セラミック物品上に焼結セラミック保護層を形成してもよい。焼結セラミック保護層は、優れた耐浸食性と耐腐食性（例えば、改良された耐浸食性とプラズマ環境に対する耐プラズマ性）を備えているが、予備焼結セラミック物品よりも高価な材料で構成されている場合、及び／又はあまり望ましくない構造特性及び／又は熱伝導特性を有する場合がある（例えば、低い弾性率、低い耐摩耗性、低い機械的強度、低い熱伝導率など）。焼結セラミック保護層は、約１〜１００ミクロンの厚さ（例えば、ＩＡＤ、ＰＶＤ及びＡＬＤ処理によって一般に達成可能な厚さよりも厚い）、及び約１％以下の比較的低い気孔率（例えば、プラズマ溶射処理で一般に達成可能な気孔率よりも低い）を有して、垂直亀裂や境界欠陥がない場合もある。いくつかの実施形態では、気孔率は約０．１％である。気孔率は、焼結セラミック保護層内の空隙の尺度であり、総体積に対する空隙の体積の割合である。厚い焼結セラミック保護層は、汚染物質が物品から処理された基板に拡散するのを防ぐ拡散バリアとして機能する。
【００１１】
図１は、本発明の諸実施形態による焼結セラミック保護層でコーティングされた１つ以上のチャンバ構成要素を有する半導体処理チャンバ１００の断面図である。処理チャンバ１００を、腐食性プラズマ環境がもたらされる処理に使用してもよい。例えば、処理チャンバ１００は、プラズマエッチャ又はプラズマエッチングリアクタ、プラズマクリーナなどのためのチャンバであってもよい。セラミック層を備え得るチャンバ構成要素の例には、基板支持アセンブリ１４８、静電チャック（ＥＳＣ）１５０、リング（例えば、プロセスキットリング又はシングルリング）、チャンバ壁、ベース、ガス分配プレート、シャワーヘッド、ライナ、ライナキット、シールド、プラズマスクリーン、フローイコライザ、冷却ベース、チャンバビューポート、チャンバ蓋１０４、ノズルなどが含まれる。以下により詳細に説明する焼結セラミック保護層は、ホットプレスにより形成されてもよく、以下のセラミック材料うちの１つ以上を含むセラミック材料で形成されてもよい。そのセラミック材料とは、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２、Ｙ４Ａｌ２Ｏ９、Ｙ２Ｏ３、Ｅｒ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、Ｇｄ３Ａｌ５Ｏ１２、ＹＦ３、Ｎｄ２Ｏ３、Ｅｒ４Ａｌ２Ｏ９、Ｅｒ３Ａｌ５Ｏ１２、ＥｒＡｌＯ３、Ｇｄ４Ａｌ２Ｏ９、ＧｄＡｌＯ３、Ｎｄ３Ａｌ５Ｏ１２、Ｎｄ４Ａｌ２Ｏ９、ＮｄＡｌＯ３、ＹＸＯＹＦＺ、Ｙ２Ｏ３−ＺｒＯ２の固溶体又は多相化合物、Ｙ４Ａｌ２Ｏ９とＹ２Ｏ３−ＺｒＯ２の少なくとも１つの相とから構成されるセラミック化合物、又はＹ２Ｏ３−ＺｒＯ２−Ａｌ２Ｏ３の固溶体又は多相化合物である。図示のように、一実施形態によれば、基板支持アセンブリ１４８は焼結セラミック保護層１３６を有する。しかしながら、上に挙げたような、他のチャンバ構成要素のいずれもが、焼結セラミック保護層を備えてもよいことを理解すべきである。
【００１２】
一実施形態では、処理チャンバ１００は、チャンバ本体１０２と、内部容積１０６を囲むシャワーヘッド１３０とを備える。あるいは、いくつかの実施形態では、シャワーヘッド１３０を蓋とノズルに置き換えてもよい。チャンバ本体１０２は、アルミニウム、ステンレス鋼、又は他の適切な材料から製造されてもよい。チャンバ本体１０２は、一般に、側壁１０８と底部１１０を備える。シャワーヘッド１３０（又は蓋及び／又はノズル）、側壁１０８及び／又は底部１１０のうちの１つ以上は、セラミック層を備えてもよい。
【００１３】
外側ライナ１１６を側壁１０８に隣接して配置して、チャンバ本体１０２を保護してもよい。外側ライナ１１６を、セラミック層で製造及び／又はコーティングしてもよい。一実施形態では、外側ライナ１１６は、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）から製造される。
【００１４】
排気ポート１２６を、チャンバ本体１０２内に画定してもよく、内部容積１０６をポンプシステム１２８に接続してもよい。ポンプシステム１２８は、１つ以上のポンプ及びスロットル弁を備え、これを利用して、処理チャンバ１００の内部容積１０６の排気及び圧力調整を行ってもよい。
【００１５】
シャワーヘッド１３０は、チャンバ本体１０２の側壁１０８に支えられてもよい。シャワーヘッド１３０（又は蓋）を開放して、処理チャンバ１００の内部容積１０６へのアクセスを可能にしてもよく、これを閉じて、処理チャンバ１００に気密を提供してもよい。ガスパネル１５８を、処理チャンバ１００に接続して、シャワーヘッド１３０又は蓋及びノズルを通して内部容積１０６に処理ガス及び／又はクリーニングガスを供給してもよい。シャワーヘッド１３０を、誘電体エッチング（誘電体材料のエッチング）に使用される処理チャンバに使用してもよい。シャワーヘッド１３０は、ガス分配プレート（ＧＤＰ）１３３を備え、ＧＤＰ１３３はその全体にわたって複数のガス供給孔１３２を有する。シャワーヘッド１３０は、アルミニウム製ベース又は陽極酸化アルミニウム製ベースに接続されたＧＤＰ１３３を備えてもよい。ＧＤＰ１３３は、Ｓｉ又はＳｉＣから作られてもよく、又はＹ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、ＹＡＧなどのセラミックであってもよい。
【００１６】
導体エッチング（導電性材料のエッチング）に使用される処理チャンバの場合、シャワーヘッドではなく蓋を使用してもよい。蓋は、蓋の中心穴に適合する中心ノズルを備えてもよい。蓋は、Ａｌ２Ｏ３又はＹ２Ｏ３などのセラミックであってもよい。ノズルは、Ａｌ２Ｏ３やＹ２Ｏ３などのセラミックでもよい。蓋、シャワーヘッド１３０のベース、ＧＤＰ１３３及び／又はノズルを、本明細書に記載されているように焼結セラミック保護層でコーティングしてもよい。
【００１７】
処理チャンバ１００内で基板を処理するために使用し得る処理ガスの例には、ハロゲン含有ガス（とりわけＣ２Ｆ６、ＳＦ６、ＳｉＣｌ４、ＨＢｒ、ＮＦ３、ＣＦ４、ＣＨＦ３、ＣＨ２Ｆ３、Ｆ、ＮＦ３、Ｃｌ２、ＣＣｌ４、ＢＣｌ３及びＳｉＦ４など）の他にもＯ２又はＮ２Ｏのようなガスも含まれる。キャリアガスの例には、Ｎ２、Ｈｅ、Ａｒ、及び処理ガスに対して不活性な他のガス（例えば、非反応性ガス）が含まれる。焼結セラミック保護層には耐プラズマ性があり、前述のハロゲン含有ガスの一部又はすべてに基づくプラズマ及び化学的性質に対する耐性を有する可能性がある。基板支持アセンブリ１４８は、シャワーヘッド１３０又は蓋の下の処理チャンバ１００の内部容積１０６に配置される。基板支持アセンブリ１４８は、処理中に基板１４４を保持している。リング１４６（例えば、シングルリング）は、静電チャック１５０の一部を覆うことができ、処理中にプラズマに露出しないように覆われた部分を保護してもよい。一実施形態では、リング１４６はシリコン又は石英であってもよい。
【００１８】
内側ライナ１１８を、基板支持アセンブリ１４８の周囲にコーティングしてもよい。一実施形態では、内側ライナ１１８は、外側ライナ１１６と同じ材料から製造されてもよい。さらに、内側ライナ１１８は、焼結セラミック保護層でコーティングされてもよい。
【００１９】
一実施形態では、基板支持アセンブリ１４８は、台座１５２を支持する取り付け板１６２と、静電チャック１５０とを備える。静電チャック１５０は、熱伝導性ベース１６４と、接着剤１３８によって熱伝導性ベースに接着された静電パック１６６とをさらに備える。一実施形態では、接着剤はシリコーン接着剤であってもよい。静電パック１６６の上面は、図示の実施形態では焼結セラミック保護層１３６によって覆われている。一実施形態では、焼結セラミック保護層１３６は、静電パック１６６の上面に配置されている。別の一実施形態では、焼結セラミック保護層１３６は、静電チャック１５０の露出面全体に配置されている。この露出面には、熱伝導性ベース１６４及び静電パック１６６の外側周囲及び側面周囲が含まれる。取り付け板１６２は、チャンバ本体１０２の底部１１０に連結されており、熱伝導性ベース１６４及び静電パック１６６へのユーティリティ（例えば、流体、電力線、センサリードなど）をルート割当てするための通路を備える。
【００２０】
熱伝導性ベース１６４及び／又は静電パック１６６は、１つ以上の任意選択の埋め込み式加熱素子１７６、埋め込み式断熱材１７４、及び／又は導管１６８、１７０を備えて、基板支持アセンブリ１４８の横方向の温度プロファイルを制御してもよい。導管１６８、１７０は流体源１７２に流体的に接続され、この流体源は、導管１６８、１７０を通して温度調整流体を循環させてもよい。一実施形態では、埋め込まれた断熱材１７４は、導管１６８、１７０の間に配置されてもよい。ヒータ１７６は、ヒータ電源１７８により調整される。導管１６８、１７０及びヒータ１７６を利用して、熱伝導性ベース１６４の温度を制御してもよい。この熱伝導性ベースを使用して、静電パック１６６及び処理中の基板１４４（例えば、ウェハ）を加熱及び／又は冷却してもよい。静電パック１６６及び熱伝導性ベース１６４の温度を、複数の温度センサ１９０、１９２を使用して監視してもよい。コントローラ１９５を使用して、これら複数の温度センサを監視してもよい。
【００２１】
静電パック１６６は、溝、メサ及び他の表面フィーチャーなどの複数のガス流路をさらに備えてもよい。これらのガス流路を、静電パック１６６及び／又は焼結セラミック保護層１３６の上面に形成してもよい。ガス流路を、静電パック１６６に開けられた穴を介して、ヘリウムなどの熱伝達（又は裏面）ガスの供給源に流体的に接続してもよい。動作中、背面ガスを、制御された圧力でガス流路に供給して、静電パック１６６と基板１４４との間の熱伝達を増進してもよい。静電パック１６６は、チャッキング電源１８２によって制御された少なくとも１つのクランプ電極１８０を備えている。クランプ電極１８０（又は静電パック１６６又は導電性ベース１６４に配置された他の電極）を、整合回路１８８を介して１つ以上の高周波電源１８４、１８６にさらに接続して、処理チャンバ１００内の処理ガス及び／又は他のガスから形成されたプラズマを維持してもよい。電源１８４、１８６は、一般に、約５０ｋＨｚから約３ＧＨｚの周波数を有し、最大約１０，０００ワットの電力出力を有する高周波信号を生成し得る。
【００２２】
図２は、本発明の一実施形態による製造システムの例示的なアーキテクチャを示している。製造システム２００は、セラミック製造システムであってもよく、このセラミック製造システムは、処理チャンバ１００を備えてもよい。いくつかの実施形態では、製造システム２００は、処理チャンバ１００のチャンバ構成要素を製造、クリーニング、又は修正するための処理チャンバであってもよい。一実施形態では、製造システム２００は、第１炉２０５（例えば、ホットプレスに使用される）、第２炉２１０（例えば、有機バインダーを焼き飛ばすために使用される）、レーザーカッター２１２、機器自動化レイヤー２１５、及び／又はコンピュータ・デバイス２２０を備える。代替となる諸実施形態では、製造システム２００は、より多くの又はより少ない構成要素を備えてもよい。例えば、製造システムは、いくつかの実施形態ではレーザーカッター２１２を備えなくてもよく、及び／又はいくつかの実施形態では、第２炉２１０を備えなくてもよい。さらなる諸実施形態では、製造システム２００は、第１炉２０５から構成されてもよく、この第１炉は、手動のオフラインマシンであってもよい。
【００２３】
第１炉２０５は、ホットプレスを実行するように設計された機械であってもよい。第１炉２０５は、セラミック物品などの物品を加熱し、同時に圧力を加えて、この圧力で、粉末成形体、セラミック・スラリー、未焼結体、及び／又は予備焼結物品を処理チャンバのチャンバ構成要素に対して圧縮してもよい。第１炉２０５は、中に挿入した物品に制御された温度を与え得る断熱チャンバ又はオーブンを備えてもよい。第１炉２０５は、高圧をかけることができるプレスを備えて、材料（例えば、セラミック・スラリー、粉末成形体、未焼結体、予備焼結物品など）を物品に押し付けてもよい。一実施形態では、プレスは一軸圧力を作用させる。
【００２４】
一実施形態では、第１炉のチャンバは密閉されている。第１炉２０５はポンプを備えて、チャンバから空気を排気し、こうして、内部に真空を作り出してもよい。第１炉２０５は、追加的又は代替的にガス入口を備えて、ガス（例えば、Ａｒ又はＮ２などの不活性ガス）をその内部に送り込んでもよい。
【００２５】
第１炉２０５は、セラミック物品の処理中に技術者によって手動で設定される温度コントローラを有する手動炉を備えてもよい。また、第１炉２０５は、処理レシピをプログラムし得るオフラインマシンであってもよい。処理レシピは、ランプアップ速度、ランプダウン速度、処理時間、温度、圧力、ガス流量、印加電位、電流などを制御し得る。又は、第１炉２０５は、機器自動化レイヤー２１５を介してコンピュータ・デバイス２２０（例えば、パーソナルコンピュータ、サーバマシンなど）から処理レシピを受け取ることができるオンライン自動化マシンであってもよい。機器自動化レイヤー２１５は、第１炉２０５を、コンピュータ・デバイス２２０、他の製造機械、計測ツール、及び／又は他のデバイスと相互接続してもよい。
【００２６】
第２炉２１０は、第１炉２０５と同様であってもよく、中に挿入した物品に制御された温度を与え得る断熱チャンバ又はオーブンを備えてもよい。一実施形態では、第２炉のチャンバは密閉されている。第２炉２１０はポンプを備えて、チャンバから空気を排気し、こうして、内部に真空を作り出してもよい。第２炉２１０は、追加的又は代替的にガス入口を備えて、ガス（例えば、Ａｒ又はＮ２などの不活性ガス）をその内部に送り込んでもよい。特に、第２炉２１０はプレスを備えなくてもよい。諸実施形態では、第２炉２１０を使用して、有機材料（例えば、セラミック・スラリー由来の有機バインダー）を焼き飛ばす。第１炉２０５を使用して、有機物を焼き飛ばしてはならず、それは、有機物が第１炉２０５を汚染する可能性があるからである。したがって、第２炉２１０は、有機物を焼き飛ばすために使用される専用の機械であってもよい。少なくとも１つの表面上にセラミック・スラリーを有する物品を、第２炉２１０で最初に処理して、有機バインダーを焼き飛ばしてもよく、その後、第１炉２０５で処理して、物品に結合された焼結セラミック保護層を形成してもよい。
【００２７】
レーザーカッター２１２は、集束レーザービームを向けて目標物を切断するコンピュータ数値制御（ＣＮＣ）マシンである。レーザーカッター２１２は、例えば、ネオジムレーザー、ネオジムイットリウム−アルミニウム−ガーネット（Ｎｄ−ＹＡＧ）レーザー又は他のタイプのレーザーであってもよい。集束レーザービームは、第１炉２０５内で焼結セラミック保護層が形成された後に焼結セラミック保護層を切断してもよい。焼結セラミック保護層を切断して、目標形状を達成してもよい。例えば、焼結セラミック保護層を、ノズルの形状又は他の三次元形状に切断してもよい。あるいは、焼結セラミック保護層は、レーザー切断を実行せずに目標形状を有してもよい。例えば、複雑な形状及び／又は三次元の形状を、第１炉２０５でのホットプレス中に型を使用することによって達成してもよい。
【００２８】
機器自動化レイヤー２１５は、ネットワーク（例えば、ロケーションエリアネットワーク（ＬＡＮ））、ルーター、ゲートウェイ、サーバー、データストアなどを備えてもよい。第１炉２０５、第２炉２１０及び／又はレーザーカッター２１２を、機器自動化レイヤー２１５に、半導体製造装置通信スタンダード／包括的装置モデル（ＳＥＣＳ／ＧＥＭ）インターフェース経由、イーサネットインターフェース経由、及び／又は他のインターフェース経由で接続してもよい。一実施形態では、機器自動化レイヤー２１５によって、処理データ（例えば、処理実行中に第１炉２０５、第２炉２１０及び／又はレーザーカッター２１２によって収集されたデータ）を、データストア（図示せず）に格納し得る。代替となる一実施形態では、コンピュータ・デバイス２２０は、第１炉２０５、第２炉２１０、及び／又はレーザーカッター２１２に直接接続する。
【００２９】
一実施形態では、第１炉２０５、第２炉２１０、及び／又はレーザーカッター２１２は、処理レシピをロード、保存、及び実行し得るプログラマブル・コントローラを備える。プログラマブル・コントローラは、第１炉２０５の温度設定、ガス設定及び／又は真空設定、時間設定、印加電位、電流、圧力設定などを制御してもよい。同様に、プログラマブル・コントローラは、第２炉２１０の温度設定、ガス設定及び／又は真空設定、時間設定、印加電位、電流などを制御してもよい。同様に、プログラマブル・コントローラは、電力設定の制御、レーザービームの位置と方向の制御、その他を実行し得る。いずれの炉のプログラマブル・コントローラも、チャンバの加熱を制御し、温度のランプアップとランプダウンを可能にし、多段階の熱処理を単一の処理として入力可能にし、プレスによって加えられる圧力を制御する、などなどを可能にしている。レーザーカッター２１２のプログラマブル・コントローラは、一連の切断を含む電子ファイルを受信して、焼結セラミック保護層の目標形状を達成し得る。プログラマブル・コントローラは、メインメモリ（例えば、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）、フラッシュメモリ、ダイナミック・ランダム・アクセス・メモリ（ＤＲＡＭ）、スタティック・ランダム・アクセス・メモリ（ＳＲＡＭ）など）、及び／又は二次メモリ（例えば、ディスクドライブなどのデータストレージデバイス）を備えてもよい。メインメモリ及び／又は二次メモリは、本明細書で説明されるように、ホットプレス、加熱、及び／又はレーザー切断処理を実行するための命令を格納してもよい。
【００３０】
また、プログラマブル・コントローラは、メインメモリ及び／又は二次メモリに（例えば、バスを介して）接続された処理デバイスを備えて、命令を実行してもよい。処理デバイスは、マイクロプロセッサ、中央処理装置などの汎用処理デバイスであってもよい。また、処理デバイスは、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）、デジタル・シグナル・プロセッサ（ＤＳＰ）、ネットワークプロセッサなどの専用処理デバイスであってもよい。一実施形態では、プログラマブル・コントローラは、プログラマブル・ロジック・コントローラ（ＰＬＣ）である。
【００３１】
図３Ａは、一実施形態によるホットプレスチャンバ３０２の断面図を含む焼結システム３００を示す。例えば、焼結システム３００は、図２に関して説明した製造システム２００と同じ又は同様であってもよい。焼結システム３００は、物品に対してセラミック・スラリー、未焼結体又は粉末成形体のホットプレスを実行するように構成されて、物品上に焼結セラミック保護層を形成してもよい。本明細書で使用されているように、未焼結体は、まだ焼結されていないセラミック層であり、セラミック・スラリー、粉末成形体、及び物品上の層に形成されたゾル−ゲルを含む。
【００３２】
焼結システム３００は、壁と底部に囲まれた内部３０４を有するホットプレスチャンバ３０２を備える。いくつかの実施形態では、内部３０４は、低圧又は高圧の状態を維持し得る密閉されたチャンバであってもよく、適切なガス流源に接続されてもよい。いくつかの実施形態では、ホットプレスチャンバ３０２は炉３０６を備えて、この炉は、例えば、円筒状にホットプレスチャンバ３０２を囲んでもよい。炉３０６はプログラム可能であってもよく、ホットプレスチャンバ３０２内に配置された１つ以上の温度センサを備えて、目標温度を維持するために利用されるフィードバックを提供してもよい。炉３０６はまた、目標速度で目標温度まで徐々に変化し得る。いくつかの実施形態では、炉３０６を、コンピュータ・デバイス３２２（図２に関して説明したコンピュータ・デバイス２２０と同じ又は同様であってもよい）に、例えば通信経路３２０を使用して、動作可能に接続してもよい。コンピュータ・デバイス３２２は、炉３０６の状態を制御する１つ以上の保存されたレシピ（事前規定又はオペレータ規定であってもよい）を実行し得る。
【００３３】
ホットプレスチャンバ３０２は、一端に開口部３１０を備えてもよい。未焼結体３１４が形成された物品３１２を、ホットプレスチャンバ３０２に挿入してもよい。未焼結体３１４は、セラミック・スラリー、粉末成形体、ゾル−ゲル又は他のセラミック化合物であってもよい。次いで、プレス３１５が圧力を加えて、未焼結体３１４を物品３１２に対して圧縮してもよい。プレス３１５（パンチとも呼ばれる）は、炉３０６が物品３１２及び未焼結体３１４を加熱する間に圧力を加える。ここには、単一の上部プレス３１５のみが示されていることに留意されたい。ただし、諸実施形態では、上部プレス３１５とは反対の方向にプレスする下部プレスも使用してよい。熱及び圧力によって、未焼結体３１４は、物品３１２に結合した焼結セラミック保護層になる。
【００３４】
図３Ｂは、一実施形態によるホットプレスチャンバ３８０の断面図を含む焼結システム３５０を示している。例えば、焼結システム３５０は、図２に関して説明した製造システム２００と同じ又は同様であってもよい。焼結システム３５０を、セラミック・スラリー又は粉末成形体などの未焼結体を物品に対してホットプレスするように構成して、物品上に焼結セラミック保護層を形成してもよい。
【００３５】
焼結システム３５０は、壁及び底部に囲まれた内部３９０を有するホットプレスチャンバ３８０を備える。いくつかの実施形態では、内部３９０は、低圧又は高圧の状態を維持し得る密閉されたチャンバであってもよく、適切なガス流源に接続されてもよい。いくつかの実施形態では、ホットプレスチャンバ３８０は炉３６６を備えて、この炉は、例えば、円筒状にホットプレスチャンバ３８０を囲んでもよい。炉３６６はプログラム可能であってもよく、ホットプレスチャンバ３８０内に配置された１つ以上の温度センサを備えて、目標温度を維持するために利用されるフィードバックを提供してもよい。炉３６６はまた、目標速度で目標温度まで徐々に変化し得る。いくつかの実施形態では、炉３６６を、コンピュータ・デバイス３７２（図２に関して説明したコンピュータ・デバイス２２０と同じ又は同様であってもよい）に、例えば通信経路３７０を使用して、動作可能に接続してもよい。コンピュータ・デバイス３７２は、炉３６６の状態を制御する１つ以上の保存されたレシピ（事前規定又はオペレータ規定であってもよい）を実行し得る。
【００３６】
ホットプレスチャンバ３８０は、一端に開口部３６０を備えてもよい。未焼結体３８２が形成された物品３８６を、型３８４に挿入してもよい。未焼結体３８２は、物品２８６が型３８４に挿入される前又は後に物品３８６に形成されてもよい。物品３８６、未焼結体３８２、及び型３８４のアセンブリを、ホットプレスチャンバ３８０に挿入してもよい。未焼結体３８２は、セラミック・スラリー、粉末成形体、ゾル−ゲル又は他のセラミック化合物であってもよい。次いで、プレス３６５が圧力を加えて、未焼結体３８２を物品３８６に対して圧縮してもよい。プレス３６５は、炉３６６が物品３８６及び未焼結体３８２を加熱する間に圧力を加える。熱及び圧力によって、未焼結体３８２は、物品３８６に結合した焼結セラミック保護層になる。型３８４によって、未焼結体３８２を成形して、未焼結体３８２が、型３８４の内部形状に適合する形状を獲得するようにしてもよい。したがって、焼結セラミック保護層は、複雑な形状及び／又は三次元の形状を獲得し得る。
【００３７】
いくつかの実施形態では、未焼結体３１４及び／又は未焼結体３８２は、粉末成形体の形態である。いくつかの実施形態では、未焼結体３１４及び／又は未焼結体３８２は、ゾル−ゲルの形態である。いくつかの実施形態では、未焼結体３１４及び／又は３８２は、セラミック・スラリーの形態であってもよい。例えば、セラミック・スラリーは、溶媒内セラミック粒子のスラリーであってもよい。溶媒は、エタノール、メタノール、アセトニトリル、水、又はそれらの組み合わせを含む低分子量極性溶媒を含んでもよいが、これらに限定されない。いくつかの実施形態では、セラミック・スラリーのｐＨを約５から１２の間として、セラミック・スラリーの安定性を促進してもよい。セラミック・スラリーは高粘度を有して、焼結前にスラリーを目標形状に成形できるようにしてもよい。
【００３８】
いくつかの実施形態では、セラミック・スラリー中の粒子の質量中央径（Ｄ５０）は、質量による平均粒子直径だが、約１０ナノメートルから１０マイクロメートルの間であってもよい。いくつかの実施形態では、粒子のＤ５０は１０マイクロメートルより大きくてもよい。いくつかの実施形態では、粒子のＤ５０が１マイクロメートル未満の場合、スラリーはナノ粒子スラリーと呼ばれることがある。いくつかの実施形態では、未焼結体３１４及び／又は未焼結体３８２中の粒子は、以下の１つ以上を含む組成を有してもよい。それは、Ｅｒ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、Ｇｄ３Ａｌ５Ｏ１２、ＹＦ３、Ｎｄ２Ｏ３、Ｅｒ４Ａｌ２Ｏ９、Ｅｒ３Ａｌ５Ｏ１２、ＥｒＡｌＯ３、Ｇｄ４Ａｌ２Ｏ９、ＧｄＡｌＯ３、Ｎｄ３Ａｌ５Ｏ１２、Ｎｄ４Ａｌ２Ｏ９、ＮｄＡｌＯ３、ＹＸＯＹＦＺ、Ｙ２Ｏ３−ＺｒＯ２の固溶体又は多相化合物、又はＹ４Ａｌ２Ｏ９とＹ２Ｏ３−ＺｒＯ２の少なくとも１つの相とから構成されるセラミック化合物である。
【００３９】
いくつかの実施形態では、単一の未焼結体３１４、３８２を、物品３１２、３８６上に（例えば、ディップコーティング、ドクターブレード技術、押出などにより）プレス又は堆積させ得る。この物品は、セラミック又は金属ベースであってもよい。いくつかの実施形態では、複数の焼結セラミック保護層が順番に形成される。焼結セラミック保護層の上に新しい未焼結体を形成し、次に焼結システム３００、３５０で処理して、前に形成された焼結セラミック保護層の上に別の焼結セラミック保護層を形成してもよい。いくつかの実施形態では、セラミック未焼結体を２つの物品の間に配置して、セラミック未焼結体が焼結した後には、２つの物品が一緒に結合されるようにしてもよい。
【００４０】
図４Ａ〜４Ｄは、諸実施形態による例示的な物品の断面図を示す。この物品は、その上に配置された１つ以上のセラミック未焼結体及び／又は焼結セラミック保護層を有している。図４Ａは、単層コーティングされた物品４００を示している。物品４００は、平坦又は平面状の物品４０２であってもよく、例えば、Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮ、Ｓｉ３Ｎ４、又はＳｉＣのうちの１つ以上から構成されるセラミック物品であってもよい。物品４０２は、その上に配置されたセラミック未焼結体４０４（例えば、粉末成形体、セラミック・スラリー又はゾル−ゲル）を備える。いくつかの実施形態では、セラミック未焼結体４０４は、物品４０２の表面に（例えば、ディップコーティング、ドクターブレード技術、押出などにより）堆積させたスラリーであってもよい。いくつかの実施形態では、セラミック未焼結体４０４の厚さは、１マイクロメートルから１００マイクロメートルの範囲であってもよい。いくつかの実施形態では、セラミック未焼結体４０４の厚さは、１００マイクロメートルより大きくてもよい。
【００４１】
物品４００を、焼結システム３００又は３５０のホットプレスチャンバ３０２又は３８０に装填して、ホットプレスを実行し、物品４０２に結合された緻密なセラミック層を生成してもよい。
【００４２】
図４Ｂを参照すると、多層コーティングされた物品４１０は、第１焼結セラミック保護層４１４、第２焼結セラミック保護層４１６、及び第３焼結セラミック保護層４１８が層状（例えば、スタック）に配置されて備わっている物品４１２として示されている。図４Ａに関して説明したものと同様の方法で、物品４１２に対してホットプレスを実施して、多層セラミック物品を製造してもよい。第１焼結セラミック保護層４１４は、第１ホットプレス処理で形成されていてもよく、第２焼結セラミック保護層４１６は、第２ホットプレス処理で形成されていてもよく、第３焼結セラミック保護層４１８は、第３ホットプレス処理で形成されていてもよい。又は、３つの未焼結体のスタックを形成し、１回のホットプレス処理を実行して、３つの未焼結体のすべてを共焼結させ、物品４１２に結合された第１焼結セラミック保護層４１４、第１焼結セラミック保護層４１４に結合された第２焼結セラミック保護層４１６、第２焼結セラミック保護層４１６に結合された第３焼結セラミック保護層４１８を形成してもよい。
【００４３】
いくつかの実施形態では、焼結セラミック保護層４１４、４１６、及び４１８を、それぞれ同じセラミック材料で構成してもよい。いくつかの実施形態では、焼結セラミック保護層４１４、４１６、及び４１８を、それぞれ異なるセラミック材料で構成してもよく、又は交互に変わる組成を有してもよい。（例えば、第１焼結セラミック保護層４１４と第３焼結セラミック保護層４１８は同じであってもよく、第２焼結セラミック保護層４１６は異なっていてもよい）。いくつかの実施形態では、物品４１２上に３つ程度の焼結セラミック保護層を形成してもよい。いくつかの実施形態では、スタックの各層の厚さは変わってもよく、本明細書で説明した（例えば、セラミック未焼結体４０４に関して説明した）任意の適切な範囲の厚さであってもよい。
【００４４】
図４Ｃ及び４Ｄを参照する。チャンバ構成要素に対してホットプレスを実行して、その上に緻密なセラミック層を生成してもよい。例えば、図４Ｃは、単層コーティングされたチャンバ構成要素４２０を示し、図４Ｄは、多層コーティングされたチャンバ構成要素４３０を示している。物品４２２及び４３２のそれぞれは、図１に関して説明した任意のチャンバ構成要素であってもよく、支持アセンブリ、静電チャック（ＥＳＣ）、リング（例えば、プロセスキットリング又はシングルリング）、チャンバ壁、ベース、ガス分配プレート又はシャワーヘッド、ライナ、ライナキット、シールド、プラズマスクリーン、フローイコライザ、冷却ベース、チャンバビューポート、チャンバ蓋などを含む。物品４２２及び４３２は、金属、セラミック、金属セラミック複合材、ポリマー、又はポリマーセラミック複合材であってもよい。
【００４５】
さまざまなチャンバ構成要素が、種々の材料から構成されている。例えば、静電チャックを、Ａｌ２Ｏ３（アルミナ）、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）、ＴｉＯ（酸化チタン）、ＴｉＮ（窒化チタン）、ＳｉＣ（炭化ケイ素）などのセラミックを陽極酸化アルミニウム製ベースに接着したもので構成してもよい。Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮ、陽極酸化アルミニウムは耐プラズマ浸食性で劣っている。フッ素の化学的性質及び／又は還元性化学的性質を有するプラズマ環境に曝されると、静電チャックの静電パックでは、ウェハのチャッキングが低下し、ヘリウム漏出率が増加し、ウェハの前面及び背面で粒子が生成され、処理が約５０高周波時間（ＲＦＨｒｓ）を越えると、オンウェハ金属汚染が発生する場合がある。高周波時間は、処理の時間である。
【００４６】
導体エッチング処理に使用されるプラズマエッチャの蓋は、Ａｌ２Ｏ３などの焼結セラミックであってもよい。それは、Ａｌ２Ｏ３が高い曲げ強度と高い熱伝導率を有しているからである。しかしながら、フッ素の化学的性質に曝されたＡｌ２Ｏ３は、ＡｌＦｘ粒子とウェハ上のアルミニウム金属汚染を作り出す。一部のチャンバ蓋には、プラズマに面する側に厚膜保護層があり、粒子の発生と金属汚染を最小限に抑え、蓋の寿命を延ばしている。しかしながら、ほとんどの厚膜コーティング技術には長いリードタイムがある。さらに、ほとんどの厚膜コーティング技術では、特別な表面処理を行って、コーティングを受ける物品（例えば、蓋）を準備する。このような長いリードタイムとコーティングの準備工程は、コストを増加させ、生産性を低下させるだけでなく、改修を妨げる場合がある。さらに、ほとんどの厚膜コーティングには、オンウェハ欠陥性能を低下させる可能性のある固有の亀裂と細孔がある。
【００４７】
プロセスキットリングとシングルリングは、これらを使用して、他のチャンバ構成要素を密閉及び／又は保護してもよく、通常は石英又はシリコンから製造されている。これらのリングを、支持された基板（例えば、ウェハ）の周りに配置して、均一なプラズマ密度（したがって均一なエッチング）を確実にしてもよい。しかしながら、石英とシリコンは、さまざまなエッチングの化学的性質（例えば、プラズマエッチングの化学的性質）の下での浸食率が非常に高くなっている。さらに、この種のリングは、プラズマの化学的性質に曝されると粒子汚染を引き起こす可能性がある。
【００４８】
誘電体エッチング処理の実行に使用されるエッチャのシャワーヘッドは、通常、ＳｉＣ製表面プレートに接着された陽極酸化アルミニウムで作られている。この種のシャワーヘッドがフッ素を含むプラズマの化学的性質に曝されると、陽極酸化アルミニウム製ベースとのプラズマ相互作用により、ＡｌＦｘが形成される場合がある。さらに、陽極酸化アルミニウム製ベースの浸食率が高いと、アーク放電が発生し、最終的にシャワーヘッドのクリーニング間の平均時間を短縮させる可能性がある。
【００４９】
上記の例では、いくつかのチャンバ構成要素のみを説明しており、それらの性能は、本明細書の実施形態に記載のフラッシュ焼結又は放電プラズマ焼結の保護層を用いることで改善され得る。
【００５０】
図４Ｃと４Ｄへ戻って参照する。チャンバ構成要素４２０の物品４２２及びチャンバ構成要素４３０の物品４３２は、それぞれ１つ以上の表面フィーチャーを含んでもよく、及び／又は三次元形状（例えば、平面形状以外）を有してもよい。図４Ｃを参照すると、焼結セラミック保護層４２４は、物品４２２の外形表面に形成され得る。焼結セラミック保護層４２４は、型又はレーザー切断を使用することにより物品４２２の形状に適合し得る。
【００５１】
図４Ｄを参照すると、チャンバ構成要素４３０の物品４３２の少なくとも一部は、図４Ｂの物品４１２と同様に、第１焼結セラミック保護層４３４、第２焼結セラミック保護層４３６、及び第３焼結セラミック保護層４３８でコーティングされる。スタック内の焼結セラミック保護層４１４、４１６、及び４１８は、すべて同じ厚さを有してもよく、又は厚さが異なってもよい。チャンバ構成要素４３０にホットプレスが実行されて、チャンバ構成要素４３０の表面に結合された多層セラミック層が生成されていてもよい。焼結セラミック保護層の形状を、型又はレーザー切断を使用して実現し得る。
【００５２】
セラミック未焼結体又はセラミック未焼結体のホットプレスによって生成されたセラミック層／本体のいずれも、前述のセラミックのいずれかによって形成された多成分化合物に基づいてもよい。Ｙ４Ａｌ２Ｏ９とＹ２Ｏ３−ＺｒＯ２の少なくとも１つの相とから構成されるセラミック化合物を参照して、一実施形態では、セラミック化合物は、６２．９３モル比（ｍｏｌ％）のＹ２Ｏ３、２３．２３ｍｏｌ％のＺｒＯ２及び１３．９４ｍｏｌ％のＡｌ２Ｏ３を含む。別の一実施形態では、セラミック化合物は、５０〜７５ｍｏｌ％の範囲のＹ２Ｏ３、１０〜３０ｍｏｌ％の範囲のＺｒＯ２、及び１０〜３０ｍｏｌ％の範囲のＡｌ２Ｏ３を含み得る。別の一実施形態では、セラミック化合物は、４０〜１００ｍｏｌ％の範囲のＹ２Ｏ３、０〜６０ｍｏｌ％の範囲のＺｒＯ２、及び０〜１０ｍｏｌ％の範囲のＡｌ２Ｏ３を含み得る。別の一実施形態では、セラミック化合物は、４０〜６０ｍｏｌ％の範囲のＹ２Ｏ３、３０〜５０ｍｏｌ％の範囲のＺｒＯ２、及び１０〜２０ｍｏｌ％の範囲のＡｌ２Ｏ３を含み得る。別の一実施形態では、セラミック化合物は、４０〜５０ｍｏｌ％の範囲のＹ２Ｏ３、２０〜４０ｍｏｌ％の範囲のＺｒＯ２、及び２０〜４０ｍｏｌ％の範囲のＡｌ２Ｏ３を含み得る。別の一実施形態では、セラミック化合物は、７０〜９０ｍｏｌ％の範囲のＹ２Ｏ３、０〜２０ｍｏｌ％の範囲のＺｒＯ２、及び１０〜２０ｍｏｌ％の範囲のＡｌ２Ｏ３を含み得る。別の一実施形態では、セラミック化合物は、６０〜８０ｍｏｌ％の範囲のＹ２Ｏ３、０〜１０ｍｏｌ％の範囲のＺｒＯ２、及び２０〜４０ｍｏｌ％の範囲のＡｌ２Ｏ３を含み得る。別の一実施形態では、セラミック化合物は、４０〜６０ｍｏｌ％の範囲のＹ２Ｏ３、０〜２０ｍｏｌ％の範囲のＺｒＯ２、及び３０〜４０ｍｏｌ％の範囲のＡｌ２Ｏ３を含み得る。別の一実施形態では、セラミック化合物は、３０〜６０ｍｏｌ％の範囲のＹ２Ｏ３、０〜２０ｍｏｌ％の範囲のＺｒＯ２、及び３０〜６０ｍｏｌ％の範囲のＡｌ２Ｏ３を含み得る。別の一実施形態では、セラミック化合物は、２０〜４０ｍｏｌ％の範囲のＹ２Ｏ３、２０〜８０ｍｏｌ％の範囲のＺｒＯ２、及び０〜６０ｍｏｌ％の範囲のＡｌ２Ｏ３を含み得る。他の諸実施形態では、他の配分もセラミック化合物に使用し得る。
【００５３】
一実施形態では、焼結セラミック保護層には、Ｙ２Ｏ３、ＺｒＯ２、Ｅｒ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、及びＳｉＯ２の組み合わせを含む代替セラミック化合物が使用される。一実施形態では、代替セラミック化合物は、４０〜４５ｍｏｌ％の範囲のＹ２Ｏ３、０〜１０ｍｏｌ％の範囲のＺｒＯ２、３５〜４０ｍｏｌ％の範囲のＥｒ２Ｏ３、５〜１０ｍｏｌ％の範囲のＧｄ２Ｏ３、及び５〜１５ｍｏｌ％の範囲のＳｉＯ２を含み得る。別の一実施形態では、代替セラミック化合物は、３０〜６０ｍｏｌ％の範囲のＹ２Ｏ３、０〜２０ｍｏｌ％の範囲のＺｒＯ２、２０〜５０ｍｏｌ％の範囲のＥｒ２Ｏ３、０〜１０ｍｏｌ％の範囲のＧｄ２Ｏ３、及び０〜３０ｍｏｌ％の範囲のＳｉＯ２を含み得る。第１実施例では、代替セラミック化合物は、４０ｍｏｌ％のＹ２Ｏ３、５ｍｏｌ％のＺｒＯ２、３５ｍｏｌ％のＥｒ２Ｏ３、５ｍｏｌ％のＧｄ２Ｏ３、及び１５ｍｏｌ％のＳｉＯ２を含む。第２実施例では、代替セラミック化合物は、４５ｍｏｌ％のＹ２Ｏ３、５ｍｏｌ％のＺｒＯ２、３５ｍｏｌ％のＥｒ２Ｏ３、１０ｍｏｌ％のＧｄ２Ｏ３、及び５ｍｏｌ％のＳｉＯ２を含む。第３実施例では、代替セラミック化合物は、４０ｍｏｌ％のＹ２Ｏ３、５ｍｏｌ％のＺｒＯ２、４０ｍｏｌ％のＥｒ２Ｏ３、７ｍｏｌ％のＧｄ２Ｏ３、及び８ｍｏｌ％のＳｉＯ２を含む。
【００５４】
一実施形態では、焼結セラミック保護層は、酸化イットリウムと酸化ジルコニウム（Ｙ２Ｏ３−ＺｒＯ２）の固溶体又は多相化合物を含む。Ｙ２Ｏ３−ＺｒＯ２化合物は、３０〜９９ｍｏｌ％のＹ２Ｏ３及び１〜７０ｍｏｌ％のＺｒＯ２を含む。一実施形態では、この化合物は、７０〜７５ｍｏｌ％のＹ２Ｏ３及び２５〜３０ｍｏｌ％のＺｒＯ２を含む。一実施形態では、この化合物は、６０〜８０ｍｏｌ％のＹ２Ｏ３及び２０〜４０ｍｏｌ％のＺｒＯ２を含む。一実施形態では、この化合物は、６０〜７０ｍｏｌ％のＹ２Ｏ３及び２０〜３０ｍｏｌ％のＺｒＯ２を含む。一実施形態では、この化合物は、５０〜８０ｍｏｌ％のＹ２Ｏ３及び２０〜５０ｍｏｌ％のＺｒＯ２を含む。Ｙ２Ｏ３とＺｒＯ２の他の混合も考えられる。
【００５５】
一実施形態では、焼結セラミック保護層は、ＹＸＯＹＦＺの実験式を有するオキシフッ化イットリウム（Ｙ−Ｏ−Ｆセラミック）である。一実施形態では、Ｘの値は０．５〜４である。Ｙの値は、Ｘの値の０．１から１．９倍であり、Ｚの値は、Ｘの値の０．１から３．９倍である。オキシフッ化イットリウムの一実施形態は、ＹＯＦである（注：添え字の値が１の場合、その添え字は省略される）。オキシフッ化イットリウムの別の実施形態は、フッ化物濃度が低いオキシフッ化イットリウムである。この種のオキシフッ化イットリウムは、例えば、ＹＯ１．４Ｆ０．２の実験式を有し得る。このような構成では、平均で、イットリウム原子あたり１．４個の酸素原子と、イットリウム原子あたり０．２個のフッ素原子がある。逆に、オキシフッ化イットリウムの一実施形態は、フッ化物濃度が高いオキシフッ化イットリウムである。この種のオキシフッ化イットリウムは、例えば、ＹＯ０．１Ｆ２．８の実験式を有し得る。このような構成では、平均で、イットリウム原子あたり０．１個の酸素原子と、イットリウム原子あたり２．８個のフッ素原子がある。
【００５６】
オキシフッ化イットリウム中の酸素とフッ素に対する金属の割合は、原子パーセントで表すこともできる。例えば、＋３の原子価を持つイットリウムなどの金属の場合、１０原子パーセントの最小酸素含有量は６３原子パーセントの最大フッ素濃度に対応する。逆に、＋３の原子価を持つ同じ金属の場合、１０原子パーセントの最小フッ素含有量は５２原子パーセントの最大酸素濃度に対応する。したがって、オキシフッ化イットリウムは、約２７〜３８ａｔ％のイットリウム、１０〜５２ａｔ％（原子％）の酸素、及び約１０〜６３ａｔ％のフッ素を有し得る。一実施形態では、オキシフッ化イットリウムには、３２〜３４ａｔ％のイットリウム、３０〜３６ａｔ％の酸素、及び３０〜３８ａｔ％のフッ素がある。
【００５７】
いくつかの実施形態では、Ｙ−Ｏ−Ｆセラミックの焼結セラミック保護層は、約０．６８ＧＰａのビッカース硬さ、約１８３ＧＰａの弾性係数、約０．２９のポアソン比、約１．３ＭＰａ√ｍの破壊靭性、及び約１６．９Ｗ／ｍＫの熱伝導率を有する。
【００５８】
前述の焼結セラミック保護層はいずれも純物質であるか、又は次のような微量の他の材料が含まれる場合がある。その材料とは、ＺｒＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、Ｂ２Ｏ３、Ｅｒ２Ｏ３、Ｎｄ２Ｏ３、Ｎｂ２Ｏ５、ＣｅＯ２、Ｓｍ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３、又はその他の酸化物である。一実施形態では、隣接する２つのセラミック層に、同じセラミック材料は使用されない。しかしながら、別の一実施形態では、隣接する層は同じセラミックで構成されてもよい。
【００５９】
図５は、一実施形態による、粉末成形体から物品上に焼結セラミック保護層を形成する方法５００を示すフロー図である。方法５００のブロック５０４で、物品が用意され、粉末成形体が物品の表面に配置される。粉末成形体は、ボールミル粉砕又は他の混合方法により混合された粒子を含んでもよい。ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）の乾式粉砕剤を、混練中に１ｖｏｌ％の濃度で加えてもよい。乾式粉砕剤を、約３００〜４００℃（例えば、約３５０℃）の温度で、真空中で熱処理することにより除去し得る。粉末成形体は、物品上に未焼結体を形成し得る。粉末成形体は、前述のセラミックのいずれかの粒子で構成されてもよい。そのセラミックとは、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２（ＹＡＧ）、Ｙ４Ａｌ２Ｏ９（ＹＡＭ）、Ｙ２Ｏ３、Ｅｒ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、Ｇｄ３Ａｌ５Ｏ１２（ＧＡＧ）、ＹＦ３、Ｎｄ２Ｏ３、Ｅｒ４Ａｌ２Ｏ９、Ｅｒ３Ａｌ５Ｏ１２（ＥＡＧ）、ＥｒＡｌＯ３、Ｇｄ４Ａｌ２Ｏ９、ＧｄＡｌＯ３、Ｎｄ３Ａｌ５Ｏ１２、Ｎｄ４Ａｌ２Ｏ９、ＮｄＡｌＯ３、ＹＸＯＹＦＺ、Ｙ２Ｏ３−ＺｒＯ２の固溶体又は多相化合物、又はＹ４Ａｌ２Ｏ９とＹ２Ｏ３−ＺｒＯ２の少なくとも１つの相とから構成されるセラミック化合物である。
【００６０】
いくつかの実施形態では、物品は、図１に関して説明したように、適切なチャンバ構成要素であってもよい。例えば、物品を次のいずれかとし得るが、これらに限定されない。その物品とは、蓋、ノズル、静電チャック（例えば、ＥＳＣ１５０）、シャワーヘッド（例えば、シャワーヘッド１３０）、ライナ（例えば、外側ライナ１１６又は内側ライナ１１８）又はライナキット、若しくはリング（例えば、リング１４６）である。物品は、予備焼結されたセラミック物品であってもよく、Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮ、ＳｉＮ、又はＳｉＣのなかの１つ以上で構成されてもよい。
【００６１】
ブロック５０６で、物品及び粉末成形体は、任意選択で型に入れられてもよい。一実施形態では、型はグラファイト型である。一実施形態では、粉末成形体と接触する型の内面は、型内に物品又は粉末成形体を配置する前に、非粘着性材料でコーティングされている。非粘着性材料は、例えば、窒化ホウ素（ＢＮ）であってもよい。一実施形態では、粉末成形体は物品の上に配置され、物品と粉末成形体を一緒に型に入れる。別の一実施形態では、粉末成形体を型に入れ、次に、物品を型に挿入する。物品を型に挿入することで、粉末成形体が物品の表面に配置され得る。
【００６２】
ブロック５１０で、物品と粉末成形体を炉に入れ、ホットプレス処理を実行して、粉末成形体を物品に対してホットプレスする。型を使用する場合、物品と粉末成形体を含む型を炉に入れてもよい。ホットプレス処理を実行するには、ブロック５１２で、物品と粉末成形体は、粉末成形体の融点の５０〜８０％の温度（例えば、粉末成形体内の粒子が融解し始める温度の５０〜８０％）に加熱される。他の諸実施形態では、粉末成形体の融点の９０％又は９５％までの温度を使用してもよい。焼結を実行するために使用される温度は、例えば、１２００〜１６５０℃のオーダーであってもよい。一実施形態では、１６００℃の温度が使用される（例えば、Ｙ−Ｏ−Ｆセラミックの場合）。ブロック５１４で、圧力を加えて、粉末成形体を物品に対して押し付ける。約１５〜１００メガパスカル（ＭＰａ）の圧力を加えてもよい。一実施形態では、１５〜６０ＭＰａの圧力が加えられる。別の一実施形態では、約１５〜３０ＭＰａの圧力が加えられる。さらなる実施例では、約３５〜４０ＭＰａの一軸圧力が加えられる（例えば、Ｙ−Ｏ−Ｆセラミックの場合）。一実施形態では、加えられる圧力は一軸圧力である。例えば、型を使用する場合、型には開口部があり、その中にパンチが一軸圧力を加えて、粉末成形体を型と物品に対して押し付ける。いくつかの実施形態では、ホットプレス処理に圧力及び高温を約１〜６時間の間、加えてもよい。又は、より長い時間又はより短い時間を使用してもよい。ホットプレスを、Ａｒの流れ、真空、Ｎ２の流れ、又は別の不活性ガスの流れの下で実行してもよい。不活性ガスの流れは、例えば、約１．５〜２．５Ｌ／分であってもよい。ブロック５１６で、粉末成形体は焼結セラミック保護層へと焼結され、ホットプレスの結果として物品に結合される。諸実施形態では、焼結セラミック保護層と物品との間の結合は、ホットプレスの熱及び圧力によって生じる拡散接合であってもよい。
【００６３】
ブロック５２０では、追加で何らかの保護層を形成するかどうかを決定する。もし形成するならば、この方法はブロック５０４に戻り、別の粉末成形体が焼結セラミック保護層上の物品に配置される。この処理を、目標数の焼結セラミック保護層が形成されるまで何度も繰り返してよい。追加の保護層を形成しない場合、この方法はブロック５２５に続くか、終了する。ブロック５２５で、焼結セラミック保護層（又は複数の焼結セラミック保護層）をレーザーカッターで切断してもよい。
【００６４】
いくつかの実施形態では、焼結セラミック保護層の表面を研磨する。例えば、一実施形態では、表面を、約５〜２０マイクロインチの平均表面粗さ（Ｒａ）まで研磨してもよい。さらなる一実施形態では、焼結セラミック保護層を、約８〜１２マイクロインチの平均表面粗さ（Ｒａ）に研磨する。研磨の前には、焼結セラミック保護層は、諸実施形態において約８０〜１２０マイクロインチの平均表面粗さを有し得る。
【００６５】
いくつかの実施形態では、物品は第１熱膨張係数（ＣＴＥ）を有してもよく、第１焼結セラミック保護層は、第２ＣＴＥを有してもよく、第２焼結セラミック保護層は、第３ＣＴＥを有してもよい。ここで、第２ＣＴＥの値は、第１ＣＴＥと第３ＣＴＥの間にある。例えば、物品がアルミニウム又はアルミニウム合金などの金属物品の場合、第１焼結セラミック保護層は、加熱及び冷却中に生じる第２焼結セラミック保護層への応力を緩和し得る。
【００６６】
図６は、一実施形態による、２つの予備焼結セラミック物品を一緒にホットプレスすることにより多層焼結セラミックを形成する方法６００を示すフロー図である。ブロック６０４で、第１セラミック物品が用意され、セラミック接合化合物を第１セラミック物品の表面に付けてもよい。セラミック接合化合物は、箔又はテープの形式の粉末成形体であってもよく、この粉末成形体は、低い融解温度（例えば、約１００〜２００℃）を有するセラミックのセラミック粒子を含む。セラミック接合化合物に使用できるセラミックの例には、シリカ系及び高アルミナ系のセラミック接合材料がある。そのセラミック接合材料には、高純度溶融シリカ系のセラミック接合材料、結晶性シリカ系のセラミック接合材料、耐火粘土系のセラミック接合材料などがある。一実施例として、セラミック接合材料には、９０ｍｏｌ％の濃度のＳｉＯ２、６．０ｍｏｌ％の濃度のＡｌ２Ｏ３、及び１．５ｍｏｌ％の濃度のＦｅ２Ｏ３を含んでもよい。第１セラミック物品は、Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮ、ＳｉＮ、ＳｉＣなどの、機械的強度が高い比較的安価な焼結セラミックであってもよい。いくつかの実施形態では、第１焼結セラミック物品を、図１に関して説明したような、適切なチャンバ構成要素としてもよい。
【００６７】
ブロック６０６で、第２焼結セラミック物品が第１焼結セラミック物品上に配置される。第２焼結セラミック物品の表面は、第１焼結セラミック物品の表面に適合してもよい。いくつかの実施形態では、２つの焼結セラミック物品の表面は非平面である。いくつかの実施形態では、セラミック接合化合物は、第１及び第２の焼結セラミック物品の間に挟まれてもよい。第２焼結セラミック物品は、焼結セラミック保護層に関して説明した前述のセラミックのいずれでもよい。そのセラミックとは、例えば、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２（ＹＡＧ）、Ｙ４Ａｌ２Ｏ９（ＹＡＭ）、Ｙ２Ｏ３、Ｅｒ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、Ｇｄ３Ａｌ５Ｏ１２（ＧＡＧ）、ＹＦ３、Ｎｄ２Ｏ３、Ｅｒ４Ａｌ２Ｏ９、Ｅｒ３Ａｌ５Ｏ１２（ＥＡＧ）、ＥｒＡｌＯ３、Ｇｄ４Ａｌ２Ｏ９、ＧｄＡｌＯ３、Ｎｄ３Ａｌ５Ｏ１２、Ｎｄ４Ａｌ２Ｏ９、ＮｄＡｌＯ３、ＹＸＯＹＦＺ、Ｙ２Ｏ３−ＺｒＯ２の固溶体又は多相化合物、又はＹ４Ａｌ２Ｏ９とＹ２Ｏ３−ＺｒＯ２の少なくとも１つの相とから構成されるセラミック化合物である。
【００６８】
ブロック６１０で、第１及び第２の焼結セラミック物品を炉に入れ、ホットプレス処理を実行して、第１焼結セラミック物品に対して第２焼結セラミック物品をホットプレスする。ホットプレス処理を実行するには、ブロック６１２で、焼結セラミック物品を、第１及び第２の焼結セラミック物品の融点の５０〜８０％の温度に加熱してもよい。他の諸実施形態では、両焼結セラミック物品の融点の９０％又は９５％までの温度を使用してもよい。焼結を実行するために使用される温度は、例えば、１２００〜１５００℃のオーダーであってもよい。あるいは、それよりも低いが、セラミック接合化合物中の粒子の融点より高い（例えば、約２００〜５００℃）温度を使用してもよい。
【００６９】
ブロック６１４で、第２焼結セラミック物品を第１焼結セラミック物品に対して圧縮するために圧力が加えられる。約１５〜１００メガパスカル（ＭＰａ）の圧力を加えてもよい。一実施形態では、１５〜３０ＭＰａの圧力が加えられる。一実施形態では、加えられる圧力は一軸圧力である。ブロック６１６で、第２焼結セラミック物品は、第１焼結セラミック物品に拡散接合される。
【００７０】
ブロック６２５で、第２焼結セラミック物品を、レーザーカッターにより目標形状に切断してもよい。
【００７１】
図７は、一実施形態による、セラミック・スラリーから、物品上に焼結セラミック保護層を形成する方法７００を示すフロー図である。セラミック・スラリーはゾル−ゲル化合物であってもよい、又は、そうでなくてもよい。方法７００のブロック７０２で、第１セラミック材料組成を有するセラミック・スラリーが形成される。第１セラミック材料組成は、焼結セラミック保護層に関して上述したような、セラミック粒子を含んでもよい。例えば、その粒子は以下のセラミックのいずれでもよい。そのセラミックとは、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２（ＹＡＧ）、Ｙ４Ａｌ２Ｏ９（ＹＡＭ）、Ｙ２Ｏ３、Ｅｒ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、Ｇｄ３Ａｌ５Ｏ１２（ＧＡＧ）、ＹＦ３、Ｎｄ２Ｏ３、Ｅｒ４Ａｌ２Ｏ９、Ｅｒ３Ａｌ５Ｏ１２（ＥＡＧ）、ＥｒＡｌＯ３、Ｇｄ４Ａｌ２Ｏ９、ＧｄＡｌＯ３、Ｎｄ３Ａｌ５Ｏ１２、Ｎｄ４Ａｌ２Ｏ９、ＮｄＡｌＯ３、ＹＸＯＹＦＺ、Ｙ２Ｏ３−ＺｒＯ２の固溶体又は多相化合物、又はＹ４Ａｌ２Ｏ９とＹ２Ｏ３−ＺｒＯ２の少なくとも１つの相とから構成されるセラミック化合物である。
【００７２】
ブロック７０４で、セラミック・スラリーは物品に塗布される。諸実施形態において、セラミック・スラリーは、約０．０１〜１μｍの平均粒子直径を有する粉末セラミックの混合物を含有してもよい。セラミック・スラリーは、分散媒（例えば、溶媒）及び／又はバインダーをさらに含んでもよい。分散媒は、例えば、水、トルエン及びキシレンなどの芳香族化合物、エチルアルコール、イソプロピルアルコール及びブチルアルコールなどのアルコール化合物、又はそれらの組み合わせであってもよい。バインダーは有機バインダーであってもよく、ポリビニルブチラール樹脂、セルロース樹脂、アクリル樹脂、酢酸ビニル樹脂、ポリビニルアルコール樹脂などを含んでもよい。セラミック・スラリーは、ポリエチレングリコール及び／又はフタル酸エステルなどの可塑剤をさらに含んでもよい。
【００７３】
セラミック・スラリーは、物品上に未焼結体を形成し得る。任意の標準的な施工技術によってセラミック・スラリーを物品上に形成してもよく、その施工技術には、スプレー、ディップコーティング、射出成形、塗装、ドクターブレードコーティングなどがある。いくつかの実施形態では、物品は、図１に関して説明したような、適切なチャンバ構成要素であってもよい。例えば、物品を次のいずれかとし得るが、これらに限定されない。その物品とは、蓋、ノズル、静電チャック（例えば、ＥＳＣ１５０）、シャワーヘッド（例えば、シャワーヘッド１３０）、ライナ（例えば、外側ライナ１１６又は内側ライナ１１８）又はライナキット、若しくはリング（例えば、リング１４６）である。物品は、予備焼結されたセラミック物品であってもよく、Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮ、ＳｉＮ、又はＳｉＣのなかの１つ以上で構成されてもよい。
【００７４】
ブロック７０６で、物品及びセラミック・スラリーは、任意選択で型に入れられてもよい。一実施形態では、型はグラファイト型である。一実施形態では、セラミック・スラリーと接触する型の内面は、型内に物品又は粉末成形体を配置する前に、非粘着性材料でコーティングされている。非粘着性材料は、例えば、窒化ホウ素（ＢＮ）であってもよく、セラミック・スラリーが型に付着するのを防止し得る。一実施形態では、セラミック・スラリーを物品の上に配置し、物品及びセラミック・スラリーを一緒に型に入れる。別の一実施形態では、セラミック・スラリーを型に入れ、次に、物品を型に挿入する。物品を型に挿入することで、セラミック・スラリーが物品の表面に配置され得る。別の一実施形態では、物品は型に入れられ、次に、セラミック・スラリーを、物品と型の壁との間の空間に注入する。
【００７５】
ブロック７０８では、セラミック・スラリーに有機バインダーを加えるかどうかを決定し得る。セラミック・スラリーが有機バインダーを含む場合、方法はブロック７０９に進む。さもなければ、方法はブロック７１０に続く。
【００７６】
ブロック７０９で、物品及びセラミック・スラリー（この時点で未焼結体）を第１炉に入れ、熱を加えて、セラミック・スラリーから有機バインダーを焼き飛ばす。加えられる熱は、約１００〜２００℃の温度を有し得る（例えば、いくつかの実施形態では約１１０〜１３０℃である）。炉が真空又はＡｒやＮなどの不活性ガス雰囲気になっている間に、熱を加えてもよい。熱を約２〜５時間、持続して加え、有機バインダーを焼き飛ばしてもよい。型を使用した場合には、型、物品、セラミック・スラリーを含むアセンブリ全体を炉に入れてもよい。セラミック・スラリーを熱により乾燥させてもよい。セラミック・スラリーは、この時点から未焼結体と呼ばれる。それは、技術的には、乾燥するとスラリーではなくなるからである。
【００７７】
ブロック７１０では、物品と未焼結体を第２炉に入れ、ホットプレス処理を実行して、セラミック・スラリーを物品に対してホットプレスする。ホットプレスと有機材料の焼き飛ばしとに異なる炉を使用して、ホットプレスを実行する炉の汚染を避け得る。型を使用する場合、物品と未焼結体を含む型を炉に入れる。ホットプレス処理を実行するには、ブロック７１２で、物品と未焼結体を、セラミック・スラリー内の粒子の融点の５０〜８０％の温度に加熱する。他の諸実施形態では、粒子の融点の９０％又は９５％までの温度を使用してもよい。焼結を実行するために使用される温度は、例えば、１２００〜１６５０℃のオーダーであってもよい。一実施形態では、１６００℃の温度が使用される（例えば、Ｙ−Ｏ−Ｆセラミックの場合）。
【００７８】
ブロック７１４では、圧力を加えて、未焼結体を物品に対して圧縮する。約１５〜１００メガパスカル（ＭＰａ）の圧力を加え得る。一実施形態では、１５〜３０ＭＰａの圧力が加えられる。さらなる実施例では、約３５〜４０ＭＰａの一軸圧力が加えられる（例えば、Ｙ−Ｏ−Ｆセラミックの場合）。一実施形態では、加えられる圧力は一軸圧力である。例えば、型を使用する場合、型には開口部があり、その中にパンチが一軸圧力を加えて、未焼結体を型と物品に対して押し付ける。いくつかの実施形態では、ホットプレス処理に圧力及び高温を約１〜６時間の間、加えてもよい。あるいは、より長い時間又はより短い時間を使用してもよい。ホットプレスを、Ａｒの流れ、真空、Ｎ２の流れ、又は別の不活性ガスの流れの下で実行してもよい。不活性ガスの流れは、例えば、約１．５〜２．５Ｌ／分であってもよい。
【００７９】
ブロック７１６で、未焼結体は焼結セラミック保護層へと焼結され、ホットプレスの結果として物品に結合される。諸実施形態では、焼結セラミック保護層と物品との間の結合は、ホットプレスの熱及び圧力によって生じる拡散接合であってもよい。
【００８０】
ブロック７２０では、追加の保護層を形成するかどうかを決定する。もし追加の保護層を形成するならば、この方法はブロック７０４に戻り、別のセラミック・スラリーが焼結セラミック保護層上の物品に配置される。この処理を、目標数の焼結セラミック保護層が形成されるまで何度も繰り返してよい。追加の保護層を形成しない場合、この方法はブロック７２５に続くか、終了する。ブロック７２５で、焼結セラミック保護層（又は複数の焼結セラミック保護層）をレーザーカッターで切断してもよい。
【００８１】
いくつかの実施形態では、焼結セラミック保護層の表面を研磨する。例えば、一実施形態では、表面を、約５〜２０マイクロインチの平均表面粗さ（Ｒａ）まで研磨してもよい。さらなる一実施形態では、焼結セラミック保護層を、約８〜１２マイクロインチの平均表面粗さ（Ｒａ）まで研磨する。研磨の前には、焼結セラミック保護層は、諸実施形態において約８０〜１２０マイクロインチの平均表面粗さを有し得る。
【００８２】
いくつかの実施形態では、物品は第１熱膨張係数（ＣＴＥ）を有してもよく、第１焼結セラミック保護層は、第２ＣＴＥを有してもよく、第２焼結セラミック保護層は、第３ＣＴＥを有してもよい。ここで、第２ＣＴＥの値は、第１ＣＴＥと第３ＣＴＥの間にある。例えば、物品がアルミニウム又はアルミニウム合金などの金属物品である場合、第１焼結セラミック保護層は、加熱及び冷却中に生じる第２焼結セラミック保護層への応力を緩和し得る。
【００８３】
上記の説明は、特定のシステム、構成要素、方法等の例などを数多く、具体的かつ詳細に説明しており、それは、本発明のいくつかの実施形態を良く理解してもらうことを目的としている。しかしながら、本発明の少なくともいくつかの実施形態は、こうした具体的かつ詳細な説明がなくても実施され得ることが当業者には明らかであろう。他の諸例では、本発明を不必要に不明瞭にすることを避けるために、周知の構成要素又は方法は詳細に説明されないか、又は単純なブロック図形式で提示される。したがって、具体的かつ詳細な説明は単なる例示である。特定の実施形態はこれらの例示的な説明とは異なる場合があるが、なおも本開示の範囲内にあると考えられる。
【００８４】
本明細書全体を通して「ある実施形態」又は「一実施形態」と言及した場合、その実施形態に関連して説明した特定の構成、構造、又は特性は少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。したがって、本明細書全体を通じて様々な箇所に「ある実施形態では」又は「一実施形態では」という表現が出現しても、必ずしもすべてが同じ実施形態を指すものではない。さらに、用語「又は」は、排他的な「又は」ではなく、包括的な「又は」を意味することを意図している。本明細書で「約」又は「およそ」という用語が使用されている場合、提示された公称値が±１０％の範囲内で正確であることを意味することが意図されている。
【００８５】
本明細書における方法の動作は特定の順序で示され説明されているが、各方法の動作の順序を変更して、特定の動作が逆の順序で実行されるか、又は、ある動作が他の動作と少なくとも部分的に並行して実行されてもよい。別の実施形態では、異なる動作の指示又は副動作は、断続的に及び／又は交互に行われてもよい。
【００８６】
上記の説明は例示的であり、限定的ではないことを意図していることを理解するべきである。上記の説明を読み理解することにより、他の多くの実施形態が当業者にとって明らかとなるであろう。したがって、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲を参照して、そのような特許請求の範囲が権利を有する均等物の全範囲と共に決定されるべきである。
【図１】
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【図２】
2020511388.tif 000004
【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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