JP2018518060A - 半導体処理に使用される機器部品を修理する方法 - Google Patents

Abstract

半導体処理チャンバ内で利用される半導体処理部品を修理する方法。処理は、機械加工面を形成するために半導体処理部品の一部分を機械研削する段階と、この部分を置換するために機械加工面の上に新しい部品を位置決めする段階と、新しい部品と機械加工面の間にろう付け層を配置する段階と、新しい部品と半導体処理部品の間に密封接合部を形成するために少なくともろう付け層を加熱する段階とを含む。半導体処理部品は、加熱器又は静電チャックである場合がある。接合部材料は、半導体製造工程中の処理チャンバ内の環境に後に耐えるように適応化される。【選択図】図１５

Description

本発明は、半導体処理機器を修理する方法、より具体的には基板支持台座を修理する方法に関する。

セラミックの製造及び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処理を伴う場合がある。例えば、セラミック材料を互いに接合するために液相焼結を使用する場合がある。大きく複雑なセラミック部品のホットプレス／焼結は、非常に特殊な処理オーブン内で大きい物理的空間を必要とする。半導体処理に使用される加熱器及び静電チャックは、セラミックで製造することができ、かつホットプレス処理を用いて製造することができる。

半導体処理に使用される基板支持台座におけるセラミックの使用は、この２０年間にわたって実質的に増大した。基板支持台座（一般的に加熱器、静電チャック（又はｅチャック又はＥＳＣ）、真空チャック、真空台座、又は単に台座と呼ばれる）は、多くの場合に半導体デバイスの処理に能動的に関与し、かつ望ましい処理結果を生成するのを助ける多くの機能を提供することができる。これらの機能は、以下に限定されるものではないが、加熱、冷却、基板クランプ（静電的又は真空によるのいずれか）、基板及びその処理環境へのガス又は真空の供給、及び他の機能を含むことができる。セラミックは、セラミック材料のある一定の特性、すなわち、良好な電気絶縁、高い作動温度、ある一定の電界に対する透明性、優れた耐腐食性、及び良好な機械的安定性に起因して、これらの基板支持台座の多くに対して最適な材料になっている。

セラミックの使用に対する１つの欠点は、セラミック材料を用いてこれらの基板支持台座を製造することに関連付けられる高いコストである。セラミック基板支持台座は、典型的に、各々が何万ドルものコストを要し、一部の場合に１０万ドルを超える可能性がある。典型的な半導体製造施設は、数千個の基板支持台座を有する。厳しい作動環境に起因して、セラミック基板支持台座は、典型的に１年から３年までしか続かない有限寿命を有する。大きい半導体製作工場は、交換用セラミック基板支持台座に毎年何千万ドルも費やす可能性がある。

チャック又は加熱器によるより一般的な故障の１つは、上部面上の孔食又は歪曲を含むことができる上部面が損傷を受ける場合があることである。これらのタイプの故障は、加熱器又はチャックの寿命のうちの３ヶ月に入るや否や見られる場合がある。セラミック基板支持台座に関する典型的な寿命末期は、セラミックの上部面が磨耗する、エッチングされる、割裂する、又は他に損傷することによって引き起こされ、望ましい処理結果を生成するのにセラミック基板支持台座を非効果的にする。

現在、基板支持台座の損傷した上部面は、新しく滑らかで欠陥不在の上部面に至るまで機械研削することによって再生することができる。これは、多くのデバイスに対して１回、時にそれよりも多い回数行うことができる。埋め込み加熱器の上方又はＲＦアンテナの上方のセラミック層は、最上位層が過度に厚い場合に台座が高いパフォーマンスレベルで機能しないことになるので過度に厚くはない。すなわち、上部面の繰り返し機械加工を可能にするのに利用可能な材料は、多くは存在しない。同じく、基板支持台座は、特定の最上位層厚みでの使用に向けて設計又は調整される場合がある。元のデバイスと同じ厚みの最上位層をもたらすことができる修理手順が好ましいと考えられる。

要求されているのは、基板支持台座の修理をこれらの非常に高価な物品の寿命を延ばすことができるように可能にする修理方法である。

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及びシャフトデバイスの図である。 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及びオーブンの概略図である。 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及びオーブンの概略図である。 プレート及びシャフトデバイスのための高温プレス及びオーブンの概略図である。 本発明の一部の実施形態によるプレート及びシャフトデバイスの図である。 本発明の一部の実施形態による半導体製造に使用中のプレート及びシャフトデバイスの部分断面図である。 本発明の一部の実施形態によるプレート及びシャフトデバイスの部分断面図である。 本発明の一部の実施形態による新しい最上位セラミック層の部分断面図である。 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。 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。 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。 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。 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。 接合部の接合部一体性を表す図である。 本発明の一部の実施形態による周囲密封リングを有する台座の例示的な図である。 本発明の一部の実施形態による例示的断面図である。

一実施形態では、半導体処理チャンバ内で利用される半導体処理部品を修理するための処理を提供する。処理は、機械加工面を形成するために半導体処理部品の一部分を機械研削する段階を含むことができる。この部分を置換するために機械加工面の上に新しい部品を位置決めすることができ、新しい部品と機械加工面の間にろう付け層を置くことができる。新しい部品と半導体処理部品の間に密封接合部を形成するために、少なくともろう付け層は加熱することができる。

以下に示す本発明の実施形態は、本発明の例であり、一部の事例では本発明の上述の実施形態よりも広義である場合があるが、上述の実施形態の範囲又は本発明の範囲を限定するように意図したものではない。そのような実施形態に示す本発明の追加の特徴は任意的である。以下に示すいずれの実施形態の特徴も、以下に示すいずれかの実施形態のあらゆる他の特徴と共に又は併せずに上述の実施形態と組み合わせることができる。下記の方法の全ての特性、段階、パラメータ、及び特徴は、以下に示す特定の実施形態又は特定の部分に限定されず、本発明の上述の実施形態、更に本発明の全ての実施形態に同等に当て嵌めることができる。開示内容を特定の用語又は記述に限定するのではなく、解説及び理解を容易にするためだけに、広義の用語及び記述は、より具体的な用語又は記述で置換している。

一実施形態では、半導体処理部品は、基板支持台座とすることができる。一実施形態では、半導体処理部品は外側面を有し、機械加工段階は、外側面を機械研削する段階を含み、本方法は、外側面と同等である半導体処理部品のための置換面を形成するために新しい部品を機械加工する段階を更に含む。

一実施形態では、修理される半導体処理部品は、加熱器又は静電チャックとすることができる。本発明の一方法は、そのような加熱器又はチャックの一部分を修理する段階を含み、そのような修理においてセラミック最上位層等の新しい部品を利用することができる。セラミック最上位層を用いたそのような加熱器又は静電チャックの修理の一方法では、損傷した上部面を有する加熱器又はチャックの一部分を除去し、新しい上部面を有する新しい部品の接合を可能にするために加熱器又は静電チャックを機械研削することができる。新しい上部部品は窒化アルミニウムとすることができ、これらの部品は、制御された雰囲気下においてアルミニウム合金で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ることができる酸素化された雰囲気との両方に後で耐えるように適応化される。

セラミック材料の接合のための一部の従来の処理は、材料を接合するために特殊なオーブン及びオーブン内の圧縮プレスを必要とした。例えば、液相焼結では、２つの部品を非常に高い温度及び接触圧力の下で互いに接合することができる。高温液相焼結処理では、１７００℃の範囲の温度及び２５００ｐｓｉの範囲の接触圧力が見られる場合がある。基板支持台座がそのような処理を用いて製造される場合に、かなりの時間量、特殊なオーブン、処理、及び固定具が必要とされ、全体の処理は非常に高価である。

上述の高温処理とは対照的に、本発明の実施形態に従って製造することができる接合セラミック最終製品等の製品の例は、半導体処理に使用される加熱器アセンブリ又は他のタイプの基板支持台座の修理である。図１は、半導体処理に使用される加熱器等の基板支持台座１００の形態にある例示的半導体処理部品を示している。一部の態様では、基板支持台座１００は、窒化アルミニウム等のセラミックで構成される。加熱器は、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、外側面１０３と呼ぶ場合もある上部面１０３を含む。シャフト１０１は、中空円筒とすることができる。プレート１０２は、平坦なディスクとすることができる。他の部分構成要素が存在することができる。この図ではプレート直径と比較して狭いシャフトを用いて示すが、本明細書で説明する修理処理は、広いベースを有する基板支持台座に適用することができる。

図２は、プレス１２１を有する処理オーブン１２０を概念的に例示している。プレート１２２は、プレス１２１によって押圧されるように適応化された固定具１２３内に熱圧縮することができる。シャフト１０１は、処理段階で同様に製造することができる。典型的な処理では、プレート及びシャフトは、イットリア等の焼結助剤を約４重量％含有する窒化アルミニウムのモールド内への充填、それに続く一般的に「グリーン」セラミックと呼ばれる「固体」状態への窒化アルミニウム粉末の圧縮、更に続く窒化アルミニウム粉末を固体セラミック本体に緻密化する高温液相焼結処理によって形成される。高温液相焼結処理では、１７００℃の範囲の温度及び２５００ｐｓｉの範囲の接触圧力がもたらされる場合がある。次いで、セラミック本体は、ダイヤモンド研磨を使用する標準の研削技術によって必要な形状に成形される。

シャフトの機能は複数あり、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タイプの電極に電力を印加するために真空チャンバの壁を通じた真空気密電気連通を与えることである。別のものは、熱電対等のモニタデバイスを用いた加熱器プレートの温度モニタを可能にし、この熱電対の材料と処理薬品との腐食等の相互作用を回避するためにこの熱電対が処理チャンバの外側に存在することを可能にすること、並びに熱電対接合部が高速反応に向けて非真空環境内で作動することを可能にすることである。別の機能は、上述の処理環境からの電気連通に使用される材料の絶縁を与えることである。電気連通に使用される材料は、一般的に金属性のものであり、従って、処理結果に対して有害であり、電気連通に使用される金属性材料の寿命に対して有害である可能性がある方法で処理環境に使用される処理薬品と相互作用する場合がある。

プレートの比較的平坦な性質を考えると、図３に概念的に見られるように、処理オーブン１４０内に存在するプレス１４１の軸線方向に沿って複数のプレートモールド成形固定具１４３を積み重ねることによって複数のプレート１４２を１回の処理において形成することができる。シャフトも、処理オーブン内でプレスを使用することで類似の処理において形成することができる。

半導体処理に使用される加熱器台座を製造する全体の処理において、プレートを形成する段階とシャフトを形成する段階の両方が、時間及びエネルギのかなりの投入を必要とする。物理的処理を有する特殊な高温オーブンのコストと、プレートを形成する処理段階及びシャフトを形成する処理段階が、各々数日にわたる特殊な処理オーブンの使用を必要とする可能性があることとを考えると、単にシャフト及びプレートが完成する点に至るまでの全処理を達成するだけで時間と資金の両方のかなりの投資が注ぎ込まれてしまっていることになる。現在の処理では、プレートをシャフトに固定するために特殊処理オーブンにおける更に別の段階が依然として必要とされる。この段階の例は、プレスを有する特殊高温処理オーブンにおける液相焼結段階を用いてシャフトをプレートに接合することであると考えられる。特殊処理オーブンにおけるこの第３の段階は、組み立て上がった加熱器構成がシャフトの長さとプレートの直径の両方を含むので、そのような処理オーブン内でかなりの空間を更に必要とする。シャフトのみの製造は類似の軸線方向長さ量を要する可能性があるが、シャフトの直径は、１回の処理において複数のシャフトを並列に製造することができるようなものである。

図４で見られるように、シャフトをプレートに焼結する接合処理は、ここでもまた、プレス１６１を有する処理オーブン１６０の使用を必要とする。プレート１６２及びシャフト１６３を位置決めし、プレス１６１によって達成される圧力を伝達するために、固定具１６４、１６５のセットが使用される。

加熱器台座が完成した状態で、それを半導体処理に対して使用することができる。加熱器台座は、腐食性ガス、高温、熱循環、及びガスプラズマを含む苛酷な条件下に使用される可能性が高い。更に、加熱器台座は、不用意な衝撃を受ける場合がある。プレート又はシャフトが損傷状態になった場合に、これらのデバイスを修理するための機会は限られていた。

図５は、半導体処理チャンバに使用される加熱器台座円柱の一実施形態を示している。セラミック加熱器台座とすることができる加熱器台座３００は、無線周波アンテナ３１０と、加熱器要素３２０と、シャフト３３０と、プレート３４０と、装着フランジ３５０とを含むことができる。無線周波アンテナ３１０は、装着プレートの上部面に非常に近い場合がある。

図６で見られるように、基板支持台座は、両方共に従来のろう付け材料に対して重大な問題を呈する可能性がある２つの明確に異なる雰囲気の間の空間を架橋する場合がある。加熱器２０５等の半導体処理機器の外側面２０７上では、材料は、加熱器２０５が内部に使用されることになる半導体処理チャンバ２００内で発生する処理及びこのチャンバに存在する環境２０１に適合しなければならない。これらは、フッ素化学作用、及び極度に揮発性又は腐食性の化学作用を含む場合がある。加熱器２０５は、シャフト２０４によって支持されたプレート２０３の上部面に固定された基板２０６を有する場合がある。加熱器２０５の内面２０８上では、材料は、酸素化された雰囲気であ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。銅、銀、又は金を含有する材料は、処理中のシリコンウェーハの格子構造と干渉する場合があり、従って、適切ではない。修理処理の一部としてろう付けを使用する可能性があるあらゆる修理に関して、ろう付け材料は、中空シャフトの中心部内の酸素化された雰囲気に露出される場合がある。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、更に接合部内に酸化が進行する場合があり、接合部の密封不良がもたらされる。構造的な取り付けに加えて、半導体製造に使用されることになるこれらのデバイスのシャフト及びプレートの区域に使用されるろう付け材料は、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性を有するべきである。

例示的実施形態では、プレートとシャフトは、両方共に窒化アルミニウムのものである場合がある。プレートは、一部の実施形態では直径が約９〜１３インチ、厚みが０．５インチから０．７５インチとすることができる。シャフトは、長さが５〜１０インチで０．１インチの壁厚を有する中空円筒とすることができる。

本発明の一部の実施形態では、図７に記載の拡大図で見られるように、プレートアセンブリ２０１とシャフト２０２とを有するプレート及びシャフトデバイス２００が見られる。プレートアセンブリ２０１は、層２０３、２０４、２０５を有する。最上位プレート層２０３は中間層２０４の上に重なり、最上位プレート層２０３と中間層２０４の間には電極層２０６が存在する。中間層２０４は最下位層２０５の上に重なり、中間層２０４と最下位層２０５の間には加熱器層２０７が存在する。

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等のセラミック、又は静電チャックの場合はＡｌＮ、ドープされたＡｌＮ、ベリリア、ドープされたベリリア、及びその他を含む他の材料のものである場合がある。プレートアセンブリの層２０３、２０４、２０５は、図７では別個のものであることを見ることができるが、実際にはこれらの層を全て固体セラミック部品の一部とすることができ、この場合に、シャフト、プレート層、加熱器、及び電極を含む構成要素の全てが、セラミックのホットプレス中に互いに組み立てられたものである。この場合に、基板支持台座はセラミック上部面を有することになり、加熱器、ＲＦアンテナ、又はクランプ電極のいずれかがこの上部面の下にある。基板支持台座は、次の下側部分（加熱器のような）の上方の上部面の厚みが設計の重要な態様であるように設計されたものとすることができる。

基板支持台座の上部面が損傷状態になった時には、台座は、上部面が修理されない限り更に利用することができない。一部の態様では、上部面は、故障を低減又は除去するために上部面を研削することによって修理することができる。この手法に対する制限は、既に上部面が時には０．００６インチ程度の薄さの非常に薄いものである場合があり、傷を除去するために十分に研削することを可能にするには十分な材料がない可能性があるということである。この手法に対する別の制限は、上部面が研削される時に、上部面の全厚が元の上部面層の厚みよりも小さく、それによって基板支持台座の最適以下のパフォーマンスがもたらされる場合があることである。

本発明の一部の実施形態では、半導体処理部品、例えば、基板支持台座の上部の損傷材料は、ダイヤモンドビットを有する回転テーブルを使用するもの等の方法を用いて研削される。台座上部面は、最上位セラミック層の一部を貫通して研削することができ、又はセラミック内に埋め込まれた特徴部内に研削を更に進めることができる。一部の実施形態では、研削は、ＲＦアンテナを除去することができる。新しい部品は、次に、基板支持台座の本明細書では場合によって機械加工面とも呼ぶ研削面に新しい部品、例えば、新しい上部シートを取り付けることになる材料を用い、かつ上記で解説したような台座が露出される可能性がある環境による悪影響を受けることにならないろう付け材料を用いて気密密封でろう付けすることによって取り付けることができる。一部の実施形態では、ろう付け層は、単純に台座の新しい上部面シートを取り付けるのに使用される。一部の実施形態では、ろう付け層はＲＦアンテナに置き換わり、ＲＦアンテナとして機能する。取り扱い損傷及び設置中の損傷を抑制するために、初期状態において、新しい上部シートは、最終製品において望ましいものよりも厚い場合がある。次いで、元の台座に等しい寸法又は埋め込み加熱器の上方の上部面の深さ等の重要なパラメータに関して等しい寸法を完成した台座に与えるために、最上位層を研削することができる。

一部の態様では、新しいセラミック最上位層又は他の新しい部品を半導体処理部品に取り付けるろう付け層が密封接合部をもたらすことが重要である場合がある。元の台座の上部面が研削される時に、台座が後に半導体の製造において内部に使用されることになるチャンバの内側の環境に耐えることができない態様がこの面にもたらされる場合がある。更に、あらゆる実質的な漏れを排除するために良好で完全な湿潤及び密封性が望ましく、この場合に、非密封ろう付け層により、ろう付け内の空隙内に閉じ込められたガスが、台座が後に内部に使用されるチャンバ内に「漏れて」入る。この漏れは望ましい状態ではない。更に、空隙がなく完全に湿潤した密封接合部は、埋め込み加熱器と台座の上部面の間により均等な熱伝導率を有するより不変で均等な熱経路を与えることになる。

例示的実施形態では、外側面にある程度の損傷を有する基板支持台座の形態にある半導体処理部品が修理に向けて与えられる。上部面又は外側面を含む損傷部分は、例えば、セラミックを貫通して研削される。一実施形態では、この部分は、ＲＦアンテナに至るまで研削される。一部の実施形態では、ＲＦアンテナの深さは十分な精度で既知であり、従って、機械加工を既知の切断深さに達するように設定することができる。ＲＦアンテナが露出された状態で、機械加工をＲＦアンテナが除去されるまで続行することができる。ＲＦアンテナの下から来るリードに予め取り付けられたものとすることができるＲＦアンテナのリードパッドを見ることができ、リードの場所が示される。ＲＦアンテナに結合されていた同じリードは、置換ＲＦアンテナへのリードとして留まることになる。例えば、アルミニウムから構成され、下記で解説するろう付け層を機械加工された台座のその上に配置又は堆積させることができる。次いで、新しい部品、例えば、一部の態様ではＡｌＮとすることができる新しいセラミック最上位層が、プレアセンブリの上に配置される。次いで、プレアセンブリを真空チャンバとすることができる処理オーブンに配置することができる。その後に、アセンブリが互いにろう付けされる。ろう付け後に、台座の元の高さとすることができる望ましい高さを台座に与えるために、新しいセラミック最上位層を機械加工することができる。

例示的実施形態では、台座の最上位層は、新しいセラミック最上位層と同じく窒化アルミニウムである。ろう付け層は９９．９％アルミニウムであり、台座上に堆積させたものであり、３０ミクロン厚である。一部の実施形態では、ろう付け層はアルミニウムホイルとすることができ、ろう付けの前には１５〜２００ミクロン厚とすることができる。新しいセラミック最上位層は、設置及びろう付け中には０．１２５インチとすることができ、その後に０．０４０インチまで機械研削することができる。ろう付けは、８５０℃で１０分間行われる。ろう付けは、１×１０Ｅ−４トルよりも低い圧力で行われる。

一部の実施形態では、新しいセラミック最上位層は、８００℃で２分から１０分までにわたって台座にろう付けすることができる。一部の実施形態では、新しいセラミック最上位層は、８００℃で１０分から１００分までにわたって台座にろう付けすることができる。一部の実施形態では、新しいセラミック最上位層は、１２００℃で２分から１００分までにわたって台座にろう付けすることができる。一部の実施形態では、新しいセラミック最上位層は、７７０℃で２分から１０分までにわたって台座にろう付けすることができる。一部の実施形態では、新しいセラミック最上位層は、７７０℃で１０分から１００分までにわたって台座にろう付けすることができる。一部の実施形態では、新しいセラミック最上位層は、１２００℃で２分から１００分までにわたって台座にろう付けすることができる。最も近い５０℃区分に対して丸めると、必要とされる最低温度は８００℃とすることができる。最も近い１０℃区分に対して丸めると、必要とされる最低温度は７７０℃とすることができる。

本発明の一部の実施形態では、基板支持台座又は他の半導体処理部品の上部の上の損傷材料は、ダイヤモンドビットを有する回転テーブルを使用するもの等の方法を用いて研削される。台座上部面は、最上位セラミック層の一部を貫通して研削することができ、又はセラミック内に埋め込された特徴部内に研削を更に進めることができる。一部の実施形態では、研削は、クランプ電極を除去することができる。次いで、上部シートを基板支持台座の研削面にこの上部シートを取り付けることになる材料を用い、かつ上記で解説したような台座が露出される可能性がある環境による悪影響を受けることにならないろう付け材料を用いて気密密封でろう付けすることによって取り付けることができる。一部の実施形態では、ろう付け層はクランプ電極に置き換わり、クランプ電極として機能する。取り扱い損傷及び設置中の損傷を抑制するために、初期状態において、新しい上部シートは、最終製品において望ましいものよりも厚い場合がある。次いで、元の台座に等しい寸法又は埋め込み加熱器の上方の上部面の深さ等の重要なパラメータに関して等しい寸法を完成した台座に与えるために、又は基板の静電グリップを容易するために最上位層を研削することができる。

一部の態様では、新しいセラミック最上位層又は他の部品を台座に取り付けるろう付け層が密封接合部をもたらすことが重要である場合がある。元の台座の上部面が研削される時に、台座が後に半導体の製造において内部に使用されることになるチャンバの内側の環境に耐えることができない態様がこの面にもたらされる場合がある。更に、あらゆる実質的な漏れを排除するために良好で完全な湿潤及び密封性が望ましく、この場合に、非密封ろう付け層により、ろう付け内の空隙内に閉じ込められたガスが、台座が後に内部に使用されるチャンバ内に「漏れて」入る。この漏れは望ましい状態ではない。更に、空隙がなく完全に湿潤した密封接合部は、埋め込み加熱器と台座の上部面の間により均等な熱伝導率を有するより不変で均等な熱経路を与えることになる。

例示的実施形態では、上部面にある程度の損傷を有する基板支持台座が修理に向けて与えられる。一実施形態では、上部面は、セラミックを貫通してクランプ電極に至るまで研削される。一部の実施形態では、クランプ電極の深さは十分な精度で既知であり、従って、機械加工を既知の切断深さに達するように設定することができる。クランプ電極が露出された状態で、機械加工をクランプ電極が除去されるまで続行することができる。クランプ電極の下から来るリードに予め取り付けられたものとすることができるクランプ電極のリードパッドを見ることができ、リードの場所が示される。クランプ電極に結合されていた同じリードは、置換クランプ電極へのリードとして留まることになる。例えば、アルミニウムから構成され、下記で解説するろう付け層は、機械加工された台座のその上に配置又は堆積させることができる。次いで、一部の態様ではＡｌＮとすることができる新しいセラミック最上位層が、プレアセンブリの上に配置される。次いで、プレアセンブリを真空チャンバとすることができる処理オーブンに配置することができる。その後に、アセンブリが互いにろう付けされる。ろう付け後に、台座の元の高さとすることができる望ましい高さを台座に与えるために、新しいセラミック最上位層を機械加工することができる。

例示的実施形態では、台座の最上位層は、新しいセラミック最上位層と同じく窒化アルミニウムである。ろう付け層は９９．９％アルミニウムであり、台座上に堆積させたものであり、３０ミクロン厚である。一部の実施形態では、ろう付け層はアルミニウムホイルとすることができ、ろう付けの前には１５〜２００ミクロン厚とすることができる。新しいセラミック最上位層は、設置及びろう付け中には０．１２５インチとすることができ、その後に例えば０．００８インチから０．０４０インチまで機械研削することができる。ろう付けは、８５０℃で１０分間行われる。ろう付けは、１×１０Ｅ−４トルよりも低い圧力で行われる。

一部の実施形態では、新しいセラミック最上位層は、８００℃で２分から１０分までにわたって台座にろう付けすることができる。一部の実施形態では、新しいセラミック最上位層は、８００℃で１０分から１００分までにわたって台座にろう付けすることができる。一部の実施形態では、新しいセラミック最上位層は、１２００℃で２分から１００分までにわたって台座にろう付けすることができる。一部の実施形態では、新しいセラミック最上位層は、７７０℃で２分から１０分までにわたって台座にろう付けすることができる。一部の実施形態では、新しいセラミック最上位層は、７７０℃で１０分から１００分までにわたって台座にろう付けすることができる。一部の実施形態では、新しいセラミック最上位層は、１２００℃で２分から１００分までにわたって台座にろう付けすることができる。最も近い５０℃区分に対して丸めると、必要とされる最低温度は８００℃とすることができる。最も近い１０℃区分に対して丸めると、必要とされる最低温度は７７０℃とすることができる。

本発明の一部の実施形態では、基板支持台座の上部の上の損傷材料は、ダイヤモンドビットを有する回転テーブルを使用するもの等の方法を用いて研削される。台座上部面は、最上位セラミック層の一部を貫通して研削することができ、又はセラミック内に埋め込まれた特徴部内に研削を更に進めることができる。一部の実施形態では、研削は、加熱器の上方のセラミックのみを除去することができる。次いで、上部シートを基板支持台座の研削面にこの上部シートを取り付けることになる材料を用い、かつ上記で解説したような台座が露出される可能性がある環境による悪影響を受けることにならないろう付け材料を用いて気密密封でろう付けすることによって取り付けることができる。一部の実施形態では、ろう付け層は、単に台座の新しい上部面シートを取り付けるのに使用される。取り扱い損傷及び設置中の損傷を抑制するために、初期状態において、新しい上部シートは、最終製品において望ましいものよりも厚い場合がある。次いで、元の台座に等しい寸法又は埋め込み加熱器の上方の上部面の深さ等の重要なパラメータに関して等しい寸法を完成した台座に与えるために、又は基板の静電グリップを容易するために最上位層を研削することができる。

一部の態様では、新しいセラミック最上位層を台座に取り付けるろう付け層が密封接合部をもたらすことが重要である場合がある。元の台座の上部面が研削される時に、台座が後に半導体の製造において内部に使用されることになるチャンバの内側の環境に耐えることができない態様がこの面にもたらされる場合がある。更に、あらゆる実質的な漏れを排除するために良好で完全な湿潤及び密封性が望ましく、この場合に、非密封ろう付け層により、ろう付け内の空隙内に閉じ込められたガスが、台座が後に内部に使用されるチャンバ内に「漏れて」入る。この漏れは望ましい状態ではない。更に、空隙がなく完全に湿潤した密封接合部は、埋め込み加熱器と台座の上部面の間により均等な熱伝導率を有するより不変で均等な熱経路与えることになる。

例示的実施形態では、上部面にある程度の損傷を有する基板支持台座が修理に向けて与えられる。上部面は、セラミックを貫通して加熱器の上方のある距離まで研削される。加熱器を損傷しないように、加熱器の上方のターゲット残存セラミックは、０．１００インチとすることができる。例えば、アルミニウムから構成され、下記で解説するろう付け層は、機械加工された台座のその上に配置又は堆積させることができる。次いで、一部の態様ではＡｌＮとすることができる新しいセラミック最上位層が、プレアセンブリの上に配置される。次いで、プレアセンブリを真空チャンバとすることができる処理オーブンに配置することができる。その後に、アセンブリが互いにろう付けされる。ろう付け後に、台座の元の高さとすることができる望ましい高さを台座に与えるために、新しいセラミック最上位層を機械加工することができる。

例示的実施形態では、台座の最上位層は、新しいセラミック最上位層と同じく窒化アルミニウムである。ろう付け層は、９９．９％アルミニウムであり、台座上に堆積させたものであり、かつ３０ミクロン厚である。一部の実施形態では、ろう付け層はアルミニウムホイルとすることができ、ろう付けの前には１５〜２００ミクロン厚とすることができる。新しいセラミック最上位層は、設置及びろう付け中には０．１２５インチとすることができ、その後に例えば０．０４０インチから０．０６０インチまで機械研削することができる。ろう付けは、８５０℃で１０分間行われる。ろう付けは、１×１０Ｅ−４トルよりも低い圧力で行われる。

一部の実施形態では、新しいセラミック最上位層は、８００℃で２分から１０分までにわたって台座にろう付けすることができる。一部の実施形態では、新しいセラミック最上位層は、８００℃で１０分から１００分までにわたって台座にろう付けすることができる。一部の実施形態では、新しいセラミック最上位層は、１２００℃で２分から１００分までにわたって台座にろう付けすることができる。

図８は、本発明の一部の実施形態による台座上プレート２６０の断面を示している。台座上プレート２６０は、異なる層の間に加熱器と電極の両方が存在する多層プレートアセンブリである。新しい最上位層は、ろう付け要素２６６と接合される。一部の実施形態では、プレートの平面に対して垂直な方向の新しい最上位プレート層の最終位置は、プレート上のスタンドオフ２６８によって決定される。

新しいセラミック最上位層２６１は、下側部分２６２の上に重なる。最上位プレート層２６１は、多機能接合層２６６を用いて下側部分２６２に接合される。多機能接合層２６６は、下側プレート部分２６２への新しいセラミック最上位層２６１の接合を与え、電極になるように適応化される。そのような電極は、実質的に円形のディスクである接合層とすることができ、接合材料も電極として機能する。図３６で見られるように、スタンドオフ２６８は、下側プレート層２６２に対する最上位プレート層２６１のこれらのプレート層の主平面に対して垂直な鉛直方向の位置制御を与えるように適応化される。一部の実施形態では、ろう付け層は、位置制御が必要とされないか又は実施されない程薄いとすることができる。最上位プレート層２６１のリムは、２つのプレートの周りにおいてこれらのプレートの間の境界に沿う視線を取り除くように適応化される。接合層２６６の厚みは、プレートアセンブリを加熱及び接合する段階の前に接合層２６６が最上位プレート層２６１及び下側プレート層２６２と接触しているようにサイズ決定することができる。

新しいセラミック最上位層を接合するためのプレートアセンブリの接合段階中に、図８に見られる構成要素を事前に組み立てることができ、次いで、完成した修理された基板支持台座を形成するために、本明細書で説明する処理を用いてこのプレートプレアセンブリを接合することができる。

本発明の一部の実施形態では、図１５に見られるように、静電チャック３００は、シャフト３０２に接合されたプレートアセンブリ３０１を有することができる。シャフト３０２は、中空とすることができ、装着フランジ３０３を有することができる。プレートアセンブリ３０１は、処理中にウェーハ又は他の基板を支持するように適応化された新しい上部面３０８を有する。新しい最上位層３０５は、ろう付け層３０６を用いて下側プレート部分３０４に接合することができる。最上位層３０５と下側プレート部分３０４の間にはクランプ電極３０７が存在することができる。チャンバからの電極の電気絶縁を与えるために、クランプ電極３０７は、ろう付け層３０６から間隙３０９によって分離することができる。

図１６は、基板の取り外しのためのピンを有する静電チャックと併用することができるクランプ電極３３６の態様を示している。図１６は、上側プレート層と中間プレート層の間で第１の密封リング３３４を通る鉛直断面図として見ることができる。クランプ電極３３６は、静電チャックによって支持された基板にクランプ力を与えるように適応化される。第１の密封リング３３４はプレート層３３０の円周周囲の周りに見られる。第１の密封リング３３４とクランプ電極３３６の間の間隙３３３は、間隙３３５を通して電気絶縁を与える。ピン孔３３１の各々は、その周囲の周りに密封リング３３２を有する。密封リング３３２は、それとクランプ電極３３６の間に間隙３３３を有する。

本発明の一部の実施形態による接合方法は、湿潤の制御と、接合されるセラミック部品に対する接合材料の流れとに頼る。一部の実施形態では、接合処理の間の酸素の欠如が、接合区域内の材料を変化させる反応を伴わない適正な湿潤を可能にする。適正な湿潤と接合材料の流れとを使用することで、例えば、液相焼結と比較して低い温度で密封接合部を達成することができる。

接合されたセラミックの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、接合部のいずれかの側の雰囲気の分離を可能にするために接合部の密封性を必要とする場合がある。一部の用途では、ろう付け層の実質的な漏れを防止するために接合部の密封性を必要とする場合がある。同じく、セラミックアセンブリ及び製品が露出される可能性がある化学物質に対して耐性を有するような接合材料の組成が重要である場合がある。接合材料は、これらの化学物質に対して耐性を有する必要がある場合があり、そうでなければ接合部の変性及び気密密封の消失をもたらす場合がある。同じく、接合材料は、完成したセラミックデバイスによって後にサポートされる処理と有害に干渉しないタイプの材料のものである必要がある可能性もある。

図９は、本発明の一部の実施形態による接合部１０の断面図である。この画像は走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）を通して見たものであり、２０，０００×の倍率で撮影されたものである。第１のセラミック部品１１が、接合層１３を用いて第２のセラミック部品１２に接合されている。この例示的実施形態では、第１のセラミック部品及び第２のセラミック部品は、単結晶窒化アルミニウム（ＡｌＮ）で製造されたものである。接合層は、０．４重量％のＦｅを有するアルミニウムホイルとして始まるものであった。接合温度は１２００℃であり、１２０分間保持した。接合は、７．３×１０Ｅ−５トルの真空下で接合中に接合部の両側で約２９０ｐｓｉの物理的接触圧力を用いて行った。

下記の解説は、密封接合部をもたらすろう付け処理の例を含む。図１は、第１のセラミック部品１１と接合層１３の間の上側境界１５と、接合層１３と第２のセラミック部品１２の間の下側境界１６とを有する接合部を示している。２０，０００×の倍率で境界領域において見られるように、セラミック部品内への接合層の拡散は見られない。セラミック内の反応の痕跡は見られない。境界は、いかなる空隙の痕跡も示しておらず、接合処理中にアルミニウムによる境界の完全な湿潤があったことを示している。接合層内に見られる明るいスポット１４はアルミニウム−鉄化合物であり、鉄は、接合層に使用されたホイルからの残留物である。

図１０は、本発明の一部の実施形態による接合部２０の断面図である。この図は走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）を通して見たものであり、８０，０００×の倍率におけるものである。第１のセラミック部品２１が、接合層２３を用いて第２のセラミック部品２２に接合されている。この例示的実施形態では、第１のセラミック部品及び第２のセラミック部品は、単結晶窒化アルミニウム（ＡｌＮ）で製造されたものである。接合層は、０．４重量％のＦｅを有するアルミニウムホイルとして始まるものであった。接合温度は９００℃であり、１５分間保持した。接合は、１．９×１０Ｅ−５トルの真空下で接合中に接合部の両側で最小の物理的接触圧力を用いて行った。接合層２３は、第１のセラミック部品２１と第２の部品２２との接合後に、接合された部品の間にアルミニウムの残存層が残ることを示している。

図１０は、第１のセラミック部品２１と接合層２３の間の上側境界２４と、接合層２３と第２のセラミック部品２２の間の下側境界２５とを有する接合部を示している。８，０００×の倍率で境界領域において見られるように、セラミック部品内への接合層の拡散は見られない。セラミック内の反応の痕跡は見られない。境界は、いかなる空隙の痕跡も示しておらず、接合処理中にアルミニウムによる境界の完全な湿潤があったことを確実に示している。接合層内に見られる明るいスポット２６は、接合層に使用されたホイルからのＦｅ残留物を含む。

図９及び図１０は、単結晶窒化アルミニウム等のセラミックが、接合処理中に完全湿潤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。これらの接合部は、セラミック内への接合層の拡散の痕跡、及び接合層の内部又はセラミック部品内の反応の痕跡を示していない。セラミック部品又は接合層内における化学変換の痕跡はない。接合処理後のアルミニウムの残存層が存在する。

図１１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、下側セラミック部品３１に接合された接合層３２が見られる。この図は走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）を通して見たものであり、４，０００×の倍率におけるものである。この例示的実施形態では、第１のセラミック部品は多結晶窒化アルミニウム（ＡｌＮ）で製造されたものである。接合層は、０．４重量％のＦｅを有するアルミニウムホイルとして始まるものであった。接合温度は１２００℃であり、６０分間保持した。接合は、２．４×１０Ｅ−５トルの真空下で接合中に接合部の両側で約４７０ｐｓｉの物理的接触圧力を用いて行った。

一部の実施形態では、図１１〜図１３に見られるセラミック等の多結晶ＡｌＮは、９６％のＡｌＮと４％のイットリアとで構成される。そのようなセラミックは、それを製造するのに使用される液相焼結中に低温を使用することができることで産業用途に使用することができる。低温処理は、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コストを低減する。多結晶材料は、それ程脆弱ではないことのような好ましい特性を有することができる。イットリア及びＳｍ２Ｏ３等の他のドーパントは、製造可能性及び材料特性の調整の理由から多くの場合に使用される。

図１１は、図１及び図２に示す単結晶の例の場合に見られるように、接合層３２と多結晶ＡｌＮセラミックである第１のセラミック部品３１との間の境界３３における拡散の欠如を示している。境界３３は、図１及び図２に見られるものよりも幾分粗く見える場合があるが、これは粗めの元の面の結果である。境界に沿って拡散は見られない。

図１１〜図１３に見られる９６％ＡｌＮ−４％イットリア等の多結晶ＡｌＮの場合に、セラミックは、アルミン酸イットリウムが散在するＡｌＮの粒子を呈する。このセラミックに本発明の一部の実施形態による接合層等のアルミニウムがＡｌの液相温度よりも大きいもの等の高温で与えられると、Ａｌろう付け材料がアルミン酸イットリウムと反応することができ、セラミックの面においてＡｌ粒子の一部の遊離及び放出がもたらされる。

図１２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、上側セラミック部品４２を下側セラミック部品４１に接合する接合層４３が見られる。この図は走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）を通して見たものであり、８，０００×の倍率におけるものである。この例示的実施形態では、第１のセラミック部品は多結晶窒化アルミニウム（ＡｌＮ）で製造されたものである。接合層は、９９．８％のＡｌを有するアルミニウムホイルとして始まるものであった。接合温度は１１２０℃であり、６０分間保持した。接合は、２．０×１０Ｅ−５トルの真空下で接合中に接合部の両側で最小の物理的接触圧力を用いて行った。

図１２は、接合層４３内に一部のＡｌＮ粒子４６を示している。粒子４６は、上側セラミック部品４２の面４４及び／又は下側セラミック部品４１の面４５から移動したものである。これらのＡｌＮ粒子は、接合層のアルミニウムが多結晶ＡｌＮの粒子の間のアルミン酸イットリウムを侵食したことに起因して面から遊離したものである。ＡｌＮ粒子自体はアルミニウム接合層と反応しておらず、見られるＡｌＮ粒子内へのアルミニウムのいかなる拡散兆候もない。本発明の実施形態による処理条件下でのアルミニウムによる拡散に対するＡｌＮの非感受性は、先に図１及び図２の単結晶ＡｌＮの例において見られており、図４の多結晶の例において維持されている。

図１３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、上側セラミック部品５１に接合された接合層５２が見られる。この図は走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）を通して見たものであり、２，３００×の倍率におけるものである。この例示的実施形態では、第１のセラミック部品は多結晶窒化アルミニウム（ＡｌＮ）で製造されたものである。接合層は、５重量％のＺｒを有するアルミニウム粉末として始まるものであった。接合温度は１０６０℃であり、１５分間保持した。接合は、４．０×１０Ｅ−５トルの真空下で接合中に接合部の両側で約８ｐｓｉの物理的接触圧力を用いて行った。

例えば、図１〜図５に示すように本発明によって形成された接合部は、セラミック部品の間の密封接合部を必要とするあらゆる用途に使用することができる。一実施形態では、用途は、第１のセラミック部品を第２のセラミック部品に接合することである。一実施形態では、用途は、第１の半導体処理機器部品を第２の半導体処理機器部品に接合することである。一実施形態では、用途は、第１のセラミック半導体処理機器部品を第２のセラミック半導体処理機器部品に接合することである。一実施形態では、用途は、新しい最上位セラミック層を基板支持台座に取り付けるなどの新しい部品を半導体処理部品に取り付けることである。そのような用途の全てを修理処理の一部とすることができる。

一部の実施形態では、接合部に対して最小ろう付け層厚みを生成するためにスタンドオフを使用することができる。他の実施形態では、接合部に対する最小ろう付け層厚みは、粉末材料をろう付け層充填材料内に混入させることによって達成される。この混入粉末材料の最大粒子サイズが、最小接合部厚みを決定する。粉末材料は、粉末ろう付け層充填材料と混合するか、セラミック接合部面上に塗布するか、適切な厚みのろう付け層充填剤ホイル上に塗布するか、又は適切な厚みのろう付け層充填材料内に直接混入させることができる。一部の実施形態では、ろう付け層材料は、ろう付けの前では、シャフトとプレートの間でメサ又は粉末粒子によって維持される距離よりも厚いものになる。一部の実施形態では、最小ろう付け層厚みを確立するために他の方法を使用することができる。一部の実施形態では、最小ろう付け層厚みを確立するためにセラミック球を使用することができる。一部の態様では、ろう付け材料の全てをスタンドオフと隣接する接触面との間から絞り出すことができるわけではないので、接合部の厚みは、スタンドオフ又は他の最小厚決定デバイスの寸法よりも若干厚い場合がある。一部の態様では、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接触面との間に見出すことができる。一部の実施形態では、ろう付け材料は、０．０００３インチ厚までセラミック面上にスパッタリングされたアルミニウムとすることができる。一部の実施形態では、ろう付け材料は、ろう付けの前には０．００６インチとすることができ、完成した接合部の最小厚は０．００４インチである。ろう付け材料は、０．４重量％のＦｅを有するアルミニウムとすることができる。

一実施形態では、本発明の一部として形成される接合部はアルミニウム接合部である。一実施形態では、そのような接合部は密封アルミニウム接合部である。アルミニウムは、酸化アルミニウムの自己制限層を形成するという特性を有する。この層はほぼ均一であり、形成された状態で、追加の酸素又は他の酸化化学作用（フッ素化学作用のような）がベースアルミニウムまで浸透し、更に酸化処理を続けるのを防止又は有意に制限する。このようにして、アルミニウムの初期の短い酸化期間又は腐食期間があり、次いで、この酸化又は腐食は、アルミニウムの面上に形成された酸化物（又はフッ化物）層によって実質的に停止されるか又は減速される。アルミニウムとすることができるろう付け材料は、シート、粉末、薄膜の形態にあるとすることができ、又は本明細書で説明するろう付け処理に適するあらゆる他の形状因子のものである場合がある。一実施形態では、ろう付け要素、ろう付け材料、又はろう付け層という用語は、これらの要素、材料、又は層に追加されるが、ろう付けされた最終の接合部又は層、すなわち、ろう付けのための加熱後又はろう付けの完了後の接合部又は層内に含有されないいかなる結合剤又は他の材料も含まない。一例では、アルミニウム層とすることができるろう付け層は、０．０００１９インチから０．０１１インチの範囲に及ぶか、又はそれよりも大きい厚みを有するシートとすることができる。一部の実施形態では、ろう付け材料は、約０．００１２インチの厚みを有するシートとすることができる。一部の実施形態では、ろう付け材料は、約０．００６インチの厚みを有するシートとすることができる。一般的に、アルミニウム内の合金成分（例えば、マグネシウムのような）は、アルミニウムの粒子境界の間における析出物として形成される。これらの析出物はアルミニウム結合層の耐酸化性を低下させる可能性があるが、一般的にアルミニウムを通る途切れのない経路を形成せず、従って、耐食性を与えるアルミニウムの自己制限酸化物層特性が損なわれないままに留まる。析出物を形成する可能性がある成分を含有するアルミニウム合金を使用する実施形態では、冷却実施計画を含む処理パラメータは、粒子境界における析出物を最小にするように適応化されることになる。例えば、一実施形態では、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。一実施形態では、ろう付け材料は、少なくとも８９％の純度を有するアルミニウムとすることができる。一実施形態では、ろう付け材料は、８９よりも大きい重量％のアルミニウムを有することができる。一実施形態では、ろう付け材料は、少なくとも９８％の純度を有するアルミニウムとすることができる。一実施形態では、ろう付け材料は、９８よりも大きい重量％のアルミニウムを有することができる。一実施形態では、ろう付け材料は、少なくとも９９％の純度を有するアルミニウムとすることができる。一実施形態では、ろう付け材料は、９９よりも大きい重量％のアルミニウムを有する。一実施形態では、ろう付け材料は金属アルミニウムとすることができる。一部の実施形態では、９２％よりも高い純度を有することができる市販のアルミニウムホイルを使用することができる。一部の実施形態では、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の市販合金＃７００５、＃５０８３、及び＃７０７５を含むことができる。これらの材料は、密封接合部を形成するために一部の実施形態では１１００℃の接合温度に使用することができる。これらの材料は、密封接合部を形成するために一部の実施形態では８００℃と１２００℃の間の温度に使用することができる。これらの材料は、一部の実施形態ではより低いか又はより高い温度に使用することができる。最も近い５０℃区分に対して丸めると、密封接合部を形成するのに必要とされる最低温度は８００℃とすることができる。最も近い１０℃区分に対して丸めると、密封接合部を形成するのに必要とされる最低温度は７７０℃とすることができる。一実施形態では、これらの材料は、密封接合部を形成するために少なくとも８００℃の温度に使用することができる。一実施形態では、これらの材料は、密封接合部を形成するために少なくとも７７０℃の温度に使用することができる。一実施形態では、これらの材料は、密封接合部を形成するために８００℃から１２００℃の範囲に及ぶ温度に使用することができる。一実施形態では、これらの材料は、密封接合部を形成するために７７０℃から１２００℃の範囲に及ぶ温度に使用することができる。

本発明の実施形態による処理の条件下におけるアルミニウムによる拡散に対するＡｌＮの非感受性は、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段階の後にセラミックの材料特性及び材料アイデンティティの維持をもたらす。

一部の実施形態では、本発明の接合処理は、非常に低い圧力を与えるのに適応化された処理チャンバ内を用いて実施される。本発明の実施形態による接合処理は、密封接合部を達成するために酸素の不在を必要とする場合がある。一実施形態では、接合処理の一部として酸素が処理チャンバから除去される。一部の実施形態では、この処理は、１×１０Ｅ−４トルよりも低い圧力で実施される。一部の実施形態では、この処理は、１×１０Ｅ−５トルよりも低い圧力で実施される。一部の実施形態では、処理チャンバ内へのジルコニウム又はチタンの配置によって更に別の酸素除去を提供する。例えば、接合されることになる部品の周りにジルコニウム内側チャンバを配置することができる。

一部の実施形態では、気密密封を達成するための本発明の接合処理の一部として真空以外の雰囲気を使用することができる。一部の実施形態では、密封接合部を達成するためにアルゴン（Ａｒ）雰囲気を使用することができる。一部の実施形態では、密封接合部を達成するために他の希ガスが使用される。一部の実施形態では、密封接合部を達成するために水素（Ｈ２）雰囲気を使用することができる。

ろう付け層の湿潤及び流れは、様々なファクタに依存する場合がある。重要なファクタは、ろう付け材料組成、セラミック組成、処理チャンバ内の雰囲気の化学構成、特に接合処理中のチャンバ内の酸素レベル、温度、ある温度での時間、ろう付け材料の厚み、接合される材料の面特性、接合される部品の形状、接合処理中の接合部の両側に印加される物理的圧力、及び／又は接合処理中に維持される接合部間隙を含む。

第１のセラミック物体と第２のセラミック物体とを互いに接合するためのろう付け方法の例は、第１のセラミック物体と第２のセラミック物体の間に配置されるアルミニウム及びアルミニウム合金から構成される群から選択されたろう付け層を用いて第１の物体と第２の物体を結合する段階と、ろう付け層を少なくとも８００℃の温度又は少なくとも７７０℃の温度まで加熱する段階と、第１の部品と第２の部品を接合するためにろう付け層が硬化して気密密封を生成するようにろう付け層をその融点よりも低い温度まで冷却する段階とを含むことができる。様々な形状のろう付け接合部を本明細書で説明する方法に従って実施することができる。最も近い５０℃区分に対して丸めると、必要とされる最低温度は８００℃とすることができる。最も近い１０℃区分に対して丸めると、必要とされる最低温度は７７０℃とすることができる。

接合の前に、新しい上部シート又は他の第１のセラミック部品と台座又は他の第２のセラミック部品とは、処理チャンバ内にある間にある程度の位置制御を維持するために互いに対して固定することができる。固定段階は、温度印加中に２つの部品の間及び接合部の両側に接触圧力を発生させるために外部印加負荷の印加を助けることができる。接合部の両側に接触圧力が印加されるように固定部品の上に重りを配置することができる。重りは、ろう付け層の面積に比例する場合がある。一部の実施形態では、接合の両側に印加される接触圧力は、接合部接触区域上で約２〜５００ｐｓｉの範囲にあるとすることができる。一部の実施形態では、接触圧力は、２〜４０ｐｓｉの範囲にあるとすることができる。一部の実施形態では、最小圧力を使用することができる。固定されたアセンブリは、次いで、処理オーブンに配置することができる。オーブンは、５×１０Ｅ−５トルよりも低い圧力まで排気することができる。一部の態様では、真空が残存酸素を除去する。一部の実施形態では、１×１０Ｅ−５トルよりも低い真空が使用される。一部の実施形態では、固定されたアセンブリは、酸素吸引器として機能するジルコニウム内側チャンバ内に配置され、処理中に接合部に辿り着く可能性がある残存酸素が更に低減される。一部の実施形態では、処理オーブンは、酸素を除去するためにパージされ、アルゴンガス等の脱水された純希ガスで再充填される。一部の実施形態では、処理オーブンは、酸素を除去するためにパージされ、純水素で再充填される。

次いで、固定アセンブリを温度増大に露出することができ、接合温度が保持される。加熱サイクルを開始した後に、勾配を最小にするため及び／又は他の理由から温度を２００℃まで徐々に、例えば、毎分１５℃で、その後に標準化温度、例えば、６００℃までかつ接合温度まで毎分２０℃で増大させ、加熱後に真空が回復することを可能にするために固定停留時間にわたって各温度に保持することができる。ろう付け温度に達すると、ろう付け反応を起こすためにその温度をある時間にわたって保持することができる。例示的実施形態では、停留温度は８００℃とすることができ、停留時間は２時間とすることができる。一部の実施形態では、停留温度は、７７０℃から１２００℃の範囲にあるとすることができる。一部の実施形態では、停留温度は、少なくとも７７０℃又は少なくとも８００℃とすることができる。別の例示的実施形態では、停留温度は１０００℃とすることができ、停留時間は１５分とすることができる。別の例示的実施形態では、停留温度は１１５０℃とすることができ、停留時間は３０〜４５分とすることができる。一部の実施形態では、停留温度は１２００℃の最大値を超えない。一部の実施形態では、停留温度は１３００℃の最大値を超えない。十分なろう付け停留時間に達した後に、炉は、毎分２０℃の速度、又は固有の炉冷却速度がより低い場合はより低い速度で室温まで冷却することができる。炉は、雰囲気圧に持ち込んで開扉することができ、ろう付けされたアセンブリを検査、特性分析、及び／又は評価に向けて取り出すことができる。

過度に長い期間にわたる過度に高い温度の使用は、有意なアルミニウム蒸発の結果として接合層内に空隙の形成をもたらす場合がある。接合層内に空隙が形成されると、接合部の密封性が失われる場合がある。過度に低い温度の使用は、密封性を持たない接合部をもたらす場合がある。処理温度及びその持続時間は、アルミニウム層が蒸発せず、密封接合部が得られるように制御することができる。適正な温度及び処理持続時間の制御を上記で記述した他の処理パラメータと共に使用することにより、途切れのない接合部を形成することができる。本明細書に説明する実施形態に従って得られる途切れのない接合部は、部品の気密密封、並びに構造的取り付けをもたらすことになる。

ろう付け材料が流れることになって、接合されるセラミック材料の面の湿潤を可能にする。窒化アルミニウム等のセラミックが、アルミニウムろう付け層を用いて十分に低いレベルの酸素の存在下で本明細書に説明するように接合される場合に、接合部は密封ろう付け接合部である。この接合は、一部の従来のセラミック接合処理において見られる拡散結合とは対照的である。

密封接合部と非密封接合部の両方は、部品を分離するのにかなりの力を必要とする点で部品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ことが、接合部が気密密封を与えるか否かを決定付けるわけではない。密封接合部を達成する機能は、接合部の湿潤に関連する場合がある。湿潤は、液体が別の材料の面にわたって広がる機能又は傾向を表している。ろう付けされた接合部内で不十分な湿潤しかなかった場合に、結合がない区域が存在することになる。十分な非湿潤区域が存在する場合に、ガスが接合部を通過することができ、漏れが引き起こされる。

接合部の音響撮像は、接合部の均一性の視認、並びに接合部内に空隙及び／又は通孔が存在するか否かの決定を可能にする。密封性を有する検査ターゲット接合部の得られる画像は、均一で空隙のない接合部を示し、それに対して密封性の持たない検査ターゲット接合部の画像は、セラミックろう付け層接触区域内に空隙又は大きい非結合区域を示す。音響画像内で見られる例では、平坦な面にリングが結合されていた。一実施形態では、これらのリングは、外径が１．４０インチ、内径が１．１８３であり、約０．４４正方インチの接合部接触面積を有する。

図１４は、本発明の接合部の接合部一体性の音響感知を用い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つの部品の間のものであった。この接合部内では、接合部厚みを最小にするためにメサスタンドオフを用いた。３つのメサを円形シャフト要素上に置いた。これらのメサは、０．００４インチ高であった。ろう付け材料は、＞９９％のアルミニウムであった。ろう付け層は、ろう付け前に０．００６厚であった。接合温度は１２００℃であり、３０分間保持した。接合は、１×１０Ｅ−５トルよりも低い圧力に保持した処理チャンバ内で行った。接合部の両側に圧力を印加するために１８ポンドの印加負荷を用いた。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。スタンドオフメサのセットを使用するこの事例では、接合部の湿潤が、従来の接合部画像内で見られるものよりも優れていることを見ることができる。接合部の湿潤は完全であり、空隙は不在である。

ろう付け処理中のかなりの量の酸素又は窒素の存在は、接合部接触区域の完全湿潤を妨げ、それによって密封性を持たない接合部をもたらす可能性がある反応を起こす場合がある。完全湿潤がない場合に、最終接合部内の接合部接触区域内に非湿潤区域が導入される。途切れのない十分な非湿潤が導入された場合に、接合部の密封性は失われる。

窒素の存在は、窒素に融解アルミニウムと反応させて窒化アルミニウムを形成することができ、この反応形成は、接合部接触区域の湿潤を妨げる場合がある。同様に、酸素の存在は、酸素に融解アルミニウムと反応させて酸化アルミニウムを形成することができ、この反応形成は、接合部接触区域の湿潤を妨げる場合がある。５×１０−５トルよりも低い圧力の真空雰囲気を使用することで、十分な酸素及び窒素が除去されて接合部接触区域の完全に確実な湿潤及び密封接合部を可能にすることが示されている。一部の実施形態では、ろう付け段階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、水素又は例えばアルゴン等の純希ガス等の非酸化ガスを使用することによっても、接合部接触区域の確実な湿潤及び密封接合部がもたらされる。上記に示した酸素反応を回避するためには、ろう付け処理中の処理チャンバ内の酸素の量が、接合部接触区域の完全な湿潤が悪影響を受けない程十分に低くなければならない。上記に示した窒素反応を回避するためには、ろう付け処理中の処理チャンバに存在する窒素の量が、接合部接触区域の完全な湿潤が悪影響を受けない程十分に低くなければならない。

ろう付け処理中の適正な雰囲気の選択は、最小接合部厚みを維持することと合わさって接合部の完全湿潤を可能にすることができる。それとは逆に、不適切な雰囲気の選択は、湿潤不足、空隙をもたらし、更に非密封接合部をもたらす場合がある。制御された雰囲気と制御された接合部厚みとの適切な組合せは、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。

本発明の方法は、互いに接合される材料の間、例えば、接合される２つのセラミック部品の間に密封接合部を有利に与えることができる。密封接合部は、多くの用途において、例えば、半導体処理において、又は処理チャンバ又は半導体処理に使用されるデバイス又は部品において重要なものとすることができる。一実施形態では、密封は、接合部が気密であることを意味する。一実施形態では、密封は、接合部が半導体処理中に気密であることを意味する。一実施形態では、密封は、半導体処理又は類似の処理中、例えば、半導体処理中の処理チャンバ内で接合部を横断する空気流れ又は酸素流れが存在しないことを意味する。一実施形態では、密封接合部は、＜１×１０Ｅ−９ｓｃｃｍＨｅ／ｓｅｃの真空漏れ率を有する。

本明細書で説明する接合方法の別の利点は、本発明の一部の実施形態に従って製造された接合部は、必要に応じて、上述の２つの構成要素の一方を修理又は交換するのに構成要素の分解を可能にすることができる点である。接合処理はセラミック内への接合層の拡散によってセラミック部品を修正することがないので、セラミック部品は再使用することができる。

一実施形態では、半導体処理チャンバ内で利用される半導体処理部品を修理するための処理を提供し、この処理は、機械加工面を形成するために半導体処理部品の一部分を機械研削する段階と、この部分を置換するために機械加工面の上に新しい部品を位置決めする段階と、新しい部品と機械加工面の間にろう付け層を配置する段階と、新しい部品と半導体処理部品の間に密封接合部を形成するために少なくともろう付け層を加熱する段階とを含む。

半導体処理部品は、基板支持台座とすることができる。半導体処理部品は外側面を有することができ、機械加工段階は、外側面を機械研削する段階を含むことができ、本方法は、外側面と同等である半導体処理部品の置換面を形成するために新しい部品を機械加工する段階を含むことができる。外側面は平坦面とすることができ、置換面は置換平坦面とすることができる。機械加工段階は、ＲＦアンテナを通して機械加工してそれを除去する段階を含むことができる。機械加工段階は、クランプ電極を通して機械加工してそれを除去する段階を含むことができる。ろう付け層は、アルミニウムとすることができる。ろう付け層は、少なくとも８９％の純度を有するアルミニウム、少なくとも９８％の純度を有するアルミニウム、及び少なくとも９９％の純度を有するアルミニウムから構成される群から選択することができる。加熱段階は、少なくともろう付け層を少なくとも７７０℃及び少なくとも８００℃から構成される群から選択された接合温度まで加熱する段階を含むことができる。加熱段階は、少なくともろう付け層を７７０℃と１２００℃の間及び８００℃と１２００℃の間から構成される群から選択された接合温度まで加熱する段階を含むことができる。加熱段階は、少なくともろう付け層を１×１０Ｅ−４トルよりも低い圧力を有する真空オーブン内で加熱する段階を含むことができる。加熱段階は、少なくともろう付け層を真空オーブン内で加熱する段階と、加熱段階中に真空オーブンから酸素を除去する段階とを含むことができる。処理は、新しい部品と半導体処理部品の間の拡散結合がないものとすることができる。新しい部品は、セラミックの新しい部品とすることができる。

一実施形態では、基板支持台座の修理のための処理を提供し、この処理は、第１の新しい上部面を生成するために基板支持台座の上部面を機械研削する段階と、基板支持台座の第１の新しい上部面と新しい最上位セラミック層の間にろう付け層を配置する段階と、基板支持台座の第１の新しい上部面に新しい最上位セラミック層をろう付けし、それによって新しい最上位セラミック層と基板支持台座の第１の新しい上部面の間に密封接合部を生成する段階とを含む。

第１の新しい上部面を生成するために基板支持台座の上部面を機械研削する段階は、ＲＦアンテナを通して機械加工してそれを除去する段階を含むことができる。第１の新しい上部面を生成するために基板支持台座の上部面を機械研削する段階は、クランプ電極を通して機械加工してそれを除去する段階を含むことができる。ろう付け層は、９９よりも大きい重量％のアルミニウムとすることができる。基板支持台座の第１の新しい上部面に新しいセラミック最上位層をろう付けする段階は、８００℃と１２００℃の間の温度でろう付けする段階を含むことができる。基板支持台座の第１の新しい上部面に新しいセラミック最上位層をろう付けする段階は、７７０℃と１２００℃の間の温度でろう付けする段階を含むことができる。処理は、基板支持台座の第１の新しい上部面に新しいセラミック最上位層をろう付けする段階の後に新しい最上位セラミック層の上部面を機械研削する段階を更に含むことができる。ろう付け段階は、１×１０Ｅ−４トルよりも低い圧力を有する真空オーブン内に台座アセンブリを配置する段階を含むことができる。ろう付け層は、９８よりも大きい重量％のアルミニウムとすることができる。基板支持台座の第１の新しい上部面に新しいセラミック最上位層をろう付けする段階は、７７０℃と１２００℃の間の温度でろう付けする段階を含むことができる。ろう付け段階は、１×１０Ｅ−４トルよりも低い圧力を有する真空オーブン内に台座アセンブリを配置する段階を含むことができる。

以上の説明から明らかなように、本明細書に与えた説明から広範な実施形態を構成することができ、当業者には追加の利点及び修正が容易に想起されるであろう。本発明は、その広義の態様では、従って、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、本出願人の全体的発明の精神又は範囲から逸脱することなく、そのような詳細からの離脱を行うことができる。

３００ 静電チャック
３０１ プレートアセンブリ
３０２ シャフト
３０５ 新しい最上位層
３０６ ろう付け層

Claims (14)

1. 半導体処理チャンバ内で利用される半導体処理部品を修理する方法であって、
   機械加工面を形成するために前記半導体処理部品の一部分を機械研削する段階と、
   前記部分を置換するために前記機械加工面の上に新しい部品を位置決めする段階と、
   前記新しい部品と前記機械加工面の間にろう付け層を配置する段階と、
   前記新しい部品と前記半導体処理部品の間に密封接合部を形成するために少なくとも前記ろう付け層を加熱する段階と、
   を含むことを特徴とする方法。
2. 半導体処理部品は、基板支持台座であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記半導体処理部品は、外側面を有し、
   前記機械研削する段階は、前記外側面を機械研削する段階を含み、
   方法が、
   前記外側面と同等である前記半導体処理部品のための置換面を形成するために前記新しい部品を機械加工する段階、
   を更に含む、
   ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
4. 前記外側面は、平坦面であり、
   前記置換面は、置換平坦面である、
   ことを特徴とする請求項３に記載の方法。
5. 前記機械研削する段階は、ＲＦアンテナを通して機械加工してそれを除去する段階を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
6. 前記機械研削する段階は、クランプ電極を通して機械加工してそれを除去する段階を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
7. 前記ろう付け層は、アルミニウムであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
8. 前記ろう付け層は、少なくとも８９％の純度を有するアルミニウム、少なくとも９８％の純度を有するアルミニウム、及び少なくとも９９％の純度を有するアルミニウムから構成された群から選択されることを特徴とする請求項７に記載の方法。
9. 前記加熱する段階は、少なくとも７７０℃及び少なくとも８００℃から構成される群から選択された接合温度まで少なくとも前記ろう付け層を加熱する段階を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
10. 前記加熱する段階は、７７０と１２００℃の間及び８００と１２００℃の間から構成される群から選択された接合温度まで少なくとも前記ろう付け層を加熱する段階を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
11. 前記加熱する段階は、１×１０Ｅ−４トルよりも低い圧力を有する真空オーブン内で少なくとも前記ろう付け層を加熱する段階を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
12. 前記加熱する段階は、真空オーブン内で少なくとも前記ろう付け層を加熱する段階と、該加熱する段階中に該真空オーブンから酸素を除去する段階とを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
13. 前記新しい部品と前記半導体処理部品の間の拡散結合がないことを特徴とする請求項１に記載の方法。
14. 前記新しい部品は、セラミックの新しい部品であることを特徴とする請求項１に記載の方法。