재료와 플레이트 및 샤프트 디바이스를 결합하기 위한 방법과 그에 의해 형성된 다층 플레이트

재료와 플레이트 및 샤프트 디바이스를 결합하기 위한 방법과 그에 의해 형성된 다층 플레이트 {METHOD FOR JOINING MATERIALS AND PLATE AND SHAFT DEVICE AND MULTI-LAYER PLATE FORMED THEREWITH}

본 발명은 물체를 함께 결합하기 위한 방법에 관한 것으로, 특히, 세라믹 물체를 결합하기 위한 브레이징 방법에 관한 것이다.

세라믹 재료를 결합하는 것은 매우 높은 온도 및 매우 높은 접촉 압력을 필요로 하는 프로세스를 수반할 수 있다. 예로서, 세라믹 재료를 함께 결합하기 위해 액상 소결이 사용될 수 있다. 이러한 제조 유형에서, 적어도 두 개의 단점이 나타난다. 첫 번째로, 크고 복잡한 세라믹 부재의 고온 가압/소결은 매우 특별한 프로세스 오븐 내의 큰 물리적 공간을 필요로 한다. 두 번째로, 마모에 기인하여 최종 부재의 일부가 손상되거나 파괴되는 경우, 큰 부재를 분해하기 위해 사용할 수 있는 수리 방법이 존재하지 않는다. 특수 고정구, 높은 온도 및 이들 조립체의 분해불가성은 매우 높은 제조 비용을 초래한다.

다른 프로세스는 강도를 목적으로 적합화될 수 있고, 비록 구조적으로 충분하지만 부재를 기밀 밀봉하지는 않는 부재 사이의 강한 결합을 산출할 수 있다. 일부 프로세스에서, 확산 결합이 사용되며, 이는 상당한 양의 시간을 소요할 수 있으며, 또한, 개별 부재를 변경하여 이들이 결합부 부근에서 새로운 화합물을 형성하게 한다. 이는 이들이 특정 용례에 부적합해지게 하고, 재가공이나 수리 및 재결합이 불가능하게 한다.

기밀 밀봉을 제공하고 수리를 가능하게 하는, 저온에서 세라믹 부재를 결합하기 위한 결합 방법이 필요하다.

도 1은 본 발명의 일부 실시예에 따른 결합부의 SEM 단면도이며,
도 2는 본 발명의 일부 실시예에 따른 결합부의 SEM 단면도이며,
도 3은 본 발명의 일부 실시예에 따른 결합부의 SEM 단면도이며,
도 4는 본 발명의 일부 실시예에 따른 결합부의 SEM 단면도이며,
도 5는 본 발명의 일부 실시예에 따른 결합부의 SEM 단면도이며,
도 6은 본 발명의 일부 실시예에 따른 결합된 세라믹 조립체의 예시도의 스케치이며,
도 7은 본 발명의 일부 실시예에 따른 결합된 세라믹 조립체의 단면도이며,
도 8은 본 발명의 일부 실시예에 따른 스탠드오프 메사(mesa)를 갖는 세라믹 부재의 사시도이며,
도 9는 본 발명의 일부 실시예에 따른 서로 다른 분위기를 가교하는 결합부의 단면도이며,
도 10은 결합부의 결합부 무결성을 나타내는 도면이며,
도 11은 결합부의 결합부 무결성을 나타내는 도면이며,
도 12는 결합부의 결합부 무결성을 나타내는 도면이며,
도 13은 결합부의 결합부 무결성을 나타내는 도면이며,
도 14는 결합부의 결합부 무결성을 나타내는 도면이며,
도 15는 결합부의 결합부 무결성을 나타내는 도면이며,
도 16은 결합부의 결합부 무결성을 나타내는 도면이며,
도 17은 결합부의 결합부 무결성을 나타내는 도면이며,
도 18은 결합부의 결합부 무결성을 나타내는 도면이며,
도 19는 결합부의 결합부 무결성을 나타내는 도면이며,
도 20은 본 발명의 일부 실시예에 따른 반도체 프로세싱에 사용되는 플레이트와 샤프트 디바이스의 도면이며,
도 21은 본 발명의 일부 실시예에 따른 플레이트를 위한 고온 프레스 및 오븐의 스케치이며,
도 22는 본 발명의 일부 실시예에 따른 복수의 플레이트를 위한 고온 프레스 및 오븐의 스케치이며,
도 23은 플레이트 및 샤프트 디바이스를 위한 고온 프레스 및 오븐의 스케치이며,
도 24는 본 발명의 일부 실시예에 따른 플레이트와 샤프트 사이의 결합부의 단면도이며,
도 25는 본 발명의 일부 실시예에 따른 플레이트와 샤프트 사이의 결합부의 단면도이며,
도 26은 본 발명의 일부 실시예에 따른 메사(mesa)를 갖는 샤프트 단부의 사시도이며,
도 27은 본 발명의 일부 실시예에 따른 반도체 제조에 사용하는 플레이트 및 샤프트 디바이스의 부분 단면도이며,
도 28은 본 발명의 일부 실시예에 따른 샤프트 및 플레이트 사이의 결합부의 확대 단면도이며,
도 29는 본 발명의 일부 실시예에 따른 플레이트와 샤프트 디바이스의 도면이며,
도 30은 본 발명의 일부 실시예에 따른 조립 준비상태의 플레이트와 샤프트의 예시도이며,
도 31은 본 발명의 일부 실시예에 따른 조립 준비상태의 고정부를 갖는 플레이트와 샤프트의 예시도이며,
도 32는 본 발명의 일부 실시예에 따른 조립 준비상태의 고정부를 갖는 플레이트와 샤프트의 예시도이며,
도 33은 본 발명의 일부 실시예에 따른 다중 동심 결합 층을 구비한 플레이트 및 샤프트 조립체의 분해도이며,
도 34는 본 발명의 일부 실시예에 따른 다층 플레이트의 예시적 단면 예시도이며,
도 35는 본 발명의 일부 실시예에 따른 플레이트 조립체의 부분 단면을 예시하며,
도 36은 본 발명의 일부 실시예에 따른 플레이트 조립체의 부분 단면을 예시하며,
도 37은 본 발명의 일부 실시예에 따른 플레이트 조립체의 부분 단면을 예시하며,
도 38은 본 발명의 일부 실시예에 따른 플레이트 층들 사이의 가열기 요소를 예시하며,
도 39는 본 발명의 일부 실시예에 따른 플레이트 층들 사이의 가열기 요소를 예시하며,
도 40은 본 발명의 일부 실시예에 따른 플레이트 층들 사이의 가열기 요소를 예시하며,
도 41은 본 발명의 일부 실시예에 따른 플레이트 조립체를 위한 전극을 예시한다.

본 발명의 일 실시예에서, 기밀 밀봉된 결합부에 의한 세라믹 부재의 결합을 위한 방법이 제공되며, 두 개의 부재들 사이의 결합 재료의 층을 브레이징하는 것을 포함할 수 있다. 결합 재료의 습윤 및 유동은 결합 재료, 결합 온도, 결합 분위기 및 다른 인자의 선택에 의해 제어될 수 있다. 세라믹 부재는 질화 알루미늄일 수 있고, 부재는 제어된 분위기 하에서 알루미늄 합금과 브레이징될 수 있다. 결합 재료는 기판 프로세싱 동안 프로세스 챔버 내의 환경과, 가열기의 샤프트 또는 정전 척 내에서 볼 수 있는 산화된 분위기 양자 모두를 추후에 견디도록 구성될 수 있다.

세라믹 재료의 결합을 위한 일부 기존 프로세스는 재료를 결합하기 위해 특수화된 오븐과 오븐 내의 압축 프레스를 필요로 한다. 예로서, 액상 소결로, 두 개의 부재는 매우 높은 온도와 접촉 압력 하에서 함께 결합될 수 있다. 고온 액상 소결 프로세스는 2500 psi의 범위의 접촉 압력과 1700 ℃ 범위의 온도를 가질 수 있다.

다른 기존 프로세스는 세라믹 내로의 결합 층 및/또는 결합 층으로의 세라믹의 확산을 사용할 수 있다. 이러한 프로세스에서, 결합 영역에서의 반응은 결합부 부근의 영역에서 세라믹의 재료 조성에 대한 변화를 유발할 수 있다. 이 반응은 확산 반응을 촉진하기 위한 분위기 내의 산소에 의존할 수 있다.

상술한 확산 프로세스에 대조적으로, 본 발명의 일부 실시예에 따른 결합 방법은 결합될 세라믹 부재에 대한 결합 재료의 습윤 및 유동의 제어에 의존한다. 일부 실시예에서, 결합 프로세스 동안 산소의 부재는 결합 영역의 재료를 변화시키는 반응 없이 적절한 습윤을 가능하게 한다. 결합 재료의 적절한 습윤 및 유동으로, 비교적 낮은 온도에서 기밀 밀봉된 결합부가 얻어질 수 있다. 본 발명의 일부 실시예에서, 결합부의 영역에서의 세라믹의 사전 금속화가 결합 프로세스 이전에 이루어진다.

결합된 세라믹의 최종 제품이 사용되는 일부 용례에서, 결합부의 강도는 핵심 설계 인자가 아닐 수 있다. 일부 용례에서, 결합부의 기밀성은 결합부의 각 측부 상의 분위기의 분리를 가능하게 하기 위해 필요할 수 있다. 또한, 세라믹 조립체 최종 제품이 노출되게 되는 화학제에 대해 내성을 갖도록 결합 재료의 조성이 중요할 수 있다. 결합 재료는 기밀 밀봉의 소실 및 화학제에 내성적일 필요가 있으며, 그렇지 않으면, 화학제는 결합부의 열화를 유발할 수 있다. 또한, 결합 재료는 최종 세라믹 디바이스에 의해 추후 지지되게 되는 프로세스와 부정적으로 간섭하지 않는 재료의 유형으로 이루어질 필요가 있을 수 있다.

본 발명의 실시예에 따라 제조된 세라믹 최종 제품은 과거 프로세스에 대한 현저한 에너지 절약으로 제조될 수 있다. 예로서, 부재를 결합하기 위해 사용되는 기존 액상 소결 프로세스의 높은 온도에 비해 본 발명에 따른 방법으로 부재를 결합하기 위해 사용되는 더 낮은 온도는 더 적은 에너지를 필요로 한다. 또한, 본 발명의 결합 프로세스가 특수한 고온 오븐 및 기존 액상 소결 프로세스를 위해 요구되는 높은 물리적 접촉 응력을 생성하기 위해 필요한 특수 고정구 및 프레스를 필요로 하지 않는다는 점에서 현저한 절약이 존재할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따라 제조될 수 있는 결합된 최종 제품의 예는 반도체 프로세싱에 사용되는 가열기 조립체의 제조이다.

도 1은 본 발명의 일부 실시예에 따른 결합부(10)의 단면도이다. 이미지는 주사 전자 현미경(SEM)을 통해 관찰되고 20,000배 배율로 촬상된다. 제 1 세라믹 부재(11)는 결합 층(13)으로 제 2 세라믹 부재(12)에 결합되었다. 본 예시적 실시예에서, 제 1 세라믹 부재 및 제 2 세라믹 부재는 단결정 질화 알루미늄(AlN)으로 이루어진다. 결합 층은 0.4중량% Fe를 갖는 알루미늄 포일로서 시작된다. 결합 온도는 1200 ℃이고, 120분 동안 유지되었다. 결합은 결합 동안 약 290 psi의 결합부를 가로지른 물리적 접촉 압력으로 7.3 x 10E-5 Torr의 진공 하에서 이루어졌다.

도 1은 제 1 세라믹 부재(11)와 결합 층(13) 사이의 상부 경계(15) 및 결합 층(13)과 제 2 세라믹 부재(12) 사이의 하부 경계(16)를 갖는 결합부를 예시한다. 20,000배 배율의 경계 영역에서 볼 수 있는 바와 같이, 세라믹 부재 내로의 결합 층의 어떠한 확산도 나타나지 않는다. 어떠한 세라믹 내의 반응의 흔적도 나타나지 않는다. 경계는 어떠한 공극의 흔적도 나타내지 않으며, 결합 프로세스 동안 알루미늄에 의한 경계의 완전한 습윤이 존재하였다는 것을 나타낸다. 결합 층에 나타난 밝은 스팟(14)은 알루미늄-철 화합물이고, 철은 결합 층을 위해 사용되는 포일로부터의 잔류물이다.

도 2는 본 발명의 일부 실시예에 따른 결합부(20)의 단면도이다. 도면은 주사 전자 현미경(SEM)을 통해 관찰된 것이며 8,000배 배율이다. 제 1 세라믹 부재(21)는 결합 층(23)으로 제 2 세라믹 부재(22)에 결합되었다. 본 예시적 실시예에서, 제 1 세라믹 부재 및 제 2 세라믹 부재는 단결정 질화 알루미늄(AlN)으로 이루어진다. 결합 층은 0.4중량% Fe를 갖는 알루미늄 포일로서 시작된다. 결합 온도는 900 ℃였고, 15분 동안 유지되었다. 결합은 결합 동안 결합부를 가로지른 최소의 물리적 접촉 압력으로 1.9 x 10E-5 Torr의 진공 하에서 이루어졌다. 결합 층(23)은 제 1 세라믹 부재(21)와 제 2 세라믹 부재(22)의 결합 이후, 알루미늄의 잔류 층이 결합 부재 사이에 남아있는 것을 예시한다.

도 2는 제 1 세라믹 부재(21)와 결합 층(23) 사이의 상부 경계(24) 및 결합 층(23)과 제 2 세라믹 부재(22) 사이의 하부 경계(25)를 갖는 결합부를 예시한다. 8,000 배 배율의 경계 영역에서 볼 수 있는 바와 같이, 세라믹 부재 내로의 결합 층의 어떠한 확산도 나타나지 않는다. 세라믹 내의 반응의 어떠한 흔적도 나타나지 않는다. 경계는 어떠한 공극의 흔적도 나타내지 않으며, 결합 프로세스 동안 알루미늄에 의한 경계의 완전한 습윤이 존재한다는 것을 나타낸다. 결합 층에서 보여지는 밝은 스팟(26)은 결합 층을 위해 사용되는 포일로부터의 Fe 잔류물을 포함한다.

도 1 및 도 2는 단결정 질화 알루미늄 같은 세라믹이 결합 프로세스 동안 완전한 습윤을 달성한 알루미늄의 결합 층과 결합되는 본 발명의 실시예에 따른 결합부를 예시한다. 결합부는 세라믹 내로의 결합 층의 어떠한 확산 흔적도 나타내지 않으며, 세라믹 부재 또는 결합 층 내의 반응 영역의 어떠한 흔적도 나타내지 않는다. 세라믹 부재나 결합 층 내에 화학 변환의 어떠한 흔적도 존재하지 않는다. 결합 프로세스 이후 존재하는 알루미늄의 잔류 층이 존재한다.

도 3은 다결정 질화 알루미늄 세라믹을 사용하는 본 발명의 실시예에 따른 결합부(30)를 예시한다. 도 3에서, 결합 층(32)은 하부 세라믹 부재(31)에 결합된 것으로 나타나있다. 도면은 주사 전자 현미경(SEM)을 통해 보여진 것이며, 4,000배 배율이다. 본 예시적 실시예에서, 제 1 세라믹 부재는 다결정 질화 알루미늄(AlN)으로 이루어진다. 결합 층은 0.4중량% Fe를 갖는 알루미늄 포일로서 시작된다. 결합 온도는 1200 ℃였고, 60분 동안 유지되었다. 결합은 2.4x 10E-5 Torr 하에서 이루어졌으며, 결합 동안 결합부를 가로지른 물리적 접촉 압력은 대략 470psi였다.

일부 실시예에서, 도 3 내지 도 5에 도시된 세라믹 같은 다결정 AlN은 96% AlN과 4% 이트리아로 구성된다. 이러한 세라믹은 세라믹을 제조하기 위해 사용된 액상 소결 동안, 더 낮은 온도가 사용될 수 있기 때문에 산업적 용례에 사용될 수 있다. 단결정 AlN에 대조적인 더 낮은 온도 프로세스는 세라믹의 제조 에너지 소비 및 비용을 감소시킨다. 다결정 재료는 또한 적은 취성 같은 양호한 특성을 가질 수 있다. 이트리아 및 Sm2O3 같은 다른 도핑제는 종종 재료 특성의 조율 및 제조성을 위해 사용된다.

도 3은 도 1 및 도 2에 도시된 단결정 예에서 나타난 바와 같이 다결정 AlN 세라믹인 제 1 세라믹 부재(31)와 결합 층(32) 사이의 경계(33)의 확산이 마찬가지로 없다는 것을 예시한다. 경계(33)가 도 1 및 도 2에 도시된 것보다 다소 더 거친 것으로 나타날 수 있지만, 이는 더 거친 원래 표면의 결과이다. 경계를 따라 어떠한 확산도 나타나지 않는다.

도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같은 96% AlN-4% 이트리아 세라믹과 같은 다결정 AlN에서, 세라믹은 이트리아 알루미네이트가 혼재된 AlN의 입자를 나타낸다. 이 세라믹이 본 발명의 일부 실시예에 따른 결합 층 같이 알루미늄으로 제공될 때, Al의 액화 온도를 초과하는 것 같은 높은 온도에서, Al 브레이징 재료는 이트륨 알루미네이트와 반응하여 세라믹의 표면에 AlN 입자 중 일부의 분리 및 해제를 초래한다.

도 4는 다결정 질화 알루미늄 세라믹을 사용한, 본 발명의 실시예에 따른 결합부(40)를 예시한다. 도 4에서, 하부 세라믹 부재(41)에 상부 세라믹 부재(42)를 결합하는 결합 층(43)이 도시되어 있다. 이 도면은 주사 전자 현미경(SEM)을 통해 본 것이며, 8,000배 배율이다. 본 예시적 실시예에서, 제 1 세라믹 부재는 다결정 질화 알루미늄(AlN)으로 이루어진다. 결합 층은 99.8% Al을 갖는 알루미늄 포일로서 시작된다. 결합 온도는 1120 ℃이고, 60분 동안 유지되었다. 결합은 결합 동안 결합부를 가로지른 최소의 물리적 접촉 압력으로 2.0 x 10E-5 Torr의 진공 하에 이루어졌다.

도 4는 결합 층(43) 내의 AlN의 일부 입자(46)를 예시한다. 입자(46)는 상부 세라믹 부재(42)의 표면(44) 및/또는 하부 세라믹 부재(41)의 표면(45)으로부터 이동되었다. AlN 입자는 다결정 AlN의 입자 사이의 이트륨 알루미네이트를 공격한 결합 층의 알루미늄에 기인하여 표면으로부터 분리되었다. AlN 입자 자체는 알루미늄 결합 층과 반응하지도 않고, 나타난 AlN 입자로의 알루미늄의 확산의 어떠한 징후도 없다. 본 발명의 실시예에 따른 프로세스의 조건 하에서 알루미늄에 의한 확산에 대한 AlN의 둔감성은 도 1 및 도 2의 단결정 AlN의 예에서 이전에 나타나며, 도 4의 다결정 예에서 유지된다.

도 5는 다결정 질화 알루미늄 세라믹을 사용하는 본 발명의 실시예에 따른 결합부(50)를 예시한다. 도 5에서, 상부 세라믹 부재(51)에 결합된 결합 층(52)이 도시되어 있다. 이 도면은 주사 전자 현미경(SEM)을 통해 관찰된 것이며, 2,300배 배율이다. 본 예시적 실시예에서, 제 1 세라믹 부재(51)는 다결정 질화 알루미늄(AlN)으로 이루어진다. 결합 층은 5중량% Zr을 갖는 알루미늄 분말로 시작된다. 결합 온도는 1060 ℃이고, 15분 동안 유지되었다. 결합은 약 8 psi의 결합 동안의 결합부를 가로지른 물리적 접촉 압력으로 4.0 x 10E-5 Torr의 진공하에 이루어졌다.

도 1 내지 도 5의 예에서 볼 수 있는 바와 같은 결합부는 세라믹 부재 사이의 기밀 밀봉 결합부가 요구되는 용례에 사용될 수 있다. 액상 소결을 사용하여 세라믹 부재들을 기밀 결합하는 종래의 프로세스는 매우 높은 온도, 매우 특수화된 오븐 및 프레스, 현저한 양의 시간을 필요로 하고, 상당히 많은 비용이 든다. 본 발명의 실시예에 따른 프로세스를 사용한 기밀 밀봉 결합부에 의한 세라믹의 결합은 더 낮은 온도와 더 적은 규모 및 더 저렴한 프로세스 오븐과, 더 적은 시간을 필요로 하고, 현저한 비용 절약을 도출한다. 또한, 결합된 부재들은 추후 필요시 분리 및 재가공될 수 있다.

도 6은 예시적 결합된 세라믹 조립체(70)를 예시한다. 일부 양태에서, 결합된 세라믹 조립체(70)는 질화 알루미늄 같은 세라믹으로 구성된다. 알루미나, 실리콘 질화물, 실리콘 카바이드 또는 베릴륨 산화물 같은 다른 재료가 사용될 수 있다. 일부 양태에서, 제 1 세라믹 부재(72)는 질화 알루미늄일 수 있고, 제 2 세라믹 부재(71)는 질화 알루미늄, 지르코니아, 알루미나 또는 다른 세라믹일 수 있다. 일부 본 발명의 프로세스에서, 결합된 세라믹 조립체(70) 구성 요소가 먼저 제 1 부재(72)와 제 2 부재(71)가 형성되는 프로세스 오븐을 수반하는 초기 프로세스에서 개별적으로 제조될 수 있다.

도 7은 제 1 세라믹 부재(72)가 제 2 세라믹 부재(71)에 결합되는 결합부의 일 실시예의 단면을 도시하며, 세라믹 부재들은 예로서 동일하거나 다른 재료로 이루어질 수 있다. 브레이즈 충전재 재료(74)와 같은 결합 재료가 포함될 수 있으며, 이는 본 명세서에서 설명된 브레이즈 재료나 바인더의 조합으로부터 선택될 수 있고, 본 명세서에 설명된 방법에 따라 결합부에 전달될 수 있다. 도 7에 도시된 결합부에 관하여, 제 1 세라믹 부재(72)는 제 1 세라믹 부재(72)의 결합부 계면 표면(73A)이 그 결합부 계면 표면(73B)을 따라 제 2 세라믹 부재(71)에 접하도록 위치되며, 결합될 표면들 사이에는 단지 브레이즈 충전재만이 개재된다. 결합부의 두께는 예시의 명료성을 위해 확대되어 있다. 일부 실시예에서, 리세스가 정합하는 부재 중 하나, 본 예에서는 제 1 세라믹 부재(72)에 포함되고, 다른 정합하는 부재가 리세스 내에 배치될 수 있게 한다.

도 7에 예시된 바와 같은 일 실시예는 최소 브레이즈 층 두께를 유지하도록 구성된 복수의 스탠드오프를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 도 8에 도시된 바와 같이, 제 2 세라믹 부재(71)와 같은 세라믹 부재 중 하나는 제 1 세라믹 부재(72)에 결합되는 제 2 세라믹 부재(71)의 단부(73B) 상에 복수의 스탠드오프 메사(75)를 사용할 수 있다. 메사(75)는 제 2 세라믹 부재(71)와 동일한 구조의 일부일 수 있고, 메사를 남기고 부재로부터 구조체를 기계 가공 제거함으로써 형성될 수 있다. 메사(75)는 결합 프로세스 이후 제 1 세라믹 부재(72)의 단부(73A)에 접할 수 있다. 일부 실시예에서, 메사는 결합부를 위한 최소 브레이즈 층 두께를 생성하기 위해 사용될 수 있다. 다른 실시예에서, 결합부의 최소 브레이즈 층 두께는 브레이즈 층 충전재 재료 내에 분말형 재료를 통합함으로써 생성된다. 통합된 분말 재료의 최대 입자 크기는 최소 결합부 두께를 결정한다. 분말형 재료는 분말형 브레이즈 층 충전재 재료와 혼합될 수 있거나, 세라믹 결합부 표면 상에 페인팅되거나 적절한 두께의 브레이즈 층 충전재 포일 상에 페인팅되거나 적절한 두께의 브레이즈 층 충전재 내에 직접적으로 통합될 수 있다. 일부 실시예에서, 브레이즈 층 재료는 브레이징 이전에 플레이트와 샤프트 단부 사이의 분말 입자 또는 메사에 의해 유지되는 거리보다 더 두껍다. 일부 실시예에서, 최소 브레이즈 층 두께를 형성하기 위해 다른 방법이 사용될 수 있다. 일부 실시예에서 세라믹 구체가 최소 브레이즈 층 두께를 형성하기 위해 사용될 수 있다. 일부 양태에서, 브레이즈 재료 모두가 스탠드오프와 인접한 계면 표면 사이로부터 압착되어 밀려나게 되는 것은 아니기 때문에, 결합부 두께는 스탠드오프의 치수 또는 다른 최소 두께 결정 디바이스의 치수보다 미소하게 더 두꺼울 수 있다. 일부 양태에서, 알루미늄 브레이즈 층 중 일부는 스탠드오프와 인접한 계면 표면 사이에 형성될 수 있다. 일부 실시예에서, 브레이징 재료는 브레이징 이전에 0.006 인치 두께일 수 있으며, 완성된 결합부 최소 두께는 0.004 인치이다. 브레이징 재료는 0.4중량% Fe를 갖는 알루미늄일 수 있다.

도 9에서 볼 수 있는 바와 같이, 브레이징 재료는 기존 브레이징 재료에 대해 현저한 문제를 제공하던 두 개의 별개의 분위기 사이를 가교할 수 있다. 결합부의 제 1 표면 상에서, 브레이징 재료는 발생되는 프로세스 및 결합된 세라믹 조립체가 사용되는 반도체 프로세싱 챔버 내에 존재하는 환경(77)과 공존 가능할 수 있을 필요가 있다. 결합부의 제 2 표면 상에서, 브레이징 재료는 산화 분위기일 수 있는 다른 분위기(76)와 공존 가능할 수 있을 필요가 있다. 세라믹과 함께 사용되는 기존 브레이징 재료는 이들 기준 양자 모두를 충족할 수 없다. 예로서, 구리, 은 또는 금을 포함하는 브레이즈 요소는 결합된 세라믹을 갖는 챔버 내에서 처리되는 실리콘 웨이퍼의 격자 구조와 간섭할 수 있으며, 따라서, 부적합하다. 그러나, 일부 경우에, 브레이징된 결합부의 표면은 고온 및 산화성 분위기를 겪을 수 있다. 이 분위기에 노출되는 브레이즈 결합부의 표면은 산화되고, 결합부 내로 내향 산화됨으로써 결합부의 기밀성의 파괴를 초래한다. 구조적 부착에 추가로, 반도체 체조에 사용되는 결합된 세라믹 부재 사이의 결합부는 거의 다 또는 전체는 아니더라도 대부분 기밀성이어야 한다.

이러한 디바이스의 결합부를 가로지른 양 측부 상에서 볼 때 상술한 분위기의 유형 양자 모두와 공존 가능한 브레이즈 재료는 알루미늄이다. 알루미늄은 산화된 알루미늄의 자체 제한 층을 형성하는 특성을 갖는다. 이 층은 일반적으로 균질성이고, 형성되고 나면, 추가적 산소 또는 다른 산화 화학제(불소 화학제 같은)가 베이스 알루미늄에 침투하고 산화 프로세스를 지속하는 것을 방지 또는 현저히 제한한다. 이 방식으로, 알루미늄의 표면 상에 형성된 산화물(또는 불화물) 층에 의해 실질적으로 중단 또는 저속화되는 알루미늄의 산화 또는 부식의 초기의 짧은 기간이 존재한다. 브레이즈 재료는 시트, 분말, 얇은 층의 형태일 수 있거나, 본 명세서에 설명된 브레이징 프로세스를 위해 적합한 임의의 다른 형상 인자의 형태일 수 있다. 예로서, 브레이징 층은 0.00019 인치 내지 0.011 인치 이상의 범위의 두께를 갖는 시트일 수 있다. 일부 실시예에서, 브레이즈 재료는 약 0.0012 인치의 두께를 갖는 시트일 수 있다. 일부 실시예에서, 브레이즈 재료는 약 0.006 인치의 두께를 갖는 시트일 수 있다. 통상적으로, 알루미늄의 합금 성분(예로서, 마그네슘 같은)은 알루미늄의 입자 경계 사이에 침전물로서 형성된다. 이들이 알루미늄 결합 층의 산화 저항을 감소시킬 수 있지만, 통상적으로 이들 침전물은 알루미늄을 통한 연속적 경로를 형성하지 않으며, 그에 의해, 전체 알루미늄 층을 통한 산화 보조제의 침투를 허용하지 않고, 따라서, 그 부식 저항을 제공하는 알루미늄의 자체 제한 산화물 층 특성을 완전하게 남겨둔다. 침전물을 형성할 수 있는 성분을 포함하는 알루미늄 합금을 사용하는 실시예에서, 냉각 프로토콜을 포함하는 프로세스 파라미터는 입자 경계의 침전물을 최소화하도록 구성된다. 예로서, 일 실시예에서, 브레이즈 재료는 적어도 99.5%의 순도를 갖는 알루미늄일 수 있다. 일부 실시예에서, 92%보다 큰 순도를 가질 수 있는 상업적으로 입수할 수 있는 알루미늄 포일이 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 합금이 사용된다. 이들 합금은 Al-5중량%Zr, Al-5중량%Ti, 상업적 합금 #7005, #5083 및 #7075를 포함할 수 있다. 이들 합금은 일부 실시예에서 1100 ℃의 결합 온도와 함께 사용될 수 있다. 이들 합금은 일부 실시예에서 800 ℃와 1200 ℃ 사이의 온도와 함께 사용될 수 있다. 이들 합금은 일부 실시예에서 더 낮거나 더 높은 온도와 함께 사용될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 프로세스의 조건 하에서 알루미늄에 의한 확산에 대한 AlN의 둔감성은 플레이트 및 샤프트 조립체의 제조시 브레이징 단계 이후 세라믹의 재료 특성 및 재료 본질의 보전을 도출한다.

일부 실시예에서, 결합 프로세스는 매우 낮은 압력을 제공하도록 구성된 프로세스 챔버에서 수행된다. 본 발명의 실시예에 따른 결합 프로세스는 기밀 밀봉된 결합부를 달성하기 위해 산소의 부재를 필요로 할 수 있다. 일부 실시예에서, 프로세스는 1 x 10E-4 Torr보다 낮은 압력에서 수행된다. 일부 실시예에서, 프로세스는 1 x 10E-5 Torr보다 낮은 압력에서 수행된다. 일부 실시예에서, 프로세스 챔버 내의 지르코늄 또는 티타늄의 배치로 추가적 산소 제거가 달성된다. 예로서, 챔버 내부의 지르코늄은 결합되는 부재들 둘레에 배치될 수 있다.

일부 실시예에서, 진공 이외의 분위기가 기밀 밀봉을 달성하기 위해 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 아르곤(Ar) 분위기는 기밀 결합부를 달성하기 위해 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 다른 희가스가 기밀 결합부를 달성하기 위해 사용된다. 일부 실시예에서, 수소(H2) 분위기가 기밀 결합부를 달성하기 위해 사용될 수 있다.

브레이징 층의 습윤 및 유동은 다양한 인자에 민감할 수 있다. 관련 인자는 브레이즈 재료 조성, 세라믹 조성, 프로세스 챔버 내의 분위기의 화학적 구성, 특히, 결합 프로세스 동안 챔버 내의 산소의 레벨, 온도, 온도에서의 시간, 브레이즈 재료의 두께, 결합되는 재료의 표면 특성, 결합되는 부재의 형상, 결합 프로세스 동안 결합부를 가로질러 인가되는 물리적 압력 및/또는 결합 프로세스 동안 유지되는 결합부 간극을 포함한다.

일부 실시예에서, 세라믹의 표면은 결합을 위해 챔버 내에 세라믹 부재를 배치하기 이전에 금속화를 받을 수 있다. 금속화는 일부 실시예에서 마찰 금속화일 수 있다. 마찰 금속화는 알루미늄 로드의 사용을 포함한다. 부재가 결합될 때 브레이징 층에 인접하는 영역 위에서 알루미늄 로드를 회전시키기 위해 회전 공구가 사용될 수 있다. 마찰 금속화 단계는 세라믹 부재의 표면에 일부 알루미늄을 남길 수 있다. 마찰 금속화 단계는 표면이 브레이징 재료의 습윤에 대해 더 양호하게 적응되도록 일부 산화물을 제거하는 방식 등으로 세라믹 표면을 다소 변경할 수 있다.

제 1 및 제 2 세라믹 물체를 함께 결합하기 위한 브레이징 방법의 일 예는 제 1 및 제 2 세라믹 물체 사이에 배치된 알루미늄 및 알루미늄 합금으로 구성되는 그룹으로부터 선택된 브레이징 층과 함께 제 1 및 제 2 물체를 가교하는 단계, 적어도 800 ℃의 온도로 브레이징 층을 가열하는 단계 및 브레이징 층이 경화되어 기밀 밀봉부를 생성함으로써 제 1 부재를 제 2 부재에 결합하도록 그 용융점 미만의 온도로 브레이징 층을 냉각시키는 단계를 포함할 수 있다. 브레이즈 결합부의 다양한 형상은 본 명세서에 설명된 방법에 따라 이행될 수 있다.

본 발명의 일부 실시예에 따른 결합 프로세스는 이하의 단계 중 일부 또는 모두를 포함할 수 있다. 둘 이상의 세라믹 부재가 결합을 위해 선택된다. 일부 실시예에서, 동일한 처리 단계 세트에서 복수의 결합 층을 사용하여 결합될 수 있지만, 설명의 명료성을 위해, 단일 결합 층으로 결합되는 두 개의 세라믹 부재가 본 명세서에서 설명된다. 세라믹 부재는 질화 알루미늄으로 이루어질 수 있다. 세라믹 부재는 단결정 또는 다결정 질화 알루미늄으로 이루어질 수 있다. 각 부재의 부분은 다른 것에 결합되는 각 부재의 영역으로서 표시되어 있다. 예시적 실시예에서, 세라믹 플레이트 구조의 저부의 일부는 세라믹 중공 원통형 구조체의 상단에 결합된다. 결합 재료는 알루미늄을 포함하는 브레이징 층일 수 있다. 일부 실시예에서, 브레이징 층은 상업적으로 입수할 수 있는 99%를 초과하는 알루미늄 함량의 알루미늄 포일일 수 있다. 브레이즈 층은 일부 실시예에서 복수의 포일 층으로 구성될 수 있다.

일부 실시예에서, 결합되는 특정 표면 영역이 예비 금속화 단계를 받는다. 이 예비 금속화 단계는 다양한 방식으로 달성될 수 있다. 일 방법에서, 6061 알루미늄 합금일 수 있는 재료의 로드를 사용하여 마찰 예비 금속화 프로세스가 사용되고, 회전 공구에 의해 스피닝될 수 있고, 결합부 영역에서 세라믹에 대해 가압되며, 그래서, 일부 알루미늄이 결합부의 영역에서 두 개의 세라믹 부재 각각 상에 퇴적될 수 있다. 다른 방법에서, PVD, CVD, 전해 도금, 플라즈마 스프레이 또는 다른 방법이 예비 금속화를 적용하기 위해 사용될 수 있다.

결합 이전에, 두 개의 부재들은 프로세스 챔버 내에 있는 동안 소정의 위치 제어를 유지하기 위해 서로에 대해 고정될 수 있다. 또한, 고정은 온도의 인가 동안 결합부를 가로질러, 두 개의 부재 사이에 접촉 압력을 생성하도록 외부적으로 인가된 부하의 인가를 도울 수 있다. 접촉 압력이 결합부를 가로질러 인가되도록 고정구 부재의 상단에 중량체가 배치될 수 있다. 중량은 브레이징 층의 영역에 비례할 수 있다. 일부 실시예에서, 결합부를 가로질러 인가된 접촉 압력은 결합부 접촉 영역 상으로 약 2-500 psi의 범위에 존재할 수 있다. 일부 실시예에서, 접촉 압력은 2-40 psi의 범위일 수 있다. 일부 실시예에서, 최소의 압력이 사용될 수 있다. 이 단계에서 사용되는 접촉 압력은 2000-3000 psi의 범위의 압력을 사용하는, 이전 프로세스에서 볼 수 있는 바와 같은 고온 가압/소결을 사용하는 결합 단계에서 볼 수 있는 것보다 현저히 낮다.

도 8에 도시된 바와 같이 스탠드오프로서 메사를 사용하는 실시예에서, 열의 인가 이전의 브레이징 층의 원래 두께는 메사의 높이보다 크다. 브레이징 층 온도가 액화 온도에 도달하고 그를 초과할 때, 결합되는 부재 사이의 브레이징 층을 가로지른 압력은 제 1 부재 상의 메사가 제 2 부재 상의 계면 표면에 접촉할 때까지 부재들 사이의 상대 운동을 유발한다. 이 시점에서, 결합부를 가로지른 접촉 압력은 더 이상 외력에 의해 공급되지 않는다(존재하는 경우, 브레이징 층 내의 반발력에 대한 저항 제외). 메사는 세라믹 부재의 전체적 습윤 이전에 결합부 영역의 외부로 브레이징 층이 밀려나는 것을 방지할 수 있으며, 따라서, 결합 프로세스 동안 더 양호한 및/또는 전체적 습윤을 가능하게 할 수 있다. 일부 실시예에서, 메사는 사용되지 않는다.

고정된 조립체는 그 후 프로세스 오븐 내에 배치될 수 있다. 오븐은 5 x 10E-5 Torr 미만의 압력으로 배기될 수 있다. 일부 양태에서, 진공은 잔류 산소를 제거한다. 일부 실시예에서, 1 x 10E-5 Torr보다 낮은 진공이 사용된다. 일부 실시예에서, 고정된 조립체는 산소 유인물질로서 작용하는 지르코늄 내부 챔버 내에 배치됨으로써 처리 동안 결합부를 향한 그 경로를 찾을 수 있는 잔류 산소를 추가로 감소시킨다. 일부 실시예에서, 프로세스 오븐은 산소를 제거하기 위해 아르곤 가스 같은 순수한 무수 순수 희가스로 퍼징 및 재충전된다. 일부 실시예에서, 프로세스 오븐은 산소를 제거하기 위해 정화된 수소로 퍼징 및 재충전된다.

고정 조립체는 그 후 온도의 증가를 받게 되며, 결합 온도에서 유지된다. 가열 사이클을 개시할 때, 온도는 느리게, 예로서, 분당 15 ℃로 200 ℃까지 상승될 수 있으며, 그 후, 분당 20 ℃로 표준화된 온도, 예로서, 600 ℃ 및 결합 온도까지 상승되고, 구배를 최소화하기 위해 및/또는 다른 이유로 가열 이후 진공이 회복될 수 있게 하도록 고정된 체류 시간 동안 각 온도에서 보유된다. 브레이즈 온도가 도달되었을 때, 온도는 브레이즈 반응을 실행하기 위한 시간 동안 유지될 수 있다. 예시적 실시예에서, 체류 온도는 800 ℃일 수 있으며, 체류 시간은 2시간일 수 있다. 다른 예시적 실시예에서, 체류 온도는 1000 ℃일 수 있고, 체류 시간은 15분 일 수 있다. 다른 예시적 실시예에서, 체류 온도는 1150 ℃일 수 있고, 체류 시간은 30-45분일 수 있다. 일부 실시예에서, 체류 온도는 1200 ℃의 최대치를 초과하지 않는다. 일부 실시예에서, 체류 온도는 1300 ℃의 최대치를 초과하지 않는다. 충분한 브레이즈 체류 시간의 달성시, 노(furnace)는 분당 20 ℃의 속도로 실온까지, 또는 고유 노 냉각 속도가 더 작을 때에는 더 낮은 속도로 냉각될 수 있다. 노는 대기압이 될 수 있고, 개방될 수 있으며, 브레이징된 조립체는 검사, 특성화 및/또는 평가를 위해 제거될 수 있다.

너무 긴 시간 기간 동안 너무 높은 온도의 사용은 현저한 알루미늄 증발의 결과로서 결합 층에 형성되는 공극을 초래할 수 있다. 공극이 결합 층 내에 형성될 때, 결합부의 기밀성이 소실될 수 있다. 처리 온도 및 처리 온도의 시간 기간은 알루미늄 층이 증발 제거되지 않도록, 그리고, 기밀 결합부가 달성되도록 제어될 수 있다. 상술한 다른 프로세스 파라미터에 추가한 적절한 온도 및 처리 시간 기간 제어로, 연속적 결합부가 형성될 수 있다. 본 명세서에 설명된 바와 같은 실시예에 따라 달성되는 연속적 결합부는 부품 및/또는 구조적 부착부의 기밀 밀봉을 초래한다.

브레이징 재료는 유동하고, 결합되는 세라믹 재료 표면의 습윤을 가능하게 한다. 질화 알루미늄 같은 세라믹인 알루미늄 브레이징 층을 사용하여 결합되고, 본 명세서에 설명된, 충분히 낮은 수준의 산소가 존재할 때, 결합부는 기밀 브레이징된 결합부이다. 이는 일부 이전 세라믹 결합 프로세스에서 나타나는 확산결합과 대조적이다.

일부 실시예에서, 결합되는 부재는 브레이징 동안 브레이징 층을 가로질러 어떠한 압력도 부여되지 않도록 구성될 수 있다. 예로서, 포스트 또는 샤프트는 정합 부재의 카운터싱크 구멍 또는 리세스 내에 배치될 수 있다. 카운터싱크는 포스트 또는 샤프트의 외부 치수보다 클 수 있다. 이는 포스트 또는 샤프트 둘레에 추후 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 충전될 수 있는 영역을 생성할 수 있다. 이 시나리오에서, 결합 동안 이들을 보유하기 위해 두 부재 사이에 부여되는 압력은 브레이즈 층을 가로질러 어떠한 압력도 초래하지 않을 수 있다. 또한, 압력이 부재들 사이에 거의 부여되지 않거나 전혀 부여되지 않도록 고정구를 사용하여 바람직한 단부 위치에 각 부재를 보유하는 것이 가능할 수 있다.

상술된 바와 같이 결합된, 결합된 조립체는 결합된 부재 사이에 기밀 밀봉부를 갖는 부재들을 초래한다. 이러한 조립체는 그 후 조립체의 사용시 분위기 격리가 중요한 경우에 사용될 수 있다. 또한, 결합된 조립체가 추후 예로서 반도체 프로세싱에 사용될 때 다양한 분위기에 노출될 수 있는 결합부의 부분은 이러한 분위기를 열화시키지도 않고 추후 반도체 프로세싱을 오염시키지도 않는다.

기밀 및 비기밀 결합부 양자 모두는 부재들을 분리시키는 데 현저한 힘이 필요하다는 점에서 부재들을 강하게 결합시킬 수 있다. 그러나, 결합부가 강하다는 사실은 결합부가 기밀 밀봉을 제공하는지 여부에 결정적이지 않다. 기밀 결합부를 획득하기 위한 기능은 결합부의 습윤에 관련한 것일 수 있다. 습윤은 다른 재료의 표면 위에 분산되는 액체의 능력 또는 경향을 설명한다. 브레이징된 결합부에 불충분한 습윤이 존재하는 경우, 어떠한 결합도 존재하지 않는 영역이 존재할 것이다. 충분한 비습윤 영역이 존재하는 경우, 이때, 가스는 결합부를 통과할 수 있고 누설을 유발한다. 습윤은 브레이징 재료의 용융시 다양한 단계들에서 결합부를 가로지른 압력에 의해 영향을 받을 수 있다. 특정 최소 거리를 초과하는 브레이징 층의 압축을 제한하기 위한 메사 스탠드오프 또는 적절한 직경의 세라믹 구체 또는 분말 입자의 삽입 같은 다른 스탠드오프 디바이스의 사용은 결합부의 영역의 습윤을 향상시킬 수 있다. 결합 프로세스 동안 브레이징 요소에 의해 나타나는 분위기의 신중한 제어는 결합부의 영역의 습윤을 향상시킬 수 있다. 조합시, 결합부 두께의 신중한 제어와 처리 동안 사용되는 분위기의 신중한 제어는 다른 프로세스에서 달성될 수 없는 결합부 계면 영역의 완전한 습윤을 초래할 수 있다. 또한, 다른 기준 인자와 연계하여 메사 스탠드오프 높이보다 더 두꺼운 적절한 두께로 이루어지는 브레이징 층의 사용은 매우 양호한 습윤, 기밀성, 결합부를 초래할 수 있다. 비록, 다양한 결합 층 두께가 성공적일 수 있지만, 결합 층의 증가된 두께는 결합부의 기밀 양태의 성공률을 향상시킬 수 있다.

결합부의 음향학적 이미징은 결합부의 균일성 및 공극 및/또는 통로가 결합부 내에 존재하는지 여부의 결정을 가능하게 한다. 기밀성인 것으로 테스트된 결합부의 결과적 이미지는 균일한 공극 없는 결합부를 나타내고, 비기밀성인 것으로 테스트된 결합부의 이미지는 세라믹 브레이즈 층 계면 영역에서 공극 또는 큰 비결합 영역을 나타낸다. 음향학적 이미지에 나타난 예에서, 링은 평탄한 표면에 결합되어 있다. 링은 통상적으로 1.40 인치 외경, 1.183 인치 내경이며, 약 0.44 평방 인치의 결합부 계면 영역을 갖는다. 평탄한 표면에 대한 링의 결합은 예로서 가열기의 조립체에서 볼 수 있는 바와 같이 플레이트에 대한 중공 샤프트의 결합의 일 예이다.

도 10은 본 발명에 따라 생성된 결합부의 결합부 무결성의 음향학적 감지를 사용하여 생성된 이미지이다. 결합부는 다결정 질화 알루미늄의 두 개의 부재들 사이에 있다. 브레이징 층 재료는 각각 6061 알루미늄 합금을 사용하는 마찰 금속화 단계와 협력하여 0.0006 인치 두께의 99.8% 알루미늄 포일로 이루어지는 3개 층이었다. 결합 온도는 1100 ℃이고 45분 동안 유지되었다. 결합은 1 x 10E-5 Torr보다 낮은 압력에서 유지되는 프로세스 챔버 내의 지르코늄 박스 내에서 이루어졌다. 스탠드오프는 사용되지 않았다. 이미지는 세라믹 상으로 양호한 습윤이 존재하는 위치에서 완전한 흑색 색상(solid dark color)을 나타낸다. 백색/밝은 영역은 세라믹의 결합 표면의 공극을 나타낸다. 나타난 바와 같이, 결합부의 양호하고 충분한 무결성이 존재한다. 이 결합부는 기밀성이다. 기밀성은 상업적으로 가용한 표준 질량 분광계 헬륨 누설 검출기에 의해 확인되는 바와 같이, 1 x 10E-9 sccm He/sec의 진공 누설을 갖는 것에 의해 확인되었다.

도 11은 본 발명에 따라 생성된 결합부의 결합부 무결성의 음향학적 감지를 사용하여 생성된 이미지이다. 결합부는 다결정 질화 알루미늄의 두 개의 부재 사이에 있다. 브레이징 재료는 6061 알루미늄 합금을 사용하는 마찰 금속화 단계에 의한 99.8% 알루미늄 포일의 2 개 층이었다. 결합 온도는 1100 ℃이고 45분 동안 유지되었다. 결합은 1 x 10E-5 Torr보다 낮은 압력에서 유지되는 프로세스 챔버 내의 지르코늄 박스 내에서 이루어졌다. 이미지는 세라믹 상으로의 양호한 습윤이 존재하는 위치에서 완전한 흑색 색상을 나타낸다. 백색/밝은 영역은 세라믹 결합 표면의 공극을 나타낸다. 나타난 바와 같이, 결합부의 양호하고 충분한 무결성이 존재한다. 이 결합부는 기밀성이다.

도 12는 결합부의 결합부 무결성의 음향학적 감지를 사용하여 생성된 이미지이다. 결합부는 다결정 질화 알루미늄의 두 개의 부재들 사이에 있다. 브레이징 재료는 마찰 금속화 단계를 사용하지 않은 99.8% 알루미늄 포일의 3개 층이었다. 결합 온도는 1100 ℃이고 45분 동안 유지되었다. 결합은 1 x 10E-5 Torr보다 낮은 압력에서 유지되는 프로세스 챔버 내의 지르코늄 박스 내에서 이루어졌다. 이미지는 세라믹 상으로 양호한 습윤이 존재하는 위치에서 완전한 흑색 색상을 나타낸다. 백색/밝은 영역은 세라믹의 결합 표면의 공극을 나타낸다. 나타난 바와 같이, 결합부의 무결성이 존재한다. 이 결합부는 기밀성이다. 그러나, 공극의 일부 영역이 각 측부로부터 서로 근접한 것을 볼 수 있다. 결합부는 기밀 무결성을 유지하지만, 상술한 마찰 금속화를 사용한 경우에 비해 더 많은 공극이 나타난다.

도 13은 결합부의 결합부 무결성의 음향학적 감지를 사용하여 생성된 이미지이다. 결합부는 다결정 질화 알루미늄의 두 개의 부재들 사이에 있다. 이 결합부에서, 최소 결합부 두께를 유지하기 위해 메사 스탠드오프가 사용되었다. 세 개의 메사가 원형 샤프트 요소 상에 존재한다. 메사는 0.114 인치 높이였다. 브레이징 재료는 99%를 초과하는 알루미늄이었다. 브레이징 층은 브레이징 이전에 0.006 인치 두께였다. 결합 온도는 1200 ℃였고, 30분 동안 유지되었다. 결합은 1 x 10E-5 Torr보다 낮은 압력에서 유지되는 프로세스 챔버 내에서 이루어졌다. 18 파운드의 인가된 로드가 결합부를 가로질러 압력을 인가하기 위해 사용되었다. 스탠드오프는 결합부 두께가 스탠드오프 높이보다 낮아지는 것을 방지하였다. 스탠드오프 메사의 세트를 사용하는 경우에, 결합부의 습윤은 이전 결합부 이미지에서 볼 수 있는 것보다 우수한 것으로 나타났다. 결합부의 전체적 습윤이 존재하고 공극이 없다. 이 결합부는 기밀성이다. 높은 진공과 연계한, 최소 결합부 두께를 생성하기 위한 스탠드오프 메사의 사용은 음향학적 이미지에 의해 예시되는 매우 높은 품질로 이루어진 결합부를 초래한다. 세 개의 스탠드오프 메사의 위치는 반경 방향으로 균등하게 분산된, 결합부 내에서 관찰되는 세 개의 도트로 표시되어 있다.

도 14는 결합부의 결합부 무결성의 음향학적 감지를 사용하여 생성된 이미지이다. 결합부는 다결정 질화 알루미늄의 두 개의 부재들 사이에 있다. 브레이징 재료는 마찰 금속화 단계를 사용하지 않은 99.8% 알루미늄 포일의 2개 층이었다. 최소 결합부 두께를 결정하는 스탠드오프는 존재하지 않는다. 결합 온도는 1100 ℃였고, 45분 동안 유지되었다. 결합은 1 x 10E-5 Torr보다 낮은 압력에서 유지되는 프로세스 챔버 내에서 이루어졌다. 이미지는 세라믹 상으로의 양호한 습윤이 존재하는 위치에서 완전한 흑색 색상을 나타낸다. 백색/밝은 영역은 세라믹의 결합 표면에서 공극을 나타낸다. 이 결합부는 기밀성이 아니다. 브레이징 층은 도 12의 예에서보다 얇다. 상술한 바와 같이, 브레이징 재료의 두께는 결합 프로세스가 신뢰성있게 기밀 밀봉 결합부를 도출하는지 여부를 결정하는 인자들 중 하나이다.

도 15는 결합부의 결합부 무결성의 음향학적 감지를 사용하여 생성된 이미지이다. 결합부는 다결정 질화 알루미늄의 두 개의 부재들 사이에 있다. 브레이징 재료는 마찰 금속화 단계를 사용하지 않은 7075 알루미늄 합금 포일의 3개 층이었다. 결합 온도는 1100 ℃였고, 45분 동안 유지되었다. 결합은 1 x 10E-5 Torr보다 낮은 압력에서 유지되는 프로세스 챔버 내에서 이루어졌다. 이미지는 세라믹 상으로의 양호한 습윤이 존재하는 위치에서 완전한 흑색 색상을 나타낸다. 백색/밝은 영역은 세라믹의 결합 표면에서 공극을 나타낸다. 비록 다수의 공극이 나타나지만 이 결합부는 기밀성이다. 상술한 바와 같이, 온도 하에서 결합부에 가용한 산소의 양은 결합 프로세스가 기밀 밀봉 결합부를 도출하는지 여부를 결정하는 인자 중 하나이다. 도 14 및 도 15는 스탠드오프 메사 없이 브레이징을 위한 얇은 다수의 층을 사용하는 프로세스가 심지어 고도의 진공에서도 비균일 습윤을 초래할 수 있다는 예이다. 비록 결합부가 기밀성이지만, 습윤의 결여 및 상당한 양의 공극은 이 프로세스 접근법이 단일 부재 브레이징 요소의 사용만큼 신뢰성 있지 못할 수 있다는 것을 나타낸다. 대조적으로, 도 13은 스탠드오프 메사, 단일 부재 브레이징 요소, 높은 진공 분위기의 사용으로 나타난 완전한 습윤을 예시한다.

도 16은 결합부의 결합부 무결성의 음향학적 감지를 사용하여 생성된 이미지이다. 결합부는 다결정 질화 알루미늄의 두 개의 부재들 사이에 있다. 이 결합부에서, 메사 스탠드오프는 최소 결합부 두께를 유지하기 위해 사용되었다. 세 개의 메사가 원형 샤프트 요소 상에 있다. 메사는 0.004 인치 높이였다. 브레이징 재료는 99%를 초과하는 알루미늄이었다. 브레이징 층은 브레이징 이전에 0.006 인치 두께였다. 결합 온도는 1150 ℃이고 30분 동안 유지되었다. 결합은 아르곤 가스 분위기에서 대기압으로 유지되는 프로세스 챔버에서 실행되었다. 공급된 아르곤은 99.999% 순도였고, 프로세스 챔버에 진입하기 이전에 제습기를 통과하였다. 수 slm(standard liters per minute)의 유량이 브레이즈 프로세스 동안 사용되었다. 스탠드오프는 결합부 두께가 스탠드오프 높이보다 낮아지는 것을 방지하였다. 스탠드오프 메사의 세트를 사용한 이 경우에, 결합부의 습윤은 매우 균일하고 완전한 것으로 나타났다. 세 개의 스탠드오프 메사의 위치는 방사상을 균등하게 분산된 세 개의 도트로 결합부 내에서 나타난다. 결합부의 전체적 습윤이 존재하고 공극이 거의 없다. 이 결합부는 기밀성이다. 높은 순도의 아르곤과 연계한 최소 결합부 두께를 생성하기 위한 스탠드오프 메사의 사용은 음향학적 이미지에 의해 예시되는 매우 높은 품질로 이루어진 결합부를 도출한다.

도 17은 결합부의 결합부 무결성의 음향학적 감지를 사용하여 생성된 이미지이다. 결합부는 다결정 질화 알루미늄의 두 개의 부재들 사이에 있다. 이 결합부에서, 메사 스탠드오프는 최소 결합부 두께를 유지하기 위해 사용되었다. 세 개의 메사가 원형 샤프트 요소 상에 있다. 메사는 0.004 인치 높이였다. 브레이징 재료는 99%를 초과하는 알루미늄이었다. 브레이징 층은 브레이징 이전에 0.006 인치 두께였다. 결합 온도는 1150 ℃이고 30분 동안 유지되었다. 결합은 수소 가스 분위기에서 대기압으로 유지되는 프로세스 챔버 내에서 이루어졌다. 공급된 수소는 99.999% 순도였고, 프로세스 챔버에 진입하기 이전에 정화기를 통과하였다. 수 slm의 유량이 브레이즈 프로세스 동안 사용되었다. 스탠드오프는 결합부 두께가 스탠드오프 높이보다 낮아지는 것을 방지하였다. 세 개의 스탠드오프 메사의 위치는 방사상으로 균등하게 분산된 세 개의 도트로 결합부 내에서 나타난다. 스탠드오프 메사의 세트를 사용한 이 경우에, 결합부의 습윤은 매우 균일하고 완전한 것으로 나타났다. 결합부의 전체적 습윤이 존재하고 공극이 거의 없다. 이 결합부는 기밀성이다. 높은 순도의 수소와 연계한 최소 결합부 두께를 생성하기 위한 스탠드오프 메사의 사용은 음향학적 이미지에 의해 예시되는 매우 높은 품질로 이루어진 결합부를 도출한다.

도 18은 결합부의 결합부 무결성의 음향학적 감지를 사용하여 생성된 이미지이다. 결합부는 다결정 질화 알루미늄의 두 개의 부재들 사이에 있다. 이 결합부에서, 메사 스탠드오프는 최소 결합부 두께를 유지하기 위해 사용되었다. 세 개의 메사가 원형 샤프트 요소 상에 있다. 메사는 0.004 인치 높이였다. 브레이징 재료는 99%를 초과하는 알루미늄이었다. 브레이징 층은 브레이징 이전에 0.006 인치 두께였다. 결합 온도는 1150 ℃이고 30분 동안 유지되었다. 결합은 질소 가스 분위기에서 대기압으로 유지되는 프로세스 챔버 내에서 이루어졌다. 공급된 질소 가스는 99.999% 순도였다. 수 slm의 유량이 브레이즈 프로세스 동안 사용되었다. 스탠드오프는 결합부 두께가 스탠드오프 높이보다 낮아지는 것을 방지하였다. 이 경우, 결합부의 습윤은 균일하지 않고 완전하지 않은 것으로 나타났다. 결합부의 전체적 습윤이 존재하지 않고, 관찰 가능한 공극이 존재한다. 결합부는 기밀 상태가 아니었다. 고 순도 질소 가스의 사용은 진공, 아르곤 및 수소 가스의 음향학적 이미지에 의해 예시되는 매우 높은 품질로 이루어지지 않은 결합부를 초래한다.

도 19는 결합부의 결합부 무결성의 음향학적 감지를 사용하여 생성된 이미지이다. 결합부는 다결정 질화 알루미늄의 두 개의 부재들 사이에 있다. 이 결합부에서, 메사 스탠드오프는 최소 결합부 두께를 유지하기 위해 사용되었다. 세 개의 메사가 원형 샤프트 요소 상에 있다. 메사는 0.004 인치 높이였다. 브레이징 재료는 99%를 초과하는 알루미늄이었다. 브레이징 층은 브레이징 이전에 0.006 인치 두께였다. 결합 온도는 1100 ℃이고 30분 동안 유지되었다. 결합은 정규 공기 분위기에서 대기압으로 유지되는 프로세스 챔버 내에서 이루어졌다. 스탠드오프는 결합부 두께가 스탠드오프 높이보다 낮아지는 것을 방지하였다. 이 경우, 결합부의 습윤은 균일하지 않고 완전하지 않은 것으로 나타났다. 결합부의 전체적 습윤이 존재하지 않고, 관찰 가능한 공극이 존재한다. 결합부는 기밀 상태가 아니었다. 정규 대기의 사용은 진공, 아르곤 및 수소 가스의 음향학적 이미지에 의해 예시되는 매우 높은 품질로 이루어지지 않은 결합부를 초래한다.

도 18(질소) 및 도 19(공기)는 스탠드오프 메사만을 사용하는 것은 고품질의 전체적으로 습윤되고 공극 없는 기밀 결합부를 초래할 수 없다는 것을 예시한다. 도 13(고 진공)은 스탠드오프 메사 및 고진공의 사용이 고품질의 전체적으로 습윤된 공극없는 기밀 결합부를 초래한다는 것을 예시한다. 브레이즈 층으로서 알루미늄과 본 발명의 실시예에 따른 처리 파라미터를 사용한 이 비교적 저온 결합 프로세스는 구성 요소, 특히, 세라믹 구성 요소의 고품질 기밀 결합을 초래한다. 본 발명의 실시예에 따른 프로세스는 세라믹 구성 요소의 저비용 고품질 결합을 가능하게 하고, 또한, 필요시 추후 시간에 구성 요소의 결합 해제를 가능하게 한다. 도 16(아르곤) 및 도 17(수소)은 분위기가 신중하고 적절하게 제어되는 경우 비진공 프로세스가 고품질 기밀 결합부를 초래할 수 있다는 것을 예시한다. 이러한 실시예에서, 수소 또는 고순도 희가스 같은 비산화성 가스가 챔버 내의 산소 및 질소를 대체하기 위해 사용된다.

브레이징 프로세스 동안 현저한 양의 산소 또는 질소의 존재는 결합부 계면 영역의 전체적 습윤과 간섭하는 반응을 생성하고, 이는 순차적으로 비기밀성 결합부를 초래할 수 있다. 전체적 습윤이 없는 상태에서, 비습윤 영역이 결합부 계면 영역에서 최종 결합부에 도입되게 된다. 상당한 연속적인 비습윤 영역이 도입될 때, 결합부의 기밀성이 소실된다.

질소의 존재는 질소가 용융 알루미늄과 반응하여 질화 알루미늄을 형성하게 할 수 있으며, 이 반응 형태는 결합부 계면 영역의 습윤과 간섭할 수 있다. 유사하게, 산소의 존재는 산소가 용융 알루미늄과 반응하여 알루미늄 산화물을 형성할 수 있게 하고, 이 반응 형태는 결합부 계면 영역의 습윤과 간섭할 수 있다. 5 x 10E-5 Torr보다 낮은 압력의 진공 분위기를 사용하는 것은 충분한 산소와 질소를 제거하여 결합부 계면 영역의 전체적으로 강인한 습윤과 기밀 결합부를 가능하게 하는 것으로 나타났다. 일부 실시예에서, 대기압을 포함하는 더 높은 압력을 사용하더라도 예로서, 브레이징 단계 동안 프로세스 챔버 내에 아르곤 같은 순수 희가스나 수소 같은 비산화성 가스를 사용하면 결합부 계면 영역의 강인한 습윤과 기밀 결합부가 도출되었다. 상술한 산소 반응을 피하기 위해, 브레이징 프로세스 동안 프로세스 챔버 내의 산소의 양은 결합부 계면 영역의 전체적 습윤이 부정적인 영향을 받지 않도록 충분히 낮아야만 한다. 상술한 질소 반응을 피하기 위해, 브레이징 프로세스 동안 프로세스 챔버 내에 존재하는 질소의 양은 결합부 계면 영역의 전체적 습윤이 부정적 영향을 받지 않도록 충분히 낮아야만 한다.

최소 결합부 두께 유지와 결부된 브레이징 프로세스 동안의 적절한 분위기의 선택은 결합부의 전체적 습윤을 가능하게 할 수 있다. 반대로, 부적절한 분위기의 선택은 열악한 습윤, 공극을 초래하고, 비기밀성 결합부를 도출할 수 있다. 브레이징 동안 적절한 온도 및 재료 선택과 함께 제어된 분위기 및 제어된 결합부 두께의 적절한 조합은 기밀 결합부에 의한 재료의 결합을 가능하게 한다.

본 명세서에 설명된 바와 같은 결합 방법의 다른 장점은 본 발명의 일부 실시예에 따라 형성된 결합부가 필요시 이들 두 구성 요소의 수리 또는 교체를 위해 구성 요소의 분해를 가능하게 할 수 있다는 것이다. 결합 프로세스가 세라믹 내로의 결합 층의 확산에 의해 세라믹 부재를 변경시키지 않기 때문에, 세라믹 부재는 따라서 재사용될 수 있다.

세라믹 재료를 사용하는 정전 척 및 가열기 같은 구성 요소를 제조하는 종래의 방법은 특수한 분위기(진공, 불활성 또는 환원성 분위기 같은), 매우 높은 온도 및 매우 높은 접촉 압력을 필요로 한다. 접촉 압력은 프레스를 사용하여 인가될 수 있고, 이들 프레스는 진공 같은 특수한 분위기와 높은 온도를 제공하는 프로세스 챔버 내부에서 동작하도록 구성될 수 있다. 이는 프로세스 챔버 내에, 흑연 같은 내화성 재료로 이루어진 특수한 프레스 및 설비를 필요로 할 수 있다. 이들 구성의 비용 및 복잡성은 매우 높을 수 있다. 또한, 가압될 필요가 있는 구성 요소가 클수록, 이러한 프로세스 오븐 내에 더 소수의 구성 요소가 배치되게 한다. 프레스에 의한 프로세스 오븐 내의 프로세스는 기간이 수 일에 해당할 수 있으며, 프로세스 오븐/프레스의 제조 및 운용 양자 모두에 연계된 많은 비용으로 인해, 구성 요소 제조 동안 매우 높은 온도, 특수한 분위기 및 매우 높은 접촉 압력을 제공하는 이들 프로세스 오븐을 사용하는 단계의 수의 감소는 현저한 절약을 도출한다.

도 20은 반도체 프로세싱에 사용되는 가열기 같은 예시적 플레이트 및 샤프트 디바이스(100)를 예시한다. 일부 양태에서, 플레이트 및 샤프트 디바이스(100)는 질화 알루미늄 같은 세라믹으로 구성된다. 가열기는 샤프트(101)를 구비하고, 이 샤프트는 순차적으로 플레이트(102)를 지지한다. 플레이트(102)는 상단 표면(103)을 갖는다. 샤프트(101)는 중공 실린더일 수 있다. 플레이트(102)는 평탄한 디스크일 수 있다. 다른 하위구성 요소가 존재할 수 있다. 일부 본 발명의 처리에서, 플레이트(102)는 세라믹 플레이트가 형성되는 프로세스 오븐을 동반하는 초기 프로세스에서 개별적으로 제조될 수 있다.

도 21은 프레스(121)를 구비한 프로세스 오븐(120)을 개념적으로 예시한다. 플레이트(122)는 프레스(121)에 의해 가압되도록 구성된 설비(123)에서 온도 하에 압축될 수 있다. 또한, 샤프트(101)는 일 프로세스 단계에서 유사하게 제조될 수 있다. 통상적 프로세스에서, 플레이트와 샤프트는 몰드 내로 약 4 중량%의 이트리아와 같은 소결 보조제를 포함하는 질화 알루미늄 분말을 장전하고, 후속하여, 질화 알루미늄 분말은 "그린" 세라믹이라 통상적으로 지칭되는 "고체" 상태로 압착한 후, 질화 알루미늄 분말을 고체 세라믹 바디로 밀집시키는 고온 액상 소결 프로세스를 후속함으로써 형성된다. 고온 액상 소결 프로세스는 2500 psi의 범위의 접촉 압력과 1700 ℃의 범위의 온도를 겪을 수 있다. 그 후, 바디는 다이아몬드 연마제를 사용하는 표준 연마 기술에 의해 필요한 형상으로 성형된다.

샤프트의 다수의 기능이 존재하며, 하나는 가열기 플레이트 내에 매설될 수 있는 다양한 다른 전극 유형 및 가열기 요소에 전력을 인가하기 위해 진공 챔버의 벽을 통해 진공 밀폐 전기 통신을 제공하는 것이다. 다른 기능은 열전대 같은 감시 디바이스를 사용하여 가열기 플레이트의 온도 감시를 가능하게 하고, 열전대 접합부가 급속한 응답을 위해 비진공 환경에서 동작할 수 있게 하고, 처리 화학제와 열전대 재료 사이의 부식 같은 상호 작용을 피하기 위해 프로세스 챔버의 외측에 열전대가 존재할 수 있게 하는 것이다. 다른 기능은 처리 환경으로부터 전술된 전기적 통신을 위해 사용되는 재료의 격리를 제공하는 것이다. 전기 통신을 위해 사용되는 재료는 통상적으로 금속성이며, 이는 따라서 처리 결과에 유해하고 전기 통신을 위해 사용되는 금속성 재료의 수명에 유해할 수 있는 방식으로 처리 환경에서 사용되는 처리 화학제와 상호 작용할 수 있다.

플레이트가 비교적 평탄한 특성이면, 도 22에 개념적으로 도시된 바와 같이 프로세스 오븐(140) 내에 존재하는 프레스(141)의 축 방향을 따라 복수의 플레이트 몰딩 설비(143)를 적층함으로써 단일 프로세스에서 복수의 플레이트(142)가 형성될 수 있다. 또한 샤프트는 프로세스 오븐 내의 프레스를 사용하여 유사한 프로세스에서 형성될 수 있다.

반도체 프로세싱에 사용되는 가열기를 제조하는 전체 프로세스에서, 플레이트를 형성하는 단계와 샤프트를 형성하는 단계 양자 모두는 시간과 에너지의 현저한 의무를 필요로 한다. 특수화된 고온 오븐의 비용과, 플레이트를 형성하는 처리 단계 및 샤프트를 형성하는 처리 단계 각각은 수일 동안 특수화된 프로세스 오븐의 사용을 필요로 할 수 있다는 점에서, 시간 및 돈 양자 모두의 현저한 투자가 샤프트 및 플레이트가 완성되는 지점까지 전체 프로세스를 도달시키기 위해 투자되었다. 샤프트에 플레이트를 고정하기 위해 현재 프로세스에서 특수화된 프로세스 오븐 내에서의 또 다른 단계가 요구된다. 이 단계의 일 예는 프레스를 갖는 특수화된 고온 프로세스 오븐에서의 액상 소결 단계를 사용하여 플레이트에 샤프트를 결합하는 것이다. 이 특수화된 프로세스 오븐에서의 제 3 단계는 또한 가열기의 조립된 구성이 플레이트의 직경 및 샤프트의 길이 양자 모두를 포함하기 때문에 이러한 프로세스 오븐 내에 현저한 공간을 필요로 한다. 비록 단지 샤프트의 제조가 축 방향 길이의 유사한 양을 취할 수 있지만, 샤프트의 직경은 다수의 샤프트가 단일 프로세스에서 병렬적으로 제조될 수 있도록 이루어진다.

도 23에 도시된 바와 같이, 플레이트에 샤프트를 소결하기 위한 결합 프로세스는 역시 프레스(161)를 갖는 프로세스 오븐(160)의 사용을 필요로 한다. 고정구(164, 165)의 세트가 플레이트(162) 및 샤프트(163)를 위치설정하고 프레스(161)에 의해 전달되는 압력을 전달하기 위해 사용된다.

가열기가 완성되고 나면, 이는 반도체 프로세싱에 사용될 수 있다. 가열기는 유사하게 부식성 가스, 높은 온도, 열적 사이클링 및 가스 플라즈마를 포함하는 유해한 조건에서 사용된다. 또한, 가열기는 부정적 영향을 받을 수 있다. 플레이트 또는 샤프트가 손상되는 경우, 액상 소결에 의해 결합된 플레이트 및 샤프트 디바이스의 수리 기회가 제한되고, 아마도 존재하지 않는다.

세라믹 플레이트에 세라믹 샤프트를 결합하기 위한 다른 기존 방법은 플레이트에 샤프트를 볼트 결합하는 것을 포함한다. 이러한 시스템은 결합 표면이 밀봉 품질을 개선시키기 위해 연마되는 경우에도 기밀성이 아니다. 일정한 양의 퍼지 가스 압력이 처리 가스 침투를 감소시키기 위해 샤프트의 내부에 요구된다.

반도체 프로세싱 장비를 제조하기 위한 개선된 방법은 고온 및 고 접촉 압력에 의한 추가적 액상 소결의 시간 소모적이고 고비용의 단계 없이 샤프트와 플레이트를 최종 결합된 조립체로 결합하는 단계를 포함할 수 있다. 샤프트 및 플레이트는 세라믹 결합을 위한 브레이징 방법으로 결합될 수 있다.

도 24는 세라믹 샤프트(181)일 수 있는 제 1 세라믹 물체는 예로서 동일 또는 다른 재료로 이루어질 수 있으면서 예로서 세라믹 플레이트(182)일 수 있는 제 2 세라믹 물체에 결합될 수 있는 결합부의 일 실시예의 단면을 도시한다. 브레이즈 충전재 재료(180)가 포함될 수 있으며, 이는 본 명세서에 설명된 브레이즈 재료 또는 바인더의 조합으로부터 선택될 수 있으며 본 명세서에 설명된 방법에 따라 결합부에 전달될 수 있다. 도 24에 도시된 결합부에 관하여, 샤프트(181)는 이것이 플레이트에 접하도록 위치되며, 단지 브레이즈 충전재만이 결합될 표면들, 예로서, 플레이트(182)의 계면 표면(184)과 샤프트(181)의 단부(185)의 단부 표면(183) 사이에 개재된다. 결합부의 두께는 예시의 명확화를 위해 확대되었다.

도 25는 예로서 세라믹 샤프트(191)일 수 있는 제 1 세라믹 물체가 동일 또는 다른 재료로 이루어질 수 있으면서 예로서 세라믹 플레이트(192)일 수 있는 제 2 세라믹 물체에 결합되는 결합부의 제 2 실시예의 단면을 도시한다. 브레이징 층(190)과 같은 결합 재료가 포함될 수 있으며, 이는 본 명세서에 설명된 브레이즈 층 재료의 조합으로부터 선택되고, 본 명세서에 설명된 방법에 따른 결합부에 전달될 수 있다. 일부 양태에서, 플레이트는 질화 알루미늄일 수 있고, 샤프트는 지르코니아, 알루미나 또는 다른 세라믹일 수 있다. 일부 양태에서, 일부 실시예의 더 낮은 열 전도 전달 계수를 갖는 샤프트 재료를 사용하는 것이 바람직할 수 있다.

도 25에 도시된 결합부에 관하여, 샤프트(191)는 플레이트에 접하도록 위치되며, 결합될 표면, 예로서, 플레이트의 표면(194)과 샤프트의 표면(193) 사이에 단지 브레이징 층만이 개재된다. 플레이트(192)의 계면 표면(194)은 플레이트 내의 리세스(195) 내에 존재할 수 있다. 결합부의 두께는 예시의 명료성을 위해 확대되어 있다.

도 24 및 도 25에 예시된 바와 같은 실시예는 최소 브레이즈 층 두께를 유지하도록 구성된 복수의 스탠드오프를 포함할 수 있다. 도 26에 도시된 바와 같은 일부 실시예에서, 샤프트(191)는 플레이트에 결합될 샤프트(191)의 단부(192) 상에 복수의 메사(171)를 사용할 수 있다. 메사(171)는 샤프트(191)와 동일한 구조의 부분일 수 있으며, 메사를 남기고 샤프트로부터 구조체를 기계 가공 제거함으로써 형성될 수 있다. 일부 실시예에서, 메사는 플레이트의 정합 표면으로부터 샤프트 단부(172)의 잔여부의 최소 브레이즈 층 두께를 생성하기 위해 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 브레이즈 충전재 재료는 브레이징 이전에 플레이트와 샤프트 단부 사이의 메사에 의해 유지되는 거리보다 더 두꺼울 것이다. 샤프트와 메사의, 그리고 플레이트의 계면 표면 상의 적절한 공차 제어에 의해, 브레이징 단계 동안 플레이트 계면과 접촉하도록 메사가 이동하기 때문에 최종 플레이트 및 샤프트 디바이스의 공차 제어가 달성될 수 있다. 일부 실시예에서, 최소 브레이즈 층 두께를 달성하기 위해 다른 방법이 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 세라믹 구체는 최소 브레이즈 층 두께를 달성하기 위해 사용될 수 있다.

도 27에 도시된 바와 같이, 브레이징 재료는 두 개의 별개의 분위기 사이를 가교할 수 있으며, 이 두 개의 분위기 양자 모두는 이전 브레이징 재료를 위한 현저한 문제를 유발할 수 있다. 가열기(205)와 같은 반도체 프로세싱 장비의 외부 표면(207) 상에, 브레이징 재료는 가열기(205)가 사용되는 반도체 프로세싱 챔버(200) 내에서 발생하는 처리 및 그 내부에 존재하는 환경(201)과 공존 가능하여야 한다. 가열기(205)는 샤프트(204)에 의해 지지되는 플레이트(203)의 상단 표면에 고착된 기판(206)을 가질 수 있다. 가열기(205)의 내부 표면(208) 상에서, 브레이징 층 재료는 산화 분위기일 수 있는 다른 분위기(202)와 공존 가능하여야 한다. 세라믹과 함께 사용되는 기존 브레이징 재료는 이들 기준들 양자 모두를 충족할 수 없다. 예로서, 구리, 은 또는 금을 포함하는 브레이즈 요소는 처리되는 실리콘 웨이퍼의 격자 표면과 간섭할 수 있으며, 따라서 부적합하다. 그러나, 가열기 샤프트에 가열기 플레이트를 결합하는 브레이징된 결합부의 경우에, 샤프트의 내부는 통상적으로 높은 온도와 조우하며, 중공 샤프트의 중심에 산화 분위기를 갖는다. 이 분위기에 노출되는 브레이즈 결합부의 부분은 산화하고, 결합부 내로 산소를 함입시켜 결합부의 기밀성의 손상을 초래한다. 구조적 부착에 추가로, 반도체 제조에 사용되는 이들 디바이스의 플레이트와 샤프트 사이의 결합부는 대부분 또는 전체는 아니더라도 대부분의 용도에서 기밀성이어야 한다.

예시적 실시예에서, 플레이트 및 샤프트는 양자 모두 질화 알루미늄으로 이루어질 수 있고, 양자 모두 액상 소결 프로세스를 사용하여 이전에 개별적으로 형성되어 있다. 플레이트는 일부 실시예에서 두께가 0.5 내지 0.75 인치이고 직경이 약 9-13 인치일 수 있다. 샤프트는 0.1 인치의 벽 두께를 갖는 5-10 인치 길이인 중공 실린더일 수 있다. 플레이트는 샤프트의 제 1 단부의 외부 표면을 수용하도록 구성된 리세스를 가질 수 있다. 도 26에 도시된 바와 같이, 메사는 플레이트와 접하는 샤프트의 단부 상에 존재할 수 있다. 메사는 0.004 인치 높이일 수 있다. 플레이트 및 샤프트는 플레이트의 리세스 내에서 그리고 샤프트의 단부를 따라 부재들 사이에 배치된 알루미늄 포일의 브레이징 재료로 결합 단계를 위해 함께 고정될 수 있다. 브레이징 재료는 0.004 인치의 완성된 결합부 최소 두께를 갖는 브레이징 이전에 0.006 인치 두께일 수 있다. 브레이징 재료는 0.4 중량% Fe를 갖는 알루미늄일 수 있다.

도 28은 본 발명의 일부 실시예에 따른 샤프트(214)에 플레이트(215)를 결합시키기 위해 사용되는 결합부(220)를 예시한다. 결합부(220)는 샤프트(214)에 대한 플레이트(215)의 부착을 구조적으로 지지하는 구조적 및 기밀 결합부를 생성하였다. 결합부(220)는 기밀 밀봉부를 생성하며, 이 기밀 밀봉부는 프로세스 챔버 내에서 샤프트의 외부 표면(217)을 따라 만나게 되는 챔버 분위기(211)로부터 샤프트(214)의 내부 표면(218)이 조우하는 샤프트 분위기(212)를 격리시킨다. 결합부(220)는 샤프트 분위기 및 챔버 분위기 양자 모두에 노출될 수 있고, 따라서, 기밀 밀봉의 소실을 초래하는 열화 없이 이러한 노출을 견딜 수 있어야 한다. 이러한 실시예에서, 결합부는 알루미늄이고, 플레이트 및 샤프트는 질화 알루미늄 같은 세라믹일 수 있다. 일부 실시예에서, 결합부(220)는 알루미늄으로 이루어질 수 있으며, 이는 실질적으로 결합 프로세스 이후 결합부 영역에 남아 있는다. 잔류 알루미늄은 수리, 재가공 또는 다른 이유를 위해 결합부의 결합 해제를 가능하게 할 수 있다.

도 29는 반도체 프로세싱 챔버에 사용되는 가열기 컬럼의 개략적 예시도의 일 실시예를 도시한다. 세라믹 가열기일 수 있는 가열기(300)는 무선 주파수 안테나(310), 가열기 요소(320), 샤프트(330), 플레이트(340) 및 장착 플랜지(350)를 포함할 수 있다. 가열기(300)를 형성하기 위한 양자 모두 또는 그 중 어느 하나가 질화 알루미늄으로 이루어질 수 있는 샤프트(330) 및 플레이트(340)를 함께 결합하기 위한 브레이징 방법의 일 실시예는 이하와 같이 구성될 수 있다.

알루미늄 또는 알루미늄 합금의 시트는 샤프트와 플레이트 사이에 제공될 수 있으며, 샤프트 및 플레이트는 브레이징 층의 시트가 그 사이에 배치된 상태로 함께 합쳐질 수 있다. 브레이징 층은 그 후 적어도 800 ℃의 온도로 진공에서 가열될 수 있고, 브레이징 층이 경화되어 플레이트에 샤프트를 결합하는 기밀 밀봉부를 생성하도록 600 ℃ 미만의 온도로 냉각된다. 상기 가열기의 샤프트는 고체 재료로 이루어질 수 있거나 구조가 중공일 수 있다.

고정구는 결합부 접촉 영역 상에 약 2-200 psi의 범위의 접촉 압력을 부여할 수 있다. 일부 실시예에서, 접촉 압력은 2-40 psi의 범위일 수 있다. 이 단계에서 사용되는 접촉 압력은 기존 프로세스에서 관찰되는 바와 같은 고온 가압/소결을 사용하여 결합 단계에서 조우되는 것보다 현저히 낮으며, 2000-3000 psi의 범위의 압력일 수 있다. 본 방법의 매우 더 낮은 접촉 압력에서, 기존 방법의 특수화된 프레스는 필요하지 않다. 본 발명의 방법을 사용하여 샤프트에 플레이트를 결합하기 위해 필요한 압력은 간단한 고정구를 사용하여 제공될 수 있으며, 이는 접촉 압력을 제공하도록 중력을 사용하여 고정구 상에 배치된 메사를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 샤프트와 브레이징 요소의 계면 부분 사이의 접촉 및 브레이징 요소와 플레이트의 계면 부분 사이의 접촉은 결합을 위해 충분한 접촉 압력을 제공할 것이다. 따라서, 고정 조립체는 고정 조립체 자체로부터 분리된 프레스에 의해 작용될 필요가 없다. 그 후, 이 고정된 조립체는 프로세스 오븐 내에 배치될 수 있다. 오븐은 1 x 10E-5 Torr의 압력으로 배기될 수 있다. 일부 양태에서, 잔류 산소를 제거하기 위해 진공이 인가된다. 일부 실시예에서, 1 x 10E-4 Torr보다 낮은 진공이 사용된다. 일부 실시예에서, 1 x 10E-5 Torr보다 낮은 진공이 사용된다. 이 단계에 관하여, 세라믹 구성 요소(샤프트 및 플레이트)의 제조 동안 요구되는 고 접촉 압력 고정구를 갖는 고온 오븐이 샤프트 및 플레이트의 이러한 결합에 요구되지 않는다는 것을 주의하여야 한다. 최소 결합부 두께가 유지될 때, 스탠드오프의 사용과 같이, 결합부를 가로지른 접촉 압력은 인접한 세라믹의 계면 영역과 스탠드오프가 만날 수 있게 하기에 충분하기만 하면 된다. 액체 브레이즈 재료가 스탠드오프와 인접한 계면 영역 사이에서 완전히 제거되지 않을 수 있기 때문에 인접한 계면 영역과 스탠드오프 사이에 매우 얇은 브레이즈 재료의 층이 존재할 수 있다.

일부 실시예에서, 플레이트 및 샤프트는 다른 세라믹을 포함할 수 있다. 플레이트는 높은 열전도 계수를 제공하도록 구성될 수 있는 반면, 샤프트는 더 낮은 열전도 계수를 제공하도록 구성되어 열이 프로세스 챔버의 장착 부가물을 향해 샤프트 하방으로 소실되지 않는다. 예로서, 플레이트는 질화 알루미늄으로 이루어질 수 있으며, 샤프트는 지르코니아로 이루어질 수 있다.

도 30 내지 도 32는 본 발명의 일부 실시예에 따른 플레이트에 샤프트를 결합할 수 있는 결합 프로세스를 예시한다. 결합 프로세스는 이전 결합 작업에서보다 낮은 온도, 접촉 압력 및 낮은 시간 및 비용 부담으로 프로세스 오븐에서 수행될 수 있다.

도 30에 도시된 바와 같은 일부 실시예에서, 샤프트 및 플레이트의 정렬 및 위치는 부품 형상에 의해 유지됨으로써 고정구 및 결합 후 기계 가공을 제거한다. 브레이즈 재료가 용융될 때 일부 축 방향 이동 이외에 결합 프로세스 동안 어떠한 이동도 존재하지 않는 것을 보증하기 위해 중량부여(weighting)가 사용될 수 있다. 플레이트(400)는 플레이트(400)의 후방 표면에서 리세스(403) 내에 결합 요소(402)를 갖는 상태로 상하 반전되어 배치될 수 있다. 샤프트(401)는 플레이트(400) 내의 리세스(403) 내로 수직 하향 삽입될 수 있다. 중량체(404)는 결합 프로세스 동안 약간의 접촉 압력을 제공하도록 샤프트(401) 상에 배치될 수 있다.

도 31에 도시된 바와 같이, 일부 실시예에서, 샤프트 및 플레이트의 위치는 부품 형상에 의해 유지되어 결합 후 기계 가공을 감소시킨다. 고정구는 결합 처리 동안 샤프트와 플레이트 사이에서 수직성을 유지하기 위해 요구될 수 있다. 일부 실시예에서, 플레이트의 계면 부분과 메사의 공차 제어는 최종 조립체의 치수 및 공차를 제어하기 위해 사용될 수 있다. 또한, 브레이즈 재료가 용융할 때 약간의 축 방향 이동 이외에 결합 프로세스 동안 어떠한 이동도 존재하지 않는 것을 보증하기 위해 중량부여가 사용될 수 있다. 플레이트(410)는 플레이트(410)의 후방 표면의 리세스(413) 내에 결합 요소(412)를 갖는 상태로 상하 반전되어 배치될 수 있다. 샤프트(411)는 플레이트(410) 내의 리세스(413) 내로 수직 하향 삽입될 수 있다. 고정구(415)는 샤프트(411)를 지지 및 위치시키도록 구성된다. 중량체(414)는 결합 프로세스 동안 일부 접촉 압력을 제공하도록 샤프트(411) 상에 배치될 수 있다. 일부 실시예에서, 중량체가 사용되지 않는다. 일부 실시예에서, 결합될 물품의 질량이 결합될 물품 사이에 압력을 인가하기 위해 중력에 의한 힘을 제공할 수 있다.

도 42에 도시된 바와 같은 일부 실시예에서, 샤프트/플레이트의 위치 및 수직성은 고정구에 의해 유지된다. 고정은 열 팽창 및 기계 가공 공차에 기인하여 정밀하지 못할 수 있으며, 따라서, 결합 사후 기계 가공이 필요할 수 있다. 샤프트 직경은 최종 치수 요건을 충족시키기 위해 요구되는 재료 제거를 수용하도록 증가될 수 있다. 역시, 브레이즈 재료가 용융될 때 약간의 축 방향 이동 이외에, 결합 프로세스 동안 어떠한 이동도 존재하지 않는 것을 보증하기 위해 중량부여가 사용될 수 있다. 플레이트(420)는 플레이트(420)의 후방 표면 위에 결합 요소(422)를 갖는 상태로 상하 반전된 상태로 배치될 수 있다. 샤프트(421)는 플레이트 및 샤프트 예비 조립체를 생성하도록 플레이트(420) 상에 배치될 수 있다. 고정구(425)는 샤프트(421)를 지지 및 위치시키도록 구성된다. 고정구(425)는 위치적 무결성을 제공하도록 플레이트에 키이결합될 수 있다. 중량체(424)는 결합 프로세스 동안 소정의 접촉 압력을 제공하도록 샤프트(411) 상에 배치될 수 있다.

가열 사이클 개시시, 온도는 느리게, 예로서 분당 15 ℃로 200 ℃까지 상승되고, 그 후, 분당 20 ℃로 표준화된 온도, 예로서 600 ℃ 및 결합 온도까지 상승되며, 구배를 최소화하기 위해 및/또는 다른 이유로 가열 이후 진공이 회복될 수 있게 하도록 고정된 체류 시간 동안 각 온도에서 유지된다. 브레이즈 온도가 도달되었을 대, 온도는 브레이즈 반응을 실행하기 위한 시간 동안 유지될 수 있다. 일 예시적 실시예에서, 체류 온도는 800 ℃일 수 있고, 체류 시간은 2시간일 수 있다. 다른 예시적 실시예에서, 체류 온도는 1000 ℃일 수 있고 체류 시간은 15분일 수 있다. 다른 예시적 실시예에서, 체류 온도는 1150 ℃일 수 있고, 체류 시간은 30-45분일 수 있다. 일부 실시예에서, 체류 온도는 1200 ℃의 최대치를 초과하지 않는다. 일부 실시예에서, 체류 온도는 1300 ℃의 최대치를 초과하지 않는다. 충분한 브레이즈 체류 시간을 달성시, 분당 20 ℃, 또는 고유 노 냉각 속도가 더 작을 때에는 그 이하의 속도로 실온까지 냉각될 수 있다. 노는 상압이 되도록 개방될 수 있으며, 브레이징된 조립체는 검사, 특성화 및/또는 평가를 위해 제거될 수 있다.

본 발명의 양태는 결합을 위해 선택된 알루미늄 또는 알루미늄 합금의 온도에 따라 감소하는 인장 강도에 의해 규정되는 바와 같은 결합된 샤프트-플레이트의 최대 동작 온도이다. 예로서, 순수 알루미늄이 결합 재료로서 사용되는 경우, 샤프트와 플레이트 사이의 결합의 구조적 강도는 결합부의 온도가 일반적으로 660 ℃로 고려되는 알루미늄의 용융온도에 접근할 때 매우 낮아진다. 실제로, 99.5% 또는 더 순수한 알루미늄을 사용할 때, 샤프트-플레이트 조립체는 600 ℃의 온도까지 전형적 웨이퍼 처리 공구에서 만나게 되는 모든 일반적이고 예상되는 응력을 견딜 것이다. 그러나, 일부 반도체 디바이스 제조 프로세스는 600 ℃보다 큰 온도를 필요로 한다.

본 발명의 다른 실시예는 도 33에서 볼 수 있다. 개시된 바와 같이, 알루미늄 또는 알루미늄 합금 재료(400)는 기밀 형태로 플레이트(405)에 샤프트(404)를 결합하기 위해 사용될 수 있다. 또한, AlN과의 결합을 위한 기능 및 알루미늄보다 더 높은 용융 온도, 즉, 660 ℃보다 높은 용융 온도 양자 모두를 갖는 다른 결합 재료(401)가 더 높은 온도까지 샤프트-플레이트 조립체의 사용가능한 온도를 확장시키도록 구조적 결합부로서 사용될 수 있다. 예로서, 이전에 설명된 바와 같은 알루미늄을 위해 사용되는 결합 온도 범위 내의 온도에서 질화 알루미늄에 대한 결합을 위해 티타늄-니켈 합금이 예시되었다. 다른 티타늄 및 지르코늄 합금이 마찬가지로 사용될 수 있으며, 이들 중 다수는 합금 원소로서 은, 구리 또는 금을 포함한다. 그 더 높은 용융 온도 때문에, 이들 합금의 사용은 700 ℃ 또는 800 ℃ 또는 900 ℃까지 샤프트-플레이트 조립체의 사용가능한 온도 범위를 확장시킨다. 그러나, 전술된 바와 같이, 원소 은, 구리 및 금은 웨이퍼의 결정 구조에 유해할 수 있으며, 극단적 주의로 처리 환경으로부터 격리되어야 한다. 유사한 형태로, 웨이퍼 처리에 통상적으로 사용되는 온도에서 공기에 노출될 때, 티타늄 및 지르코늄은 쉽고 유해하게 산화된다. 해결책은 구조적 결합 재료 둘레에 알루미늄 "보호 밴드"를 사용하는 것이며, 하나의 밴드는 웨이퍼로의 유해 요소의 이동을 방지하기 위해 필요에 따라 처리 측부에 배치되고, 하나의 밴드는 티타늄 또는 지르코늄 구조적 밴드의 산화를 방지하기 위해 대기 측부에 배치된다. 일부 실시예에서, 다른 재료의 결합부의 외부 측부에만 또는 내부 측부에만 보호 밴드가 존재할 수 있다. 일부 실시예에서, 동심 결합부가 다양한 고도로 존재할 수 있으며, 샤프트의 단부는 복수의 고원부를 가지고, 이 고원부에 결합부가 배치된다.

도 33에 나타난 바와 같이, 플랜지(403)는 일반적으로 엘라스토머 O-링으로 프로세스 챔버 베이스(도시 생략)에 기밀 밀봉되었다. 가열 또는 정전 척킹 또는 RF 전도 또는 온도 감시를 위한 전기적 연결은 샤프트 중심(407)을 통해 라우팅되고, 중심 영역(406)에서 플레이트에 연결된다. 통상적으로, 전기적 연결 및 샤프트 중심은 주변(공기) 분위기에 있다.

샤프트에 플레이트를 결합하는 단계 이후, 샤프트 및/또는 플레이트는 최종 부재의 완성시 추가적 기계 가공을 받을 수 있다. 통상적으로 이전 플레이트-샤프트 결합을 위해 필요한 액상 소결을 달성하기 위해 요구되는 압력은 이전 결합 프로세스의 높은 압력과 연계된 높은 힘을 견디기 위해 필요한 구성 요소 같은 가열기 샤프트의 전형적 최종 치수에 의해 제공되는 것들보다 높은 기계적 강도를 필요로 한다. 따라서, 결합 프로세스 동안 균열 고장을 감소시키기 위해, 최종 구성에 요구되는 것보다 더 두꺼운 세라믹 섹션이 샤프트를 위해 사용될 수 있다. 이때, 최종 요구 치수는 결합 이후 결합된 플레이트/샤프트 조립체를 연삭함으로써 달성된다. 본 발명의 플레이트 및 샤프트 조립체가 일부 실시예에서의 결합 이후 일부 추가적 기계 가공을 받을 수 있지만, 다른 실시예에서, 이는 필요하지 않다. 과거의 방법에서 요구되는 바와 같이 샤프트 및 플레이트의 높은 접촉 압력 결합의 힘을 견디기 위해 두꺼운 샤프트를 사용할 필요성을 제거하는 것은 본 발명의 실시예에 따른 프로세스의 플레이트 및 샤프트 조립체의 제조로부터 다른 시간 소비 및 고가의 프로세스 단계를 제거한다.

본 명세서에 설명된 바와 같은 결합 방법의 다른 장점은 본 발명의 일부 실시예에 따라 형성된 결합부는 이들 두 개의 구성 요소 중 하나를 수리 또는 대체하기 위해 필요시 샤프트 및 플레이트 같은 구성 요소의 분해를 가능하게 할 수 있다. 예로서, 플레이트가 아크 방전에 기인하여 손상되는 경우, 플레이트는 조립체로부터 제거되고 교체될 수 있다. 이는 예로서, 샤프트의 재사용과 연계한 비용 절약을 가능하게 한다. 또한, 보유중인 샤프트 및 플레이트의 인벤토리에서, 교체 구성 요소 및 이전에 사용된 구성 요소가 본 발명의 실시예에 따라 결합될 수 있기 때문에 교체 가열기는 고온 고압 프로세스를 필요로 하지 않고 조립될 수 있다. 유사하게, 구조적 및 기밀적인 결합부가 그 기밀성을 소실하는 경우, 결합부는 수리될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따라 결합된 조립체의 결합 해제를 위한 수리 절차는 다음과 같이 진행될 수 있다. 조립체는 결합부를 가로질러 인장력을 제공하도록 구성된 고정구를 사용하여 처리 오븐 내에 배치될 수 있다. 고정구는 결합부 접촉 영역 상에 약 2-30 psi의 인장 응력을 부여할 수 있다. 고정구는 일부 실시예에서 결합부를 가로질러 더 큰 응력을 부여할 수 있다. 그 후, 고정된 조립체는 처리 오븐 내에 배치될 수 있다. 이들 단계 동안 요구되지 않을 수 있지만, 오븐은 배기될 수 있다. 온도는 예로서 200 ℃까지 분당 15 ℃로 그리고, 그 후 분당 20 ℃로 표준 온도, 예로서 400 ℃까지 느리게 상승될 수 있고, 그 후, 결합 해제 온도로 상승될 수 있다. 결합 해제 온도에 도달시, 부재는 서로 분리될 수 있다. 결합 해제 온도는 브레이징 층에 사용된 재료에 특정할 수 있다. 결합 해제 온도는 일부 실시예에서 600-800 ℃의 범위일 수 있다. 결합 해제 온도는 일부 실시예에서 800-1000 ℃의 범위일 수 있다. 고정구는 부재가 분리시 손상되지 않도록 두 개의 부재 사이에 제한된 운동량을 허용하도록 구성될 수 있다. 결합 해제 온도는 재료에 특정할 수 있다. 결합 해제 온도는 알루미늄에 대하여 450 ℃ 내지 660 ℃의 범위일 수 있다.

세라믹 샤프트 같은 이전에 사용된 부재의 재사용 이전에, 부재는 불규칙 표면이 제거되도록 결합부 영역을 기계 가공함으로써 재사용을 위해 준비될 수 있다. 일부 실시예에서, 부재가 새로운 정합 부품에 결합될 때 결합부 내의 브레이징 재료의 전체 양이 제어되도록 잔류 브레이징 재료 모두가 제거되는 것이 바람직할 수 있다.

세라믹 내에 확산 층을 생성하는 결합 방법에 대조적으로, 본 발명의 일부 실시예에 따른 결합 프로세스는 이러한 확산 층을 초래하지 않는다. 따라서, 세라믹 및 브레이징 재료는 브레이징 단계 이후 브레이징 단계 이전에 이들이 갖는 것과 동일한 재료 특성을 유지한다. 따라서, 부재가 결합 해제 이후 재사용되는 것이 바람직한 경우, 동일한 재료 및 동일한 재료 특성이 부재 내에 존재하여 공지된 조성 및 특성으로 재사용하는 것을 가능하게 한다.

도 34의 분해도에 도시된 바와 같은 본 발명의 일부 실시예에서, 플레이트 조립체(201) 및 샤프트(202)를 갖는 플레이트 및 샤프트 디바이스(200)가 도시되어 있다. 플레이트 조립체(201)는 플레이트 조립체(201) 내로의 그 조립 이전에 전체적으로 소가공된 세라믹 층인 층(203, 204, 205)을 갖는다. 상부 플레이트 층(203)은 상부 플레이트 층(203)과 중간 층(204) 사이에 전극 층(206)이 존재하는 상태로 중간 층(204)에 중첩한다. 중간 층(204)은 저부 층(205)과 중간 층(204) 사이에 가열기 층(207)이 존재하는 상태로 저부 층(205)에 중첩한다.

플레이트 조립체(201)의 층(203, 204, 205)은 가열기의 경우에 질화 알루미늄 또는 정전 척의 경우에 알루미나, 도핑된 알루미나, AlN, 도핑된 AlN, 베릴리아, 도핑된 베릴리아 등을 포함하는 다른 재료 같은 세라믹으로 이루어질 수 있다. 기판 지지부를 구성하는 플레이트 조립체의 층(203, 204, 205)은 플레이트 조립체(201)로의 그 도입 이전에 전체적으로 소가공된 세라믹일 수 있다. 예로서, 층(203, 204, 205)은 고온 고 접촉 압력 특수 오븐 내에서 플레이트로서 전체적으로 소가공되거나, 테이프 캐스팅되거나, 스파크 플라즈마 소결되거나 다른 방법으로 가공되고 그 후 플레이트 조립체의 적층체 내의 그 사용 및 그 위치에 의해 요구되는 바와 같은 최종 치수로 기계 가공될 수 있다. 플레이트 층(203, 204, 205)은 그 후 결합 층(208)과 브레이징 프로세스를 사용하여 함께 결합될 수 있으며, 이는 높은 접촉 응력을 위해 프레스를 구비한 특수 고온 오븐에 대한 필요성 없이 플레이트 조립체(201)의 최종 조립이 이루어질 수 있게 한다.

플레이트 및 샤프트 디바이스의 경우에서 같이 샤프트가 또한 최종 조립체의 일부인 실시예에서, 플레이트 조립체(201) 대 샤프트(202) 결합 프로세스 단계는 또한 높은 접촉 응력을 위한 프레스를 구비하는 특수 고온 오븐에 대한 필요성 없이 이루어지는 브레이징 프로세스를 사용할 수 있다. 샤프트에 대한 플레이트 층 및 플레이트 조립체의 결합은 일부 실시예에서, 동시적 프로세스 단계에서 이루어질 수 있다. 샤프트(202)는 결합 층(209)으로 플레이트 조립체(201)에 결합될 수 있다. 결합 층(209)은 일부 실시예에서 결합 층(208)과 동일한 브레이징 요소일 수 있다.

플레이트 또는 플레이트 조립체를 제조하기 위한 개선된 방법은 고온 및 고 접촉 압력에 의한 추가적 처리 단계의 시간소모적이고 고가인 단계 없이 최종 플레이트 조립체로의 플레이트 조립체의 층들의 결합을 포함할 수 있으며, 이는 상술되어 있고, 더 상세히 후술된다. 플레이트 층은 본 발명의 실시예에 따른 세라믹을 결합하기 위한 브레이징 방법으로 결합될 수 있다. 제 1 및 제 2 세라믹 물체를 결합하기 위한 브레이징 방법의 일 예는 제 1 및 제 2 세라믹 물체 사이에 배치된 알루미늄 및 알루미늄 합금으로 구성되는 그룹으로부터 선택된 브레이징 층으로 제 1 및 제 2 물체를 합치는 단계와, 브레이징 층을 적어도 800 ℃의 온도로 가열하는 단계와, 브레이징 층을 그 융점 미만의 온도로 냉각하여 브레이징 층이 경화되고 기밀 밀봉을 형성하여 제 1 부재를 제 2 부재에 결합하는 단계를 포함할 수 있다. 브레이징 결합부의 다양한 형상은 본 명세서에 설명된 방법에 따라 이행될 수 있다.

본 발명의 일부 실시예에서, 층을 갖는 플레이트 조립체는 플레이트의 층들 사이에 스탠드오프가 존재하여 결합 층이 가열되고 미소한 압력이 축 방향으로 플레이트에 인가될 때, 미소한 축 방향 압축이 존재하여 하나의 플레이트 상의 스탠드오프가 인접 플레이트와 접촉할 때까지 결합 층이 온건하게 얇아지도록 제공될 수 있다. 일부 양태에서, 이는 결합부 두께의 제어 뿐만 아니라 플레이트 조립체의 치수 및 공차 제어도 가능하게 한다. 예로서, 다양한 플레이트의 특징부의 평행성은 플레이트 층 상의 기계 공차에 의해 설정될 수 있고, 이 양태는 스탠드오프의 사용에 의해 결합 프로세스 동안 유지될 수 있다. 일부 실시예에서, 결합 후 치수 제어는 축 방향 합치를 제공하도록 인접한 층 상에 내부 링을 중첩시키는, 하나의 플레이트 층 상의 원주방향 외부 링을 사용하여 달성될 수 있다. 일부 실시예에서, 외부 링 또는 내부 링 중 하나는 또한 그 축 방향으로 위치 제어가 또한 달성되도록 플레이트에 수직인 축 방향으로 인접한 플레이트와 접촉할 수 있다. 또한, 축 방향 위치제어는 따라서 두 개의 인접한 플레이트 사이의 결합 층의 최종 두께를 결정할 수 있다.

본 발명의 일부 실시예에서, 층들 사이의 전극은 결합 층과 동일한 재료로 이루어질 수 있으며, 결합 층 및 전극 양자 모두의 이중 기능으로 기능할 수 있다. 예로서, 정전 척의 전극에 의해 이전에 점유된 영역은 대신 결합 층에 의해 점유될 수 있으며, 결합 층은 그 사이에 결합 층이 존재하는 두 개의 플레이트를 결합하기 위해 결합 층으로서 기능하며, 예로서, 정전 클램핑력을 제공하기 위해 전극으로서 기능하는 이중 기능을 갖는다. 이러한 실시예에서, 미로는 플레이트 외측의 영역으로부터 충전된 전극으로의 시야선, 그리고, 일반적으로 접근로가 최소화되도록 두 개의 결합된 플레이트의 주연 둘레에 미로가 존재할 수 있다.

도 35는 본 발명의 일부 실시예에 따른 플레이트 조립체(240)의 부분 단면을 예시한다. 플레이트 조립체(240)는 플레이트 및 샤프트 조립체를 완성하기 위해 샤프트에 결합되도록 구성될 수 있다. 상부 플레이트 층(241)은 반도체 프로세싱 단계 동안 기판을 지지하도록 구성되는 원형 디스크일 수 있다. 가열기(244)는 상부 플레이트 층(241) 아래에 존재하도록 구성된다. 가열기는 플레이트 층 중 하나 또는 양자 모두에 부착 또는 접착될 수 있다. 상부 플레이트 층(241)은 저부 플레이트 층(242)에 중첩한다. 결합 층(243)은 상부 플레이트 층(241)을 저부 플레이트(242)에 결합한다. 결합 층은 환형 디스크일 수 있다. 일부 실시예에서, 상부 플레이트 층 및 저부 플레이트 층은 세라믹이다. 일부 실시예에서, 상부 플레이트 층 및 저부 플레이트 층은 질화 알루미늄이다. 일부 실시예에서, 결합 층은 알루미늄이다. 결합 프로세스 및 재료의 예는 후술되어 있다.

도 36은 본 발명의 일부 실시예에 따라서 플레이트 조립체(260)의 부분적 단면을 예시한다. 플레이트 조립체(260)는 다른 층들 사이에 존재하는 가열기와 전극 양자 모두를 구비하는 다층 플레이트 조립체이다. 층들은 브레이징 요소와 결합되고, 플레이트의 주 평면의 평면에 수직인 방향으로 플레이트의 최종 위치는 플레이트 상의 스탠드오프(268)에 의해 표시되어 있다.

상부 플레이트 층(261)은 하부 플레이트 층(262)과 중첩한다. 하부 플레이트 층(262)은 저부 플레이트 층(263)과 중첩한다. 비록, 세 개의 플레이트 층으로 도 36에 예시되어 있지만, 다른 수의 플레이트 층은 특정 용례의 요구에 따라 사용될 수 있다. 상부 플레이트 층(261)은 다기능 결합 층(266)을 사용하여 하부 플레이트 층(262)에 결합된다. 다기능 결합 층(266)은 하부 플레이트 층(262)에 대한 상부 플레이트 층(261)의 결합을 제공하고 전극이 되도록 구성된다. 도 41은 이러한 전극(266)의 실시예를 예시한다. 이러한 전극은 실질적으로 원형 디스크인 결합 층일 수 있으며, 결합 재료는 또한 전극으로서 기능한다. 도 36에 도시된 바와 같이, 스탠드오프(268)는 플레이트 층의 주 평면에 수직인 수직 방향으로 하부 플레이트 층(262)에 대한 상부 플레이트 층(261)의 위치 제어를 제공하도록 구성된다. 상부 플레이트 층(261)의 림은 그 주연부에서 두 개의 플레이트들 사이의 경계부(267)를 따른 시야선을 제거하도록 구성된다. 결합 층(266)의 두께는 결합 층(266)이 플레이트 조립체의 가열 및 결합 단계 이전에 상부 플레이트 층(261) 및 하부 플레이트 층(262)과 접촉하도록 크기설정될 수 있다.

하부 플레이트 층(262)은 저부 플레이트 층(263)과 중첩한다. 가열기(264)는 저부 플레이트 층(263)과 하부 플레이트 층(262) 사이에 존재한다. 결합 층(265)은 하부 플레이트 층(262)을 저부 플레이트 층(263)에 결합한다. 결합 층(265)은 플레이트 층의 주연부 내의 환형 링일 수 있다. 스탠드오프(269)는 플레이트 층의 저부 평면에 수직인 수직 방향으로 저부 플레이트 층(263)에 대한 하부 플레이트 층(262)의 위치제어를 제공하게 구성된다. 플레이트 조립체의 결합 단계 동안, 도 36에 도시된 바와 같은 구성 요소는 예비 조립될 수 있고, 그 후, 이 플레이트 예비 조립체가 완성된 플레이트 조립체를 형성하도록 본 명세서에 설명된 프로세스를 사용하여 결합될 수 있다. 일부 실시예에서, 이 플레이트 예비 조립체는 완전한 플레이트 및 샤프트 디바이스가 단일 가열 프로세스에 결합될 수 있도록 샤프트 및 샤프트 결합 층과 추가로 예비조립될 수 있다. 이 단일 가열 프로세스는 고온 오븐이나 높은 접촉 응력을 제공하도록 구성된 프레스를 구비하는 고온 오븐을 요구하지 않을 수 있다. 추가적으로, 일부 실시예에서, 완성된 플레이트 및 샤프트 조립체는 어떠한 사후 결합 기계 가공도 요구하지 않으면서도 반도체 제조에 실제 사용되는 이러한 장치의 공차 요건을 충족시킬 수 있다.

도 37은 두 개의 플레이트 층(220, 221)의 부분 단면도를 예시하며, 여기서, 저장부(226)가 저부 플레이트 층(221) 내에 도시되어 있다. 상부 플레이트 층(220)은 저부 플레이트 층(221)과 중첩할 수 있다. 전극 부분(223)은 상부 플레이트 층(220)과 저부 플레이트 층(221) 사이에 존재할 수 있다. 스탠드오프(225)는 플레이트 층의 주 평면에 수직인 수직 방향으로 저부 플레이트 층(263)에 대한 상부 플레이트 층(220)의 위치 제어를 제공하도록 구성된다. 저장부(226)는 결합 층(222)의 반경 방향 외측의 저부 플레이트 층에 존재할 수 있다. 저장부(226)는 결합 층으로부터 가능한 잉여 결합 재료가 저장부 내에 포획되고 미로(224) 내로 이동하지 않도록 위치된다. 도 36의 전극(266)에서 볼 수 있는 바와 같이 전극 및 결합 층이 동일한 특징부인 플레이트의 경우에, 저장부는 결합 층으로서 더욱 중요할 수 있으며, 그 가능한 잉여부는 전기적으로 충전되고, 따라서, 플레이트 조립체의 외부 주연부를 향한 누설에 부적합할 수 있다.

일부 실시예에서, 플레이트 층은 기판 조립체를 통한 가스의 라우팅을 위해 구성된 채널을 포함할 수 있다. 플레이트 층은 채널을 가질 수 있고, 채널 사이의 플레이트 층의 재료는 본 발명의 방법에 따라 인접한 플레이트에 결합된다. 따라서, 개별 플레이트 층은 채널이 최종적인 전체적으로 소가공된 세라믹 부재 내에 존재하도록, 그리고, 이 부재가 인접한 층에 결합될 수 있도록 제조될 수 있다. 채널들은 일부 실시예에서 샤프트 및/또는 샤프트 내의 도관들에 커플링될 수 있다.

플레이트 조립체를 형성하도록 질화 알루미늄으로 이루어질 수 있는 플레이트 층을 함께 결합하기 위한 브레이징 방법의 일 실시예는 이하와 같이 구성될 수 있다. 알루미늄 또는 알루미늄 합금 금속 바인더 또는 충전재의 시트는 플레이트 층들 사이에, 그리고, 또한, 일부 양태에서 샤프트와 저부 플레이트 사이에 제공될 수 있고, 플레이트 층들은 그 사이에 금속 바인더의 시트가 배치된 상태로 합쳐질 수 있다. 금속 바인더 또는 충전재는 그 후 적어도 800 ℃의 온도로 진공에서 가열될 수 있고, 금속 바인더 또는 충전재가 경화하도록 600 ℃ 아래의 온도로 냉각되며, 플레이트 층을 서로 플레이트 조립체로 결합하고 샤프트를 플레이트 조립체에 결합하는 기밀 밀봉부를 생성한다.

예시적 실시예에서, 플레이트 층은 질화 알루미늄으로 이루어질 수 있으며, 이전에 액상 소결 프로세스를 사용하여 개별적으로 형성된다. 플레이트 층은 일부 실시예에서 직경이 약 200 mm 내지 300 mm이고, 0.1 내지 0.75 인치 두께일 수 있다. 샤프트는 5-10 인치 길이이고 벽 두께가 0.1 인치인 중공 실린더일 수 있다. 플레이트 조립체의 저부는 샤프트의 제 1 단부의 외부 표면을 수용하도록 구성된 리세스를 가질 수 있다. 플레이트 조립체 및 샤프트는 적절한 예비 결정된 결합 위치에서 부재들 사이에 배치된 알루미늄 포일의 브레이징 재료를 갖는 결합 단계를 위해 함께 고정될 수 있다. 고정구는 결합부 접촉 영역 상에 약 2-200 psi의 접촉 압력을 부여할 수 있다. 일부 실시예에서 접촉 압력은 2-40 psi의 범위일 수 있다. 이 단계에서 사용되는 접촉 압력은 2000-3000 psi의 범위의 압력을 사용할 수 있는, 기존 프로세스에서 나타난 바와 같은 고온 가압/소결을 사용하는 결합 단계에서 나타나는 것보다 상당히 낮다. 본 발명의 방법의 매우 더 낮은 접촉 압력에서, 기존 방법의 특수화된 프레스가 불필요하다. 플레이트 층들을 플레이트 조립체로 서로 결합하고 플레이트 조립체를 본 발명의 방법을 사용하여 샤프트에 결합하는 데 필요한 압력은 간단한 고정구를 사용하여 제공될 수 있으며, 이는 접촉 압력을 제공하도록 중력을 사용하여 고정구 상에 배치되는 질량체를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 플레이트 층들 및 샤프트와 브레이징 요소의 계면 부분 사이의 접촉 및 플레이트와 브레이징 요소의 계면 부분 사이의 접촉은 결합에 충분한 접촉 압력을 제공한다. 따라서, 고정구 조립체는 고정구 조립체 자체와는 별개인 프레스에 의해 그 위에 작용될 필요가 없을 수 있다. 고정된 조립체는 그 후 프로세스 오븐에 배치될 수 있다. 오븐은 1 x 10E-5 Torr의 압력으로 배기될 수 있다. 일부 양태에서, 진공은 잔류 산소를 제거하도록 구성된다. 일부 실시예에서, 1 x 10E-4 Torr보다 큰 진공이 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 1 x 10E-5 Torr보다 큰 진공이 사용된다. 이 단계에 관하여, 세라믹 구성 요소(샤프트 및 플레이트)의 제조 동안 요구되는 높은 접촉 압력 고정구를 갖는 고온 오븐은 이 결합 단계에 불필요하다는 것을 주의하여야 한다. 가열 사이클 개시시, 온도는 느리게, 예로서, 분당 15 ℃로 200 ℃까지 상승되고, 그 후, 분당 20 ℃로 예로서 표준화된 온도, 예로서, 600 ℃ 및 결합 온도까지 상승될 수 있으며, 구배를 최소화하기 위해 및/또는 다른 이유로, 가열 이후 진공이 회복될 수 있게 하도록 고정된 체류 시간 동안 각 온도에서 유지된다. 브레이즈 온도가 도달되었을 때, 온도는 브레이즈 반응을 실행하기 위한 시간 동안 유지될 수 있다. 예시적 실시예에서, 체류 시간은 800 ℃일 수 있고, 체류 시간은 2 시간일 수 있다. 다른 예시적 실시예에서, 체류 온도는 110 ℃일 수 있고, 체류 시간은 15분일 수 있다. 다른 예시적 실시예에서, 체류 온도는 1075 ℃일 수 있고, 체류 시간은 1시간일 수 있다. 일부 실시예에서, 체류 온도는 110 ℃의 최대치를 초과하지 않는다. 일부 실시예에서, 체류 온도는 1300 ℃의 최대치를 초과하지 않는다. 일부 실시예에서, 체류 온도는 1400 ℃의 최대치를 초과하지 않는다. 충분한 브레이즈 체류 시간을 달성할 때, 노는 분당 20 ℃, 고유한 노 냉각 속도가 작을 때에는 그 이하의 속도로 실온까지 냉각될 수 있다. 노는 상압이 될 수 있고, 개방되며, 브레이징된 조립체는 검사, 특성화 및/또는 평가를 위해 제거될 수 있다.

도 38 내지 도 40은 본 발명의 일부 실시예에 따른 기판 지지 조립체의 플레이트 층 사이의 가열기 요소(270, 271, 272)의 실시예를 예시한다.

일부 실시예에서, 플레이트는 원형일 수 있다. 일부 실시예에서, 플레이트는 정사각형일 수 있다. 일부 실시예에서, 플레이트는 다른 형상일 수 있다.

다층 플레이트 디바이스, 예로서, 샤프트를 갖지 않는 디바이스의 일부 실시예에서, 세라믹의 층은 금속의 베이스 또는 다른 재료와 중첩할 수 있다. 이러한 실시예에서, 서로에 대한, 및 베이스에 대한 층의 결합은 본 명세서에 설명된 바와 같은 프로세스를 사용하여 수행될 수 있다. 일부 실시예에서, 다른 재료의 층은 다른 세라믹 층 사이에 산재될 수 있다.

본 발명의 일 양태에서, 반도체 프로세싱에 사용되는 플레이트 및 샤프트 디바이스의 제조를 위한 방법이 제공되며, 디바이스 플레이트에 대해 디바이스 샤프트를 결합하는 단계를 포함하며, 디바이스 플레이트에 대해 디바이스 샤프트를 결합하는 상기 단계는 상기 디바이스 플레이트의 계면 영역과 상기 디바이스 샤프트의 계면 영역 사이에 브레이징 요소를 배치하는 단계와, 샤프트 및 플레이트 예비 조립체를 생성하기 위해 상기 브레이징 요소를 가로질러 상기 디바이스 플레이트와 상기 디바이스 샤프트 사이에 압력을 인가하는 단계와, 상기 샤프트 및 플레이트 예비 조립체를 가열하여 기밀 밀봉 결합부로 상기 디바이스 플레이트에 대해 상기 디바이스 샤프트를 결합하는 단계를 포함한다.

이 방법은 상기 샤프트 및 플레이트 예비 조립체를 가열하기 이전에 상기 샤프트 및 플레이트 예비 조립체에 진공을 인가하는 단계를 포함할 수 있으며, 상기 진공은 1 x 10E-4 Torr 보다 낮다. 상기 방법은 상기 샤프트 및 플레이트 예비 조립체를 가열하기 이전에 상기 샤프트 및 플레이트 예비 조립체에 진공을 인가하고 상기 샤프트 및 플레이트 예비 조립체의 가열 동안 상기 진공을 유지하는 단계를 추가로 포함할 수 있으며, 상기 진공은 1 x 10E-5 Torr보다 낮다. 디바이스 샤프트는 세라믹, 질화 알루미늄, 질화 알루미늄 및 상술한 재료의 조합을 포함할 수 있다. 브레이징 요소는 알루미늄을 포함할 수 있다. 이 방법은 상기 샤프트 및 플레이트 예비 조립체를 가열하기 이전에 상기 샤프트 및 플레이트 예비 조립체에 진공을 인가하고 상기 샤프트 및 플레이트 예비 조립체의 가열 동안 상기 진공을 유지하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 상기 진공은 1 x 10E-4 Torr보다 낮거나 1 x 10E-5 Torr보다 낮다. 브레이징 요소는 적어도 89중량% 알루미늄 또는 적어도 99중량% 알루미늄을 포함할 수 있다. 가압된 샤프트 및 플레이트 조립체는 800 ℃와 1200 ℃ 사이의 제 1 온도까지 가압된 샤프트 및 플레이트 조립체를 가열하는 것을 포함한다. 가압된 샤프트 및 플레이트 조립체를 상기 제 1 온도로 가열하는 단계는 10분과 2시간 사이의 지속 기간 동안 상기 제 1 온도까지 가압된 샤프트 및 플레이트 조립체를 가열하는 것을 포함할 수 있다. 가압된 샤프트 및 플레이트 조립체를 가열하는 단계는 800 ℃와 1200 ℃ 사이의 온도까지 가압된 샤프트 및 플레이트 조립체를 가열하는 것을 포함한다. 상기 제 1 온도까지 가압된 샤프트 및 플레이트 조립체를 가열하는 단계는 10분과 2시간 사이의 지속 기간 동안 상기 제 1 온도까지 가압된 샤프트 및 플레이트 조립체를 가열하는 것을 포함할 수 있다. 상기 디바이스 샤프트와 상기 디바이스 플레이트 사이에 압력을 인가하는 단계는 1과 200 psi 사이 또는 2와 40 psi 사이를 상기 디바이스 샤프트와 상기 디바이스 플레이트 사이에 인가하는 것을 포함할 수 있다. 이 방법은 상기 샤프트 및 플레이트 예비 조립체를 가열하기 이전에 상기 샤프트 및 플레이트 예비 조립체에 진공을 인가하고 상기 샤프트 및 플레이트 예비 조립체의 가열 동안 상기 진공을 유지하는 단계를 포함할 수 있으며, 상기 진공은 1 x 10E-4 Torr보다 낮거나 1 x 10E-5 Torr보다 낮다. 이 방법은 또한 결합된 샤프트 및 결합부 조립체를 540 ℃를 초과하는 온도 또는 540 ℃와 1100 ℃ 사이의 온도로 가열하는 단계와, 상기 디바이스 샤프트 및 상기 디바이스 플레이트 사이의 결합부를 결합 해제하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이 방법은 상기 디바이스 샤프트 또는 상기 디바이스 플레이트 중 하나를 교체하는 단계와 교체된 디바이스 샤프트 또는 플레이트를 나머지 원래 샤프트 또는 플레이트에 결합하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이 방법은 상기 디바이스 샤프트 또는 상기 디바이스 플레이트를 교체하는 단계와, 교체된 디바이스 샤프트 또는 플레이트를 나머지 원래 샤프트 또는 플레이트에 결합하는 단계를 더 포함할 수 있다. 가압된 샤프트 및 플레이트 조립체를 가열하는 단계는 1200 ℃ 미만의 최대 온도로 가압된 샤프트 및 플레이트 조립체를 가열하는 것을 포함할 수 있다. 디바이스 플레이트에 대해 디바이스 샤프트를 결합하는 단계는 최소 결합부 두께를 유지하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 양태에서, 반도체 프로세싱에 사용되는 플레이트 및 샤프트 디바이스가 제공되며, 이는 플레이트와, 내부 공간과 외부를 포함하는 샤프트로서, 상기 플레이트의 저부 표면에 결합된 샤프트와, 상기 플레이트와 상기 샤프트 사이에 배치된 제 1 결합 층을 포함하고, 상기 제 1 결합 층은 상기 제 1 결합 층을 통해 상기 샤프트의 상기 외부로부터 상기 샤프트의 상기 내부 공간을 기밀 밀봉한다. 플레이트는 질화 알루미늄을 포함할 수 있다. 샤프트는 질화 알루미늄을 포함할 수 있다. 제 1 결합 층은 알루미늄을 포함할 수 있다. 샤프트는 세라믹을 포함할 수 있다. 플레이트는 제 1 세라믹을 포함할 수 있고, 샤프트는 제 2 세라믹을 포함할 수 있다. 상기 제 1 세라믹의 열전도 계수는 상기 제 2 세라믹의 열전도 계수보다 높을 수 있다. 제 1 세라믹은 질화 알루미늄을 포함할 수 있고, 제 2 세라믹은 지르코니아를 포함할 수 있다. 결합 층은 알루미늄을 포함할 수 있다. 플레이트 및 샤프트 디바이스는 제 2 결합 층을 더 포함할 수 있으며, 상기 제 2 결합 층은 상기 제 1 결합 층의 반경 방향 거리보다 큰 반경 방향 거리에서 샤프트 및 플레이트 계면을 따라 상기 샤프트의 상기 외부로부터 상기 샤프트의 상기 내부 공간을 밀봉한다. 제 2 결합 층은 알루미늄을 포함할 수 있다. 플레이트 및 샤프트 디바이스는 제 3 결합 층을 더 포함할 수 있고, 상기 제 3 결합 층은 상기 제 1 결합 층의 반경 방향 거리보다 작은 반경 방향 거리에서 샤프트 및 플레이트 계면을 따라 상기 샤프트의 상기 외부로부터 상기 샤프트의 상기 내부 공간을 밀봉한다. 제 3 결합 층은 알루미늄을 포함할 수 있다.

본 발명의 일 양태에서, 반도체 프로세싱에 사용되면서 제 1 계면 영역을 갖는 제 1 부재와 반도체 프로세싱에 사용되며 제 2 계면 영역을 갖는 제 2 부재를 함께 결합하는 방법이 제공되며, 이는 제 1 계면 영역과 제 2 계면 영역 사이에 브레이징 요소를 배치하는 단계와, 예비 조립체를 생성하도록 상기 브레이징 요소를 가로질러 제 1 부재와 제 2 부재 사이에 압력을 인가하는 단계와, 기밀 밀봉 결합부로 제 2 부재에 제 1 부재를 결합하도록 예비 조립체를 가열하는 단계를 포함한다.

인가 단계는 브레이징 요소에서 제 1 부재와 제 2 부재를 함께 압박하는 것을 포함할 수 있다. 제 1 부재는 플레이트일 수 있고 제 2 부재는 샤프트일 수 있다.

본 발명의 양태의 일 실시예에서, 제 2 계면 영역을 갖는 제 2 세라믹 부재에 제 1 계면 영역을 갖는 제 1 세라믹 부재를 결합하는 방법이 제공되고, 이는 제 1 계면 영역과 제 2 계면 영역 사이에 브레이징 요소를 배치하는 단계와, 프로세스 챔버 내로 사이에 브레이징 요소를 갖는 제 1 세라믹 부재와 제 2 세라믹 부재를 배치하는 단계와, 프로세스 챔버로부터 산소를 제거하는 단계와, 제 1 세라믹 부재와 제 2 세라믹 부재 사이에 기밀 밀봉된 결합부를 제공하도록 결합 온도로 적어도 브레이징 요소를 가열하는 단계를 포함한다. 본 발명의 일 양태의 일 실시예에서, 세라믹 재료의 결합을 위한 방법이 제공되며, 이는 결합 예비 조립체를 생성하도록 제 2 세라믹 부재의 계면 영역과 제 1 세라믹 부재의 계면 영역 사이에 브레이징 요소를 배치하는 단계와, 프로세스 챔버 내에 상기 결합 예비 조립체의 구성 요소를 배치하는 단계와, 상기 프로세스 챔버로부터 산소를 제거하는 단계와, 제 1 결합 온도로 상기 결합 예비 조립체를 가열하여 기밀 밀봉 결합부로 상기 제 2 세라믹과 상기 제 1 세라믹 부재를 결합하는 단계를 포함한다.

이 방법은 상기 가열 단계 동안 상기 브레이징 요소를 가로질러 상기 제 1 세라믹 부재와 상기 제 2 세라믹 부재 사이에 압력을 인가하는 것을 포함할 수 있다. 제 1 세라믹 부재는 질화 알루미늄을 포함할 수 있다. 제 2 세라믹 부재는 질화 알루미늄을 포함할 수 있다. 브레이징 요소는 알루미늄을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 브레이징 요소는 99중량%를 초과하는 알루미늄을 포함할 수 있다. 상기 프로세스 챔버로부터 산소를 제거하는 단계는 상기 프로세스 챔버에 1 x 10E-4 Torr보다 낮은 압력을 인가하는 단계를 포함할 수 있다. 제 1 결합 온도까지 상기 결합 예비 조립체를 가열하는 단계는 800 ℃와 1200 ℃ 사이의 온도로 상기 결합 예비 조립체를 가열하는 단계를 포함할 수 있다. 상술한 방법은 또한 결합 예비 조립체를 완성하기 이전에 제 1 세라믹의 계면 영역을 예비 금속화하는 단계와, 결합 예비 조립체를 완성하기 이전에 제 2 세라믹의 계면 영역을 예비 금속화하는 단계를 더 포함할 수 있다. 제 1 결합 온도로 상기 결합 예비 조립체를 가열하는 단계는 1000 ℃와 1200 ℃ 사이의 온도로 상기 결합 예비 조립체를 가열하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 결합 예비 조립체를 제 1 결합 온도로 가열하는 단계는 1000 ℃와 1300 ℃ 사이의 온도로 상기 결합 예비 조립체를 가열하는 단계를 포함할 수 있다. 상술한 방법은 결합 예비 조립체를 완성하기 이전에 제 1 세라믹의 계면 영역을 예비 금속화하는 단계와, 결합 예비 조립체를 완성하기 이전에 제 2 세라믹의 계면 영역을 예비 금속화하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 프로세스 챔버로부터 산소를 제거하는 단계는 상기 프로세스 챔버에 1 x 10E-5 Torr보다 낮은 압력을 인가하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 프로세스 챔버로부터 산소를 제거하는 단계는 상기 프로세스 챔버 내의 지르코늄 내부 챔버 내에 상기 결합 예비 조립체를 배치하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 결합 예비 조립체를 제 1 결합 온도로 가열하는 단계는 800 ℃와 1200 ℃ 사이의 온도로 상기 결합 예비 조립체를 가열하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 결합 예비 조립체를 제 1 결합 온도로 가열하는 단계는 10분과 2시간 사이의 지속 기간 동안 상기 결합 예비 조립체를 가열하는 단계를 포함할 수 있으며, 일 실시예에서, 상기 결합 예비 조립체를 제 1 결합 온도로 가열하는 단계는 30분과 1시간 사이의 지속 기간 동안 상기 결합 예비 조립체를 가열하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 프로세스 챔버로부터 산소를 제거하는 단계는 순수 무수 불활성 가스로 챔버를 퍼징 및 재충전하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 프로세스 챔버로부터 산소를 제거하는 단계는 정화된 수소로 챔버를 퍼징 및 재충전하는 단계를 포함할 수 있다. 이 방법은 결합 예비 조립체를 완성하기 이전에 제 1 세라믹의 계면 영역을 예비 금속화하는 단계와, 결합 예비 조립체를 완성하기 이전에 제 2 세라믹의 계면 영역을 예비 금속화하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 양태의 일 실시예에서, 제 1 계면 영역을 가지고 제 1 세라믹 재료로 이루어지는 제 1 세라믹 부재를 제 2 계면 영역을 가지고 제 2 세라믹 재료로 이루어지는 제 2 세라믹 부재에 결합하는 방법이 제공되며, 이는 제 1 계면 영역과 제 2 계면 영역 사이에 브레이징 요소를 배치하는 단계와, 브레이징 요소를 사이에 구비한 제 1 세라믹 부재와 제 2 세라믹 부재를 프로세스 챔버 내에 배치하는 단계와, 적어도 브레이징 요소를 결합 온도로 가열하여 제 1 세라믹 부재와 제 2 세라믹 부재 사이에 기밀 밀봉 결합부를 형성하는 단계를 포함하고, 기밀 밀봉 결합부는 0보다 큰 두께를 가지면서 제 1 세라믹 재료 및 제 2 재료와는 다른 재료로 이루어진다. 본 발명의 일 양태의 일 실시예에서, 세라믹 재료의 결합을 위한 방법이 제공되며, 이는 결합 예비 조립체를 생성하기 위해 제 1 세라믹 부재와 제 2 세라믹 부재 사이의 결합부 계면 영역에 브레이징 요소를 배치하는 단계와, 프로세스 챔버에 상기 결합 예비 조립체의 구성 요소를 배치하는 단계와, 상기 결합 예비 조립체를 제 1 결합 온도로 가열함으로써 제 1 두께의 최소 결합부 두께를 유지하면서 상기 제 2 세라믹 부재에 상기 제 1 세라믹 부재를 결합하는 단계를 포함한다.

제 1 세라믹 부재는 질화 알루미늄을 포함할 수 있다. 제 2 세라믹 부재는 질화 알루미늄을 포함할 수 있다. 브레이징 요소는 알루미늄을 포함할 수 있으며, 일 실시예에서, 브레이징 요소는 89중량% 초과 알루미늄을 포함할 수 있다. 이 방법은 상기 프로세스 챔버로부터 산소를 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 프로세스 챔버로부터 산소를 제거하는 단계는 상기 프로세스 챔버에 5 x 10E-5 Torr보다 낮은 압력을 인가하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 결합 예비 조립체를 제 1 결합 온도로 가열하는 단계는 800 ℃와 1200 ℃ 사이의 온도로 상기 결합 예비 조립체를 가열하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 결합 예비 조립체를 제 1 결합 온도로 가열하는 단계는 10분과 4시간 사이의 지속 기간 동안 상기 결합 예비 조립체를 가열하는 단계를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 상기 결합 예비 조립체를 제 1 결합 온도로 가열하는 단계는 25분과 1시간 사이의 지속 기간 동안 상기 결합 예비 조립체를 가열하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 결합 예비 조립체를 제 1 결합 온도로 가열하는 단계는 800 ℃와 1300 ℃ 사이의 온도로 상기 결합 예비 조립체를 가열하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 프로세스 챔버로부터 산소를 제거하는 단계는 상기 프로세스 챔버에 1 x 10E-4 Torr보다 낮은 압력을 인가하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 프로세스 챔버로부터 산소를 제거하는 단계는 순수 무수 불활성 가스로 챔버를 퍼징 및 재충전하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 프로세스 챔버로부터 산소를 제거하는 단계는 정화된 수소로 챔버를 퍼징 및 재충전하는 단계를 포함할 수 있다. 브레이징 요소는 99중량% 초과 알루미늄을 포함할 수 있다. 이 방법은 상기 프로세스 챔버로부터 산소를 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 프로세스 챔버로부터 산소를 제거하는 단계는 상기 프로세스 챔버에 5 x 10E-5 Torr보다 낮은 압력을 인가하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 결합 예비 조립체를 제 1 결합 온도로 가열하는 단계는 상기 결합 예비 조립체를 800 ℃와 1200 ℃ 사이의 온도로 가열하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 결합 예비 조립체를 제 1 결합 온도로 가열하는 단계는 상기 결합 예비 조립체를 800 ℃와 1300 ℃ 사이의 온도로 가열하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 프로세스 챔버로부터 산소를 제거하는 단계는 상기 프로세스 챔버에 1 x 10E-4 Torr보다 낮은 압력을 인가하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 프로세스 챔버로부터 산소를 제거하는 단계는 순수 무수 불활성 가스로 챔버를 퍼징 및 재충전하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 프로세스 챔버로부터 산소를 제거하는 단계는 정화된 수소로 챔버를 퍼징 및 재충전하는 단계를 포함할 수 있다. 이 방법은 상기 프로세스 챔버로부터 산소를 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다. 브레이징 이전의 브레이징 요소는 상기 제 1 두께보다 큰 제 2 두께로 이루어질 수 있다. 이 방법은 상기 프로세스 챔버로부터 산소를 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다. 브레이징 이전의 브레이징 요소는 상기 제 1 두께보다 큰 제 2 두께로 이루어질 수 있다.

본 발명의 일 양태의 일 실시예에서, 반도체 프로세싱에 사용되고 각각 샤프트 계면 영역 및 플레이트 계면 영역을 갖는, 디바이스 플레이트에 디바이스 샤프트를 결합하는 방법이 제공되고, 이는 샤프트 계면 영역과 플레이트 계면 영역 사이에 브레이징 요소를 배치하는 단계와, 사이에 브레이징 요소를 갖는 디바이스 샤프트 및 디바이스 플레이트 가열하여 디바이스 샤프트와 디바이스 플레이트 사이에 기밀 밀봉 결합부를 제공하는 단계를 포함한다. 본 발명의 일 양태의 일 실시예에서, 반도체 프로세싱에 사용되는 디바이스 플레이트에 디바이스 샤프트를 결합하는 방법이 제공되고, 이는 상기 디바이스 플레이트의 계면 영역과 상기 디바이스 샤프트의 계면 영역 사이의 브레이징 요소를 배치하는 단계와, 상기 샤프트 및 플레이트 예비 조립체를 가열함으로써 기밀 밀봉된 결합부로 상기 디바이스 플레이트에 상기 디바이스 샤프트를 결합하는 단계를 포함한다.

이 방법은 상기 가열 단계 동안 상기 샤프트 및 플레이트 예비 조립체에 진공을 인가하는 단계를 더 포함할 수 있고, 상기 압력은 1 x 10E-4 Torr보다 낮다. 이 방법은 상기 가열 단계 동안 상기 샤프트 및 플레이트 예비 조립체에 진공을 인가하는 단계를 더 포함할 수 있고, 상기 압력은 1 x 10E-5 Torr보다 낮다. 디바이스 플레이트는 세라믹을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 디바이스 플레이트는 질화 알루미늄을 포함할 수 있다. 디바이스 샤프트는 질화 알루미늄을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 디바이스 샤프트는 세라믹을 포함할 수 있다. 브레이징 요소는 알루미늄을 포함할 수 있다. 디바이스 플레이트에 디바이스 샤프트를 결합하는 단계는 최소 결합부 두께를 유지하는 단계를 더 포함할 수 있다. 디바이스 플레이트에 디바이스 샤프트를 결합하는 단계는 최소 결합부 두께를 유지하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 프로세스 챔버로부터 산소를 제거하는 단계는 순수 무수 불활성 가스로 챔버를 퍼징 및 재충전하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 프로세스 챔버로부터 산소를 제거하는 단계는 정화된 수소로 챔버를 퍼징 및 재충전하는 단계를 포함할 수 있다. 브레이징 요소는 적어도 89중량% 알루미늄을 포함할 수 있다. 디바이스 플레이트에 디바이스 샤프트를 결합하는 단계는 최소 결합부 두께를 유지하는 단계를 더 포함할 수 있다. 브레이징 요소는 적어도 99중량% 알루미늄을 포함할 수 있다. 가압된 샤프트 및 플레이트 조립체를 가열하는 단계는 800 ℃와 1200 ℃ 사이의 제 1 온도로 가압된 샤프트 및 플레이트 조립체를 가열하는 단계를 포함할 수 있다. 이 방법은 결합된 샤프트 및 결합부 조립체를 540 ℃와 1100 ℃ 사이의 온도로 가열하는 단계와, 상기 디바이스 샤프트와 상기 디바이스 플레이트 사이의 결합부를 결합 해제하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이 방법은 상기 디바이스 샤프트 또는 상기 디바이스 플레이트 중 하나를 교체하는 단계와, 나머지 원래 샤프트 또는 플레이트에 교체된 디바이스 샤프트 또는 플레이트를 결합하는 단계를 더 포함할 수 있다. 가압된 샤프트 및 플레이트 조립체를 상기 제 1 온도로 가열하는 단계는 가압된 샤프트 및 플레이트 조립체를 상기 제 1 온도로 10분과 2시간 사이의 지속 기간 동안 가열하는 단계를 포함할 수 있다. 가압된 샤프트 및 플레이트 조립체를 가열하는 단계는 800 ℃와 1300 ℃ 사이의 온도로 가압된 샤프트 및 플레이트 조립체를 가열하는 단계를 포함할 수 있다. 가압된 샤프트 및 플레이트 조립체를 가열하는 단계는 800 ℃와 1200 ℃ 사이의 제 1 온도로 가압된 샤프트 및 플레이트 조립체를 가열하는 단계를 포함할 수 있다. 가압된 샤프트 및 플레이트 조립체를 가열하는 단계는 1200 ℃ 미만의 최대 온도까지 가압된 샤프트 및 플레이트 조립체를 가열하는 단계를 포함할 수 있다. 가압된 샤프트 및 플레이트 조립체를 가열하는 단계는 1300 ℃ 미만의 최대 온도까지 가압된 샤프트 및 플레이트 조립체를 가열하는 단계를 포함할 수 있다. 이 방법은 결합된 샤프트 및 결합부 조립체를 540 ℃를 초과하는 온도까지 가열하는 단계와, 상기 디바이스 샤프트와 상기 디바이스 플레이트 사이의 결합부를 결합 해제하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 양태의 일 실시예에서, 반도체 프로세싱에 사용되며 각각 샤프트 계면 영역과 플레이트 계면 영역을 갖는 디바이스 플레이트에 디바이스 샤프트를 결합하는 방법이 제공되고, 이는 샤프트 계면 영역과 플레이트 계면 영역 사이에 브레이징 요소를 배치하는 단계와, 디바이스 샤프트와 디바이스 플레이트 사이에 기밀 밀봉 결합부를 제공하도록 사이에 브레이징 요소를 갖는 디바이스 샤프트와 디바이스 플레이트를 가열하는 단계를 포함한다. 본 발명의 일 양태의 일 실시예에서, 반도체 프로세싱에 사용되는 플레이트 및 샤프트 디바이스가 제공되고, 이는 플레이트와, 내부 공간 및 외부 공간을 포함하는 샤프트로서 상기 플레이트의 저부 표면에 결합된 샤프트와, 상기 플레이트와 상기 샤프트 사이에 배치된 제 1 결합 층을 포함하고, 상기 제 1 결합 층은 상기 제 1 결합 층을 통해 상기 샤프트의 상기 외부로부터 상기 샤프트의 상기 내부 공간을 기밀 밀봉한다.

플레이트는 질화 알루미늄을 포함할 수 있다. 샤프트는 질화 알루미늄을 포함할 수 있다. 제 1 결합 층은 알루미늄을 포함한다. 일 실시예에서, 제 1 결합 층은 알루미늄을 포함할 수 있다. 샤프트는 세라믹을 포함할 수 있다. 플레이트 및 샤프트 디바이스는 제 2 결합 층을 더 포함할 수 있으며, 상기 제 2 결합 층은 상기 제 1 결합 층의 외부 둘레에서 상기 샤프트의 상기 외부로부터 상기 샤프트의 상기 내부 공간을 밀봉한다. 제 2 결합 층은 알루미늄을 포함할 수 있다. 플레이트 및 샤프트 디바이스는 제 3 결합 층을 더 포함할 수 있고, 상기 제 3 결합 층은 상기 제 1 결합 층의 내부를 따라 상기 샤프트의 상기 외부로부터 상기 샤프트의 상기 내부 공간을 밀봉한다. 플레이트는 제 1 세라믹을 포함할 수 있고, 샤프트는 제 2 세라믹을 포함할 수 있다. 제 1 세라믹의 열전도 계수는 제 2 세라믹의 열전도 계수보다 높을 수 있다. 제 1 세라믹은 질화 알루미늄을 포함할 수 있고 제 2 세라믹은 지르코니아를 포함할 수 있다. 결합 층은 알루미늄을 포함할 수 있다. 제 1 세라믹은 질화 알루미늄을 포함할 수 있으며, 제 2 세라믹은 알루미나를 포함할 수 있다. 제 1 세라믹은 질화 알루미늄을 포함할 수 있으며, 제 2 세라믹은 실리콘 카바이드를 포함할 수 있다. 플레이트 및 샤프트 디바이스는 제 3 결합 층을 더 포함할 수 있으며, 상기 제 3 결합 층은 상기 제 1 결합 층의 내부를 따라 상기 샤프트의 상기 외부로부터 상기 샤프트의 상기 내부 공간을 밀봉한다. 제 3 결합 층은 알루미늄을 포함할 수 있다. 제 1 결합 층은 티타늄 니켈 합금을 포함할 수 있다. 제 1 결합 층 및 제 2 결합 층은 제 3 결합 층의 것보다 높은 액화 온도를 가질 수 있다.

본 발명의 일 양태의 일 실시예에서, 반도체 프로세싱에 사용하기 위한 다층 플레이트 디바이스를 제조하는 방법이 제공되며, 이 방법은 상부 플레이트 층, 하부 플레이트 층 및 상부 플레이트 층과 하부 플레이트 층 사이에 배치된 브레이징으로부터 적층체를 형성하는 단계와, 브레이징 요소를 압축하도록 상부 플레이트 층과 하부 플레이트 층 사이에 압력을 인가하는 단계와, 브레이징 요소가 상부 플레이트 층과 하부 플레이트 층 사이에 기밀 밀봉 결합부를 형성하도록 적층체를 가열하는 단계를 포함한다. 본 발명의 일 양태의 일 실시예에서, 반도체 프로세싱에 사용되는 다층 플레이트 디바이스의 제조를 위한 방법이 제공되며, 이는 복수의 플레이트 구성 요소를 적층체로 배열하는 단계로서 상기 복수의 플레이트 구성 요소는 상부 플레이트 층, 하부 플레이트 층 및 상기 상부 플레이트 층과 상기 하부 플레이트 층 사이에 배치된 브레이징 층을 포함하는 단계와, 상기 하부 플레이트 층에 상기 상부 플레이트 층을 결합하는 단계로서 상기 하부 플레이트 층에 상기 상부 플레이트 층을 결합하는 상기 단계는 상기 브레이징 요소를 가로질러 상기 상부 플레이트 층과 하부 플레이트 층 사이에 압력을 인가하는 단계를 포함하는 단계와, 플레이트 구성 요소의 적층체를 가열하여 기밀 밀봉 결합부로 상기 하부 플레이트 층에 상기 상부 플레이트 층을 결합하는 단계를 포함한다.

다층 플레이트 디바이스는 횡단 치수를 가지고, 상부 플레이트 층과 하부 플레이트 층 각각은 다층 플레이트 디바이스의 횡단 치수와 대략 같은 횡단 치수를 가질 수 있다. 횡단 치수 각각은 직경일 수 있다. 이 방법은 플레이트 구성 요소의 상기 적층체를 가열하는 동안 플레이트 구성 요소의 상기 적층체에 진공을 인가하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 상기 압력은 1 x 10E-4 Torr보다 낮다. 이 방법은 상기 플레이트 구성 요소의 적층체의 가열 동안 상기 플레이트 구성 요소의 적층체에 진공을 인가하는 단계를 더 포함할 수 있고, 상기 압력은 1 x 10E-5 Torr보다 낮다. 상부 플레이트 층은 질화 알루미늄을 포함할 수 있다. 하부 플레이트 층은 세라믹을 포함할 수 있다. 하부 플레이트 층은 질화 알루미늄을 포함할 수 있다. 브레이징 요소는 알루미늄을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 브레이징 요소는 적어도 89중량% 알루미늄을 포함할 수 있으며, 일 실시예에서, 블레이징 요소는 적어도 99중량% 알루미늄을 포함할 수 있다. 플레이트 구성 요소의 적층체를 가열하는 단계는 800 ℃와 1200 ℃ 사이의 제 1 온도로 가압된 플레이트 구성 요소의 적층체를 가열하는 단계를 포함할 수 있다. 플레이트 구성 요소의 적층체를 가열하는 단계는 800 ℃와 1200 ℃ 사이의 온도에 플레이트 구성 요소의 적층체를 가열하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 제 1 온도로 플레이트 구성 요소의 적층체를 가열하는 단계는 10분과 2시간 사이의 지속 기간 동안 제 1 온도로 플레이트 구성 요소의 적층체를 가열하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 하부 플레이트 층과 상기 상부 플레이트 층 사이에 압력을 인가하는 단계는 상기 상부 플레이트 층과 상기 하부 플레이트 층 사이에 1과 500 psi 사이를 인가하는 단계를 포함할 수 있다. 이 방법은 상기 플레이트 구성 요소의 적층체를 가열하기 이전에 상기 플레이트 구성 요소의 적층체에 진공을 인가하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 압력은 1 x 10E-5 Torr보다 낮다. 상기 하부 플레이트 층과 상기 상부 플레이트 층 사이에 압력을 인가하는 단계는 상기 하부 플레이트 층과 상기 상부 플레이트 층 사이에 2와 40 psi 사이를 인가하는 단계를 포함할 수 있다. 가압된 플레이트 구성 요소의 적층체를 가열하는 단계는 800 ℃와 1300 ℃ 사이의 온도로 플레이트 구성 요소의 적층체를 가열하는 단계를 포함할 수 있다. 플레이트 구성 요소의 적층체를 가열하는 단계는 800 ℃와 1200 ℃ 사이의 제 1 온도로 플레이트 구성 요소의 가압된 적층체를 가열하는 단계를 포함할 수 있다. 플레이트 구성 요소의 적층체를 가열하는 단계는 800 ℃와 1300 ℃ 사이의 제 1 온도로 가압된 플레이트 구성 요소의 적층체를 가열하는 단계를 포함할 수 있다. 이 방법은 상기 프로세스 챔버로부터 산소를 제거하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 산소를 제거하는 상기 단계는 순수 무수 불활성 가스로 챔버를 퍼징 및 재충전하는 단계를 포함한다. 이 방법은 상기 프로세스 챔버로부터 산소를 제거하는 단계를 더 포함할 수 있고, 산소를 제거하는 상기 단계는 정화된 수소로 챔버를 정화 및 재충전하는 단계를 포함한다. 상기 상부 플레이트 층과 상기 하부 플레이트 층 사이에 압력을 인가하는 단계는 상기 상부 플레이트 층과 상기 하부 플레이트 층 사이에 1과 500 psi 사이를 인가하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 하부 플레이트 층과 상기 상부 플레이트 층 사이에 압력을 인가하는 단계는 상기 상부 플레이트 층과 상기 하부 플레이트 층 사이에 2와 40 psi 사이를 인가하는 단계를 포함할 수 있다. 이 방법은 결합 재료의 액화 온도를 초과하는 온도로 다층 플레이트 디바이스를 가열하는 단계와, 상기 하부 플레이트 층과 상기 상부 플레이트 층 사이의 결합부를 결합 해제하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 양태의 일 실시예에서, 반도체 프로세싱에 사용되는 다층 플레이트 디바이스의 제조를 위한 방법이 제공되며, 이는 복수의 플레이트 구성 요소를 적층체로 배열하는 단계로서 상기 복수의 플레이트 구성 요소는 상부 플레이트 층, 하부 플레이트 층 및 상기 상부 플레이트 층과 상기 하부 플레이트 층 사이에 배치된 브레이징 층을 포함하는 단계와, 상기 하부 플레이트 층에 상기 상부 플레이트 층을 결합하는 단계로서 상기 하부 플레이트 층에 상기 상부 플레이트 층을 결합하는 상기 단계는 프로세스 챔버 내에 상기 적층체를 배치하는 단계를 포함하는 단계와, 상기 프로세스 챔버로부터 산소를 제거하는 단계와, 산소가 제거된 프로세스 챔버 내에서 플레이트 구성 요소의 적층체를 가열하는 단계와, 최소 결합부 두께를 유지하면서 상기 하부 플레이트 층에 상기 상부 플레이트 층을 결합하는 단계를 포함한다. 본 발명의 일 양태의 일 실시예에서, 반도체 프로세싱에 사용하기 위한 다층 플레이트 디바이스를 제조하는 방법은 제 1 재료의 상부 플레이트 층, 제 2 재료의 하부 플레이트 층 및 상부 플레이트 층과 하부 플레이트 층 사이에 배치된 브레이징 층으로부터 적층체를 형성하는 단계와, 하부 플레이트 층과 상부 플레이트 층 사이에 결합부를 형성하도록 적층체를 가열하는 단계를 포함하고, 결합부는 제 1 재료 및 제 2 재료와는 다른 재료로 이루어지고, 0보다 큰 두께를 갖는다.

가열 단계는 프로세스 챔버 내에 적층체를 배치하는 단계와 프로세스 챔버로부터 산소를 제거하는 단계를 포함할 수 있다. 상부 플레이트 층은 질화 알루미늄을 포함할 수 있다. 하부 플레이트 층은 질화 알루미늄을 포함할 수 있다. 하부 플레이트 층은 세라믹을 포함할 수 있다. 브레이징 요소는 알루미늄을 포함할 수 있다. 상기 프로세스 챔버로부터 산소를 제거하는 단계는 상기 프로세스 챔버에 5 x 10E-5 Torr보다 낮은 압력을 인가하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 프로세스 챔버로부터 산소를 제거하는 단계는 상기 프로세스 챔버에 1 x 10E-4 Torr보다 낮은 압력을 인가하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 플레이트 구성 요소의 적층체를 가열하는 단계는 800 ℃와 1200 ℃ 사이의 온도로 가열하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 플레이트 구성 요소의 적층체를 가열하는 단계는 10분과 2시간 사이의 지속 기간 동안 가열하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 플레이트 구성 요소의 적층체를 가열하는 단계는 800 ℃와 1300 ℃ 사이의 온도로 가열하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 프로세스 챔버로부터 산소를 제거하는 단계는 순수 무수 아르곤으로 챔버를 퍼징 및 재충전하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 프로세스 챔버로부터 산소를 제거하는 단계는 정화된 수소로 챔버를 퍼징 및 재충전하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 양태에서, 반도체 프로세싱에 사용하기 위한 다층 플레이트가 제공되고, 이는 디스크를 갖는 상부 플레이트 층, 하부 플레이트 층 및 상기 상부 플레이트 층과 상기 하부 플레이트 층 사이에 배치된 결합 층을 포함하고, 상기 결합 층은 상기 하부 플레이트 층에 상기 상부 플레이트 층을 결합한다.

상부 플레이트 층은 세라믹을 포함할 수 있다. 결합 층은 알루미늄을 포함할 수 있다. 다층 플레이트는 상기 상부 플레이트 층과 상기 하부 플레이트 층 사이에 존재하는 가열기를 더 포함할 수 있으며, 상기 결합 층은 상기 가열기의 외부 주연부 둘레에 링을 포함한다. 다층 플레이트는 상기 상부 플레이트 층과 상기 하부 플레이트 층 사이에 존재하는 평면형 전극을 더 포함할 수 있으며, 상기 결합 층은 상기 가열기의 외부 주연부 둘레에 링을 포함한다. 상부 플레이트 층은 질화 알루미늄을 포함할 수 있다. 하부 플레이트 층은 질화 알루미늄을 포함할 수 있다. 결합 층은 알루미늄을 포함할 수 있다. 다층 플레이트는 상기 하부 플레이트 층과 상기 상부 플레이트 층 사이에 존재하는 평면형 전극을 더 포함할 수 있으며, 상기 결합 층은 상기 가열기의 외부 주연부 둘레에 링을 포함한다. 결합 층은 상기 상부 플레이트 층과 상기 저부 플레이트 층 사이에 배치된 평면형 전극을 포함할 수 있다. 다층 플레이트는 상기 상부 플레이트 층과 상기 하부 플레이트 층 사이에 존재하는 가열기를 더 포함할 수 있으며, 상기 결합 층은 상기 가열기의 외부 주연부 둘레에 링을 포함한다. 하부 플레이트 층은 세라믹을 포함할 수 있다.

본 발명의 일 양태에서, 반도체 프로세싱에 사용하기 위한 다층 플레이트가 제공되며, 이는 상부 플레이트 층, 하나 이상의 중간 플레이트 층, 저부 플레이트 층 및 플레이트 층 사이에 배치된 복수의 결합 층을 포함하고, 상기 결합 층은 상기 플레이트 층들을 결합한다.

플레이트 층 각각은 세라믹을 포함할 수 있다. 결합 층은 알루미늄을 포함할 수 있다. 다층 플레이트는 상기 플레이트 층 중 하나와 상기 플레이트 층 중 다른 층 사이에 존재하는 플리넘을 더 포함할 수 있다. 플레이트 층 각각은 질화 알루미늄을 포함할 수 있다. 결합 층은 알루미늄을 포함할 수 있다. 결합 층 각각은 층에 의해 결합된 인접한 플레이트의 계면 영역의 외부 주연부 둘레에 알루미늄의 층을 포함할 수 있다. 다층 플레이트는 상기 플레이트 층 중 하나와 상기 플레이트 층 중 다른 층 사이에 존재하는 가열기를 더 포함할 수 있다. 다층 플레이트는 상기 플레이트 층 중 하나와 상기 플레이트 층 중 다른 층 사이에 존재하는 가열기를 더 포함할 수 있다. 다층 플레이트는 상기 플레이트 층 중 하나와 상기 플레이트 층 중 다른 층 사이에 존재하는 전극을 더 포함할 수 있다. 다층 플레이트는 상기 플레이트 층 중 하나와 상기 플레이트 층 중 다른 층 사이에 존재하는 전극을 더 포함할 수 있다. 다층 플레이트는 상기 플레이트 층 중 하나와 상기 플레이트 층 중 다른 층 사이에 존재하는 플리넘을 더 포함할 수 있다.

상술한 설명으로부터 명백한 바와 같이, 매우 다양한 실시예가 본 명세서에 주어진 설명으로부터 구성될 수 있으며, 본 기술 분야의 숙련자들은 추가적 장점 및 변형을 쉽게 알 수 있을 것이다. 따라서, 그 가장 넓은 양태에서 본 발명은 도시 및 설명된 예시적 실시예와 특정 세부사항에 한정되지 않는다. 따라서, 본 출원인의 일반적 발명의 개념 및 범주로부터 벗어나지 않고 이러한 세부사항으로부터 이탈이 이루어질 수 있다.