[发明专利]用于连接材料的高温方法及利用该方法的装置

说明书

发明领域

本发明涉及用于将物体连接在一起的方法，且更具体地涉及用于连接陶瓷物体的钎焊(brazing)方法。

背景

半导体处理和类似的制造工艺一般采用薄膜沉积技术，诸如化学气相沉积(CVD)、物理气相沉积(PVD)、气相外延(VPE)、反应离子蚀刻及其它处理方法。在CVD处理以及其他制造技术中，使用诸如加热器或静电吸盘的半导体处理设备，将诸如硅晶片的衬底固定在处理室内，并暴露于该工艺的特定处理条件下。加热器或静电吸盘基本上是基座，该基座除了固定衬底之外，在一些情况下也可以用于加热衬底。

由于加热器暴露于高操作温度和腐蚀性工艺气体中，并且由于良好的温度控制需要良好的导热性，所以已经由非常有限的材料选择(诸如氮化铝(AlN)陶瓷或PBN、二氧化硅(石英)、石墨和各种金属(诸如铝合金、镍合金、不锈钢合金、Inconel等))制成现有技术的加热器。一般用于半导体处理或室清洁的反应性工艺气体通常与由金属合金制成的加热器反应。这些反应可产生腐蚀性副产物和其它可不利于所需工艺结果的效果。陶瓷材料可以更好地抵抗与典型工艺气体反应以及抵抗反应副产物的腐蚀。然而，由于固有的材料性质，陶瓷材料可具有有限的制造方法，并且具有高的制造成本。

使用陶瓷的半导体处理设备(诸如具有陶瓷轴和陶瓷板的静电吸盘和加热器)的制造目前涉及热压子部件至部分密度，然后再次热压整个组件直到获得全密度。在这种类型的制造中，看到至少两个缺陷。首先，大型复杂陶瓷件的热压/烧结需要大的物理空间，并且需要多个顺序的烧结步骤。第二，如果成品件的一部分损坏或由于磨损而失效，则没有可用于拆卸该大型件的修理方法，可能导致其报废。在从已经被压制为全密度的两个或更多个件来制造的情况下，还存在至少两个缺陷。首先，在主要部件的初始烧结之后，一般使用液相烧结工艺连接这些部件，以连接该主要部件(例如，在氮化铝的情况下)，其需要高热、高压缩力和在能够提供高温和高压缩力两者的处理炉中大量的时间。通常，在这种烧结为板的期间，施加到轴上的高压缩力(诸如在制造陶瓷加热器的工艺中所做的)需要环形轴壁的横截面厚度比成品中的所需要的横截面厚度更厚，以便支持这些压缩力。然后可能需要将轴处理降到对于沿着轴向下的热流保持最小而言所需的最终较小的厚度。第二，如果成品件的一部分损坏或由于磨损而失效，则没有可用于成功拆卸已经以这种方式连接的大型件的修理方法，可能导致其报废。

另外的关注可以是关于半导体处理设备的这些件(诸如带有板和轴元件的静电吸盘和加热器)的修理。例如，如果设备的多件式组件的一部分被损坏，诸如由于电弧，则可能需要拆卸设备的件并重新使用其中的部分。这些部分可能保留显著的财务价值。利用当前的制造方法，例如对于陶瓷加热器，没有允许更换设备的一些部分和重新使用该设备的一些部分来修理设备的可用方法。

美国专利号8,789,743公开了一种用于连接陶瓷材料的方法，该方法确实解决了其它现有工艺的上述缺点。该方法包括在导致良好且完全的润湿和气密的接头而不扩散的温度下使用高纯铝钎焊材料。然而，对这些接头的限制是使用这些接头制造的设备不能在较高温度(诸如700℃-1400℃)下使用，因为这显著高于铝钎焊材料的固相线温度。

需要一种用于连接陶瓷件的连接方法，其提供气密密封，并且其不会扩散到陶瓷中并因此允许修理，并且其能够承受随后暴露于在较高温度下运行的工艺。

附图简要说明

图1是根据本发明的一些实施方案的半导体处理中使用的板和轴装置的视图。

图2是根据本发明的一些实施方案的用于板的高温压机和炉的示意图。

图3是根据本发明的一些实施方案的用于多个板的高温压机和炉的示意图。

图4是根据本发明的一些实施方案的用于板和轴装置的高温压机和炉的示意图。

图5A是根据本发明的一些实施方案在板和轴之间的接头的横截面图。

图5B是根据本发明的一些实施方案在板和轴之间的接头的横截面图。

图5C是根据本发明的一些实施方案的具有支座的轴端部的透视图。

图6是根据本发明的一些实施方案的半导体制造中使用的板和轴装置的局部横截面图。

图7是根据本发明的一些实施方案的轴和板之间的接头的特写横截面视图。

图8是根据本发明的一些实施方案的板和轴装置的视图。

图9是根据本发明的一些实施方案的准备组装的板和轴的图示。