用于连接材料的高温方法及利用该方法的装置与流程

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。

背景技术：

0、背景

1、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。

2、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。

3、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。

4、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。

5、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。

6、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。。

技术实现思路

技术特征：

1.一种用于由具有第一界面区域并且属于第一密实陶瓷材料的第一陶瓷半导体处理设备件和具有第二界面区域并且属于第二密实陶瓷材料的第二陶瓷半导体处理设备件制造半导体处理设备的方法，包括：将钎焊元件放置在所述第一界面区域和所述第二界面区域之间以形成连接预组件，所述钎焊元件选自纯硅和不含另外的合金化元素的硅锗合金，将所述连接预组件放入处理室中，从所述处理室除去氧，且将所述连接预组件加热至连接温度，以便在所述第一陶瓷半导体处理设备件和所述第二陶瓷半导体处理设备件之间形成适用于半导体处理环境的气密密封接头。

2.如权利要求1所述的方法，其中所述第一陶瓷半导体处理设备件是板且所述第二陶瓷半导体处理设备件是轴。

3.如权利要求1所述的方法，其中所述第一陶瓷半导体处理设备件是第一板层且所述第二陶瓷半导体处理设备件是第二板层。

4.如权利要求1所述的方法，其中所述钎焊元件是硅粉末，且将粘合剂与所述连接预组件中的所述钎焊元件包括在一起。

5.如权利要求1所述的方法，其中所述气密密封接头具有在整个接头中大于零的厚度。

6.如权利要求1所述的方法，其中纯硅的所述钎焊元件包含大于98重量％的硅。

7.如权利要求1所述的方法，其中纯硅的所述钎焊元件包含大于99重量％的硅。

8.如权利要求1所述的方法，其中所述第一密实陶瓷材料选自氮化铝和氧化铝并且所述第二密实陶瓷材料选自氮化铝和氧化铝。

9.如权利要求1所述的方法，其中将所述连接预组件加热至第一连接温度的所述步骤包括将所述连接预组件加热至1410℃和1625℃之间的温度。

10.一种用于半导体处理室的装置，包含具有第一界面区域并且属于第一密实陶瓷材料的第一陶瓷半导体处理设备件、具有第二界面区域并且属于第二密实陶瓷材料的第二陶瓷半导体处理设备件、通过放置在所述第一界面区域和所述第二界面区域之间的钎焊元件形成的在所述第一陶瓷半导体处理设备件和所述第二陶瓷半导体处理设备件之间的气密密封接头，所述第一密实陶瓷材料选自氮化铝和氧化铝并且所述第二密实陶瓷材料选自氮化铝和氧化铝，所述钎焊元件选自纯硅和不含另外的合金化元素的硅锗合金，所述气密密封接头具有大于零的厚度。

11.如权利要求10所述的装置，其中所述第一陶瓷半导体处理设备件是板且所述第二陶瓷半导体处理设备件是轴。

12.如权利要求10所述的装置，其中所述第一陶瓷半导体处理设备件是第一板层且所述第二陶瓷半导体处理设备件是第二板层。

13.如权利要求12所述的装置，其还包含位于第一陶瓷板层和第二陶瓷板层之间的加热器，其中所述气密密封接头包含围绕所述加热器的外周边的环。

14.一种用于由具有第一界面区域并且属于第一密实陶瓷材料的第一陶瓷半导体处理设备件和具有第二界面区域并且属于第二密实陶瓷材料的第二陶瓷半导体处理设备件制造半导体处理设备的方法，包括：将钎焊元件放置在所述第一界面区域和所述第二界面区域之间以形成连接预组件，所述钎焊元件包含硅和锗，锗占所述钎焊元件的2-70摩尔％并且钎焊元件的剩余部分为硅，将所述连接预组件放入处理室中，从所述处理室除去氧，且将所述连接预组件加热至连接温度，以便在所述第一陶瓷半导体处理设备件和所述第二陶瓷半导体处理设备件之间形成适用于半导体处理环境的气密密封接头。

15.如权利要求14所述的方法，其中所述第一陶瓷半导体处理设备件是板且所述第二陶瓷半导体处理设备件是轴。

16.如权利要求14所述的方法，其中所述第一陶瓷半导体处理设备件是第一板层且所述第二陶瓷半导体处理设备件是第二板层。

技术总结
一种利用气密密封接头连接陶瓷件的方法，包括在两个陶瓷件之间钎焊连接材料层。该陶瓷件可以是氮化铝或其它陶瓷，且可以在受控气氛下用包括硅的钎焊元件连接该陶瓷件。接头材料适于随后经受在衬底处理期间处理室内的环境和可以在加热器或静电吸盘内部呈现的含氧气氛两者。

技术研发人员：A·G·艾略特,B·D·A·艾略特
受保护的技术使用者：沃特洛电气制造公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12