化学気相堆積炭化ケイ素物品
【課題】改善された化学気相堆積炭化ケイ素物品および該物品の部品を結合する方法が求められている。
【解決手段】化学気相堆積炭化ケイ素物品および化学気相堆積炭化ケイ素物品を製造する方法が開示される。化学気相堆積炭化ケイ素物品は、焼結セラミック結合部１１６によって結合された複数の部品１１２、１１４で構成されている。結合部が強化され、物品の結合部における公差を維持する。物品は、半導体処理で使用され得る。
【解決手段】化学気相堆積炭化ケイ素物品および化学気相堆積炭化ケイ素物品を製造する方法が開示される。化学気相堆積炭化ケイ素物品は、焼結セラミック結合部１１６によって結合された複数の部品１１２、１１４で構成されている。結合部が強化され、物品の結合部における公差を維持する。物品は、半導体処理で使用され得る。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、化学気相堆積炭化ケイ素物品を対象とする。より詳細には、本発明は、改善された強度および寸法公差を有する化学気相堆積炭化ケイ素物品を対象とする。
【背景技術】
【０００２】
セラミック業界では多くのタイプの炭化ケイ素が知られている。各タイプは、それを製造するためのプロセスに従って分類される。各プロセスは、１以上の異なる物理的または構造的特性を有する炭化ケイ素を提供する。異なるタイプの炭化ケイ素の例には、化学気相堆積炭化ケイ素、反応焼結炭化ケイ素、焼結炭化ケイ素、ホットプレス炭化ケイ素、および発泡炭化ケイ素が含まれる。様々な種類の炭化ケイ素は、１以上の重複する特性を有し得るが、それらは同一ではなく、それぞれは、Ｘ線回折解析および化学分析によって容易に区別される。様々な炭化ケイ素の異なる物理的、構造的特性は、多くの場合、それらの用途を決定する。
【０００３】
化学気相堆積炭化ケイ素（ＣＶＤ−ＳｉＣ）は、これを特殊材料用途に非常に適したものにする特性の組み合わせを有する。ＣＶＤ−ＳｉＣは、高い熱伝導性、化学安定性および酸化安定性、熱安定性、硬質性、耐スクラッチ性、電気抵抗性、並びに理論密度を有し得る。ＣＶＤ−ＳｉＣが非常に好適である用途の例には、半導体処理で使用されるウエハーボート、ウェットベンチ洗浄で使用されるウエハーキャリア、半導体処理チャンバで使用される備品、光学望遠鏡構造体、光学ベンチ、および半導体炉への挿入、半導体炉からの取り出しの過程において半導体ウエハーを保持するためのエンドエフェクタ（ｅｎｄ ｅｆｆｅｃｔｏｒ）などが含まれる。
【０００４】
例えば、半導体ウエハーの処理には、例えば腐食性化合物（例えばＨＦ）などを用いた腐食条件への暴露、高温及び急速熱サイクルといった厳しい条件を伴う。したがって、炉の備品およびウエハーボートは、かかる厳しい条件に耐える必要がある。半導体ウエハーを処理する一つの方法は、急速熱処理（ＲＴＰ）を伴う。かかる処理は、急速熱アニーリング装置（ＲＴＡ）で行われる。半導体ウエハーは、数秒オーダーの期間に、室温から４００℃〜１４００℃の温度までのＲＴＡにおいて処理される。かかる厳しい条件は、多くの場合、備品およびウエハーボート内に傷および割れの形成をもたらし、材料の表面から備品およびボートへの材料の脱落を生じることとなる。備品およびボートが損傷すると交換が必要になり、材料の表面からの材料の脱落は、ウエハーの汚染をもたらし、損失および費用増大を生じることになる。
【０００５】
半導体産業では、ＣＶＤ−ＳｉＣが、半導体処理に伴う厳しい条件に耐えることができ、備品およびウエハーボートの構築のための優れた材料であると評価されている。ＣＶＤ−ＳｉＣ以前には、石英、および後に、焼結炭化ケイ素が、備品およびボートのための材料として使用されていた。しかしながら、これらの材料は共に、一般に、厳しい処理条件に耐えるのに適さず、しばしば、交換される必要があった。また、ウエハー製造で使用される材料との熱的非適合性も、ウエハーへの損傷をもたらし、製造に際して損失および余分な費用を生じる。
【０００６】
ＣＶＤ−ＳｉＣは、特殊用途で非常に望ましい多くの特性を有するが、これらの同じ特性のいくつかは、ＣＶＤ−ＳｉＣを物品に加工するのが難しい材料にする。例えば、その硬さは、ＣＶＤ−ＳｉＣを機械加工するのを難しくする。ＣＶＤ−ＳｉＣは、単一の、モノリシックな堆積シートまたはブロックから実際に加工するのに過度に形状が複雑でかさばる物品を加工する際に、相当の難題を生じる。ＣＶＤ−ＳｉＣの高い密度、すなわち理論密度は、最小限もしくはゼロの空隙率をもたらす。空隙率は、例えば焼結炭化ケイ素など、他のタイプの炭化ケイ素における接着剤を用いた部品結合を促進する。
【０００７】
様々なタイプの炭化ケイ素の部品を結合するいくつかの技術が提案されている。これらには、ダイレクトボンディング、中間層および素地（ｇｒｅｅｎ ｂｏｄｙ）の共高密度化（ｃｏｄｅｎｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ）、好適な炭化ケイ素粉末のホットプレス、高分子前駆体を用いた結合、ろう付けおよび反応性金属結合、加圧燃焼反応、テープおよびマイクロ波結合の使用する及び使用しないの反応が挙げられる。これらの技術は、例えば炉環境を汚染する充填材料の使用、結合部が高い供給温度に耐えられないこと、結合処理の過程における非常に高い温度または圧力の必要性などの１以上の欠点のために、半導体用途では限られた有用性しかもたない。
【０００８】
Ｇｏｅｌａらの米国特許第５６８３０２８号明細書には、２つのＣＶＤ−ＳｉＣ部品間の雄／雌結合部を固定する化学的手段が開示されている。この特許では、４つのモノリシックなＣＶＤ−ＳｉＣロッドからなるウエハーボートが開示されている。各ロッドは、個々の端板内の対応する雌型受口中に滑り込んで単一物品を形成する２つの雄型結合部材を有する。結合部は、固体シリコンシーラントで固定される。このシリコンは、結合部において粉末として適用され、そこで溶解するまで加熱される。次いで、シリコンを冷却、固めさせて部品同士を結合する。結合部は、ＣＶＤ−ＳｉＣの被覆でさらに固定されてもよい。
【０００９】
米国特許第５６８３０２８号明細書に開示されている物品は、多くの従来のウエハーボートに優る改善された物品であるが、かかる物品は、製造の過程において結合部における厳しい寸法公差を要求する。典型的に、かかる寸法公差は、±０．０１ｍｍ〜０．０５ｍｍの範囲内の正確さでなければならない。要求される公差がより厳しいほど、機械加工並びに部品を位置づけるための取り付け及び処理における誤差の余地が少なくなる。かかる物品は、物品の異なる部品を位置合わせする様々なタイプの固定装置を使って組み立てられる。しかしながら、位置合わせ工程の過程において、典型的に、部品間でいくらかの動きが生じる。この動きは、それらの結合部における部品のいくらかの位置合わせ不良を生じ、よって、公差範囲が±０．０１ｍｍ〜０．０５ｍｍより増大することがある。これは、多くの場合、例えばギャップなどの結合部の欠陥を生じる。かかるギャップは、結合部の強度を低減させ、レールなどの部品を、それらが結合されている端板に対してわずかに動かし、ボートをわずかに傾かせ、または端板を中心からずらすことがある。これは、端板の相互に対する真位置（ＴＰ）の大きさを増大させ、よって、結合部の位置合わせ不良を生じ、ウエハーボートを、本質的にその本来の目的には役立たないものにする。これは、多くの場合、物品が使用される厳しい条件における割れおよび破損の形成をもたらす。
【００１０】
ＴＰの増大は、半導体ウエハー処理における物品の位置決めに影響を及ぼす。例えば、縦型ウエハーボートは、一方の端板が炉内の台座上に載るように位置決めされる。許容可能なウエハー処理を実現するには、ボートは、台座に対して、数ミリメートルを超えて傾いてはならない。ＴＰ値は、典型的に、３ミリメートルを上回る。しかしながら、３ミリメートル以下のＴＰ値が求められるが、達成されることはまれであり、達成されないこともある。理想的には、ＴＰは０である。
【００１１】
また、ギャップは、ウエハー処理の前、およびウエハー処理の過程において汚染物質が集まる場所も提供する。洗浄処理では、多くの場合、ウエハー処理の前後に、かかる汚染物質を適切に除去できず、最終的には、半導体ウエハーを汚染し、損傷することになる。
【００１２】
また、寸法公差は、例えば前述の特許などにおけるように、結合部間の接着剤の適用および任意の加熱処理の過程においても影響を受けることがある。この場合もやはり、物品の部品を結合する結合部の強度が弱まり、使用時に傷および割れが形成されることになり得る。
【００１３】
ＣＶＤ−ＳｉＣは、典型的に、別のタイプの炭化ケイ素より硬い。したがって、ＣＶＤ−ＳｉＣ部品を機械加工することは、別のタイプの炭化ケイ素を機械加工するより難しい。ＣＶＤ−ＳｉＣでできた結合部で求められる厳しい公差を達成するにはより多くの時間と費用が必要とされる。
【特許文献１】米国特許第５６８３０２８号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
したがって、改善された化学気相堆積炭化ケイ素物品および該物品の部品を結合する方法が求められている。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
一態様では、物品は、焼結セラミックによって結合された少なくとも２つの化学気相堆積炭化ケイ素部品を含む。
【００１６】
別の態様では、物品は、両端部において、焼結セラミックによってそれぞれの端板に結合された複数のロッドを含み、複数のロッドおよび端板は、化学気相堆積炭化ケイ素からなる。
【００１７】
別の態様では、物品は、それぞれの端部の一方において、焼結セラミック結合部により背板の基部に結合された複数のロッドを含み、複数のロッドの両端部は、焼結セラミック結合部によって支持レールに結合され、複数のロッド、背板および支持レールは、化学気相堆積炭化ケイ素からなる。
【００１８】
別の態様では、方法は、１以上のセラミックを含むペースト、ゾルまたはスラリーを提供し；１以上のセラミックを含む該ペースト、ゾルまたはスラリーを、２つの化学気相堆積炭化ケイ素部品に適用してこれらの部品を結合し；該ペースト、ゾルまたはスラリーを乾燥させて、２つの化学気相堆積炭化ケイ素部品の周りに１以上のセラミックを含む乾燥した組成物を形成し；および２つの化学気相堆積炭化ケイ素部品の周りの１以上のセラミックを含む乾燥した組成物を焼結して焼結セラミック結合部を形成すること；を含む。
【００１９】
別の態様では、少なくとも、化学気相堆積炭化ケイ素物品の焼結セラミックが、化学気相堆積炭化ケイ素で被覆される。
【００２０】
焼結セラミックによって結合された部品を有する化学気相堆積炭化ケイ素の物品は、その組み立ての過程において厳しい公差を維持し、かつ結合部におけるギャップ形成を防止または低減する。セラミックは、スラリーとして結合部に適用され、および結合部品の周りに封（ｓｅａｌ）を形成してギャップ形成を防止する。これは、処理の過程における半導体ウエハーの粒子汚染を防止または低減し、物品洗浄における困難さを低減し、及び結合部の強度を増大させて、傷および割れの形成を低減する。加えて、物品のＴＰが、炭化ケイ素からなる多くの従来の物品と比べて、少なくともそれらの最も重要な位置合わせの位置において減少される。したがって、部品の嵌め合わせを、厳しい公差まで機械加工する必要がない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本明細書を通して使用する際、文脈で特に他を示さない限り、以下の略語は、以下の意味を有するものとする。℃＝摂氏〜度；ｍｍ＝ミリメートル；ｃｍ＝センチメートル；２．５４ｃｍ＝１インチ；ｓｌｐｍ＝標準リットル／分；ｔｏｒｒ＝０℃で１ｍｍの水銀を支持するのに必要な圧力；１ｍｍの水銀＝０．００１３２気圧（ａｔｍ）；１ａｔｍ＝１．０１３２５×１０６ダイン／ｃｍ２；μｍ＝ミクロン；ｐｐｂ＝十億分率；ＣＶＤ＝化学気相堆積された；ＳｉＣ＝炭化ケイ素；ＲＭＳ＝二乗平均平方根；ＯＤ＝外径；およびＴＰ＝真位置。
【００２２】
「真位置」という用語は、基準参照フィーチャー（ｆｅａｔｕｒｅ）との関係において、あるフィーチャーの点、線または面（通常は中心）の、完全な（正確な）位置として定義される。「モノリシック」という用語は、少なくとも９８％の理論密度を有する材料の単一の固体片を意味する。「結合部」という用語は、少なくとも２つの端部、面または縁部が接続されている領域を意味する。「結合」という用語は、複数の部品を一体化することを意味する。
【００２３】
あらゆる数値範囲は、境界値を含み、かつかかる数値範囲が合計１００％になるように制約されることが論理的である場合を除いては、任意の順序で組み合わせ可能である。
【００２４】
物品は、焼結セラミックによって結合された少なくとも２つのＣＶＤ−ＳｉＣ部品を含む。ＣＶＤ−ＳｉＣ部品と焼結セラミックの間に形成される結合部は、ＣＶＤ−ＳｉＣをはじめとする炭化ケイ素でできた物品の多くの従来の結合部よりも強い結合部を提供する。かかる結合部は、半導体ウエハー処理の厳しい条件に絶えることができ、３ｍｍ以下のＴＰを有する。加えて、ＣＶＤ−ＳｉＣと焼結セラミックの結合部は、結合部におけるギャップを形成することなく、より増加した寸法公差での物品の組み立てを可能にし、よって、厳しい半導体処理条件下での物品損傷の確率が低減する。
【００２５】
好適なＣＶＤ−ＳｉＣには、当分野で知られている任意のＣＶＤ−ＳｉＣが含まれる。典型的に、かかるＣＶＤ−ＳｉＣは、５０ｐｐｂ、あるいは例えば３０ｐｐｂまたは例えば１０ｐｐｂといった金属不純物総量を有する、高純度のＣＶＤ−ＳｉＣである。かかるＣＶＤ−ＳｉＣ材料には、これらに限らないが、β結晶ＣＶＤ−ＳｉＣ、αＣＶＤ−ＳｉＣ、ならびにαとβのＣＶＤ−ＳｉＣの混合物を有するＣＶＤ−ＳｉＣが含まれる。これには、これらに限らないが、立方βＣＶＤ−ＳｉＣ、ならびに立方晶および六方晶構造を有するβＣＶＤ−ＳｉＣが含まれる。かかるＣＶＤ−ＳｉＣは、当分野で知られ、文献に開示されている任意の好適な方法によって製造され得る。典型的に、ＣＶＤ−ＳｉＣは、モノリシック部品として形成される。かかるＣＶＤ−ＳｉＣは、少なくとも９０％の理論密度を有し得る。
【００２６】
典型的に、物品の部品を製造するのに使用されるＣＶＤ−ＳｉＣは、立方β結晶ＳｉＣである。立方β結晶ＣＶＤ−ＳｉＣを製造する方法の例は、米国特許第５３７４４１２号明細書および米国特許第５３５４５８０号明細書に開示されている。ガス状反応物質が、ＣＶＤ炉内で、例えばマンドレルなどの基体上に堆積されて、モノリシックな立方β結晶ＣＶＤ−ＳｉＣ部品が形成される。かかる方法は、Ｘ線回折解析によって示される場合に純粋な立方β結晶ＣＶＤ−ＳｉＣである立方β結晶ＣＶＤ−ＳｉＣを提供する。かかる立方β結晶ＣＶＤ−ＳｉＣのＸ線回折スペクトル上には、六方晶構造は観測されない。かかる立方β結晶ＣＶＤ−ＳｉＣは、少なくとも９８％の理論密度を有する。典型的に、この理論密度は、９８％から９９％である。
【００２７】
ＣＶＤ−ＳｉＣ部品は、所望の形状および粗度を提供するように機械加工され得る。従来の機械加工を使用してもよい。かかる方法は、当分野では周知であり、文献に開示されている方法によって得ることができる。焼結セラミック材料を用いてＣＶＤ−ＳｉＣ部品を結合することによって製造される物品では、従来の方法よりも高い寸法公差が許容されるため、結合部品を整合させるのにより少ない機械加工ですむ。これは、ＣＶＤ−ＳｉＣが硬質でありかつ正確に機械加工するのが難しい材料であるため、非常に望ましい。典型的に、結合部を構成する部品の部分は、最小限の機械加工がされる。結合部分の粗さおよび表面からの突出部は、焼結セラミックで被覆される。また、この粗さおよび突出部は、表面積を増大させて、結合部をさらに強化する。平均表面粗度Ｒａは０．２μｍから５μｍである。Ｒｍａｘは、２μｍから５０μｍまでの範囲とすることができる。
【００２８】
表面粗度を測定する任意の方法を使用することができる。１つの好適な方法が自己共分散関数である。自己共分散関数の、表面トポロジの決定への適用の記述については、Ｋｉｅｌｅｙらによる、「走査型プローブ顕微鏡による地形構造の定量化（Ｑｕａｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｔｏｐｏｇｒａｐｈｉｃ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｂｙ Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｐｒｏｂｅ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）」、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｖａｃｕｕｍ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｂ、第１５巻、第４号、１９９７年７／８月、第１４８３〜１４９３頁を参照されたい。粗度パラメータ、およびこれらのパラメータの値を決定する方法の詳細は、Ｓｔａｎｄａｒｄ ＡＳＭＥ Ｂ４６．１−２００２、「表面テクスチャ（表面粗度、うねりおよびレイ）（Ｓｕｒｆａｃｅ ｔｅｘｔｕｒｅ （Ｓｕｒｆａｃｅ Ｒｏｕｇｈｎｅｓｓ， Ｗａｖｉｎｅｓｓ ａｎｄ Ｌａｙ）」、米国機械学会（Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ）、２００３に提供されている。典型的に、表面フィーチャーの方向性表面トポグラフィは、原子間力分光法（ＡＦＭ）または光学表面形状測定装置を使って決定される。
【００２９】
これらの方法を使って、様々なサイズおよび形状の２つ以上のＣＶＤ−ＳｉＣ物品を結合することができる。かかる形状には、これらに限らないが、柱状、棒状、円柱状、板状、シート状、フィルム状、角棒状、平板状、円錐状、円錐台状、角錐状、偏菱形が含まれる。結合は、同じ形状の部品間のみならず、異なる形状を有する部品間でも行われ得る。
【００３０】
物品の結合部を形成するのに使用され得るセラミック材料には、所望の結合強度および寸法公差を可能にするセラミックが含まれる。かかるセラミック材料には、これらに限らないが、炭化ケイ素、窒化ケイ素、様々な酸化物、および、酸化物と炭化ケイ素との混合物を含む様々な酸化物の混合物が含まれる。かかる酸化物には、これらに限らないが、アルミニウム、ニッケル、ランタン、バリウム、亜鉛、リチウム、コバルト、カドミウム、セリウム、クロム、アンチモン、鉄、イットリウム、タンタル、タングステン、ストロンチウム、カルシウム、ビスマス、スズ、マンガン、マグネシウム、ジルコニウム、チタン、鉛、ニオブおよびケイ素の酸化物が含まれる。
【００３１】
その他の好適なセラミックには、これらに限らないが、原料鉱物材料が含まれる。かかる原料鉱物材料には、これらに限らないが、頁岩、石器、粘土、ボーキサイト、カヤナイト、ベントナイト、カオリン、葉ろう石、滑石、長石、霞石閃長岩、珪灰石、リシア輝石、フリント（石英）、ジルコン、ジルコン酸塩およびコーデライトが含まれる。かかる原料鉱物材料の混合物も使用され得る。これらの原料鉱物は、酸化物セラミック、窒化ケイ素および炭化ケイ素の１以上と混合されてもよい。
【００３２】
セラミックは、ペースト、ゾルまたはスラリーの形で結合部に適用される。通常のペースト、ゾルおよびスラリー、ならびにこれらを製造する通常の方法が使用されてもよい。セラミックは、通常の量で含まれる。典型的に、セラミックは、組成物の２０重量％〜８０重量％の量で含まれる。
【００３３】
１以上のセラミックに加えて、ペースト、ゾルおよびスラリーは、１以上の結合剤、ビヒクル、可塑剤、分散剤、焼結助剤、および当分野でよく知られている様々な通常の処理助剤のような成分の混合物を含む。これらの各成分の量は、通常どおりであり、それがペーストであるか、ゾルであるか、それともスラリーであるかに依存し変化する。各量は、当分野の技術者にはよく知られている。
【００３４】
典型的に、結合剤は有機物である。かかる有機結合剤には、これらに限らないが、ワックス、熱硬化性樹脂、ゴム、ポリビニルアルコール、ポリ酢酸ビニル、セルロース、ポリカルボシラン、ポリエチレングリコール、熱可塑性樹脂、およびこれらの混合物が含まれる。典型的に、かかる結合剤は、１以上のメチルセルロース、ポリ酢酸ビニル、アクリル樹脂、およびデキストリンである。結合剤は、０．５重量％から５０重量％まで範囲の量とすることができる。
【００３５】
分散剤は、セラミック材料を分散させ、懸濁させるのに使用される。かかる分散剤には、これらに限らないが、ポリアクリル酸、アクリル／マレイン酸共重合体、ラウリルスルフェート、ドデシルベンゼンスルホネート、ピロホスフェート、およびアンモニウム塩やアルカリ塩などの水溶性塩が含まれる。典型的に、分散剤は、０．５重量％から１０重量％の量で使用される。
【００３６】
可塑剤には、水溶性可塑剤と水不溶性可塑剤の両方が含まれる。かかる可塑剤には、これらに限らないが、水、エチレングリコール、ポリエチレングリコール、グリセリン、ジブチルフタレート、ジメチルフタレート、およびこれらの混合物が含まれる。典型的に、可塑剤は、１重量％から１５重量％の量で含まれる。
【００３７】
焼結助剤には、典型的に、結合剤として使用される有機化合物の多く、およびその他の通常の有機焼結助剤が含まれる。その他の焼結助剤には、これらに限らないが、無機化合物、例えば炭化ホウ素、Ｍｇ３Ｎ２、ＡｌＮなど、および様々な酸化物、例えば、ＭｇＯ、ＣｅＯ２、ＺｒＯ２、ＢｅＯ、Ｙ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３などが含まれる。典型的に、焼結助剤は、０．５重量％から１０重量％の量で含まれる。
【００３８】
ビヒクルには、水、有機溶剤、およびこれらの混合物が含まれる。かかる有機溶剤には、これらに限らないが、ジメチルホルムアミド、メトキシエタノール、酢酸、アルコールおよびグリコールが含まれる。典型的には、ビヒクルは水溶性である。組成物には、組成物を所望の容積および粘度にするのに十分な量のビヒクルが加えられる。
【００３９】
成分は、通常の装置を使って混合され得る。成分の混合は、室温でなされてもよく、又は、混合物中の成分を均一に分散させ、様々な成分をより混合しやすくするのに十分な温度まで加熱されてもよい。セラミック材料は、粉末または粒の形状で使用され、均一な、または均質な分散の形成を可能にする任意の粒子サイズのものとすることができる。粒子サイズは、通常通りのものである。典型的に、粒子サイズは、０．０５μｍから１０００μｍまでの範囲にわたり、例えば、１０μｍから５００μｍまで、あるいは２５μｍ２５０μｍまでなどである。前述のその他の成分の場合と同様に、粒子の多くは商業的に入手可能であり、または文献に開示されている方法にしたがって製造することもできる。
【００４０】
ペースト、ゾルまたはスラリーは、当分野で知られている任意の好適な手段によって適用され得る。典型的に、これらは、結合部を構成する部品間の間隙に適用されると共に、部品の結合部分を覆う。セラミックは、例えばブラシやへらなど任意の好適な道具で適用される。セラミックは、部品間の間隙にいかなるギャップもないなめらかの表面が形成され、突出する任意の部品を覆うように適用される。いかなるギャップも、追加のセラミック材料で被覆され、滑らかにならされ得る。かかるギャップは、結合部に弱点を生じ、処理および使用に際して、物品部品の位置合わせ不良をもたらし得る。２つ以上のＣＶＤ−ＳｉＣ部品が、セラミックペースト、ゾルまたはスラリーで結合されてもよい。結合部の部品のいずれかがうまく適合しない場合、それらは、セラミック材料で覆うことができる。したがって、各部品は、厳しい公差を必要とする従来の物品とは対照的に、相互に接する必要がない。したがって、厳しい寸法公差は不要である。
【００４１】
セラミックは適用された後、室温で乾燥して乾燥した組成物が形成される。次いで、なめらかな移行部となるまで研磨される。研磨は、任意の通常の方法でなされ得る。通常の等級の研磨紙が使用されても、任意の動力研磨工具が使用されてもよい。様々な肌理を有するダイアモンド工具が使用されてもよい。
【００４２】
通常の固定具を使って、セラミックが適用される間に２つ以上の部品が保持され、位置合わせされてもよい。これらの部品は、結合部の焼結後、最も重要な位置合わせのＴＰが、３ｍｍ以下、言い換えれば０より上に維持されるように保持され、かつ位置合わせされる。典型的に、最も重要な位置合わせのＴＰは、±０．５から１ｍｍの寸法公差では、１．５ｍｍから２ｍｍまでである。縦型ウエハーボートでは、、最も重要な位置合わせは、上部端板およびレールの、下部端板に対するＴＰである。例えばウェットベンチウエハーキャリアやリフタなどのその他の物品では、重要な寸法は、ロッドの背板に対する直角度、およびロッド同士の平行度である。任意の通常の方法を使って、物品のＴＰを測定することができる。方法には、これらに限らないが、座標測定機（ＣＭＭ）、Ｆａｒｏ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ， Ｉｎｃ．から入手可能なＦａｒｏＡｒｍ（商標）測定器、レーザトラッカ、またはその他の従来の３Ｄ測定技術が含まれる。
【００４３】
焼結は、当分野で知られている任意の好適な方法でなされ得る。通常の方法が使用され得る。一般に、セラミックが結合部に適用された後で、まだ固定具に固定されたままの物品が、焼結炉に入れられる。炉は、１５００℃から２１００℃の温度まで加熱される。焼結は、３０分から２４時間にわたって行われる。焼結は、セラミックを含有するペースト、ゾルまたはスラリー中のいかなる水分をも除去し、任意の有機結合剤およびその他の有機材料を炭化させて、結合部を固めさせる。結合部を形成するのに使用され得る焼結方法のさらなる例には、これらに限らないが、米国特許第４３５１７８７号明細書、米国特許第６０６５６１５号明細書、Ｄａｔｔａら、「炭化ホウ素を用いたドーピングによるナノ結晶性α炭化ケイ素の焼結（Ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ ｏｆ ｎａｎｏ ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ α ｓｉｌｉｃｏｎ ｃａｒｂｉｄｅ ｂｙ ｄｏｐｉｎｇ ｗｉｔｈ ｂｏｒｏｎ ｃａｒｂｉｄｅ）」、Ｂｕｌｌ． Ｍａｔｅｒ． Ｓｃｉ．、第２５巻、第３号、２００２年６月、第１８１〜１８９頁、およびＺｈｏｕら、「希土酸化物添加剤を用いて高密度化された炭化ケイ素の熱伝導率（Ｔｈｅｒｍａｌ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ ｏｆ ｓｉｌｉｃｏｎ ｃａｒｂｉｄｅ ｄｅｎｓｉｆｉｅｄ ｗｉｔｈ ｒａｒｅ−ｅａｒｔｈ ｏｘｉｄｅ ａｄｄｉｔｉｖｅｓ）」、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｔｈｅ Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｃｅｒａｍｉｃ Ｓｏｃｉｅｔｙ ２４（２００４）、２６５〜２７０頁に開示されている方法が含まれる。
【００４４】
２つ以上のＣＶＤ−ＳｉＣ部品を結合する焼結セラミック結合部は、ＣＶＤ−ＳｉＣでできたもの、あるいは当分野で知られている他のタイプのＳｉＣでできたものの何れのでも多くの従来のＳｉＣに優る改善された強度および安定性を有する。物品のＴＰは、多くの従来の物品のＴＰより狭い許容範囲内に維持される。したがって、大きな位置合わせ誤差の確率が低減される。これは、結合部内に、結合部を弱くするギャップが形成されるのを防ぎ、厳しい条件下での処理および使用の過程における物品への損傷の確率を低減する。さらに、ＴＰ範囲が３ｍｍ以下に維持されるため、製造時に±０．０１から０．０５ｍｍの厳密な寸法公差を維持するという困難性が回避される。
【００４５】
任意選択で、少なくとも結合部にＣＶＤ−ＳｉＣの被覆が堆積され得るが、物品全体がＣＶＤ−ＳｉＣの層で被覆されてもよい。被覆は、０．５ｍｍから３ｍｍまでの範囲の厚さを有し得る。典型的に、ＣＶＤ−ＳｉＣ被覆の厚さは、１ｍｍから２ｍｍまでの範囲とすることができる。ＣＶＤ−ＳｉＣ被覆は、当分野で知られている、ＣＶＤ−ＳｉＣを堆積させる任意の好適な方法で適用することができる。かかる方法の例は、米国特許第５３５４５８０号明細書および米国特許第５３７４４１２号明細書に開示されている。
【００４６】
ＣＶＤ−ＳｉＣ被覆の適用後に、軽微な機械加工を使って、物品表面上の任意の望ましくないでこぼこの部分を平滑化し、除去することができる。かかる軽微な機械加工は、物品のＴＰを有意に変更することはない。所望のＴＰを提供するために物品を正しく揃える微細な修正が必要とされることもあり得る。
【００４７】
これらの方法によって製造され得る物品の種類には、これらに限らないが、ウエハーボート、ウェットベンチ洗浄で使用されるウエハーキャリア、半導体処理チャンバ内で使用される備品、光学望遠鏡構造、光学ベンチ、ならびに挿入および取り出しの過程においてウエハーを保持するエンドエフェクタが含まれる。
【００４８】
図１、図２および図３に、半導体ウエハー処理のために複数の半導体ウエハーを保持するモノリシックなＣＶＤ−ＳｉＣ部品からなるウエハーボートの一実施形態を示す。ウエハーボート１００は、端板１１４の側面にある受口に挿入された複数のロッド１１２を含む。ロッド１１２は、焼結セラミック結合部１１６によって端板１１４に固定されている。図１、図２および図３に示す焼結セラミック結合部１１６は、閉じた結合部である。端板は、その中央に、半導体ウエハー処理時にガスを通すための穴１１８および１２０含む。焼結セラミック結合部１１６は、端板とロッドの結合部において凹面のフィレット半径（ｆｉｌｌｅｔ ｒａｄｉｕｓ）ｒを形成する。フィレット半径ｒは、３つの面１２２を有する。焼結セラミック結合部１１６は、２ｍｍのＣＶＤ−ＳｉＣ被覆を有する。ロッド１１２は、半導体ウエハーを保持する交互の溝１２６を有する複数の歯１２４を含む。
【００４９】
図１、図２および図３には、ウエハーボートの一実施形態が開示されている。ウエハーボートは、これらの図に開示されている実施形態だけに限定されるものではない。歯と溝の数および寸法は、様々なものとすることができる。通常の機械加工技術を使って、歯と溝の数および寸法を変えることもできる。また、穴も任意選択であり、ロッドの数も２から４まで変化し得る。ウエハーボートは、ロッドと板の結合部でフィレット半径を形成しない結合部を有していてもよい。
【００５０】
図４に、ウエハーボートの開いた結合部の一実施形態を示す。開いた結合部２００は、４つの面２０４を有する角型ロッド２０２を含み、図にはそのうちの２面だけが示されている。ロッド２０２は、板２０８の受口２０６に、受口の３つの側面２１０のいずれにも接しないように挿入されている。受口内のロッドの部分は、０．０５μｍから０．５μｍのＲａを有する。結合が完成すると、開いた結合部２００は、焼結セラミック材料（図示していない）で封止される。結合部は、結合部にさらなる強度と耐久性を提供するために、ＣＶＤ−ＳｉＣで被覆され得る。
【００５１】
図５に、ウエハーボートの開いた結合部の別の実施形態を示す。開いた結合部３００は、４つの面３０４を有する角型ロッド３０２を含み、図にはそのうちの２面だけが示されている。角型ロッド３０２は、基部３０６を有する。基部３０６は、基部の２つの対向する側面に２つの凹面裂溝３０８を含む。凹面裂溝３０８は、基部の長手方向に沿って延在し、角型ロッドの長手方向と直角をなす。各裂溝３０８は、角型ロッドの基部３０６の下部分にある平面３０９で終わる。角型ロッドは、端板３１２の側面にある受口３１０に挿入されている。角型ロッド３０２は、受口３１０の３つの側面３１４に接しないように受口に挿入されている。３つの側面３１４はそれぞれ、３つの連続する面３１６を有する。凹面裂溝および受口の側面の３つの面は、結合部の表面積を増大させ、よって、受口が焼結セラミック材料で埋められて完全な閉じた結合部が形成された後の結合部の強度を増大させる。想像線３１８は、セラミック材料が開いた結合部３００を埋める部分を示すものである。任意選択で、結合部に含まれる角型ロッドと受口の側面の部分は、０．０５μｍから０．５μｍのＲａの表面粗度を有し得る。
【００５２】
図６に、ウエハーボートの開いた結合部の別の実施形態を示す。開いた結合部４００は、４つの面４０４を有する角型ロッド４０２を含む。角型ロッド４０２の基部４０６は、角型ロッド４０２の対向する側面上に２つのくさび形裂溝４０８を含む。各くさび形裂溝４０８は、基部４０６の長手方向に延在し、角型ロッド４０２の長手方向と直角をなす。各くさび形裂溝は、２つの対向する面、すなわち上面４１０と下面４１２を含む。各面は、くさび形裂溝の開口部とは逆側の共通結合部４１４で結合されている。各下部裂溝４１２は、基部４０６の下部の各側面上のそれぞれの面４１６で終わる。角型ロッドは、端板４２０の受口４１８の３つの側面４２２のいずれにも接しないように、端板４２０の受口４１８に挿入されている。各側面４２２は、３つの連続する面４２４を有する。開いた結合部は、セラミック材料のペースト、ゾルまたはスラリーで埋められ、乾燥され、次いで、焼結されて、結合組成物を固定する。くさび形裂溝と、受口を画定する側面の各面とは、セラミック材料が適用される表面積を増大させ、結合部の強度を増大させる。任意選択で、結合部を構成する部品が、０．０５μｍから０．５μｍの粗度を有するように機械加工されてもよく、これにより結合部はさらに強化される。結合部は、ＣＶＤ−ＳｉＣで被覆されてもよい。
【００５３】
図７に、閉じた結合部の断面を示す。閉じた結合部５００は、３つの面、すなわち上面５０６、下面５０８、および上面と下面が交わる側面５１０を有するくさび形裂溝５０４を備える円形ロッド５０２を含み、くさび形裂溝は、ロッドを囲んでいる。くさび形裂溝は、ロッドの主要部分とその基部５１２とを隔てる。円形ロッド５０２は、端板５１４の側面にある受口に挿入されている。ロッドは、受口の各側面に接しない。受口は、その３つの側面５１６によって画定され、図７にはそのうちの２面が示されている。各側面は３つの連続する面５１８を有する。ロッドと、受口の各側面との間の間隙は、焼結セラミック５２０で埋められている。結合部全体、ならびにロッドおよび端板は、ＣＶＤ−ＳｉＣの層３２２で被覆されている。ロッドと端板の結合部には、フィレット半径ｒが形成されている。任意選択で、結合部に含まれるロッドの部分と、受口の各面が、０．０５μｍから０．５μｍの粗度Ｒａを提供するように機械加工されてもよい。
【００５４】
図８に、閉じた結合部の別の実施形態を示す。このタイプの結合部は、図９に示すようなウェットベンチキャリアまたはリフタにおいて見られる。閉じた結合部６００は、フラットロッド６０２を含み、フラットロッド６０２は、フラットロッド６０２の基部６０６近くにある受口６０４と、フラットロッド６０２の基部６０６にある２つの矩形裂溝６０８を含む。フラットロッド６０２は、受口６０４および矩形裂溝６０８と共に焼結セラミック６１２で埋められている背板６１０の背板受口に挿入されている。任意選択で、結合部を構成する部品は、所望の表面粗度Ｒａまで粗され、およびＣＶＤ−ＳｉＣで被覆されてもよい。
【００５５】
図９に、半導体ウエハー処理の過程において半導体ウエハーを支持するためのウェットベンチキャリアまたはリフタ７００を示す。背板７０２は、背板７０２の上端部に、ウエハー処理時にリフタを化学溶液に出し入れする機構にリフタを取り付けるための器具設置穴７０４および７０６を含む。ロッド７０８および７１０は、一端部において、図８に示すような焼結セラミック結合部によって背板７０２の基部に結合されている。ロッド７０８および７１０は、半導体ウエハー（図示せず）を支持するための複数の交互の歯７１２とギャップ７１４を含む。ロッドは、背板と反対の端部において、支持レール７１６で固定されており、支持レール７１６は、ロッドの長手方向と直角をなす。レールは、セラミック結合部でロッドに結合されている。
【００５６】
物品および結合部を、典型的な実施形態を用いて説明しているが、物品および結合部品は、前述の形状だけに限定されるものではなく、様々な幾何学的形状の部品を有する物品を含むことが想定されている。例えば、端板は、楕円形状のものだけでなく、矩形や三角形などの多角形とすることもできる。ロッドは、２面または４面を有し、あるいは円形であるのみならず、２面、３面またはそれ以上の面を有していてもよい。ロッドは、一般には、多角形である。さらに、ロッドの基部の表面、および受口を画定する端板の側面は、表面積を増大させ、焼結セラミック材料で埋められたときに結合部をさらにしっかり固定する任意の突出部を含むものも想定される。
【００５７】
図１〜図７で示すようなウエハーボートの最も重要な位置合わせの問題は、端板の相互に対するＴＰである。リフタに関しては、図８および図９に示すように、重要寸法は、ロッドの背板に対する直角度、およびロッドの相互に対する平行度である。典型的に、ＴＰは、±０．５から１ｍｍの寸法公差では、２ｍｍ以下である。例えば、ウエハーボートが縦型ボートであるとき、ＴＰは、ＦａｒｏＡｒｍ（商標）測定器を使って、下部端板によって生じる中央線に対する上部端板の位置を測定することによって決定される。測定器は、ボートが異なる位置で接触することを許容し、異なる空間的位置が、空間内の定常点（基準点）に対して計算される。下部板と下部板表面のＯＤが測定されて、下部板の中心を通り、下部板表面と直角をなす中心が求められる。次いで、上部板ＯＤが測定され、この中心線に対する上部板の中心位置が決定される。次いで、上部板が中心線からずれている距離に２を掛けてＴＰが計算される。横型ボートは、縦型ボートと同じ手順で測定される。横型ボートは、縦の位置に置かれ、ＦａｒｏＡｒｍ（商標）測定器を使って、下部端板によって生じる中心線に対する上部端板の位置を測定することによってＴＰが決定される。
【００５８】
以下の実施例は、本発明をさらに説明するものであり、本発明の範囲を限定するためのものではない。
【実施例】
【００５９】
実施例１（比較）
３種類の結合部を調製し、結合部の強度を試験するための標準的な試験法を用いてそれらの強度を試験した。２種類の結合部は、各端板の側方受口に挿入するための対応する角型ＣＶＤ−ＳｉＣロッドと共に円形ＣＶＤ−ＳｉＣ端板を含むものであった。第３の種類の結合部は、円形の焼結炭化ケイ素端板、および各端板の側方受口に挿入するための対応する角型焼結炭化ケイ素ロッドで構成されていた。ＣＶＤ−ＳｉＣ端板およびロッドは、従来のＣＶＤ−ＳｉＣ法で製造され、ローム・アンド・ハース・カンパニーの、米国マサチューセッツ州ウォバーン所在の同社Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ事業部から入手した。焼結炭化ケイ素端板およびロッドは、焼結炭化ケイ素に含浸させたケイ素を用いて従来の焼結法によって製造された。
【００６０】
第１の種類の結合部は、ＣＶＤ−ＳｉＣ端板の受口にＣＶＤ−ＳｉＣロッドを挿入して、従来の雄／雌型結合部を形成することにより形成した。公差は、ロッドと受口の間の側方ギャップが０．０１から０．０５ｍｍまでの範囲内になるように選択した。このギャップは、毛管作用が溶融ケイ素を側方ギャップに押し込むのに適するものであった。
【００６１】
ケイ素粉末を使って、結合部品を結合した。粉末は、Ｊｏｈｎｓｏｎ Ｍａｔｔｈｅｙ（Ａｓｅａｒ）から購入した。若干量のケイ素粉末を、受口内の板の下部に置き、ロッドを受け口に挿入した。各アセンブリを、４箱生産工程（ｆｏｕｒ−ｂｏｘ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｒｕｎ）のうちの１つの堆積箱に入れた。従来の固定具で部品を共に固定した。サンプルをアルゴン雰囲気中で１３６０℃の温度まで加熱した。堆積領域にメチルトリクロロシラン（ＭＴＳ）、水素ガスおよびアルゴンの混合物を通すことにより、炭化ケイ素を結合部上で堆積させた。以下の表１に堆積パラメータを示す。結合部上に２ｍｍの被覆が形成されるまで炭化ケイ素堆積を続行した。
【００６２】
【表１】
【００６３】
炭化ケイ素の堆積が完了した後、堆積チャンバ温度を１４８５℃まで上げて、ケイ素を溶融状態にした。結合部を、１４８５℃で０．５時間維持した。次いで、堆積チャンバを冷却させ、結合部をチャンバから取り出した。次いで、すべての結合部を、割れがないかどうか目視検査した。どの結合部にも、目に見える、いかなる割れも傷もなかった。結合部を、２２０グリットのダイアモンド含浸研削砥石および工具を使って機械加工し、０．５μｍＲＭＳまで粗した結合部を形成した。
【００６４】
第２の結合部のセットを、７５重量％の炭化ケイ素粉末、結合剤としての７重量％のメチルセルロース、および１８重量％の水の混合によるスラリーから調製した。スラリーを、スリップキャストにより石膏型で成形し、次いで、成形されたスラリーを切断して、素地（ｇｒｅｅｎ ｂｏｄｙ）の端板およびバーを得た。結合部品を調製するのに使用したのと同じスラリーから作られた接着剤を、ロッドと端板の受口の結合部に適用した。従来の固定具を使って結合部の組み立てを行った。組み立て時の寸法公差を、０．０１から０．０５ｍｍに維持した。次いで、固定具に固定された結合部を焼結炉に入れ、１８００℃で６０分間焼き、焼結炭化ケイ素結合部を得た。
【００６５】
焼結が完了した後、炉を冷却させ、結合部を取り出し、検査した。傷も割れも見られなかった。次いで、２２０グリットのダイアモンド含浸研削砥石を使って結合部を機械加工して、０．５μｍのＲＭＳまで粗した結合部を形成した。
【００６６】
第３の結合部のセットを、ＣＶＤ−ＳｉＣロッドをＣＶＤ−ＳｉＣ端板の受口に挿入することにより形成した。ロッドの基部と、受口の側面を、２２０ダイアモンド含浸研削砥石を使って、Ｒａが０．１から０．５μｍになるように機械加工した。部品を、固定具を使って、寸法公差が０．１から０．５ｍｍになるように位置合わせした。７５重量％の炭化ケイ素、７重量％のメチルセルロースおよび１８重量％の水からなる炭化ケイ素スラリーを、へらで結合部に適用した。結合部に余分に適用して、結合組成物間の間隙を埋め、結合部を構成するロッドおよび端板の部分を覆った。結合部の周囲のスラリーを平滑化して、フィレット半径を形成した。スラリーを室温で乾燥させ、次いで、結合部に滑らかな移行部がもたらされるまで乾燥組成物を研磨した。
【００６７】
固定具で固定されたままの結合部を、焼結炉に入れた。焼結は、２０００℃で２４時間にわたって行った。次いで、炉を冷却させ、結合部を炉から取り出した。結合部には割れも傷も観測されなかった。
【００６８】
次いで、露出されたままである、結合部を除くロッドと端板上にＧｒａｐｈｏｉｌ（商標）マスク（黒鉛の薄いシート）を置いた。次いで、結合部を堆積チャンバに入れ、２ｍｍのＣＶＤ−ＳｉＣで被覆した。堆積条件および反応物は、上記表１に開示したとおりであった。チャンバが冷却した後、結合部を取り出し、結合部上のＣＶＤ−ＳｉＣ被覆を、２２０グリットのダイアモンド砥石を使って、０．５μｍのＲＭＳまで機械加工した。
【００６９】
次いで、３種類の結合部のそれぞれを標準的なＩｎｓｔｒｏｎ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｔｅｓｔｅｒ（インストロン機械的試験機）（商標）に入れて、結合部が破壊前に耐え得る負荷量を試験した。各結合部の端板を固定具に固定し、端板から、負荷（力）が加わるロッド上の点までの距離が２．５インチ（６．３ｃｍ）になるように、固定具から水平に突出するロッドを有する端板を保持した。次いで、Ｉｎｓｔｒｏｎ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｔｅｓｔｅｒ（商標）のヘッド（ロードセル）を、０．０２インチ／分（０．０５ｃｍ／分）の速度で動いてロッド部分を押し下げるようにセットした。ポンド単位の負荷値と負荷速度（インチ／分）を、従来のチャート式記録計に記録し、結合部が破損した点をチャート式記録計上で識別し、それを使って、ロッドを破損させたロッドにかかる負荷（力）を決定した。
【００７０】
結果は、平均で、焼結炭化ケイ素で結合されたＣＶＤ−ＳｉＣ部品を有するＣＶＤ−ＳｉＣ被覆結合部は、溶融ケイ素結合部を有するＣＶＤ−ＳｉＣ被覆結合部より３５％強く、全部が焼結炭化ケイ素からなる結合部よりも２０％を上回る強さであることを示した。したがって、焼結炭化ケイ素で結合された部品を有するＣＶＤ−ＳｉＣ被覆結合部は、従来の結合部に優る改善された強度を有していた。
【００７１】
実施例２（比較）
それぞれの部品を結合する結合部の種類で区別される３種類のウエハーボートをＣＶＤ−ＳｉＣで調製し、それらのＴＰを比較した。ＣＶＤ−ＳｉＣ部品は、化学気相堆積炉内で、適切な形状およびサイズを有する黒鉛マンドレル上に炭化ケイ素を堆積することにより調製した。使用した反応成分およびパラメータは、以下の表２に開示するとおりである。
【００７２】
【表２】
【００７３】
マンドレル上で部品を形成した後、それらを取り出し、２２０グリットのダイアモンド工具を使って機械加工して、堆積時に形成された望ましくない粗面を除去し、部品を成形した。次いで、部品を組み立てて、それぞれが異なる種類の結合アセンブリを有する３つのウエハーボートを形成した。各ボートは、その両端で端板により結合された３本の角型ロッドを含んでいた。すべてのボートを、通常の固定具で組み立てて、それらの部品を所望の寸法公差になるように適正に位置合わせした。
【００７４】
第１の種類のボードは、ロッドを端板に保持するくさび形結合部を有した。各ロッドの両端に傾斜を付け、端板の矩形受口に挿入した。ロッドの傾斜の付いた端部と補完し合うＣＶＤ−ＳｉＣウェッジを、端板の対向する側面に挿入して、ロッドを端板に固定する。組み立て後、すべての結合部においてロッドと端板の間に小さいギャップが観測された。
【００７５】
第２の種類のボートは、端板の側面に開いた補完的受口に挿入されたロッド端部を有するものであった。ロッドを、ロッドの長手方向と直角にロッドの穴に挿入されるＣＶＤ−ＳｉＣピンで端板に固定した。補完的な端板の穴は、ピンを、ロッドの穴を通って端板自体まで貫通させて、ロッドを端板に固定するものである。組み立て後、すべての結合部においてロッドと端板の間の小さいギャップが観測された。
【００７６】
第３の種類のボードは、相互に補完し合わない端板の側面受口に入るロッド端部を有するものであった。それら部品は、ロッドが、他の２種類の結合部の場合のような、受口の側面に接するように嵌合し合うものではなかった。ロッドと、端板の側面の間には空間が生じた。それら部品を、結合部において、７５重量％の炭化ケイ素粉末、７重量％のメチルセルロースおよび１８重量％の水からなる過剰のスラリーを適用することによって固定した。結合部全体をスラリーで被覆し、次いで、平滑化して結合部の周りにフィレット半径を形成した。スラリーを室温で乾燥させ、次いで、研磨してなめらかな移行面を形成した。次いで、ボートを固定具で固定して焼結炉に入れ、２０００℃で２４時間加熱した。炉が冷却した後、ボートを取り出した。焼結炭化ケイ素で固定されたどの結合部の周りにも、傷も割れもギャップも観測されなかった。
【００７７】
全３種類のボートのそれぞれに対する端板のＴＰを、従来のＦａｒｏＡｒｍ（商標）３Ｄ測定技術を使って決定した。測定プロセスでは、各ボートを縦型ウエハーボートとして扱った。上部端板の位置を、下部端板によって生じる中心線に対して測定した。下部端板および下部端板表面のＯＤを測定して、下部端板の中心を通り、下部端板表面と直角をなす中心を決定した。次いで、上部端板ＯＤを決定し、この中心線に対する上部端板の中心位置を決定した。くさび形結合ボートのＴＰは５．１０ｍｍと決定され、ピン留め結合部を有するボートのＴＰは３．０６ｍｍであり、焼結結合部を有するボートのＴＰは２．２７ｍｍであった。この結果は、焼結結合部が、ピン止め結合部より３５％優れ、くさび形結合部より１２５％優れていることを示した。
【００７８】
さらに、焼結結合部には、くさび形結合部およびピン留め結合部の場合のような割れも傷もギャップも観測されなかった。くさび形結合およびピン止め結合の結合部で観測されたギャップは、ロッドが端板に対して移動させることができ、ボートが傾斜し、または端板を別の中心線上にくる余地を与える。言い換えれば、これは、上記結果に示すように、各ボートのＴＰを望ましくなく増大させる。また、ギャップは、ロッドおよび端板の膨張により、実装、処理および加熱に際しての位置合わせ不良も引き起こし得る。これに対して、焼結結合部を有するボートにはギャップがない。したがって、ＴＰがより適切であり、位置合わせ不良の確率が低減される。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】レールが焼結セラミックによって端板に固定されている化学気相堆積炭化ケイ素ウエハーボートを示す斜視図である。
【図２】化学気相堆積炭化ケイ素ウエハーボートの、端板と焼結セラミックによって端板に固定されたレールとをレールの歯と溝が見えるように示す図である。
【図３】フィレット半径を有する結合部を示す正面図である。
【図４】長方形のロッドが端板の受口に挿入されている開いた結合部を示す図である。
【図５】その基部に裂溝を有するロッドと、その側面のそれぞれに３つの面を有する端板とを備える、開いた結合部を示す図である。
【図６】くさび形の裂溝を有するロッドと、その側面のそれぞれに３つの面を有する端板とを備える、他の開いた結合部を示す図である。
【図７】セラミック結合剤およびＣＶＤ−ＳｉＣの被覆を示す閉じた結合部の断面図である。
【図８】結合部のセラミック結合剤の位置が示された、閉じた結合部の別の実施形態を示す正面図である。
【図９】半導体ウエハーを保持するリフタを示す斜視図である。
【符号の説明】
【００８０】
１００ ウェーハボート
１１２ ロッド
１１４ 端板
１１６ 焼結セラミック接合部
１１８ 穴
１２０ 穴
１２２ 面
１２４ 歯
１２６ 溝
２００ 接合部
２０２ 角型ロッド
２０４ 面
２０６ 受口
２０８ 板
２１０ 側面
３００ 接合部
３０２ 角型ロッド
３０４ 面
３０６ 基部
３０８ 凹面裂溝
３０９ 平面
３１０ 受口
３１２ 端板
３１４ 側面
３１６ 面
３１８ 想像線
４００ 接合部
４０２ 角型ロッド
４０４ 面
４０６ 基部
４０８ くさび形裂溝
４１０ 上面
４１２ 下面
４１４ 共通接合部
４１６ 面
４１８ 受口
４２０ 端板
４２２ 側面
４２４ 面
５００ 接合部
５０２ 円形ロッド
５０４ くさび形裂溝
５０６ 上面
５０８ 下面
５１０ 側面
５１２ 基部
５１４ 端板
５１６ 側面
５１８ 面
５２０ 焼結セラミック
６００ 接合部
６０２ フラットロッド
６０４ 受口
６０６ 基部
６０８ 矩形裂溝
６１０ 背板
６１２ 焼結セラミック
７００ リフタ
７０２ 背板
７０４ 器具設置穴
７０６ 器具設置穴
７０８ ロッド
７１０ ロッド
７１２ 歯
７１４ ギャップ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、化学気相堆積炭化ケイ素物品を対象とする。より詳細には、本発明は、改善された強度および寸法公差を有する化学気相堆積炭化ケイ素物品を対象とする。
【背景技術】
【０００２】
セラミック業界では多くのタイプの炭化ケイ素が知られている。各タイプは、それを製造するためのプロセスに従って分類される。各プロセスは、１以上の異なる物理的または構造的特性を有する炭化ケイ素を提供する。異なるタイプの炭化ケイ素の例には、化学気相堆積炭化ケイ素、反応焼結炭化ケイ素、焼結炭化ケイ素、ホットプレス炭化ケイ素、および発泡炭化ケイ素が含まれる。様々な種類の炭化ケイ素は、１以上の重複する特性を有し得るが、それらは同一ではなく、それぞれは、Ｘ線回折解析および化学分析によって容易に区別される。様々な炭化ケイ素の異なる物理的、構造的特性は、多くの場合、それらの用途を決定する。
【０００３】
化学気相堆積炭化ケイ素（ＣＶＤ−ＳｉＣ）は、これを特殊材料用途に非常に適したものにする特性の組み合わせを有する。ＣＶＤ−ＳｉＣは、高い熱伝導性、化学安定性および酸化安定性、熱安定性、硬質性、耐スクラッチ性、電気抵抗性、並びに理論密度を有し得る。ＣＶＤ−ＳｉＣが非常に好適である用途の例には、半導体処理で使用されるウエハーボート、ウェットベンチ洗浄で使用されるウエハーキャリア、半導体処理チャンバで使用される備品、光学望遠鏡構造体、光学ベンチ、および半導体炉への挿入、半導体炉からの取り出しの過程において半導体ウエハーを保持するためのエンドエフェクタ（ｅｎｄ ｅｆｆｅｃｔｏｒ）などが含まれる。
【０００４】
例えば、半導体ウエハーの処理には、例えば腐食性化合物（例えばＨＦ）などを用いた腐食条件への暴露、高温及び急速熱サイクルといった厳しい条件を伴う。したがって、炉の備品およびウエハーボートは、かかる厳しい条件に耐える必要がある。半導体ウエハーを処理する一つの方法は、急速熱処理（ＲＴＰ）を伴う。かかる処理は、急速熱アニーリング装置（ＲＴＡ）で行われる。半導体ウエハーは、数秒オーダーの期間に、室温から４００℃〜１４００℃の温度までのＲＴＡにおいて処理される。かかる厳しい条件は、多くの場合、備品およびウエハーボート内に傷および割れの形成をもたらし、材料の表面から備品およびボートへの材料の脱落を生じることとなる。備品およびボートが損傷すると交換が必要になり、材料の表面からの材料の脱落は、ウエハーの汚染をもたらし、損失および費用増大を生じることになる。
【０００５】
半導体産業では、ＣＶＤ−ＳｉＣが、半導体処理に伴う厳しい条件に耐えることができ、備品およびウエハーボートの構築のための優れた材料であると評価されている。ＣＶＤ−ＳｉＣ以前には、石英、および後に、焼結炭化ケイ素が、備品およびボートのための材料として使用されていた。しかしながら、これらの材料は共に、一般に、厳しい処理条件に耐えるのに適さず、しばしば、交換される必要があった。また、ウエハー製造で使用される材料との熱的非適合性も、ウエハーへの損傷をもたらし、製造に際して損失および余分な費用を生じる。
【０００６】
ＣＶＤ−ＳｉＣは、特殊用途で非常に望ましい多くの特性を有するが、これらの同じ特性のいくつかは、ＣＶＤ−ＳｉＣを物品に加工するのが難しい材料にする。例えば、その硬さは、ＣＶＤ−ＳｉＣを機械加工するのを難しくする。ＣＶＤ−ＳｉＣは、単一の、モノリシックな堆積シートまたはブロックから実際に加工するのに過度に形状が複雑でかさばる物品を加工する際に、相当の難題を生じる。ＣＶＤ−ＳｉＣの高い密度、すなわち理論密度は、最小限もしくはゼロの空隙率をもたらす。空隙率は、例えば焼結炭化ケイ素など、他のタイプの炭化ケイ素における接着剤を用いた部品結合を促進する。
【０００７】
様々なタイプの炭化ケイ素の部品を結合するいくつかの技術が提案されている。これらには、ダイレクトボンディング、中間層および素地（ｇｒｅｅｎ ｂｏｄｙ）の共高密度化（ｃｏｄｅｎｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ）、好適な炭化ケイ素粉末のホットプレス、高分子前駆体を用いた結合、ろう付けおよび反応性金属結合、加圧燃焼反応、テープおよびマイクロ波結合の使用する及び使用しないの反応が挙げられる。これらの技術は、例えば炉環境を汚染する充填材料の使用、結合部が高い供給温度に耐えられないこと、結合処理の過程における非常に高い温度または圧力の必要性などの１以上の欠点のために、半導体用途では限られた有用性しかもたない。
【０００８】
Ｇｏｅｌａらの米国特許第５６８３０２８号明細書には、２つのＣＶＤ−ＳｉＣ部品間の雄／雌結合部を固定する化学的手段が開示されている。この特許では、４つのモノリシックなＣＶＤ−ＳｉＣロッドからなるウエハーボートが開示されている。各ロッドは、個々の端板内の対応する雌型受口中に滑り込んで単一物品を形成する２つの雄型結合部材を有する。結合部は、固体シリコンシーラントで固定される。このシリコンは、結合部において粉末として適用され、そこで溶解するまで加熱される。次いで、シリコンを冷却、固めさせて部品同士を結合する。結合部は、ＣＶＤ−ＳｉＣの被覆でさらに固定されてもよい。
【０００９】
米国特許第５６８３０２８号明細書に開示されている物品は、多くの従来のウエハーボートに優る改善された物品であるが、かかる物品は、製造の過程において結合部における厳しい寸法公差を要求する。典型的に、かかる寸法公差は、±０．０１ｍｍ〜０．０５ｍｍの範囲内の正確さでなければならない。要求される公差がより厳しいほど、機械加工並びに部品を位置づけるための取り付け及び処理における誤差の余地が少なくなる。かかる物品は、物品の異なる部品を位置合わせする様々なタイプの固定装置を使って組み立てられる。しかしながら、位置合わせ工程の過程において、典型的に、部品間でいくらかの動きが生じる。この動きは、それらの結合部における部品のいくらかの位置合わせ不良を生じ、よって、公差範囲が±０．０１ｍｍ〜０．０５ｍｍより増大することがある。これは、多くの場合、例えばギャップなどの結合部の欠陥を生じる。かかるギャップは、結合部の強度を低減させ、レールなどの部品を、それらが結合されている端板に対してわずかに動かし、ボートをわずかに傾かせ、または端板を中心からずらすことがある。これは、端板の相互に対する真位置（ＴＰ）の大きさを増大させ、よって、結合部の位置合わせ不良を生じ、ウエハーボートを、本質的にその本来の目的には役立たないものにする。これは、多くの場合、物品が使用される厳しい条件における割れおよび破損の形成をもたらす。
【００１０】
ＴＰの増大は、半導体ウエハー処理における物品の位置決めに影響を及ぼす。例えば、縦型ウエハーボートは、一方の端板が炉内の台座上に載るように位置決めされる。許容可能なウエハー処理を実現するには、ボートは、台座に対して、数ミリメートルを超えて傾いてはならない。ＴＰ値は、典型的に、３ミリメートルを上回る。しかしながら、３ミリメートル以下のＴＰ値が求められるが、達成されることはまれであり、達成されないこともある。理想的には、ＴＰは０である。
【００１１】
また、ギャップは、ウエハー処理の前、およびウエハー処理の過程において汚染物質が集まる場所も提供する。洗浄処理では、多くの場合、ウエハー処理の前後に、かかる汚染物質を適切に除去できず、最終的には、半導体ウエハーを汚染し、損傷することになる。
【００１２】
また、寸法公差は、例えば前述の特許などにおけるように、結合部間の接着剤の適用および任意の加熱処理の過程においても影響を受けることがある。この場合もやはり、物品の部品を結合する結合部の強度が弱まり、使用時に傷および割れが形成されることになり得る。
【００１３】
ＣＶＤ−ＳｉＣは、典型的に、別のタイプの炭化ケイ素より硬い。したがって、ＣＶＤ−ＳｉＣ部品を機械加工することは、別のタイプの炭化ケイ素を機械加工するより難しい。ＣＶＤ−ＳｉＣでできた結合部で求められる厳しい公差を達成するにはより多くの時間と費用が必要とされる。
【特許文献１】米国特許第５６８３０２８号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
したがって、改善された化学気相堆積炭化ケイ素物品および該物品の部品を結合する方法が求められている。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
一態様では、物品は、焼結セラミックによって結合された少なくとも２つの化学気相堆積炭化ケイ素部品を含む。
【００１６】
別の態様では、物品は、両端部において、焼結セラミックによってそれぞれの端板に結合された複数のロッドを含み、複数のロッドおよび端板は、化学気相堆積炭化ケイ素からなる。
【００１７】
別の態様では、物品は、それぞれの端部の一方において、焼結セラミック結合部により背板の基部に結合された複数のロッドを含み、複数のロッドの両端部は、焼結セラミック結合部によって支持レールに結合され、複数のロッド、背板および支持レールは、化学気相堆積炭化ケイ素からなる。
【００１８】
別の態様では、方法は、１以上のセラミックを含むペースト、ゾルまたはスラリーを提供し；１以上のセラミックを含む該ペースト、ゾルまたはスラリーを、２つの化学気相堆積炭化ケイ素部品に適用してこれらの部品を結合し；該ペースト、ゾルまたはスラリーを乾燥させて、２つの化学気相堆積炭化ケイ素部品の周りに１以上のセラミックを含む乾燥した組成物を形成し；および２つの化学気相堆積炭化ケイ素部品の周りの１以上のセラミックを含む乾燥した組成物を焼結して焼結セラミック結合部を形成すること；を含む。
【００１９】
別の態様では、少なくとも、化学気相堆積炭化ケイ素物品の焼結セラミックが、化学気相堆積炭化ケイ素で被覆される。
【００２０】
焼結セラミックによって結合された部品を有する化学気相堆積炭化ケイ素の物品は、その組み立ての過程において厳しい公差を維持し、かつ結合部におけるギャップ形成を防止または低減する。セラミックは、スラリーとして結合部に適用され、および結合部品の周りに封（ｓｅａｌ）を形成してギャップ形成を防止する。これは、処理の過程における半導体ウエハーの粒子汚染を防止または低減し、物品洗浄における困難さを低減し、及び結合部の強度を増大させて、傷および割れの形成を低減する。加えて、物品のＴＰが、炭化ケイ素からなる多くの従来の物品と比べて、少なくともそれらの最も重要な位置合わせの位置において減少される。したがって、部品の嵌め合わせを、厳しい公差まで機械加工する必要がない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本明細書を通して使用する際、文脈で特に他を示さない限り、以下の略語は、以下の意味を有するものとする。℃＝摂氏〜度；ｍｍ＝ミリメートル；ｃｍ＝センチメートル；２．５４ｃｍ＝１インチ；ｓｌｐｍ＝標準リットル／分；ｔｏｒｒ＝０℃で１ｍｍの水銀を支持するのに必要な圧力；１ｍｍの水銀＝０．００１３２気圧（ａｔｍ）；１ａｔｍ＝１．０１３２５×１０６ダイン／ｃｍ２；μｍ＝ミクロン；ｐｐｂ＝十億分率；ＣＶＤ＝化学気相堆積された；ＳｉＣ＝炭化ケイ素；ＲＭＳ＝二乗平均平方根；ＯＤ＝外径；およびＴＰ＝真位置。
【００２２】
「真位置」という用語は、基準参照フィーチャー（ｆｅａｔｕｒｅ）との関係において、あるフィーチャーの点、線または面（通常は中心）の、完全な（正確な）位置として定義される。「モノリシック」という用語は、少なくとも９８％の理論密度を有する材料の単一の固体片を意味する。「結合部」という用語は、少なくとも２つの端部、面または縁部が接続されている領域を意味する。「結合」という用語は、複数の部品を一体化することを意味する。
【００２３】
あらゆる数値範囲は、境界値を含み、かつかかる数値範囲が合計１００％になるように制約されることが論理的である場合を除いては、任意の順序で組み合わせ可能である。
【００２４】
物品は、焼結セラミックによって結合された少なくとも２つのＣＶＤ−ＳｉＣ部品を含む。ＣＶＤ−ＳｉＣ部品と焼結セラミックの間に形成される結合部は、ＣＶＤ−ＳｉＣをはじめとする炭化ケイ素でできた物品の多くの従来の結合部よりも強い結合部を提供する。かかる結合部は、半導体ウエハー処理の厳しい条件に絶えることができ、３ｍｍ以下のＴＰを有する。加えて、ＣＶＤ−ＳｉＣと焼結セラミックの結合部は、結合部におけるギャップを形成することなく、より増加した寸法公差での物品の組み立てを可能にし、よって、厳しい半導体処理条件下での物品損傷の確率が低減する。
【００２５】
好適なＣＶＤ−ＳｉＣには、当分野で知られている任意のＣＶＤ−ＳｉＣが含まれる。典型的に、かかるＣＶＤ−ＳｉＣは、５０ｐｐｂ、あるいは例えば３０ｐｐｂまたは例えば１０ｐｐｂといった金属不純物総量を有する、高純度のＣＶＤ−ＳｉＣである。かかるＣＶＤ−ＳｉＣ材料には、これらに限らないが、β結晶ＣＶＤ−ＳｉＣ、αＣＶＤ−ＳｉＣ、ならびにαとβのＣＶＤ−ＳｉＣの混合物を有するＣＶＤ−ＳｉＣが含まれる。これには、これらに限らないが、立方βＣＶＤ−ＳｉＣ、ならびに立方晶および六方晶構造を有するβＣＶＤ−ＳｉＣが含まれる。かかるＣＶＤ−ＳｉＣは、当分野で知られ、文献に開示されている任意の好適な方法によって製造され得る。典型的に、ＣＶＤ−ＳｉＣは、モノリシック部品として形成される。かかるＣＶＤ−ＳｉＣは、少なくとも９０％の理論密度を有し得る。
【００２６】
典型的に、物品の部品を製造するのに使用されるＣＶＤ−ＳｉＣは、立方β結晶ＳｉＣである。立方β結晶ＣＶＤ−ＳｉＣを製造する方法の例は、米国特許第５３７４４１２号明細書および米国特許第５３５４５８０号明細書に開示されている。ガス状反応物質が、ＣＶＤ炉内で、例えばマンドレルなどの基体上に堆積されて、モノリシックな立方β結晶ＣＶＤ−ＳｉＣ部品が形成される。かかる方法は、Ｘ線回折解析によって示される場合に純粋な立方β結晶ＣＶＤ−ＳｉＣである立方β結晶ＣＶＤ−ＳｉＣを提供する。かかる立方β結晶ＣＶＤ−ＳｉＣのＸ線回折スペクトル上には、六方晶構造は観測されない。かかる立方β結晶ＣＶＤ−ＳｉＣは、少なくとも９８％の理論密度を有する。典型的に、この理論密度は、９８％から９９％である。
【００２７】
ＣＶＤ−ＳｉＣ部品は、所望の形状および粗度を提供するように機械加工され得る。従来の機械加工を使用してもよい。かかる方法は、当分野では周知であり、文献に開示されている方法によって得ることができる。焼結セラミック材料を用いてＣＶＤ−ＳｉＣ部品を結合することによって製造される物品では、従来の方法よりも高い寸法公差が許容されるため、結合部品を整合させるのにより少ない機械加工ですむ。これは、ＣＶＤ−ＳｉＣが硬質でありかつ正確に機械加工するのが難しい材料であるため、非常に望ましい。典型的に、結合部を構成する部品の部分は、最小限の機械加工がされる。結合部分の粗さおよび表面からの突出部は、焼結セラミックで被覆される。また、この粗さおよび突出部は、表面積を増大させて、結合部をさらに強化する。平均表面粗度Ｒａは０．２μｍから５μｍである。Ｒｍａｘは、２μｍから５０μｍまでの範囲とすることができる。
【００２８】
表面粗度を測定する任意の方法を使用することができる。１つの好適な方法が自己共分散関数である。自己共分散関数の、表面トポロジの決定への適用の記述については、Ｋｉｅｌｅｙらによる、「走査型プローブ顕微鏡による地形構造の定量化（Ｑｕａｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｔｏｐｏｇｒａｐｈｉｃ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｂｙ Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｐｒｏｂｅ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）」、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｖａｃｕｕｍ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｂ、第１５巻、第４号、１９９７年７／８月、第１４８３〜１４９３頁を参照されたい。粗度パラメータ、およびこれらのパラメータの値を決定する方法の詳細は、Ｓｔａｎｄａｒｄ ＡＳＭＥ Ｂ４６．１−２００２、「表面テクスチャ（表面粗度、うねりおよびレイ）（Ｓｕｒｆａｃｅ ｔｅｘｔｕｒｅ （Ｓｕｒｆａｃｅ Ｒｏｕｇｈｎｅｓｓ， Ｗａｖｉｎｅｓｓ ａｎｄ Ｌａｙ）」、米国機械学会（Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ）、２００３に提供されている。典型的に、表面フィーチャーの方向性表面トポグラフィは、原子間力分光法（ＡＦＭ）または光学表面形状測定装置を使って決定される。
【００２９】
これらの方法を使って、様々なサイズおよび形状の２つ以上のＣＶＤ−ＳｉＣ物品を結合することができる。かかる形状には、これらに限らないが、柱状、棒状、円柱状、板状、シート状、フィルム状、角棒状、平板状、円錐状、円錐台状、角錐状、偏菱形が含まれる。結合は、同じ形状の部品間のみならず、異なる形状を有する部品間でも行われ得る。
【００３０】
物品の結合部を形成するのに使用され得るセラミック材料には、所望の結合強度および寸法公差を可能にするセラミックが含まれる。かかるセラミック材料には、これらに限らないが、炭化ケイ素、窒化ケイ素、様々な酸化物、および、酸化物と炭化ケイ素との混合物を含む様々な酸化物の混合物が含まれる。かかる酸化物には、これらに限らないが、アルミニウム、ニッケル、ランタン、バリウム、亜鉛、リチウム、コバルト、カドミウム、セリウム、クロム、アンチモン、鉄、イットリウム、タンタル、タングステン、ストロンチウム、カルシウム、ビスマス、スズ、マンガン、マグネシウム、ジルコニウム、チタン、鉛、ニオブおよびケイ素の酸化物が含まれる。
【００３１】
その他の好適なセラミックには、これらに限らないが、原料鉱物材料が含まれる。かかる原料鉱物材料には、これらに限らないが、頁岩、石器、粘土、ボーキサイト、カヤナイト、ベントナイト、カオリン、葉ろう石、滑石、長石、霞石閃長岩、珪灰石、リシア輝石、フリント（石英）、ジルコン、ジルコン酸塩およびコーデライトが含まれる。かかる原料鉱物材料の混合物も使用され得る。これらの原料鉱物は、酸化物セラミック、窒化ケイ素および炭化ケイ素の１以上と混合されてもよい。
【００３２】
セラミックは、ペースト、ゾルまたはスラリーの形で結合部に適用される。通常のペースト、ゾルおよびスラリー、ならびにこれらを製造する通常の方法が使用されてもよい。セラミックは、通常の量で含まれる。典型的に、セラミックは、組成物の２０重量％〜８０重量％の量で含まれる。
【００３３】
１以上のセラミックに加えて、ペースト、ゾルおよびスラリーは、１以上の結合剤、ビヒクル、可塑剤、分散剤、焼結助剤、および当分野でよく知られている様々な通常の処理助剤のような成分の混合物を含む。これらの各成分の量は、通常どおりであり、それがペーストであるか、ゾルであるか、それともスラリーであるかに依存し変化する。各量は、当分野の技術者にはよく知られている。
【００３４】
典型的に、結合剤は有機物である。かかる有機結合剤には、これらに限らないが、ワックス、熱硬化性樹脂、ゴム、ポリビニルアルコール、ポリ酢酸ビニル、セルロース、ポリカルボシラン、ポリエチレングリコール、熱可塑性樹脂、およびこれらの混合物が含まれる。典型的に、かかる結合剤は、１以上のメチルセルロース、ポリ酢酸ビニル、アクリル樹脂、およびデキストリンである。結合剤は、０．５重量％から５０重量％まで範囲の量とすることができる。
【００３５】
分散剤は、セラミック材料を分散させ、懸濁させるのに使用される。かかる分散剤には、これらに限らないが、ポリアクリル酸、アクリル／マレイン酸共重合体、ラウリルスルフェート、ドデシルベンゼンスルホネート、ピロホスフェート、およびアンモニウム塩やアルカリ塩などの水溶性塩が含まれる。典型的に、分散剤は、０．５重量％から１０重量％の量で使用される。
【００３６】
可塑剤には、水溶性可塑剤と水不溶性可塑剤の両方が含まれる。かかる可塑剤には、これらに限らないが、水、エチレングリコール、ポリエチレングリコール、グリセリン、ジブチルフタレート、ジメチルフタレート、およびこれらの混合物が含まれる。典型的に、可塑剤は、１重量％から１５重量％の量で含まれる。
【００３７】
焼結助剤には、典型的に、結合剤として使用される有機化合物の多く、およびその他の通常の有機焼結助剤が含まれる。その他の焼結助剤には、これらに限らないが、無機化合物、例えば炭化ホウ素、Ｍｇ３Ｎ２、ＡｌＮなど、および様々な酸化物、例えば、ＭｇＯ、ＣｅＯ２、ＺｒＯ２、ＢｅＯ、Ｙ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３などが含まれる。典型的に、焼結助剤は、０．５重量％から１０重量％の量で含まれる。
【００３８】
ビヒクルには、水、有機溶剤、およびこれらの混合物が含まれる。かかる有機溶剤には、これらに限らないが、ジメチルホルムアミド、メトキシエタノール、酢酸、アルコールおよびグリコールが含まれる。典型的には、ビヒクルは水溶性である。組成物には、組成物を所望の容積および粘度にするのに十分な量のビヒクルが加えられる。
【００３９】
成分は、通常の装置を使って混合され得る。成分の混合は、室温でなされてもよく、又は、混合物中の成分を均一に分散させ、様々な成分をより混合しやすくするのに十分な温度まで加熱されてもよい。セラミック材料は、粉末または粒の形状で使用され、均一な、または均質な分散の形成を可能にする任意の粒子サイズのものとすることができる。粒子サイズは、通常通りのものである。典型的に、粒子サイズは、０．０５μｍから１０００μｍまでの範囲にわたり、例えば、１０μｍから５００μｍまで、あるいは２５μｍ２５０μｍまでなどである。前述のその他の成分の場合と同様に、粒子の多くは商業的に入手可能であり、または文献に開示されている方法にしたがって製造することもできる。
【００４０】
ペースト、ゾルまたはスラリーは、当分野で知られている任意の好適な手段によって適用され得る。典型的に、これらは、結合部を構成する部品間の間隙に適用されると共に、部品の結合部分を覆う。セラミックは、例えばブラシやへらなど任意の好適な道具で適用される。セラミックは、部品間の間隙にいかなるギャップもないなめらかの表面が形成され、突出する任意の部品を覆うように適用される。いかなるギャップも、追加のセラミック材料で被覆され、滑らかにならされ得る。かかるギャップは、結合部に弱点を生じ、処理および使用に際して、物品部品の位置合わせ不良をもたらし得る。２つ以上のＣＶＤ−ＳｉＣ部品が、セラミックペースト、ゾルまたはスラリーで結合されてもよい。結合部の部品のいずれかがうまく適合しない場合、それらは、セラミック材料で覆うことができる。したがって、各部品は、厳しい公差を必要とする従来の物品とは対照的に、相互に接する必要がない。したがって、厳しい寸法公差は不要である。
【００４１】
セラミックは適用された後、室温で乾燥して乾燥した組成物が形成される。次いで、なめらかな移行部となるまで研磨される。研磨は、任意の通常の方法でなされ得る。通常の等級の研磨紙が使用されても、任意の動力研磨工具が使用されてもよい。様々な肌理を有するダイアモンド工具が使用されてもよい。
【００４２】
通常の固定具を使って、セラミックが適用される間に２つ以上の部品が保持され、位置合わせされてもよい。これらの部品は、結合部の焼結後、最も重要な位置合わせのＴＰが、３ｍｍ以下、言い換えれば０より上に維持されるように保持され、かつ位置合わせされる。典型的に、最も重要な位置合わせのＴＰは、±０．５から１ｍｍの寸法公差では、１．５ｍｍから２ｍｍまでである。縦型ウエハーボートでは、、最も重要な位置合わせは、上部端板およびレールの、下部端板に対するＴＰである。例えばウェットベンチウエハーキャリアやリフタなどのその他の物品では、重要な寸法は、ロッドの背板に対する直角度、およびロッド同士の平行度である。任意の通常の方法を使って、物品のＴＰを測定することができる。方法には、これらに限らないが、座標測定機（ＣＭＭ）、Ｆａｒｏ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ， Ｉｎｃ．から入手可能なＦａｒｏＡｒｍ（商標）測定器、レーザトラッカ、またはその他の従来の３Ｄ測定技術が含まれる。
【００４３】
焼結は、当分野で知られている任意の好適な方法でなされ得る。通常の方法が使用され得る。一般に、セラミックが結合部に適用された後で、まだ固定具に固定されたままの物品が、焼結炉に入れられる。炉は、１５００℃から２１００℃の温度まで加熱される。焼結は、３０分から２４時間にわたって行われる。焼結は、セラミックを含有するペースト、ゾルまたはスラリー中のいかなる水分をも除去し、任意の有機結合剤およびその他の有機材料を炭化させて、結合部を固めさせる。結合部を形成するのに使用され得る焼結方法のさらなる例には、これらに限らないが、米国特許第４３５１７８７号明細書、米国特許第６０６５６１５号明細書、Ｄａｔｔａら、「炭化ホウ素を用いたドーピングによるナノ結晶性α炭化ケイ素の焼結（Ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ ｏｆ ｎａｎｏ ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ α ｓｉｌｉｃｏｎ ｃａｒｂｉｄｅ ｂｙ ｄｏｐｉｎｇ ｗｉｔｈ ｂｏｒｏｎ ｃａｒｂｉｄｅ）」、Ｂｕｌｌ． Ｍａｔｅｒ． Ｓｃｉ．、第２５巻、第３号、２００２年６月、第１８１〜１８９頁、およびＺｈｏｕら、「希土酸化物添加剤を用いて高密度化された炭化ケイ素の熱伝導率（Ｔｈｅｒｍａｌ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ ｏｆ ｓｉｌｉｃｏｎ ｃａｒｂｉｄｅ ｄｅｎｓｉｆｉｅｄ ｗｉｔｈ ｒａｒｅ−ｅａｒｔｈ ｏｘｉｄｅ ａｄｄｉｔｉｖｅｓ）」、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｔｈｅ Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｃｅｒａｍｉｃ Ｓｏｃｉｅｔｙ ２４（２００４）、２６５〜２７０頁に開示されている方法が含まれる。
【００４４】
２つ以上のＣＶＤ−ＳｉＣ部品を結合する焼結セラミック結合部は、ＣＶＤ−ＳｉＣでできたもの、あるいは当分野で知られている他のタイプのＳｉＣでできたものの何れのでも多くの従来のＳｉＣに優る改善された強度および安定性を有する。物品のＴＰは、多くの従来の物品のＴＰより狭い許容範囲内に維持される。したがって、大きな位置合わせ誤差の確率が低減される。これは、結合部内に、結合部を弱くするギャップが形成されるのを防ぎ、厳しい条件下での処理および使用の過程における物品への損傷の確率を低減する。さらに、ＴＰ範囲が３ｍｍ以下に維持されるため、製造時に±０．０１から０．０５ｍｍの厳密な寸法公差を維持するという困難性が回避される。
【００４５】
任意選択で、少なくとも結合部にＣＶＤ−ＳｉＣの被覆が堆積され得るが、物品全体がＣＶＤ−ＳｉＣの層で被覆されてもよい。被覆は、０．５ｍｍから３ｍｍまでの範囲の厚さを有し得る。典型的に、ＣＶＤ−ＳｉＣ被覆の厚さは、１ｍｍから２ｍｍまでの範囲とすることができる。ＣＶＤ−ＳｉＣ被覆は、当分野で知られている、ＣＶＤ−ＳｉＣを堆積させる任意の好適な方法で適用することができる。かかる方法の例は、米国特許第５３５４５８０号明細書および米国特許第５３７４４１２号明細書に開示されている。
【００４６】
ＣＶＤ−ＳｉＣ被覆の適用後に、軽微な機械加工を使って、物品表面上の任意の望ましくないでこぼこの部分を平滑化し、除去することができる。かかる軽微な機械加工は、物品のＴＰを有意に変更することはない。所望のＴＰを提供するために物品を正しく揃える微細な修正が必要とされることもあり得る。
【００４７】
これらの方法によって製造され得る物品の種類には、これらに限らないが、ウエハーボート、ウェットベンチ洗浄で使用されるウエハーキャリア、半導体処理チャンバ内で使用される備品、光学望遠鏡構造、光学ベンチ、ならびに挿入および取り出しの過程においてウエハーを保持するエンドエフェクタが含まれる。
【００４８】
図１、図２および図３に、半導体ウエハー処理のために複数の半導体ウエハーを保持するモノリシックなＣＶＤ−ＳｉＣ部品からなるウエハーボートの一実施形態を示す。ウエハーボート１００は、端板１１４の側面にある受口に挿入された複数のロッド１１２を含む。ロッド１１２は、焼結セラミック結合部１１６によって端板１１４に固定されている。図１、図２および図３に示す焼結セラミック結合部１１６は、閉じた結合部である。端板は、その中央に、半導体ウエハー処理時にガスを通すための穴１１８および１２０含む。焼結セラミック結合部１１６は、端板とロッドの結合部において凹面のフィレット半径（ｆｉｌｌｅｔ ｒａｄｉｕｓ）ｒを形成する。フィレット半径ｒは、３つの面１２２を有する。焼結セラミック結合部１１６は、２ｍｍのＣＶＤ−ＳｉＣ被覆を有する。ロッド１１２は、半導体ウエハーを保持する交互の溝１２６を有する複数の歯１２４を含む。
【００４９】
図１、図２および図３には、ウエハーボートの一実施形態が開示されている。ウエハーボートは、これらの図に開示されている実施形態だけに限定されるものではない。歯と溝の数および寸法は、様々なものとすることができる。通常の機械加工技術を使って、歯と溝の数および寸法を変えることもできる。また、穴も任意選択であり、ロッドの数も２から４まで変化し得る。ウエハーボートは、ロッドと板の結合部でフィレット半径を形成しない結合部を有していてもよい。
【００５０】
図４に、ウエハーボートの開いた結合部の一実施形態を示す。開いた結合部２００は、４つの面２０４を有する角型ロッド２０２を含み、図にはそのうちの２面だけが示されている。ロッド２０２は、板２０８の受口２０６に、受口の３つの側面２１０のいずれにも接しないように挿入されている。受口内のロッドの部分は、０．０５μｍから０．５μｍのＲａを有する。結合が完成すると、開いた結合部２００は、焼結セラミック材料（図示していない）で封止される。結合部は、結合部にさらなる強度と耐久性を提供するために、ＣＶＤ−ＳｉＣで被覆され得る。
【００５１】
図５に、ウエハーボートの開いた結合部の別の実施形態を示す。開いた結合部３００は、４つの面３０４を有する角型ロッド３０２を含み、図にはそのうちの２面だけが示されている。角型ロッド３０２は、基部３０６を有する。基部３０６は、基部の２つの対向する側面に２つの凹面裂溝３０８を含む。凹面裂溝３０８は、基部の長手方向に沿って延在し、角型ロッドの長手方向と直角をなす。各裂溝３０８は、角型ロッドの基部３０６の下部分にある平面３０９で終わる。角型ロッドは、端板３１２の側面にある受口３１０に挿入されている。角型ロッド３０２は、受口３１０の３つの側面３１４に接しないように受口に挿入されている。３つの側面３１４はそれぞれ、３つの連続する面３１６を有する。凹面裂溝および受口の側面の３つの面は、結合部の表面積を増大させ、よって、受口が焼結セラミック材料で埋められて完全な閉じた結合部が形成された後の結合部の強度を増大させる。想像線３１８は、セラミック材料が開いた結合部３００を埋める部分を示すものである。任意選択で、結合部に含まれる角型ロッドと受口の側面の部分は、０．０５μｍから０．５μｍのＲａの表面粗度を有し得る。
【００５２】
図６に、ウエハーボートの開いた結合部の別の実施形態を示す。開いた結合部４００は、４つの面４０４を有する角型ロッド４０２を含む。角型ロッド４０２の基部４０６は、角型ロッド４０２の対向する側面上に２つのくさび形裂溝４０８を含む。各くさび形裂溝４０８は、基部４０６の長手方向に延在し、角型ロッド４０２の長手方向と直角をなす。各くさび形裂溝は、２つの対向する面、すなわち上面４１０と下面４１２を含む。各面は、くさび形裂溝の開口部とは逆側の共通結合部４１４で結合されている。各下部裂溝４１２は、基部４０６の下部の各側面上のそれぞれの面４１６で終わる。角型ロッドは、端板４２０の受口４１８の３つの側面４２２のいずれにも接しないように、端板４２０の受口４１８に挿入されている。各側面４２２は、３つの連続する面４２４を有する。開いた結合部は、セラミック材料のペースト、ゾルまたはスラリーで埋められ、乾燥され、次いで、焼結されて、結合組成物を固定する。くさび形裂溝と、受口を画定する側面の各面とは、セラミック材料が適用される表面積を増大させ、結合部の強度を増大させる。任意選択で、結合部を構成する部品が、０．０５μｍから０．５μｍの粗度を有するように機械加工されてもよく、これにより結合部はさらに強化される。結合部は、ＣＶＤ−ＳｉＣで被覆されてもよい。
【００５３】
図７に、閉じた結合部の断面を示す。閉じた結合部５００は、３つの面、すなわち上面５０６、下面５０８、および上面と下面が交わる側面５１０を有するくさび形裂溝５０４を備える円形ロッド５０２を含み、くさび形裂溝は、ロッドを囲んでいる。くさび形裂溝は、ロッドの主要部分とその基部５１２とを隔てる。円形ロッド５０２は、端板５１４の側面にある受口に挿入されている。ロッドは、受口の各側面に接しない。受口は、その３つの側面５１６によって画定され、図７にはそのうちの２面が示されている。各側面は３つの連続する面５１８を有する。ロッドと、受口の各側面との間の間隙は、焼結セラミック５２０で埋められている。結合部全体、ならびにロッドおよび端板は、ＣＶＤ−ＳｉＣの層３２２で被覆されている。ロッドと端板の結合部には、フィレット半径ｒが形成されている。任意選択で、結合部に含まれるロッドの部分と、受口の各面が、０．０５μｍから０．５μｍの粗度Ｒａを提供するように機械加工されてもよい。
【００５４】
図８に、閉じた結合部の別の実施形態を示す。このタイプの結合部は、図９に示すようなウェットベンチキャリアまたはリフタにおいて見られる。閉じた結合部６００は、フラットロッド６０２を含み、フラットロッド６０２は、フラットロッド６０２の基部６０６近くにある受口６０４と、フラットロッド６０２の基部６０６にある２つの矩形裂溝６０８を含む。フラットロッド６０２は、受口６０４および矩形裂溝６０８と共に焼結セラミック６１２で埋められている背板６１０の背板受口に挿入されている。任意選択で、結合部を構成する部品は、所望の表面粗度Ｒａまで粗され、およびＣＶＤ−ＳｉＣで被覆されてもよい。
【００５５】
図９に、半導体ウエハー処理の過程において半導体ウエハーを支持するためのウェットベンチキャリアまたはリフタ７００を示す。背板７０２は、背板７０２の上端部に、ウエハー処理時にリフタを化学溶液に出し入れする機構にリフタを取り付けるための器具設置穴７０４および７０６を含む。ロッド７０８および７１０は、一端部において、図８に示すような焼結セラミック結合部によって背板７０２の基部に結合されている。ロッド７０８および７１０は、半導体ウエハー（図示せず）を支持するための複数の交互の歯７１２とギャップ７１４を含む。ロッドは、背板と反対の端部において、支持レール７１６で固定されており、支持レール７１６は、ロッドの長手方向と直角をなす。レールは、セラミック結合部でロッドに結合されている。
【００５６】
物品および結合部を、典型的な実施形態を用いて説明しているが、物品および結合部品は、前述の形状だけに限定されるものではなく、様々な幾何学的形状の部品を有する物品を含むことが想定されている。例えば、端板は、楕円形状のものだけでなく、矩形や三角形などの多角形とすることもできる。ロッドは、２面または４面を有し、あるいは円形であるのみならず、２面、３面またはそれ以上の面を有していてもよい。ロッドは、一般には、多角形である。さらに、ロッドの基部の表面、および受口を画定する端板の側面は、表面積を増大させ、焼結セラミック材料で埋められたときに結合部をさらにしっかり固定する任意の突出部を含むものも想定される。
【００５７】
図１〜図７で示すようなウエハーボートの最も重要な位置合わせの問題は、端板の相互に対するＴＰである。リフタに関しては、図８および図９に示すように、重要寸法は、ロッドの背板に対する直角度、およびロッドの相互に対する平行度である。典型的に、ＴＰは、±０．５から１ｍｍの寸法公差では、２ｍｍ以下である。例えば、ウエハーボートが縦型ボートであるとき、ＴＰは、ＦａｒｏＡｒｍ（商標）測定器を使って、下部端板によって生じる中央線に対する上部端板の位置を測定することによって決定される。測定器は、ボートが異なる位置で接触することを許容し、異なる空間的位置が、空間内の定常点（基準点）に対して計算される。下部板と下部板表面のＯＤが測定されて、下部板の中心を通り、下部板表面と直角をなす中心が求められる。次いで、上部板ＯＤが測定され、この中心線に対する上部板の中心位置が決定される。次いで、上部板が中心線からずれている距離に２を掛けてＴＰが計算される。横型ボートは、縦型ボートと同じ手順で測定される。横型ボートは、縦の位置に置かれ、ＦａｒｏＡｒｍ（商標）測定器を使って、下部端板によって生じる中心線に対する上部端板の位置を測定することによってＴＰが決定される。
【００５８】
以下の実施例は、本発明をさらに説明するものであり、本発明の範囲を限定するためのものではない。
【実施例】
【００５９】
実施例１（比較）
３種類の結合部を調製し、結合部の強度を試験するための標準的な試験法を用いてそれらの強度を試験した。２種類の結合部は、各端板の側方受口に挿入するための対応する角型ＣＶＤ−ＳｉＣロッドと共に円形ＣＶＤ−ＳｉＣ端板を含むものであった。第３の種類の結合部は、円形の焼結炭化ケイ素端板、および各端板の側方受口に挿入するための対応する角型焼結炭化ケイ素ロッドで構成されていた。ＣＶＤ−ＳｉＣ端板およびロッドは、従来のＣＶＤ−ＳｉＣ法で製造され、ローム・アンド・ハース・カンパニーの、米国マサチューセッツ州ウォバーン所在の同社Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ事業部から入手した。焼結炭化ケイ素端板およびロッドは、焼結炭化ケイ素に含浸させたケイ素を用いて従来の焼結法によって製造された。
【００６０】
第１の種類の結合部は、ＣＶＤ−ＳｉＣ端板の受口にＣＶＤ−ＳｉＣロッドを挿入して、従来の雄／雌型結合部を形成することにより形成した。公差は、ロッドと受口の間の側方ギャップが０．０１から０．０５ｍｍまでの範囲内になるように選択した。このギャップは、毛管作用が溶融ケイ素を側方ギャップに押し込むのに適するものであった。
【００６１】
ケイ素粉末を使って、結合部品を結合した。粉末は、Ｊｏｈｎｓｏｎ Ｍａｔｔｈｅｙ（Ａｓｅａｒ）から購入した。若干量のケイ素粉末を、受口内の板の下部に置き、ロッドを受け口に挿入した。各アセンブリを、４箱生産工程（ｆｏｕｒ−ｂｏｘ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｒｕｎ）のうちの１つの堆積箱に入れた。従来の固定具で部品を共に固定した。サンプルをアルゴン雰囲気中で１３６０℃の温度まで加熱した。堆積領域にメチルトリクロロシラン（ＭＴＳ）、水素ガスおよびアルゴンの混合物を通すことにより、炭化ケイ素を結合部上で堆積させた。以下の表１に堆積パラメータを示す。結合部上に２ｍｍの被覆が形成されるまで炭化ケイ素堆積を続行した。
【００６２】
【表１】
【００６３】
炭化ケイ素の堆積が完了した後、堆積チャンバ温度を１４８５℃まで上げて、ケイ素を溶融状態にした。結合部を、１４８５℃で０．５時間維持した。次いで、堆積チャンバを冷却させ、結合部をチャンバから取り出した。次いで、すべての結合部を、割れがないかどうか目視検査した。どの結合部にも、目に見える、いかなる割れも傷もなかった。結合部を、２２０グリットのダイアモンド含浸研削砥石および工具を使って機械加工し、０．５μｍＲＭＳまで粗した結合部を形成した。
【００６４】
第２の結合部のセットを、７５重量％の炭化ケイ素粉末、結合剤としての７重量％のメチルセルロース、および１８重量％の水の混合によるスラリーから調製した。スラリーを、スリップキャストにより石膏型で成形し、次いで、成形されたスラリーを切断して、素地（ｇｒｅｅｎ ｂｏｄｙ）の端板およびバーを得た。結合部品を調製するのに使用したのと同じスラリーから作られた接着剤を、ロッドと端板の受口の結合部に適用した。従来の固定具を使って結合部の組み立てを行った。組み立て時の寸法公差を、０．０１から０．０５ｍｍに維持した。次いで、固定具に固定された結合部を焼結炉に入れ、１８００℃で６０分間焼き、焼結炭化ケイ素結合部を得た。
【００６５】
焼結が完了した後、炉を冷却させ、結合部を取り出し、検査した。傷も割れも見られなかった。次いで、２２０グリットのダイアモンド含浸研削砥石を使って結合部を機械加工して、０．５μｍのＲＭＳまで粗した結合部を形成した。
【００６６】
第３の結合部のセットを、ＣＶＤ−ＳｉＣロッドをＣＶＤ−ＳｉＣ端板の受口に挿入することにより形成した。ロッドの基部と、受口の側面を、２２０ダイアモンド含浸研削砥石を使って、Ｒａが０．１から０．５μｍになるように機械加工した。部品を、固定具を使って、寸法公差が０．１から０．５ｍｍになるように位置合わせした。７５重量％の炭化ケイ素、７重量％のメチルセルロースおよび１８重量％の水からなる炭化ケイ素スラリーを、へらで結合部に適用した。結合部に余分に適用して、結合組成物間の間隙を埋め、結合部を構成するロッドおよび端板の部分を覆った。結合部の周囲のスラリーを平滑化して、フィレット半径を形成した。スラリーを室温で乾燥させ、次いで、結合部に滑らかな移行部がもたらされるまで乾燥組成物を研磨した。
【００６７】
固定具で固定されたままの結合部を、焼結炉に入れた。焼結は、２０００℃で２４時間にわたって行った。次いで、炉を冷却させ、結合部を炉から取り出した。結合部には割れも傷も観測されなかった。
【００６８】
次いで、露出されたままである、結合部を除くロッドと端板上にＧｒａｐｈｏｉｌ（商標）マスク（黒鉛の薄いシート）を置いた。次いで、結合部を堆積チャンバに入れ、２ｍｍのＣＶＤ−ＳｉＣで被覆した。堆積条件および反応物は、上記表１に開示したとおりであった。チャンバが冷却した後、結合部を取り出し、結合部上のＣＶＤ−ＳｉＣ被覆を、２２０グリットのダイアモンド砥石を使って、０．５μｍのＲＭＳまで機械加工した。
【００６９】
次いで、３種類の結合部のそれぞれを標準的なＩｎｓｔｒｏｎ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｔｅｓｔｅｒ（インストロン機械的試験機）（商標）に入れて、結合部が破壊前に耐え得る負荷量を試験した。各結合部の端板を固定具に固定し、端板から、負荷（力）が加わるロッド上の点までの距離が２．５インチ（６．３ｃｍ）になるように、固定具から水平に突出するロッドを有する端板を保持した。次いで、Ｉｎｓｔｒｏｎ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｔｅｓｔｅｒ（商標）のヘッド（ロードセル）を、０．０２インチ／分（０．０５ｃｍ／分）の速度で動いてロッド部分を押し下げるようにセットした。ポンド単位の負荷値と負荷速度（インチ／分）を、従来のチャート式記録計に記録し、結合部が破損した点をチャート式記録計上で識別し、それを使って、ロッドを破損させたロッドにかかる負荷（力）を決定した。
【００７０】
結果は、平均で、焼結炭化ケイ素で結合されたＣＶＤ−ＳｉＣ部品を有するＣＶＤ−ＳｉＣ被覆結合部は、溶融ケイ素結合部を有するＣＶＤ−ＳｉＣ被覆結合部より３５％強く、全部が焼結炭化ケイ素からなる結合部よりも２０％を上回る強さであることを示した。したがって、焼結炭化ケイ素で結合された部品を有するＣＶＤ−ＳｉＣ被覆結合部は、従来の結合部に優る改善された強度を有していた。
【００７１】
実施例２（比較）
それぞれの部品を結合する結合部の種類で区別される３種類のウエハーボートをＣＶＤ−ＳｉＣで調製し、それらのＴＰを比較した。ＣＶＤ−ＳｉＣ部品は、化学気相堆積炉内で、適切な形状およびサイズを有する黒鉛マンドレル上に炭化ケイ素を堆積することにより調製した。使用した反応成分およびパラメータは、以下の表２に開示するとおりである。
【００７２】
【表２】
【００７３】
マンドレル上で部品を形成した後、それらを取り出し、２２０グリットのダイアモンド工具を使って機械加工して、堆積時に形成された望ましくない粗面を除去し、部品を成形した。次いで、部品を組み立てて、それぞれが異なる種類の結合アセンブリを有する３つのウエハーボートを形成した。各ボートは、その両端で端板により結合された３本の角型ロッドを含んでいた。すべてのボートを、通常の固定具で組み立てて、それらの部品を所望の寸法公差になるように適正に位置合わせした。
【００７４】
第１の種類のボードは、ロッドを端板に保持するくさび形結合部を有した。各ロッドの両端に傾斜を付け、端板の矩形受口に挿入した。ロッドの傾斜の付いた端部と補完し合うＣＶＤ−ＳｉＣウェッジを、端板の対向する側面に挿入して、ロッドを端板に固定する。組み立て後、すべての結合部においてロッドと端板の間に小さいギャップが観測された。
【００７５】
第２の種類のボートは、端板の側面に開いた補完的受口に挿入されたロッド端部を有するものであった。ロッドを、ロッドの長手方向と直角にロッドの穴に挿入されるＣＶＤ−ＳｉＣピンで端板に固定した。補完的な端板の穴は、ピンを、ロッドの穴を通って端板自体まで貫通させて、ロッドを端板に固定するものである。組み立て後、すべての結合部においてロッドと端板の間の小さいギャップが観測された。
【００７６】
第３の種類のボードは、相互に補完し合わない端板の側面受口に入るロッド端部を有するものであった。それら部品は、ロッドが、他の２種類の結合部の場合のような、受口の側面に接するように嵌合し合うものではなかった。ロッドと、端板の側面の間には空間が生じた。それら部品を、結合部において、７５重量％の炭化ケイ素粉末、７重量％のメチルセルロースおよび１８重量％の水からなる過剰のスラリーを適用することによって固定した。結合部全体をスラリーで被覆し、次いで、平滑化して結合部の周りにフィレット半径を形成した。スラリーを室温で乾燥させ、次いで、研磨してなめらかな移行面を形成した。次いで、ボートを固定具で固定して焼結炉に入れ、２０００℃で２４時間加熱した。炉が冷却した後、ボートを取り出した。焼結炭化ケイ素で固定されたどの結合部の周りにも、傷も割れもギャップも観測されなかった。
【００７７】
全３種類のボートのそれぞれに対する端板のＴＰを、従来のＦａｒｏＡｒｍ（商標）３Ｄ測定技術を使って決定した。測定プロセスでは、各ボートを縦型ウエハーボートとして扱った。上部端板の位置を、下部端板によって生じる中心線に対して測定した。下部端板および下部端板表面のＯＤを測定して、下部端板の中心を通り、下部端板表面と直角をなす中心を決定した。次いで、上部端板ＯＤを決定し、この中心線に対する上部端板の中心位置を決定した。くさび形結合ボートのＴＰは５．１０ｍｍと決定され、ピン留め結合部を有するボートのＴＰは３．０６ｍｍであり、焼結結合部を有するボートのＴＰは２．２７ｍｍであった。この結果は、焼結結合部が、ピン止め結合部より３５％優れ、くさび形結合部より１２５％優れていることを示した。
【００７８】
さらに、焼結結合部には、くさび形結合部およびピン留め結合部の場合のような割れも傷もギャップも観測されなかった。くさび形結合およびピン止め結合の結合部で観測されたギャップは、ロッドが端板に対して移動させることができ、ボートが傾斜し、または端板を別の中心線上にくる余地を与える。言い換えれば、これは、上記結果に示すように、各ボートのＴＰを望ましくなく増大させる。また、ギャップは、ロッドおよび端板の膨張により、実装、処理および加熱に際しての位置合わせ不良も引き起こし得る。これに対して、焼結結合部を有するボートにはギャップがない。したがって、ＴＰがより適切であり、位置合わせ不良の確率が低減される。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】レールが焼結セラミックによって端板に固定されている化学気相堆積炭化ケイ素ウエハーボートを示す斜視図である。
【図２】化学気相堆積炭化ケイ素ウエハーボートの、端板と焼結セラミックによって端板に固定されたレールとをレールの歯と溝が見えるように示す図である。
【図３】フィレット半径を有する結合部を示す正面図である。
【図４】長方形のロッドが端板の受口に挿入されている開いた結合部を示す図である。
【図５】その基部に裂溝を有するロッドと、その側面のそれぞれに３つの面を有する端板とを備える、開いた結合部を示す図である。
【図６】くさび形の裂溝を有するロッドと、その側面のそれぞれに３つの面を有する端板とを備える、他の開いた結合部を示す図である。
【図７】セラミック結合剤およびＣＶＤ−ＳｉＣの被覆を示す閉じた結合部の断面図である。
【図８】結合部のセラミック結合剤の位置が示された、閉じた結合部の別の実施形態を示す正面図である。
【図９】半導体ウエハーを保持するリフタを示す斜視図である。
【符号の説明】
【００８０】
１００ ウェーハボート
１１２ ロッド
１１４ 端板
１１６ 焼結セラミック接合部
１１８ 穴
１２０ 穴
１２２ 面
１２４ 歯
１２６ 溝
２００ 接合部
２０２ 角型ロッド
２０４ 面
２０６ 受口
２０８ 板
２１０ 側面
３００ 接合部
３０２ 角型ロッド
３０４ 面
３０６ 基部
３０８ 凹面裂溝
３０９ 平面
３１０ 受口
３１２ 端板
３１４ 側面
３１６ 面
３１８ 想像線
４００ 接合部
４０２ 角型ロッド
４０４ 面
４０６ 基部
４０８ くさび形裂溝
４１０ 上面
４１２ 下面
４１４ 共通接合部
４１６ 面
４１８ 受口
４２０ 端板
４２２ 側面
４２４ 面
５００ 接合部
５０２ 円形ロッド
５０４ くさび形裂溝
５０６ 上面
５０８ 下面
５１０ 側面
５１２ 基部
５１４ 端板
５１６ 側面
５１８ 面
５２０ 焼結セラミック
６００ 接合部
６０２ フラットロッド
６０４ 受口
６０６ 基部
６０８ 矩形裂溝
６１０ 背板
６１２ 焼結セラミック
７００ リフタ
７０２ 背板
７０４ 器具設置穴
７０６ 器具設置穴
７０８ ロッド
７１０ ロッド
７１２ 歯
７１４ ギャップ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
焼結セラミックによって結合された少なくとも２つの化学気相堆積炭化ケイ素部品を含む物品。
【請求項２】
少なくとも前記焼結セラミックが化学気相堆積炭化ケイ素で被覆されている請求項１記載の物品。
【請求項３】
前記化学気相堆積炭化ケイ素被覆が０．５〜３ｍｍの厚さである請求項２記載の物品。
【請求項４】
両端において焼結セラミックによりそれぞれの端板に結合された複数のロッドを含み、該複数のロッドおよび該端板が化学気相堆積炭化ケイ素から成る物品。
【請求項５】
少なくとも前記焼結セラミックが化学気相堆積炭化ケイ素で被覆されている請求項４記載の物品。
【請求項６】
前記端板の相互に対する真位置が２ｍｍ以下である請求項４記載の物品。
【請求項７】
それぞれの端部の一方において、焼結セラミック結合部により背板の基部に結合された複数のロッドを含み、該複数のロッドの両端が、焼結セラミック結合部により支持レールに結合されており、該複数のロッド、該背板および該支持レールが化学気相堆積炭化ケイ素から成る物品。
【請求項８】
ａ）１以上のセラミックを含むペースト、ゾルまたはスラリーを提供し；
ｂ）前記１以上のセラミックを含むペースト、ゾルまたはスラリーを２つの化学気相堆積炭化ケイ素部品に適用して前記部品を結合し；
ｃ）前記ペースト、ゾルまたはスラリーを乾燥して、前記２つの化学気相堆積炭化ケイ素部品の周りに前記１以上のセラミックを含む乾燥した組成物を形成し；および
ｄ）前記２つの化学気相堆積炭化ケイ素部品の周りの前記１以上のセラミックを含む乾燥した組成物を焼結して、焼結セラミック結合部を形成すること；
を含む方法。
【請求項９】
前記１以上のセラミックが、炭化ケイ素、金属酸化物および原料鉱物材料を含む請求項８記載の方法。
【請求項１０】
少なくとも前記焼結セラミック結合部上に化学気相堆積炭化ケイ素の層を堆積する工程をさらに含む請求項８記載の方法。
【請求項１】
焼結セラミックによって結合された少なくとも２つの化学気相堆積炭化ケイ素部品を含む物品。
【請求項２】
少なくとも前記焼結セラミックが化学気相堆積炭化ケイ素で被覆されている請求項１記載の物品。
【請求項３】
前記化学気相堆積炭化ケイ素被覆が０．５〜３ｍｍの厚さである請求項２記載の物品。
【請求項４】
両端において焼結セラミックによりそれぞれの端板に結合された複数のロッドを含み、該複数のロッドおよび該端板が化学気相堆積炭化ケイ素から成る物品。
【請求項５】
少なくとも前記焼結セラミックが化学気相堆積炭化ケイ素で被覆されている請求項４記載の物品。
【請求項６】
前記端板の相互に対する真位置が２ｍｍ以下である請求項４記載の物品。
【請求項７】
それぞれの端部の一方において、焼結セラミック結合部により背板の基部に結合された複数のロッドを含み、該複数のロッドの両端が、焼結セラミック結合部により支持レールに結合されており、該複数のロッド、該背板および該支持レールが化学気相堆積炭化ケイ素から成る物品。
【請求項８】
ａ）１以上のセラミックを含むペースト、ゾルまたはスラリーを提供し；
ｂ）前記１以上のセラミックを含むペースト、ゾルまたはスラリーを２つの化学気相堆積炭化ケイ素部品に適用して前記部品を結合し；
ｃ）前記ペースト、ゾルまたはスラリーを乾燥して、前記２つの化学気相堆積炭化ケイ素部品の周りに前記１以上のセラミックを含む乾燥した組成物を形成し；および
ｄ）前記２つの化学気相堆積炭化ケイ素部品の周りの前記１以上のセラミックを含む乾燥した組成物を焼結して、焼結セラミック結合部を形成すること；
を含む方法。
【請求項９】
前記１以上のセラミックが、炭化ケイ素、金属酸化物および原料鉱物材料を含む請求項８記載の方法。
【請求項１０】
少なくとも前記焼結セラミック結合部上に化学気相堆積炭化ケイ素の層を堆積する工程をさらに含む請求項８記載の方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００８−２６０６７７（Ｐ２００８−２６０６７７Ａ）
【公開日】平成２０年１０月３０日（２００８．１０．３０）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２００８−５５２８７（Ｐ２００８−５５２８７）
【出願日】平成２０年３月５日（２００８．３．５）
【出願人】（５９１０１６８６２）ローム・アンド・ハース・エレクトロニック・マテリアルズ，エル．エル．シー． (270)
【出願人】（５０８０６８８５８）
【氏名又は名称原語表記】ＡＣＧ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ
【住所又は居所原語表記】４３７５ ＮＷ ２３５ Ａｖｅｎｕｅ，Ｈｉｌｌｓｂｏｒｏ，Ｏｒｅｇｏｎ ９７１２４，Ｕｎｉｔｅｄ Ｓｔａｔｅｓ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１０月３０日（２００８．１０．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−５５２８７（Ｐ２００８−５５２８７）
【出願日】平成２０年３月５日（２００８．３．５）
【出願人】（５９１０１６８６２）ローム・アンド・ハース・エレクトロニック・マテリアルズ，エル．エル．シー． (270)
【出願人】（５０８０６８８５８）
【氏名又は名称原語表記】ＡＣＧ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ
【住所又は居所原語表記】４３７５ ＮＷ ２３５ Ａｖｅｎｕｅ，Ｈｉｌｌｓｂｏｒｏ，Ｏｒｅｇｏｎ ９７１２４，Ｕｎｉｔｅｄ Ｓｔａｔｅｓ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａ
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]