特許 7657780 セラミックヒータおよび液相拡散接合を用いた形成方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2025-03-28

(45)【発行日】2025-04-07

(54)【発明の名称】セラミックヒータおよび液相拡散接合を用いた形成方法

(51)【国際特許分類】

   H05B 3/20 20060101AFI20250331BHJP

   H05B 3/10 20060101ALI20250331BHJP

   H05B 3/12 20060101ALI20250331BHJP

   H05B 3/18 20060101ALI20250331BHJP

【ＦＩ】

H05B3/20 328

H05B3/20 309

H05B3/10 C

H05B3/12 A

H05B3/18

【請求項の数】 13

(21)【出願番号】P 2022516088

(86)(22)【出願日】2020-09-14

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2022-11-17

(86)【国際出願番号】 US2020050678

(87)【国際公開番号】W WO2021051062

(87)【国際公開日】2021-03-18

【審査請求日】2023-09-12

(31)【優先権主張番号】62/899,189

(32)【優先日】2019-09-12

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】501162454

【氏名又は名称】ワットロー・エレクトリック・マニュファクチャリング・カンパニー

(74)【代理人】

【識別番号】110001737

【氏名又は名称】弁理士法人スズエ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】マーガヴィオ、パトリック

(72)【発明者】

【氏名】ブルーケ、トッド

(72)【発明者】

【氏名】イングリッシュ、カート

【審査官】河野 俊二

(56)【参考文献】

【文献】特表２０１９－５１４１６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１５－５１４６６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－２６００３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１７／０３５９８５９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２００３－１００５８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１９／１０２７９４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００９－１４１２０４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０５Ｂ ３／２０

Ｈ０５Ｂ ３／１０

Ｈ０５Ｂ ３／１２

Ｈ０５Ｂ ３／１８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

セラミック基板と、
加熱層であって、該加熱層は、液相拡散接合を介して前記セラミック基板に接合されている、加熱層と、
配線層であって、該配線層は、前記セラミック基板の中央部分と前記セラミック基板の外側部分との間を半径方向に延び、該配線層が前記セラミック基板内に配置されている、配線層と、
前記加熱層と前記配線層とを接続する複数の第１の導電ビアであって、前記配線層および該複数の第１の導電ビアの少なくとも一つは、液相拡散接合によって前記セラミック基板に接合されている、複数の第１の導電ビアと、
を備えるヒータ。

【請求項2】

前記配線層を前記セラミック基板の表面に接続する複数の第２の導電ビアを、さらに備える、請求項１に記載のヒータ。

【請求項3】

前記セラミック基板は、液相拡散接合を介して接合された複数のプレート部材を含む、請求項１に記載のヒータ。

【請求項4】

前記複数のプレート部材は、前記複数の第１の導電ビアが貫通する第１のプレート部材および第２のプレート部材を含む、請求項３に記載のヒータ。

【請求項5】

前記加熱層は、前記第１のプレート部材および前記第２のプレート部材の少なくとも一方の内部に埋め込まれている、請求項４に記載のヒータ。

【請求項6】

前記第１のプレート部材と前記第２のプレート部材との間の平均表面粗さは、５μｍ未満である、請求項４に記載のヒータ。

【請求項7】

前記第２のプレート部材および第３のプレート部材の少なくとも一方の中に埋め込まれ、前記複数の第１の導電ビアと接触する配線層をさらに備える、請求項４に記載のヒータ。

【請求項8】

終端部に接合された端子配線をさらに備える、請求項７に記載のヒータ。

【請求項9】

前記第２のプレート部材および前記第３のプレート部材の少なくとも一方の中に埋め込まれた終端層材料をさらに備える、請求項７に記載のヒータ。

【請求項10】

前記終端層材料は、モリブデンおよびシリコンを含む、請求項９に記載のヒータ。

【請求項11】

前記加熱層と前記セラミック基板との間に、モリブデン－シリコン（Ｍｏ－Ｓｉ）合金およびＭｏ－Ｓｉ金属間化合物の少なくとも一方をさらに備える、請求項１０に記載のヒータ。

【請求項12】

前記複数のプレート部材は、第１のプレート部材と、複数の第１の導電ビアが貫通する第２のプレート部材と、複数の第２の導電ビアが貫通する第３のプレート部材とを含む、請求項３に記載のヒータ。

【請求項13】

前記加熱層は、前記第１のプレート部材および前記第２のプレート部材の少なくとも一方に埋め込まれている、請求項１２に記載のヒータ。

【発明の詳細な説明】

【関連出願の相互参照】

【0001】

本出願は、２０１９年９月１２日に出願された米国仮出願第６２／８９９，１８９号の優先権を主張する。上記出願の開示は、参照により本明細書に組み込まれる。

【技術分野】

【0002】

本開示は、抵抗ヒータに関し、より詳細には、セラミック基板を有する抵抗加熱素子を有するセラミックヒータに関する。

【背景技術】

【0003】

このセクションの記述は、本開示に関連する背景情報を提供するにすぎず、先行技術を構成するものではない場合がある。

【0004】

典型的なセラミックヒータは、一般に、セラミック基板と、セラミック基板内に埋め込まれた、またはセラミック基板上に配置された抵抗加熱素子とを含む。抵抗加熱素子で発生した熱は、セラミック材料の優れた熱伝導性により、セラミック基板に近接して配置された加熱対象に迅速に伝達される。しかしながら、セラミック材料は浸潤性が悪いため、セラミック材料を金属材料に接合することが困難であることが知られている。また、抵抗加熱素子の熱膨張率（ＣＴＥ）がセラミック基板のＣＴＥと不適合である場合、セラミック基板と抵抗加熱素子との間の接合はより悪くなり得る。すなわち、セラミック基板と抵抗加熱素子との間の境界面に亀裂（クラック）または空隙（ギャップ）が発生し、それによって抵抗加熱素子からセラミック材料を通した加熱対象への熱伝達に、悪影響を及ぼす可能性がある。

【0005】

セラミックヒータの製造に関連する他の問題の中でも、セラミック基板を用いて抵抗加熱素子を形成することに関するこれらの問題は、本開示によって対処される。

【発明の概要】

【0006】

このセクションは、本開示の一般的な概要を提供し、その全範囲またはその特徴のすべての包括的な開示ではない。

【0007】

本開示の一形態では、ヒータが提供される。ヒータは、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）基板および加熱層を備える。加熱層は、モリブデン（Ｍｏ）材料で形成され、液相拡散接合を介してＡｌＮ基板に接合される。

【0008】

本開示の別の形態では、ヒータは、配線層と、加熱層を配線層に接続する複数の第１の導電ビアとをさらに備える。本開示のいくつかの形態では、配線層および複数の第１の導電ビアは、モリブデン材で形成される。そのような形態では、配線層および複数の第１の導電ビアのうちの少なくとも１つは、液相拡散接合によってＡｌＮ基板に接合される。

【0009】

本開示の少なくとも１つの形態では、ヒータは、配線層をＡｌＮ基板の表面に接続する複数の第２の導電ビアをさらに備える。いくつかの変形例では、複数の第２の導電ビアは、モリブデン材で形成され、液相拡散接合を介して、ＡｌＮ基板に接合されてもよい。

【0010】

本開示の一形態において、ＡｌＮ基板は、液相拡散接合を介して、加熱層および配線層と共に接合された複数のプレート部材を含む。いくつかの形態では、複数のプレート部材は、モリブデン材で形成された複数の第１の導電ビアが貫通する第１のプレート部材および第２のプレート部材を含む。そのような変形例では、加熱層は、第１のプレート部材および／または第２のプレート部材内に埋め込まれる。また、第１のプレート部材と第２のプレート部材との間の平均表面粗さは、５μｍ未満であり得る。本開示の一形態では、第３のプレート部材が含まれ、モリブデン材で形成された配線層は、第２のプレート部材および／または第３のプレート部材内に埋め込まれ、複数の第１の導電ビアと電気的に接触している。

【0011】

本開示の少なくとも１つの態様において、複数のプレート部材は、第１のプレート部材と、モリブデン材で形成された複数の第１の導電ビアが貫通する第２のプレート部材と、モリブデン材で形成された複数の第２の導電ビアが貫通する第３のプレート部材と、を含む。加熱層は、第１のプレート部材、および／または第２のプレート部材内に埋め込まれている。

【0012】

本開示の多数の形態は、モリブデン材で作られた終端層の少なくとも１つをさらに備える。

【0013】

本開示の他の形態では、ヒータは、複数のプレート部材を備えたＡｌＮ基板と、ＡｌＮ基板内に配置されたモリブデン材から作製された加熱層と、を備える。複数のプレート部材は、複数のプレート部材間の１つ以上の液相拡散接合を介して、互いに接合される。いくつかの形態では、モリブデン材はモリブデンおよびシリコンを含む。そのような態様では、液相拡散接合は、モリブデン－シリコン（Ｍｏ－Ｓｉ）合金、および／またはＭｏ－Ｓｉ金属間化合物を含むことができる。

【0014】

本開示の少なくとも１つの形態では、ヒータは、配線層と、加熱層を配線層に接続する複数の第１の導電ビアとを含む。配線層および複数の第１の導電ビアはモリブデン材で形成され、配線層および複数の第１の導電ビアの少なくとも一方は、液相拡散接合を介して、ＡｌＮ基板に接合される。複数のプレート部材は、第１のプレート部材と、モリブデン材で形成された複数の第１の導電ビアが貫通する第２のプレート部材と、モリブデン材で形成された複数の第２の導電ビアが貫通する第３のプレート部材と、を含むことができる。加熱層は、第１のプレート部材および／または第２のプレート部材内に埋め込まれ、液相拡散接合を介して、第１のプレート部材に接合される。配線層は、第２のプレート部材および／または第３のプレート部材内に埋め込まれ、液相拡散接合を介して、第３のプレート部材に接合される。

【0015】

本開示のさらに別の形態では、ヒータを形成する方法が提供される。この方法は、モリブデン材で形成された加熱層をＡｌＮ基板に接合する液相拡散接合を含む。液相拡散接合は、ＡｌＮ基板および加熱層を１４００℃を超える温度に加熱することを含む。例えば、いくつかの形態では、モリブデン材はモリブデンおよびシリコンを含み、シリコンが融解して加熱層およびＡｌＮ基板に拡散し、それらの間の液相拡散接合を形成するように、加熱層およびＡｌＮ基板は１４００℃を超えて加熱される。このような態様では、シリコンが加熱層に拡散すると、モリブデン金属間化合物を形成することができる。例えば、シリコンが加熱層中に拡散すると、Ｍｏ－Ｓｉ合金および／またはＭｏ－Ｓｉ金属間化合物を形成することができる。

【0016】

本開示の別の形態では、本方法は、モリブデン材で形成された配線層を、ＡｌＮ基板に液相拡散接合することを含む。そのような形態では、複数の第１の導電ビアがＡｌＮ基板内に配置され、加熱層を配線層に接続することができる。また、本方法は、ＡｌＮ基板内に複数の第２の導電ビアを配置することを含むことができ、複数のビアは、配線層をＡｌＮ基板の外面に接続することができる。

【0017】

さらなる適用領域は、本明細書で提供される説明から明らかになるであろう。説明および特定の例は、例示のみを目的とするものであり、本開示の範囲を限定するものではないことを理解されたい。

【0018】

本開示が十分に理解され得るように、添付の図面を参照して、例として与えられるその様々な形態がここで説明される。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本開示の教示により構成されたセラミックヒータの断面図である。

【図2A】第２のプレート部材の断面図である。

【図2B】トレンチおよびビアを有する、図２Ａの第２のプレート部材である。

【図2C】モリブデン層が第２のプレート部材の外側面上およびトレンチ内に堆積された、図２Ｂの第２のプレート部材である。

【図2D】モリブデン層が第２のプレート部材の外側面から除去された、図２Ｃの第２のプレート部材である。

【図2E】シリコン層が第２のプレート部材のトレンチ内の外側面およびモリブデン層上に堆積された、図２Ｄの第２のプレート部材である。

【図2F】シリコン層が第２のプレート部材の外側面から除去された、図２Ｅの第２のプレート部材である。

【図2G】締結具が第２のプレート部材のビア内に堆積された、図２Ｆの第２のプレート部材である。

【図2H】図２Ｇの第１のプレート部材、第２のプレート部材、および第３のプレート部材の断面図である。

【図2I】プレート部材を互いに液相拡散接合する前の、図２Ｈの第１のプレート部材、第２のプレート部材、および第３のプレート部材のアセンブリである。

【図3】本開示の教示により構成された、別のセラミックヒータの断面図である。

【図4】加熱ゾーンの第１の構成を有する、図３のセラミックヒータの上面図である。

【図5】加熱ゾーンの第２の構成を有する、図３のセラミックヒータの上面図である。

【図6】図５のセラミックヒータの斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

本明細書に記載の図面は、例示のみを目的としており、決して本開示の範囲を限定することを意図するものではない。

【0021】

以下の説明は、本質的に単なる例示であり、本開示、用途、または使用を限定することを意図するものではない。図面を通して、対応する参照番号は、同様のまたは対応する部分および特徴を示すことを理解されたい。実施例は、本開示の範囲を当業者に十分に伝えるために提供される。本開示の変形例の完全な理解を提供するために、特定の構成要素、デバイス、および方法の種類など、多数の特定の詳細が記載されている。特定の詳細を採用する必要はなく、本明細書で提供される例は代替の実施形態を含むことができ、本開示の範囲を限定することを意図しないことが当業者には明らかであろう。いくつかの例では、周知のプロセス、周知のデバイス構造、および周知の技術は詳細に説明されていない。

【0022】

図１を参照すると、本開示の教示に従って構成されたセラミックヒータ１０が示されている。一形態では、セラミックヒータ１０は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）などのセラミック材料で作られた基板１１０と、熱を発生させるための加熱層１３０と、終端層１３２と、ビア１３４と、導電ビア１４０とを備える。ビア１３４は、加熱層１３０と終端層１３２との間に配置され、加熱層１３０と終端層１３２とを接続する。図示するように、セラミックヒータ１０は、半導体プロセスにおける支持台の一部として使用される。しかしながら、セラミックヒータは、本開示の範囲内に留まりながら、例として、とりわけ押出機装置、射出成形装置、化学反応器などの他の用途に使用されてもよいことを理解されたい。

【0023】

基板１１０は、その上のターゲットを加熱するための第１の面１１２と、そこから端子配線（図３）が延びる第２の面１１４とを画定する。支持台を形成するために、管状シャフト（図３）がセラミックヒータ１０の第２の面１１４に接合され、端子配線を囲むことができる。

【0024】

基板１１０は、複数のプレート部材１２２，１２４，１２６を含んでいてもよい。複数のプレート部材１２２，１２４，１２６は、概ね平坦な構成を有しており、図示例では、三つのプレート部材１２２，１２４，１２６が示されているが、基板１１０は、任意の数のプレート部材を含んでいてもよい。この例示的な形態では、プレート部材は平坦であるが、本開示の教示は、本開示の範囲内に留まりながら、湾曲形状または非線形形状を含む様々な形状に適用可能であり得ることを理解されたい。一形態における第１のプレート部材１２２と第２のプレート部材１２４との間、あるいは第２のプレート部材１２４と第３のプレート部材１２６との間の隣接面の平均表面粗さは、５μｍ未満、例えば１００ｎｍ～５μｍである。いくつかの形態では、任意の一方の表面の平均表面粗さは、１００ｎｍ～１．５μｍ、例えば１００ｎｍ～７５０ｎｍまたは１００ｎｍ～５００ｎｍである。

【0025】

加熱層１３０は、第１のプレート部材１２２および第２のプレート部材１２４の内部または間に、埋め込まれている。本開示のいくつかの形態では、加熱層１３０は、第１のプレート部材１２２および／または第２のプレート部材１２４内に埋め込まれている。すなわち、加熱層１３０は、本開示の範囲内において、第１のプレート部材１２２内に配置されていてもよいし、第２のプレート部材１２４内に配置されていてもよいし、第１のプレート部材１２２および第２のプレート部材１２４内に配置されていてもよい。

【0026】

終端層１３２は、第２のプレート部材１２４および／または第３のプレート部材１２６の内部に埋め込まれている。いくつかの形態では、終端層１３２は、第２のプレート部材１２４および／または第３のプレート部材１２６に配置されてもよい。すなわち、終端層１３２は、本開示の範囲内において、第２のプレート部材１２４内に配置されていてもよいし、第３のプレート部材１２６内に配置されていてもよいし、第２のプレート部材１２４および第３のプレート部材１２６内に配置されていてもよい。本開示の一形態において、加熱層１３０、終端層１３２、およびビア１３４の少なくとも１つは、モリブデンまたはモリブデン合金である。

【0027】

さらに示すように、一形態の導電ビア１４０は、ヘッド１４２、シャフト１４４、およびキャップ１４６を含む。一形態のキャップ１４６はナット構成をとり、シャフト１４４はビア１３４の内側にねじ込まれ、キャップ１４６はシャフト１４４にねじ込まれる。少なくとも一形態では、ヘッド１４２、シャフト１４４、およびキャップ１４６は、モリブデンまたはモリブデン合金である。さらに、ヘッド１４２、シャフト１４４、およびキャップ１４６は、同じまたは異なるモリブデン材を含む。一形態では、凹部１５０（または空洞）は、導電ビア１４０と第１のプレート部材１２２との間にあり、および／または空間１５２は、導電ビア１４０と第２のプレート部材１２４との間にある。そのような凹部または空洞１５０，１５２は、導電ビア１４０とＡｌＮ基板１１０との間の熱膨張に対応することを理解されたい。別の形態では、導電ビア１４０と第１のプレート部材１２２との間、および／または導電ビア１４０と第２のプレート部材１２４との間には、凹部または空洞は存在しない。このような形態では、ヘッド１４２の少なくとも一部は、第３のプレート部材１２６に接合（例えば、ろう付けまたは液相拡散接合）され、および／または、キャップ１４６の少なくとも一部は、第１のプレート部材１２２に接合される。

【0028】

本開示の教示によれば、加熱層１３０および終端層１３２の少なくとも一方は、以下でより詳細に説明するように、プレート部材１２２，１２４および１２６の少なくとも一方に接合された液相拡散（ＴＬＰ）接合である。また、導電ビア１４０は、加熱層１３０、終端層１３２、およびプレート部材１２２，１２４，１２６の少なくとも一つに接合された液相拡散接合であってもよいし、液相拡散接合でなくてもよい。本開示の少なくとも一形態では、加熱層１３０は、加熱層１３０、終端層１３２および導電ビア１４０が基板１１０内に密閉封止されるように、基板１１０内に液相拡散接合され、それによって、特定の用途では必要とされるはずの密閉分離が不要となる。

【0029】

一形態の加熱層１３０は、５～２００μｍ、例えば、２０μｍ～５０μｍ、５０μｍ～１００μｍ、１００μｍ～１５０μｍまたは１５０μｍ～２００μｍの厚さを有する。終端層１３２は、一般に、加熱層１３０よりも厚く、その結果、より低い電力密度が得られ、加熱層１３０内により高い電力密度を導き、終端層１３２内の電力密度を低下させる。

【0030】

ここで図２Ａ～図２Ｉを参照すると、本開示の教示によるセラミックヒータ１０を製造する方法が提供される。

【0031】

図２Ａに示すように、本方法は、ステップ（Step）２０２において第２のプレート部材１２４を設けることを含む。他の特徴の中でも、第２のプレート部材１２４は、第２の面１２５に対向して配置された第１の面１２３を有する。

【0032】

図２Ｂに示すように、ステップ（Step）２０４において、第２のプレート部材１２４には、少なくとも一つの第１のトレンチ１２４ａ、ビア１２４ｂおよび第２のトレンチ１２４ｃが形成される。第１のトレンチ１２４ａは、第１の面１２３に形成され、第２のトレンチ１２４ｃは第２の面１２５に形成されている。すなわち、第１のトレンチ１２４ａは第１の面１２３から第２の面１２５に向かって（＋ｚ方向に）延びており、第２のトレンチ１２４ｃは第２の面１２５から第１の面１２３に向かって（－ｚ方向に）延びている。ビア１２４ｂは、第１のトレンチ１２４ａと第２のトレンチ１２４ｃとの間に延びている。本明細書に開示されている第１のトレンチ１２４ａ、第２のトレンチ１２４ｃ、およびビア１２４ｂ、ならびに他のトレンチおよびビアは、任意の既知の、またはまだ開発されていない材料除去技術を使用して形成することができることを理解されたい。材料除去技術の非限定的な例には、とりわけ、研削、レーザ切断、エッチング、機械加工、フォトリソグラフィ、およびサンドブラストまたはグリットブラストが含まれる。

【0033】

図２Ｃに示すように、ステップ（Step）２０６において、少なくとも１つのモリブデン（Ｍｏ）層５０が、第１の面１２３、第１のトレンチ１２４ａ、第２のトレンチ１２４ｃ、および第２の面１２５上または内部に堆積される。図２Ｃには示されていないが、モリブデン層５０は、ビア１２４ｂ内に少なくとも部分的に堆積することができる。モリブデン層５０、および本明細書に開示される他の層は、任意の既知のまたはまだ開発されていない材料層堆積技術を使用して堆積することができることを理解されたい。材料層堆積技術の非限定的な例には、とりわけ、陰極アーク放電、コールドスプレー、化学蒸着（ＣＶＤ）技術、物理蒸着（ＰＶＤ）技術、ゾルゲル技術、スパッタリング、および真空プラズマ溶射が含まれる。

【0034】

図２Ｄに示すように、モリブデン層５０の少なくとも一部または厚さ（ｚ方向）は、第１の面１２３および第２の面１２５の上に延在または堆積され、ステップ（Step）２０８で除去される。いくつかの形態では、モリブデン層５０は、第１の面１２３および第２の面１２５から実質的に除去される。しかしながら、図に示されるように、モリブデン層５０は、第１のトレンチ１２４ａおよび第２のトレンチ１２４ｃ内に残る。本開示の一形態では、モリブデン層５０が第１の面１２３および第２の面１２５から除去された後の第２のプレート部材１２４の平均表面粗さは、５μｍ未満、例えば１００ｎｍから５μｍの間である。モリブデン層５０、および本明細書に開示される他の層は、任意の既知のまたはまだ開発されていない層除去技術を使用して除去することができることを理解されたい。層除去技術の非限定的な例には、とりわけ、ラッピング、研磨、および化学機械研磨（ＣＭＰ）が含まれる。

【0035】

図２Ｅに示すように、ステップ（Step）２１０において、少なくとも１つのシリコン（Ｓｉ）層５２が、第１および第２のトレンチ１２４ａ、１２４ｃ内に配置されたモリブデン層５０上、ならびに第１の面１２３および第２の面１２５上に堆積される。図示されていないが、シリコン層５２は、ビア１２４ｂ内に少なくとも部分的に堆積することができる。

【0036】

図２Ｆに示すように、第１の面１２３および第２の面１２５の上に延在する、または堆積されたシリコン層５２の少なくとも一部または厚さ（ｚ方向）は、ステップ（Step）２１２で除去される。いくつかの形態では、シリコン層５２は、第１の面１２３および第２の面１２５から実質的に除去される。しかしながら、図に示すように、シリコン層５２は、第１のトレンチ１２４ａおよび第２のトレンチ１２４ｃ内に配置されたモリブデン層５０の上に残る。これにより、第１のトレンチ１２４ａおよび第２のトレンチ１２４ｃ内には、シリコン薄膜層５２が配置されたモリブデン層５０が設けられる。モリブデン層５０の厚さの非限定的な例は、５μｍ～２００μｍ、例えば１０μｍ～４０μｍの範囲である。シリコン層５２の厚さの非限定的な例は、１００ｎｍ～１０μｍ、例えば０．５μｍ～３μｍの範囲である。本開示のいくつかの態様では、シリコン層５２が第１の面１２３および第２の面１２５から除去された後の第２のプレート部材１２４の平均表面粗さは、５μｍ未満、例えば１００ｎｍから５μｍの間である。

【0037】

本開示の変形例では、ステップ（Step）２０８はステップ（Step）２１２と組み合わされる。すなわち、ステップ（Step）２０６でモリブデン層５０が堆積され、ステップ（Step）２０８は省略され、ステップ（Step）２１０でシリコン層５２がモリブデン層５０上に堆積され、ステップ（Step）２１２で、第１の面１２３および第２の面１２５上に延在または堆積された、モリブデン層５０およびシリコン層５２が除去される。

【0038】

図２Ｇに示すように、導電ビア１４０のシャフト１４４は、ステップ（Step）２１４でビア１２４ｂ内に配置される。ヘッド１４２は、第２のトレンチ１２４ｃ内のモリブデン層５０の上に堆積されたシリコン層５２の上に接触して配置され、キャップ１４６は、第１のトレンチ１２４ａ内のモリブデン層５０の上に堆積されたシリコン層５２の上に接触して配置される。

【0039】

図２Ｈに示すように、ステップ２１６において、第１のプレート部材１２２および第３のプレート部材１２６が設けられる。本開示のいくつかの態様では、第１のプレート部材１２２は、内側面１２１と、内側面１２１内に形成されたトレンチ１２２ａとを備え、第３のプレート部材１２６は、内側面１２７と、内側面１２７内に形成されたトレンチ１２６ａとを備える。また、第１のプレート部材１２２、第２のプレート部材１２４、および第３のプレート部材１２６は、導電ビア１４０のヘッド１４２の上方（＋ｚ方向）にトレンチ１２２ａが位置合わせされ、導電ビア１４０のキャップ１４６の下方（－ｚ方向）にトレンチ１２６ａが位置合わせされるように組み付けられている。

【0040】

ここで図２Ｉを参照すると、第１のプレート部材１２２、第２のプレート部材１２４、および第３のプレート部材１２６は、ステップ（Step）２１８において互いに接触して配置され、シリコン層５２が溶融し、プレート部材１２２，１２４，１２６の間に液相拡散接合が形成されて図１のセラミックヒータ１０を作成するように高温に加熱される。例えば、図２Ｉに示す第１のプレート部材１２２、第２のプレート部材１２４、第３のプレート部材１２６および導電ビア１４０のアセンブリは、炉「Ｆ」内に配置され、シリコンの溶融温度（１４１４℃）を超える温度に加熱することができる。シリコン層５２中のシリコンは溶融して隣接するモリブデン層５０および隣接するプレート部材１２２，１２６に拡散し、それらの間に液相拡散接合が形成される。特に、第１のトレンチ１２４ａ内のモリブデン層５０の上に配置されたシリコン層５２は、溶融してモリブデン層５０および第３のプレート部材１２６の重なり合う内側面１２７に拡散し、モリブデン層５０と第３のプレート部材１２６との間に液相拡散接合が形成される。また、第２のトレンチ１２４ｃ内のモリブデン層５０の上に配置されたシリコン層５２が溶融し、モリブデン層５０および第１のプレート部材２２６の重なり合う内側面１２１に拡散し、モリブデン層５０と第３のプレート部材１２６との間に液相拡散接合が形成される。本開示のいくつかの形態では、第１のトレンチ１２４ａ内のモリブデン層５０の上に配置されたシリコン層５２が溶融して導電ビア１４０のキャップ１４６内に拡散し、第２のトレンチ１２４ｃ内のモリブデン層５０の上に配置されたシリコン層５２が溶融して導電ビア１４０のヘッド１４２内に拡散し、それらの間に液相拡散接合が形成される。

【0041】

理論に束縛されるものではないが、モリブデン層５０へのシリコンの拡散は、Ｍｏ－Ｓｉ合金またはＭｏ－Ｓｉ金属間化合物を含んでも含まなくてもよいＭｏ－Ｓｉ拡散層の形成をもたらすことを理解されたい。例えば、モリブデン層５０へのシリコンの拡散は、二珪化モリブデン（ＭｏＳｉ２）層またはＭｏＳｉ２析出物を含むＭｏ－Ｓｉ拡散層、との液相拡散接合の形成をもたらすことができる。また、第１のプレート部材１２２および第３のプレート部材１２６のそれぞれの内側面１２１，１２７へのシリコンの拡散は、Ａｌ－Ｓｉ合金、Ａｌ－Ｓｉ金属間化合物および／またはＡｌＮ－Ｓｉ金属間化合物を含んでも含まなくてもよいＡｌＮ－Ｓｉ拡散層の形成をもたらす。モリブデン層５０および隣接する内側面１２１，１２７へのシリコンの拡散は、例えば、ＭｏＳｉ２析出物が形成され、モリブデン層５０と隣接する内側面１２１，１２７との間の接合境界面（すなわち、液相拡散接合）が形成されるときに、シリコンの等温固体化をもたらすことも理解されるべきである。このようにして、プレート部材１２２，１２４，１２６が互いに接合されて、モリブデン加熱層１３０およびモリブデン終端層１３２を有する基板１１０を形成する。

【0042】

図２Ａ～図２Ｉは、プレート部材１２２，１２４，１２６の液相拡散接合を示しているが、セラミックヒータ１０の一部のろう付けを含むことができることを理解されたい。例えば、プレート部材１２２，１２４および／または１２６の外径面を互いにろう付けして基板１１０の外径を封止し、それによってセラミックヒータ１０の使用中に加熱層１３０、終端層１３２および導電ビア１４０から半導体ウェハ処理チャンバへの蒸気の漏れまたはガス放出を防止することができる。一形態では、所望のろう付け領域の外側のろう付け合金の流れを閉じ込めて、所望のろう付け領域を減少させるために、プレート部材１２２，１２４，１２６のうちの１つまたは複数にトレンチを形成することができる。

【0043】

ここで図３を参照すると、本開示の別の開示において、本開示の教示に従って構成されたセラミックヒータ３０が示されている。セラミックヒータ３０は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）などのセラミック材料で作られた基板３１０と、熱を発生させるための加熱層３３０と、配線層３４０と、１つまたは複数の第１の導電ビア３５０と、１つまたは複数の第２の導電ビア３７０と、基板シャフト３８０とを備える。第１の導電ビア３５０は、加熱層３３０を配線層３４０に接続するために加熱層３３０と配線層３４０との間に配置され、第２の導電ビア３７０は、配線層３４０と少なくとも１つの端子配線３９０との間に配置される。セラミックヒータ３０は、半導体処理における支持台の一部として用いられてもよい。

【0044】

基板３１０は、その上のターゲットを加熱するための第１の面３１２と、少なくとも一つの端子配線３９０がそこから延びる第２の面３１４とを画定する。支持台を形成するために、基板シャフト３８０は、接合層３８２（例えば、液相拡散接合層）を介して基板３１０の第２の面３１４に接合され、少なくとも一つの端子配線３９０を囲む。基板３１０は、複数のプレート部材３２２，３２４，３２６を含んでいてもよい。複数のプレート部材３２２，３２４，３２６はそれぞれ平板状の構成を有しており、図示例では三つのプレート部材３２２，３２４，３２６が示されているが、基板３１０は任意の数のプレート部材を含んでいてもよい。第１のプレート部材３２２と第２のプレート部材３２４との間、ならびに、第２のプレート部材３２４と第３のプレート部材３２６と間の隣接面の平均表面粗さは、５μｍ未満、例えば１００ｎｍ～５μｍである。

【0045】

加熱層３３０は、第１のプレート部材３２２および／または第２のプレート部材３２４の内部に埋め込まれている。本開示のいくつかの形態では、加熱層３３０は、第１のプレート部材３２２および／または第２のプレート部材３２４に配置される。すなわち、加熱層３３０は、本開示の範囲内において、第１のプレート部材３２２、第２のプレート部材３２４、または、第１のプレート部材３２２および第２のプレート部材３２４に配置されてもよい。配線層３４０は、第２のプレート部材３２４および／または第３のプレート部材３２６内に埋め込まれている。いくつかの形態では、配線層３４０は、第２のプレート部材３２４および／または第３のプレート部材３２６の上または部分的に配置されてもよい。すなわち、配線層３４０は、本開示の範囲内において、第２のプレート部材３２４、第３のプレート部材３２６、または、第２のプレート部材３２４および第３のプレート部材３２６に配置されてもよい。加熱層３３０と配線層３４０との間の第２のプレート部材３２４内の第１の導電ビア３５０の少なくとも１つ、および／または第３のプレート部材３２６内の第２の導電ビア３６０の少なくとも１つは、それぞれ第２のプレート部材３２４または第３のプレート部材３２６の側面に沿ったトレンチ（図示せず）であってもよい。本開示のいくつかの形態では、加熱層３３０、配線層３４０、第１の導電ビア３５０、および第２の導電ビア３７０のうちの少なくとも１つは、モリブデンまたはモリブデン合金である。

【0046】

本開示の一形態では、加熱層３３０は少なくとも１つの加熱要素３３２を含み、配線層３４０は複数の配線層要素３４２を含む。例えば、加熱層３３０は、とりわけ、複数の円形配置された加熱要素３３２および／または複数の蛇行配置された加熱要素３３２を含むことができる。また、加熱層３３０は、以下により詳細に説明するように、複数の別個の独立して制御された加熱ゾーンを画定することができる。

【0047】

本開示のいくつかの形態では、第１の導電ビア３５０は、ヘッド３６２、シャフト３６４、およびキャップ３６６を含む締結具３６０を含む。このような形態では、締結具３６０は、第２のプレート部材３２４を貫通して延び、少なくとも一態様では、ヘッド３６２、シャフト３６４、およびキャップ３６６は、モリブデンまたはモリブデン合金である。第２の導電ビア３７０は、締結具（図示せず）を含むことができる。代替的に、またはそれに加えて、第１の導電ビア３５０および／または第２の導電ビア３７０は、第２のプレート部材３２４および第３のプレート部材３２６にそれぞれ配置された、とりわけロッド、ピン、シャフトから形成されてもよい。

【0048】

基板３１０は、基板１１０に関して上述したように、液相拡散接合を使用して製造されることを理解されたい。例えば、本開示の一形態では、トレンチおよびビア（符号なし）が第２のプレート部材３２４に形成され、モリブデン層がトレンチ内に堆積され、第２のプレート部材３２４の外側面から除去される。トレンチ内のモリブデン層上にシリコン層が堆積され、第２のプレート部材３２４の外側面からシリコン層を除去し、導電ビア３６０が第２のプレート部材３２２のビアを貫通して挿入される。第３のプレート部材３２６にはトレンチおよびビア（符号なし）が形成され、プレート部材３２２，３２４，３２６が組み立てられ、お互いに液相拡散接合される。また、基板シャフト３８０にトレンチ（符号なし）が形成され、Ｍｏ－Ｓｉ接合層がトレンチ内に堆積されて、基板シャフト３８０が組み立てられ、プレート部材３２２，３２４，３２６の液相拡散接合の前、最中、または後に第３のプレート部材に液相拡散接合される。

【0049】

ここで図４を参照すると、本開示の一形態によるセラミックヒータ３０の上面図（－ｚ方向）が示されている。加熱層３３０をより詳細に示すために、第１のプレート部材３２２は図４には示されていない。図４に示すセラミックヒータ３０は、複数のモリブデン加熱要素３３２と、複数の配線層３４０と、複数のモリブデン加熱要素間に延在し、複数の配線層３４０に複数のモリブデン加熱要素を電気的に接続する複数の導電ビア３５０とを含む。また、図４に示すセラミックヒータ３０は、６つの別個の独立して制御される熱ゾーン３３４を含む。

【0050】

ここで図５を参照すると、本開示の別の形態によるセラミックヒータ３０（第１のプレート部材３２２なし）の上面図（－ｚ方向）が示されている。図４に示すセラミックヒータ３０と同様に、図５に示すセラミックヒータ３０は、複数のモリブデン加熱要素３３２と、複数の配線層３４０と、複数のモリブデン加熱要素間に延在し、複数の配線層３４０に複数のモリブデン加熱要素を電気的に接続する複数の導電ビア３５０とを含む。また、図５に示すセラミックヒータ３０は、６つの別個の独立して制御される熱ゾーン３３６を含む。

【0051】

ここで図６を参照すると、図５のセラミックヒータの斜視図が、６つの熱ゾーン３３６、基板シャフト３８０、および端子配線３９０と共に示されている。

【0052】

図面は、一般に、プレート部材を液相拡散接合するために使用されるＭｏ－Ｓｉ層または組成物を用いて記載されているが、本開示の教示は、プレート部材を液相拡散接合するための他の組成物を含むことを理解されたい。本明細書に記載のプレート部材を互いに液相拡散接合するために使用することができる組成物の非限定的な例には、とりわけ、チタン－アルミニウム層、パラジウム－アルミニウム層、マンガン－アルミニウム層、ニオブ－シリコン層、およびタングステン－シリコン層が含まれる。

【0053】

ある要素または層が別の要素または層に対して「上に（ｏｎ）」、「係合される（ｅｎｇａｇｅｄ ｔｏ）」、または「結合される（ｃｏｕｐｌｅｄ ｔｏ）」と言及される場合、それは他の要素または層に対して、直接、上に、係合され、接続され、または結合されてもよく、あるいは介在する要素または層が存在してもよい。対照的に、ある要素が別の要素または層に対して「直接上に（ｄｉｒｅｃｔｌｙ ｏｎ）」、「直接係合される（ｄｉｒｅｃｔｌｙ ｅｎｇａｇｅｄ ｔｏ）」、「直接接続される（ｄｉｒｅｃｔｌｙ ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ ｔｏ）」、または「直接結合される（ｄｉｒｅｃｔｌｙ ｃｏｕｐｌｅｄ ｔｏ）」と言及される場合、介在する要素または層は存在しなくてもよい。要素間の関係を説明するために使用される他の単語も同様に解釈されるべきである（例えば、「間に」対「直接間に」、「隣接する」対「直接隣接する」などである）。本明細書で使用される場合、「および／または」という用語は、関連する列挙された項目のうちの１つまたは複数のありとあらゆる組み合わせを含む。

【0054】

第１、第２、第３などの用語は、様々な要素、構成要素、領域、層および／または部分を説明するために使用され得るが、これらの要素、構成要素、領域、層および／または部分は、これらの用語によって限定されるべきではない。これらの用語は、１つの要素、構成要素、領域、層および／または部分を、別の要素、構成要素、領域、層および／または部分から区別するためにのみ使用され得る。「第１」、「第２」などの用語、および他の数値用語は、本明細書で使用される場合、文脈によって明確に示されない限り、順序または順序を意味しない。したがって、第１の要素、構成要素、領域、層または部分は、例示的な形態の教示から逸脱することなく、第２の要素、構成要素、領域、層または部分と呼ぶことができる。さらに、要素、構成要素、領域、層または部分は、「第１の」要素、構成要素、領域、層または部分と呼ばれる、要素、構成要素、領域、層またはセクションを必要とせずに、「第２の」要素、構成要素、領域、層またはセクションと呼ばれてもよい。

【0055】

「内側（ｉｎｎｅｒ）」、「外側（ｏｕｔｅｒ）」、「真下（ｂｅｎｅａｔｈ）」、「下方（ｂｅｌｏｗ）」、「下側（ｌｏｗｅｒ）」、「上方（ａｂｏｖｅ）」、「上側（ｕｐｐｅｒ）」などの空間的に相対的な用語は、本明細書では、図に示すように、１つの要素または特徴と別の要素または特徴との関係を説明するための説明を容易にするために使用され得る。空間的に相対的な用語は、図に示されている向きに加えて、使用中または動作中のデバイスの異なる向きを包含することが意図され得る。例えば、図中のデバイスがひっくり返された場合、他の要素または特徴の「下方（ｂｅｌｏｗ）」または「真下（ｂｅｎｅａｔｈ）」にあると記載された要素は、他の要素または特徴の「上方（ａｂｏｖｅ）」に位置づけられる。したがって、「下方（ｂｅｌｏｗ）」という例示的な用語は、上方または下方の両方の向きを包含することができる。装置は、他の方向に向けられ（９０度または他の向きに回転され）てもよく、本明細書で使用される空間的に相対的な記述子はそれに応じて解釈される。

【0056】

本明細書で使用される場合、Ａ、Ｂ、およびＣのうちの少なくとも１つという語句は、非排他的論理ＯＲを使用して論理（Ａ ＯＲ Ｂ ＯＲ Ｃ）を意味すると解釈されるべきであり、「Ａのうちの少なくとも１つ、Ｂのうちの少なくとも１つ、およびＣのうちの少なくとも１つ」を意味すると解釈されるべきではない。

【0057】

他に明示的に示されない限り、機械的／熱的特性、組成百分率、寸法および／または公差、または他の特性を示すすべての数値は、本開示の範囲を説明する際に「約（ａｂｏｕｔ）」または「およそ（ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｌｙ）」という単語によって修飾されると理解されるべきである。この変更は、工業的実施、製造技術、および試験能力を含む様々な理由で望まれる。

【0058】

本明細書で使用される用語は、特定の例示的な形態のみを説明するためのものであり、限定することを意図するものではない。単数形「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は、文脈が明らかにそうでないことを示さない限り、複数形も含むことが意図され得る。「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」および「有する（ｈａｖｉｎｇ）」という用語は包括的であり、したがって、記載された特徴、整数、ステップ、動作、要素、および／または構成要素の存在を指定するが、１つまたは複数の他の特徴、整数、ステップ、動作、要素、構成要素、および／またはそれらのグループの存在または追加を排除するものではない。本明細書に記載された方法ステップ、プロセス、および動作は、実行の順序として具体的に特定されない限り、必ずしも説明または図示された特定の順序でそれらの実行を必要とすると解釈されるべきではない。追加のまたは代替のステップが使用されてもよいことも理解されたい。

【0059】

本開示の説明は、本質的に単なる例示であり、したがって、本開示の内容から逸脱しない例は、本開示の範囲内であることが意図される。そのような例は、本開示の精神および範囲からの逸脱と見なされるべきではない。本開示の広範な教示は、様々な形態で実施することができる。したがって、本開示は特定の例を含むが、図面、明細書、および添付の特許請求の範囲を検討すると他の修正が明らかになるので、本開示の真の範囲はそのように限定されるべきではない。
以下に、本願の出願当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［１］
セラミック基板と、
加熱層であって、前記加熱層は、液相拡散接合を介して前記セラミック基板に接合されている、加熱層と、
を備えるヒータ。
［２］
配線層と、前記加熱層を前記配線層に接続する複数の第１の導電ビアと、をさらに備える、請求項１に記載のヒータ。
［３］
前記セラミック基板は、ＡｌＮ基板であり、前記配線層および前記複数の第１の導電ビアはモリブデン材で形成され、前記配線層および前記複数の第１の導電ビアのうちの少なくとも一方は、前記液相拡散接合を介して、前記ＡｌＮ基板に接合される、請求項２に記載のヒータ。
［４］
前記配線層を前記ＡｌＮ基板の表面に接続する複数の第２の導電ビアを、さらに備える、請求項３に記載のヒータ。
［５］
前記ＡｌＮ基板は、液相拡散接合を介して前記モリブデン材とともに接合された複数のプレート部材を含む、請求項３に記載のヒータ。
［６］
前記複数のプレート部材は、前記モリブデン材で形成された前記複数の第１の導電ビアが貫通する第１のプレート部材および第２のプレート部材を含む、請求項５に記載のヒータ。
［７］
前記加熱層は、前記第１のプレート部材および前記第２のプレート部材の少なくとも一方の内部に埋め込まれている、請求項６に記載のヒータ。
［８］
前記第１のプレート部材と前記第２のプレート部材との間の平均表面粗さは、５μｍ未満である、請求項６に記載のヒータ。
［９］
前記第２のプレート部材および第３のプレート部材の少なくとも一方の中に埋め込まれ、前記複数の第１の導電ビアと接触する、前記モリブデン材で形成された配線層をさらに備える、請求項６に記載のヒータ。
［１０］
終端部に接合された端子配線をさらに備える、請求項９に記載のヒータ。
［１１］
前記第２のプレート部材および前記第３のプレート部材の少なくとも一方の中に埋め込まれた終端層材料をさらに備える、請求項６に記載のヒータ。
［１２］
前記終端層は、モリブデンおよびシリコンを含む、請求項１１に記載のヒータ。
［１３］
前記加熱層と前記ＡｌＮ基板との間に、モリブデン－シリコン（Ｍｏ－Ｓｉ）合金およびＭｏ－Ｓｉ金属間化合物の少なくとも一方をさらに備える、請求項１２に記載のヒータ。
［１４］
前記複数のプレート部材は、第１のプレート部材と、前記モリブデン材で形成された複数の第１の導電ビアが貫通する第２のプレート部材と、前記モリブデン材で形成された複数の第２の導電ビアが貫通する第３のプレート部材とを含む、請求項５に記載のヒータ。
［１５］
前記加熱層は、前記第１のプレート部材および前記第２のプレート部材の少なくとも一方に埋め込まれている、請求項１４に記載のヒータ。

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図2C】

【図2D】

【図2E】

【図2F】

【図2G】

【図2H】

【図2I】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】