由多个件形成的耐等离子体陶瓷主体的制作方法

1.本公开的实施方案涉及由多个件或部分形成以用作等离子体蚀刻室或沉积室中的部件的耐等离子体陶瓷主体。陶瓷部分使用耐等离子体玻璃或玻璃陶瓷接合材料来接合或结合以形成接合陶瓷主体。此外，本公开的实施方案还提供了一种用于制造该接合陶瓷主体和从该主体制造耐等离子体陶瓷部件的方法。


背景技术：

2.本部分公开了与所公开的实施方案相关的主题。本部分中讨论的背景技术不旨在法律上构成现有技术，无论是明确的还是暗示的。
3.玻璃是非晶固体并因此而没有结晶结构。玻璃陶瓷是通过首先形成玻璃并且之后通过仔细地控制热处理和冷却速率来至少部分地使玻璃结晶来制成的。这产生了具有微结构的玻璃陶瓷材料，该微结构具有由玻璃非晶基质包围的结晶区。玻璃基质填充可以其他方式存在于陶瓷材料中的空隙和孔隙。玻璃陶瓷材料的性质可根据组成和处理来进行调整以实现与玻璃或陶瓷材料不同的独特性质。
4.在半导体衬底的处理期间，通常使用等离子体来去除在室壁和衬底上的材料。等离子体条件产生高腐蚀性且高侵蚀性环境并将室的壁和部件暴露于显著的离子轰击和化学腐蚀。该离子轰击与等离子体化学物质和/或蚀刻副产物结合可产生显著的表面粗糙化、侵蚀、腐蚀和处理室的暴露在等离子体下的表面的腐蚀-侵蚀。因此，表面材料通过物理和/或化学侵害来进行去除。该侵害导致了包括短零件寿命在内的问题，这导致了延长的工具停机时间、增加的消耗品成本、微粒污染、晶片上过渡金属污染和工艺漂移。
5.由于在此类反应器中的等离子体环境的该侵蚀性和腐蚀性，因此需要最小化颗粒和/或金属污染。因此，期望的是，被设计用于制造此类装备的部件和结合材料(包括消耗品和其他零件)具有适当高的耐侵蚀且耐腐蚀性。有鉴于此，具有非常高的纯度的那些等离子体室部件和结合或接合材料可提供杂质少的均匀地耐腐蚀表面，这可防止在使用期间的腐蚀和侵蚀。此类等离子体室部件零件已经由示例性耐蚀刻材料形成，该耐蚀刻材料诸如但不限于氧化铝、氧化钇、一种或多种形式的氧化钇铝和氮化铝，其提供了在等离子体环境中的耐腐蚀和侵蚀性。这些示例性耐蚀刻主体公开于名称为“用于蚀刻应用的受控制孔隙率氧化钇(controlled porosity yttrium oxide for etch applications)”的美国临时专利申请号62/829,720和名称为“用于耐腐蚀部件的陶瓷烧结主体(ceramic sintered body for corrosion resistant components)”的美国临时专利申请号62/936821，这两个专利申请全文以引用方式并入本文。
6.在各种电子器件应用中使用的典型的玻璃在卤素基等离子体应用和/或高水平碱和碱土元素以及硼硅酸盐化合物中表现不良，从而使它们无法在要求高纯度的应用中使用。另外，在许多玻璃组合物中硼的存在可能与半导体器件制造工艺不相容。
7.等离子体处理室已经被设计成包括零件诸如圆盘、喷头或窗、喷嘴、室衬里、各种环(诸如聚焦环和保护环)和将等离子体约束在正被处理的晶片上方的圆柱体。
8.为了满足对更精细的特征和节点大小的不断追求，要求在处理半导体衬底中使用的室部件具有更大的功能性，从而使更复杂的结构成为必需。这些结构可具有组合到单个主体或部件中的不同材料的多个层、嵌入元件、部分或图案化层。为了制造这些更高复杂性结构，可能要求将多个耐蚀刻构件结合或接合以形成部件诸如晶片支撑组件(例如，吸盘或静电吸盘(esc))、rf或电介质窗、具有用于不同的工艺气体的多个开口的注射器或喷嘴、具有嵌入线、网或其他元件来提供电功能性的工艺环或其他环以及其他部件。使用以各种配置结合的材料的阵列因不同的材料性质而带来问题。例如，接合材料的机械性质(诸如热膨胀系数(cte))必须与被选择用于进行使用的陶瓷构件的机械性质相容以避免因在半导体制造中使用期间产生的热偏差移而造成开裂和/或分层。另外，结合工艺通常要求大约0.15mpa和更大、例如至多1.4mpa的压力，以便确保在件之间的充分的结合。另外，在陶瓷构件之间施加的接合或结合材料以与陶瓷构件相同的方式被等离子体持续地侵害并因此侵蚀、腐蚀或积聚污染物和积累聚合物，并且因此要遵从于与陶瓷构件本身相同的耐蚀刻要求。因此，在卤素等离子体应用中室部件耐腐蚀和侵蚀性以及这些部件的使用寿命可能受被选择用于进行使用的结合材料限制。不断地努力改善用于蚀刻和沉积半导体工艺的室部件、特别是由多个件制成的那些部件的耐等离子体性能，以适应现有技术半导体处理室所需的更严格的设计要求。本文所公开的材料和方法的使用将提供对已知技术的性能改善。
9.因此，需要通过耐腐蚀和侵蚀玻璃或玻璃陶瓷材料接合的多件式耐腐蚀和侵蚀陶瓷主体。


技术实现要素：

10.从前述相关技术开始，这些和其他需要通过如本文所公开的各种实施方案、方面和配置来进行解决：
11./1/一种接合陶瓷主体，该接合陶瓷主体包括：第一陶瓷部分，该第一陶瓷部分包含第一陶瓷；第二陶瓷部分，该第二陶瓷部分包含第二陶瓷；接合层，该接合层形成在该第一陶瓷部分与该第二陶瓷部分之间，其中该接合层具有在0.5μm与20μm之间的结合厚度并包含具有相对于该接合层的质量为20ppm和更低的总杂质含量的二氧化硅。
12./2/根据权利要求1所述的接合陶瓷主体，其中该接合层包含具有相对于该接合层的质量为10ppm和更低的总杂质含量的非晶玻璃相。
13./3/根据前述权利要求1或2中任一项所述的接合陶瓷主体，其中该接合层包含玻璃陶瓷，该玻璃陶瓷包含非晶玻璃相和至少一种结晶陶瓷相。
14./4/根据前述权利要求1至3中任一项所述的接合陶瓷主体，其中该接合层包含具有该接合层的5体积％至99体积％的量的结晶度的至少一种结晶陶瓷相。
15./5/根据前述权利要求1至4中任一项所述的接合陶瓷主体，其中该接合层包含具有该接合层的5体积％至90体积％的量的结晶度的至少一种结晶陶瓷相。
16./6/根据前述权利要求1至5中任一项所述的接合陶瓷主体，其中该接合层包含具有该接合层的5体积％至70体积％的量的结晶度的至少一种结晶陶瓷相。
17./7/根据前述权利要求1至6中任一项所述的接合陶瓷主体，其中该接合层包含具有该接合层的10体积％至60体积％的量的结晶度的至少一种结晶陶瓷相。
18./8/根据前述权利要求1至7中任一项所述的接合陶瓷主体，其中该接合层包含具
有该接合层的10体积％至50体积％的量的结晶度的至少一种结晶陶瓷相。
19./9/根据前述权利要求1至8中任一项所述的接合陶瓷主体，其中该至少一种结晶陶瓷相包含选自由以下项组成的组的至少一者：莫来石、氧化铝、y2si2o7、y2sio5和y3al5o12(钇铝石榴石)。
20./10/根据前述权利要求1至9中任一项所述的接合陶瓷主体，其中该y3al5o12(钇铝石榴石)是多晶的。
21./11/根据前述权利要求1至10中任一项所述的接合陶瓷主体，其中该接合层具有相对于该接合层的质量为10ppm和更低的总杂质含量。
22./12/根据前述权利要求1至11中任一项所述的接合陶瓷主体，其中该接合层具有相对于该接合层的质量为5ppm和更低的总杂质含量。
23./13/根据前述权利要求1至12中任一项所述的接合陶瓷主体，其中该接合层具有相对于100％纯度为99.99％和更高的总纯度。
24./14/根据前述权利要求1至13中任一项所述的接合陶瓷主体，其中该接合层具有相对于100％纯度为99.995％和更高的总纯度。
25./15/根据前述权利要求1至14中任一项所述的接合陶瓷主体，其中该接合层具有相对于100％纯度为99.999％和更高的总纯度。
26./16/根据前述权利要求1至15中任一项所述的接合陶瓷主体，其中该接合层具有相对于该接合层的质量为5ppm和更低的总碱或碱土元素含量。
27./17/根据前述权利要求1至16中任一项所述的接合陶瓷主体，其中该接合层具有1μm至15μm的结合厚度。
28./18/根据前述权利要求1至17中任一项所述的接合陶瓷主体，其中该接合层具有3μm至10μm的结合厚度。
29./19/根据前述权利要求1至18中任一项所述的接合陶瓷主体，其中该接合层具有4μm至8μm的结合厚度。
30./20/根据前述权利要求1至19中任一项所述的接合陶瓷主体，其中该接合层还包含具有相对于该接合层的100％纯度为99.99％和更高的纯度的选自由以下项组成的组的稀土氧化物：y2o3、la2o3、ceo2、nd2o3、pm2o3、sm2o3、eu2o3、gd2o3、tb4o7、dy2o3、ho2o3、er2o3、tm2o3、yb2o3、lu2o3以及它们的组合。
31./21/根据前述权利要求1至20中任一项所述的接合陶瓷主体，其中该接合层还包含选自由以下项组成的组的元素：y、la、ce、pr、nd、pm、sm、eu、gd、tb、dy、ho、er、tm、yb和lu以及它们的组合。
32./22/根据前述权利要求1至21中任一项所述的接合陶瓷主体，其中该第一陶瓷部分和该第二陶瓷部分包含相同陶瓷。
33./23/根据前述权利要求1至22中任一项所述的接合陶瓷主体，其中该第一陶瓷和该第二陶瓷包含不同陶瓷。
34./24/根据前述权利要求1至23中任一项所述的接合陶瓷主体，其中该第一陶瓷部分和该第二陶瓷部分中的每一者选自由以下项组成的组：氧化铝、氧化钇、氮化铝、钇铝石榴石(yag；y3al5o
12
)、碳化硅、石英、莫来石、sialon材料以及它们的组合。
35./25/根据前述权利要求1至24中任一项所述的接合陶瓷主体，其中该第一陶瓷部
分和该第二陶瓷部分是氧化铝。
36./26/根据前述权利要求1至25中任一项所述的接合陶瓷主体，其中该接合层具有为该第一陶瓷部分和该第二陶瓷部分中的每一者的0％至10％的热膨胀系数(cte)。
37./27/根据前述权利要求1至26中任一项所述的接合陶瓷主体，其中该接合层具有为该第一陶瓷部分和该第二陶瓷部分中的每一者的0％至5％的热膨胀系数(cte)。
38./28/根据前述权利要求1至27中任一项所述的接合陶瓷主体，其中该第一陶瓷部分和该第二陶瓷部分具有相对于100％纯度为99.99％和更高的总纯度。
39./29/根据前述权利要求1至28中任一项所述的接合陶瓷主体，其中该第一陶瓷部分和该第二陶瓷部分具有相对于100％纯度为99.995％和更高的总纯度。
40./30/根据前述权利要求1至29中任一项所述的接合陶瓷主体，该接合陶瓷主体具有相对于100％纯度为99.99％和更高的纯度。
41./31/一种制造接合陶瓷主体的方法，该方法包括：将二氧化硅的粉末设置在第一陶瓷部分的表面和第二陶瓷部分的表面之间以形成陶瓷主体组件；将该陶瓷主体组件的温度增高到足以接合该第一陶瓷部分和该第二陶瓷部分的烧结温度以形成该接合陶瓷主体；以及降低该接合陶瓷主体的温度，其中该二氧化硅具有根据astm c1274测量的25m2/g至50m2/g的比表面积和相对于100％纯度为99.999％和更高的纯度，该方法的特征在于，该方法在用于制备具有如在前述权利要求中任一项中所公开的特性的接合陶瓷主体的条件下进行。
42./32/根据权利要求31所述的方法，其中步骤a.还包括氧化铝的粉末，其中该氧化铝具有99.99％和更高的纯度。
43./33/根据权利要求31或32中任一项所述的方法，其中步骤a.还包括具有99.99％和更高的纯度的选自由以下项组成的组的至少一种稀土氧化物的粉末：y2o3、la2o3、ceo2、nd2o3、pm2o3、sm2o3、eu2o3、gd2o3、tb4o7、dy2o3、ho2o3、er2o3、tm2o3、yb2o3、lu2o3以及它们的组合。
44./34/根据权利要求31至33中任一项所述的方法，其中步骤b.的该烧结温度介于1100℃和1500℃之间。
45./35/根据权利要求31至34中任一项所述的方法，其中步骤a.还包括具有相对于100％纯度为99.995％和更高的纯度的氧化钇的粉末。
46./36/根据权利要求31至35中任一项所述的方法，该方法还包括以下步骤：机加工该接合陶瓷主体以产生用于半导体处理室中的接合陶瓷主体部件。
47./37/根据权利要求31至36中任一项所述的方法，其中该接合陶瓷主体部件选自由以下项组成的组：电介质窗或rf窗、环、喷嘴或气体注射器、喷头、气体分配板、蚀刻室衬里、等离子体源适配器、气体入口适配器、扩散器、电子晶片吸盘、吸盘、定位盘、离子抑制器元件、面板和/或在蚀刻室中的保护环。
48./38/一种用于生产通过根据权利要求31至37中任一项所述的方法制造的半导体室部件的接合陶瓷主体。
49./39/根据权利要求31至38中任一项所述的接合陶瓷主体，该接合陶瓷主体具有各自关于该陶瓷主体的最长延度100mm至622mm、优选地200mm至622mm、优选地300mm至622mm、优选地400mm至622mm、更优选地450mm至622mm、更优选地500mm至622mm、更优选地550mm至
622mm的大小。
50./40/一种耐等离子体组合物，该耐等离子体组合物包含：二氧化硅，该二氧化硅具有介于30nm和200nm之间的粒度和通过bet方法测量的介于25m2/g和50m2/g之间的比表面积；氧化铝；以及选自由以下项组成的组的至少一种稀土氧化物：y2o3、la2o3、ceo2、nd2o3、pm2o3、sm2o3、eu2o3、gd2o3、tb4o7、dy2o3、ho2o3、er2o3、tm2o3、yb2o3、lu2o3以及它们的组合；以及悬浮介质，其中该耐等离子体组合物包含糊剂。
51./41/根据权利要求40所述的耐等离子体组合物，其中该二氧化硅具有相对于100％纯度为至少99.999％和更高的总纯度。
52./42/根据权利要求40或41中任一项所述的耐等离子体组合物，其中该至少一种稀土氧化物包括具有相对于100％纯度为99.99％和更高的纯度的氧化钇。
53./43/根据权利要求40至42中任一项所述的耐等离子体组合物，该耐等离子体组合物具有相对于100％纯度为至少99.995％和更高的总纯度。
54./44/根据权利要求40至43中任一项所述的耐等离子体组合物，其中该悬浮介质包括选自由以下项组成的组的液体：水、乙醇、异丙醇、甘油以及它们的组合。
55./45/根据权利要求40至44中任一项所述的耐等离子体组合物，该耐等离子体组合物具有在4微米和6微米之间的最大粒度(d100)。
56./46/根据权利要求40至45中任一项所述的耐等离子体组合物，其中该氧化铝具有相对于100％纯度为99.99％和更高的纯度。
57./47/根据权利要求40至46中任一项所述的耐等离子体组合物，其中选自由以下项组成的组的该至少一种稀土氧化物具有99.99％和更高的纯度：y2o3、la2o3、ceo2、nd2o3、pm2o3、sm2o3、eu2o3、gd2o3、tb4o7、dy2o3、ho2o3、er2o3、tm2o3、yb2o3、lu2o3以及它们的组合。
58./48/根据权利要求40至47中任一项所述的耐等离子体组合物，其中存在25重量％至60重量％的量的二氧化硅，并且余量包含25重量％至50重量％的量的氧化铝和50重量％至75重量％的量的至少一种稀土氧化物的混合物。
59./49/根据权利要求48所述的耐等离子体组合物，其中该稀土氧化物包括氧化钇。
60./50/根据权利要求49所述的耐等离子体组合物，该耐等离子体组合物根据权利要求31至39中任一项所述的方法进行使用。
61./51/一种接合陶瓷主体，包括：氧化铝的第一陶瓷部分和第二陶瓷部分；接合层，该接合层形成在该第一陶瓷部分与该第二陶瓷部分之间，具有0.5μm至20μm的结合厚度，其中该第一陶瓷部分和该第二陶瓷部分具有99.99％和更高的纯度，并且该接合层包含玻璃陶瓷，该玻璃陶瓷包含非晶玻璃相和至少一种结晶陶瓷相，其中该接合层具有相对于该接合层的质量为20ppm和更低的总杂质含量。
62./52/一种接合陶瓷主体，该接合陶瓷主体包括：氧化钇铝石榴石(yag，y3al5o12)的第一陶瓷部分和第二陶瓷部分；以及接合层，该接合层形成在该第一陶瓷部分与该第二陶瓷部分之间，其中该第一陶瓷部分和该第二陶瓷部分具有99.99％和更高的纯度，其中该接合层包含玻璃陶瓷，该玻璃陶瓷包含非晶玻璃相和选自由以下项组成的组的至少一种结晶陶瓷相：钇铝石榴石(yag；y3al5o12)、钇铝单斜晶(yam，y4al2o9)和钇铝钙钛矿(yap，yalo3)，其中该接合层具有相对于该接合层的质量为20ppm和更低的总杂质含量和0.5μm至
20μm的结合厚度。
63./53/一种接合陶瓷主体，该接合陶瓷主体包括：氧化铝的第一陶瓷部分和第二陶瓷部分；以及接合层，该接合层形成在该第一陶瓷部分与该第二陶瓷部分之间，其中该第一陶瓷部分和该第二陶瓷部分具有99.99％和更高的纯度，并且该接合层包含玻璃陶瓷，该玻璃陶瓷包含非晶玻璃相和至少一种结晶陶瓷相，其中该至少一种结晶陶瓷相选自由以下项组成的组：莫来石、氧化铝、y2si2o7、y2sio5和y3al5o12(钇铝石榴石)，其中该接合层具有20ppm和更低的总杂质含量和在0.5μm和20μm之间的结合厚度。
64./54/一种接合陶瓷主体，该接合陶瓷主体包括：氧化钇铝石榴石(yag，y3al5o12)的第一陶瓷部分和第二陶瓷部分；接合层，该接合层形成在该第一陶瓷部分与该第二陶瓷部分之间，并且该第一陶瓷部分和该第二陶瓷部分具有99.99％和更高的纯度，并且该接合层包含玻璃陶瓷，该玻璃陶瓷包含非晶玻璃相和选自由以下项组成的组的至少一种结晶陶瓷相：莫来石、氧化铝、y2si2o7、y2sio5和y3al5o12(钇铝石榴石)，并且该接合层具有相对于该接合层的质量为20ppm和更低的总杂质含量，并且该接合层具有0.5μm至20μm的结合厚度。
附图说明
65.图1描绘了根据本公开的接合陶瓷主体的实施方案。
66.图2描绘了非根据本公开的接合陶瓷主体的实施方案。
67.图3示出了如本文所公开的玻璃陶瓷接合材料的差示扫描量热法(dsc)结果。
68.图4示出了根据本技术的实施方案的半导体处理系统。
69.图5示出了具有吸盘或电子晶片吸盘或静电吸盘(esc)和覆盖环的室部件的晶片支撑组件。
70.图6a和图6b示出了用于如本文所公开的半导体处理系统中的各种环的平面图和细节横截面图。
71.图7示出了可应用于图4、图5和图6中描绘的实施方案以及如本文所公开的其他多件式陶瓷主体或部件的代表性横截面图。
72.图8是示出所形成的结晶相的三元氧化钇-二氧化硅-氧化铝相图以及形成它们所需的比例和温度。
具体实施方式
73.现在将详细参考具体实施方案。具体实施方案的示例在附图中示出。虽然将结合这些具体实施方式来描述本公开，但是应当理解，这并不旨在将本公开限于这些具体实施方案。相反，它旨在涵盖可包括在由所附权利要求限定的实质和范围内的替代方案、修改方案和等效方案。在以下描述中，阐述了许多具体细节以提供对所公开实施方案的透彻理解。可在没有这些具体细节中的一些具体细节或全部具体细节的情况下实践本公开。
74.当本文使用字词“约”时，所公开的标称值具有+/-10％的相关联变化。
75.本文公开了可用于制造半导体和/或微机电(mem)处理系统的室部件的材料和方法。具体地，材料和方法涉及可用于将单独结构结合在一起以制造提供增强的耐卤素基处理气体性的陶瓷主体部件的接合材料，并且更具体地涉及如用于蚀刻和/或沉积半导体工
艺中的含有氟的处理气体。
76.作为示例，而非限制，由接合结构制成的这些部件可以是室衬里、rf或微波窗、喷头和/或气体分配组件、聚焦、屏蔽或夹紧环(以及本领域技术人员已知的其他环设计)、气体注射器或喷嘴、晶片吸盘和/或电子晶片吸盘。如所公开的接合材料、制造该接合材料的方法和在制造耐等离子体陶瓷主体部件中的使用将实现制造可用于制造室部件以满足下一代技术的设计要求的具有更高的结构复杂性和更精细的特征大小的一系列部件。作为示例，本文所公开的耐腐蚀和侵蚀的接合材料的使用提供了将结构构件结合在一起而同时维持低颗粒产生、在晶片规模下减少的污染和用于半导体和mems处理应用中所需的延长的部件组件寿命的能力。如本文所公开的材料和方法提供了具有非常高的纯度的耐腐蚀和侵蚀的接合陶瓷主体和/或部件，使得可释放到室中的颗粒不会有损半导体处理。
77.在一个实施方案中，本文公开了一种接合陶瓷主体，该接合陶瓷主体包括：第一陶瓷部分，该第一陶瓷部分包含第一陶瓷；第二陶瓷部分，该第二陶瓷部分包含第二陶瓷，以及接合层，该接合层形成在该第一陶瓷部分与该第二陶瓷部分之间。接合层可具有在0.1μm和20μm之间的厚度并包含具有20ppm和更低的总杂质含量的二氧化硅。
78.取决于应用特定要求，第一陶瓷部分和第二陶瓷部分可选自相同陶瓷或不同陶瓷。在实施方案中，第一陶瓷部分和第二陶瓷部分选自氧化铝、氧化钇、氮化铝、钇铝石榴石(yag；y3al5o
12
)、碳化硅、莫来石、石英、sialon材料以及它们的组合。被选择用于第一陶瓷部分和第二陶瓷部分的材料可具有适当地高的耐腐蚀和侵蚀性、材料性质(诸如热膨胀系数)和对用作如所公开的接合陶瓷主体可接受的纯度。本文公开了用于制造接合陶瓷主体的接合层与第一陶瓷部分和第二陶瓷部分的特定组合，然而，除了所公开的那些之外的接合陶瓷主体的实施方案也是可能的。
79.接合层可由二氧化硅或二氧化硅、氧化铝和选自由以下项组成的组的至少一种稀土氧化物的组合构成：y2o3、la2o3、ceo2、nd2o3、pm2o3、sm2o3、eu2o3、gd2o3、tb4o7、dy2o3、ho2o3、er2o3、tm2o3、yb2o3、lu2o3。在优选的实施方案中，稀土氧化物包括氧化钇。由二氧化硅制成的接合层可具有非常高的纯度，例如具有相对于100％纯二氧化硅为大于99.999％、优选地大于99.9995％、优选地99.9999％的总纯度，它们分别对应于10ppm、5ppm和1ppm的杂质水平。如所公开的高纯度二氧化硅的使用提供了非常低(总计《5ppm)的碱和/或碱土接合层，这增强了耐卤素基等离子体性并减少了表面粗糙化和颗粒产生。如本文所公开的碱和/或碱土元素包括以接合层的重量计总组合量不大于5ppm的li、na、k、mg、ca和sr。呈mgo的形式的mg以相对于接合材料的总质量为2ppm和更低的量存在于接合材料中。对于如本文所公开的其他实施方案，接合层可由二氧化硅、氧化铝和选自由以下项组成的组的至少一种稀土氧化物形成：y2o3、la2o3、ceo2、nd2o3、pm2o3、sm2o3、eu2o3、gd2o3、tb4o7、dy2o3、ho2o3、er2o3、tm2o3、yb2o3、lu2o3以及这些的组合，由此接合层具有99.995％和更高、优选地99.998％和更高、优选地99.999％和更高的纯度。如所公开的接合层可包括选自由以下项组成的组的元素：y、la、ce、pr、nd、pm、sm、eu、gd、tb、dy、ho、er、tm、yb和lu以及它们的组合。
80.在一些实施方案中，接合层可包含非晶高纯度(》99.999％)玻璃，并且在另选实施方案中，其可包含高纯度(》99.99％)玻璃陶瓷，该高纯度玻璃陶瓷包含非晶玻璃相或基质和分散在该基质中的结晶相，其中结晶陶瓷相各自按接合层的体积计以在接合层的5体
积％与99体积％之间、优选地在5体积％与90体积％之间、优选地在5体积％与70体积％之间、优选地在10体积％与60体积％之间、优选地在10体积％与50体积％之间的量形成。接合层的玻璃相和玻璃陶瓷相(包含玻璃相和至少一种结晶陶瓷相)中的任一者或两者在实施方案中可包含选自由以下项组成的组的元素中的至少一者：y、la、ce、pr、nd、pm、sm、eu、gd、tb、dy、ho、er、tm、yb和lu以及它们的组合。
81.在实施方案中，最小化接合层的厚度可能是有益的，这可提供增强的机械强度和改善的耐等离子体性。公开了接合陶瓷主体，其具有厚度为0.1μm至20μm、优选地0.1μm至15μm、优选地0.1μm至10μm、优选地0.1μm至5μm、优选地0.1μm至3μm、优选地1μm至8μm、优选地3μm至5μm的接合层。
82.在如所公开的实施方案中，选择具有与第一陶瓷部分和/或第二陶瓷部分的热膨胀系数(cte)相同或非常接近的cte的玻璃陶瓷接合层以在加热时、在冷却时和在使用期间最小化在陶瓷部分和/或玻璃陶瓷接合层之间的应力可能是有益的。这可防止陶瓷主体和/或玻璃陶瓷接合层的分层或开裂。玻璃陶瓷接合层的热膨胀系数可通过改变如本文所公开的二氧化硅、氧化铝和至少一种稀土氧化物(例如诸如氧化钇)的相对量来调整与陶瓷部分的热膨胀系数的相容性。如所公开的玻璃陶瓷接合层可具有与陶瓷部分的cte相同(即，没有差异)并在约200℃至1400℃的温度范围内在陶瓷部分的0与5％之间或从0至10％的cte。
83.玻璃陶瓷接合材料的组成可被选择为通过(氧化钇、氧化铝和二氧化硅的)组成的调整与衬底的例如10％或更少cte匹配。二氧化硅具有约0.5
×
10-6/℃至1
×
10-6/℃的cte，yag具有7
×
10-6/℃至8
×
10-6/℃的cte，并且氧化铝具有4
×
10-6/℃至5
×
10-6/℃的cte，并且通过改变它们的相对量，可修改玻璃陶瓷接合材料的cte。
84.公开了制造接合陶瓷主体的方法。本文所公开的方法包括以下步骤：
85.a.将二氧化硅的粉末设置在第一陶瓷部分的表面和第二陶瓷部分的表面之间以形成陶瓷主体组件；
86.b.将该陶瓷主体组件的温度增高到该二氧化硅的粉末的足以接合该第一陶瓷部分和该第二陶瓷部分的烧结温度以形成该接合陶瓷主体；以及
87.c.降低该接合陶瓷主体的温度，
88.其中该二氧化硅具有通过bet方法测量的至少25m2/g的比表面积以及99.999％和更高的纯度，该方法的特征在于该方法在用于制备具有如在前述权利要求中任一项中所公开的特性的接合陶瓷主体的条件下进行。术语“表面积”和“比表面积”在本文中可互换使用，并且是指以m2/g表达的表面积。
89.本文所公开的方法包括步骤a：将二氧化硅的粉末设置在第一陶瓷部分的表面和第二陶瓷部分的表面之间以形成陶瓷主体组件。二氧化硅的粉末可具有通过如本领域已知的bet方法测量的25m2/g和更大、优选地30m2/g和更大、优选地在25至50m2/g之间、优选地在25至40m2/g之间的比表面积。二氧化硅的表面积超过约60m2/g和更大可能不利地影响反应动力学。使用horiba bet表面积分析仪型号sa-9601测量起始粉末的比表面积(ssa)，该分析仪能够以10％和更低的精度测量大多数样品的0.01至2000m2/g的比表面积。
90.尽管不是所需的，但是优选的是，二氧化硅是纳米粉末，其具有通过激光粒度测量方法测量的在20nm至200nm之间、在20nm至150nm之间、在20nm至100nm之间、在40至200之间、在70nm至200nm之间、在100nm至200nm之间的平均粒度，优选地具有在30nm至90nm之间
的平均粒度。使用能够测量从10nm至5mm的粒度的horiba型号la-960激光散射粒度分布分析仪测量起始粉末的粒度。与二氧化硅纳米粉末相关联的细粒度可产生团聚物，该团聚物如本文所定义是松散结合的颗粒的簇，其可通过施加在混合或研磨工艺期间施加的剪切或磨碎力进行分解。二氧化硅粉末可具有在0.75μm和3μm之间、在0.75μm和2.5μm之间、在0.75μm和2μm之间、优选地在1μm和2μm之间的平均团聚物大小。二氧化硅粉末可具有在4μm至6μm之间、优选地在4μm至5.5μm之间、优选地在4.5μm至5.5μm之间的d90团聚物大小。
91.形成接合层的二氧化硅粉末具有非常高的纯度，其具有高于99.999％、优选地高于99.9995％、优选地99.9999％和更高的总纯度。这些纯度水平分别对应于10ppm、5ppm和1ppm的总杂质水平。总纯度还包括碱和碱土元素以及低熔化温度挥发性金属，它们对应用(如在半导体处理室中的部件)是有害的。
92.为了实现如所公开的降低的烧结温度，二氧化硅在实施方案中可以是纳米粉末。如本文所用的纳米粉末旨在意指具有直径在20μm至200μm之间的粒度以及25m2/g和更大的比表面积的粉末。二氧化硅的高纯度还提供碱和/或碱土玻璃或玻璃陶瓷组成非常低(《5ppm)而接合强度高的接合层，从而提供高耐卤素基等离子体性。如本文所公开的二氧化硅的粉末还提供非常低(总计《5ppm)的过渡金属含量(包含fe、co和ni)并包含各自小于2ppm、各自优选地小于1ppm的量的li、na、k、sr、mg和ca的碱和/或碱土元素。
93.二氧化硅的高纯度、高表面积和细粒度的组合提供增强的反应性，从而在不要求所施加的压力的情况下降低接合温度并减少接合时间，但是在需要时也可使用所施加的压力。使用优选地是具有非常小的粒度和高表面积的纳米粉末的高纯二氧化硅减少烧结所需的活化能并由此有助于降低接合材料的烧结温度，如vipin kant singh(1977年)“关于二氧化硅的烧结的研究(studies on the sintering of silicon dioxide)”，《印度陶瓷学会汇刊》(transactions of the indian ceramic society)，36:1，1-6中所述，该文献以引用方式并入本文。如在其中所述的活化能可根据arrhenius方程进行计算：
94.k＝a exp(-q/rt)
95.其中k是速率常数，q是活化能，t是绝对温度，r是通用气体常数，并且a是另一个常数。根据本文所公开的实施方案的烧结温度可在1100℃至1500℃之间、优选地在1100℃至1400℃之间、优选地在1100℃至1300℃之间、优选地在1100℃至1200℃之间、优选地在1200℃至1500℃之间、优选地在1300℃至1500℃之间、优选地在1400℃至1500℃之间、优选地在1200℃至1400℃之间。
96.在实施方案中，步骤a的二氧化硅粉末还包含氧化铝的粉末和稀土氧化物(例如，氧化钇)的粉末，其中氧化铝和氧化钇和/或稀土氧化物各自具有99.99％和更高的纯度。不受任何特定理论束缚，那些高二氧化硅含量(大于60重量％的二氧化硅和多达且包括100％的二氧化硅)接合材料(还包含如本文所公开的氧化铝和氧化钇)的主导烧结机制可以是因高反应性二氧化硅与高二氧化硅含量组合物的粘性流结合以促进陶瓷部分的润湿而产生的粘性相烧结。如所公开的二氧化硅纳米粉末的高表面积提高粉末的反应性，并且由此降低烧结温度，从而允许在如所公开的方法的温度范围内烧结高二氧化硅组合物。使用具有更低的表面积和更大的粒度的二氧化硅可能要求超过1600℃的更高的烧结温度。包含高二氧化硅量的接合材料的组成范围在图8的相图中被描绘为粗线。图8还描绘了氧化钇、二氧化硅和氧化铝的组成可组合以形成液相的液相线温度。因此，接合材料的一些实施方案可
包含60重量％至100重量％的量的二氧化硅，并且余量包含25重量％至50重量％的量的氧化铝和50重量％至75重量％的量的氧化钇的混合物。在一些实施方案中，在该组成范围内，y2si2o7和莫来石(3al2o3-2sio2)的结晶陶瓷相可形成为分散在富二氧化硅玻璃相或基质中。在另选实施方案中，在该组成范围内，氧化钇和氧化铝的起始结晶材料可分散在富二氧化硅玻璃相或基质中。根据h.mao、m.selleby和m.fabrichnaya(2008年)的氧化钇、二氧化硅、氧化铝相图提供了关于在冷却至低于如本文所公开的粉末混合物和耐等离子体组合物的组成范围的共晶点时形成的结晶相的指导。如本领域技术人员已知的共晶点被定义为在相图上的最大数量的可允许相处于均衡状态的点。
97.如本领域已知的，d50粒度被定义为中值粒度并表示一半群体位于该点以上且一半位于该点以下的值。类似地，90％的分布低于d90粒度，并且10％的群体低于d10。
98.根据本发明的一个实施方案的用作起始材料的氧化钇粉末的d10粒度优选地为1μm至7μm、优选地1μm至6μm、优选地1μm至5μm、优选地2μm至7μm、优选地μm3至7μm、优选地4μm至7μm、优选地5μm至7μm。
99.根据本发明的一个实施方案的用作起始材料的氧化钇粉末的d50粒度优选地为3μm至11μm、优选地3μm至9.5μm、优选地3μm至8.5μm、优选地3μm至7.5μm、优选地4μm至11μm、优选地5μm至11μm、优选地6μm至11μm、优选地7μm至11μm。
100.根据本发明的一个实施方案的用作起始材料的氧化钇粉末的d90粒度优选地为6μm至20μm、优选地6μm至18μm、优选地6μm至16μm、优选地8μm至20μm、优选地10μm至20μm、优选地15μm至20μm、优选地8μm至18μm、优选地10μm至18μm。
101.氧化钇粉末通常具有1至12m2/g、优选地1至9m2/g、优选地1至6m2/g、优选地1至4m2/g、优选地2至9m2/g、优选地2至6m2/g、优选地2至4m2/g的比表面积(ssa)。
102.氧化钇起始材料的纯度优选地高于99.99％、优选地高于99.995％、优选地高于99.999％、更优选地高于99.9995％和更优选地高于99.9999％。这对应于各自相对于氧化钇起始材料的总质量为100ppm和更低、优选地50ppm和更低、优选地25ppm和更低、优选地10ppm和更低、更优选地约1ppm、优选地1ppm至100ppm、优选地1ppm至50ppm、优选地1ppm至25ppm、优选地1ppm至10ppm、优选地1ppm至5ppm的杂质水平。根据本发明的一个实施方案的用作起始材料的氧化铝粉末的d10粒度优选地为0.05μm至4μm、优选地0.05μm至3μm、优选地0.05μm至2μm、优选地0.05μm至1μm、优选地0.05μm至0.75μm、优选地0.05μm至0.5μm、优选地0.2μm至4μm、优选地0.2μm至3μm、优选地0.2μm至2μm、优选地0.2μm至1μm、优选地0.4μm至4μm、优选地0.4μm至3μm、优选地0.4μm至2μm、优选地0.4μm至1μm、优选地0.75μm至2μm、优选地0.75μm至3μm、优选地1μm至3μm、优选地2μm至3μm。
103.根据本发明的一个实施方案的用作起始材料的氧化铝粉末的d50粒度通常为0.15μm至8μm、优选地0.15μm至5μm、优选地0.15μm至3μm、优选地0.15μm至1μm、优选地0.15μm至0.5μm、优选地1μm至8μm、优选地1μm至6μm、优选地1μm至4μm、优选地2μm至6μm、优选地3μm至8μm、优选地4μm至8μm、优选地5μm至8μm、优选地3.5μm至6.5μm。
104.根据本发明的一个实施方案的用作起始材料的氧化铝粉末的d90粒度为0.35μm至60μm、优选地0.35μm至10μm、优选地0.35μm至5μm、优选地0.35μm至3μm、优选地0.35μm至1μm、优选地0.35μm至0.75μm、优选地3μm至80μm、优选地3μm至60μm、优选地3μm至40μm、优选地3μm至20μm、优选地10μm至60μm、优选地10μm至40μm、优选地10μm至30μm、优选地10μm至20μ
m、优选地30μm至60μm、优选地15μm至60μm、优选地40μm至60μm、优选地6μm至15μm。
105.氧化铝粉末通常具有3至18m2/g、优选地3至16m2/g、优选地3至14m2/g、优选地3至12m2/g、优选地3至10m2/g、优选地3至6m2/g、优选地6至18m2/g、优选地6至14m2/g、优选地8至18m2/g、优选地10至18m2/g、优选地8至10m2/g、优选地4至9m2/g、优选地5至10m2/g、优选地6至8m2/g的比表面积。
106.如使用icpms方法所测量，氧化铝起始材料的纯度通常高于99.99％、优选地高于99.995％、优选地高于99.999％、优选地高于99.9995％。对应地，氧化铝粉末的总杂质含量可以是各自相对于氧化铝起始材料的总质量为100ppm和更低、优选地50ppm和更低、优选地25ppm、优选地10ppm和更低、更优选地5ppm和更低。
107.多于一种粉末的复合氧化物粉末混合物在下文中称为接合材料，其包含如本文所公开的二氧化硅、氧化铝和选自由以下项组成的组的至少一种稀土氧化物的组合：y2o3、la2o3、ceo2、nd2o3、pm2o3、sm2o3、eu2o3、gd2o3、tb4o7、dy2o3、ho2o3、er2o3、tm2o3、yb2o3、lu2o3以及它们的组合。在优选的实施方案中，稀土氧化物包括具有如本文所公开的粉末特性的氧化钇。
108.总纯度还包括碱和碱土元素以及低熔化温度挥发性金属，它们对应用于半导体处理室是有害的。
109.在实施方案中，形成接合陶瓷主体的方法的步骤a还可包括提供选自由以下项组成的组的至少一种稀土氧化物的粉末：y2o3、la2o3、ceo2、nd2o3、pm2o3、sm2o3、eu2o3、gd2o3、tb4o7、dy2o3、ho2o3、er2o3、tm2o3、yb2o3、lu2o3以及它们的组合，其中该稀土氧化物各自具有99.99％和更高的纯度。
110.选自由以下项组成的组的稀土氧化物可具有通过如本领域技术人员已知的bet方法测量的表面积：y2o3、la2o3、ceo2、nd2o3、pm2o3、sm2o3、eu2o3、gd2o3、tb4o7、dy2o3、ho2o3、er2o3、tm2o3、yb2o3、lu2o3和这些的组合，该表面积可以是至少2m2/g、优选地至少4m2/g、优选地至少6m2/g、从2至10m2/gm之间、优选地在4m2/g至8m2/g之间。
111.如本文所公开的稀土氧化物的组可具有使用如本领域已知的激光粒度测量方法测量的在2μm至15μm之间、优选地在3μm至10μm之间、优选地在4μm至8μm之间的平均粒度分布。
112.如本文所公开的稀土氧化物的组可具有相对于复合氧化物纯度的100％为高于99.99％、优选地高于99.995％、优选地高于99.999％的总纯度。这些纯度水平分别对应于100ppm、50ppm和10ppm的总杂质水平。总纯度还包括碱和碱土元素以及低熔化温度挥发性金属，它们对应用于半导体处理室是有害的。
113.对二氧化硅和金属氧化物粉末及其相对量的选择取决于产品特定应用要求，以及在如本文所公开的烧结工艺期间由接合材料形成的接合层的所需性质。对接合材料的选择取决于所需耐等离子体性和特定材料性质(诸如热膨胀系数)。本文所公开的示例使用二氧化硅(sio2)和二氧化硅(sio2)、氧化铝(al2o3)和稀土氧化物(例如，氧化钇(y2o3))的组合的接合材料。二氧化硅粉末优选地是纳米粉末。然而，可以不同量使用任何数量的其他稀土氧化物。作为示例而非限制，稀土氧化物可选自由以下项组成的组：y2o3、la2o3、ceo2、nd2o3、pm2o3、sm2o3、eu2o3、gd2o3、tb4o7、dy2o3、ho2o3、er2o3、tm2o3、yb2o3、lu2o3以及这些的组合。由起始粉末形成的接合层可以是玻璃或玻璃陶瓷。掺杂剂或添加剂可被掺入到
接合层中以实现它们在其中提供的具体所需性质。所有起始粉末(和稀土氧化物或掺杂剂，在适用时)具有至少99.99％和更高的纯度，并且不含氟化物和氟氧化物。表1列出了可用作用于形成如本文所公开的接合层的接合材料的复合氧化物粉末的性质。
[0114][0115]
*表示平均团聚物大小
[0116]
方法的步骤a还包括根据需要混合、共混、研磨接合材料或使其悬浮在悬浮介质中以制备用于步骤b的接合材料。在实施方案中，接合材料可以是呈二氧化硅(其优选地是纳米粉末)、氧化铝、氧化钇和/或前述复合氧化物的粉末混合物的形式。在另选实施方案中，粉末混合物可以是呈含有前述接合材料粉末和悬浮介质(诸如例如水、乙醇、异丙醇、甘油以及它们的组合的溶剂)的糊剂的形式，以形成耐等离子体组合物。另外，可将任选的掺杂剂添加到任何前述形式的接合材料和/或耐等离子体组合物。耐等离子体组合物包括包含在10体积％与50体积％之间的粉末混合物、在20体积％与50体积％之间的粉末混合物、优选地在30体积％与50体积％之间的粉末混合物的糊剂。对一种或多种混合方法以及悬浮介质(如果使用的话)及其量的选择取决于被选择用于将接合材料或耐等离子体组合物施加到陶瓷部分的表面的方法。用于混合、共混或研磨的方法如下文所公开并可用于将粉末组合成粉末混合物。为了组合粉末以形成接合材料和/或耐等离子体组合物，如本领域已知的而非限制，所公开的粉末可根据竖直(翻滚)转鼓混合、高能球磨或射流研磨的工艺混合。球磨和转鼓混合可以是干法或湿法完成的，在这种情况下，可在如先前所提及的液体介质诸如溶剂或水基体系中或仅使用具有或没有研磨介质的粉末混合物执行研磨。前述研磨工艺中的任何研磨工艺都可使用高纯度介质，诸如纯度为99.99％和/或99.995％的氧化铝，以保持起始氧化物粉末的纯度，其中研磨介质的重量装载为粉末重量的20％至80％。如所公开的混合工艺用于在混合之后维持接合材料和/或耐等离子体组合物的纯度并可根据需要重复以得到所需结果。优选的是具有4μm至6μm、优选地4μm至5μm的最大粒度(d100)、更优选地4μm和更小的最大粒度的耐等离子体组合物或接合材料。如本文所用，耐等离子体组合物可由与接合材料相同或类似的粉末构成，其中添加如本文所公开的悬浮介质，以形成呈糊剂的形式的耐等离子体组合物。如本文所公开的耐等离子体组合物是接合材料的一个实施方案。
[0117]
方法的步骤a还包括将二氧化硅(或耐等离子体组合物或接合材料，视情况而定)设置在第一陶瓷部分与第二陶瓷部分之间以形成陶瓷主体组件。所选择的接合材料(或耐等离子体组合物)可施加在能够承受如本文所公开的结合温度的各种陶瓷衬底的表面之间以在陶瓷部分之间形成玻璃或玻璃陶瓷接合层。玻璃或玻璃陶瓷接合层的性质可通过所选择的接合材料的组成及其特性、在形成接合层之前混合的方法、在烧结和冷却期间的热处理以及如本领域技术人员已知的其他技术来确定。
[0118]
对于本文所公开的实施方案，二氧化硅粉末(或接合材料或耐等离子体组合物，视
情况而定)可施加到第一陶瓷部分的表面。以粉末形式的接合材料的施加可通过将包含接合材料的粉末混合物撒在或喷在第一陶瓷部分的表面上来完成。如本领域技术人员已知的，可通过涂刷、喷涂、浸渍、旋涂和丝网印刷等来完成在悬浮介质中(以从悬浮介质和粉末中形成糊剂或浆料所需的量)的接合材料或耐等离子体组合物的施加。此后，使第二陶瓷部分的表面与接合材料或耐等离子体组合物的层接触以形成陶瓷主体组件。作为示例而非限制，接合材料或耐等离子体组合物施加在衬底的表面上方以如上文所公开的那样进行接合。施加方法必须与接合材料或耐等离子体组合物的性质相容。优选的实施方案利用糊剂或浆料来将氧化物粉末设置在陶瓷部分的表面之间。
[0119]
陶瓷部分可选自多种材料，诸如al2o3、aln、sialon、sic、y2o3、钇铝石榴石(yag，y3al5o
12
)、莫来石以及它们的组合。对衬底材料的选择可基于耐卤素基等离子体性、机械强度、热导率、介电击穿强度、与接合层的cte匹配(在0至10％内)等来完成。作为非限制性示例，接合材料可放置在电特性不同的两种类似材料(诸如第一电阻率的陶瓷部分和第二电阻率的陶瓷部分)之间，以在两个区之间提供高强度、耐等离子体结合，同时维持由氧化铝陶瓷部分提供的耐腐蚀性。如本文所公开的陶瓷部分可具有至少99.99％和更高、优选地99.995％和更高、优选地99.999％和更高的纯度。名称为“用于蚀刻应用的受控制孔隙度氧化钇(controlled porosity yttrium oxide for etch applications)”的美国临时专利申请号62/829,720和名称为“用于耐腐蚀部件的陶瓷烧结主体(ceramic sintered body for corrosion resistant components)”的美国临时专利申请号62/936821公开了氧化钇和钇铝石榴石(yag)相对于100％纯度为从大于99.99％至99.999％的纯度，这两个专利申请全文以引用方式并入本文。作为一个示例，以下表a提供了根据本发明的接合材料的包含氧化钇和氧化铝的示例性粉末混合物(以在烧结时形成yag相、即y3al5o12的量分批处理)的纯度。根据当前公开内容要使用的示例性粉末混合物的实施方案可与如本文所公开的从25重量％至99重量％的高纯度二氧化硅混合。
[0120]
表a
[0121][0122][0123]
陶瓷主体组件可放置在加热炉中来根据如本文所公开的多种热分布进行接合。在如本领域技术人员所熟悉的热处理期间使用了维持在衬底之间的接触所需的固定装置和支撑件。
[0124]
本文所公开的制造接合陶瓷主体的方法包括步骤b，其将陶瓷主体组件的温度增高到二氧化硅的粉末的足以接合第一陶瓷部分和第二陶瓷部分的烧结温度以形成该接合陶瓷主体。
[0125]
在实施方案中，烧结如本文所公开的二氧化硅粉末和/或接合材料以形成接合陶瓷主体的接合层可通过直接原位烧结接合材料的二氧化硅粉末或粉末混合物来实现。这种形成来自起始氧化物粉末的接合层的原位烧结保持起始材料的纯度，由此将它们转移到接
合层。本领域已知的是首先形成或熔结玻璃或玻璃陶瓷、之后将其研磨成粉末形式、将杂质和污染物引入到玻璃或玻璃陶瓷中并由此引入到接合层中的工艺。步骤b的陶瓷主体组件可以足以烧结包含步骤a)的二氧化硅和/或接合材料的粉末的温度和持续时间在加热炉中进行加热以形成接合陶瓷主体。
[0126]
接合或烧结陶瓷主体组件以形成接合陶瓷主体可在介于1100℃至1500℃之间、优选地介于1100℃至1400℃之间、优选地介于1100℃至1300℃之间、优选地介于1100℃至1200℃之间、优选地介于1200℃至1500℃之间、优选地介于1300℃至1500℃之间、优选地介于1400℃至1500℃之间、优选地介于1200℃至1400℃之间的烧结温度下执行。接合陶瓷主体组件可以在介于1小时至8小时之间、优选地介于1小时至6小时之间、优选地介于1小时至4小时之间、优选地介于6小时至8小时之间、优选地介于4小时至8小时之间、优选地介于3小时至5小时之间的烧结时间执行。加热速率可介于1℃/分钟和20℃/分钟之间、介于1℃/分钟和10℃/分钟之间，并且冷却速率可介于0.5℃/分钟和20℃/分钟之间、优选地介于0.75℃/分钟和15℃/分钟之间、优选地介于1℃/分钟和10℃/分钟之间。烧结工艺将接合材料转化为如所公开的接合层。陶瓷主体组件在环境压力和大气条件下进行烧结。
[0127]
图1描绘了根据所公开的实施方案的接合陶瓷主体，其中分别可使用包含二氧化硅、氧化铝并在实施方案中还有稀土氧化物的玻璃或玻璃陶瓷基接合层10来结合第一陶瓷部分9和第二陶瓷部分11，该稀土氧化物诸如选自由以下项组成的组的稀土氧化物：y2o3、la2o3、ceo2、nd2o3、pm2o3、sm2o3、eu2o3、ho2o3、tb4o7、dy2o3、ho2o3、er2o3、tm2o3、yb2o3、lu2o3以及它们的组合。在烧结时形成接合层的二氧化硅和/或接合材料可分散在悬浮介质中以形成范围为约5体积％至50体积％、优选地在10体积％和50体积％之间、在糊剂的20体积％和50体积％之间、优选地在糊剂的30体积％和50体积％之间的糊剂。在实施方案中，接合材料可具有6μm和更小的最大粒度。可实现0.5μm至20μm、优选地0.5μm至15μm、优选地0.5μm至10μm、优选地0.5μm至6μm、优选地1μm至15μm、优选地3μm至10μm、更优选地4μm至8μm的结合厚度12，然而，取决于起始接合材料的特性，诸如接合材料和陶瓷部分的组成、粒度分布和最大颗粒或团聚物大小，可设想其他结合厚度。如图1a和b所描绘，观察到在陶瓷部分9和11与接合层10之间的反应。在陶瓷部分9和11的界面之间的接合层10不具有转变区域并在整个接合层的厚度中的相分布中是均匀的。接合层10可具有在陶瓷部分之间跨厚度均匀地分布的玻璃或玻璃陶瓷相，其不含氟化物或氟氧化物。如本文所定义的转变区域或区表示在至少一个陶瓷部分近侧和在接合层内形成的区域或区，其可由化学反应(在至少一个陶瓷部分与接合层之间)引起以形成在组成、结晶相或其他特性方面不同的区。如本文所公开的接合陶瓷主体、接合层、接合材料和耐等离子体组合物中的每一者不含氟化物和/或氟氧化物。如所公开的接合陶瓷主体、接合层、接合材料和耐等离子体组合物中的每一者不含如本文所定义的转变区域。
[0128]
图2示出了不根据如所公开的实施方案的接合陶瓷主体，其中使用包含分散在50体积％含水糊剂中的高纯度(》99.999％)二氧化硅颗粒物(诸如heraeus zandosil)的玻璃形成接合材料将由氧化铝构成的陶瓷部分在1400℃下结合4小时。据报告，颗粒物具有200μm至250μm的d50粒度。测量到约35μm的结合厚度12并在接合层10中观察到开裂。二氧化硅的大颗粒物粒度和在陶瓷部分9、11与接合层10之间的在热膨胀系数上的显著差异(大于10％)可能造成接合层开裂。表2和3列出了被组合以制造如所公开的接合陶瓷主体的陶
瓷部分和各种接合材料。在一些实施方案中，用于形成根据表3的接合层的玻璃陶瓷接合材料可以是如本文所公开的粉末混合物，其包含按重量计约50％sio2、约29％y2o3和约21％al2o3。取决于对陶瓷部分的选择，可使用接合材料的其他组成和比率。在其他实施方案中，玻璃陶瓷接合材料可由按重量计约40％sio2、约34％y2o3和约26％al2o3的粉末混合物构成。在其他实施方案中，接合材料包含25重量％二氧化硅至99重量％二氧化硅的量的二氧化硅，并且余量包含氧化钇和氧化铝以43重量％氧化铝和57重量％氧化钇的比率的混合物。表3列出了包含氧化钇、氧化铝和二氧化硅的接合材料的示例性组成和用于形成如本文所公开的接合陶瓷主体的条件。
[0129]
表2中列出了包含二氧化硅的玻璃接合层的性质。
[0130][0131][0132][0133]
作为指导，提供图8以示出制造具有包含氧化钇、氧化铝和二氧化硅的不同的组成的接合材料所需的比率。氧化钇和氧化铝以形成yag相的比率与25重量％至99％二氧化硅结合进行分批处理，并且在其他实施方案中，如本文所公开的接合材料可包含100％二氧化硅(如沿图8的黑线所描绘)。本文所公开的典型接合材料组成具有以在烧结时形成yag的比率的氧化铝和氧化钇(约43重量％氧化铝和约57重量％氧化钇)与25重量％至最多99重量％的二氧化硅量的二氧化硅结合，并且余量是呈以接合材料的总重量计1％至75％的组合量的氧化钇和氧化铝(分批处理以形成yag)的混合物。在如本文所公开的其他实施方案中，接合材料可包含100％二氧化硅。
[0134]
尽管如本文所公开的实施方案和示例在环境压力下执行并且不要求使用外部压力，但是在需要时，可使用在0.01mpa和1.4mpa之间、优选地在0.01mpa和0.7mpa之间、优选地在0.01m和0.35m之间、优选地在0.01mpa和0.14mpa之间、优选地在0.01mpa和0.07mpa之间的外部施加的压力。
[0135]
在实施方案中，烧结曲线可被调整到足以准许由粉末接合混合物形成原位形成在陶瓷衬底的表面之间的玻璃陶瓷接合层的温度和时间。玻璃陶瓷接合层的所得性质和组成
将由粉末混合物组成、衬底材料和在接合工艺期间使用的热分布(特别是冷却速率)确定，以允许在冷却时接合材料的结晶。最小化热应力的示例性冷却速率为0.5℃/分钟至5℃/分钟，取决于热质量/零件大小。
[0136]
图3示出了根据如本文所公开的实施方案的用于形成玻璃陶瓷接合层的包含氧化钇、二氧化硅和氧化铝的粉末的接合材料的如本领域所执行的差示扫描量热法(dsc)结果。所有测量使用了linseis型号dsc pt 1600。图3示出了放热结晶峰13a，其对应于来自接合材料的至少一种结晶陶瓷相的原位结晶(根据图8的相图中描绘的组成)。在一些实施方案中，至少一种结晶陶瓷相可选自由以下项组成的组：莫来石、氧化铝、y2si2o7、y2sio5和y3al5o12(钇铝石榴石，yag)。yag相优选地是多晶的。结晶陶瓷相由二氧化硅、氧化钇和氧化铝的起始粉末通过原位反应性烧结工艺形成并分散在富二氧化硅玻璃相或基质中以形成玻璃陶瓷接合材料。图3中表示为13b的吸热“突陷”指示熔化以形成至少一种富二氧化硅玻璃液相。不受任何特定理论束缚，在陶瓷部分之间的结合可通过选择一系列接合材料组成来实现，该一系列接合材料组成在与方法的温度相容的温度下熔化并形成富二氧化硅液相，由此富二氧化硅液相在烧结期间润湿并接合陶瓷部分的表面。根据图8在虚线区内描绘了通过液相烧结(在1100℃至1500℃的与如所公开的方法相容的温度下)形成的接合材料的组成范围，并且该组成范围包含25重量％至60重量％二氧化硅，并且余量包含25重量％至50重量％氧化铝和50重量％至75重量％氧化钇的混合物。在该组成范围内，莫来石(3al2o3-2sio2)、y2si2o7、氧化铝(al2o3)、y3al5o12(yag)和y2sio5以及它们的组合的结晶陶瓷相可形成。在实施方案中，这些相中的至少一者可与非晶二氧化硅玻璃相组合地存在以形成玻璃陶瓷。根据h.mao、m.selleby和m.fabrichnaya(2008年)的氧化钇、二氧化硅、氧化铝相图提供了关于从如本文所公开的组成范围的粉末混合物和耐等离子体组合物形成的结晶相的指导。因此，接合材料的实施方案可包含25重量％至60重量％的量的二氧化硅，并且余量包含25重量％至50重量％的量的氧化铝和50重量％至75重量％的氧化钇的混合物。在该组成范围内，莫来石(3al2o3-2sio2)、y2si2o7、氧化铝(al2o3)、y3al5o12(yag)和y2sio5以及它们的组合的结晶陶瓷相中的至少一者可形成为分散在富二氧化硅玻璃相或基质中。
[0137]
如本文所公开的接合材料的组成通常包含25重量％至99重量％的二氧化硅，并且余量包含25重量％至50重量％氧化铝和50重量％至75重量％氧化钇的混合物。在其他实施方案中，接合材料可包括由高纯度二氧化硅纳米粉末(诸如heraeus zandosil 30和30)形成的高纯度二氧化硅组合物。在该组成范围内，在陶瓷部分之间的结合通过接合材料的液相或粘性相烧结以及它们的组合来实现。因此，未观察到在接合材料和陶瓷部分之间发生反应。
[0138]
在液相烧结期间来自接合材料的至少一种陶瓷相的原位结晶与非常高纯度富二氧化硅玻璃相组合在陶瓷构件之间提供高纯度、耐腐蚀接合层(或结合线)，这在半导体处理期间使用时耐卤素基等离子体的腐蚀和侵蚀作用。
[0139]
在大于1000℃和1400℃的温度下可观察到接合材料结晶以形成如本文所公开的玻璃陶瓷(如放热峰13a所示)，由此1100℃至1500℃的烧结温度与所公开的方法相容。执行了两次测量，并且图3中描绘了在这两次测量之间的一致结果。
[0140]
取决于接合材料的组成、热处理(特别是冷却速率)和添加剂或掺杂剂的存在，接
合层的富二氧化硅玻璃相(玻璃相是本领域技术人员已知的非晶相)和结晶陶瓷相的相对量可不同。接合层的陶瓷相可含有选自由以下项组成的组的稀土氧化物元素：y、la、ce、pr、nd、pm、sm、eu、gd、tb、dy、ho、er、tm、yb和lu以及它们的组合。对于在半导体处理室中作为接合材料的应用，要求非常高纯度材料。有利地，如所公开的接合材料的使用产生具有高接合强度的高纯度、不含碱和/或碱土的玻璃或玻璃陶瓷组合物，其耐卤素基等离子体。在实施方案中，掺杂剂可用于增强特定性质诸如在烧结期间玻璃陶瓷的粘度、电阻率、热膨胀系数、在玻璃陶瓷中的结晶度等。如本文所公开的高纯度结合材料组成可带来与用作半导体处理室部件的可商购结构的蚀刻性能类似或改善的蚀刻性能。
[0141]
如本文所公开的方法包括步骤c降低接合陶瓷主体的温度。存在于玻璃陶瓷接合层中的非晶相和结晶相的相对量可在降低接合陶瓷主体的温度期间受冷却速率影响。结晶是时间相关工艺，由此更高的冷却速率减少了结晶发生的时间量并因此可造成玻璃陶瓷接合层中的更低量的结晶相和对应地更高量的非晶相。因此，更低的冷却速率可增加结晶发生的时间量并因此可造成玻璃陶瓷接合层中的更高量的结晶相和可造成玻璃陶瓷接合层中的对应地更低量的非晶相。如本文所公开的热处理可被修改以影响存在于玻璃陶瓷接合层中的结晶相的量。非晶相和结晶相的量也可能受其他变量诸如接合材料组成和粒度分布、掺杂剂的存在、在起始材料中的纯度水平等影响。可使用在0.5℃/分钟和20℃/分钟之间、优选地在0.75℃/分钟和15℃/分钟之间、优选地在1℃/分钟和10℃/分钟之间的冷却速率。冷却可在环境条件下或在实施方案中在强制对流下执行。
[0142]
如本文所公开的方法任选地还包括步骤d)机加工接合陶瓷主体以产生接合陶瓷主体部件以供在半导体处理室中使用。如本领域技术人员已知的，可执行机加工，以从如本文所公开的接合陶瓷主体形成接合陶瓷主体部件。这些的示例可选自由以下项组成的组：电介质窗或rf窗、环、喷嘴或气体注射器、喷头、气体分配板、蚀刻室衬里、等离子体源适配器、气体入口适配器、扩散器、电子晶片吸盘、吸盘、定位盘、离子抑制器元件、面板和/或在蚀刻室中的保护环。如本文所公开的陶瓷部分、复合氧化物粉末、接合材料和方法的使用可特别地适于根据需要制备例如直径在100mm至622mm之间的大型接合陶瓷主体以供在现有技术半导体处理室中使用。例如，在一个实施方案中，接合陶瓷主体可形成为直径为100mm至622mm且厚度跨5mm至60mm的范围的圆盘形状。在另一个实施方案中，接合陶瓷主体可形成为直径为100mm至622mm的圆盘形状。在另一个实施方案中，接合陶瓷主体可形成为直径为100mm至406mm的圆盘形状。在其他实施方案中，接合陶瓷主体可具有各自相对于接合主体的最长尺寸200mm至622m、优选地300mm至622m、优选地350mm至622m、优选地400mm至622mm、更优选地450mm至622mm、更优选地500mm至622mm、更优选地550mm至622mm的大小。在接合陶瓷主体形成为圆盘形状的实施方案中，最长延度构成直径。
[0143]
如图4所示，如本文所公开的技术的另一个实施方案可包括半导体处理系统9600，也称为处理系统。处理系统9600包括真空室9650、真空源和吸盘9608，晶片50(也表示为半导体衬底)被支撑在该吸盘上。喷头9700形成上壁或安装在真空室9650的上壁下方。陶瓷喷头9700包括与多个喷头气体出口流体连通的气室以用于将工艺气体供应到真空室9650的内部。喷头9700与气体递送系统9606流体连通。此外，喷头9700可包括中心开口，该中心开口被配置为接纳中心气体注射器(也称为喷嘴)9714。rf能量源将工艺气体激发成等离子体状态以处理半导体衬底。由中心气体注射器9714供应的工艺气体的流率和由陶瓷喷头供应
的工艺气体的流率可被独立地控制。喷头9700、气体递送系统9606和中心气体注射器9714可由如本文所公开的接合陶瓷主体制成。
[0144]
系统9600还可包括被设计成携带晶片50的静电吸盘9608。吸盘9608可包括定位盘9609以用于支撑晶片50。定位盘9609可由如本文所公开的接合陶瓷主体形成并可具有在定位盘内接近定位盘9609的支撑表面设置的吸紧电极以在设置于定位盘9609上时静电地保持晶片50。吸盘9608可包括：基座9611，该基座具有延伸以支撑定位盘9609的环状物；以及轴9610，该轴设置在基座与定位盘之间，以将定位盘支撑在基座上方，使得在定位盘9609与基座9610之间形成间隙，其中轴9610靠近定位盘9609的周边边缘支撑定位盘。吸盘9608和定位盘9609可由如本文所公开的接合陶瓷主体制成。
[0145]
喷头9700的表面的部分可覆盖有屏蔽环9712。喷头9700的表面的部分、尤其是喷头9700的表面的径向侧可覆盖有上屏蔽环9710。屏蔽环9712和上屏蔽环9710可由如本文所公开的接合陶瓷主体制成。
[0146]
定位盘9609的支撑表面的部分可覆盖有覆盖环9614。定位盘9609的表面的另外部分可覆盖有顶屏蔽环9612和/或屏蔽环9613。屏蔽环9613、覆盖环9614和顶屏蔽环9612可由如本文所公开的接合陶瓷主体制成。
[0147]
图5中描绘了晶片支撑组件，该晶片支撑组件包括定位盘9609和覆盖环9614，该定位盘可以是电子晶片吸盘或静电吸盘(esc)的至少部分，每个覆盖环可具有在如图6a、图6b和图7描绘的横截面7中的嵌入特征诸如线、迹线、网、线圈形状、片、丝网等。
[0148]
图6a示出了具有嵌入元件8的由如所公开的接合陶瓷主体形成的覆盖环9614的平面图，该嵌入元件可以是线、迹线、网、丝网、线圈形状、丝网等。嵌入元件8的其他配置和实施方案在本公开的范围内。图6b示出了可由如所公开的接合陶瓷主体形成并具有如图7所描绘的嵌入或层压元件的覆盖环9614、顶屏蔽环9612和屏蔽环9613的横截面图。
[0149]
图7示出了示例性接合陶瓷主体的横截面图，该接合陶瓷主体具有：顶层2，该顶层可以是电介质层；电极3，该电极可以是由例如钨、铂、钼或铌或其他耐火贵金属制成的嵌入金属或电阻特征；电阻元件4，该电阻元件可由具有电阻率和其他性质诸如被选择用于与陶瓷部分5和6的相容性的介电损失的材料制成，例如当陶瓷部分5和6是氧化铝时，电阻元件4可以是耐火或贵金属，诸如铌、钨、钼或铂；其中元件3和4可根据应用特定要求来配置，并且陶瓷区5和陶瓷区6可包括如本文所公开的任何数量的陶瓷部分以及它们的组合。在优选的实施方案中，陶瓷区5和/或6中的任一者包含氧化铝和/或yag。例如，电阻元件4可以2d或3d配置设置，使得其可提供对在陶瓷部分5或6的整个体积上的加热的控制。电极3和/或电阻元件4可通过丝网印刷、模版印刷、射流沉积和如本领域技术人员已知的其他方法来形成在陶瓷部分顶上。非限制地，通过如本文所公开的材料和方法形成的接合层10可设置在陶瓷部分5与6之间，也可设置在陶瓷部分与电极3和电阻元件4之间，以及它们的组合，以提供耐等离子体结合来从至少两个陶瓷部分形成接合陶瓷部件。在优选的实施方案中，接合层10与陶瓷部分5和6邻接。
[0150]
接合陶瓷主体部件的性质诸如耐腐蚀和侵蚀性、热膨胀系数、热导率和介电击穿强度等可至少部分地由被选择用于形成接合层的材料确定。如本文所公开的高纯二氧化硅和接合材料的使用形成玻璃或玻璃陶瓷接合层，其提供在陶瓷部分之间的高强度结合，同时维持耐卤素基等离子体性。接合陶瓷主体和/或部件的前述性质也可能受接合层的厚度
影响。最小化该层的厚度可在使用期间提供提高的耐等离子体侵蚀和腐蚀性并减小在该层内的应力。因此，期望具有例如厚度介于0.5μm和20μm之间、厚度介于0.5μm和15μm之间、厚度介于0.5μm和10μm之间、厚度介于0.5μm和6μm之间、优选地厚度为1μm至15μm、优选地厚度为3μm至10μm、更优选地厚度为4μm至8μm的结合厚度。接合层实现由能够支持更高的设计复杂性的广泛范围的材料制造陶瓷主体和部件。作为示例，图5描绘了具有定位盘9609和覆盖环9614的晶片支撑组件，该定位盘可以是吸盘或电子晶片吸盘或静电吸盘(esc)的一部分。定位盘和/或覆盖环可具有多个层和嵌入材料，如在图7的横截面7中所示。
[0151]
示例性实施方案：
[0152]
对于所有实施例，使用高纯度二氧化硅纳米粉末，诸如heraeus30和zandosil所有实施例均在环境压力下执行。
[0153]
对于实施例1至4，经选择用于评估的接合材料含有按重量计50％二氧化硅、21.5％氧化铝和28.5％氧化钇的复合氧化物。对于实施例1至5、7和9，使用如本文所公开的高纯度二氧化硅来结合陶瓷部分。实施例1至4是使用如所公开的复合氧化物粉末和二氧化硅粉末来结合陶瓷部分的举例说明。所有起始粉末具有至少99.99％和更高的纯度，并且不含氟化物和氟氧化物。表1中列出了起始粉末的性质。根据实施例的实施方案，包含纯二氧化硅(由二氧化硅纳米粉末形成)的接合层形成如本领域技术人员已知的非晶玻璃相。
[0154]
如所公开的接合材料以40％至50％固体装载分散在含水悬浮介质中。如下文所公开，在不同的温度和时间下对样品进行烧结。在如本文所公开的所有实施方案内，未观察到转变区域。如本文所定义的转变区域或区表示通过在两个陶瓷部分之间的化学反应在至少一个陶瓷部分近侧和在接合层内的陶瓷部分的界面之间形成以形成在组成、结晶相或其他特性方面不同的区的区域或区。
[0155]
实施例1：接合陶瓷主体由包含各自具有如本文所公开的纯度、粒度分布和表面积(参见表1)的氧化铝、氧化钇和二氧化硅的接合材料形成，在40体积％含水糊剂中制备，使用高纯度(》99.99％)氧化铝介质来进行球磨，并且设置在由具有至少99.99％和更高的纯度的氧化铝制成的陶瓷部分之间以形成陶瓷主体组件。接合材料的组成如在表3中所公开。在空气中在环境压力下在1400℃的烧结温度下烧结陶瓷主体组件4小时以形成接合陶瓷主体。在原位反应性烧结时，接合材料形成玻璃陶瓷，如根据图3的dsc结果(如根据astm d3418所测量)所描绘。玻璃陶瓷包含选自由以下项组成的组的至少一种结晶陶瓷相：莫来石、氧化铝、y2si2o7、y2sio5、y3al5o12(钇铝石榴石，或者说yag)(根据h.mao、m.selleby和m.fabrichnaya(2008年)的相图)，其中结晶陶瓷相分散在包含二氧化硅的玻璃非晶基质中。接合层具有在2μm至5μm之间的结合厚度，并且实现在陶瓷部分之间的可接受结合(即，在烧结之后实现整体主体)。观察到接合层跨介于陶瓷部分之间的厚度是均匀的，并且没有开裂或裂缝。这在图1a)在500x放大倍数下和b)在5000x放大倍数下进行描绘。如图1a和b所证明，未观察到在陶瓷部分与接合材料之间的反应。形成在氧化铝部分的界面之间的接合层不具有转变区域并在整个相分布上是均匀的。接合层包含不含氟化物和/或氟氧化物的玻璃陶瓷。因此，本文公开了接合陶瓷主体，其不含或基本上不含氟化物和/或氟氧化物。在另选实施方案中，当具有如在实施例5中所公开的表面积、纯度和粒度特性的二氧化硅粉末的纳米粉末根据该实施例设置在陶瓷部分之间并进行烧结时，也实现在陶瓷部分之间的可
接受结合。
[0156]
实施例2：接合陶瓷主体由如在实施例1中所公开的玻璃陶瓷接合材料形成，如在实施例1中那样设置在由氧化铝制成的陶瓷部分的表面之间，以形成陶瓷主体组件。在空气中在环境压力下在1200℃下将该陶瓷主体组件烧结4小时以形成接合陶瓷主体。形成包含如根据实施例1所公开的相的玻璃陶瓷接合层。使用如本文所公开的接合材料来实现在陶瓷部分之间的可接受结合。在另选实施方案中，当具有如本文所公开的表面积、纯度和粒度特性的二氧化硅的纳米粉末根据该实施例设置在陶瓷部分之间并进行烧结时，也实现在陶瓷部分之间的可接受结合。
[0157]
实施例3：接合陶瓷主体由如在实施例1中所公开的玻璃陶瓷接合材料形成，如在实施例1中所公开的那样设置在由氧化铝制成的陶瓷部分之间，以形成陶瓷主体组件。在空气中在环境压力下在1000℃下将该陶瓷主体组件烧结8小时以形成接合陶瓷主体。由于在陶瓷部分与接合材料之间的结合不足，观察到陶瓷烧结主体的脱离。由于在陶瓷部分与接合材料之间的结合不足，当具有如本文所公开的表面积、纯度和粒度特性的二氧化硅粉末设置在陶瓷部分之间时，也观察到陶瓷烧结主体的脱离。1000℃的温度对正确接合来说太低，并且观察到主体的脱离。
[0158]
实施例4：接合陶瓷主体由如在实施例1中所公开的接合材料形成，设置在由各自具有至少99.99％和更高的纯度的氧化铝和氧化钇制成的陶瓷部分之间，以形成陶瓷主体组件。在空气中在环境压力下在1400℃下将该陶瓷主体组件烧结4小时以形成接合陶瓷主体。由于在氧化钇陶瓷部分与接合材料之间的结合不足，在氧化钇/接合材料界面处观察到陶瓷烧结主体的脱离。
[0159]
实施例5：接合陶瓷主体由具有如本文所公开的至少99.999％和更高的纯度、在25m2/g和40m2/g之间的表面积和在20nm至200nm之间的平均粒度的二氧化硅纳米粉末形成。粉末以约50％体积装载分散在含水悬浮介质中并设置在由各自具有至少99.99％和更高的纯度的氧化铝和氧化钇制成的陶瓷部分之间，以形成陶瓷主体组件。在空气中在环境压力下在1400℃下将该陶瓷主体组件烧结4小时以形成接合陶瓷主体。使用如本文所公开的二氧化硅粉末来实现在陶瓷部分之间的可接受结合。
[0160]
实施例6：不根据如所公开的材料和方法的接合陶瓷主体由具有至少99.99％和更高的纯度的氧化铝陶瓷部分制成，以形成陶瓷主体组件。在该实施例中，使用具有200μm至250μm的平均(d50)团聚物大小的高纯度(》99.999％)颗粒状sio2粉末(诸如heraeus zandosil)来形成接合层。二氧化硅颗粒物分散在50体积％含水糊剂中。在空气中在环境压力下在1400℃下将该陶瓷主体组件烧结4小时以形成接合陶瓷主体。得到35μm的结合厚度，如在图2a)中在500x放大倍数下和b)在5000x放大倍数下所描绘。尽管在陶瓷部分与二氧化硅层之间发生结合，但是在接合层内观察到显著的开裂。更大的应力可根据陶瓷部分的热膨胀特性置于在该更厚、主要地或完全地玻璃结合的层上，从而加剧观察到的开裂。二氧化硅粉末的更细的粒度(诸如典型的纳米粉末的粒度)以及所减小的结合厚度(小于35μm)可提高接合层的强度，从而减轻观察到的开裂。
[0161]
实施例7：接合陶瓷主体由具有如本文所公开的至少99.999％和更高的纯度、在25m2/g与40m2/g之间的表面积和在20nm至200nm之间的平均粒度的二氧化硅粉末形成，设置在具有至少99.99％和更高的纯度的氧化钇制成的陶瓷部分之间，以形成陶瓷主体组件。
在空气中在环境压力下在1400℃下将该陶瓷主体组件烧结4小时以形成接合陶瓷主体。使用如本文所公开的二氧化硅粉末来实现在氧化钇陶瓷部分之间的可接受结合。
[0162]
实施例8：接合陶瓷主体由具有如本文所公开的至少99.999％和更高的纯度、在25m2/g与50m2/g之间的表面积和在20nm至200nm之间的平均粒度(如通过bet所测量)的二氧化硅纳米粉末形成，设置在具有至少99.99％和更高的纯度的氧化钇铝石榴石结构(yag，y3al5o
12
)制成的陶瓷部分之间，以形成陶瓷主体组件。在空气中在环境压力下在1400℃下将该陶瓷主体组件烧结4小时以形成接合陶瓷主体。使用如本文所公开的二氧化硅粉末来实现在陶瓷部分之间的可接受结合。
[0163]
表2和表3概述了根据如本文所公开的实施方案的接合陶瓷主体。
[0164]
附图标记列表
[0165][0166][0167]
实施例9：接合陶瓷主体由包含50重量％二氧化硅、21.5重量％氧化铝和28.5重量％氧化钇的接合材料形成。二氧化硅、氧化铝和氧化钇具有根据表1公开的粉末性质。接合材料具有至少99.99％和更高的纯度，并且以约40重量％固体的量分散在水中以形成糊剂并设置在由纯度为至少99.99％和更高的氧化铝制成的陶瓷部分之间，从而形成陶瓷主体组件。在空气中在环境压力下在1400℃下将该陶瓷主体组件烧结1小时以形成接合陶瓷主体。在烧结时，通过原位烧结反应来形成厚度为约10μm的玻璃陶瓷接合层以形成包含根
据实施例1中公开的相的富非晶二氧化硅玻璃相和至少一种结晶陶瓷相的玻璃陶瓷。实现在氧化铝陶瓷部分之间的可接受结合。
[0168]
实施例10：接合陶瓷主体由包含50重量％二氧化硅、21.5重量％氧化铝和28.5重量％氧化钇的接合材料形成。二氧化硅、氧化铝和氧化钇具有根据表1公开的性质。接合材料具有至少99.99％和更高的纯度，并且以约50重量％固体的量分散在水中并设置在由纯度为至少99.99％和更高的氧化铝制成的陶瓷部分之间，从而形成陶瓷主体组件。在空气中在环境压力下在1500℃下将该陶瓷主体组件烧结1小时以形成接合陶瓷主体。在烧结时，通过原位反应来形成厚度为从5μm至10μm的玻璃陶瓷接合层以形成根据实施例1的富非晶二氧化硅玻璃相和至少一种结晶陶瓷相。实现在氧化铝陶瓷部分之间的可接受结合。
[0169]
已经公开了本发明的多个实施方案。然而，应当理解，在不脱离本发明的实施方案的实质和范围的情况下，可进行各种修改。因此，其他实施方案在以下权利要求的范围内。