專利名稱：耐久石墨連接器及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及密封石墨部件，且在一個(gè)實(shí)施方案中涉及在晶片加工裝置中延長使用壽命用的涂覆石墨連接器。
背景技術(shù)：
石墨經(jīng)常用于高溫領(lǐng)域，例如半導(dǎo)體加工或者涉及熔融金屬和合金的冶金加工中。石墨具有3550℃的熔點(diǎn)，在各種元素中最高，因而相比其它材料具有更好的抗熱性。這種材料容易機(jī)加工，具有良好的導(dǎo)電性，以及具有極好的抗熱沖擊性能，且在極高的溫度下具有高耐熔性和強(qiáng)度等級(jí)。而且，相比類似大小的金屬或陶瓷部件，石墨部件較為便宜。
石墨經(jīng)常用做加熱器的連接柱，用于在等離子體腔室內(nèi)保持晶片基底。美國專利第5343022號(hào)公開了這樣一種應(yīng)用，其中使用石墨柱將加熱器的加熱元件連接到外部電源。美國專利公開文本第2004173161號(hào)公開了一種具有(實(shí)心或者中空的)石墨同心柱的晶片支持組合件，用于將加熱器連接到外部電源。美國專利第5233163號(hào)公開了一種具有柱狀本體和一對(duì)石墨“腿”或連接柱的加熱器。
如美國專利第5343022號(hào)和美國專利公開第2004173161號(hào)所公開的現(xiàn)有技術(shù)的一種實(shí)施方式中，石墨柱被至少涂覆保護(hù)層，例如氮化硼、氮化鋁或者類似物，以保護(hù)石墨遠(yuǎn)離反應(yīng)性環(huán)境。然而，石墨柱的某些部分必須暴露，以形成與石墨柱進(jìn)而與加熱器的電連接。該涂覆層在腐蝕性環(huán)境中對(duì)石墨部件提供保護(hù)。然而適于接受涂覆的石墨一般具有差的機(jī)械強(qiáng)度，其拉伸和彎曲強(qiáng)度在1-4ksi之間。而用于這樣連接的金屬例如鉭、鉬的拉伸和彎曲強(qiáng)度的典型值是100ksi。當(dāng)在石墨上施加負(fù)荷或應(yīng)力時(shí)，石墨的這種差的機(jī)械強(qiáng)度可能導(dǎo)致該石墨部件，即石墨柱的開裂或斷裂。這種情況可能出現(xiàn)在石墨柱連接到外部電源時(shí)、熱循環(huán)時(shí)、安裝到加工工具時(shí)、以及有時(shí)甚至在運(yùn)輸?shù)倪^程中。損壞的部分經(jīng)常開始于沒有被保護(hù)涂覆層包封的區(qū)域。雖然沒有無涂覆的部分損壞的頻率高，被涂覆的石墨部分在使用中也經(jīng)常損壞。石墨部件的涂覆部分或者未涂覆部分的任何損壞都會(huì)造成加熱單元的失效。
因此需要在不損害石墨的固有特性例如極好的導(dǎo)電性和抗熱沖擊性的情況下，延長石墨部件的壽命并加強(qiáng)之，特別是作為加熱器的連接柱的石墨部件。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種具有涂覆層的石墨制品，其中該涂覆層包括平均厚度為0.001”到0.10”的熱解石墨(pG)，其中該石墨制品比相應(yīng)的沒有pG涂覆層的石墨制品拉伸強(qiáng)度至少提高25％。在一個(gè)實(shí)施方式中，該石墨部件進(jìn)一步至少具有保護(hù)涂覆層，該保護(hù)涂覆層包括從B、Al、Si、Ga、難熔硬質(zhì)合金、過渡金屬以及它們的組合中選擇的元素的氮化物、碳化物、碳氮化物或氧氮化物的至少一種。
在一個(gè)實(shí)施方式中，本發(fā)明涉及一種石墨連接器，用于在加熱器組合件中支承晶片基底承座，以及用于提供到加熱器中的加熱元件的電連接。該石墨連接器進(jìn)一步至少被一個(gè)熱解石墨(pG)層和至少包括一層pBN或AlN的罩面保護(hù)層涂覆。由pG涂覆的石墨連接器的至少一端被暴露(不被pBN和/或AlN涂覆)以將加熱元件連接到外部電源。
一方面，本發(fā)明涉及一種制品，該制品包括涂覆有熱解石墨(pG)的石墨部件，其相比于沒有涂覆的石墨部件，機(jī)械強(qiáng)度提高了至少50％。在半導(dǎo)體加工組合件例如加熱器中使用的連接器的應(yīng)用中，被pG涂覆的部件被至少罩面涂覆一層電絕緣材料的保護(hù)層，其中，由pG涂覆的石墨部件的一部分被暴露(沒有被保護(hù)層涂覆)，以提供到組合件的電連接。
本發(fā)明進(jìn)一步涉及一種方法，其通過在石墨部件上涂覆一層平均厚度為0.001”到0.10”的熱解石墨層，來提高拉伸強(qiáng)度，進(jìn)而提高石墨部件在高溫環(huán)境下的使用壽命。在一個(gè)實(shí)施方式中，pG涂覆的石墨部件進(jìn)一步具有罩面保護(hù)層，該罩面保護(hù)層包括從B、Al、Si、Ga、難熔硬質(zhì)合金、過渡金屬以及它們的組合選擇的元素的氮化物、碳化物、碳氮化物或氧氮化物的至少一種。在一個(gè)實(shí)施方式中，被pG涂覆的石墨部件的至少一部分被暴露(無涂覆)以將該石墨部件用作電導(dǎo)體。


圖1A是使用本發(fā)明耐久/加強(qiáng)石墨連接器的加熱器的頂視圖，其中加熱器具有雙柱組合件。圖1B是圖1A加熱器的橫截面圖。
圖2A是空芯石墨連接器的另一實(shí)施方式的橫截面圖。圖2B是用于插入圖2A石墨連接器空芯的芯部件的橫截面圖。
圖3是表示實(shí)心石墨連接器的應(yīng)力狀態(tài)的圖。
圖4是使用本發(fā)明加強(qiáng)石墨連接器的加熱器的另一實(shí)施方式的橫截面圖，其中該加熱器是單元或“蘑菇狀”加熱器組合件的形式。
圖5是使用本發(fā)明加強(qiáng)石墨連接器的加熱器的另一實(shí)施方式的橫截面圖。
圖6是在提高的溫度情況下被涂覆的石墨連接器的氧化速率和沒有涂覆的部分的氧化速率的對(duì)比圖。
具體實(shí)施例方式
這里所用的詞“第一”、“第二”或者類似的詞語不表示任何順序或者重要程度，而是用來區(qū)分一個(gè)元件和另一個(gè)元件，詞語“這”、“一個(gè)”不代表對(duì)數(shù)量的限制，而代表存在至少一個(gè)該所指的項(xiàng)目。這里公開的所有范圍都是可包含及可組合的。而且，這里公開的所有范圍都包含端點(diǎn)，以及都可以獨(dú)立地組合。而且，說明書和權(quán)利要求書中使用的詞語“包括”可以包括“由...構(gòu)成”和“基本由...構(gòu)成”的實(shí)施方式。
這里可以使用表示近似的詞來修飾任何數(shù)量表示，由此使該數(shù)量表示在不導(dǎo)致與其有關(guān)的基本功能變化的前提下可以變化。相應(yīng)的，一個(gè)被例如“約”、“基本上”等詞修飾的數(shù)值，在一些情況下，不限于該具體指定的精確值。
這里使用的詞“晶片操作裝置”可以與單數(shù)或復(fù)數(shù)形式的“加熱器”、“夾盤”、“靜電夾盤”、“ESC“和“基座”互換使用，都指在半導(dǎo)體器件制造中支承晶片、基底、或其它類型加工件的裝置。在晶片操作裝置的一個(gè)實(shí)施方式中，通過在外部電極和嵌入在晶片操作裝置中的電極之間產(chǎn)生的靜電力，將晶片固定在夾盤表面。ESC可以是Columbic型或者Johnson-Rahbek型。
這里的“保護(hù)涂覆層”可以與以單數(shù)或復(fù)數(shù)形式使用的“保護(hù)膜涂覆層”、“涂覆層”、“涂覆膜”或“保護(hù)層”、或“保護(hù)涂覆層”互換使用，表示存在至少一層或多層用于涂覆該部件的層。
這里，“連接組合件”可以與“連接器組合件”，或簡稱的“連接器”互換使用，其為用于連接兩個(gè)不同部件或結(jié)構(gòu)且需要在該兩個(gè)部件之間建立電連接的石墨部件。該石墨部件可以與該兩個(gè)部件或結(jié)構(gòu)中的一個(gè)形成為一體部件，例如加熱器組合件，或者該石墨部件可以是同加熱器本體形成為一體的柱或者連接器，以將加熱器組合件連接到外部電源。
本發(fā)明涉及一個(gè)改進(jìn)的方法，用以加強(qiáng)石墨部件且仍然保持石墨的極好導(dǎo)電性及抗熱沖擊性。由于熱解石墨的拉伸及彎曲強(qiáng)度近似10倍于石墨(其為12-20ksi，相對(duì)于石墨的1-4ksi)，因此，通過在石墨組合件上增加熱解石墨的薄涂覆層，可以提高該部件的復(fù)合強(qiáng)度且仍然保持石墨部件的導(dǎo)電特性。
涂覆的石墨連接器在一個(gè)實(shí)施方式中，石墨部件的至少一部分被熱解石墨(“PG”)涂覆層涂覆，以提高石墨柱的結(jié)構(gòu)整體性。以足夠的厚度施用該pG涂覆層，以將石墨部件的拉伸強(qiáng)度相比于沒有涂覆的部件提高至少25％。在一個(gè)實(shí)施方式中，該涂覆層以足夠的厚度施用于被涂覆的石墨部件，以使其拉伸強(qiáng)度相比于沒有涂覆的石墨部件提高至少50％。在又一個(gè)實(shí)施方式中，被涂覆的石墨部件表現(xiàn)出拉伸強(qiáng)度提高至少70％。在一個(gè)實(shí)施方式中，該pG涂覆層平均厚度的范圍在0.001”到0.10”(0.00254到0.254cm)之間。在第二實(shí)施方式中，該P(yáng)G涂覆層厚度的范圍在0.005”到0.05”(0.0127到0.127cm)之間。在第三實(shí)施方式中，涂覆層具有至少0.0254”的厚度。在第四實(shí)施方式中，涂覆層具有小于0.05”(0.0254cm)的厚度。
當(dāng)本發(fā)明石墨部件在半導(dǎo)體加工應(yīng)用的晶片支承組合件例如加熱器中用作連接器或柱時(shí)，還有附加的優(yōu)點(diǎn)。在這些應(yīng)用中，大多數(shù)石墨部件(除了用來電連接至電源的連接器的暴露端部以外)都涂覆有保護(hù)性電絕緣材料例如pBN，AlN和類似物。在該“加強(qiáng)的”石墨部件中，在石墨部分涂覆有pG層的部位，該pG趨于填滿石墨中的孔(在一個(gè)例子中典型體積孔隙率為10％到20％)，因此進(jìn)一步提高了石墨部件的復(fù)合強(qiáng)度。
由pG涂覆而加強(qiáng)的石墨部件還具有另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)使用的石墨，石墨典型地具有1 2到8.2×10-6/K的熱膨脹系數(shù)(CTE)。熱解石墨在a-b方向上具有0.5×10-6/K的熱膨脹系數(shù)，在c方向上具有20×10-6/K的熱膨脹系數(shù)。熱解氮化硼在ab方向上具有2×10-6/K的熱膨脹系數(shù)，在c方向上具有40×10-6/K的熱膨脹系數(shù)。在用于加熱器的且涂覆pBN(除了暴露的/未涂覆的電連接部分)的加強(qiáng)石墨連接器的一個(gè)實(shí)施方式中，由于保護(hù)層pG層具有的CTE與接鄰的pBN層的CTE基本上匹配，因此pBN和pG的粘附更好，這樣減小了作為總體加熱器本體的層離或者開裂缺陷。
該pG涂覆層進(jìn)一步保護(hù)其下的石墨部件，減慢石墨在氧化性環(huán)境中的侵蝕速率。公知的是石墨易于氧化，氧化在比較低的溫度下開始，且當(dāng)溫度升高時(shí)變得越來越嚴(yán)重，這可以由石墨部件中的變化來度量。在一個(gè)實(shí)施方式中，石墨部件涂覆有足夠厚的pG層，以加強(qiáng)石墨部件，使其在至少800℃的溫度下氧化速率(由重量損失與表面損失厚度比轉(zhuǎn)換得來)低于10nm/min。在第二實(shí)施方式中，在至少600℃溫度下，被pG涂覆的部件具有低于5nm/min的氧化速率。在第三實(shí)施方式中，在至少500℃溫度下被pG涂覆的部件具有小于2nm/min的氧化速率。
應(yīng)該注意，在加強(qiáng)石墨連接器用作加熱器連接器的實(shí)施方式中，保護(hù)涂覆層不限于pBN。該保護(hù)涂覆層可以是從B、Al、Si、Ga、難熔硬質(zhì)合金、過渡金屬以及它們的組合中選擇的元素的氮化物、碳化物、碳氮化物或氧氮化物中選擇的任一種。在一個(gè)實(shí)施方式中，在溫度25到1000℃條件下，涂覆層具有2.0×10-6/K到10×10-6/K范圍內(nèi)的CTE。在一個(gè)實(shí)施方式中，涂覆層具有的厚度大于等于約2微米(μm)且小于500μm。在另一個(gè)實(shí)施方式中，保護(hù)涂覆層的厚度大于等于約10μm。在第三實(shí)施方式中，厚度大于等于約50μm。在另外的一個(gè)實(shí)施方式中，厚度大于等于約75μm。在第四實(shí)施方式中，厚度范圍從5到300μm。
在一個(gè)實(shí)施方式中，保護(hù)涂覆層是熱解氮化硼、氮化鋁(AlN)、氧化鋁、氧氮化鋁、氮化硅或它們的復(fù)合物的其中之一。在另一實(shí)施方式中，涂覆層是由同種材料(例如AlN，AlON，Al2O3等)的多個(gè)涂覆層組成的多層，或者是AlN，AlON，pBN，SiN等按先后涂覆的多個(gè)不同層。在又一實(shí)施方式中，石墨部件依次首先涂覆pG，，接著涂覆pBN和另一pG涂覆層，然后接著是AlN層。
在一個(gè)實(shí)施方式中，石墨連接器為柱或管型(具行中空或部分中空的中心)，該連接器也通過將熱解石墨涂覆層涂覆在中空連接器的外側(cè)和/或內(nèi)側(cè)表面，以被進(jìn)一步加強(qiáng)。如圖2A所示，在中空石墨連接器或者柱的又一實(shí)施方式中，石墨連接器的結(jié)構(gòu)整體性通過在空芯中插入芯部件例如金屬棒，而進(jìn)一步被加強(qiáng)。
在一個(gè)實(shí)施方式中，芯部件是一個(gè)實(shí)心的棒，具有足以使該棒整個(gè)插入到石墨連接器中空的中心的大小。在第二實(shí)施方式中，芯部件部分地插入到連接器中。在第三實(shí)施方式中，如圖2B所示，芯部件是圓筒管的形狀，且沿其長度具有通長(或部分長度)的狹縫，以使得芯部件容易地滑入連接器的中空芯，和/或緩解不同部件之間的熱失配應(yīng)力。
在一個(gè)實(shí)施方式中，中空芯部件給石墨連接器提供足夠的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，該支承芯部件還在減少沿著柱向下傳導(dǎo)熱的方面提供了附加的好處。如圖3的應(yīng)力模型圖所示，在棒(實(shí)心芯)連接器的固定端以及接近棒連接器的中心軸處，應(yīng)力幾乎為零?？梢钥闯?，當(dāng)應(yīng)力沿棒的徑向線性增加時(shí)，應(yīng)力較為集中在橫截面的周邊附近。因而從實(shí)心連接器(例如棒)到空心連接器(例如管)的改變沒有明顯減少棒的強(qiáng)度。然而由于熱傳導(dǎo)與橫截面面積成比例，從實(shí)心連接器到空心連接器的改變會(huì)明顯減小熱傳導(dǎo)，從而降低連接器端部的溫度。
形成方法熱解石墨(“PG”)可以在石墨部件上，通過進(jìn)行氣態(tài)的碳?xì)浠衔锏臒峤夥磻?yīng)以在石墨連接器表面上沉積熱解石墨形成。保護(hù)涂覆層，例如pG和其它涂覆材料，可以使用現(xiàn)有技術(shù)中公開的任何方法沉積在石墨部件上，例如擴(kuò)張熱等離子體(ETP)，離子鍍，離子等離子淀積(或陰極弧淀積)，化學(xué)汽相淀積(CVD)，等離子增強(qiáng)化學(xué)汽相淀積(PECVD)，金屬有機(jī)化學(xué)汽相淀積(MOCVD)(也叫有機(jī)金屬化學(xué)汽相淀積(OMCVD))，金屬有機(jī)汽相外延(MOVPE)，物理汽相淀積法例如濺射、反應(yīng)性電子束(e束)淀積，以及等離子噴涂。例示性方法是ETP，CVD，和離子鍍。
石墨部件構(gòu)造包括，但不限于，石墨棒、中空石墨棒、短柱、導(dǎo)線、螺紋螺套，以及類似物。本發(fā)明pG涂覆/加強(qiáng)的石墨部件具有提高的強(qiáng)度和延長的使用壽命，也可以用于半導(dǎo)體加工中石墨連接器/柱以外的應(yīng)用中。在一個(gè)實(shí)施方式中，pG涂覆/加強(qiáng)的石墨部件用于拉晶裝置的加熱裝置中電極上半部分的至少一部分，當(dāng)加熱器升起時(shí)拉晶裝置被投入爐中。
本發(fā)明石墨部件的其它實(shí)例包括但不限于元件座、支承棒，爐(CVD)應(yīng)用的夾具；普通的硬件組合件例如板、螺套、棒、隔離體、螺栓、套筒、盤、管、墊圈、雙頭螺栓；普通動(dòng)力硬件應(yīng)用包括齒輪、輥、軸、滑板、啟動(dòng)臂、軸承、推桿、止動(dòng)棒以及類似物；和普通加熱器硬件例如連接器(如附圖所示)、電源進(jìn)線、條板以及加熱元件。根據(jù)這些應(yīng)用中是否需要免受苛刻的/腐蝕性的環(huán)境的保護(hù)，該部件可以進(jìn)一步至少涂覆電絕緣層例如pBN，AlN等。當(dāng)需要建立電連接時(shí)，至少一些pG涂覆層被暴露，以允許與電源建立連接。
本發(fā)明的加強(qiáng)石墨連接器的各種實(shí)施方式將參照附圖進(jìn)行如下說明，其用于半導(dǎo)體加工工業(yè)中加熱器組合件的例示性用途。
在一個(gè)實(shí)施方式中，加強(qiáng)石墨部件用于具有雙石墨柱的加熱器10，如圖1A所示，其中圖1A是加熱器的頂視圖，表示出橫截面基本是圓形的被涂覆的石墨本體10以及兩個(gè)從本體10延伸的突舌2。石墨本體10(除了加熱用圖案或溝槽16)完全被至少保護(hù)層9(未示出)涂覆。加熱元件1暴露涂覆層下的石墨，以形成穿過溝槽6的電路?？?貫穿突舌2以將石墨連接器或柱11連接到被涂覆的石墨本體10。
在圖1B中，柱連接器包括石墨柱12和13以及石墨螺棒14和15。石墨柱在一端具有螺紋孔16和17以接收螺棒14和15，用以連接如圖1A的被涂覆的石墨本體。在柱的另一端，暴露部分18和19用于連接到外部電源(未示出)。一對(duì)撓性石墨墊圈7和8用于每一個(gè)柱連接器11，以在每一個(gè)柱連接器11和加熱元件1之間提供堅(jiān)實(shí)的物理和電連接。石墨柱11至少涂覆保護(hù)層9，但除了抽頭孔18(左邊)或環(huán)19(右邊)，它們沒有被保護(hù)以連接到外部電源。該保護(hù)層9包括從B、Al、Si、Ga、難熔硬質(zhì)合金、過渡金屬和它們的組合中選擇的元素的氮化物、碳化物或氧氮化物。在一個(gè)實(shí)施方式中，它是熱解氮化硼，在第二實(shí)施方式中，它是氮化鋁。
在又一實(shí)施方式中，加強(qiáng)石墨連接器為軸狀，用于“蘑菇”型晶片加熱組合件的單元組合件中，如圖4所示。在該圖中，裝置20包括平臺(tái)22以及安裝結(jié)構(gòu)24，該安裝結(jié)構(gòu)24成軸狀，從平臺(tái)22延伸，基本與平臺(tái)22的縱向軸成橫向。除了軸24的最末端26，裝置的外表面至少涂覆了一層保護(hù)層9，其中沒有涂覆的末端用來連接外部電源。軸24可以從石墨的實(shí)心體被機(jī)器加工，以形成一個(gè)中空的石墨芯，待然后機(jī)械連接到石墨平臺(tái)。在另一實(shí)施方式中，軸的制造與石墨平臺(tái)22的形成一致，以使軸24和平臺(tái)22構(gòu)成一個(gè)單個(gè)的單元石墨體。導(dǎo)體25在端部通過暴露的端部26(沒有涂覆保護(hù)層)連接到外部電源。
圖5示出了柱形石墨連接器的又一實(shí)施方式。圖中，晶片支承組合件30包括圓柱形石墨體，該石墨體具有平坦表面38，其形成品片保持基底。開口39形成在石墨體的下部，用于一對(duì)大致平行的柱37和平行的腿或連接器35。在柱37上形成許多溝槽(未示出)用于加熱器圖案。加熱元件通過腿連接器35連接到外部加熱器電源。整個(gè)圓柱體，包括柱37、腿35，但除了腿的暴露的被熱解石墨涂覆的端部36，都至少涂覆了保護(hù)涂覆層(未示出)。
實(shí)施例這里提供實(shí)施例來對(duì)發(fā)明進(jìn)行解釋，但不是對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍進(jìn)行限制。
實(shí)施例1美國專利第5343022號(hào)公開的熱解加熱單元被用來測試用作石墨連接器的具有3/8”直徑尺寸的石墨柱。然而，整個(gè)石墨柱在組裝到加熱器組合件之前，首先被涂覆厚度為0.005”的石墨層。由于石墨柱的端部要暴露，以用于電連接，因此，該端部(約1/2”長度)在附加pBN涂層的下一步中被遮蓋。應(yīng)當(dāng)注意，暴露的石墨端部可以通過將整個(gè)柱涂覆pBN，然后機(jī)械移除或者蝕刻掉pBN而獲得。
重復(fù)實(shí)施例1，然而，石墨柱按照美國專利第5343022號(hào)描述構(gòu)造，且沒有任何pG加強(qiáng)涂覆層。
對(duì)石墨柱進(jìn)行三點(diǎn)彎曲測試。測試結(jié)果顯示由pG涂覆的石墨柱比對(duì)比例的沒有pG涂覆的石墨柱的拉伸強(qiáng)度提高了70％。這轉(zhuǎn)而相應(yīng)地提高了使用壽命。
實(shí)施例2實(shí)施例1由pG涂覆的石墨柱(但沒有附加的pBN涂覆)以及沒有涂覆的石墨柱(沒有任何pG涂層或附加的pBN涂層)分別在烘箱和管形爐里被加熱至高溫。該部件重量的變化被記錄，以確定烘箱或管形爐里氧化造成的重量變化。試驗(yàn)的結(jié)果如圖6所示，氧化速率從重量損失與厚度損失的比轉(zhuǎn)換而來(分鐘/納米)。
這里的描述使用了實(shí)施例來公開發(fā)明，包括其最佳方式，也為了使本領(lǐng)域技術(shù)人員能實(shí)現(xiàn)和使用本發(fā)明。本發(fā)明的專利保護(hù)范圍由權(quán)利要求限定，也可以包括本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠想到的其他實(shí)施例。如果該其他實(shí)施例具有的結(jié)構(gòu)元素與權(quán)利要求的字面含義沒有區(qū)別，或者如果它們包括同權(quán)利要求字面含義沒有實(shí)質(zhì)區(qū)別的等同的結(jié)構(gòu)元素，那么這些其他實(shí)施例應(yīng)在權(quán)利要求的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于半導(dǎo)體加工環(huán)境用組合件的石墨制品，包括石墨芯，涂覆層，該涂覆層包括平均厚度為0.001”到0.10”的熱解石墨，置于熱解石墨涂覆層至少一部分上的保護(hù)涂覆層，該保護(hù)涂覆層包括從B、Al、Si、Ga、難熔硬質(zhì)合金、過渡金屬以及它們的組合中選擇的元素的氮化物、碳化物、碳氮化物或氧氮化物的至少一種；以及其中所述石墨制品的拉伸強(qiáng)度比相應(yīng)的沒有熱解石墨涂覆層和保護(hù)涂覆層的石墨制品的拉伸強(qiáng)度高至少25％。
2.如權(quán)利要求1所述的石墨制品，其中所述石墨制品的拉伸強(qiáng)度比相應(yīng)的沒有熱解石墨涂覆層和保護(hù)涂覆層的石墨制品的拉伸強(qiáng)度高至少50％。
3.如權(quán)利要求1-2中任意一個(gè)所述的石墨制品，其中熱解石墨涂覆層具有0.005”到0.05”的厚度。
4.如權(quán)利要求1-3中任意一個(gè)所述的石墨制品，其中所述熱解石墨涂覆層具有0.0254”到0.05”的厚度，且用作元件座、支承棒、夾具、板、螺套、棒、隔離體、螺栓、套筒、盤、管、墊圈、雙頭螺栓、齒輪、輥、軸、滑板、啟動(dòng)臂、軸承、推桿、止動(dòng)棒、連接器、電源進(jìn)線以及條板中的一個(gè)。
5.如權(quán)利要求1-3中任意一個(gè)所述的石墨制品，其中所述石墨芯中空并具有表面，其中中空芯上表面的至少一部分至少涂覆一層熱解石墨涂覆層，該熱解石墨涂覆層具有0.001”到0.10”的平均厚度。
6.如權(quán)利要求5所述的石墨制品，其中所述熱解石墨涂覆層進(jìn)一步被保護(hù)涂覆層涂覆，該保護(hù)涂覆層包括從B、Al、Si、Ga、難熔硬質(zhì)合金、過渡金屬以及它們的組合中選擇的元素的氮化物、碳化物、碳氮化物或氧氮化物的至少一種。
7.如權(quán)利要求5-6中任意一個(gè)所述的石墨制品，其中所述石墨芯中空，且其中該石墨制品進(jìn)一步包括置于中空芯內(nèi)的支承元件，且其中該支承元件是包含金屬的管。
8.如權(quán)利要求1-7中任意一個(gè)所述的石墨制品，用于化學(xué)汽相淀積爐中的晶片加工裝置，且其中該石墨制品在至少600℃的溫度下具有小于10nm/min的氧化速率。
9.如權(quán)利要求1-8中任意一個(gè)所述的石墨制品，其中該制品在至少600℃的溫度下具有小于5nm/min的氧化速率。
10.如權(quán)利要求1-9中任意一個(gè)所述的石墨制品，其中所述保護(hù)涂覆層包括熱解氮化硼和氮化鋁中的一個(gè)，在25到1000℃溫度范圍內(nèi)的CTE在2.0×10-6/K到10×10-6/K范圍內(nèi)。
11.如權(quán)利要求1-10中任意一個(gè)所述的石墨制品，其中至少一部分熱解石墨涂覆層暴露且沒有涂覆該保護(hù)涂覆層，以提供與外部電源的電連接。
12.一種用來加熱晶片基底的晶片加工組合件，該組合件包括電加熱器，所述電加熱器包括具有用以支承晶片基底的平坦表面的石墨基底和至少一個(gè)用來支承該平坦表面的支承軸，該支承軸包括石墨連接器，用于將該電加熱器連接到外部電源裝置，所述石墨連接器至少涂覆一層熱解石墨，該熱解石墨層具有0.001”到0.10”的厚度，且其中該石墨連接器的拉伸強(qiáng)度比相應(yīng)的沒有pG涂覆層的石墨制品的拉伸強(qiáng)度至少高25％。
13.如權(quán)利要求12所述的晶片加工組合件，其中所述由熱解石墨涂覆的石墨連接器進(jìn)一步在至少一部分的該石墨涂覆層上被至少涂覆保護(hù)涂覆層，該保護(hù)涂覆層包括從B、Al、Si、Ga、難熔硬質(zhì)合金、過渡金屬以及它們的組合中選擇的元素的氮化物、碳化物、碳氮化物或氧氮化物的至少一種。
14.如權(quán)利要求12-13中任意一個(gè)所述的晶片加工組合件，其中所述支承軸進(jìn)一步包括置于所述軸中的支承元件，且其中所述支承元件是包含金屬的管。
15.一種延長用于半導(dǎo)體加工應(yīng)用的組合件中石墨部件的使用壽命的方法，所述方法包括將該石墨部件至少涂覆一層熱解石墨，該層厚度為0.001”至0.10”；將該熱解石墨涂覆的石墨的至少一部分涂覆厚度為2-500μm的一層，該層包括從B、Al、Si、Ga、難熔硬質(zhì)合金、過渡金屬以及它們的組合中選擇的元素的氮化物、碳化物、碳氮化物或氧氮化物的至少一種，使該石墨部件的拉伸強(qiáng)度比相應(yīng)的沒有該熱解石墨涂覆層和該外保護(hù)層的石墨制品的拉伸強(qiáng)度高至少25％。
全文摘要
一種制品，其包括涂覆有熱解石墨(pG)的石墨部件，其相比沒有涂覆的石墨部件的機(jī)械強(qiáng)度提高至少25％。在用于半導(dǎo)體加工組合件例如加熱器的連接器應(yīng)用中，該pG涂覆的部件被至少罩面涂覆電絕緣材料的保護(hù)層，且其中一部分該pG涂覆的石墨部件被暴露(沒有涂覆保護(hù)層)，以提供到該組合件的電連接。
文檔編號(hào)H01L21/687GK101085708SQ20061006474
公開日2007年12月12日 申請(qǐng)日期2006年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月11日
發(fā)明者D·A·隆沃思, T·J·赫爾, 陸中浩, 劉翔 申請(qǐng)人:通用電氣公司