相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用

本申請(qǐng)要求于2014年6月13日提交的題為“one-coatencapsulatedgraphiteheaterandprocess”的美國臨時(shí)申請(qǐng)no.62/011,646的優(yōu)先權(quán)和權(quán)益，其全部內(nèi)容通過引用并入本文。

本發(fā)明涉及一種石墨加熱器及其制造工藝。具體地，本發(fā)明涉及使用單涂層封裝工藝制造的封裝石墨加熱器。所得的單涂層封裝石墨加熱器構(gòu)造適合于各種各樣的應(yīng)用，包括但不限于，在半導(dǎo)體加工裝置中加熱半導(dǎo)體晶片。

背景技術(shù)：

在半導(dǎo)體器件或半導(dǎo)體材料的制造中，在限定反應(yīng)室的外殼中在高于1000℃的相對(duì)高的溫度下處理半導(dǎo)體晶片，其中晶片被放置成鄰近或接觸被耦合到電源的電阻加熱器。對(duì)于圓柱形加熱器，晶片可以放置在支撐件上，并且支撐件由加熱器加熱。在該工藝中，半導(dǎo)體晶片的溫度保持大致恒定和均勻，在約1℃至10℃的范圍內(nèi)變化。

美國專利no.5,343,022公開了一種用在半導(dǎo)體晶片加工工藝中的加熱單元，包括疊加在熱解氮化硼基底上的熱解石墨(“pg”)加熱元件。石墨層被機(jī)械加工成限定待加熱的區(qū)域的螺旋或蜿蜒構(gòu)造，其兩端連接到外部電源。然后，整個(gè)加熱組件涂覆有熱解氮化硼(“pbn”)層。美國專利no.6,410,172公開了一種加熱元件、晶片載體或靜電卡盤，其包括安裝在pbn襯底上的pg元件，隨后整個(gè)組件用aln的外涂層進(jìn)行cvd涂覆，以保護(hù)組件免受化學(xué)侵蝕。

雖然石墨是經(jīng)濟(jì)且耐溫的耐火材料，但是石墨被一些晶片處理化學(xué)環(huán)境腐蝕，并且它易于產(chǎn)生顆粒和粉塵。由于常規(guī)機(jī)械加工的石墨加熱器的不連續(xù)表面，導(dǎo)致功率密度在待加熱區(qū)域上顯著變化。此外，石墨主體，特別是在機(jī)械加工成蜿蜒幾何形狀之后，是脆的并且其機(jī)械完整性差。因此，即使具有相對(duì)較大的橫截面厚度，例如，對(duì)于半導(dǎo)體石墨加熱器應(yīng)用來說典型的大約0.1英寸以上，加熱器仍然非常脆弱并且必須小心處理。此外，石墨加熱器由于退火而隨時(shí)間改變尺寸，這導(dǎo)致弓形或不對(duì)準(zhǔn)，從而導(dǎo)致電短路。在半導(dǎo)體晶片處理中常規(guī)的是在半導(dǎo)體上沉積膜，其可以是導(dǎo)電的。這種膜可能在加熱器上沉積為短效涂層，這可能造成電短路，電性能的變化或引起額外的弓形和扭曲。

一種改進(jìn)石墨加熱器的穩(wěn)定性的方法是用氮化物涂層(例如氮化硼)和保護(hù)外涂層涂覆石墨主體，該保護(hù)外涂層通常由與氮化物涂層相同的材料制成。通常，石墨主體被機(jī)械加工成期望的形狀或構(gòu)造，其限定了具有加熱元件的加熱路徑。該路徑可以是例如在相鄰加熱元件之間具有空間或間隙的連續(xù)路徑。為了提供具有用于處理和涂覆的足夠支撐的結(jié)構(gòu)，石墨主體被機(jī)械加工以在加熱元件之間留下石墨橋。將保護(hù)涂層，例如熱解氮化硼施加到石墨主體上。將涂層施加到石墨主體上產(chǎn)生了由覆蓋石墨橋的涂層材料組成的連接層。然后對(duì)被涂覆的加熱器主體進(jìn)行機(jī)械加工以從結(jié)構(gòu)中除去石墨橋，如果留在原位，這將導(dǎo)致加熱器短路。這需要通過涂層進(jìn)行機(jī)械加工，這留下暴露出的石墨的區(qū)域。加熱器可以被機(jī)械加工以留下由涂層材料形成的連接層。

雖然該連接層可以為石墨加熱器提供支撐，但是加熱器必須被再次涂覆以涂覆暴露出的石墨的區(qū)域。該設(shè)計(jì)可能仍然表現(xiàn)了來自熱膨脹系數(shù)(cte)失配應(yīng)力(石墨和氮化硼材料之間)的高應(yīng)力和在升高的操作溫度下的熱應(yīng)力。高應(yīng)力可導(dǎo)致加熱裝置的早期故障。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供適于在加熱器中減輕熱應(yīng)力、cte失配應(yīng)力或這兩種應(yīng)力的單涂層封裝的石墨加熱器。

在一個(gè)方面，本發(fā)明提供了一種加熱器，其包括石墨主體，該石墨主體包括被配置為形成用于電流路徑的圖案的至少一個(gè)加熱元件。結(jié)構(gòu)插入件配置為插入石墨主體中，使得結(jié)構(gòu)插入件為石墨主體提供支撐，并且涂層封裝圖案化的石墨主體和結(jié)構(gòu)插入件。

在一個(gè)實(shí)施例中，結(jié)構(gòu)插入件選自由b、al、si、ga、耐火硬金屬、過渡金屬和稀土金屬組成的組的元素的氮化物、碳化物、碳氮化物或氮氧化物，或者其復(fù)合物和/或組合物。在一個(gè)實(shí)施例中，結(jié)構(gòu)插入件包括熱解氮化硼(pbn)、氮化鋁、氮化鋁鈦、氮化鈦、碳氮化鈦鋁、碳化鈦、碳化硅和氮化硅中的至少一種，或者其兩種或更多種的復(fù)合物和/或組合物。在一個(gè)實(shí)施例中，結(jié)構(gòu)插入件包括熱解氮化硼(pbn)。

本技術(shù)還提供了根據(jù)前述實(shí)施例中任一個(gè)的加熱器，其中至少一個(gè)加熱元件限定了連續(xù)路徑，其限定所述至少一個(gè)加熱元件之間的間隙，并且所述結(jié)構(gòu)插入件設(shè)置在所述間隙中。

本技術(shù)還提供了根據(jù)前述實(shí)施例中任一個(gè)所述的加熱器，其中至少一個(gè)加熱元件之間的間隙由加熱元件的第一內(nèi)表面和加熱元件的第二內(nèi)表面之間的空間限定。第一和第二內(nèi)表面各自限定槽，并且結(jié)構(gòu)插入件定位在槽中。

本技術(shù)還提供了根據(jù)前述實(shí)施例中任一實(shí)施例的加熱器，其中加熱器包括限定加熱元件的平面的外表面，并且結(jié)構(gòu)插入件在加熱元件的平面中定向。

本技術(shù)還提供了根據(jù)前述實(shí)施例中任一實(shí)施例的加熱器，其中加熱器包括限定加熱元件的平面的外表面，并且結(jié)構(gòu)插入件垂直于加熱元件的平面定向。

本技術(shù)還提供了根據(jù)前述實(shí)施例中任一實(shí)施例的加熱器，其中加熱器限定外表面，并且結(jié)構(gòu)插入件插入加熱器的外表面的一部分中。

本技術(shù)還提供了根據(jù)前述實(shí)施例中任一項(xiàng)所述的加熱器，其包括多個(gè)結(jié)構(gòu)插入件。

本技術(shù)還提供了根據(jù)前述實(shí)施例中任一項(xiàng)所述的加熱器，其中結(jié)構(gòu)插入件包括鎖定特征。在一個(gè)實(shí)施例中，鎖定特征包括具有燕尾形或鑰匙孔形狀的結(jié)構(gòu)插入件。

本技術(shù)還提供了根據(jù)前述實(shí)施例中任一項(xiàng)的加熱器，其中涂層包括選自由b、al、si、ga、耐火硬金屬、過渡金屬和稀土金屬組成的組的元素的氮化物、碳化物、碳氮化物或氮氧化物，或其兩種或更多種的復(fù)合物和/或組合物。

本技術(shù)還提供了根據(jù)前述實(shí)施例中任一項(xiàng)所述的加熱器，其中結(jié)構(gòu)插入件和所述涂層由相同的材料制成，所述材料為選自由b、al、si、ga、耐火硬金屬、過渡金屬和稀土金屬組成的組的元素的氮化物、碳化物、碳氮化物或氮氧化物或其兩種或更多種的復(fù)合物和/或組合物。

本技術(shù)還提供了根據(jù)前述實(shí)施例中任一項(xiàng)所述的加熱器，其中結(jié)構(gòu)插入件和涂層各自包含熱解氮化硼(pbn)。

在一個(gè)方面，本發(fā)明提供了一種形成加熱器的方法，包括：提供石墨主體，該石墨主體包括被配置為形成用于電流路徑的圖案的至少一個(gè)加熱元件；將結(jié)構(gòu)插入件插入石墨主體中，使得結(jié)構(gòu)插入件為石墨主體提供支撐；以及施加封裝圖案化的石墨主體和結(jié)構(gòu)插入件的涂層。

在一個(gè)實(shí)施例中，石墨主體限定具有在主體的第一內(nèi)表面和主體的第二內(nèi)表面之間限定的空間的連續(xù)路徑，并且插入結(jié)構(gòu)插入件包括將結(jié)構(gòu)插入件插入到空間中。

本技術(shù)還提供了根據(jù)前述實(shí)施例中任一項(xiàng)所述的方法，其中主體的第一內(nèi)表面限定槽，主體的第二內(nèi)表面限定槽，并且插入結(jié)構(gòu)插入件包括將結(jié)構(gòu)插入槽。

本技術(shù)還提供了根據(jù)前述實(shí)施例中任一項(xiàng)所述的方法，其中至少一個(gè)加熱元件限定縱向平面，并且結(jié)構(gòu)插入件插入縱向平面的平面中。

本技術(shù)還提供了根據(jù)前述實(shí)施例中任一項(xiàng)所述的方法，其中至少一個(gè)加熱元件限定縱向平面，并且結(jié)構(gòu)插入件垂直于縱向平面插入。

本技術(shù)還提供根據(jù)前述實(shí)施例中任一項(xiàng)所述的方法，其中結(jié)構(gòu)插入件是在其下表面上包括多個(gè)樁的板，并且插入結(jié)構(gòu)插入件包括將多個(gè)樁插入石墨主體的外表面中的多個(gè)對(duì)應(yīng)的槽中。

本技術(shù)還提供了根據(jù)前述實(shí)施例中任一項(xiàng)所述的方法，其中結(jié)構(gòu)插入件和涂層獨(dú)立地包含選自由b、al、si、ga、耐火硬金屬、過渡金屬和稀土金屬組成的組的元素的氮化物、碳化物、碳氮化物或氮氧化物中的至少一種或其兩種或多種的復(fù)合物和/或組合物的材料。

本技術(shù)還提供根據(jù)前述實(shí)施例中任一項(xiàng)所述的方法，其中結(jié)構(gòu)插入件和涂層包括相同的材料。

本技術(shù)還提供了根據(jù)前述實(shí)施例中任一項(xiàng)所述的方法，其中結(jié)構(gòu)插入件的材料具有熱膨脹系數(shù)，涂層的材料具有熱膨脹系數(shù)，并且結(jié)構(gòu)插入材料的熱膨脹系數(shù)在涂層材料的熱膨脹系數(shù)的40％內(nèi)。

該方法提供了優(yōu)于需要去除石墨橋和多個(gè)涂覆工藝以在加熱器本體上提供足夠涂層的常規(guī)加熱器構(gòu)造工藝的優(yōu)點(diǎn)。特別地，采用陶瓷材料的分離插入結(jié)構(gòu)的本方法和組件允許施加單個(gè)涂覆操作以封裝加熱器本體。這可以就時(shí)間和材料成本方面降低加熱器的成本和加工。

附圖說明

圖1(a)是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的圓柱形加熱器的立體圖；

圖1(b)是圖1(a)的一部分的放大圖；

圖2是圖1(a)的加熱器的側(cè)視平面圖；

圖3是圖1(a)的加熱器的俯視平面圖；

圖4(a)是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的圓柱形加熱器的立體圖；

圖4(b)是圖4(a)的一部分的放大圖；

圖5是圖4(a)的加熱器的側(cè)視平面圖；

圖6是圖4(a)的加熱器的俯視平面圖；

圖7(a)是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的扁平加熱器的立體圖；

圖7(b)是圖7(a)的一部分的放大圖；

圖8是圖7(a)的加熱器的俯視圖；

圖9(a)是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的扁平加熱器的立體圖；

圖9(b)是圖9(a)的一部分的放大圖；

圖10是圖9(a)的加熱器的俯視圖；

圖11是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的扁平加熱器的立體圖；和

圖12是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的圓柱形加熱器的立體圖；

除非另有說明，否則附圖不是按比例的。附圖是為了說明本發(fā)明的方面和實(shí)施例的目的，并且不旨在將本發(fā)明限制于其中所示的那些方面。參考以下詳細(xì)描述可進(jìn)一步理解本發(fā)明的方面和實(shí)施例。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明提供一種加熱器，其包括石墨主體、支撐構(gòu)件和封裝石墨主體和支撐構(gòu)件的涂層。支撐構(gòu)件可以是例如由氮化物、碳化物、碳氮化物、氮氧化物或其兩種或更多種的組合構(gòu)成的一個(gè)或多個(gè)結(jié)構(gòu)插入件，用于為石墨主體提供結(jié)構(gòu)支撐，并且涂覆層可以包含封裝石墨主體的氮化物、碳化物、碳氮化物、氮氧化物或其兩種或更多種的組合。

加熱器包括具有限定預(yù)定路徑的構(gòu)造的石墨主體，該預(yù)定路徑限定多個(gè)加熱元件。加熱器可以是一體式，其中路徑可以是包括多個(gè)加熱元件的連續(xù)路徑。在一個(gè)實(shí)施例中，加熱器包括石墨主體，其包括串聯(lián)連接的兩個(gè)半部，其中每個(gè)半部包括處于預(yù)定構(gòu)造的多個(gè)加熱元件。

根據(jù)本發(fā)明的方面，石墨主體包括作為支撐構(gòu)件的多個(gè)結(jié)構(gòu)插入件。結(jié)構(gòu)插入件的位置基于包括但不限于諸如尺寸、形狀(例如，圓柱形對(duì)扁平加熱器)的加熱器設(shè)計(jì)、加熱路徑構(gòu)造等的因素來確定。任何適當(dāng)?shù)臉?gòu)造或數(shù)量的結(jié)構(gòu)插入件可以被選擇使得結(jié)構(gòu)插入件為石墨主體提供足夠的支撐。

圖1-圖12示出了根據(jù)本技術(shù)的方面的實(shí)施例。在圖1a-圖6中，加熱器被示出為包括上表面60的圓柱體。加熱器10包括第一半部40和第二半部44。第一半部從端子48延伸，并且第二半部從端子52延伸。每個(gè)半部40和44分別限定底表面64和68。加熱器本體10的每一個(gè)半部被機(jī)械加工成限定了多個(gè)加熱器元件14和18的預(yù)定電流路徑。端子48和52分別包括端子連接孔34和56，端子連接孔34和56是用于電源向加熱器提供電流的附接點(diǎn)。在一個(gè)實(shí)施例中，加熱元件150、160(或路徑)的主要部分可以與加熱器的上表面平行地定向，并且次要部分在路徑中限定轉(zhuǎn)彎。如圖1-圖6所示，相應(yīng)的蜿蜒圖案從每個(gè)端子線性地和垂直地延伸，然后轉(zhuǎn)向以形成水平定向并與加熱器的上表面的平面平行的主要部分。

如圖所示，在連續(xù)的加熱元件之間存在間隙或空間22、26。在一個(gè)實(shí)施例中，間隙可以在連續(xù)的加熱元件之間包括在轉(zhuǎn)彎處是均勻的。在另一個(gè)實(shí)施例中，可以提供在蜿蜒路徑的轉(zhuǎn)彎附近限定的間隙，使得其形成尺寸為具有大于加熱元件的主要部分之間的間隙的尺寸的一個(gè)或多個(gè)尺寸。例如，在轉(zhuǎn)彎附近的間隙的高度或?qū)挾瓤梢源笥诩訜嵩闹饕糠种g的間隙。如圖1、圖2、圖4和圖5所示，在路徑的轉(zhuǎn)彎附近的間隙30可以設(shè)置有幾何形狀，包括但不限于矩形、正方形、圓形、三角形、五邊形、六邊形、七邊形等。較大的間隙30可以漸縮或?qū)蚣訜嵩g的間隙。如圖1、圖2、圖4和圖5所示，在蜿蜒路徑的轉(zhuǎn)彎附近的間隙30是圓形的，以提供“鎖孔(keyhole)”間隙。通過給加熱元件布置被水平地定向到加熱器的上表面的平面的主要部分而提供的具有相對(duì)大的橫截面的這種設(shè)計(jì)允許在蜿蜒路徑的轉(zhuǎn)彎附近包括較大的間隙。在轉(zhuǎn)彎附近的較大間隙可以進(jìn)一步減小加熱器的熱應(yīng)力。這樣的配置在美國臨時(shí)申請(qǐng)61/846,386中描述，其通過引用整體并入本文。

根據(jù)本技術(shù)的方面，加熱器本體設(shè)置有支撐構(gòu)件，例如結(jié)構(gòu)插入件20。如圖1a、圖1b和圖2所示，加熱器10包括設(shè)置在間隙中的結(jié)構(gòu)插入件20或在路徑中的加熱元件之間限定的空間22和/或26。加熱器在加熱元件的表面中設(shè)置有槽24，并且結(jié)構(gòu)插入件設(shè)置在槽內(nèi)。槽可以通過任何合適的方法(例如通過機(jī)械加工)形成。

在圖1a、圖1b和圖2中，結(jié)構(gòu)構(gòu)件沿垂直于路徑的方向設(shè)置。在圖4a、圖4b和圖5中，加熱器10'與圖1-3中的加熱器10相同，除了插入件20'在與加熱元件14和18共面方向上定向以外。

應(yīng)當(dāng)理解，電流路徑可以形成任何適當(dāng)?shù)膱D案，包括但不限于螺旋圖案、蜿蜒圖案、螺旋圖案、z字形圖案、連續(xù)的迷宮圖案、螺旋線圈圖案、渦旋圖案或隨機(jī)回旋圖案。另外，根據(jù)特定目的或預(yù)期應(yīng)用的需要，加熱器本體可以設(shè)置為任何合適的形狀。雖然圖1-圖6中的加熱器被示出為圓柱形形狀，但是加熱器可以形成為選定形狀(例如正方形、矩形等)的多邊形。另外，路徑可以被配置成以堆疊取向提供加熱器元件(如圖1-圖6所示)或在同一平面中提供加熱元件以提供大致扁平的加熱器構(gòu)造(例如，圖7-圖10)。

圖7a-圖10示出了扁平加熱器100和100'。加熱器100和100'包括在相鄰加熱元件之間具有空間或間隙106、108和/或110的加熱元件102和104。在圖7a-圖8中，加熱器100包括結(jié)構(gòu)插入件112、114、116、118和120。在圖7a-圖8中，插入件在加熱元件的平面中定向。另外，取決于插入件被定位的位置，結(jié)構(gòu)插入件112、114、116、118和120設(shè)置有不同的形狀(例如，矩形、l形、t形或彎曲)。如圖11所示，結(jié)構(gòu)插入件124可以配置為提供鎖定特征，以防止結(jié)構(gòu)插入件被遠(yuǎn)離石墨主體拉開。例如，結(jié)構(gòu)插入件可以是“燕尾”形狀或鑰匙孔形狀。這些形狀可以保持結(jié)構(gòu)插入件牢固地附接到石墨主體，并且可以防止結(jié)構(gòu)插入件被遠(yuǎn)離石墨主體拉開。具有類似或其它類型的鎖定特征的結(jié)構(gòu)插入件可與其它加熱器幾何結(jié)構(gòu)一起使用。

在圖9a-圖10中，提供了與加熱器100相同的加熱器100'，除了加熱器100'包括垂直于加熱元件102和104的平面定向的插入件122?？梢岳斫?，插入件不必沿相同的方向定向，并且加熱器可以設(shè)置有沿共面方向定向的插入件和垂直于加熱元件的平面定向的插入件的組合。

圖1-圖11示出了在由加熱器主體的相應(yīng)加熱元件限定的空間之間設(shè)置的結(jié)構(gòu)插入件。在另一個(gè)實(shí)施例中，支撐構(gòu)件可以圍繞加熱器主體的外表面設(shè)置。圖12示出了加熱器本體10”，其與加熱器本體10和10'相同，除了加熱器本體10”不包括在加熱元件之間的空間中設(shè)置的插入件20。在圖12中，加熱器本體10”包括圍繞加熱器本體的外表面設(shè)置的結(jié)構(gòu)支撐構(gòu)件70。支撐構(gòu)件覆蓋多個(gè)加熱元件。支撐構(gòu)件70可以以任何合適的方式連接到加熱器主體。在一個(gè)實(shí)施例中，支撐構(gòu)件70包括配置為插入在加熱器本體的加熱元件的表面上設(shè)置的相應(yīng)槽或孔中的多個(gè)突起(例如，樁、支架等)。

根據(jù)特定目的或預(yù)期應(yīng)用的需要，加熱器本體可由任何合適的材料形成。如本文所述，石墨特別適合于形成加熱器主體。石墨材料的具體類型可以根據(jù)特定目的或預(yù)期應(yīng)用的需要選擇。另外，石墨形式的厚度可以根據(jù)對(duì)成品部件的電氣計(jì)算和加熱器的尺寸約束(例如內(nèi)徑和外徑)來確定。成品加熱器電阻的基本計(jì)算是本領(lǐng)域已知的，即基于蜿蜒電路徑的長度、寬度和厚度，其中電路徑的厚度被設(shè)計(jì)到石墨基底中。

結(jié)構(gòu)插入件可由任何合適的材料形成，以向加熱器本體提供結(jié)構(gòu)支撐。在一個(gè)實(shí)施例中，結(jié)構(gòu)插入件包括選自由b、al、si、ga、耐火硬金屬、過渡金屬和稀土金屬組成的組的元素的氮化物、碳化物、碳氮化物或氮氧化物中的一種或多種，或其復(fù)合物和/或組合物。實(shí)例包括熱解氮化硼(pbn)、氮化鋁、氮化鋁鈦、氮化鈦、碳氮化鈦鋁、碳化鈦、碳化硅和氮化硅。

在一個(gè)實(shí)施例中，結(jié)構(gòu)插入件包含pbn。在第二實(shí)施例中，插入件包括aln。在第三實(shí)施例中，插入件包括aln和bn的復(fù)合物。在第四實(shí)施例中，插入件包括熱解氮化硼(pbn)和小于約3wt％的量的碳摻雜劑的組合物，使得其電阻率小于10¹⁴ω-cm。還在第五實(shí)施例中，插入件包括氮化鋁，其中添加少量的y2o3，例如相對(duì)于100wt％的氮化鋁的5wt％的量。pbn和aln都具有優(yōu)異的絕緣和導(dǎo)電性能，并且可以容易地從汽相沉積。它們還具有高溫穩(wěn)定性。此外，它們具有與熱解石墨基底(黑色)不同的顏色(白色)，使得在形成電圖案的步驟中，可以容易地在視覺上區(qū)分涂層和圖案。在又一個(gè)實(shí)施例中，插入件可以是碳化硅(sic)。在另一個(gè)實(shí)施例中，插入件可以是碳化鉭(tac)。

結(jié)構(gòu)插入件的尺寸和形狀可根據(jù)特定目的或預(yù)期應(yīng)用的需要而定?？梢赃x擇插入件的厚度、尺寸、形狀、數(shù)量和位置以向加熱器提供足夠的支撐。如圖7a-圖8所示，例如，采用不同形狀的插入件。插入件的厚度沒有特別限制。在一個(gè)實(shí)施例中，插入件可以具有從約0.5mm至約3mm的厚度。類似地，可以根據(jù)需要選擇槽的深度，以提供足夠的支撐或?qū)⒉迦爰３衷谶m當(dāng)位置。槽可以相對(duì)淺或者可以相對(duì)深。槽可以通過進(jìn)行機(jī)械加工和從加熱器主體去除石墨而形成。

結(jié)構(gòu)插入件可以以任何適當(dāng)?shù)姆绞讲迦爰訜崞髦?。垂直于加熱元件的平面定向的插入件可以直接插入到適當(dāng)?shù)牟壑?。為了插入與加熱元件的平面共面定向的結(jié)構(gòu)插入件，可以操縱石墨加熱器以暴露出槽或允許插入件被正確定位。

在已經(jīng)放置結(jié)構(gòu)插入件之后，石墨主體設(shè)置有足夠厚度的大致連續(xù)的涂層，以提供期望的耐腐蝕性。該涂層還可以在機(jī)械加工步驟中提供額外的結(jié)構(gòu)完整性和支撐。在一個(gè)實(shí)施例中，涂層大致封裝石墨基底和結(jié)構(gòu)插件的所有暴露表面。涂層還可以用于將插入件保持在適當(dāng)位置。在本發(fā)明工藝的另一個(gè)實(shí)施例中，涂層簡單地覆蓋石墨基底的頂部或外表面，以用于耐腐蝕性和結(jié)構(gòu)支撐。

石墨主體的涂層可以是與結(jié)構(gòu)插入件相同的材料或不同的材料。涂層和結(jié)構(gòu)支撐件可以是不同的材料。與結(jié)構(gòu)插入件一樣，涂層可以包括選自由b、al、si、ga、耐火硬金屬、過渡金屬和稀土金屬組成的組的元素的氮化物、碳化物、碳氮化物或氮氧化物中的至少一種，或其復(fù)合物和/或組合物。在一個(gè)實(shí)施例中，涂層包括pbn、aln、sic或sin。優(yōu)選地，當(dāng)涂層和結(jié)構(gòu)支撐件包括不同的材料時(shí)，不同材料的熱膨脹系數(shù)(cte)值通常是相同的。在一個(gè)實(shí)施例中，插入材料的cte在涂層的cte的40％內(nèi)，在涂層的cte的20％內(nèi)，在涂層的cte的15％內(nèi)，在涂層的cte的10％內(nèi)，在涂層的cte的5％內(nèi)，甚至在涂層的cte的1％內(nèi)。

在一個(gè)實(shí)施例中，涂層具有0.001至0.10英寸(約0.025mm至約2.5mm)的厚度。在第二實(shí)施例中，涂層具有0.003英寸至0.05英寸(約0.07mm至約1.3mm)的厚度。在第三實(shí)施例中，該涂層為約0.005英寸至0.03英寸(約0.12mm至約0.8mm)。還在第四實(shí)施例中，涂層具有小于約0.02英寸(約0.5mm)的厚度。還在第四實(shí)施例中，涂層是厚度在約0.003英寸至約0.006英寸(約0.07mm至約0.15mm)范圍內(nèi)的pbn的扁平固體大致連續(xù)的表面層。

可以使用不同的方法將涂層沉積到石墨主體/襯底上。在一個(gè)實(shí)施例中，該層可以通過物理汽相沉積(pvc)施加，其中涂層材料，例如氮化硼和/或氮化鋁在真空中通過純物理方法轉(zhuǎn)移到汽相中并沉積在待涂覆的表面上?？梢允褂枚喾N方法變型。在一個(gè)實(shí)施例中，涂層材料在高真空下沉積在表面上，其中使用電阻加熱、電子或激光轟擊、電弧蒸發(fā)等將涂層材料加熱以從固體經(jīng)由液體轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)或直接從固態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)。也可以使用濺射，其中由相應(yīng)涂層材料組成的固體靶在真空中通過高能離子，例如，惰性氣體離子，特別是氬離子，(其中離子源為例如惰性氣體等離子體)而被原子化。最后，由相應(yīng)涂層材料組成的靶也可以在真空下用離子束轟擊，轉(zhuǎn)移到汽相中并沉積在待涂覆的表面上。

也可以組合上述pvd方法，并且可以通過等離子體支持的汽相沉積來沉積涂層。

或者，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，涂層可以通過化學(xué)汽相沉積(cvd)來沉積。與pvd方法相反，cvd方法具有相關(guān)的化學(xué)反應(yīng)。氣體組分在約200-2000℃的溫度下產(chǎn)生。通過熱、等離子體、光子或激光活化的化學(xué)汽相沉積用惰性載氣(例如通常在負(fù)壓下的氬氣)轉(zhuǎn)移進(jìn)入發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)室中。由此形成的固體組分被沉積到待涂覆的石墨主體上。揮發(fā)性反應(yīng)產(chǎn)物與載氣一起排出。

在一個(gè)實(shí)施例中，石墨主體通過cvd工藝涂覆有熱解氮化硼層，如美國專利no.3,152,006中所述，其公開內(nèi)容通過引用并入本文。在該工藝中，以適當(dāng)比例的氨和氣態(tài)鹵化硼(諸如三氯化硼(bcl3))的蒸氣用于在石墨基底的表面上形成氮化硼沉積物。

在另一個(gè)實(shí)施例中，涂層也可以使用熱注射方法沉積，例如，通過等離子體注入法。其中，通過施加高頻電磁場和氣體(例如空氣、氧氣、氮?dú)?、氫氣、惰性氣體等)的相關(guān)離子化，借由等離子體燃燒器而將固定靶加熱并轉(zhuǎn)移到汽相中。靶可以由例如氮化硼或氮化鋁組成，并轉(zhuǎn)移到汽相中并以純物理方式沉積在待涂覆的石墨主體上。靶也可以由硼組成，并且通過與離子化氣體(例如氮?dú)?反應(yīng)而作為氮化硼沉積在待涂覆的表面上。

在另一個(gè)實(shí)施例中，使用熱噴涂工藝，即使用火焰噴涂技術(shù)，其中粉末涂料原料借由燃燒火焰熔化，通常通過點(diǎn)燃氧氣與另一種氣體的氣體混合物。在另一種稱為電弧等離子噴涂的熱噴涂工藝中，dc電弧產(chǎn)生電離氣體(等離子體)，其用于以類似于噴涂漆的方式噴涂熔融的粉末狀涂層材料。在另一個(gè)實(shí)施例中，涂層材料作為漆/噴霧被施加并且用空氣噴霧器噴涂到石墨主體上。

在相對(duì)“厚”的涂層(即0.03英寸或更厚)的另一個(gè)實(shí)施例中，涂層材料簡單地作為液體漆施加，并且然后在足夠高的溫度下干燥以使涂層干透。在其中bn用作涂層的一個(gè)實(shí)施例中，全部涂覆bn的石墨結(jié)構(gòu)在至少75℃下干燥，在一個(gè)實(shí)施例中至少100℃的溫度下干燥，以使涂層干透。

在一個(gè)實(shí)施例中，在如上所述的涂覆工藝之后，將涂覆的石墨結(jié)構(gòu)加熱至至少500℃的溫度，以進(jìn)一步將氮化物涂層結(jié)合到石墨主體上。

取決于被涂覆的材料，可以使用其它涂覆工藝。例如，tac可以通過cvr(化學(xué)汽相反應(yīng))方法沉積，由此石墨的頂層被轉(zhuǎn)化為碳化物。

用大致連續(xù)的涂層涂覆石墨主體：在該步驟中，涂覆石墨主體用于增強(qiáng)對(duì)晶片加工化學(xué)環(huán)境的耐腐蝕性。涂層可以覆蓋石墨主體的頂表面和底表面，或者涂層可以簡單地提供覆蓋任何暴露的石墨的保護(hù)層。

形成電觸點(diǎn)。在該最終步驟中，電接觸被機(jī)械加工穿過涂層以在接觸位置處暴露石墨而用于連接到外部電源?；蛘撸娊佑|延伸部可以在涂覆工藝之前在開始處被機(jī)械加工到石墨基底中。

本發(fā)明的加熱器可以用于不同的應(yīng)用，特別是用于晶片載體的半導(dǎo)體加工應(yīng)用。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，相對(duì)于常規(guī)石墨加熱器的強(qiáng)度，本發(fā)明的加熱器的機(jī)械強(qiáng)度顯著提高。

在半導(dǎo)體應(yīng)用中，通常處理不同尺寸和/或形狀的晶片。因此，應(yīng)當(dāng)理解，在本發(fā)明的廣泛實(shí)踐中的加熱器可以具有任何合適的尺寸和形狀/構(gòu)造，如所設(shè)想的具體用途或應(yīng)用所需要的。加熱器可以是圓柱形、扁平盤、壓板等。其在其最長尺寸(例如直徑、長度等)可具有約2至20英寸的尺寸和0.05”至0.50”英寸的厚度。在一個(gè)實(shí)施例中，其可以是具有2”長×2”寬×0.01”mm厚的尺寸的盤。在圓柱形的一個(gè)實(shí)施例中，加熱器具有2”至20”的內(nèi)徑，0.10”至0.50”壁和2”至40”長的尺寸。

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上面已經(jīng)描述了本發(fā)明的實(shí)施例，并且在閱讀和理解本說明書之后，其他人可以想到修改和變化。如下的權(quán)利要求旨在包括落入權(quán)利要求或其等同物的范圍內(nèi)的所有修改和變更。