带涂层的石墨加热器构造
【专利说明】
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请要求于2013年7月15日提交的美国临时申请No. 61/846, 386的优先权， 其整体通过引用的方式包含于此。
技术领域
[0003] 本发明涉及石墨加热器。具体地说，本发明涉及适于包括但不限于用于加热半导 体处理器件中的半导体晶片的宽泛类型应用的带涂层的石墨加热器构造。
【背景技术】
[0004] 在半导体器件或半导体材料的制造中，在限定处于KKKTC以上相对高的温度的反 应室的封装中处理半导体晶片，晶片被布置成与联接到电源的电阻加热器邻近或者接触。 对于圆柱形加热器来说，晶片可以布置在支撑件上并且通过加热器加热支撑件。在此处理 中，半导体晶片的温度大致保持恒定与均匀，在大约rc到1(TC的范围内变化。
[0005] 美国专利No. 5, 343, 022公开了用于半导体晶片处理过程的加热单元，其包括叠 加在热解氮化硼基部上的热解石墨（"PG"）的加热元件。石墨层机械加工成限定待加热 区域的螺旋或弯曲构造，两个端部连接到外电源。然后将全部加热组件涂覆有热解氮化硼 ("PBN"）层。美国专利No. 6, 410, 172公开了加热元件、晶片载体，或者静电夹头包括安装 在热解氮化硼基板上的PG元件，整个组件随后地CVD涂覆有氮化铝的外涂层以保护组件免 于化学侵蚀。
[0006] 尽管石墨是经济且耐温度的耐火材料，但是石墨受到晶片处理化学环境中的一些 的腐蚀，并且其易于产生颗粒与灰尘。由于传统机加工的石墨加热器的非连续表面，跨越待 加热区域的功率密度急剧地改变。此外，石墨本体，特别在机加工成弯曲几何形状以后，是 脆性的并且其机械整体性是差的。相应地，即使具有相对大的横截面厚度，例如如对于典型 半导体石墨加热器应用来说大约在0. 1英寸以上，加热器仍极其脆弱并且必须小心操作。 此外，由于退火石墨加热器随着时间的经过改变尺寸，这导致弯曲或错对准、导致电短路。 此外传统的是在半导体晶片处理中在可以是导电性的半导体上淀积膜。此膜可以作为易变 涂层淀积在加热器上，这可能促使电短路，电特性的改变，或者导致其它弯曲与扭曲。
[0007] 改进石墨加热器的稳定性的一种方式是使石墨本体涂覆有诸如氮化硼的氮化物 或者在加热元件之间提供氮化硼桥。这些设计仍会展现来自热膨胀系数（CTE)错配应力 (在石墨与氮化硼材料之间）以及在升高操作温度下的热应力的高应力。高应力可能导致 加热器件的过早损坏。
【发明内容】
[0008] 本发明提供了加热器组件，此加热器组件具有适于释放加热器中的热应力、CTE错 配应力、或者两者此应力的构造。
[0009] 在一个方面中，本发明提供了加热器，其具有上表面与下表面并且包括多个加热 横档，其中此加热横档包括平行于由上表面限定的平面定向的主要部分。
[0010] 在本发明的另一个方面中，加热器组件包括涂层石墨本体。涂层石墨本体具有上 表面与下表面。本体可以具有限定预定路径的构造，该预定路径限定多个加热横档，其中每 个加热横档的主要部分大致平行于上表面定向。
[0011] 在实施方式中，本体是石墨本体，其涂覆的涂层选自：氮化物；碳化物；碳氮化物； 或选自包括硼、铝、硅、镓、难熔金属、过渡金属、以及稀土金属的组的元素的氮氧化物；或者 其两种或更多种的组合。
[0012] 在另一个实施方式中，石墨本体的涂层选自：热解氮化硼（pBN)、氮化铝、氮化钛 铝、氮化钛、碳氮化钛铝、碳化钛、碳化硅、以及氮化硅。在一个实施方式中涂层可以是热解 氮化硼。
[0013] 在又一个实施方式中，该本体还包括串联连接的两个半部，其中每个半部都具有 限定预定路径的构造，该预定路径限定多个加热横档，其中每个加热横档的主要部分都大 致平行于上表面定向。
[0014] 在一个实施方式中，本体是圆柱形本体。
[0015] 在本发明的实施方式中，每个加热横档都具有大致相同的宽度。在另一个实施方 式中，至少一个加热横档的宽度可以窄于至少一个其它加热横档的宽度。在本体的上表面 的顶部处的最上端加热横档的宽度可以窄于至少一个其它加热横档。在另一个实施方式 中，本体的上表面的顶部处的最上端加热横档的宽度小于或者等于至少一个其它加热横档 的宽度的一半。
[0016] 在另一个实施方式中，热膨胀系数（CTE)错配应力小于形成加热器本体的材料的 弯曲强度。
[0017] 在本发明的另一个方面中，加热器组件包括带涂层的石墨本体。带涂层的石墨本 体具有上表面与下表面。本体可以具有限定预定路径的构造，该预定路径限定多个加热横 档，其中每个加热横档的主要部分大致平行于上表面定向。至少一个加热横档的宽度窄于 另一个其它加热横档的宽度。
[0018] 在本发明的另一个方面中，加热器组件包括带涂层的石墨本体。带涂层的石墨本 体具有上表面与下表面。本体可以具有限定预定路径的构造，该预定路径限定多个加热横 档，其中每个加热横档的主要部分大致平行于上表面定向。在本体的上表面的顶部处的加 热横档的宽度小于或者等于其它加热横档的宽度的一半。
【附图说明】
[0019] 图1是根据本发明的实施方式的加热器的原理图；
[0020] 图2是图1的加热器的俯视平面图；
[0021] 图3是图1的加热器的前视平面图；
[0022] 图4是图1的加热器的侧视平面图；以及
[0023] 图5是体现比较实例1的加热器的原理图。
[0024] 除非另外指出附图不按比例绘制。附图是出于描述本发明的方面和实施方式的目 的并且不旨在将本发明限于这里描述的这些方面。可以通过参照下面详细的描述进一步理 解本发明的方面与实施方式。
【具体实施方式】
[0025] 本发明提供了包括石墨本体，其涂覆有一层或多层氮化物、碳化物、碳氮化物、氮 氧化物、或者其两种或更多种的组合。
[0026] 加热器包括石墨本体，此石墨具有限定预定路径的构造，此预定路径限定多个加 热横档。加热器可以是集成本体，其中路径可以是包括多个加热横档的连续路径。在一个 实施方式中，加热器包括含有串联连接的两个半部的石墨本体，其中每个半部都包括以预 定构造的多个加热横档。
[0027] 根据本发明的方面，加热器本体包括上表面、下表面，并且此本体具有限定预定路 径的构造，该预定路径限定多个加热横档，其中加热横档具有大致平行于本体的上表面定 向的主要部分。在一个实施方式中，本体包括串联连接的两个半部，其中每个半部都具有限 定预定路径的构造，该预定路径限定多个加热横档，其中加热横档具有大致平行于本体的 上表面定向的主要部分。
[0028] 通过提供加热横档的主要部分大致平行于本体的上表面定向的构造，加热器本体 具有较大的横截面积，这允许热膨胀跨越加热横档的全部长度扩展，这已经被发现降低了 在加热器本体上方的应力集中。还发现此构造减小了石墨本体基板与涂层中的应力。在一 个实施方式中，热膨胀系数（CTE)错配应力小于石墨的弯曲强度。
[0029] 图1-图4示出了根据本技术的方面的实施方式。加热器100包括第一半部110与 第二半部120。第一半部从端子130延伸，并且第二半部从端子140延伸。端子130和140 分别包括端子连接孔132和142,其是用于电源的附接点以将电流提供到加热器。
[0030] 加热器100示出为包括上表面102的圆柱形本体。每个半部110和120都分别限 定了底部表面112和122。加热器本体100的每个半部都被机加工成限定多个加热器横档 150和160的预定路径。在图1-图4中，路径设置成弯曲布置，使得加热横档150、160 (或 路径）的主要部分平行于加热器的上表面定向，并且次要部分限定了路径中的转弯。如在 图1、图2和图4中所示，相应的弯曲图案从每个端子线性地并且竖直地延伸并且然后转弯 以形成水平并且平行于加热器的上表面的平面定向的主要部分。
[0031] 应该理解的是石墨本体的电流路径可以形成任何适当的图案，包括但不限于盘旋 图案、弯曲图案、螺旋图案、锯齿图案、连续的错综复杂的图案、螺旋线圈图案、漩涡图案或 任何旋绕图案。另外地，出于特定的目的或期望的应用加热器本体可以以如期望的任何适 当的形状提供。
[0032] 在图4的实施方式中，在本体的上表面的顶部处的最上端加热横档的宽度300窄 于其它加热横档的宽度310。在一个实施方式中，宽度300小于或者等于宽度310的一半。
[0033] 如示出的，在连续加热横档之间存在间隙或间距170、180。在一个实施方式中，连 续加热横档之间包括在转换处的间隙可以是均匀的。在另一个实施方式中，限定在弯曲路 径的