專利名稱：導(dǎo)熱性能提高的組件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及這樣的組件，其用于在半導(dǎo)體工藝處理室中調(diào)節(jié)基 板的溫度，用于調(diào)節(jié)金屬模件或陶瓷模件包括玻璃模壓的溫度，用于除 氣、合金化或者需要溫度調(diào)節(jié)的其它工業(yè)處理工藝。
背景技術(shù)：
由于高能效以及易于測量和控制，電阻加熱器作為加熱對(duì)象的器件 廣受歡迎。在那些電阻加熱器中，當(dāng)需要的溫度比傳統(tǒng)的金屬加熱器能 夠承受的溫度高時(shí)，通常選擇陶瓷加熱器。陶瓷加熱器還用于對(duì)于金屬 污染敏感的工藝中。半導(dǎo)體工藝、金屬或者陶瓷模壓、除氣和合金化是 通常使用陶瓷加熱器的領(lǐng)域?qū)嵗Ｔ谶@些領(lǐng)域中應(yīng)用通常需要對(duì)象達(dá)到60crc或者更高的溫度。加熱對(duì)象例如半導(dǎo)體晶片或者模件的溫度控制對(duì)于滿足需要的工藝性能是關(guān)鍵的。熱調(diào)節(jié)裝置包括電阻加熱器，還可以包括在對(duì)象和電阻加熱器之間的目標(biāo)支撐元件的分離部件。例如當(dāng)電阻加熱器需要免受苛刻的工藝環(huán)境、機(jī)械負(fù)載或者污染影響時(shí)，就需要這種結(jié)構(gòu)。當(dāng)加熱對(duì)象的溫度均勻性需要提高時(shí)，還需要這種目標(biāo)支撐元件。通常，在這種結(jié)構(gòu)中，具 有與加熱對(duì)象的溫度控制相關(guān)的兩個(gè)關(guān)心區(qū)域。第一關(guān)心的是在加熱對(duì)象和對(duì)象支撐體的表面之間的熱傳導(dǎo)，第二關(guān)心的是在組件結(jié)3勾中目標(biāo) 支撐體的熱調(diào)節(jié)。組裝熱裝置通常具有熱接觸電阻的問題。在真空或者低氣壓(20Pa或更低)氣氛中，通過氣體傳遞對(duì)流熱的效率更低，上述 問題變得非常重要。通常，背景氣體例如氬氣或者氦氣用作在基底和對(duì)
象支撐體之間的熱傳導(dǎo)介質(zhì)以補(bǔ)償這種熱傳導(dǎo)困難。對(duì)象支撐元件可以具有的例如真空或者靜電夾頭功能以將加熱對(duì)象 保持在其位置上。功能的另一實(shí)例，目標(biāo)支撐提可以作為等離子工藝中 的RF電極工作。第二關(guān)心的是對(duì)象支撐體的熱調(diào)節(jié)。在組件中對(duì)象支撐體的熱調(diào)節(jié) 通常由位于組件之中的金屬冷卻板來提供。通過具有固相接觸的材料提 高導(dǎo)熱傳導(dǎo)促進(jìn)更高的熱傳導(dǎo)率，與通過氣隙或者空隙包括在接觸面上 表面不規(guī)則(平坦性、粗糙度等)引起的縫隙的熱傳導(dǎo)不同，通過固體 材料的導(dǎo)熱以更高的速率發(fā)生。希望提高能量效率、更快的加熱/冷卻以 及在組件例如彈性O(shè)環(huán)中保護(hù)非熱阻部件。熱界面材料(TIM)層已經(jīng)用于最大化在陶資支撐體和冷卻板之間 的固固相接觸。美國專利No.6,292,346中公開使用了厚度小于500)um 的金屬箔或者碳片。美國專利No.6,563,686中公開使用共形石墨空隙層以提高熱導(dǎo)率。然而，為了獲得來自石墨或者碳層的最佳性能，需要充 分壓縮加熱元件和目標(biāo)支撐元件以最小化接觸表面中的氣隙或孔隙。然而，使用由上述引證的專利公開的單TIM層的方法不容易應(yīng)用 于陶t;加熱器。盡管陶資加熱器與傳統(tǒng)金屬加熱器相比具有很多優(yōu)點(diǎn)， 陶瓷部件通常具有固有的脆性缺點(diǎn)。對(duì)加熱器難于獲得充分的壓縮以最 大化TIM層的性能而不破壞加熱元件。由不充分的壓縮引起的低效熱傳 導(dǎo)是陶瓷加熱器的共有問題。此外，現(xiàn)有技術(shù)中的TM壓縮方法難于在 加熱對(duì)象上提供半導(dǎo)體工藝和透鏡模壓工藝必須的均勻溫度分布。重復(fù) 性和可復(fù)制性是與不充分接觸TIM相關(guān)的另一問題。這種性能對(duì)于實(shí)際 的接觸區(qū)域是敏感的，該接觸區(qū)域取決于各部分之間的變化和組件操作 變化。因此，需要熱傳導(dǎo)性能提高并且對(duì)加熱元件影響最小的加熱組件。
發(fā)明內(nèi)容
-一方面，本發(fā)明涉及用于在工藝處理室例如晶片處理室或者高溫模壓室中調(diào)節(jié)對(duì)象溫度和支撐對(duì)象的組件，該組件包括用于支撐晶片基板 或者模件的對(duì)象支撐體；用于將對(duì)象加熱至至少30(TC溫度的陶資加熱
元件；設(shè)置在該對(duì)象支撐體和陶資加熱層之間的第一導(dǎo)熱層；設(shè)置在該 陶瓷加熱層下面的第二層。第一層和第二層都包含彈性模量小于5GPa 的材料，用于偏置陶瓷加熱層而不會(huì)引起對(duì)于陶瓷層的破壞，同時(shí)還能 提供均勻和優(yōu)良的加熱基板。
在一個(gè)實(shí)施例中，笫一層和第二層都包含相同的材料例如石墨。在 第二實(shí)施例中，第一層包含石墨片，第二層包含陶瓷氈材料。在第三實(shí) 施例中，第二層具有至少500Mm的厚度。


圖1是陶瓷加熱器的一個(gè)實(shí)施例的透^L圖。
圖2A、 2B和2C是具有不同層結(jié)構(gòu)的圖1的陶瓷加熱器的各種實(shí) 施例的橫截面圖。
圖3是本發(fā)明的加熱器組件的實(shí)施例中的一個(gè)實(shí)施例的分解圖。 圖4是本發(fā)明的加熱器組件的另一實(shí)施例的橫截面圖。 圖5是本發(fā)明的加熱器組件的第三實(shí)施例的橫截面圖。
具體實(shí)施例方式
如在此使用的，近似的語言可能用于修正任何可以改變的定量表 示，而不會(huì)導(dǎo)致與之相關(guān)的基本功能的改變。因此，在一些情況中通過 術(shù)語例如"大約"和"實(shí)質(zhì)上"修正的值不是要限制于特定精確值。
如在此使用的，術(shù)語"對(duì)象"或"基板"表示由本發(fā)明的加熱組件 支撐或者加熱的半導(dǎo)體晶片或者模件。而且如在此使用的，"處理裝置" 可以和"加熱器"、"加熱組件"、"加熱裝置，，或"工藝裝置"互換地使
用，表示包含至少一個(gè)加熱元件和/或冷卻設(shè)備以調(diào)節(jié)在其之上支撐的基 板溫度的組件。
如在此使用的，術(shù)語"電路"可以和"電極"互換地使用，術(shù)語 "加熱元件"可以和"電阻"、"加熱電阻"或"加熱器"互換地使用。 術(shù)語"電路"可以以單數(shù)或復(fù)數(shù)形式使用，表示存在至少一個(gè)單元。 如在此使用的，術(shù)語"片"可以和"層"互換地使用。 組件例如加熱裝置在加熱元件和對(duì)象例如加熱晶片基板、加熱模件
或者加熱其它各種樣品容器之間提供有效導(dǎo)熱，期中加熱對(duì)象加熱至至
少300。C的溫度。該裝置在對(duì)象甚至有缺陷的加熱元件例如不均勻的接
觸表面上提供相對(duì)均勻的溫度分布。組件的實(shí)施例如下所述，通過描述 使用的材料、元件的組裝、其制造工藝并且參考附圖來介紹。
陶瓷加熱元件的一般實(shí)施例在一個(gè)實(shí)施例中，該組件包括如圖1 所示的陶資加熱器33。陶資加熱器33包含具有埋在其中的加熱電阻16 (未示出)的盤形致密陶瓷基板12,其頂部表面13充當(dāng)加熱對(duì)象即晶 片、模件或其它樣品容器S的支撐表面。用于為加熱電阻供電的電端子 15可以附著在陶資基板12的底部表面中心，或者在一個(gè)實(shí)施例中，在 陶瓷基板的側(cè)面上。
在如圖2A所示的一個(gè)實(shí)施中，陶乾底部基板包含盤或基板18,該 盤或基板18包含導(dǎo)電材料、具有電絕緣的外套層19并且優(yōu)選復(fù)合薄膜 粘結(jié)層(未示出)以提高在層19和基底基板18之間的粘性。導(dǎo)電材料 的實(shí)例包括石墨；難熔金屬例如W和Mo、過渡金屬、稀土金屬和合金； Hf、 Zr和Ce的氧化物和碳化物及其混合物。關(guān)于外套層19,該層包含 選自由B、 Al、 Si、 Ga、 Y、難熔硬金屬、過渡金屬組成的組的元素的 氧化物、氮化物、碳化物、氮碳化物或者氮氧化物中的至少一種；鋁的 氧化物、氮氧化物；以及它們的組合物。關(guān)于選擇的復(fù)合薄膜粘結(jié)層， 該層包含選自Al、 Si、包括Ta、 W、 Mo的難熔金屬、包括Ti、 Cr、 Fe 的過渡金屬中的至少一種的氮化物、碳化物、氮碳化物、硼化物、氧化 物、氮氧化物；以及它們的混合物。實(shí)例包括TiC、 TaC、 SiC、 MoC及 其混合物。
在如圖2B所示的一個(gè)實(shí)施例中，基底基板18包含電絕緣材料，該 電絕緣材料包括燒結(jié)陶瓷例如選自B、 Al、 Si、 Ga、 Y、高溫穩(wěn)定磷酸 鋯、具有NaZr2 (P04) 3的NZP結(jié)構(gòu)、難熔硬金屬、過渡金屬組成的 組的元素的氧化物、氮化物、碳化物、氮碳化物或者氮氧化物；Al的氯 化一物、氮氧化物以及它們的組合物，具有高的耐磨性和高的熱阻性。在 一個(gè)實(shí)施例中，基底基板18包含純度>99.7 %的A1N和選自Y203、 Er203 及其組合物的燒結(jié)試劑。
在如圖2C所示的一個(gè)實(shí)施例中，具有優(yōu)化電路"^殳計(jì)的電極16 "埋
在"陶瓷基板12中。加熱元件16包含選自熱解石墨、鴒、鉬、錸和柏 或其合金；屬于元素周期表中的IVa、 Va和Via族的金屬的碳化物和碳 化物；Hf、 Zr和Ce及其組合物的碳化物和氧化物的材料。在一個(gè)實(shí)施 例中，加熱元件16包含熱脹系數(shù)(CTE)與基板(或其涂層)的CTE 嚴(yán)格匹配的材料。
在如圖2A-2B所示的另一實(shí)施例中，加熱元件33包含厚度為5-1000 pm的膜電極16,其通過本領(lǐng)域公知的工藝包括絲網(wǎng)印刷、旋涂、等離 子噴涂、噴涂分解、反應(yīng)噴涂沉積、溶膠-凝膠、燃燒焰、電弧、離子電 鍍、離子注入、濺射沉積、激光消融、蒸發(fā)、電鍍和激光表面合金化形 成在電絕緣基底基板18 (圖2B)或涂層19 (圖2A)上。在一個(gè)實(shí)施 例中，模電極16包含高熔點(diǎn)金屬例如鴒、鉬、錸和鉑或其合金。在另 一實(shí)施例中，模電極16包含Hf、 Zr、 Ce的碳化物或氧化物及其混合物 的至少一種。
在本發(fā)明的加熱器組件中，可以至少使用至少一個(gè)電極。才艮據(jù)應(yīng)用， 電極可以用作電阻加熱元件、等離子發(fā)生電極、電彈性夾頭電極或者電 子束電極。
在如圖2A和2B所示的本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，陶資加熱器33還 涂覆蝕刻電阻保護(hù)涂層25,包含選自B、 Al、 Si、 Ga、 Y、難熔硬金屬、 過渡金屬的氮化物、碳化物、氮碳化物或者氮氧化物及其組合物；具有 NaZr2 ( P04) 3的NZP結(jié)構(gòu)的磷酸鋯；包含2a族、3a族和4a族的至少 一種元素的玻璃陶瓷組合物；BaO-Al203-B203-Si02玻璃；以及Si02和 包含Y、 Sc、 La、 Ce、 Gd、 Eu、 Dy和釔鋁石榴石(YAG)的氧化物或 氟化物的抗等離子材料的混合物。在一個(gè)實(shí)施例中，涂層包含在25至1000 。C的溫度范圍內(nèi)CTE在2.0x 10-6/K至10x 10-6/K的材料。在另一實(shí)施 例中，層25包含高熱穩(wěn)定磷酸鋯、具有NaZr2 ( P04 ) 3的NZP結(jié)構(gòu)以 及具有相似晶體結(jié)構(gòu)的有關(guān)同構(gòu)磷酸鹽和磷硅酸鹽。在第三實(shí)施例中， 層25包含玻璃陶瓷組合物包含選自元素周期表2a族、3a族和族4a的 至少一種元素。適合的玻璃陶資組合物實(shí)例包括鋁硅酸鑭(LAS)、硅 鋁酸鎂(MAS)、硅鋁酸釣(CAS)和硅鋁酸釔(YAS)。保護(hù)涂層25 的厚度根據(jù)應(yīng)用和使用的工藝?yán)鏑VD、離子電鍍、ETP等從1 mm至
幾百M(fèi)u m變化，取決于應(yīng)用。
組件的共同實(shí)施例在一個(gè)實(shí)施例中，溫度調(diào)節(jié)設(shè)備例如加熱元件 33 被加熱器蓋全部或者部分地包圍，在加熱元件和加熱器蓋之間的熱傳 導(dǎo)模式通過傳導(dǎo)控制。在另一個(gè)實(shí)施例中，加熱器蓋是透明的，允許除 了傳導(dǎo)以外通過加熱器蓋直接輻射加熱加熱對(duì)象S。在再一實(shí)施例中， 加熱器蓋是不透明的。在一個(gè)實(shí)施例中，加熱對(duì)象S的處理通常在部分 真空中進(jìn)行，其中背景氣體用于提高在基板S和陶資加熱器10之間的 熱傳導(dǎo)。
圖3描述了加熱器組件的實(shí)施例的分解圖。從頂部至底部，具有加 熱器蓋37的組件包含對(duì)象支撐元件31、第一導(dǎo)熱片32、加熱元件33、 第二片34、選擇的熱絕緣層35和平臺(tái)36。提供支撐元件31以支撐加 熱對(duì)象S。在一個(gè)實(shí)施例中，支撐元件31和平臺(tái)36通過機(jī)械固定或者 其它固定器件38結(jié)合在一起，因此，形成完全包圍這些零件的剩余部 分的加熱器蓋37。機(jī)械固定的實(shí)例包括桿、螺絲釘、銷等。在一個(gè)實(shí)施 例中，支撐元件31與平臺(tái)36通過使用陶瓷粘結(jié)劑、粘結(jié)劑等結(jié)合。在 一個(gè)實(shí)施例中，彈簧或其它彈性器件用作固定器件38。
在一個(gè)實(shí)施例中，操作時(shí)第一和第二片偏壓(加壓)靠在加熱元件 33和支撐元件31上，用于在這些片和加熱元件之間在以在加熱元件33 上的在0.05至30psi的偏置力下緊密接觸。在一個(gè)實(shí)施例中，在加熱元 件33 (或者溫度調(diào)節(jié)設(shè)備例如冷卻設(shè)備)上的偏壓力在0.10至20psi的 范圍內(nèi)。
在如圖5所示的其它實(shí)施例中，加熱蓋37部分覆蓋內(nèi)部組件。在 圖中，通過加熱元件33的供電部分39提供電源。在圖4和5中，供電 器件從加熱元件33成整體地(monol池ically )延伸。在另 一實(shí)施例中(未 示出)，供電器件39包含連接加熱元件33的柔性電線。在一個(gè)實(shí)施例 中供電器件配置成它們不限制加熱元件33的垂直位移，允許加熱元件33 沿著加熱器組件的碳片或者其它部分的熱膨脹自由移動(dòng)。在如圖4和5 所示的一個(gè)實(shí)施例中，在加熱對(duì)象側(cè)S的第一導(dǎo)熱片32比第二片34薄， 由此通過改變熱阻允許更有效的向加熱對(duì)象S傳導(dǎo)熱。
在一個(gè)實(shí)施例中，該組件還包含設(shè)置在第二片34下面的可選的熱
絕緣體35層，以便增加熱阻。在一個(gè)實(shí)施例中(未示出)，熱絕緣層設(shè)
置在第二片34和加熱元件33之間。在另一實(shí)施例中，額外的熱絕緣層 35設(shè)置在第二導(dǎo)熱片34下面。
在圖5的一個(gè)實(shí)施例中，供電器件包含從加熱器33延伸具有螺纟丈 孔的石墨柱，其設(shè)計(jì)成允許接受導(dǎo)電螺桿。該導(dǎo)電螺桿還可以與柔性電 線連接(未示出)。在一個(gè)實(shí)施例中，嵌入的熱解石墨(PG)電極用作 加熱器33的加熱元件。在另一實(shí)施例中，為了保護(hù)PBN陶資加熱器免 受工藝負(fù)荷，支撐突起面向平臺(tái)40并且從對(duì)象支撐元件31突出。
在操作時(shí)，基板S通過從加熱元件33傳遞熱量(即熱能)給第一 導(dǎo)熱片32、對(duì)象支撐元件31、傳遞給基板S進(jìn)行熱調(diào)節(jié)。對(duì)象支撐元 件31和平臺(tái)36包含相同或不同的材料，選自銅、不銹鋼、高速鋼、鴒、 鉬、Kovar⑧或它們的合金。如果兩個(gè)元件包含不同的材料，它們優(yōu)選具 有匹配的熱脹系(CTE)，即一種材料的CTE是第二種材料的CTE的0.75 至1.25?？蛇x擇地，可以選擇陶乾或者燒結(jié)硬合金。實(shí)例包括但不限于 氮化鋁、氮化硅、碳化硅、碳化鴒、石墨等。
熱絕緣層35通常由低導(dǎo)熱材料制造。實(shí)例包括但不限于熱解氮化 硼、氮化硅、氧化鋁、氧化鋯、石英玻璃等。該層的厚度為50(im至1 厘米。在一個(gè)實(shí)施例中，絕緣層35具有至少10()Mm的厚度。在第二實(shí) 施例中，厚度小于5mm。在第三實(shí)施例中，熱絕緣層的厚度為100至2000 H m。
第一導(dǎo)熱片32和第二片34特征在于都是柔性的，即包含彈性材料 /柔性材料以提供具有減震/彈性特征的片從而彈性變形以及將蓋32壓縮 溫度調(diào)節(jié)設(shè)備例如加熱元件33壓在蓋32上以最小限度破壞或者不破壞 加熱元件。典型材料包括但不限于柔性優(yōu)良的碳片、陶瓷纖維、陶覺氈、 陶瓷泡沫、石墨泡沫等。在一個(gè)實(shí)施例中，第一和第二片包含相同或者 不同的材料，構(gòu)成的材料具有至少5%的延展性能。在第二實(shí)施例中， 材料具有小于10Gpa的彈性模量。在第三實(shí)施例中，這些片包含彈性模 量小于5GPa的材料。在第四實(shí)施例中，這些片彈性模量小于lGPa。在 第五實(shí)施例中，這些片包含壓縮率至少為20%的材料。在第六實(shí)施例中， 片包含壓縮率至少為40%的材料。
除了延展性以外，第一片32的另一特征在于具有優(yōu)良的導(dǎo)熱性能。 導(dǎo)熱性能對(duì)于第二片不是必須的。然而，在一個(gè)實(shí)施例中，第二片34
包含導(dǎo)熱性和延展性材沖十例如石墨。在一個(gè)實(shí)施例中，第二片34包含
熱絕緣和延展性材料例如陶資氈或泡沫。
在一個(gè)實(shí)施例中，第一片32包含延展性材料例如碳，在平行于加 熱元件的平面具有大約20W/mK的導(dǎo)熱率。在第二實(shí)施例中，第一和第 二片的至少一個(gè)包含導(dǎo)熱率為至少100W/mK的石墨泡沫層。在第三實(shí) 施例中，第一和第二片都包含多個(gè)不同材料層，例如碳片和石墨泡沫內(nèi) 層。在一個(gè)實(shí)施例中，第一和第二片包含商業(yè)上如Grafoil⑧可獲得的石 墨片，具有43%的壓縮率(ASTM F-36)和1380MPa的彈性模量。在 另一實(shí)施例中，第一片是Grafoil⑧片，第二片包含彈性模量小于2GPa 和孔隙率小于20voP/。(體積％)的陶f;纖維。
在一個(gè)實(shí)施例中，第一導(dǎo)熱片32和第二導(dǎo)熱片34都具有50ym 至10mm的厚度。在第二實(shí)施例中，每一片都具有100 n m至5mm的 厚度。在第三實(shí)施例中，每一片具有100jam至2mm的厚度，同時(shí)第二 片34的厚度是第一導(dǎo)熱片32的厚度的1.5至4倍。在第四實(shí)施例中， 第一片32具有2000ium的厚度，第二片32具有600 pm的厚度。
加熱元件33夾在兩片32和34之間，每一片具有優(yōu)良的緩沖特性， 這些片填充陶瓷加熱器33和加熱器蓋之間由在升高溫度時(shí)的熱膨脹引 起的空隙。此外，因?yàn)樵诩訜嵩?3的兩側(cè)上的片在加熱器33的兩側(cè) 的整個(gè)表面區(qū)域上提供均勻的支撐，所以校正在加熱元件33上的任何 彎曲而沒有在加熱元件33的部分點(diǎn)上施加過多的，當(dāng)加熱元件33由易 碎陶瓷材料構(gòu)成時(shí)這是特別重要的功能。此外，第一片32的各向異性 導(dǎo)熱率包含材料例如碳、石墨等，第一片32將熱量傳播至平面方向， 同時(shí)允許熱量傳導(dǎo)到加熱對(duì)象S。
由于六角碳和/或石墨的導(dǎo)熱率在平行于層的方向是高的但是在厚 度方向是低的，這種各向異性還提高于在對(duì)象支撐元件31以及由此在 加熱對(duì)象S上的溫度均勻性。此外，由于加熱元件產(chǎn)生的熱量通過笫一 導(dǎo)熱片32和第二導(dǎo)熱片34傳導(dǎo)，可以通過控制第一片和第二片之間的 熱阻差向第一片32傳導(dǎo)更多的熱量，例如更厚的第二片34或者使用熱
絕緣材料例如陶瓷氈用于第二片34 。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，使用導(dǎo)熱材津+作為片32和片34,加熱
器的熱性能可以以更大的準(zhǔn)確性預(yù)測。由于產(chǎn)品間的不同、組裝操作者 的變化、表面和平坦條件等引起的低重復(fù)性和可復(fù)制性，在加熱器組件 中各零件之間的接觸熱阻通常難于預(yù)測。這種不可預(yù)測性當(dāng)設(shè)計(jì)加熱裝 置時(shí)存在問題。實(shí)驗(yàn)經(jīng)常需要確定接觸熱阻，這通常需要花費(fèi)成本和時(shí)
間。然而，使用導(dǎo)熱率和彈性相同的延展性材料用作片32和片34,加 熱元件33在導(dǎo)熱率相同的材料的片之間，在加熱器的兩側(cè)上接觸條件 總是均勻的。 一旦在加熱元件中產(chǎn)生預(yù)定功率，就最終傳導(dǎo)，因此允許 優(yōu)良的熱性能模型用于將基板加熱至300-700。C范圍內(nèi)，同時(shí)最小化由 于接觸熱阻變化引起的性能變化。
在此解釋的實(shí)施例作為具有用于加熱加熱對(duì)象的至少一個(gè)加熱元件 的組件。然而，具有冷卻設(shè)備的實(shí)施例在本發(fā)明的范圍內(nèi)，冷卻設(shè)備組 裝在組件中取代在此描述的加熱元件。在一個(gè)實(shí)施例中，冷卻板用于替 代加熱元件，用于調(diào)節(jié)基板的問題至-80。C。在第二實(shí)施例中，除了加熱 元件之外還使用冷卻板以調(diào)節(jié)對(duì)象溫度在-8(TC至600。C的范圍內(nèi)。在組 件例如半導(dǎo)體晶片夾持器中結(jié)合冷卻設(shè)備使用第一導(dǎo)熱片32和第二導(dǎo) 熱片34能夠均勻調(diào)節(jié)基板的溫度。
在此記載的說明書使用實(shí)例公開了本發(fā)明，包括最佳方式，而且本 領(lǐng)域技術(shù)人員均可以實(shí)施和使用本發(fā)明。本發(fā)明的專利范圍由權(quán)利要求
例旨在包括在權(quán)利要求的范圍內(nèi)，如果他們與權(quán)利要求的書面語言相同 的結(jié)構(gòu)元件，或者它們包括權(quán)利要求的書面語言實(shí)質(zhì)上相同的等價(jià)結(jié)構(gòu) 元件。在此指出的所有引證文獻(xiàn)以參考的方式全部引用。
權(quán)利要求
1、一種用于在處理工藝室中調(diào)節(jié)加熱對(duì)象的溫度和支撐加熱對(duì)象的組件，該組件包括具有頂部表面和底部表面的對(duì)象支撐元件，頂部表面用于支撐加熱對(duì)象；用于調(diào)節(jié)基板溫度的溫度調(diào)節(jié)設(shè)備，該溫度調(diào)節(jié)設(shè)備具有頂部表面和底部表面；設(shè)置在基底支撐體和溫度調(diào)節(jié)設(shè)備之間的第一層，該第一層偏壓在該溫度調(diào)節(jié)設(shè)備的頂部表面上，該第一層包含在平行于溫度調(diào)節(jié)設(shè)備的平面上導(dǎo)熱率至少為20W/mK并且彈性模量小于1GPa的材料；設(shè)置在該溫度調(diào)節(jié)設(shè)備下面的第二層，該第二層偏壓在該溫度調(diào)節(jié)設(shè)備的底部表面上，并且該第二層包含彈性模量小于1GPa的材料。
2、 權(quán)利要求1的組件，其中該溫度調(diào)節(jié)設(shè)備包含陶瓷加熱器和冷 卻板，用于在-80。C至600°C的溫度范圍內(nèi)調(diào)節(jié)基板溫度。
3、 權(quán)利要求1-2中任何一個(gè)的組件，其中該溫度調(diào)節(jié)設(shè)備是陶瓷 加熱器，用于將加熱對(duì)象加熱至至少30(TC的溫度。
4、 權(quán)利要求1-3中任何一個(gè)的組件，其中第一層或者第二層包含 延展性至少為5%的材料。
5、 權(quán)利要求1-4中任何一個(gè)的組件，其中第一層或者第二層包含 壓縮率至少為20%的材料。
6、 權(quán)利要求1-5中任何一個(gè)的組件，其中該第一層和第二層都具 有50 jLim-10mm的厚度。
7、 權(quán)利要求1-6中任何一個(gè)的組件，其中該第二層的厚度至少為500 Mm,第一層的厚度至少為100Mm。
8、 權(quán)利要求1-7中任何一個(gè)的組件，其中該第二片的厚度是第一 片厚度的1.5至4倍。
9、 權(quán)利要求1-8中任何一個(gè)的組件，其中該第一層和第二層以小 于30psi的力偏壓在陶資加熱元件上。
10、 權(quán)利要求1-9中任何一個(gè)的組件，其中該第一層至少包含石墨 層，并且其中該第二層包含選自石墨片、陶瓷氈、陶瓷泡沫、碳片、陶 瓷纖維和石墨泡沫中的材料。
11、 權(quán)利要求1-10中任何一個(gè)的組件，其中該溫度調(diào)節(jié)設(shè)備是陶 瓷加熱器，用于將加熱對(duì)象加熱至至少30Crc的溫度，該組件還包括設(shè)置在該第二層下面的熱絕緣層；以及與對(duì)象支撐元件密封連接的平臺(tái)，形成容納第一層和第二層、陶瓷 加熱器和熱絕緣層的蓋。
12、 權(quán)利要求1-11中任何一個(gè)的組件，其中第一層和第二層各都包含多個(gè)石墨片。
13、 權(quán)利要求1-12中任何一個(gè)的組件，其中第一片是石墨片，并 且其中該組件用于在晶片處理室和玻璃模件中調(diào)節(jié)至少一個(gè)半導(dǎo)體晶片 的溫度并支撐該至少一個(gè)半導(dǎo)體晶片。
14、 一種用于在處理工藝室中加熱和支撐加熱對(duì)象的加熱組件，該 組件包括具有頂部表面和底部表面的對(duì)象支撐元件，頂部表面用于支撐加熱 對(duì)象；用于將加熱對(duì)象加熱至至少30(TC的溫度的陶瓷加熱元件，該陶瓷 加熱元件具有頂部表面和底部表面；設(shè)置在對(duì)象支撐元件和陶瓷加熱元件之間的第一層，該第一層偏壓 在該陶資加熱元件的頂部表面上，該第一層包含在平行于陶瓷加熱元件 的平面上導(dǎo)熱率至少為20W/mK并且彈性模量小于lGPa的材料；設(shè)置在該陶瓷加熱元件下面的第二層，該第二層偏壓在該陶瓷加熱 元件的底部表面上，并且該第二層包含彈性模量小于lGPa的材料；其中，該陶瓷加熱元件包含全涂覆層，包含以下材料之一，選自B、 Al、 Si、 Ga、 Y、難熔硬金屬、過渡金屬元素的氮化物、碳化物、氮碳 化物或者氮氧化物及其組合物；具有NaZr2 ( P04) 3的NZP結(jié)構(gòu)的磷酸 鋯；包含選自2a族、3a族和4a族元素的至少一種元素的玻璃陶瓷組合 物；830-八1203-8203-3102玻璃；Si02與包含Y、 Sc、 La、 Ce、 Gd、 Eu、 Dy和釔鋁石榴石(YAG )的氧化物或氟化物的抗等離子材料的混合物。
15、 一種加熱組件，用于在處理工藝室中加熱和支撐加熱對(duì)象，該組件包含具有頂部表面和底部表面的對(duì)象支撐元件，頂部表面用于支撐加熱對(duì)象，該對(duì)象支撐元件包含透明或者不透明石英玻璃；用于將加熱對(duì)象加熱至至少30(TC的溫度的陶資加熱元件，該陶乾加熱元件具有頂部表面和底部表面；設(shè)置在對(duì)象支撐元件和陶瓷加熱元件之間的第一層，該第 一層偏壓 在該陶瓷加熱元件的頂部表面上，該第一層包含在平行于陶資加熱元件 的平面上導(dǎo)熱率至少為20W/mK并且彈性模量小于lGPa的材料；-沒置在該陶資加熱元件下面的第二層，該第二層偏壓在該陶資加熱 元件的底部表面上，并且該第二層包含延展性至少為5%的材料。
全文摘要
一種用于調(diào)節(jié)加熱對(duì)象溫度并支撐加熱對(duì)象的組件，加熱對(duì)象例如是半導(dǎo)體基板或者金屬/陶瓷模件或者需要溫度調(diào)節(jié)例如排氣或者退火的其它工藝。在一個(gè)實(shí)施例中，該組件包含用于支撐加熱對(duì)象的加熱對(duì)象支撐體；用于將對(duì)象加熱至至少300℃溫度的陶瓷加熱元件；設(shè)置在該基板支撐體和陶瓷加熱層之間的第一導(dǎo)熱層；設(shè)置在該陶瓷加熱層下面的第二層。加熱組件中的第一層和第二層具有小于5GPa的彈性模量，用于偏壓陶瓷加熱層而不會(huì)引起對(duì)于陶瓷層的破壞，同時(shí)還能給基板提供均勻和優(yōu)良的加熱。
文檔編號(hào)H01L21/00GK101150038SQ20061006472
公開日2008年3月26日 申請(qǐng)日期2006年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月19日
發(fā)明者A·米雅哈拉, K·富杰穆拉, T·希古奇 申請(qǐng)人:通用電氣公司