[发明专利]导热性能提高的组件及其制造方法

说明书

相关申请的交叉参考

本申请要求2006年9月19日提交的美国专利申请第60/826,150的利益，该专利申请的全部内容在此引作参考。

技术领域

本发明通常涉及这样的组件，其用于在半导体工艺处理室中调节基板的温度，用于调节金属模件或陶瓷模件包括玻璃模压的温度，用于除气、合金化或者需要温度调节的其它工业处理工艺。

背景技术

由于高能效以及易于测量和控制，电阻加热器作为加热对象的器件广受欢迎。在那些电阻加热器中，当需要的温度比传统的金属加热器能够承受的温度高时，通常选择陶瓷加热器。陶瓷加热器还用于对于金属污染敏感的工艺中。半导体工艺、金属或者陶瓷模压、除气和合金化是通常使用陶瓷加热器的领域实例。在这些领域中应用通常需要对象达到600℃或者更高的温度。加热对象例如半导体晶片或者模件的温度控制对于满足需要的工艺性能是关键的。

热调节装置包括电阻加热器，还可以包括在对象和电阻加热器之间的目标支撑元件的分离部件。例如当电阻加热器需要免受苛刻的工艺环境、机械负载或者污染影响时，就需要这种结构。当加热对象的温度均匀性需要提高时，还需要这种目标支撑元件。通常，在这种结构中，具有与加热对象的温度控制相关的两个关心区域。第一关心的是在加热对象和对象支撑体的表面之间的热传导，第二关心的是在组件结构中目标支撑体的热调节。组装热装置通常具有热接触电阻的问题。在真空或者低气压(20Pa或更低)气氛中，通过气体传递对流热的效率更低，上述问题变得非常重要。通常，背景气体例如氩气或者氦气用作在基底和对象支撑体之间的热传导介质以补偿这种热传导困难。

对象支撑元件可以具有的例如真空或者静电夹头功能以将加热对象保持在其位置上。功能的另一实例，目标支撑提可以作为等离子工艺中的RF电极工作。

第二关心的是对象支撑体的热调节。在组件中对象支撑体的热调节通常由位于组件之中的金属冷却板来提供。通过具有固相接触的材料提高导热传导促进更高的热传导率，与通过气隙或者空隙包括在接触面上表面不规则(平坦性、粗糙度等)引起的缝隙的热传导不同，通过固体材料的导热以更高的速率发生。希望提高能量效率、更快的加热/冷却以及在组件例如弹性O环中保护非热阻部件。

热界面材料(TIM)层已经用于最大化在陶瓷支撑体和冷却板之间的固固相接触。美国专利No.6,292,346中公开使用了厚度小于500μm的金属箔或者碳片。美国专利No.6,563,686中公开使用共形石墨空隙层以提高热导率。然而，为了获得来自石墨或者碳层的最佳性能，需要充分压缩加热元件和目标支撑元件以最小化接触表面中的气隙或孔隙。

然而，使用由上述引证的专利公开的单TIM层的方法不容易应用于陶瓷加热器。尽管陶瓷加热器与传统金属加热器相比具有很多优点，陶瓷部件通常具有固有的脆性缺点。对加热器难于获得充分的压缩以最大化TIM层的性能而不破坏加热元件。由不充分的压缩引起的低效热传导是陶瓷加热器的共有问题。此外，现有技术中的TIM压缩方法难于在加热对象上提供半导体工艺和透镜模压工艺必须的均匀温度分布。重复性和可复制性是与不充分接触TIM相关的另一问题。这种性能对于实际的接触区域是敏感的，该接触区域取决于各部分之间的变化和组件操作变化。

因此，需要热传导性能提高并且对加热元件影响最小的加热组件。

发明内容

一方面，本发明涉及用于在工艺处理室例如晶片处理室或者高温模压室中调节对象温度和支撑对象的组件，该组件包括用于支撑晶片基板或者模件的对象支撑体；用于将对象加热至至少300℃温度的陶瓷加热元件；设置在该对象支撑体和陶瓷加热层之间的第一导热层；设置在该陶瓷加热层下面的第二层。第一层和第二层都包含弹性模量小于5GPa的材料，用于偏置陶瓷加热层而不会引起对于陶瓷层的破坏，同时还能提供均匀和优良的加热基板。

在一个实施例中，第一层和第二层都包含相同的材料例如石墨。在第二实施例中，第一层包含石墨片，第二层包含陶瓷毡材料。在第三实施例中，第二层具有至少500μm的厚度。

附图说明

图1是陶瓷加热器的一个实施例的透视图。

图2A、2B和2C是具有不同层结构的图1的陶瓷加热器的各种实施例的横截面图。

图3是本发明的加热器组件的实施例中的一个实施例的分解图。

图4是本发明的加热器组件的另一实施例的横截面图。

图5是本发明的加热器组件的第三实施例的横截面图。

具体实施方式