[发明专利]耐久石墨连接器及其制造方法

说明书

相关申请的交叉参考

该申请要求2006年6月11日申请的美国专利申请US60/804,447的优先 权，该专利申请在此全部并入本文用作参考。

技术领域

本发明涉及密封石墨部件，且在一个实施方案中涉及在晶片加工装置中延 长使用寿命用的涂覆石墨连接器。

背景技术

石墨经常用于高温领域，例如半导体加工或者涉及熔融金属和合金的冶金 加工中。石墨具有3550℃的熔点，在各种元素中最高，因而相比其它材料具有 更好的抗热性。这种材料容易机加工，具有良好的导电性，以及具有极好的抗 热冲击性能，且在极高的温度下具有高耐熔性和强度等级。而且，相比类似大 小的金属或陶瓷部件，石墨部件较为便宜。

石墨经常用做加热器的连接柱，用于在等离子体腔室内保持晶片基底。美 国专利第5343022号公开了这样一种应用，其中使用石墨柱将加热器的加热元 件连接到外部电源。美国专利公开文本第2004173161号公开了一种具有(实 心或者中空的)石墨同心柱的晶片支持组合件，用于将加热器连接到外部电源。 美国专利第5233163号公开了一种具有柱状本体和一对石墨“腿”或连接柱的 加热器。

如美国专利第5343022号和美国专利公开第2004173161号所公开的现有 技术的一种实施方式中，石墨柱被至少涂覆保护层，例如氮化硼、氮化铝或者 类似物，以保护石墨远离反应性环境。然而，石墨柱的某些部分必须暴露，以 形成与石墨柱进而与加热器的电连接。该涂覆层在腐蚀性环境中对石墨部件提 供保护。然而适于接受涂覆的石墨一般具有差的机械强度，其拉伸和弯曲强度 在1-4ksi之间。而用于这样连接的金属例如钽、钼的拉伸和弯曲强度的典型值 是100ksi。当在石墨上施加负荷或应力时，石墨的这种差的机械强度可能导致 该石墨部件，即石墨柱的开裂或断裂。这种情况可能出现在石墨柱连接到外 部电源时、热循环时、安装到加工工具时、以及有时甚至在运输的过程中。损 坏的部分经常开始于没有被保护涂覆层包封的区域。虽然没有无涂覆的部分损 坏的频率高，被涂覆的石墨部分在使用中也经常损坏。石墨部件的涂覆部分或 者未涂覆部分的任何损坏都会造成加热单元的失效。

因此需要在不损害石墨的固有特性例如极好的导电性和抗热冲击性的情况 下，延长石墨部件的寿命并加强之，特别是作为加热器的连接柱的石墨部件。

发明内容

本发明涉及一种具有涂覆层的石墨制品，其中该涂覆层包括平均厚度为 0.001”到0.10”的热解石墨(pG)，其中该石墨制品比相应的没有pG涂覆层的 石墨制品拉伸强度至少提高25％。在一个实施方式中，该石墨部件进一步至少 具有保护涂覆层，该保护涂覆层包括从B、Al、Si、Ga、难熔硬质合金、过渡 金属以及它们的组合中选择的元素的氮化物、碳化物、碳氮化物或氧氮化物的 至少一种。

在一个实施方式中，本发明涉及一种石墨连接器，用于在加热器组合件中 支承晶片基底承座，以及用于提供到加热器中的加热元件的电连接。该石墨连 接器进一步至少被一个热解石墨(pG)层和至少包括一层pBN或AlN的罩面保 护层涂覆。由pG涂覆的石墨连接器的至少一端被暴露(不被pBN和/或AlN 涂覆)以将加热元件连接到外部电源。

一方面，本发明涉及一种制品，该制品包括涂覆有热解石墨(pG)的石 墨部件，其相比于没有涂覆的石墨部件，机械强度提高了至少50％。在半导体 加工组合件例如加热器中使用的连接器的应用中，被pG涂覆的部件被至少罩 面涂覆一层电绝缘材料的保护层，其中，由pG涂覆的石墨部件的一部分被暴 露(没有被保护层涂覆)，以提供到组合件的电连接。

本发明进一步涉及一种方法，其通过在石墨部件上涂覆一层平均厚度为 0.001”到0.10”的热解石墨层，来提高拉伸强度，进而提高石墨部件在高温环境 下的使用寿命。在一个实施方式中，pG涂覆的石墨部件进一步具有罩面保护 层，该罩面保护层包括从B、Al、Si、Ga、难熔硬质合金、过渡金属以及它们 的组合选择的元素的氮化物、碳化物、碳氮化物或氧氮化物的至少一种。在一 个实施方式中，被pG涂覆的石墨部件的至少一部分被暴露(无涂覆)以将该 石墨部件用作电导体。

附图说明

图1A是使用本发明耐久/加强石墨连接器的加热器的顶视图，其中加热器 具有双柱组合件。图1B是图1A加热器的横截面图。