CN109156049B

CN109156049B - 圆柱形加热器

Info

Publication number: CN109156049B
Application number: CN201780029796.5A
Authority: CN
Inventors: 陆中浩
Original assignee: Momentive Performance Materials Inc
Current assignee: Momentive Performance Materials Inc
Priority date: 2016-03-18
Filing date: 2017-02-15
Publication date: 2022-09-02
Anticipated expiration: 2037-02-15
Also published as: JP6903681B2; EP3430862B1; WO2017160444A1; JP2019508862A; US20170273145A1; CN109156049A; KR20180121645A; KR102698201B1; EP3430862A1; US10237921B2

Abstract

本文公开了一种加热器组件(100)。加热器组件(100)包括管状的本体(110)。管状的本体包括设置在加热路径(120)中的石墨芯部。石墨芯部涂覆有外涂层。管状的本体(110)包括切断在管状的本体的部分(536，538)之间热传递的狭缝(5341)。加热器组件(100)具有包括多个加热横档(140)的构造，加热横档具有基本垂直于加热器的上表面(102)设置的主导部分(242)，使得主导部分(242)竖直地设置。加热器组件包括位于第一端部(104)的凸缘(130)和位于第二端部(102)的唇部(212)。与其他设计相比，加热器组件构造提供展现减小的热应力和/或减小的CTE失配应力的加热器。

Description

圆柱形加热器

技术领域

本发明涉及一种加热器组件。特别地，本发明涉及适用于多种应用的涂层的石墨加热器组件构造，所述应用包括但不限于在半导体加工装置中加热半导体晶片。

背景技术

在半导体装置或半导体材料的制造中，半导体晶片在限定反应室的外壳中得到处理，该反应室处于相对高的温度(例如，高于1000℃)，其中所述晶片邻近于或接触联接到电源的电阻加热器放置。对于圆柱形加热器，晶片可放置在支撑件上，且支撑件可由加热器加热。在该处理中，加热器试图保持半导体晶片的温度基本恒定且均一，在约1℃至10℃的范围内变化。

美国专利No.5，343，022公开了一种用于半导体晶片加工处理的加热单元，包括叠置在热解氮化硼基底上的热解石墨(“PG”)的加热元件。石墨层被机加工成限定待加热区域的螺旋或蛇形构造，两端连接到外部电源。然后用热解氮化硼(“PBN”)层涂覆整个加热组件。美国专利No.6，410，172公开了一种加热元件、晶片载体或静电吸盘，其包括安装在PBN基板上的PG元件，随后整个组件用AlN外涂层进行CVD涂覆以保护组件免受化学侵蚀。

虽然石墨是经济且耐热的耐火材料，但是石墨被一些晶片加工化学环境腐蚀，并且其易于产生颗粒和粉尘。由于常规机加工的石墨加热器的不连续表面，功率密度在待加热区域上显著变化。此外，石墨本体特别是在机加工成蛇形的几何形状之后是易碎的并且其机械完整性差。因此，即使具有相对大的横截面厚度，例如，对于半导体石墨加热器应用而言通常高于约0.1英寸，加热器仍然非常不牢固并且必须小心处理。此外，石墨加热器由于退火而随时间改变尺寸，这引起弯曲或不对准，导致电短路。在半导体晶片加工中还常规的是在半导体上沉积可以导电的膜。这种膜可作为短效涂层沉积在加热器上，这会造成电短路、电性质的改变或引起附加的弯曲和扭曲。

一种改进石墨加热器稳定性的方法是用氮化物(诸如氮化硼)涂覆石墨本体或在加热元件之间提供氮化硼桥。这些设计可能仍然表现出来自热膨胀系数(CTE)失配应力(石墨与氮化硼材料之间)的高应力和高温工作时的热应力。高应力可导致加热装置的早期失效。在另一个方面，这些石墨加热器通常在整个加热器中具有不规则的热特征。

发明内容

以下呈现了本公开的概述以提供对一些方面的基本理解。该概述既不旨在确认关键或重要元素，也不旨在限定实施例或权利要求的任何限制。此外，该概述可以提供可以在本公开的其他部分中更详细地描述的一些方面的简化综述。

本公开提供了一种用于受控地加热物体的加热器组件。加热器组件包括导电芯部，该导电芯部可包括热解石墨材料。芯部可成形为期望的加热路径。芯部可以涂覆有保护层。保护层可以包括热解氮化硼。加热器组件可包括大体上管状的或圆柱形的本体。本体可包括位于第一端部的凸缘和位于第二端部的唇部。可以穿过本体设置一个或多个狭缝或孔。狭缝可切断上本体与下本体之间的热传递。

在至少一个方面，加热路径可包括预定路径，诸如蛇形型式。蛇形型式可包括具有多个横档的连续型式。横档的主导侧部可以基于期望的加热轮廓竖直地、水平地或以其他方式取向。次级侧部可以电连接横档的主导侧部。次级侧部可以包括扩大弯曲部，与未扩大弯曲部相比，其可以增加横档之间的间隔或距离。扩大弯曲部可以是“Y状”、“T状”等。

在至少一个方面中，加热器组件可包括位于远侧端部的唇部。唇部可构造为用于接收装置(诸如支撑件)或材料，诸如基座。基座可以构造为用于接收用于加热的晶片。唇部可在加热器组件的远侧端部处提供均匀或大体均一的加热分布。

以下描述和附图公开了各种说明性方面。可以明确地确认一些改进和新颖方面，而其他改进和新颖方面可以从描述和附图中显而易见。

附图说明

附图示出了各种系统、设备、装置和相关方法，其中相同的附图标记始终表示相同的部分，并且在附图中：

图1A示出了根据本文公开的一种实施例的加热器组件的透视图；

图1B示出了图1A的加热器组件的俯视图；

图1C示出了图1A的加热器组件的侧视图；

图2A是根据本文公开的一种实施例的包括扩大弯曲部和唇部的加热器组件的透视图；

图2B示出了图2A的加热器组件的俯视图；

图2C示出了图2A的加热器组件的侧视图；

图3示出了根据本文公开的一种实施例的加热器组件的剖视图；

图4示出了根据本文公开的一种实施例的加热器组件在制造期间的剖视图；

图5示出了根据本文公开的一种实施例的加热器组件在制造期间的的另一剖视图；

图6示出了根据本文公开的一种实施例的加热器组件的剖视图；

图7A是根据本文公开的一种实施例的包括扩大弯曲部、唇部和一个或多个狭缝的加热器组件的透视图；

图7B示出了图7A的加热器组件的俯视图；

图7C示出了图7A的加热器组件的侧视图；

图8示出了图7A的加热器组件的一部分的放大视图；

图9示出了根据本文公开的一种实施例的另一加热器组件和坩埚的透视图；

图10示出了根据本文公开的一种实施例的包括水平主导横档的加热器组件的透视图；

图11A示出了根据本文公开的一种实施例的在凸缘中包括狭缝的另一加热器组件的透视图；

图11B示出了图11A的加热器组件的俯视图；

图12A是示出了根据本文公开的一种实施例的包括扩大弯曲部和唇部的加热器组件上的温度的图表；

图12B是示出了根据本文公开的一种实施例的没有扩大弯曲部或唇部的加热器组件上的温度的图表。

具体实施方式

现在将参考示例性实施例，其示例在附图中示出。应该理解，可以使用其他实施例，并且可以进行结构和功能改变。此外，可以组合或改变各种实施例的特征。因此，以下描述仅以说明的方式呈现，并且不应当以任何方式限制可以对所示实施例进行的各种替换和修改。在本公开中，许多具体细节提供了对本主题公开的透彻理解。应当理解，本公开的各方面可以用不一定包括本文中所描述的所有方面等的其他实施例等来实践。

如本文所使用的，词语“示例”和“示例性”意味着实例或说明。词语“示例”或“示例性”不表示关键的或优选的方面或实施例。除非上下文另有提示，否则词语“或”旨在是包含性而非排他性的。作为示例，短语“A采用B或C”，其包括任何包含性排列(例如，A采用B；A采用C；或A采用B和C两者)。作为另一事项，除非上下文另有提示，否则冠词“一”和“一个”大体上旨在表示“一个或多个”。

虽然本文描述的实施例涉及管或圆柱形加热器组件，但应注意，实施例可包括不同形状的加热器。例如，实施例可包括大体上表示圆柱形、N面棱柱(例如，其中N是数字)、锥体(或其部分)等的形状。此外，这种加热器组件可用于各种应用，诸如但不限于半导体晶片的制造。

在一些传统加热器中，加热器可包括BN本体或PBN涂覆的石墨加热器。这些加热器可以包括在加热元件之间的PBN桥。然而，这种加热器可能具有高应力，包括室温下的CTE失配应力和升高的操作温度下的热应力。在另一个方面，这种加热器可不根据期望的热分布来管理热能。例如，远侧端部(例如，取决于设计的顶部和/或底部)可以具有比其他部分更低的温度。温度变化可导致不一致的温度分布。

本文描述的各种实施例涉及可以促进热量的产生和/或传递的加热器组件。加热器组件可以具有适于减轻热应力、减轻CTE失配应力的构造，包括各种尺寸的稳健设计，并且相对于其他加热器产生更均一的温度分布。例如，加热器组件可以包括涂覆有一层或多层氮化物、碳化物、碳氮化物、氧氮化物等的石墨芯部。

石墨芯部可具有限定电流流动路径的构造。在一个方面，路径可包括预定型式，诸如蛇形型式。所述型式可以构造为用于实现期望的加热分布。例如，所述型式可以构造为用于在整个加热器器具中均匀地分布热量。

石墨芯部可以涂覆有一层或多层。在至少一个实施例中，石墨芯部可以涂覆有第一涂层和第二涂层。所述涂层可包括如下元素的氮化物、碳化物、碳氮化物或氧氮化物中的至少一种，所述元素选自包括B、Al、Si、Ga、耐火的硬金属、过渡金属和稀土金属或其两种或更多种的组合的组。根据另一个方面，涂层可以包括PBN、氮化铝、氮化钛铝、氮化钛、碳氮化钛铝、碳化钛、碳化硅和氮化硅中的至少一种。应注意，第一和第二涂层可包括相同、相似或不同的材料。

公开的加热器组件可包括凸缘或安装基底。凸缘大体上可外接加热器组件的本体的第一端部和/或从其延伸。凸缘可包括一个或多个电触头。电源可以连接到一个或多个电触头。电力可以流过电触头和由石墨芯部限定的加热路径。本体的第二端部可包括唇部或凸出部。与不包括唇部的端部相比，唇部可使到期望材料的辐射热传递增加。在一个方面中，所期望的材料可为待加热的材料，诸如可保持或支撑晶片的基座材料。晶片可以是硅晶片等。虽然实施例描述了用于示例性目的的晶片的加热，但应注意，所公开的实施例可用于加热其他材料或对象。

在一个实施例中，加热器的本体可包括可穿过第一涂层、第二涂层和/或石墨芯部中的一个或多个而形成的一个或多个孔。所述孔可以构造为切断或中断散热并且产生设置为PBN涂覆的石墨加热器的类似温度。所述孔可以包括靠近凸缘设置的一个或多个狭缝。所述狭缝可使到凸缘的热损失减少或将其切断。在另一个方面，所述孔可以构造为用于将靠近和/或包括凸缘的区域的温度维持在或维持低于阈值温度。

在一个示例性实施例中，加热器组件可包括本体，该本体包括沉积或以其他方式形成为圆柱形形状的PBN基底层(例如，第一涂层)。PG层(例如，石墨芯部)可叠置在PBN基底层上。PG层可以构成用于形成或限定电极或电流路径的型式。例如，PG层可以构成包括多个加热横档的连续路径的型式。加热横档可以具有基本上垂直于本体的凸缘取向的主要部分和可以基本平行于凸缘的次要部分。在另一个方面，PBN外涂层可叠置在PG层上和PBN基底涂层的至少一部分上。PBN/PG/PBN加热器组件可构造为期望的形状，诸如大体上管状或圆柱形形状。应注意，对层、涂层、基底等的提及不需要也不暗示形成本文公开的加热器组件的优选方法。例如，虽然本公开可以涉及PBN的一个层或涂层，但应注意，实施例可包括多个层或涂层、在制造处理中在不同时间或步骤形成的层等。

唇部可以形成在本体的远离凸缘的端部。例如，加热器组件可以放置在坩埚内和/或包括坩埚。电源可以连接到加热器组件的电触头。可以向加热组件供应电力，并且加热横档可以辐射热。使用者等可以将待加热的材料放置在由本体限定的腔体内。加热器组件可以将材料加热到期望的温度。加热器组件可包括石墨芯部，该石墨芯部具有限定预定路径的构造，所述预定路径限定多个加热横档。加热器可以是整体的本体，其中路径可以是包括多个加热横档的连续路径。在一个实施例中，加热器包括石墨本体，该石墨本体包括串联或并联连接的两个半部，其中每个半部包括预定构造的多个加热横档。在至少一个实施例中，所述本体包括串联或并联连接的两个半部，其中每个半部具有限定预定路径的构造，所述预定路径限定多个加热横档，其中加热横档具有基本平行于本体的上表面取向的主要或主导部分。

在本发明的实施例中，每个加热横档具有基本相同的宽度。在另一实施例中，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面的加热横档的宽度可以窄于至少一个其它加热横档。在另一实施例中，在本体的上表面的顶部处的最上面的加热横档的宽度小于或等于至少一个其它加热横档的宽度的一半。在本发明的另一个方面，加热器组件包括被涂层的石墨本体。该被涂层的石墨本体具有上表面和下表面。所述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基本上平行于上表面取向。至少一个加热横档的宽度窄于另一个加热横档的宽度。

根据本技术的各方面的加热器或在其上打印(printed)有加热器的器具可适用于广泛的应用。包括具有不同功率密度梯度的多个加热器元件的加热器特别适合于如下的应用，这些应用期望提供对加热分布的精确控制并允许通过改变施加到不同加热区域或电极路径的功率来改变加热分布。加热器组件或包括加热器组件的容器所适合的应用包括但不限于分子束外延应用、金属蒸发、热蒸发、太阳能电池生长、金属有机化学气相沉积(MOCVD)、等离子体增强化学蒸汽沉积(PECVD)、有机金属化学气相沉积(OMCVD)、金属有机气相外延(MOVPE)、垂直梯度凝固(VGF)晶体生长处理等。

图1A-C示出了加热器组件100的示例性实施例，其可包括具有远侧端部102和近侧端部104的本体110。本体110包括形成加热路径120的多个加热横档140。在另一个方面，本体110可包括下本体136、一个或多个本体绝缘区域114和上本体138。应注意，本体绝缘区域114未被切穿。本体110可以从凸缘130朝向远侧端部102延伸。在远侧端部102处，本体110可以在没有唇部的情况下终止。应注意，实施例可包括如本文所述的唇部。应注意，与所公开的实施例相比，加热器组件100可具有不均匀的热分布。例如，所公开的实施例可以包括在加热器的远侧端部处的唇部、被切穿的一个或多个区域、横档中的扩大弯曲部等。

图2A-C示出了根据本公开的各方面和实施例的加热器组件200的实施例。如图所示，加热器组件200可包括具有远侧端部202和近侧端部204的本体210。本体210可包括位于远侧端部202处的唇部212、一个或多个水平绝缘区域214、以及加热路径220。凸缘230可设置在近侧端部204处或附近。应注意，加热器组件200可包括为简洁起见未示出的其他构造和/或组件。例如，加热器组件200可以包括和/或可附接到坩埚、基座等。

本体210可包括形成导电或加热路径220的一层或多层材料。在示例中，本体210可包括第一层或基底涂层。基底涂层可包含PBN基底涂层。PBN基底涂层可与可包含PG层的中间层或芯部叠置。PG层可形成为用于限定加热路径220。在一个方面，PG层可以通过化学沉积、化学蚀刻、机械处理等以期望的型式被型式化或形成。PG层可以用PBN层外涂。在至少一个方面中，基底PBN层和PBN外涂层可大体上覆盖PG层以使得其不暴露于外部大气。应注意，PG层的一部分可在电触头处或附近暴露。进一步应注意，本体210可包括不同数量的层、不同形成的层等。在另一个方面，可以根据适当的处理形成各种不同的层。所述处理可以包括例如化学沉积、化学蚀刻、机械蚀刻、物理机加工、模制(例如，铸造等)等。

在一个方面，加热路径220可以包括一个或多个横档240。其中每个横档240可包括主导侧部242和次级侧部244。在至少一个实施例中，主导侧部242可大体上垂直于远侧端部202和/或近侧端部204延伸。次级侧部244可大体上平行于远侧端部202和/或近侧端部204(例如，垂直于主导侧部242)延伸。在另一个方面，主导侧部242可以包括第一长度，该第一长度大体上大于次级侧部244的第二长度。应注意，各种实施例可包括与远侧端部202和/或近侧端部204大体上平行的主导侧部242。同样地，次级侧部244可垂直于主导侧部242、远侧端部202和/或近侧端部204。进一步应注意，主导侧部242和次级侧部244的宽度可以大体上相等。

各种实施例可以将横档240描述为水平地、竖直地或以其他方式在一个方向上取向。该方向可以表示主导侧部242延伸的方向。例如，竖直取向的横档240可包括与远侧端部202和/或近侧端部204大体上垂直的主导侧部242。类似地，水平取向的横档240可包括与远侧端部202和/或近侧端部204大体上平行的主导侧部242。应注意，为了清楚说明，采用这样的叫法(例如，水平取向、竖直取向等)。因此，可以使用各种其他命名法来描述横档240的相对取向。此外应注意，横档240可以不是与远侧端部202和/或近侧端部204垂直和/或平行。在另一个方面，远侧端部202和/或近侧端部204的形状可以是不规则的。

横档240可至少部分地由绝缘区域246分离或限定。绝缘区域246可以包括不包括PG的区域和/或包括电绝缘材料。例如，绝缘区域246可以包括PBN、空气(例如，没有材料)等。在一个方面，绝缘区域246可包括扩大弯曲部248。扩大弯曲部248可包括如下的区域，该区域可包括如本文所述的三角形形状、圆形形状或其它形状。诸如图1A中所示的圆形形状，可以在横档相遇的次级侧部244中提供附加的绝缘。

凸缘230可以从本体210靠近近侧端部204延伸。凸缘230可以从本体210大体上垂直地延伸。在一个方面，凸缘230可以是大体上平面的或扁平的。例如，凸缘230可以接触一个表面(例如，地板)以支撑本体210。凸缘230可以包括一种或多种材料。在另一个方面，凸缘230可被分成彼此不物理接触的一个或多个部分。凸缘230可包括与本体210相似的材料和/或可包括全异的材料，诸如金属、合金等。在一个方面，凸缘230可包括在1000℃以上能复原的金属。

根据至少一个实施例，凸缘230可包括一个或多个孔232。一个或多个孔232可以构造为将加热器组件200固定到表面。例如，孔232可构造为接收螺栓或其他螺纹构件。在另一个方面，孔232可构造为接收来自电源(诸如输电干线、电池等)的电触头。在一个示例中，孔232可以包括暴露的PG部分。暴露的PG可与本体210的PG层电接触和/或包括本体210的PG层。到电源的连接可以允许电功率流动通过加热路径220。电功率可诸如通过电阻加热来在本体210中感应热。

在一个方面，凸缘230可靠近本体210的第一部分(例如，下本体236)地与本体210相交和/或从本体210延伸。下本体236可以通过水平绝缘区域214与本体210的第二部分(例如，可以包括横档240的上本体238)分离。水平绝缘区域214可以包括电(例如，电介质)和/或热隔离材料。例如，水平绝缘区域214可以包括如下的材料，该材料可以耐热和/或可以包括差的热传递性质。上本体238与下本体236的分离可防止或切断在上本体238与下本体236之间的热流动。热传递的切断可减少凸缘230中的散热。因此，加热器组件200可包括跨过上本体238的更均匀的热分布，可以使用较少能量来加热材料，或者可以相对于其他加热器更有效。在一个方面，水平绝缘区域214可包括小于10mm的宽度。在至少一个示例中，宽度可以是约2mm。

图3示出了加热器组件300的一部分的剖视图。加热器组件300可包括与其他公开的加热器组件类似的方面和/或性质。例如，横截面视图可包括加热器组件的本体的一部分(例如，上本体238)。加热器组件300可主要包括基底层310、芯部层320和外涂层330。转向图4和图5，参照图3，示出了在示例性制造处理的各个阶段期间加热器组件300的一部分的剖视图。应注意，加热器组件300可根据各种其他处理进行组装、制造等。

如图4所示，可以提供基底层310。基底层310可包括第一涂层或涂层的一部分。所述涂层可包括如下元素的氮化物、碳化物、碳氮化物或氧氮化物中的至少一种，所述元素选自包括B、Al、Si、Ga、耐火的硬金属、过渡金属和稀土金属或其两种或更多种的组合的组。例如，基底层310可以包括PBN、氮化铝、氮化钛铝、氮化钛、碳氮化钛铝、碳化钛、碳化硅和氮化硅中的至少一种。基底层310可以以一种或多种形状提供。例如，基底层310可包括大体上中空的圆柱形形状、多边形形状、不规则形状等。

芯部层320可以沉积或以其他方式设置在基底层310上或与基底层310接触。芯部层320可以包括石墨芯部，该石墨芯部可以具有限定用于电流流动的路径的构造。在一种示例中，芯部层320可以包括用于导电的PG。可以根据任何适当的手段将芯部层320叠置在基底层310上。

如图5所示，芯部层320可以形成为期望的形状和/或型式。例如，芯部层320可以形成为具有主导和次级侧部的横档型式。在另一个方面，所述路径可包括用于电流流动的路径和/或加热路径(例如，加热路径220)。应注意，芯部层320可根据机械蚀刻，化学蚀刻等中的至少一种来成形。

如图所示，可以移除芯部层320的材料以形成横档340和/或绝缘区域346。横档340可包括限定如本文所述的加热路径的区域。绝缘区域346可包括一个或多个通孔，所述通孔可穿过芯部层320形成以暴露基底层310的至少一部分。应注意，可移除基底层310的一部分以确保完全移除绝缘区域346中的芯部层320。

绝缘区域346可以填充有和/或包括电介质，如图3所示。例如，可以在基底层310的至少一部分和/或芯部层320上叠置外涂层330(例如，第二涂层)。外涂层330可包括如下元素的氮化物、碳化物、碳氮化物或氧氮化物中的至少一种，所述元素选自包括B、Al、Si、Ga、耐热的硬金属、过渡金属和稀土金属或其两种或更多种的组合的组。例如，外涂层330可以包括PBN、氮化铝、氮化钛铝、氮化钛、碳氮化钛铝、碳化钛、碳化硅和氮化硅中的至少一种。

应注意，加热器组件300可包括其他或不同的层。例如，加热器组件300可包括不同数量的涂层。根据至少一个实施例，加热器组件300可包括可附接地(例如，可移除地或不可移除地)组装在一起的全异形成的层。这样的修改被认为在本公开的范围和精神内。

进一步应当注意，加热器组件300可包括各种形状和尺寸。在至少一个示例中，涂层(例如，基底层310和/或外涂层330)可包括围绕芯部层320的约1mm的大体上均一的涂层。应注意，涂层可以或不可以均一地叠置在芯部层320周围。进一步应注意，芯部层320可以包括或不可以包括均一的厚度。

图6是根据各种公开的方面的加热器组件400的一部分的剖视图。应注意，加热器组件400可包括与各种所述实施例相同或相似的方面。进一步应注意，组件400可包括较大组件或系统的一部分。例如，加热器组件400可包括加热器组件的本体的至少一部分(例如，加热器组件200的本体210)。

加热器组件400可以主要包括基底层410、芯部层420和/或外涂层430。应注意，基底层410和/或外涂层430可包括类似或相同的材料。在一个方面，基底层410和外涂层430可以被认为是单个涂层。涂层可包含PBN和/或如本文所述的其他适当材料。在另一个方面，涂层可包封芯部层420以保护芯部层420的材料免受潜在腐蚀性大气的影响、提供结构完整性等。诸如，芯部层420可以包括可包括导电材料的石墨(诸如PG)。如果暴露于某些化学品或环境，石墨芯部可能易损坏或降解。

在一个方面中，图6的截面部分可示出加热器组件400的主导侧部442。主导侧部442可以表示加热器组件400的横档的主导侧部(例如，主导侧部242)。次级侧部444可以连接横档以形成用于电传导和/或加热的连续路径。主导侧部442可以通过一个或多个绝缘区域446分离。绝缘区域446可以包括基本上移除材料的区域。在一个方面，外涂层430和/或基底层410的外壁可包括或限定绝缘区域446。在一个方面，可以移除绝缘区域446的材料以实现加热器组件400的期望的加热分布。

应注意，绝缘区域446可以包括可以在横档之间形成支撑件的材料，诸如PBN。例如，一个或多个PBN柱可以跨越绝缘区域446以提供加热器组件400的结构完整性。应注意，各种其他实施例可在本发明的范围和精神内提供类似或替代设计。

图7A-C示出了根据各种所述方面的加热器组件500。平面图可以示出俯视平面图502和侧视图506。在一个方面，侧视图506可示出加热器组件500的圆柱形本体在其被拉直的情况下的侧部。如图所示，加热器组件500可包括本体510。本体510可包括设置在远侧端部518处的唇部512。唇部512可具有的内径513大体上小于本体510的内径516。在一个方面，唇部512可以构造为接收可以保持或支撑晶片的基座。与可能不包括唇部的其他加热器相比，唇部512可以使到基座的辐射热传递增加。应注意，唇部512可包括一种或多种材料，诸如根据特定目的或预期应用期望的任何合适的金属或陶瓷材料。在一个方面，唇部512可包括非导体或非导体涂层。合适的陶瓷的实例可包括但不限于氮化硅、碳化硅、氮化铝、氧化铝、氧化铍、氮化硼等。

本体510可包括上本体538和下本体536，上本体538可包括加热路径520。一个或多个狭缝534_1-4可以在上本体538与下本体536之间分离或提供屏障。狭缝可以例如通过水平绝缘区域514形成。在一个方面，一个或多个狭缝534_1-4可以包括移除材料的区域，诸如移除石墨芯部或任何材料。如图所示，本体510可包括多个狭缝534_1-4，诸如四个狭缝534₁、534₂、534₃和534₄。在一个方面，狭缝534_1-4可包括穿过本体510的孔。狭缝534_1-4可以减少在下本体536与上本体538之间的热传递。在至少一个实施例中，下本体536和/或凸缘530可以保持在比上本体538更低的温度。

在实施例中，加热器组件500可包括可包括PBN的基底层、可包括PG的芯部层、以及可包括PBN的外涂层。在一个方面，加热器组件500可主要包括圆柱形或呈管状的本体510和基底或凸缘530。本体510可包括加热路径520，该加热路径可包括蛇形型式和/或横档。本体510进一步可包括下本体536和上本体538。水平绝缘区域514(和/或狭缝534_1-4)可将下本体536的部分与上本体538分离。尽管可以将实施例描述为包括一个或多个狭缝534_1-4，但是应注意，实施例可以包括用于管理在下本体536与上本体538之间的热和/或减少其间的热传递的其它机构。例如，本体510可以包括呈穿孔状型式的多个孔。在另一个方面，狭缝534_1-4可包括热绝缘材料，其可防止或减少在上本体538与下本体536之间的热传递，同时为上本体538提供结构支撑。

一个或多个水平绝缘区域514可以在支撑件550处相交。应注意，如本文所述，支撑件550可以在凸缘中包括一个或多个狭缝。在另一个方面，支撑件550可以不包含容器孔、但是可以包含绝缘材料。例如，电介质和/或热绝缘材料可用于支撑件550。支撑件550可以构造为在为上本体538提供结构支撑的同时提供热隔离和/或电隔离。

在一个方面，狭缝514的内表面大体上可以包括涂层的暴露部分，诸如PBN层等。因此，芯部层(例如，PG)可与潜在破坏性的或有害的大气隔离。在至少一个实施例中，PG层可以暴露和/或涂覆有另一种材料。

图8示出了根据各种所述方面的加热器组件500的一部分的放大视图570。放大视图570示出了加热器组件500的在加热路径520的次级侧部544附近的一部分。如所示，次级侧部544可以将第一主导侧部540与第二主导侧部542电连接。绝缘区域546可设置在第一主导侧部540与第二主导侧部542之间以限定加热路径520。扩大弯曲部548可以包括可以包括“呈T状”或“呈Y状”的形状的区域。扩大弯曲部548可以在次级侧部544中提供附加的绝缘。例如，扩大弯曲部548可以构造为在横档相遇处提供进一步的分离，以提供期望的加热分布。在一个示例中，“呈T状”或“呈Y状”的形状可以控制加热分布和/或减少次级侧部544附近的热/冷点。唇部512可定位在次级侧部544上方以接收支撑件，诸如基座支撑件。在一个方面，次级侧部544可以是距唇部512的远侧侧部502的第一距离574。诸如，次级侧部544可以距远侧侧部502约2至8mm之间，诸如5mm。在另一个方面，扩大弯曲部548可以包括端部部分576，该端部部分可以是距次级侧部544的端部的第二距离572。诸如，第二距离572可以在约2至8mm之间，诸如约5mm。应注意，加热组件500的尺寸和/或构造可以根据期望的应用和/或加热分布而变化。

图9是示例性加热系统800。加热系统800可包括设置在坩埚820内的加热器组件810。加热器组件810可包括与参照图2-图8描述的那些方面类似的方面。坩埚820可以至少部分地外接用于加热应用的加热器组件810。

图10示出了根据各种描述的实施例的加热器组件900。如图所示，加热器组件900可包括本体910，该本体具有设置在一个端部处的凸缘930和设置在第二端部处的唇部912。本体910可包括一种或多种材料，如在此以及本公开中的其他地方所描述的。诸如，本体910可包括可被诸如PBN层的涂层围绕的石墨芯部。本体910可包括可包括期望型式或设计的加热路径920。例如，加热路径920可包括一个或多个横档932。横档932可包括主导侧部942和次级侧部944。主导侧部942可以以水平构造的形式布置。在一个方面，本体910可包括穿过其设置的一个或多个狭缝914。狭缝914可提供热切断或屏障以减少诸如从本体910到凸缘930的热传递。在一个方面，减少的热传递可提供对加热路径920的暴露部分(诸如可连接到电源的连接部分)的保护。

图11A-B示出了包括凸缘中的一个或多个狭缝的加热器组件1000。应注意，加热器组件1000可包括与参考其他附图描述的方面类似的方面。例如，加热器组件1000可包括唇部、水平绝缘区域中的狭缝等。在一个实施例中，加热器组件1000包括本体1010、凸缘1030、唇部1012和加热路径1020。凸缘1030可包括穿过其中形成的一个或多个狭缝1032。应注意，凸缘1030可包括i个狭缝1032，其中i是数字(例如，1、2、3、4等)。狭缝1032可以允许减小由于热引起的凸缘中的应力。例如，加热器组件1000可能受到强热。热可导致凸缘歪曲、卷曲或变形。狭缝1032可以允许应力减轻并且可以允许材料膨胀、收缩或以其他方式减轻由于热引起的应力。

狭缝1032可以从凸缘1030的外周边1060朝向内周边1062延伸。虽然示出为大体上延伸凸缘1030的宽度，但应注意，狭缝1032可从外周边1060延伸大体上小于凸缘1030的宽度。在实施例中，狭缝1032可以彼此大体上等距地间隔开，并且尺寸和形状可以彼此相类似。然而，应注意，狭缝1032可设置在各种位置并且可彼此不同地成形。在另一个方面，虽然狭缝1032被描述为穿过凸缘1030的材料形成，但是应注意，狭缝1032可包括凹槽等。例如，狭缝1032可以是可以移除材料的区域。

以上描述的内容包括本说明书的示例。当然，不可能为了描述本说明书的目的而描述组件或方法的每个可想到的组合，但是任一个本领域技术人员可以认识到本说明书的许多其他组合和置换是可能的。因此，本说明书旨在涵盖落入所附权利要求的精神和范围内的所有这些改变，修改和变化。此外，在详细说明或权利要求中使用术语“包括”的程度上，此术语旨在以类似于术语“包含”的方式是包含性的，如“包含”在权利要求中被用作过渡词时所解释的。

示例

现在将参考以下示例来描述并可以进一步理解本公开的各方面。这些实施例仅用于说明，并且应理解为不以任何方式限制本文公开的本发明的材料或处理参数、装置或条件。

在第一示例中，加热器组件1100包括包封在PBN涂层中的PG芯部，诸如加热器组件1100等。加热器组件1100包括类似于加热器组件500的加热路径和扩大弯曲部的加热路径和扩大弯曲部。图12A示出了从加热器组件获得的测量值。加热器组件1100的凸缘1130大体上可以比本体1110更冷。在另一个方面，本体1110的温度可以相对稳定。唇部1112可以帮助管理热以提供跨过唇部1112的大体上稳定且/或均一的热。

在第二示例中，加热器组件1200不包括如图2所示那样的唇部或“呈T状”扩大弯曲部。相反，加热器组件1200包括与图1的加热器组件100的那些扩大弯曲部类似的圆形扩大弯曲部。加热器组件1200的加热分布至少部分地由加热路径来管理。如在图12B中可见，加热分布大体上被分成靠近凸缘1230热逐渐耗散的部段或区域。这导致本体1210包括大体上不均一的温度。

前述描述确认了加热器组件的各种非限制性实施例。本领域技术人员和可以制造和使用本发明的人可以进行修改。所公开的实施例仅用于说明目的，并不旨在限制本发明的范围或权利要求中阐述的主题。

Claims

1.一种加热器组件，包括：

本体，该本体包括：

石墨芯部，该石墨芯部包括(i)限定加热路径的上半体和(ii)下半体；

外涂层，该外涂层包封所述石墨芯部的至少一部分；

一个或多个水平绝缘区域，所述水平绝缘区域将所述上半体与所述下半体分离；以及

穿过所述一个或多个绝缘区域形成的一个或多个狭缝，所述一个或多个狭缝构造为切断在所述上半体与所述下半体之间的热传递；以及

凸缘，该凸缘设置在所述本体的第一端部处，其中，所述下半体和/或所述凸缘能保持在比所述上半体更低的温度。

2.根据权利要求1所述的加热器组件，其中，所述石墨芯部包括选自碳、石墨、碳结合碳纤维、碳化硅、金属、金属碳化物、金属氮化物、金属硅化物或者其两种或更多种的组合的材料。

3.根据权利要求1所述的加热器组件，其中，所述石墨芯部包括热解石墨，并且其中所述外涂层包括热解氮化硼。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的加热器组件，其中，所述加热路径包括至少两个区域，所述区域具有穿过每个区域长度的可变的功率密度梯度，其中所述至少两个区域的可变的功率密度梯度彼此不同。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的加热器组件，其中，所述加热路径包括多个横档。

6.根据权利要求5所述的加热器组件，其中，所述横档的主导侧部是大体上竖直的。

7.根据权利要求5所述的加热器组件，其中，所述加热路径包括至少一个扩大弯曲部。

8.根据权利要求5所述的加热器组件，其中，所述至少一个扩大弯曲部包括T状形状或Y状形状中的至少一个。

9.根据权利要求1至3中任一项所述的加热器组件，所述加热器组件进一步包括设置在所述本体的第二端部处的唇部。

10.根据权利要求1至3中任一项所述的加热器组件，其中，所述本体是圆柱形本体，该圆柱形本体具有近侧端部和远侧端部；其中，所述加热器组件还包括：

具有横档的加热路径，所述横档包括在所述近侧端部与远侧端部之间竖直取向的主导侧部以及在所述横档之间水平取向的次级侧部，其中所述次级侧部包括至少一个扩大弯曲部。

11.根据权利要求10所述的加热器组件，其中，所述加热路径包括石墨芯部。

12.根据权利要求11所述的加热器组件，其中，所述加热器组件进一步包括包封所述石墨芯部的至少一部分的热解氮化硼。

13.根据权利要求10所述的加热器组件，其中，所述加热器组件包括至少四个狭缝。

14.根据权利要求10所述的加热器组件，所述加热器组件进一步包括设置在所述远侧端部处的唇部，其中所述唇部包括内周边，所述内周边具有的长度小于所述加热器组件的本体的内周边的长度。

15.一种制造根据权利要求1至9中任一项所述的加热器组件的方法，所述方法包括：

提供基底层；

将石墨芯部叠置到所述基底层；

形成所述石墨芯部以限定(i)包括加热路径的上半体和(ii)下半体；以及

在至少所述石墨芯部上叠置外涂层，

在所述上半体与所述下半体之间设置绝缘区域，

其中，所述基底层和所述外涂层包括选自氮化物、碳化物、碳氮化物、氧氮化物、B、Al、Si、Ga、耐热的硬金属、过渡金属或稀土金属或其两种或更多种的组合的材料。

16.根据权利要求15所述的方法，所述方法进一步包括：形成通过至少所述石墨芯部的至少一个孔。

17.一种加热材料的方法，所述方法包括：

(i)提供接近待加热的材料的根据权利要求1至9中任一项所述的加热器组件，所述加热器组件包括：

本体，该本体包括：

上端部；

下端部；

限定加热路径的石墨芯部，所述加热路径具有在所述上端部与下端部之间竖直取向的长度；以及

至少一个水平狭缝，所述水平狭缝使所述本体的第一部分与所述本体的第二部分分离；以及

唇部，所述唇部靠近所述上端部设置；以及

(ii)将所述材料靠近所述唇部定位。

18.根据权利要求17所述的方法，所述方法进一步包括：将所述本体加热到至少1000℃。