用於處理室的密封裝置的製作方法
2023-12-04 16:11:16
專利名稱：用於處理室的密封裝置的製作方法
用於處理室的密封裝置領域本發明的實施方式一般涉及真空處理室，且特別涉及到用於這類處理室的密封件。背景通常，通過包括在待接合(adjoin)的表面之間設置的密封墊、0型環或相似類型的密封件來防止在表面之間所形成的接合(joint)處發生洩漏。用足以壓縮密封件並防止氣流通過該密封接合處的力可將結合表面壓向彼此。然而，在一些工藝中，諸如石英鐘形罩之類的易碎部件必須與諸如排氣歧管(manifold)這樣的排氣部件匹配，這裡由於易碎部件而不可對密封劑施加較大的力。在這種情況中，由於部件製造和/或裝配(assembly)中的偏差(tolerance)而可發生的不對準會引起由於施加到密封件的力的變化致使洩漏。例如在使用大密封表面的情況下，這種不對準會加重。如上所述，由於易碎部件導致不能通過對密封件施加較大壓力來適當地補償沿著密封表面的偏差變化。因此，由於密封件和密封表面之間的間隙或不充分接觸可導致發生洩漏。因此，本領域需要一種改善的密封。概述在此提供一種密封裝置。在一些實施方式中，密封裝置包括環形體，該環形體包括具有圓形截面的第一部分和自第一部分向外徑向延伸的第二部分，其中第二部分具有矩形截面。在一些實施方式中，密封裝置包括主體，該主體被配置成保留在第一表面的凹槽中； 臂，該臂自該主體遠離第一表面延伸，並且該臂被配置成當向主體偏轉(deflect)時通過第二表面提供一個力以在第一表面和第二表面之間形成密封。下文公開了本發明的其他特徵和實施方式。附圖簡要說明因此，為了能詳細理解本發明的上述特徵，通過參考實施方式，可獲得對上述簡要概括的本發明的更具體描述，一些實施方式在附圖中示出。但是應注意，附圖僅示出了本發明的典型實施方式，且由於本發明允許其他等效實施方式，因此不認為其限制本發明的範圍。
圖1描述了根據本發明一些實施方式的示意性批量處理室的剖面圖。圖2A-B描述了根據本發明一些實施方式的示意性批量處理室的側視圖和頂視圖。圖3A-B描述了根據本發明一些實施方式的密封裝置。圖4A-D描述了根據本發明一些實施方式的密封裝置。為了便於理解，儘可能之處，使用相同參考數字表示圖中共用的相同元件。附圖不是按比例畫出，且為了清楚起見對其進行了簡化。可以預期，一個實施方式的元件和特徵可有利地結合到其他實施方式中而不需進一步說明。具體描述本文公開了密封裝置的實施方式。在一些實施方式中，本發明的密封裝置有利地改善了對密封表面之間的不對準和/或不均勻性的容限。本發明的密封裝置一般可用在需要控制室工藝壓力或工藝氣氛的任何處理室中。例如，本發明的密封裝置可用在真空處理室中、或者利用在其中包含有毒氣體的非真空應用中。其他處理室也可從本發明的密封裝置獲益，如下文所述。為了說明目的，下文描述本發明的密封裝置用在批量處理室中。以下在圖1-2 中示出了一個示範性批量處理室。在2005年10月13日提出的發明名稱為「Reaction Chamber with Opposing Pockets for Gas Injection and Exhaust，，的美國專禾Ij串請序列號 11/249，555、和 2006 年 5 月 5 日提出的發明名稱為 「Batch Processing Chamber with Diffuser Plate and Injector Assembly」 的美國專利申請序列號 11/381，966 中進一步詳細描述了合適的批量處理室實例，本文中通過參考將這些專利申請每一個的內容併入本文。一個適合於與本發明的密封裝置一起使用的示範性批量處理室可包括從California 的Santa Clara的應用材料公司獲得的FLEXSTAR 系統。圖1示出了本發明的示範性批量處理室的剖面圖。批量處理室100 —般包括被配置成容納基板舟皿(substrate boat) 114的石英室101。石英室101 —般包括圓頂型室主體102。形成在室主體102 —側上的注射室(injector pocket) 104、形成在注射室104的相對側上的室主體102上的排氣組件103、和與室主體102的開口 118相鄰形成的凸緣117。 基板舟皿114被配置成支撐批量基板121並經由開口 118傳送批量基板121進出石英室 101。凸緣117可熔接到室主體102上以減少用於真空密封的0型環。代替銑制在室主體 102上的狹槽，排氣組件103和注射室104可熔接在室主體102上。注射室104是扁平的石英管子(tubing)，其一端熔接在室主體102上且一端打開。注射室104被配置成容納注射組件105。在一些實施方式中，排氣組件103可包括排氣口(未示出)，該排氣口被配置成容納廢氣(未示出)。如圖1中所示，排氣組件103包括經由多個石英導管(Conduit)IOS 耦合到室主體102的石英管道(tube) 107。石英室101通常由可由適合用於爐室的(熔融的)石英製成。在一個方面，石英是一種結合了高純度和高溫特性的經濟材料。另一方面， 石英能允許寬溫度梯度和高加熱速度。石英室101通常由開口 118附近的支撐板110支撐。0型環密封件119用於石英室101和支撐板110之間的真空密封。具有孔徑120的室疊層支架(chamber stack support) 109設置在支撐板110上。一個或多個加熱組塊111通常設置在室主體102周圍， 且被配置成經由室主體102提供熱能至石英室101內部的基板121。在一個方面，一個或多個加熱組塊111可具有多個垂直區域。多個石英襯墊(liner) 112設置在該一個或多個加熱組塊111周圍以防止熱能向外幅射。外部室113設置在石英室101、該一個或多個加熱組塊111以及石英襯墊112上方並擱在疊層支架109上，提供用於加熱組塊111和石英襯墊112的真空密封。開口 116可形成在外部室113的側面上，以便注射組件105和排氣組件103通過。熱絕緣體106通常設置在注射室104和外部室113之間。由於熱絕緣體106 和石英襯墊112將外部室113與加熱組塊111和被加熱的石英室101隔離，因此外部室113 可在加熱工藝期間保持「冷卻」。相似地，熱絕緣體(未示出)可設置在排氣組件103和外部室113之間，用於與熱絕緣體106相同的目的。在一個方面，外部室113由諸如鋁和不鏽鋼這樣的金屬製成。在一個方面，注射組件105和/或排氣組件103的溫度可獨立於石英室101受控。例如，如圖1中所示，加熱狹槽(slot) 122和冷卻通道(channel) 123提供在注射組件105 中，用於單獨加熱和冷卻注射組件105。在圖2A-B中進一步詳細示出了處理室100。批量處理室100通常包括限定處理空間237的石英室101，該處理空間237被配置成容納在基板舟皿114中疊置的批量基板 121。一個或多個加熱組塊111通常布置在石英室101周圍，被配置成加熱處理空間237內部的基板121。外部室113設置在石英室101和一個或多個加熱組塊111上方。一個或多個石英襯墊112設置在外部室113和一個或多個加熱組塊111之間並被配置成保持外部室 113冷卻。石英室101由石英支撐板110支撐。外部室113連接到由石英支撐板110支撐的室疊層支架109。石英室101通常包括室主體102，該室主體102具有底部開口 118、形成在室主體 102 一側上的注射室104、形成在注射室104相對側上的室主體102上的排氣組件103、和與底部開口 118相鄰形成的凸緣117。注射室104具有扁平的石英管子形狀，其一端熔接到室主體102上且一端打開。排氣組件103包括經由多個石英導管108熔接到室主體102上的石英管道107。石英管道107具有底部埠(bottom port) 251並在底部打開。多個石英導管108被配置成限制處理空間237與石英管道107的排氣空間232之間的流體聯通。凸緣 117可熔接在底部開口 118的周圍並被配置成輔助室主體102的真空密封。凸緣117通常與具有孔徑250和239的石英支撐板110緊密接觸。底部開口 118與孔徑239對準，並且底部埠 251排空(empty into)到與孔徑250對準的排氣歧管沈0。0型環密封件119可設置在凸緣117和石英支撐板110之間，以密封處理空間237而隔離通過外部室113、室疊層支架109、石英支撐板110和石英室101限定的外部空間238。密封裝置300設置在底部埠 251周圍以密封排氣空間232和外部空間238。石英支撐板110進一步被連接到裝載和卸載基板舟皿114的裝載鎖定器M0。可在處理空間237和裝載鎖定器240之間經由孔徑239和底部開口 118垂直傳送基板舟皿114。注射室104熔接在室主體102的側面上且限定與處理空間237聯通的注射空間 24L·當基板舟皿114處於工藝位置時該注射空間241通常覆蓋基板舟皿114的整個高度， 以使設置在注射室104中的注射組件105可提供水平流動的處理氣體至基板舟皿114中的每個基板121。在一個方面，注射組件105具有被配置成裝配在注射空間241中的插入式中心部分(intruding center portion) 242 被配置成保持注射室104的壁的凹槽243通常形成在中心部分242周圍。注射室104的壁通常由注射組件105包封。注射開口 216形成在外部室113上以提供用於注射組件105的路徑。向內延伸的邊緣(rim) 206形成在注射開口 216周圍並被配置成遮擋注射組件105不被加熱組塊111加熱。在一方面，通常包括外部室113內部和石英室101外部的外部空間238被保持在真空狀態。由於在工藝期間處理空間237和注射空間241通常被保持在真空狀態，因此保持外部空間238處於真空狀態能降低石英室101上的應力產生的壓力。0型環密封件230設置在注射組件105和外部室 113之間以提供用於注射空間241的真空密封。密封裝置400通常設置在注射室104外部以防止處理空間237和注射空間241中的處理化學物質逃逸到外部空間238。另一方面，外部空間238可保持在大氣壓下。參考圖2B，跨注射組件105水平地銑制有三個入口通道(channel) 226。三個入口通道226中的每一個都被配置成單獨用處理氣體供應處理空間237。每個入口通道2 都
5連接到靠近中心部分M2的端部形成的垂直通道M2。垂直通道2M還連接到多個均勻分布的水平孔225，並在注射組件105(圖2A中所示)的中心部分242上形成垂直噴頭。在工藝期間，處理氣體首先從其中一個入口通道2 流向相應的垂直通道224。接著，處理氣體水平通過多個水平孔225流入到處理空間237中。在一個實施方式中，根據在批量處理室100中執行的工藝的需求，或多或少的入口通道2 可形成在注射組件105中。在另一實施方式中，由於注射組件105可安裝在外部室113外部且可從外部室113外部移除，因此注射組件105可以是可更換(interchangeable)的以滿足不同需求。參考圖2A，一個或多個加熱器2 設置在與入口通道2 相鄰的注射組件105內部。一個或多個加熱器2 被配置成加熱注射組件105至設定溫度，並可由電阻加熱元件、 熱交換器等製成。冷卻通道227形成在一個或多個加熱器2 外部的注射組件105中。在一個方面，冷卻通道227提供對注射組件105溫度的進一步控制。在另一方面，冷卻通道 227保持注射組件105的外部表面是冷卻的。在一個實施方式中，冷卻通道227可包括以一小角度鑽取的兩個垂直通道，以使該兩個垂直通道在一端相遇。水平入口 /出口 223連接到每個冷卻通道227以使熱交換流體可連續流過冷卻通道227。熱交換流體可以是例如全氟聚醚(perfluoropolyether)(例如feilden 流體)，將其加熱到約30°C和約300°C之間的溫度。熱交換流體也可是在約15°C至95°C之間的所需溫度下傳送的冷卻的水。該熱交換流體也可是溫度受控的氣體諸如氬氣或氮氣。排氣空間232經由多個石英導管108與處理空間237流體聯通。排氣空間232通過經由密封裝置300耦合到底部埠 251的排氣歧管260與泵送裝置(未示出)流體聯通。 因此，在處理空間237中的處理氣體通過多個石英導管108流入到排氣空間232中，然後向下進入到底部埠 251並排空到排氣歧管沈0中。位於底部埠 251附近的導管108具有比遠離底部埠 251的導管108強的吸力。為了自頂部至底部產生均勻吸力，例如通過自底部至頂部增加導管108的尺寸可改變多個石英導管108的尺寸(未示出)。圖3A-B中進一步詳細描述將排氣組件103耦合到石英管道(tube) 107的底部埠 251附近的排氣歧管沈0的密封裝置300。密封裝置300通常包括被配置成設置在第一凸緣304和第二凸緣306之間的環形體302。第一凸緣304可耦合到底部埠 251附近的石英管道107，和/或可設置在底部埠 251附近的石英管道107周圍。第二凸緣306可耦合到排氣歧管260。在經由密封裝置300的最初耦合期間或者在可能發生移動的工藝期間，密封裝置300可有利地被配置成補償石英管道107和排氣歧管260之間的不對準。例如，在產生不對準的基板處理期間石英管道107可相對於排氣歧管260滑動和/或膨脹。環形體302可由合適的工藝相容的柔性材料製成。合適材料的實例包括全氟彈性體諸如可分別從DuPont Performance Elastomers和Perlast公司市售獲得的KALREZ 或 PERLAST 0環形體302包括第一部分308和第二部分310。第一部分308設置在石英管道 107的外壁附近且與其外壁接觸，並與其形成密封。例如第一部分308可具有小於石英管道 107外徑的內徑。第一部分308可具有圓形截面，如圖3A-B中所示。但是也可使用具有彎曲表面的其他截面。第二部分310從第一部分308向外徑向延伸並被配置成固定在第一凸緣304和第二凸緣306之間且在其間形成密封。第二部分310可具有矩形截面，如圖3A-B中所示。但是，也可採用其他合適的諸如楔形截面或類似物的截面。在一些實施方式中，第二部分310的截面可以是任意合適的形狀，使得第二部分的終端可部分地固定(immobilize)在第一和第二凸緣304和306之間。第一凸緣304可具有任意合適形狀，其必須與環形體302和石英管道107的形狀共形。例如，第一凸緣304可包括第一凹槽312和第二凹槽314。靠近石英管道107設置的第一凹槽312被配置成用於部分裝配在環形體302的第一部分308周圍。自第一凹槽314 向外徑向設置的第二凹槽314被配置成部分裝配在環形體302的第二部分310周圍。在一些實施方式中，第一凸緣304可進一步包括用於遮擋環形體302的蓋(Iip) 316，例如避免受到自處理室散出的熱量影響。蓋316可被設置在與石英管道107相鄰的第一凸緣304徑向內側附近。第一凸緣304可通過諸如通過夾具、螺釘或類似物的合適的裝置(示出了螺栓 320)固定到第二凸緣306。在一些實施方式中，第一凸緣304可固定到第二凸緣306而不需通過環形體302的第二部分310，從而使環形體302的變形、磨損或過早破壞的風險減至最小。例如，可使用第二部分310徑向向外設置的螺栓320將第一凸緣304固定到第二凸緣 306。第二凸緣304可具有任意合適的形狀，其必須與第一凸緣304匹配並且與環形體 302的第二部分310匹配。第二凸緣306被配置成當其耦合到第一凸緣304時用於固定環形體302的第二部分310。如圖3A中所示，用第二部分310終端附近的第二凸緣306接觸第二部分310。在一些實施方式中，將第二凸緣306配置成僅接觸環形體302的第二部分 310並允許環形體302的第一部分308自由移動。由此，與第一凸緣304相比，第二凸緣306 可具有較小的徑向寬度，以在石英管道107和第二凸緣306內邊緣之間提供間隙318。間隙318通常設置在環形體302下方，並且例如在石英管道107的滑動移動期間 (諸如在組裝期間)，利於環形體302移動至間隙318中。如圖3A中所示，間隙318設置在第一部分308下方且第二部分310的一部分也可自由移動(例如，第二部分310的一部分在第一和第二凸緣304、306之間不是固定的)。間隙318可具有任意合適的寬度以利於在石英管道107移動期間，例如在組裝期間，環形體302在間隙318內移動。第一和第二凸緣304、306可包括任意合適的材料，其具有對於應用在密封裝置 300中所必須的，期望的熱特性和/或結構特性。在一些實施方式中，第一和/或第二凸緣 304、306可包括不鏽鋼、鋁(包括其合金)或類似物。第二凸緣306可由與第一凸緣304相同或不同的材料製成。在一些實施方式中，第一凸緣304可由諸如陶瓷這樣的具有低導熱性的材料製成，以使密封件(例如環形體302)與加熱器(上文關於圖1討論的)熱隔離。 合適材料的實例包括鋁(Al2O3)或類似物。在圖4A-B中進一步詳細描述設置在注射室104外部以防止處理空間237和注射空間241中的處理化學物質逃逸到外部空間238中的密封裝置400。密封裝置400可包括主體402和從主體402延伸的臂404。主體402和臂404可由相似材料製造，如上文關於圖 3A-B中的主體302討論的。密封裝置400有利於密封大的表面，例如在面對注射組件105 的邊緣(rim) 206的表面406與注射組件105的內表面408之間的表面。內部表面408設置成接近注射開口 216的終端且與注射組件面對表面406相鄰。主體402可設置在凹槽410中，該凹槽410可形成在邊緣206的注射組件面對表面406中。凹槽410可設置在注射室104周圍(例如凹槽410可圍繞(circumscribe)注射室104)。凹槽410可形成有外部開口，該外部開口小於該凹槽的內部尺寸，從而構成利於將主體402保持在凹槽內部的限制。主體402可以是閉環結構，其具有相同形狀，形狀與凹槽410的相同形狀共形。例如，主體402可具有環形。然而，也可使用非環形形狀。主體 402可具有基本與凹槽410的截面形狀共形的截面形狀，以利於將主體402保持在凹槽410 內部。如圖4A中所示，主體402可大體上設置在凹槽410內部。雖然主體402示出為梯形截面，但是它可具有任意合適的截面，其基本上與凹槽410的截面形狀共形。主體402的合適截面可包括正方形、矩形或類似物。或者，主體不需要與凹槽410的形狀基本共形，如以下進一步討論的。臂404自主體402在其整個周邊附近延伸向注射組件105的內表面408。組裝的時候，臂404可通過注射組件105的內表面408被壓向主體402。臂404響應於內表面408 的擠壓向內表面408施加反作用力。臂404通過足以在注射組件面對表面406和內表面 408之間形成密封的力接觸內表面408。臂404有利地對寬範圍的移動提供基本均勻的力， 這有利於在注射組件105周圍形成均勻密封，即使在存在諸如由於機械加工或組裝容限導致的密封表面之間的不均勻距離這樣的不均勻性的情況下也是如此。由此，所施加的反作用力可允許在這種不均勻狀態下形成密封，而常規密封裝置例如0型環不會允許這樣。密封裝置400的替代例在圖4C-D中示出。密封裝置420可包括主體422和臂424。 主體422和臂似4可包括與上述裝置400相似的材料。主體422可具有基本小於凹槽410 截面的截面。如圖4C中所示，主體422可整體設置在凹槽410內部。臂424自主體422延伸並延伸向注射組件105的內表面408。而且，臂似4沿著主體422延伸，這裡臂似4具有閉環結構。臂似4可被配置成通過注射組件105的內部表面408被壓向主體422。如上所述，臂似4可響應於寬範圍壓縮而在注射組件105的內部表面408上施加基本均勻的反作用力，並由此在面對表面406的注射組件和內部表面408之間形成密封。本文已經公開了密封裝置的實施方式。在一些實施方式中，密封裝置有利地改善了密封表面之間的不對準和/或不均勻性的容限。雖然前述內容涉及到本發明的實施方式，但是可設計出本發明的其他和進一步的實施方式而不超出本發明的基本範圍。
權利要求
1.一種密封裝置，包括環形體，該環形體包括具有圓形截面的第一部分和從所述第一部分向外徑向延伸的第二部分，其中所述第二部分具有矩形截面。
2.如權利要求1所述的密封裝置，還包括第一凸緣和第二凸緣，其中所述環形體的第二部分的終端被擠壓在所述第一凸緣和所述第二凸緣之間。
3.如權利要求2所述的密封裝置，其中所述第一凸緣還包括第一凹槽，該第一凹槽被配置成在其中裝配所述環形體的至少部分第一部分。
4.如權利要求3所述的密封裝置，其中所述第一凸緣還包括第二凹槽，該第二凹槽被配置成在其中裝配所述環形體的至少部分第二部分。
5.如權利要求2-4中任一項所述的密封裝置，還包括沿所述環形體的第一部分和所述第一凸緣且徑向向內設置的第一壁，其中所述第一部分接觸所述第一壁以對其形成密封。
6.如權利要求5所述的密封裝置，還包括耦合到所述第二凸緣的第二壁，其中間隙使所述第二壁和所述第二凸緣與所述第一壁分開。
7.如權利要求6所述的密封裝置，其中所述第一壁包括石英，並且所述第二壁包括金jM ο
8.如權利要求2-7中任一項的密封裝置，其中所述第一凸緣和所述第二凸緣通過螺栓或夾具中的至少一個耦合。
9.如權利要求2-8中任一項所述的密封裝置，其中所述第一凸緣還包括 蓋，該蓋從所述第一凸緣的徑向向內側向上延伸。
10.如權利要求2-9中任一項所述的密封裝置，其中所述第一凸緣包括陶瓷、不鏽鋼或鋁中的至少一種，並且其中所述第二凸緣包括不鏽鋼或鋁中的至少一種。
11.如權利要求1-10中任一項所述的密封裝置，其中所述環形體包括全氟彈性體。
12.—種密封裝置，包括被配置成保持在第一表面的凹槽中的主體；臂，該臂從所述主體遠離所述第一表面延伸，且該臂被配置成當向主體偏轉時通過第二表面提供力以在所述第一表面和所述第二表面之間形成密封。
13.如權利要求12所述的密封裝置，其中所述主體和所述臂形成在閉環中。
14.如權利要求12-13中任一項所述的密封裝置，還包括 第一表面，該第一表面具有凹槽和保持在其中的所述主體；和第二表面，該第二表面面對所述第一表面且將所述臂壓向所述第一表面。
15.如權利要求12-14中任一項所述的密封裝置，其中所述主體和所述臂包括全氟彈性體。
全文摘要
本發明提供了一種密封裝置。在一些實施方式中，密封裝置包括環形體，該環形體包括具有圓形截面的第一部分和從該第一部分徑向向外延伸的第二部分，其中該第二部分具有矩形截面。在一些實施方式中，密封裝置包括被配置成保持在第一表面的凹槽中的主體；臂，該臂自主體遠離第一表面延伸，且被配置成當向主體偏轉時通過第二表面提供力以在第一表面和第二表面之間形成密封。
文檔編號F16J15/06GK102216656SQ200980145540
公開日2011年10月12日 申請日期2009年11月13日 優先權日2008年11月13日
發明者約瑟夫·尤多夫斯凱 申請人:應用材料股份有限公司