CN101189697A - 具有可更换的隔离保护装置的耐等离子体密封组件 - Google Patents

Abstract

本发明的密封组件包括闭合组件，所述闭合组件具有第一和第二沟槽，同时橡胶密封件安装在上述第一沟槽中，而可拆卸式安装的可更换的隔离条带处于上述第二沟槽中，上述隔离层位于橡胶密封件和等离子体源之间，因而上述隔离层保护橡胶密封件免受等离子体的侵蚀作用。

Description

具有可更换的隔离保护装置的耐等离子体密封组件

技术领域

本发明涉及具有可更换的隔离层的密封组件，所述隔离层保护弹性密封件免于直接暴露于等离子体。

背景技术

在用于制造电子元件例如半导体器件的设备中，所用的弹性体密封元件必须满足异常严格的性能要求。具体地说，密封件常常暴露于反应性等离子体、腐蚀性净化气体和高温下，上述情况可能引起弹性体的变质，同时造成物理性质的损失和产生残留材料，所述残留材料可能沾污所制造的半导体器件。

通常，在半导体制造设备内将暴露于等离子体中的弹性体部件是用全氟弹性体、含氟弹性体或硅橡胶弹性体制造，因为它们对反应性等离子体有天然的抵抗性(以递减顺序列出)。然而，当暴露于反应性等离子体中时，即使是全氟弹性体也随着时间推移而退化变质。密封寿命与暴露环境的严重程度和与等离子体环境的接近程度有关。

另一些人通过明智的选择化合添加剂改善了全氟弹性体密封件的抗等离子体性。例如，Legare(美国专利No.5696189)用金属填料代替碳黑，并在他的弹性体密封件组成中包括二氧化钛和酸性接受体。Katsuhiko等人(JP3303915B2)在弹性体密封件组成中应用细粒度的氧化铝。上述两个专利都揭示了密封件改善了抗等离子体侵袭性和减少了残留物形成。

用于保护橡胶密封件免受等离子体侵袭的另一种方法是在等离子体和橡胶密封件之间放置牺牲用保护装置。牺牲用保护装置通常用耐等离子体侵袭的材料或者当材料受侵袭或消耗时不遗留有害颗粒物的材料制造。这些材料包括聚四氟乙烯(PTFE)、四氟乙烯与全氟(丙基乙烯基醚)(PFA)的共聚物、聚醚醚酮(PEEK)、聚苯硫醚(PPS)和聚酰亚胺。在使用时，这种保护装置从橡胶密封件安装于其上的主体延伸到接触橡胶部件形成密封件的主体。

市售密封组件和隔离保护装置组件包括在制造组件时必须安装的粘合的橡胶密封件和连续的环形隔离。无论是粘合的橡胶密封件，还是隔离保护环，都不能很容易地在该范围内更换。因此，无论是隔离层还是橡胶密封件当必需更换时，必须更换整个组件。尽管这些组件保护了主要的橡胶密封件并延长了总的密封寿命，但它们要求更换整个密封件和隔离保护装置组件，因此花钱更多。理想情况是尽量减少可消耗的成本而同时保持与密封组件和隔离保护装置组件有关的密封寿命。

美国专利No.5722668公开了一些弹性密封件，所述弹性密封件至少部分地被保护环覆盖，上述保护环保护弹性体免受等离子体侵袭，直到保护装置被等离子体侵蚀贯穿为止。当保护装置侵蚀贯穿发生时，弹性体密封件和保护环二者必须更换。

美国专利No.6245149B1公开了一些弹性密封件，所述弹性密封件用隔离保护装置保护免受等离子体侵袭，上述隔离保护装置是线性条带(Strand)，该线性条带具有带缺口的滑动式连接的两端。保护装置安排在与弹性体密封件相同的沟槽内密封件与等离子体之间的位置中。最后，等离子体将侵蚀贯穿保护装置，且保护装置和弹性体密封件二者必需更换。

EP1087157A2公开了弹性体密封件-隔离保护装置组件的各种不同的实施例。在所有实施例中，密封件和保护装置都处在同一沟槽内接触。一个实施例是弹性体保护装置具有一附接到其外表面上的隔离保护装置。另一些实施例应用实际上不与弹性体密封件接合的保护装置。在所有情况下，当隔离层已侵蚀贯穿时，密封件和隔离保护装置二者都必须更换。

在动态缝阀(slit valve)或闸阀的门密封应用中，上述两种设计不切实际，因为在阀作用期间，难以在同一沟槽中得到密封件和保护装置。

美国专利No.6764265B2公开了一种阀，所述阀具有若干弹性密封件，该弹性密封件由隔离保护装置保护免受等离子体侵袭。密封件和保护装置安装在阀座上，而不是安装在阀闭合物上，并且如此定向，以便从等离子体源的直接视线除去。隔离保护装置和弹性密封件位于分开的沟槽中。密封件和保护装置实际上可以粘合到阀座上，或者它们可以通过在缺口、沟槽、或其它零件内位移实际上固定到阀座上。当密封件或隔离层必需更换时，将密封件和保护装置粘合到阀座上要求更换阀座。

发明内容

本发明的一方面是密封组件，所述密封组件包括：闭合组件，所述闭合组件具有第一和第二沟槽；弹性体密封件，所述弹性体密封件安装在上述第一沟槽中；和可更换的隔离条带，所述隔离条带可拆卸式安装在上述第二沟槽中，因而上述隔离条带保护上述弹性体密封件免于直接暴露于反应性等离子体中。

本发明的另一方面是供在半导体晶片加工设备中使用的缝阀的门，所述门其上安装一弹性体密封件于第一沟槽中，而可更换的隔离条带可拆卸式安装在第二沟槽中，上述隔离条带用于保护橡胶密封件免于直接暴露于反应性等离子体中。

附图说明

图1示出本发明的密封组件的实施例处于未受压缩状态的剖视图，其中弹性密封件粘合或模制到闭合组件上第一沟槽内，而隔离条带可拆卸式安装在第二沟槽内。

图2示出本发明的密封组件的实施例处于压缩状态的剖视图，其中弹性密封件粘合或模制到闭合组件上第一沟槽内，而隔离条带可拆卸式安装在第二沟槽内。

图3示出本发明的缝阀门的平面图。

图4示出本发明的密封组件的可供选择的实施例处于未受压缩状态的剖视图，其中弹性密封件可拆卸式安装在闭合组件上第一沟槽中，而隔离条带可拆卸式安装在第二沟槽内。

图5示出本发明的密封组件的可供选择的实施例处于压缩状态的剖视图，其中弹性密封件可拆卸式安装在闭合组件上第一沟槽中，而隔离条带可拆卸式安装在第二沟槽内。

图6示出隔离条带的几个实施例的剖视图。

具体实施方式

本发明的密封组件包括在闭合组件上的橡胶(亦即弹性的)密封件和可拆卸式安装的(亦即可更换的)隔离保护条带。密封件和隔离保护条带都是在闭合组件上分开的沟槽内。弹性密封件可以永久粘合到闭合组件上，或者任选地，可以可拆卸式安装到闭合组件上(亦即密封件可更换)。当使用时，隔离层保护橡胶密封件免于直接暴露于反应性等离子体中。直接暴露于等离子体中会造成侵蚀橡胶，而侵蚀橡胶又会导致密封破坏和可能用来自受侵蚀的密封件的颗粒沾污附近的表面。由于隔离条带是可拆卸式安装在闭合组件上与密封件分开的沟槽中，所以条带在侵蚀之后可以用新的隔离层更换，以便增加橡胶密封件可使用的寿命。最后，橡胶密封件将失效。那时，或是必须更换整个密封件，或者是在具有可更换的密封件的实施例中，只需更换密封件。

参见图1，本发明的一个实施例是密封组件，所述密封组件包括闭合组件20和密封座30，橡胶密封件10安装在上述闭合组件20上，而上述密封座30有一端面35，当使用时，密封件10贴着上述端面35被压缩以便形成密封。密封件10可以直接粘合到闭合组件20的表面55上(未示出)，或者，优选的是，它可以粘合在具有侧壁40和基底50的第一沟槽或缺口内，如图1所示。粘合可以通过使用化学粘合剂、机械接合、在压力和温度下将弹性密封件硬化到闭合组件上完成，或是通过这些技术中二或三种技术的组合完成。通过“机械接合”意思是指使密封件、闭合组件、或它们二者的表面变粗糙，以便增加密封件对闭合组件的粘附作用。密封件10有一密封表面60，用于在使用时接触密封座30的端面35。密封件10可以有一般是抛物线形横截面，如图所示，或者它可以有任何众所周知的横截面如圆形、燕尾形、三叶形、圆顶形等。所标出的箭头“A”表示等离子体进入密封组件的方向。

隔离条带70形成保护装置，以使大部分等离子体没有通往密封件10的直接路线。隔离条带70可拆卸式安装在具有侧壁80和基底90的第二沟槽或缺口中，如图1所示。沟槽或缺口可以有一般是矩形形状，如图1所示，或者，可供选择地，沟槽的侧壁可以形成缺口、细齿形、或倒刺形，以便一旦将条带70安置好，就改善了保持沟槽中的保护。视隔离条带的横截面配置而定，沟槽也可以具有燕尾形形状。隔离条带70有一配合表面100，用于在使用时接触密封座30的端面35。隔离条带70的优选横截面一般是具有一个或多个侧向翼片或肋条71的T形，如图6a中所示。各翼片或肋条71可以垂直于“T”形横截面的基底，并且如图6a所示形状是矩形，或者它们可以具有类似于背侧翼片形状的倒刺形状(图6b)。在两种情况下，肋条或翼片71都有助于在不用特殊工具的情况下使隔离条带更容易安装在沟槽中。各肋条或翼片71也通过接合一个或多个沟槽壁80帮助将条带70保持在沟槽内。因为通常隔离条带构造所应用的材料是不锻造且没有弹性性能的工程塑料，所以必需将挠性加到隔离条带的设计中，以便于容易安装。可供选择地，隔离条带可以有其它的横截面形状，如不带翼片的“T”形、圆形、燕尾形、三叶形、齿形等，如分别在图6c、6d、6e、6f和6g中所示，并可以在如图所示的标准沟槽配置中使用或是在燕尾形沟槽中使用。然而，将隔离条带70保持在第二沟槽内与干涉配合有关，并且如果这些可供选择的横截面形状没有装入设计中的挠性，则在不用特殊工具的情况下它们可能更难以安装在沟槽中。燕尾形密封件和三叶形密封件分别在美国专利Nos.5482297和6328316中说明。将隔离条带70制成一定长度，从而它通过密封件10的长度，因此保护密封件10免受等离子体冲击。条带是优选的，因为与安装和取出连续的隔离环相比，它更容易安装到闭合组件20的第二沟槽上及从第二沟槽中取出。隔离条带70的两端成对接接头会聚，亦即两端在沟槽中不叠加，并且不滑动式连接。

当使用时，隔离层70接触密封座30的端面35，且密封件10被压缩贴着密封座30的端面35(图2)。

在本发明可供选择的实施例图4中，弹性体密封件210可拆卸式安装在具有侧壁240和基底250的第一沟槽中。沟槽的形状可以是工业中已知的任何形状如一般是矩形、燕尾形、半燕尾形等。橡胶密封件210的横截面一般可以是圆形，如图所示，或者它可以是橡胶密封工业中已知的任何形状如三叶形、椭圆形、燕尾形等。

在使用时，隔离层270接触密封座330的端面235，而密封件210被压缩贴着密封座330的端面235(图5)。

本发明的另一实施例是缝阀门。参见图3，门200是闭合组件，所述闭合组件具有第一和第二沟槽或缺口用于接收橡胶密封件100(可随意更换)和可更换的隔离条带700。隔离条带700具有未叠加的两端，它们以平接接头750会聚。当使用时，等离子体从门200的中心向外流向门的周边，如从“A”发散的箭头所示。

适合在本发明的密封件10，100和210中使用的弹性体包括，但不限于，全氟弹性体、含氟弹性体、硅橡胶、腈橡胶和乙烯弹性体如氯代聚乙烯、EPDM、乙烯/烯烃共聚物等。全氟弹性体、含氟弹性体和硅橡胶是优选使用的。全氟弹性体特别优选使用。典型的全氟弹性体、含氟弹性体和合适的固化系统在该技术中已充分作了说明。例如，见美国专利6281296B1；6114452；5789489；4214060和3876654。

在弹性体化合中通常所用的一些添加剂如填料、稳定剂、增塑剂、润滑剂和加工助剂等，倘若它们对预定的使用条件有足够的稳定性，则可以加到本发明的弹性体部件中。

在本发明所应用的弹性体组成中，使用一些填料如碳黑、含氟聚合物、聚酰亚胺、和无机填料类(比如二氧化硅、氧化铝、硅酸铝、和硫酸钡)，作为平衡各组成的模量、抗拉强度、延伸率、耐磨性、耐等离子体性、和可加工性的手段。含氟聚合物填料(形成原纤维或不形成原纤维)可以是任何很细分开、容易分散的塑料含氟聚合物，所述含氟聚合物优选的是在制造和固化弹性体组成中所用的最高温度下是固体。所谓固体，意思是指含氟塑料如果部分结晶，则将有高于弹性体加工温度的结晶熔解温度。这类分得很细、容易分散的含氟塑料通常叫做微粉或含氟添加剂。当在本发明的组成中使用时，每100份重量的橡胶(亦即弹性体)加1-70份重量的填料(phr)一般就够了。

增白剂如二氧化钛也可以在本发明所用的弹性体组成中存在。

闭合组件20，220，门200及阀座30和330可以用金属如不锈钢或铝，比如6061-T6铝制成。优选的是，闭合组件20和密封座30用同样材料制造。

隔离条带70，270和700可以用无弹性的含氟聚合物如聚四氟乙烯(PTFE)或四氟乙烯与全氟(烷基乙烯基醚)(PFA)的共聚物制成。其它的隔离材料可以包括，但不限于，聚醚醚酮(PEEK)、聚苯硫醚(PPS)和聚酰亚胺。PTFE是优选的。

本发明的密封组件尤其适合于在干法半导体晶片制造工艺中使用，在所述工艺中密封组件将经受反应性等离子体环境。特殊的应用包括，但不限于，门密封件、摆阀密封件和盖密封件。用于本发明的弹性体部件的一种优选的终端使用是作为缝阀门密封件。

Claims (18)

1.一种密封组件，包括：闭合组件，所述闭合组件具有第一和第二沟槽；弹性体密封件，所述弹性体密封件安装在上述第一沟槽中；和可更换的隔离条带，所述隔离条带可拆卸式安装在上述第二沟槽中，因而上述隔离条带保护上述弹性体密封件免于直接暴露于反应性等离子体。

2.如权利要求1所述的密封组件，其中上述弹性体密封件粘合在上述第一沟槽内。

3.如权利要求1所述的密封组件，其中上述弹性体密封件可拆卸式安装在上述第一沟槽中。

4.如权利要求1所述的密封组件，其中上述弹性体密封件是全氟弹性体密封件。

5.如权利要求1所述的密封组件，其中上述弹性体密封件具有抛物线形横截面。

6.如权利要求1所述的密封组件，其中上述隔离条带包括从下面一组聚合物中选定的聚合物，所述组聚合物包括聚四氟乙烯、PFA、聚醚醚酮、聚苯硫醚和聚酰亚胺。

7.如权利要求6所述的密封组件，其中上述隔离条带包括聚四氟乙烯。

8.如权利要求1所述的密封组件，其中上述隔离条带具有至少一个肋条，所述肋条用于接合上述第二沟槽的至少一个壁。

9.如权利要求8所述的密封组件，其中上述隔离条带具有T形横截面。

10.一种缝式阀门，供在半导体晶片加工设备中使用，上述门在其上于第一沟槽中安装弹性体密封件，而可更换的隔离条带可拆卸式安装在第二沟槽中，上述隔离条带用于保护橡胶密封件免于直接暴露于反应性等离子体。

11.如权利要求10所述的缝阀门，其中上述弹性体密封件粘合在上述第一沟槽内。

12.如权利要求10所述的缝阀门，其中上述弹性体密封件可拆卸式安装在上述第一沟槽中。

13.如权利要求10所述的缝阀门，其中上述弹性体密封件是全氟弹性体密封件。

14.如权利要求10所述的缝阀门，其中上述弹性体密封件具有抛物线形横截面。

15.如权利要求10所述的缝阀门，其中上述隔离条带包括从下述一组聚合物中选定的聚合物，所述组聚合物包括聚四氟乙烯、PFA、聚醚醚酮、聚苯硫醚和聚酰亚胺。

16.如权利要求15所述的缝阀门，其中上述隔离条带包括聚四氟乙烯。

17.如权利要求10所述的缝阀门，其中上述隔离条带具有至少一个肋条，所述肋条用于接合上述第二沟槽的至少一个壁。

18.如权利要求17所述的缝阀门，其中上述隔离条带具有T形横截面。

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