CN102187430A - 用于真空腔室的进/出门 - Google Patents

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乔治·曾
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Abstract

本发明提供一种其尺寸适用于大面积基板的负载锁定腔室。该负载锁定腔室包含外壳、活动门以及门致动组件，其中该外壳包含门和主体，该主体具有至少两个可密封口，该活动门与可密封口的至少一个连接，并且该门致动组件连接在该门与该外壳之间。该门致动组件还包含一对第一致动器以及一对第二致动器，第一致动器连接至该门，用以使该门在第一方向上移动，第二致动器用以使该门在第二方向上移动，该第二方向与该第一方向垂直。

Description

用于真空腔室的进/出门
技术领域
本发明的实施例关于真空腔室中的开口的选择性密封。更具体而言，是关于真空传送腔室中的开口的选择性密封。
背景技术
在平面显示器、太阳能电池阵列及其它电子装置的制造中，用于大面积基板的半导体处理包含诸如沉积、蚀刻与测试等处理，且传统上是在真空处理腔室中执行这些处理。为了提升制造效率以及降低制成基板最终用途的制造成本，现行的大面积基板约2200mm X约2600mm或更大。典型通过传送腔室将基板传入或传出真空处理腔室，该传送腔室的功能是作为大气/真空界面并且通常称为负载锁定腔室(load lock chamber)。负载锁定腔室提供介于大气压力和真空处理腔室压力之间的阶段性真空。在一些系统中，负载锁定腔室可作为介于处于周围环境压力下的等候系统(queuing system)与真空处理腔室之间的传送界面，用以在大气与真空之间交换基板。同样地，处理过的基板可能会经由负载锁定腔室被传送出真空处理腔室而处于大气环境中。
真空处理腔室与负载锁定腔室中开口的大小通常设计成能接收大面积基板的至少一个尺寸(即，宽度或长度)，以利于传送基板。腔室开口设计成可利用门而选择性地开启和关闭，以利于传送基板和真空密封该腔室。该门的操作以及开口的有效密封在腔室的制造与使用上带来许多难题。
因此，需要一种能解决这些难题的真空腔室门。
发明内容
本发明实施例大体上提供一种用于真空腔室的门致动组件，且该真空腔室的尺寸适用于一或多个大面积基板。在一个实施例中，描述尺寸适用于大面积基板的真空腔室。该真空腔室包含外壳、活动门以及门致动组件，其中该外壳包含主体，且该主体具有至少一个可密封口，该活动门与该可密封口连接，并且该门致动组件连接该门与该外壳。该门致动组件包含多个第一致动器与多个第二致动器；第一致动器连接至该门，以在第一方向上移动该门，第二致动器用以在第二方向上移动该门，且该第二方向垂直于该第一方向。
在另一个实施例中，描述一种适用于大面积基板的真空腔室。该真空腔室包含外壳、活动门以及门致动组件，其中该外壳包含主体，且该主体具有至少一个可密封口，该活动门与该可密封口连接，并且该门致动组件连接该门与该外壳。该门致动组件包含一对第一致动器、一对线性引导件以及一对第二致动器，该对第一致动器连接至该门，以于第一方向上移动该门；该对线性引导件连接在该门的相对末端与该外壳之间；以及该对第二致动器连接至线性引导件并且可随着该门移动，用以在与第一方向垂直的第二方向上移动该门。
在另一个实施例中，描述一种尺寸适用于大面积基板的真空腔室。该真空腔室包含外壳、大气界面与门致动组件，其中该外壳包含主体，且该主体具有第一末端和第二末端用以连接至处理腔室，该大气界面位于该第一末端且包含口密封口，以及该门致动组件连接在该外壳与该可密封口之间，该门致动组件包含多个第一致动器以及多个第二致动器，该第一致动器连接在该外壳与该门之间，用以在第一方向上相对于该可密封口移动该门，以及该第二致动器连接至该门的相对末端，用以在第二方向上相对于该可密封口移动该门，并且该第二方向垂直于该第一方向。
在另一个实施例中，描述一种选择性开启和关闭真空腔室中的可密封口的方法，其中该真空腔室可用来处理大面积基板，并且该真空腔室包含外壳、门以及移动机构，该门连接至该可密封口，并且该门在其相对末端上以可活动的方式连接至线性引导件，以及该移动机构具有一对第一致动器和一对第二致动器。该方法包括：同步地驱动连接至该门的该第一致动器；检测该门的位置；返回(returning)对应于该门位置的位置度量；以及根据该位置度量来调整该第一致动器的移动速度，以确保该门的纵向尺寸(longitudinal dimension)与连接至该门的该线性引导件的至少一个的行进路径保持大体垂直。
附图说明
所以，上述简介的本发明的特征可参考对本发明更具体描述的实施例进一步理解和叙述，部分实施例示出于附图中。然而要指出的是，附图仅说明本发明的典型实施例，因此不应被视为其范围的限制，本发明亦适用于其它具有同等功效的实施例。
图1A是显示根据本发明实施例的负载锁定腔室的立体视图。
图1B显示图1A的负载锁定腔室的进一步细节。
图2A显示根据本发明一个实施例的水平致动器实例。
图2B显示根据本发明一个实施例的水平致动器的操作。
图2C显示根据本发明另一个实施例的水平致动器的操作。
图3显示根据本发明一个实施例的负载锁定腔室的操作。
为了便于理解，已经在可能的情况下，使用相同的组件符号指示各图中相同的组件。意即，在一个实施例中所揭示的组件亦可有利地用于其它实施例而无需特别指明。
具体实施方式
文中所述实施例关于用来选择性密封腔室开口的系统与方法，腔室开口适用以在低压力条件下容纳一或多个大面积基板。在一个实施例中，腔室可能设计用以传送基板进入或离开环境大气及真空环境。虽然示范说明的部份实施例是用于真空传送腔室，例如负载锁定腔室或设计用来提供大气/真空界面的其它腔室，但某些实施例可应用于其它低压处理腔室。实例包括，但不限于，处理腔室、测试腔室、沉积腔室、蚀刻腔室及热处理腔室。文中所述的基板包括由玻璃、聚合物材料或适合于其上形成电子组件的其它材料制成的大面积基板，形成在大面积基板上的电子组件可用于制造平面显示器、太阳能电池阵列或其它电子组件。电子组件实例包括薄膜晶体管(TFT)、有机发光二极管(OLED)以及用来制造太阳能电池阵列及/或光电电池的p-i-n接面或其它组件。
图1A是负载锁定腔室100的一个实施例的立体视图，负载锁定腔室100包含可密封外壳110，设置在支撑框架105上。外壳110包括主体132、多个侧壁135、底部(未显示于此图)以及盖130。外壳110具有第末端115和第二末端120，每个末端各自包含可密封口或开口123(以虚线显示)。利用进/出(I/O)门122使至少一个可密封口123能选择性地开启或关闭，在图1A中显示门122处于关闭位置，并且在图1B中显示门处于开启位置。第二末端120可为处理界面，用以连接至真空处理腔室并且可选择性地与真空腔室连通，真空腔室设计用以处理大面积基板，例如，沉积腔室、蚀刻腔室、测试腔室等等。第一末端115可为大气界面，以供设置在无尘室中的大气机械手、大气基板等候系统、输送装置或其它传送装置(未显示)使用。
负载锁定腔室100包含一对第一致动器116，第一致动器116连接至进/出门122及支撑框架105。每个第一致动器116可为线性致动器，且致动器可为电力驱动式、液压式、气动式或上述驱动方式的组合。第一致动器116的实例包括气缸、机电操作式杆筒、液压缸、机械操作式杆筒及上述的组合。第一致动器116建构成可至少在垂直方向(Z方向)上同步地升高或降低I/O门122。第一致动器116亦可在相对于口123而言以大体平行的方向来移动I/O门122。为了有助于平行举升及降低I/O门122，I/O门122连接至两个线性轴承块(linear bearing blocks)124，两线性轴承块124分别安装在I/O门122的两末端125A与125B处。线性轴承块124安装至负载锁定腔室100的侧壁135。在一个实施例，第一致动器116可彼此水平地间隔开来，以确保I/O门122一致地垂直(在Z方向)移动。
除了垂直移动之外，亦可利用分别安装在I/O门122的两侧端125A和125B上的一对第二致动器126来帮助I/O门122做水平移动(X方向)。水平致动块126可操作，以移动I/O门122朝向第一末端115而关闭可密封口123，或移动I/O门122远离第一末端115而开启可密封口123。第二末端120亦可包含另一个I/O门、另一对线性轴承块、另一对第一致动器和另一对第二致动器，构件未显示于图中。
如图1B所示，外壳110的第一末端115亦包含O形环136，O形环136环绕着可密封口123。在关闭位置时，I/O门122的内表面紧密接触O形环136以密封口123。在一个实施例中，O形环136可由塑料、树脂或适于确保口123密封的其它材料所制成。由于O形环136安装在外壳的表面上，可如图1B所示，借着将I/O门122移动至开启位置而能轻易地取下O形环136进行修复或更换。
在一个实施例中，亦可将一或多个位置传感器164连接至各个线性轴承块124。位置传感器164是建构用来将反映I/O门122的侧端125A和125B相应位置的检测讯号传递至控制器166，控制器166连接至每一个第一致动器116。在实施例中，每个传感器164可为换能器(transducer)、霍尔效应传感器(hall effect sensor)、距离传感器(proximity sensor)、线性编码器(例如，编码带)及上述的组合。在其它实施例中，每个第一致动器116可包括位置传感器(未显示)，例如旋转式编码器或轴杆式编码器，用以提供每一个第一致动器116的位置度量(positional metric)。
控制器166亦连接至每一个第二致动器126。控制器166经调适以接收来自各个传感器164的度量值，度量值指示I/O门122相对于轴承块124的移动。控制器166可处理移动信息，以控制第一致动器166其中一者或两者的方向位移及/或方向速度。控制器166亦可调适以接收来自传感器164的位置信息，以驱动第二致动器126来帮助水平移动I/O门122。进而可精确控制每个第一致动器116的举升和下降速度，以避免在举升和降低I/O门122的过程中I/O门122相对于轴承块124发生不对齐的情形。若使用单个致动器来举升/降低I/O门122，致动器设置成与I/O门122底部的中心接触，而可能发生I/O门122相对于轴承块124呈现不对齐的情形。然而，使用单个致动器来支撑I/O门122可能在致动器举升/下降的整个过程中造成I/O门122摇晃，特别是当I/O门122变得越来越宽以适合传送更大的基板。此种摇晃或不对齐情形可能导致线性轴承块124卡住。
图2A显示用于I/O门122的致动机构200的实施例立体图。用于I/O门122的致动机构200包含对第一致动器116，用以驱动I/O门122沿着线性轴承块124做垂直移动，以及包含一对第二致动器126，用以提供I/O门122的水平移动，例如在X方向上或与I/O门122平面垂直的方向上移动。每个第一致动器116具有第一末端及第二末端，第一末端在第一轴枢连接件210处连接至I/O门122，并且第二末端在第二轴枢连接件212处连接至支撑框架105。第一轴枢连接件210可能是杆-眼式连接(rod-eye coupling)或杆-U型钩式连接(rod-clevis coupling)，以适于旋转，避免因为第一致动器116之间的位置和/或速度差异而卡住。第一轴枢连接件210的旋转轴220和第二轴枢连接件212的旋转轴222彼此平行。因此，第一和第二轴枢连接件210和212可调适，以允许通过水平致动块126使I/O门122在水平方向(X方向)上移动。
在一个实施例中，第一致动器116可保持I/O门122在垂直于线性轴承块124的水平面(X方向)上移动。例如，线性轴承块124包含纵轴(longitudinal axis)A，以及I/O门122包含纵轴B。根据来自传感器164的位置信息，可在举升及降低I/O门122的过程中使α角保持约90°。这能避免I/O门122在举升及下降的过程中发生不对齐情形。
图2B显示水平致动块126的结构的放大图。水平致动块126包含托架231、连接轴233以及致动器轴237。连接轴233具有第一末端和第二末端，第一末端固定地连接至托架231，并且第二末端可滑动地通过I/O门122中的孔(未显示)。因此，托架231可随I/O门122沿着线性轴承块124移动。托架231为致动轴237提供支撑，致动轴237具有远程端239，远程端239连接至I/O门122。在实施例中，远程端239借着球形轴承而连接至I/O门122，球形轴承提供挠性(flexibility)，以允许I/O门122完全接触O形环136。操作过程中，致动轴237的作动造成I/O门122相对于连接轴233水平运动，而可开启和关闭I/O门122。
图2C显示I/O门122的水平(X方向)移动概要视图。在以虚线显示的关闭位置中，I/O门122的接触表面277抵靠着主体132的面276，并且紧密接触环绕着口123的O形环136。O形环136安置在面276上的沟槽279中。为了开启口123，移动I/O门122使其在X方向上远离面276，并且不接触O形环136。因此，能操作垂直致动块(未显示)来降低I/O门122并且开启口123。当利用垂直致动块来降低I/O门122时，能够移动I/O门122使其远离O形环136，因此O形环136将不会因为I/O门122的升高/降低动作而受损。
结合图1A和1B，图3显示根据本发明实施例的负载锁定腔室100的操作简化流程图300。在步骤302中，当驱动I/O门122时，利用控制器155以同步的方式来驱动第一致动器116。在步骤304中，传感器164适用于检测I/O门122的正确位置。在步骤306中，当传感器164检测完I/O门122的正确位置之后，将对应于所检测的I/O门122位置的位置信息返回给控制器166。之后，在步骤308中，控制器166根据返回的位置信息来调整第一致动器116的移动速度。若返回的位置信息指示在第一致动器116之间有任何不对齐，则调整致动器116其中一者或两者的移动速度。如此，I/O门122能与放置负载锁定腔室100的地板保持大体平行。
虽然前文针对本发明的实施例，但是在不脱离本发明的基本范围的情况下，可设计本发明的其它及另外实施例，且本发明的范围由以下权利要求确定。

Claims (15)

1.一种尺寸适用于大面积基板的真空腔室，包括：
外壳，所述外壳包含主体，所述主体具有至少一个可密封口；
活动门，与所述可密封口连接；以及
门致动组件，其连接在所述门与所述外壳之间，所述门致动组件包含：
第一致动器，其连接至所述门，以用于在第一方向上移动所述门；以及
第二致动器，用以在第二方向上移动所述门，且所述第二方向与所述第一方向垂直。
2.根据权利要求1所述的真空腔室，其中，所述第一致动器包含一对致动器，所述对致动器位于对应于所述门的相对末端的位置。
3.根据权利要求1所述的真空腔室，其中，所述第二致动器还包括一对线性引导件，所述对线性引导件连接在所述门的相对末端与所述外壳之间。
4.根据权利要求3所述的真空腔室，其中，所述第二致动器包含一对致动器，所述对致动器连接至所述线性引导件并且可随着所述门移动。
5.根据权利要求3所述的真空腔室，其中，每一个所述线性引导件包含至少一个传感器，所述至少一个传感器连接至控制器。
6.根据权利要求5所述的真空腔室，其中，所述控制器还连接至每一个所述第一致动器，以在所述第一致动器之间提供同步移动。
7.根据权利要求5所述的真空腔室，其中，所述传感器适用以提供所述门的位置度量。
8.根据权利要求1所述的真空腔室，其中，所述第一和第二致动器选自于由下列所构成的群组中：气缸、液压缸、机电操作杆筒及机械操作杆筒。
9.一种尺寸适用于大面积基板的真空腔室，包括：
外壳，所述外壳包含主体，所述主体具有第一末端和第二末端，所述第一和所述第二末端用于连接至处理腔室；
大气界面，位于所述第一末端处且包含可密封口；以及
门致动组件，其连接在所述外壳与所述可密封口之间，所述门致动组件包括：
多个第一致动器，连接在所述外壳与所述门之间，以用于在第一方向上相对于所述可密封口移动所述门；以及
多个第二致动器，连接至所述门的相对末端，以用于在第二方向上相对于所述可密封口移动所述门，所述第二方向垂直于所述第一方向。
10.根据权利要求9所述的真空腔室，其中，所述多个第一致动器包含一对致动器，所述对致动器设置在邻近所述门的相对末端且侧向间隔开来的位置处。
11.根据权利要求9所述的真空腔室，其中，所述多个第二致动器还包含一对线性引导件，所述对线性引导件连接在所述门的相对末端与所述外壳之间。
12.根据权利要求11所述的真空腔室，其中，所述多个第二致动器包含一对致动器，所述对致动器连接至所述线性引导件并且可随着所述门移动。
13.根据权利要求11所述的真空腔室，其中，每一个所述线性引导件包含至少一个传感器，所述至少一个传感器连接至控制器。
14.根据权利要求13所述的真空腔室，其中，所述控制器还连接至每一个所述第一致动器，以在所述第一致动器之间提供同步移动。
15.根据权利要求14所述的真空腔室，其中，所述可密封口包含O形环。
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