CN105143502B - 高温处理腔室盖体 - Google Patents

Abstract

本文公开了用于处理腔室的盖体组件及包括盖体组件的处理腔室。盖体组件包括高温盖体模块及外壳。高温盖体模块设置成邻近处理腔室的处理衬里。柔性外壳设置在高温盖体模块的周围，且使用弹性环连接到所述高温盖体模块。

Description

高温处理腔室盖体

技术领域

本文公开的内容关于处理腔室盖体。更具体地说，本文公开的实施方式针对处理腔室盖体，所述处理腔室盖体防止密封材料受损，并且允许在不损坏处理配件部件的情况下安装所述盖体。

现有技术

当腔室的盖体被加热时，腔室盖体与壁之间的弹性密封材料也被加热。这导致弹性密封材料失效、粘贴到表面、泄漏和变形。

另外，在加热盖体的同时，与盖体接触的腔室主体应保持相对较冷。热差异(thermal differences)引起所述热的盖体膨胀，并且引起盖体相对于腔室主体的相对位移。这可能在所述腔室内部形成刮痕和颗粒。

此外，为了保持处理区域温度均匀，允许热的盖体部件触碰处理配件部件，这将在盖体与处理配件部件之间形成接触，并且允许热均匀性。然而，在安装盖体期间，接触可能损坏处理配件部件。

在本领域中，对密封处理腔室同时最小化腔室盖体与腔室主体之间热差异效应的设备及方法，具有持续的需求。

另外，在本领域中，对在不使腔室盖体接触和潜在地损坏处理配件部件的情况下密封处理腔室的设备及方法，具有持续的需求。

发明内容

本发明的一个或更多个实施方式是针对盖体组件，所述盖体组件包括高温盖体模块、外壳及弹性密封O形环。高温盖体模块具有底表面及顶表面，所述底表面被设置成邻近处理腔室的处理配件。所述外壳在高温盖体模块周围。外壳包括中空筒状壁，所述中空筒状壁具有下端及上端，所述下端被设置成邻近处理腔室主体。弹性密封O形环被设置在所述外壳的所述中空筒状壁的上端与高温盖体模块的顶表面之间。外壳为柔性的，以允许高温盖体模块在所述外壳内的移动。

在一些实施方式中，外壳的中空筒状壁包括外中空筒状壁、内中空筒状壁、与外中空筒状壁及内中空筒状壁接触的下环状体、及连接至内中空筒状壁的上环状体。在一个或更多个实施方式中，弹性密封O形环被设置在上环状部的下壁与高温盖体的顶表面之间。在一些实施方式中，外中空筒状壁、下环状部、内中空筒状壁及上环状部是整体形成的。在一个或更多个实施方式中，下环状部比外中空筒状壁、内中空筒状壁及上环状部更薄。

在一些实施方式中，下环状部、内中空筒状壁及上环状部是整体形成的，而外中空筒状壁是独立的。在一个或更多个实施方式中，盖体组件进一步包括O形环，所述O形环定位于外中空筒状壁的顶端与下环状部的下表面之间。

在一些实施方式中，外壳具有足够的柔性，以允许高温盖体模块在外壳内的移动距离长达约1英寸。在一个或更多个实施方式中，高温盖体模块包括喷头组件，所述喷头组件包括位于底表面上的多个孔。

本发明的额外实施方式是针对包括腔室主体及腔室盖体的处理腔室。所述腔室主体包括具有顶表面的筒状腔室壁。筒状腔室壁封闭处理区域，所述处理区域包括晶片支撑件及围绕晶片支撑件的处理衬里。腔室盖体包括高温盖体模块及外壳。高温盖体模块具有底表面及顶表面，所述底表面被设置成邻近处理衬里的顶表面。外壳围绕高温盖体模块，且所述外壳包括中空筒状壁，所述中空筒状壁具有下端及上端，所述下端临近所述筒状腔室壁的顶表面。弹性密封O形环被设置在外壳的中空筒状壁的上端与高温盖体模块的顶表面之间。O形环设置在筒状腔室壁的顶表面与外壳的中空筒状壁的下端之间。当处理区域处于大气压力下时，高温盖体模块的底表面并不触碰所述处理衬里的顶表面，而当处理区域处于减小的压力(reduced pressure)下时，所述外壳弯曲以允许高温盖体模块在外壳内移动，以接触处理衬里的顶表面。

在一些实施方式中，外壳的中空筒状壁包括外中空筒状壁、内中空筒状壁、与外中空筒状壁及内中空筒状壁接触的下环状部、及连接到内中空筒状壁的上环状部。在一个或更多个实施方式中，弹性密封O形环设置在上环状部的下壁与高温盖体的顶表面之间。在一些实施方式中，外中空筒状壁、下环状部、内中空筒状壁及上环状部是整体形成的。在一个或更多个实施方式中，下环状部比外中空筒状壁、内中空筒状壁及上环状部更薄。

在一些实施方式中，下环状部、内中空筒状壁及上环状部是整体形成的，而外中空筒状壁是独立的。一个或更多个实施方式进一步包括定位于外中空筒状壁的顶端与下环状部的下表面之间的O形环。

在一些实施方式中，外壳具有足够的柔性，以允许高温盖体模块在外壳内的移动距离长达约1英寸。在一个或更多个实施方式中，高温盖体模块包括喷头组件，所述喷头组件包括在底表面上的多个孔。在一些实施方式中，当加热时，高温盖体模块的膨胀并未在高温盖体模块与外壳之间形成额外的接触点。

附图说明

通过参考本发明实施方式(所述实施方式在附图中说明)，可获得在上文中简要总结的本发明的更具体的说明，而实现和能详细了解上述的本发明的典型实施方式。应注意，为了便于理解本发明，某些公知的工艺不在本文中讨论。

图1表示已知的处理设备的横截面示意图；

图2表示根据本发明的一个或更多个实施方式的盖体组件的横截面示意图；

图3表示根据本发明的一个或更多个实施方式的盖体组件的横截面示意图；

图4表示根据本发明的一个或更多个实施方式的大气压力下的处理腔室的横截面示意图；

图5表示根据本发明的一个或更多个实施方式处于减小的压力条件下的图4的处理腔室的横截面示意图；以及

图6表示根据本发明的一个或更多个实施方式的盖体组件的部分横截面透视图。

为了有助于理解，已尽可能使用相同的元件符号指定各图共有的相同元件。应考虑一个实施方式的元件与特征可有利地并入其它实施方式而无需进一步说明。然而应注意，附图仅说明本发明的典型实施方式，因而不应将这些附图视为限制本发明的范围，因为本发明可容许其它等效实施方式。

具体实施方式

图1表示已知的处理腔室100的示意性表示。处理腔室100包括腔室主体112及盖体组件120。盖体组件120被设置于腔室主体112的上端。处理腔室100及相关硬件可由任何适当材料制成，所述材料包括但不限于例如铝、阳极化铝、镀镍铝、镀镍铝6061-T6、不锈钢以及这些材料的组合和合金。

通过例如O形环125在盖体120与腔室主体112之间形成密封。盖体120的重量及腔室100中的减小的压力将引起盖体120向腔室主体112的上部分移动，压缩O形环125且增强所述密封。

支撑组件140至少部分地设置在腔室主体112内。图示的支撑组件140由两个部分组成，所述两个部分为晶片支撑件145及可移动轴147。可通过例如致动电动机垂直地移动可移动轴147，以定位晶片支撑件145的顶表面146，使顶表面146更接近或更远离盖体120的下表面121。支撑组件140也可包括晶片加热器148(图示为在晶片支撑件145内部的电极)，但也可采用其它晶片加热器148(例如多个加热灯)。

腔室主体112可包括未图示出的部件，如形成于腔室主体112侧壁中的狭缝阀开口，以提供进入处理腔室100内部的通道。可有选择地打开及关闭狭缝阀开口，以允许晶片传送机械手(未图示)进入腔室主体112的内部。在一个或更多个实施方式中，可将晶片传入及传出处理腔室100，穿过狭缝阀开口，到达邻近的移送室和/或装载锁定腔室，或群集工具内的另一腔室。

腔室主体112亦可包括形成于腔室主体112中的通道113，通道113用于使传热流体流动穿过通道113。传热流体可为加热流体或冷却剂，且传热流体可用于在处理及基板传送期间控制腔室主体112的温度。典型的传热流体包括但不限于水、乙二醇或以上两者的混合物。典型的传热流体也可包括氮气。

腔室主体112可进一步包括衬里133，衬里133环绕支撑组件140。衬里133为“处理配件”的一部分，且衬里可为可移除的，以用于维护及清理。衬里133可由金属(诸如铝)或陶瓷材料制成。然而，衬里133可为任意工艺兼容性材料。衬里133可为喷丸处理的(beadblasted)，以增加沉积于衬里133上的任何材料的黏着力，进而防止材料剥落而导致处理腔室100的污染。在一个或更多个实施方式中，衬里133包括一个或更多个孔135(如图6所示)及泵送通道，所述泵送通道与真空系统流体连通。孔135可提供流动路径(flow path)，所述流动路径允许处理气体流入处理腔室100和/或用于将气体从处理腔室100除去。

处理腔室100可包括具有真空泵及节流阀的真空系统，以调节气体的流动。真空泵可耦接至腔室主体112的侧面或底部中的真空口，以允许与处理腔室100内部的处理区域形成流体连通。

当处理腔室100的盖体120被加热时，O形环125也被加热。这可能导致组成O形环125的弹性密封材料的失效(failure)(例如泄漏、黏着及变形)。此外，在加热盖体120的同时，与盖体120接触的腔室主体112需要保持相对较冷。举例而言，可将盖体120加热至约250℃，而将腔室主体112的温度保持在约65℃。热盖体与相对较冷的腔室主体之间的热差异可能引起热盖体向外膨胀128。所述膨胀引起盖体120相对于腔室主体112的相对位移，且可能导致在腔室100的内部形成刮痕和/或颗粒。因此，本发明的一些实施方式是针对腔室盖体，所述腔室盖体最小化热盖体部分与相对较冷的腔室主体的接触。一些实施方式将密封表面移动至盖体相对冷的位置。

另外，为保持处理区域117的温度均匀性，可允许热盖体120部件触碰处理配件部件(例如，处理衬里133)，进而促进热均匀性。然而，在盖体120安装期间，盖体120与处理配件部件之间的接触可能损坏所述处理配件部件。为减轻潜在的损坏，本发明的实施方式允许盖体120相对于处理配件向上及向下移动。

一些实施方式包括位于盖体上的薄的弹性部件，所述薄的弹性部件允许盖体组件向上及向下移动。在安装部件时，在盖体与处理配件之间有足够的距离以防止损坏配件。一旦腔室经抽气至真空，弹性部件上的压差引起盖体向处理配件移动，且触碰处理配件。所述压差不会引起弹性材料的永久变形，同时允许盖体组件的充分移动。

因此，本发明的一个或更多个实施方式是针对在低压处理腔室中使用的盖体组件200。参看图2，盖体组件200包括高温盖体模块220，及环绕高温盖体模块220的外壳250。外壳250环绕高温盖体模块220，但外壳250可具有任何所需的形状。本文所示和描述的外壳形状仅为示范性的，且其它形状可在本发明的范围内。

高温盖体模块220可为单个整体部件，或可由一些部件组成。例如，图2所示的高温盖体模块包括喷头230及气源231。喷头可包括多个孔，以允许气体从喷头230流动至晶片160上的处理区域117(如图4所示)。本领域技术人员将了解高温盖体模块220中可包括其它部件。为方便描述，附图(除图2)中，将高温盖体模块220作为单个部件显示。

高温盖体模块220的形状及设计可根据所涉及的特定部件而具有任何适当的形状。附图所示的形状仅是一个可能形状的表示，而不应将附图所示的形状作为对本发明范围的限制。高温盖体模块220具有底表面221，所述底表面221可被设置为，例如，邻近处理腔室100的处理配件(例如处理衬里133)。高温盖体模块220还包括顶表面222，如下文所述，顶表面222可与外壳250相互作用。

外壳250位于高温盖体模块220的周围。也就是说，外壳250环绕高温盖体模块220的外边缘，以最小化处理期间高温盖体模块220曝露于大气的区域。外壳250包括中空筒状壁251，中空筒状壁251具有下端252及上端253，下端252被设置成邻近处理腔室主体112。

弹性密封O形环225设置在中空筒状壁251的上端253与高温盖体模块220的顶表面222之间。图2所示的O形环225与中空筒状壁251的内表面254接触。O形环225在外壳250的大气侧与内部区域216之间形成密封，所述内部区域216在外壳250与高温盖体模块220之间。

外壳250为柔性的，以允许高温盖体模块220在外壳250内移动。例如，当高温盖体模块220下方的压力低于大气压力时，模块将向下移动。外壳250允许一定程度的移动，同时保持外壳250的初始形状，以便在压力平衡时，高温盖体模块220返回至原始位置。高温盖体模块220的移动量可以不同。在一些实施方式中，高温盖体模块220从模块220的原始位置移动的距离可长达约1英寸。在一个或更多个实施方式中，高温盖体模块220可在以下范围内移动：约0.1英寸至约1英寸的范围内，或约0.15英寸至约0.5英寸的范围内，或约0.2英寸至约0.4英寸的范围内。

高温盖体模块220除相对于外壳250垂直移动外，高温盖体模块220也可由于加热而膨胀。如果高温盖体模块220处于高温下，并且外壳相对较冷，温差将导致高温盖体模块220相对于外壳250膨胀。在一些实施方式中，高温盖体模块220的膨胀引起高温盖体模块220的外边缘触碰或接触外壳250的内表面254。在一些实施方式中，加热后高温盖体模块220的膨胀并不在高温盖体模块220与外壳250之间形成额外的接触点。

图3表示外壳250的另一实施方式，在所述实施方式中，中空筒状壁251由若干部分组成。此处，中空筒状壁包括外中空筒状壁261及内中空筒状壁263。下环状部262与外中空筒状壁261及内中空筒状壁263接触。上环状部264连接至内中空筒状壁263。在一些实施方式中，弹性密封O形环225设置在上环状部264的下壁265与高温盖体模块220的顶表面222之间。

在图3所示的实施方式中，外中空筒状壁261、下环状部262、内中空筒状壁263及上环状部264是整体形成的。意思是，这些个部件是作为单件结构形成的。

图4表示处理腔室100的实施方式，处理腔室100包括腔室主体及腔室盖体200。腔室主体包括筒状腔室壁112，筒状腔室壁112具有顶表面114，顶表面114封闭处理区域117。处理区域117包括晶片支撑件145(如图所示的晶片支撑件145支撑晶片160)，和环绕晶圆支撑件145的处理衬里133。腔室盖体200包括高温盖体模块220，高温盖体模块220具有底表面221，所述底表面221设置为邻近处理衬里133的顶表面115。在位于处理衬里133的顶表面115与高温盖体模块220的底表面221之间有缝隙290。

图4的实施方式具有外壳250，其中下环状部262、内中空筒状壁263及上环状部264是整体形成的，而外中空筒状壁261为独立部件。本领域技术人员将理解，根据组成外壳250部分的数量或顺序，整体形成及独立部分有其它配置。例如，外筒状壁261、下环状部262及内筒状壁263可为整体形成，而上环状部264为独立的。在一些实施方式中，外壳250由一个不同的部件(例如，图2的圆顶形状)，或两个、三个、四个(例如图4)、五个、六个、七个、八个、九个或更多个不同的部分组成，任何数量的这些不同部分可整体形成。

如图4所示，在外中空筒状壁261为独立部件的情况下，O形环270设置在外中空筒状壁261的顶端271与下环状部262的下表面272之间。这个O形环270可使得外壳250的各部分能够分别弯曲，而不会破坏处理区域与大气之间的密封。

外壳250的厚度或外壳的各部分的厚度可以不同，以使弯曲更容易或更难。在一些实施方式中，如图4所示，外壳250的下环状部262比上环状部264更薄。因此，当高温盖体模块220向下移动时，外壳250围绕下环状部262弯曲。这表示下环状部262部分可弯曲，或通过O形环270到外筒状壁261的连接可移动或弯曲，或到内筒状壁的连接可移动或弯曲。

当处理区域117未处于减少的压力(decreased pressure)下时，在高温盖体模块220与处理衬里133之间有缝隙290。这允许将盖体置放于腔室之上，而没有在处理衬里133或高温盖体模块220底表面221产生刮擦或凹痕的风险。也就是说，当处理区域117处于大气压力下时，高温盖体模块220的底表面221不触碰处理衬里133的顶表面115。如图5所示，当处理区域117处于减小的压力下时，外壳250弯曲以允许高温盖体模块220在外壳250内移动，以接触处理衬里133的顶表面115。这时，缝隙290变得很小至不存在，以便高温盖体220与处理衬里133之间有直接接触，以增强处理腔室内的加热均匀性。

图6表示根据本发明的一个或更多个实施方式的部分外壳250的横截面透视图。在这里，外壳250为包括下环状部262、内中空筒状壁柱263及上环状部264的整体部件。图示的外连接区域273在下环状部262的外边缘周围。图示的外连接区域273具有多个孔295，通过所述孔295，外壳250可连接到腔室的顶部或连接到外筒状壁261的顶部。所述上环状部中也有多个孔296，所述孔296可用于将外壳连接到高温盖体模块220的顶表面。

虽然上述内容是针对本发明的实施方式，但是在不背离本发明的基本范围的情况下，可设计本发明的其它与进一步的实施方式，且本发明的范围由以下专利申请范围所界定。

Claims (19)

1.一种盖体组件，所述盖体组件包括：

高温盖体模块，所述高温盖体模块具有底表面及顶表面，所述底表面设置成邻近处理腔室的处理配件；

外壳，所述外壳在所述高温盖体模块周围，所述外壳包括中空筒状壁，所述中空筒状壁具有下端及上端，所述下端将设置成邻近处理腔室主体；以及

弹性密封O形环，所述弹性密封O形环设置在所述外壳的所述中空筒状壁的所述上端与所述高温盖体模块的所述顶表面之间，

其中，所述外壳为柔性的，以允许所述高温盖体模块在所述外壳内移动。

2.如权利要求1所述的盖体组件，其中所述外壳的所述中空筒状壁包括外中空筒状壁、内中空筒状壁、与所述外中空筒状壁及所述内中空筒状壁接触的下环状部，及连接至所述内中空筒状壁的上环状部。

3.如权利要求2所述的盖体组件，其中所述弹性密封O形环设置在所述上环状部的下壁与所述高温盖体的所述顶表面之间。

4.如权利要求2所述的盖体组件，其中所述外中空筒状壁、所述下环状部、所述内中空筒状壁及所述上环状部是整体形成的。

5.如权利要求4所述的盖体组件，其中所述下环状部比所述外中空筒状壁、所述内中空筒状壁及所述上环状部更薄。

6.如权利要求2所述的盖体组件，其中所述下环状部、所述内中空筒状壁及所述上环状部是整体形成的，而所述外中空筒状壁是独立的。

7.如权利要求6所述的盖体组件，进一步包括O形环，所述O形环设置在所述外中空筒状壁的顶端与所述下环状部的下表面之间。

8.如权利要求1所述的盖体组件，其中所述外壳具有足够的柔性，以允许所述高温盖体模块在所述外壳内的移动长达约1英寸。

9.如权利要求1所述的盖体组件，其中所述高温盖体模块包括喷头组件，所述喷头组件包括位于底表面上的多个孔。

10.一种处理腔室，所述处理腔室包括：

腔室主体，所述腔室主体包括具有顶表面的筒状腔室壁，所述筒状腔室壁封闭处理区域，所述处理区域包括晶片支撑件及围绕所述晶片支撑件的处理衬里；

腔室盖体，所述腔室盖体包括：

高温盖体模块，所述高温盖体模块具有底表面及顶表面，所述底表面设置成邻近所述处理衬里的顶表面，

外壳，所述外壳在所述高温盖体模块的周围，所述外壳包括中空筒状壁，所述中空筒状壁具有下端及上端，所述下端邻近所述筒状腔室壁的所述顶表面；及

弹性密封O形环，所述弹性密封O形环设置在所述外壳的所述中空筒状壁的所述上端与所述高温盖体模块的所述顶表面之间；以及

第一O形环，所述第一O形环设置在所述筒状腔室壁的所述顶表面与所述外壳的所述中空筒状壁的所述下端之间，

其中，当所述处理区域处于大气压力下时，所述高温盖体模块的所述底表面并不触碰所述处理衬里的所述顶表面，而当所述处理区域处于减小的压力下时，所述外壳弯曲以允许所述高温盖体模块在所述外壳内移动，以接触所述处理衬里的所述顶表面。

11.如权利要求10所述的处理腔室，其中所述外壳的所述中空筒状壁包括外中空筒状壁、内中空筒状壁、与所述外中空筒状壁及所述内中空筒状壁接触的下环状部，及连接至所述内中空筒状壁的上环状部。

12.如权利要求11所述的处理腔室，其中所述弹性密封O形环设置在所述上环状部的下壁与所述高温盖体的所述顶表面之间。

13.如权利要求11所述的处理腔室，其中所述外中空筒状壁、所述下环状部、所述内中空筒状壁及所述上环状部是整体形成的。

14.如权利要求13所述的处理腔室，其中所述下环状部比所述外中空筒状壁、所述内中空筒状壁及所述上环状部更薄。

15.如权利要求11所述的处理腔室，其中所述下环状部、所述内中空筒状壁及所述上环状部是整体形成的，而所述外中空筒状壁是独立的。

16.如权利要求15所述的处理腔室，进一步包括第二O形环，所述第二O形环设置在所述外中空筒状壁的顶端与所述下环状部的下表面之间。

17.如权利要求10所述的处理腔室，其中所述外壳具有足够的柔性，以允许所述高温盖体模块在所述外壳内的移动长达约1英寸。

18.如权利要求10所述的处理腔室，其中所述高温盖体模块包括喷头组件，所述喷头组件包括位于底表面上的多个孔。

19.如权利要求10所述的处理腔室，其中，当加热时，所述高温盖体模块的膨胀并不在所述高温盖体模块与所述外壳之间形成额外的接触点。