JP4689398B2 - チャンバ用ドアの為に浮動シールを与える方法および装置 - Google Patents

Description

発明の内容

本発明は、"Methods And Apparatus For Providing A Floating Seal For Chamber Doors"と題する、２００４年８月２日に出願された、米国特許仮出願第６０／５９８，０３９号から優先権を主張し、あらゆる目的の為に、その全てが参考の為に本願に組み込まれている。

本願は、また、"Methods And Apparatus For Sealing A Chamber"と題する、２００５年８月２日に出願された米国特許第１１／１４５，０１８号から優先権を主張し、その一部継続出願であり、この出願は、それ自体、２００４年７月１２日に出願された米国特許仮出願第６０／５８７，１１４号と、２００４年６月２日に出願された米国特許仮出願第６０／５７６，９０６号の両方に対し、優先権を主張し、これらの全ては、あらゆる目的の為に、参考の為に本願に組み込まれている。

発明の分野

本発明は、一般的にフラットパネルディスプレイ及び／又は電子デバイス製造チャンバおよびそのようなチャンバのドアを密封する方法および装置に関する。

発明の背景

数多くの電子デバイス製造処理において、真空処理チャンバは、様々な化学的または物理的処理を行う為に広く使用されている。たとえば、真空処理チャンバは、化学気相堆積または物理的気相堆積のような堆積処理、フォトレジスト材料またはスピンオンガラス材料の為のスピンコーティング処理のような被覆処理、様々な他の製造処理に広く使用されている。さらに、異物粒子からの汚染を防ぐため、移送チャンバも同様に真空状態で作動される。従来のチャンバは、ドア開口部の周りのチャンバ壁で密封面に接触するドアにおいて、Ｏリング又は同様の密封要素に依存するドアを使用して密封される。漏れを防止する為に、ドアは、閉じられるときにはいずれも、信頼性良く密封しなければならない。そのため、チャンバのドアを信頼性良く密封する方法および装置が望まれる。

発明の概要

一つの態様において、本発明は、チャンバのチャンバ壁から密封面を隔離すること、密封面とチャンバ壁間のチャンバを密封することを含む。

他の態様において、本発明は、たわみ傾向にあるチャンバ壁区域、密封面を与える固定区域、チャンバ壁区域と固定区域に取り付けられたフレキシブルなベローズを含む装置を提供する。

追加の態様において、本発明は、開口部を有するチャンバ壁、開口部を密封する為に配置されたドア、開口部に隣接しチャンバ壁から隔離された密封面、密封面およびチャンバ壁間のシールを含むチャンバを含むシステムを提供する。

また、他の態様において、本発明は、第１フランジ部分、第２フランジ部分、第１フランジ部分および第２フランジ部分に取り付けられたフレキシブルな部分を含むフレキシブルなベローズを含む交換可能な部品を提供する。

本発明の他の特徴および態様は、例示的な実施形態、添付された請求項、添付された図面の、以下の詳細な記述から十分に明らかになるであろう。

詳細な説明

本発明は、チャンバを密封する為の、改善された方法および装置（例えば、処理チャンバ、移送チャンバ、ロードロックなど）と、気密シールを必要とする他の装置を提供する。固定された浮動式密封面を提供することにより、本発明は、ドア密封要素に対し密封面が移動することを防止する。これにより、ドア密封要素の摩損、摩耗が避けられ、汚染粒子の発生を防止する。そのため、機械的に隔離された密封面（例えば、チャンバ開口部を囲む密封面）を備えることにより、本発明は、たとえチャンバ壁が著しいたわみを受けても、チャンバ用ドアが閉鎖されるときに一貫した密封を達成できることが確実にする。様々な実施形態において、密封面はチャンバ壁に対し「浮動」するので、チャンバ壁が真空圧の変化により、あるいは、熱膨張／収縮によりチャンバ壁がたわむとき、変位を受けない。そのため、本発明の方法および装置は、密封面がドア密封要素に対し滑ることを防止し、粒子の発生を防止し、密封要素の摩損、摩耗を防止し、適切な密封性を確実にする手段を提供する。

本発明の発明者は、チャンバとそれを囲む雰囲気（例えば、隣接したチャンバ及び／又はチャンバ外部の大気圧）との間のチャンバ圧と温度差から生じるチャンバ壁のたわみにより、Ｏリング又は同様の密封要素自体が良好な密封を一貫して形成しないことに気付いた。発明者が更に気付いたことは、チャンバ壁が圧力下で、更に／又は、熱膨張により、従来のチャンバ用ドアにおけるシールとして使用された密封要素が、密封面を移動することから摩損（abrasion）を受けることである。この摩損により、汚染粒子の発生、密封要素の摩耗、最終的な貧弱な密封性が生じる。チャンバが異なる処理を繰り返し、密封要素が摩耗から更に劣化するにつれて、この問題は時間を超えて増大する。問題は、頻繁に「ポンプダウン」（減圧）やベント（再加圧）を必要とするロードロックのようなチャンバでは特に深刻である。

さらに、大型の「重ねられた」チャンバ（例えば、二重、三重ロードロック）のような、共通壁を共有する複数チャンバを用いるツール設計において、異なるチャンバは、同時に異なる圧力下にあり、チャンバ壁のたわみは、一つのチャンバから他のチャンバへと累積的になる。この状況は、ドア密封要素に関し密封面の著しい変位を生じさせる可能性がある。

本発明の幾つかの実施形態において、密封面は、フレキシブルなベローズにより支持可能であり、フレキシブルなベローズは、チャンバ壁がたわむとき、密封面をドア密封要素に対して固定されたままになる。フレキシブルなベローズは、また、チャンバ壁および密封面間の間隙も密封可能である。幾つかの実施形態において、ベローズは、密封面とフレキシブルなシートまたはプレートの両方に取り付けられた成型されたゴム製ベローズを含む。フレキシブルなシートは、たわみが最小であるチャンバ壁、あるいは、チャンバ壁がたわむときに変位を受けないチャンバ内部（または外部）の堅い支持部材に装着可能である。

代替え又は追加の実施形態において、チャンバ壁と密封面との間の間隙の大きさは、チャンバのたわみの、起こり得る最大量を収容するように選択されてもよい。例えば、アプライドマテリアルズ社により製造されたＡＫＴ−５ＫＡ型移送チャンバにおいて、ドア開口部の中央でチャンバのたわみ量は、およそ４ｍｍであり、本発明によると、そのようなたわみを収容する為の間隙は、およそ８ｍｍである。同様に、ベローズの大きさと弾性は、チャンバのたわみの、起こり得る最大量を収容するように選択可能である。

幾つかの実施形態において、チャンバ開口部（例えば、ドア開口部）の上方および下方の密封面だけがチャンバ壁のたわみから隔離可能である。そのような浮動式シールの実施形態において、チャンバ用ドアの開口部の側部で密封面のたわみは、重要ではないかもしれない。図１Ａは、横断面図、図１Ｂは一部斜視図であり、各々は、本発明に従う浮動式シール装置の例示的な実施形態を示す。チャンバ用ドア１０２は、チャンバ本体１０８から間隙１０６により分離された固定密封面１０４に接触することに留意されたい。また、その間隙１０６は、フレキシブルなベローズ１１０により密封される点に留意されたい。

図１Ａ及び図１Ｂに例示された特別な実施例に係る浮動式シール装置１００を参照すると、幾つかの実施形態において、本発明の個々の特徴およびコンポーネントは、示されているように互いに調和されてもよい。幾つかの実施形態において、特徴およびコンポーネントは、図示されたものとは異なり、かなり異なって調和されてもよい。例えば、前述したＡＫＴ−２５ＫＡ型移送用チャンバにおいて、チャンバ用ドアの開口部１１２の高さ（Ｈ）は、およそ１２７ｍｍ、チャンバ用ドアの開口部１１２の幅（Ｗ）（及び／又はたわみの間隙１０６）は、およそ１５２４ｍｍでもよい。そのような装置１００、少なくとも本発明の一実施形態において、チャンバ本体１０８と密封面１０４との間の間隙１０６の大きさ（Ｇ）は、およそ８ｍｍ、チャンバ用ドアの開口部１１２と間隙１０６との間の距離（Ｄ）は、およそ２５ｍｍでもよい。ドア１０２付近のチャンバ本体１０８の厚み（Ｔ）は、およそ５０ｍｍであり、更にチャンバ内への厚み（例えば、寸法Ｕ）は、およそ１１３ｍｍでもよい。

２つの間隙１０６の累積的な大きさ（例えば、寸法Ｇの２倍）は、２つの間隙１０６は共に、チャンバ本体／壁１０８のたわみの可能性の最大量を共同で収容し得るように選択可能である。

図２を開くと、本発明に従う浮動式シール装置１００の前述された実施形態の、より詳細な切断された斜視図が提供されている。ポンプおよびベント中、フレキシブルなシート／プレート２０２に付けられた密封面１０４は、たとえ、チャンバ壁１０８がたわむとき、ドア密封要素２０４に対し固定されたままである。そのため、本発明は、密封要素の摩損、汚染粒子の発生を防止又は減少させる。

図３を開くと、前述された実施形態１００の上部の、より詳細を示し、（上部に密封面１０４が取り付けられる）フレキシブルなシート／プレート２０２とチャンバ本体１０８との間の間隙１０６を密封する為に使用可能な成型されたゴム製ベローズ１１０の一例を例示する一部斜視図であって、分解され、切断されたものが提供されている。図示された実施例において、取付用フレーム３０４は、ベローズ１１０の一つのフランジ縁部３０６をチャンバ本体１０８にクランプする（さもなければ留める）為に使用され、密封面１０４は、ベローズ１１０の他のフランジ縁部３０８をフレキシブルなシート／プレート３０２にクランプする（さもなければ留める）為に使用される。ＡＫＴ−２５ＫＡ移送用チャンバの、前述された例示の実施形態で使用されたとき、フレキシブルなベローズ１１０のフレキシブルな部分３１０（例えば、ベローズ１１０をチャンバ１０８及び密封面１０４にクランプする為にフランジ部分３０６，３０８を含まない部分）は、チャンバ本体１０８と密封面１０４／フレキシブルなシート／プレート３０２の間の間隙１０６内部で堅く適合するように寸法付けされてもよいので、（ベローズ１１０の長さを走行する接触ビード（図示せず）を含み）およそ９ｍｍ高くてもよい。

幾つかの実施形態において、ベローズ１１０は、フルオロカーボン（ＦＫＭ）ゴム化合物のような、どんな適した材料から作られてもよい。代替え的に、幾つかの実施形態において、ブチル（ＩＩＲ）のような他の化合物、エチレンプロピレン（ＥＰＤＭ）、フルオロシリコーン（ＦＶＭＱ）、ヒドリン（ＣＯ／ＥＣＯ）、ネオプレン（ＣＲ）、ニトリル（ＮＢＲ）、シリコーン（ＶＭＱ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、又は、同等物が使用可能である。ゴム化合物から作られたベローズは、密封面（及び／又はフレキシブルなシート／プレート）及びチャンバ壁との間の間隙を密封する、比較的に低コストで、低いメンテナンスで、交換容易で、製造が簡単な手段を提供する。

幾つかの実施形態において、フレキシブルなベローズは、薄い、フレキシブルなコンボリューションのシートメタルを使用して実施されてもよい。例えばステンレス鋼のような、どのような適切な金属も使用可能である。薄くて折り重ねられた金属から形成されたフレキシブルなベローズは、ゴム化合物より、一層、耐久性があり、信頼性があるので、処理チャンバと移送用チャンバ間のシールのようなメンテナンスが困難な用途またはアクセスできない場所での使用に適しているかもしれない。ゴム化合物製ベローズを用いる前述した実施形態のように、フレキシブルな金属製ベローズは、密封面を移動させることなく、チャンバ壁のたわみを吸収する。

金属製ベローズ４００を使用する本発明の一例の実施形態は、図４に示されている。図４は切断された斜視図であり、密封面１０４が、チャンバ外部の堅い構造物４０２に取り付けられ固定された部分を維持すること、同時に、フレキシブルな区域４０４が、チャンバ壁１０８に取り付けられており、壁１０８がたわむときにたわむことを例示する。金属製ベローズ４００は、固定された密封面１０４とフレキシブルな区域４０４との間に配置されており、密封面１０４とフレキシブルな区域４０４との間のスリット又は間隙１０６にフレキシブルなシールを創設する。幾つかの実施形態において、スリット／間隙の大きさは、起こり得るチャンバ壁のたわみの予想される最大量を収容するように選択可能である。

図５を開くと、正当なフレキシブルなベローズ４００、固定された密封面区域１０４、フレキシブルな区域４０４の斜視断面図が示されている。図５の画像は、図４の描写から９０度回転されていることに留意されたい。また、ベローズ４００を例示する為に区域１０４，４０４の一部だけが描写されている点に留意されたい。幾つかの実施形態において、完全なフレキシブルな浮動式シールは、全体のチャンバ開口部１１２（図４）を形作ってもよい。

図６Ａから図６Ｄを開くと、フレキシブルな金属製ベローズ４００の実施例の一例の構成の詳細が描写されている。図６Ａは、図４のチャンバ開口部１１２の斜視図である。図６Ｂは、図６Ａの、囲まれた部分６０４の詳細図である。図６Ｃは、図６Ａの、囲まれた部分６０４における線Ｃ−Ｃに沿って切断された横断面図である。図６Ｄは、フレキシブルなベローズ４００の一部の分解斜視図である。

図６Ａを特に参照すると、描写された実施形態の一例は、チャンバ開口部１１２の上方および下方の密封面１０４がチャンバ壁１０８から隔離されているが、側部６０２が隔離されていないことに留意されたい。前に表示されるように、幾つかの実施形態において、チャンバドア開口部１１２の一方の側部６０２は、本質的なものでなくてもよい。図６Ｂ、図６Ｄに示されるように、単体のフレキシブルな金属製ベローズ４００を形成する為に、コーナーブロック６０６又は錐状体が、薄く折り重ねられたシート金属（例えば、ステンレス鋼）６０８の両端部に取り付けられても（例えば、溶接されても）よい。そのような単体フレキシブルな金属製ベローズ４００の一例は、およそ１５５０ｍｍの長さ、８ｍｍの高さ、１２ｍｍの深さがあり、０．１５ｍｍの厚みのステンレス鋼から形成されてもよい。ベローズ４００の縁部６１０は、その後、図６Ｃに示されるように、チャンバ壁１０８と密封面１０４に溶接されてもよい。図６Ｃに示されるように、幾つかの実施形態において、溝６１２はチャンバ壁１０８及び密封面１０４内で、たわみ用間隙１０４の一方の側部に沿ってフライス削りされ、フレキシブルな金属製ベローズ４００を溶接する為に適した厚みの縁部６１４、６１６を提供してもよいことに留意されたい。例えば、幾つかの実施形態において、溝６１２は、およそ４ｍｍの深さ、２ｍｍの幅であってもよい。

また、ゴム化合物製ベローズと同様に、フレキシブルな金属製ベローズ４００の大きさ及び弾性は、チャンバのたわみの予想される最大量を収容するように選択されてもよい。

本発明は、幾つかの説明された実施形態に関し、幾つかの長さで、幾つかの特殊事情を伴って説明されたが、そのような特殊事情または実施形態または特殊事情の実施形態に限定されることを意図するものではなく、従来技術の観点から、添付された請求項には最大の可能な解釈を与えるものであり、有効に本発明の意図された範囲を包含する。

図１Ａは、本発明の幾つかの実施形態に従う、フレキシブルなベローズを使用する浮動シールの一実施例を備えたチャンバ開口部の横断面図である。 図１Ｂは、図１Ａのチャンバ開口部の斜視図である。 本発明の幾つかの実施形態に従う、成型されたゴム製ベローズを使用する浮動シールの一実施例の切断された斜視図である。 図３は、本発明の幾つかの実施形態に従う、浮動シールの一部の一実施例の切断された分解図である。 本発明の幾つかの実施形態に従う、フレキシブルな金属製ベローズを使用する浮動シールの一実施例の横断面斜視図である。 図５は、本発明の幾つかの実施形態に従う、浮動シールの一部の一実施例の切断された斜視図である。 図６Ａは、図４のチャンバ開口部の斜視図である。 図６Ｂは、図６Ａの、囲まれた部分の詳細図である。 図６Ｃは、図６Ａの、囲まれた部分において、線Ｃ−Ｃに沿って切断された横断面図である。 図６Ｄは、本発明の幾つかの実施形態に従う、フレキシブルなベローズの一部の分解斜視図である。

符号の説明

１００…浮動式シール装置、１０２…チャンバ用ドア、１０４…固定された密封面、１０６…間隙、１０８…チャンバ本体、チャンバ壁、１１０…フレキシブルなベローズ、１１２…開口部、２０２…フレキシブルなシート／プレート、２０４…ドア密封要素、３０６…フランジ縁部、３０８…フランジ縁部、３１０…フレキシブルな部分、４００…金属製ベローズ、４０４…フレキシブルな区域、６０２…側部、６０４…、６０６…コーナーブロック、６０８…薄く折り畳まれた金属シート、６１０…縁部、６１２…溝、６１４…縁部、６１６…縁部

Claims (25)

1. チャンバのチャンバドア開口部の密封面を隔離するための方法であって、
   前記チャンバドア開口部に隣接するチャンバ壁内に、チャンバドア開口部の上方に第１水平間隙を形成する工程と、チャンバドア開口部の下方に第２水平間隙を形成する工程とを含み、第１水平間隙及び第２水平間隙は、チャンバ壁のたわみの最大予想量を収容し、チャンバドア開口部の幅に跨るのに十分な大きさで間隙を形成することによって、チャンバ壁のたわみからチャンバドア開口部を隔離するステップと；
   前記チャンバ壁内の前記間隙を密封するステップと；
   を備える、方法。
2. 前記間隙を形成することは、チャンバ壁のたわみの最大予想量を収容するのに十分な大きさの間隙を形成することを含む、請求項１記載の方法。
3. 前記間隙を形成することは、チャンバドア開口部の主要寸法に沿って跨るように間隙を形成することを含む、請求項２記載の方法。
4. 前記チャンバドア開口部を隔離するステップは、チャンバドア開口部の周りで密封面を隔離する工程を含む、請求項１記載の方法。
5. 前記チャンバドア開口部の周りで密封面を隔離する工程は、前記チャンバドア開口部に隣接した前記チャンバ壁内に複数の間隙を形成することを含む、請求項４記載の方法。
6. 前記複数の間隙を形成することは、前記チャンバドア開口部の上方に第１水平間隙を形成する工程と、前記チャンバドア開口部の下方に第２水平間隙を形成する工程とを含み、
   前記第１水平間隙及び第２水平間隙は、チャンバ壁のたわみの最大予想量を収容し、前記チャンバドア開口部の幅に跨るのに十分な大きさで形成される、請求項５記載の方法。
7. 前記間隙を密封するステップは、前記密封面と前記チャンバ壁との間の前記複数の間隙を密封する為にフレキシブルなベローズを使用する工程を含む、請求項６記載の方法。
8. 前記間隙を密封するステップは、前記密封面と前記チャンバ壁との間でチャンバを密封する為にベローズを使用する工程を含む、請求項１記載の方法。
9. 前記ベローズを使用する工程は、成型された化合物から構成されたベローズを使用することを含む、請求項８記載の方法。
10. 前記ベローズを使用する工程は、フレキシブルな金属製ベローズを使用することを含む、請求項９記載の方法。
11. 前記フレキシブルな金属製ベローズを使用することは、前記チャンバ壁の予想たわみの方向でフレキシブルな金属製ベローズを使用することを含む、請求項１０記載の方法。
12. たわみを受けるチャンバ壁区域を含む真空処理チャンバと；
    前記真空処理チャンバのチャンバドア開口部の密封面を与える固定区域と；
    前記チャンバ壁区域と前記固定区域に取り付けられ、前記チャンバ壁区域および前記固定区域間の間隙を密封するフレキシブルなベローズと；
    を備え、
    前記間隙は、チャンバドア開口部に隣接するチャンバ壁内に、チャンバドア開口部の上方に配置された第１水平間隙と、チャンバドア開口部の下方に配置された第２水平間隙とを含み、第１水平間隙及び第２水平間隙は、チャンバ壁のたわみの最大予想量を収容し、チャンバドア開口部の幅に跨るのに十分な大きさで間隙が形成され、各々が開口部の幅を跨る固定区域間に配置された間隙である、装置。
13. 前記フレキシブルなベローズは、成型された化合物である、請求項１２記載の装置。
14. 前記フレキシブルなベローズは、単体金属製コンボルーションである、請求項１２記載の装置。
15. 開口部を有するチャンバ壁を含む真空処理チャンバと；
    前記開口部を密封する為に配置されたドアと；
    前記開口部に隣接し、前記チャンバ壁から隔離された密封面と；
    前記密封面と前記チャンバ壁との間のシールと；
    を備え、
    前記密封面は、前記密封面と前記チャンバ壁との間の前記チャンバ壁内の間隙により前記チャンバ壁から隔離されており、
    前記間隙は、チャンバドア開口部に隣接するチャンバ壁内に、チャンバドア開口部の上方に配置された第１水平間隙と、チャンバドア開口部の下方に配置された第２水平間隙とを含み、第１水平間隙及び第２水平間隙は、チャンバ壁のたわみの最大予想量を収容し、チャンバドア開口部の幅に跨るのに十分な大きさで間隙が形成され、各々が開口部の幅を跨る間隙である、システム。
16. 前記間隙は、チャンバ壁のたわみの最大予測量を収容するのに十分な大きさである、請求項１５記載のシステム。
17. 前記間隙は、前記開口部の主要寸法に沿って跨る、請求項１６記載のシステム。
18. 前記密封面は、前記開口部の周りに伸びている、請求項１５記載のシステム。
19. 前記開口部の周りの前記密封面は、前記開口部に隣接した前記チャンバ壁内の少なくとも２つの間隙により隔離されている、請求項１８記載のシステム。
20. 前記間隙は、前記開口部の上方に配置された第１水平間隙と、前記開口部の下方に配置された第２水平間隙とを含み、
    前記第１水平間隙と第２水平間隙は、チャンバ壁のたわみの最大予想量を共同で収容するのに十分な大きさであり、各々が、前記開口部の幅を跨る、請求項１９記載のシステム。
21. 前記シールは、前記第１水平間隙を密封する第１フレキシブルベローズと、前記第２水平間隙を密封する第２フレキシブルベローズと、を含む、請求項２０記載のシステム。
22. 前記シールは、前記密封面と前記チャンバ壁との間でチャンバを密封するように適合されたフレキシブルベローズを含む、請求項１５記載のシステム。
23. 前記ベローズは、成型された化合物から構成されている、請求項２２記載のシステム。
24. 前記ベローズは、フレキシブルな金属製ベローズを含む、請求項２３記載のシステム。
25. 前記フレキシブルな金属製ベローズは、前記チャンバ壁の予想されたたわみ方向においてフレキシブルである、請求項２４記載のシステム。

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