TWI440787B - 具有薄的非金屬薄膜間隙控制緩衝器之接合狹縫閥密封件 - Google Patents

Description

具有薄的非金屬薄膜間隙控制緩衝器之接合狹縫閥密封件

本發明係大致關於用於閥的密封件總成，更特別言之係關於狹縫閥門密封件總成，其在形成半導體產業中用於晶片製造之真空設備之室之間的一密封件具有特殊用途。

本申請案主張2007年8月15日申請之美國臨時申請案第60/955,891號、2007年8月14日申請之美國臨時申請案第60/955,672號、與2008年2月18日申請之美國臨時申請案第61/029,436號之權利，該等案件均在此以引用的方式併入本文中。

用於在晶圓上製造積體電路的真空系統係通常已知的。一真空加工系統可典型地具有一集中的真空室，稱為傳遞室，其可係一主機架的一部分，用於將晶圓從一加工室或加載互鎖真空室(load lock chamber)傳遞至下一個。一真空加工系統也可典型地具有某種子系統，諸如微環境，用於將晶圓提供至加載互鎖真空室或其他箱室中，及用於將它們收回以發送其等至用於加工的下一系統。此傳遞室加上該等周邊室與集結區域有時可被稱為一組合設備工具。

在兩個真空室之間，諸如該傳遞室及該等加工室之一者之間係一狹縫閥。該狹縫閥包含一用於在該兩個真空室之間提供物理通路之細長的矩形開口。例如，當該狹縫閥被打開時，在該傳遞室內的一自動裝置可從一真空室中取出一晶圓及使用一長、薄的葉片將其插入至另一真空室內以支持該晶圓。

在該晶圓已被插入至一真空室內之後，該狹縫閥例如可藉由一致動器被一狹縫閥門關閉密封。該狹縫閥門通常為該狹縫閥形成一氣密密封件以使在該兩室之間的壓力差將不會通過該狹縫閥而引起漏氣。一金屬嵌件可被放置在該狹縫閥開口內以為該狹縫閥門形成一較好的氣密座。

狹縫閥門係典型地由金屬組成。於一狹縫閥門與該金屬嵌件之間的金屬與金屬接觸可提供一非常好的密封效果，但金屬與金屬接觸可創造微觀粒子，其係從該金屬上擦掉且進入到該等真空室之該原本相對乾淨的環境中。此類粒子可能落於該等室中的晶圓上，從而將晶圓污染。此類污染在晶圓的加工中係不合需要的。

為了減少來自該狹縫閥之粒子的污染，一O型環已被典型地置於該狹縫閥門內的一凹槽處。因此，金屬與金屬接觸被避免，所以沒有粒子因此而產生，且該O型環可在許多應用中提供一用於該狹縫閥的良好密封效果。

然而，因為在該O型環與該狹縫閥之間的密封不是靜止的，而是不斷被打開與閉合而在該O型環上有來自該狹縫閥嵌件的摩擦與磨蝕，通常仍可能從該O型環處產生一些粒子。

美國專利案第6,089,543號揭示了一個兩件式的狹縫閥門，其包括一安裝在一安裝構件上的密封板。實際上接觸該狹縫閥的該密封板具有一就地模製的密封件，該密封件用於在該門與該閥之間達成接觸及防止金屬與金屬接觸。該密封件可具有一拋物線外形且可被膠著地接合在該密封板中的一凹槽內。

當利用一彈性密封件時，另一見解係控制該門與室之間的間隙之大小以消除該門與狹縫閥之動態的金屬與金屬磨損及/或該密封件的過度壓縮。控制此間隙的大小也可保護該密封件不會過度曝露至可能存在於該室內的強烈化學製品。典型地，控制該間隙大小已涉及到該門的冗長調整及/或該致動器的校準。

傳統的狹縫閥門利用一彈性密封件，諸如硫化的碳氟化合物密封件或一全氟化O型環，典型地依靠該狹縫閥氣動致動器的潔淨乾燥空氣(CDA)壓力設定以控制該門與閥之間的間隙之大小及，因而，控制該密封件壓縮。該O型環或硫化密封件經過該狹縫閥門之動態循環引發的疲勞可引起彈性體的塑性變形，該變形導致該狹縫閥門與該狹縫閥(及/或嵌件)之間不一致的間隙。不一致的間隙可導致密封件過度壓縮，該狹縫閥門與該狹縫閥之間的金屬與金屬接觸，該密封件對於腐蝕性處理氣體之高曝露程度，及該密封件的過早退化。

本發明提供一薄膜間隔物用於保持一狹縫閥門與一狹縫閥的一密封表面之間的一間隙，諸如一金屬嵌件。該薄膜間隔物例如可藉由限制一密封件在一晶圓加工室中對於腐蝕性氣體的直接曝露及藉由控制該密封件的壓縮百分比而延長該密封件的使用壽命。該間隔物可被置於該狹縫閥之一外部周圍側上而遠離可能存在於該室內的任何腐蝕性氣體。

因此，一狹縫閥門或狹縫閥包括一密封面及在該密封面上的一薄膜間隔物，用於保持該密封面與一相應密封表面之間的一最小間隙。在該密封面上的一密封件可被提供用於抵住該相應密封表面密封。該間隔物可被置於該密封件外部一周圍側上以使該間隔物將不會被曝露於該室內的腐蝕性氣體及，因此通常不會因該腐蝕性氣體而受加速退化的影響。藉由保持該門與該狹縫閥之間的一最小間隙，該間隔物為該密封件的一致性壓縮做準備及，因此，也可防止該密封件的過度壓縮與可能的過早磨損。利用該間隔物在該門與室之間達成之該減少的最小間隙導致該密封件對於該室內腐蝕性氣體之減少的直接曝露，因此密封件使用壽命可被延長。

更特別言之，該密封件與間隔物可被形成為一整塊，且該密封件及/或間隔物可係連續沿著該密封面。該間隔物可由一從彈性體類與聚合體類組成之群中選出的材料形成，且該間隔物可係一噴塗塗層或可接合至該密封表面。該密封表面可係平面或多面的。

依據另一態樣，一狹縫閥總成包括一具有一閥開口與圍繞該閥開口的一密封表面之狹縫閥，及一在打開與閉合位置間可動以分別允許與阻斷通過該狹縫閥之該閥開口之流動的狹縫閥門。該狹縫閥門具有用於抵住該狹縫閥之該密封表面密封的一密封面。當該門處於一閉合位置時，一薄膜間隔物被提供於該狹縫閥門之該密封面及該狹縫閥之該密封表面至少一者之上，用於保持該密封面與該密封表面之間一最小間隙。

該狹縫閥門可進一步包含在該密封面上的一密封件，用於抵住該狹縫閥之該密封表面而密封。該間隔物可被置於該密封件外部一包圍側上，且該密封件與間隔物可被形成為一整塊。該密封件及/或間隔物可連續沿著該密封面。該間隔物可由一從彈性體類與聚合體類組成之群中選出的材料形成，且該間隔物可係一噴塗塗層，或可接合至該密封表面。該密封表面可係平面或可係多面的。

依據另一態樣，一狹縫閥門包括一多面的密封面，及安放在該密封面內一凹槽中的一密封件，用於抵住一狹縫閥之一對向的多面型密封面而密封。該密封件在其中有一部分從該凹槽處突出超過該密封面的該表面以形成一密封緣。該密封件也可在其中包含一從該凹槽處突出超過該狹縫閥門之該密封面的第二部分，當該門被安裝在一狹縫閥總成中且處於一閉合位置時，該第二部分被隔開遠離該密封緣且被配置以限制該密封緣對於該腐蝕性氣體之直接曝露。該密封件通常可在三側被該閥門圍繞。一薄膜間隔物可被提供用來保持一狹縫閥之該狹縫閥門與一相應密封表面之間的一最小間隙。

上述及本發明之其他特徵將參照圖式更特別地被描述在該下列詳細說明中。

現在詳細參考該等圖式且從圖1開始，一範例的先前技術真空加工系統整體被標示為10。該系統10包括一連串附著在一中央真空傳遞室12上的真空室14。一對加載互鎖真空室16提供一通路至一微環境18。吊艙裝載器20被顯示附著於該微環境18上。此系統係一組合設備工具的一實例。

該等真空室14可在一氣密密封件處被連接至該傳遞室12，其允許晶圓在該等室12、14與16之間通過而不會在該等室中失去真空效果。該等吊艙裝載器20被附著於該微環境18上且可由一人或一自動化的機械裝入晶圓盒(晶圓支架)，該自動化機械係覆蓋了該真空加工系統10的生產車間或建築物之全自動化生產系統的一部分。一自動裝置(未顯示)在該微環境18中可從該等吊艙裝載器20處將該等晶圓或盒子移動至該加載互鎖真空室16及再次返回。一自動裝置(未顯示)連同用於在傳遞室12中移動晶圓的一支臂與一葉片可從該等加載互鎖真空室16之一處將該等晶圓移動至該加工室14及回到該加載互鎖真空室16之一。

該等真空室14可係數種加工室的任一者，諸如一化學氣相沈積(CVD)室、一物理氣相沈積(PVD)室、一蝕刻室等等，用於在一晶圓上執行一連串加工中一些種類的加工以在晶圓上製造積體電路。

圖2中該傳遞室12被顯示為其蓋子移開以使該傳遞室12的內部係可見的。具有開口24的若干個狹縫閥可被看見，同樣可看見狹縫閥嵌件28、30、32與34。圓形開口36用一支臂支撑一自動裝置用於在該傳遞室12內移動晶圓，但該自動裝置係未顯示於此圖中，所以該傳遞室12的其他細節可被看見。開口38提供讓一致動氣缸操作一狹縫閥門的通路，該狹縫閥門的面部被示於圖3中。該致動氣缸與該狹縫閥門未顯示以使該傳遞室12中的其他特徵可被看見。一狹縫閥門與致動氣缸的一實例被顯示及描述於美國專利案第5,226,632號中，其在此以引用的方式併入本文中。

圖3顯示該狹縫閥門40的該前端面板。在密封板42的前端面部48上係一就地模製的密封件50，用於與一狹縫閥嵌件28、30、32、34或一於其上形成的支座部分接觸。該就地模製的密封件50被模製至一圍繞前端面部48外圍形成的凹槽58中。該密封件可被硫化至該密封板42。因此，在密封板42的該製造中，該密封件50可被永久地附著在該密封板42上。該密封件50可被膠著地接合至凹槽58的金屬表面。

此類型狹縫閥門40可在垂直於一平面的一方向上被作動，該平面係該狹縫閥門前端面部48藉由一突出於開口38外的致動氣缸而被保持所在平面。該密封件50可匹配嵌件28之內部部分的傾斜面54。該致動氣缸突出於開口38外推動狹縫閥門40向上抵住狹縫閥嵌件28以使該就地模製密封件50嚙合於表面54在開口56周圍製造一氣密密封效果。因此，當狹縫閥開口24藉由狹縫閥門40閉合時，該傳遞室12或該加工室14中的壓力可按所需變化而不會在該兩個室之間泄漏。

現在參考圖4與5，一狹縫閥門整體被指定為參考數字64。該狹縫閥門64包含一環形密封件72，其較佳地被模製至一該門的該前端面部中之環形凹槽74內。該就地模製的密封件72可具有一底部輪廓匹配該凹槽74輪廓。如所示，該凹槽74可具有底端幾乎直立或垂直於前端面部70之向上彎曲邊緣或側面。該凹槽表面可具有一適當的粗糙程度以提高該密封材料與該凹槽之間的黏著力。

該密封件72可由任何適當的材料構成，其較佳地在該密封件經歷之動態裝載作業下產生即使有也不很多的粒子，諸如多種適合晶圓加工之要求的碳氟化合物及全氟彈性體。適當的密封材料在此項技術中係已知的。該密封件72可另外或替代地藉由使用一適當的黏合劑被接合至該門64。

轉向圖6，其係沿著圖4中平面62的一截面圖，一狹縫閥總成60被圖解包含一範例狹縫閥門64，其依據本發明具有一薄膜間隔物或緩衝器98。該薄膜間隔物98被置於該狹縫閥門64的該密封表面70與一狹縫閥81的一密封表面80之間用於保持其間一間隙82。該薄膜間隔物98防止該等密封表面70與80互相接觸，及促使在密封表面之間保持最小的距離而不需要為此目的精確地校準該致動器及/或調整該狹縫閥門64。因此，該致動器通常可被配置以施加一足够壓縮該密封件72一所需數量而不需要顧慮可能過度壓縮該密封件72的力。

該間隔物98也允許一遠小於原本通常可能達到之間隙的間隙82。應瞭解，一較小的間隙限制了密封件72對於該室中該腐蝕性氣體流之直接曝露，這可延長該密封件72的使用壽命。

該薄膜間隔物98可被置於該密封件72的任一邊或兩邊上。在該圖解的實施例中，該間隔物98係在該密封件72的該外部環境非加工側，相對著該內室加工側。此位置使得由於該室的該腐蝕性氣體的曝露造成之間隔物材料退化減小到最少。該間隔物98可或可不被附著在該狹縫閥門64上，但通常其將被穩固地固定於該狹縫閥門，以減少機械摩蝕的粒子產生於該間隔物98下。另一選擇，該間隔物98可被膠著地黏合、塗布或噴塗，或化學地接合至該狹縫閥門64。

應瞭解該密封件72可具有示於圖6中的該橫截面形狀。但該密封件72將常態地被壓縮於該狹縫閥81之相對的/配對的密封表面80與該門64之該前端面部70之間。因此，該結構將不同於示意描繪於圖6中的。例如，該密封件可受到如描述於美國專利案第6,089,543號中的壓縮，其在此以引用的方式併入本文中。

該間隔物98的尺寸(例如寬度與厚度)可被設計以從差壓力與最壞情況的CDA壓力設定接收最大量的外加負荷。在如此最大量的外加負荷中，該間隔物98可被設計以幾乎不產生撓曲，考允許在該門64與該狹縫閥81之間有一致的密封件壓縮及間隙控制，與遍歷衆多動態循環與高溫軟化的該間隔物材料之疲勞强度及熱穩定性無關。

在該壓縮的密封狀態下，當今的狹縫閥門密封件典型地產生一大約.015"或更大的間隙82。該薄膜間隔物98可被用以將該間隙減小到比.015"小的若干數量級。此類間隙大小通常是其他類型的間隔物諸如墊塊不可能達成的。該較小的間隙82限制有可能在晶圓加工循環中腐蝕該密封件72的腐蝕性氣體體積，這如上所述可導致密封件72使用壽命的增加。進一步地，因為該間隔物98通常減少或消除該密封件可被壓縮的程度，因過度壓縮而造成的密封件退化也可被減少或消除。

轉向圖7與圖8，另一範例狹縫閥總成60依據本發明被圖解包含一狹縫閥門64。該狹縫閥總成60與顯示及描述於圖6中的該狹縫閥總成類似。因此，該狹縫閥門64可在一垂直於一平面的方向上被作動，該平面係該狹縫閥門的前端面部48被一致動氣缸支持所在平面，該門64抵住該狹縫閥81(或嵌件)的一傾斜密封面而密封。間隔物98以先前所描述的方式保持該狹縫閥門64與該狹縫閥81之間的間隙82。

現在轉向圖9-12，另一範例狹縫閥總成60被圖解。該狹縫閥總成60包含一狹縫閥門64，其具有用於抵住該狹縫閥81之一相應密封面80而密封的一多面型密封面102。該多面型密封面102包含模製入一環形凹槽74中的一密封件72。

該密封件72與上文顯示與描述的該等密封件類似。但在此實施例中，提供最清楚示於圖12中的鄰近於該密封件72之附加彈性材料106，用於當該閥閉合時阻斷該密封件72對於該室內之腐蝕性化學品的曝露。該密封件72與隔絕材料106可被形成為如圖解的單一塊。該隔絕彈性材料106通常在該門64之密封面80上方延伸，且被提供在該密封件72之周圍側與室側上，但也可只被提供在該密封件72的一側面上，諸如該室側面。

該彈性材料106在該室側面上通常會受到由於曝露於該室的該腐蝕性氣體而退化的影響。但應暸解，因為該彈性材料106通常在關於執行密封功能方面係無作用的，任何此類退化通常將不會影響該狹縫閥門64完全密封的能力。因此，藉由在該室中阻斷該密封件72對於化學品的曝露，該隔絕彈性材料106可延長該密封件72的使用壽命。

此外，一間隔物諸如上文所顯示及描述的間隔物98可被提供在該多面型密封面102上鄰近該密封件72。雖然在此實施例中未顯示，但該間隔物將以一類似的方式運轉以保持該等密封表面70與80之間的一最小間隙82。

需理解的係，雖然該間隔物98已被顯示及描述為附著至該狹縫閥門64，但其亦可被提供於該狹縫閥密封表面(例如，嵌件)上而不脫離本發明之範圍。進一步地，本發明之態樣係可被應用至任何種類的狹縫閥，以及想要保持配對密封表面之間的一最小間隙的其他狹縫閥。

進一步地，在上述說明中使用的術語"周圍側"大體上涉及該密封件對向於任何腐蝕性氣體之側面(例如，"加工面")。因此，該周圍側可為朝向大氣開放，或可被曝露至另一室，其含有至少比在該密封件之對向面上的氣體較不具腐蝕性之氣體。在一些應用中，可能不存在該密封件的一周圍側。這可能是例如該密封件的兩邊均具有腐蝕性氣體的情況。

雖然本發明已經顯示與描述關於某一較佳實施例或一些實施例，顯然，熟悉此項技術的其他人依據對本說明書及附加圖式的閱讀與理解，將作出等效的更換與修改。特別係關於由上述元件(組件、總成、裝置、組合物，等等)執行的各樣功能，用以描述此類元件的術語(包含有關一"構件"的敘述)除非另有陳述否則係欲等同於執行所述元件之指定功能(即功能等效)的任何元件，即使在結構上並不等效於在本發明之範例實施例或一些實施例中執行該功能的發明揭示結構。此外，儘管本發明之一特殊特徵可能已關於只有一個或更多個前述的實施例中，此特徵可因任何給定或特定應用之需求或利益而與一個或更多個其他實施例的其他特徵相結合。

10．．．真空加工系統

12．．．傳遞室

14．．．真空室

16．．．加載互鎖真空室

18．．．微環境

20．．．吊艙裝載器

24．．．開口

28．．．狹縫閥嵌件

30．．．狹縫閥嵌件

32．．．狹縫閥嵌件

34．．．狹縫閥嵌件

36．．．圓形開口

38．．．開口

40．．．狹縫閥門

42．．．密封板

48．．．前端面部

50．．．就地模製的密封件

54．．．傾斜面

56．．．開口

58．．．凹槽

60．．．狹縫閥總成

62．．．平面

64．．．狹縫閥門

70．．．前端面部

72．．．環形密封件

74．．．環形凹槽

80．．．密封表面

81．．．狹縫閥

82．．．間隙

98．．．薄膜間隔物或緩衝器

102．．．多面型密封面

106．．．彈性材料

圖1係包含一傳遞室與一蓋的一先前技術真空系統之一俯視示意圖；

圖2係一開著蓋子的傳遞室之一透視圖；

圖3係一密封板之面的一平面圖；

圖4係一狹縫閥門的一透視圖；

圖5係一圖4的該狹縫閥門之剖面透視面；

圖6係一狹縫閥總成之一部分的一放大橫截面圖，包含一具有一依據本發明之間隔物的範例狹縫閥門，其顯示於與該狹縫閥之一配對密封表面成閉合關係中；

圖7係另一範例狹縫閥總成之橫截面圖，包含具有一依據本發明的間隔物之一狹縫閥門；

圖8係圖7的一放大部分；

圖9係依據本發明的另一範例狹縫閥門之一透視圖；

圖10係圖9之該狹縫閥門的一正視圖；

圖11係在另一範例狹縫閥中，沿著圖10中的線A-A取得，圖9與圖10的該狹縫閥之一橫截面圖；

圖12係圖11的一放大部分。

60．．．狹縫閥總成

64．．．狹縫閥門

70．．．前端面部

72．．．環形密封件

74．．．環形凹槽

80．．．密封表面

81．．．狹縫閥

82．．．間隙

98．．．薄膜間隔物或緩衝器

Claims (16)

1. 一種狹縫閥門或狹縫閥，包括：一密封面；一在該密封面上之密封件，用於密封一相應密封表面；及一在該密封面上用於保持該密封面與一相應密封表面之間的一最小間隙的薄膜間隔物，其中該間隔物位在相對於該狹縫閥門或狹縫閥之中心之密封件朝外之周圍上，其中該薄膜間隔物具有一軸垂直於該密封面而延伸的中央軸，並具有一橫截面長度及一橫截面寬度，其各由位於各別橫向面的間隔物的材料的各自的連續程度範圍所形成、且各沿一平行於該密封面的方向延伸且彼此垂直，該等各別橫向面呈相交、平行於該中央軸且彼此垂直，該薄膜間隔物更具有一大致垂直於長度及寬度而延伸的厚度，該厚度相較於長度及寬度二者為薄。
2. 如請求項1之狹縫閥門或狹縫閥，其中該密封件與間隔物被形成為一整塊。
3. 如請求項1之狹縫閥門或狹縫閥，其中該密封件係沿著該密封面延續。
4. 如請求項1之狹縫閥門或狹縫閥，其中該間隔物係沿著該密封面延續。
5. 如請求項1之狹縫閥門或狹縫閥，其中該間隔物係由從彈性體類與聚合體類組成之群中選出的一材料形成。
6. 如請求項1之狹縫閥門或狹縫閥，其中該間隔物係一噴塗塗層。
7. 如請求項1之狹縫閥門或狹縫閥，其中該間隔物被接合至該密封表面。
8. 如請求項1之狹縫閥門或狹縫閥，其中該密封表面係一多面型密封表面。
9. 一種狹縫閥總成，包括：具有一閥開口與一圍繞該閥開口之密封表面的一狹縫閥；在打開與閉合位置間可動以分別允許與阻斷通過該狹縫閥之該閥開口之流動的一狹縫閥門，該狹縫閥門具有一密封面；在該密封面或密封表面至少之一上之一密封件，用以抵住該密封面或密封表面之另一者而密封；及位於該狹縫閥門之該密封面及該狹縫閥之該密封表面至少一者上且位在相對於該狹縫閥門或狹縫閥之中心之密封件朝外之周圍上的一薄膜間隔物，當該門處於一閉合位置時，用於保持該密封面與該密封表面之間一最小間隙，其中該薄膜間隔物具有一軸垂直於該密封面而延伸的中央軸，並具有一橫截面長度及一橫截面寬度，其各由位於各別橫向面的間隔物的材料的各自的連續程度範圍所形成、且各沿一平行於該密封面的方向延伸且彼此垂直，該等各別橫向面呈相交、平行於該中央軸且彼此垂 直，該薄膜間隔物更具有一大致垂直於長度及寬度而延伸的厚度，該厚度相較於長度及寬度二者為薄。
10. 如請求項9之狹縫閥總成，其中該密封件與該間隔物被形成為一整塊。
11. 如請求項9之狹縫閥總成，其中該密封件係沿著該密封面延續。
12. 如請求項9之狹縫閥總成，其中該間隔物係沿著該密封面延續。
13. 如請求項9之狹縫閥總成，其中該間隔物係由從彈性體類與聚合體類組成之群中選出的一材料形成。
14. 如請求項9之狹縫閥總成，其中該間隔物係一噴塗塗層。
15. 如請求項9之狹縫閥總成，其中該間隔物被接合至該密封表面。
16. 如請求項9之狹縫閥總成，其中該密封面係多面型密封面。