TWI517201B - 外側空氣遮斷容器及可減壓處理設備 - Google Patents
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Description
本申請案係依據並主張於2010年6月9日提出申請之日本專利申請案第2010-132329號之優先權，其全部內容合併於此以作為參考。
本發明係關於外側空氣遮斷容器及具有氣密密封機構之可減壓處理設備。
一般來說，可減壓處理設備(例如：電漿處理設備)具有一外側空氣遮斷容器，該外側空氣遮斷容器包含容納待處理基板或其類似物之製程腔室及架置在製程腔室上之遮蓋構件。可減壓處理設備在外側空氣遮斷容器被減壓的狀態下進行電漿處理等等。
一些可減壓處理設備具有氣密密封機構，該氣密密封機構配置在製程腔室與遮蓋構件之間，以氣密密封製程腔室與遮蓋構件。在此類氣密密封構件包含由合成樹脂所組成之O型環的情況中，合成樹脂在120℃或更高之高溫下，對水或雜質氣體(尤其是氧氣)具有滲透性。因此，在高溫下就不能維持設備之氣密度。
專利文獻1(WO2009/060756A1)揭示一可減壓處理設備，即使製程腔室被加熱至高溫，該可減壓處理設備仍具有維持氣密度之能力。
在專利文獻1中所揭示之電漿處理設備中，環狀O型環被成雙地設置在製程腔室與遮蓋構件之間的接觸表面上。惰性氣體(例如：氬氣、氮氣)被供給至兩個O型環之間的空隙。專利文獻1之O型環由合成樹脂(例如：氟橡膠)所組成。
如此，由合成樹脂所組成之O型環被成雙地設置為環狀形式，而惰性氣體被供給至內O型環與外O型環之間的空隙，以在製程腔室之內側與外側之間形成環狀惰性氣體層。因此，可避免氣體流出製程腔室及流入製程腔室。
此外，如果溫度到達150℃，由合成樹脂所組成之O型環會顯示出允許水、雜質氣體、或其類似物通過O型環的特性。然而，因為有如上述之雙環狀O型環，即使O型環有如此的滲透性，在O型環間之空隙所形成之惰性氣體層可作為密封構件。因此，就能維持製程腔室之氣密度。
專利文獻1也揭示在單個O型環之外側形成數個進氣口，以讓惰性氣體由那些進氣口流到製程腔室之外側之範例。如此，在製程腔室之內側與外側間會形成環狀惰性氣體層。因此，可避免氣體流入製程腔室及流出製程腔室。
本發明之目的係提供一外側空氣遮斷容器及可減壓處理設備，其不需增加O型環之數目就能在150℃至180℃之高溫範圍下維持充分的氣密度。
此外，本發明意圖解決當惰性氣體供給至單個O型環之外側時所造成的問題。
本發明係以本發明者之研究結果為基礎，該研究結果為在大氣下O型環之合成樹脂之熱分解發生之溫度會降低，以及在高溫度狀態下O型環之合成樹脂很可能因取決於O型環所接觸之物質之催化作用而熱分解。
根據本發明，藉由改善與O型環接觸之接觸表面和/或藉由避免將O型環暴露至高溫之大氣下，可提供避免O型環因熱分解而劣化之減壓處理設備。
具體來說，在大氣下熱分解發生之溫度下降，而在使用高溫之製程腔室中熱分解發生得更早。考慮這些事實，根據本發明之一實施例，提供一可減壓處理設備，在該可減壓處理設備中，惰性氣體供給至O型環之外側(O型環與外側空氣之間)，以避免O型環接觸到大氣。在這個情況下，可替換密封遮蓋設置在單個O型環(而非使用兩個O型環)之外側所配置之凸緣上。供給惰性氣體至O型環與密封遮蓋之間。有此結構，可以減少流出O型環外之惰性氣體的量。
此外，當在高溫狀態下使樹脂接觸到接觸表面時，藉由與接觸表面之催化作用，樹脂很可能會熱分解。考慮這個事實，根據本發明之另一實施例，提供一可減壓處理設備，在該可減壓處理設備中，於接觸到O型環之外側空氣遮斷容器之至少一牆面上形成氧化鋁層，以抑制催化作用。藉由透過使用非水溶劑而陽極處理腔室(由鋁合金所組成)之表面之氧化作用或透過含鋁之不鏽鋼之表面之熱氧化作用而選擇性形成氧化鋁之保護膜，來形成氧化鋁層。
再者，根據本發明之另一實施例，提供一外側空氣遮斷容器，在該外側空氣遮斷容器中，供給惰性氣體至單個O型環之外側(在單個O型環與外側空氣之間)，同時在配置於O型環之外側之凸緣上設置可替換密封遮蓋。
根據本發明，提供一外側空氣遮斷容器與一可減壓處理設備，該可減壓處理設備能避免因由合成樹脂組成之O型環(使用於高溫150℃至180℃)之熱分解而引起之氣密度之劣化，並能減少在O型環與外側氣體之間流動之惰性氣體之量。
參考圖1，根據本發明第一實施例之可減壓處理設備，舉例來說，由具有外側空氣遮斷容器10(如圖所示)之電漿處理設備所形成。圖示之外側空氣遮斷容器10具有其內界定有處理空間之製程腔室12、架置在製程腔室12上之遮蓋構件14、及用以氣密密封製程腔室12與遮蓋構件14之氣密密封機構部分16。圖示之製程腔室12具有圓柱型形狀。製程腔室12與遮蓋構件14由鋁或不鏽鋼所組成。
製程腔室12具有沿著其週邊向外延伸以形成腔室突出部分或凸緣部分12a之上端。遮蓋構件14具有從其側壁向外延伸以形成
遮蓋構件突出部分14a之下端。
在圖示之製程腔室12之凸緣部份12a中形成進氣口以供給惰性氣體(例如：氬或氮)。在凸緣部份12a中形成排氣口以排放惰性氣體。並且，氣體供給導管18和氣體排放導管19被個別地附接在進氣口與排氣口上。氣體供給導管18連接至惰性氣體源20。
單個O型環22順著凸緣部份12a之內緣被配置在製程腔室12之凸緣部份12a中之進氣口之內側。O型環22由合成樹脂(例如：全氟化橡膠)所組成。O型環22用來氣密密封製程腔室12與遮蓋構件14。因此，當遮蓋構件14架置在製程腔室12之上端時，凸緣部份12a與遮蓋構件突出部分14a會藉由O型環22而氣密密封。
因此，O型環構成氣密密封機構部分16之一部分，以氣密密封製程腔室12與遮蓋構件14。圖示之氣密密封機構部分16更包含密封遮蓋25，該密封遮蓋25沿著製程腔室12之凸緣部分12a之外周與遮蓋構件突出部分14a之外周而裝設。密封遮蓋25可以為捲帶之形式。
當密封遮蓋25被附接在凸緣部分12a之外周與遮蓋構件突出部分14a之外周以氣密密封製程腔室12與遮蓋構件14時，氣體通道被界定在O型環22與密封遮蓋25之間。由製程腔室12之凸緣部分12a、遮蓋構件14之遮蓋構件突出部分14a、O型環22、與密封遮蓋25所圍成之空間中形成圖示之氣體通道。圖示之氣密密封機構部分16由界定氣體通道之凸緣部分12a、遮蓋構件突出部分14a、O型環22、與密封遮蓋25所構成。
從圖2顯示之平面圖可更明顯看出，製程腔室12之凸緣部分12a被設置以圍繞內部處理空間S。O型環22被設置在靠近內部處理空間S之凸緣部分12a上。並且，密封遮蓋25被附接在製程腔室12凸緣部分12a之外周。惰性氣體(例如：氬或氮)從附接在氣體供給導管18上之進氣口供給至O型環22與密封遮蓋25之間之空間，並從連接至排氣口之氣體排放導管19排出。
具有此結構，供給惰性氣體於O型環22與外側氣體之間。所以，即使外側空氣遮斷容器10之內部處理空間S加熱到150℃至180℃，O型環22也不會暴露至大氣中。因此，可避免O型環22之特性之劣化。
設置數個進氣口與排氣口。
同時，根據本發明者之研究，已發現當O型環22由合成樹脂(例如：全氟化橡膠)所組成並暴露至大氣中時，O型環22之熱分解特性之變化取決於與O型環22接觸之接觸表面之物質。舉例來說，如專利文獻1所揭示，假定製程腔室12與遮蓋構件14由鋁所組成，及假定O型環22由合成樹脂所組成，並使O型環22接觸鋁。即使使用A5052之鋁(具有極好的耐腐蝕性)，O型環22仍會於約130℃之溫度時發生熱分解。因此，如果外側空氣遮斷容器10之溫度變成150℃或更高，O型環22之特性會劣化。
並且，已發現當製程腔室12與遮蓋構件14由不鏽鋼(例如：SUS316L)所組成時，O型環22在大氣下熱分解之溫度會更低。
將參考圖3(以放大方式顯示部分之圖1)說明根據本發明之第二實施例之外側空氣遮斷容器。圖3中，製程腔室12之凸緣部分12a與遮蓋構件14之遮蓋構件突出部分14a由高純鋁(S2M)所組成。氧化鋁層121和141至少設置在與O型環22接觸之凸緣部分12a與遮蓋構件14之遮蓋構件突出部分14a之表面區域中。
如此，因為氧化鋁層設置在凸緣部分12a與遮蓋構件突出部分14a(由鋁所組成)上，在大氣下(1%H2O/20%O2/Ar)發生熱分解之溫度會增加至150℃或更高。因此，即使O型環22被加熱至高溫，仍可避免因熱分解引起之O型環22之劣化。
使用非水溶劑之陽極處理製程可用來在由鋁所組成之凸緣部分12a與遮蓋構件突出部分14a之表面上形成氧化鋁層121與141。陽極處理製程(使用非水溶劑)可以使用JP-A-2008-179884中所揭示之方法。鋁合金(加入1%之Ce)可以用來形成凸緣部分12a與遮蓋構件突出部分14a，且藉由陽極處理鋁合金之表面可以形成氧化鋁層121與141。以此方式產生之氧化鋁層帶有如上所述之相同優點。具體來說，藉由在鋁或鋁合金之表面上形成氧化鋁層121與141，及使O型環22接觸氧化鋁層121與141，O型環22之熱分解溫度會增加至150℃或更高。
此外，發現當使O型環22接觸由不鏽鋼(SUS)所組成之製程腔室12與遮蓋構件14時，在大氣下由合成樹脂所組成之O型環22之分解溫度為130℃或更低。在這個情況下，藉由至少在製程腔室12及遮蓋構件14與O型環22接觸之部分上形成氧化鋁層121與141，可以使O型環22之熱分解溫度增加至150℃或更高。
為了在不鏽鋼之表面上形成氧化鋁層，藉由含鋁之不鏽鋼之表面上之熱氧化作用可以形成氧化鋁之保護膜。舉例來說，含鋁之不鏽鋼之熱氧化作用可以使用JP-A-2004-262133所揭示之方法以形成氧化鋁層。具體來說，可在僅鋁會氧化的氧化環境中將不鏽鋼(除了鋁之外尚包含鐵、鉻、與鎳)氧化，因此而形成氧化鋁之鈍化層。具有氧濃度500ppb至100ppm與水濃度200ppb至50ppm之環境為較佳之僅鋁會氧化之氧化環境。使用氧化混合氣體(氧化氣體中包含氫)為較佳的。在這個情況下，在溫度範圍從700℃至1200℃執行氧化作用30分鐘至3小時，以形成氧化鋁層121與141。
根據本發明者之研究，已發現當O型環22具有較高之壓縮率(%)時，O型環22之熱分解溫度會降低。現在，下文將參考圖4A與4B來說明計算壓縮率(%)之方法。當具有直徑D之O型環22(如圖4A所顯示)被壓縮且擠壓(如圖4B所顯示)，藉由下式來計算壓縮率(%)：
壓縮率(%)=(P/D) x 100
其中P為擠壓之量。
如果壓縮率(%)以此方式量測為超過30%，由合成樹脂所組成之O型環22趨向在溫度低於150℃下熱分解。因此，使用具有壓縮率約10%至約30%之O型環22為較佳的。
10‧‧‧外側空氣遮斷容器
12‧‧‧製程腔室
12a‧‧‧凸緣部分
14‧‧‧遮蓋構件
14a‧‧‧遮蓋構件突出部分
16‧‧‧氣密密封機構部分
18‧‧‧氣體供給導管
19‧‧‧氣體排放導管
20‧‧‧惰性氣體源
22‧‧‧O型環
25‧‧‧密封遮蓋
S‧‧‧內部處理空間
121、141‧‧‧氧化鋁層
D‧‧‧O型環直徑
P‧‧‧擠壓之量
圖1係橫剖面圖，概略地顯示根據本發明第一實施例之可減壓處理設備。
圖2係平面圖，顯示自可減壓處理設備(圖1所示)移除遮蓋構件之狀態。
圖3係放大部分視圖，顯示根據本發明第二實施例之可減壓處理設備。
圖4A係簡圖，說明O型環之可壓縮性。
圖4B係簡圖，說明O型環之可壓縮性。
10．．．外側空氣遮斷容器
12．．．製程腔室
12a．．．凸緣部分
14．．．遮蓋構件
14a．．．遮蓋構件突出部分
16．．．氣密密封機構部分
18．．．氣體供給導管
19．．．氣體排放導管
20．．．惰性氣體源
22．．．O型環
25．．．密封遮蓋
S．．．內部處理空間
Claims (11)
- 一種外側空氣遮斷容器，包含：一腔室，具有從該腔室之一空間向外延伸的一凸緣部分；一遮蓋構件，架置在該腔室上並具有從該遮蓋構件向外延伸的一遮蓋構件突出部分；及一氣密密封機構部分，以氣密密封該腔室與該遮蓋構件，該氣密密封機構部分具有：一氣體通道，界定在該腔室之該凸緣部分與該遮蓋構件之該遮蓋構件突出部分之間；及一密封部分，以密封該氣體通道，該密封部分包含：一O型環，位於該凸緣部分與該遮蓋構件突出部分之間之氣體通道內側上的該空間附近；以及一可替換的密封遮蓋，設置在該O型環與外側空氣之間，並沿著該腔室之該凸緣部分的一外周以及該遮蓋構件突出部分的一外周所安裝以用於氣密密封該氣體通道。
- 如申請專利範圍第1項之外側空氣遮斷容器，其中該O型環由樹脂所組成。
- 如申請專利範圍第2項之外側空氣遮斷容器，更包含：至少一進氣口，以供給惰性氣體至位在該O型環與該密封遮蓋之間之該氣體通道；及至少一排氣口，以從位在該O型環與該密封遮蓋之間之該氣體通道排放該惰性氣體。
- 如申請專利範圍第2項之外側空氣遮斷容器，更包含：多個進氣口，以供給惰性氣體至位在該O型環與該密封遮蓋之間之該氣體通道；及多個排氣口，以從位在該O型環與該密封遮蓋之間之該氣體通道排放該惰性氣體。
- 如申請專利範圍第1項之外側空氣遮斷容器，其中該O型環係以10%到30%之壓縮率被壓縮。
- 一種可減壓處理設備，包含：一製程腔室，其中界定有一處理空間；一遮蓋構件，架置在該製程腔室上；及一氣密密封機構部分，以氣密密封該製程腔室與該遮蓋構件，該氣密密封機構部分具有：一氣體通道，界定在該製程腔室與該遮蓋構件之間；一O型環，由合成樹脂所組成，用來密封該氣體通道；及其中該氣體通道包括與O型環接觸的至少一部份，且該至少一部分係由形成在該氣體通道之一金屬表面上的一氧化鋁層所形成。
- 如申請專利範圍第6項之可減壓處理設備，其中該氧化鋁層包含一陽極處理膜，其係藉由使用非水溶劑來陽極處理由鋁合金所組成之該製程腔室之表面而產生。
- 如申請專利範圍第6項之可減壓處理設備，其中該氧化鋁層包含在含鋁之不鏽鋼之表面上所形成之氧化鋁之保護膜。
- 如申請專利範圍第6項之可減壓處理設備，其中該O型環由全氟化橡膠之合成樹脂所組成。
- 如申請專利範圍第6項之可減壓處理設備，其中該氣密密封機構部分具有設置在該O型環與外側空氣之間之一密封遮蓋。如申請專利範圍第6項之可減壓處理設備，其中該O型環係以10%到30%之壓縮率被壓縮。
- 如申請專利範圍第6項之可減壓處理設備，其中該O型環係以10%到30%之壓縮率被壓縮。
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