TWI706494B - 用於載運低溫流體的旋轉管套節及工件處理系統 - Google Patents

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羅伯特 米歇爾
羅傑 Ｂ 費許
沙杜 Ｓ 佩特爾
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美商瓦里安半導體設備公司
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Abstract

本發明公開一種包括經加熱鐵磁流體密封件的旋轉管套 節。具體而言，公開一種用於載運低溫流體的旋轉管套節及一種工件處理系統。旋轉管套節包括內旋轉軸件、中間旋轉軸件及外旋轉軸件。內旋轉軸件是中空以允許低溫流體在一個方向上流動。內旋轉軸件與中間軸件間隔開以形成低溫流體返回的通道。中間旋轉軸件與外旋轉軸件通過間隙分隔開以減小熱導率。如此一來，外旋轉軸件的溫度高於低溫流體的溫度。經加熱鐵磁流體密封件設置在外旋轉軸件與殼體之間。

Description

用於載運低溫流體的旋轉管套節及工件處理系 統
本發明的實施例涉及鐵磁流體密封旋轉管套節，且更具體來說涉及用於將低溫流體提供到製程室的鐵磁流體密封旋轉管套節。
在一些工件處理系統中，將工件設置在可旋轉的台板上。此台板還可包括與電源進行通信的電元件，例如電極。另外，此台板還可具有流體管道以允許流體穿過以將台板加熱或冷卻。這些流體管道與外部流體源及外部流體匯流槽連通。由於台板旋轉，因此通常使用旋轉管套節來將台板結合到外部組件。所述管套節提供電連接以及流體入口及流體出口。在一些實施例中，電連接可以是集成型的，而在其他實施例中，可採用單獨的電旋轉管套節。此外，通常，旋轉管套節的一端設置在維持在極低壓力下的製程室中，而另一端設置在大氣條件下。
工件可以是半導體晶圓，其在被設置在台板上時經受一 種或多種製程。這些製程可包括蝕刻、沉積及離子布植。
在一些特定實施例中，將台板冷卻到低冷的溫度以加強正在對工件執行的製程。可通過使低冷的流體穿過台板中的流體管道來實現此目的。然而，傳統旋轉管套節中所使用的密封件通常無法在低溫下密封。舉例來說，密封件由於溫度改變而收縮、密封件由於低的溫度或由於其他原因而變脆弱或柔性降低皆可導致洩漏。因此，可達到的最低工件溫度可基於旋轉管套節繼續恰當發揮作用的能力。在使用低溫的其他實施例中，可使用靜止管道來替換旋轉管套節，以使得台板不能旋轉。
因此，如果存在可耐受這些極低的溫度而不會出故障的旋轉管套節將是有益的。此旋轉管套節將使得使用旋轉台板來對工件執行低溫處理成為可能。
公開一種包括經加熱鐵磁流體密封件的旋轉管套節。所述旋轉管套節包括內旋轉軸件、中間旋轉軸件及外旋轉軸件。所述內旋轉軸件是中空的以允許低溫流體在一個方向上流動。所述內旋轉軸件與中間軸件間隔開以形成低溫流體返回的通道。中間旋轉軸件與外旋轉軸件通過間隙分隔開以減小熱導率。如此一來，外旋轉軸件的溫度高於低溫流體的溫度。經加熱鐵磁流體密封件設置在所述外旋轉軸件與殼體之間。可使用電阻加熱器、經加熱氣體或經加熱流體來加熱鐵磁流體密封件。
根據一個實施例，公開一種用於載運低溫流體的旋轉管套節。所述旋轉管套節包括：中空的內旋轉軸件；中間旋轉軸件，環繞所述中空的內旋轉軸件，其中通道形成在所述中空的內旋轉軸件與所述中間旋轉軸件之間的空間中；外旋轉軸件，環繞所述中間旋轉軸件，且與所述中間旋轉軸件通過間隙分隔開；殼體，環繞所述外旋轉軸件；鐵磁流體密封件，設置在所述外旋轉軸件與所述殼體之間；以及加熱器，靠近所述殼體以使鐵磁流體密封件變熱。在某些實施例中，所述旋轉管套節在所述中間旋轉軸件與所述外旋轉軸件之間包括靜態密封件。在一些實施例中，所述靜態密封件密閉地密封所述中間旋轉軸件及所述外旋轉軸件。在某些實施例中，所述靜態密封件包括陶瓷圈，所述陶瓷圈銅焊到所述外旋轉軸件及所述中間旋轉軸件。在其他實施例中，所述靜態密封件包括波紋管。在某些實施例中，加熱器包括電阻元件。在其他實施例中，加熱通道設置在所述殼體內且其中經加熱流體穿過所述加熱通道，其中所述加熱通道及所述經加熱流體包括所述加熱器。在一些實施例中，所述旋轉管套節設置在維持在近乎真空條件下的隔離箱中，且所述間隙維持在近乎真空條件下。
根據另一實施例，公開一種工件處理系統。所述系統包括：製程室，維持在近乎真空條件下；旋轉台板，位於所述製程室內，工件設置在所述台板上；旋轉軸件總成，具有用於低溫流體的上部中空內軸件及返回路徑，其中所述上部中空內軸件及所述返回路徑與所述旋轉台板中的管道連通；隔離箱，具有入口及 出口且維持在近乎真空條件下；旋轉管套節，設置在所述隔離箱內，所述旋轉管套節包括將低溫流體輸送到所述旋轉台板的下部中空內軸件以及與所述下部中空內軸件間隔開的下部中間軸件，所述下部中空內軸件與所述下部中間軸件之間界定與所述返回路徑連通的通道；基座，設置在所述隔離箱中，具有與所述入口及所述下部中空內軸件連通的入口管道以及與所述出口及所述通道連通的出口管道；以及經加熱鐵磁流體密封件，隔離所述出口管道與所述隔離箱內的近乎真空條件。在某些實施例中，所述旋轉管套節還包括下部外軸件，所述下部外軸件與所述下部中間軸件通過間隙間隔開，其中所述間隙在靠近所述基座處被密閉地密封以使得將所述間隙維持在近乎真空條件下。在某些其他實施例中，所述旋轉管套節還包括環繞所述下部外軸件的下部殼體，其中所述下部殼體是靜止的，且經加熱鐵磁流體密封件設置在所述下部外軸件與所述下部殼體之間。在一些實施例中，電阻加熱器設置成靠近所述下部殼體。在某些實施例中，加熱通道設置在所述下部殼體中，經加熱流體通過所述加熱通道。在某些實施例中，所述上部中空內軸件與所述下部中空內軸件包括一個軸件。
根據另一實施例，公開一種用於載運低溫流體的旋轉管套節。所述旋轉管套節包括：中空的內旋轉軸件；中間旋轉軸件，環繞所述中空的內旋轉軸件，其中通道形成在所述中空的內旋轉軸件與所述中間旋轉軸件之間的空間中，其中所述通道終止在腔中；外旋轉軸件，環繞所述中間旋轉軸件，且與所述中間旋轉軸 件通過間隙分隔開；靜態密封件，密閉地密封所述間隙以使所述間隙與所述腔隔絕；殼體，環繞所述外旋轉軸件；鐵磁流體密封件，設置在所述外旋轉軸件與所述殼體之間以密封所述腔；加熱器，靠近所述殼體以使所述鐵磁流體密封件變熱；基座，具有與所述中空的內旋轉軸件連通的入口管道以及與所述腔連通的出口管道。在某些實施例中，絕緣體設置成抵靠所述中間旋轉軸件的底表面、所述外旋轉軸件的底表面及所述殼體的底表面，且設置在所述殼體與所述基座之間。在一些實施例中，所述靜態密封件包括陶瓷圈，所述陶瓷圈銅焊到所述外旋轉軸件及所述中間旋轉軸件。在其他實施例中，所述靜態密封件包括波紋管。
100:製程室
101:壁
102:埠
110:台板
111:工件
112:軸線
113:管道
130:同步帶
135:電動機
140:電集流器總成
150:隔離箱
151:入口
152:出口
153:入口管道
154:出口管道
155:殼體
157:真空泵
160:上部內軸件
165、215:通道
167:旋轉軸件總成
170:上部中間軸件
175、225:間隙
178:動態密封件
179、185:靜態密封件
180:上部外軸件
181、280:支撐件
182:上部鐵磁流體密封件
183、184、260:軸承
186:內軸件
187、530:鐵磁流體
190:上部殼體
200、300:旋轉管套節
210:下部中空內軸件
220:下部中間軸件
221:凸緣
230:下部外軸件
240:下部殼體
250:基座
270:經加熱鐵磁流體密封件
290:陶瓷圈
295:絕緣體
296:腔
400:波紋管
500:磁體
510:磁極件
540:磁場
550、650:加熱器
551:電導線
560、700:控制器
570、730:溫度感測器
660:加熱通道
670:經加熱流體入口
680:經加熱流體出口
710:泵
720、740:流體加熱器
參考通過引用併入本文中的附圖以更好地理解本發明，且在附圖中：圖1是利用根據一個實施例的鐵磁流體低溫旋轉管套節的工件處理系統的視圖。
圖2示出設置在隔離箱中的旋轉管套節的第一實施例。
圖3示出設置在隔離箱中的旋轉管套節的第二實施例。
圖4示出根據一個實施例的經加熱鐵磁流體密封件的放大視圖。
圖5示出根據第二實施例的經加熱鐵磁流體密封件的放大視圖。
如上文所述，在某些系統中，期望在工件設置在旋轉台板上時在極低的溫度下處理所述工件。
圖1示出解決此問題的系統。所述系統包括製程室100，製程室100包括界定密封室的多個壁101，所述密封室維持在近乎真空條件下。在本發明中，用語「近乎真空條件」是指小於50毫托的壓力。在一些實施例中，離子源也可與製程室100連通。在其他實施例中，一個或多個元件可設置在離子源與製程室100之間。處理類型決定了配置。在一個特定實施例中，製程是物理氣相沉積(Physical Vapor Deposition，PVD)。在此實施例中，將氣體引入到製程室100中以在工件111上形成膜。在另一實施例中，可使工件111經受離子布植，其中射束線系統或等離子體源與製程室100連通。舉例來說，射束線離子布植系統可具有品質分析器、一個或多個加速/減速級以及設置在離子源與製程室100之間的准直儀。在另一實施例中，工件111可經受蝕刻製程。在蝕刻製程中，通常在工件111上方放置射頻(radio frequency，RF)能量源且可對台板110電加偏壓。因此，離子源或等離子體源相對於製程室100的位置並不僅限於本發明。
在這些實施例中，台板110可設置在製程室100中。工件111可設置在台板110上。台板110牢固地附接到上部內軸件160及上部中間軸件170。上部內軸件160是中空的。這使得台板 110能夠繞軸線112旋轉。上部外軸件180也可進入製程室100。上部內軸件160與上部中間軸件170通過通道165分隔開。上部外軸件180與上部中間軸件170通過間隙175分隔開。由於上部內軸件160、上部中間軸件170及上部外軸件180全部繞軸線112旋轉，因此這三個軸件的配置可稱為旋轉軸件總成167。這些三個軸件是同心的。支撐件181可接近上部外軸件180的上端而設置在上部外軸件180與上部中間軸件170之間。支撐件181可機械地支撐上部外軸件180且有助於維持間隙175。此外，支撐件181可以是隔熱的以使上部中間軸件170與上部外軸件180之間的熱量傳遞最小化。另外，支撐件181可具有開口，以使得間隙175是製程室100的氣體空間的一部分。如此一來，也可將間隙175維持在近乎真空條件下。
製程室100還可具有埠102，上部殼體190附接到所述埠102。使用上部鐵磁流體密封件182來在上部殼體190與上部外軸件180之間形成密封。上部鐵磁流體密封件182用於隔離製程室100內的環境與外部大氣。上部鐵磁流體密封件182包括由軸承183、軸承184支撐的內軸件186。上部鐵磁流體密封件182的內軸件186例如經由使用凸緣來支撐上部外軸件180。此外，當上部鐵磁流體密封件182的內軸件186與上部外軸件180一起旋轉時，靜態密封件185密封上部鐵磁流體密封件182的內軸件186與上部外軸件180之間的間隙。所示的成對靜態密封件185用於減少可能的洩漏。上部鐵磁流體密封件182中的鐵磁流體187設置在 軸承183與軸承184之間。可使用任何適合的構件使旋轉軸件總成167旋轉。舉例來說，可通過將旋轉軸件總成167連接到驅動同步帶(drive timing belt)130來使旋轉軸件總成167移動。驅動同步帶130可與電動機135進行通信。在其他實施例中，可直接驅動旋轉軸件總成167。舉例來說，也可使用電動機的磁場驅動旋轉軸件總成167及轉子的直接驅動。因此，用於使旋轉軸件總成167旋轉的機構並不僅限於本發明。旋轉軸件總成167上還可設置電集流器(electrical slip ring)總成140。電集流器總成140可包括使靜止物體與旋轉物體(例如，旋轉軸件總成167)之間進行電連接的一個或多個集流器。集流器的數目並不僅限於本發明。在其他實施例中，可不採用電集流器總成140，或者電集流器總成140可以是單獨的旋轉管套節。
旋轉軸件總成167終止在隔離箱150中。隔離箱150包括殼體155，殼體155具有用於低溫流體的入口151及出口152。所述低溫流體可以是氣體。上部內軸件160的中空中心與入口151流體連通，而通道165與出口152流體連通。
可使用靜態密封件179來隔離製程室100中的環境(亦即，間隙175)與隔離箱150中的環境。在某些實施例中，靜態密封件179還可用於將上部外軸件180貼附到上部中間軸件170。在其他實施例中，支撐件181用作絕緣體及機械支撐件兩者，而靜態密封件179僅用作密封裝置。使用動態密封件178來隔離隔離箱150內的環境與隔離箱150外部的大氣壓。這些動態密封件178 可以是彈簧加壓特氟龍(spring loaded Teflon)型密封件、O形圈或任何其他適合的密封裝置。在一些實施例中，可使隔離箱150的內部保持在次大氣壓下，例如保持在毫托範圍中。在某些實施例中，隔離箱150內的壓力可為50毫托或低於50毫托。可使用真空泵157來持續地泵抽隔離箱150的內部，以維持低至足以將熱量傳遞最小化的真空水準。真空泵157還移除通過旋轉管套節洩漏的任何氣體且不會進入製程室100。從隔離箱150移除空氣及其他氣體會顯著減小隔離箱150內的低冷組件結冰的可能性。
圖2中更詳細地示出隔離箱150及旋轉管套節200的剖面。旋轉管套節200用於為入口151及出口152提供固定連接，同時允許隔離箱150內的軸件旋轉。旋轉管套節200具有三個旋轉軸件：下部中空內軸件210、下部中間軸件220及下部外軸件230。這三個軸件是同心的。在一些實施例中，下部中空內軸件210與上部內軸件160可以是單件式元件。在某些實施例中，下部中間軸件220在接近其上端處包括凸緣221。此凸緣221允許將下部中間軸件220附接到上部中間軸件170。
本發明使用用語「上部」及「下部」來在設置在接近製程室100處的旋轉軸件總成與設置在接近隔離箱150處的旋轉軸件總成之間做出區分。然而，旋轉軸件總成未必如此定向。舉例來說，軸件可在水平方向上而非在垂直方向上對齊。因此，用語「上部」是指位置靠近製程室100的組件，而用語「下部」是指靠近隔離箱150的組件。
下部中空內軸件210與下部中間軸件220通過呈環形圓筒形式的通道215分隔開。通道215與通道165可進行流體連通且被密封在一起以形成單個通路。可選擇通道215及通道165的尺寸以使得由這些環形通道的大小界定的水力直徑(hydraulic diameter)大致等於下部中空內軸件210的內直徑的水力直徑。下部中空內軸件210及下部中間軸件220與基座250連通。此基座250容納分別與入口151及出口152連通的入口管道153及出口管道154。基座250靜止在隔離箱150內。在操作中，低溫流體流動穿過入口151並流動到基座250中的入口管道153中。此入口管道153與下部中空內軸件210連通。然後，低溫流體穿過上部內軸件160且穿過台板110中的管道113(如圖1中所示)，再穿過通道165、通道215返回。通道215與出口管道154及出口152連通。
下部中空內軸件210在基座250內旋轉。因此，這些元件之間可存在微小的間隙以允許此旋轉。可利用襯套(例如，塑膠襯套且更具體來說能夠耐受低溫的特氟龍型塑膠)來防止兩個元件之間發生磨損(galling)、損耗(wear)及摩擦。由於下部中空內軸件210與基座250之間存在小的間隙，因此可導致存在從入口管道153到出口管道154的洩漏路徑。因此，低溫流體可從入口管道153洩漏到出口管道154。此洩漏發生在旋轉管套節200內，因此其僅會影響到旋轉管套節200的功效。
下部中間軸件220在基座250的頂部處終止在腔296中， 腔296是由基座250、絕緣體295、及下部中空內軸件210的外表面界定。此腔296被經加熱鐵磁流體密封件270密封而與隔離箱150的真空環境隔絕。
由於低溫流體接觸下部中空內軸件210及下部中間軸件220兩者，因此這兩個元件將與低溫流體處於大致相同的溫度下。下部外軸件230環繞下部中間軸件220的至少一部分。此下部外軸件230與下部中間軸件220通過間隙225間隔開。在某些實施例中，下部外軸件230完全設置在隔離箱150內。在某些實施例中，此間隙225維持在近乎真空條件(例如，小於50毫托)下。支撐件280將下部外軸件230固持在適當位置處且還允許間隙225中的空氣與隔離箱150處於相同的壓力下。支撐件280可由絕緣材料製成，例如塑膠材料，包括特氟龍及聚醚醚酮(PEEK)；或陶瓷材料，包括氧化鋁。此間隙225減少了從下部外軸件230到下部中間軸件220的熱量傳遞。因此，下部外軸件230可處於比下部中間軸件220高的溫度下。在某些實施例中，間隙225可為約0.125英寸厚，但可使用其他尺寸。在某些實施例中，下部中間軸件220可處於-170℃下，而下部外軸件230處於大約0℃下。
這些旋轉軸件中的每一者可由不銹鋼或另一適合的材料構造而成。
靜止的下部殼體240環繞下部外軸件230的至少一部分。在某些實施例中，軸承260設置在下部殼體240與下部外軸件230之間且可用於促進下部外軸件230相對於下部殼體240旋 轉。
經加熱鐵磁流體密封件270形成在下部殼體240與下部外軸件230之間。經加熱鐵磁流體密封件270形成密封以將隔離箱150內存在的真空條件與腔296中的低溫流體分隔開。下文將更詳細地闡述經加熱鐵磁流體密封件270。
鐵磁流體及軸承較佳地在高於約-40℃的溫度下運作。低溫流體可維持-170℃的低溫度下。
靜態密封件將下部中間軸件220與下部外軸件230固持在一起。在圖2的實施例中，靜態密封件包括銅焊到兩個軸件的陶瓷圈290。陶瓷圈290具有低的熱導率且因此有助於維持下部中間軸件220與下部外軸件230之間的溫度差。陶瓷圈290還實現兩個旋轉軸件之間的密閉密封。所述密閉密封用於確保低溫流體不會滲透間隙225。在某些實施例中，如上文所述，支撐件280可設置在下部外軸件230的相對端處，以維持下部中間軸件220與下部外軸件230之間的對齊。在某些實施例中，此支撐件280不形成密封，以使得隔離箱150內的真空條件也存在於間隙225中。
可呈環形圈形式且具有兩個不同的高度的絕緣體295可設置成抵靠著旋轉管套節200的下端，以將下部外軸件230與流出的低溫流體隔熱。具體來說，絕緣體的較矮的內部分可設置成抵靠著下部中間軸件220的底表面及下部外軸件230的底表面。絕緣體295的較高的外部分可設置在下部殼體240與基座250之 間。由於絕緣體295的較高的外部分夾在基座250與下部殼體240之間，因此其是靜止的且不會隨旋轉管套節旋轉。
在操作中，返回的低溫流體流動到由下部中空內軸件210的外表面、基座250的頂表面及絕緣體295界定的腔296中。絕緣體295達成兩個目的： 1)熱隔離基座250與下部外軸件230；及 2)限制經由來自通道215的低溫流體到出口管道154、到下部外軸件230的對流所致的熱量傳遞。
圖3示出設置在隔離箱150中的旋轉管套節300的第二實施例。與圖2相同的元件被賦予相同的參考標示符。圖3的實施例與圖2的實施例不同之處在於下部中間軸件220貼附至下部外軸件230。在此實施例中，靜態密封件包括可由不銹鋼構造而成的波紋管400，波紋管400用於將下部中間軸件220貼附到下部外軸件230。波紋管400可以是極薄的不銹鋼腹板，例如介於約0.005到0.020英寸之間，其限制熱傳導但仍用作密閉氣體屏障。
因此，在圖2及圖3的實施例中，靜態密封件執行兩個功能。其一，其用於將下部中間軸件220與下部外軸件230之間的熱傳導最小化。其二，其用於在下部中間軸件220與下部外軸件230之間形成密閉密封以隔離間隙225與腔296中的低溫流體。
圖4示出圖2及圖3中所示的經加熱鐵磁流體密封件270的展開圖。磁體500可設置在下部殼體240中。磁體500可以是環形的以環繞下部外軸件230。一個或多個磁極件510可位於磁體 的兩側上。磁極件510用於在所期望的定向上引導磁場540。可操控磁場540以使其垂直於旋轉軸件的較長尺寸(亦即，垂直於旋轉軸線)。鐵磁流體530設置在下部殼體240與下部外軸件230之間的間隙中。由於存在磁場540，因此鐵磁流體530處於適當位置處且不受橫跨鐵磁流體530的壓差影響。
加熱器可設置在下部殼體240內或設置成靠近下部殼體240。
在一個實施例中，如圖4中所示，加熱器550可以是在電流穿過時產生熱量的電阻元件。所述電阻元件可設置在下部殼體240內，如圖4中所示；或可設置在下部殼體240之外，例如位於下部殼體240的外表面上。電導線551可穿過隔離箱150以電連接到電阻元件。在某些實施例中，控制器560控制加熱器550將電流經由電導線551提供到加熱器550。在某些實施例中，加熱器550可以是閉環系統的一部分，在所述閉環系統中控制器560從位置靠近鐵磁流體530的溫度感測器570接收溫度資訊。在另一實施例中，溫度感測器570可位於不同的位置中，以將可表示鐵磁流體530的溫度的溫度提供給控制器560。在另一實施例中，控制器560可利用基於時間或其他標準的演算法以使用開環控制來控制加熱器550。
在圖5中所示的另一實施例中，加熱器650可通過將一個或多個加熱通道660設置在下部殼體240中構造而成，經加熱流體(例如，液體或氣體)穿過所述一個或多個加熱通道660。在 此實施例中，經加熱流體入口670及經加熱流體出口680可設置在隔離箱150中以允許經加熱流體源及經加熱流體匯流槽穿行到隔離箱150中並從隔離箱150穿行而出。在某些實施例中，控制器700控制加熱器650將經加熱流體提供到經加熱流體入口670。舉例來說，控制器700可與泵710及流體加熱器720進行通信。在某些實施例中，控制器700可通過控制流體加熱器720來調整經加熱流體的溫度。在某些實施例中，控制器可使用泵710修改經加熱流體的流率來調整下部殼體240的溫度。在某些實施例中，控制器700控制經加熱流體的流率及溫度兩者。在某些實施例中，控制器700可利用閉環系統，在所述閉環系統中控制器700從溫度感測器730接收關於鐵磁流體530的溫度的溫度資訊。在其他實施例中，溫度感測器730可位於不同的位置中以將可表示鐵磁流體530的溫度的溫度提供給控制器700。在某些實施例中，控制器700還可與流體感測器740進行通信以確定經加熱流體的溫度。在某些實施例中，控制器700可基於來自兩個溫度感測器中的至少一者的輸出來調整泵710及流體加熱器720。在其他實施例中，控制器700可利用開環控制。
在這些實施例中的任一者中，加熱器用於使下部殼體240變熱以使得鐵磁流體處於高於-40℃的溫度下。
總而言之，本發明闡述一種利用經加熱鐵磁流體密封件270的旋轉管套節。為允許將鐵磁流體530設置在可接受的溫度下，本發明旋轉管套節利用一致旋轉的三個軸件。下部中空內軸 件210是中空的，從而允許低溫流體行進穿過內旋轉軸件的中心。下部中間軸件220與下部中空內軸件210間隔開以在這兩個軸件之間形成通道215。通道215用作低溫流體的返回路徑。然後，第三旋轉軸件(即，下部外軸件230)環繞下部中間軸件220且與下部中間軸件220通過間隙225分隔開。在某些實施例中，間隙225維持在近乎真空條件下，這會減少橫跨間隙225的熱量傳遞，因此允許下部外軸件230處於比低溫流體高的溫度下。加熱器用於進一步提高鐵磁流體530的溫度。
本文中所述的系統具有諸多優點。首先，由於難以密封入口及出口以使其與外部環境隔絕，因此將旋轉管套節與低溫流體搭配使用頗具挑戰性。當外部環境維持在近乎真空條件下時，密封就變得更加困難。鐵磁流體密封件能夠提供大氣壓與真空之間的密封，但無法在極低的溫度下運作。本發明系統提供將鐵磁流體密封件加熱且可在旋轉管套節內將鐵磁流體密封件維持在運作溫度下的系統。具有經加熱鐵磁流體密封件的此旋轉管套節允許實現先前難以實現或不可能實現的各種應用。舉例來說，可在低溫流體不發生任何洩漏的情況下將低溫流體供應到製程室內的旋轉台板。
本發明並不僅限於本文中所述的具體實施例的範圍。事實上，所屬領域的技術人員依據以上說明及附圖將明瞭除了本文中所述的實施例之外的本發明的其他各種實施例及潤飾。因此，這些其他實施例及潤飾旨在涵蓋在本發明的範圍內。此外，儘管 本文中已在特定實施方案的上下文中在特定環境中出於特定目的闡述了本發明，但所屬領域的技術人員應認識到本發明的用處並不僅限於此，且可有利地在多種環境中出於多種目的實施本發明。因此，應鑒於本文中所述的本發明的全範疇及精神來對下文所述的權利要求書加以解釋。
150:隔離箱
151:入口
152:出口
153:入口管道
154:出口管道
200:旋轉管套節
210:下部中空內軸件
215:通道
220:下部中間軸件
221:凸緣
225:間隙
230:下部外軸件
240:下部殼體
250:基座
260:軸承
270:經加熱鐵磁流體密封件
280:支撐件
290:陶瓷圈
295:絕緣體
296:腔

Claims (15)

  1. 一種用於載運低溫流體的旋轉管套節，包括：中空的內旋轉軸件；中間旋轉軸件，環繞所述中空的內旋轉軸件，其中通道形成在所述中空的內旋轉軸件與所述中間旋轉軸件之間的空間中；外旋轉軸件，環繞所述中間旋轉軸件，且與所述中間旋轉軸件通過間隙分隔開；殼體，環繞所述外旋轉軸件；鐵磁流體密封件，設置在所述外旋轉軸件與所述殼體之間；以及加熱器，靠近所述殼體以使所述鐵磁流體密封件變熱，其中所述中空的內旋轉軸件、所述中間旋轉軸件及所述外旋轉軸件沿共同的軸旋轉。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的用於載運低溫流體的旋轉管套節，其中在所述中間旋轉軸件與所述外旋轉軸件之間包括靜態密封件，其中所述靜態密封件密閉地密封所述中間旋轉軸件及所述外旋轉軸件。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的用於載運低溫流體的旋轉管套節，其中所述靜態密封件包括陶瓷圈，所述陶瓷圈銅焊到所述外旋轉軸件及所述中間旋轉軸件。
  4. 如申請專利範圍第2項所述的用於載運低溫流體的旋轉管套節，其中所述靜態密封件包括波紋管。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的用於載運低溫流體的旋轉管套節，其中所述加熱器包括電阻元件。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的用於載運低溫流體的旋轉管套節，其中加熱通道設置在所述殼體內，且其中經加熱流體通過所述加熱通道，其中所述加熱通道及所述經加熱流體包括所述加熱器。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的用於載運低溫流體的旋轉管套節，其中所述旋轉管套節設置在維持在小於50毫托的壓力的真空條件下的隔離箱中，且其中所述間隙維持在所述真空條件下。
  8. 一種工件處理系統，包括：製程室，維持在小於50毫托的壓力的真空條件下；旋轉台板，位於所述製程室內，工件設置在所述旋轉台板上；旋轉軸件總成，具有用於低溫流體的上部中空內軸件及返回路徑，其中所述上部中空內軸件及所述返回路徑與所述旋轉台板中的管道連通；隔離箱，具有入口及出口且維持在所述真空條件下；旋轉管套節，設置在所述隔離箱內，所述旋轉管套節包括：下部中空內軸件，用以將低溫流體輸送到所述旋轉台板；及下部中間軸件，與所述下部中空內軸件間隔開，從而在所述下部中間軸件與所述下部中空內軸件之間界定與所述返回路徑連通的通道； 基座，設置在所述隔離箱中，具有與所述入口及所述下部中空內軸件連通的入口管道以及與所述出口及所述通道連通的出口管道，其中所述下部中空內軸件及所述下部中間軸件相對所述基座旋轉；以及經加熱鐵磁流體密封件，隔離所述出口管道與所述隔離箱內的所述真空條件。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的工件處理系統，其中所述旋轉管套節還包括下部外軸件，所述下部外軸件與所述下部中間軸件通過間隙間隔開，其中所述間隙在靠近所述基座處被密閉地密封以使得將所述間隙維持在所述真空條件下，且所述旋轉管套節還包括環繞所述下部外軸件的下部殼體，其中所述下部殼體是靜止的且所述經加熱鐵磁流體密封件設置在所述下部外軸件與所述下部殼體之間。
  10. 如申請專利範圍第9項所述的工件處理系統，其中電阻加熱器設置成靠近所述下部殼體。
  11. 如申請專利範圍第9項所述的工件處理系統，其中加熱通道設置在所述下部殼體中，經加熱流體通過所述加熱通道。
  12. 一種用於載運低溫流體的旋轉管套節，包括：中空的內旋轉軸件；中間旋轉軸件，環繞所述中空的內旋轉軸件，其中通道形成在所述中空的內旋轉軸件與所述中間旋轉軸件之間的空間中，其中所述通道終止在腔中； 外旋轉軸件，環繞所述中間旋轉軸件，且與所述中間旋轉軸件通過間隙分隔開；靜態密封件，密閉地密封所述間隙以使所述間隙與所述腔隔絕；殼體，環繞所述外旋轉軸件；鐵磁流體密封件，設置在所述外旋轉軸件與所述殼體之間以密封所述腔；加熱器，靠近所述殼體以使所述鐵磁流體密封件變熱；基座，具有與所述中空的內旋轉軸件連通的入口管道以及與所述腔連通的出口管道，其中所述中空的內旋轉軸件、中間旋轉軸件及外旋轉軸件相對所述基座旋轉。
  13. 如申請專利範圍第12項所述的用於載運低溫流體的旋轉管套節，其中絕緣體設置成抵靠所述中間旋轉軸件的底表面、所述外旋轉軸件的底表面及所述殼體的底表面，且設置在所述殼體與所述基座之間。
  14. 如申請專利範圍第12項所述的用於載運低溫流體的旋轉管套節，其中所述靜態密封件包括陶瓷圈，所述陶瓷圈銅焊到所述外旋轉軸件及所述中間旋轉軸件。
  15. 如申請專利範圍第12項所述的用於載運低溫流體的旋轉管套節，其中所述靜態密封件包括波紋管。
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