TWI739846B - 用於連續牽引處理的閘閥 - Google Patents

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Abstract

本案提供閘閥及使用該閘閥的方法之實施例。在一些實施例中，用於處理連續基板的閘閥包括：主體；複數個密封件，該複數個密封件設置在該主體內且經配置在關閉位置和打開位置之間移動；複數個容積，該複數個容積設置在該複數個密封件中的相鄰密封件之間且由該複數個密封件和該主體界定；氣體入口，該氣體入口設置經過主體的第一側且流體耦接至該複數個容積中的最內部容積；及氣體出口，該氣體出口設置經過主體的第二側且流體耦接至設置在該複數個容積中的最內部容積的任一側上的該複數個容積中的其他容積，該第二側相對於該第一側。

Description

用於連續牽引處理的閘閥
本揭示的實施例一般係關於基板處理設備。
在基板處理設備內，可使用閘閥，例如用在多腔室處理系統中以選擇性地隔離或耦合相鄰的容積。例如，當前的多腔室處理設備通常包括半導體處理狹縫閥和閘閥，以在工作部件的移送期間或在一個或更多個流體連接的處理區域修復期間隔離壓力受控的處理容積。然而，本發明人已經觀察到，傳統閥的密封和密封表面的密封能力有所受限，特別是當如果干擾材料（如連續基板）存在於密封介面處時。當每個腔室中的製程使用不同壓力時，或者當只有一個處理容積由於維護或因為緊急製程停止而需要被排放及冷卻時，多個處理容積中的無效（ineffective）洩漏控制尤其成問題。
因此，本案發明人提供了一種改良的閘閥。
本案提供閘閥及使用此閘閥的方法之實施例。在一些實施例中，閘閥包括：主體；複數個密封件，複數個密封件設置在該主體內且經配置在關閉位置和打開位置之間移動；由該複數個密封件和該主體界定的複數個容積；氣體入口，氣體入口設置經過該主體的第一側且流體耦接至該複數個容積中最內部的容積；及氣體出口，氣體出口設置經過該主體的第二側且流體耦接至該複數個容積中的其他容積，第二側相對於第一側。
在一些實施例中，用於處理連續基板的閘閥包括：主體，該主體具有第一壁、與第一壁相對的第二壁、從主體的第一表面到相對的第二表面設置的開口，其中該開口經配置而夾持及輸送連續基板；複數個密封件，該複數個密封件可移動地設置在該第一壁和該第二壁之間，該複數個密封件經配置在關閉位置與打開位置之間移動，移動到關閉位置以密封該開口，及移動到打開位置以露出（reveal）該開口；複數個容積，該複數個容積設置在該複數個密封件中的相鄰密封件之間且由該複數個密封件和該主體界定；氣體入口，該氣體入口設置經過該主體的一第一側且流體耦接至在該主體的該第一側上之該複數個容積中最內部的容積，其中該氣體入口流體耦接至該複數個容積中最內部的容積；及氣體出口，該氣體出口設置經過該主體的第二側且流體耦接至設置在該複數個容積中最內部的容積的任一側上之該複數個容積中的其他容積，該第二側相對於該第一側。
在一些實施例中，用於處理連續基板的處理系統包括：用於處理連續基板的第一腔室；用於處理連續基板的第二腔室；及閘閥，該閘閥將該第一腔室耦接至該第二腔室且具有在該第一腔室與該第二腔室之間的開口，該連續基板可以延伸經過該開口，其中該閘閥如本案所揭露的任何實施例中所述，及其中主體的第一側耦接至第一腔室，及主體的第二側耦接至第二腔室。
在一些實施例中，處理連續基板的方法包括：在第一處理腔室或第二處理腔室中的至少一者中處理連續基板，該第二處理腔室透過閘閥耦接該第一處理腔室，其中該連續基板同時設置經過該第一處理腔室、該閘閥和該第二處理腔室中的各者；及當該連續基板設置經過該閘閥時，關閉該閘閥以將該第一處理腔室與該第二處理腔室實質隔離。
下面描述本揭示的其他和進一步的實施例。
本案提供閘閥及使用此閘閥的方法之實施例。所揭露的閘閥及使用此閘閥的方法有利於連續卷材、膜、片、帶狀纖維和其他薄的或平坦基板的真空處理。對於一些應用，在沒有斷裂或接頭的情況下，在橫跨一或多個密封介面處維持連續基板是有利的，一或多個密封介面對應於材料移送進出處理容積處的一或多個開口。傳統的半導體處理狹縫閥和閘閥用於將離散的工件移送到壓力受控的處理容積中。如果干擾材料存在於密封介面處，這些傳統設計，特別是密封件和密封表面能夠維持足夠的洩漏完整性（leak integrity）的能力係有所受限的。對於一些應用（如陶瓷纖維的化學氣相滲透），橫跨多個真空斷裂輸送一個或更多個牽引（tow），使得牽引的開頭（如未扭轉的連續長纖維（filament）束）可在大氣壓下，中間部分在減壓下，及牽引的末端在大氣壓下是有利的。前述佈置允許製程暫停及用於基板裝載調整，或者進行維修，而不使爐受到大氣壓力的影響。所揭露的閘閥能夠產生壓力梯度而不損害連續基板在密封介面處的物理完整性。此外，當不使用處理容積時維持爐熱，有利於系統利用和爐部件的可靠性。
本揭示的閘閥可用於可以使用傳統閘閥的任何應用中，例如在兩個相鄰容積之間對氣流作節流的應用中是合乎期望的或有利的。在非限制性的應用中，所揭露的閘閥可設置在兩個處理腔室系統中的腔室與腔室之間，或者可設置在需要閘閥的其他合適的處理腔室之間。例如，圖1繪示可用於實施本說明書所討論的本揭示實施例之這種類型的兩腔室系統的示意圖。
示例性的兩個處理腔室系統100包括第一腔室110（如處理腔室），第一腔室110在第一腔室主體（壁120）內具有第一腔室容積114。在一些實施例中，可提供基板饋通（feedthrough）150，饋通150用於在第一腔室容積114和在第一腔室110外部設置的容積（如相鄰的處理腔室、基板處理器等）之間輸送連續基板。系統100亦包括第二腔室130（如處理腔室），第二腔室130在第二腔室主體（壁140）內具有第二腔室容積134。在一些實施例中，可提供基板饋通170，饋通170用於在第二腔室容積134和在第二腔室130外部設置的容積（如相鄰的處理腔室、基板處理器等）之間輸送連續基板。第一腔室110和第二腔室130經由閘閥102彼此選擇性地流體耦接。
在操作中，連續基板154經由閘閥的開口106輸送經過基板饋通150和170。可在第一腔室容積114中在第一腔室壓力下處理連續基板154，透過閘閥102將連續基板154輸送到第二腔室容積134，及在第二腔室容積134中在第二腔室壓力下處理連續基板154。在一些實施例中，第一腔室壓力和第二腔室壓力相同。在其他實施例中，第一腔室壓力和第二腔室壓力不同。
閘閥102經配置提供第一腔室容積114和第二腔室容積134之間的選擇性隔離。例如，當腔室容積中的一者需要處於大氣壓力和溫度下以便修復受影響的腔室、在腔室中的一者中施行基板裝載調整時或由於緊急停止，第一腔室容積與第二腔室容積之間可能需要隔離。閘閥102包括複數個密封構件（圖1所示的四個密封構件104）。在一些實施例中，密封構件可以是可膨脹以形成密封及放氣以打開之順應性的（compliant）囊。在連續基板154設置經過閘閥時，密封構件104可以關閉而不損壞連續基板154。在一些實施例中，可以提供淨化氣體（如惰性氣體，例如氮氣（N2 ）氣體）到兩個密封構件104之間的容積108。在一些實施例中，可提供真空（例如從真空源116）給兩個密封構件104之間的一個或更多個容積。在一些實施例中，真空源116耦接至設置在容積108任一側的容積112和114，以在提供給容積108的淨化氣體的任一側上的相應容積中提供真空。
圖2A和2B更詳細地繪示適於用作閘閥102的閘閥200，及繪示處於打開（圖2A）和關閉（圖2B）位置中的閘閥200。為了便於說明，從圖2B的視圖中省略了圖2A所示的某些元件（如淨化氣體源、閥和導管），以便不會混亂圖示。
圖2A繪示根據本揭示的一些實施例的閘閥200的示意性側視圖。閘閥200包括主體202，主體202具有穿過主體202設置的開口206（例如，從主體202的第一表面208到主體202相對的第二表面210）。閘閥200耦接至（在開口206的一側上的）第一腔室110和（在開口206的另一側上的）第二腔室130。主體亦可包括第一側218和與第一側218相對的第二側220，第一側218和第二側220與第一表面208和第二表面210一起形成主體的形狀。主體202可具有針對特定應用所需的任何合適的形狀，例如，主體202可具有適合於將閘閥200耦接至第一和第二腔室110,130或視情況而定耦接至另一腔室的適當形狀。主體202可由一個或更多個製程兼容的材料製成，包括非限制性實例，如不銹鋼或鋁。
閘閥200可進一步包括複數個密封件212，複數個密封件212設置在靠近開口206的主體202的第一表面208和第二表面210之間。在一些實施例中，例如，如圖2A和2B中所示，複數個密封件平行於主體202的第一表面208和第二表面210設置。例如，複數個密封件212可以是主體202的部分，或者可以被焊接、螺栓連接或以其他方式固定到主體202。複數個密封件212可由彈性或可拉伸材料製成，如橡膠囊。複數個密封件212設置在主體內，且經配置在關閉位置和打開位置之間移動。複數個容積238由複數個密封件212和主體202界定。每個相應的容積238設置在相鄰的密封件212之間。例如，如圖2A至2B所示，有四個密封件212，及因此有三個容積238。
閘閥可進一步包括氣體入口232，氣體入口232具有經過主體的第一側218設置的閥且流體耦接至複數個容積238中最內部的一個容積（如容積238中的中心容積）。閘閥亦可包括氣體出口234，氣體出口234設置經過主體的第二側面220且流體耦接至設置在中心容積238的相對側上的複數個容積238中的其他容積。淨化氣體源242（圖2B所示）耦接至氣體入口232，以將淨化氣體輸送到複數個容積238中最內部的容積。淨化氣體可以是氮氣（N2 ），但可以使用其他合適的處理惰性氣體（包括作為非限制性實例的氦（He）、氬（Ar）等）或惰性氣體的混合物作為淨化氣體。真空泵244（如渦輪泵等）流體耦接至氣體出口234。
在操作中，連續基板154可如上所述在第一和第二腔室容積114、134中處理。如圖2A所示，在閘閥200開啟位置處，耦接至淨化氣體源242的氣體入口232和耦接至真空泵244的氣體出口234被關閉，並且第一腔室壓力為與第二腔室壓力相同，因為連續基板被處理。在第一腔室壓力需要與第二腔室壓力不同的情況下，例如用於基板裝載調節或修理的情況下，閘閥200移動到關閉位置，有助於建立第一腔室和第二腔室之間的壓力差。為求清楚，圖2A中未繪示淨化氣體源242和真空泵244。
如圖2B所示，在關閉位置，複數個密封件212部分地密封開口206且沿著開口206產生相應的複數個小洩漏（small leaks）216。如圖2B所示，在閘閥200的關閉位置，可打開耦接至淨化氣體源242的氣體入口232和耦接至真空泵244的氣體出口234，使得複數個容積238中最內部的容積維持在一壓力P1，該壓力P1不同於複數個容積238中的其他容積的壓力（如P2和P3）。例如，由於來自淨化氣體源242的淨化氣體的流動，複數個容積238中最內部的一個容積可維持在高於複數個容積238中的其他容積的壓力。透過洩漏216排出的任何淨化氣體可經由真空泵244被帶走。如此一來，如果例如一個腔室正在大氣壓下維修、執行，則不受影響的腔室可維持在不同於大氣條件下的壓力之處理壓力（如低於大氣壓）。因此，維持或實質維持壓力差，及完成其中一個腔室的修復，而不會使整個系統處於大氣壓力。此外，所揭露的閘閥產生所需的壓力梯度而不損害（當存在時）連續基板在密封介面處的物理完整性。
圖3A-3B分別繪示根據本揭示的至少一些實施例處於打開和關閉位置的閘閥的示意性側視圖。如圖3A-3B所示，在一些實施例中，複數個密封件可由具有相應開口306的複數個成角度的（angled）壁312提供，該等開口可以經由可移動的密封構件305被選擇性地密封。例如，密封構件305可類似於設置在複數個成角度的壁312中的每個壁下方的狹縫閥操作，且經配置在第一位置(如圖3A所示的打開位置)和第二位置(如圖3B所示的關閉位置)之間移動。
每個密封構件305可被獨立地控制而為複數個容積238中的其他容積的各者提供個體化的(individualized)流動條件(如質量流量、容積流量、壓力等的個體化控制)。因此，在一些實施例中，質量流量控制器、容積流量控制器或壓力調節器可耦接至設置在成角度的壁312之間的容積。
在一些實施例中，密封構件305在閥完全打開的至少第一位置和閥完全關閉的第二位置之間以氣動地控制。在一些實施例中，密封構件305可由其他機構(如伺服馬達)控制。在圖3A所示的示例性打開位置中，密封構件305處於第一位置，且閘閥完全打開以維持第一腔室110和第二腔室130之間的共同壓力(如圖1所示)。為求清楚，圖3B中僅表示淨化氣體源242和真空泵244。
在圖3B所示的示例性關閉位置中，密封構件305部分地密封開口306且沿著開口306產生相應的複數個洩漏216。複數個密封件212和密封構件305有利地傾斜以增進氣體流動並維持所需的壓力梯度。傾斜的量取決於氣體入口232和氣體出口234之間的垂直偏移。如圖3A和3B所示，氣體出口234設置在氣體入口232下方的一高度處。
在圖3B所示的示例性關閉位置中，複數個密封構件305在與傾斜角相反的一方向上從第一位置移動到第二位置，以嚙合複數個密封件212並密封開口306。類似於圖2B中的說明性實施例，相應的複數個洩漏216沿著開口306產生。類似於圖2B中的說明性實施例，耦接至淨化氣體源242的氣體入口232及耦接至真空泵244的氣體出口234是打開，使得複數個容積238中最內部的容積可以維持在一壓力下，該壓力不同於複數個容積238中的其他容積。例如，由於來自淨化氣體源242的淨化氣體的流動，複數個容積238中最內部的一個容積可維持在高於複數個容積238中的其他容積238的壓力。類似地，本發明包括密封構件305的閘閥有利地產生壓力梯度而不損害連續基板在密封介面處的物理完整性。
在操作中，使用上述揭露的設備處理連續基板的方法包括在第一處理腔室或第二處理腔室中的至少一者中處理連續基板，該第二處理腔室透過閘閥耦接該第一處理腔室。連續基板同時設置經過該第一處理腔室、該閘閥和該第二處理腔室中的各者。當該連續基板設置經過該閘閥時，可以關閉該閘閥以將該第一處理腔室與該第二處理腔室實質隔離。在一些實施例中，第一處理腔室維持在真空壓力下，且可增加第二處理腔室的壓力，同時實質維持第一處理腔室中的壓力。在一些實施例中，第二處理腔室的壓力可以實質增加到大氣壓，同時實質維持第一處理腔室中的壓力。在一些實施例中，可以在第二處理腔室上進行維護，同時實質維持第一處理腔室中的壓力。
因此，本說明書提供了改良的閘閥及使用此改良的閘閥之方法的實施例。本發明的閘閥和使用此閘閥的方法可有利地確保腔室系統中不受影響的腔室（non-affected chamber）可維持一處理壓力，該處理壓力不同於受影響腔室（affected chamber）所需的如大氣條件。
雖然前述內容係針對本揭示的實施例，但是可以在不背離本揭示的基本範圍的情況下設計本揭示的其他和進一步的實施例。
100‧‧‧系統102‧‧‧閘閥104‧‧‧密封構件106‧‧‧開口108‧‧‧容積110‧‧‧第一腔室112‧‧‧容積114‧‧‧第一腔室容積116‧‧‧真空源120‧‧‧壁130‧‧‧第二腔室134‧‧‧第二腔室容積140‧‧‧壁150‧‧‧基板饋通154‧‧‧連續基板170‧‧‧基板饋通200‧‧‧閘閥202‧‧‧主體206‧‧‧開口208‧‧‧第一表面210‧‧‧第二表面212‧‧‧密封件216‧‧‧洩漏218‧‧‧第一側220‧‧‧第二側232‧‧‧氣體入口234‧‧‧氣體出口238‧‧‧容積242‧‧‧淨化氣體源244‧‧‧真空泵305‧‧‧密封構件306‧‧‧開口312‧‧‧成角度的壁
本揭示之實施例已簡要概述於前，並在以下有更詳盡之討論，可以藉由參考所附圖式中繪示之本揭示實施例以作瞭解。然而，所附圖式僅繪示了本揭示的典型實施例，而由於本揭示可允許其他等效之實施例，因此所附圖式並不會視為本揭示範圍之限制。
圖1繪示根據本揭示的至少一些實施例之具有閘閥的多腔室反應器的示意圖。
圖2A繪示根據本揭示的至少一些實施例之處於打開位置的閘閥的示意性側視圖。
圖2B繪示根據本揭示的至少一些實施例之圖2A的閘閥處於關閉位置的示意性側視圖。
圖3A繪示根據本揭示的至少一些實施例之處於打開位置的閘閥的示意性側視圖。
圖3B繪示根據本揭示的至少一些實施例之圖3A的閘閥處於關閉位置的示意性側視圖。
為便於理解，在可能的情況下，使用相同的數字編號代表圖示中相同的元件。為求清楚，圖式未依比例繪示且可能被簡化。一個實施例中的元件與特徵可有利地用於其他實施例中而無需贅述。
國內寄存資訊 (請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無
國外寄存資訊 (請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無
100‧‧‧系統
102‧‧‧閘閥
104‧‧‧密封構件
106‧‧‧開口
108‧‧‧容積
110‧‧‧第一腔室
112‧‧‧容積
114‧‧‧第一腔室容積
116‧‧‧真空源
120‧‧‧壁
130‧‧‧第二腔室
134‧‧‧第二腔室容積
140‧‧‧壁
150‧‧‧基板饋通
154‧‧‧連續基板
170‧‧‧基板饋通

Claims (18)

  1. 一種用於處理一連續基板的閘閥，包括：一主體；複數個密封件，該複數個密封件設置在該主體內且經配置在一關閉位置和一打開位置之間移動；複數個容積，該複數個容積設置在該複數個密封件中的相鄰密封件之間且由該複數個密封件和該主體界定；一氣體入口，該氣體入口設置經過該主體的一第一側且流體耦接至該複數個容積中的一最內部的容積；及一氣體出口，該氣體出口設置經過該主體的一第二側且流體耦接至設置在該複數個容積中的該最內部的容積的任一側上之該複數個容積中的其他容積，該第二側相對於該第一側。
  2. 如請求項1所述之閘閥，其中該複數個密封件為四個密封件。
  3. 如請求項1所述之閘閥，其中該複數個密封件包括橡膠囊。
  4. 如請求項1所述之閘閥，其中該複數個密封件包括成角度的壁，該壁具有相應的開口，該等開口可以經由可移動的密封構件被選擇性地密封。
  5. 如請求項1所述之閘閥，進一步包括設置在該氣體入口中的一第一閥及設置在該氣體出口中的一第二閥。
  6. 如請求項5所述之閘閥，進一步包括耦接至該氣體入口的一淨化氣體源及耦接至該氣體出口的一真空源。
  7. 一種用於處理一連續基板的閘閥，包括：一主體，該主體具有一第一壁、與該第一壁相對的一第二壁、從該主體的一第一表面往相對的一第二表面設置的一開口，其中該開口經配置而固持及輸送一連續基板；複數個密封件，該複數個密封件可移動地設置在該第一壁和該第二壁之間，該複數個密封件經配置在一關閉位置與一打開位置之間移動，移動至該關閉位置以密封該開口，及移動至該打開位置以露出(reveal)該開口；複數個容積，該複數個容積設置在該複數個密封件中的相鄰密封件之間且由該複數個密封件和該主體界定；一氣體入口，該氣體入口設置經過該主體的一第一側且流體耦接至在該主體的該第一側上之該複數個容積中的一最內部的容積，其中該氣體入口流體耦接至 該複數個容積中的一最內部的容積；及一氣體出口，該氣體出口設置經過該主體的一第二側且流體耦接至設置在該複數個容積中的該最內部的容積的任一側上之該複數個容積中的其他容積，該第二側相對於該第一側。
  8. 如請求項7所述之閘閥，其中該複數個密封件為四個密封件。
  9. 如請求項7所述之閘閥，其中該複數個密封件包括橡膠囊。
  10. 如請求項7所述之閘閥，其中該複數個密封件包括成角度的壁，該壁具有相應的開口，該等開口可以經由可移動的密封構件被選擇性地密封。
  11. 如請求項7所述之閘閥，進一步包括設置在該氣體入口中的一第一閥及設置在該氣體出口中的一第二閥。
  12. 如請求項11所述之閘閥，進一步包括耦接至該氣體入口的一淨化氣體源及耦接至該氣體出口的一真空源。
  13. 一種用於處理一連續基板的處理系統，包括：一第一腔室，該第一腔室用於處理一連續基板；一第二腔室，該第二腔室用於處理該連續基板；及 一閘閥，該閘閥將該第一腔室耦接至該第二腔室且具有在該第一腔室與該第二腔室之間的一開口，該連續基板可以延伸經過該開口，其中該閘閥如請求項1所述，及其中該主體的一第一側耦接至該第一腔室且該主體的一第二側耦接至該第二腔室。
  14. 如請求項13所述之處理系統，進一步包括：一淨化氣體源，該淨化氣體源耦接至該氣體入口；及一真空源，該真空源耦接至該氣體出口。
  15. 一種處理一連續基板的方法，包括以下步驟：在一第一處理腔室或一第二處理腔室中的至少一者中處理一連續基板，該第二處理腔室透過一閘閥耦接該第一處理腔室，其中該閘閥如請求項1所述，其中該連續基板同時設置經過該第一處理腔室、該閘閥和該第二處理腔室中的各者；及當該連續基板設置經過該閘閥時，關閉該閘閥以將該第一處理腔室與該第二處理腔室實質隔離。
  16. 如請求項15所述之方法，其中該第一處理腔室維持在一真空壓力下，且進一步包括以下步驟：增加該第二處理腔室的一壓力，同時實質維持該第 一處理腔室中的該真空壓力。
  17. 如請求項16所述之方法，其中該第二處理腔室的該壓力實質上為大氣壓。
  18. 如請求項15所述之方法，進一步包括以下步驟：在該第二處理腔室上執行維護，同時實質維持該第一處理腔室中的一壓力。
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