專利名稱：在反應(yīng)室中隔離密封件的方法和裝置的制作方法
相關(guān)申請的相互參考本發(fā)明要求共同指定的未決美國臨時專利申請序列第60/313719號的優(yōu)先權(quán)，標(biāo)題為在反應(yīng)室中隔離密封件的方法和裝置，于2001年8月20日提出申請，這里通過參考引入。
背景加熱反應(yīng)室一般用于生產(chǎn)例如集成電路或半導(dǎo)體設(shè)備。用于加熱、退火，并且沉積或去掉基底上的材料層。
反應(yīng)室在反應(yīng)過程中被頻繁地加壓、抽真空、排氣，來提供適當(dāng)?shù)姆磻?yīng)環(huán)境和/或人員安全性。特別是，生產(chǎn)半導(dǎo)體過程中使用的反應(yīng)物和處理氣體是劇毒的和/或可燃的。這樣，反應(yīng)室中基底由此裝入的所有開口或縫隙，處理氣體和通風(fēng)氣體管道，真空或排氣口，都必須用氣密密封件與它們各自的固定件和配合件密封。通常，這些密封件包括彈性聚合材料制成的墊圈和O型環(huán)類型的密封件，這些彈性聚合材料包括硅膠、氟硅膠、四氟乙烯/丙烯或TFE/丙烯、碳氟化合物、聚丙烯酸酯、腈、氫化腈、聚氯丁橡膠、乙烯丙烯酸酯或丁橡膠。
現(xiàn)有加熱反應(yīng)室的一個問題是密封件的熱老化及由此導(dǎo)致的密封性能降低，導(dǎo)致?lián)p害了反應(yīng)環(huán)境，包括老化密封件可能產(chǎn)生的污染物，并且人員可能暴露于危險材料中。在反應(yīng)操作過程中，從反應(yīng)室傳導(dǎo)和輻射的熱可以促使密封件失去彈性，導(dǎo)致密封件逐漸老化或災(zāi)難性故障。在抽真空或排氣的反應(yīng)室中，如在低壓化學(xué)氣相沉積(LPCVD)系統(tǒng)中，密封件的老化可以導(dǎo)致外部空氣被吸入，并且不利地影響反應(yīng)室中的反應(yīng)化學(xué)和/或熱穩(wěn)定性。在一些情況中，密封件的老化可以導(dǎo)致污染物進(jìn)入反應(yīng)室中，包括老化密封件本身的特定材料和/或外部氣體被吸入產(chǎn)生的污染物。
密封件的老化可以由此導(dǎo)致增加操作成本和降低設(shè)備或反應(yīng)室的可用性。由于反應(yīng)室中使用的密封件所需的尺寸、質(zhì)量、純度和化學(xué)及熱穩(wěn)定性，這些因素會頻繁地耗費(fèi)另外的$2500。此外，由于需要冷卻、加熱、季節(jié)因素和替換密封件后再次凈化反應(yīng)室，設(shè)備可能在幾天中不可用。這樣，需要某種裝置和方法在反應(yīng)室中隔離并保持密封件。
已經(jīng)嘗試用了幾種方案為反應(yīng)室中使用的密封件提供冷卻。一種方案在美國專利第55781329號中描述，這項專利授予Yamaga等(YAMAGA)，這里通過參考引入。參考

圖1，YAMAGA發(fā)明了玻璃反應(yīng)室10、加熱的幾個加熱元件12，并且半導(dǎo)體基底在反應(yīng)室10中反應(yīng)。反應(yīng)和/或清洗氣體通過氣體入口16引入，反應(yīng)室10通過排氣口18排氣或抽真空。氣體入口16通過O型環(huán)17與氣體管道(未畫出)密封，并且排氣口18通過墊圈19與排氣道或真空泵前級管道(未畫出)密封?；?4支持在金屬底板22上安裝的托架或支架20上，其中金屬底板22可以通過舉升機(jī)構(gòu)(未畫出)上升或下降，從而裝入或取出基底。在上升位置，底板22通過O型環(huán)26與反應(yīng)室10的邊沿24密封。水穿過底板22中的冷卻管道28，并且在O型環(huán)26的下面和附近將其冷卻。
當(dāng)改進(jìn)不進(jìn)行冷卻的以前的設(shè)計時，YAMAGA中顯示的方案由于幾個原因不充分滿足。一個問題是只有O型環(huán)的一側(cè)被冷卻，而且是在遠(yuǎn)離加熱的反應(yīng)室的一側(cè)。熱量仍然通過邊沿24向O型環(huán)26傳導(dǎo)，其中邊沿24通過O型環(huán)與冷卻的底板22分離。熱量還通過邊沿24從反應(yīng)室10向O型環(huán)輻射。結(jié)果，通過YAMAGA的方案，O型環(huán)仍然會熱老化，并且反應(yīng)室中損失真空或壓力。同樣，YAMAGA中的方案對位于氣體入口16的O型環(huán)27的熱老化沒有作用，同樣也對位于排氣口18的墊圈的熱老化沒有所用。
而且，水冷卻的使用引入了另外的難度或問題，特別是對于溫度高于100℃(212°F)時的反應(yīng)。一個問題是，靠近冷卻底板22的溫度急劇降低可能引起反應(yīng)氣體的凝結(jié)，這可以由此促使反應(yīng)意外地變化或基底被污染。這與最近一代較小的單一基底反應(yīng)室特別相關(guān)，其中基底發(fā)生反應(yīng)的加熱區(qū)域或加熱地段可以由少至幾個厘米或英寸的密封件分離。
使用水冷卻的另一個問題是，在水冷供應(yīng)故障的情況下，對反應(yīng)室可能產(chǎn)生災(zāi)難性損壞。例如，水流的損失可以導(dǎo)致冷卻底板22中的水蒸發(fā)為蒸汽，使底板變形，或者甚至損壞底板。
由此，需要一種裝置和方法，隔離并保持反應(yīng)室中使用的密封件，其中反應(yīng)室被加熱，或者在反應(yīng)過程中產(chǎn)生熱量。這種裝置和方法最好適于使用反應(yīng)室的縫隙或開口上使用的密封件，包括例如氣體入口、排氣口和開口，基底或工件從中裝入反應(yīng)室中。
本發(fā)明對這些或其它問題提供了解決方案，并且與現(xiàn)有技術(shù)相比提供了更多的優(yōu)點。
概述本發(fā)明的目的是提供裝置和方法，用于在加壓、抽真空或排氣的反應(yīng)室中隔離并保持密封件。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了反應(yīng)室，用于在高溫或升高的溫度中，使半導(dǎo)體基底那樣的工件反應(yīng)。反應(yīng)室包括壁、邊沿、和邊沿與固定件之間的隔離件，其中壁中具有縫隙，邊沿繞縫隙放置，并且隔離件用于隔離邊沿與固定件之間的密封件。隔離件只要包括管或冷卻循環(huán)管，它們具有側(cè)壁覆蓋邊沿，并且與邊沿連接，帽覆蓋冷卻循環(huán)管，并且具有密封表面，密封件緊貼密封表面放置，來密封邊沿與固定件。在一個實施例中，流體穿過冷卻循環(huán)管，而減少反應(yīng)操作中從反應(yīng)室傳遞到密封件上的熱量。邊沿、冷卻循環(huán)管和帽一般由玻璃材料或石英制成。冷卻循環(huán)管的側(cè)壁可以焊接到邊沿和帽上，或者可以與之整體形成。
在一個實施例中，固定件是覆蓋門口的門，半導(dǎo)體基底那樣的工件可以從中裝入反應(yīng)室?；蛘撸潭梢允狗磻?yīng)室與真空泵、排氣管，或反應(yīng)或通風(fēng)氣體管道配合或連接。
在另一個實施例中，邊沿在遠(yuǎn)離反應(yīng)室的遠(yuǎn)端具有圓柱型開口，并且冷卻循環(huán)管具有實際上彎曲成圓形的形狀，其直徑實際上等于邊沿的直徑。冷卻循環(huán)管本身可以具有圓形或多邊形截面的內(nèi)部通道，例如方形截面的內(nèi)部通道。在這個實施例的一種形式中，冷卻循環(huán)管包括通道或凹槽，用機(jī)器加工成邊沿表面的一部分，并且帽覆蓋通道，從而形成內(nèi)部通道，其中冷卻液從中通過而隔離密封件。
在又一個實施例中，冷卻循環(huán)管適于用作光導(dǎo)管，將反應(yīng)室中輻射的熱量從密封件中傳遞出去。電磁輻射或能量(光)通過反應(yīng)室側(cè)壁的材料傳導(dǎo)，正像光纖通信中光通過光導(dǎo)纖維一樣。從一種介質(zhì)，如石英，移動到另一種介質(zhì)，如隔離件的氣體或體中出現(xiàn)不連續(xù)性，導(dǎo)致一些能量反射到反應(yīng)地段，使溫度控制穩(wěn)定并提高，然后從密封件折射出去。凈效率大量減少了耦合到易損壞的密封件上的電磁能量。
穿過冷卻循環(huán)管的流體最好是氣體，從而避免冷卻循環(huán)管、帽和邊沿導(dǎo)致的應(yīng)力，其中冷卻循環(huán)管、帽和邊沿導(dǎo)致由于靠近循環(huán)管入口而急劇冷卻，沿著冷卻循環(huán)管不同點上的冷卻差異，或液體蒸汽促使產(chǎn)生的傳導(dǎo)熱阻，這些導(dǎo)致產(chǎn)生應(yīng)力。更特別是，氣體從包括空氣、氮、氦、或氬的組中選擇。在這個實施例的另一種形式中，穿過冷卻循環(huán)管或管道的氣體，是反應(yīng)操作過程中反應(yīng)室中使用的反應(yīng)氣體，并且氣體在穿過冷卻循環(huán)管后引入反應(yīng)室中，由此在反應(yīng)氣體引入反應(yīng)之前將其預(yù)熱。對于有必要在反應(yīng)室中保持特定溫度曲線，同時提供大流量反應(yīng)氣體的那些反應(yīng)，如化學(xué)氣相沉積(CVD)，這個實施例特別有利。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種方法，將反應(yīng)室與固定件之間的密封件隔離，反應(yīng)室具有側(cè)壁，其中具有縫隙，并且邊沿繞縫隙放置。本方法通常包括(i)將具有側(cè)壁的冷卻循環(huán)管與邊沿連接，從而側(cè)壁覆蓋邊沿；(ii)將帽與冷卻循環(huán)管連接，帽具有密封邊沿，密封件緊貼密封表面放置，將邊沿與固定件密封；并且(iii)使液體流過冷卻循環(huán)管，而減少反應(yīng)過程中從反應(yīng)室傳導(dǎo)密封件上的熱量?？梢酝ㄟ^將冷卻循環(huán)管的側(cè)壁焊接到邊沿上，來實現(xiàn)將冷卻循環(huán)管與邊沿連接的步驟。
在一個實施例中，邊沿在遠(yuǎn)離反應(yīng)室的遠(yuǎn)端包括圓柱型開口，并且將冷卻循環(huán)管與邊沿連接的步驟包括，將實際上彎曲成環(huán)形的冷卻循環(huán)管與邊沿連接，其直徑等于邊沿的直徑。
在另一個實施例中，使流體穿過冷卻循環(huán)管的步驟包括使氣體流過冷卻循環(huán)管的步驟。氣體最好從包括空氣、氮、氦、或氬的組中選擇?；蛘邭怏w是反應(yīng)操作中反應(yīng)室中使用的反應(yīng)氣體，并且，使氣體流過冷卻循環(huán)管的步驟包括，在反應(yīng)氣體流過冷卻循環(huán)管后，將其引入反應(yīng)室中，由此將反應(yīng)氣體在使用前預(yù)熱。
圖示的簡述在聯(lián)系附圖閱讀后面的具體描述和下面提供的所附權(quán)利要求書后，本發(fā)明的這些和其它特點和優(yōu)點將會清晰，其中圖1(現(xiàn)有技術(shù))是用于高溫反應(yīng)的現(xiàn)有反應(yīng)室的剖視圖，它在固定件上具有冷卻循環(huán)管，反應(yīng)室上的邊沿通過O型環(huán)與之密封；圖2是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的反應(yīng)室的剖視圖，它具有邊沿，隔離件連接其上而使密封件隔離，其中密封件密封邊沿與固定件；圖3A是圖2中根據(jù)本發(fā)明一個實施例的反應(yīng)室的隔離件、邊沿和固定件的部分剖視圖；圖3B是圖2中根據(jù)本發(fā)明一個實施例的邊沿和隔離件的平面頂視圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的反應(yīng)室中排氣口的部分剖視圖，它具有邊沿，隔離件與邊沿連接；圖5是根據(jù)本發(fā)明的隔離件冷卻循環(huán)管的替換實施例的部分剖視圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明替換實施例的邊沿的部分剖視圖，其中隔離件的冷卻循環(huán)管在其中整體形成；圖7是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的邊沿和隔離件的部分剖視圖，其中隔離件具有多個疊合的冷卻管道；圖8是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的邊沿和隔離件的平面頂視圖，其中隔離件具有多個同軸冷卻管道；圖9是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的邊沿和隔離件的平面頂視圖，其中隔離件具有分成段的冷卻管道，其中每段隔離密封件的整個周邊或直徑的一部分；圖10是流程圖，顯示了根據(jù)本發(fā)明隔離反應(yīng)室與固定件之間的密封件的方法步驟；并且圖11是圖示，顯示了溫度作為時間的函數(shù)的曲線，說明通過根據(jù)本發(fā)明一個實施例的隔離件將密封件隔離，其中流體流過或不流過冷卻循環(huán)管。
具體描述本發(fā)明涉及在加壓、抽真空或排氣的反應(yīng)室中，將密封件隔離并保持的裝置和方法。雖然如此，描述了加熱反應(yīng)室的特定實施例和例子后，它們只用于說明和描述的目的而出現(xiàn)，并且應(yīng)該注意到，本發(fā)明的裝置和方法還應(yīng)用于這樣的反應(yīng)室，其中在反應(yīng)過程中產(chǎn)生熱量。
根據(jù)本發(fā)明一個實施例的反應(yīng)室100的一個實施例將參考圖2描述，其中反應(yīng)室100具有隔離件105，用于隔離并保持密封件110。圖2是加熱的反應(yīng)室100的剖視圖，反應(yīng)室100具有邊沿115，隔離件105與之連接而隔離密封件110。密封件110通常密封邊沿與固定件，如舉例說明的實施例中顯示的門120。為了使之清晰，已經(jīng)省略了加熱反應(yīng)室100或加熱爐中很多眾所周知且與本發(fā)明無關(guān)的細(xì)節(jié)。
參考圖2，反應(yīng)室100通常包括壁或側(cè)壁125、末端壁130和邊沿115，其中邊沿115關(guān)于縫隙或開口140放置，并確定縫隙或開口140，縫隙或開口140可以是側(cè)壁一端的門，半導(dǎo)體基底或晶片(未畫出)那樣的工件可以通過它裝入反應(yīng)室中。加熱爐或同軸加熱元件145圍繞或關(guān)于反應(yīng)室100放置，將其中的工件熱處理或加熱到升高的溫度。在一個實施例中，工件加熱到1100℃(2012°F)，或者更特別是從大約1200℃(2192°F)到大約1500℃(2732°F)的范圍。通常，反應(yīng)室100可以包括任何材料，只要它能承受高溫，抽真空或加壓反應(yīng)室的壓力，以及工件反應(yīng)過程中使用的化學(xué)物質(zhì)。反應(yīng)室100的適當(dāng)材料包括高溫玻璃、陶瓷和透明或不透明石英玻璃或石英。在優(yōu)選實施例中，反應(yīng)室100是長的石英圓柱體，由末端壁130在一個末端封閉，并且通過固定件，如門120，在另一個末端封閉，其中門也由石英制成。這個實施例特別適于用在加熱爐中，如從荷蘭La Veldhoven的ASML公司購得的快速垂直反應(yīng)器，垂直熱反應(yīng)器和水平熱反應(yīng)器，它們廣泛用于半導(dǎo)體生產(chǎn)中，例如將沉積材料退火、擴(kuò)散或激勵，并且在基底上使氧化層或多晶硅層生長或沉積。
通常，反應(yīng)室100包括一個或多個氣體入口155，用于將反應(yīng)氣體和/或通風(fēng)氣體引入其中；排氣口160，用于排出剩余的反應(yīng)氣體和/或副產(chǎn)品。排氣口160可以選擇與真空泵連接，將反應(yīng)室100抽真空，用于在高或低的真空度下進(jìn)行反應(yīng)。反應(yīng)室100可以進(jìn)一步包括一個或多個托架165，用于將一個或多個基底(未畫出)支持或定位在反應(yīng)室100的反應(yīng)地段170。反應(yīng)地段170是反應(yīng)室100中的區(qū)域，其中反應(yīng)氣體的溫度和濃度被嚴(yán)格控制，來實現(xiàn)基底的反應(yīng)。
反應(yīng)室100支持在加熱爐中，或者加熱元件145被夾具175支持，其中夾具175包括前部或表面零件180，關(guān)于邊沿115的外部圓周放置；后部環(huán)或零件185，其內(nèi)徑小于邊沿的外徑，但大于反應(yīng)室100側(cè)壁125的直徑。夾具175通常通過機(jī)械緊固件190與加熱爐的前板或壁連接，或者與包含加熱元件145的封閉件連接。支架200可以選擇與前板195或夾具175連接，用于安裝自動裝入基底并且/或者開合門120的機(jī)構(gòu)。
在一個實施例中，門120包括金屬環(huán)210，關(guān)于氣密密封件放置在中央石英板或盤215上，并由氣密密封件密封，其中中央石英板或盤215實際上覆蓋反應(yīng)室100中的開口140。金屬環(huán)210的表面被處理，或覆蓋有一種材料，來抵抗腐蝕或抵抗反應(yīng)氣體或副產(chǎn)品的反應(yīng)。或者，門120可以由石英或金屬整體制成。金屬環(huán)210包括凹槽220，用于支持聚合材料的密封件110，如O型環(huán)或具有方形截面的密封件，用于密封邊沿115，來提供實際上的氣密密封性。門120可以選擇進(jìn)一步包括冷卻通道235，水那樣的冷卻液在其中循環(huán)來冷卻密封件110。
密封件110的材料關(guān)于彈性和提供令人滿意的密封性的性能，并且關(guān)于承受反應(yīng)氣體或副產(chǎn)品及反應(yīng)室100熱量的性能來選擇。適當(dāng)?shù)牟牧习ɡ鐝椥跃酆喜牧?，如硅膠、氟橡膠、四氟乙烯/丙烯或TFE/丙烯、碳氟化合物、聚丙烯酸酯、腈、氫化腈、聚氯丁橡膠、乙烯丙烯酸酯或丁橡膠。根據(jù)本發(fā)明，密封件110與隔離件105密封，其中隔離件105與邊沿115連接，將在加壓、抽真空或排氣的反應(yīng)室中隔離并保持密封件。
通過將密封件110保持在指定的操作溫度中，本發(fā)明的隔離件105和方法特別提供改進(jìn)的密封件110的整體性，和改進(jìn)的反應(yīng)穩(wěn)定性，及由于改進(jìn)的密封整體性導(dǎo)致的人員安全性。此外，本發(fā)明的隔離件105和方法減小了由于密封件110的熱老化導(dǎo)致反應(yīng)室100污染的可能性，由于延長了密封件的壽命，導(dǎo)致了操作成本降低，并且增加了設(shè)備可用性。
圖2中顯示的本發(fā)明的隔離件105將參考圖3A和圖3B更具體地描述。圖3A是隔離件105、邊沿115和門120的部分剖視圖，半導(dǎo)體基底那樣的工件可以通過門120裝入反應(yīng)室100。圖3B是圖2的邊沿115和隔離件105的平面頂視圖。參考圖3A，隔離件105通常包括圓形帽255，它具有密封表面257，當(dāng)門120在閉合狀態(tài)時，密封件110按壓在密封表面257上，并且在帽與邊沿之間包括冷卻循環(huán)管或冷卻管道260。冷卻管道260包括入口265(在圖3B中顯示)、出口270(在圖3B中顯示)和壁或側(cè)壁262，它確定了冷卻液從中穿過或流過的內(nèi)部通道275。冷卻液將密封件110冷卻，并且/或者將其與反應(yīng)室100傳遞的熱量隔離，從而減少或?qū)嶋H上消除密封件的熱老化情況。冷卻管道260和帽255最好由玻璃或石英制成，并且冷卻循環(huán)管使用石英熱融或焊接到邊沿115和帽上，從而形成實際上的氣密結(jié)構(gòu)。除了冷卻液的冷卻和隔離效果，冷卻管道260與邊沿115和帽255接觸的減小的表面積成為熱屏障，來減少從反應(yīng)室100到密封件110的熱傳導(dǎo)。
反應(yīng)室100的邊沿115、冷卻管道260、帽255和/或部分側(cè)壁125可以選擇由不透明石英制成，來進(jìn)一步減少從反應(yīng)室100到密封件110的熱傳導(dǎo)。在石英固化之前的生產(chǎn)過程中引入微起泡，從而這樣生產(chǎn)不透明的石英。這些微起泡降低了熱量通過不透明石英的傳導(dǎo)速度，并且降低了熱量從反應(yīng)室100輻射到密封件110的速度。在已知的光管路效應(yīng)中，電磁輻射或能量(光)可以通過反應(yīng)室100側(cè)壁125的材料行進(jìn)，正如它通過光纖通信中的光導(dǎo)纖維一樣。從一種介質(zhì)，如石英，移動到另一個種介質(zhì)，如不透明石英中的微氣泡中出現(xiàn)不連續(xù)性，導(dǎo)致一些能量折射并反射。也就是，一些能量反射回反應(yīng)地段170，并且遠(yuǎn)離密封件110。
這些微氣泡降低了熱量通過不透明石英傳導(dǎo)的速度，和熱量從反應(yīng)室100到密封件110輻射或光導(dǎo)的速度。
冷卻液可以包括氣體，如空氣、氮、氦或氬，或液體，如水。為了防止損壞隔離件105、邊沿115和反應(yīng)室100，這樣的損壞可能由于冷卻液供應(yīng)故障導(dǎo)致的應(yīng)力促使發(fā)生。液體的使用要求進(jìn)行反應(yīng)的溫度不能只限制在低于液體的氣化溫度。特別是，由于冷凝和上述隔離件105及反應(yīng)室100損壞的可能性，水的使用會將反應(yīng)限制在低于100℃(212°F)的溫度進(jìn)行。
冷卻液最好是氣體。更特別是，根據(jù)反應(yīng)室100的操作溫度，冷卻循環(huán)管的尺寸和密封件110的尺寸，選擇氣體流過冷卻循環(huán)管260的速度，從而對于預(yù)先確定的反應(yīng)時間，將密封件保持在其最大額定溫度上，或低于它。例如，為了將具有大約41cm(16inch)直徑的硅膠密封件保持在低于350℃(662°F)的溫度，其中上述溫度用在大約1100℃(2012°F)操作的反應(yīng)室中，需更提供具有大約41cm直徑或圓周的冷卻循環(huán)管260，其中冷卻循環(huán)管260由內(nèi)徑至少為2.5mm(0.0975mm)的管制成，并且流過冷卻循環(huán)管260的氣體具有大約2到200升/分鐘(LPM)的流量，并且在大約20LPM時最好在大約30磅每平方英寸(PSI)到60PSI的范圍內(nèi)。
在一個實施例中，流過冷卻循環(huán)管260的氣體是反應(yīng)氣體或通風(fēng)氣體，它在引入反應(yīng)室100之前流過冷卻循環(huán)管。這個實施例具有優(yōu)點，當(dāng)冷卻并隔離密封件110時，同時預(yù)先加熱氣體，由此幫助將加熱元件145在反應(yīng)地段170保持在穩(wěn)定的、升高的溫度上。
在另一個實施例中，確定冷卻循環(huán)管260的尺寸，使之成型，并且選擇其材料，允許冷卻循環(huán)管作為光導(dǎo)管，將反應(yīng)室100輻射的熱量從密封件110傳導(dǎo)出去。如上面所解釋的，電磁輻射或能量(光)可以通過反應(yīng)室100側(cè)壁125的材料行進(jìn)，正如穿過光纖通信中的光導(dǎo)纖維一樣。從一種介質(zhì)，如石英，移動到另一種介質(zhì)，如冷卻循環(huán)管260中的氣體或液體中出現(xiàn)不連續(xù)性，導(dǎo)致一些能量折射并反射。也就是，一些能量被反射回反應(yīng)地段170，并且一些從其行進(jìn)的原始方向折射，并遠(yuǎn)離密封件110。凈效應(yīng)是極大地減小了耦合到易損壞密封件110上的電磁能量。
現(xiàn)在將參考圖4解釋隔離件280的一個實施例，其中隔離件280適于將反應(yīng)室290的排氣口285與抽真空管道或排氣管道密封。圖4是反應(yīng)室290中排氣口285的部分剖視圖，其中反應(yīng)室290具有邊沿295，根據(jù)本發(fā)明實施例的隔離件280與邊沿295連接。參考圖4，隔離件280通常包括石英冷卻管道或冷卻循環(huán)管300，焊接到邊沿295上及之間，其中邊沿295關(guān)于反應(yīng)室290中的開口305放置，并且確定反應(yīng)室290的開口305；并且隔離件280包括環(huán)形帽310，環(huán)形帽310具有密封表面315，當(dāng)邊沿295與固定件325連接時，如真空泵或排氣道(未畫出)的前級管道，密封件320被按壓到密封表面315上。邊沿295通過例如夾具330與固定件325連接。固定件325可以選擇包括靠近密封件320的冷卻通道(未畫出)，并且水從中流過而冷卻密封表面。
根據(jù)本發(fā)明實施例的較小形式的隔離件與上面描述的相似，可以在反應(yīng)室的氣體入口(未畫出)隔離密封件。應(yīng)該理解，這個實施例特別適于將反應(yīng)氣體或通風(fēng)氣體用作冷卻液。
隔離件105的替換實施例將參考圖5到圖8描述。
在圖5顯示的一個實施例中，隔離件105的冷卻管道260具有方形的截面區(qū)域。這個實施例具有優(yōu)點，即提供冷卻管道側(cè)壁與邊沿115接觸的更大的區(qū)域，由此增加隔離件105與邊沿115之間焊接點340的強(qiáng)度。此外，通過在背向邊沿115的冷卻循環(huán)管外表面上，提供實際上平坦的平面，可以使帽255或密封表面257與冷卻循環(huán)管260整體形成，并且密封件110與之緊貼放置。這樣，這個實施例具有進(jìn)一步的優(yōu)點，即通過去掉一部分—帽255，并且去掉一步或多步，也就是生產(chǎn)帽和將它與冷卻循環(huán)管260連接的步驟，可以減少生產(chǎn)時間和成本。
在圖6顯示的另一個實施例中，隔離件105的冷卻管道260整體形成在邊沿115中。在這個實施例中，冷卻管道260包括通道350，或加工成邊沿115表面355的一部分的凹槽，并且帽255覆蓋通道而形成冷卻液從中流過的內(nèi)部管道275。這個實施例具有優(yōu)點，即去掉了冷卻循環(huán)管260與邊沿115之間的焊點，由此去掉了可能的裂縫來源。
在圖7和8顯示的另一個替換實施例中，隔離件105可以包括多個冷卻管道260，來進(jìn)一步冷卻并隔離密封件110。在圖7中，隔離件105在邊沿115與帽255之間包括多個疊合的冷卻管道260a、260b。圖8說明了隔離件105，它在邊沿115與帽255之間具有多個同軸的冷卻管道260a和260b。
在又一個替換實施例中，隔離件105可以包括分段的冷卻管道260，其中每段冷卻并隔離密封件的一部分。在圖9顯示的實施例中，冷卻管道260被分成四段，每段冷卻并隔離密封件110整個周邊或直徑的四分之一。
根據(jù)本發(fā)明的實施例，在反應(yīng)室100與固定件(如門120)之間保持密封件110的方法實施例將參考圖10描述。圖10是流程圖，顯示了在反應(yīng)室100與固定件之間隔離密封件110方法的步驟。方法通常包括(i)將具有側(cè)壁的262的冷卻管道或冷卻循環(huán)管260與邊沿115連接，從而側(cè)壁覆蓋邊沿(步驟400)。(ii)將帽255與冷卻管道260連接，帽具有密封表面257，密封件110緊貼密封表面257放置，從而將邊沿115和固定件密封(步驟405)；并且(iii)使冷卻液流過冷卻循環(huán)管260，從而減少反應(yīng)操作過程中從反應(yīng)室100傳遞到密封件110上的熱量?？梢酝ㄟ^將冷卻循環(huán)管的側(cè)壁焊接到邊沿上，實現(xiàn)將冷卻循環(huán)管260與邊沿115連接的步驟。
在一個實施例中，邊沿115在遠(yuǎn)離反應(yīng)室100的遠(yuǎn)端包括圓柱型的開口，而將冷卻循環(huán)管260與邊沿連接的步驟，即步驟400，包括連接冷卻循環(huán)管的步驟，其中冷卻循環(huán)管實際上彎曲成圓形，其直徑實際上等于邊沿的直徑。
在另一個實施例中，使液體流過冷卻循環(huán)管260的步驟，即步驟410，包括使氣體流過冷卻循環(huán)管的步驟。氣體最好從包括空氣、氮、氦或氬的組中選擇?；蛘撸瑲怏w是反應(yīng)操作中在反應(yīng)室100中使用的反應(yīng)氣體，并且方法進(jìn)一步包括步驟，在反應(yīng)氣體流過冷卻管道260后，即步驟410后，將反應(yīng)氣體引入反應(yīng)室步驟415)，由此在使用前預(yù)先加熱反應(yīng)氣體。例子后面的例子說明了根據(jù)本發(fā)明的裝置和方法的優(yōu)點，上述裝置和方法用于在反應(yīng)室100中隔離密封件110。提供例子來說明本發(fā)明的相應(yīng)實施例，而在任何方面都將不限制本發(fā)明的范圍。
參考圖11，由圖中420說明的第一個例子，說明了根據(jù)本發(fā)明實施例的隔離件105的性能，它只通過光導(dǎo)管和熱屏障效應(yīng)來隔離密封件110，而不需要液體流過冷卻管道260。在這個例子中，冷卻管道260的入口265和出口270保留向大氣敞開，水以兩個半加侖每分鐘(GPM)的速度，流過門120中的冷卻通道235。熱電偶或TC關(guān)于0型環(huán)密封件110在徑向上分開而放置。在加熱大約兩個半小時候后，反應(yīng)室100的反應(yīng)地段170達(dá)到500℃的溫度，導(dǎo)致大約250℃的O型環(huán)最高溫度，如圖11的參考數(shù)字425所示，低于這項應(yīng)用中使用的多數(shù)類型O型環(huán)的額定最大溫度。
這時，加熱器設(shè)置點增加到900℃，在加熱一個半小時后導(dǎo)致大約285℃的O型環(huán)最高溫度，如參考數(shù)字430所指示的。
由圖435說明的第二個例子，說明了根據(jù)本發(fā)明實施例的隔離件105的性能，當(dāng)液體流過冷卻循環(huán)管260時，根據(jù)本發(fā)明實施例的隔離件105隔離密封件110。在這個例子中，氮以160立方英尺每小時(Cfh)的速度流過冷卻循環(huán)管260，并且水以兩個半加侖每分鐘(GPM)的速度，流過門120中的冷卻通道235。在加熱大約三個小時后，反應(yīng)地段170的溫度達(dá)到大約1100℃的穩(wěn)定值，而密封件110達(dá)到大約270℃的最大值，如參考數(shù)據(jù)240所示。
前面本發(fā)明特定實施例和例子的描述，用于說明和描述的目的而出現(xiàn)，并且本發(fā)明雖然通過前面適當(dāng)?shù)睦诱f明，但并不因此構(gòu)成限制。它們并非本發(fā)明的所有形式，或?qū)⒈景l(fā)明限制于所揭示的精確形式，并且在上面的講授啟發(fā)下，很多修改、實施例和變化明顯是可能的。通過所附權(quán)利要求及其等價，本發(fā)明的范圍趨于包括這里揭示的一般區(qū)域。
權(quán)利要求
1.反應(yīng)室，包括壁，其中具有縫隙；邊沿，繞縫隙放置；和隔離件，在邊沿與固定件之間，隔離邊沿與固定件之間的密封件，隔離件包括冷卻管道，具有側(cè)壁，覆蓋邊沿，并且與邊沿連接；和帽，覆蓋冷卻管道，帽具有密封表面，密封件緊貼密封表面放置，來密封邊沿與密封件，其中冷卻管道減少反應(yīng)過程中從反應(yīng)室向密封件傳遞的熱量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的反應(yīng)室，其中邊沿、冷卻管道和帽包括石英。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的反應(yīng)室，其中邊沿包括不透明石英，減少從反應(yīng)室向密封件輻射的熱量。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的反應(yīng)室，其中邊沿在遠(yuǎn)離反應(yīng)室的遠(yuǎn)端包括圓柱形開口，其中冷卻管道包括大致彎曲成圓形的形狀，其有大致等于邊沿的直徑。
5.根據(jù)權(quán)利要求2的反應(yīng)室，其中冷卻管道適于用作光導(dǎo)管，將反應(yīng)室輻射的熱量從密封件上傳導(dǎo)出去。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的反應(yīng)室，其中液體穿過冷卻管道。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的反應(yīng)室，其中流體是氣體，并且從包括下列氣體的組中選擇空氣；氮；氦；和氬。
8.根據(jù)權(quán)利要求6的反應(yīng)室，其中流體是反應(yīng)操作中反應(yīng)室中使用的反應(yīng)氣體，并且其中反應(yīng)氣體在流過冷卻管道后引入反應(yīng)室，從而反應(yīng)氣體在引入反應(yīng)室之前被預(yù)先加熱。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的反應(yīng)室，其中冷卻管道的側(cè)壁焊接到邊沿上。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的反應(yīng)室，其中冷卻管道與邊沿整體形成。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的反應(yīng)室，其中縫隙包括門口，半導(dǎo)體基底從中裝入反應(yīng)室。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的反應(yīng)室，其中反應(yīng)室被加壓、抽真空或排氣。
13.根據(jù)權(quán)利要求1的反應(yīng)室，其中隔離件進(jìn)一步包括另外的冷卻管道，它具有側(cè)壁覆蓋邊沿，并且連接其上，與冷卻管道同軸。
14.根據(jù)權(quán)利要求1的反應(yīng)室，其中冷卻管道是分段的冷卻管道，其中每段減少傳遞到部分密封件上的熱量。
15.根據(jù)權(quán)利要求1的反應(yīng)室，其中隔離件進(jìn)一步包括另外的冷卻管道，另外的冷卻管道具有側(cè)壁覆蓋冷卻管道，并且與冷卻管道同軸，并且與冷卻管道和帽連接。
16.在玻璃反應(yīng)室與固定件之間隔離密封件的方法，反應(yīng)室具有壁，其中具有縫隙，并且玻璃邊沿繞縫隙放置，方法包括步驟將具有側(cè)壁的冷卻管道與邊沿連接，從而側(cè)壁覆蓋邊沿；將帽與冷卻管道連接，帽具有密封表面，密封件緊貼密封表面放置，來密封邊沿和固定件；并且使液體流過冷卻管道，減少反應(yīng)操作中從玻璃反應(yīng)室向密封件傳遞的熱量。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的方法，其中邊沿在遠(yuǎn)離反應(yīng)室的遠(yuǎn)端包括圓柱型開口，并且其中連接冷卻管道的步驟包括步驟，連接冷卻管道，冷卻管道大致彎曲成圓形，其直徑大致等于玻璃邊沿的直徑。
18.根據(jù)權(quán)利要求16的方法，其中連接冷卻管道的步驟包括步驟連接冷卻管道，冷卻循環(huán)管適于用作光導(dǎo)管，將玻璃反應(yīng)室輻射的熱量從密封件上傳導(dǎo)出去。
19.根據(jù)權(quán)利要求16的方法，其中使流體流過冷卻管道的步驟包括使氣體流過冷卻管道。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的方法，其中使氣體流過冷卻管道的步驟包括使氣體流動的步驟，氣體從包括下列氣體的組中選擇空氣；氮；氦；和氬。
21.根據(jù)權(quán)利要求19的方法，其中氣體是反應(yīng)操作中在玻璃反應(yīng)室中使用的反應(yīng)氣體，并且其中使流體流經(jīng)冷卻管道的步驟包括步驟使氣體流過冷卻管道后將其引入玻璃反應(yīng)室，從而反應(yīng)氣體在引入玻璃反應(yīng)室之前被預(yù)先加熱。
22.根據(jù)權(quán)利要求16的方法，其中冷卻管道包括玻璃，并且其中將冷卻管道與玻璃邊沿連接的步驟，包括將冷卻管道的側(cè)壁焊接到邊沿上的步驟。
23.隔離件，用于隔離反應(yīng)室與固定件之間的密封件，反應(yīng)室具有壁，其中具有縫隙，并且玻璃邊沿繞縫隙放置，隔離件包括玻璃帽，具有密封表面，密封件緊貼密封表面放置，來密封玻璃邊沿與玻璃帽；和傳熱裝置，用于在玻璃邊沿與玻璃帽之間傳遞熱傳遞流體，其中流過傳熱裝置的熱傳遞流體減少反應(yīng)操作中從反應(yīng)室向密封件傳遞的熱量。
24.根據(jù)權(quán)利要求23的隔離件，其中傳熱裝置包括在玻璃邊緣部分表面中加工的通道，并且其中玻璃帽焊接到通道上而形成冷卻管道，其中熱傳遞流體從中穿過。
25.根據(jù)權(quán)利要求23的隔離件，其中傳熱裝置包括冷卻管道，它具有外壁，其外側(cè)焊接到玻璃邊沿上，并且其中玻璃帽焊接到外壁背向玻璃邊沿的位置上。
全文摘要
提供裝置和方法，用于在加壓、抽真空或排氣的反應(yīng)室(100)中隔離聚合材料制成的密封件(110)，其中密封件(110)減少由于從反應(yīng)室向密封件傳導(dǎo)熱量導(dǎo)致的損壞。反應(yīng)室(100)包括壁(125)，其中具有縫隙(140)；邊沿(115)，關(guān)于縫隙放置；和邊沿與固定件(120)之間的隔離件(105)，隔離邊沿與固定件之間的密封件。通常，隔離件(105)包括冷卻管道或冷卻循環(huán)管(260)，它具有側(cè)壁(262)，覆蓋邊沿(115)并與之連接，并且帽(255)覆蓋循環(huán)管。帽(255)具有密封表面(257)，密封件(110)緊貼密封表面(257)放置。液體可以流過循環(huán)管(260)，減少傳導(dǎo)到密封件(110)上的熱量。邊沿(115)、循環(huán)管(260)和帽(255)最好由石英或玻璃制成，并且循環(huán)管的側(cè)壁(262)焊接到邊沿和帽上。更為優(yōu)選的是，循環(huán)管(260)用作光導(dǎo)管，將反應(yīng)室(100)輻射的熱量從密封件(110)傳導(dǎo)出去。
文檔編號C23C16/44GK1405863SQ0214345
公開日2003年3月26日 申請日期2002年8月19日 優(yōu)先權(quán)日2001年8月20日
發(fā)明者戴維·魯賓遜, 邁克爾·德雷珀, 戴夫·洛佩斯 申請人:Asml美國公司