具有高发射率涂层的大型真空腔室主体的电子束熔接的制作方法

发明背景

发明领域

本发明揭露的实施方式一般涉及具有高发射率涂层以增加来自进入基板的热传递的大型真空腔室主体，以及经电子束熔接在一起的大面积真空腔室主体。

相关技术的描述

为将基板从大气环境带入真空环境，基板会通过晶片承载腔室(load lock chamber)。为了避免基本压力改变，在从处理系统外部将基板置入晶片承载腔室时，最好是使晶片承载腔室通至大气，并在基板置于所述晶片承载腔室中后排空。在处理之前会通过晶片承载腔室的基板包括有半导体晶片、平板型显示器基板、太阳能板基板以及有机发光显示器基板。

基板产量永远是一项考虑。业界总是在寻求增加基板产量并减少设施停工期的方式。如能越快处理基板，则每一小时即可处理更多的基板。对基板进行的处理会影响基板的产量，而处理之间所发生的事件也会影响基板的产量。举例而言，将基板置于腔室中所耗费的时间量会影响基板的产量。因此，连晶片承载腔室都会影响基板产量，因为上述晶片承载腔室保持在真空状态以避免基本压力改变。然而，当基板置入晶片承载腔室时，晶片承载腔室也会与大气交界。因此，晶片承载腔室也会花费时间而从真空状态变为排空状态。故，晶片承载腔室会影响基板产量。

因此，本领域中需要一种可增加基板产量的晶片承载腔室。

发明概要

本发明所述的实施方式与一种已经熔接在一起的大型真空腔室主体有关。腔室主体在所述腔室主体中的至少一个表面上具有高发射率涂层。由于是大型尺寸的腔室主体，腔室主体可通过将数个部件熔接在一起而形成，而非以单一金属部件来锻造主体。这些部件在与主体的弯处相隔的一位置处熔接在一起，所述位置在排空期间处于最大应力处，以确保可能是主体中最弱点的熔接不会失效。腔室主体的至少一个表面可涂覆有高发射率涂层，以助于来自进入的受热基板的热传递。所述高发射率涂层可藉由减少降低基板温度所需时间而增加基板产量。

在一个实施方式中，揭露了一种晶片承载腔室主体。腔室主体包含多个部件，多个部件耦接在一起以共同形成腔室主体，所述腔室主体具有含四个弯处的内部表面。腔室主体另包含第一部件、第二部件、第三部件与第四部件。第一部件包含：第一部分及延伸通过第一部分的第一开口，第一部分具有大于第一宽度的第一长度，以及包含第一凸缘，第一凸缘在与第一宽度实质垂直的方向上自第一部分延伸第一距离。第一凸缘自四个弯处中的第一弯处延伸。第一部件也包括第二凸缘，第二凸缘在与第一宽度实质垂直的方向上自第一部分延伸第二距离。第二凸缘自四个弯处中的第二弯处延伸。第二部件耦接至第一凸缘并在与第一宽度实质垂直的方向上延伸。第三部件耦接至第二凸缘并在与第一宽度实质垂直且与第二部件平行的方向上延伸。第四部件耦接至第二部件与第三部件。第四部件包含：第二部分及延伸通过第二部分的第二开口，第二部分具有大于第二宽度的第二长度；也包含第三凸缘，第三凸缘在与第二宽度实质垂直的方向上自第二部分延伸第三距离。第四部件另包含第四凸缘，第四凸缘在与第二宽度实质垂直的方向上自第二部分延伸第四距离。

在另一个实施方式中，揭露了一种用于制造晶片承载腔室主体的方法，晶片承载腔室主体具有外部表面以及含多个弯处的内部表面。所述方法包含：放置第一部件相邻于第二部件且以一间隙相隔开，辐照电子束至间隙中以及将第二部件熔接至第一凸缘。第一部件包含第一部分，所述第一部分具有第一长度与小于第一长度的第一宽度。第一部件亦包含第一凸缘，所述第一凸缘在与第一宽度实质垂直的方向上自第一部分延伸第一距离，使得第一凸缘与第一部分在所述多个弯处中的第一弯处处会合。第一凸缘与第二部件相隔一间隙。

在另一个实施方式中，揭露了一种晶片承载腔室。腔室包含：顶部平板、相对于顶部平板配置的底部平板以及耦接至顶部平板与底部平板的第一侧部平板。腔室也包含第二侧部平板，所述第二侧部平板耦接至顶部平板与底部平板，且相对于第一侧部平板而配置。腔室也包含第一狭缝阀平板，所述第一狭缝阀平板耦接至顶部平板、底部平板、第一侧部平板与第二侧部平板，且具有通过第一狭缝阀平板的开口。腔室也包含第二狭缝阀平板，所述第二狭缝阀平板耦接至顶部平板、底部平板、第一侧部平板与第二侧部平板。第二狭缝阀平板相对于第一狭缝阀平板而配置且具有通过第二狭缝阀平板的开口。顶部平板、底部平板、第一与第二侧部平板以及第一与第二狭缝阀平板共同围绕腔室空间。腔室也包括涂层，所述涂层配置在顶部平板与底部平板中的至少一个上。涂层具有在摄氏599度测得为大于0.19的第一发射率。

附图简单说明

为使本发明的上述特征得以更详细被了解，已参照实施方式而更具体说明以上所简述的发明，其中部分实施方式示出在附图中。然而，应知附图仅为说明本发明的典型实施方式，而非用于限制本发明的范畴，本发明亦允许其它等效实施方式。

图1为根据本发明一个实施方式的三槽式晶片承载腔室100的截面图。

图2为根据一个实施方式的晶片承载腔室的分解等角视图。

图3A为耦接在一起的晶片承载腔室侧壁的等角视图。

图3B为图3A的上视图。

图4为根据一个实施方式的晶片承载腔室的接合位置的等角视图。

图5A为将熔接在一起以形成晶片承载腔室主体的一部分的两个部件的等角视图。

图5B为图5A中所示的两个部件熔接在一起后的等角视图。

图5C为从另一角度所见的图5B的等角视图。

图6为根据一个实施方式的涂覆腔室表面的示意上视图。

图7为根据另一个实施方式的涂覆腔室表面的等角视图。

为助于理解，尽可能使用相同的元件符号来表示各图式中相同的元件。应知在一个实施方式中所揭示的元件也可用于其它实施方式，无须另行特定说明。

具体描述

本发明所揭露的实施方式与已经熔接在一起的大型真空腔室主体有关。腔室主体在所述腔室主体中的至少一个表面上具有高发射率涂层。由于是大型尺寸的腔室主体，腔室主体可通过将数个部件熔接在一起而形成，而非以单一金属部件来锻造主体。这些部件可在与主体的弯处相隔的位置处熔接在一起，所述位置在排空期间处于最大应力处，以确保可能是主体中最弱点的熔接不会失效。腔室主体的至少一个表面可涂覆有高发射率涂层，以助于来自进入的受热基板的热传递。高发射率涂层可通过减少降低基板温度所需的时间而增加基板产量。

以下所揭示的实施方式是关于加州圣克拉拉应用材料公司的子公司AKT America公司的三槽式晶片承载腔室。本发明虽以三槽式晶片承载腔室加以说明，应了解本发明也可实施于其它真空腔室，包括由其它制造商所生产的真空腔室。

图1为根据一个实施方式的三槽式晶片承载腔室100的截面图。晶片承载腔室100包括腔室主体102，腔室主体102围绕三个独立的腔室空间104、106与108。腔室空间104、106与108可彼此电绝缘，且彼此为大气隔离。

腔室空间104可具有狭缝阀门118，狭缝阀门118可开启与关闭以使基板112进出大气侧140的腔室空间104。另一个狭缝阀门120可开启与关闭以使基板112可以进出真空侧138的腔室空间104。在图1所示的实施方式中，在狭缝阀门120开启时，机器人端效器(robot end effector)114位于真空侧138的腔室空间104中。因为腔室空间104对真空侧138开启，因此腔室空间104处于真空。

由于腔室空间104处于真空，因而腔室空间104的上壁130可偏转至腔室空间104中，并远离水平线“A”所示的正常位置。同样地，腔室空间104的下壁132亦可同样偏转至腔室空间104中，并远离水平线“B”所示的正常位置。举升销110位于正常位置(亦即自腔室空间104的水平底部表面延伸)，然应知举升销110也可与下壁132同时偏转。

另一个腔室空间108可具有狭缝阀门126，狭缝阀门126开启与关闭以使基板112从大气侧140进出腔室空间108。另一个狭缝阀门128可开启及关闭以使基板112自真空侧138进出腔室空间108。在图1所示的实施方式中，腔室空间108可通过关闭的狭缝阀门126、128而自大气侧140与真空侧138密封；因此，腔室空间108可被抽气至适当的真空程度。在此方式中，腔室壁134、136可偏转至处理空间108中并远离腔室壁134、136的正常位置(如水平线“C”与“D”所示)。举升销110位于正常位置(亦即自腔室空间104的水平底部表面延伸)，然应知举升销110也可与下壁136同时偏转。

另一个腔室空间106具有狭缝阀门122，狭缝阀门122开启及关闭以使基板112可进出大气侧140的腔室空间106。狭缝阀门122利用延伸至腔室空间106中的机器人端效器116开启。由于狭缝阀门122开启于大气侧140，腔室空间106可处于大气压力。另一个狭缝阀门124可开启及关闭以使基板112可以进出真空侧138的腔室空间104。由于腔室空间104、108中的排空条件，腔室空间106的腔室壁132、134可偏转远离腔室空间106。

当腔室壁130、132、134、136相对于腔室壁130、132、134、136的正常位置而偏转时，狭缝阀门118、120、122、124、126、128所密封的腔室壁142、144、146、148、150、152也会相对于腔室壁142、144、146、148、150、152的正常位置而移动。通过在移动腔室壁142、144、146、148、150、152时一起移动狭缝阀门118、120、122、124、126、128，即可减少狭缝阀门118、120、122、124、126、128与腔室壁142、144、146、148、150、152之间的摩擦，并因而减少颗粒的产生。

图2为根据一个实施方式的晶片承载腔室200的分解等角视图。晶片承载腔室200可相当大。在一个实施方式中，晶片承载腔室的大小可容置表面积约8平方米或以上的基板。应知本发明的实施方式可应用于大小为可容置表面积小于约8平方米的基板的腔室。由于尺寸为大型的缘故，从铸锭锻造晶片承载腔室200会有困难。因此，晶片承载腔室200可由数个熔接在一起的部件所制成。

晶片承载腔室200包括顶部平板202、底部平板204以及中间区段206。中间区段206可包含两个末端部件208、210，末端部件208、210可各具有通过末端部件208、210的开口212，以使基板进出晶片承载腔室200。末端部件可藉由侧部部件216、218而连接，侧部部件216、218可藉由熔接部214而耦接至末端部件208、210。

图3A为耦接在一起的晶片承载腔室侧壁的等角视图。图3B为图3A的上视图。晶片承载腔室具有主体300，主体300具有末端部件302、304，各末端部件302、304具有开口306、308，开口306、308的大小使得基板可进出主体300所围绕的处理区域。侧部部件310、312藉由熔接部314、316、318、320而熔接至末端部件302、304。

末端部件302、304各由一单一块材锻造而得。如图3B所示，末端部件被回刻如箭头“E”所示的一段距离，且具有经磨圆的弯处322，弯处322至少部分与处理区域为界。由于末端部件302、304的雕刻，侧部部件310、312在与弯处322隔开的位置处与末端部件302、304接合。在一个实施方式中，末端部件302、304可被回刻约半英寸至约一英寸。

由于处理区域为大型尺寸，当将真空引入处理区域以及当处理区域对大气排空时，部分的晶片承载腔室会偏转。弯处322将因此处于最大应力，而弯处可能会受到来自多个方向的张力。通过将侧部部件310、312与末端部件302、304接合位置隔开，接合区域或熔接部314、316、318、320较不会失效。由于熔接部314、316、318、320、侧部部件310、312以及末端部件302、304并非同时为单一材料部件，因此可预期熔接部314、316、318、320为主体300中的最弱点。因此，将最弱点移动至与最大应力隔开的位置是有利的。

熔接部314、316、318、320可由电子束熔接形成。如TIG或MIG等电弧熔接并不适用于大型真空腔室所使用的厚型材料。电子束熔接具有比电弧熔接更高的能量密度，且在最小变形量下可使熔接速度更快且更深。电子束熔接的小量变形可在熔接前对末端部件302、304及侧部部件310、312进行更粗糙的加工。相较于精密抛光的表面而言，粗糙加工减少了加工成本，这是因为各部件302、304、310、312够小，因而相较于使用从单一材料制造主体300的大型加工设施而言，各部件302、304、310、312可使用较不昂贵的小型加工中心来加工。

在一个实施方式中，末端部件302、304以及侧部部件310、312包含相同材料。在另一个实施方式中，末端部件302、304以及侧部部件310、312包含不同的材料。在一个实施方式中，此材料可包含铝。在另一个实施方式中，此材料可包含电镀铝。在另一个实施方式中，此材料可包含不锈钢。

图4为根据一个实施方式的晶片承载腔室的接合位置的等角视图。末端部件402通过电子束熔接所形成的熔接部406而接合至侧部部件404。末端部件402由单片材料锻造而得，并经雕刻而使至少部分与处理区域交界的弯处408具有弯曲表面。熔接位置置于从曲率半径末端大于约八分之一英寸处。藉由将熔接部406与弯处408隔开，可降低熔接区域的应力集中。此外，也可减少熔接的深度。末端部件402具有如箭头“F”所示的宽度，所述宽度大于如箭头“G”所示的侧部部件404的宽度。由于熔接部406与弯处408隔开，因此侧部部件404在结构上可尽可能为薄。

图5A为将熔接在一起以形成晶片承载腔室主体的一部分的两个部件的等角视图。末端部件502最初是与侧部部件504相隔如箭头“J”所示的一段距离。在一个实施方式中，距离“J”可介于约四分之一英寸至约二分之一英寸之间。侧部部件504可藉由电子束熔接而熔接至末端部件502。电子束可聚焦至末端部件502与侧部部件504之间的间隙中(如间隙底部处的箭头“H”所示)，并向上移动(如箭头“I”所示)。如图5A所示，电子束从处理区域外部聚焦至间隙中。

图5B为图5A中所示的两个部件熔接在一起后的等角视图。而图5C为从另一角度所见的图5B的等角视图。由图5B可知，由于电子束自外表面聚焦，侧部部件504与末端部件502的外表面在边缘508、510处具有经粗糙化的熔接部506。如末端部件502与边缘部件504的内表面上的边缘512、514所示，未由电子束聚焦的其它表面更为平滑及洁净。

第十代腔室的大小用于容纳2880mm×3130mm的基板，这种基板是相当大型的。在如此大型的腔室中进行制造处理是困难且昂贵的。此外，制造这种腔室也是困难的。为增加产量，晶片承载腔室用于使基板自约摄氏250度至约摄氏300度之间的温度冷却至约摄氏100度至约摄氏150度之间的温度，而晶片承载排空达介于约45秒至约75秒之间的一段时间，使得在晶片承载腔室大气侧的机器人可以从晶片承载腔室中移除基板。

由于高热质与辐射热传递，排空气体(例如氮气或氩气)本身的传导/对流可能不足以使基板冷却至适当温度。换言之，晶片承载腔室的表面发射率可能是冷却基板的一项因素。为处理发射率的问题，这些表面可加以电镀、涂漆或经珠光处理。大部分的电镀、珠光处理或涂漆设施都不足以容纳如第十代腔室这般大型的腔室，因此，本发明中所述的高发射率涂层是一种受瞩目的选择。

真空涂层技术可用以吸收特定波长光。在一个实施方式中，此涂层可包含铝。高发射率涂层使腔室的表面积比未涂覆表面增加2000倍，并控制发射率在宽光波长范围。涂覆可直接在腔室的小部分上进行，或通过在表面上铺展具有感压胶的铝箔(所述铝箔会接触腔室)而进行。滚卷(roll)原位涂覆于腔室的表面上，不需如电镀、珠光处理或涂漆等表面处理，因此可在不增加运筹成本下实行。整体成本可比电镀更减少三分之一。施用铝涂层在生态上也较洁净且无有毒废料。

高发射率涂层使基板在约45秒至约75秒的时间内从约摄氏250度至约摄氏300度的温度降温至约摄氏100度至约摄氏150度的温度，藉以减少冷却时间。在一个实施方式中，高发射率涂层可具有约0.7至约0.9之间的发射率。所述高发射率涂层的厚度可介于约0.3微米至约14微米之间。在另一个实施方式中，此高发射率涂层的厚度可介于约5微米至约7微米之间。在又一个实施方式中，此高发射率涂层的厚度可介于约7微米至约14微米之间。在又一个实施方式中，此高发射率涂层的厚度可介于约6微米至约14微米之间。在一个实施方式中，此高发射率涂层可含有多层。合适的高发射率涂层可购自以色列Acktar Advanced Coatings有限公司。

高发射率涂层是通过从滚动条简单铺展涂层材料并将涂层压制到欲涂覆表面上，使涂层的黏着侧粘附至欲涂覆表面而施用的。在一个实施方式中，高发射率涂层可介于约18厘米宽至约22厘米宽，以及介于约3.1米至约3.3米长。如果需要的话，高发射率涂层可施用至腔室的所有暴露表面上，只要涂层不干扰腔室的运作即可。

图6为根据一个实施方式的涂覆腔室表面的示意上视图。图6中所示的平板600可为晶片承载腔室在一环境中的顶部平板或底部平板，或晶片承载腔室(包括如图1所示的三槽式晶片承载腔室)的任何表面。顶部平面与底部平面各具有与处理区域交界的元件的最大暴露表面面积。侧部部件与末端部件各小于顶部平板与末端平板。此外，末端平板具有通过末端平板的开口，开口尺寸容许基板进出处理区域。侧部部件具有通过侧部部件的开口，以将真空引入处理区域中。此外，侧部部件中的开口使测量可在腔室内进行，或用以将气体导入腔室。

在一个实施方式中，晶片承载腔室的主体可包含铝。在另一个实施方式中，晶片承载腔室的主体可包含电镀铝。铝跟电镀铝两者都具高反射率及低发射率。铝在摄氏25度时的发射系数为0.02、在摄氏100度时的发射系数为0.03、在摄氏500度时的发射系数为0.06。另一方面，电镀铝在摄氏199度时的发射系数为0.11、在摄氏599度时的发射系数为0.19。铝是最常用的反射性材料之一。平均而言，铝的反射率高于90％。电镀铝虽不如铝般具有高反射率，但电镀铝的反射率仍高于50％。

当基板从移送室进入晶片承载腔室时，基板可能处于高于工厂接口温度的较高温度。因此，晶片承载腔室可用以降低基板的温度，然而由于具有高反射率表面的缘故，基板的热传量可能不是非常好。高发射率涂层602可沉积于平板600的暴露表面上。高发射率涂层602可具有低于约4％的反射率以及高于约0.19的发射系数。因此，高发射率涂层602可有助于热传递。高发射率涂层602可足以暴露至真空条件而不干扰或污染通过晶片承载腔室的基板。高发射率涂层602可为连续式或以间隙604分隔。高发射率涂层602实质上可延伸于整体宽度，如平板600的箭头“K”所示且宽度如箭头“L”所示。

图7为根据另一个实施方式的涂覆腔室表面(例如平板700)的等角视图。如图7所示，基板支撑部702可横越涂层704而与涂层704的细条带垂直。基板支撑部702可具有一或多个基板支撑销706，基板支撑销706垂直延伸以支撑在晶片承载腔室中的基板。基板由具端效器的机器人带入腔室中。所述端效器适配于基板支撑部702之间并接着下降，直到使基板停置在基板支撑销706上为止。

应知本发明所揭示的实施方式参照熔接及高发射率涂层的晶片承载腔室而说明，而熔接及高发射率涂层可用于其它腔室中，例如移送室与处理腔室。此外，也可使用熔接来制造腔室，即使此腔室并未衬以高发射率涂层。类似地，腔室可衬以高发射率涂层，即使此腔室并未藉由本发明所述的熔接技术所制。在一个实施方式中，腔室同时包含高发射率涂层以及本发明所述的熔接概念。

藉由在腔室内的一或多个表面上涂覆高发射率涂层，基板的热传递可以比暴露、裸露铝或电镀铝表面更快的速率进行。此外，由于分开的部件是在与弯处隔开的位置处以电子束熔接在一起，因此可以更具成本效益的方式来形成腔室主体，故不需要较大型的锻造设备。

前述说明针对本发明的实施方式而行，然在不背离发明基本范畴下，亦可推得其它及进一步的实施方式，且发明范围由以上权利要求书予以限定。