CN101378005A - 具有滚动隔膜的传递室 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于在真空下传递大面积基板的设备，包括：具有多个侧壁和一底部的真空室主体；提升机构；基本布置在所述室主体的内部体积中并连接到所述提升机构的机械手，所述提升机构选择性控制所述机械手在所述内部体积内的高度；以及在所述机械手和所述室主体的底部之间提供密封的一个或几个滚动隔膜。还提供了一种用于传递大面积基板的方法。一个或几个滚动隔膜的使用提供清洁真空环境并消除对于昂贵波纹管和精确机械加工构件的需求。而且，还消除了对于唇状密封的使用时需要的精确对准的需求。因此，本发明的设备具有成本节约、易于组装及维护的优点。

Description

具有滚动隔膜的传递室

技术领域

本发明一般涉及具有滚动隔膜的真空传递室。

背景技术

两个快速发展的技术领域是薄膜晶体管和光电器件。通过平板技术形成的薄膜晶体管(TFT)通常用于诸如计算机和电视监视器、手机显示屏、个人数字助理(PDA)及数量增长的其他装置的有源矩阵显示器。一般来说，平板包括具有夹在其间的液晶材料层的两个玻璃板。玻璃板中的至少一个包括布置在其上的连接到电源的一个导电薄膜。由电源施加到导电薄膜的功率改变晶体材料的取向，产生图形显示。

光电器件(PV)或太阳能电池是将太阳光转换为直流(DC)电力的器件。PV或太阳能电池通常具有在面板上形成的一个或几个p-n结。每个结包括在半导体材料内的两个不同区域，其中将一侧表示为p-型区域而另一侧为n-型区域。当将PV电池的p-n结暴露于太阳光(由来自光子的能量构成)时，通过PV效应将太阳光直接转换为电力。一般来说，希望高质量硅基材料产生高效结器件(即每单位面积的高功率输出)。由于在常规低温等离子体增强化学气相沉积(PECVD)工艺中其制备的低成本，已经将非晶硅(a-Si)广泛用作PV太阳能电池中的硅基面板材料。

由于市场对平板技术的接受和对于抵消盘旋上升的能量费用的更有效PV器件的渴望，对于更大的面板、增加的生产率和较低的制备成本的需求已经驱使设备制造商开发适应用于平板显示器的更大面积的基板和PV器件装配厂的新型系统。一般将通常包括由加载互锁室和多个真空处理室围绕的真空传递室的当前基板处理设备设置成容纳略微大于约2平方米的基板。预计在不久的将来将出现设置成容纳更大基板尺寸的处理设备。

对于装配厂，用于制备这种大基板的设备代表巨大投资。常规系统需要大的且昂贵的硬件。为了增加该投资的利润，非常需要高的基板生产能力。用于提供高的基板生产能力的一种处理策略是使用具有层叠基板传递槽缝的加载互锁室。层叠基板传递槽缝需要增加加载互锁室的垂直尺寸。相应地，为了达到宽间隔的上和下传递槽缝，这种大加载互锁室的使用已经需要传递室机械手具有更大的z-轴(即垂直的)移动。

布置在传递室中的常规机械手通常使用唇状密封和/或波纹管，以便保持机械手和传递室之间的密封，同时便于机械手的z-轴移动。这些密封的每一个具有在更大处理系统中更加明显的设计限制。

例如，唇状密封需要精确的轴和凹槽尺寸确定，在大直径下这是更加难以保持的。另外，需要精确的移动机构，以便在机械手移动的全部范围内保持对准和密封完整性。制备这种精确构件是非常昂贵的。而且，长冲程应用中的唇状密封因增大的密封磨损而易于产生颗粒，这样也会缩短密封的使用寿命。

制备波纹管同样是昂贵的，特别是在用于在大面积基板处理设备中使用所需的大直径方面。另外，适于用作压力阻挡层的波纹管通常不是设计用于容纳扩展的移动范围，这样会造成波纹管失效。

因此，存在对于用于在机械手和真空传递室之间使用的有助于更大面积基板的坚固处理的改进真空密封的需求。

发明内容

本发明的各个实施例包括具有在机械手和传递室之间提供密封的至少一个滚动隔膜的真空传递室，及用于使用该真空传递室的方法。在一个实施例中，提供了用于在真空下的大面积基板的传递的包括真空室主体、提升机构、机械手和一个或几个滚动隔膜的设备。将该机械手基本布置在该室主体的内部体积内并将其连接到该提升机构。该提升机构选择性控制该机械手在该内部体积内的高度。该一个或几个滚动隔膜在该机械手和该室主体的底部之间提供密封。

在另一个实施例中，提供了用于在真空下的大面积基板的传递的包括真空室主体和基本布置在该室主体的内部体积内并连接到提升机构的机械手。该提升机构在该内部体积内选择性控制该机械手的高度。串联排列第一滚动隔膜和第二滚动隔膜并由间隔片在一个末端将它们密封。该间隔片具有穿过其形成的与在这两个隔膜之间确定的间隙体积连通的通道。穿过该间隔片的该通道终止于设置成接收用于连接到真空源的装置的舱口。

还提供了用于传送大面积基板的方法。在一个实施例中，该方法包括提供具有布置在其中的机械手的传递室，将该传递室连接到加载互锁室和至少一个处理室，该机械手具有可由提升机构选择的高度，用一个或几个滚动隔膜将该机械手密封到该传递室，由机械手将基板从该处理室或加载互锁室中的至少一个传递到该传递室，以使该滚动隔膜的第一末端相对第二末端移动的方式调整在该传递室内该基板的高度，以及由机械手将基板从该传递室传递到该处理室或加载互锁室中的至少一个。

附图说明

以获得并可以详细理解本发明的上述特征的方式，参考在附图中示出的实施例给出上面概述的本发明的更加明确的描述。然而，需要注意的是，附图仅示出本发明的典型实施例，由于本发明可以允许其它等效实施例，因此不能认为附图限制本发明的范围。

图1是具有本发明的真空传递室的一个实施例的说明性组合工具的平面图；

图2是沿图1的剖面线2--2截取的具有在机械手和真空传递室之间提供密封的滚动隔膜的真空传递室的部分截面图，在降低位置示出该机械手；

图3是图2的滚动隔膜的部分截面图；

图4是具有在机械手和真空传递室之间提供密封的滚动隔膜组件的真空传递室的部分截面图；

图5是间隔片的部分截面图；以及

图6是图2的真空传递室的部分截面图，示出在提升位置的机械手。

为了便于理解，已经尽可能地使用相同参考数字表示附图中共有的相同元件。预期不需要额外描述即可将一个实施例的元件方便地用于其它实施例。

具体实施方式

提供了具有布置在室主体和机械手之间的至少一个滚动隔膜的传递室。虽然下面参考具有可从加利福尼亚州Santa Clara市的应用材料(AppliedMaterials)公司的分公司AKT公司获得的结构的大面积基板传递室，提供了传递室的特定实施例，可以预期本发明特征和方法适于在其它传递室中使用，包括来自其它制造商的那些传递室。还可预期本发明特征和方法适于与适于处理较小面积基板的设备一起使用。

图1是诸如线性或组合工具的说明性处理系统100的平面图，其具有真空传递室106的一个实施例、一个或几个加载互锁室104和多个处理室108。由加载互锁室104连接到传递室106的生产界面102包括多个基板存放盒114和常压机械手112。常压机械手112便于基板116在盒114和加载互锁室104之间的传递。

基板处理室108与传递室106连接。基板处理室108可设置成执行化学气相沉积工艺、物理气相沉积工艺、蚀刻工艺或适于制备平板显示器、太阳能电池或其它器件的其它大面积基板制造工艺中的至少一种。一般来说，大面积基板具有至少1平方米的平面面积，并且可以由玻璃或聚合物板组成。

加载互锁室104一般包括至少一个可环境隔离空腔，该可环境隔离空腔具有在其中确定的一个或几个基板存放槽缝。在某些实施例中，可以提供多个可环境隔离空腔，每一个具有在其中确定的一个或几个基板存放槽缝。加载互锁室104用来在生产界面102的周围或大气环境和在传递室106中维持的真空环境之间传递基板116。在2006年1月13日提交的美国专利申请序号No11/332,781、2004年4月26日提交的美国专利申请序号No 10/832,795、2000年9月15日提交的美国专利申请序号No 09/663,862、2004年5月10日提交的美国专利申请序号No 10/842,079和2006年6月2日提交的美国专利申请序号No 11/421,793及2007年7月24日提交的美国专利申请序号No11/782,290中描述了示范加载互锁室，这里将这些专利申请全部作为参考文献。除其它制造商外，还可以从加利福尼亚州Santa Clara市的应用材料(Applied Materials)公司的分公司AKT公司获得其它适用的加载互锁室。

为了便于基板116在加载互锁室104和处理室108之间的传递，将真空机械手110布置在传递室106中。真空机械手110可以是适于在真空条件下传递基板的任何机械手。在图1所示实施例中，真空机械手110是一般包括安放用于控制末端受动器162的位置的一个或几个马达(未示出)的机械手底座160的极坐标型或蛙腿型机械手。由连杆164将末端受动器162连接到底座160。由如后面的图2-3和6中滚动隔膜180或图4中的滚动隔膜402、404所示的一个或几个滚动隔膜将真空机械手110密封到传递室104。当机械手110垂直移动时，该一个或几个滚动隔膜便于对末端受动器162和布置在其上的基板116的高度进行控制，同时防止来自室106的真空泄漏。在一个实施例中，真空机械手110的末端受动器162具有至少500mm的垂直移动范围。

图2示出沿图1的剖面线2--2截取的传递室106的部分截面图。传递室106具有由诸如铝的刚性材料制成的室主体200。室主体200一般包括多个侧壁202、室底部204和顶盖206。顶盖206可以移开，以便允许进入室主体200的内部体积210。

传递室106的两个或多个侧壁202包括基板进入舱口212。由门240选择性密封舱口212。在图2所示实施例中，在横截面中示出两个基板进入舱口212，其中基板进入舱口212中的第一个便于大基板进出加载互锁室104的传递，而基板进入舱口212中的第二个便于大基板进出处理室108的传递。

室主体200的底部204具有穿过其支撑真空机械手110的开口214。在图2所示实施例中，将延伸部分216连接到传递室106的底部204。延伸部分216可以是室主体200的组成部分，或者是密封连接到室主体200的单独构件，例如通过连续焊缝。或者，可以以压缩o-环或防止传递室106和延伸部分216之间的泄漏的其它密封(未示出)的方式将延伸部分216固定或夹紧到室主体200。如这里所用的，将延伸部分216认为是室主体200的一部分。

可以通过使用提升机构252移动机械手来控制真空机械手110的刀片或其它末端受动器162的高度。在图2所示实施例中，由托架(未示出)将提升机构252连接到室主体200的底部或系统100的底座。提升机构252的第二末端连接到真空机械手110的底座160，或者如图2的实施例中所示，将气缸208布置在机械手底座160和提升机构252之间。如这里所用的，将气缸208认为是机械手底座160的一部分。随着提升机构252在室主体200的内部体积210内可控地定位(即移动)机械手底座160，真空机械手110的末端受动器162就被垂直地移动。提升机构252可以是液压或气压缸、导程或传动螺杆、步进或伺服电动机、或适于控制机械手210的垂直位置的其它装置。

滚动隔膜180防止室主体200和真空机械手110之间经由开口214的泄漏。以由真空机械手110穿过其延伸的延伸部分216的内径218围绕并径向支撑隔膜180的外环270的方式确定滚动隔膜180的尺寸。因此，由延伸部分216承担外环270受到的压力，而不是隔膜材料。圆柱状内径218足够长到在隔膜180的移动的全部范围上支撑滚动隔膜180的外环270。在图2所示实施例中，由气缸208的外表面承担外环270受到的压力，而不是隔膜材料。

在图2所示实施例中，滚动隔膜180包括具有第一末端222和第二末端224的柔性管状体230。由在真空条件下使用期间不会向内部体积110中引入微粒和/或化学污染物的柔性材料涂覆或制成体230的内壁232。在一个实施例中，由可包括织物、衬底或其它加固特征的适当弹性体制成滚动隔膜180。

在图2所示实施例中，将滚动隔膜180的第一末端222连接到延伸部分216，同时将滚动隔膜180的第二末端224连接到真空机械手110。滚动隔膜180的第一末端222一般具有大于第二末端224的直径，以便可相对第二末端224容易地移动第一末端222，由此确定内和外环272、270。

滚动隔膜180的第一末端222和第二末端224的每一个终止在法兰274中。法兰274具有环型形状并且包括排列在螺栓分布园上的多个安装孔276。将环形夹块280用于分别相对延伸部分216和气缸208密封压缩法兰274。夹块280包括使紧固件282穿过其中的孔284。在块280中形成的孔284可具有用于容纳紧固件282的头部的埋头孔。紧固件282穿过滚动隔膜的孔276并与分别在延伸部分216和气缸208中形成的螺纹孔286啮合。由此，紧固紧固件282密封压缩法兰274，以便产生真空密封。可选地，如图3所示，法兰274可包括从其延伸的用于增强在隔膜和相邻构件之间的密封的一个或几个肋条300。

有益地，滚动隔膜180的使用消除对于昂贵波纹管和唇状密封的需求，并且有助于更清洁的真空环境。而且，滚动隔膜180的使用消除对于严格尺寸公差的需求，由此降低处理系统的成本。

图4示出具有将室主体200密封到真空机械手110的至少两个滚动隔膜(这里也称为滚动隔膜组件400)的传递室106的另一个实施例。在图4所示实施例中，滚动隔膜组件400包括内滚动隔膜402和外滚动隔膜404。将内滚动隔膜402设置成在室主体200和真空机械手110之间提供密封。由于内滚动隔膜402的内壁406暴露于室主体200的内部体积210，所以用所述的上述材料制成或涂覆内壁406。

将外滚动隔膜404布置在内滚动隔膜402之上，以提供重复的室密封。由于内滚动隔膜402将外滚动隔膜404与基板隔离，可以从较宽范围的材料中选择用于制备外滚动隔膜404的材料。

可以将在内和外滚动隔膜402、404之间确定的间隙空间408保持在大于内部体积210的压力但小于传递室106外部的周围环境的压力的压力。穿过隔膜组件400下降的该分级压力导致穿过每个滚动隔膜402、404的较小压力差异，由此，因为降低的压力需求，能够将隔膜402、404设计成具有较薄的侧壁并用更加柔性的材料制成，这就进一步降低滚动隔膜的尺寸和成本。如果使用附加滚动隔膜，可以将每对隔膜之间的间隙空间保持在小于隔膜对向内的压力但大于隔膜对向外的压力，以便使穿过每个隔膜的压力差异最小化。

另外参考图5，将环形隔块444布置在第一和第二滚动隔膜402、404的第一末端422之间。隔块444包括穿过其形成的真空舱口446。通过通道450将真空舱口446连接到真空源448。可以将真空源448用于在第一和第二滚动隔膜402、404之间确定的间隙空间448中提供真空，以便穿过隔膜组件400的压力是分级的。例如，传递室106内的压力可以在7-10Torr的级别上，而在间隙空间448中的压力大于处理室106内的压力但小于第二滚动隔膜404外部的压力，例如在大约300-450Torr之间。

夹块280用来将滚动隔膜402、404的第一末端422和隔块444紧固到延伸部分216。夹块280和隔块444包括在螺栓分布圆周围等间隔的多个通孔284、484。通孔284可以包括用于接收啮合在延伸部分216的底部表面中形成的螺纹孔286的紧固件486的头部的埋头孔。滚动隔膜402、404的每一个具有与孔284、484、286对准的孔276。当紧固时，紧固件282在滚动隔膜402、404的相邻构件之间密封夹紧滚动隔膜402、404。

另一个夹块280用来将滚动隔膜402、404的第二末端224和第二环形隔块440紧固到气缸208。隔块440包括在螺栓分布圆周围等间隔的多个通孔484。隔块440不需要用于便于在隔膜402、404之间的间隙空间408内的压力的控制的通道。紧固件486穿过孔284、484和276并与在气缸208的底部表面中形成的螺纹孔286啮合。当紧固时，紧固件282在滚动隔膜402、404的相邻构件之间密封夹紧滚动隔膜402、404的第二末端242。

现在提供传递室106的运行的一个模式的示范描述。如图6所示，将末端受动器162提升至与加载互锁室104的上槽缝602对准，以便可以从加载互锁室104取出基板116。在将末端受动器162和基板116移动到传递室106中之后，真空机械手110旋转连杆，以便将基板与所选处理室108对准，并且延伸末端受动器162，以便将基板116传送到所选处理室108。在上述序列中，可能需要使用提升机构252改变末端受动器162的高度。在对基板进行了处理之后，通常连同在至少一个其它处理室中执行的附加处理，真空机械手110将基板116从处理室中取出并将基板传递到加载互锁室的下槽缝604，改变末端受动器162的高度(如果需要)。在该序列中的任何点，为了加热、排队或其它原因，可以将基板116存放在加载互锁室104的中间槽缝606中。

末端受动器162的高度的每个变化需要滚动隔膜180在延伸部分216的表面和底座260上滚动和展开，如上述序列中描述的和参考图2和6示出的。延伸部分216的表面和气缸208一般为滚动隔膜180提供辅助抵抗内部体积210和传递室106外部环境之间的压力差异的衬底。在使用两个或多个滚动隔膜的实施例中，诸如图4所示，可以通过将在至少两个隔膜之间确定的间隙空间保持在大于传递室内的压力但小于该室外部的压力的压力，穿过滚动隔膜保持压力梯度。

因此，传递室具有布置在该传递室和布置在该传递室中的真空机械手之间的一个或几个滚动隔膜。有益地，一个或几个滚动隔膜的使用提供清洁真空环境并消除对于昂贵波纹管和精确机械加工构件的需求。而且，还消除了对于唇状密封的使用时需要的精确对准的需求。另外，在使用多个滚动隔膜的实施例中，由于降低的压力需求，可以穿过较薄隔膜壁和更加柔性材料的隔膜保持分级压力降低。这些益处提供希望的成本节约、易于组装和及维护。另外，使用滚动隔膜实现大范围的垂直机械手移动消除了来自诸如加载互锁室的其它系统构件的设计限制，提高了系统效率和生产能力，并减少了使用成本。

虽然前面描述了本发明的优选实施例，但不偏离其基本范围可以设计本发明的其它和额外实施例。本发明的范围由权利要求来确定。

Claims (14)

1.一种用于在真空下传递大面积基板的设备，包括：

具有多个侧壁和一底部的真空室主体；

提升机构；

基本布置在所述室主体的内部体积中并连接到所述提升机构的机械手，所述提升机构选择性控制所述机械手在所述内部体积内的高度；以及

在所述机械手和所述室主体的底部之间提供密封的一个或几个滚动隔膜。

2.如权利要求1所述的设备，其中所述一个或几个滚动隔膜还包括：

第一滚动隔膜；以及

布置在所述第一滚动隔膜整个之上且产生附加密封的第二滚动隔膜。

3.如权利要求2所述的设备，还包括：

布置在所述第一和第二滚动隔膜之间的间隔片；以及

穿过该间隔片形成的且流体地连接到限制在该第一和第二滚动隔膜之间的间隙体积的真空舱口。

4.如权利要求1所述的设备，还包括：

穿过所述室主体的至少一个侧壁形成的至少两个垂直偏移的进入舱口。

5.如权利要求1所述的设备，其中所述提升机构设置成为机械手提供至少500mm的垂直移动范围。

6.如权利要求1所述的设备，其中所述滚动隔膜还包括：

具有穿过其形成的多个孔的环形密封法兰；以及

从所述法兰向该孔的内部延伸的环形肋条。

7.一种用于在真空下传递大面积基板的设备，包括：

具有多个侧壁和一底部的真空室主体，这些侧壁具有穿过其形成的多个可密封基板传递舱口；

提升机构；

基本布置在所述室主体的内部体积中并连接到所述提升机构的机械手，所述提升机构选择性控制所述机械手在所述内部体积内的高度；

顺序地排列且具有在其间确定的间隙体积的第一滚动隔膜和第二滚动隔膜，所述第一和第二滚动隔膜提供密封，所述密封实现没有真空泄漏的对于所述机械手高度的改变；以及

密封到该第一和第二滚动隔膜的间隔片，该间隔片具有穿过其形成且与该间隙体积连通的通道，该通道终止于用来容纳连接到真空源的装置的舱口。

8.如权利要求7所述的设备，还包括：

具有至少两个基板垂直层叠的基板存放槽缝的加载互锁室，所述机械手可通过所述室主体的至少一个进入舱口进入所述基板存放槽缝。

9.如权利要求7所述的设备，还包括：

具有至少三个基板垂直层叠的基板存放槽缝的加载互锁室，所述机械手可通过所述室主体的至少一个进入舱口进入所述基板存放槽缝。

10.如权利要求7所述的设备，其中所述加载互锁室还包括：

具有在其中确定的三个基板存放槽缝室的第一槽缝的第一内部区域；以及

具有在其中确定的三个基板存放槽缝室的第二槽缝的第二内部区域，其中当所述加载互锁室正在运行时所述第一槽缝和第二槽缝是流体隔离的。

11.如权利要求7所述的设备，其中所述提升机构设置成为机械手提供至少500mm的垂直移动范围。

12.一种用于传递大面积基板的方法，包括：

提供具有布置在其中的机械手的传递室，所述传递室连接到加载互锁室和至少一个处理室，所述机械手具有可由机构选择的高度，并通过一个或多个滚动隔膜将所述机械手密封到所述传递室；

利用机械手将基板从所述处理室或加载互锁室中的至少一个传递到所述传递室；

以使所述滚动隔膜的第一末端相对第二末端移动的方式调整所述基板在所述传递室内的高度；以及

利用机械手将所述基板从所述传递室传递到所述处理室或加载互锁室中的至少一个。

13.如权利要求12所述的方法，其中所述至少一个滚动隔膜还包括：

第一滚动隔膜；以及

布置在所述第一滚动隔膜之上且产生附加密封的第二滚动隔膜。

14.如权利要求13所述的方法，还包括：

将在所述第一和第二滚动隔膜之间确定的间隙空间保持在大于传递室内部的压力但小于传递室外部的周围压力的压力。

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