CN104726843B - 透明窗的密封装置及反应腔室 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种透明窗的密封装置及反应腔室，包括底座、压环和密封圈，底座和压环均采用环状结构，压环靠近其环孔的环形部分叠置在透明窗上表面的边缘区域，底座靠近其环孔的环形部分叠置在透明窗下表面的边缘区域，压环与底座固定实现将透明窗固定在压环和底座之间，密封圈设置在底座与透明窗下表面相接触的表面上任意位置处，或者，透明窗侧壁与其下表面的水平夹角为预设钝角，密封圈设置在底座与透明窗侧壁相接触的任意位置处，借助压环和底座将透明窗在二者之间压紧固定，透明窗受到垂直向下的作用力使得密封圈在该作用力下发生压缩实现对底座与透明窗之间的间隙进行密封。本发明提供密封装置，可以提高密封效果，也可以简化密封装置的结构。

Description

透明窗的密封装置及反应腔室

技术领域

本发明属于半导体设备制造技术领域，具体涉及一种透明窗的密封装置及反应腔室。

背景技术

物理气相沉积（Physical Vapor Deposition，以下简称PVD）技术是微电子领域常用的加工技术，其在集成电路制造行业中，多特指磁控溅射技术，主要用于铝、铜等金属薄膜的沉积，以获得金属接触、金属互连线等。

通常，PVD设备包括去气腔室、预清洗腔室和工艺腔室，其中，去气腔室主要用于对基片完成去气工艺，具体地，将基片加热至300℃～350℃左右，以去除基片表面的水气和其他易挥发的杂质。图1为去气腔室的结构示意图。图2为图1中区域I的局部放大图。请一并参阅图1和图2，该去气腔室10采用加热灯11对基片加热，由于加热灯11不能放置在真空的去气腔室10内，因此，加热灯11设置在去气腔室10的顶部上方，加热灯11发出的红外光透过设置在去气腔室10的顶部的采用透明且耐热材料（例如，石英）制成的透明窗12对基片进行加热；该去气腔室还包括透明窗的密封装置，如图2所示，透明窗的密封装置包括压环13和底座14，压环13和底座14均为环形结构，压环13的靠近其环孔的环形部分叠置在透明窗12上表面的边缘区域，底座14的靠近其环孔的环形部分叠置在透明窗12下表面的边缘区域，底座14的下表面固定在去气腔室10的腔室壁上；压环13和底座14采用螺钉15固定，以将透明窗12固定在压环13和底座14之间；并且，在透明窗12的上表面与压环13之间、压环13下表面与底座14上表面之间以及底座14的下表面与去气腔室10的腔室壁之间的相接触的位置处均设置有密封圈16，以保证去气腔室10的密封性。另外，由于工艺过程中的抽气和充气使得去气腔室10的真空度发生变化，使得对透明窗12向下的真空力发生变化，这会对透明窗12产生一定的冲击，因而为了避免冲击对透明窗12产生影响，在底座14上表面和透明窗12的下表面之间还设置有采用较软金属材料（例如，紫铜）制成的缓冲垫圈17。

然而，采用上述的透明窗的密封装置在实际应用中不可避免的会存在以下问题：

其一，由于该透明窗的密封装置的结构比较复杂，且压环13需要分别压缩位于其下表面与透明窗12上表面、底座14上表面之间的密封圈16，这不仅需要透明窗的密封装置的零部件的精度较高，从而造成成本较高；而且使得装配过程较麻烦，从而造成时间的浪费；

其二，由于去气腔室10的真空度发生变化，使得对透明窗12向下的真空力发生变化，长时间的工作会导致缓冲垫圈17发生塑性变形，这会使得透明窗12下降造成位于压环13下表面与透明窗12上表面之间的密封圈16的压缩量减小，从而造成去气腔室10的密封性差。

发明内容

本发明旨在解决现有技术中存在的技术问题，提供了一种透明窗的密封装置及反应腔室，其不仅可以提高密封效果，而且可以简化透明窗的密封装置的结构，因而可以降低零部件的精度要求，从而可以降低生产成本和提高装配效率。

本发明提供一种透明窗的密封装置，包括底座、压环和密封圈，所述底座和所述压环均采用环状结构，所述压环的靠近其环孔的环形部分的下表面叠置在所述透明窗上表面的边缘区域，所述底座的靠近其环孔的环形部分的上表面叠置在所述透明窗下表面的边缘区域，所述压环与所述底座相固定，以实现将所述透明窗固定在所述压环的靠近其环孔的环形部分的下表面和所述底座的靠近其环孔的环形部分的上表面之间，所述密封圈设置在所述底座与所述透明窗下表面相接触的任意位置处，或者，所述透明窗侧壁与其下表面的水平夹角为预设钝角，所述密封圈设置在所述底座与所述透明窗侧壁相接触的表面上的任意位置处，借助所述压环和所述底座将所述透明窗在二者之间压紧固定，所述透明窗受到垂直向下的作用力使得所述密封圈在该作用力下发生压缩实现对所述底座与所述透明窗之间的间隙进行密封。

优选地，所述预设钝角的范围在95°～170°。

其中，在所述底座与所述透明窗下表面或者侧壁相接触的表面上的任意位置处设置有沿所述透明窗周向的凹槽，所述密封圈设置在所述凹槽内，且部分所述密封圈位于所述凹槽的外侧，以在所述底座与所述透明窗侧壁接触时所述密封圈和所述透明窗接触。

优选地，所述底座的与所述透明窗侧壁相接触的表面与其下表面的水平夹角大于所述预设钝角，以保证在所述底座与所述透明窗侧壁接触时所述密封圈与所述透明窗接触。

优选地，所述底座的与所述透明窗侧壁相接触的表面与其下表面的水平夹角大于所述预设角度的范围在1°～5°。

优选地，所述底座的与所述透明窗侧壁相接触且位于所述凹槽上方的表面与其下表面的水平夹角大于所述预设钝角，且所述底座的与所述透明窗侧壁相接触且位于所述凹槽下方的表面与其下表面的水平夹角小于所述预设钝角，以保证在所述底座与所述透明窗侧壁接触时所述密封圈与所述透明窗接触。

优选地，所述底座的与所述透明窗侧壁相接触且位于所述凹槽上方的表面与其下表面的水平夹角大于所述预设钝角的范围在1°～5°；所述底座的与所述透明窗侧壁相接触且位于所述凹槽下方的表面与其下表面的水平夹角小于所述预设钝角的范围在0.5°～2°。

其中，在所述底座和/或压环内还设置有冷却管道，用于借助冷却体经由所述冷却管道对所述透明窗和所述密封圈进行冷却。

其中，所述透明窗设置在反应腔室的顶壁上，所述底座的下表面叠置在所述反应腔室的腔室壁的上表面上，且二者之间设置有密封圈，用于在二者接触时对二者之间的间隙进行密封。

本发明还提供一种反应腔室，包括透明窗的密封装置，所述透明窗的密封装置采用本发明提供的上述透明窗的密封装置。

本发明具有下述有益效果：

本发明提供的透明窗的密封装置，其密封圈设置在底座与透明窗下表面相接触的任意位置处，或者，透明窗侧壁与其下表面的水平夹角为预设钝角，密封圈设置在底座与透明窗侧壁相接触的表面上任意位置处，借助压环和底座将透明窗在二者之间压紧固定，透明窗受到垂直向下的作用力使得密封圈在该作用力下发生压缩，可以对底座与透明窗之间的间隙进行密封，并且由于反应腔室为真空腔室，向下的真空力可以增大密封圈的压缩量，这使得密封效果更好，因而在反应腔室的真空度发生变化情况下向下的真空力仍然使得密封效果很好，可以实现在反应腔室的真空度发生变化情况下始终对底座和透明窗之间的间隙进行密封，从而可以提高密封效果；而且，可以简化透明窗的密封装置的结构，因而可以降低零部件的精度要求，从而可以降低生产成本和提高装配效率。

本发明提供的反应腔室，其采用本发明提供的透明窗的密封装置，可以提高反应腔室的密封效果，从而可以提高工艺效果；而且可以简化反应腔室结构，从而降低生产成本和提高装配效率。

附图说明

图1为去气腔室的结构示意图；

图2为图1中区域I的局部放大图；

图3为采用本实施例提供的透明窗的密封装置的反应腔室的局部剖视图；

图4为图3中区域I的局部放大图；以及

图5为图3中区域I的另一种局部放大图。

具体实施方式

为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明提供的透明窗的密封装置及反应腔室进行详细描述。

图3为采用本实施例提供的透明窗的密封装置的反应腔室的局部剖视图。图4为图3中区域I的局部放大图。请一并参阅图3和图4，本实施例提供的透明窗的密封装置包括底座20、压环21和密封圈22。其中，底座20和压环21均采用环状结构，压环21的靠近其环孔的环形部分的下表面叠置在透明窗23上表面的边缘区域，底座20的靠近其环孔的环形部分的上表面叠置在透明窗23下表面的边缘区域，压环21与底座20相固定，以实现将透明窗23固定在压环21的靠近其环孔的环形部分的下表面和底座20的靠近其环孔的环形部分的上表面之间，具体地，压环21的下表面叠置在底座20的上表面上，且二者通过螺纹连接的方式固定，如图4所示，借助螺钉24将二者相互固定，在实际应用中，也可以采用其他方式固定压环21和底座20，例如，采用焊接、粘接等方式；并且，在本实施例中，透明窗23设置在反应腔室的顶壁上，透明窗23采用透明且耐高温的材料制成，以借助位于透明窗23上方的加热灯25发出的红外光透过该透明窗23对位于反应腔室内的基片进行加热，其中，透明且耐高温的材料包括石英。容易理解，借助压环21和底座20将透明窗23固定在二者之间，可以防止反应腔室内的压力大于大气压时透明窗23被弹起。

透明窗23侧壁与其下表面的水平夹角为预设钝角A，优选地，预设钝角A的范围在95°～170°，密封圈22设置在底座20与透明窗23侧壁相接触的表面上任意位置处，借助压环21和底座20将透明窗23在二者之间压紧固定，透明窗23受到垂直向下的作用力使得密封圈22在该作用力下发生压缩实现对底座20与透明窗23之间的间隙进行密封，并且由于反应腔室为真空腔室，向下的真空力可以增大密封圈22的压缩量，这使得密封效果更好，因而在反应腔室的真空度发生变化情况下向下的真空力仍然使得密封效果很好，可以实现在反应腔室的真空度发生变化情况下始终对底座20和透明窗23之间的间隙进行密封，从而可以提高密封效果；而且，这与现有技术相比，不需要在压环21与透明窗23的上表面之间、压环21下表面和底座20上表面之间设置密封圈，可以简化密封装置的结构，因而可以降低零部件的精度要求，从而可以降低生产成本和提高装配效率。

容易理解，由于密封圈22设置在透明窗23的侧壁外侧，密封圈22可以在一定程度上避免加热灯25的直接照射，不仅可以提高密封圈22的使用寿命；而且在这种情况下，密封圈22的材料具有多种选择，例如，既可以选择耐高温的材料制成，也可以选择适用于常温的材料制成，因而可以降低密封圈22的成本，从而可以提高经济效益。并且，优选地，密封圈22应该尽可能的设置在透明窗23侧壁外侧的靠上位置，这可以进一步避免加热灯25的直接照射，从而可以进一步提高密封圈22的使用寿命。

在本实施例中，具体地，在底座20与透明窗23侧壁相接触的表面上任意位置处设置有沿透明窗23周向的凹槽26，密封圈22设置在凹槽26内，且部分密封圈22位于凹槽26的外侧，以在底座20与透明窗23侧壁接触时密封圈22和透明窗23接触。

优选地，底座20的与透明窗23侧壁相接触的表面与其下表面的水平夹角B大于预设钝角A，以保证在底座20与透明窗23侧壁接触时密封圈22与透明窗23接触，进而保证在压环21和底座20固定透明窗23时密封圈22发生压缩来实现对底座20和透明窗23之间的间隙进行密封，从而可以提高该密封装置的可靠性。进一步优选地，底座20的与透明窗23侧壁相接触的表面与其下表面的水平夹角B大于预设钝角A的范围在1°～5°。

在实际应用中，如图5所示，另外优选地，底座20的与透明窗23侧壁相接触且位于凹槽26上方的表面与其下表面的水平夹角B’大于预设钝角A，且底座20的与透明窗23侧壁相接触且位于凹槽26下方的表面与其下表面的水平夹角B”小于预设钝角A，以保证在底座20与透明窗23侧壁接触时密封圈22与透明窗23接触，进而保证在压环21和底座20固定透明窗23时密封圈22发生压缩来实现对底座20和透明窗23之间的间隙进行密封，从而可以提高该密封装置的可靠性。进一步优选地，底座20的位于凹槽26上方的表面与其下表面的水平夹角B’大于预设钝角A之间的范围在1°～5°；底座20的位于凹槽26下方的表面与其下表面的水平夹角B’小于预设钝角A之间的范围在0.5°～2°。

在本实施例中，在底座20和/或压环21内还设置有冷却管道27，用于借助冷却体经由冷却管道27对透明窗23和密封圈22进行冷却，从而可以提高透明窗23和密封圈22的使用寿命，冷却体包括冷却气体或者冷却液体，冷却液体包括冷却水。在本实施例中，优选地，底座20的体积较大且与整个透明窗23侧壁相接触，压环21体积较小且与透明窗接触的面积较小，如图4所示，这与现有技术相比，可以进一步简化该密封装置的结构和提高装配效率，在这种情况下，仅在底座20内设置有冷却管道27。在实际应用中，可以根据实际情况具体设置冷却管道27的位置，例如，当压环21和底座20的体积均较大时，可以分别在压环21和底座20内设置该冷却管道27。

在本实施例中，底座20的下表面叠置在反应腔室的腔室壁的上表面上，且二者之间设置有密封圈22，用于在二者接触时对二者之间的间隙进行密封，从而提高反应腔室的密封性。

需要说明的是，在本实施例中，可以在底座20与透明窗23下表面之间设置缓冲垫圈（图中未示出），这可以防止反应腔室内的真空度发生变化对透明窗23产生冲击，因而可以提高透明窗23的使用寿命。

还需要说明的是，在本实施例中，在透明窗23侧壁与其下表面的水平夹角为预设钝角A的情况下，密封圈22设置在底座20与透明窗23侧壁相接触的表面上任意位置处。但是，本发明并不局限于此，在实际应用中，在透明窗23为任意结构时，密封圈22可以设置在底座20与透明窗23下表面相接触的任意位置处，借助压环21和底座20将透明窗23在二者之间压紧固定，透明窗23受到垂直向下的作用力使得位于透明窗23下方的密封圈22在该作用力下发生压缩实现对底座20与透明窗23之间的间隙进行密封，并且由于反应腔室为真空腔室，向下的真空力可以增大密封圈22的压缩量，这使得密封效果更好，因而在反应腔室的真空度发生变化情况下向下的真空力仍然使得密封效果很好，可以实现在反应腔室的真空度发生变化情况下始终对底座20和透明窗23之间的间隙进行密封，从而可以提高密封效果；而且，这与现有技术相比，不需要在压环21与透明窗23的上表面之间、压环21下表面和底座20上表面之间设置密封圈以及在底座20和透明窗23的下表面之间设置缓冲垫圈，可以简化密封装置的结构，因而可以降低零部件的精度要求，从而可以降低生产成本和提高装配效率。容易理解，由于在底座20和透明窗23的下表面之间设置有密封圈22，在反应腔室的真空度发生变化的情况下密封圈22的压缩量发生变化，可以防止对透明窗23产生冲击，因此，不需要在底座20和透明窗23的下表面之间设置缓冲垫圈。

具体地，在底座20与透明窗23下表面相接触的任意位置处设置有沿透明窗23周向的凹槽26，密封圈22设置在凹槽26内，且部分密封圈22位于凹槽26的外侧，以在底座20与透明窗23侧壁接触时密封圈22和透明窗23接触。另外，由于密封圈22设置在透明窗23下表面的下方，密封圈22会受到加热灯25的直接照射，因此，在这种情况下，密封圈22采用耐高温的材料制成。

作为另外一个技术方案，本发明还提供一种反应腔室，包括透明窗的密封装置，透明窗的密封装置采用上述实施例提供的透明窗的密封装置。

本实施例提供的反应腔室，其采用上述实施例提供的透明窗的密封装置，可以提高反应腔室的密封效果，从而可以提高工艺效果；而且可以简化反应腔室结构，从而降低生产成本和提高装配效率。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的原理和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种透明窗的密封装置，包括底座和压环，所述底座和所述压环均采用环状结构，所述压环的靠近其环孔的环形部分的下表面叠置在所述透明窗上表面的边缘区域，所述底座的靠近其环孔的环形部分的上表面叠置在所述透明窗下表面的边缘区域，所述压环与所述底座相固定，以实现将所述透明窗固定在所述压环的靠近其环孔的环形部分的下表面和所述底座的靠近其环孔的环形部分的上表面之间，其特征在于，还包括密封圈，所述密封圈设置在所述底座与所述透明窗下表面相接触的任意位置处，或者，所述透明窗侧壁与其下表面的水平夹角为预设钝角，所述密封圈设置在所述底座与所述透明窗侧壁相接触的表面上的任意位置处，借助所述压环和所述底座将所述透明窗在二者之间压紧固定，所述透明窗受到垂直向下的作用力使得所述密封圈在该作用力下发生压缩实现对所述底座与所述透明窗之间的间隙进行密封；

在所述底座与所述透明窗下表面或者侧壁相接触的表面上的任意位置处设置有沿所述透明窗周向的凹槽，

所述密封圈设置在所述凹槽内，且部分所述密封圈位于所述凹槽的外侧，以在所述底座与所述透明窗侧壁接触时所述密封圈和所述透明窗接触。

2.根据权利要求1所述的透明窗的密封装置，其特征在于，所述预设钝角的范围在95°～170°。

3.根据权利要求1所述的透明窗的密封装置，其特征在于，所述底座的与所述透明窗侧壁相接触的表面与其下表面的水平夹角大于所述预设钝角，以保证在所述底座与所述透明窗侧壁接触时所述密封圈与所述透明窗接触。

4.根据权利要求3所述的透明窗的密封装置，其特征在于，所述底座的与所述透明窗侧壁相接触的表面与其下表面的水平夹角大于所述预设角度的范围在1°～5°。

5.根据权利要求1所述的透明窗的密封装置，其特征在于，所述底座的与所述透明窗侧壁相接触且位于所述凹槽上方的表面与其下表面的水平夹角大于所述预设钝角，且所述底座的与所述透明窗侧壁相接触且位于所述凹槽下方的表面与其下表面的水平夹角小于所述预设钝角，以保证在所述底座与所述透明窗侧壁接触时所述密封圈与所述透明窗接触。

6.根据权利要求5所述的透明窗的密封装置，其特征在于，所述底座的与所述透明窗侧壁相接触且位于所述凹槽上方的表面与其下表面的水平夹角大于所述预设钝角的范围在1°～5°；

所述底座的与所述透明窗侧壁相接触且位于所述凹槽下方的表面与其下表面的水平夹角小于所述预设钝角的范围在0.5°～2°。

7.根据权利要求1所述的透明窗的密封装置，其特征在于，在所述底座和/或压环内还设置有冷却管道，用于借助冷却体经由所述冷却管道对所述透明窗和所述密封圈进行冷却。

8.根据权利要求1所述的透明窗的密封装置，其特征在于，所述透明窗设置在反应腔室的顶壁上，所述底座的下表面叠置在所述反应腔室的腔室壁的上表面上，且二者之间设置有密封圈，用于在二者接触时对二者之间的间隙进行密封。

9.一种反应腔室，包括透明窗的密封装置，其特征在于，所述透明窗的密封装置采用权利要求1-8任意一项所述的透明窗的密封装置。