CN115305457A - 密封设备和半导体加工设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种密封组件以及包含所述密封组件的半导体加工设备。所述密封组件包括密闭腔室、导气部、抽气部和回气部。所述密闭腔室由相对的第一结构和第二结构，以及位于所述第一结构和所述第二结构之间的两个弹性密封结构围成；所述导气部的一端与所述密闭腔室连通，所述抽气部和所述回气部均与所述导气部相连通且所述抽气部和所述回气部互锁，加强了所述抽气部对所述密闭腔室的真空度控制，加强了所述第一结构和所述第二结构的密封关系，有利于维持压力稳定。

Description

密封设备和半导体加工设备

技术领域

本发明涉及半导体加工技术领域，尤其涉及密封设备和半导体加工设备。

背景技术

半导体加工设备的工艺腔体主要用于对晶圆进行表面沉积反应，工艺腔室的漏率在薄膜沉积过程中尤其重要，直接影响成膜质量。

由于沉积反应条件对成膜质量起着关键作用，确保沉积反应过程中工艺腔室维持稳定的压力至关重要。现有技术通常采用单密封圈密封的方式对工艺腔室以及和工艺腔室所直接配合的结构进行密封。由于密封圈内外压力差大无法完全阻止外部气体的渗透扩散，且密封圈而容易变形失效，不利于维持工艺腔室内的反应压力。

因此，有必要开发新型的密封设备和半导体加工设备以解决现有技术存在的上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种密封组件以及包含所述密封组件的半导体加工设备，以通过加强密封关系维持压力。

为实现上述目的，本发明的密封组件包括：

密闭腔室，由相对的第一结构和第二结构，以及位于所述第一结构和所述第二结构之间的两个弹性密封结构围成；

导气部，一端与所述密闭腔室连通；

抽气部，与所述导气部相连通，以实现对所述密闭腔室的真空度控制；

回气部，与所述导气部相连通，以实现对所述密闭腔室的充气控制；

所述抽气部和所述回气部互锁。

本发明的所述半导体加工设备包括所述密封组件。

本发明的所述密封组件以及所述半导体加工设备的有益效果均在于：所述密闭腔室由相对的第一结构和第二结构，以及位于所述第一结构和所述第二结构之间的两个弹性密封结构围成；所述导气部的一端与所述密闭腔室连通，所述抽气部和所述回气部均与所述导气部相连通且所述抽气部和所述回气部互锁，加强了所述抽气部对所述密闭腔室的真空度控制，加强了所述第一结构和所述第二结构的密封关系，有利于维持压力稳定。

优选的，所述互锁为电气互锁和电气机械联合互锁中的任意一种。

优选的，所述弹性密封结构的数目至少为3，所述第一结构、所述第二结构以及相邻两个所述弹性密封结构围成所述密闭腔室，使所述密闭腔室的数量至少为2。

优选的，至少两个所述密闭腔室沿第一方向排布，所述导气部串联连通至少两个所述密闭腔室，所述第一方向由所述第一结构指向所述第二结构。

优选的，至少两个所述密闭腔室沿第二方向排布，所述导气部包括至少两个子导气部，以一一对应连通至少两个所述密闭腔室，所述第二方向由所述相邻两个弹性密封结构中的一个弹性密封结构指向另一个弹性密封结构。

优选的，所述抽气部包括抽气通路、设置于所述抽气通路的第一开关装置以及设置于所述抽气通路一端的抽气装置，所述回气部包括回气通路、设置于所述回气通路的第二开关装置以及设置于所述回气通路一端的供气装置，所述导气部包括导气通路，所述抽气通路和所述回气通路交汇于所述导气通路，所述第一开关装置和所述第二开关装置互锁。

进一步优选的，所述密封组件还包括通信连接所述第一开关装置和所述第二开关装置的上位机，以通过所述第一开关装置控制气体在所述抽气通路的流通情况，以及通过所述第二开关装置控制气体在所述回气通路的流通情况。

进一步优选的，所述第一开关装置和所述第二开关装置的至少一种为气动开关装置。

进一步优选的，所述密封组件还包括设置于所述回气通路的过滤装置，所述第二开关装置位于所述过滤装置和所述抽气通路与所述回气通路的交汇处之间。

进一步优选的，所述密封组件还包括设置于所述导气通路，且位于所述密闭腔室和所述抽气通路与所述回气通路的交汇处之间的压力开关部，所述压力开关部通信连接所述上位机，以根据预设压力阈值控制所述导气部和所述密闭腔室之间的气体流通并将压力信息反馈给所述上位机。

进一步优选的，所述密封组件还包括设置于所述导气通路，且位于所述密闭腔室和所述抽气通路与所述回气通路的交汇处之间的压力显示部，以显示所述密闭腔室内的压力情况。

优选的，所述密闭腔室包括第一密闭腔室，所述第一结构包括工艺腔体，所述第二结构包括围设于所述工艺腔体顶部的盖板，所述两个弹性密封结构位于所述工艺腔体和所述盖板之间，并围绕所述工艺腔体顶部设置，以与所述工艺腔体和所述盖板围成所述第一密闭腔室。

优选的，所述密闭腔室包括第二密闭腔室，所述第一结构包括喷淋部，所述第二结构包括围设于所述工艺腔体顶部并与所述喷淋部相邻的盖板，所述两个弹性密封结构位于所述喷淋部和所述盖板之间，并围绕所述喷淋部设置，以与所述喷淋部和所述盖板围成所述第二密闭腔室。

优选的，所述密闭腔室包括第三密闭腔室，所述第一结构包括喷淋上板，所述第二结构包括与所述喷淋上板相邻并围设与所述喷淋上板的吹扫结构，所述两个弹性密封结构位于所述喷淋上板和所述吹扫结构之间，并围绕所述喷淋上板设置，以与所述喷淋上板和所述吹扫结构围成所述第三密闭腔室。

优选的，所述密闭腔室包括第四密闭腔室，所述第一结构包括喷淋上板，所述第二结构包括位于所述喷淋上板顶部的进气部以形成进气通道，所述两个弹性密封结构位于所述喷淋上板和所述进气部之间，并围绕所述进气通道设置，以与所述喷淋上板和所述进气部围成所述第四密闭腔室。

优选的，所述第一密闭腔室、所述第二密闭腔室、所述第三密闭腔室和所述第四密闭腔室的任意一个密闭腔室中，靠近所述工艺腔体中部设置的弹性密封结构的弹性模量大于远离所述工艺腔体中部设置的弹性密封结构的弹性模量。

附图说明

图1为现有技术的一种密封腔体的内部结构示意图；

图2为本发明实施例的密封组件的结构框图；

图3为本发明实施例的一种密封腔体的内部结构示意图；

图4为本发明实施例的半导体加工设备的内部结构示意图；

图5为图4所示的A部分的放大结构示意图；

图6为图4所示的喷淋上板与进气部的装配结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。除非另外定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本文中使用的“包括”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。

图1为现有技术的一种密封腔体的内部结构示意图。

参照图1，第一结构10和第二结构20围成工艺腔室40。现有技术中通常采用单圈的弹性密封结构30加强所述第一结构10和所述第二结构20之间的密封关系。

具体的，在所述第一结构10的底面和所述第二结构20的顶面设置与所述弹性密封结构30适配的环形密封沟槽(图中未标示)，使所述弹性密封结构30顶部和底部分别嵌入所述第一结构10和所述第二结构20所设置的环形密封沟槽(图中未标示)，从而实现了所述弹性密封结构30与所述第一结构10以及所述第二结构20之间的可拆卸固定。

进一步的，由于所述工艺腔室40内进行加工工艺所要求的压力远小于所述工艺腔室40外部的压力，对所述工艺腔室40内部抽真空，所述弹性密封结构30产生弹性变形，在密封接触面上造成接触压力，当接触压力大于所述工艺腔室40内的压力，则实现了对所述工艺腔室40的密封。

然而，所述工艺腔室40内外的压差越大，所述弹性密封结构30的压缩率越大就可获得大的接触压力，进而提升密封效果。但是，过大的内外压差无法完全避免气体分子进入所述工艺腔室40内，且过大的压缩率使得所述弹性密封结构30，特别是其靠近所述工艺腔室40一侧结构的形变程度要比远离所述工艺腔室40一侧结构的形变程度大，使得所述弹性密封结构30很容易产生老化形变造成失效。

本发明实施例提供了一种密封组件以及包含所述密封组件的半导体加工设备，以通过加强密封关系维持压力。

图2为本发明实施例的密封组件的结构框图。图3为本发明实施例的一种密封腔体的内部结构示意图。

参照图2和图3，图2所示的密封组件包括密闭腔室11、导气部2、抽气部3和回气部4。所述密闭腔室11由相对的所述第一结构10和所述第二结构20，以及位于所述第一结构10和所述第二结构20之间的两个所述弹性密封结构30围成。所述导气部2的一端与所述密闭腔室11连通，所述抽气部3与所述导气部2相连通，以实现对所述密闭腔室11的真空度控制。

具体的，即使图3所示的密封腔体外部的气压P1远大于所述工艺腔室40的内压P2，通过相邻的所述弹性密封结构30与所述第一结构10和所述第二结构20围成所述密闭腔室11，并控制所述密闭腔室11内的压力P3处于P1和P2之间，并尽可能趋近于P2，能够确保靠近所述工艺腔室40的所述弹性密封结构30在左右方向产生的不规则形变尽可能小，有利于确保腔体的压力稳定。

一些具体的实施例中，所述弹性密封结构30为弹性密封圈。

一些实施例中，所述弹性密封结构30的数目至少为3，所述第一结构10、所述第二结构20以及相邻两个所述弹性密封结构30围成所述密闭腔室11。使所述密闭腔室的数量至少为2。

一些具体的实施例中，至少两个所述密闭腔室11沿第一方向排布，所述导气部2串联连通至少两个所述密闭腔室11，所述第一方向由所述第一结构10指向所述第二结构20。

一些具体的实施例中，至少两个所述密闭腔室11沿第二方向排布，所述导气部2包括至少两个子导气部，以一一对应连通至少两个所述密闭腔室11，所述第二方向由所述相邻两个弹性密封结构30中的一个弹性密封结构30指向另一个弹性密封结构30。

一些具体的实施例中，所述第二结构20开设有通孔结构201，所述通孔结构201作为所述导气部2的一部分，与所述密闭腔室11相通。

一些具体的实施例中，参照图2和图3，所述导气部2包括导气通路21，所述抽气部3包括抽气通路31、设置于所述抽气通路31的第一开关装置32以及设置于所述抽气通路31一端的抽气装置33。所述导气通路21的一端部为所述通孔结构201，所述导气通路21位于所述第二结构20外的结构为管路结构。所述抽气通路31与所述导气通路21相连通。当所述第一开关装置32为开启状态，所述抽气装置33能够经所述抽气通路31和所述导气通路21对所述密闭腔室11抽真空，以实现真空度控制。

一些具体的实施例中，所述抽气装置33为真空泵。

一些具体的实施例中，所述第一开关装置32为气动开关装置。所述气动开关装置包括气动阀和电磁阀。所述抽气部3气连接所述电磁阀的进气口，所述气动阀连接所述气动阀的进气口。通过开关控制信号驱动所述电磁阀的通断电来实现所述气动阀的开闭。

一些实施例中，参照图2，所述回气部4与所述导气部相连通2，以实现对所述密闭腔室11的充气控制。

一些具体的实施例中，参照图2，所述回气部4包括回气通路41、设置于所述回气通路41的第二开关装置42以及设置于所述回气通路41一端的供气装置43。所述抽气通路31和所述回气通路41交汇于所述导气通路21。所述供气装置43提供气体，当所述第二开关装置42为开启状态，气体经所述回气通路41和所述导气通路21进入所述密闭腔室11。

一些实施例中，所述供气装置43所提供的气体为空气。

一些实施例中，所述供气装置43所提供的气体为压缩空气。

一些具体的实施例中，所述第二开关装置42为气动开关装置。所述气动开关装置包括气动阀和电磁阀。

一些实施例中，参照图2和图3，所述第一开关装置32和所述第二开关装置42互锁。当所述第一开关装置32处于开启状态时，所述第二开关装置42处于闭合状态，所述抽气装置33能够顺利经所述抽气通路31和所述导气通路21对所述密闭腔室11抽真空，以加强所述第一结构10和所述第二结构20之间的密封关系。反之，当所述第一开关装置32处于闭合状态时，所述第二开关装置42处于开启状态，所述供气装置能够顺利经所述回气通路41和所述导气通路21对所述密闭腔室11进行充气控制，以顺利解除所述第一结构10和所述第二结构20之间的密封关系。

一些实施例中，所述互锁为电气互锁和电气机械联合互锁中的任意一种。

一些实施例中，所述密封组件还包括通信连接所述第一开关装置32和所述第二开关装置42的上位机，以通过所述第一开关装置32控制气体在所述抽气通路31的流通情况，以及通过所述第二开关装置42控制气体在所述回气通路41的流通情况。

一些具体的实施例中，所述第一开关装置32为关闭状态，所述第二开关装置为开启状态，当需要对所述密闭腔室11抽真空以加强所述第一结构10和所述第二结构20之间的密封关系，通过上位机将第一开阀信号传输给所述第一开关装置32，所述第一开关装置32打开，同时所述第二开关装置42关闭，所述抽气装置通过所述抽气通路31和所述导气通路21对所述密闭腔室11抽真空。

进一步的，当需要对所述密闭腔室11进行充气以解除所述第一结构10和所述第二结构20之间的密封关系，通过所述上位机将第二开阀信号传输给所述第二开关装置42使其打开，同时所述第一开关装置32关闭，所述供气装置43的压缩空气经所述回气通路41进入所述导气通路21，从而对所述密闭腔室进行充气控制。

一些实施例中，参照图2，图2所示的密封组件还包括设置于所述回气通路41的过滤装置44，所述第二开关装置42位于所述过滤装置44和所述抽气通路31与所述回气通路41的交汇处之间。所述过滤装置44用于对所述供气装置43提供的气体进行过滤，以滤除气体中的颗粒物质。

一些实施例中，参照图2，图2所示的密封组件还包括设置于所述导气通路21，且位于所述密闭腔室11和所述抽气通路31与所述回气通路41的交汇处之间的压力开关部51，所述压力开关部51通信连接所述上位机(图中未标示)，以根据预设压力阈值控制所述导气部2和所述密闭腔室11之间的气体流通并将压力信息反馈给所述上位机(图中未标示)。

一些具体的实施例中，当所述导气通路21的压力超出所述预设压力阈值，所述压力开关部51向所述上位机发送超压信号，所述上位机根据所述超压信号判断所述密闭腔室11的气密性不佳。

一些实施例中，参照图2，图2所示的密封组件还包括设置于所述导气通路21，且位于所述密闭腔室11和所述抽气通路31与所述回气通路41的交汇处之间的压力显示部52，以显示所述密闭腔室内11的压力情况。

图4为本发明实施例的半导体加工设备的内部结构示意图。图5为图4所示的A部分的放大结构示意图。图6为图4所示的喷淋上板与进气部的装配结构示意图。

本发明实施例中，所述半导体加工设备包括所述密封组件。

一些实施例中，所述密闭腔室11包括第一密闭腔室，所述第一结构10包括工艺腔体，所述第二结构20盖板。参照图4和图5，盖板62包括围设于工艺腔体61顶部，两个第一弹性密封结构81位于所述工艺腔体61和所述盖板62之间，并围绕所述工艺腔体61顶部设置，以与所述工艺腔体61和所述盖板62围成第一密闭腔室91。所述第一弹性密封结构81的具体设置方式请参见前述参照图1进行的论述。

一些实施例中，所述密闭腔室11包括第二密闭腔室，所述第一结构10包括喷淋部，所述第二结构20包括盖板。参照图4和图5，所述盖板62围设于所述工艺腔体61顶部并与所述喷淋部63相邻，两个第二弹性密封结构82位于所述喷淋部63和所述盖板62之间，并围绕所述喷淋部63设置，以与所述喷淋部63和所述盖板62围成第二密闭腔室92。

一些具体的实施例中，所述喷淋部63包括喷淋上板631、围设于所述喷淋上板631的吹扫结构632，以及设置于所述工艺腔体61顶面的喷淋板633。两个第二弹性密封结构82位于所述吹扫结构632和所述盖板62之间，并围绕所述喷淋上板631设置，以形成所述第二密闭腔室92。所述第二弹性密封结构82的具体设置方式请参见前述参照图1进行的论述。

一些实施例中，所述密闭腔室11包括第三密闭腔室，所述第一结构10包括所述喷淋上板631，所述第二结构20包括所述吹扫结构632。参照图4和图5，两个第三弹性密封结构83位于所述喷淋上板631和所述吹扫结构632之间，并围绕所述喷淋上板631设置，以与所述喷淋上板631和所述吹扫结构632围成第三密闭腔室93。所述第三弹性密封结构83的具体设置方式请参见前述参照图1进行的论述。

一些实施例中，参照图2、图4和图5，沿图示的垂直方向相邻的密闭腔室，即所述第三密闭腔室93和所述第二密闭腔室92之间，以及所述第二密闭腔室92与所述第一密闭腔室91之间分别有不同的导通结构71相连通，设置于所述工艺腔体61的腔体导通结构72与开设于所述第二密闭腔室92与所述第一密闭腔室91之间的导通结构71相连通，串联连通不同密闭腔室的不同导通结构71和所述腔体导通结构72组成了所述导气部2的一部分。

一些实施例中，所述密闭腔室11包括第四密闭腔室，所述第一结构10包括喷淋上板631，所述第二结构20进气部。参照图4和图6，所述喷淋上板631顶面适配设置有进气部64以形成进气通道65，两个第四弹性密封结构84位于所述喷淋上板631和所述进气部64之间，并围绕所述进气通道65设置，以与所述喷淋上板631和所述进气部64围成第四密闭腔室94。

一些实施例中，所述导气部2串联所述第一密闭腔室91、所述第二密闭腔室92、所述第三密闭腔室93和所述第四密闭腔室94。

一些实施例中，所述第一密闭腔室91、所述第二密闭腔室92、所述第三密闭腔室93和所述第四密闭腔室94，靠近所述工艺腔体61中部设置的弹性密封结构的弹性模量大于远离所述工艺腔体61中部设置的弹性密封结构的弹性模量。

一些实施例中，所述进气部64为进气法兰。

虽然在上文中详细说明了本发明的实施方式，但是对于本领域的技术人员来说显而易见的是，能够对这些实施方式进行各种修改和变化。但是，应理解，这种修改和变化都属于权利要求书中所述的本发明的范围和精神之内。而且，在此说明的本发明可有其它的实施方式，并且可通过多种方式实施或实现。

Claims (17)

1.一种密封组件，其特征在于，包括：

密闭腔室，由相对的第一结构和第二结构，以及位于所述第一结构和所述第二结构之间的相邻两个弹性密封结构围成；

导气部，一端与所述密闭腔室连通；

抽气部，与所述导气部相连通，以实现对所述密闭腔室的真空度控制；

回气部，与所述导气部相连通，以实现对所述密闭腔室的充气控制；

所述抽气部和所述回气部互锁。

2.根据权利要求1所述的密封组件，其特征在于，所述互锁为电气互锁和电气机械联合互锁中的任意一种。

3.根据权利要求1所述的密封组件，其特征在于，所述弹性密封结构的数目至少为3，所述第一结构、所述第二结构以及相邻两个所述弹性密封结构围成所述密闭腔室，使所述密闭腔室的数量至少为2。

4.根据权利要求3所述的密封组件，其特征在于，至少两个所述密闭腔室沿第一方向排布，所述导气部串联连通至少两个所述密闭腔室，所述第一方向由所述第一结构指向所述第二结构。

5.根据权利要求3所述的密封组件，其特征在于，至少两个所述密闭腔室沿第二方向排布，所述导气部包括至少两个子导气部，以一一对应连通至少两个所述密闭腔室，所述第二方向由所述相邻两个弹性密封结构中的一个弹性密封结构指向另一个弹性密封结构。

6.根据权利要求1所述的密封组件，其特征在于，所述抽气部包括抽气通路、设置于所述抽气通路的第一开关装置以及设置于所述抽气通路一端的抽气装置，所述回气部包括回气通路、设置于所述回气通路的第二开关装置以及设置于所述回气通路一端的供气装置，所述导气部包括导气通路，所述抽气通路和所述回气通路交汇于所述导气通路，所述第一开关装置和所述第二开关装置互锁。

7.根据权利要求6所述的密封组件，其特征在于，还包括通信连接所述第一开关装置和所述第二开关装置的上位机，以通过所述第一开关装置控制气体在所述抽气通路的流通情况，以及通过所述第二开关装置控制气体在所述回气通路的流通情况。

8.根据权利要求6所述的密封组件，其特征在于，所述第一开关装置和所述第二开关装置的至少一种为气动开关装置。

9.根据权利要求6所述的密封组件，其特征在于，还包括设置于所述回气通路的过滤装置，所述第二开关装置位于所述过滤装置和所述抽气通路与所述回气通路的交汇处之间。

10.根据权利要求6所述的密封组件，其特征在于，还包括设置于所述导气通路，且位于所述密闭腔室和所述抽气通路与所述回气通路的交汇处之间的压力开关部，所述压力开关部通信连接所述上位机，以根据预设压力阈值控制所述导气部和所述密闭腔室之间的气体流通并将压力信息反馈给所述上位机。

11.根据权利要求6所述的密封组件，其特征在于，还包括设置于所述导气通路，且位于所述密闭腔室和所述抽气通路与所述回气通路的交汇处之间的压力显示部，以显示所述密闭腔室内的压力情况。

12.一种半导体加工设备，其特征在于，包括密封组件，所述密封组件包括：

密闭腔室，由相对的第一结构和第二结构，以及位于所述第一结构和所述第二结构之间的两个弹性密封结构围成；

导气部，一端与所述密闭腔室连通；

抽气部，与所述导气部相连通，以实现对所述密闭腔室的真空度控制；

回气部，与所述导气部相连通，以实现对所述密闭腔室的充气控制；

所述抽气部和所述回气部互锁。

13.根据权利要求12所述的半导体加工设备，其特征在于，所述密闭腔室包括第一密闭腔室，所述第一结构包括工艺腔体，所述第二结构包括围设于所述工艺腔体顶部的盖板，所述两个弹性密封结构位于所述工艺腔体和所述盖板之间，并围绕所述工艺腔体顶部设置，以与所述工艺腔体和所述盖板围成所述第一密闭腔室。

14.根据权利要求12所述的半导体加工设备，其特征在于，所述密闭腔室包括第二密闭腔室，所述第一结构包括喷淋部，所述第二结构包括围设于所述工艺腔体顶部并与所述喷淋部相邻的盖板，所述两个弹性密封结构位于所述喷淋部和所述盖板之间，并围绕所述喷淋部设置，以与所述喷淋部和所述盖板围成所述第二密闭腔室。

15.根据权利要求12所述的半导体加工设备，其特征在于，所述密闭腔室包括第三密闭腔室，所述第一结构包括喷淋上板，所述第二结构包括与所述喷淋上板相邻并围设与所述喷淋上板的吹扫结构，所述两个弹性密封结构位于所述喷淋上板和所述吹扫结构之间，并围绕所述喷淋上板设置，以与所述喷淋上板和所述吹扫结构围成所述第三密闭腔室。

16.根据权利要求12所述的半导体加工设备，其特征在于，所述密闭腔室包括第四密闭腔室，所述第一结构包括喷淋上板，所述第二结构包括位于所述喷淋上板顶部的进气部以形成进气通道，所述两个弹性密封结构位于所述喷淋上板和所述进气部之间，并围绕所述进气通道设置，以与所述喷淋上板和所述进气部围成所述第四密闭腔室。

17.根据权利要求13、14、15或16任一项所述的半导体加工设备，其特征在于，所述第一密闭腔室、所述第二密闭腔室、所述第三密闭腔室和所述第四密闭腔室的任意一个密闭腔室中，靠近所述工艺腔体中部设置的弹性密封结构的弹性模量大于远离所述工艺腔体中部设置的弹性密封结构的弹性模量。

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