CN219549613U - 磁流体密封装置和半导体工艺设备 - Google Patents

Abstract

本申请公开一种磁流体密封装置和半导体工艺设备，属于半导体工艺技术领域。所公开的磁流体密封装置用于半导体工艺设备，该磁流体密封装置包括旋转轴、磁流体密封组件和冷却组件，磁流体密封组件和冷却组件均套设于旋转轴，且磁流体密封组件与冷却组件相连；旋转轴具有内腔，旋转轴开设有第一进水口和第一回水口，第一进水口和第一回水口均与内腔相连通，冷却组件设有第二进水口和第二回水口，第二进水口与第一进水口相连通，第二回水口与第一回水口相连通。上述方案能够解决相关技术涉及的半导体工艺设备的磁流体密封装置存在密封效果较差的问题。

Description

磁流体密封装置和半导体工艺设备

技术领域

本申请属于半导体工艺技术领域，具体涉及一种磁流体密封装置和半导体工艺设备。

背景技术

在半导体工艺设备中，例如单晶硅炉、镀膜设备、化学气相沉积设备、液晶再生设备，热处理炉或长晶炉等设备中，由于半导体工艺设备的半导体工艺腔室内设置有需要转动的部件，例如，在长晶炉设备的工艺腔室内，坩埚通过石墨轴支撑，石墨轴可转动地设置在半导体工艺腔室的腔室本体内，而石墨轴的转动需要增设旋转轴来实现，旋转轴的一端设于腔室本体内，并与石墨轴相连，旋转轴的另一端位于腔室本体之外，为确保旋转轴和腔室本体之间的密封性，半导体工艺设备一般需要采用密封装置来实现密封作用，具体地，该密封装置一般为磁流体密封装置，磁流体密封装置套设在旋转轴上，且磁流体密封装置的外壳与腔室本体的外壳相连。

但由于腔室本体内的温度较高，这导致旋转轴的温度过高，而过高的温度会造成磁流体密封装置中磁流体的溶剂蒸发，同时高温也会造成磁流体的磁性纳米微粒子磁强度下降，这容易影响磁流体密封装置的密封效果，而目前采用的对磁流体密封装置进行冷却的装置存在冷却力度不足的问题，这使得磁流体密封装置仍然存在密封效果较差的问题。

综上，相关技术涉及的半导体工艺设备的磁流体密封装置存在密封效果较差的问题。

实用新型内容

本申请公开一种磁流体密封装置和半导体工艺设备，以解决相关技术涉及的半导体工艺设备的磁流体密封装置存在密封效果较差的问题。

为了解决上述技术问题，本申请采用下述技术方案：

一种磁流体密封装置，用于半导体工艺设备，所述磁流体密封装置包括旋转轴、磁流体密封组件和冷却组件，

所述磁流体密封组件和所述冷却组件均套设于所述旋转轴，且所述磁流体密封组件与所述冷却组件相连；

所述旋转轴具有内腔，所述旋转轴开设有第一进水口和第一回水口，所述第一进水口和所述第一回水口均与所述内腔相连通，所述冷却组件设有第二进水口和第二回水口，所述第二进水口与所述第一进水口相连通，所述第二回水口与所述第一回水口相连通。

一种半导体工艺设备，所述半导体工艺设备包括腔室本体和设置在所述腔室本体内的支撑轴，所述半导体工艺设备还包括上文所述的磁流体密封装置，所述旋转轴的一端穿过所述腔室本体并与所述支撑轴相连。

本申请采用的技术方案能够达到以下有益效果：

本申请中，由于旋转轴具有内腔，且旋转轴开设有第一进水口和第一回水口，第一进水口和第一回水口均与内腔相连通，冷却组件设有第二进水口和第二回水口，第二进水口与第一进水口相连通，第二回水口与第一回水口相连通。由此可知，冷却组件的第二进水口提供的冷却水可以直接进入内腔，因此，本申请所采用的方式是直接对旋转轴进行冷却，这使得旋转轴的温度的下降速度较快，进而对套设于旋转轴外部的磁流体密封组件的保护作用较好，即对磁流体密封装置的密封效果的不良影响较少。因此，本申请公开的磁流体密封装置能够解决相关技术涉及的半导体工艺设备的磁流体密封装置存在密封效果较差的问题。

附图说明

图1和图2为本申请实施例公开的磁流体密封装置在不同视角下的剖视结构示意图；

图3和图4为本申请实施例公开的磁流体密封装置在不同视角下的结构示意图；

图5为本申请实施例公开的半导体工艺设备的结构示意图。

附图标记说明：

100-腔室本体、110-坩埚、120-支撑轴、130-加热器、140-保温毡；

200-旋转轴、210-内腔、211-第一内腔、212-第二内腔、213-连通口、220-第一进水口、230-第一回水口、240-进水槽、250-回水槽、260-间隔层、261-焊点、270-测温通道；

300-磁流体密封组件、310-安装座、320-磁极及磁流体、330-端盖；

400-冷却组件、410-第二进水口、420-第二回水口；

510-第一密封件、520-第二密封件、530-第三密封件；

610-测温件、620-介质窗；

700-波纹管。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

下面结合附图，通过具体的实施例及其应用场景对本申请实施例公开的磁流体密封装置进行详细地说明。

请参考图1-图5，本申请公开了一种磁流体密封装置，所公开的磁流体密封装置包括旋转轴200、磁流体密封组件300和冷却组件400。

本申请所公开的磁流体密封装置用于半导体工艺设备，以确保半导体工艺设备的密封可靠性，这里的半导体工艺设备包括腔室本体100和设置在腔室本体100内的支撑轴120，旋转轴200的一端穿过腔室本体100并与支撑轴120相连。具体地，磁流体密封组件300具有较好的密封性，以确保半导体工艺设备的密封可靠性，冷却组件400用于冷却旋转轴200。具体地，磁流体密封组件300和冷却组件400均套设于旋转轴200，且磁流体密封组件300与冷却组件400相连，另外，磁流体密封组件300和冷却组件400均位于腔室本体100的下方。

旋转轴200具有内腔210，旋转轴200开设有第一进水口220和第一回水口230，第一进水口220和第一回水口230均与内腔210相连通，冷却组件400设有第二进水口410和第二回水口420，第二进水口410与第一进水口220相连通，第二回水口420与第一回水口230相连通。由此可知，第二进水口410提供的冷却水可以经第一进水口220进入内腔210，以对内腔210进行降温，进而对旋转轴200进行降温，冷却水吸收旋转轴200的热量后可以经第一回水口230流至第二回水口420，从而排出旋转轴200。

本申请中，由于旋转轴200具有内腔210，且旋转轴200开设有第一进水口220和第一回水口230，第一进水口220和第一回水口230均与内腔210相连通，冷却组件400设有第二进水口410和第二回水口420，第二进水口410与第一进水口220相连通，第二回水口420与第一回水口230相连通。由此可知，冷却组件400的第二进水口410提供的冷却水可以直接进入内腔210，因此，本申请所采用的方式是直接对旋转轴200进行冷却，这使得旋转轴200的温度的下降速度较快，进而对套设于旋转轴200外部的磁流体密封组件300的保护作用较好，即对磁流体密封装置的密封效果的不良影响较少。因此，本申请公开的磁流体密封装置能够解决相关技术涉及的半导体工艺设备的磁流体密封装置存在密封效果较差的问题。

一种实施例中，冷却组件400的内周面可以设有环绕旋转轴200的轴线的进水槽240和回水槽250，第一进水口220与进水槽240相连通，且第二进水口410开设于进水槽240的槽底，第一回水口230与回水槽250相连通，且第二回水口420开设于回水槽250的槽底，此时，在旋转轴200转动的过程中，进水槽240内的冷却水可以始终进入第一进水口220，即此种设置方式可以始终对旋转轴200进行降温。

另一种实施例中，进水槽240和回水槽可以开设在旋转轴200上，具体地，旋转轴200的外周面设有环绕旋转轴200的轴线的进水槽240和回水槽250，第一进水口220开设于进水槽240的槽底，第一回水口230开设于回水槽250的槽底，第二进水口410与进水槽240相连通，第二回水口420与回水槽250相连通，此时，第二进水口410提供冷却水给进水槽240，进水槽240内的冷却水可以始终进入第一进水口220，同时，由于第一进水口220开设于进水槽240的槽底，这使得进水槽240具有一定的引流作用，以使进水槽240内的冷却水更容易进入第一进水口220，进而更容易对旋转轴200进行降温。

可选地，在确保旋转轴200可以相对于冷却组件400转动的情况下，旋转轴200的外周面和冷却组件400的内周面之间的间隙可以设置的较小些，以避免进水槽240和回水槽250之间的水发生混合，从而导致进水槽240内的冷却水的温度升高，即避免影响旋转轴200的冷却效率。

在另一种实施例中，磁流体密封装置还包括第一密封件510，第一密封件510设于冷却组件400和旋转轴200之间，第一密封件510环绕旋转轴200设置，且进水槽240、第一密封件510和回水槽250依次设置，由此可知，进水槽240和回水槽250之间设置有第一密封件510，第一密封件510可以有效地间隔开进水槽240和回水槽250，以较好地防止进水槽240和回水槽250内的水发生混合。

可选地，为了防止进水槽240和回水槽250内的水流出至旋转轴200和冷却组件400之间，导致该部分水无法进入内腔210或无法被排出，且该部分水还容易影响旋转轴200的正常工作，在另一种实施例中，磁流体密封装置还包括第二密封件520，第二密封件520设于冷却组件400和旋转轴200之间，第二密封件520环绕旋转轴200设置，且第二密封件520设于进水槽240背离第一密封件510的一侧，由此可知，在第一密封件510和第二密封件520的共同作用下，进水槽240内的冷却水较不容易流出至旋转轴200和冷却组件400之间，进而较不容易影响旋转轴200的正常工作。

和/或，磁流体密封装置还包括第三密封件530，第三密封件530设于冷却组件400和旋转轴200之间，第三密封件530环绕旋转轴200设置，且第三密封件530设于回水槽250背离第一密封件510的一侧，由此可知，在第一密封件510和第三密封件530的共同作用下，回水槽250内的高温水不容易流出至旋转轴200和冷却组件400之间，进而较不容易影响旋转轴200的正常工作。

可选地，第一进水口220的数量可以为一个。但为确保内腔210的进水量，即确保对旋转轴200的冷却效果，在另一种实施例中，第一进水口220的数量为至少两个，至少两个第一进水口220沿旋转轴200的周向间隔设于进水槽240，此时，进水槽240内的水可以通过至少两个第一进水口220进入内腔210，以使内腔210内的冷却水的量迅速上升，以提升对旋转轴200的冷却效果。

和/或，可选地，第一回水口230的数量可以为一个。但为及时排出内腔210内的高温水，在另一种实施例中，第一回水口230的数量为至少两个，至少两个第一回水口230沿旋转轴200的周向间隔设于回水槽250。由此可知，通过至少两个第一回水口230可以使内腔210内的高温水被及时排出，以及时带走旋转轴200的温度。

可选地，第二进水口410和第二回水口420在冷却组件400的周向上可以不间隔设置，即在旋转轴200的轴线方向上，第二进水口410的正投影和第二回水口420的正投影重合，但由于第二进水口410和第二回水口420的体积一般较大，且进水槽240和回水槽250距离较近。

在另一种实施例中，第二进水口410和第二回水口420在冷却组件400的周向上间隔设置，即在旋转轴200的轴线方向上，第二进水口410的正投影和第二回水口420的正投影不重合，通过此种设置方式可以使第二进水口410和第二回水口420错位设置，进而更容易设置在冷却组件400上，且避免第二进水口410和第二回水口420相互影响。

可选地，第二进水口410的数量可以为一个。但为进一步确保内腔210的进水量，即进一步确保对旋转轴200的冷却效果，第二进水口410数量为至少两个，至少两个第二进水口410间隔设于冷却组件400，且均与进水槽240相连通，即通过至少两个第二进水口410以增加进入进水槽240内的冷却水的量，进而增加内腔210的进水量，以确保对旋转轴200的冷却效果。

和/或，可选地，第二回水口420的数量可以为一个。但为进一步及时地排出内腔210内的高温水，在另一种实施例中，第二回水口420的数量为至少两个，至少两个第二回水口420间隔设于冷却组件400，且均与回水槽250相连通，通过至少两个第二回水口420可以更快速地排出回水槽250内的高温水，进而更及时地排出内腔210内的高温水。

可选地，内腔210内可以不设置其他部件，即冷却水在内腔210内不被阻挡，在另一种实施例中，旋转轴200设有间隔层260，间隔层260将内腔210分隔为相连通的第一内腔211和第二内腔212，且间隔层260的至少部分沿旋转轴200的轴线方向延伸，即间隔层260的至少部分朝向腔室本体100延伸，且间隔层260具有一定的尺寸，第一进水口220和第一回水口230中的一者与第一内腔211相连通，另一者与第二内腔212相连通，此时，冷却水经第一进水口220进入第一内腔211和第二内腔212中的一者，再从第一内腔211和第二内腔212中的另一者流至第一回水口230(具体可参考图1中箭头所示的水流方向)，这使得冷却水在内腔210内的流动路径增长，进而对旋转轴200的冷却范围增大，进而使旋转轴200的温度下降的较快。

可选地，间隔层260的顶部与内腔210的顶壁之间形成连通口213，第一内腔211和第二内腔212通过连通口213相连通，连通口213可以远离腔室本体100设置，即此时，连通口213更靠近第一进水口220和第一回水口230设置。

在另一种实施例中，连通口213靠近腔室本体100设置，即连通口213远离第一进水口220和第一回水口230设置，这使得冷却水在内腔210内的流动路径更大，进而对旋转轴200的冷却范围更多，进而使旋转轴200的温度下降的更快，进而可以避免影响磁流体密封组件300的密封效果。

可选地，内腔210可以为扇形结构，在另一种实施例中，内腔210为环形内腔，对应地，间隔层260为筒状间隔层，且环形内腔和筒状间隔层均环绕旋转轴200的轴线设置，此种设置方式在增大冷却范围的同时，使旋转轴200的各处的冷却程度一致，进而对磁流体密封组件300的保护效果更好。进一步地，内腔210和间隔层260的轴线均可以与旋转轴200的轴线重合，从而进一步改善冷却均匀性。

可选地，为确保间隔层260在内腔210内的设置稳定性，间隔层260靠近内腔210的顶壁的部分可以通过至少两个间隔设置的焊点261连接在内腔210的侧壁上，以确保间隔层260在内腔210内的设置稳定性。

可选地，磁流体密封组件300可以仅包括安装座310和磁极及磁流体320，磁极及磁流体320设于安装座310和旋转轴200之间，安装座310可以直接与冷却组件400相连。

在另一种实施例中，磁流体密封组件300还可以包括端盖330，端盖330套设在旋转轴200上的同时，端盖330设在安装座310上，此时，端盖330和安装座310可以将磁极及磁流体320密封设在端盖330、安装座310和旋转轴200形成的空腔内，且安装座310可以通过端盖330与冷却组件400相连，即端盖330可以将磁极及磁流体320和冷却组件400间隔开，通过此种设置方式可以避免影响磁流体密封组件300或冷却组件400发挥作用。

可选地，本申请可以在旋转轴200上设置温度计，以实时检测旋转轴200的外表面的温度值，在该温度值较大的情况下，可以通过调节设在第二进水口410上的流量调节件，以增大进入内腔210内的进水量，以快速对旋转轴200进行降温冷却。

在另一实施例中，旋转轴200还开设有测温通道270，即温度计可以通过测温通道270更准确地检测旋转轴200的内部的温度值，并根据该温度值可以更精准地调节进入内腔210内的进水量，以实现对旋转轴200进行充足的降温冷却。

可选地，测温通道270可以沿旋转轴200的轴线方向延伸，且测温通道270贯通旋转轴200，为确保测温通道270的密封性，磁流体密封装置还包括介质窗620，介质窗620设于测温通道270的测温进口，以封堵测温通道270，进而对测温通道270进行密封。

可选地，本申请可以采用红外传感器来检测旋转轴200的温度，此时，介质窗620为可透光的介质窗，以方便红外传感器的检测。可选地，介质窗620可以为石英窗。

可选地，本申请还公开一种半导体工艺设备，该半导体工艺设备包括腔室本体100和设置在腔室本体100内的支撑轴120，该半导体工艺设备还包括上文所述的磁流体密封装置，旋转轴200的一端穿过腔室本体100并与支撑轴120相连。

具体地，腔室本体100可以为用于加热晶圆的腔室，其内设置有坩埚110、支撑轴120和加热器130，晶圆置于坩埚110，支撑轴120可转动地支撑坩埚110，加热器130环绕支撑轴120设置，以用于加热支撑轴120，进而加热坩埚110内的晶圆。可选地，该支撑轴120可以为石墨轴。

旋转轴200的一端穿过腔室本体100并与支撑轴120相连，即旋转轴200可转动地设置于腔室本体100。可选地，旋转轴200和支撑轴120可以螺纹相连。

可选地，旋转轴200和支撑轴120的连接处可以直接外露在腔室本体100的空间内。但为确保旋转轴200和支撑轴120的连接稳定性，即为保护旋转轴200和支撑轴120的连接处，在另一种实施例中，半导体工艺设备还包括保温毡140，且保温毡140套设于旋转轴200和支撑轴120的连接处，即该保温毡140设于腔室本体100，且该保温毡140用于保护支撑轴120和旋转轴200的连接处，与此同时，保温毡140对腔室本体100也具有一定的保温作用。

可选地，半导体工艺设备还包括波纹管700，波纹管700套设于旋转轴200，且波纹管700设于磁流体密封组件300背离冷却组件400的一侧，即波纹管700设于腔室本体100和磁流体密封组件300之间，且波纹管700连接腔室本体100和磁流体密封组件300，由于波纹管700具有一定的弹性，因此，在磁流体密封装置相对于腔室本体100运动的过程中，波纹管700可以变形，与此同时，波纹管700具有密封作用，因此，即使磁流体密封装置相对于腔室本体100运动，波纹管700也可以始终保证腔室本体100与磁流体密封装置之间的密封，即始终保证腔室本体100与旋转轴200之间的密封，从而保证腔室本体100的工作环境不被破坏。此外，在波纹管700的弹性限制下，磁流体密封装置运动时的稳定性和准直性较好，并且波纹管700可以缓冲磁流体密封装置的运动。

可选地，半导体工艺设备还可以包括测温件610，支撑轴120也可以开设有测温通道，该测温通道与前述旋转轴200的测温通道270相连通，在测温件610为红外传感器的情况下，测温件610可以透过介质窗620从腔室本体100的外部直接检测坩埚110底部的温度，即检测出的腔室本体100的温度更精确。

进一步的实施例中，可以通过判断测温件610检测到的腔室本体100的温度值，来间接判断旋转轴200的温度值，即在测温件610检测到的温度值大于温度预设阈值的情况下，可以通过调节流量调节件，以增大进入内腔210内的进水量，即在该实施例中，不需要在旋转轴200上设置温度计来检测旋转轴200的温度，这使得磁流体密封装置所采用的部件较少。由此可知，测温件610在检测腔室本体100的温度的同时，还可以间接判断旋转轴200的温度，以提高对旋转轴200的冷却效率。

本申请上文实施例中重点描述的是各个实施例之间的不同，各个实施例之间不同的优化特征只要不矛盾，均可以组合形成更优的实施例，考虑到行文简洁，在此则不再赘述。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种磁流体密封装置，用于半导体工艺设备，其特征在于，所述磁流体密封装置包括旋转轴(200)、磁流体密封组件(300)和冷却组件(400)，

所述磁流体密封组件(300)和所述冷却组件(400)均套设于所述旋转轴(200)，且所述磁流体密封组件(300)与所述冷却组件(400)相连；

所述旋转轴(200)具有内腔(210)，所述旋转轴(200)开设有第一进水口(220)和第一回水口(230)，所述第一进水口(220)和所述第一回水口(230)均与所述内腔(210)相连通，所述冷却组件(400)设有第二进水口(410)和第二回水口(420)，所述第二进水口(410)与所述第一进水口(220)相连通，所述第二回水口(420)与所述第一回水口(230)相连通。

2.根据权利要求1所述的磁流体密封装置，其特征在于，所述旋转轴(200)的外周面设有环绕所述旋转轴(200)的轴线的进水槽(240)和回水槽(250)，所述第一进水口(220)开设于所述进水槽(240)的槽底，所述第一回水口(230)开设于所述回水槽(250)的槽底，所述第二进水口(410)与所述进水槽(240)相连通，所述第二回水口(420)与所述回水槽(250)相连通。

3.根据权利要求2所述的磁流体密封装置，其特征在于，所述磁流体密封装置还包括第一密封件(510)，所述第一密封件(510)设于所述冷却组件(400)和所述旋转轴(200)之间，所述第一密封件(510)环绕所述旋转轴(200)设置，且所述进水槽(240)、所述第一密封件(510)和所述回水槽(250)依次设置；和/或，

所述磁流体密封装置还包括第二密封件(520)，所述第二密封件(520)设于所述冷却组件(400)和所述旋转轴(200)之间，所述第二密封件(520)环绕所述旋转轴(200)设置，且所述第二密封件(520)设于所述进水槽(240)背离所述第一密封件(510)的一侧；和/或，

所述磁流体密封装置还包括第三密封件(530)，所述第三密封件(530)设于所述冷却组件(400)和所述旋转轴(200)之间，所述第三密封件(530)环绕所述旋转轴(200)设置，且所述第三密封件(530)设于所述回水槽(250)背离所述第一密封件(510)的一侧。

4.根据权利要求2所述的磁流体密封装置，其特征在于，所述第一进水口(220)的数量为至少两个，至少两个所述第一进水口(220)沿所述旋转轴(200)的周向间隔设于所述进水槽(240)；和/或，

所述第一回水口(230)的数量为至少两个，至少两个所述第一回水口(230)沿所述旋转轴(200)的周向间隔设于所述回水槽(250)。

5.根据权利要求1所述的磁流体密封装置，其特征在于，所述旋转轴(200)设有间隔层(260)，所述间隔层(260)将所述内腔(210)分隔为相连通的第一内腔(211)和第二内腔(212)，且所述间隔层(260)的至少部分沿所述旋转轴(200)的轴线方向延伸，所述第一进水口(220)和所述第一回水口(230)中的一者与所述第一内腔(211)相连通，另一者与所述第二内腔(212)相连通。

6.根据权利要求5所述的磁流体密封装置，其特征在于，所述内腔(210)为环形内腔，所述间隔层(260)为筒状间隔层，且所述环形内腔和所述筒状间隔层均环绕所述旋转轴(200)的轴线设置。

7.根据权利要求1所述的磁流体密封装置，其特征在于，所述磁流体密封组件(300)包括安装座(310)、磁极及磁流体(320)和端盖(330)，所述磁极及磁流体(320)设于所述安装座(310)和所述旋转轴(200)之间，所述安装座(310)通过所述端盖(330)与所述冷却组件(400)相连。

8.根据权利要求1所述的磁流体密封装置，其特征在于，所述磁流体密封装置还包括介质窗(620)，所述旋转轴(200)还开设有测温通道(270)，所述介质窗(620)用于封堵所述测温通道(270)。

9.一种半导体工艺设备，所述半导体工艺设备包括腔室本体(100)和设置在所述腔室本体(100)内的支撑轴(120)，其特征在于，所述半导体工艺设备还包括权利要求1至8中任一项所述的磁流体密封装置，所述旋转轴(200)的一端穿过所述腔室本体(100)并与所述支撑轴(120)相连。

10.根据权利要求9所述的半导体工艺设备，其特征在于，所述半导体工艺设备还包括保温毡(140)，且所述保温毡(140)套设于所述旋转轴(200)和所述支撑轴(120)的连接处。