一种密封装置及等离子体加工设备的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及微电子加工技术领域，具体地，涉及一种密封装置及
[0002]等离子体加工设备。
【背景技术】
[0003]在等离子体加工设备中，对被加工工件的工艺处理是通过将被加工工件置于反应腔室内部，使其与通入反应腔室内部的工艺气体在一定的工艺条件下发生反应而实现的。在上述过程中，工艺气体一般为有毒有害的气体，工艺条件一般包括高温。而在实际使用中，为防止工艺气体发生泄漏，对人员和设备造成伤害，需要对反应腔室进行严格的密封。并且，由于上述工艺中反应腔室内的温度较高，反应腔室一般采用耐高温的石英材料制成；而石英材料性质较脆，在受力不均时容易开裂，且不耐冲击，这使得对反应腔室的密封，必须使反应腔室受力均匀，且对其的冲击不能过大。
[0004]图1为现有的反应腔室的结构示意图。如图1所示，该反应腔室的前后两侧具有开口，用以与传输腔室、气体输运系统等相应设备连通；其中，反应腔室的前侧(即图1中的左侧)的开口处设有前端石英法兰1、前端金属法兰3，且前端石英法兰I和前端金属法兰3之间通过O型密封圈密封；反应腔室的后侧(及图1中的右侧)的开口处设有后端石英法兰2、后端金属法兰4，且后端石英法兰2和后端金属法兰4之间通过O型密封圈密封；此外，反应腔室的后端设有气动顶针机构5，该气动顶针机构5固定于一固定件上，并与后端金属法兰4连接，用以在工艺过程中向后端金属法兰4施加一定的压力，使其与后端石英法兰2压紧，并使前端石英法兰I和前端金属法兰3之间压紧，从而实现对反应腔室的密封。
[0005]具体地,如图2所示,气动顶针机构5包括缸筒51,缸筒51内部设有活塞52,用于沿缸筒51内壁滑动，并将缸筒51内部分为驱动腔511和复位腔512 ;其中，驱动腔511内部设有与活塞52连接的驱动弹簧53 ;复位腔512内部设有活塞杆54，该活塞杆54的两端分别与活塞52和后端金属法兰4连接；并且，复位腔512与一气源(图中未示出)连接，用以由气源向复位腔512内输入气体；且在气源与复位腔512之间设有调压阀6和压力表7，其中，调压阀6用于调节气源向复位腔512输入的气体的气压，压力表7用于检测气源向复位腔512输入的气体的气压值。在工艺过程中，通过驱动弹簧53向后端金属法兰4施加压力，在此过程中，通过手动调节调压阀6，调节气源向复位腔512内通入气体的气压，从而可以调节驱动弹簧53向后端金属法兰4施加的压力的大小，使后端金属法兰4和后端石英法兰2之间、前端石英法兰I和前端金属法兰3之间压紧，将反应腔室密封。
[0006]但在实际应用中，上述气动顶针机构5不可避免地存在下述问题:
[0007]首先，在使用气动顶针机构5对反应腔室进行密封的过程中，通过调节调压阀6，可以调节后端金属法兰4所受到的压力，但却无法获得后端金属法兰4所受到的压力的数值，这使得在气动顶针机构5对反应腔室的密封过程中，不能准确地得知反应腔室的密封状态，而只能在完成反应腔室的密封后，通过向反应腔室内通入气体，如H2等，并检测通入反应腔室中的H2等气体是否泄漏来确定反应腔室的密封效果；从而导致在反应腔室的密封过程中，气动顶针机构5对后端金属法兰4施加的压力较大时，反应腔室可以被良好地密封，但却要承受较大的压力和冲击，这样在使用过程中，反应腔室承受的压力和冲击会对其造成损伤，甚至造成局部开裂，导致工艺气体的泄漏；反之，若气动顶针机构5对后端金属法兰施加的压力较小，则会造成反应腔室的密封效果不佳，从而在向反应腔室内通入H2时，检测仪器可以检测出H2从反应腔室中泄漏，这样不仅导致反应腔室需要重新密封，从而增加工作量和宕机时间，而且通入反应腔室的H2还可能爆炸，危及人员和设备安全。
[0008]其次，在气动顶针机构5中，驱动弹簧53提供对后端驱动法兰4的压力，这使得在实际应用中，特别是在后端驱动法兰4连接多个气动顶针机构5的情况下，驱动弹簧53在加工过程中的误差会显著影响后端驱动法兰4受到的压力大小及其受力的均匀性，使石英法兰与金属法兰之间不能压紧，进而影响反应腔室的密封效果。
【发明内容】
[0009]本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种密封装置及等离子体加工设备，其可以准确地控制弹性密封件密封反应腔室与相应设备的开口时单作用气缸内所需的气压，从而避免因施加的气压过小而使气体从反应腔室中泄漏，或因施加的气压过大而损坏反应腔室。
[0010]为实现本发明的目的而提供一种密封装置，其包括气源、单作用气缸、压力控制阀和控制器，所述气源用于向所述单作用气缸输送具有预设供气压力的气体，所述单作用气缸的柱塞在所述供气压力的作用下朝向所述反应腔室施加推力，以使所述反应腔室与相应设备夹紧位于二者之间的弹性密封件，从而实现对连通所述反应腔室与相应设备的开口进行密封；所述压力控制阀设置在位于所述气源和单作用气缸之间的气路上，用以调节所述供气压力；所述控制器用于校准所述压力调节阀输出的气压值，以校正所述压力调节阀输出的气压值与气压标准值之间的偏差；所述气压标准值是指预设的所述弹性密封件密封所述反应腔室与相应设备的开口时所述单作用气缸内所需的气压。
[0011]其中，所述控制器包括PID控制器，所述PID控制器用于根据所述压力调节阀当前输出的气压值、所述供气压力、所述气压标准值以及所述压力调节阀的输入输出特性，而校准所述压力调节阀输出的气压值。
[0012]其中，所述气压标准值为被压缩的所述弹性密封件在其单位面积上所受的力和受力面积的乘积；其中，被压缩的所述弹性密封件在其单位面积上所受的力根据下述公式获得，即:
[0013]σ =1.1 (1.02-β ) E
[0014]其中，σ为被压缩的所述弹性密封件在其单位面积上所受的力，单位为MPa; β为弹性密封件的压缩量系数，且0.7 < β < 0.95 ；Ε为弹性模量，单位为MPa。
[0015]其中，根据所述弹性密封件的材料和硬度，并通过查询经验图表而获得所述弹性模量。
[0016]其中，所述弹性密封件的材料为氟橡胶，且所述氟橡胶的硬度为70?85。
[0017]其中，所述单作用气缸的数量为多个，且多个所述单作用气缸相互并联。
[0018]其中，所述密封装置还包括调压阀，所述调压阀设于所述气源与压力控制阀之间，用以调节由气源输出的气体的供气压力。
[0019]其中，所述单作用气缸包括缸体、柱塞和弹簧，其中所述柱塞的位于所述缸体内的一端将所述缸体分隔成第一空间和第二空间，所述气路的进气端与所述气源连接，所述气路的出气端与所述第一空间连接；并且，所述柱塞的另一端穿过所述第二空间，并朝向所述反应腔室的方向延伸至所述缸体之外；所述弹簧设置在所述第二空间内，用以向所述柱塞施加弹力，且所述弹力与所述第一空间内的压缩空气向所述柱塞施加的压力方向相反。
[0020]作为另一个技术方案，本发明还提供一种等离子体加工设备，其包括并行设置的反应腔室和传输腔室，以及密封