一种适用于真空中运动部件的组合密封机构及半导体设备的制作方法

1.本发明涉及半导体领域，具体而言，涉及一种适用于真空中运动部件的组合密封机构及半导体设备。


背景技术：

2.在半导体行业中通常需要进行密封的真空作业，而密封可分为静态密封和动态密封，动态密封相对静态密封而言难度高很多。
3.目前行业中通常采用真空密封机构进行密封，然而在动态密封的高真空或超高真空中，现有的真空密封机构很难维持高真空度，漏率较高且很难保持一致。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供了一种适用于真空中运动部件的组合密封机构及半导体设备，其密封效果好，能够提供较高真空度的工作环境，有效降低漏率。
5.本发明的实施例可以这样实现：
6.第一方面，本发明提供一种适用于真空运动部件的组合密封机构，应用于运动轴，所述运动轴的两端分别连接真空端和大气端，所述适用于真空运动部件的组合密封机构包括运动密封圈、第一弹性密封圈、第二弹性密封圈及固定组件；
7.所述运动密封圈、所述第一弹性密封圈及所述第二弹性密封圈用于沿所述运动轴的轴向依次套设于所述运动轴外，且其中所述运动密封圈靠近于所述大气端；
8.所述固定组件用于固定所述运动密封圈、所述第一弹性密封圈及所述第二弹性密封圈；
9.所述运动密封圈、所述第一弹性密封圈及所述第二弹性密封圈共同用于所述运动轴在竖直运动、往复运动或旋转运动时隔绝所述真空端和所述大气端。
10.在可选的实施方式中，所述运动密封圈包括多个凹弧面和多个凸弧面，所述凸弧面连接两个相邻的所述凹弧面，以使所述运动密封圈的横截面呈x状；
11.所述运动密封圈内圈的凸弧面用于与所述运动轴滑动连接，所述运动密封圈外圈的凸弧面抵持于所述固定组件。
12.在可选的实施方式中，所述第一弹性密封圈开设有环状且连通的第一凹槽，所述第一凹槽的开口朝向所述大气端。
13.在可选的实施方式中，所述第一弹性密封圈还包括多个弹性片，所述弹性片的形状与所述第一凹槽匹配，多个所述弹性片等间距的贴设于所述第一凹槽内。
14.在可选的实施方式中，所述第二弹性密封圈开设有环状且连通的第二凹槽，所述第二凹槽的开口朝向所述大气端。
15.在可选的实施方式中，所述第二弹性密封圈还包括弹性圈，所述弹性圈套设于所述第二凹槽靠近于所述运动轴的侧壁；
16.所述第二弹性密封圈的内圈壁凸设有凸起，所述凸起与所述弹性圈相背设置，所
述凸起用于与所述运动轴滑动连接。
17.在可选的实施方式中，所述适用于真空中运动部件的组合密封机构还包括封脂圈和真空脂，所述封脂圈套设于所述运动轴外，并位于所述运动密封圈和所述第一弹性密封圈之间；
18.所述封脂圈的内圈壁开设有环状且连通的第三凹槽，所述第三凹槽的开口朝向所述运动轴，所述真空脂注入所述第三凹槽。
19.在可选的实施方式中，所述第三凹槽的两侧壁交错地开设有多个通槽，多个所述通槽均与所述第三凹槽连通，用于在所述运动轴出现间隙的情况下流出所述第三凹槽并进行填充。
20.在可选的实施方式中，所述固定组件包括固定套和固定圈，所述固定套用于套设于所述运动轴外，所述运动密封圈、第一弹性密封圈、第二弹性密封圈均位于所述固定套的内壁和所述运动轴的外壁之间；
21.所述固定圈的数量包括两个，两个所述固定圈分别设置于所述固定套的两端，其中一个所述固定圈抵持于所述运动密封圈，另一个抵持于所述第二弹性密封圈，以将所述运动密封圈、所述第一弹性密封圈及所述第二弹性密封圈固定于所述固定组件内。
22.第二方面，本发明提供一种半导体设备，包括运动轴和套设于所述运动轴外的如前述实施方式任一项所述的组合密封机构。
23.本发明实施例提供的适用于真空中运动部件的组合密封机构及半导体设备的有益效果包括：通过运动密封圈、第一弹性密封圈及第二弹性密封圈依次套设于运动轴外并共同作用于运动轴，可在高真空的作业环境下，实现较好的密封性能，降低漏率，并将漏率控制在10-11
～10-12
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m3/s。本发明结构简单，便于拆卸维护，使用寿命长，能广泛应用于轴类的高真空密封作业。
附图说明
24.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
25.图1为本发明实施例提供的半导体设备结构示意图；
26.图2为本发明实施例提供的半导体设备剖视图；
27.图3为本发明实施例提供的组合密封机构剖视图；
28.图4为本发明实施例提供的运动密封圈剖视图；
29.图5为本发明实施例提供的封脂圈剖视图；
30.图6为本发明实施例提供的第一弹性密封圈剖视图；
31.图7为本发明实施例提供的第二弹性密封圈剖视图；
32.图8为本发明实施例提供的固定组件剖视图。
33.图标：10-半导体设备；100-运动轴；110-驱动部；200-组合密封机构；210-运动密封圈；211-凹弧面；212-凸弧面；220-封脂圈；221-第三凹槽；222-通槽；230-第一弹性密封圈；231-第一凹槽；232-弹性片；240-第二弹性密封圈；241-第二凹槽；242-弹性圈；243-凸
起；250-固定组件；251-固定套；2511-固定部；252-固定圈；2521-限位部；300-固定机构；310-上压盖；320-塑性压片；330-o型密封圈；340-第一固定件；350-第一间隔套；360-轴承；370-第二间隔套；380-第二固定件。
具体实施方式
34.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
35.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。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。
36.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
37.在本发明的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
38.此外，若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
39.需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例中的特征可以相互结合。
40.在现有的真空作业工艺中，由于真空部分与大气部分压差过大时，通常会出现渗漏，并且在动态密封时也很难维持真空部分的高真空度。而为了保持真空作业工艺上所需要的真空度，以确保工艺正常进行，发明人提供了一种适用于真空中运动部件的组合密封机构及半导体设备以解决上述问题。
41.第一实施例
42.请参阅图1和图2，本发明实施例提供了一种半导体设备10，可应用于真空作业环境，特别适用于真空端与大气端压差较大的工作环境。例如，半导体设备10可以是真空作业机械手臂，通过真空作业机械手臂可在真空端进行精密取送、传输作业，同时确保真空端的密封性良好，保证作业质量和效率。当然，半导体设备10还可以包括去胶设备、刻蚀设备、cvd设备镀膜设备等，在此不做具体限定。
43.本实施例提供的半导体设备10包括运动轴100、适用于真空运动部件的组合密封机构(下文简称为组合密封机构200)、固定机构300及驱动机构(图未示)。
44.在本实施例中，组合密封机构200套设于运动轴100外，固定机构300套设在组合密封机构200和运动轴100外，固定机构300用于固定组合密封机构200。驱动机构与运动轴100连接以带动运动轴100进行运动。可以理解的是，组合密封机构200以及固定机构300始终保持固定静止状态，运动轴100在驱动机构的带动下相对组合密封机构200和固定机构300进行运动。
45.具体地，运动轴100的两端分别连接真空端和大气端，并通过组合密封机构200进行密封，其中，真空端通常由箱体笼罩形成。运动轴100的圆周壁上设置有驱动部110，驱动部110与驱动机构连接，以在驱动机构的带动下使运动轴100进行竖直方向的运动、往复运动或旋转运动。
46.具体地，组合密封机构200呈圆柱状，并套设在运动轴100真空端和大气端的分界处，以隔绝真空端和大气端。
47.具体地，固定结构包括依次沿运动轴100轴向安装的上压盖310、塑性压片320、o型密封圈330、第一固定件340、第一间隔套350、轴承360、第二间隔套370、第二固定件380。
48.其中，第一固定件340套设于组合密封机构200外，并与真空端的箱体固定连接，o型密封圈330设置于第一固定件340靠近于真空端的表面。上压盖310套设于运动轴100并盖设于第一固定件340和组合密封机构200上。塑性压片320位于组合密封机构200和上压盖310之间，并抵持于组合密封机构200的顶部。第一间隔套350和轴承360设置于第一固定件340底部，且轴承360套设于第一间隔套350外，第一间隔套350套设于组合密封机构200外。第二间隔套370设置于第一间隔套350、轴承360和组合密封机构200的底部。第二固定件380为支架，在支架内部可装载电机、导轨等设备。第二固定件380设置于第二间隔套370的底部，以实现第一固定件340和第二固定件380共同固定组合密封机构200。
49.需要说明的是，在第一固定件340顶部所在的平面以上的空间为真空端，在第一固定件340底部所在的平面以下的空间为大气端。
50.因此，在运动轴100上设置的组合密封机构200和固定机构300，结构简单，密封性能好，能适用于多种真空作业场景，不易损坏且拆卸维修方便，使用寿命长，漏率能控制在10-11
～10-12
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51.第二实施例
52.请参阅图3，本发明提供的组合密封机构200，应用于高真空中作业的运动轴100。组合密封机构200包括运动密封圈210、封脂圈220、真空脂(图未示)、第一弹性密封圈230、第二弹性密封圈240及固定组件250。
53.其中，运动密封圈210、封脂圈220、第一弹性密封圈230及第二弹性密封圈240用于沿运动轴100的轴向依次套设于运动轴100外，且运动密封圈210靠近于大气端，以共同用于运动轴100在竖直运动、往复运动或旋转运动时隔绝真空端和大气端。固定组件250用于固定运动密封圈210、封脂圈220、第一弹性密封圈230及第二弹性密封圈240。
54.在本实施例中，固定组件250作为运动密封圈210、第一弹性密封圈230和第二弹性密封圈240的安装载体，可确保运动密封圈210、第一弹性密封圈230和第二弹性密封圈240始终固定在固定组件250内，避免了运动密封圈210、第一弹性密封圈230或第二弹性密封圈240跟随运动轴100运动导致密封失效。
55.具体地，运动密封圈210靠近于大气端，运动密封圈210在运动轴100运动时首先起到密封作用，再依次由第一弹性密封圈230和第二弹性密封圈240起到密封作用。
56.另外，在运动轴100沿竖直方向运动的情况下，第一弹性密封圈230可起到较好的密封性能；在运动轴100往复运动的情况下，运动密封圈210可起到较好的密封性能；在运动轴100旋转运动的情况下，第二弹性密封圈240可起到较好的密封性能，因而通过以上多个密封件共同作用于运动轴100，可在高真空的作业环境下且在运动轴100运动的情况下，提
升密封性能，降低漏率。
57.请结合参阅图3和图4，运动密封圈210包括多个凹弧面211和多个凸弧面212，凸弧面212连接两个相邻的凹弧面211，以使运动密封圈210的横截面呈x状。运动密封圈210内圈的凸弧面212用于与运动轴100滑动连接，运动密封圈210外圈的凸弧面212抵持于固定组件250。
58.在本实施例中，运动密封圈210包括四个凹弧面211和四个凸弧面212，且其横截面呈类似x状。运动密封圈210采用可压缩变形的材料构成，并且由于运动密封圈210的四个侧壁均为凹弧面211，可进一步提高运动密封圈210的压缩变形量。
59.在实际应用中，其中两个相邻的凸弧面212抵持于运动轴100，另外两个凸弧面212抵持于固定组件250。在运动轴100进行改变运动方向的情况下，两个凸弧面212可在运动密封圈210产生形变的情况仍然始终抵持于运动轴100，而连接于两个凸弧面212之间的凹弧面211可因产生形变进一步使得凸弧面212紧贴运动轴100，因而运动密封圈210可适用于往复运动的运动轴100，并在此情况下提供高效的动态密封性能。
60.请结合参阅图3和图5，封脂圈220套设于运动轴100外，并位于运动密封圈210和第一弹性密封圈230之间。封脂圈220的内圈壁开设有环状且连通的第三凹槽221，第三凹槽221的开口朝向运动轴100，真空脂注入第三凹槽221。
61.在本实施例中，封脂圈220由高性能塑料件制成，封脂圈220为注入的真空脂提供定性空间。需要说明的是，真空脂为较为粘稠的液体，其流动性不大。因此将真空脂完全填充在封脂圈220开设的第三凹槽221内即可。
62.在实际应用中，真空脂可作为润滑材料，在运动轴100沿竖直方向运动时，填充在第三凹槽221的真空脂可通过与运动轴100摩擦而涂设在运动轴100表面，从而对运动轴100的运动进行润滑。另外，当运动轴100的表面出现划痕或组合密封机构200出现渗漏时，可通过真空脂迅速堵漏，保证组合密封机构200的密封性能。
63.进一步地，第三凹槽221的两侧壁交错地开设有多个通槽222，多个通槽222均与第三凹槽221连通，用于在运动轴100出现间隙的情况下流出第三凹槽221并进行填充。
64.在本实施例中，多个通槽222开设在第三凹槽221的两侧壁，其中一个侧壁上的任意一个通槽222正对于另一个侧壁上距离最近的两个通槽222之间。多个通槽222可填充更多的真空脂，也利于真空脂涂设至运动轴100的表面或划痕。
65.此外，开设于第三凹槽221两侧壁的通槽222还分别连通运动密封圈210和第一弹性密封圈230，以在运动密封圈210或第一弹性密封圈230出现渗漏时填充真空脂。
66.请结合参阅图3和图6，第一弹性密封圈230开设有环状且连通的第一凹槽231，第一凹槽231的开口朝向大气端。
67.在本实施例中，第一弹性密封圈230的两侧壁分别抵持运动轴100和固定组件250，并将第一凹槽231的开口朝向大气端，有利于在压差的作用下使得第一弹性密封圈230的两侧壁分别更紧密地抵持于运动轴100和固定组件250，从而确保第一弹性密封圈230的密封性能。
68.可选地，第一弹性密封圈230可以为弹簧蓄能密封圈。
69.进一步地，第一弹性密封圈230还包括多个弹性片232，弹性片232的形状与第一凹槽231匹配，多个弹性片232等间距的贴设于第一凹槽231内。
70.在本实施例中，弹性片232的形状呈凹槽状，以使得弹性片232可刚好贴设于第一凹槽231内，从而为第一弹性密封圈230提供预紧力。第一弹性密封圈230为具有弹性的材料构成，再通过在第一凹槽231内贴合多个弹性片232，以使得第一弹性密封圈230的两侧壁分别更加紧密的贴合在运动轴100和固定组件250的表面，从而进一步提高第一弹性密封圈230的密封性能。
71.可以理解的是，第一弹性密封圈230可在自身以及弹性片232的弹力下紧密地贴合在运动轴100表面，其能够承载高压，再配合真空脂，可在运动轴100沿竖直方向运动时达到极好的密封效果。
72.请结合参阅图3和图7，第二弹性密封圈240开设有环状且连通的第二凹槽241，第二凹槽241的开口朝向大气端。
73.在本实施例中，第二弹性密封圈240的两侧壁分别抵持运动轴100和固定组件250，并将第二凹槽241的开口朝向大气端，有利于在压差的作用下使得第二弹性密封圈240的两侧壁分别更紧密地抵持于运动轴100和固定组件250，从而确保第二弹性密封圈240的密封性能。
74.可选地，第二弹性密封圈240可以为y型弹性密封圈。
75.进一步地，第二弹性密封圈240还包括弹性圈242，弹性圈242套设于第二凹槽241靠近于运动轴100的侧壁。第二弹性密封圈240的内圈壁凸设有凸起243，凸起243与弹性圈242相背设置，凸起243用于与运动轴100滑动连接。
76.在本实施例中，第二弹性密封圈240为具有弹性的材料构成，在第二凹槽241的侧壁套设弹性圈242，可使得第二弹性密封圈240的内圈壁更紧密地贴合于运动轴100。
77.具体地，在第二凹槽241靠近于运动轴100的侧壁开设有限位槽(图未示)，限位槽用于容置弹性圈242。凸起243的横截面呈等腰三角形，其等腰三角形的中线与限位槽位于同一直线上，以使得弹性圈242的弹性力正好作用于凸起243，从而进一步使得凸起243贴合于运动轴100，保证第二弹性密封圈240的密封性能。
78.可以理解的是，由于弹性圈242的弹性力作用于凸起243，可使得运动轴100在旋转运动的情况下凸起243能够始终紧密抵持于运动轴100并保持极好的密封效果。
79.请结合参阅图3和图8，固定组件250包括固定套251和固定圈252，固定套251用于套设于运动轴100外，运动密封圈210、第一弹性密封圈230、第二弹性密封圈240均位于固定套251的内壁和运动轴100的外壁之间。
80.固定圈252的数量包括两个，两个固定圈252分别设置于固定套251的两端，其中一个固定圈252抵持于运动密封圈210，另一个抵持于第二弹性密封圈240，以将运动密封圈210、第一弹性密封圈230及第二弹性密封圈240固定于固定组件250内。
81.在本实施例中，固定套251呈筒状，固定套251套设在固定圈252、运动密封圈210、封脂圈220、第一弹性密封圈230和第二弹性密封圈240外。固定圈252采用耐磨自润滑的高性能塑料件，两个固定圈252均与固定套251和运动轴100通过过盈配合固定于固定套251的两端，以起到初步密封和承压的作用，同时还起到固定运动密封圈210、封脂圈220、第一弹性密封圈230和第二弹性密封圈240的作用，以将其始终限制于两个固定圈252之间，从而确保有效的密封性能。
82.具体地，固定圈252设置有限位部2521，限位部2521用于与固定套251的顶部或底
部抵持连接，以使得固定圈252在具有相对固定套251运动的趋势的情况下通过限位部2521始终将其限制于固定套251的两端。固定套251设置有固定部2511，固定部2511连接于固定套251的一端，以使固定套251的横截面呈l形。固定部2511一侧表面与固定圈252的表面共同用于与塑性压片320抵持连接，另一侧表面用于第一固定件340抵持连接，从而实现在竖直方向上对固定套251进行固定。此外，在固定套251外还依次套设有上压盖310、第一固定件340以及第一间隔套350，以实现在水平方向上对固定套251进行固定。
83.因此，本实施例提供的组合密封机构200，通过固定套251作为固定载体，依次将固定圈252、运动密封圈210、封脂圈220、第一弹性密封圈230、第二弹性密封圈240以及密封圈固定在运动轴100外，使其既可相对运动轴100运动又具有较好的密封性能。
84.具体地，固定圈252设置于固定套251的两端，起到初步密封及固定的作用。运动密封圈210连接于靠近大气端的一个固定圈252，运动密封圈210作为第一道主要密封件，可产生较大形变而不影响密封效果，因此在运动轴100往复运动时能起到主要的密封效果。封脂圈220与运动密封圈210连接，封脂圈220作为整个组合密封机构200的辅助件，可提供具有润滑性能的真空脂，并能在组合密封机构200出现渗漏时通过真空脂及时填充。第一弹性密封圈230和第二弹性密封圈240设置于封脂圈220和靠近于真空端的固定圈252之间，并分别作为第二道主要密封件和第三道主要密封件。在运动轴100竖直运动时第一弹性密封圈230能起到主要的密封作用，而在运动轴100旋转运动时第二弹性密封圈240能起到主要的密封作用。因而，通过上述多个弹性件共同作用于运动轴100的情况下，即使在高真空的作业环境，也能到达极好的密封效果，并能将漏率控制在10-11
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85.综上所述，本发明实施例提供了一种半导体设备10，在运动轴100上设置的组合密封机构200和固定机构300，结构简单，密封性能好，能适用于多种真空作业场景，不易损坏且拆卸维修方便，使用寿命长，漏率能控制在10-11
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86.本发明实施例还提供了一种适用于真空运动部件的组合密封机构200，在运动轴100沿竖直方向运动的情况下，第一弹性密封圈230可起到较好的密封性能；在运动轴100往复运动的情况下，运动密封圈210可起到较好的密封性能；在运动轴100旋转运动的情况下，第二弹性密封圈240可起到较好的密封性能，因而通过以上多个密封件共同作用于运动轴100，可在高真空的作业环境下且在运动轴100运动的情况下，提升密封性能，降低漏率。封脂圈220可提供具有润滑性能的真空脂，还能在组合密封机构200出现渗漏时通过真空脂及时填充，保证密封效果。固定组件250起到初步密封和承压的作用，同时还起到固定运动密封圈210、封脂圈220、第一弹性密封圈230和第二弹性密封圈240的作用，以将其始终限制于两个固定圈252之间，从而确保有效的密封性能。
87.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。