CH690506A5 - Soupage d'échappement sous vide. - Google Patents

Description

  
 



  Cette invention concerne de manière générale une soupape d'échappement sous vide pour une installation de déposition en phase gazeuse par procédé chimique (CVD), et en particulier une soupape d'échappement sous vide améliorée pour utilisation dans des systèmes d'échappement commandés par le vide de CVD. 



  Une soupape d'échappement sous vide typique incorporée dans des systèmes d'échappement commandés par le vide d'une installation de déposition en phase gazeuse par procédé chimique (CVD), représentée sur la fig. 6, entraîne par aspiration par le vide, la vapeur chimique d'une ligne d'évacuation de résidus de CVD, cette vapeur partant de la soupape dans une pompe à vide. 



  La soupape comprend un corps de soupape 3 dans lequel un disque de soupape 5 disposé de manière mobile dans le sens vertical est commandé par un dispositif de commande 4 qui est monté sur la partie supérieure du corps de soupape 3. Il est prévu d'un côté du corps de soupape 3 un orifice d'entrée de fluide 1 à partir duquel la vapeur chimique pénètre dans le corps de soupape 3 et sort par un orifice de sortie de fluide 2 qui est formé dans la partie inférieure du corps 3. Le disque de soupape 5, monté entre les orifices d'entrée et de sortie 1 et 2, se déplace entre deux positions verticales; une position élevée où la soupape se trouve éloignée du siège de soupape 7 et une position basse où la soupape est appuyée contre le siège de soupape 7. 



  Le dispositif de commande 4 fait descendre le disque de soupape 5 vers le bas pour qu'il soit en contact avec le siège de soupape 7, bloquant ainsi le courant de vapeur chimique entre les orifices d'entrée et de sortie 1 et 2. Le mouvement ascendant du disque de soupape 5 en contact avec le siège de soupape réétablit une relation  d'écoulement de fluide entre les orifices 1 et 2. Le disque de soupape 5 comporte une partie inférieure pourvue d'un joint d'étanchéité 8 fabriqué en caoutchouc fluoroélastomère pour assurer une fermeture étanche lorsque le disque de soupape 5 est appuyé en aboutement contre le siège de soupape 7 dans sa position de fermeture. 



  Un soufflet 6, monté dans le corps de soupape 3, enferme de manière étanche la partie de liaison de manière à protéger les parties situées au cÖur de la soupape contre des impacts non-souhaitables possibles de la vapeur chimique aspirée tels que l'adhésion et la déposition d'un produit chimique sur les surfaces du disque de soupape 5 et du joint d'étanchéité 8. Le soufflet 6 est disposé de manière mobile pour se détendre et se contracter en union avec le mouvement de va-et-vient de la soupape lorsque celle-ci est entraînée par le dispositif de commande 4. 



  Dans une installation de CVD, le gaz réagissant est utilisé pour déposer un film sur des tranches de dispositif, en effectuant la réaction en phase gazeuse, où le gaz est chauffé dans une gamme de température entre 400 et 500 DEG C et maintenu dans une gamme de pression entre 10<-><5> et 10<-><6> Pa. La vapeur chimique circulant à travers la soupape d'échappement sous vide est amenée à se déposer sur la partie de liaison et sur les autres parties situées au cÖur de la soupape. 



  Ces soupapes d'échappement sous vide conventionnelles se sont révélées poser divers problèmes. Lorsque la température de la vapeur chimique circulant à travers la soupape se situe au-dessous de 130 DEG C, il arrive souvent que des produits chimiques adhèrent et se déposent sur les surfaces exposées de la soupape, y compris sur le siège de soupape 7, le joint d'étanchéité 8 et le soufflet 6. Ces dépôts pénètrent dans la voie lorsque le  disque de soupape 5 est appuyé contre le siège 7 pour fermer la soupape, et empêchent la fermeture étanche, conduisant à une fuite. A cause de cela, la soupape doit être fréquemment arrêtée pour être nettoyée avec des agents chimiques et pour enlever les dépôts qui ont adhérés sur ses surfaces.

   De plus, les éléments constitutifs de la soupape, y compris le soufflet 6, ont tendance à voir leur durée de vie réduite par suite à une exposition à une telle déposition et à un lavage constant avec des agents chimiques. 



  Une solution conventionnelle à ce problème est d'utiliser un système de chauffage, tel qu'un dispositif de chauffage de caoutchouc 21, comme montré sur la fig. 6. Le dispositif de chauffage de caoutchouc 21 est réglé de manière à produire une chaleur autour de 150 DEG C, la limite supérieure d'utilisation pour les joints d'étanchéité 8 en fluoroélastomères. Cependant, il a été constaté que cette méthode ne réussissait pas à offrir les effets désirés. L'appareil de chauffage de caoutchouc 21, bien que capable de maintenir une température de 150 DEG C autour des surfaces extérieures de la soupape, pouvait seulement maintenir la surface interne à environ 80 DEG C, à cause d'un abaissement de la température entre les surfaces externe et interne de la soupape bien en-dessous d'un niveau qui permet d'empêcher l'adhésion et la déposition chimique.

   Lorsque la pression à l'intérieur du corps de soupape 3 s'abaisse près d'un état de vide, la température à l'intérieur de la soupape diminue davantage. 



  La présente invention a été proposée pour éliminer ces inconvénients et d'autres inconvénients des soupapes d'échappement sous vide de systèmes d'échappement de CVD de l'art antérieur. 



  Ainsi, un premier objet de la présente invention est de fournir une soupape sous vide améliorée qui peut être maintenue dans une gamme de température stable  permettant d'éviter l'adhérence ou la déposition de produits chimiques sur ses surfaces. 



  Conformément à la présente invention, la soupape d'échappement sous vide comprend un dispositif de chauffage sous gaine monté dans le corps de soupape à l'intérieur du soufflet, une partie supérieure de ce dispositif étant fixée de manière fixe à une extrémité supérieure du corps de soupape et une extrémité inférieure fixée au disque de soupape, le dispositif de chauffage sous gaine étant formé d'un tube creux de forme hélicoïdale et disposé de manière expansible dans le sens de déplacement du disque de soupape pour s'étirer et se contracter de manière synchronisée avec le soufflet, le dispositif de chauffage sous gaine ayant un filament chauffant inséré à l'intérieur du tube creux pour chauffer le soufflet et le disque de soupape.

   Cet arrangement est prévu pour augmenter la performance de la soupape dans laquelle le soufflet est soumis à un chauffage stable lors de son expansion et de sa contraction à l'unisson avec le mouvement du disque de soupape commandé par le dispositif de commande et pour réduire l'usure par la détérioration naturelle du filament chauffant. 



  Dans une forme d'exécution préférée, un thermocouple sous gaine est monté à l'intérieur du dispositif de chauffage sous gaine pour détecter la température du dispositif de chauffage sous gaine et formé selon une configuration hélicoïdale pour avoir le même serpentement que le dispositif de chauffage sous gaine, le thermocouple sous gaine étant installé de manière à avoir son serpentement au même niveau que le dispositif de chauffage sous gaine pour obtenir ainsi une affinité physique avec le dispositif de chauffage sous gaine pour augmenter la sensibilité à la température, le thermocouple sous gaine ayant une partie supérieure fixée à une extrémité supérieure du corps de soupape et une partie inférieure fixée au disque de soupape. 



  Dans une autre forme d'exécution préférée, un thermostat est monté à l'extérieur du corps de soupape, le thermocouple et le dispositif de chauffage sous gaine étant reliés opérationnellement au thermostat par l'intermédiaire d'un conducteur séparé pour le réglage de la température de l'intérieur de la soupape. Cette adjonction du thermostat  est prévue pour minimiser l'adhésion ou la déposition de produits chimiques sur les surfaces du disque de soupape et du soufflet, aidant ainsi les éléments constitutifs de la soupape à augmenter leur performance de travail et leur durée de vie. 



  Selon encore une autre forme d'exécution, un dispositif de chauffage de caoutchouc est monté autour du corps de soupape, avec un autre thermocouple qui est installé à l'intérieur du soufflet pour la détection de la température à l'intérieur de la soupape, le dispositif de chauffage de caoutchouc et le second thermocouple étant reliés opérationnellement au thermostat par l'intermédiaire d'un conducteur séparé pour le réglage de la température de l'intérieur de la soupape. 
 
   La fig. 1 est une vue latérale en coupe transversale d'une soupape d'échappement sous vide, dans sa position ouverte, construite selon une première forme d'exécution préférée de la présente invention. 
   La fig. 2 est une vue latérale en coupe transversale de la soupape d'échappement sous vide représentée sur la fig. 1 dans sa position complètement fermée. 
   La fig.

   3 est une vue latérale en coupe transversale de la soupape d'échappement sous vide selon une seconde forme d'exécution préférée de l'invention. 
   La fig. 4 est une vue schématique illustrant un système de réglage de température pour une autre forme d'exécution préférée de la soupape d'échappement sous vide de l'invention. 
   La fig. 5 est une vue schématique représentant une version modifiée du système de réglage de température représenté sur la fig. 4; et 
   la fig. 6 est une vue latérale partiellement en coupe d'une soupape d'échappement sous vide de l'art antérieur. 
 



  Une manière pour effectuer l'invention est décrite en détail ci-dessous en référence aux dessins qui illustrent des formes d'exécutions particulières. 



  Des formes d'exécutions préférées de la soupape d'échappement sous vide A construite conformément à la présente invention seront expliquées dans tous les détails en se référant aux dessins annexés. Dans une première forme d'exécution préférée, comme montré sur la fig. 1, un corps de soupape 3 a un orifice d'entrée de fluide 1 monté sur un côté de celui-ci et un orifice de sortie de fluide 2 à une extrémité inférieure du corps de soupape 3. L'orifice d'entrée 1 est relié pour aspirer la vapeur chimique d'une source non représentée dans la soupape A, avec la vapeur qui est amenée à quitter le corps de soupape 3 par l'orifice de sortie 2 par aspiration provoquée par le vide. 



  Il est prévu sur le sommet du corps de soupape 3 un dispositif de commande 4 qui est prévu pour entraîner une partie de liaison C qui forme une partie supérieure du corps de soupape 3. La partie de liaison C comprend un disque de soupape à va-et-vient 5 qui est déplacé dans le sens vertical par une tige de piston 9 et une tige de liaison 11 dans un dispositif de commande 4 vers et loin d'un siège de soupape annulaire 7 qui est formé à une extrémité supérieure de l'orifice de sortie 2. 



  La partie de liaison C a un soufflet 6 monté verticalement qui est fixé, à une périphérie supérieure de celui-ci, à une position fixe dans la partie de liaison. Le soufflet 6 est prévu pour protéger les parties situées au cÖur de la partie de liaison C, y compris le disque de soupape 5, contre les effets indésirables de la vapeur chimique circulant à travers la soupape A. Le soufflet 6 se détend et se contracte en union avec la partie de liaison lorsqu'il est entraîné dans un mouvement de va-et-vient par rapport au siège de soupape 7. Le disque de soupape 5 est pourvu, à une extrémité inférieure de celui-ci, d'un joint d'étanchéité 8 annulaire, qui peut de préférence être fabrique en caoutchouc fluoroélastomère.

   Le joint d'étanchéité 8 est  prévu pour assurer une relation de fermeture étanche avec le siège de soupape 7 lorsque le disque de soupape 5 est appuyé contre le siège de soupape 7 pour arrêter efficacement le courant de vapeur chimique entre les orifices d'entrée et de sortie 1 et 2. 



  La tige de piston 9 est montée de manière mobile dans le sens vertical dans le dispositif de commande 4 et est reliée rigidement bout à bout à une tige de liaison 11 pour le mouvement d'enclenchement pour entraîner le disque de soupape 5. 



  La soupape d'échappement sous vide A inclut aussi un rebord de recouvrement 12 qui coiffe la partie de liaison C, un manchon vertical 13 qui est fixé de manière fixe, à une périphérie supérieure, au rebord 12 et enferme la tige de liaison mobile 11, et un dispositif de chauffage sous gaine 14 en forme de spirale via une base de dispositif de chauffage 10 montée entre le manchon circulaire et le soufflet 6. Le dispositif de chauffage sous gaine 14 est un tube métallique creux formé dans une configuration en spirale, avec un serpentin de filament chauffant non représenté enfermé à l'intérieur du tube.

   Le filament chauffant a une extrémité supérieure de celui-ci reliée, par l'intermédiaire d'un conducteur au dispositif de chauffage 17, à une installation d'alimentation électrique non représentée qui fournit l'électricité pour exciter le filament chauffant à l'intérieur du dispositif de chauffage sous gaine 14 pour chauffer la partie de liaison C dans des buts qui seront expliqués plus tard. 



  Le dispositif de chauffage sous gaine 14 a une extrémité inférieure de celui-ci fixée à la base du dispositif de chauffage 10 via un élément annulaire 15 avec des boulons 16. Le dispositif de chauffage sous gaine 14 est fixé rigidement, à une périphérie supérieure de celui-ci, au rebord de recouvrement 12. Il est ainsi montré que le  ressort semblable au dispositif de chauffage sous gaine 14 s'étire et se contracte dans une direction axiale en synchronisation avec le mouvement télescopique de la tige de piston 9, de la tige de liaison 11 et du soufflet 6. 



  Le dispositif de commande 4 comprend un cylindre 4a dans lequel la tige de piston 9 a un mouvement de va-et-vient avec une tête de piston 4b qui est fixée à une extrémité supérieure de la tige de piston 9 avec un boulon 4c pour le mouvement simultané avec la tige 9. Une partie d'extrémité fixe 4d est aussi montée à une partie inférieure du cylindre 4a. La partie d'extrémité 4d est pourvue d'un trou central à travers lequel la tige de piston 9 est insérée pour se déplacer dans le cylindre 4a à travers le rebord de recouvrement 12. La partie d'extrémité 4d sert ainsi à isoler de façon étanche le cylindre 4a. La tête de piston 4b a un diamètre calibré pour s'insérer librement de manière mobile à l'intérieur du cylindre 4a pour un mouvement coulissant avec la tige de piston 9. 



  La mouvement de va-et-vient de la tige de piston 9 est réalisé par l'introduction d'air comprimé dans le cylindre 4a sur chaque côté de la tête de piston 4b, exerçant ainsi pneumatiquement une pression sur la tête de piston 4b pour forcer la tige de piston 9 dans une direction axiale. 



  Dans ce but, le dispositif de commande 4 peut incorporer n'importe quel système de soupape connu non représenté qui fait circuler l'air à l'intérieur et à l'extérieur du cylindre 4a pour entraîner pneumatiquement la tête de piston 4b et en conséquence la tige de piston 9. Dans un tel système, l'air circule dans l'espace du cylindre 4a au-dessus de la tête de piston 4b, en forçant la tête de piston 4b à descendre. Ce mouvement de la tête de piston 4b abaisse la tige de piston 9 et en conséquence la tige de liaison d'enclenchement 11 qui à son tour appuie le  disque de soupape 5 contre le siège de soupape 7 dans une position complètement fermée de la soupape A, comme représenté sur la fig. 2, où le courant de vapeur chimique de l'orifice d'entrée 1 à l'orifice de sortie 2 est interrompu. 



  Avec la tige de liaison 11 qui descend, le soufflet plié 6 et le dispositif de chauffage sous gaine 14 en forme de spirale se détendent aussi à l'unisson, maintenant ainsi un parapluie protecteur sur la partie de liaison C. 



  La rétraction de la tige de piston 9 dans le cylindre 4a est effectuée en évacuant l'espace défini au-dessus de la tête de piston, tout en introduisant simultanément de l'air dans le cylindre 4a au-dessous de la tête de piston 4b, pour exercer une pression pneumatique vers le haut sur le côte arrière de la tête de piston à partir du bas. La tige de liaison 11 est ainsi forcée à monter, entraînant le disque de soupape 5 vers le haut loin du siège de soupape 7 dans une position complètement ouverte de la soupape A, comme représenté sur la fig. 1. Cela réétablit la relation de courant de fluide entre l'orifice d'entrée 1 et l'orifice de sortie 2. Avec le trajet vers le haut de la tige de liaison 11, le dispositif de chauffage sous gaine 14 et le soufflet se contracterons également jusqu'à leur position neutre. 



  Ainsi, il est conçu que le dispositif de chauffage sous gaine 14 dégage de la chaleur, par l'intermédiaire de son filament chauffant intérieur, pour maintenir le soufflet 6 de la partie de liaison C chauffée, de préférence à une gamme de température stable entre 180 et 200 DEG C. Ainsi, le dispositif de chauffage sous gaine se détend et se contracte en synchronisation avec le soufflet 6, maintenant uniformément et de manière constante ce dernier à ce niveau de température. Cet arrangement sert a neutraliser thermiquement les surfaces externes du soufflet d'une adhérence et d'une déposition possibles de  produits chimiques présents dans la vapeur chimique en circulation à travers la soupape A.

   Le tube métallique creux de protection du dispositif de chauffage sous gaine 14 fournit une protection efficace au filament chauffant intérieur, minimisant ainsi l'usure par la détérioration naturelle du filament chauffant qui est exposé à une tension constante et à d'autres forces externes lors de ses mouvements télescopiques rapides à l'intérieur du dispositif de chauffage sous gaine pendant le travail. 



  De plus, l'énergie thermique du dispositif de chauffage sous gaine 14 se transmet de la tige de liaison 11 vers le disque de soupape 5, maintenant le disque de soupape 5 et le joint d'étanchéité 8 à une gamme de température entre 140 et 160 DEG C, également pour réduire l'adhérence et la déposition de produits chimiques sur les surfaces du disque de soupape 5 et du joint d'étanchéité pendant l'opération. 



  De plus, un réglage efficace de température de la partie de liaison C éliminerait, ou au moins réduirait de manière efficace le besoin fréquent de nettoyer les éléments constitutifs internes de la soupape, tels que le soufflet, le joint d'étanchéité 8 et le disque de soupape 5, possible avec les soupapes de l'échappement sous vide de l'art antérieur, aidant ainsi à l'augmentation des performances et de la durée de vie de la soupape A. 



  Dans une autre forme d'exécution, comme illustré sur les fig. 3 et 4, dans la partie de liaison C entre le manchon 13 et le dispositif de chauffage sous gaine 14, il est installé un thermocouple sous gaine 18 qui est formé dans une forme en spirale pour avoir la même longueur axiale et le même serpentement que le dispositif de chauffage sous gaine en spirale 14. Le thermocouple sous gaine 18 est prévu pour mesurer la température à l'intérieur du soufflet 6. Le thermocouple sous gaine 18 est fixé, à une partie inférieure de celui-ci, au disque  de soupape 5, et placé de manière à se trouver avec ses serpentements individuels alignés avec ceux du dispositif de chauffage sous gaine 14, de sorte que le thermocouple sous gaine 18 soit physiquement immédiatement à proximité du dispositif de chauffage sous gaine 14 pour une meilleure sensibilité de la température.

   Le thermocouple sous gaine 18 a une extrémité supérieure de celui-ci reliée électriquement, par un conducteur au thermocouple 19, à un thermostat 20, qui peut être monté dans une situation à l'extérieur de la soupape A. Le thermostat 20 est aussi relié, par un conducteur au dispositif de chauffage 17, au dispositif de chauffage sous gaine 14 qui est réglé par le thermostat 20 pour maintenir une température prédéterminée par le thermocouple sous gaine 18 mesurant une température de l'environnement de travail à l'intérieur du soufflet 6. 



  Une troisième forme d'exécution préférée de la présente invention, illustrée par la fig. 5, ajoute un dispositif de chauffage de caoutchouc 21, qui est monté de manière à entourer complètement le corps de soupape 3 et prévu pour maintenir le soufflet 6 de la partie de liaison C à des niveaux de température élevés. Un thermocouple supplémentaire, non représenté, peut de préférence être monté à l'intérieur du dispositif de chauffage de caoutchouc 21 pour mesurer sa dernière température et est relié de manière opérationnelle, par un conducteur au thermocouple 23, au thermostat 20 qui est conçu pour commander le dispositif de chauffage de caoutchouc 21 pour une gamme de température prédéterminée en réponse au second thermocouple par un conducteur au dispositif de chauffage 22.

   Le dispositif de chauffage de caoutchouc 21 est prévu pour fonctionner à l'unisson avec le dispositif de chauffage sous gaine 14, pour améliorer le réglage stable et efficace de la température pour le soufflet 6 et les autres parties situées au cÖur de la soupape A. 



  Il sera clair de la description ci-dessus que la présente invention augmentera la performance et la durée de vie des soupapes d'échappement sous vide de systèmes d'échappement commandés par le vide de CVD en maintenant le soufflet, le disque de soupape et le joint d'étanchéité dans un environnement de travail désirable par le fonctionnement d'un dispositif de chauffage sous gaine fait d'un tube de métal en forme de spirale avec un filament chauffant enfermé à l'intérieur de celui-ci, conjointement à un thermostat comprenant un thermocouple installé dans le dispositif de chauffage sous gaine pour la mesure de la température du dispositif de chauffage sous gaine. Le système de chauffage est prévu pour minimiser les risques d'adhérence et de déposition possibles de produits chimiques sur les surfaces des éléments constitutifs de la soupape. 

Claims (4)

1. Soupape d'échappement sous vide pour une installation de déposition en phase gazeuse par procédé chimique, comprenant un corps de soupape (3), un orifice d'entrée de fluide, un orifice de sortie de fluide (2), un disque de soupape (5) monté de manière mobile dans le corps de soupape (3), un siège de soupape (7) monté aussi dans le corps de soupape (3) entre les orifices d'entrée et de sortie (1, 2), un dispositif de commande (4) monté dans le corps de soupape (3) et prévu pour déplacer le disque de soupape (5) pour l'éloigner et le mettre en contact avec le siège de soupape (7), créant et bloquant de cette façon le passage de vapeur chimique de l'orifice d'entrée (1) vers l'orifice de sortie (2), et un soufflet (6) pour loger de manière étanche le dispositif de commande (4) et disposé de manière expansible dans le sens de déplacement du disque de soupape (5)

pour se détendre et se contracter en synchronisation avec le mouvement du disque de soupape (5), caractérisée en ce qu'elle comprend un dispositif de chauffage sous gaine (14) monté dans le corps de soupape (3) à l'intérieur du soufflet (6), une partie supérieure de ce dispositif étant fixée de manière fixe à une extrémité supérieure du corps de soupape (3) et une extrémité inférieure fixée au disque de soupape (5), le dispositif de chauffage sous gaine (14) étant formé d'un tube creux de forme hélicoïdale et disposé de manière expansible dans le sens de déplacement du disque de soupape pour s'étirer et se contracter de manière synchronisée avec le soufflet (6), le dispositif de chauffage sous gaine (14) ayant un filament chauffant inséré à l'intérieur du tube creux pour chauffer le soufflet (6) et le disque de soupape (5).

2.

Soupape selon la revendication 1, dans laquelle un thermocouple sous gaine (18) est monté à l'intérieur du dispositif de chauffage sous gaine (14) pour détecter la température du dispositif de chauffage sous gaine (14) et formé selon une configuration hélicoïdale pour avoir le même serpentement que le dispositif de chauffage sous gaine (14), le thermocouple sous gaine (18) étant installé de manière à avoir son serpentement au même niveau que le dispositif de chauffage sous gaine (14) pour obtenir ainsi une affinité physique avec le dispositif de chauffage sous gaine (14) pour augmenter la sensibilité à la température, le thermocouple sous gaine (18) ayant une partie supérieure fixée à une extrémité supérieure du corps de soupape (3) et une partie inférieure fixée au disque de soupape (5).

3.

Soupape selon la revendication 2, dans laquelle un thermostat (20) est monté à l'extérieur du corps de soupape (3), le thermocouple (18) et le dispositif de chauffage sous gaine (14) étant reliés opérationnellement au thermostat (20) par l'intermédiaire d'un conducteur séparé pour le réglage de la température de l'intérieur de la soupape (A).

4. Soupape selon la revendication 3, dans laquelle un dispositif de chauffage de caoutchouc (21) est monté autour du corps de soupape (3), avec un autre thermocouple qui est installé à l'intérieur du soufflet (6) pour la détection de la température à l'intérieur de la soupape (A), le dispositif de chauffage de caoutchouc (21) et le second thermocouple étant reliés opérationnellement au thermostat (20) par l'intermédiaire d'un conducteur séparé pour le réglage de la température de l'intérieur de la soupape (A).