[0001] Die Erfindung betrifft ein Vakuumventil mit einer Anschlussfläche zum gasdichten Koppeln an eine Vakuumeinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
[0002] Unterschiedliche Ausführungsformen von Vakuumventilen, durch deren Ventilgehäuse ein Ventilkanal verläuft, der mittels eines Verschlusses gasdicht schliessbar ist, sind aus dem Stand der Technik bekannt. Insbesondere im Bereich der IC- und Halbleiterfertigung, die in einer geschützten Atmosphäre möglichst ohne das Vorhandensein verunreinigender Partikel stattfinden muss, kommen diverse Vakuumventile zum Einsatz. Beispielsweise durchlaufen in einer Fertigungsanlage für Halbleiter-Wafer oder Flüssigkristall-Substrate die hochsensiblen Halbleiter- oder Flüssigkristall-Elemente sequentiell mehrere Prozesskammern, in denen die innerhalb der Prozesskammer befindlichen Halbleiterelemente mittels jeweils einer Bearbeitungsvorrichtung bearbeitet werden.
Sowohl während des Bearbeitungsprozesses innerhalb der Prozesskammer, als auch während des Transports von Prozesskammer zu Prozesskammer müssen sich die hochsensiblen Halbleiterelemente stets in geschützter Atmosphäre - insbesondere in luftleerer und partikelfreier Umgebung bzw. einer Schutzgasatmosphäre - befinden. Die Prozesskammern sind beispielsweise über Verbindungsgänge miteinander verbunden, wobei die Prozesskammern mittels Vakuumventile zum Transfer der Teile von der einen zur nächsten Prozesskammer geöffnet und im Anschluss zur Durchführung des jeweiligen Fertigungsschritts gasdicht verschlossen werden können. Ausserdem werden bewegliche Transferkammern verwendet, die an den Prozesskammern andocken und die Halbleiterelemente in Schutzatmosphäre zwischen den Prozesskammern transportieren können.
[0003] Derartige, von Halbleiterteilen durchlaufene Vakuumventile werden aufgrund des beschriebenen Anwendungsgebiets und der damit verbundenen Dimensionierung auch als Vakuum-Transferventile, aufgrund ihres rechteckigen Öffnungsquerschnitts auch als Rechteckventil und aufgrund ihrer üblichen Funktionsweise auch als Schieberventil, Rechteckschieber oder Transferschieberventil bezeichnet.
[0004] Vakuum-Transferventile zum Öffnen und Schliessen eines Transportkanals für Halbleiter-Wafer-Transfermodule haben beispielsweise einen rechteckigen Kanalquerschnitt mit einer Breite von 336 mm und einer Höhe von 50 mm, oder eine beliebige andere Dimensionierung. Aufgrund der sich hierdurch ergebenden grossen Dichtungslängen sind die Anforderungen an die Dichtungen, die Führung des Ventilverschlusses sowie den Antrieb sehr hoch.
[0005] Weiters werden Vakuumventile zum Öffnen und Schliessen von Gaskanälen eingesetzt. Derartige Ventile befinden sich beispielsweise innerhalb eines Rohrsystems zwischen einer Prozesskammer oder einer Transferkammer und einer Vakuumpumpe oder der Atmosphäre. Der Öffnungsquerschnitt derartiger Ventile, auch Pumpenventile genannt, ist in der Regel wesentlich kleiner als bei einem Vakuum-Transferventil. Unterschiedliche Ausbildungen solcher Vakuumventile sind bekannt, beispielsweise Vakuum-Eckventile und Schieberventile.
[0006] Abhängig von der jeweiligen Antriebstechnologie wird insbesondere zwischen Vakuumschieberventilen oder Schieberventilen, auch Ventilschieber oder Rechteckschieber genannt, und Pendelventilen unterschieden, wobei das Schliessen und Öffnen im Stand der Technik meist in zwei Schritten erfolgt. In einem ersten Schritt wird ein Ventilverschluss, insbesondere ein Verschlussteller, im Falle eines Schieberventils, wie beispielsweise aus der US 6 416 037 (Geiser) oder der US 6 056 266 (Blecha) bekannt, linear über eine Öffnung im Wesentlichen parallel zum Ventilsitz verschoben oder im Falle eines Pendelventils, wie beispielsweise aus der US 6 089 537 (Olmsted) bekannt, um eine Schwenkachse über die Öffnung geschwenkt, ohne dass hierbei eine Berührung zwischen dem Verschlussteller und dem Ventilsitz des Ventilgehäuses stattfindet.
In einem zweiten Schritt wird der Verschlussteller mit dessen Verschlussseite auf den Ventilsitz des Ventilgehäuses gedrückt, so dass die Öffnung gasdicht verschlossen wird. Die Abdichtung kann z.B. entweder über einen auf der Verschlussseite des Verschlusstellers angeordneten Dichtungsring, der auf den die Öffnung umlaufenden Ventilsitz gepresst wird, erfolgen, oder über einen Dichtungsring auf dem Ventilsitz, gegen den die Verschlussseite des Verschlusstellers gedrückt wird. Ausserdem sind Schieberventile bekannt, bei welchen der Schliess- und Dichtvorgang über eine einzige lineare Bewegung erfolgt. Ein solches Ventil ist beispielsweise das unter der Produktbezeichnung "MONOVAT Reihe 02 und 03" bekannte und als Rechteckinsertventil ausgestaltete Transferventil der Firma VAT Vakuumventile AG in Haag, Schweiz.
Der Aufbau und die Funktionsweise eines solchen Ventils werden beispielsweise in der US 4 809 950 (Geiser) und der US 4 881 717 (Geiser) beschrieben.
[0007] Unterschiedliche Dichtvorrichtungen sind aus dem Stand der Technik bekannt, beispielsweise aus der US 6 629 682 B2 (Duelli). Ein geeignetes Material für Dichtungsringe ist beispielsweise das unter dem Handelsnamen Viton<(R)> bekannte elastische Dichtungsmaterial.
[0008] Zu unterscheiden ist zwischen dynamischen Dichtungen und statischen Dichtungen am Vakuumventil.
[0009] Dynamische Dichtungen dienen zur gasdichten Abdichtung zwischen dem Ventilsitz und dem bewegbaren Ventilverschluss, beispielsweise dem Verschlussteller. Bei Betätigung des Ventils und gasdichten Schliessen und wieder Öffnen sind dynamische Dichtungen einer dynamischen Belastung ausgesetzt und unterliegen somit zwangsläufig einem gewissen mechanischen Verschleiss. Ein regelmässiges Austauschen der dynamischen Dichtung vor allem bei sehr hohen Anforderungen an die Dichtheit des Ventils und die Partikelfreiheit ist somit erforderlich. Aus diesem Grunde sind Vakuumventile der genannten Art regelmässig derart aufgebaut, dass ein einfaches Austauschen der dynamischen Dichtung möglich ist, beispielsweise durch Entfernen des Ventiltellers, auf welchem die Dichtung angeordnet ist, und Ersetzen des Ventiltellers gegen einen neuen Ventilteller.
Ein hierfür ausgelegtes Vakuumschieberventil, das eine Wartungsöffnung zum einfachen Entfernen des Ventiltellers sowie eine zum schnellen Austausch geeignete Schnittstelle zwischen dem Ventilteller und der Schubstange des Ventilantriebs vorsieht, sowie ein passendes Multifunktionswerkzeug ist in der US 7 134 642 (Seitz) beschrieben.
[0010] Statische Dichtungen am Vakuumventil befinden sich insbesondere an den Anschlüssen des Vakuumventils, also beispielsweise zwischen dem Vakuumventil-Anschluss und einer Vakuumeinrichtung, z.B. einer Prozesskammer, einer Transportkammer, einer Vakuumpumpe oder einem Rohrleitungssystem, an welchem das Vakuumventil angeschlossen ist. Statische Dichtungen unterliegen einer wesentlich geringeren mechanischen Belastung als dynamische Dichtungen, da nach der Montage des Vakuumventils an der Vakuumeinrichtung die auf die Dichtung wirkenden Kräfte im Wesentlichen konstant sind und der gasdichte Kontakt nach erfolgter Montage des Vakuumventils über eine längeren Zeitraum erhalten bleibt.
Aus diesem Grunde sind aus dem Stand der Technik keine Vakuumventile bekannt, die einen einfachen Austausch der statischen Dichtung oder Dichtungen insbesondere im montierten Zustand des Ventils ermöglichen.
[0011] Durch Fortschreiten der Halbleitertechnologie sind auch die Anforderungen an die Vakuumventiltechnik in den letzten Jahren stetig gestiegen. Dies betrifft insbesondere die chemische Neutralität des Vakuumventils, dessen Materialen keine ungewollte chemische Reaktion mit dem beteiligten Schutz- oder Prozessgas, das bei dem jeweiligen Prozessschritt des Halbleiterfertigungsverfahrens eingesetzt wird, eingehen sollen. Hiervon betroffen ist zum einen das im Ventilkanal und beim Ventilverschluss verwendete Material, wobei es sich in der Regel um ein Metall oder eine Legierung handelt, zum anderen das Dichtungsmaterial.
Während die chemischen Eigenschaften des Ventilkanals und -verschlusses im Laufe der Lebensdauer des Vakuumventils weitgehend konstant bleiben, unterliegen die Dichtungsmaterialien, meist Elastomere, einer gewissen Alterung, welche die chemischen Eigenschaften des Dichtungsmaterials und die Prozessreinheit beeinflussen kann.
[0012] Neue Halbleiterfertigungsverfahren fordern somit den regelmässigen Austausch nicht nur der dynamischen, sondern auch der statischen Dichtungen eines Vakuumventils. Die bisher aus dem Stand der Technik bekannten Vakuumventile ermöglichen teilweise ein Austauschen der Dichtung, beispielsweise durch Austauschen des als statische Dichtung ausgebildeten O-Rings. Vakuumventile, deren Anschlüsse hingegen über aufvulkanisierte statische Dichtungen verfügen, machen einen raschen Austausch der Dichtung jedoch unmöglich.
[0013] Gemein ist den aus dem Stand der Technik bekannten Vakuumventilen, dass ein Austausch der statischen Dichtungen des Ventilanschlusses ein Entkoppeln des Vakuumventils von der Vakuumeinrichtung, an welcher das Vakuumventil montiert ist, erfordert. Soll beispielsweise die statische Dichtung eines Transferventil, das zwischen zwei Prozesskammern einer Wafer-Fertigung angeordnet ist, ausgetauscht werden, so sind beide Prozesskammern mit Atmosphärenluft zu fluten, und das gesamte Transferventil ist von den Prozesskammern zu demontieren. Dies erfordert meist auch ein Vergrössern des Abstands zwischen den Transferkammern, um das Transferventil zugänglich zu machen. Hiervon sind meist auch weitere Prozesskammern betroffen, die ebenfalls zu fluten sind.
Der Austausch der statischen Dichtung an der Anschlussfläche des Transferventils erfordert somit einen wesentlichen Eingriff in die Halbleiterfertigungsanlage. Auch der Austausch der statischen Dichtung eines Pumpenventils, das in einem Rohrleitungssystem oder an der Prozess- oder Transportkammer oder direkt an der Vakuumpumpe angeordnet ist, erweist sich als problematisch, da ein Entkoppeln des Ventils von der angeschlossenen Vakuumeinrichtung unumgänglich ist.
[0014] Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Vakuumventil zur Verfügung zu stellen, das einen einfachen und schnellen Austausch der statischen Dichtung an mindestens einem Anschluss des Vakuumventils ermöglicht, möglichst ohne zwangsläufiges Entkoppeln des Vakuumventils von der Vakuumeinrichtung, an welcher das Vakuumventil montiert ist.
[0015] Diese Aufgabe wird durch die Verwirklichung der kennzeichnenden Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs gelöst. Merkmale, die die Erfindung in alternativer oder vorteilhafter Weise weiterbilden, sind den abhängigen Patentansprüchen zu entnehmen.
[0016] Das erfindungsgemässe Vakuumventil hat ein Ventilgehäuse, durch das ein Ventilkanal entlang einer Kanalachse verläuft, und einen Verschluss, mittels welchem der Ventilkanal gasdicht schliessbar ist. Unter einem Vakuumventil ist jede Art von Vakuumgasventil verstehen, das gasdicht verschliessbar ist. Bevorzugt handelt es sich bei dem Vakuumventil jedoch um ein für eine Halbleiter-Fertigungsanlage ausgebildetes Ventil, insbesondere für eine Halbleiter-Prozesskammer oder eine Halbleiter-Transferkammer. Im Speziellen ist das Vakuumventil als Transferventil, insbesondere als Rechteckventil mit einem rechteckigen Querschnitt des Ventilkanals, oder als Pumpenventil, insbesondere Pendelventil oder Eckventil, ausgebildet. Es kann sich jedoch auch um jede beliebige andere Art von Vakuumventil handeln.
Entsprechend kann der Ventilkanal im Ventilgehäuse langgestreckt mit einem verhältnismässig kleinen Querschnitt und einer grossen Länge sein oder, wie im Falle eines Transferventils, einen verhältnismässig grossen Querschnitt bei kurzer Kanallänge haben. Der Ventilkanal kann sich gerade mit einer linearen geometrischen Kanalachse durch das Ventilgehäuse erstrecken, oder nicht gerade sein, wie beispielsweise im Falle eines Eckventils. Unter der Kanalachse ist allgemein die sich entlang des Ventilkanals erstreckende geometrische Mittelachse des Ventilkanals, die im Wesentlichen mittig zum Querschnitt verläuft, oder im Wesentlichen die geometrische Strömungsmittelachse zu verstehen.
[0017] Der Verschluss kann, abhängig vom Ventiltyp, beliebig ausgeführt sein, beispielsweise als Verschlussteller, als Kolben, als Stempel, etc. Mittels eines Antriebs, der am Ventilgehäuse angeordnet ist, ist der Verschluss zum Öffnen und Schliessen des Ventilkanals verstellbar. Das Verstellen kann durch eine einzige lineare Bewegung erfolgen, wie beispielsweise bei dem unter der Produktbezeichnung "MONOVAT Reihe 02 und 03" bekannten und als Rechteckinsertventil ausgestalteten Transferventil der Firma VAT Vakuumventile AG in Haag, Schweiz, dessen Aufbau und Funktionsweise beispielsweise in der US 4 809 950 (Geiser) und der US 4 881 717 (Geiser) beschrieben werden.
Alternativ erfolgt das Öffnen und Schliessen mittels einer mehrstufigen Bewegung, die sich in ein Schieben des Verschlusses über den Querschnitt des Ventilkanals und ein gasdichtes Anpressen des Ventilverschlusses auf einen Ventilsitz gliedert, wie beispielsweise aus der US 6 416 037 (Geiser) oder der US 6 056 266 (Blecha) bekannt. Ausserdem ist es möglich, den Verschluss mittels einer Schwenkbewegung in den Ventilkanal zu schwenken, wie im Falle eines Pendelventils, beispielsweise veranschaulicht in der US 6 089 537 (Olmsted). Jede geeignete andere Art von Bewegung des Verschlusses zum Öffnen und Schliessen des Ventilkanals ist ebenfalls möglich.
[0018] Das Ventilgehäuse besitzt mindestens eine Anschlussseite, auf welcher der Ventilkanal mündet und gasdicht mit einer Vakuumeinrichtung koppelbar ist. Unter einer Vakuumeinrichtung ist jede Art von Komponente zu verstehen, an welche ein Vakuumventil anschliessbar ist, beispielsweise eine Vakuumkammer, z.B. Prozesskammer oder Transferkammer, eine Pumpe, eine Rohrleitung oder ein Leitungssystem sowie weitere Vakuumventile.
[0019] Gattungsgemäss weisen Vakuumventile mindestens zwei Kanalöffnungen auf, die durch den Ventilkanal im Ventilgehäuse verbunden sind und mittels des Verschlusses gasdicht voneinander trennbar sind. Unter der Anschlussseite ist im Folgenden eine der Seiten des Vakuumventils zu verstehen, auf welcher der Ventilkanal aus dem Vakuumventil herausgeführt ist und mit einer Vakuumeinrichtung gasdicht koppelbar ist. Diejenige Fläche auf der Anschlussseite des Vakuumventils, an welcher diese Vakuumeinrichtung gasdicht koppelbar ist, wird als Anschlussfläche bezeichnet.
[0020] Die Anschlussfläche auf der Anschlussseite des Ventilgehäuses zum gasdichten Koppeln des Ventilkanals an eine Vakuumeinrichtung weist eine erste Öffnung für den Ventilkanal und eine die erste Öffnung umlaufende stirnseitige erste Dichtung auf. Die erste Dichtung auf der Anschlussfläche des Ventilgehäuses weist derart nach aussen, dass ein gasdichter Kontakt zwischen einer frontalen geometrischen ersten Dichtebene der ersten Dichtung und einer ebenen Kontaktfläche der Vakuumeinrichtung herstellbar ist. Unter der ersten Dichtebene ist die Ebene, innerhalb welcher der dichtende Kontakt zwischen der ersten Dichtung und der Kontaktfläche stattfindet, zu verstehen. Hierbei muss es sich nicht zwangsläufig um eine ideale Ebene handeln, da eine gekrümmte Fläche ebenfalls möglich ist.
Die erste Dichtebene wird von der Kanalachse in der ersten Öffnung im Wesentlichen senkrecht durchstossen. Die erste Dichtung kann beliebig ausgestaltet sein. Bevorzugt handelt es sich um einen in einer umlaufenden Nut versenkten O-Ring oder eine auf die Anschlussfläche aufvulkanisierte Dichtung.
[0021] Auf dem Ventilgehäuse ist weiters ein Befestigungsabschnitt zum derartigen Montieren des Ventilgehäuses mit der Anschlussseite an die Vakuumeinrichtung vorgesehen, dass der gasdichte Kontakt zwischen der ersten Dichtung und der Kontaktfläche herstellbar ist. Der Befestigungsabschnitt wird beispielsweise von einem Befestigungsflansch gebildet, mittels welchem das Vakuumventil mit seiner Anschlussfläche an die Vakuumeinrichtung montiert werden kann. Der Befestigungsabschnitt ermöglicht es, das Ventilgehäuse in Richtung normal zur ersten Dichtebene auf der Vakuumeinrichtung zu fixieren und in dieser Richtung einen konstanten Abstand zwischen der Anschlussfläche sowie dem Ventilgehäuse und der Kontaktfläche der Vakuumeinrichtung zu gewährleisten, so dass eine gleich bleibende Anpresskraft auf die erste Dichtung sichergestellt werden kann.
[0022] Erfindungsgemäss umfasst das Vakuumventil einen keilförmigen Dichtungsträgereinsatz, der in eine auf der Anschlussseite ausgeformte Ausnehmung im Wesentlichen senkrecht zur Kanalachse im über den Befestigungsabschnitt an die Vakuumeinrichtung montierten Zustand des Ventilgehäuses in die Keilrichtung hinein schiebbar und in die entgegengesetzte Keilrichtung wieder heraus nehmbar, insbesondere ziehbar, und vom Vakuumventil trennbar ist.
[0023] Unter der Keilrichtung ist diejenige Richtung zu verstehen, in welche der geometrische Keil zusammenläuft. Unter dem Hineinschieben und dem Herausnehmen, insbesondere Herausziehen, ist funktional das Einführen in die Ausnehmung und das Ausführen aus der Ausnehmung im weiten Sinne zu verstehen.
[0024] Mittels mindestens eines Spannelements ist der Dichtungsträgereinsatz in die Ausnehmung in Keilrichtung einspannbar, so dass der Dichtungsträgereinsatz in Keilrichtung in die Ausnehmung und somit im Wesentlichen senkrecht zur Kanalachse hineingedrückt und fixiert wird.
[0025] Der Dichtungsträgereinsatz besitzt eine erste Fläche, welche die Anschlussfläche mit der ersten Öffnung und der ersten Dichtung bildet, einen Durchgang für den Ventilkanal und eine zur ersten Fläche geneigte zweite Fläche. Die zweite Fläche hat eine zweite Öffnung für den Ventilkanal und eine die zweite Öffnung umlaufende stirnseitige zweite Dichtung mit einer frontalen geometrischen zweiten Dichtebene. Diese zweite Dichtebene läuft unter einem spitzen Winkel mit der ersten Dichtebene in der Keilrichtung geometrisch zusammen.
[0026] In anderen Worten ist der Dichtungsträgereinsatz als ein Rahmen ausgebildet, dessen Rahmendicke keilartig zusammenläuft. Das Innere des Rahmens, also der Durchgang, bildet einen Teil des Ventilkanals. Die eine Rahmenseite bildet die erste Fläche mit der ersten Dichtung, also die Anschlussfläche, und die andere Rahmenseite bildet die zweite Fläche mit der zweiten Dichtung. Die wirksamen Dichtflächen der ersten und der zweiten Dichtung weisen somit in im Wesentlichen entgegengesetzte Richtungen. Der Rahmen kann rechteckig, quadratisch, polygonal, rund oder elliptisch sein oder ein sonstige Grundform, welche den Ventilkanal umschliesst, aufweisen. Mittels der Spannvorrichtung wird seitlich im Wesentlichen senkrecht auf den Rahmen, also im Wesentlichen in der Rahmenebene, eine Kraft ausgeübt.
[0027] Im in die Ausnehmung hineingeschobenen Zustand stellt die zweite Dichtung einen gasdichten Kontakt zu einer Gegenfläche des Ventilgehäuses, die den Ventilkanal umschliesst und mit der zweiten Dichtung korrespondiert, her. Im hineingeschobenen Zustand des Dichtungsträgers fallen die zweite Dichtebene und die Gegenfläche somit zusammen. In anderen Worten ist die Gegenfläche schief zur ersten Dichtebene um den spitzen Winkel, unterer welchem die erste und die zweite Dichtebene geometrisch zusammenlaufen. Die Gegenfläche ist der Sitz für die zweite Dichtung.
[0028] Im in die Ausnehmung hineingeschobenen und mittels des Spannelements in die Keilrichtung eingespannten und hineingedrückten Zustand ist der Dichtungsträgereinsatz mit der ersten Dichtung und der zweiten Dichtung zwischen der Kontaktfläche der Vakuumeinheit und der Gegenfläche des Ventilgehäuses lösbar eingekeilt. In anderen Worten verbindet der Dichtungsträgereinsatz die Kontaktfläche mit der Gegenfläche auf gasdichte Weise, wobei ein gasdichter Kanal, nämlich ein Teil des Ventilkanals mittels des Durchgangs, zwischen der Gegenfläche und der Kontaktfläche geschaffen wird.
[0029] Sowohl die erste Dichtung als auch die zweite Dichtung bilden statische Dichtungen des Vakuumventils. Beide Dichtungen sind auf dem Dichtungsträgereinsatz angeordnet. Durch Lösen des Spannelements und Herausnehmen des Dichtungsträgereinsatzes aus dem Ventilgehäuse werden auch gleichzeitig die beiden statischen Dichtungen gelöst und aus dem Ventilgehäuse entfernt, ohne dass das Vakuumventil mit dem Ventilgehäuse von der Vakuumeinrichtung entfernt werden muss. Der Abstand zwischen dem Ventilgehäuse und der Vakuumeinrichtung bleibt konstant. Die erste und zweite statische Dichtung können nach Entfernen des Dichtungsträgereinsatzes entweder gegen neue Dichtungen, beispielsweise neue O-Ringe, ausgetauscht werden, oder der gesamte Dichtungsträgereinsatz wird gegen einen neuen Dichtungsträgereinsatz mit neuen Dichtungen getauscht.
Da der gesamte Dichtungsträgereinsatz einschliesslich der Dichtungen getauscht werden kann, können vulkanisierte Dichtungen, die nicht ohne weiteres auf ihrem Dichtungsträger ersetzt werden können, verwendet werden.
[0030] Mittels des erfindungsgemässen Vakuumventils ist es somit möglich, die statische Dichtung des Vakuumventils zwischen dem Ventil und der Vakuumeinrichtung zu tauschen oder zu kontrollieren, ohne das Vakuumventil von der Vakuumeinrichtung demontieren zu müssen oder den Abstand zwischen dem Ventilgehäuse und der Vakuumeinrichtung in Richtung normal zur ersten Dichtebene vergrössern zu müssen.
[0031] Vakuumventile sind regelmässig zwischen zwei Vakuumeinrichtungen, beispielsweise zwei Prozesskammern, angeordnet, wobei die räumliche, schliessbare Verbindung der beiden Vakuumeinrichtungen über den Ventilkanal erfolgt. Mittels des erfindungsgemässen Vakuumventils ist es möglich, den Austausch der statischen Dichtung zwischen dem Vakuumventil und einer der beiden Vakuumeinrichtungen sogar ohne Eingriff in die Anordnung der beiden Vakuumeinrichtungen, zwischen denen das Vakuumventil angeordnet ist, durchzuführen. Der Abstand zwischen den beiden Vakuumeinrichtungen und deren mechanische Verbindung über das Vakuumventil können bei Tausch der statischen Dichtung, also der ersten Dichtung, erhalten bleiben.
Weiters wird bei geschlossenem Verschluss des Vakuumventils nur diejenige der beiden Vakuumeinrichtungen mit der Umgebungsluft geflutet, welche sich auf der Anschlussseite mit dem Dichtungsträgereinsatz befindet. Die andere Vakuumeinrichtung auf der anderen Seite des Ventils bleibt von dem Tausch der statischen Dichtung auf der Anschlussseite unbeeinflusst. Dies stellt einen erheblichen Vorteil bei Betrieb einer Halbleiterfertigungsanlage dar, da nur ein Teil der Anlage von dem Dichtungstausch betroffen ist, nicht jedoch die gesamte Anlage.
[0032] Auch wenn zur einfacheren Veranschaulichung nur ein Dichtungsträgereinsatz auf einer Anschlussseite des Vakuumventils beschrieben wird, so ist es in einer Weiterbildung der Erfindung möglich, eine zweite Anschlussseite mit dem erfindungsgemässen Dichtungsträgereinsatz auszustatten. Somit ist es möglich, die auf entgegengesetzten Aussenseiten eines Transferventils, das zwischen zwei Prozesskammern angeordnet ist, befindlichen statischen Dichtungen ohne Demontage des Vakuumventils zu tauschen, wobei jeweils nur eine der beiden Prozesskammern mit Umgebungsluft geflutet werden muss.
[0033] In einer Weiterbildung der Erfindung ist eine Führung im Ventilgehäuse ausgeformt, entlang welcher der Dichtungsträgereinsatz in die Ausnehmung hinein und wieder herausschiebbar ist. Die Führung führt den Dichtungsträgereinsatz in einer Ausführungsform entlang der Keilrichtung in einer geometrischen Führungsebene, die sich im Wesentlichen winkelmittig zwischen der ersten Dichtebene und der zweiten Dichtebene geometrisch erstreckt. Die Führung kann beispielsweise als Längsnut zur Führung zweier Seitenflanken des keilförmigen Dichtungsträgereinsatzes ausgeformt sein.
[0034] In einer weiteren Ausführungsform ist eine im Wesentlichen quer zur Keilrichtung verlaufende Nut in der Ausnehmung des Ventilgehäuses vorgesehen, die zur Aufnahme der Keilspitze des Dichtungsträgereinsatzes im hineingeschobenen Zustand ausgebildet ist. Unter der Keilspitze ist hierbei allgemein diejenige seitliche vordere Fläche des Dichtungsträgereinsatzes zu verstehen, zu welcher die erste und zweite Seitenfläche spitz, abgekantet, abgeschrägt, abgerundet oder sonst wie zusammenlaufen. Die Keilspitze und die Nut sind derart ausgebildet, dass beim Hineinschieben des Dichtungsträgereinsatzes in die Ausnehmung und in die Nut der Dichtungsträgereinsatz in einer Führungsebene, die sich im Wesentlichen winkelmittig zwischen der ersten Dichtebene und der zweiten Dichtebene erstreckt, geführt wird.
[0035] Den beschriebenen Führungsarten ist gemein, dass der Dichtungsträgereinsatz derart zwischen der Gegenfläche und der Kontaktfläche geführt wird, dass die erste Dichtung und die zweite Dichtung durch Hineinschieben des Dichtungsträgereinsatzes in die Keilrichtung und Ausüben einer Kraft in die Keilrichtung mittels des Spannelements jeweils einen gasdichten Kontakt zu der Kantaktfläche bzw. der Gegenfläche herstellen.
[0036] Ein Vorteil der beschriebenen Führung und der Nut besteht darin, dass der gasdichte Kontakt zwischen der zweiten Dichtung und der Gegenfläche auch dann erhalten bleiben kann, wenn das Vakuumventil nicht an der Vakuumeinrichtung montiert ist und die Anschlussfläche sich nicht auf der Kontaktfläche abstützt. Somit ist es möglich, das Vakuumventil mit dem bereits eingespannten Dichtungsträgereinsatz als zusammengebaute Einheit handzuhaben und an die Vakuumeinrichtung zu montieren.
[0037] Es ist jedoch möglich, auf die Führung des Dichtungsträgereinsatzes zu verzichten, da durch die beschriebene Keilwirkung eine Keilverbindung zwischen der Kontaktfläche und der Gegenfläche hergestellt wird und ein gegenseitiges Abstützen erfolgt. In diesem Fall wird zuerst das Ventilgehäuse an die Vakuumeinrichtung montiert und im Anschluss der Dichtungsträgereinsatz eingeführt und eingespannt.
[0038] Das erfindungsgemässe Vakuumventil wird nachfolgend anhand von in den Zeichnungen schematisch dargestellten konkreten Ausführungsbeispielen rein beispielhaft näher beschrieben, wobei auch auf weitere Vorteile der Erfindung eingegangen wird. Im Einzelnen zeigen:
<tb>Fig. 1<sep>eine erste Ausführungsform des Vakuumventils mit einem hineingeschobenen Dichtungsträgereinsatz in einem Querschnitt;
<tb>Fig. 2<sep>die erste Ausführungsform des Vakuumventils mit einen herausgezogenen Dichtungsträgereinsatz in einem Querschnitt;
<tb>Fig. 3<sep>die erste Ausführungsform des Vakuumventils mit einem herausgezogenen Dichtungsträgereinsatz in einer Schrägansicht;
<tb>Fig. 4<sep>eine zweite Ausführungsform des Vakuumventils mit einem hineingeschobenen Dichtungsträgereinsatz; und
<tb>Fig. 5<sep>eine Detailansicht auf eine quer zur Keilrichtung verlaufende Nut zur Aufnahme der Keilspitze des Dichtungsträgereinsatzes.
[0039] In den Fig. 1, 2 und 3ist eine erste Ausführungsform eines Vakuumventils 1 dargestellt. Die Fig. 1und 2bilden das Vakuumventil 1 im an eine Vakuumeinrichtung 41 montierten Zustand in einem Querschnitt ab, wohingegen Fig. 3 eine Schrägansicht auf das einzelne Vakuumventil 1 zeigt. In Fig. 1 ist der Dichtungsträgereinsatz 21 in das Ventilgehäuse 2 hineingeschoben, das Vakuumventil 1 befindet sich also im Betriebszustand A, wohingegen der Dichtungsträgereinsatz 21 in den Fig. 2und 3aus dem Ventilgehäuse 2 herausgenommen ist, Zustand B. Die Fig. 1 bis 3 werden im Folgenden gemeinsam beschrieben.
[0040] Das Vakuumventil 1 hat ein Ventilgehäuse 2, durch das ein Ventilkanal 3 entlang einer geraden Kanalachse 4 verläuft. Bei dem Vakuumventil 1 handelt es sich um ein Transferventil mit einem im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt des Ventilkanals 3. Mittel eines Verschlusses 5, der als Ventilteller ausgeformt ist, kann der Ventilkanal 3 gasdicht durch lineares Verschieben des Verschlusses 5 quer in den Ventilkanal 3 und senkrecht zur Kanalachse 4 geschlossen werden. Zum öffnenden und schliessenden Verstellen des Verschlusses 5 ist ein Antrieb 6 in Form eines Linearantriebs am Ventilgehäuse 2 angeordnet. Das Abdichten erfolgt mittels einer Verschlussdichtung 15. Das Schliessprinzip dieses Verschlusses 5 und des Antriebs 6 ist beispielsweise von Ventilen mit der Produktbezeichnung "MONOVAT Reihe 02 und 03" (VAT Vakuumventile AG in Haag, Schweiz) bekannt.
Da der Aufbau und die Funktionsweise derartiger, als Rechteckinsertventile ausgestalteter, Transferventile beispielsweise in der US 4 809 950 (Geiser) und der US 4 881 717 (Geiser) beschrieben werden, wird an dieser Stelle auf eine detaillierte Darstellung des Verschlussprinzips verzichtet.
[0041] Das Ventilgehäuse 2 ist auf seiner Anschlussseite 7 mittels eines Befestigungsabschnitts 8, der als Befestigungsflansch (siehe Fig. 3) ausgebildet ist, an einer Vakuumeinrichtung 41 montiert, wie in den Fig. 1 und 2 gezeigt. Bei der Vakuumeinrichtung 41 handelt es sich um eine Halbleiter-Prozesskammer, die eine ebene Kontaktfläche 42 für einen gasdichten Kontakt mit dem Vakuumventil 1 hat.
[0042] Auf der Anschlussseite 7 ist eine Ausnehmung 9 (Fig. 2) im Ventilgehäuse 2 ausgeformt. Ein keilförmiger Dichtungsträgereinsatz 21 (Fig. 2 und 3) ist in die auf der Anschlussseite 7 ausgeformte Ausnehmung 9 im Wesentlichen senkrecht zur Kanalachse 4 im an die Vakuumeinrichtung 41 montierten Zustand des Ventilgehäuses 2 in die Keilrichtung 22 hineingeschoben, wie in Fig. 1 dargestellt, und kann in die entgegengesetzte Keilrichtung 23 wieder herausgezogen und vom Vakuumventil 1 getrennt werden, wie in den Fig. 2 und 3 gezeigt.
[0043] Mittels eines Spannelements 10 ist der Dichtungsträgereinsatz 21 in Fig. 1 in die Ausnehmung 9 in Keilrichtung 22 eingespannt. Das Spannelement 10 besteht aus mehreren parallel zur Keilrichtung 22 in das Ventilgehäuse 2 schraubbaren Schrauben und einer Platte (siehe Fig. 3).
[0044] Der Dichtungsträgereinsatz 21 hat eine erste Fläche 25, einen Durchgang 24 für den Ventilkanal 3 und eine zur ersten Fläche 25 geneigte zweite Fläche 26. Der Durchgang 24 hat eine Durchgangsachse 4a (Fig. 2), welche im in die Ausnehmung 9 hineingeschobenen Zustand A (Fig. 1) mit der Kanalachse 4 zusammenfällt. Die erste Fläche 25 bildet eine Anschlussfläche 25 auf der Anschlussseite 7 des Ventilgehäuses 2 zum gasdichten Koppeln des Ventilkanals 3 an die Vakuumeinrichtung 41 im hineingeschobenen Zustand A (Fig. 1). Diese Anschlussfläche 25 hat eine erste Öffnung 27 für den Ventilkanal 3, also den Durchgang 24, und eine die erste Öffnung 27 umlaufende stirnseitige ersten Dichtung 29 mit einer frontalen geometrischen ersten Dichtebene 31 (Fig. 2) zum Herstellen eines gasdichten Kontakts mit der Kontaktfläche 42 der Vakuumeinrichtung 41.
Die erste Dichtung 29 wird von einem O-Ring gebildet.
[0045] Die zweite Fläche 26 besitzt eine zweite Öffnung 28 für den Ventilkanal 3, also den Durchgang 24, und eine die zweite Öffnung 28 umlaufende stirnseitige zweite Dichtung 30 mit einer frontalen geometrischen zweiten Dichtebene 32. Auch die zweite Dichtung 30 ist als O-Ring ausgeformt. Die zweite Dichtebene 32 läuft geometrisch unter einem spitzen Winkel [alpha] mit der ersten Dichtebene 31 in der Keilrichtung 22 zusammen, wie in Fig. 2 skizziert.
[0046] Im in die Ausnehmung 9 hineingeschobenen Zustand A des Dichtungsträgereinsatzes 21, wie in Fig. 1gezeigt, besteht ein gasdichter Kontakt zwischen der ersten Dichtung 29 und der Kontaktfläche 42 und zwischen der zweiten Dichtung 30 und eine Gegenfläche 11 (Fig. 2 und 3) des Ventilgehäuses 2. Diese Gegenfläche 11 umschliesst den Ventilkanal 3 und korrespondiert mit der zweiten Dichtung 30. In Fig. 1, im Betriebszustand A des Vakuumventils 1, ist der Dichtungsträgereinsatz 21 mit der ersten Dichtung 29 und der zweiten Dichtung 30 zwischen der Kontaktfläche 42 und der Gegenfläche 11 lösbar eingekeilt.
[0047] Im Ventilgehäuse 2 ist eine Führung 12 (Fig. 2 und 3) ausgeformt, entlang welcher der Dichtungsträgereinsatz 21 in die Ausnehmung 9 hineinschiebbar ist. Die Führung 12 ist als seitliche Längsnut für die Seitenflanken des Dichtungsträgereinsatzes 21 ausgebildet und führt den Dichtungsträgereinsatz 21 entlang der Keilrichtung 22 in einer geometrischen Führungsebene 13, die sich im Wesentlichen winkelmittig zwischen der ersten Dichtebene 31 und der zweiten Dichtebene 32 erstreckt, wie in Fig. 2gezeigt.
[0048] Zum Tausch der statischen Dichtungen, also der ersten Dichtung 29 und der zweiten Dichtung 30, wird das Spannelement 10 gelöst und entfernt, und der Dichtungsträgereinsatz 21 wird in entgegengesetzte Keilrichtung 23 aus dem Ventilgehäuse 2 gezogen, wie im Zustand B in Fig. 2gezeigt. Hierzu ist es nicht erforderlich, das Vakuumventil 1 von der Vakuumeinrichtung 41 zu trennen und die mechanische Verbindung zwischen dem Befestigungsabschnitt 8 des Ventilgehäuses 2 und der Vakuumeinrichtung 41 zu lösen. Der Dichtungsträgereinsatz 21 kann entweder gegen einen neuen ersetzt werden, oder die Dichtungen 29 und 30 des Dichtungsträgereinsatzes 21 werden ausgetauscht. Ein Wechsel der statischen Dichtungen ist somit ohne grossen Demontage- und Montageaufwand innerhalb kurzer Zeit möglich.
[0049] In Fig. 4 ist ein alternativer Verschlussmechanismus des Vakuumventils 1 rein beispielhaft dargestellt. Das Öffnen und Schliessen erfolgt hier über eine mehrstufige Bewegung, die sich in ein Schieben des Verschlusses 5a über den Querschnitt des Ventilkanals 3 und ein gasdichtes Anpressen des Verschlusses 5a mit dessen frontaler Verschlussdichtung 15a auf einen den Ventilkanal 3 umschliessenden Ventilsitz im Ventilgehäuse 2a gliedert, wie beispielsweise aus der US 6 416 037 (Geiser) oder der US 6 056 266 (Blecha) bekannt. Weitere Antriebs- und Verschlussmechanismen sind möglich und werden von der Erfindung ebenfalls umfasst.
[0050] Fig. 5 zeigt eine alternative Führungsmöglichkeit zur beschriebenen Führung 12. Im Wesentlichen quer zur Keilrichtung 22 ist eine Nut 14 im Ventilgehäuse 2 ausgeformt, die zur Aufnahme der Keilspitze 33 des Dichtungsträgereinsatzes 21 im hineingeschobenen Zustand A ausgebildet ist. Die Keilspitze 33 und die Nut 14 sind derart beschaffen, dass beim Hineinschieben in die Nut 14 der Dichtungsträgereinsatz 21 in einer Führungsebene 13, die sich im Wesentlichen winkelmittig zwischen der ersten Dichtebene 31 und der zweiten Dichtebene 32 (Fig. 2) erstreckt, geführt wird.
[0051] Es ist jedoch auch möglich, auf die Führung 12 oder die Nut 14 zu verzichten und keine Führungsmöglichkeit vorzusehen, wobei sich der Dichtungsträgereinsatz 21 frei zwischen der Gegenfläche 11 und der Kontaktfläche 42 einkeilt. Weiters bestehen sonstige Führungsmöglichkeiten.
The invention relates to a vacuum valve with a connection surface for the gas-tight coupling to a vacuum device according to the preamble of claim 1.
Different embodiments of vacuum valves, through the valve housing a valve channel extends, which is closed gas-tight manner by means of a closure, are known from the prior art. Especially in the field of IC and semiconductor manufacturing, which must take place in a protected atmosphere as possible without the presence of contaminating particles, various vacuum valves are used. For example, in a manufacturing plant for semiconductor wafers or liquid crystal substrates, the highly sensitive semiconductor or liquid crystal elements sequentially undergo a plurality of process chambers in which the semiconductor elements located within the process chamber are processed by means of one processing device each.
Both during the processing process within the process chamber, as well as during transport from process chamber to process chamber, the highly sensitive semiconductor elements must always be in a protected atmosphere - especially in a vacuum and particle-free environment or a protective gas atmosphere. The process chambers are connected to one another, for example, via connecting passages, the process chambers being able to be opened by means of vacuum valves for transferring the parts from one to the next process chamber and subsequently sealed gas-tight in order to carry out the respective production step. In addition, movable transfer chambers are used, which can dock on the process chambers and transport the semiconductor elements in a protective atmosphere between the process chambers.
Such traversed by semiconductor parts vacuum valves are due to the described field of application and the associated dimensions also referred to as vacuum transfer valves, due to their rectangular opening cross-section as a rectangular valve and due to their usual operation as a slide valve, rectangular slide or transfer slide valve.
Vacuum transfer valves for opening and closing a transport channel for semiconductor wafer transfer modules, for example, have a rectangular channel cross section with a width of 336 mm and a height of 50 mm, or any other dimensioning. Due to the resulting large seal lengths, the requirements for the seals, the leadership of the valve closure and the drive are very high.
Furthermore, vacuum valves are used to open and close gas channels. Such valves are located, for example, within a piping system between a process chamber or a transfer chamber and a vacuum pump or the atmosphere. The opening cross-section of such valves, also called pump valves, is generally much smaller than in a vacuum transfer valve. Different designs of such vacuum valves are known, for example vacuum angle valves and slide valves.
Depending on the particular drive technology, a distinction is made in particular between vacuum slide valves or slide valves, also known as valve slides or rectangular slides, and shuttle valves, the closing and opening in the prior art usually taking place in two steps. In a first step, a valve closure, in particular a closure, in the case of a slide valve, as known for example from US 6,416,037 (Geiser) or US 6 056 266 (Blecha), linearly displaced over an opening substantially parallel to the valve seat or in the case of a shuttle valve, as known for example from US 6 089 537 (Olmsted), pivoted about a pivot axis about the opening, without this taking place a contact between the closure plate and the valve seat of the valve housing.
In a second step, the closure plate is pressed with its closure side onto the valve seat of the valve housing, so that the opening is sealed gas-tight. The seal may e.g. either via a sealing ring arranged on the closure side of the closure element, which is pressed onto the valve seat revolving around the opening, or via a sealing ring on the valve seat, against which the closure side of the closure plate is pressed. In addition, slide valves are known in which the closing and sealing process takes place via a single linear movement. Such a valve is, for example, the transfer valve of the company VAT Vakuumventile AG in Haag, Switzerland, which is known under the product designation "MONOVAT series 02 and 03" and designed as a rectangular insert valve.
The construction and operation of such a valve are described for example in US 4,809,950 (Geiser) and US 4,881,717 (Geiser).
Different sealing devices are known from the prior art, for example from US 6,629,682 B2 (Duelli). A suitable material for sealing rings, for example, under the trade name Viton <(R)> known elastic sealing material.
A distinction is made between dynamic seals and static seals on the vacuum valve.
Dynamic seals are used for gas-tight sealing between the valve seat and the movable valve closure, such as the closure plate. Upon actuation of the valve and gas-tight closing and re-opening, dynamic seals are subjected to a dynamic load and are therefore inevitably subject to a certain degree of mechanical wear. A regular replacement of the dynamic seal especially at very high demands on the tightness of the valve and the absence of particles is therefore required. For this reason, vacuum valves of the type mentioned are regularly constructed such that a simple replacement of the dynamic seal is possible, for example by removing the valve disk on which the seal is arranged, and replacing the valve disk with a new valve disk.
A vacuum slide valve designed for this purpose, which provides a maintenance opening for easy removal of the valve disk and an interface between the valve disk and the push rod of the valve drive which is suitable for quick replacement, and a suitable multifunction tool is described in US Pat. No. 7,134,642 (Seitz).
Static seals on the vacuum valve are located in particular at the terminals of the vacuum valve, so for example between the vacuum valve port and a vacuum device, e.g. a process chamber, a transport chamber, a vacuum pump or a piping system to which the vacuum valve is connected. Static seals are subject to a much lower mechanical load than dynamic seals, since after mounting the vacuum valve to the vacuum device, the forces acting on the seal forces are substantially constant and the gas-tight contact is maintained after installation of the vacuum valve over a longer period.
For this reason, no vacuum valves are known from the prior art, which allow easy replacement of the static seal or seals, especially in the mounted state of the valve.
Due to the progress of semiconductor technology, the demands on the vacuum valve technology have increased steadily in recent years. This applies in particular to the chemical neutrality of the vacuum valve, the materials of which should not undergo any unwanted chemical reaction with the protective or process gas involved, which is used in the respective process step of the semiconductor manufacturing process. Affected on the one hand, the material used in the valve channel and the valve closure, which is usually a metal or an alloy, on the other hand, the sealing material.
While the chemical properties of the valve channel and closure remain largely constant over the life of the vacuum valve, the sealing materials, mostly elastomers, are subject to some aging which can affect the chemical properties of the gasket material and process purity.
New semiconductor manufacturing processes thus require the regular replacement of not only the dynamic, but also the static seals of a vacuum valve. The previously known from the prior art vacuum valves allow partial replacement of the seal, for example, by replacing the designed as a static seal O-ring. Vacuum valves, however, whose connections have vulcanized static seals, make rapid replacement of the seal impossible.
Common to the known from the prior art vacuum valves that replacement of the static seals of the valve port, a decoupling of the vacuum valve from the vacuum device to which the vacuum valve is mounted requires. For example, if the static seal of a transfer valve, which is arranged between two process chambers of a wafer fabrication, to be replaced, both process chambers are to be flooded with atmospheric air, and the entire transfer valve is to be dismantled from the process chambers. This usually also requires an increase in the distance between the transfer chambers in order to make the transfer valve accessible. This usually also affects other process chambers, which are also flooding.
The replacement of the static seal on the connecting surface of the transfer valve thus requires a significant intervention in the semiconductor manufacturing plant. Also, the replacement of the static seal of a pump valve, which is located in a piping system or on the process or transport chamber or directly to the vacuum pump, proves to be problematic because a decoupling of the valve from the connected vacuum device is essential.
It is therefore an object of the invention to provide a vacuum valve that allows a simple and quick replacement of the static seal on at least one port of the vacuum valve, if possible without inevitable decoupling of the vacuum valve from the vacuum device to which the vacuum valve is mounted ,
This object is achieved by the realization of the characterizing features of the independent claim. Features which further develop the invention in an alternative or advantageous manner can be found in the dependent claims.
The inventive vacuum valve has a valve housing, through which a valve channel extends along a channel axis, and a closure, by means of which the valve channel can be closed in a gas-tight manner. Under a vacuum valve is any type of vacuum gas valve understand that is gas-tight closable. However, the vacuum valve is preferably a valve designed for a semiconductor production plant, in particular for a semiconductor process chamber or a semiconductor transfer chamber. In particular, the vacuum valve is designed as a transfer valve, in particular as a rectangular valve with a rectangular cross-section of the valve channel, or as a pump valve, in particular pendulum valve or angle valve. However, it may also be any other type of vacuum valve.
Accordingly, the valve channel in the valve housing can be elongated with a relatively small cross section and a large length or, as in the case of a transfer valve, have a relatively large cross section with a short channel length. The valve port may extend straight through the valve housing with a linear geometric channel axis, or may not be straight, as in the case of a corner valve, for example. The channel axis generally refers to the geometric center axis of the valve channel that extends along the valve channel and that runs essentially centrally to the cross section, or essentially to the geometric fluid axis.
The closure can, depending on the valve type, be designed arbitrarily, for example, as a closure, as a piston, as a stamp, etc. By means of a drive which is arranged on the valve housing, the closure for opening and closing of the valve channel is adjustable. The adjustment can be done by a single linear movement, such as in the under the product name "MONOVAT series 02 and 03" known and designed as a rectangular valve valve transfer valve the company VAT Vacuum valves AG in Hague, Switzerland, its structure and operation, for example, in US 4,809 950 (Geiser) and US 4,881,717 (Geiser).
Alternatively, the opening and closing by means of a multi-stage movement, which is divided into a sliding of the closure over the cross section of the valve channel and a gas-tight pressing of the valve closure on a valve seat, such as from US 6,416,037 (Geiser) or US 6 056 266 (Blecha) known. In addition, it is possible to pivot the closure by means of a pivoting movement in the valve channel, as in the case of a shuttle valve, for example, illustrated in US 6,089,537 (Olmsted). Any other suitable type of movement of the shutter to open and close the valve channel is also possible.
The valve housing has at least one connection side, on which the valve channel opens and is gas-tight coupled with a vacuum device. A vacuum device is to be understood as meaning any type of component to which a vacuum valve can be connected, for example a vacuum chamber, e.g. Process chamber or transfer chamber, a pump, a pipeline or a pipeline system and other vacuum valves.
Generically, vacuum valves have at least two channel openings which are connected by the valve channel in the valve housing and by means of the closure are gas-tight separable from each other. The connection side is to be understood below one of the sides of the vacuum valve, on which the valve channel is led out of the vacuum valve and can be coupled gas-tight with a vacuum device. The surface on the connection side of the vacuum valve, to which this vacuum device can be coupled in a gas-tight manner, is referred to as a connection surface.
The connection surface on the connection side of the valve housing for gas-tight coupling of the valve channel to a vacuum device has a first opening for the valve channel and a first opening surrounding the first end first seal. The first seal on the connection surface of the valve housing faces outwards such that a gas-tight contact can be established between a frontal geometric first sealing plane of the first seal and a planar contact surface of the vacuum device. By the first sealing plane is meant the plane within which the sealing contact between the first seal and the contact surface takes place. This does not necessarily have to be an ideal plane since a curved surface is also possible.
The first sealing plane is penetrated by the channel axis in the first opening substantially perpendicular. The first seal can be configured as desired. It is preferably a recessed in a circumferential groove O-ring or vulcanized on the pad gasket.
On the valve housing is further provided a mounting portion for mounting such the valve housing with the connection side to the vacuum device that the gas-tight contact between the first seal and the contact surface can be produced. The attachment portion is formed for example by a mounting flange, by means of which the vacuum valve can be mounted with its connection surface to the vacuum device. The mounting portion makes it possible to fix the valve housing in the direction normal to the first sealing plane on the vacuum device and to ensure a constant distance between the pad and the valve housing and the contact surface of the vacuum device in this direction, so that ensures a constant contact pressure on the first seal can be.
According to the invention, the vacuum valve comprises a wedge-shaped seal carrier insert, which in a wedge-shaped on the connection side recess substantially perpendicular to the channel axis in the attached via the attachment portion of the vacuum device mounted state of the valve housing in the wedge direction and in the opposite direction wedge again, in particular drawable, and is separable from the vacuum valve.
Under the wedge direction is that direction to understand in which converges the geometric wedge. By pushing in and out, in particular pulling out, functional insertion into the recess and removal from the recess is to be understood in a broad sense.
By means of at least one clamping element, the seal carrier insert is clamped in the recess in the wedge direction, so that the seal carrier insert is pressed in wedge direction into the recess and thus substantially perpendicular to the channel axis and fixed.
The seal carrier insert has a first surface which forms the connection surface with the first opening and the first seal, a passage for the valve channel and a second surface inclined to the first surface. The second surface has a second opening for the valve channel and a second opening surrounding the second end opening second seal with a frontal geometric second sealing plane. This second sealing plane geometrically converges at an acute angle with the first sealing plane in the wedge direction.
In other words, the seal carrier insert is formed as a frame whose frame thickness merges in a wedge-like manner. The interior of the frame, so the passage, forms part of the valve channel. The one frame side forms the first surface with the first seal, so the connection surface, and the other frame side forms the second surface with the second seal. The effective sealing surfaces of the first and second seals thus have in substantially opposite directions. The frame may be rectangular, square, polygonal, round or elliptical or any other basic shape enclosing the valve channel. By means of the tensioning device, a force is exerted laterally essentially perpendicular to the frame, that is to say essentially in the frame plane.
In pushed into the recess state, the second seal provides a gas-tight contact with a counter surface of the valve housing, which surrounds the valve channel and corresponds to the second seal ago. In the pushed-in state of the seal carrier fall the second sealing plane and the mating surface thus together. In other words, the mating surface is oblique to the first sealing plane around the acute angle, below which the first and second sealing planes converge geometrically. The counterface is the seat for the second seal.
In pushed into the recess and clamped by means of the clamping element in the wedge direction and pressed state of the seal carrier insert with the first seal and the second seal between the contact surface of the vacuum unit and the counter surface of the valve housing is releasably wedged. In other words, the seal carrier insert connects the contact surface with the mating surface in a gastight manner, wherein a gastight channel, namely a part of the valve channel is provided by means of the passage, between the mating surface and the contact surface.
Both the first seal and the second seal form static seals of the vacuum valve. Both seals are arranged on the seal carrier insert. By loosening the clamping element and removing the seal carrier insert from the valve housing, the two static seals are also released and removed from the valve housing at the same time, without having to remove the vacuum valve with the valve housing from the vacuum device. The distance between the valve housing and the vacuum device remains constant. The first and second static seals can either be replaced with new seals, such as new O-rings after removal of the seal carrier insert, or the entire seal carrier insert is replaced with a new seal carrier insert with new seals.
Since the entire seal carrier insert, including the seals, can be changed, vulcanized seals that can not readily be replaced on their seal carrier can be used.
By means of the inventive vacuum valve, it is thus possible to exchange or control the static seal of the vacuum valve between the valve and the vacuum device, without having to dismantle the vacuum valve of the vacuum device or the distance between the valve housing and the vacuum device in the direction normal to enlarge to the first density level.
Vacuum valves are regularly arranged between two vacuum devices, for example, two process chambers, wherein the spatial, closable connection of the two vacuum devices takes place via the valve channel. By means of the vacuum valve according to the invention it is possible to carry out the replacement of the static seal between the vacuum valve and one of the two vacuum devices even without intervention in the arrangement of the two vacuum devices, between which the vacuum valve is arranged. The distance between the two vacuum devices and their mechanical connection via the vacuum valve can be maintained when replacing the static seal, ie the first seal.
Furthermore, when the closure of the vacuum valve is closed, only that of the two vacuum devices is flooded with the ambient air, which is located on the connection side with the seal carrier insert. The other vacuum device on the other side of the valve is unaffected by the replacement of the static seal on the connection side. This represents a significant advantage in the operation of a semiconductor manufacturing plant, since only a part of the system is affected by the gas exchange, but not the entire system.
Although only a seal carrier insert is described on a connection side of the vacuum valve for ease of illustration, it is possible in a development of the invention to equip a second connection side with the novel seal carrier insert. Thus, it is possible to replace the static seals located on opposite outer sides of a transfer valve, which is arranged between two process chambers, without dismantling the vacuum valve, wherein in each case only one of the two process chambers has to be flooded with ambient air.
In one embodiment of the invention, a guide is formed in the valve housing, along which the seal carrier insert into the recess and is pushed out again. The guide, in one embodiment, guides the seal carrier insert along the wedge direction in a geometric guide plane that extends substantially mid-angularly between the first seal plane and the second seal plane. The guide may for example be formed as a longitudinal groove for guiding two side edges of the wedge-shaped seal carrier insert.
In a further embodiment, a groove extending substantially transversely to the wedge direction is provided in the recess of the valve housing, which is designed to receive the wedge tip of the seal carrier insert in the pushed-in state. Under the wedge tip here is generally that lateral front surface of the seal carrier insert to understand, to which the first and second side surface pointed, beveled, beveled, rounded or otherwise converge. The wedge tip and the groove are formed such that, when the seal carrier insert is pushed into the recess and into the groove, the seal carrier insert is guided in a guide plane which extends substantially angularly between the first sealing plane and the second sealing plane.
The described types of guide is common that the seal carrier insert is guided between the mating surface and the contact surface such that the first seal and the second seal by inserting the gasket carrier insert in the wedge direction and exerting a force in the wedge direction by means of the clamping element in each case a gas-tight Make contact with the contact surface or counter surface.
An advantage of the described guide and the groove is that the gas-tight contact between the second seal and the counter surface can be maintained even if the vacuum valve is not mounted on the vacuum device and the pad is not supported on the contact surface. Thus, it is possible to handle the vacuum valve with the already clamped seal carrier insert as an assembled unit and to mount it to the vacuum device.
However, it is possible to dispense with the leadership of the seal carrier insert, since a wedge connection between the contact surface and the counter surface is produced by the wedge action described and a mutual support is carried out. In this case, the valve housing is first mounted to the vacuum device and then inserted and clamped the seal carrier insert.
The vacuum valve according to the invention is described below purely by way of example with reference to concrete embodiments shown schematically in the drawings, wherein further advantages of the invention will be discussed. In detail show:
<Tb> FIG. 1 <sep> a first embodiment of the vacuum valve with a pushed-in seal carrier insert in a cross section;
<Tb> FIG. 2 <sep> the first embodiment of the vacuum valve with a pulled-out seal carrier insert in a cross section;
<Tb> FIG. 3 <sep> the first embodiment of the vacuum valve with a pulled-out seal carrier insert in an oblique view;
<Tb> FIG. 4 <sep> a second embodiment of the vacuum valve with a pushed-in gasket carrier insert; and
<Tb> FIG. 5 <sep> a detail view of a groove extending transversely to the wedge direction for receiving the wedge tip of the seal carrier insert.
In Figs. 1, 2 and 3, a first embodiment of a vacuum valve 1 is shown. FIGS. 1 and 2 b depict the vacuum valve 1 in a state mounted on a vacuum device 41 in a cross section, whereas FIG. 3 shows an oblique view of the single vacuum valve 1. In Fig. 1, the seal carrier insert 21 is pushed into the valve housing 2, the vacuum valve 1 is thus in the operating state A, whereas the seal carrier insert 21 is taken out in Figures 2 and 3 from the valve housing 2, state B. Figs. 1 to 3 are described below together.
The vacuum valve 1 has a valve housing 2, through which a valve channel 3 extends along a straight channel axis 4. By means of a closure 5, which is formed as a valve plate, the valve channel 3 can be gastight by linear displacement of the closure 5 transversely into the valve channel 3 and perpendicular to Channel axis 4 are closed. For the opening and closing adjustment of the shutter 5, a drive 6 in the form of a linear drive on the valve housing 2 is arranged. The sealing takes place by means of a sealing seal 15. The closing principle of this closure 5 and of the drive 6 is known, for example, from valves with the product designation "MONOVAT series 02 and 03" (VAT Vakuumventile AG in Haag, Switzerland).
Since the structure and operation of such transfer valves designed as rectangular-insert valves are described, for example, in US Pat. No. 4,809,950 (Geiser) and US Pat. No. 4,881,717 (Geiser), a detailed description of the closing principle is omitted here.
The valve housing 2 is mounted on its connection side 7 by means of a fastening portion 8, which is formed as a mounting flange (see FIG. 3), to a vacuum device 41, as shown in Figs. 1 and 2. The vacuum device 41 is a semiconductor processing chamber having a flat contact surface 42 for gas-tight contact with the vacuum valve 1.
On the connection side 7, a recess 9 (FIG. 2) is formed in the valve housing 2. A wedge-shaped seal carrier insert 21 (FIGS. 2 and 3) is pushed into the wedge direction 22, which is formed on the connection side 7, essentially perpendicular to the channel axis 4 in the state of the valve housing 2 mounted on the vacuum device 41, as shown in FIG. and can be withdrawn in the opposite wedge direction 23 and separated from the vacuum valve 1, as shown in Figs. 2 and 3.
By means of a clamping element 10 of the seal carrier insert 21 is clamped in Fig. 1 in the recess 9 in the wedge direction 22. The clamping element 10 consists of several parallel to the wedge direction 22 in the valve housing 2 screwed screws and a plate (see Fig. 3).
The seal carrier insert 21 has a first surface 25, a passage 24 for the valve channel 3 and a second surface 26 inclined to the first surface 25. The passage 24 has a passage axis 4a (FIG. 2) which is pushed into the recess 9 State A (Fig. 1) coincides with the channel axis 4. The first surface 25 forms a connection surface 25 on the connection side 7 of the valve housing 2 for gas-tight coupling of the valve channel 3 to the vacuum device 41 in the pushed-in state A (FIG. 1). This connection surface 25 has a first opening 27 for the valve channel 3, ie the passage 24, and an end opening first circumferential seal 29 with a frontal geometric first sealing plane 31 (FIG the vacuum device 41.
The first seal 29 is formed by an O-ring.
The second surface 26 has a second opening 28 for the valve channel 3, so the passage 24, and a second opening 28 encircling frontal second seal 30 with a frontal geometric second sealing plane 32. The second seal 30 is as O Ring shaped. The second sealing plane 32 merges geometrically at an acute angle [alpha] with the first sealing plane 31 in the wedge direction 22, as sketched in FIG. 2.
In the state A of the seal carrier insert 21 pushed into the recess 9, as shown in FIG. 1, there is a gas-tight contact between the first seal 29 and the contact surface 42 and between the second seal 30 and a mating surface 11 (FIGS. 2 and 3) ) of the valve housing 2. This counter surface 11 encloses the valve channel 3 and corresponds to the second seal 30. In Fig. 1, in the operating state A of the vacuum valve 1, the seal carrier insert 21 with the first seal 29 and the second seal 30 between the contact surface 42nd and the counter surface 11 releasably wedged.
A guide 12 (FIGS. 2 and 3) is formed in the valve housing 2, along which the seal carrier insert 21 can be pushed into the recess 9. The guide 12 is formed as a lateral longitudinal groove for the side edges of the seal carrier insert 21 and guides the seal carrier insert 21 along the wedge direction 22 in a geometric guide plane 13 which extends substantially angularly midway between the first sealing plane 31 and the second sealing plane 32, as shown in FIG. 2gezeigt.
To replace the static seals, so the first seal 29 and the second seal 30, the clamping element 10 is released and removed, and the seal carrier insert 21 is pulled in opposite wedge direction 23 from the valve body 2, as in state B in Fig. 2gezeigt. For this purpose, it is not necessary to separate the vacuum valve 1 from the vacuum device 41 and to solve the mechanical connection between the mounting portion 8 of the valve housing 2 and the vacuum device 41. The seal carrier insert 21 can either be replaced with a new one, or the seals 29 and 30 of the seal carrier insert 21 are replaced. A change of static seals is thus possible without major disassembly and assembly effort within a short time.
4, an alternative closure mechanism of the vacuum valve 1 is shown purely by way of example. The opening and closing takes place here via a multi-stage movement, which is divided into a sliding of the shutter 5a over the cross section of the valve channel 3 and a gas-tight pressing of the shutter 5a with the frontal sealing seal 15a on a valve seat 3 enclosing valve seat in the valve housing 2a, as for example from US Pat. No. 6,416,037 (Geiser) or US Pat. No. 6,056,666 (Blecha). Other drive and closure mechanisms are possible and are also encompassed by the invention.
Fig. 5 shows an alternative guidance possibility for the described guide 12. Substantially transversely to the wedge direction 22, a groove 14 in the valve housing 2 is formed, which is designed to receive the wedge tip 33 of the seal carrier insert 21 in the pushed-in state A. The wedge tip 33 and the groove 14 are such that, when pushed into the groove 14, the seal carrier insert 21 is guided in a guide plane 13 which extends essentially angularly between the first sealing plane 31 and the second sealing plane 32 (FIG. 2) ,
However, it is also possible to dispense with the guide 12 or the groove 14 and provide no guide possibility, wherein the seal carrier insert 21 wedges freely between the mating surface 11 and the contact surface 42. Furthermore, there are other management options.