CN106574735B - 多叶片节流阀 - Google Patents
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Abstract
一种用于真空处理室的多叶片节流阀，包括：枢轴连接到多个可旋转叶片中的每一个的后侧并远离该后侧向后延伸的反向叶片；及固定在预定位置的固定式反向叶片偏角调节组件，其具有朝向所述反向叶片横向延伸足以支撑所述反向叶片的预定距离的组装销；其中，当相应可旋转叶片旋转时，所述固定式偏角调节组件所述导致反向叶片在与相应可旋转叶片实质上平行的位置和与相应可旋转叶片横向的位置之间的范围中枢轴转动。
Description
发明背景
1.技术领域
本发明总体上涉及用于处理系统的阀。具体地，本发明涉及用于真空系统的节流阀。
2.现有技术描述
已设计多种不同类型的阀用于真空处理系统。阀的类型包括闸阀、蝶阀、多叶阀等。一些闸阀设计成具有打开和关闭位置以使气态流体能完全流过该阀或没有气态流体流过该阀。蝶阀设计相对简单，但实现线性传导响应的能力有限。多叶阀相较蝶阀提供更精确的控制。
多叶阀的一个例子在美国专利6,293,306(Brenes,2001)中描述。该专利公开了一种节流闸阀，其包括直立的、通常矩形的阀壳。在阀壳内定位有可线性移动的闸阀，用于堵住在阀壳下部形成的贯通开口。气动执行机构组件用于在打开和关闭位置之间移动闸阀。节流阀组件室形成阀壳的下侧、构成贯通开口的框架及包括一组可旋转定位在贯通开口内的节流叶片。驱动执行机构用于旋转叶片并包括驱动执行机构室和用于控制节流叶片的位置的电动机。驱动执行机构由驱动执行机构伸入阀壳内部处的波纹管护罩密封。
另一类型的多叶阀为由MeiVac,Inc、以“Vari-Q”为商标销售的节流阀。MeiVac节流阀包括圆形阀室，其包含多个反向旋转的、三角形(即馅饼形)叶片，这些叶片通过低摩擦线缆驱动系统而互相连接。
还有一种类型的多叶阀为由Ferrotec(USA)Corporation、以“Temescal”为商标销售的固定定位的叶片阀，零件号码为0627-0624-0。该多叶阀并非真正意义的阀，因为所有叶片均处于30-45度范围的固定位置，其与低温泵流体连通。这些叶片中的每一个钎焊到横越所有叶片的不锈钢管上。这些叶片用作热屏蔽并将热量传给不锈钢管，其包含在其中流过的冷却水。图1A和1B示出了前述固定多叶阀的例子，分别示出了冷却管和多个固定叶片之间的结构关系的正视图和截面侧视图。
发明内容
真空处理系统通常具有常用于制造计算机芯片的处理室类型及真空泵，其用于排空处理室。高真空泵通常在低于等离子体处理压力的压力下运行。所有多叶阀试图实现对处理环境进行更大的控制及保护高真空泵免于发热及避免碎屑进入处理室。多叶阀通过调节处理室中的气体量以跨该阀产生压差从而使真空泵能在高真空水平下运行同时保持处理室中正确的处理压力而进行工作。具有可旋转叶片的多叶片节流阀通过跨多叶阀的全部运行范围提供线性控制而对处理室中的正确的处理压力提供更大的控制。现有技术多叶片节流阀的缺点在于其防护高真空泵免受发热和/或碎屑影响的能力有限。
本发明的目标在于提供用在真空处理系统中的、能够提供全范围线性传导控制的多叶片节流阀。本发明的另一目标在于提供能够执行为用于真空泵的热屏蔽的多叶片节流阀。本发明的又一目标在于提供其为具有叶片冷却能力的热屏蔽的多叶片节流阀。本发明的另一目标在于提供具有简化的、用于保持叶片室和大气侧之间的真空密封完整性的结构的多叶片节流阀。
本发明通过提供用于控制真空泵浦口的传导及避免真空泵暴露于碎屑和热量的多叶片节流阀而实现这些及其它目标。
在一实施例中，用于真空处理室的多叶片节流阀包括具有暴露于真空处理室的内部和暴露于大气压的外部的节流室主体，该节流室主体形成用于控制真空处理室内的真空的贯通开口，多个可旋转叶片安装在贯通开口内以控制气体流过该贯通开口，其中每一可旋转叶片包括与其流体连通并沿其纵向设置的冷却流体通路及包括设置在节流室主体的外部上并与其连接的驱动机构以旋转多个可旋转叶片从而改变工艺气体的流动。
在本发明的另一实施例中，冷却流体通路为沿可旋转叶片纵向设置的冷却管道。
在本发明的进一步的实施例中，冷却管道选自下组：直管、正弦曲线形管、方波形管、一对纵向管道并在一端具有连接该对纵向管道的横向管道、在内管和外管之间形成流路的一对同心管道、及纵向热管。
在本发明的另一实施例中，多个可旋转叶片中的每一叶片串行互连以形成单一连续流路。
在本发明的另一实施例中，驱动机构包括驱动臂、固定连接到每一可旋转叶片的旋转臂、及使一可旋转叶片的旋转臂与串联的相邻可旋转叶片的旋转臂枢轴连接的连杆臂，其中一连杆臂连接到驱动臂。
在本发明的另一实施例中，旋转臂的一端连接到可旋转叶片及另一端连接到连杆臂。
在本发明的另一实施例中，节流阀包括连到多个可旋转叶片中的每一叶片的碎屑罩。
在本发明的另一实施例中，节流室主体包括第一法兰模板、第二法兰模板及连接在第一法兰模板和第二法兰模板之间的叶片室外壳，其中叶片室外壳包含多个可旋转叶片。
在本发明的另一实施例中，叶片室外壳包括顶板、底板、第一室侧壁、第二室侧壁、及连到第一室侧壁的叶片支撑穿通件，其支撑可旋转叶片的冷却流体通路并保持真空处理室和大气压之间的压差。
在本发明的另一实施例中，节流阀包括在节流阀的真空处理室内部和大气压外部之间支撑多个可旋转叶片中的每一叶片的真空穿通件。
在另一实施例中，多叶片节流阀包括在节流室主体的内部和外部之间、一端支撑可旋转叶片中的每一叶片的磁性流体真空穿通件。
在另一实施例中，多叶片节流阀包括连接到每一可旋转叶片的一端的旋转适配器以在每一可旋转叶片之间运送冷却流体。
在多叶片节流阀的另一实施例中，当冷却管道为热管时，节流阀还包括用于可旋转地接收热管的一端部的冷却模块，其在叶片室外壳的外部。非必须地，冷却模块可以是液流模块或热电模块或其组合。
在多叶片节流阀的另一实施例中，可旋转叶片包括沿可旋转叶片的纵向中心线横向延伸并进入在每一可旋转叶片之间运送冷却流体的旋转接头的冷却管道。
在多叶片节流阀的另一实施例中，可旋转叶片包括具有沿可旋转叶片的纵向中心线横向延伸并进入在每一可旋转叶片之间运送冷却流体的旋转接头的一对同心管的冷却管道。
在多叶片节流阀的另一实施例中，可旋转叶片包括在其纵向中心线一侧设置在叶片上的第一冷却管道及在其纵向中心线另一侧设置在叶片上的第二冷却管道。第一冷却管道和第二冷却管道流体连通，及两个冷却管道与在每一可旋转叶片之间运送冷却流体的旋转接头流体连通。
在多叶片节流阀的另一实施例中，可旋转叶片包括设置在其一侧上的碎屑罩。
在多叶片节流阀的另一实施例中，该阀包括选自水、低温材料等的冷却液。
在多叶片节流阀的另一实施例中，该阀包括枢轴连接到多个可旋转叶片中的每一个的后侧并远离每一相应的可旋转叶片向后延伸的反向叶片，及固定在预定位置的固定式反向叶片偏角调节组件，所述叶片偏角调节组件具有朝向反向叶片横向延伸足以支撑反向叶片的预定距离的组装销。当相应可旋转叶片旋转以控制通过贯通开口的气体流时，所述固定式偏角调节组件导致反向叶片在与相应可旋转叶片实质上平行的位置和与相应可旋转叶片横向的位置之间的范围中枢轴转动。
在另一实施例中，所述固定式偏角调节组件还包括从相应可旋转叶片的旋转轴向后延伸预定距离的组装臂，其中所述组装销固定地连接到所述组装臂的远端。
在又一实施例中，所述固定式偏角调节组件还包括连接到所述组装臂的近端的组装夹，其中所述组装夹固定到节流阀内的非活动元件。
在另一实施例中，所述反向叶片偏离相应可旋转叶片的旋转轴。
在另一实施例中，包括具有反向叶片部分和可旋转叶片部分的反向叶片支架，其中所述反向叶片部分和所述反向叶片彼此枢轴连接，及所述可旋转叶片部分固定地连接到所述可旋转叶片。
在另一实施例中，销磁性元件位于组装销上并固定地连接到所述组装销，及反向叶片磁性元件位于反向叶片的与组装销相对的受支撑侧上并固定地连接到所述受支撑侧。销磁性元件和反向叶片磁性元件具有面向彼此的同样的磁极从而彼此相斥进而提供非接触反向叶片偏角调节。
在另一实施例中，多个可旋转叶片中的每一个包括居中位于可旋转叶片的旋转轴上的冷却液模块，其包含形成沿可旋转叶片纵向设置的冷却管道的冷却液通路。
在本发明的另一实施例中，公开了防止电子束真空沉积系统中的热量和沉积颗粒在真空室处理期间进入所述沉积系统的真空泵的方法。该方法包括获得与真空处理室一起使用的多叶片节流阀，所述多叶片节流阀具有多个可旋转叶片；构造所述多个可旋转叶片中的每一个，使得一反向叶片枢轴连接到所述多个可旋转叶片中的每一个的后侧并远离每一相应可旋转叶片向后延伸，可旋转地调节每一可旋转叶片的定向从而使得在相应可旋转叶片旋转以控制通过贯通开口的气体流从而在真空处理室的真空处理期间提供线性传导时，反向叶片在与相应可旋转叶片实质上平行的位置和与相应可旋转叶片横向的位置之间的范围中枢轴转动。
在该方法的另一实施例中，该方法还包括使所述反向叶片偏离所述可旋转叶片的旋转轴。
本发明还公开了使用节流阀防止电子束真空沉积系统中的热量和沉积颗粒在真空室处理期间进入所述沉积系统的真空泵的方法，包括可旋转地调节位于所述节流阀内的可旋转叶片的定向使得反向叶片枢轴连接到所述可旋转叶片的后侧以枢轴转动到相对于所述可旋转叶片的横向位置，其中所述反向叶片远离所述可旋转叶片向后延伸。所述反向叶片由具有支撑所述反向叶片的组装销的固定式偏角调节组件支撑，反向叶片使热量和沉积颗粒转向朝向节流阀并远离所述沉积系统的真空泵。该方法非必须地包括选择固定式偏角调节组件和反向叶片，具有位于组装销上并固定地连接到组装销的销磁性元件及位于反向叶片的与组装销相对的受支撑侧上并固定地连接到所述受支撑侧的反向叶片磁性元件。所述销磁性元件和所述反向叶片磁性元件具有面向彼此的同样的磁极从而彼此相斥并提供非接触反向叶片偏角调节。
附图说明
图1A为一个现有技术多叶阀装置的正视图。
图1B为图1A中所示现有技术装置的侧视图。
图2为本发明多叶片节流阀的一实施例的透视图。
图3为图2中所示实施例的仰视图。
图4为图2中所示实施例的分解图，其中示出了碎屑罩和磁性流体穿通件。
图5为本发明的可旋转叶片的一实施例的透视图，其中示出了一对平行的、直的冷却管道。
图5A为可旋转叶片的另一实施例的透视图，其中示出了一对镜像、方波冷却管道。
图6为本发明的碎屑罩的一实施例的透视图。
图7为可旋转叶片的一实施例的侧视图，其中示出了磁性流体支撑件和旋转接头的截面图。
图8为本发明的旋转接头的透视分解图。
图9为本发明的旋转接头的另一实施例的透视图。
图10为流体管道的放大、局部截面图，其中示出了至少两个可旋转叶片之间的连接及通过流体管道的流体流向。
图11为本发明的叶片的一实施例的侧视图，其中示出了具有单一旋转阀壳体的旋转阀。
图12为本发明的叶片的另一实施例的侧视图，其中示出了冷却液管道，其为沿叶片的纵向中心轴定位的单管。
图13为本发明的叶片的另一实施例的截面图，其中示出了一对沿叶片的纵向中心轴定位的同心管。
图13A为该对同心管的密封端的放大截面图，其中示出了冷却流体的两个可能流动通路之一。
图14为本发明的叶片的另一实施例的截面图，其中示出了沿叶片的纵向中心轴定位的热管。
图15为本发明的穿通件的一实施例的透视图。
图16A为本发明的穿通件的一实施例中包括的四面O形环的透视图。
图16B为图16A中所示的四面O形环的截面图。
图17为本发明的磁性流体穿通件的侧视图。
图18为本发明另一实施例的后向透视图，其中示出了多叶片节流阀。
图19为图18的多叶片节流阀的反向叶片的放大后向透视图。
图20为当图2的多叶片节流阀用在电子束真空系统中时，热量和粒子通过到真空泵的示意图。
图21为当图18的具有节流反向叶片的多叶片节流阀用在电子束真空系统中时，真空泵的热量和粒子屏蔽的示意图。
图22为图18的多叶片节流阀的透视图，其仅示出了可旋转叶片与反向叶片的一种组合，其中节流阀的可旋转叶片处于部分打开位置。
图23为图22中所示的可旋转叶片与反向叶片的侧视图。
图24为处于完全打开位置的、可旋转叶片与反向叶片的组合图。
图25为图24中所示的可旋转叶片与反向叶片的侧视图。
图26为可旋转叶片与反向叶片的组合的另一实施例的透视图，其中反向叶片具有位于其上的磁性元件及具有反向叶片支撑销。
图27为图26中所示的可旋转叶片与反向叶片的侧视图。
图28为图27的可旋转叶片与反向叶片的放大图，其中示出了形成非接触支撑销的相似磁性元件。
具体实施方式
本发明的优选实施例如图2-28中所示。图2示出了本发明的多叶片节流阀 10的一实施例。节流阀10包括节流室主体20、多个可旋转叶片40、及驱动机构80。节流室主体20具有叶片室外壳20a、内表面21和外表面22，形成多个可旋转叶片40位于其中的贯通开口23。驱动机构80位于节流室主体20的外表面22上并与其连接以移动多个可旋转叶片40从而改变工艺气体的流动。驱动机构80具有驱动电机81，其具有连接到可释放连杆臂83的驱动臂82，连杆臂83可释放及可旋转地连接到旋转臂84。流体管道85与多个可旋转叶片40 中的每一叶片互连。
图3为多叶片节流阀10的仰视图。从该角度可以看出，节流室主体20包括为真空泵侧的第一法兰模板24和为处理室侧的第二法兰模板26。在第一法兰模板24和第二法兰模板26之间为贯通开口23，其包括叶片室28，多个可旋转叶片40安装在叶片室28中。叶片室28具有底板30，其上安装有安装到冷却流体集管34的冷却流体入口32和冷却流体出口33。
现在参考图4，其示出了图1A 和图 1B 中所示的多叶片节流阀10的实施例的分解图。从其可以更清楚地看出，节流室主体20具有贯通开口23，表明了与第二法兰模板26相邻的叶片室28。叶片室28具有第一室侧壁28a，其具有多个等距开口29，在每一开口29中安装真空封接穿通件70。每一真空封接穿通件70接收多个可旋转叶片40之一的穿过该穿通件的那一端41。真空封接穿通件70可旋转地支撑叶片40。
多个可旋转叶片40中的每一个由安装在第二侧壁板36上的轴承35可旋转地支撑在另一端42上。第二侧壁板36用多个螺栓36a密封但可拆卸地连到第二侧壁28b上以在需要保养和修理时有助于接近叶片室28。在该实施例中，每一叶片40具有连到叶片40的面向处理室的那一侧的、非必需的碎屑罩43。碎屑罩43优选在叶片40由铜制造时使用。当叶片40由不锈钢制造时，无需碎屑罩。
在处理室通常用于化学气相沉积的情形下，包括用于在处理室内对目标进行涂覆的各种不同化学制品的碎屑更容易从不锈钢去除，相较从铜去除而言。另外，可旋转叶片40也防止碎屑到达真空泵，由于其修理成本更高，因而防止碎屑进入真空泵是本发明的重要方面之一。
另一重要方面为在处理室中进行工艺期间涉及的热量。由于真空泵通常在工艺期间连续运行，处理室内工艺所涉及的加热后的气体通过真空泵排出。来自气体的热量也导致真空泵损伤。即使多个叶片40在处于完全关闭位置时有助于减轻该后果，其并非可行的解决方案，因为节流叶片40的目的在于更好地控制真空处理，完全关闭它们达不到预期目标。
本发明的另一重要方面为包括用于冷却每一可旋转叶片40的冷却系统。在本发明中，多个叶片40包括设置在其中并沿多个叶片40中的每一叶片的长度方向纵向延伸的冷却管道44。外部冷却流体流过冷却管道44以去除从多叶片节流阀10的真空泵贯通开口23排出的气体吸收的热量。冷却管道44与包括多个旋转接头87的流体管道85流体连通。非必需的驱动机构盖110可安装在驱动机构80和旋转接头87上方以包围和保护驱动臂82、连杆臂83和旋转臂 84。
现在参考图5，其示出了本发明的叶片的一实施例40的透视图。在该实施例中，叶片40具有近叶片端45和远叶片端46。远叶片端46具有远端支撑件 47，构造成将远叶片端46以可旋转的关系连接到节流室主体20的第二侧壁板 36中的配合支撑件。近叶片端45具有近端支撑件48，构造成将近叶片端45以可旋转的关系连接到节流室主体20的第一室侧壁28a中的配合支撑件。叶片 40具有纵向延伸通过叶片40的一半的第一冷却管道44a和纵向延伸通过叶片 40的另一半的第二冷却管道44b。连接冷却管道44c(参见图7)在邻近远叶片端46处与第一冷却管道44a和第二冷却管道44b横向连通以产生连续的冷却管道44。尽管所示为线性冷却流体通路或管道，应注意，冷却管道可具有其它结构，如直管、正弦曲线形管、方波形管、一对纵向管道并在一端具有连接该对纵向管道的横向管道、在内管和外管之间形成流路的一对同心管道、及纵向热管。图5A示出了具有一对方波形冷却管道的叶片。
图6示出了非必需的碎屑罩43的透视图。碎屑罩43连到叶片40的一侧，优选暴露于处理室的那一侧，以防止来自处理室的有破坏性的材料进入真空泵。碎屑罩43可使用任何已知的方法连到叶片40，包括但不限于钎焊、使用机械紧固件、连接构件以使碎屑罩卡扣在叶片40上等。碎屑罩43优选由不锈钢制成，但也可由能够在一个或多个真空室处理期间保护叶片40并保持碎屑罩完整性的任何金属和/或非金属材料制成。
图7为图5中所示的叶片实施例40的侧视局部截面图，具有冷却液供给件和冷却液返回件。如先前所述，该叶片实施例40包括近叶片端45和远叶片端 46。远叶片端46具有远端支撑件47，而近叶片端45具有近端支撑件48。叶片 40具有沿或通过叶片40的一半纵向延伸的第一冷却管道44a和沿或通过叶片 40的另一半纵向延伸的第二冷却管道44b。连接冷却管道44c在邻近远叶片端 46处与第一冷却管道44a和第二冷却管道44b横向连通以产生连续的冷却管道 44。在近叶片端45处，近端支撑件48构造为一对同心管49a(外管)、49b(内管)，形成外管室48a和内管室48b，其中外管室48a与第一冷却管道44a 流体连通，内管室48b与第二冷却管道44b流体连通。内管室和外管室48a、 48b延伸到旋转适配器50内，内管室和外管室48a、48b中的每一个分别与冷却液供给口60a和返回口60b连通。
图8示出了图7中所示的旋转适配器50的分解透视图。在旋转适配器50 的该实施例中，适配器50包括第一旋转壳52和与第一旋转壳轴对准并固定到其上的第二旋转壳54。适配器50还包括中空轴53，其轴向设置在第一旋转壳 52内并构造成接收穿过中空轴53并进入第二旋转壳54的内管49b。在中空旋转轴53的外表面的一部分和第一旋转壳52的内壁之间形成间隔52a，该间隔 52a与近端支撑件48的外管室48a流体连通。如图7中所示，冷却液供给口 60a物理连接到第一旋转壳52，冷却液返回口60b物理连接到第二旋转壳54。该实施例实现冷却液通过近叶片端45进出叶片40。
图9示出了旋转适配器50的另一实施例的透视局部截面图。在该实施例中，旋转适配器50仅包括单一旋转壳56及已改变的旋转轴57。旋转壳56提供与具有冷却液供给口60a的第一旋转壳52一样的功能。旋转轴57延伸穿过旋转壳56并用冷却液返回口60b终止。该实施例减少了旋转适配器50所需零件的数量，从而在提供同样功能的同时使组装和维修更容易及降低了旋转适配器50 的成本。
图10为旋转阀50和近端支撑件48的放大截面图，其中示出了用于冷却叶片40的流体流动。在该实施例中，如图所示，近端支撑件48的外管49a由穿通支撑件70可旋转地支撑，其固定到第一室侧壁28a，内管49b延伸超过穿通支撑件70并进入旋转阀50。箭头150指示冷却液流入叶片40，及箭头160指示冷却液流出叶片40。尽管上面结合图8提供了关于旋转阀50的描述，但应当理解，当将两个以上叶片40连到冷却液供给口时，一个旋转阀50将使旋转壳56一端轴向连接到冷却液供给口60a及横向连接到冷却液返回口60b，对于与先前的叶片40串行流体连接的下一相邻叶片40，旋转阀50将使旋转壳56 一端轴向连接到冷却液返回口60b及横向连接到冷却液供给口60a。对于每一另外的叶片40，冷却液供给口60a和冷却液返回口60b轴向或横向连接到旋转壳56的分配将交替变化以形成通过叶片40的连续冷却液回路。
现在参考图11，示出了具有结合图9所示和所述的旋转阀50的叶片40的侧视图。与图5中所示的叶片40的实施例类似，叶片40的该实施例包括具有近端支撑件48的近叶片端45和具有远端支撑件47的远叶片端46。叶片40具有通过叶片40的一半纵向延伸的第一冷却管道44a和通过叶片40的另一半纵向延伸的第二冷却管道44b。连接冷却管道44c在邻近远叶片端46处与第一冷却管道44a和第二冷却管道44b横向连通以产生连续的冷却管道44。在近叶片端45的近端支撑件48处，旋转适配器50仅包括单一旋转壳56和已改变的旋转轴57。旋转壳56提供与具有冷却液供给口60a的第一旋转壳52一样的功能。旋转轴57穿过旋转壳56并与冷却液返回口60b流体连通。
图12示出了叶片40的另一实施例。在该实施例中，叶片40具有单一冷却液管道44，其沿叶片40的纵向中心轴从近端支撑件48延伸到远端支撑件47。近端支撑件48由穿通件70可旋转地支撑并包括单一穿通环72。由于穿通件70 可旋转地支撑近端叶片支撑件48，冷却液供给口60a可固定地连到穿通环72，其中近端支撑件48为单管而非一对同心管。此外，应注意，由于冷却液管道 44为沿叶片40的纵向中心轴延伸的单管，流体冷却液必须进入叶片40的一端 (即近叶片端45或远叶片端46)并在另一端退出。因此，远端支撑件47也必须包括类似的穿通件70和穿通环72，冷却液返回口60b连到穿通环72。如上所述，在两个以上叶片40包括在节流阀10内的情形下，冷却液供给口60a和冷却液返回口60b在近叶片端45和远叶片端46处分配给穿通环72将交替变化以形成通过叶片40的连续冷却液回路。
图13示出了叶片40(未示出)的冷却液管道44的另一实施例，其中冷却流体即冷却液从叶片40的同一端(即近叶片端45)进入和退出。在该实施例中，冷却液管道44为一对同心管44d(外管)和44e(内管)，其沿叶片40的纵向中心轴延伸，从而产生外管室44f和内管室44g。冷却液进入管室之一并通过另一管室退出。图13A示出了远叶片端46处的冷却液管道44的放大图。箭头200指示冷却液沿冷却液管道44的内部流动。在该结构中，旋转阀50连同穿通件70一起支撑在近叶片端45处由冷却液管道44形成的近端支撑件48。如先前所述，对于具有两个以上叶片的组件，冷却液相对于外和内管室44f、 44g流动的方向将交替变化。
图14示出了具有冷却管道的叶片40的另一实施例。在该实施例中，叶片 40的冷却系统包括沿叶片40的纵向中心轴布置的热管130，其具有热管近端 132和热管远端150。热管远端150由设置在轴承体154中的轴承152可旋转地支撑，轴承壳154连到节流壳主体22的第二侧壁36。热管近端132由穿通件 70可旋转地支撑并延伸到节流壳主体22的外面而进入旋转适配器50。热管近端132的端部132a可旋转地保持在旋转适配器50内。旋转适配器50可以是冷却液模块，其具有形成适配器室56a的旋转壳56、与适配器室56a流体连通的冷却液供给口60a和冷却液返回口60b。在设置在适配器室56a内的热管近端 132周围连接多个热管散热片131，这些散热片热连接到热管130。代替冷却液模块，一个或多个热电模块可作为旋转适配器50的一部分，其提供用于冷却热管近端132的冷却机构。热管130和热电模块具有这些构件的典型运行和结构特性并为本领域一般技术人员众所周知，因而无需对其运行进行解释或描述。
图15示出了穿通件70的一实施例的透视图。穿通件70具有用于将穿通件 70连到叶片室28的侧壁的穿通法兰74和固定螺母75。穿通件70还包括用于接收和支撑叶片40的端部的中空轴76。中空轴76在穿通件70内旋转并保持节流叶片阀的处于减小压力下的内部和处于大气压力下的外部之间的密封。
图16A和16B示出了用于可旋转地支撑近端支撑件48及在沿叶片40的纵向中心轴设置单一冷却液管道时可旋转地支撑远端支撑件47的穿通件70的密封结构的一实施例。在图16A和16B所示的实施例中，穿通件70包括四面O 形环77环封以使节流阀主体22内部的真空和节流阀主体22外部的大气隔离。四面O形环77包括O形环外周上的两个密封表面77a、77b和O形环内周上的两个密封表面77c、77d。四面O形环77相较标准O形环提供增加的可靠性。
图17示出了穿通件70的优选实施例的侧视图。在该实施例中，穿通件70 包括磁性流体密封件及用于形成该密封件的有关部件。优选的磁性流体穿通件 70可从新罕布什尔州Bedford的Ferrotec(USA)Corporation以定制产品号HS- 500-SFBSC获得。
现在参考图18，其示出了节流阀的另一实施例，具体示出了多叶片节流阀 200的后向透视图。节流阀200包括节流室主体220、多个可旋转叶片240、和驱动机构280。节流室主体220具有叶片室220a、内表面221和外表面222，其形成贯通开口223，多个可旋转叶片240位于该贯通开口中。多个可旋转叶片240中的每一个具有反向叶片300，其在相应的可旋转叶片240旋转时反向枢轴转动。非必须地，反向叶片300枢轴连接到可旋转叶片240的后侧242。
应注意，多叶片节流阀200的前侧面向处理室1(图20及21中示出)，及节流阀200的后侧面向真空泵2(同样在图20和21中示出)。如图18中所示的实施例中所见，每一反向叶片300从其相应的可旋转叶片240向后延伸。沿反向叶片300的受支撑的侧部302，设置了固定式反向叶片偏角调节组件 350。偏角调节组件350包括组装销352，其朝向反向叶片300横向延伸足以支撑反向叶片300的预定距离。
图19为图18的标记为F19的区域的放大图。组装销352处于叶片室220a 内的固定且不动的位置，从而组装销352在多个可旋转叶片240在完全打开位置(此时可旋转叶片240平行于流向)和完全关闭位置(此时可旋转叶片240 相对于打开平行位置成实质上高的角度)之间旋转时不移动。实现反向叶片 300的变化的偏角调节的有效且简单的构造是使枢轴连接位于可旋转叶片240 的后侧242上距可旋转叶片240的旋转轴400(图22-23示出)预定距离。这样，随着枢轴连接235因可旋转叶片240的旋转而改变其空间位置，反向叶片 300的受支撑侧301跨受支撑侧部302处的固定的组装销352滑动，从而导致反向叶片300将其定向从平行位置(当可旋转叶片240处于完全打开和水平位置时)变为横向位置(当可旋转叶片240旋转时相对于可旋转叶片240)。
图20和21示出了反向叶片300的重要性。图20为没有反向叶片300的电子束真空沉积系统1的图示。沉积系统1包括处理室2、真空泵3、真空泵3和处理室2之间的闸门阀4、及真空泵3和处理室2之间的节流阀10。在处理室 2内设置了位于处理室2顶部的基片支架8，其包含多个拟经受真空沉积的基片 (未示出)。目标材料9a居中位于处理室2的底部，其使用电子束(未示出) 进行蒸发。由于低真空水平(即10-6到10-7torr)，被蒸发的材料按直线行进。基片支架8具有与球的曲率实质上类似的曲率，其中心位于目标材料9a处从而确保蒸发的材料正交地碰撞基片，这对于被涂覆的基片随后使用剥离工艺进行处理很重要。热源9b也位于处理室2内。箭头5a和5b仅表示从目标材料9a射出的目标材料颗粒的许多轨迹中的两个。箭头6仅表示来自热源9b的热量的许多轨迹之一。尽管可旋转叶片240阻止大部分热量和目标颗粒(即碎屑)到达真空泵3，仍然有多个颗粒穿过多个可旋转叶片40并进入真空泵3，如图20中所示。任何数量的热量和目标颗粒通过节流阀10均将缩短真空泵3的寿命。
现在参考图21，其图示了在节流阀200内包括反向叶片300的有利作用。如图所示，箭头5a和5b仅表示从目标材料9a射出的目标材料颗粒的许多轨迹中的两个。箭头6仅表示来自热源9b的热量的许多轨迹之一。如图21中所示，反向叶片300从可旋转叶片200横向向后延伸。反向叶片300的角度确保目标材料颗粒和热量被转变方向远离真空泵3。在可旋转叶片240具有冷却液模块 246(图22-25中示出)的实施例中，热量被冷却液模块246改向或者吸收。
为清晰起见，图22和23示出了具有反向叶片300的单一可旋转叶片240 的放大图。图22为透视图，图23为侧视图，其更清楚地示出了反向叶片300。反向叶片300枢轴连接到可旋转叶片240的后侧242。在该实施例中，反向叶片支架370在反向支架部分372处枢轴支撑反向叶片300。同样，在该实施例中，可旋转叶片240包括冷却液模块246和附着到可旋转叶片240的碎屑罩 243。反向叶片支架370可包括固定地连接到冷却液模块246的近端376，反向支架部分372承靠在可旋转叶片240的后侧242上。可以预见，反向支架部分 372也可固定地连接到可旋转叶片240的后侧242。在反向支架部分372连接到可旋转叶片240的实施例中，反向支架370可以也可不具有近端376。
在一实施例中，固定式反向叶片偏角调节组件350可以仅为组装销352，其以适当的位置固定地连接到节流室主体220的内表面221以实现反向叶片 300的计划的枢轴旋转。在另一实施例中，固定式反向叶片偏角调节组件350 包括从组装臂354的远端部355横向延伸的组装销352。组装臂354还具有连接到组装夹360的近端部356。组装夹360固定地连接到节流阀200内的非活动元件或结构。如图23中所示，可旋转叶片240处于部分打开位置。尽管使用了该类型的组装销352，反向叶片300相对于可旋转叶片240的偏角度数通过组装销352相对于反向叶片300的受支撑侧351的固定位置的定位确定。例如，组装销352越靠近枢轴连接235，反向叶片300相对于可旋转叶片240的偏角变得越大。同样可以预见，销352可具有锥形，或者至少销352接触反向叶片 300的那一侧成锥形，使得销352只有小的区域实际上接触受支撑侧351而不是销352的整个长度均接触受支撑侧。该形状具有减少因销352和反向叶片 300之间的接触引起的碎屑量的优点。实际上，锥形在图26中示出。
图24和25分别为图22-23中所示的可旋转叶片240和反向叶片300的透视图和侧视图。图24和25中的所有附图标记指图22和23中所示一样的元件。具体地，比较图23(部分打开的可旋转叶片)和图25(完全打开位置的可旋转叶片)，可以看出，随着可旋转叶片240在旋转轴400上旋转，反向叶片支架370的反向叶片部分372朝向组装臂354移动。随着可旋转叶片240在该方向旋转，反向叶片300跨组装销352(其处于固定且不动的位置)移动并改变反向叶片300相对于可旋转叶片240的角度，使得反向叶片300在可旋转叶片 240处于完全打开位置时实现与可旋转叶片240类似的实质上平行和水平的位置。当处理室2在气相沉积过程之前正被蒸发时，使用可旋转叶片240的完全打开位置。
现在参考图26和27，示出了与可旋转叶片240和反向叶片300一起使用的组装销352的另一实施例的透视图和侧视图。在该实施例中，销磁性元件 353固定地连接到组装销352，及对应的受支撑侧部302具有对应的反向叶片磁性元件303。销磁性元件353可包围组装销352或者可仅连接到组装销352的与受支撑侧部302相对的一部分。反向叶片磁性元件303覆盖反向叶片300的受支撑侧部302的预定区域，其对应于受支撑侧部302跨组装销352移动的全部区域。另外，需要销磁性元件353和反向叶片磁性元件303具有面向彼此的同样的磁极从而彼此排斥。这样做是为了提供非接触反向叶片偏角调节。换言之，随着可旋转叶片240旋转导致反向叶片300跨组装销352“滑动”，这样做使得组装销352和受支撑侧部302之间没有物理接触，因为销磁性元件353 和反向叶片磁性元件303的相似磁场阻止组装销352和受支撑侧部302彼此接触。该磁性系统还防止因组装销352和反向叶片300的受支撑侧部302之间的滑动接触引起的损耗，这种损耗也可随时间产生影响真空泵3的碎屑。图27以线框(即透明)方式示出了部件以更好地展现磁性元件353、303。
图28为图27中所示的标记F28所指部分的放大图。如图所示，因销磁性元件353和反向叶片磁性元件303的排斥力，在组装销352和受支撑侧部302 之间形成空间600。磁场的强度及销磁性元件353和反向叶片磁性元件303之间的斥力强度仅需要足以防止组装销352和反向叶片300的受支撑侧部302之间的接触。
尽管本发明的优选实施方式已在此进行描述，上面的描述仅是说明性的。相应技术领域的技术人员可对在此公开的发明进行进一步修改，所有这些修改均视为在所附权利要求限定的发明范围内。
Claims (15)
1.一种用于真空处理室的多叶片节流阀(200)，所述多叶片节流阀包括：具有贯通开口(223)、暴露于所述真空处理室的内部及暴露于大气压力的外部的节流室主体(220)；安装在所述贯通开口(223)内用于控制通过所述贯通开口(223)的气体流的多个可旋转叶片(240)；及用于旋转所述多个可旋转叶片(240)的驱动机构(80)；所述多叶片节流阀还包括：
枢轴连接到所述多个可旋转叶片(240)中的每一个的后侧(242)并远离每一相应的可旋转叶片(240)向后延伸的反向叶片(300)；及
固定在预定位置的固定式反向叶片偏角调节组件(350)，所述固定式反向叶片偏角调节组件(350)具有朝向所述反向叶片(300)横向延伸足以支撑所述反向叶片(300)的预定距离的组装销(352)；
其中，当相应可旋转叶片(240)旋转以控制通过所述贯通开口(223)的气体流时，所述固定式反向叶片偏角调节组件(350)导致所述反向叶片(300)在与相应可旋转叶片(240)实质上平行的位置和与相应可旋转叶片(240)横向的位置之间的范围中枢轴转动。
2.根据权利要求1所述的多叶片节流阀，其中所述固定式反向叶片偏角调节组件(350)还包括从相应可旋转叶片(240)的旋转轴向后延伸预定距离的组装臂(354)，其中所述组装销(352)固定地连接到所述组装臂(354)的远端部分(355)。
3.根据权利要求2所述的多叶片节流阀，其中所述固定式反向叶片偏角调节组件(350)还包括连接到所述组装臂(354)的近端部分(356)的组装夹(360)，其中所述组装夹(360)固定到所述节流阀(200)内的非活动元件。
4.根据权利要求1所述的多叶片节流阀，其中所述反向叶片(300)偏离相应可旋转叶片(240)的旋转轴(400)。
5.根据权利要求1所述的多叶片节流阀，还包括具有枢轴连接到所述反向叶片(300)的反向叶片部分(372)的反向叶片支架(370)，所述反向叶片部分(372)固定地连接到所述可旋转叶片(240)。
6.根据权利要求1所述的多叶片节流阀，还包括位于所述组装销(352)上并固定地连接到所述组装销的销磁性元件(353)，及位于所述反向叶片的与所述组装销(352)相对的受支撑侧部(302)上并固定地连接到所述受支撑侧部的反向叶片磁性元件(303)，所述销磁性元件(353)和所述反向叶片磁性元件(303)具有面向彼此的同样的磁极从而彼此相斥进而提供非接触反向叶片偏角调节。
7.一种改进节流阀以防止电子束真空沉积系统中的热量和沉积颗粒在真空室处理期间进入所述沉积系统的真空泵的方法，所述方法包括：
获得与真空处理室一起使用的多叶片节流阀(200)，其中所述多叶片节流阀(200)具有位于节流室主体(220)的叶片室(220a)中的多个可旋转叶片(240)，其中所述叶片室(220a)具有贯通开口(223)，及其中多个可旋转叶片(240)中的每一个具有旋转轴(400)；及
构造所述多个可旋转叶片(240)中的每一个，使得一反向叶片(300)枢轴连接到所述多个可旋转叶片(240)中的每一个的后侧(252)并远离每一相应可旋转叶片(240)向后延伸；
其中，可旋转地调节每一可旋转叶片(240)的定向使得所述反向叶片(300)在相应可旋转叶片(240)旋转以控制通过贯通开口(223)的气体流从而在真空处理室中的真空处理期间提供线性传导控制时，在与相应可旋转叶片(240)实质上平行的位置和与相应可旋转叶片(240)横向的位置之间的范围中枢轴转动。
8.根据权利要求7所述的方法，还包括使所述反向叶片(300)偏离所述可旋转叶片(240)的旋转轴(400)。
9.根据权利要求7所述的方法，其中所述构造步骤包括：连接固定在预定位置的固定式反向叶片偏角调节组件(350)，其中所述固定式反向叶片偏角调节组件(350)具有朝向所述反向叶片(300)横向延伸足以支撑反向叶片(300)的预定距离的组装销(352)。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述构造步骤还包括：设置从相应可旋转叶片(240)的旋转轴(400)向后延伸预定距离的组装臂(354)，其中所述组装销(352)固定地连接到所述组装臂(354)的远端部(355)。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述固定式反向叶片偏角调节组件(350)的连接包括将组装夹(360)固定地固定到所述组装臂(354)的近端部(356)及所述节流阀内的非活动元件。
12.根据权利要求7所述的方法，其中所述构造步骤包括将反向叶片支架(370)的反向叶片部分(372)固定到所述可旋转叶片及将所述反向叶片支架(370)枢轴连接到所述反向叶片(300)。
13.根据权利要求9所述的方法，其中连接偏角调节组件(350)的步骤包括：使销磁性元件(353)设置在并固定地连接到所述组装销(352)上，及使反向叶片磁性元件(303)设置在并固定地连接到所述反向叶片(300)的受支撑侧部(302)上，其中所述销磁性元件(353)和所述反向叶片磁性元件(303)具有面向彼此的同样的磁极从而彼此相斥以提供非接触反向叶片偏角调节。
14.使用节流阀防止电子束真空沉积系统中的热量和沉积颗粒在真空室处理期间进入所述沉积系统的真空泵的方法，所述方法包括：
可旋转地调节位于所述节流阀(200)内的可旋转叶片(240)的定向使得枢轴连接到所述可旋转叶片(240)的后侧(242)的反向叶片(300)枢轴转动到相对于所述可旋转叶片(240)的横向位置，其中所述反向叶片(300)远离所述可旋转叶片(240)向后延伸并由具有支撑所述反向叶片(300)的组装销(352)的固定式反向叶片偏角调节组件(350)支撑，以使热量和沉积颗粒转向朝向所述节流阀(200)并远离所述沉积系统的真空泵。
15.根据权利要求14所述的方法，还包括选择固定式反向叶片偏角调节组件(350)和反向叶片(300)，其进一步包括位于组装销(352)上并固定地连接到所述组装销的销磁性元件(353)及位于反向叶片(300)的与组装销(352)相对的受支撑侧部(302)上并固定地连接到所述受支撑侧部的反向叶片磁性元件(303)，其中所述销磁性元件(353)和所述反向叶片磁性元件(303)具有面向彼此的同样的磁极从而彼此相斥并提供非接触反向叶片偏角调节。
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