CN115750821A - 一种半导体真空插板阀及其密封方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种半导体真空插板阀，阀杆包括外阀杆与内阀杆，外阀杆套设在内阀杆的外侧且与阀体活动密封连接；内阀杆与外阀杆均与驱动装置连接；阀体的内腔位于阀杆的外侧设置有波纹管组，波纹管组一侧与阀体连接另一侧与外阀杆上的连接板连接；阀芯组件包括阀板与阀芯架，阀板不与阀体的内腔的底部接触；阀芯架内设置有运动腔，运动腔两侧设置有开口；阀板的一侧固接有连接杆，连接杆与开口活动密封连接且连接杆的一侧穿过开口位于运动腔内，连接杆位于运动腔内的一侧设置有碟簧；内阀杆的一侧位于运动腔内部；运动腔内还设置有卡板，卡板一侧与连接杆连接，另一侧与内阀杆连接。通过这种设计能够防止插板阀污染晶圆。

Description

一种半导体真空插板阀及其密封方法

技术领域

本发明属于插板阀技术领域，具体为一种半导体真空插板阀。

背景技术

真空插板阀是利用执行机构驱动阀芯组件(由驱动架、顶杆和密封板组成)升降，实现真空插板阀的打开和关闭。当真空插板阀关闭时，密封板运动到密封位置后停止移动，驱动架继续运动，连接在密封板和驱动架之间的顶杆随着驱动架的运动推动密封板远离驱动体，压向阀体的密封面，当顶杆水平时，压紧力达到最大，真空插板阀完全关闭。当真空插板阀开启时，驱动架远离密封区域，密封板在顶杆的作用下向后运动，与阀体密封面脱开后，随驱动体一起运动，直至真空插板阀完全打开。真空插板阀具备流通能力大、结构紧凑、体积小、轻、薄等特点，被广泛应用于电子、化工、冶金、核工业、航空、航天、材料、生物医药、原子能、宇宙探测等高科技领域。

在电子领域的半导体生产中，在整个晶圆的运送过程中需要严防细颗粒的产生，晶圆运输过程所涉及的部分主要为转送系统、真空阀门、晶圆下方的行星式运动盘。其中转运系统机械手位于晶圆的下方，即使产生了污染颗粒，直接落在晶圆上的可能性也较小。而传输晶圆的晶圆盒中的晶圆在向具有真空环境的加工设备工位移动时本身需要直接穿过真空阀门，如果真空阀门运动过程中因摩擦或碰撞产生细颗粒或本身带有颗粒附着在晶圆上方的阀口表面，则颗粒很可能在晶圆穿过阀门的过程中直接落在其表面，导致成品率的下降。

在申请号为CN202122325756.1的专利中公开了一种半导体真空插板阀，包括阀体、盖板、支撑框架、驱动机构、阀杆和阀板；阀体的侧壁开设有阀门开口，盖板密封盖设在阀体非通路方向的顶部开口上，支撑框架连接在盖板的上方，驱动机构连接在支撑框架上；盖板上开设有通孔，阀杆的一端与驱动机构的输出端相连，阀杆的另一端穿过盖板上的通孔伸进阀体的内腔中，阀板用于封闭阀门开口；阀杆和盖板之间密封连接有套设在阀杆外周的波纹管。采用这种结构的插板阀不能有效地保证真空环境的清洁度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种半导体真空插板阀，以解决背景技术中提出现有的真空插板阀在运动的过程中产生的颗粒容易掉落到晶圆上的问题。还公开了一种半导体真空插板阀密封方法。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种半导体真空插板阀，包括阀体、阀杆与阀芯组件，其中阀体上设置有进气口与出气口，阀杆用于推动阀芯组件封堵进气口与出气口，阀杆包括外阀杆与内阀杆，外阀杆套设在内阀杆的外侧且与阀体活动密封连接；内阀杆与外阀杆均与驱动装置连接；

阀体的内腔位于阀杆的外侧设置有波纹管组，波纹管组一侧与阀体连接另一侧与外阀杆上的连接板连接；阀芯组件包括阀板与阀芯架，阀板不与阀体的内腔的底部接触；阀芯架与外阀杆上的连接板固接，阀芯架内设置有运动腔，运动腔两侧设置有开口；

阀板的一侧固接有连接杆，连接杆与开口活动密封连接且连接杆的一侧穿过开口位于运动腔内，连接杆位于运动腔内的一侧设置有碟簧；内阀杆的一侧位于运动腔内部；运动腔内还设置有卡板，卡板一侧与连接杆连接，另一侧与内阀杆连接。

进一步地，外阀杆内设置有回位腔，回位腔内设置有弹簧，弹簧一侧与回位腔的底部连接，另一侧与内阀杆连接。

进一步地，驱动装置采用气缸，气缸内设置有大活塞与小活塞，其中大活塞与外阀杆连接，小活塞与内阀杆连接。

进一步地，阀板的一侧设置有第一密封槽，第一密封槽内设置有密封圈。

进一步地，阀芯架上位于开口位置处的外侧设置有导向筒。

进一步地，外阀杆的内部靠近底部的位置处设置有第二密封槽，第二密封槽内设置有密封环。

进一步地，内阀杆靠近底部的位置设置有截面为直角三角形的卡槽，卡板一侧卡接在卡槽内。

一种半导体真空插板阀密封方法，包括一级密封方法、二级密封方法与三级密封方法；

一级密封方法：阀体内的波纹管组与阀体内的顶部固定密封连接，波纹管组的底部与外阀杆上的连接板固定密封连接，阀体顶部、波纹管组与连接板构成了一级密封空间，其中外阀杆与阀体发生相对运动的位置位于一级密封空间中且外阀杆与内阀杆发生相对运动的位置位于一级密封空间中；

二级密封方法：阀芯架内部的运动空间形成了第二密封空间，并且，阀板通过连接杆与卡板连接，内阀杆与阀板通过连接杆与卡板连接，内阀杆与卡板活动连接，内阀杆的移动能够推动卡板靠近或者远离连接杆；第二密封空间用于将内阀杆与卡板的连接处包裹起来，同时将卡板与连接杆的连接处包裹起来；

三级密封方法：外阀杆带动阀芯架向阀体底部移动时，移动至波纹管组伸长到极限长度，内阀杆向下运动，内阀杆向下运动挤压卡板使得卡板发生转动，转动后的卡板挤压连接杆，连接杆带动阀板密封进气口或者出气口；在阀板封堵进气口或者出气口之后，阀板底部与阀体底部之间存在间隙且阀芯架底部与阀体内的底部之间存在间隙。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明通过设置了内阀杆与外阀杆，通过内阀杆与外阀杆的共同来推动阀板移动并密封进气口或者出气口。为保证阀杆与阀体之间因为摩擦产生的微粒污染晶圆，所以设计了波纹管组与阀芯架，其中波纹管组内部能够容纳微粒，阀芯架内部也能够容纳微粒，从而有效防止了因为阀门本体上的部件因为相互摩擦产生的微粒影响晶圆的生产。

为实现分步控制外阀杆与内阀杆，所以设置了大活塞与小活塞。其中外阀杆与内阀杆之间设置有弹簧，弹簧提供一定的初始力从而保证内阀杆一开始会同外阀杆一起运动，再通过大活塞来推动外阀杆与内阀杆一起运动，最后通过小活塞来推动内阀杆运动，从而实现分步运动，可方便在阀杆底部安装阀板。

通过驱动装置带动内阀杆与外阀杆向上运动，在初始阶段，受到碟簧的弹簧力的作用，碟簧会带动连接杆复位，从而使得阀板与进气口以及出气口分离，随后内阀杆与外阀杆一起向上运动。

在整个关闭阀门或者打开阀门的过程中，阀板不会与阀体内壁发生摩擦。阀板被设计成不与阀体底部接触，也是为了防止阀板与阀体发生摩擦。

阀芯架的设计使得内阀杆、卡板与连接杆之间形成了一个密封空间，在内阀杆与外阀杆发生摩擦时产生微粒或者卡板挤压时产生微粒都会掉落到这个密封空间中。

波纹管组将外阀杆包裹起来形成了密封空间，外阀杆发生摩擦时产生的微粒会掉落到这个密封空间中。

附图说明

图1为本发明的总体结构示意图；

图2为图1的A处局部放大示意图；

图3为图1的B处局部放大示意图。

图中标记：1-阀体，2-进气口，3-阀板，4-内阀杆，5-外阀杆，6-波纹管组，7-连接板，8-密封圈，9-出气口，10-连接杆，11-阀芯架，12-运动腔，14-卡板，15-导向筒，16-碟簧，17-密封环，18-回位腔，19-弹簧，20-大活塞，21-气缸，22-小活塞。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例

一种半导体真空插板阀，包括阀体1、阀杆与阀芯组件，其中阀体1上设置有进气口2与出气口9，阀杆用于推动阀芯组件封堵进气口2与出气口9，阀杆包括外阀杆5与内阀杆4，外阀杆5套设在内阀杆4的外侧且与阀体1活动密封连接；内阀杆4与外阀杆5均与驱动装置连接；

阀体1的内腔位于阀杆的外侧设置有波纹管组6，波纹管组6一侧与阀体1连接另一侧与外阀杆5上的连接板7连接；阀芯组件包括阀板3与阀芯架11，阀板3不与阀体1的内腔的底部接触；阀芯架11与外阀杆5上的连接板7固接，阀芯架11内设置有运动腔12，运动腔12两侧设置有开口；

阀板3的一侧固接有连接杆10，连接杆10与开口活动密封连接且连接杆10的一侧穿过开口位于运动腔12内，连接杆10位于运动腔12内的一侧设置有碟簧16；内阀杆4的一侧位于运动腔12内部；运动腔12内还设置有卡板14，卡板14一侧与连接杆10连接，另一侧与内阀杆4连接。

在实际使用时，当需要关闭阀门，通过驱动装置推动内阀杆4与外阀杆5向下运动，由于内阀杆4向下运动时会挤压卡板14，卡板14挤压后会推动连接杆10，而连接杆10受到碟簧16的预紧力，在初始阶段内阀杆4不会与外阀杆5发生相对移动，内阀杆4与外阀杆5同时向下运动。当外阀杆5运动到波纹管组6的伸长极限时，外阀杆5被卡住。驱动装置继续推动内阀杆4，内阀杆4开始向下运动并挤压卡板14，卡板14推动连接杆10，连接杆10克服碟簧16的预紧力之后向外运动，连接杆10带动阀板3向外运动后封堵进气口2与出气口9。

当需要打开阀门，通过驱动装置带动内阀杆4与外阀杆5向上运动，在初始阶段，受到碟簧16的弹簧19力的作用，碟簧16会带动连接杆10复位，从而使得阀板3与进气口2以及出气口9分离，随后内阀杆4与外阀杆5一起向上运动。通过这种设计，在整个关闭阀门或者打开阀门的过程中，阀板3不会与阀体1内壁发生摩擦。阀板3被设计成不与阀体1底部接触，也是为了防止阀板3与阀体1发生摩擦。阀芯架11的设计使得内阀杆4、卡板14与连接杆10之间形成了一个密封空间，在内阀杆4与外阀杆5发生摩擦时产生微粒或者卡板14挤压时产生微粒都会掉落到这个密封空间中。波纹管组6将外阀杆5包裹起来形成了密封空间，外阀杆5发生摩擦时产生的微粒会掉落到这个密封空间中。通过上述的各种设计能够有效防止插板阀机械运动中产生的微粒污染晶圆。

本发明通过设置了内阀杆4与外阀杆5，通过内阀杆4与外阀杆5的共同来推动阀板3移动并密封进气口2或者出气口9。为保证阀杆与阀体1之间因为摩擦产生的微粒污染晶圆，所以设计了波纹管组6与阀芯架11，其中波纹管组6内部能够容纳微粒，阀芯架11内部也能够容纳微粒，从而有效防止了因为阀门本体上的部件因为相互摩擦产生的微粒影响晶圆的生产。

在一个优选实施例中，外阀杆5内设置有回位腔18，回位腔18内设置有弹簧19，弹簧19一侧与回位腔18的底部连接，另一侧与内阀杆4连接。弹簧19能够基于内阀杆4一定的预紧力，使得内阀杆4在下降的初始阶段不会向下移动，在内阀杆4上升的初始阶段会被弹上去，可有效防止阀板3与阀体1发生摩擦。

在一个优选实施例中，驱动装置采用气缸21，气缸21内设置有大活塞20与小活塞22，其中大活塞20与外阀杆5连接，小活塞22与内阀杆4连接。通过大活塞20与小活塞22的设计使得内阀杆4与外阀杆5能够通过一个气缸21驱动，在气缸21中通入高压气体，初始阶段气体会推动大活塞20以及外阀杆5运动，在外阀杆5与大活塞20运动完成之后高压气体带动小活塞22与内阀杆4运动。

在一个优选实施例中，阀板3的一侧设置有第一密封槽，第一密封槽内设置有密封圈8。密封圈8采用橡胶密封圈8，通过设置密封圈8能够提升阀板3的密封性，从而有效封堵进气口2与出气口9。

在一个优选实施例中，阀芯架11上位于开口位置处的外侧设置有导向筒15。导向筒15的设计能够方便连接杆10的运动，使得连接杆10运动得更加平滑。

在一个优选实施例中，外阀杆5的内部靠近底部的位置处设置有第二密封槽，第二密封槽内设置有密封环17。密封环17采用橡胶密封环17，密封环17的设计能够提升内阀杆4与外阀杆5的密封性。

在一个优选实施例中，内阀杆4靠近底部的位置设置有截面为直角三角形的卡槽，卡板14一侧卡接在卡槽内。在连接杆10未被推动时，卡板14与卡槽内的直角边贴合，在连接杆10被推动时，也就是内阀杆4挤压卡板14，此时卡板14与卡槽的斜边贴合。通过这种设计使得卡板14的位置得到限制，保证卡板14运动的稳定性。一种半导体真空插板阀密封方法，包括一级密封方法、二级密封方法与三级密封方法；

一级密封方法：阀体1内的波纹管组6与阀体1内的顶部固定密封连接，波纹管组6的底部与外阀杆5上的连接板7固定密封连接，阀体1顶部、波纹管组6与连接板7构成了一级密封空间，其中外阀杆5与阀体1发生相对运动的位置位于一级密封空间中且外阀杆5与内阀杆4发生相对运动的位置位于一级密封空间中；

在阀门关闭的初始阶段或者阀门打开的后半段，外阀杆5与阀体1之间会发生相互摩擦，在发生相互摩擦的过程中很容易形成细小的微粒，由于阀门打开口阀体1内腔与系统连通，细小的微粒很容易进入系统并污染晶圆。本方法通过设置了波纹管组6，波纹管组6能够将微粒容纳在其内部，并有效防止其泄漏至阀体1内腔中。

二级密封方法：阀芯架11内部的动作腔12形成了第二密封空间，并且，阀板3通过连接杆10与卡板14连接，内阀杆4与阀板3通过连接杆10与卡板14连接，内阀杆4与卡板14活动连接，内阀杆4的移动能够推动卡板14靠近或者远离连接杆10；第二密封空间用于将内阀杆4与卡板14的连接处包裹起来，同时将卡板14与连接杆10的连接处包裹起来；

通过二级密封方法能够通过第二密封空间来收集内阀杆4与卡板14接触后生成的微粒保证在第二密封空间中，也就是保存在阀芯架11中。

三级密封方法：外阀杆5带动阀芯架11向阀体1底部移动时，移动至波纹管组6伸长到极限长度，内阀杆4向下运动，内阀杆4向下运动挤压卡板14使得卡板14发生转动，转动后的卡板14挤压连接杆10，连接杆10带动阀板3密封进气口2或者出气口9；在阀板3封堵进气口2或者出气口9之后，阀板3底部与阀体1底部之间存在间隙且阀芯架11底部与阀体1内的底部之间存在间隙。

为防止阀杆在推动阀板3向外张开的时候与阀体1发生摩擦，所以设计了外阀杆5与内阀杆4，其中阀板3上的连接杆10与外阀杆5底部的阀芯架11活动连接，通过推动内阀杆4即可控制阀板3的移动，因此，外阀杆5与内阀杆4设计会使得阀板3在封堵进气口2与出气口9的过程中不会与阀体1发生摩擦，从而有效降低了阀体1中的微粒的生成，从而有效保证系统内的晶圆的洁净度。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“同轴”、“底部”、“一端”、“顶部”、“中部”、“另一端”、“上”、“一侧”、“顶部”、“内”、“前部”、“中央”、“两端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”、“固定”、“旋接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例,对于本领域的普通技术人员而言,可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种半导体真空插板阀，包括阀体(1)、阀杆与阀芯组件，其中阀体(1)上设置有进气口(2)与出气口(9)，阀杆用于推动阀芯组件封堵进气口(2)与出气口(9)，其特征在于：阀杆包括外阀杆(5)与内阀杆(4)，外阀杆(5)套设在内阀杆(4)的外侧且与阀体(1)活动密封连接；内阀杆(4)与外阀杆(5)均与驱动装置连接；

阀体(1)的内腔位于阀杆的外侧设置有波纹管组(6)，波纹管组(6)一侧与阀体(1)连接另一侧与外阀杆(5)上的连接板(7)连接；阀芯组件包括阀板(3)与阀芯架(11)，阀板(3)不与阀体(1)的内腔的底部接触；阀芯架(11)与外阀杆(5)上的连接板(7)固接，阀芯架(11)内设置有运动腔(12)，运动腔(12)两侧设置有开口；

阀板(3)的一侧固接有连接杆(10)，连接杆(10)与开口活动密封连接且连接杆(10)的一侧穿过开口位于运动腔(12)内，连接杆(10)位于运动腔(12)内的一侧设置有碟簧(16)；内阀杆(4)的一侧位于运动腔(12)内部；运动腔(12)内还设置有卡板(14)，卡板(14)一侧与连接杆(10)连接，另一侧与内阀杆(4)连接。

2.根据权利要求1所述的一种半导体真空插板阀，其特征在于：外阀杆(5)内设置有回位腔(18)，回位腔(18)内设置有弹簧(19)，弹簧(19)一侧与回位腔(18)的底部连接，另一侧与内阀杆(4)连接。

3.根据权利要求1所述的一种半导体真空插板阀，其特征在于：驱动装置采用气缸(21)，气缸(21)内设置有大活塞(20)与小活塞(22)，其中大活塞(20)与外阀杆(5)连接，小活塞(22)与内阀杆(4)连接。

4.根据权利要求1所述的一种半导体真空插板阀，其特征在于：阀板(3)的一侧设置有第一密封槽，第一密封槽内设置有密封圈(8)。

5.根据权利要求1所述的一种半导体真空插板阀，其特征在于：阀芯架(11)上位于开口位置处的外侧设置有导向筒(15)。

6.根据权利要求1所述的一种半导体真空插板阀，其特征在于：外阀杆(5)的内部靠近底部的位置处设置有第二密封槽，第二密封槽内设置有密封环(17)。

7.根据权利要求1所述的一种半导体真空插板阀，其特征在于：内阀杆(4)靠近底部的位置设置有截面为直角三角形的卡槽，卡板(14)一侧卡接在卡槽内。

8.一种半导体真空插板阀密封方法，其特征在于：包括一级密封方法、二级密封方法与三级密封方法；

一级密封方法：阀体(1)内的波纹管组(6)与阀体(1)内的顶部固定密封连接，波纹管组(6)的底部与外阀杆(5)上的连接板(7)固定密封连接，阀体(1)顶部、波纹管组(6)与连接板(7)构成了一级密封空间，其中外阀杆(5)与阀体(1)发生相对运动的位置位于一级密封空间中且外阀杆(5)与内阀杆(4)发生相对运动的位置位于一级密封空间中；

二级密封方法：阀芯架(11)内部的动作腔(12)形成了第二密封空间，并且，阀板(3)通过连接杆(10)与卡板(14)连接，内阀杆(4)与阀板(3)通过连接杆(10)与卡板(14)连接，内阀杆(4)与卡板(14)活动连接，内阀杆(4)的移动能够推动卡板(14)靠近或者远离连接杆(10)；第二密封空间用于将内阀杆(4)与卡板(14)的连接处包裹起来，同时将卡板(14)与连接杆(10)的连接处包裹起来；

三级密封方法：外阀杆(5)带动阀芯架(11)向阀体(1)底部移动时，移动至波纹管组(6)伸长到极限长度，内阀杆(4)向下运动，内阀杆(4)向下运动挤压卡板(14)使得卡板(14)发生转动，转动后的卡板(14)挤压连接杆(10)，连接杆(10)带动阀板(3)密封进气口(2)或者出气口(9)；在阀板(3)封堵进气口(2)或者出气口(9)之后，阀板(3)底部与阀体(1)底部之间存在间隙且阀芯架(11)底部与阀体(1)内的底部之间存在间隙。

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