DE60220170T2

DE60220170T2 - Energieschonender absperrschieber

Info

Publication number: DE60220170T2
Application number: DE2002620170
Authority: DE
Inventors: Stephen R. Norfolk MATTE; William G. North Andover FOLEY
Original assignee: Varian Inc
Current assignee: Varian Inc
Priority date: 2001-07-13
Filing date: 2002-07-09
Publication date: 2008-02-07
Anticipated expiration: 2022-07-10
Also published as: JP4021843B2; EP1425525A2; KR20040016439A; US20030010383A1; HK1066850A1; TW530138B; CN1299034C; WO2003006854A2; EP1425525B1; US6571821B2; JP2004522114A; WO2003006854A3; CN1527914A; DE60220170D1

Description

Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung betrifft Ventile, die in Prozessanlagen verwendet werden, welche bei erhöhten Temperaturen arbeiten, insbesondere Ventile, die eine strahlungsabsorbierende Beschichtung auf wenigstens einem Teil der Fluidleitung aufweisen.
Hintergrund der Erfindung
Herkömmliche Schieberventilstrukturen umfassen: ein Ventilgehäuse mit einer Fluidleitung und einem Ventilsitz, eine Dichtplatte, die zwischen einer geöffneten Position und einer geschlossenen Position in der Fluidleitung beweglich ist, und einen Aktuatormechanismus, um die Dichtplatte zwischen der geöffneten und geschlossenen Position zu bewegen. Die Dichtplatte kommt in Eingriff mit dem Ventilsitz und dichtet die Fluidleitung in der geschlossenen Position ab. Die Dichtplatte kann von der geschlossenen Position in eine zurückgezogene Position bewegt werden und dann linear in die geöffnete Position bewegt werden. Das Ventil kann auch mit der Dichtplatte in einer teilweise geöffneten Position betrieben werden. Das Ventilgehäuse kann Befestigungsflansche einschließen, um das Ventil mit anderen Systemkomponenten zu verbinden.
Ein solches Schieberventil, das die Merkmale der Oberbegriffe der unabhängigen Ansprüche 1, 10 und 15 offenbart, ist z.B. aus dem Dokument US-A-5,301,558 bekannt.
Schieberventile werden in einer Vielzahl von Anwendungen verwendet. Verschiedene Anwendungen können Flüssigkeiten, Gase und Vakuum einbeziehen. Einige Anwendungen beziehen das Steuern von Gasen bei erhöhten Temperaturen ein. Ein Beispiel einer solchen Anwendung liegt in Anlagen zur Verarbeitung von Halbleiter-Wafern, wie Ätz- und Gasphasenabscheidungs- (CVD) Systeme. Bei einigen Anwendungen dieser Art wird das Ventil durch eine äußere Quelle erhitzt, um die Prozessgas-Ablagerung im Ventil zu minimieren. Bei Systemen gemäß dem Stand der Technik wird das Ventil mit einer Heizmatte erhitzt, um einen Soll-Wert der Temperatur, wie 80°C, zu erhalten.
Bei anderen Anwendungen ist eine Hochvakuumpumpe im nachgeschalteten Anschluss des Schieberventils angebracht. Die Hochvakuumpumpe kann eine Tieftemperatur-Vakuumpumpe sein, die typischerweise bei 110 Kelvin oder weniger arbeiten kann. Wenn die Tieftemperatur-Vakuumpumpe verwendet wird, um ein Prozessgas mit einer erhöhten Temperatur zu pumpen, wird eine erhebliche Wärmebelastung in die Tieftemperatur-Kältemaschine eingebracht.
Bei solchen Anwendungen ist es erwünscht, den Energieverlust zu begrenzen, um so die Betriebskosten zu begrenzen. Zusätzlich haben einige Länder einen rationellen Energieeinsatz bei solchen verarbeitenden Systemen angeordnet. Entsprechend gibt es einen Bedarf für Ventilstrukturen und Herstellungsverfahren, welche einen rationellen Energieeinsatz erzielen.
Zusammenfassung der Erfindung
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung weist ein Ventil auf: ein Ventilgehäuse mit einer Fluidleitung, die zwischen einem Einlassanschluss und einem Auslassanschluss verbindet, ein Ventilschließelement, das zwischen einer geschlossenen Position, die die Fluidleitung blockiert, und einer geöffneten Position, die eine Fluidströmung durch die Fluidleitung ermöglicht, bewegbar ist, wobei das Ventil dadurch gekennzeichnet ist, dass es eine strahlungsabsorbierende Beschichtung auf wenigstens einem Teil der Innenfläche der Fluidleitung im Ventilgehäuse aufweist.
Bei einer Ausgestaltung schließt das Ventilgehäuse Befestigungsflansche ein und die strahlungsabsorbierende Beschichtung ist auf Innenflächen der Befestigungsflansche angeordnet. Die Beschichtung kann z.B. Schwarzchrom oder eine schwarz eloxierte Fläche sein. Die Beschichtung ist ausgewählt, um Wärmestrahlung zu absorbieren.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Ventils vorgesehen. Das Verfahren weist die Schritte auf: Fertigen eines Ventils mit einer Fluidleitung zum Führen eines Fluid zwischen einem Einlassanschluss und einem Auslassanschluss, wenn das Ventil geöffnet ist, und das gekennzeichnet ist durch den Schritt des Ausbildens einer strahlungsabsorbierenden Beschichtung auf wenigstens einem Teil der Innenfläche der Fluidleitung.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung wird Bezug auf die anhängende Zeichnung genommen, in der:
1 ein Blockdiagramm eines Bearbeitungssystems ist, das ein Schieberventil gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung einschließt.
Ausführliche Beschreibung
Ein sehr vereinfachtes schematisches Blockdiagramm eines Bearbeitungssystems, das ein Schieberventil gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung einschließt, ist in 1 gezeigt. Ein Schieberventil 10 ist vakuumdicht zwischen einer Prozesskammer 12 und einer Vakuumpumpe 14 verbunden. Die Prozesskammer 12 kann eine umschließende Kammer zum Bearbeiten von Werkstücken, wie Halbleiter-Wafer oder durchgehende Substrate, in einer kontrollierten Umgebung sein. Typischerweise ist erforderlich, dass die Prozesskammer 12 mit einem bestimmten Prozessgas in einem bestimmten Druckbereich arbeitet. Die Prozesskammer 12 kann bei einer erhöhten Temperatur arbeiten. Nur beispielhaft sei genannt, dass die Prozesskammer 12 eine Gasphasenabscheidungskammer oder eine Ätzkammer sein kann. Die Vakuumpumpe 14 kann verwendet werden, um die Prozessumgebung in der Prozesskammer 12 zu steuern und insbesondere um den Druck des Prozessgases in der Prozesskammer 12 zu steuern. Zum Beispiel kann die Vakuumpumpe 14 eine Tieftemperatur-Vakuumpumpe oder eine Turbomolekular-Vakuumpumpe sein. Das Schieberventil 10 verbindet die Prozesskammer 12 steuerbar mit der Vakuumpumpe 14.
Das Schieberventil 10 schließt ein Ventilgehäuse 20, eine Dichtplatte 22 und einen Aktuator 24 ein. Das Ventilgehäuse 20 schließt eine Fluidleitung 30 ein, die eine Verbindung herstellt zwischen einem Einlassanschluss 32 und einem Auslassanschluss 34, wenn das Ventil geöffnet ist. Das Ventilgehäuse 20 schließt weiter einen Einlassbefestigungsflansch 40 und einen Auslassbefestigungsflansch 42 ein zur Verbindung des Schieberventils 10 mit den Komponenten des Bearbeitungssystems. Im Beispiel von 1 ist der Einlassbefestigungsflansch 40 mit einem Befestigungsflansch 44 der Prozesskammer 12 verbunden, und der Auslassbefestigungsflansch 42 ist mit einem Befestigungsflansch 46 der Vakuumpumpe 14 verbunden. Wie in der Technik bekannt, kann jeder Befestigungsflansch eine Vielzahl von Löchern für Bolzen oder andere Befestigungsmittel und eine kreisförmige Nut für einen Elastomer-Dichtring oder eine andere Dichteinrichtung einschließen. Das Ventilgehäuse 20 schließt weiterhin einen Ventilsitz 50 ein, der in einer geschlossenen Position mit der Dichtplatte 22 in Eingriff steht.
Die Dichtplatte 22 ist durch den Aktuator 24 zwischen einer geschlossenen Position, in 1 gestrichelt dargestellt, und einer geöffneten Position, in 1 mit durchgezogenen Linien dargestellt, bewegbar. In der geschlossenen Position steht die Dichtplatte 22 mit dem Ventilsitz 50 in Eingriff und blockiert den Fluidfluss durch die Fluidleitung 30. In der geöffneten Position ist die Dichtplatte 22 von der Fluidleitung 30 zurückgezogen und erlaubt dadurch einen Fluidfluss durch die Fluidleitung 30. Die Bauweise und der Betrieb von Schieberventilen ist im Allgemeinen den Fachkundigen wohlbekannt.
Beim Betrieb strömt ein Prozessgas, wie z.B. Argon, von der Prozesskammer 12 durch die Fluidleitung 30 zur Vakuumpumpe 14, wenn die Dichtplatte 22 in der geöffneten Position ist. Das Prozessgas kann eine erhöhte Temperatur haben, wie z.B. 500°C. Das erhitzte Prozessgas kann einen schädlichen Einfluss auf die Vakuumpumpe 14 oder eine andere Komponente haben, die dem Schieberventil 10 nachgeschaltet ist. Wenn z.B. die Vakuumpumpe 14 eine Tieftemperatur-Vakuumpumpe ist, die typischerweise bei 110°C (110 Kelvin) oder niedriger betrieben wird, bringt das erhitzte Prozessgas eine erhebliche Wärmebelastung in die Kältemaschine der Tieftemperatur-Vakuumpumpe ein. Weiterhin kann bei einigen Anwendungen der Betrieb des Schieberventils 10 bei einem Temperatursollwert, wie 80°C, erforderlich sein, um eine Ablagerung des Prozessgases im Schieberventil zu begrenzen. Bei Systemen gemäß dem Stand der Technik wurde das Schieberventil durch eine Heizmatte erhitzt, um einen Soll-Wert zu halten.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung haben einige oder alle Flächen der Fluidleitung 30 eine strahlungsabsorbierende Beschichtung oder Schicht, um die Absorption von Wärmestrahlung aus dem erhitzten Prozessgas zu erhöhen. Wieder in Bezug auf 1 kann eine strahlungsabsorbierende Beschichtung oder Schicht 60 auf die Innenflächen des Einlassflansches 40 und Auslassflansches 42 appliziert sein. Im Gegensatz dazu haben Ventile gemäß dem Stand der Technik glänzende Innenflächen welche die Wärmestrahlung eher reflektieren als absorbieren. Der Effekt der strahlungsabsorbierenden Beschichtung oder Schicht ist es die Temperatur des Prozessgases am Auslassanschluß 34 zu verringern und die Temperatur des Ventilgehäuses 20 zu erhöhen. Daher ist die Wärmebelastung der nachgeschalteten Komponente verringert. Als ein Ergebnis kann eine kleinere Tieftemperatur-Kältemaschine oder eine niedrigere Kühlwasserdurchflussrate verwendet werden. Weiterhin wird in Fällen, bei denen es nötig ist, das Ventil bei einer erhöhten Temperatur zu betreiben, um die Ablagerung des Prozessgases zu verhindern, weniger Energie benötigt, um die benötigte Temperatur zu halten. Im Allgemeinen kann die ganze oder ein Teil der Innenfläche der Fluidleitung 30 die strahlungsabsorbierende Beschichtung oder Schicht aufweisen. Die strahlungsabsorbierende Beschichtung ist am effektivsten auf den Flächen, die anderenfalls Wärmeenergie reflektieren würden.
Die strahlungsabsorbierende Beschichtung ist so ausgewählt, dass sie Wärmestrahlung des Prozessgases absorbiert. Im Allgemeinen sind schwarze Beschichtungen mit rauen Flächen am effektivsten beim Absorbieren von Wärmestrahlung. Zusätzlich sollte die strahlungsabsorbierende Beschichtung haltbar sein für eine lange Betriebszeit und sollte durch niedriges Ausgasen während des Betriebs gekennzeichnet sein. Geeignete strahlungsabsorbierende Beschichtungen schließen ein, sind aber nicht begrenzt auf, Schwarzchrom- und schwarz eloxierten Flächen. Die Beschichtung hat typischerweise eine Dicke im Bereich von etwa 0,0254 bis 0,127 mm, ist aber nicht auf diesen Dickenbereich begrenzt. Die strahlungsabsorbierende Beschichtung kann auf die gewünschten Teile der Fluidleitung durch chemisches oder galvanisches Beschichten aufgebracht werden.
Durch Verwenden von strahlungsabsorbierenden Beschichtungen auf Befestigungsflanschen von Schieberventilen kann die Strahlungsabsorption von etwa 5% bei glänzenden Flächen bis zu etwa 95% bei strahlungsabsorbierenden Beschichtungen erhöht werden. Das gesamte Absorptionsvermögen des Ventils kann um etwa 40% im Vergleich zu Ausführungen gemäß dem Stand der Technik erhöht werden.
Es wird offensichtlich, dass die Verwendung von strahlungsabsorbierenden Beschichtungen nicht auf Schieberventile beschränkt ist, sondern bei der Fluidleitung eines jeden Ventils angewendet werden kann, das zum Transport von Gasen bei erhöhten Temperaturen benötigt wird. Beispiele schließen Sperrventile und Drosselventile ein. Die strahlungsabsorbierende Beschichtung kann auf die ganze oder einen Teil der Fluidleitung angewendet werden, um die Absorption von Wärmeenergie aus dem Gas, das durch das Ventil fließt, zu erhöhen.
Es ist nicht beabsichtigt, dass die Breite der Erfindung auf die besonders dargestellten und beschriebenen Ausgestaltungen begrenzt ist. Die Breite der Erfindung sollte eher durch die anhängenden Ansprüche bestimmt werden.

Claims

Ein Ventil (10), das aufweist: ein Ventilgehäuse (20) mit einer Fluidleitung (30), die zwischen einem Einlassanschluss (32) und einem Auslassanschluss (34) verbindet; ein Ventilschließelement (22), das zwischen einer geschlossenen Position, die die Fluidleitung (30) blockiert, und einer geöffneten Position, die eine Fluidströmung durch die Fluidleitung (30) ermöglicht, beweglich ist; dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (10) eine strahlungsabsorbierende Beschichtung (60) auf wenigstens einem Teil der Innenfläche der Fluidleitung (30) in dem Ventilgehäuse (20) aufweist.
Ventil (10) nach Anspruch 1, wobei das Ventilgehäuse (20) Befestigungsflansche (40, 42) zum Anschließen an andere Systemkomponenten umfasst und wobei die strahlungsabsorbierende Beschichtung (60) auf Innenflächen der Befestigungsflansche (40, 42) angeordnet ist.
Ventil (10) nach Anspruch 1, wobei die strahlungsabsorbierende Beschichtung (60) Schwarzchrom umfasst.
Ventil (10) nach Anspruch 1, wobei die strahlungsabsorbierende Beschichtung (60) eine schwarz eloxierte Fläche umfasst.
Ventil (10) nach Anspruch 1, wobei die strahlungsabsorbierende Beschichtung (60) eine schwarze Beschichtung umfasst.
Ventil (10) nach Anspruch 1, wobei die strahlungsabsorbierende Beschichtung (60) eine Dicke in einem Bereich von etwa 0,0254 bis 0,127 mm aufweist.
Ventil (10) nach Anspruch 1, wobei die strahlungsabsorbierende Beschichtung (60) so ausgewählt ist, das sie thermische Strahlung absorbiert.
Ventil (10) nach Anspruch 1, wobei die strahlungsabsorbierende Beschichtung (60) eine Beschichtung mit einem hohen Absorptionsvermögen umfasst.
Ventil (10) nach Anspruch 1, wobei das Ventil ein Schieberventil (10) aufweist und wobei das Ventilverschließelement eine Dichtplatte (22) aufweist.
Verfahren zur Herstellung eines Ventils (10), das die Schritte aufweist: Fertigen eines Ventils (10) mit einer Fluidleitung (30) zum Führen eines Fluids zwischen einem Einlassanschluss (32) und einem Auslassanschluss (34), wenn das Ventil (10) geöffnet ist; und durch den Schritt des Ausbildens einer strahlungsabsorbierenden Beschichtung (60) auf wenigstens einem Teil der Innenfläche der Fluidleitung (30) gekennzeichnet ist.
Verfahren nach Anspruch 10, bei dem der Schritt des Fertigen eines Ventils (10) ein Fertigen von Befestigungsflanschen (40, 42) am Ventilgehäuse (20) einschließt und wobei der Schritt des Ausbildens einer strahlungsabsorbierenden Beschichtung (60) ein Beschichten von Innenflächen der Befestigungsflansche (40, 42) mit der strahlungsabsorbierenden Beschichtung (60) aufweist.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei der Schritt des Bildens einer strahlungsabsorbierenden Beschichtung (60) ein Beschichten von wenigstens einem Teil der Fluidleitung (30) mit Schwarzchrom aufweist.
Verfahren nach Anspruch 10, bei dem der Schritt des Bildens einer strahlungsabsorbierenden Beschichtung (60) ein Ausbilden einer schwarz eloxierten Fläche aufweist.
Verfahren nach Anspruch 10, bei dem der Schritt des Ausbildens einer strahlungsabsorbierenden Beschichtung (60) ein Beschichten von wenigstens einem Teil der Fluidleitung (30) mit einer strahlungsabsorbierenden Beschichtung (60) aufweist, die eine Dicke in einem Bereich von 0,0254 bis 0,127 mm aufweist.
Ein Schieberventil (10), das aufweist: ein Ventilgehäuse (20) mit einer Fluidleitung (30), die zwischen einem Einlassanschluss (32) und einem Auslassanschluss (34) verbindet, wobei das Ventilgehäuse (20) einen Einlassflansch (40) und einen Auslassflansch (42) aufweist; eine Dichtplatte (22), die zwischen einer geschlossenen Position, die die Fluidleitung (30) blockiert, und einer von der Fluidleitung (30) zurückgezogenen geöffneten Position beweglich ist; dadurch gekennzeichnet, dass das Schieberventil (10) eine strahlungsabsorbierende Beschichtung (60) auf der Innenfläche des Einlassflansches (40) und des Auslassflansches (42) aufweist.
Schieberventil (10) nach Anspruch 15, wobei die strahlungsabsorbierende Beschichtung (60) Schwarzchrom umfasst.
Schieberventil (10) nach Anspruch 15, wobei die strahlungsabsorbierende Beschichtung (60) eine schwarz eloxierte Fläche umfasst.
Schieberventil (10) nach Anspruch 15, wobei die strahlungsabsorbierende Beschichtung (60) eine schwarze Beschichtung umfasst.
Schieberventil (10) nach Anspruch 15, wobei die strahlungsabsorbierende Beschichtung (60) eine Dicke in einem Bereich von etwa 0,0254 bis 0,127 mm aufweist.
Schieberventil (10) nach Anspruch 15, wobei die strahlungsabsorbierende Beschichtung (60) für eine hohe Absorption thermischer Strahlung ausgewählt ist.