TWI749214B - 具有力量感測器之真空閥 - Google Patents

Abstract

本發明關於一種真空閥，其具有一感測器配置，該感測器配置具有至少一力量感測器(11a，11b，11c，11d，11e，11f)，該至少一力量感測器包括一對變形敏感之元件，其中該感測器配置形成為使得關於位在一第一密封面(6a)與一第二密封面(6b)之間的密封件(10)藉該第一密封面及該第二密封面所產生之一壓縮的一量測訊號被偵測出。

Description

具有力量感測器之真空閥

本發明關於一種具有感測器配置之真空閥，該感測器配置具有至少一力量感測器，該力量感測器包括一對變形敏感之元件。

用於控制一體積流或質量流、且將通過形成於一閥殼中之一開口的一流動路徑大致氣密閉合之真空閥，大體上在出自先前技藝之不同具體實施例中得知，且特別地用於積體電路、半導體或基板製造領域之真空腔室系統中，其中此等製造必須在可能不存有污染微粒之一保護蒙氣(aomosphere)中進行。此類型真空腔室系統特別地包括至少一真空腔室，其用於收容待處理或生產之半導體元件或基板，該真空腔室可抽空且其具有至少一真空腔室開口，該等半導體元件或其他基板可通過該至少一真空腔室開口而導入與導出該真空腔室，以及該真空腔室系統亦包括至少一真空泵，該至少一真空泵用於抽空該真空腔室。例如，在一半導體晶圓或液晶基板之製造設施中，高度敏感之半導體元件或液晶元件相繼地通過複數個處理真空腔室，其中位於該等處理真空腔室內之部件在每一情況下皆藉由一處理裝置處理。在該等處理真空腔室內之處理程序、及從腔室到腔室之運送二者期間，高度敏感之半導體元件或基板必須隨時位於一保護蒙氣-特別地一無空氣環境中。

為此目的，一方面在用於開啟與關閉一氣體進口或出口之周邊閥，及另一方面在用於開啟與關閉將部件引入與排出之真空腔室輸送開口的輸送閥，將發現應用。

半導體部件所通過之真空閥由於上述應用領域及關聯之尺寸而亦稱為真空輸送閥，由於其主要呈矩形開口剖面而亦稱為矩形閥，及由於其慣常之作動原理而亦稱為閘閥、矩形閘閥、或輸送閘閥。

周邊閥特別地用於開迴路或閉迴路控制一真空腔室與一真空泵、或與又一真空腔室之間的氣流。周邊閥譬如位於一處理真空腔室或一輸送腔室與一真空泵、大氣、或又一處理真空腔室之間的管路系統內。此類型閥、亦稱作泵閥之開口剖面一般較一真空輸送閥情況下者小。由於周邊閥根據應用領域而不僅用於完全開啟與關閉一開口，且亦藉在一完全開啟位置與一氣密關閉位置之間連續調整開口剖面而用於開路或閉路控制一流率，因此亦稱為控制閥。一可能開路或閉路控制氣流之周邊閥係鐘擺閥。

一典型鐘擺閥，譬如由美國專利案第US 6,089,537號(Olmsted)得知者之情況下，一大體上圓形閥盤在一第一步驟中依一旋轉方式樞轉越過一同樣大體上圓形之開口，而從一釋放該開口之位置到一覆蓋該開口之中間位置。一閘閥，譬如美國專利案第US 6,416,037號(Geiser)中或美國專利案第US 6,056,266號(Blecha)中描述者之一情況下，閥盤相似於開口通常呈矩形，且在該第一步驟中從一釋放該開口之位置依一線性方式滑動至一覆蓋該開口之中間位置。在該中間位置，該鐘擺閥或閘閥之閥盤係與圍繞該開口之閥座對立且間隔。在一第二步驟中，該閥盤與該閥座之間的間距將減小，使得該閥盤與該閥座均勻地相互推壓，且以大致氣密方式關閉該開口。此第二運動較佳地在大致相對於該閥座之一垂直方向上實施。例如，可藉由配置於該閥盤之封件側上且推壓至環繞該開口之閥座上的一環密封件、或者藉由該閥座上由該閥盤之閉合件側所推壓抵靠的一環密封件，而提供密封。藉由以二步驟實施之關閉動作，由於該第二步驟中之該閥盤運動大致在相對於該閥座呈垂直之一筆直線上實施，因此該閥盤與該閥座之間的環密封件幾乎沒有承受可破 壞該密封環之剪力。

由譬如美國專利案第US 6,629,682 B2號(Duelli)之先前技藝，已知不同的密封裝置。用於真空閥中環密封件及密封件之一適當材料係譬如氟橡膠、亦稱作FPM，特別地因商標名稱「Viton」而得知之含氟彈性體、及全氟橡膠(簡稱為FFPM)。

由譬如美國專利案第US 6,089,537號(Olmsted)針對一鐘擺閥、及美國專利案第US 6,416,037號(Geiser)針對一閘閥之先前技術，已知不同的驅動系統，該等驅動系統用於達成該閥盤平行越過該開口之一旋轉運動(在一鐘擺閥情況下)及一平移運動(在一閘閥情況下)、與相對於該開口呈垂直之一大致平移運動的此組合。

該閥盤必須推壓至該閥座上，以確保在整個推壓範圍內之需求氣密性，及避免因過度壓縮應力而對密封介質、特別地對呈一O型環型式之密封環的傷害二者。為確保此，已知的閥提供該閥盤之接觸壓力控制，其係根據盛行於該閥盤二側之間的壓力差而控制。然而，特別地在大壓力波動、或從負壓力到超壓力變化或相反者之情況下，無法永遠確保沿該密封環整個周邊之一均勻力分佈。通常尋求將該密封環與起因於施加至該閥之壓力的支持力去耦。為此，譬如美國專利案第US 6,629,682號(Duelli)中提出一種具有密封介質之真空閥，該真空閥係由一密封環、及一鄰近支持環構成，使得該密封環已大致無支持力。

為獲致對超壓力及負壓力二者皆必要之需求氣密性，除該第二運動步驟外或另一選擇中，一些已知鐘擺閥或閘閥提供一圍繞該開口之閥環，其能夠相對於該閥盤呈垂直地位移，且其推壓抵靠該閥盤以依一氣密方式關閉該閥。譬如由德國專利案第DE 1 264 191 B1號、德國專利案第DE 34 47 008 C2號、美國專利案第US 3,145,969號(由Zweck)、及德國專利案第DE 77 31 993 U號已知此類型閥，其具有可相對於該閥盤主動位移之閥環。在美國專利案第US 5,577,707號(Brida)中，描述一種鐘擺閥，其具有一閥殼且具有 一閥盤，該閥殼具有一開口，該閥盤可在該開口上方平行樞轉，以控制通過該開口之一流率。圍繞該開口之一閥環能夠藉由複數個彈簧及氣壓缸而朝該閥盤之方向垂直地主動運動。美國專利案第2005/0067603 A1號(Lucas等)中提出一種該鐘擺閥的可能發展。

由於前述閥尤其用於在一真空腔室中生產高度敏感之半導體元件，因此亦必需可靠地確保本類型處理腔室之一對應密封效果。為此，一密封材料、及/或與該密封材料接觸之一密封面在推壓時的狀態特別重要。在一真空閥之使用壽命進程期間，通常將發生該密封材料或該密封面之磨耗。

為避免一潛在生成之滲漏、或為保持一持續充份高水準之密封品質，典型地依某些特定時間間隔替換或更新一閥閉合件。通常基於某一特定時段內之預期開啟與關閉循環次數，來決定一此類型保養循環週期。因此，通常依一預防措施實施該保養，以能夠最大可能程度地預先排除滲漏之發生。

一此類型檢修需求並非僅僅限於該密封材料或該閥盤，特別地亦擴展到該閥座，該閥座形成該真空閥中與該閥盤對應之一部份。該閥座之一密封面的結構、譬如形成於該閥座中之一溝槽亦受一機械負荷影響。由該閥之作動導致之該溝槽結構變異，亦可因此有害於密封。通常亦為此而規定對應之保養間隔。

該閥保養之缺點在於其實施時之預防措施。該保養影響之部件通常在其正規或實際使用壽命已屆期前即更新或替換。此類型保養之每一步驟大體上包含某一特定生產程序之停機時間，及增加之技術與財務支出。因此，這總體上意味著，在較必要者短之間隔下、且較大體上應需要者頻繁的生產停機時間。

因此，本發明之目的係提供一種改良真空閥，其容許最佳化之作動，及因此一改良、即一個別獨立閥部件之一使用壽命延長。

本發明之又一目的係提供一種改良真空閥，其容許最佳化之閥保養，及因此一改良、即一縮減之可能製程停機時間。

本發明之又一目的係提供一種此類型閥系統，藉此可達成一更可靠之處理體積氣密密封，特別地其中將可預測密封之品質。

藉實現申請專利範圍獨立項之特徵化特點來達成此等目的。由申請專利範圍附屬項，可推論出依另一選擇或較優方式進一步發展本發明之特點。

本發明之基本概念係結合一真空閥與一具有至少一力量感測器之感測器配置，及設計該閥與該感測器配置，及最小化該真空閥密封件之磨耗。借助一壓力感測器，以偵測位於該等密封面之間的該密封件藉該等對應密封面產生之壓縮，可與其他組件之磨耗獨立無關地量測、且視情況調整該壓縮力，其中譬如可藉有差壓(differential pressure)與無差壓下之不同密封件壓縮位準來減少該密封件磨耗。特別地，可因此減少保養支出，且可藉以延長保養間隔。

再者，因此可使用該感測器配置偵測複數個量測訊號，且可基於此等訊號導出與該真空閥有關之狀態資訊、譬如關於該密封件上之一該等密封面接觸力，以譬如確認該密封面(密封材料)之結構型式。是以，可因此監視及連續地評估該真空閥之狀態。可藉由如此產生之數據，決定個別獨立組件、譬如該密封面之一保養或更換時間。例如，可因此大規模地預測該閥之緊密度破壞，且可採取(暫時地)選擇性調和反制。可因此較佳地安排保養間隔且更有效率地實施保養，其中同時程序完整性得以保持及保證。

例如，該密封面或一彈性體密封材料之複數個部件的一表面行為(可擠壓性)，可用作為該真空閥密封件磨耗之關聯狀態資訊。

該壓力感測器可根據譬如一SG力量感測器(SG：應變 規)為基礎，其中該SG力量感測器譬如藉氣相沈積而施加至該壓力感測器之一側上。例如，可因此藉該電力驅動器個別獨立地設定該壓縮。在一氣動L運動驅動中，亦可使用該感測器來檢核該閥是否關閉。

本發明關於一種真空閥、譬如一真空閥、一鐘擺閥、或一單閥，用於控制一體積流或質量流、及/或依一氣密方式阻斷一流動路徑，其中該真空閥具有一閥座，該閥座包括一閥開口，該閥開口界定一開口軸線，該閥開口譬如可連接一第一氣體區域至一第二區域，及該閥座包括一環繞該閥開口延展之第一密封面。該真空閥亦包括一閥閉合件、特別地一閥盤，用於控制該體積流或質量流、及/或阻斷該流動路徑，該閥閉合件具有一第二密封面，該第二密封面與該第一密封面對應且其可變位置係藉該閥閉合件之特定位置與方位決定。

在此，該閥座可為該真空閥之一整合一體部件，且特別地可具體實施該閥殼之部份。另一選擇，該閥座可藉一真空腔室之開口形成，且可與該閥閉合件共同作動而形成本發明中之一真空閥，該閥閉合件可相對於該閥座運動。

特別地，該二密封面其中之一包括一由密封材料製成之密封件。該密封材料可譬如為一以聚合物為基礎之材料(譬如彈性體、特別地氟彈性體)，其固化至該密封面上、或者呈現該閥閉合件或該閥座中之一溝槽內的一O型環。在本發明之範疇內，複數個密封面因此較佳地被視為使一由密封材料製成之密封件依一擠壓狀態存在於該等者之間以關閉該閥開口(關閉位置)的複數個面。

一驅動單元係與該閥閉合件耦接，且設計成使該閥閉合件可依一既定方式變動與調整，以提供藉該閥閉合件各別位置界定之各別閥開啟狀態。該閥閉合件可從一該閥閉合件與該閥座彼此相對無接觸地配置之開啟位置運動到一該第一密封面與該第二密封面之間有透過一中間密封件之軸向密封接觸且因此依一氣密方式關 閉該閥開口之關閉位置、及反向者。

該驅動單元譬如形成為一電動馬達(步進馬達)、或複數個馬達之一組合、或一氣動驅動件。特別地，該驅動件提供該閥閉合件在至少二(大致正交)方向上之一運動。

該真空閥系統附帶地具有一感測器配置，該感測器配置具有至少一力量感測器，該至少一力量感測器包括一對變形敏感之元件、譬如一SG力量感測器，其中該感測器配置設計成使得關於位在該第一密封面與該第二密封面之間的該密封件藉該第一密封面及該第二密封面所產生之一壓縮的一量測訊號係藉該感測器配置偵測出。

在一具體實施例中，該真空閥具有一監視與控制單元，用於以複數個既定控制值來致動該驅動單元，以使該閥閉合件在該開啟位置與該關閉位置之間運動，其中該驅動單元、該閥閉合件、及該感測器配置係形成且共同作動為使得該等控制值基於該量測訊號作調整、特別地使得該量測訊號與一既定目標值連續地對應。

在此，該真空閥、該感測器配置、及該監視與控制單元可譬如佈設成使得該感測器配置係譬如藉由一習知有線或無線連接而連接至該監視與控制單元作單向或雙向通訊，以提供且傳遞該量測訊號。

該真空閥亦可包括譬如一處理單元，其佈設成、特別地藉該監視與控制單元或該感測器配置提供而使得一偵測量測訊號可藉由該處理單元處理，且可基於該偵測量測訊號產生狀態資訊。接著可進一步處理且提供該等偵測量測訊號，以提供可被評估之狀態資訊而譬如用於藉該偵測與控制單元作該閥調整、或作為使用者資訊。

該狀態資訊可譬如基於該偵測量測訊號之一實際-目標比較(actual-target comparison)、譬如基於針對一該驅動單元參考設定下之一偵測與一預期接觸力，提供關於該第一密封面及/或該 第二密封面、及/或該密封件之一機械或結構完整性的資訊。

根據該狀態資訊，亦可提供一輸出訊號，該輸出訊號指明該偵測量測訊號對複數個特定容限值(tolerance values)之一關係。特別地，可因此實施關於藉該真空閥控制之一製程的一評估，譬如關於是否達成一需求之密封效果、或者可識別出對該密封面之任何污染或損害。例如，可經由一視覺或聽覺訊號告知一使用者關於是否正在需求之容限內實施一製程、或是否應預期一非期望之此類容限(譬如壓力位準)下衝(undershooting)或過衝(overshooting)。

依據本發明之一具體實施例，該感測器配置可譬如設計成使得該量測訊號偵測一從至少部份該密封件作用於至少部份該第一密封面之力、及/或一從至少部份該密封件作用於至少部份該第二密封面之力。

例如，可藉該閥閉合件提供一用於量測有效力之力量感測器，譬如其中該力量感測器配置於該閥閉合件中，特別地用於偵測一從該第二密封面至該閥閉合件其他部份上之力。

亦可更藉該閥座提供一力量感測器，特別地用於偵測一從該第一密封面至該閥閉合件其他部份上之力。

在一具體實施例中，該感測器配置譬如設計成使得對變形敏感之該元件配置於包括至少部份該第一密封面及/或該第二密封面之該閥座或該閥閉合件之一部份上。

例如，該感測器配置可設計成使得對變形敏感之至少部份該元件形成至少部份該第一密封面，其中譬如一力量感測器之一對壓力敏感之元件係施加至包括該第一密封面之該部份閥座的至少部份之密封件側上。

相似地，該感測器配置可譬如設計成使得對變形敏感之至少部份又一元件形成至少部份該第二密封面。

例如，對變形敏感之至少部份該元件亦可配置於形成至少部份該第一密封面之一密封材料下方的該閥座側上，且對變形 敏感之至少部份元件施加至該閥座上，譬如藉氣相沈積直接配置於該密封材料下方之該閥座部份上、或該密封材料本身上。相似地，對變形敏感之至少部份又一元件可譬如配置於形成至少部份該第二密封面之一密封材料下方的該閥盤側上，且對變形敏感之至少部份又一元件施加至該閥盤。

在又一具體實施例中，該閥閉合件藉由一第一耦接組件耦接至該驅動單元，且該感測器配置設計成使得該量測訊號偵測一從該第一耦接組件至該閥閉合件上、及/或從該第一耦接組件至該驅動單元上、及/或從該閥閉合件至該第一耦接組件上、及/或從該驅動單元至該第一耦接組件上之力。

例如，該感測器配置之複數個力量感測器可為此配置於不同位置處、譬如該閥閉合件與該第一耦接組件之間、或該驅動單元與該第一耦接組件之間。因此，可譬如使用個別獨立之力量感測器，以偵測直接作用於每一力量感測器上之力。

然而，藉由一個別獨立之力量感測器，亦可譬如基於該真空閥部件之結構特徵的知識，識別出無法藉該真空閥中個別力量感測器之配置直接偵測到的關於該真空閥中一特定點之一接觸力。是以，在給定之閥控制及/或該真空閥狀態偵測的情況下，一個別獨立之力量感測器配置可足夠。

在此，該感測器配置特別地最好可譬如設計成使得譬如一力量感測器本身無需安裝於真空區域中，且因此可確保一相對較低之建造工作量。

因此，一具體實施例係關於一種真空閥，其具有與一外部環境分離之一真空區域，其中貢獻該量測訊號之該感測器配置的複數個力量感測器係配置於該真空區域外側。

在本發明之又一具體實施例中，該真空閥包括一第一閥殼，其中該驅動單元連接至該第一閥殼，該閥閉合件藉由一第二耦接組件耦接至該驅動單元，及該第二耦接組件頂靠一第一支持元 件，該第一支持元件連接至該第一閥殼以用於該第二耦接組件之受控制導引(controlled guidance)。該感測器配置現在可設計成使得該量測訊號偵測一從該第二耦接組件至該第一支持元件上、及/或從該第一支持元件至該第二耦接組件上之力。

本發明之又一具體實施例係關於該閥閉合件藉由一第三耦接組件耦接至該驅動單元之一具體實施例，其中該第三耦接組件包括至少一調整臂，且該調整臂係依機械式耦接至該閥閉合件及該驅動單元，其中該閥閉合件可藉該調整臂藉由該驅動單元而達成之運動、大致平行於該閥座地在該開啟位置與該關閉位置之間運動。例如，輸送閥通常以一此類型耦接配置為基礎。

依據本發明之感測器配置現在因此可譬如設計成使得該量測訊號偵測一從該調整臂至該閥閉合件上、及/或從該閥閉合件至該調整臂上、及/或從該調整臂至該驅動單元上、及/或從該驅動單元至該調整臂上之力。

為受控制導引該調整臂，該真空閥譬如可包括一導引組件，用於至少單側導引或支持該調整臂於該閥殼上。特別地，該支持現在因此亦可提供一力量感測器、或可藉一力量感測器取代。

在又一具體實施例中，該驅動單元連接至該真空閥之一第二閥殼，該閥閉合件藉由包括一調整臂之第三耦接組件耦接至該驅動單元，且該調整臂頂靠一連接至該第二閥殼以受控制導引該調整臂之第二支持元件，其中該感測器配置設計成使得該量測訊號偵測一從該調整臂至該第二支持元件上、及/或從該第二支持元件至該調整臂上之力。

例如，以下者：該閥閉合件、該第二支持元件、該驅動單元、及該第三耦接組件且特別地該調整臂至少其中之一，可包括該感測器配置之力量感測器，且力量感測器包括對變形敏感之元件。

在此，一個別獨立之力量感測器可譬如直接配置於該 閥閉合件與該調整臂、該調整臂與該支持元件、及/或該驅動單元與該調整臂之間的接觸點上、或與該等接觸點相距一距離處。特別地，可譬如使用複數個個別獨立之力量感測器，以偵測直接作用於每一個別獨立力量感測器之力、或確認無法藉該真空閥中個別獨立力量感測器配置直接偵測之關於一該真空閥中特定點的一接觸力。

更明確地，該感測器配置設計成使得可與個別獨立之閥組件、特別地驅動組件的磨耗獨立無關地量測該壓縮力。

1‧‧‧閥殼

2‧‧‧開口

3‧‧‧閥座

4‧‧‧閥盤/閥閉合件/閉合元件

5‧‧‧開口軸線

6a‧‧‧密封面

6b‧‧‧密封面

7‧‧‧臂

8‧‧‧驅動器/驅動單元

9‧‧‧樞軸

10‧‧‧密封件

11a‧‧‧力量感測器

11b‧‧‧力量感測器

11c‧‧‧力量感測器

11d‧‧‧力量感測器

11e‧‧‧力量感測器

11f‧‧‧力量感測器

11g‧‧‧力量感測器

12‧‧‧導引件

13‧‧‧驅動軸

14‧‧‧壁

15‧‧‧調整臂

16‧‧‧調整軸線

17‧‧‧閥殼

18‧‧‧導引組件

19‧‧‧運動軸線

20‧‧‧閉合元件平面

21a‧‧‧(第一)部

21b‧‧‧(第二)部

22a‧‧‧第一平面

22b‧‧‧第二平面

G‧‧‧關閉位置

L‧‧‧氣體區域

O‧‧‧開啟位置

R‧‧‧氣體區域

Z‧‧‧中間位置

x‧‧‧橫向運動

y‧‧‧縱向運動

以下將基於圖式中概略描繪之示範具體實施例，更詳細且僅作為範例地解說依據本發明之真空閥。相同之元件在圖式中係藉相同之參考符號指示。所描述之具體實施例大體上未依比例顯示，且亦不應理解為具限制性。更明確地：第1a圖、第1b圖顯示依據本發明作為鐘擺閥之一真空閥的一可能具體實施例；第2a圖至第2c圖顯示依據本發明作為輸送閥之一真空閥的一可能具體實施例；第3a圖、第3b圖顯示依據本發明在一輸送閥中具有二個力量感測器之一感測器配置的一概略描繪；第4a圖、第4b圖顯示依據本發明在一輸送閥中具有一力量感測器之又一感測器配置的一概略描繪；及第5a圖、第5b圖顯示依據本發明在一單閥(monovalve)中之又一感測器配置的一概略描繪。

第1a圖及第1b圖概略地顯示依據本發明呈一鐘擺閥之一閥可能具體實施例。用於依一大致氣密方式阻斷一流動路徑之閥具有一閥殼1，該閥殼包括一開口2。在此，開口2具有譬如一圓形剖面。開口2藉一閥座3圍繞。該閥座3藉一密封面6a形成，該密封面沿軸向指向一閥盤4之方向、與一開口軸線5橫交地延展、具有一圓 形環型式、及形成於閥殼1中。閥盤4可樞轉，且與開口軸線5大致平行地運動。在閥盤4(閥閉合件)之一關閉位置G中(第1b圖)，開口2藉由閥盤4而依一氣密方式關閉。閥盤4之一開啟位置O顯示於第1a圖中。

閥盤4藉由一臂7連接至一驅動器8(馬達)，該臂沿側向地配置於該盤上且相對於開口軸線5呈垂直地延伸。在閥盤4之關閉位置G中，該臂7配置於開口2之開口剖面外側，沿開口軸線5依幾何學方式凸起。

驅動器8形成為藉使用一適當之傳動裝置，使得閥盤4(如習慣上在一鐘擺閥之情況下)可藉由與開口軸線5橫交、且大致平行越過開口2剖面及與開口軸線5垂直之一驅動器8橫向運動x，以關於一樞軸9之一樞轉運動型式，在一開啟位置O與一中間位置之間樞轉，以及藉由平行於開口軸線5實施之一驅動器8縱向運動y而可線性運動。在開啟位置O，閥盤4定位於一固持部中，該固持部沿側向地配置於開口2旁，使得開口2與該流動路徑被釋放。在該中間位置，閥盤4定位於開口2上方之一距離處，且覆蓋開口2之開口剖面。在該關閉位置，開口2依一氣密方式關閉，且該流動路徑已被阻斷，因此氣密接觸存在於閥閉合件4(閥盤)與該閥座之密封面6a之間。

為達成一自動且受控制之閥開啟與關閉，該閥譬如提供一電子閉迴路與開迴路控制單元，其設計成使得、且與驅動器8連接而使得閥盤4可相應地運動，以依一氣密方式關閉一處理體積或調整該體積之一內壓力。

在本示範具體實施例中，驅動器8呈一電動馬達型式，其中該傳動裝置能夠切換，以使得當驅動器8被驅動時，導致橫向運動x或縱向運動y。驅動器8及該傳動裝置係藉該控制系統以電子式致動。由先前技藝已知此類型之傳動裝置、特別地具有格式變速器(slotted lever gates)者。亦可能使用複數個驅動器，以實現橫向運動x及縱向運動y，其中該控制系統承擔該等驅動器之致動。

不僅藉由以橫向運動x將閥盤4在開啟位置O與該中間位置之間樞轉運動，且主要地藉由以縱向運動y將閥盤4沿開口軸線5在該中間位置與該關閉位置之間線性運動，而可能以上述之鐘擺閥精密控制或調整流率。上述鐘擺閥可用於精密控制任務。

閥盤4與閥座3二者皆具有一密封面6a、6b：(一第一密封面與一第二密封面。第一密封面6a附帶地包括一密封件10。例如，該密封件10可藉由硫化而譬如以一聚合物固化至閥座3上。另一選擇，密封件10可具體實施為譬如閥座3之一溝槽中的一O型環。一密封材料亦可黏附至閥座3上，且可因此具體實施密封件10。在另一選擇具體實施例中，密封件10可配置於閥盤4上、特別地第二密封面6b上。亦可設想到此等具體實施例之組合。

閥盤4係譬如基於複數個受控制變數及一輸出控制訊號，而依一可變方式調整。例如，取得與連接至該閥之一處理體積中的當前壓力狀態相關之資訊作為輸入訊號。除此以外，該控制系統可設有又一輸入變數，譬如流入該體積中之一質量流。基於此等變數、及基於該體積之待設定或達成的一既定目標壓力，經過一控制循環之時間，依一受控制方式調整該閥，使得藉由該閥而來自該體積之一質量流出量可在一段時間受控制。為此，一閥泵(vacuum pump)設於該閥之後，即該閥配置於該處理腔室與該泵之間。是以，可設定一期望之壓力曲線。

由於閥閉合件4之調整，將調整閥開口2之一開口剖面，及因此調整每單位時間可從該處理體積抽空之可能氣體體積。為此，閥閉合件4可具有一偏離圓形之型式，而特別地達成呈一最大可能程度之層流介質流動。

為調整該開口剖面，閥盤4可藉該閉迴路及開迴路控制單元，而藉由驅動器8之橫向運動x從開啟位置O運動至該中間位置，且藉由驅動器8之縱向運動y從該中間位置運動至該關閉位置。為完全開啟該流動路徑，閥盤4可藉該控制系統而藉由驅動器8之縱 向運動y從該關閉位置運動至該中間位置，且藉由驅動器8之橫向運動x從該中間位置運動至該開啟位置O。

閥盤4必須推壓至閥座5上，以確保在整個推壓範圍內之需求氣密性，及亦避免因過度壓縮應力而對密封件10之傷害二者。為確保此，已知的閥提供閥盤4之接觸力控制，其係根據盛行於該閥盤二側之間的壓力差而控制。

然而，特別地在大壓力波動、或從負壓力到超壓力變化或相反者之情況下，無法在一控制程序、即一該開啟剖面變動期間永遠確保一均勻力分佈。根據該閥負荷，密封件10(密封材料)、閥盤4、及密封面6a、6b因此譬如受不同地負荷，藉此譬如根據該閥之負荷導致可變的有效保養間隔。

在先前技藝中，典型地以固定時段替換或更新一閥閉合件作為一預防措施，以避免潛在形成之一滲漏、或將該密封件之品質保持在一固定、充份高之水準。如此將會有缺點，尤其閥部件通常在其正規或實際壽命已屆期前更新或替換。

依據本發明，該真空閥包括一感測器配置，該感測器配置具有至少一力量感測器、在圖式所示範例中為二個力量感測器11a、11b，藉此可譬如監視且最小化該真空閥之磨耗。

例如，可藉由一壓力感測器11a、11b，與該處理腔室之壓力波動獨立無關地、或與其他組件之磨耗獨立無關地量測該壓縮力，以偵測位於密封面6a、6b之間的密封件10藉對應之密封面6a、6b產生的一壓縮。因此，可經過一處理時段、譬如即時調整該壓縮力。是以，可減少該密封件之磨耗，且可因此延長保養間隔。

再者，可因此藉由該感測器配置偵測複數個量測訊號，且可基於此等訊號來確認、譬如關於該等密封面在該密封件上之一接觸力等該真空閥之狀態資訊，以譬如確認密封面6a、6b與密封件10之一結構設計。是以，可監視及連續地評估該真空閥之狀態。

在圖式所示範例中，該感測器配置包括一力量感測器 11a，該力量感測器配置於橫向臂7中，其中力量感測器11a譬如包括一用於力量測之應變規，該應變規係藉由氣相沈積而施加至力量感測器11a之一側。力量感測器11a譬如偵測從閥盤4至橫向臂7上之一正向力。

另一選擇，可譬如藉閥盤4提供一力量感測器，以譬如偵測從該閥盤之密封面6b至閥盤4其他部件上的一力，或者該力量感測器之一壓力敏感元件可譬如在該密封件側上施加至密封面6a、6b其中之一，以直接偵測一從密封件10作用至密封面6a、6b上之力。

在圖式所示範例中，該感測器配置亦包括一第二力量感測器11b，該第二力量感測器係藉驅動器8之驅動軸13的導引件12提供。第二力量感測器11b譬如偵測一與樞軸9垂直之力，其中可基於該真空閥複數個部件、特別地橫向臂7及橫向臂7對驅動軸13與閥盤4耦接之結構特徵的知識，確認關於密封件10上之一閥盤4接觸力的資訊。

圖式所示鐘擺閥之另一選擇為，依據本發明之真空閥可呈另一真空閥型式，譬如一舌閥、閘閥、或以一蝶形控制閥聞名者。特別地，依據本發明之閥係為用於真空區中而設計。再者，亦可使用其閉合件僅可在某一方向上運動之一鐘擺閥。

第2a圖至第2c圖係以不同之閉合位置概略顯示依據本發明呈一輸送閥型式之閥的一可能具體實施例。

圖式所示之輸送閥特別地呈一閘閥型式。該真空閥具有一矩形、平面閉合元件4(譬如閥盤)，該閉合元件具有一密封面6b，用於依一氣密方式關閉一開口2。開口2具有一與閉合元件4對應之剖面，且形成於一壁14中。開口2被一閥座3圍繞，該閥座又同樣地提供一密封面6a，與閉合元件4之密封面6b對應。閉合元件4之密封面6b環繞閉合元件4延展，且承載一密封材料10(密封件)。在一關閉位置中，密封面6a、6b彼此推壓抵靠，且該密封材料被壓縮於二密封面6a、6b之間。

開口2將位於壁14左側之一第一氣體區域L連接至壁14右側之一第二氣體區域R。壁14係譬如藉一真空腔室之一腔室壁形成。接著藉腔室壁14與閉合元件4共同作動而形成該真空閥。

閉合元件4配置於一調整臂15上，該調整臂在此譬如呈桿型且沿一幾何調整軸線16延伸。調整臂15與一驅動單元8機械式地耦接，藉此可由調整臂15藉驅動單元8達成之運動，使壁14左側之第一氣體區域L中的閉合元件4從一開啟位置O(第2a圖)經由一中間位置Z(第2b圖)而運動至一關閉位置G(第2c圖)。

在開啟位置O，閉合元件4位於開口2投影區域外側，且完全釋放該投影區域，如第2a圖所示者。

藉調整臂15沿著平行於調整軸線16且平行於壁14之軸向方向運動，閉合元件4可藉由驅動單元8而從開啟位置O運動至該中間位置Z。

在此中間位置Z，該閉合元件之密封面6b覆蓋開口2，及位在與閥座3之密封面6a對立且相距一距離處，該密封面圍繞開口2，如第2b圖所示者。

藉調整臂15在橫交於調整軸線16、即譬如垂直於壁14及閥座3之方向上運動，閉合元件4可從中間位置Z運動至該關閉位置G(第2c圖)。

在關閉位置G中，閉合元件4依一氣密方式關閉開口2，且依一氣密方式將第一氣體區域L與第二氣體區域R分離。

是以，藉由驅動單元8而藉閉合元件4及調整臂15之一L型運動來開啟與關閉該真空閥。因此，亦稱圖式所示之輸送閥為一L型閥。

圖式所示之一輸送閥典型地用於封閉一處理體積(真空腔室)，及用於裝載與卸載該體積。使用此類型者時，在開啟位置O與關閉位置G之間頻繁改變將為常態。結果可出現密封面6a、6b、及密封件10磨耗增加之徵象。

依據本發明提供一具有至少一力量感測器之感測器配置，用於偵測與位在密封面6a、6b之間的密封件10藉密封面6a、6b產生之一壓縮相關的一量測訊號。可特別地使用該偵測量測訊號來偵測與調整一最佳化接觸壓力。

在圖式所示範例中，一力量感測器11c配置於閥閉合件4中，且譬如偵測藉二密封面6a、6b彼此推壓所產生之閥閉合件4的變形。

藉由依據本發明之感測器配置，可因此譬如在一處理進程期間檢核該閥之氣密性、可依此調整該接觸力、及可適合預測該密封件之一破壞。特別地，可譬如使用一電力驅動單元8個別獨立地設定該壓縮。藉使用一氣動L運動驅動(pneumatic L-motion drive)，可藉由該感測器配置至少檢核該閥是否關閉。

第3a圖、第3b圖及第4a圖、第4b圖係以一關閉位置G(第3a圖、第4a圖)與一開啟位置O(第3b圖、第4b圖)概略顯示依據本發明在輸送閥中之又二個可能的感測器配置。

在先前圖式中使用之參考符號在此將作類似運用。在此等圖式所示者中，閥座3亦形成於該真空閥之一殼17上。然而，熟習此技藝者將明白，以下說明可大致類似地運用至閥座3藉一處理腔室、即一腔室外殼提供之具體實施例中。

更請瞭解到在此僅概略地呈現為一傾斜機構之閥機構不應被理解為限制性，且熟習此技藝者可譬如類似地將依據本發明之感測器配置轉移成任何L運動驅動，譬如一具有二個彼此夾直角配置之閥盤線性運動方向的L運動驅動。

為了調整臂15之受控制導引，該真空閥在此譬如包括一導引組件18，其中驅動單元8與導引組件18係呈一彼此相對固定之配置，在此譬如驅動單元8與導引組件18二者各依一固定方式連接至閥殼17。調整臂15亦機械式地耦接至閥閉合件4與驅動單元8，其中藉調整臂15之運動，閥閉合件4可藉由驅動單元8而與閥座3大致平行 地、特別地依如第2a圖至第2c圖中所描述之一L運動，在開啟位置O與關閉位置G之間運動。

該感測器配置現在可設計成使得該量測訊號偵測一從該第二耦接組件至該第一支持元件上、及/或從該第一支持元件至該第二耦接組件上力。

第3a圖及第3b圖中顯示之感測器配置現在譬如包括二力量感測器11d、11e，其中某一力量感測器11d係藉閥閉合件4提供，且另一力量感測器11e係藉驅動單元8提供。該配置譬如允許直接偵測一從驅動單元8至調整臂15上之力、及一從閥閉合件4至調整臂15上之力。

例如，和從驅動單元8作用至調整臂15上之一已知力相關的偵測量測訊號作一實際-目標比較，可基此確認譬如與密封面6a、6b或密封件10之機械及/或結構完整性相關的該真空閥狀態資訊。為此，該量測訊號可與隨作用於該調整臂上之力變化的已知容限值作比較，且譬如可於當懷疑所提供之密封效果時提供一警告訊號給一使用者。

第4a圖及第4b圖中顯示之感測器配置包括一藉導引組件18提供之個別力量感測器11f。是以，力量感測器11f一方面直接偵測一從調整臂15至導引組件18之力。然而，亦可基於該真空閥複數個部件之結構特徵的知識，確認無法藉該真空閥中個別獨立之力量感測器11f配置直接偵測的一該真空閥中特定點相關接觸力。一個別獨立力量感測器11f配置可因此在給定情況下，足以用於調整該真空閥、或用於偵測該真空閥之狀態。

特別地，該感測器配置譬如可因此設計成使得譬如一力量感測器本身無需引入該真空區域中，且因此可確保一相對較低之結構支出。

第5a圖、第5b圖係以一關閉位置G(第5a圖)與一開啟位置O(第5b圖)概略顯示在此譬如呈現以一單閥為名者之又一可能的 感測器配置。

藉由一線性運動而依一氣密方式關閉一流動路徑之閥具有一閥殼17，該閥殼具有一用於該流動路徑之開口2，其中開口2具有一沿該流動路徑之幾何開口軸線5。閉合元件4可在一閉合元件平面20中沿著與開口軸線5橫交地固持之一幾何運動軸線19線性地平移，從一釋放開口2之開啟位置O朝一關閉方向線性地滑動越過開口2而呈一關閉位置G、及朝一開啟方向沿相反方向返回。

例如，一彎曲第一密封面6a在一第一平面22a中沿一第一部21a、及在一第二平面22b中沿一第二部21b圍繞閥殼17之開口2。第一平面22a與第二平面22b彼此遠離、彼此平行延展、且與閉合元件平面20平行。第一部21a與對立之第二部21b因此與運動軸線19橫交地且在開口軸線5之方向上，配置於彼此相對之一幾何偏置處。開口2配置於沿運動軸線19延伸之區域中的二對立部21a與21b之間。

閉合元件4具有一與第一密封面6a對應之第二密封面6b，該第二密封面沿著與第一及第二部21a、21b對應之複數部延展。

單閥、即可藉由一單一線性運動關閉之真空閥，譬如相較於可藉由二運動關閉且需要一相對複雜結構之驅動的輸送閥，譬如具有一相對較簡單關閉機構之優點。由於該閉合元件可附帶地形成為一部件，因此其可曝露於高加速力下，且因此該閥亦可用於快速及緊急閉合。可藉由單一線性運動實施該關閉與密封，如此將可以非常快速關閉與開啟該閥。

特別地，單閥之一優點譬如在於該閥因其進程而不致當發生一關閉運動時，在相對於該密封件縱向限度之橫向方向上經受任何橫向負荷。另一方面，因其相對於開口軸線5之橫向限度，該密封件實際上無法吸收沿開口軸線5發生且作用於閉合元件4上之力，該等力特別地當發生一大差壓時可能作用於閉合元件4上，如此將需要閉合件4、其驅動、及其托架之一強健結構。

第5a圖及第5b圖中顯示之感測器配置包括一個別獨 立之力量感測器11g，配置於閉合元件4中，用於偵測一從調整臂15作用於閉合元件4上之力。再一次，可因此譬如基於該真空閥複數個部件之結構特徵的知識，偵測與位於第一密封面6a與第二密封面6b之間的密封件10藉該第一密封面及該第二密封面產生之一壓縮相關的一量測訊號。

應瞭解到，描繪之圖式概略地描繪出僅可能作為示範之具體實施例。各式方法亦可彼此結合，且可與先前技藝之製程結合。

1‧‧‧閥殼

2‧‧‧開口

5‧‧‧開口軸線

6a‧‧‧密封面

6b‧‧‧密封面

7‧‧‧臂

8‧‧‧驅動器/驅動單元

9‧‧‧樞軸

10‧‧‧密封件

11a‧‧‧力量感測器

11b‧‧‧力量感測器

12‧‧‧導引件

13‧‧‧驅動軸

G‧‧‧關閉位置

y‧‧‧縱向運動

Claims (15)

1. 一種真空閥，用於控制一體積流或質量流、及/或依一氣密方式阻斷一流動路徑，該真空閥具有一閥座(3)，其包括一閥開口(2)，該閥開口界定一開口軸線(5)，及該閥座包括一環繞該閥開口(2)延展之第一密封面(6a)，一閥閉合件(4)，用於控制該體積流或質量流、及/或阻斷該流動路徑，該閥閉合件具有一第二密封面(6b)，該第二密封面與該第一密封面(6a)對應且其可變位置係藉該閥閉合件(4)之特定位置與方位決定，一驅動單元(8)，與該閥閉合件(4)耦接，該驅動單元佈設成使得該閥閉合件(4)可從一該閥閉合件(4)與該閥座(3)彼此相對無接觸地配置之開啟位置(O)，運動到一該第一密封面(6a)與該第二密封面(6b)之間有藉由一中間密封件(10)之軸向密封接觸且因此依一氣密方式關閉該閥開口(2)之關閉位置(G)，及反向者，其特徵在於該真空閥亦包括一感測器配置，該感測器配置具有至少一力量感測器(11a，11b，11c，11d，11e，11f，11g)，該至少一力量感測器包括一對變形敏感之元件，其中該感測器配置佈設成使得一量測訊號被取得，該感測器配置提供位在該第一密封面(6a)與該第二密封面(6b)之間的該密封件(10)之一壓縮的偵測，該密封件之壓縮係藉該第一密封面(6a)及該第二密封面(6b)所產生。
2. 如申請專利範圍第1項所述之真空閥，其中藉該真空閥之一監視與控制單元控制，該驅動單元(8)係藉複數個既定控制值致動，以使該閥閉合件(4)在該開啟位置(O)與該 關閉位置(G)之間運動，及該驅動單元(8)、該閥閉合件(4)、及該感測器配置係佈設且共同作動成使得該等控制值基於該量測訊號設定、使得該量測訊號與一既定目標值連續地對應。
3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之真空閥，其中該感測器配置佈設成使得該量測訊號偵測一從至少部份該密封件(10)作用於至少部份該第一密封面(6a)之力，及/或偵測一從至少部份該密封件(10)作用於至少部份該第二密封面(6b)之力。
4. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之真空閥，其中該感測器配置佈設成使得對變形敏感之該元件配置於包括至少部份該第一密封面及/或該第二密封面之該閥座或該閥閉合件之一部份上。
5. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之真空閥，其中該閥閉合件(4)藉由一第一耦接組件耦接至該驅動單元(8)，且該感測器配置佈設成使得該量測訊號偵測一從該第一耦接組件至該閥閉合件上，及/或從該第一耦接組件至該驅動單元上，及/或從該閥閉合件至該第一耦接組件上，及/或從該驅動單元至該第一耦接組件上之力。
6. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之真空閥，其中該真空閥包括一第一閥殼(17)，其中該驅動單元(8)連接至該 第一閥殼(17)，該閥閉合件(4)藉由一第二耦接組件耦接至該驅動單元(8)，及該第二耦接組件頂靠一第一支持元件(18)，該第一支持元件連接至該第一閥殼(17)以用於該第二耦接組件之受控制導引，其中該感測器配置佈設成使得該量測訊號偵測一從該第二耦接組件至該第一支持元件上，及/或從該第一支持元件至該第二耦接組件上之力。
7. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之真空閥，其中該閥閉合件(4)藉由一第三耦接組件耦接至該驅動單元(8)，其中該第三耦接組件包括至少一調整臂(15)，且該調整臂(15)係依機械式耦接至該閥閉合件(4)及該驅動單元(8)，其中該閥閉合件(4)可藉該調整臂(15)藉由該驅動單元(8)而達成之運動、大致平行於該閥座(3)地在該開啟位置(O)與該關閉位置(G)之間運動。
8. 如申請專利範圍第7項所述之真空閥，其中該感測器配置佈設成使得該量測訊號偵測一從該調整臂(15)至該閥閉合件(4)上，及/或從該閥閉合件(4)至該調整臂(15)上，及/或從該調整臂(15)至該驅動單元(8)上，及/或從該驅動單元(8)至該調整臂(15)上之力。
9. 如申請專利範圍第7項所述之真空閥，其中該真空閥包括一第二閥殼(17)，其中該驅動單元(8)連接至該第二閥殼(17)， 該閥閉合件(4)藉由該第三耦接組件耦接至該驅動單元(8)，及該調整臂(15)頂靠一連接至該第二閥殼(17)以受控制導引該調整臂(15)之第二支持元件(18)，其中該感測器配置佈設成使得該量測訊號偵測一從該調整臂(15)至該第二支持元件(18)上，及/或從該第二支持元件(18)至該調整臂(15)上之力。
10. 如申請專利範圍第7項所述之真空閥，其中以下者：該閥閉合件(4)，該第二支持元件(18)，該驅動單元(8)，及該第三耦接組件，至少其中之一包括該感測器配置之該力量感測器(11c，11d，11e，11f，11g)，該力量感測器包括對變形敏感之該元件。
11. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之真空閥，其中該真空閥界定出與一外部環境分離之一真空區域，及貢獻該量測訊號之該感測器配置的複數個力量感測器係配置於該真空區域外側。
12. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之真空閥，其中該真空閥包括一處理單元，其佈設成使得一偵測量測訊號可藉由該處理單元處理，且基於該偵測量測訊號產生狀態資訊。
13. 如申請專利範圍第12項所述之真空閥，其中 提供關於該第一密封面(6a)及/或該第二密封面(6b)及/或該密封件(10)之機械及/或結構完整性的該狀態資訊，其中該狀態資訊係藉由該偵測量測訊號之一實際-目標比較而產生。
14. 如申請專利範圍第12項所述之真空閥，其中基於該狀態資訊與複數個既定容限值之一比較，提供一輸出訊號，該輸出訊號係關於藉該真空閥控制之一製程的一評估。
15. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之真空閥，其中該閥座(3)藉該真空閥之一部份形成，該真空閥之一部份在結構上與該真空閥連接，其中該閥座形成於該真空閥之一外殼(17)上，或藉一處理腔室提供。

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