超高纯度气体分配系统的阀联结器技术方案

阀联结器和气体加工部件特别适合半导体生产中使用的超高纯度气体分配。在联结器中，阀杆／外圆角密封紧邻联结器外侧的联结器孔，这样，只有极小部分的联结器的湿润表面被暴露至外部环境中。气体加工零件（如过滤器，或整个整体的气体棒组件，可被这些阀联结器在其入口和出口两侧密封地与外部环境隔绝。结果，整个装置能在生产之后加以净化，并在运输和安装期间，保持在可控环境之中，减少安装后所需的净化。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及超高纯度气体用的气体分配系统，例如用于为半导体生产提供加工气体的系统。高纯度气体分配系统，例如用于半导体生产或其它薄膜涂层工艺中的高纯度气体分配系统，通常包括通过一系列气体处理零件，诸如质量流量控制器，压力传感器和/或调节器，加热器，过滤器或净化器，和切断阀而连接的高纯度气体源。在半导体工艺中，这些零件的系列连接组件称为“气体棒”。在通常的半导体工艺设备上，多个气体源通过多个气体棒被连至室中，它们通常被安装至框架上，形成称作“气体箱”的完整组件。由于半导体装置尺寸减小，它们的密度增加，半导体生产过程已变得日益不能容忍粒子的污染。这种污染的一个重要来源是生产过程中所用的气体，特别是将气体从源移送至室的气体棒湿润表面携带的微粒。积累在气体棒或加工部件中的湿气或灰尘将补源气体所携带，并沉积在被加工的半导体装置上，造成缺陷。湿气也可侵蚀湿润表面，导致微粒从这些表面上的剥落。为减少这类污染，半导体加工用的气体棒和气体加工部件在低灰尘、低湿气的环境中进行生产，并在生产后，置于高压下进行长时间的净化。此外，气体加工部件通常在加压氮气中进行包装和封装以备运输。结果，部件或棒的内部只能暴露在半导体工艺设备放置的洁净室的环境中，并只能在去除棒或部件的包装和将其封装进入加工设备之间的短暂时间内暴露。尽管这些仔细的传送过程。但即使气体棒或部件短暂地暴露于洁净室空气也会造成微粒和湿气在棒或部件内部积聚至潜在破坏的水平，从而要求在组装之后，及进而用于半导体生产之前，对气体棒进行强化的净化。由于净化期间半导体生产设备不能运行，净化所需的时间体现了相当的利润损失。在气体分配系统中，气体棒中的气体加工部件及其它部件和连接，在加工设备的整个使用期间将磨损，并要求以不同的频率进行更换。通常，一个部件的更换过种是关闭最邻近该部件的阀，拆卸和更换该部件，再重新打开该邻近阀。为简化这一操作，并使在该过程期间，气体棒暴露于室内空气中的间隔达到最短，每个部件通常采用可拆卸联结器连接至其邻近部件或管道，而阀则沿着该棒放置在若干位置的部件之间。尽管如此，一个部件或棒的部份的拆卸，并将其从棒移走的动作终将使该部件和更换部件暴露于室内空气中，而且还将部件与最邻近阀之间(包括任何连接管道，和潜在的其它部件)的大量湿润表面暴露于室内空气中。这样，当部件被重新组装时，气体棒必须强化地加以净化。根据本专利技术原理，通过应用特别适用于超高纯度气体分配系统的阀联结器，困难得以减轻。这些阀联结器可整体地包括在一个气体加工部件中，且/或连接在这些部件之间，这得以使部件的更换或部件间连接的改变时，只有气体分配系统的少量湿润表面面积暴露于室内空气中。作为一个特殊例子，阀联结器可整体地包括在气体棒的入口和出口中，使整个气体棒得以更换。特别，根据本专利技术原理的阀联结器具有阀杆/外圆角结构以密封联结器的孔。外圆角密封紧挨联结器外侧的孔；阀杆和外圆角在通过孔而延伸的轴线上移动，而当外圆角位于密封该孔的位置时，外圆角的端部基本与壳体的外侧共平面。结果，当外圆角位于该密封位置时，只有极微量的联结器湿润表面暴露于外部环境中。在下文时论的专利技术的第一个实施例中，外圆角在孔的内侧进行密封，当缩回至联结器中时，使气体得以流动。在另一实施例中，外圆角密封孔的外侧，当从联结器向外移动时，使气体得以流动。阀杆可由连接至联结器壳体的活塞和汽缸装置进行气动驱动，或可是手动驱动。下文说明的气动驱动阀包括回复弹簧，它产生一个力，驱动外圆角进入与孔的密封啮合，这样，当气动压力消失时，阀正常是密封的。而在另一个实施例中，回复弹簧驱动外圆角至密封啮合之外，因此，当气动压力消失时，正常情况下阀是打开的。在第二替换实施例中，齿条和小齿轮装置将来自气动或手动驱动器的竖直向力转换至水平指向的阀杆。在另一方面，专利技术的特点在于，气体加工部件(如过滤器)，或整个气体棒是被上述类型的阀联结器在其入口和出口两侧与外界环境隔绝的。因为联结器密封部件/气体棒的内部湿润表面，使之不暴露于外部环境中， 因此整个装置可在生产现场进行净化，并在运输期间保持以可控气氛加以灌装(如以压力稍高于大气的纯氮)，从而只要简短的净化后，部件/气体棒就能安装和使用。下方说明的气体棒包括整体制作在气体棒壳体之中的阀联结器，还包括质量流量控制器，在质量流量控制器入口和出口侧的双过滤器，压力传感器，热电偶和加热器。当应用中有必要时，诸如压力调节器或纯化器的附加零件也能整体地包含在气体棒中。专利技术另一方面的特征在于这些装置的使用方法。特别，当两个阀联结器连接在一起时，它们可被气体加工设备用作切断阀。因为两个结合的联结器包括两个独立的阀，且任一阀都能切断通过联结器的气体流动，因而阀的重复循环引起的磨损能在阀之间分配，使得结合的联结器寿命比独立的切断阀的寿命增长。专利技术另一方面的特征还在于上述零件的预净化方法，以及将零件置于两个密封联结器之间的净化、可控环境中加以运输。所包括的构成本说明一个部份的附图展示专利技术的实施例，而下文给出的实施例的详细说明连同上述专利技术的总体说明将用于说明专利技术的原理。附图说明图1是按照本专利技术原理的，由整体的气体棒/阀联结器组件形成的气体箱的示意透视图；图2是沿图1中2-2线的气体棒的局部剖面图，但所示气动控制管线被焊接至阀联结器的管柱连接上，以展示不同于图1所示的螺纹联结器；图3是图2气体棒中两个阀联结器的局部剖面细节视图；图4是图3中两个阀联结器之间连接的放大剖面图；图5是过滤器的局部剖面图，它具有根据专利技术第二实施例的整体阀联结器，并展示了这样联结器的拆卸过程；图6和7是根据本专利技术原理的阀联结器另一实施例的局部剖面图；图8是图6和7中另一阀联结器的拆卸图；图9采用按本专利技术的原理的阀联结器的完整气体分配系统的示意流程图。请参考图1和2，根据本专利技术的原理，气体箱10包括若干，诸如6个，单独和分别控制的气体棒12。每一气体棒12在输入管线14上接受半导体工艺用的源气体，在输出管线16上向半导体加工室输出气体。通过每一气体棒12的气体流量由若干阀联结器20加以控制。这些阀联结器受控于通过气动控制管线22的气动驱动，或在某些情况，可如图5所示，并下文进一步详细讨论的220那样，由手动进行驱动。每一气体棒12可选择性地包括附加零件，包括在线路25上产生电的压力信号的压力传感器(传送器)24，检测气体棒12温度的热电偶(46，图2)，以及用于对气体棒加热的加热器套(带)(51，53，图2)。其它零件可包括气体纯化器。气体棒12固定安装在支承板28上，它为气体箱10上的每一气体棒12提供机械支承。根据本专利技术的原理，与通常的气体棒相比，每一气体棒12的尺寸缩小了，这样支承板28可安装至或成为洁净室中现有半导体加工设备的一部份，气体棒在洁净室进行运行。这大大减小用于洁净室中的地面空间，从而大大减少其建造和运行的成本。气体棒较小尺寸的第二个优越性是气体棒中湿润表面的减少，这意味气体棒中湿气和/或粒子积聚的可能性降低，遭受可能腐蚀或漏气的面积减少。此外，气体棒的缩小尺寸减少了必须净化的体积，这就减少了所使用净化气体的净化时间和数量。最后，气体棒的整体结构形成较少的连接和密封，从而减少气体从气体棒向周围环境的潜在泄漏路径，也减少了气体分配系统中钢的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于超高纯度气体分配的阀联结器，包括：阀壳体，它具有外表面，界定气体装载室的内表面，和第一及第二孔界定表面，该第一及第二孔界定表面从所述内表面延伸至所述外表面，并界定第一及第二孔，使气体得以在所述气体装载室和壳体外表面所暴露的外部环 境之间流动，阀杆，它具有近端和远端，被可滑动地安装在所述壳体内，以便在第一位置和第二位置之间沿穿通所述第一孔延伸的轴线作直线运动，所述阀杆在所述远端具有密封表面，基本为平面的弹性薄膜，它具有外周边和内周边，所述内周边密封地啮合所述阀 杆，所述外周边密封地啮合所述壳体的所述内表面，将所述壳体的所述内表面划分成两个区域，所述孔界定表面在所述壳体的所述外表面和所述内表面的共用区域之间联通，其中，在所述第一位置，所述阀杆的所述密封表面配合所述壳体的所述第一孔围绕表面，而所述 阀杆的远端与所述壳体在与所述第一孔界定表面毗连区域的所述外表面基本共平面，从而当所述第一孔被所述外圆角密封时，只有极小部分的所述壳体的所述内表面是暴露在外界环境中的。

【技术特征摘要】
US 1996-2-21 6047271.一种用于超高纯度气体分配的阀联结器，包括阀壳体，它具有外表面，界定气体装载室的内表面，和第一及第二孔界定表面，该第一及第二孔界定表面从所述内表面延伸至所述外表面，并界定第一及第二孔，使气体得以在所述气体装载室和壳体外表面所暴露的外部环境之间流动，阀杆，它具有近端和远端，被可滑动地安装在所述壳体内，以便在第一位置和第二位置之间沿穿通所述第一孔延伸的轴线作直线运动，所述阀杆在所述远端具有密封表面，基本为平面的弹性薄膜，它具有外周边和内周边，所述内周边密封地啮合所述阀杆，所述外周边密封地啮合所述壳体的所述内表面，将所述壳体的所述内表面划分成两个区域，所述孔界定表面在所述壳体的所述外表面和所述内表面的共用区域之间联通，其中，在所述第一位置，所述阀杆的所述密封表面配合所述壳体的所述第一孔围绕表面，而所述阀杆的远端与所述壳体在与所述第一孔界定表面毗连区域的所述外表面基本共平面，从而当所述第一孔被所述外圆角密封时，只有极小部分的所述壳体的所述内表面是暴露在外界环境中的。2.如权利要求1所述的阀联结器，其中，所述密封表面和与所述壳体的所述内表面毗邻的所述孔围绕表面相配合，和在所述第二位置，所述阀杆的所述密封表面离开所述壳体的所述外表面，缩回至所述壳体之中。3.如权利要求1所述的阀联结器，其中，所述密封表面与所述壳体的所述外表面毗邻的所述孔围绕表面相配合，和将所述阀杆从所述第一位置移动至所述第二位置包括将所述密封表面从所述壳体向外移动，这样，所述阀杆的所述远端伸展在所述壳体的所述外表面之外。4.如权利要求1所述的阀联结器，还包括驱动壳体，它界定气动驱动汽缸，还界定一个第三孔，该第三孔与所述驱动汽缸联通，使压缩气体得以进入所述驱动汽缸，其中所述阀杆还在其所述近端包括一个活塞，它被可滑移地安装在...

【专利技术属性】
技术研发人员：布赖斯埃瓦茨，海伦E丽本，乔舒亚柯林斯，罗素L罗杰斯，
申请(专利权)人：空气设备公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]