CH700247B1 - Vakuumventil mit Dichtungsträgereinsatz. - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Vakuumventil (1) mit einem Ventilgehäuse (2), einem gasdicht schliessbaren Ventilkanal (3) und einem Befestigungsabschnitt zum Montieren des Ventilgehäuses (2) mit der Anschlussseite (7) an eine Vakuumeinrichtung (41). Ein keilförmiger Dichtungsträgereinsatz ist in eine auf der Anschlussseite (7) ausgeformte Ausnehmung des Ventilgehäuses (2) im Wesentlichen senkrecht zur Kanalachse (4) im an die Vakuumeinrichtung (41) montierten Zustand in die Keilrichtung (22) hineinschiebbar und in die entgegengesetzte Keilrichtung (23) wieder herausnehmbar und vom Vakuumventil (1) trennbar. Der Dichtungsträgereinsatz besitzt eine erste Fläche, welche eine Anschlussfläche (25) zum gasdichten Koppeln des Ventilkanals (3) an die Vakuumeinrichtung (41) bildet, wobei die Anschlussfläche (25) eine erste Dichtung (29) zum Herstellen eines gasdichten Kontakts mit einer Kontaktfläche (42) der Vakuumeinrichtung (41) besitzt. Eine zur ersten Fläche (25) geneigte zweite Fläche (26) trägt eine zweite Dichtung (30), die im in die Ausnehmung hineingeschobenen Zustand (A) einen gasdichten Kontakt zu einer Gegenfläche des Ventilgehäuses (2) bildet. Der Dichtungsträgereinsatz ist mit der ersten Dichtung (29) und der zweiten Dichtung (30) in Berührung mit der Gegenfläche lösbar eingekeilt.

Description

  [0001]    Die Erfindung betrifft ein Vakuumventil mit einer Anschlussfläche zum gasdichten Koppeln an eine Vakuumeinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

  

[0002]    Unterschiedliche Ausführungsformen von Vakuumventilen, durch deren Ventilgehäuse ein Ventilkanal verläuft, der mittels eines Verschlusses gasdicht schliessbar ist, sind aus dem Stand der Technik bekannt. Insbesondere im Bereich der IC- und Halbleiterfertigung, die in einer geschützten Atmosphäre möglichst ohne das Vorhandensein verunreinigender Partikel stattfinden muss, kommen diverse Vakuumventile zum Einsatz. Beispielsweise durchlaufen in einer Fertigungsanlage für Halbleiter-Wafer oder Flüssigkristall-Substrate die hochsensiblen Halbleiter- oder Flüssigkristall-Elemente sequentiell mehrere Prozesskammern, in denen die innerhalb der Prozesskammer befindlichen Halbleiterelemente mittels jeweils einer Bearbeitungsvorrichtung bearbeitet werden.

   Sowohl während des Bearbeitungsprozesses innerhalb der Prozesskammer, als auch während des Transports von Prozesskammer zu Prozesskammer müssen sich die hochsensiblen Halbleiterelemente stets in geschützter Atmosphäre - insbesondere in luftleerer und partikelfreier Umgebung bzw. einer Schutzgasatmosphäre - befinden. Die Prozesskammern sind beispielsweise über Verbindungsgänge miteinander verbunden, wobei die Prozesskammern mittels Vakuumventile zum Transfer der Teile von der einen zur nächsten Prozesskammer geöffnet und im Anschluss zur Durchführung des jeweiligen Fertigungsschritts gasdicht verschlossen werden können. Ausserdem werden bewegliche Transferkammern verwendet, die an den Prozesskammern andocken und die Halbleiterelemente in Schutzatmosphäre zwischen den Prozesskammern transportieren können.

  

[0003]    Derartige, von Halbleiterteilen durchlaufene Vakuumventile werden aufgrund des beschriebenen Anwendungsgebiets und der damit verbundenen Dimensionierung auch als Vakuum-Transferventile, aufgrund ihres rechteckigen Öffnungsquerschnitts auch als Rechteckventil und aufgrund ihrer üblichen Funktionsweise auch als Schieberventil, Rechteckschieber oder Transferschieberventil bezeichnet.

  

[0004]    Vakuum-Transferventile zum Öffnen und Schliessen eines Transportkanals für Halbleiter-Wafer-Transfermodule haben beispielsweise einen rechteckigen Kanalquerschnitt mit einer Breite von 336 mm und einer Höhe von 50 mm, oder eine beliebige andere Dimensionierung. Aufgrund der sich hierdurch ergebenden grossen Dichtungslängen sind die Anforderungen an die Dichtungen, die Führung des Ventilverschlusses sowie den Antrieb sehr hoch.

  

[0005]    Weiters werden Vakuumventile zum Öffnen und Schliessen von Gaskanälen eingesetzt. Derartige Ventile befinden sich beispielsweise innerhalb eines Rohrsystems zwischen einer Prozesskammer oder einer Transferkammer und einer Vakuumpumpe oder der Atmosphäre. Der Öffnungsquerschnitt derartiger Ventile, auch Pumpenventile genannt, ist in der Regel wesentlich kleiner als bei einem Vakuum-Transferventil. Unterschiedliche Ausbildungen solcher Vakuumventile sind bekannt, beispielsweise Vakuum-Eckventile und Schieberventile.

  

[0006]    Abhängig von der jeweiligen Antriebstechnologie wird insbesondere zwischen Vakuumschieberventilen oder Schieberventilen, auch Ventilschieber oder Rechteckschieber genannt, und Pendelventilen unterschieden, wobei das Schliessen und Öffnen im Stand der Technik meist in zwei Schritten erfolgt. In einem ersten Schritt wird ein Ventilverschluss, insbesondere ein Verschlussteller, im Falle eines Schieberventils, wie beispielsweise aus der US 6 416 037 (Geiser) oder der US 6 056 266 (Blecha) bekannt, linear über eine Öffnung im Wesentlichen parallel zum Ventilsitz verschoben oder im Falle eines Pendelventils, wie beispielsweise aus der US 6 089 537 (Olmsted) bekannt, um eine Schwenkachse über die Öffnung geschwenkt, ohne dass hierbei eine Berührung zwischen dem Verschlussteller und dem Ventilsitz des Ventilgehäuses stattfindet.

   In einem zweiten Schritt wird der Verschlussteller mit dessen Verschlussseite auf den Ventilsitz des Ventilgehäuses gedrückt, so dass die Öffnung gasdicht verschlossen wird. Die Abdichtung kann z.B. entweder über einen auf der Verschlussseite des Verschlusstellers angeordneten Dichtungsring, der auf den die Öffnung umlaufenden Ventilsitz gepresst wird, erfolgen, oder über einen Dichtungsring auf dem Ventilsitz, gegen den die Verschlussseite des Verschlusstellers gedrückt wird. Ausserdem sind Schieberventile bekannt, bei welchen der Schliess- und Dichtvorgang über eine einzige lineare Bewegung erfolgt. Ein solches Ventil ist beispielsweise das unter der Produktbezeichnung "MONOVAT Reihe 02 und 03" bekannte und als Rechteckinsertventil ausgestaltete Transferventil der Firma VAT Vakuumventile AG in Haag, Schweiz.

   Der Aufbau und die Funktionsweise eines solchen Ventils werden beispielsweise in der US 4 809 950 (Geiser) und der US 4 881 717 (Geiser) beschrieben.

  

[0007]    Unterschiedliche Dichtvorrichtungen sind aus dem Stand der Technik bekannt, beispielsweise aus der US 6 629 682 B2 (Duelli). Ein geeignetes Material für Dichtungsringe ist beispielsweise das unter dem Handelsnamen Viton<(R)> bekannte elastische Dichtungsmaterial.

  

[0008]    Zu unterscheiden ist zwischen dynamischen Dichtungen und statischen Dichtungen am Vakuumventil.

  

[0009]    Dynamische Dichtungen dienen zur gasdichten Abdichtung zwischen dem Ventilsitz und dem bewegbaren Ventilverschluss, beispielsweise dem Verschlussteller. Bei Betätigung des Ventils und gasdichten Schliessen und wieder Öffnen sind dynamische Dichtungen einer dynamischen Belastung ausgesetzt und unterliegen somit zwangsläufig einem gewissen mechanischen Verschleiss. Ein regelmässiges Austauschen der dynamischen Dichtung vor allem bei sehr hohen Anforderungen an die Dichtheit des Ventils und die Partikelfreiheit ist somit erforderlich. Aus diesem Grunde sind Vakuumventile der genannten Art regelmässig derart aufgebaut, dass ein einfaches Austauschen der dynamischen Dichtung möglich ist, beispielsweise durch Entfernen des Ventiltellers, auf welchem die Dichtung angeordnet ist, und Ersetzen des Ventiltellers gegen einen neuen Ventilteller.

   Ein hierfür ausgelegtes Vakuumschieberventil, das eine Wartungsöffnung zum einfachen Entfernen des Ventiltellers sowie eine zum schnellen Austausch geeignete Schnittstelle zwischen dem Ventilteller und der Schubstange des Ventilantriebs vorsieht, sowie ein passendes Multifunktionswerkzeug ist in der US 7 134 642 (Seitz) beschrieben.

  

[0010]    Statische Dichtungen am Vakuumventil befinden sich insbesondere an den Anschlüssen des Vakuumventils, also beispielsweise zwischen dem Vakuumventil-Anschluss und einer Vakuumeinrichtung, z.B. einer Prozesskammer, einer Transportkammer, einer Vakuumpumpe oder einem Rohrleitungssystem, an welchem das Vakuumventil angeschlossen ist. Statische Dichtungen unterliegen einer wesentlich geringeren mechanischen Belastung als dynamische Dichtungen, da nach der Montage des Vakuumventils an der Vakuumeinrichtung die auf die Dichtung wirkenden Kräfte im Wesentlichen konstant sind und der gasdichte Kontakt nach erfolgter Montage des Vakuumventils über eine längeren Zeitraum erhalten bleibt.

   Aus diesem Grunde sind aus dem Stand der Technik keine Vakuumventile bekannt, die einen einfachen Austausch der statischen Dichtung oder Dichtungen insbesondere im montierten Zustand des Ventils ermöglichen.

  

[0011]    Durch Fortschreiten der Halbleitertechnologie sind auch die Anforderungen an die Vakuumventiltechnik in den letzten Jahren stetig gestiegen. Dies betrifft insbesondere die chemische Neutralität des Vakuumventils, dessen Materialen keine ungewollte chemische Reaktion mit dem beteiligten Schutz- oder Prozessgas, das bei dem jeweiligen Prozessschritt des Halbleiterfertigungsverfahrens eingesetzt wird, eingehen sollen. Hiervon betroffen ist zum einen das im Ventilkanal und beim Ventilverschluss verwendete Material, wobei es sich in der Regel um ein Metall oder eine Legierung handelt, zum anderen das Dichtungsmaterial.

   Während die chemischen Eigenschaften des Ventilkanals und -verschlusses im Laufe der Lebensdauer des Vakuumventils weitgehend konstant bleiben, unterliegen die Dichtungsmaterialien, meist Elastomere, einer gewissen Alterung, welche die chemischen Eigenschaften des Dichtungsmaterials und die Prozessreinheit beeinflussen kann.

  

[0012]    Neue Halbleiterfertigungsverfahren fordern somit den regelmässigen Austausch nicht nur der dynamischen, sondern auch der statischen Dichtungen eines Vakuumventils. Die bisher aus dem Stand der Technik bekannten Vakuumventile ermöglichen teilweise ein Austauschen der Dichtung, beispielsweise durch Austauschen des als statische Dichtung ausgebildeten O-Rings. Vakuumventile, deren Anschlüsse hingegen über aufvulkanisierte statische Dichtungen verfügen, machen einen raschen Austausch der Dichtung jedoch unmöglich.

  

[0013]    Gemein ist den aus dem Stand der Technik bekannten Vakuumventilen, dass ein Austausch der statischen Dichtungen des Ventilanschlusses ein Entkoppeln des Vakuumventils von der Vakuumeinrichtung, an welcher das Vakuumventil montiert ist, erfordert. Soll beispielsweise die statische Dichtung eines Transferventil, das zwischen zwei Prozesskammern einer Wafer-Fertigung angeordnet ist, ausgetauscht werden, so sind beide Prozesskammern mit Atmosphärenluft zu fluten, und das gesamte Transferventil ist von den Prozesskammern zu demontieren. Dies erfordert meist auch ein Vergrössern des Abstands zwischen den Transferkammern, um das Transferventil zugänglich zu machen. Hiervon sind meist auch weitere Prozesskammern betroffen, die ebenfalls zu fluten sind.

   Der Austausch der statischen Dichtung an der Anschlussfläche des Transferventils erfordert somit einen wesentlichen Eingriff in die Halbleiterfertigungsanlage. Auch der Austausch der statischen Dichtung eines Pumpenventils, das in einem Rohrleitungssystem oder an der Prozess- oder Transportkammer oder direkt an der Vakuumpumpe angeordnet ist, erweist sich als problematisch, da ein Entkoppeln des Ventils von der angeschlossenen Vakuumeinrichtung unumgänglich ist.

  

[0014]    Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Vakuumventil zur Verfügung zu stellen, das einen einfachen und schnellen Austausch der statischen Dichtung an mindestens einem Anschluss des Vakuumventils ermöglicht, möglichst ohne zwangsläufiges Entkoppeln des Vakuumventils von der Vakuumeinrichtung, an welcher das Vakuumventil montiert ist.

  

[0015]    Diese Aufgabe wird durch die Verwirklichung der kennzeichnenden Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs gelöst. Merkmale, die die Erfindung in alternativer oder vorteilhafter Weise weiterbilden, sind den abhängigen Patentansprüchen zu entnehmen.

  

[0016]    Das erfindungsgemässe Vakuumventil hat ein Ventilgehäuse, durch das ein Ventilkanal entlang einer Kanalachse verläuft, und einen Verschluss, mittels welchem der Ventilkanal gasdicht schliessbar ist. Unter einem Vakuumventil ist jede Art von Vakuumgasventil verstehen, das gasdicht verschliessbar ist. Bevorzugt handelt es sich bei dem Vakuumventil jedoch um ein für eine Halbleiter-Fertigungsanlage ausgebildetes Ventil, insbesondere für eine Halbleiter-Prozesskammer oder eine Halbleiter-Transferkammer. Im Speziellen ist das Vakuumventil als Transferventil, insbesondere als Rechteckventil mit einem rechteckigen Querschnitt des Ventilkanals, oder als Pumpenventil, insbesondere Pendelventil oder Eckventil, ausgebildet. Es kann sich jedoch auch um jede beliebige andere Art von Vakuumventil handeln.

   Entsprechend kann der Ventilkanal im Ventilgehäuse langgestreckt mit einem verhältnismässig kleinen Querschnitt und einer grossen Länge sein oder, wie im Falle eines Transferventils, einen verhältnismässig grossen Querschnitt bei kurzer Kanallänge haben. Der Ventilkanal kann sich gerade mit einer linearen geometrischen Kanalachse durch das Ventilgehäuse erstrecken, oder nicht gerade sein, wie beispielsweise im Falle eines Eckventils. Unter der Kanalachse ist allgemein die sich entlang des Ventilkanals erstreckende geometrische Mittelachse des Ventilkanals, die im Wesentlichen mittig zum Querschnitt verläuft, oder im Wesentlichen die geometrische Strömungsmittelachse zu verstehen.

  

[0017]    Der Verschluss kann, abhängig vom Ventiltyp, beliebig ausgeführt sein, beispielsweise als Verschlussteller, als Kolben, als Stempel, etc. Mittels eines Antriebs, der am Ventilgehäuse angeordnet ist, ist der Verschluss zum Öffnen und Schliessen des Ventilkanals verstellbar. Das Verstellen kann durch eine einzige lineare Bewegung erfolgen, wie beispielsweise bei dem unter der Produktbezeichnung "MONOVAT Reihe 02 und 03" bekannten und als Rechteckinsertventil ausgestalteten Transferventil der Firma VAT Vakuumventile AG in Haag, Schweiz, dessen Aufbau und Funktionsweise beispielsweise in der US 4 809 950 (Geiser) und der US 4 881 717 (Geiser) beschrieben werden.

   Alternativ erfolgt das Öffnen und Schliessen mittels einer mehrstufigen Bewegung, die sich in ein Schieben des Verschlusses über den Querschnitt des Ventilkanals und ein gasdichtes Anpressen des Ventilverschlusses auf einen Ventilsitz gliedert, wie beispielsweise aus der US 6 416 037 (Geiser) oder der US 6 056 266 (Blecha) bekannt. Ausserdem ist es möglich, den Verschluss mittels einer Schwenkbewegung in den Ventilkanal zu schwenken, wie im Falle eines Pendelventils, beispielsweise veranschaulicht in der US 6 089 537 (Olmsted). Jede geeignete andere Art von Bewegung des Verschlusses zum Öffnen und Schliessen des Ventilkanals ist ebenfalls möglich.

  

[0018]    Das Ventilgehäuse besitzt mindestens eine Anschlussseite, auf welcher der Ventilkanal mündet und gasdicht mit einer Vakuumeinrichtung koppelbar ist. Unter einer Vakuumeinrichtung ist jede Art von Komponente zu verstehen, an welche ein Vakuumventil anschliessbar ist, beispielsweise eine Vakuumkammer, z.B. Prozesskammer oder Transferkammer, eine Pumpe, eine Rohrleitung oder ein Leitungssystem sowie weitere Vakuumventile.

  

[0019]    Gattungsgemäss weisen Vakuumventile mindestens zwei Kanalöffnungen auf, die durch den Ventilkanal im Ventilgehäuse verbunden sind und mittels des Verschlusses gasdicht voneinander trennbar sind. Unter der Anschlussseite ist im Folgenden eine der Seiten des Vakuumventils zu verstehen, auf welcher der Ventilkanal aus dem Vakuumventil herausgeführt ist und mit einer Vakuumeinrichtung gasdicht koppelbar ist. Diejenige Fläche auf der Anschlussseite des Vakuumventils, an welcher diese Vakuumeinrichtung gasdicht koppelbar ist, wird als Anschlussfläche bezeichnet.

  

[0020]    Die Anschlussfläche auf der Anschlussseite des Ventilgehäuses zum gasdichten Koppeln des Ventilkanals an eine Vakuumeinrichtung weist eine erste Öffnung für den Ventilkanal und eine die erste Öffnung umlaufende stirnseitige erste Dichtung auf. Die erste Dichtung auf der Anschlussfläche des Ventilgehäuses weist derart nach aussen, dass ein gasdichter Kontakt zwischen einer frontalen geometrischen ersten Dichtebene der ersten Dichtung und einer ebenen Kontaktfläche der Vakuumeinrichtung herstellbar ist. Unter der ersten Dichtebene ist die Ebene, innerhalb welcher der dichtende Kontakt zwischen der ersten Dichtung und der Kontaktfläche stattfindet, zu verstehen. Hierbei muss es sich nicht zwangsläufig um eine ideale Ebene handeln, da eine gekrümmte Fläche ebenfalls möglich ist.

   Die erste Dichtebene wird von der Kanalachse in der ersten Öffnung im Wesentlichen senkrecht durchstossen. Die erste Dichtung kann beliebig ausgestaltet sein. Bevorzugt handelt es sich um einen in einer umlaufenden Nut versenkten O-Ring oder eine auf die Anschlussfläche aufvulkanisierte Dichtung.

  

[0021]    Auf dem Ventilgehäuse ist weiters ein Befestigungsabschnitt zum derartigen Montieren des Ventilgehäuses mit der Anschlussseite an die Vakuumeinrichtung vorgesehen, dass der gasdichte Kontakt zwischen der ersten Dichtung und der Kontaktfläche herstellbar ist. Der Befestigungsabschnitt wird beispielsweise von einem Befestigungsflansch gebildet, mittels welchem das Vakuumventil mit seiner Anschlussfläche an die Vakuumeinrichtung montiert werden kann. Der Befestigungsabschnitt ermöglicht es, das Ventilgehäuse in Richtung normal zur ersten Dichtebene auf der Vakuumeinrichtung zu fixieren und in dieser Richtung einen konstanten Abstand zwischen der Anschlussfläche sowie dem Ventilgehäuse und der Kontaktfläche der Vakuumeinrichtung zu gewährleisten, so dass eine gleich bleibende Anpresskraft auf die erste Dichtung sichergestellt werden kann.

  

[0022]    Erfindungsgemäss umfasst das Vakuumventil einen keilförmigen Dichtungsträgereinsatz, der in eine auf der Anschlussseite ausgeformte Ausnehmung im Wesentlichen senkrecht zur Kanalachse im über den Befestigungsabschnitt an die Vakuumeinrichtung montierten Zustand des Ventilgehäuses in die Keilrichtung hinein schiebbar und in die entgegengesetzte Keilrichtung wieder heraus nehmbar, insbesondere ziehbar, und vom Vakuumventil trennbar ist.

  

[0023]    Unter der Keilrichtung ist diejenige Richtung zu verstehen, in welche der geometrische Keil zusammenläuft. Unter dem Hineinschieben und dem Herausnehmen, insbesondere Herausziehen, ist funktional das Einführen in die Ausnehmung und das Ausführen aus der Ausnehmung im weiten Sinne zu verstehen.

  

[0024]    Mittels mindestens eines Spannelements ist der Dichtungsträgereinsatz in die Ausnehmung in Keilrichtung einspannbar, so dass der Dichtungsträgereinsatz in Keilrichtung in die Ausnehmung und somit im Wesentlichen senkrecht zur Kanalachse hineingedrückt und fixiert wird.

  

[0025]    Der Dichtungsträgereinsatz besitzt eine erste Fläche, welche die Anschlussfläche mit der ersten Öffnung und der ersten Dichtung bildet, einen Durchgang für den Ventilkanal und eine zur ersten Fläche geneigte zweite Fläche. Die zweite Fläche hat eine zweite Öffnung für den Ventilkanal und eine die zweite Öffnung umlaufende stirnseitige zweite Dichtung mit einer frontalen geometrischen zweiten Dichtebene. Diese zweite Dichtebene läuft unter einem spitzen Winkel mit der ersten Dichtebene in der Keilrichtung geometrisch zusammen.

  

[0026]    In anderen Worten ist der Dichtungsträgereinsatz als ein Rahmen ausgebildet, dessen Rahmendicke keilartig zusammenläuft. Das Innere des Rahmens, also der Durchgang, bildet einen Teil des Ventilkanals. Die eine Rahmenseite bildet die erste Fläche mit der ersten Dichtung, also die Anschlussfläche, und die andere Rahmenseite bildet die zweite Fläche mit der zweiten Dichtung. Die wirksamen Dichtflächen der ersten und der zweiten Dichtung weisen somit in im Wesentlichen entgegengesetzte Richtungen. Der Rahmen kann rechteckig, quadratisch, polygonal, rund oder elliptisch sein oder ein sonstige Grundform, welche den Ventilkanal umschliesst, aufweisen. Mittels der Spannvorrichtung wird seitlich im Wesentlichen senkrecht auf den Rahmen, also im Wesentlichen in der Rahmenebene, eine Kraft ausgeübt.

  

[0027]    Im in die Ausnehmung hineingeschobenen Zustand stellt die zweite Dichtung einen gasdichten Kontakt zu einer Gegenfläche des Ventilgehäuses, die den Ventilkanal umschliesst und mit der zweiten Dichtung korrespondiert, her. Im hineingeschobenen Zustand des Dichtungsträgers fallen die zweite Dichtebene und die Gegenfläche somit zusammen. In anderen Worten ist die Gegenfläche schief zur ersten Dichtebene um den spitzen Winkel, unterer welchem die erste und die zweite Dichtebene geometrisch zusammenlaufen. Die Gegenfläche ist der Sitz für die zweite Dichtung.

  

[0028]    Im in die Ausnehmung hineingeschobenen und mittels des Spannelements in die Keilrichtung eingespannten und hineingedrückten Zustand ist der Dichtungsträgereinsatz mit der ersten Dichtung und der zweiten Dichtung zwischen der Kontaktfläche der Vakuumeinheit und der Gegenfläche des Ventilgehäuses lösbar eingekeilt. In anderen Worten verbindet der Dichtungsträgereinsatz die Kontaktfläche mit der Gegenfläche auf gasdichte Weise, wobei ein gasdichter Kanal, nämlich ein Teil des Ventilkanals mittels des Durchgangs, zwischen der Gegenfläche und der Kontaktfläche geschaffen wird.

  

[0029]    Sowohl die erste Dichtung als auch die zweite Dichtung bilden statische Dichtungen des Vakuumventils. Beide Dichtungen sind auf dem Dichtungsträgereinsatz angeordnet. Durch Lösen des Spannelements und Herausnehmen des Dichtungsträgereinsatzes aus dem Ventilgehäuse werden auch gleichzeitig die beiden statischen Dichtungen gelöst und aus dem Ventilgehäuse entfernt, ohne dass das Vakuumventil mit dem Ventilgehäuse von der Vakuumeinrichtung entfernt werden muss. Der Abstand zwischen dem Ventilgehäuse und der Vakuumeinrichtung bleibt konstant. Die erste und zweite statische Dichtung können nach Entfernen des Dichtungsträgereinsatzes entweder gegen neue Dichtungen, beispielsweise neue O-Ringe, ausgetauscht werden, oder der gesamte Dichtungsträgereinsatz wird gegen einen neuen Dichtungsträgereinsatz mit neuen Dichtungen getauscht.

   Da der gesamte Dichtungsträgereinsatz einschliesslich der Dichtungen getauscht werden kann, können vulkanisierte Dichtungen, die nicht ohne weiteres auf ihrem Dichtungsträger ersetzt werden können, verwendet werden.

  

[0030]    Mittels des erfindungsgemässen Vakuumventils ist es somit möglich, die statische Dichtung des Vakuumventils zwischen dem Ventil und der Vakuumeinrichtung zu tauschen oder zu kontrollieren, ohne das Vakuumventil von der Vakuumeinrichtung demontieren zu müssen oder den Abstand zwischen dem Ventilgehäuse und der Vakuumeinrichtung in Richtung normal zur ersten Dichtebene vergrössern zu müssen.

  

[0031]    Vakuumventile sind regelmässig zwischen zwei Vakuumeinrichtungen, beispielsweise zwei Prozesskammern, angeordnet, wobei die räumliche, schliessbare Verbindung der beiden Vakuumeinrichtungen über den Ventilkanal erfolgt. Mittels des erfindungsgemässen Vakuumventils ist es möglich, den Austausch der statischen Dichtung zwischen dem Vakuumventil und einer der beiden Vakuumeinrichtungen sogar ohne Eingriff in die Anordnung der beiden Vakuumeinrichtungen, zwischen denen das Vakuumventil angeordnet ist, durchzuführen. Der Abstand zwischen den beiden Vakuumeinrichtungen und deren mechanische Verbindung über das Vakuumventil können bei Tausch der statischen Dichtung, also der ersten Dichtung, erhalten bleiben.

   Weiters wird bei geschlossenem Verschluss des Vakuumventils nur diejenige der beiden Vakuumeinrichtungen mit der Umgebungsluft geflutet, welche sich auf der Anschlussseite mit dem Dichtungsträgereinsatz befindet. Die andere Vakuumeinrichtung auf der anderen Seite des Ventils bleibt von dem Tausch der statischen Dichtung auf der Anschlussseite unbeeinflusst. Dies stellt einen erheblichen Vorteil bei Betrieb einer Halbleiterfertigungsanlage dar, da nur ein Teil der Anlage von dem Dichtungstausch betroffen ist, nicht jedoch die gesamte Anlage.

  

[0032]    Auch wenn zur einfacheren Veranschaulichung nur ein Dichtungsträgereinsatz auf einer Anschlussseite des Vakuumventils beschrieben wird, so ist es in einer Weiterbildung der Erfindung möglich, eine zweite Anschlussseite mit dem erfindungsgemässen Dichtungsträgereinsatz auszustatten. Somit ist es möglich, die auf entgegengesetzten Aussenseiten eines Transferventils, das zwischen zwei Prozesskammern angeordnet ist, befindlichen statischen Dichtungen ohne Demontage des Vakuumventils zu tauschen, wobei jeweils nur eine der beiden Prozesskammern mit Umgebungsluft geflutet werden muss.

  

[0033]    In einer Weiterbildung der Erfindung ist eine Führung im Ventilgehäuse ausgeformt, entlang welcher der Dichtungsträgereinsatz in die Ausnehmung hinein und wieder herausschiebbar ist. Die Führung führt den Dichtungsträgereinsatz in einer Ausführungsform entlang der Keilrichtung in einer geometrischen Führungsebene, die sich im Wesentlichen winkelmittig zwischen der ersten Dichtebene und der zweiten Dichtebene geometrisch erstreckt. Die Führung kann beispielsweise als Längsnut zur Führung zweier Seitenflanken des keilförmigen Dichtungsträgereinsatzes ausgeformt sein.

  

[0034]    In einer weiteren Ausführungsform ist eine im Wesentlichen quer zur Keilrichtung verlaufende Nut in der Ausnehmung des Ventilgehäuses vorgesehen, die zur Aufnahme der Keilspitze des Dichtungsträgereinsatzes im hineingeschobenen Zustand ausgebildet ist. Unter der Keilspitze ist hierbei allgemein diejenige seitliche vordere Fläche des Dichtungsträgereinsatzes zu verstehen, zu welcher die erste und zweite Seitenfläche spitz, abgekantet, abgeschrägt, abgerundet oder sonst wie zusammenlaufen. Die Keilspitze und die Nut sind derart ausgebildet, dass beim Hineinschieben des Dichtungsträgereinsatzes in die Ausnehmung und in die Nut der Dichtungsträgereinsatz in einer Führungsebene, die sich im Wesentlichen winkelmittig zwischen der ersten Dichtebene und der zweiten Dichtebene erstreckt, geführt wird.

  

[0035]    Den beschriebenen Führungsarten ist gemein, dass der Dichtungsträgereinsatz derart zwischen der Gegenfläche und der Kontaktfläche geführt wird, dass die erste Dichtung und die zweite Dichtung durch Hineinschieben des Dichtungsträgereinsatzes in die Keilrichtung und Ausüben einer Kraft in die Keilrichtung mittels des Spannelements jeweils einen gasdichten Kontakt zu der Kantaktfläche bzw. der Gegenfläche herstellen.

  

[0036]    Ein Vorteil der beschriebenen Führung und der Nut besteht darin, dass der gasdichte Kontakt zwischen der zweiten Dichtung und der Gegenfläche auch dann erhalten bleiben kann, wenn das Vakuumventil nicht an der Vakuumeinrichtung montiert ist und die Anschlussfläche sich nicht auf der Kontaktfläche abstützt. Somit ist es möglich, das Vakuumventil mit dem bereits eingespannten Dichtungsträgereinsatz als zusammengebaute Einheit handzuhaben und an die Vakuumeinrichtung zu montieren.

  

[0037]    Es ist jedoch möglich, auf die Führung des Dichtungsträgereinsatzes zu verzichten, da durch die beschriebene Keilwirkung eine Keilverbindung zwischen der Kontaktfläche und der Gegenfläche hergestellt wird und ein gegenseitiges Abstützen erfolgt. In diesem Fall wird zuerst das Ventilgehäuse an die Vakuumeinrichtung montiert und im Anschluss der Dichtungsträgereinsatz eingeführt und eingespannt.

  

[0038]    Das erfindungsgemässe Vakuumventil wird nachfolgend anhand von in den Zeichnungen schematisch dargestellten konkreten Ausführungsbeispielen rein beispielhaft näher beschrieben, wobei auch auf weitere Vorteile der Erfindung eingegangen wird. Im Einzelnen zeigen:
<tb>Fig. 1<sep>eine erste Ausführungsform des Vakuumventils mit einem hineingeschobenen Dichtungsträgereinsatz in einem Querschnitt;


  <tb>Fig. 2<sep>die erste Ausführungsform des Vakuumventils mit einen herausgezogenen Dichtungsträgereinsatz in einem Querschnitt;


  <tb>Fig. 3<sep>die erste Ausführungsform des Vakuumventils mit einem herausgezogenen Dichtungsträgereinsatz in einer Schrägansicht;


  <tb>Fig. 4<sep>eine zweite Ausführungsform des Vakuumventils mit einem hineingeschobenen Dichtungsträgereinsatz; und


  <tb>Fig. 5<sep>eine Detailansicht auf eine quer zur Keilrichtung verlaufende Nut zur Aufnahme der Keilspitze des Dichtungsträgereinsatzes.

  

[0039]    In den Fig. 1, 2 und 3ist eine erste Ausführungsform eines Vakuumventils 1 dargestellt. Die Fig. 1und 2bilden das Vakuumventil 1 im an eine Vakuumeinrichtung 41 montierten Zustand in einem Querschnitt ab, wohingegen Fig. 3 eine Schrägansicht auf das einzelne Vakuumventil 1 zeigt. In Fig. 1 ist der Dichtungsträgereinsatz 21 in das Ventilgehäuse 2 hineingeschoben, das Vakuumventil 1 befindet sich also im Betriebszustand A, wohingegen der Dichtungsträgereinsatz 21 in den Fig. 2und 3aus dem Ventilgehäuse 2 herausgenommen ist, Zustand B. Die Fig. 1 bis 3 werden im Folgenden gemeinsam beschrieben.

  

[0040]    Das Vakuumventil 1 hat ein Ventilgehäuse 2, durch das ein Ventilkanal 3 entlang einer geraden Kanalachse 4 verläuft. Bei dem Vakuumventil 1 handelt es sich um ein Transferventil mit einem im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt des Ventilkanals 3. Mittel eines Verschlusses 5, der als Ventilteller ausgeformt ist, kann der Ventilkanal 3 gasdicht durch lineares Verschieben des Verschlusses 5 quer in den Ventilkanal 3 und senkrecht zur Kanalachse 4 geschlossen werden. Zum öffnenden und schliessenden Verstellen des Verschlusses 5 ist ein Antrieb 6 in Form eines Linearantriebs am Ventilgehäuse 2 angeordnet. Das Abdichten erfolgt mittels einer Verschlussdichtung 15. Das Schliessprinzip dieses Verschlusses 5 und des Antriebs 6 ist beispielsweise von Ventilen mit der Produktbezeichnung "MONOVAT Reihe 02 und 03" (VAT Vakuumventile AG in Haag, Schweiz) bekannt.

   Da der Aufbau und die Funktionsweise derartiger, als Rechteckinsertventile ausgestalteter, Transferventile beispielsweise in der US 4 809 950 (Geiser) und der US 4 881 717 (Geiser) beschrieben werden, wird an dieser Stelle auf eine detaillierte Darstellung des Verschlussprinzips verzichtet.

  

[0041]    Das Ventilgehäuse 2 ist auf seiner Anschlussseite 7 mittels eines Befestigungsabschnitts 8, der als Befestigungsflansch (siehe Fig. 3) ausgebildet ist, an einer Vakuumeinrichtung 41 montiert, wie in den Fig. 1 und 2 gezeigt. Bei der Vakuumeinrichtung 41 handelt es sich um eine Halbleiter-Prozesskammer, die eine ebene Kontaktfläche 42 für einen gasdichten Kontakt mit dem Vakuumventil 1 hat.

  

[0042]    Auf der Anschlussseite 7 ist eine Ausnehmung 9 (Fig. 2) im Ventilgehäuse 2 ausgeformt. Ein keilförmiger Dichtungsträgereinsatz 21 (Fig. 2 und 3) ist in die auf der Anschlussseite 7 ausgeformte Ausnehmung 9 im Wesentlichen senkrecht zur Kanalachse 4 im an die Vakuumeinrichtung 41 montierten Zustand des Ventilgehäuses 2 in die Keilrichtung 22 hineingeschoben, wie in Fig. 1 dargestellt, und kann in die entgegengesetzte Keilrichtung 23 wieder herausgezogen und vom Vakuumventil 1 getrennt werden, wie in den Fig. 2 und 3 gezeigt.

  

[0043]    Mittels eines Spannelements 10 ist der Dichtungsträgereinsatz 21 in Fig. 1 in die Ausnehmung 9 in Keilrichtung 22 eingespannt. Das Spannelement 10 besteht aus mehreren parallel zur Keilrichtung 22 in das Ventilgehäuse 2 schraubbaren Schrauben und einer Platte (siehe Fig. 3).

  

[0044]    Der Dichtungsträgereinsatz 21 hat eine erste Fläche 25, einen Durchgang 24 für den Ventilkanal 3 und eine zur ersten Fläche 25 geneigte zweite Fläche 26. Der Durchgang 24 hat eine Durchgangsachse 4a (Fig. 2), welche im in die Ausnehmung 9 hineingeschobenen Zustand A (Fig. 1) mit der Kanalachse 4 zusammenfällt. Die erste Fläche 25 bildet eine Anschlussfläche 25 auf der Anschlussseite 7 des Ventilgehäuses 2 zum gasdichten Koppeln des Ventilkanals 3 an die Vakuumeinrichtung 41 im hineingeschobenen Zustand A (Fig. 1). Diese Anschlussfläche 25 hat eine erste Öffnung 27 für den Ventilkanal 3, also den Durchgang 24, und eine die erste Öffnung 27 umlaufende stirnseitige ersten Dichtung 29 mit einer frontalen geometrischen ersten Dichtebene 31 (Fig. 2) zum Herstellen eines gasdichten Kontakts mit der Kontaktfläche 42 der Vakuumeinrichtung 41.

   Die erste Dichtung 29 wird von einem O-Ring gebildet.

  

[0045]    Die zweite Fläche 26 besitzt eine zweite Öffnung 28 für den Ventilkanal 3, also den Durchgang 24, und eine die zweite Öffnung 28 umlaufende stirnseitige zweite Dichtung 30 mit einer frontalen geometrischen zweiten Dichtebene 32. Auch die zweite Dichtung 30 ist als O-Ring ausgeformt. Die zweite Dichtebene 32 läuft geometrisch unter einem spitzen Winkel [alpha] mit der ersten Dichtebene 31 in der Keilrichtung 22 zusammen, wie in Fig. 2 skizziert.

  

[0046]    Im in die Ausnehmung 9 hineingeschobenen Zustand A des Dichtungsträgereinsatzes 21, wie in Fig. 1gezeigt, besteht ein gasdichter Kontakt zwischen der ersten Dichtung 29 und der Kontaktfläche 42 und zwischen der zweiten Dichtung 30 und eine Gegenfläche 11 (Fig. 2 und 3) des Ventilgehäuses 2. Diese Gegenfläche 11 umschliesst den Ventilkanal 3 und korrespondiert mit der zweiten Dichtung 30. In Fig. 1, im Betriebszustand A des Vakuumventils 1, ist der Dichtungsträgereinsatz 21 mit der ersten Dichtung 29 und der zweiten Dichtung 30 zwischen der Kontaktfläche 42 und der Gegenfläche 11 lösbar eingekeilt.

  

[0047]    Im Ventilgehäuse 2 ist eine Führung 12 (Fig. 2 und 3) ausgeformt, entlang welcher der Dichtungsträgereinsatz 21 in die Ausnehmung 9 hineinschiebbar ist. Die Führung 12 ist als seitliche Längsnut für die Seitenflanken des Dichtungsträgereinsatzes 21 ausgebildet und führt den Dichtungsträgereinsatz 21 entlang der Keilrichtung 22 in einer geometrischen Führungsebene 13, die sich im Wesentlichen winkelmittig zwischen der ersten Dichtebene 31 und der zweiten Dichtebene 32 erstreckt, wie in Fig. 2gezeigt.

  

[0048]    Zum Tausch der statischen Dichtungen, also der ersten Dichtung 29 und der zweiten Dichtung 30, wird das Spannelement 10 gelöst und entfernt, und der Dichtungsträgereinsatz 21 wird in entgegengesetzte Keilrichtung 23 aus dem Ventilgehäuse 2 gezogen, wie im Zustand B in Fig. 2gezeigt. Hierzu ist es nicht erforderlich, das Vakuumventil 1 von der Vakuumeinrichtung 41 zu trennen und die mechanische Verbindung zwischen dem Befestigungsabschnitt 8 des Ventilgehäuses 2 und der Vakuumeinrichtung 41 zu lösen. Der Dichtungsträgereinsatz 21 kann entweder gegen einen neuen ersetzt werden, oder die Dichtungen 29 und 30 des Dichtungsträgereinsatzes 21 werden ausgetauscht. Ein Wechsel der statischen Dichtungen ist somit ohne grossen Demontage- und Montageaufwand innerhalb kurzer Zeit möglich.

  

[0049]    In Fig. 4 ist ein alternativer Verschlussmechanismus des Vakuumventils 1 rein beispielhaft dargestellt. Das Öffnen und Schliessen erfolgt hier über eine mehrstufige Bewegung, die sich in ein Schieben des Verschlusses 5a über den Querschnitt des Ventilkanals 3 und ein gasdichtes Anpressen des Verschlusses 5a mit dessen frontaler Verschlussdichtung 15a auf einen den Ventilkanal 3 umschliessenden Ventilsitz im Ventilgehäuse 2a gliedert, wie beispielsweise aus der US 6 416 037 (Geiser) oder der US 6 056 266 (Blecha) bekannt. Weitere Antriebs- und Verschlussmechanismen sind möglich und werden von der Erfindung ebenfalls umfasst.

  

[0050]    Fig. 5 zeigt eine alternative Führungsmöglichkeit zur beschriebenen Führung 12. Im Wesentlichen quer zur Keilrichtung 22 ist eine Nut 14 im Ventilgehäuse 2 ausgeformt, die zur Aufnahme der Keilspitze 33 des Dichtungsträgereinsatzes 21 im hineingeschobenen Zustand A ausgebildet ist. Die Keilspitze 33 und die Nut 14 sind derart beschaffen, dass beim Hineinschieben in die Nut 14 der Dichtungsträgereinsatz 21 in einer Führungsebene 13, die sich im Wesentlichen winkelmittig zwischen der ersten Dichtebene 31 und der zweiten Dichtebene 32 (Fig. 2) erstreckt, geführt wird.

  

[0051]    Es ist jedoch auch möglich, auf die Führung 12 oder die Nut 14 zu verzichten und keine Führungsmöglichkeit vorzusehen, wobei sich der Dichtungsträgereinsatz 21 frei zwischen der Gegenfläche 11 und der Kontaktfläche 42 einkeilt. Weiters bestehen sonstige Führungsmöglichkeiten.

Claims (12)

1. Vakuumventil (1) mit

- einem Ventilgehäuse (2), durch das ein Ventilkanal (3) entlang einer Kanalachse (4) verläuft,

- einem Verschluss (5), mittels welchem der Ventilkanal (3) gasdicht schliessbar ist,

- einem Antrieb (6), der zum öffnenden und schliessenden Verstellen des Verschlusses (5) ausgebildet und am Ventilgehäuse (2) angeordnet ist,

- einer Anschlussfläche (25) auf einer Anschlussseite (7) des Ventilgehäuses (2) zum gasdichten Koppeln des Ventilkanals (3) an eine Vakuumeinrichtung (41), wobei die Anschlussfläche (25) eine erste Öffnung (27) für den Ventilkanal (3) und eine die erste Öffnung (27) umlaufende stirnseitige erste Dichtung (29) mit einer frontalen geometrischen ersten Dichtebene (31) zum Herstellen eines gasdichten Kontakts mit einer Kontaktfläche (42) der Vakuumeinrichtung (41) aufweist, und

- einem Befestigungsabschnitt (8) des Ventilgehäuses (2) zum derartigen Montieren des Ventilgehäuses (2) mit der Anschlussseite (7) an die Vakuumeinrichtung (41), dass der gasdichte Kontakt zwischen der ersten Dichtung (29) und der Kontaktfläche (42) herstellbar ist,

gekennzeichnet durch

- einen keilförmigen Dichtungsträgereinsatz (21), der in eine auf der Anschlussseite (7) ausgeformte Ausnehmung (9) im Wesentlichen senkrecht zur Kanalachse (4) in einem durch Montage an die Vakuumeinrichtung (41) erzeugbaren Zustand des Ventilgehäuses (2)

- in die Keilrichtung (22) hineinschiebbar und

- in die entgegengesetzte Keilrichtung (23) wieder herausnehmbar und vom Vakuumventil (1) trennbar ist, und

- mindestens ein Spannelement (10), mittels welchem der Dichtungsträgereinsatz (21) in die Ausnehmung (9) in Keilrichtung (22) einspannbar ist,

wobei der Dichtungsträgereinsatz (21)

- eine erste Fläche, welche die Anschlussfläche (25) mit der ersten Öffnung (27) und der ersten Dichtung (29) bildet,

- einen Durchgang (24) für den Ventilkanal (3) und

- eine zur ersten Fläche (25) geneigte zweite Fläche (26) mit

- einer zweiten Öffnung (28) für den Ventilkanal (3) und einer die zweite Öffnung (28) umlaufenden stirnseitigen zweiten Dichtung (30) mit einer frontalen geometrischen zweiten Dichtebene (32), die unter einem spitzen Winkel (a) mit der ersten Dichtebene (31) in der Keilrichtung (22) geometrisch zusammenläuft, aufweist, wobei

- in dem in die Ausnehmung (9) hineingeschobenen Zustand (A)

- die zweite Dichtung (30) einen gasdichten Kontakt zu einer Gegenfläche (11) des Ventilgehäuses (2), die den Ventilkanal (3) umschliesst und mit der zweiten Dichtung (30) korrespondiert, herstellt und der Dichtungsträgereinsatz (21) mit der ersten Dichtung (29) und der zweiten Dichtung (30) in Berührung mit der Gegenfläche (11) lösbar eingekeilt ist.

2. Vakuumventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Führung (12) im Ventilgehäuse (2) ausgeformt ist, entlang welcher der Dichtungsträgereinsatz (21) in die Ausnehmung (9) hineinschiebbar ist.

3. Vakuumventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Führung (12) den Dichtungsträgereinsatz (21) entlang der Keilrichtung (22) in einer geometrischen Führungsebene (13) führt, die sich im Wesentlichen winkelmittig zwischen der ersten Dichtebene (31) und der zweiten Dichtebene (32) erstreckt.

4. Vakuumventil nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine im Wesentlichen quer zur Keilrichtung (22) verlaufende Nut (14), die zur Aufnahme der Keilspitze (33) des Dichtungsträgereinsatzes (21) im hineingeschobenen Zustand (A) ausgebildet ist.

5. Vakuumventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Keilspitze (33) und die Nut (14) derart ausgebildet sind, dass beim Hineinschieben in die Nut (14) der Dichtungsträgereinsatz (21) in einer Führungsebene (13), die sich im Wesentlichen winkelmittig zwischen der ersten Dichtebene (31) und der zweiten Dichtebene (32) erstreckt, geführt wird.

6. Vakuumventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass

- das Vakuumventil (1) als Transferventil mit einem im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt des Ventilkanals (3) und

- der Dichtungsträgereinsatz (21) als im Wesentlichen rechteckiger Rahmen ausgebildet ist.

7. Vakuumventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Dichtung (29) als O-Ring ausgebildet ist.

8. Vakuumventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Dichtung (30) als O-Ring ausgebildet ist.

9. Vakuumventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Dichtung (29) als vulkanisierte Dichtung ausgebildet ist.

10. Vakuumventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Dichtung (30) als vulkanisierte Dichtung ausgebildet ist.

11. Vakuumventil nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Befestigungsabschnitt (8) als Befestigungsflansch ausgebildet ist.

12. Verwendung eines Ventils nach Anspruch 6 für eine als Halbleiter-Prozesskammer ausgebildete Vakuumeinrichtung (41).