CH693150A5 - Ensemble de soupape pendulaire avec couvercle de siège de soupape. - Google Patents
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Description
La présente invention concerne des ensembles de soupapes tels que décrits dans le brevet américain US-6 328 051 qui est incorporé ici à titre de référence. Elle concerne plus particulièrement un ensemble de soupape pendulaire comprenant une soupape d'isolement de chambre de processus et une soupape d'isolement de pompe à vide. La soupape d'isolement de pompe à vide est utile pour isoler une pompe à vide qui est couplée à l'ensemble de soupape pendulaire de manière que la pompe à vide ne soit pas exposée à l'atmosphère durant le nettoyage de l'ensemble de soupape pendulaire et de la chambre de processus. De façon plus particulière même, la présente description concerne un ensemble de soupape pendulaire comprenant en outre un couvercle annulaire pour protéger un siège de soupape de la soupape d'isolation de pompe, entre les interventions de nettoyage. Un ensemble de soupape pendulaire comprend de façon générale un boîtier contenant une soupape pendulaire et incluant un espace intérieur et une paire d'ouvertures par lesquelles du fluide gazeux peut pénétrer dans et sortir de l'espace intérieur. Tel que son nom l'indique, une soupape pendulaire pivote entre des positions ouvertes et fermées et comprend un corps de soupape, qui est usuellement réalisé sous la forme de disque, relié à un arbre rotatif par un bras de pivotement. En position ouverte, le disque de la soupape pendulaire est sorti du chemin suivi par l'écoulement, tel que défini par les ouvertures, de sorte que du fluide peut entrer et sortir de l'espace intérieur du boîtier, tandis que, en position fermée, le disque est déplacé en contact d'étanchéité avec un siège de soupape environnant l'une des ouvertures, de sorte que le fluide ne peut entrer dans l'espace intérieur. Le déplacement du disque demande usuellement un mouvement de pivotement ou de rotation entre une première position angulaire égale à la position ouverte et une deuxième position angulaire, puis au moins un certain déplacement de translation depuis la deuxième position angulaire à la position fermée à laquelle le disque est en contact d'étanchéité avec le siège de soupape. Pour obtenir cette combinaison de mouvements de rotation et de translation, les soupapes pendulaires de l'art antérieur ont typiquement utilisé une pluralité d'éléments actionneurs pour lesquels il est de façon inhérente difficile de leurs faire effectuer un déplacement précis du disque et, par conséquent, qu'il est plus difficile d'utiliser à des fins de contrôle précis d'un écoulement. Pour ce qui concerne des exemples de telles soupapes pendulaires antérieures, voir ci-après: brevets américains N DEG 2 850 260; 3 557 822; 3 722 857; 3 973 753; 4 052 036; 4 089 505; 4 333 631; 4 627 567; 4 785 844; 5 577 707; 873 562; brevet anglais N DEG 1 050 435; et brevet allemand N DEG 1 190 755. D'autres structures de soupape sont décrites dans les brevets US N DEG 2 749 082; 3 854 696; 4 073 468; 4 088 301; 4 135 854; 4 395 049; 4 442 996; 4 458 905; 4 519 578; 4 921 213; 5 379 983; et 5 330 157. Le brevet américain 6 089 537 décrit un ensemble de soupape pendulaire améliorée, conçu et construit de manière à éliminer le besoin d'avoir plusieurs mécanismes actionneurs. Au lieu de cela, l'ensemble de soupape pendulaire améliorée fait utilisation d'un mécanisme à came rotative unique, qui commande de façon précise les déplacements en rotation et axiaux du corps de soupape, entre une position ouverte et une position fermée. Les soupapes pendulaires sont particulièrement utiles dans des systèmes de fourniture de gaz de haute pureté, tels que ceux utilisés dans la fabrication des semiconducteurs, ou bien dans d'autres processus de revêtement par un film mince qui sont effectués à de très basses pressions (vides poussés), par exemple une pression de l'ordre d'un Torr ou moins. Un système à ultravide, adapté pour fonctionner à de faibles conductances, comprend une pompe à vide qui est séparée d'une chambre de processus par une soupape pendulaire, qui aide à commander la pression créée dans la chambre de processus par la pompe à vide, dans une plage de valeurs déterminée. La chambre de processus des systèmes de fourniture de gaz à haute portée normalement demande un nettoyage après écoulement d'une période de temps donnée. Un tel nettoyage implique un lavage à la brosse ou mécanique, physique, des surfaces de la chambre et des composants à vide associés, telle que la soupape pendulaire qui effectue l'isolation de la chambre de processus. Lorsque la soupape pendulaire est nettoyée, il devient nécessaire de stopper la pompe à vide et d'aérer la totalité du système vers l'atmosphère. Etant donné que la pompe à vide contient des résidus provenant du processus conduit dans la chambre de processus, l'aération à l'atmosphère expose ces résidus à la vapeur d'eau et à d'autres contaminants pouvant réagir avec les résidus et produire un agent corrosif pouvant mener à de la corrosion et à une défaillance prématurée de la pompe à vide. Par exemple, l'utilisation de trichlore de bore (BCl3), pour ronger chimiquement ou graver une couche d'aluminium, produit un résidu formé de trichlorure d'aluminium (AlCl3). Lorsque le résidu qu'est le trichlorure d'aluminium réagit avec la vapeur d'eau présente dans l'atmosphère, un acide chlorhydrique (HCl) extrêmement corrosif est produit. Ainsi que ceci est connu, de telles pompes à vide sont très coûteuses et difficiles à remplacer. De manière correspondante, il existe un besoin de disposer d'un dispositif ou de moyens permettant d'isoler la pompe à vide vis-à-vis de l'atmosphère, durant la phase de nettoyage de la chambre de processus et de la soupape pendulaire. Selon la présente description, un ensemble de soupape pendulaire, pour relier une chambre de processus et une pompe à vide d'un système de fabrication de semiconducteurs, est fourni. L'ensemble de soupape comprend une soupape d'isolement pour fermer de façon étanche une ouverture allant à la pompe durant le nettoyage du système, et un couvercle annulaire pour protéger un siège de soupape de l'ouverture vers la pompe durant l'utilisation du système. En particulier, l'ensemble de soupape comprend un boîtier ayant un espace intérieur et une paire d'ouvertures par lesquelles du fluide peut entrer et sortir de l'espace intérieur. La soupape de processus est déplaçable dans l'espace intérieur entre une position ouverte permettant à du fluide de passer par une première des ouvertures depuis la chambre de processus et une position fermée, qui ferme de façon étanche la première ouverture. La soupape d'isolement est déplaçable dans l'espace intérieur entre une position ouverte permettant à du fluide de passer par une deuxième des ouvertures dans la pompe à vide et une position fermée qui ferme de façon étanche la deuxième ouverture. Le couvercle annulaire est déplaçable dans l'espace intérieur, entre une première position, dans laquelle le couvercle protège le siège de soupape de la deuxième ouverture, et une deuxième position, dans laquelle le couvercle est espacé du siège de soupape, de manière que la soupape d'isolement puisse venir en prise avec le siège de soupape et fermer la deuxième ouverture. De préférence, la circonférence extérieure du couvercle annulaire est plus grande que la circonférence extérieure de la soupape d'isolement, et la circonférence intérieure du couvercle annulaire est plus petite que la circonférence intérieure de l'ouverture allant à la pompe. Brève Description des Dessins La fig. 1 est une vue en plan d'un ensemble de soupape selon la présente description, dans laquelle deux soupapes pendulaires sont présentées en positions ouvertes et un couvercle de siège de soupape de l'ensemble est représenté, déployé; la fig. 2 est une vue en coupe de l'ensemble de soupape pendulaire suivant la ligne 2-2 de la fig. 1; la fig. 3 est une vue en plan de l'ensemble de soupape pendulaire de la fig. 1, dans laquelle l'une des soupapes pendulaires est représentée en position fermée; la fig. 4 est une vue en coupe de l'ensemble de soupape pendulaire suivant la ligne 4-4 de la fig. 3; la fig. 5 est une vue en plan de l'ensemble de soupape pendulaire de la fig. 1, dans laquelle l'autre soupape pendulaire est représentée en position fermée; et la fig. 6 est une vue en coupe de l'ensemble de soupape pendulaire suivant la ligne 6-6 de la fig. 5. En se référant aux fig. 1 à 6, un ensemble de soupape pendulaire 10 construit selon la présente invention est représenté. L'ensemble de soupape 10 est prévu pour relier une chambre de processus et une pompe à vide d'un système de fourniture de gaz à haute pureté, tels que ceux utilisés dans la fabrication des semi-conducteurs ou bien dans d'autres processus de revêtement par un film mince, effectués à de très basses pressions (vides poussés). L'ensemble de soupape 10 comprend un premier corps de soupape qui peut être utilisé en tant que soupape d'isolement de chambre de processus 12, pour fermer une première ouverture 14 d'un boîtier 16 de la soupape, qui peut être reliée à une chambre de processus. La soupape d'isolement de chambre de processus 12 met en prise un siège de soupape 24 de la première ouverture 14 et ferme de façon étanche la première ouverture vers la pression de commande, à l'intérieur de la chambre de processus. L'ensemble de soupape 10 comprend également un deuxième corps de soupape qui peut être utilisé en tant que soupape d'isolement de pompe 18 pour fermer de façon étanche une deuxième ouverture 20 appartenant au boîtier 17, qui peut être relié à une pompe à vide. La soupape d'isolement de pompe 18 vient en prise avec un siège de soupape 22 de la deuxième ouverture 20 et ferme de façon étanche la deuxième ouverture pour empêcher que des résidus du processus se trouvant dans la pompe ne réagissent avec l'air ambiant durant le nettoyage de la chambre de processus et de l'ensemble de soupape 10. L'ensemble de soupape 10 comprend en outre un couvercle annulaire 26 pour protéger le siège de soupape 22 de la deuxième ouverture 20 des résidus, durant le fonctionnement de la chambre de processus, lorsque la soupape d'isolement de pompe 18 n'est pas en utilisation et est écartée de la deuxième ouverture 20. Le couvercle annulaire 26 est déplaçable à l'intérieur du boîtier 16 entre une première position et une deuxième position. Dans la première position, représentée sur la fig. 2, le couvercle 26 vient en prise et protège le siège de soupape 22 de la deuxième ouverture 20. Dans la deuxième position, représentée sur la fig. 6, le couvercle 26 est espacé du siège de soupape 22, de sorte que la soupape d'isolement de pompe 18 peut être déplacée entre le couvercle 26 et la deuxième ouverture 20 et venir en prise avec le siège de soupape 22 et fermer de façon étanche la deuxième ouverture 20. De préférence, la circonférence extérieure 28 du couvercle annulaire 26 est plus grande que la circonférence extérieure 30 de la soupape d'isolement de pompe 18, et la circonférence intérieure 32 du couvercle annulaire 36 est plus petite que la circonférence intérieure 34 de la deuxième ouverture 20. De cette manière, le couvercle annulaire 26 va protéger au moins la totalité du siège de soupape 22 des résidus de processus, entre les phases de nettoyage de l'ensemble de soupape 10. En se référant aux fig. 2 et 6, dans le mode de réalisation particulier représenté, le couvercle annulaire 26 est relié à un arbre 36 par un bras 38 s'étendant radialement depuis l'arbre. L'arbre 36 est monté à l'intérieur du boîtier 16 de l'ensemble 10, de manière à être déplacable axialement le long de son axe longitudinal 40. Un piston pneumatique 42 est relié à l'arbre 36 et logé de façon coulissante dans un cylindre 44 du boîtier 16. Un orifice 46 est prévu dans le cylindre afin de recevoir du gaz pressurisé afin de forcer le piston 42 et l'arbre 36 en direction axiale et de déplacer le couvercle annulaire 26 à la première position de mise en contact avec et de protection du siège de soupape 22, tel que représenté sur la fig. 2. En plus, un ressort 48 est prévu dans le cylindre 44 pour actionner le piston 42 et l'arbre 36 dans une direction axiale opposée et déplacer le couvercle 26 à la deuxième position espacée axialement de la deuxième ouverture 20, tel que représenté sur la fig. 6. Le piston 42 est logé à coulissement sur une tige 50 s'étendant parallèlement à l'arbre 36 pour permettre un déplacement axial du piston 42 et de l'arbre 36, afin d'empêcher toute rotation du piston 42 et de l'arbre 36. En se référant de nouveau aux fig. 1 à 6, les soupapes 12, 18 de l'ensemble 10 sont chacune réalisées sous forme de disques et pivotent entre leurs positions ouvertes et fermées. La soupape d'isolement de chambre de processus 12 est déplacable dans le boîtier 16 entre une position ouverte permettant à du fluide de passer par la première ouverture 14 et une position fermée fermant de façon étanche la première ouverture 14, et la soupape d'isolement de pompe à vide 18 est déplaçable à l'intérieur du boîtier, entre une position ouverte, permettant à du fluide de passer par la deuxième ouverture 20, et une position fermée isolant de façon étanche la deuxième ouverture. La soupape d'isolement de chambre de processus 12 est représentée en position fermée sur les fig. 3 et 4, tandis que la soupape d'isolement de pompe 18 est représentée en position fermée sur les fig. 5 et 6. Les soupapes 12, 18 comprennent de préférence des joints d'étanchéité étanches à l'air, tels que des joints toriques 52, placés entre les soupapes et les sièges de soupape 22, 24. Etant donné que les soupapes 12, 18 pivotent, elles sont qualifiées de soupapes pendulaires. Un exemple d'un type préféré de soupape pendulaire est celui du type décrit dans le brevet US 6 089 537, intitulé "Pendulum soupape assembly", la description de ce brevet étant incorporée ici en totalité à titre de référence. Cette soupape pendulaire utilise un agencement à came rotative nouveau, mais toutefois encore simple, qui permet de commander de façon précise le déplacement en rotation et axial de la soupape entre une position ouverte et une position fermée. La soupape d'isolement de pompe 18 utilise également de préférence un agencement à came rotative nouveau mais encore simple pour commander le déplacement en rotation et axial de la soupape entre les positions ouvertes et fermées. En se référant aux fig. 2 et 6, la soupape 18 est reliée à un arbre longitudinal 54 par un bras 56 qui s'étend radialement depuis l'arbre 54. L'arbre 54 est monté à l'intérieur du boîtier 16 de l'ensemble 10, de manière à pouvoir tourner autour de son axe longitudinal 58 et être déplaçable axialement le long de son axe longitudinal 58. Des galets à came 60 sont fixés sur l'arbre 54, en s'étendant dans la direction radiale depuis celui-ci, et sont logés dans des fentes 62 ménagées dans le boîtier 16, qui agissent comme des surfaces de came. Les galets à came 60 et les surfaces de came 62 font tourner la soupape 18 dans un plan parallèle à la deuxième ouverture 20, entre une première position angulaire égale à la position complètement ouverte de la soupape et une deuxième position angulaire à laquelle la soupape est sensiblement alignée avec la deuxième ouverture 20. Lorsque l'arbre 54 continue à tourner autour de son axe longitudinal 58, les galets à came 60 suivent les surfaces de came 52, de manière que l'arbre 54, le bras 56 et la soupape 18 se déplacent ensuite également parallèlement à l'axe d'arbre 58 en direction de la deuxième ouverture 20. Durant le déplacement en rotation et axial de la soupape 18, la soupape se déplace entre le couvercle annulaire 26 et la deuxième ouverture 20 et, ensuite, vient en contact avec le siège de soupape 22. Les galets de came 60 de la soupape d'isolement de pompe 18 fournissent un agencement nouveau mais encore simple, permettant de commander le déplacement en rotation et axial de la soupape. Un piston pneumatique 64 est relié à l'arbre 54 de la soupape d'isolement de pompe 18 et est logé de façon coulissante dans un cylindre 66 du boîtier 16. Un ressort 68 est également monté à pivotement dans le cylindre 66, pour actionner le piston 64 et l'arbre 54 et déplacer la soupape d'isolement de pompe 18 vers la position fermée en contact avec le siège de soupape 22, et fermer de façon étanche la deuxième ouverture 20, tel qu'on le voit sur la fig. 6. Un orifice 70 est ménagé dans le cylindre 66 pour recevoir du gaz pressurisé pour forcer le piston 64 et l'arbre 54 en une direction opposée, et déplacer la soupape d'isolement de pompe 18 vers la position ouverte. De manière correspondante, lorsque l'alimentation de pression au système est coupée, la soupape 18 se ferme automatiquement. Tel que représenté sur les fig. 2 et 6, l'arbre 54 de la soupape d'isolement de pompe 18 est de nature tubulaire et est logé coaxialement sur l'arbre 40 du couvercle annulaire 26, de sorte que les arbres se déplacent indépendamment l'un de l'autre. De préférence, les orifices de réception de gaz 46, 70, à la fois de la soupape 18 et du couvercle 16, sont reliés à une source unique de gaz pressurisé (non représenté), de sorte que la source unique de gaz pressurisé puisse être utilisée pour synchroniser le fonctionnement de la soupape 18 et du couvercle 26. En d'autres termes, lorsqu'une pression est appliquée à l'ensemble 10, le couvercle annulaire 26 se déplace axialement pour s'écarter de la deuxième ouverture 20 et la soupape 18 se déplace en rotation et axialement entre le couvercle annulaire 26 et la deuxième ouverture 20 et vient en contact avec le siège de soupape 22, ainsi qu'on le voit le mieux sur la fig. 6. En se référant à présent à la fig. 4, la soupape d'isolement de chambre de processus 12 est reliée à un arbre 72 par un bras 74, et l'arbre 72 est monté dans le boîtier 16 de façon à pouvoir tourner autour de son axe longitudinal 76 et être déplaçable axialement le long de son axe longitudinal 76. L'arbre 72 est, de préférence, fixé rigidement à une extrémité à des galets pour came 78 s'étendant radialement depuis celui-ci, venant en contact avec des fentes 80, définissant des surfaces de came, dans le boîtier 16. Les galets de came 78 et les surfaces de came 80 font tourner la soupape d'isolement de chambre de processus 12 dans un plan parallèle à la première ouverture 14, la rotation se faisant depuis une première position angulaire, égale à la position ouverte, à une deuxième position angulaire, à laquelle l'opercule de soupape 12 est sensiblement alignée avec la première ouverture 14. Lorsque l'arbre 72 continue à tourner, les galets 78 suivent les fentes 80, de sorte que l'arbre longitudinal 72, le bras 74 et l'opercule de soupape 12 se déplacent également parallèlement à l'axe d'arbre 76, en direction de la première ouverture 14, jusqu'à ce que l'opercule de la soupape vienne en contact avec le siège de soupape 24. Pour commander la position de la soupape d'isolement de chambre de processus 12, le mode de réalisation de l'ensemble 10 représenté comprend un moteur 82 relié fonctionnellement à une extrémité de l'arbre longitudinal 72 de l'opercule de soupape 12. Le moteur est de préférence un moteur pas à pas 82 à fonctionnement inversible. Un ressort 84 est prévu pour actionner l'arbre 72 en direction axiale pour obtenir un écartement vis-à-vis de la première ouverture 14, afin d'assurer que l'opercule de soupape 12 se dégage du siège de soupape 24 lorsque le moteur 82 fonctionne en sens inverse. Il est à noter que divers changements peuvent être apportés au mode de réalisation particulier de l'ensemble de soupape pendulaire dual décrit ci-dessus, sans quitter l'esprit et le champ de la présente description. Par exemple, bien que les galets pour came soient prévus sur les arbres des soupapes, l'agencement peut être inversé, les galets de came étant fixés au boîtier et les surfaces de came étant prévues sur les arbres. En plus, des variantes de moyens d'entraînement, appropriées, peuvent être utilisées, au lieu du moteur pas à pas inversible et des actionneurs pneumatiques. Du fait que certains changements peuvent être apportés dans le mode de réalisation ci-dessus sans quitter l'esprit et le champ de l'ensemble de soupape pendulaire dual décrit ici, il est entendu que tout sujet contenu dans la description ci-dessus ou présenté dans les dessins annexés sera interprété de façon illustrative et non pas au sens limitatif.
Claims (16)
1. Ensemble de soupape comprenant:
a) un boîtier (16) incluant un espace intérieur et une paire d'ouvertures (14, 20) par lesquelles du fluide peut entrer et sortir de l'espace intérieur;
b) un premier corps de soupape (12), déplaçable dans l'espace intérieur entre une position ouverte, permettant à du fluide de passer par la première ouverture (14), et une position fermée dans laquelle le premier corps de soupape (12) ferme de façon étanche la première ouverture (14);
c) un deuxième corps de soupape (18), déplaçable dans l'espace intérieur entre une position ouverte, permettant à du fluide de passer par la deuxième ouverture (20), et une position fermée dans laquelle le deuxième corps de soupape (18) ferme de façon étanche la deuxième ouverture (20);
et
d) un couvercle annulaire (26) déplaçable dans l'espace intérieur, entre une première position dans laquelle le couvercle protège un siège de soupape (22) de la deuxième ouverture (20) et une deuxième position dans laquelle le couvercle (26) est espacé du siège de soupape de manière que le deuxième corps de soupape (18) puisse venir en prise avec le siège de soupape (22) et fermer de façon étanche la deuxième ouverture.
2. Ensemble de soupape selon la revendication 1, dans lequel le couvercle annulaire (26) est déplaçable en une direction parallèle par rapport à un axe de la deuxième ouverture.
3. Ensemble de soupape selon la revendication 2, comprenant en outre un arbre (36) couplé au couvercle annulaire, l'arbre étant déplacable en une direction parallèle par rapport à l'axe de la deuxième ouverture.
4.
Ensemble de soupape selon la revendication 3, comprenant en outre un actionneur (42), pour mouvoir l'arbre du couvercle annulaire.
5. Ensemble de soupape selon la revendication 4, dans lequel l'actionneur est constitué d'un actionneur pneumatique.
6. Ensemble de soupape selon la revendication 5, dans lequel le couvercle annulaire est au repos dans sa deuxième position, 1'actionneur pneumatique le déplaçant dans sa première position.
7. Ensemble de soupape selon la revendication 6, dans lequel l'arbre de couvercle annulaire est non rotatif.
8.
Ensemble de soupape selon la revendication 7, dans lequel la circonférence extérieure (28) du couvercle annulaire est plus grande que la circonférence extérieure (30) du deuxième corps de soupape et la circonférence intérieure (32) du couvercle annulaire est plus petite que la circonférence intérieure (34) de la deuxième ouverture.
9. Ensemble de soupape selon la revendication 8, dans lequel le deuxième corps de soupape est déplaçable à pivotement entre une première position angulaire, à laquelle le deuxième corps de soupape se trouve à la position ouverte, et une deuxième position angulaire, à laquelle le deuxième corps de soupape est sensiblement aligné avec la deuxième ouverture mais en étant espacé, et est ensuite déplaçable en une direction parallèle par rapport à l'axe de la deuxième ouverture, à la position fermée.
10.
Ensemble de soupape selon la revendication 9, comprenant en outre un arbre (54) couplé au deuxième corps de soupape, l'arbre du deuxième corps de soupape étant susceptible de tourner autour de son axe et étant déplaçable en une direction parallèle à l'axe de la deuxième ouverture.
11. Ensemble de soupape selon la revendication 10, comprenant en outre un mécanisme à came (60), couplé entre l'arbre du deuxième corps de soupape et le boîtier et agencé de manière à commander le déplacement de l'arbre du deuxième corps de soupape en direction parallèle par rapport à l'axe de la deuxième ouverture.
12.
Ensemble de soupape selon la revendication 11, dans lequel le mécanisme à came comprend:
une surface de came définie par le boîtier, et un suiveur de came, fixé sur l'arbre du deuxième corps de soupape et venant en prise avec la surface de came du boîtier, de manière à définir le déplacement de l'arbre du deuxième corps de soupape par rapport au boîtier.
13. Ensemble de soupape selon la revendication 12, dans lequel l'arbre du deuxième corps de soupape est agencé coaxialement par rapport à l'arbre du couvercle annulaire.
14. Ensemble de soupape selon la revendication 13, dans lequel le deuxième corps de soupape est au repos dans sa position fermée, l'actionneur pneumatique le déplaçant dans sa position d'ouverture.
15. Ensemble de soupape selon la revendication 14, dans lequel chacun des premier et deuxième corps de soupape comprend des disques.
16.
Ensemble de soupape selon la revendication 15, dans lequel chacun des premier et deuxième disques sont munis d'éléments toriques, devant venir en contact d'étanchéité avec l'intérieur du boîtier, autour des ouvertures.
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