專利名稱：故障保險氣動致動閥的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及流體傳送領域，特別是涉及用于高速切換反應和惰性流體與性能的裝置和方法。
背景技術：
在半導體與類似器件的制造中，基板在控制環(huán)境條件下被處理，其在密閉空間或腔室中被完成，其中流體被傳送和排出。關閉閥為通常被用于規(guī)定流體、例如在流體傳送歧管中的氣體與液體的流動路線。特別地，膜片基高純度和超高純度閥通常被用于控制在高純度歧管中的惰性和反應氣體的流動，該高純度歧管被保持于低污染水準的嚴格標準下。
典型地，一圓頂形預成型金屬膜片被實施，以在整個閥座上產(chǎn)生一全金屬閥室。閥座典型地采用一聚合密封件，且通常位于閥室的中心且橫跨該膜片。膜片在周邊處被夾住，且通常被保持為無應力的圓頂形狀。當膜片未受到應力時，一流體路徑通過閥座與至少另一流體路徑連接，該至少另一流體路徑連通地進入閥室。因此，關閉閥被“開啟”。為將閥關閉，膜片通過一機械柱塞被朝向閥座偏移(撓曲)，以包圍流經(jīng)閥座的流體路徑。一無漏密封以適當選取的閥座材料完成，且在整個膜片上匹配由柱塞所施加的密封壓力。當應力自膜片上移除時，膜片彎回至圓頂形狀，以清除閥中的流體路徑。高純度膜片閥的技術包含選取不同閥座和被證明對流體的高純度切換有用的膜片設計。例如，美國專利5,131,627清楚地指出數(shù)種有用的方法，以在高純度標準下實現(xiàn)可靠的閥。
在流體控制技術中，存在建構故障保險閥的需求，其中該閥在未被供給能量時常閉。特別地，故障保險(fail-safe)閥在被建在傳送危險或其他反應化學物質(zhì)與氣體的歧管中是必需的。因此，常閉膜片閥與稱為閥桿的彈簧加載柱塞相匹配。例如，美國專利5,131,627的公開文件中提出了在閥蓋中容納閥桿與供給能量彈簧。當彈簧加載的閥桿拉離膜片時，故障保險膜片閥被致動，以開啟流體路徑。當這些故障保險閥未被致動時，它們回復至其“常閉”位置。
故障保險常閉(FSNC)閥的自動致動以機械指令致動器實現(xiàn)。機械指令致動器包含氣動式、電機式、壓電式和電熱式桿致動。氣動式致動由于其絕佳的可靠度、安全與低成本已成為用于機械指令閥致動的最廣泛接受的方法。例如，一特定有用的設計的活塞型氣動致動器在美國專利5,131,627中被提供。同樣，許多其他實施例在現(xiàn)有技術中經(jīng)常地被建議，其中一個或多個活塞通過滑動密封件被布置在匹配缸體中，并在壓縮流體、典型地為氣體被連通進缸體時被致動。加壓的流體在滑動活塞上施加力，以在缸體中推進活塞的移動。典型地，閥桿剛性地與活塞附接。流體被引入，以推進活塞與附接的閥桿，從而移離該膜片。通常，金屬膜片被預成型至無變形狀態(tài)，其中在所安裝的膜片與閥座之間存在一個對應于一開放閥的間隙。當閥桿從膜片移除時，膜片由于其自身的彈性彎回至無應力形式。當流體自氣動致動器釋放時，閥桿通過供給能量彈簧的力被回復至常閉位置。剛性附接的活塞也被回復至失能位置。
FSNC膜片閥與氣動致動器的許多不同組合在現(xiàn)有技術中已知。在現(xiàn)有技術中，良好最佳化閥設計被適應性調(diào)整，以當閥被關閉時提供最小泄漏率，并且當閥以40-100psig的典型范圍內(nèi)的標準加壓空氣被致動時提供準確反應。一已知的取舍存在于通過強力加載彈簧促動的適當密封閥和快速關閉閥的需求與快速閥開啟反應的需求之間。強力加載彈簧也眾所周知地促進閥和閥座的快速磨損以及使得從膜片在閥座上的沖擊產(chǎn)生顆粒。
通常使用的膜片是輕質(zhì)的(～0.2gm)，且能夠以相對小的力沖擊以及以亞毫秒(sub-millisecond)反應偏移。與之相對照，氣動致動器代表大質(zhì)量(～10gram)和附加的摩擦(介于活塞與缸體之間)，其對高速致動而言為一負擔。雖然這些質(zhì)量與摩擦損害可以通過強力供給能量的彈簧(以幫助快速閥關閉動作)與高壓致動(以克服強力供給能量的彈簧并提供快速活塞加速)的組合克服，然而介于膜片循環(huán)壽命與速度之間的取舍通常已將氣動致動FSNC閥限制在25-80msec(毫秒)的范圍、典型地為40-50msec的范圍內(nèi)。在這些性能限制中，氣動致動FSNC閥已被證明對大多數(shù)具有循環(huán)壽命在100萬至1000萬周期范圍的應用是有用和適當?shù)?，其被證明是節(jié)省成本和適當?shù)摹?br> 或者，膜片致動以電機式(電驅動、典型地為螺線管驅動)致動器實施。在此情況下，一閥桿以一預加載彈簧被放入常閉位置。閥桿可通過電磁能被拉離閥座。例如，美國專利6,394,415公開了具有3-5msec開關閥反應時間的閥裝置。雖然該技術代表對傳統(tǒng)FSNC氣動閥的速度改進，它目前被限制于顯著小的傳導率(Cv＝0.1)和低溫操作。
膜片致動也可以壓電式致動器實施。這些致動器相對快速，其具有接近2msec范圍的反應時間。雖然這些致動器顯示了高純度應用的可能，它們在超高純度情況下與FSNC需求并不相容。另外，傳導率相對地被限制于Cv＜0.1的范圍。
采用高純度與超高純度膜片閥與金屬膜片的現(xiàn)有技術均作為閥座密封構件與周邊密封件構件使用。該設計有利地將現(xiàn)有技術所描述的污染與流體俘獲的來源最小化。然而，膜片有時遭受災難性的故障，例如破裂和裂縫，并且隨后危險的和/或與環(huán)境不相容的流體進入周圍環(huán)境的潛在危險的泄漏。特別地，反應或毒性氣體偶而因故障膜片閥而被釋放入周圍環(huán)境。該損害產(chǎn)生顯著的安全和環(huán)境問題以及隨后的昂貴措施，以最小化該危險，例如降低循環(huán)壽命、通氣和緊密監(jiān)控的機箱以及多重遏制。
超高純度膜片閥技術已成為高度發(fā)展的膜片閥技術的近期追隨者，該膜片閥技術已超過一世紀被已知和完備記載，并具有廣泛的應用，以下僅列舉一些，例如農(nóng)業(yè)、分析儀器、配管、汽車、航空、水力與流體水準控制。使用加壓流體的膜片致動已被實施于多種這些應用，這些應用未指令FSNC閥。在此情況下，膜片室被形成于流動側與控制側(膜片的另一側)。該膜片通過供應加壓流體進入膜片控制室被彎進密封位置。閥反應時間直接對應并忠實地跟隨流體加壓(閥組被關閉)和卸壓(閥被釋放回常閉狀態(tài))的定時。許多有用的器件和歧管利用流體控制膜片閥被實施，例如壓力調(diào)節(jié)器和自補償關閉閥。流體控制膜片閥被應用于多種未指令FSNC設計的應用。例如，快速氣體導入色譜分離分析儀器。例如，美國專利4,353,243公開了一用于直接流體致動膜片閥的實施例，其被構造成并適于在氣體色譜分離應用中進行樣品導入。該專利和其他專利中的實施例已成功地實施聚合體或彈性體基膜片，以適當?shù)赝ㄟ^僅包含一平整表面和一一孔口的簡單閥座設計實施閥密封。美國專利4,353,243也建議可能利用一金屬膜片，其中可通過覆蓋膜片的內(nèi)部區(qū)域的聚合物涂層獲得適當?shù)拿芊狻?br> 在現(xiàn)有技術的實踐中，傳統(tǒng)的超高純度膜片與閥座設計大多適于在膜片的中央進行機械式致動。與之對照，通過施加一平均分布力的流體致動具有跨過基本大于一般閥座的區(qū)域擴展膜片的反轉部分的傾向。因此，傳統(tǒng)的流體控制膜片閥被設計用于介于膜片與平座之間的大面積接觸。然而，該設計與高純度閥不相容，其中大面積接觸是不利的。另外，以金屬膜片進行面積基無泄漏密封是不現(xiàn)實的。
膜片閥先天地受限于傳導性。閥傳導率因膜片偏移的限定范圍被限制。介于膜片循環(huán)壽命(直至出現(xiàn)故障為止的周期數(shù))與膜片撓曲的增大(以增大傳導率)之間具有一公認的取舍。因此，標準尺寸高純度膜片閥的傳導率被限制為從0.05至0.5的Cv范圍，其中Cv代表在1psi的標準壓力梯度下經(jīng)過一閥的流動，例如，從0.1至0.5的Cv范圍代表大約從2至16mm2的面積范圍的閥路徑開口。在現(xiàn)有技術中已知，膜片循環(huán)壽命不利地受膜片撓曲的增大范圍的影響，其使得較高傳導率閥通常較不可靠。
改進的膜片被發(fā)明，以在將循環(huán)壽命取舍最小化的同時增大傳導率。例如，美國專利5,201,492公開了一高純度閥的實施例，其中膜片包括數(shù)個環(huán)狀表面，其從一平面向上呈臺階狀，其中在該平面中，膜片周邊被緊固至閥體上。因此，較大和更一致的傳導被實現(xiàn)。在氣體壓力感測器的技術中，皺折和波紋狀的可撓曲金屬膜片被使用，以改進壓力感測裝置的性能和可靠性，例如，美國專利4,809,589中公開了這樣的實施例。
膜片閥典型地限于在與閥座材料相容的溫度范圍內(nèi)操作。例如，典型的超高純度膜片閥成功地以Kel-F(PCTFE)座材料實施。在維持彈性和無泄漏密封的同時，Kel-F已在高達65℃的溫度范圍中實施，并具有極佳的可靠性。在聚酰亞胺聚合物座材料、例如Vespel的幫助下，可以獲得較高的工作溫度，典型地高達125℃。更硬Vespel座上的適當泄漏完整性需要加強預加載彈簧。為了將開啟速度與關閉速度匹配，高溫閥典型地在60-100psig范圍內(nèi)的較高氣壓下被致動。因此，較高溫度閥可以比低溫閥更快速地致動。然而，產(chǎn)生于膜片上的較高桿沖擊以在可靠性和潔凈度上的不利影響不利地縮短膜片的循環(huán)壽命。另外，膜片在更硬座材料、例如Vespel上的砰擊將不可避免地加速膜片和座的磨損以及顆粒形成。Vespel比其他較低溫度座材料、例如Kel-F脆得多。盡管Vespel基較高溫度閥被提供于商業(yè)市場中已有數(shù)年，對大多數(shù)應用而言，它們?nèi)匀皇遣怀墒旌筒贿m當?shù)摹?br> 高純度和超高純度(UHP)閥被成功地安裝，以用于許多不同處理設備、例如化學氣相沉積(CVD)、物理氣相沉積(PVD)和蝕刻的可靠和低成本機能。在這些應用中，閥在處理過程中典型地循環(huán)一次。因此，被測試和特定用于這些閥的一百萬次至一千萬次的可靠和無污染循環(huán)壽命使得許多基板的處理具有超過5年的閥實際壽命。
近年來，半導體處理技術與類似技術已創(chuàng)造出用于多重閥歧管的商業(yè)市場。在多重閥歧管中，數(shù)個閥被連接成一功能性控制裝置，其中具有精確性的數(shù)個閥的同時和/或配合致動是必要的。例如，規(guī)定一流體自一公共端口進入兩個“非公共”端口中的任一個的路線的共同機能需要兩個分離閥的同步致動。在多重閥歧管技術中，在閥反應時間期間內(nèi)，閥狀態(tài)不確定性是不希望的。在三個閥的較大歧管中，假如閥被不同步地操作，則可能產(chǎn)生更多氣體逆流。反應氣體混合歧管的特別應用不能容許逆流以及需要復雜的和機能損害的閥延遲致動，以避免源氣體和歧管污染。因此，傳統(tǒng)的FSNC閥與它們的相關40-50msec反應時間對列舉一些的半導體、顯示器和藥品制造產(chǎn)業(yè)中的這些許多前沿應用是不適宜的。
近年來，進一步認識到，閥的速度和同步可通過整合一導閥和一FSNC閥被改進，其中與氣動軟管相關的延遲和不一致性被避免。例如，美國專利5,850,853描述了一傳統(tǒng)FSNC氣動閥和一標準電磁閥的組件，其中空氣壓力被饋入電磁閥，且閥通過控制至導閥的電流被致動。不幸地，整合的氣動式導閥在速度和循環(huán)壽命上并不代表實質(zhì)改進的現(xiàn)有技術。
近年來，作為CVD的一種變型的原子層沉積(ALD)已經(jīng)出現(xiàn)，其作為用于重要的薄膜應用的未來有用的工場沉積方法。ALD為通過將傳統(tǒng)的化學氣相沉積(CVD)過程分成反復順序的自終止過程步驟而實施的循環(huán)過程。一ALD循環(huán)包含數(shù)個(至少兩個)化學劑量步驟，其中反應性化學物質(zhì)被分開送入處理室。每一劑量步驟典型地跟隨一惰性氣體凈化步驟，以在導入下一前體之前從處理空間中除去反應化學物質(zhì)。
實際厚度的ALD薄膜的每一層典型地需要數(shù)十至數(shù)千次閥循環(huán)。與之對照，大多數(shù)其他過程如CVD、PVD、蝕刻等僅需要以每一層一次閥循環(huán)被實施。因此，非常高的標準用于閥循環(huán)壽命對于低成本的ALD性能來說是必要的。另外，低成本的ALD使典型的閥循環(huán)次數(shù)在10-100msec等級上，且可接受的閥反應時間必須限制為5msec或更少。而且，具有限揮發(fā)性的低揮發(fā)性ALD前體的有效切換施加較目前可用的高純度閥規(guī)格較高的規(guī)格，以用于閥傳導和溫度評比。
例如，具有200次循環(huán)的ALD磨損該閥比CVD過程至少快200倍，因此對于具有循環(huán)壽命1百萬次的閥而言，實際的閥壽命從5年降低為只有10天。本發(fā)明的發(fā)明人和其他人還發(fā)現(xiàn)，在高生產(chǎn)量ALD的情形下，其中閥在10-150msec內(nèi)循環(huán)，現(xiàn)貨供應的閥典型地以約10倍地較快于它們載明的循環(huán)壽命磨損。該不希望的現(xiàn)象被實證發(fā)現(xiàn)為通常的傾向，而獨立于閥制造商或閥型式。因此，甚至頂級性能的商業(yè)化閥在高生產(chǎn)力ALD生產(chǎn)環(huán)境下被預期僅持續(xù)5-30天。
獨立地，標準UHP閥的25-80msec反應對10-40msec等級閥的開啟和關閉帶來未受控制的定時不確定。未受控制的時間不匹配范圍是可比的，并較長于在ALD凈化中典型的流動停留時間，其對高生產(chǎn)量ALD而言優(yōu)選地設定于5msec以下。在化學劑量步驟被分成10-100msec范圍的情況下，在ALD化學劑量步驟與ALD凈化過程之間的可能的10-40重疊被破壞。更糟的，在致動中，閥傳導不佳地限定和通常不一致。因為ALD歧管特別設計用于快速反應，它們對從非同步閥致動的逆流非常敏感。因此，需要維持閥致動時間為實質(zhì)地短于閥循環(huán)時間(開啟、保持開啟和關閉閥的時間)且通常盡可能短。
理想地，ALD應當以在本領域中被標稱為“脈動閥”的噴射式閥實施。然而，現(xiàn)有技術的噴射閥與高純度標準不相容。同樣，現(xiàn)有技術的高純度閥技術不適于噴射閥應用。
總之，對多重閥歧管的性能改進的需求產(chǎn)生了對具有實質(zhì)性較快反應和時間精度的FSNC閥的需求。在維持和優(yōu)選地改善閥循環(huán)壽命的同時，這些閥必須達到更多地改善速度大小等級。特別地，需要實質(zhì)性改進的閥反應和循環(huán)壽命，以維持ALD轉換成大量生產(chǎn)。也需要增大傳導率和全金屬高純度閥的溫度額定值，并維持其可靠性、清潔度和長循環(huán)壽命。最后，也存在著對具有在此描述的速度和可靠性規(guī)格的高純度FSNC噴射閥的需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供一種方法，以用于以小于數(shù)毫秒、優(yōu)選地以亞毫秒的反應進行氣體流切換，并維持在半導體加工和類似技術中的慣例的故障保險和純度標準。改進高純度和超高純度閥的循環(huán)壽命也在本發(fā)明的范圍內(nèi)。改進高純度和超高純度閥以及閥歧管的安全性和環(huán)境保護也是本發(fā)明的目的。在另外的范疇中，本發(fā)明提供創(chuàng)新性閥和密封設計，其增大閥傳導率和提升溫度性能，包含波紋膜片(rippled diaphragm)、波紋管/風箱(bellows)、高級彈性體和金屬密封件的使用。
在一些實施例中，本發(fā)明公開一種適于膜片安裝的方法，其有效地提供標準膜片與具有流體致動的標準超高純度閥的相容性。在故障保險致動器的進一步改進中，使得能夠外部控制閥傳導。本發(fā)明的一個主要目的還在于降低膜片和閥座磨損并實質(zhì)性地改善閥循環(huán)壽命。實施例以在閥密封件形狀、材料和特性(包括彈性體與涂覆彈性體的使用和用于金屬密封件有利實施例)方面的各種有用的改進被呈現(xiàn)。
用于閥整合且該整合用于經(jīng)由容器壁的化學物質(zhì)的脈動傳送的實施例被呈現(xiàn)，其中該容器包含蓮蓬頭氣體分配裝置。這些實施例高度適用于ALD應用，其中具有介于閥座與蓮蓬頭之間可忽略的死空間的多重整合閥是高度需要的。
參考圖1a，在本發(fā)明的一方面，一種流體控制閥包括閥座110、通過該閥座的流動路徑、膜片108、常閉(通常關閉)氣動致動器118、閥控制室114、氣動供給管線116和導閥(pilot valve)144，其中膜片被布置/散布(dispersed)于閥座和閥控制室之間，且常閉氣動致動器被構造成通過偏移膜片而通常關閉流動路徑，以密封整個閥座。氣動供給管線與常閉氣動致動器優(yōu)選地串聯(lián)流體連通。氣動供給管線與導閥優(yōu)選地串聯(lián)流體連通，且導閥與閥控制室優(yōu)選地串聯(lián)流體連通。優(yōu)選地，導閥為一三通常開閥，且控制室當導閥未被致動時經(jīng)由該導閥與氣動供給管線優(yōu)選地連通。優(yōu)選地，當導閥被致動時，控制室通過該導閥與氣動供給管線斷開(或分離)，且控制室經(jīng)由該導閥與一排放或排空管線連通。優(yōu)選地，導閥為一電磁閥(螺線管閥)。優(yōu)選地，導閥的排放口被排空，以抑制噪音、提升速度和改進安全與環(huán)境保護。優(yōu)選地，膜片為一圓頂形金屬膜片。在本發(fā)明的一建議方面中，膜片優(yōu)選地以預設(或預置)變形被安裝，該預設變形從閥座向外指向，且在變形情況下被固定。優(yōu)選地，該變形通過可再現(xiàn)地從該閥座側加壓該膜片而可再現(xiàn)地應用，其中在將膜片置放于閥座內(nèi)的一密封凸緣和一對應閥帽的之間后，將膜片輕輕地固緊于密封凸緣和對應閥帽之間，以維持足夠的流體流動限制，從而在可再現(xiàn)的加壓條件下，能夠可再現(xiàn)地加壓膜片，且將膜片緊緊地固定于該密封凸緣和對應閥帽之間。優(yōu)選地，可再現(xiàn)地加壓意味著壓力以10％以上的全范圍可重復性被施加。而且，可再現(xiàn)地加壓包括以45-150psig的壓力施加超高純度氮氣。氣動致動器的另一方面優(yōu)選地包括一穿過該閥控制室的室壁的桿和一優(yōu)選地設置于該桿與該閥控制室的室壁之間的滑動密封件。閥控制室的容積優(yōu)選地被維持為最小，且優(yōu)選地小于2立方厘米。而且，一波紋膜片被優(yōu)選地實施，以優(yōu)選地提高閥的傳導率/傳導(conductance)。另外，流體控制閥優(yōu)選地被供給加壓流體，以致動常閉氣動致動器，從將氣動致動器驅離膜片。同時，當導閥優(yōu)選地未被致動時，加壓流體優(yōu)選地被通入閥控制室，以通過加壓流體優(yōu)選地偏移膜片，從而密封閥座，并且當導閥被致動時，加壓流體優(yōu)選地自閥控制室斷開，且控制室優(yōu)選地被排放或排空，且膜片被可撓曲地彈離(跳離)該閥座，以使流體流過該流體控制室。在一優(yōu)選變型中，加壓流體優(yōu)選地從電磁閥庫被供應至流體供給管線。因此，導閥的傳導率與閥控制室的容積被優(yōu)選地調(diào)整，以使得允許流過流體控制閥的反應時間大體近似于導閥的反應時間，且優(yōu)選地短于2毫秒，更佳地短于1毫秒，最佳地短于0.5毫秒。當導閥未被致動且因此不能使流體經(jīng)過流體控制閥時，加壓流體優(yōu)選地被連接至閥控制室。同樣，良好調(diào)整的導閥傳導率與最小化容積閥控制室產(chǎn)生一閥關閉，其大體近似于導閥的反應時間，且優(yōu)選地短于2毫秒，更佳地短于1毫秒，最佳地短于0.5毫秒。當閥被減壓時，有意地或作為故障的結構，常閉氣動致動器優(yōu)選地回復至常閉位置，且使流體不能經(jīng)過流體控制閥。氣動致動器優(yōu)選地被驅離膜片，以產(chǎn)生一限制間隙，其優(yōu)選地小于膜片的完全伸展尺寸(full extension)。當氣動致動器被致動時，該限制間隙通過外部調(diào)整氣動致動器的行程而可外部調(diào)整，且流體控制閥的傳導率通過優(yōu)選地限制膜片的偏移的限制間隙而被確定。在另一優(yōu)選改進中，閥座優(yōu)選地包含一由彈性體制成的閥密封件。優(yōu)選地，彈性體涂覆有聚合物薄層。更佳地，密封優(yōu)選地鍍覆有金屬薄層。而且，密封件優(yōu)選地置于一對應閥座中，且該閥座以及該密封件鍍覆有金屬薄膜。優(yōu)選地，流體控制閥被使用，以控制氣體脈動傳送進入ALD處理裝置。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，一種流體控制閥包括閥座、通過該閥座的流動路徑、金屬波紋管、常閉氣動致動器、閥控制室、氣動供給管線和導閥，其中金屬波紋管布置于閥座與閥控制室之間，以優(yōu)選地通過將波紋管的第一端安裝于閥座與閥控制室之間且以一大體平坦盤片封閉波紋管的第二端在閥座與閥控制室之間進行密封。常閉氣動致動器優(yōu)選地被構造為通過偏移波紋管的第二端上的盤片通常關閉流動路徑，以密封閥座。另外，該氣動供給管線優(yōu)選地與常閉氣動致動器流體連通地串聯(lián)連接，且與導閥流體連通地串聯(lián)連接，同時導閥優(yōu)選地與閥控制室流體連通地串聯(lián)連接。優(yōu)選地，導閥為三通常開閥，且當導閥未被致動時，控制室優(yōu)選地經(jīng)由導閥與氣動供給管線連通。當導閥被致動時，控制室優(yōu)選地與氣動供給管線斷開，且控制室優(yōu)選地經(jīng)由導閥與一排放或排空管線連通。優(yōu)選地，導閥為電磁閥。優(yōu)選地，波紋管為電成形(electroformed)的金屬波紋管或液壓成形的金屬波紋管。優(yōu)選地，一焊接金屬波紋管與一彈簧一起實施，以維持焊接金屬波紋管處于一預設壓縮位置。氣動致動器優(yōu)選地包含一穿過閥控制室的室壁的桿和一布置于桿與閥控制室的室壁之間的滑動密封件。優(yōu)選地，閥控制室的容積小于2立方厘米。當流體供給管線被優(yōu)選地供應以加壓流體時，加壓流體致動該常閉氣動致動器，以驅離波紋管，同時當導閥未被致動時通入閥控制室，且優(yōu)選地通過該加壓流體偏移，以密封該盤片于閥座上。當閥被致動時，加壓流體優(yōu)選地與閥控制室斷開且控制室被排放，而且波紋管可撓曲或柔順地從閥座上跳開(或迅速脫離閥座)，以可使流體通過流體控制室。優(yōu)選地，當閥未被致動時，加壓流體被連接至閥控制室，且流體不能經(jīng)過流體控制室。通過優(yōu)選充分高地維持導閥的導通且優(yōu)選地最小化閥控制室的容積以使其反應時間大體近似于導閥的反應時間，閥的反應時間優(yōu)選地被最小化。優(yōu)選地，該反應時間小于4毫秒，更佳地，該反應時間小于2毫秒，最佳地，該反應時間小于1毫秒。優(yōu)選地，如果流體供給管線有意地或由于故障被減壓，常閉氣動致動器優(yōu)選地回復至常閉位置，且常閉氣動致動器在常閉位置使該流體不能經(jīng)過流體控制閥。當氣動致動器驅離波紋管以產(chǎn)生一小于完全壓縮的波紋管的限制間隙時，外部調(diào)整的傳導率被優(yōu)選地需要和優(yōu)選地實施。優(yōu)選地，該限制間隙在氣動致動器被致動時通過外部調(diào)整氣動致動器的行程而可外部調(diào)整，且流體控制閥的傳導率通過小于完全壓縮的波紋管的限制間隙被確定。在一優(yōu)選變型中，閥座包含一閥密封件，其中該密封件由彈性體制成。在一更佳變型中，彈性體被一聚合物薄層涂覆，且在一最佳變型中，密封件被一金屬薄層鍍覆。優(yōu)選地，密封件被置于一對應閥座中，且包含該密封件在內(nèi)的閥座被一金屬薄膜鍍覆。閥優(yōu)選地被使用，以控制氣體脈動傳送進入ALD處理裝置。
本發(fā)明的一附加方面教導一種流體控制閥，其包括一閥體，其中一入口和一出口被形成，且一閥室底部部分形成于閥體中，其中一第一端口大體上在閥室底部部分的中心處流體連通地與閥底部部分串聯(lián)連接，第二端口大體上偏離閥室底部部分的中心流體連通地與閥底部部分串聯(lián)連接，一閥密封件圍繞著第一端口位于閥室底部中，且一閥室頂部部分由一大體撓性構件制成，其中大體撓性構件的中心通常大體上與閥室底部分離。而且，閥室頂部優(yōu)選地將閥室與閥控制室分開，閥控制室包括一流體連接端口和一可轉移桿。該可轉移桿優(yōu)選地經(jīng)由一流體供給管線通過加壓流體裝置被致動，且進入閥控制室的流體連接端口優(yōu)選地經(jīng)由一導閥流體連通地與供給管線串聯(lián)連接。流體控制閥中的流體路徑通常將流體從流體供給管線連通至閥控制室的流體連接端口，當導閥被致動時，優(yōu)選地，導閥中的流體路徑斷開從流體供給管線至閥控制室的流體連接端口的流體，且排放或排空閥控制室。閥桿優(yōu)選地通常由一彈簧壓縮，以推動和偏移閥室和控制室之間的撓性構件，從而順應(或適應)且大體密封整個閥密封件。流體優(yōu)選地經(jīng)由流體供給管線施加，以致動閥桿，以移離閥室和控制室之間的撓性構件，且同時當導閥未被致動時，流體優(yōu)選地經(jīng)由導閥被施加進入閥控制室，以偏移位于閥室與閥控制室之間的撓性構件，從而順應且大體密封整個閥密封件。當導閥被致動時，流體優(yōu)選地被排放或排空閥控制室，且結果是，當導閥被致動時，撓性構件回復至一自由站立(獨立)位置，并且流體控制閥被打開。優(yōu)選地，導閥為電磁閥/優(yōu)選地，撓性構件為圓頂形膜片。圓頂形膜片優(yōu)選地在周邊處被加強，其中該加強優(yōu)選地包括在從膜片的凹入側施加的加壓偏移下安裝膜片。在另一優(yōu)選變型中，撓性構件包括金屬波紋管。金屬波紋管優(yōu)選地組裝有回復彈簧912，其將波紋管維持于大體壓縮形式，其中波紋管與回復彈簧912被緊固在一起作為一波紋管彈簧組件，且當波紋管彈簧組件處于自由站立形式時，流體控制閥是開啟的。
在本發(fā)明的另一方面中，公開了一種閥座組件，其包括一周邊密封件和一對應于該周邊密封件的周邊凹槽，該周邊密封件在頂部具有大體圓形橫截面，并具有大體位于底部的周邊凸緣，其中該周邊密封件與該周邊凹槽大體匹配。優(yōu)選地，周邊密封件包括一中心彈性體本體和一薄聚合物涂層。優(yōu)選地，覆蓋中心彈性體本體的薄聚合物涂層進而被金屬薄膜鍍覆，從而一致地覆蓋周邊密封件的表面。
在另一方面中，教導一種用于制備和安裝閥座的方法，其包括形成一周邊彈性體密封件。周邊密封件優(yōu)選地在頂部具有大體圓形橫截面，且在底部具有周邊安裝凸緣，其中該方法優(yōu)選地包括在閥座中形成一周邊凹槽，且該周邊凹槽對應于周邊密封件的安裝凸緣，且進而將周邊密封件結合至周邊凹槽中。
在一附加方面中，公開了一種用于制備和安裝閥座的方法，其包括形成一周邊彈性體密封件，該周邊密封件在頂部具有大體圓形橫截面，并在底部具有周邊安裝凸緣，且進而利用一聚合物薄層涂覆該周邊密封件，在閥座中形成一周邊凹槽且將該周邊密封件結合至該周邊凹槽中，其中該周邊凹槽對應于該周邊密封件的安裝凸緣。
在一附加范圍中，提出了一種用于制備和安裝閥座的方法，其包括形成一周邊彈性體密封件，優(yōu)選為徑向彈性體密封件，其中該周邊密封件在頂部具有大體圓形橫截面，并在底部具有周邊安裝凸緣。而且，該方法優(yōu)選地包括利用聚合物薄層涂覆該周邊密封件、活化該聚合物薄層的表面以用于無電鍍/化學鍍(electroless plating)、利用無電鍍或無電鍍與電鍍的結合以一金屬薄層涂覆周邊密封件、在閥座中形成一周邊凹槽，其中該周邊凹槽對應于該周邊密封件的安裝凸緣(凸出部)，將該周邊密封件放入周邊凹槽中，并以一金屬薄層鍍覆該閥座，其中金屬薄層適應周邊密封件和閥座的表面。優(yōu)選地，該金屬薄膜為鎳或鎳合金。
在另一附加方面中，教導了一種流體控制閥，其包括閥座、通過該閥座的流動路徑、金屬膜片、常閉氣動致動器、閥控制室、氣動供給管線和導閥被，其中該膜片被布置于閥座和閥控制室之間，常閉氣動致動器被構造為通常關閉膜片，且氣動供給管線流體連通地與常閉氣動致動器和導閥串聯(lián)連接。導閥優(yōu)選流體連通地與閥控制室串聯(lián)連接?？刂崎y優(yōu)選地形成在一氣體分配空間的壁上。閥座優(yōu)選地限定出一流體控制閥的流出口，且該流體控制閥的流出口與氣體分配空間的壁優(yōu)選大體共面。
在一附加范圍中，本發(fā)明公開一種流體控制閥，其包括閥座、經(jīng)過閥座的流動路徑、金屬膜片、常閉氣動致動器、閥控制室、氣動供給管線和導閥，其中金屬波紋管被布置于閥座與閥控制室之間。金屬波紋管優(yōu)選地密封于閥座和閥控制室之間，包括安裝波紋管的第一端于閥座與閥控制室之間且以一大體平坦盤片封閉波紋管的第二端。常閉氣動致動器優(yōu)選地被構造為通過偏移波紋管的第二端上的盤片通常關閉流動路徑，以密封閥座。氣動供給管線優(yōu)選地與常閉氣動致動器和導閥流體連通地串聯(lián)連接，且導閥優(yōu)選地與閥控制室流體連通地串聯(lián)連接?？刂崎y優(yōu)選地形成于氣體分配空間的壁上。閥座優(yōu)選地限定出一流體控制閥的流出口，且流體控制閥的流出口優(yōu)選地與該氣體分配空間的壁大體共面。
本發(fā)明提供了用于故障保險常閉(FSNC)氣動致動閥的裝置和方法，其具有小于2msec的反應時間，且優(yōu)選地具有高達Cv＝5的傳導率，并優(yōu)選地具有超過300℃的高操作溫度。優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明的FSNC氣動閥在循環(huán)時間小于100毫秒的情況下耐得住超過一千萬次循環(huán)。且更佳地，根據(jù)本發(fā)明的FSNC氣動閥耐得起超過五千萬次循環(huán)，其中循環(huán)時間小于100毫秒。
在本發(fā)明的另一范圍中，提出一種用于制備和安裝閥座的方法，其包括電成形一周邊密封件。周邊密封件優(yōu)選地在頂部具有大體圓形橫截面，并在底部具有周邊開口。此外，該方法優(yōu)選地包含在閥座中形成一周邊凹槽，其中周邊凹槽具有對應于位于周邊密封件的底部的周邊開口的周邊隅角(corner)，將周邊密封件放入周邊凹槽，將周邊密封件銅焊(釬焊)到周邊凹槽中，且以一金屬薄層鍍覆閥座，其中該金屬薄層適應周邊密封件和閥座的表面。優(yōu)選地，一銅焊爐中的周圍氣體的壓力被控制，且預設壓力的氣體截流于周邊密封件中，以確定密封的彈性。
在本發(fā)明的另一方面中，一種用于制備和安裝閥座的方法包括電成形一周邊密封件，其在頂部具有大體圓形橫截面，并具有位于底部的周邊開口和被適當成形以用于電子束焊接的周邊凸緣，在閥座中形成一周邊凹槽，其中周邊凹槽具有對應于位于周邊密封件的底部的周邊開口的周邊隅角，且周邊隅角優(yōu)選地被適當成形，以用于電子束焊接，將周邊密封件放入周邊凹槽中，優(yōu)選地利用電子束焊接或其它類似方法將該周邊密封件焊接到該周邊凹槽中，且利用一金屬薄層鍍覆閥座，其中金屬薄層適應周邊密封件和閥座的表面。
在本發(fā)明的另一范圍中，一種流體控制閥被公開，其包括閥口、可在關閉閥位置和開啟閥位置之間移動的機械閥致動器、用于將機械閥致動器從關閉閥位置驅動到開啟閥位置的閥致動器驅動器和當機械閥致動器處于開啟閥位置時氣動地開啟與關閉閥口的氣動閥驅動器。優(yōu)選地，閥還包括一位于閥口和機械閥驅動器之間的閥膜片。閥致動器驅動器優(yōu)選地包括一氣動致動器。機械閥致動器優(yōu)選地包括一彈簧。
本發(fā)明的一附加方面中，一種流體控制閥包括閥口、可在關閉閥位置和開啟閥位置之間移動的機械閥致動器、用于將機械閥致動器從關閉閥位置驅動到開啟閥位置的閥致動器驅動器、以及用于當機械閥致動器處于工作閥位置時氣動地開啟和關閉閥口的氣動閥驅動器。
在一方面中，教導了一種操作流體控制閥的方法，其包括機械地保持閥關閉于其不能被氣動操作的不工作(inactive)狀態(tài)，且還包括將閥轉換至其可被氣動地開啟和關閉的工作(active)狀態(tài)，且氣動地開啟和關閉閥。優(yōu)選地，該改變包括氣動地致動一機械閥致動器。機械地保持優(yōu)選包括利用一彈簧保持該閥。
在一附加變型中，教導了一種操作流體控制閥的方法，其包括利用一機械致動器保持閥膜片關閉、釋放機械致動器且氣動地開啟和關閉閥膜片。優(yōu)選地，釋放被氣動地執(zhí)行。與該釋放同時，氣動壓力優(yōu)選地被替代以機械式壓力，以保持該閥關閉。
在本發(fā)明的另一有利方面中，一種流體控制閥被公開，其包括閥座、經(jīng)過閥座的流動路徑、撓性構件62、氣動致動器64、撓性構件室54、撓性構件室排放口56和排放管線70，其中撓性構件被布置于閥座和撓性構件室之間。氣動致動器被優(yōu)選地構造成通過偏移撓性構件關閉流動路徑，以密封閥座。撓性構件室被優(yōu)選地加壓密封，且當撓性構件發(fā)生故障時，流動路徑優(yōu)選地依然與外界環(huán)境壓力密封。優(yōu)選地，撓性構件包括金屬膜片或金屬波紋管。優(yōu)選地，撓性構件室在撓性構件發(fā)生故障后優(yōu)選地進而被排空。
本發(fā)明包括多重改進，其單獨或組合地提供故障保險常閉閥技術的實質(zhì)改進。本發(fā)明中的實施例對現(xiàn)有技術中的許多已知缺點提供了解決方案。各種改進的實際利用取決于特別的應用。以下描述的優(yōu)選實施例作為呈現(xiàn)和闡明本發(fā)明的所有各種方面的裝置、方法和改進。本領域的技術人員可利用于下給予的細節(jié)選擇最適合給定應用的恰當和低成本的組合。


附圖被并入和形成說明書的一部分，其示出本發(fā)明的優(yōu)選實施例且與該說明書一起解釋本發(fā)明的原理。
圖1示出根據(jù)本發(fā)明的一高速FSNC膜片閥的示例性側面剖視圖。一氣動歧管以流動示意的形式被示出，以增進清晰性。在圖1a中閥被示出于“工作”模式和“關閉”狀態(tài)。在圖1b中閥被示出于“工作”模式和“開啟”狀態(tài)。在圖1c中閥被示出，以說明導閥歧管。在圖1d中示出了閥的時間反應。在圖1e中示出一安全提升閥的一般實施。
圖2示出根據(jù)本發(fā)明的一高速FSNC膜片閥的示例性側面剖視圖，其中導閥被一體化整合。被稱為“不工作”、“工作-關閉”和“工作-開啟”的閥的三種狀態(tài)被分別示出圖2a，2b和2c中。
圖3示例性地示出處于“開啟”和“關閉”狀態(tài)以及“關閉”和“開啟”之間的過渡狀態(tài)的極高純凈閥中的膜片空間。
圖4示出根據(jù)本發(fā)明利用波紋膜片的高傳導率閥的示例性側面剖視圖。該閥被示出于“工作停止”(頂部)和“工作開啟”(底部)狀態(tài)。
圖5示出根據(jù)本發(fā)明的傳統(tǒng)膜片閥(頂部)和利用波紋膜片(底部)的高傳導率閥的示例性側面剖視圖。該閥被示出于“工作開啟”狀態(tài)。
圖6示出根據(jù)本發(fā)明基于成形波紋管的FSNC高傳導率閥的示例性剖面圖。
圖7示出根據(jù)本發(fā)明基于成形波紋管的FSNC高傳導率閥的示例性側面剖視圖。該閥被示出于“工作停止”(頂部)和“工作開啟”(底部)狀態(tài)。
圖8示出根據(jù)本發(fā)明基于成形波紋管的FSNC高傳導率脈動閥的示例性側面剖視圖。該閥被示出于“工作停止”狀態(tài)。
圖9示出根據(jù)本發(fā)明基于成形波紋管的FSNC高傳導率脈動閥的示例性側面剖視圖，該閥被示出于“工作開啟”狀態(tài)(頂部)和“工作停止”狀態(tài)(底部)。
圖10示出根據(jù)本發(fā)明實施于高純度閥中的圓形密封件的側面剖視圖。一圓形彈性體基O形環(huán)密封件被穩(wěn)固地通過一凸緣安裝(圖10a)。涂覆有聚合物薄膜的一彈性體被示意性地顯示出圖10b中。
圖11示出根據(jù)本發(fā)明的金屬涂覆彈性體密封件，顯示了用于一體化金屬密封件的工藝流程。
圖12示出根據(jù)本發(fā)明用于制造和一體化金屬密封件的過程。
圖13示出根據(jù)本發(fā)明用于制造和一體化金屬密封件的過程。
圖14示出根據(jù)本發(fā)明的一體化金屬密封件的多個例子。
圖15示出根據(jù)本發(fā)明的高傳導率FSNC波紋管脈動閥的示意性側面剖視圖。
圖16示出根據(jù)本發(fā)明的高傳導率FSNC波紋管脈動閥的示意性側面剖視圖，其被示出于“工作開啟”狀態(tài)(頂部)和“工作停止”狀態(tài)(底部)。
圖17示出根據(jù)本發(fā)明適于非常高的溫度應用的的高傳導率FSNC波紋管脈動閥的示意性側面剖視圖，其被示出于“工作停止”狀態(tài)。
圖18示出根據(jù)本發(fā)明包括四個脈動閥和一蓮蓬頭的ALD歧管的側面剖視圖。
圖19示出一流體致動膜片的側面剖視圖，顯示了標準傳統(tǒng)和共同安裝的圓頂形膜片(圖19a)、適合最佳流體致動的預加載膜片(圖19b)、適合最佳流體控制的改進閥座(圖19c)、以及更適于最佳流體控制的示范性波紋膜片(圖19d)。
圖20示出一流體致動膜片閥的側面剖視圖，顯示了以小轉矩安裝膜片的過程(圖20a)，接著在從閥座側施加的壓力下膜片偏移和固緊(圖20b)，以施壓于膜片的周邊。
具體實施例方式
A.具有快速反應和延長的循環(huán)壽命的故障保險氣動閥根據(jù)本發(fā)明的實施例利用具有標準膜片的標準和改進超高純度閥座設計，以獲得適合大多數(shù)挑戰(zhàn)性應用的快速FSNC閥。另外的實施例使用波紋膜片和適合的波紋管設置，以獲得具有提升特性例如傳導性、工作溫度和減小的死空間的快速FSNC閥。
本發(fā)明主要為具有膜片或波紋管的FSNC閥致動器與對應閥座的整合，其使得適于和最佳化桿和流體致動。如現(xiàn)有技術所實施，傳統(tǒng)的膜片和閥座設計最適合于機械致動，其位于膜片中心。相反，通過施加均勻分布的力的流體致動具有跨過很大面積散布該膜片的反轉部分的傾向。因此，如簡介部分描述，傳統(tǒng)的流體控制膜片閥被設計用以供該膜片和平坦座之間的大面積接觸。根據(jù)本發(fā)明的一有用實施例的實施要求膜片和座設計為使得桿和流體致動均最佳化。通過如下參考圖19所描述的方法之一或其結合可以得到該最佳化。
根據(jù)本發(fā)明的一超高純度故障保險正常關閉(FSNC)閥被例示于圖1a中。閥100包括一金屬閥體102，其中至少一個注入通道104與一流出通道106被形成。如在現(xiàn)有技術中經(jīng)常實施，注入通道104經(jīng)由中心110’被連接進入膜片室107，同時如在現(xiàn)有技術中所實施，流出通道106與中心偏離地被連接至膜片室107。膜片108由適合的金屬合金如埃爾吉洛伊耐蝕游絲合金(Elgiloy)，哈司特鎳合金(Hastelloy)，ST40鈦，NW4400，Inconel 625，Nimonic 115和類似物所制成，并被安裝在周邊109處，以通過由閥帽112與螺帽111所施加的壓力密封整個膜片室107。當閥被置于“關閉”位置時，膜片108設定成密封閥座110。如該技術中所實施或根據(jù)本發(fā)明所公開且將被詳細描述于下的另外實施例，閥座110被整合入閥體102，以圍繞通道104的入口。
在流體控制閥技術中，“閥座”一詞被用于限定其中閥座被形成的通常位置。以此方面，閥座110通常代表其中密封被實施的端口110’、密封件110”和對應的密封件安裝槽110。
在膜片108上方，流體控制室114被形成于膜片108、閥帽112和動態(tài)密封件122之間?？刂剖?14配備有流體控制端口116。閥桿118經(jīng)由閥帽112中的開口119被安裝。桿118的平移通過襯墊120的壓力被用于致動膜片108。桿118和襯墊120被定位成通過彈簧力128通常加壓在膜片108上。當膜片被桿118和襯墊120保持以關閉從入口104進入膜片室107的通道時，閥處于“不工作”狀態(tài)。氣動致動器124包括活塞126和滑動密封件127。
如該技術中所實施，加壓的壓力或惰性氣體從源140經(jīng)由三通導閥142被供應。閥100通常處于故障保險模式。為將閥從故障保險模式致動至“工作”模式，系統(tǒng)通過指令導閥142被加壓，以經(jīng)由供給管線146加壓閥系統(tǒng)。當氣體致動器124經(jīng)由端口130被適當加壓時，活塞126從閥拉桿118被移開，且襯墊120從膜片108離開，以指令故障保險機構進入“工作”位置。同時，壓力經(jīng)由常開導閥144、整合管線154和端口116被供應進入控制室114。因此，膜片108通過壓力被偏移進入“工作停止”位置，閥系統(tǒng)100被維持于“工作”狀態(tài)，只要氣體壓力經(jīng)由管線146被適當?shù)毓┙o。在經(jīng)由管線146的氣體供給被中斷的情況下，或者有意地通過指令導閥142從“壓力”到“排放”，或者由于氣動系統(tǒng)的故障，閥通過彈簧128的FSNC作用返回“不工作”狀態(tài)。
當閥100處于“工作”狀態(tài)時，導閥144被用于控制位于控制室114中的壓力從“高”到“低”，且對應地，閥100作用分別從“工作停止”到“工作開啟”?！肮ぷ鏖_啟”狀態(tài)通過設定導閥144從其“通常開啟”狀態(tài)進入“排放”狀態(tài)被指令。在“排放”狀態(tài)，導閥144關閉空氣供給管線152和排放控制室114進入排放管線156的通道。圖1b示出了處于“工作開啟”狀態(tài)的閥100。氣動歧管160優(yōu)選地被整合到閥100的獨立組件中。例如，組件160’被示出于圖1c中。
圖1b示出機構170，其對于外部調(diào)整的傳導是有用的。桿118的移位或平移通過定位螺釘172被可調(diào)整地確定。結果是，按鈕襯墊120可被定位，以限制膜片108的后偏移。氣動致動器124的泄漏完整性通過動態(tài)密封件174被維持。閥100的傳導通過膜片108和密封件110”之間的間隙被控制。當該閥處于“工作”模式時，該間隙通過按鈕120的位置被控制。
圖1c中，閥200被示出帶有剛性組裝的一體化空氣歧管160’?？諝饨?jīng)由氣動管線146’被供應。導閥144’的排放口156’優(yōu)選地被分別排放或排空。經(jīng)由管線146’供應的空氣在148’處分支進入致動器管150’和導向供給管線152’。電磁閥144’通過彈簧282被保持為“常開”。通氣出口290通過操縱物280的密封件288被密封。空氣因此自入口286進入供給管線154’，以饋入入口116’并使閥到達“工作停止”狀態(tài)(示出于圖1c中)。當電磁閥144’因勵磁線圈292被指令“排放”時，操縱物280抵抗彈簧282移動，以通過密封件284封閉入口286，且阻斷至加壓空氣供給管286的路徑。同時，排放口290被清除，且空氣被排放或排空控制室114，以設定閥200至“工作開啟”狀態(tài)。
示出于圖1a，1b和1c中的實施例例示了超高純度FSNC閥系統(tǒng)的一優(yōu)選實施例。本領域的技術人員可應用此設計于各種有用的變型，其被最佳化至多種規(guī)格，以用于尺寸、作業(yè)溫度、閥循環(huán)時間和工作循環(huán)(占空度)。實施例必須確保性能不因不合適的空氣供應和/或不合適的歧管160設計而被損壞。特別地，空氣從“工作開啟”至“工作停止”自歧管160’被引至致動閥100應當不會造成致動器124中的空氣壓力的具有意義的下降。而且，導閥144(144’)的傳導應在一特定時間內(nèi)足夠加壓和排放控制室，以促使快速的閥循環(huán)。類似地，經(jīng)由閥144用于加壓和減壓(卸壓)的有效容積應被保持最小，以支持快速閥循環(huán)。容積包含控制室114、入口116和供給管線154。最后，供給管線154與入口116應當被設計為將進入控制室114的傳導最大化。如果這些準則未被遵守，閥功能可能被損壞或不一致。
優(yōu)選地，廢氣156’(圖1c)被排空進入一真空泵，以加速控制室114的減壓，并有利地加快閥開啟速度。排空廢氣端口156’的速度優(yōu)勢被示出于圖1d，其中一根據(jù)本發(fā)明的快速氣動閥(FPV)的反應被示出，以用于具有2cc的膜控制室114和管線116’的結合容積以及100P cc/sec的導閥144’的傳導率的FPV構造(P，致動流體壓力，以psi表示，該傳導率可被表示為～0.002P liter/sec，其中P以Torr表示)。導閥144’的1.25msec反應時間被反褶積，以提供“純”FPV反應。因此，膜控制室內(nèi)的壓力PDCC對時間作圖。以60psi壓力，特定的FPV在小于50微秒的時間內(nèi)關閉(工作開啟[AO]至工作停止[AS])。然而，不用排空端口156’的開啟時間(AS至AO)延長至～1msec，超過20倍較長于關閉時間。相反，當廢氣端口156’被排空時，AS至AO的時間被減小至～50微秒，其與AS至AO的反應時間相當。另外，廢氣156’排空顯著地抑制大的聽覺噪音，該噪音產(chǎn)生于從控制室114將氣體高速排放進入外界。當FPVs以～1msec的速度致動時，該噪音變得非常顯著。例如自一小于2msec反應的具有～2cc 114容積的FPV產(chǎn)生的聽覺噪音在ALD系統(tǒng)附近超過100dB。在高生產(chǎn)率ALD設備中，每個ALD室典型地具有5-10個閥，以4-10Hz致動(凈化閥每個ALD周期循環(huán)2次)，該聽覺噪音為一顯著的危險和不便。排放口排空被實施，以降低在高生產(chǎn)率ALD歧管中多重FPVs的噪音至＜50dB的非常低水準，同時對于開啟和關閉將閥反應時間均維持在＜1.25msec，且提高如下面進一步描述的化學物質(zhì)運送的安全性。
排空FPV 200的排放口156’大體地改進閥和具備當膜破裂時可能泄漏入外界的抑制的閥歧管的安全性。如說明書的介紹部分所描述，高純度和超高純度閥呈現(xiàn)當膜破裂并且接著危險和與環(huán)境不相容的化學物質(zhì)進入外界的實質(zhì)安全和環(huán)境危險。相對地，根據(jù)本發(fā)明，F(xiàn)PVs優(yōu)選地經(jīng)由適當?shù)牟讳P鋼導管排空進入一適合的真空泵。優(yōu)選地，F(xiàn)PVs被惰性清潔氣體、如氮氣致動。一破裂膜產(chǎn)生致動氣體即氮氣的流動經(jīng)由破裂膜進入處理室和歧管。該壓力增加優(yōu)選地被聯(lián)鎖，以關閉該過程，關閉化學源閥和關閉致動氣體供應至FPV(即，通過未致動圖1a的閥142)，同時通過致動導閥144’排空FPVs。因此，避免了未受控制的化學物質(zhì)釋放到外界。接續(xù)于聯(lián)鎖行動的故障的FPV通過個別致動FPV(其通過導閥144’致動)而被辨識。當導閥144’致動與室壓增加相關時，故障的FPV被辨識。
該安全特征被進而實施，以用于提升氣動閥所致動的桿的安全性，其中有利的室114被實施，以用于提升安全的唯一目的。在此優(yōu)選實施例中，膜室144經(jīng)由端口116’且優(yōu)選地經(jīng)由在端口116’和真空泵之間的流體連通地串聯(lián)的常閉雙通閥被排空。再次地，膜破裂通過以上所描述的聯(lián)鎖被處理，且避免了向外界的危險泄漏。該實施例在圖1e中被進一步示出，其中膜片62安裝在閥室54中，且桿58使用密封件55被動態(tài)地密封。如該技術中通常實行，致動器64通過壓縮氣體被致動，以致動桿58離開膜片62。因此，膜片62能夠偏移和開啟流路徑(未顯示)。當致動器64被去壓時，閥通過彈簧59作動被回復至常閉位置。膜片室54經(jīng)由端口56、雙通閥60、導管70、可選的減緩模塊80和管線71與真空泵74連接。在災難性膜故障事件中，氣體至致動器64的供應被中斷且閥關閉。閥中的化學物質(zhì)滲入膜片室54的容積內(nèi)，其中膜室優(yōu)選地先于故障事件被排空。優(yōu)選地，膜片室54的容積被排空且避免了危險化學物質(zhì)泄漏入外界。在一些優(yōu)選實施例中，減緩模塊80實施用以實質(zhì)地減緩自泵來自氣體上游的危險化學物質(zhì)。例如，模塊80包括具有維持于超過800℃的溫度的減緩表面。如該技術中通常所實施，泵74進而經(jīng)由空氣壓力導管76進入減緩模塊72被耗竭。減緩模塊72能夠自流出氣體除去危險物質(zhì)且凈化的氣體接著利用導管78被排放到外界。許多不同裝置處理技術如ALD、CVD離子植入和外延生長反應器采用非常危險的化學物質(zhì)如三甲鋁(trimethylaluminum)、胂(arsine)、磷化氫(phosphine)、聯(lián)氨(hydrazine)、鎢、氟、氫化鍺(germane)、硅烷(silane)等，其中所含的膜片閥(圖1e的CDV)適于實質(zhì)地提升個人和環(huán)境安全。
遵循以上揭示的原則，根據(jù)本發(fā)明的一附加實施例，整合導閥于介于致動器(圖1c的124)和閥控制室(圖1c的114)之間的連續(xù)性流體連通。該實施例被示出于圖2a，2b，2c中。在圖2a中，閥300被例示于“不工作”狀態(tài)。因此，端口130’被排放，且常閉機構包括桿118’，彈簧128’和襯墊120’施加壓力于膜片108上，且介于端口104和106之間的流動路徑被關閉。閥300包含頂部流體饋入端口130’，一由間隙320和路徑326組成的流體導管直接流入或流出致動器室328。動態(tài)密封件322使桿118’能夠動作，同時維持流體路徑130’、320和326的一體性。如圖2a所示，流體經(jīng)由可在致動器室328的壁中被減少為一孔的導管152”被連通到常開導閥144”。為簡化描述，導閥144”的一些部件未被編號。然而，本領域的技術人員可引出圖1c中的導閥144’和圖2a中的導閥144”之間的相似性，以全面了解不同部件的特性。在常開位置中，導閥144”的柱塞280’使152”和116”之間的連續(xù)性流體連通能夠傳送流體進入閥控制室114’，同時避免連續(xù)性連通(和通氣)進入排放/排空端口156”。
如例示于圖2b，當流體如壓縮空氣332被導入端口130’時，流體經(jīng)由326被注入致動器室328，以施加壓力于柱塞126’。結果，柱塞126’、桿118’和襯墊120’被推離膜片108。同時，流體332經(jīng)由端口152”、閥144”和端口116”被通入控制室114’，以施加壓力于膜片108上，且維持閥關閉。因此，閥處于“工作停止”狀態(tài)。故障可能不想要地從端口130’移除加壓流體或減小流體332壓力低于適當水平。在此情況下，包括彈簧128’、桿118’和襯墊120’的常閉機構可將閥回復至安全、常閉“不工作”狀態(tài)。
如例示于圖2c，由于供應適當加壓的流體332進入端口130’，當閥300處于“工作”狀態(tài)時，閥可自“工作停止”(圖2b)被致動至“工作開啟”(圖2c)。為開啟閥300，導閥144”被致動。例如，電磁閥144”經(jīng)由連接件330被電氣致動，以抵抗彈簧282’拉動柱塞280’經(jīng)由排放口156”來密封流體入口286’和通氣控制室114’。入口端口286’使用密封構件284’被密封，同時密封構件288’自排放/排空端口156”被移除。結果，膜片通過膜片本身的彈力可撓曲開啟，以連接端口104和端口106。
典型地，具有1-1.5立方厘米(cm3)容積的控制室114很容易地被構建用于具有～2.5cm(～1英寸)的標準膜直徑的閥。從端口116和供給管線154的額外容積典型地增加膜控制空間的實際容積至1.5-2.0立方厘米。標準三通導閥被整合到具有典型地限于C～0.002P升/秒(liter/sec)的傳導率的閥組件200中，其中P為空氣入口壓力，以托(Torr)為單位(或～100P立方厘米/秒，其中P以psi表示)。如上詳述，參考圖1d，一FPV的內(nèi)部反應時間在大多數(shù)情形下追隨導閥的反應時間，其典型地大體長于設計良好的FPV的特性氣體動態(tài)反應，且標準膜片的反應小于50微秒。因此，F(xiàn)PVs可以商業(yè)上可獲得的高速導閥在～1msec的特定時間內(nèi)被循環(huán)。實際上，大多數(shù)導閥被限于內(nèi)部反應時間長于1msec，使得閥循環(huán)時間為導閥性能的復制。例如，閥200被實施于ALD歧管，并且可得自于Parker Hannifin General Valve division的一系列9閥被利用，以作為具有1-2msec的典型反應時間的導閥。因此，氣動ALD閥的反應為～1.25msec，指示處于～1msec的時間等級，閥200的反應確實地由導閥所決定。
典型地2米長、內(nèi)部直徑為4.5mm的供給管線146被應用于供應空氣至閥200。為避免顯著的壓力調(diào)變和聯(lián)帶的損壞閥性能，當FSNC閥在“工作停止”和“工作開啟”之間被致動時，管線146的傳導率必須大體上大于導閥144的傳導率。實際上，在一優(yōu)選實施例中，0.25”O(jiān)D氣動管線(具有4.5mm ID)的傳導率為Cc～0.037P(Torr)或18.5倍地大于導閥144的傳導率，意味著在T形管148(圖1a)處的氣動壓力大體上適當?shù)乇痪S持。
閥200的循環(huán)壽命通過膜片108和座110的磨損確定。圓頂形膜片108在周邊109處安裝。因此，膜片108起始地通過反轉膜片中心而偏移。圖3示出在膜片108處的一特寫。膜片在無應力狀態(tài)108’下為圓頂形(或穹頂形)。當膜片通過桿118和墊120或通過一加壓控制室114被向下加壓(108”)時，它發(fā)展成中心處的逆反部302和環(huán)狀波紋304。當膜片被進一步加壓(108)時，逆反區(qū)域和波紋向外擴展，同時膜片的逆反中心撓曲更深。最后，膜片與閥座110接觸。閥座防止膜片移動得更深。此時，膜片置于均衡平衡狀態(tài)108””，其中波紋304略微延伸，以施加額外的負載力于閥座110上。在“工作停止”和“工作開啟”之間的流體致動允許膜片順著它的自然傾向撓曲，如圖3所示。因此，膜片的循環(huán)壽命被延長。
由于它們的微小質(zhì)量，膜片可自一松弛、常開位置以相對小的施加力在小于1msec的時間內(nèi)被撓曲至變形的關閉位置。例如，重量僅為～0.1gm的標準膜片的中央部分可通過僅～2Kgm的作用力在0.1msec內(nèi)在開啟和關閉位置之間被移動典型的1mm。此力可輕易地以～1大氣壓(Atm)被施加。更典型地，流體壓力的導入由導閥的速度所決定將決定膜片致動速度。例如，如上參考圖1d所述，具有2msec反應的可商購導閥可利用膜片致動而使用，其接續(xù)于僅有可忽略的落后的流體導入。
有利地，一典型膜片不需大于0.5-1Atm的壓力以達到閥座。額外的1-4Atm是需要的，以確保密封完整性。然而，快速反應膜片被定位成在膜片室剛要被完全加壓之前與密封件接觸。一旦膜片108””與閥座接觸，額外的力經(jīng)由波紋304的向外移動被轉換成加載膜片的彈性運動。因此，與膜片在閥座上沖擊相關的膜片與閥座的損壞利用移動膜片的非常小的動量和通過波紋304的向外移動將動能轉換成的儲存加載能量而被最小化。
相對地，一典型閥桿-活塞組件重～10克。因此，桿118由于顯著的動量轉移以顯著的沖擊使膜片108撞擊于閥座110上。此外，動能消散可能產(chǎn)生膜片和密封件之間的最小接觸面積的局部加熱和與額外的膜片與閥座磨損。例如，40msec反應桿可加速至預計5cm/sec的速度。轉移到膜片108和閥座110的動量可能達到5×10-4m×Kgm。因此，每一循環(huán)轉嫁～12.5微焦耳動能于膜片108和閥座110。當每個閥循環(huán)的沖擊和能量消散皆不大時，它們的累積效果超過好幾萬次循環(huán)，且導致最終的閥故障。特別地，當循環(huán)時間下降低于～1秒時閥循環(huán)壽命降低十倍于規(guī)定值，其暗示著可能與膜片108、閥座110或二者中的機械或熱或二者的累積應力相關的損壞。
根據(jù)本發(fā)明的一種延長閥200的循環(huán)壽命的方法優(yōu)選地維持閥被致動到“工作”狀態(tài)，在此狀態(tài)下其進一步通過導閥144在“工作停止”和“工作開啟”之間被致動。例如，一ALD過程可包含每個基板處理“工作”-“不工作”的單一循環(huán)，其中每個閥200在一薄膜運轉開始時被致動，且在一薄膜運轉結束時未被致動。在另一例子中，一包括利用閥200以進行CVD過程的歧管可在每當沉積室被啟動成等待模式且準備處理晶片時被致動，且僅當沉積室被指令離開等待模式而進入工作模式時未被致動。限制主要的閥循環(huán)至流體致動和最小化損壞桿致動循環(huán)的利用，因此可大大延長膜片和閥座的循環(huán)壽命，并使它們適于低成本的ALD。
B.高傳導率膜片閥膜片閥的循環(huán)壽命與膜片的位移相關。如前面所述，通過閥200裝置和方法達到實質(zhì)地最小化膜片和座損壞。因此，與流體致動相關的改進可靠性可在某些程度上加以取舍，以容許對ALD有利的較高傳導率閥。然而，如上面所解釋，對于低成本的ALD而言必需的延長的循環(huán)壽命規(guī)格沒有為該取舍流下實質(zhì)的空間。
在本發(fā)明的另一實施例中，波紋膜片被實施，以進一步在特定的循環(huán)壽命內(nèi)延伸可得到的閥傳導率。例如，圖4中示出了帶有處于“工作停止”(頂部)和“工作開啟”(底部)狀態(tài)的波紋膜片408的閥400。為簡化說明，膜片座上的閥部分僅包含閥帽112、控制室114和端口116。然而，應當理解，閥400應當根據(jù)以上參考閥100(圖1a)，閥200(圖1c)、閥50(圖1e)和閥300(圖2a)所給出的規(guī)格和指示和它們的等同物優(yōu)選地被實施與操作。波紋膜片根據(jù)特定的設計被制造，以包含一周邊409和數(shù)個環(huán)狀波紋405。這些膜片可依任何給予的設計被訂購，例如從Bellow Kuze Co.，LTD訂購。與圓頂形膜片相比，波紋膜片可通過更薄的膜片獲得更高和更線性的彈簧常數(shù)。如已知于電成形技術中和以下參考金屬密封件的創(chuàng)設的進一步描述，波紋形膜片也可通過電成形(electroforing)鍍覆鎳合金的多層和其他有用薄膜至預成形心軸上而生產(chǎn)。通過改進的彈簧常數(shù)的線性度和該采用使用較薄和多層膜片的能力，波紋膜片容許較長的行程，其轉化成較高傳導率閥。圖5示出圓頂形膜片108(頂部)和波紋膜片408(底部)可獲得的膜片行程之間的區(qū)別的特寫。兩個膜片均被顯示于“工作停止”(虛線)和“工作開啟”(實線)狀態(tài)。該波紋形膜片與供超高純度閥的規(guī)格相兼容。
通過用電成形或液壓成形的金屬波紋管替代該膜片甚至可獲得更高的傳導率。圖6示出一實施液壓成形(或電成形)波紋管組件508以作為閥500內(nèi)的可移動密封構件的FSNC氣動閥的實施例。閥500的主要設計特征對應于前述的閥100(圖1a)和閥200(圖1c)。波紋管508在一側終止于一敞開盤505，并在另一側終止于一封閉盤501。波紋管通過閥帽512的壓力被安裝在周邊509處，以產(chǎn)生一閥室507和一控制室514。故障保險機構采用桿518和襯墊520、氣動致動器524以及大致類似于如前所述的閥100和閥200的設計的其他零件。端口516用于從一導閥(未顯示)導入流體，以提供介于“工作停止”與“工作開啟”狀態(tài)之間的快速致動。液壓成形的波紋管如508能夠被整合到FSNC閥的構造中，并維持超高純度性能。典型地，液壓成形的波紋管不需要額外的回復彈簧。波紋管508的行程可通過增加更多的盤曲503被延伸，同時維持用于室514的最小容積，以容許快速閥反應。圖7示出閥500的一示意性代表，顯示了“工作停止”(頂部)和“工作開啟”(底部)狀態(tài)。該示例通過除去波紋管508水平以上的大多數(shù)零件被簡化。
C.脈動閥在ALD歧管技術和類似技術中的一些有利的閥實施形式可通過“脈動閥”設計被最佳供應。“脈動閥”被定義為用于從一輸送管線導入流體進入到一室中以優(yōu)選地避免或最小化介于閥座和該室之間的不利導管的閥。為更好地理解“脈動閥”的定義和脈動閥與傳統(tǒng)閥之間的區(qū)別，本領域的技術人員可參考圖6和圖8，其中圖6示出了具有傳統(tǒng)流動路徑的閥500，圖8示出了脈動閥流動路徑。比較起來，圖6中所示出的閥500包括端口540和550以及它們的相應的容積545和555。與導管545和555相關的死空間是不可避免的。相反，圖8中所示出的閥600僅在出口602處具有一最小化死容積，其在一些氣體傳輸應用、如ALD流出物脈動進入ALD氣體分配模塊如ALD蓮蓬頭中是有利的。
導管545(圖6)的消除也可通過增大氣體源和處理室之間的總體傳導率而增加可得到的流體。圖8示出根據(jù)本發(fā)明的一脈動閥的實施例600。供應氣體入口604經(jīng)由閥室607被連接至出口602。當閥處于“不工作”或“工作停止”狀態(tài)時，液壓成形(或電成形)的波紋管608密封座610。故障保險機構包含桿618、襯墊620、致動器624和其他未顯示但可被本領域的技術人員通過引出類似于參考以上閥100(圖1a)和閥200(圖1c)給出的實施例而推導出的零件。
圖8中所例舉的主要改進為出口602的容積可顯著地被最小化且出口602的傳導率被最大化。另外，閥600可輕易地被整合到一室或一蓮蓬頭的壁中，以獲得緊湊的設計和較高的傳導率。如果需要的話，傳導率可通過增大座610、波紋管508或兩者的直徑而增大。在另一特寫中，圖9示出了處于“工作開啟”(頂部)和“工作停止”(底部)狀態(tài)的閥600。該示例通過除去膜片508以上的許多零件被簡化。但是，圖9中示出的實施例對應于圖8中的示出的FSNC設計。
D.創(chuàng)新性密封件在超高純度閥技術中，多種閥座材料與形狀已知且成功地被實施。大部分通常使用的材料在特性如彈力、拉伸強度、沖擊阻力、硬度、化學相容性、多孔性、一體性與壓縮設定等方面不同。
典型地，由于降低的多孔性和最小化變形，聚合物基密封件較佳于彈性體基密封件。然而，一些密封材料、特別是通常被實施用于高溫應用的聚酰亞胺基聚合物和RytonTMPPS聚合物顯著地硬，從而需要增加的密封力，以維持閥于密封“關閉”狀態(tài)。采用較硬閥座和實施更強韌彈簧的不利結果是導致顯著短的閥循環(huán)壽命。
通常，超高純度閥中的閥座以在面向膜片的部分處結合顯著小半徑的密封件的形狀被實施。這種設計特征需要通過在座和膜片的接觸處增加相對應的壓力以維持密封性能。在這些小半徑已提供較佳的靜態(tài)密封性能的同時，較小的半徑產(chǎn)生膜片和座的加速磨損并降低循環(huán)壽命。特別地，座與膜片的嚴重變形在閥被使用后不久即可見到，且會繼續(xù)在整個閥循環(huán)壽命中發(fā)展而可被延續(xù)至最終出現(xiàn)故障。最關心的是，該劣化模式在閥被高速致動時被加劇。在聚合物密封件以其有利地適應于超高純度閥被贊揚的同時，它們也構成破壞和性能劣化的主要原因。
相對地，全氟彈性體(perfluoroelastomers)如Kkalrez，Chemraz E38和類似物可在溫度超過250℃的高溫下被利用。彈性體是彈性的，但相對較軟，且需要顯著小的力，以組成密封彈性體。以不利的壓縮應變而惡名昭彰的彈性體進一步說明了其在壓力下的不利變形。壓縮應變在高溫下被加速，且代表作為閥座密封實施的一顯著困難。然而，大多數(shù)的全氟彈性體如Kalrez 4079和Chemraz E38對超過起始～40％設定的壓縮設定已經(jīng)顯示出優(yōu)異的阻抗。因此，這些彈性體在高壓高溫下極適于閥座應用，并接續(xù)于一快速“老化”過程，以提升該不可避免的壓縮應變。另外，壓縮設定可通過密封槽的正確且限制設計被限定，以限制該變形。
通過顯著降低的膜片-座沖擊，F(xiàn)PV通過由PFA，PTFE和它們的等同物制成的相對軟的密封件被成功地實施。這些全氟聚合物在FPVs中被實施，并經(jīng)得起220℃、以10循環(huán)/秒致動條件下的一億次循環(huán)，且無閥性能劣化。相對地，由于實質(zhì)性的高磨損和變形率，F(xiàn)PA和PTFE密封件在傳統(tǒng)高純度和超高純度閥中是不流行的。
通過彈性體在閥座中的應用，圓形密封件可以被使用，且彈簧加載可被顯著降低。結果，根據(jù)本發(fā)明的實施例的超高純度閥密封件已經(jīng)被證明在抑制快速致動的ALD閥中的膜片和密封件的磨損方面是非常有用的，其中該快速致動的ALD閥被成功地以短至10毫秒的閥循環(huán)時間實施。
因此，彈性體基閥座可顯著地延長閥的循環(huán)壽命。然而，彈性體包含一些殘余多孔性，其可吸收且繼發(fā)地溶解化學物質(zhì)或其他污染來源。另外，彈性體對磨損具有限的阻抗。
在本發(fā)明的一優(yōu)選實施例中，高純度FSNC閥200和彈性體密封件被采用，以改進閥循環(huán)壽命。圓形橫截面密封件被采用，以替代通常的小半徑(傾斜的)密封件。這些彈性體基閥座被適當成形，以與閥座結合。例如，圖10a示出這種彈性體密封件622，其被壓力安裝到該閥座623中。密封件622形成圍繞閥開口周邊的密封，且因此被稱作一周邊密封件。在優(yōu)選實施例中，其為O形環(huán)狀彈性體622。有時其可被稱作徑向密封件，因為它的位置處于關于閥開口的特定半徑處。該密封件包含一垂直于O形環(huán)622的平面延伸的凸緣(ledge)628。凸緣在座624中與凹槽626匹配。密封件622穩(wěn)固地安裝到匹配凹槽626中在抑制壓縮應變變形超過加速變形的預設40％是有用的。
為改進彈性體密封件的抗磨損性和消除多孔性，彈性體密封件優(yōu)選地涂覆有聚酰亞胺或本技術中已知的其他聚合物的薄層，以與高溫和惡劣的化學環(huán)境相容。這些薄膜可以通過多種方法、包括浸漬、噴射、旋轉涂覆、擦拭等被施加。僅數(shù)微米的薄層是必要的。例如，聚酰亞胺涂層可得自HD Microsystems(Wilmington，DE)，其具有多種特性和粘度且大多數(shù)適合根據(jù)此處給出的實施例封裝全氟彈性體密封件。更具體地說，通過由制造商所提供的固化步驟以1-3個連續(xù)施加固化周期施加2-10微米厚的涂層，溶解于NMP(N-methyl-2-pyrrolidone)基溶劑中的PI-2545最適于提高抗磨損性能和Kalrez 4079的惰性。所產(chǎn)生的密封件高度適用于200℃的閥密封件應用。作為BMI粘著劑可自Polymeric GmbH(柏林，德國)商業(yè)獲得的Bismaleimide涂層被推薦且可適當?shù)卦?0-120℃回流后被施加，以封裝全氟彈性體密封件。在～100℃的溫度下，這些BMI粘著劑可通過浸漬被方便地施加，以形成薄的保護涂層。接著進行一標準固化程序，涂覆有PX-300型粘著劑的全氟彈性體適合于高達～180℃的溫度范圍的密封應用。
其他適合的涂層包含Cytec工程材料公司(Anaheim，CA)制造的FM2555以及如Durimide 7000和Photoneece PWDC-1000的材料，其為可光成像的，但也可被應用于在此描述的特別應用。聚合物層(圖10b中的634)可通過包含浸漬、噴射、擦拭和旋轉涂覆的多種技術涂覆。聚合物涂覆的密封件優(yōu)選地保留大多數(shù)的彈性特性。一些密封件彈性的調(diào)整可通過添加的聚酰亞胺層獲得。聚酰亞胺涂覆的彈性體密封件可通過利用如圖10a所示的凸緣和凹槽被安裝進閥座。而且，如PM2555(Cytec工程材料公司)或BMI PX-307(Polymeric GmbH)的粘著劑可被用于將密封件620’直接附接至如圖10b所示的閥座624’中的適當匹配的圓槽632。
在密封性能和彈性的另一改進中，本發(fā)明提供在聚酰亞胺(或其他聚合物)涂層的頂部提供一金屬涂層。該涂層典型地利用無電鍍被施加至0.0001-0.002英寸范圍的厚度。為在密封件上進行鍍覆，該密封件被根據(jù)本領域中已知的傳統(tǒng)絕緣體上鍍覆技術所活化。在活化之后，密封件被涂覆以如鎳或鎳合金的無針孔金屬薄膜。例如，鎳可為本領域術中已知的氨基磺酸(sulfamate)電解質(zhì)中被無電沉積。鎳合金如鎳/鈷、鎳/鎂、鎳/鈷/鎂和鎳/鐵以及在多層疊層中的這些合金的組合是有用的，以獲得良好的粘著、低應力和最佳的機械特性。涂覆薄膜的彈性和其他特性被調(diào)整，以提供具有適當?shù)幕貜椥院蛷椥缘臍饷苊芊馔繉印?br> 另外，通常用于產(chǎn)生塑膠心軸(mandrel)的電成形的方法被用于產(chǎn)生具有充分強度的壓縮/封裝密封，其可以封裝彈性體，同時良好的粘著性并非是強制的。在該情況下，金屬的電成形應當被鍍覆至典型地超過0.001”的厚度。該涂覆的密封件接著被安裝到閥密封件中。在另一替代方法中，聚酰亞胺(或如以上描述的其他等同聚合物涂層)涂覆密封件被活化，接著被安裝到?jīng)]有金屬涂層或僅有一薄金屬涂層的閥座上，且因此包含該密封件的該閥的全部內(nèi)部面積被金屬薄膜的薄層涂覆。該實施例在圖11中被示出。彈性體(或聚合物)密封件650被聚酰亞胺或類似涂層652涂覆。接著，密封件被活化，且可能被一薄金屬層654涂覆。如上所述，該密封件被安裝到閥座656中。假如需要的話，閥上的一些區(qū)域根據(jù)標準技術被遮蔽，以避免金屬涂覆。最后，閥的內(nèi)表面電鍍一層金屬薄膜658，例如鎳或鎳合金。一些鍍覆薄膜也能滲透入密封件下的裂縫660，以填補這些裂縫并提供密封件和座之間的附加貼附。
在另一優(yōu)選實施例中，金屬密封件被電成形且附接至閥座。如電成形技術中所已知，該具有0.0010-0.0100英寸厚度的閥通過在一適當預成形的本體(心軸)上電鍍而形成。例如，一可自NicCoForm公司(Rochester，NY)獲得并被稱為NiColoyTM的有用的鎳/鈷合金可通過電鍍于鋁心軸上被施加，以產(chǎn)生該形狀。圖12示出了金屬密封件電成形過程和將預成形的金屬密封件后續(xù)安裝到一閥座上的一例子。
因此，一密封件形狀的心軸700以適當縮小的尺寸制造，以確保最后密封件的適當尺寸。例如，假如金屬密封件的最后厚度被設定為0.0020英寸，心軸被制造成在所有方向上均具有小于0.0020英寸的尺寸。心軸優(yōu)選地由金屬制造，該金屬可容易地被鍍覆并容易地被溶解掉，例如為鋁，如電成形技術中所知，其可被溶解于腐蝕性溶液中。心軸成形有一凸緣701。在后續(xù)步驟中，心軸使用兩片掩罩702和704被筘制，以避免鍍覆到凸緣上。該掩罩或者是傳導性的，以便于電鍍，或者如果采用無電鍍，則是非傳導性的。接著，一適當特性的金屬薄膜706被鍍覆于該心軸上。密封特性可通過選取適合的金屬合金或金屬合金組合物被訂制，以供單一或多層電成形。接續(xù)于該掩罩的移除，凸緣被暴露，且該心軸被全部蝕刻，以產(chǎn)生密封件710，其大體復制心軸形狀，且具有一徑向開口，其中凸緣被設置在原始心軸上。在此點上，假如需要的話，可通過本領域中所知的熱硬化處理改善密封件710的回彈性。
在下一步驟中，密封件710被放入閥座712中一適當成形的凹槽714，且優(yōu)選地被銅焊/釬焊(brazing)、焊接或粘接就位。該銅焊、焊接或粘接必須密封進入密封間隙的通道。優(yōu)選地，一銅焊過程在惰性氣體的提升壓力下進行，以通過確定密封件內(nèi)所限制的惰性氣體的預設壓力確定密封件的回彈性。接續(xù)于銅焊步驟，該密封件優(yōu)選地與該閥的內(nèi)表面一起鍍覆，以創(chuàng)造出有利地填充進入介于以上所述的密封件和該座之間的裂縫718的薄膜716。產(chǎn)生的密封件獨特地與閥座整合，以通過除去聚合物以及密封件與座之間的裂縫的一些殘余多孔性，以提供超高純度的最高標準。金屬密封件可通過材料和鍍覆過程選取以及厚度與形狀選取被設計，以具有適合的彈性和強度的結合。金屬密封件對于高溫應用最為有利。
在圖13的另一例子中示出一工藝流程，以產(chǎn)生和安裝一金屬密封件，其有利地以相對于該密封件的平面的特定角度徑向(或放射狀)敞開。例如，在圖13所示，一開口圍繞一45°錐形平面居中布置。心軸750被成形有徑向凸緣752和盤片754，其中一孔穴756形成于該盤片754中。一絕緣罩由于兩個匹配件760和762制成，以匹配心軸750和被置于與心軸750良好電接觸的接觸電極758。優(yōu)選地，罩件760和762由相對軟的柔順材料如橡膠或特富龍(Teflon)制成，以提供心軸750的罩覆部件752，754的氣密密封。接續(xù)于罩覆，該心軸被電鍍，以在心軸的暴露區(qū)域上產(chǎn)生薄膜。接著，該罩被移除且心軸被蝕刻，以產(chǎn)生該密封件764。密封件764的大量制造通過安裝多個心軸750于適當成形以容納多個心軸的單一罩760+762上實現(xiàn)。
密封件764被置于與閥座766接觸于一適當成形的向外指向的徑向隅角(角部)768。接著，該密封件被銅焊或焊接至如722和722’所圖示的閥體上。在銅焊或焊接過程中，適當加壓的惰性氣體770被陷于該密封件內(nèi)部。假如希望焊接的話，密封件764的形狀必須包含一些端部凸緣，以適應焊接的需求。例如，該規(guī)格以供用于來自Servometer PrecisionManufacturing Group，LLC(Ceder Grove，NJ)的電子束焊接。在僅有邊緣772可通過焊接完成的所示情況下，優(yōu)選地進行電子束焊接。接著，閥被鍍覆，以產(chǎn)生如前所述的頂部分涂層774。在一優(yōu)選實施例中，用于產(chǎn)生密封件764的材料和鍍覆過程被選取，以提供彈性、焊接性等的最佳特性，雖然薄膜774的特性可被獨立地選擇，以達到最佳化學阻抗和密封特性。例如，密封件764可優(yōu)選地由接續(xù)于一鎳/鈷/錳合金后的雙層高硬度NiColoyTM制成。因此，高拉伸強度可被再現(xiàn)地達到140GPa的等級，而不需熱硬化。電成形的NiColoyTM非凡地在300℃下維持其95％以上的拉伸強度。相對照，較軟的薄膜如鎳優(yōu)選地用于薄膜774，以產(chǎn)生較為不脆且更平順的表面。
該金屬密封件、特別是被教示于本發(fā)明中的一體化金屬密封件在產(chǎn)生小輪廓(low profile)閥座方面是非常有用的。例如，圖14比較了圖13中所示的密封座裝置800以及最適于脈動閥應用且有利地具有小輪廓的裝置820和840。座820利用一金屬電成形密封件822，其與一隅角形閥座824匹配。密封件822被撓曲入該座且被置放以配合隅角825。如上所述，銅焊或焊接826被使用，以附接密封件822。在該附接中，處于限定壓力的一些良好限定的截流惰性氣體830可被壓縮入該密封件。接續(xù)于該附接，整個密封件-座組件優(yōu)選以薄膜828鍍覆。為改進密封特性，薄膜828優(yōu)選地由相對軟的材料如鎳制成?；蛘撸诔练e過程中，超過一層的薄膜828被鍍覆，以使得可同時工作回彈性和平順性。例如，一層高強度NiColoyTM首先被鍍覆至0.001英寸的厚度，接著一層鎳被鍍覆至0.0005英寸的厚度。圖14中所示的另外的實施例840也可主要應用于脈動閥應用中。
E.超高純度彈簧加載波紋管閥一些應用、特別是低揮發(fā)性化學蒸氣進入ALD反應器(例如經(jīng)由一蓮蓬頭模塊)需要具有非常大傳導率的閥。因此，本發(fā)明教示用于FSNC閥的一實施例，其中一彈簧加載波紋管、優(yōu)選地一焊接或薄電成形波紋管在閥室中被實施，以提供該密封。例如，圖15示出該實施例的一示意性側面?zhèn)纫晥D。閥900為一高傳導率脈動閥，其能夠經(jīng)由出口端口918直接射出蒸發(fā)氣體進入一處理室或一蓮蓬頭。一閥座916被整合到該蓮蓬頭或該室的外壁920中。所示的閥916的密封件類似于密封件820(圖14)，且在所示例子中被整合到該閥座中，以產(chǎn)生非常小輪廓的路徑918。
由適當?shù)慕饘僦瞥傻拿芊獍?04在周邊處被焊接至波紋管902。波紋管902的另一端被焊接至由適當金屬制成的盤片906。盤片906的周邊通過閥帽930和鎖緊螺帽(緊固螺母)932的壓力被安裝，以產(chǎn)生該周邊密封件908。周邊密封件908產(chǎn)生該密封的控制室931和閥室903。閥室903經(jīng)由導管926和922被連接至化學物質(zhì)端口928?？刂剖?31被用于在“工作停止”(所示)和“工作開啟”狀態(tài)之間閥致動。密封板904的后側被固緊至彈簧加載柱910。彈簧912在該閥處于“工作停止”狀態(tài)時被壓縮。當壓力從控制室931被釋放時，彈簧912減壓，以將密封板904移離密封件916。彈簧被壓縮于柱910的端部和彈簧座905之間。數(shù)個孔穴907被形成于彈簧座905的壁中，以促進控制室931的全部容積內(nèi)的流體連通。
FSNC機構包含桿934和襯墊936。波紋管938被用作當保持控制室931密封的同時允許桿垂直運動。波紋管938被用于供非常高溫度的應用，其中在此情況下在桿上的滑動彈性體密封件可能是不適合的。或者，如在本領域中所經(jīng)常實施，波紋管938被用于較低溫度應用的滑動彈性體密封代替。在高溫應用中，桿934和桿導向件941優(yōu)選地被延長，以提供介于閥和致動器之間的足夠分隔。該分隔允許維持閥處于實質(zhì)較高于致動器的溫度?；蛘?，如圖17所示，致動器可與較高溫度相容，以免除空間分隔的需求。致動器942被配備有傳導率調(diào)整機構944，其允許外部調(diào)整供桿934移動的限制。當致動器通過經(jīng)由端口950加壓致動器942被驅動至“工作”狀態(tài)時，該桿從閥移開，直至它被限制機構944停止。襯墊936的位置通過桿934的運動范圍所確定。用于密封板904的開口范圍通過襯墊936的位置確定，其中在閥被致動到“工作開啟”狀態(tài)時，柱910被停止。因此，閥900的傳導率通過調(diào)整傳導率調(diào)整機構944的位置被外在地確定。
閥900經(jīng)由導管946被供應壓縮空氣或惰性氣體。氣體供應在T形管948中分開進入致動器供給管線950和導閥供給管線949。導閥952為一常閉電磁閥，并提供空氣路徑，以加壓空控制室，從而當導閥未被致動時維持閥處于“工作停止”狀態(tài)?？諝饨?jīng)由供給管線956和端口958被供應。當閥被致動到“工作開啟”狀態(tài)時，導閥952被供給能量，以密封空氣路徑至949，且連接控制室931至排放/排空端口954。圖16示意性地示出出了處于“工作停止”(底部)和“工作開啟”(頂部)狀態(tài)的閥900。為簡化說明，閥帽930水平以上的大部分零件未被顯示。處于“工作開啟”狀態(tài)的閥900的傳導率通過開口間隙970確定。間隙970通過波紋管組件可能的移位(平移)確定，以與襯墊936接觸(此處未示出，示出于圖15中)。因此，襯墊936的位置決定該停止位置980。如參考圖15所述，停止位置980經(jīng)由機構944(圖15)是可外部調(diào)整的。
圖15還顯示了空腔924和922。在一些實施例中，這些空腔由被加工成壁920以作為一環(huán)形空腔的圓槽所組成，其中922代表環(huán)形空腔的左邊，且924代表環(huán)形空腔的右邊。接著，成一定角度(傾斜)的導管926被鉆削，以先于導管928的焊接或銅焊區(qū)域連接至922的邊緣。這種設置提供用于進入閥室903的低壓氣體的高傳導率路徑。氣體連續(xù)地填充室903和其他連接的空間924，922和928，且當閥被致動至“工作開啟”狀態(tài)時可經(jīng)由間隙918用于脈動傳送。該可移位的波紋管組件904，910和902具有相對小的質(zhì)量，其容許用于閥循環(huán)的低至亞毫秒的反應和低損害致動。假如該波紋管被避免趨近于全壓縮的話，波紋管的旋繞表面不會造成污染問題。因此，閥900維持超高純度的標準。附加的改進在該密封板904上增加一聚酰亞胺涂層或其他合適的聚合物的薄層，以避免從介于板904和密封916之間的金屬-金屬接觸中產(chǎn)生微粒。當需要時，利用合適的金屬薄膜和/或聚合薄膜涂覆波紋管902也是有用的，以改進化學惰性和清凈性。
F.高溫閥近年來對可操作于高達200℃和以上的高溫的可靠閥的需求日益增加。特別地，許多有用材料的ALD已被限制至低揮發(fā)性化學物質(zhì)，其中所需的化學物質(zhì)的有用蒸發(fā)或汽化需要高溫閥歧管。高溫閥的挑戰(zhàn)在于下列幾方面1.密封材料的高溫相容性和特性。
2.膜片和彈性材料的高溫彈性。
3.潤濕表面的化學相容性和純度。
4.氣動致動器的高溫相容性。
5.導閥的高溫相容性。
以上所述的根據(jù)本發(fā)明的實施例提供了具有擴展的溫度相容性的創(chuàng)新性密封件。例如，由Kalrez，Chemraz和類似物制成的彈性體密封件可達到260℃的連續(xù)操作溫度。全氟聚合物如PFA和PTFE被證明作為FPV密封件是適合的，其具有絕佳的性能和220℃時的循環(huán)壽命超過一億次。如上面所討論，許多聚合物涂層如聚酰亞胺PI-2545和PX-300BMI粘著劑具有高溫相容性，且對于涂覆彈性體密封件是有用的，以改進密封性能。最適合于高溫操作的是以上所披露的金屬密封件。這些金屬密封件可用于超過300℃的操作溫度，只要材料的適當選擇防止腐蝕和可能的污染。
膜片材料的特性、特別是彈性和抗腐蝕性對高溫應用而言為重要的選擇標準。例如，熱處理淬火的哈司特鎳合金(Hastelloy)C726在超過500℃的溫度下維持其彈性的～86％，并在～300℃下維持其彈性的～92％。類似地，Inconel 603XL在～300℃下維持其彈性的～93％，并在～400℃下維持其彈性的～90％。相似地，Inconel 706在300℃下維持其彈性的～88％。與高溫應用相容的其它合金包括尼蒙克鎳基合金(Nimonic Alloy)、如Nimonic 90和熱處理鈦合金如ST40。以彈性為基準的選取標準也應用于根據(jù)本發(fā)明的實施例適于波紋膜片材料和電成形以及液壓成形波紋管材料的高溫實施的材料。
根據(jù)本發(fā)明的波紋管閥大部分適用于高溫應用，只要抗腐蝕材料和焊接工序被維持。回復彈簧912(圖15)的實施應該參考膜片材料選擇追隨以上所述的高溫維持彈性的正確選擇。然而，因為彈簧912未與所傳送的化學物質(zhì)接觸，污染、腐蝕和氧化問題不重要，且彈簧材料的選擇更廣泛。
用于高溫膜片、電成形的波紋管、液壓成形的波紋管和焊接的波紋管的適當材料選擇也應當追隨那些高溫下的化學相容性。在此方面，Inconel型合金、鈦合金和哈司特鎳合金提供較廣范圍的化學物質(zhì)范圍，并在超過300℃的溫度下維持抗腐蝕和抗氧化性能。在一些情形下，在升高溫度下的改進的化學相容性通過利用金屬如鎳鍍覆膜片或波紋管或者利用薄粘著聚合物薄膜獲得。
氣動致動器的高溫相容性也必須被考慮。例如，標準氣動致動器利用不能超過～80℃的操作溫度的密封件和油脂。然而，標準致動器可利用高溫彈性體密封件和高溫潤滑而被輕易地提升至可在高達～250℃的溫度下操作。超過250℃的閥操作溫度，致動器可遠離該閥放置，以維持一溫度梯度和如參考圖15所述較冷致動器。在此情況下，控制室931的密封使用一金屬波紋管938被維持?；蛘?，致動器可通過使用如圖17所示的波紋管替換彈性體密封件被提升，以用于超過250℃的操作溫度。因此，致動器可由波紋管1014包圍，且通過膨脹波紋管室1020被致動，以在桿1002上產(chǎn)生一拉力。對于彈簧1008，必須選擇高溫相容合金材料，但腐蝕和污染不是問題，因為彈簧1008未與化學物質(zhì)接觸。
在高溫應用中，被供應至閥的空氣或惰性氣體優(yōu)選地被預熱，避免膜片或波紋管因空氣導入控制室1009局部冷卻。這是本發(fā)明教示方法的一重要部分，且本領域的技術人員可實施加熱氣體的適當儲存，以確保氣體的冷卻并不為性能的一種限制。另外，應小心地確保導閥、典型地為機電電磁閥與高溫相容。
G.帶有整合的脈動閥的ALD歧管ALD歧管優(yōu)選地實施有脈動閥。此實施供應具有最小化延遲和交互污染的ALD所需惰性和反應氣體，且當需要時可進行最高傳導率閥的實施。圖18示意性地示出了一包括四個閥的ALD噴射系統(tǒng)1100。閥1140被整合至具有內(nèi)部空間1120和噴嘴系統(tǒng)1130的蓮蓬頭的頂壁中。阻盤(baffle disk)1125典型地安裝于空間1120中，并從閥1140的開口橫越，以避免經(jīng)由“視線”噴嘴自一閥1140開口橫越而造成的射入流的局部化。在圖18的例子中，類似于參考圖15中所描述的實施例，閥1140為波紋管閥。然而，許多不同的實施方式也是適宜的，且可被適當?shù)倪x擇，以適應所需的溫度范圍和傳導率。而且，在歧管1100中，適用于不同傳導率范圍的不同設計的閥可被實施，以最佳化該歧管至特定的ALD過程。盡管如此，典型地，所有的閥與蓮蓬頭維持在相同的溫度。
在ALD的適當實施下，蓮蓬頭空間1120中的化學物質(zhì)氣相混合基本上被避免。然而，一些每周期達到一單層的薄膜成長發(fā)生于密封板1142和密封1144的暴露區(qū)域上。該成長可通過蓮蓬頭溫度的適當選擇被最小化。打斷密封板1142和密封件1144之間的橋接薄膜可為微粒產(chǎn)生的一種來源。然而，成長薄膜不能橋接于密封件和密封板(或例如在其他實施方式中的膜片)之間，因為它每周期因閥致動而被斷開。此外，由于該密封件的撓曲使薄膜從密封件1144剝離的情況需要考慮和采取措施，以避免微粒的污染。這些措施包括例如通過減小密封件的直徑將密封件的彈性最小化。另外，通過機械摩擦、蝕刻或二者使密封件的暴露表面輕微地粗糙化，以改進沉積物的粘著和降低這些成長沉積物中的應力。
H.膜片基快速FSNC閥的最佳化將超高純度閥設計修改成本發(fā)明中所公開的實施例需要采取措施，以確保在流體控制下金屬膜片的適當功能。特別是，傳統(tǒng)圓頂形膜片必須被安裝或另外成形，以確保參考本發(fā)明的實施例所述的“工作停止”狀態(tài)下的無泄漏密封。圖19示出一圓頂形膜片(19a)的現(xiàn)有技術安裝情況，其實質(zhì)上對于實施本發(fā)明是不充分的，一般的解決方案(19b)、互補的座再設計通過本發(fā)明(19c)也被教示，以及示出了一被有利地實施的波紋膜片(19d)。
如以上所述，圓頂形膜片可很方便地提供，且容易由許多不同材料制成。對許多不需要超過Cv～0.5的大傳導率應用，圓頂形膜片高度被推薦且非常適宜。然而，當被加壓流體致動時，這些膜片傾向于不利地分布密封力至一大的區(qū)域。因此，傳統(tǒng)設計的閥座上的密封在大多數(shù)情況下是不充分的。一稍微修改的膜片(其中一再成形的周邊被實施)被教示，且被示出于圖19b中。修改的膜片包括一略微整平圓頂180(在圖19b中被放大，以更清晰)，在該膜片的周邊處提供了額外的剛度。在另一有用實施例中，標準的圓頂形膜片通過在從膜片的高純度側所施加的流體壓力下安裝該膜片而被變形(參考圖20a和20b描述于下)。閥性能的另外改進通過增加圖19c中所示的座的直徑而得到。增加直徑的座對增加閥100的傳導率也是有用的。如圖19d所示，通過增加一徑向波紋184，膜片周邊的額外的加強在維持與桿致動的相容性的同時可進一步改進流體控制。
以適宜的預設/預調(diào)整彈性變形(預設徑向變形的結果)進行膜片安裝對于在膜片中產(chǎn)生一預加載聚焦力是有用的。該預設應力可通過一適宜的膜片安裝方法實施。因此，一膜片固緊方法被利用，其中例如通過施加10N×m(牛頓×米)的轉矩將膜片輕微地固緊就位，接著流體加壓進入閥室(自膜片110’的高純度側)，以例如通過70N×m的轉矩在最后的緊固之前將膜片向后彎曲(撓曲)，且得到如圖19b所示的優(yōu)選變形。當膜片108從閥室側(加壓閥座進口110’)被加壓時，在邊緣109仍未完全緊固的同時，邊緣109向內(nèi)滑動，且膜片被變形成一略微邊緣加強(變硬)形狀180，一旦膜片108的邊緣109最后通過閥帽112的壓力被緊固，加壓氣體(圖20b中的185)被移除。變形的膜片具有大體上位于周邊處的徑向預設較高應力區(qū)域182。此過程在周邊處使膜片強韌化，且反過來在加壓流體力下(自端口116)從中心向外使膜片反轉。如商業(yè)性可獲得或其他適合的情況，膜片厚度不同且彈簧常數(shù)、安裝過程應通過實驗設計程序(DOE)被最佳化，其中座和膜片設計包括3至4種用于膜片108安裝和流體致動的不同壓力值。例如，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，介于35和55psig之間的壓力對預設0.0020”厚、～1”直徑的Elgiloy膜片是有用的，以用于30-100psig范圍內(nèi)的最佳流體致動(其也與桿致動相匹配)。也被實證地發(fā)現(xiàn)，該預調(diào)整膜片并不典型地通過描述于此的安裝程序永遠預預調(diào)整。
另外，波紋膜片對于在膜片中預設有利的局部剛度(堅硬性)是非常有用的。例如，根據(jù)本發(fā)明，圖19d所示的波紋膜片適于最佳化桿和流體的致動。因此，徑向波紋184適當?shù)貜娀撃て?08的周邊。如上面所討論的波紋膜片可被方便地液壓成形或電成形為本領域中已知的任何有用的形狀。
圖20提供了一圓頂形膜片安裝程序的分解圖。在圖20a中，膜片108被適當?shù)刂梅庞陂y102和閥帽112之間，桿118被致動且導閥144(未顯示)被致動至“工作開啟”狀態(tài)。隨后，利用螺帽11和設定為在5-15N×m的范圍中選擇的小轉矩的轉矩扳手，將膜片輕微地緊固就位。接著，在圖20b中，利用塞子190和墊圈188將閥口106密封。端口104接著以清潔氣體185被加壓至45psig的壓力。氣體源必須維持所需的壓力(本例中為45psig)，雖然膜片108并非完全緊固因而在膜片周邊109處具有輕微的泄漏。接續(xù)于氣體185的導入，膜片108實際上即時地定型成預設形狀。在此點上，膜片邊緣通過流體施加的變形而輕微地向內(nèi)拉動，且在膜片的中心處由于按鈕120而輕微地凹進。最后，螺帽111被用于例如利用70N×m的轉矩完全和適當?shù)鼐o固膜片108。一旦壓力185被移除，膜片108彎折回成為“自由站立”形狀。因為膜片的周邊通過安裝程序被向內(nèi)拉動(與獨自站立的膜片相比)，膜片的“自由站立”形狀被輕微地徑向變形。
雖然在本發(fā)明教示的實施例中，如這里所述，利用背壓安裝程序(圖19b)，修改標準超高純度閥座和膜片設計以進行良好的工作是足夠的，但如圖19c中所示(與圖19b相比較)，在優(yōu)選實施例中，更推薦通過增大30-100％的密封件110”直徑進一步改進設計多樣性和閥可靠度。
優(yōu)選實施例的描述與例子進一步解釋了本發(fā)明的原理，且不意味著將本發(fā)明的范圍限制為任何特定方法或裝置。所有適宜的修改、實施和等同物均包含于以下權利要求書所限定的本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權利要求
1.一種流體控制閥，包括；閥座(110)；通過該閥座的流動路徑；膜片(108)；常閉氣動致動器(118)；閥控制室(114)；氣動供給管線(116)；以及導閥(144)；其中所述膜片被布置于所述閥座和所述閥控制室之間；所述常閉氣動致動器被構造為通過偏移所述膜片通常關閉所述流動路徑，以密封所述閥座；所述氣動供給管線與所述常閉氣動致動器流體連通；所述氣動供給管線與所述導閥流體連通；以及所述導閥與所述閥控制室流體連通。
2.如權利要求1所述的流體控制閥，其特征在于，所述導閥為三通常開閥；當所述導閥未被致動時，所述控制室經(jīng)由所述導閥與所述氣動供給管線連通；當所述導閥被致動時，所述控制室通過所述導閥與所述氣動供給管線斷開；以及當所述導閥被致動時，所述控制室經(jīng)由所述導閥與一排放管線連通。
3.如權利要求2所述的流體控制閥，其特征在于，所述導閥為電磁閥。
4.如權利要求2所述的流體控制閥，其特征在于，所述排放管線被排空。
5.如權利要求1所述的流體控制閥，其特征在于，所述膜片為圓頂形金屬膜片。
6.如權利要求5所述的流體控制閥，其特征在于，所述膜片以一預設變形被安裝；所述預設變形在所述閥座的對面朝向外面；以及所述膜片在變形的同時被固定。
7.如權利要求6所述的流體控制閥，其特征在于，所述變形通過可再現(xiàn)地從所述閥座側加壓所述膜片而可再現(xiàn)地被應用；所述膜片被置于所述閥座內(nèi)的一密封凸緣和一對應閥帽之間；所述膜片被輕輕地緊固于所述密封凸緣和所述對應閥帽之間，以維持足夠的流體流動限制；所述足夠的流動限制使得能夠實施所述可再現(xiàn)地加壓所述膜片；以及所述膜片在所述可再現(xiàn)地加壓條件下被緊緊地緊固于所述密封凸緣和所述對應閥帽之間。
8.如權利要求7所述的流體控制，其特征在于，所述可再現(xiàn)地加壓意味著壓力以10％以上的全范圍可重復性被施加。
9.如權利要求7所述的流體控制閥，其特征在于，所述可再現(xiàn)地加壓包括以45-150psig范圍中的壓力施加超高純度氮氣。
10.如權利要求1所述的流體控制閥，其特征在于，所述氣動致動器包含一桿；所述桿穿過所述閥控制室的壁；以及一滑動密封件被布置于所述桿和所述閥控制室的壁之間。
11.如權利要求1所述的流體控制閥，其特征在于，所述閥控制室的容積小于2立方厘米。
12.如權利要求1所述的流體控制閥，其特征在于，所述膜片被波紋化。
13.如權利要求2所述的流體控制閥，其特征在于，所述流體供給管線被供以加壓流體；所述加壓流體致動所述常閉氣動致動器；所述被致動的氣動致動器被驅離所述膜片；當所述閥未被致動時，所述加壓流體被連接入所述閥控制室；所述膜片通過所述加壓流體被偏移，以密封所述閥座；所述被連接意味著流體連通地串聯(lián)連接。
14.如權利要求2所述的流體控制閥，其特征在于，所述流體供給管線被供以加壓流體；所述加壓流體致動所述常閉氣動致動器；所述被致動的氣動致動器被驅離所述膜片；當所述導閥被致動時，所述加壓流體與所述閥控制室斷開；當所述導閥被致動時，所述控制室被排放；以及所述膜片被可撓曲地彈離所述閥座，以使流體能夠流過所述流體控制閥。
15.如權利要求13所述的流體控制閥，其特征在于，所述加壓流體從一電磁閥庫被供應至所述流體供給管線。
16.如權利要求6所述的流體控制閥，其特征在于，所述流體供給管線被供以加壓流體；所述加壓流體致動所述常閉氣動致動器；所述被致動的氣動致動器被驅離所述膜片；當所述閥未被致動時，所述加壓流體被連接入所述閥控制室；所述膜片通過所述加壓流體被偏移，以密封所述閥座；所述連接意味著流體連通地串聯(lián)連接。
17.如權利要求6所述的流體控制閥，其特征在于，所述流體供給管線被供以加壓流體；所述加壓流體致動所述常閉氣動致動器；所述被致動的氣動致動器被驅離所述膜片；當所述導閥被致動時，所述加壓流體與所述閥控制室斷開；當所述導閥被致動時，所述控制室被排放；以及所述膜片被可撓曲地彈離所述閥座，以使流體能夠流過所述流體控制閥。
18.如權利要求12所述的流體控制閥，其特征在于，所述流體供給管線被供以加壓流體；所述加壓流體致動所述常閉氣動致動器；所述被致動的氣動致動器被驅離所述膜片；當所述閥未被致動時，所述加壓流體被連接入所述閥控制室；以及所述膜片通過所述加壓流體被偏移，以密封所述閥座。
19.如權利要求12所述的流體控制閥，其特征在于，所述流體供給管線被供以加壓流體；所述加壓流體致動所述常閉氣動致動器；所述被致動的氣動致動器被驅離所述膜片；當所述導閥被致動時，所述加壓流體與所述閥控制室斷開；當所述導閥被致動時，所述控制室被排放；以及所述膜片被可撓曲地彈離所述閥座，以使流體能夠流過所述流體控制閥。
20.如權利要求1所述的流體控制閥，其特征在于，所述流體供給管線被供以加壓流體；所述加壓流體致動所述常閉氣動致動器；所述被致動氣動致動器被驅離所述膜片；當所述閥未被致動時，所述加壓流體被連接入所述閥控制室；以及所述膜片通過所述加壓流體被偏移，以密封所述閥座。
21.如權利要求1所述的流體控制閥，其特征在于，所述流體供給管線被供以加壓流體；所述加壓流體致動所述常閉氣動致動器；所述被致動的氣動致動器被驅離所述膜片；當所述導閥被致動時，所述加壓流體與所述閥控制室斷開；當所述導閥被致動時，所述控制室被排放；以及所述膜片被可撓曲地彈離所述閥座，以使流體能夠流過所述流體控制閥。
22.如權利要求14所述的流體控制閥，其特征在于，所述使流體能夠流過所述流體控制閥的反應時間大體上近似于所述導閥的反應時間。
23.如權利要求22所述的流體控制閥，其特征在于，所述反應時間短于2(兩)毫秒。
24.如權利要求22所述的流體控制閥，其特征在于，所述反應時間短于1(一)毫秒。
25.如權利要求22所述的流體控制閥，其特征在于，所述反應時間短于0.5(半)毫秒。
26.如權利要求2所述的流體控制閥，其特征在于，所述流體供給管線被供以加壓流體；所述加壓流體致動所述常閉氣動致動器；所述被致動的氣動致動器被驅離所述膜片；當所述導閥被致動時，所述加壓流體起始地與所述閥控制室斷開；所述流動被起始地容許通過所述流體控制閥；當所述導閥被除去致動時，所述加壓流體被連接至所述閥控制室；以及使得流體不能流過所述流體控制閥。
27.如權利要求26所述的流體控制閥，其特征在于，所述使得流體不能流過所述流體控制閥的反應時間大體上近似于所述導閥的反應時間。
28.如權利要求26所述的流體控制閥，其特征在于，所述反應時間短于2(兩)毫秒。
29.如權利要求26所述的流體控制閥，其特征在于，所述反應時間短于1(一)毫秒。
30.如權利要求26所述的流體控制閥，其特征在于，所述反應時間短于0.5(半)毫秒。
31.如權利要求2所述的流體控制閥，其特征在于，所述流體供給管線從所述加壓流體被排放；所述常閉氣動致動器返回常閉位置；以及所述常閉氣動致動器在所述常閉位置使流體不能流過所述流體控制閥。
32.如權利要求31所述的流體控制閥，其特征在于，所述流體供給管線的排放通過一電磁閥庫被控制。
33.如權利要求31所述的流體控制閥，其特征在于，所述被排放的流體供給管線通過一壓力損失被啟動。
34.如權利要求33所述的流體控制閥，其特征在于，所述壓力損失通過一故障被啟動。
35.如權利要求14所述的流體控制閥，其特征在于，所述氣動致動器被驅離所述膜片，以產(chǎn)生一限制間隙；所述限制間隙小于所述膜片的完全伸展尺寸；以及當所述氣動致動器被致動時，所述限制間隙通過外部調(diào)整所述氣動致動器的行程而可外部調(diào)整；以及所述流體控制閥的傳導率通過小于所述膜片的所述完全伸展尺寸的所述限制間隙被確定。
36.如權利要求17所述的流體控制閥，其特征在于，所述氣動致動器被驅離所述膜片，以產(chǎn)生一限制間隙；所述限制間隙小于所述膜片的完全伸展尺寸；當所述氣動致動器被致動時，所述限制間隙通過外部調(diào)整所述氣動致動器的行程而可外部調(diào)整；以及所述流體控制閥的傳導率通過小于所述膜片的所述完全伸展尺寸的所述限制間隙被確定。
37.如權利要求19所述的流體控制閥，其特征在于，所述氣動致動器被驅離所述膜片，以產(chǎn)生一限制間隙；所述限制間隙小于所述膜片的完全伸展尺寸；當所述氣動致動器被致動時，所述限制間隙通過外部調(diào)整所述氣動致動器的行程而可外部調(diào)整；以及所述流體控制閥的傳導率通過小于所述膜片的所述完全伸展尺寸的所述限制間隙被確定。
38.如權利要求21所述的流體控制閥，其特征在于，所述氣動致動器被驅離所述膜片，以產(chǎn)生一限制間隙；所述限制間隙小于所述膜片的完全伸展尺寸；當所述氣動致動器被致動時，所述限制間隙通過外部調(diào)整所述氣動致動器的行程而可外部調(diào)整；以及所述流體控制閥的傳導率通過小于所述膜片的所述完全伸展尺寸的所述限制間隙被確定。
39.如權利要求1所述的流體控制閥，其特征在于，所述閥座包含一閥密封件，其中所述密封由彈性體制成。
40.如權利要求39所述的流體控制閥，其特征在于，所述密封件通過一聚合物薄層涂覆。
41.如權利要求40所述的流體控制閥，其特征在于，所述密封件被鍍覆一金屬薄層。
42.如權利要求41所述的流體控制閥，其特征在于，所述密封件被置于一對應閥座中，且所述閥座以及所述密封件被鍍覆一金屬薄膜。
43.如權利要求2所述的流體控制閥，其特征在于，所述流體控制包括控制氣體脈動傳送進入一ALD處理裝置。
44.如權利要求26所述的流體控制閥，其特征在于，所述流體控制包括控制氣體脈動傳送進入一ALD處理裝置。
45.如權利要求14所述的流體控制閥，其特征在于，所述流體控制包括控制氣體脈動傳送進入一ALD處理裝置。
46.一種流體控制閥，包括閥座；通過所述閥座的流動路徑；金屬波紋管；常閉氣動致動器；閥控制室；氣動供給管線；以及導閥；其中所述金屬波紋管被布置于所述閥座和所述閥控制室之間；所述金屬波紋管密封于所述閥座和所述閥控制室之間；所述閥座和所述閥控制室之間的所述密封包括將所述波紋管的第一端安裝于所述閥座和所述閥控制室之間，且利用一大體平坦的盤片封閉所述波紋管的第二端；所述常閉氣動致動器被構造為通過偏移所述波紋管的所述第二端上的所述盤片通常關閉所述流動路徑而密封所述閥座；所述氣動供給管線與所述常閉氣動致動器流體連通地串聯(lián)連接；以及所述氣動供給管線與所述導閥流體連通地串聯(lián)連接且所述導閥與所述閥控制室流體連通地串聯(lián)連接。
47.如權利要求46所述的流體控制閥，其特征在于，所述導閥為三通常開閥；當所述導閥未被致動時，所述控制室經(jīng)由所述導閥與所述氣動供給管線連通；當所述導閥被致動時，所述控制室通過所述導閥與所述氣動供給管線斷開；所述連接意味著流體連通地串聯(lián)連接；以及當所述導閥被致動時，所述控制室經(jīng)由所述導閥被連通至一排放管線。
48.如權利要求47所述的流體控制閥，其特征在于，所述導閥為電磁閥。
49.如權利要求47所述的流體控制閥，其特征在于，所述排放管線被排空。
50.如權利要求46所述的流體控制閥，其特征在于，所述波紋管為電成形金屬波紋管。
51.如權利要求46所述的流體控制閥，其特征在于，所述波紋管為液壓成形金屬波紋管。
52.如權利要求46所述的流體控制閥，其特征在于，所述波紋管為焊接金屬波紋管，且所述流體控制閥還包含一彈簧(912)，以維持所述焊接金屬波紋管處于一預定壓縮位置。
53.如權利要求46所述的流體控制閥，其特征在于，所述氣動致動器包含一桿；所述桿穿過所述閥控制室的壁；以及一滑動密封件被布置于所述桿和所述閥控制室的所述壁之間。
54.如權利要求46所述的流體控制閥，其特征在于，所述閥控制室的容積小于2立方厘米。
55.如權利要求47所述的流體控制閥，其特征在于，所述流體供給管線被供以加壓流體；所述加壓流體致動所述常閉氣動致動器；所述被致動的氣動致動器被驅離所述波紋管；當所述閥未被致動時，所述加壓流體被連接入所述閥控制室；以及所述波紋管通過所述加壓流體被偏移，以密封所述盤片于所述閥座上。
56.如權利要求47所述的流體控制閥，其特征在于，所述流體供給管線被供以加壓流體；所述加壓流體致動所述常閉氣動致動器；所述被致動的氣動致動器被驅離所述波紋管；當所述導閥被致動時，所述加壓流體與所述閥控制室斷開；當所述導閥被致動時，所述控制室被排放；以及所述波紋管被可撓曲地彈離所述閥座，以使流體能夠流過所述流體控制閥。
57.如權利要求55所述的流體控制閥，其特征在于，所述加壓流體從一電磁閥庫被供應至所述流體供給管線。
58.如權利要求56所述的流體控制閥，其特征在于，所述使得流體能夠流過所述流體控制閥的反應時間大體上近似于所述導閥的反應時間。
59.如權利要求58所述的流體控制閥，其特征在于，所述反應時間短于4(四)毫秒。
60.如權利要求58所述的流體控制閥，其特征在于，所述反應時間短于2(兩)毫秒。
61.如權利要求58所述的流體控制閥，其特征在于，所述反應時間短于1(一)毫秒。
62.如權利要求47所述的流體控制閥，其特征在于，所述流體供給管線被供以加壓流體；所述加壓流體致動所述常閉氣動致動器；所述被致動的氣動致動器被驅離所述波紋管；當所述導閥被致動時，所述加壓流體起始地與所述閥控制室斷開；所述流動被起始地容許通過所述流體控制閥；以及當所述導閥被除去致動時，所述加壓流體被連接至所述閥控制室；以及使得流體不能流過所述流體控制閥。
63.如權利要求62所述的流體控制閥，其特征在于，所述使得流體不能流過所述流體控制閥的反應時間大體上近似于所述導閥的反應時間。
64.如權利要求62所述的流體控制閥，其特征在于，所述反應時間短于4(四)毫秒。
65.如權利要求62所述的流體控制閥，其特征在于，所述反應時間短于2(兩)毫秒。
66.如權利要求62所述的流體控制閥，其特征在于，所述反應時間短于1(一)毫秒。
67.如權利要求47所述的流體控制閥，其特征在于，所述流體供給管線從所述加壓流體被通氣；所述常閉氣動致動器返回常閉位置；以及所述常閉氣動致動器在所述常閉位置使流體不能流過所述流體控制閥。
68.如權利要求67所述的流體控制閥，其特征在于，所述排放的流體供給管線通過一電磁閥庫被控制。
69.如權利要求67所述的流體控制閥，其特征在于，所述排放的流體供給管線通過一壓力損失被啟動。
70.如權利要求69所述的流體控制閥，其特征在于，所述壓力損失通過一故障被啟動。
71.如權利要求56所述的流體控制閥，其特征在于，所述氣動致動器被驅離所述波紋管，以產(chǎn)生一限制間隙；所述限制間隙小于所述波紋管的完全壓縮尺寸；當所述氣動致動器被致動時，所述限制間隙通過外部調(diào)整所述氣動致動器的行程而可外部調(diào)整；以及所述流體控制閥的傳導率通過小于所述波紋管的完全壓縮尺寸的所述限制間隙被確定。
72.如權利要求46所述的流體控制閥，其特征在于，所述閥座包含一閥密封件，其中所述密封件由彈性體制成。
73.如權利要求72所述的流體控制閥，其特征在于，所述彈性體被一聚合物薄層涂覆。
74.如權利要求73所述的流體控制閥，其特征在于，所述密封件被鍍覆一金屬薄層。
75.如權利要求73所述的流體控制閥，其特征在于，所述密封件被置于一對應閥座中，所述閥座和所述密封件被鍍覆一金屬薄膜。
76.如權利要求47所述的流體控制閥，其特征在于，所述流體控制包括控制氣體脈動傳送進入一ALD處理裝置。
77.如權利要求62所述的流體控制閥，其特征在于，所述流體控制包括控制氣體脈動傳送進入一ALD處理裝置。
78.如權利要求56所述的流體控制閥，其特征在于，所述流體控制包括控制氣體脈動傳送進入一ALD處理裝置。
79.一種氣動控制閥，包括；閥體，其中一入口端口和一出口端口被形成；形成于所述閥體中的閥室底部，其中所述端口中的第一端口大體上在所述閥室底部的中心處被流體連通地串聯(lián)連接進入所述閥底部；所述端口的第二端口大體上偏離所述閥室底部的中心被流體連通地串聯(lián)連接進入所述閥底部；一閥密封件圍繞所述第一端口位于所述閥室底部內(nèi)；由大體撓性構件制成的閥室頂部；所述大體撓性構件的中心通常大體上與所述閥室底部隔離地定位；所述閥室頂部將所述閥室與一閥控制室隔開；所述閥控制室包括一流體連接端口；所述閥控制室包括一可移位桿；所述可移位桿通過一流體供給管線被加壓流體裝置致動；所述流體連接端口與所述流體供給管線流體連通地串聯(lián)連接；一導向控制閥在所述流體供給管線和所述流體連接端口之間流體連通地串聯(lián)連接；所述導向控制閥內(nèi)的流體路徑通常將流體從所述流體供給管線連通至所述流體連接端口；當被致動時，所述導向控制閥內(nèi)的所述流體路徑斷開從所述流體供給管線至流體連接端口的流體流動，并且將所述流體連接端口連接至一排放管線；其中所述閥桿通常被一彈簧壓縮，以推動和偏移所述閥室和所述控制室之間的所述撓性構件，從而適應并大體密封所述閥密封件；其中一流體經(jīng)由流體供給管線被施加，以致動所述閥桿移離所述閥室和所述控制室之間的所述撓性構件；當所述導閥未被致動時，所述流體經(jīng)由所述導閥被施加進入所述閥控制室，以偏移所述閥室和所述閥控制室之間的所述撓性構件，從而順應且大體密封所述閥密封件；當所述導閥被致動時，所述流體被排出所述閥控制室；當所述導閥被致動時，所述撓性構件回復至一自由站立位置；以及所述流體控制閥是開啟的。
80.如權利要求79所述的流體控制閥，其特征在于，所述導閥為電磁閥。
81.如權利要求79所述的流體控制閥，其特征在于，所述撓性構件為圓頂形膜片。
82.如權利要求81所述的流體控制閥，其特征在于，所述圓頂形膜片在周邊處被加強。
83.如權利要求82所述的流體控制閥，其特征在于，在周邊處的所述加強包括在加壓偏移下安裝所述膜片；以及所述加壓偏移從所述膜片的凹入側被施加。
84.如權利要求79所述的流體控制閥，其特征在于，所述撓性構件包括金屬波紋管。
85.如權利要求79所述的流體控制閥，其特征在于，所述撓性構件包括金屬波紋管；所述金屬波紋管被被組裝有一回復彈簧(912)；所述回復彈簧(912)維持所述波紋管于大體被壓縮形式；所述波紋管和所述回復彈簧(912)被緊固在一起作為一波紋管-彈簧組件；以及當所述波紋管-彈簧組件處于自由站立形式時，所述流體控制閥是開啟的。
86.一種閥座組件，包括周邊密封件，具有位于頂部的密封表面和大體位于底部的伸出凸緣；凹槽，具有保形地收納所述凸緣和所述密封件的下部的尺寸；位于所述凹槽中的所述密封件。
87.如權利要求86所述的閥座組件，其特征在于，所述周邊密封件包括一中心彈性體本體和一薄聚合物涂層。
88.如權利要求86所述的閥座組件，其特征在于，所述周邊密封件包括一中心彈性體本體、一薄聚合物涂覆和一保形地覆蓋所述徑向密封件的表面的鍍覆金屬薄膜。
89.一種安裝閥座的方法，包括形成一周邊彈性體密封件，其在頂部具有大體圓形橫截面并在底部具有伸出安裝凸緣；在所述閥座中形成一周邊凹槽，其對應于所述周邊密封件的所述安裝凸緣；以及將所述周邊密封件接合至所述周邊凹槽。
90.如權利要求89所述的方法，其特征在于，還包括以一聚合物薄層涂覆所述周邊密封件。
91.如權利要求89所述的方法，其特征在于，所述接合包括以一聚合物薄層涂覆所述周邊密封件；活化所述聚合物薄層的表面，以用于無電鍍；利用無電鍍或無電鍍與電鍍的結合以一金屬薄層涂覆所述周邊密封件；將所述周邊密封件放入所述周邊凹槽中；以及以一適應所述周邊密封件和所述閥座的的表面的金屬薄層鍍覆所述閥座。
92.如權利要求91所述的安裝閥座的方法，其特征在于，所述金屬薄膜為鎳。
93.如權利要求91所述的安裝閥座的方法，其特征在于，所述金屬膜為鎳合金。
94.一種流體控制閥，包括閥座；通過所述閥座的流動路徑；金屬膜片；常閉氣動致動器；閥控制室；氣動供給管線；以及導閥；其中所述膜片被布置于所述閥座和所述閥控制室之間；所述常閉氣動致動器被構造為通常關閉所述膜片；所述氣動供給管線與所述常閉氣動致動器流體連通地串聯(lián)連接；所述氣動供給管線與所述導閥流體連通地串聯(lián)連接，且所述導閥與所述閥控制室流體連通地串聯(lián)連接；所述控制閥被形成于一氣體分配空間的壁上；所述閥座限定出所述流體控制閥的一流出口；以及所述流體控制閥的所述流出口與所述氣體分配空間的壁大體共面。
95.一種流體控制閥，包括閥座；通過所述閥座的流動路徑；金屬波紋管；常閉氣動致動器；閥控制室；氣動供給管線；以及導閥；其中所述金屬波紋管被布置于所述閥座和所述閥控制室之間；所述金屬波紋管密封于所述閥座和所述閥控制室之間；所述閥座和所述閥控制室之間的所述密封包括將所述波紋管的第一端安裝于所述閥座和所述閥控制室之間，且利用一大體平坦的盤片封閉所述波紋管的第二端；所述常閉氣動致動器被構造為通過偏移所述波紋管的所述第二端上的所述盤片通常關閉所述流動路徑而密封所述閥座；所述氣動供給管線與所述常閉氣動致動器流體連通地串聯(lián)連接；所述氣動供給管線與所述導閥流體連通地串聯(lián)連接，且所述導閥與所述閥控制室流體連通地串聯(lián)連接；所述控制閥被形成于一氣體分配空間的壁上；所述閥座限定出所述流體控制閥的一流出口；以及所述流體控制閥的所述流出口與所述氣體分配空間的壁大體共面。
96.一種故障保險常閉(FSNC)氣動致動閥，其具有小于5毫秒的反應時間。
97.一種故障保險常閉(FSNC)氣動致動閥，其具有小于2毫秒的反應時間。
98.一種故障保險常閉(FSNC)氣動致動閥，其具有小于1毫秒的反應時間。
99.一種故障保險常閉(FSNC)氣動致動閥，其具有小于0.5毫秒的反應時間。
100.一種故障保險常閉(FSNC)氣動致動閥，其具有小于2毫秒的反應時間和大于Cv＝0.5的傳導率。
101.一種故障保險常閉(FSNC)氣動致動閥，其具有小于2毫秒的反應時間和大于Cv＝1的傳導率。
102.一種故障保險常閉(FSNC)氣動致動閥，其具有小于2毫秒的反應時間和大于Cv＝2的傳導率。
103.一種故障保險常閉(FSNC)氣動致動閥，其具有小于5毫秒的反應時間和大于Cv＝5的傳導率。
104.一種故障保險常閉(FSNC)氣動致動閥，其具有小于2毫秒的反應時間和大于Cv＝5的傳導率。
105.一種高純度故障保險常閉(FSNC)氣動致動閥，其具有小于2毫秒的反應時間和高于150℃的操作溫度。
106.一種高純度故障保險常閉(FSNC)氣動致動閥，其具有小于2毫秒的反應時間和高于200℃的操作溫度。
107.一種高純度故障保險常閉(FSNC)氣動致動閥，其具有小于2毫秒的反應時間和高于250℃的操作溫度。
108.一種高純度故障保險常閉(FSNC)氣動致動閥，其具有小于2毫秒的反應時間和高于300℃的操作溫度。
109.一種高純度故障保險常閉(FSNC)氣動致動閥，其具有小于2毫秒的反應時間、大于0.5的傳導率Cv和高于150℃的操作溫度。
110.一種高純度故障保險常閉(FSNC)氣動致動閥，其具有小于2毫秒的反應時間、大于0.5的傳導率Cv和高于200℃的操作溫度。
111.一種高純度故障保險常閉(FSNC)氣動致動閥，其具有小于2毫秒的反應時間、大于0.5的傳導率Cv和高于250℃的操作溫度。
112.一種高純度故障保險常閉(FSNC)氣動致動閥，其具有小于2毫秒的反應時間、大于0.5的傳導率Cv和高于300℃的操作溫度。
113.如權利要求1所述的流體控制閥，其特征在于，所述金屬膜片的重量小于0.5克。
114.如權利要求46所述的流體控制閥，其特征在于，所述金屬波紋管的重量小于2克。
115.如權利要求46所述的流體控制閥，其特征在于，所述金屬波紋管的重量小于1克。
116.如權利要求46所述的流體控制閥，其特征在于，所述金屬波紋管的重量小于0.5克。
117.如權利要求46所述的流體控制閥，其特征在于，所述金屬波紋管以多層結構被電成形。
118.一種安裝閥座的方法，包括電成形一周邊密封件，其在頂部具有大體圓形橫截面，并在底部具有周邊開口；在所述閥座中形成一周邊凹槽，所述周邊凹槽具有一對應于所述周邊密封件的底部的所述周邊開口的周邊隅角；將所述周邊密封件銅焊到所述周邊凹槽中；以一適應所述周邊密封件和所述閥座的的表面的金屬薄層鍍覆所述閥座。
119.一種制備和安裝閥座的方法，包括電成形一周邊密封件；所述周邊密封件在頂部具有大體圓形橫截面；所述周邊密封件在底部具有周邊開口；在所述閥座中形成周邊凹槽；所述周邊凹槽具有周邊隅角；所述周邊隅角對應于所述周邊密封件的底部的所述周邊開口；將所述周邊密封件放入所述周邊凹槽中；在一銅焊爐中控制周圍氣體的壓力；將所述周邊密封件銅焊到所述周邊凹槽中，其中預設壓力的氣體被截流于所述周邊密封件中；以一金屬薄層鍍覆所述閥座；以及所述金屬薄層適應于所述周邊密封件和所述閥座的表面。
120.一種制備和安裝閥座的方法，包括電成形一徑向密封件；所述徑向密封件在頂部具有大體圓形橫截面；所述徑向密封件在底部具有徑向開口；所述徑向密封件具有適當?shù)爻尚我怨╇娮邮附拥膹较蛲咕?；在所述閥座內(nèi)形成徑向凹槽；所述徑向凹槽具有徑向隅角；所述徑向隅角對應所述徑向密封件的底部的徑向開口；所述徑向隅角被適當?shù)爻尚?，以供電子束焊接；將所述徑向密封件放入所述徑向凹槽中；利用電子束焊接或類似方式將所述徑向密封件焊接到所述徑向凹槽中；以一金屬薄層鍍覆所述閥座；以及所述金屬薄層適應于所述徑向密封件和所述閥座的表面。
121.一種故障保險常閉(FSNC)氣動致動閥，其具有小于5毫秒的反應時間，且在小于100毫秒的閥循環(huán)時間下具有超過一千萬次循環(huán)的循環(huán)壽命。
122.一種故障保險常閉(FSNC)氣動致動閥，其具有小于2毫秒的反應時間，且在小于100毫秒的閥循環(huán)時間下具有超過一千萬次循環(huán)的循環(huán)壽命。
123.一種故障保險常閉(FSNC)氣動致動閥，其具有小于1毫秒的反應時間，且在小于100毫秒的閥循環(huán)時間下具有超過一千萬次循環(huán)的循環(huán)壽命。
124.一種故障保險常閉(FSNC)氣動致動閥，其具有小于5毫秒的反應時間，且在小于100毫秒的閥循環(huán)時間和超過150℃的操作溫度下具有超過一千萬次循環(huán)的循環(huán)壽命。
125.一種故障保險常閉(FSNC)氣動致動閥，其具有小于2毫秒的反應時間，且在小于100毫秒的閥循環(huán)時間和超過150℃的操作溫度下具有超過一千萬次循環(huán)的循環(huán)壽命。
126.一種故障保險常閉(FSNC)氣動致動閥，其具有小于5毫秒的反應時間、大于0.5的傳導率Cv、以及在小于100毫秒的閥循環(huán)時間下超過一千萬次循環(huán)的循環(huán)壽命。
127.一種故障保險常閉(FSNC)氣動致動閥，其具有小于5毫秒的反應時間、大于1的傳導率Cv、以及在小于100毫秒的閥循環(huán)時間下超過一千萬次循環(huán)的循環(huán)壽命。
128.一種故障保險常閉(FSNC)氣動致動閥，其具有小于5毫秒的反應時間，大于2的傳導率Cv、以及在小于100毫秒的閥循環(huán)時間下超過一千萬次循環(huán)的循環(huán)壽命。
129.一種故障保險常閉(FSNC)氣動致動閥，其具有小于5毫秒的反應時間，大于0.5的傳導率Cv、以及在超過150℃的操作溫度和小于100毫秒的閥循環(huán)時間下超過一千萬次循環(huán)的循環(huán)壽命。
130.一種故障保險常閉(FSNC)氣動致動閥，其具有小于5毫秒的反應時間，大于1的傳導率Cv、以及在超過150℃的操作溫度和小于100毫秒的閥循環(huán)時間下超過一千萬次循環(huán)的循環(huán)壽命。
131.一種故障保險常閉(FSNC)氣動致動閥，其具有小于5毫秒的反應時間、大于2的傳導率Cv、以及在超過150℃的操作溫度和小于100毫秒的閥循環(huán)時間下超過一千萬次循環(huán)的循環(huán)壽命。
132.一種故障保險常閉(FSNC)氣動致動閥，其具有小于5毫秒的反應時間、大于0.5的傳導率Cv、以及在超過150℃的操作溫度和小于100毫秒的閥循環(huán)時間下超過5千萬次循環(huán)的循環(huán)壽命。
133.一種流體控制閥，包括；閥口；可在關閉閥位置和開啟閥位置之間移動的機械閥致動器；閥致動器驅動器，用于將所述機械閥致動器從所述關閉閥位置驅動到所述開啟閥位置；氣動閥驅動器，用于當所述機械閥致動器處于所述開啟閥位置時氣動地開啟和關閉所述閥口。
134.如權利要求133所述的流體控制閥，其特征在于，還包含一位于所述閥口和所述機械閥驅動器之間的閥膜片。
135.如權利要求134所述的流體控制閥，其特征在于，所述氣動閥驅動器直接作用于所述閥膜片上。
136.如權利要求133所述的流體控制閥，其特征在于，所述閥致動器驅動器包括一氣動致動器。
137.如權利要求133所述的流體控制閥，其特征在于，所述機械閥致動器包括一彈簧。
138.一種流體控制閥，包括；閥口；可在關閉閥位置和工作閥位置之間移動的機械閥致動器；閥致動器驅動器，用于將所述機械閥致動器從所述關閉閥位置驅動到所述開啟閥位置；氣動閥驅動器，用于當所述機械閥致動器處于所述工作閥位置時氣動地開啟和關閉所述閥口。
139.一種操作流體控制閥的方法，包括機械地保持所述閥關閉于其不能被氣動地操作的不工作狀態(tài)；將所述閥轉換至其可被氣動地開啟和關閉的工作狀態(tài)；以及氣動地開啟和關閉所述閥。
140.如權利要求139所述的方法，其特征在于，所述轉換包括氣動地致動一機械閥致動器。
141.如權利要求139所述的方法，其特征在于，所述機械地保持包括以一彈簧保持所述閥關閉。
142.一種操作流體控制閥的方法，包括以一機械致動器保持所述閥膜片關閉；釋放所述機械致動器；以及氣動地開啟和關閉所述閥膜片。
143.如權利要求142所述的方法，其特征在于，所述釋放被氣動地進行。
144.如權利要求142所述的方法，其特征在于，與所述釋放同時，氣動壓力被替代以機械壓力，以保持所述閥關閉。
145.如權利要求2所述的流體控制閥，其特征在于，所述流體供給管線被供以加壓流體；所述加壓流體致動所述常閉氣動致動器；所述被致動的氣動致動器被驅離所述膜片；當所述導閥被致動時，所述加壓流體與所述閥控制室斷開；當所述導閥被致動時，所述控制室被排空；以及所述膜片被可撓曲地彈離所述閥座，以使流體能夠流過所述流體控制閥。
146.如權利要求6所述的流體控制閥，其特征在于，所述流體供給管線被供以加壓流體；所述加壓流體致動所述常閉氣動致動器；所述被致動的氣動致動器被驅離所述膜片；當所述導閥被致動時，所述加壓流體與所述閥控制室斷開；當所述導閥被致動時，所述控制室被排空；以及所述膜片被可撓曲地彈離所述閥座，以使流體能夠流過所述流體控制閥。
147.如權利要求47所述的流體控制閥，其特征在于，所述流體供給管線被供以加壓流體；所述加壓流體致動所述常閉氣動致動器；所述被致動的氣動致動器被驅離所述波紋管；當所述導閥被致動時，所述加壓流體與所述閥控制室斷開；當所述導閥被致動時，所述控制室被排空；以及所述波紋管被可撓曲地彈離所述閥座，以使流體能夠流過所述流體控制閥。
148.一種流體控制閥，包括閥體，其中一入口端口與一出口端口被形成；形成于所述閥體內(nèi)的閥室底部，其中所述端口的第一端口以連續(xù)流體連通被連接進入所述閥底部大體地在所述閥室底部的中心；所述端口的第二端口大體上偏離所述閥室底部的中心被流體連通地串聯(lián)連接進入所述閥底部；一閥密封件圍繞所述第一端口位于所述閥室底部內(nèi)；由大體撓性構件制成的閥室頂部；所述大體撓性構件的中心通常大體上與所述閥室底部隔離地定位；所述閥室頂部將所述閥室與一閥控制室隔開；所述閥控制室包括一流體連接端口；所述閥控制室包括一可移位桿；所述可移位桿通過一流體供給管線被加壓流體裝置致動；所述流體連接端口與所述流體供給管線流體連通地串聯(lián)連接；一導向控制閥在所述流體供給管線和所述流體連接端口之間流體連通地串聯(lián)連接；所述導向控制閥內(nèi)的流體路徑通常將流體從所述流體供給管線連通至所述流體連接端口；當被致動時，所述導向控制閥內(nèi)的所述流體路徑斷開從所述流體供給管線至流體連接端口的流體流動，并且將所述流體連接端口連接至一排空管線；所述閥桿通常被一彈簧壓縮，以推動和偏移所述閥室和所述控制室之間的所述撓性構件，從而順應并大體密封所述閥密封件；其中流體經(jīng)由流體供給管線被施加，以致動所述閥桿移離所述閥室和所述控制室之間的所述撓性構件；當所述導閥未被致動時，所述流體經(jīng)由所述導閥被施加進入所述閥控制室，以偏移所述閥室和所述閥控制室之間的所述撓性構件，從而順應且大體密封所述閥密封件；當所述導閥被致動時，所述流體被排出所述閥控制室；當所述導閥被致動時，所述撓性構件回復至一自由站立位置；以及所述流體控制閥是開啟的。
149.一種流體控制閥，包括閥座；經(jīng)過所述閥座的流動路徑；撓性構件(62)；氣動致動器(64)；撓性構件室(54)；撓性構件室排空口(56)；以及排空管線(70)；其中所述撓性構件被布置于所述閥座與所述撓性構件室之間；所述氣動致動器被構造成通過偏移所述撓性構件而關閉所述流動路徑，從而密封所述閥座；所述撓性構件室被加壓密封；以及當撓性構件發(fā)生故障時，所述流動路徑仍保持與外界壓力密封。
150.如權利要求149所述的流體控制閥，其特征在于，所述撓性構件包括金屬膜片。
151.如權利要求149所述的流體控制閥，其特征在于，所述撓性構件包括金屬波紋管。
152.如權利要求149所述的流體控制閥，其特征在于，所述撓性構件室在所述撓性構件發(fā)生故障后進而被排空。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于故障保險高速氣動閥的裝置和方法。故障保險可靠性通過一彈簧加載常閉氣動致動器提供。當彈簧加載的氣動致動器被加壓時，常閉機構被致動至閥工作位置。同時，壓力被直接施加，以將膜片或波紋管組件偏移返回至密封位置。具有標準圓頂形膜片的超高純度實施例被公開。附加的高傳導率膜片和波紋管的實施例被應用于較高傳導率閥。創(chuàng)新的流體路徑布置被公開。該閥可應用于快速氣體和流體切換，且特別適用于高生產(chǎn)率原子層沉積(ALD)應用。附加的實施例涵蓋改進的膜片和密封件可靠度、可外部調(diào)整的閥傳導率、改進的閥安全性和高溫閥密封件。
文檔編號F16K31/00GK1894526SQ200480037708
公開日2007年1月10日 申請日期2004年10月18日 優(yōu)先權日2003年10月17日
發(fā)明者奧弗·斯內(nèi) 申請人:松德沃技術公司