半導(dǎo)體零部件(5)-真空閥

閥門是半導(dǎo)體真空系統(tǒng)和流體系統(tǒng)中的核心元件，起到開(kāi)閉、控制流量/流向、調(diào)節(jié)壓力等作用。閥門種類眾多，如真空系統(tǒng)中閥門按作用可分為隔離閥、控制閥、傳輸閥等；流體系統(tǒng)中則需要用到隔膜閥、調(diào)壓閥等。半導(dǎo)體對(duì)閥門要求極為嚴(yán)苛，對(duì)密封性、真空度、潔凈度等參數(shù)指標(biāo)都有極高要求，在材料的選擇、表面處理等方面都給廠商帶來(lái)了較大難度。

真空閥的分類及應(yīng)用：

真空閥指的是用在真空系統(tǒng)中的閥門，其作用通常為隔離真空區(qū)域（如工藝腔室）或控制氣體進(jìn)出量。由于真空環(huán)境基本貫穿半導(dǎo)體制造過(guò)程始終，因此真空閥在半導(dǎo)體設(shè)備中也有著普遍而廣泛的應(yīng)用。

在半導(dǎo)體設(shè)備的真空系統(tǒng)中的真空閥，按照功能劃分，隔離閥(Isolation Valves)、控制閥(Control Valves)、傳輸閥(Transfer Valves)等類型應(yīng)用較多：其中，隔離閥起隔絕/接通作用，營(yíng)造真空環(huán)境；控制閥主要起到控制氣體流量和壓力的作用；傳輸閥則可用于晶圓在腔體之間或腔體和 Load Lock之間的傳輸。根據(jù)閥門的工作方式劃分，隔離閥和控制閥又包括閘閥(Gate Valves)、角閥(Angle Valves)、蝶閥(Butterfly Valves)、球閥(Ball Valves)、擺閥(Pendulum Valves)等。

圖1：真空閥在半導(dǎo)體設(shè)備中的應(yīng)用

隔離閥采用最多的主要為閘閥和角閥：閘閥的啟閉件為閘板，閘板運(yùn)動(dòng)方向與介質(zhì)流動(dòng)方向垂直，通過(guò)閘板的升降可以起到隔絕/接通作用，通常只作全開(kāi)/全閉狀態(tài)，是隔離閥的理想選擇，而較少用作控制作用。閘閥可用于腔體和真空泵之間來(lái)保護(hù)真空泵，也可用于兩個(gè)相連腔體之間的隔離。

圖2：閘閥產(chǎn)品圖示(左)、工作原理(右)

圖3：閘閥應(yīng)用場(chǎng)景(左:用于工藝腔和真空泵之間，右:用于兩個(gè)管狀腔體之間)

角閥屬于提升閥(Poppet Valves)的一種，其氣體通路通常呈直角，主要可用于真空系統(tǒng)中的排氣管路和抽氣系統(tǒng)等的連接。如用于主泵（通常為分子泵）和前級(jí)泵（通常為干泵）之間（即前級(jí)管路），或者是工藝腔和前級(jí)泵之間（即粗抽或預(yù)真空管路）。角閥常作為隔離閥，尤其適用于嚴(yán)苛的環(huán)境下，并具有出色的可靠性，也可具備控制作用。

圖4：角閥產(chǎn)品圖示(左)、工作原理(右)

圖5：角閥應(yīng)用場(chǎng)景

與僅限于完全打開(kāi)和關(guān)閉的隔離閥不同，控制閥允許控制體積流量，這通常是通過(guò)縮小或加寬氣門通道來(lái)實(shí)現(xiàn)。閥門的設(shè)計(jì)原理和驅(qū)動(dòng)類型決定了相應(yīng)的控制范圍和精度。真空控制閥主要是電動(dòng)驅(qū)動(dòng)的，從而實(shí)現(xiàn)非常精細(xì)和快速的位置變化。除電動(dòng)控制閥外，還有氣動(dòng)解決方案。真空控制閥可用作沒(méi)有隔離功能的純控制閥，也可用作控制和隔離閥，從而完全中斷體積流量?？刂崎y主要類型包括擺閥、蝶閥以及球閥。

擺閥是基于閥瓣的擺動(dòng)來(lái)控制流體的流動(dòng)。當(dāng)需要開(kāi)啟閥門時(shí)，閥桿通過(guò)旋轉(zhuǎn)或上下移動(dòng)的方式，使閥瓣擺動(dòng)開(kāi)啟，從而允許流體通過(guò)閥門。當(dāng)需要關(guān)閉閥門時(shí)，閥桿再次旋轉(zhuǎn)或上下移動(dòng)，使閥瓣擺動(dòng)關(guān)閉，從而阻止流體通過(guò)閥門。擺閥具有設(shè)計(jì)緊湊、振動(dòng)小、啟閉平穩(wěn)、能有效避免產(chǎn)生顆粒的特點(diǎn)，被廣泛用作控制閥，多用于真空泵和工藝腔之間。

圖6：擺閥產(chǎn)品圖示(上)、工作原理(下)

蝶閥的閥瓣呈圓盤形，圍繞其中軸旋轉(zhuǎn)，旋角大小便是閥門的開(kāi)閉度，既可作為隔離閥，提供與閘閥同樣可靠的真空隔離的同時(shí)對(duì)占用空間要求較低，適用于緊湊空間的隔離；又可作為控制閥，實(shí)現(xiàn)快速精確的調(diào)節(jié)。

圖7：蝶閥產(chǎn)品圖示(左)、工作原理(右)

球閥的啟閉件是中間帶有圓形通道的球體，可以繞垂直于通道的軸線旋轉(zhuǎn)，球體隨閥桿轉(zhuǎn)動(dòng)從而達(dá)到啟閉通道的目的。球閥適用的壓力范圍廣，從高真空到低真空等均可使用，同時(shí)在帶有腐蝕性介質(zhì)的或者高溫的系統(tǒng)中也均可適用。

圖8：球閥產(chǎn)品圖示(左)、工作原理(右)

傳輸閥是用于連接真空腔室的長(zhǎng)方形截面的閥門，可將物體（如晶圓）從一個(gè)腔室傳送到另一個(gè)腔室，尤其是在傳輸腔和工藝腔之間需要用到，因此傳輸閥是多腔室系統(tǒng)的理想選擇。

圖9：傳輸閥產(chǎn)品圖示(左)、工作原理(右)

圖10：傳輸閥應(yīng)用場(chǎng)景

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