用于12英寸晶圆半导体制造的法兰式快排阀

技术领域

本发明涉及阀门领域，特别涉及一种用于半导体制造的快排阀。

背景技术

目前国内半导体及光伏领域正在高速发展，而硅片是光伏发电的主要材料，半导体硅材料是最主要的元素半导体材料，因此光伏属于泛半导体行业。而半导体行业的不断发展使得各种强酸、强碱、强氧化性等介质的应用不断提高。在半导体制造领域，特别是芯片制造流程中，例如芯片的蚀刻工艺，其需要前处理：通过对材质表面的油污、灰尘、污垢及氧化膜喷油进行清除；然后压合（贴膜）：按要求双面涂布感光胶。再曝光：通过光掩膜紫外线曝光转移成像；再显影：曝光后对图案进行固化，暴露出腐蚀部分，并清除产品不需要的感光胶层；再干燥：清除感光胶使金属表面清洁，无黏连、杂质等；再蚀刻：通过蚀刻液对金属进行腐蚀，其过程涉及溶液的浓度、温度、压力、速度等参数；最后剥离（脱落作业）：蚀刻后残留的感光胶层采用酸碱中和法进行膨化，利用清水和超声波清洗多余的感光胶层；其工艺流程中几乎每一部都需要清洗操作，半导体的清洗操作需要将待清洗件放入石英槽或石英花篮中，石英由于其优秀的高纯度、耐高温、耐腐蚀、热稳定性、透光性、电绝缘性能，非常适用于半导体制造，但石英槽易断裂。为了配套国内自主研发高端12英寸晶圆清洗设备开发，关键零部件阀门要求有极低的金属析出要求，清洗设备为保持超高的纯度，采用高纯石英制作清洗晶圆容器槽，石英材料特性与玻璃相似，而上述工艺流程中，如果采用传统的气动球阀安装后则离子及颗粒析出高，不能满足工况需求，采用气动隔膜阀则冲击震动较大，石英槽容器容易断裂，因此，为了配套国内自主研发12英寸晶圆清洗设备，急需相应的具有自主知识产权的快排阀。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种开关震动极细微且离子及颗粒析出极低的用于12英寸晶圆半导体制造的法兰式快排阀。

实现本发明目的的技术方案是提供一种用于12英寸晶圆半导体制造的法兰式快排阀，包括本体组件、能相对本体组件做左右活塞运动的活塞组件、用于与石英槽连接的石英槽连接组件、用于将石英槽连接组件与本体组件连接的连接柱组件以及能用于排液的外壳组件，外壳组件设置于石英槽连接组件与本体组件之间；

上述活塞组件包括对石英槽直接实施排液启闭控制的密封外套，上述石英槽连接组件包括配合前述密封外套对石英槽直接实施排液启闭控制的垫圈；密封外套呈管状，密封外套的外周呈左小右大的两段状或密封外套的外周中部设有环状的凸起；垫圈呈设有中央通孔的法兰盘状，垫圈的中央通孔的半径比密封外套的左段的外半径大0.7至1.4毫米；密封外套与垫圈共轴线设置，从而垫圈的中央通孔处的内壁与密封外套的左段外壁之间存在0.7至1.4毫米的间隙，该间隙为缓放液通道。

进一步的，上述活塞组件还包括活塞、第三O型圈和密封内衬。活塞呈从左至右渐大的三段状，包括从左至右依次连接的连接部、主杆部和启闭盘部，启闭盘部的外周设有第三O型圈槽，启闭盘部的右端面设有环状凸起以使得其中央具有盘面状空间。

密封内衬呈开口向右的管状；密封外套呈开口向右的管状，其内径与密封内衬的外径对应；

密封外套套在密封内衬的外周且可拆卸的连接，活塞由其连接部与密封内衬可拆卸的连接；活塞、密封内衬和密封外套共轴线且能左右向联动作活塞运动；第三O型圈设置在活塞的第三O型圈槽内。

进一步的，上述石英槽连接组件还包括压圈和第四O型圈。垫圈的左端面的径向内侧设有环形的第四O型圈槽，其右端面呈径向外高内低的两段阶梯状；压圈呈设有中央通孔的法兰盘状，压圈为环形整体件或两个半圆对称设置的环形组合件。第四O型圈设置在第四O型圈槽内。压圈和垫圈能通过紧固件夹设在石英槽的相应位置的排液开孔处。密封外套、压圈、垫圈均采用PTFE材料制成。

进一步的，活塞的连接部具有外螺纹；密封内衬的外周中部设有一段外螺纹部；密封内衬的左端面中央设有具有内螺纹且与活塞的连接部对应的活塞连接孔。密封外套的内周面中部设有一段与密封内衬的外螺纹部对应的内螺纹部；密封外套的左右两段之间平滑过渡。

活塞由其连接部与密封内衬的活塞连接孔旋合连接，密封外套套在密封内衬的外周且由其内螺纹部与密封内衬的外螺纹部旋合连接，密封内衬的左端面抵至密封外套的内部最左端。

进一步的，本体组件包括本体、过滤接头、活塞端盖、第一O型圈和第二O型圈。本体呈带颈法兰状，包括盘部和连接在盘部左侧中央的颈部，盘部中央设有具有内螺纹的第一接头沉孔，第一接头沉孔处设置与颈部内腔贯通的第一通气孔；颈部开口向左，其左端开口处呈直径左大右小的阶梯状，且左孔部的尾端设有第一O型圈槽，右孔部为活塞运动导向槽。盘部在第一接头沉孔的上方设置第二接头沉孔，第二接头沉孔处设置沿颈部管壁轴向延伸的气通道，在气通道的左端设置与颈部的右孔部的最左端贯通的斜向设置的第二通气孔，第一通气孔与第二通气孔的直径均为0.7至1.4毫米。

过滤接头是气动快速接头，过滤接头有2个，分别旋合设置在本体的第一接头沉孔和第二接头沉孔内。

活塞端盖呈螺母状，其外径大小与本体的颈部的左孔部对应，其内端面设有均匀间隔的2个第二O型圈槽；活塞端盖限位设置在本体的颈部的左孔部内。第一O型圈设置在第一O型圈槽内；第二O型圈有2个，分别设置在相应的第二O型圈槽内。

活塞的主杆部的外径与活塞端盖的内径对应，启闭盘部的外径与本体的颈部的右孔部的内径对应；密封内衬的内径与本体的颈部的外径对应；活塞端盖套在活塞的主杆部上，第二O型圈即设置在两者之间以密封；密封内衬位于本体的颈部外侧。

进一步的，上述连接柱组件包括连接柱。连接柱的数量为a根，a的取值范围为5至10，各连接柱通过紧固件连接在本体的盘部与垫圈之间，从而压圈和垫圈套在密封外套的外周前中部；当活塞位于最左端时，密封外套的直径较大的右段被垫圈所阻挡，使得活塞的启闭盘部的左端面与活塞端盖的右端面之间存在厚度为0.7至1mm的环形的通气空间。

进一步的，上述石英槽连接组件还包括全牙外六角螺丝。垫圈的盘面边缘位置设有左右贯通的2a个连接孔，其中a个为从左向右设置的第二沉孔，另外a个为第二直孔，第二沉孔与第二通孔间隔设置；压圈的右端面边缘位置设有a个与第二直孔对应的内螺纹盲孔；全牙外六角螺丝有a个，全牙外六角螺丝穿过垫圈的相应的第二通孔后旋合在压圈的相应的内螺纹盲孔内。

本体的盘部边缘位置设有左右贯通的2a个连接孔，其中a个为第一沉孔，另外a个为第一直孔，第一沉孔与第一通孔间隔设置；

本体的颈部的左孔部具有内螺纹；活塞端盖设有与本体的颈部的左孔部对应的外螺纹，其右端尾部设置与第一O型圈槽位置对应的不具有螺纹的光部；活塞端盖由其外螺纹旋合设置在本体的颈部的左孔部内，并向右被本体的颈部的右孔部阻挡；

上述连接柱组件还包括内外牙转换螺母、防尘塞、半圆头内六角螺丝和第五O型圈；连接柱的左右两端面均设有环形的第五O型圈槽，其左右两端面中央均设有内螺孔。内外牙转换螺母、防尘塞、半圆头内六角螺丝和第五O型圈的数量均为连接柱的两倍。将内外牙转换螺母旋合设置在相应的连接柱的两端的内螺孔内，再通过a个半圆头内六角螺丝旋合穿过本体的盘部的相应第一沉孔后旋合在连接柱的右端的相应内螺孔内的内外牙转换螺母中，再通过另外a个半圆头内六角螺丝旋合穿过垫圈的相应第二沉孔后旋合在连接柱的左端的相应内螺孔内的内外牙转换螺母中，在所有第一沉孔和第二沉孔上紧配合扣入防尘塞，第五O型圈在连接柱与垫圈之间、连接柱与本体的盘部之间。

进一步的，上述外壳组件包括外壳和止转销钉。外壳呈在轴向右下部设有一弧形开口的管状，该弧形开口为排液口，外壳的左端面管壁设有销钉槽。外壳的外径与垫圈的右端面的内圈低部的直径对应。外壳设置在垫圈的内圈低部与本体的盘部之间，并被连接柱所包覆且被连接柱的优弧平面所抵住限位，垫圈的右端面的内圈低部设有止转销钉槽，止转销钉设置在外壳的销钉槽和垫圈的止转销钉槽内。外壳在径向上被垫圈的右端面的外圈高部所限位，在轴向上被垫圈和本体的盘部所限位，在周向上被止转销钉所限位。

进一步的，上述本体、过滤接头、活塞端盖、活塞、密封内衬、全牙外六角螺丝、连接柱、防尘塞和止转销钉均采用PP聚丙烯材料制成，外壳采用PTFE材料制成。第一O型圈、第二O型圈、第三O型圈、第四O型圈和第五O型圈均采用FFKM材质的O型圈。内外牙转换螺母和半圆头内六角螺丝采用304L不锈钢材料制成。

进一步的，上述用于12英寸晶圆半导体制造的法兰式快排阀工作时，活塞处于最左端时，阀处于闭合状态，活塞被垫圈所阻挡，实施阀的开启操控后，位于下方的闭合用过滤接头泄压，位于上方的开启用过滤接头充气，气体通过第二通气孔、气通道进入通气空间使得活塞带着密封内衬和密封外套向右运动。当密封外套的左端运动至垫圈内时，石英槽内的液体可以通过缓放液通道缓慢排入外壳内由外壳的排液口排出；随着活塞的不断向右运动，石英槽内的液体的排出速度由慢至快逐渐增加直至密封外套的左端完全向右运动至脱离垫圈，当活塞向右运动至最右端时被本体所阻挡，阀完全开启，石英槽内的液体的以最高速排出。当阀处于开启状态需要闭合时，实施阀的闭合操控后，位于上方的开启用过滤接头泄压，位于下方的闭合用过滤接头充气，由于活塞的启闭盘部的外端面的环状凸起与本体之间形成有盘面状空间，气体通过第一通气孔进入该盘面状空间并将活塞向左推动运动，直至密封外套的直径较大的右段被垫圈所阻挡，阀闭合。

本发明具有积极的效果：（1）本发明的用于12英寸晶圆半导体制造的法兰式快排阀解决了12英寸晶圆半导体高端制造中石英槽的排液阀门的控制排放问题，该快排阀的垫圈呈设有中央通孔的法兰盘状，垫圈的中央通孔的半径比密封外套的左段的外半径大0.7至1.4毫米；密封外套与垫圈共轴线设置，从而垫圈的中央通孔处的内壁与密封外套的左段外壁之间存在0.7至1.4毫米的间隙，该间隙为缓放液通道，在密封外套的左端运动至垫圈内时，石英槽内的液体可以通过缓放液通道缓慢排入外壳内由外壳的排液口排出，排液的流量是由小到大递增的，使得快排阀在排液过程中震动较小，由于石英本质就是玻璃，易碎，因此本发明的快排阀的安全性较好，适用于半导体的制造，解决了国内在此领域的自主制造痛点。

（2）本发明的用于12英寸晶圆半导体制造的法兰式快排阀的密封外套、压圈、垫圈和外壳均采用PTFE材料制成，PTFE有极低的析出特性，但该材料强度较低，不能作为结构件使用，密封内衬的PP材料有着较高的强度，密封内衬作为支撑件与密封外套配套使用，在满足离子及颗粒极低的析出要求的情况下，保证了整个阀芯的强度，同时保证了密封性和使用寿命。

（3）本发明的用于12英寸晶圆半导体制造的法兰式快排阀的活塞处于最左端时，阀处于闭合状态，活塞被垫圈所阻挡，实施阀的开启操控后，位于下方的闭合用过滤接头泄压，位于上方的开启用过滤接头充气，气体通过第二通气孔、气通道进入通气空间使得活塞带着密封内衬和密封外套向右运动。当密封外套的左端运动至垫圈内时，石英槽内的液体可以通过缓放液通道缓慢排入外壳内由外壳的排液口排出；随着活塞的不断向右运动，石英槽内的液体的排出速度由慢至快逐渐增加直至密封外套的左端完全向右运动至脱离垫圈，当活塞向右运动至最右端时被本体所阻挡，阀完全开启，石英槽内的液体的以最高速排出。当阀处于开启状态需要闭合时，实施阀的闭合操控后，位于上方的开启用过滤接头泄压，位于下方的闭合用过滤接头充气，由于活塞的启闭盘部的外端面的环状凸起与本体之间形成有盘面状空间，气体通过第一通气孔进入该盘面状空间并将活塞向左推动运动，直至密封外套的直径较大的右段被垫圈所阻挡，阀闭合。所述第二通气孔、气通道、通气空间及盘面状空间的设计较为巧妙，充放气的震动较小，保证了快排阀的稳定的启闭操作。

（4）本发明的用于12英寸晶圆半导体制造的法兰式快排阀的采用第一至第五O型圈的多接触面密封圈设计，在保证密封的同时，也起到了缓震的效果。

附图说明

图1为本发明的用于12英寸晶圆半导体制造的法兰式快排阀的一种结构示意图（主视图）；

图2为图1的左视图；

图3为本发明的用于12英寸晶圆半导体制造的法兰式快排阀的一种立体结构示意图；

图4为图2的A-A面剖视图；

图5为本发明的连接柱的一种立体结构示意图；

图6为本发明的外壳的一种立体结构示意图；

图7为图4所示的用于12英寸晶圆半导体制造的法兰式快排阀的行进状态示意图；

图8为图4所示的用于12英寸晶圆半导体制造的法兰式快排阀处于开启状态时的示意图。

上述附图中的标记如下：

本体11，第一通气孔h1，气通道h2，第二通气孔h3，过滤接头12，活塞端盖13，第一O型圈14，第二O型圈15，

活塞21，第三O型圈22，密封内衬23，密封外套24，

压圈31，垫圈32，第四O型圈33，全牙外六角螺丝34，

连接柱41，内外牙转换螺母42，防尘塞43，半圆头内六角螺丝44，第五O型圈45，

外壳51，止转销钉52，

通气空间h4，缓放液通道h5，

石英槽6。

具体实施方式

（实施例1）

见图1至图4，本实施例的用于12英寸晶圆半导体制造的法兰式快排阀包括本体组件、能相对本体组件做左右活塞运动的活塞组件、用于与石英槽连接的石英槽连接组件、用于将石英槽连接组件与本体组件连接的连接柱组件以及能用于放液的外壳组件。

本体组件包括本体11、过滤接头12、活塞端盖13、第一O型圈14和第二O型圈15。本体11呈带颈法兰状，包括盘部和连接在盘部左侧中央的颈部，其盘部边缘位置设有左右贯通的12个连接孔，其中6个为第一沉孔，另外6个为第一直孔，第一沉孔与第一通孔间隔设置，盘部中央设有具有内螺纹的第一接头沉孔，第一接头沉孔处设置与颈部内腔贯通的第一通气孔h1；颈部开口向左，其左端开口处呈直径左大右小的阶梯状，且左孔部具有内螺纹，左孔部的尾端设有第一O型圈槽，右孔部为活塞运动导向槽。盘部在第一接头沉孔的上方设置第二接头沉孔，第二接头沉孔处设置沿颈部管壁轴向延伸的气通道h2，在气通道h2的左端设置与颈部的右孔部的最左端贯通的斜向设置的第二通气孔h3，第一通气孔h1与第二通气孔h3的直径均为1毫米。

过滤接头12是气动快速接头，过滤接头12有2个，分别旋合设置在本体11的第一接头沉孔和第二接头沉孔内。

活塞端盖13呈螺母状，其外径大小与本体11的颈部的左孔部对应，则其设有与本体11的颈部的左孔部对应的外螺纹，其右端尾部设置与第一O型圈槽位置对应的不具有螺纹的光部，其内端面设有均匀间隔的2个第二O型圈槽。活塞端盖13由其外螺纹旋合设置在本体11的颈部的左孔部内，并向右被本体11的颈部的右孔部阻挡。第一O型圈14设置在第一O型圈槽内以在本体11与活塞端盖13之间密封；第二O型圈15有2个，分别设置在相应的第二O型圈槽内。

活塞组件包括活塞21、第三O型圈22、密封内衬23和密封外套24。活塞21呈从左至右渐大的三段状，包括从左至右依次连接的连接部、主杆部和启闭盘部，连接部具有外螺纹，主杆部的外径与活塞端盖13的内径对应，启闭盘部的外径与本体11的颈部的右孔部的内径对应，启闭盘部的外周设有第三O型圈槽，启闭盘部的外端面（即右端面）设有环状凸起以使得其中央具有盘面状空间。

密封内衬23呈开口向右的管状，其内径与本体11的颈部的外径对应，密封内衬23的外周中部设有一段外螺纹部；密封内衬23的左端面中央设有具有内螺纹且与活塞21的连接部对应的活塞连接孔。

密封外套24呈开口向右的管状，其内径与密封内衬23的外径对应，其内周面中部设有一段与密封内衬23的外螺纹部对应的内螺纹部；密封外套24的外周呈左小右大的两段状，左右两段之间平滑过渡。

活塞21由其连接部与密封内衬23的活塞连接孔旋合连接，密封外套24套在密封内衬23的外周且由其内螺纹部与密封内衬23的外螺纹部旋合连接，密封内衬23的左端面抵至密封外套23的内部最左端。活塞端盖13套在活塞21的主杆部上，第二O型圈15即设置在两者之间以密封；第三O型圈22设置在活塞21的第三O型圈槽内，以在活塞21的启闭盘部与本体11的颈部之间密封；密封内衬23位于本体11的颈部外侧。

石英槽连接组件包括压圈31、垫圈32、第四O型圈33和全牙外六角螺丝34。垫圈32呈设有中央通孔的法兰盘状，其左端面的径向内侧设有环形的第四O型圈槽，其右端面呈径向外高内低的两段阶梯状；垫圈32的盘面边缘位置设有左右贯通的12个连接孔，其中6个为从左向右设置的第二沉孔，另外6个为第二直孔，第二沉孔与第二通孔间隔设置；垫圈32的右端面的内圈低部设有止转销钉槽。垫圈32的中央通孔的半径比密封外套24的左段的外半径大1毫米。

压圈31呈设有中央通孔的法兰盘状，其右端面边缘位置设有6个与第二直孔对应的内螺纹盲孔，压圈31可设置为一环形整体件，也可设置为两个半圆对称设置的环形组合件。第四O型圈33设置在第四O型圈槽内。全牙外六角螺丝34有6个，全牙外六角螺丝34穿过垫圈32的相应的第二通孔后旋合在压圈31的相应的内螺纹盲孔内，从而在使用时，可以通过压圈31和垫圈32夹设在石英槽的相应位置的排液开孔处。

连接柱组件包括连接柱41、内外牙转换螺母42、防尘塞43、半圆头内六角螺丝44和第五O型圈45。连接柱41的数量为6根，见图5，连接柱41的横截面呈优弧形，其左右两端面均设有环形的第五O型圈槽，其左右两端面中央均设有内螺孔。内外牙转换螺母42、防尘塞43、半圆头内六角螺丝44和第五O型圈45的数量均为连接柱41的两倍。第五O型圈45分别设置在各连接柱41的两端的相应第五O型圈槽内，各连接柱41通过紧固件连接在本体11的盘部与垫圈32之间，从而压圈31和垫圈32套在密封外套24的外周前中部，具体来讲，将内外牙转换螺母42旋合设置在相应的连接柱41的两端的内螺孔内，再通过6个半圆头内六角螺丝44旋合穿过本体11的盘部的相应第一沉孔后旋合在连接柱41的右端的相应内螺孔内的内外牙转换螺母42中，再通过另外6个半圆头内六角螺丝44旋合穿过垫圈32的相应第二沉孔后旋合在连接柱41的左端的相应内螺孔内的内外牙转换螺母42中，在所有第一沉孔和第二沉孔上紧配合扣入防尘塞43，第五O型圈45在连接柱41与垫圈32之间、连接柱41与本体11的盘部之间密封。由于垫圈32的中央通孔的半径比密封外套24的左段的外半径大1毫米，因此垫圈32的中央通孔处的内壁与密封外套24的左段外壁之间存在1毫米的间隙，该间隙为缓放液通道h5。当活塞21位于最左端时，密封外套24的直径较大的右段被垫圈32所阻挡，使得活塞21的启闭盘部的左端面与活塞端盖13的右端面之间存在厚度为1mm的环形的通气空间h4。

外壳组件包括外壳51和止转销钉52。见图6，外壳51呈在轴向右下部设有一弧形开口的管状，该弧形开口为排液口，外壳51的左端面管壁设有销钉槽。外壳51的外径与垫圈32的右端面的内圈低部的直径对应。外壳51设置在垫圈32的内圈低部与本体11的盘部之间，并被连接柱41所包覆且被连接柱41的优弧平面所抵住限位，止转销钉52设置在外壳51的销钉槽和垫圈32的止转销钉槽内。外壳51在径向上被垫圈32的右端面的外圈高部所限位，在轴向上被垫圈32和本体11的盘部所限位，在周向上被止转销钉52所限位。

上述本体11、过滤接头12、活塞端盖13、活塞21、密封内衬23、全牙外六角螺丝34、连接柱41、防尘塞43和止转销钉52均采用PP聚丙烯材料制成，密封外套24、压圈31、垫圈32和外壳51均采用高纯四氟材料PTFE制成，PTFE有极低的析出特性，但该材料强度较低，不能作为结构件使用，密封内衬23的PP材料有着较高的强度，密封内衬23作为支撑件与密封外套24配套使用。第一O型圈14、第二O型圈15、第三O型圈22、第四O型圈33和第五O型圈45均采用FFKM材质的O型圈。内外牙转换螺母42和半圆头内六角螺丝44采用304L不锈钢材料制成，连接强度较高。

本实施例的用于12英寸晶圆半导体制造的法兰式快排阀由于密封外套24与密封内衬23采用螺纹连接在一起，密封内衬23支撑密封外套24，两者组合为一个整体与活塞21螺纹连接，从而密封外套24与密封内衬23跟随活塞21进行前后运动，使用时，整个快排阀通过压圈31和垫圈32安装在石英槽6上，将两个过滤接头12分别与气源的接口螺纹连接，进气口通过过滤接头12驱动活塞21缓慢动作，实现整个快排阀的开启与闭合，具体来讲，见图4，此时快排阀处于闭合状态，活塞21处于最左端，被垫圈32所阻挡，实施快排阀的开启操控后，位于下方的闭合用过滤接头12泄压，位于上方的开启用过滤接头12充气，气体通过第二通气孔h3、气通道h2进入通气空间h4使得活塞21带着密封内衬23和密封外套24向右运动，见图7。当密封外套24的左端运动至垫圈32内时，石英槽6内的液体可以通过缓放液通道h5缓慢排入外壳51内由外壳51的排液口排出；随着活塞21的不断向右运动，石英槽6内的液体的排出速度由慢至快逐渐增加直至密封外套24的左端完全向右运动至脱离垫圈32，当活塞21向右运动至最右端时被本体11所阻挡，整个快排阀完全开启，见图8，石英槽6内的液体的以最高速排出。当快排阀处于开启状态需要闭合时，实施快排阀的闭合操控后，位于上方的开启用过滤接头12泄压，位于下方的闭合用过滤接头12充气，由于活塞21的启闭盘部的外端面的环状凸起与本体11之间形成有盘面状空间，气体通过第一通气孔h1进入该盘面状空间并将活塞21向左推动运动，直至密封外套24的直径较大的右段被垫圈32所阻挡，整个快排阀闭合。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而这些属于本发明的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。