KR100662129B1 - 진공 처리 장치 및 그 진공 처리 장치에 사용되는 밸브 도어 - Google Patents

진공 처리 장치 및 그 진공 처리 장치에 사용되는 밸브 도어 Download PDF

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Abstract

진공 처리 장치는 진공 챔버내의 슬릿 밸브를 폐쇄하기 위하여 결합 부재에 결합되는 밀폐판을 포함하는 두 부품의 슬릿 밸브 도어를 가진다. 상기 부품과 실제로 접촉하는 밀폐부재는 접촉하며 도어와 밸브 사이의 금속 대 금속 접촉을 방지하기 위하여 정위치 몰딩형 밀폐부재를 가질 수 있다. 밀폐부재는 포물선 형상을 가지며 압축 및 밀폐 능력을 강화하기 위하여 홈내에 끈끈하게 접착된다. 상기 밀폐판은 수리 또는 교체를 용이하게 하기 위하여 분리가능하다. 밀폐부재와 결합 부재 사이의 금속 대 금속 접촉에 의하여 생성된 임의의 입자는 두 부품 사이의 주변 주위에 고정적으로 밀폐된 O-링에 의하여 포획된다.

Description

진공 처리 장치 및 그 진공 처리 장치에 사용되는 밸브 도어{VACUUM PROCESSING SYSTEM AND VALVE DOOR FOR USE IN THE VACUUM PROCESSING SYSTEM}
본 발명은 일반적으로 실리콘 웨이퍼와 같은 웨이퍼상에 집적 회로를 제조하기 위한 진공 장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 진공 처리 장치의 두개의 챔버 사이의 슬릿 밸브 개구를 밀폐시키는 밸브 도어에 관한 것이다.
웨이퍼에 집적 회로를 제조하기 위한 진공 장치는 공지되어 있다. 진공 처리 장치는 통상적으로 본체의 부품일 수 있는 이송 챔버라고 명명된 중앙 진공 챔버을 갖출 수 있는데, 상기 이송 챔버는 하나의 공정 챔버 또는 로드 록 챔버(load lock chamber)로부터 다음 공정단계로 웨이퍼를 전달하기 위한 것이다. 진공 처리 장치는 또한 통상적으로 소형 환경부(mini-environment)와 같은 임의의 종류의 하위장치(subsystem)를 갖는데, 상기 소형 환경부는 로드 록 및 다른 챔버로 웨이퍼를 제공하며 처리를 위한 다음 장치로 상기 웨이퍼를 보내기 위하여 상기 웨이퍼들을 역으로 모으기 위한 것이다. 상기 이송 챔버와 주변 챔버들의 조합 및 집결 영역(staging area)을 때때로 클러스터 기구(cluster tool)로서 칭한다.
이송 챔버와 처리 챔버중 하나와 같은 2개의 진공 챔버 사이에는 슬릿 밸브가 있다. 슬릿 밸브는 2개의 진공 챔버 사이에 물리적인 출입을 제공하는 기다란 직사각형 개구를 포함한다. 예를 들면, 슬릿 밸브가 개방되었을 때, 이송 챔버내의 로보트는 웨이퍼를 유지하는 길고 얇은 블레이드를 이용하여 하나의 진공 챔버로부터 웨이퍼를 회수할 수 있으며 상기 웨이퍼를 다른 진공 챔버내로 삽입할 수 있다.
웨이퍼가 진공 챔버내로 삽입된 후, 슬릿 밸브는 폐쇄되고 슬릿 밸브 도어로 밀폐된다. 슬릿 밸브 도어는 2개의 챔버사이의 차압으로 인하여 슬릿 밸브를 통하여 가스가 누설되지 않도록 슬릿 밸브를 위한 기밀을 형성하여야 한다. 또한 슬릿 밸브 도어를 위한 향상된 기밀을 형성하기 위하여 슬릿 밸브 개구내에 배치된 금속 삽입부재가 있을 수 있다.
슬릿 밸브 도어는 통상적으로 금속으로 제작된다. 슬리 밸브 도어와 금속 삽입부재 사이의 금속 대 금속 접촉은 매우 휼륭한 밀폐를 제공할 수 있지만, 금속 대 금속 접촉은 금속으로부터 벗겨져서 진공 챔버의 상대적으로 깨끗한 환경부로 인입되는 초소형의 입자를 생성할 수 있다. 이 같은 입자는 챔버내의 웨이퍼상에 놓일 수 있으며 그럼으로써 웨이퍼들을 오염시킬 수 있다. 이 같은 오염은 웨이퍼의 처리 과정에서 매우 바람직하지 않다.
슬릿 밸브로부터의 입자에 의한 오염을 감소시키기 위하여, O-링(O-ring)이 통상적으로 슬릿 밸브 도어내의 홈에 배치된다. 그러므로, 금속 대 금속 접촉은 피할 수 있으며, 그러므로 입자가 발생하지 않으며, O-링은 슬릿 밸브를 위한 만족스러운 밀폐를 제공한다.
O-링과 슬릿 밸브 사이의 밀폐는 정적(static)인 것이 아니므로, 계속적으로 개방 및 폐쇄됨으로써 슬릿 밸브 삽입부재로부터 O-링의 비벼짐(rubbing)과 벗겨짐이 있으며, 여전히 통상적으로 O-링으로부터 약간의 입자 생성이 있다. 상기와 같은 입자 생성을 방지하기 위한 시도는 아직까지 매우 성공적이지는 못했다.
O-링으로부터의 입자 생성의 또 다른 원인은 슬릿 밸브 도어의 적소에 O-링을 고정하는 홈 또는 글랜드(gland)의 형상에 기인한 비벼짐과 벗겨짐이다. IC 칩에 결함이 발생하기에 충분한 0.3 미크론(micron) 및 더 작은 크기의 과다 입자 생성이 사용자에 의하여 보고되었다. 이 같은 많은 입자 생성은 IC 칩에 결함을 발생시킨다. 도 1에 도시된 바와 같이, O-링(2)은 도브테일(dovetail) 형상의 글랜드(gland) 또는 채널(4)내에 배치된다. O-링(2)은 코너(6) 사이의 거리보다 더 큰 직경을 가지나, 그 O-링은 고무와 같은 가요성 물질로 제작되기 때문에, 글랜드(4)내로 끼워질 수 있다. 그러므로 O-링(2)은 글랜드(4)의 측면(8)과 하부면(9)에 의하여 적소에 고정되며, 그러나 임의의 경우, O-링은 실제로 슬릿 밸브 작동동안 글랜드로부터 빠질 수 있다. 슬릿 밸브 삽입부재(7)의 표면이 O-링(2)에 가압될 때, O-링(2)은 하살표(A)의 방향으로 압축된다. 이 압축은 O-링(2)을 측면(8)에 대하여 외측으로 확장시킨다. 이 작용은 측면(8)에 대한 O-링(2)의 벗겨짐의 원인이 된다. 추가적으로, 날카로운 코너(6)는 O-링(2)의 더 심한 벗겨짐의 원인이 된다. 상기 모든 벗겨짐은 진공 챔버내에서 웨이퍼를 오염시킬 수 있는 입자 생성의 원인이 된다.
슬릿 밸브 도어내에서 이용되는 O-링과 관계된 다른 문제점은 O-링이 슬릿 밸브 시트에 고착될 수 있다는 것이며, 그러므로 도어가 개방될 때, O-링은 부분적으로 도브테일 형상의 홈으로부터 빠질 수 있으며 이는 O-링을 손상시키며 입자 생성의 원인이 되며, 상기 챔버의 보수 시기를 앞당기는 원인이 된다.
부가적으로, 금속 대 금속 접촉이 발생하는 경우에 O-링의 압착량은 과다 압축 및 누출(extrusion)에 기인하여 짧은 시간에 O-링을 파괴시킬 것이다. 과다 압축은 용이하게 해결되지 않는 장치적인 문제점이다. 예를 들면, 200 mm 웨이퍼를 이용하기 위하여 설계된 도어에 작용하는 80 psig 공기 압력에서, 800 mm 직경의 작동 실린더에 의하여 작용하는 힘은 822 lb이다. O-링 밀폐는 선형 인치당 15 파운드(pli) 또는 총 힘의 288 lb에서의 정상적인 작동을 위하여 설계된다. 진공의 이송 챔버 및 대기압의 처리 챔버를 포함하는 다른 예에서, 15 pli 에서 압축된 밀폐를 유지하고 이송 챔버내로 대기가 누설되는 것을 방지하기 위하여 작동기 힘이 464 lb. 소요된다. 만약 이 힘의 양이 정상적인 장치 작동 동안 인가된다면, O-링은 상당히 과다 압축될 것이다.
과다 압축 문제점을 해결하는 하나의 방법은 용이하게 조정가능한 기계적 정지 부재를 갖는 작동기 실린더를 이용하는 것이다. 작동기 실린더는 슬릿 밸브 도어를 폐쇄 및 개방하는 장치이다. 기계적 정지 부재는 밀폐부재의 압축이 0.003 내지 0.005 인치가 되게할 것이다. 이 범위는 520 파운드 또는 선형 인치당 약 27 파운드의 최대 압축력을 준다. 그러나 작동기 실린더의 기계적 정지부재는 모든 O-링 벗겨짐 및 입자 생성 문제점을 해결하지 못한다.
그러므로 종래 기술에 비하여 발생 입자의 수를 감소시키며 용이하게 수리되거나 분리되며 긴 수리 수명을 가지는 슬릿 밸브 밀폐부재가 제공되는 진공 처리 장치를 갖는 것이 바람직하다.
진공 처리 장치는 밀폐판의 둘레 주위의 홈내에서 정위치 몰딩형(molded-in-place) 밀폐부재를 갖는 밀폐판을 구비한 슬릿 밸브를 개방 및 폐쇄할 수 있다. 이 밀폐판은 수리 또는 교체를 위하여 용이하게 제거될 수 있도록 슬릿 밸브 도어에 결합될 수 있으며 또는 밸브 시트의 일부를 형성할 수 있다. 밀폐판과 상기 밀폐판의 결합 부재 사이의 밀폐 링은 밀폐판과 결합 부재 사이의 접촉에서 발생되는 입자를 포획할 수 있다. 결합 부재 주변 근처의 돌출부(ridge)는 밀폐판과의 접촉을 제공하며 정위치 몰딩형 밀폐부재와 정렬될 것이다. 밀폐 링은 융기부보다 더 높으며, 그래서 밀폐판이 결합 부재와 접촉될 때 압축된다.
하나의 특징에서, 정위치 몰딩형 밀폐부재는 슬릿 밸브 근처의 포물선 형상을 가지며, 홈을 향하여 홈에 정합하는 형상을 갖는다. 밀폐부재에 작용하는 힘은 적용된 힘의 방향으로 압축되게하고, 압축력에 수직하게 팽창되게하며, 홈의 측면에 대하여 가압되게하는 원인이 된다. 정위치 몰딩형 밀폐부재는 홈에 접착식으로 결합되거나 또는 홈에 고정된다.
본 발명의 전술된 특징, 장점 및 목적이 얻어지며 상세하게 이해할 수 있도록, 위에서 간단히 요약된 본 발명은 첨부된 도면에서 도시된 실시예에 의하여 특히 상세하게 설명된다.
그러나, 첨부된 도면은 본 발명의 통상적인 실시예만을 도시하며, 그러므로 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 고려되지 않으며 본 발명에 대해 다른 동등한 효과적인 실시예를 인정할 수 있다.
도 1은 O-링 및 홈의 종래 도면이며,
도 2는 진공 처리 장치의 개략적인 평면도이며,
도 3은 뚜껑이 제거된 이송 챔버의 사시도이며,
도 4는 두 부품의 슬릿 밸브 도어의 측면도이며,
도 5는 밀폐판의 정면을 도시한 평면도이며,
도 6은 슬릿 밸브 삽입부재의 절단부분을 도시한 사시도이며,
도 7은 정위치 몰딩형 밀폐부재(molded-in-place seal)를 도시한 밀폐판의 에지의 단면도이며,
도 8은 정위치 몰딩형 밀폐부재가 없는 밀폐판의 에지를 도시한 단면도이며,
도 9는 밀폐판 및 결합 부재의 에지를 도시한 단면도이며,
도 10은 정위치 몰딩형 밀폐부재의 확대도이며,
도 11은 압축 로드하의 정위치 몰딩형 밀폐부재의 확대도이며,
도 12는 정위치 몰딩형 밀폐부재에 대해 로드 대 변형 플로트이다.
도 2는 중앙 진공 이송 챔버(12)에 부착된 일련의 진공 챔버(14)를 일반적으로 도시한 진공 처리 장치(10)의 개략적인 평면도이다. 한 쌍의 진공 로드 록 챔버(16)는 소형 환경부(18)에 통로를 제공한다. 포드 로더(Pod loader; 20)는 소형 환경부(18)에 부착된다. 이 장치는 클러스터 도구의 일 예이다.
이 장치에서, 진공 챔버(14)는 챔버(12,14,16)내의 진공상태를 손실시키지 않고 두 개의 챔버(12,14,16) 사이에서 웨이퍼를 통과시키는 것을 허용하는 기밀 상태에서 이송 챔버(12)에 연결될 수 있다. 포드 로더(20)는 소형 환경부(18)에 부착되며, 진공 처리 장치(10)를 수용하는 제조 플랜트 또는 빌딩의 완전 자동화된 제조 장치의 일부인 자동화된 기계에 의하여 또는 수동에 의하여 웨이퍼 카세트(웨이퍼 홀더)로 로드될 수 있다. 소형 환경부(18)내의 로보트(도시안됨)는 포드 로더(20)로부터 로드 록 챔버(16)로 웨이퍼 또는 카세트를 이동시킬 수 있으며 다시 역이동시킬 수 있다. 이송 챔버(12)내로 웨이퍼를 이동시키기 위한 암 및 블레이드를 구비한 로보트(도시안됨)는 로드 록 챔버(16)중 하나로부터 처리 챔버(14)로 웨이퍼를 이동시킬 수 있으며 로드 록 챔버(16)중 하나로 다시 역 이동시킬 수 있다.
진공 챔버(14)는 웨이퍼상에 직접 회로를 제조하기 위한 일련의 많은 공정에서 임의의 유형의 처리를 웨이퍼에 수행하기 위한 화학 기상 증착(CVD) 챔버, 물리 기상 증착(PVD) 챔버, 에칭 챔버, 등과 같은 임의의 수 개의 형태의 처리 챔버일 수 있다. 일부 공통적인 특징을 각각 가지면서 웨이퍼에 대해 상이한 처리를 수행하기 위한 20가지 이상의 서로 다른 유형의 처리 챔버를 갖는다는 것은 진공 챔버의 제조자에게도 일반적인 것은 아니다.
도 3은 이송 챔버(12)의 내부가 보이도록 하기 위하여 뚜껑이 제거된 이송 챔버(12)의 일 예를 도시한 사시도이다. 개구(24)를 갖는 수개의 슬릿 밸브 및 슬릿 밸브 삽입부재(28,30,32,34)의 예가 도시된다. 원형 개구(36)는 이송 챔버 내부로 웨이퍼를 이동시키기 위한 암을 가진 로보트를 지지하며, 그러나 로보트는 이송 챔버(12)를 상세하게 도시하기 위하여 이 도면에서 도시되지 않는다. 개구(38)는 도 4에 도시된 바와 같은 슬릿 밸브 도어를 조작하기 위한 작동 실린더용의 출입구를 제공하기 위한 것이다. 이송 챔버(12)의 다른 특징이 보일 수 있도록, 작동 실린더 및 슬릿 밸브 도어는 도시되지 않았다. 슬릿 밸브 도어 및 작동 실린더의 일 예는 1993년 7월 13일 발행되었으며 후술되는 바와 같이 본 명세서에서 인용한 미국 특허 제 5,226,632호에 도시되며 상술된다.
도 4는 밀폐판(42) 및 결합 부재(44)를 구비한 두 부품의 슬릿 밸브 도어(40)의 측면도이다. 통상적으로, 밀폐판(42) 및 결합 부재(44)는 알루미늄 또는 스테인레스 강과 같은 금속으로 제작된다. 밀폐판(42)과 결합 부재(44)의 사이에는 밀폐판(42)과 결합부재(44) 사이를 밀폐시키기 위한 O-링(46)이 있다. 밀폐판(42)의 전방면(48)에는 슬릿 밸브 삽입부재(28,30,32,34) 또는 상기 슬릿 밸브 삽입부재상에 형성된 시트부에 접촉하기 위한 정위치 몰딩형 밀폐부재(50)가 있다. 밀폐판(42)이 결합 부재(44)로부터 제거되는 것을 허용하는 일련의 나사를 포함하는 임의의 적절한 수단으로 밀폐판(42)이 결합 부재(44)에 부착될 수 있다. 밀폐판(42)의 분리는 상기 판(42)의 수리 또는 교체를 용이하게 한다. 그러므로, 밀폐부재(50)가 계속적인 사용으로 마모되었을 때, 전체 밀폐판(42)이 교체될 수 있다. 또한, 슬릿 밸브 삽입부재(28)에 대하여 슬릿 밸브 도어(40)를 이동시키는 작동 실린더 및 결합 부재(44)는 분해하기가 매우 어렵기 때문에, 완전히 제거가능한 도어(40) 및/또는 관련된 도어 조립체를 갖는 것보다 분리가능한 밀폐판(42)을 갖는 것이 더 용이하고 비용이 적게 든다.
정위치 몰딩형 밀폐부재(50)는 다양한 탄화 플루오르 및 수소를 불소로 치환한 엘라스토머와 같이 웨이퍼 처리 요건을 만족시키면서 상기 밀폐부재(50)에 작용되는 동적 로딩(loading)하에서도 많은 입자를 생성하지 않는 적절한 물질로 제작될 수 있다. 적절한 물질은 각각 펜실베니아주 컬프스빌(PA, Kulpsville)에 소재하는 그리네-트위드 & 컴퍼니(Greene-Tweed & co.); 델라웨어주 윌밍톤(DE, Wilmington)에 소재하는 이. 아이. 드퐁, 드퐁 폴리머스 디비젼(E. I. DuPont, DuPont Polymers Division); 및 캘리포니아 샌 디에고(CA. San Diego)에 소재하는 파커 하나핀 코퍼레이션(Parker Hanafin Corp.)의 자회사, 파커 실(Parker Seal)에서 입수가능한 비톤(Viton)
Figure 112003019702118-pct00001
731, HPV 75 또는 HP-1과 같은 탄화 플루오르 엘라스토머일 수 있다. 그러나, 본 명세서에서 상술된 동적 로드하에서 적은 양의 입자를 생성하는 다른 물질이 사용될 수도 있다.
상기 밀폐부재(50)는 짧은 밀폐부재 수명, 저급한 밀폐 작용, 입자 생성, 및 O-링의 밀려나옴(extraction)과 같은 슬릿 밸브 도어상의 O-링 밀폐부재와 관련된 문제점을 해소하는데 도움이 된다. 또한 금속대 금속 접촉, 밀폐부재/도어 글랜드 마모, O-링 유지, O-링 설치와 관련된 문제점을 제거한다.
도 5는 밀폐판(42)의 전방면(48)을 도시한 평면도이다. 정위치 몰딩형 밀폐부재(50)는 전방면(48) 둘레 주변에 형성된 홈(58)내로 몰딩된다. 상기 밀폐부재는 밀폐판(42)에 가황처리(vulcanized)될 수 있다. 그러므로 밀폐판(42)을 제조하는데 있어서, 밀폐부재(50)는 밀폐판(42)에 영구적으로 부착될 수 있다. 밀폐부재(50)는 홈(58)의 금속 표면에 접착식으로 부착될 수 있다. 적절한 접착제의 일 예는 펜실바니아(Pennsylvania), 에리에(Erie)의 엘라스토머 프로덕트(Elastomer Products), 로드 코포레이션(Lord Corporation)으로부터 입수 가능한 체몰로크(Chemlok) Y1520A 접착제일 수 있다. 정위치 몰딩형 밀폐부재는 전술된 바와 같이 홈에서의 O-링의 마찰 및 벗겨짐과 관련된 문제점을 제거한다. 결합판(44)의 외주의 전체적인 크기는 밀폐판(42)의 외주와 정합된다. 밀폐부재(50)(후술됨)와 동일한 단면을 가지며 정위치 몰딩식이 아니고 오히려 분리가능하여 밀폐판(42)을 제거가능하게 제작할 필요가 없게하는 밀폐링이 본 발명에 의하여 고려될 수 있다.
도 6은 밸브 시트(54)를 갖는 예시적인 슬릿 밸브 삽입부재(28)의 절단도이다. 슬릿 밸브 삽입부재(28)의 우측 단부는 보다 다양한 도시를 위하여 절단되었다. 삽입부재(28)는 슬릿 밸브 개구(24)내로 슬라이드되는 외측부(29) 및 외측부(29)내로 슬라이드되는 내측부(31)를 포함하는 두 개의 부품을 갖는 것이 도시된다. 외측부(29)의 후방면(52)은 이송 챔버(12)의 내부에 직면한다. 내측부(31)의 후방 경사 표면(54)은 이송 챔버(12)의 내부를 향하여 아래쪽으로 경사져서 직면한다. 상기 표면(54)은 밀폐판(42)의 밀폐부재(50)를 구비한 슬릿 밸브를 밀폐시키기 위하여 시트를 형성한다. 내측부(31)의 외측으로 직면하는 표면은 처리 챔버(14)와 함께 상기 밀폐부재를 위한 시트를 형성한다. 슬릿 밸브 개구(24)내에서, 개구(56)는 이송 챔버(12)와 처리 챔버(14) 사이의 실제적인 개구이다.
슬릿 밸브 도어(40)는 개구(38)로부터 돌출되는 작동 실린더에 의하여 전방면(48)이 유지되는 평면에 수직한 방향으로 작동될 수 있다. 밀폐부재(50)는 삽입부재(28)의 내측부(31)의 경사 면(54)과 본질적으로 정합한다. 개구(38)로부터 돌출되는 작동 실린더는 정위치 몰딩형 밀폐부재(50)가 면(54)과 결합되어 개구(56)의 전체 둘레를 기밀상태로 만들도록 슬릿 밸브 도어(40)를 슬릿 밸브 삽입부재(28)에 대하여 상방으로 가압한다. 그러므로, 슬릿 밸브 개구(24)가 슬릿 밸브 도어(40)에 의하여 폐쇄될 때, 이송 챔버(12) 또는 처리 챔버(14)에서의 압력은 상기 2개의 챔버 사이의 누설이 없이 필요에 따라 변화될 수 있다.
도 7은 도 5의 라인 8-8의 단면이며 전방면(48)의 둘레 근처에 형성된 홈(58)을 구비한 밀폐판(42)의 에지(edge)를 보여준다. 정위치 몰딩형 밀폐부재(50)는 홈(58)내에 도시된다. 밀폐부재(50)의 하부 윤곽은 홈(58)의 표면과 정합한다. 도 8에는 홈(58)이 더욱 명확하게 도시되도록 밀폐부재(50)가 없는 도 7과 동일한 단면이 도시된다. 홈(58)은 단부가 전방면(48)에 거의 수직한 상방으로 만곡되는 에지 또는 측면을 갖는다. 홈(58)의 상기 측면은 후술되는 바와 같이 밀폐부재(50)를 위한 부가적 압축의 장점을 제공한다. 상기 홈 내부의 표면은 밀폐부재(50) 물질과 홈(58) 사이의 부착을 강화하기 위하여 60-그릿 블라스트 마무리(grit blast finish) 이상의 조도(粗度)를 필요로 할 수 있다.
도 9에는 슬릿 밸브 도어(40)의 에지의 단면이 도시되어 있으며, 그 도면은 도 7과 동일하지만 밀폐판(42) 및 결합 부재(44)를 포함하여 도시하고 있다. 결합 부재(44)는 밀폐판(42)의 하부면(72)과 본질적으로 정합하는 상부면(70)을 갖는다. 돌출부(74)는 표면(70)으로부터 돌출되며 도 5에서 전방면(48)의 둘레 근처 주위로 밀폐부재(50)가 연속되는 계속되는 것과 거의 동일한 방식으로 상부면(70)의 둘레 근처에서 결합 부재(44) 주위로 연속되어, 돌출부(74)가 밀폐부재(50)와 실질적으로 정렬되게 한다. O-링(46)은 돌출부(74) 및 표면(70)에 의하여 형성된 외측 받침부에 배치된다. 그러므로 표면(70,72) 및 돌출부(74)는 O-링(46)이 안착되는 홈을 유효하게 형성한다. 다른 실시예에서, O-링(46)은 결합 부재(44)의 외측 둘레와 정합되도록 거의 직사각형 링으로 형성될 수 있다.
결합 부재(44)와 밀폐판(42)은 돌출부(74)와 하부면(72) 사이에 작은 간격을 가지는 것으로 도 9에 도시되었다. 이러한 구성에서, O-링(46)이 돌출부(74)의 높이 보다 약간 더 큰 직경을 가진다는 것을 도시하기 위하여 밀폐판(42)과 결합 부재(44)는 아직까지 서로 타이트(tight)하게 고정되지 않았다. 그러므로, 밀폐판(42) 및 결합 부재(44)가 서로 타이트하게 고정될 때, O-링(46)은 적소에 압축 및 유지된다.
밀폐판(42) 및 결합 부재(44)가 일련의 나사 또는 다른 적절한 고정 수단에 의하여 서로 타이트하게 고정될 때, 돌출부(74)와 표면(72) 사이에 금속 대 금속 접촉이 있다. 전술된 바와 같이, 금속 대 금속 접촉은 입자를 생성한다. 그러므로 O-링(46)은 금속 대 금속 접촉 주위에서 임의의 입자를 포획하며 진공 챔버로 입자가 유입되는 것을 방지하는 밀폐를 제공한다. 표면(70,72) 및 돌출부(74)에 대한 O-링(46)의 접촉은 어떠한 입자도 생성하지 않는다. 밀폐부재는 정적인 상태이므로, 결합 부분의 이동은 없으며, 그에 따라 O-링(46)이 마멸되지 않으며, O-링은 입자를 생성하지 않는다.
슬릿 밸브 도어(40)가 슬릿 밸브에 대하여 밀어 올려 질 때, 결합 부재(44)는 밀폐판(42)을 밀며, 밀폐부재(50)는 삽입부재(28)의 밸브 시트(54)와 접촉한다. 돌출부(74)가 밀폐부재(50)와 정렬되므로, 슬릿 밸브에 대하여 밀폐판(42)를 미는 결합 부재(44)의 힘은 밀폐부재(50)에 직접 집중된다. 그러므로, 돌출부(74)는 밀폐부재(50)가 전체 둘레를 따라 밸브 시트(54)와 효과적으로 접촉되게 하는 것을 보장하는 장점을 제공한다. 만약 그렇지 않으면, 만약 전체 표면(70)이 돌출부(74)의 높이에 있다면, 밀폐판(42)은 밀폐판의 중간에 적용되는 힘에 의하여 뒤틀리게 될 것이다.
두 부품의 슬릿 밸브 도어(40)내에서 결합 부재(44)상에 돌출부(74)를 갖는 또 다른 장점은 결합 부재(44)와 밀폐판(42) 사이의 보다 작은 접촉 영역이 돌출부(74)가 없는 더 큰 접촉 영역에서 생성되는 것보다 입자를 더 적게 생성한다는 것이다.
도 10에는 밀폐부재(50)의 확대된 단면도가 도시된다. 슬릿 밸브 삽입부재(28)(도 6에 도시됨)의 경사 표면(54)과 같은 표면(60)이 포물선 형상의 상부 외형(64)의 정점(62)에서 밀폐부재(50)에 대하여 가압하기 시작하는 상태가 도시되어 있다. 전방면(48)의 평면이 밀폐부재(50) 정점(62)의 높이 아래에 도시되어 있으며, 그에 따라 전방면(48)이 표면(60)과 접촉하기 전에 밀폐부재(50)는 표면(60)과 접촉할 것이다. 홈통(66), 또는 오목부(reliefs)가 밀폐부재(50)의 에지(68) 근처의 상부 외형(64)내에 도시되어 있으며, 그에 따라 트리밍 장치(trimming device)가 상부 외형(64)의 절단없이 밀폐부재(50)의 에지(68)를 밀폐판(42)의 전방면(48)과 동일한 높이로 다듬을 것이다.
도 11은 표면(60)이 상부 외형(64)을 완전히 가압하였을 때의 밀폐부재(50)의 단면을 보여준다. 밀폐부재(50)는 종전의 높이로부터 압축되며, 그러나 밀폐판(42)의 전방면(48)이 표면(60)과 접촉하는 것을 허용하지는 않는다. 밀폐부재(50)의 전체 하부 표면이 홈(58)에 접착식으로 부착되므로 밀폐부재(50)의 전체 하부 표면은 변형되지 않는 반면, 홈통(66)에 가장 가까운 코너가 가장 볼록하게 되면서 에지(68)는 응력하에서 볼록하게 부풀어 오른다. 유도된 응력에 의하여 홈통(66)은 볼록부(bulge)를 형성할 것이다. 밀폐부재의 단면의 포물선 형상은 수직 및 수평 축으로의 압축 응력이 단면적을 통하여 골고루 그리고 균일하게 전달될 수 있도록 최적화될 수 있다. 만약 상기 포물선 형상이 너무 높고 폭이 좁다면, 그때 압축 응력은 밀폐부재의 중심에 집중되며 밀폐부재를 휘어지게 할 수 있다. 만약 그 형상이 너무 짧고 폭이 넓다면, 후술되는 바와 같이, 홈으로부터의 물질의 강도 또는 압축 로드 강화의 이점을 완전히 이용할 수 없다. 만약 좁은 지역에서 응력의 집중이 너무 높다면 파손이 발생되며; 반면에 압축 응력이 낮은 다른 영역은 덜 이용될 것이다. 수직축 방향의 높은 응력은 밀폐 물질을 손상시킬 수 있다. 수평축 방향의 높은 응력은 밀폐 물질을 손상시킬 수 있으며, 또한 접착 결합부의 파열을 일으킬 수도 있다.
이러한 방식에서, 표면(60)으로부터의 압력에 기인한 밀폐부재(50)내의 압축 응력은 하부 외형 표면 및 홈으로 전달된다. 그러므로, 밀폐부재(50)가 외측으로 확장되려하고 전방면(48)에 거의 수직한 측면으로 홈을 가압하려고 하기 때문에, 상기 응력은 수직 성분 및 수평 성분을 갖는다. 한정된 밀폐부재는 한정되지 않은 밀폐부재 보다 더 작은 변형을 가지고 더 큰 압축 응력에 도달하기 때문에, 홈(58)의 측면에 의한 밀폐부재(50)의 한정은 밀폐부재(50)의 로드 능력(load capability)을 향상시킨다. 한정되지 않은 밀폐부재의 정점은 하방으로 압축되기 때문에, 밀폐부재는 밀폐부재내에 추가적인 압축 응력을 제공하기 보다는 오히려 확장되며 에지를 홈으로부터 미끄러져 나가도록 허용할 것이다. 그렇게 하는데 있어서, 한정되지 않은 밀폐부재는 한정된 밀폐부재가 변형되는 것 보다 작은 압축 응력하에서 더 많이 변형될 것이며, 그러므로 낮은 압축 응력에서도 금속 대 금속 접촉의 위험이 있다.
본 명세서에서 상술된 밀폐 구조물의 또 다른 장점은 밀폐부재(50)의 투과성과 관련된다. 모든 물질은 약간의 투과도를 가지며, 진공 챔버의 밀폐부재에서 고 투과성은 매우 바람직 스럽지 못하다. 물질에서 투과성을 제한하는 2개의 요소는 물질의 밀도와 물질을 통하여 투과되는 거리이다. 밀폐부재의 단면의 포물선형상은 전술된 바와 같이 밀폐부재(50)의 수직 압축 및 홈(58)에 의한 수평 한정의 조합된 작용하에서 기타의 경우 보다 밀폐부재가 보다 조밀하게 밀집되도록 하며, 그에 따라 더 효과적으로 투과도를 감소시킨다. 추가적으로, 도 11에 도시된 바와 같이 표면(60)과 접촉하는 총 면적의 확장은 밀폐부재가 매우 긴 투과 거리를 갖도록 함으로써, 투과성을 더욱 저하시키며 밀폐 작용을 향상시킨다. 이러한 총 접촉 면적은 또한 전방면(48)과 거의 동일한 정도의 수직 높이로부터 측정된 포물선의 수직 중심선의 양쪽에 대해 60도, 즉 약 120도의 포물선 표면상의 주요 표면에 대응하는 임계 면적으로 지칭된다.
도 12는 밀폐부재(50)의 전술된 단면에 대한 변형 대 이론적 로드(선형 인치당 파운드)의 유한 해석(finite analysis)으로부터의 도표(plot)이다. 유한 해석은 밀폐 형상의 단면의 1/2에 대해서만 수행되었으며, 따라서 실제 로드 값에 대응되게 하기 위해서는 도표내의 모든 로드 값을 두배로 하여야 한다. 실제적인 실험 결과, 이러한 분석 보다 실제 실행이 약간 더 양호하였다. 도표는 약 12.42 pli의 로드에서, 밀폐부재(50)는 11.1 밀리 인치 또는 mils로 변형 또는 압축될 것이다. 약 160 pli의 로드에서 밀폐부재(50)는 약 3 4mils로 압축될 것이다. 밀폐부재(50)는 도시된 동적 범위내에서 충분히 작동되는 것을 보여주지만, 실험된 통상적 변형은 약 18 pli 내지 약 74 pli의 범위와 관련된 약 14 mils 내지 26 mils의 범위일 것이다. 비교하면, 종래에 이용된 O-링은 약 12 pli 내지 약 22 pli의 동적 범위를 갖는다. 그러므로, 밀폐부재(50)의 디자인은 압축력에서의 더 큰 범위를 허용하며, 금속 대 금속 접촉의 가능성을 감소시킨다.
시험은 상기 밀폐 부재가 종래의 O-링 디자인 보다 더 길게 밀폐부재의 수명을 개선시킨다는 것을 보여준다. 즉, O-링이 약 500번의 로딩 사이클후에 교체되는 반면, 본 명세서에서 상술된 밀폐부재는 수 천번의 로드 사이클 후에 교체될 수 있을 것이다. 종래 O-링 밀폐부재보다 3 내지 15 배 더 긴 교체 기간이 가능하다. 그러므로, 비록 하나의 밀폐판(42)이 하나의 O-링보다 상당히 가격이 비싸지만, O-링보다 훨씬 더 적게 사용되므로, 총 비용은 감소될 수 있다. 작동 실린더상의 기계적인 정지 부재와 관련하여 이용될 때, 밀폐부재(50)의 수명은 더욱 연장될 수 있으며, 100℃ 이상의 고온에서 이용될 때, 기계적인 정지 부재의 부가가 추천될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예가 전술된 반면, 본 발명의 기본적인 범위로 부터 벗어나지 않고 본 발명의 다른 실시예가 고안될 수 있으며, 본 발명의 범위는 후술 되는 청구범위에 의하여 결정된다.

Claims (23)

  1. 진공 처리 장치로서,
    서로 유체 소통되는 두 개 이상의 챔버;
    상기 두 개 이상의 챔버 사이에 배치되는 개구;
    상기 개구에 인접하여 배치된 밀폐판; 및
    상기 밀폐판 둘레에 인접하여 상기 밀폐판내에 형성되며 적어도 부분적으로 몰딩된 밀폐부재를 가지는 홈을 포함하는 진공 처리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 밀폐판은 결합 부재에 분리가능하게 결합되는 진공 처리 장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 결합 부재와 상기 밀폐판의 둘레를 따라 상기 결합 부재와 상기 밀폐판 사이에 배치되는 밀폐 링을 더 포함하는 진공 처리 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 밀폐판은 결합 부재에 결합되며, 밀폐링이 상기 결합 부재와 상기 밀폐판의 둘레를 따라 상기 결합 부재와 상기 밀폐판 사이에 배치되는 진공 처리 장치.
  5. 진공 처리 장치로서,
    서로 유체 소통되는 두 개 이상의 챔버;
    상기 두 개 이상의 챔버 사이에 배치되는 개구;
    하나 이상의 챔버내에 배치되는 결합 부재;
    밀폐부재를 가지며 상기 결합 부재에 분리가능하게 결합되는 밀폐판; 및
    상기 결합 부재와 상기 밀폐판의 둘레를 따라 상기 결합 부재와 밀폐판 사이에 배치되는 밀폐 링을 포함하는 진공 처리 장치.
  6. 진공 처리 장치로서,
    서로 유체 소통되는 두 개 이상의 챔버;
    상기 두 개 이상의 챔버 사이에 배치되는 개구;
    하나 이상의 상기 챔버내에 배치되는 결합 부재;
    제 1 측면이 상기 결합 부재에 결합되며 상기 제 1 측면에 대향하는 제 2 측면상에 밀폐부재를 가지는 밀폐판; 및
    상기 결합 부재와 상기 밀폐판의 둘레를 따라 상기 결합 부재와 상기 밀폐판 사이에 배치되는 밀폐 링을 포함하는 진공 처리 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 결합 부재는 실질적으로 평평한 면을 가지며, 상기 실질적으로 평평한 면의 둘레에 인접 배치된 돌출부를 더 포함하며,
    상기 돌출부는 상기 밀폐판의 상기 밀폐부재와 실질적으로 정렬되는 진공 처리 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 밀폐판은 실질적으로 평평한 면을 가지며,
    상기 밀폐 링은 상기 돌출부의 외측면에 인접하여 배치되며 상기 돌출부보다 키가 더 큰 진공 처리 장치.
  9. 진공 처리 장치에 사용되는 밸브 도어로서,
    상기 진공 처리 장치의 밸브에 인접하여 배치되는 밀폐판; 및
    상기 밀폐판의 둘레에 인접하여 형성되는 홈을 포함하며,
    상기 홈은 그 홈상의 정위치에 형성된 밀폐부재를 가지며, 상기 밀폐부재는 비압축 상태에서 상기 홈의 형상에 일치하는 밸브 도어.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 밀폐판은 결합 부재에 분리가능하게 결합되는 밸브 도어.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 결합 부재와 상기 밀폐판 사이에 배치되는 밀폐 링을 더 포함하는 밸브 도어.
  12. 제 9 항에 있어서, 상기 밀폐판은 결합 부재에 결합되며,
    상기 결합 부재와 상기 밀폐판 사이에 밀폐 링이 배치되는 밸브 도어.
  13. 제 9 항에 있어서, 상기 밀폐부재는 실질적으로 포물선인 형상의 밀폐 표면을 가지는 밸브 도어.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 포물선 형상은 상기 밀폐부재의 정점에 인접하여 볼록하며, 상기 밀폐부재는 상기 포물선 형상의 각 측부에서 볼록 형상을 가지는 밸브 도어.
  15. 제 9 항에 있어서, 상기 밀폐부재는 상기 홈의 표면에 접착식으로 연결되는 밸브 도어.
  16. 진공 처리 장치에 사용되는 밸브 도어로서,
    결합 부재;
    밀폐부재를 가지며 상기 결합 부재에 분리 가능하게 결합되는 밀폐판; 및
    상기 결합 부재와 상기 밀폐판의 둘레를 따라 상기 결합 부재와 상기 밀폐판 사이에 배치되는 밀폐 링을 포함하는 밸브 도어.
  17. 진공 처리 장치에 사용되는 밸브 도어로서,
    결합 부재;
    밀폐부재를 가지며, 상기 결합 부재에 결합되고 상기 결합 부재의 일부와 접촉하는 부분을 가지는 밀폐판; 및
    상기 결합 부재와 상기 밀폐판의 둘레를 따라 상기 결합 부재와 상기 결합판 사이에 배치되는 밀폐 링을 포함하는 밸브 도어.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 결합 부재는 실질적으로 평평한 면을 가지며, 상기 실질적으로 평평한 면의 둘레에 인접 배치된 돌출부를 더 포함하며,
    상기 돌출부는 상기 밀폐판의 상기 밀폐부재와 실질적으로 정렬되는 밸브 도어.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 밀폐판은 실질적으로 평평한 면을 가지며,
    상기 밀폐 링은 상기 돌출부의 외측면에 인접하여 배치되며 상기 돌출부보다 키가 더 큰 밸브 도어.
  20. 진공 처리 장치로서,
    서로 유체 소통되는 두 개 이상의 챔버;
    상기 두 개 이상의 챔버 사이에 배치되는 밸브;
    상기 밸브에 인접하여 배치되며 결합 부재에 결합되는 밀폐판;
    상기 결합 부재와 상기 밀폐판 사이에 배치되는 밀폐 링;
    상기 밀폐판의 둘레에 인접하여 밀폐판내에 형성된 홈; 및
    상기 홈에 배치된 밀폐부재를 포함하는 진공 처리 장치.
  21. 제 20 항에 있어서, 상기 밀폐판은 상기 결합 부재에 분리가능하게 결합되는 진공 처리 장치.
  22. 진공 처리 장치에 사용되는 밸브 도어로서,
    결합 부재에 결합되는 밀폐판;
    상기 결합 부재와 상기 밀폐판 사이에 배치되는 밀폐 링;
    상기 밀폐판의 둘레에 인접하여 형성된 홈; 및
    상기 홈에 배치된 밀폐부재를 포함하는 밸브 도어.
  23. 제 22 항에 있어서, 상기 밀폐판은 상기 결합 부재에 분리가능하게 결합되는 밸브 도어.
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