KR100816627B1 - 진공 배관 이음부용 씰링 - Google Patents

Abstract

본 발명은 진공배관의 연결부위에 설치되어 기계적인 기밀성을 확보하고, 공정에 영향을 끼치지 않는 가스에 의해 향상된 기밀성 및 가스 누설시의 안정성을 제공하도록 한 진공 배관 이음부용 씰링에 관한 것이다.

본 발명에 따른 진공배관 이음부용 씰링은 공정장치의 진공을 형성하기 위한 진공배관의 이음부에 설치되는 씰링에 있어서, 가스공급기와 연결되는 노즐과; 납작한 판형태의 링으로 형성되어 저면부를 가지고, 외주연을 따라 상기 저면부로부터 돌출되는 제 1 돌출부가 형성되며, 내부에 링 형태의 빈 공간인 환형공동이 형성되고, 상기 노즐의 일단이 상기 환형공동에 노출되도록 원주면을 관통하는 노즐홀이 형성되는 링;을 포함하여 구성되고, 상기 링은 상기 환형공동 상에 상기 저면부를 관통하는 통기홀이 하나 이상 형성되는 것을 특징으로 한다.

씰링, 반도체 제조, 진공배관

Description

진공 배관 이음부용 씰링{Seal Ring For Vacuum Pipe Connection}

본 발명은 배관 연결부의 밀폐부재에 관한 것으로 특히, 진공배관의 연결부위에 설치되어 기계적인 기밀성을 확보하고, 공정에 영향을 끼치지 않는 가스에 의해 향상된 기밀성 및 가스 누설시의 안정성을 제공하도록 한 진공 배관 이음부용 씰링에 관한 것이다.

근래에 생산되는 산업제품들 중 일부는 일반적인 상온, 상압, 대기 환경이 아닌 별도의 환경하에서 생산되곤 한다. 이러한 특이 환경에서 생산되는 제품으로 반도체 소자 및 이를 채용한 회로, 반도체 공정을 이용하여 생산되는 평판 디스플레이 장치, 각종 화학물 및 이를 이용한 제품을 대표적인 예로 들 수 있다.

이러한 제품들은 극도로 청결히 관리되는 클린룸(Clean Room 또는 오염제어공간)에서 생산되거나, 온도, 압력과 같은 대기 환경을 조절한 공정장치를 이용하여 생산된다. 이 중 반도체 관련 제품이나 반도체 제조 공정을 이용하여 생산되는 제품들은 이러한 환경적 통제가 거의 필수적이라 할 수 있다. 특히, 반도체 제조 공정은 재료와 오염환경과의 격리를 필수적으로 수행하는 한편, 일부 공정에서는 고온, 고압, 특수 가스 밀폐환경이 별도로 부과되어 이루어지고 있다.

대표적인 것으로, 이온 불순물 주입을 위한 확산(Diffusion) 공정 및 웨이퍼 상에 특정한 막을 형성하기 위한 증착공정이 있다. 이러한 공정은 웨이퍼와 불순물 또는 불특정 가스와의 반응을 방지하고, 원하는 물질에 의해 고른 특성을 얻을 수 있도록 고온, 극저압의 밀폐환경에서 수행된다.

이와 같은 공정의 수행을 위해 반도체 제조장비는 통상적으로 가열 및 진공의 실현이 가능한 진공 가열 챔버를 구비한다. 이 진공 가열 챔버에는 가열을 위한 가열로가 구비되고, 웨이퍼의 수납 및 배출시 유입되는 가스를 배기하여 진공을 형성하는 진공형성 장치가 연결된다. 이 중 진공형성 장치는 진공펌프, 배기시스템 구성 등의 이유로 대부분 챔버와 일정 거리 이격되어 설치되는 것이 통상적이다. 이를 위해, 진공형성 장치의 진공펌프와 챔버는 진공 파이프를 통해 연결된다.

이로 인해, 진공펌프, 챔버 및 진공 파이프 간에는 적어도 한 곳 이상의 연결부위가 생긴다. 또한, 공정 시설에서의 공정 장비 배치를 고려하는 경우, 챔버와 진공펌프 간의 이격 거리는 길어질 수 있으며, 이 경우 하나의 배관으로 진공 파이프를 구성하는 것이 불가능할 수 있다. 때문에, 대부분의 진공 파이프는 각각 일정길이의 구간 파이프로 구성되고, 이들을 각각 연결하여 진공 파이프 배관을 구성하게 된다.

하지만, 이와 같은 방법으로 연장되어 연결되는 진공 파이프는 기밀성을 확보하기 어렵다는 문제점이 있다. 즉, 연결부위 중 어느 한 부분에 작은 틈이 발생하는 경우, 공정 중의 웨이퍼를 모두 손상시킬 수 있는 문제점이 있다. 다시 말하 면, 진공 파이프에 의한 연결거리가 길어짐에 따라 파이프와 파이프를 연결하는 부분이 많아진다. 이에 따라, 연결부분 중 어느 한 부분에 틈이 생성되는 경우, 대기 중에 존재하는 가스가 상대적으로 저압인 배관 내로 쉽게 침입하며, 누설의 기회도 많아지게 된다. 특히, 반도체 공정에서는 적은 양의 산소 또는 기타 가스로도 웨이퍼의 불량이 발생하기 때문에 이러한 가스의 누설은 반드시 방지해야만 하는 중요한 환경요인이다. 때문에, 이러한 누설을 방지하기 위해 관리적인 측면에서도 연결부위 기밀성을 유지하기 위한 막대한 노력과 비용이 소모되는 문제점이 있다.

이러한 문제를 해결하기 위해 배관 내에 특정 가스의 유입을 감지하기 위한 감지장치를 이용할 수 있지만, 감지장치의 비용이 공정 장비에 비해 너무 비싸 쉽게 적용하지 못하는 단점이 있다.

때문에, 효과적으로 진공 파이프의 기밀성 즉, 대기환경과의 차폐환경을 유지할 수 있는 장치의 개발이 요구되고 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 진공배관의 연결부위에 설치되어 기계적인 기밀성을 확보하고, 공정에 영향을 끼치지 않는 가스에 의해 향상된 기밀성 및 가스 누설시의 안정성을 제공하도록 한 진공 배관 이음부용 씰링을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 진공배관 이음부용 씰링은 공정장치의 진공을 형성하기 위한 진공배관의 이음부에 설치되는 씰링에 있어서, 가스공급기와 연결되는 노즐과; 납작한 판형태의 링으로 형성되어 저면부를 가지고, 외주연을 따라 상기 저면부로부터 돌출되는 제 1 돌출부가 형성되며, 내부에 링 형태의 빈 공간인 환형공동이 형성되고, 상기 노즐의 일단이 상기 환형공동에 노출되도록 원주면을 관통하는 노즐홀이 형성되는 링;을 포함하여 구성되고, 상기 링은 상기 환형공동 상에 상기 저면부를 관통하는 통기홀이 하나 이상 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 링은 상기 제 1 돌출부와의 사이에 상기 저면부를 두고, 내주연을 따라 상기 제 1 돌출부와 동심원형태로 상기 저면부로부터 돌출되는 제 2 돌출부가 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 제 1 돌출부 및 상기 제 2 돌출부 중 적어도 어느 하나는 상기 링의 상면에 형성된 돌출부와 하면에 형성된 돌출부가 대칭이 되도록 형성되는 것을 특징 으로 한다.

상기 제 1 돌출부의 돌출면의 대략 중앙에는 상기 제 1 돌출부와 동심원 형태의 요홈이 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 요홈에 부착되는 서브오링을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 진공 배관 연결부용 씰링은 진공배관의 연결부위에 설치되어, 가스 공급관으로부터 공급되는 가스에 의해 연결부를 대기와 차단함으로써 누설에 의해 대기 중의 가스 및 이물질이 진공배관 내로 유입되는 것을 효과적으로 방지하는 것이 가능해진다.

또한, 본 발명에 따른 진공 배관 연결부용 씰링은 제조 공정 하의 재료와 반응하지 않는 가스를 밀폐용 가스로 이용함으로써, 미세한 누설 발생시에도 계속적인 공정의 진행이 가능한 장점을 제공한다.

또한, 본 발명에 따른 진공 배관 연결부용 씰링은 가스의 소모량을 파악하여 특정 연결부위의 누설 발생여부를 손쉽게 판단할 수 있으며, 이에 따라 진공 배관 및 공정의 관리가 용이해지는 장점을 제공한다.

상기 목적 외에 본 발명의 다른 특징 및 작용들은 첨부도면을 참조하여 이하 에서 설명되는 실시예들을 통해 명백하게 드러나게 될 것이다.

첨부된 도면과 연관하여 이하에서 개시되는 상세한 설명은 발명의 바람직한 실시예들을 설명할 의도로서 행해진 것이고, 발명이 실행될 수 있는 형태들만을 나타내는 것은 아니다. 본 발명의 사상이나 범위에 포함된 동일한 또한 등가의 기능들이 다른 실시예들에 의해서도 달성될 수 있음을 주지해야 한다.

도면에 개시된 어떤 특징들은 설명의 용이함을 위해 확대한 것이고, 도면 및 그 구성요소들이 반드시 적절한 비율로 도시되어 있지는 않다. 그러나 당업자라면 이러한 상세 사항들을 쉽게 이해할 것이다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 씰링을 도시한 사시도이고, 도 2는 씰링의 평면도이며, 도 3은 도 2의 I-II 선을 따라 절취한 단면을 도시한 단면도이다. 그리고, 도 4는 씰링을 절개하여 도시한 절개도이다.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 씰링(100)은 노즐(110)과 링(130)을 포함하여 구성된다.

노즐(110)은 가스 공급장치(미도시)와 링(130)을 연결하여, 가스 공급장치로부터 공급되는 가스를 링(130)에 공급한다. 이를 위해, 노즐(110)은 내부에 공동이 형성되고, 가스 공급장치로부터의 가스가 공동(미도시)을 통해 링(130)에 공급된다. 이 노즐(110)의 일단은 가스 공급장치(미도시) 또는 가스 공급장치와 연결 되는 배관 또는 호스와 연결된다. 그리고, 노즐(110)의 타단은 링(130)의 외주면(131)에 형성된 노즐홀(132)에 결합된다.

링(130)은 도 3에 도시된 바와 같이 노즐(110)을 통해 가스를 공급받아, 진공배관(190)의 연결부에 가스 커튼(180)을 형성한다. 이를 위해, 링(130)은 외주면(131)이 소정의 높이를 갖도록 판형 링으로 제조된다. 판형으로 형성되는 링(130)의 상하판(135, 136) 외주연과 내주연에는 각각 외주연과 내주연을 따라 제 1 및 제 2 돌출부(150, 160)가 형성된다. 아울러, 링(130)의 외주연 및 내주연에 제 1 및 제 2 돌출부(150, 160)가 형성됨에 따라 제 1 돌출부(150)와 제 2 돌출부(160) 사이에는 저면부(145)가 형성된다. 아울러, 저면부(145)에는 상판(135) 및 하판(136) 각각에 적어도 하나 이상의 통기홀(140)이 형성된다. 이 통기홀(140)은 도 3에 도시된 바와 같이 링(130) 내부에 형성되는 환형공동(170) 상에 저면부(145)를 관통하도록 형성된다. 도 1 내지 도 3에는 통기홀(140)이 상판(135) 및 하판(136) 각각에 각 4개씩 형성된 것으로 도시하였으나, 이로써 본 발명을 한정하는 것은 아니며, 상판(135) 및 하판(136) 각각에 하나 이상씩만 형성되어도 무방하다. 그리고, 환형공동(170)은 도 4에 도시된 바와 같이 링(130)의 내부에 저면부(145)를 따라 형성된다. 이 환형공동(170)은 노즐홀(132)에 의해 노즐(110)과 연결된다. 이 환형공동(170)은 노즐(110)을 통해 공급되는 가스를 통기홀(140)을 통해 공급하기 위해 형성되는 것으로, 반드시 환형으로 형성되어야 하는 것은 아니다. 이 환형공동(170)을 통해 공급되는 가스는 공정에 영향을 끼치지 않 는 가스가 공급된다. 예를 들어, 질소(N₂) 가스와 같은 불활성 가스가 환형공동(170)으로 공급되며, 공정에 따라 공급되는 가스는 변경이 가능하다. 이때, 공급되는 가스는 대기압에 비해 다소 높은 압력으로 공급되는 것이 대기 중의 가스가 진공배관(190) 내부로 침투하는 것을 방지하기 유리하지만, 이로써 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 아울러, 씰링(100)의 재료는 기계적 강도가 우수한 금속 재료를 이용하여 제조하는 것이 바람직하지만, 이로써 본 발명을 제한하는 것은 아니다.

도 3을 참조하면, 씰링(100)은 진공배관 사이의 오링(195) 바깥 부분에 설치된다. 이때, 씰링(100)의 상판(135) 및 하판(136)에 형성된 제 1 돌출부(150) 및 제 2 돌출부(160)는 진공배관(190)과 맞닿아 접하게 된다. 이를 통해, 진공배관(190)의 연결부에는 제 1 및 제 2 돌출부(150, 160), 진공배관(190) 및 저면부(145)에 의해 링 형태의 제 1 및 제 2 공간(188, 189)이 형성된다. 즉, 노즐(110)을 통해 공급되는 가스가 환형공동(170)으로 공급되고, 환형공동(170)으로 공급된 가스는 통기홀(140)을 통해 제 1 및 제 2 공간(188, 189)로 공급되어 채워지게 된다. 이를 통해, 진공배관(190)의 연결부에는 제 1 및 제 2 공간(188, 189)에 채워진 가스로 인해 일종의 가스 커튼(curtain, 180)이 형성된다.

좀더 상세히 설명하면, 도 3에서 오링(195)의 안쪽 즉, 진공배관(190)의 내부는 진공에 가까운 상태를 유지하게 되며, 반면 진공배관(190)의 외부는 대기압을 유지하게 된다. 이러한 진공상태는 오링(195)이 노후화 등의 이유로 적절한 기밀성을 유지하지 못하게 되는 경우, 오링(195)과 진공배관(190) 간의 틈을 통해 대기 중의 가스 및 수분이 진공배관(190) 내부로 유입될 수 있다. 하지만, 본 발명의 일 실시예에서와 같이 씰링(100)을 오링(195)의 외부에 배치하여 가스커튼(180)을 형성하면, 오링(195)과 진공배관(190) 사이에 틈이 발생하는 경우에 씰링(100)에 공급된 가스는 진공배관(190) 내부로 유입되지만 대기 중의 가스는 씰링(100)과 씰링(100)에 공급되는 불활성 가스에 의해 유입이 차단된다. 이를 통해, 진공배관(190)의 연결부에 누설이 발생하는 경우에도 공정 중의 재료와 반응하지 않는 가스가 유입됨으로써 공정을 계속하여 진행할 수 있으며, 공정 중의 제품이 누설에 의해 손상되지 않도록 하는 것이 가능해진다.

여기서, 상술한 환형공동(170)은 도 4에 도시된 바와 같이 상판(135)과 하판(136)을 각각 주조 또는 절삭과 같은 방법에 의해 제조한 후, 제조된 상판(135)과 하판(136)을 접합하여 형성할 수 있다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 씰링을 도시한 사시도이고, 도 6은 도 5의 평면도이며, 도 7은 도 5의 A-AA선을 따라 절취한 단면을 도시한 단면 예시도이다. 도 5 내지 도 7을 설명함에 있어서, 전술한 실시예와 동일한 내용에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

도 5 내지 도 7을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 씰링(200)은 노즐(110), 링(230) 및 서브오링(220)을 포함하여 구성된다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 링(230)은 전술한 실시예와 달리 제 1 돌출 부(250)만 형성된다. 즉, 본 실시예의 링(230)은 링(230)의 외주연을 따라 형성되는 제 1 돌출부(250)만을 갖는다. 도 7을 통해 알수 있는 바와 같이 본 실시예에서는 제 2 돌출부(160)의 역할을 오링(195)이 대신하게 된다. 즉, 본 실시예에서는 가스가 충진되는 제 1 및 제 2 공간(288, 289)이 제 1 돌출부(250), 저면부(245) 및 오링(195)에 의해 형성된다.

아울러, 본 실시예에서는 제 1 돌출부(250)는 서브오링(220)의 삽입을 위한 요홈(221)이 상면(222)을 따라 형성된다. 이 요홈(221)은 제 1 돌출부(250) 상면(222)의 대략 중앙을 따라 형성되며, 단면형태는 대략 반원형으로 형성된다. 다만, 서브오링(220)의 형태에 따라 요홈(221)의 단면형태는 다양하게 변경될 수 있으며, 도시된 바에 의해 본 발명을 한정하는 것은 아니다.

서브오링(220)은 씰링(200)의 설치시 상판(235) 및 하판(236) 각각의 제 1 돌출부(250)와 진공배관(190) 사이에 삽입되어, 진공배관(190)과 씰링(200) 사이의 기밀성을 증가시킨다. 이 서브오링(220)은 오링(195)과 유사한 재질로 형성이 가능하며, 탄성, 인정성, 내화성, 내열성과 같은 기계적, 화학적 특성이 우수한 고무, 합성수지 또는 이의 등가물로 제조하여 사용하는 것이 가능하다. 아울러, 도 7에는 서브오링(220)의 단면형태가 대략 타원형인 것으로 도시하였으나, 직사각형의 단면형태를 가질 수 있으며, 도시된 바에 의해 본 발명을 한정하는 것은 아니다.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 씰링 설치의 개략적인 형태를 도시한 장치 구성도이다.

도 8을 참조하면, 진공상태를 요하는 챔버(410)와 진공펌프(425)의 사이에 다수의 진공배관(420 내지 423)이 설치되어, 하나의 진공배관 라인을 형성할 수 있다. 도 8에서는 챔버(410)에 가까운 진공배관(420 내지 423)일 수록 직경이 작아지는 것을 예로 도시하였으나, 이로써 본 발명을 한정하는 것은 아니다.

도 8에서는 4개의 진공배관(420 내지 423)에 의해 하나의 진공배관 라인이 형성된 예를 도시하였다. 본 발명에서 이러한 각각의 진공배관(420 내지 423)들 의 연결부(429)에 본 발명의 씰링(426 내지 428)이 설치된다. 이때, 각 연결부(429)에 설치되는 씰링(426 내지 428)은 서로 다른 직경을 가지는 개체를 사용하게 된다.

아울러, 각 씰링(426 내지 428)은 각각 가스 공급관(430 내지 432)와 결합된다. 이 가스 공급관(430 내지 432)은 가스공급장치(440)와 연결되어, 씰링(426 내지 428)에 차폐용 가스 즉, 무반응 가스를 공급하게 된다. 이때, 각각의 가스 공급관(430 내지 432)에는 개별적으로 가스 계량기(450)가 설치될 수 있다. 이 가스 계량기(450)는 연결부(429)의 누설을 확인하는 장치로 활용이 가능하다. 즉, 씰링(426 내지 428)으로의 가스 공급이 이루어지고 난 후, 연결부(429)에 누설이 발생하면 진공배관(420 내지423)의 내부로 가스가 유입된다. 이에 따라 가스 공급장치(440)는 누설이 발생된 연결부(429)의 씰링(426 내지 428)과 연결되는 가스공급관(430)으로 가스를 공급하게 된다. 이러한 가스 공급은 가스 계량기(450)에 의해 적산되어 표시되고, 이를 관리자 혹은 컨트롤러가 확인하여 연결부(429)의 누설여 부를 확인할 수 있게 된다. 여기서, 연결부(429)에 누설이 발생되어 가스가 공급되더라도 공정이 아무 이상없이 진행되는 경우, 가스는 매우 적은 양만이 소모된다. 때문에, 누설의 발생여부를 확인하기 위해서는 일정한 시간 예를 들어 12시간 또는 24시간의 간격을 두고 계측하여, 가스 소모량 누적치를 확인함으로써 연결부(429)의 누설 여부를 판별할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 씰링을 도시한 사시도.

도 2는 씰링의 평면도.

도 3은 도 1의 I-II 선을 따라 절취한 단면을 도시한 단면도.

도 4는 씰링을 절개하여 도시한 절개도.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 씰링을 도시한 사시도.

도 6은 도 5의 평면도.

도 7은 도 5의 A-AA선을 따라 절취한 단면을 도시한 단면 예시도.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 씰링 설치의 개략적인 형태를 도시한 장치 구성도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100, 200 : 씰링 110 : 노즐

130, 230 : 링 131 : 외주면

132 : 노즐홀 135, 235 : 상판

136, 236 : 하판 140 : 통기홀

145, 245 : 저면부 150, 250 : 제 1 돌출부

160 : 제 2 돌출부 170, 270 : 환형공동

180 : 가스커튼 188, 288 : 제 1 공간

189, 289 : 제 2 공간 190 : 진공배관

195 : 오링 220 : 서브오링

221 : 요홈 222 : 상면

Claims (5)

1. 공정장치의 진공을 형성하기 위한 진공배관의 이음부에 설치되는 씰링에 있어서,

   가스공급기와 연결되는 노즐과;

   납작한 판형태의 링으로 형성되어 저면부를 가지고, 외주연을 따라 상기 저면부로부터 돌출되는 제 1 돌출부가 형성되며, 내부에 링 형태의 빈 공간인 환형공동이 형성되고, 상기 노즐의 일단이 상기 환형공동에 노출되도록 원주면을 관통하는 노즐홀이 형성되는 링;을 포함하여 구성되고,

   상기 링은 상기 환형공동 상에 상기 저면부를 관통하는 통기홀이 하나 이상 형성되는 것을 특징으로 하는 진공배관 이음부용 씰링.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 링은

   상기 제 1 돌출부와의 사이에 상기 저면부를 두고, 내주연을 따라 상기 제 1 돌출부와 동심원형태로 상기 저면부로부터 돌출되는 제 2 돌출부가 형성되는 것을 특징으로 하는 진공배관 이음부용 씰링.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 제 1 돌출부 및 상기 제 2 돌출부 중 적어도 어느 하나는 상기 링의 상 면에 형성된 돌출부와 하면에 형성된 돌출부가 대칭이 되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 진공배관 이음부용 씰링.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 1 돌출부의 돌출면의 대략 중앙에는 상기 제 1 돌출부와 동심원 형태의 요홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 진공배관 이음부용 씰링.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 요홈에 부착되는 서브오링을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 진공배관 이음부용 씰링.

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