KR100883933B1 - 미캐니컬 실을 포함하는 반도체 증착용 진공 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 미캐니컬 실을 포함하는 반도체 증착용 진공 시스템에 관한 것이다. 미캐니컬 실의 회전부에 부착되어 고정부에 부착된 제2 실 링(Seal Ring)과 맞닿아 접촉 미끄럼 마찰운동을 하는 제1 실 링(Seal Ring) 또는 제2 실 링을 베스펠(VESPEL) 재질로 하여 마찰운동에 의해 발생하는 마찰열을 견디고 내마모성을 가짐으로써 기밀성을 향상시킨 미캐니컬 실을 포함하는 반도체 증착용 진공 시스템을 제공한다.

Description

미캐니컬 실을 포함하는 반도체 증착용 진공 시스템{Vacuum System for Semiconductor Deposition Including Mechanical Seal}
본 개시(Disclosure)는 미캐니컬 실을 포함하여 저진공 영역에서 동작하는 반도체 증착용 진공 시스템에 관한 것이다.
미캐니컬 실(Mechanical Seal)이란 일반적으로 널리 알려진 바와 같이 유체가 담긴 기계 장치 내부에서 회전을 하는 축 부분으로부터 유체의 누출을 방지하기 위한 패킹장치의 일종이다.
즉, 기계 장치 내부에서 축을 중심으로 회전하는 회전부와 글랜드(gland)에 고정된 고정부를 완전히 밀착시켜 그 접촉면에서 섭동을 하면서도 액밀을 유지할 수 있도록 하는 구조로 되어있다.
그러나 종래 미캐니컬 실은 회전 중에 회전부와 고정부 사이에 접촉 미끄럼 마찰이 일어나 마찰열이 발생하고 미캐니컬 실의 안 쪽과 바깥쪽의 온도 차에 의해 열 변형이 발생한다. 이러한 열 변형 거동에 의해 특정 부분에 접촉 응력을 집중시켜 마멸이 발생하므로 결국 미캐니컬 실의 밀봉성능을 떨어뜨리고 수명을 단축하게 되는 문제점이 발생하였다.
또한, 이러한 밀봉성능의 저하로 인하여 종래 미캐니컬 실은 유체가 담긴 기계 장치 내부에서 회전을 하는 축 부분으로부터 유체의 누출을 방지할 뿐 기밀(氣密)을 유지해야 하는 진공 시스템에는 사용할 수 없었다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 내열성과 내마모성을 가지는 베스펠(VESPEL) 재질의 실 링(Seal Ring)을 사용하여 고정부와 회전부 간의 접촉 미끄럼 마찰운동에 의해 발생하는 마찰열에 의한 열변형을 줄이고 내마모성을 가짐으로써 밀봉성능이 우수한 미캐니컬 실을 포함하는 반도체 증착용 진공 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 개시는 일단에 반도체 증착용 기판을 장착할 수 있는 홀더가 구비된 샤프트와, 상기 샤프트의 둘레에 형성되어 샤프트와 함께 회전하는 회전부의 일단에 부착되고, 베스펠(VESPEL) 재질 또는 실리콘 카바이드(SiC) 재질로 된 제1 실 링(Seal Ring)과, 상기 홀더가 인입되어 기판에 반도체 증착이 이루어지는 진공 체임버 및 상기 진공 체임버의 외측에 형성된 고정부의 일단에 부착되고, 상기 제1 실 링과 밀착하여 외기를 차단하며, 상기 제1 실 링이 베스펠 재질로 된 경우에는 실리콘 카바이드(SiC) 재질로 되고, 상기 제1 실 링이 실리콘 카바이드(SiC) 재질로 된 경우에는 베스펠 재질로 되는 제2 실 링(Seal Ring) 을 포함하는 미캐니컬 실을 포함하는 반도체 증착용 진공 시스템을 제공한다.
본 개시는 내열성과 내마모성을 가지는 베스펠(VESPEL) 재질의 실 링을 사용하여 고정부와 회전부 간의 접촉 미끄럼 마찰운동에 의해 발생하는 마찰열에 의한 열변형을 줄이고 내마모성을 가짐으로써 밀봉성능이 우수한 미캐니컬 실을 포함하는 반도체 증착용 진공 시스템을 제공한다.
이하, 본 발명을 도면을 참조하여 상세하게 설명하고자 한다. 다음에 소개되는 구현 예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서 본 발명은 이하 설명된 구현 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 일 구성요소 또는 일 층이 다른 구성요소 또는 다른 층 "의 위에" 또는 "에 연결" 이라고 언급되는 경우, 상기 일 구성요소 또는 상기 일 층이 상기 다른 구성요소 또는 다른 층의 바로 위에 형성 또는 바로 연결되거나 이들 사이에 추가적인 구성요소 또는 층이 개재될 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1은 미캐니컬 실을 포함하는 반도체 증착용 진공 시스템의 일 구현 예의 단면도이다. 도 1을 참조하면, 상기 진공 시스템은 회전축을 중심으로 회전하는 샤프트(12)와, 상기 샤프트의 둘레에 형성되어 샤프트(12)와 함께 회전하는 회전 부(10)와, 상기 회전부의 일단에 부착된 제1 실 링(14)과, 진공 체임버(26)와, 상기 진공 체임버의 외측에 형성된 고정부(20)와, 상기 고정부의 일단에 부착된 제2 실 링(22)을 포함한다.
상기 샤프트(12)의 일단에는 반도체 증착용 기판을 장착할 수 있는 홀더(15)가 형성되어 있고 상기 홀더는 진공 체임버(26) 내부로 인입되어 있다.
한편, 상기 샤프트(12)와 회전부(10) 사이에는 기밀성을 향상시키기 위해 오링(13)이 끼워져 있다. 상기 회전부(10)의 일단에는 제1 실 링(14)이 부착되어 고정부(20) 일단에 부착된 제2 실 링(22)과 맞닿아 회전함으로써 미끄럼 마찰운동을 한다.
한편, 상기 홀더(15)가 인입되어 있는 진공 체임버(26) 내부는 홀더(15)에 장착된 반도체 증착용 기판(16)에 반도체가 증착되는 곳이다.
한편, 상기 진공 체임버(26) 외측에는 고정부(20)가 형성되어 있다. 상기 진공 체임버(26)와 고정부(20) 사이에는 기밀성을 향상시키기 위해 오링(25)이 끼워져 있다. 상기 고정부(20)는 벨로우즈(24)와 제2 실 링(22)을 포함한다. 상기 벨로우즈(24)는 압축된 상태로 회전부에 압력을 가하므로 회전부의 회전에 따른 진동에도 불구하고 고정부의 일단에 부착된 제 2 실 링(14)을 제1 실 링(22)에 밀착시켜 견고한 기밀성을 유지할 수 있게 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시례에 따른 제1 실 링 및 제2 실 링의 단면도이다. 도 2a는 제2 실 링(22a)에 凹 모양의 홈을 형성하여 제1 실링(14a)과 접촉면적을 넓혀 기밀성을 더욱 향상시켰다. 도 2b는 제1 실 링(14b)의 접촉면을 V자 모양으로 하고 제2 실 링(22b)에 V자 홈을 형성하여 기밀성을 향상시킨 모습이다. 또한, 제 1 실 링과 제 2 실 링의 접촉면적을 크게 하여 기밀성을 향상시킬 수 있도록 제 1 실 링 및 제 2 실 링 중 적어도 어느 하나에 맞물리는 다각형 홈을 형성할 수 있다.
한편, 제1 실 링 및 제2 실 링의 재질은 폴리이미드 계열의 베스펠(VESPEL) 또는 실리콘 카바이드(SiC)이다. 제 1 실 링의 재질이 베스펠이면 제 2 실 링의 재질은 실리콘 카바이드로 하고, 제 1 실 링의 재질이 실리콘 카바이드면 제 2 실 링의 재질은 베스펠로 한다.
베스펠은 엔지니어링 플라스틱의 일종으로 내열성이 특히 우수하여 고온에서도 연화되지 않고, 고하중을 지탱한다. 또한, 고온, 무윤활 조건하에서도 내마모성이 뛰어나고 마찰 계수가 낮아서 본 개시의 미캐니컬 실처럼 미끄럼 마찰운동이 지속되는 경우에도 열변성이나 마모가 쉽게 일어나지 않으므로 미캐니컬 실 외부의 공기를 차단할 수 있으므로 진공유지가 가능하다.
본 개시의 미캐니컬 실을 포함하는 반도체 증착용 진공시스템은 저진공(10-3 ~ 10-4 Torr)을 유지할 수 있다.
이러한 본원 발명인 장치는 이해를 돕기 위하여 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의 해 정해져야 할 것이다.
도 1은 미케니컬 실을 구비하는 반도체 증착용 진공시스템의 일 구현 예의 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 제1 실 링 및 제2 실 링의 일 실시례를 나타낸 단면도이다.

Claims (10)

  1. 삭제
  2. 일단에 반도체 증착용 기판을 장착할 수 있는 홀더가 구비된 샤프트;
    상기 샤프트의 둘레에 형성되어 샤프트와 함께 회전하는 회전부의 일단에 부착되고, 베스펠(VESPEL) 재질 또는 실리콘 카바이드(SiC) 재질로 된 제1 실 링(Seal Ring);
    상기 홀더가 인입되어 기판에 반도체 증착이 이루어지는 진공 체임버;
    상기 진공 체임버의 외측에 형성되고 벨로우즈(Bellows)를 더 포함하여 상기 회전부에 밀착되는 고정부; 및
    상기 고정부의 일단에 부착되고, 상기 제1 실 링과 밀착하여 외기를 차단하며, 상기 제1 실 링이 베스펠 재질로 된 경우에는 실리콘 카바이드(SiC) 재질로 되고, 상기 제1 실 링이 실리콘 카바이드(SiC) 재질로 된 경우에는 베스펠 재질로 되는 제2 실 링(Seal Ring)을 포함하는 미캐니컬 실을 포함하는 반도체 증착용 진공 시스템.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 일단에 반도체 증착용 기판을 장착할 수 있는 홀더가 구비된 샤프트;
    상기 샤프트의 둘레에 형성되어 샤프트와 함께 회전하는 회전부의 일단에 부착되고, 베스펠(VESPEL) 재질 또는 실리콘 카바이드(SiC) 재질로 된 제1 실 링(Seal Ring);
    상기 홀더가 인입되어 기판에 반도체 증착이 이루어지는 진공 체임버; 및
    상기 진공 체임버의 외측에 형성되는 고정부의 일단에 부착되고, 상기 제1 실 링과 밀착하여 외기를 차단하며, 상기 제1 실 링이 베스펠 재질로 된 경우에는 실리콘 카바이드(SiC) 재질로 되고, 상기 제1 실 링이 실리콘 카바이드(SiC) 재질로 된 경우에는 베스펠 재질로 되는 제2 실 링(Seal Ring)을 포함하는 반도체 증착용 진공 시스템에 있어서,
    상기 제1 실 링 및 상기 제2 실 링 중 적어도 어느 하나에 상호 간에 밀착되도록 맞물리는 다각형 홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 미캐니컬 실을 포함하는 반도체 증착용 진공 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 고정부는 벨로우즈(Bellows)를 더 포함하여 회전부와 밀착되는 것을 특징으로 하는 미캐니컬 실을 포함하는 반도체 증착용 진공 시스템.
  7. 제5항 및 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 다각형 홈은 凹 모양인 것을 특징으로 하는 미캐니컬 실을 포함하는 반도체 증착용 진공 시스템.
  8. 제5항 및 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 다각형 홈은 V자 모양인 것을 특징으로 하는 미캐니컬 실을 포함하는 반도체 증착용 진공 시스템.
  9. 제5항 및 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    기밀성을 향상시키기 위해 상기 샤프트와 상기 회전부 사이에 오링(O-ring)을 끼운 것을 특징으로 하는 미캐니컬 실을 포함하는 반도체 증착용 진공 시스템.
  10. 제5항 및 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    기밀성을 향상시키기 위해 상기 진공 체임버와 상기 고정부 사이에 오링(O-ring)을 끼운 것을 특징으로 하는 미캐니컬 실을 포함하는 반도체 증착용 진공 시스템.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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US3949967A (en) * 1974-05-29 1976-04-13 Scientific Research Instruments Off axis rotary valve
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