KR101248628B1 - 스로틀 밸브용 플래퍼 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 제조설비에 구비된 공정 챔버의 내부 압력을 조절하기 위한 압력 조절용 스로틀 밸브에 적용되는 플래퍼에 관한 것으로서, 반도체 제조설비의 공정챔버로 유체를 유도하는 유로상에 설치되어 스로틀밸브에 있어서, 유로의 일측에 고정된 구동모터로부터 유로내부로 연장되는 작동축과, 유로내에 배치되어 상기 작동축에 결합되는 유로를 개방 또는 폐쇄하는 방향으로 회전하는 원반형의 바디와, 바디의 외주면에 결합되며 외주면이 유로의 내면과 면접촉하는 시일부재와, 바디에 결합되어 시일부재가 바디로부터 이탈되는 것을 제한하는 고정플레이트로 구성되어,

Description

스로틀 밸브용 플래퍼{flapper of throttle valve}

본 발명은 스로틀 밸브용 플래퍼에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 반도체 제조설비에 구비된 공정 챔버의 내부 압력을 조절하기 위한 압력 조절용 스로틀 밸브에 적용되는 플래퍼에 관한 것이다.

일반적으로 스로틀 밸브는 게이트 밸브의 일종으로 유로를 열고 닫음으로써 유체의 압력을 조절할 수 있도록 한 것으로서, 반도체 제조설비 특히 공정챔버로의 유체의 진출입 경로에는 이러한 스로틀 밸브가 다수 채용된다.

보다 구체적으로 살펴보면 통상적으로 반도체 소자의 제조를 위한 많은 공정들은 화학적 반응을 이용한다. 이때, 이러한 화학적 반응이 이루어지는 공정 챔버 내부의 온도와 압력 등은 매우 중요한 공정조건이며, 그 중에서도 공정 챔버 내부의 압력 조절은 특히 중요하다.

예들 들어, 공정 챔버 내부에서의 가스 압력은 에칭시에는 웨이퍼에 형성되는 에칭 부분의 기하학적인 형성에 영향을 주고, 증착시에는 증착층의 특성에 전형적인 영향을 준다. 따라서 공정 진행중 공정 챔버 내부의 압력 변화는 증착이나 식각부분에서의 균일성을 방해하게 된다.

따라서 공정 챔버의 내부 압력이 적정 압력조건을 충족하도록 조절하기 위하여 공정 챔버의 배출부와 진공 펌프를 연결하는 진공 라인에 스로틀 밸브를 설치하여 공정 챔버 내부의 압력제어를 수행하게 된다.

한편, 반도체 제조설비에 적용되는 스로틀 밸브는 크게 두 가지 종류가 있는데, 상기 진공 라인의 유로 상에 원판형태의 판체인 플래퍼(flapper)를 설치하여 이 플래퍼의 회전으로 유로의 개폐조절이 이루어지도록 하거나, 또는 절곡된 유로 상에서 유로의 일측에 끼워져 직선 구동하는 플런저를 이용하여 유로의 개폐조절이 이루어지도록 하는 것이 있다.

본 발명의 특히 전자의 플래퍼타입에 관한 것으로서, 플래퍼의 회전을 이용하여 유로의 개폐를 조절하는 스로틀 밸브에 대해 좀 더 살펴보면, 상기 플래퍼는 원판형태의 판체로서 유로내에 회전가능하게 동축상으로 배치되며, 상기 플래퍼를 회전시키기 위한 축이 유로를 형성하는 하우징을 관통하여 상기 플래퍼에 고정된다. 따라서 모터 및 감속기를 통해 상기 축을 회전시켜 플래퍼의 배치 상태를 전환시킴으로써 유체의 흐름을 조절하게 된다. 즉, 플래퍼의 평면이 실질적으로 유로의 축선에 수직으로 배치되면 유로를 막아 유체 이동을 차단하거나 감소시킨다. 반대로 축을 반대로 회전시킴에 따라 유로가 조금씩 개방되고, 플래퍼의 평면이 실질적으로 유로의 축선에 평행하게 배치되면 유로는 완전개방상태를 형성하게 된다. 한편, 이러한 플래퍼의 외주면에는 유로의 폐쇄시보다 완벽한 밀폐를 위해 단일체로 형성된 비압축성의 오링이 장착된다.

그런데 이러한 스로틀 밸브의 경우 플래퍼의 외주면에 장착된 오링으로 인하여 아래와 같은 문제점이 빈번히 발생하고 있다.

즉, 압력 조절을 위해 진공 라인 및 상기 스로틀 밸브를 통해 배기되는 비교적 고온상태의 비반응 배기가스들로 인하여 상기 오링에 열적, 화학적 데미지(damage)가 발생한다. 또한, 상기와 같은 배기과정에서 반응부산물인 파우더가 상기 스로틀 밸브의 하우징 내벽과 상기 플래퍼의 외주면에 장착된 오링에 적층되는 현상이 발생한다. 상기한 바와 같은 파우더는 특히 오링에 집중적으로 적층됨으로써 상기 유로의 개폐를 위한 상기 플래퍼의 회전시 상기 하우징의 내벽과 상기 오링의 마찰을 증가시키게 된다. 이러한 마찰의 증가는 열적, 화학적 데미지를 입은 오링에 심한 열변형 및 열손상을 유발하게 되고, 결국 상기 오링의 상태확인 및 그 교체를 위한 잦은 PM(Preventive Maintenance; 예방 유지 보수)을 필요로 하게 만든다.

한편, 그 교체가 이루어지기 전까지 열변형 및 열손상이 발생된 오링은 플래퍼의 원활한 회전을 방해하게 되고, 이러한 상태 하에서의 무리한 플래퍼의 회전은 회전축에 전단 응력이 가해지도록 함으로써 회전축이 비틀리는 등의 손상을 유발하고, 나아가 상기 회전축을 회전시키기 위한 구동모터에 무리한 구동 하중이 걸리게 함으로써 구동모터의 손상으로까지 이어지게 된다. 또한, 이러한 손상 등이 PM을 통해 해소되기 전까지는 상기 플래퍼의 회전을 통한 유로의 개폐가 정확히 제어되지 않기 때문에 결과적으로 공정 챔버 내부의 압력 조절 실패로 인한 공정 불량을 유발하게 된다.

한편, 종래의 플래퍼의 다른 예로서는 플래퍼의 외주면을 플래퍼와 동일한 금속재로 형성하되 호형으로 가공한 것이 개발되어 있다. 이러한 플래퍼는 그 특성상 완전 폐쇄시에도 유로를 효과적으로 차단하지 못하는 것으로서, 비교적 공정챔버가 고진공을 요하지 않는 곳에 사용되고 있다.

그러나 이러한 구조를 갖는 플래퍼는 높은 가공정밀도를 요구하게 되는 것은 물론 장시간 사용시 플래퍼의 외주면이 작동오류 등으로 인해 유로의 내면과 충돌할 우려를 갖고 있다. 즉, 금속재의 플래퍼가 직접 역시 금속으로 이루어진 유로의 내부에서 회전동작을 하게 되므로 이들 간의 간섭을 피하면서도 최소한의 유로차단효과를 높이기 위해서는 고정도를 요하는 가공이 필요하다. 따라서 직접 접촉에 의한 오링과 같은 문제는 줄일 수 있는 반면 생산성이 떨어지는 문제를 갖고 있는 문제를 갖고 있는 것이다. 이러한 문제는 나아가 공차관리가 정밀하게 유지되지 않을 경우 유로와 플래퍼의 접촉이 불가피하게 되어 금속과 금속간의 마찰로 인한 스크래치의 발생으로 높은 청정도를 요하는 공정챔버의 오염의 원인이 되는 것은 물론 위에서 언급한 모터의 손상 및 공정챔버의 불량을 초래할 우려를 내포하고 있는 것이다

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 단점을 극복하기 위해 안출된 것으로서, 플래퍼와 유로사이의 시일링 효과를 높일 수 있게 됨과 동시에 내구성을 향상시킬 수 있는 플래퍼를 제공함에 있다. 특히 종래와 같이 시일링부의 손상을 최소화하여 스로틀 밸브의 작동을 원활하게 유지함으로써 공정 챔버의 불량을 방지하고 반도체제품의 생산성을 높일 수 있는 반도체 제조설비의 압력 조절용 스로틀 밸브를 제공하는 것을 기술적 과제로 삼고 있다.

이러한 본 발명의 과제는 반도체 제조설비의 공정챔버로 유체를 유도하는 유로 상에 설치되어 스로틀밸브에 있어서, 유로의 일측에 고정된 구동모터로부터 유로내부로 연장되는 작동축과, 유로내에 배치되어 상기 작동축에 결합되는 유로를 개방 또는 폐쇄하는 방향으로 회전하는 원반형의 바디와, 바디의 외주면에 결합되며 외주면이 유로의 내면과 면접촉하는 시일부재와, 바디에 결합되어 시일부재가 바디로부터 이탈되는 것을 제한하는 고정플레이트로 구성된 스로틀 밸브용 플래퍼에 의해 달성될 수 있다.

상기 고정플레이트는 작동축과 함께 일체로 나사 고정되는 것이 바람직하다.

상기 시일부재는 바디에 형성된 단차부에 끼워지는 고정부와, 고정부의 일측에서 반경방향 내측으로 연장되어 바디의 단차부 측면에 걸려 축방향 진입을 제한하는 스토퍼부와, 고정부와 이격되어 고정부와의 사이에 완충부를 형성하는 탄성부로 구성된다.

시일부재는 바람직하게는 테프론으로 구성되어 가공에 의해 제조된다.

상기 시일부재의 탄성부는 중앙부에 유로의 내면과 선접촉하는 돌출부가 반경방향 외측으로 돌출 구성된다.

상기 시일부재의 완충부에는 링형으로 형성된 코일스프링이 추가로 삽입되는 것이 바람직하다.

이러한 본 발명은 플래퍼의 외주에 시일부재를 제공하여 플래퍼와 유로사이의 시일링 효과를 높일 수 있게 됨과 동시에 내구성을 향상시킬 수 있게 되는 것은 물론 특히 공정 챔버의 불량을 방지하고 제품의 생산성을 높일 수 있는 효과를 갖는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 스로틀밸브 플래퍼가 유로 상에 설치된 단면도
도 2는 본 발명에 따른 플래퍼를 발췌하여 도시한 분해사시도
도 3은 본 발명에 따른 플래퍼의 결합상태 단면도

첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다. 도 1에는 본 발명에 따른 스로틀밸브 플래퍼가 유로 상에 설치된 단면도가 도시되어 있다. 이에 따르면, 반도체 제조설비의 공정챔버로 유체를 유도하는 유로(10)의 일측에 구동모터(20)가 설치되어 있다. 구동모터(20)에는 작동축(30)이 연장되어 유로(10)의 내부로 삽입되어 있다. 작동축(30)에는 플래퍼(100)가 결합되어 유로를 개방 또는 폐쇄하는 방향으로 회전가능하게 설치되어 있다.

도 2에는 본 발명에 따른 플래퍼를 발췌하여 도시한 분해사시도가 도시되어 있다. 이에 따르면, 플래퍼는 크게 바디(110)와, 바디(110)의 외주면에 결합되는 시일부재(130), 시일부재(130)를 바디(110)에 고정시키는 고정플레이트(140) 및 시일부재(130)의 완충력을 보강하는 완충부재(120)로 구성된다.

상기 바디(110)는 외주면에 단차(112)가 형성되고, 일측면에는 고정플레이트 지지용 단차(114)가 축방향으로 돌출되고, 면상에 복수의 나사공(116,116a,116b,118a,118b)들이 형성된다.

도 3을 참조하면, 시일부재(130)는 바디(110)의 외주면에 결합되며 유로(10)의 내면과 면접촉하는 것으로서, 바디에 형성된 단차부에 끼워지는 고정부(132)와, 고정부(132)의 일측에서 반경방향 내측으로 연장되어 바디(110)의 단차부(112) 측면에 걸려 축방향 진입을 제한하는 스토퍼부(134)와, 고정부(132)와 이격되어 고정부(132)와의 사이에 완충공간(136)을 형성하는 탄성부(138)로 구성되어 있다.

상기 탄성부(138)에는 중앙부분이 유로(10)의 내면과 선접촉하도록 돌출부(139)가 반경방향 외측으로 돌출 구성되어 있다.

상기 고정 플레이트(140)는 원반형으로 형성되며, 바디(110)에 결합되어 시일부재(130)가 바디(110)로부터 이탈되는 것을 제한하게 된다. 고정 플레이트(140)는 상기 바디(110)의 나사공(116,116a,116b,118a,118b)에 대응하는 복수의 관통공(142a,142b,144a,144b)이 형성되며, 중앙부분에는 지지용 단차(114)에 결합되도록 결합공(146)이 형성되어 있다.

상기 고정플레이트(140)는 작동축(30)과 함께 일체로 나사 고정되는데, 작동축(30)의 나사공(34a)(34b)과 관통공(144a)(144b) 및 바디()의 나사공(118a, 118b)이 동축상에 배치되어 나사 결합되고, 관통공(142a)(142b)은 나사에 의해 바디(110)의 나사공(116a, 116b)에 체결된다. 그리고 바디(110)의 나사공(116)에는 작동축(30)의 관통공(32)과 직접 나사체결이 이루어진다.

한편, 상기 시일부재(130)의 완충공간(136)에는 완충부재(120)가 추가로 삽입되어 있다. 완충부재(120)는 반경방향 내측으로 작용하는 힘에 대한 탄성을 갖는 것이 바람직하며, 예를 들면 링형으로 형성된 코일스프링으로 구성된다.

이러한 구성을 갖는 본 발명에 따른 스로틀 밸브의 플래퍼는 구동모터(20)가 회전을 이루면 시일부재(130)의 돌출부(139)가 유로(10)의 내면에 선접촉을 이루며 유체의 흐름을 차단하게 된다. 이때 돌출부(139)는 유로(10)의 내면과 긴밀하게 접촉을 이루게 되며, 반경방향으로 압축되는 힘을 받게 되어 접촉력이 증대되므로 시일효율이 향상된다. 또한, 탄성부(138)는 자체 고유 탄성에 의해서도 만족할 만한 시일링 효과를 얻을 수 있으나 완충부재(120)가 삽입되는 것에 의해 더욱 그 효과를 높일 수 있다. 즉, 완충부재(120)가 탄성부(138)에 가해지는 힘을 효과적으로 지지하게 되므로 더욱 시일부재(130)의 변형을 방지하게 되는 것은 물론 유로 내면과의 밀착력을 증대시켜 유로를 통한 유체의 이동을 효과적으로 제한할 수 있게 된다.

10: 유로 20: 구동모터
30: 작동축 100: 플래퍼
110: 바디 112,114: 단차
116,116a,116b,118a,118b: 나사공
120: 완충부재 130: 시일부재
132: 고정부 134: 스토퍼부
136: 완충공간 138: 탄성부
139: 돌출부 140: 고정플레이트
142a,142b,144a,144b : 관통공

Claims (5)

1. 반도체 제조설비의 공정챔버로 유체를 유도하는 유로상에 설치되는 스로틀밸브에 있어서,
   유로의 일측에 고정된 구동모터로부터 유로내부로 연장되는 작동축과;
   외주연에 단차부를 갖는 원반형으로 구성되고, 상기 작동축에 결합되어 구동모터의 의해 회전하며 유로를 개방 또는 폐쇄하는 바디와;
   바디의 단차부에 끼워지는 고정부와, 고정부의 일측에서 반경방향 내측으로 연장되어 바디의 단차부 측면에 걸려 축방향 진입을 제한하는 스토퍼부와, 고정부와 이격되어 고정부와의 사이에 완충공간을 형성하며 외주면이 유로의 내면과 접촉하는 탄성부로 구성된 시일부재와;
   상기 시일부재의 외측에 배치되어 작동축과 함께 원반형 바디에 결합되어 시일부재가 바디로부터 이탈되는 것을 제한하는 고정플레이트로 구성된 것을 특징으로 하는 스로틀 밸브용 플래퍼.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1항에 있어서, 상기 탄성부는 중앙부에 유로의 내면과 선접촉하는 돌출부가 반경방향 외측으로 돌출 구성된 것을 특징으로 하는 스로틀 밸브용 플래퍼.
5. 제 1항 또는 제 4항에 있어서, 상기 탄성부에는 링형으로 형성된 완충부재가 추가로 삽입되는 것을 특징으로 하는 스로틀 밸브용 플래퍼.

Images