KR101425811B1

KR101425811B1 - 고속 압력제어와 파티클 발생을 극소화한 구조를 지닌 역압대응 진자식 게이트 밸브

Info

Publication number: KR101425811B1
Application number: KR1020130016432A
Authority: KR
Inventors: 오세창; 유희욱; 박상현
Original assignee: (주)시스콤
Priority date: 2013-02-15
Filing date: 2013-02-15
Publication date: 2014-08-05

Abstract

본 발명은, 진자식 게이트 밸브의 씨일 플레이트를 고속으로 구동하기 위해 가볍고 간단한 형상으로 구성하여, 씨일 플레이트의 구동시 마찰을 최소화하여 구동 저항을 감소시키고, 파티클(이물질) 발생을 억제하며, 또한 씨일 플레이트의 탈착을 간소화 시키고, 씨일 링을 쉽게 분리 할 수 있도록 하여 유지 보수의 편리성을 향상시킨 고속 압력제어와 파티클 발생을 극소화한 구조를 지닌 역압대응 진자식 게이트 밸브에 관한 것이다.
본 발명에 따른 고속 압력제어와 파티클 발생을 극소화한 구조를 지닌 역압대응 진자식 게이트 밸브는, 공정챔버와 진공펌프 사이의 유체통로에 설치되며, 중앙부에 유체통로와 연통하는 개구가 형성된 본체; 본체의 개구 가장자리를 따라 상부와 하부에서 각각 본체에 끼워지는 제1 및 제2 씨일유닛; 본체의 일측으로부터 삽입되어 개구를 진자식으로 개폐하며, 가장자리가 상기 제1 및 제2 씨일유닛 사이에 삽입되어 위치하게 되는 씨일 플레이트; 상기 씨일 플레이트의 일단을 수용하도록 본체의 일단에 설치되는 씨일플레이트 커버; 를 포함하며, 씨일 플레이트는, 본체의 일측에 설치된 구동모터의 회전축과 연결되고, 하면의 가장자리인 주연부는 일정폭으로 돌출된 돌출부가 형성되고, 돌출부에는 "―" 형상의 홈이 구동 원주 방향에 직각으로, 회전축과 직각방향으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

Description

고속 압력제어와 파티클 발생을 극소화한 구조를 지닌 역압대응 진자식 게이트 밸브{HIGH SPEED PRESSURE CONTROLED AND PARTICLES MINIMIZED STRUCTURE PENDULUM GATE VALVE ENABLE NEGATIVE PRESSURE}

본 발명은 역압대응이 가능한 진자식 게이트 밸브를 고속으로 구동할 수 있으며, 구동시 파티클 발생을 현저히 절감시키는 진자식 게이트 밸브에 관한 것으로, 보다 상세하게는 진자식 게이트 밸브의 씨일 플레이트를 고속으로 구동하기 위해 가볍고 간단한 형상으로 구성하여, 씨일 플레이트의 구동시 마찰을 최소화하여 구동 저항을 감소시키고, 파티클(이물질) 발생을 억제하며, 또한 씨일 플레이트의 탈착을 간소화 시키고, 씨일 링을 쉽게 분리 할 수 있도록 하여 유지 보수의 편리성을 향상시킨 고속 압력제어와 파티클 발생을 극소화한 구조를 지닌 역압대응 진자식 게이트 밸브에 관한 것이다.

일반적으로 LCD 기판이나 반도체 소자 및 솔라 셀(solar cell)등을 제조하기 위한 공정의 대부분은 진공 상태에서 진행되고 있는데, 특히 반도체 소자의 제조 공정 중에서 미세패턴을 형성하기 위해 식각 공정이 수행되고 있다. 이러한 식각은 습식식각과 건식식각으로 나누어지는데, 습식식각은 공정이 비교적 단순하고 비용이 적게드는 장점은 있으나, 언더컷(undercut) 발생 등의 단점이 있어, 최근에는 고집적화된 반도체 소자의 식각을 위해 건식식각이 많이 사용되고 있다.

건식식각 공정이 이루어지는 동안 공정압력조절(제어) 및 공정챔버 내부에서 반응한 가스 및 이물질 등이 다음 공정에 영향을 끼치지 않도록 배출하기 위한 과정을 갖는다. 이러한 공정압력조절 및 공정챔버 내부의 가스 및 이물질을 배출하기 위한 장비로 진공펌프가 사용되며, 진공펌프 중에서도 구경이 큰 밸브를 지닌 터보분자펌프(TMP,turbo molecular pump) 또는 크라이오펌프(cryo pump)가 사용되고 있는데, 흡입밸브와 공정챔버 사이를 차폐하거나 상기 펌프와 공정챔버 사이의 유체통로의 개폐 정도를 조절하기 위해 진자식 게이트 밸브가 사용되고 있다.

이러한 진자식 게이트 밸브는, 기술의 발전과 생산성의 향상을 위해 웨이퍼 또는 글라스 기판 등이 대형화 됨으로써 대형화되는 추세이나, 기존의 스프링을 이용한 단동식 게이트 밸브와 복잡한 씨일 플레이트를 사용하는 게이트 밸브는, 복잡한 씨일 링(seal ring)과 씨일 플레이트(seal plate)의 사용으로 인해 유체통로(개구) 밀봉(sealing)시 파티클(이물질) 발생 개소를 증가시키고, 구동시의 마찰로 인한 이물질(異物質)이 발생됨으로써 반도체, LCD, OLED등의 미세 증착 또는 식각 공정에서 치명적인 불량을 유발하는 원인이 되기도 한다. 복잡한 씨일 플레이트의 제작으로 인한 자체 중량 증가, 다량의 기계 부품이 진공의 공정챔버 내에서 사용되는 문제, 복잡한 구성으로 인한 유지 보수가 필요한 개소의 증가, 작동 메카니즘이 복잡함에 따른 개폐 속도의 지연 등으로 인해 대형화에 적합한 게이트 밸브를 구현하기 어려운 문제점이 있다.

도 1은 일반적으로 공정챔버와 펌프 사이에 형성되는 유체 통로(3,4) 사이에 설치되는 진자식 밸브조립체(1)를 도시한 것인데, 상기 진자식 밸브조립체는 유체 통로(3,4)와 연통하며 소정영역을 구획하는 하우징(2)을 구비하고, 상기 하우징 내부에는 구동수단에 연결되는 구동축 및 상기 구동축의 회전에 의해 유체 통로를 차단하고, 개방하는 차단판(9) 및 상기 차단판이 유체 통로를 차단했을 때 실린더(5)의 내측에 스프링을 넣어 스프링에의한 로킹동작에 의해 차단판(9)에 슬라이딩 이동하여 밀착가압 되어 유체통로 사이의 기밀을 이루게하는 록킹링(6)으로 구성되며, 상기 록킹링에는 실링체(7,8)가 구비되어 공정 챔버와 펌프 사이의 밀봉을 유지하게 된다. 상기의 구성은 차단판(9)이 공정챔버와 펌프 사이의 유체 통로 차단시, 하우징(2)에 설치된 실린더(2)가 록킹링(6)을 가압하여 차단판(9)과 밀착시켜서 유체 통로(7,8)사이의 기밀을 유지시키는 방식인데, 밀봉을 유지시키기 위해 스프링을 채택하였으며, 밀봉을 위한 조립체의 구성이 복잡해지고, 차단판이 구동시 하우징(2)에 마찰을 발생하여 고속 구동의 저항발생과 이물질 발생의 문제점을 발생시키게 되며, 복잡한 연결 구조에 따른 전체 밸브 조립체의 중량 증가 및 유지 보수가 어렵다는 문제가 있으며, 또한 스프링에 의한 단동식 실린더 방식으로는 역압 대응에 적합하지 못하다는 문제점도 갖추고 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은, 진자식 게이트 밸브의 씨일 플레이트를 복잡한 기계적 구조물 없이 단순화된 형태로 구성하면서도, 본체 또는 다른 구조물과의 마찰에 의한 파티클(이물질)의 발생을 억제하고, 마찰에 의한 씨일 플레이트의 밀봉(씨일)면의 손상을 억제함으로서 밀봉력을 향상시키고, 또한 씨일 플레이트를 가압하여 기밀성을 유지시켜줄 수 있는 씨일 링과 씨일 플렌지의 연결 구조를 단순한 기계적 메카니즘으로 구성시켜서 고속으로 구동되면서도 역압 대응이 가능하고, 또한 단순한 기계적 구성으로 본체로 부터 조립 및 분리가 용이한, 고속 압력제어와 파티클 발생을 극소화한 구조를 지닌 역압대응 진자식 게이트 밸브를 제공하기 위한 것이다.

상기와 같은 문제를 해결하기 위해 본 발명에 따른 고속 압력제어와 파티클 발생을 극소화한 구조의 역압대응 진자식 게이트 밸브는, 공정챔버와 진공펌프 사이의 유체통로에 설치되며, 중앙부에 상기 유체통로와 연통하는 개구(44)가 형성된 본체(30); 상기 본체의 개구(44) 가장자리를 따라 상부와 하부에서 각각 상기 본체에 끼워지는 제1 및 제2 씨일유닛(20,20'); 상기 본체의 일측으로부터 삽입되어 개구를 진자식으로 개폐하며, 가장자리가 상기 제1 및 제2 씨일유닛(20,20') 사이에 삽입되어 위치하게 되는 씨일 플레이트(42); 상기 씨일 플레이트(42)의 일단을 수용하도록 상기 본체(30)의 일단에 설치되는 씨일플레이트 커버(43); 를 포함하며, 상기 씨일 플레이트(42)는, 본체(30)의 일측에 설치된 구동모터(40)의 회전축(41)과 연결되고, 하면의 가장자리인 주연부는 일정폭으로 돌출된 돌출부(42b)가 형성되고, 상기 돌출부에는 "―" 형상의 홈(42a)이 구동 원주 방향에 직각으로, 회전축(41)과 직각방향으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 제1 및 제2 씨일 유닛은, 수평부와 수직부로 이루어져 단면이 "ㄱ" 형상인 씨일커버(20a); 상기 씨일커버(20a)와 본체(30) 사이에 위치하며, 수평부와 수직부로 이루어져 단면이 "ㄱ" 형상인 씨일 플랜지(20b); 상기 씨일커버(20a)와 본체(30) 사이에 형성되는 공간부(31); 를 구비하며, 상기 공간부에씨일 플랜지(20b)의 수평부가 위치되고, 상기 제1 및 제2 씨일유닛(20,20')은 본체의 개구(44) 가장자리를 따라 상부와 하부에서 각각 상기 본체에 끼워져서 설치된다.

또한, 상기 씨일 플레이트(42)의 상부에 설치되는 씨일 플랜지(20b)의 수직부 하단면에는 씨일 링(20c)이 착탈가능하게 설치되며, 상기 씨일 링의 일측에는 핸들이 일체로 더 구성되어 씨일 플랜지로부터 씨일 링을 보다 용이하게 분리할 수 있고, 상기 씨일 링의 하단에는 씰링체(20d)가 설치되며, 상기 씰링체는 씨일 링(20c)과 씨일 플레이트(42) 사이에 삽입된다. 또한 상기 본체(30)와 씨일플레이트 커버(43)가 연결되는 본체의 연결부위에는 슬릿(30a)이 형성되어, 상기 슬릿을 통해 씨일 플레이트(42)가 씨일플레이트 커버(43) 내부에 형성된 수용공간(43a)으로 수용된다.

이상과 같은 구성적 특징을 갖는 본 발명에 따른 고속 압력제어와 파티클 발생을 극소화한 구조의 역압대응 진자식 게이트 밸브는, 씨일 플레이트를 복잡한 기계적 구조물 없이 단순화된 형태를 구성하면서 고속구동시의 마찰 발생을 없앰으로서 파티클(이물질) 발생을 줄일 수 있고, 마찰에 의한 밀봉면을 보호할 수 있어 밀봉력을 향상시킬 수 있으며, 단순한 기계적 메카니즘으로 고속으로 구동될 수 있고, 복동식 실린더로 사용 가능하여 역압 대응에 유리하여, 씨일 링의 기계적 구성을 단순화 할 수 있어, 이로 인한 이물발생의 억제와 조립 및 분리를 용이하게 할 수 있다.

도 1은 종래 기술의 진자식 밸브 조립체를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 진자식 게이트 밸브의 개략적인 설치 구성도이다.
도 3은 본 발명에 따른 진자식 게이트 밸브의 사시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 진자식 게이트 밸브의 분해 사시도이다.
도 5는 본 발명에 따른 진자식 게이트 밸브가 유체통로를 폐쇄 및 개방시의 평면도이다
도 6은 본 발명에 따른 진자식 게이트 밸브가 유체통로를 개방시의 단면도이다.
도 7은 본 발명에 따른 진자식 게이트 밸브가 유체통로를 폐쇄시의 단면도이다.

본 발명은 공정챔버 및 진공펌프 사이에 설치하는 진자식 게이트 밸브의 씨일 플레이트를 고속으로 구동시키기 위해 가볍고도 견고한 형상으로 구성하면서도, 역압 대응이 가능하도록 원형의 구조물로 지지되도록 설계하여, 고속으로 구동되기위하여 구동시의 본체와의 마찰을 없앰으로서 고속구동과, 파티클(이물질) 발생을 억제할 수 있도록 하고, 씨일 링의 형상 및 메카니즘을 개선하여 파티클 발생 억제와 본체로부터 분해 조립의 편리성을 동시에 만족시키는 고속 압력제어와 파티클 발생을 극소화한 구조의 역압대응 진자식 게이트 밸브에 관한 것으로, 도 2 내지 도 7을 참조하여 본 발명에 따른 역압 대응구조를 갖춘 고속구동 진자식 게이트밸브의 바람직한 실시예를 설명한다.

도 2 내지 도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 고속 압력제어와 파티클 발생을 극소화한 구조를 지닌 역압대응 진자식 게이트 밸브(10)는, 공정챔버와 진공펌프 사이의 유체통로에 설치되며, 중앙부에 상기 유체통로와 연통하는 개구(44)가 형성된 본체(30); 상기 본체의 개구(44) 가장자리를 따라 상부와 하부에서 각각 상기 본체에 끼워지는 제1 및 제2 씨일유닛(20,20'); 상기 본체의 일측으로부터 삽입되어 개구를 진자식으로 개폐하며, 가장자리가 상기 제1 및 제2 씨일유닛(20,20') 사이에 삽입되어 위치하게 되는 씨일 플레이트(42); 상기 씨일 플레이트(42)의 일단을 수용하도록 상기 본체(30)의 일단에 설치되는 씨일플레이트 커버(43); 를 포함하며, 상기 씨일 플레이트(42)는 본체(30)의 일측에 설치된 구동모터(40)의 회전축(41)과 연결되어 작동한다. 또한 상기 씨일 플레이트(42)의 상면 가장자리에는 씨일 링(20c)이 접하여 위치되는데, 상기 씨일 링(20c)은 후술될 씨일 플랜지(20b)의 하단에 결합·설치된다.

바람직하게는, 구동모터(40)의 작동으로 인해 회전축(41)이 회전하면 상기 회전축(41)과 일측이 연결된 씨일 플레이트(42)도 회전하면서 진자식으로 상기 개구(44)를 개폐하여 공정챔버 및 진공펌프 사이의 유체통로를 개방하거나 폐쇄하여 공정챔버의 가스 배출량을 조절할수 있다. 상기 씨일 플레이트(42)의 하면의 가장자리는 돌출되어 형성되는데, 즉 가장자리인 주연부는 일정폭으로 돌출된 돌출부(42b)가 형성된 쟁반형상을 이룬다. 또한 상기 씨일 플레이트(42)의 하면의 돌출된 주연부에 "―" 형상의 홈(42a)이 구동 원주 방향에 직각으로, 회전축(41)과 직각방향으로 형성되는데, 상기 홈(42a)은, 본체(30) 및 제1 및 제2 씨일유닛(20,20')을 구성함에 있어서 발생하는 밸브의 내부공간이 진공펌프와 동일한 공간이 되도록 하부개구(44b)와 연통시키는 역할을 한다. 즉 챔버측 및 진공펌프(TMP)측 공간 이외에도 게이트 밸브 내부(본체의 내측)에 한개의 공간이 추가로 형성되는데, 상기 홈(42a)은, 씨일 플레이트(42)와 접하는 위쪽의 씰링체(20d)(O-ring)를 기준으로 상기 공간이 진공펌프 측과 동일한 공간으로 형성됨으로써, 챔버측 공간 및 진공펌프측 공간의 두개의 공간만이 형성된다. 여기에서 상기 홈(42a)은 진자식 게이트 밸브의 설계에 따라 그 개수가 가변적인데, 본 발명에서는 2개를 형성하는 것이 바람직하다.

상기와 같이 두개의 공간 만을 형성하는 것은, 압력을 제어하는 장비 특성상 두개의 공간의 진공도를 계측하여 관리하지만 추가되는 다른 공간(제3의 공간)은 진공도를 알 수 없는 상태가 되므로, 게이트 밸브를 밀봉상태 또는 밀봉이 해제되는 상태가 될 때 제3의 공간에 있는 공기가 진공상태인 챔버로 유입되거나, 대기상태에 있는 챔버를 개방시에 제3의 공간이 진공상태이면 개방이 용이하지 않거나 씰링체의 손상이 야기될 수 있기 때문이다.

본 발명의 진자식 게이트 밸브(10)의 본체(30)에 공정챔버 및 진공펌프와의 조립에 필요한 플랜지(도면에 미도시 됨)가 형성되어 있으나, 본 발명의 기술적 요지와는 무관하므로 구체적 설명은 생략하기로 한다. 상기 씨일 플레이트(42)는 회전축(41)을 중심으로 회전하여 진자식으로 움직이면서 공정챔버의 압력조절과 가스 배출을 위해 본체(30)의 중앙부에 형성된 원형 개구(44)를 개폐한다. 회전축(41)은, 본체(30)의 일측 상부에 설치되는 구동모터(40)와 일정비(1:20.2)의 기어로 연결되어 움직이며, 씨일 플레이트(42)의 진자 축을 형성하여 씨일 플레이트(42)의 진자 운동을 가능하게 하고, 진자운동의 각도를 조정하여 개구(44)의 개폐정도를 결정한다. 즉, 상기 구동모터(40)는 제어장치(도면에 미도시)와 연결되어 제어장치에 의해 제어됨으로써, 회전축(41)의 회전운동 정도를 조정하여 씨일 플레이트(42)의 개폐정도를 결정한다. 상기 개구(44)는 씨일 플레이트(42)를 기준으로 공정챔버 측과 연통하는 상부개구(44a), 진공펌프 측과 연통하는 하부개구(44a)로 분리할 수 있다.

또한 본체(30)의 일측에는 씨일플레이트 커버(43)가 본체의 일단에 연결설치되는데, 상기 씨일플레이트 커버(43)의 내부에는 씨일 플레이트(42)의 일단이 수용될 수 있는 수용공간(43a)이 형성되어 개구(44)를 개방할 때는 씨일 플레이트(42)가 상기 수용공간(43a)에 수용되며, 개구(44)를 폐쇄할 때는 씨일 플레이트(42)가 수용공간으로 부터 돌출한다. 또한 씨일 플레이트(42)를 교환하거나 수리하기 위해, 상기 씨일플레이트 커버(43)는 본체(30)로부터 착탈가능한 체결수단으로 상기 본체(30)와 결합될 수 있다. 종래에 씰링체(20d)를 교체할 경우 씨일유닛(20,20') 전체 및 씨일플레이트 커버(43)를 본체(30)로부터 분리해야 하는데, 본 발명에서는 본체(30)로부터 씨일플레이트 커버(43)와 씨일 플레이트(42)만을 분리한 후, 씨일 플랜지(20b)에서 씨일 링(20c)을 분리하고 나서, 씨일 링 하면에 설치된 씰링체(20d)를 제거한 후 새로운 제품으로 교체한다.

상기와 같이 씨일 링(20c)을 씨일 플랜지(20b)로부터 분리하여 상기 씨일 링(20c) 하면에 설치(부착)된 씰링체(20d)를 교체한 후, 씨일 링(20c)을 다시 씨일 플랜지(20b)의 수직부 하단에 결합시킴으로써 씰링체(20d) 교체작업이 완료된다. 이때 상기 씨일 링(20c)의 일측에는 핸들(도면 부호 미도시 됨)이 일체로 구성되어 있는데, 상기 핸들은 씨일 링(20c)으로부터 돌출되어 형성되어, 일자형태를 이룬다. 상기 핸들을 잡고 씨일 플랜지(20b)에 대해 씨일 링(20c)을 회전시킴으로써 씨일 플랜지(20b)로부터 씨일 링(20c)을 용이하게 분리할 수 있다.

상기와 같이 씨일 링(20c)이 씨일 플랜지(20b)에 착탈가능하게 결합됨으로써, 상부개구(44a)와 하부개구(44b) 사이를 실질적으로 밀봉하는 씰링체(20d)를 교체하는데 있어서, 본체(30)로부터 씨일유닛(20,20')을 이루고 있는 씨일커버(20a), 씨일 플랜지(20b)를 분리하지 않고도 씰링체(20d)를 보다 편리하게 교체할 수 있다. 씰링체(20d)는 반도체 공정중 발생하는 플라즈마 식각작업 중에 발생하는 가스 등에 노출되어 경화되거나 마손되므로 밀봉성을 유지하기 위해서는 주기적 교체가 필요한데, 씨일 플레이트(42)의 상부에 설치되는 씨일 플랜지(20b)의 수직부 하단면에 씨일 링(20c)을 탈착가능하게 결합시킴으로써, 씰링체(20d)를 용이하게 교체할 수 있다.

단면도를 참조하면, 상기 씨일 링(20c)은 상부의 씨일 플랜지(20b) 하단에만 결합되어 있으며, 하부의 씨일 플랜지(20b)에는 씨일 링이 없이 씨일 플랜지(20b)의 상단 면에 씰링체(20d)가 설치되어 있다. 이와같이 씰링체(20d)가 직접 씨일 플랜지(20b)에 설치되어 있는 것은 하부의 씰링체(20d)는 진공펌프 측에 노출되어 상부의 씰링체(20d)에 비해 경화나 마손이 거의 일어나지 않으므로 실질적으로 교체가 불필요하며, 밀봉보다는 상부의 씰링체(20d)에 대응하게 설치되어 씨일 플레이트(42)를 안정적으로 지지해주는 역할이 더 크다.

또한 상기 본체(30)와 커버(43)가 연결되는 본체(30)의 연결부위에는 슬릿(30a)이 형성되어 씨일 플레이트(42)가 수용공간(43a) 및 개구(44) 사이를 원할하게 진자 운동할 수 있도록 한다.

상기 제1 및 제2 씨일유닛은(20,20')은, 수평부와 수직부로 이루어져 단면이 "ㄱ" 형상인 씨일커버(20a); 상기 씨일커버(20a)와 본체(30) 사이에 위치하며, 수평부와 수직부로 이루어져 단면이 "ㄱ" 형상인 씨일 플랜지(20b); 씨일커버(20a)와 본체(30) 사이에 형성되는 공간부(31); 를 구비하여 이루어진다. 바람직하게는, 상기 공간부에 씨일 플랜지(20b)의 수평부가 위치된다. 상기 제1 및 제2 씨일유닛(20,20')은 본체의 개구(44) 가장자리를 따라 상부와 하부에서 각각 상기 본체(30)에 끼워져서 설치된다.

보다 상세하게는, 도면 6 및 7에 도시된 바와 같이 상기 씨일커버(20a) 하부에 씨일 플랜지(20b)가 설치되는데, 상기 씨일커버(20a)와 본체(30) 사이에 형성된 공간부(31)에 씨일 플랜지(20b)의 수평부가 위치하며, 그의 수직부는 상기 씨일커버(20a)의 수직부와 평행하게 하방으로 연장된다. 또한, 상기 씨일 플랜지(20b)의 수평부 상단은 상기 씨일커버(20a)의 수평부 하단과 평행한데, 유체통로, 즉 개구(44)를 개방시에 상방으로 이동하여 씨일커버(20a)의 수평부와 접한다. 여기에서 상기 제1 씨일 유닛(20)의 씨일 플랜지(20b)의 하단에는 씨일 링(20c)이 더 설치되고 씨일 링(20c) 하단에는 씰링체(20d)(O-ring)가 설치되어 씨일 플레이트(42)의 상면 가장자리에 밀착되어 접한다.

또한, 게이트밸브 조립시에 본체(30), 씨일커버(20a), 씨일 플랜지(20b) 및 씨일 링(20c)이 서로 결합되는데 이때 상기 각 부품의 사이의 밀봉을 위해 씰링체(도면 부호는 미도시 됨)가 상기 각 부품 사이의 접촉면에 부착·설치된다.

바람직하게는, 제1 씨일유닛(20)의 씨일커버(20a) 수직부 하단과 씨일 플레이트(42) 상면 사이에는 일정 간격(d)이 형성되어 있다. 상기 씨일커버(20a)의 수직부 하단과 씨일 플레이트(42)의 상면과의 이격거리는 약 0.5㎜ 인 것이 바람직하다. 상기의 일정 간격(이격거리)은 씨일 플레이트(42)가 개구(44)를 폐쇄할 때, 즉 공정챔버 및 진공펌프 사이의 유체통로를 폐쇄시 본체 또는 씨일커버(20a)와 같이 근접한 구조물과의 마찰이 방지하기 위한 구성이다. 이 이격거리는 너무 크거나 적지 않도록 일정하게 유지해야 하는데, 가까워질수록 마찰 발생의 가능성이 커지고, 틈새가 멀어지면, 역압 또는 정압 상태에서 씨일 플레이트(42)의 변형으로 밀봉면을 균일하게 씰링체(0-링)에 접촉시킬 수 없어 기밀성을 유지할 수 없게 된다.

예컨대, 공정챔버 내의 이물질 제거 및 세정시에 챔버가 개방되므로 그 내부는 대기압 상태가 되고, 씨일 플레이트(42)를 경계로 진공펌프는 진공상태를 유지하므로(역압 상태), 공정챔버의 유체통로를 통해 상부개구(44a)에서 작용하는 대기압력에 의해 씨일플레이트(42)가 하방으로 미세하게 휘어지거나 손상되는 변형이 발생할 수 있다. 상기와 같은 씨일 플레이트(42)의 미세한 변형을 방지하게끔 씨일커버(20a)를 씨일 플레이트(42)와 이격설치하여 씨일 플레이트(42)의 밀봉상태가 해제될 수 있는 상태로 까지의 변형을 방지함으로써, 씨일 플레이트(42)의 밀봉상태를 유지시킨다.

여기에서 씨일커버(20a)가 씨일 플레이트(42)에 직접 접하는 상태가 되면 씨일 플레이트의 개폐 작동이 방해가 되고, 마찰에 의한 이물질 발생이 증가하므로 일정 이격거리(d)를 두는 것 바람직하다.

추가로 상기 이격거리를 약 0.5㎜로 하는 것은, 본 발명의 씨일 플레이트(42)를 두께 19mm로 설계하여 개구부 상측(상부개구)과 하측(하부개구)의 차압발생이 없는 경우, 특히 진공환경에서 개폐동작을 반복하여 개폐정도를 조정하는 공정중에, 씨일 플레이트(42)가 자중에 의한 처짐으로 제1 씨일유닛(20)과 제2 씨일 유닛(20')의 씨일커버(20a)에 닿지 않도록 하여야 하며, 실제 본 발명의 씨일 플레이트(42)의 자중에 의한 처짐을 0.35~0.40mm로 규정하고 있다.

본 발명의 씰링체(20d)는 그 두께가 약 5.33㎜의 것을 표준으로 사용하는데, 제1 씨일유닛(20)의 씨일 플랜지(20b)에 하단에는 별도로 장착된 씨일 링(20c)이 있고, 상기 씰링체(1d)는 씨일 링(20c)에 형성된 씰링체 수용홈(도면부호 미도시)에서 약 1.2㎜ 내지 1.3㎜ 가 외부로 노출되는데, 상기 노출 두께에서 씨일 플레이트(42)와 씨일 링(20c)이 밀착시에 실링체의 약 0.7㎜ 가 눌려지면서 밀봉작용을 한다.

이때 씰링체(20d)는 씨일 플레이트(42)의 개폐 동작중에는, 특히 유체통로 개방시에는 씨일 링(20c) 및 씨일 플랜지(20b)가 상방으로 이동함으로써 씰링체(20d)와 씨일 플레이트간(42)의 밀봉이 해제되는데, 이때 씰링체(20d)는 상기의 씨일커버(20a)의 수직부 하단보다 안쪽으로 들어가게 됨으로써 씨일 플레이트(42)에 또 다른 마찰의 발생이 없도록 하였다.

반면에 챔버의 유지보수나 진공펌프의 보수나 교체시에는 씨일 플레이트(42)를 기준으로 상측과 하측의 압력 배치가 다르게 되어 (각각 역압 또는 정압 상태), 유체통로를 통해 작용하는 대기압력에 의해 씨일 플레이트(42)가 상방 또는 하방으로 미세하게 휘어지게되는데, 이때에 씨일커버(20a)가, 상세하게는 씨일커버(20a)의 수직부 하단이 씨일 플레이트(42)를 지지하여 밀봉면의 과도한 변형을 방지하게끔 한다.

상기 씨일 플랜지(20b)의 수평부는, 보다 상세하게는 씨일커버(20a)의 수평부와 본체의(30)의 수평부 사이에 형성되는 공간부(31)에 위치한다. 공정챔버에서의 작업물의 작업(반도체 웨이퍼, 유리기판 등의 건식 식각작업)을 준비하기위해 상기 챔버의 초기 진공을 형성하기 위해서 유체통로를 폐쇄할 때는, 구동모터(40)를 작동시켜 씨일 플레이트(42)로 개구(44)를 폐쇄함과 동시에, 상기 공간부(31)의 상부로 고압의 공기를 유입시키면 상측과 하측의 씨일 플랜지(20b)는 중앙의 씨일 플레이트(42) 방향으로 이동하고, 이때 상측의 씨일 플랜지(20b)에 연결된 씨일 링(20c)의 수직부 하단에 설치된 씰링체(20d)가 씨일 플레이트(42)의 상면과 밀착됨으로써 유체통로의 밀봉이 이루어진다.

또한 상기 공정챔버에서의 식각작업의 공정 조건을 맞추기 위해 챔버의 압력을 조정하고, 플라즈마 형성으로 인한 공정 압력을 다시 조절해야 하는데, 이때에는 상기의 씨일 플레이트를(42) 자유롭게 진자 운동을 하도록 해야 한다. 이를 위해 씨일커버(20a) 내측의 상부측 공간의 압축공기는 배출시키고, 공간부(31)의 하부로 고압의 공기를 유입시켜서 씨일 플랜지(20b)를 상방으로 이동시켜서 씨일 링(20c)의 씰링체(20d)와 씨일 플레이트(42)와의 밀봉을 해제함과 동시에 구동모터(40)를 작동시켜 씨일 플레이트(42)를 진자식으로 회전시켜서 개구(44)의 개방 정도를 조정한다. 즉 공간부(31)에 고압의 공기를 유입시키으로써 씨일 플랜지(20b)가 상방 및 하방으로 이동하게 된다.

본 발명에서는 공간부(31)의 상부 및 하부에 공기를 유입시키고 배출시키는 유로는 본체 측면에 직경 4mm의 록킹용 상부 및 하부 유로, 록킹해제용 상부 및 하부 유로 등의 4개의 유로를 형성하였으며, 압축공기는 구동부에 설치된 솔레노이드밸브에 의해 공급 방향을 정하고 이를 상,하가 똑같이 작동되도록 본체측면의 공기압플랜지를 통하여 상측, 하측의 4mm 유로를 연결하였다. 이때 공기압 유로의 연결부에는 각각 일반적으로 밀봉용으로 사용되는 고무 오링을 사용한다. 상기 공간부에 고압 공기를 유입시키고 배출시키기 위한 유로의 구성은 본 발명이 추구하는 기술적 요지와는 무관하므로 구체적 설명 및 도면부호는 생략한다.

상기와 같은 구성은 씨일 플랜지(20b)가 공기압에 의해 상하로 작동함으로써, 기존 기술의 실린더를 대체할 수 있는 단순화된 구성이다. 또한 기존 진자식 게이트밸브는, 실린더의 가압력(역압 대응력)이 씨일 플레이트의 면적×대기압력+오링의 반발력에 대응하나, 본원발명에 따른 진자식 게이트밸브는, 씨일커버(20a)가 역압에 대해 씨일 플레이트(42)를 지지함으로서, 공기압에 의한 씨일 플랜지(20b)의 가압력(역압 대응력)이 오링의 반발력에만 대응하는 구성이다. 기존 구성에서는 역압대응력을 크게하기 위해서는 실린더의 크기와 힘(가압력)이 커져야 하므로 구동속도및 소형화에 어려움이 있으며, 역압에 대응하지 어려운 단동식 실린더(공기압+실린더)를 사용하여 전체 메카니즘이 복잡해 졌으나, 본 발명은 오링의 밀봉에 필요한 반발력에 씨일 플랜지의 규모를 맞춤설계 하여 복동식 실린더(유로를 통해 상부 및 하부 두 군데서 공기압 주입)로 사용 가능하다.

또한, 상기 본체(30)의 수평부와 이에 대응하는 씨일커버(20a)의 수평부에는 나사공이 형성되어, 나사결합으로 본체(30)에 연결시킴으로써 본체(30)와 일체화로 되는 제1 및 제2 씨일유닛(20,20')을 최소의 구성으로 간단히 구현할 수 있다.

본 발명은, 씨일 플레이트(42)를 밀봉 상태로 유지하기 위한 씨일유닛(20,20')의 씨일 플랜지(20b)를 공기압을 사용하는 구조로 형성하여, 본체(30)의 일측과 씨일유닛(20,20') 내부의 공간부(31)에 공기를 유입시킬수 있는 유로를 형성하여, 공정챔버와 진공펌프 사이의 유체통로를 씨일 플레이트(42)가 밀봉하거나 개방하는 동작을 하도록 한다. 이때 씨일 플레이트는 압력조절을 위한 개폐 동작을 반복하게 되는데, 이때 마찰이 없도록 하여 고속 구동과 이물질 발생을 억제 하였으며, 기밀성 유지를 위한 씨일 링(20c)을 간단히 분리 할 수 있고, 씨일 플레이트(42)를 회전축(41)으로부터 쉽게 분리할 수 있어, 장기간 사용시 부품 수리 및 교체를 신속히 이루어지도록 한다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 갖는 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 게시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이런 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10.진자식 게이트밸브 20.제1 씨일유닛
20'.제2 씨일유닛 20a.씨일커버
20b.씨일 플랜지 20c.씨일 링(seal ring)
20d.씰링체(O-ring)
30.본체 30a.슬릿
31.공간부 40.구동모터
41.회전축 42.씨일 플레이트
42a.홈 43.씨일플레이트 커버
43a.수용공간 44.개구
44a.상부개구 44b.하부개구

Claims

역압대응 진자식 게이트 밸브에 있어서,
공정챔버와 진공펌프 사이의 유체통로에 설치되며, 중앙부에 상기 유체통로와 연통하는 개구가 형성된 본체;
상기 본체의 개구 가장자리를 따라 상부와 하부에서 각각 상기 본체에 끼워지는 제1 및 제2 씨일유닛;
상기 본체의 일측으로부터 삽입되어 개구를 진자식으로 개폐하며, 가장자리가 상기 제1 및 제2 씨일유닛 사이에 삽입되어 위치하게 되는 씨일 플레이트;
상기 씨일 플레이트의 일단을 수용하도록 상기 본체의 일단에 설치되는 씨일플레이트 커버; 를 포함하며, 상기 씨일 플레이트는, 본체의 일측에 설치된 구동모터의 회전축과 연결되고, 하면의 가장자리인 주연부는 일정폭으로 돌출된 돌출부가 형성되고, 상기 돌출부에는 "―" 형상의 홈이 구동 원주 방향에 직각으로, 회전축과 직각방향으로 형성되는 것을 특징으로 하는 고속 압력제어와 파티클 발생을 극소화한 구조를 지닌 역압대응 진자식 게이트 밸브.
제 1항에 있어서,
상기 제1 및 제2 씨일 유닛은,
수평부와 수직부로 이루어져 단면이 "ㄱ" 형상인 씨일커버;
상기 씨일커버와 본체 사이에 위치하며, 수평부와 수직부로 이루어져 단면이 "ㄱ" 형상인 씨일 플랜지;
상기 씨일커버와 본체 사이에 형성되는 공간부; 를 구비하며,
상기 공간부에 씨일 플랜지의 수평부가 위치되고, 상기 제1 및 제2 씨일유닛은 본체의 개구 가장자리를 따라 상부와 하부에서 각각 상기 본체에 끼워져서 설치되는 것을 특징으로 하는 고속 압력제어와 파티클 발생을 극소화한 구조를 지닌 역압대응 진자식 게이트 밸브.
제 2항에 있어서,
상기 씨일 플레이트의 상부에 설치되는 씨일 플랜지의 수직부 하단면에는 씨일 링이 착탈가능하게 설치되며, 상기 씨일 링의 일측에는 핸들이 일체로 더 구성되어 씨일 플랜지로부터 씨일 링을 용이하게 분리할 수 있는 것을 특징으로 하는 고속 압력제어와 파티클 발생을 극소화한 구조를 지닌 역압대응 진자식 게이트 밸브.
제 3항에 있어서,
상기 씨일 링의 하단에는 씰링체가 설치되며, 상기 씰링체는 씨일 링과 씨일 플레이트 사이에 삽입되는 것을 특징으로 하는 고속 압력제어와 파티클 발생을 극소화한 구조를 지닌 역압대응 진자식 게이트 밸브.
제 2항에 있어서,
상기 씨일커버의 수직부 하단과 씨일 플레이트의 상면 사이에는 일정 간격이 유지되는데, 상기 씨일커버의 수직부 하단과 씨일 플레이트의 상면과의 이격거리는 0.5㎜ 인 것을 특징으로 하는 고속 압력제어와 파티클 발생을 극소화한 구조를 지닌 역압대응 진자식 게이트 밸브.
제 1 항에 있어서,
상기 본체와 씨일플레이트 커버가 연결되는 본체의 연결부위에는 슬릿이 형성되어, 상기 슬릿을 통해 씨일 플레이트가 씨일플레이트 커버 내부에 형성된 수용공간으로 수용되는 것을 특징으로 하는 고속 압력제어와 파티클 발생을 극소화한 구조를 지닌 역압대응 진자식 게이트 밸브.
제 2항에 있어서,
상기 공간부는 씨일커버와 본체가 체결됨으로서 형성되며, 상기 공간부에 고압 공기를 유입시킴으로써 씨일 플랜지가 상방 및 하방으로 이동되는 것을 특징으로 하는 고속 압력제어와 파티클 발생을 극소화한 구조를 지닌 역압대응 진자식 게이트 밸브.
제 2항에 있어서,
상기 씨일커버와 본체는 나사결합되는 것을 특징으로 하는 고속 압력제어와 파티클 발생을 극소화한 구조를 지닌 역압대응 진자식 게이트 밸브.