KR102144524B1 - 탄성막식 안전밸브 및 이것이 장착된 챔버 - Google Patents

Abstract

본 발명은 대형화된 챔버의 내부의 과도한 압력을 해소하기 위한 탄성막식 안전밸브에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 챔버에 기밀 결합되는 본체; 안전밸브가 챔버에 결합되었을 때, 챔버의 내외부가 연통되도록 입구가 본체의 챔버측에, 출구가 본체의 노출측에 형성된 제1배출구; 입구가 상기 본체의 노출측에, 출구가 본체의 측면외부에 형성되고, 입구가 본체의 외주연 노출측 말단 보다 소정만큼 높게 돌출되어 있는 제2배출구; 상기 본체의 노출측 전면을 덮는 탄성막; 및 상기 탄성막을 상기 본체 외주연 노출측 말단에 밀폐고정하는 고정수단;을 포함하는 탄성막식 안전밸브에 관한 것이다.

Description

탄성막식 안전밸브 및 이것이 장착된 챔버{Membrane Type Safty Valve and Chamber having Thereof}

본 발명은 안전밸브에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 대형화된 챔버의 내부의 과도한 압력을 해소하기 위한 탄성막식 안전밸브에 관한 것이다.

반도체나 OLED 등의 전자산업 분야 제조공정에서는 산소나 수분 등 불순물이 극미량 존재하여도 수율에 직접적인 영향을 미치게 된다. 예를 들면 수분은 금속 표면에서 흡착력이 크며 실리콘 산화막의 배선에 Void 혹은 산 모양의 결정을 생성시킨다. 산소는 금속 표면에 흡착하여 금속을 산화시키고 수소와 반응하여 수분을 생성한다. 수소는 Boron을 중화하며, 웨이퍼의 격자를 변형시킴으로서 웨이퍼의 특성에 영향을 주며, 산소와 반응하여 수분을 생성한다. 탄화수소류는 Dry Process에 의해 중합반응이 일어나면서 알루미늄 배선의 돌출(Overhang)을 야기하기도 한다.

따라서 반도체나 OLED 등 전자부품/제품의 제조공정은 외부와 기밀하게 차단되어 있고, 내부가 매우 높은 수준으로 정제된 순도의 질소와 같은 불활성 가스로 치환된 챔버('글로브박스'로 불리기도 함) 내에서 수행되고 있다. 외부의 불순물이 새어 들어오면 챔버 내부가 오염되기 때문에 이를 방지하기 위하여 소정의 양압이 유지되도록 하고 있다. 챔버 내부의 양압 유지를 위해 공기펌프와 압력계, 각종 조절밸브 등이 장착되어 있다. 이에 더하여 모종의 사유로 설정치 이상의 내부 압력이 발생하면 챔버에 누출 틈새가 발생하거나 심한 경우 폭발의 위험이 있기 때문에 안전밸브(Safety valve)도 장착되어 있다. 안전밸브는, 챔버 내부의 압력이 설정 압력에 도달하면 자동적으로 작동하면서 내부 가스가 외부로 분출되고 일정 압력 이하가 되면 정상 상태로 복원되는 밸브를 말한다.

현재까지 전자부품 제조를 위한 챔버에 적용된 안전밸브는 통상의 유체 압력조절용과 동일한 스프링식이다(도 1 참조). 스프링식 안전밸브는 구조가 복잡할 뿐 아니라 스프링의 압력이 고르게 작용하기 힘들어 밸브 자체의 밀폐가 어렵다. 결국 정밀하고 일관성 있는 작동이라는 측면에서 다소 미흡한 점이 있다. 특히 이와 같은 특성상 대형화와 규격화가 거의 불가능하다. 따라서 종래 공급 유량이 수백~천 LPM(liter per minute) 정도에서 최근 수천~만여 LPM 규모로 공급 유량을 사용하는 대형화된 챔버에는 복수개의 스프링식 안전밸브가 장착되어야 하는데, 이 때문에 챔버 구성이 복잡해지고 제작과 관리에 어려움이 따른다.

한편, 챔버 등 용기의 내부 압력이 소정정도 이상으로 증가하여 폭발의 위험이 있을 때 안전밸브를 대체할 수 있는 방호장치로서, 판 입구측의 압력이 설정압력에 도달하면 판이 파열하면서 유체가 분출하도록 하는 파열판(Rupture disc)이 있다. 그러나 이에 의하면 파열판이 일단 파열하면 내부는 외부 공기 등으로 오염되므로, 이를 전자부품/제품의 제조 공정상의 챔버에 적용할 수는 없다.

등록특허 10-0956962

본 발명은 구조가 단순하고 설정한 압력에 균일하게 반응하여 전자부품 제조를 위한 챔버에 적용되는 스프링식 안전밸브를 대체할 수 있는 새로운 개념의 안전밸브에 관한 것이다.

또한 본 발명은 대형화된 전자부품 제조용 챔버에 적용될 수 있는 새로운 개념의 안전밸브에 관한 것이다.

또한 본 발명은 전자부품 제조용 챔버의 내부 압력이 설정치 이상으로 높아져서 안전밸브를 통해 가스의 분출이 일어날 때 별도의 감지장치 없이 이를 청각적으로 확인할 수 있도록 하는 새로운 개념의 안전밸브에 관한 것이다.

또한 기존 스프링식 안전밸브는 설정 압력을 임의로 조절하기가 매우 어려운 반면, 본 발명은 상하이동부를 설치하여 설정 압력 조절을 쉽고 정밀하게 할 수 있도록 하는 새로운 개념의 안전밸브에 관한 것이다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은

챔버에 기밀 결합되는 본체; 안전밸브가 챔버에 결합되었을 때, 챔버의 내외부가 연통되도록 입구가 본체의 챔버측에, 출구가 본체의 노출측에 형성된 제1배출구; 입구가 상기 본체의 노출측에, 출구가 본체의 측면외부에 형성되고, 입구가 본체의 외주연 노출측 말단 보다 소정만큼 높게 돌출되어 있는 제2배출구; 상기 본체의 노출측 전면을 덮는 탄성막; 및 상기 탄성막을 상기 본체 외주연 노출측 말단에 밀폐고정하는 고정수단;을 포함하는 탄성막식 안전밸브인 것을 특징으로 한다.

이상과 같이 본 발명에 의하면 ① 배출관의 노출측 말단이 본체의 측벽보다 높고 ② 본체의 노출측 전면을 탄성막이 덮고 있으므로 챔버 내부가 소정압력(탄성막을 밀어낼 수 있는 압력) 미만일 때는 배출관의 노출측 말단이 탄성막에 의해 막혀 있다가 소정압력 이상이 되면 탄성막이 밀리면서 배출관과 탄성막 사이가 개방되고 이를 통해 내부 가스가 배출된다. 이어서 가스가 배출되어 챔버 내부가 소정압력 미만이 되면 다시 즉시 배출관이 막히게 된다.

따라서 본 발명에 의하면 단순한 구조로 챔버 내부의 압력이 과도하게 되는 것을 정밀하게 제어할 수 있게 된다.

또한 본 발명에 의한 안전밸브는 배출관의 직경이 커지더라도 노출측 말단과 탄성막이 항상 균일하게 접하기 때문에 대형 챔버에도 일관성있고 안전하게 작동할 수 있다.

또한 본 발명에 의하면 챔버 내부가 부압인 경우 탄성막이 배출관의 노출측 말단을 더욱 강하게 밀착/밀폐하므로 외부 공기의 누입(새어 들어옴)이 거의 불가능하게 된다.

도 1은 종래 챔버에 적용되는 스프링식 안전밸브 및 그것의 적용예를 보여주는 도면.
도 2는 본 발명에 의한 안전밸브의 단순한 예시적 개념도.
도 3a는 본 발명에 의한 안전밸브의 제작예의 평면도 및 단면도, 도 3b는 본 발명에 의한 안전밸브의 제작예의 분해 단면도.
도 4는 본 발명에 의한 안전밸브의 제작예의 다양한 각도의 사진.
도 5는 본 발명에 의한 안전밸브가 작동하는 원리를 보여주는 개념적 단면도.
도 6은 본 발명에 의한 안전밸브가 장착된 챔버의 사진.

이하 첨부된 도면과 실시예를 들어 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 그러나 이러한 도면과 실시예는 본 발명의 기술적 사상의 내용과 범위를 쉽게 설명하기 위한 예시일 뿐, 이에 의해 본 발명의 기술적 범위가 한정되거나 변경되는 것은 아니다. 이러한 예시에 기초하여 본 발명의 기술적 사상의 범위 안에서 다양한 변형과 변경이 가능함은 당업자에게는 당연할 것이다. 또한 청구범위의 구성요소에 도면부호가 병기되어 있는 경우, 이는 설명 위한 예시적인 것일 뿐 도면부호로 구성요소를 한정하려는 의도는 아니다.

전술하였듯이 본 발명은 본체(10), 제1배출구(21), 제2배출구(26), 탄성막(30) 및 고정수단(40)을 포함하는, 챔버에 장착되어 챔버 내측이 과압 상황일 때 챔버내 가스를 챔버 외부로 배출하는 탄성막식 안전밸브에 관한 것이다. 본 발명에 의한 안전밸브의 단순한 예시적 개념도를 도 2에, 제작예 도면과 다양한 각도의 사진을 각각 도 3a, 3b, 4에 도시하였다. 도 2에서 위는 본체(10)의 노출측 평면도이고, 아래는 상기 평면도의 C-C' 단면을 평면에 펼친 수직단면도이다.

본 발명에서 상기 본체(10)는, 챔버에 기밀결합되며, 상기 다른 구성요소들이 내재되거나 장착되는 기재가 된다.

상기 제1배출구(21)는, 안전밸브가 챔버에 결합되었을 때, 챔버의 내외부가 연통되도록 입구(21a)가 본체(10)의 챔버측에, 출구(21b)가 본체(10)의 노출측에 형성된 관통라인이다.

상기 제2배출구(26)는, 입구(26a)가 상기 본체(10)의 노출측에, 출구(26b)가 본체(10)의 노출된 측면외부에 형성되고, 입구(26a)가 본체(10)의 외주연 노출측 말단 보다 소정만큼 높게 돌출되어 있는 관통라인이다. 도시되어 있듯이, 제2배출구(26)의 입구(26a)는 본체(10)의 노출말단 보다 다소 높게 돌출되어 있는데, 그 기능에 대해서는 후술한다.

본 발명에서 상기 탄성막(30)은, 상기 본체(10)의 노출측 전면을 팽팽하게 덮는 막으로서 챔버에 사용되는 가스에 반응성이 없는 재질로 되어 있는데, 제작예에서는 실리콘막을 적용하였다.

상기 고정수단(40)은, 탄성막(30)을 상기 본체(10) 외주연 노출측 말단에 밀폐고정하는 역할을 한다. 제작예에서는 단순한 판형 오링을 적용하였다.

이상과 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 탄성막(30)식 안전밸브의 작동은 다음과 같은 방식으로 이루어진다(도 5 참조). 당연히 안전밸브는 챔버에 장착되며, 챔버의 내부의 최대압력(P)은 소정의 값으로 정해져 있다. 후술하겠지만, 최대압력은 조절 가능하다.

본 발명에 의한 안전밸브에서 제2배출구(26)의 입구(26a)가 상대적으로 돌출되어 있기 때문에 챔버 압력이 P 미만인 경우, 상기 탄성막(30)은 팽팽한 상태에서 상기 제2배출구(26) 입구(26a)를 차단하고 있다. 따라서 챔버 내부의 가스는 제2배출구(26)를 통해 외부로 유출되지 않는다(도 5에서 좌측 도면 참조). 모종의 이유로 챔버 내부 압력이 P 이상이 되면 탄성막(30)이 부풀려지면서 탄성막(30)과 제2배출구(26)의 입구(26a) 사이에 틈이 발생하게 된다. 그러면 챔버 내부의 가스가 제2배출구(26)를 통해 외부로 유출된다(도 5에서 우측 도면 참조). 가스 유출로 챔버 내부 압력이 P 미만으로 떨어지면 즉시 탄성막(30)이 제2배출구(26) 입구(26a)를 차단하여 더 이상의 가스 유출이 방지된다(도 5에서 좌측 도면 참조). 어떤 경우에도 챔버 외부의 공기가 안전밸브를 통해서 챔버 내부로 유입(누입)되지 않는다.

이러한 방식으로 챔버 내부의 가스 압력은 P 미만으로 정밀하고 미세하게 제어된다. 추가적인 효과로서, 비상시 챔버 내부압은 P를 경계로 진동하고 이에 맞추어 탄성막(30)과 제2배출구(26)의 접촉과 분리가 빠르게 반복되는데, 이에 따라 "따따따따~~~~"하는 충돌음이 발생한다. 따라서 별도의 경보장치 없이도 관리자는 챔버 내부압에 영향을 미치는 가스 주입장치의 조절이 필요한 상태임을 인지하게 된다.

한편, 본 발명에 의한 안전밸브의 정교성은 탄성막(30)과 제2배출구(26) 입구(26a)의 접촉이 얼마나 고르게 이루어지는지와 관계가 있다. 따라서 도면에 도시된 것처럼 상기 제2배출구(26)의 입구(26a)는 본체(10)의 상부 중앙에 위치하며, 상기 제1배출구(21)는 상기 입구(26a)에 대하여 방사상으로 복수개 형성되도록 하는 것이 바람직하다. 이에 따라 챔버 내부의 압력이 상기 탄성막(30)에 고르게 작용하고, 따라서 탄성막(30)과 제2배출구(26), 입구(26a)의 접촉이 고르게 이루어지게 된다.

본 발명에 의한 안전밸브가 적용된 챔버에서 최대 압력(P)은 상기 탄성막(30)의 탄성도에 의해 조절되며, 탄성막(30)의 탄성도는 탄성막(30) 고유의 물성 및 탄성막(30)과 다른 구성요소들과의 관계에 의해 조절될 수 있다.

먼저, 탄성막(30) 자체의 두께와 탄성도(재질)에 의해 정해질 수 있다. 그러나 이에 의하면 일단 세팅된 최대 압력을 조절하기 위해서는 탄성막(30)을 교체해야 하는 불편함이 있다.

또 다른 방법으로, 본 발명에서는 상기 제2배출구(26)의 입구(26a)를 상기 본체(10)에 대하여 상하이동 가능한 구조가 되도록 할 수 있다. 이에 의하면 제2배출구(26)의 입구(26a)를 상방향 또는 하방향으로 이동시키면 탄성막(30)이 더욱 팽팽해지거나 느슨해져서 P가 증가 또는 감소하는 결과를 얻을 수 있게 된다.

후자의 방식을 위해 본 발명에서는 도 3a, 3b, 4에 예시적으로 도시하였듯이, 상기 제2배출구 입구(26a)측은 본체(10)와 물리적으로 분리되고 밀폐결합되어 있으며, 챔버측으로 확장된 상하이동부(27)와 일체로 형성되어 있고, 상기 상하이동부(27)는 본체(10)의 챔버측 말단에 결합된 커버부(28)에 의해 밀폐결합되어 있으며, 상기 상하이동부(27)와 접하는 본체(10)면 또는 커버부(28)면은 상호 대응되는 나사식 구조가 되도록 하는 것이 바람직하다. 제2배출구 입구(26a)측과 본체(10), 상하이동부(27)와 커버부(28)가 상대적으로 미끄러짐 이동이 가능하면서 밀폐결합될 수 있도록 이들 사이에 밀폐용 O-링이 개재될 수 있다. 상기 상하이동부(27)와 접하는 본체(10)면 또는 커버부(28)면은 상호 대응되는 나사식 구조로 되어 있어, 챔버 내부에 노출된 상하이동부(27) 말단을 회전시킴으로써 궁극적으로 제2배출구의 입구(26a)를 상방향 또는 하방향으로 이동시킬 수 있게 된다.

또한 본 발명은 전술한 탄성막(30)식 안전밸브가 장착된 챔버에 관한 것이다.

본 발명에 의한 안전밸브가 장착된 챔버를 촬영한 사진을 도 6에 첨부하였다. 사진에서 제2배출구(26)의 출구(26b)에 결합된 봉형상 물체는 (테스트 과정에서 소음이 심하기 때문에) 전술한 충돌음을 제거하기 위한 소음기이다.

10. 본체
21. 제1배출구
21a. 제1배출구 입구 21b. 제1배출구 출구
26. 제2배출구
26a. 제2배출구 입구 26b. 제2배출구 출구
27. 상하이동부 28. 커버부
30. 탄성막
40. 고정수단

Claims (5)

1. 밀폐된 내부공간을 가지는 챔버의 내부 과압을 방지하기 위한 안전밸브로서,
   상기 챔버의 벽을 관통하여 기밀결합되는 본체;
   상기 본체가 챔버에 결합되었을 때, 챔버의 내외부가 연통되도록 입구가 본체의 챔버 내부측에, 출구가 본체의 노출측에 형성된 제1배출구;
   상기 본체가 챔버에 결합되었을 때, 출구가 상기 본체의 노출측에, 출구가 본체의 측면외부에 형성되고, 입구가 본체의 외주연 노출측 말단보다 소정만큼 높게 돌출되어 있는 제2배출구;
   상기 본체의 노출측 전면을 덮는 탄성막; 및
   상기 탄성막을 상기 본체 외주연 노출측 말단에 밀폐고정하는 고정수단;을 포함하고 있으며,
   상기 제2배출구의 입구는 상기 본체에 대하여 상하이동 가능한 구조이고,
   상기 제2배출구 입구측은 본체와 물리적으로 분리되고 밀폐결합되어 있으며, 챔버측으로 확장된 상하이동부와 일체로 형성되어 있고,
   상기 상하이동부는 본체의 챔버 측 말단에 결합된 커버부에 의해 밀폐결합되어 있으며,
   상기 상하이동부와 접하는 본체면 또는 커버부면은 상호 대응되는 나사식 구조인 것을 특징으로 하는 탄성막식 안전밸브.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 제2배출구의 입구는 본체의 상부 중앙에 위치하며, 상기 제1배출구는 상기 입구에 대하여 방사상으로 복수개 형성된 것을 특징으로 하는 탄성막식 안전밸브.
   
3. 삭제
4. 삭제
5. 청구항 1 또는 청구항 2에 의한 탄성막식 안전밸브가 장착된 챔버.

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