KR102389821B1 - 광학 센서를 갖는 진공 밸브 - Google Patents

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Abstract

진공 밸브 시스템은 진공 밸브(40')를 포함하며, 여기에서, 진공 밸브(40')는 밸브 시트, 및 실질적인 기밀 방식으로 밸브 개구(42)를 폐쇄하기 위한 밸브 폐쇄부(41)를 갖는다. 적어도 2개의 밀봉면(45, 48)이 제공되고, 여기에서, 적어도 2개의 밀봉면 중 제1 밀봉면(45)은 밸브 시트에 의해 제공되고, 밸브 개구(42) 주위에서 연장되며, 제2 밀봉면(48)은 밸브 폐쇄부(41)에 의해 제공되고, 제1 밀봉면(45)에 대응하여 형성된다. 밸브 폐쇄부(41)에 커플링된 구동 유닛이 또한 제공되며, 그 구동 유닛은, 밸브 폐쇄부(41)가 각각의 밸브 개구 상태를 제공하기 위해 정의된 방식으로 변화 및 조정될 수 있고, 밸브 폐쇄부(41)가 밸브 개구(42)를 적어도 부분적으로 개방하는 개방 포지션으로부터, 제2 밀봉면(48)이 제1 밀봉면(45)의 방향으로 가압되고 밸브 개구(42)가 실질적인 기밀 방식으로 폐쇄되는 폐쇄 포지션으로, 그리고 그 역으로 이동가능하도록 하는 방식으로 설계된다. 진공 밸브 시스템은 광학 센서 유닛(60, 70)을 갖고, 여기에서, 광학 센서 유닛(60, 70)은 광학 측정 신호를 검출하도록 설계되고, 밀봉면(45, 48) 중 하나의 적어도 일부에 대한 측정 신호가 검출될 수 있도록 하는 방식으로 배열되고, 광학 센서 유닛(60, 70)의 광학 검출 축은 밀봉면(45, 48) 중 하나의 적어도 일부에 대한 측정 신호가 검출될 수 있도록 하는 방식으로 배향되며, 여기에서, 측정 신호는 밸브 폐쇄부(41)의 테스트 포지션에서 생성될 수 있다.

Description

광학 센서를 갖는 진공 밸브{VACUUM VALVE WITH OPTICAL SENSOR}
본 발명은 진공 밸브 및 광학 센서 유닛으로 형성된 시스템에 관한 것이다.
볼륨 유동 또는 질량 유동을 제어하기 위한, 그리고 밸브 하우징에 형성된 개구를 통해 인도되는 유동 경로의 실질적인 기밀 폐쇄부를 위한 진공 밸브가 일반적으로, 선형 기술로부터의 상이한 실시예에서 알려져 있고, 특히, 가능하게는 오염 입자가 존재하지 않는 보호되는 분위기에서 이루어져야만 하는 IC, 반도체, 또는 기판 제조의 분야에서의 진공 챔버 시스템에서 사용된다. 그러한 종류의 진공 챔버 시스템은 특히, 작업 또는 생산될 반도체 엘리먼트 또는 기판을 수용하기 위한 적어도 하나의 진공 챔버를 포함하고, 그 진공 챔버는 진공배기될 수 있고, 적어도 하나의 진공 챔버 개구를 갖고, 그 적어도 하나의 진공 챔버 개구를 통해, 반도체 엘리먼트 또는 다른 기판이 진공 챔버 내로 그리고 진공 챔버로부터 가이딩될 수 있으며, 그러한 종류의 진공 챔버 시스템은 또한, 진공 챔버를 진공배기하기 위한 적어도 하나의 진공 펌프를 포함한다. 예컨대, 반도체 웨이퍼 또는 액정 기판을 위한 제조 설비에서, 고도로 민감한 반도체 또는 액정 엘리먼트가 복수의 프로세스 진공 챔버를 통해 순차적으로 통과하고, 여기에서, 각각의 경우에 작업 디바이스에 의해, 프로세스 진공 챔버 내에 위치된 부분이 작업된다. 프로세스 진공 챔버 내의 작업 프로세스 동안 그리고 챔버로부터 챔버로의 운송 동안 둘 모두에서, 고도로 민감한 반도체 엘리먼트 또는 기판은 항상, 보호되는 분위기 내에, 특히 공기가 없는 환경에 위치되어야만 한다.
이러한 목적을 위해, 한편으로, 가스 유입구 또는 배출구를 개방 및 폐쇄하기 위해 주변 밸브가 사용되고, 다른 한편으로, 파트의 도입 및 방출을 위해 진공 챔버의 이송 개구를 개방 및 폐쇄하기 위해 전환 밸브가 사용된다.
반도체 파트가 통과하는 진공 밸브는 또한, 설명되는 애플리케이션 분야 및 연관된 치수로 인해 진공 전환 밸브라고 지칭되고, 이들의 주로 직사각형인 개구 단면으로 인해 직사각형 밸브라고 지칭되고, 이들의 일반적인 동작 원리로 인해 게이트 밸브, 직사각형 게이트 밸브, 또는 전환 게이트 밸브라고 지칭된다.
주변 밸브는 특히, 진공 챔버와 진공 펌프 또는 추가적인 진공 챔버 사이의 가스 유동의 개방-루프 또는 폐쇄-루프 제어를 위해 사용된다. 예컨대, 주변 밸브는 프로세스 진공 챔버 또는 이송 챔버와 진공 펌프, 분위기, 또는 추가적인 프로세스 진공 챔버 사이의 파이프 시스템 내에 위치된다. 펌프 밸브라고 또한 지칭되는 그러한 종류의 밸브의 개구 단면은 일반적으로, 진공 전환 밸브의 경우에서보다 더 작다. 사용 분야에 따라, 주변 밸브가 개구를 완전히 개방하고 폐쇄하기 위해 사용될 뿐만 아니라, 완전히 개방된 포지션과 기밀 폐쇄된 포지션 사이에서 개구 단면의 연속적인 조정에 의한 유량의 개방-루프 또는 폐쇄-루프 제어를 위해 사용되기 때문에, 이들은 또한 제어 밸브라고 지칭된다. 가스 유동의 개방-루프 또는 폐쇄-루프 제어를 위한 가능한 주변 밸브는 펜듈럼(pendulum) 밸브이다.
예컨대 제US 6,089,537호(Olmsted)로부터 알려져 있는 바와 같은 전형적인 펜듈럼 밸브의 경우에, 대체로 둥근 밸브 디스크가, 제1 단계에서, 마찬가지로 대체로 둥근 개구에 걸쳐 회전 방식으로, 개구를 개방하는 포지션으로부터 개구를 덮는 중간 포지션으로 피벗된다. 예컨대, 제US 6,416,037호(Geiser) 또는 제US 6,056,266호(Blecha)에서 설명된 바와 같은 게이트 밸브의 경우에, 밸브 디스크는, 개구와 유사하게, 일반적으로 직사각형이고, 제1 단계에서, 개구를 개방하는 포지션으로부터 개구를 덮는 중간 포지션으로 선형 방식으로 슬라이딩된다. 그 중간 포지션에서, 펜듈럼 밸브 또는 게이트 밸브의 밸브 디스크는 개구를 둘러싸는 밸브 시트와 대향하고, 그 밸브 시트로부터 이격된다. 제2 단계에서, 밸브 디스크와 밸브 시트 사이의 거리가 더 작게 되고, 그에 따라, 밸브 디스크 및 밸브 시트는 서로에 대하여 균일하게 가압되고, 개구는 실질적인 기밀 방식으로 폐쇄된다. 이러한 제2 이동은 밸브 시트에 대하여 실질적으로 수직 방향으로 수행되는 것이 바람직하다. 예컨대, 밀봉부는, 밸브 디스크의 폐쇄부 측 상에 배열되고 개구를 둘러싸는 밸브 시트 상에 가압되는 링 밀봉부에 의해, 또는 밸브 디스크의 폐쇄부 측이 가압되는 밸브 시트 상의 링 밀봉부에 의해 제공될 수 있다. 2개의 단계에서 수행되는 폐쇄 동작에 의해, 밸브 디스크와 밸브 시트 사이의 밀봉 링은, 밀봉 링을 파괴시킬 수 있는 전단력을 거의 받지 않게 되는데, 이는 제2 단계에서의 밸브 디스크의 이동이 실질적으로 밸브 시트에 수직인 직선으로 수행되기 때문이다.
상이한 밀봉 디바이스가 선행 기술, 예컨대 제US 6,629,682 B2호(Duelli)로부터 알려져 있다. 예컨대, 링 밀봉부 및 진공 밸브 내의 밀봉부를 위한 적합한 재료는, FPM이라고 또한 지칭되는 플루오로 고무, 특히, 상표명 "바이턴(Viton)"으로 알려져 있는 플루오로엘라스토머 및 퍼플루오로 고무(짧게 FFPM)이다.
개구에 걸친 밸브 디스크의 회전 이동(펜듈럼 밸브의 경우) 및 병진 이동(게이트 밸브의 경우)과 개구에 대해 실질적으로 수직인 병진 이동의 그러한 조합을 달성하기 위한 상이한 구동 시스템이 선행 기술, 예컨대, 펜듈럼 밸브에 대한 제US 6,089,537호(Olmsted) 및 게이트 밸브에 대한 제US 6,416,037호(Geiser)로부터 알려져 있다.
밸브 디스크는, 전체 가압 구역 내에서 요구되는 기밀성이 보장되고 또한 과도한 압축 응력의 결과로서의 밀봉 매체, 특히 O-링의 형태의 밀봉 링에 대한 손상이 방지되도록 하는 방식으로, 밸브 시트 상에 가압되어야만 한다. 이를 보장하기 위해, 알려져 있는 밸브는 밸브 디스크의 접촉 압력의 제어를 제공하고, 이는 밸브 디스크의 2개의 측 사이에서 지배적인 압력 차이에 따라 제어된다. 그러나, 특히, 큰 압력 변동 또는 부압으로부터 과압으로 또는 그 반대로의 변화의 경우에, 밀봉 링의 전체 주변부를 따르는 힘의 균일한 분포를 보장하는 것이 항상 가능하지는 않다. 밸브에 가해지는 압력으로부터 기인하는 지지력으로부터 밀봉 링을 디커플링하는 것이 일반적으로 추구된다. 이를 위해, 예컨대, 제US 6,629,682호(Duelli)는, 밀봉 링 및 인접한 지지 링으로 구성된 밀봉 매체를 갖는 진공 밸브를 제안하고, 그에 따라, 밀봉 링이 지지력으로부터 실질적으로 피드된다.
과압 및 부압에 대해 필요한 만큼 요구되는 기밀성을 달성하기 위해, 제2 이동 단계에 대해 부가하여 또는 대안적으로, 몇몇 알려져 있는 펜듈럼 밸브 또는 게이트 밸브는 밸브 링을 제공하고, 그 밸브 링은 개구를 둘러싸고, 밸브 디스크에 수직으로 변위가능하고, 기밀 방식으로 밸브를 폐쇄하기 위해 밸브 디스크에 대하여 가압된다. 예컨대, 밸브 디스크에 대하여 능동적으로 변위가능한 밸브 링을 갖는 그러한 종류의 밸브는 제DE 1 264 191 B1호, 제DE 34 47 008 C2호, (Zweck에 의한)제 US 3,145,969호, 및 제DE 77 31 993 U호로부터 알려져 있다. 제US 5,577,707호(Brida)에서, 개구를 갖고 개구를 통해 유량을 제어하기 위해 개구 위에서 평행하게 피벗가능한 밸브 디스크를 갖는 밸브 하우징을 갖는 펜듈럼 밸브가 설명된다. 개구를 둘러싸는 밸브 링은 복수의 스프링 및 공압 실린더에 의해 밸브 디스크의 방향으로 수직으로 능동적으로 이동가능하다. 그러한 펜듈럼 밸브의 가능한 개발은 제US 2005/0067603 A1호(Lucas 등)에서 제안된다.
위에서 언급된 밸브는 특히, 진공 챔버에서의 고도로 민감한 반도체 엘리먼트의 생산에서 사용되기 때문에, 대응하는 밀봉 효과가 또한, 그러한 종류의 프로세스 챔버에 대해 신뢰성 있게 보장되어야만 한다. 이를 위해, 밀봉 재료, 및/또는 가압 시에 밀봉 재료와 접촉하는 밀봉면의 상태가 특히 중요하다. 진공 밸브의 서비스 수명의 진행 동안에, 밀봉 재료 또는 밀봉면의 일반적인 마모가 발생될 수 있다.
가능한 결과적인 누설을 방지하기 위해, 또는 일정한 충분히 높은 레벨로 밀봉의 품질을 유지하기 위해, 전형적으로, 밸브 폐쇄부가 특정 시간 간격으로 교체 또는 새로 교체된다. 그러한 종류의 유지보수 사이클은 일반적으로, 특정 시간 기간 내의 예상되는 개방 및 폐쇄 사이클의 수에 기초하여 결정된다. 그에 따라, 유지보수는 일반적으로, 가장 가능한 정도로, 사전에 누설의 발생을 제거할 수 있도록 신중하게 수행된다.
그러한 종류의 서비싱 요건은 밀봉 재료 또는 밸브 디스크로 단독으로 제한되는 것이 아니라, 특히, 밸브 디스크에 대응하는 진공 밸브의 부분을 형성하는 밸브 시트로 확장된다. 밸브 시트의 밀봉면의 구조, 예컨대, 밸브 시트에 형성된 그루브가 또한, 기계적인 로딩에 의해 영향을 받는다. 그에 따라, 밸브의 동작으로부터 기인하는 그루브의 구조 변형은 또한, 밀봉에 유해할 수 있다. 대응하는 유지보수 간격이 일반적으로, 이러한 이유로 또한 정의된다.
그러한 밸브 유지보수의 불리한 점은 그러한 밸브 유지보수가 수행되는 신중한 방식에 있다. 유지보수에 의해 영향을 받는 파트는 일반적으로, 이들의 규칙적인 또는 실제 서비스 수명이 경과되기 전에, 새로 교체되거나 또는 교체된다. 그러한 종류의 각각의 유지보수 단계는 일반적으로, 생산 프로세스에 대한 특정 다운타임 및 증가되는 기술적인 및 경제적인 지출을 수반한다. 이어서, 이는, 전체적으로, 필요한 것보다 더 짧은 간격의 그리고 일반적으로 요구되어야 하는 것보다 더 빈번한 생산의 다운타임을 나타낸다.
따라서, 본 발명의 목적은 최적화된 밸브 유지보수, 그에 따라, 가능한 프로세스 다운타임의 개선, 즉 감소를 허용하는 개선된 진공 밸브 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 추가적인 목적은, 프로세스 볼륨의 더 신뢰성 있는 밀봉이 달성될 수 있고, 특히 밀봉의 품질이 예측될 수 있게 하는 그러한 종류의 밸브 시스템을 제공하는 것이다.
이들 목적은 독립 청구항의 특징을 나타내는 특징의 구현에 의해 달성된다. 대안적인 또는 유리한 방식으로 본 발명을 개발하는 특징은 종속 청구항으로부터 추측될 수 있다.
본 발명의 기본적인 개념은 광학 센서와 진공 밸브를 조합하고, 밸브 및 광학 센서가 진공 밸브의 밀봉면 중 하나를 모니터링하기 위해 사용될 수 있도록 밸브 및 광학 센서를 설계하는 것이다. 이어서, 밀봉면 또는 밀봉 재료로부터의 광학 측정 신호가 센서를 사용하여 검출될 수 있고, 스캐닝된 구역에 대한 상태 정보가 그 신호에 기초하여 도출될 수 있다.
따라서, 그에 의해, 밀봉면 상태에 관한 정보가 접근가능하게 된다. 그에 따라, 밀봉면(밀봉 재료)의 화학 조성 또는 구조적인 설계에 대한 임의의 변화가 모니터링될 수 있고, 지속적으로 평가될 수 있다. 밀봉면에 대한 유지보수 또는 교체 시간이 그러한 방식으로 생성될 수 있는 데이터에 의해 결정될 수 있다. 예컨대, 그에 따라, 밸브의 기밀의 고장이 대부분 예측되고, (일시적으로) 선택적인 협력 대응책이 행해질 수 있다. 그에 따라 유지보수 간격이 더 양호하게 스케줄링될 수 있고, 더 효율적으로 수행될 수 있으며, 여기에서, 동시에, 프로세스 무결성이 보존되고 보호된다.
예컨대, 표면 거동(가압성), (예컨대, 밀봉 재료의) 컬러, 화학 조성, 형상, 및/또는 측정 구역 내의 소일링(soiling)이 밀봉면 또는 엘라스토머 밀봉 재료에 대한 관련된 상태 정보로서 사용될 수 있다.
본 발명은 볼륨 유동 또는 질량 유동을 제어하기 위한 및/또는 기밀 방식으로 프로세스 볼륨을 밀봉하기 위한 진공 밸브를 포함하는 진공 밸브 시스템에 관한 것이고, 여기에서, 진공 밸브는 개구 축을 정의하는 밸브 개구 주위에서 연장되는 밸브 시트, 및 실질적인 기밀 방식으로 밸브 개구를 폐쇄하기 위한 밸브 폐쇄부, 특히 밸브 디스크를 갖는다.
여기에서, 밸브 시트는 진공 밸브의 일체형 부분일 수 있고, 특히, 밸브 하우징의 부분을 구현할 수 있다. 대안적으로, 밸브 시트는 진공 챔버의 개구에 의해 형성될 수 있고, 밸브 시트에 대하여 이동가능한 밸브 폐쇄부와 협력하여 본 발명의 의도로 진공 밸브를 형성할 수 있다.
부가적으로, 진공 밸브는 적어도 2개의 밀봉면을 갖고, 여기에서, 적어도 2개의 밀봉면 중 제1 밀봉면은 밸브 시트에 의해 제공되고, 밸브 개구 주위에서 연장되며, 적어도 2개의 밀봉면 중 제2 밀봉면은 밸브 폐쇄부에 의해 제공되고, 제1 밀봉면에 대응하여 형성된다.
특히, 2개의 밀봉면 중 하나는 밀봉 재료를 포함한다. 예컨대, 밀봉 재료는 밸브 시트 또는 밸브 폐쇄부에서의 그루브 내의 O-링으로서 존재하거나 또는 밀봉면 상에 경화되는 폴리머-계 재료(예컨대, 엘라스토머, 특히 플루오로엘라스토머)일 수 있다. 본 발명의 범위 내에서, 그에 따라, 밀봉면은, 밸브 개구를 폐쇄하기 위해 가압된 상태(폐쇄 포지션)로 밀봉 재료가 사이에 있는 면인 것으로 고려되는 것이 바람직하다.
구동 유닛이 밸브 폐쇄부에 커플링되고, 밸브 폐쇄부가 밸브 폐쇄부의 각각의 포지션에 의해 정의된 각각의 밸브 개구 상태를 제공하기 위해 정의된 방식으로 변화 및 조정될 수 있는 방식으로 설계된다. 밸브 폐쇄부는, 밸브 폐쇄부가 밸브 개구를 적어도 부분적으로 개방하는 개방 포지션으로부터, 제2 밀봉면이 제1 밀봉면의 방향으로 가압되고 밸브 개구가 실질적인 기밀 방식으로 폐쇄되는 폐쇄 포지션으로, 그리고 그 역으로 이동가능하다.
예컨대, 구동 유닛은 전기 모터(스텝퍼 모터)로서, 또는 복수의 모터의 조합으로서, 또는 공압 구동부로서 형성된다. 특히, 구동부는 적어도 2개의 (실질적으로 직교하는) 방향으로의 밸브 폐쇄부의 이동을 제공한다.
부가적으로, 진공 밸브 시스템은 광학 센서 유닛을 갖고, 여기에서, 광학 센서 유닛은 광학 측정 신호를 검출하도록 설계된다. 센서 유닛은 밀봉면 중 하나의 적어도 일부에 대한 측정 신호가 검출될 수 있도록 하는 방식으로 배열되고, 광학 센서 유닛의 광학 검출 축(또는 검출 축에 의해 정의된 검출 구역)은 밀봉면 중 하나의 적어도 일부에 대한 측정 신호가 검출될 수 있도록 하는 방식으로 배향된다. 측정 신호는 밸브 폐쇄부의 테스트 포지션에서 생성될 수 있다. 여기에서, 테스트 포지션은 특히, 밸브 폐쇄부의 개방 포지션, 중간 포지션, 또는 폐쇄 포지션에 대응한다.
검출 축, 예컨대 센서 유닛의 카메라의 광학 축은 테스트될 밀봉면 중 하나의 방향으로 배향되는 것이 바람직하고, 그에 따라, 밀봉면의 적어도 일부가 카메라의 검출 구역(시야)에 있게 되고, 그 부분의 이미지가 기록될 수 있게 된다.
일 실시예에 따르면, 밀봉면 중 하나의 적어도 일부에 대한 측정 신호는 밸브 폐쇄부의 특정 테스트 포지션에서만 생성될 수 있다. 예컨대, 그에 따라, 검출 축 및 밸브는 밸브 폐쇄부의 밀봉면이 개방 밸브 포지션에서만 검출 축 주위의 검출 구역에 있도록 설계될 수 있다. 예컨대, 밸브가 개방될 때마다, 그에 따라, 현재의 상태가 기록될 수 있고, 그에 따라, 밀봉면의 현재의 품질이 확인될 수 있다.
특히, 진공 밸브는 외측 환경, 예컨대, 진공 챔버 내의 기하학적인 구역으로부터 분리된 진공 구역을 정의한다.
본 발명의 일 실시예에서, 광학 센서 유닛은 진공 구역 내에 적어도 부분적으로 배열될 수 있고, 검출 축은 제2 밀봉면에 대한 광학 측정 신호를 검출하기 위해 밸브 시트의 방향으로 배향될 수 있다. 그러한 종류의 배열에 의해, 특히, 내측에 (프로세스 볼륨에) 배열된 밸브 시트의 밀봉면을 체크하는 것이 유리하게 가능하다. 이러한 목적을 위해, 예컨대, 센서 유닛은 통합된 콤팩트 설계로 구현될 수 있고, 챔버 벽에 대해 평평하게 배열될 수 있다.
진공 밸브 시스템은 또한, 적어도 광학 측정 신호에 대해 투과성의 투과 윈도우(transmission window)를 가질 수 있다. 센서 유닛에 의해 방출 및/또는 수용될 측정 방사선이 진공 구역으로부터 외측 환경으로 그리고 그 반대로 투과 윈도우에 의해 투과될 수 있다. 진공 구역 외부에 배열된 검출기로 인해, 그에 따라, 진공 구역에 위치된 밀봉면에 대한 신호가 수용될 수 있고, 진공을 유지하면서 대응하는 정보가 생성될 수 있다. 여기에서, 예컨대, 검출기를 위한 전력 공급부 및 검출기 그 자체가 진공 구역 내로 도입될 필요가 없고, 그에 따라, 비교적 낮은 구조적인 지출이 보장될 수 있다는 것이 특히 유리하다.
다시 말하면, 광학 센서 유닛은, 광학 측정 신호가 투과 윈도우를 통해 광학 센서 유닛에 의해 검출될 수 있도록 하는 방식으로, 외측 환경에 배열될 수 있고, 특히 여기에서, 센서 유닛의 검출 축은 투과 윈도우 내에 놓이고, 즉 투과 윈도우를 통해 연장된다.
본 발명의 특정 실시예에 따르면, 투과 윈도우는 적어도 2개의 밀봉면 중 하나의 적어도 일부를 형성할 수 있다. 예컨대, 윈도우가 제2 밀봉면의 일부로서 제공되고, 제2 밀봉면이 밀봉 재료를 포함하는 경우에, 밀봉 재료의 후방 측에 관한 정보가 그에 따라 생성될 수 있다. 이러한 방식으로 배열된 투과 윈도우에 의해, 밀봉 재료와 기판 사이의 계면 또는 경계 층이 접근가능하게 된다. 예컨대, 밀봉 재료와 밀봉 재료를 지지하는 기판 사이의 접착 접합의 상태가 결과로서 검사될 수 있다.
광학 센서 유닛은 광학 측정 신호를 검출하고 가이딩하기 위한 광섬유를 포함할 수 있다. 대안적으로, 광학 경로는 이러한 목적을 위한 자유 공간 옵틱들로 형성될 수 있다. 예컨대, 광섬유는 밸브 폐쇄부 내로 연장될 수 있고, 밸브 폐쇄부 상의 밀봉 재료를 위한 접착 표면에 커플링될 수 있다. 또한, 섬유는 진공 챔버의 챔버 벽을 통해 연장될 수 있고, 그에 따라, 챔버 내부에서의 측정을 가능하게 할 수 있다.
예컨대, 광섬유의 적어도 일부, 특히 (페룰을 갖는) 섬유 단부가 진공 구역에 있을 수 있고, 적어도 2개의 밀봉면 중 적어도 하나에 대한 광학 측정 신호를 검출하도록 배열 및 배향될 수 있다.
또한, 광학 센서 유닛은 섬유에 의해 또는 자유 공간 옵틱들에서 밸브 폐쇄부에 연결될 수 있고, 특히, 여기에서, 센서 유닛, 예컨대 센서 유닛의 광섬유는 밸브 폐쇄부에 적어도 부분적으로 통합된다.
일 실시예에서, 광학 센서 유닛은 빔 검출 모듈을 포함할 수 있고, 여기에서, 빔 검출 모듈은 카메라, 적외선 검출기, 특히 근-적외선 검출기, 특히 NIR 분광계, 산란 광 센서, 및/또는 라만 검출기를 갖는다. 따라서, 그에 따라 상이한 화학적, 구조적, 또는 이미지-기반 분석 가능성을 갖는 상이한 센서 시스템이 생각될 수 있다. 예컨대, 밀봉면의 광학 기록에 의해 조도 분석이 수행될 수 있거나, 또는 분광학에 의해 화학적 분석이 수행될 수 있다.
대안적으로 또는 부가적으로, 예컨대, 센서 유닛은 라인 센서를 포함할 수 있다. 이는 특히, 그에 따라 형성된 밀봉면을 스캐닝하는 경우에 유리할 수 있다. 그에 의해, 밀봉면은 스캐닝될 전체 구역에 걸쳐 더 신속하게 스캐닝될 수 있다.
본 발명에 따르면, 진공 밸브 시스템은, 검출된 측정 신호가 프로세싱 유닛에 의해 프로세싱될 수 있고 그 검출된 측정 신호에 기초하여 상태 정보가 생성될 수 있는 방식으로 형성된 프로세싱 유닛을 포함할 수 있다. 검출된 측정 신호는 평가될 수 있는 사용자 정보를 제공하기 위해 추가로 프로세싱될 수 있다.
상태 정보는 특히, 제1 또는 제2 밀봉면의 기계적 및/또는 구조적 무결성에 관한 정보를 제공할 수 있다. 예컨대, 밀봉면의 일부의 이미지에 기초하여, 그에 따라, 요구되는 밀봉 효과가 이미지에서 식별가능한 밀봉면의 구조로 달성될 것인지 여부를 평가하는 것이 가능하다. 특히, 밀봉면에 대한 임의의 소일링 또는 손상이 식별될 수 있다.
그에 따라, 상태 정보는 이미지 프로세싱에 의해, 및/또는 검출된 측정 신호에 대한 실제-타겟 비교에 의해 생성될 수 있다. 여기에서, 이에 대한 기준은 밀봉면의 현재 기록된 시각 이미지, 및 특히, 레퍼런스로서 밀봉면의 타겟 상태를 나타내는 스캐닝된 구역에 대한 비교 이미지에 의해 바람직하게 제공된다.
상태 정보에 기초하여, 재료 조성 및/또는 재료 조성에 대한 변화가 또한, 적어도 2개의 밀봉면 중 하나의 적어도 스캐닝 가능한 부분에 대해 추론될 수 있다. 이는 특히, 센서 유닛의 검출기(빔 검출 모듈)가 화학적 분석 모듈(예컨대, IR 분광계)로서 형성되고, 상태 정보가 스캐닝된 밀봉면 구역에 대한 스펙트럼으로 분해된 세기 분포를 제공하는 경우에 적용된다.
대응하는 레퍼런스 스펙트럼의 사용에 의해, 그리고 레퍼런스 스펙트럼과의 비교에 의해, 예컨대 밀봉 재료의 화학 구조의 변화가 효율적으로 확인될 수 있다. 이에 기초하여, 노화 및 밀봉 재료의 품질의 연관된 감소의 평가가 또한 확인될 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 검사된 엘리먼트 또는 재료의 화학 조성이 또한, 현재 생성되는 스펙트럼으로부터 직접적으로 결정될 수 있다.
본 발명에 따르면, 상태 정보는 적어도 2개의 밀봉면 중 하나의 적어도 스캐닝 가능한 부분의 시각 표현으로서, 특히 밀봉면의 적어도 스캐닝 가능한 부분의 이미지로서 제공될 수 있다.
대안적으로 또는 부가적으로, 상태 정보는 분광기 측정 신호를 구현하는 그래프, 특히 파장-세기 곡선으로서 생성될 수 있다. 이는 특히, 센서 유닛이 대응하는 화학적 분석 모듈을 포함하는 경우에 적용된다.
또한, 상태 정보는 특정 허용오차 값에 대한 검출된 측정 신호의 관계를 특정하는 출력 신호로서 생성될 수 있다. 그러한 종류(광학 또는 음향)의 신호에 의해, 예컨대, 요구되는 허용오차 내에서 프로세스가 수행되는지 여부, 또는 그러한 종류(예컨대, 압력 레벨)의 허용오차의 바람직하지 않은 언더슛(undershoot) 또는 오버슛(overshoot)이 예상되어야 하는지 여부를 나타내는 것이 가능하다.
진공 밸브의 밸브 시트는 진공 밸브에 구조적으로 연결된 진공 밸브의 부분에 의해 형성될 수 있고, 특히 여기에서, 밸브 시트는 진공 밸브의 하우징 상에 형성되거나, 또는 프로세스 챔버, 특히 챔버 하우징에 의해 제공될 수 있다.
진공 밸브 및 센서 유닛이 통합된 설계로 구현될 수 있고, 그 시스템이 그에 따라 특정 진공 밸브인 것으로 고려될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
본 발명에 따른 디바이스 및 본 발명에 따른 방법이, 도면에 개략적으로 도시된 특정 예시적인 실시예에 기초하여, 이하에서 더 상세히 그리고 단지 예로서 설명될 것이며, 여기에서, 본 발명의 추가적인 이점이 또한 논의될 것이다. 더 구체적으로:
도 1은 펜듈럼 밸브를 갖는 본 발명에 따른 진공 밸브 시스템의 가능한 실시예를 단면으로 도시한다.
도 2a 내지 도 2d는 상이한 폐쇄 포지션에 있는 전환 밸브를 갖는 진공 밸브 시스템의 다양한 실시예를 도시한다.
도 3은 전환 밸브 및 센서 유닛을 갖는 본 발명에 따른 밸브 시스템의 추가적인 실시예를 도시한다.
펜듈럼 밸브를 갖는 본 발명에 따른 밸브 시스템의 가능한 실시예가 도 1에서 단면으로 도시된다. 실질적인 기밀 방식으로 유동 경로(F)를 방해하기 위한 밸브는 개구(12)를 포함하는 밸브 하우징(11)을 갖는다. 여기에서, 개구(12)는 원형 단면을 갖는다. 밸브 폐쇄부(13)(밸브 디스크)의 폐쇄 포지션에서, 개구(12)는 밸브 디스크(13)에 의해 기밀 방식으로 폐쇄된다. 여기에서, 밸브는 밸브 디스크(13)의 개방 포지션(O)에 있는 것으로 도시된다.
개구(12)는 밸브 시트에 의해 둘러싸인다. 그 밸브 시트는 밀봉면(15)에 의해 형성되고, 그 밀봉면(15)은 (폐쇄 포지션에 있는) 밸브 디스크(13)의 방향으로 축방향으로 향하고, 개구 축(14)에 대해 횡방향으로 연장되고, 이 경우에, 원형 링의 형태를 가지며, 밸브 하우징(11)에 형성된다.
부가적으로, 밸브는 밸브 디스크(13)를 갖고, 그 밸브 디스크(13)는 피벗가능하고, 부가하여, 개구 축(14)에 실질적으로 평행하게 그리고 개구 축(14)의 방향으로 이동가능하다.
밸브 디스크(13)는 암(13a)에 의해 전기 구동부(16)(모터)에 연결되고, 그 암(13a)은 디스크 상에서 측면에 배열되고, 개구 축(14)에 수직으로 연장된다. 그러한 암(13a)은, 밸브 디스크(13)의 폐쇄 포지션에서, 개구 축(14)을 따라 기하학적으로 투영된 개구(12)의 개구 단면 외부에 배치된다.
전기 구동부(16)는, 펜듈럼 밸브의 경우에 통상적인 바와 같이, 밸브 디스크(13)가, 구동부(16)의 횡방향 이동에 의해, 개방 포지션(O)과 중간 포지션 사이에서, 피벗 축(17)을 중심으로 하는 피벗 모션의 형태로, 개구 축(14)에 대해 횡방향으로, 그리고 개구(12)의 단면에 걸쳐 실질적으로 평행하게, 그리고 개구 축(14)에 수직으로 피벗될 수 있고, 개구 축(14)의 방향으로 평행하게 수행되는 구동부(16)의 종방향 이동에 의해 선형으로 변위가능하게 하는 방식으로, 대응하는 트랜스미션을 사용하여 형성된다. 개방 포지션(O)에서, 밸브 디스크(13)는 제1 개구(12)의 옆에서 측면에 배열된 보유 부분에 위치되고, 그에 따라, 개구(12) 및 유동 경로(F)가 개방된다. 중간 포지션에서, 밸브 디스크(13)는 이격된 방식으로 제1 개구(12) 위에 위치되고, 개구(12)의 개구 단면을 덮는다. 폐쇄 포지션에서, 개구(12)는 기밀 방식으로 폐쇄되고, 밸브 폐쇄부(13)(밸브 디스크)와 밸브 시트의 밀봉면(15) 사이의 기밀 접촉의 결과로서 유동 경로(F)가 방해된다.
밸브의 자동화되고 제어되는 개방 및 폐쇄를 가능하게 하기 위해, 밸브는 전자 제어 시스템을 제공할 수 있고, 그 전자 제어 시스템은, 밸브 디스크(13)가 그에 따라 기밀 방식으로 프로세스 볼륨을 밀봉하도록 또는 그 볼륨의 내측 압력을 제어하도록 이동가능하게 되는 방식으로 설계되고 구동부(16)에 연결된다.
밸브 폐쇄부(13)의 조정으로 인해, 밸브 개구(12)에 대해 특정한 개구 단면이 세팅되고, 그에 따라, 시간 단위 당 프로세스 볼륨으로부터 배기될 수 있는 가스의 가능한 양이 따라서 세팅된다. 이러한 목적을 위한 밸브 폐쇄부(13)는, 특히 가장 가능한 정도로 층류인 매체 유동을 달성하기 위해, 원형 형상으로부터 벗어난 형상을 가질 수 있다.
본 예시적인 실시예에서, 구동부(16)는 전기 모터로서 형성되고, 여기에서, 트랜스미션은, 구동부(16)가 구동되는 경우에, 그러한 구동이 횡방향 이동 또는 종방향 이동을 결과로 발생시키도록 하는 방식으로 스위칭될 수 있다. 구동부(16) 및 트랜스미션은 제어 시스템에 의해 전자적으로 작동된다. 특히, 슬롯식 레버 게이트를 갖는 그러한 종류의 트랜스미션은 선행 기술로부터 알려져 있다. 또한, 횡방향 이동 및 종방향 이동을 실시하기 위해 복수의 구동부를 사용하는 것이 가능하고, 여기에서, 제어 시스템은 구동부의 작동을 책임진다.
설명된 펜듈럼 밸브에 의한 유량의 정밀한 제어는 횡방향 이동에 의한 개방 포지션(O)과 중간 포지션 사이의 밸브 디스크(13)의 피벗팅 이동에 의해 가능하게 될 뿐만 아니라, 본질적으로, 종방향 이동에 의한 중간 포지션과 폐쇄 포지션 사이의 개구 축(14)을 따르는 밸브 디스크(13)의 선형 이동에 의해 가능하게 된다. 설명된 펜듈럼 밸브는 고도로 정밀한 제어 태스크를 위해 사용될 수 있다.
밸브 시트 이외에, 밸브 디스크(13)가 또한 밀봉면(18)을 갖는다. 도시된 실시예에서, 밀봉 재료, 예컨대 플루오로폴리머가 밸브 디스크(13)의 밀봉면(18) 상에 경화된다. 그에 따라, 밀봉 재료가 가황에 의해 밸브 시트 상에 예컨대 폴리머로서 경화될 수 있다. 대안적으로, 예컨대, 밀봉부는 밸브 시트의 그루브에 O-링으로서 구현될 수 있다. 또한, 밀봉 재료가 밸브 시트 상에 접착될 수 있고, 그에 따라, 밀봉부를 구현할 수 있다. 대안적인 실시예에서, 밀봉부는 밸브 디스크(38) 상에, 특히 밀봉면(15) 상에 배열될 수 있다. 이들 실시예의 조합이 또한 생각될 수 있다.
밀봉면(18)은, 그 밀봉면(18)의 형상 및 치수에 관하여, 밸브 시트의 밀봉면(15)에 대응하는 방식으로 적용된다. 밸브의 폐쇄 포지션에서, 밸브 디스크(13)의 밀봉면(18)은 밸브 시트의 밀봉면(15)에 대하여 가압되고, 여기에서, 밀봉면(18)과 밀봉면(15) 사이의 밀봉 재료에 의해 원하는 밀봉 효과(특히 기밀)가 제공된다.
(예컨대, 진공 챔버 내의) 펜듈럼 밸브에 의해 제어되는 작업 프로세스에 대해 전형적으로 보장되어야 하는 신뢰성에 관한 중요한 인자는 밀봉면 중 하나 또는 밀봉 재료 그 자체의 가능한 마모이다. 프로세스에 대한 임의의 악영향을 방지하기 위해, 밀봉면은 사전에 신중하게 서비스되었고 및/또는 규칙적인 간격으로 교체되었다. 본 발명에 의해, 밀봉면 중 적어도 하나의 밀봉면의(그리고 그 밀봉면에 대해 적어도 부분적으로) 현재의 상태가 이제 검출될 수 있고, 검출된 상태에 따라 액션, 예컨대 서비싱이 취해질 수 있다. 그에 의해, 유지보수 페이즈 또는 시간이 스케줄링될 수 있고, 시간-최적화된 방식으로 수행될 수 있다.
본 발명에 따르면, 이러한 목적을 위하여 밀봉면의 상태를 검출하기 위해 적어도 하나의 센서 유닛이 제공된다. 도 1에 따른 실시예에서, 그러한 종류의 2개의 센서 유닛이 도시된다. 그러나, 본 발명이 또한, 개별적인 센서 유닛을 갖는 실시예로 확장된다는 것이 이해될 것이다. 설명된 바와 같은 진공 밸브와 (적어도) 하나의 센서 유닛의 조합은 본 발명에 따른 진공 밸브 시스템을 형성한다.
도 1에 따른 진공 밸브 시스템은 제1 센서 유닛(20)을 갖는다. 센서 유닛(20)은 밸브 하우징(11) 외부에 제공된다. 밸브 하우징(11)은 제1 윈도우(22)를 갖고, 그 제1 윈도우(22)는 센서 유닛(20)에 의해 방출 또는 검출(또는 둘 모두)되는 측정 방사선이 윈도우(22)를 통해 투과될 수 있도록 구현된다. 부가하여, 빔 굴절 엘리먼트(21)(예컨대, 미러 또는 프리즘)가 제공되고, 그 빔 굴절 엘리먼트(21)에 의해, 측정 방사선이 특정 측정 구역 쪽으로 그리고 그로부터 멀어지도록 가이딩될 수 있다. 여기에서, 빔 굴절 엘리먼트(21)는 측정 구역의 방향으로의 센서 유닛(20)의 검출 축의 배향을 제공한다.
볼 수 있는 바와 같이, 투과 윈도우(22)는, 개방 포지션(O)에서, 밀봉면(18) 그리고 그에 따라 밀봉 재료의 일부에 대한 측정 신호가 획득될 수 있도록 배열된다. 대응하는 측정을 행하기 위해, 밀봉면(18)은 윈도우(22)에 대하여 가압될 수 있거나 또는 특정 거리로 유지될 수 있다.
센서 유닛(20)은 적외선 방사선에 의한 재료 분석을 가능하게 하는 분광계(23)를 포함한다. 그에 따라, 굴절 엘리먼트(21)에 의해 윈도우(22)를 통해 밀봉면(18)과 정렬될 수 있는 적외선 방사선은 센서 유닛(20)에 의해 생략될 수 있다. 밀봉면(18), 특히 밀봉 재료와 방출된 방사선의 상호작용 후에, 반사된 방사선이 센서 유닛(20)에 의해 차례로 검출된다. 2개의 개별적인 채널 또는 광학 경로가 방출 및 검출을 위해 제공되는 것이 바람직하다.
밀봉면(18) 또는 밀봉 재료의 재료 조성에 관한 정보는 방출된 방사선 및 검출된 방사선(2개의 빔의 스펙트럼)의 결정뿐만 아니라, 그에 대한 개별적인 스펙트럼의 비교로부터 도출될 수 있다. 예컨대, 재료의 현재의 상태(예컨대, 특정 시간 기간에 걸친 화학 재료 변화)에 대한 판단은 밀봉 재료에 대한 타겟 스펙트럼과의 비교에 의해 추론될 수 있다.
일반적으로, 센서 유닛(20)은 (근) 적외선 분광계의 원리에 따라 구성될 수 있다.
제2 센서 유닛(30)은 이미지 검출 유닛(예컨대, CCD 또는 CMOS 카메라)으로서 구현된다. 센서 유닛(30)에 연결된 광섬유(31)의 자유 단부는 밸브 하우징(11)에 침투한다. 자유 단부는, 섬유 단부가 포지션 및 배향에 관하여 고정된 방식으로 배치되도록, 예컨대 슬리브(32) 또는 페룰에 의해 밸브 하우징(11)에 매립될 수 있다.
도시된 변형에서, 섬유(31)는 섬유 단부의 배향에 의해 결정적으로 결정되는 이미지 검출 축이 밸브 시트의 밀봉면(15)의 방향으로 배향되도록 배향된다. 밀봉면(15)의 선명한 이미지를 검출할 수 있도록 광학 모듈이 슬리브(32)에 제공될 수 있다.
따라서, 센서 유닛(30)은, 도시된 개방 포지션(O)에서, 또는 밸브 디스크(13)가 개구(12)을 덮지 않고 섬유 단부와 대향하는 밸브 시트가 감춰지지 않는 임의의 포지션에서, 밀봉면(15)의 상태를 결정하는 것을 가능하게 한다. 그에 따라, 밀봉면(15)의 일부의 이미지가 기록될 수 있고, 그 이미지에 기초하여 상태 정보가 생성될 수 있다. 예컨대, 적절하게, 검출된 이미지는 이미지 프로세싱에 의해 분석될 수 있고, 레퍼런스 이미지와 비교될 수 있다. 예컨대, 그에 의해, (밀봉 재료의) 재료 잔여물이 식별될 수 있거나, 또는 밀봉면(15)의 마모가 확인될 수 있다. 이들 상태 각각은 프로세스 신뢰성의 증가되는 누설 또는 결핍의 가능한 원인을 나타낼 수 있다.
예시된 바와 같은 펜듈럼 밸브에 대해 대안적으로, 본 발명에 따른 진공 밸브 시스템에, 다른 진공 밸브 타입, 예컨대 플랩 밸브, 게이트 밸브, 또는 버터플라이 제어 밸브로서 알려진 것이 제공될 수 있다. 특히, 압력 제어 밸브를 갖는 시스템이 진공 영역에서 사용하기 위해 설계된다. 게다가, 폐쇄부가 하나의 방향으로만 이동될 수 있는 펜듈럼 밸브가 또한 사용될 수 있다.
상이한 폐쇄 포지션에 있는 전환 밸브를 갖는 진공 밸브 시스템의 다양한 실시예가 도 2a 내지 도 2d에 도시된다. 실시예는 부분적으로 단지 특정 특징에 관하여 서로 상이하고, 그에 따라, 도면이 이하에서 실질적으로 공동으로 설명될 것이며, 몇몇 경우에서, 실시예 사이의 차이만이 논의될 것이다. 이전의 도면에서 이미 설명된 참조 부호 및 특징이 항상 다시 논의되지는 않을 것이다.
도시된 전환 밸브(40, 40', 40'')는 특히, 게이트 밸브의 형태이다. 진공 밸브(40, 40', 40'')는 기밀 방식으로 개구(42)를 폐쇄하기 위한 폐쇄면을 갖는 직사각형의 평면형 폐쇄 엘리먼트(41)를 갖는다. 개구(42)는 폐쇄 엘리먼트(41)에 대응하는 단면을 갖고, 벽(43)에 형성된다. 개구(42)는 제1 밀봉면(45)을 제공하는 밸브 시트에 의해 둘러싸인다.
개구(42)는 벽(43)의 좌측에 위치된 제1 가스 구역(L)을 벽(43)의 우측의 제2 가스 구역(R)에 연결한다. 예컨대, 벽(43)은 진공 챔버의 챔버 벽에 의해 형성된다. 이어서, 진공 밸브(40, 40', 40'')는 폐쇄 엘리먼트(41)와 챔버 벽(43)의 협력에 의해 형성된다.
폐쇄 엘리먼트(41)는 조정 암(46) 상에 배열되고, 그 조정 암(46)은 봉-형상이고, 기하학적인 조정 축(V)을 따라 연장된다. 조정 암(46)은, 벽(43)의 좌측의 제1 가스 구역(L) 내의 폐쇄 부재(41)가 구동 유닛(47)에 의한 조정 암(46)의 이동에 의해 개방 포지션(O)(도 2a 및 도 2b)으로부터 중간 포지션(도 2c)을 통해 폐쇄 포지션(도 2d)으로 이동될 수 있도록, 구동 유닛(47)에 기계적으로 커플링된다.
개방 포지션(O)에서, 도 2a에 도시된 바와 같이, 폐쇄 엘리먼트(41)는 개구(42)의 투영 구역 외부에 위치되고, 개구(42)를 완전히 개방한다.
조정 축(V)에 평행하고 벽(43)에 평행한 축방향으로의 조정 암(46)의 이동에 의해, 폐쇄 엘리먼트(41)는 구동 유닛(47)에 의해 개방 포지션(O)으로부터 중간 포지션으로 이동될 수 있다.
그 중간 포지션에서, 도 2c에 도시된 바와 같이, 폐쇄면은 개구(42)를 덮고, 밸브 시트의 밀봉면(45)과 대향하게 그리고 밸브 시트의 밀봉면(45)으로부터 떨어져 위치되며, 그 밀봉면은 개구(42)를 둘러싼다.
조정 축(V)에 대해 횡방향으로의, 즉, 예컨대, 벽(43) 및 밸브 시트에 수직으로의 조정 암(46)의 이동에 의해, 폐쇄 엘리먼트(41)는 중간 포지션으로부터 폐쇄 포지션(도 2d)으로 이동될 수 있다.
폐쇄 포지션에서, 폐쇄 엘리먼트(41)의 폐쇄면은 기밀 방식으로 개구(42)를 폐쇄하고, 기밀 방식으로 제2 가스 구역(R)으로부터 제1 가스 구역(L)을 분리한다.
따라서, 진공 밸브(40, 40', 40'')는 폐쇄 엘리먼트(41) 및 조정 암(46)의 L-형상 이동에 의하여 구동 유닛(47)에 의해 개방 및 폐쇄된다. 그에 따라, 도시된 전환 밸브는 또한, L-타입 밸브라고 지칭된다.
폐쇄 엘리먼트(41)는 밸브 시트의 밀봉면(45)에 대응하는 추가적인 밀봉면(48)을 갖는다. 밀봉면(48)은 폐쇄 엘리먼트 주위에서 연장되고, 밀봉 재료를 지지한다. 폐쇄 포지션에서, 밀봉면(48)은 밀봉면(45)에 대하여 가압되고, 밀봉 재료는 2개의 밀봉면(45 및 48) 사이에서 가압된다.
전형적으로, 도시된 바와 같은 전환 밸브(40, 40', 40'')는 프로세스 볼륨(진공 챔버)을 밀봉하고 볼륨을 로딩 및 언로딩하기 위해 제공된다. 그러한 종류를 사용하는 경우에, 개방 포지션과 폐쇄 포지션 사이의 빈번한 변경은 일상적이다. 결과로서 밀봉면(45 및 48)의 마모의 징후의 발생이 증가될 수 있다. 그러한 마모를 모니터링하기 위해 본 발명에 따라 적어도 하나의 센서 유닛이 제공된다. 그러한 종류의 센서 유닛과 밸브(40, 40', 40'')의 조합은 본 발명에 따른 진공 밸브 시스템을 형성한다.
도 2a에 따르면, 검출기(53), 광섬유(51), 및 하우징(43)을 통해 투과 채널을 제공하는 광학 컴포넌트(52)를 갖는 제1 센서 유닛(50)이 밀봉면(48)의 상태를 식별할 수 있도록 제공된다. 개방 포지션에서 센서 유닛(50)에 의해 대응하는 검출이 가능하게 된다. 광학 컴포넌트(52)는 하우징에 연결되거나 또는 하우징 내에 형성되고, 그에 따라, 광학 컴포넌트(52)의 구역에서 구역(L 및 R) 사이의 기밀 밀봉이 존재하게 된다.
개방 포지션에서의 밀봉면(48)의 일부가 광학 컴포넌트(52)와 대향하게 위치되고, 측정 방사선이 광학 컴포넌트(52) 및 광섬유(51)를 통해 검출기(53)에 의해 검출될 수 있다. 그러한 종류의 배열로 인해, 밀봉면(48) 또는 밀봉면(48)을 나타내는 구역은 규칙적으로, 예컨대 개방 포지션이 취해질 때마다 분석될 수 있고, 프로세스 신뢰성에 관하여 평가될 수 있다.
예컨대, 프로세스 기간에 걸친 밀봉 재료의 변동(변화)이 센서 유닛(50)을 사용하여 모니터링될 수 있다. 예컨대, 여기에서, 표면 거동, 검출가능한 구역의 컬러, 화학 조성, 형상, 또는 소일링이 확인될 것이다. 이들 인자 중 하나에 관한 변화는 상기 밀봉 재료에 의해 생성될 수 있는 밀봉 효과의 품질을 추론하기 위해 사용될 수 있다. 부가하여, 그에 의해, 가능한 유지보수 또는 잔여 서비스 수명이 예측될 수 있다.
유닛(50)에 의해 생성될 수 있는 데이터의 타입은 검출기(51)의 구현에 의해 결정적으로 결정된다. 예컨대, 검출기는 광학 카메라 또는 분광계로서 형성될 수 있다.
도시된 실시예에서, 검출기(51)는 IR 분광계로서 구현되고, 여기에서, 광학 측정 방사선의 검출 이외에, 밀봉면(48)의 방향으로의 적외선 광의 방출이 또한 제공된다. 이를 위해, 광섬유(51)는 2개의 공간적으로 분리된 광학 경로: 방출 광학 경로 및 검출 광학 경로를 갖는다.
여기에서, 적외선 광이 밀봉 재료 쪽으로 방출될 수 있고, 동시에, 밀봉 재료와 연관된 스펙트럼이 검출될 수 있다. 밀봉 재료의 재료 조성이 스펙트럼(예컨대, 파장을 통한 광 세기)에 기초하여 추론될 수 있고, 예컨대, 재료 조성에 대한 레퍼런스와 비교될 수 있다. 그러한 종류의 비교는 밸브의 동작 동안에 지속적으로 이루어질 수 있고, 그에 따라, 밀봉면(48)의 장기적인 모니터링이 제공될 수 있다. 예컨대, 재료의 노화 및 재료의 결과적인 취성 또는 다공성 증가가 식별될 수 있고, 이에 기초하여, 밸브 디스크(41) 또는 밀봉부의 교체를 위한 매칭되는 시간이 설정될 수 있다.
대안적으로, 검출기(53)가 벽(43)으로부터 분리되어 배열된다는 것이 이해될 것이다. 특히, 검출기(53)는 밸브 유닛으로부터 열적으로 그리고 구조적으로 디커플링될 수 있고, 여기에서, 그에 따라 치수(특히, 섬유의 길이)가 설정된 광섬유(51)에 의해 단독으로, 관련된 측정 신호의 검출이 제공된다.
도 2b는 본 발명에 따른 밸브 시스템의 추가적인 실시예를 도시한다. 도 2a로부터의 센서 유닛(50) 대신에, 다른 설계의 2개의 센서 유닛(60, 70)이 여기에서 제공된다. 밸브(40')의 구조는 도 2a로부터의 밸브(40)의 구조에 실질적으로 대응한다.
센서 유닛(60)의 검출기(61)는 밀봉면(48)의 화학적인 분석을 위한 근-적외선 분광계로서 형성된다. 이러한 목적을 위해, 적외선 범위(예컨대, λ > 800 nm)에서 정의된 스펙트럼을 갖는 측정 방사선이 방출되고, 밀봉면(48) 쪽으로 지향된다.
밸브의 벽(43) 내에 통합된 윈도우(62)가 센서 유닛(60)을 위해 제공된다. 벽(43)과 함께 윈도우(62)는 가스 구역(L 및 R)의 기밀 분리를 형성한다. 개구(42)는 가스 구역(L 및 R)의 폐쇄가능한 연결을 제공한다. 윈도우(62)는 특히, 방출된 측정 방사선, 및 밀봉면과의 상호작용 후에 검출기(61)에 의해 검출될 측정 방사선 둘 모두가 사실상 손실 없이 윈도우(61)를 통해 투과되도록 형성된다.
곡면형 굴절 미러(61)가 밀봉면(48)에 의해 제공된 밀봉 재료 상으로 측정 방사선을 가이딩하고 동시에 포커싱하기 위해 제공된다. 따라서, 획득된 측정 신호의 개선이 달성될 수 있는데, 이는 그에 의해 밀봉 재료의 조명이 증대될 수 있기 때문이다. 굴절 미러(61)는 밀봉면(48)의 방향으로의 포커스를 생성할 뿐만 아니라 검출기(63)에서의 측정 방사선의 대응하는 검출을 제공한다.
밀봉면(48) 또는 (폴리머-계) 밀봉 재료의 조사의 결과로서, 특정한 재료를 형성하는 분자에서 특정 에너지 상태가 여기되어, 방사선 흡수가 결과로 발생된다. 이어서 검출되는 스펙트럼에서 흡수 또는 진동 자극이 식별될 수 있다. 이에 기초하여, 현재의 재료 조성이 추론될 수 있다.
도 2b로부터 볼 수 있는 바와 같이, 센서 유닛(60)에 의한 대응하는 분석은 밸브(40')의 개방 포지션에서 단독으로 수행될 수 있다. 당연히, 그러한 종류의 복수의 센서 배열이 밀봉면(48)으로의 진로에 걸쳐 배열되고, 그에 따라, 밀봉면(48)의 다수의 포인트가 검사될 수 있다는 것이 생각될 수 있다.
부가하여, 도 2b에 따른 진공 밸브 시스템은 추가적인 센서 유닛(70)을 갖는다. 센서 유닛(70)은 통합된 설계로 구현되고, 적어도 하나의 이미지 검출 센서 및 광학 시스템을 갖는다. 센서 유닛(70)은, 그 센서 유닛(70)의 이미지 검출 구역(시야, FoV)이 밀봉면(45)과 정렬되고 밀봉면(45)의 적어도 일부가 센서 유닛(70)에 의해 시각적으로 캡처될 수 있도록 하는 방식으로, 밸브 벽 또는 챔버 벽(43) 상에 배열된다. 센서 유닛(70) 또는 그 센서 유닛(70)의 하우징은 가스 볼륨(L)에 대하여 기밀 밀봉이 존재하도록 설계된다.
예컨대, 그러한 종류의 센서 유닛(70)은 진공 볼륨 내에 배열될 수 있고, 그에 따라, 내측에 배열된 밀봉면의 모니터링을 허용할 수 있다. 그러면, 가스 구역(L)은 진공 프로세스 챔버의 내측 볼륨과 동일시된다.
도 2c는 본 발명에 따른 밸브 시스템의 추가적인 실시예를 도시하고, 여기에서, 게이트 밸브(40'')는 여기서 중간 포지션에 있다. 중간 포지션에서, 밸브 디스크(41)는 밸브 개구(42)와 대향하게 위치되고, 여기에서, 밀봉면(45 및 48)이 서로 접촉하지 않는다.
도 2c의 밸브 시스템은 전환 밸브(40'') 및 센서 유닛(70)을 포함한다. 도 2b에 따르면, 센서 유닛(70)은 벽-측 밀봉면(45)에 대한 상태 정보를 생성하기 위해 제공된다. 중간 포지션에서, 특히, 카메라 유닛(70)을 사용하여, 스캐닝될 밀봉면 구역의 적어도 일부를 스캐닝하는 것이 여전히 가능한데, 이는 밀봉면(45)이 밸브 디스크(41)에 의해 완전히 덮이지 않기 때문이다. 따라서, 그에 의해, 상태 정보가 생성될 수 있다. 센서 유닛(70)은 특히, 적어도 부분적으로 선형으로 연장되는 밀봉부의 매칭된 모니터링을 위해 라인 센서로서 형성될 수 있다.
도 2d에서, 밸브(40'') 및 센서(70)를 포함하는 밸브 시스템이 밸브 디스크(41)의 폐쇄 포지셔닝에 있는 것으로 도시된다. 여기에서, 밸브 디스크(41)의 밀봉면(48)이 밸브 벽(43)의 밀봉면(45)에 대하여 가압된다. 따라서, 밸브 디스크(41)의 밀봉면(48)은 밸브 벽(43)의 밀봉면(45)에 의해 덮이고, 더 이상 유닛(70)에 의한 이미지의 캡처를 위해 접근가능하지 않게 된다.
도 3은 전환 밸브(40''') 및 센서 유닛을 포함하는 본 발명에 따른 밸브 시스템의 추가적인 실시예를 도시한다. 밸브(40''') 그 자체는 도 2a 내지 도 2d 중 하나로부터의 밸브(40, 40', 40'')와 실질적으로 유사하게 구현된다.
이전에 도시된 시스템으로부터의 차이는, 본 실시예에서, 밀봉면(48)의 후방 측의 방향으로부터 검출될 수 있는 측정 데이터에 기초하여 상태 정보가 생성될 수 있다는 것에 있다. 이를 위해, 밸브 디스크(41)는 내측 광학 경로(81)를 갖는다. 예컨대, 광학 경로(81)는 광섬유에 의해 구현된다. 광섬유의 하나의 단부는 밀봉면(48)의 후방 측에 커플링된다. 여기에서, 밀봉면(48)은, 특히 측정 방사선이 광섬유를 통해 기록 또는 방출되기 위한 투과성 방식으로 구현될 수 있고, 예컨대, 투명 윈도우 영역으로서 구현될 수 있다.
광학 경로(81)는 (추가적인) 광섬유(82)에 의해 센서(83)에 연결된다. 센서(83)는 카메라 또는 라인 센서로서 형성되는 것이 바람직하고, 여기에서, 밀봉면(48)의 후방 측으로부터 이미지가 캡처될 수 있다. 예컨대, 광학 경로(81)는 밀봉면(48)을 따라 주위에서 연장되는 방식으로 제공될 수 있거나, 또는 밀봉면 후방 측 상의 적어도 하나의 포인트가 광학 경로(81)를 통해 접근가능하다. 그에 따라, 이미지는 후방 측으로부터 캡처될 수 있다.
이미지 비교(타겟-실제 비교)에 의해, 밀봉면(48), 특히 밀봉면(48)에 적용된 폴리머-계 밀봉 재료의 현재의 상태가 추론될 수 있다. 예컨대, 그에 따라, 밀봉면(48)으로부터의 밀봉 재료의 분리 또는 밀봉 조립체의 임의의 다른 손상이 확인될 수 있다.
대안적으로, 센서(83)가 측정 방사선을 위한 빔 소스를 갖고 밀봉면(48)과의 상호작용 후에 측정 방사선을 검출하기 위한 검출기를 갖는 분광계로서 형성될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 이어서, 2개의 개별적인 광학 경로가 측정 방사선의 방출 및 수용을 위해 바람직하게 제공되고, 특정 광섬유에 의해 제공될 수 있다.
도시된 도면이 단지 가능한 예시적인 실시예를 개략적으로 도시할 뿐이라는 것이 이해될 것이다. 또한, 본 발명에 따라, 다양한 접근법이 서로 그리고 선행 기술의 진공 밸브 및 진공 프로세스와 조합될 수 있다.

Claims (15)

  1. 진공 밸브 시스템으로서,
    볼륨 유동 또는 질량 유동을 제어하거나 프로세스 볼륨을 기밀 밀봉하기 위한 진공 밸브(40, 40', 40'', 40''')를 포함하며,
    상기 진공 밸브(40, 40', 40'', 40''')는,
    ● 개구 축(14)을 정의하는 밸브 개구(12, 42) 주위에서 연장되는 밸브 시트,
    ● 기밀 방식으로 상기 밸브 개구(12, 42)를 폐쇄하기 위한 밸브 폐쇄부(13, 41), 및
    ● 적어도 2개의 밀봉면들(15, 18, 45, 48),
    ○ 상기 적어도 2개의 밀봉면들 중 제1 밀봉면(15, 45)은 상기 밸브 시트에 의해 제공되고, 상기 밸브 개구(12, 42) 주위에서 연장되고,
    ○ 상기 적어도 2개의 밀봉면들 중 제2 밀봉면(18, 48)은 상기 밸브 폐쇄부(13, 41)에 의해 제공되고, 상기 제1 밀봉면(15, 45)에 대응하여 형성되고,
    ● 상기 밸브 폐쇄부(13, 41)에 커플링된 구동 유닛(16)을 갖고,
    상기 구동 유닛(16)은, 상기 밸브 폐쇄부(13, 41)가,
    ○ 각각의 밸브 개구 상태들을 제공하기 위해, 정의된 방식으로 변화 및 조정될 수 있고,
    ○ 상기 밸브 폐쇄부(13, 41)가 상기 밸브 개구(12, 42)를 적어도 부분적으로 개방하는 개방 포지션(O)으로부터, 상기 제2 밀봉면(18, 48)이 상기 제1 밀봉면(15, 45)의 방향으로 가압되고 상기 밸브 개구(12, 42)가 기밀 방식으로 폐쇄되는 폐쇄 포지션으로, 그리고 그 역으로 이동가능하게 하는
    방식으로 설계되고,
    상기 진공 밸브 시스템은 광학 센서 유닛(20, 30, 50, 60, 70, 80)을 갖고,
    상기 광학 센서 유닛(20, 30, 50, 60, 70, 80)은,
    ● 광학 측정 신호를 검출하도록 설계되고,
    ● 상기 밀봉면들(15, 18, 45, 48) 중 하나의 적어도 일부에 대한 측정 신호가 검출될 수 있는 방식으로 배열되고, 상기 광학 센서 유닛(20, 30, 50, 60, 70, 80)의 광학 검출 축은 상기 밀봉면들(15, 18, 45, 48) 중 하나의 적어도 일부에 대한 측정 신호가 검출될 수 있는 방식으로 배향되고,
    상기 측정 신호는 상기 밸브 폐쇄부(13, 41)의 테스트 포지션에서 생성될 수 있는 것을 특징으로 하는 진공 밸브 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 밀봉면들(15, 18, 45, 48) 중 하나의 적어도 일부에 대한 측정 신호는 상기 밸브 폐쇄부(13, 41)의 특정 테스트 포지션에서만 생성될 수 있는 것을 특징으로 하는 진공 밸브 시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 진공 밸브(40, 40', 40'', 40''')는 외측 환경으로부터 분리된 진공 구역을 정의하는 진공 밸브 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    ● 상기 광학 센서 유닛(20, 30, 50, 60, 70, 80)은 상기 진공 구역 내에 적어도 부분적으로 배열되고,
    ● 상기 검출 축은 상기 제2 밀봉면(18, 48)에 대한 광학 측정 신호의 검출을 위해 상기 밸브 시트의 방향으로 배향되는 것을 특징으로 하는 진공 밸브 시스템.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 진공 밸브(40, 40', 40'', 40''')는 적어도 상기 광학 측정 신호에 대해 투과성의 투과 윈도우(22, 62, transmission window)를 갖는 것을 특징으로 하는 진공 밸브 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 광학 센서 유닛(20, 30, 50, 60, 70, 80)은, 상기 광학 측정 신호가 상기 투과 윈도우(22, 62)를 통해 상기 광학 센서 유닛(20, 30, 50, 60, 70, 80)에 의해 검출될 수 있도록 하는 방식으로, 외측 환경에 배열되고,
    상기 검출 축은 상기 투과 윈도우(22, 62) 내에 놓여 있는 것을 특징으로 하는 진공 밸브 시스템.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 투과 윈도우(22, 62)는 상기 적어도 2개의 밀봉면들(15, 18, 45, 48) 중 하나의 적어도 일부를 형성하는 것을 특징으로 하는 진공 밸브 시스템.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 광학 센서 유닛(20, 30, 50, 60, 70, 80)은 상기 광학 측정 신호를 검출 및 가이딩하기 위한 광섬유(31, 51, 81, 82)를 포함하고, 상기 광섬유(31, 51, 81, 82)의 적어도 일부가 상기 진공 구역에 있고, 상기 적어도 2개의 밀봉면들(15, 18, 45, 48) 중 적어도 하나에 대한 광학 측정 신호를 검출하도록 배열 및 배향되는 것을 특징으로 하는 진공 밸브 시스템.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 광학 센서 유닛(20, 30, 50, 60, 70, 80)은 상기 밸브 폐쇄부(13, 41)에 연결되거나 상기 밸브 폐쇄부(13, 41)에 적어도 부분적으로 통합되는 것을 특징으로 하는 진공 밸브 시스템.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 광학 센서 유닛(20, 30, 50, 60, 70, 80)은 빔 검출 모듈(23, 53, 63, 83)을 포함하며,
    상기 빔 검출 모듈(23, 53, 63, 83)은,
    ● 카메라,
    ● 적외선 검출기,
    ● 산란 광 센서, 또는
    ● 라만 검출기
    를 갖는 것을 특징으로 하는 진공 밸브 시스템.
  11. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 진공 밸브 시스템은 프로세싱 유닛을 포함하며,
    상기 프로세싱 유닛은,
    검출된 측정 신호가 상기 프로세싱 유닛에 의해 프로세싱될 수 있고, 상기 검출된 측정 신호에 기초하여, 상태 정보가 생성될 수 있는 방식으로 형성되는 것을 특징으로 하는 진공 밸브 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    ● 상기 상태 정보는 상기 제1 또는 제2 밀봉면(15, 18, 45, 48)의 화학적, 기계적 또는 구조적 무결성에 관한 정보를 제공하거나, 또는
    ● 상기 상태 정보는 이미지 프로세싱에 의해, 또는 상기 검출된 측정 신호에 대한 실제-타겟 비교에 의해 생성되는 것을 특징으로 하는 진공 밸브 시스템.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 상태 정보에 기초하여, 재료 조성 또는 상기 재료 조성에 대한 변화가 상기 적어도 2개의 밀봉면들(15, 18, 45, 48) 중 하나의 적어도 검출가능한 부분에 대해 추론될 수 있는 것을 특징으로 하는 진공 밸브 시스템.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 상태 정보는,
    ● 상기 적어도 2개의 밀봉면들(15, 18, 45, 48) 중 하나의 적어도 검출가능한 부분의 시각 표현, 또는
    ● 분광기 측정 신호들을 구현하는 그래프, 또는
    ● 특정 허용오차 값에 대한 상기 검출된 측정 신호의 관계를 특정하는 출력 신호
    로서 생성되는 것을 특징으로 하는 진공 밸브 시스템.
  15. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 밸브 시트는,
    ● 상기 진공 밸브에 구조적으로 연결된 진공 밸브의 부분에 의해 형성되고, 상기 밸브 시트는 상기 진공 밸브의 하우징 상에 형성되거나, 또는
    ● 프로세스 챔버에 의해 제공되는 것을 특징으로 하는 진공 밸브 시스템.
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