KR102605998B1 - 진공챔버 내압 제어용 밸브장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 진공챔버 내압 제어용 밸브장치에 관한 것이다. 이는, 공기 통로를 제공하는 밸브하우징과; 유입구 또는 유출구에 대응 배치되는 개폐디스크, 개폐디스크에 고정되고 밸브하우징 외부로 연장된 샤프트를 갖는 개폐부와; 샤프트를 지지함과 아울러 개폐디스크를 유입구 또는 유출구측으로 탄성 지지하는 것으로서, 바디, 상부하우징, 하부하우징, 상부하우징과 하부하우징의 사이에 설치되는 실린더컵, 상부하우징과 실린더컵의 사이에 위치하며 실린더컵을 하부하우징 측으로 탄성 지지하는 스프링을 구비하고, 상부하우징과 실린더컵에는, 스프링의 측방향 움직임을 억제하는 스프링밸런서를 갖는다.
상기와 같이 이루어지는 본 발명의 진공챔버 내압 제어용 밸브장치는, 내장되는 스프링의 중심축선이, 샤프트의 중심축선과 항상 일치하므로, 작동이 오래되더라도 스프링의 편심이 발생하지 않아 그만큼 동작 정밀성이 뛰어나다. 또한, 스프링 압축과 팽창 시 뒤틀림이나 주변 요소와의 부딪힘이나 마찰이 없어 마모나 소음을 발생하지 않는다.

Description

진공챔버 내압 제어용 밸브장치{Valve device for control of inner pressure of vacuumed chamber}
본 발명은, 진공챔버와 진공챔버의 진공을 유지시키는 진공펌프의 사이에 장착된 상태로, 진공챔버의 진공압력을 정밀하게 제어하는 진공챔버 내압 제어용 밸브장치에 관한 것이다.
반도체 제조장비에 포함되는 여러 가지 장치 중, 진공챔버는, 증착이나 식각 또는 도금 등의 제조 공정을 수행하기 위한 밀폐 공간을 제공한다. 진공챔버에는 작업 대상인 기판이 출입하는 게이트가 설치되어 있고, 내부에는, 증발원, 마스크홀더, 기판홀더, 터치플레이트, 마그네트 플레이트 등을 구비한다.
이러한 진공챔버는, 작업의 종류나 기판의 조건 및 형상에 따라, 하나의 챔버를 독립적으로 사용하거나 다수 개를 연결하여 사용하기도 한다. 진공챔버를 다수 개 연결할 경우에는 진공챔버 사이에 게이트밸브를 설치한다.
또한, 진공챔버의 내부를 진공상태로 만들기 위하여, 진공챔버에는 밸브장치와 진공펌프가 연결된다.
즉, 도 1에 도시한 바와 같이, 진공챔버(11)가, 연결라인(15)을 통해 밸브장치(17) 및 진공펌프(13)와 접속되는 것이다. 연결라인(15)을 공기가 통과하는 호스이다. 진공펌프의 동작 시, 진공챔버 내부의 공기는 연결라인(15)을 통해 진공펌프 측으로 배출된다.
밸브장치(17)는 연결라인(15)을 통한 공기의 통과 유량을 조절하는 역할을 한다. 작업 공정에 따라 진공챔버(11) 내부의 요구 진공도가 달라지는데, 이 때, 밸브장치(17)를 이용해, 진공챔버로부터 배출되는 공기의 유량을 조절하는 것이다.
이와 관련된 발명의 배경이 되는 기술로서, 국내 공개특허공보 제10-2018-0012505호 (유체밸브 및 이를 구비하는 진공챔버)가 개시된 바 있다.
개시된 유체밸브는, 내부에 제1공간이 구비되며 유체가 유입되는 유입구와 유체가 유출되는 유출구가 형성되는 제1바디와, 제1바디에 결합되며 내부에 제2공간이 구비되며 기체가 유출입 되는 제1기체주입구 및 제2기체주입구가 형성되는 제2바디를 포함하는 하우징과; 제1공간에 배치되며 승강에 따라 유입구의 개구율을 조절하는 플레이트와; 일단이 제1공간에 위치하여 플레이트에 결합되며 타단이 제2공간에 위치하도록 제1바디와 제2바디를 가로질러 배치되는 샤프트와; 샤프트의 타단부가 슬라이딩 가능하게 관통되며 제1기체주입구 및 제2기체주입구 사이를 이동하며 샤프트를 승강시키는 제1피스톤과; 제2기체주입구 상부에 위치하도록 제1피스톤 상부에 위치하여 샤프트의 타단부에 결합되는 제2피스톤을 구비한다.
국내 공개특허공보 제10-2018-0012505호 (유체밸브 및 이를 구비하는 진공챔버)
본 발명은, 작동이 오래되더라도 스프링의 편심이 발생하지 않아 그만큼 동작 정밀성이 뛰어난, 진공챔버 내압 제어용 밸브장치를 제공함에 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 과제의 해결수단으로서의 본 발명의 진공챔버 내압 제어용 밸브장치는, 유입구와 유출구를 가지며 공기 통로를 제공하는 밸브하우징과; 밸브하우징 내에 수용되며 유입구 또는 유출구에 대응 배치되는 개폐디스크, 개폐디스크에 고정되고 밸브하우징 외부로 직선 연장된 샤프트를 갖는 개폐부와; 상기 밸브하우징의 외측에 고정되고 샤프트를 직선운동 가능하도록 지지함과 아울러 개폐디스크를 유입구 또는 유출구측으로 탄성 지지하는 것으로서, 샤프트를 수용하는 바디, 바디의 상단부에 고정되는 상부하우징, 바디의 하단부에 고정되고 샤프트의 직선운동을 가이드 하는 하부하우징, 상부하우징과 하부하우징의 사이에 설치되며 샤프트와 결합하고 외부로부터 전달된 힘에 의해 샤프트와 함께 직선 운동하는 실린더컵, 상부하우징과 실린더컵의 사이에 위치하며 실린더컵을 하부하우징 측으로 탄성 지지하는 스프링을 구비하고, 상기 상부하우징과 실린더컵에는, 스프링의 측방향 움직임을 억제하는 스프링밸런서가 구비된다.
또한, 상기 스프링은 코일형 스프링으로서 샤프트를 감싸도록 설치되며, 스프링밸런서는, 스프링의 중심축선을 샤프트의 중심축선에 일치시켜 스프링의 편심을 방지한다.
그리고, 상기 상부하우징과 실린더컵에는, 스프링 단부를 수용하는 스프링홈이 각각 설치되고, 스프링밸런서는, 각 스프링홈의 내부에 위치하며 스프링의 단부를 지지한다.
아울러, 상기 스프링밸런서는, 스프링홈의 내부에 일체를 이루며 스프링측으로 돌출된 돌출부이다.
또한, 상기 돌출부는, 스프링홈의 원주방향을 따라 다수 개가 일정 간격으로 형성된다.
또한, 상기 상부하우징과 실린더컵의 스프링홈 내측에는, 스프링홈의 원주방향으로 연장된 설치홈이 각각 형성되어 있고, 스프링밸런서는, 링의 형상을 취하며, 상기 설치홈에 착탈 가능하도록 끼워진 상태로 스프링측으로 돌출된 링형 부재이다.
그리고, 상기 스프링밸런서에는, 스프링밸런서의 원주방향에 대해 경사진 형상을 취하며, 스프링밸런서를 오므릴 때 어긋남으로써 스프링밸런서의 직경이 축소되게 하는 단절슬릿이 형성된다.
상기와 같이 이루어지는 본 발명의 진공챔버 내압 제어용 밸브장치는, 내장되는 스프링의 중심축선이, 샤프트의 중심축선과 항상 일치하므로, 작동이 오래되더라도 스프링의 편심이 발생하지 않아 그만큼 동작 정밀성이 뛰어나다.
또한, 스프링 압축과 팽창 시 뒤틀림이나 주변 요소와의 부딪힘이나 마찰이 없어 마모나 소음을 발생하지 않는다.
도 1은 진공챔버 내압 제어용 밸브장치의 컨셉을 설명하기 위해 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 진공챔버 내압 제어용 밸브장치의 내부 구성을 나타내 보인 단면도이다.
도 3은 도 2에 도시한 상부하우징을 별도로 도시한 저면 사시도이다.
도 4는 도 2에 도시한 실린더컵을 별도로 도시한 사시도이다.
도 5는 도 3의 상부하우징의 변형 예를 도시한 저면도이다.
도 6은 도 4에 도시한 실린더컵의 변형 예를 나타내 보인 평면도이다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 진공챔버 내압 제어용 밸브장치에 분리형 스프링밸런서가 장착된 모습을 도시한 부분 단면도이다.
도 9는 분리형 스프링밸런서의 사시도이다.
도 10은 도 9에 도시한 스프링밸런서를 장착할 때의 모습을 도시한 도면이다.
이하, 본 발명에 따른 하나의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 진공챔버 내압 제어용 밸브장치(20)의 내부 구성을 나타내 보인 단면도이고, 도 3은 도 2에 도시한 상부하우징을 별도로 도시한 저면 사시도이다. 또한, 도 4는 도 2에 도시한 실린더컵을 별도로 도시한 사시도이다.
도시한 바와 같이, 본 실시예에 따른 밸브장치(20)는, 밸브하우징(55), 개폐부, 케이스(40), 실린더컵(43), 스프링, 스프링밸런서(41c), 밸브유니트(30)를 갖는다.
밸브장치(20)는, 도 1을 통해 설명한 바와 같이, 진공챔버와 진공펌프를 연결하는 연결라인에 설치되며, 연결라인을 통과하는 공기의 유량을 제어하여 진공챔버의 내압을 조절하는 것이다.
밸브하우징(55)은, 제1개구부(55a)와 제2개구부(55c)를 갖는다. 제1,2개구부(55c)는 공기가 통과하는 연결라인(미도시)에 접속되는 구멍으로서, 본 실시예에서, 제1개구부(55a)는 흡기구멍, 제2개구부(55b)는 배기구멍이다. 제1개구부(55a)를 통해 유입한 공기는, 밸브하우징(55)을 통과한 후 제2개구부(55c)를 통해 배출된다. 제1개구부(55a)와 제2개구부(55b)의 역할을 바뀔 수 있다. 즉, 제1개구부(55a)가 배기구멍, 제2개구부(55b)가 흡기구멍이 될 수 있는 것이다.
또한 제2개구부(55b)에는 돌출링(55d)이 일체로 형성되어 있다. 돌출링(55d)은 일정직경을 갖는 링형 부재로서, 밸브하우징(55)의 내부공간으로 돌출되며 개폐디스크(49)에 의해 개폐된다. 개폐디스크(49)가 돌출링(55d)에 밀착하면 제2개구부(55c)가 차단되고, 돌출링으로부터 벌어지면 제2개구부가 개방됨은 물론이다.
개폐부는, 개폐디스크(49)와 샤프트(48)를 갖는다. 개폐디스크(49)는 제2개구부(55c)를 커버할 수 있는 사이즈의 원판형 부재이다. 또한 샤프트(48)는 개폐디스크(49)의 중심부에 고정되며, 밸브하우징(55)의 외부로 직선 연장된 직선 부재이다.
샤프트(48)는 후술할 실린더컵(43)에 고정되며 실린더컵(43)과 함께 승강운동 한다. 즉, 실린더컵이 외력에 의해 화살표 a방향으로 상승할 때 같이 상승하고, 하강할 때 같이 하강하는 것이다. 샤프트(48)가 상승할 때 제2개구부(55c)가 개방되고, 하강한 상태에서 제2개구부(55c)가 차단됨은 물론이다.
실린더컵(43)의 상승력은 밸브유니트(30)로부터 전달되고, 하강은 내측스프링(46) 및 외측스프링(47)의 탄성력에 따른 것이다. 내외측스프링(46,47)은, 실린더컵(43)이 밸브유니트(30)로부터 힘을 전달받아 화살표 a방향으로 상승할 때 압축된다. 실린더컵(43)은 내외측스프링의 탄성력에 의해 하향 탄성 지지된다.
케이스(40)는, 상부하우징(41), 바디(42), 하부하우징(44)으로 구성된 조립체로서, 밸브하우징(55)의 상부에 위치하고 샤프트를 직선운동 가능하며, 실린더컵(43), 내측스프링(46), 외측스프링(47)을 수용한다.
실린더컵(43)은 상부하우징(41)과 하부하우징(44) 사이에 설치되며 샤프트와 결합한다. 샤프트는 실린더컵(43)의 중심축부를 통과한 상태로 실린더컵(43)에 결합한다. 실린더컵(43)은 밸브유니트(30)로부터 전달된 힘에 의해 승강 가능하다. 밸브유니트(30)에 의한 실린더컵(43)의 승강 방식 자체는 일반적인 방식을 따른다.
내측스프링(46)은, 상단부가 상부하우징(41)에, 하단부가 하부하우징(44)에 지지되는 코일형 스프링으로서 중심부에 샤프트(48)를 갖는다. 내측스프링(46)은 실린더컵(43)을 하부하우징(44) 측으로 탄력 가압한다. 또한, 외측스프링(47)은 내측스프링(46)을 감싸는 코일형 스프링이다. 외측스프링(47)의 상단부는 상부하우징(41)에 접하고 하단부는 실린더컵(43)에 접한다.
이러한 내측스프링(46)과 외측스프링(47)은, 상부하우징(41)과 실린더컵(43)의 사이에 설치된 상태로, 실린더컵(43)을 하부하우징(44) 측으로 탄성 지지한다. 실린더컵(43)이 샤프트(48)와 결합하고 있으므로, 결국, 개폐디스크(49)는 내외측스프링(46,47)의 탄성력에 의해 돌출링(55d) 측으로 가압된다.
한편, 상부하우징(41)과 실린더컵(43)에는, 외측스프링(47)의 상단부 및 하단부를 각기 수용하는 스프링홈이 형성된다. 상부하우징(41)의 저면에는 외측스프링(47)의 상단부를 수용하는 스프링홈(41a)이, 실린더컵(43)의 내측 상면에는 외부스프링의 하단부를 수용하는 스프링홈(43a)이 마련되어 있는 것이다.
특히, 각 스프링홈(41a,43a)의 내부에는 스프링밸런서(41c,43c)가 구비된다. 스프링밸런서(41c,43c)는 외측스프링(47)의 상하단부를 지지하여, 외측스프링(47)의 중심축선을 샤프트(48)의 중심축선에 일치시켜 스프링의 편심을 방지하는 역할을 한다. 즉 외측스프링(47)이 측방향으로 치우치는 것을 억제하는 것이다. 스프링의 중심축선은, 말하자면, 스프링을 위에서 보았을 때 보이는 원의 중심을 의미한다.
외측스프링(47)의 측방향 움직임을 억제한다는 것은, 외측스프링(47)을 케이스(40) 내부의 정중앙에 유지시킨다는 의미이다. 이와 같이, 스프링을 정중앙에 위치시킴으로서, 외측스프링(47)을 압축할 때, 외측스프링이 주변의 모서리부(41e,43e)와 부딪힌다거나 뒤틀릴 염려가 없다.
또한, 샤프트(48)을 중심으로 하는 탄성력의 밸런스가 균일하여, 실린더컵(43)의 틸팅 현상이 없다. 즉, 샤프트(48)에 굽힙력이 가해지지 않는 것이다. 스프링의 탄성력은 오로지 샤프트(48)의 길이방향으로만 전달되어 개폐디스크(49)의 정밀 제어가 가능하다.
이러한 기능을 할 수 있는 한 스프링밸런서(41c,43c)의 구성은 얼마든지 달라질 수 있다.
도 2의 경우에는, 스프링밸런서(41c,43c)가, 스프링홈(41a,43a)의 내벽면 양측에 일체를 이루며, 내벽면으로부터 스프링을 향해 돌출된 돌출부의 형태를 갖는다. 도 2에 예를 든 스프링밸런서(41c,43c)는 스프링홈(41a,43a)의 원주방향을 따라 일정 단면 현상을 갖는다.
본 실시예에서, 스프링밸런서(41c,43c)가 외측스프링(47)의 내측면과 외측면에 모두 적용되어 있는 것으로 설명되었지만, 스프링밸런서(41c,43c)는, 외측스프링(47)의 내측이나 외측에 선택적으로 적용할 수 있다.
도 5는 도 3의 상부하우징(41)의 변형 예를 도시한 저면도이다.
도시한 바와 같이, 네 개의 스프링밸런서(41c)가 스프링홈(41a)의 내부에서 원주방향을 따라 일정 간격으로 형성되어 있다. 스프링밸런서(41c) 자체의 역할은 위에 설명한 바와 같다. 아울러, 스프링밸런서(41c)의 개수나 간격은 얼마든지 달라질 수 있다.
도 6은 도 4에 도시한 실린더컵(43)의 변형 예를 나타내 보인 평면도이다.
위에 설명한, 상부하우징(41)과 마찬가지로, 실린더컵(43)의 내측에도 네 개의 스프링밸런서(43c)가 일체로 형성되어 있다. 각 스프링밸런서(43c)는 원주방향을 따라 일정간격으로 이격되어 있다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 진공챔버 내압 제어용 밸브장치에 분리형 스프링밸런서(57)가 장착된 모습을 도시한 부분 단면도이고, 도 9는 분리형 스프링밸런서의 사시도이다. 또한, 도 10은 도 9에 도시한 스프링밸런서를 장착할 때의 모습을 도시한 도면이다.
도 7 및 도 8에 도시한 스프링밸런서(57)는 도 9의 구조를 갖는다.
도 9에 도시한 바와 같이, 분리형 스프링밸런서(57)는 링의 형상을 취하며 일측에 단절슬릿(57a)을 갖는다. 스프링밸런서(57)는 원주방향을 따라 일정한 단면 형상을 가진다. 또한, 외력에 의해 탄성 변형 가능하며, 외력이 가해지지 않은 상태에서는, 도 9에 도시한 바와 같이, 일정한 직경을 갖는다.
단절슬릿(57a)은, 스프링밸런서(57)의 접선방향에 대해 소정의 사이각(θ)을 갖는 절개부로서, 스프링밸런서(57)를 도 10의 화살표 F방향으로 가압할 때 어긋나는 부분이다. 사이각(θ)은 45도 이하 이다.
단절슬릿(57a)을 사이에 두고 대응하는 부분이 화살표 g방향으로 어긋남에 따라, 스프링밸런서(57)의 직경이 축소진다. 화살표 F방향의 힘을 제거하면, 스프링밸런서(57)는 자체의 탄성 복원력에 의해 도 9의 상태가 된다.
이와 같이 단절슬릿(57a)을 적용하여 스프링밸런서(57)의 직경을 축소시킬 수 있도록 제작한 이유는, 스프링밸런서(57)를 오므려 설치홈(41f,43f)에 끼우기 위해서이다.
설치홈(41f,43f)은 스프링홈(41a,43a)의 내벽면에 형성한 홈으로서 스프링밸런서(57)를 수용한다. 스프링밸런서(57)를 화살표 F방향으로 눌러 오므린 상태에서 스프링홈(41a,43a)에 도달시킨 후 손을 놓으면, 스프링밸런서(57)는 탄성 복원되며 설치홈(41f,43f)에 끼워져 고정된다. 설치홈에 끼워진 스프링밸런서(57)는, 위에 설명한 바와 같이, 외측스프링(47)의 측방향 움직임을 억제하여 편심을 방지한다.
이상, 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정하지 않고, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.
11:진공챔버 13:진공펌프 15:연결라인
17:밸브장치 20:밸브장치 30:밸브유니트
40:케이스 41:상부하우징 41a:스프링홈
41c:스프링밸런서 41e:모서리부 41f:설치홈
42:바디 43:실린더컵 43a:스프링홈
43c:스프링밸런서 43e:모서리부 43f:설치홈
44:하부하우징 46:내측스프링 47:외측스프링
48:샤프트 49:개폐디스크 55:밸브하우징
55a:제1개구부 55c:제2개구부 55d:돌출링
57:스프링밸런서 57a:단절슬릿

Claims (7)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 유입구와 유출구를 가지며 공기 통로를 제공하는 밸브하우징과;
    밸브하우징 내에 수용되며 유입구 또는 유출구에 대응 배치되는 개폐디스크, 개폐디스크에 고정되고 밸브하우징 외부로 직선 연장된 샤프트를 갖는 개폐부와;
    상기 밸브하우징의 외측에 고정되고 샤프트를 직선운동 가능하도록 지지함과 아울러 개폐디스크를 유입구 또는 유출구측으로 탄성 지지하는 것으로서, 샤프트를 수용하는 바디, 바디의 상단부에 고정되는 상부하우징, 바디의 하단부에 고정되고 샤프트의 직선운동을 가이드 하는 하부하우징, 상부하우징과 하부하우징의 사이에 설치되며 샤프트와 결합하고 외부로부터 전달된 힘에 의해 샤프트와 함께 직선 운동하는 실린더컵, 상부하우징과 실린더컵의 사이에서 샤프트를 감싸도록 위치하며 실린더컵을 하부하우징 측으로 탄성 지지하는 코일형 스프링을 구비하고,
    상기 상부하우징과 실린더컵에는, 스프링의 중심축선을 샤프트의 중심축선에 일치시켜 스프링의 편심을 방지하여, 스프링의 측방향 움직임을 억제하는 스프링밸런서가 구비되고,
    상기 상부하우징과 실린더컵에는, 스프링 단부를 수용하는 스프링홈이 각각 설치되고,
    상기 상부하우징과 실린더컵의 스프링홈 내측에는, 스프링홈의 원주방향으로 연장된 설치홈이 각각 형성되어 있고,
    상기 스프링밸런서는, 각 스프링홈의 내부에 위치하며 스프링의 단부를 지지하고, 링의 형상을 취하며, 상기 설치홈에 착탈 가능하도록 끼워진 상태로 스프링측으로 돌출된 링형 부재인,
    진공챔버 내압 제어용 밸브장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 스프링밸런서는,
    스프링홈의 내부에 일체를 이루며 스프링측으로 돌출된 돌출부인,
    진공챔버 내압 제어용 밸브장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 돌출부는,
    스프링홈의 원주방향을 따라 다수 개가 일정 간격으로 형성된,
    진공챔버 내압 제어용 밸브장치.
  6. 삭제
  7. 제3항에 있어서,
    상기 스프링밸런서에는,
    스프링밸런서의 원주방향에 대해 경사진 형상을 취하며, 스프링밸런서를 오므릴 때 어긋남으로써 스프링밸런서의 직경이 축소되게 하는 단절슬릿이 형성된,
    진공챔버 내압 제어용 밸브장치.
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