KR19980024486A - 반응 매체를 격리 및 수용하기 위한 장치 - Google Patents

Abstract

가스 반응 재료를 격리 및 수용하는 장치는 예하중이 걸린 금속 격판의 운동과 관련해서 작동 가능한 신규한 밸브 배열체를 포함한다. 예하중이 걸린 격판의 힘은 장치가 가스 공급선과 연결되지 않을 때에 유체 기밀 밀봉을 형성하기에 충분함으로써 주위 환경으로부터 장치의 내부를 밀봉한다.

Description

반응 매체를 격리 및 수용하기 위한 장치

본 발명은 일반적으로 가스 반응 재료를 격리 및 수용하기 위한 장치에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 미소전자 제조 산업에 유용한 가스 정화기, 필터 및 모니터에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 주위 환경으로부터 정화될 가스를 격리 및 수용하기 위한 인-글랜드(in-gland) 격판 밸브 조립체를 구비한 가스 정화기에 관한 것이다.

가스의 정화, 여과 또는 탐지를 위한 다양한 유형의 장치들이 산업에서 널리 사용되고 있다. 예를 들어, 반도체의 제조에 사용되는 가스들은 반도체 칩의 기하학적 형상이 더욱 작아짐에 따라 초고순도이어야 한다. 가스 정화기들은 이러한 가스들에서 분자 및 미립자 불순물을 제거하기 위해 다년간 미소전자 산업 분야에서 이용되어 왔다.

반도체 제조에 이용되는 다수의 가스들이 유독성 또는 부식성이 있으므로, 이러한 가스들이 주위 환경에 노출된다면 환경 및 건강 문제를 유발하게 된다. 가스 정화기들은 정화기 요소로 이용되는 반응 재료가 사용시에 소모되므로 전형적인 일회용(disposable) 장치이다. 또한, 설치시에 주위 공기가 정화기로 들어갈 수 있으므로 유효 수명의 일부를 소모하게 된다. 이러한 주위 환경에의 노출은 또한 습기 및 다른 불순물이 사용전에 시스템에서 정화되어야 하므로 가스선의 준비 시간을 연장시킨다. 결과적으로, 정화기의 설치 및 제거 중에 가스 공급선으로부터 정화기를 격리하고 정화기 내의 모든 가스를 수용할 필요가 있다. 가장 흔하기로는 정화기의 교체 중에, 정화기를 가스 공급선에 부착하는 입구 및 출구 끼워맞춤부에 인접한 정화기 요소의 외측에 위치된 한 쌍의 격리 밸브를 사용함으로써 이러한 격리 및 수용이 달성된다. 격리 밸브의 주 기능은 보수 유지(maintenance) 중에 가스선으로부터 일회용 정화기를 제거할 때 안정성을 향상시키고, 반응 정화기 재료를 주위 환경에의 노출로부터 보호하는 것이다. 그러나, 외부 격리 밸브 사용의 단점은 값비싸고 시스템의 내부 용적을 증가시키며 정화기의 전체 크기를 증가시킨다는 것이다. 그러한 크기는 특히 반도체가 청정실 환경에서 제조되므로 상당한 추가 비용을 초래한다.

가스 정화기들에서 외부 밸브들의 필요성을 제거하기 위한 시도들이 이루어졌다. 그러한 설계의 한 예는 미국 특허 제5,139,747호에 개시되어 있는 데, 상기 특허에서는 정화기 요소 내에 일체로 위치되어 외부 밸브의 필요성을 제거한 포핏 밸브를 갖는 가스 정화기를 개시하고 있다. 특별히 설계된 가스킷이 사용되므로, 포핏 밸브를 작동하기 위해 큰 힘이 요구된다. 따라서, 상기 특허는 포핏 밸브 상에 신뢰성 있는 밀봉을 이루는 데 필요한 충분한 힘을 가하기 위해 입구에 하나 그리고 출구에 다른 하나로 구성된 한 쌍의 스프링 스택의 사용을 개시하고 있다. 도1은 미국 특허 제5,139,747호에 이용되는 대표적인 유형의 포핏 밸브 배열체의 단면도이다. 스프링의 사용은 증가된 표면 영역으로 인해 스프링이 잠재적인 오염원이 되므로, 즉 그 표면 영역의 대부분이 유체에 의해 청소되지 않아서 상당한 무효(dead) 용적을 양산하므로 바람직하지 못하다. 또한, 스프링은 스프링 재료의 표면이 크랙 응력을 받아서 불순물을 생성하기가 쉽다. 게다가, 상기 특허의 밸브는 억지 끼워맞춤 기계 부품들을 사용하여 조립되는데, 이 기술은 유니트 내측에 트랩 영역 또는 무효 용적을 생성해 준다. 무효 용적 영역은 공급 가스의 순도를 궁극적으로 달성할 수 있는 부식을 유발하는 유체를 포획할 수 있다. 또한, 미소전자 산업에서 통상적으로 부딪히게 되는 것과 같은 초순도 응용들에 있어서, 공급 가스와 접촉하게 되는 그러한 표면들의 마무리를 전기 연마하는 것이 매우 바람직하다. 스프링들은 전기 연마하기가 매우 어려워서 부식에 보다 민감하다는 것이 공지되어 있다.

따라서, 정화 및 탐지된 가스 유동에 불순물이 들어가는 것을 방지하도록 개선된 표면 다듬질 및 감소된 무효 용적을 갖고 더 간단한 설계로 된 개선된 가스 격리 및 수용 장치를 제공할 필요가 있게 된다.

본 발명은 예하중이 걸린 금속 격판의 운동과 관련해서 작동 가능한 신규한 밸브를 갖고 가스 반응 재료를 격리 및 수용하기 위한 장치를 제공함으로써 종래 기술의 단점 및 결점을 극복한다. 본 장치를 정화 또는 탐지될 가스선에 연결하는 각각의 끼워맞춤부는 분리 장치의 하우징 내에 모두 수용된 밸브 조립체 및 격판에 연결된 작동기와 상호 작용한다.

본 발명의 양호한 실시예에 의하면, 가스 정화기는 격리 및 수용을 위해 그 하나는 입구측에 위치하고 다른 하나는 출구측에 위치하는 한 쌍의 인-글랜드 밸브를 포함한다. 가스 정화기는 금속 격판 및 대응 금속 시트를 포함하며, 그 금속 시트는 가스 정화기가 예를 들어 반도체 제조 작업에서 이용되는 가스선과 같은 가스 공급선에 연결되지 않을 때 신뢰성 있는 유체 기밀 밀봉부를 형성한다. 이러한 밀봉은 격판의 예하중이 걸린 편의력에 의해 수행되는 데, 이러한 편의력은 격판을 금속 시트와 맞물리게 하여 정화기의 내부 및 주위 환경으로부터 정화된 임의의 포획 가스를 밀봉해 준다. 격판에는 정화기의 입구 및 출구 끼워맞춤부를 지나 종방향으로 연장된 작동기가 부착되며, 따라서 끼워맞춤부가 가스 공급선에 결합될 때에 금속 격판의 예하중이 걸린 편의력을 극복하기에 충분한 힘이 작동기 상에 발생하여 가스 공급선의 입구 및 출구 양자를 가스 정화기에 노출시켜 준다.

본 발명의 상기 및 기타 잇점과 특징들은 첨부된 도면을 참조하여 다음의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.

도1은 일체형 스프링 조작식 포핏 밸브를 갖는 종래 기술의 가스 정화기의 밸브 조립체의 단면도.

도2는 본 발명의 가스 정화기의 양호한 실시예의 분해도.

도3은 금속 밸브 및 그 시트의 상세도를 도시하는 도2의 실시예의 밸브 조립체의 단면도.

도4는 본 발명의 대안 실시예의 밸브 조립체의 단면도.

도5는 본 발명의 대안 실시예의 밸브 조립체의 단면도.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

4 : 금속 격판

10 : 정화기

11 : 정화기 본체

12 : 밸브 조립체

13 : 작동기 로드

14 : 중심 보어

16 : 밸브 본체

17 : 밸브 다기관

30 : 가스킷

본 발명의 양호한 실시예는 도2 및 도3에 도시되어 있다. 도2는 정화기 본체(11)로 조립된 각각의 구성 부품들을 도시하는 가스 정화기(10)의 분해도이다. 정화기 본체의 각각의 단부는 밸브 조립체(12)를 수용하고, 그 밸브 조립체(12)는 밸브 본체(16)의 중심 보어(14)로 삽입되도록 구성된 중공형 내부 보어(13A)를 갖는 관형 작동기 로드(13)를 포함한다. 밸브 다기관(17)은 본체(16)의 반대 단부 상에 위치한다.

밸브 조립체(12)는 다기관(17)을 밸브 본체(16)에 용접하고, 그 다음에 금속 격판(4)과 격판 리테이너(15)를 밸브 다기관에 용접하여 조립된다. 각각의 밸브 조립체는 동일한 구성이고, 따라서 상호 교환될 수 있다. 가스 공급선 내의 정화기의 방향은 어떤 밸브가 입구 밸브로서 기능하고 출구 밸브로서 기능하는 지를 결정한다. 일반적으로, 정화기의 전방에 위치한 입구 밸브는 가스 공급선의 상류측 단부에 있고, 출구 밸브는 하류측 단부, 즉 정화기 후방에 위치한다.

정화기(10)의 구성을 완성하기 위해, 막 필터(2)가 정화기 본체(11)의 하류측 단부와 출구 밸브 조립체(12) 사이에 개재되고, 출구 밸브 조립체는 정화기 본체에 용접된다. 정화기는 예를 들어 미국 특허 제4,950,419호, 제4,853,148호 및 제4,713,224호에 개시된 유형과 같은 무기 수지(20)로 된 정화기 재료로 채워진다. 그러한 수지는 가스 유동 내에 수용된 성분들 혹은 불순물과 작용할 수 있는 재료로 피복된 고 표면 영역의 무기 지지체이다. 본 기술 분야에 숙련된 사람이라면 다른 재료들이 그 용도(예를 들어, 정화 또는 탐지)에 따라 이용될 수 있음을 이해할 것이다. 이러한 것은 예를 들어 미국 특허 제4,312,669호 및 제5,456,740호에 개시된 것과 같은 게터(getter) 합금, 미국 특허 제4,604,270호 및 제4,761,395호에 개시된 것과 같은 유기금속(organometallic) 수지-기본 재료, 또는 미국 특허 제5,340,552호에 개시된 것과 같은 반응성 마이크로 매트릭스 재료들을 포함한다. 다공성 프릿(18, frit)이 수지를 수용하도록 정화기 본체의 상류측 단부에 삽입된다. 입구 밸브 조립체(12)는 그 다음에 가스 정화기의 조립체를 완성하기 위해 정화기 본체에 용접된다.

금속 격판(4)은 고항복, 고인장 강도의 금속 합금으로서, 특히 코발트, 크롬 및 니켈의 혼합물인 Elgiloy(등록 상표) 합금으로 유용한 격판이 형성된다. 격판은 약 0.102 mm(0.004 inch) 인치 두께로서 주름진 구조로 형성된다. 밸브가 조립될 때, 격판은 시트(28)에 9.072 kg(20 lb) 이상의 힘을 가해서 유체 기밀 금속 밀봉을 보장하면서 격판은 0.127 mm(0.005 inch)로 편향된다. 작동기 로드(13)는 격판에 스폿 용접된다.

도3을 참조해서 정화기 및 그 밸브 기구의 조작을 설명한다. 가스 공급선 연관(plumbing)의 결합 커넥터(22)가 입구 밸브 조립체(12)의 나사 단부(26)에 연결될 때, 가스킷(30)은 작동기 로드(13)에 대항하여 작용하고, 그 작동기 로드의 단부는 플레어식(flared) 단부(35)를 형성하도록 나사 단부를 지나 측방향으로 연장되어 있다. 가스킷의 고체 외주 영역(32)은 플레어식 단부와 접촉하고, 커넥터(22)의 고정(tightening)은 금속 격판(4)의 예하중이 걸린 편의력을 극복하기 위해 충분한 양의 힘을 만들어냄으로써 밸브 조립체의 내측 상의 시트(28)로부터 금속 격판을 이동시켜서 밸브를 개방하게 된다. 도3은 개방 위치의 밸브를 도시한다. 가스킷(30)은 디스크형이고, 관형 작동기 로드의 내부 보어(13A)와 정렬된 원형 구멍(31)을 구비한다. 구멍(31)이 플레어식 단부(35)보다 더 작은 직경을 구비하므로, 가스킷(30)의 고체 외주 영역(32)은 플레어식 단부와 접촉하고 결합 커넥터(22)의 고정시에 압축된다. 고체 외주 영역(32)은 작동기 로드(13)의 플레어식 단부(35)에 대해 가압하여 금속 격판(4)을 변위시키고 밸브 조립체를 개방하게 된다.

가스의 공급은 구멍(31) 및 작동기 로드(13)의 내부 보어(13A)를 통과해서, 그 다음에 작동기 로드 내에 위치한 일련의 반경 방향 구멍(40)으로부터 통과되어진다. 가스는 그 다음에 밸브 시트(28)를 지나 환형 슬릿(42)을 통과한 다음 밸브 다기관(17)의 반경 방향 구멍(44)을 통해 유동된다. 정화될 가스는 그 다음에 정화기 본체(11)로 들어가 정화가 발생하는 수지(20)를 통과하고, 최종적으로 막 필터(2)를 통해 전술한 유동 경로와 역방향의 유동 경로가 발생하는 출구 밸브 조립체(12)로 유동된다. 정화된 가스는 그 다음에 사용 지점으로 공급된다.

정화기(10)가 가스 공급선으로부터 제거될 때, 공급선의 각각의 결합 커넥터(22)는 나사 단부(26)로부터 느슨하게 된다. 이러한 것은 충분한 예하중력을 갖는 금속 격판(4)의 내부 표면이 시트(28)에 대해 밀봉하도록 유발한다. 따라서, 정화기 본체 내에 포획된 모든 가스가 주위 환경으로 탈출할 수 없게 된다. 이러한 구성(즉, 정화기가 가스 공급선으로 연결되지 않을 때)에 의해, 신규 또는 대체성 정화기가 주위 환경으로부터 밀봉된 반응 재료를 가질 수 있음을 이해할 수 있다.

도4는 본 발명의 밸브 조립체의 대안 실시예를 도시하며, 여기서 유사한 참조 부호가 전술한 실시예의 유사한 요소와 같이 표시된다. 이러한 실시예에서, 테이퍼식 밸브(50)가 금속 격판(4)에 용접되고, 밸브의 테이퍼식 단부가 밸브 본체(16) 상에 위치한 밸브 시트(52)와 결합된다. 밸브가 폐쇄 위치에 있을 때, 도시된 바와 같이 유체 기밀 밀봉이 이루어진다. 밸브 조립체가 정화기(10)의 입구 밸브를 나타내는 것으로 고려해 볼 때, 그 조작은 가스킷 구멍(31), 작동기 로드(13)의 내부 보어(13A), 반경 방향 구멍(40) 및 환형 슬릿(42)을 통한 유동 진행에 있어서 양호한 실시예에 대해 설명된 것과 유사하다. 그러나, 이 실시예에서는 밸브(50)가 그 시트(52)로부터 제거되도록 야기될 때, 가스 유동이 금속 격판(4)의 일련의 구멍(48)들을 통해 정화기의 잔류 요소들로 진행된다.

도5는 본 발명의 밸브 조립체의 대안 실시예를 도시하며, 여기서 유사 참조 부호가 전술한 실시예의 유사 요소를 나타낸다. 이 실시예에서, 작동기 로드(13)는 다른 양호한 실시예의 관형 작동기 로드가 아니라 고체 금속 로드이다. 로드는 밸브 본체(22)의 중심 보어(14)로 삽입되도록 구성된다. 슬롯(13B)은 금속 격판(4)을 수용하는 반대 단부에 인접한 로드(13) 내에 위치한다. 슬롯(13B)은 중심 보어(14)와 연통된다.

도5에 도시된 실시예의 밸브 기구의 조작에 대해 설명한다. 가스 공급선 연관의 결합 커넥터(22)가 입구 밸브 조립체(12)의 나사 단부(26)에 연결될 때, 가스킷(30)은 작동기 로드(13)에 대항하여 작동하고 그 작동기 로드의 단부는 플레어식 단부(35)를 형성하도록 나사 단부를 지나 측방향으로 연장된다. 가스킷의 고체 외주 영역(32)은 플레어식 단부와 접촉하고, 커넥터(22)의 고정은 금속 격판(4)의 예하중이 걸린 편의력을 극복하기에 충분한 양의 힘을 생성한다. 이러한 것은 밸브 조립체의 내측 상에서 금속 격판을 시트(28)로부터 격리되게 이동시킴으로써 밸브를 개방한다. 도5는 폐쇄 위치의 밸브를 도시한다. 가스킷(30)은 디스크형이고 작동기 로드(13)의 내부 슬롯(13B)과 정렬된 구멍(31)을 구비한다. 구멍(31)이 플레어식 단부(35)보다 더 작은 직경을 가지므로, 가스킷(30)의 고체 외주 영역(32)이 플레어식 단부와 접촉하고 결합 커넥터(22)의 고정시에 압축된다. 고체 외주 영역(32)은 작동기 로드(13)의 플레어식 단부(35)에 대항하여 가압됨으로써 금속 격판(4)을 변위시키고 밸브를 개방하게 된다. 가스 공급은 구멍(31) 및 작동기 로드(13)의 슬롯(13B)을 통해 밸브의 중심 보어(14)로 통과되고, 그 다음에 밸브 시트(28)를 지나 환형 슬릿(42)으로 들어가서 결합 커넥터(22) 내의 반경 방향 구멍(44)을 통과한다.

전술한 실시예들이 본 발명의 다양성 및 본질적인 특징들을 설명하고 있지만, 어떤 경우에 있어서 본문에 제공된 것에 대한 양호한 대안예들이 될 수 있는 다수의 변형예들이 있음을 이해하여야 한다. 첨부된 청구 범위에 의해 한정된 것과 같이 본 발명에 포함되는 것으로 고려되는 다양한 변형예들은 주위 공기와 같은 환경을 오염시키는 것으로부터 격리를 요하는 다음의 제품, 즉 게터 필터/정화기 및 인-라인 가스 모니터들을 포함한다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 구성에 의해 정화 및 탐지된 가스 유동에 불순물이 들어가는 것을 방지하고, 개선된 표면 다듬질 및 감소된 무효 용적을 갖고 더 간단한 설계로 된 개선된 가스 격리 및 수용 장치가 제공된다.

Claims (13)

1. 가스 반응 재료를 격리 및 수용하는 장치에 있어서,

   하우징을 가스 공급부에 연결하도록 구성된 입구 및 출구 끼워맞춤부를 구비한 하우징과,

   상기 하우징 내에 수용된 가스 반응 재료를 포함하고,

   상기 입구 및 출구 끼워맞춤부는 상기 장치가 주위 환경으로부터 상기 반응 재료를 밀봉하기 위해 상기 가스 공급부에 연결되지 않을 때에 금속 시트와 맞물리도록 편의되는 상기 하우징 내의 예하중이 걸린 금속 격판에 연결된 작동기 수단을 각각 포함하고,

   상기 작동기 수단은 상기 하우징과 상기 가스 공급부 사이에서 유체 연통을 위한 가스 통로를 포함하고, 상기 장치가 상기 가스 공급부에 연결될 때에 상기 격판의 예하중력을 극복하기에 충분한 힘으로 변위되어 상기 가스 공급부를 상기 반응 재료에 노출시키도록 상기 하우징으로부터 멀리 떨어진 단부에서 상기 끼워맞춤부를 지나서 연장되는 것을 특징으로 하는 가스 반응 재료 격리 및 수용 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 금속 시트는 상기 하우징 상에 위치하는 것을 특징으로 하는 장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 금속 시트는 상기 하우징의 내측의 표면과 반대되는 상기 금속 격판의 표면 상에 위치하는 것을 특징으로 하는 장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 반응 재료는 유기금속 수지로 구성되는 것을 특징으로 하는 장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 작동기 수단은 상기 격판과 접촉하는 금속 튜브인 것을 특징으로 하는 장치.
6. 제5항에 있어서, 상기 작동기 수단은 상기 격판에 용접되는 것을 특징으로 하는 장치.
7. 제5항에 있어서, 상기 튜브는 상기 튜브의 길이를 따라 이격된 복수의 반경 방향 개구를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
8. 제5항에 있어서, 상기 하우징으로부터 멀리 떨어진 상기 튜브의 단부는 외측으로 플레어식으로 구성된 것을 특징으로 하는 장치.
9. 제8항에 있어서, 상기 멀리 떨어진 플레어식 단부와 원주상으로 접촉함으로써 상기 정화기가 상기 가스선에 설치될 때에 상기 격판을 작동시키는 데 필요한 힘을 최소화하는 상기 끼워맞춤부 내에 삽입된 가스킷을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
10. 제2항에 있어서, 상기 금속 격판은 고항복, 고인장 강도의 금속 합금으로 제조되는 것을 특징으로 하는 장치.
11. 제10항에 있어서, 상기 금속 합금은 코발트, 크롬 및 니켈의 혼합물로 구성되는 것을 특징으로 하는 장치.
12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하우징 내에 배치된 부-미크론 입자들을 제거하기 위한 일체형 필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
13. 제1항에 있어서, 작동기 수단은 고체 금속 로드이고, 작동기 수단의 가스 통로는 입구 끼워맞춤부에 인접한 작동기 수단의 단부 내에 있는 슬롯이고, 상기 슬롯은 작동기 수단을 둘러싸는 하우징의 중심 보어와 연통하고 있는 것을 특징으로 하는 장치.