KR19990026815A - 조리개 원리를 이용한 압력 조절 밸브 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 소자 제조 장치에 사용되는 압력 조절 밸브에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 조리개의 원리를 이용하여 도관의 중심과 같은 한 지점을 기점으로 점진적으로 도관의 내부공간을 개방·폐쇄할 수 있는 압력 조절 밸브에 관한 것이며, 이를 위하여 도관의 중심을 기점으로 도관의 외부로 뻗는 복수개의 단편들과 각 단편이 도관의 외부에서 각각 지지수단에 의해 고정되고 또한 각 단편의 끝단이 도관의 외부에서 링에 의해 일체로 연결되어 있는 구조를 개시하고, 상기 링의 바깥 표면에 요철이 형성되어 요철이 모터와 연결된 기어와 맞물리도록 하여 링이 회전함에 따라 각 단편들이 도관의 단면의 중심을 기점으로 동시에 움직이면서 점진적으로 도관의 내부공간을 개방·폐쇄할 수 있는 구조를 개시하며, 이러한 구조를 이용함으로써 종래 도관을 가로지르는 회전축에 의해 조절되던 압력 조절 밸브에 비하여 보다 미세하게 도관을 흐르는 기체의 유동량을 조절할 수 있으며, 한 지점에서 개방·폐쇄가 이루어짐에 따라 와류의 발생이 억제되어 도관과 연결된 반응실에서 와류로 인하여 생성되는 불순입자가 웨이퍼에 손상을 주는 현상을 방지하고 결과적으로 공정의 효율을 높일 수 있다.

Description

조리개 원리를 이용한 압력 조절 밸브

본 발명은 반도체 소자 제조 장치에 쓰이는 압력 조절 밸브에 관한 것이며, 더욱 구체적으로는 조리개 원리를 이용하여 기체가 흐르는 도관의 내부공간을 도관의 중심을 기점으로 점진적으로 개방·폐쇄하는 압력 조절 밸브에 관한 것이다.

압력 조절 밸브는 대부분의 반도체 소자 제조 장치에서 유용하게 이용되고 있다. 그중 대표적인 이용사례는 반응실 내의 압력을 고진공으로 조절하기 위하여 배기 펌프를 이용할 때 배기 펌프와 반응실을 연결하는 도관의 한 지점에 형성된 것이다. 예를 들어 반응실 내에서 증착 및 식각 등의 각종 반응이 진행되는 과정에서 반응실 내의 압력을 조절하기 위하여 펌프를 이용하여 반응실 내의 기체를 배출하며, 이와 같이 기체를 배출할 때 기체를 배출하는 도관의 한 지점에 압력 조절 밸브를 형성하여 반응실 내의 미세한 압력을 조절할 수 있다.

일반적으로 반도체 소자는 점점 경박단소화하며 더욱 대용량화하는 추세에 있고, 반도체 소자 표면의 회로패턴 또한 보다 정교한 패턴을 형성한다. 이에 따라 보다 정교한 패턴을 형성하기 위하여 기존의 반도체 소자 제조 장치보다 더욱 미세한 압력 조절 수단을 갖춘 반도체 소자 제조 장치가 요구된다.

도면을 참고로 하여 종래의 압력 조절 밸브가 이용되는 반도체 소자 제조 장치와 장치에 사용된 압력 조절 밸브 및 밸브의 작동 원리를 설명한다.

도 1은 압력 조절 밸브(80)를 이용하여 반응실(20) 내의 압력을 조절하는 구현예를 도시하고 있다. 각기 음과 양의 전기적 성질을 갖는 전극들(40, 50)이 설치되어 있으며 음의 성질을 갖는 전극(40) 위에 웨이퍼(10)가 놓여진 구조를 갖는 밀폐된 구조의 반응실(20)이 있다. 각 전극들(40, 50)은 각기 고주파 전원(30)에 연결되거나 지면에 접지 되어 있다. 또한 이러한 반응실(20)로 가스를 공급하거나 반응실 내의 가스를 배출하기 위한 도관들이 각기 가스 저장 용기(60)와 배기 펌프(70)로 연결된 구조를 갖는다. 압력 조절 밸브(80)는 배기 펌프(70)와 반응실(20)을 연결하는 도관의 한 지점에 형성되어 도관을 흐르는 기체의 유동량을 조절함으로써 반응실 내의 압력을 조절한다.

도 2 및 도 3에는 종래의 압력 조절 밸브(80)의 모습이 도시되어 있다. 도 2는 종래의 압력 조절 밸브(80)를 사시도로 나타내고 있으며, 도 3a 및 도 3b는 종래의 압력 조절 밸브(80)가 작동하는 모습을 평면도로 나타내고 있다. 이를 참고로 하여 종래의 압력 조절 밸브(80)를 설명하면 다음과 같다.

종래의 압력 조절 밸브(80)는 나비 날개와 같이 두 개의 반원형의 단편(84)이 도관(82)을 가로지르는 회전축(86)에 볼트와 같은 결합수단(88)을 통해 고정되어 있는 구조를 갖는다. 상기 단편들(84)은 도관의 길이 방향에 수직으로 놓여질 때 도관 내의 기체의 흐름을 억제하고 도관의 길이 방향에 평행하게 놓여질 때 도관 내의 기체의 흐름을 방관함으로써 도관과 연결된 반응실 내의 압력을 조절한다. 단편들(84)의 움직임은 단편들(84)이 고정되어 있는 축(86)이 회전함으로써 이루어 질 수 있다.

이와 같이 도관을 가로지르는 축에 두 개의 단편을 결합하여 축을 회전시켜서 도관에 흐르는 기체의 유동량을 조절하는 종래의 압력 조절 밸브는 구성이 간단한 이점이 있으나, 상대적으로 축에 연결된 단편이 축에 접한 한쪽 면에 위치한 결합수단에 의해서만 고정되어 있으므로 축이 회전하지 않더라도 도관 내의 기체의 유동에 의해 단편이 휘어지는 현상이 발생하여 휘어진 틈새로 극소량의 기체가 흐를 수 있다. 또한 도관의 직경이 큰 경우 그에 따라 단편의 크기도 커지고 이러한 단편이 축을 중심으로 회전할 때 단편의 양 지점에서 기체의 유동량이 점진적으로 조금씩 변화하는 것이 아니라 순간적으로 급격히 변화하기 때문에 미세한 제어가 불가능하며, 도관의 양 지점에서 개방·폐쇄됨에 따라 도관과 연결된 반응실 내에 와류의 발생을 촉진하여 반응실 내에 와류로 인한 불순입자(Particle)를 발생시킬 수 있고 결과적으로 이러한 불순입자들로 인하여 웨이퍼에 불량이 발생하는 등 공정의 효율을 낮출 수 있다.

본 발명의 목적은 도관 내의 한 지점에서 도관의 내부공간을 점진적으로 개방·폐쇄할 수 있는 구조의 압력 조절 밸브를 제공하여 도관을 흐르는 기체의 유동량을 미세한 양으로 조절할 수 있도록 하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 도관 내의 한 지점에서 도관의 내부공간을 개방·폐쇄함으로써 와류의 발생을 억제하여 도관과 연결된 반응실 내에서 불순입자가 생성되는 것을 방지하는 것이다.

도 1은 반도체 제조 장치 내에서 압력 조절 밸브가 이용된 구현예를 나타낸 구조도,

도 2는 종래의 압력 조절 밸브를 나타낸 사시도,

도 3a 및 도 3b는 도 2의 압력 조절 밸브가 도관의 내부공간을 폐쇄 또는 일부 개방한 모습을 나타낸 평면도,

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 압력 조절 밸브를 나타낸 사시도,

도 5는 도 4의 압력 조절 밸브에서 연결수단의 덮개를 일부분 제거한 모습을 나타낸 평면도,

도 6은 도 4의 압력 조절 밸브를 작동시키는 구동장치를 나타낸 사시도,

도 7a 및 도 7b는 도 4의 압력 조절 밸브가 도관의 내부공간을 폐쇄 또는 일부 개방한 모습을 나타낸 평면도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 웨이퍼 20 : 반응실

30 : 고주파 전원(RF Power) 40 : 음전극

50 : 양전극 60 : 가스 저장 용기

70 : 펌프 80, 200 : 압력 조절 밸브

82, 110 : 도관 84, 120 : 밸브의 단편

86, 155 : 회전축 88, 134 : 결합수단

100 : 반도체 제조 장치 130 : 연결수단

132 : 지지수단 136 : 링

138 : 연결수단의 덮개 140 : 요철

150 : 모터 160 : 기어

이러한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 조리개의 원리를 이용하여 도관 내의 한 지점에서 도관의 중심을 기점으로 도관의 내부공간을 점진적으로 개방·폐쇄할 수 있는 압력 조절 밸브를 제공한다.

본 발명에 따른 압력 조절 밸브를 설명하면 다음과 같다.

외부로부터 차단되어 유체가 흐르는 내부공간을 갖는 도관이 있으며 도관의 한 단면에서 단면의 중심을 기점으로 상기 도관의 외부로 뻗는 일정한 형태의 복수개의 단편들과 도관의 외부에서 상기 단편들을 일체로 연결하는 연결수단을 포함한다. 각 단편들의 일 끝단은 단면의 중심에서 모일 수 있으며 반대편의 끝단은 도관의 외부에서 연결수단을 통해 각 단편들과 연결되어 일체로 움직일 수 있다.

또한 각 단편들은 도관의 외부에서 각 단편의 중심을 고정시키는 지지수단에 의하여 고정되어 있어서 상기 연결수단이 도관을 중심으로 회전함에 따라 단편들도 지지수단을 중심으로 같이 회전함으로써 도관의 내부에서 단면의 중심을 기점으로 도관의 내부공간을 점진적으로 개방·폐쇄할 수 있다.

이때 단편의 형태는 도관 외부의 연결수단이 회전함에 따라 점진적으로 도관의 중심으로부터 개방해 나올 수 있으며, 연결수단이 반대방향으로 회전할 때 도관의 중심에서 일 끝단들이 모여 도관의 단면을 폐쇄할 수 있는 형태를 갖는다. 반원형의 단편들이 서로 일부분이 겹쳐진 형태를 가질 수 있으며 또는 큰 직경의 원호와 작은 직경의 원호를 갖는 형태로 이루어질 수 있다. 일부분이 서로 겹쳐지는 형태의 단편들은 각기 일정한 각도로 뒤틀려져 있어서 각 단편들이 회전할 때 움직임을 부드럽게 할 수 있으며, 이때 일정한 각도는 각 단편들이 뒤틀린 사이로 적어도 기체가 흐르지 않을 정도의 여유의 크기를 갖는다.

도관의 외부에서 각 단편들을 일체로 연결하는 링은 링의 바깥 표면에 요철이 형성되어 기어와 맞물릴 수 있도록 되어 있으며, 이 요철과 맞물린 기어가 모터와 연결되어 밸브를 작동할 수 있다.

종래의 단순한 회전축에 의해 도관의 내부공간이 개방·폐쇄되는 것에 비하여 본 발명에서 기어를 이용하여 연결된 단편들이 도관의 내부공간을 개방·폐쇄하므로 기체의 유동량을 미세하게 제어할 수 있어 유리하다.

이하 첨부도면을 참고로 하여 본 발명을 설명한다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 압력 조절 밸브(200)의 모습을 도시하고 있으며 도 5는 도 4의 압력 조절 밸브(200)에서 연결수단(130)의 표면(138)을 일부분 제거한 모습을 도시하고 있다. 이들 도면을 참고로 하여 본 발명에 따른 압력 조절 밸브(200)를 설명한다.

유체가 흐르는 내부공간을 갖는 도관(110)이 있으며, 도관(110)의 한 단면에서 단면의 중심을 기점으로 도관(110)의 외부로 뻗는 일정한 형태의 복수개의 단편들(120)이 형성되어 있다. 각 단편들은 도관(110)의 외부에서 단편의 중심이 지지수단(132)에 고정되어 있고 결합수단(134)을 통하여 링(136)에 연결되어 일체로 형성된다. 링(136)의 바깥 표면은 요철(140)이 형성되어 있으며, 이러한 연결수단은 덮개(138)로 외부로부터 보호된다.

도 6은 도 4의 압력 조절 밸브를 작동시키는 모터(150)를 포함한 구동장치를 나타내고 있다. 즉, 도관(110)의 외부에서 각 단편들을 일체로 연결한 연결수단(130)의 바깥 표면에 형성된 요철(140)과 요철(140)에 맞물리는 기어(160)와 기어(160)를 회전시키는 회전축(155)이 모터(150)와 연결되어 있다. 이와 같은 구동장치를 통하여 압력 조절 밸브의 각 단편들이 각 단편들의 지지수단을 중심으로 회전하면서 도관의 내부공간을 단면의 중심을 기점으로 점진적으로 개방·폐쇄한다.

도 7a 및 도 7b는 각기 압력 조절 밸브의 각 단편들(120)이 회전하면서 도관(110)의 내부공간을 폐쇄한 모습과 일부 개방한 모습을 도시한다. 도면과 같이 조리개의 원리를 이용한 압력 조절 밸브는 종래의 압력 조절 밸브와 달리 중심의 한 지점을 기점으로 도관의 내부공간을 점진적으로 개방·폐쇄할 수 있다. 이렇게 한 지점을 기점으로 점진적인 개방·폐쇄가 이루어지므로 종래의 압력 조절 밸브가 양 지점에서 도관을 개방·폐쇄하던 것에 비하여 와류의 발생이 억제되고, 따라서 도관과 연결되어 있는 반응실 내에서 와류로 인해 발생하는 불순입자의 생성을 줄일 수 있다.

또한 이러한 압력 조절 밸브의 각 단편들은 전기적으로 절연 처리되어 반응실 내의 공정에 영향을 미치지 않도록 하는 것이 바람직하다. 이러한 전기적 절연처리는 아노다이징(Anodizing)과 같은 표면 처리 기술을 통하여 각 단편에 전기적 절연 코팅면을 형성하여 실시할 수 있다.

이상과 같은 압력 조절 밸브는 배기 펌프를 이용하여 고진공 상태의 압력을 조절하는 반도체 제조 장치에 사용될 수 있으며, 특히 고진공 상태에서 미세한 압력 변화를 요구하는 반도체 제조 장치에서 사용될 수 있다.

본 발명에 따른 압력 조절 밸브는 조리개의 원리를 이용하여 각 단편들이 동시에 움직이면서 점진적으로 도관의 내부공간을 개방·폐쇄하도록 하며, 이러한 점진적인 움직임을 통하여 도관의 중심과 같은 한 지점에서 도관의 내부공간을 개방·폐쇄함으로써 도관 내부를 흐르는 기체의 유동량을 미세하게 조절할 수 있고 와류의 발생을 억제하여 도관과 연결된 반응실 내부에서 불순입자가 생성되는 것을 방지할 수 있다.

Claims (8)

1. 외부로부터 차단되어 유체가 흐르는 내부공간을 갖는 도관이 있으며, 상기 도관의 한 단면에서 상기 내부공간을 개방·폐쇄하는 압력 조절 밸브에 있어서,

   상기 압력 조절 밸브는,

   상기 단면의 중심을 기점으로 상기 도관의 외부로 뻗는 일정한 형태의 복수개의 단편들; 및

   상기 도관의 외부에서 상기 단편들을 일체로 연결하는 연결수단;

   을 포함하며, 상기 단편들이 상기 연결수단에 의하여 상기 내부공간을 상기 단면의 중심을 기점으로 점진적으로 개방·폐쇄하는 것을 특징으로 하는 조리개 원리를 이용한 압력 조절 밸브.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 연결수단은

   상기 도관의 외부에서 상기 각 단편의 중심을 고정하는 지지수단들;

   상기 도관의 외부에서 상기 각 단편의 끝단을 일체로 연결한 링; 및

   상기 링의 바깥 표면에 형성된 요철;

   을 포함하는 것을 특징으로 하는 압력 조절 밸브.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 연결수단은 상기 요철에 연결되는 구동수단에 의해 작동되며, 상기 구동수단은 상기 요철에 맞물리는 기어 및 상기 기어를 회전시키는 모터인 것을 특징으로 하는 압력 조절 밸브.
4. 제 2 항에 있어서, 상기 일정한 형태는 상기 연결수단이 상기 단면을 중심으로 정회전할 때 상기 내부공간을 개방하며, 상기 연결수단이 역회전할 때 상기 내부공간을 폐쇄할 수 있는 형태인 것을 특징으로 하는 압력 조절 밸브.
5. 제 1 항 또는 제 4 항에 있어서, 상기 단편은 전기적으로 절연 처리된 재질인 것을 특징으로 하는 압력 조절 밸브.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 절연 처리는 아노다이징(Anodizing)인 것을 특징으로 하는 압력 조절 밸브.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 도관의 한 끝단은 펌프와 연결되어 상기 내부공간이 고진공 상태를 유지하는 것을 특징으로 하는 압력 조절 밸브.
8. 제 7 항에 있어서, 상기 고진공 상태는 반도체 제조 과정에서 이용되는 것을 특징으로 하는 압력 조절 밸브.