KR19990083213A - 진공챔버부재와 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
진공 용기로서 사용되는 알루미늄으로 만든 진공챔버는 진공챔버의 코너근처에 부재의 노치 홈부분을 배치하고 그리고 공구를 그 축선에 대하여 선회시키면서 공구를 노치 홈부분상에서 공구를 미끄러지게 하여 알루미늄보다 더욱 단단한 금속 또는 알루미늄으로 만든 공구와 부재사이에서 발생된 마찰열에 의해 상기 노치 홈부분이 고상접합하므로서 제조된다. 이러한 공정에 의해, 고정밀도를 가진 반도체 제조장치를 위한 진공챔버는 대형의 장비를 사용하지 않고 저렴한 가격으로 만들 수 있다.
Description
본 발명은 반도체 제조장치를 위해 사용되는 진공챔버와 그 제조방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 알루미늄 또는 알루미늄합금으로 만든 진공챔버와 그 제조방법에 관한 것이다.
최근에, 초고진공도 및 울트라 크린 특성을 가지는 것이 요구되는 진공챔버가 반도체 제조장치에 사용된다. 이러한 진공챔버는 알루미늄 또는 알루미늄합금(이하 전체적으로 "알루미늄"이라 한다)으로 만든 두꺼운 판 또는 단조품으로부터 직접 절삭하여 이루어지는 공정, 복수의 알루미늄 플레이트를 조립하고 그리고 이들을 용융용접하여 이루어지는 공정, 복수의 알루미늄 플레이트를 조립하고 그리고 이들을 납땜하여 이루어지는 공정(일본 특개평 7-251058호) 또는 납땜 금속을 접합되는 알루미늄 플레이트의 일부분내로 삽입하고 그리고 이들을 레이저 또는 전자빔 용접하여 이루어지는 공정(일본 특개평 9-19424호)에 의해 제조된다.
하지만, 두꺼운 판, 단조품등으로부터 절삭하여 챔버를 형성하는 공정은 대형의 챔버를 생산할 때, 재료비 및 절삭비용이 높게 되고, 그외에 대량의 재료가 소비되고, 이에따라 생산비를 과도하게 증가시킨다고 하는 문제점이 있다.
MIG(메탈 불활성가스)용접 또는 TIG(텅스턴 불활성가스)용접에 의해 2개의 알루미늄 플레이트의 조립체를 용접하는 공정에서, 엄격한 상태 제어하에서 결함이 나타날 때 그리고 동시에, 용접에 따라 각각의 부품의 집중적인 가열로 인해 왜곡이 발생하여, 크기 정밀성에서 품질저하를 야기할 때, 수리비용이 높아진다.
복수의 알루미늄 플레이트의 조립체를 납땜하는 공정은 커다란 가열로가 대형의 챔버의 제조를 위해 필요하게 된다는 문제점이 있다.
레이저 또는 전자빔에 의해 복수의 알루미늄 플레이트를 용접하는 공정은 또한 용접장비의 대형화가 용접기계와 그 시스템의 가격을 불가피하게 증가시킨다고 하는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 적어도 2개의 부재로 각각 구성되는 진공챔버에서, 대형의 장비를 사용하지않고 저렴한 가격으로 조립될 수 있는 반도체 제조장치를 위한 진공챔버 그리고 그 제조방법을 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명의 제 1실시예에 따른 공정을 예시하는 개략적인 사시도;
도 2는 본 발명의 제 1실시예에 따른 다른 공정을 예시하는 정면도;
도 3은 도 2의 노치 홈부분을 예시하는 부분확대도;
도 4는 본 발명의 제 2실시예에 따른 공정을 예시하는 정면도;
도 5는 본 발명의 제 3실시예에 따른 공정을 예시하는 개략적인 사시도;
도 6a는 접합된 모양을 예시하는 도 1의 부분확대 단면도;
도 6b는 접합부의 변형예를 예시하는 부분확대 단면도;
도 7은 본 발명의 제 4실시예를 예시하는 도면;
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 제 5실시예에 따른 카세트 챔버를 각각 예시하는 사시도;
도 9a 내지 도 9d는 카세트 챔버의 제조공정을 각각 순서대로 예시하는 도면;
도 10은 카세트 챔버의 마찰 교반접합방법을 예시하는 도면;
도 11은 본 발명의 제 6실시예에 따른 트랜스퍼 챔버를 예시하는 사시도;
도 12a 내지 도 12d는 트랜스퍼 챔버의 제조공정을 순서대로 예시하는 도면;
도 13a 내지 도 13d는 본 발명의 제 7실시예에 따른 트랜스퍼 챔버와 그 제조공정을 예시하는 도면;
도 14a 및 도 14b는 본 발명의 제 8실시예에 따른 카세트 챔버와 그 제조공정을 예시하는 도면;
도 15는 방출된 가스의 측정기구를 예시하는 도면;
도 16은 측정에 따른 열처리 상태를 예시하는 도면;
도 17은 방출된 가스의 측정결과를 예시하는 도면.
본 발명의 한면에서, 적어도 2개의 알루미늄 또는 알루미늄합금으로 만든 부재로 구성되어있고 그리고 상기 알루미늄 또는 알루미늄합금보다 단단한 재료로 만든 공구를 면대면으로 움직이면서 상기 공구를 선회시키므로써 발생된 마찰열을 사용하는 마찰 교반접합에 의해 접합되는 일부분을 가지고 있는 진공챔버를 제공한다.
본 발명의 다른면에서, 적어도 2개의 알루미늄 또는 알루미늄합금으로 만든 부재로 구성되어있고 그리고 상기 알루미늄 또는 알루미늄합금보다 단단한 재료로 만든 공구를 면대면으로 움직이면서 상기 공구를 선회시키므로써 발생된 마찰열을 사용하는 마찰 교반접합에 의해 접합되는 일부분을 가지고 있는 진공챔버를 제조하는 방법을 제공한다.
본 발명에서, 상기한 부재의 고상접합은 상기 부재를 통형상으로 조립하고; 알루미늄 또는 알루미늄합금보다 단단한 재료로 만든 상기 공구를 만들어진 통내에 삽입하고; 공구를 접합하는 내부표면에서 일부분과 접촉하게 하고; 상기 공구를 접합되는 부분을 따라 움직이면서 공구를 그 축선에 대하여 선회하도록 하므로서 수행될 수 있다.
이러한 경우에, 통, 즉 상기 부재의 조립체의 외부로부터 아크, 레이저 또는 플라즈마와 같은 열원을 사용하여 수행되는 용융용접, 고상접합을 조합하여 사용할 수 있다.
본 발명의 다른면에서, 적어도 2개의 알루미늄 또는 알루미늄합금으로 만든 부재를 접합하므로써 조립된 진공챔버로서, 상기 부재는 접합부의 적어도 일부분에서 노치 홈을 형성하여 챔버의 내부표면측에서 두께방향으로 제 1부분은 서로 접촉하고 그리고 챔버의 외부표면측에서 제 2부분은 서로 분리되며; 상기 제 1부분은 마찰 교반접합에 의해 접합되고 그리고 상기 제 2부분은 용융용접에 의해 접합되는 진공챔버를 제공한다.
이러한 진공챔버에서, 부재의 두께방향으로 제 1부분의 두께는 바람직하게 3 내지 35mm의 범위에 있다. 제 1부분의 접합부에서 재결정 입자크기와 밀도는 바람직하게 각각 20㎛보다 크지않고 그리고 부재의 밀도의 적어도 0.90 배이다.
본 발명의 진공챔버의 실시예는 부재가 U자형단면을 가지고 있고 그리고 그 끝부분에서 접합된 통형상을 형성하는 카세트 챔버; 그리고 원통형 부재 그리고 디스크형 부재로 구성되고 그리고 디스크의 주변표면과 원통의 하부끝에서 내부주변표면을 접합하므로써 형성되는 트랜스퍼 챔버를 포함하고 있다. 본 발명의 다른면에 따라서, 적어도 2개의 알루미늄 또는 알루미늄합금으로 만든 부재를 서로 접합하므로서 진공챔버를 제조하는 방법으로서, 상기 부재는 접합되는 한 끝에서 챔버의 내부표면측에서 서로 접촉되는 제 1부분 그리고 챔버의 외부표면측에서 서로 분리된 제 2부분을 갖추고 있고; 상기 제 2부분측으로부터 지그를 삽입하고 마찰 교반접합에 의해 상기 제 1부분을 접합하는 단계 그리고 용융용접에 의해 상기 제 2부분을 접합하는 단계로 구성된 진공챔버를 제조하는 방법을 제공한다.
진공챔버의 상기한 제조방법에 있어서, 제 1부분은 바람직하게 부재의 두께방향으로 3 내지 35mm의 길이를 가지고 있고 그리고 상기 용융용접은 바람직하게 MIG 용접이다.
본 발명에서, 내부표면측에서 진공챔버의 일부분, 즉 내부표면측에서 3 내지 35mm부분은 마찰 교반접합에 의해 고상으로 접합된다. 접합표면의 단지 일부분만이 마찰 교반접합되므로, 접합은 소형의 장치로 실시될 수 있고 그리고 접합부는 수축공동, 핀홀, 블로우홀, 또는 미세 수축과 같은 결점이 없다. 챔버의 내부표면측에서 결점이 없으므로, 가스는 전혀 방출되지 않고 그리고 챔버의 내부를 진공으로 만들 때, 고진공도가 신속하게 그리고 용이하게 달성될 수 있다. 챔버의 내부표면측에서 일부분이 접합된 후, 챔버의 외부표면측에서 부분이 MIG용접과 같은 용융용접에 의해 접합되고 육성되어 충분한 강도가 달성될 수 있다.
(바람직한 실시예의 상세한 설명)
본 발명을 첨부 도면을 참조하여 실시예를 통하여 더욱 상세히 설명할 것이다. 도 1은 본 발명의 제 1실시예에 따라서 진공챔버의 제조공정을 예시하는 개략적인 도면이다. 본 실시예는 직사각형단면을 가진 통형상의 진공챔버이다. 본 실시예에서 각각 U자형단면을 가진 즉, 그 짧은측을 따라 동일하게 분할된 직사각형모양을 가진 2개의 부재(1)가 만들어진다. 부재(1)는 각각 알루미늄 또는 알루미늄합금으로 만들어지고 그리고 주조, 압출, 압연, 단조 또는 이와 유사한 방법으로 생산될 수 있다. 이들 부재(1)는 진공챔버의 형태로 접합되어 조립되고, 그리고 이들 접합부분은 공구(2)에 의해 마찰교반 접합된다. 공구(2)는 예를들면 스테인레스 스틸 또는 고속도강과 같이 부재(1)보다 더욱 경질의 재료로 만들어지고 그리고 예를들면 도 1에 예시된 바와같이 통모양으로 되어있다. 공구(2)가 그 축선상에서 선회하고 공구(2)가 접합부에 대하여 가압되므로서 공구(2)와 부재(1)사이에 마찰에 의해 열이 발생한다. 부재(1)의 접합부는 결과적인 마찰열에 의해 가열되고 그리고 국부적으로 자극되어, 부재(1)는 서로 접합된다. 이러한 방식으로, 부재(1)는 그 접합부에서 접착되고, 이에 따라 진공챔버가 만들어진다.
본 실시예에서, 공구(2)의 회전과 그 마찰에 의해 공구(2)와 부재(1)사이에서 마찰이 야기되고 그리고 이러한 마찰은 고상접합을 위해 이용된다. 이러한 고상접합은 용융점보다 낮은 가열온도때문에 유리한데, 접착가열에 의해 야기된 왜곡은 부재에 악영향을 줄 만큼 크지 않아서, 조인트의 강도저하를 줄이게 된다. 따라서, 진공챔버와 같은 구조물의 경우에, 알루미늄으로 만든 U자형 부재의 접합을 수행하므로서 부품수, 생산단계 그리고 생산비를 줄일 수 있다.
부재(1)의 생산비는 알루미늄 압출 성형 또는 캐스팅을 사용하므로서 더욱 줄어들 수 있다.
본 실시예의 공정에서, 마찰열은 부재(1)상에서 공구(2)의 미끄럼 운동에 의해 발생되어 공구(2)는 노치 홈부분(3)에 대하여 가압된다. 통상의 평판의 접합에서, 접합동안에 부재(1)가 움직이는 것을 방지하기 위해서, 또는 부재에 대하여 공구(2)를 가압하는 동안 노치 홈이 아래쪽으로 개방되는 것을 방지하기 위해서 배면측에 얇은 배판 또는 클램프를 배치하는 것이 필요하다.
챔버가 통모양일때, 배판재료는 바람직하게 챔버의 내부에 배치된다. 통모양의 챔버의 경우에,본 실시예의 챔버는 직사각형단면을 가지고 있는 한편, 짧은측에서 동일하게 나누어지는 직사각형의 형상을 각각 가지는 부재(1)를 접합하므로 짧은쪽에서 접합부를 배치하는 것이 바람직하여, 공구(2)로부터 노치 홈에 적용된 부하에 대한 강성은 비교적 높게된다.
진공챔버가 정사각형단면을 가진 기둥형상으로 되어있을 때, 센터에서보다는 코너에서, 즉 도 2에 예시된 바와같이 통의 코너근처에서 접합부를 배치하는 것이 바람직하다. 공구(2)로부터의 부하가 적용되는 부분을 통의 코너부분 근처에 배치하므로서, 접합부의 변형을 방지한다.
노치 홈부분(3)은 도 2 그리고 도 2의 부분확대 도면인 도 3에 예시된 바와같이 바람직하게 단차진 모양으로 되어있다. 말하자면, 본 실시예의 노치 홈은 단차진 표면을 가지고 있고 그러므로 굴곡단면을 가지고 있다. 이러한 노치 홈은 부재(1)의 내부표면으로부터 위치 t(mm)에서 수직으로 굽어지고 그리고 다시 위치 d(mm)에서 수직으로, 즉 플레이트 표면에 평행하게 굴곡된다.
노치 홈부분(3)이 부재(1)를 서로 접합하므로서 단차진 모양을 갖추고 있으므로, 접합부는 플레이트 두께방향으로 이러한 노치 홈부분(3)에 의해 서로 유지되는데, 이것은 공구(2)로부터의 부하에 의해 달리 야기될 접합부의 변형과 왜곡을 확실히 방지할 수 있다. 노치 홈부분(3)이 도 2에 도시된 바와같이 진공챔버의 코너근처에 배치될 때, 부재(1)의 외면측에서 접합표면은 부재(1)의 내부표면에서의 접합된 표면과 비교하여 코너부분근처에 배치되는데, 이것은 코너부분에서의 강성에 의해 더 긴쪽을 지지할 수 있게 만들고, 그리고 접합부의 변형과 왜곡을 확실히 방지한다.
실예로서, 부재(1)가 20mm의 판두께를 가질때, d 와 t 각각의 길이는 약 5mm로 설정될 수 있다. 길이(d)가 판두께와 공구(2)의 직경에 따르지만, 판두께의 약 30% 이하에서 길이를 설정하는 것이 바람직하다. 길이(t)는 공구(2)로부터의 부하에 대한 강성을 고려하여 판두께의 10 내지 50%에서 바람직하게 설정된다.
상기한 바와같이, 본 발명은 대형의 장비를 사용하지않고 저렴한 가격으로 반도체 제조장치를 위한 알루미늄으로 만든 진공챔버를 고상접합으로 조립할 수 있다.
정사각형 단면을 가진 기둥형 진공챔버의 경우에, 공구(2)를 컬럼의 내부에 삽입하는 것이 가능하고, 외부표면에 배판재료를 배치하고 그리고 배판재료가 공구(2)로부터 부재(1)의 외부표면쪽으로의 부하를 수용할 수 있다. 부하가 용접에 따라 공구(2)로부터 노치 홈부분(3)으로 적용되면, 외부표면에서 배판재료는 이것을 수용할 수 있어서, 노치 홈부분(3)의 변형등의 발생을 방지한다. 이러한 경우에, 짧은 쪽에 노치 홈을 배치할 필요가 없다.
노치 홈부분(3)은 바람직하게 도 2 및 도 2의 부분확대 도면인 도 3에 예시한 바와같이 단차진 모양으로 되어있다. 상세히 설명하면, 본 발명에서 노치 홈은 단차진 표면을 가지고 있고 그러므로, 굽어진 단면을 가지고 있다. 이러한 노치 홈은 부재(1)의 내부표면으로부터 위치 t(mm)에서 수직으로 굴곡지고 그리고 위치 d(mm)에서 수직으로, 다시말해서 플레이트표면에 평행한 방향으로 굴곡져있다. 노치 홈부분(3)의 단차진 모양으로 인해서, 부재(1)의 접합부분은 판두께방향으로 노치 홈부분(3)에 의해 서로 지지되어있다. 이러한 구조는 접합부분이 달리 공구(2)로부터의 부하에 의해 야기될 변형 또는 왜곡되는 것을 방지할 수 있다. 노치 홈부분(3)이 도 2에 도시된 바와같이 진공챔버의 코너근처에 있을 때, 부재(1)의 외부표면측에서 부재(1)의 접합면은 부재(1)의 내부표면에서의 그것과 비교하여 코너부분에 더 가깝게 배치되고, 이것은 코너부분에서 강성에 의해 길다란 측부분을 지지할 수 있고 그리고 접합부의 변형과 왜곡을 확실히 방지한다.
부재(1)가 20mm의 판두께를 가질 때, 각각의 길이(d,t)는 예를들면 약 5mm로 설정될 수 있다. 길이(d)는 판두께와 공구(2)의 직경에 따르지만, 길이를 판두께의 약 30%로 설정하는 것이 바람직하다. 길이(t)는 공구(2)로부터의 부하에 대하여 강성을 고려하여 판두께의 약 10 내지 50%로 바람직하게 설정된다.
상기한 바와같이, 본 발명은 대형의 장비를 사용하지않고 저렴한 가격으로 반도체 조립장치를 위한 알루미늄으로 만든 진공챔버를 고상접합으로 조립할 수 있다.
다음에, 본 발명의 제 3실시예를 설명할 것이다. 본 실시예에 따른 진공챔버에서, 바닥 플레이트 및/또는 표면 덮개 그리고 측벽부재는 알루미늄 또는 알루미늄합금으로 개별적으로 만든다. 측벽부재는 마찰교반접합에 의해서 바닥 플레이트 및/또는 표면 덮개에 접합되는데 이것은 알루미늄 또는 알루미늄합금보다 단단한 금속과의 마찰열의 사용으로 만든다.
도 5는 본 실시예를 예시하는 사시도이다. 진공챔버는 먼저 측벽부(11)를 각도진 통형상으로 개별적으로 형성하고 그리고 표면 덮개(12)를 이러한 측벽부(11)에 배치하므로서 만든다. 측벽(11)의 상부끝에 겹쳐지는 표면 덮개(12)의 하부면의 주변부는 단차진 모양을 하고 있고, 그리고 덮개는 외측에서 얇은 한편 내부측에서 두껍다. 측벽부(11)의 상부표면은 또한 표면 덮개(12)의 하부 주변부분과 정렬을 위해 단차부를 갖추고 있다. 다시 말해서, 측벽부(11)의 상부표면은 그 외부측에서 높으며, 그 내부측에서 낮다. 표면 덮개(12)는 측벽부(11)의 상부 끝에 고정된다. 표면 덮개(12)와 측벽부(11)는 각각 알루미늄 또는 알루미늄합금으로 만들어지고 그리고 주조, 압출, 압연, 단조등의 방법으로 만들 수 있다.
진공챔버의 바닥 플레이트는 또한 알루미늄 또는 알루미늄합금으로 만든다. 이것은 측벽부(11)와 분리적으로 또는 측벽부(11)와 일체로 형성할 수 있다.
표면 덮개(12)가 측벽부(11)에 고정된 후, 표면 덮개(12)의 상부 표면의 주변은 공구(2)에 의해 마찰 교반접합하게 된다. 더욱 상세히 설명하면, 알루미늄 또는 알루미늄합금보다 단단한 금속으로 만든 원통형 공구(13)가 그 축선에서 선회되는 한편, 공구(13)는 표면 덮개(12)의 주변부분과 미끄럼 접촉하면서 운동한다. 이러한 미끄럼 운동에 의해 발생한 마찰열에 의해 측벽부(11)와 표면 덮개(12)의 접합부분(14)은 국부적으로 가열 및 교반되어, 표면 덮개(12)와 측벽부(11)는 접합된다. 표면 덮개(12)의 주변부분을 따라 공구(13)를 움직이므로서, 표면 덮개(12)의 전체적인 주변부분은 측벽부(11)에 접합된다. 이러한 방식으로, 도 6a에 도시된 바와같이, 재료가 표면 덮개(12)의 주변부를 따라 용해되고 응고되는 접합부분이 형성되어, 진공챔버(15)가 완성된다.
본 실시예에서 접합공정은 공구(13)가 측벽부재(11)에 고정되고 배치된 표면 덮개(12)의 상부표면과 접촉하는 단계 그리고 공구(13)와 표면 덮개(12)사이에서 야기된 마찰열을 사용하므로서 표면 덮개(12)와 측벽부재(11)를 고상 접합하는 단계로 구성되어있다. 그러므로, 측벽부재(11)와 표면 덮개(12)는 각각 그 용융점까지 가열되지 않는다. 이러한 공정은 그러므로 용접열이 그다지 심각하지 않아서 이들에게 악영향을 발휘하지 않고 동시에, 접합부분(14)의 강도의 저하는 억제될 수 있는 장점이 달성된다. 따라서, 이러한 진공챔버와 같은 구조의 경우에, 본 실시예의 접합방법을 채택할 때, 두꺼운 플레이트 또는 단조성형으로 부터 진공챔버를 절삭할 필요없이 적어도 2개의 부재 즉, 표면 덮개 및/또는 바닥 플레이트 그리고 측벽부재를 알루미늄으로부터 분리적으로 형성하고 그리고 마찰교반접합에 의해 이들을 접합만 하면 되고; 그리고 부가하여 부품의 수 그리고 생산공정 및 생산비용은 역시 줄어들 수 있다.
부재(11)의 생산비용은 알루미늄압출 형재 또는 주조를 사용하므로써 더욱 줄어들 수 있다.
접합부분(14)(노치 홈부분)은 도 5 및 도 6a에 예시된 바와같이 단차진 형상으로 바람직하게 되어있다. 상세히 설명하면, 본 실시예에서 노치 홈은 단차진 표면을 가지고 있고 그러므로 굴곡단면을 가지고 있다. 이러한 노치 홈은 부재(11)의 내부표면으로부터 위치 d(mm)에서 수직으로 굴곡하고 그리고 내부표면에 평행하게 t(mm)만큼 뻗어서 부재(11)의 끝표면에 도달한다. 표면 덮개(12)의 내부표면은 덮개(12)의 끝에서 t(mm)의 깊이의 노치를 가지고있다.
접합부분(14)(노치 홈)의 단차진 형상때문에, 부재(1,12)의 접합부분은 판두께방향으로 노치 홈(3)에 의해 서로 지지된다. 이러한 구조는 접합부분이 공구(13)로부터의 부하에 의해 달리 야기될 변형 또는 왜곡이 방지될 수 있게 한다.
길이(d)가 판두께와 공구(2)의 직경에 의존하지만, 길이를 5mm 이하는 아니지만 10mm이상도 아니게 설정하는 것이 바람직하다. 길이(t)는 공구(2)로부터의 부하에 대한 강성을 고려하여 5mm에서 판두께의 50%까지의 범위내에서 설정하는 것이 바람직하다.
접합부분(14)은 도 6a에 예시된 바와같이, 단차진 형상이 필수적이지않지만, 두께방향으로 측벽부재(11)의 상부 끝표면의 센터에서 돌출부(16)를 가진 모양으로 될 수 있다. 여러가지 형상이 접합부분의 모양으로서 채택될 수 있다.
본 발명의 제 3실시예를 설명한다. 본 실시예에 따른 진공챔버는 적어도 하나의 표면에서의 개구부와 알루미늄 또는 알루미늄합금으로 만들고 복수의 창을 형성하도록 상기 개구부에 끼워지는 격벽부재를 갖춘 알루미늄 또는 알루미늄합금으로 만든 챔버 몸체로 구성되어있는데, 상기 격벽부재 그리고 개구부를 가지고 있는 상기 챔버몸체는 알루미늄 또는 알루미늄합금보다 더 단단한 금속과의 마찰에 의해 야기된 열의 사용하는 마찰 교반접합에 의해 접합된다.
챔버의 측벽부재는 도 1에 도시된 바와같이 접합되고 조립된다. 챔버의 상부 플레이트(표면 덮개)는 도 5에 도시된 바와같이 측벽부재에 접합될 수 있고, 더욱 상세하게는 상부 플레이트를 측벽부재에 고정하고 그리고 상부 플레이트의 상부 표면의 주변부분을 마찰 교반접합하므로써 접합될 수 있다.
본 실시예에서, 바닥 플레이트(20)는 측벽부재의 하부에 접합된다. 도 7에 예시된 바와같이, 바닥 플레이트(20)는 알루미늄 또는 알루미늄합금으로 만들며 반도체장치의 출입용의 창(24)을 가지고 있다. 바닥 플레이트(20)는 아래에 설명하는 바와같이 만들어진다. 바닥 플레이트(20)는 몸체에 형성된 커다란 개구부(23)를 가진 바닥 플레이트몸체(21)와 개구부(23)에 고정되는 격벽부재(22)를 접합하므로써 얻어진다. 격벽부재(22)는 반원형으로 각각 절단되는 측면부분을 가지고있고 그리고 양측면부분을 각각 연결하는 상하부 에지는 직선을 형성한다. 한편 개구부(22)는 양쪽부분에서 반원형으로 만곡되어있고 그리고 상부 및 하부 에지 각각은 이들 만곡부를 수평으로 연결하여, 개구부(23)를 달걀형상으로 형성한다. 개구부(23)의 직선으로 뻗은 주변부분은 측벽부재의 상부 표면과 유사하게 단차부(25)를 가지고 있다. 격벽부재(22)는 또한 선형 상부 및 하부 끝부분에서 단차부(25)에 고정되는 단차부(26)를 가지고 있다.
격벽부재(22)가 개구부(23)에 고정될 때, 단차부(25,26)는 결합되어, 격벽부재(22)는 개구부(23)에 배치된다. 그리고, 이들 단차부(25,26)의 접합부(27)는 도 1 또는 도 5에 예시된 바와같이 공구에 의해 마찰 교반접합된다. 상세히 설명하면, 공구가 그 축을 따라 선회되는 한편, 격벽부재(22)의 상부 표면에서 접합부(27)와 접촉한다. 그리고, 공구와 격벽부재(22)사이의 마찰열에 의해 접합부(27)는 국부적으로 가열되어 이들 단차부를 용접한다. 이러한 방식으로, 개구부(23)는 격벽부재(22)에 의해 나누어져서 2개의 창(24)이 형성된다.
격벽부재, 상부 플레이트 및 하부 플레이트(20)는 각각 알루미늄 또는 알루미늄합금재료로 형성되고 그리고 주조, 압출, 압연 및 단조등으로 생산할 수 있다. 본 실시예에서, 알루미늄 또는 알루미늄합금재료와 선회공구(2)를 문지르고 그리고 공구(2)와 알루미늄 또는 알루미늄합금재료에 의해 발생한 열을 사용하므로써 고상접합이 이루어진다. 그러므로, 알루미늄 또는 알루미늄합금재료는 그 용융점까지 가열되지 않는다. 이러한 공정은 그러므로 용접열로 인한 왜곡이 심각하지 않아서 이들에 악영향을 주지않으며, 동시에 접합부에서 조인트의 강도저하는 억제될 수 있다는 장점을 동반한다. 두꺼운 플레이트 또는 단조품로부터 절삭하는 경우와 달리 복수의 부재를 각각 형성하고 그리고 이들을 접합용접하므로서 진공챔버를 생산하기위한 본 실시예의 공정은 부품의 수를 줄일 수 있고 생산단계와 생산비용을 상당히 줄일 수 있다.
창을 가진 바닥 플레이트가 생산될 때, 종래의 공정에 비하여 생산비용과 생산시간은 각각 반 및 1/3로 줄어들 수 있다.
또한 본 실시예에서, 도 7에 예시된 바와같이 격벽부재(22)와 바닥 플레이트 몸체(21)사이의 노치 홈부분을 형성하는 것이 바람직하다. 말하자면, 본 실시예에서, 노치 홈은 그 표면에서 단차부를 가지고 있고 그리고 굴곡단면을 가지고 있다.
노치 홈부분이 단차형상으로 되어있으므로, 격벽부재(22)와 바닥 플레이트 몸체(21)가 서로 접합될 때, 접합부는 판두께방향으로 이러한 노치 홈부분에 의해 지지되어, 접합부에서 변형과 왜곡은 공구로부터의 부하에 대하여 확실히 방지될 수 있다.
길이(d)는 공구의 직경과 판두께에 의존하지만, 길이는 5mm 이하는 아니고 그리고 10mm 이상도 아니게 설정하는 것이 바람직하다. 길이(t)는 공구(2)로부터의 부하를 수용하기위해서 강성을 고려하여 5mm에서 판두께의 50%까지의 범위내에서 바람직하게 설정된다.
상기한 접합법과 함께, 아크, 레이저 또는 플라즈마등의 열원을 사용하는 용융용접을 상기 부재로부터 조립된 각도진 통의 외측으로부터 시공하므로서 보다 정밀도 높은 접합 및 접합부의 강성을 한층 강화할 수 있다.
본 발명에 따라서, 상기한 바와같이, 반도체조립장치를 위한 진공챔버를 만드는 알루미늄은 대형의 장비를 사용하지않고 고상접합에 의해 저렴한 가격으로 생산할 수 있다.
본 발명의 제 5실시예를 설명한다. 도 8a는 본 발명의 제 5실시예에 따른 진공챔버를 예시하는 사시도; 도 8b는 챔버의 구성부재를 예시하는 사시도; 그리고 도 9a 내지 도 9d는 용접방법을 공정순으로 예시하는 접합부의 단면도이다. 이 실시예에서는 본 발명을 카세트챔버에 적용한 것이다. 바닥이 없는 통형상의 챔버(33)는 부재(31,32)의 끝부분을 접합하므로서 이루어지는데, 부재(31,32)각각은 U자형 단면을 가지고 있고 그리고 접합부(34)를 형성하도록 접합 끝부분을 용접한다. 본 실시예에서, 도 9a에 예시된 바와같이, 접합되는 부재(31,32)의 끝부분은 L자형 단면을 갖추도록 각각 형성되어 챔버의 내부표면측은 만들어질 것이다. 결과적으로, 진공측에서 챔버의 내부표면부분(제 1부분)은 돌출하여 단차부가 챔버의 외부표면부분(제 2부분)의 접합 끝표면(36)과 끝표면(35)사이에 형성된다.
도 9b에 예시된 바와같이, 제 1부분의 끝표면(35)은 접촉되고 그리고 오목부(37)는 끝표면(36)사이에서 형성된다.
그러므로, 도 9c에 예시된 바와같이, 지그가 오목부로부터 끝표면(35)의 접합부내로 삽입되어 접합부의 마찰 교반접합을 하고 이에따라 고상접합부(38)가 형성된다.
도 10은 이러한 마찰 교반접합방법을 예시하고 있다. 지그(50)는 스탠드(51)의 하부 끝에 공축으로 배치된 핀(52)을 갖추고 있다. 베이스(51)를 움지이면서, 부재(31,32)와 접촉하는 핀(52)을 선회시키므로써, 부재(31,32)의 고상접합은 수행되어, 용접부(38)가 형성된다.
도 9d에 예시된 바와같이, 오목부(38)는 MIG와 같은 용융용접방법에 의해 용접되고 그리고 용융접합부(39)에서 육성된다. 이러한 방식으로, 부재(31,32)는 용접되고, 이에따라 카세트챔버(33)는 완성된다.
본 실시예에 따른 카세트챔버(33)에서, 접합부(34)의 내부표면측 표면부분(제 1부분)은 마찰 교반접합에 의해 형성되어 챔버가 진공으로 사용될 때 가스가 누출되지 않고 그리고 이러한 접합부에서 결함이 없다. 카세트챔버가 진공챔버로서 채용될 때, 진공유인에 소비되는 시간은 진공챔버가 알루미늄재료로부터 절삭하였을 때 만큼 짧다. 알루미늄재료로부터 절삭한 진공챔버와 비교하여 생산시간과 생산가격양자는 줄어들 수 있다. 또한, 접합부(34)의 외부표면측에서 한부분(제 2부분)은 용융용접에 의해 용접되고 그리고 용접부(39)는 육성되어, 조인트부분의 강도는 상당히 높아진다. 두꺼운 부재(31,32)를 채용하더라도, 고품질의 챔버(33)가 상당히 단순한 공정으로 제조될 수 있다.
부재의 두께방향으로 마찰 교반접합되는 제 1부분의 길이는 바람직하게 3 내지 35mm의 범위에 있다. 제 1부분의 두께가 3mm이하일 때, 결과적으로 챔버는 챔버의 외부표면측에서 용융용접부분에서 핀구멍등에 의해 영향을 받는 경향이 있다. 제 1부분의 두께가 35mm를 넘으면, 마찰 교반접합을 위해 대형의 장비가 필요하여 이러한 두께는 실용적이지않다.
또한, 마찰 교반용접에 의해 얻어진 고상접합부(38)의 재결정구조는 바람직하게 20㎛보다 크지않은 결정입자를 가지고 있다. 이러한 결정입자크기는 챔버의 내부표면으로부터 1mm의 위치에서 측정된다. 말하자면, 고상접합부(38)의 재결정구조의 결정입자크기는 챔버의 내부표면으로부터 접합부의 1mm를 연삭하므로서 결정될 수 있다. 본 실시예에서, 결정입자크기는 바람직하게 20㎛보다 크지않다. 결정입자크기가 20㎛이하일때, 용접금속의 결함의 양은 알루미늄으로 만든 두께은 플레이트 또는 단조품으로부터 직접 절삭한 진공챔버만큼 작다. 결정입자크기는 예를들면, JIS H 0501 에 규정된 절단법 또는 비교법 또는 이에 준하는 방법에 의해 측정될 수 있다.
더욱이, 마찰 교반접합에 의해 얻어진 고상접합부의 베이스 금속에 대한 비율, 즉 (고상접합부)/(베이스 재료)는 바람직하게 적어도 0.90이다. 이 비율이 적어도 적어도 0.90일때, 용접금속의 결함의 양은 진공챔버가 알루미늄으로 만든 두께은 플레이트 또는 단조품으로부터 직접 절삭한 것만큼 작게된다.
MIG 또는 TIG와 같은 여러가지 방법이 마찰 교반접합후에 육성을 위해 용융용접에 적용될 수 있지만, 본 발명에서 MIG를 사용하는 것이 바람직하다. 일반적으로, TIG는 결함이 적은 용입을 제공할 수 있지만, MIG와 동일한 용접시간의 경우에, 입력열의 증가의 가능성이 있어서, 연화의 정도를 크게할 가능성이 높다. 한편, MIG용접은 TIG용접보다 용접율이 높아서, 입력열을 감소시키고 그리고 동시에 전극자체가 용가재이기 때문에 육성을 촉진한다.
본 발명이 트랜스퍼 챔버에 적용된 제 6 실시예가 도 11을 참조하여 설명된다. 이러한 트랜스퍼 챔버(42)는 챔버의 바닥벽을 구성하는 디스크형 부재(41)와 챔버의 측벽을 구성하는 원통형 부재(40)를 접합하므로서 만들어진다. 원통형 부재(40)는 압출공정에 의해 만들어질 수 있는 한편, 디스크형 부재(41)로서 압연판등이 사용될 수 있다.
도 12a 내지 도 12d는 챔버의 압출공정을 순서대로 예시하고있다. 도 12a에 예시된 바와같이, 접합되는 제 1부분의 끝표면(43)과 접합되는, 제 1부분의 아래에 있는 제 2부분의 끝표면(44)은 원통형 부재(40)의 하부 끝의 내부표면에 형성되어있다. 디스크형 부재(41)의 주변 표면에서, 접합되는 제 1부분의 끝표면(43)과 접합되는 제 2부분의 끝표면(44)이 형성된다. 끝표면(43)을 서로 접합하므로서, 오목부(45)은 도 12b에 예시한바와같이 끝표면(44)사이에 형성된다. 오목부(45)내로 도 10에 예시한 바와같은 마찰 교반접합을 위한 지그가 삽입되고 그리고 끝표면(43)의 접촉부는 마찰 교반접합되어, 고상접합부(45)가 형성된다.
이러한 방식으로, 원통형의 바닥이 있는 트랜스퍼 챔버(42)가 만들어진다. 진공으로 될 내부표면쪽에서 접합부에서 마찰 교반접합에 의해 형성된 고상접합부(46)의 존재로 인해, 용접결함은 전혀 존재하지 않을 것이며 그러므로, 진공유인에 시간이 걸리지 않는다.
도 13a도는 본 발명의 제 7실시예에 따라서 완성된 트랜스퍼 챔버의 사시도를 예시하고, 도 13b는 구성부재를 예시하는 사시도이고 그리고 도 13c 및 도 13d는 이들의 접합부를 예시하고 있다. 본 실시예에서, 트랜스퍼 챔버의 측벽을 구성하는 부재(60)는 다각형 통형상인 한편, 바닥벽을 구성하는 부재(61)는 다각형의 플레이트형태이다. 또한 본 실시예에서, 도 13c에 예시한 바와같이, 부재(60,61)사이에서 접합모양을 형성하므로서, 외부표면측의 MIG와 같은 용융용접과 내부표면측의 마찰 교반접합이 수행될 수 있어서, 도 13d에 예시한 바와같이, 마찰 교반접합부분(62)이 트랜스퍼 챔버의 내부표면측에서 형성되고 그리고 용융용접부(63)에 의해 육성부가 외부표면측에 형성된다.
도 14a 및 도 14b는 압연된 플레이트로부터 만들어진 카세트 챔버가 다각형 통모양으로 된 제 8실시예를 예시하고 있다. 이러한 카세트 챔버(70)는 각각 챔버의 측벽을 구성하여 다각형 통형상으로 되는 조립된 복수의 압연된 플레이트(71)(도면에서는 6개의 플레이트)에 의해 얻어진다. 도 14b에 예시된 바와같이, 굴곡되는 압연된 플레이트(71)의 각각의 부분에서, 접합되는 제 1부분의 끝표면(72)과 접합되는 제 2부분의 끝표면(73)이 형성된다. 끝표면(72)을 서로 접촉하므로써, 오목부(74)는 끝표면(73)사이에서 형성된다. 지그가 이러한 오목부(74)에 삽입되어, 끝표면(72)이 마찰 교반접합하게 한다. 그리고, 오목부(74)는 MIG와 같은 용융용접에 의해 접합된다. 이러한 제 8실시예는 또한 제 5 내지 제 7실시예와 유사한 장점을 가진다.
다음은 본 발명의 장점을 명확하게 하는 테스트결과를 설명한다.
(1) 제 1테스트:
먼저, 도 8a, 8b, 9a 내지 9d와 관련된 진공챔버의 진공유인특성을 갖추도록 모의한 마찰 교반접합 테스트편과 종래의 용융용접에 의해 접합된 비교 실시예의 진공챔버로 모의한 MIG 용접 테스트편사이에서 진공유인특성의 비교결과에 대하여 설명한다.
도 15는 테스트장치를 예시하고 있다. 테스트편(90)은 측정챔버(80)에 삽입되고 그리고 준비챔버(81)와 함께 측정챔버(80)는 터보 분자펌프에 연결된 배기포트(85,86)를 통해서 배기된다. 밸브(87)는 측정챔버(80)로부터 준비챔버(81)를 나누기 위한 온-오프밸브이다. 측정챔버(80)에서, 오리피스(83)가 배치되고 그리고 측정챔버(80)에서 진공도는 전리진공게이지(84)에 의해 측정된다. 테스트편은 길이가 45mm, 폭이 45mm, 두께가 5mm이다. 터보 분자펌프의 배기속도는 50 liters/sec. 또는 300 liters/sec. 이다. 측정이 개시되면, 측정챔버(60)의 진공도와 온도는 각각 5×10-10내지 10-8torr 및 실온(25℃)이다.
도 16은 적외선 램프(82)에 의한 테스트편(90)의 열처리 상태를 예시하고 있는 그래프이다. 본 도면에서, 시간과 온도는 각각 횡축과 종축으로 구성되어있다. 도 16과 같이, 테스트편은 가열전에 약 2시간 진공챔버에 유지하였고, 0.5℃/sec의 속도로 가열하였고 그리고 한시간동안 180℃에서 스탠드에 유지하였다. 결과적으로, 도 17에 예시한 바와같이, TIG 또는 MIG용접으로 용접된 테스트편으로부터 방출된 가스의 양은 시간의 경과에 따라 증가하였고 그리고 380초가 지난뒤에도 계속 증가하였다. 한편, 마찰 교반접합에 의해 접합된 테스트편으로부터 방출된 가스의 양은 380초를 지날때 최대에 도달하고 그리고 그후 감소하였다. 또한, 방출된 양은 380초를 지날때 용융용접에 의해 접합된 테스트편의 약 절반이였다.
(2) 제 2테스트:
도 8a, 8b, 9a 내지 9d에 도시된 실시예의 카세트 챔버가 만들어졌다. 제 1부분, 즉 접합되는 제 1끝표면(35)각각은 15mm의 두께를 가지고 있고, 접합되는 제 2끝표면(36)각각은 10mm의 두께를 가지고 있다. 이들 제 2끝표면(36)에 의해 형성된 오목부(37)는 MIG용접에 의해 육성된다. 부재(31,32)가 압출로 만들어 질때, JIS 6063의 압출이 사용된다. 판재의 경우에, JIS 6063의 것이 사용되었다. 방출되는 가스의 양은 도 15에 예시된 바와같은 장치를 사용하여 측정하였다. 결정입자는 챔버의 내면에서 1mm의 위치까지 깍아서 이면의 결정입도를 임의의 3개소에서 측정하여 평균치를 채용하였다. 또한 밀도는 챔버내면의 표층부에 있어서 밀도를 3개소에서 측정하여 그 평균치를 채용하였다. 그 결과가 표 1 및 표 2에 도시되어있다.
| 알루미늄재료의 타입 | 접합방법 | 저합부에서결정입자크기(μm) | 베이스재료에 대한 마찰교반접합부의 밀도비율 | 380초후에 방출된가스의 양(10-8torr·리터/S·cm2) | |
| 실시예 | 압출재 | 마찰교반접합 | 5 | 0.995 | 1.8 |
| 실시예 | 판재 | 마찰교반접합 | 6 | 0.99 | 1.7 |
| 비교실시예 | 판재 | TIG 용접 | 25 | 0.85 | 2.6 |
| 비교실시예 | 판재 | 무 | 무 | 무 | 1.6 |
| 알루미늄재료의타입 | 접합방법 | 인장강도(N/mm2) | 신장(%) | |
| 실시예 | 압출재 | 마찰교반접합 | 186 | 5 |
| 실시예 | 판재 | 마찰교반접합 | 206 | 4 |
| 비교실시예 | 판재 | TIG용접 | 147 | 2 |
| 비교실시예 | 판재 | 무 | 295 | 10 |
표 1 및 표 2에 도시한 바와같이, 본 발명의 실시예에서, 접합부의 결정입자는 작고 그리고 밀도비율은 높아서 가스의 방출량은 접합부가 없는 비교실시예의 판재만큼 작다. 인장강도와 신장은 용융용접의 것보다 현저하게 높았다.
본 발명에 따라서, 상기한 바와같이, 두꺼운 부재가 사용되는 경우에도, 방출된 가스의 양은 현저하게 작고, 진공도는 신속하게 상승할 수 있고 그리고 접합부에서의 강도는 상당히 높았다.
Claims (10)
- 적어도 2개의 알루미늄 또는 알루미늄합금으로 만든 부재로 구성되어있고 그리고 상기 알루미늄 또는 알루미늄합금보다 단단한 재료로 만든 공구를 면대면으로 움직이면서 상기 공구를 선회시키므로써 발생된 마찰열을 사용하는 마찰 교반접합에 의해 접합되는 일부분을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 진공챔버.
- 제 1 항에 있어서, 상기 부재가 접합되는 노치 홈부분은 단차형상으로 굴곡되는 것을 특징으로 하는 진공챔버.
- 제 2 항에 있어서, 상기 굴곡부는 내부표면에서부터 판두께의 10 내지 50%에서 존재하는 것을 특징으로 하는 진공챔버.
- 적어도 2개의 알루미늄 또는 알루미늄합금으로 만든 부재를 접합하므로써 조립된 진공챔버로서, 상기 부재는 접합부의 적어도 일부분에서 노치 홈을 형성하여 챔버의 내부표면측에서 두께방향으로 제 1부분은 서로 접촉하고 그리고 챔버의 외부표면측에서 제 2부분은 서로 분리되며; 상기 제 1부분은 마찰 교반접합에 의해 접합되고 그리고 상기 제 2부분은 용융용접에 의해 접합되는 것을 특징으로 하는 진공챔버.
- 제 4 항에 있어서, 상기 제 1부분 각각은 부재의 두께방향으로 3 내지 35mm의 길이를 가진 것을 특징으로 하는 진공챔버.
- 제 4 항에 있어서, 제 1부분의 접합부에서 재결정구조의 입자크기는 20㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 진공챔버.
- 제 4 항에 있어서, 각각의 상기 제 1부분의 접합부의 밀도는 상기 부재의 각각의 밀도의 적어도 0.90 배 인 것을 특징으로 하는 진공챔버.
- 적어도 2개의 알루미늄 또는 알루미늄합금으로 만든 부재로 구성되어있고 그리고 상기 알루미늄 또는 알루미늄합금보다 단단한 재료로 만든 공구를 면대면으로 움직이면서 상기 공구를 선회시키므로써 발생된 마찰열을 사용하는 마찰 교반접합에 의해 접합되는 일부분을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 진공챔버를 제조하는방법.
- 적어도 2개의 알루미늄 또는 알루미늄합금으로 만든 부재를 서로 접합하므로서 진공챔버를 제조하는 방법으로서, 상기 부재는 접합되는 한 끝에서 챔버의 내부표면측에서 서로 접촉되는 제 1부분 그리고 챔버의 외부표면측에서 서로 분리된 제 2부분을 갖추고 있고; 상기 제 2부분측으로부터 지그를 삽입하고 마찰 교반접합에 의해 상기 제 1부분을 접합하는 단계 그리고 용융용접에 의해 상기 제 2부분을 접합하는 단계로 구성된 것을 특징으로 하는 진공챔버를 제조하는 방법.
- 제 9 항에 있어서, 상기 용융용접은 MIG용접인 것을 특징으로 하는 방법.
Applications Claiming Priority (10)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP98-106635 | 1998-04-16 | ||
| JP10663598A JPH11300481A (ja) | 1998-04-16 | 1998-04-16 | 半導体製造装置用真空チャンバ及びその製造方法 |
| JP10662898A JPH11300480A (ja) | 1998-04-16 | 1998-04-16 | 半導体製造装置用真空チャンバ及びその製造方法 |
| JP10660098A JPH11291068A (ja) | 1998-04-16 | 1998-04-16 | 半導体製造装置用真空チャンバ及びその製造方法 |
| JP98-106628 | 1998-04-16 | ||
| JP98-106600 | 1998-04-16 | ||
| JP10665398A JPH11300482A (ja) | 1998-04-16 | 1998-04-16 | 半導体製造装置用真空チャンバ及びその製造方法 |
| JP98-106653 | 1998-04-16 | ||
| JP10244196A JP2000071090A (ja) | 1998-08-28 | 1998-08-28 | 真空チャンバ及びその製造方法 |
| JP98-244196 | 1998-08-28 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR19990083213A true KR19990083213A (ko) | 1999-11-25 |
Family
ID=54776447
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1019990013293A KR19990083213A (ko) | 1998-04-16 | 1999-04-15 | 진공챔버부재와 그 제조방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR19990083213A (ko) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9566661B2 (en) | 2011-08-19 | 2017-02-14 | Nippon Light Metal Company, Ltd. | Friction stir welding method |
| KR102171598B1 (ko) * | 2019-06-11 | 2020-10-29 | 정무돈 | 정밀도가 향상된 챔버 프레임 제조 방법 |
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| JPH1071477A (ja) * | 1996-05-31 | 1998-03-17 | Boeing Co:The | 摩擦スター溶接工具および方法 |
| JPH10137951A (ja) * | 1996-11-01 | 1998-05-26 | Showa Alum Corp | アルミニウム材の接合方法 |
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-
1999
- 1999-04-15 KR KR1019990013293A patent/KR19990083213A/ko not_active Application Discontinuation
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