KR200144439Y1 - 메인밸브 - Google Patents

Abstract

[목적]

메인밸브의 정지위치를 무단계의 임의위치에 정지시킴으로써 가변오리피스가 없더라도 미세한 압력조정을 하는 것을 가능하게 한 브리지형 메인밸브를 제공함을 목적으로 한다.

[구성]

진공챔버(4)와 주배기펌프의 접속개구부(5)에 설치되는 메인밸브에 있어서, 접속배기구(5)를 개폐하기 위한 밸브체(2)에 스테핑모터(11)로 구동되는 전동실린더(10a)의 로드(17)를 구동방향과 밸브체(2)의 개폐면(2a)을 직각으로 하여 접속하고 있다. 로드(17)에 피스톤(18)이 설치되어 있고, 피스톤(18)에 실린더용기(19)가 끼워져 있고, 피스톤(18) 및 실린더용기(19)로 로드(17)와 밸브체(2)를 폐쇄방향(화살표; 25)으로 이동시키기 위한 가압공기 급배실(23)이 구성되어 있다. 전동실린더(10a)는 볼나사(12)와 너트(13)와 너트(13)에 접속된 로드(17)를 구비하고 있다.

Description

메인밸브

제1도는 종래의 가변 오리피스를 갖는 브리지형 메인밸브의 구성도.

제2도는 종래의 단계적 정지기구를 갖는 브리지형 메인밸브의 구성도.

제3도는 본 고안의 바람직한 실시예의 구성도.

제4도는 본 고안의 바람직한 전동실린더의 상세 단면도.

제5도는 본 고안의 바람직한 다른 실시예의 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1a,1b : 에어실린더 2 : 밸브체

3 : 주배기펌프 4 : 진공챔버

5 : 배기구 6 : 폐쇄위치

7 : 개방위치 8 : 가변오리피스

9 : 단계정지위치 10a,10b : 전동실린더

11 : 스테핑모터 12 : 볼나사

13 : 너트 14 : 샤프트

15 : 벨로스 16 : 개구

17 :로드 18 : 피스톤

19 : 실린더용기 20 : 구멍

21 : 통 22 : 플레이트

23 : 챔버

[산업상의 이용분야]

본 고안은 진공챔버와 주배기펌프가 접속되어 있는 개구부, 즉 배기구에 설치되는 메인밸브에 관한 것이며, 보다 상세하게는 배기의 컨덕턴스를 미세하게 제어할 수 있는 메인밸브에 관한 것이다.

[종래의 기술]

진공처리장치, 가령 스패터링장치, 드라이에칭장치 또는 플라스마 CVD 장치에 있어서, 기판의 표면처리를 행하기 위하여 각종 가스(이하, 「프로세스가스」라 함), 예를 들면 방전용 아르곤가스를 진공챔버내로 도입한다. 기판의 표면처리가 적절히 행해지도록 진공챔버내의 프로세스가스의 압력을 조정한다. 프로세스가스의 압력조정 방법으로서는 (a) 도입가스의 유량을 조정하는 방법, (b) 진공챔버의 메인밸브와 주배기펌프사이에 설치된 가변오리피스(즉 컨덕턴스 조정기구)의 컨덕턴스를 조정하는 방법, 및 (c) 메인밸브의 밸브체를 에어실린더로 개방위치와 폐쇄위치 사이에서 단계적으로 정지시키는 방법이 잘 알려져 있다.

진공챔버(4)와 주배기펌프(3)가 접속하고 있는 배기구(5)에 설치되는 종래의 메인밸브로서는 브리지형 메인밸브가 일반적으로 널리 사용되고 있다. 브리지형 메인밸브에서는 제1도에 도시하는 바와 같이 진공챔버(4)의 저부의 배기구(5)옆에 대향 배치된 2개의 에어실린더(1a,1b)의 샤프트(14)의 상단에 메인밸브의 밸브체(2)가 연결되어 있다. 에어실린더(1a,1b)의 샤프트(14)를 수직방향으로 이동시킴으로써 밸브체(2)를 상하로 이동시킨다. 진공챔버(4)의 진공배기중에는 밸브체(2)를 개방위치(7)에 세트시킨다. 진공배기정지중에는 밸브체(2)를 폐쇄위치(6)에 세트시킨다.

제1도중, 배기구(5)와 주배기펌프(3) 사이에는 가변오리피스(8)가 구비되어 있다. 가변오리피스(8)의 개구도를 조정함으로써 프로세스 가스의 배기컨덕턴스를 제어한다. 이 컨덕턴스의 제어에 의해 진공챔버(4)중의 프로세스 가스의 압력을 조정한다.

메인밸브에 가변오리피스가 배치되어 있지 않을 경우에는 프로세스가스의 유량조절만으로 진공챔버내의 압력을 조정하지 않으면 안된다. 진공챔버내의 압력이 원하는 압력보다 낮을 때에는 주배기펌프의 배기능력을 초과하는 프로세스가스의 유량을 필요로 한다. 그러나, 프로세스가스의 유량부족에 의해 원하는 압력이 얻어지지 않을때가 있다.

가변오리피스(8)에 의해 압력을 조정할 경우, 이 문제는 어느정도 해결된다. 그러나, 설사 가변오리피스(8)의 개구도를 전부 개방하더라도 오리피스가 갖는 고유의 컨덕턴스에 의해 주배기펌프(3)의 최대 배기속도가 저하되는 문제가 있다.

에어실린더(1a,1b)의 샤프트(14)는 압축공기에 의해 급속히 동작한다. 샤프트(14)에 연결되어 있는 밸브체(2)도 개방위치(7)에서 폐쇄위치(6)로 급속히 이동한다. 이와 같은 밸브체(2)의 동작에 의해 진공배기조작의 신속한 개시 및 급차단이 용이하게 이루어진다. 그러나, 압축공기에 의해 샤프트(14)를 동작시키기 때문에 밸브체(2)는 개방위치(7)와 페쇄위치(6)에만 정지한다.

제2도는 밸브체(2)가 폐쇄위치(6), 개방위치(7), 단계정지위치(9)에서 정지할 수 있게한 단계적 정지기구를 갖는 메인밸브이다. 이 단계적 정지기구는 샤프트(14)가 에어실린더(1a,1b)를 돌출시킨 선단에 복수의 스페이서(40)가 부착되어 있다. 1 또는 2 이상의 스페이서를 제거함으로써 밸브체(2)를 단계적으로 정지시킨다. 밸브체(2)의 단계적 정지에 의해 배기의 컨덕턴스를 조정할 수 있다.

그러나, 밸브체(1)의 정지위치(9)가 스페이서의 제거로 단계적으로 조절되기 때문에 배기의 컨덕턴스를 미세하게 조절할 수 없다. 이 단계적 정지기구에서는 배기의 컨덕턴스를 미세하게 조절할 수 없기 때문에 진공챔버내의 프로세스가스의 압력을 미세하게 조절할 수 없다. 가령, 막의 조성비가 복수의 프로세스가스의 유량비(분압비)로 민감하게 변화되는 리액티브 스패터법에서는 이 단계적 정지기구로 진공챔버내의 압력을 제어하면 원하는 조성비를 갖는 박막을 갖지 못할 수도 있다.

[고안이 해결하고자 하는 과제]

상기한 바와 같이 종래의 브리지형 메인밸브로서는 메인밸브와 주배기펌프사이에 설치한 가변오리피스로 압력조정을 행하면 배기속도 저하의 문제가 발생한다. 별도로, 밸브체를 단계적으로 정지시키는 기구로서는 배기컨덕턴스의 미세한 조정이 곤란하다는 문제가 있다.

본 고안은 이들 문제를 해결하고, 밸브체의 정지위치를 무단계로 임의 위치에 정지시키는 브리지형 메인밸브를 제공함을 목적으로 한다. 본 고안에 의하면 가변오리피스가 없더라도 진공챔버내의 프로세스가스의 미세한 압력조정을 가능하게 한다.

[과제를 해결하기 위한 수단]

상기 목적을 달성하는 본 고안의 메인밸브는 진공챔버와 주배기펌프의 접속개구부에 설치되는 메인밸브에 있어서, 이 개구부를 개폐하기 위한 개구부보다 큰 밸브체와 이 밸브체에 접속되어 서로 대향하는 전동실린더와 각각의 전동실린더를 구동하는 구동원을 갖는다.

전동실린더의 실린더용기와 피스톤으로 형성되는 챔버에 밸브체가 개구부를 폐쇄시키는 방향으로 움직이게 하기 위하여 가압유체를 주입하기 위한 개구가 설치되어 있다.

전동실린더는 실린더 용기내에 구동원과 연결되어 있는 볼나사와, 이 볼나사와 결합하고 있는 너트와, 이 너트와 접합된 피스톤과 이 피스톤이 선단에 형성되어 있는 로드를 갖는다. 그리고, 벨로스를 관통한 로드가 밸브체와 접속하고 있다.

상기 목적을 달성하는 본 고안의 다른 메인밸브는 개구부보다 큰 밸브체의 일단이 진공챔버의 벽면과 밸브체가 회전할 수 있도록 접속되어 있고, 밸브체의 타단에 벨로스를 관통한 전동실린더의 로드가 접속되어 있다. 그리고, 전동실린더는 실린더용기내에 구동원과 연결되어 있는 볼나사와, 이 볼나사와 결합하고 있는 너트와, 이 너트의 회전을 정지시키는 스토퍼와, 이 너트와 접합된 피스톤과, 이 피스톤이 선단에 형성되어 있는 로드를 가지고 있다. 그리고, 이 실린더용기와 피스톤으로 형성되는 챔버에, 밸브체가 개구부를 폐쇄시키는 방향으로 움직이게 하기 위하여 가압유체를 주입하기 위한 개구가 설치되어 있다.

[작용]

본 고안의 메인밸브에 의하면, 밸브체는 배기구가 완전히 개방되는 개방위치로부터 배기구가 완전히 페쇄되는 폐쇄위치 사이에서 임의의 위치에 정지한다. 밸브체의 정지위치를 조정함으로써 배기구의 컨덕턴스를 조정한다. 배기구의 컨덕턴스 조정으로 진공챔버내의 프로세스가스의 압력을 미세하게 조정한다. 또, 밸브체를 개방위치에 설정한다는 것은 주배기펌프가 최대 배기속도를 발휘하는 것이 된다. 따라서, 주배기펌프가 갖는 최대 배기속도를 저하시키지 않고, 미세한 압력조정을 행할 수 있다. 그리고, 진공처리상태가 도입하는 가스유량에 의존할 경우에도 원하는 진공상태를 얻을 수 있다.

또, 밸브체가 배기구를 폐쇄시키는 동작을 신속하게 하기 위하여 실린더내에 가압유체를 주입함으로써 밸브체에 연결된 피스톤의 동작을 신속하게 한다. 배기구의 급속차단이 가능해지고, 긴급정지 및 정전사태에 대응할 수 있다.

[실시예]

이하에 본 고안을 실시예에 의거하여 설명한다.

제3도는 바람직한 실시예의 브리지형 메인밸브의 단면도이다. 진공처리장치의 진공챔버(4)의 저벽에 원형의 배기구(5)가 형성되어 있다. 배기구(5)의 외측에 주배기펌프(3)가 접속되어 있다. 배기구(5)의 주위에 대향하여 2개의 전동실린더(10a,10b)가 설치되어 있다. 전동실린더(10a,10b)의 상하로 움직이는 로드(17)가 진공챔버(4) 내에 돌출해 있다. 로드(17)가 돌출한 벽면부분에는 제4도에 도시하는 바와 같이 벨로스에 의해 샤프트축이 시일되어 있다. 이 축시일에 의해 로드(17)가 상하로 움직인다 하더라도 진공챔버(4)의 내부와 대기측을 단절하고 있다. 로드(17)의 선단에 판(24)을 통하여 배기구(5)보다 큰 원반형 밸브체(2)가 구비되어 있다. 밸브체(2)의 하면(2a)에서 배기구(5)의 둘레가장자리부와 대향하는 부분에는 홈(30)이 형성되어 있다. 이 홈(30)에는 O-링(31)이 꽂혀있다. 밸브체(2)가 배기구(5)를 폐쇄할 때 O-링(31)이 배기구(5)의 둘레가장자리부의 벽면과 밸브체(2)의 사이를 시일하기 때문에 진공챔버(4) 내를 기밀하게 유지할 수 있다.

제4도는 전동실린더의 상세 단면도이다. 제4도에서는 전동실린더(10b)와 동일한 전동실린더(10a)만을 나타내고 있다. 전동실린더는 직선도입기이다. 전동실린더의 샤프트는 진공용기내에서 직선운동 또는 상하운동한다. 로드(17)의 스트로크내에서 로드(17)를 임의의 위치에 정지시킬 수 있다. 이 전동실린더는 3개이상을 배기구(5)의 주위에 배치할 수도 있다. 그러나, 이 바람직한 실시예와 같이 2개로 하면 메인밸브전체를 간소하게 할 수 있음과 동시에 전동실린더의 샤프트 동작의 동기(同期)가 취하기 쉽다.

전동실린더(10a,10b)의 실린더용기(19)에 로드(17)의 하단에 형성한 피스톤(18)이 수용되어 있다. 실린더용기(19)와 피스톤(18)으로 형성된 챔버(23)에는 가압공기를 주입하기 위한 개구(16)가 설치된다. 피스톤(18)의 하면에는 너트(13)가 접합되어 있다. 너트(13)는 볼나사(12)의 나사맞춤부분에 결합되어 있다. 너트(13)를 돌출한 불나사(12)의 부분은 피스톤(18)을 관통하여 로드(17)내부에 형성된 캐버티(33)에 수용되어 있다. 한편, 실린더용기(19)의 저면을 돌출해 있는 볼나사(12)의 하단에서는 스테핑모터(11)의 축(34)과 커플링(35)을 통하여 연결하고 있다. 이 스테핑모터(11)는 오리엔탈 모터사제 「UPK-569」이다. 스테핑모터(11)는 지주(36)를 통하여 실린더용기(19)에 고정되어 있다. 볼나사(12)는 스테핑모터(11)의 축(34)에 고정되어 있기 때문에 축(34)이 회전하더라도 볼나사(12)는 전방 또는 후방으로 움직이는 일은 없다. 스테핑모터(11)의 축(34)의 회전에 의해 볼나사(12)는 다만 단순히 회전할 뿐이다. 대기와 진공을 단절하고 있는 부품이 서로 결합하고 있는 부분에서는 O-링으로 시일되어 있다.

실린더용기(19)는 진공챔버(4)의 저벽에 형성된 구멍(20)의 외측에 통(21)을 통하여 설치되어 있다. 통(21)내에는 진공시일을 위한 벨로스(15)가 설치되어 있다. 통(21)의 저면을 돌출한 로드(17)가 벨로스(15)의 상단에 부착된 플레이트(22)를 관통하여 진공챔버(4)에 돌출해 있다. 플레이트(22)와 로드(17)의 사이에는 O-링(37)에 의해 시일되어 있다. 돌출한 로드(17)의 선단에 직각으로 판(24)이 설치되어 있다. 판(24)의 선단부분의 하면이 밸브체(2)의 상면과 결합하고 있다.

메인밸브의 밸브체(2)의 상하운동은 구동원인 스테핑모터(11)의 회전운동을 볼나사(12)에 의해 직선운동으로 변환시키고, 그리고 이 직선운동을 로드(17)에 전달함으로써 행하여진다. 상세하게는, 스테핑모터(11)의 축(34)이 회전함으로써 고정되어 있는 볼나사(12)가 회전한다. 볼나사(12)의 회전에 의해 볼나사(12)가 고정되어 있기 때문에 너트(13)가 상방 또는 하방으로 움직인다. 너트(13)에 결합된 피스톤(18)이 상방 또는 하방으로 이동한다. 피스톤(18)의 이동에 의해 벨로스(15)가 신축하면서 로드(17)가 상방 또는 하방으로 움직인다. 로드(17)의 상하운동에 의해 로드(17)에 연결되어 있는 밸브체(2)가 상방 또는 하방으로 움직인다. 이와 같이 하여 볼나사(12)의 회전을 스테핑모터(11)로 미세하게 제어할 수 있기 때문에 밸브체(2)는 로드(17)의 스토로크내에서 임의의 위치에 정지시킬 수 있다. 밸브체(2)의 정지위치를 변화시켜서 배기구(5)의 컨덕턴스를 변화시킨다. 따라서 배기구(5)의 컨덕턴스를 미세하게 변화시켜서 진공챔버(4)의 압력조정을 할 수 있다.

메인밸브로 배기구를 급차단할 때는 스테핑모터(11)의 스위치를 오프함과 동시에 개구(16)를 통하여 가압공기를 챔버(23)에 주입한다. 가압공기의 주입으로 피스톤(18)은 화살표(25)의 방향으로 압력을 받아서 급속하게 하방으로 이동한다. 그리고, 피스톤(18)에 연결된 로드(17) 및 로드(17)를 통하여 밸브체(2)가 급속히 하방으로 움직이고, 밸브체(2)가 배기구(5)를 폐쇄한다. 한편, 피스톤(18)이 하방으로 움직이면 너트(13)가 하방으로 움직인다. 너트(13)가 하방으로 움직임으로써 볼나사(12) 및 스테핑모터(11)가 공전한다.

밸브체(2)가 이와 같이 신속하게 하방으로 움직임으로써 불의의 사고로 메인밸브(3)의 고장을 미연에 방지할 수 있다. 불의의 사고에 의해 가령, 만일 진공챔버(4)의 압력이 급격히 이상하게 높아지면, 가령 대기압이 되면, 메인밸브(3)에 사용되는 분자터보펌프와 크라이오펌프와 같은 고진공펌프는 간단하게 고장난다. 왜냐하면, 고진공펌프는 대기압에 노출되는 것이 원인으로 고장나기 때문이다. 밸브체(2)로 배기구(5)가 신속하게 폐쇄됨으로써 고진공펌프가 대기압에 노출되는 것을 보호할 수 있다.

이 실시예에서는 2개의 전동실린더를 구동시킬 때에 스테핑모터(11)를 동기하여 회전시키는 제어회로, 밸브체(2)의 위치를 확인하기 위한 센서, 스테핑모터(11)의 회전을 검출하기 위한 엔코더가 도시되지 않으나 이 실시예의 메인밸브에 구비되어 있다.

또한, 2개의 전동실린더를 구동할 때 한쪽의 전동실린더의 회전구동원인 스테핑모터(11)의 회전운동을 타이밍벨트와 같은 회전전달기구에 의해 다른쪽의 전동실린더의 볼나사에 전달할 수 있다.

제5도는 1개의 전동실린더로 밸브체를 움직이는 메인밸브를 나타낸다. 밸브체(2)의 상면에 부착된 판(24)의 한쪽끝에는 로드(17)가 판(24)의 끝에 형성된 구멍(44)에 꽂혀 있다. 로드(17)의 끝의 양측면에 형성된 슬릿(43)을 통하여 핀(42)이 로드(17)를 관통하여 부착되어 있다. 판(24)의 다른쪽 끝은 배기구(5)의 가까이에 구비된 블록(40)과 핀(41)에 의해 결합되어 있다. 핀(41)을 축으로 하여 판(24)이 회전한다. 판(24)의 일단에 결합한 로드(17)가 상하운동함으로써 밸브체(2)는 화살표(45)의 방향으로 움직인다. 이 밸브체(2)의 움직임에 의해 배기의 컨덕턴스를 조정한다.

하나의 전동실린더로 밸브체를 움직일 경우에는 볼나사(12)의 회전운동이 확실하게 너트(13) 및 로드(17)에 직선운동으로서 전달되도록 너트(13) 또는 로드(17)에 회전정지의 스토퍼가 구비되어 있다. 이 실시예에서는 너트(13)에 봉형상 스토퍼(46)가 부착되어 있다. 스토퍼(46)는 실린더용기(19)의 저면에 형성된 구멍(47)에 관통시키고 있다. 너트(13)가 회전하더라도 스토퍼(46)가 구멍(47)에 부딪혀 너트(13)의 회전을 저지한다.

그러나, 2개의 전동실린더를 대향시켜서 밸브체에 비치한 브리지형 메인밸브는 너트(13; 또는 로드(17))의 회전을 정지시키기 위하여 너트(13) 또는 로드(17)에 스토퍼를 구비할 필요가 없다. 왜냐하면 한쪽의 전동실린더의 너트(13; 로드(17))의 회전이 다른쪽의 전동실린더의 너트(13; 로드(17))의 회전에 의해 상호의 회전운동을 서로 방해하기 때문이다.

이들 실시예에서는 진공챔버(4)와 대기측을 단절시키기 위하여 벨로스(15)를 이용하고 있다. 그러나 O-링에 의해 로드(17)를 시일하는 것도 가능하다. 또한, 스테핑모터(11)는 회전각을 제어할 수 있으면 된다. 서보모터, 인덕션모터도 이 실시예의 메인밸브에 이용할 수 있다. 또, 실린더용기(19)내의 챔버(23)에 가압공기대신 가압유를 주입할 수 있다.

[고안의 효과]

이상의 설명과 같이 본 고안에 의하면 주배기펌프의 최대 배기속도를 저하시키지 않고 미세한 컨덕턴스 조정이 가능한 메인밸브를 제공할 수 있는 효과가 있다. 그리고, 본 고안에 의하면 불의의 사고의 경우 신속하게 배기구를 폐쇄할 수 있다.

Claims (3)

1. 진공챔버와 주배기펌프의 접속개구부에 설치되는 메인밸브에 있어서, 이 개구부를 개폐하기 위한 개구부보다 큰 밸브체와, 이 밸브체에 접속한 서로 대향하는 2개의 전동실린더와, 각각의 전동실린더를 구동하는 구동원을 가지고 있으며, 상기 전동실린더의 실린더용기와 피스톤으로 형성되는 챔버에 밸브체가 개구부를 폐쇄시키는 방향으로 움직이게 하기 위하여 가압유체를 주입하기 위한 개구가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 메인밸브.
2. 제1항에 있어서, 전동실린더는 실린더용기내에 구동원과 연결되어 있는 볼나사와, 이 볼나사와 결합하고 있는 너트와, 이 너트와 접합된 피스톤과, 이 피스톤이 선단에 형성되어 있는 로드를 가지고 있으며, 여기에서 로드는 벨로스를 관통하여 밸브체와 접속하고 있는 것을 특징으로 하는 메인밸브.
3. 진공챔버와 주배기펌프의 접속개구부에 설치되는 메인밸브에 있어서, 이 개구부를 개폐하기 위한 개구부보다 큰 밸브체를 가지고 있으며, 여기에서 이 밸브체의 일단이 진공챔버의 벽면과 밸브체가 회전할 수 있도록 접속해 있고, 또한 구동원으로 구동되는 하나의 전동실린더를 가지고 있으며, 여기에서 전동실린더는 실린더용기내에 구동원과 연결되어 있는 볼나사와, 이 볼나사와 결합해 있는 너트와, 이 너트의 회전을 정지시키는 스토퍼와, 너트와 접합된 피스톤과 이 피스톤이 선단에 형성되어 있는 로드를 가지고 있으며, 여기에서 실린더용기와 피스톤으로 형성되는 챔버에 밸브체가 개구부를 폐쇄시키는 방향으로 움직이게 하기 위하여 가압유체를 주입하기 위한 개구가 설치되어 있으며, 또한 여기에서 밸브체의 타단에 벨로스를 관통한 로드가 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 메인밸브.