KR20030026333A - 보호 밀폐장치를 구비한 역방식의 압력용기 - Google Patents

보호 밀폐장치를 구비한 역방식의 압력용기 Download PDF

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KR20030026333A
KR20030026333A KR10-2003-7001535A KR20037001535A KR20030026333A KR 20030026333 A KR20030026333 A KR 20030026333A KR 20037001535 A KR20037001535 A KR 20037001535A KR 20030026333 A KR20030026333 A KR 20030026333A
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에스.씨. 플루이즈, 아이엔씨.
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Abstract

상승 압력 및 온도를 필요로 하는 자동화 산업공정을 수행하기 위한 역방식의 압력용기 시스템은 저면 적재포트를 개방 및 폐쇄하기 위한 수직 가이동 축받이를 구비하며, 축받이 구동시스템 및 잠금장치가 상기 축받이의 상부 아래에 배치되어 개방 체임버로부터 격리시켜준다. 상기 체임버는 압력 제어 및 공정유체 공급시스템에 연결가능하고, 온도제어를 위해 외부 소스에 연결된 열 교환기를 구비한다. 공정유체는 분기유입 및 분기유출 공정유체채널을 통해 중앙처리공동에 걸쳐 분포된다.

Description

보호 밀폐장치를 구비한 역방식의 압력용기{Inverted Pressure Vessel with Shielded Closure Mechanism}
관련출원에 대한 설명
본 출원은 현재 계류중인 미국 특허출원 제 09/632770 호에 관한 것이며 상기 미국 특허출원에 대해 우선권을 주장한다.
반도체 산업은 물론, 의료산업 및 기타 다른 산업에서는, 웨이퍼 또는 처리할 기타 다른 대상물을 적재할 수 있고, 인클로저(enclosure)가 밀봉된 후 공정에 필요한 공정 유체나 소재의 유입 및 적출을 허용하며, 압력 및 온도의 상승 및 조절을 가능하게 하는 인클로저 또는 압력용기를 필요로 하는 공정을 수행하기 위한 일반적인 요건들이 존재한다. 일부 공정들은 오염과 관련해서 훨씬 더 중요하고,공정 유체가 압력용기로 유입될 때의 온도, 압력 및 용적과 타이밍에 대한 신속하고 정밀한 제어를 필요로 한다. 이외에도, 제조 모드에서 이들 공정을 수행하고자 하는 요구와 함께 공정 자체의 정교함(sophistication)의 필요성이 점점 증가하고 있고, 분명한 사실은 압력용기의 개선이 요구된다는 점이다.
본 발명의 개시내용은 특히, 10,000 psi(평방인치당 파운드)에 이르는 고압력에서 작동하고 극도의 청정도를 요하는 작업공정에서 사용되는 압력용기 및, 제조환경에서 자동화 웨이퍼 처리공정시 사용되는 압력용기의 보다 용이하고 청결한 적재 및 잠금동작을 가능하게 해주는 압력용기 설계 및 격리방식의 리드 잠금 장치(lid locking mechanisms)에 관한 것이다.
이들 기준이 적용되는 공정의 예로는, 공정처리제가 액체 및 임계초과 형태로 사용되는 이산화탄소인 MEMS(마이크로 전자기계 시스템) 장치의 제조를 들 수 있다. 이산화탄소를 공정처리제로서 사용한 경우보다 훨씬 높은 온도 및 압력을 필요로 하는 초과임계 상태 조건에서 작용하는 실제 기대되는 기타 다른 공정처리제가 있다. 포토레지스트 스트리핑(photoresist stripping), 웨이퍼 청소, 분진 제거, 드라이 레지스트 현상(dry resist developing), 및 물질증착과 같은 엄격한 청정도 요건을 구비한 기타 다른 반도체 관련 응용분야는 모두 동일한 압력용기의 결함요소를 내포하고 있는데, 이러한 결함요소로는 오염을 야기하는 밀폐시 발생하는 입자, 신속하고 자동화된 밀폐동작에 적합하지 않는 밀폐장치, 상기 압력용기의 자동적재 및 적출(automatic loading and unloading)과 관련한 문제점 및 제조라인에서의 장치의 통합과 관련한 문제점을 들 수 있다.
현재 사용되는 많은 실험 및 제조 장비의 경우, 상기 압력용기는 처리중인 웨이퍼와 동일하거나 이보다 큰 직경을 갖는 개방 상부 입구를 통한 수직배치방식에 의해 적재되고, 그 역동작에 의해 제거된다. 상기 압력용기는 전형적으로 처리용기 플랜지 및 그 커버 플랜지를 주변에서 함께 수동으로 볼트결합하거나 기계적으로 고정하여 압력 밀봉체를 형성함으로써 밀폐된다. 이러한 장치 및 방법은 처리속도가 느리고 접촉면 및 정합 표면의 일정한 마모로 인해 분진 오염물질의 유입을 조장하기 쉽다. 이러한 분진입자는 적재 및 공정처리 환경내에서 즉시 발생하고, 어느 정도 처리되고 있는 소재를 어쩔 수 없이 오염시키게 된다.
이들 오염물질은, 그 미량으로도 제품의 품질 및 제조 효율성에 악영향을 미치기에 충분하기 때문에, 특히 반도체 산업에서 중요하다. 이들 주변 플랜지의 래칭장치(latching mechanism)가 신속한 밀폐 또는 제조목적을 위해 반자동화 방식으로 구성되면, 오염문제는 방치될 경우 점차 악화되는 자유 운전모드(free-running mode)에서 간단히 야기된다.
종래기술에는 많은 예가 존재한다. 그 중 한 가지 예로는 신속한 개방 도어 어셈블리를 구비한 압력솥을 들 수 있다. 이 압력솥은 통상적으로 체임버 플랜지, 회전 잠금링 및 도어 플랜지로 구성된다. 도어 및 용기는 상기 회전 잠금링에 의해서만 고정 및 고정해제된다. 상기 잠금링이 회전함에 따라, 정합 웨지지(mating wedges)의 표면은 누설방지용 정지 밀봉체를 제공하는 가스킷에 대해 상기 체임버 플랜지가 기밀상태를 유지하도록 한다. 서로에 대해 미끄러지는 상기 웨지지의 접촉으로 인해, 분진입자들이 발생하고 그 입자 잔해들이 이동하게 되어 결국 허용오차를 벗어나 처리공정을 오염시키게 된다.
제조 환경에서 전통적인 압력용기와 관련한 또 다른 문제점은 이들 압력용기를 반도체 산업의 표준 웨이퍼처리 로봇에 적응시키는데 어려움이 따른다는 사실이다. 종종, 처리중인 소재의 적재 및 적출의 자동화를 위해, 공정 스테이션사이에 웨이퍼의 수평이동과 수직이동간의 복잡한 천이동작을 내포하는 복합 운반시스템이 필요한 경우도 있다. 보다 새로운 산업 표준은, 연결된 웨이퍼 처리 기계사이에서 회전 이송시스템이 웨이퍼를 이동시키는 클러스터 툴 장치(cluster tool arrangement)의 출현을 기대하며 준비하고 있다.
본 발명은 극도의 청정도를 요하는 공정작업에서 사용되며 상승 압력 및 온도에서 작동하는 압력용기에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 제조환경에서 자동화 웨이퍼 처리공정시 사용되는 압력용기의 적재(loading) 및 밀폐동작을 보다 용이하고 청결하게 수행할 수 있도록 해주는 압력용기 설계 및 보호 밀폐장치에 관한 것이다.
도 1은 축받이 및 잠금 블록이 폐쇄 및 잠금위치에 있는, 본 발명의 양호한 실시예에 따른 주요 구성요소를 도시한 정면 측단면도이다.
도 2는 상기 축받이 및 잠금 블록이 개방 및 수축위치에 있는, 본 발명의 양호한 실시예에 따른 주요 구성요소를 도시한 정면 측단면도이다.
도 3은 본 발명의 양호한 실시예에 따른, 개방위치에 있는 축받이를 부분 절단한 정면도이다.
도 4는 본 발명의 양호한 실시예에 따른, 타이 플레이트 볼트헤드(tie plate bolt heads)와, 기계 후면상에 배치된 잠금 블록구동 스크류모터 및 기어박스를 도시한 평면도이다.
도 5는 상기 축받이 및 풀무가 개방위치와 폐쇄위치사이의 중간 위치에 놓여있고 공정유체 및 가열유체 공급라인를 구비한 공정체임버를 도시한 도면으로서, 본 발명의 양호한 실시예에 따른 상부 구획을 상세히 도시한 정면 측단면도이다.
도 6은 본 발명의 양호한 실시예에 따른, 공정 용적을 통해 유체 흐름에 영향을 주는 날개 및 유동채널을 도시한 것으로서, 공정 체임버의 평면 단면도이다.
도 7은 본 발명의 양호한 실시예에 따른, 원주(column)의 각 측면상의 축받이 안내바아 및 안내 바아 홀더를 도시한 것으로서, 타이 플레이트 및 축받이 원주(pedestal column)의 평면 단면도이다.
도 8은 본 발명의 양호한 실시예에 따른, 잠금블록 구동시스템, LVDT 센서 및 공기위치 센서/인터록을 도시한 것으로서, 타이 플레이트 및 잠금블록의 평면 단면도이다.
도 9는 본 발명의 양호한 실시예에 따른 잠금블록 및 축받이의 베이스를 상세히 도시한 정면 단면도이다.
도 10은 본 발명의 양호한 실시예에 따른 축받이 잠금 웨지지구성요소들을 다각도에서 바라본 측면 정면도 및 평면도이다.
따라서, 본 발명의 목적은 상승 압력 및 온도하에서 자동화 산업공정을 수행하기 위한 보호 밀폐장치를 구비한 역방식의 압력용기를 제공하는데 있다.
이를 위해, 저면 적재입구, 상기 적재입구를 개방 및 폐쇄하기 위해 압력 체임버 바로 아래에 배치되는 수직 이동가능한 축받이가 개시되는데, 이 축받이의 상부는 상기 축받이가 폐쇄위치로 상승할 때 상기 압력 체임버의 플로어 역할을 수행하고, 상기 축받이가 개방위치로 하강할 때 적재 플랫폼 역할을 수행한다.
개방위치와 폐쇄위치사이에서 상기 축받이를 이동시키기 위한 모터 및 수직 구동시스템 및, 처리공정을 수행하기 위해 상기 압력 체임버내부에서 공정 용적을 한정하도록 상기 압력 체임버와 밀봉관계로 상기 축받이를 고정시키는 웨지지를 위한 또 다른 모터 및 수평구동시스템이 구비된다.
본 발명의 또 다른 목적은 밀폐 및 잠금시스템을 통해 느슨한 입자들 및 이동상태에 있는 그 잔해에 의한 공정환경의 오염을 방지하는데 있고, 이를 위해, 상기 축받이의 상부 및 압력 체임버, 축받이의 측면 지지구조와 수직 구동 및 폐쇄위치 고정장치를 에워싸고 있는 적재 및 적출영역사이에 시일드(shield)가 제공된다.
본 발명의 또 다른 목적은 압력 체임버내에서의 압력 및 온도의 제어를 필요로 하는 공정을 처리하는데 있고, 이를 위해, 상기 압력 체임버내에서 공정 용적과 소통하는 입구 매니폴드 및 출구 매니폴드가 제공되고, 상기 입구 매니폴드 및 출구 매니폴드는 조절된 압력하에서 공정 유체를 상기 공정 용적에 전달하고 그 부산물을 제거하기 위한 공정유체 제어소스에 연결된다. 또한, 유체 라인에 의해 외부 유체온도 제어시스템에 연결 가능한 상기 공정용적의 천장(roof)에 배치된 열 교환 플래튼(heat exchanging platen), 상기 축받이상에 결합되고 유체라인에 의해 상기 외부 유체 온도제어시스템에 연결 가능한 열 교환 플래튼, 및 상기 공정 용적내에서의 온도를 감지하도록 구성되고 상기 외부 유체 온도제어시스템과 소통하도록 연결 가능한 열전쌍 센서가 제공된다.
본 발명의 또 다른 목적은 압력 체임버의 중앙 처리공동(cenrtal processing cavity)을 통해 공정유체를 최적으로 유동시키고 분포시키는데 있다. 이를 위해, 상기 입구 매니폴드를 상기 중앙 처리공동에 연결하기 위한 분기유입채널(divergent inflow channels) 및 상기 중앙 처리공동을 상기 출구 매니폴드에 연결하기 위한 분기유출채널이 제공된다.
상기 공정의 오염을 줄이기 위한 본 발명의 목적을 위해, 상기 축받이의 상부아래에 수직으로 배치되되 상기 축받이가 작동하는 중앙 구멍이 형성되어 있고상기 축받이가 부착된 측면 지지체를 구비한 수평 선반구조물이 제공된다. 수직으로 접을 수 있는 풀무가 제공되고 이 풀무의 상단부는 상부 풀무 플랜지에 의해 상기 축받이의 상부주위에 부착되고, 그 하단부는 하부 풀무 플랜지에 의해 상기 선반의 구멍주변에 부착되어 상기 축받이를 에워싸고 상기 측면지지 구조물 및 상기 잠금장치를 상기 적재 및 공정 환경으로부터 격리시킬 수 있다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 상세한 설명으로부터 당업자에게 용이하게 이해될 것이고, 하기 상세한 설명에서는 본 발명을 구현함에 있어 고려되는 최상의 모드에 대한 단순한 예시를 통해 본 발명의 양호한 실시예가 도시되고 설명된다. 본 발명은 구현되는 바와 같이, 기타 다른 상이한 실시예를 예시할 수 있고 그 몇몇 상세들은 본 발명의 범위를 일탈하지 범위내에서 다양하고 명백한 관점에서 변형예가 될 수 있다.
이하에서는, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 양호한 실시예를 설명하기로 한다.
당업자에게 본 발명은 많은 변형예를 허용한다. 이하에서 본 발명의 양호한실시예가 설명되고, 이러한 실시예의 설명은 하기의 특허 청구의 범위의 범위를 제한 것으로 해석되어서는 안 된다.
본 명세서의 양호한 실시예에서는 반도체 웨이퍼의 제조공정 또는 기타 다른 소형 물품의 감압 및 감온 처리(pressure and temperature sensitive treatment)를 위한 클러스터 툴 장치의 구성요소가 설명된다. 상기 구성요소는 격리형 도어 밀폐장치를 구비한 역방식의 압력용기, 및 정밀하게 제어되는 온도 및 압력 순환환경에서 공정유체의 전체 흐름을 처리하기 위해 특별히 구성된 공정용적이다. 상기 구성요소는 클러스터 툴의 기하 SEMI/MESC (반도체/모듈러 장비 표준위원회) 표준을 따른다. 이 구성요소는 4500 psi(평방인치당 파운드)의 최대 작동압력을 고려한 것이고, 200 mm 직경의 공동 설계크기 및 약 3/4 리터의 전체 공정용적를 갖는 실시예에서는 상기 공적용적내에서 약 400,000 파운드의 힘에 저항할 수 있는 구조가 요구된다. 상기 양호한 실시예의 온도범위는 -20 ~ +150 ℃이다. 일부 공정을 위해 보다 높은 압력 및 온도가 요구될 수도 있는데, 이것은 단순히 설계 기능에 불과한 것이다. 본 발명의 특정 표본에 대한 실제 안전도, 안전성, 지원과 관련하여 본 발명의 실제 제조설계, 재질 및 사용상의 차이로 인해 본 명세서상에는 어떠한 보증내용도 전체 또는 부분적으로 표현되거나 내포되어 있지 않다.
본 발명의 압력용기는, 공정에 의해 요구되는 제어압력하에서 공정유체를 공급하고, 재활용을 위한 공정 또는 기타 다른 적절한 증착공정의 유출 부산물을 제외한 공정용적내에서 열 교환기를 통해 온도제어를 수행하며, 제조공정에서 통합되도록 필요한 컴퓨터 제어 및 오퍼레이터 인터페이스를 제공하는 적절한 동적 공정공급 및 제어시스템(suitable dynamic process supply and control system)에 연결되는 것으로 가정한다. 상기 압력용기 및 관련 시스템은 산업 표준연동장치 및 공정조건에 적합한 안전 특성으로 구성된다.
본 발명의 양호한 실시예는 후술되는 바와같이, 반도체 웨이퍼를 처리하기 위한 자동화 제조 시스템의 일부인 클러스터 툴 장치용으로 구성된다. 본 발명의 양호한 실시예는 수평 통과 컨베이어 시스템내에 결합되거나 상기 컨베이어 시스템과 결합되는 자동화 시스템, 웨이퍼처리 로봇시스템, 또는 압력하에서 상기 축받이의 개방 상부상으로 처리할 물품을 전달 및 적재하기 위한 기타 다른 처리 시스템에서 상승 압력/온도처리를 위한 기타 다른 시스템에 적용될 수 있다. 상기 수직 작동 축받이는 웨이퍼 카세트, 단일 웨이퍼, 또는 상기 압력용기속으로 처리중인 다른 대상물을, 처리하고 다시 픽업하여 이송하기 위해, 운반할 수 있다. 상기 축받이를 작동하기 위한 리프트 및 잠금 장치는 충분히 보호되어, 발생된 입자 물질과 이동상태에 놓인 그 잔해를 상기 리프트 및 잠금 장치에 의해 적재 및 처리환경으로부터 격리시킬 수 있다.
첨부도면을 참조하면, 저면 적재 포트를 구비한 역방식의 공정 체임버(10)는 전방 타이 플레이트(3) 및 후방 타이 플레이트(4)에 볼트 결합되고, 이들 전후방 타이 플레이트는 하부지지 플레이트(2)에 볼트 결합된다. 이러한 조립체는 프레임(1)에 의해 지지된다. 상기 조립체내에는 원형의 커다랗고 편평한 상부 또는 적재 플랫폼에서 종료되는 상단부와 상기 저면 적재 포트를 폐쇄하는데 사용되는 경우 상기 역방식의 공정 체임버(10)에 대한 플로어(floor)의 역할을 수행하는동일면을 갖는 원주형 구조물인 수직 가이동 축받이(50)가 배치된다. 상기 축받이(50)는 상기 공정 체임버(10)에 대해 상부 폐쇄위치와 하부 개방위치사이에서 수직으로 이동가능하다. 이러한 수직 이동은 상기 프레임(1)내에 장착된 축받이 구동모터 및 기어박스(52)에 의해 이루어지는데, 상기 기어박스(52)는 상기 축받이(50)의 베이스에 위치한 리프트 너트(59)내에서 수직 지향의 축받이 구동 스크류(54)를 회전시킨다.
상기 공정 체임버(10)는 그 내부에 최종 웨이퍼 공동(8)을 제공하도록 가공 및 구성되되, 단일 웨이퍼 직경 및 두께를 수용하도록 크기가 조절된다. 특히, 도 6을 참조하면, 유동 날개(7)에 의해 분할되는 유동 채널(6)은 입구 매니폴드(14)와 출구 매니폴드(18)사이에서 공정유체가 상기 웨이퍼 공동(8)내부 및 외부로 균일한 분포를 이루도록 촉진한다. 상기 입구 및 출구 유동채널(6)과 상기 웨이퍼 공동(8)을 조합함으로써 압력 체임버의 내부 공정용적을 구성할 수 있다.
도 7을 참조하면, 상기 축받이(50)는 그 수직벽 표면상의 두개의 대향 평면으로 구성되고, 그 각각의 내부에는 수직 채널 또는 홈(55)이 가공 형성된다.
상기 홈(55)의 단면적과 거의 일치하고 선반(5)상에 장착된 각각의 조절 가능한 안내 바아 홀더(58)에 부착되는 청동소재의 축받이 안내바아(56)를 대향 배치함으로써 상기 축받이(50)에는 그 수직 이동범위에 걸쳐 측면 지지 및 정렬구조가 제공된다. 상기 안내 바아는 활주 계면을 위해 윤활 처리된다.
상기 선반(5)은 상기 공정 체임버(10)와 상기 하부 지지플레이트(2)사이의 영역을 상하부 구획으로 분할하는데, 이때 상기 상부 구획은 상기 공정 체임버의적재 및 적출동작이 발생하는 영역이고, 이를 위해 가장 높은 실제 청정도를 유지하여 상기 공정 체임버의 적재 및 적출동작중에 공정의 오염을 방지하는 것이 중요하다. 이를 위해, 풀무 플랜지(62)에 의해 풀무(60)가 상기 선반(5) 및 축받이(50)에 부착되어 상기 축받이 및 잠금 블록 구동시스템을 상기 상부 구획으로부터 격리시킨다.
도 1, 도 2 및 도 5를 다시 참조하면, 공정유체 입구라인(12)이 상기 입구 매니폴드(14)를 통해 상기 체임버(10)의 전방에 연결되어 상기 공정용적 및 웨이퍼 공동(8)속에 공정유체를 위한 유입경로를 제공한다. 공정유체 출구라인(16)이 상기 출구 매니폴드(18)를 통해 상기 체임버(10)의 후방에 연결되어 공정의 부산물을 위해 상기 공정용적 및 웨이퍼 공동(8)으로부터의 유출경로를 제공한다. 상기 유체 입구 및 출구라인은 매우 높은 압력하에 공정유체의 공급제어를 위해 적절한 공정유체 공급소스에 연결된다. 상기 예시된 실시예의 유체라인(12,16)은 1/4 인치의 직경을 가지며, 이들 유체라인중 어느 하나 또는 두개의 유체라인은 특수한 공정요건 및 압력 체임버내의 공정용적에 대한 아린 용적 및 제어밸브위치의 효과에 따라 더 크거나 작을 수도 있다. 상기 입구 및 출구 매니폴드(14,18)중 어느 하나 또는 두개의 매니폴드는 제어밸브를 포함하도록 구조변경될 수 있고, 이들 제어밸브의 액츄에이터는 상기 공정제어시스템에 연결되어 있다.
본 발명의 양호한 실시예는 상기 축받이가 폐쇄위치에 있을 때 상기 축받이아래에 웨지지 구조물을 한 가지 형태 또는 또 다른 형태로 삽입하기 위한 모터 및 수평 구동장치를 이용한다. 특히, 도 8 내지 도 10을 참조하면, 상기 축받이(50)의 베이스의 대향면으로부터 밀폐시키기 위해 한 쌍의 잠금 블록(90)이 잠금 블록스크류(92)에 의해 연동된다. 상기 잠금 블록 스크류(92)는, 상기 잠금 블록(90)이 경화된 지지 플레이트(2A)상에서 지지 및 활주동작을 할 수 있도록 허용하고 상기 하부 지지플레이트(2)속으로의 이동을 허용한 높이에서 상기 하부지지 플레이트(2)에 부착된 스크류 블록내에서 지지된다. 상기 잠금 블록(90)은 이동을 위해 작동할 때 상기 경화지지 플레이트(2A)상에서 지지 및 활주하는 경화 하부 플레이트(91)로 구성된다. 전술한 바와 같이, 상기 잠금 블록(90)은 스크류(92)에 의해 연동되고, 상기 축받이의 수직이동이 없는 수축위치와, 상기 축받이가 상기 공정 체임버(10)에 대해 폐쇄위치로 상승할 때 상기 축받이(50)의 베이스 아래의 잠금위치사이에서 결합가능하게 이동될 수 있다.
2도의 경사로 또는 웨지지 각도를 갖는 스틸 경화 잠금웨지지 요소(101,102)는 상기 잠금 블록(90)의 상부 및 상기 축받이(50)의 베이스상에 장착되어 낮은 속도/높은 회전력(토크)으로 상기 잠금 블록 스크류 모터(98) 및 기어박스(96)에 의해 상기 잠금블록(90)에 가해진 수평 밀폐력에 응답하여 매우 높은 힘의 수직성분을 갖는 활주 계면을 제공한다. 상기 웨지지요소(101,102)간의 활주 계면은 개방위치와 잠금위치사이에서 상기 잠금 블록(90)의 이동 범위에 의해 제공되는 약 3인치의 수평 스트로크를 갖는다. 모든 활주 계면에는 적절한 윤활유가 제공된다.
상기 웨지지요소(101,102)의 2도 경사 웨지지각도에 대한 최종 수직범위는 약 1/8인치이므로, 상기 축받이(50)는 상기 잠금 블록(90)이 작동되기 전에 모터 및 기어박스(52)에 의해 스크류(54)상에서 상기 공정 체임버(10)와의 충분한 밀폐를 위한 1/8인치내로 상승되어야 한다. 더 큰 잠금력을 얻기 위해 보다 작은 경사각도가 사용될 수 있고, 그에 따라 상기 잠금장치의 이동을 위한 수직요소도 크기가 작아진다.
상기 축받이의 가장자리를 감지하기 위해 상기 축받이(50)에 인접한 선반(5)상에 장착된 수직 로드(rod)에 부착되는 상부 및 하부 근접센서(57,58)가 모터 및 상기 기어박스(52)에 의해 구동되는 상기 축받이(50)의 범위를 제어한다. 상한선에서 상기 축받이(50)를 감지할 경우, 상기 모터 및 기어박스(52)는 그 동작이 정지되고 잠금 블록(90)은 상기 공정 체임버(10)에 대해 상기 축받이(50)를 밀봉시키도록 작동될 수 있다. 상기 리프트 너트(59)는 상기 잠금 블록(90)이 결합시에 상기 축받이 구동스크류가 인장상태에 놓이는 것을 방지하기 위해 상기 축받이(50)의 베이스내에서 수직 동작부로 구성된다.
도 8을 참조하면, 상기 잠금 블록(90)을 위한 제어 장치는 그 정상 동작범위내에서 잠금 블록(90)의 위치를 모니터링하도록 구성되는 LVDT(선형가변 변위변환기)센서(91)를 구비한다. 잠금블록 구동모터(98)는 2 속도방식의 브러쉬가 없는 DC모터이다. 상기 잠금 블록(90)은 높은 속도/낮은 회전력으로 상기 LVDT 센서(91)에 의해 감지되는 것과 같이, 상기 웨지지요소(101,102)가 맞물림 결합하는 소정의 위치까지 구동된다. 이때, 상기 모터(98)는 낮은 속도/높은 회전력으로 전환되어 상기 LVDT 센서(91)에 의해 감지되는 소정의 최종 잠금위치까지 구동된다. 상기 잠금 블록(90)이 충분히 잠금위치로 폐쇄될 때 공기 연동밸브(93)가 맞물림 결합되어 상기 폐쇄 및 잠금 압력 체임버내에서 공정이 개시될 수 있다.
도 5를 참조하면, 상기 축받이(50)의 상부에 내장되는 부유 밀봉부(floating seal)(51)는 상기 축받이가 폐쇄위치로 상승하고 상기 잠금 블록(90)이 잠금위치에 놓일 때 공정용적에 대해 매우 높은 압력 밀봉능력을 제공한다. 상기 부유 밀봉부는 고압 공정 체임버의 주변 밀봉 문제에 대해 적절한 대응 밀봉특성을 갖는 해당기술분야에서 공지되어 있다.
상기 축받이가 폐쇄 및 잠금상태에 있을 때 상기 공정용적에 대해 신속한 온도 제어기능을 제공하기 위해, 상기 웨이퍼 공동(8)의 천장에 가열 플래튼(20)이 설치되고, 이와 유사한 가열 플래튼(80)이 상기 축받이(50)속에 포함된다. 상기 가열 플래튼(80)상에 배치된 웨이퍼 크립(wafer crib)(9)은 자동화 공정에 의해 이송되는 웨이퍼의 접수, 상기 공정 체임버가 공정을 위해 폐쇄될 때 상기 두개의 플래튼사이에서 웨이퍼를 들어올리고 지탱하는 동작, 및 공정 사이클이 완전종료되고 상기 축받이가 하강할 때 자동 픽업을 위해 공정처리된 웨이퍼를 제공하는 동작을 위해 마련된다. 원하는 공정에 따라 온도 제어 및 사이클링을 위한 상기 플래튼(20,80)으로/으로부터의 필요한 열에너지의 전달은 적절한 온도제어시스템에 연결되는 각각의 라인 세트(22,82)를 통해 유체를 가열/냉각하는 순환동작에 의해 달성된다. 공정 체임버 열전쌍(30)은 상기 출구 매니폴드(18)상에 장착되되 상기 공정 체임버(10)의 공정용적내의 온도를 감지하도록 구성되며 상기 공정제어시스템에 연결된다.
당업자에게 용이하게 이해되는 바와 같이, 본 발명의 범위내에서 많은 유용한 실시예가 구성된다. 예컨대, 상기 축받이는 상기 하부 지지플레이트상에 장착된 회전 작동 잠금 돌출링에 의해 폐쇄위치에서 잠금상태에 있게 될 수도 있는데, 상기 회전작동 잠금 돌출링은 양호한 실시예의 선형활주 블록장치대신에 그 내부 연장 웨지지돌기부와 활주가능하게 맞물림 결합하도록 부분적으로 회전하고 이와 동시에 일정간격 이격된 일련의 잠금웨지지 돌기부들이 상기 축받이의 원주주위로부터 외향하여 연장한다. 상기 잠금 돌출링 및 축받이 웨지지돌기부는 양호한 실시예의 잠금블록 웨지지요소와 유사한, 경사지거나 약간 기울어진 계면을 갖는다. 상기 회전잠금 장치는 상기 선반 및 풀무장치에 의해 상기 양호한 실시예와 동일한 방식으로 적재 및 적출 구획으로부터 보호된다.
또 다른 예로서, 상기 축받이는 정방형 채널 또는 I형 빔을 포함하는 다른 여러 가지의 단면적으로 구성될 수도 있다. 상기 축받이는 그 속이 텅빈 것일 수도 있고, 코어요소위에 강성 스커트(rigid skirt)를 구비할 수도 있는데, 이러한 스커트는 상기 양호한 실시예의 풀무의 격리기능을 수행하도록 상기 선반에 대해 밀봉하는 플랜지를 구비한 신축성있는 롤링 벽 격막형상 구조물로 구성될 수도 있다. 또 다른 실시예는 수직으로 동작 가능한 피스톤 격막을 구비할 수도 있는데, 이 피스톤 격막은 본 명세서에서 동일한 방식으로 상기 측면 지지부 및 구동장치를 보호하거나 격리하기 위해 상기 축받이의 상부를 상기 선반에 대해 밀봉시키는 축받이 스커트 격막으로서 보다 정확하게 설명된다. 상기 선반은 상기 압력 체임버의 입구 또는 저면 포트주위에서 부분 또는 전체 엔클로저로 연장되고, 이송장치로 하여금 공정 사이클사이에 개방위치에 있는 축받이의 상부에서 처리중인 물품 또는 웨이퍼를 삽입하고 제거하도록 하기 위한 도어 또는 개구부와, 상기 엔클로저의 하부에 형성되어 상기 축받이가 작동하는 중앙 구멍 및 상기 엔클로저내에서 적재 및 적출환경을 충분히 포함하도록 상기 중앙 구멍의 가장자리에 밀봉된 축받이 스커트 격막을 구비한다.
상기 축받이를 위한 측면지지 구조물은 상기 수직 가이동 축받이 구조물에 연속적인 측면 지지기능을 제공하는 한 다양한 구성으로 이루어질 수 있다. 안내 바아, 채널, 및 선형 베어링은, 모두 상기 수직구동 및 잠금장치와 함께 개방위치에 있는 상기 공정 체임버의 적재환경으로의 노출로부터 보호물에 의해 차단되는 한, 본 발명의 범위내에 존재한다.
또 다른 예로서, 상기 양호한 실시예의 타이 플레이트 구조(tie plate framework)는, 수평 웨이퍼 통과 컨베이어 시스템 또는 대향측으로부터 웨이퍼의 자동기계식 배치 및 제거를 수용하기 위해, 상기 축받이가 하강하고 상기 압력용기가 개방될 때 상기 적재 플랫폼 및 웨이퍼 크립에 대해 양방향 또는 통과 접근이 가능하도록 구성될 수 있다. 또한, 특히 보다 높은 압력시스템에 적합한 상기 타이 플레이트 및 볼트시스템은, 상기 역방식의 압력 체임버, 축받이 및 이동시스템이 내부에 배치된 대형 밀폐식 요크구조물(large closed yoke structure)로 대체가능함으로써, 상기 요크가 상기 축받이와 상기 압력 체임버사이의 밀폐압력을 유지시켜주는 타이 구조물을 제공한다.
또 다른 예로서, 압력용기 컴퓨터 제어시스템의 도움을 받아 연장된 제조 사이클중에 허용가능한 범위내에서 상기 축받이와 상기 압력용기사이의 밀폐력을 유지하기 위해, 축받이 후방압력, 잠금블록 모터 회전력(토크), 및 잠금블록 밀폐압력과 같은 데이터는 동향 정보(trend information)를 위해 적절한 센서를 통해 연속적으로 모니터링될 수 있고, 이러한 동향정보는 잠금블록 이동을 위한 시작, 정지 및 기어 변경위치 및 축받이 높이에 대해 연속조정(on-the-fly adjustments)하는데 사용될 수 있다. 또 다른 예로서, 상기 축받이를 위한 리프트 장치는 수압식의 나사산 형성 스크류, 또는 축받이 중량을 예비잠금 폐쇄높이로 상승시킬 정도로 충분히 강하고 잠금동작의 추가의 작은 수직이동에 견디도록 설계된 기타 다른 방식의 재킹 또는 연장장치(jacking or extension mechanism)일 수도 있다.
본 발명의 목적 및 장점들은 첨부된 특허청구의 범위에서 특별히 지적된 구성 및 조합에 의해 추가로 실현되고 달성될 수도 있다. 따라서, 첨부 도면 및 상세한 설명은 본래 예시적인 의도로 포함된 것으로서 간주되어야 되며 제한적인 것으로서 간주되어서는 안 된다.

Claims (17)

  1. 상승 압력 및 온도하에서 자동화 산업공정을 수행하기 위해 보호밀폐 장치를 구비한 역방식의 압력용기 시스템에 있어서,
    저면 적재포트를 구비한 압력 체임버;
    상기 적재포트를 개방 및 폐쇄하기 위해 상기 압력 체임버 바로 아래에 배치되고, 폐쇄위치로 상승될 때는 상기 압력 체임버의 플로어 역할을 수행하고 개방위치로 하강할 때는 적재 플랫폼 역할을 수행하는 상부를 구비한 수직 가이동 축받이;
    상기 개방위치와 상기 폐쇄위치사이에서 상기 축받이를 이동시키기 위한 수단;
    상기 축받이가 상기 폐쇄위치에 놓일 때 공정을 수행할 공정용적을 내부에서 한정하도록 상기 축받이를 상기 압력용기와 밀봉관계로 고정시키기 위한 수단;
    상기 축받이를 이동시키기 위한 상기 수단 및 상기 축받이를 고정시키기 위한 상기 수단을 상기 축받이의 상부 및 상기 압력 체임버에의 노출로부터 보호하기 위한 수단;
    폐쇄 및 밀봉시 상기 압력 체임버내부의 압력을 제어하기 위한 수단; 및
    폐쇄 및 밀봉시 상기 압력 체임버내부의 온도를 제어하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 역방식의 압력용기 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 압력제어수단은 상기 공정용적과 소통하는 입구 매니폴드 및 출구 매니폴드를 포함하고, 상기 입출구 매니폴드는 제어 압력하에서 공정유체를 상기 공정용적으로 이송하고 그 부산물을 제거하기 위한 공정유체 제어소스에 연결 가능한 것을 특징으로 하는 역방식의 압력용기 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 상기 온도제어수단은 상기 공정용적의 천장에 배치되고 유체 라인에 의해 외부유체 온도제어시스템에 연결 가능한 열 교환 플래튼, 상기 축받이상에 결합되고 유체라인에 의해 상기 외부유체 온도제어시스템에 연결 가능한 열 교환 플래튼, 및 상기 공정 용적내에서의 온도를 감지하도록 구성되고 상기 외부유체 온도제어시스템과 소통하도록 연결 가능한 열전쌍 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 역방식의 압력용기 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 공정용적은 중앙 공동, 상기 입구 매니폴드를 상기 중앙 공동에 연결하는 분기 유입채널, 및 상기 중앙 공동을 상기 출구 매니폴드에 연결하는 분기 유출채널을 포함하는 것을 특징으로 하는 역방식의 압력용기 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 축받이 이동수단은 상기 선반 아래에 배치되고 상기 축받이에 연결되는 모터 및 수직구동장치 및 상기 축받이에 측면 지지기능을 제공하기 위한 수단을 포함하고, 상기 축받이 고정수단은 상기 폐쇄위치에 있을 때 상기 축받이 아래에 적어도 하나의 웨지지 구조물을 삽입하기 위한 모터 및 수평구동장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 역방식의 압력용기 시스템.
  6. 제5항에 있어서, 상기 웨지지 구조물은 하부 지지플레이트상에 활주가능하게 장착되는 한 쌍의 대향 연동 잠금블록을 포함하고, 상기 연동 잠금블록은 상기 축받이의 이동범위가 없는 일정간격 이격된 잠금해제 위치와 상기 축받이 아래의 인접 잠금위치사이에서 결합가능하게 측면으로 이동가능하며, 상기 연동 잠금블록의 상부면은 웨지지 각도로 상기 축받이의 저부와 활주가능하게 맞물림 결합하는 것을 특징으로 하는 역방식의 압력용기 시스템.
  7. 제5항에 있어서, 상기 웨지지 구조물은 상기 하부 지지플레이트상에 장착된, 일정간격으로 내부에서 연장하는 웨지지 돌기부들을 구비한 회전 작동 잠금 돌출링을 포함하고, 상기 잠금 돌출링은 상기 축받이의 베이스로부터 외향하여 연장하는 일정간격 이격된 일련의 잠금돌기부 아래에서 상기 웨지지 각도로 상기 내부연장 돌기들과 활주가능하게 맞물림 결합하도록 부분적으로 회전 가능한 것을 특징으로 하는 역방식의 압력용기 시스템.
  8. 제5항에 있어서, 상기 축받이 이동수단은, 상기 축받이의 상부 아래와 상기 축받이 이동수단 및 상기 축받이 고정수단 위에 수직으로 배치되고 상기 축받이가 작동하는 중앙 구멍을 구비하며 상기 측면지지기능 제공수단이 부착되는 수평선반구조물을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 역방식의 압력용기 시스템.
  9. 제8항에 있어서, 상기 보호수단은 수직으로 접을 수 있는 풀무를 포함하고, 이 풀무의 상단부는 상부 풀무 플랜지에 의해 상기 축받이의 상부주위에 부착되고, 그 하단부는 하부 풀무 플랜지에 의해 상기 선반에 부착되어 상기 축받이 및 상기 측면지지기능 제공수단을 에워싸도록 한 것을 특징으로 하는 역방식의 압력용기 시스템.
  10. 제8항에 있어서, 상기 보호수단은 상기 축받이의 상부를 상기 선반에 대해 밀봉하도록 구성된 수직으로 동작가능한 피스톤 격막을 포함하는 것을 특징으로 하는 역방식의 압력용기 시스템.
  11. 제8항에 있어서, 상기 측면지지기능 제공수단은, 내부에 수직안내 채널이 구성되는, 상기 축받이의 대향측면상에 배치된 두개의 편평한 부분을 포함하고, 상기 안내채널은 상기 선반에 부착된 안내바아 홀더상에 장착된 거의 일치하는 정지 안내바아와 맞물림 결합하는 것을 특징으로 하는 역방식의 압력용기 시스템.
  12. 제1항에 있어서, 상기 보호수단은,
    상기 저면 포트주변에 형성되고, 처리할 물품을 삽입 및 제거하기 위한 이송장치와 소통하며 상기 축받이가 작동하는 저면 중앙구멍을 구비하는 엔클로저; 및
    상기 축받이의 상부주위에서 밀봉되는 중앙부와, 상기 중앙구멍의 가장자리에 밀봉되는 플랜지를 구비하는 축받이 스커트 격막을 포함하는 것을 특징으로 하는 역방식의 압력용기 시스템.
  13. 상승 압력 및 온도하에서 자동화 산업공정을 수행하기 위해 보호밀폐 장치를 구비한 역방식의 압력용기 시스템에 있어서,
    저면 적재포트를 구비한 압력 체임버;
    상기 적재포트를 개방 및 폐쇄하기 위해 상기 압력 체임버 바로 아래에 배치되고, 폐쇄위치로 상승될 때는 상기 압력 체임버의 플로어 역할을 수행하고 개방위치로 하강할 때는 적재 플랫폼 역할을 수행하는 상부를 구비한 수직 가이동 축받이;
    상기 축받이의 상부 아래에 수직으로 배치되고 상기 축받이가 작동하는 중앙 구멍을 구비한 수평선반구조물;
    상기 선반 아래에 배치되고 상기 축받이에 연결되는 모터 및 수직구동장치;
    상기 선반에 부착된 안내바아 홀더상에 장착된 거의 일치하는 정지 안내바아와 맞물림 결합하는 수직안내 채널이 내부에 구성되며, 상기 축받이의 대향측면상에 배치된 두개의 편평한 부분을 구비하는, 상기 축받이에 측면지지기능을 제공하기 위한 수단;
    상기 축받이 고정수단은 상기 공정을 수행할 밀봉된 공정용적을 내부에서 한정하기 위해 상기 폐쇄위치에 있을 때 상기 축받이 아래에 적어도 하나의 웨지지 구조물을 삽입하기 위한 모터 및 수평구동장치로 구성되고 상기 선반 아래에 배치되는 잠금장치;
    상기 축받이 및 상기 측면지지기능 제공수단을 에워싸기 위해, 상부 풀무 플랜지에 의해 상기 축받이의 상부주위에 부착되는 상단부와, 하부 풀무 플랜지에 의해 상기 선반에 부착되는 하단부를 구비하는, 수직으로 접을 수 있는 풀무;
    상기 공정용적과 소통하며 제어 압력하에서 공정유체를 상기 공정용적으로 이송하고 그 부산물을 제거하기 위한 공정유체 제어소스에 연결 가능한 입구 매니폴드 및 출구 매니폴드;
    상기 공정용적의 천장에 배치되고 유체 라인에 의해 외부유체 온도제어시스템에 연결 가능한 열 교환 플래튼;
    상기 축받이상에 결합되고 유체라인에 의해 상기 외부유체 온도제어시스템에 연결 가능한 열 교환 플래튼; 및
    상기 공정 용적내에서의 온도를 감지하도록 구성되고 상기 외부유체 온도제어시스템과 소통하도록 연결 가능한 열전쌍 센서을 포함하고,
    상기 공정용적은 중앙 공동, 상기 입구 매니폴드를 상기 중앙 공동에 연결하는 분기 유입채널, 및 상기 중앙 공동을 상기 출구 매니폴드에 연결하는 분기 유출채널을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 역방식의 압력용기 시스템.
  14. 제13항에 있어서, 상기 웨지지 구조물은 하부 지지플레이트상에 활주가능하게 장착되는 한 쌍의 대향 연동 잠금블록을 포함하고, 상기 연동 잠금블록은 상기 축받이의 이동범위가 없는 일정간격 이격된 잠금해제 위치와 상기 축받이 아래의인접 잠금위치사이에서 결합가능하게 측면으로 이동가능하며, 상기 연동 잠금블록의 상부면은 웨지지 각도로 상기 축받이의 저부와 활주가능하게 맞물림 결합하는 것을 특징으로 하는 역방식의 압력용기 시스템.
  15. 제13항에 있어서, 상기 공정은 반도체 웨이퍼의 임계초과 유체 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 역방식의 압력용기 시스템.
  16. 제15항에 있어서, 상기 임계초과 유체는 이산화탄소를 포함하는 것을 특징으로 하는 역방식의 압력용기 시스템.
  17. 제16항에 있어서, 반도체 웨이퍼를 처리하기 위한 자동화 제조 시스템에 포함되는 역방식의 압력용기 시스템.
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