KR20040079959A - 게이트 밸브용 씰 조립체 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 다중 챔버식 진공 장치에 사용되는 게이트 밸브용 씰 조립체에 관한 것이다. 씰 조립체(20)는 도어 주연부를 따라 연장된 변형 가능한 씰 링(12) 및 도어(14)를 포함하며, 여기서 씰 링은 디스크, 링 또는 클램프 등의 역으로 장착된 고정 수단(16)에 의해 제 위치에 고정된다.
Description
집적회로(IC) 칩은 통상적으로 다중 챔버형 진공 장치에서 제조된다. 각 챔버는 공기, 온도 및 압력 등과 같이 인접한 챔버들과는 환경이 다르다. 챔버들은 게이트 밸브(또는 슬릿 밸브)에 의해 서로 격리된다. 씰링 부재 또는 밸브 일부인 도어를 닫음으로써 씰링에 영향을 준다. 일반적으로 도어는 밸브 내의 개구를 덮을 수 있는 크기 및 형상으로 된 금속판, 그리고 그 주연부 근처에서 도어의 씰링면 상에 장착된 변형 가능한 씰 또는 O-링을 포함한다. 변형 가능한 씰은 통상적으로 엘라스토머 또는 열가소성 중합체로 제조된다.
IC 칩 제조에 사용시, 변형 가능한 도어 씰은 고온과 부식을 일으키는 플라즈마에 노출된다. 플라즈마에 노출되는 경우, 도어의 반복적인 개폐와 함께 변형 가능한 씰 링의 상태가 나빠지며 결국 교환해야 한다. 변형 가능한 씰의 교체는 그동안 문제가 되어 왔다.
초기 도어 설계는 도어 씰링면의 주연부를 따라 연장된 도브 테일형 홈이 특징이었다. 상기 홈은 변형 가능한 O-링 씰 또는 변형된 O-링(미국 특허 제5,482,297호)을 보유하는데 사용되었다. 그러나 사용시 변형 가능한 씰 링은 게이트 밸브의 도어가 개방될 때 바람직하지 않게 홈에서 갑자기 빠져 나올 수 있었다. 또한 씰에 손상을 주지 않고 홈 내에 씰 링을 교환 설치하는 것은 어려운 일이며 시간 낭비이다.
가장 최근의 도어 설계가 미국 특허 제6,089,543에 개시되었으며, 여기서 게이트 밸브 도어는 장착 부재 및 여기에 부착된 씰 플레이트를 포함하고, 변형 가능한 씰 링은 씰 플레이트의 외측면 상에 장착된다. 이러한 설계에서, 변형 가능한 씰 링은 양호하게는 성형으로 씰 플레이트 상에 제 위치에 결합된다. 마모된 변형 가능한 씰 링을 교환해야 할 때, 씰 플레이트/변형 가능한 씰 조립체는 장착 부재로부터 쉽게 분리되며 폐기된다. 그런 다음 새로운 씰 플레이트/변형 가능한 씰 조립체가 장착 부재에 부착된다. 이러한 설계는 이전의 씰 플레이트를 재사용하지 않기 때문에 경제적 그리고 환경적인 단점을 갖는다.
미국 특허 제5,579,718호는 제거 가능한 웨지 인서트(wedge insert)에 의해 부분적으로 형성되고 도어에 의해 부분적으로 형성된 홈 내에서 제 위치에 보유된 제거 가능한 O-링 씰을 갖는 슬릿 밸브 도어를 개시한다. 그러나 O-링을 비틀지 않고 도어의 홈 내에 O-링 씰을 설치하는 것은 어려울 수 있다. 비틀림으로 인해서 씰이 미리 망가질 수 있다.
본 발명의 목적은 필요할 경우 씰 요소에 손상을 주지 않고, 도어의 상당한부분을 교체할 필요 없이 빠르게 교체될 수 있는 견고히 장착된 변형 가능한 씰 요소를 갖는 게이트 밸브 도어를 제공하는 것이다.
본 발명은 게이트 밸브용 씰 조립체에 관련되는데, 특히 변형 가능한 교체형 씰 링을 포함하는 게이트 밸브 조립체에 관련되고, 상기 조립체는 특히 칩 제조를 위한 반도체 산업에서 사용되는 진공 장치의 챔버들 사이에 씰을 형성하는 곳에 사용된다.
도1은 본 발명의 씰 조립체의 일 실시예를 도시하는 평면도이며,
도2는 도1의 선2-2를 따라 취한 본 발명의 씰 조립체의 일 실시예에 대한 단면도이며,
도3은 도1의 선2-2를 따라 취한 본 발명의 씰 조립체의 다른 실시예에 대한 단면도이다.
본 발명은 게이트 밸브 또는 슬릿 밸브를 씰링하는데 사용되는 도어 씰 조립체에 관련된다.
특히 본 발명의 하나의 관점은 도어, 고정 수단, 체결 수단, 변형 가능한 씰 링을 포함하는 게이트 밸브용 씰 조립체이며,
a) 상기 도어는 씰 링을 수용하기 위한 홈을 포함하고, 상기 홈은 상기 도어의 주연부 근처에 형성되고, 여기서 상기 홈의 제1 부분은 상기 도어 내의 기저부, 외측벽, 및 상기 외측 립(lip)으로 형성되고,
b) 상기 고정 수단은 상기 도어의 홈 내에 씰 링을 보유하며, 상기 홈의 제2 부분을 형성하는 립 및 외측벽을 갖고,
c) 상기 체결 수단은 상기 고정 수단을 상기 도어에 부착하며,
d) 상기 변형 가능한 씰 링은 상기 홈 내에 상보적으로 끼워 맞춤되는 크기 및 형상을 가지며, 상기 씰 링은 상기 홈의 상기 제1 부분을 상보적으로 결합하기 위한 제1 얇은 부분 및 상기 홈의 제2 부분을 상보적으로 결합하기 위한 제2 얇은 부분을 포함하며, 상기 씰 링은 상기 립을 지나서 높이 연장되는 크기로 되어있고 상기 제1 얇은 부분과 제2 얇은 부분 사이에 위치한 두꺼운 부분을 갖는다.
도1은 본 발명의 게이트 밸브용 도어 씰 조립체(10)의 평면도이며, 여기서 변형 가능한 씰 링(12)은 도어(14)의 씰링면 주연부에 근접한 홈 내에 장착되며, 고정 수단(16)에 의해 제 위치에 고정된다.
도2는 본 발명의 도어 조립체를 선2-2을 따라 취한 단면도이다. 씰 링(12)은 도어(14)의 씰링면 상에 있는 홈의 기저부(18)에 역으로 장착된다. 홈은 변형 가능한 씰 링(12)의 비교적 얇은 외측부(30)를 상보적으로 결합시키기 위한 외측 립(22) 및 외부 측벽(20)을 포함한다. 고정 수단(16)은 변형 가능한 씰 링(12)의 비교적 얇은 내측부(32)를 상보적으로 결합시키기 위한 외측 립(26) 및 외부 측벽(24)을 포함한다. 씰 링(12)은 얇은 부분(30 및 32)들 사이에 위치한 비교적 두꺼운 부분(34)을 포함한다. 두꺼운 부분(34)은 일반적으로 포물형이며, 크기는 밸브 내의 개구(도시 안됨)를 둘러싸는 표면(예, 정합 플랜지)과 씰링 결합하기 위한 고정 수단(16) 및 도어(14) 모두의 립들 보다 높이 연장된다. 씰 링(12)의 형상은 비교적 적은 압축력만 주어도 고진공 하에서 효율적인 씰링을 형성할 수 있는 형상이다. 씰 링(12)이 O-링이었다면 더 많은 힘이 필요했을 것이다.
고정 수단(16)이 도1 및 도2에 중실형 디스크(solid disk)나 웨지(wedge)로도시되었지만, 해당 분야의 숙련자는 고정 수단이 연속적인 링, 비연속적인 링, 또는 일련의 브래킷일 수 있다는 것을 쉽게 알 것이다. 이러한 다른 실시예들이 본 발명에서 구현된다. 고정 수단(16)은 체결 수단(28)에 의해 도어(14)에 역으로 부착된다.
체결 수단(28)은 볼트(도2 참조), 나사, 핀, 접착제 등을 포함할 수 있다. 이러한 다른 실시예가 본 발명에 포함된다. 도어(14)에 고정 수단(16)을 적절히 부착하는데 필요한 체결 수단의 갯수 및 위치는 고정 수단의 모양 및 크기에 좌우되며, 해당 분야의 숙련자들이 쉽게 결정할 수 있다. 선택적으로 제2 씰(36)은 체결 수단(28)(도3)과 함께 사용되어 체결 수단들 및 도어 사이에 기밀 씰을 형성할 수 있다. 이는 도어(14), 씰 링(12) 및 고정 수단(16) 사이가 제대로 정합하지 않아서 진공이 누설되는 일이 발생하지 않도록 한다. 제2 씰(36)은 워셔, O-링 및 사각형 가스킷 등이 될 수 있다.
도어(14) 및 고정 수단(16)은 스테인리스강, 알루미늄 등의 금속이나 다른 변형 불가능한 금속으로 제조될 수 있다. 도어 및 고정 수단은 동일한 재료 또는 상이한 재료로 만들어질 수 있다. 고정 수단(16)은 씰 링(12)에 사용된 재료 보다 큰 계수(modulus) 또는 경도(hardness)를 갖는 중합체로도 만들어질 수 있다. 고정 수단을 제작하는데 유용한 중합체는 나일론에 한정되지 않으며, 폴리에테르 에테르 케톤(polyether ether ketone-PEEK), 폴리에테르 술폰(polyether sulfone-PES), 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene-PTFE), 폴리이미드(polyimide), 또는 유기 화합물이나 무기 화합물을 포함한다. 양호하게 도어 및고정 수단은 강철이나 알루미늄으로 만들어질 수 있으며, 가장 양호하게는 316L과 같은 스테인리스강, 또는 양극 알루미늄(anodized aluminum)으로 제작된다.
씰 링(12)은 (양호하게)엘라스토머(elastomer), 또는 칩 제조 장치에 사용되는 플라즈마에 불활성이고, 열적으로 안정한 열가소성수지(예, 테트르플루오로에틸렌의 공중합체) 등의 다른 변형 가능한 재료로 제작될 수 있다. 적절한 엘라스토머는 실리콘 고무, 니트릴 고무, 수소화 니트릴 고무, EPDM, 적어도 탄소수가 네 개인 알파 올레핀 및 에틸렌의 공중합체, 퍼플루오로엘라스토머(perfluoroelastomer)를 포함하여 플루오로엘라스토머(fluoroelastomer)를 포함한다. 고온과 공격성 화학물질(harsh chemicals)에 노출될 수 있거나 이물질 추출이 최소여야 하는 씰을 요하는 적용분야에서 퍼플루오로엘라스토머가 양호한 엘라스토머이다. 공중합 된 테트라플루오로에틸렌의 단위 및 공중합된 퍼플루오로(알킬 비닐 에테르-alkyl vinyl ether) 단위 또는 퍼플루오로(알콕시 비닐 에테르-alkoxy vinyl ether)를 포함하는 공중합체는 "퍼플루오로엘라스토머"를 의미한다. 이러한 공중합체는 Br, I, CN, 또는 H 등 소량의(공단량체의 총 몰수에서 양호하게는 7 몰분율 보다 적은) 경화 지점(cure site)을 포함한다. 퍼플루오로엘라스토머는 종래의 기술에 더 광범위하게 기술되었다. 그 예로서 미국 특허 제4,035,565; 4,281,092; 4,529,784; 4,487,903; 5,789,489; 5,936,060; 6,140,437; 6,211,319B1; 및 6,281,296B1호를 참조하면 알 수 있다.
선택적인 제2 씰(36)은 씰 링(12)에 적절한 재료로서 전술된 재료 중 어떠한 것으로도 제조될 수 있다. 하지만 제2 씰(36)은 플라즈마에 절대 노출되지 않기때문에, 값이 비싼 퍼플루오로엘라스토머 또는 다른 플라즈마 불활성 재료로 제조될 필요가 없다.
마모된 씰 링(12)은 a) 체결 수단(28)을 분리하고, b) 고정 수단(16)을 제거하고, c) 마모된 씰 링을 새로운 씰 링으로 교환하고, d) 고정 수단(16)을 재위치 설정하며, e) 체결 수단(28)을 결합시키는 단계를 통해 본 발명에서 쉽게 교환될 수 있다. 새로운 씰 링은 비틀림 없이 쉽게 홈 내로 활주된다.
본 발명의 슬릿 밸브용 도어 씰 조립체와 미국 특허 제5,579,718호의 도어 씰 조립체에 대한 유한 요소 해석(Finite Element Analysis-FEA) 연구를 통해서 본 발명의 도어 씰은 미국 특허 제5,579,718호의 도어 씰 조립체 보다 정합 플랜지에 대해서 (동일한 압축 하중 하에서) 높은 접촉압(contact pressure)을 갖는다는 것을 알 수 있다. 그러므로 이로인해 본 발명의 씰 조립체는 더 나은 진공 씰링 능력을 갖게 된다.
도면에 도시된 그리고 상기 상세한 설명이 된 본 발명의 양호한 실시예 외에도, 당해 분야의 숙련자들은 본 발명의 다른 실시예도 가능하다는 것을 쉽게 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 씰 링의 열팽창을 위한 공간을 제공하기 위해, 홈 측벽의 반경, 씰 링의 폭 및 고정 수단의 언더컷 형상은 조절될 수 있다. 따라서 본 발명은 양호한 실시예의 범위에 엄격히 한정되지 말아야 한다.
Claims (9)
- 게이트 밸브용 씰 조립체이며,도어, 고정 수단, 체결 수단, 변형 가능한 씰 링을 포함하고,a) 상기 도어는 씰 링을 수용하기 위한 홈을 포함하고, 상기 홈은 상기 도어의 주연부 근처에 형성되고, 상기 홈의 제1 부분은 상기 도어 내의 기저부, 외측벽, 및 상기 외측 립으로 형성되고,b) 상기 고정 수단은 상기 도어의 홈 내에 씰 링을 보유하며 상기 홈의 제2 부분을 형성하는 립 및 외측벽을 갖고,c) 상기 체결 수단은 상기 고정 수단을 상기 도어에 부착하며,d) 상기 변형 가능한 씰 링은 상기 홈 내에 상보적으로 끼워 맞춤되는 크기 및 형상을 가지며, 상기 씰 링은 상기 홈의 상기 제1 부분을 상보적으로 결합하기 위한 제1 얇은 부분 및 상기 홈의 제2 부분을 상보적으로 결합하기 위한 제2 얇은 부분을 포함하며, 상기 씰 링은 상기 도어 립을 지나서 연장되는 크기로 되어 있고 상기 제1 얇은 부분과 제2 얇은 부분 사이에 위치한 두꺼운 부분을 갖는 게이트 밸브용 씰 조립체.
- 제1항에 있어서, 상기 체결 수단 및 상기 도어 사이에 씰을 형성하기 위한 제2 씰을 더 포함하는 게이트 밸브용 씰 조립체.
- 제1항에 있어서, 상기 고정 수단은 웨지 및 디스크로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 게이트 밸브용 씰 조립체.
- 제3항에 있어서, 상기 고정 수단은 스테인레스강 및 알루미늄으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 재료로 제작되는 게이트 밸브용 씰 조립체.
- 제3항에 있어서, 상기 고정 수단은 나일론, 폴리에테르 에테르 케톤, 폴리에테르 술폰, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리이미드, 유기 화합물 및 무기 화합물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 재료로 제작되는 게이트 밸브용 씰 조립체.
- 제1항에 있어서, 상기 씰 링은 엘라스토머 및 열가소성 수지로 이루어진 그룹으로부터 선택된 재료로 제작되는 게이트 밸브용 씰 조립체.
- 제6항에 있어서, 상기 씰 링은 실리콘 고무, 니트릴 고무, 수소화 니트릴 고무, EPDM, 적어도 탄소수가 네 개인 알파 올레핀 및 에틸렌의 공중합체, 플루오로엘라스토머 및 퍼플루오로엘라스토머로 이루어진 그룹으로부터 선택된 재료로 제작되는 게이트 밸브용 씰 조립체.
- 제7항에 있어서, 상기 씰 링은 퍼플루오로엘라스토머로 제작되는 게이트 밸브용 씰 조립체.
- 제1항에 있어서, 상기 체결 수단은 볼트 및 나사로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 게이트 밸브용 씰 조립체.
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